JPH08254642A - 光学素子及び当該光学素子を用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 干渉縞の発生を防止し、画像に乱れのない画
像表示装置を提供する。 【構成】 光学的機能面１２の外周域に、光学的機能面
１２から可干渉距離（可視光線の波長程度）以上の高さ
を有するスペーサ部１３を、全周にわたって均一の高さ
に突設し、光学素子１１を作製する。スペーサ部１３の
装着面を液晶表示パネル１が貼り合わせられた偏光板３
に貼着して筐体内２に納め、画像表示装置Ａを作製す
る。 【効果】 光学的機能面と偏光板との間に、可干渉距離
以上の空間が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学素子及び当該光学素
子を用いた画像表示装置に関する。具体的には、液晶プ
ロジェクタ、ビューファインダ、液晶ディスプレイ、ヘ
ッドマウントディスプレイなどの画像表示装置に用いら
れる回折格子やマイクロレンズアレイなどの光学素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３に示すものは、液晶表示パネルを
用いた液晶プロジェクタなどの画像表示装置Ｂの一部破
断した断面構成図である。５１は液晶表示パネル、５２
は筐体、５３は回折格子などの光学素子（光学的ローパ
スフィルター）である。液晶表示パネル５１の両面には
偏光板５４が配置されており、液晶表示パネル５１の一
方の側に配置されたバックライト光源５５から出射され
た光は入射側の偏光板５４によって直線偏光に変えられ
た後、液晶表示パネル５１の各画素を通過して再び出射
側の偏光板５４を通過する。この時、液晶表示パネル５
１の液晶層（図示せず）により偏光方向が変えられ出射
側の偏光板５４の偏光方向と一致した光だけが偏光板５
４を通過できるので、各画素に対応する液晶層の偏光特
性を制御することにより液晶表示パネル５１を通過した
光が動画像として表示され、観察者５９は表示された動
画像を接眼レンズ５８を通して観察することができる。

【０００３】この画像表示装置Ｂにあっては、いわゆる
ブラックマトリックス（液晶表示パネル５１の配線領
域）による画面のざらつきを少なくするため、偏光板５
４の出射側に光学素子５３を配置し、あたかも配線領域
５の方向からも光αが出射されているかのように見える
ようにしている。なお、５６は偏光板５４を液晶表示パ
ネル５１に張り合わせるための接着剤、５７は光学素子
５３を偏光板５４を密着させるためのクッション材であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学素
子５３や偏光板５４の微小な反りや凹凸があったり、光
学素子５３と偏光板５４との間に塵やゴミなどの異物が
侵入したりすると両者の接合界面に微小な隙間を生じる
場合があった。この結果、図１４に示すような干渉縞
（ニュートンリング）６０を生じ、接眼レンズ５８を通
して観察された画像が乱れてしまうという問題点があっ
た。

【０００５】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、干渉縞の発
生を防ぎ画像に乱れを生じさせることのない光学素子を
提供することにある。

【０００６】

【発明の開示】本発明の第１の光学素子は、基材の少な
くとも一方の面にレンズ配列や回折格子等の光学的機能
面を形成された光学素子において、前記基材の光学的機
能面が形成されていない領域に凸状のスペーサ部を設け
たことを特徴としている。

【０００７】したがって、スペーサ部を液晶表示パネル
等の光学素子貼着面に貼着することにより、光学素子と
光学素子貼着面との間に可干渉距離以上の十分な空間を
設けることができ、干渉縞の発生が抑えられる。

【０００８】請求項２に記載の光学素子は、前記基材の
光学的機能面と重複する領域にも凸状のスペーサ部を有
していることを特徴としている。このため光学素子の裏
面側を液晶表示パネル等の光学素子貼着面に貼着すれ
ば、光学的機能面が形成された領域はスペーサ部によっ
て支持され、光学的機能面と光学素子の対向面との間に
確実にスペースを設けることができる。

【０００９】本発明の第２の光学素子は、基材の一方の
面にレンズ配列又は回折格子等の光学的機能面を形成さ
れた光学素子において、前記基材の他方の面の少なくと
も当該光学的機能面と対向する領域にアンチグレア処理
を施していることを特徴としている。したがって、光学
素子で反射された光は散乱され正反射せず、入射光と反
射光とが干渉しなくなる。したがって、干渉縞の発生を
抑えることができる。しかも、エッチングやサンドブラ
スト加工等の簡単な処理によって干渉縞の発生を抑える
ことができる。

【００１０】本発明の第１の画像表示装置は、請求項１
に記載の光学素子と、画像を発生させるための液晶表示
パネルとを備え、前記凸状のスペーサ部を前記液晶表示
パネルに接触したことを特徴としている。

【００１１】したがって、スペーサ部によって光学素子
と光学素子対向面とを間に十分な空間が設けられ、干渉
縞の発生がなくなり画質のよい画像表示装置とすること
ができる。

【００１２】また、本発明の第２の画像表示装置は、請
求項３に記載の光学素子と、画像を発生させるための液
晶表示パネルとを備え、前記アンチグレア処理された面
を前記液晶表示パネルに面接したことを特徴としてい
る。

【００１３】したがって、光学素子に入射された光と光
学素子の入射面で反射された光とが干渉せず、干渉縞の
発生がなくなり画質のよい画像表示装置とすることがで
きる。

【００１４】

【実施例】図１に示すものは本発明の一実施例である画
像表示装置Ａを示す一部破断した断面構成図である。画
像表示装置Ａはビデオカメラのビューファインダーを示
すものであって、バックライト光源６から出射された光
を液晶表示パネル１の一定のパターン領域のみを通過さ
せることによって、さまざまな画像を表示することがで
きる。画像表示装置Ａは、液晶表示パネル１が筐体２内
に納められ、その入射側及び出射側に偏光板３が配置さ
れている。出射側の偏光板３は光学的に透明な接着剤４
によって液晶表示パネル１に貼り合わせられており、出
射側の偏光板３のさらに出射側には本発明の光学素子
（光学的ローパスフィルタ）１１が装着されている。ま
た、光学素子１１はクッション材５によって偏光板３に
装着されている。

【００１５】図２（ａ）はその光学素子１１を示す断面
図であって、光学素子１１はシート状をしており、光学
素子１１の表面には回折格子やマイクロレンズアレイな
どの光学的機能面１２が形成され、光学的機能面１２の
外周域に凸状のスペーサ部１３が突設されている。スペ
ーサ部１３は光学素子１１で反射された光と偏光板３を
透過した光とが干渉を起こさないように光学的機能面１
２から可干渉距離（可視光線の波長程度）以上の高さ
（具体的には約０．１ｍｍ程度）を有し、全周にわたっ
て均一の高さに作製されている。また、光学素子１１の
裏面の外縁部にも凸状のスペーサ部１３が突設されてい
る。このシート状の光学素子１１は、トリアセチルセル
ロース（ＴＡＣ）やポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明なシート基
材１８、あるいはシート基材１８上に塗布された紫外線
硬化型樹脂などのレンズ用樹脂材料に、光学的機能面１
２の反転パターンが形成された金型（スタンパ）を押圧
して作製したものであって、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍ
ｍ程度で、光学パターンも深さ約０．５μｍ程度、パタ
ーン周期は約３〜３０μｍ程度という薄型のものであ
る。光学素子１１は図２（ｂ）に示すように、光学的機
能面１２を偏光板３に対向させてスペーサ部１３の接合
面を偏光板３に貼着することにより、光学的機能面１２
と偏光板３との間に空間１４が設けられている。

【００１６】しかして、バックライト光源６から出射さ
れた光は偏光板３を通過して液晶表示パネル１に入射さ
れ動画像を生じる。観察者８は液晶表示パネル１に表示
された動画像を接眼レンズ７を通して観察することがで
きる。この画像表示装置Ａにあっては、光学的機能面１
２と偏光板３との間には可干渉距離以上の空間１４が設
けられているため、干渉縞を生じることがなく画像が乱
れたりしない。このように、あらかじめ光学素子１１に
スペーサ部１３を突設することにより偏光板３との間に
充分な空間１４を確保して干渉縞の発生を抑え、光学素
子１１や偏光板３の反り、塵やゴミの侵入などによる隙
間の発生を考えることなく、光学素子１１を偏光板３に
装着することができる。また、光学素子１１の裏面側を
偏光板３に装着することもできる。この場合には、裏面
側のスペーサ部１３を可干渉距離以上の高さに設けてお
くとよく、光学素子１１の裏面と偏光板３との間に十分
な空間１４が形成され生じ、干渉縞の発生を防止でき
る。なお、図示の都合上、光学素子１１をかなり誇張し
て表わしているが、このシート状の光学素子１１の外形
は例えば厚みが１ｍｍ以下、縦横が数ｃｍ角から１０数
ｃｍ角の薄いものである（以下同じ）。

【００１７】図３は本発明の別な実施例である光学素子
１１を画像表示装置Ａに装着した状態を示した図であ
る。光学素子１１の裏面には外縁部のスペース部１３と
ともに光学的機能面１２の裏面全体にスペーサ部１３を
突起状もしくは井桁状に設けてある。このため、光学素
子１１と偏光板３との距離をより確実に一定に保つこと
ができ、光学素子１１の光学的特性を均一に担保でき
る。特にシート状の光学素子１１の場合には、撓むこと
なく偏光板３に貼着することができる。

【００１８】図４（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさら
に別な実施例である光学素子１１の側面図及び裏面図で
あって、光学素子１１の裏面には４つの突起状のスペー
サ部１３が設けられている。この光学素子１１にあって
は、図５に示すようにスペーサ部１３を偏光板３に重ね
合わせるようにして筐体２内に納めると、光学素子１１
と偏光板３との間に充分な空間１４を設けることができ
る。このとき、例えば偏光板３にスペーサ部１３に対向
してスペーサ部１３より僅かに浅い位置決め部（図示せ
ず）を凹設しておくと、光学素子１１を容易に位置決め
することができる。

【００１９】図６（ａ）に示すものは本発明のさらに別
な実施例である光学素子１１の製造方法を示す説明図で
あって、この光学素子１１にスペーサ部１３を形成する
ためには次のようにするとよい。まず、図６（ａ）に示
すようにスペーサ部１３を形成するための凹部１７が設
けられた下金型１６に、光学的機能面１２が形成された
シート基材１８を治具（図示せず）によって下金型１６
の所定位置に支持する。ついで、棒状の成形用ロッド１
９をシート基材１８上から押圧し、シート基材１８の裏
面側にスペーサ部１３を突出させる（図６（ｂ））。こ
のときシート基材１８を加熱するようにすれば、容易に
スペーサ部１３を突出させることができる。

【００２０】この光学素子１１は、例えば図７に示すよ
うに液晶表示パネル１（なお、液晶表示パネル１には偏
光板３が接着剤４によって貼り合わせられている。）が
納められたケース２２上面に装着される。ケース２２上
面にはあらかじめスペーサ部１３に位置する箇所にスペ
ーサ部１３よりも僅かに浅い位置決め部２３が凹設され
ており、スペーサ部１３を位置決め部２３にはめ込むよ
うにして簡単にシート状の光学素子１１をケース２２上
面の所定位置に装着することができる。

【００２１】上記の各実施例ではスペーサ部１３を設け
た光学素子１１を用いた場合について説明したが、次の
図８には干渉防止のためにアンチグレア処理（ノングレ
ア処理）が施された光学素子３１を用いた場合について
示す。図８（ａ）に示すように光学素子３１の裏面には
アンチグレア処理が施され、アンチグレア処理面３２と
なっている。アンチグレア処理とは、基板等の表面にエ
ッチングまたはサンドブラスト加工を施すことによって
すりガラス状に粗面化する処理をいい、アンチグレア処
理面３２に入射する外乱光は正反射せずに散乱される。
図９に示すものは、光学素子３１のアンチグレア処理面
３２の表面プロファイラー（Dektak3030, VEECO INSTRU
MENTS Inc.製）による表面走査結果を示す一例であり、
アンチグレア処理面３２には、数十μｍの周期で数μｍ
の振幅のある凹凸が観察される。なお、図の縦軸には振
幅を（一目盛１μｍ）横軸には走査方向の距離（一目盛
１００μｍ）を示す。また、図１０に示す写真は光学素
子３１にアンチグレア処理面３２側から光を入射させ、
その出射側から光学顕微鏡によって光学素子３１の表面
を観察したもの（約４００倍）であり、写真に白く写し
出されているように、入射された光がアンチグレア処理
面３２で乱反射されている様子が分かる。したがって、
図８（ｂ）に示すように光学素子３１のアンチグレア処
理面を偏光板３に貼着しておくと、光学素子３１におい
て反射される光は正反射せずに散乱され、偏光板３から
の出射光との干渉が起こらない。このため、光学素子３
１や偏光板３の反りや塵やゴミの侵入により僅かの隙間
（可干渉距離以下の隙間）を生じたとしても干渉縞を発
生することがなく、画像表示装置Ａの画質の低下を防ぐ
ことができる。この光学素子３１によればスペーサ部１
３を設ける必要がなく、従来の光学素子５３の裏面にエ
ッチングやサンドブラスト加工のように簡単な処理を施
すことによって光学素子３１を簡単に作製することがで
きる。

【００２２】このとき、アンチグレア処理面３２に入射
された光αは図１１に示すようにランバート光のように
広がりのある光β（指向半値角θを有する。）に変換さ
れる。したがって、アンチグレア処理面３２によって変
換された光の指向半値角θが次の式の条件を満たすよ
うにするのが望ましく、この式よりも大きな指向半値
角θとなるようなアンチグレア処理を施すと、液晶表示
パネル１の各画素３２から出射された光がぼやけて隣接
する画素の像と重複することになり、却って画像の劣化
を引き起こす。 θ ≦ ｔａｎ^-1｛Λ／（２×Ｌ）｝） …… ここで、Λは液晶表示パネル１の各画素３３の配列周
期、Ｌは各画素３３からアンチグレア処理面３２までの
光学的距離を示す（図１２参照）。

【００２３】なお、上記実施例にあってはシート状の光
学素子１１（３１）を用いて説明したが、これ以外にも
例えばいわゆる２Ｐ法( Photopolymerization-Method)
や射出成形法などにより作製されたマイクロレンズアレ
イや回折格子などの光学素子についても応用できるのは
言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】本発明の第１の光学素子によれば、スペ
ーサ部によって光学素子と液晶表示パネル等の光学素子
貼着面との間に十分な空間を設けることができ、干渉縞
の発生を防ぐことができる。また、光学的機能面の形成
されていない面の、光学的機能面と対応する領域にスペ
ーサ部を突設すると確実に空間を設けることができる。
特に大面積の光学素子を形成した場合には有効な方法と
なる。

【００２５】したがって、このような光学素子を備えた
第１の画像表示装置にあっては画像の乱れが少なくな
る。

【００２６】また本発明の第２の光学素子によれば、光
学素子のアンチグレア処理された面で反射された光は散
乱され、干渉縞を生じることがない。しかも、簡単な処
理で干渉縞の発生を防ぐことができる。

【００２７】したがって、本発明の第２の画像表示装置
にあっても、干渉縞が発生せず画像の乱れが少なくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像表示装置を一部破断した断面構成
図である。

【図２】（ａ）は本発明の一実施例である光学素子の断
面図、（ｂ）はその光学素子を画像表示装置に装着した
状態を示す説明図である。

【図３】本発明の別な実施例である光学素子を画像表示
装置に装着した状態を示す説明図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は同上のさらに別な実施例である
光学素子を示す側面図及び裏面図である。

【図５】同上の光学素子を画像表示装置に装着した状態
を示す説明図である。

【図６】（ａ）は同上のさらに別な実施例である光学素
子の作製方法を示す説明図、（ｂ）はその光学素子の断
面図である。

【図７】（ａ）（ｂ）は、同上の光学素子を画像表示装
置へ装着する方法を示す説明図である。

【図８】（ａ）は裏面がアンチグレア処理された光学素
子を示す断面図、（ｂ）はその光学素子を画像表示装置
に装着した状態を示す説明図である。

【図９】表面プロファイラーによるアンチグレア処理面
の表面走査結果を示す図である。

【図１０】アンチグレア処理された光学素子によって生
じた光散乱現象を示す光学顕微鏡写真である。

【図１１】アンチグレア処理面によって入射光が広がっ
て光学素子に入射する様子を示す説明図である。

【図１２】アンチグレア処理における制限条件を示す説
明図である。

【図１３】従来例の画像表示装置を一部破断した断面構
成図である。

【図１４】同上の画像表示装置において観察される干渉
縞を表わす図である。

【符号の説明】

１ 液晶表示パネル ３ 偏光板 １１ シート状をした光学素子 １２ 光学的機能面 １３ スペーサ部 ３１ アンチグレア処理が施された光学素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｚ (72)発明者 奥野 雄太郎 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材の少なくとも一方の面にレンズ配列
   や回折格子等の光学的機能面を形成された光学素子にお
   いて、 前記基材の光学的機能面が形成されていない領域に凸状
   のスペーサ部を設けたことを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】 前記基材の光学的機能面と重複する領域
   にも凸状のスペーサ部を有していることを特徴とする請
   求項１に記載の光学素子。
3. 【請求項３】 基材の一方の面にレンズ配列又は回折格
   子等の光学的機能面を形成された光学素子において、 前記基材の他方の面の少なくとも当該光学的機能面と対
   向する領域にアンチグレア処理を施していることを特徴
   とする光学素子。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光学素子と、 画像を発生させるための液晶表示パネルとを備え、 前記凸状のスペーサ部を前記液晶表示パネルに接触させ
   たことを特徴とする画像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の光学素子と、 画像を発生させるための液晶表示パネルとを備え、 前記アンチグレア処理された面を前記液晶表示パネルに
   面接させたことを特徴とする画像表示装置。