(57)【要約】【課題】高い回折効率を有するとともに、複製時の成形性が高く、安定して複製することが可能なブレーズド回折格子を実現すること。【解決手段】本発明によれば、光入射面４の立断面形状が鋸刃形状をなすブレーズド回折格子２において、光入射面４に入射した入射光Ａが光学的に作用するように立断面形状を直線で形成した光学作用面Ｌと、入射光Ａが光学的に作用しないように立断面形状を曲線で形成した非光学作用面Ｍとを、光入射面４において交互に配置することによって鋸刃形状を形成する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面の立断面形状が鋸刃形状をなすブレーズド回折格子において、
前記光入射面に入射した入射光が光学的に作用するように前記立断面形状を直線で形成した光学作用面と、前記入射光が光学的に作用しないように前記立断面形状を曲線で形成した非光学作用面とを、前記光入射面において交互に配置することによって立断面形状が直線および曲線から構成される略鋸刃形状を形成するようにしたブレーズド回折格子。
【請求項２】
光入射面の立断面形状が鋸刃形状をなすブレーズド回折格子において、
前記光入射面に入射した入射光が光学的に作用するように前記立断面形状を直線で形成した光学作用面の傾きと、前記入射光が光学的に作用しないように前記立断面形状を曲線で形成した非光学作用面の傾きとが一致する第１の境界と、前記非光学作用面の傾きと前記光学作用面の傾きとが一致しない第２の境界とを前記光入射面において交互に配置し、前記各境界において前記光学作用面と前記非光学作用面とを接続することによって前記鋸刃形状を形成するようにしたブレーズド回折格子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のブレーズド回折格子において、
前記非光学作用面を形成している曲線の曲率半径を、前記光入射面における光学作用面の配置ピッチの１０％以上８０％以下にしたブレーズド回折格子。
【請求項４】
光入射面の立断面形状が鋸刃形状をなすブレーズド回折格子において、
前記光入射面に入射した入射光が光学的に作用するように前記立断面形状を直線で形成した光学作用面と、前記入射光が光学的に作用しないように前記立断面形状を複数の直線を組み合わせることによって形成した非光学作用面とを、前記光入射面において交互に配置することによって前記鋸刃形状を形成するようにしたブレーズド回折格子。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のブレーズド回折格子を、シート表面に配置してなる光学シート。
【請求項６】
請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のブレーズド回折格子を複数のセル内にそれぞれ配置し、前記各セルに配置された各ブレーズド回折格子について、前記光入射面における光学作用面の配置ピッチの逆数である空間周波数、前記光入射面に対する前記光学作用面の傾きの角度、および前記光学作用面における前記入射光の回折効率を所定値に設定することによって、前記各セルを画素とする画像を表示するようにした表示体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレーズド回折格子、ブレーズド回折格子を用いた表示体、およびブレーズド回折格子を用いた光学シートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なブレーズド回折格子２０の形状は、図７に示すように、入射光が入射する光入射面２２の表面の立断面形状が鋸刃形状をなしている。典型的な格子間隔ｄｙは、およそ０．５〜１μｍ程度であり、典型的な格子の高さｈは０．１〜１μｍ程度である。特に最適な格子の高さｈは、主にブレーズド回折格子２０を構成する材料の屈折率と、反射型か透過型かに依存する。
【０００３】
格子ベクトルの方向を図７中に示すｙ方向とした場合、ブレーズド回折格子２０の格子間隔ｄｙは下記式によって決定される。なお、ここで、光入射面２２の表面は、空気と接しているものとする。
【０００４】
ｄｙ＝λ／（ｓｉｎα−ｓｉｎβ）  ・・・・・（１）
ただし、λは入射光の波長、αはｙ方向における０次回折光（透過光や正反射光）の射出角度、βはｙ方向における１次回折光の射出角度である。
【０００５】
最も一般的な条件として、基材に対して垂直方向に光が射出する条件を考慮すると、ｙ方向における１次回折光の射出角度β＝０度であり、０次回折光の角度α＝αＮとすると、上記（１）式は次のように簡略化される。
【０００６】
ｄｙ＝λ／ｓｉｎαＮ  ・・・・・（２）
ブレーズド回折格子において、回折格子による回折効率、すなわち入射光に対する１次回折光の回折割合を最大にするためには、以下に示す（３）式を満たすように鋸刃の斜面の角度φを設計する。
【０００７】
φ＝αＮ／２      ・・・・・（３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のブレーズド回折格子では、以下のような問題がある。
【０００９】
すなわち、上述したような従来のブレーズド回折格子の複製には、射出成形のほかに、熱可塑性樹脂やＵＶ硬化樹脂などへのエンボス等、多くの手法が実用化されている。
【００１０】
しかしながら、図８に示すように、ブレーズド回折格子の複製過程において、金型２４などの原版に、複製物の元となる材料である被成型物２６を流し込む際に、隙間なく正確に微細構造に流し込まなければならない。また、成形後に図中矢印に示す方向に剥離する際にも、複製物である被成型物２６が壊れたり歪んだりすることなく、剥離しなければならない。
【００１１】
これらの複製過程において、複製物が正確に原版を再現せず、微少な欠陥を持ってしまうと、回折効率の低下や、ノイズ（不要な光成分）の発生などを招き、性能が低下してしまうという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、高い回折効率を有するとともに、複製時の成形性が高く、安定して複製することが可能なブレーズド回折格子を提供することにある。
【００１３】
また、第２の目的は、このようなブレーズド回折格子をシート表面に形成することにより、回折効率に優れ、成型性にも優れた光学シートを提供することにある。
【００１４】
更に、第３の目的は、このようなブレーズド回折格子をセル内に形成し、セルを画素とした画像を表示することにより、成型性に優れ、かつ明るく表示される表示体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明は、上記第１の目的を達成するために、光入射面の立断面形状が鋸刃形状をなすブレーズド回折格子において、光入射面に入射した入射光が光学的に作用するように立断面形状を直線で形成した光学作用面と、入射光が光学的に作用しないように立断面形状を曲線で形成した非光学作用面とを、光入射面において交互に配置することによって立断面形状が直線および曲線から構成される鋸刃形状を形成する。
【００１７】
従って、請求項１の発明のブレーズド回折格子においては、以上のような手段を講じることにより、高い回折効率を有するとともに、複製時の成形性が高く、安定して複製することが可能となる。
【００１８】
請求項２の発明は、上記第１の目的を達成するために、光入射面の立断面形状が鋸刃形状をなすブレーズド回折格子において、光入射面に入射した入射光が光学的に作用するように立断面形状を直線で形成した光学作用面の傾きと、入射光が光学的に作用しないように立断面形状を曲線で形成した非光学作用面の傾きとが一致する第１の境界と、非光学作用面の傾きと光学作用面の傾きとが一致しない第２の境界とを光入射面において交互に配置し、各境界において光学作用面と非光学作用面とを接続することによって鋸刃形状を形成する。
【００１９】
従って、請求項２の発明のブレーズド回折格子においては、以上のような手段を講じることにより、高い回折効率を有するとともに、複製時の成形性が高く、安定して複製することが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１または請求項２の発明のブレーズド回折格子において、非光学作用面を形成している曲線の曲率半径を、光入射面における光学作用面の配置ピッチの１０％以上８０％以下とする。
【００２１】
従って、請求項３の発明のブレーズド回折格子においては、以上のような手段を講じることにより、高い回折効率を有するとともに、複製時の成形性が高く、安定して複製することが可能となる。
【００２２】
請求項４の発明は、上記第１の目的を達成するために、光入射面の立断面形状が鋸刃形状をなすブレーズド回折格子において、光入射面に入射した入射光が光学的に作用するように立断面形状を直線で形成した光学作用面と、入射光が光学的に作用しないように立断面形状を複数の直線を組み合わせることによって形成した非光学作用面とを、光入射面において交互に配置することによって鋸刃形状を形成する。
【００２３】
従って、請求項４の発明のブレーズド回折格子においては、以上のような手段を講じることにより、高い回折効率を有するとともに、複製時の成形性が高く、安定して複製することが可能となる。
【００２４】
請求項５の発明の光学シートは、上記第２の目的を達成するために、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明のブレーズド回折格子を、シート表面に配置してなる。
【００２５】
従って、請求項５の発明の光学シートにおいては、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明のブレーズド回折格子をシート表面に形成することにより、回折効率、および成型性ともに向上を図ることができる。
【００２６】
請求項６の発明の表示体は、上記第３の目的を達成するために、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明のブレーズド回折格子を複数のセル内にそれぞれ配置し、各セルに配置された各ブレーズド回折格子について、光入射面に配置された光学作用面の配置ピッチの逆数である空間周波数、光入射面に対する光学作用面の傾きの角度、および光学作用面における入射光の回折効率を所定値に設定することによって、各セルを画素とする画像を表示する。
【００２７】
従って、請求項６の発明の表示体においては、以上のような手段を講じることにより、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明のブレーズド回折格子をセル内に形成し、セルを画素とした画像を表示することにより、成型性に優れ、かつ明るく表示することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図７および図８と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００３０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００３１】
図１は、第１の実施の形態に係るブレーズド回折格子の一例を示す斜視図である。
【００３２】
また、図２は、第１の実施の形態に係るブレーズド回折格子の表面近傍を示す立断面図である。
【００３３】
すなわち、本実施の形態に係るブレーズド回折格子２は、光入射面４の立断面形状が鋸刃形状をなしている。そして、図２の立断面図に示すように、光入射面４に、入射角度θで入射した入射光Ａが反射や透過等の光学作用をするように立断面形状を直線で形成した光学作用面Ｌと、入射光Ａが光学作用しないように立断面形状を曲線で形成した非光学作用面Ｍとを、光入射面４において交互に配置することによって鋸刃形状を形成している。また、非光学作用面Ｍを形成している曲線の曲率半径Ｒを、光入射面４における格子間隔ｄｙの１０％以上８０％以下としている。
【００３４】
このように構成していることによって、非光学作用面Ｍは、図２中左上から入射する入射光Ａからは見えなくなるので、入射光Ａが入射することはなく、反射や透過などの光学作用は起こらない。
【００３５】
また、光学作用面Ｌと非光学作用面Ｍとの境界は、鋸刃の最下位置近傍の境界Ｂ１と、鋸刃の頂点をなす境界Ｂ２とがある。境界Ｂ１では、非光学作用面Ｍの傾きと、光学作用面Ｌの傾きとが一致する。すなわち、非光学作用面Ｍと光学作用面Ｌとが滑らかに接続している。一方、境界Ｂ２では、非光学作用面Ｍの傾きと、光学作用面Ｌの傾きとが一致せずに、鋸刃の頂点を形成している。
【００３６】
このような構成をしたブレーズド回折格子２は、入射光Ａに対して最大１００％近くの極めて高い回折効率を有している。すなわち、入射光Ａのほとんどが光学作用面Ｌにおいて反射し、図２に示すように、回折光Ｄとなる。また、複製時の成形性が極めて高く、安定した複製が可能となるようにしている。
【００３７】
特に、光学作用面Ｌと非光学作用面Ｍとが境界Ｂ１で滑らかに接続しているので、鋭利な部分を正確に成形する必要のある部分が少なくなり、光学作用面Ｌの成形性が極めて高い。従来技術のブレーズド回折格子の場合、特に成型方法によっては、原版の谷部が成形不良を起こしやすいという現象があるが、本実施の形態に係るブレーズド回折格子２は、このような成型方法であっても高い成形性が得られ、良好な複製物を得ることができるようにしている。特に、非光学作用面Ｍの曲率半径Ｒが０．１μｍ以上である場合、成形性、および成形の安定性が高い。
【００３８】
本実施の形態に係るブレーズド回折格子２は、上述したような構成をしているので、入射光Ａに対して最大１００％近くの極めて高い回折効率を実現することができる。また、複製時の成形性が極めて高く、安定した複製が可能となる。
【００３９】
上記実施の形態では、図２に示すように、入射光Ａが斜入射し、回折光Ｄが垂直射出する場合について説明した。この場合、入射光Ａが全く遮光されずに回折光Ｄとして射出することによって、入射光Ａに対する光利用効率である回折効率が最も高くなる。なお、図２に示すような入射角度θ以外の角度で入射光Ａが入射した場合、あるいは回折光Ｄが垂直方向以外の方向に射出した場合であっても、高い回折効率と、複製時における高い成形性と実現することができる。
【００４０】
また、本実施の形態に係るブレーズド回折格子２は、図２に示すように入射光Ａを反射する反射型のみならず、透過型にも同様に適用可能である。反射型の場合は、成形面にアルミニウムや銀などの反射層を設けることによって反射率が高め、回折光強度の向上を図ることも可能である。その際、光の入射面は成形面でも、反射層面であってもよい。
【００４１】
本実施の形態に係るブレーズド回折格子２は、図３に示すように、谷部を曲線状の断面形状とした金型２４を用いて得られる被成型物２６として成型することができるが、これに限らず、成型方法に適するように、谷部を鋭利にして山部を曲線状とする金型を用いることによっても成型可能である。
【００４２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。
【００４３】
図４は、第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子の表面近傍を示す立断面図であって、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４４】
すなわち、本実施の形態に係るブレーズド回折格子６は、図２に示す非光学作用面Ｍを、立断面形状が直線となるような複数の非光学作用面を組み合わせることによって形成している。図４に示す例では、非光学作用面Ｍ１と非光学作用面Ｍ２とを組み合わせることによって、図２に示す非光学作用面Ｍに相当させている。
【００４５】
非光学作用面Ｍ１は、基材法線に対する傾斜角ｗを、入射光Ａの入射角度θよりも小さくして、境界Ｂ５において光学作用面Ｌと、境界Ｂ３において非光学作用面Ｍ２とそれぞれ接続している。また、非光学作用面Ｍ２は、基材に対して平行な面であり、境界Ｂ３において非光学作用面Ｍ１と、境界Ｂ４において光学作用面Ｌとそれぞれ接続している。非光学作用面Ｍ２の長さは、境界Ｂ５近傍を抜けた入射光Ａが、非光学作用面Ｍ２に入射しないような長さとしている。これによって、いかなる入射光Ａであっても、非光学作用面Ｍ１，Ｍ２に入射することがないようにしている。
【００４６】
上述したような構成のブレーズド回折格子６であっても、第１の実施の形態に係るブレーズド回折格子２と同等の作用効果を奏することができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図５から図６を用いて説明する。
【００４８】
ここでは、第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子を用いた表示体と光学シートについて説明する。
【００４９】
図５は、第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子を用いた表示体の一例を示す概念図である。また、図６は、第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子を用いた光学シートの一例を示す概念図である。
【００５０】
すなわち、本実施の形態に係る表示体は、第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子をそれぞれ、図５（ｂ）に示すように、各セル１０内に配置する。そして、図５（ｃ）に示すように、各セル１０に配置されたブレーズド回折格子毎に、光入射面における光学作用面Ｌの格子間隔ｄｙの逆数である空間周波数、光入射面に対する光学作用面Ｌの傾き角度φ、および光学作用面Ｌにおける入射光の回折効率を、所定値に設定する。これによって、図５（ａ）に示すように、各セル１０を画素として画像を表示する表示体１２を構成する。
【００５１】
このように構成した表示体１２は、極めて明るく観察され、また成型工程においても高精度に安定して成型できるものである。このとき、セル１０内に配置されたブレーズド回折格子の空間周波数は主として観察される色（波長）、光学作用面Ｌの傾き角度φは観察方向、回折効率やセル１０の面積は観察される明るさを特徴付ける。したがって、これらのパラメーターを正確に設計し、設定することによって、フルカラーの画像や、視差を持った画像を表示するようにしている。
【００５２】
更に、図６（ａ）に示すように、第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子を、光学シート１４の表面に配置することにより、回折効率の高い光学シート１４を形成する。
【００５３】
この光学シート１４においても、第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子をそれぞれ、図６（ｂ）に示すように、各セル１０内に配置する。そして、図６（ｃ）に示すように、各セル１０に配置されたブレーズド回折格子毎に、光入射面における光学作用面Ｌの格子間隔ｄｙの逆数である空間周波数、光入射面に対する光学作用面Ｌの傾き角度φ、および光学作用面Ｌにおける入射光の回折効率を、所定値に設定する。これによって、図６（ａ）に示すように、各セル１０から構成してなる光学シート１４を得る。このように形成した光学シート１４は、成型工程においても高精度に安定して成型できるものである。
【００５４】
本実施の形態に係る表示体は、上述したように構成しているので、セル１０内に配置されたブレーズド回折格子の空間周波数、光学作用面Ｌの傾き角度φ、回折効率やセル１０の面積を正確に設計し、設定することによって、フルカラーの画像や、視差を持った画像を表示することができる。また、成型工程においても高精度に安定して成型することができる。
【００５５】
また、第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子を表面に配置することによって、回折効率の高く、品質にばらつきのない均一な光学シート１４を実現することができる。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い回折効率を有するとともに、複製時の成形性が高く、安定して複製することが可能なブレーズド回折格子を実現することができる。
【００５８】
また、このようなブレーズド回折格子をシート表面に形成することにより、回折効率に優れ、成型性にも優れた光学シートを実現することができる。
【００５９】
更に、このようなブレーズド回折格子をセル内に形成し、セルを画素とした画像を表示することにより、成型性に優れ、かつ明るく表示される表示体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るブレーズド回折格子の一例を示す斜視図
【図２】第１の実施の形態に係るブレーズド回折格子の表面近傍を示す立断面図
【図３】第１の実施の形態に係るブレーズド回折格子の複製方法を説明するための概念図
【図４】第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子の表面近傍を示す立断面図
【図５】第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子を用いた表示体の一例を示す概念図
【図６】第１および第２の実施の形態に係るブレーズド回折格子を用いた光学シートの一例を示す概念図
【図７】従来技術によるブレーズド回折格子の一例を示す斜視図
【図８】従来技術によるブレーズド回折格子の複製方法を説明するための概念図
【符号の説明】
ｄｙ…格子間隔、β…射出角度、α…０次回折光の射出角度、β…１次回折光の射出角度、φ…傾き角度、θ…入射角度、ｗ…傾斜角、Ａ…入射光、Ｂ１〜Ｂ５…境界、Ｄ…回折光、Ｌ…光学作用面、Ｍ，Ｍ１，Ｍ２…非光学作用面、２，６，２０…ブレーズド回折格子、４，２２…光入射面、１０…セル、１２…表示体、１４…光学シート、２４…金型、２６…被成型物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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