JP2007041261A - 光学素子、光学装置、携帯情報端末及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 視野角を制御する光学素子間の干渉により生じるモアレ縞を解消することができる光学素子、光学装置、携帯情報端末及びマイクロルーバーの製造方法を提供する。
【解決手段】 マイクロルーバー３２は、光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚又は光学定数が異なる複数種類の光制御層４０からなる複数の基本単位Ｌ，Ｓをその層厚方向に配置したものである。基本単位Ｌ，Ｓの配列態様は、数列の生成則又は乱数をもとに決定されたものである。このため、マイクロルーバー３２は空間周波数上で多数の周波数成分を持っているため、他の光学素子との干渉による特定周期モアレが発生しない。
【選択図】 図３

Description

本発明は、視野角を変更することができる光学素子、光学装置、携帯情報端末及び光学素子としてのマイクロルーバーの製造方法に関する。

近年の技術の進歩に伴い、広い角度範囲で視認可能な液晶表示装置（ＬＣＤ）が実用化されている。一方で、液晶表示装置を搭載した携帯情報端末の普及も進んでいる。このような携帯情報端末においては、得られた情報を他人と共有して眺める場合には広い角度で視認可能なことが望まれる。しかし、携帯情報端末用途では、他人から画面を覗かれることを嫌う場合も考えられる。従って、使用状況に応じて視認性角度範囲が広い場合と狭い場合とを選択できることが好ましい。

以上の要求を満たすＬＣＤとして、例えば特許文献１及び非特許文献１に示されているように、フィルム状のマイクロルーバー（マイクロレンズシート）を表示画面上に貼り付けることが行われている。この特許文献１には、広視野角用途に使用するときのみ、広視野角化の効果を有するマイクロレンズシートを表示画面に取り付け、狭視野角用途に使用するときには、このマイクロレンズシートを取り外すことが記載されている。

図１に示すように、マイクロルーバー３２は、表示パネル２９上に貼り付けられる。従来のマイクロルーバー３２は、規則的に光吸収層及び透明層をフィルム面内で交互に配置したものである。特に、光吸収層の延設方向を画面上下方向に配置した場合、画面左右方向への光の出射が抑制される。このため、画面左右方向に位置する人間は、画面情報を認知することができない。

しかしながら、この特許文献１に示された表示装置には以下の課題がある。前述の如く、マイクロルーバーはフィルム面上に一定周期の光吸収層と透明層の交互構造を有している。一方、表示装置に一定画素ピッチを有する薄型ディスプレイを用いる場合には、マイクロルーバーの一定周期と薄型ディスプレイの画素ピッチの干渉が原因となり、モアレ縞という現象を生じる。

この現象について、図１７を用いて説明する。マイクロルーバーは、一定周期で光吸収層３０と透明層３１を有しているため、図１７の左下図に示すような空間配置を有している。この空間配置を空間周波数上で表記したのが、図１７の中央下図である。特に、マイクロルーバーは、一次元方向に繰り返し周期を有するため、図１７の中央下部に示す空間周波数内で、規則的なピーク配置をとる。このピーク配置の座標は、ベクトルＰｌの整数倍の位置に生じる。なお、ベクトルＰｌの大きさは、マイクロルーバー周期Ｌの逆数に等しい。

一方、薄型ディスプレイとして、液晶表示装置、有機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等を挙げることができる。これらのディスプレイは、いずれも画素３３が空間的に規則的に配置されている。このため、図１７の中央上図に示すように、空間周波数上で、規則的な２次元のピークを持つこととなる。これらピークの座標は、ベクトルＰｘとベクトルＰｙの整数倍の位置 ｎ・Ｐｘ＋ｍ・Ｐｙで表わすことができる。

以上のように、マイクロルーバーと薄型ディスプレイを重ね合せて配置した場合には、図１７の右部に示すようになる。各ピーク位置は、ＰｌとＰｘとＰｙの整数倍ｌ・Ｐｌ＋ｎ・Ｐｘ＋ｍ・Ｐｙに等しくなる。３つの整数の組み合わせのうち、最もｌ・Ｐｌ＋ｎ・Ｐｘ＋ｍ・Ｐｙの長さが小さいものが、最も周期が大きくなる。例えば、図１７右図では、Ｐｌ−Ｐｘが最も原点からの距離が小さく、長周期となることが分かる。

以上のように、マイクロルーバーと画素ピッチの重ね合せにより、長周期構造が生じる。これがモアレ縞として認識される。

以上の状況は、特許文献１の液晶表示装置においても同様に生じる。ＰＤＬＣ層が散乱状態の場合には、マイクロルーバーの周期と表示画面の画素ピッチ間の干渉は、ＰＤＬＣ層の散乱によりマスクされるため、認識することができない。一方、ＰＤＬＣ層が透明状態の場合には、両者の干渉が生じるため、モアレ縞が認識される。

以上のようなモアレ縞は、マイクロルーバーに限らず、周期的な構造物間では広く見られる現象である。例えば、液晶表示装置用バックライトには、プリズムシートを用いて正面輝度を向上させる構造は広く用いられている。このプリズムシートは、規則的なプリズム列を有している。このため、プリズム列と液晶表示パネルを重ねて用いる場合には、同様のモアレ縞を生じる。これを回避するために、プリズムシートと液晶表示パネル間に拡散板を挿入するのが通常である。このため、散乱板により正面輝度向上の効果が減ずるのが通常である。

また、液晶プロジェクタにおいては、以下のような問題を生じる。液晶プロジェクタの画像を形成する液晶ライトバルブは規則的な画素ピッチを有するのが普通である。一方、液晶ライトバルブを投影した表示光は、スクリーンに投影される。この際、スクリーン表面に幾何学構造を持たせ、表示光の拡散方向を制御している。幾何学構造が周期的な配置を取った場合には、液晶ライトバルブの画素ピッチとのモアレ縞を生じる。

以上のように、画素ピッチが一定の表示情報体においては、モアレ縞は広く問題とされる現象である。

そこで、特許文献２には、液晶表示装置のバックライトにおいて、導光板の表面部及び裏面部に凸状又は凹状のドット部を入射端面部と平行で並列に連設又は並設し、この連設又は並設の間隔を入射端面部から最初に連設又は並設した距離を１．５〜１．８の平方根で除去するとともに、順次一つ前の間隔距離を１．５〜１．８の平方根で除去した値とすることにより、輝線の発生を防止したものが開示されている。

特許文献３には、反射型液晶表示装置の反射板において、モアレ縞の発生を防止するために、反射層表面に複数の凹部からなる凹凸面を形成し、この凹凸群をランダムに配置しものが開示されている。

特許文献４には、バックライトにおいて、モアレ現象を抑制するために、導光体の側面に光源からの光を入射させ、導光体の表面の出射面から平面状の光をその上方に配置された液晶パネルに入射する際に、この導光体と液晶パネルとの間に、出射光制御板を設け、出射光制御板の全体に複数の凸部をその間隔がランダムになるように設けたものが開示されている。

特開平１０−１９７８４４号公報（段落００３５） 特開２００１−５１１２５号公報（段落０００９） 特開２００４−２５２３２９号公報（要約書） 特開２００５−３８７４６号公報（段落０００７，０００８） コンバーテック ＶＯＬ．３２，ＮＯ．６，ＰＡＧＥ６‐７，２００４

しかしながら、上記特許文献２乃至４に開示されたものは、いずれもモアレ縞を防止するものであるが、バックライトから液晶パネルに入射する光又は反射型液晶表示装置の反射層から液晶層に入射する光によるモアレ縞を防止する技術であり、本発明のように、視野角を変更するマイクロルーバーを設けることにより発生するモアレ縞を防止するものではなく、このような公知技術をマイクロルーバーに適用しても本発明の課題は解決できない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、視野角を制御する光学素子間の干渉により生じるモアレ縞を解消することができる光学素子、光学装置、携帯情報端末及びマイクロルーバーの製造方法を提供することを目的とする。

本願第１発明に係る光学素子は、光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚又は光学定数が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に配置し、前記層厚方向に直交する方向の表裏面を光の入射面及び出射面とした光学素子であって、前記複数の基本単位の配列態様が、数列の生成則をもとに決定されたものであることを特徴とする。

本願第２発明に係る光学素子は、光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚又は光学定数が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に配置し、前記層厚方向に直交する方向の表裏面を光の入射面及び出射面とした光学素子であって、前記複数の基本単位の配列態様が、乱数をもとに決定されたものであることを特徴とする。

本願第３発明に係る光学素子は、光吸収層及び透明層の２次元形状からなる光制御部を基本単位とし、大きさ又は光学定数が異なる複数種類の光制御部からなる複数の基本単位を、前記２次元形状に直交する平面上に、非周期的な２次元充填アルゴリズムのもとに配置し、前記平面に平行な方向の表裏面を光の入射面及び出射面としたことを特徴とする。

これらの光学素子は、例えば、マイクロルーバーである。

本願第４発明に係る光学装置は、前記いずれかの非周期的な光学素子と、周期的な光制御層又は光制御部を有する光学素子とが積層されていることを特徴とする。

本願第５発明に係る光学装置は、前記いずれかの非周期的な光学素子と、この光学素子が張り合わされる周期的な画素構造を有する空間光変調器とを有することを特徴とする。

本願第６発明に係る光学装置は、前記いずれかの光学素子により構成された光学スクリーンと、この光学スクリーン上にその出射光を投影する周期的な画素構造を有する空間光変調器とを有することを特徴とする。

本願第７発明に係る光学装置は、前記マイクロルーバーと周期的な画素構造を有する空間光変調器との間に、透明・散乱切替素子が挿入されていることを特徴とする。

本願第８発明に係る携帯情報端末は、前記いずれかの光学装置が搭載されたものであることを特徴とする。

本願第９発明に係るマイクロルーバーの製造方法は、光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に数列の生成則をもとに決定された配列態様で積層してブロック体とし、このブロック体を前記層厚方向に直交する方向にスライスして薄膜化することによりマイクロルーバーを製造することを特徴とする。

本願第１０発明に係るマイクロルーバーの製造方法は、光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に乱数をもとに決定された配列態様で積層してブロック体とし、このブロック体を前記層厚方向に直交する方向にスライスして薄膜化することによりマイクロルーバーを製造することを特徴とする。

本発明に係る光学素子及びそれを搭載した光学装置によれば、光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚又は光学定数が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に配置したものであり、この基本単位の配列態様が、数列の生成則をもとに決定されたものであるか、又は乱数をもとに決定されたものであるから、モアレ縞の発生を防止できると共に、光制御層により、視野角を狭くすることができる。例えば、光吸収層の延設方向を上下方向に配置した場合、左右方向への光の出射が抑制され、左右方向に位置する者が、画面情報を認知することを防止することができる。

次に、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態において、表示パネル２９上に貼り付けられるマイクロルーバー３２を示す図である。この本実施形態のマイクロルーバー３２は、光吸収層及び透明層が不規則に交互に配置されたものである。

図２（ａ）乃至（ｄ）は、このマイクロルーバーの製造方法を示す図である。図２（ａ）に示すように、先ず、透明層３１上に光吸収層３０を積層した２種類の光制御層４０を夫々複数枚用意する。基本単位Ｌの光制御層４０は、光吸収層３０の厚さがＡ、透明層３１の厚さがＢであり、基本単位Ｓの光制御層４０は、光吸収層３０の厚さがＡ、透明層３１の厚さがＣ（Ｃ≠Ｂ）である。

この基本単位Ｌ及びＳの夫々複数の光制御層４０を、図２（ｂ）に示すように、数列生成ルールによる態様で積層する。後述する数式６に示す数列に従えば、ＬＳＬＬＳＬＳＬ・・・・の順序に、基本単位Ｌ及びＳを積層する。その後、積層体を加熱融着して積層体をブロックとする。そして、図２（ｃ）に示すように、このブロックを光制御層４０の厚さ方向にスライスすることにより、図２（ｄ）に示すように、シート状のマイクロルーバー３２が得られる。このマイクロルーバー３２においては、光制御層４０の層厚方向のスライスされた表面及び裏面の一方が光入射面、他方が光出射面となる。即ち、光制御層４０の層厚方向に直交する方向にスライス面があり、このスライス面としてのマイクロルーバー３２の表面及び裏面の一方が光入射面、他方が光出射面となる。このマイクロルーバー３２は、スライスする厚さを調整することにより、光線規制方向の光線角度を調節できる。また、この光線角度は、基本単位Ｌの総数と基本単位Ｓの総数とから見積もることができる。

以上のように作成したマイクロルーバー３２のシートは、図３に示すような構造を有している。基本単位ＬとＳとは、透明層の厚さが異なるため、その厚さが相違し、このマイクロルーバー３２を、図１に示すように、液晶表示パネル２９上に貼り付ける。液晶表示パネル２９においては、画素が行列方向に、即ち格子状に、等間隔で配列されている。光吸収層が延びる方向を図面上で縦方向に一致させた場合には、図面左右方向の視認角度範囲を制限することができる。また、マイクロルーバー３２が異なる厚さの光吸収層３０と透明層３１との積層体から取り出されるため、液晶表示パネル２９の画素ピッチとの関係で、モアレ縞が生じることはない。

次に、本発明の光学素子（マイクロルーバー３２）の種類が異なる基本単位の積層態様について説明する。図４に示すように、入射光に対して、屈折、吸収、及び反射等の光学的な作用を及ぼす光制御層１が、複数個、基板面２上に配置されており、これらの光制御層１が、２種類以上の基本単位から構成されているとする。図１においては、各光制御層１を、図面上で、縦方向に伸びた形状で表している。しかし、後述するように、縦方向に伸びた形状である必要もない。基本的には、光学素子の基板面が、２種類以上の基本単位で埋め尽くされていればよい。すなわち、単純な２次元のアレイ配列でもかまわない。これら基本単位は、光学定数が同じであっても大きさが異なっている場合と、大きさが同一であっても各光学定数が異なっている場合とがあり、いずれでもよい。以下では、簡単のため、光学定数が同じで大きさが異なっている場合であって、基本単位の形状が縦方向に伸びた形状である場合について、図４を参照して説明する。

図４では、最小の基本単位の大きさをＬとして、各基本単位の大きさが１Ｌ，２Ｌ，３Ｌ、・・・・の自然数に従って大きくなる。光学素子の外形サイズで決まる範囲で、基本単位の最大サイズは、ｎＬとなる。従って、図４の光学素子では、ｎ種類の基本単位で構成されている。このとき、この配列の空間周波数は図５に示すように、基本単位の配列方向に並んだ多数のピークから構成される。これらのピークの間隔は、一定ではない。

以上のように構成された光学素子と、一定周期を有する光学素子とを重ねて配置した場合には、図４に示すように、同様に間隔が一定ではないピークが空間周波数上に表れる。この場合、空間周波数の原点に近い領域においても、多数のピークが表れるため、観察者は同時に多数の周波数を認識することとなる。このため、前述の一定ピッチのモアレ縞を認識することができない。

更に、図６に示すように、複数の一定周期を有する光学素子３、４の間に、図４に示す不規則な周期の光学素子５を配置しても、同様な効果が得られる。また、重ねる順序を変えて、図７に示すように、不規則な周期の光学素子５、一定周期の光学素子４及び一定周期の光学素子３をこの順に配置しても、明瞭な一定周期を観察者は認識することができず、モアレ縞を解消することができる。

特に、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の空間変調器の画面は、孤立した多数の画素から構成される。これらのディスプレイは薄型であり、他の薄型光学部品と組み合わせて用いる場合が多い。例えば、液晶ディスプレイにおいては、バックライト部品及び各種フィルム部品と組み合わせて用いる。これらの部品に一定の周期性のある構造が存在する場合には、液晶ディスプレイ画素周期との干渉によるモアレ縞が発生することとなる。それらの構成材料の中に、本発明で示される２種類以上の基本単位からなる光学素子を含めることにより、モアレ縞を著しく低減することが可能となる。

一方、光学素子の作成の容易さからいえば、光学素子を構成する基本単位数は少ない方がよい。そこで、図４に示す基本単位数を減らすことを考える。図４に示す配列の総距離は、最大サイズの基本単位の大きさをｎＬとして、以下のように与えられる。

１Ｌ＋２Ｌ＋３Ｌ＋・・・・・・ｎＬ＝（１／２）ｎ（ｎ＋１）Ｌ
光学素子の外形サイズをＡとすれば、下記数式１が得られる。

以上のように、整数ｎと基本単位の最小の大きさＬを設計することができる。この場合には、ｎは外形サイズの大きさＡによって決まる。従って、大きな外形サイズを使用する場合には、大きなｎが必要となる。すなわち、多数の基本単位の大きさを用意しなければならなくなる。ｎが十分大きければ、数式１より、下記数式２の近似式が得られる。但し、〜は近似式を示す。

実際上は、図８に示すような配列でもよい。この場合の配列は、１Ｌ、２Ｌ、・・・・ｍＬ、（ｍ−１）Ｌ，・・・・２Ｌ，１Ｌである。この場合には、配列の総距離と光学素子の外形サイズＡとの関係は、下記数式３となる。

同様に、整数ｎと基本単位の最小の大きさＬを設計することができる。この場合には、ｍが十分大きければ、下記近似式の数式４が得られる。

以上から、数式２と数式４とを比較すると、より小さなｍの値で、同じ外形サイズＡの光学素子を作成することが可能であることがわかる。即ち、より種類の少ない基本単位で光学素子を作成することができる。

更に、図９に示すような配列の場合には、小さなサイズの基本単位Ｌ，２Ｌ，３Ｌ・・・と、大きなサイズの基本単位ｍＬ，（ｍ−１）Ｌ，（ｍ−２）Ｌ・・・が組になるため、光学素子面内の光学性能を均一化させることができる。

また、図１０に示すような配列でもよい。この配列においては、「Ｌ，ｍＬ，２Ｌ，（ｍ−１）Ｌ，３Ｌ，（ｍ−２）Ｌ・・・」からなる基本単位の配列が、複数個、配置されている。図９と図１０とを比較すると、図１０の基本単位数は、図９より少数で済む。このため、図１０Ａの配置態様は、より少ない基本単位数で光学素子を構成することが可能となる。

次に、より少数の基本単位で構成する場合について、図１１をもとに説明する。図１１では、基本単位として、２種類の基本単位（Ｌ，Ｓ）を使用する。この基本単位を配置する際に、乱数を用いて、Ｌを配置するか又はＳを配置するかを決定する。例えば、０から１の間に値を持つ乱数を発生させて、０．５未満の場合にＬを割り当て、０．５以上の場合にＳを割り当てる。このような操作を繰り返して、例えば、下記数式５で示す数列を決定する。

この数列を元に、図１１に示すように、光学素子を構成することが可能である。このようにして、光制御層がランダムな配置の光学素子が得られるため、前述の如く、顕著な一定周期のモアレ縞を発生させることはない。

この光学素子中のＬの発生確率は０．５程度であり、Ｓの発生確率も０．５程度である。従って、平均的な光学性能は、乱数発生後の割り当て方で、自在に設計することが可能である。

また、図１２に示すように、光制御層が複合したものを基本単位Ａ，Ｂとし、この基本単位Ａ，Ｂを乱数を用いて配列させてもよい。図１２では、基本単位Ａ，Ｂが、夫々３つの光制御層Ｌ，Ｍ，Ｓと、光制御層Ｍ，Ｓ，Ｍとの積層体である。即ち、Ａ＝（Ｌ，Ｍ，Ｓ）であり、Ｂ＝（Ｍ，Ｓ、Ｍ）である。従って、乱数を用いて、数列ＡＢＡＡ・・を作製すると、ＬＭＳＭＳＭＬＭＳＬＭＳ・・・・・の数列が最終的に得られる。以上のようにして、Ｌ，Ｍ，Ｓの３種類の基本単位を複合させた基本単位Ａ，Ｂからなる光学素子を得ることが可能である。

更に、乱数ではなく、他の割り当て方を用いることもできる。例えば、フィボナッチ数列として知られる数列生成のアルゴリズムでは、非周期的な数列を得るものである。第１世代、第２世代の数列は夫々、｛Ｓ｝、｛Ｌ｝である。第３世代以降は、置換則Ｌ⇒ＬＳ、Ｓ⇒Ｌで生成する。この結果、下記数式６で示す各世代の数列を得ることができる。

この数列は、非周期数列であることが知られている。また、無限に繰り返した後のＬとＳの発生頻度比は、黄金比（１．６８・・・）となることが知られている。

数式６のアルゴリズムを用いて、図３に示す光学素子を作成することができる。このアルゴリズムを用いた場合には、数式６から分かるように、連続繰り返し部分は、最大でＬＬの連続繰り返ししか存在しない。例えば、乱数を発生させた場合には、数式５に示すように、ＬＬＬのような連続繰り返しが発生する。従って、数列生成した方法では、より均一な光学性能が得られると期待される。

また、以上の説明では、ＬとＳを基本単位として説明した。すでに述べたように、Ｌ＝｛Ａ，Ｂ，Ｃ｝， Ｓ＝｛Ｂ，Ｃ，Ｂ｝のように、生成することもできる。この場合には、最終的に、基本単位Ａ，Ｂ，Ｃからなる光学素子を得ることができる。

上述の説明は、１次元方向に基本単位を配列するものであった。この１次元方向に基本単位を配列した光学素子を、２枚用いて、各１次元方向が直交するように配置することも可能である。この場合には、２枚で２次元方向に配列をもった光学素子を得ることができる。即ち、上述のマイクロルーバーを２組直交させて貼り付けることにより、２次元方位に作用するルーバーを作ることもできる。この場合、Ｘ方向に光吸収層が伸びるマイクロルーバー層と、Ｘ方向に直交するＹ方向に光吸収層が伸びるマイクロルーバー層とがあるので、画面の上下方向と左右方向の双方について視認角度範囲を制限することができる。この場合も同様に、液晶表示パネル画素のピッチに起因するモアレ縞が生じることはない。

また、非周期的な２次元充填配列を用いることもできる。例えば、図１３及び図１４に示すようなペンローズタイルとして知られるタイルパターンが存在する。この場合でも、２次元方向に非周期的な構造が得られる。図１３及び図１４においては、２種類のパターンによって、２次元空間を周期性無しに埋め尽くすことができる。以上のような２次元充填配列を用いても、今まで述べた光学素子と同様の効果を得ることができる。この場合には、基本単位が２種類と極少数で構成することが可能である。基本単位の大きさが小さければ、光学素子面内での光学性能は均一である。

図１５は上述の本発明の実施形態の光学素子を使用して光学スクリーンを構成したものである。図１５は、例えば、２種類のフレネルレンズ形状を有する基本単位７を、光学スクリーン６の基板上に１次元方向に配列したものである。光源（図示せず）からの光を液晶パネル９に通すことにより、表示画像が形成され、この表示画像は投射レンズ８により光学スクリーン６上に投影される。表示画像は、液晶パネル９で決まる一定画素ピッチを有しているが、光学スクリーン６を構成するフレネルレンズの基本単位７が不規則なピッチを有していないため、モアレ縞を発生することはない。

図１６は本発明の他の実施形態に係る半透過型液晶表示装置を示す断面図である。本実施形態においては、バックライト光源１６上にマイクロルーバー３２が配置され、マイクロルーバー３２の上に透明散乱切替素子２０が配置され、この透明散乱切替素子２０の上に液晶表示パネル２１が配置されている。バックライト光源１６は、サイドライト型であり、導光板１８の側方に冷陰極管等の光源１７が配置され、光源１７から導光板１８に入射した光が導光板１８の表面から拡散板１３に入射し、更に、拡散板１３からプリズムシート１９を経て面状光として、バックライト光源１６から出射される。サイドライト型の場合、光源１７近傍の導光板１８表面からの配光特性と、光源１７から遠い導光板１８表面からの配光特性とは、異なる。このため、導光板１８からの配光特性を均一化するために、拡散板１３を導光板１８上に配置する。これにより、均一な拡散光の面光源としてバックライト光源１６を扱うことができる。更に、プリズムシート１９を配置することにより、拡散光の指向性を高めた光源とすることができる。この際、規則的な周期のプリズムシート１９を使用することが好ましい。

このような面光源のバックライト光源１６の表面にマイクロルーバー３２が配置されている。このマイクロルーバー３２は、前述の数列生成ルールに従って作成したものである。このため、マイクロルーバー３２内では、数式６で表されるようなＬＳＬＬＳＬＳＬ・・・・・のような基本単位の配列を有している。このマイクロルーバー３２により、配光特性は更に指向性を高めることができる。マイクロルーバー３２の光線角度範囲は、前述の如くマイクロルーバーの設計パラメータにより、調整することが可能である。

マイクロルーバー３２の直上には、透明・散乱切替素子２０が配置されている。この透明・散乱切替素子２０は、高分子材料２３の中に、液晶分子２２が分散した高分子分散液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ：ＰＤＬＣ）２５を有し、この高分子分散液晶２５の表面及び裏面に重ねた透明電極２５ａを介して、高分子分散液晶２５に対して電圧を印加できるようになっている。そして、この高分子分散液晶２５に対する電圧の印加又は無印加の選択により、高分子分散液晶２５の透明状態と散乱状態とを選択することができる。

液晶表示パネル２１は１対の偏光板２４間に液晶層２６が配置されたものであり、液晶層２６には、反射領域２７と透過領域２８とが設けられている。このように、液晶表示パネル２１としては、反射領域２７と透過領域２８とが設けられた半透過型液晶表示パネルに限らず、透過型液晶表示パネル等も使用することができる。

このように構成された本実施形態の液晶表示装置においては、透明・散乱切替素子２０が散乱状態の場合は、モアレ等が生じることはない。しかし、透明・散乱切替素子２０が透明状態になった場合には、プリズムシート１９と液晶表示パネル２１との間でモアレ縞が発生する虞がある。しかしながら、本実施形態においては、マイクロルーバー３２が前述の数列生成ルールに従って作成したものであり、マイクロルーバー３２内では、数式６で表されるようなＬＳＬＬＳＬＳＬ・・・・・のような基本単位の配列を有しているため、モアレ縞が発生することはない。よって、本実施形態においては、透明・散乱切替素子２０が散乱状態か又は透明状態かに拘わらず、モアレ縞が発生することはない。

そして、バックライト光源１６からの光はマイクロルーバー３２を通過した後、コリメートされた配光特性を持つ。マイクロルーバー３２の光吸収層の延設方向が図面上で上下方向である場合は、マイクロルーバー３２を通過した光は図面上で左右方向にコリメートされ、この左右方向にコリメートされた光は、マイクロルーバー３２の上方のＰＤＬＣ２５に入射する。ＰＤＬＣ２５は、電気的に透明状態及び散乱状態を切り替えることが可能であるが、ＰＤＬＣ２５が透明状態の場合、マイクロルーバー３２からのコリメート光は散乱することなく直進し、液晶表示パネル２１に入射する。このため、図面上で左右方向に位置した観察者には、表示情報が届かず、視野角が狭い視認性範囲でのみ表示情報を視認可能である。

これに対し、ＰＤＬＣ２５が散乱状態の場合、マイクロルーバー３２からのコリメート光はＰＤＬＣ２５で大きく散乱される。このため、液晶表示パネル２１で作成される表示情報は、広い視認範囲に配られることになる。従って、図面上で左右方向に位置する観察者も、表示情報を視認することが可能となる。

このように、本実施形態によれば、ＰＤＬＣ２５への電圧の印加又は無印加により、視野角度を狭くすることができ、近傍にいる人に表示内容が見られることを防止できると共に、モアレ縞が発生することも防止できる。

本発明の第１実施形態に係る光学素子（マイクロルーバー）を備えた表示装置を示す図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、同じくそのマイクロルーバーの製造方法を工程順に示す図である。 同じくこの光学素子の基本単位の配列態様を示す模式的平面図である。 他の光学素子の基本単位の配列方法を示す模式的平面図である。 この光学素子の作用を説明するための空間周波数図である。 本発明の光学素子と一定周期をもつ光学素子とを組み合わせた光学装置を示す模式図である。 本発明の光学素子と一定周期をもつ光学素子とを組み合わせた光学装置を示す模式図である。 他の光学素子の基本単位の配列方法を示す模式的平面図である。 他の光学素子の基本単位の配列方法を示す模式的平面図である。 他の光学素子の基本単位の配列方法を示す模式的平面図である。 他の光学素子の基本単位の配列方法を示す模式的平面図である。 他の光学素子の基本単位の配列方法を示す模式的平面図である。 光吸収層及び透明層の２次元形状からなる光制御部を基本単位とする他の光学素子を示す平面図である。 光吸収層及び透明層の２次元形状からなる光制御部を基本単位とする他の光学素子を示す平面図である。 本発明の他の実施形態の光学装置を示す図である。 本発明の更に他の実施形態の光学装置を示す断面図である。 従来の技術におけるモアレ発生を説明するための図

符号の説明

１ 光制御層
２ 基板面
３、４ 一定周期をもつ光学素子
５ 本発明の一定周期をもたない光学素子
６ 光学スクリーン
８ 投射レンズ
９ 液晶パネル
１３ 拡散板
１６ バックライト光源
１７ 光源
１８ 導光板
１９ プリズムシート
２０ 透明散乱切替素子
２１ 液晶表示パネル
２２ 液晶分子
２３ 高分子材料
２５ 高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）
２５ａ 透明電極
２６ 液晶層
２７ 反射領域
２８ 透過領域
２９ 表示パネル
３０ 吸収層
３１ 透明層
３２ マイクロルーバー
３３ 画素
４０ 光制御層

Claims (11)

1. 光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚又は光学定数が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に配置し、前記層厚方向に直交する方向の表裏面を光の入射面及び出射面とした光学素子であって、前記複数の基本単位の配列態様が、数列の生成則をもとに決定されたものであることを特徴とする光学素子。
2. 光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚又は光学定数が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に配置し、前記層厚方向に直交する方向の表裏面を光の入射面及び出射面とした光学素子であって、前記複数の基本単位の配列態様が、乱数をもとに決定されたものであることを特徴とする光学素子。
3. 光吸収層及び透明層の２次元形状からなる光制御部を基本単位とし、大きさ又は光学定数が異なる複数種類の光制御部からなる複数の基本単位を、前記２次元形状に直交する平面上に、非周期的な２次元充填アルゴリズムのもとに配置し、前記平面に平行な方向の表裏面を光の入射面及び出射面としたことを特徴とする光学素子。
4. マイクロルーバーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子と、周期的な光制御層又は光制御部を有する光学素子とが積層されていることを特徴とする光学装置。
6. 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子と、この光学素子が張り合わされる周期的な画素構造を有する空間光変調器とを有することを特徴とする光学装置。
7. 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子により構成された光学スクリーンと、この光学スクリーン上にその出射光を投影する周期的な画素構造を有する空間光変調器とを有することを特徴とする光学装置。
8. 前記請求項４に記載のマイクロルーバーと周期的な画素構造を有する空間光変調器との間に、透明・散乱切替素子が挿入されていることを特徴とする光学装置。
9. 携帯情報端末において、前記請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光学装置が搭載されたことを特徴とする携帯情報端末。
10. 光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に数列の生成則をもとに決定された配列態様で積層してブロック体とし、このブロック体を前記層厚方向に直交する方向にスライスして薄膜化することによりマイクロルーバーを製造することを特徴とするマイクロルーバーの製造方法。
11. 光吸収層及び透明層が積層された光制御層を基本単位とし、層厚が異なる複数種類の光制御層からなる複数の基本単位をその層厚方向に乱数をもとに決定された配列態様で積層してブロック体とし、このブロック体を前記層厚方向に直交する方向にスライスして薄膜化することによりマイクロルーバーを製造することを特徴とするマイクロルーバーの製造方法。

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