JP2007057925A - 光学素子、光源及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光学素子の信頼性を確保しつつ、歩留まりを向上させ、さらには、省スペースに光学素子を収納する。
【解決手段】 電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合させ、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、両基板の電極接続部が素子の同一辺にあり、一方の電極接続部と他方の電極接続部が対向しない領域にそれぞれ電極部を有し、それぞれの電極接続部の電極部と外部回路とが電気接続される。
【選択図】 図１
【解決手段】 電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合させ、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、両基板の電極接続部が素子の同一辺にあり、一方の電極接続部と他方の電極接続部が対向しない領域にそれぞれ電極部を有し、それぞれの電極接続部の電極部と外部回路とが電気接続される。
【選択図】 図１
Description
本発明は、光学素子、光源及び表示装置に関し、特に、信頼性を確保しつつ歩留まりを向上させた端子接続構造を有する光学素子、これを用いた光源及び表示装置に関する。
液晶表示素子は、薄型軽量、低消費電力などの特徴から携帯情報端末（携帯電話、ノートパソコン）などに搭載され、広く普及している。このような特徴から携帯情報端末は様々な環境下で使用されている。
例えば、会議などで表示を複数の人達で共有する場合がある一方で電車の車内や航空機の機内など公共の場所において情報を入力する場合などがある。
このように使用環境により携帯情報端末の表示に求められる性能が異なる。例えば、前者のような場合では、表示を複数人で共有するため、携帯情報端末の表示はどこからでも見えることが好ましく、表示装置の視野角はできるだけ広い方がよい。一方、後者の場合では情報の保全及びプライバシー保護の観点から表示は使用者だけが見える程度の視野角が好ましい。
したがって、携帯情報端末の表示、特に、視野角は使用環境に応じて広視野状態から狭視野状態まで制御できることが望まれている。この要求を満たす表示装置が、例えば特許文献１に提案されている。
図１１（ａ）、（ｂ）は、特許文献１に記載された従来の液晶表示装置を模式的に示す図であり、（ａ）は広視野角特性時、（ｂ）は狭視野角特性時を示す。図１１（ａ）、（ｂ）が示すように、従来の液晶表示装置２００は、液晶表示素子４０、光源４１、光源４１からの光をほぼ平行光線にする第１の光学素子４２、及び第１の光学素子４２から出射される光線の拡散−直進を電気的に制御する第２の光学素子４３を備えている。この液晶表示装置２００は、光源４１、第１の光学素子４２、第２の光学素子４３、液晶表示素子４０の順に積層した構成になっている。
この液晶表示装置２００は、液晶表示素子４０に入射する光線の直進−拡散を第２の光学素子４３で制御することで広視野角表示と狭視野角表示の切り替えを行っている。
このように広視野角表示と狭視野角表示を切り替える液晶表示装置２００では、液晶表示素子４０と光源４１との間に、少なくとも光学素子４３を組み込む必要がある。
しかし、携帯電話では光源を含む光学素子が非常にコンパクトに納められているため、光学素子４３を組み込むスペースが非常に限られている。特に、表示部の額縁は非常に狭いため、光学素子４３を駆動するための外部回路との端子接続部が非常に限られたスペースとなる。
また、少なくとも光学素子４３を液晶表示素子４０と光源４１との間に組み込むため、光学素子４３は薄膜軽量であることが望まれる。光学素子４３を薄膜軽量化するために、例えば、フィルムを基板として用いることが考えられる。この場合、従来の液晶パネルのように一対の基板を対向配置し、一方の基板の電極を銀ペーストを介して他方の基板と電気接続し、一方の基板のみを外部回路と電気接続させると、銀ペーストの部分のギャップが厚くなる。そのため、光学素子４３の表示にムラが生じてしまう。従って、基板を薄くする場合には一方の基板のみで外部回路との電気接続を行うのではなく、一対の基板の両方をそれぞれ外部回路と接続することが望まれる。
そこで、このように一対の基板の両方からそれぞれの電極を取り出し、外部回路と接続する方法として、特許文献２及び特許文献３が提案されている。
例えば、特許文献２には液晶装置における外部回路との接続に関する構造が記載されている。
図９は、特許文献２における液晶装置における外部回路との接続構造を示す平面図である。液晶パネル１は、第１基板２と、第２基板３と、これらの間に介在する図示せぬシール部材によってセルが構成され、セルの内部には図示せぬ液晶が封入されて構成されている。第１基板２には第２基板３と対向している部分から突出して第１接続部２ａが形成され、第１接続部２ａの表面には電極パターン（図示せず）が形成されていると共に第１集積回路５が固着されている。第２基板３には第１基板２と対向している部分から突出して第２接続部３ａが形成され、第２接続部３ａの表面には電極パターン（図示せず）が形成されている。
フレキシブル基板４には第１端部４ａ及び第２端部４ｄが形成されている。第１端部４ａには電極パターンとコネクタ部（いずれも図示せず）が形成されており第２集積回路６が実装されている。また、第２端部４ｄには電極パターン（図示せず）が形成されている。
第１基板２の電極パターンにはフレキシブル基板４の電極パターン（図示せず）が接続され、第２基板３の電極パターンにはフレキシブル基板４の電極パターン（図示せず）が接続されている。フレキシブル基板４は、第１端部４ａと第２端部４ｄとの中間の折り曲げ部４ｆにおいて略直角方向に折り曲げられている。
一方、特許文献３には液晶装置の回路基板との接続に関する構造が記載されている。
図１０はＬＣＤパネル基板と回路基板（ＦＦＣ）との接続方法を示す模式的断面図である。ＬＣＤパネル３２は上部基板（第１基板）２１と、下部基板（第２基板）２２と、これらの上部基板２１と下部基板２２との間に介装された液晶（図示せず）及びその周囲に配設されたシール部２３とを有している。上部基板２１の表面には透明電極２４及び端子２８が形成され、さらに端子２８の表面上に導電性ペースト３０が形成されている。同様に、下部基板２２の表面に透明電極２５及び端子２９が形成され、さらに端子２９の表面上に導電性ペースト３１が形成されている。
このＦＦＣと接続を行う上部基板２１の辺を上部テール部２６、下部基板２２の辺を下部テール部２７と呼んでいる。
ＦＦＣとの接続は、まず挟持用部材２０を上部テール部２６及び下部テール部２７側のシール部２３に上部基板２１と下部基板２２とを挟んで固定する。そして、上部テール部２６と下部テール部２７との間に開口１６が形成された治具１５を挿入して上部テール部２６及び下部テール部２７を拡開し、開口１６にＦＦＣ１０の接続端子１３を挿通する。端子２８、２９上に夫々被着し硬化された導電性ペースト３０、３１を加熱し溶融することにより、上部テール部２６の端子２８及び下部テール部２７の端子２９と、ＦＦＣ１０の接続端子１３とを接続することができる。そして、ＬＣＤパネル３２とＦＦＣ１０とを粘着テープで接着する。その後、挟持用部材２０を除去し、治具１５はＦＦＣ１０の開口１６を通して取り除く。
しかしながら、上述の従来技術には以下の問題がある。
特許文献２に記載の液晶装置においては、第１、第２基板の電極取り出しが液晶装置の２辺より行われている。そのため、電極を取り出す辺の額縁が広くなってしまう。特に、携帯電話に組み込む場合では、光源を含む光学素子が非常にコンパクトに納められている。このため、光学素子４３を収めるスペースが小さく、外部との接続は実質一辺でしかなく、このままの構造では光学素子４３を駆動するための外部回路との接続ができない。
特許文献３に記載の液晶ディスプレイでは外部回路と接続するために、装置の一部を開口させて端子の接続を行うようにしている。しかし、携帯電話のように外部回路との接続部が非常に狭い場合には開口するための余白を設けるスペースがない。このため、端子を接合する際に開口部近傍のシール剥がれが発生し、歩留まりの低下を招く。
また、端子を上部基板と下部基板で挟み込むため、端子の厚み分だけ端子接続部近傍のギャップが増大する。従って、表示面内のギャップ制御が難しく、表示のムラが起こる。
さらにまた、端子を上部基板と下部基板で挟み込む構造であるため、どうしてもシール材近傍の電極部分が露出してしまう。その結果、水分などが付着することにより、電極間の短絡が起こる可能性があり、また、電極が腐食する可能性がある。
本発明の目的は、上記問題を解消し、狭いスペース内に光学素子を収める端子構造の提供とこれを用いた光源、表示装置及び端末を提供することにある。
上記目的を達成するために、鋭意検討した結果、以下のような結論に達した。
本発明の第１の態様に係る光学素子は、電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、両基板の電極接続部が当該光学素子の同一辺にあり、一方の電極接続部と他方の電極接続部が互いに対向しない領域にそれぞれ電極部を有し、それぞれの電極接続部の電極部と外部回路とが電気接続されることを特徴とする。
第１の態様による光学素子は、一方の基板の電極接続部と他方の基板の電極接続部とが重ならない構造になっているため、従来例の特許文献２に示すような端子接続部を開口しなくても端子を接続することができる。したがって、端子接続によるシール剥がれによる歩留まり低下を抑えることができる。さらに、開口しなくても端子接続ができることから、端子接続のための開口部分のシール側の余白を低減することが可能となり、端子接続部の辺の額縁を狭くすることができる。また、従来例のように狭持用部材や端子挿入用の治具を利用しなくても端子接続が可能となることから作業性が向上する。さらにまた、一方の電極接続部と他方の電極接続部とが重なっていないことから接続端子が一対の基板に挟まれることがないので接続端子の厚みによる表示部のギャップ不良を無くすことができる。
以上のことから、第１の態様のような構造とすることで光学素子の信頼性を確保しつつ、歩留まりを向上させ、さらには、省スペースに光学素子を収納することができる。
本発明の第２の態様に係る光学素子は、電極部が光学素子の辺から突出していないことを特徴としている。つまり、第２の態様による光学素子では、外部回路と接続する光学素子の電極部を含む電極接続部の辺が概ね突出していない。したがって、外部回路の接続端子を引っ張るなど電極部に局所的に力が加わった場合でも電極部以外の電極接続部があることにより加わった力を分散することが可能となり、電極部近傍のシール剥がれによる表示不良を防ぐことができる。
また、第２の態様による光学素子を光源もしくは、表示装置として実装する際に光線方向規制素子及び液晶表示素子とそれぞれ両面テープなどで接着させる場合がある。その場合、電極部を含む電極接続部が光学素子の一辺全体にわたり存在する構造とすることで光線方向規制素子及び液晶表示素子との接着面積をかせぐことができる。したがって、光源、もしくは、表示装置に衝撃や振動などが加わっても剥がれることがなく、光源及び表示装置の不良防止が可能となる。
本発明の第３の態様に係る光学素子は、電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、両基板の電極接続部が当該光学素子の同一辺にあり、両電極接続部が互いに対向しない領域にそれぞれ電極部を設け、前記両電極接続部が互いに対向する領域の少なくとも一部を接着したことを特徴とする。
第３の態様に係る光学素子の第１の態様に係る光学素子との違いは、外部接続用の接続端子と一方の電極接続部の電極部が接続される領域及び外部接続用の接続端子と他方の電極接続部の電極部が接続される領域のみを重ならない構造としている点である。従って、接続端子と接続されていない一方の電極接続部及び他方の電極接続部の領域は互いに対向した状態となっており、その部分に一方の電極接続部と他方の電極接続部を接着する接着層を設けている。このような構造とすることで光学素子の一方の電極接続部及び他方の電極接続部を含む辺の接着強度を増加させる効果が得られる。また、一方の電極接続部及び他方の電極接続部の外部回路と接続する領域は互いに対向していないので第１の態様に係る光学素子と同様に信頼性を確保しつつ、歩留まりを向上することが可能となり、さらには、省スペース内に光学素子を収納することができる。
本発明の第４の態様に係る光学素子は、電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、互いに対向しない電極接続部に保護膜を設けることを特徴とする。
本発明の第４の態様に係る光学素子は、一方の電極接続部上の電極部と他方の電極接続部上の電極部とが外部接続用の接続端子と電気接続されたとしてもシール近傍の電極部及び電極が露出する可能性があるという問題点を解消できる。つまり、第４の態様による構造であれば、電極が露出する部分が残ったとしても従来例のように両基板で電極露出部を覆っていないのでショート防止や腐食防止用の保護膜を電極露出部に形成することができる。従って、第３の態様に係る構造とすることで確実にショート防止や腐食防止を行うことができる。
本発明の第５の態様に係る光学素子は電極を備えた一対の基板を間隙を持って貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、両基板の片方あるいは両方ともに、周辺の一部あるいは全周にわたり電極が存在しないエリアを有し、その一部あるいは全部を上下の両基板を接着し、かつ外界と分離するための層を有することを特徴としている。
第５の態様による光学素子のように片方の基板もしくは、両基板ともに周辺の一部あるいは、周辺部全領域にわたり電極が存在しないエリアを設けることにより、外界と接する第５の態様による光学素子部分はすべて絶縁層になる。したがって、上下両基板を接着させるシール剤と上下両基板との接着力が増し、歩留まりを向上させることができる。さらに、電極が基板の最外周にないため、例えば、上下両基板端部に水滴など導電性の物質が付着してもショートすることがない。したがって、光学素子の不良防止の効果がある。
本発明の第６の態様に係る光源は、前述の光学素子を、光を出射するバックライトと、バックライトから入射した光の方向を規制して出射する光線方向規制素子の上に積層し、当該光学素子の上に液晶表示素子を積層したことを特徴としている。
このような構成で積層することにより、歩留まりを向上させつつ、狭いスペース内に光学素子を収めることができる。
また、光学素子として液晶と高分子材料を混合した調光材料を光学素子の間隙に封入したものを用いると、光学素子に外部回路を通して電圧を印加する、あるいは、印加しないことで透明状態と散乱状態とを切り替えることができ、光源の照明角度範囲を可変する効果が得られる。
本発明の第７の態様に係る表示装置は、前述の光学素子を、光を出射するバックライトと、バックライトから入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子の上に積層し、当該光学素子の上に液晶表示素子を積層したことを特徴とする。
このような構成とすることで光学素子の歩留まりを向上させつつ、狭いスペース内に収めることができる。さらに、光学素子に電圧を印加する、あるいは印加しない状態を切り替えることで光学素子は透明状態と散乱状態とを切り替ることができ、光源の照明角度範囲を可変できることから液晶表示素子は広視野角表示と狭視野角表示の切替ができる。
本発明に係る端末機は、上述の光学素子、光源及び表示装置を搭載したことを特徴としている。これにより、光学素子の歩留まりを向上させつつ、狭いスペース内に収めることができるとともに、光学素子を透明状態と散乱状態に切り替えることにより光源の照明角度範囲を可変でき、さらに液晶表示素子は光源の照明角度範囲を可変できることから、広視野角表示と狭視野角表示の切替ができる。そして、これを搭載した端末機では、利用環境により、広視野状態や狭視野状態を選べるので、プライバシーの保護、データの保全、表示の共有化が可能となる。
本発明によれば、電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子が提供される。特に、両基板の電極接続部が当該光学素子の同一辺にあり、一方の電極接続部と他方の電極接続部が互いに対向しない領域にそれぞれ電極部を有し、それぞれの電極接続部の電極部と外部回路とが電気接続されることで光学素子の信頼性を確保しつつ、歩留まりを向上させ、さらには、省スペースに光学素子を収納することができ、かつ、光学素子を駆動することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光学素子の平面図である。図２は図１のＡ−Ａ´線の断面図である。図１及び図２では、本発明による光学素子の構造をわかりやすくするため、必要最低限の構成のみを示している。そのため、実際の構造とは若干異なっている。
図１及び図２に示すように、第１の実施の形態に係る光学素子１００において、上部基板５０、下部基板５１がシール材（図示せず）によって間隙を介して貼合され、前記間隙には液晶と高分子を混合した調光材（図示せず）が封入されている。ただし、第１の実施の形態では、調光材として、液晶と高分子材料の混合物を用いたが、これに限るわけではなく、液晶のみであっても構わない。
上部基板５０及び下部基板５１上にはそれぞれ調光材を駆動させるための透明電極５２が設けられている。
上部基板５０及び下部基板５１には外部回路との電気接続を行う電極接続部５３及び５４が設けられている。電極接続部５３及び電極接続部５４は光学素子１００の同一辺に設けられているが、光学素子１００の辺として概突出していない構造となっており、かつ電極接続部５３と電極接続部５４が互いに対向しない構造となっている。
上部基板５０及び下部基板５１上の透明電極５２はそれぞれ、各基板の電極接続部５３及び電極接続部５４上の一部に向けて突出され、外部回路用の電極と接続するための電極部５６及び電極部５７が形成されている。電極部５６及び電極部５７はそれぞれ、外部回路と電気接続する接続端子５５上の電極部５８及び電極部５９と電気接続されている。接続端子５５は外部回路（図示せず）と接続され、光学素子１００に駆動波形を印加できるようになっている。
上部基板５０及び下部基板５１には、それらの最外周を含む外周部周辺にそれぞれ透明電極５２の無い領域が設けられている。さらに、電極部５６及び電極部５７を除いた両基板の透明電極５２が無い領域にシール材（図示せず）が塗布されており、上部基板５０及び下部基板５１とを接着させている。
以上のように、第１の実施の形態では上部基板５０の電極接続部５３と下部基板５１の電極接続部５４が互いに対向しない構造になっているため、端子接続部を開口しなくても端子を接続することができる。したがって、端子接続に伴うシール剥がれによる歩留まり低下を抑えることができる。
また、端子接続部を開口しなくても端子接続ができることから、端子接続のための開口部分のシール側の余白を低減することが可能となり、水分などによる電極ショートや腐食を防ぐことができる。
さらに、従来例のように狭持用部材や端子挿入用の治具を使用しなくても端子接続が可能となることから作業性が向上する。
さらにまた、第１の実施の形態では電極接続部５３及び電極接続部５４が対向していないことから接続端子が上部基板と下部基板に挟まれることがない。従って、接続端子の厚みによる表示部のギャップ不良を無くすことができる。
さらに、端子接続部を開口しなくとも端子接続ができることから、シールが剥がれないようにするために端子接続部に余白を設ける必要がないため、端子接続を行う光学素子１００の辺の額縁を狭くすることができる。
さらにまた、上部基板５０及び下部基板５１ともに周辺の一部あるいは、周辺部全領域にわたり電極が存在しないエリアを設けることにより、外界と接する光学素子１００の部分がすべて絶縁層になる。したがって、電極が基板の最外周に無いため、例えば、上下基板端部に水滴など導電性の物質が付着してもショートすることがない。したがって、光学素子の不良防止の効果がある。
また、上下基板周辺の電極が無いエリアにシール材を形成し、上部基板５０及び下部基板５１を接着させていることからシール材と上部基板５０及び下部基板５１との接着力が増し、歩留まりを向上させることができる。
さらにまた、電極接続部５３及び電極接続部５４は光学素子１００の同一辺に設けられており、光学素子１００の辺として概突出していない構造となっている。したがって、外部回路の接続端子を引っ張るなど電極部に局所的に力が加わった場合でも電極部以外の電極接続部５３，５４があることにより、加わった力を分散することが可能となり、電極部近傍のシール剥がれによる表示不良を防ぐことができる。
また、後述される図６及び図７に示すように光学素子８６を光源もしくは、表示装置として実装する際に光線方向規制素子７２及び液晶表示素子８５とそれぞれ両面テープなどで接着させ、固定する場合には、電極部を含む電極接続部５３，５４が光学素子１００の一辺全体にわたり存在する構造となっていることから光線方向規制素子７２及び液晶表示素子８５との接着面積をかせぐことができる。したがって、光源、もしくは、表示装置に衝撃や振動などが加わっても剥がれることがなく、光源及び表示装置の不良防止が可能となる。
次に、第１の実施の形態の光学素子１００の動作について説明する。
外部回路から送られた駆動波形が接続端子５５を通して上下の透明電極５２に伝送され、調光材を駆動させる。
第１の実施の形態では、調光材として、図８（ａ）、（ｂ）に示すように液晶と高分子材料の混合物からなる高分子分散液晶層７５を使用している。高分子液晶層７５は電極７４と電極７６により狭持され、さらに基板７３と基板７７により狭持された構造となっている。高分子分散液晶層７５は高分子膜７５ａ中に液晶分子７５ｂがドロップレット状に分散した構造である。高分子膜７５ａの屈折率と液晶分子７５ｂの常光屈折率はほぼ一致し、液晶分子７５ｂの異常光屈折率は高分子膜７５ａの屈折率よりも大きい。
電極７４と電極７６に電圧が印加されていない状態では、図８（ａ）に示すように、ドロップレット状の液晶分子７５ｂは、配向処理がなされていないため、液晶分子の方向はばらばらである。その結果、ドロップレットの屈折率は液晶分子７５ｂの常光屈折率と異常光屈折率とを平均した値となり、高分子膜７５ａの屈折率よりも大きくなる。そして、これらの屈折率差により高分子分散液晶層７５は散乱状態となる。また、屈折率差に異方性がないため、等方的に散乱される。
一方、図８（ｂ）に示すように、電極７４と電極７６に電圧が印加されると、ドロップレット内の液晶分子７５ｂが電界方向に配向される。すなわち、素子法線方向（図面の上方方向）と平行な方向に液晶分子７５ｂの長軸（異常光屈折率方向）が揃う。従って、素子面内では液晶分子７５ｂの屈折率は常光屈折率となり、高分子膜７５ａの屈折率と一致する。よって、高分子分散液晶層７５は透明状態となる。
以上のことから、第１の実施の形態の構造とすることで光学素子の信頼性を確保しつつ、歩留まりを向上させ、さらには、省スペースに光学素子を収納することができ、かつ、光学素子を駆動することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は第２の実施の形態に係る光学素子の平面図（図ａ）、上部電極及び下部電極と透明電極との関係を示す平面図（図ｂ，ｃ）である。図４は図３（ａ）のＡ−Ａ´線の断面図である。図３及び図４は、本発明による光学素子の構造をわかりやすくするため、必要最低限の構成のみを示している。そのため、実際の構造とは若干異なっている。
第２の実施の形態による光学素子が第１の実施の形態の光学素子と違う点は、接続端子５５と電極接続部５３における電極部５８とが接続される領域及び接続端子５５と電極接続部５４における電極部５９とが接続される領域のみを対向しない構造としている点である。これにより、接続端子５５と接続されていない電極接続部５３及び電極接続部５４の両側領域（図３ｂ，ｃ参照）は互いに対向した状態となっており、この対向部分に電極接続部５３と電極接続部５４とを接着する接着層６０ａ、６０ｂを設けている。このような構造とすることで光学素子の電極接続部５３及び電極接続部５４を含む辺の接着強度を増加させる効果が得られる。
また、電極接続部５３及び電極接続部５４の外部回路と接続する領域は対向していないので第１の実施の形態による光学素子と同様に信頼性を確保しつつ、歩留まりを向上することが可能となり、さらには、省スペース内に光学素子を収納することができる。
さらに、第２の実施の形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施の形態と同様である。
次に、本発明の第３の実施の形態による光学素子について説明する。
第３の実施の形態による光学素子は、電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合させ、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入し、両基板とも外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子であり、二つの電極接続部の対向しない部分に保護膜を設けたことを特徴とする。つまり、第３の実施の形態による光学素子と第１及び第２の実施の形態による光学素子の違いは、二つの電極接続部の対向しない部分に保護膜５６ａ（図５）を形成した点にある。
図５は本第３の実施の形態による光学素子の特徴を示すために、図１の上部基板５０の電極接続部５３付近を拡大して示した図である。図５から明らかなように、上部基板５０上に形成された透明電極５２から電極接続部５３に向けて突出した電極部５６と、接続端子５５（図示せず）の電極部５８とが電気接続されている。
図５に示すように、電極接続部５３上の電極部５６が接続端子５５の電極部５８と電気接続されたとしてもシール近傍の電極部５６が露出する可能性がある。しかし、第３の実施の形態のような構造であれば、電極が露出する部分が残ったとしても従来例のように上下の両基板で電極露出部を覆っていないのでショート防止や腐食防止用の保護膜５６ａを電極露出部に形成することができる。従って、第３の実施の形態の構造とすることで確実にショート防止や腐食防止を行うことができる。
さらに、第３の実施の形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１及び第２の実施の形態と同様である。
次に、本発明の第４の実施の形態である光源について説明する。
第４の実施の形態による光源は、前述の光学素子を、光を出射するバックライトと、バックライトから入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子の上に積層したことを特徴としている。
図６は本発明の第４の実施の形態に係る光源を示す断面図である。図６に示すように、第４の実施の形態に係る光源においては、バックライト７０の上に光線方向規制素子７２が設けられている。光線方向規制素子７２の上には前述の光学素子８６が設けられている。
図６に示すようにバックライト７０には側面に光源素子７０ａが設けられており、光源素子７０ａから出射した光を導光板７０ｃに入射させる。導光板７０ｃは、導光板７０ｃ面内に設けられた複数のプリズム（図示せず）と背面に設けられた反射板７０ｂによって入射光を屈折、反射させて入射角度を変更し、導光板７０ｃ面全体から出射させる。出射光は素子面の法線方向（図６では図面の上方）を中心に広角度まで広がった分布を持っている。
ここで、バックライト光の利用効率を高めるためにはバックライト光の広がりをできる限り狭くした方が好ましい。
光線方向規制素子７２は、例えば、図６に示すように光を透過する透明領域７２ａと、光を吸収する遮光領域７２ｂとが、光線方向規制素子７２表面に平行な方向（図面の左右方向）に交互に配置、形成されている。バックライトから出射した光のうち正面方向から狭い角度の光は、透明領域７２ａを通過し出射される。しかしながら、広角の光は透過領域７２ａを通過できず、吸収領域７２ｂで吸収されてしまう。この結果、バックライト７０から出射光の広がりが制限される。
光学素子８６は、例えば、図６に示すように高分子分散液晶層７５が電極７４と電極７６とにより狭持され、さらに基板７３と基板７７とにより狭持された構造となっている。高分子分散液晶層７５は高分子膜７５ａ中に液晶分子７５ｂがドロップレット状に分散した構造である。高分子膜７５ａの屈折率と液晶分子７５ｂの常光屈折率はほぼ一致し、液晶分子７５ｂの異常光屈折率は高分子膜７５ａの屈折率よりも大きい。
図８（ａ）で説明したように、電圧の無印加状態ではドロップレット状の液晶分子７５ｂは、配向処理がなされていないため、液晶分子の方向はバラバラである。その結果、ドロップレットの屈折率は液晶分子７５ｂの常光屈折率と異常光屈折率とを平均した値となり、高分子膜７５ａの屈折率よりも大きくなる。そして、これらの屈折率差により高分子分散液晶層７５は散乱状態となる。従って、光線方向規制素子７２に入射した光は光学素子８６を通過する際、散乱されて出射光が広がる。また、屈折差に異方性がないため、等方的に散乱される。よって、出射光の広がりも等方的になる。
一方、図８（ｂ）で説明したように、電極７４と電極７６に電圧を印加すると、ドロップレット内の液晶分子７５ｂが電界方向に配向される。すなわち、素子法線方向（図面の上方方向）と平行な方向に液晶分子７５ｂの長軸（異常光屈折率方向）が揃う。従って、素子面内では液晶分子７５ｂの屈折率は常光屈折率となり、高分子膜７５ａの屈折率と一致する。よって、高分子分散液晶層７５は透明状態となる。よって、光線方向規制素子７２を出射した光は光学素子８６を通過する際に散乱されないため、出射光の広がりは制限される。
本実施の形態のように光学素子として液晶と高分子材料を混合した調光材料を光学素子の間隙に封入したものを用いると、光学素子に外部回路を通じて電圧を印加する、あるいは、印加しないことで透明状態と散乱状態に切り替えることができ、光源の照明角度範囲が可変となる効果が得られる。
さらに、第４の実施の形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１及至第３の実施の形態と同様である。
次に、本発明の第５の実施の形態である表示装置について説明する。
本発明の第５の実施の形態に係る表示装置は、前述の光学素子を、光を出射するバックライトと、バックライトから入射した光の方向を規制して出射する光線方向規制素子の上に積層し、前記光学素子の上に液晶表示素子を積層したことを特徴とする。つまり、第５の実施の形態に係る表示装置と、第４の実施の形態に係る光源との違いは光学素子上に液晶表示素子を積層した点にある。
図７に示されるように、液晶層８１が基板７９と基板８３に狭持されて成る液晶表示素子８５が光学素子８６の上に積層されている。基板７９及び基板８３には、液晶層８１側に液晶の配向方向を決める配向膜（図示せず）と各画素を独立に駆動できるよう電極８０及び電極８２が形成されている。さらに、基板７９及び基板８３の表面（液晶層８１と反対側の面）に吸収型偏光板７８及び吸収型偏光板８４が貼合されている。ここで、吸収型偏光板７８及び吸収型偏光板８４の表面、特に、吸収型偏光板８４の表面には散乱により防眩効果を狙ったアンチグレア処理が無い方が好ましい。
図７では第５の実施の形態の効果をわかりやすく説明するため、液晶表示素子８５として最低限の構成のみについて説明した。従って、実際の液晶表示素子には、ここで述べた以外の構成を含んでいる。図７に示されない構成要素としては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、カラーフィルタ、ブラックマトリックスなどがある。
液晶表示素子８５は液晶層８１に電圧を印加することにより液晶分子の配向が変化する。吸収型偏光板７８を透過した偏光光は液晶分子の配向変化による複屈折効果や旋光性により偏光状態が変わり、吸収型偏光板８４を透過する光の量が変化する。画素単位で出射光量を調節し、表示の濃淡を行っている。
液晶表示素子８５の視野角特性は液晶層８１の液晶表示モードに依存する。本発明のように広視野角状態と狭視野角状態とを実現するためには、液晶表示モードとして、広視野角の方式であることが好ましい。具体的には、横電界を利用し、液晶分子を液晶表示素子８５面内に動作させるインプレインスイッチング方式（ＩＰＳ方式）やフリンジ・フィールドスイッチング方式（ＦＦＳ方式）などの横電界モード、垂直配向を利用したヴァーティカル・アライメント方式（ＶＡ方式）、ドメインパターンド・バーティカルアライメント方式（ＰＶＡ方式）、アドヴァンスト・スーパー・ヴィ方式（ＡＳＶ方式）などの垂直配向モードや異方性光学フィルムを用い、光学補償を行うフィルム補償モードがある。
これにより、広視野角の液晶表示素子８５を用い、光学素子の透明状態と散乱状態を変えることで液晶表示素子８５の視野角を広視野角状態と狭視野角状態にすることができる。
次に、上述の如く形成された第５の実施の形態に係る表示装置の動作を説明する。まず、広視野角表示について説明する。図７に示すようにバックライト７０から出射した光は拡散光であり、表示装置正面から幅広い分布を持っている。バックライト７０から出射した光は、光線方向規制素子７２によって、出射光の角度範囲を制限される。すなわち、図７に示すように、拡散光のうち、広角の光は透過領域７２ａを通過できず、吸収領域７２ｂで吸収されてしまう。従って、光線方向規制素子７２を出射した光は指向性の高い出射光となる。
この出射光が光学素子８６に入射すると、図８（ａ）で説明したように電圧の無印加状態であるため、入射光は等方的に散乱される。光学素子８６を出射した光の指向性が低下し、等方的に幅広い角度分布をもつ。
この広範囲に等方的に広がった出射光が図７に示すように液晶表示素子８５に入射し、そのままの分布のまま出射される。液晶表示素子８５には広視野角モードの液晶を用いているため、広視野角で画像が表示される。
次に、狭視野角表示の場合について説明する。広視野角表示の場合と同様に、バックライト７０を出射した光は、光線方向規制素子７２を通過し、指向性の高い出射光が光学素子８６に入射する。
図８（ｂ）で説明したように透明・散乱切替素子として機能する光学素子８６に電圧を印加して液晶分子７５ｂを配向させることで透明状態となる。この場合、入射光は散乱されることなく、出射される。すなわち、光学素子８６を出射した光の指向性は高いままである。この指向性の高い出射光が液晶表示素子８５に入射し、その分布のまま出射される。よって、狭視野角の画像が表示される。
以上のように、第５の実施の形態の構成とすることで光学素子の歩留まりを向上させつつ、狭いスペース内に光学素子を収めることができる。加えて、光学素子に電圧を印加する、あるいは印加しない状態を切り替えることで光学素子は透明状態と散乱状態に切り替えられ、液晶表示素子は光源の照明角度範囲が可変となることから、広視野角表示と狭視野角表示の切替ができる。
図示説明は省略するが、本発明によれば更に、上記のような光学素子、光源、表示装置を内蔵した端末機、特に、携帯情報端末機が提供される。
以上、本発明を幾つかの実施の形態に基づいて説明したが、本発明の光学素子、光源、表示装置及び端末機は、上記実施の形態にのみ限定されるものでなく、上記実施の形態の構成から種々の修正及び変更を施した光学素子、光源、表示装置及び端末機も、本発明の範囲に含まれる。
例えば、光学素子８６に用いる基板として、透明基板だけでなく、基板の電極接続部が不透明な基板、表示部の一部が部分的に不透明な基板であっても構わない。
また、光学素子８６として、電圧を印加しない時に透明状態、電圧を印加することで散乱状態である光学素子を使用しても構わない。これにより、上記の各実施の形態と同様に電圧を印加する、若しくは、印加しないことで光源の照明角度範囲や表示装置の視野角範囲を可変することができる。
さらに、光学素子８６として、メモリー性のある高分子分散層７５を用いても構わない。液晶分子７５ｂとしては、強誘電液晶、コレステリック液晶などがある。これらの液晶は、印加電圧をオフにしても電圧を印加した時の配向を保持したままであり、メモリー性がある。これにより、消費電力を低減する効果が生まれる。
１０ ＦＦＣ
１１ ＦＦＣの複数の導線
１２ 各導線の被覆材
１３ ＦＦＣの接続端子
１５ 挿入用治具
５０ 上部基板
５１ 下部基板
５２ 透明電極
５３ 上部基板の電気接続部
５４ 下部基板の電気接続部
５５ 外部回路との接続端子
５６ 上部電気接続部の電極部
５７ 下部電気接続部の電極部
５８ 上部電極部と電気接続する接続端子の電極部
５９ 下部電極部と電気接続する接続端子の電極部
６０ａ、６０ｂ 上部電気接続部と下部電気接続部を接着する接着層
１００ 光学素子
７０ バックライト
７０ａ 光源
７０ｂ 反射板
７０ｃ 導光板
７２ 光線方向規制素子
７２ａ 透明領域
７２ｂ 遮光領域
７３、７７、７９、８３ 基板
７４、７６、８０、８２ 電極
７５ 高分子分散液晶層
７５ａ 高分子膜
７５ｂ 液晶分子
７８、８４ 吸収型偏光板
８１ 液晶層
８５ 液晶表示素子
８６ 光学素子
１１ ＦＦＣの複数の導線
１２ 各導線の被覆材
１３ ＦＦＣの接続端子
１５ 挿入用治具
５０ 上部基板
５１ 下部基板
５２ 透明電極
５３ 上部基板の電気接続部
５４ 下部基板の電気接続部
５５ 外部回路との接続端子
５６ 上部電気接続部の電極部
５７ 下部電気接続部の電極部
５８ 上部電極部と電気接続する接続端子の電極部
５９ 下部電極部と電気接続する接続端子の電極部
６０ａ、６０ｂ 上部電気接続部と下部電気接続部を接着する接着層
１００ 光学素子
７０ バックライト
７０ａ 光源
７０ｂ 反射板
７０ｃ 導光板
７２ 光線方向規制素子
７２ａ 透明領域
７２ｂ 遮光領域
７３、７７、７９、８３ 基板
７４、７６、８０、８２ 電極
７５ 高分子分散液晶層
７５ａ 高分子膜
７５ｂ 液晶分子
７８、８４ 吸収型偏光板
８１ 液晶層
８５ 液晶表示素子
８６ 光学素子
Claims (8)
- 電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入して成り、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、
前記両基板の電極接続部の少なくとも一部分が当該光学素子の同一辺にあり、一方の電極接続部と他方の電極接続部とが互いに対向しない領域にそれぞれ電極部を有し、それぞれの電極接続部の電極部と外部回路とが電気接続されていることを特徴とする光学素子。 - 請求項１の光学素子において、前記電極部が当該光学素子の辺から突出していないことを特徴とする光学素子。
- 電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入して成り、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、
前記両基板の両電極接続部の少なくとも一部分が当該光学素子の同一辺にあり、両電極接続部が互いに対向しない領域にそれぞれ電極部を設け、両電極接続部が互いに対向する領域の少なくとも一部を接着することを特徴とする光学素子。 - 電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入して成り、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、
両電極接続部の互いに対向しない領域に保護膜を設けることを特徴とする光学素子。 - 電極を備えた一対の基板を間隙を介して貼合し、その間隙に少なくとも液晶を含む調光材料を封入して成り、両基板ともに外部回路と接続する電極接続部を有する光学素子において、
前記両基板の片方あるいは両方ともに、周辺の一部あるいは全周にわたり電極が存在しないエリアを有し、その一部あるいは全部を上下の両基板を接着し、かつ外界と分離するための層を有することを特徴とする光学素子。 - 請求項１及至請求項５のいずれか一項に記載の光学素子を、光を出射するバックライトと、該バックライトから入射した光の方向を規制して出射する光線方向規制素子の上に積層したことを特徴とする光源。
- 請求項１及至請求項５のいずれか一項に記載の光学素子を、光を出射するバックライトと、バックライトから入射した光の方向を規制して出射する光線方向規制素子の上に積層し、当該光学素子の上に液晶表示素子を積層した表示装置。
- 請求項１及至請求項５のいずれか一項に記載の光学素子と、光源及び表示装置を搭載した端末機。
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