JP2010217828A - 表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画像に対して照明光を調光して好適な演出効果が得られる表示装置および電子機器を提供すること。
【解決手段】本適用例の表示装置１００は、透過型の表示パネル１１０と、表示パネル１１０に対して照明光の入射側に配置され、一対の基板と、一対の基板に挟持された液晶層と、一対の基板のうちの一方の基板に設けられた第１電極と、第１電極に対して絶縁層を介して液晶層側に設けられた複数の帯状電極部を含む第２電極とを有する液晶パネル１３０と、表示パネル１１０と液晶パネル１３０との間に配置された偏光素子とを備え、偏光素子の透過軸が、帯状電極部の延在方向と交差している。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光の調光が可能な表示装置および電子機器に関する。

上記表示装置として、一対の基板間に液晶分子と高分子とを一定の方向に配向分散させた表示素子（特許文献１）や、液晶分子と高分子とを互いに分散させると共に相分離させた視野角制御装置を備えた画像表示装置（特許文献２）が知られている。
これらの表示素子や視野角制御装置は、いずれも一対の基板のそれぞれに設けられた電極間に電界を発生させ、液晶分子を初期の配向状態から電界方向に変化させることにより、照射された光を透過させたり、散乱させたりして表示あるいは視角制御を行っている。

また、上記のように一対の基板間に液晶分子と高分子とが配向分散された液晶パネルを電子シャッターとして備えた電子機器としての遊技機が知られている（特許文献３、特許文献４）。

特開平５−２７２２０号公報 特開平９−７３０７０号公報 特開２００４−７３６５２号公報 特開２００６−１４１５５９号公報

上記画像表示装置では、対向する一対の基板のそれぞれに電極を設け、駆動時には、この電極間に生じた電界方向に液晶分子を配向させることにより、初期の配向方向に配向分散された高分子との間での屈折率の差によって、光散乱を起こさせている。それゆえに光散乱特性においてある程度の視角依存性を有するという課題がある。
このような上記画像表示装置を上記遊技機に電子シャッターとして用いた場合には、光散乱による演出が不十分であるおそれがあった。

また、特許文献４の遊技機用表示装置は、一対の基板間に挟持されたポリマーとポリマー内に分散された粒状の複数のネマチック液晶（液晶小滴）とからなるポリマー分散液晶により構成されている。したがって、駆動時にポリマーと液晶分子の配向方向が一致することによって透過状態が形成され、非駆動時に互いの配向状態が異なることにより光散乱状態となる。それゆえに、遊技機として通常の場合、透過状態を維持した表示を行おうとすれば遊技機用表示装置を駆動状態とするため電力を消費するという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例の表示装置は、透過型の表示パネルと、前記表示パネルに対して照明光の入射側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられた第１電極と、前記第１電極に対して絶縁層を介して前記液晶層側に設けられた複数の帯状電極部を含む第２電極とを有する液晶パネルと、前記表示パネルと前記液晶パネルとの間に配置された偏光素子とを備え、前記偏光素子の透過軸が、前記帯状電極の延在方向と交差していることを特徴とする。

この構成によれば、液晶パネルは第１電極と第２電極の帯状電極部との間に印加された電界によって液晶層が駆動される所謂ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式が採用されている。電界が印加されているとき、液晶層の液晶分子は電界方向に沿って配列（配向）しようとする。電界方向は帯状電極部の延在方向に対して直交する方向にほぼ合致する。一方、帯状電極部の直上や帯状電極部間において配向する液晶分子は、電界の影響を受け難く初期の配向状態を維持しようとする。それゆえに、帯状電極部の延在方向と直交する方向において液晶分子が電界方向に沿った方向と初期に配向した方向との間で周期的に変化した配向状態となる。このような液晶分子の配向状態は、帯状電極部の延在方向と直交する方向において周期的に屈折率が異なる領域を形成する。したがって、駆動状態の液晶パネルに入射した照明光は、上記周期的に屈折率が異なる領域を透過することになり、帯状電極部の延在方向と直交する方向において回折が生じ、照明光は帯状電極部の延在方向と直交する方向の偏光成分を多く含む高次の回折光に変換される。表示パネルと液晶パネルの間に配置された偏光素子の透過軸が帯状電極部の延在方向と交差しているので、回折光は偏光素子を透過して表示パネルに入射する。
第１電極と第２電極の帯状電極部との間に電界が印加されていない非駆動状態では、液晶層における液晶分子は所定の方向に配向しているため、液晶パネルに入射した照明光はそのまま液晶パネルを透過し、偏光素子を介して表示パネルに入射することになる。
このように液晶パネルは、駆動状態に応じて表示パネルを照明する照明光を調光する機能を有する。ゆえに、表示パネルの表示画像に応じて液晶パネルの駆動状態を制御すれば、液晶パネルがない場合に比べて、高次の回折光を利用して表示画像を演出した形態で表示させることが可能な表示装置を提供することができる。

［適用例２］本適用例の他の表示装置は、透過型の表示パネルと、前記表示パネルに対して照明光の入射側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられた第１電極と、前記第１電極に対して絶縁層を介して前記液晶層側に設けられた複数の帯状電極部を含む第２電極とを有する液晶パネルと、前記表示パネルと前記液晶パネルとの間に配置された偏光素子とを備え、前記偏光素子の吸収軸が、前記帯状電極の延在方向と交差していることを特徴とする。

この構成によれば、電界が印加されているときの液晶パネルから射出された回折光は、偏光素子の吸収軸が帯状電極の延在方向と交差しているため、帯状電極部の延在方向と直交する方向の偏光成分を多く含む高次の回折光は、偏光素子によりその方向の偏光成分が吸収され通過することになる。したがって、表示パネルを照明する照明光の照度を低下させる。すなわち、液晶パネルの駆動状態によって照明光の照度を変化させ、表示パネルを照明することが可能な表示装置を提供できる。

［適用例３］上記適用例の表示装置において、前記液晶層は、所定の方向に配向分散された高分子と、前記所定の方向に配向された液晶分子とからなることが好ましい。
この構成によれば、液晶分子による回折光の生成に加えて、液晶層の駆動状態においては該回折光が高分子により散乱されるため、液晶パネルを駆動制御することにより、表示パネルを照明する照明光を直進する透過光と散乱光とに調光することができる。すなわち、表示パネルの表示画像をより演出した状態で表示させることができる。

［適用例４］上記適用例の表示装置において、前記液晶層は、カイラル剤を含むことが好ましい。
この構成によれば、カイラル剤を添加することにより、液晶層における周期的な屈折率の変化をより大きくして、容易に高次の回折光を生じさせることができる。

［適用例５］上記適用例の表示装置において、前記表示パネルは、複数の画素からなる表示領域を有し、前記液晶パネルは、前記表示領域に対して平面的にほぼ同じ大きさ以下の前記第１電極および前記第２電極を有する透過領域を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、表示パネルにおける複数の画素に対応した大きさの第１電極と第２電極を液晶パネルに設ける場合に比べて、より簡単な構成で照明光を調光可能な表示装置を提供できる。

［適用例６］上記適用例の表示装置において、前記液晶パネルは、前記表示領域に対して平面的に分割されて配置された前記透過領域を有するとしてもよい。
この構成によれば、表示パネルの表示画像における演出を分割して行うことができる。

［適用例７］上記適用例の表示装置において、前記表示パネルが上記偏光素子を有する液晶表示パネルであることを特徴とする。
この構成によれば、表示パネルと液晶パネルとで同じ駆動方法を採用できるので、異なる駆動方法を用いる場合に比べて、例えば、電源回路を共有するなど駆動回路を簡略化することができる。

［適用例８］本適用例の電子機器は、上記適用例の表示装置と、前記液晶パネルに対して照明光の入射側に配置された自発光型または受光型の画像表示部と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、液晶パネルを駆動制御することにより、例えば、画像表示部の表示画像と表示パネルの表示画像とを重ねて表示させたり、表示パネルの表示画像のみを表示するような演出効果を得ることが可能な電子機器を提供することができる。また、通常は、上記表示画像を重ねた表示形態とするならば、液晶パネルは非駆動状態でよいので、消費電力を削減可能である。

表示装置の構成を示す概略斜視図。 （ａ）は表示パネルの構成を示す概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'線で切った概略断面図。 （ａ）は液晶パネルの電極の構成を示す概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ'線で切った概略断面図。 （ａ）および（ｂ）は表示装置における光学設計条件を示す概略図。 液晶パネルの非駆動時の状態を示す模式図であって、（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図。 液晶パネルの駆動時の状態を示す模式図であって、（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図。 （ａ）は液晶パネルの照明光の透過率を示すグラフ、（ｂ）は透過率の測定方法を示す概略図。 実施形態２の表示装置における光学設計条件を示す概略図。 実施形態２の表示装置における液晶パネルの照明光の透過率を示すグラフ。 実施形態３の液晶パネルの構成を示す概略断面図。 実施形態３の液晶パネルの非駆動時の状態を示す模式図であって、（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図。 実施形態３の液晶パネルの駆動時の状態を示す模式図であって、（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図。 電子機器としての遊技機を示す概略斜視図。 遊技機に搭載された表示装置を示す概略斜視図。 （ａ）および（ｂ）はスロット表示装置における表示画像の演出の一例を示す概略平面。 （ａ）は実施形態の透過領域の構成を示す概略平面図、（ｂ）および（ｃ）は変形例の透過領域の構成を示す概略平面図。 （ａ）および（ｂ）は変形例の表示パネルと液晶パネルの相対的な配置を示す概略図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

（実施形態１）
＜表示装置＞
本実施形態の表示装置について、図１〜図４を参照して説明する。図１は表示装置の構成を示す概略斜視図、図２（ａ）は表示パネルの構成を示す概略平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ'線で切った概略断面図、図３（ａ）は液晶パネルの電極の構成を示す概略平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ'線で切った概略断面図、図４（ａ）および（ｂ）は表示装置における光学設計条件を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態の表示装置１００は、透過型の表示パネル１１０および液晶パネル１３０を有するものであって、主たる表示を行う表示パネル１１０に対して照明光が入射する側に液晶パネル１３０が配置されている。液晶パネル１３０は、これを透過する照明光を調光可能な構成を有している。したがって、液晶パネル１３０を照明光の調光部と呼ぶことができる。以降、表示パネル１１０の表示面を互いに直交するＸ軸とＹ軸とにより規定し、表示面に対する照明光の入射方向をＺ軸として説明することもある。

図２（ａ）に示すように、表示パネル１１０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素１１５がマトリクス状に配置された表示領域１１６を有する。同色の画素１１５が所謂ストライプ状に配列されている。

図２（ｂ）に示すように、表示パネル１１０は、素子基板１１１と、対向基板１２１と、これらの間に挟持された液晶層１２０とを有する液晶表示パネルである。
素子基板１１１は、透明なガラスやプラスチックなどの部材からなり、液晶層１２０に面する側の表面に設けられた、各画素１１５に対応した複数の画素電極１１２と、画素電極１１２に接続され、これをスイッチングする例えば薄膜トランジスターなどのスイッチング素子（図示省略）などを備えている。複数の画素電極１１２は配向膜１１３により覆われている。

対向基板１２１は、同じく透明なガラスやプラスチックなどの部材からなり、液晶層１２０に面する側の表面に設けられた、各画素１１５に対応したフィルターエレメント（着色層）を有するカラーフィルター１２２と、カラーフィルター１２２上に積層された対向電極１２３とを備えている。対向電極１２３は配向膜１２４により覆われている。

画素電極１１２および対向電極１２３は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明性を有する導電部材からなる。

配向膜１１３，１２４は、例えばポリイミド樹脂からなり、液晶層１２０における液晶分子を所定の方向に配向させるための配向処理が施されている。

このような素子基板１１１と対向基板１２１とは、所定の間隔をおいて対向配置され、表示領域１１６の外側の周辺領域に配置されたシール材１１４によって接合されている。素子基板１１１と対向基板１２１との隙間に液晶が充填されシール材１１４により封止されることにより、液晶層１２０が構成されている。

液晶層１２０を挟んで接合された素子基板１１１側の表面には、偏光素子としての偏光板１２５が配置され、同じく対向基板１２１側の表面には、偏光素子としての偏光板１２６が配置されている。

図２（ａ）に示すように、対向基板１２１よりもほぼ一回り大きい面積を有する素子基板１１１は、対向基板１２１と所定の位置で接合されることにより、対向基板１２１からはみ出した端子部を有する。端子部には、前述したスイッチング素子を駆動するための回路基板１１７，１１８が平面実装されている。

回路基板１１７は、例えばフレキシブル基板１１７ｂにＸＤｒ（Ｘドライバー）ＩＣ１１７ａが実装されたものである。同じく回路基板１１８は、例えばフレキシブル基板１１８ｂにＹＤｒ（Ｙドライバー）ＩＣ１１８ａが実装されたものである。

すなわち、表示パネル１１０は、透過型且つアクティブマトリクス型の液晶表示パネルである。表示モードとしては、非駆動時に暗表示となるノーマリーブラックモード、非駆動時に明表示となるノーマリーホワイトモードのいずれでもよい。

図１に示した照明光は、表示パネル１１０の素子基板１１１側から入射してもよいし、対向基板１２１側から入射してもよいが、以降、素子基板１１１側から入射するものとして説明を行う。また、表示領域１１６により構成される表示面は、矩形状の表示パネル１１０の長辺に平行なＸ軸と短辺に平行なＹ軸とにより規定されるものとして説明する。

なお、表示パネル１１０の構成は、これに限定されるものではなく、透過型の表示を可能とするものであれば、液晶表示パネル以外にも有機ＥＬ表示パネルやＥＣＤ（Electric Chromic Display）などでもよい。ただし、液晶パネル１３０との間に偏光素子を配置する必要がある。

図３（ａ）に示すように、調光部としての液晶パネル１３０は、例えばＩＴＯなどの透明性を有する導電部材からなる矩形状の第１電極１３２と、第１電極１３２に対して平面的に重畳された同じく透明性を有する導電部材からなる第２電極１３４とを有する。第２電極１３４には、液晶パネル１３０の短辺（Ｙ軸）に沿ってスリット状に開口した開口部１３４ｂが長辺方向（Ｘ軸方向）に所定の間隔で複数設けられており、開口部１３４ｂの間の部分が帯状電極部１３４ａとなっている。すなわち、帯状電極部１３４ａの延在方向は液晶パネル１３０の短辺に沿ったＹ軸方向である。このような第１電極１３２と第２電極１３４とが設けられた領域を、以降、透過領域１３８と呼ぶ。透過領域１３８は、前述した表示パネル１１０の表示領域１１６に対応してほぼ同等の面積となっている。なお、開口部１３４ｂはスリット状に開口した両端部分が閉じた矩形状となっているが、これに限定されるものではない、開口部１３４ｂの一方の端部が開いた状態のものでもよい。第２電極１３４において所定の間隔で配置された複数の帯状電極部１３４ａを有することが後述する調光機能を導くものである。

図３（ｂ）に示すように、液晶パネル１３０は、一対の基板としての第１基板１３１および第２基板１３６と、両基板１３１，１３６により挟持された液晶層１４０とを有する。

第１基板１３１は、透明な例えばガラスやプラスチックなどからなり、液晶層１４０側に向かって順に積層された、第１電極１３２、絶縁層１３３、第２電極１３４（帯状電極部１３４ａ）を備えている。絶縁層１３３は言い換えれば誘電体層であって、ＳｉＯ₂などの透明性を有する金属酸化物を用いて形成される。絶縁層１３３および帯状電極部１３４ａを覆うように配向膜１３５が設けられている。

第２基板１３６は、同じく透明な例えばガラスやプラスチックなどからなり、液晶層１４０側の表面を覆うように配向膜１３７が設けられている。第２基板１３６側には電極が設けられていない。

配向膜１３５，１３７は、例えばポリイミド樹脂からなり、所定の配向処理が施されている。

液晶層１４０は、正の誘電異方性を有するネマチック型の液晶からなる。液晶パネル１３０の第１電極１３２と第２電極１３４（帯状電極部１３４ａ）との間に駆動電圧を印加して発生させた電界により、液晶層１４０におけるネマチック型の液晶分子の配向方向を変化させることができる。このような第１電極１３２および帯状電極部１３４ａを備えた駆動方式はＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式と呼ばれている。

次に、表示装置１００の具体的な光学設計条件について、図４（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、液晶パネル１３０において配向膜１３５，１３７は、帯状電極部１３４ａの延在方向に対して時計回りに５度傾いた状態で配向処理が施されている。より具体的には、図４（ａ）において、例えば配向膜１３５を右上から左下に向かって５度の角度でラビング処理（配向処理）する。配向膜１３７は左下から右上に向かって５度の角度でラビング処理（配向処理）する。すなわち、配向膜１３５と配向膜１３７とは配向処理方向が同一でもラビング処理の方向が１８０度反転している。

前述したように表示パネル１１０の素子基板１１１側から照明光を入射させる場合、表示パネル１１０と液晶パネル１３０との間に偏光素子としての偏光板１２５が配置されている。偏光板１２５の透過軸が帯状電極部１３４ａと直交（交差）するように表示パネル１１０側に偏光板１２５が装備されている。

したがって、図４（ｂ）に示すように、第１電極１３２と帯状電極部１３４ａとの間に電界が発生していないとき、液晶分子は帯状電極部１３４ａの延在方向に対して時計回りに５度傾いた状態で配向している。第１電極１３２と帯状電極部１３４ａとの間に駆動電圧を印加すると帯状電極部１３４ａの延在方向に対してほぼ直交する方向に電界が発生する。液晶分子は発生した電界方向に沿うように配向状態が変化する。ゆえに、この場合液晶分子は時計回りにツイストすることになる。

液晶分子はより少ないエネルギーで電界方向に配向しようとするため、図４（ａ）に示すように、配向処理方向を帯状電極部１３４ａの延在方向に対して５度傾けることにより、電界を発生させたときに液晶分子のツイスト方向が一定となり安定する。

次に図５〜図７を参照して液晶パネル１３０の調光機能について説明する。図５は液晶パネルの非駆動時の状態を示す模式図であって、同図（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、同図（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、同図（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図である。図６は液晶パネルの駆動時の状態を示す模式図であって、同図（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、同図（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、同図（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図である。図７（ａ）は液晶パネルの照明光の透過率を示すグラフ、同図（ｂ）は透過率の測定方法を示す概略図である。

図５（ａ）に示すように、非駆動時すなわち第１電極１３２と帯状電極部１３４ａとの間に駆動電圧が印加されていないとき（以降、電界無印加時と言う）には、液晶分子は互いに同一方向（具体的には前述したように帯状電極部１３４ａの延在方向に対して時計回りに５度傾いた状態）に配向している。

図５（ｃ）に示すように、液晶分子は配向膜１３５と配向膜１３７とに施された配向処理方向に対して長軸が沿うように配列している。

したがって、図５（ｂ）に示すように、第１基板１３１側から照明光が入射するとすれば、照明光は液晶層１４０を直進して透過する。液晶パネル１３０から射出した照明光は、表示パネル１１０に入射する。すなわち、液晶パネル１３０が非駆動時には、これを透過する照明光はほとんど調光されない。

これに対して、駆動時すなわち第１電極１３２と帯状電極部１３４ａとの間に駆動電圧が印加され電界が発生したとき（以降、電界印加時と言う）には、図６（ａ）に示すように、電界方向（帯状電極部１３４ａの延在方向に直交する方向）にツイストしようとする液晶分子と、そうでない液晶分子とが混在する。

より具体的には、図６（ｃ）に示すように、配向膜１３５，１３７の表面近傍に存在する液晶分子は、配向処理の影響を受け易いため、初期の配向処理方向に配向している。

また、帯状電極部１３４ａの延在方向に直交する方向の幅Ｌは、同じ方向の開口部１３４ｂの幅Ｓに比べて狭く設定されている。言い換えれば、帯状電極部１３４ａの延在方向に直交する方向における配置間隔はその幅Ｌよりも大きい。それゆえに、帯状電極部１３４ａの延在方向に直交する方向において帯状電極部１３４ａ間のほぼ中央付近に存在する液晶分子は電界の影響を受け難い。

同様にして、帯状電極部１３４ａの直上であって辺部から遠ざかった内側近傍に存在する液晶分子も辺部付近に生ずる電界の影響を受け難い。

一方、配向膜１３５，１３７の表面から遠ざかった部分に存在する液晶分子は、第１電極１３２と帯状電極部１３４ａとの間に発生する電界の影響を容易に受けて電界方向にツイストする。

すなわち、帯状電極部１３４ａの延在方向と直交する方向において液晶分子の配向状態が複数の帯状電極部１３４ａの配置に起因した周期で変化することになる。このように液晶分子の配向状態が周期的に変化した部分では、液晶分子の屈折率が配向状態によって変化することになる。

すると、図６（ｂ）に示すように、第１基板１３１側から入射した照明光は、屈折率が変化した領域で回折する。回折光は、帯状電極部１３４ａの延在方向と直交する方向に発生（伝播）する。液晶パネル１３０から射出した回折光は、偏光板１２５に入射する。偏光板１２５の透過軸の方向は、図４（ａ）に示したように帯状電極部１３４ａの延在方向に直交（交差）する方向となっているため、回折光は偏光板１２５を透過して表示パネル１１０に入射することになる。すなわち、液晶パネル１３０が駆動時には、照明光が回折光に変換（調光）されて表示パネル１１０に入射する。

本実施形態では、帯状電極部１３４ａの幅Ｌをおよそ３μｍとし、開口部１３４ｂの幅Ｓをおよそ５μｍとした。また、液晶層１４０の厚みはおよそ３μｍとした。

図７（ｂ）に示すように、測定対象としての液晶パネル１３０に対して照明光を第１基板１３１側から入射させ、駆動時と非駆動時の透過率を調べた。具体的には、受光素子を液晶パネル１３０の透過領域１３８に対して鉛直上に配置して透過率を測定した。また、帯状電極部１３４ａの延在方向に直交する方向において受光素子の鉛直方向に対する配置角度を変えて（図面上ではＲ方向とＬ方向とにおいて配置角度を変えて）透過率を測定した。
図７（ａ）の実線で示すように、本実施形態の液晶パネル１３０において、照明光は、回折後に液晶層１４０を直進する０次回折光と、回折光同士が干渉して発生する高次回折光（１次回折光、２次回折光、・・・）となる。非駆動時の照明光の透過率を１００％とすると、液晶パネル１３０の正面における０次回折光の透過率はおよそ３５％であった。伝播角度が異なる高次回折光の透過率は高次になるほど低下する。

例えば、帯状電極部１３４ａの幅Ｌをおよそ２μｍとし、開口部１３４ｂの幅Ｓをおよそ３μｍとして、それぞれさらに小さくすると、図７（ａ）の破線で示した透過率の状態となる。すなわち、０次回折光の透過率が上昇するものの、高次回折光の透過率が低下する傾向を示した。

したがって、効率よく回折光を発生させる条件は、帯状電極部１３４ａの幅Ｌ、開口部１３４ｂの幅Ｓ、液晶層１４０の屈折率などの影響を受けると考えられるため、液晶分子の材料選択に伴って適宜、幅の調整が必要となる。特に、駆動時（電界印加）における液晶分子の配向状態に周期性を持たせる観点から、帯状電極部１３４ａの幅Ｌに対して開口部１３４ｂの幅Ｓの方を大きくすることが好ましい。ただし、本実施形態におけるネマチック型の液晶（複屈折率Δｎが０．１２）を用い液晶層１４０の厚みを３μｍとした場合では、帯状電極部１３４ａの幅Ｌおよび開口部１３４ｂの幅Ｓが２０μｍ以上になると回折光が発生し難くなることが分かっている。なお、ネマチック型の液晶における複屈折率Δｎは０．１２に限定されるものではなく、液晶分子の周期的な配向状態に起因する屈折率の変化をより大きくするという点では、より大きな値のΔｎを有する液晶を使用することが好ましい。

なお、この場合、照明光として白色光を用いている。回折後の回折光は、波長によって屈折角度（光の伝播角度）が変わり、液晶パネル１３０の正面では白色光が強くなり、受光素子の配置角度が大きくなるにつれて着色した光（いわゆる虹色に染まった光）が観察される。照明光は白色光に限定されず単色光でもよいが、その場合には回折による干渉縞が観察される状態となる。

このような液晶パネル１３０を備えた表示装置１００によれば、液晶パネル１３０の駆動を制御することによって、表示パネル１１０に対して白色光がほぼそのまま入射する状態と、白色光が回折光に変換されて入射される状態とに調光する（切り替える）ことができる。したがって、表示パネル１１０の表示画像に対して照明光を回折光とした演出が可能となる。

（実施形態２）
実施形態２の表示装置１００は、基本的に上記実施形態１の構成を備えるものであって、表示パネル１１０と液晶パネル１３０との間における偏光素子の配置方法が異なるものである。したがって、同一の構成については同一の符号を付して説明する。

図８は実施形態２の表示装置における光学設計条件を示す概略図、図９は実施形態２の表示装置における液晶パネルの照明光の透過率を示すグラフである。

図８に示すように、実施形態２の表示装置１００において、液晶パネル１３０の配向処理方向は、帯状電極部１３４ａの延在方向に対して時計回りに５度傾いた状態で施されている。配向処理の方法は、上記実施形態１と同様である。すなわち、配向膜１３５と配向膜１３７とは配向処理方向が同一で、ラビング処理の方向が１８０度反転している。

前述したように表示パネル１１０の素子基板１１１側から照明光を入射させる場合、表示パネル１１０と液晶パネル１３０との間に偏光素子としての偏光板１２５が配置されている。実施形態２では、偏光板１２５の吸収軸が帯状電極部１３４ａと直交（交差）するように表示パネル１１０側に偏光板１２５が装備されている。

したがって、駆動時に液晶パネル１３０から射出された回折光は、偏光板１２５に入射するも、高次回折光で主となる偏光成分の方向と偏光板１２５の吸収軸の方向とが合致しているため、高次回折光の多くは偏光板１２５によって吸収される。

図９に示すように、偏光板１２５を介して液晶パネル１３０の透過率を測定すると、主として０次回折光が透過するので、液晶パネル１３０の正面における透過率が非駆動時に対しておよそ３５％となる。受光素子の配置角度を変えて測定しても高次回折光の透過率は低い。言い換えれば、上記実施形態１に比べて照明光の照度が低下した状態となる。

実施形態２の表示装置１００によれば、液晶パネル１３０の駆動を制御することによって、表示パネル１１０に対して白色光がほぼそのまま入射する状態と、白色光が高次回折光に変換された後に偏光板１２５に吸収され照度が低下した状態とに調光することができる。

（実施形態３）
実施形態３の表示装置１００は、上記実施形態１に対して液晶パネル１３０における液晶層１４０の構成を変えたものである。したがって、同一の構成については同一の符号を付して説明する。

図１０は実施形態３の液晶パネルの構成を示す概略断面図、図１１は実施形態３の液晶パネルの非駆動時の状態を示す模式図であって、同図（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、同図（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、同図（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図である。図１２は実施形態３の液晶パネルの駆動時の状態を示す模式図であって、同図（ａ）は液晶分子の配向状態を示す模式平面図、同図（ｂ）は照明光の透過状態を示す模式断面図、同図（ｃ）は液晶分子の配向状態を示す模式図である。

実施形態３の表示装置１００は、表示パネル１１０と、表示パネル１１０の照明光の入射側に配置された液晶パネル１５０とを有するものである。
図１０に示すように、本実施形態の液晶パネル１５０は、透明な例えばガラスやプラスチックなどからなる一対の基板としての第１基板１３１および第２基板１３６と、両基板１３１，１３６により挟持された液晶層１４１とを有する。

第１基板１３１は、液晶層１４１側に向かって順に積層された、第１電極１３２、絶縁層１３３、第２電極１３４（帯状電極部１３４ａ）を備えている。第２電極１３４と絶縁層１３３とを覆うように配向膜１３５が設けられている。

第２基板１３６は、液晶層１４１側の表面を覆うように配向膜１３７が設けられている。第２基板１３６側には電極が設けられていない。

液晶層１４１は、高分子とネマチック型の液晶分子とが所定の方向に配向されたリバース型の高分子分散型液晶（Ｒ−ＰＤＬＣ；Polymer Dispersed Liquid Crystal）からなる。

高分子は、熱可塑性、熱硬化性、紫外線等の光硬化性が挙げられ、前駆体を液晶と相溶させた後に重合硬化させたものである。前駆体は、公知の材料を用いることができ、例えば主鎖にビフェニル骨格を有する側鎖が結合した、ビフェニル、ターフェニルのメタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステル、あるいはこれらの化合物の誘導体や混合物が挙げられる。

また、高分子は、前駆体として電界無印加時にネマチック型の液晶に対して同一方向に配向させることが可能で、同一方向に配向したときの光の屈折率がネマチック型の液晶とほぼ同等な液晶相を呈することが好ましい。さらには、ネマチック型の液晶に対して相分離した後の粒径が０．１〜１０μｍであることが好ましい。このような高分子によれば後述する光散乱を効果的に得ることができる。

液晶層１４１におけるネマチック型の液晶が占める割合は、５０〜９７ｗｔ％である。言い換えれば、高分子の占める割合は、３〜５０ｗｔ％の範囲で調整される。

図１１（ａ）に示すように、液晶層１４１における初期の液晶分子と高分子とは互いの長軸が同一方向に向くように配向している。例えば、上記実施形態１の図４（ａ）で説明したように、帯状電極部１３４ａの延在方向に対して時計回りに５度の角度で配向している。表示パネル１１０側の偏光板１２５の透過軸は、帯状電極部１３４ａの延在方向に対して直交（交差）している。

図１１（ｃ）に示すように、第１電極１３２と帯状電極部１３４ａ（第２電極１３４）との間に駆動電圧が印加されていない電界無印加時では、液晶層１４１における液晶分子は、配向膜１３５，１３７の配向規制力により整然と同一方向に配向している。

したがって、図１１（ｂ）に示すように、配向分散された高分子と液晶分子とが同一方向に配向しているため、第１基板１３１側から入射した照明光はほぼそのまま液晶層１４１を透過して第２基板１３６側から射出する。照明光は調光されない状態で表示パネル１１０を照明することになる。

これに対して、駆動時すなわち第１電極１３２と帯状電極部１３４ａとの間に電界が印加された状態では、図１２（ａ）に示すように、電界方向（帯状電極部１３４ａの延在方向に直交する方向）にツイストしようとする液晶分子と、そうでない液晶分子とが混在する。一方、高分子は電界の影響を受けずに配向分散された状態が維持される。

図１２（ｃ）に示すように、液晶層１４１における液晶分子の配向状態は、上記実施形態１において説明したように、帯状電極部１３４ａの配置に起因した周期でツイスト状態が変化する。すなわち、この周期的に変化した配向状態に起因して周期的に屈折率が変化した状態が形成され、照明光の回折が起こる。回折光は帯状電極部１３４ａの延在方向に直交する方向に発生（伝播）する。

図１２（ｂ）に示すように、第１基板１３１側から入射した照明光は、回折光に変換される。一方、高分子の配向方向に対して液晶分子の配向方向が変化した領域では、互いの屈折率が異なることにより光散乱が生ずる。それゆえに回折光がさらに散乱することになる。

実施形態３の表示装置１００によれば、液晶パネル１５０の駆動を制御することによって、表示パネル１１０に対して照明光（白色光）がほぼそのまま入射する状態と、照明光（白色光）が回折光に変換され、且つ光散乱されて入射される状態とに調光する（切り替える）ことができる。したがって、表示パネル１１０の表示画像に対して光散乱を伴う回折光により演出が可能となる。

上記実施形態の液晶パネル１３０および液晶パネル１５０では、第２基板１３６側に電極を設けない構成としている。第２基板１３６側に電極を設けると、第１基板１３１側の第１電極１３２と帯状電極部１３４ａとの間の電界が対向する第２基板１３６側の電極に引き寄せられる。この電界効果によって、前述した液晶分子がツイストしている領域が拡大されるので、周期的な液晶分子の配向状態が乱されるおそれがある。したがって、高次回折光を効率的に取り出せないおそれがあるため、第２基板１３６側には電極を設けないほうが好ましい。

一方で、高次回折光を効率よく取り出すには、液晶層１４０，１４１に例えば液晶分子のツイスト方向と同じ方向の光学的な旋光性を有するコレステリック型の液晶などからなるカイラル剤を添加することが好ましい。前述したように高次回折光は、液晶層１４０，１４１における周期的な液晶分子の配向状態に起因する屈折率の変化により発生する。カイラル剤を添加することにより、ネマチック型の液晶分子のツイスト力が増強され、屈折率の変化をさらに大きくできるため、効率的に高次回折光を取り出すことが可能となる。 ただし、液晶層１４０，１４１の厚みをｄとして、カイラル剤の光学的な旋光ピッチをｐとするとき、ｄ／ｐ＜０．２５とすることが好ましい。ｄ／ｐ＞０．２５では液晶分子のツイスト角が９０度を超えて１８０度となるものが発生するおそれがあり、そのツイスト状態では、高分子と液晶分子との屈折率の差がかえって小さくなってしまうためである。

（実施形態４）
＜電子機器＞
次に、上記実施形態の表示装置が適用された電子機器について図１３〜図１５を参照して説明する。図１３は電子機器としての遊技機を示す概略斜視図、図１４は遊技機に搭載された表示装置を示す概略斜視図、図１５（ａ）および（ｂ）はスロット表示装置における表示画像の演出の一例を示す概略平面図である。

図１３に示すように、本実施形態の電子機器としての遊技機１０００は、所謂スロットマシンと呼ばれる遊技装置が内蔵された本体１１００を有する。本体１１００の一方の側面には、表示部１１１０と、表示部１１１０の下方において並列して設けられたスタートレバー１１２０および３つのストップボタン１１３０とを備えている。表示部１１１０には、上記実施形態３の表示装置１００を適用したスロット表示装置が搭載されている。

図１４に示すように、スロット表示装置１１５０は、円筒状の光源１１５４と、光源１１５４の円周に沿って回転自在に設けられた同じく円筒状の３つの回転リール１１５３と、回転リール１１５３に対して所定の方向に間隔を置いて順に配設された液晶パネル１１５２と、表示パネル１１５１とを備えている。回転リール１１５３は受光型の画像表示部を構成するものである。
円筒状の各回転リール１１５３には、円周に沿って同じ図柄が連続しないように複数種の図柄が描かれている。本実施形態では図柄をりんごや桃などの果実としたが、これに限定されるものではない。

表示パネル１１５１は、上記実施形態において説明した透過型の表示パネル１１０と同じ構成を有するものであり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素がマトリクス状に配置された表示領域１１５１ａを有する。同色の画素が所謂ストライプ状に配列されている。表示領域１１５１ａがなす表示面を互いに直交するＸ軸とＹ軸とにより規定するものとする。

液晶パネル１１５２は、上記実施形態において説明した透過型の液晶パネル１５０と同じ構成を有するものであり、３つの回転リール１１５３と対向する位置に３つの透過領域１１５２ａ，１１５２ｂ，１１５２ｃを備えている。各透過領域１１５２ａ，１１５２ｂ，１１５２ｃにはそれぞれ前述したＦＦＳ方式の第１電極１３２と、これに重畳された帯状電極部１３４ａを有する第２電極１３４とが設けられている。すなわち、表示パネル１１５１と液晶パネル１１５２とは、上記実施形態３のＰＤＬＣの液晶層１４１を有する液晶パネル１５０を備えた表示装置１００を適用したものである。

光源１１５４から射出された照明光は、回転リール１１５３を透過した後に、まず液晶パネル１１５２に入射する。調光部としての液晶パネル１１５２によって調光された照明光が表示パネル１１５１に入射する。照明光は、表示パネル１１５１の表示領域１１５１ａがなす表示面に対して法線方向（Ｚ軸方向）から入射する。すなわち、Ｚ軸方向において光源１１５４側から回転リール１１５３、液晶パネル１１５２、表示パネル１１５１の順に対向配置されている。

図１５（ａ）に示すように、スロット表示装置１１５０は、通常、液晶パネル１１５２が非駆動状態であって、照明光が調光されないので、光源１１５４によって照明された各回転リール１１５３の図柄を透過型の表示パネル１１５１を通して確認できるように駆動制御されている。前述したスタートレバー１１２０を操作すると、各回転リール１１５３が回転し始める。３つの回転リール１１５３に対応したストップボタン１１３０をそれぞれ押すことによって、回転リール１１５３の回転をそれぞれ停止させることができる。

図１５（ａ）に示すように、例えば各回転リール１１５３の図柄が揃った場合には、「大当たり」となり、液晶パネル１１５２を駆動して照明光を調光させる。すると、照明光は光散乱を伴った回折光となるため、回転リール１１５３の図柄を視認できなくなる。そして、例えば図１５（ｂ）に示すように、透過型の表示パネル１１５１において「大当たり」を表現する表示を行えば、回転リール１１５３の図柄に影響されずに「大当たり」を演出した画像を表示することができる。

このようにスロット表示装置１１５０は、液晶パネル１１５２を駆動制御することによって、画像表示部の図柄と表示パネル１１５１の表示画像とを重ねたり、切り替えたりして効果的に遊技を演出できるものである。

また、液晶パネル１１５２は、表示パネル１１５１において演出効果を必要とする表示を行うときにだけ駆動すればよいので、表示パネル１１５１と液晶パネル１１５２とを常に駆動して画像を表示する場合に比べて、スロット表示装置１１５０における消費電力を削減できるという特徴を有している。

なお、スロット表示装置１１５０の構成は、これに限定されず、上記実施形態１および上記実施形態２の液晶層１４０を有する液晶パネル１３０を用いてもよい。

上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）上記実施形態の表示装置１００の液晶パネル１３０および液晶パネル１５０において、透過領域１３８の構成は、これに限定されない。図１６（ａ）は上記実施形態の透過領域の構成を示す概略平面図、同図（ｂ）および（ｃ）は変形例の透過領域の構成を示す概略平面図である。上記実施形態では、図１６（ａ）に示すように、表示パネル１１０の表示領域１１６に対してほぼ同等の面積を有する透過領域１３８において、矩形状の第１電極１３２に対して平面的に重畳された第２電極１３４（帯状電極部１３４ａ）を備えていた。これに対して、例えば図１６（ｂ）に示すように、上記表示領域１１６に対して分割された状態に配置された複数の透過領域１３８を有する構成としてもよい。また例えば、図１６（ｃ）に示すように、表示領域１１６に対してほぼ中央に位置する透過領域１３８ａと、透過領域１３８ａを囲むように配置された透過領域１３８ｂとを有する構成としてもよい。もちろん、透過領域１３８ａのみとしてもよい。図１６（ｂ）、図１６（ｃ）において各透過領域１３８，１３８ａ，１３８ｂはＦＦＳ方式の電極構成を有することは言うまでもない。すなわち、液晶パネル１３０，１５０による照明光の調光効果を生かす演出が必要な表示領域１１６上の場所に応じて、透過領域１３８の配置を行えばよい。
また、上記実施形態では、透過領域１３８の平面的な形状を略四角形としたが、これに限定されず、三角形、台形、平行四辺形、多角形、円形、楕円形、異形などの形状も自由に採用することができる。

（変形例２）上記実施形態の透過領域１３８における帯状電極部１３４ａの配置は、これに限定されない。図３（ａ）に示すように上記実施形態では、帯状電極部１３４ａの延在方向は、透過領域１３８における短辺側に沿った方向（Ｙ軸方向）であったが、Ｙ軸方向に対して傾斜した状態で帯状電極部１３４ａを設けてもよい。これにより、得られる回折光の主たる偏光成分の偏光方向を変えることができる。言い換えれば、帯状電極部１３４ａの延在方向と関連する偏光素子の透過軸または吸収軸の方向も表示領域１１６に対して変えることができる。それゆえに、表示パネル１１０が液晶表示パネルであるときには、その光学設計条件が液晶パネル１３０，１５０の帯状電極部１３４ａの配置によって制約される設計上の自由度を緩和することができる。

（変形例３）上記実施形態の表示装置１００において、表示パネル１１０と液晶パネル１３０（液晶パネル１５０）の相対的な位置関係は、対向配置されることに限定されない。図１７（ａ）および（ｂ）は変形例の表示パネルと液晶パネルの相対的な配置を示す概略図である。例えば、図１７（ａ）に示すように、表示パネル１１０の表示領域１１６がなす表示面の法線方向から外れた斜め方向から照明光が入射するように光源等を配置する。照明光の調光部である液晶パネル１３０（液晶パネル１５０）は、光源等と表示パネル１１０との間に配置されていれば、その調光効果を生かすことができるので、光源側に対向するように液晶パネル１３０（液晶パネル１５０）を配置してもよい。あるいは、図１７（ｂ）に示すように、液晶パネル１３０（液晶パネル１５０）から射出した照明光を反射板（ミラー）によって反射させてから表示パネル１１０（偏光素子）に入射するように、これらの構成を配置してもよい。

（変形例４）上記実施形態４において、画像表示部は回転リール１１５３に限定されない。例えば、回転リール１１５３によって得られる図柄の表示を自発光型の表示装置である有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）装置を用いて、画像として表示する構成としてもよい。このようにすれば、ソフト的に画像を構成し、自由に図柄を変更したり、入れ替えたりすることができる。

（変形例５）上記実施形態の表示装置１００を適用可能な電子機器は、上記実施形態４の遊技機１０００に限定されない。例えば、パチンコ遊技機、ゲーム機等が挙げられる。また、適宜、画像情報付与装置を透過型の表示パネル１１０等で構成することにより、携帯電話、電子ブック、プロジェクター、パーソナルコンピューター、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。これらの表示手段において多彩な表示画像が得られる良好なものとなる。

１００…表示装置、１１０…表示パネル、１１５…画素、１１６…表示領域、１２５…偏光素子としての偏光板、１３０，１５０…液晶パネル、１３１…一対の基板のうちの一方の基板としての第１基板、１３２…第１電極、１３４…第２電極、１３４ａ…帯状電極部、１３８，１３８ａ，１３８ｂ…透過領域、１４０，１４１…液晶層、１０００…電子機器としての遊技機、１１５０…表示装置としてのスロット表示装置、１１５１…表示パネル、１１５１ａ…表示領域、１１５２…液晶パネル、１１５２ａ，１１５２ｂ，１１５２ｃ…透過領域、１１５３…画像表示部としての回転リール、１１５４…光源。

Claims (8)

1. 透過型の表示パネルと、
   前記表示パネルに対して照明光の入射側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられた第１電極と、前記第１電極に対して絶縁層を介して前記液晶層側に設けられた複数の帯状電極部を含む第２電極とを有する液晶パネルと、
   前記表示パネルと前記液晶パネルとの間に配置された偏光素子とを備え、
   前記偏光素子の透過軸が、前記帯状電極部の延在方向と交差していることを特徴とする表示装置。
2. 透過型の表示パネルと、
   前記表示パネルに対して照明光の入射側に配置され、一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられた第１電極と、前記第１電極に対して絶縁層を介して前記液晶層側に設けられた複数の帯状電極部を含む第２電極とを有する液晶パネルと、
   前記表示パネルと前記液晶パネルとの間に配置された偏光素子とを備え、
   前記偏光素子の吸収軸が、前記帯状電極の延在方向と交差していることを特徴とする表示装置。
3. 前記液晶層は、所定の方向に配向分散された高分子と、前記所定の方向に配向された液晶分子とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記液晶層は、カイラル剤を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 前記表示パネルは、複数の画素からなる表示領域を有し、
   前記液晶パネルは、前記表示領域に対して平面的にほぼ同じ大きさ以下の前記第１電極および前記第２電極を有する透過領域を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
6. 前記液晶パネルは、前記表示領域に対して平面的に分割されて配置された前記透過領域を有することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記表示パネルが上記偏光素子を有する液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置と、
   前記液晶パネルに対して照明光の入射側に配置された自発光型または受光型の画像表示部と、を備えたことを特徴とする電子機器。

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