JP2012155158A

JP2012155158A - 表示装置

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Publication number: JP2012155158A
Application number: JP2011014600A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakai; 豊中井; Takeshi Hioki; 毅日置
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2012-08-16
Also published as: US20120188499A1; US8625054B2

Abstract

【課題】光取り出し効率が高い表示装置を得る。
【解決手段】表示装置は、光源と、前記光源と対向する一端側から他端側へ前記光源が出射する光を導く導光体１と、径が平均１００nm以下の液晶滴６を有する液晶分散層１７と前記液晶分散層１７に電界を生じさせる第１の電極３および第２の電極４とを備え、前記導光体１の表面に設けられる光取り出し部２と、前記１対の電極３，４に電圧を印加する駆動回路と、を備え、前記液晶滴６に含まれる液晶分子は電界中で前記導光体１の表面に平行に配向する。
【選択図】図２

Description

本実施形態は、表示装置に関する。

近年、導光構造を用いた表示装置が提案されている。この表示装置は、例えば一列に並べられた複数の光源と、各光源に１つずつ接続される複数の導光体と、各導光体表面に複数設けられた光取り出し部と、を有する。光取り出し部を物理的にあるいは化学的に変化させることにより、それぞれの導光体表面からの光取り出しと非取り出しを制御し、表示装置に画像を表示することができる。

しかしながら、このような表示装置には、光取り出し効率を高めたいという要求があった。

特開２００５−２２１５９０号公報

したがって、発明が解決しようとする課題は、光取り出し効率が高い表示装置を得ることである。

実施形態によれば、表示装置は、光源と、前記光源と対向する一端側から他端側へ前記光源が出射する光を導く導光体と、径が平均１００nm以下の液晶滴を有する液晶分散層と前記液晶分散層に電界を生じさせる第１の電極および第２の電極とを備え、前記導光体の表面に設けられる光取り出し部と、前記１対の電極に電圧を印加する駆動回路と、を備え、前記液晶滴に含まれる液晶分子は電界中で前記導光体の表面に平行に配向する。

第１の実施形態に係る表示装置の平面図。第１の実施形態に係る表示装置の一部断面拡大図。図２の表示装置のIII−III線断面を示す拡大図。第２の実施形態に係る表示装置の断面図。第３の実施形態に係る表示装置の断面図。図５の表示装置のVI−VI線断面を示す拡大図。第４の実施形態に係る表示装置の断面図。図７の表示装置のVIII−VIII線断面を示す拡大図。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態である表示装置について図１及び図２を用いて説明する。

図１に示すように、表示装置は、Ｙ方向に配列された複数の光源１１と、互いに間隔ｄｙだけ隔ててほぼ並列に、かつＹ方向とほぼ直行するＸ方向に延伸する複数の柱状の導光体１と、各導光体１の表面に一定の画素間隔ｄｘで設けられた複数の光取り出し部２と、を備える。Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。

光源１１は、表示すべき画素データに応じて、出射する光の強度もしくは色を可変可能なものが好ましい。導光体１それぞれは一端と他端を有し、一端は光源１１と接続されている。導光体１は、光源１１が出射する光を一端側から他端側に向かうＸ方向へ全反射させながら導く。この光を往路光と呼ぶこととする。導光体１の他端に到達した光は、反射されて他端側から一端側に向かって導かれる。この光を復路光と呼ぶこととする。

表示装置はさらに、光取り出し部２に電圧を供給して電界を形成するための駆動回路５と、この駆動回路５に接続された複数の走査線１０と、を備える。各走査線１０は、各光導体１とほぼ直交するように間隔ｄｘで配置される。走査線１０は、導光体１との交点において各光取出し部２と接続している。後述するように、光取り出し部２は電圧を印加されると光取り出し状態になり、導光体１内の光を導光体１外に取り出す。電圧が印加されない場合には、光取り出し部２から光は取り出されない。

本実施形態においては各光取り出し部２が１画素を形成していることとする。複数の光取り出し部２が１画素を形成してもよい。

たとえば、光源１１がＹ方向にＭ個配列され、Ｘ方向に延在する導光体１ごとに光取出し部２がＮ個ずつ設けられた表示装置について説明する。このような表示装置は、Ｙ方向にＭ画素、Ｘ方向にＮ画素の２次元の画像を表示することができる。Ｙ方向に並んだＭ個の光取り出し部２（画素）を１ラインとし、１ラインを構成する光取り出し部２の光取り出しを制御し、Ｘ方向最上部の第１ラインから最下部の第Ｎラインまでライン単位で順次切り替えて走査すると、画像を表示することができる。

第ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）ラインを表示する際は、第ｉラインの画像データを各光源１１にたとえば時間Δｔだけ供給することにより、各光源１１は第ｉラインの画像データに対応する強さおよび色の光を発光する。これらの光は導光体１内をＸ方向に伝播する。この発光に同期して、駆動回路５から第ｉ番目の走査線１０のみにたとえば時間Δｔだけ駆動信号を供給して電界を形成する。第ｉ番目の走査線１０に駆動信号が与えられると、第ｉラインの光取り出し部２は電圧が印加されて光取出し状態となる。このため、導光体１を伝播する光は第ｉ番目の光取出し部から取り出される。

所定時間Δｔの後、第ｉ＋１ラインの画像データを光源１１に供給し、かつ駆動回路５が第ｉ＋１番目の走査線１０を選択して駆動信号を供給することにより、第ｉ＋１番目の画像データに対応する光が第ｉ＋１番目の光取出し部２から取り出される。

光取り出し部２に電圧が印加されて、導光体１内の光が取り出される仕組みについて説明する。図２は、図１で示す表示装置における、導光体１の延在方向に沿ったII−II線断面を示す拡大図である。

図２に示すように、光取り出し部２は、導光体１の表面に平行に設けられた第１の透明基板１２１と、第１の透明基板１２１上に設けられた第１の電極３と、第１の電極３上に設けられた液晶分散層１７と、液晶分散層１７上に設けられた第２の電極４と、第２の電極４上に設けられた第２の透明基板１２２と、第１の電極３と第２の電極４との間に液晶分散層１７を囲むように設けられたシール材１５とを有する。

液晶分散層１７は、光透過性の透明部材７と、透明部材７中に分散する、径が平均１００nm以下の液晶滴６と、を有する。液晶滴６は、液晶分子を含む材料で形成される。すなわち、透明部材７中に粒状の液晶滴６が分散した、いわゆる高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）と呼ばれる液晶方式を採用している。

透明部材７としては、熱や紫外線により硬化される材料を用い、例えば紫外線硬化型樹脂などの樹脂を用いる。紫外線硬化型樹脂は未硬化の状態で液晶滴６を形成する材料と混合し、液晶滴６を透明部材7内に分散させる。その後、透明部材７は硬化される。

液晶滴６の材料としては、電界内で配向が揃う液晶分子を用い、例えばネマチック液晶を用いる。さらに液晶の配向を補助するためにカイラル剤を加えても良い。本実施形態では、液晶滴６として負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いる。これは、電界方向に対して垂直方向に配向する液晶分子である。液晶滴６の材料と透明部材７の材料の混合比は、それぞれの材料によって決められ、平均１００nm以下の径の液晶滴６を形成しやすい範囲内とする。

透明部材７として紫外線硬化型樹脂を用いる場合には、透明部材７は製造中に紫外線を照射されて硬化する。従って、透明部材７と液晶滴６の境界は、液晶分散層１７の断面を顕微鏡などで観察すると分かる。

第１の電極３と第２の電極４は、液晶分散層１７に電界を加えるためのものである。第１の電極３と第２の電極４の材料は透明電極が好ましく、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）などの透明な導電材料を用いる。第１の透明基板１２１、第２の透明基板１２２としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの透明な絶縁材料を用いる。シール材１５としては、例えばエポキシ樹脂などの材料を用いる。また、導光体１としては、例えばアクリル樹脂などを用いる。

走査線１０は第１の電極３に接続される。また、図１では示していないが、第２の電極４には、走査線１０１が接続されており、走査線１０１は接地されている。駆動回路５から走査線１０を介して第１の電極３に電圧が印加されると、液晶分散層１７において、第１の電極３および第２の電極４の主面に垂直なＺ方向に電界が生じる。従って、液晶滴６に含まれる液晶分子は、電界内では、Ｚ方向に垂直なＸY平面に平行な方向に配向する。図においては、液晶的に含まれる液晶分子を棒状に表している。

図２に示す右側の光取り出し部２のように、第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加されていない場合について説明する。この場合は、液晶滴６の液晶分子は配向がランダムであり、液晶滴６の等価的な屈折率ｎ_ｉｓｏは数１で与えられる。

ここでｎ_ｅは液晶の異常光線に対する屈折率ｎ_ｏは液晶の常光線に対する屈折率である。液晶分散層１７の屈折率は、液晶滴６と透明部材７の平均的な屈折率となる。液晶滴６は光学的に等方的なので、液晶分散層１７も光学的に等方である。すなわち、液晶分散層１７の、第１の電極３および第２の電極４の主面に垂直な方向についての屈折率と、斜めの方向についての屈折率は等しい。

このような状態において、導光体１内を全反射しながら進行する光が、光取り出し部２が設けられた部分に到達すると、光は矢印９bで示すように液晶分散層１７を通り、第２の透明基板１２２で全反射される。全反射された光は、再び液晶分散層１７を通って導光体１へ戻される。

一方、図２に示す左側の光取り出し部２のように、第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加される場合には液晶分散層１７に電界が生じる。本実施形態では負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いているため、液晶分散層１７に電界が生じると、液晶分子はＸY平面に平行な方向に配向する。液晶滴６のＸ方向およびＹ方向に対する屈折率はｎ_ｏである。一方、液晶滴６のＺ方向に対する屈折率ｎは数２で表される。数２で表される屈折率ｎの方が、屈折率ｎ_ｏよりも大きい。このように、液晶滴６に屈折率異方性が生じるので、液晶分散層１７にも屈折率異方性が生じる。

このような状態において、導光体１内を進行する光が導光体１の光取り出し部２が設けられた部分に到達すると、矢印９aで示すように、液晶分散層１７を透過する。

ここで、液晶分散層１７を通る光について、Ｘ方向に平行に振動しながらＺ方向に進む成分と、Ｙ方向に振動しながらＺ方向に進む成分とに分けて説明する。

図２左側の光取り出し部２で示すように、Ｘ方向に振動しながらＺ方向に進む成分については、液晶分散層１７に屈折率異方性が生じているため、Ｚ方向に偏向を生じる。これは、光が屈折率の大きい方向に偏向する性質を持つためである。

Ｙ方向に振動しながらＺ方向に進む成分については、図３を使って説明する。図３は図２のIII−III断面を示した拡大図で、導光体１の断面形状は正方形としている。図３に示すように、この成分についても、液晶分散層１７内でＺ方向に偏向する。これも、液晶分散層１７は、Ｙ方向よりもＺ方向に大きな屈折率を有するためである。

このように、液晶分散層１７を通過する光はＺ方向に偏向するため、第２の透明基板１２２表面への光の入射角は小さくなり、入射角が臨界角より小さくなった光は全反射せず導光体１の外へ出射する。

第２の透明基板１２２への入射角が大きく導光体１の外へ出射されなかった光は、第２の透明基板１２２で全反射した後、再度液晶分散層１７を透過する。この際、光はＺ方向に再度偏向する。その後、導光体１内に戻った光が再度光取り出し部２を通過するときには、液晶分散層１７を通過することにより更にＺ方向偏向する。

表示装置の観察方向はＺ方向であり、観察者は光取り出し部２が並べられた面を観察する。上述したように、液晶分散層１７による偏向により、第２の透明基板１２２への光の入射角を小さくしＺ方向へ取り出される光の量を増大させることができる。従って、この表示装置は光取り出し効率が高い。またＺ方向以外の方向に光が取り出されるのが防止されるので、光漏れが少ない。

このようにして、第１の電極３、第２の電極４への電圧の印加と非印加を切り替えることにより、液晶分散層１７の液晶分子の配向を制御し、導光体１内の光の取り出しと非取り出しを切り替えることが出来る。

液晶分子の電界に対する応答速度は、液晶滴６のサイズに依存する。液晶滴６のサイズが平均１００nm以下の場合は、液晶分子は１００μｓｅｃ以下の高速の応答を示すことができる。

また、導光体１内を進行する光の波長は、一般的に３６０nm〜７５０nm程度の可視光の範囲内である。液晶滴６が可視光波長より十分小さければ、液晶滴６と透明部材７の屈折率の違いに起因する散乱はほとんど無視することが出来る。液晶滴６サイズをより小さくする、あるいは液晶滴６と透明部材７の屈折率差を小さくすることで、上記散乱を低減し、液晶分散層１７を光学的に均質な相とみなすことが可能である。液晶滴６の径は、例えば平均５０nmとする。液晶滴６の径は、例えば液晶分散層１７の一断面において、各液晶滴６の最長の径の平均の値とすることができる。

なお、シール層１５は液晶分散層１７が空気と触れて信頼性が低下することを防ぐのが主目的であり、必須ではない。またシール材１５を光吸収性材料にすることで、光非取り出し状態において液晶分散層１７からシール材１５を通して漏れ出る光を抑制することが出来、表示装置の画質が向上する。

また、導光体１の断面は、特に規定しないが、四角、円、楕円など、種々の断面形状の導光体においても本実施形態は実施可能である。

以下、本実施形態の光取り出し部２の構成に関する具体的な製造方法の一例を示す。

まず、光取り出し部２の製造方法について説明する。第１の透明基板１２１、第２の透明基板１２２それぞれの一主面上に、第１の電極３、第２の電極４を設ける。第１の透明基板１２１、第２の透明基板１２２の第１の電極３、第２の電極４が設けられた一主面同士を対向させる。第１の電極３と第２の電極４との距離は、例えば平均１０〜５０μmとし、具体的な例としては平均３０μmとする。第１の電極３及び第２の電極４の間に、注入口を残して枠状にシール材１５を設ける。

次に、注入口から、第１の電極３と第２の電極４の間隙に、液晶滴６の材料と透明部材７の材料との混合物とを浸入させる。透明部材７の材料として、紫外線硬化型樹脂を用いる。そして上記混合物に紫外光を照射して、透明部材７となる紫外硬化型樹脂を重合させる。その結果、透明部材７の材料は第１の電極３と第２の電極４の間隙で硬化されると同時に、液晶滴６の材料は平均径１００nm以下の液晶滴６を形成し、液晶分散層１７が形成される。液晶分散層１７の厚さは、第１の電極３と第２の電極４との距離と同等であり、すなわち、例えば平均１０〜５０μｍの範囲であり、ここでは平均３０μmとする。

続いて、導光体１の表面にこのような光取り出し部２を設ける。光取り出し部２が設けられた複数の導光体１を平行に配置し、それぞれの導光体の一端に光源１１を配置する。また、駆動回路５に接続された走査線１０を導光体１と直交するように配置して、表示装置を形成する。なお、光取り出し部２を形成した後で、それを導光体１の表面に設ける方法を説明したが、導光体１の表面に第１の透明基板１２１を設け、導光体１の表面に直接光取り出し部２を形成することも可能である。

以下、具体的な実施例を示す。

負の誘電率異方性を有するネマチック液晶としてＭＬＣ−２０７９（Ｍｅｒｃｋ社製、ｎ_ｏ＝１．４９、ｎ_ｅ＝１．６４）を用い、紫外線硬化型樹脂としてＮＯＡ８１（Ｎｏｒｌａｎｄ社製、屈折率１．５６）を用いた。液晶：樹脂の混合比は２０：８０とした。両者をよく混合し、一主面に電極が設けられた一対の透明基板の間隙に浸入させた。その後、紫外光（３００ｍＷ／ｃｍ^２）を照射して樹脂を硬化させ、樹脂内に微小な液晶滴が分散した透明な液晶分散層を得た。液晶滴の平均径は５０nmであった。

このような液晶分散層を、電極を有する１対の透明基板の間に設け、光取り出し部を形成した。

得られた光取り出し部をアクリル製導光体に接触させた。導光体の接触部には、光取り出し部と導光体が光学的に接触するよう、屈折率１．５０のカップリングオイルを塗布した。カップリングオイルの代わりに紫外線硬化樹脂を用いて、これに光を照射し光取り出し部と導光体を完全に固定することも可能である。

導光体の一端には光源として発光ダイオードを配置し、発光ダイオードから導光体に光を入射した。１対の電極間に２００Ｖの交流電圧を印加して液晶分散層を偏向状態にすると、光取り出し部から光が取り出された。またその応答速度は、約２０μｓｅｃであった。また、電極に電圧を印加しない状態においては光漏れは観察されず、光損失が殆どないことが分かった。

次に、一端に光源を有する複数の導光体を、図１に示すように並行に配置した。またそれと直交するように、複数の走査線を並行に配置した。それぞれの走査線は駆動回路に接続した。導光体表面の走査線との交点に光取り出し部を設けた。光取り出し部と導光体の間にはカップリングオイルを設けた。

ここで駆動回路から任意の走査線に順次２００Ｖの電圧を印加し、光取り出し部を１ラインごとに光取り出し状態にした。それに同期して、複数の光源から、所定の強度・色を有する光を導光体に入射させ、駆動回路が選択した走査線に設けられた光取り出し部から光を取り出した。この動作を全てのラインに対して順次走査した結果、画像を表示することが出来た。光取り出し部は２０μｓｅｃ程度で高速応答するため、動画に対しても十分に追随できることがわかった。

このように、本実施形態によると、電極に電圧を印加しない時の光取り出し部からの光漏れ量が少ないため、光損失が少なく、光利用効率が高い表示装置を得ることが出来る。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の一画素の断面構造を示している。

第１の実施形態との相違点は、第１の電極３と第２の電極４は、第２の透明基板１２２と液晶分散層１７との間に設けられている点である。また、液晶滴６を構成する材料として、正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いる点である。第１の電極３、第２の電極４は、それぞれの主面に平行な面内で電界を生じさせる、いわゆるインプレーンモードで液晶分散層１７に電圧を印加する。電界の向きはＸ方向になるので、光取り出し状態において液晶分子の長軸Ｘ方向と平行になる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、導光体１とその上に設けられた光取り出し部２の断面を示す拡大図であり、第１の電極３と第２の電極４には電圧が印加されている場合を表す。

図４（Ａ）に示すように、第１の電極３、第２の電極４は液晶分散層１７上に配置されている。第２の透明基板１２２の中央は光の透過量が大きくなるので、第１の電極３、第２の電極４は、光の透過を妨げないように光取り出し部２の外縁に配置する。

第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加されていない場合には、液晶滴６に含まれる液晶分子の配向はランダムであり、第１の実施形態と同様である。一方、第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加されると、液晶滴６に含まれる液晶分子の配向はＸ方向に揃う。従って、液晶分散層１７を通過する光のうち、Ｘ方向に振動しながらＺ方向に進む成分９についてはＺ方向に偏向させることができる。

なお、液晶分散層１７を通過する光のうち、Ｙ方向に振動しながらＺ方向に進む成分については偏向されずに導光体１に戻る。往路光に含まれるＹ方向に振動する成分は、導光体１の他端で反射されて復路光になると、一部がＸ方向に振動するようになる。復路においてＸ方向に振動するようになった光は、液晶分散層１７を通過する際に偏向され、導光体１の外へ取り出される。

このようにして液晶分散層１７において光を偏向させることにより、偏向させない場合よりも導光体１の外に取り出される光の量を増大させることができる。また、光漏れを防止することができる。

ＩＴＯに代表される透明電極は、わずかながら光を吸収する。第１の電極３と第２の電極４は、第２の透明基板１２２の外縁に設けられているので、第１の電極３、第２の電極４を通過する光の量は少ない。従って、第１の電極３と第２の電極４はによる光損失は少ない。

第１の実施形態において示した実施例と同様にして光取り出し部を作成した。第１の電極３、第２の電極４間の距離を４０μｍとし、３００Ｖの電圧を印加したところ、光取り出し部からの光の取り出しが確認できた。

なお、図４（Ａ）では、１つの光取り出し部２につき第１の電極３、第２の電極４をそれぞれ１つずつ配置する例を示したが、光取り出し部２が大きい場合には、第１の電極３、第２の電極４間の距離が離れ、必要な印加電圧が上昇する虞がある。そこで、図４（Ｂ）のように、第１の電極３、第２の電極４をＸ方向に複数個配置しても良い。第１の電極３、第２の電極４間の距離が短くなり、駆動電圧を低減することが出来る。

第１の電極３、第２の電極４は、光損失が大きくならない範囲で、光取り出し部２中央などに配置しても良い。また、第１の電極３、第２の電極４として低抵抗の金属を用いると、配線抵抗に起因する駆動信号の遅延等の影響を回避できる。

本実施形態によると、第１の実施形態と同様に、光損失が少なく光利用効率が高い表示装置を得ることが出来る。

なお、本実施の形態においては、第１の電極３、第２の電極４を液晶分散層１７上に設けることとしたが、第１の透明基板１２１上に設ける構成としても同様の効果を得ることが出来る。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置のＸＺ断面を示す図である。図６は図５のVI−VI線断面を示す拡大図である。第１の実施形態との相違点は、第１の透明基板、第２の透明基板が設けられておらず、導光体１と液晶分散層１７が一体形成された点にある。

本実施形態に置いては、導光体１は円柱状のものとする。

導光体１の表面には、連続的に液晶分散層１７が形成され導光体１を覆っている。液晶分散層１７上には保護膜１３が形成されて液晶分散層１７を覆っている。保護膜１３上には第１の電極３、第２の電極４がX方向に並べて配置されている。第１の電極３、第２の電極４は、主面が保護膜１３の表面と対向している。保護層１３として、導光体１の屈折率、あるいは液晶分散層１７の透過屈折率以上の屈折率を有する材料を用いる場合には、保護膜１３と第１の電極３、第２の電極４との間には、１対のスペーサ１９を用いて間隙（空気層）１８を形成する。第１の電極３と第２の電極４が保護膜１３と接していると導光体１内を通過する光が第１の電極３および第２の電極から漏れ出る虞があるが、第１の電極３、第２の電極４と導光体１との間に間隙１８を形成することによって光の漏れを抑制する。保護膜１３からスペーサ１９を介してへ光が漏れ出ないよう、スペーサ１９として例えば金属膜のような光反射率を有するものや、光吸収性部材などで形成することができる。

あるいは、第１の電極３，第２の電極４を直接保護膜１３に接触させてもよい。第１の電極３、第２の電極４が金属膜のような光反射率を有するものの場合、保護膜１３界面に達した光は金属膜で反射され、再び導光体１に戻る。第１の電極３、第２の電極４が光吸収性部材の場合は、第１の電極３，第２の電極４に達した光は吸収されるが、その面積を小さくすれば、第１の電極３，第２の電極４での吸収による光の損失は抑えられる。

また、保護膜１３としてポリフロロアクリレート（Poly fluoro acrylate；ＰＦＡ、屈折率１．４０）やフッ素系材料など、導光体の屈折率、あるいは液晶分散層の等価屈折率より低い屈折率の材料を用いることが出来る。この場合は保護膜１３はクラッド層として機能するため、導光体１を通過する光は、液晶分散層１７と保護膜１３の界面で全反射しながら進行する。そのため、第１の電極３、第２の電極４を保護膜１３に接触するように配置してもよい。

図４では省略するが、液晶分散層１７は、第２のの実施形態と同様に、透明部材７および平均径１００nm以下の液晶滴６を有しており、液晶滴は正の誘電率異方性を示す液晶分子を有する。

第２の実施例と同様に、第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加されない場合には液晶滴６の液晶分子はランダムな配向をする。液晶散乱層１７を通過する光は第２の透明基板１２２で反射されて導光体１に戻される。第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加される場合には、液晶滴６の液晶分子はＸ方向に配向が揃う。従って、液晶散乱層１７を通過する光のうちＸ方向に振動する成分についてはＺ方向に偏向させることができる。

このようにして導光体１の外に取り出される光の量を増大させることができる。また、光漏れを防止することができる。

このような表示装置の実施例は以下の通りである。すなわち、導光体の表面に液晶滴の材料と樹脂の混合物を１０μｍの厚さで塗布した。続いて、この混合物に紫外線を照射して樹脂を硬化させ、液晶分散層を形成した。導光体には、ポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）を用いた。樹脂としては、フッ素系樹脂を用いた。液晶分散層に等価屈折率が小さいものを用い、導光体の屈折率に近づけることで、導光体と液晶分散層の界面においてフレネル反射や全反射が生じさせるのを防止することができる。従って、光損失をさらに低減させることが可能である。

液晶分散層中の液晶滴の平均径は５０nmであった。さらに液晶分散層表面に保護膜を５μｍの厚さで塗布し、硬化させた。保護膜としてはポリフロロアクリレート（Poly fluoro acrylate；ＰＦＡ、屈折率１．４０）を用いた。保護膜は光ファイバにおけるクラッド層としても機能する。

次に保護膜の上に、５μｍの高さの１対のスペーサを設けた。スペーサ上に第１の電極と第２の電極を５０μｍ離してインプレーン配置した。両電極間に２００Ｖの電圧を印加した。電極付近の液晶分散層は電界Ｅにより導光体内の光を偏向し、導光体内の光が取り出された。

また、本実施形態は、光ファイバ状の長い導光体に連続的に液晶分散層、保護膜を形成することが出来るので、ロール・ツー・ロールプロセスが適用でき、製造が容易である。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置のＸＺ断面図を示している。図８は図７におけるVIII−VIII線断面についての拡大図である。第１の実施形態との相違点は、第１の電極３、液晶分散層１７、および第２の電極４の形状や配置が第一の実施形態と異なる。また、第１の透明基板、第２の透明基板が設けられていない。

本実施形態においては、導光体１を四角柱状のものとする。

導光体１の表面の一部には、Ｘ方向に延在する第１の電極３が形成されている。第１の電極３上には、Ｘ方向に延在する液晶分散層１７が形成されている。液晶分散層１７上には、液晶分散層１７上を覆うように保護膜１３が形成されている。保護膜１３は少なくとも液晶分散層１７を覆っていれば良いが、本実施形態においては、保護膜１３が液晶分散層１７および導光体１を覆うこととする。

保護膜１３上の一部には、１対のスペーサ１９を介して第２の電極４が配置されている。保護膜１３と電極４、および１対のスペーサ１９との間には間隙（空気層）１８が形成されている。図６では省略するが、液晶分散層１７は、上述の実施形態と同様に、透明部材７および平均径１００nm以下の液晶滴を有しており、液晶滴に含まれる液晶分子は負の誘電率異方性を有する。

第１の実施形態と同様に、第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加されていない場合には液晶分子の配向はランダムであり、液晶分散層１７を通過する光は第２の透明基板１２２で反射されて導光体１に戻される。第１の電極３、第２の電極４に電圧が印加されると、液晶分子はＸＹ面でランダムな配向をする。したがって、液晶分散層１７を通過する光のうちＸ方向に振動する成分とＹ方向に振動する成分はＺ方向に偏向する。

保護膜と電極が接触していると、保護膜と電極との屈折率の差によっては、電極に電圧を印加しなくても導光体１内の光が電極部分から漏れ出しす虞がある。しかしながら、保護膜と電極に間隙を設けることで、導光体内を通過する光が電極部分から漏れ出ることが回避できる。

表示装置の製造方法の実施例は以下の通りである。すなわち、液晶滴の材料と樹脂の混合物を１０μｍの厚さで第１の電極３上に塗布し、紫外線を照射して樹脂を硬化させ、液晶分散層を形成した。液晶分散層中の液晶滴の平均径は５０nmであった。さらに液晶分散層表面に保護膜を５μｍの厚さで塗布し、硬化させた。保護膜には導光体１と同じ材質であるポリメチルメタクリレートを用いた。なお、保護膜は、導光体の屈折率、あるいは液晶分散層の等価屈折率より低い屈折率の材料を用いることが出来る。保護膜として、ポリフロロアクリレート以外にもフッ素系材料等を用いることができる。この場合、保護膜は光ファイバにおけるクラッド層としても機能する。

次に保護膜の上に、５μｍの高さの１対のスペーサを設けた。１対のスペーサ上に、第２の電極を５０μｍ離してインプレーン配置した。保護膜と第２の電極および１対のスペーサの間には間隙が形成された。両電極間に２００Ｖの電圧を印加した。電極付近の液晶分散層は導光体内の光を偏向し、導光体内の光が取り出された。

保護膜と電極が接触していると、保護膜と電極との屈折率の差によっては、導光体内の光が電極部分から漏れ出し、電圧無印加状態においても光が取り出されてしまう虞があるが、間隙を設けることで、導光体内を通過する光が電極部分から漏れ出ることが回避できる。

本実施形態は、第１の実施形態と同様に、表示装置の光損失を低減させることができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

１・・・導光体
２・・・光取り出し部
３・・・第１の電極
４・・・第２の電極
５・・・駆動回路
６・・・液晶滴
７・・・透明部材
９、９a、９b ・・・光路
１０・・・走査線
１１・・・光源
１３・・・保護膜
１５・・・シール材
１７・・・液晶分散層
１８・・・空気層
１９・・・スペーサ
１０１・・・走査線
１２１・・・第１の透明基板
１２２・・・第２の透明基板

Claims

光源と、
前記光源と対向する一端側から他端側へ、前記光源が出射する光を導く導光体と、
径が平均１００nm以下の液晶滴を有する液晶分散層と前記液晶分散層に電界を生じさせる第１の電極および第２の電極とを備え、前記導光体の表面に設けられる光取り出し部と、
前記１対の電極に電圧を印加する駆動回路と、
を備え、
前記液晶滴に含まれる液晶分子は電界中で前記導光体の表面に平行に配向する表示装置。
前記液晶滴は、負の誘電率異方性を示す液晶分子を有し、
前記第１の電極は前記導光体と前記液晶分散層の間に設けられ、前記第２の電極は前記液晶分散層上に設けられて、前記導光体の表面に垂直な方向に電界を生じさせる、請求項１に記載の表示装置。
前記液晶滴は、正の誘電率異方性を示す液晶分子を有し、
前記第１の電極と前記第２の電極は前記導光体の表面に平行に並べられ、前記導光体の表面に平行な方向に電界を生じさせる、請求項１に記載の表示装置。
前記光取り出し部は、前記導光体の上に設けられた第１の基板と、前記第１の基板上に設けられた液晶分散層と、前記液晶分散層の上に設けられた第２の基板と、前記液晶分散層と前記第２の基板の間に前記第２の基板の外縁に沿って設けられた第１の電極および第２の電極と、を有する請求項３に記載の表示装置。
前記液晶分散層と前記第２の電極との間に空気層が設けられた請求項２に記載の表示装置。
前記液晶分散層と前記第１の電極との間、および前記液晶分散層と前記第２の電極との間に空気層が設けられた請求項３に記載の表示装置。
前記光取り出し部は、前記導光体上に設けられた第１の電極と、前記第１の電極上に設けられた液晶分散層と、前記液晶分散層上に設けられた保護膜と、前記保護膜上に空気層を介して設けられた前記第２の電極と、を有する請求項５に記載の表示装置。
前記光取り出し部は、前記導光体上に設けられた液晶分散層と、前記液晶分散層上に設けられた保護膜と、前記保護膜上に空気層を介して設けられた前記第１の電極および前記第２の電極と、を有する請求項７に記載の表示装置。
複数の前記導光体が並行に配置され、前記導光体それぞれに前記光取り出し部が複数設けられた請求項１に記載の表示装置。