(57)【要約】      （修正有）【課題】光学歪が低減された、防眩防輝透明構造を提供する。【解決手段】歪低減防眩（ＤＲＡＧ）構造が開示され、ＤＲＡＧ構造は第１及び第２の透明媒体１２，１５を含む。第１の透明媒体１２は第１の屈折率ｎ１及び第１の光散乱防眩表面１４を有する。第１の光散乱防眩表面１４はそれ自体で眩光を低減するが、透過光にある量の歪を導入する。第１の光散乱防眩表面１４は、山と谷を有する。透過光の歪量を低減するため、第２の屈折率ｎ２を有する第２の透明媒体１５が、第１の光散乱防眩表面１４の谷に選択的に付加される。周囲環境の屈折率ｎ３に対し、ｎ２＞ｎ１＞ｎ３である。【選択図】図２
2019008303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射周囲光からある量の眩光を減じる防眩光透過構造であって、該光透過構造を透過した波長λの光に対する光学歪が減じられている防眩光透過構造において、
第１の屈折率ｎ１及び、眩光を減じ、それ自体が前記透過光にある量の歪を導入する、光散乱性の第１の表面を有する第１の透明媒体、及び
第２の屈折率ｎ２及び、屈折率ｎ３を有する周囲環境との界面を定める第２の表面を有する第２の透明媒体、
を含み、
ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、前記第１の表面によって導入された前記歪量を減じるため、前記第２の透明媒体が前記第１の表面の上にあって、前記第１の表面を少なくともある程度覆い、
前記光散乱性の第１の表面が山と谷を有し、前記第２の透明媒体が前記谷にのみ存在する、
ことを特徴とする防眩光透過構造。
【請求項２】
前記第１の表面が第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)を有する、
前記第２の表面が第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)を有する、及び
ｈ２(ｘ,ｙ)が(ｎ２−ｎ１)/(ｎ２−ｎ３)・ｈ１(ｘ,ｙ)＋ｃの５０％以内であり、ｃは定数である、
ことを特徴とする請求項１に記載の防眩光透過構造。
【請求項３】
反射周囲光からある量の眩光を減じる防眩光透過構造であって、該光透過構造を透過した波長λの光の光学歪が減じられている防眩光透過構造を形成する方法において、
第１の屈折率ｎ１を有する第１の透明媒体上に、それ自体が前記透過光にある量の歪を導入する、光散乱性で防眩の第１の表面を形成する工程、及び
前記第１の透明媒体の前記第１の表面に、第２の屈折率ｎ２及び、屈折率ｎ３を有する周囲環境との界面を定める第２の表面を有する第２の透明媒体を付加する工程、
を含み、
ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、前記透過光内の前記歪量を減じるため、前記第２の透明媒体が前記第１の表面の少なくとも一部を覆い、
前記光散乱性で防眩の第１の表面が山と谷を有し、前記第２の透明媒体が前記山の上には存在しない、
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
前記第１の透明媒体に第２の透明媒体を付加する前記工程が、
前記第２の透明媒体を前記谷に、前記谷のそれぞれとメニスカス形状を形成する液体として付加する工程、及び
前記液体を、前記メニスカス形状を維持しながら、硬化を可能にするかまたは硬化させる工程、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の透明媒体に第２の透明媒体を付加する前記工程が、
前記第１の表面上に疎斥性材料の層を被着する工程、
前記疎斥性材料の前記層を、前記山からは除去せずに、前記谷から除去する工程、
前記谷に前記第２の透明媒体を付加する工程、及び
前記疎斥性材料を前記山から除去する工程、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
減じられた光学歪みを有する防眩光透過構造であって、
第１の屈折率ｎ１を有し、かつ、山と谷とを含む光散乱性の第１の表面を有する第１の透明媒体、及び
第２の屈折率ｎ２を有し、前記光散乱性の第１の表面の前記谷に存在する、第２の透明媒体、
を含み、
前記第２の透明媒体が、前記光散乱性の第１の表面の前記山の上には存在せず、
周囲外部媒質の屈折率をｎ３として、ｎ２＞ｎ１＞ｎ３である、
ことを特徴とする防眩光透過構造。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１２年７月９日に出願された、名称を「光学歪が低減されている防眩防輝透明構造(Anti-glare and anti-sparkle transparent structures with reduced optical distortion)」とする、米国仮特許出願第６１/６６９３０５号と同時係属であり、その出願の優先権の恩典を主張する。上記出願の明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は防眩防輝透明構造に関し、特に光学歪が低減されているそのような構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
透明媒体を介して物体を見ることが必要になる、数多くのデバイス、応用及び状況がある。例えば、ほとんどの携帯電話、コンピュータディスプレイ、テレビ及び家電機器は、それを通して表示された情報または画像が見られる透明媒体として透明板を有するディスプレイを用いる。同様に、窓、フロントガラス、写真及びその他のアートワークを保護するためのガラス、アクアリウム、等には、透明媒体を介して物体を見る行為が関わる。
【０００４】
透明媒体を介して物体を見るときに生じる普通の問題は眩光（眩光）である。眩光は、透明媒体の１つ以上の表面からの、透明媒体の見ている人の側にある周囲光源の実質的な鏡面反射光として定義することができる。したがって、眩光は、周囲光源から透明媒体の表面に、次いで見ている人に、反射角と実質的に同じ入射角で、延びる光路を進む。眩光と物体光の光路が透明媒体と見ている人の間の領域で実質的に重なる場合、眩光のため、物体を見ることが困難になる。
【０００５】
したがって、眩光を回避するかまたは眩光量を減じるため、防眩表面が透明媒体の見る人の側の表面に適用されることが多い。そのような防眩表面は一般に、表面で反射される光をある角度にわたって拡げる（すなわち、散乱または拡散する）、いくらかの大きさの粗さを与えることで形成される。ディスプレイ用途に用いられる代表的な防眩表面は、ディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ））を形成する前面ガラス板の表面に直接貼り付けられた、コーティングされているかまたは構造化されている（偏光フィルムであることが多い）高分子材フィルムを含む。防眩高分子材コーティングに用いられる理想パラメータ及びプロセスは、保護防眩カバーガラスに用いられる理想パラメータと同じである必要はない。この理由の１つは、保護カバーガラスの防眩表面は一般にディスプレイデバイスの像形成面から、防眩高分子材コーティングが配置されるであろう光学距離よりも、大きな光学距離に配置されなければならないことである。
【０００６】
そのような防眩表面を介して見られる像に、粗表面を形成する構造の過度の粗さまたは形状によって、ランダムノイズが生成あれることがあり得る。そのようなノイズは一般に「輝光」または「盲光」と呼ばれ、ピクセル出力偏差（ＰＰＤ）と称される数値で特徴を表すことができる。輝光は、透明媒体の表面に防眩表面または光散乱表面が用いられたときに生じ得る。輝光には、視角変化としてシフトするように見える、極めて微細な、粒状感がともなう。このタイプの輝光は、例えばＬＣＤのようなピクセル構造ディスプレイが防眩表面を介して見られたときに観察される。「輝光」は、この語が本明細書に用いられる場合、コヒーレント光で照明された粗表面に関連して生じる干渉効果である「スペックル」とはタイプ及び出自が異なる。
【０００７】
防眩／防輝表面の主要な欠点は、ユーザと物体の間に配置される介在透明媒体に適用されたときに、透過光の光路を歪ませることである。例えば、表面粗さに依存する従来の防眩／防輝表面には物体光を拡散させる傾向があり、これは物体をにじませ、よって明瞭度を低める。物体の位置が透明媒体から離れるほど、透明媒体を介して見たときに、物体は益々歪んで見える。したがって、透明媒体に適用されたときに物体光に与える光学歪が減じられている防眩／防輝表面が必要とされている。
【０００８】
本開示の実施形態への関連応用は、光が透過するタッチスクリーンまたはその他のタッチ感応表面への粗化表面の使用である。そのような粗面はタッチスクリーン表面にかけての指、スタイラスまたはその他のプローブの「滑走感」を向上させるために用いられることが多いであろう。これは、プローブとスクリーンの間の実効接触面積を小さくし、よって実効摩擦またはスティックスリップ効果を減じて、快適なタッチ界面を提供する、表面粗さを付加することで達成することができる。そのような粗面は、厳密には防眩効果を生じさせるために用いられるのではないが、一般には、透過光に対する歪または輝きの効果のような、上述と同じ問題も生じさせるであろう。したがって、本開示の関連態様は、摩擦の効果を減じるかまたは細工された摩擦面をつくることでタッチスクリーンまたはタッチ感応表面のユーザビリティを高め、同時に透過光に与える負の光学効果を最小限に抑える、粗化表面を形成することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、透明媒体に適用されたときに物体光に与える光学歪が減じられている防眩／防輝表面及び、タッチスクリーンまたはタッチ感応表面のユーザビリティを高め、同時に透過光に与える負の光学効果を最小限に抑える、粗化表面を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示のいくつかの実施形態は、反射周囲光からの眩光量を低減し、光透過構造を透過する波長λの光への光学歪が低減される、防眩光透過構造を提供する。そのような構造の一例は、
第１の屈折率ｎ１及び、眩光を低減し、透過光にある量の歪をそれ自体が導入する、光散乱性の第１の表面を有する、第１の透明媒体、及び
第２の屈折率ｎ２及び、屈折率がｎ３の周囲環境に対する界面を定める、第２の表面を有する、第２の透明媒体、
を有し、ここで、ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、第２の透明媒体は、第１の表面によって導入された歪の量を減じるため、第１の表面の上にあって、第１の表面を少なくともある程度覆う。
【００１１】
本開示の別の実施形態は、反射周囲光からの眩光量を低減し、光透過構造を透過する波長λの光の光学歪が低減される、防眩光透過構造を提供する。そのような構造の一例は、
第１の屈折率ｎ１及び、屈折率がｎ３の周囲環境に対する界面を定める、第１の表面
を有し、ここで、第１の表面は透過光にある量の光学歪を導入する光散乱性防眩表面を構成する。この構造は、透過光の歪量を減じるためにはたらく、第１の透明媒体内に形成された、屈折率がｎ２＞ｎ１＞ｎ３の複数のイオン拡散領域も有する。
【００１２】
本開示のまた別の実施形態は、反射周囲光からの眩光量を低減し、光透過構造を透過する波長λの光の光学歪が低減される、防眩光透過構造を形成する方法を提供する。方法は、第１の屈折率ｎ１を有する第１の透明媒体上に、透過光にある量の歪をそれ自体が導入する、光散乱性で防眩性の第１の表面を形成する工程を含む。方法は、第１の透明媒体の第１の表面に第２の透明媒体を付加する工程も含み、第２の透明媒体は第２の屈折率ｎ２及び、屈折率がｎ３の周囲環境との界面を定める、第２の表面を有する。ここで、ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、第２の透明媒体は、透過光内の歪の量を減じるため、第１の表面の少なくとも一部を覆う。
【００１３】
本開示の別の実施形態は、反射周囲光からの眩光量を低減し、光透過構造を透過する波長λの光の光学歪が低減される、防眩光透過構造を作製する方法を含む。方法は、第１の屈折率ｎ１及び透過光にある量の光学歪をそれ自体が導入する山と谷を有する、光散乱性で防眩性の第１の表面を有する透明媒体を形成する工程を含むことができる。方法は第１の透明媒体にイオン拡散領域を付加する工程も含むことができ、イオン拡散領域は第２の屈折率ｎ２及び、屈折率がｎ３の周囲環境との界面を定める、第２の表面を有する。ここで、ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、イオン拡散領域は谷に形成され、透過光内の歪の量を減じるように構成される。
【００１４】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも本開示の実施形態を表し、特許請求されるような本開示の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本開示のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本開示の様々な実施形態を示し、記述とともに、本開示の原理及び動作の説明に役立つ。
【００１５】
本開示のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者にはその説明から明らかであろうし、あるいは、特許請求の範囲及び添付図面を合わせて含む、本明細書に説明されるように本開示を実施することによって認められるであろう。図例は特定の実施形態を説明する目的のためであり、本開示の、または特許請求の範囲における、限定は目的とされていないことは当然であろう。以下に述べられる特許請求の範囲は詳細な説明に組み入れられて詳細な説明の一部をなす。図面は必ずしも原寸に比例してはおらず、図面のいくつかの特徴及びいくつかの図は明解さ及び簡易化のため、原寸より誇張されるかまたは簡略に示されていることがある。基準のために直交座標が図のいくつかに示されるが、方向または方位に関する限定としての目的はない。本開示に挙げられる全ての参考文献はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は従来の防眩（ＡＧ）表面を有する透明媒体を含む結像システムの構成の一例の説明図である。
【図２】図２は本開示にしたがう歪低減防眩（ＤＲＡＧ）構造を有する透明媒体を含む結像システムの構成の一例の説明図及びＤＲＡＧ構造の挿入拡大図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１の場合について、一例のＤＲＡＦ構造を有する、図２の挿入拡大図を示すプロットである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、歪低減層の上面に反射防止（ＡＲ）層を含む、図２の挿入拡大図を示すプロットである。
【図４】図４は一例の両面ＤＲＡＧ構造を有する透明媒体を含む結像システムの構成の一例の説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の表面が正弦型で無コーティングの従来のＡＧ表面である透明媒体の一例を示すプロットである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、正弦型の第１の表面が図５Ａと同じであり、透明媒体を介する無歪結像に対する条件を満たすＤＲＡＧ構造を有する第２の表面を定める光学歪低減層をさらに含む、透明媒体を示すプロットである。
【図６Ａ】図６Ａは図５Ａの透明媒体を通過した波面に対する有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）シミュレーション結果を示すプロットである。
【図６Ｂ】図６Ｂは図５Ｂの透明媒体に対するＦＤＴＤシミュレーションを示すプロットである。
【図７Ａ】図７Ａは、光学歪低減層がない、比較的複雑な従来の第１の表面を有する透明媒体の一例の略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの第１の表面を有し、ＤＲＡＧ構造を形成するための光学歪低減層を含む、透明媒体の一例の略図である。
【図８Ａ】図８Ａは図７Ａの透明媒体による透過平面波及び反射平面波を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは図７ＢのＤＲＡＧ構造による透過平面波及び反射平面波を示す図である。
【図９】図９は、表面粗さプロファイルについての、第１の表面上の高屈折率光学歪低減層及び第２の表面上の一例のＡＲコーティングを含むＤＲＡＧ構造の一例のプロットである。
【図１０】図１０は、図９のＤＲＡＧ構造例にわたる位置の関数としての、近視野反射率及び平均反射率のプロットである。
【図１１】図１１は、図９のＤＲＡＧ構造例に対する、２つの異なるＡＲコーティング（層）についての、光の波長の関数としての平均反射率のプロットである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、マスク材として非濡れ性材料を、また光学歪低減層として高屈折率材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、マスク材として非濡れ性材料を、また光学歪低減層として高屈折率材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、マスク材として非濡れ性材料を、また光学歪低減層として高屈折率材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、マスク材として非濡れ性材料を、また光学歪低減層として高屈折率材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、光学歪低減層として高屈折率材料を選択的に被着するためにインクジェットプリンタヘッドを用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、光学歪低減層として高屈折率材料を選択的に被着するためにインクジェットプリンタヘッドを用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、光学歪低減層として高屈折率材料を選択的に被着するためにインクジェットプリンタヘッドを用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１４Ａ】図１４ＡはＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１４Ｂ】図１４ＢはＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１４Ｃ】図１４ＣはＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１４Ｄ】図１４ＤはＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１５Ａ】図１５ＡはＤＲＡＧ構造の作製のまた別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１５Ｂ】図１５ＢはＤＲＡＧ構造の作製のまた別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１５Ｃ】図１５ＣはＤＲＡＧ構造の作製のまた別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１５Ｄ】図１５ＤはＤＲＡＧ構造の作製のまた別の実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ａ】図１６Ａはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｄはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ｅ】図１６Ｅはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ｆ】図１６Ｆはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ｇ】図１６Ｇはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１６Ｈ】図１６Ｈはイオン交換プロセスを用いるＤＲＡＧ構造の作製方法のいくつかの実施形態の簡略な説明図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、エッチングでつくられた窪みに高屈折率材料が被着される、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、エッチングでつくられた窪みに高屈折率材料が被着される、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、エッチングでつくられた窪みに高屈折率材料が被着される、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、エッチングでつくられた窪みに高屈折率材料が被着される、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、パルスレーザによる局所加熱を用いて透明媒体の表面にガラスバンプを形成することによってＤＲＡＧ構造を作製する別の実施形態を示す、透明媒体の一例の断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１８Ａに示される様々な大きさのガラスバンプを形成するためにレーザビームで処理されている、透明媒体の一例の斜視図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、相構造を形成するために透明媒体上に堆積された親和性材料及び疎斥性材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、相構造を形成するために透明媒体上に堆積された親和性材料及び疎斥性材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、相構造を形成するために透明媒体上に堆積された親和性材料及び疎斥性材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、相構造を形成するために透明媒体上に堆積された親和性材料及び疎斥性材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１９Ｅ】図１９Ｅは、相構造を形成するために透明媒体上に堆積された親和性材料及び疎斥性材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図１９Ｆ】図１９Ｆは、相構造を形成するために透明媒体上に堆積された親和性材料及び疎斥性材料を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、共形または準共形の層の選択研磨を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、共形または準共形の層の選択研磨を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、共形または準共形の層の選択研磨を用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の別の実施形態の簡略な説明図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、歪低減のための位相整合条件を満たすように形成された、ＤＲＡＧ構造の例の断面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、歪低減のための位相整合条件を満たすように形成された、ＤＲＡＧ構造の例の断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、図２１Ａ及び２１ＢのＤＲＡＧ構造についての、ｎ２及びｎ１の様々な値に対する、高屈折率膜厚ｔ２（μｍ）対隆起構造（ピラー）高ｔ１（μｍ）のプロットである。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２１Ａ及び２１ＢのＤＲＡＧ構造についての、ｎ２及びｎ１の様々な値に対する、高屈折率膜厚ｔ２（μｍ）対隆起構造（ピラー）高ｔ１（μｍ）のプロットである。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、図２１Ａ及び２１ＢのＤＲＡＧ構造についての、ｎ２及びｎ１の様々な値に対する、高屈折率膜厚ｔ２（μｍ）対隆起構造（ピラー）高ｔ１（μｍ）のプロットである。
【図２２Ｄ】図２２Ｄは、図２１Ａ及び２１ＢのＤＲＡＧ構造についての、ｎ２及びｎ１の様々な値に対する、高屈折率膜厚ｔ２（μｍ）対隆起構造（ピラー）高ｔ１（μｍ）のプロットである。
【図２３Ａ】図２３Ａは、図２１Ｂに示される二元体構造の連続変化版である、ＤＲＡＧ構造の一例の断面図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは図２３ＡのＤＲＡＧ構造についても位相整合データ例の表である。
【図２４Ａ】図２４Ａは無ＡＧ透明板の基本的効果を示す図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは従来のＡＧ透明板の基本的効果を示す図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは従来のＡＧ透明板の基本的効果を示す図である。
【図２４Ｄ】図２４Ｄは、本明細書に開示されるような、ＤＲＡＧ透明板の基本的効果を示す図である。
【図２４Ｅ】図２４Ｅは、本明細書に開示されるような、ＤＲＡＧ透明板の基本的効果を示す図である。
【図２５】図２５は、輝光低減のために用いられる、無秩序表面を有する基板の一例の斜視図及び拡大図である。
【図２６】図２６は、０.６１μｍ（赤）、０.５６μｍ（緑）及び０.４７μｍ（青）の波長において計算された、エッチング深さＤＥ（μｍ）の関数としての鏡面反射減衰係数αＦのプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明において、同様の参照符号は図面に示されるいくつかの図にわたって同様であるかまたは対応する要素を指す。別途に指定されない限り、「上」、「下」、「外向き」、「内向き」等のような語は便宜語であり、限定語として解されるべきではないことも当然である。さらに、要素群の少なくとも１つ及び要素群の組合せを含むとして群が説明される場合は必ず、群がいかなる数の挙げられる要素も、個別にまたは相互に組み合わせて、含むことができ、それらから基本的になることができ、あるいはそれらからなることができると了解される。
【００１８】
同様に、要素群の少なくとも１つまたは要素群の組合せを含むとして群が説明される場合は必ず、群がいかなる数のそのような要素からも、個別にまたは組み合わせて、なることができると了解される。別途に指定されない限り、値の範囲は、挙げられた場合、範囲の上限及び下限のいずれも含む。本明細書に用いられるように、単数形の名詞は、別途に指定されない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。
【００１９】
本開示の以下の説明は、本開示の及びその最善の、現在知られている実施形態の、実施を可能にする教示として与えられる。当業者であれば、本明細書に説明される実施形態には多くの変更がなされ得るが、それでも本開示の有益な結果が得られることを認めるであろう。本開示の所望の利点のいくつかが本開示の特徴のいくつかを選択することにより、他の特徴は利用せずに、得られることも明らかであろう。したがって、当業者であれば、本開示の多くの改変及び翻案が可能であり、いくつかの状況では望ましくさえあり得るし、本開示の一部であることを認めるであろう。すなわち、以下の説明は本開示の原理の例証として与えられ、本開示を限定するものではない。
【００２０】
当業者であれば、本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、本明細書に説明される実施形態例に多くの改変が可能であることを了解するであろう。したがって、説明に所与の実施形態例に限定する目的はなく、また説明がそのように解されるべきではなく、添付される特許請求項及びそれらの等価形態によって与えられる保護の全範囲が許容されるべきである。さらに、本開示の特徴のいくつかを用いることが、他の特徴を対応して用いることなしに、可能である。したがって、例示または例証のための実施形態の上記説明は、本開示の原理を示すためであって、本開示を限定するためではなしに、与えられ、本開示の実施形態の改変及び置換を含むことができる。
【００２１】
術語「透明媒体」は光の所与の波長に対して実質的に透明である媒体を意味する。
【００２２】
本明細書に用いられるように、防眩（ＡＧ）表面は反射防止（ＡＲ）表面とは異なる。例えば、ＡＧ表面は、反射強度を低める代わりに、実質的に同じ反射強度を維持するが、反射像の情報内容をスクランブルする。これは、広い角度範囲にわたって鏡面反射を再分布させる、若干粗化された表面の形成によって達成される。一般に、これは処理された表面を梨地に仕上げ、周囲光の下で像コントラストを低下させ得る。ＡＧ表面上では、指紋及び表面汚れが非ＡＧ表面上ほど目立たず、透過光に色が付けられることはなく、反射スペクトルの角度依存性に問題はない。従来技術のＡＧ／防輝（ＡＳ）透明表面と比較して、本明細書に説明されるＡＧ表面は、ＡＧ表面を含む透明媒体を介して物体が見られたときの、減じられた光学歪（または実質的に無光学歪）を可能にする。
【００２３】
本明細書に開示されるかまたは別の歪低減防眩（ＤＲＡＧ）構造に関連してＡＲコーティングを用いることができる。ＡＲコーティングの例は、界面からの光学反射が見る人によって見られるであろう反射を弱め合う干渉で実質的に相殺されるような態様で被着される。ＡＲコーティングには、反射光の光路を実質的に改変しないが、反射光の振幅を改変する、サブ波長表面素子で形成されるナノ構造化「モスアイ」表面も含めることができる。光入射角はＡＲコーティングによる反射角と実質的に同じである。
【００２４】
そのようなＡＲコーティングは、規定された屈折率及び厚さをもつ一様な単層、分布屈折率層、ナノ構造化層、ナノポーラス層または多層とすることができ、ディスプレイの前面素子上に直接に被着することができ、あるいは既製貼付けフィルムとして付加することができる。ＡＲコーティングは前面反射を大きく減じることができるが、ＡＲコーティングからの弱い反射は鏡面反射であって、反射像の詳細を保持している。ＡＲコーティングは透過像の品質には強い影響を与えない。後述するように、いずれのタイプのＡＲコーティングまたはＡＲ表面も、本開示の防眩表面と有益に組み合わせることができる。
【００２５】
本開示の別の態様は防輝（ＡＳ）表面に向けられる。輝光は透明媒体の表面の極めて微細な粒状性に付随し、粒子パターンは視角の変化によるシフトがあるように見せることができる。ディスプレイの輝光は、例えば、ディスプレイのほぼピクセルレベルにおいて輝点及び暗点または着色点として表れ得る。
【００２６】
一例において、透明媒体（すなわち、窓、ディスプレイ、等）の全体寸法は、＞４ｃｍ２、いくつかの実施形態においては＞２５ｃｍ２、別の実施形態においては＞１００ｃｍ２、また別の実施形態においては＞１ｍ２である。透明媒体は、ガラス、ガラス−セラミック及び／またはプラスチックでつくられた物体を含む。可視波長光（４００〜７００ｎｍ）で用いられる透明媒体は人間の眼にとって最も重要である。ＵＶ波長またはＩＲ波長を含む他の波長で用いられる透明媒体を有することは、そのような波長で用いられる機器（例えば、カメラまたは結像システム）にとって重要であり得る。
【００２７】
本明細書に用いられるように、術語「光学歪」は、物体から生じる光線（または波面）の、視光学系における物体の理想像の形成にともなう理想光路（または、波面の場合には理想形状）からのいかなる偏りも意味し、偏りは、視光学系によって形成されるような像の品質を低める、位相誤差から生じる。従来のＡＧ表面は光学歪に対して何らの調整もせず、その結果、表面を介して見られる物体は歪んで見える。以下の議論では、透過波面と入射波面（すなわち、ＡＧ表面を支持している透明媒体を透過する前の波面）の間の光路差ΔＯＰＤが歪の大きさを定量化するために例として用いられる。
【００２８】
光学歪の大きさを定量化する別の方法は像内の点の、それぞれの理想位置または無歪の位置からの、変位による方法である。光学歪の例にはたる形歪及び糸巻形歪がある。以下の議論では、実施形態例において、光学系によって形成されるような物体の像の光学歪は、２０％より良いか、１０％より良いか、５％より良いかまたは２％より良い。
【００２９】
本明細書に開示されるＤＲＡＧ構造には広範な、いずれかのディスプレイの前面またはいずれかのディスプレイ内に埋め込まれた界面、いずれかの大きさの発光ディスプレイのための保護カバー。タッチスクリーン、タッチ感応表面、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、レーザ利用反射型ヘッドアップディスプレイ、（車両、家屋、ビルディング、家電機器、ディスプレイケース、額縁、冷凍庫、冷蔵庫、等のための）窓、自動車のダッシュボード、自動車のサンバイザー、車両用エンジンフード、車両ドア、サングラス、またはガラス利用ディスプレイを含む、用途があり、一般には、見る人または光学系が透明媒体を介してシーンまたは物体を見る必要があり、見る人がいるかまたは光学系がある側に周囲光が存在する場合のいかなる用途にも用いられ得る。
【００３０】
図１は、従来の防眩（ＡＧ）表面１３を有する透明媒体を含む、結像システムの構成の一例の説明図である。図１を参照すれば、従来の防眩（ＡＧ）表面１３及び上表面に平行である実質的に平坦な下表面１８をもつ基体１２を有する透明板としての透明媒体１０が、例として示される。一般に、透明媒体１０は任意の形状を有することができる。
【００３１】
透明媒体１０は、視空間２２内の視光学系２０と物空間３２内の物体３０の間にある。物体３０は名目上、透明媒体１０から距離ＤＯにある。視空間２２は周囲光２６の光源２４を含む。周囲光２６の、透明媒体１０の従来のＡＧ上表面１３からの周囲光のいくらかの量の反射を含む、一部は眩光光路ＯＰＧにかけて進む。透明媒体１０による周囲光２６の反射は、視光学系２０には眩光として現れ、よって以降は眩光２６Ｇと称される、反射周囲光２６Ｇを形成する。周囲光２６の一部２６Ｔは透明媒体１０を透過して物空間３２に入る。透明媒体１０を通って進んでいる光２６Ｔ及びその他の光の屈折は、図示の容易さのために、図１では無視されていることに注意されたい。
【００３２】
一例の視光学系２０は結像レンズ２１及び、結像レンズ２１からの像がその上に形成される、像センサ（例えば光検出器）２３を備える。一例の視光学系２０は見る人の（１つまたは複数の）眼である。視光学系２０は物体３０からの光がそれにかけて進む物体光光路ＯＰＯに沿って物体３０を見る。物体光光路ＯＰＯは透明媒体１０を通過する。したがって、物体３０からの物体光３６に付随する波面３６Ｗは、物体光光路ＯＰＯの視空間２２内の部分に沿って進み、物体光光路ＯＰＯは、眩光光路ＯＰＧの視光学系２０に向けられる反射部分に重なる。透明媒体１０を透過して視光学系２０に到達する波面は３６ＷＴと表される。
【００３３】
図１の従来のＡＧ表面１３は、視光学系２０に到達する鏡面反射眩光２６Ｇの量を減じるかまたは無くすように構成される。したがって、眩光光路ＯＰＧの鏡面反射部分は、太破線から細破線への移行によって示されるように、（光散乱により）減衰されているとして示される。しかし、従来のＡＧ表面１３の場合には、透過光波面３６ＷＴが原物体光波面３６Ｗに比較して歪んでいる。この歪は、透過光波面３６ＷＴの位相がＡＧ表面１３によって実質的に変えられるために生じる。この結果、視光学系２０は歪んだ物体３０を見る、すなわち、図１の像入図に示される一例の像３０'のような、歪んだ像を形成する。したがって、従来のＡＧ表面１３を用いると、眩光の低減は物体３０が見られるかまたは結像され得る明瞭度を犠牲にしてなされる。
【００３４】
歪低減防眩（ＤＲＡＧ）構造
図２は本開示にしたがう歪低減防眩（ＤＲＡＧ）構造を有する透明媒体を備える結像システムの構成の一例の説明図及びＤＲＡＧ構造の挿入拡大図である。図２を参照すれば、ＡＧ表面１４は視光学系２０に到達する眩光２６Ｇの量を減じるかまたは無くすように、同時に原波面３６Ｗの位相を実質的に保持することで透過光波面３６ＷＴの光学歪の量も減じるかまたは最小限に抑えるように、構成される。これは、透過光波面３６ＷＴが物体３０から出る原波面３６Ｗと実質的に同じであることで簡略に示される。したがって、ＡＧ表面１４は視光学系２０が、光学歪が減じられているかまたは最小限であり、眩光も減じられている、物体３０を見ることを可能にする。本明細書に用いられるように、術語「ＡＧ表面」は１つ以上の層及び１つ以上の界面を有することができる。
【００３５】
例えば、透過光波面３６ＷＴと原波面３６Ｗの間の位相差（すなわち、光路差またはΔＯＰＤ）はλ/２（半波長）以下、λ/４以下、またはλ/８以下である。すなわち、相対位相差は光路差（ΔＯＰＬ）で定められ、いくつかの実施形態においてはΔＯＰＬ≦λ/２であり、いくつかの別の実施形態においてはΔＯＰＬ≦λ/４であり、また別の実施形態においてはΔＯＰＬ≦λ/４である。ここでλは透過光の波長を表す。光学系２０が基本的に完全な結像特性を有し、ＡＧ表面１４をもつ透明媒体１０がシステム内で潜在的に収差誘発素子としてはたらくとすれば、これらのΔＯＰＤはそれぞれ、０.４，０.８及び０.９５の光学系２０に対するストレール比に相当する。
【００３６】
図２は特定の例のＡＧ表面１４の拡大側面図を示す挿入図を含む。挿入図のＡＧ表面１４の例は基体１２及び第１の表面形状ｈ１(ｘ)、さらに一般には二次元表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)、で定められる第１の表面１４-１を有する。限定ではない例において、第１の表面１４-１はランダムな形状を有する、すなわちランダムな表面粗さを定めることができる。第１の表面１４-１は山Ｐ及び谷Ｖも有することができる。この表面粗さは一次防眩効果に寄与し、よって、表面粗さは特に限定されないがいくらかの所望の反射効果を達成するように最適化することができる。例えば、表面１４-１の粗さはランダムとすることができ、または準ランダムとすることができ、あるいは、半球形、角柱、回折格子、後方反射コーナキューブまたは（後に説明されるような）疑似ランダム「二層」表面のような、反復するかまたは部分的に反復する一次構造を有することができる。また、表面１４-１は、米国特許出願公開第２０１１/００６２８４９Ａ１号、第２０１２/０２１８６４０Ａ１号及び第２０１２/０３００３０４Ａ１号の明細書に説明されているような、横方向空間周波数成分がつくりこまれている準ランダムＡＧ表面とすることができる。これらの明細書はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【００３７】
上記例のＡＧ表面１４は第１の表面１４-１に直接に接していて、第２の表面形状ｈ２(ｘ)、さらに一般には二次元表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)、を有する第２の表面１４-２を定める、透明層１５も有する。限定ではない例において、透明層１５は、光学歪を減じるように構成された透明材料のコーティングによって形成され、よって光学歪低減層１５と本明細書で称される。透明媒体１０及び光学歪低減層１５によって形成される構造は歪低減防眩（ＤＲＡＧ）透明構造１００を構成する。第１の表面１４-１の第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)及び第２の表面１４-２の第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)は以下でより詳細に説明される、
第２の表面形状
上で論じたように、物体光３６に付随する波面３６Ｗは物体３０から透明媒体１０を通って視光学系２０まで物体光光路ＯＰＯに沿って進み、透過光波面３６ＷＴを形成する。透過光波面３６ＷＴにおける光学歪は、第１の表面１４-１だけで形成されるような、不等上表面１４によって与えられる位相変化により、生じ得る。一例の結像レンズ２１は物体光光路ＯＰＯに沿ういずれの点においても像の全ての部分の間に明確な関係を有する。従来のＡＧ表面１３は、視光学系２０によって形成される像を歪ませる、空間依存ランダム位相項を波面３６Ｗに付加する、すなわち、歪んだ透過光波面３６ＷＴ（図１）を形成する。
【００３８】
一実施形態例において、本開示のＡＧ表面１４は、従来のＡＧ表面１３に付随する物体光の通常の光学歪を減じるかまたは無くためにはたらき、よって、視光学系２０による物体３０の一層正確な像の形成を可能にする、光歪低減層１５によって補償位相項を付加するように構成される。同時に、本開示のＤＲＡＧ表面１４は眩光２６Ｇに対する防眩効果を実質的に維持する。
【００３９】
光学歪が低減されているＡＧ表面に対する数学的基礎
ＡＧ表面１４によって生じる像光学歪は、透明媒体１０を通して波面３６Ｗを伝搬させる、フーリエ光学モデルを用いて記述することができる。モデルはＡＧ表面１４を、光位相φ(ｘ,ｙ)を有するとして記述する。第１の表面１４-１を有するＡＧ表面１４に対し、波面３６Ｗの伝搬にともなう電場Ｅは式１：
【００４０】
【数１】
2019008303.tif 000003
【００４１】
で近似することができる。ここで、Ｅ前は粗表面１４-１の直前の電場を表し、Ｅ後は粗表面１４-１の直後の電場を表し、ｎ１及びｎ３は粗面の両側の屈折率を表し、λは物体光３６の波長を表し、ｔは定基準平面を表し、ｈ１(ｘ,ｙ)は上述した第１の表面についての表面粗さの高さプロファイルを表す。
【００４２】
基準平面ＲＰまたはｔ（図２の挿入図を見よ）は位相及び、ｈ１(ｘ,ｙ)とｈ２(ｘ,ｙ)をそこから測定することができる、位置に対する基準を与えるために用いることができる。基準平面ＲＰ及びｔの位置は、空間的に不変な位相項は像歪を生じさせないであろうから、いずれもが粗面の前後（すなわち上下）で同じ距離にあれば、任意である。例えば、式１における一状況を概念的に説明するため、基準平面ＲＰは粗表面の下にあることができ、ｈ１(ｘ,ｙ)及びｈ２(ｘ,ｙ)はＲＰに関して正の値を有することができ、基準面ｔは粗表面の上にあって、式１におけるように、粗表面上方の大気空間の距離を定めるために用いられ得る。像の光学歪を無くすためには、φ(ｘ,ｙ)＝定数＝φ０であることが必要であり、これは続いて、第２の表面１４-２が存在しなければ、ｈ１＝定数（すなわち、平滑表面がある）またはｎ１＝ｎ３（すなわち、表面がない）ことを意味する。
【００４３】
しかし、第２の表面１４-２が存在するような光学歪低減層１５が存在する場合、透明媒体１２の基体が屈折率ｎ１を有し、透明層１４-２が屈折率ｎ２を有し、透明層に隣接している視空間２２が屈折率ｎ３を有する媒質からなっていて、条件ｎ３＜ｎ１＜ｎ２が満たされていれば、式２：
【００４４】
【数２】
2019008303.tif 000004
【００４５】
が導かれる。
【００４６】
無光学歪結像に対するφ(ｘ,ｙ)＝定数＝φ０という要件によって、第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)に関し、第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)について式２を、式３：
【００４７】
【数３】
2019008303.tif 000005
【００４８】
と解くことが可能になる。
【００４９】
すなわち、第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)は、関係式ｈ２(ｘ,ｙ)＝ψ(ｘ,ｙ)を介する、第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)のスケーリング形である。ここでスケーリング因子は：
2019008303.tif 000006
【００５０】
であり、ｃは任意定数を表す。ｈ２(ｘ,ｙ)が至る所でｈ１(ｘ,ｙ)以上であるという物理的要件を満たすには、定数ｃについて最小値、式４：
【００５１】
【数４】
2019008303.tif 000007
【００５２】
を指定することが必要である。ここで、ｈ１(最大)は、所与の構造に対して、表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)の包括的最大高さに等しい。定数ｃが式４の上記最小値項：
2019008303.tif 000008
【００５３】
に精確に等しい場合、これは、ｈ１(ｘ,ｙ)の山位置において（ｈ１(ｘ,ｙ)＝ｈ１(最大)である空間位置において）ｈ２＝ｈ１である、特別な場合に対応する。
【００５４】
物理的に、これはｈ１(ｘ,ｙ)の山がその上面にいかなる付加コーティング材料も有していない従前及び以降の図面及び実施例の多くに示される特別な場合である。ｃが式４における最小値項より大きくなり得る−これは構造の表面にわたる全ての位置において光路長に一定のオフセットを付加するだけである−ことにも注意されたい。
【００５５】
最終結果は、光学歪コーティング層１５を構成している材料が第１の表面１４-１の谷Ｖを、それぞれの深さ及び形状に依存するコーティング層厚で、ある程度埋めることである。コーティング層１５を構成している材料の屈折率ｎ２が低くなるほど、益々厚いコーティング層が谷Ｖ内にあることが必要になる。したがって、光学歪低減層１５は第１の表面１４-１の上面に準共形層を形成すると考えることができる。
【００５６】
ＡＧ表面に対する条件ｎ３＜ｎ１＜ｎ２が満たされている場合、スケーリング因子ψは１より小さく、これにより、第２の表面１４-２の二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗さは第１の表面１４-１のＲＭＳ粗さより小さくなる。これが、構造の谷が屈折率ｎ２を有する高屈折率材料である程度埋められている、図２の挿入図に示される状況である。ＡＧ表面１４における高屈折媒質の存在は若干異なる反射／透過ヘイズ特性をもたらすであろう。これらの修正ＡＧ構造はＡＧ表面１４の設計において考慮され得る。
【００５７】
例えば、光透過構造は、
透明媒体１０の第１の表面１４-１によって定められ、第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)を有する、第１のＡＧ表面、
第１の表面に直接に接していて、屈折率ｎ２＞ｎ１を有し、第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)を有する第２の表面１４-２を定める、光学歪低減層１５，及び
第１の表面と逆側の第２の表面に直接に接し、屈折率ｎ３を有する、媒質、
を有する。ここで、ｎ３＜ｎ１であり、
2019008303.tif 000009
【００５８】
である。すなわちｈ２は(ｎ２−ｎ１)/(ｎ２−ｎ３)・ｈ１(ｘ,ｙ)の５０％以内である。別の実施形態においては、
2019008303.tif 000010
【００５９】
であることが好ましい。すなわちｈ２は(ｎ２−ｎ１)/(ｎ２−ｎ３)・ｈ１(ｘ,ｙ)の８０％以内である。
【００６０】
（屈折率がｎ２の低屈折率材料が第１の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)の谷を埋めている）別の条件ｎ３＜ｎ２＜ｎ１においても上の式３及び式４は成立するが、式４の最小定数値を適用する必要があり得る。これは第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)の山より高くまで上昇する第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)の山を生じさせるであろう。この特別な場合、ｈ２(ｘ,ｙ)の山は一般にｈ１(ｘ,ｙ)の谷の上方にあるであろう。ｈ２(ｘ,ｙ)は至る所でｈ１(ｘ,ｙ)以上であるから、ｈ２(ｘ,ｙ)の山は構造全体の山に対応する。
【００６１】
本明細書では、光学歪低減層１５が下側の透明媒体１０より低い屈折率を有するＤＲＡＧ構造１００の例が例証として強調される。この場合、透明媒体１０の屈折率より低い屈折率を有する光学歪低減層１５の場合に対し、すなわち条件ｎ３＜ｎ２＜ｎ１に対し、ＡＧ表面１４を構成することができる。この状況に対して、図２に示されるような原表面１４-１の谷は、ここでは、光学歪低減層１５が図３Ａに示されるように谷が最も深い所で最も高くなるバンプを形成するように、不十分に埋められるのではなく過剰に埋められる。図３Ａは、場合ｎ３＜ｎ２＜ｎ１に対するＤＲＡＧ構造の例を含む、図２の挿入拡大図を示すプロットである。図３Ｂは、歪低減層の上面に反射防止（ＡＲ）層を含む、図２の挿入拡大図を示すプロットである。
【００６２】
ＡＧ表面１４の図２の例では、表面の山Ｐに付加コーティング材料がほとんどまたは全く無い。しかし、図３を参照すれば、一実施形態例において、ＡＧ表面１４にともなう低減された光学歪に強い影響を与えずに、別のコーティング層１７をコーティング層１５に（及び、第１の表面１４-１の露出部分のいずれにも）直接に接して付加することができる。例えば、コーティング層１７は、それによって防眩特性及び反射防止特性のいずれをも透明媒体１０に与えるための、（例えば複数のサブ層からなることができる）反射防止（ＡＲ）コーティングとして構成することができる。
【００６３】
一実施形態例において、ＡＧ表面１４は、像の光学歪が基本的に全く存在しないように設計することができる。これはφ(ｘ,ｙ)が実質的にまたは全く一定であることを要請することによって達成することができる。しかし、実際上、（ゼロに等しいことを含めて）全く一定であるφ(ｘ,ｙ)が得られる態様でＡＧ表面１４を作成することは困難である。しかし、本開示の一態様は透明媒体１０による像光学歪の低減に向けられ、多くの用途においては、完全な低減より、またはほぼ完全な低減よりさえも、ある程度の低減が容易であり、実施の費用効果が高いことを認識している。
【００６４】
すなわち、一実施例においては、式３が正確に満たされる必要はない。したがって、表面にわたる残留位相Δφ(ｘ,ｙ)の統計を式５：
【００６５】
【数５】
2019008303.tif 000011
【００６６】
によって調べることができる。
【００６７】
正確な位相整合のため、Δφｒｍｓ＝０であるように、Δφ(ｘ,ｙ)＝Δφ０と指定され、ここでΔφｒｍｓはΔφ(ｘ,ｙ)の二乗平均平方根を表す。コーティングが式３を正確には満たしていない場合、例えば、光学歪の量の実質的な低減を達成するため、Δφｒｍｓは近似的に約２π/１０より小さいことが必要になり得る。
【００６８】
本開示の実施形態には、不連続な第１の表面１４-１及び第２の表面１４-２を必ずしも有していない構成を含めることができる。すなわち、別のアプローチにおいて、透明媒体１０はテクスチャ構造化表面１４-１を有することができる。このタイプの表面が反射及び透過においてどのように振る舞うかを見るため、テクスチャ構造化表面１４-１によって、またバルク屈折率変調によっても、導入される光位相変調が、式６：
【００６９】
【数６】
2019008303.tif 000012
【００７０】
で与えられる。ここで、ｈ１(ｘ,ｙ)はテクスチャ構造化表面１４-１のトポロジーを表し、ｎ１はバルク材料の平均屈折率を表し、ΔＯＰＬバルク(ｘ,ｙ)は、バルク光路長の方向（すなわ、例えば、図２に示されるように、Ｚ方向）における積分、式７：
【００７１】
【数７】
2019008303.tif 000013
【００７２】
によって定められるような、バルク光路長変化のトポロジーを表す。
【００７３】
反射周囲光２６についての反射時の位相は、少なくとも第１近似では、第１の表面１４-１の表面粗さの関数である、
2019008303.tif 000014
【００７４】
で与えられる。したがって、第１の表面１４-１は、眩光２６Ｇの量を減じるため、周囲光２６の反射時に所望の散乱特性を与える表面形状で構成することができる。
【００７５】
透過光３６に対する位相は、表面粗さ及びバルク屈折率の変化のいずれにも依存する、位相φＴ(ｘ,ｙ)と表され、
2019008303.tif 000015
【００７６】
で与えられる。したがって、第１の表面１４-１の表面テクスチャ（形状）にともなう位相変化を関係式８ａ〜８ｃ：
【００７７】
【数８】
2019008303.tif 000016
【００７８】
によって補償する。バルク屈折率変化ｎバルク(ｘ,ｙ,ｚ)−ｎ１を定めることが可能である。ここで、位相定数はゼロに選ぶことができる。
【００７９】
式８ａ〜８ｃは表面ｈ１(ｘ,ｙ)によって生じる位相歪を補償する理想バルク屈折率変化を定める処方を与える。ｎ３がｎ１より小さい場合、式７で定められるバルク光路長変化は、ｈ１(ｘ,ｙ)が山を有する領域においてゼロより小さく、ｈ１(ｘ,ｙ)が谷を有する領域においてゼロより大きいであろう。屈折率に関し、これはバルク屈折率が、ｈ１(ｘ,ｙ)が山を有する領域においてｎ１より小さく、ｈ１(ｘ,ｙ)が谷を有する領域においてｎ１より大きいことを意味する。屈折率変化の正確な性質（すなわち屈折率の大きさ及び空間広がり）は式７で定められる。屈折率変化は局所的に一定であり得る（すなわち、孤立し得る）が、屈折率がより高いかまたはより低い領域を有することができ、あるいは、屈折率の勾配で表すことができる。すなわち、屈折率の大きさは空間的に変化することができる。
【００８０】
両面ＡＧ構造
多くのＡＧ応用においては、透明媒体の一方の表面１４または１８だけにＡＧ特性が必要である。そのような応用においては、第２の表面１８は、この表面を別の透明媒体に屈折率整合させることで、実効的に無くすことができる。しかし、この第２の表面１８で表面にわたる屈折率不整合のために反射がおこり得る場合、この表面にともなう反射像を無くすために、ＡＲコーティングまたはＡＧコーティングが用いられなければならない。両面ＡＧが必要であり得る応用には窓、透明ディスプレイ及び、空隙によって隔てられた、透明媒体があるが、これらには限定されない。
【００８１】
図４は一例の両面ＤＲＡＧ構造を有する透明媒体を含む結像システムの一構成例の説明図である。図４を参照すれば、上表面１４と同様、下表面１９の位相歪をＤＲＡＧ構造１００において無くすことができる。両面ＤＲＡＧ構造を設計するための手順は上述と同じであり、この「反転」シナリオにおいては屈折率及び高さを定めるために注意が払われるべきである。
【００８２】
上表面または外表面１４と下表面または内表面１８の間の一つの違いは、十分なＡＧ散乱を得るための表面粗さに関する要件である。低散乱に対する簡単なモデルは式９：
【００８３】
【数９】
2019008303.tif 000017
【００８４】
で与えられる。ここで、Δｎ＝２ｎiであり、ｎiはそこから散乱面に光が入射する媒質の屈折率を表し、δｒｍｓは表面粗さの二乗平均平方根値を表す。外表面に対して、ｎiはｎ３になるであろう。この場合、媒質は一般に空気であり、ｎ３＝１である。しかし、内表面１８に対して、屈折率ｎiはｎ１になるであろう。この場合、媒質は一般にｎ１＝１.５の透明誘電体である。
【００８５】
したがって、同じ表面粗さに対し、上表面１５における散乱は、屈折率が低いことから、１/２.２５になるであろう。それぞれの表面から同等のレベルの散乱が必要であれば、外ＤＲＡＧ表面１４には内ＤＲＡＧ表面１８より１.５倍大きいＲＭＳ粗さδｒｍｓが必要になるであろう。ＡＧ過程をさらに詳細に説明するには光散乱のさらに複雑なモデルが必要であるが、当業者であれば、両面ＡＧ基板１００に関する２つのＤＲＡＧ層１４及び１８の最適化に対する指針として式９を用いることができよう。
【００８６】
４は、上表面１４及び下表面１８のいずれにも位相補正表面の形成が必要である、両面ＤＲＡＧ構造１００の一実施形態例を示す。同レベルのＡＧ性能に対して、下表面１８には、領域１２の屈折率が領域２２の屈折率に比較して高いことから、上表面１４より小さい表面粗さが必要である。領域１２が、屈折率が１.５に近いガラスまたは高分子材であり、領域２２が、屈折率が１の空気であるとすれば、表面１４と表面１８の表面粗さの間の比はほぼ(１.５)２すなわち２.２５である。
【００８７】
上述では最適化された両面ＤＲＡＧ構造を説明したが、いくつかの場合では作製の容易さのため、透明基板１００の両面に同等のＤＲＡＧ構造を形成することが望ましいであろう。この場合でも、本開示の基本原理は成立し、それぞれの表面の表面粗さは、最適化される場合に厳密に必要な総散乱量よりも総散乱量が大きくなるとしても、それぞれの表面に当たるいずれの方向からの全ての反射光について実質的に全ての鏡面反射が排除されるように、十分に大きく（例えば約８０ｎｍＲＭＳより大きく）なるようにそれぞれの表面の表面粗さを選ぶことができる。この構造は透明物品の両側で見る人に対して実質的に全ての鏡面反射を減じるかまたは無くし、同時に透過で見られる低減された光学像歪を維持するであろう。
【００８８】
光学モデル
本明細書に開示される実施形態の動作は光学モデルを用いて説明されるように理解され、実施され得る。そのようなモデルの一例は、当該光学効果を考慮する有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）によるマクスウエル方程式の完全ベクトル解を利用する。
【００８９】
図５Ａは、第１の表面が正弦型であってコーティングされていない従来のＡＧ表面である、透明媒体の一例を示しているプロットである。図５Ｂは、正弦型の第１の表面が図５Ａの表面と同じであり、透明媒体による無歪結像に対する条件を満たすＤＲＡＧ構造を有する第２の表面を定める光学歪低減層をさらに有する、透明媒体を示しているプロットである。図５Ａを参照すれば、図は第１の表面１４-１が、正弦型であり、コーティングされていない、従来のＡＧ表面である、透明媒体１０を示す。図５Ｂは、第２の表面１４-２を定め、上式３の無光学歪む結像要件を満たす、光学歪低減層１５を正弦型の第１の表面１４-１が含む、透明媒体１０を示す。透明媒体１０は屈折率ｎ１＝１.５を有するガラス基板としてモデル化され、光学歪低減層１５は屈折率ｎ２＝２.０を有する。図５Ａ及び５Ｂは、垂直入射における（すなわち、下表面１８に平行な平面波による）、それぞれの構造を通過途上の単位電場強度の一平面波面３６Ｗも示す。一平面波面３６Ｗは物体（図示せず）からの光３６のパルスを表す。Ｘ方向及びｙ方向が、μｍ単位で、示される。
【００９０】
図６Ａは図５Ａの透明媒体を通過している波面に対する有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）シミュレーション結果を示しているプロットである。図６Ｂは図５Ｂの透明媒体に対するＦＤＴＤシミュレーションを示しているプロットである。図６Ａを参照すれば、透明媒体１０を通過している波面３６ＷＴに対するＦＤＴＤシミュレーション結果が示されている。図６Ｂは光学歪低減層１５を有する透明媒体１０についての対応するシミュレーションを示す。プロットには反射波面３６ＷＲも示されている。図示の容易さのため、透明媒体１０及び透明媒体と光学歪低減層１５の複合構造はそれぞれ図６Ａ及び６Ｂから省かれている。透過波面３６ＷＴ及び反射波面３６ＷＲの相対電場強度輪郭線のいくつかが示され、これらの波面は電場強度のスナップショットを表す。
【００９１】
図６Ａの透過波面３６ＷＴ及び反射波面３６ＷＲは明らかに歪んでいることが分かる。反射波面３６ＷＲの強度は透過波面３６ＷＴの強度より実質的に低い。図６Ａのそれぞれ対応する波面に比較すると、図６Ｂの透過波面３６ＷＴは実質的にフラットである（透過における低歪を実証している）が、図６Ｂの反射波面３６ＷＲはまだ若干歪んでいる（反射における有益なＡＧ効果を実証している）。物体光３６の連続ビーム及び３０°までの高入射角に対して、同様の結果が得られた。
【００９２】
図７Ａは、光学歪低減層を含んでいない、比較的複雑な従来の第１の表面を有する透明媒体の一例の略図である。図７Ｂは図７Ａの第１の表面を有し、ＤＲＡＧ構造を形成するための光学歪低減層を含む、透明媒体の一例の略図である。図８Ａは図７Ａの透明媒体による透過平面波及び反射平面波の説明図である。図７ＢはＤＲＡＧ構造による透過平面波及び反射平面波の説明図である。図７Ａ，７Ｂ，８Ａ及び８Ｂを参照すれば、図７Ａは、光学歪低減層１５を含んでいない、一層複雑な第１の表面１４-１を有する透明媒体の一例の略図を与え、図７Ｂは、図７Ａと同様であるが、光学歪低減層を含む。図８Ａは透過平面波３６ＷＴ及び反射平面波３６ＷＲ示し、透過波は、第１の表面１４-１の構造によって誘発された、かなりの光学歪を有している。対照的に、図８Ｂの透過平面波３６ＷＴは実質的に平坦であり、高周波成分はＦＤＴＤ計算の数値サンプリングの痕跡である。
【００９３】
図３Ｂに関連して上で論じたように、高屈折率光学歪低減層の存在は視光学系２０に到達し得る眩光２６Ｇの量を増やすことができる。これが望ましくない状況においては、上述したＡＲコーティング層１７の付加（図３Ｂ）によって眩光２６Ｇの量を減じることができる。ＡＲコーティング層１７の厚さは第２の表面１４-２の変化する高さｈ２(ｘ,ｙ)の関数として変わるであろうから、ＡＲ効果もある程度変わるであろう。したがって、眩光２６Ｇの総量は、平均では減じられるが、空間的変動を有する傾向があるであろう。
【００９４】
図９は、第１の表面上の高屈折率光学歪低減層及び第２の表面上の一例のＡＲコーティング層を含む表面粗さプロファイルについての、ＤＲＡＧ構造の一例のプロットである。図１０は図９の例のＤＲＡＧ構造の面内位置の関数としての近視野反射率及び平均反射率のプロットである。図９を参照すれば、高屈折率光学歪低減層１５が第１の表面１４-１上に載ることができ、一例のＡＲ被覆層１７が第２の表面１４-２上に載ることができる。縦軸及び横軸の単位はμｍである。図１０は近視野反射率及び平均反射率を図９の例のＤＲＡＧ構造１００の面内位置の関数としてプロットしている。ぎざぎざの曲線Ｃ１は無ＡＲコーティング層の場合について表面上〜１００ｎｍで測定した近視野反射率を表す。太い横線Ｌ１は表面上の１５０μｍの範囲の位置にわたる平均反射率を表す。ぎざぎざの曲線Ｃ２及び対応する横線Ｌ２は、屈折率が：
2019008303.tif 000018
【００９５】
のＡＲコーティング層１７の場合についての、同じ近視野反射率及び平均反射率を表す。ＡＲコーティング層１７の膜厚はｔ＝５００ｎｍ/(４・ｎＡＲ)である。したがって、図１０のプロットにおける低められた反射率は、一例のＡＲコーティング層１７が用いられた場合の、眩光２６Ｇの変化の実質的な低減に相当し得る。
【００９６】
図１１は、図９の例のＤＲＡＧ構造についての、２つの異なるＡＲコーティング（層）に対する光の波長の関数としての平均反射率のプロットである。図１１を参照すれば、図９のＤＲＡＧ構造についての周囲光２６の波長（ｎｍ）の関数としての平均反射率Ｒ（％）のプロットが、ｎＡＲが：
2019008303.tif 000019
【００９７】
の理想ＡＲコーティング層１７（破線）の場合に対して、またＭｇＦ２コーティング（ｎＡＲ＝１.３８０）（実線）の場合に対しても、与えられている。いずれの場合にも、ｎ２＝１.６５であり、ＡＲコーティング層１７の膜厚ｔはｔ＝５００ｎｍ/(４・ｎＡＲ)にとられている。図１１のプロットは、４５０ｎｍから６５０ｎｍの反射率が１.５％より小さいことを示すが、これはまだ、５００ｎｍの設計波長における理想ＡＲコーティング屈折率に対する、〜０.２％よりかなり大きい。しかし、ＡＲコーティング層１７が付加されずに高屈折率光学歪低減層１５が存在する場合に得られる６.５％の反射率よりはかなり小さい。
【００９８】
作製方法例
図１２Ａから１２Ｄは、非濡れ性材料をマスク層として用い、高屈折率材料を光学歪低減層として用いる、ＤＲＡＧ構造の作製の実施形態の簡略な説明図である。図１２Ａ〜１２Ｄを参照すれば、これらの図は透明媒体１０を用いてＤＲＡＧ構造１００を作製する、限定ではない、方法を説明する拡大断面図を示す。図１２Ａを参照すれば、第１の表面１４-１がテクスチャ構造化されている透明媒体１０が提供される。第１の表面１４-１は、サンドブラスト、エッチング、ラッピング、型押し、スタンピング、研削、マイクロマシニング、等のような既知の方法を用いる様々な態様で形成することができる。
【００９９】
第１の表面１４-１は次いで、表面を非濡れ性にする疎斥性材料を含む、コーティング層１１０でコーティングすることができる。コーティング層１１０のための材料の例には、液形態でスピンコートすることができる、疎斥性シランがあるが、これには限定されない。コーティング層１１０は、用いられる特定の材料に依存して、スプレー、ディップコーティング、物理蒸着及びスピンコーティングのような、いずれか既知の手段を用いて被着することができる。
【０１００】
図１２Ｂを次に参照すれば、山Ｐを囲む領域を除いてコーティング層１１０が第１の表面１４-１から除去され、よって山頂部にコーティング部１１０Ｐが残る。これは、例えば、いくつかを挙げると、レーザ処理によるか、露光法によるかまたは熱処理（例えば、ベーキング、熱照射、等）によって達成することができる。別の実施形態において、コーティング層１１０は、例えば、スタンピング及びマイクロコンタクトプリンティングのような方法を用いて、それぞれの山Ｐを囲む領域に被着することができる。
【０１０１】
図１２Ｃを次に参照すれば、山Ｐが非濡れ性材料部分１１０Ｐでコーティングされてしまうと、屈折率がｎ２の、比較的屈折率が高い（すなわち、ｎ２＞ｎ１の）材料の光歪低減層１５が、例えば湿式コーティングプロセスを用いて、被着される。山にある材料部分１１０Ｐは非濡れ性であるから、層１５のための湿性材料は山Ｐから滑り落ちて、谷Ｖを埋めるであろう。表面張力が谷Ｖを埋める層１５の材料にメニスカスを生じさせ、メニスカスが層１５に第２の表面１４-２を定めさせ、第２の表面１４-２は図３の第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)を少なくとも近似することに注意すべきである。層１５の材料は、例えば、水性または非水性の高分子材溶液、無溶剤のモノマーまたはポリマーの混合物、あるいは、水性または非水性の、ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２のような、ゾル−ゲル材料、あるいはこれらの混合物または技術上既知のその他の材料とすることができる。層１５は次いで、第１の表面ｈ１(ｘ,ｙ)上の所定の位置にとどまるように、（例えば、乾燥、熱硬化、ＵＶ硬化、等により）固結及び固化される。
【０１０２】
図１２Ｄを次に参照すれば、次いで山Ｐ上の非濡れ性材料部分１１０Ｐが除去されて（例えば、適する溶剤、プラズマクリーニング、ＵＶオゾンまたは加熱処理を用いて剥ぎ取られて）、最終のＤＲＡＧ構造が形成される。
【０１０３】
図１３Ａから１３Ｃは、光学歪低減層として高屈折材料を選択的に被着するためにインクジェットプリンタヘッドを用いる、ＤＲＡＧ構造を作製する別の実施形態の簡略な説明図である。図１３Ａから１３Ｃを参照すれば、テクスチャ構造化された第１の表面１４-１を有する透明媒体１０を用いる、ＤＲＡＧ構造１００の作製方法の別の例が示されている。図１３Ａは透明媒体１０及びそのテクスチャ構造化された第１の表面１４-１の拡大された断面を示す。図１３Ｂを次に参照すれば、高屈折率材料１４０を第１の表面１４-１上に液滴１４２として選択的に被着することができる。一例において、液滴１４２は、ノズル１５２を有するインクジェットプリンタヘッド１５０を用いて、第１の表面１４-１に向けて投射される。インクジェットプリンタヘッド１５０は、図１３Ｃに示されるような、上式３にしたがう第２の表面１４-２を形成するパターンを第１の表面１４-１上につけるため、プログラマブルコントローラ１５４で制御することができる。
【０１０４】
第１の表面１４-１のテクスチャ構造を定める第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)は、共焦点顕微鏡、干渉計、原子間力顕微鏡、表面粗さ計または同様の表面形状測定装置を用いて測定することができる。第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)は次いで、透明媒体１０及び材料１４０のそれぞれの屈折率ｎ１及びｎ２とともに、コントローラ１５４に与えることができる。コントローラ１５４は、この情報を処理して、材料１４０でつくられ、表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)によって実質的に定められる第２の表面１４-２を有する、透明層１５を形成するために材料１４０を被着するようにインクジェットプリンタヘッド１５０に指令する。得られるＤＲＡＧ構造１００が図１３Ｃに示される。
【０１０５】
図１４Ａから１４ＤはＤＲＡＧ構造を作製する別の実施形態の簡略な説明図である。図１４Ａから１４Ｄを参照すれば、概ね平坦な第１の表面１４-１を有する透明媒体１０を用いる、ＤＲＡＧ構造１００を作製する方法の別の例が示されている。図１４Ａ及び１４Ｂを参照すれば、透明媒体１０の第１の表面上に相コーティング１２０を被着することができる。相コーティング１２０は、最終的に相分離して、それぞれ高屈折率及び低屈折率（したがって異なる光位相）を有する異なる領域１２２Ｈ及び１２２Ｌを形成する材料で配合することができ、領域は空間的に実質的にランダムに分布される。この相分離は溶液相でおこることができ、相分離は、以下で説明されるように、溶剤または溶剤−溶質不混合によって促進することができ、あるいは固相−固相分離としておこることができる。一例の相コーティング１２０は、高屈折率の領域１２２Ｈのエッチング速度が低屈折率の領域１２２Ｌのエッチング速度より高いという特性を有する。
【０１０６】
図１４Ｃを参照すれば、矢印で簡略に示されるエッチングピロセス１３０を用いて相コーティング１２０がエッチングされる。エッチングプロセス１３０は高屈折率領域１２２Ｈを構成している材料を、低屈折率領域１２２Ｌ材料を構成している材料より高速で除去するように作用する。得られるＤＲＡＧ構造が図１４Ｄに示される。
【０１０７】
図１５Ａから１５ＤはＤＲＡＧ構造を作製する別の実施形態の簡略な説明図である。図１５Ａから１５Ｄを参照すれば、概ね平坦な第１の表面１４-１を有する透明媒体１０を用いる、ＤＲＡＧ構造１００を作製する方法の別の例が示されている。この方法は相コーティング１２０を用いる点で上に記述した方法と同様である。しかし、この方法例の相コーティング１２０の領域１２２Ｈは、低屈折領域１２２Ｌより、大きな熱固結（すなわち、対応する焼結による収縮）性向による一層高い屈折率を有する。したがって、相コーティング１２０が被着され（図１５Ａ）、相分離がおこされた（図１５Ｂ）後、図１５Ｃに示されるように、相コーティングに熱１４３が印加される。熱１４３は相コーティング１２０を焼結及び固結させ、領域１２２Ｈと１２２Ｌは異なる速度で固結し、特に、低屈折領域１２２Ｌは高屈折領域１２２Ｈよりも固結／収縮率が低い。この固結／収縮率の違いは、例えば、高屈折材料が低屈折材料より低いガラス転移温度または融点を有するように相コーティング１２０を細工することによるか、または領域１２２Ｈの高屈折材料がより大きな、加熱時に収縮する、空孔体積を有するように細工することによって、達成することができる。これは、続いて、相コーティング１２０に波打形状をとらせ、この結果、図１５Ｄに示されるＤＲＡＧ構造１００が得られる。
【０１０８】
図１６Ａから１６Ｈは、イオン交換プロセスを用いる、ＤＲＡＧ構造を作製するいくつかの実施形態の簡略な説明図である。図１６Ａから１６Ｈを参照すれば、平坦な第１の表面１４-１を有する透明媒体１０を用いる、ＤＲＡＧ構造１００の作製方法の別の例が与えられている。初めに図１６Ａを参照すれば、透明媒体１０の第１の表面１４-１上にフォトマスク材料１７０が被着される。フォトマスク材料の例には、フォトリソグラフィで用いられるような、フォトレジストがある。フォトマスク材料１７０は感光性であり、よって活性化光（化学光）に露光されると、露光された材料は選択的に除去することができて、マスクパターンが残る。フォトマスク材料には、露光された材料が残り、露光されていない材料が除去される、ネガ型フォトレジストを含め得ることに注意すべきである。
【０１０９】
図１６Ｂを参照すれば、化学光１７６を用いてフォトマスク材料１７０を選択的に露光することができる。例えば、レチクルを通してフォトマスク材料１７０に化学光１７６を向けることができ、別の例では、選ばれた走査パターンを用いて化学光で走査することができる。露光されたフォトマスク材料１７０は次いで処理されて（例えば現像されて）、図１６Ｃに示されるように、フォトマスクパターン１７０Ｐを形成する。
【０１１０】
図１６Ｄを参照すれば、図１６Ｃの構造がエッチングプロセス１３０にかけられる。フォトマスク材料１７０はエッチングに耐えるから、エッチングプロセス１３０は残っているフォトマスク材料１７０の間の隙間１７１において透明媒体１０の第１の表面１４-１を彫り込む。この結果、図１６Ｅに示されるように、隙間１７１があった露光領域において第１の表面１４-１に窪み１８０が形成される。窪み１８０は、比較的急峻で、実質的に垂直な側壁を有する、特定なタイプの谷Ｖと考えることができ、透明媒体１０の第１の表面１４-１のエッチングされていない領域は、実質的に平坦な（水平な）、特定のタイプの山Ｐと考えることができる（例えば、図１２Ａを見よ）。
【０１１１】
図１６Ｆを次に参照すれば、例えばイオン交換液層２００が図１６Ｅの構造上に被着される、イオン交換プロセスが実施される。イオン交換液層２００は透明媒体１０の基体１２内の別のイオン２０４と交換されるイオン２０２を含む。例えば、イオン交換プロセスは、例えば炉またはオーブン内において、高温で実施することができる。イオン交換プロセスはイオン２０２とイオン２０４が交換された場所において透明媒体の屈折率を変えるように作用する。イオン交換液層２００内のイオン２０２の例にはカリウム及び銀がある。透明媒体１０の例にはガラスを含めることができる。
【０１１２】
いくつかの場合、フォトレジストでパターン形成された別のまたは追加のマスク材料を用いる必要があり得る。ここで、別のマスク材料は高温イオン交換中の耐久性拡散バリアとしてはたらく。そのような耐久性材料には、物理蒸着または化学的気相成長法のような既知の方法によって被着することができる、様々な緻密な酸化物及び、窒化ケイ素のような、窒化物を含めることができる。
【０１１３】
図１６Ｇを次に参照すれば、イオン交換プロセスの実施後、得られた構造は透明媒体基体１２内に、第１の表面１４-１に隣接し、窪み１８０に位置合わせされた、イオン交換領域２１０を有することができる。イオン交換領域２１０は透明媒体基体１２の屈折率ｎ１より高い屈折率ｎ２を有する。図１６Ｈを参照すれば、イオン交換プロセスが完了すると、残っていたフォトマスク材料１７０が既知の方法を用いて除去される。
【０１１４】
図１７Ａから１７Ｄは、エッチングで形成された窪みに高屈折材料が被着される、ＤＲＡＧ構造を作製する実施形態の簡略な説明図である。図１７Ａから１７Ｄを参照すれば、図１６Ａから図１６Ｈに示される方法例と同様のＤＲＡＧ構造１００を作製する方法の別の例が与えられている。この方法例では、図１６Ａから１６Ｅに関連して上述した工程と同じ工程にしたがって、図１７Ａの構造に到達することができる。ここで、窪み１８０は図１６Ｅの窪みより深いとして示される。限定ではない一例において、窪み１８０は実質的に垂直な側壁１８１を有することができ、第１の表面１４-１は実質的に平坦な区画を有することができる（例えば図１７Ａを見よ）。
【０１１５】
図１７Ｂにおいて、窪み１８０内に（気相コーティング法または液相コーティング法により）光学歪低減層１５を被着することができる。図１７Ｃを参照すれば、第１の表面１４-１からフォトマスク材料１７０を除去して、ＤＲＡＧ構造１００を形成することができる。図１７Ｄは図１７Ｃと同様であり、窪み１８０内の層１５の例が、液相コーティングの自然フロー挙動によって導かれ得る、メニスカス形状を有する実施形態例を示す。一例において、第１の表面１４-１は、フォトレジストマスク材料１７０が載っていた平坦区画を有する。
【０１１６】
図１８Ａは、パルスレーザによる局所加熱を用いて透明媒体の表面にガラスバンプを形成することでＤＲＡＧ構造を作製する別の実施形態を示す、透明媒体の一例の断面図である。図１８Ａを参照すれば、第１の表面１４-１を急速にかつ局所的に加熱するに十分なパワーを有するパルスビームで照射されている透明媒体１０が示されている。透明媒体１０の第１の表面１４-１は、レーザビーム３００のパルスの印加後、急速に冷却することができる。局所加熱は透明媒体１０の局所的な軟化及び膨張を生じさせることができ、急速冷却時に、初めのガラスより大きな体積をもつ低密度または高仮想温度の領域は所定の場所に凍結され、よって山Ｐをもつバンプ３１０が形成される。バンプ３１０の大きさは第１の表面１４-１に与えられた加熱の量に比例する。したがって、バンプ３１０はテクスチャ構造化表面１４-１を定めることができ、バンプ３１０の屈折率は透明媒体１０の加熱の影響を受けていない基体１２の屈折率より低い。
【０１１７】
局所加熱の印加前の元の平坦表面１４-１がＤＲＡＧ構造１００に破線で示されている。関連材料及び、局所加熱及び急速冷却を用いるバンプ３１０の形成を説明している、方法は、名称を「ガラスベース微細位置決めシステム及び方法(Glass-based micropositioning systems and methods)」とする、米国特許第７４８０４３２号の明細書、及び、名称を「光学アセンブリのためのマイクロレンズ及び関連する方法(Microlenses for optical assemblies and related methods)」とする、米国特許第７５０５６５０号の明細書に開示されている。これらの明細書はそれぞれの全体が参照として本明細書に含められる。
【０１１８】
図１８Ｂは図１８Ａに示される様々な大きさのガラスバンプを形成するためにレーザビームによって処理されている、透明媒体の一例の斜視図である。図１８Ｂを参照すれば、例えば、強度が変えられながら異なる場所に（矢印３０２で示されるように）走査されているレーザビーム３００で処理され、よって図１８Ａに示されるような様々な大きさのバンプ３１０が形成されている、透明媒体１０が示されている。
【０１１９】
図１９Ａから１９Ｆは、透明媒体上に被着されて相構造を形成する親和性材料及び疎斥性材料を用いる、ＤＲＡＧ構造を作製する実施形態の簡略な説明図である。図１９Ａから１９Ｆを参照すれば、ＤＲＡＧ構造１００の作製方法の別の例が与えられている。図１９Ａ及び１９Ｂにおいて、第１の表面１４-１を低屈折率コーティング材料に対して非濡れ性にする（すなわち、液体接触角を大きくし、液体の広がりを防止する）疎斥性材料３２０で第１の表面１４-１が、必要に応じて、処理される（図１９Ａにおいて矢印で示される）。一例において、限定ではない疎斥性材料３２０はフルオロシランである。
【０１２０】
図１９Ｃを参照すれば、幅がほぼ１０〜１００μｍで高さがほぼ０.１〜５μｍの低屈折率（ｎ１）液滴３３２のアレイ３３０を第１の表面１４-１（及びその上の疎斥性材料３２０の薄層）上に形成するため、インクジェット、スタンピング、ディップペンまたは同様のプロセスを用いることができる。液滴３３２は、例えば、硬化エネルギー３３６の形態で図１９Ｃに示されるように、ＵＶ硬化または熱硬化を用いて、硬化される。
【０１２１】
図１９Ｄを次に参照すれば、構造は、例えば、プラズマ、ＵＶオゾン、またはコロナ処理を用いて、表面１４-１の露出領域を、また液滴３３２も、一層親和性に（すなわち、一層濡れ易く）する、（矢印で示されるような）親和性処理３４０にかけられる。
【０１２２】
図１９Ｅを参照すれば、最終コーティング工程は、プリンティング法を用いてパターン形成することもできる、高屈折率（ｎ２）コーティング３５０を被着する工程を含むことができる。液滴３３２間の隙間（谷）３３３の濡れ性により、図示されるように、高屈折率コーティング３５０は谷に溜まり、谷を濡らす。最終ＤＲＡＧ構造１００を形成するための、図１９Ｆに示されるような、最終硬化工程がこれに続くことができる。図１９Ｆは、どの液滴が測定されるかに依存して異なり得る、Ｌ１で表される、隣接液滴３３２（山Ｐ）間の横方向間隔のような、ＤＲＡＧ構造１００を定めるパラメータの例を示す。同様に、基板表面１４-１に対する山の高さがＰ１と表され、基板表面１４-１に対する谷の高さがＶＩと表されている。
【０１２３】
いくつかの場合において、低屈折率液滴３３２は、いくらかの非濡れ性挙動を保持し、高屈折率コーティング（材料）３５０の被着時の、より簡単な（例えば、完全カバレッジ、無パターン）ウエットコーティングの使用を可能にするように、設計することができる。しかし、これには低コストコーティングプロセスとおそらくは理想より劣る光学構造の間のトレードオフが関わり得る。
【０１２４】
液滴３３２を形成するための低屈折率コーティング材料の限定ではない例には、約１.３から約１.３５の範囲にある屈折率を有する、フルオロアクリレート類がある。高屈折率コーティング材料の限定ではない例には、屈折率が約１.６から約１.９の範囲にあるかさらに高い、ハブリッド有機−無機ポリスチレン類、ナノ粒子充填アクリレート類、ゾル−ゲル類及びいくつかのポリイミド類がある。いくつかの場合、低屈折材料の一方を、またはいずれも、それぞれの機械的特性、収縮または屈折率を改変するため、ナノ粒子で充填することができる。高分子材系を充填するために用いたナノ粒子の例には、ＳｉＯ２（低屈折率）及びＴｉＯ２またはＺｒＯ２（高屈折率）があるが、これらには限定されない。
【０１２５】
低屈折率領域はいくらかの量の細孔または中空領域を、ある程度または一部に、含むことができる。例えば、低屈折領域は、ナノポーラスゾル−ゲル材料、ナノポーラス高分子材あるいは、様々なガラス、高分子材または本明細書に挙げられるかまたは技術上既知のその他の材料でつくられた、中空のナノスフェアまたはマイクロスフェアを含むことができる。
【０１２６】
下の表１はＤＲＡＧ構造１００の一例に対する選ばれたパラメータを示す。ここで周囲外部媒質はｎ３＝１の空気である。
【０１２７】
【表１】
2019008303.tif 000020
【０１２８】
山の高さＰ１及び谷の高さＶ１にはかなりの誤差（±１０％）があり得るが、それでもＤＲＡＧ構造１００が妥当なＡＧ性能及び低歪性能を有し得ることに注意されたい。山Ｐ間の横方向間隔Ｌ１は、０.５μｍから５００μｍまで、あるいは上の表１に与えられるように５μｍから１００μｍまで、変わり得る。高さ（Ｐ１）の許容できる誤差は、高さＰ１が高さＶ１より大きくなければならないという規則によって拘束され得る。高さＶ１及びＰ１の絶対値は、光路長の整合：
Ｐ１・ｎ１＝Ｖ１・ｎ２＋(Ｐ１−Ｖ１)・ｎ３
によって本明細書に定義される、高さ間の比ほど重要ではない。ここで、ｎ３は周囲外部媒質の屈折率を表す（空気に対してはｎ３＝１）。一例において、高さＶ１及びＰ１は、反射におけるかなりの散乱を保持するため、物理的な高さの差Ｐ１−Ｖ１が（上記の比により拘束される）少なくとも約０.０５μｍになるように、選ぶことができる。これは式３及び式４によって表される汎用構造の特別な場合である。
【０１２９】
高さＶ１及びＰ１はいずれも、高屈折材料の最下界面として定義される、谷Ｖの底から測定される。したがって、これらの寸法−スケール目標はいかなる特定の作製方法にも制限されない。この場合、透明媒体（基板）１０は谷Ｖの最も低い底より下側の全ての点において一様な光路長を有すると見なされ、したがって基板は光路長の計算に影響を与えない。
【０１３０】
図２０Ａから２０Ｃは、同形層または準同形層の選択研磨を用いる、ＤＲＡＧ構造を形成する別の実施形態の簡略な説明図である。図２０Ａから２０Ｃを参照すれば、ＤＲＡＧ構造１００を作製する別の実施形態が与えられている。図２０Ａを参照すれば、エッチング、型押し、ホットモールド、サンドブラスト、等のような、多くの既知の方法のいずれかによる粗い第１の表面１４-１をもつガラス基板１０が提供される。次いでガラス基板１０は同形または準同形の高屈折率コーティング３７０でコーティングされる。コーティング方法には、例えば、いくつかを挙げると、熱蒸着、電子ビーム蒸着、ＤＣまたはＡＣスパッタリング、またはＣＶＤ法のような、気相コーティングを含めることができる。コーティング方法には、スピンコーティング、ディップコーティング、またはスプレーコーティングのような、液相コーティング方法も含めることができる。コーティング材料は、無機材料、ゾル−ゲル材料または高分子材とすることができる。コーティング３７０のための材料には、ＴｉＯ，ＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，アクリル系高分子材、ポリイミド類またはその他の先に挙げた材料を含めることができる。
【０１３１】
共形コーティング３７０が粗表面１４-１に被着され、必要に応じて、硬化された後、制御された柔らかさまたは硬さ（デュロメーター）を有する研磨パッド３８０が選ばれる、研磨工程を実施することができる。研磨パッド３８０は（大きな矢印で示されるように）共形コーティング３７０と接触させられ、図２０Ｂの構造の山Ｐが谷Ｖに優先して研磨されるように、制御された研磨圧を用いて構造を研磨するために用いられる。研磨工程は、化学薬剤、液体、エッチング材または、特に、スラリーによって補助することができる。この態様において、高屈折率コーティング３７０は山において薄くなり、谷Ｖ内では厚いままであって、この結果、図２０Ｃに示されるＤＲＡＧ構造１００が得られる。いくつかの実施形態において、最終目標諸元は先の例で与えられる諸元と同様とすることができる。
【０１３２】
ＤＲＡＧ構造１００を形成するための別の実施形態において、上述したように、歪低減及びＡＧ特性のいずれも提供する屈折率（位相）変化を生じさせるため、相分離高分子材を用いることができる。相分離高分子材の例は技術上既知であり、そのような実施形態に用いることができる。
【０１３３】
相分離をおこさせる一方法は、最終高分子材に制御された微細構造をもたせるため、乾燥中の高分子材溶液に微細領域を形成するための湿気または水分の制御された使用（例えば、グリーマン(Gliemann)，等の論文、「湿気の影響を受ける高分子材薄膜におけるナノ構造形成(Nanostructure formation in polymer thin films influenced by humidity)」，Surface and Interface Analysis，２００７年，第３９巻，第１号，ｐ.１〜８ｋ，を見よ。この論文はその全体が参照として本明細書に含められる）を含み、相分離された水が最終構造に空孔を残す。そのような高分子材には、本開示において低屈折率山材料として用いることができ、続いて、既述のまたはその他の方法を用いて構造の谷Ｖ内で厚くされるべき高屈折材料でさらにコーティングされる、ＰＭＭＡ及びＰＶＢがある。
【０１３４】
関連する別法は、有意な水作用をもたない２つの材料の相分離を含む。一例の系は、ＳｉＯ２への前駆体としてＴＥＯＳから出発するハイブリッド有機系におけるＳｉＯ２とＰＭＭＡの相分離である（シルヴィエラ(Silviera)，等の論文，「ＰＭＭＡ／シリカゾル−ゲル系における相分離(Phase separation in PMMA/silica sol-gel systems)」，Polymer，１９９５年，第３６巻，第７号，ｐ.１４２５〜１４３４，を見よ。この論文はその全体が参照として本明細書に含められる）。
【０１３５】
相が微細スケールで分離されている、このような系においては、高屈折率材料、この場合はＰＭＭＡを、プラズマまたは有機溶剤を用いて選択的にエッチング除去する溶剤または酸を選ぶことができる。プラズマ処理及び様々な溶剤（例えばアセトン）はＳｉＯ２に対するよりも高速でＰＭＭＡを容易に侵蝕するであろう。
【０１３６】
もちろん、このエッチング方法は厳密な「相分離」系に限定されない。例えば、熱可塑性高分子材を高温で機械的に配合することにより、微細領域構造を形成することもできる。系の一例はフルオロポリマーのポリイミド（または、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリケトン、等）との配合物とすることができる。そのような系において（フッ素化されていない）高屈折率高分子材を選択的に侵蝕し、したがって高屈折率材料が低屈折率フルオロポリマー材料に対して選択的に薄化される膜または表面を形成するためのルートを提供する、溶剤（例えばいくつかのケトン類）を容易に見いだすことができる。例えば、パーソネージ(Parsonage)，等の、名称を「フルオロポリマー配合物を含む複合品(Composite articles including a fluoropolymer blend)」とする、米国特許第６１１７５０８号の明細書を見よ。この明細書はその全体が参照として本明細書に含められる。
【０１３７】
図２１Ａ及び２１Ｂは歪低減のための位相整合条件を満たすように形成されたＤＲＡＧ構造の例の断面図である。図２１Ａを参照すれば、高分子材、ゾル−ゲル、ガラス、等のような、高屈折率材料で満たされた（図１６Ｄの手法を用いて形成されるような）窪み１８０が表面１４-１に形成されているガラス基板を含む、ＤＲＡＧ構造１００の例が示されている。表面１４-１の高位領域はガラス基板で構成され、例示として、（角が２つの異なるレベルで鮮明に形成された）二元体として示されているが、滑らかな（角が不鮮明であるかまたは丸められた）形状とすることもできる、ピラーまたは山Ｐを定める。図２１Ｂは、ピラーまたは山Ｐとも識別される隆起構造１８２を定めるためにガラス基板表面１４−１に低屈折率コーティング３８０を付加することで窪み１８０が定められることを除いて、図２Ａと同様である。
【０１３８】
例として、ガラス基板１０は積層構造を有することができ、あるいは（例えば、イオン交換によるかまたは加熱プロセスにより）強化され、屈折率ｎｇを有する。窪み１８０の幅はＷ２で定めることができ、低屈折率隆起構造１８２の幅はＷ１で定めることができる。窪み１８０内の高屈折率材料３５０の高さ及び屈折率はそれぞれｔ２及びｎ２で与えられ、低屈折率隆起構造１８２の高さ及び屈折率はｔ１及びｎ１で与えられる。図２１Ａ及び２１ＢのＤＲＡＧ構造１００は、図示の容易さのため、長方形であり、周期的であるとして示されが、本明細書に添付される特許請求の範囲を限定すべきではないことに注意されたい。滑らかであるかまたは非周期的（例えばランダムまたは準ランダム）な構造も形成することができる。構造上方の媒質は、屈折率がｎ３であり、例えば空気である。いくつかの場合、低屈折率隆起構造１８２のｎ１は、図２１Ａにおけるように、基板のｎｇと同じであるが、他の場合には、ｎ１は（図２１Ｂにおけるように）ｎｇとは異なる。
【０１３９】
幅Ｗ１及びＷ２の例は０.５μｍと１００μｍの範囲にあることができ、特定の例においては、５μｍと５０μｍの間の範囲にある。光波長より短い周期をもつ規則的パターンは散乱を実質的に生じさせず、したがって構造寸法に下限を課す。構造が人間の眼で直接見分けることができるに十分に大きくなってしまうと、審美的理由から望ましいではないであろう。
【０１４０】
パラメータｎ１，ｔ１，ｎ２，ｔ２及びｎ３は、光路の相等性に基づき、下の式Ａ：
2019008303.tif 000021
【０１４１】
及び式Ｂ：
2019008303.tif 000022
【０１４２】
によって関係付けられる。
【０１４３】
上の式Ａ及びＢは、この場合は式４の定数ｃが式４における最小値項に精確に等しい、特に定められた形状寸法をもつ、前の式３及び４の特別な場合を表すことに注意すべきである。式Ａ及びＢは光路長の補正のための条件も設定するが、光路長が同等ではない場合でさえ、良好なＡＧ／歪低減性能を得ることができる、すなわち全く同じに補正することができる。様々な例において、光路長は、上述したλ/２，λ/４またはλ/８のΔＯＰＤ値よりよい（すなわち、以下の）値まで補正される。光路長補正の大きさはＤＲＡＧ構造１００を通して見られている物体の大きさに依存し、物体が小さくなるほど必要な光路長補正が大きくなる。
【０１４４】
下の表２はＤＲＡＧ構造１００の形成に用いるための材料の例をそれぞれの屈折率値とともに示す。
【０１４５】
【表２】
2019008303.tif 000023
【０１４６】
図２２Ａから２２Ｄは、図２１Ａ及び２１ＢのＤＲＡＧ構造に対するｎ２及びｎ１の様々な値についての高屈折率膜厚ｔ２（μｍ）対隆起構造（ピラー）高さｔ１（μｍ）のプロットである。図２２Ａから２２Ｄを参照すれば、ｎ２及びｎ１の様々な値についての高屈折率膜厚ｔ２（μｍ）対隆起構造（ピラー）高さｔ１（μｍ）のプロットが、式Ａ及び式Ｂに基づいて与えられている。図２２Ａから２２Ｄについて、隆起構造の屈折率はそれぞれ、１.３，１.４，１.５１及び１.５５である。
【０１４７】
図２３Ａは、図２１Ｂに示される二元体構造の連続変化版である、ＤＲＡＧ構造の一例の断面図である。図２３Ｂは図２３ＡのＤＲＡＧ構造に対する位相整合データの例の表である。これらの図を参照すれば、基板１２の第１の表面１４-１及び透明層１５の表面１４-２が、図２３Ａに示されるように、非常に滑らかである場合、式Ａ及び式Ｂは、式Ａ'：
2019008303.tif 000024
【０１４８】
及び式Ｂ'：
2019008303.tif 000025
【０１４９】
と表すことができる。式Ａ'及び式Ｂ'は、式Ａ及び式Ｂを用いて実施した計算のように、アナログ計算を実施するために用いることができる。図２３Ｂは図２３ＡのＤＲＡＧ構造に対する位相整合データの例の表を示す。
【０１５０】
光路長（ＯＰＬ）の変化に関し、粗表面が適切な場所にあって、基板１０の表面にわたるＯＰＬの差の低減をもたらす限り、基板１０上のいかなる量の高屈折率膜に対しても粗表面の透過が向上し得ることに注意されたい。最適なシナリオは基板１０にわたるＯＰＬの整合であろう。膜が最適シナリオより厚ければ、透過は低下し始めるであろうが、それでも（膜厚が用途に規定されるような厚さにしたがう限り）無コーティング粗表面よりは良いであろう。当業者であれば、ＯＰＬを透過に関して表すために干渉計を用いて、（いくつかの場合に、１ピクセルより大きいが、ディスプレイ全体より小さい、注目する領域に対して）基板にわたる光路差を測定できよう。
【０１５１】
ＡＧ構造と無ＡＧ構造の性能比較
図２４Ａから２４Ｅは、無ＡＧ透明板（図２４Ａ）、従来のＡＧ透明板（図２４Ｂ，２４Ｃ）及び本明細書に開示されるようなＤＲＡＧ透明板（図２４Ｄ，２４Ｅ）の基本的効果を説明する図である。これらの図を参照すれば、図２４Ａは、基板１０がＡＧ表面を、従来のものであろうが本明細書に開示されたものであろうが、有していない、図１及び図３の構成に概ね基づいている。試験物体３０は大きさが異なる、４つの白黒の単語‘Ｃｏｒｎｉｎｇ’を有し、基板下面１８から物距離ＤＯにある（すなわち、物体は基板裏面に直接に接触していない）。光源２４は照明器具である。図２４Ａは、無ＡＧ基板１０を通して見たときに、物体３０がぼやけず、したがって基本的に歪が無いことを示す。しかし、照明器具のタイプが反射で明瞭に見える点まで、非常に強い眩光を示しており、これは平坦表面１３及び１８から期待されていたであろう効果である。
【０１５２】
図２４Bは、標準AG表面１４を有する標準AG基板１０を通して見たときの、同じ文字列物体３０を示す。この場合、光源２４からの眩光は拡散されているが、物体３０は若干ぼやけている。図２４Ｃにおいては、物距離ＤＯが大きくされ、このため、位相歪の影響が一層顕著になるから、ぼけが強くなっている。図２４ＤはＤＲＡＧ構造１００を用い、その結果、従来のＡＧ表面に対する図２４Ｂの対照像よりも物体３０の文字列が明瞭に見える。図２４Ｅは図２４Ｄと同様であるが、物距離ＤＯが大きくされている。図２４Ｅにおいて、物体３０の文字列は位相補償のため明瞭なままであり、ぼやけていない（すなわち、図２４Ｂに比較して歪の量が低減されている）が、眩光の量は同じままであり、標準ＡＧ表面の眩光の量と同等である。
【０１５３】
輝光低減
上で論じたように、輝光はＡＧ表面の設計時の重大な問題であり、ＤＲＡＧ構造１００の作製における制限因子になり得る。ＡＧ構造が、ＬＣＤまたはＯＬＥＤのようなピクセル型ディスプレイに用いられる場合、ＡＧ表面粗さはマイクロレンズアレイのように作用し、局所的に光を集中させることができる。この結果、ディスプレイのいくつかのピクセルは他のピクセル明るく見え、ディスプレイにまばゆい表面を有すという全体的印象を与え得る。
【０１５４】
ＡＧ構造がフラットパネルディスプレイに用いられる場合、輝光は以下の：
・ＡＧ表面のＲＭＳ粗さが比較的大きい、例えば、１００ｎｍより大きい状況；
・表面粗さの空間周期が比較的大きい、例えば、５０μｍと１５０μｍの間である状況；
・ＡＧ表面が物体から離れすぎている状況、ディスプレイの場合には、ディスプレイのピクセル寸法に依存して、ディスプレイの像形成面から１ｍｍまたは５ｍｍより遠くにある状況；
・ディスプレイのピクセルが小さい、例えば、２００μｍ未満である状況；
・瞳の視野角が小さい、例えば、２０ｍｒａｄ未満である状況；及び／または
・ピクセル占有率が９０％未満である状況；
の１つ以上の下で重大になり得る。
【０１５５】
上に挙げた状況の初めの２つはある程度制御され得るが、残りの状況はディスプレイの詳細及び視条件に強く依存する。ＡＧ表面から生じる輝光を最小限に抑える従来の手法は、ヘイズ及び像鮮明度の目標を最適化するような態様で表面パラメータを制御することである。この手法は、ピクセルが比較的大きいいくつかのタイプのディスプレイには有効であるが、比較的小さいピクセルを利用する小型ディスプレイでは、小さいピクセルが輝光を劇的に強め得るから、その有用性が減退する。
【０１５６】
本開示の一実施形態は、カバーガラスの両面に厚さｔの同等の粗表面を与える。２つの粗界面が互いに完璧に合わせられていれば、粗表面のどこを見つめようと、像は正確に同じ量の空気及びガラスを通って伝搬するであろう。しかし、斜め方向から見ると、２つの表面はもはや一致せず、輝光が再び現れるであろう。臨界角は表面の自己相関長ＬＣとガラス厚ｔの比で与えられ、一般に５°未満であろう。また、表面の裏側が屈折率整合層で満たされていれば、この方法で輝光を無くすことはもはや不可能であろう。
【０１５７】
図２５は、輝光を減じるために用いられるランダム表面を有する基板の一例の拡大斜視図である。図２５を参照すれば、別の手法例は、図２５に示される表面と同様の、ランダム「二元体」表面１４-１の使用を含むことができる。ここで、「二元体」表面は、高さはランダムに分布していない、山平坦面及び谷平坦面の、２つの平坦面を有する粗表面を指す。横方向構造間隔はランダムに見えるが、実際は、輝光を制御または低減するための、つくり込まれた周波数成分を有する。
【０１５８】
そのような構造例はフォトリソグラフィマスク及びガラス表面のエッチングを用いて作製することができる。注意すべき２つのパラメータは、フーリエ空間において用いられるフィルタの１/ｅ２周期に相当する周波数カットオフ、及びエッチング深さに相当する振幅である。以下のプログラム例：
プログラム例
function bb=fonc_generate_surface_binary(nl,nc,period1,periodc)
%periodc corresponds to frequency cut at 1/e2
%define a random surface
aa=rand(n1,nc);
aa=aa-mean(mean(aa));
%calculate Fourier transform of the random surface
aafft=fftshift(fft2(aa));
%multiply by a gaussian function in the Fourier space
aafft=aafft.*fonc_gauss(n1,nc,n1/period1,nc/periodc);
%take the real part of the inverse Fourier transform
bb=(real(fft2(fftshift(aafft)))):
%substract average
bb=bb-mean(mean(bb));
%Binarise the surface
bb=bb/max(max(bb));
bb=(sign(bb-0.0)+1)/2;
はそのようなランダム表面１４-１を設計する方法を提供する。
【０１５９】
周波数カットオフの選択は光が散乱される角度を決定するであろう。いくつかの実施形態において、カットオフ周期は、用途に依存して、１０μｍと４０μｍの間のどこかにあるべきである。この実施形態及び他の実施形態のいくつかの態様は、本明細書に論じられる原理にしたがってプログラムされた汎用コンピュータで実施することもできる。そのようないくつかの実施形態及びそれにともなう機能動作は、デジタル電子回路に、あるいはコンピュータソフトウエア、ファームウエアまたはハードウエアに、実装することができる。そのような実施形態は１つ以上のコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置またはプロセッサによる実行のため、またはデータ処理装置またはプロセッサの動作を制御するため、有形プログラムキャリアにエンコードされたコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールに実装することができる。有形プログラムキャリアはコンピュータ読取可能媒体とすることができる。コンピュータ読取可能媒体は、機械読取可能格納装置、機械読取可能基板、メモリ装置、またはこれらの１つ以上の組合せとすることができる。プロセッサの例は、プログラマブルプロセッサ、コンピュータまたは、複数のプロセッサまたはコンピュータを例として含む、データを処理するための、全ての装置、デバイス及び機械を包含する。プロセッサは、ハードウエアに加えて、当該コンピュータプログラムに対する実行環境を生成するコード、例えば、プロセッサファームウエア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはこれらの１つ以上の組合せを構成するコードを含むことができる。
【０１６０】
エッチング深さに関し、鏡面反射を無くすにはエッチング深さを波長の１/４に等しくする必要があることが示され得る。したがって、光源は通常多色性であり、全ての波長についてこの二元体構造手法を用いて同時に鏡面反射を無くすことはできないであろうから、妥協がなされるべきである。図２６は、０.６１μｍ（赤）、０.５６μｍ（緑）及び０.４７μｍ（緑）の波長において計算されたような、エッチング深さＤＥ（μｍ）の関数としての鏡面反射減衰係数αＦのプロットである。図２６を参照すれば、人間の眼は青感度がかなり低いから、最適エッチング深さは、緑を排除し、赤をある程度排除する、深さである。この条件に基づけば、図２６のプロットから、一例の理想エッチング深さＤＥは約０.１４μｍである。
【０１６１】
波長感度の欠点にもかかわらず、この二元体構造手法は別個の歪低減層を必要とせずに輝光をかなり低減するという利点を有することができる。しかし、この二元体構造は、既述した原理及び例にしたがって、構造の谷内の別個の歪低減層と組み合わせることもできる。本説明は多くの細目を含むが、これらの細目は本開示の範囲を限定すると解されるべきではなく、特定の実施形態に特有であり得る特徴の説明であると解されるべきである。本明細書で先に個々の実施形態の文脈において説明したいくつかの特徴は一つの実施形態で組み合わせて実施することもできる。逆に、１つの実施形態の文脈において説明した様々な特徴を複数の実施形態において個別に、またはいずれか適する部分的組合せにおいて、実施することもできる。さらに、特徴はいくつかの組合せにおいて作用するとして上述され、そのように初めに特許請求されさえするであろうが、特許請求される組合せからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合、その組合せから切り取ることができ、特許請求される組合せは部分的組合せまたは部分的組合せの変形に向けられるであろう。
【０１６２】
同様に、動作は図面または図において特定の順序で示されるが、所望の結果を達成するためには、そのような動作が図示される特定の順序で、または順番に、実施されることが、あるいは図示される全ての動作が実施されることが、必要であると解されるべきではない。
【０１６３】
図に示される様々な構成及び実施形態で示されるように、光学歪が低減されている防眩／防輝透明構造に対する様々な実施形態を説明した。
【０１６４】
本開示の好ましい実施形態を説明したが、説明した実施形態が例示に過ぎず、等価な範囲全部を考慮すれば、当業者には本開示の精読から多くの変形及び改変が自然に思い浮かぶから、本発明の範囲が添付される特許請求の範囲によってのみ定められるべきであることは当然である。
【符号の説明】
【０１６５】
１０    透明媒体
１２    媒体基体
１３    従来の防眩（ＡＧ）表面
１４    新規の防眩（ＡＧ）表面
１５    透明層
１８    媒体の下表面
２０    視光学系
２１    結像レンズ
２２    視空間
２３    像センサ
２４    周囲光光源
２６    周囲光
２６Ｇ    反射周囲光
２６Ｔ    透過周囲光
３０    物体
３０'    像
３２    物空間
３６    物体光
３６Ｗ    物体光波面
３６ＷＴ    透過光波面
１００    歪低減防眩（ＤＲＡＧ）透明構造
【図１】
2019008303.tif 000026
【図２】
2019008303.tif 000027
【図３Ａ】
2019008303.tif 000028
【図３Ｂ】
2019008303.tif 000029
【図４】
2019008303.tif 000030
【図５Ａ】
2019008303.tif 000031
【図５Ｂ】
2019008303.tif 000032
【図６Ａ】
2019008303.tif 000033
【図６Ｂ】
2019008303.tif 000034
【図７Ａ】
2019008303.tif 000035
【図７Ｂ】
2019008303.tif 000036
【図８Ａ】
2019008303.tif 000037
【図８Ｂ】
2019008303.tif 000038
【図９】
2019008303.tif 000039
【図１０】
2019008303.tif 000040
【図１１】
2019008303.tif 000041
【図１２Ａ】
2019008303.tif 000042
【図１２Ｂ】
2019008303.tif 000043
【図１２Ｃ】
2019008303.tif 000044
【図１２Ｄ】
2019008303.tif 000045
【図１３Ａ】
2019008303.tif 000046
【図１３Ｂ】
2019008303.tif 000047
【図１３Ｃ】
2019008303.tif 000048
【図１４Ａ】
2019008303.tif 000049
【図１４Ｂ】
2019008303.tif 000050
【図１４Ｃ】
2019008303.tif 000051
【図１４Ｄ】
2019008303.tif 000052
【図１５Ａ】
2019008303.tif 000053
【図１５Ｂ】
2019008303.tif 000054
【図１５Ｃ】
2019008303.tif 000055
【図１５Ｄ】
2019008303.tif 000056
【図１６Ａ】
2019008303.tif 000057
【図１６Ｂ】
2019008303.tif 000058
【図１６Ｃ】
2019008303.tif 000059
【図１６Ｄ】
2019008303.tif 000060
【図１６Ｅ】
2019008303.tif 000061
【図１６Ｆ】
2019008303.tif 000062
【図１６Ｇ】
2019008303.tif 000063
【図１６Ｈ】
2019008303.tif 000064
【図１７Ａ】
2019008303.tif 000065
【図１７Ｂ】
2019008303.tif 000066
【図１７Ｃ】
2019008303.tif 000067
【図１７Ｄ】
2019008303.tif 000068
【図１８Ａ】
2019008303.tif 000069
【図１８Ｂ】
2019008303.tif 000070
【図１９Ａ】
2019008303.tif 000071
【図１９Ｂ】
2019008303.tif 000072
【図１９Ｃ】
2019008303.tif 000073
【図１９Ｄ】
2019008303.tif 000074
【図１９Ｅ】
2019008303.tif 000075
【図１９Ｆ】
2019008303.tif 000076
【図２０Ａ】
2019008303.tif 000077
【図２０Ｂ】
2019008303.tif 000078
【図２０Ｃ】
2019008303.tif 000079
【図２１Ａ】
2019008303.tif 000080
【図２１Ｂ】
2019008303.tif 000081
【図２２Ａ】
2019008303.tif 000082
【図２２Ｂ】
2019008303.tif 000083
【図２２Ｃ】
2019008303.tif 000084
【図２２Ｄ】
2019008303.tif 000085
【図２３Ａ】
2019008303.tif 000086
【図２３Ｂ】
2019008303.tif 000087
【図２４Ａ】
2019008303.tif 000088
【図２４Ｂ】
2019008303.tif 000089
【図２４Ｃ】
2019008303.tif 000090
【図２４Ｄ】
2019008303.tif 000091
【図２４Ｅ】
2019008303.tif 000092
【図２５】
2019008303.tif 000093
【図２６】
2019008303.tif 000094
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月24日(2018.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射周囲光からある量の眩光を減じる防眩光透過構造であって、該光透過構造を透過した波長λの光に対する光学歪が減じられている防眩光透過構造において、
第１の屈折率ｎ１及び、眩光を減じ、それ自体が前記透過光にある量の歪を導入する、１つの連続表面である光散乱性の第１の表面を有する、第１の透明媒体の第１の層、及び
第２の屈折率ｎ２及び、屈折率ｎ３を有する周囲環境との界面を定める第２の表面を有する第２の透明媒体、
を含み、
ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、前記第１の表面によって導入された前記歪量を減じるため、前記第２の透明媒体が前記第１の表面の上にあって、前記第１の表面を少なくともある程度覆い、
前記光散乱性の第１の表面が山と谷を有し、前記第２の透明媒体が前記谷にのみ存在する、
ことを特徴とする防眩光透過構造。
【請求項２】
前記第１の表面が第１の表面形状ｈ１(ｘ,ｙ)を有する、
前記第２の表面が第２の表面形状ｈ２(ｘ,ｙ)を有する、及び
ｈ２(ｘ,ｙ)が(ｎ２−ｎ１)/(ｎ２−ｎ３)・ｈ１(ｘ,ｙ)＋ｃの５０％以内であり、ｃは定数である、
ことを特徴とする請求項１に記載の防眩光透過構造。
【請求項３】
前記第１の表面が正弦型であることを特徴とする請求項１に記載の防眩光透過構造。
【請求項４】
反射周囲光からある量の眩光を減じる防眩光透過構造であって、該光透過構造を透過した波長λの光の光学歪が減じられている防眩光透過構造を製造する方法において、
第１の屈折率ｎ１ならびに、それ自体が前記透過光にある量の歪を導入する、１つの連続表面である光散乱性で防眩の第１の表面を有する、第１の透明媒体の第１の層を形成する工程、及び
前記第１の層の前記第１の表面に、第２の屈折率ｎ２及び、屈折率ｎ３を有する周囲環境との界面を定める第２の表面を有する第２の透明媒体を付加する工程、
を含み、
ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、前記透過光内の前記歪量を減じるため、前記第２の透明媒体が前記第１の表面の少なくとも一部を覆い、
前記光散乱性で防眩の第１の表面が山と谷を有し、前記第２の透明媒体が前記山の上には存在しない、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記第１の表面に前記第２の透明媒体を付加する前記工程が、
前記第２の透明媒体を前記谷に、前記谷のそれぞれとメニスカス形状を形成する液体として付加する工程、及び
前記液体を、前記メニスカス形状を維持しながら、硬化を可能にするかまたは硬化させる工程、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の防眩光透過構造を製造する方法。
【請求項６】
前記第１の表面に前記第２の透明媒体を付加する前記工程が、
前記第１の表面上に疎斥性材料の層を被着する工程、
前記疎斥性材料の前記層を、前記山からは除去せずに、前記谷から除去する工程、
前記谷に前記第２の透明媒体を付加する工程、及び
前記疎斥性材料を前記山から除去する工程、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の防眩光透過構造を製造する方法。
【請求項７】
反射周囲光からある量の眩光を減じる防眩光透過構造であって、該光透過構造を透過した波長λの光の光学歪が減じられている防眩光透過構造を製造する方法において、
基板表面上に、第１の屈折率ｎ１を有する第１の透明媒体の複数の隆起構造を形成することにより、それ自体が前記透過光にある量の歪を導入する、光散乱性で防眩の第１の表面を形成する工程、及び
前記隆起構造間の前記基板表面に、第２の屈折率ｎ２及び、屈折率ｎ３を有する周囲環境との界面を定める第２の表面を有する第２の透明媒体を付加する工程、
を含み、
ｎ２＞ｎ１＞ｎ３であり、前記第２の透明媒体が、前記透過光内の前記歪量を減じる、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
減じられた光学歪みを有する防眩光透過構造であって、
第１の屈折率ｎ１を有し、かつ、山と谷とを含む１つの連続表面である光散乱性の第１の表面を有する、第１の透明媒体の第１の層、及び
第２の屈折率ｎ２を有し、前記光散乱性の第１の表面の前記谷に存在する、第２の透明媒体、
を含み、
前記第２の透明媒体が、前記光散乱性の第１の表面の前記山の上には存在せず、
周囲外部媒質の屈折率をｎ３として、ｎ２＞ｎ１＞ｎ３である、
ことを特徴とする防眩光透過構造。