JP5110350B2 - 光学素子およびこれを用いた照明光学装置、表示装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、透過光の出射方向の範囲が制限されるマイクロルーバーと呼ばれる光学素子に関する。さらには、本発明は、そのような光学素子を用いた照明光学装置および液晶表示装置（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 Teller Machine）、パーソナルコンピュータなど、種々の電子機器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。

複数の人が一緒に表示画面を見る場合は、視野角範囲の広い液晶表示装置が有効である。しかし、携帯電話機など、個人で使用することを前提とする装置においては、視野角範囲が広いと、表示情報が他人に覗き見されて、使用者が不快な思いをすることがある。また、不特定多数の人が使用する情報処理端末において、個人情報など秘匿性の高い情報を表示する場合は、表示情報が他人に覗き見されることがないようにする必要がある。そこで、狭視野での表示形態と広視野での表示形態との切り替えが可能な液晶表示装置が提供されている（特許文献１参照）。

図２１に、狭視野と広視野の表示切り替えが可能な液晶表示装置の一例を示す。図２１を参照すると、液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示パネル１００と、この表示パネル１００上に貼り付けられるマイクロルーバー１０１とを有する。マイクロルーバー１０１は、図２２に示すように、光吸収層１０２と透明層１０３を交互に配置した周期構造体を２枚の保護フィルム１０４で狭持した構造であって、光吸収層１０２と透明層１０３の配置における周期は一定である。透明層１０３では、可視角度θの範囲内で入射した光のみが透過する。可視角度θの範囲外の光は、光吸収層１０２で吸収される。可視角度θは、周期構造体の厚さＤと周期のピッチＰとで決まる。可視角度θが小さいほど、マイクロルーバー１０１を透過した光の指向性は強くなる。

狭視野での表示形態では、マイクロルーバー１０１を表示パネル１００上に貼り付けた状態で使用する。表示パネル１００からの光の可視範囲は、マイクロルーバー１０１によって制限される。一方、広視野での表示形態では、マイクロルーバー１０１を表示パネル１００から剥がした状態で使用する。この場合は、可視範囲は表示パネル１００自体の視認角度で決まる。表示パネル１００に高分子分散型液晶を用いることで、可視範囲を大きくすることができる。

また、マイクロルーバーを内蔵した液晶表示装置もある。図２３に、その液晶表示装置の主要部の構成を示す。

図２３を参照すると、液晶表示装置は、バックライト２００と、バックライト２００からの光で照明されるＬＣＤパネル２０３とを有し、これらバックライト２００とＬＣＤパネル２０３の間に、マイクロルーバー２０１および拡散液晶板２０２が配置されている。

ＬＣＤパネル２０３は、マトリクス状に一定のピッチで配置された複数の液晶セルを有し、これら液晶セルの位置に対応して、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色フィルターが所定の順番で設けられている。図２４に、色フィルターの配置例を示す。この配置例では、色フィルター２０３ａは、光を吸収するブラックマトリクス２０３ｂにより区画された領域にマトリクス状に配置されており、そのピッチは一定である。

マイクロルーバー２０１は、図２５に示すように、光吸収層２０１ａと透明層２０１ｂを交互に配置した周期構造を有する。拡散液晶板２０２は、高分子分散型液晶よりなり、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り替えが可能とされている。拡散液晶板２０２としては、例えばＰＮＬＣ（Polymer Network LC）やＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）がある。

図２６に、狭視野時の光の状態を示す。狭視野時は、拡散液晶板２０２を透過状態とする。バックライト２００からの拡散光は、マイクロルーバー２０１によってその出射方向の範囲が制限される。マイクロルーバー２０１を透過した光は、拡散液晶板２０２をそのまま通過してＬＣＤパネル２０３を照明する。

図２７に、広視野時の光の状態を示す。広視野時は、拡散液晶板２０２を散乱状態とする。バックライト２００からの拡散光は、マイクロルーバー２０１によってその出射方向の範囲が制限される。マイクロルーバー２０１を透過した光は、拡散液晶板２０２にて拡散光になる。この拡散液晶板２０２からの散乱光によって、ＬＣＤパネル２０３が照明される。
特開平１０−１９７８４４号公報（段落００３５）

しかしながら、上述したマイクロルーバーを使用した表示装置には、以下のような問題がある。

図２１に示した液晶表示装置においては、表示パネル１００とマイクロルーバー１０１はともに周期構造を有しているため、マイクロルーバー１０１を通過した光は、それぞれの周期構造に基づく２つの規則的な強度分布を重ねた状態となり、双方の空間周波数の差に応じたモアレ縞が発生する。

図２３に示した液晶表示装置においても、ＬＣＤパネル２０３とマイクロルーバー２０１はともに周期構造を有しているため、これらの周期構造の空間周波数の差に応じたモアレ縞が発生する。

図２８に、モアレ縞の発生原理を示す。図２８において、（ａ）は周期構造を有するマイクロルーバーの空間配置を示した図、（ｂ）はそのマイクロルーバーの空間周波数を二次元座標で示した図、（ｃ）は周期構造を有する表示素子の空間配置を示した図、（ｄ）はその表示素子の空間周波数を二次元座標で示した図、（ｅ）は（ｂ）および（ｄ）に示した空間周波数を二次元座標上で重ね合わせた状態を示す図である。

図２８の（ａ）に示すような一次元方向に繰り返し周期（ＰＩ）を有する空間配置を、２次元フーリエ変換して得られる空間周波数は、図２８の（ｂ）に示すように、一次元の規則的なピーク配置（図中、三角印で示す）を有する。２次元座標上でのこれらピークの座標は、ベクトルＰＩの整数倍（ｌ・ＰＩ）で与えられる。ベクトルＰＩの大きさは、マイクロルーバーの周期の逆数に等しい。

一方、図２８の（ｃ）に示すような、画素がマトリクス状に形成された表示素子は、ｘ方向の周期（Ｐｘ）とｙ方向の周期（Ｐｙ）を有する空間配置を、２次元フーリエ変換して得られる空間周波数は、図２８の（ｄ）に示すように、二次元の規則的なピーク（丸印）を有する。２次元座標上での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（ｎ・Ｐｘ＋ｍ・Ｐｙ）で与えられる。

図２８の（ｂ）および（ｄ）に示した空間周波数を重ね合わせると、ピーク配置は、図２８の（ｅ）に示すような関係となる。２次元座標上での各ピークの座標は、ベクトルＰＩ、Ｐｘ、Ｐｙの整数倍（ｌ・ＰＩ＋ｎ・Ｐｘ＋ｍ・Ｐｙ）で与えられる。図２８の（ｄ）において、（［ベクトルＰｘ］−［ベクトルＰＩ］）がモアレ縞の基となる。また、Ｒ・Ｇ・Ｂの３つの画素からなる絵素からなる画面を考えた場合は、（［ベクトル３Ｐｘ］−［ベクトルＰＩ］）でもモアレ縞が発生する。

上記モアレ縞の問題は、表示素子とマイクロルーバーの間だけでなく、周期性を持つもの同士を積層した場合にも生じる。例えば、複数のレンズが面内に配置されたレンズシートとマイクロルーバーの間においてもモアレ縞が発生する。

本発明の目的は、上記問題を解決し、モアレ縞の発生を抑制することのできるマイクロルーバーを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のマイクロルーバーは、透明層と光吸収層とが平面内で交互に一定の繰り返し周期で配置された周期構造を有し、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であって、前記周期構造は、前記透明層および光吸収層が繰り返し配置される方向と交差する方向に区画された複数の周期構造部を有し、該複数の周期構造部のうち少なくとも一部は、互いの空間周波数の位相が異なる、ことを特徴とする。

上記構成によれば、空間周波数の位相が異なる周期構造部の間において、それぞれの周期構造部を通過した光が平均化される。この光の平均化の作用によって、周期構造全体における周期性がなくなる。このように光学素子（マイクロルーバー）の周期性をなくすことで、周期性を有する表示パネルやレンズシートとの空間周波数の位相差に伴うモアレ縞の発生が抑制される。

本発明によれば、光の平均化によって光学素子（マイクロルーバー）の周期性をなくすことで、モアレ縞の発生を抑制することができるので、従来のものに比べて高品質の表示画像や照明を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の光学素子の第１の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図、図２は、そのマイクロルーバーの断面図である。

本実施形態のマイクロルーバーは、図２に示すように、光吸収層１０と透明層１１を交互に配置した周期構造体を２枚の透明基板１２、１３で狭持したものである。周期構造体は、図１に示すように、複数の周期構造１〜５を有する。周期構造１〜５のそれぞれにおける、光吸収層１０と透明層１１からなる部分の繰り返し周期ＰＩは同じである。周期ＰＩは、図２に示す光吸収層１０と透明層１１からなる部分のピッチＰに対応する。また、光吸収層１０の幅ｗ１および厚さｔ１、透明層１１の幅ｗ２および厚さｔ２（＝ｔ１）は、周期構造１〜５の間で同じである。

周期構造１、３、５は、それぞれの空間周波数の位相が同じとされている。周期構造２、４も、それぞれの空間周波数の位相が同じとされているが、この周期構造２、４における空間周波数の位相は、周期構造１、３、５における空間周波数の位相に対してπだけずれている。ここでは、周期構造１、３、５における空間周波数の位相を「０」、周期構造２、４における空間周波数の位相を「π」として表す。

図３の（ａ）に、空間周波数の位相が「０」の第１の周期構造の透過率を示し、図３の（ｂ）に、空間周波数の位相が「π」の第２の周期構造の透過率を示す。図中、ｘ軸は、周期構造の波数ベクトル方向（図２８のｘ軸方向）を示す。光吸収層と透過層はこのｘ軸の方向に交互に配置される。透過率Ｔは、周期構造の下部から照らした場合の局所ごとの透過率を表す。なお、ここでは、透過率をきれいな正弦波分布として示しているが、極端には、光吸収層以外の透過率が一定の矩形分布となる場合もある。

第１および第２の周期構造は、いずれも、透過率が、透明層の中心部で最も高く、光吸収層（黒で示した部分）側に近づくにしたがって徐々に低くなり、光吸収層の位置で０となるような、正弦波状の透過特性を有する。第１および第２の周期構造が隣接して配置された場合、人間の眼の積分効果により、第１の周期構造からの光と第２の周期構造からの光は平均化されることとなる。この結果、隣接して配置された第１および第２の周期構造における透過率は一定となり、周期性はなくなる。視力１．０の人が観察した場合、５ｍ離れた状態では１．５ｍｍ、１ｍ離れた状態では０．３ｍｍ、５０ｃｍ離れた状態では０．１５ｍｍが人間の眼の分解能であることから、人間の目の積分効果により平均化されるためには、第１の周期構造と第２の周期構造の大きさは、５ｍ離れて見る用途の場合には１．５ｍｍ以下、１ｍ離れて見る用途の場合には０．３ｍｍ以下、５０ｃｍ離れて見る用途の場合には０．１５ｍｍ以下、あらゆる環境下で観察する可能性がある場合には０．１ｍｍ程度以下であればよい。

図１に示したマイクロルーバーにおいて、周期構造１、３、５では、図３の（ａ）に示した透過特性に基づく光が出射され、周期構造２、４では、図３の（ｂ）に示した透過特性に基づく光が出射される。これら周期構造１〜５からの光は平均化されるため、周期性はなくなる。

以上のように、本実施形態のマイクロルーバーにおいては、隣接する周期構造の間で空間周波数の位相がπだけずれた構成となっているため、周期構造体全体では、光の平均化の作用によって周期性がなくなる。したがって、本実施形態のマイクロルーバーを、画素の空間配置に周期性を有する表示パネルを備える表示装置、例えば、図２１や図２４に示したような表示装置に適用した場合は、マイクロルーバーを透過した光が規則的な強度分布を有していない（周期性がない）ために、モアレ縞の発生が抑制される。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。本実施形態のマイクロルーバーも、図２に示したような、光吸収層１０と透明層１１を交互に配置した周期構造体を２枚の透明基板１２、１３で狭持した構成となっているが、周期構造体を構成する複数の周期構造１〜５の空間周波数の位相の関係が、第１の実施形態のものと異なる。本実施形態では、位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造の配置は、数列の生成則や乱数に基づいて決定される。

図４に示した構造は、数列の生成則や乱数に基づいて位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造の配置を決定した周期構造体の一部である。この実施形態でも、第１の実施形態と同様に、周期構造１〜５のそれぞれにおける、光吸収層１０と透明層１１からなる部分の繰り返し周期ＰＩは同じである。また、各周期構造の大きさは、前述のように用途に応じて、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１ｍｍ以下とする。空間周波数の位相がπだけずれた周期構造の間において、それぞれの周期構造は、図３に示すような透過特性を有する。光吸収層と透過層は図３のｘ軸の方向に交互に配置される。

周期構造１、２、５は、それぞれの空間周波数の位相が同じとされている。周期構造３、４も、それぞれの空間周波数の位相が同じとされているが、この周期構造３、４における空間周波数の位相は、周期構造１、２、５における空間周波数の位相に対してπだけずれている。この構造においても、第１の実施形態のものと同様、空間周波数の位相が異なる周期構造の間では、各周期構造からの光が平均化されることとなる。よって、本実施形態のマイクロルーバーを、画素の空間配置に周期性を有する表示パネルを備える表示装置（図２１や図２４に示した表示装置など）に適用することで、モアレ縞の発生が抑制される。

また、本実施形態では、周期構造体を構成する複数の周期構造の空間周波数の位相を数列の生成則や乱数に基づいて決定することで、ｘ方向（図２８中のｘ方向）の周期性だけでなく、斜め方向における周期性をもなくすことが可能となっている。

数列の生成則としては、例えば、フィボナッチ数列の生成則（非周期な数列）がある。以下に、フィボナッチ数列の生成則を用いた周期構造の位相を決定する例について説明する。

図５に、位相「０」の単位構造Ｌと位相「π」の単位構造Ｓを模式的に示す。単位構造Ｌと単位構造Ｓの空間周波数の位相差はπである。単位構造Ｌを一定の方向に複数配置することで、図４に示した周期構造１、２、５を形成することができる。単位構造Ｓを一定の方向に複数配置することで、図４に示した周期構造３、４を形成することができる。図４に示した構成では、周期構造１〜５の空間周波数の位相を０、０、π、π、０となるように決定している。この位相の決定の仕方に、フィボナッチ数列の生成則を用いる。

フィボナッチ数列の生成則を用いた位相決定では、第１世代を「Ｌ」、第２世代を「Ｓ」、第３世代を「ＬＳ」とする。第４世代以降は、前世代について、「Ｌ」を「ＬＳ」に変換し、「Ｓ」を「Ｌ」に変換する。この変換則に従えば、第４世代以降は「ＬＳＬ」、第５世代は「ＬＳＬＬＳ」、第６世代は「ＬＳＬＬＳＬＳＬ」となる。

図６に、第６世代の配置規則に基づいて作製されたマイクロルーバーの周期構造を模式的に示す。この例では、周期構造体は、８つの周期構造からなり、それぞれの周期構造の空間周波数の位相は、図面に向かって上から、０、π、０、０、π、０、π、０とされている。なお、図６の下部に示すように、空間周波数の位相の異なる周期構造間では、光吸収層は分離されている。

上記のフィボナッチ数列の生成則を用いた位相決定において、周期構造を単位構造によって分割する数を増やし、x方向の周期性が非周期構造とすることでｘ方向の周期性がなくなる。

次に、乱数を用いて位相を決定する方法について簡単に説明する。

乱数を用いた位相決定では、例えば０〜１の範囲内で乱数を発生する。乱数の値が０．５未満の場合は、位相「０」の周期構造とし、乱数の値が０．５以上の場合は、位相「π」の周期構造とする。こうして、発生した乱数の値に基づいて、周期構造体を構成する各周期構造の空間周波数の位相を決定する。位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造の配置をランダムな配置とすることで、ｘ方向の周期性だけでなく、斜め方向における周期性をなくすことができる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。本実施形態のマイクロルーバーも、図２に示したような、光吸収層１０と透明層１１を交互に配置した周期構造体を２枚の透明基板１２、１３で狭持した構成となっているが、周期構造体を構成する複数の周期構造１〜５の空間周波数の位相の関係が、第１の実施形態のものと異なる。本実施形態では、位相「０」の周期構造、位相「π／４」の周期構造、位相「π／２」の周期構造、位相「π」の周期構造の４種類の周期構造を用いて周期構造体を構成する。

図７に示した構造において、周期構造１、５は位相「０」の周期構造とされ、周期構造２は位相「π／４」の周期構造とされ、周期構造３は位相「π／２」の周期構造とされ、周期構造４は位相「π」の周期構造とされている。すなわち、周期構造２、３、４における空間周波数の位相はそれぞれ、周期構造１、５の空間周波数の位相に対して、π／４、π／２、πだけずれている。この実施形態でも、第１の実施形態と同様に、周期構造１〜５のそれぞれにおける、光吸収層１０と透明層１１からなる部分の繰り返し周期ＰＩは同じである。また、各周期構造の大きさは0.1ｍｍ程度以下とされる。空間周波数の位相がずれた周期構造の間において、それぞれの周期構造は、その位相差に応じた透過特性（位相差がπの周期構造の間は、図３に示すような透過特性となる）を有する。光吸収層と透過層は図３のｘ軸の方向に交互に配置される。

本実施形態の構造においても、第１の実施形態のものと同様、空間周波数の位相が異なる周期構造の間では、各周期構造からの光が平均化されることとなる。よって、本実施形態のマイクロルーバーを、画素の空間配置に周期性を有する表示パネルを備える表示装置（図２１や図２４に示した表示装置など）に適用することで、モアレ縞の発生が抑制される。

また、周期構造体を構成する各周期構造の空間周波数の位相を乱数に基づいて決定することで、ｘ方向の周期性だけでなく、斜め方向における周期性をもなくすことが可能である。

以下に、乱数を用いて位相を決定する方法について簡単に説明する。

乱数を用いた位相決定では、例えば０〜１の範囲内で乱数を発生する。乱数の値が０．２５未満の場合は、位相「０」の周期構造とする。乱数の値が０．２５以上、０．５未満の場合は、位相「π／４」の周期構造とする。乱数の値が０．５以上、０．７５未満の場合は、位相「π／２」の周期構造とする。乱数の値が０．７５以上の場合は、位相「π」の周期構造とする。こうして、発生した乱数の値に基づいて、周期構造体を構成する各周期構造の空間周波数の位相を決定する。

図８に、乱数を用いて位相を決定した場合のマイクロルーバーの周期構造を模式的に示す。この例では、位相「０」の第１の単位構造、位相「π／４」の第２の単位構造、位相「π／２」の第３の単位構造、および位相「π」の第４の単位構造の４種類の単位構造を使用する。周期構造体は、５つの周期構造からなり、それぞれの周期構造の空間周波数の位相は、図面に向かって上から、π／４、π、π／２、０、π／４とされている。

なお、空間周波数の位相の単位は、０、π／４、π／２、πの４つに限定されるものではなく、これ以外の位相を単位としてもよい。また、位相の異なる４種類の周期構造に限るわけではなく、マイクロルーバーとして少なくともx方向に周期性をなくす構造であれば、どのような位相でも、何種類の位相の組み合わせでも構わない。

（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。本実施形態のマイクロルーバーも、図２に示したような、光吸収層１０と透明層１１を交互に配置した周期構造体を２枚の透明基板１２、１３で狭持した構成となっているが、周期構造体は、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれの方向に周期構造を有する点が、第１の実施形態のものと異なる。具体的には、光吸収層１０と透明層１１がｘ方向（図３のｘ軸の方向に対応する）に交互に配置された周期構造として、位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造を有し、これら位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造は、ｙ方向に交互に配置されている。そして、位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造の間に、光吸収層１０が設けられている。この実施形態でも、第１の実施形態と同様に、位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造のそれぞれにおける、光吸収層１０と透明層１１からなる部分の繰り返し周期ＰＩは同じである。また、各周期構造の大きさは、前述のように用途により、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍ、望ましくは０．１ｍｍ以下とする。空間周波数の位相がずれた周期構造の間において、それぞれの周期構造は、その位相差に応じた透過特性（図３参照）を有する。

本実施形態のマイクロルーバーにおいては、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれの方向に周期構造を有するので、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれの方向において、出射方向の範囲が制限される。

また、ｘ方向においては、位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造とが交互に配置された構造とされているので、第１の実施形態のものと同様、空間周波数の位相が異なる周期構造の間で、各周期構造からの光が平均化されることとなる。よって、本実施形態のマイクロルーバーを、画素の空間配置に周期性を有する表示パネルを備える表示装置（図２１や図２４に示した表示装置など）に適用することで、ｘ方向に関するモアレ縞の発生が抑制される。

また、ｙ方向においては、光吸収層１０と透明層１１が交互に配置された周期構造としたため、表示パネルの周期構造との関係で、モアレ縞が発生する。このｙ方向において発生するモアレ縞を識別し難い状態まで、モアレ縞の大きさ（幅）を小さくするように、ｙ方向の周期構造における周期を決定する。

以下に、ｙ方向の周期構造の周期について具体的に説明する。

図１０の（ａ）に、周期構造を有する表示パネルの空間配置を示し、図１０の（ｂ）に、本実施形態のマイクロルーバーの空間配置を示す。表示パネルのｙ方向の繰返し周期をＰｙとし、マイクロルーバーのｙ方向における繰返し周期をＰＩｙとする。［（ベクトルＰｙ）−（ベクトルＰＩｙ）］の値を大きくすることで、単位長さあたりに発生するモアレ縞の数が多くなり、モアレ縞の大きさ（幅）を小さくすることができる。本実施形態では、モアレ縞の大きさ（幅）が使用用途（観察位置）に応じて人間の眼の分解能である０．３ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１ｍｍ以下になるようにマイクロルーバーのｙ方向における繰り返し周期ＰＩｙを決定する。これにより、ｙ方向のモアレ縞を観察者が認識できないようになる。また、ｘ方向とｙ方向の周期を一致させても構わない。これにより、ｘ方向とｙ方向、すなわち、上下左右方向の可視角度を一致させることができる。

本実施形態のマイクロルーバーにおいても、第１の実施形態のものと同様、各周期構造からの光が平均化されることによって、マイクロルーバーの周期性をなくすようになっている。よって、本実施形態のマイクロルーバーを、画素の空間配置に周期性を有する表示パネルを備える表示装置（図２１や図２４に示した表示装置など）に適用することで、モアレ縞の発生が抑制される。

また、本実施形態のマイクロルーバーによれば、ｘ方向だけでなく、ｙ方向についても、出射方向の範囲が制限されるので、表示装置の可視範囲をｘ方向およびｙ方向の両方向において制限することができる。ｘ方向およびｙ方向の両方向の可視範囲を制限する既存の２次元マイクロルーバーは、ｘ方向のマイクロルーバーとｙ方向のマイクロルーバーの２つを重ね合わせた構造であるため、コストが高い。本実施形態のマイクロルーバーは、同一面内に、２次元のルーバー造を形成しているので、既存のものよりもコストを削減することが可能である。さらには、一層で２次元マイクロルーバーを形成できるので薄膜化ができる。

上述した第１から第３の実施形態において、光吸収層は、各周期構造の間で、連続して形成されていてもよく、また、分離されていてもよい。

以上説明した本発明のマイクロルーバーは、図示した構成に限定されるものではなく、周期構造の局部において空間周波数の位相差が異なる複数の周期構造を有する、という発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成を適宜に変更することができる。

また、隣接する周期構造の空間周波数の位相が異なる構造において、光吸収層または透明層の幅を変えることで、空間周波数の位相を異ならせるようにしてもよい。例えば、図１に示した構成において、周期構造１における光吸収層（または透明層）の幅が周期構造２における光吸収層（または透明層）と異なるような構成とすることで、空間周波数の位相が異なる構造を実現する。

次に、本発明のマイクロルーバーの製造方法について説明する。

図２０の（ａ）〜（ｆ）に、本発明のマイクロルーバーの一連の製造工程を示す。まず、透明基板５０上に透明感光性樹脂層５１を形成する（図２０の（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などの成膜方法を用いることができる。また、透明感光性樹脂層５１として、化薬マイクロケム（MIcrochem）社の化学増幅型ネガフォトレジスト（商品名：ＳＵ−８）を用いることができる。このレジストは感光前の分子量が比較的小さいのでシクロペンタノン、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）溶媒に非常に良く溶けることから厚膜形成が容易であり、１００〜２００μｍの厚さとすることができる。

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２０の（ｂ）参照）。マスク５２は、第１から第４の実施形態で説明したマイクロルーバーの、透明層と光吸収層の空間配置に対応したパターン（透過領域と遮光領域との配置）を有する。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り、ステッパー露光、コンタクト露光など種々の露光システムを用いることができる。

パターンニングを行うことにより、図２０の（ｃ）に示すような、幅Ｓ、厚さｄの透明層が、ピッチＰで一定方向に形成されたパターンを得る。この透明層が、マクロルーバーの透明層となる。透明層の間は、透明基板５０の表面が露出している。厚さｄは、１００μｍ〜２００μｍである。幅Ｓは、５０μｍ〜７０μｍである。ピッチＰは、５０μｍ〜９０μｍである。各透明層の間の幅（スペース）は、１０μｍ〜２０μｍである。

次に、パターンニングされた透明感光性樹脂層の各透明層の間に硬化性材料５３を充填する（図２０の（ｄ））。硬化性材料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、硬化性材料５３をエッチングして、透明感光性樹脂層の表面を露出させた後、硬化性材料５３を硬化させる（図２０の（ｅ））。なお、硬化性材料の充填工程で、硬化性材料が透明感光性樹脂層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、透明感光性樹脂層および硬化性材料５３上に透明基板５４を取り付ける（図２０の（ｆ））。透明基板５４は、ラミネートすることで透明感光性樹脂層および硬化性材料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および硬化性材料５３上に取り付けてもよい。さらに、透明基板５４の表面には、擦り傷を防止するためのハードコート層や反射防止膜を形成しても構わない。

ここで、透明層幅Ｓを５０μｍ、スペース、即ち、光吸収層を１０μｍ、厚さを２００μｍとして、本製造方法では、透明感光性樹脂の屈折率が〜１．６であることから、（マイクロルーバーの法線方向を原点として）可視範囲が±２２．８度となるマイクロルーバーを形成することができる。また、上記各実施形態では、周期構造各々は同じ周期で位相が異なるだけなので、それぞれの周期構造において可視範囲は同じである。

次に、本発明のマイクロルーバーの別の製造方法について説明する。

図２９の（ａ）〜（ｅ）に、本発明のマイクロルーバーの別の製造方法の一連の製造工程を示す。まず、透明基板５０上に透明感光性樹脂層５１を形成し（図２９の（ａ）参照）、マスク５２を用いて透明感光性樹脂層５１をパターンニングし（図２９の（ｂ）参照）、図２９の（ｃ）に示すような、幅Ｓ、厚さｄの透明層が、ピッチＰで一定方向に形成されたパターンを得る。ここまでの工程は、図２０の（ａ）〜（ｃ）の工程と同じである。

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２９の（ｄ））。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加圧によりる貼り合わせを行う。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５１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、硬化性材料５４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２９の（ｅ））。その後、注入した硬化性材料５４を、ＵＶ硬化または熱硬化させることで、マイクロルーバーが完成する。硬化性材料５４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、硬化性材料５４を硬化させることで、硬化性材料の漏れなどの不良を防止することができる。硬化性材料５４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材料の場合は、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、硬化性材料を充填した領域（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。

次に、本発明のマイクロルーバーの他の製造方法について説明する。

他の製造方法として、図３０に示すような工程でマイクロルーバーを製造する方法もある。まず、２枚の透明基板６０、６１のそれぞれに透明感光性樹脂層を形成し、その透明感光性樹脂層をフォトリソグラフィによりパターニングする。透明基板６０側のパターニングされた透明感光性樹脂層６２は、一定のピッチで配置されている。同様に、透明基板６１側のパターニングされた透明感光性樹脂層６３も、透明感光性樹脂層６２のピッチと同じピッチで配置されている。各透明感光性樹脂６２、６３の幅および高さは同じである。各透明感光性樹脂層６２、６３の幅はピッチ幅よりも小さい。透明感光性樹脂層６２と透明感光性樹脂層６３とが互いの隙間に位置するように位置合わせし、透明感光性樹脂層６２と透明基板６１を貼り合わせ、透明感光性樹脂層６３と透明基板６０を貼り合わせる。こうして図２９の（ｄ）に示した状態の基板を得る。この後は、上述の別の製造方法で説明した手順で硬化性材料の充填および硬化を行う。

また、図３１に示すような工程でマイクロルーバーを製造する方法もある。まず、２枚の透明基板７０、７１のそれぞれに透明感光性樹脂層を形成し、その透明感光性樹脂層をフォトリソグラフィによりパターニングする。透明基板７０側のパターニングされた透明感光性樹脂層７２は、一定のピッチで配置されている。同様に、透明基板７１側のパターニングされた透明感光性樹脂層７３も、透明感光性樹脂層７２のピッチと同じピッチで配置されている。各透明感光性樹脂６２、６３は同じパターンであって、その幅および高さも同じである。透明感光性樹脂層６２と透明感光性樹脂層６３とを互いに貼り合わせる。こうして図２９の（ｄ）に示した状態の基板を得る。この後は、上述の別の製造方法で説明した手順で硬化性材料の充填および硬化を行う。

なお、図２０に示した製造方法は、第１から第４の実施形態のいずれにも適用することができる。図２９〜図３１に示した製造方法は、毛細管現象を利用するため、周期構造間で光吸収層が連続する構造において好適に適用することができる。

以上説明した本発明のマイクロルーバーは、液晶表示装置だけでなく、他の表示装置、例えばプラズマディスプレイやエレクトロルミネッセンスディスプレイ等の発光型表示装置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ーの使用形態としては、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。

（１）まず、本発明のマイクロルーバーを搭載する照明光学装置について説明する。

［第１の照明光学装置］
図１１に、本発明のマイクロルーバーを搭載する第１の照明光学装置の構成を示す。図１１を参照すると、第１の照明光学装置は、面状光源とマイクロルーバー２０とからなる。面状光源は、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、プリズムシート２５ａ、２５ｂからなる。マイクロルーバー２０は、第１から第４の実施形態のマイクロルーバーのいずれかで構成される。

導光板２３は、アクリル樹脂などにより構成されるものであって、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）側から一様に出射されるように構成されている。導光板２３の裏面側には、裏面から出射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の表面から出射された光は、拡散板２４およびプリズムシート２５ａ、２５ｂを介してマイクロルーバー２０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、出射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、図１２に示すように、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、図１２に示した構成と同じであるが、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。

第１の照明光学装置では、導光板２３の表面側から出射した光は、拡散板２４で拡散された後、プリズムシート２５ａ、２５ｂを介してマイクロルーバー２０に入射する。拡散板２４からの光は、プリズムシート２５ａ、２５ｂで光の指向性が強められ、さらに、マイクロルーバー２０で光の指向性が強められる。

図２１に示すような従来の周期性を有するマイクロルーバーを上部に配置した照明光学装置では周期性を有するプリズムシートとの間でモアレ縞が発生してしまう。しかしながら図１１に示す第１の照明光学装置のように本発明のマイクロルーバー２０を上部に搭載するので、マイクロルーバーに周期性がない。従って、周期性を有するプリズムシートとの間でモアレ縞が発生しない効果が得られる。

さらに、第１の照明光学装置において、マイクロルーバー２０は、図１３に示すような透明接着層２６を介してプリズムシート２５ａに接着してもよい。このように構成することで、マイクロルーバー２０とプリズムシート２５ａ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、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。即ち、周期性を有する光学素子（本実施形態ではプリズムシート）を含む照明光学装置であれば、どのような組み合わせの照明光学装置であっても構わない。

［第２の照明光学装置］
図１４に、本発明のマイクロルーバーを搭載する第２の照明光学装置の構成を示す。第２の照明光学装置は、図１１に示した構成において、マイクロルーバー２０上に、透過散乱切替素子２６を配置した以外は、第１の照明光学装置と同様のものである。図１４中、第１の照明光学装置の構成と同じものには、同じ符号を付している。説明の重複を避けるために、同じ構成についての説明は省略する。

透過散乱切替素子２６は、例えばＰＮＬＣ（Polymer Network LC）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高分子分散液晶２９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、ポリマー鎖と高分子分散液晶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、マイクロルーバー２０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、ポリマー鎖と高分子分散液晶２９の屈折率が不一致となって、マイクロルーバー２０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では、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。透過散乱切替素子２６は、PNLC以外にもPDLCなど電圧印加によって透明状態と散乱状態を切り替えることができるものであればよい。

図１４に示した第２の照明光学装置では、透過散乱切替素子２６を透明状態とした場合において、第１の照明光学装置を用いた場合と同様に、光の平均化の作用によって、マイクロルーバー２０全体における周期性がなくなるため、モアレ縞の発生が抑制される。

透明状態では、マイクロルーバー２０によって出射角度範囲が狭くなる。一方、散乱状態では、マイクロルーバー２０によって出射角度範囲が広くなる。以上のように透過散乱切替素子を切替えることで出射角度を調整できる照明光学装置を得ることができる。

第２の照明光学装置において、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ー２０に接着してもよい。このように構成することで、マイクロルーバー２０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。

以上の照明光学装置の例では、プリズムシートを２枚用いているが１枚でもかまわない。

（２）次に、本発明のマイクロルーバー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ー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ー２０からなる。

マイクロルーバー２０は、第１から第４の実施形態のマイクロルーバーのいずれかで構成されており、光学制御素子からの光（内部光）の出射方向の範囲を制限する。照明光学装置は、図１１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を通過した光で光学制御素子を照明する。

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、図２４に示したような、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、マイクロルーバー２０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、マイクロルーバー２０によって、偏光板・位相差板３１ａからの光（変調光）の出射方向が制限されるため、可視範囲を狭くすることができる。よって、表示された情報を他人に覗き見されることを抑制することができる。

また、光の平均化の作用によって、マイクロルーバー２０全体における周期性がなくなるため、モアレ縞の発生を抑制することができる。ここで、マイクロルーバー２０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。

マイクロルーバー２０は、着脱自在の構成としてもよい。この場合は、マイクロルーバー２０を光学制御素子に貼り付けることで、狭視野の表示が可能となり、マイクロルーバー２０を光学制御素子から取り外すことで、広視野の表示が可能となる。

（３）次に、本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する表示装置について説明する。

［第１の表示装置］
図１６に、本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第１の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ー２０からなる。

マイクロルーバー２０は、第１から第４の実施形態のマイクロルーバーのいずれかで構成されており、照明光学装置からの光の出射方向の範囲を制限する。照明光学装置は、図１１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ー２０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。

第１の表示装置によれば、マイクロルーバー２０によって、光学制御素子を照明する光の出射方向が制限されるため、可視範囲を狭くすることができる。よって、表示された情報を他人に覗き見されることを抑制することができる。

また、光の平均化の作用によって、マイクロルーバー２０全体における周期性がなくなるため、モアレ縞の発生を抑制することができる。

図１６に示した構成において、マイクロルーバー２０は、光学制御素子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、マイクロルーバー２０と光学制御素子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。

［第２の表示装置］
図１７に、本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第２の表示装置の構成を示す。第２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、マイクロルーバー２０および透過散乱切替素子２６からなる。

マイクロルーバー２０は、第１から第４の実施形態のマイクロルーバーのいずれかで構成されており、照明光学装置からの光の出射方向の範囲を制限する。照明光学装置は、図１１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ー２０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１４に示したものと同じものである。

第２の表示装置では、透過散乱切替素子２６を透明状態とした場合において、従来の周期性を有するマイクロルーバーを配置すると、光学制御素子とマイクロルーバーとの干渉によりモアレ縞が発生するが、本発明のマイクロルーバー２０ではマイクロルーバーに周期性がないため、モアレ縞の発生が抑制される。

透明状態では、マイクロルーバー２０によって表示パネルにおける出射角度範囲が狭くなる。この場合は、光学制御素子の表示画面における可視範囲が狭くなるため、覗き見を抑制することが可能となる。一方、散乱状態では、マイクロルーバー２０によって光学制御素子の表示画面における出射角度範囲が広くなる。この場合は、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。

図１７に示した構成において、マイクロルーバー２０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、マイクロルーバー２０と基板２７ｂの間や光学制御素子と基板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。

［第３の表示装置］
図１８に、本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第３の表示装置の構成を示す。第３の表示装置は、照明光学装置、光学制御素子、マイクロルーバー２０、入力装置４０をこの順番で重ねて設けたものである。

マイクロルーバー２０は、第１から第４の実施形態のマイクロルーバーのいずれかで構成されており、光学制御素子からの光（内部光）の出射方向の範囲を制限する。照明光学装置は、図１１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を通過した光が光学制御素子に照射される。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。

入力装置４０は、いわゆるタッチパネルであって、透明基板４１ａに形成された透明電極４２ａと、透明基板４１ｂに形成された透明電極４２ｂとが、スペーサ４３を介して対向して設けられている。タッチパネルの方式としては、図１８に示す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。

第３の表示装置によれば、マイクロルーバー２０によって、光学制御素子からの光の出射方向が制限されるため、可視範囲を狭くすることができる。よって、表示された情報を他人に覗き見されることを抑制することができる。

また、光の平均化の作用によって、マイクロルーバー２０全体における周期性がなくなるため、モアレ縞の発生を抑制することができる。

図１８に示した構成において、マイクロルーバー２０と入力装置４０の透明基板４１ｂの間およびマイクロルーバー２０と光学制御素子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、マイクロルーバー２０と透明基板４１ｂの間やマイクロルーバー２０と光学制御素子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、より輝度の表示画面を提供することができる。

また、マイクロルーバー２０は、入力装置４０上に配置してもよい。この場合、マイクロルーバー２０を入力装置４０の透明基板４１ａ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、マイクロルーバー２０と透明基板４１ａの界面における表面反射ロスを低減することができ、より輝度の高い表示画面を提供することができる。

また、マイクロルーバー２０は、光学制御素子と照明光学装置の間に設けられても良い。この場合、マイクロルーバー２０をプリズムシート２５ａや光学制御素子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、マイクロルーバー２０とプリズムシート２５ａや光学制御素子と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。

［第４の表示装置］
図１９に、本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第４の表示装置の構成を示す。第４の表示装置は、照明光学装置、マイクロルーバー２０、透過散乱切替素子２６、光学制御素子、入力装置４０をこの順番で重ねて設けたものである。

マイクロルーバー２０は、第１から第４の実施形態のマイクロルーバーのいずれかで構成されており、照明光学装置からの光の出射方向の範囲を制限する。照明光学装置は、図１１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ー２０および透過散乱切替素子２６を介して光学制御素子に照射される。透過散乱切替素子２６は、図１４に示したものと同じである。光学制御素子は、図１５に示したものと同じである。入力装置４０は、図１８に示したものと同じである。

第４の表示装置によれば、透過散乱切替素子２６を透明状態とした場合において、光の平均化の作用によって、マイクロルーバー２０全体における周期性がなくなるため、モアレ縞の発生が抑制される。

透明状態では、マイクロルーバー２０によって表示パネルにおける出射角度範囲が狭くなる。この場合は、光学制御素子の表示画面における可視範囲が狭くなるため、覗き見を抑制することが可能となる。一方、散乱状態では、マイクロルーバー２０によって光学制御素子の表示画面における出射角度範囲が広くなる。この場合は、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。

図１９に示した構成において、入力装置４０を通じた入力を受け付けて、透過散乱切替素子２６や透過散乱切替素子２６を制御する制御装置と、広告などの情報が予め格納された記憶装置とを設け、制御装置が、入力装置４０を通じた情報の入力がない場合には、透過散乱切替素子２６を散乱状態として、記憶装置に格納されている情報を表示するように光学制御素子における変調を制御し、入力装置４０を通じて情報の入力がなされた場合には、透過散乱切替素子２６を透明状態として、その入力情報を表示するように光学制御素子における変調を制御するように構成してもよい。この構成によれば、例えば、ＡＴＭ端末において、情報入力前の画面上に、広視野モードで広告情報を表示させ、個人情報が入力されると、狭視野モードで入力情報（個人情報）を表示されることができる。

また、マイクロルーバー２０と透過散乱切替素子２６および透過散乱切替素子２６と光学制御素子をそれぞれ透明接着層を介して貼り合わせてもよい。このように構成することで、マイクロルーバー２０と透過散乱切替素子２６の間や透過散乱切替素子２６と透過散乱切替素子２６と光学制御素子の間において、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。

本発明のマイクロルーバーは、ＡＴＭ端末、携帯電話機、ノード型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡなどの情報処理端末の表示装置に容易に適用することができる。

ＡＴＭ端末の表示装置への適用例としては、例えば、上述の第３および第４の表示装置を挙げることができる。第３または第４の表示装置をＡＴＭ端末の表示装置に適用した場合は、表示された個人情報が覗き見されないようにすることができ、しかも、モアレ縞の発生が抑制されることにより、高品質の表示画像を提供することができる。この場合、マイクロルーバーとして図９に示した構造（２次元ルーバー構造）を採用することで、左右方向の可視範囲が狭くなるだけでなく、上下方向の可視範囲も狭くなるので、より覗き見のし難い画面を提供することができる。また、第４の表示装置においては、情報入力時は、狭視野での表示により覗き見を防止し、それ以外は、広視野での表示に切り替わり、広告情報が表示されるので、ＡＴＭ端末を用いた広告をより効果的に行うことができる。

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、上述の第１および第２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。この場合も、表示情報が覗き見されないようにすることができるとともに、モアレ縞の発生が抑制されることにより、高品質の表示画像を提供することができる。また、この情報処理端末に、第３または第４の表示装置で説明したような入力装置（タッチパネル）を設けることも可能である。

本発明の第１の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。 図１に示すマイクロルーバーの断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１に示すマイクロルーバーの周期構造を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。 図４に示すマイクロルーバーの周期構造を構成する位相「０」の単位構造Ｌと位相「π」の単位構造Ｓを示す模式図である。 第６世代の配置規則に基づいて作製されたマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。 乱数を用いて位相を決定した場合のマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態であるマイクロルーバーの周期構造を示す模式図である。 （ａ）は、周期構造を有する表示パネルの空間配置を示す模式図、（ｂ）は、図９に示すマイクロルーバーの空間配置を示す模式図である。 本発明のマイクロルーバーを搭載する第１の照明光学装置の構成を示す模式図である。 図１１に示す照明光学装置を構成するプリズムシートの平面図である。 図１１に示す第１の照明光学装置の変形例を示す模式図である。 本発明のマイクロルーバーを搭載する第２の照明光学装置の構成を示す模式図である。 本発明のマイクロルーバーを表示画面に設けた表示装置の構成を示す模式図である。 本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第１の表示装置の構成を示す模式図である。 本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第２の表示装置の構成を示す模式図である。 本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第３の表示装置の構成を示す模式図である。 本発明のマイクロルーバーを内部に搭載する第４の表示装置の構成を示す模式図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明のマイクロルーバーの製造方法を説明するための工程図である。 狭視野と広視野の表示切り替えが可能な従来の液晶表示装置の一例を示す模式図である。 図２１に示す従来のマイクロルーバーの構成を示す模式図である。 従来のマイクロルーバーを内蔵した液晶表示装置の構成を示す模式図である。 色フィルターの配置例を示す模式図である。 図２３に示すマイクロルーバーの空間配置を示す模式図である。 図２３に示す液晶表示装置の狭視野時の光の状態を示す模式図である。 図２３に示す液晶表示装置の広視野時の光の状態を示す模式図である。 （ａ）〜（ｅ）はモアレ縞の発生原理を説明するための図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明のマイクロルーバーの別の製造方法を説明するための工程図である。 本発明のマイクロルーバーの他の製造方法を説明するための図である。 本発明のマイクロルーバーの他の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１〜５ 周期構造
１０ 光吸収層
１１ 透明層

Claims (16)

1. 透明層と光吸収層とが平面内で交互に一定の繰り返し周期で配置された透過率の周期構造を有し、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であって、
   前記周期構造は、前記透明層および光吸収層が繰り返し配置される方向と交差する方向に区画された複数の周期構造部を有し、該複数の周期構造部のうち少なくとも一部は、異なる位相を有する透過率の周期構造部を有し、前記異なる位相を有する透過率の周期構造部をランダムに配置したことを特徴とする光学素子。
2. 前記複数の周期構造部は、第１の周期構造部と、該第１の周期構造部に対して前記繰り返し周期の位相が１８０°ずれた第２の周期構造部とからなることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記異なる位相を有する透過率の周期構造部が所定の数列の生成則に従って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
4. 前記複数の周期構造部をそれぞれ区画する境界部に前記光吸収層が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 透明層と光吸収層とが平面内で交互に一定の繰り返し周期で配置された透過率の周期構造を有し、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であって、前記周期構造は、前記透明層および光吸収層が繰り返し配置される方向と交差する方向に区画された複数の周期構造部を有し、該複数の周期構造部のうち少なくとも一部は、異なる位相を有する透過率の周期構造部を有し、前記異なる位相を有する透過率の周期構造部をランダムに配置した光学素子と、
   前記光学素子の背面に設けた面状光源とからなることを特徴とする照明光学装置。
6. 前記面状光源は、少なくとも
   光源と、
   前記光源からの光を拡散させる拡散板と、
   規則的に配置された複数のプリズムからなり、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アレイとからなることを特徴とする請求項５記載の照明光学装置。
7. 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ことを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。
8. 請求項１から４のいずれか１項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ことを特徴とする表示装置。
9. 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電流の変化に基づく前記表示パネルの位置情報が入力されることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
10. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子と、
    画素が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ことを特徴とする表示装置。
11. 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ことを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 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電流の変化に基づく前記表示パネルの位置情報が入力されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の表示装置。
13. 請求項１から４のいずれか１項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、
    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ことを特徴とする表示装置。
14. 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電流の変化に基づく前記表示パネルの位置情報が入力されることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
15. 請求項８から１４のいずれか１項に記載の表示装置を有する電子機器。
16. 請求項１３または１４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わることを特徴とする電子機器。

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