(57)【要約】【課題】表面に対して斜め方向の角度領域への光の出射を制限する光学素子において、光の出射が制限される角度領域を画像表示に利用可能とする。【解決手段】マイクロルーバー１は、透明基板２と、透明基板２の一方の面上に、入射光を回折して回折像を形成する所定のパターンで形成された凹凸形状部５と、透明基板２の一方の面上に、この面に交差する方向にそれぞれ延び交互に並んで配置された透明層３および光吸収層４とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
該透明基板の少なくとも一方の面上に、入射光を回折して像を形成する所定のパターンで形成された凹凸形状部と、
前記透明基板の少なくとも一方の面上に、該面に交差する方向にそれぞれ延び交互に並んで配置された透明層および光吸収層と、
を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記凹凸形状部と前記透明層とが、前記透明基板の同一面上に形成されており、屈折率が互いに異なる部材から形成されている、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記凹凸形状部は、前記透明基板の表面を所定の形状に加工することによって形成されている、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記凹凸形状部は、前記透明基板上に結合された、該透明基板とは別の部材によって形成されている、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子と、
前記光学素子の、前記凹凸形状部が形成された前記基板とは反対側の面の全面に光を入射させる光源装置と、
を有する照明装置。
【請求項６】
前記光学素子より光の出射側に配置され、入射光を散乱する状態と透過する状態とに切り替えることができる透過・散乱切替素子をさらに有する、請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
表示画像を形成する光学制御素子を有し、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子が、前記光学制御素子の表示面側に、前記凹凸形状部が形成された前記基板とは反対側の面が前記光学制御素子に面するように配置されている、
表示装置。
【請求項８】
前記光学制御素子の表示面側に配置されたタッチパネルをさらに有する、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光学制御素子と前記光学素子との間に配置されたタッチパネルをさらに有する、請求項７に記載の表示装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載の表示装置を有する電子機器。
【請求項１１】
請求項７から９のいずれか１項に記載の表示装置を有する携帯電話機。
【請求項１２】
請求項７から９のいずれか１項に記載の表示装置を有する携帯型コンピュータ。
【請求項１３】
請求項８または９に記載の表示装置を有する自動預け払い機端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に対して斜め方向への光の進行を制限する光学素子、それを用いた照明装置、表示装置、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置に対しては、その利用者以外が周囲から表示画面をのぞき見ることができないようにすることが望まれる場合がある。このために、表面に対して斜め方向への光の進行を制限するフィルム状の光学素子を用いることが知られており、このような光学素子はマイクロルーバーと呼ばれている。
【０００３】
図１６に示すように、従来のマイクロルーバー２００は、その表面２０１に垂直に延びる光吸収層２０２と透明層２０３が交互に積層された構造を有している。このようなマイクロルーバー２００を、表示装置の表示面に対して平行に配置することによって、表示装置の表示面に対して斜め横方向に出射される光を制限し、斜め横方向から表示画像が見えないようにすることができる。
【特許文献１】特開昭５０−９２７５１号公報(第２頁左下欄４〜８行、図３)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来のマイクロルーバー２００では、その表面２０１に対して斜め方向の角度領域は、光が出射されない領域となる。この光が出射されない角度領域を、例えば、のぞき見られたくない本来の画像とは異なる、広告などのための画像を表示するのに利用することが考えられる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、表面に対して斜め方向の角度領域への光の出射を制限する光学素子において、光の出射が制限される角度領域を画像表示に利用可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明の光学素子は、透明基板と、透明基板の少なくとも一方の面上に、入射光を回折して像を形成する所定のパターンで形成された凹凸形状部と、透明基板の少なくとも一方の面上に、該面に交差する方向にそれぞれ延び交互に並んで配置された透明層および光吸収層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光学素子によれば、光吸収層によって、表面に対して斜め方向の角度領域への光の出射を制限することができる。さらに、光の出射が制限される角度領域において、凹凸形状部によって形成される回折像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１に、本発明の一実施形態のマイクロルーバー１の厚み方向の断面図を示す。なお、図１では、分かりやすくするために、透明層３、光吸収層４、および凹凸形状部５の凹部と凸部に関しては、少数のみを示しているが、実際には、これらは微細なものであり、透明基板２上に多数配置されている。これは、他の図でも同様である。
【００１０】
本実施形態のマイクロルーバー１は透明基板２を有している。透明基板２の一方の面には、所定のパターンの凹凸形状部５が形成されている。この凹凸形状部５は、所定の回折像を生じさせる透過型の回折格子を構成している。透明基板２の、凹凸形状部５が形成された面上には、さらに、この面に対して垂直に延びる透明層３と光吸収層４が形成されている。図１に示す例では、透明層３と光吸収層４は、図の左右方向に交互に配置されている。透明層３と光吸収層４は、詳細には示さないが、さらに、格子状などの所定の平面パターンを有するように形成されていてもよい。
【００１１】
このマイクロルーバー１は、凹凸形状部５が形成された透明基板２側とは反対側の面に光を入射させて用いるように意図されている。この時、図２に示すように、マイクロルーバー１の表面に対して垂直に近い角度領域Ａには、マイクロルーバー１に入射された光が、マイクロルーバー１を透過して出射される。一方、マイクロルーバー１の表面に対する角度が小さい角度領域Ｂでは、光吸収層４によって光が遮蔽されることにより、マイクロルーバー１から出射される光が制限される。
【００１２】
さらに、マイクロルーバー１の透明層３の形成領域を通って凹凸形状部５に到達した光の一部は、凹凸形状部５における回折によって、所定のパターンに応じた回折像を形成する。この回折像を形成する光は、光吸収層４によって遮蔽されることはないので、角度領域Ｂにも出射される。その結果、角度領域Ｂに位置する観察者には、回折像に対応した固定画像Ｃが見えることになる。
【００１３】
このように、本実施形態のマイクロルーバー１によれば、光の出射が制限される角度領域Ｂを、固定画像Ｃを表示するのに利用することが可能となる。なお、角度領域Ａにも、回折像を形成する光が出力されることが考えられるが、角度領域Ａでは、マイクロルーバー１を透過した光が優勢となるため、回折像はあまり目立たない。
【００１４】
本実施形態のマイクロルーバー１において、凹凸形状部５は、例えば、透明基板２として樹脂製のものを用い、金型で型押しすることによって形成することができる。あるいは、図３に示すように、透明基板２の表面に、別部材によって凹凸形状部５を形成してもよい。別部材による凹凸形状部５は、例えば、フォトリソグラフィー技術を利用して形成することができる。
【００１５】
本実施形態における回折格子を構成する凹凸形状部５は、例えば、その凹凸ピッチを０．５μｍ〜２μｍ程度、凹凸段差を０．１μｍ〜１μｍ程度とすることができる。ここで、透過回折光の出射角度をθｔ、入射光の入射角度をθｉ、回折次数をｍ、入射光の波長をλ、凹凸ピッチをｐとすると、これらは、ｓｉｎθｔ−ｓｉｎθｉ＝ｍλ／ｐの回折式を満たす。
【００１６】
透明層３と光吸収層４は、例えば、フォトリソグラフィー技術を利用して形成することができる。すなわち、例えば、透明層３となる透明樹脂を透明基板２上に塗布し、これをフォトリソグラフィー技術によってパターニングする。その後、透明層３の、パターニングによって除去された領域に光吸収層４となる材料を充填する。このようにして、所定のパターンの透明層３と光吸収層４を得ることができる。
【００１７】
この際、マイクロルーバー１によって光の出射が制限される角度領域は、光吸収層４が厚く、形成間隔が狭いほど、広くすることができる。そこで、光吸収層４を、実用的な形成間隔で形成して、光の出射が制限される角度領域が十分に広いマイクロルーバー１を得るには、光吸収層４を十分な厚さにするのが好ましい。このため、透明層３の材料としては、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を用いるのが好ましい。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。光吸収層４の形成間隔は、数十μｍ程度である。
【００１８】
光吸収層４の材料としては、顔料などの着色材料を添加した、ＵＶ硬化性、熱硬化性、またはＵＶ／熱併用硬化性の樹脂を用いることができる。この際、顔料としては、基本的には黒の顔料を用いるが、用途によっては、有色の顔料を用いてもよく、また、ラメ入りとしてもよい。
【００１９】
なお、図４に示すように、マイクロルーバー１を、凹凸形状部５が形成された透明基板２とは反対側にもう一枚の透明基板６を接合した構成としてもよい。この場合、所定のパターンの透明層３を透明基板２と６によって挟んだ構造体を形成し、この構造体の、透明層２のパターンの間に形成された微細な孔に、光吸収層４の材料を毛細管現象を利用して充填する手法を用いて、光吸収層４を形成することもできる。
【００２０】
また、図１〜４には、凹凸形状部５として、矩形の断面を有するラミナー型の回折格子を構成しているものを示しているが、これに限られることはなく、図５に示すようにブレーズ型の回折格子を構成するものとしてもよい。
【００２１】
また、本実施形態では、透明基板２の、透明層３と光吸収層４が設けられた面側に凹凸形状部５を形成した構成を示したが、反対側の面に凹凸形状部５を形成した構成としてもよい。透明基板２上の同一面上に透明層３と凹凸形状部５を形成する構成の場合、凹凸形状部５によって効果的に回折を発生させて、有効に回折像を形成するため、透明層３と凹凸形状部５とは、それらの屈折率の間に十分な差がある部材から構成するのが好ましい。
【００２２】
（第１の照明装置への適用例）
次に、図６を参照して、本発明のマイクロルーバー１を搭載した一例の第１の照明装置６０について説明する。図６は、照明装置６０を模式的に示す側面図である。図６には、照明装置６０の主要な部品を示しており、図示する各部品を支持するフレームなどの詳細については、図示を省略している。
【００２３】
照明装置６０は、図の最下部に反射シート５１を有し、反射シート５１の斜め上方に配置された光源５２からの光を、反射シート５１によって反射して図の上端の照射面から照射する構成を有している。反射シート５１の上方には、導光板５３と拡散板５４が順に配置されている。反射シート５１によって反射された光が、拡散板５４によって散乱されることにより、照射光量が照射面全面にわたって均等化される。拡散板５４の上方には、拡散板５４によって散乱された光の方向性をある程度整える働きをするプリズムシート５５が配置されている。このプリズムシート５５の上方にマイクロルーバー１が搭載されている。
【００２４】
マイクロルーバー１は、凹凸形状部５が形成された透明基板２側を上方に向けて配置されている。したがって、光源５２、反射シート５１、導光板５３、拡散板５４、およびプリズムシート５５は、マイクロルーバー１の、凹凸形状部５が形成された透明基板２側とは反対側の全面に光を入射させる光源装置を構成している。
【００２５】
マイクロルーバー１を搭載することによって、光照射面に対して斜め方向の光量が制限された指向性を有する照明装置６０が得られる。さらに、光量が制限された角度領域には、固定画像を表示することができる。この固定画像を、例えば、広告などに利用することができる。
【００２６】
なお、図７に示すように、マイクロルーバー１を、透明接着層５６を介してプリズムシート５５と貼り合わせてもよい。それによって、マイクロルーバー１およびプリズムシート５５の界面での反射を低減し、反射による光量のロスを低減することができる。
【００２７】
（第２の照明装置への適用例）
次に、図８を参照して、本発明のマイクロルーバー１を搭載した第２の照明装置６１について説明する。この照明装置６１は、第１の照明装置６０に対して、マイクロルーバー１の、光の出射側（図の上方）に透過・散乱切替素子（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）７０をさらに有するものである。
【００２８】
透過・散乱切替素子７０は、高分子分散液晶層７３を有し、詳細な説明は省略するが、その両面にそれぞれ取り付けられた透明電極７２間への電圧印加の切り替えによって、入射光を散乱する状態と、透過する状態とを切り替えることができるものである。図示する透過・散乱切替素子７０は、各透明電極７２の外側にそれぞれ配置された透明基板７１をさらに有している。
【００２９】
この照明装置６１では、マイクロルーバー１と透過・散乱切替素子７０の組み合わせによって、指向性のある状態とない状態の切り替えを行うことができる。すなわち、透過・散乱切替素子７０が、入射光を透過する状態に切り替えられている時には、照明装置５０の場合と同様、マイクロルーバー１の作用によって、指向性のある照明が得られる。一方、透過・散乱切替素子７０が、入射光を散乱する状態に切り替えられている時には、マイクロルーバー１から出射される光には指向性があるものの、その出射光が透過・散乱切替素子７０によって散乱されることにより、指向性が失われる。したがって、照明装置６１からの出力は、指向性のない照明となる。
【００３０】
この照明装置６１に、本発明のマイクロルーバー１を組み込むことによって、透過・散乱切替素子７０が、入射光を透過する状態に切り替えられている時に、光の出射が制限されている角度領域において、固定画像を表示することができる。
【００３１】
なお、図９に示すように、マイクロルーバー１を、透明接着層７４を介して透過・散乱切替素子７０と貼り合わせてもよい。それによって、マイクロルーバー１および透過・散乱切替素子７０の界面での反射を低減し、反射による光量のロスを低減することができる。
【００３２】
（第１の表示装置への適用例）
次に、図１０を参照して、本発明のマイクロルーバー１を搭載した一例の第１の表示装置８０について説明する。この表示装置８０は、表示画像を形成する光学制御素子として液晶パネル９０を有するＬＣＤ（Liquid Crystal display:液晶表示装置）である。液晶パネル９０のバックライト装置５７として、マイクロルーバー１が配置されていない以外は、上述の第１の照明装置６０と同様の構成の装置を用いている。図１０において、バックライト装置５７の構成部品には、照明装置６０と同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００３３】
液晶パネル９０は、液晶層９１と、その表示面側（図の上側）に設けられ、カラー画像の表示を可能とするためのカラーフィルタ９２を有している。液晶層９１とカラーフィルタ９２とは、表裏（図の上下両側）に配置された透明基板９３によって支持され、各透明基板９３の外側には、偏向板・位相差板９４が配置されている。
【００３４】
マイクロルーバー１は液晶パネル９０の表示面側に、凹凸形状部５が形成された透明基板２が表示側（図の上方）に向くように配置されている。これによって、バックライト装置５７から液晶パネル９０を介して出射される光の、表示面に対して斜め方向の光量が制限される。その結果、表示面に対して斜め方向から表示画像がのぞき見られるのを抑制することができ、すなわち、表示装置８０の視認可能角度範囲を制限することができる。
【００３５】
さらに、表示装置８０の、視認可能角度範囲外の角度領域からは、マイクロルーバー１の凹凸形状部５によって形成される固定画像が見えるようにすることができる。ここで、例えば、マイクロルーバー１の、光が出射される角度領域Ａと光の出射が制限される角度領域Ｂ（図２参照）の境界付近の角度領域では、液晶表示パネル９０による表示画像が暗くなって見えにくくなるものの、多少は視認できる場合がある。このような場合、凹凸形状部５による固定画像を表示すると、その固定画像の方が、液晶表示パネル９０による表示画像より明るく表示され、観察者は、固定画像の方を認識しやすくなる。それによって、このように液晶表示パネル９０による表示画像が暗く表示される場合でも、表示画像がのぞき見られるのを、固定画像を表示することによってより効果的に抑制することができる。
【００３６】
なお、液晶パネル９０は、透過型のものには限られず、バックライト装置５７などの他の構成も適宜変更する必要があるが、半透過型、反射型のものを用いてもよい。この場合も、液晶パネル９０の表示面側にマイクロルーバー１を配置することによって、視認可能角度範囲を制限する作用が得られる。光学制御素子としては、有機ＥＬ（organic electroluminescence display）パネルやＰＤＰ（Plasma Display Panel）などの発光型の他の光学制御素子を用いてもよい。また、マイクロルーバー１を光学制御素子の表示面に貼り付ける構成としてもよく、マイクロルーバー１を表示装置８０とは別に供給して、ユーザーが既存の表示装置の表示面に貼り付ける構成としてもよい。さらに、マイクロルーバー１を設けることによって表示が見にくくなるのを抑制するために、マイクロルーバー１の観察者側表面に、傷防止対策としてハードコート層を追加したり、反射防止膜を追加したりした構成としてもよい。
【００３７】
表示装置８０は、例えば、携帯電話機や、ノートＰＣのような携帯型コンピュータなどに好適に用いることができる。このような携帯型の電子機器にマイクロルーバー１を用いることによって、携帯して外で使用する際に、表示画面がのぞき見られるのを防ぎ、プライバシーの保護などを図ることができる。また、固定型の電子機器でも、機密性が求められる情報の入出力用の端末などに適用して、セキュリティ性を高めることができる。
【００３８】
（第２の表示装置への適用例）
次に、図１１を参照して、本発明のマイクロルーバー１を搭載した第２の表示装置８１について説明する。この表示装置８１は、第１の表示装置８０に対して、表示画面の表面に配置されたタッチパネル１００をさらに有するものである。表示装置８１の他の構成部品は第１の表示装置８０と同様であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
タッチパネル１００は、画面上の、人間が指や専用ペンで触れた位置を検出するものであり、公知のどのような構成のものであってもよい。図１８に示す例では、タッチパネル１００は、機能層１０１とその表裏の透明電極１０２および透明基板１０３を有している。
【００４０】
表示装置８１において、マイクロルーバー１は、液晶パネル９０とタッチパネル１００の間に配置されている。マイクロルーバー１は、凹凸形状部５が形成された透明基板２が、タッチパネル１００側、すなわち表示側に向くように配置されている。このマイクロルーバー１によって、視認可能角度範囲の制限作用が得られる。この際、表示装置８１の、視認可能角度範囲外の角度領域からは、マイクロルーバー１の凹凸形状部５によって形成される固定画像が見えるようにすることができる。
【００４１】
なお、図１２に示すように、マイクロルーバー１とタッチパネル１００とを、透明接着層１０４を介して貼り合わせてもよい。それによって、反射による光量のロスを低減することができ、この際、マイクロルーバー１の反りが抑制されているので、タッチパネル１００に悪影響が生じるのを抑制できる。さらに、図１３に示すように、マイクロルーバー１と液晶パネル９０とを、透明接着層９７を介して貼り合わせてもよい。このような貼り合わせによって、光量ロスの低減作用の他、タッチパネル１００と液晶パネル９０の間に異物が入り込むのを抑制する作用も得られる。
【００４２】
また、図１４に示すように、マイクロルーバー１をタッチパネル１００の表面上に配置してもよく、図１５に示すように、透明接着層１０５を介して貼り付けてもよい。
【００４３】
表示装置８２は、例えば、ＡＴＭ（Automated Teller Machine：自動預け払い機）端末に好適に用いることができる。ＡＴＭ端末に表示装置８２を使用することによって、表示画面を、その正面に位置するＡＴＭ端末利用者以外の者がのぞき見るのを抑制して、セキュリティ性を高めることができる。また、ＡＴＭ端末の、周囲に位置する人に、凹凸形状部５によって形成される固定画像が見えるようにして、この固定画像を広告などに利用することができる。また、前述のように固定画像を表示することによって、ＡＴＭ端末の利用時に、利用者以外が、本来の表示画面を認識しにくくして、セキュリティ性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態のマイクロルーバーを模式的に示す、厚み方向の断面図である。
【図２】図１のマイクロルーバーによる作用を説明する図である。
【図３】図１のマイクロルーバーの変形例を示す断面図である。
【図４】図１のマイクロルーバーの他の変形例を示す断面図である。
【図５】図１のマイクロルーバーのさらに他の変形例を示す模式図である。
【図６】本発明のマイクロルーバーを組み込んだ一例の第１の照明装置を示す模式図である。
【図７】図６の変形例の照明装置を示す模式図である。
【図８】本発明のマイクロルーバーを組み込んだ第２の照明装置を示す模式図である。
【図９】図８の変形例の照明装置を示す模式図である。
【図１０】本発明のマイクロルーバーを組み込んだ一例の第１の表示装置を示す模式図である。
【図１１】本発明のマイクロルーバーを組み込んだ第２の表示装置を示す模式図である。
【図１２】図１１の変形例を示す模式図である。
【図１３】図１１の他の変形例を示す模式図である。
【図１４】図１１のさらに他の変形例を示す模式図である。
【図１５】図１１のさらに他の変形例を示す模式図である。
【図１６】従来例のマイクロルーバーを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２００    マイクロルーバー
２，６    透明基板
３，２０３    透明層
４，２０２    光吸収層
５    凹凸形状部
６０，６１    照明装置
７０    透過・散乱切替素子
８０，８１    表示装置
９０    液晶パネル
１００    タッチパネル
【図１】
2008096797.tif 000003
【図２】
2008096797.tif 000004
【図３】
2008096797.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008096797.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2008096797.tif 000016
【図１５】
2008096797.tif 000017
【図１６】
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