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JP2004271588A - Brazed diffraction grating, display body using brazed diffraction grating, and optical sheet using brazed diffraction grating - Google Patents

Brazed diffraction grating, display body using brazed diffraction grating, and optical sheet using brazed diffraction grating Download PDF

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Publication number
JP2004271588A
JP2004271588A JP2003058357A JP2003058357A JP2004271588A JP 2004271588 A JP2004271588 A JP 2004271588A JP 2003058357 A JP2003058357 A JP 2003058357A JP 2003058357 A JP2003058357 A JP 2003058357A JP 2004271588 A JP2004271588 A JP 2004271588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffraction grating
optically active
blazed diffraction
light incident
sectional shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003058357A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshitaka Toda
敏貴 戸田
Akira Nagano
彰 永野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP2003058357A priority Critical patent/JP2004271588A/en
Publication of JP2004271588A publication Critical patent/JP2004271588A/en
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a brazed diffraction grating which has high diffraction efficiency and high moldability in duplication and can stably be duplicated. <P>SOLUTION: In the brazed diffraction grating 2 in which the sectional shape of an elevation of a light incidence surface 4 is a saw-tooth shape, the saw-tooth shape is formed by alternately arranging an optical operation surface L whose sectional shape is formed of a straight line so that incident light A incident on the light incidence surface 4 optically operates and a non-optical operation surface M whose sectional shape is formed of a curved light so that the incident light A does not optically operate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【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d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d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】
=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=αとすると、上記(1)式は次のように簡略化される。
【0006】
=λ/sinα ・・・・・(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=α/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d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d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d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】
…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
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a blazed diffraction grating, a display using the blazed diffraction grating, and an optical sheet using the blazed diffraction grating.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 7, the general shape of the blazed diffraction grating 20 is such that the vertical cross-sectional shape of the surface of the light incident surface 22 on which the incident light is incident has a saw blade shape. Typical lattice spacing d y is about approximately 0.5 to 1 [mu] m, the height h of the exemplary grating is about 0.1 to 1 [mu] m. In particular, the optimum grating height h mainly depends on the refractive index of the material constituting the blazed diffraction grating 20 and whether it is a reflection type or a transmission type.
[0003]
If the y-direction indicating the direction of the lattice vector in FIG. 7, the lattice spacing d y of blazed diffraction grating 20 is determined by the following equation. Here, it is assumed that the surface of the light incident surface 22 is in contact with air.
[0004]
d y = λ / (sin α−sin β) (1)
Here, λ is the wavelength of the incident light, α is the exit angle of the zero-order diffracted light (transmitted light or specularly reflected light) in the y direction, and β is the exit angle of the first-order diffracted light in the y direction.
[0005]
The most common condition, when light in a direction perpendicular to the substrate to consider the condition of injection, is an exit angle beta = 0 ° of a first order diffracted light in the y-direction, 0 and the angle alpha = alpha N-order diffracted light Then, the above equation (1) is simplified as follows.
[0006]
d y = λ / sinα N (2)
In order to maximize the diffraction efficiency of the blazed diffraction grating, that is, the diffraction ratio of the first-order diffracted light to the incident light, the angle φ of the slope of the saw blade is designed so as to satisfy the following expression (3). .
[0007]
φ = α N / 2 (3)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional blazed diffraction grating has the following problems.
[0009]
That is, in order to duplicate the conventional blazed diffraction grating as described above, in addition to injection molding, many techniques such as embossing on a thermoplastic resin or a UV-curable resin have been put to practical use.
[0010]
However, as shown in FIG. 8, in the process of duplicating the blazed diffraction grating, when the molding material 26 which is the material of the duplicate is poured into the original plate such as the mold 24, the microstructure is accurately formed without gaps. Must be poured. Also, when peeling in the direction indicated by the arrow in the figure after molding, the object to be molded 26 must be peeled without being broken or distorted.
[0011]
In the duplication process, if the duplicate does not accurately reproduce the original plate and has minute defects, the diffraction efficiency is reduced, noise (unnecessary light components) is generated, and the performance is reduced. Problem.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a first object of the present invention is to provide a blazed diffraction grating having high diffraction efficiency, high moldability at the time of duplication, and capable of stably duplicating. Is to provide.
[0013]
Further, a second object is to provide an optical sheet having excellent diffraction efficiency and excellent moldability by forming such a blazed diffraction grating on the sheet surface.
[0014]
Further, a third object is to provide a display body which is excellent in moldability and is brightly displayed by forming such a blazed diffraction grating in a cell and displaying an image using the cell as a pixel. is there.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
[0016]
That is, according to the first aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in a blazed diffraction grating in which a vertical cross-sectional shape of a light incident surface is a saw blade shape, incident light incident on the light incident surface is optically reflected. An optical action surface having a straight sectional shape formed so as to operate and a non-optical working surface having a curved vertical sectional shape so that incident light does not act optically are alternately arranged on the light incident surface. This forms a saw blade shape whose vertical cross-sectional shape is composed of straight lines and curved lines.
[0017]
Therefore, in the blazed diffraction grating according to the first aspect of the present invention, by taking the above-described means, it is possible to achieve high diffraction efficiency, high moldability at the time of replication, and stable replication.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in a blazed diffraction grating in which a vertical cross-sectional shape of a light incident surface has a saw blade shape, incident light incident on the light incident surface acts optically. And the first boundary where the inclination of the optically active surface whose vertical cross-sectional shape is formed by a straight line and the inclination of the non-optically active surface whose vertical cross-sectional shape is formed by a curve so that incident light does not act optically coincide with each other. A second boundary where the inclination of the non-optical operation surface and the inclination of the optical operation surface do not coincide with each other is alternately arranged on the light incident surface, and the optical operation surface and the non-optical operation surface are connected to each other at each boundary. Form a blade shape.
[0019]
Therefore, in the blazed diffraction grating according to the second aspect of the present invention, by taking the above measures, it is possible to have high diffraction efficiency, high moldability at the time of duplication, and to stably duplicate.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a blazed diffraction grating according to the first or second aspect of the present invention, wherein the curvature radius of a curve forming the non-optically active surface is reduced by light incidence. 10% or more and 80% or less of the arrangement pitch of the optical action surface on the surface.
[0021]
Therefore, in the blazed diffraction grating according to the third aspect of the present invention, by taking the above means, it is possible to have high diffraction efficiency, high moldability at the time of replication, and stable replication.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in order to achieve the first object, in a blazed diffraction grating in which a vertical cross-sectional shape of a light incident surface has a saw blade shape, incident light incident on the light incident surface acts optically. In this way, an optically active surface with a vertical cross-sectional shape formed by a straight line and a non-optically active surface formed by combining a plurality of straight lines with a vertical cross-sectional shape so that incident light does not act optically are alternated on the light incident surface. To form a saw blade shape.
[0023]
Therefore, in the blazed diffraction grating according to the fourth aspect of the present invention, by taking the above measures, it is possible to have high diffraction efficiency, high moldability at the time of duplication, and stable duplication.
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, in order to achieve the second object, the blazed diffraction grating according to any one of the first to fourth aspects is arranged on a sheet surface.
[0025]
Therefore, in the optical sheet according to the fifth aspect, by forming the blazed diffraction grating according to any one of the first to fourth aspects on the sheet surface, both the diffraction efficiency and the moldability are improved. Can be.
[0026]
According to a sixth aspect of the present invention, in order to achieve the third object, the blazed diffraction grating according to any one of the first to fourth aspects is arranged in each of a plurality of cells. For each blazed diffraction grating, the spatial frequency, which is the reciprocal of the arrangement pitch of the optical working surface arranged on the light incident surface, the angle of inclination of the optical working surface with respect to the light incident surface, and the incident light on the optical working surface By setting the diffraction efficiency to a predetermined value, an image in which each cell is a pixel is displayed.
[0027]
Therefore, in the display according to the sixth aspect of the present invention, by taking the above measures, the blazed diffraction grating according to any one of the first to fourth aspects of the present invention is formed in the cell, and the cell is formed of a pixel. By displaying an image that has been set, it is possible to display the image excellent in moldability and bright.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
Note that the same reference numerals in the drawings used for describing the following embodiments denote the same parts as in FIGS. 7 and 8.
[0030]
(First Embodiment)
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0031]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the blazed diffraction grating according to the first embodiment.
[0032]
FIG. 2 is an elevational sectional view showing the vicinity of the surface of the blazed diffraction grating according to the first embodiment.
[0033]
That is, in the blazed diffraction grating 2 according to the present embodiment, the vertical cross-sectional shape of the light incident surface 4 has a saw blade shape. Then, as shown in the vertical sectional view of FIG. 2, an optical function in which a vertical sectional shape is formed as a straight line so that the incident light A incident on the light incident surface 4 at an incident angle θ performs an optical function such as reflection or transmission. The sawtooth shape is formed by alternately arranging the surface L and the non-optically active surface M having a curved vertical cross-sectional shape so that the incident light A does not optically act on the light incident surface 4. Further, the curvature radius R of the curve forming the non-optical surfaces M, is set to 10% to 80% of the lattice spacing d y in the light incidence surface 4.
[0034]
With such a configuration, the non-optically active surface M is invisible from the incident light A incident from the upper left in FIG. 2, so that the incident light A does not enter and the optical action such as reflection and transmission is not performed. Does not happen.
[0035]
The boundary between the optically active surface L and the non-optically active surface M includes a boundary B1 near the lowermost position of the saw blade and a boundary B2 that forms the vertex of the saw blade. At the boundary B1, the inclination of the non-optical operation surface M and the inclination of the optical operation surface L match. That is, the non-optical working surface M and the optical working surface L are smoothly connected. On the other hand, at the boundary B2, the inclination of the non-optically active surface M and the inclination of the optically active surface L do not coincide with each other, and form the apex of the saw blade.
[0036]
The blazed diffraction grating 2 having such a configuration has an extremely high diffraction efficiency with respect to the incident light A, which is close to 100% at the maximum. That is, most of the incident light A is reflected on the optically active surface L, and becomes a diffracted light D as shown in FIG. Further, the moldability at the time of duplication is extremely high, and stable duplication is enabled.
[0037]
In particular, since the optically active surface L and the non-optically active surface M are smoothly connected at the boundary B1, the number of portions where sharp portions need to be accurately formed is reduced, and the formability of the optically active surface L is extremely low. high. In the case of the blazed diffraction grating of the prior art, there is a phenomenon that the valleys of the original plate are liable to cause molding defects, particularly depending on the molding method. However, the blazed diffraction grating 2 according to the present embodiment employs such a molding method. High moldability can be obtained, and a good duplicate can be obtained. In particular, when the curvature radius R of the non-optically active surface M is 0.1 μm or more, moldability and molding stability are high.
[0038]
Since the blazed diffraction grating 2 according to the present embodiment has the above-described configuration, it is possible to realize an extremely high diffraction efficiency of the incident light A, which is close to 100% at the maximum. In addition, the moldability during replication is extremely high, and stable replication is possible.
[0039]
In the above embodiment, the case where the incident light A is obliquely incident and the diffracted light D is emitted vertically as shown in FIG. 2 has been described. In this case, since the incident light A is emitted as the diffracted light D without being blocked at all, the diffraction efficiency, which is the light use efficiency for the incident light A, becomes the highest. Even when the incident light A is incident at an angle other than the incident angle θ as shown in FIG. 2, or when the diffracted light D is emitted in a direction other than the vertical direction, high diffraction efficiency and high High moldability can be realized.
[0040]
In addition, the blazed diffraction grating 2 according to the present embodiment can be applied not only to the reflection type that reflects the incident light A as shown in FIG. In the case of the reflection type, by providing a reflection layer of aluminum, silver, or the like on the molding surface, the reflectance can be increased, and the intensity of the diffracted light can be improved. At this time, the light incident surface may be a molding surface or a reflection layer surface.
[0041]
As shown in FIG. 3, the blazed diffraction grating 2 according to the present embodiment can be molded as an object 26 obtained by using a mold 24 having a valley having a curved cross-sectional shape. However, the present invention is not limited to this, and molding can be performed by using a mold having sharp valleys and curved ridges so as to be suitable for the molding method.
[0042]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0043]
FIG. 4 is an elevational sectional view showing the vicinity of the surface of the blazed diffraction grating according to the second embodiment. The same parts as those in FIG. Is described only.
[0044]
That is, the blazed diffraction grating 6 according to the present embodiment is formed by combining the non-optically active surface M shown in FIG. 2 with a plurality of non-optically active surfaces having a straight vertical sectional shape. In the example shown in FIG. 4, the non-optically active surface M1 and the non-optically active surface M2 are combined to correspond to the non-optically active surface M shown in FIG.
[0045]
The non-optically active surface M1 is connected to the optically active surface L at the boundary B5 and the non-optically active surface M2 at the boundary B3 by setting the inclination angle w with respect to the substrate normal to be smaller than the incident angle θ of the incident light A. are doing. The non-optically active surface M2 is a surface parallel to the base material, and is connected to the non-optically active surface M1 at the boundary B3 and to the optically active surface L at the boundary B4. The length of the non-optically active surface M2 is set so that the incident light A passing through the vicinity of the boundary B5 does not enter the non-optically active surface M2. This prevents any incident light A from being incident on the non-optically active surfaces M1 and M2.
[0046]
Even with the blazed diffraction grating 6 having the above-described configuration, the same operation and effect as those of the blazed diffraction grating 2 according to the first embodiment can be achieved.
[0047]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0048]
Here, a display body and an optical sheet using the blazed diffraction grating according to the first and second embodiments will be described.
[0049]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a display using the blazed diffraction grating according to the first and second embodiments. FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of an optical sheet using the blazed diffraction grating according to the first and second embodiments.
[0050]
That is, in the display according to the present embodiment, the blazed diffraction gratings according to the first and second embodiments are arranged in each cell 10 as shown in FIG. 5B. Then, as shown in FIG. 5 (c), each blazed diffraction grating arranged in each cell 10, the spatial frequency is the inverse of the lattice spacing d y optical surfaces L in the light incident surface, the optical against the light incident surface The inclination angle φ of the working surface L and the diffraction efficiency of the incident light on the optical working surface L are set to predetermined values. In this way, as shown in FIG. 5A, a display body 12 that displays an image using each cell 10 as a pixel is configured.
[0051]
The display body 12 configured as described above is observed very brightly and can be stably molded with high precision even in the molding process. At this time, the spatial frequency of the blazed diffraction grating arranged in the cell 10 is mainly the observed color (wavelength), the inclination angle φ of the optical working surface L is the observation direction, the diffraction efficiency and the area of the cell 10 are the observed brightness. Characterize. Therefore, by correctly designing and setting these parameters, a full-color image or an image having parallax is displayed.
[0052]
Further, as shown in FIG. 6A, by arranging the blazed diffraction gratings according to the first and second embodiments on the surface of the optical sheet 14, the optical sheet 14 having high diffraction efficiency is formed.
[0053]
Also in this optical sheet 14, the blazed diffraction gratings according to the first and second embodiments are arranged in each cell 10 as shown in FIG. 6B. Then, as shown in FIG. 6 (c), each blazed diffraction grating arranged in each cell 10, the spatial frequency is the inverse of the lattice spacing d y optical surfaces L in the light incident surface, the optical against the light incident surface The inclination angle φ of the working surface L and the diffraction efficiency of the incident light on the optical working surface L are set to predetermined values. In this way, as shown in FIG. 6A, an optical sheet 14 composed of the cells 10 is obtained. The optical sheet 14 thus formed can be stably molded with high precision even in the molding step.
[0054]
Since the display according to the present embodiment is configured as described above, the spatial frequency of the blazed diffraction grating disposed in the cell 10, the inclination angle φ of the optical working surface L, the diffraction efficiency, and the area of the cell 10 By accurately designing and setting, a full-color image or an image having parallax can be displayed. Also, it is possible to stably mold with high precision in the molding step.
[0055]
In addition, by arranging the blazed diffraction gratings according to the first and second embodiments on the surface, it is possible to realize a uniform optical sheet 14 having high diffraction efficiency and uniform quality.
[0056]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such configurations. Within the scope of the technical idea described in the claims, those skilled in the art can come up with various modified examples and modified examples, and these modified examples and modified examples are also within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs to.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a blazed diffraction grating having high diffraction efficiency, high moldability during duplication, and capable of stably duplicating.
[0058]
Also, by forming such a blazed diffraction grating on the sheet surface, an optical sheet having excellent diffraction efficiency and excellent moldability can be realized.
[0059]
Further, by forming such a blazed diffraction grating in a cell and displaying an image using the cell as a pixel, it is possible to realize a display body which is excellent in moldability and which is brightly displayed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a blazed diffraction grating according to a first embodiment; FIG. 2 is a vertical sectional view showing the vicinity of the surface of the blazed diffraction grating according to the first embodiment; FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a method of duplicating a blazed diffraction grating according to the second embodiment. FIG. 4 is a vertical sectional view showing the vicinity of the surface of the blazed diffraction grating according to the second embodiment. FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a display using a blazed diffraction grating according to the second embodiment. FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of an optical sheet using the blazed diffraction grating according to the first and second embodiments. FIG. 7 is a perspective view showing an example of a blazed diffraction grating according to the prior art. FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining a method of duplicating the blazed diffraction grating according to the prior art.
d y : lattice spacing, β: emission angle, α: emission angle of 0th-order diffracted light, β: emission angle of 1st-order diffracted light, φ: inclination angle, θ: incident angle, w: inclination angle, A: incident light, B1 B5: Boundary, D: Diffracted light, L: Optical working surface, M, M1, M2: Non-optical working surface, 2, 6, 20: Blazed diffraction grating, 4, 22: Light incident surface, 10: Cell, 12 ... Display body, 14 ... Optical sheet, 24 ... Mold, 26 ... Molded object

Claims (6)

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。
In a blazed diffraction grating in which the vertical cross-sectional shape of the light incident surface forms a saw blade shape,
An optically active surface in which the vertical cross-sectional shape is formed as a straight line so that the incident light incident on the light incident surface acts optically, and the vertical cross-sectional shape is formed as a curve so that the incident light does not optically operate. And a blazed diffraction grating having a vertical cross-sectional shape formed of a straight line and a curved line by alternately disposing the non-optically acting surfaces on the light incident surface.
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。
In a blazed diffraction grating in which the vertical cross-sectional shape of the light incident surface forms a saw blade shape,
The inclination of the optically active surface, in which the vertical cross-sectional shape is formed as a straight line so that the incident light incident on the light incident surface acts optically, and the vertical cross-sectional shape is curved so that the incident light does not optically operate. A first boundary where the inclination of the non-optically active surface formed in step 2 coincides, and a second boundary where the inclination of the non-optically active surface does not coincide with the inclination of the optically active surface are alternately formed on the light incident surface. A blazed diffraction grating that is arranged and connects the optically active surface and the non-optically active surface at each of the boundaries to form the saw blade shape.
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。
The blazed diffraction grating according to claim 1 or 2,
A blazed diffraction grating in which a radius of curvature of a curve forming the non-optically active surface is set to 10% or more and 80% or less of an arrangement pitch of the optically active surface on the light incident surface.
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。
In a blazed diffraction grating in which the vertical cross-sectional shape of the light incident surface forms a saw blade shape,
An optically active surface in which the vertical cross-sectional shape is formed as a straight line so that the incident light incident on the light incident surface optically acts; and a plurality of straight lines in which the vertical cross-sectional shape is formed so that the incident light does not optically act. And a non-optical working surface formed by combining the blazed diffraction gratings on the light incident surface to form the saw blade shape.
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。An optical sheet comprising the blazed diffraction grating according to any one of claims 1 to 4 arranged on a sheet surface. 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。5. The arrangement of the blazed diffraction grating according to claim 1 in a plurality of cells, and the arrangement of the optically active surface on the light incident surface for each of the blazed diffraction gratings disposed in each of the cells. By setting the spatial frequency, which is the reciprocal of the pitch, the angle of inclination of the optically active surface with respect to the light incident surface, and the diffraction efficiency of the incident light on the optically active surface to a predetermined value, each cell becomes a pixel. Display body that displays an image.
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