CN103717961A - 照明单元与显示单元 - Google Patents

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liquid crystal
optical modulation
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蛭子井明
佐藤晴美
奥山健太郎
新开章吾
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Abstract

提供了一种边缘光照明装置,其中,光调制层(34)包括:第一区域(34B),其具有光学各向异性以及对电场的较高响应性;以及第二区域(34A),其具有光学各向异性以及对电场的较低响应性。在表示散播时,所述光调制层满足公式A>B>C和A1/C1<A2/C2,其中:A为相对于在与光入口表面垂直的第一方向传播的光的第一散播大小;B为相对于在与第一透明衬底垂直的第二方向传播的光的第二散播大小;C为相对于在与所述光入射面平行并且与所述第一透明衬底的表面平行的第三方向传播的光的第三散播大小;A1为在朝向光源的所述光调制层之中的第三区域(30a)内的第一散播大小;C1为在所述第三区域内的第三散播大小;A2为在从光源中移开的所述光调制层之中的第四区域(30b)内的第一散播大小;并且C2为在所述第四区域内的第三散播大小。

Description

照明单元与显示单元
技术领域
本技术涉及一种照明单元和一种显示单元,每个照明单元和显示单元均包括展现光的散射特性或透明性的光调制器件。
背景技术
近年来,已经加快改进液晶显示器的图像质量和能源节约,并且已经提出了通过在背光的局部区域内调制光强度来实现提高暗室对比度的系统。作为实现提高暗室对比度的一种主要技术,促使用作背光的光源的一些发光二极管(LED)根据显示图像调制背光的光。而且,在大屏幕的液晶显示器中,与小屏幕的液晶显示器一样,越来越需要更薄的显示器;因此,并未关注冷阴极荧光灯(CCFL)或LED直接设置在液晶面板之下的系统,而是关注光源设置在导光板的边缘上的边缘光系统。
本申请的申请人已经实现了调制在背光的局部区域内的光强度的局部驱动,并且公开了例如在PTL1中的局部驱动。在PTL1中,为了实现上述局部驱动,使用一种聚合物分散液晶(PDLC)。在PTL1中,通过混合液晶材料和具有取向和聚合性的低分子材料,并且通过紫外线照射造成相位分离,来形成PDLC,并且该PDLC为复合层,其中,液晶材料分散在具有条纹结构的聚合物材料内。在没有施加压力的情况下,根据取向,将PDLC分成水平配向型、垂直配向型以及各向同性型。其中,由于可获得高亮度与高对比度,所以水平配向型PDLC最适合于背光。
引用列表
专利文献
【PTL1】日本未经审查的专利申请公开号2011-142065
发明内容
在上述水平配向型PDLC中,在条纹结构的短轴方向密集地并且在条纹结构的长轴方向粗糙地形成在聚合物材料与液晶材料之间的界面。因此,在条纹结构在与光入射面平行的方向延伸的情况下,在上述条纹结构的短轴方向通过PDLC传播的光在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入该界面,结果,光被极大地散射。另一方面,在上述条纹结构的长轴方向通过PDLC传播的光未这么频繁地进入该界面;因此,未被过多地散射。
而且,在作为条纹结构的短轴方向并且与光入射面垂直的方向(在后文中称为“X方向”)通过PDLC传播的光在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时受到在液晶材料的非常光折射率与聚合物材料的寻常光折射率之间的差值和在液晶材料的寻常光折射率与聚合物材料的非常光折射率之间的差值的影响。另一方面,在上述条纹结构的长轴方向(在后文中称为“Y方向”)或者在PDLC的厚度方向(在后文中称为“Z方向”)通过PDLC传播的光在传播同时,受到在液晶材料的非常光折射率与聚合物材料的寻常光折射率之间的差值或在液晶材料的寻常光折射率与聚合物材料的非常光折射率之间的差值的影响。因此,虽然在X方向通过PDLC传播的光被极大地散射,但是未极大地散射在Y方向或Z方向通过PDLC传播的光。
因此,在水平配向型PDLC中,由于上述两个因素,所以在X方向传播的光以及在Y方向或Z方向传播的光具有散射的各向异性。结果,在Z方向传播的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大;因此,获得高亮度和高对比度。
然而,在将水平配向型PDLC应用于边缘光系统背光的情况下,由于在X方向传播的光以及在Y方向传播的光具有散射的各向异性,所以亮度分布容易变得不均匀。尤其地,在线性光源内的各个点状光源的排列间距较大时,在线性光源附近形成光和暗条纹;因此,具有改进的空间。
因此,可取地提供一种照明单元以及包括该照明单元的显示单元,该照明单元能够降低由光源的排列造成的光和暗条纹的对比度,同时保持高亮度。
根据本技术的一个实施方式的照明单元包括:第一透明衬底和第二透明衬底,被设置为彼此分开并且彼此相对;光源,被配置为将光照射到所述第一透明衬底的端面;以及光调制层,其设置在第一透明衬底和第二透明衬底之间的间隙内。光调制层被配置为根据电场的强度,对于来自光源的光展现散射特性或透明性,并且包括第一区域和第二区域,所述第一区域具有光学各向异性以及对电场的较高的响应性,所述第二区域具有光学各向异性以及对电场的较低的响应性。在后文中,A为在与光入射面垂直的方向(在后文中称为“第一方向”)传播的光的散射(在后文中称为“第一散射”)的强度。B为在与第一透明衬底垂直的方向(在后文中称为“第二方向”)传播的光的散射(在后文中称为“第二散射”)的强度。C为在与所述光入射面平行并且与所述第一透明衬底的表面平行的方向(在后文中称为“第三方向”)传播的光的散射(在后文中称为“第三散射”)的强度。A1为所述光调制层中更靠近光源的第三区域内的第一散射的强度。C1为在所述第三区域内的第三散射的强度。A2为在距离所述光调制层的光源更远的第四区域内的第一散射的强度。C2为在所述第四区域内的第三散射的强度。此时,在光调制层显示散射特性时,所述光调制层被配置为满足以下表达式:
A>B>C
A1/C1<A2/C2。
根据本技术的一个实施方式的一种显示单元包括:显示面板,其通过调制光来显示图像;以及照明单元,其从所述显示面板的背面施加光。包括在显示单元内的照明单元包括与包括在上述照明单元内的元件相同的元件。
在根据本技术的实施方式的照明单元和显示单元内,在光调制层显示散射特性时,光调制层被配置为满足上述表达式。因此,在光源附近减少在第一方向传播的光与在第三方向传播的光的各向异性散射。
在根据本技术的实施方式的照明单元和显示单元内,在光调制层显示散射特性时,光调制层被配置为满足上述表达式;因此,允许在光源附近减少上述各向异性散射。由于在第一散射与第三散射之间的较大差异,所以形成由光源的排列造成的光和暗条纹。因此,在光源附近减少上述各向异性散射时,允许降低由光源的排列造成的光和暗条纹的对比度。而且,在根据本技术的照明单元和显示单元内,仅仅在更靠近光调制层的光源的区域内,减少上述各向异性散射;因此,与在整个光调制层内减少上述各向异性散射的情况相比,允许获得高亮度。而且,在根据本技术的照明单元和显示单元内,由于第二散射比第三散射更强,所以光源的光优选地在中断(disrupt)导光条件的方向散射,并且光提取效率增大。因此,在根据本技术的照明单元和显示单元内,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源的排列造成的光和暗条纹的对比度。
附图说明
图1为示出根据本技术的实施方式的照明单元的示意性配置的一个实例的示图;
图2为示出在图1中的光调制器件的XZ平面中的截面配置的一个实例的示图;
图3为示出在图2中的配向膜(alignment film,取向膜)的配向方向的平面图;
图4为示出在图2中的光调制层的XY平面中的截面配置的一个实例的示图;
图5A为示出在图2中的光调制层的近区域中的结构周期的一个实例的示图;
图5B为示出在图2中的光调制层的近区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图6A为示出在图2中的光调制层的远区域中的结构周期的一个实例的示图;
图6B为示出在图2中的光调制层的远区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图7为示出在图2中的光调制层中的聚合物区域的比率的一个实例的示图;
图8为示出在图2中的光调制层中的聚合物区域的比率的另一个实例的示图;
图9为示出在图2中的光调制层中的聚合物区域的比率的又一个实例的示图;
图10为示意性示出在图1中的光调制器件的功能的一个实例的示图;
图11为示意性示出在图1中的光调制器件的功能的另一个实例的示图;
图12为示意性示出在图1中的照明单元的功能的一个实例的示图;
图13为示出紫外光的强度或总剂量的一个实例的示图;
图14为示出紫外光的强度或总剂量的另一个实例的示图;
图15为示出紫外光的强度或总剂量的又一个实例的示图;
图16为示出在图1中的光调制器件的制造方法的一个实例的示图;
图17为示出在图16之后的制造工序的示图;
图18为示出在图17之后的制造工序的示图;
图19为示出根据本技术的第二实施方式的照明单元的示意性配置的一个实例的示图;
图20为示出在图19中的光调制器件的XZ平面中的截面配置的一个实例的示图;
图21为示出在图20中的配向膜的配向方向的一个实例的平面图;
图22为示出在图20中的配向膜的配向方向的另一个实例的平面图;
图23为示出在图20中的光调制层的XY平面中的截面配置的一个实例的示图;
图24为示出在图20中的光调制层的XY平面中的截面配置的另一个实例的示图;
图25A为示出在图20中的光调制层的近区域中的结构周期的一个实例的示图;
图25B为示出在图20中的光调制层的近区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图26A为示出在图20中的光调制层的远区域中的结构周期的一个实例的示图;
图26B为示出在图20中的光调制层的远区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图27为示出在图20中的光调制层中的聚合物区域的比率的一个实例的示图;
图28为示意性示出在图19中的光调制器件的远区域中的功能的一个实例的示图;
图29为示意性示出在图19中的光调制器件的远区域中的功能的另一个实例的示图;
图30为示意性示出在图19中的光调制器件的近区域中的功能的一个实例的示图;
图31为示意性示出在图19中的光调制器件的近区域中的功能的另一个实例的示图;
图32为示出根据本技术的第三实施方式的照明单元的示意性配置的一个实例的示图;
图33为示出在图32中的光调制器件的XZ平面中的截面配置的一个实例的示图;
图34为示出在图33中的配向膜的配向方向的一个实例的平面图;
图35为示出在图33中的配向膜的配向方向的另一个实例的平面图;
图36为示出在图33中的光调制层的XY平面中的截面配置的一个实例的示图;
图37A为示出在图33中的光调制层的近区域中的结构周期的一个实例的示图;
图37B为示出在图33中的光调制层的近区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图38A为示出在图33中的光调制层的远区域中的结构周期的一个实例的示图;
图38B为示出在图33中的光调制层的远区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图39为示出在图33中的光调制层中的聚合物区域的比率的一个实例的示图;
图40为示意性示出在图32中的光调制器件的远区域中的功能的一个实例的示图;
图41为示意性示出在图32中的光调制器件的远区域中的功能的另一个实例的示图;
图42为示意性示出在图32中的光调制器件的近区域中的功能的一个实例的示图;
图43为示意性示出在图32中的光调制器件的近区域中的功能的另一个实例的示图;
图44为示出根据本技术的第四实施方式的照明单元的示意性配置的一个实例的示图;
图45为示出在图44中的光调制器件的XZ平面中的截面配置的一个实例的示图;
图46为示出在图45中的配向膜的配向方向的一个实例的平面图;
图47为示出在图45中的配向膜的配向方向的另一个实例的平面图;
图48为示出在图45中的光调制层的XY平面中的截面配置的一个实例的示图;
图49为示出在图45中的光调制层的XY平面中的截面配置的另一个实例的示图;
图50A为示出在图45中的光调制层的近区域中的结构周期的一个实例的示图;
图50B为示出在图45中的光调制层的近区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图51A为示出在图45中的光调制层的远区域中的结构周期的一个实例的示图;
图51B为示出在图45中的光调制层的远区域中的结构周期的另一个实例的示图;
图52为示出在图45中的光调制层中的聚合物区域的比率的一个实例的示图;
图53为示意性示出在图44中的光调制器件的远区域中的功能的一个实例的示图;
图54为示意性示出在图44中的光调制器件的远区域中的功能的另一个实例的示图;
图55为示意性示出在图44中的光调制器件的近区域中的功能的一个实例的示图;
图56为示意性示出在图44中的光调制器件的近区域中的功能的另一个实例的示图;
图57为示出根据本技术的第五实施方式的照明单元的示意性配置的一个实例的示图;
图58为示出在图57中的光调制器件的XZ平面中的截面配置的一个实例的示图;
图59为示出根据本技术的第六实施方式的照明单元的示意性配置的一个实例的示图;
图60为示出在图59中的光调制器件的XZ平面中的截面配置的一个实例的示图;
图61为示出聚合物区域的取向(orientation)的一个实例的示图;
图62为示出聚合物区域的取向的另一个实例的示图;
图63为示出聚合物区域的取向的又一个实例的示图;
图64为示出在图1、19、32、44、57以及59中的照明单元的任一个示意性配置的第一修改实例的示图;
图65为示出在图1、19、32、44、57以及59中的照明单元的任一个示意性配置的第二修改实例的示图;
图66为示出在图1、19、32、44、57以及59中的照明单元的任一个示意性配置的第三修改实例的示图;
图67为示出在图1、19、32、44、57以及59中的照明单元的任一个示意性配置的第四修改实例的示图;
图68为示出在图1、19、32、44、57以及59中的照明单元的任一个示意性配置的第五修改实例的示图;
图69为示出在图1、19、32、44、57以及59中的任一个照明单元中的导光板或透明衬底的第一修改实例的示图;
图70为示出在图1、19、32、44、57以及59中的任一个照明单元中的导光板或透明衬底的第二修改实例的示图;
图71为示出在图1、19、32、44、57以及59中的任一个照明单元中的导光板或透明衬底的第三修改实例的示图;
图72为示出根据本技术的第七实施方式的显示单元的一个实例的示图。
具体实施方式
下面参照附图,详细描述本技术的一些实施方式。要注意的是,按照以下顺序进行描述。
1、第一实施方式(照明单元)
使用两个水平配向膜(0度配向)的一个实例
根据与光源相距的距离使用聚合物区域的比率不同的光调制层的一个实例
2、第二实施方式(照明单元)
使用一个水平配向膜(0度配向)以及由垂直配向膜和水平配向膜(0度配向)配置成的混合膜的一个实例
3、第三实施方式(照明单元)
使用两个水平配向膜(0度配向和θ1配向)的一个实例
4、第四实施方式(照明单元)
使用水平配向膜(0度配向和θ1配向)和水平配向膜(0度配向)的一个实例
5、第五实施方式(照明单元)
根据与光源相距的距离使用聚合物区域的材料不同的光调制层的一个实例
6、第五实施方式(照明单元)
根据与光源相距的距离使用聚合物区域的取向不同的光调制层的一个实例
7、修改实例(照明单元)
8、第七实施方式(显示单元)
(1、第一实施方式)
(配置)
图1示出根据本技术的第一实施方式的照明单元1的截面配置的一个实例。图2为示出在图1中的照明单元1中的光调制器件30的示意性配置的一个实例的剖视图。要注意的是,图1和2为示意图,在这两个示图中的尺寸和形状不必与实际尺寸和形状相同。照明单元1从其顶面输出照明光,并且例如,照明单元1可用于从其背面照明液晶显示面板等的目的。照明单元1可包括例如导光板10、设置在导光板10的侧面上的光源20、设置在导光板10的后面的光调制器件30和反光板40、以及驱动光调制器件30的驱动电路50。
导光板10将光从设置在导光板10的侧面上的光源20中引入照明单元1的顶面。导光板10具有的形状与设置在导光板10的顶面上的显示面板(未显示)对应,例如,由顶面、底面以及侧面包围的长方体形。要注意的是,在导光板10的侧面中的光源20的光进入的一个侧面在后文中称为“光入射面10A”。在导光板10中,顶面和/或侧面具有预定的图案形状,并且导光板10具有使从光入射面10A中入射的光散射并且均匀的功能。导光板10还用作例如支撑体,该支撑体支撑设置在显示面板与照明单元1之间的光片(例如,漫射板、漫射片、透镜膜、或偏振分光片)。导光板10形成为包括例如透明的热塑性树脂,例如,聚碳酸酯树脂(PC)或丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))。
光源20向导光板10的侧面施加光。光源20为线性光源,更具体而言,光源20由排成一行的多个LED配置而成。LED可优选地为白色LED。要注意的是,多个LED可由例如红色LED、绿色LED以及蓝色LED配置而成。例如,如图1中所示,光源20可设置在导光板10的仅仅一个侧面上。要注意的是,虽然未显示,但是光源20可设置在例如导光板10的两个侧面上。
反光板40使从导光板10的后面泄露的光通过光调制器件30返回到导光板10中,并且可具有例如反射、漫射以及散射的功能。因此,反光板40允许有效地使用从光源20中照射的光,并且还可用于提高正面亮度。反光板40可由例如泡沫PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、银蒸镀膜、多层反光膜或白色PET制成。
在该实施方式中,光调制器件30与导光板10的背面(底面)密切接触,在其间没有空气层,并且光调制器件30粘合至导光板10的背面,例如,在其间具有粘合剂(未显示)。例如,如图2中所示,光调制器件30被配置为依序设置反光板40的透明衬底31、下电极32、配向膜33、光调制层34、配向膜35、上电极36以及透明衬底37。
透明衬底31和37被设置为彼此相对,在其间具有空间。透明衬底31和37支持光调制层34,并且通常由对可见光透明的衬底(例如,玻璃板或塑料膜)配置而成。下电极32设置在朝向透明衬底31的透明衬底37的表面上。下电极32和上电极36可由例如透明导电材料(例如,铟锡氧化物(ITO))制成。透明导电材料可优选地为具有尽可能小的可见光吸收的材料。
下电极32可由例如多个带状子电极32A配置而成,这些带状子电极在平面内的一个方向延伸并且并排设置。上电极36设置在朝向透明衬底37的透明衬底31的表面上。上电极36可由例如多个带状子电极36A配置而成,这些带状子电极在与子电极32A的延伸方向相交(垂直)的平面内的一个方向延伸并且并排设置。
下电极32和上电极36的图案取决于驱动系统。例如,在下电极32和上电极36均由并排设置的上述带状子电极配置而成的情况下,例如,各个子电极可由一种简单的矩阵方法驱动。在下电极32和上电极36中的一个形成为薄片形(固态膜)并且另一个电极形成为非常小的正方形的情况下,例如,各个电极可由有源矩阵方法驱动。而且,在下电极32和上电极36中的一个形成为薄片形(固态膜)并且另一个电极形成为具有细小的导向线的块状的情况下,例如,每个分隔块可由分割方法驱动。
在从光调制器件30的法线的方向观看下电极32和上电极36时,光调制器件30的下电极32和上电极36彼此相对的部分配置光调制单元30-1。通过为下电极32和上电极36施加预定的电压,允许单独并且独立地驱动光调制单元30-1,并且根据为下电极32和上电极36施加的电压值,这些光调制单元相对于光源20的光显示了透明性或散射特性。要注意的是,在描述光调制层34时,更详细地描述透明性和散射特性。
配向膜33和35这样被设置为在其间夹入光调制层34。配向膜33和35例如配向用于光调制层34内的液晶或单体。各种配向膜的实例可包括垂直配向膜和水平配向膜,并且在该实施方式中,水平配向膜用于配向膜33和35。如图3中所示,用于配向膜33和35的这两个水平配向膜的配向方向朝向与光入射面10A(或线性光源)平行或大致平行的方向。在使用摩擦工序形成用于配向膜33和35的水平配向膜的情况下,配向膜33和35的摩擦方向朝向与光入射面10A(或线性光源)平行的方向。
水平配向膜的实例可包括通过在聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇等上执行摩擦工序所形成的配向膜以及通过转印、蚀刻等提供凹槽的配向膜。水平配向膜的其他实例可包括通过间接蒸镀无机材料(例如,氧化硅)所形成的配向膜、由离子束辐射形成的类金刚石碳配向膜以及具有电极图案狭缝的配向膜。在塑料薄膜用作透明衬底31和37的情况下,在制造工序中,由于在使用配向膜33和35涂覆透明衬底31和37的表面之后的烧成温度可优选地尽可能地低,所以能够在100℃或以下的温度下形成薄膜的聚酰胺酰亚胺可优选地用于配向膜33和35。
要注意的是,作为水平配向膜,可优选地使用具有为与其接触的液晶分子提供预倾角的功能的水平配向膜。在水平配向膜中发挥预倾斜功能的方法的实例可包括摩擦。预倾斜可表示,例如,靠近配向膜的液晶分子的长轴以微小的角度与“和配向膜的表面平行的平面”或“配向膜的法线”相交。上述水平配向膜可优选地具有例如允许靠近水平配向膜的液晶分子的长轴在与光入射面10A平行的平面内以微小的角度与水平配向膜的表面相交的功能。例如,通过在与光入射面10A平行的方向进行摩擦,可实现具有这种功能的水平配向膜。
而且,用于配向膜33和35的水平配向膜仅仅需要具有配向液晶和单体的功能,不需要关于重复的电压应用的对于典型的液晶显示器必需的可靠性等,这是因为在形成装置之后,关于重复的电压应用的可靠性由在通过使单体聚合所形成的生成物与液晶之间的界面确定。而且,即使未使用配向膜,例如,通过在下电极32与上电极36之间施加电场或磁场,也允许配向用于光调制层34内的液晶或单体。换言之,虽然在下电极32与上电极36之间施加电场或磁场,但是在施加电压时,允许液晶或单体的配向状态由紫外线照射固定。在电压用于形成配向膜的情况下,可单独地形成用于配向的电极以及用于驱动的电极,或者允许由频率颠倒介电常数各向异性的符号的双频液晶可用作液晶材料。而且,在磁场用于形成配向膜的情况下,具有大磁化率各向异性的材料可优选地用于配向膜,并且例如,具有大量苯环的材料可优选地用于配向膜。
根据电场的强度,一部分光调制层34或整个光调制层34相对于光源20的光展现散射特性或透明性。例如,在子电极32A和子电极36A之间未施加电压时(在后文中简称为“在未施加电压时”),光调制层34相对于光源20的光展现透明性。而且,例如,在子电极32A和子电极36A之间施加电压时(在后文中简称为“在施加电压时”),光调制层34相对于光源20的光展现散射特性。在本文中使用的术语“在未施加电压时”包括“在施加比允许光调制层34展现散射特性的电压更小并且允许光调制层34展现透明性的电压时”。在本文中使用的“在施加电压时”表示“在施加允许光调制层34展现散射特性的电压时”。
例如,如图2中所示,光调制层34可为复合层,该复合层包括聚合物区域34A以及分散在聚合物区域34A内的多个液晶区域34B。聚合物区域34A和液晶区域34B具有形状各向异性,并且进一步具有光学各向异性。要注意的是,液晶区域34B在本技术中与“第一区域”的特定实例对应,并且聚合物区域34A在本技术中与“第二区域”的特定实例对应。
(形状各向异性)
图4示出了在光调制层34的XY平面中的截面配置的一个实例。聚合物区域34A和液晶区域34B均在与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,聚合物区域34A和液晶区域34B均在与线性光源平行或大致平行的方向延伸。例如,聚合物区域34A和液晶区域34B均可连续地或间断地从光调制层30的一端延伸到另一端。而且,例如,如图4中所示,在与光入射面10A垂直的方向可交替地设置聚合物区域34A和液晶区域34B。
图5A和5B示出了光调制层34中更靠近光源20的区域(近区域30a)内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。图6A和6B示出了在距离光调制层34的光源20更远的区域(远区域30b)内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。要注意的是,近区域30a在本技术中与“第三区域”的特定实例对应,并且远区域30b在本技术中与“第四区域”的特定实例对应。
在光调制层34内,根据与光源20相距的距离,在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期中的至少在X轴方向的结构周期不同,并且在近区域30a和远区域30b内在X轴方向的结构周期彼此不同。例如,如图5A和5B中所示,光调制层34在近区域30a内可具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph2,在Y轴方向具有周期Ph1,并且在Z轴方向具有周期Pv1。而且,例如,如图6A和6B中所示,光调制层34在远区域30b内可具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph4,在Y轴方向具有周期Ph3,并且在Z轴方向具有周期Pv2。
在近区域30a和远区域30b内,在与配向膜33和35的配向方向垂直的方向,比较密集地形成在聚合物区域34A和液晶区域34B之间的界面,并且在配向膜33和35的配向方向,比较粗糙地形成这些界面。而且,与在远区域30b内相比,在聚合物区域34A和液晶区域34B之间的界面更粗糙地设置在近区域30a内。通过调节例如在制造工序中应用紫外光的方式、所应用的紫外光的偏振分量、包括在光调制层34的材料内的低分子单体的重量比等,可调节在光调制层34内的结构周期。要注意的是,稍后详细描述调节在光调制层34内的结构周期的特定方法。
根据与光源20相距的距离,在光调制层34内的聚合物区域34A的比率α1不同,并且在近区域30a和远区域30b内的比率α1彼此不同。例如,如图7到9中所示,比率α1在近区域30a内较低,并且在远区域30b内较高。
例如,如图7中所示,比率α1在近区域30a内具有固定值(a%),并且在远区域30b内具有比a%更大的固定值(b%)。例如,如图8中所示,比率α1在近区域30a内可从c%平稳地增大为b%,与光源20相距的距离增大,并且该比率在远区域30b内可具有固定值(b%)。要注意的是,c%可等于a%,或者可低于或高于a%。而且,如图9中所示,比率α1在近区域30a内可间断地(通过逐步的方式)增大,与光源20相距的距离增大,并且该比率在远区域30b内可具有固定值(b%)。
聚合物区域34A和液晶区域34B相对于电场具有不同的响应速度。聚合物区域34A相对于电场具有较低的响应性,并且液晶区域34B相对于电场具有较高的响应性。聚合物区域34A被配置为包括聚合物材料。聚合物区域34A具有例如未对电场做出响应的条纹结构或多孔结构或者其响应速度比液晶区域34B的响应速度更慢的杆状结构。在聚合物区域34A内的条纹结构、多孔结构或杆状结构在与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,在聚合物区域34A内的条纹结构、多孔结构或杆状结构在与线性光源平行或大致平行的方向延伸。
聚合物区域34A由例如聚合物材料形成,通过使低分子单体聚合,获得该聚合物材料。例如,由热量和/或光使沿着配向膜33和35的配向方向配向的具有取向和聚合性的低分子单体聚合,从而形成聚合物区域34A。液晶区域34B被配置为包括液晶材料,并且具有的响应速度充分高于聚合物区域34A的响应速度。包括在液晶区域34B内的液晶材料(液晶分子)的实例可包括杆状分子。具有正介电常数各向异性(所谓的正型液晶)的液晶分子可优选地用作包括在液晶区域34B内的液晶分子。
上述低分子单体可优选地为具有取向和聚合性的低分子单体。具有光学各向异性并且允许与液晶相结合的低分子单体可用作具有取向和聚合性的低分子单体,并且在该实施方式中,可优选使用紫外光可固化的低分子单体。在未施加电压的状态中,液晶以及通过使低分子单体聚合所形成的生成物(聚合物材料)的光学各向异性的方向彼此一致;因此,在使用紫外光固化低分子单体之前,液晶和低分子单体可优选地在相同的方向配向。在液晶用作液晶区域34B的情况下,在液晶包括杆状分子时,所使用的低分子单体材料可优选地具有杆状形状。如上所述,具有聚合性和液晶性能的材料(具有聚合性和液晶性能的低分子单体)可优选地用作低分子单体。例如,具有聚合性和液晶性能的低分子单体可优选地包括一个或多个官能团,作为可聚合的官能团,这些官能团选自由丙烯酸脂基团、甲基丙烯酸酯基团、丙烯酰基氧基团、甲基丙烯酰基氧基团、乙烯醚基团以及环氧基团构成的组。允许这些官能团通过紫外线、红外线或电子辐射或者通过加热来聚合。为了在进行紫外线照射时,抑制配向程度的减小,可添加具有多官能团的液晶材料。在聚合物区域34A具有上述条纹结构的情况下,双官能单体(具有聚合性和液晶性能的低分子单体)可优选地用作光调制层34的材料。而且,单官能单体可加入聚合物区域34A的材料中,以调节显示液晶性能的温度,或者三官能或多官能单体可加入聚合物区域34A的材料中,以提高交联密度。
(光学各向异性)
图10示意性示出在未施加电压时在聚合物区域34A和液晶区域34B内的配向状态的一个实例。在图10中的椭球134A为在未施加电压时显示聚合物区域34A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图10中的椭球134B为在未施加电压时显示液晶区域34B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。折射率椭球为表示从各种方向入射的线性偏振光的折射率的张量椭球,并且在从光入射方向观察椭球的一部分时,允许在几何上获知折射率。
图11示意性示出在施加电压时在聚合物区域34A和液晶区域34B内的配向状态的一个实例。在图11中的椭球134A为在施加电压时展现聚合物区域34A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图11中的椭球134B为在施加电压时展现液晶区域34B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
例如,如图10中所示,在未施加电压时,聚合物区域34A和液晶区域34B的结构允许聚合物区域34A的光轴AX1(更具体而言,椭球134A的长轴)的方向与液晶区域34B的光轴AX2(更具体而言,液晶区域134B的长轴)的方向彼此一致(平行)。要注意的是,光轴AX1和AX2均表示与光束的运行方向平行的线路,允许折射率具有与偏振方向无关的一个值。而且,在未施加电压时,光轴AX1和光轴AX2的方向不必始终彼此一致,并且由于例如制造误差,光轴AX1和光轴AX2的方向可略微彼此偏离。
而且,在液晶区域34B中,在未施加电压时,光轴AX2与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。在配向膜33和35具有预倾斜功能的情况下,在未施加电压时,光轴AX2与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。
另一方面,在聚合物区域34A中,无论是否施加电压,都固定光轴AX1。更具体而言,光轴AX1与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。换言之,在未施加电压时,光轴AX1与光轴AX2平行或大致平行。在配向膜33和35具有预倾斜功能的情况下,光轴AX1与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,光轴AX1与光轴AX2平行或大致平行。
聚合物区域34A和液晶区域34B的寻常折射率可优选地彼此相等,并且聚合物区域34A和液晶区域34B的非常折射率可优选地彼此相等。在这种情况下,例如,在未施加电压时,在所有方向的折射率的差值很小,并且获得高透明性。因此,例如,光源20的光穿过光调制层34,而不在光调制层34内散射。结果,例如,如图12A和12B中所示,光源20的光L(倾斜方向的光)通过对光调制器件30透明的区域(透明区域30A)传播,并且完全由在光调制器件30与空气之间的界面反射,并且与使亮度均匀的情况(在图12B中由长短交错的虚线表示)相比,在透明区域30A中的亮度(在黑色显示内的亮度)减小。要注意的是,如图12A中所示,在漫射板(未显示)设置在导光板10上的状态中,通过测量正面亮度,获得在图12B中的示图。
而且,例如,如图11中所示,在施加电压时,聚合物区域34A和液晶区域34B的结构允许光轴AX1和AX2的方向彼此不同(相交或垂直)。更具体而言,在液晶区域34B中,在施加电压时,光轴AX2与光入射面10A平行或大致平行,并且与透明衬底31的法线平行或大致平行。
因此,在施加电压时,在光调制层34中,在所有方向的折射率的差值增大,以获得高散射特性。因此,例如,光源20的光在光调制层34内散射。结果,例如,如图12A和12B中所示,光源20的光L(倾斜方向的光)在光调制器件30内在处于散射状态的区域(散射区域30B)内散射,并且散射光直接进入导光板10,或者由反光板40反射,以进入导光板10,从而从导光板10的顶面(光出射表面)离开。因此,与在使亮度均匀的情况(在图12B中由长短交错的虚线表示)中的亮度相比,散射区域30B的亮度非常显著地更高,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。
要注意的是,由于例如制造误差,聚合物区域34A和液晶区域34B的寻常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1或以下,更优选地为0.05或以下。而且,由于例如制造误差,聚合物区域34A和液晶区域34B的非常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1或以下,更优选地为0.05或以下。
而且,在聚合物区域34A内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)以及在液晶区域34B内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)可优选地尽可能大,并且可优选地为0.05或以上,更优选地为0.1或以上,并且更加优选地为0.15或以上,这是因为,在聚合物区域34A和液晶区域34B内的折射率差值较大的情况下,光调制层34的散射功率增强,以允许容易地中断导光条件,从而允许容易地提取导光板10的光。
驱动电路50控制施加给每个光调制单元30-1的一对电极(子电极32A和36A)的电压,以允许每个光调制单元30-1照射光或不照射光。
(各向异性散射)
接下来,下面描述在本实施方式中的各向异性散射。在该实施方式中,由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域34A和液晶区域34B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射造成各向异性散射。因此,下面详细描述在散射区域30B内的散射界面的存在概率的不均匀性以及在散射区域30B内的双折射。
散射界面的存在概率的不均匀性
在散射区域30B内,在与配向膜33的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域34A和液晶区域34B之间的界面,并且在与配向膜33的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。与配向膜33的配向方向垂直的方向表示与光入射面10A垂直的方向(在后文中称为“第一方向”)或与透明衬底31垂直的方向(在后文中称为“第二方向”)。与配向膜33的配向方向平行的方向表示与光入射面10A平行并且与透明衬底31的表面平行的方向(在后文中称为“第三方向”)。在聚合物区域34A中,在第一方向或第二方向通过散射区域30B传播的光在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面;因此,光被极大地散射。另一方面,在聚合物区域34A内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面;因此,未极大地散射光。
双折射
而且,在散射区域30B内,在第一方向传播的光在聚合物区域34A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时受到在液晶区域34B的非常光折射率与聚合物区域34A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域34B的寻常光折射率与聚合物区域34A的非常光折射率之间的差值的影响。因此,在第一方向通过散射区域30B传播的光被极大地散射。
另一方面,在散射区域30B内,在第二方向或第三方向传播的光在聚合物区域34A内在条纹结构的短轴方向或长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时仅仅受到在液晶区域34B的寻常光折射率与聚合物区域34A的非常光折射率之间的差值或在液晶区域34B的非常光折射率与聚合物区域34A的寻常光折射率之间的差值的影响。结果,在散射区域30B内,在第二方向或第三方向传播的光的散射比在第一方向传播的光的散射更小。
换言之,光调制层34被配置为在散射区域30B内(在光调制层34显示散射特性时)展现各向异性散射,其中,在第一方向传播的光的散射(在后文中称为“第一散射”)比在第三方向传播的光的散射(在后文中称为“第三散射”)更大。而且,光调制层34被配置为在散射区域30B内(在光调制层34显示散射特性时)展现各向异性散射,其中,在第二方向传播的光的散射(在后文中称为“第二散射”)比第三散射更大。
如在本文中所使用的,A为第一散射的强度,B为第二散射的强度,并且C为第三散射的强度。A1为在光调制层34的近区域30a内的第一散射的强度,C1为在光调制层34的近区域30a内的第三散射的强度。A2为在光调制层34的远区域30b内的第一散射的强度,C2为在光调制层34的远区域30b内的第三散射的强度。此时,在光调制层34展现散射特性时,光调制层34被配置为满足以下表达式。A1/C1与在近区域30a内的散射各向异性的强度对应(稍后进行描述),并且A2/C2与在远区域30b内的散射各向异性的强度对应(稍后进行描述)。
A>B>C
A1/C1<A2/C2
接下来,下面描述在光调制层34显示这种各向异性散射的情况下的优点。具有光学各向同性的光调制层显示各向同性散射特性。在使用这种光调制层代替在该实施方式中的光调制层34的情况下,大量的光也在与导光板10平行的方向散射,并且降低在中断导光条件之前改变光传播方向的概率。另一方面,在该实施方式中,从以上表达式中可见,在光调制层34上入射的光主要在与导光板10的顶面垂直的方向散射;因此,光优先在中断导光条件的方向散射。因此,认为在光调制层34展现各向异性散射时,导光板10的光提取效率增大。
为了增大所引导的光的散射特性,在聚合物区域34A内的短轴方向的平均条纹纹理尺寸可优选地在从0.1微米到10微米(包括0.1微米和10微米)的范围内,并且更优选地在从0.2微米到2.0微米(包括0.2微米和2.0微米)的范围内。
接下来,下面描述在近区域30a和远区域30b内的各向异性散射的强度。
散射各向异性的强度表示三个轴的商,即,在第一方向(X轴方向)传播的光的散射的强度、在第三方向(Y轴方向)传播的光的散射的强度以及在第二方向(Z轴方向)传播的光的散射的强度。更具体而言,三个轴的商表示以下三个分数((A)到(C))的总和。在三个轴的商较大时,散射各向异性较大,并且在三个轴的商较小时,散射各向异性较小。换言之,三个轴的商偏离1越远,散射各向异性就变得越大,并且三个轴的商越接近1,散射各向异性就变得越小。要注意的是,在以下分数((A)到(C))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((A)到(C))中交换位置。
(A)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(B)(在第二方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(C)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第二方向传播的光的散射的强度)
由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域34A和液晶区域34B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射来确定散射各向异性的强度。在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导,这是因为在考虑散射界面的存在概率时,相同的介质理想地在第三方向继续;因此,光未在第三方向散射,仅仅在第一方向和第二方向散射。此时,在桌上计划中,在第三方向的散射为0;因此,第三方向与第一方向和第二方向的散射比率无限大。换言之,在考虑双折射时,虽然两个偏振分量在第一方向散射,但是仅仅一个偏振分量在第二方向和第三方向散射。此时,第一方向与第二方向和第三方向的散射比率至多为两倍高。因此,在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导。因此,下面描述在散射界面的存在概率与散射各向异性的强度之间的关系,将不描述在双折射与散射各向异性的强度之间的关系。
散射各向异性的强度与三个轴的商对应,即,在光调制层34内的第一方向的周期、在光调制层34内的第三方向的周期以及在光调制层34内的第二方向的周期。三个轴的商明确表示以下三个分数((D)到(F))的总和。要注意的是,在以下分数((D)到(F))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((D)到(F))中交换位置。
(D)(在光调制层34内的第三方向的周期)/(在光调制层34内的第一方向的周期)
(E)(在光调制层34内的第三方向的周期)/(在光调制层34内的第二方向的周期)
(F)(在光调制层34内的第二方向的周期)/(在光调制层34内的第一方向的周期)
在近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)具有与Ph1/Ph2+Ph1/Pv1+Pv1/Ph对应的值。而且,在远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)具有与Ph3/Ph4+Ph3/Pv2+Pv2/Ph4对应的值。在本文中,各个周期可具有例如以下关系。
Ph1/Ph2<Ph3/Ph4
Ph1/Pv1<Ph3/Pv2
Ph2几乎等于Pv1。
Ph4几乎等于Pv2。
因此,可以说,在光调制层34展现散射特性时,光调制层34被配置为满足A>B>C和A1/C1<A2/C2。
在近区域30a和远区域30b内的散射各向异性的强度彼此不同,这是因为在近区域30a和远区域30b内在光调制层34内的聚合物区域34A的比率α1彼此不同。在光调制层34内的聚合物区域34A的比率α1在近区域30a内较低并且在远区域30b内较高。在比率α1较低的区域(近区域30a)内,与比率α1较高的区域(远区域30b)相比,散射各向异性的强度较低。
例如,通过在制造工序中施加紫外光,可调节比率α1。例如,通过调节用于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物的紫外光的强度或总剂量,可调节比率α1。因此,通过施加紫外光,以允许施加于距离光源20更远的区域的紫外光的强度或总剂量大于施加于更靠近光源20的区域的紫外光的强度或总剂量,可形成光调制层34(近区域30a和远区域30b)。在聚合物区域34A内的比率α1例如如图7中所示的情况下,紫外光的强度或总剂量具有与在图7中的分布相似的分布(例如,参照图13)。而且,在聚合物区域34A内的比率α1例如如图8中所示的情况下,紫外光的强度或总剂量具有与在图8中的分布相似的分布(例如,参照图14)。而且,在聚合物区域34A内的比率α1例如如图9中所示的情况下,紫外光的强度或总剂量具有与在图9中的分布相似的分布(例如,参照图15)。
例如,通过使用灰阶掩膜,可调节紫外光的强度。例如,可通过其中在距离光源20更远的区域内的紫外光的透射率高于在更靠近光源20的区域内的紫外光的透射率的灰阶掩膜,将紫外光施加于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物中,来调节比率α1。因此,可通过其中在距离光源20更远的区域内的紫外光的透射率高于在更靠近光源20的区域内的紫外光的透射率的灰阶掩膜,施加紫外光,来形成光调制层34(近区域30a和远区域30b)。
例如,通过使用照射紫外光的LED,可调节紫外光的强度。例如,可将在紫外线区域内的LED光施加于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物中,以便允许施加于距离光源20更远的区域的紫外光的强度大于施加于更靠近光源20的区域的紫外光的强度,来调节比率α1。因此,可通过施加在紫外线区域内的LED光,以便允许施加于距离光源20更远的区域的紫外光的强度大于施加于更靠近光源20的区域的紫外光的强度,来形成光调制层34(近区域30a和远区域30b)。
例如,通过使用照射紫外光的LED,可调节紫外光的总剂量。例如,可将在紫外线区域内的LED光的脉冲用于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物中,以便允许施加于距离光源20更远的区域的紫外光的总剂量大于施加于更靠近光源20的区域的紫外光的总剂量,来调节比率α1。因此,可通过施加在紫外线区域内的LED光的脉冲,以便允许施加于距离光源20更远的区域的紫外光的总剂量大于施加于更靠近光源20的区域的紫外光的总剂量,来形成光调制层34(近区域30a和远区域30b)。而且,在上述混合物暴露在光中,同时使用传送带来输送,用于在制造工序中进行输送的情况下,可调节传送带的速度,以便允许施加于距离光源20更远的区域的紫外光的总剂量大于施加更靠近光源20的区域的紫外光的总剂量。
要注意的是,例如,通过使用偏振光来进行曝光,可形成光调制层34。例如,允许通过将在紫外线区域内的偏振光用于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物中,以便用于距离光源20更远的区域的在紫外线区域内的偏振光的偏振分量比用于更靠近光源20的区域的在紫外线区域内的偏振光的偏振分量更多,来形成光调制层34,其中,散射各向异性的程度在近区域30a内较小,并且在远区域30b内较大。因此,由于用于距离光源20更远的区域的在紫外线区域内的偏振光的偏振分量比用于更靠近光源20的区域的在紫外线区域内的偏振光的偏振分量更多,所以可形成光调制层34(近区域30a和远区域30b)。要注意的是,在通过这种方式形成光调制层34的情况下,在近区域30a内的比率α1比在远区域30b内的比率α1更小,或者在近区域30a和远区域30b内的比率α1可彼此相等或大致相等。
而且,例如,允许通过调节液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的的重量比,来形成光调制层34。例如,允许通过以从98:2到75:25的重量比,混合液晶材料与具有聚合性和液晶性能的低分子单体,以形成混合物,并且将紫外光施加于该混合物中,以固化上述低分子单体,来形成包括在近区域30a内的聚合物区域34A和液晶区域34B。而且,允许通过以从95:5到50:50的重量比,混合液晶材料与具有聚合性和液晶性能并且具有比在近区域30a内的上述低分子单体的重量百分比更大的重量百分比的低分子单体,以形成混合物,并且将紫外光应用于该混合物中,以固化上述低分子单体,来形成包括在远区域30b内的聚合物区域34A和液晶区域34B。因此,通过沉积液晶材料与具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物,以便允许在更靠近光源20的区域内的液晶材料与混合物的重量比大于在距离光源20更远的区域内的液晶材料与混合物的重量比,并且然后将紫外光用于该混合物中,可形成光调制层34(近区域30a和远区域30b)。
下面参照图16到18,描述根据该实施方式的制造照明单元1的方法。
首先,在由玻璃衬底或塑料膜衬底(参照图16A)配置成的透明衬底31上,形成由ITO等制成的透明导电膜32E。接下来,在透明导电膜32E上形成图案化抗蚀层(未显示),然后,将抗蚀层用作掩膜,来选择性地蚀刻透明导电膜32E。结果,形成下电极32(参照图16B)。
接下来,在使用配向膜33涂覆透明衬底31的整个表面之后,使配向膜33干燥以及烧制该配向膜(参照图16C)。在基于聚酰亚胺的材料用作配向膜33的情况下,NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)通常用作溶剂;然而,此时,在大气下需要大约200℃的温度。要注意的是,在这种情况下,在塑料衬底用作透明衬底31时,可在100℃的温度下使配向膜33真空干燥,并且烧制该配向膜。随后,在配向膜33上进行摩擦工序。因此,允许配向膜33用作水平配向的配向膜。
接下来,允许形成单元间隙的垫片38通过干法或湿法喷射(spray)在配向膜33上(参照图17A)。要注意的是,在光调制单元30-1由真空粘合方法形成的情况下,垫片38可在要滴下的混合物内混合。或者,可由光刻法形成柱状垫片,代替垫片38。
然后,使用密封剂图案39涂覆由与上述方法相似的方法形成的配向膜35,用于粘合和防止具有例如框架性状的液晶泄露(参照图17B)。允许由分配器方法或丝网印刷法来形成密封剂图案39。
下面描述真空粘合方法(滴下式注入(ODF)法);然而,光调制单元30-1还可由真空注射方法、辊压接合方法等形成。
首先,与由单元间隙、单元面积等确定的容量对应的液晶与单体的混合物44均匀地滴在平面上(参照图17C)。使用线性导轨精密分配器,可优选地滴入该混合器44;然而,使用密封剂图案39,可将模具涂布器用作储库。
上述材料可用作液晶和单体,并且液晶与低分子单体的重量比在从98:2到50:50的范围内,可优选地在从95:5到75:25的范围内,并且更优选地在从92:8到85:15的范围内。通过增大液晶的比率,允许减小驱动电压;然而,在液晶增大过多时,液晶往往难以返回透明状态,例如,在施加电压时减少白度,或者在关闭电压之后,响应速度减小。
除了液晶和低分子单体以外,将聚合引发剂加入混合物44中。根据所使用的紫外线波长,在0.1wt%到10wt%的范围内调节所添加的聚合引发剂的单体比率。必要时,聚合引发剂、增塑剂、粘度改进剂等可进一步加入混合物44中。在单体在室温下为固态或凝胶时,可优选地加热盖体、注射器以及衬底。
在透明衬底31和36放入真空粘合系统(未显示)内之后,进行疏散,以粘合透明衬底31和36(参照图18A)。随后,在大气压力下,通过均匀的增压将生成物释放到大气中,以使单元间隙均匀。根据在白色亮度(白色度)和驱动电压之间的关系,适当地选择单元间隙;然而,单元间隙在1μm到40μm的范围内,可优选地在1μm到20μm的范围内,并且更优选地在1μm到10μm的范围内。
在粘合之后,必要时,可优选地进行配向工序(未显示)。在由于在正交尼科耳偏振器之间插入粘合的单元从而发生漏光的情况下,该单元可加热预定的时间或者留在室温下。因此,由于配向膜33和35的配向功能,所以在该混合物44内的液晶和低分子单体配向。随后,使用紫外光L3照射混合物44,以使低分子单体聚合(参照图18B)。此时,通过调节紫外光的强度或总剂量,来调节聚合物区域34A的比率α1。而且,如上所述,使用偏振光,来进行曝光。因此,制造光调制器件30,在显示散射特性时,该光调制器件包括满足A>B>C和A1/C1<A2/C2的调制层34。
在紫外线照射时,可优选地防止该单元的温度改变。可优选地使用红外线截止滤波器,或者UV-LED等可优选地用作光源。紫外线照射对复合材料的组织结构产生影响;因此,根据所使用的液晶材料或所使用的单体材料及其合成物,可优选地适当地调节紫外线照射,并且紫外线照射可优选的在0.1mW/cm2到500mW/cm2的范围内,更优选地在0.5mW/cm2到30mW/cm2的范围内。具有以下趋势:紫外线照射越低,驱动电压就变得更低,并且优选地,允许在生产率与特性这两方面选择紫外线照射。
然后,光调制器件30粘合至导光板10(参照图18C)。通过粘附或粘贴,可进行粘合;然而,最好使用折射率尽可能接近导光板10的折射率以及光调制器件10的衬底材料的折射率的材料,来粘贴或粘附光调制器件30。最后,导向线(未显示)粘合至下电极32和上电极36。因此,制造根据本实施方式的照明单元1。
虽然描述了形成光调制器件30并且最终将光调制器件30粘合至导光板10的工序,但是在其上形成配向膜35的透明衬底36可提前粘合至导光板10的表面,以形成照明单元1。而且,照明单元1可由馈纸式方法和卷到卷方法中的一个形成。
【功能与效应】
接下来,下面描述根据本实施方式的照明单元1的功能与效应。
在根据本实施方式的照明单元1中,在每个光调制单元30-1的一对电极(子电极32A和36A)之间施加电压,以允许在一个光调制单元30B内的液晶区域34B的光轴AX2与聚合物区域34A的光轴AX1平行或大致平行,并且允许在另一个光调制单元30B内的液晶区域34B的光轴AX2与聚合物区域34A的光轴AX1相交或垂直。结果,从光源20中照射并且进入导光板10内的光穿过透明区域30A,其中,光调制单元30的光轴AX1和AX2彼此平行或大致平行。另一方面,从光源20中照射并且进入导光板10内的光在散射区域30B内散射,其中,光调制单元30的光轴AX1和AX2彼此相交或垂直。在散射光内已经穿过散射区域30B的底面的光由反光板40反射,以再次返回导光板10,然后,该光从照明单元1的顶面离开。而且,在散射光内朝向散射区域30B的顶面的光穿过导光板10,然后从照明单元1的顶面离开。因此,在该实施方式中,光几乎不从透明区域30A的顶面离开,光从散射区域30B的顶面离开。因此,调制比率在前方向增大。
通常,通过混合液晶材料和各向同性低分子材料,并且由紫外线照射造成相位分离,使溶剂干燥等,来形成PDLC,并且该PDLC为复合层,其中,液晶材料的微粒分散在聚合物材料内。在未施加电压时,在复合层内的液晶材料在任意方向配向,因此,显示了散射特性,但是另一方面,在施加电压时,液晶材料在电场方向配向;因此,在液晶材料的寻常折射率和聚合物材料的折射率彼此相等时,液晶材料在前方向(在PDLC的法线方向)显示高透明性。然而,在该液晶材料中,在液晶材料的非常折射率与聚合物材料的折射率之间的差值在倾斜方向变得很明显;因此,即使液晶材料在前方向具有透明性,液晶材料在倾斜方向也显示散射特性。
使用PDLC的典型光调制器件通常具有一种配置,其中,PDLC夹在两个玻璃板之间,玻璃板具有在其上形成透明导电膜的表面。在光倾斜地从空气中进入具有上述配置的光调制器件内时,从倾斜方向入射的光由在空气与玻璃板之间的折射率差值反射,以通过更小的角度进入PDLC内。因此,在这种光调制器件内未发生极大地散射。在光以80°的角度从空气中进入时,由于在玻璃界面上的折射,所以光在PDLC上的入射角减小为大约40°。
然而,在使用导光板的边缘光系统中,由于光通过导光板进入,所以该光以大约80°的大角度与PDLC相交。因此,在液晶材料的非常折射率与聚合物材料的折射率之间的差值较大,并且该光以更大的角度与PDLC相交,从而造成更长的光路受到散射。例如,在具有寻常折射率1.5和非常折射率1.65的液晶材料的微粒分散在具有折射率1.5的聚合物材料内的情况下,在前方向(在PDLC的法线方向),没有折射率差值,但是在倾斜方向,折射率差值较大。因此,不允许降低在倾斜方向的散射特性,从而产生低视角特征。而且,在光学薄膜(例如,漫射膜)设置在导光板上的情况下,倾斜漏光由于漫射膜等从而也在前方向漫射,从而造成在漏光在前方向增大并且调制比率在前方向减小。
另一方面,在该实施方式中,由于聚合物区域34A和液晶区域34B形成为包括光学各向异性材料,所以散射特性在倾斜方向减小,从而能够提高透明性。例如,在聚合物区域34A和液晶区域34B被配置为包括寻常折射率彼此相等并且非常折射率也彼此相等的光学各向异性材料时,在下电极32与上电极36之间未施加电压的区域内,聚合物区域34A和液晶区域34B的光轴方向彼此一致或大致一致。因此,折射率差值在包括前方向(光调制器件30的法线的方向)和倾斜方向的所有方向减小或消除,从而获得高透明性。结果,允许减少或几乎消除在具有大视角的范围内的光的泄露,并且可提高视角特性。
例如,在混合具有寻常折射率1.5以及非常折射率1.65的液晶和具有寻常折射率1.5以及非常折射率1.65的液晶单体时,并且在液晶和液晶单体由配向膜或电场配向的状态中,使液晶单体聚合时,液晶的光轴以及通过使液晶单体聚合从而形成的聚合物的光轴彼此一致。因此,允许折射率在所有方向彼此一致,从而能够实现透明度较高的状态,并且能够进一步改进视角特性。
而且,在本实施方式中,例如,如图12A和12B中所示,与使亮度均匀的情况(在图12B中由长短交错的虚线表示)相比,在透明区域30A中的亮度(在黑色显示内的亮度)更低。另一方面,与使亮度均匀的情况(在图12B中由长短交错的虚线表示)相比,在散射区域30B内的亮度明显增大,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。
与在整个屏幕上进行白色显示的情况相比,部分亮度增强为在部分进行白色显示时增强亮度的技术。部分亮度增强通常并且常常用于CRT、PDP等内。然而,在液晶显示器内,由于背光在其整个表面内均匀地照射光,与图像无关,所以不允许部分增强亮度。在二维设置多个LED的LED背光用作背光时,允许关闭一些LED。然而,在这种情况下,关闭LED的黑色区域的漫射光消失;因此,与打开所有LED的情况相比,亮度变低。而且,通过增大流过打开的一些LED的电流,可增大亮度;然而,在这种情况下,大电流流动极短的时间,从而造成电路的负荷与可靠性问题。
另一方面,在该实施方式中,由于聚合物区域34A和液晶区域34B形成为包括光学各向异性材料,所以抑制在倾斜方向的散射特性,以减少在黑暗状态中从导光板中泄露的光。因此,由于将光从处于部分黑暗的状态中的一部分中引入处于部分明亮的状态中的一部分,所以可实现部分亮度增强,而不增大提供给照明单元1的电力。
而且,在该实施方式中,(在将预倾斜角提供给液晶分子的状态中)在包括在液晶区域34B内的液晶分子在未施加电压的区域内配向的情况下,包括在液晶区域34B内的液晶材料未在任意方向升高,而是在施加电压时,在与光入射面10A平行的平面内升高。此时,聚合物区域34A和液晶区域34B的光轴AX1和AX2在与光入射面10A平行的平面内彼此相交或垂直。因此,在施加电压的区域内,在包括前方向(光调制器件30的法线方向)和倾斜方向的所有方向的折射率差值增大,以获得高散射特性。结果,显示亮度可提高。而且,通过上述部分亮度增强效应,显示亮度可进一步提高。
因此,在该实施方式中,虽然允许减少或完全消除在具有大视角的范围内的漏光,但是显示亮度可提高。结果,允许在前方向的调制比率增大。
在上述水平配向型PDLC中,在条纹结构的短轴方向密集地并且在条纹结构的长轴方向粗糙地形成在聚合物材料与液晶材料之间的界面。因此,在条纹结构在与线性光源平行的方向延伸的情况下,在上述条纹结构的短轴方向通过PDLC传播的光在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入该界面,结果,光被极大地散射。另一方面,在上述条纹结构的长轴方向通过PDLC传播的光未这么频繁地进入该界面;因此,未极大地散射光。
而且,在条纹结构的短轴方向并且在与光入射面垂直的方向通过PDLC传播的光在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时受到在液晶材料的非常光折射率与聚合物材料的寻常光折射率之间的差值和在液晶材料的寻常光折射率与聚合物材料的非常光折射率之间的差值的影响。另一方面,在上述条纹结构的长轴方向或者在PDLC的厚度方向通过PDLC传播的光传播,同时受到在液晶材料的非常光折射率与聚合物材料的寻常光折射率之间的差值或在液晶材料的寻常光折射率与聚合物材料的非常光折射率之间的差值的影响。因此,虽然主要散射在条纹结构的短轴方向并且在与光入射面垂直的方向通过PDLC传播的光,但是未极大地散射在上述条纹结构的长轴方向或者在PDLC的厚度方向通过PDLC传播的光。
因此,在水平配向型PDLC中,由于上述两个因素,所以在条纹结构的短轴方向并且在与光入射面垂直的方向通过PDLC传播的光、在条纹结构的短轴方向并且在PDLC的厚度方向传播的光、以及在与条纹结构的长轴方向平行的方向传播的光具有散射的各向异性。结果,在PDLC的厚度方向传播的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大;因此,获得高亮度和高对比度。
然而,在将水平配向型PDLC应用于边缘光系统背光的情况下,由于在X方向传播的光以及在Y方向传播的光具有散射的各向异性,所以亮度分布容易变得不均匀。尤其地,在线性光源内的各个点状光源的排列间距较大时,在线性光源附近形成光和暗条纹。
另一方面,在该实施方式中,在更靠近光调制层34的光源20的近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)比在距离光调制层34的光源20更远的远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)更小。因此,允许在光源20附近减少通过光调制层34传播的光的各向异性散射。由于在第一散射与第三散射之间的较大差异,所以形成由光源20的排列造成的光和暗条纹。因此,在光源20附近减少上述各向异性散射时,允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。而且,在该实施方式中,仅仅在更靠近光调制层34的光源20的区域内,减少上述各向异性散射;因此,与在整个光调制层34内减少上述各向异性散射的情况相比,允许获得高亮度。而且,在该实施方式中,由于第二散射比第三散射更强,所以光源20的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大。因此,在该实施方式中,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
而且,在该实施方式中,由于配向膜33和35的配向方向彼此相等,所以与稍后描述的其他照明单元相比,允许输出具有更多偏振分量的光。因此,例如,在照明单元1用作显示面板的背光的情况下,在照明单元1这样设置为允许配向膜33和35与更靠近显示面板的照明单元1的偏振板的传输轴的配向方向彼此平行时,允许提高照明单元1的光输出在显示面板内的使用效率。
(2、第二实施方式)
接下来,下面描述根据本技术的第二实施方式的照明单元2。根据该实施方式的照明单元2与根据上述实施方式的照明单元1的配置的不同之处在于,如图19中所示,提供光调制器件60,代替光调制器件30。因此,主要描述与上述实施方式的配置的不同之处,酌情不进一步描述与上述实施方式的配置的共同之处。
图20示出了光调制器件60的截面配置的一个实例。在光调制器件60中,例如,依次设置反光板40的透明衬底31、下电极32、配向膜33、光调制层64、配向膜65、上电极36以及透明衬底37。
配向膜33和65这样设置为在其间夹入光调制层64。配向膜33和65例如配向用于光调制层64内的液晶或低分子单体。在光调制层64显示散射特性时,配向膜33和65形成为满足以下两个表达式(A>B>C和A1/C1<A2/C2)。与上述实施方式一样,配向膜33为水平配向膜,并且在与光入射面10A平行或大致平行的方向具有配向方向。在使用摩擦工序形成用于配向膜33的水平配向膜的情况下,配向膜33的摩擦方向朝向与光入射面10A平行的方向。
另一方面,配向膜65为复合膜,该复合膜由水平配向膜和垂直配向膜配置而成。例如,如图21中所示,在配向膜65中,近区域30a由垂直配向膜配置而成,并且远区域30b由与配向膜33相同的水平配向膜配置而成。要注意的是,例如,如图22中所示,在近区域30a和远区域30b之间的界限周围,配向膜65可具有过渡区域30C,该过渡区域的配向性能从水平配向膜的配向性能逐渐变成垂直配向膜的配向性能,与光源20相距的距离增大。
根据电场的强度,一部分光调制层64或整个光调制层64相对于光源20的光显示散射特性或透明性。例如,在未施加电压时,光调制层64相对于光源20的光显示透明性。而且,例如,在施加电压时,光调制层64相对于光源20的光显示散射特性。例如,如图20中所示,光调制层64为复合层,该复合层包括聚合物区域64A以及在该聚合物区域64A内分散的多个液晶区域64B。聚合物区域64A和液晶区域64B具有形状各向异性,并且进一步具有光学各向异性。要注意的是,液晶区域64B在本技术中与“第一区域”的特定实例对应,并且聚合物区域64A在本技术中与“第二区域”的特定实例对应。
(形状各向异性)
图23示出在光调制层64的配向膜65附近的XY平面中的截面配置的一个实例。图24示出在光调制层64的配向膜33附近的XY平面中的截面配置的一个实例。
在近区域30a的配向膜65附近的区域内,聚合物区域64A和液晶区域64B均在与透明衬底31的表面相交的方向延伸。例如,如图23所示,在从透明衬底31的法线方向观看时,在近区域30a的配向膜65附近的区域内,在聚合物区域64A之上布满了液晶区域64B。在近区域30a的配向膜33附近的区域内,聚合物区域64A和液晶区域64B均在与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,在近区域30a的配向膜33附近的区域内,聚合物区域64A和液晶区域64B均在与线性光源平行或大致平行的方向延伸。而且,在远区域30b内,聚合物区域64A和液晶区域64B均在与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,在远区域30b内,聚合物区域64A和液晶区域64B均在与线性光源平行或大致平行的方向延伸。
例如,在近区域30a内,聚合物区域64A和液晶区域64B均可连续地或间断地从光调制层60的一端延伸到另一端。例如,在远区域30b内,聚合物区域64A和液晶区域64B均可连续地或间断地从光调制层60的一端延伸到另一端。例如,在近区域30a的配向膜33附近的区域内,在与光入射面10A垂直的方向可交替地设置聚合物区域64A和液晶区域64B。例如,在远区域30b内,在与光入射面10A垂直的方向可交替地设置聚合物区域64A和液晶区域64B。
图25A和25B示出了在光调制层64的近区域30a内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。图26A和26B示出了在光调制层64的远区域30b内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。例如,如图25A和25B中所示,光调制层64在近区域30a的配向膜65附近的区域内具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph7,在Y轴方向具有周期Ph5,并且在Z轴方向具有周期Pv3。而且,例如,如图25A和25B中所示,光调制层64在近区域30a的配向膜33附近的区域内具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph8,在Y轴方向具有周期Ph6,并且在Z轴方向具有周期Pv4。
在近区域30a的配向膜65附近的区域内,聚合物区域64A由聚合物材料构成,在低分子单体由配向膜63的功能配向的状态中,通过使上述低分子单体聚合,来获得该聚合物材料。因此,在近区域30a的配向膜65附近的区域内,在与配向膜65的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域64A和液晶区域64B之间的界面,并且在配向膜65的配向方向,粗糙地形成这些界面。
在近区域30a的配向膜33附近的区域内,聚合物区域64A由聚合物材料构成,在低分子单体由配向膜33的功能配向的状态中,通过使上述低分子单体聚合,来获得该聚合物材料。因此,在近区域30a的配向膜33附近的区域内,在与配向膜33的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域64A和液晶区域64B之间的界面,并且在配向膜33的配向方向,粗糙地形成这些界面。
在远区域30b内,聚合物区域64A由聚合物材料构成,在低分子单体由配向膜33和63的功能配向的状态中,通过使上述低分子单体聚合,来获得该聚合物材料。因此,在远区域30b内,在与配向膜33和63的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域64A和液晶区域64B之间的界面,并且在配向膜33和63的配向方向,粗糙地形成这些界面。
如图27中所示,在光调制层64内的聚合物区域64A的比率α2固定(均匀)或大致固定(大致均匀),与和光源20相距的距离无关。比率α2例如可在从50wt%到98wt%的范围内,优选地在从75wt%到95wt%的范围内,并且更优选地在从85wt%到92wt%的范围内。例如,通过用作光调制层64的一种材料的低分子单体的重量比、施加于低分子单体的紫外光的强度或总剂量等,可调节该比率α2。
聚合物区域64A和液晶区域64B相对于电场具有不同的响应速度。聚合物区域64A相对于电场具有较低的响应性,并且液晶区域64B相对于电场具有较高的响应性。聚合物区域64A被配置为包括聚合物材料。聚合物区域64A具有例如未对电场做出响应的条纹结构或多孔结构或者其响应速度比液晶区域64B的响应速度更慢的杆状结构。聚合物区域64A由例如聚合物材料形成,通过使低分子单体聚合,获得该聚合物材料。例如,由热量和/光使沿着液晶区域64的配向方向或者配向膜33和65的配向方向配向的具有取向和聚合性的低分子单体聚合,从而形成聚合物区域64A。
液晶区域64B被配置为包括液晶材料,并且具有的响应速度充分高于聚合物区域64A的响应速度。包括在液晶区域64B内的液晶材料(液晶分子)的实例包括杆状分子。具有正介电常数各向异性(所谓的正型液晶)的液晶分子可优选地用作包括在液晶区域64B内的液晶分子。
(光学各向异性)
图28示意性示出在未施加电压时在远区域30b内的在聚合物区域64A和液晶区域64B内的配向状态的一个实例。在图28中的椭球164A为在未施加电压时在远区域30b内显示聚合物区域64A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图28中的椭球164B为在未施加电压时在远区域30b内显示液晶区域64B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图29示意性示出在施加电压时在远区域30b内的在聚合物区域64A和液晶区域64B内的配向状态的一个实例。在图29中的椭球164A为在施加电压时在远区域30b内显示聚合物区域64A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图29中的椭球164B为在施加电压时在远区域30b内显示液晶区域64B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图30示意性示出在未施加电压时在近区域30a内的在聚合物区域64A和液晶区域64B内的配向状态的一个实例。在图30中的椭球164A为在未施加电压时在近区域30a内显示聚合物区域64A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图30中的椭球164B为在未施加电压时在近区域30a内显示液晶区域64B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图31示意性示出在施加电压时在近区域30a内的在聚合物区域64A和液晶区域64B内的配向状态的一个实例。在图31中的椭球164A为在施加电压时在近区域30a内显示聚合物区域64A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图31中的椭球164B为在施加电压时在近区域30a内显示液晶区域64B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
例如,如图28中所示,在未施加电压时,聚合物区域64A和液晶区域64B的结构允许聚合物区域64A的光轴AX3(更具体而言,椭球164A的长轴)的方向与液晶区域64B的光轴AX4(更具体而言,椭球164B的长轴)的方向在远区域30b内彼此一致(平行)。要注意的是,光轴AX3和AX4均表示与光束的运行方向平行的线路,允许折射率具有与偏振方向无关的一个值。而且,在未施加电压时,光轴AX3和光轴AX4的方向不必始终彼此一致,并且由于例如制造误差,光轴AX3和光轴AX4的方向可略微彼此偏离。
在液晶区域64B中,在未施加电压时,在远区域30b内,光轴AX4与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。在配向膜33和65具有预倾斜功能的情况下,在未施加电压时,光轴AX4与光入射面10A平行或大致平行,并且在远区域30b内,以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。
另一方面,在聚合物区域64A中,无论是否施加电压,都固定光轴AX3。更具体而言,在远区域30b内,光轴AX3与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。换言之,在未施加电压时,在远区域30b内,光轴AX3与光轴AX4平行或大致平行。在配向膜33和65具有预倾斜功能的情况下,光轴AX3与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,光轴AX3与光轴AX4平行或大致平行。
聚合物区域64A和液晶区域64B的寻常折射率可优选地彼此相等,并且聚合物区域64A和液晶区域64B的非常折射率可优选地彼此相等。在这种情况下,例如,在未施加电压时,在所有方向的折射率的差值很小,并且获得高透明性。因此,例如,光源20的光穿过光调制层64,而不在光调制层64内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)完全由对光调制器件60透明的区域(透明区域30A)的界面反射,并且与使亮度均匀的情况相比,在透明区域30A中的亮度(在黑色显示内的亮度)减小。
而且,例如,如图29中所示,在施加电压时,在远区域30b内,聚合物区域64A和液晶区域64B的结构允许光轴AX3和AX4的方向彼此不同(相交或垂直)。在液晶区域64B中,在施加电压时,在远区域30b内,光轴AX4与光入射面10A平行或大致平行,并且与透明衬底31的法线平行或大致平行。
因此,在施加电压时,在光调制层64中,在所有方向的折射率的差值增大,以获得高散射特性。因此,例如,光源20的光在光调制层64内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)在光调制器件60内穿过处于散射状态的区域(散射区域30B)的界面,并且朝向反光板40穿过的光由反光板40反射,以穿过光调制器件60。因此,与在使亮度均匀的情况中的亮度相比,散射区域30B的亮度非常显著地更高,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。
要注意的是,由于例如制造误差,聚合物区域64A和液晶区域64B的寻常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1或以下,更优选地为0.05或以下。而且,由于例如制造误差,聚合物区域64A和液晶区域64B的非常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1或以下,更优选地为0.05或以下。
而且,在聚合物区域64A内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)以及在液晶区域64B内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)可优选地尽可能大,并且可优选地为0.05或以上,更优选地为0.1或以上,并且更加优选地为0.15或以上,这是因为,在聚合物区域64A和液晶区域64B内的折射率差值较大的情况下,光调制层64的散射功率增强,以允许容易地中断导光条件,从而允许容易地提取导光板10的光。
例如,如图30中所示,在未施加电压时,聚合物区域64A和液晶区域64B的结构允许聚合物区域64A的光轴AX3的方向与液晶区域64B的光轴AX4的方向在近区域30a内彼此一致(平行)。要注意的是,在未施加电压时,光轴AX3和光轴AX4的方向不必始终彼此一致,并且由于例如制造误差,光轴AX3和光轴AX4的方向可略微彼此偏离。
在近区域30a内的液晶区域64B中,在未施加电压时,在光轴AX4的方向上升的方向,光轴AX4的方向从配向膜33侧变成配向膜65侧。更具体而言,在更靠近配向膜33的区域内,光轴AX4与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。在配向膜33具有预倾斜功能的情况下,在更靠近配向膜33的区域内,在未施加电压时,光轴AX4与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。换言之,在未施加电压时,光轴AX4与在更靠近配向膜33的区域内的线性光源平行或大致平行。而且,在更靠近配向膜65的区域内,在未施加电压时,光轴AX4与透明衬底31的法线平行或大致平行。在配向膜65具有预倾斜功能的情况下,在更靠近配向膜65的区域内,光轴AX4与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的法线相交。换言之,在未施加电压时,光轴AX4与在更靠近配向膜65的区域内的线性光源垂直或大致垂直。
在近区域30a内的聚合物区域64A中,无论是否施加电压,在光轴AX3的方向上升的方向,光轴AX4的方向从配向膜33侧变成配向膜65侧。更具体而言,在更靠近配向膜33的区域内,光轴AX3与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。换言之,在未施加电压时,在更靠近配向膜33的区域内,光轴AX3与线性光源平行或大致平行并且与光轴AX4平行或大致平行。在配向膜33具有预倾斜功能的情况下,光轴AX3与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,在更靠近配向膜33的区域内,光轴AX3与光轴AX4平行或大致平行。而且,在更靠近配向膜65的区域内,光轴AX3与透明衬底31的法线平行或大致平行。换言之,在未施加电压时,在更靠近配向膜65的区域内,光轴AX3与透明衬底31的法线平行或大致平行并且与光轴AX4平行或大致平行。在配向膜65具有预倾斜功能的情况下,在更靠近配向膜65的区域内,光轴AX3与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的法线相交。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,在更靠近配向膜65的区域内,光轴AX3与光轴AX4平行或大致平行。
而且,在聚合物区域64A和液晶区域64B内,例如,如图31中所示,在施加电压时,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,光轴AX3和光轴AX4的方向彼此不同(垂直或大致垂直)。在液晶区域64B中,在施加电压时,在近区域30a内,光轴AX4与光入射面10A平行或大致平行,并且与透明衬底31的法线平行或大致平行。
因此,在施加电压时,在更靠近光调制层64的配向膜33的区域内,在所有方向的折射率的差值增大,以获得高散射特性。因此,例如,光源20的光在更靠近光调制层64的配向膜33的区域内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)在光调制器件60内穿过处于散射状态的区域(散射区域30B)的界面,并且朝向反光板40穿过的光由反光板40反射,以穿过光调制器件60。因此,与在使亮度均匀的情况中的亮度相比,散射区域30B的亮度非常显著地更高,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。然而,在施加电压时,在更靠近光调制层64的配向膜65的区域内,在所有方向的折射率的差值很小,并且获得高散射特性。因此,在施加电压时,更靠近光调制层64的配向膜65的区域未促使光源20的光散射。
(各向异性散射)
接下来,下面描述在本实施方式中的各向异性散射。在该实施方式中,由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域64A和液晶区域64B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射造成各向异性散射。因此,下面详细描述在散射区域30B内的散射界面的存在概率的不均匀性以及在散射区域30B内的双折射。
散射界面的存在概率的不均匀性
在远区域30b中的散射区域30B内,在与配向膜33的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域64A和液晶区域64B之间的界面,并且在与配向膜33的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。在近区域30a内的更靠近散射区域30B的配向膜33的区域内,在与配向膜33的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域64A和液晶区域64B之间的界面,并且在与配向膜33的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。在近区域30a内的更靠近散射区域30B的配向膜65的区域内,在与配向膜65的近区域30a的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域64A和液晶区域64B之间的界面,并且在与配向膜33的近区域30a的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。
与配向膜33的配向方向垂直的方向表示第一方向或第二方向。与配向膜33的配向方向平行的方向表示第三方向。与配向膜65的近区域30a的配向方向垂直的方向表示与透明衬底31的表面平行的方向。与配向膜65的近区域30a的配向方向平行的方向表示第二方向。
在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域34A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。同样,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,在第二方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域34A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。因此,主要散射在第一方向通过散射区域30B传播的光以及在第二方向通过散射区域30B传播的光。
在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域34A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。因此,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,该光的散射小于在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射。
双折射
另一方面,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域34A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面,同时受到在液晶区域34B的非常光折射率与聚合物区域34A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域34B的寻常光折射率与聚合物区域34A的非常光折射率之间的差值的影响。因此,在第一方向通过散射区域30B传播的光被极大地散射。
在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,在第二方向或第三方向传播的光在聚合物区域34A内在条纹结构的短轴方向或长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面,同时仅仅受到在液晶区域34B的非常光折射率与聚合物区域34A的寻常光折射率之间的差值的影响。结果,在散射区域30B内,在与光入射面10A平行并且与透明衬底31的表面平行的方向通过散射区域30B传播的光的散射比在与光入射面10A垂直的方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。
换言之,光调制层64被配置为在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内显示各向异性散射,其中,第一散射比第三散射更大。
如在本文中所使用的,A为第一散射的强度,B为第二散射的强度,并且C为第三散射的强度。A1为在近区域30a内的第一散射的强度,C1为在近区域30a内的第三散射的强度。A2为在远区域30b内的第一散射的强度,C2为在远区域30b内的第三散射的强度。此时,在光调制层64显示散射特性时,光调制层64被配置为满足以下表达式。
A>B>C
A1/C1<A2/C2
接下来,下面描述在光调制层64显示这种各向异性散射的情况下的优点。具有光学各向同性的光调制层显示各向同性散射特性。在使用这种光调制层代替在该实施方式中的光调制层64的情况下,大量的光也在与导光板10平行的方向散射,并且降低在中断导光条件之前改变光传播方向的概率。另一方面,在该实施方式中,从以上表达式中可见,在光调制层64上入射的光主要在与导光板10的顶面垂直的方向散射;因此,光优先在中断导光条件的方向散射。因此,认为在光调制层64显示各向异性散射时,导光板10的光提取效率增大。
为了增大所引导的光的散射特性,在聚合物区域64A内的短轴方向的平均条纹纹理尺寸可优选地在从0.1微米到10微米(包括0.1微米和10微米)的范围内,并且更优选地在从0.2微米到2.0微米(包括0.2微米和2.0微米)的范围内。
接下来,下面描述在近区域30a和远区域30b内的各向异性散射的强度。
散射各向异性的强度表示三个轴的商,即,在第一方向(X轴方向)传播的光的散射的强度、在第三方向(Y轴方向)传播的光的散射的强度以及在第二方向(Z轴方向)传播的光的散射的强度。更具体而言,三个轴的商表示以下三个分数((A)到(C))的总和。在三个轴的商较大时,散射各向异性较大,并且在三个轴的商较小时,散射各向异性较小。要注意的是,在以下分数((A)到(C))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((A)到(C))中交换位置。
(A)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(B)(在第二方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(C)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第二方向传播的光的散射的强度)
由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域34A和液晶区域64B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射来确定散射各向异性的强度。在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导,这是因为在考虑散射界面的存在概率时,相同的介质理想地在第三方向继续;因此,光未在第三方向散射,仅仅在第一方向和第二方向散射。此时,在桌上计划中,在第三方向的散射为0;因此,第三方向与第一方向和第二方向的散射比率无限大。另一方面,在考虑双折射时,虽然两个偏振分量在第一方向散射,但是仅仅一个偏振分量在第二方向和第三方向散射。此时,第一方向与第二方向和第三方向的散射比率至多为两倍高。因此,在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导。因此,下面描述在散射界面的存在概率与散射各向异性的强度之间的关系,未描述在双折射与散射各向异性的强度之间的关系。
散射各向异性的强度与三个轴的商对应,即,在光调制层64内的第一方向的周期、在光调制层64内的第三方向的周期以及在光调制层64内的第二方向的周期。三个轴的商明确表示以下三个分数((D)到(F))的总和。要注意的是,在以下分数((D)到(F))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((D)到(F))中交换位置。
(D)(在光调制层64内的第三方向的周期)/(在光调制层64内的第一方向的周期)
(E)(在光调制层64内的第三方向的周期)/(在光调制层64内的第二方向的周期)
(F)(在光调制层64内的第二方向的周期)/(在光调制层64内的第一方向的周期)
在近区域30a的配向膜33附近的区域和远区域30b内的散射各向异性的强度具有与Ph6/Ph8+Ph6/Pv4+Pv4/Ph8对应的值。而且,在近区域30a的配向膜65附近的区域内的散射各向异性的强度具有与Ph5/Ph7+Pv3/Ph5+Pv3/Ph7对应的值。在远区域30b的配向膜65附近的区域内的散射各向异性的强度具有与Ph6/Ph8+Ph6/Pv4+Pv4/Ph8对应的值。在本文中,各个周期可具有例如以下关系。
Ph5/Ph7<Ph6/Ph8
Pv3/Ph5<Ph6/Pv4
Pv3/Ph7接近等于Pv4/Ph8。
因此,可以说,在光调制层64显示散射特性时,光调制层64被配置为满足A>B>C和A1/C1<A2/C2。
在近区域30a和远区域30b内的散射各向异性的强度彼此不同,这是因为在近区域30a和远区域30b内的聚合物区域64A的光轴AX3的方向在光调制层64的厚度方向改变。更具体而言,这是因为在一部分近区域30a内的散射各向异性小于在光调制层64的其他部分内的散射各向异性。在该实施方式中,作为在光调制层64的厚度方向改变聚合物区域64A的光轴AX3的方向的一种方法,水平配向膜用作更靠近透明衬底31的配向膜33,并且垂直配向膜用作更靠近透明衬底37的配向膜65。
【效应】
因此,在该实施方式中,在更靠近光调制层64的光源20的近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)比在距离光调制层64的光源20更远的远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)更小。因此,允许在光源20附近减少通过光调制层64传播的光的各向异性散射。由于在第一散射与第三散射之间的较大差异,所以形成由光源20的排列造成的光和暗条纹。因此,在光源20附近减少上述各向异性散射时,允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。而且,在该实施方式中,仅仅在更靠近光调制层64的光源20的区域内,减少上述各向异性散射;因此,与在整个光调制层64内减少上述各向异性散射的情况相比,允许获得高亮度。而且,在该实施方式中,由于第二散射比第三散射更强,所以光源20的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大。因此,在该实施方式中,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(3、第三实施方式)
接下来,下面描述根据本技术的第三实施方式的照明单元3。根据该实施方式的照明单元3与根据上述实施方式的照明单元1的配置的不同之处在于,如图32中所示,提供光调制器件70,代替光调制器件30。因此,主要描述与上述各个实施方式的配置的不同之处,酌情不进一步描述与上述各个实施方式的配置的共同之处。
图33示出了光调制器件70的截面配置的一个实例。在光调制器件70中,例如,依次设置反光板40的透明衬底31、下电极32、配向膜73、光调制层74、配向膜75、上电极36以及透明衬底37。
配向膜73和75这样设置为在其间夹入光调制层74。配向膜73和75例如配向用于光调制层74内的液晶或低分子单体。在光调制层74显示散射特性时,配向膜73和75形成为满足以下两个表达式(A>B>C和A1/C1<A2/C2)。每个配向膜73和75均为复合膜,该复合膜由配向方向彼此不同的两种水平配向膜配置而成。例如,如图34中所示,在每个配向膜73和75中,近区域30a由水平配向膜配置而成,该水平配向膜在以角度θ1与光入射面10A相交的方向具有配向方向,并且远区域30b由水平配向膜配置而成,该水平配向膜在与光入射面10A平行或大致平行的方向具有配向方向。配向膜73和75的配向方向在近区域30a内朝向以角度θ1与光入射面10A相交的方向,并且在远区域30b内,朝向与光入射面10A平行或大致平行的方向。在使用摩擦工序形成用于配向膜73和75的水平配向膜的情况下,配向膜73和75的摩擦方向在近区域30a内朝向以角度θ1与光入射面10A相交的方向,并且在远区域30b内朝向与光入射面10A平行或大致平行的方向。在近区域30a内,配向膜73的角度θ1和配向膜75的角度θ1在易于设计方面可优选地彼此相等,但是也可彼此不同。
要注意的是,例如,如图35中所示,在近区域30a和远区域30b之间的界限周围,每个配向膜73和75可具有过渡区域30D,该过渡区域的配向方向逐渐变成与光入射面10A平行或大致平行的方向,与光源20相距的距离增大。
根据电场的强度,一部分光调制层74或整个光调制层74相对于光源20的光显示散射特性或透明性。例如,在未施加电压时,光调制层74相对于光源20的光显示透明性。而且,例如,在施加电压时,光调制层74相对于光源20的光显示散射特性。例如,如图33中所示,光调制层74为复合层,该复合层包括聚合物区域74A以及在该聚合物区域74A内分散的多个液晶区域74B。聚合物区域74A和液晶区域74B具有形状各向异性,并且进一步具有光学各向异性。要注意的是,液晶区域74B在本技术中与“第一区域”的特定实例对应,并且聚合物区域74A在本技术中与“第二区域”的特定实例对应。
(形状各向异性)
图36示出在光调制层74的XY平面中的截面配置的一个实例。
在近区域30a内,聚合物区域74A和液晶区域74B均在以角度θ1与光入射面10A相交并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,在近区域30a内,聚合物区域74A和液晶区域74B均在以角度θ1与线性光源相交的方向延伸。而且,在远区域30b内,聚合物区域74A和液晶区域74B均在与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,在远区域30b内,聚合物区域64A和液晶区域64B均在与线性光源平行或大致平行的方向延伸。
例如,在近区域30a和远区域30b内,聚合物区域74A和液晶区域74B均可连续地或间断地从光调制层70的一端延伸到另一端。而且,例如,在近区域30a内,在与以角度θ1与光入射面10A相交的方向垂直的方向可交替地设置聚合物区域74A和液晶区域74B。而且,例如,在远区域30b内,在与光入射面10A垂直的方向可交替地设置聚合物区域34A和液晶区域34B。
图37A和37B示出了在光调制层74的近区域30a内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。图38A和38B示出了在光调制层74的远区域30b内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。例如,如图37A和37B中所示,光调制层74在近区域30a内具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph10,在Y轴方向具有周期Ph9,并且在Z轴方向具有周期Pv5。而且,例如,如图38A和38B中所示,光调制层74在远区域30b内具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph12,在Y轴方向具有周期Ph11,并且在Z轴方向具有周期Pv6。
在近区域30a内的聚合物区域74A由聚合物材料构成,在低分子单体由配向膜73和75的近区域30a的功能配向的状态中,通过使上述低分子单体聚合,来获得该聚合物材料。因此,在近区域30a内,在与配向膜73和75的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面,并且在配向膜73和75的配向方向,粗糙地形成这些界面。
在远区域30b内的聚合物区域74A由聚合物材料构成,在低分子单体由配向膜73和75的远区域30b的功能配向的状态中,通过使上述低分子单体聚合,来获得该聚合物材料。因此,在远区域30b内,在与配向膜73和75的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面,并且在配向膜73和75的配向方向,粗糙地形成这些界面。
如图39中所示,在光调制层74内的聚合物区域74A的比率α3固定(均匀)或大致固定(大致均匀),与和光源20相距的距离无关。比率α3例如可在从50wt%到98wt%的范围内,优选地在从75wt%到95wt%的范围内,并且更优选地在从85wt%到92wt%的范围内。例如,通过用作光调制层74的一种材料的低分子单体的重量比、应用于低分子单体的紫外光的强度或总剂量等,可调节该比率α3。
聚合物区域74A和液晶区域74B相对于电场具有不同的响应速度。聚合物区域74A相对于电场具有较低的响应性,并且液晶区域74B相对于电场具有较高的响应性。聚合物区域74A被配置为包括聚合物材料。聚合物区域74A具有例如未对电场做出响应的条纹结构或多孔结构或者其响应速度比液晶区域74B的响应速度更慢的杆状结构。聚合物区域74A由例如聚合物材料形成,通过使低分子单体聚合,获得该聚合物材料。例如,由热量和/光使沿着液晶区域73和75的配向方向配向的具有取向和聚合性的低分子单体聚合,从而形成聚合物区域74A。
液晶区域74B被配置为包括液晶材料,并且具有的响应速度充分高于聚合物区域74A的响应速度。包括在液晶区域74B内的液晶材料(液晶分子)的实例包括杆状分子。具有正介电常数各向异性(所谓的正型液晶)的液晶分子可优选地用作包括在液晶区域74B内的液晶分子。
(光学各向异性)
图40示意性示出在未施加电压时在远区域30b内的在聚合物区域74A和液晶区域74B内的配向状态的一个实例。在图40中的椭球174A为在未施加电压时在远区域30b内显示聚合物区域74A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图40中的椭球174B为在未施加电压时在远区域30b内显示液晶区域74B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图41示意性示出在施加电压时在远区域30b内的在聚合物区域74A和液晶区域74B内的配向状态的一个实例。在图41中的椭球174A为在施加电压时在远区域30b内显示聚合物区域74A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图41中的椭球174B为在施加电压时在远区域30b内显示液晶区域74B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图42示意性示出在未施加电压时在近区域30a内的在聚合物区域74A和液晶区域74B内的配向状态的一个实例。在图42中的椭球174A为在未施加电压时在近区域30a内显示聚合物区域74A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图42中的椭球174B为在未施加电压时在近区域30a内显示液晶区域74B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图43示意性示出在施加电压时在近区域30a内的在聚合物区域74A和液晶区域74B内的配向状态的一个实例。在图43中的椭球174A为在施加电压时在近区域30a内显示聚合物区域74A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图43中的椭球174B为在施加电压时在近区域30a内显示液晶区域74B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
例如,如图40中所示,在未施加电压时,聚合物区域64A和液晶区域64B的结构允许聚合物区域74A的光轴AX5(更具体而言,椭球174A的长轴)的方向与液晶区域74B的光轴AX6(更具体而言,椭球174B的长轴)的方向在远区域30b内彼此一致(平行)。要注意的是,光轴AX5和AX6均表示与光束的运行方向平行的线路,允许折射率具有与偏振方向无关的一个值。而且,在未施加电压时,光轴AX5和光轴AX6的方向不必始终彼此一致,并且由于例如制造误差,光轴AX5和光轴AX6的方向可略微彼此偏离。
在液晶区域74B中,在未施加电压时,在远区域30b内,光轴AX6与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。在配向膜73和75具有预倾斜功能的情况下,在未施加电压时,光轴AX6与光入射面10A平行或大致平行,并且在远区域30b内,以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。
另一方面,在聚合物区域74A中,无论是否施加电压,都固定光轴AX5。更具体而言,在远区域30b内,光轴AX5与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。换言之,在未施加电压时,在远区域30b内,光轴AX5与光轴AX6平行或大致平行。在配向膜73和75具有预倾斜功能的情况下,光轴AX5与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,光轴AX5与光轴AX6平行或大致平行。
聚合物区域74A和液晶区域74B的寻常折射率可优选地彼此相等,并且聚合物区域74A和液晶区域74B的非常折射率可优选地彼此相等。在这种情况下,例如,在未施加电压时,在所有方向的折射率的差值很小,并且获得高透明性。因此,例如,光源20的光穿过光调制层74,而不在光调制层74内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)完全由对光调制器件70透明的区域(透明区域30A)的界面反射,并且与使亮度均匀的情况相比,在透明区域30A中的亮度(在黑色显示内的亮度)减小。
而且,例如,如图41中所示,在施加电压时,在远区域30b内,聚合物区域74A和液晶区域74B的结构允许光轴AX5和AX6的方向彼此不同(相交或垂直)。在液晶区域74B中,在施加电压时,在远区域30b内,光轴AX6与光入射面10A平行或大致平行,并且与透明衬底31的法线平行或大致平行。换言之,在施加电压时,在远区域30b内,光轴AX6与包括子电极32A或子电极36A的平面垂直或大致垂直。
因此,在施加电压时,在光调制层74中,在所有方向的折射率的差值增大,以获得高散射特性。因此,例如,光源20的光在光调制层74内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)在光调制器件70内穿过处于散射状态的区域(散射区域30B)的界面,并且朝向反光板40穿过的光由反光板40反射,以穿过光调制器件70。因此,与在使亮度均匀的情况中的亮度相比,散射区域30B的亮度非常显著地更高,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。
要注意的是,由于例如制造误差,聚合物区域74A和液晶区域74B的寻常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1或以下,更优选地为0.05或以下。而且,由于例如制造误差,聚合物区域74A和液晶区域74B的非常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1或以下,更优选地为0.05或以下。
而且,在聚合物区域74A内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)以及在液晶区域74B内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)可优选地尽可能大,并且可优选地为0.05或以上,更优选地为0.1或以上,并且更加优选地为0.15或以上,这是因为,在聚合物区域74A和液晶区域74B内的折射率差值较大的情况下,光调制层74的散射功率增强,以允许容易地中断导光条件,从而允许容易地提取导光板10的光。
例如,如图42中所示,在未施加电压时,聚合物区域74A和液晶区域74B的结构允许聚合物区域74A的光轴AX5的方向与液晶区域74B的光轴AX6的方向在近区域30a内彼此一致(平行)。要注意的是,在未施加电压时,光轴AX5和光轴AX6的方向不必始终彼此一致,并且由于例如制造误差,光轴AX5和光轴AX6的方向可略微彼此偏离。
在近区域30a内的液晶区域74B中,在未施加电压时,光轴AX6的方向朝向与角度θ1的方向(配向方向)平行或大致平行的方向。在配向膜73和75具有预倾斜功能的情况下,在更靠近近区域30a的配向膜73的区域内,在未施加电压时,光轴AX6朝向与角度θ1的方向(配向方向)平行或大致平行的方向,并且朝向以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交的方向。
在聚合物区域74A中,无论是否施加电压,光轴AX5的方向朝向与角度θ1的方向(配向方向)平行或大致平行的方向。在配向膜73和75具有预倾斜功能的情况下,光轴AX5朝向与角度θ1的方向(配向方向)平行或大致平行的方向,并且朝向以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交的方向。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,光轴AX5与光轴AX6平行或大致平行。
如图43中所示,在聚合物区域74A和液晶区域74B内,在施加电压时,在近区域30a内,光轴AX5和光轴AX6的方向彼此不同(垂直或大致垂直)。而且,在液晶区域74B中,在施加电压时,在近区域30a内,光轴AX6与光入射面10A平行或大致平行,并且与透明衬底31的法线平行或大致平行。
因此,在施加电压时,在光调制层74内,在所有方向的折射率的差值增大,以获得高散射特性。因此,例如,光源20的光在光调制层74内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)在光调制器件70内穿过处于散射状态的区域(散射区域30B)的界面,并且朝向反光板40穿过的光由反光板40反射,以穿过光调制器件70。因此,与在使亮度均匀的情况中的亮度相比,散射区域30B的亮度非常显著地更高,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。
在角度θ1(例如,摩擦角)在从60度到小于90度的范围内的情况下,大幅降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度,并且允许几乎消除在光源20附近的亮度不均匀性。要注意的是,在将单官能单体(具有聚合性与液晶性能的低分子单体)加入光调制层74的材料中,或者降低应用于光调制层74的材料中的紫外光的强度或总剂量,使光调制层74容易满足A>B>C和A1/C1<A2/C2的情况下,角度θ1(例如,摩擦角)可优选地在从30度到小于90度的范围内。而且,在将单官能单体(具有聚合性与液晶性能的低分子单体)加入光调制层74的材料中,并且降低应用于光调制层74的材料中的紫外光的强度或总剂量,使光调制层74更容易满足A>B>C和A1/C1<A2/C2的情况下,角度θ1(例如,摩擦角)可优选地在从10度到小于90度的范围内。
(各向异性散射)
接下来,下面描述在本实施方式中的各向异性散射。在该实施方式中,由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射造成各向异性散射。因此,下面详细描述在散射区域30B内的散射界面的存在概率的不均匀性以及在散射区域30B内的双折射。
散射界面的存在概率的不均匀性
在远区域30b内的散射区域30B内,在与配向膜73和75的远区域30b的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面,并且在与配向膜73和75的远区域30b的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。在近区域30a内的散射区域30B内,在与配向膜73和75的近区域30a的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面,并且在与配向膜73和75的近区域30a的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。
与配向膜73和75的远区域30b的配向方向垂直的方向表示第一方向或第二方向。与配向膜73和75的远区域30b的配向方向平行的方向表示第三方向。与配向膜73和75的近区域30a的配向方向垂直的方向表示与以角度θ1与光入射面10A相交的方向垂直并且与透明衬底31的表面平行的方向。与配向膜73和75的近区域30a的配向方向平行的方向表示以角度θ1与光入射面10A相交并且与透明衬底31的表面平行的方向。
在远区域30b内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。同样,在远区域30b内,在第二方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。因此,在第一方向通过散射区域30B传播的光以及在第二方向通过散射区域30B传播的光被极大地散射。
在远区域30b内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。因此,在远区域30b内,该光的散射小于在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射。
在近区域30a内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域74A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内进入界面。因此,在远区域30b内,该光的散射小于在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射。
在近区域30a内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域74A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内进入界面。因此,在远区域30b内,该光的散射小于在与光入射面10A垂直的方向通过散射区域30B传播的光的散射。
要注意的是,在近区域30a内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射与在近区域30a内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射之间的强度关系取决于在位于聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面的周期(该界面位于在第一方向通过散射区域30B传播的光的运行方向)与位于聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面的周期(该界面位于在第三方向通过散射区域30B传播的光的运行方向)之间的强度关系。
双折射
在远区域30b内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时受到在液晶区域74B的非常光折射率与聚合物区域74A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域74B的寻常光折射率与聚合物区域74A的非常光折射率之间的差值的影响。因此,在远区域30b中,在第一方向通过散射区域30B传播的光被极大地散射。
在远区域30b内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时仅仅受到在液晶区域74B的非常光折射率与聚合物区域74A的寻常光折射率之间的差值的影响。因此,在远区域30b内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射比在远区域30b内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。
在近区域30a内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的短轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域74A内在条纹结构的长轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内传播,同时受到在液晶区域74B的非常光折射率与聚合物区域74A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域74B的寻常光折射率与聚合物区域74A的非常光折射率之间的差值的影响。而且,由于以角度θ1相交,所以非常光折射率的值在这种情况下接近寻常光折射率的值;因此,削弱通过偏振产生的散射特性。因此,在近区域30a内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射比在远区域30b内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。
在近区域30a内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域74A内在条纹结构的短轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域74A内在条纹结构的长轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内传播,同时受到在液晶区域74B的非常光折射率与聚合物区域74A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域74B的寻常光折射率与聚合物区域74A的非常光折射率之间的差值的影响。而且,由于以角度θ1相交,所以非常光折射率的值在这种情况下接近寻常光折射率的值;因此,削弱通过偏振产生的散射特性。
在角度θ1在从大于45度到小于90度的范围内的情况下,在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面在第一方向的周期比在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面在第三方向的周期更长。因此,在这种情况下,在近区域30a内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射比在近区域30a内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。
而且,在角度θ1在从大于0度到小于45度的范围内的情况下,在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面在第一方向的周期比在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面在第三方向的周期更短。因此,在这种情况下,在近区域30a内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射比在近区域30a内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射更大。
换言之,光调制层74被配置为在远区域30b内显示各向异性散射,其中,在第一方向传播的光的散射比在第三方向传播的光的散射更大。而且,在角度θ1在从大于45度到小于90度的范围内的情况下,光调制层74被配置为在近区域30a内显示各向异性散射,其中,在第一方向传播的光的散射比在第三方向传播的光的散射更小。而且,在角度θ1在从大于0度到小于45度的范围内的情况下,光调制层74被配置为在近区域30a内显示各向异性散射,其中,在第一方向传播的光的散射比在第三方向传播的光的散射更大。
如在本文中所使用的,A为第一散射的强度,B为第二散射的强度,并且C为第三散射的强度。A1为在光调制层74的近区域30a内的第一散射的强度,C1为在光调制层74的近区域30a内的第三散射的强度。A2为在光调制层74的远区域30b内的第一散射的强度,C2为在光调制层74的远区域30b内的第三散射的强度。此时,在光调制层74显示散射特性时,光调制层74被配置为满足以下表达式。
A>B>C
A1/C1<A2/C2
接下来,下面描述在近区域30a和远区域30b内的各向异性散射的强度。
散射各向异性的强度表示三个轴的商,即,在第一方向(X轴方向)传播的光的散射的强度、在第三方向(Y轴方向)传播的光的散射的强度以及在第二方向(Z轴方向)传播的光的散射的强度。更具体而言,三个轴的商表示以下三个分数((A)到(C))的总和。在三个轴的商较大时,散射各向异性较大,并且在三个轴的商较小时,散射各向异性较小。要注意的是,在以下分数((A)到(C))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((A)到(C))中交换位置。
(A)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(B)(在第二方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(C)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第二方向传播的光的散射的强度)
由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域74A和液晶区域74B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射来确定散射各向异性的强度。在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导,这是因为在考虑散射界面的存在概率时,相同的介质理想地在第三方向继续;因此,光未在第三方向散射,仅仅在第一方向和第二方向散射。此时,在桌上计划中,在第三方向的散射为0;因此,第三方向与第一方向和第二方向的散射比率无限大。另一方面,在考虑双折射时,虽然两个偏振分量在第一方向散射,但是仅仅一个偏振分量在第二方向和第三方向散射。此时,第一方向与第二方向和第三方向的散射比率至多为两倍高。因此,在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导。因此,下面描述在散射界面的存在概率与散射各向异性的强度之间的关系,未描述在双折射与散射各向异性的强度之间的关系。
散射各向异性的强度与三个轴的商对应,即,在光调制层74内的第一方向的周期、在光调制层74内的第三方向的周期以及在光调制层74内的第二方向的周期。三个轴的商表示以下三个分数((D)到(F))的总和。要注意的是,在以下分数((D)到(F))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((D)到(F))中交换位置。
(D)(在光调制层74内的第三方向的周期)/(在光调制层74内的第一方向的周期)
(E)(在光调制层74内的第三方向的周期)/(在光调制层74内的第二方向的周期)
(F)(在光调制层74内的第二方向的周期)/(在光调制层74内的第一方向的周期)
在近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)具有与Ph9/Ph10+Ph9/Pv5+Pv5/Ph10对应的值。而且,在远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)具有与Ph11/Ph12+Ph11/Pv6+Pv6/Ph12对应的值。在本文中,各个周期可具有例如以下关系。
Ph9/Ph10<Ph11/Ph12
Ph9/Pv5<Ph11/Pv6
Pv5/Ph10<Pv6/Ph12
因此,可以说,在光调制层74显示散射特性时,光调制层74被配置为满足A>B>C和A1/C1<A2/C2。
在近区域30a和远区域30b内的散射各向异性的强度彼此不同,这是因为在近区域30a和远区域30b内的配向方向彼此不同。在该实施方式中,作为允许在近区域30a和远区域30b内的配向方向彼此不同的一种方法,使用一对配向膜73和75,其中,在近区域30a和远区域30b内的配向方向彼此不同。更具体而言,作为更靠近透明衬底31的配向膜73,使用水平配向膜,其中,远区域30b和近区域30a的配向方向分别为0度和θ1(0度<θ1≤90度)。作为更靠近透明衬底37的配向膜75,使用水平配向膜,其中,远区域30b和近区域30a的配向方向分别为0度和θ1。
因此,在该实施方式中,在更靠近光调制层74的光源20的近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)比在距离光调制层74的光源20更远的远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)更小。因此,允许在光源20附近减少通过光调制层74传播的光的各向异性散射。由于在第一散射与第三散射之间的较大差异,所以形成由光源20的排列造成的光和暗条纹。因此,在光源20附近减少上述各向异性散射时,允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。而且,在该实施方式中,仅仅在更靠近光调制层74的光源20的区域内,减少上述各向异性散射;因此,与在整个光调制层74内减少上述各向异性散射的情况相比,允许获得高亮度。而且,在该实施方式中,由于第二散射比第三散射更强,所以光源20的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大。因此,在该实施方式中,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(4、第四实施方式)
接下来,下面描述根据本技术的第四实施方式的照明单元4。根据该实施方式的照明单元4与根据上述实施方式的照明单元1的配置的不同之处在于,如图44中所示,提供光调制器件80,代替光调制器件30。因此,主要描述与上述实施方式的配置的不同之处,酌情不进一步描述与上述实施方式的配置的共同之处。
图45示出了光调制器件80的截面配置的一个实例。在光调制器件80中,例如,依次设置反光板40的透明衬底31、下电极32、配向膜33、光调制层84、配向膜75、上电极36以及透明衬底37。
配向膜33和75被设置为在其间夹入光调制层84。配向膜33和75例如配向用于光调制层84内的液晶或低分子单体。在光调制层84显示散射特性时,配向膜33和75被配置为满足以下两个表达式(A>B>C和A1/C1<A2/C2)。与上述实施方式一样,如图46中所示,配向膜33为在与光入射面10A平行的方向具有配向方向的水平配向膜。另一方面,与上述实施方式一样,如图46中所示,配向膜75为复合膜,该复合膜由配向方向彼此不同的两种水平配向膜配置而成。更具体而言,配向膜75的配向方向在近区域30a内朝向以角度θ1与光入射面10A相交的方向,并且在远区域30b内朝向与光入射面10A平行或大致平行的方向。要注意的是,与上述实施方式一样,例如,如图47中所示,在近区域30a和远区域30b之间的界限周围,配向膜75可具有过渡区域30D,该过渡区域的配向方向逐渐变成与光入射面10A平行或大致平行的方向,与光源20相距的距离增大。
根据电场的强度,一部分光调制层84或整个光调制层84相对于光源20的光显示散射特性或透明性。例如,在未施加电压时,光调制层84相对于光源20的光显示透明性。而且,例如,在施加电压时,光调制层84相对于光源20的光显示散射特性。例如,如图45中所示,光调制层84为复合层,该复合层包括聚合物区域84A以及在该聚合物区域84A内分散的多个液晶区域84B。聚合物区域84A和液晶区域84B具有形状各向异性,并且进一步具有光学各向异性。要注意的是,液晶区域84B在本技术中与“第一区域”的特定实例对应,并且聚合物区域84A在本技术中与“第二区域”的特定实例对应。
(形状各向异性)
图48示出了在更靠近光调制层84的配向膜75的区域的XY平面中的截面配置的一个实例。图49示出了在更靠近光调制层84的配向膜33的区域的XY平面中的截面配置的一个实例。在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,聚合物区域84A和液晶区域84B均在以角度θ1与光入射面10A相交并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,聚合物区域84A和液晶区域84B均在以角度θ1与线性光源相交的方向延伸。而且,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,聚合物区域84A和液晶区域84B均在与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行的方向延伸。换言之,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域以及远区域30b内,聚合物区域84A和液晶区域84B均在与线性光源平行或大致平行的方向延伸。
例如,在近区域30a和远区域30b内,聚合物区域84A和液晶区域84B均可连续地或间断地从光调制层80的一端延伸到另一端。而且,例如,在近区域30a内,在与以角度θ1与光入射面10A相交的方向垂直的方向可交替地设置聚合物区域84A和液晶区域84B。而且,例如,在远区域30b内,在与光入射面10A垂直的方向可交替地设置聚合物区域34A和液晶区域34B。
图50A和50B示出了在光调制层84的近区域30a内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。图51A和51B示出了在光调制层84的远区域30b内在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的结构周期。例如,如图50A和50B中所示,光调制层84在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph10,在Y轴方向具有周期Ph9,并且在Z轴方向具有周期Pv5。例如,如图50A和50B中所示,光调制层84在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph12,在Y轴方向具有周期Ph11,并且在Z轴方向具有周期Pv6。而且,例如,如图51A和51B中所示,光调制层84在远区域30b内具有规则的结构,在X轴方向具有周期Ph12,在Y轴方向具有周期Ph11,并且在Z轴方向具有周期Pv6。
在近区域30a内的聚合物区域84A由聚合物材料构成,在低分子单体由配向膜33和75的近区域30a的功能配向的状态中,通过使上述低分子单体聚合,来获得该聚合物材料。因此,在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,在与配向膜75的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面,并且在配向膜75的配向方向,粗糙地形成这些界面。因此,周期Pv5和Ph10较短,并且周期Ph9较长。而且,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在与配向膜33的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面,并且在配向膜33的配向方向,粗糙地形成这些界面。
在远区域30b内的聚合物区域84A由聚合物材料构成,在低分子单体由配向膜33和75的远区域30b的功能配向的状态中,通过使上述低分子单体聚合,来获得该聚合物材料。因此,在远区域30b内,在与配向膜33和75的配向方向垂直的方向,密集地形成在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面,并且在配向膜33和75的配向方向,粗糙地形成这些界面。
如图52中所示,在光调制层84内的聚合物区域84A的比率α4固定(均匀)或大致固定(大致均匀),与和光源20相距的距离无关。比率α3例如可在从50wt%到98wt%的范围内,优选地在从75wt%到95wt%的范围内,并且更优选地在从85wt%到92wt%的范围内。例如,通过用作光调制层84的一种材料的低分子单体的重量比、应用于低分子单体的紫外光的强度或总剂量等,可调节该比率α3。
聚合物区域84A和液晶区域84B相对于电场具有不同的响应速度。聚合物区域84A相对于电场具有较低的响应性,并且液晶区域84B相对于电场具有较高的响应性。聚合物区域84A被配置为包括聚合物材料。聚合物区域84A具有例如未对电场做出响应的条纹结构或多孔结构或者其响应速度比液晶区域84B的响应速度更慢的杆状结构。聚合物区域84A由聚合物材料形成,通过使低分子单体聚合,获得该聚合物材料。例如,由热量和/光使沿着液晶区域84B的配向方向或配向膜33和75的配向方向配向的具有取向和聚合性的低分子单体聚合,从而形成聚合物区域84A。
液晶区域84B被配置为包括液晶材料,并且具有的响应速度充分高于聚合物区域84A的响应速度。包括在液晶区域84B内的液晶材料(液晶分子)的实例包括杆状分子。具有正介电常数各向异性(所谓的正型液晶)的液晶分子可优选地用作包括在液晶区域84B内的液晶分子。
(光学各向异性)
图53示意性示出在未施加电压时在远区域30b内的在聚合物区域84A和液晶区域84B内的配向状态的一个实例。在图53中的椭球184A为在未施加电压时在远区域30b内显示聚合物区域84A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图53中的椭球184B为在未施加电压时在远区域30b内显示液晶区域84B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图54示意性示出在施加电压时在远区域30b内的在聚合物区域84A和液晶区域84B内的配向状态的一个实例。在图54中的椭球184A为在施加电压时在远区域30b内显示聚合物区域84A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图54中的椭球184B为在施加电压时在远区域30b内显示液晶区域84B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图55示意性示出在未施加电压时在近区域30a内的在聚合物区域84A和液晶区域84B内的配向状态的一个实例。在图55中的椭球184A为在未施加电压时在近区域30a内显示聚合物区域84A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图55中的椭球184B为在未施加电压时在近区域30a内显示液晶区域84B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
图56示意性示出在施加电压时在近区域30a内的在聚合物区域84A和液晶区域84B内的配向状态的一个实例。在图56中的椭球184A为在施加电压时在近区域30a内显示聚合物区域84A的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。在图56中的椭球184B为在施加电压时在近区域30a内显示液晶区域84B的折射率各向异性的折射率椭球的一个实例。
例如,如图53中所示,在未施加电压时,聚合物区域84A和液晶区域84B的结构允许聚合物区域84A的光轴AX7(更具体而言,椭球184A的长轴)的方向与液晶区域84B的光轴AX8(更具体而言,椭球184B的长轴)的方向在远区域30b内彼此一致(平行)。要注意的是,光轴AX7和AX8均表示与光束的运行方向平行的线路,允许折射率具有与偏振方向无关的一个值。而且,在未施加电压时,光轴AX7和光轴AX8的方向不必始终彼此一致,并且由于例如制造误差,光轴AX7和光轴AX8的方向可略微彼此偏离。
在液晶区域84B中,在未施加电压时,在远区域30b内,光轴AX8与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。在配向膜33和75具有预倾斜功能的情况下,在未施加电压时,光轴AX8与光入射面10A平行或大致平行,并且在远区域30b内,以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。
另一方面,在聚合物区域84A中,无论是否施加电压,都固定光轴AX7。更具体而言,在远区域30b内,光轴AX7与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。换言之,在未施加电压时,在远区域30b内,光轴AX7与光轴AX8平行或大致平行。在配向膜33和75具有预倾斜功能的情况下,光轴AX7与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,光轴AX7与光轴AX8平行或大致平行。
聚合物区域84A和液晶区域84B的寻常折射率可优选地彼此相等,并且聚合物区域84A和液晶区域84B的非常折射率可优选地彼此相等。在这种情况下,例如,在未施加电压时,在所有方向的折射率的差值很小,并且获得高透明性。因此,例如,光源20的光穿过光调制层84,而不在光调制层84内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)完全由对光调制器件80透明的区域(透明区域30A)的界面(在空气与透明衬底31或导光板10之间的界面)反射,并且与使亮度均匀的情况相比,在透明区域30A中的亮度(在黑色显示内的亮度)减小。
而且,例如,如图54中所示,在施加电压时,在远区域30b内,聚合物区域84A和液晶区域84B的结构允许光轴AX7和AX8的方向彼此不同(相交或垂直)。在液晶区域84B中,在施加电压时,在远区域30b内,光轴AX8与光入射面10A平行或大致平行,并且与透明衬底31的法线平行或大致平行。
因此,在施加电压时,在光调制层84中,在所有方向的折射率的差值增大,以获得高散射特性。因此,例如,光源20的光在光调制层84内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)在光调制器件80内穿过处于散射状态的区域(散射区域30B)的界面,并且已经传送到反光板40中的光由反光板40反射,以穿过光调制器件80。因此,与在使亮度均匀的情况中的亮度相比,散射区域30B的亮度非常显著地更高,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。
要注意的是,由于例如制造误差,聚合物区域84A和液晶区域84B的寻常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1以下,更优选地为0.05以下。而且,由于例如制造误差,聚合物区域84A和液晶区域84B的非常折射率可彼此略微不同,并且可优选地为例如0.1以下,更优选地为0.05以下。
而且,在聚合物区域84A内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)以及在液晶区域84B内的折射率差值(=非常折射率-寻常折射率)可优选地尽可能大,并且可优选地为0.05以上,更优选地为0.1以上,并且更加优选地为0.15以上,这是因为,在聚合物区域84A和液晶区域84B内的折射率差值较大的情况下,光调制层84的散射功率增强,以允许容易地中断导光条件,从而允许容易地提取导光板10的光。
例如,如图55中所示,在未施加电压时,聚合物区域84A和液晶区域84B的结构允许聚合物区域84A的光轴AX7的方向与液晶区域84B的光轴AX8的方向在近区域30a内彼此一致(平行)。要注意的是,在未施加电压时,光轴AX7和光轴AX8的方向不必始终彼此一致,并且由于例如制造误差,光轴AX7和光轴AX8的方向可略微彼此偏离。
在近区域30a内的液晶区域84B中,在未施加电压时,光轴AX8的方向在从配向膜33侧到配向膜75侧的扭转方向变化。更具体而言,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,光轴AX8与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。在配向膜33和75具有预倾斜功能的情况下,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在未施加电压时,光轴AX8与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。而且,在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,在未施加电压时,光轴AX8朝向与角度θ1的方向(配向方向)平行或大致平行的方向。要注意的是,在配向膜33和75具有预倾斜功能的情况下,在未施加电压时,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,光轴AX8朝向与光入射面10A平行或大致平行的方向,并且朝向以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交的方向。
在聚合物区域84A中,无论是否施加电压,光轴AX7的方向都在从配向膜33侧到配向膜75侧的扭转方向变化。更具体而言,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,光轴AX7与光入射面10A平行或大致平行并且与透明衬底31的表面平行或大致平行。换言之,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在未施加电压时,光轴AX7与光轴AX8平行或大致平行。要注意的是,在配向膜33和75具有预倾斜功能的情况下,光轴AX7与光入射面10A平行或大致平行,并且以预定的预倾斜角与透明衬底31的表面相交。换言之,还是在这种情况下,在未施加电压时,光轴AX7与光轴AX8平行或大致平行。而且,在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,光轴AX7朝向与角度θ1的方向(配向方向)平行或大致平行的方向。换言之,在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,在未施加电压时,光轴AX7与光轴AX8平行或大致平行。
如图56中所示,在聚合物区域84A和液晶区域84B内,例如,在施加电压时,在近区域30a内,光轴AX7和光轴AX8的方向彼此不同(相交或垂直)。在液晶区域84B中,在施加电压时,在近区域30a内,光轴AX8与光入射面10A平行或大致平行,并且与透明衬底31的法线平行或大致平行。
因此,在施加电压时,在光调制层84内,在所有方向的折射率的差值增大,以获得高散射特性。因此,例如,光源20的光在光调制层84内散射。结果,例如,光源20的光(倾斜方向的光)在光调制器件80内穿过处于散射状态的区域(散射区域30B)的界面,并且朝向反光板40穿过的光由反光板40反射,以穿过光调制器件80。因此,与在使亮度均匀的情况中的亮度相比,散射区域30B的亮度非常显著地更高,并且由于透明区域30A的亮度减少,所以在白色显示内的亮度部分增大(部分亮度增强)。
在角度θ1(例如,摩擦角)在从60度到小于90度的范围内的情况下,大幅降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度,并且允许接近消除在光源20附近的亮度不均匀性。要注意的是,在将单官能单体(具有聚合性与液晶性能的低分子单体)加入光调制层84的材料中,或者降低应用于光调制层84的材料中的紫外光的强度或总剂量,使光调制层84容易满足A>B>C和A1/C1<A2/C2的情况下,角度θ1(例如,摩擦角)可优选地在从30度到小于90度的范围内。而且,在将单官能单体(具有聚合性与液晶性能的低分子单体)加入光调制层84的材料中,并且降低应用于光调制层84的材料中的紫外光的强度或总剂量,使光调制层84更容易满足A>B>C和A1/C1<A2/C2的情况下,角度θ1(例如,摩擦角)可优选地在从10度到小于90度的范围内。
(各向异性散射)
接下来,下面描述在本实施方式中的各向异性散射。在该实施方式中,由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射造成各向异性散射。因此,下面详细描述在散射区域30B内的散射界面的存在概率的不均匀性以及在散射区域30B内的双折射。
散射界面的存在概率的不均匀性
在远区域30b内的散射区域30B内,在与配向膜33的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面,并且在与配向膜33的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。在近区域30a内的散射区域30B内,在更靠近配向膜33的区域内,在与配向膜33的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面,并且在与配向膜33的配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。在近区域30a内的散射区域30B内,在更靠近配向膜75的区域内,在与配向膜75的近区域30a的配向方向垂直的方向,密集地设置在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面,并且在与配向膜75的近区域30a配向方向平行的方向,粗糙地设置这些界面。
与配向膜33的配向方向垂直的方向表示第一方向或第二方向。与配向膜33的配向方向平行的方向表示第三方向。与配向膜75的近区域30a的配向方向垂直的方向表示与以角度θ1与光入射面10A相交的方向垂直并且与透明衬底31的表面平行的方向。与配向膜75的近区域30a的配向方向平行的方向表示以角度θ1与光入射面10A相交并且与透明衬底31的表面平行的方向。
在远区域30b内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。同样,在远区域30b内,在第二方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。因此,光被极大地散射。
在远区域30b内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。因此,在远区域30b内,该光的散射小于在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射。
在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。同样,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在第二方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内进入界面。因此,极大地散射在第一方向通过散射区域30B传播的光以及在第二方向通过散射区域30B传播的光。
在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域84A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内进入界面。因此,在远区域30b内,该光的散射小于在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射。
在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域84A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内进入界面。因此,在远区域30b内,该光的散射小于在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射。
要注意的是,在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射与在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射之间的强度关系取决于在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内的在第一方向通过散射区域30B传播的光与在第三方向通过散射区域30B传播的光的运行方向上的聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面的周期之间的强度关系。
双折射
在远区域30b内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时受到在液晶区域84B的非常光折射率与聚合物区域84A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域84B的寻常光折射率与聚合物区域84A的非常光折射率之间的差值的影响。因此,在远区域30b内,主要散射在第一方向通过散射区域30B传播的光。
在远区域30b内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时仅仅受到在液晶区域84B的非常光折射率与聚合物区域84A的寻常光折射率之间的差值的影响。因此,在远区域30b内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射比在远区域30b内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。
在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时受到在液晶区域84B的非常光折射率与聚合物区域84A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域84B的寻常光折射率与聚合物区域84A的非常光折射率之间的差值的影响。因此,在更靠近远区域30b的配向膜33的区域内,在第一方向通过散射区域30B传播的光被极大散射。
在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的长轴方向在平均条纹纹理尺寸的周期内传播,同时仅仅受到在液晶区域84B的非常光折射率与聚合物区域84A的寻常光折射率之间的差值的影响。因此,在更靠近近区域30a的配向膜33的区域内,在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射比在远区域30b内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。
在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,在第一方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域84A内在条纹结构的长轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内传播,同时受到在液晶区域84B的非常光折射率与聚合物区域84A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域84B的寻常光折射率与聚合物区域84A的非常光折射率之间的差值的影响。因此,在近区域30a内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射比在远区域30b内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。然而,由于以角度θ1相交,所以非常光折射率的值在这种情况下接近寻常光折射率的值;因此,通过偏振产生的散射特性被削弱。
在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内,在第三方向通过散射区域30B传播的光在聚合物区域84A内在条纹结构的短轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期与在聚合物区域84A内在条纹结构的长轴方向的平均条纹纹理尺寸的周期之间的周期内传播,同时受到在液晶区域84B的非常光折射率与聚合物区域84A的寻常光折射率之间的差值和在液晶区域84B的寻常光折射率与聚合物区域84A的非常光折射率之间的差值的影响。然而,由于以角度θ1相交,所以非常光折射率的值在这种情况下接近寻常光折射率的值;因此,通过偏振产生的散射特性被削弱。
在角度θ1在从大于45度到小于90度的范围内的情况下,在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面在第一方向的周期比在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面在第三方向的周期更长。因此,在这种情况下,在近区域30a内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射比在近区域30a内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射更小。
而且,在角度θ1在从大于0度到小于45度的范围内的情况下,在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面在第一方向的周期比在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面在第三方向的周期更短。因此,在这种情况下,在近区域30a内在第一方向通过散射区域30B传播的光的散射比在近区域30a内在第三方向通过散射区域30B传播的光的散射更大。
换言之,光调制层84被配置为在远区域30b内显示各向异性散射,其中,在第一方向传播的光的散射比在第三方向传播的光的散射更大。而且,在角度θ1在从大于45度到小于90度的范围内的情况下,光调制层84被配置为在近区域30a内显示各向异性散射,其中,在第一方向传播的光的散射比在第三方向传播的光的散射更小。而且,在角度θ1在从大于0度到小于45度的范围内的情况下,光调制层84被配置为在近区域30a内显示各向异性散射,其中,在第一方向传播的光的散射比在第三方向传播的光的散射更大。
接下来,下面描述在近区域30a和远区域30b内的各向异性散射的强度。
散射各向异性的强度表示三个轴的商,即,在第一方向(X轴方向)传播的光的散射的强度、在第三方向(Y轴方向)传播的光的散射的强度以及在第二方向(Z轴方向)传播的光的散射的强度。更具体而言,三个轴的商表示以下三个分数((A)到(C))的总和。在三个轴的商较大时,散射各向异性较大,并且在三个轴的商较小时,散射各向异性较小。要注意的是,在以下分数((A)到(C))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((A)到(C))中交换位置。
(A)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(B)(在第二方向传播的光的散射的强度)/(在第三方向传播的光的散射的强度)
(C)(在第一方向传播的光的散射的强度)/(在第二方向传播的光的散射的强度)
由(a)在散射区域30B内的在聚合物区域84A和液晶区域84B之间的界面(散射界面)的存在概率的不均匀性以及(b)在散射区域30B内的双折射来确定散射各向异性的强度。在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导,这是因为在考虑散射界面的存在概率时,相同的介质理想地在第三方向继续;因此,光未在第三方向散射,仅仅在第一方向和第二方向散射。此时,在桌上计划中,在第三方向的散射为0;因此,第三方向与第一方向和第二方向的散射比率无限大。另一方面,在考虑双折射时,虽然两个偏振分量在第一方向散射,但是仅仅一个偏振分量在第二方向和第三方向散射。此时,第一方向与第二方向和第三方向的散射比率至多为两倍高。因此,在散射各向异性的强度中,上述系数(a)为主导。因此,下面描述在散射界面的存在概率与散射各向异性的强度之间的关系,在双折射与散射各向异性的强度之间的关系将不被描述。
散射各向异性的强度与三个轴的商对应,即,在光调制层84内的第一方向的周期、在光调制层84内的第三方向的周期以及在光调制层84内的第二方向的周期。三个轴的商表示以下三个分数((D)到(F))的总和。要注意的是,在以下分数((D)到(F))中,作为前提条件,分子的值大于分母的值。因此,在分子的值小于分母的值的情况下,分子和分母可优选地在以下分数((D)到(F))中交换位置。
(D)(在光调制层84内的第三方向的周期)/(在光调制层84内的第一方向的周期)
(E)(在光调制层84内的第三方向的周期)/(在光调制层84内的第二方向的周期)
(F)(在光调制层84内的第二方向的周期)/(在光调制层84内的第一方向的周期)
在更靠近近区域30a的配向膜33的区域和远区域30b内的散射各向异性的强度具有与Ph11/Ph12+Ph11/Pv6+Pv6/Ph12对应的值。在更靠近近区域30a的配向膜75的区域内的散射各向异性的强度具有与Ph9/Ph10+Ph9/Pv5+Pv5/Ph10对应的值。在更靠近远区域30b的配向膜75的区域内的散射各向异性的强度具有与Ph11/Ph12+Ph11/Pv6+Pv6/Ph12对应的值。在本文中,各个周期可具有例如以下关系。
Ph9/Ph10<Ph11/Ph12
Ph9/Pv5<Ph11/Pv6
Pv5/Ph10几乎等于Pv6/Ph12。
因此,可以说,在光调制层84显示散射特性时,光调制层84被配置为满足A>B>C和A1/C1<A2/C2。
在近区域30a和远区域30b内的散射各向异性的强度彼此不同,这是因为在近区域30a和远区域30b内的配向方向彼此不同。在该实施方式中,作为允许在近区域30a和远区域30b内的配向方向彼此不同的一种方法,使用一对配向膜33和75,这对配向膜在近区域30a内具有彼此不同的配向方向。更具体而言,作为更靠近透明衬底31的配向膜33,使用配向方向为0度的水平配向膜,并且作为更靠近透明衬底37的配向膜75,使用水平配向膜,其中,远区域30b和近区域30a的配向方向分别为0度和θ1(0度<θ1≤90度)。
因此,在该实施方式中,在更靠近光调制层84的光源20的近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)比在距离光调制层84的光源20更远的远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)更小。因此,允许在光源20附近减少通过光调制层84传播的光的各向异性散射。由于在第一散射与第三散射之间的较大差异,所以形成由光源20的排列造成的光和暗条纹。因此,在光源20附近减少上述各向异性散射时,允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。而且,在该实施方式中,仅仅在更靠近光调制层84的光源20的区域内,减少上述各向异性散射;因此,与在整个光调制层84内减少上述各向异性散射的情况相比,允许获得高亮度。而且,在该实施方式中,由于第二散射比第三散射更强,所以光源20的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大。因此,在该实施方式中,在保持高亮度的同时,还允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(5、第五实施方式)
接下来,下面描述根据本技术的第五实施方式的照明单元5。根据该实施方式的照明单元5与根据上述实施方式的照明单元1的配置的不同之处在于,如图57中所示,提供光调制器件90,代替光调制器件30。因此,主要描述与上述各个实施方式的配置的不同之处,酌情不进一步描述与上述各个实施方式的配置的共同之处。
图58示出了光调制器件90的截面配置的一个实例。在光调制器件90中,例如,依次设置反光板40的透明衬底31、下电极32、配向膜33、光调制层94、配向膜35、上电极36以及透明衬底37。配向膜33和75这样被设置为在其间夹入光调制层94。在光调制层94显示散射特性时,光调制层94被配置为满足以下两个表达式(A>B>C和A1/C1<A2/C2)。
根据电场的强度,一部分光调制层94或整个光调制层94相对于光源20的光显示散射特性或透明性。例如,在未施加电压时,光调制层94相对于光源20的光显示透明性。而且,例如,在施加电压时,光调制层94相对于光源20的光显示散射特性。例如,如图58中所示,光调制层94为复合层,该复合层包括聚合物区域94A以及在该聚合物区域94A内分散的多个液晶区域94B。聚合物区域94A和液晶区域94B具有光学各向异性。要注意的是,液晶区域94B在本技术中与“第一区域”的特定实例对应,并且聚合物区域94A在本技术中与“第二区域”的特定实例对应。
聚合物区域94A和液晶区域94B相对于电场具有不同的响应速度。聚合物区域94A相对于电场具有较低的响应性,并且液晶区域94B相对于电场具有较高的响应性。聚合物区域94A被配置为包括聚合物材料。聚合物区域94A具有例如未对电场做出响应的条纹结构或多孔结构或者其响应速度比液晶区域94B的响应速度更慢的杆状结构。聚合物区域94A由聚合物材料形成,通过使低分子单体聚合,获得该聚合物材料。例如,由热量和/光使沿着液晶区域94B的配向方向或配向膜33和35的配向方向配向的具有取向和聚合性的低分子单体聚合,从而形成聚合物区域94A。
液晶区域94B被配置为包括液晶材料,并且具有的响应速度充分高于聚合物区域94A的响应速度。包括在液晶区域94B内的液晶材料(液晶分子)的实例包括杆状分子。具有正介电常数各向异性(所谓的正型液晶)的液晶分子可优选地用作包括在液晶区域94B内的液晶分子。
液晶区域94B由与在上述实施方式中的液晶区域34B的材料相同的材料制成。而且,聚合物区域94A由与在上述实施方式中的聚合物区域34A的材料相同的材料制成。然而,在聚合物区域94A中,用于近区域30a和远区域30b的材料彼此不同。更具体而言,加入聚合物区域94A的材料中的具有聚合性和液晶性能的单体(单官能单体和/或多官能单体)的重量比增大,与光源20相距的距离减小。
例如,使作为一个上述低分子单体的双官能单体与单官能单体和/或多官能单体聚合,形成近区域30a的聚合物区域94A。另一方面,使作为一个上述低分子单体的双官能单体聚合,形成远区域30b的聚合物区域94A,并且无需添加单官能或多官能单体,形成该聚合物区域94A。要注意的是,例如,使作为一个上述低分子单体的双官能单体与单官能单体和/或多官能单体聚合,可形成远区域30b的聚合物区域94A,该单官能单体和多官能单体的重量百分比比用于形成包括在近区域30a内的聚合物区域94A的单官能单体和多官能单体的重量百分比更小。
要注意的是,在位于近区域30a与远区域30b之间的界限附近,可提供过渡区域。该过渡区域包括聚合物区域94A,形成该聚合物区域的材料的重量百分比在位于近区域30a内的聚合物区域94A的材料的重量百分比与位于远区域30b内的聚合物区域94A的材料的重量百分比之间。
双官能单体有助于提高交联密度,并且是一种适合于形成条纹结构的材料。另一方面,多官能单体比双官能单体更有助于提高交联密度。多官能单体是一种适合于形成比条纹结构更复杂的三维结构的材料,并且是一种适合于破坏条纹结构的添加剂。而且,单官能单体有助于减低交联密度,并且是一种适合于破坏条纹结构的添加剂。因此,如上所述,由于加入聚合物区域94A的材料中并且具有聚合性和液晶性能的单体的重量百分比增大,与光源20相距的距离减小,所以在光调制层94内的聚合物区域94A的比率在近区域30a内较低并且在远区域30b内较高,例如,与在图5到7中所述的分布一样。
因此,在该实施方式中,在更靠近光调制层94的光源20的近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)比在距离光调制层94的光源20更远的远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)更小。因此,允许在光源20附近减少通过光调制层94传播的光的各向异性散射。由于在第一散射与第三散射之间的较大差异,所以形成由光源20的排列造成的光和暗条纹。因此,在光源20附近减少上述各向异性散射时,允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。而且,在该实施方式中,仅仅在更靠近光调制层94的光源20的区域内,减少上述各向异性散射;因此,与在整个光调制层94内减少上述各向异性散射的情况相比,允许获得高亮度。而且,在该实施方式中,由于第二散射比第三散射更强,所以光源20的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大。因此,在该实施方式中,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(6、第六实施方式)
接下来,下面描述根据本技术的第六实施方式的照明单元6。根据该实施方式的照明单元6与根据上述实施方式的照明单元1的配置的不同之处在于,如图59中所示,提供光调制器件91,代替光调制器件30。因此,主要描述与上述各个实施方式的配置的不同之处,酌情不进一步描述与上述各个实施方式的配置的共同之处。
图60示出了光调制器件91的截面配置的一个实例。在光调制器件91中,例如,依次设置反光板40的透明衬底31、下电极32、配向膜33、光调制层98、配向膜35、上电极36以及透明衬底37。在光调制层98显示散射特性时,光调制层98被配置为满足以下表达式:A>B>C和A1/C1<A2/C2。
根据电场的强度,一部分光调制层98或整个光调制层98相对于光源20的光显示散射特性或透明性。例如,在未施加电压时,光调制层98相对于光源20的光显示透明性。而且,例如,在施加电压时,光调制层98相对于光源20的光显示散射特性。例如,如图60中所示,光调制层98为复合层,该复合层包括聚合物区域98A以及在该聚合物区域98A内分散的多个液晶区域98B。聚合物区域98A和液晶区域98B具有光学各向异性。要注意的是,液晶区域98B在本技术中与“第一区域”的特定实例对应,并且聚合物区域98A在本技术中与“第二区域”的特定实例对应。
聚合物区域98A和液晶区域98B相对于电场具有不同的响应速度。聚合物区域98A相对于电场具有较低的响应性,并且液晶区域98B相对于电场具有较高的响应性。聚合物区域98A具有例如未对电场做出响应的条纹结构或多孔结构或者其响应速度比液晶区域98B的响应速度更慢的杆状结构。聚合物区域98A由聚合物材料形成,通过使低分子单体聚合,获得该聚合物材料。例如,由热量和/光使沿着液晶区域98B的配向方向或配向膜33和35的配向方向配向的具有取向和聚合性的低分子单体聚合,从而形成聚合物区域98A。
液晶区域98B被配置为包括液晶材料,并且具有的响应速度充分高于聚合物区域98A的响应速度。包括在液晶区域98B内的液晶材料(液晶分子)的实例包括杆状分子。具有正介电常数各向异性(所谓的正型液晶)的液晶分子可优选地用作包括在液晶区域98B内的液晶分子。
液晶区域98B由与在上述实施方式中的液晶区域34B的材料相同的材料制成。而且,聚合物区域98A由与在上述实施方式中的聚合物区域34A的材料相同的材料制成。然而,在聚合物区域98A中,近区域30a和远区域30b在条纹结构、多孔结构或杆状结构内通过结构紊乱(瓦解)的方式彼此不同。更具体而言,如图61、62以及63中所示,上述紊乱(瓦解)在聚合物区域94A的近区域30a内较大,并且在聚合物区域94A的远区域30b内较小。要注意的是,图55作为一个实例示出了上述紊乱(瓦解)在近区域30a内固定并且在远区域30b内也固定的情况。而且,图56作为一个实例示出了上述紊乱(瓦解)在近区域30a内平稳地降低的情况,与光源20相距的距离增大。进一步地,图57作为一个实例示出了上述紊乱(瓦解)在近区域30a内间断地(通过逐步的方式)降低的情况,与光源20相距的距离增大。
上述紊乱(瓦解)较小,这表示聚合物区域98A具有高取向,并且上述紊乱(瓦解)较大,这表示聚合物区域98A具有低取向。因此,如上所述,在结构紊乱(瓦解)在聚合物区域94A内增大(与光源20相距的距离减少)时,允许在近区域30a内的各向异性散射比在远区域30b内的各向异性散射减少得更多。
引起上述紊乱(瓦解)的一种方法的实例包括在制造光调制层98时调节紫外光的强度或总剂量。
例如,通过使用灰阶掩膜,可调节紫外光的强度。例如,允许通过灰阶掩膜,将紫外光用于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物中,来引起紊乱(瓦解),其中,在距离光源20更远的区域内的紫外光的透射率高于在更靠近光源20的区域内的紫外光的透射率。因此,可通过灰阶掩膜,应用紫外光,来形成光调制层98,其中,在距离光源20更远的区域内的紫外光的透射率高于在更靠近光源20的区域内的紫外光的透射率。
例如,通过使用发出紫外光的LED,可调节紫外光的强度。通过将在紫外线区域内的LED光用于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物中,以便允许用于距离光源20更远的区域的紫外光的强度大于用于更靠近光源20的区域的紫外光的强度,从而允许引起上述紊乱(瓦解)。因此,可通过应用在紫外线区域内的LED光,以便允许用于距离光源20更远的区域的紫外光的强度高于用于更靠近光源20的区域的紫外光的强度,来形成光调制层98。
例如,通过使用发出紫外光的LED,可调节紫外光的总剂量。例如,将在紫外线区域内的LED光的脉冲用于液晶材料和具有聚合性和液晶性能的低分子单体的混合物中,以便允许用于距离光源20更远的区域的紫外光的总剂量大于用于更靠近光源20的区域的紫外光的总剂量,从而允许引起上述紊乱(瓦解)。因此,可通过应用在紫外线区域内的LED光的脉冲,以便允许用于距离光源20更远的区域的紫外光的总剂量大于用于更靠近光源20的区域的紫外光的总剂量,来形成光调制层98。而且,在上述混合物暴露在光中,同时使用传送带来输送,用于在制造工序中进行输送的情况下,可调节传送带的速度,以便允许用于距离光源20更远的区域的紫外光的总剂量大于用于更靠近光源20的区域的紫外光的总剂量。
在该实施方式中,在更靠近光调制层98的光源20的近区域30a内的散射各向异性的强度(A1/C1)比在距离光调制层98的光源20更远的远区域30b内的散射各向异性的强度(A2/C2)更小。因此,允许在光源20附近减少通过光调制层98传播的光的各向异性散射。由于在第一散射与第三散射之间的较大差异,所以形成由光源20的排列造成的光和暗条纹。因此,在光源20附近减少上述各向异性散射时,允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。而且,在该实施方式中,仅仅在更靠近光调制层98的光源20的区域内,减少上述各向异性散射;因此,与在整个光调制层98内减少上述各向异性散射的情况相比,允许获得高亮度。而且,在该实施方式中,由于第二散射比第三散射更强,所以光源20的光优选地在中断导光条件的方向散射,并且光提取效率增大。因此,在该实施方式中,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(7、修改实例)
(修改实例1)
在上述实施方式中,光调制器件30、60、70、80、90以及91均与导光板10的背面(底面)密切接触并且粘合,在其间没有空气层;然而,例如,如图64中所示,光调制器件30、60、70、80、90以及91均可与导光板10的顶面密切接触并且粘合,在其间没有空气层。而且,例如,如图65中所示,光调制器件30、60、70、80、90以及91均可设置在导光板10内。然而,还是在这种情况下,光调制器件30、60、70、80、90以及91需要与导光板10密切接触并且粘合,在其间没有空气层。
(修改实例2)
在上述实施方式及其修改实例中,提供导光板10;然而,如图66中所示,可不提供导光板10。然而,在这种情况下,透明衬底31和透明衬底37用作导光板10。因此,光源20设置在透明衬底31或透明衬底37的侧面上。
(修改实例3)
在上述实施方式及其修改实例中,提供反光板40;然而,如图67中所示,可不提供反光板40。然而,在这种情况下,下电极32可优选地由例如金属(而非透明材料)制成。在下电极32由金属制成的情况下(与反光板40一样),下电极32还具有从导光板10的背面反射在光调制器件30上入射的光的功能。要注意的是,在该修改实例中,与上述修改实例2一样,可不提供导光板10。
(修改实例4)
在上述实施方式及其修改实例中,在光出射表面上,未提供光片;然而,例如,如图68中所示,可提供光片92(例如,漫射板、漫射片、透镜膜、偏振分光片等)。在这种情况下,在倾斜方向从导光板10中出射的一部分光在前方向上升;因此,允许有效地提高调制比率。要注意的是,在该修改实例中,与上述修改实例2一样,可不提供导光板10。而且,在该修改实例中,与上述修改实例3一样,可不提供反光板40。而且,在该修改实例中,可不提供导光板10和反光板40。
(修改实例5)
在上述实施方式及其修改实例中,例如,如图69中所示,导光板10、透明衬底31或透明衬底37的端面(光入射面10A)可具有三维形状,该形状扩大光源20的光的发散角。例如,光入射面10A可具有与光源20的排列对应的圆柱形、菱形、或凸形。在光入射面10A具有上述形状时,允许扩大在光调制器件30、60或70上入射的光的发散角。因此,通过扩大发散角,在光源20附近,允许减少通过光调制层34、64、74、84、94或98传播的光的各向异性散射。结果,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(修改实例6)
在上述实施方式及其修改实例中,例如,如图70中所示,可提供在光入射面10A与光源20之间的间隙内填充的匹配油93(用于进行折射率匹配的油)。在通过这种方式为在光入射面10A与光源20之间的间隙提供匹配油93时,允许扩大在光调制器件30、60、70、80、90以及91上入射的光的发散角。因此,通过扩大发散角,在光源20附近,允许减少通过光调制层34、64、74、84、94或98传播的光的各向异性散射。结果,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(修改实例7)
在上述实施方式及其修改实例中,例如,如图71中所示,可至少为在导光板10、透明衬底31或透明衬底37的光源20附近的区域提供垫片94,形成该垫片的材料的折射率与导光板10、透明衬底31或透明衬底37的折射率不同。在通过这种方式至少为在透明衬底31或透明衬底37的光源20附近的区域提供垫片82时,通过在导光板10、透明衬底31或透明衬底37的光源20附近的区域传播的光至少由垫片82折射或漫射。因此,通过由垫片82折射或漫射,在光源20附近,允许减少通过光调制层34、64、74、84、94或98传播的光的各向异性散射。结果,虽然保持高亮度,但是允许降低由光源20的排列造成的光和暗条纹的对比度。
(8、第七实施方式)
接下来,下面描述根据本技术的第七实施方式的显示单元7。如图72中所示,根据该实施方式的显示单元7包括通过调制光来显示图像的显示面板8、应用显示面板8的背面的光的照明单元1、2、3、4、5或6以及驱动显示面板8和照明单元1、2、3、4、5或6的驱动电路(未显示)。
显示面板8包括设置在一个矩阵内的多个像素,并且通过根据图像信号,驱动所述多个像素,来显示图像。显示面板8例如为根据图像信号驱动各个像素的透射式显示面板,并且具有液晶层夹在一对透明衬底之间的配置。更具体而言,显示面板8依次包括照明单元1、2、3、4、5或6的例如偏振器、透明衬底、像素电极、配向膜、液晶层、配向膜、共用电极、滤色片、透明衬底以及偏振器。
透明衬底由对可见光(例如,平板玻璃)透明的衬底配置而成。要注意的是,在更靠近背光211的透明衬底上形成包括电连接至像素电极的TFT(薄膜晶体管)、布线等的有源驱动电路(未显示)。像素电极与共用电极由例如铟锡氧化物(ITO)制成。像素电极二维地设置在透明衬底上,并且用作各个像素的电极。另一方面,在滤色片的整个表面上形成共用电极,并且该共用电极用作朝向各个像素电极的一个共用电极。配向膜由聚合物材料(例如,聚酰亚胺)构成,并且在液晶上执行配向工序。
液晶层由例如VA(垂直配向)模式、TN(扭曲向列)模式或STN(超级扭曲向列)模式液晶构成,并且具有由从驱动电路(未显示)中施加的电压在每个像素内改变从照明单元1、2、3、4、5或6中照射的光的偏振轴的方向的功能。要注意的是,液晶配向通过逐步的方式改变,以通过逐步的方式调节每个像素的传输轴的方向。在滤色片中,将已经穿过液晶层的光分成例如红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)这三种原色或者四种颜色(例如,R、G、B和白色(W))的滤色片设置成与像素电极的排列对应。
偏振板为一种光学快门,并且仅仅允许在某个振动方向的光(偏振光)穿过其中。要注意的是,偏振器可为在振动方向(而非传输轴)吸收光(偏振光)的吸收偏振器,但是这些偏振器在提高亮度方面可优选地为朝向照明单元1、2、3、4、5或6反射光的反射式偏振器。两个偏振器被设置为允许其偏振轴彼此相差90度,从而允许从照明单元1、2、3、4、5或6中照射的光通过液晶层穿过其中或者屏蔽该光。
顺便,光轴AX1、AX3、AX5以及AX7可与更靠近照明单元1、2、3、4、5或6的偏振板的传输轴平行。尤其地,在输出具有更多的偏振分量的背光的照明单元1用作背光的情况下,允许增强背光在显示屏8内的使用效率。
而且,本技术可具有以下配置。
1.一种照明单元,包括:
第一透明衬底和第二透明衬底,被设置为彼此分开并且彼此相对;
光源,被配置为将光照射到所述第一透明衬底的端面;以及
光调制层,设置在所述第一透明衬底和所述第二透明衬底之间的间隙内,并且被配置为根据电场的强度对于来自所述光源的光展现散射特性或透明性,
其中,所述光调制层包括第一区域和第二区域,所述第一区域具有光学各向异性以及对所述电场的较高的响应性,所述第二区域具有光学各向异性以及对所述电场的较低的响应性,并且
在所述光调制层展现所述散射特性时,所述光调制层被配置为满足以下表达式:
A>B>C
A1/C1<A2/C2
其中,A为在与所述光的入射面垂直的第一方向传播的光的第一散射的强度,
B为在与所述第一透明衬底垂直的第二方向传播的光的第二散射的强度,
C为在与所述光的入射面平行并且与所述第一透明衬底的表面平行的第三方向传播的光的第三散射的强度,
A1为所述光调制层中的更靠近所述光源的第三区域内的第一散射的强度,
C1为在所述第三区域内的第三散射的强度,
A2为所述光调制层中的在距离所述光源更远的第四区域内的第一散射的强度,并且
C2为在所述第四区域内的第三散射的强度。
(2)根据(1)所述的照明单元,其中,
所述第一区域被配置为包括液晶材料,
所述第二区域被配置为包括聚合物材料,以及
在所述光调制层内的所述第二区域的比率在所述第三区域内较低并且在所述第四区域内较高。
(3)根据(2)所述的照明单元,其中,通过将紫外光施加于液晶材料与具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,以使得施加于所述第四区域的紫外光的强度或总剂量大于施加于所述第三区域的紫外光的强度或总剂量,来形成所述第一区域和所述第二区域。
(4)根据(3)所述的照明单元,其中,通过使用其中在所述第四区域内的紫外光的透射率高于在所述第三区域内的紫外光的透射率的灰度掩膜,来将紫外光施加所述液晶材料与所述具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,从而形成所述第一区域和所述第二区域。
(5)根据(3)所述的照明单元,其中,将在紫外线区域内的LED光施加于所述液晶材料与所述具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,以使得施加于所述第四区域的紫外光的强度或总剂量大于施加于所述第三区域的紫外光的强度或总剂量,从而形成所述第一区域和所述第二区域。
(6)根据(1)所述的照明单元,其中,通过将偏振紫外光施加于液晶材料与具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,以使得施加于所述第四区域的紫外线偏振分量比施加于所述第三区域的紫外线偏振分量更多,从而形成所述第一区域和所述第二区域。
(7)根据(1)到(6)中任一项所述的照明单元,包括第一配向膜和第二配向膜,所述光调制层夹在其间,
其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向朝向与所述端面平行的方向。
(8)根据(1)所述的照明单元,包括第一配向膜和第二配向膜,所述光调制层夹在其间,
其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜被形成为使得所述光调制层满足A>B>C和A1/C1<A2/C2。
(9)根据(8)所述的照明单元,其中,
所述第一配向膜被配置为包括在所述第三区域内的垂直配向膜和在所述第四区域内的水平配向膜,并且
所述第二配向膜为水平配向膜。
(10)根据(8)所述的照明单元,其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向朝向在所述第三区域内与所述端面相交的方向并且朝向在所述第四区域内与所述端面平行的方向。
(11)根据(10)所述的照明单元,其中,在所述第一配向膜和所述第二配向膜的第三区域内的配向方向相对于所述端面等于或大于60度并且小于90度。
(12)根据(11)所述的照明单元,其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向在第三区域内彼此相等。
(13)根据(8)所述的照明单元,其中,
所述第一配向膜的配向方向朝向在所述第三区域内与所述端面相交的方向并且朝向在所述第四区域内与所述端面平行的方向,并且
所述第二配向膜的配向方向朝向与所述端面平行的方向。
(14)根据(13)所述的照明单元,其中,在所述第一配向膜的所述第三区域内的配向方向相对于所述端面等于或大于60度并且小于90度。
(15)根据(8)到(14)中任一项所述的照明单元,其中,
所述第一区域被配置为包括液晶材料,
所述第二区域被配置为包括聚合物材料,以及
在所述光调制层内的所述第一区域的比率在整个光调制层上是一致的。
(16)根据(1)所述的照明单元,其中,
所述第一区域被配置为包括液晶材料,
通过使双官能单体与单官能单体和/或多官能单体聚合,形成包括在所述第三区域内的所述第二区域,以及
通过使双官能单体聚合,形成包括在所述第四区域内的所述第二区域,或者通过使双官能单体与单官能单体和/或多官能单体聚合,形成包括在所述第四区域内的所述第二区域,所述单官能单体和所述多官能单体具有比用于形成包括在所述第三区域内的所述第二区域的单官能单体和多官能单体的重量百分比更小的重量百分比。
(17)根据(1)所述的照明单元,其中,
通过以从98:2到75:25并包括98:2和75:25的重量比混合液晶材料与具有聚合性和液晶性能的单体来形成混合物,并且将紫外光施加于所述混合物中,以固化所述单体,从而形成包括在所述第三区域内的所述第一区域和所述第二区域,并且
通过以从95:5到50:50并包括95:5和50:50的重量比混合液晶材料与具有聚合性和液晶性能并且具有比在近区域30a内的单体的重量百分比更大的重量百分比的单体来形成混合物,并且将紫外光施加于所述混合物中,以固化所述单体,从而形成包括在所述第四区域内的所述第一区域和所述第二区域。
(18)根据(1)到(17)中的任一项所述的照明单元,其中,所述端面具有扩大来自所述光源的光的发散角的立体形状。
(19)根据权利要求(1)到(17)中的任一项所述的照明单元,包括用于折射率匹配的油,填充在所述端面与所述光源之间的间隙内。
20.一种显示单元,包括:
显示面板,通过调制光来显示图像;以及
照明单元,从所述显示面板的背面施加光,
其中,所述照明单元包括:
第一透明衬底和第二透明衬底,被设置为彼此分开并且彼此相对;
光源,被配置为将光照射到所述第一透明衬底的端面;以及
光调制层,其设置在所述第一透明衬底和所述第二透明衬底之间的间隙内,并且被配置为根据电场的强度对于来自所述光源的光展现散射特性或透明性,
所述光调制层包括第一区域和第二区域,所述第一区域具有光学各向异性以及对所述电场的较高的响应性,所述第二区域具有光学各向异性以及对所述电场的较低的响应性,并且
在所述光调制层展现所述散射特性时,所述光调制层被配置为满足以下表达式:
A>B>C
A1/C1<A2/C2
其中,A为在与所述光的入射面垂直的第一方向传播的光的第一散射的强度,
B为在与所述第一透明衬底垂直的第二方向传播的光的第二散射的强度,
C为在与所述光的入射面平行并且与所述第一透明衬底的表面平行的第三方向传播的光的第三散射的强度,
A1为所述光调制层中更靠近所述光源的第三区域内的第一散射的强度,
C1为在所述第三区域内的第三散射的强度,
A2为所述光调制层中距离所述光源更远的第四区域内的第一散射的强度,并且
C2为在所述第四区域内的第三散射的强度。
本公开所包括的主题与于2012年5月11日在日本专利局提交的日本优先权专利申请号2012-109523中所公开的主题相关,在此包括该案之全文,以作参考。
本领域的技术人员应理解的是,只要在所附权利要求或其等同物的范围内,根据设计要求和其他因素,可进行各种修改、组合、次组合以及变更。

Claims (20)

1.一种照明单元,包括:
第一透明衬底和第二透明衬底,被设置为彼此分开并且彼此相对;
光源,被配置为将光照射到所述第一透明衬底的端面;以及
光调制层,设置在所述第一透明衬底和所述第二透明衬底之间的间隙内,并且被配置为根据电场的强度对于来自所述光源的光展现散射特性或透明性,
其中,所述光调制层包括第一区域和第二区域,所述第一区域具有光学各向异性以及对所述电场的较高的响应性,所述第二区域具有光学各向异性以及对所述电场的较低的响应性,并且
在所述光调制层展现所述散射特性时,所述光调制层被配置为满足以下表达式:
A>B>C
A1/C1<A2/C2
其中,A为在与所述光的入射面垂直的第一方向传播的光的第一散射的强度,
B为在与所述第一透明衬底垂直的第二方向传播的光的第二散射的强度,
C为在与所述光的入射面平行并且与所述第一透明衬底的表面平行的第三方向传播的光的第三散射的强度,
A1为所述光调制层中的更靠近所述光源的第三区域内的第一散射的强度,
C1为在所述第三区域内的第三散射的强度,
A2为所述光调制层中的在距离所述光源更远的第四区域内的第一散射的强度,并且
C2为在所述第四区域内的第三散射的强度。
2.根据权利要求1所述的照明单元,其中,
所述第一区域被配置为包括液晶材料,
所述第二区域被配置为包括聚合物材料,以及
在所述光调制层内的所述第二区域的比率在所述第三区域内较低并且在所述第四区域内较高。
3.根据权利要求2所述的照明单元,其中,通过将紫外光施加于液晶材料与具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,以使得施加于所述第四区域的紫外光的强度或总剂量大于施加于所述第三区域的紫外光的强度或总剂量,来形成所述第一区域和所述第二区域。
4.根据权利要求3所述的照明单元,其中,通过使用其中在所述第四区域内的紫外光的透射率高于在所述第三区域内的紫外光的透射率的灰度掩膜,来将紫外光施加到所述液晶材料与所述具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,从而形成所述第一区域和所述第二区域。
5.根据权利要求3所述的照明单元,其中,将在紫外线区域内的LED光施加于所述液晶材料与所述具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,以使得施加于所述第四区域的紫外光的强度或总剂量大于施加于所述第三区域的紫外光的强度或总剂量,从而形成所述第一区域和所述第二区域。
6.根据权利要求1所述的照明单元,其中,通过将偏振紫外光施加于液晶材料与具有聚合性和液晶性能的单体的混合物中,以使得施加于所述第四区域的紫外线偏振分量比施加于所述第三区域的紫外线偏振分量更多,从而形成所述第一区域和所述第二区域。
7.根据权利要求1所述的照明单元,包括第一配向膜和第二配向膜,所述光调制层夹在其间,
其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向朝向与所述端面平行的方向。
8.根据权利要求1所述的照明单元,包括第一配向膜和第二配向膜,所述光调制层夹在其间,
其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜被形成为使得所述光调制层满足A>B>C和A1/C1<A2/C2。
9.根据权利要求8所述的照明单元,其中,
所述第一配向膜被配置为包括在所述第三区域内的垂直配向膜和在所述第四区域内的水平配向膜,并且
所述第二配向膜为水平配向膜。
10.根据权利要求8所述的照明单元,其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向朝向在所述第三区域内与所述端面相交的方向并且朝向在所述第四区域内与所述端面平行的方向。
11.根据权利要求10所述的照明单元,其中,在所述第一配向膜和所述第二配向膜的第三区域内的配向方向相对于所述端面等于或大于60度并且小于90度。
12.根据权利要求11所述的照明单元,其中,所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向在第三区域内彼此相等。
13.根据权利要求8所述的照明单元,其中,
所述第一配向膜的配向方向朝向在所述第三区域内与所述端面相交的方向并且朝向在所述第四区域内与所述端面平行的方向,并且
所述第二配向膜的配向方向朝向与所述端面平行的方向。
14.根据权利要求13所述的照明单元,其中,在所述第一配向膜的所述第三区域内的配向方向相对于所述端面等于或大于60度并且小于90度。
15.根据权利要求8所述的照明单元,其中,
所述第一区域被配置为包括液晶材料,
所述第二区域被配置为包括聚合物材料,以及
在所述光调制层内的所述第一区域的比率在整个光调制层上是一致的。
16.根据权利要求1所述的照明单元,其中,
所述第一区域被配置为包括液晶材料,
通过使双官能单体与单官能单体和/或多官能单体聚合,形成包括在所述第三区域内的所述第二区域,以及
通过使双官能单体聚合,形成包括在所述第四区域内的所述第二区域,或者通过使双官能单体与单官能单体和/或多官能单体聚合,形成包括在所述第四区域内的所述第二区域,所述单官能单体和/或所述多官能单体具有比用于形成包括在所述第三区域内的所述第二区域的单官能单体和/或多官能单体的重量百分比更小的重量百分比。
17.根据权利要求1所述的照明单元,其中,
通过以从98:2到75:25并包括98:2和75:25的重量比混合液晶材料与具有聚合性和液晶性能的单体来形成混合物,并且将紫外光施加于所述混合物中,以固化所述单体,从而形成包括在所述第三区域内的所述第一区域和所述第二区域,并且
通过以从95:5到50:50并包括95:5和50:50的重量比混合液晶材料与具有聚合性和液晶性能并且具有比在近区域30a内的单体的重量百分比更大的重量百分比的单体来形成混合物,并且将紫外光施加于所述混合物中,以固化所述单体,从而形成包括在所述第四区域内的所述第一区域和所述第二区域。
18.根据权利要求1所述的照明单元,其中,所述端面具有扩大来自所述光源的光的发散角的立体形状。
19.根据权利要求1所述的照明单元,包括用于折射率匹配的油,填充在所述端面与所述光源之间的间隙内。
20.一种显示单元,包括:
显示面板,通过调制光来显示图像;以及
照明单元,从所述显示面板的背面施加光,
其中,所述照明单元包括:
第一透明衬底和第二透明衬底,被设置为彼此分开并且彼此相对;
光源,被配置为将光照射到所述第一透明衬底的端面;以及
光调制层,其设置在所述第一透明衬底和所述第二透明衬底之间的间隙内,并且被配置为根据电场的强度对于来自所述光源的光展现散射特性或透明性,
所述光调制层包括第一区域和第二区域,所述第一区域具有光学各向异性以及对所述电场的较高的响应性,所述第二区域具有光学各向异性以及对所述电场的较低的响应性,并且
在所述光调制层展现所述散射特性时,所述光调制层被配置为满足以下表达式:
A>B>C
A1/C1<A2/C2
其中,A为在与所述光的入射面垂直的第一方向传播的光的第一散射的强度,
B为在与所述第一透明衬底垂直的第二方向传播的光的第二散射的强度,
C为在与所述光的入射面平行并且与所述第一透明衬底的表面平行的第三方向传播的光的第三散射的强度,
A1为所述光调制层中更靠近所述光源的第三区域内的第一散射的强度,
C1为在所述第三区域内的第三散射的强度,
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C2为在所述第四区域内的第三散射的强度。
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