(57)【要約】【課題】利用者本人の観察位置に対しては、ディスプレイによる表示パターンを鮮明に表示することが可能で、それ以外の観察領域に対しては、ディスプレイによる表示パターンの読み取りを困難とし、覗き見を防止する効果を持たせると共に、意匠性を向上させることを目的とする。【解決手段】断面形状が、緩やかな斜面／相対的に急峻な斜面からなる非対称の凹凸構造である格子線を有するブレーズド型回折格子により構成され、前記凹凸構造の少なくとも一方の斜面に光反射層が形成されてなる光制御板において、前記光反射層の反射率あるいは透過率，前記斜面の角度，を部分的に変調したり、前記斜面に光散乱要素を形成する、などした光制御板を用いる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が、緩やかな斜面／相対的に急峻な斜面からなる非対称の凹凸構造である格子線を有するブレーズド型回折格子により構成され、前記凹凸構造の少なくとも一方の斜面に光反射層が形成されてなる光制御板において、
前記光反射層を、部分的に反射率あるいは透過率を変調させて形成したことを特徴とする光制御板。
【請求項２】
断面形状が、緩やかな斜面／相対的に急峻な斜面からなる非対称の凹凸構造である格子線を有するブレーズド型回折格子により構成され、前記凹凸構造の少なくとも一方の斜面に光反射層が形成されてなる光制御板において、
前記凹凸構造を形成する斜面の少なくとも一方の傾斜角が均一でなく、部分的に傾斜角が異なることを特徴とする光制御板。
【請求項３】
断面形状が、緩やかな斜面／相対的に急峻な斜面からなる非対称の凹凸構造である格子線を有するブレーズド型回折格子により構成され、前記凹凸構造の少なくとも一方の斜面に光反射層が形成されてなる光制御板において、
前記凹凸構造を構成する少なくとも何れか一方の斜面に、微細凹部および／または微細凸部からなる光散乱要素が配置されてなることを特徴とする光制御板。
【請求項４】
前記光反射層の反射率あるいは透過率の変調に応じて、絵柄，文字，記号などの装飾画像が表現されていることを特徴とする請求項１記載の光制御板。
【請求項５】
前記凹凸構造を形成する斜面の部分的な傾斜角の変調に応じて、絵柄，文字，記号などの装飾画像が表現されていることを特徴とする請求項２記載の光制御板。
【請求項６】
前記光散乱要素の配置に応じて、濃淡により構成される絵柄，文字，記号などの装飾画像が表現されていることを特徴とする請求項３記載の光制御板。
【請求項７】
光反射層が、透過および反射の双方の特性を持つことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の光制御板。
【請求項８】
画素単位での光線の透過／非透過に応じて表示画像が規定される画像表示素子の背面（観察者と反対側）に、請求項１〜７の何れかに記載の光制御板を配置してなり、
装置に入射する周辺光を制御して反射し、前記表示素子を通過して生成される表示画像光として射出することを特徴とするディスプレイ。
【請求項９】
画素単位での光線の透過／非透過に応じて表示画像が規定される画像表示素子の背面（観察者と反対側）に、請求項１〜７の何れかに記載の光制御板を配置してなり、
装置に入射する周辺光および／または装置に内蔵された照明光源から前記表示素子に入射する光を制御して反射し、前記表示素子を通過して生成される表示画像光として射出することを特徴とするディスプレイ。
【請求項１０】
画素単位での光線の透過／非透過に応じて表示画像が規定される画像表示素子の前面（観察者と反対側）に、請求項７に記載の光制御板を配置してなり、
装置に入射する周辺光および／または装置に内蔵された照明光源からの照明光が、前記表示素子を通過して生成される表示画像光として射出する際、表示画像光を制御して透過することを特徴とするディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、回折要素からなる光制御板およびそれを用いたディスプレイに関する。特に、ディスプレイとしては、それによる本来の表示画像とは異なる画像の表示が可能であるような視覚効果を持たせるための光制御板の改良に関する。
本発明による光制御板は各種のディスプレイに適用可能であるが、以降、液晶表示装置について主体に説明する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やハンドヘルドＰＣ等のモバイル端末の表示部には、画像表示素子として液晶表示体が多く使用されており、最近ではより多くの情報を表示するために大型の表示体が利用される傾向がある。
そのような大型の液晶表示体として、透過型の液晶表示体とその後方（背面）より光を照射するバックライト装置とを組み合わせたバックライト内蔵タイプのものが主流になってきているが、一般にバックライトからの光は液晶表示体全面に均等に照射されることから液晶表示体に対してある角度の位置からも表示情報を認識することができてしまう。
モバイル端末は、電車の中や路上など、不特定多数の公衆がいる場所での利用も一般的であり、モバイル端末利用者本人以外の第三者ののぞき込みにより表示情報が認識されることは好ましくない。
【０００３】
液晶表示装置等の表示面において、観察領域（以後、装置による表示を、本来視覚するべき利用者の視点の位置を、このように称する）からの方向とそれ以外の領域とで表示画像の見え方を変化させる方法は、例えば特開平８−５４５０３号公報等により開示されている。
上記公報での提案による光学シートによれば、観察領域に射出する不要な光をシート上の凹凸形状により観察領域外へ誘導することで、コントラストの高い表示画像を実現している。
しかし、この特許による光学シートでは、観察領域外においては一様な散乱光しか得ることができず、意匠性に乏しいことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
利用者本人の観察位置に対しては、ディスプレイによる表示パターンを鮮明に表示することが可能で、それ以外の観察領域に対しては、ディスプレイによる表示パターンの読み取りを困難とし、覗き見を防止する効果を持たせると共に、意匠性を向上させることが可能であるようなディスプレイおよびそれに用いる回折要素から構成される光制御板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、
断面形状が、緩やかな斜面／相対的に急峻な斜面からなる非対称の凹凸構造である格子線を有するブレーズド型回折格子により構成され、前記凹凸構造の少なくとも一方の斜面に光反射層が形成されてなる光制御板において、
前記光反射層を、部分的に反射率あるいは透過率を変調させて形成したことを特徴とする光制御板である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、
断面形状が、緩やかな斜面／相対的に急峻な斜面からなる非対称の凹凸構造である格子線を有するブレーズド型回折格子により構成され、前記凹凸構造の少なくとも一方の斜面に光反射層が形成されてなる光制御板において、
前記凹凸構造を形成する斜面の少なくとも一方の傾斜角が均一でなく、部分的に傾斜角が異なることを特徴とする光制御板である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、
断面形状が、緩やかな斜面／相対的に急峻な斜面からなる非対称の凹凸構造である格子線を有するブレーズド型回折格子により構成され、前記凹凸構造の少なくとも一方の斜面に光反射層が形成されてなる光制御板において、
前記凹凸構造を構成する少なくとも何れか一方の斜面に、微細凹部および／または微細凸部からなる光散乱要素が配置されてなることを特徴とする光制御板である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、
前記光反射層の反射率あるいは透過率の変調に応じて、絵柄，文字，記号などの装飾画像が表現されていることを特徴とする請求項１記載の光制御板である。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、
前記凹凸構造を形成する斜面の部分的な傾斜角の変調に応じて、絵柄，文字，記号などの装飾画像が表現されていることを特徴とする請求項２記載の光制御板である。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、
前記光散乱要素の配置に応じて、濃淡により構成される絵柄，文字，記号などの装飾画像が表現されていることを特徴とする請求項３記載の光制御板である。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、
光反射層が、透過および反射の双方の特性を持つことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の光制御板である。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、
画素単位での光線の透過／非透過に応じて表示画像が規定される画像表示素子の背面（観察者と反対側）に、請求項１〜７の何れかに記載の光制御板を配置してなり、
装置に入射する周辺光を制御して反射し、前記表示素子を通過して生成される表示画像光として射出することを特徴とするディスプレイである。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、
画素単位での光線の透過／非透過に応じて表示画像が規定される画像表示素子の背面（観察者と反対側）に、請求項１〜７の何れかに記載の光制御板を配置してなり、
装置に入射する周辺光および／または装置に内蔵された照明光源から前記表示素子に入射する光を制御して反射し、前記表示素子を通過して生成される表示画像光として射出することを特徴とするディスプレイである。
【００１４】
請求項１０に記載の発明は、
画素単位での光線の透過／非透過に応じて表示画像が規定される画像表示素子の前面（観察者と反対側）に、請求項７に記載の光制御板を配置してなり、
装置に入射する周辺光および／または装置に内蔵された照明光源からの照明光が、前記表示素子を通過して生成される表示画像光として射出する際、表示画像光を制御して透過することを特徴とするディスプレイである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の光制御板に用いられるブレーズド型回折格子の断面構造の一例を部分的に拡大して示す説明図である。
光反射体としての用途においては、光制御板が透光性材料により構成されている場合には、前記凹凸構造に追従した光反射層，または前記凹凸構造の反対側の平坦面に形成した光反射層を形成する必要がある。
【００１６】
本発明の光制御板２０は、凹凸構造の断面形状が左右非対称であるブレーズド型回折格子１２の緩やかな斜面Ｃおよび相対的に急峻な斜面Ｄから構成される。このような断面形状により実現されるブレーズド型回折格子は、従来の正弦波状などのような対称的な断面構造を持つ回折格子と比較して、非常に高い回折効率を得ることができ、また光の進行方向を厳密に制御できるので、光の利用効率が高いものである。
すなわち、対称的な断面構造であると、回折光も対称的に（正負で）発生することになるが、ブレーズド型回折格子のように非対称的な断面構造であると、その一方の斜面（一般に、面積が大きい緩やかな斜面）のみが光学的に強く機能して、正の回折光のみを発生させることになる。
【００１７】
図２は、図１に示す光制御板による光学特性を示す説明図である。
図２に示すように、本発明の光制御板の光学特性は、特定の方向の観察域Ａから回折格子を観察した際に、回折格子の斜面Ｄは観察方向Ａへの回折光には関与しないので、斜面Ｄの構造に係わらず、観察方向Ａでは高輝度の回折光を観察することができる。
すなわち、利用者本人の観察域Ａに対しては、斜面Ｃにより高輝度な回折光を射出することができ、同時に他の観察域Ｂ（第三者によるのぞき込み領域）に対しては、斜面Ｄによる光を射出することで、観察域に応じて射出する光を切り分けることができる。
斜面Ｄにより、絵柄や模様，記号等の装飾画像を表現することで、ディスプレイを覗き見するような領域においては、ディスプレイの表示パターンと斜面Ｄによる装飾画像とが重なり、ディスプレイによる表示パターンのみを認識することが困難となり、読み取りを防止することができる。
【００１８】
図３〜図５は、本発明による光制御板を載置したディスプレイの観察時の状況を説明する概念図である。
図３に示すように、利用者本人の観察域Ａにおいては、高輝度な回折光により表示光が生成され、ディスプレイによる表示パターンが鮮明に観察される。
他の観察域Ｂにおいては、図４に示すように、ディスプレイによる表示パターンと斜面Ｄによる模様や絵柄が重なり合うことで、双方を個別に認識することができず、覗き見などによる情報の読み取りが防止される効果が期待される。
また、図５に示すように、利用者本人がディスプレイを使用せず液晶パネルの電源を切っている場合には、観察域Ｂにおいては、斜面Ｄによる模様や絵柄のみが認識され、ディスプレイがＯＦＦ状態でも装飾画像が表示されるため、意匠性の向上したディスプレイが実現される。
【００１９】
図６は、請求項１記載の光制御板の構成例を示す説明図である。
図６に示すように、ブレーズド型回折格子１２の凹凸形状を形成する急峻な斜面Ｄは、場所により異なる反射率（あるいは透過率）を持つ光反射層２５が設けられた構成である。
一般に、ブレーズド型回折格子等の凹凸形状に反射機能を持つ光反射層を設けるには、アルミニウム等の金属や誘電体の薄膜層を蒸着する等の方法で実現でき、それらの反射層の膜厚を制御することや、蒸着物質を変えることなどにより反射率（および透過率）を場所に応じて変化させることができる。
図６に示すように、場所に応じて斜面Ｄの反射率（および透過率）を変化させることで、観察方向に対して射出される光の量を制御することができる。それにより、観察者に対し濃淡のある階調パターンを知覚させることが可能となる。
図６においては、断面図によって、各々の斜面Ｄ毎に反射率を変化させている状態を示したが、１つの斜面の中で場所により反射率を変化させることで、一層複雑な反射率の制御，および階調パターンの形成が可能となる。
【００２０】
図７は、請求項２記載の光制御板の構成例を示す説明図である。
図７に示すように、ブレーズド型回折格子１２の凹凸形状を形成する急峻な斜面Ｄ１〜Ｄ５は、場所により異なる傾斜角を有する構成である。
この傾斜角の差異により、観察方向に対して射出される光の量と空間周波数を制御することができる。それにより、観察者に対し濃淡のある階調パターンを知覚させることが可能となる。
【００２１】
図７の要部を拡大した図８に示すように、斜面Ｃによる観察領域への回折光の回折効率を低下させることなく斜面Ｄの傾斜角度を変化させることができる。
すなわち、光反射板の底面に対して垂直となる法線と、斜面Ｃに対して垂直となる法線の間で、斜面Ｄの傾斜角を適宜に選択することができる。
【００２２】
図９は、請求項３記載の光制御板の構成例を示す説明図である。
図９に示すように、ブレーズド型回折格子１２の凹凸形状を形成する急峻な斜面Ｄは、その表面に微細な凹部および／または微細な凸部からなる光散乱要素を有する構成である。
これら光散乱要素は、場所によりその密度や大きさを任意に変化させることで、観察方向に対して射出される散乱光の光量を変化させ散乱効率を制御することができる。それにより、観察者に対し濃淡のある階調パターンを知覚させることが可能となる。
図９においては、各々の斜面Ｄ毎に光散乱要素の大きさを変化させ、光散乱効率を制御する様子を示したが、１つの斜面の中で様々な大きさ，形状，深さを持つ光散乱要素を配置することで、一層複雑な光散乱効率の制御が可能となる。
【００２３】
図６，図７，図９に示したような方法を用い、急峻な斜面Ｄの反射率，透過率，散乱効率から選択される特性を部分的に変調することにより、前記斜面Ｄで階調を有する絵柄，文字，記号等の装飾画像を形成することができる。
【００２４】
図６，図７，図９にそれぞれ示した光制御板の各斜面Ｄは、反射層として外部照明光（日光や室内照明などの周辺光，および装置に内蔵された観察者側からの照明光を含む）を利用することで、階調パターンを表示するディスプレイとすることが可能である。
【００２５】
図１０は、本発明による光制御板を反射体として用いて、透過型液晶パネルの背面に配置した場合の構成例を示す断面図である。
図１０に示すように、周辺環境光などの外光１５は、透過型液晶パネル１０を通過した後、その背面に配置された光制御板２０のブレーズド型回折格子１２上の反射面１４で回折反射した光１６が、透過型液晶パネル１０を再度照明することにより、画像表示光として射出し、パターンの表示を行なう。
【００２６】
また、図６，図７，図９にそれぞれ示した光制御板の各斜面Ｄは、透過層として照明光（周辺光が画像表示光として観察者側に射出する際の光や、透過型液晶パネルの背面からのバックライト）を利用することで、階調パターンを表示するディスプレイとすることも可能である。
図１１は、本発明による光制御板を透過体（または、半透過体）として用いて、反射型液晶パネル（透過型液晶パネルの背面に光反射層を設けた構成）の前面に配置した場合の構成の一例を示す断面図である。
このように、光制御板を透過体（または、半透過体）として用いる場合には、光反射層が全反射性であると、背面の液晶パネル側には至らずにディスプレイとして機能しないため、光反射層としては透過性を持たせる必要があり、光制御板には光反射層を形成しないか、または半透過性（反射／透過の双方の特性を持つ）の光反射層が形成される。
図１１に示すように、ブレーズド型回折格子１２の透過面１８を透過し、反射型液晶パネル１１を照明する外光１５が外部に反射することで、パターンの表示を行なうことができる。
【００２７】
図１２は、本発明による光制御板を半透過体として用いて、透過型液晶パネル１０とバックライト１３の間に配置した構成の一例を示す断面図である。
図１２に示すように、外光１５は、ブレーズド型回折格子１２上の反射面１４で反射回折した光１６が、透過型液晶パネル１０を照明することにより、パターンの表示を行なうことになる。
内蔵照明を用いる場合は、バックライト１３から射出した光１７が、斜面Ｄを経由して、透過型液晶パネル１０を照明することにより、パターン表示が行なわれる。
このように、斜面Ｄが反射層あるいは透過層あるいは光散乱層からなる場合、外光１５およびバックライト１３による光を選択的に、あるいは双方を利用することで、斜面Ｄによるパターンの表示を行なうことができる。
【００２８】
図１０では、緩やかな斜面に光反射層を形成し、斜面Ｄには光反射層を形成しない場合について説明しているが、本形態はこの限りではなく、双方の斜面に半透過性の光反射層を形成しても良い。
また、図６，図７，図９に示した各斜面Ｄの構成を、同一の光制御板で適用することも可能である。
【００２９】
本発明により提供される光制御板を構成するブレーズド型回折格子は、一般に格子間隔（ピッチ）が２μｍ以下，格子の深さ（格子の頂部から底部までの長さ）は１μｍ以下であるので非常に薄い構成で光制御板を実現することが可能である。
また、本発明による光制御板を利用した図１０，図１１，図１２に示したような構成のディスプレイについても、装置のコンパクト化に寄与できる。
【００３０】
以上の説明では、観察域に画像表示光を射出するための、主に回折に寄与する斜面としては、緩やかな斜面を採用し、絵柄等によりのぞき込みを防止する効果に寄与する斜面としては、相対的に急峻な斜面を採用したが、それらは逆であっても本発明の提供する効果を呈することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明による光制御板およびそれを用いたディスプレイは、以上説明したような回折要素からなる構成を用いることにより、通常の観察領域とは別の領域からディスプレイを観察した際に、その表示パターンの読み取りを困難とし、第三者による覗き見などによる表示情報の漏洩を防止することが可能となる。
本発明の光制御板及びディスプレイ装置は、携帯電話やハンドヘルドＰＣ等のモバイル端末の表示部に好適に用いることができ、以下に示すような効果が期待できる。
【００３２】
（１）ブレーズド型回折格子の凹凸形状を形成する２つの斜面のうち、一方の斜面の反射率あるいは透過率或いは光散乱効率を変調することができるため、通常の観察領域では鮮明な表示像が提供され、その他の観察領域においては表示像の正確な読み取りを防止することが可能である。
【００３３】
（２）ブレーズド型回折格子の凹凸形状を形成する２つの斜面のうち、一方の斜面により装飾画像を表現することができるため、通常の観察領域では、ディスプレイによる鮮明な表示画像が提供されるが、その他の観察領域では、ディスプレイによる表示画像と前記斜面による装飾画像とが混在して知覚されることになり、前者の正確な読み取りを防止することが可能となり、ディスプレイの通常の使用条件に基づく観察領域以外の領域からの覗き込みによる表示情報の認識を抑制することができる。
【００３４】
（３）ブレーズド型回折格子を形成する２つの斜面のうち、一方の斜面の利用は、もう一方の斜面により提供される高い光の回折効果に悪影響を与えないため、ブレーズド型回折格子の機能を損ねずに表示像の不正な読み取りを防止する機能を付与することが可能である。
【００３５】
（４）液晶表示体の電源を切っている状態では、ブレーズド型回折格子の一方の斜面により表される装飾画像のみが外部照明によって表示されることから、モバイル端末を使用していない電源が切れている際に表示面に意匠性を持たせることが可能である。
【００３６】
（５）格子間隔２μｍ以下，格子深さ１μｍ以下の非常に微細なブレーズド型回折格子から構成されるため、非常に薄い光制御板およびディスプレイを実現できる。
【００３７】
（６）入射光を観察方向に高効率で回折させる機能と、装飾画像を表示させる機能とを１つのブレーズド型回折格子から実現できるので光制御板及びそれを用いたディスプレイ装置の構成をいずれも単純にすることができる。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光制御板に用いられるブレーズド型回折格子の断面構造の一例を部分的に拡大して示す説明図。
【図２】図１に示す光制御板による光学特性を示す説明図。
【図３】本発明による光制御板を載置したディスプレイについて、利用者本人による観察時の状況を示す説明図。
【図４】本発明による光制御板を載置したディスプレイについて、利用者本人による観察領域以外の（第三者による）観察時の状況を示す説明図。
【図５】本発明による光制御板を載置したディスプレイについて、ディスプレイ電源をオフにした際の観察時の状況を示す説明図。
【図６】請求項１記載の光制御板の構成例を示す説明図。
【図７】請求項２記載の光制御板の構成例を示す説明図。
【図８】図７の光制御板における斜面Ｄの傾斜角を示す説明図。
【図９】請求項３記載の光制御板の構成例を示す説明図。
【図１０】本発明による光制御板を、透過型液晶パネルの背面に配置した場合のディスプレイの構成例を示す断面図。
【図１１】本発明による光制御板を、反射型液晶パネルの前面に配置した場合のディスプレイの構成例を示す断面図。
【図１２】本発明による光制御板を、透過型液晶パネルとバックライトの間に配置したディスプレイの構成例を示す断面図。
【符号の説明】
１０…透過型液晶パネル
１１…反射型液晶パネル
１２…ブレーズド型回折格子
１３…バックライト
１４…ブレーズド型回折格子の反射面
１５…周辺環境光
１６…周辺環境光による照明光
１７…バックライトによる照明光
１８…ブレーズド型回折格子の透過面
２０…光制御板
２５…光反射層
Ａ…利用者の観察域
Ｂ…第三者の観察域
Ｃ…ブレーズド型回折格子を構成する緩やかな斜面
Ｄ…ブレーズド型回折格子を構成する急峻な斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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