2020-008439

１　引用文献１の記載事項

原査定の拒絶の理由に引用文献１として引用され、先の出願前に日本国内又は外国において、頒布された刊行物である特表２００４－５０５３０６号公報（以下、同じく「引用文献１」という。）には、以下の記載事項がある。なお、「Ｉ．　発明の分野」等の項目以外の箇所に付された下線は、当合議体が付したものであり、発明の認定等に用いた箇所を示す。

（１）「【発明の詳細な説明】

【０００１】

Ｉ．　発明の分野

本発明は、平坦であるかまたは彎曲していてもさしつかえない１つまたは複数の表面が、制御された角度範囲にわたる、有効視野にかけて制御可能な強度変化をもつ分散（本明細書では“拡散”または“散乱”とも称される）を入射ビームにおこさせ得る微細構造分布をもつ基板からなる光デバイスを開示する。本明細書において、前記デバイスは“構造化スクリーン”あるいは単に“スクリーン”と称される。

【０００２】

本発明の構造化スクリーンは、一般に２つの大きなカテゴリー、すなわち拡散スクリーン及び表示スクリーンに属する複数の用途を有する。さらに詳しくは、構造化スクリーンの用途には、特定の視野角にわたり一様な照明を与えるための、写真カメラ用集光スクリーンと組み合わされるかまたはそのような集光スクリーンとしての、照明の一様化、並びに、スタンドアローン装置としてあるいは必要な別のハードウエアと組み合わされる、バックライト型ディスプレイ、液晶フラットパネルディスプレイ及びその他のタイプのディスプレイにおける用途があるが、これらには限定されない。

【０００３】

構造化スクリーンを用い得る機器の例には、写真カメラ、コンピュータスクリーン、テレビジョンセット、投影スクリーン、セルラー電話、及び汎用映像表示装置があるが、これらには限定されない。」

（２）「【００９６】

Ｖ．　実施例

以下の、限定的ではない実施例は、上述した技法を用いる構造化スクリーンの設計を示す。それぞれの実施例において、１つまたは複数のスクリーン面の構造は、観察者の一般的位置である、遠距離場での光分散（散乱）パターンの正確な整形（制御）を可能にするように、十分な精度をもって個々の位置のそれぞれで制御される。特に、散乱面は詳細に知られるから、回折方程式を用いて散乱面の光学的挙動を確実にモデル化することができ、したがって期待されるスクリーン性能をスクリーン製造に関わる公差とともに決定できる。

【００９７】

続きを表示（全45行）

上で論じたように、散乱パターンを適切に調整するためには、基本的に局所及び大局的成分に分離することができる、いくつかの自由度を利用する必要がある。スクリーン自体は、全体として作用して所望の散乱パターンを生成する微細素子（微細構造）からなる。それぞれの微細構造は一組のパラメータで定めることができる。局所成分がある。例えばマイクロレンズの場合には、局所パラメータは、曲率半径、円錐定数、直径等とすることができる。大局的パラメータは、局所パラメータがしたがわなければならない（確率密度関数のような）規則及びそれぞれの微細構造の互いに対する空間的位置を定める。

【００９８】

やはり上で論じたように、微細構造の空間的配列及び位置を定めるためには、それぞれの微細構造の中心及び大局的原点を定める、便宜的におかれた座標系を採用できる。大局的成分はこの座標系に対して定められる。それぞれの微細構造の原点において、微細構造を数学的に定めるに必要な基準を与える局所座標系を関連付けることもできる。スクリーンによりつくられる散乱パターンを事実上無制限に整形できるのは、局所及び大局的成分によるものである。

【００９９】

以下の実施例は、スクリーンの散乱パターンへの様々な大局的及び局所パラメータの効果を示す。詳しくは、実施例１は散乱パターンの形状における局所自由度の重要性を示し、実施例２及び３は１つまたは複数のスクリーン面上の微細構造の縦方向オフセット及び全体的空間配置をそれぞれ扱い、実施例４はスクリーンパラメータのランダム化を扱う。最後に、実施例５及び６は拡散スクリーン及び表示スクリーンの製造への本発明の例証的適用を提示する。

【０１００】

様々な実施例の構造化スクリーンに対する指定は、それぞれの指定が対応する構造に関して、実施例の最後に見られるスクリーン設計表で述べられる。

【０１０１】

実施例１

微細構造形状の効果

本実施例は、光分散パターンの調整におけるそれぞれの微細構造の形状の重要性を示す。

【０１０２】

初めに発明者等は、パラメータの内のいくつかはランダムな変数である、１つまたはそれ以上のパラメータの関数として表わすことができる形状をもつ同一の微細構造の規則的アレイを考察する。例えば球面形状の微細構造は、Ｒ－（Ｒ２－ｒ２）１／２で与えられるサグ関数を有する。ここでＲは曲率半径を表わし、ｒは原点から径方向の位置を表わす。この定義にしたがえば、アレイは曲率半径が可能な限り可変の球面マイクロレンズからなる。それぞれの微細構造の寸法はスクリーン全面で同じであり、よってランダム性の存在は、特定のパラメータ、すなわち球面マイクロレンズの曲率半径に限定される。

【０１０３】

初めに、２から４μｍの波長範囲の赤外領域での動作のためにシリコンでつくられたスクリーンを考察する。図２６は、直径が１００μｍの球面マイクロレンズのアレイに関する遠距離場散乱プロファイルを示す。マイクロレンズのサグは１０μｍに固定されている。

【０１０４】

ここで球面レンズを別の全く異なる形状をもつ、例えば三角錐の微細構造で置き換えれば、図２７に示される散乱パターンが見られる。それぞれの微細構造は、底辺が１００μｍで深さが１０μｍの等稜三角錐であること、すなわち基本寸法は球面マイクロレンズアレイの基本寸法と同じであることに注意されたい。アレイは三角溝回折格子によく似ているから、２つの主回折次数に対応する２つの別々の強度ピークが観察される。

【０１０５】

別の例として、曲率半径Ｒ＝１００μｍ及び円錐定数κ＝－２をもつ双曲面プロファイルを考察する。これらのパラメータにより、直径が１００μｍのマイクロレンズのサグはやはり１０μｍとなる。図２８に示されるように、全体的な散乱プロファイルは球面マイクロレンズで観察された散乱プロファイル（図２６参照）と同様であるが、パターンの両縁端におけるピーク強度増大が顕著である。

【０１０６】

図２６から図２８に示される微細構造形状の効果は、開口数が大きくなるとともにさらに劇的にさえなり得る。

【０１０７】

微細構造形状の効果のまた別の例として、４００ｎｍから７００ｎｍの間で動作するように設計されたアクリル樹脂のスクリーンを考察する。スクリーンは、直径が５０μｍの球面マイクロレンズの規則的アレイからなる。図２９及び３０は、そのようなアレイに関し、２つのマイクロレンズ深さ、すなわち図２９では１２μｍ、図３０では２０μｍについての散乱プロファイルを示す。これらの図からわかるように、マイクロレンズ深さによりスクリーンの散乱パターンの整形に対する別のパラメータが与えられる。

【０１０８】

全サグ（全深さ）が２０μｍの放物面マイクロレンズ形状の場合が図３１に示される。放物面プロファイルにより、球面またはその他のプロファイルと比較してかなり平坦な（したがって高利得の）散乱プロファイルの生成が可能になる。サグの最小限界では球面プロファイルと放物面プロファイルとの間にほとんど差がなく、散乱パターンは事実上同一である。しかし、マイクロレンズサグが大きくなるとともに、これら２つのプロファイルの間の違いはもはや無視できなくなり、この違いが散乱パターンに直接に反映される。

【０１０９】

ここで学ぶべき重要な教訓は、微細構造の形状を散乱プロファイルの形状の制御に用い得ることである。発明者等は、散乱の可変性を用いられる形状の関数として示すいくつかの例を提示した。逆の経路をたどって注目するいずれかの散乱パターンを定めること及び、最適化アルゴリズムを用いて、所望の散乱パターンを最善に近似するサグプロファイルを計算することができる。

【０１１０】

発明者等が示す最後の注記として、上記実施例は規則的アレイに限られているが、アレイの周期性による効果を回避するためにはランダムアレイを考慮することが一般に望ましい。ランダム化により、散乱パターンにおける大きな強度変動が最小限に抑えられる傾向がある。さらに、２つの局所周期的なパターンの重畳によるエイリアシングまたはモアレ縞のような望ましくない視覚的効果が排除される傾向もある。しかし、ランダム化が規則的アレイで観察される基本的形状を大きく変えることはない。ランダム化は基本的散乱パターンをより一様かつ堅固にするだけである。

【０１１１】

実施例２

縦オフセットの効果

実施例１で示したように、微細構造プロファイルが基本的に散乱パターンの形状及び発散スパンを決定する。プロファイルのランダム化は高空間周波数発振を低減し、より平滑なパターンを得るに役立つ。動作スペクトル帯に依存して、スクリーンの性能に有害なホットスポットが生じ得る（例えば図２６を参照）。

【０１１２】

散乱パターンを一様化し、ホットスポットの影響を少なくするために役立つ別のパラメータを与えるに有用な重要要素は、マイクロレンズの縦方向オフセットすなわちピストンである。縦方向オフセットの効果は、基本的にマイクロレンズを有限の量だけその対称軸に沿って変位させることである。正味の結果は、微細構造の頂点または原点の相対位置がスクリーン上でピストンの関数として変わることである。

【０１１３】

この効果を示すため、発明者等は図２６を生成するために用いた、すなわち直径が１００μｍでサグが１０μｍの球面マイクロレンズの、アレイを再び考察する。ピストン無し及びピストン付のスクリーンプロファイルの断面が、それぞれ図３２及び図３３に示される。散乱パターンへのオフセットの効果が、図２６のパターンと比較されるべき、図３４に示される。図３４では中央のホットスポットの消失が明らかである。

【０１１４】

縦方向オフセットの一様化効果の一例として、図３３に示した球面マイクロレンズと同じアレイであるが、この場合は赤外領域の代わりに４００ｎｍから７００ｎｍの可視領域で動作するアレイを考察する。縦方向オフセットがある場合の散乱パターンとない場合の散乱パターンが、図３５にそれぞれ実線及び破線で示される。

【０１１５】

上記の結果はホットスポットの低減及び散乱パターンの一様化における縦方向オフセットの効果を明らかにしている。この効果をそれだけで用いるか、またはその他のランダム化と併用することにより、視覚的アーティファクトまたは激しい強度変動が最小限に抑えられた、平滑な散乱パターンを得ることができる。」

【０１１６】

実施例３

微細構造の空間的配置

散乱パターンに強く関連する決定的な大局的パラメータは、スクリーン上の微細構造の空間的配置である。空間的配置の主要な影響は散乱パターンの全体的な対称性に表れる。

【０１１７】

例えば、図３６の規則的直方アレイは、マイクロレンズの局所的形状により導入される発散角に依存する、長方形に似た３次元パターンを生成する。他方で、図３７の六方アレイは、マイクロレンズの形状により導入される発散角に依存して、一方向に沿って他の方向より引き伸ばされ得る六角形の散乱パターンを生成する。

【０１１８】

幾何学的考察の他に、全体的対称性は、どれだけのエネルギーが観測面に集中するかに影響することが主要な理由であるだけでも、多くの態様で重要である。例えば、同様の空間的伸張をもつパターンに関して、図３７の六方配列は図３６の直方配列より多くの光を集中させる。この結果、六方アレイによる散乱パターンは等価な直方アレイより高い利得、すなわち指定された角度範囲にわたる散乱を示す。

【０１１９】

利得に加えて、特定の空間的配置の実装を考察する際に入ってくる重要な製造問題もある。例えば、隅があるため、直方アレイは一般に六方アレイより深さがあり、したがって製造がより困難である。

【０１２０】

散乱パターンの観点から、関連する２つの第一義的要因は強度プロファイル形状及び発散角である。形状は微細構造のプロファイル（サグ関数）で制御され、一方発散角はプロファイルの傾き（サグ関数の一次導関数）で制御される。

【０１２１】

したがって、個々のプロファイルが適切に定められた平滑パターンに関してランダム化されて、所望の発散角を与える限り、微細構造の特定の寸法及び分布を問題にすべきではない。しかし、視覚的システムでは、散乱パターンでは明白でなく、投影像と離散個別微細構造の存在により生じるサンプリング効果との間の相互作用を表わす、微細構造の空間的配置にともなう付加的効果がある。

【０１２２】

上記の相互作用の簡単な例が、市販デジタルカメラで撮られた空間周波数の高い構造をもつ写真で容易に見てとれる、エイリアシングである。別の効果は、やはり一定のサンプリングと投影された画像における色分布の結果として生じる、色帯の出現である。遠距離場におけるスクリーン性能とは無関係に、散乱素子が十分に小さくない限り、サンプリングによる効果は生じ得るし、これを処理する必要がある。

【０１２３】

上記の効果を完全に排除するための１つの方法は、微細構造の規則的な空間的配置を放棄したスクリーン構造を用いることである。これは、微細構造が局所パラメータ及び空間的境界の両者によって特徴づけられるスクリーン構造を採用することにより達成でき、ここで空間的境界は微細構造を囲む、閉じた線である。例えば、直方アレイに対して境界は矩形であり、一方ハニカム配列に対して境界は六角形である。

【０１２４】

１次元においては、直径が可変の円柱を用いることで規則的な空間的配置を回避することができる。２次元では、最も一般的な形態において、境界を多角形状の連続線とすることができる。スクリーン全面に微細構造の境界を定める多角形状の連続線の完全集合は一般に（ただし必須である必要はない）、図３８に示されるように、最密充填形態で配置されることになろう。別の、規則的な空間的配置を回避し、実装がより簡単である可能な配置では、図３９に示すようなマイクロレンズのモザイク分布をなす矩形またはその他の形状につくられたセルが採用される。モザイクすなわち一般的な多角形境界の特有の利点は、２つまたはそれ以上のスクリーンアレイを傾けて配置してより大きなスクリーンを構成することにより生じる欠陥の影響が低減されることである。

【０１２５】

実施例４

ランダム化プロセス

スクリーン上の微細構造の周期的繰返しによるアーティファクトの存在を回避するに特に有効な方法は、所望に応じて、局所パラメータまたは大局的パラメータのいずれかに、あるいは局所パラメータ及び大局的パラメータのいずれにも適用できる、ランダム化を用いることである。

【０１２６】

いかなる乱数の集合も、パラメータの許容範囲においてある指定された値を選択する確率を基本的に定める、確率分布関数（ＰＤＦ）を満足する。簡単であり、ほとんどのコンピュータで利用できることから、好ましいＰＤＦは一様ＰＤＦである。この場合、許容範囲のパラメータのそれぞれの値に等しい確率が割り当てられる。スクリーンの個々の微細構造のそれぞれの形状を正確に定めることができるのであれば、ランダム化に用いられるべき特定のＰＤＦを少数の特定のタイプに限定する必要はなく、任意の形とすることができる。さらに、所望の散乱パターン特性に依存して、相異なるパラメータに相異なるＰＤＦを適用することができる。

【０１２７】

特定のＰＤＦ割当ての効果の簡単な例として、最大サグが５から１５μｍの範囲にあり、縦方向オフセットが±２μｍの範囲において一様ＰＤＦでランダム化された値に等しい、直径が１００μｍの球面マイクロレンズのランダムアレイの場合を考察する。

【０１２８】

したがって、マイクロレンズ自体のランダム化に利用できるパラメータは、それぞれのマイクロレンズの曲率半径及び最大サグだけである。しかし、適用されるべきＰＤＦの特定の関数形に加えて、ＰＤＦが曲率半径または最大レンズサグのいずれに適用されるかに依存する、ランダム化を達成するための２つの相異なる手順がある。サグは曲率半径に直接に関連するので、ＰＤＦも同様に関連することになろう。

【０１２９】

上記の効果の一例が図４０及び図４１に示される。パラメータに一様ＰＤＦを適用して変化させた結果が、サグへの一様ＰＤＦ適用に対するパターンが実線で表わされ、曲率半径への一様ＰＤＦ適用に対するパターンが破線で表わされている、図４２の散乱パターンに示される。本図からわかるように、サグに一様分布を適用すると、散乱パターンはより大きな角度範囲にわたって分散する傾向がある。このより大きな角散乱は、サグに一様分布を適用した場合には、深いサグをもつレンズユニットの数が多くなることから生じている。

【０１３０】

散乱の仕様によっては、一様分布に加えて別の確率分布関数を用いることが望ましいこともある。例えば、ガウス分布により、指定された平均値の周りにパラメータ（例えばサグまたは半径）を集中させることができる。利用できるＰＤＦのタイプには制限がなく、いくつかの拘束が所望のシステム性能により課せられるだけである。一様分布は、主としてその単純さにより、ほとんどの用途で選択される分布となる傾向がある。注目する多くの事例において、一様分布はシステム要件を満たすに十分である。しかし、必要に応じて任意のＰＤＦを実施できることにより、散乱パターンを調整するために重要な自由度が得られる。」

（３）「【０１４０】

【表１】

スクリーン設計表

・・・省略・・・

【表３】

・・・省略・・・

」

（当合議体注：「微細構造サグ範囲」の「１０～１０μｍ」は、誤記ではなく、１０μｍ（一定）であることを示している。）

（４）図３４

（５）図４０

（６）図４１

２　引用発明

（１）引用文献１において、【０１１１】～【０１１５】に記載された実施例２は、球面マイクロレンズの直径は１００μｍであり、縦方向のオフセットがある場合の構造化スクリーンであるところ、実施例２に対応するスクリーン設計表は、【０１４０】の【表３】の図３４のとおりであり、実施例２の構造化スクリーンに対応する散乱パターンの図は、【０１４０】の【表３】の図３４とは別の図として図示された図３４である。

（２）上記【０１４０】の【表３】の図３４の記載において、「アレイ」は、引用文献１の【０１１１】～【０１１５】等の記載により、「マイクロレンズ」「アレイ」を意味し、「空間的配置」は、引用文献１の【０１１６】～【０１２４】等の記載により、「マイクロレンズ」の「空間的配置」を意味し、「微細構造」は、引用文献１の【０１１１】～【０１１５】等の記載により、「マイクロレンズ」を意味し、「ＰＤＦ」は、引用文献１の【０１２５】～【０１３０】等の記載により、「確率分布関数」を意味する。

（３）上記の実施例２の構造化スクリーンに対応する散乱パターンが図示された図３４の記載から、所望の拡散角度範囲内の拡散光の強度が略均一であることが看取できる。

（４）そうしてみると、引用文献１には、実施例２の構造化スクリーンとして、次の発明（以下「引用発明」という。）が記載されていると認められる。

「　マイクロレンズアレイであって、

マイクロレンズアレイタイプは円柱型であり、マイクロレンズの空間的配置は最密充填であり、マイクロレンズの直径は１００μｍであり、マイクロレンズのプロファイルは球面であり、マイクロレンズのサグ範囲は１０～１０μｍであり、マイクロレンズの全アレイ深さ範囲は１０μｍであり、マイクロレンズのランダム化確率分布関数は規則的アレイであり、縦方向オフセットは±２μｍであり、オフセットランダム化確率分布関数は一様であり、波長範囲は０．４～０．７μｍであり、

所望の拡散角度範囲内の拡散光の強度が略均一である、

構造化スクリーン。」