JP4924941B2 - 光学素子、照明光学装置、表示装置および電子機器。 - Google Patents

Description

本発明は、透過光の射出方向の範囲が制限されるマイクロルーバと呼ばれる光学素子に関する。さらには、本発明は、当該光学素子を用いた、液晶表示装置（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイに代表される表示装置、照明光学装置および電子機器に関する。

液晶表示装置は、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ＡＴＭ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＴｅｌｌｅｒＭａｃｈｉｎｅ）、パーソナルコンピュータなど、種々の情報処理装置の表示装置として用いられており、最近では、可視範囲の広い液晶表示装置が実用化されている。また、液晶表示装置は、大型ディスプレイ化、多目的化に伴い、様々な配光特性が要求されるようになってきている。特に、情報漏洩の観点から他人に覗き込まれないように可視範囲を制限したい要求や不必要な方向には光を出射しない要求が高まってきている。

この要求に応えるものとして、ディスプレイにマイクロルーバを付加し、可視範囲（あるいは、出射範囲）を制限したディスプレイが提案され、一部実用化されている。

観察者が大型ディスプレイのほぼ中央部分に対応する位置から大型ディスプレイを観察した場合、大型ディスプレイの中央部分は明るく表示されて画像を認識することができる。一方、大型ディスプレイの周辺部は暗く表示されてしまい、画像の認識が困難となる。

その結果、観察者は大型ディスプレイに表示されている画像全体を良好に認識することができない場合がある。これは、図１９に示すように、ディスプレイ２００の前面に設けられたマイクロルーバ２０１の光吸収層がディスプレイ２００の面に対してほぼ垂直方向に向けて形成されていることが原因である。

また、車載用ディスプレイの場合、配光特性のカスタム化が要求される。車載用ディスプレイは、ナビゲーション用モニタ、ＴＶモニタとして用いられている。このような車載用ディスプレイはダッシュボードの中央部分に配置される場合が多い。このため上方向の可視範囲が広いとフロントガラスに画像が映り込み、運転に支障が出る。よって、上下方向の可視範囲を制限する必要がある。ナビゲーション用の情報を表示する場合、主にこの情報を必要とするのは運転手および助手席に搭乗している乗員である。よって、ナビゲーション用の車載用ディスプレイには、運転席側および助手席側に配光されるようなマイクロルーバが必要になる。

一方、ＴＶ用モニタの場合、運転手以外の同乗者が見やすいようにする必要がある。よって、図２０に示すように、ＴＶ用モニタの車載用ディスプレイには、助手席の乗員３１０ｃ側および後部座席の乗員３１０ｂ側に配光され、運転手３１０ａ側には配光されないようなマイクロルーバ３０１が必要になる。特許文献１には、所定の配光特性を有するマイクロルーバを製造する方法が開示されている。まず、透明樹脂層と不透明な光吸収層とを同一の角度で配列してなる部材を用意し、次いでこれをアーチ型に湾曲させる。その後、アーチ型となった部材を加圧することで平面形状に戻す。これらの工程を経ることで、光が所定の位置に収束する配光特性のマイクロルーバが得られる。
米国特許第３９１９５５９号明細書

しかしながら、一旦アーチ型に変形させた部材を加熱、加圧することにより平面形状に戻すことで光吸収層を傾ける特許文献１の製造方法の場合、光吸収層が傾斜する段階で透明樹脂層部分に密度分布を生じてしまう。すわなち、光吸収層が傾くことで隣接する光吸収層の間隔が狭まっている領域では透明樹脂層の密度は高まり、一方、光吸収層の間隔が空いている領域では透明樹脂層の密度が低くなってしまう。つまり、特許文献１の製造方法では、配光特性をカスタム化する際に、透明樹脂層部分の密度の影響までも考慮する必要がある。また、特許文献１の製造方法では、加熱、加圧を伴いながらの機械的に部材を変形させるため、製造時にマイクロルーバが破損してしまい歩留まりが低くなってしまうことが懸念される。さらには、加熱、加圧を伴いながらの機械的に部材を変形させることで、マイクロルーバの透明層と光吸収層との境界面が湾曲してしまい、境界面の平面度を確保することが困難となってしまうことが懸念される。

そこで、本発明は、透明層の密度分布を生じさせず、歩留まりの低下を来すことなく、かつ、マイクロルーバの透明層と光吸収層との境界面の平面度を確保することが可能な、所定の配光特性を有する光学素子を製造することができる光学素子の製造方法により製造された光学素子を有する照明光学装置、表示装置および電子機器を提供することを目的とする。さらに、所定の配光特性を有する光学素子を提供することを目的とする。

本発明の光学素子は、透明層と光吸収層とを平面内で交互に有し、透明層が透明な感光性ノボラックス系エポキシ樹脂からなり、光吸収層が黒色硬化性樹脂からなり、透明層を透過する光の出射方向の範囲が光吸収層によって制限される光学素子において、透明層は、Ｖ字形状からなる透明層部分を有し、透明層部分のＶ字形状の開いた側が光の出射方向を向いており、光が複数の方向に向けられていることを特徴とする。

本発明によれば、透明感光性樹脂に露光光を斜め方向に入射させることで傾斜した光吸収層を形成するため、機械的に変形させたり、加熱加圧する必要がなく、よって、透明層の密度変化が生じないとともに光学素子が破損して歩留まりが低下するのを防止することができる。

（第１の実施形態）
図１Ａに本実施形態における、光学素子であるマイクロルーバの製造工程の概略を示す。

まず、透明基板５０上に透明感光性樹脂層５１を形成する（図１Ａ（ａ）参照）。透明感光性樹脂層５１の形成方法としては、例えば、スリットダイコータ、ワイヤコータ、ドライフィルム転写、スプレイ塗布などの成膜方法を用いることができる。透明基板５０はガラス、ＰＥＴ（ＰＯＬＹＥＴＨＹＬＥＮＥＴＥＲＥＰＨＴＨＡＬＡＴＥ）、もしくはＰＣ（ＰＯＬＹＣＡＲＢＯＮＡＴＥ）からなる。透明感光性樹脂層５１としては化薬マイクロケム（Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ）社の化学増幅型フォトレジスト（商品名：ＳＵ−８）を用いた。この透明感光性樹脂層５１は紫外線を照射することで光開始剤が酸を発生し、このプロトン酸を触媒として硬化性モノマーを重合させるエポキシ系（具体的にはビスフェノールＡノボラックのグリシジルエーテル誘導体）のネガレジストである。また、この透明感光性樹脂層５１は可視光領域において非常に透明性の高い特性を有している。この透明感光性樹脂５１に含まれる硬化性モノマーは、硬化前の分子量が比較的小さいため、シクロペンタノン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＥＧＭＥＡ）、ガンマブチルラクトン（ＧＢＬ）やイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）などの溶媒に非常に良く溶けることから厚膜形成が容易である。さらに、この透明感光性樹脂５１は、近紫外領域の波長においても光透過性が非常に良いので、厚膜であっても紫外線を透過させる特徴を有している。本実施の形態では、透明感光性樹脂５１はその厚さ５７が１００μｍ〜２００μｍの範囲内である（図１Ａ（ｂ）参照）。

また、この透明感光性樹脂５１は、このような特徴を有することからアスペクト比が５以上の高アスペクト比のパターンを形成できる。さらに、硬化性モノマーには官能基が多く存在していることから、この透明感光性樹脂５１は、硬化後、非常に高密度な架橋となり、熱的にも化学的にも非常に安定である特徴を有する。このため、この透明感光性樹脂５１は、パターン形成後の加工も容易となる。もちろん、本発明において用いられる透明感光性樹脂５１は、ここで述べた透明感光性樹脂５１（商品名：ＳＵ−８）に限られるわけではなく、同様の特性を有するものであれば、どのような光硬化性材料を用いても構わない。

次に、マスク５２を用いて透明感光性樹脂層５１をパターンニングする（図１Ａ（ｂ）参照）。マスク平面形状は図１Ｂに示すようなラインアンドスペースであり、マスクピッチ５６は５０μｍ〜１００μｍで形成されている。

このパターンニング工程は、フォトリソグラフィ法でよく知られている工程であるが、本実施形態における光源は拡散光２を得るため、点光源１を用いている。また、この点光源１はマスク５２の中央から周辺に向かって拡散光２が照射されるように配置されている。点光源１としては本実施形態ではＵＶ光源を用いており、例えば、波長３６５ｎｍのＵＶ光を露光光として照射する。点光源１から照射される拡散光２は、点光源１からマスク５２に向けて広がるように照射されるため、中央を除きマスク５２のマスク面５２ａに対して斜め方向に入射することとなる。

点光源１から出射され、マスク５２を斜めに通過した露光光は（図１Ａ（ｃ）参照）、点光源１に向かって収束する方向に傾いたパターン５１ｂを透明感光性樹脂層５１に形成する。すわなち、パターン５１ｂは透明感光性樹脂層５１の中央部分では透明感光性樹脂層５１の平面に対してほぼ垂直方向のパターンとして形成されているが、透明感光性樹脂層５１の周辺に向かうにつれ入射角度θが小さくなる、傾斜したパターンが形成されることとなる（図１Ａ（ｄ）参照）。

次に、パターンニングされた透明感光性樹脂層５１の各透明層５１ｂの間に光吸収層となる黒色硬化性樹脂５３を充填する（図１Ａ（ｅ）参照）。黒色硬化性樹脂５３の充填には、スキージやコータによる塗布・充填手法を用いる。硬化性材料の充填不良の発生を抑制するために、充填は真空中（十分に減圧された容器中）で行うことが望ましい。

次に、黒色硬化性樹脂５３をエッチングして、透明感光性樹脂層５１の表面を露出させた後、黒色硬化性樹脂５３を硬化させる。なお、黒色硬化性樹脂５３の充填工程で、黒色硬化性樹脂５３が透明感光性樹脂層５１の表面に付着しない場合は、エッチング工程を省略することができる。

最後に、透明感光性樹脂層５１および黒色硬化性樹脂５３上に透明基板５４を取り付け、マイクロルーバ６０を得る（図１Ａ（ｅ）参照）。透明基板５４は、ラミネートすることで透明感光性樹脂層５１および黒色硬化性樹脂５３上に取り付けてもよく、また、透明接着層を介して透明感光性樹脂層５１および黒色硬化性樹脂５３上に取り付けてもよい。

次に、本実施形態におけるマイクロルーバの他の製造方法について図２を用いて説明する。

前述の製造方法と同様露光方法を用いて透明感光性樹脂５１をパターニングする（図２（ａ））。次に、パターンニングされた透明感光性樹脂層５１上に透明基板５４を取り付ける（図２（ｂ））。透明基板５４は、加圧焼成またはＵＶ加圧により透明感光性樹脂層５１に貼り合わせる。この貼り合わせの際に、透明基板５４とパターンニングされた透明感光性樹脂層５１とが完全に密着しない場合は、透明基板５４とパターンニングされた透明感光性樹脂層５１との間に接着層（同一の感光性樹脂であってもよい。）を設けて、加圧焼成またはＵＶ加圧により貼り合わせを行う。これにより、透明基板５４とパターンニングされた透明感光性樹脂層６１とを確実に密着させることができる。

次に、大気中または真空雰囲気中で、黒色硬化性樹脂５３をパターンニングされた透明感光性樹脂層５１の各隙間に毛細管現象を利用して注入する（図２（ｃ））。その後、注入した黒色硬化性樹脂５３を、ＵＶ硬化または熱硬化させることで、本製造方法でのマイクロルーバが完成する。

ここで、黒色硬化性樹脂５３を硬化させることにより、透明基板をより強固に接着することが可能となり、その結果、透明基板の剥がれなどの不良を防止することができる。加えて、黒色硬化性樹脂５３を硬化させることで、黒色硬化性樹脂の漏れなどの不良を防止することができる。黒色硬化性樹脂５３としては、無溶媒タイプの材料が望ましい。なお、溶媒タイプの硬化性樹脂の場合は、充填後に、溶媒が蒸発して、充填領域に体積収縮が起こるため、黒色硬化性樹脂を充填した領域（光吸収層）における基板全体での遮光特性が不均一なものとなる。その結果、表示ムラが発生する。

以上のように、本実施形態における光学素子の製造方法は、透明感光性樹脂層５１を湾曲させたり、あるいは湾曲させた透明感光性樹脂層５１を加熱加圧して平板状にするといった工程を経ることなく、傾斜した透明層および光吸収層を形成することができる。このため、マイクロルーバ６０の透明層５１ｂは透明基板５４側近傍あるいは透明基板５０側近傍のいずれにおいても密度が同じである。また、製造工程において傾斜した透明層および光吸収層を形成するために基板を機械的に変形させたり加熱加圧することがないので、破損などによる歩留まりの低下を防止することができる。また、本発明は、加熱、加圧しながら機械的に部材を変形させる、といったことなく、透明層と光吸収層とを形成している。このため、透明層と光吸収層との境界面８０は湾曲することなく平面な境界面となる。なお、各境界面８０は平面な境界面であるが、拡散光により形成されているため、互いに平行な関係にはない。

次に、本実施形態の製造方法により得られたマイクロルーバ６０を用いた場合における、バックライトからの透過光の配光特性の概念図を図３に示す。

マイクロルーバ６０は、バックライト１０の前面に配置されている。マイクロルーバ６０は、黒色硬化性樹脂５３の収束する側の面が観察者１００側となるように配置されている。バックライト１０から出射されマイクロルーバ６０を透過した透過光７０は、観察者１００に収束する。さらに、大型ディスプレイに本実施形態のマイクロルーバ６０を適用した場合、観察者１００は、ディスプレイの中央部分のみならず、ディスプレイの周辺部分の画像も鮮明に観察することができる。

なお、図１ではパターン５１ａを一次元的に傾斜した形状として示しているが、点光源１を用いて露光しているため、図４に示すように、透明感光性樹脂層５１に二次元的に傾斜した透明層５１ｂが形成される。なお、一次元的に傾斜した形状とする場合は、図１Ａ（ｃ）に点光源１として示している光源を紙面に垂直な方向に延びた線状の光源を用いればよい。

また、本実施形態では、点光源１はマスク５２の中央部分から周辺部分に向けて拡散光２が照射されるようにするため、マスク５２の中央部分の上方に配置した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すわなち、ディスプレイからの光を収束させようとする位置に光源を配置し、その位置から拡散光をマスクに対して出射するようにすればよい。これにより、所望の位置に光を収束させるマイクロルーバを得ることができる。

また、本発明は、光を収束させようとする位置に拡散光を出射する光源を配置する代わりに平行ＵＶ光を配置し、これを回動させながら露光することでマスクに対して露光光を斜めに入射させるようにしてもよい。
（第２の実施形態）
図５に本実施形態のマイクロルーバの製造工程の概略を示す。なお、簡単のため、基板等の符号に関しては第１の実施形態で用いた符号と同じ符号を用いて説明する。

本実施形態では、不図示の光源から平行ＵＶ光１２ａ、１２ｂが２回に分けて照射される（図５（ａ）参照）。まず、平行ＵＶ光１２ａがマスク５２に対して垂直に照射される。次いで、平行ＵＶ光１２ｂがマスク５２に対して斜め方向に照射される。いずれの露光光も波長３６５ｎｍのＵＶ光である。なお、まず、マスク５２のマスク面５２ａに対して露光光を斜め方向に照射した後に、垂直方向から照射するものであってもよい。

以上のようにして２回に分けて露光することで、図５（ｂ）に示すように、各透明層５１ｂの間には一辺が透明基板５０に対して垂直で、他辺が傾斜した透明基板５０に向けて先細る三角形状の溝が形成され、透明層５１ｂは一方が傾斜面で他方が垂直面の台形形状となる。

次に、パターンニングされた透明感光性樹脂層５１の各透明層の間に黒色硬化性樹脂５３を充填する。黒色硬化性樹脂５３を硬化させた後、最後に、透明感光性樹脂層５１および黒色硬化性樹脂５３上に透明基板５４を取り付け、マイクロルーバ６１を得る（図５（ｃ）参照）。このような露光により三角形状の溝に充填された黒色硬化性樹脂５３は、透明基板５４に対して垂直な一辺である辺５３ａと、斜辺５３ｂとを有する断面形状が三角形状の光吸収層となる。

また、透明層５１ｂは台形形状となる。黒色硬化性樹脂５３と透明層５１ｂとの境界面は、透明基板５４に対して垂直となる境界面８０ａと、透明基板５４に対して傾斜している境界面８０ｂが形成される。境界面８０ａと境界面８０ｂとは平行な関係にはないが、境界面８０ａ同士、あるいは境界面８０ｂ同士は平行な関係にある。

次に、本実施形態の製造方法により得られたマイクロルーバ６１を用いた場合における、バックライトからの透過光の配光特性の概念図を図６に示す。

マイクロルーバ６１は、透明基板５４がバックライト１０に対面するように配置されている。すわなち、マイクロルーバ６１は、三角形状の黒色硬化性樹脂５３の先端部分５１ａ’が観察者側１００ａ〜１００ｃに向くように、バックライト１０と観察者側１００ａ〜１００ｃとの間に配置されている。バックライト１０から出射されマイクロルーバ６１を透過した光は、透過光７０ｂ、７０ｃとして配光される。このため、マイクロルーバ６１を用いることで、辺５３ａの延長方向にいる観察者１００ｂ、および斜辺５３ｂの延長方向にいる観察者１００ｃはそれぞれ透過光７０ｂ、７０ｃを観察することができる。しかし、それ以外の方向にいる観察者１００ａは透過光７０ｂ、７０ｃを観察することができない。このように、平行ＵＶ光を２回に分けて照射したマイクロルーバ６１の配光特性は、光の指向性が正面方向および所定の一方向となる。

なお、２回に分けて照射する平行ＵＶ光はいずれもマスク５２に対していずれも斜め方向に照射されるものであってもよい。すわなち、図７（ａ）に示すように、平行ＵＶ光１２ａはマスク５２の左斜め上方向から照射させ、平行ＵＶ光１２ｂはマスク５２の右斜め上方向から照射させるようにしてもよい。これにより、黒色硬化性樹脂５３からなる光吸収層は平行ＵＶ光１２ａに平行な斜辺５３ａと平行ＵＶ光１２ｂに平行な斜辺５３ｂとを有する形状に形成されることとなる。なお、平行ＵＶ光１２ａと平行ＵＶ光１２ｂとはマスク５２の法線に対して線対称となるように照射されるものであってもよいし、あるいはそれぞれ任意の角度で照射されるものであってもよい。

図７（ｂ）に示すようにパターンニングされた透明感光性樹脂層５１の各透明層の間に黒色硬化性樹脂５３を充填する。黒色硬化性樹脂５３を硬化させた後、最後に、透明感光性樹脂層５１および黒色硬化性樹脂５３上に透明基板５４を取り付け、マイクロルーバ６２を得る（図７（ｃ）参照）。透明層５１ｂは逆Ｖ字形状となる。黒色硬化性樹脂５３からなる光吸収層の断面形状はいずれも三角形状となっている。黒色硬化性樹脂５３と透明層５１ｂとの境界面は、平行ＵＶ光１２ａに平行な境界面８０ａと、平行ＵＶ光１２ｂに平行な境界面８０ｂとが形成される。境界面８０ａと境界面８０ｂとは平行な関係にはないが、境界面８０ａ同士、あるいは境界面８０ｂ同士は平行な関係にある。

次に、本実施形態の製造方法により得られたマイクロルーバ６２を用いた場合における、バックライトからの透過光の配光特性の概念図を図８に示す。

マイクロルーバ６２は、透明基板５４がバックライト１０に対面するように配置されている。すわなち、マイクロルーバ６２は、透明層５１ｂのＶ字の開いた側が観察者側１００ａ〜１００ｃに向くように、バックライト１０と観察者側１００ａ〜１００ｃとの間に配置されている。バックライト１０から出射されマイクロルーバ６２を透過した光は、透過光７０ａ、７０ｃとして配光される。このため、マイクロルーバ６２を用いることで、辺５３ａの延長方向にいる観察者１００ａ、および斜辺５３ｂの延長方向にいる観察者１００ｃはそれぞれ透過光７０ａ、７０ｃを観察することができる。しかし、それ以外の方向であるバックライト１０の正面にいる観察者１００ａは透過光７０ａ、７０ｃを観察することができない。このように、平行ＵＶ光を２回に分けて照射したマイクロルーバ６２の配光特性は、光の指向性が正面方向および所定の一方向となる。

なお、図７に示したマイクロルーバ６２は、図９に示すように、二次元的に形成された透明層５１ｂを有するものであってもよい。この場合、上下左右方向の視野角の制限が可能となる。

ここで、図９に示す二次元的な形状の透明層５１ｂを形成するための二次元用アレイマスクの一例を図１０に示す。二次元用アレイマスク５２ａには複数の開口５２ａ’が形成されている。この開口５２ａ’に対して２方向から平行ＵＶ光１２ａと平行ＵＶ光１２ｂを照射し、透明感光性樹脂層５１を露光することで図９に示すような透明層５１ｂが残存する。なお、第１の実施形態の図４で示したような、画面中心に向かって傾斜した透明層５１ｂも図１０に示す二次元用アレイマスク５２ａと点光源との組み合わせにより形成することができる。
（第３の実施形態）
図１１に本実施形態のマイクロルーバの製造工程の概略を示す。なお、簡単のため、基板等の符号に関しては第１の実施形態で用いた符号と同じ符号を用いて説明する。

まず、光源からの平行ＵＶ光１２が凸型のフレネルレンズ１３ａに照射される。フレネルレンズ１３ａの効果によりＵＶ光が集光され、マスク５２を通過し、透明感光性樹脂５１を照射する（図１１（ａ）参照）。本実施の形態では、マスク５２及び透明感光性樹脂５１はフレネルレンズ１３ａの焦点位置よりも手前に配置されている。

透明層５１ｂの傾斜面の角度は、フレネルレンズ１３ａの焦点位置と透明感光性樹脂５１との位置関係で決まる。従って、マイクロルーバの使用形態に必要な傾斜面角度に応じて、製造の際のフレネルレンズ１３ａと透明感光性樹脂５１との間隔が決定されることとなる。

以上の露光を行うことで、図１１（ｂ）に示すような、第１の実施形態の図１Ａ（ｄ）に示したパターンとは反転したパターンが形成される。即ち、透明基板５０に向けて収束するように傾いた透明層５１ｂが形成される。

次に、第１の実施形態と同様の手法を用い、黒色硬化性樹脂５３を充填した後、透明基板５４を透明感光性樹脂層５１及び黒色硬化性樹脂５３上にラミネートする（図１１（ｃ）参照）。これらの工程により、図１１（ｃ）に示すようなマイクロルーバを得る。このマイクロルーバの構造は、前述したように第１の実施形態で示したマイクロルーバとは上下反転した構造である。そのため、本実施形態のマイクロルーバは、後述する態様で使用する際には、上下反転させて用いる。また、本実施形態では、黒色硬化性樹脂５３の充填方法を第１の実施形態で示した方法により形成したがこれに限るわけではない。すなわち、黒色硬化性樹脂５３の充填方法は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように透明基板５４を透明感光性樹脂５１上に貼り合わせた後に毛細管現象を利用して黒色硬化性樹脂５３を注入する方法であってもよい。

次に、本実施の形態におけるマイクロルーバの他の製造方法について図１２を用いて説明する。

本製造方法と前述の製造方法の違いは、前述のフレネルレンズ１３ａの焦点位置よりも離れた位置にマスク５２及び透明感光性樹脂５１を配置する点にある。このように配置し、パターンを露光することで第１の実施形態と同様に傾斜した透明層５１ｂを形成できる。これ以後の工程は前述の製造方法と同様の工程を行うことで、図１２（ｃ）に示すマイクロルーバを得る。

また、次に、本実施の形態におけるマイクロルーバの他の製造方法について図１３を用いて説明する。

本製造方法と前述の製造方法の違いは、凹型のフレネルレンズ１３ｂを用いたところにある。このフレネルレンズ１３ｂを用い、図１３（ａ）に示すように光源からの平行ＵＶ光１２がフレネルレンズ１３ｂを通過すると拡散し、マスク５２を通過し、透明感光性樹脂５１を照射される（図１３（ａ）参照）。

ここで、透明層５１ｂの傾斜面の角度は、フレネルレンズ１３ｂと透明感光性樹脂５１との距離とフレネルレンズの焦点位置との関係で決まる。

以上のように露光することで、図１３（ｂ）に示すような、第１の実施形態で作成した図１Ａ（ｄ）と同様に傾斜した透明層５１ｂが形成される。

これ以後の工程に関しては前述の製造方法と同様の工程を行うことで、図１３（ｃ）に示すマイクロルーバを得る。

以上の本実施の形態では、フレネルレンズを用いる製造方法について説明したが、これに限るわけではなく、例えば、凸レンズや凹レンズを用いても構わない。

ここまでは、透明基板上に１つのマイクロルーバを形成する方法について説明してきた。次に、単一透明基板上に複数のマイクロルーバを形成する製造方法について説明する。

まず、図１４（ａ）に示すように透明基板５０平面上に多面取りマスク５２ｂ、複数のフレネルレンズ１３の順に配置する。また、図１４（ｂ）の断面図で示すように隣接するフレネルレンズ間を遮光する。この状態で平行ＵＶ光を一括照射して透明感光性樹脂５１をパターンニングする。次いで前述の方法と同様に黒色硬化性樹脂５３を充填する。

以上の方法により単一透明基板上に複数のマイクロルーバを形成することができる。

ここで、隣接するフレネルレンズ間を遮光することでパターンニング後に透明感光性樹脂５１が取り除かれる。従って、形成された複数マイクロルーバの分断が容易になる効果がある。

また、本実施の形態では図１４（ａ）では、同一のフレネルレンズを複数用いて形成する方法を示しているが、これに限るわけではない。例えば、本製造方法は、サイズの異なるフレネルレンズ、焦点位置の異なるフレネルレンズ、さらには、サイズ及び焦点位置の異なるフレネルレンズを組み合わせて露光しても構わない。また、多面取りマスク５２ｂから各フレネルレンズまでの距離が個々のフレネルレンズに応じて異なるものであってもよい。これにより、同一透明基板上にサイズや傾斜角度の異なるマイクロルーバを同時に形成できる。

これまでは軸対象のフレネルレンズを前提として説明したが、これに限るわけではなくリニアフレネルレンズを用いても同様の効果は得られる。

以上説明した本発明のマイクロルーバは、液晶表示装置だけでなく、表示パネルを備えた他の表示装置、例えばプラズマディスプレイにも適用することができる。

また、本発明のマイクロルーバの使用形態としては、表示パネルを照明する照明光学装置に搭載する形態、表示パネルの表面に直に貼り付けて使用する形態、表示装置内に搭載する形態など種々の使用形態が考えられる。以下に、それぞれの使用形態における構成を具体的に説明する。なお、マイクロルーバは第１の実施形態で説明したマイクロルーバ６０を例に説明するものとする。

まず、本発明のマイクロルーバを表示パネルの表面に直に貼り付けて使用する形態について説明する。

図１５に、本発明のマイクロルーバを表示画面に設けた表示装置の構成を示す。図１５を参照すると、表示装置は、光学制御素子、照明光学装置およびマイクロルーバ６０からなる。

マイクロルーバ６０は、第１の実施形態で説明したように、光学制御素子からの光（内部光）が画面中心方向に収束する配光特性を有するものである。照明光学装置は、冷陰極管に代表される光源２１、反射シート２２、導光板２３、拡散板２４およびプリズムシート２５ａ、２５ｂからなり、プリズムシート２５ａ、２５ｂを通過した光で光学制御素子を照明する。なお、光源２１は面状光源である。

導光板２３は、アクリル樹脂などからなり、一方の端面に光源２１からの光が入射し、入射光が導光板内を伝播して表面（所定の側面）側から一様に射出されるように構成されている。導光板２３の裏面側には、裏面から射出した光を表面方向に反射する反射シート２２が設けられている。図には示されていないが、導光板２３の他方の端面および側面にも反射手段が設けられている。

導光板２３の表面から射出された光は、拡散板２４およびプリズムシート２５ａ、２５ｂを介して光学制御素子に入射する。拡散板２４は、導光板２３から入射する光を拡散させるためのものである。導光板２３の左右端では、その構造上、射出した光の輝度が異なる。このため、導光板２３からの光を導光板２３で拡散させる。

プリズムシート２５ａ、２５ｂは、導光板２３から拡散板２４を介して入射する光の輝度を向上させる。プリズムシート２５ａは、一定方向に一定周期で配置した複数のプリズムからなる。プリズムシート２５ｂも同じ構成であるが、プリズムの規則的な配置方向が、プリズムシート２５ａのプリズムの規則的な配置方向に対して交差するようになっている。これらプリズムシート２５ａ、２５ｂによって、拡散板２４にて拡散された光の指向性を強めることができる。

なお、本実施の形態では、光源として、冷陰極管を例に挙げて説明したが、これに限るわけではなく、白色ＬＥＤや３色ＬＥＤなどを光源として用いても構わない。また、本実施の形態では、サイドライト型の光源を例に挙げて説明しているが、これに限るわけでなく、直下型の光源を用いても構わない。

光学制御素子は、液晶層３２を２枚の基板３０ａ、３０ｂで狭持した構造を有する。基板３０ａは、一方の面（液晶層３２側の面）にカラーフィルタ３３が形成され、他方の面に偏光板・位相差板３１ａが設けられている。基板３０ｂの液晶層３２側の面とは反対の面には、偏光板・位相差板３１ｂが設けられている。カラーフィルタ３３は、光を吸収する層よりなるブラックマトリクスにより区画された領域に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色フィルターがマトリクス状に配置されている。各色フィルターは画素に対応しており、そのピッチは一定である。液晶層３２は、不図示の制御装置からの制御信号に従って、画素単位に、透明状態と遮光状態の切替が可能とされており、この状態切替により、入射した光を空間的に変調する。

図１５に示した表示装置では、プリズムシート２５ａ、２５ｂを通過した光は、偏光板・位相差板３１ｂに入射する。偏光板・位相差板３１ｂを通過した光は、基板３０ｂを介して液晶層３２に入射し、そこで画素単位に空間変調が施される。液晶層３２を通過した光（変調光）は、カラーフィルタ３３、基板３０ａを順次通過して偏光板・位相差板３１ａに入射する。偏光板・位相差板３１ａを通過した光は、マイクロルーバ６０を介して出射される。ここで、図１５では光学制御素子として偏光板・位相差板３１ａ，３１ｂを用いているが、これに限るわけでなく、偏光板のみの場合であっても構わない。

上述した表示装置によれば、マイクロルーバ６０によって、偏光板・位相差板３１ａからの光（変調光）を画面中心方向に収束させることとなる。これにより、観察者は画面の周辺部分の画像まで良好に観察することが可能となる。ここで、マイクロルーバ６０の表面に、傷つきがないようにするハードコート層や、外光の写りこみを防止する反射防止層を形成しても構わない。

マイクロルーバ６０は、着脱自在な構成としてもよい。この場合は、マイクロルーバ６０を光学制御素子に貼り付けることで画面中心方向に収束する配光特性となるようにすることができ、また、マイクロルーバ６０を光学制御素子から取り外すことで、配光特性を画面全体に拡散する配光特性とすることができる。

次に、本発明のマイクロルーバを内部に搭載する表示装置について説明する。

図１６に、本発明のマイクロルーバを内部に搭載する表示装置の構成を示す。第１の表示装置は、光学制御素子と、この光学制御素子を照明する照明光学装置と、光学制御素子と照明光学装置の間に設けられたマイクロルーバ６０からなる。

マイクロルーバ６０は、第１の実施形態で説明したように、光学制御素子からの光（内部光）が画面中心方向に収束する配光特性を有するものである。照明光学装置は、図１６に示した、光源２１、反射シート２２、導光板２３、拡散板２４およびプリズムシート２５ａ、２５ｂからなり、プリズムシート２５ａ、２５ｂを通過した光がマイクロルーバ６０を介して光学制御素子に照明される。光学制御素子は、図２０に示した光学制御素子と同じものである。

上述した表示装置によれば、マイクロルーバ６０によって、光学制御素子の照明用の光を画面中心方向に収束させるようになるため、画面中央で観察する観察者は画面の周辺部分の画像まで良好に観察することが可能となる。

図１６に示した構成において、マイクロルーバ６０は、光学制御素子の偏光板・位相差板３１ｂに透明接着層を介して貼り付けてもよい。このように構成することで、マイクロルーバ６０と偏光板・位相差板３１ｂの界面における表面反射ロスを低減することができ、より輝度の高い照明光を得ることができる。

次に、図１７に、本発明のマイクロルーバを内部に搭載する照明光学装置の構成を示す。この照明光学装置は、マイクロルーバを内部に搭載した照明光学装置上に透過散乱切替素子を配置した構成である。

透過散乱切替素子２６は、例えばＰＮＬＣ（ＰｏｌｙｍｅｒＮｅｔｗｏｒｋＬＣ）であって、透明電極２８ａが設けられた基板２７ａと、透明電極２８ｂが設けられた基板２７ｂと、これら基板２７ａ、２７ｂによって狭持される液晶２９とポリマー鎖とを有する。

透明電極２８ａ、２８ｂの間に電圧を印加した状態において、ポリマー鎖と液晶２９の屈折率が一致し、透過散乱切替素子２６は透明状態となる。この透明状態では、マイクロルーバ６０からの光は、そのまま透過散乱切替素子２６を透過する。一方、透明電極２８ａ、２８ｂの間に電圧が印加されていない状態では、ポリマー鎖と液晶２９の屈折率が不一致となって、マイクロルーバ６０からの光は、透過散乱切替素子２６を通過する際に散乱する。このように、透過散乱切替素子２６は、電圧印加時に透明状態となり、電圧無印加時の散乱状態となる。

図１７に示した照明光学装置では、透過散乱切替素子２６を透明状態とした場合、画面中心方向に収束する配光特性となるようにすることができる。一方、散乱状態では、マイクロルーバ６０から出射した光が散乱されるので射出角度範囲が広くなる。このように、透過散乱切替素子２６を透過状態、もしくは、散乱状態に切り替えることによって照明光学装置の出射角度範囲を切り替えることができる。

なお、透過散乱切替素子２６は、透明接着層を介してマイクロルーバ６０に接着してもよい。このように構成することで、マイクロルーバ６０と透過散乱切替素子２６の界面における表面反射ロスを低減することができ、より輝度の高い照明光を得ることができる。

図１８に、本発明のマイクロルーバ６０を内部に搭載する他の表示装置の構成を示す。

この表示装置は、光学制御素子と、この光学制御素子を照明する照明光学装置と、光学制御素子と照明光学装置の間に設けられた、マイクロルーバ６０および透過散乱切替素子２６からなる。

マイクロルーバ６０は、第１の実施形態で説明したように、光学制御素子からの光（内部光）が画面中心方向に収束する配光特性を有するものである。照明光学装置は、光源２１、反射シート２２、導光板２３、拡散板２４およびプリズムシート２５ａ、２５ｂからなり、プリズムシート２５ａ、２５ｂを通過した光がマイクロルーバ６０を介して光学制御素子に照明される。光学制御素子は、図１５に示した光学制御素子と同じものである。透過散乱切替素子２６は、図１７に示したものと同じものである。

図１８に示した表示装置では、透過散乱切替素子２６を透明状態とした場合、画面中心方向に収束する配光特性となるようにすることができる。一方、散乱状態では、マイクロルーバ６０から出射した光が散乱されるので表示パネルにおける射出角度範囲が広くなる。この場合は、光が拡散することで可視範囲が広くなるため、複数の人が表示画面を同時に見ることが可能となる。

本構成において、マイクロルーバ６０と透過散乱切替素子２６の基板２７ｂの間および光学制御素子の偏光板・位相差板３１ｂと透過散乱切替素子２６の基板２７ａの間のいずれか一方または双方を、透明接着層で貼り付けた構成としてもよい。このように構成することで、マイクロルーバ６０と基板２７ｂの間や偏光板・位相差板３１ｂと基板２７ａの間の界面における表面反射ロスを低減することができ、より輝度の高い照明光を得ることができる。

なお、上述した表示装置は最上層にさらに入力装置を重ねて設けるものであってもよく、入力装置は、上部透明電極と下部透明電極からなる対向電極を有し、上部透明電極上における局所的な圧力または抵抗の変化に基づく表示パネルの位置情報が入力される、いわゆるタッチパネルであってもよい。なお、タッチパネルの方式としては、抵抗膜方式に限るわけではなく、静電容量結合方式などの既存の方式を用いても構わない。

本発明の、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータやＰＤＡなどの携帯型の情報処理端末への適用例としては、例えば、上述の表示装置を挙げることができる。情報処理端末では、制御装置が、マウスやキーボードなどの入力装置からの入力を受け付けて表示装置上に必要な情報を表示させるための制御を行う。

本発明の第１の実施形態のマイクロルーバの製造工程の概略を示す製造工程図である。 マスクの平面形状を示す図である。 本発明の第１の実施形態のマイクロルーバの他の製造工程の概略を示す製造工程図である。 本発明の第１の実施形態の製造方法により得られたマイクロルーバを用いた場合における、バックライトからの透過光の配光特性の概念図である。 二次元的に傾斜した透明層による配光特性を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態のマイクロルーバの製造工程の概略を示す製造工程図である。 本発明の第２の実施形態の製造方法により得られたマイクロルーバを用いた場合における、バックライトからの透過光の配光特性の概念図である。 本発明の第２の実施形態のマイクロルーバの他の製造工程の概略を示す製造工程図である。 本発明の第２の実施形態の製造方法により得られた他のマイクロルーバを用いた場合における、バックライトからの透過光の配光特性の概念図である。 二次元的に傾斜した透明層の一例を示す模式図である。 二次元的に傾斜した透明層を形成するための二次元用アレイマスクの一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態のマイクロルーバの製造工程の概略を示す製造工程図である。 本発明の第３の実施形態のマイクロルーバの他の製造工程の概略を示す製造工程図である。 本発明の第３の実施形態のマイクロルーバの他の製造工程の概略を示す製造工程図である。 本発明の第３の実施形態のマイクロルーバの多面取りの製造工程におけるマスクとレンズとの配置図である。 本発明のマイクロルーバを表示画面に設けた表示装置の構成を示す断面図である。 本発明のマイクロルーバを内部に搭載する表示装置の構成を示す断面図である。 本発明のマイクロルーバを搭載した、透過散乱切替素子を備えた照明光学装置の構成を示す断面図である。 本発明のマイクロルーバを内部に搭載した、透過散乱切替素子を備えた表示装置の構成を示す断面図である。 関連する大型ディスプレイに用いられていたマイクロルーバの一例を示す模式図である。 配光特性のカスタム化が要求される例としての車載用ディスプレイを示す模式図である。

符号の説明

１ 点光源
２ 拡散光
３ 集光光
１０ バックライト
１２、１２ａ、１２ｂ 平行ＵＶ光
１３ フレネルレンズ
１３ａ 凸型のフレネルレンズ
１３ｂ 凹型のフレネルレンズ
２１ 光源
２２ 反射シート
２３ 導光板
２４ 拡散板
２５ａ、２５ｂ プリズムシート
２６ 透過散乱切替素子
２７ａ、２７ｂ 基板
２８ａ、２８ｂ 透明電極
２９ 液晶
３０ａ、３０ｂ 基板
３１ａ、３１ｂ 偏光板・位相差板
３２ 液晶層
３３ カラーフィルタ
５０ 透明基板
５１ 透明感光性樹脂層
５１ａ パターン
５１ａ’ 先端部分
５１ｂ 透明層
５２ マスク
５２ａ 二次元用アレイマスク
５２ａ’ 開口
５２ｂ 多面取り用マスク
５３ 黒色硬化性樹脂
５４ 透明基板
５５ 遮光
５６ マスクピッチ
５７ 透明感光性樹脂膜厚
６０、６１、６２ マイクロルーバ
７０、７０ａ、７０ｂ 透過光
８０、８０ａ、８０ｂ 境界面
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 観察者

Claims (13)

1. 透明層と光吸収層とを平面内で交互に有し、
   前記透明層が透明な感光性ノボラックス系エポキシ樹脂からなり、
   前記光吸収層が黒色硬化性樹脂からなり、
   前記透明層を透過する光の出射方向の範囲が前記光吸収層によって制限される光学素子において、
   前記透明層は、Ｖ字形状からなる透明層部分を有し、
   前記透明層を透過する光が複数の方向に向けられるように前記透明層部分のＶ字形状の開いた側が前記光の出射方向を向いていることを特徴とする、光学素子。
2. 請求項１に記載の光学素子と、前記光学素子の、前記光の出射方向とは反対の方向を向いている背面に設けられた面状光源とを有する照明光学装置。
3. 前記面状光源は、
   光源と、
   前記光源からの光を拡散させる拡散板、及び規則的に配置された複数のプリズムを備えた、前記拡散板からの拡散光を前記光学素子に向かう光束に変えるプリズムシート部と、を有する、請求項２に記載の照明光学装置。
4. 前記光学素子からの光が入射する透過散乱切替素子をさらに有し、
   前記透過散乱切替素子は、入射光がそのまま出射される透明状態と、入射光が散乱により拡散光として出射される散乱状態との切替が可能である、請求項２に記載の照明光学装置。
5. 請求項１に記載の光学素子と、画素が配置された表示パネルと、前記表示パネルを照明するための面状光源と、を有し、
   前記面状光源からの光が前記光学素子を介して前記表示パネルに照射される表示装置。
6. 前記表示パネルの表示画面側に設けられた入力装置をさらに有し、
   前記入力装置は、局所的な圧力または抵抗の変化に基づく情報を入力信号に変換する装置である、請求項５に記載の表示装置。
7. 請求項１に記載の光学素子と、画素が規則的に配置された表示パネルと、を有し、前記表示パネルからの光が前記光学素子を介して出射される表示装置。
8. 前記光学素子は、前記表示パネルの表示画面上に、着脱自在に設けられている、請求項７に記載の表示装置。
9. 前記光学素子上に設けられた入力装置をさらに有し、
   前記入力装置は、局所的な圧力または抵抗の変化に基づく情報を入力信号に変換する装置であることを特徴とする請求項７または８に記載の表示装置。
10. 請求項１に記載の光学素子と、
    画素が規則的に配置された表示パネルと、前記表示パネルを照明するための面状光源と、前記面状光源からの光が前記光学素子を介して入射し、該入射光がそのまま出射される透明状態と、該入射光が散乱により拡散光として出射される散乱状態との切替が可能な透過散乱切替素子と、を有し、
    前記透過散乱切替素子から出射した光が前記表示パネルに照射される表示装置。
11. 前記表示パネルの表示画面側に設けられた入力装置をさらに有し、
    前記入力装置は、局所的な圧力または抵抗の変化に基づく情報を入力信号に変換する装置であることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 請求項５ないし１１のいずれか１項に記載の表示装置を有する電子機器。
13. 請求項１０または１１に記載の表示装置を有し、外部から入力された信号に基づき、前記透過散乱切替素子の透過状態と散乱状態とが切り替えられる電子機器。

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