(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を拡散させる反射型の光拡散体において、
平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するセルを複数個配設して成り、
前記各々のセルは、照明光に作用する位相変調量に変換して記録され、計算により得られた物体光の位相分布を持った再生光について波面再生を行なう１のキノフォームから構成され、
前記平面状の基板上に配設された全てのセルが、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォームから成り、
かつ前記各々のセルの表面が、光反射性を有する材質から成ることを特徴とする光拡散体。
【請求項２】
光を拡散させる透過型の光拡散体において、
平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するセルを複数個配設して成り、
前記各々のセルは、照明光に作用する位相変調量に変換して記録され、計算により得られた物体光の位相分布を持った再生光について波面再生を行なう１のキノフォームから構成され、
前記平面状の基板上に配設された全てのセルが、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォームから成り、
かつ前記各々のセルが、光透過性を有する材質から成ることを特徴とする光拡散体。
【請求項３】
光を拡散させる反射型の光拡散体において、
平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するセルを複数個配設して成り、
前記各々のセルは、照明光に作用する位相変調量に変換して記録され、計算により得られた物体光の位相分布を持った再生光について波面再生を行なう１のキノフォームから構成され、
前記キノフォームとして、前記あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対して、前記全てのセルから射出した回折光があらかじめ定義された空間的領域で一致するようなキノフォームを用いるようにし、
かつ前記各々のセルの表面が、光反射性を有する材質から成ることを特徴とする光拡散体。
【請求項４】
光を拡散させる透過型の光拡散体において、
平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するセルを複数個配設して成り、
前記各々のセルは、照明光に作用する位相変調量に変換して記録され、計算により得られた物体光の位相分布を持った再生光について波面再生を行なう１のキノフォームから構成され、
前記キノフォームとして、前記あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対して、前記全てのセルから射出した回折光があらかじめ定義された空間的領域で一致するようなキノフォームを用いるようにし、
かつ前記各々のセルが、光透過性を有する材質から成ることを特徴とする光拡散体。
【請求項５】
前記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光拡散体において、
前記各々のセルからの射出光の角度範囲が、水平方向において１２゜以上の広がりを有するようにしたことを特徴とする光拡散体。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光拡散体において、
可視光帯域の特定の波長で最大の回折効率となるように、前記キノフォーム上の位相変調量を設定するようにしたことを特徴とする光拡散体。
【請求項７】
前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光拡散体において、
前記キノフォームを表面レリーフ型とするようにしたことを特徴とする光拡散体。
【請求項８】
前記請求項１、請求項３、請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の光拡散体を、光の透過を制御して表示する透過型表示体の背面に対向させて配置して成ることを特徴とする表示装置。
【請求項９】
前記請求項２、請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の光拡散体を、光の透過を制御して表示する透過型表示体の背面または前面に対向させて配置して成ることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
前記請求項８または請求項９に記載の表示装置において、
前記透過型表示体が画素構造を有する場合に、１個の画素に対して、前記光拡散体上のセルが少なくとも１個以上対応するようにしたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を拡散させる光拡散体およびそれを用いた表示装置に係り、特に回折光学的な作用によって、光の射出範囲すなわち視域が任意に設定でき、さらに光の利用効率を高めて極めて輝度の高い表示ができるようにした光拡散体およびそれを用いた表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば反射型表示装置の一つとしては、光の透過を制御して表示する液晶表示素子等の透過型表示体の前方から入射する自然光や室内光等の外光を散乱反射板により反射し、その反射光で透過型表示体を背面から照明して表示するものがある。
【０００３】
しかしながら、この種の反射型表示装置においては、散乱反射板で反射された光が透過型表示体に入射しない方向にまで広く拡散するため、照明光として利用できる反射光が透過型表示体に入射する拡散範囲の光だけであること、また透過型表示体を透過してその前方に射出される光の広がり角が大きく、表示の観察方向に向かって射出される光の強度が低いことから、表示が暗いという問題点がある。
【０００４】
そこで、最近では、このような問題点を解決するものとして、例えば“特開平１１−２８７９９１号公報”に示されるように、幾何光学的な作用を有する拡散手段を用いた反射型表示装置が提案されてきている。
【０００５】
すなわち、この反射型表示装置は、透過型表示体の背面に対向させて、透過型表示体の前方からの入射光をその入射角度範囲より小さい広がり角で所定の方向に反射する指向性反射板を配置すると共に、透過型表示体の前面と、透過型表示体の背面と指向性反射板の前面との間とのうちの少なくとも一方に、幾何光学的な作用を有する光拡散手段を設けることによって、所定の方向から観察される表示を充分に明るくし、しかも視野角を広くすることができるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の従来の拡散手段を用いた反射型表示装置においては、幾何光学的な作用を有する拡散手段により光の制御を行なっているが、この幾何光学的な作用を有する拡散手段は、構成が比較的大型で高価であり、厚さが厚く、重さが重くなる等の解決すべき課題がある。
【０００７】
一方、幾何光学的な作用を有する拡散手段の中で、散乱板（拡散板）は比較的簡単な構成で作成することも可能であるが、光の射出範囲を制御することは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、回折光学的な作用によって、光の射出範囲（視域）を任意に設定することができ、さらに光の利用効率を高めて極めて輝度の高い表示をすることが可能な構成が小型で安価でありしかも薄型かつ軽量な光拡散体およびそれを用いた表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、光を拡散させる反射型の光拡散体において、平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するセルを複数個配設して成り、各々のセルは、照明光に作用する位相変調量に変換して記録され、計算により得られた物体光の位相分布を持った再生光について波面再生を行なう１のキノフォームから構成され、平面状の基板上に配設された全てのセルが、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォームから成り、かつ各々のセルの表面が、光反射性を有する材質から成っている。
【００１０】
従って、請求項１に対応する発明の光拡散体においては、平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するキノフォームから構成されるセルを複数個配設して成り、かつ各々のセルの表面が、光反射性を有する材質から成ることにより、光が入射した際にキノフォームの回折光学的作用によって、あらかじめ設定した空間的領域に光を射出することができるため、光散乱体全体としてあらかじめ設定した光拡散性を具現化することができる。
すなわち、個別の用途に対して、それぞれに適した空間的領域（観察した際の視域に相当する）に光を射出する機能を持つキノフォームを配設することにより、それぞれに適した光拡散性を有する光拡散体を得ることができる。
ここで、従来の無指向性の拡散（散乱）に比べて、本発明の光拡散体では、不必要な空間的領域への光の分配を無くし、必要な空間的領域にのみ光を射出することができるため、光の利用効率を高くすることができる（従来の回折格子から成るセルを並べて光を拡散する機能を実現した場合と比べても、キノフォームでは、１次回折光以外の回折光の発生や、セルのサイズや形状に起因する回折の影響を極小化できるため、光の利用効率を高くすることができる）。
さらに、個々のキノフォームの回折効率はほぼ１００％とすることも可能であるため、光の利用効率が極めて高い光拡散体とすることができる。
また、光拡散体の構成要素としてのキノフォームの利用により、射出した光が分布する空間的領域内での光強度分布を一様としたり、あるいは局所的に強弱をつけることが可能である。
すなわち、光強度分布を一様とした場合には、対応する空間的領域内から観察すると、安定して同一の明るさで光って見える。
一方、局所的に強弱をつけた場合には、主に観察する視点からは最大の明るさで、その視点位置からずれると徐々に暗くなるように見える光拡散体を容易に実現することができる。
【００１１】
また、請求項２に対応する発明では、光を拡散させる透過型の光拡散体において、平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するセルを複数個配設して成り、各々のセルは、照明光に作用する位相変調量に変換して記録され、計算により得られた物体光の位相分布を持った再生光について波面再生を行なう１のキノフォームから構成され、平面状の基板上に配設された全てのセルが、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォームから成り、かつ各々のセルが、光透過性を有する材質から成っている。
【００１２】
従って、請求項２に対応する発明の光拡散体においては、平面状の基板上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するキノフォームから構成されるセルを複数個配設して成り、かつ各々のセルが、光透過性を有する材質から成ることにより、光が入射した際にキノフォームの回折光学的作用によって、あらかじめ設定した空間的領域に光を射出することができるため、光散乱体全体としてあらかじめ設定した光拡散性を具現化することができる。
すなわち、個別の用途に対して、それぞれに適した空間的領域（観察した際の視域に相当する）に光を射出する機能を持つキノフォームを配設することにより、それぞれに適した光拡散性を有する光拡散体を得ることができる。
ここで、従来の無指向性の拡散（散乱）に比べて、本発明の光拡散体では、不必要な空間的領域への光の分配を無くし、必要な空間的領域にのみ光を射出することができるため、光の利用効率を高くすることができる（従来の回折格子から成るセルを並べて光を拡散する機能を実現した場合と比べても、キノフォームでは、１次回折光以外の回折光の発生や、セルのサイズや形状に起因する回折の影響を極小化できるため、光の利用効率を高くすることができる）。
さらに、個々のキノフォームの回折効率はほぼ１００％とすることも可能であるため、光の利用効率が極めて高い光拡散体とすることができる。
また、光拡散体の構成要素としてのキノフォームの利用により、射出した光が分布する空間的領域内での光強度分布を一様としたり、あるいは局所的に強弱をつけることが可能である。
すなわち、光強度分布を一様とした場合には、対応する空間的領域内から観察すると、安定して同一の明るさで光って見える。
一方、局所的に強弱をつけた場合には、主に観察する視点からは最大の明るさで、その視点位置からずれると徐々に暗くなるように見える光拡散体を容易に実現することができる。
【００１３】
また、請求項１・２に対応する発明では、平面状の基板上に配設された全てのセルが、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォームから成っている。
【００１４】
従って、請求項１・２に対応する発明の光拡散体においては、平面状の基板上に配設された全てのセルが、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォームから成ることにより、キノフォームの位相分布の設計は一種類でよく、簡便に作製することができる。さらに、観察距離がある程度以上大きければ（例えば光拡散体の大きさの数倍以上）、観察距離に依存せず、設定した空間的領域に対応する角度範囲において高い光利用効率を得ることができる。
【００１５】
また、請求項３・４に対応する発明では、キノフォームとして、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対して、全てのセルから射出した回折光があらかじめ定義された空間的領域で一致するようなキノフォームを用いるようにしている。
【００１６】
従って、請求項３・４に対応する発明の光拡散体においては、キノフォームとして、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対して、全てのセルから射出した回折光があらかじめ定義された空間的領域で一致するようなキノフォームを用いることにより、その空間的領域の外に分布する光を極小化することができ、あらかじめ定義された空間的領域において所望とする光強度分布を、最も光の利用効率が高い条件で形成することが可能となるため、あらかじめ定義された空間的領域上から観察すると、光拡散体全体が均一に光って見えるようにすることができる。
【００１７】
さらに、請求項５に対応する発明では、上記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する発明の光拡散体において、各々のセルからの射出光の角度範囲が、水平方向において１２゜以上の広がりを有するようにしている。
【００１８】
従って、請求項５に対応する発明の光拡散体においては、各々のセルからの射出光の角度範囲が、水平方向において１２゜以上の広がりを有するようにすることにより、水平方向に広い視域を確保することができ、特に両眼に回折光が入射するようになるため、両眼における輝度差やちらつきの少ない、違和感のない観察を行なうことができる。
【００２１】
また、請求項６に対応する発明では、上記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に対応する発明の光拡散体において、可視光帯域の特定の波長で最大の回折効率となるように、キノフォーム上の位相変調量を設定するようにしている。
【００２２】
従って、請求項６に対応する発明の光拡散体においては、可視光帯域の特定の波長で最大の回折効率となるように、キノフォーム上の位相変調量を設定することにより、肉眼での観察時にその選択波長において最大の明るさを実現することができる。ここで、選択波長とは異なる波長を観察した場合でも、可視波長のほとんどにおいてある程度の高効率が得られるため、肉眼での観察に最適な、可視光全体において高効率な光拡散体を容易に得ることができる。
【００２３】
さらに、請求項７に対応する発明では、上記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に対応する発明の光拡散体において、キノフォームを表面レリーフ型とするようにしている。
【００２４】
従って、請求項７に対応する発明の光拡散体においては、キノフォームを表面レリーフ型とすることにより、エンボス技術による量産に適し、安価な大量生産が可能であると共に、構成が安価であり、しかも薄型、かつ軽量にすることができる。
【００２５】
一方、請求項８に対応する発明では、光拡散体を、光の透過を制御して表示する透過型表示体の背面に対向させて配置している。
【００２６】
従って、請求項８に対応する発明の表示装置においては、光拡散体を、光の透過を制御して表示する透過型表示体の背面に対向させて配置することにより、光拡散体による射出光の空間的領域を表示装置の視域とすることができ、視域内からは極めて明るい表示像を観察可能とすることができる。この場合、視域内での観察される明るさを均一にしたり、視域内で色変化を抑えることができる。
【００２７】
また、請求項９に対応する発明では、光拡散体を、光の透過を制御して表示する透過型表示体の背面または前面に対向させて配置している。
【００２８】
従って、請求項９に対応する発明の表示装置においては、光拡散体を、光の透過を制御して表示する透過型表示体の背面または前面に対向させて配置することにより、光拡散体による射出光の空間的領域を表示装置の視域とすることができ、視域内からは極めて明るい表示像を観察可能とすることができる。この場合、視域内での観察される明るさを均一にしたり、視域内で色変化を抑えることができる。
【００２９】
さらに、請求項１０に対応する発明では、上記請求項８または請求項９に対応する発明の表示装置において、透過型表示体が画素構造を有する場合に、１個の画素に対して、光拡散体上のセルが少なくとも１個以上対応するようにしている。
【００３０】
従って、請求項１０に対応する発明の表示装置においては、透過型表示体が画素構造を有する場合に、１個の画素に対して、光拡散体上のセルが少なくとも１個以上対応するようにすることにより、表示装置による表示像を、ちらつきのない高品位な像として観察させることができる。
【００３１】
なお、請求項８乃至請求項１０に対応する発明の表示装置においては、照明光を透過型表示体側から入射する場合（反射型の光拡散体を用いる）と、照明光を光拡散体側から入射する場合（透過型の光拡散体を用いる）とのいずれの場合においても、照明光に対してキノフォームが最適な条件で１回だけ作用することにより、光の利用効率が高く、極めて明るい表示を実現することができる。また、外部の照明光を高効率で利用できるため、光源を内蔵する必要がなく、表示装置としてより一層の薄型化を図ることができる。
【００３２】
以上により、回折光学的な作用によって、光の射出範囲（視域）を任意に設定でき、さらに光の利用効率を高めて極めて輝度の高い表示を行なうことが可能な構成が小型で安価でありしかも薄型かつ軽量な光拡散体およびそれを用いた表示装置を得ることが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の考え方について述べる。
【００３４】
本発明の光を拡散させる光拡散体は、平面状の基板に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するキノフォームから構成されるセルを、アレイ状またはマトリクス状に複数個配設して成り、かつ各々のセルの表面が光反射性を有する材質から成るかまたは各々のセルが光透過性を有する材質から成る光学素子であり、例えば光の透過を制御して表示する透過型液晶表示パネル等の透過型表示体と組み合わせることにより、あらかじめ決められた入射光の条件に近い条件の外部光源からの照明光を高効率であらかじめ設計した空間的領域に射出することにより、この空間的領域から観察した際に極めて明るい表示ができる表示装置を構成可能とすることを主旨としている。
【００３５】
ここで、キノフォームとは、物体光（要求される特性を持った光）の波面の位相だけを記録して波面再生を行なう光学素子であり、計算により得られた物体光の位相分布を持った再生光を作り出すため、照明光に作用する位相変調量に変換して記録し、再生時には照明光の振幅については変更を加えないため、光の吸収による損失がなく、高い回折効率を得ることができる。
【００３６】
また、理想的なキノフォームは、通常のホログラムや回折格子パターンのように、多くの回折次数を発生しないので、光の利用効率が極めて高い。
【００３７】
さらに、キノフォームを用いることにより、任意領域における回折光の強度分布をコントロールすることや、射出方向をコントロールすることを、高精度に行なうことができる。
【００３８】
なお、このキノフォームは、例えば“「ホログラフィー」：辻内順平著；株式会社裳華房発行：第４５頁〜第４７頁”により開示されている。
【００３９】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）図１は、本実施の形態による光拡散体の構成例を示す正面図である。
【００４１】
すなわち、図１に示すように、本実施の形態による光拡散体１は、平面状の基板２上に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するキノフォーム３から構成される四角形のセル４を、直交マトリクス状に複数個配設して成り、さらに各々のセル４の表面が光反射性を有する材質から成るか、または各々のセル４が光透過性を有する材質から成っている。
【００４２】
ここで、各々のセル４からの射出光の角度範囲が、水平方向において１２゜以上の広がりを有するようにしている。
【００４３】
また、各々のセル４からの射出光の角度範囲が、３゜以上の広がりを有するようにしている。
【００４４】
さらに、キノフォーム３上の位相変調量としては、可視光帯域の特定の波長で最大の回折効率となるように設定している。
【００４５】
さらにまた、キノフォーム３としては、反射型の表面レリーフ型とするようにしている。
【００４６】
図１の右側に示した拡大図は、１個のセル４の構成例を示しており、セル４を構成するキノフォーム３の位相変調パターンを白黒で表わしている。
【００４７】
例えば、特定波長の光に対して、黒が位相変調量＝π、白が位相変調量＝０に相当する。
【００４８】
なお、図１では、便宜上２値化しているが、実際には０〜２πの連続的な位相変調量を持ったパターンとすることが望ましい。
【００４９】
このような位相変調を実現するためには、特定波長の二分の一の厚みがあれば実現できる（反射型の表面レリーフ構造の場合）ため、極めて薄い光拡散体が実現可能である。
【００５０】
次に、以上のように構成した本実施の形態による光拡散体１においては、セル４を構成するキノフォーム３は、入射光の局所的な位相を変調するように作用し、あらかじめ決められた入射光に対して任意の回折光を射出するものであり、位相変調は、例えば微小な表面レリーフ構造により実現することができる。
【００５１】
このキノフォーム３の位相変調量としては、ある特定波長の光に対して０〜２πの位相変調量となるようにすることにより、キノフォーム３として最も効果的に機能し、１００％の回折効率を得ることもできる。
【００５２】
よって、このようなキノフォーム３をセル４として用いた本実施の形態による光拡散体１もまた、極めて高い光利用効率が得られることになる。
【００５３】
特に、ディスプレイ用途の光拡散体１として用いる場合には、可視光の波長帯域内から特定波長を選択することにより、肉眼での観察時に、その選択波長において最大の明るさを提供することができる。
【００５４】
また、この選択波長を外れたような場合でも、可視波長の光を特定波長とすることにより、可視波長のほとんどにおいて、ある程度の高効率を期待することができる。
【００５５】
ここで、望ましくは、可視波長帯域の中心付近（５５０ｎｍ前後の波長）を特定波長とすることにより、可視波長全域にわたって最も高効率となるキノフォーム３が容易に得られ、可視波長全域にわたって高効率な光拡散体１を形成することができる。
【００５６】
また、本実施の形態による光拡散体１においては、キノフォーム３から成るセル４は、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出するように設計されている。
【００５７】
図２および図３は、かかる空間的広がりの一例をそれぞれ示す概念図である。
【００５８】
図２は反射型の光拡散体１として利用する場合の反射型のキノフォーム３の一例（セル４の表面が光反射性を有する材質から成る）であり、図３は透過型の光拡散体１として利用する場合の透過型のキノフォーム３の一例（セル４が光透過性を有する材質から成る）である。
【００５９】
図２および図３では、x１方向に長く、y１方向に短い長方形の領域を、キノフォーム３からの回折光が分布する空間的領域としている。
【００６０】
従って、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光で照明し、観察者が、この領域、もしくはこの領域に対応する角度範囲から観察すると、本実施の形態による光拡散体１上のセル４が光って観察されることになる。
【００６１】
一方、本実施の形態による光拡散体１上においては、多数個のセル４が並んで配置されていることにより、光拡散体１全体が光って見えるようにすることができる。
【００６２】
また、必要に応じて、各セル４が光拡散体１上でそれぞれ異なる空間的領域に回折光を射出するようにしてもよい。
【００６３】
いずれにしても、用途に応じて必要な空間的領域にのみ回折光を集中できるため、前述した従来のように、無指向性の拡散（散乱）や正反射光・直接透過光の生じる方式に比較して、入射光の利用効率を極めて高くすることができる。
【００６４】
さらに、空間的領域も用途に応じて設計することができ、水平方向にのみ広く拡散する光拡散体１等も容易に作製することができる。
【００６５】
同様に、空間的領域内において、光強度分布を一様にしたり、あるいは局所的に強弱をつけたりすることもできる。
【００６６】
すなわち、光強度分布を一様とした場合には、対応する空間的領域内から観察すると、安定して同一の明るさで光って見ることができる。
【００６７】
また、局所的に強弱をつけた場合には、主に観察する視点からは最大の明るさで見え、その視点位置からずれると徐々に暗くなるように見える光拡散体１を容易に実現することができる。
【００６８】
ここで、セル４からの射出光角度範囲が、水平方向において１２゜以上の広がりを持つ場合には、ディスプレイ用途に本実施の形態による光拡散体１を用いる際に、一般的なディスプレイの観察条件において、観察者の両眼を射出光の空間的な広がりの中に置くことが可能となり、両眼における輝度差による違和感のない、見易い表示とすることが可能となる。
【００６９】
例えば、光拡散体１から３００ｍｍ離れた位置で、両眼の眼間距離６５ｍｍの観察者が観察する場合には、約１２゜の水平方向（両眼の並んだ方向）の広がりが要求される。
【００７０】
従って、１２゜以上の広がりがあれば、多くの観察条件において、観察者の両眼に拡散光を入射させることができる。
【００７１】
ここでは、特定波長について、前述のような効果を持つことについて説明したが、照明光が白色光であった場合には、キノフォーム３から射出した回折光は、波長毎に若干ずつ異なる空間的領域に分布する。
【００７２】
本実施の形態による光拡散体１においては、空間的領域は広がりを持つため、各波長の回折光分布は互いに重なる領域ができる。
【００７３】
そして、多くの波長が重なった領域から観察者が観察した際には、白色として認識されるため、多くの用途において、光拡散体１としては、重なる領域をある程度大きく作ることが望ましい。
【００７４】
特に、セル４からの射出光の角度範囲が３゜以上の広がりを持つ場合には、一般的な照明条件において、回折による可視光の主波長の波長分散は３゜程度であるため、照明光源の大きさが一般的にある程度の大きさを持つことも手伝って、可視光の主波長が重なる空間的領域を得ることが保証され、容易に上述の白色として観察可能な領域を形成することができる。
【００７５】
また、以上の説明では、照明光の入射角度をあらかじめ決められた入射角度としたが、あらかじめ決められた入射角度からの照明光の入射角度のずれは、主に光拡散体１からの回折光の射出角度に反映する。
【００７６】
従って、ある程度の照明光の角度変化に対して、本実施の形態による光拡散体１は、あらかじめ決められた入射角度の場合と同様の機能を発揮することができる。
【００７７】
さらに、キノフォーム３は、表面レリーフ型とすることにより、エンボス技術による量産に適し、安価な大量生産が可能であると共に、安価かつ薄型、軽量にすることができる。
【００７８】
以上により、回折光学的な作用により、光の射出範囲（視域）を任意に設定することができ、また入射光に対する視域内への射出光の割合を極めて高くすることができると共に、必要に応じて視域内での光の強度分布も任意に設定することが可能な、構成が安価であり、しかも薄型かつ軽量な光拡散体を得ることができる。
【００７９】
（第２の実施の形態）図４は、本実施の形態による光拡散体の構成例を示す斜視図であり、図１乃至図３と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８０】
すなわち、図４に示すように、本実施の形態による光拡散体１は、前述した第１の実施の形態の構成を有する光拡散体１において、平面状の基板２上に配設された全てのセル４が、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォーム３から成っている。
【００８１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による光拡散体１においては、平面状の基板２上に配設された全てのセル４が、互いに同一の位相変調パターンを有するキノフォーム３から成っていることにより、キノフォーム３の位相分布の設計はただ１種類に関してだけ行なえばよく、同一のキノフォーム３を並べるだけで、極めて簡便に、所望とする光拡散性（所望とする空間的領域に所望とする光強度分布を形成する性質）を有する光拡散体１を作製することができる。
【００８２】
また、製造工程においても、一つのキノフォームを多数並べることは比較的容易であり、大面積の光拡散体１を容易に作製することが可能となる。
【００８３】
図４に示す本実施の形態による光拡散体１においては、特定波長の光で照明時の、各々のセル４からの回折光分布が重なる領域を「共通拡散領域」として示している。
【００８４】
観察時に、光拡散体１全体を均一に光っているものとして認識させる必要がある場合には、この共通拡散領域を大きくして、その周囲の重なりが不十分な領域を小さくすることが望ましい。
【００８５】
１個のセル４からの回折光分布の広がり領域が、光拡散体１の大きさに比較して十分大きい時に、光の利用効率を高くしながら、光拡散体１全体を均一に光っているものと認識させることができる。
【００８６】
また、本実施の形態による光拡散体１においては、観察距離（z方向の位置に対応）がある程度以上大きければ（例えば光拡散体の大きさの数倍以上）、観察距離に依存せずに、共通拡散領域の角度範囲がほぼ一定に保たれる。
【００８７】
従って、どのような観察距離においても、あらかじめ設定した空間的領域に対応する射出角度範囲において、所望とする光強度分布に近い射出光分布を得ることができる。
【００８８】
（第３の実施の形態）図５は、本実施の形態による光拡散体の構成例を示す斜視図であり、図１乃至図３と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８９】
すなわち、図５に示すように、本実施の形態による光拡散体１は、前述した第１の実施の形態の構成を有する光拡散体１において、キノフォーム３として、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対して、全てのセル４から射出した回折光があらかじめ定義された空間的領域で一致するようなキノフォーム３を用いるようにしている。
【００９０】
次に、以上のように構成した本実施の形態による光拡散体１においては、キノフォーム３として、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対して、全てのセル４から射出した回折光があらかじめ定義された空間的領域で一致するようなキノフォーム３を用いていることにより、その空間的領域の外に分布する光を極小化することができ、あらかじめ定義された空間的領域において所望とする光強度分布を、最も光の利用効率が高い条件で形成することが可能な光拡散体１を得ることができる。
【００９１】
また、あらかじめ定義された空間的領域上から観察すると、光拡散体１全体が均一に光って見えるようにすることができる。
【００９２】
図５に示す本実施の形態による光拡散体１においては、各々のセル４に共通の空間的領域（＝あらかじめ定義された空間的領域）へ光を回折する様子を示している。
【００９３】
また、本実施の形態による光拡散体１に対して、白色の照明光が入射した場合でも、あらかじめ定義された空間的領域の付近では、回折による色分散の影響が比較的出にくく、あらかじめ定義された空間的領域付近からの観察すると、ある程度一定の色（白色に近い色）で光拡散体１が光って見えるようにすることができる。
【００９４】
特に、あらかじめ定義された空間的領域の幅が、あらかじめ定義された入射光の入射方向に対して（図２、図３におけるy方向）、回折による波長分散の角度よりも大きければ、あらかじめ定義された空間的領域上に、光拡散体１が白色として観察される視点を形成することができ、あらかじめ定義された空間的領域の幅が大きい程、その視点の範囲（視域）を拡げることができる。
【００９５】
（第４の実施の形態）図６は、本実施の形態による表示装置の構成例を示す斜視図であり、図１乃至図５と同一要素には同一符号を付して示している。
【００９６】
すなわち、本実施の形態による表示装置は、図６に示すように、前述した第１乃至第３の各実施の形態のうちのいずれか一つの実施の形態の構成を有する光拡散体１を、光の透過を制御して表示する液晶表示素子（ＬＣＤ）パネル等の透過型表示体５の背面に対向させて配置して成っており、照明光は光拡散体１の背面側から入射するようにしている。
【００９７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による表示装置においては、前述した第１乃至第３の各実施の形態のうちのいずれか一つの実施の形態の構成を有する光拡散体１を、光の透過を制御して表示する透過型表示体５の背面に対向させて配置していることにより、前述した光拡散体１の機能により形成される、前述の光拡散体１による射出光の空間的領域を、表示装置の視域とすることができ、視域として設定した範囲内から極めて明るい表示像を観察可能な表示装置を実現することができる。
【００９８】
この場合、同様に、前述した第１乃至第３の各実施の形態のうちのいずれか一つの実施の形態の構成を有する光拡散体１の機能により、視域として設定した範囲内で観察される明るさを均一にしたり、視域として設定した範囲内で色変化を抑えること等が可能となる。
【００９９】
以上により、任意の視域において極めて明るい高品質な表示像を観察することが可能であり、しかも薄型の表示装置を得ることができる。
【０１００】
（変形例１）
本変形例による表示装置は、図６に示すような構成を有する表示装置において、透過型表示体５が画素構造を有する場合に、１個の画素に対して、光拡散体１上のセル４が少なくとも１個以上対応するようにしている。
【０１０１】
以上のように構成した本変形例による表示装置においては、透過型表示体５が画素構造を有する場合に、１個の画素に対して、光拡散体１上のセル４が少なくとも１個以上対応するようにしていることにより、表示装置による表示像を、ちらつきのない高品位な像として観察させることができる。
【０１０２】
（変形例２）
本変形例による表示装置は、図６に示すような構成を有する表示装置において、透過型表示体５がＲＧＢ等に原色毎に分割された画素構造を有する場合に、１個の最小単位画素（例えばＲの画素）に対して、光拡散体１上のセル４が１個以上対応するようにしている。
【０１０３】
ここで、特にこのように透過型表示体５が原色毎の最小単位画素で構成されている場合に、各最小単位画素の原色とそれに対応する位置のセル４を構成するキノフォーム３を設計時の特定波長を合わせることが好ましい。
【０１０４】
以上のように構成した本変形例による表示装置においては、透過型表示体５がＲＧＢ等に原色毎に分割された画素構造を有する場合に、１個の最小単位画素（例えばＲの画素）に対して、光拡散体１上のセル４が１個以上対応するようにしていることにより、各原色に対する視域が空間的に一致し、視域として設定した範囲内では、所望とするカラー表示像を観察することができると共に、視域として設定した範囲内への光の利用効率も最大化することができる。
【０１０５】
また、視点位置が固定できる場合には、透過型表示体５上のカラーフィルター等を省略することが可能となり、各原色に対応する波長の光の損失を少なくすることができ、より一層光の利用効率を高めることができる。
【０１０６】
（変形例３）
本実施の形態による表示装置において、照明光を透過型表示体５側から入射する場合（反射型の光拡散体を用いる）と、照明光を光拡散体１側から入射する場合（透過型の光拡散体１を用いる）のいずれの形態においても、光の利用効率が高く、明るい表示を実現することができる。
【０１０７】
また、外部の照明光を高効率で利用できるため、光源を内蔵する必要がなく、表示装置としてより一層の薄型化を図ることができる。
【０１０８】
一方、外部の照明光を前面から入射する反射型表示装置として用いる際、光拡散体１を光透過性を有する材質で形成し、この光拡散体１を、反射時の光変調制御により表示を行なう液晶表示素子等の反射型表示体の前面に配置して成る場合には、外部照明光が光拡散体１を２度（表示体５への入射前と、表示体５から射出後）通り、キノフォーム３の設計においてこのような往復する光波に対して往路・復路共に望ましい波面を１００％の効率で得ることは困難であるが、反射型の光拡散体１を用いる本実施の形態による表示装置においては、光拡散体１が作用する回数は１回であるため、最大１００％の効率を得ることができ、極めて明るい表示を行なうことが可能となる。
【０１０９】
（第５の実施の形態）図７は、本実施の形態による表示装置の構成例を示す斜視図であり、図１乃至図６と同一要素には同一符号を付して示している。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態による表示装置は、前述した第１乃至第３の各実施の形態のうちのいずれか一つの実施の形態の構成を有する光拡散体１を、光の透過を制御して表示する液晶表示素子（ＬＣＤ）パネル等の透過型表示体５の前面に対向させて配置して成っており、照明光は透過型表示体５の背面側から入射するようにしている。
【０１１１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による表示装置においても、前述した第４の実施の形態による表示装置と全く同様の作用効果を得ることができるのに加えて、透過型表示体５から射出後の光を拡散するため、透過型表示体５へ入射する照明光は任意の波面を選択することができ、透過型表示体５の性能を最大限に引き出すことができる。
【０１１２】
例えば、透過型表示体５が液晶表示素子の場合には、透過型表示体に対してほぼ平面波状の光を入射するようにすることにより、コントラスト等を最大にした表示を行なうことができると共に、光拡散体１の機能によって視域を別途設定することができるため、光の利用効率が高く、画質も高い、極めて高品位な表示を行なうことが可能となる。
【０１１３】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
（ａ）前記各実施例の形態では、セル４を直交マトリクス状に複数個配設する場合について説明したが、これに限らず、例えば図８に示すように、セル４を任意のマトリクス状に複数個配設する構成としてもよい。
【０１１４】
さらに、直交マトリクス状、任意のマトリクス状に限らず、セル４をランダムに配設する構成としてもよく、またセル４の一部が他のセル４と重なるように配設する構成としてもよい。
【０１１５】
（ｂ）前記各実施例の形態では、セル４の形状が四角形である場合について説明したが、これに限らず、セル４の形状としては、円形や六角形等のその他の形状とするようにしてもよい。
【０１１６】
（ｃ）前記各実施例の形態では、キノフォーム３が表面レリーフ型である場合について説明したが、これに限らず、屈折率の分布によって位相変調量を制御できるようなものであってもよい。
【０１１７】
この場合、表面上には凹凸のない光拡散体１を構成することが可能であり、光拡散体１の表面に接着剤等を一様に塗布しても、光拡散体１の機能が大きく変化することなく、取り扱いを容易にすることができ、特に平面状の表示素子との組み合わせや組み込みを容易に行なうことが可能となる。
【０１１８】
なお、反射型の光拡散体１として利用する場合には、裏面に反射層を設ける等の構成とすればよい。
【０１１９】
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、平面状の基板に、あらかじめ決められた入射角度の特定波長の入射光に対してあらかじめ定義された空間的広がりを有する回折光を射出する機能を有するキノフォームから構成されるセルを複数個配設して成り、かつ各々のセルの表面が光反射性を有する材質から成るか、または各々のセルが光透過性を有する材質から成るようにしているので、回折光学的な作用によって、光の射出範囲（視域）を任意に設定することができ、さらに入射光に対する視域内への射出光の割合を極めて高くすることができると共に、必要に応じて視域内での光の強度分布も任意に設定することが可能な光拡散体が提供できる。
【０１２１】
また、本発明の光拡散体を透過型の表示体と組み合わせるようにしているので、任意の視域において極めて明るい高品質な表示像を観察することが可能であり、構成が安価であり、しかも薄型かつ軽量な表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光拡散体の第１の実施の形態を示す正面図。
【図２】同第１の実施の形態における光拡散体を反射型の光拡散体として利用する場合の反射型のキノフォームの一例を示す概念図。
【図３】同第１の実施の形態における光拡散体を透過型の光拡散体として利用する場合の透過型のキノフォームの一例を示す概念図。
【図４】本発明による光拡散体の第２の実施の形態を示す斜視図。
【図５】本発明による光拡散体の第３の実施の形態を示す斜視図。
【図６】本発明による表示装置の第４の実施の形態を示す斜視図。
【図７】本発明による表示装置の第５の実施の形態を示す斜視図。
【図８】本発明による光拡散体の他の実施の形態を示す正面図。
【符号の説明】
１…光拡散体
２…平面状の基板
３…キノフォーム
４…セル
５…透過型表示体。
【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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