JP2019078882A - 光学素子及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の視野角を実現できる傾斜の透明層を有するマイクロルーバ（光学素子）を提供する。【解決手段】透明基板１１０上に透明層１２０及び光吸収層１４０がパターンを形成した光学素子１００であって、透明層１２０及び光吸収層１４０の少なくとも一部の壁面が、透明基板１１０のパターンが形成される平面の法線に対して任意の角度で傾斜し、傾斜は、平面の位置ｘにおいて、透明基板１１０から透明層１２０に向けて照射した光の出射角度を示す第一角度α’（ｘ）と、観察者の視野の角度を示す第二角度β（ｘ）と、目標輝度以上の輝度となる角度を示す第三角度φと、から定まる式｜α’（ｘ）−β（ｘ）｜＜φを満たす。【選択図】図１

Description

本願は、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及びその製造方法に関する。

液晶表示装置及び有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置等のフラットパネルディスプレイは、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＡＴＭ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）、及びパーソナルコンピュータ等、種々の情報処理装置の表示装置として用いられており、可視範囲の広い表示装置が実用化されている。

近年、可視範囲が広い表示装置は、ディスプレイの大型化及び多目的化に伴い、様々な配光特性が要求されている。特に、情報漏洩の観点から他人の覗き込みを防止するために可視範囲が制限されたデバイス及び不必要な方向に光を出射しないデバイスの要求が高まってきている。

前述の要求に応えるものとして、特許文献１に記載されているようなマイクロルーバ（光学素子）を液晶表示装置に組み込むことによって、可視範囲を制限する技術が実用化されている。

しかし、マイクロルーバを適用した大型の液晶表示装置には、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すような問題が発生する。なお、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すグラフは、透明層から出射される光の出射角度及び透過率の関係性を示す。

（課題１）観察者が液晶表示装置の略中央位置から液晶表示装置を観察した場合を想定する。この場合、図１８Ａに示すように液晶表示装置の中央部分の透過率は高いため観察者は画像を認識することができる。一方、液晶表示装置の周辺部分は透過率が低いため、観察者は画像の認識が困難となる。したがって、観察者は、透過率のムラの発生によって、液晶表示装置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。

（課題２）他人が液晶表示装置を覗き込む場合に、液晶表示装置に対して視野角が所定の値以上の場合には覗き込みを防止できる。しかし、図１８Ｂに示すように視野角が所定の値より小さい場合、透過率が十分小さくならないため覗き込みを防止することができない場合がある。

特開２００７−３３４２７９号公報 特開２０１１−９５７１９号公報

（課題１）及び（課題２）を解決する技術として特許文献２の技術が知られている。特許文献２に記載されているように、傾斜した透明層を有するマイクロルーバを用いることによって（課題１）及び（課題２）を解決することができる。

特許文献２には、透明基板を湾曲させた状態で露光を行って透明層を形成している。しかし、特許文献２には、具体的な湾曲の程度及び湾曲工程については開示されていない。

本開示では、（課題１）及び（課題２）の解決に望ましい傾斜の透明層を有するマイクロルーバ、及び、当該マイクロルーバを効率的かつ低コストで製造する方法を提供することが目的である。

本願において開示される代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、透明基板上に透明層及び光吸収層がパターンを形成した光学素子であって、前記透明層及び前記光吸収層の少なくとも一部の壁面が、前記透明基板の前記パターンが形成される平面の法線に対して任意の角度で傾斜し、前記傾斜は、前記平面に平行な軸上の位置ｘにおいて、前記透明基板から前記透明層に向けて照射した光の出射角度を示す第一角度α’（ｘ）と、前記位置ｘ及び前記透明層から出射される光を受光する観察者の観察位置から定まる観察者の視野の角度を示す第二角度β（ｘ）と、前記透明層から出射される光の出射角度及び透過率の関係性に基づいて設定された目標透過率以上の透過率となる角度を示す第三角度φと、から定まる式（１）を満たす。

本開示によれば、（課題１）及び（課題２）の解決に望ましい傾斜の透明層を有する光学素子（マイクロルーバ）を提供できる。

第１の実施形態の光学素子の断面図である。 第１の実施形態の導電性遮光層が形成する平面パターンの一例を示す図である。 第１の実施形態の光学素子の製造方法を説明する図である。 第１の実施形態の光学素子を製造する基板の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の光学素子を製造する基板の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の光学素子を製造する基板の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の光学素子を用いた場合の効果を示す図である。 第１の実施形態の光学素子を用いた場合の効果を示す図である。 第１の実施形態の透明基板の撓みの発生を物理的に説明する図である。 第１の実施形態の透明基板の撓みの特性を説明する図である。 第１の実施形態の光学素子を組み込んだ液晶表示装置を観察する観察者の視野角の一例を説明する図である。 第１の実施形態の透明基板の撓み量ｙ_１（ｘ）と厚さｈとの間の関係を示すグラフである。 第１の実施形態の接線の傾きと厚さｈとの間の関係を示すグラフである。 第１の実施形態の透明層の透過率特性を示すグラフである。 第１の実施形態の透明基板の厚さの調整方法を説明するグラフである。 視野角に対する透過率プロファイルを示す図である。 画像パターン透過率比ＴＢ／ＴＡに対する主観評価スコアを示す図である。 第１の実施形態の透明層の透過率特性を示すグラフである。 第１の実施形態の透明層の透過率特性を示すグラフである。 第１の実施形態の透明層を通過する光の状態を説明する図である。 第２の実施形態の光学素子の断面図である。 従来のマイクロルーバの課題を説明する図である。 従来のマイクロルーバの課題を説明する図である。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態の光学素子及びその製造方法について説明する。

まず、本開示の光学素子（マイクロルーバ）の基本構成について説明する。図１は、第１の実施形態の光学素子の断面図である。図２は、第１の実施形態の導電性遮光層が形成するパターンの一例を示す図である。

図１では、光学素子１００の厚み方向に切断した断面図を示す。光学素子１００は、透明基板１１０、透明層１２０、導電性遮光層１３０、光吸収層１４０、透明電極層１５０、及び透明基板１６０から構成される。液晶表示装置に組み込まれた光学素子１００には、透明基板１１０から透明基板１６０の方向に光が入射される。なお、透明電極層１５０等の配置は適宜変更できる。図１では、透明電極層１５０は観察者側に配置されているが、バックライト側に配置されてもよい。

透明基板１１０及び透明基板１６０は、例えば、ガラス又は樹脂から構成される。本実施形態では、透明基板１１０の自重にて撓みを発生させることから、透明基板１１０は、自重にて撓みが発生するヤング率を有する素材が望ましい。

導電性遮光層１３０は、例えば、アルミ等の金属素材から構成され、所定のパターンを形成する。例えば、図２に示すような長方形型の素材が一定間隔で配置された平面パターンが形成される。なお、図２に示す平面パターンは一例であってこれに限定されない。例えば、格子形状のパターンでもよい。光吸収層１４０は導電性遮光層１３０上に形成される。透明層１２０は導電性遮光層１３０が存在しない透明基板１１０上に形成される。透明層１２０及び光吸収層１４０は、特定のパターンで配置される。

図１に示すように、光学素子１００の中央部分の透明層１２０及び光吸収層１４０は、透明基板１１０の表面の法線と平行となるように形成される。また、光学素子１００の周辺部分の透明層１２０及び光吸収層１４０は、光学素子１００の中央部分の方向に傾斜するように形成される。傾斜の角度は、光学素子１００の中央部分からの距離の増加に伴って大きくなる。

透明層１２０及び光吸収層１４０の一部を透明基板１１０の表面の法線に対して傾斜させることによって、周辺部分の透過率が、中央部分の透過率と同等となるように制御することが可能となる。ここで、例えば透明基板１１０側に均一な光源を置いて高視野角とした場合、透明基板１６０側で観察した時の輝度を分母にする。そして、分子を狭視野としたときの輝度とすれば、透過率を得ることができる。

透明層１２０の断面形状は、透明基板１６０側の幅が透明基板１１０側の幅より狭くなっている。なお、透明層１２０は、厚さが３０［μｍ］から３００［μｍ］の範囲が望ましく、透明基板１１０側の幅が５［μｍ］から１５０［μｍ］の範囲が望ましい。また、光吸収層１４０は、透明基板１１０側の幅が１［μｍ］から３０［μｍ］の範囲が望ましい。

光吸収層１４０は、電気泳動粒子及び分散剤を含む電気泳動素子から構成される。導電性遮光層１３０及び透明電極層１５０に電圧を与えることによって、光吸収層１４０に対して電界を発生させることができる。電気泳動粒子は、電圧のオンオフに応じて光吸収層１４０を移動又は拡散する。これによって、光を通さない狭視野モード及び光を通す広視野モードに切り替えることができる。

ここで、光学素子１００を搭載した液晶表示装置を考える。透明基板１１０側に設置されたバックライト（図示省略）から照射された光は、光学素子１００を透過し、液晶表示装置の略中央部分に位置する観察者の位置で集束する。したがって、液晶表示装置の周辺部分の画像も鮮明に観察することができる。

次に、光学素子１００の製造方法について説明する。図３は、第１の実施形態の光学素子１００の製造方法を説明する図である。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃは、第１の実施形態の光学素子１００を製造する基板の構成の一例を示す図である。

以下の説明では、図示しない製造システムが各工程を行うものとする。製造システムは、工程毎に異なる装置を有するものとする。なお、複数の工程を一つの装置が行うようにしてもよい。

図３の工程（Ａ）では、製造システムは、透明基板１１０上に所定のパターンの導電性遮光層１３０を形成する。

図３の工程（Ｂ）では、製造システムは、透明基板１１０上に透明感光性樹脂の積層することによって透明感光性樹脂層２００を形成する。

透明感光性樹脂の積層方法としては、例えば、スリットダイコータ、ワイヤコータ、アプリケータ、ドライフィルム転写、及びスプレイ塗布等の成膜方法が用いられる。

透明感光性樹脂層２００の素材として、例えば、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）を用いる。

ＳＵ−８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のネガレジストである。また、ＳＵ−８は可視光領域において非常に透明性の高い特性を有する。ＳＵ−８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）、及びイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）等の溶媒に非常に良く溶ける。したがって、ＳＵ−８は、厚膜形成を容易になし得るという利点がある。

ＳＵ−８は、アスペクト比が５以上となる高いアスペクト比のパターンを形成することができる。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、ＳＵ−８は、硬化後、非常に高密度な架橋となり、熱的及び化学的に非常に安定である特徴を有する。したがって、ＳＵ−８は、パターン形成後の加工も容易となる。

なお、ＳＵ−８は透明感光性樹脂層２００の素材の一例であって、これに限定されない。

図３の工程（Ｃ）及び（Ｄ）では、製造システムは、透明感光性樹脂層２００が下向きになるように支持装置２１０に透明基板１１０を設置する。これによって、透明基板１１０の自重にて撓みが発生する。製造システムは、撓みが発生した透明基板１１０に対して上方（背面）から平行光からなる露光光を照射することによって透明感光性樹脂層２００をパターニングし、透明層１２０を形成する。なお、導電性遮光層１３０及び透明感光性樹脂層２００は透明基板１１０より厚さが十分薄いため、その重さは無視できる。したがって、透明基板１１０の撓みは、透明基板１１０の重みにのみ依存するものと考えることができる。

なお透明基板１１０には、支持装置２１０の支点を合わせるための目合わせマークを形成してもよい。支持装置２１０の形態は、透明基板端面と平行な線状の支持体が好ましい。

本実施形態では、パターニング後は、透明感光性樹脂層２００が下向きの状態でポストベークの工程までの全ての処理が行われる。

透明基板１１０を自重にて撓ませた後にパターニングすることによって、透明基板１１０の中心部分では、平坦にした透明基板１１０の表面に対して略９０度の透明層１２０及び光吸収層１４０を形成できる。また、透明基板１１０の周辺部分では、平坦にした透明基板１１０の表面に対して略９０度より小さい角度で傾斜した透明層１２０及び光吸収層１４０を形成できる。

このように、透明基板１１０の形状を調整することによって、光を収束させる位置が異なる光学素子１００を製造できる。これによって、特定の方向からのみ映像を視認できる液晶表示装置を実現できる。

パターニング工程は、透明基板１１０上に形成された導電性遮光層１３０を用いて行われる。透明感光性樹脂層２００及び導電性遮光層１３０は密着しているため、透明感光性樹脂層２００の塗布領域エッジ部に生じるエッジビード、塗布領域内での膜厚ばらつきに起因した表面平坦度の低下による解像度の低下、及びパターンばらつき等が発生することがない。したがって、本実施形態のパターニング工程は安定した解像が可能となる。

パターニング工程で用いる露光光の光源は、例えば、ＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源を用いる。

工程（Ｃ）及び工程（Ｄ）を行う透明基板１１０の形状は、図４Ａに示すような個片形状でもよいし、図４Ｂに示すような短冊形状でもよいし、また、図４Ｃに示すようなシート形状でもよい。なお、図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃでは、工程（Ｂ）に示す透明基板１１０を上部から見た状態を示す。

図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに示す透明基板１１０は、支持装置が透明基板１１０の縦の辺を支持するように設置される。このとき、支持装置が支持する透明基板１１０の辺は、導電性遮光層１３０を構成する長方形型の素材の長辺と平行になるように制御される。したがって、個片形状及び短冊形状の場合、透明層１２０及び光吸収層１４０の形状が左右対称な光学素子１００を製造できる。シート形状の場合、シートの中心部分からは透明層１２０及び光吸収層１４０の形状が左右対称な光学素子１００を製造でき、シートの中心部分以外からは、透明層１２０及び光吸収層１４０の形状が左右非対称な光学素子１００を製造できる。

図３の工程（Ｅ）では、製造システムは、支持装置２１０から透明基板１１０を取り出し、透明層１２０が透明基板１１０に対して上になるように透明基板１１０を反転させ、透明基板１１０を平坦な状態に設置する。

図３の工程（Ｆ）では、製造システムは、透明層１２０及び導電性遮光層１３０が形成する空間に電気泳動素子を充填することによって光吸収層１４０を形成する。

図３の工程（Ｇ）では、製造システムは、透明層１２０及び光吸収層１４０の上に透明電極層１５０及び透明基板１６０を積層する。透明電極層１５０を構成する透明電極は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が用いられる。

外力を加えて透明基板１１０を撓ませる場合、透明基板１１０に対して安定かつ均一な外力を加える装置を新たに用意する必要がある。そのため、製造コストが増大し、また、透明基板１１０の撓みを均一にすることが難しい。一方、本実施形態では、透明基板１１０の自重にて撓みが発生している。したがって、製造コストを抑えつつ、透明基板１１０の撓みを均一にできる。

図５Ａ及び図５Ｂは、第１の実施形態の光学素子１００を用いた場合の効果を示す図である。

図１８Ａ及び図１８Ｂに示す従来のマイクロルーバ（光学素子）と比較した場合、第１の実施形態の光学素子１００では、観察者は液晶表示装置の周辺の画像を良好に認識でき、かつ、他人の液晶表示装置の覗き込みを防止できる。

なお、図５Ａ及び図５Ｂに示すグラフは、透明層１２０から出射される光の出射角度及び透過率の関係性を示す。以下の説明では、当該グラフで示す関係性を透過率特性とも記載する。

透明層１２０及び光吸収層１４０の傾斜は、透明基板１１０の撓みの特性によって特徴づけられる。ここで、透明基板１１０の撓みの特性について説明する。

図６は、第１の実施形態の透明基板１１０の撓みの発生を物理的に説明する図である。図７は、第１の実施形態の透明基板１１０の撓みの特性を説明する図である。図８は、第１の実施形態の光学素子１００を組み込んだ液晶表示装置を観察する観察者の視野角の一例を説明する図である。

図６に示すように、透明基板１１０の両端の辺を支える支持装置２１０に透明基板１１０を設置した場合、重力に平行な方向に荷重が加わる。なお、導電性遮光層１３０及び透明感光性樹脂層２００の重さは無視できるため、図６では導電性遮光層１３０及び透明感光性樹脂層２００を省略している。透明基板１１０は、物質の分布が略均一であることから、荷重の大きさは位置に係わらず同一となる。図６に示すように、透明基板１１０は自重によって湾曲する。

ここで、透明基板１１０の平面において支持装置２１０にて支持される辺と垂直な辺の方向に軸ｘを設定し、当該辺の長さ、すなわち、透明基板１１０の長さをＬとする。したがって、ｘは０からＬの範囲となる。また、透明基板１１０の平面の法線方向に軸ｙを設定する。透明基板１１０の支持装置２１０で支持された一端をｘｙ平面の原点に設定する。また、位置ｘの撓み量をｙ_１（ｘ）とする。

説明の簡単のために、透明基板１１０を撓ませた場合に照射される光を例に、透明基板１１０の撓みの特性を説明するが、平坦な透明基板１１０に対して光を照射した場合にも、透明層１２０及び光吸収層１４０の傾斜によって同様の特性を示す。

露光光等の入射光は、任意の方向に屈折して光学素子１００から出射される。このとき、出射角度α’（ｘ）（第一角度α’（ｘ））は撓み量ｙ_１（ｘ）に依存した特性を示す。より具体的には、式（２）に示すような、撓みが作る円弧の接線の傾きα（ｘ）（第四角度α（ｘ））に依存した特性を示す。なお、撓み量ｙ_１（ｘ）の微分は式（３）で与えられる。

ここで、Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメント、ｗは荷重を表す。なお、本実施形態では、断面二次モーメントＩ及び荷重ｗは、式（４）及び式（５）のように与えられる。

ここで、ｂは、支持装置２１０によって支持される透明基板１１０の辺の長さを表し、ｈは透明基板１１０の厚さを表す。また、ρは透明基板１１０の密度、ｇは重力加速度、及びＳは透明基板１１０の断面積を表す。なお、断面積はｈ及びｂの積であるため、式（３）に示す接線の傾きはｂに依存しない値となる。

図７に示すようにフレネルの公式を考慮した場合、出射角度α’（ｘ）は式（６）で与えられる。

ここで、ｎ_０は透明基板１１０に入射する前に光が通過する媒体の屈折率を表し、ｎ_１は透明基板１１０の屈折率を表し、ｎ_２は透明層１２０の屈折率を表す。本実施形態の媒体は空気としている。

液晶表示装置と観察者との間の距離Ｄ及び透明基板１１０（液晶表示装置）の位置ｘから定まる観察者の視野の角度をβ（ｘ）（第二角度β）とする。また、透過率特性に基づいて設定された目標透過率以上の透過率となる角度をφ（第三角度φ）とする。

図８に示すように、観察者が液晶表示装置の中心に位置する場合、すなわち、ｘ＝Ｌ／２の場合、β（ｘ）は式（７）で与えられる。なお、液晶表示装置はバックライト等の他の構成を含むが、ここでは省略している。

本実施形態では、透明基板１１０の撓み、すなわち、透明層１２０及び光吸収層１４０の傾斜は、透明基板１１０の撓みの特性を示すα’（ｘ）が式（８）を満たすように構成される。

本実施形態では、式（８）を満たすα’（ｘ）を実現するために、透明基板１１０の厚さｈを調整する。

本実施例では、ユーザの主観評価を実施した。透過率の低下が５０％より大きくなる角度範囲を許容できないレベルとし、透過率の低下が２０％より大きくかつ５０％以下となる角度範囲を許容レベルとし、また、透過率の低下が２０％以下となる角度範囲をＥｘｃｅｌｌｅｎｔとしている。

図９は、第１の実施形態の透明基板１１０の撓み量ｙ_１（ｘ）と厚さｈとの間の関係を示すグラフである。図１０は、第１の実施形態の接線の傾きと厚さｈとの間の関係を示すグラフである。図１１は、第１の実施形態の透明層１２０の透過率特性を示すグラフである。図１２は、第１の実施形態の透明基板１１０の厚さの調整方法を説明するグラフである。

図９及び図１０に示すように、透明基板１１０の撓み量ｙ_１（ｘ）は、透明基板１１０の厚さｈが小さいほど大きくなる。

なお、図９の縦軸は撓み量ｙ_１（ｘ）を表し、横軸は位置ｘを表す。また、図１０の縦軸は角度を表し、横軸は位置ｘを表す。ここでは、接線の傾きを透明層１２０の傾斜の角度に換算している。図１０のグラフ上にβ（ｘ）をプロットした場合、図１２のような直線となる。

例えば、ｘ＝Ｌ（又はｘ＝０）における透過率が最大値の５０％以上となる液晶表示装置を製造する場合、図１１に示すような透過率特性の透明層１２０において透過率が最大値の５０％となる角度をφに設定する。この場合、式（８）を満たす撓みを実現する厚みｈは０．１ｍｍが望ましい。したがって、製造システムは、工程（Ｃ）の前の工程で透明基板１１０の厚みｈが０．１ｍｍになるように調整する。これによって、式（８）を満たす撓みを発生させることができる。すなわち、平坦な透明基板１１０の位置ｘの透明層１２０から出射される光の出射角度が式（８）を満たす。

なお、工程（Ｃ）及び工程（Ｄ）において、屈折率がｎ_１と同程度である液体を用いた液浸露光を適用した場合、式（８）は、α’（ｘ）がα（ｘ）になる。

第１の実施形態では、電気泳動素子から構成される光吸収層１４０を示したがこれに限定されない。例えば、エポキシ樹脂に顔料を含めた黒色インクを透明層１２０及び導電性遮光層１３０が形成する空間に充填することによって光吸収層１４０を形成してもよい。この場合、光学素子１００には、透明電極層１５０は必要ない。当該光学素子１００は、常に狭視野モードとして機能する。

以上のように、第１の実施形態によれば、望ましい厚みに調整された透明基板１１０を自重で撓ませて、背面から露光することによって、透明基板１１０の平面の法線に対して傾斜した透明層１２０を形成できる。また、透明層１２０及び導電性遮光層１３０が形成する空間に電気泳動素子を充填することによって、透明基板１１０の平面の法線に対して傾斜した光吸収層１４０を形成できる。このとき、傾斜した透明層１２０から出射される光は式（８）を満たす。

透明基板１１０の重みで撓みを発生させることによって、均一な撓みを実現できる。また、本実施形態の製法では、撓みを調整する装置を用いることなく均一な撓みを発生できるため、効率的かつ低コストで式（８）を満たす傾斜の透明層１２０を有する光学素子１００を製造できる。

図１３は、視野角に対する透過率プロファイルを示す図である。ここで、透過率プロファイルは２種類あり、実線で示したものを透過率プロファイルＡ、破線で示したものを透過率プロファイルＢとし、視野角θ１での透過率をそれぞれＴＡ、ＴＢとする。

この時、透過率プロファイルＢを意図的に変化させ、視野角θ１における透過率ＴＡと透過率ＴＢの状態を交互に表示して、８名の観察者に画質主観評価を実施した。

図１４は、画像パターン透過率比ＴＢ／ＴＡに対する主観評価スコアを示す図である。これによると、透過率比が８０％までであれば、観察者の主観評価スコアがほとんど変化しない、すなわち「高品位レベル」であり、また、透過率比が５０％を下回ると主観評価スコアが３を下回る、すなわち「非許容レベル」であることが分かった。透過率比が５０％から８０％の区間では「許容レベル」であることが分かった。

式（８）で示したφの大きさについて、上述した主観評価スコアから透過率が５０％以内の変化である角度範囲である（許容レベル）ことが望ましく、更には透過率が２０％以内の変化である角度範囲である（高品位レベル）ことが望ましい。

図１５Ａは、電気泳動素子に含める分散剤として安息香酸エチルを用いた場合の透明層１２０の透過率特性を示すグラフである。図１５Ｂは、電気泳動素子に含める分散剤としてメチルナフタレンを用いた場合の透明層１２０の透過率特性を示すグラフである。いずれのグラフも図１６の垂直構成におけるグラフである。

なお、Ｔｎは透過率の最大値を表す。０．８Ｔｎは透過率の最大値の８０％の透過率、すなわち上記した「高品位レベル」の閾値を表し、０．５Ｔｎは透過率の最大値の５０％、すなわち上記した「許容レベル」の閾値の透過率を表す。

分散剤として安息香酸エチルを用いた場合、中心から一定の角度範囲において透過率が一定となる。一方、分散剤としてメチルナフタレンを用いた場合、中心からの角度の変化によって透過率の急激な変化が見られた。

図１６は、透明層１２０を通過する光の状態を説明する図である。ここでは狭視野モードを考える。

透明層１２０の屈折率ｎ_１が光吸収層１４０の屈折率ｎ_２より小さい場合、入射光は、透明層１２０及び光吸収層１４０の境界で屈折して、光吸収層１４０に入射される。光吸収層１４０に入射された光は電子泳動素子に吸収されると考えられる。

例えば、ＳＵ−８で形成された透明層１２０の屈折率は約１．５８であり、光吸収層１４０の媒質をメチルナフタレンとしたときの屈折率は約１．６２であるため、図１５Ｂに示すようなグラフになると考えられる。

透明層１２０の屈折率ｎ_１が光吸収層１４０の屈折率ｎ_２と同一である場合、透明層１２０及び光吸収層１４０の境界で屈折することなく光吸収層１４０に入射される。光吸収層１４０に入射された光は電子泳動素子に吸収されると考えられる。

透明層１２０の屈折率ｎ_１が光吸収層１４０の屈折率ｎ_２より大きい場合、入射光は、透明層１２０及び光吸収層１４０の境界で反射すると考えられる。

ＳＵ−８の屈折率は約１．５８であり、安息香酸エチルの屈折率は約１．５２であるため、図１５Ａに示すようなグラフになると考えられる。

液晶表示装置の用途等に応じてφの値は異なる。例えば、観察者に対する画面端部の視認性を高めたい場合、ｘ＝Ｌにおける透過率が最大値の８０％となる角度をφに設定する。この場合、分散剤として安息香酸エチルを含む電気泳動素子を選択すれば所望の画面端部の視認性を実現する光学素子を製造できる。一方、ｘ＝Ｌにおける透過率が最大値の５０％となる角度をφに設定した場合、分散剤としてメチルナフタレンを含む電気泳動素子を選択すれば所望の画面端部の視認性を実現する光学素子を製造できる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態との差異を中心に第２の実施形態を説明する。

図１７は、第２の実施形態の光学素子の断面図である。

図１７に示すように第２の実施形態の光学素子１００は、透明電極層１５０の形状が異なる。具体的には、透明電極層１５０は、透明電極層１５０を構成する透明電極が光吸収層１４０にのみ接するように形成される。

第２の実施形態によれば、光吸収層１４０の傾斜方向に効率的に電界を発生させることができる。

以上、本願の実施形態を説明したが、本願が上記の実施形態に限定されるものではない。実施形態において液晶表示装置を代表して説明したが、有機ＥＬ表示装置等のほかの表示装置であってもよい。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本願の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１００ 光学素子
１１０ 透明基板
１２０ 透明層
１３０ 導電性遮光層
１４０ 光吸収層
１５０ 透明電極層
１６０ 透明基板
２００ 透明感光性樹脂層
２１０ 支持装置

Claims (9)

1. 透明基板上に透明層及び光吸収層がパターンを形成した光学素子であって、
   前記透明層及び前記光吸収層の少なくとも一部が、前記透明基板の前記パターンが形成される平面の法線に対して任意の角度で傾斜し、
   前記傾斜は、
   前記平面に平行な軸上の位置ｘにおいて、前記透明基板から前記透明層に向けて照射した光の出射角度を示す第一角度α’（ｘ）と、
   前記位置ｘ及び前記透明層から出射される光を受光する観察者の観察位置から定まる観察者の視野の角度を示す第二角度β（ｘ）と、
   前記透明層から出射される光の出射角度及び輝度の関係性に基づいて設定された目標輝度以上の輝度となる角度を示す第三角度φと、
   から定まる式（１）を満たすことを特徴とする光学素子。
   
2. 請求項１に記載の光学素子であって、
   前記第一角度α’（ｘ）は、前記透明基板の前記傾斜の傾斜方向の長さＬ、前記透明基板のヤング率Ｅ、前記透明基板を湾曲させるための荷重ｗ、及び断面二次モーメントＩから定まる前記透明基板の撓み量ｙ（ｘ）を微分した式（２）より算出される式（３）に示す第四角度αと、前記透明基板に入射される前に光が通過する媒体の屈折率ｎ_０と、前記透明基板の屈折率ｎ_１と、前記透明層の屈折率ｎ_２と、を用いて式（４）で与えられ、
   前記第二角度β（ｘ）は、前記光学素子を組み込んだ表示装置及び当該表示装置の中心から観察する前記観察者との間の距離Ｄと、前記位置ｘと、を用いて式（５）で与えられることを特徴とする光学素子。
   
3. 請求項２に記載の光学素子であって、
   前記透明基板の厚みは前記式（１）を満たすように調整されていることを特徴とする光学素子。
4. 請求項２に記載の光学素子であって、
   前記透明基板及び前記光吸収層の間に電極層を有し、
   前記透明層及び前記光吸収層を挟み込むように前記透明基板と対向する位置に設置された透明電極層を有し、
   前記透明電極層は、前記光吸収層にのみ接する透明電極から構成されることを特徴とする光学素子。
5. 請求項１に記載の光学素子であって、前記第三角度φの大きさは、透過率変化が５０％以内となる角度範囲であることを特徴とする光学素子。
6. 請求項１に記載の光学素子であって、前記第三角度φの大きさは、透過率変化が２０％以内となる角度範囲であることを特徴とする光学素子。
7. 透明基板上に遮光パターンを形成する第１の工程と、
   前記透明基板上に透明感光性樹脂を積層する第２の工程と、
   前記透明感光性樹脂が、重力に垂直、かつ、前記透明基板の下に位置するように前記透明基板の両端を支持して、前記透明基板の自重にて湾曲させる第３の工程と、
   前記透明基板から前記透明感光性樹脂の方向に向けて露光光を照射して、前記透明感光性樹脂から構成される透明層を形成する第４の工程と、
   前記透明層が、重力に垂直、かつ、前記透明基板の上に位置するように前記透明基板を設定し、前記透明層を構成する前記透明感光性樹脂が形成する空間に遮光性を有する素材を充填して光吸収層を形成する第５の工程と、を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
8. 請求項７に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記露光光は、重力の方向に平行な平行光であることを特徴とする光学素子の製造方法。
9. 請求項７に記載の光学素子の製造方法であって、
   前記第１の工程では、電極から構成される前記遮光パターンを形成し、
   前記光学素子の製造方法は、前記透明層及び前記光吸収層を挟み込むように前記透明基板と対向する位置に設置された透明電極層を形成する工程を含み、
   前記透明電極層は、前記光吸収層にのみ接する透明電極から構成されることを特徴とする光学素子の製造方法。