JP2013190763A - 視野角制御パネルおよび表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示装置の映像光の視野角を制御する視野角制御素子を、厚みを抑えて提供する。
【解決手段】視野角制御パネル1は、マイクロカプセル11、電極16a,16bおよび電源17を備える。マイクロカプセル1は、平面状に配列され、電荷を帯びた光拡散粒子15と光拡散粒子15を分散させる分散媒1Bとを有する。光拡散粒子15の比重は、分散媒1Bの比重より大きい。1組の電極16a,16bは、マイクロカプセル1をマイクロカプセル1が配列された平面に垂直な方向から挟んで配置される。電源17は、電極16a,16bに電圧を印加し、電圧を印加する第1のモードと電圧を切る第2のモードとの2種類の駆動モードを有する。第1のモードでは、電圧は交流で印加され、光拡散粒子15は電極16a,16b間を往復移動する。第2のモードでは、光拡散粒子15は分散媒中1Bに沈殿する。
【選択図】 図1
【解決手段】視野角制御パネル1は、マイクロカプセル11、電極16a,16bおよび電源17を備える。マイクロカプセル1は、平面状に配列され、電荷を帯びた光拡散粒子15と光拡散粒子15を分散させる分散媒1Bとを有する。光拡散粒子15の比重は、分散媒1Bの比重より大きい。1組の電極16a,16bは、マイクロカプセル1をマイクロカプセル1が配列された平面に垂直な方向から挟んで配置される。電源17は、電極16a,16bに電圧を印加し、電圧を印加する第1のモードと電圧を切る第2のモードとの2種類の駆動モードを有する。第1のモードでは、電圧は交流で印加され、光拡散粒子15は電極16a,16b間を往復移動する。第2のモードでは、光拡散粒子15は分散媒中1Bに沈殿する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、消費電力の低減を目的として視野角を制御する機能を有する素子及びそれを有した表示装置に関する。
液晶表示装置や投写型表示装置などの民生用の表示装置は、複数の鑑賞者がいることを想定している。そのため、表示装置は、広い視野角特性を持つように設計されている。しかし、消費電力の低減を目的とし、鑑賞者の人数や鑑賞している位置などに合わせて、挟視野角と広視野角との切り替えを可能とした表示装置が提案されている。
例えば、特許文献1の液晶表示装置は、広視野角モードの導光板と挟視野角モードの導光板とを備えている。特許文献1の液晶表示装置は、指向性の異なる2枚の導光板を切り替えて用いることで視野角モードを切り替えている。
しかしながら、特許文献1に記載された電気光学装置は、2枚の導光体を必要としている。第1の照明装置は第1の導光体を有する。第2の照明装置は第2の導光体を有する。第2の照明装置は、第1の照明装置の出射光よりも広い指向性の出射光を出射する。このため、特許文献1に記載された装置は、表示部分の厚みが厚くなり装置の薄型化が困難となる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、表示部分の薄型化を可能にする視野角制御素子を提供することにある。
本発明に係る視野角制御パネルは、平面状に配列されたマイクロカプセルと、前記マイクロカプセルを前記平面に垂直な方向から挟んで配置される1組の電極と、前記電極に電圧を印加する電源とを備え、前記マイクロカプセルは、電荷を帯びた光拡散粒子と前記光拡散粒子を分散させる分散媒とを有し、前記光拡散粒子の比重は、前記分散媒の比重より大きく、前記電源は、電圧を印加する第1のモードと電圧を切る第2のモードとの2種類の駆動モードを有し、前記第1のモードでは、前記電圧は交流で印加され、前記光拡散粒子は前記電極間を往復移動し、前記第2のモードでは、前記光拡散粒子は前記分散媒中に沈殿するものである。
本発明によれば、液晶表示装置の表示部分の厚みを抑えて視野角制御を行うことができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置200の構成を模式的に示す模式図である。図1中、液晶表示装置200の表示面に平行な平面をxy平面とする。xy平面に垂直な方向をz軸方向とする。液晶表示装置200の上方向を+x軸方向とする。液晶表示装置200の下方向を−x軸方向とする。鑑賞者5から液晶表示装置200を見て右方向を+y軸方向とする。鑑賞者5から液晶表示装置200を見て左方向を−y軸方向とする。液晶表示装置200に対して鑑賞者5の方向を+z軸方向とする。鑑賞者5に対して液晶表示装置200の方向を−z軸方向とする。以下、この座標軸を基に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置200の構成を模式的に示す模式図である。図1中、液晶表示装置200の表示面に平行な平面をxy平面とする。xy平面に垂直な方向をz軸方向とする。液晶表示装置200の上方向を+x軸方向とする。液晶表示装置200の下方向を−x軸方向とする。鑑賞者5から液晶表示装置200を見て右方向を+y軸方向とする。鑑賞者5から液晶表示装置200を見て左方向を−y軸方向とする。液晶表示装置200に対して鑑賞者5の方向を+z軸方向とする。鑑賞者5に対して液晶表示装置200の方向を−z軸方向とする。以下、この座標軸を基に説明する。
図1に示すように、実施の形態1に係る液晶表示装置200は、視野角制御パネル1、透過型の液晶表示パネル31およびバックライトユニット32を有している。バックライトユニット32は、液晶表示パネル31を背面から照明する。視野角制御パネル1および液晶表示パネル31の配置位置については前後しても構わない。前後するとは、z軸方向の配置の順番が変わることである。
バックライトユニット32の光源は、例えばCCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp、冷陰極蛍光ランプ)やLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)、レーザーなどが採用される。光源にLEDを用いる場合、直下式とサイドライト式との2つの方式がある。直下式バックライトユニットは、液晶表示パネル31の裏側(−z軸方向)にLEDを平面状に配列している。サイドライト式バックライトユニットは、バックライトユニットの端部にLEDを並べて、導光板の端面から光を入射させ、面状の光を生成している。以下、各実施の形態において、光源の種類は特に問わない。また、光源の配置は特に問わない。しかし、バックライトユニット32より射出される照明光の角度分布は、狭い方が視野角制御パネル1による影響を受けやすく望ましい。角度分布の狭い光源は、例えばレーザーやLEDである。
視野角制御パネル1は図1に示すように、1対の電極16a,16bおよびマイクロカプセル11を有している。また、視野角制御パネル1は、支持シート12も有している。マイクロカプセル11は、バインダ材料1Aにより支持シート12の面上に保持される。バインダ材料1Aは、接着剤などである。図1では、マイクロカプセル11は、1層で支持シート12上に配列している。しかし、マイクロカプセル11は、2層以上で支持シート12上に配列しても構わない。マイクロカプセル11が保持された支持シート12は、透明な電極16aと透明な電極16bとの間に配置される。電極16a,16bは、透明な電極である。また、電極16a,16bは、透明で無くても、映像を乱さない程度に細い電極でも構わない。視野角制御パネル1は、電源17を有する。電源17は、電極16a,16bに電圧を供給する。
電源17には、スイッチ18が接続されている。スイッチ18は、オン(ON)とオフ(OFF)との2つの極性を有している。例えば、スイッチ18がオンの場合に、電源17は16a,16bに電圧をかけ、スイッチ18がオフの場合に、電源17は電極16a,16bへの電圧を切る。例えば、鑑賞者5はスイッチ18のオンとオフとを選択できる。また、例えば、カメラ等が鑑賞者5の数や位置を検知した結果を基に、スイッチ18のオンとオフとは選択される。なお、図1では、スイッチ18は電源17に接続されている。しかし、スイッチ18の目的は、電極16a,16bに電圧をかけるか電圧を切るかの選択にある。このため、スイッチ18を電極16a,16bと電源17をつなぐ回路上に接続することもできる。
図2は、マイクロカプセル11の構成を模式的に表した構成図である。図2に示すように、マイクロカプセル11は、カプセル膜13の中に分散液14を有している。分散液14は分散媒1Bと光拡散粒子15とで構成されている。
カプセル膜13は、例えばゼラチン、アラビアゴムの混合物、ウレタン樹脂、メラミン樹脂および尿素-ホルマリン樹脂などで構成される。分散媒1Bは、密度や粘性などが選択される。選択された密度や粘性などによって、光拡散粒子15は分散液14の中で移動しやすさが決まる。
光拡散粒子15は、同じ符号に帯電している。これにより光拡散粒子15は互いに反発する。そして、光拡散粒子15は、分散液14の中で凝集せずに分散している。
電極16は、基材上に導電性物質を蒸着した電極シートであることが望ましい。または、蒸着の代わりに、基材上に導電性物質を塗工しても良い。塗工とは、インクや塗料などをコーティングしたり印刷したりすることである。ここでは、基材上に導電性物質を印刷することである。基材は、例えば、PET(Polyethtlene Terephthalate)やPC(Polycarbonate)などである。導電性物質は、例えば、ITO(Indium tin oxide)などの略透明な導電性物質である。電極16は、構成される基材の材質や導電性物質に限定されず、略透明であればよい。略透明とは、材質自体が透明で無くても、例えば、映像を乱さない程度に細かく構成されることで、鑑賞者5には透明に近い状態で見えることである。
次に、視野角制御パネル1の動作について述べる。図3は、視野角制御パネル1の動作を表す模式図である。図3(A)は、狭視野角モードのときの状態を示している。図3(B)は、広視野角モードのときの状態を示している。図3(A)の状態は、2つの電極16a,16bの間に電圧がかかっていない状態である。図3(B)の状態は、2つの電極16a,16bの間に電圧がかかっている状態である。つまり、実施の形態1では、狭視野角モードは電極16a,16bの間に電圧をかけない状態である。また、広視野角モードは電極16a,16bの間に電圧をかけた状態である。狭視野角モードと広視野角モードとの切り替えは、スイッチ18によって行われる。電圧は、2つの電極16a,16bの間で時間的に方向を変化するように印加される。図3(B)の両方向を示す矢印は、電界の方向が時間的に変化することを示している。
図3(A)の状態で、例えば、光拡散粒子15の比重が分散媒1Bの比重より大きい場合、光拡散粒子15はマイクロカプセル11の中で沈殿する。この光拡散粒子15の沈殿は、光拡散粒子15と分散媒1Bとの比重差によって生じる。光拡散粒子15が沈殿しているとき、液晶表示パネル31から入射した光は、光拡散粒子15により拡散されにくい。つまり、視野角制御パネル1に入射した光の多くは、入射角度の変化を受けずに視野角制御パネル1から出射する。
一方、図3(B)の状態では、電圧が2つの電極16a,16bに印加されている。この電圧は、2つの電極16a,16bの間で電界方向が時間的に逆転するように印加されている。帯電している光拡散粒子15は、電界に応じて移動する。そのため、沈殿していた光拡散粒子15は、マイクロカプセル11の中で浮かび移動する。これにより、液晶表示パネル31から入射した光は、光拡散粒子15の影響を受けやすい状態となる。視野角制御パネル1に入射した光の多くは、視野角制御パネル1への入射角度より大きな角度で視野角制御パネル1から出射する。狭視野角モードの効果と広視野角モードの効果とにより、視野角を制御できる。
視野角制御パネル1への印加電圧について述べる。図4(A)は、電圧の時間的な変化が正弦波の場合と矩形波の場合の電圧波形を示した図である。図4(B)は、図4(A)の電圧の時間的な変化に対応した光拡散粒子15の移動速度を示した図である。図4(A)の縦軸は電極16に加える電圧[V]を示している。横軸は時間[msec]を示している。破線は、電極16に正弦波形の電圧を印加した場合の電圧の変化を示している。実線は、電極16に矩形波形の電圧を印加した場合の電圧の変化を示している。図4(B)の縦軸は光拡散粒子15の移動速度[μm/sec]を示している。横軸は時間[msec]を示している。破線は、電極16に正弦波形の電圧を印加した場合の光拡散粒子15の移動速度の変化を示している。実線は、電極16に矩形波形の電圧を印加した場合の光拡散粒子15の移動速度(粒子速度)の変化を示している。
図4(B)に示されるように、正弦波の印加電圧と比べて矩形波の印加電圧の場合に、光拡散粒子15の移動速度は、短時間で一定速度となる。また、正弦波の印加電圧の場合、光拡散粒子15の移動速度は正弦波に近づく。また、矩形波の印加電圧の場合、光拡散粒子15の移動速度は矩形波に近づく。つまり、光拡散粒子15の移動速度は、電極16に印加される電圧の時間的な変化に対応している。電極16に矩形波の電圧を加えられると、光拡散粒子15の移動速度は、短い時間で一定速度となる。
正弦波の電圧では、光拡散粒子15の移動速度の変化は、正弦波に近い形状となる。このことから、正弦波の印加電圧では、電圧の符号が反転するときに、光拡散粒子15の移動速度が低下することが分かる。つまり、光拡散粒子15の移動速度の絶対値が小さくなる。光拡散粒子15の移動速度が低下すると、光拡散粒子15はマイクロカプセル11の中で沈み、沈殿しようとする。このことから、光拡散粒子15の移動速度の低下に伴って、狭視野角モードの視野角特性と広視野角モードの視野角特性との差が小さくなる。これは、電圧の符号が反転するときに、広視野角モードの視野角が狭くなることを示している。
次に、印加電圧の波形が矩形波である場合を検討する。電圧の符号が反転するときに、光拡散粒子15は逆方向に移動を開始する。しかし、光拡散粒子15の移動速度の絶対値は、短時間で最大となる。つまり、光拡散粒子15の移動速度の低下する時間は短い。この場合、光拡散粒子15の移動速度は低下しないため、光拡散粒子15はマイクロカプセル11の中で沈む程度は小さくなる。このために、広視野角モードの視野角が狭くなることがあったとしても、その時間は極めて短い。光拡散粒子15は、マイクロカプセル11の中で乱雑に動く。そして、視野角制御パネル1は、均一で大きな光拡散特性を得ることができる。
光拡散粒子15は、例えばポリマー系樹脂やシリカなどで構成される。ポリマー系樹脂は、アクリル、ウレタンおよびシリコンなどである。また、光拡散粒子15は、略球形をしている。また、光拡散粒子15は、分散媒1Bとの屈折率との関係により選定される。光拡散粒子15の屈折率と分散媒1Bの屈折率との差が大きくなると、入射した光の拡散が大きくなる。一方、光拡散粒子15の屈折率と分散媒1Bの屈折率との差が小さくなると、入射した光の拡散が小さくなる。この屈折率差による光拡散粒子15と分散媒1Bとの選定は、広視野角モードの視野角特性を決定する一つの要件である。
光拡散粒子15の大きさは、0.5μm程度から10μm程度までの範囲が望ましい。微小粒子に光が照射されると、その粒子から様々な方向に光が発せられる。様々な方向とは、前後の方向、上下の方向および左右の方向である。これが回折散乱光と呼ばれている。
回折散乱光の強さは、光が発せられる方向に一定の光強度分布パターンを描く。光強度分布パターンは、粒子の大きさによって様々な形に変化する。粒子径が小さくなるにつれて、側方の光および後方の光が強くなってくる。側方とは上下の方向および左右の方向である。後方とは光の進行に対して逆向きの方向である。つまり、光はマユのような形や瓢箪のような形になってあらゆる方向に広がっていく。
光拡散粒子15の直径が0.5μmより小さい場合、散乱光の強度分布の後方に散乱する割合は無視できない。この場合、視野角制御パネル1を透過する光量は減少し、光利用効率は低下する。光利用効率はバックライトユニット32から出射した光量のうち、視野角制御パネル1を透過して出射した光量の比である。このため、液晶表示装置での画面は暗くなる。
また、光拡散粒子15の直径が一方直径が10μm以上の場合、狭視野角モードのときに入射する光に当たる光拡散粒子15の数が増える。そして、散乱する光量が増加する。また、分散媒1Bから受ける光拡散粒子15の抵抗が大きくなる。これにより、光拡散粒子15の移動速度が低下する。これらにより、視野角制御パネル1による視野角の切り替え効果が低下する。
また、マイクロカプセル11の直径が大きくなると、視野角制御パネル1の厚みが大きくなり、光の透過率が低下する。これにより、液晶表示装置200の解像度が低下する。また、鑑賞者5は、マイクロカプセル11を認識できるようになる。これにより、液晶表示装置200の外観が劣化する。これらのことからも、マイクロカプセル11の直径は200μm程度以下が望ましい。
実施の形態2.
実施の形態2に係る視野角制御パネル10は、実施の形態1に対してマイクロカプセルが異なる。実施の形態2に係るマイクロカプセル111は、泳動性粒子23をさらに有する。泳動性粒子23は、光拡散粒子15とは異なる粒子である。実施の形態1で説明した視野角制御パネル1の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。つまり、実施の形態2に係る視野角制御パネル10は、実施の形態1に係る視野角制御パネル1と、次の構成要素が同一である。同一の構成要素は、支持シート12、カプセル膜13、電極16a,16b、電源17、バインダ材料1Aおよび分散媒1Bである。分散液140は、光拡散粒子15、分散媒1Bおよび泳動性粒子23を有する。光拡散粒子150は、実施の形態1と異なり帯電していない。
実施の形態2に係る視野角制御パネル10は、実施の形態1に対してマイクロカプセルが異なる。実施の形態2に係るマイクロカプセル111は、泳動性粒子23をさらに有する。泳動性粒子23は、光拡散粒子15とは異なる粒子である。実施の形態1で説明した視野角制御パネル1の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。つまり、実施の形態2に係る視野角制御パネル10は、実施の形態1に係る視野角制御パネル1と、次の構成要素が同一である。同一の構成要素は、支持シート12、カプセル膜13、電極16a,16b、電源17、バインダ材料1Aおよび分散媒1Bである。分散液140は、光拡散粒子15、分散媒1Bおよび泳動性粒子23を有する。光拡散粒子150は、実施の形態1と異なり帯電していない。
図5は、視野角制御パネル10の動作を表す模式図である。図5(A)は、狭視野角モードのときの状態を示している。図5(B)は、広視野角モードのときの状態を示している。図5に示すように、電極16a,16bに電圧を印加すると挟視野角モードになる。電極16a,16bに電圧を印加しないと広視野角モードになる。つまり、実施の形態2では、狭視野角モードは電極16a,16bの間に電圧を印加した状態である。また、広視野角モードは電極16a,16bの間に電圧を印加しない状態である。狭視野角モードと広視野角モードとの切り替えは、スイッチ18によって行われる。
電圧の印加と視野角モードの関係は、実施の形態1と逆になる。つまり、実施の形態2の視野角制御パネル10は、電源を切っているときに広視野角モードとなる。このため、視野角制御パネル10は、広視野角モードの使用頻度が高い場合、より消費電力を抑えることができる。例えば、家庭用テレビなどは、広視野角モードの使用頻度が高いと言える。
光拡散粒子150は、電荷を帯びていない。このため、光拡散粒子150は、自ら電界によってマイクロカプセル111の中を泳動しない。光拡散粒子150の比重は、分散媒1Bの比重とほぼ同一である。つまり、光拡散粒子150と分散媒1Bとの比重差を小さい。このため、広視野角モードの際、光拡散粒子150は分散媒1B中に分散している。
泳動性粒子23は、分散媒1Bと近い屈折率をもつ。このため、泳動性粒子23が入射光を拡散する量は少ない。また、泳動性粒子23は電荷をもつ。このため、泳動性粒子23は、電界によりマイクロカプセル111の中を移動する。つまり、泳動性粒子23の移動による視野角の変化は少ない。
実施の形態2における広視野角モードは、電源17の出力を切った状態である。電源17の出力を切った状態では、マイクロカプセル111へ電界が印加されていない。このため、マイクロカプセル111の中で光拡散粒子150および泳動性粒子23の両方の粒子が均一に分散している。マイクロカプセル111に入射した光は、光拡散粒子150により光拡散作用を受けて散乱する。つまり、マイクロカプセル111から射出する光は様々な方向に出射する。これにより、視野角制御パネル10は、視野角を広げることができる。
一方、挟視野角モードは、電源17が電圧を出力している状態である。実施の形態1と同様に、電源17は電極16a,16bへの電圧を矩形波状に変化させる。電極16a,16bに電圧を印加することにより、マイクロカプセル111に電界が発生する。矩形波状に変化する電界により、泳動性粒子23は、マイクロカプセル111の中を移動する。つまり、泳動性粒子23は、印加電圧の周波数に応じてマイクロカプセル111の中を移動する。
このとき、泳動性粒子23は、マイクロカプセル111の中の中心付近を通って電極16a,16b間を移動する。なぜなら、電極16a,16bの近くでは、泳動性粒子23は、マイクロカプセル111のx軸方向の中心付近に集まり、その後z軸方向に移動する。この泳動性粒子23の動きは、y軸方向でも同様である。このため、泳動性粒子23は、マイクロカプセル111の中の中心付近をz軸方向に往復運動する。
図5(A)のように、泳動性粒子23は、マイクロカプセル111の中で往復運動して、分散媒1Bに流れを引き起こす。光拡散粒子150は、分散媒1Bの流れに流されて移動を始める。最終的に、光拡散粒子150は分散媒1Bの流れが遅くなる領域に集まる。つまり、光拡散粒子150は分散媒1Bのよどんでいる領域に集まる。分散媒1Bのよどんでいる領域は、マイクロカプセル111のxy平面上のカプセル膜13の付近である。ここで示すxy平面は、マイクロカプセル111の中心点を通る面である。この現象により、電源17が電圧を出力している状態では、光拡散粒子150は、xy平面上でリング状となり、膜13の付近に集中する。このため、入射した多くの光は、拡散粒子15による光拡散作用を受けず射出する。つまり、光は入射したときの方向に直進して出射する。このために、視野角制御パネル10は、挟視野角の照明が可能となる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る視野角制御パネル100は、実施の形態1の視野角制御パネル1に対して光拡散粒子1500、透明電極160および透明電極160の駆動方法が異なる。実施の形態1で説明した視野角制御パネル1の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。つまり、実施の形態3に係る視野角制御パネル100は、実施の形態1に係る視野角制御パネル1と、次の構成要素が同一である。同一の構成要素は、支持シート12、カプセル膜13、分散液14、電源17、バインダ材料1Aおよび分散媒1Bである。
実施の形態3に係る視野角制御パネル100は、実施の形態1の視野角制御パネル1に対して光拡散粒子1500、透明電極160および透明電極160の駆動方法が異なる。実施の形態1で説明した視野角制御パネル1の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。つまり、実施の形態3に係る視野角制御パネル100は、実施の形態1に係る視野角制御パネル1と、次の構成要素が同一である。同一の構成要素は、支持シート12、カプセル膜13、分散液14、電源17、バインダ材料1Aおよび分散媒1Bである。
実施の形態1に係る15の比重は、分散媒1Bの比重とほぼ等しい。つまり、光拡散粒子15の比重は、分散媒1Bの比重と差が小さい。それに対して、実施の形態3に係る光拡散粒子1500の比重は、分散媒1Bの比重と差が小さい。このため、光拡散粒子1500は、常時分散媒1B中に分散している。また、光拡散粒子1500は電荷を帯びている。つまり、光拡散粒子1500は帯電している。
図6は、実施の形態3に係る電極160の形状を示す模式図である。図6は、−z軸方向から見た図である。図6に示すように、電極160は、網目状をしている。電極160は細く、電極160間の隙間から光は透過する。このため、電極160は鑑賞者5にとってはほぼ透明に見える。電極160は、導電性金属でできており、基材の表面にパターニングされている。パターニングとは、基材の表面上の任意の領域に導電性金属を配置もしくは積層することである。本実施の形態では、基材の表面を法線方向から見たとき、基材の表面に導電性金属を格子状に配置することを表している。例えば、導電性金属は銀や銅などである。例えば、基材は樹脂でできている。
図6では、直線状の電極160が、上下左右方向に周期的に配置されている。上下方向とは、x軸方向である。左右方向とは、y軸方向である。しかし、電極160のパターンは、これに限定されない。電極160の電極間のピッチは、少なくとも、マイクロカプセル11の粒径以下である。粒径とは、マイクロカプセル11の外径である。マイクロカプセル11が球形の場合、粒径は直径である。電極160の太さは光拡散粒子1500の直径以上である。
視野角制御パネル100の動作について述べる。図6(A)は、電源17が電圧を出力している状態である。つまり、マイクロカプセル11に電界が発生している状態である。図6(B)は、電源17の出力を切った状態である。つまり、マイクロカプセル11に電界が発生していない状態である。
図6(A)に示すように、電源17が電圧を出力している状態の場合、光拡散粒子1500は、自己が帯電している電荷と逆の極性の電極160に引き寄せられる。このため、光拡散粒子1500は、マイクロカプセル11の中を移動して電極に沿うように集まる。その結果、光軸方向(z軸方向)から見ると、光拡散粒子1500は電極160の影に隠れるように集まる。電極160の影に隠れるとは、xy平面上において、光拡散粒子1500の位置が電極160の位置と一致するということである。
この場合、マイクロカプセル11に入射した光は、光拡散粒子1500の影響を受けることなく、マイクロカプセル11から出射する。つまり、光は入射したときの方向に直進して出射する。このために、視野角制御パネル100は、挟視野角の照明が可能となる。
図6(B)に示すように、電源17の出力を切った状態の場合、光拡散粒子1500はマイクロカプセル11の中で均一に分散している。これにより、マイクロカプセル11に入射した光は、光拡散粒子1500により光拡散作用を受けて散乱する。つまり、マイクロカプセル11から射出する光は様々な方向に出射する。これにより、視野角制御パネル100は、視野角を広げることができる。
つまり、実施の形態3では、狭視野角モードは電極16a,16bの間に電圧をかけた状態である。また、広視野角モードは電極16a,16bの間に電圧をかけない状態である。狭視野角モードと広視野角モードとの切り替えは、スイッチ18によって行われる。
実施の形態3に係る視野角制御パネル100の電圧の印加方法は、電圧を時間的に変化させる必要がない。つまり、挟視野角モードの際に印加される電圧は時間的に一定である。電圧は、光拡散粒子1500を電極160に集めるために印加される。このため、実施の形態3に係る視野角制御パネル100の電源17の駆動回路は、実施の形態1に係る視野角制御パネル1の電源17の駆動回路に比べて簡単な構成となる。
実施の形態4.
実施の形態1では、主に液晶表示装置200の視野角制御について述べた。実施の形態4では、投写型表示装置210について述べる。図7は、実施の形態4に係る投写型表示装置210の構成を模式的に示した構成図である。図8は、スクリーン4の構成を模式的に示した断面図を示す。
実施の形態1では、主に液晶表示装置200の視野角制御について述べた。実施の形態4では、投写型表示装置210について述べる。図7は、実施の形態4に係る投写型表示装置210の構成を模式的に示した構成図である。図8は、スクリーン4の構成を模式的に示した断面図を示す。
図7は、実施の形態4に係る投写型表示装置210の光学系の構成を概略的に示した構成図である。図7に示されるように、実施の形態4に係る投写型表示装置210は、光源部6、照明光学系7、DMD素子9、投写部8およびスクリーン4を有している。DMD素子9は、反射型のライトバルブである。ライトバルブとは、入射光を変調して変調光(画像光)を出射する素子である。照明光学系7は、DMD素子9の被照明領域(画像形成領域)9aを照明する。DMD素子9は、光を変調して画像光を生成する。投写部8は、画像光をスクリーンに拡大投写する。なお、ライトバルブは、入力された画像信号に応じて入射光を変調して変調光(画像光)を出射できる素子であれば、DMD素子以外の素子(例えば、液晶素子など)であってもよい。
光源部6は、光源としてランプ光源、LED光源およびレーザー光源などを採用できる。特に、光源の種類は限定されない。また、図8中では、光源部6は簡略して表されている。光源部6は、ライトバルブを均一に照明する光学系が組み込まれている。均一に照明する光学系は、光強度均一化素子やリレーレンズ系を有している。光強度均一化素子は、ライトパイプなどである。リレーレンズ系は、光を光強度均一化素子導く光学系である。また、光源が広帯域な発光波長特性をもつ場合、光源部6は色を分割するカラーフィルタなどを有してもよい。広帯域な発光波長特性をもつ光源は、例えばランプ光源やLED光源などである。光源が狭い発光波長特性をもつ場合、光源部6は白色化を目指した各色のカップリング光学系を有してもよい。狭い発光波長特性をもつ光源は、例えばレーザー光源などである。
照明光学系7は、リレーレンズ群72とミラー群73とを有している。リレーレンズ群72は、2つのレンズ72a,72bから構成される。ミラー群73は、第1ミラー73aおよび第2ミラー73bから構成される。図7において、リレーレンズ群72は、レンズ72a,72bの2枚のレンズで構成されている。しかし、レンズの枚数は2枚に限定されるものではない。同様に、ミラー群73を構成するミラーの枚数も、2枚に限定されるものではない。また、照明光学系7は、色分離などを防ぐために回転拡散板などを有してもよい。リレーレンズ群72とミラー群73とは、光源部6から出射した光束を、DMD素子2に導いている。DMD素子9によって生成された映像光は、投写部8によってスクリーン4全体に拡大投写される。これにより鑑賞者5は、映像を観ることができる。
図8にスクリーン4の構成を模式的に示す。スクリーン4は、視野角制御パネル1、フレネルレンズスクリーン41およびレンチキュラーレンズスクリーン42を有する。フレネルレンズスクリーン41は、投写部8によって拡大された光を鑑賞者5の方向へと変換する。レンチキュラーレンズスクリーン42は、外光を吸収して映像のコントラストを出す。外光とは、例えば蛍光灯や太陽光などである。レンチキュラーレンズの構造は、特に限定されない。レンチキュラーレンズの構造は、円柱を半分にした構造であっても良い。レンチキュラーレンズの構造は、台形プリズムの構造であっても良い。レンチキュラーレンズスクリーン42は、ティントと呼ばれる外光を吸収するための吸収体を含んでおり、この濃度は問わない。
スクリーン4は、さらに構成要素としてガラス板を有してもよい。ガラス板は、視野角制御パネル1、フレネルレンズスクリーン41およびレンチキュラーレンズスクリーン42を構造的に支える機能を有する。また、視野角制御パネル1、フレネルレンズスクリーン41およびレンチキュラーレンズスクリーン42の各要素は、UV硬化樹脂や乾燥樹脂などで貼合してもよい。これにより、光利用効率が向上する。また、スクリーン4の強度が向上する。
スクリーン4において、図8では、図8右側から視野角制御パネル1、レンチキュラーレンズスクリーン42の配置順序となっているが、これに限定されない。
実施の形態4に係る投写型表示装置210のスクリーン4は、実施の形態1に係る視野角制御パネル1を採用できる。また、スクリーン4は、実施の形態2に係る視野角制御パネル10を採用できる。また、スクリーン4は、実施の形態3に係る視野角制御パネル100を採用できる。光がスクリーン4を透過する際、視野角制御パネル1,10,100により、光の散乱状態は変化する。これにより、投写型表示装置210は、狭視野角モードと広視野角モードとを有することができる。
1,10,100 視野角制御パネル、 11,111 マイクロカプセル、 12 支持シート、 13 カプセル膜、 14,140 分散液、 15,150,1500 光拡散粒子、 16,160,16a,16b,160a,160b 電極、 17 電源、 18 スイッチ、 1A バインダ材料、 1B 分散媒、 23 泳動性粒子、 31 液晶表示パネル、 32 バックライトユニット、 4 スクリーン、 41 フレネルレンズスクリーン、 42 レンチキュラーレンズスクリーン、 5 鑑賞者、 6 光源部、 7 照明光学系、 72 リレーレンズ、 73 ミラー群、 8 投写部、 9 DMD素子、 9a 被照明面、 200 液晶表示装置、 210 投写型表示装置。
Claims (4)
- 平面状に配列されたマイクロカプセルと、
前記マイクロカプセルを前記マイクロカプセルが配列された平面に垂直な方向から挟んで配置される1組の電極と、
前記電極に電圧を印加する電源と
を備え、
前記マイクロカプセルは、電荷を帯びた光拡散粒子と前記光拡散粒子を分散させる分散媒とを有し、
前記光拡散粒子の比重は、前記分散媒の比重より大きく、
前記電源は、電圧を印加する第1のモードと電圧を切る第2のモードとの2種類の駆動モードを有し、
前記第1のモードでは、前記電圧は交流で印加され、前記光拡散粒子は前記電極間を往復移動し、
前記第2のモードでは、前記光拡散粒子は前記分散媒中に沈殿する
視野角制御パネル。 - 平面状に配列されたマイクロカプセルと、
前記マイクロカプセルを前記マイクロカプセルが配列された平面に垂直な方向から挟んで配置される1組の電極と、
前記電極に電圧を印加する電源と
を備え、
前記マイクロカプセルは、電荷を帯びた光拡散粒子と前記光拡散粒子を分散させる分散媒とを有し、
前記光拡散粒子の比重は、前記分散媒の比重と略等しく、
前記電源は、網目状の形状しており、
前記電源は、電圧を印加する第1のモードと電圧を切る第2のモードとの2種類の駆動モードを有し、
前記第1のモードでは、前記電圧は直流で印加され、前記光拡散粒子は前記電極部に集まり、
前記第2のモードでは、前記光拡散粒子は前記分散媒中に分散する
視野角制御パネル。 - 平面状に配列されたマイクロカプセルと、
前記マイクロカプセルを前記マイクロカプセルが配列された平面に垂直な方向から挟んで配置される1組の電極と、
前記電極に電圧を印加する電源と
を備え、
前記マイクロカプセルは、電荷を帯びていない光拡散粒子、前記光拡散粒子を分散させる分散媒および電荷を帯びた泳動性粒子を有し、
前記光拡散粒子の比重は、前記分散媒の比重と略等しく、
前記泳動性粒子の屈折率は、分散媒の屈折率と略等しく、
前記電源は、電圧を印加する第1のモードと電圧を切る第2のモードとの2種類の駆動モードを有し、
前記第1のモードでは、前記電圧は交流で印加され、前記泳動性粒子は前記電極間を往復移動し、
前記第2のモードでは、前記光拡散粒子は前記分散媒中に分散する
視野角制御パネル。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の視野角制御パネルを備えた表示装置。
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JP2012058952A JP2013190763A (ja) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | 視野角制御パネルおよび表示装置 |
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-
2012
- 2012-03-15 JP JP2012058952A patent/JP2013190763A/ja active Pending
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