JP2002098944A - 光制御体およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光の利用効率やコントラストを高めて、明所で
の特性を変化させず暗所での内蔵光源による表示がで
き、構成が小型で安価でありしかも薄型かつ軽量なこ
と。 【解決手段】光透過性の材質からなる微小な構造を有し
た平面状の第１の材料層２と、第１の材料層２と異なっ
た材質の光透過性の材質からなる微小な構造を有し第１
の材料層２に密着させて設けられた平面状の第２の材料
層３とを、可変電圧が印加される平面状の一対の透明電
極４にて挟んで成り、第１の材料層２と第２の材料層３
とは、一対の透明電極４間に電圧を印加することによっ
て屈折率が変化する材質としている光制御体１を、光の
反射と散乱を利用した反射型表示体５の前面に対向させ
て配置し、かつ光制御体１の一側面側に、光制御体１に
照明光を入射させる内蔵光源６を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を制御する光制
御体およびそれを用いた表示装置に係り、特に明所での
特性を変化させず、暗所での内蔵光源による表示ができ
るようにした光制御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】近年、より高性能かつ小型・軽量な液晶
表示装置を実現するため、消費電力の低減と軽量化・薄
型化を目的として、バックライトを無くし、ライトを反
射型とすること（フロントライト化）によって、これに
対応しようとする傾向が強まってきている。

【０００３】この種のフロントライトは、光出射面／表
示面の輝度の均一化等のために、その主要部を構成する
矩形板状の導光板の水平な表面が梨地状の梨地面に形成
されている。

【０００４】しかしながら、かかるフロントライトで
は、導光板表面における光の拡散・反射や輝度均一化の
ために梨地面は効果的である反面、梨地面は光の散乱の
ために液晶表示しようとする文字や画像等をぼけさせた
り、コントラスト低下や輝度むらを起こして見にくくな
り、特にカラー表示の時にそれが顕著となる、という問
題点がある。

【０００５】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１１−２１８７５７
号公報”に示されるような、反射型の液晶表示装置が提
案されてきている。

【０００６】すなわち、この反射型液晶表示装置は、液
晶ディスプレイと、液晶ディスプレイの表示側に配置さ
れる導光板を含むフロントライトユニット、とを含む液
晶表示装置において、導光板は、液晶ディスプレイに対
面し得る導光板一面部と、それとは反対側の導光板他面
部、とを含み、導光板一面部は、平面から成り、導光板
他面部は、導光板一面部に対して所定角度傾いた少なく
とも一つの傾斜面部を含むか、またはプリズムが鋸歯状
に形成されて成るプリズムアレイから成るようにするこ
とにより、導光板のような梨地面を必要とすることな
く、輝度や見易さ等の面で、従来と同等もしくはそれ以
上の良好性を得ることができるようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の従
来の反射型液晶表示装置においては、フロントライトユ
ニットの内蔵光源をオフにしている状態でも、外部から
の光にフロントライト用光学素子が作用して、光の利用
効率やコントラストの低下をもたらす等の解決すべき課
題がある。

【０００８】本発明の目的は、外部からの光に作用を及
ぼさず、光の利用効率やコントラストを高めて、明所で
の特性を変化させず暗所での内蔵光源による表示をする
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
量な光制御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、光透過性の材質か
らなる微小な構造を有した平面状の第１の材料層と、当
該第１の材料層と異なった材質の光透過性の材質からな
る微小な構造を有し第１の材料層に密着させて設けられ
た平面状の第２の材料層とを、可変電圧が印加される平
面状の一対の透明電極にて挟んで成り、第１の材料層と
第２の材料層の材質を、当該第１の材料層と第２の材料
層との間の相対的な屈折率差が、一対の透明電極間に電
圧を印加することによって変化する材質としている。

【００１０】従って、請求項１に対応する発明の光制御
体においては、光透過性の材質からなる平面状の第１の
材料層と、第１の材料層と異なった材質の光透過性の材
質からなる第１の材料層に密着させて設けられた平面状
の第２の材料層とを、可変電圧が印加される平面状の一
対の透明電極にて挟んで構成し、第１の材料層と第２の
材料層の材質を、当該第１の材料層と第２の材料層との
間の相対的な屈折率差が、一対の透明電極間に電圧を印
加することによって変化する材質とすることにより、一
対の透明電極間に電圧を印加して電圧の状態を変化させ
ることで、二つの材料層の屈折率差を小さくしたり大き
くしたりすることが可能となるため、二つの材料層の界
面での反射率を制御することができる。これにより、外
部からの光による表示状態にある場合には、光制御体は
単なる光透過板として作用して、表示像に影響を一切与
えない。一方、内蔵光源からの光による表示状態にある
場合には、十分な光を表示像に与えることが可能とな
る。

【００１１】また、請求項２に対応する発明では、光透
過性の材質からなる微小な構造を有した平面状の第１の
材料層と、当該第１の材料層と異なった材質の光透過性
の材質からなる微小な構造を有し第１の材料層に密着さ
せて設けられた平面状の第２の材料層とを、可変電圧が
印加される平面状の一対の透明電極にて挟んで成り、第
１の材料層または第２の材料層のうち一方の材料層の材
質は、一対の透明電極間に電圧を印加することによって
屈折率が変化する材質としている。

【００１２】従って、請求項２に対応する発明の光制御
体においては、光透過性の材質からなる平面状の第１の
材料層と、第１の材料層と異なった材質の光透過性の材
質からなる第１の材料層に密着させて設けられた平面状
の第２の材料層とを、可変電圧が印加される平面状の一
対の透明電極にて挟んで構成し、第１の材料層または第
２の材料層のうち一方の材料層の材質は、一対の透明電
極間に電圧を印加することで屈折率が変化する材質とす
ることにより、一対の透明電極間に可変電圧を印加して
電圧の状態を変化させることで、二つの材料層の屈折率
差を小さくしたり大きくしたりすることが可能となるた
め、二つの材料層の界面での反射率を制御することがで
きる。これにより、外部からの光による表示状態にある
場合には、光制御体は単なる光透過板として作用して、
表示像に影響を一切与えない。また、内蔵光源からの光
による表示状態にある場合には、十分な光を表示像に与
えることが可能となる。

【００１３】一方、請求項３に対応する発明では、上記
請求項１または請求項２に対応する発明の光制御体にお
いて、可変電圧としては、互いに大きさが異なる第１の
電圧または第２の電圧を一対の透明電極間に印加するよ
うにし、第１の材料層または第２の材料層の材質とし
て、二つの電圧状態に対応する屈折率をそれぞれＮL0，
ＮL1とした時、第２の材料層または第１の材料層の材質
として、ＮL0またはＮL1のいずれか一方とほぼ同等の屈
折率を有するものとしている。

【００１４】従って、請求項３に対応する発明の光制御
体においては、可変電圧として、大きさが異なる第１の
電圧または第２の電圧を一対の透明電極間に印加し、第
１の材料層または第２の材料層の材質として二つの電圧
状態に対応する屈折率をＮL0，ＮL1とした時、第２の材
料層または第１の材料層の材質としてこのいずれか一方
の屈折率とほぼ同等の屈折率を有するものとすることに
より、一対の透明電極間に印加する電圧の状態を変化さ
せることで、二つの材料層の屈折率差を同一としたり異
ならせたりすることが可能となるため、二つの材料層の
界面での反射率を制御することができる。これにより、
外部からの光による表示状態にある場合には、光制御体
は単なる光透過板として作用して、表示像に影響を一切
与えない。一方、内蔵光源からの光による表示状態にあ
る場合には、十分な光を表示像に与えることが可能とな
る。

【００１５】また、請求項４に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の
光制御体において、第１の材料層および第２の材料層の
二つの材質の界面における屈折率差による反射率として
は、二つの材質の屈折率差が最大の場合に５０％、屈折
率差が最小の場合に０％となるようにしている。

【００１６】従って、請求項４に対応する発明の光制御
体においては、第１の材料層および第２の材料層の二つ
の材質の界面における屈折率差による反射率として、二
つの材質の屈折率差が最大の場合に５０％、屈折率差が
最小の場合に０％となるようにすることにより、光の利
用効率を最大とすることができる。

【００１７】一方、請求項５に対応する発明では、上記
請求項１または請求項２に対応する発明の光制御体にお
いて、第１の材料層および第２の材料層の二つの材質の
分布としては、あらかじめ二つの材質の界面が局所的に
平面状であり反射面（鏡面）を構成している。

【００１８】従って、請求項５に対応する発明の光制御
体においては、第１の材料層および第２の材料層の二つ
の材質の分布として、二つの材質の界面が局所的に平面
状であり反射面（鏡面）を構成するものとすることによ
り、二つの材質の屈折率が異なる状態では、材質間の屈
折率の違いによって二つの材質の界面で反射光が発生し
（屈折率が同一の場合には反射光は発生しない）、内蔵
光源からの光を反射して表示体へ導き、表示体からの反
射した散乱光を外部（特に表示体に対して垂直方向付
近）へ射出することができる。

【００１９】また、請求項６に対応する発明では、上記
請求項１または請求項２に対応する発明の光制御体にお
いて、第１の材料層および第２の材料層の二つの材質の
分布としては、あらかじめ二つの材質が回折格子を構成
している。

【００２０】従って、請求項６に対応する発明の光制御
体においては、第１の材料層および第２の材料層の二つ
の材質の分布として、二つの材質が回折格子を構成する
ものとすることにより、二つの材質の屈折率が異なる状
態では、材質間の屈折率の違いによって回折光が発生し
（屈折率が同一の場合には回折光は発生しない）、内蔵
光源からの光を回折して表示体へ導き、表示体からの反
射した散乱光を外部（特に表示体に対して垂直方向付
近）へ射出することができる。

【００２１】一方、請求項７に対応する発明では、上記
請求項５に対応する発明の光制御体において、反射面
（鏡面）を細かく分割している。

【００２２】従って、請求項７に対応する発明の光制御
体においては、反射面（鏡面）を細かく分割することに
より、光制御体を薄くすることができ、もつて軽くする
こともできる。

【００２３】また、請求項８に対応する発明では、上記
請求項６に対応する発明の光制御体において、回折格子
としては、表面レリーフ型回折格子としている。

【００２４】従って、請求項８に対応する発明の光制御
体においては、回折格子を表面レリーフ型回折格子とす
ることにより、一方の材質でエンボス等の方法により安
価に量産し、レリーフ面にもう一方の材質を流し込むこ
とによって容易に光制御体を作製することができる。

【００２５】さらに、請求項９に対応する発明では、上
記請求項８に対応する発明の光制御体において、表面レ
リーフ型回折格子としては、ブレーズド回折格子として
いる。

【００２６】従って、請求項９に対応する発明の光制御
体においては、表面レリーフ型回折格子をブレーズド回
折格子とすることにより、回折格子として機能する際の
光の利用効率をより一層高くすることができる。

【００２７】さらにまた、請求項１０に対応する発明で
は、上記請求項６に対応する発明の光制御体において、
回折格子の回折効率を局所的に変化させている。

【００２８】従って、請求項１０に対応する発明の光制
御体においては、回折格子の回折効率を局所的に変化さ
せることにより、光制御体面内で均一な光強度の射出光
を容易に作ることができる。

【００２９】一方、請求項１１に対応する発明では、上
記請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に対応する発
明の光制御体を、光の反射と散乱を利用した反射型表示
体の前面側（表示面側）に対向させて配置し、かつ光制
御体の一側面側に、当該光制御体に照明光を入射させる
内蔵光源を配設して成る。

【００３０】従って、請求項１１に対応する発明の表示
装置においては、前述の作用を奏する光制御体を、光の
反射と散乱を利用した反射型表示体の前面側（表示面
側）に対向配置し、光制御体の一側面側に、光制御体に
照明光を入射させる内蔵光源を配設することにより、外
部からの光による表示状態と、内蔵光源からの光による
表示状態を簡便に実現することができる。また、請求項
１２に対応する発明では、上記請求項１１に対応する発
明の表示装置において、内蔵光源の使用時には、第１の
材料層の材質の屈折率と第２の材料層の材質の屈折率と
が異なる屈折率となるように、また内蔵光源の未使用時
（外部照明光の使用時）には、第１の材料層の材質の屈
折率と第２の材料層の材質の屈折率とがほぼ同等の屈折
率となるように、一対の透明電極間に二つの電圧を切り
替えて印加するようにしている。

【００３１】従って、請求項１２に対応する発明の表示
装置においては、内蔵光源の使用時には、第１の材料層
の材質の屈折率と第２の材料層の材質の屈折率とが異な
る屈折率となるように、また内蔵光源の未使用時（外部
照明光の使用時）には、第１の材料層の材質の屈折率と
第２の材料層の材質の屈折率とがほぼ同等の屈折率とな
るように、一対の透明電極間に二つの電圧を切り替えて
印加することにより、内蔵光源からの光が表示体を照明
し、外部へ射出する状態（内蔵光源により表示像を観察
可能な状態;周囲が暗い場合等に表示像を観察する際に
有効）と、外部からの光が表示体を照明し、外部へ射出
する状態（外部照明により表示像を観察可能な状態;屋
外や蛍光灯下等の周囲が明るい場合に電力消費を抑えら
れる）とを切り替えることができる。

【００３２】特に、外部からの光による表示状態にある
場合には、光制御体は単なる光透過板として作用して、
表示像に影響を一切与えない。一方、内蔵光源からの光
による表示状態にある場合には、十分な光を表示像に与
えることができる。

【００３３】さらに、請求項１３に対応する発明では、
上記請求項１１または請求項１２に対応する発明の表示
装置において、表示体としては、液晶表示パネルを用い
ている。

【００３４】従って、請求項１３に対応する発明の表示
装置においては、表示体として液晶表示パネルを用いる
ことにより、表示体と光制御体との間にある電極を共用
することができる。

【００３５】さらにまた、請求項１４に対応する発明で
は、上記請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に対
応する発明の表示装置において、内蔵光源からの直接の
照明光が光制御体の透明電極面で全反射するように、内
蔵光源からの照明光の入射角度を設定している。

【００３６】従って、請求項１４に対応する発明の表示
装置においては、内蔵光源からの直接の照明光が光制御
体の透明電極面で全反射するように、内蔵光源からの照
明光の入射角度を設定することにより、内蔵光源からの
光の利用効率をより一層高くすることができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の光を制御する光制御体
は、光透過性の材質からなる平面状の第１の材料層と、
第１の材料層と異なった材質の光透過性の材質からなる
第１の材料層に密着させて設けられた平面状の第２の材
料層とを、可変電圧が印加される平面状の一対の透明電
極にて挟んで構成し、第１の材料層と第２の材料層の材
質を、当該第１の材料層と第２の材料層との間の相対的
な屈折率差が、一対の透明電極間に電圧を印加すること
によって変化する材質とすることにより、一対の透明電
極間に電圧を印加して電圧の状態を変化させることで、
二つの材料層の間の相対的な屈折率差を変化して（第１
の材料層、第２の材料層のうちの少なくとも一方の屈折
率が電圧の印加により変化する。また、屈折率が変化し
て差が生じる場合、変化して差が０％になる場合も含
む）、二つの材料層の界面での反射率を制御し、この界
面での特定方向への反射光強度を制御することを可能と
することを骨子としている。

【００３８】すなわち、より具体的には、光透過性の材
質からなる微小な構造を有した平面状の第１の材料層
と、当該第１の材料層と異なった材質の光透過性の材質
からなる微小な構造を有し第１の材料層に密着させて設
けられた平面状の第２の材料層とを、可変電圧が印加さ
れる平面状の一対の透明電極にて挟んで成り、第１の材
料層は、一対の透明電極間に電圧を印加することによっ
て屈折率が変化する材質としている光学要素であり、例
えば光の反射と散乱を利用した反射型表示体と組み合わ
せることにより、外部からの光による表示状態と、内蔵
光源からの光による表示状態とを電気的に切り替えて、
明所での特性を変化させず、暗所での内蔵光源による表
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。

【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（ａ）（ｂ）
は、本実施の形態による光制御体およびそれを用いた反
射型表示装置の構成例を示す縦断面図である。

【００４１】すなわち、図１（ａ）（ｂ）に示すよう
に、本実施の形態による光制御体１は、光透過性の材質
からなる微小な構造を有した平面状の第１の材料層２
と、この第１の材料層２と異なった材質の光透過性の材
質からなる微小な構造を有し、第１の材料層２に密着さ
せて設けられた平面状の第２の材料層３とを、図示しな
い可変電圧源からの可変電圧が印加される平面状の一対
の透明電極４にて挟んで成り、第１の材料層２または第
２の材料層３のうち一方の材料層（本例では、第１の材
料層２）の材質は、一対の透明電極４間に電圧を印加す
ることによって屈折率が変化する材質として構成してい
る（本例では、第１の材料層２を液晶層２、第２の材料
層３をレリーフ層３としている）。

【００４２】また、上記構成を有する光制御体１を、光
の反射と散乱を利用して文字や画像等を表示する反射型
表示体５の前面側、すなわち表示面側に対向させて配置
し、さらに上記光制御体１の一側面側に、光制御体１に
照明光を入射させる内蔵光源６を配設して、反射型表示
装置全体を構成している。

【００４３】ここで、光制御体１において、可変電圧源
からの可変電圧としては、互いに大きさが異なる第１の
電圧Ｅ１または第２の電圧Ｅ２を、一対の透明電極４間
に印加するようにし、第１の材料層２または第２の材料
層３の材質として、上記二つの電圧状態Ｅ１，Ｅ２に対
応する屈折率をそれぞれＮL0，ＮL1とした時、第２の材
料層３または第１の材料層２の材質として、上記ＮL0ま
たはＮL1のいずれか一方とほぼ同等の屈折率を有するも
のとしている。

【００４４】また、第１の材料層２および第２の材料層
３の二つの材質の界面における屈折率差による反射率と
しては、上記二つの材質の屈折率差が最大の場合に５０
％、屈折率差が最小の場合に０％となるようにすること
が好ましい。

【００４５】さらに、上記第１の材料層２および第２の
材料層３の二つの材質の分布としては、あらかじめ二つ
の材質の界面が局所的に平面状であり反射面（鏡面）を
構成している。

【００４６】なお、上記反射面（鏡面）は、細かく分割
していることが好ましい。

【００４７】一方、反射型表示装置において、上記内蔵
光源６の使用時には、第１の材料層２の材質の屈折率と
第２の材料層３の材質の屈折率とが異なる屈折率となる
ように、また内蔵光源６の未使用時（外部照明光の使用
時）には、第１の材料層２の材質の屈折率と第２の材料
層３の材質の屈折率とがほぼ同等の屈折率となるよう
に、可変電圧源から一対の透明電極４間に上記二つの電
圧Ｅ１，Ｅ２を切り替えて印加するようにしている。

【００４８】また、上記内蔵光源６からの直接の照明光
が、上記光制御体１の透明電極４面で全反射するよう
に、内蔵光源６からの照明光の入射角度を設定するよう
にしている。

【００４９】さらに、上記反射型表示体５としては、液
晶表示パネルを用いている（なお、通常の印刷物を用い
てもよい）。

【００５０】次に、以上のように構成した本実施の形態
による光制御体１およびそれを用いた反射型表示装置に
おいては、光透過性の材質からなる平面状の第１の材料
層２と、第１の材料層２と異なった材質の光透過性の材
質からなる第１の材料層２に密着させて設けられた平面
状の第２の材料層３とを、可変電圧が印加される平面状
の一対の透明電極４にて挟んで構成し、第１の材料層２
は、一対の透明電極４間に電圧を印加することで屈折率
が変化する材質（液晶）としていることにより、一対の
透明電極４間に可変電圧を印加して電圧の状態を変化さ
せることで、二つの材料層２，３の屈折率差を小さくし
たり大きくしたりすることが可能となる。

【００５１】これにより、二つの材料層２，３の界面で
の反射率を容易に制御することができる。

【００５２】すなわち、具体的には、可変電圧源からの
可変電圧として、大きさが異なる第１の電圧Ｅ１または
第２の電圧Ｅ２を一対の透明電極４間に印加し、第１の
材料層２または第２の材料層３の材質として、二つの電
圧状態Ｅ１，Ｅ２に対応する屈折率をＮL0，ＮL1とした
時、第２の材料層３または第１の材料層２の材質とし
て、このいずれか一方の屈折率とほぼ同等の屈折率を有
するものとしていることにより、一対の透明電極４間に
印加する電圧の状態を変化させることで、二つの材料層
２，３の屈折率差を同一としたり異ならせたりすること
が可能となるため、二つの材料層２，３の界面での反射
率を制御することができる。

【００５３】これにより、光の反射と散乱を利用した反
射型表示体５と組み合わせることにより、一対の透明電
極４間の電圧の制御によって、外部からの光による表示
状態（外部からの照明光が反射型表示体５を照明し、外
部へ射出する表示状態であり、外部照明により表示像を
観察可能な状態;屋外や蛍光灯下など周囲が明るい場合
に電力消費を抑えられる）と、内蔵光源６からの光によ
る表示状態（内蔵光源６からの光が反射型表示体５を照
明し、外部へ射出する表示状態であり、内蔵光源６によ
り表示像を観察可能な状態;周囲が暗い場合等に表示像
を観察する際に有効）とを、電気的に簡便に切り替える
ことができる。

【００５４】すなわち、外部からの光による表示状態に
ある場合には、光制御体１は単なる光透過板として作用
して、表示像に影響を一切与えない。

【００５５】一方、内蔵光源６からの光による表示状態
にある場合には、十分な光を表示像に与えることが可能
となる。

【００５６】また、第１の材料層２および第２の材料層
３の二つの材質の界面における屈折率差による反射率と
して、二つの材質の屈折率差が最大の場合に５０％、屈
折率差が最小の場合に０％となるようにしていることに
より、光の利用効率を最大とすることができる。

【００５７】一方、第１の材料層２および第２の材料層
３の二つの材質の分布として、二つの材質の界面が局所
的に平面状であり反射面（鏡面）を構成するものとして
いることにより、二つの材質の屈折率が異なる状態で
は、材質間の屈折率の違いによって二つの材質の界面で
反射光が発生し（屈折率が同一の場合には反射光は発生
しない）、内蔵光源６からの光を反射して反射型表示体
５へ導き、反射型表示体５からの反射した散乱光を外部
（特に反射型表示体５に対して垂直方向付近）へ射出す
ることができる。

【００５８】すなわち、図１（ａ）に示すように、内蔵
光源６の使用時には、第１の材料層２の材質の屈折率と
第２の材料層３の材質の屈折率とが異なる屈折率となる
ように、また図１（ｂ）に示すように、内蔵光源６の未
使用時（外部照明光の使用時）には、第１の材料層２の
材質の屈折率と第２の材料層３の材質の屈折率とがほぼ
同等の屈折率となるように、一対の透明電極４間に二つ
の電圧を切り替えて印加していることにより、内蔵光源
６からの光が反射型表示体５を照明し、外部へ射出する
表示状態（内蔵光源６により表示像を観察可能な状態;
周囲が暗い場合等に表示像を観察する際に有効）と、外
部からの光が反射型表示体５を照明し、外部へ射出する
表示状態（外部照明により表示像を観察可能な状態;屋
外や蛍光灯下等の周囲が明るい場合に電力消費を抑えら
れる）とを、容易に切り替えることができる。

【００５９】また、反射面（鏡面）を細かく分割してい
ることにより、光制御体１を薄くすることができ、もつ
て軽くすることもできる。

【００６０】さらに、内蔵光源６からの直接の照明光が
光制御体１の透明電極４面で全反射するように、内蔵光
源６からの照明光の入射角度を設定していることによ
り、光の利用効率をより一層高くすることができる。

【００６１】さらにまた、反射型表示体５として液晶表
示パネルを用いていることにより、反射型表示体５と光
制御体１との間にある電極（好ましくは、アース電極）
を共用することができる。

【００６２】なお、第１の材料層（液晶層）２と第２の
材料層（レリーフ層）３の屈折率差による正反射光を用
いる際には、図１に示す反射面の角度θに依存して、第
１の材料層２−第２の材料層３界面における全反射光が
反射型表示体５に入射する角度、および当該界面におけ
る光制御体１からの射出側への屈折角度が変化すること
から、使用状態に応じて、上記角度θを適切に設定すれ
ばよい。

【００６３】ここで、通常の表示体に用いる場合には、
射出光の大部分が正面付近に分布することが好ましいの
で、正面方向に射出光が向かうように上記角度θを設定
する。

【００６４】また、正反射光を用いる場合には、第１の
材料層２−第２の材料層３界面における屈折率差による
反射率の分だけ、内蔵光源６からの照明光を反射型表示
体５に入射することができる。

【００６５】よって、十分な屈折率差を設定することに
より、十分な効率で反射型表示体５を照明することがで
きる。

【００６６】さらに、本実施の形態の光制御体１を全反
射しつつ導波する光を利用することにより、光制御体１
をより一層薄くすることができる。

【００６７】上述したように、本実施の形態では、外部
からの光に作用を及ぼさず、光の利用効率やコントラス
トを高めて、明所での特性を変化させず、暗所での内蔵
光源６による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制御体およびそれを用い
た反射型表示装置を得ることが可能となる。

【００６８】（第２の実施の形態）図２（ａ）（ｂ）
は、本実施の形態による光制御体およびそれを用いた反
射型表示装置の構成例を示す縦断面図であり、図１
（ａ）（ｂ）と同一要素には同一符号を付して示してい
る。

【００６９】すなわち、図２（ａ）（ｂ）に示すよう
に、本実施の形態による光制御体１は、光透過性の材質
からなる微小な構造を有した平面状の第１の材料層２
と、この第１の材料層２と異なった材質の光透過性の材
質からなる微小な構造を有し、第１の材料層２に密着さ
せて設けられた平面状の第２の材料層３とを、図示しな
い可変電圧源からの可変電圧が印加される平面状の一対
の透明電極４にて挟んで成り、第１の材料層２または第
２の材料層３のうち一方の材料層（本例では、第１の材
料層２）は、一対の透明電極４間に電圧を印加すること
によって屈折率が変化する材質として構成している（本
例では、第１の材料層２を液晶層２、第２の材料層３を
レリーフ層３としている）。

【００７０】また、上記構成を有する光制御体１を、光
の反射と散乱を利用して文字や画像等を表示する反射型
表示体５の前面側、すなわち表示面側に対向させて配置
し、さらに上記光制御体１の一側面側に、光制御体１に
照明光を入射させる内蔵光源６を配設して、反射型表示
装置全体を構成している。

【００７１】ここで、光制御体１において、可変電圧源
からの可変電圧としては、互いに大きさが異なる第１の
電圧Ｅ１または第２の電圧Ｅ２を、一対の透明電極４間
に印加するようにし、第１の材料層２または第２の材料
層３の材質として、上記二つの電圧状態Ｅ１，Ｅ２に対
応する屈折率をそれぞれＮL0，ＮL1とした時、第２の材
料層３または第１の材料層２の材質として上記ＮL0また
はＮL1のいずれか一方とほぼ同等の屈折率を有するもの
としている。

【００７２】また、第１の材料層２および第２の材料層
３の二つの材質の界面における屈折率差による反射率と
しては、上記二つの材質の屈折率差が最大の場合に５０
％、屈折率差が最小の場合に０％となるようにすること
が好ましい。

【００７３】さらに、上記第１の材料層２および第２の
材料層３の二つの材質の分布としては、あらかじめ二つ
の材質が回折格子を構成している。

【００７４】なお、上記回折格子としては、体積型でも
よいが、表面レリーフ型の回折格子とすることが好まし
い。

【００７５】この時、表面レリーフの溝深さを適切に設
定することにより、反射時の回折効率を最大にし、透過
時の回折効率を最小にすることができる。

【００７６】勿論、反射時／透過時の回折効率のバラン
スは、適宜・任意に設定することができる。

【００７７】また、表面レリーフ型の回折格子を用いる
場合には、ブレーズド回折格子とすることが好ましい。

【００７８】さらに、上記回折格子の回折効率を局所的
に変化させている（回折格子の深さを替える等で実現可
能である）。

【００７９】さらにまた、上記回折格子の断面形状とし
ては、鋸歯状としている。

【００８０】一方、反射型表示装置において、上記内蔵
光源６の使用時には、第１の材料層２の材質の屈折率と
第２の材料層３の材質の屈折率とが異なる屈折率となる
ように、また内蔵光源６の未使用時（外部照明光の使用
時）には、第１の材料層２の材質の屈折率と第２の材料
層３の材質の屈折率とがほぼ同等の屈折率となるよう
に、可変電圧源から一対の透明電極４間に上記二つの電
圧Ｅ１，Ｅ２を切り替えて印加するようにしている。

【００８１】また、上記内蔵光源６からの直接の照明光
が、上記光制御体１の透明電極４面で全反射するよう
に、内蔵光源６からの照明光の入射角度を設定するよう
にしている。

【００８２】さらに、上記反射型表示体５としては、液
晶表示パネルを用いている（なお、通常の印刷物を用い
てもよい）。

【００８３】次に、以上のように構成した本実施の形態
による光制御体１およびそれを用いた反射型表示装置に
おいては、光透過性の材質からなる平面状の第１の材料
層２と、第１の材料層２と異なった材質の光透過性の材
質からなる第１の材料層２に密着させて設けられた平面
状の第２の材料層３とを、可変電圧が印加される平面状
の一対の透明電極４にて挟んで構成し、第１の材料層２
は、一対の透明電極４間に電圧を印加することで屈折率
が変化する材質（液晶）としていることにより、一対の
透明電極４間に可変電圧を印加して電圧の状態を変化さ
せることで、二つの材料層２，３の屈折率差を小さくし
たり大きくしたりすることが可能となる。

【００８４】これにより、二つの材料層２，３の界面で
の反射率を容易に制御することができる。

【００８５】すなわち、具体的には、可変電圧源からの
可変電圧として、大きさが異なる第１の電圧Ｅ１または
第２の電圧Ｅ２を一対の透明電極４間に印加し、第１の
材料層２または第２の材料層３の材質として、二つの電
圧状態Ｅ１，Ｅ２に対応する屈折率をＮL0，ＮL1とした
時、第２の材料層３または第１の材料層２の材質とし
て、このいずれか一方の屈折率とほぼ同等の屈折率を有
するものとしていることにより、一対の透明電極４間に
印加する電圧の状態を変化させることで、二つの材料層
２，３の屈折率差を同一としたり異ならせたりすること
が可能となるため、二つの材料層２，３の界面での反射
率を制御することができる。

【００８６】これにより、光の反射と散乱を利用した反
射型表示体５と組み合わせることにより、一対の透明電
極４間の電圧の制御によって、外部からの光による表示
状態（外部からの照明光が反射型表示体５を照明し、外
部へ射出する表示状態であり、外部照明により表示像を
観察可能な状態;屋外や蛍光灯下など周囲が明るい場合
に電力消費を抑えられる）と、内蔵光源６からの光によ
る表示状態（内蔵光源６からの光が反射型表示体５を照
明し、外部へ射出する表示状態であり、内蔵光源６によ
り表示像を観察可能な状態;周囲が暗い場合等に表示像
を観察する際に有効）とを、電気的に簡便に切り替える
ことができる。

【００８７】すなわち、外部からの光による表示状態に
ある場合には、光制御体１は単なる光透過板として作用
して、表示像に影響を一切与えない。

【００８８】一方、内蔵光源６からの光による表示状態
にある場合には、十分な光を表示像に与えることが可能
となる。

【００８９】また、第１の材料層２および第２の材料層
３の二つの材質の界面における屈折率差による反射率と
して、二つの材質の屈折率差が最大の場合に５０％、屈
折率差が最小の場合に０％となるようにしていることに
より、光の利用効率を最大とすることができる。

【００９０】一方、第１の材料層２および第２の材料層
３の二つの材質の分布として、二つの材質が回折格子を
構成するものとしていることにより、二つの材質の屈折
率が異なる状態では、材質間の屈折率の違いによって回
折光が発生し（屈折率が同一の場合には回折光は発生し
ない）、内蔵光源６からの光を回折して反射型表示体５
へ導き、反射型表示体５からの反射した散乱光を外部
（特に反射型表示体５に対して垂直方向付近）へ射出す
ることができる。

【００９１】すなわち、図２（ａ）に示すように、内蔵
光源６の使用時には、第１の材料層２の材質の屈折率と
第２の材料層３の材質の屈折率とが異なる屈折率となる
ように、また図２（ｂ）に示すように、内蔵光源６の未
使用時（外部照明光の使用時）には、第１の材料層２の
材質の屈折率と第２の材料層３の材質の屈折率とがほぼ
同等の屈折率となるように、一対の透明電極４間に二つ
の電圧を切り替えて印加していることにより、内蔵光源
６からの光が反射型表示体５を照明し、外部へ射出する
表示状態（内蔵光源６により表示像を観察可能な状態;
周囲が暗い場合等に表示像を観察する際に有効）と、外
部からの光が反射型表示体５を照明し、外部へ射出する
表示状態（外部照明により表示像を観察可能な状態;屋
外や蛍光灯下等の周囲が明るい場合に電力消費を抑えら
れる）とを、容易に切り替えることができる。

【００９２】また、回折格子を表面レリーフ型回折格子
としていることにより、一方の材質でエンボス等の方法
により安価に量産し、レリーフ面に液晶を流し込むこと
によって容易に光制御体１を作製することができる。

【００９３】さらに、表面レリーフ型回折格子をブレー
ズド回折格子としていることにより、光の利用効率をよ
り一層高くすることができる。

【００９４】また、回折格子の回折効率を局所的に変化
させていることにより、光制御体１面内で均一な光強度
の射出光を容易に作ることができる。

【００９５】さらに、回折格子の断面形状を鋸歯状とし
ていることにより、内部光源６からの入射光に対する射
出光の割合を増やすことができる。

【００９６】一方、内蔵光源６からの直接の照明光が光
制御体１の透明電極４面で全反射するように、内蔵光源
６からの照明光の入射角度を設定していることにより、
光の利用効率をより一層高くすることができる。

【００９７】また、反射型表示体５として液晶表示パネ
ルを用いていることにより、反射型表示体５と光制御体
１との間にある電極（好ましくは、アース電極）を共用
することができる。

【００９８】なお、第１の材料層（液晶層）２と第２の
材料層（レリーフ層）３の屈折率差による反射に基づく
回折光を用いる際には、図２に示す回折格子の格子間隔
ｄに依存して、第１の材料層２−第２の材料層３界面に
おける回折光が反射型表示体５に入射する角度、および
当該界面における光制御体１からの射出側への回折角度
が変化することから、使用状態に応じて、上記回折格子
の格子間隔ｄを適切に設定すればよい。

【００９９】ここで、通常の表示体に用いる場合には、
射出光の大部分が正面付近に分布することが好ましいの
で、正面方向に射出光が向かうように上記回折格子の格
子間隔ｄを設定する。

【０１００】また、回折光を用いる場合には、レリーフ
形状の形状を非常に小さくすることができ（典型的に
は、０．５μｍ以下）、光制御体１を極めて薄くするこ
とができ、もって軽くすることもできる。

【０１０１】さらに、第１の材料層２である液晶層を薄
くすることも可能となるため、消費電力を低く抑えるこ
とができる。

【０１０２】さらに、本実施の形態の光制御体１を全反
射しつつ導波する光を利用することにより、光制御体１
をより一層薄くすることができる。

【０１０３】上述したように、本実施の形態でも、外部
からの光に作用を及ぼさず、光の利用効率やコントラス
トを高めて、明所での特性を変化させず、暗所での内蔵
光源６による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制御体およびそれを用い
た反射型表示装置を得ることが可能となる。

【０１０４】（第３の実施の形態）図３は、本実施の形
態による光制御体およびそれを用いた反射型表示装置の
構成例を示す縦断面図であり、図１（ａ）（ｂ）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。

【０１０５】すなわち、図３に示すように、本実施の形
態による光制御体１およびそれを用いた反射型表示装置
は、前記図１（ａ）（ｂ）における第１の材料層２およ
び第２の材料層３の厚さを、光制御体１の厚さが一定の
条件の下で、光制御体１の一端側から他端側にかけて連
続的に変化させた構成としている。

【０１０６】本例では、第１の材料層２の厚さが光制御
体１の上端側から下端側にかけて連続的に薄くなるよう
にし、第２の材料層３の厚さが光制御体１の上端側から
下端側にかけて連続的に厚くなるように変化させてい
る。

【０１０７】次に、以上のように構成した本実施の形態
による光制御体１およびそれを用いた反射型表示装置に
おいては、前述した第１の実施の形態の場合と同様の作
用効果を奏することができるのに加えて、内蔵光源６か
らの光を、上端から下端までほぼ同条件で反射すること
ができ、反射型表示体５への照明をより一層均一に行な
うことができる。

【０１０８】上述したように、本実施の形態では、外部
からの光に作用を及ぼさず、光の利用効率やコントラス
トを高めて、明所での特性を変化させず、暗所での内蔵
光源６による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制御体およびそれを用い
た反射型表示装置をきわめて容易に製作して得ることが
可能となる。

【０１０９】（その他の実施の形態）前記各実施の形態
では、第１の材料層２を液晶層２、第２の材料層３をレ
リーフ層３とした場合について説明したが、これに限ら
ず、第１の材料層２または第２の材料層３を、一対の透
明電極４間に電圧を印加することによって屈折率差が変
化する材質とするようにすれば、これら以外の材質で構
成してもよい。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
部からの光に作用を及ぼさず、光の利用効率やコントラ
ストを高めて、明所での特性を変化させず暗所での内蔵
光源による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制御体およびそれを用いた
表示装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光制御体およびそれを用いた反射
型表示装置の第１の実施の形態を示す縦断面図。

【図２】本発明による光制御体およびそれを用いた反射
型表示装置の第２の実施の形態を示す縦断面図。

【図３】本発明による光制御体およびそれを用いた反射
型表示装置の第３の実施の形態を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…光制御体 ２…第１の材料層 ３…第２の材料層 ４…透明電極 ５…反射型表示体 ６…内蔵光源。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過性の材質からなる微小な構造を有
   した平面状の第１の材料層と、当該第１の材料層と異な
   った材質の光透過性の材質からなる微小な構造を有し前
   記第１の材料層に密着させて設けられた平面状の第２の
   材料層とを、可変電圧が印加される平面状の一対の透明
   電極にて挟んで成り、 前記第１の材料層と前記第２の材料層の材質を、 前記第１の材料層と第２の材料層との間の相対的な屈折
   率差が、前記一対の透明電極間に電圧を印加することに
   よって変化する材質としていることを特徴とする光制御
   体。
2. 【請求項２】 光透過性の材質からなる微小な構造を有
   した平面状の第１の材料層と、当該第１の材料層と異な
   った材質の光透過性の材質からなる微小な構造を有し前
   記第１の材料層に密着させて設けられた平面状の第２の
   材料層とを、可変電圧が印加される平面状の一対の透明
   電極にて挟んで成り、 前記第１の材料層または前記第２の材料層のうち一方の
   材料層の材質は、前記一対の透明電極間に電圧を印加す
   ることによって屈折率が変化する材質としていることを
   特徴とする光制御体。
3. 【請求項３】 前記請求項１または請求項２に記載の光
   制御体において、 前記可変電圧としては、互いに大きさが異なる第１の電
   圧または第２の電圧を前記一対の透明電極間に印加する
   ようにし、 前記第１の材料層または前記第２の材料層の材質とし
   て、前記二つの電圧状態に対応する屈折率をそれぞれＮ
   L0，ＮL1とした時、前記第２の材料層または前記第１の
   材料層の材質として、前記ＮL0またはＮL1のいずれか一
   方とほぼ同等の屈折率を有するものとしていることを特
   徴とする光制御体。
4. 【請求項４】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項に記載の光制御体において、 前記第１の材料層および第２の材料層の二つの材質の界
   面における屈折率差による反射率としては、前記二つの
   材質の屈折率差が最大の場合に５０％、屈折率差が最小
   の場合に０％となるようにしていることを特徴とする光
   制御体。
5. 【請求項５】 前記請求項１または請求項２に記載の光
   制御体において、 前記第１の材料層および前記第２の材料層の二つの材質
   の分布としては、あらかじめ二つの材質の界面が局所的
   に平面状であり反射面（鏡面）を構成していることを特
   徴とする光制御体。
6. 【請求項６】 前記請求項１または請求項２に記載の光
   制御体において、 前記第１の材料層および前記第２の材料層の二つの材質
   の分布としては、あらかじめ二つの材質が回折格子を構
   成していることを特徴とする光制御体。
7. 【請求項７】 前記請求項５に記載の光制御体におい
   て、 前記反射面（鏡面）を細かく分割していることを特徴と
   する光制御体。
8. 【請求項８】 前記請求項６に記載の光制御体におい
   て、 前記回折格子としては、表面レリーフ型回折格子として
   いることを特徴とする光制御体。
9. 【請求項９】 前記請求項８に記載の光制御体におい
   て、 前記表面レリーフ型回折格子としては、ブレーズド回折
   格子としていることを特徴とする光制御体。
10. 【請求項１０】 前記請求項６に記載の光制御体におい
    て、 前記回折格子の回折効率を局所的に変化させていること
    を特徴とする光制御体。
11. 【請求項１１】 前記請求項１乃至請求項１０のいずれ
    か１項に記載の光制御体を、光の反射と散乱を利用した
    反射型表示体の前面側（表示面側）に対向させて配置
    し、 かつ前記光制御体の一側面側に、当該光制御体に照明光
    を入射させる内蔵光源を配設して成ることを特徴とする
    表示装置。
12. 【請求項１２】 前記請求項１１に記載の表示装置にお
    いて、 前記内蔵光源の使用時には、前記第１の材料層の材質の
    屈折率と前記第２の材料層の材質の屈折率とが異なる屈
    折率となるように、また前記内蔵光源の未使用時（外部
    照明光の使用時）には、前記第１の材料層の材質の屈折
    率と前記第２の材料層の材質の屈折率とがほぼ同等の屈
    折率となるように、前記一対の透明電極間に前記二つの
    電圧を切り替えて印加するようにしていることを特徴と
    する表示装置。
13. 【請求項１３】 前記請求項１１または請求項１２に記
    載の表示装置において、 前記表示体としては、液晶表示パネルを用いていること
    を特徴とする表示装置。
14. 【請求項１４】 前記請求項１１乃至請求項１３のいず
    れか１項に記載の表示装置において、 前記内蔵光源からの直接の照明光が前記光制御体の透明
    電極面で全反射するように、前記内蔵光源からの照明光
    の入射角度を設定していることを特徴とする表示装置。