JP2013243089A5

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Publication number: JP2013243089A5
Application number: JP2012116746A
Authority: JP
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2032-05-22

Description

導光板１０は、導光板１０の側面に配置した光源２０からの光を照明装置１の上面に導くものである。導光板１０は、導光板１０の上面に配置される表示パネル（図示せず）に対応した形状、例えば、上面、下面および側面で囲まれた直方体状となっている。なお、以下では、導光板１０の側面のうち光源２０からの光が入射する側面を光入射面１０Ａと称するものとする。導光板１０は、例えば、上面および下面の少なくとも一方の面に、所定のパターン化された形状を有しており、光入射面１０Ａから入射した光を散乱し、均一化する機能を有している。導光板１０は、例えば、表示パネルと照明装置１との間に配置される光学シート（例えば、拡散板、拡散シート、レンズフィルム、偏光分離シートなど）を支持する支持体としても機能する。導光板１０は、例えば、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）やアクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））などの透明熱可塑性樹脂を主に含んで構成されている。

高分子領域３４Ａの、光変調層３４に占める割合は、例えば、図７に示したように、光源２０からの距離に拘らず、一定（均一）または略一定（略均一)となっている。その割合は、例えば、５０〜９８重量％であり、好ましくは７５〜９５重量％であり、より好ましくは８５〜９２重量％である。その割合は、例えば、光変調層３４の原料の１つとして用いられる低分子モノマーの重量比や、低分子モノマーに照射する紫外線の強度もしくは積算量などによって調整可能なものである。

一方で、散乱領域３０Ｂでは、第２の方向または第３の方向に伝播する光は、高分子領域３４Ａにおける筋状構造の短軸方向または長軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期で、液晶領域３４Ｂの常光屈折率と高分子領域３４Ａの異常光屈折率との差、または液晶領域３４Ｂの異常光屈折率と高分子領域３４Ａの常光屈折率との差だけを感じながら伝播する。その結果、散乱領域３０Ｂでは、第２の方向または第３の方向に伝播する光の散乱は、第１の方向に伝播する光の散乱と比べて小さい。

図１３Ａ，図１３Ｂは、光変調層１３４におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の構造上の周期を表したものである。光変調層１３４は、例えば、図１３Ａ，図１３Ｂに示したように、当該光変調層１３４内の位置に拘わらず、Ｘ軸方向に周期Ｐｈ２０（＝Ｐｈ３）、Ｙ軸方向に周期Ｐｈ１０（＝Ｐｈ１）、Ｚ軸方向に周期Ｐｖ１０（＝Ｐｖ１）の規則的な構造を有している。配向膜３３，１３５は、ともに、光入射面１０Ａ（Ｙ軸）と平行な方向に配向方向を有している。高分子領域１３４−１および液晶領域１３４−２は、ともに、光入射面１０Ａ（Ｙ軸）と平行な方向に延在している。そのため、高分子領域１３４−１と液晶領域１３４−２との界面は、高分子領域１３４−１の短軸方向において密に形成され、高分子領域１３４−１の長軸方向において疎に形成されている。従って、周期Ｐｈ２０，Ｐｖ１０は短く、周期Ｐｈ１０が長くなっている。

貼り合わせ後、必要に応じて配向処理を行うことが好ましい。クロスニコル偏光子の間に、貼り合わせたセルを挿入した際に、光り漏れが生じている場合には、セルをある一定時間加熱処理したり、室温で放置したりする。これにより、配向膜３３，３５の配向作用により、混合物４４内の液晶および低分子モノマーを配向させる。その後、紫外線Ｌ３を照射して低分子モノマーを重合させてポリマー化する（図１８Ｂ）。このようにして、２つの式（Ａ＞Ｃ＞ＢおよびＡ／Ｂ＜Ａ１／Ｂ１）のうち少なくとも一方の式（Ａ／Ｂ＜Ａ１／Ｂ１）を満たす光変調層３４を有する光変調素子３０が製造される。

（形状異方性）
高分子領域６４Ａおよび液晶領域６４Ｂは、ともに、例えば、図２２に模式的に示したように、光入射面１０Ａに対して角度θ１（図示せず）で交差する方向（配向方向）と平行または略平行な方向に延在している。高分子領域６４Ａおよび液晶領域６４Ｂは、ともに、例えば、光変調層６４の一端から他端に渡って連続して延在していたり、断続して延在していたりする。

高分子領域６４Ａの、光変調層６４に占める割合は、例えば、図２４に示したように、光源２０からの距離に拘らず、一定（均一）または略一定（略均一)となっている。その割合は、例えば、５０〜９８重量％であり、好ましくは７５〜９５重量％であり、より好ましくは８５〜９２重量％である。その割合は、例えば、光変調層６４の原料の１つとして用いられる低分子モノマーの重量比や、低分子モノマーに照射する紫外線の強度もしくは積算量などによって調整可能なものである。

高分子領域６４Ａおよび液晶領域６４Ｂの常光屈折率が互いに等しく、かつ高分子領域６４Ａおよび液晶領域６４Ｂの異常光屈折率が互いに等しいことが好ましい。この場合に、例えば、電圧無印加時には、あらゆる方向において屈折率差がほとんどなく、高い透明性が得られる。これにより、例えば、光源２０からの光は、光変調層６４内で散乱されることなく、光変調層６４を透過する。その結果、例えば、光源２０からの光（斜め方向からの光）は、光変調素子６０内で透明となった領域（透明領域３０Ａ）を伝播し、光変調素子６０と空気との界面において全反射され、透明領域３０Ａの輝度（黒表示の輝度）が、輝度を均一にした場合と比べて下がる。

散乱の異方性の大きさは、（ａ）散乱領域３０Ｂにおける、高分子領域６４Ａと液晶領域６４Ｂとの界面（散乱界面）の存在確率の不均一性と、（ｂ）散乱領域３０Ｂにおける複屈折性とによって決まる。散乱の異方性の大きさでは、上記の（ａ）の要素が支配的である。それは、散乱界面の存在確率を考えたときに、理想的には第２の方向には同じ媒体が続いているので第２の方向には散乱せず、第１の方向および第３の方向のみで散乱するからである。このとき、机上では、第２の方向の散乱はゼロとなるので、第２の方向と、第１の方向および第３の方向との散乱比は無限大になる。一方、複屈折性を考えたときに、第１の方向では２つの偏光成分が散乱するが、第２の方向および第３の方向では１つの偏光成分しか散乱しない。このとき、第１の方向と、第２の方向および第３の方向との散乱比は、高々２倍にしかならない。従って、散乱の異方性の大きさでは、上記の（ａ）の要素が支配的となる。そこで、以下では、散乱界面の存在確率と、散乱の異方性の大きさとの関係について説明し、複屈折性と、散乱の異方性の大きさとの関係についての説明は割愛する。

ところで、光変調層６４および光変調層１３４において散乱の異方性が互いに相違しているのは、光変調層６４において、光軸ＡＸ３が光入射面１０Ａに対して角度θ１で交差する方向（配向方向）を向いているからである。本実施の形態では、光軸ＡＸ３を光入射面１０Ａに対して角度θ１で交差する方向（配向方向）に向かせる方法として、例えば、配向膜６３，６５として、光入射面１０Ａと平行な面に対して角度θ１で交差する方向がラビング方向となるようにラビング処理した水平配向膜が用いられている。

[製造方法]
なお、光変調層６４および光変調素子６０は、上記実施の形態における光変調層３４および光変調素子３０の製造方法と同様の方法によって製造可能である。すなわち、配向膜６３，６５の配向作用により、混合物４４内の液晶および低分子モノマーを配向させ、その後、紫外線を照射して低分子モノマーを重合させてポリマー化する。これにより、Ａ＞Ｃ＞Ｂ、Ａ／Ｂ＜Ａ１／Ｂ１を満たす光変調層６４を有する光変調素子６０が製造される。

また、配向膜６５近傍の高分子領域７４Ａは、上述の低分子モノマーを配向膜６５の作用によって配向させた状態で重合化することにより得られた高分子材料によって構成されている。そのため、光変調層７４のうち配向膜６５近傍において、高分子領域７４Ａと液晶領域７４Ｂとの界面は、配向膜６５の配向方向と直交する方向において密に形成され、配向膜６５の配向方向と平行な方向において疎に形成されている。ここで、配向膜６５の配向方向と直交する方向とは、光入射面１０Ａに対して角度θ１で交差する方向（配向方向）と直交する方向であって、かつ透明基板３１の表面と平行な方向、または、透明基板３１の表面と直交する方向を指している。配向膜６５の配向方向と平行な方向とは、光入射面１０Ａに対して角度θ１で交差する方向（配向方向）と平行な方向であって、かつ透明基板３１の表面と平行な方向を指している。従って、周期Ｐｈ６，Ｐｖ５は短く、周期Ｐｈ５が長くなっている。ただし、高分子領域７４Ａおよび液晶領域７４Ｂがともに、光入射面１０Ａに対して斜め方向に延在している分だけ、Ｙ軸方向の周期Ｐｈ５が上記実施の形態の周期Ｐｈ１，Ｐｈ１０よりも短くなっており、Ｘ軸方向の周期Ｐｈ６が上記実施の形態の周期Ｐｈ３，Ｐｈ２０よりも長くなっている。

高分子領域７４Ａおよび液晶領域７４Ｂの常光屈折率が互いに等しく、かつ高分子領域７４Ａおよび液晶領域７４Ｂの異常光屈折率が互いに等しいことが好ましい。この場合に、例えば、電圧無印加時には、正面方向および斜め方向を含むあらゆる方向において屈折率差がほとんどなく、高い透明性が得られる。これにより、例えば、光源２０からの光は、光変調層７４内で散乱されることなく、光変調層７４を透過する。その結果、例えば、光源２０からの光（斜め方向からの光）は、光変調素子７０内で透明となった領域（透明領域３０Ａ）を伝播し、光変調素子７０と空気との界面において全反射され、透明領域３０Ａの輝度（黒表示の輝度）が、輝度を均一にした場合と比べて下がる。

散乱領域３０Ｂのうち配向膜３３側の部分を第２の方向に伝播する光は、高分子領域７４Ａにおける筋状構造の長軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期で、液晶領域７４Ｂの異常光屈折率と高分子領域７４Ａの常光屈折率との差だけを感じながら伝播する。その結果、散乱領域３０Ｂのうち配向膜３３側の部分では第２の方向に伝播する光は、あまり散乱されない。

散乱領域３０Ｂのうち配向膜６５側の部分を第１の方向に伝播する光は、高分子領域７４Ａにおける筋状構造の短軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期と、高分子領域７４Ａにおける筋状構造の長軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期との間の周期で、液晶領域７４Ｂの異常光屈折率と高分子領域７４Ａの常光屈折率との差、および液晶領域７４Ｂの常光屈折率と高分子領域７４Ａの異常光屈折率との差を感じながら伝播する。そのため、散乱領域３０Ｂのうち配向膜６５側の部分を第１の方向に伝播する光の散乱は、散乱領域３０Ｂのうち配向膜６５側の部分を、光入射面１０Ａに対して角度θ１で交差する方向（配向方向）であって、かつ透明基板３１の表面と平行な方向に伝播する光の散乱よりも小さい。

散乱領域３０Ｂのうち配向膜６５側を、光入射面１０Ａと平行な方向であって、かつ透明基板３１の表面と平行な方向に伝播する光は、高分子領域７４Ａにおける筋状構造の短軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期と、高分子領域７４Ａにおける筋状構造の長軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期との間の周期で、液晶領域７４Ｂの異常光屈折率と高分子領域７４Ａの常光屈折率との差、および液晶領域７４Ｂの常光屈折率と高分子領域７４Ａの異常光屈折率との差を感じながら伝播する。そのため、散乱領域３０Ｂのうち配向膜６５側を、光入射面１０Ａと平行な方向であって、かつ透明基板３１の表面と平行な方向に伝播する光の散乱は、散乱領域３０Ｂのうち配向膜６５側を、光入射面１０Ａに対して角度θ１で交差する方向（配向方向）であって、かつ透明基板３１の表面と平行な方向に伝播する光の散乱よりも小さい。

[効果]
次に、照明装置３の効果について説明する。本実施の形態では、光軸ＡＸ５の向きが、配向膜３３側から配向膜６５側に向かうにつれて、ねじれの方向に変化している。これにより、光変調層７４が散乱性を示すとき、光変調層７４における散乱の異方性の大きさ（Ａ／Ｂ）が、光変調層１３４における散乱の異方性の大きさ（Ａ１／Ｂ１）よりも小さくなっている。その結果、光変調層７４内を伝播する光に対する異方性散乱を、光変調層１３４内を伝播する光に対する異方性散乱よりも緩和することができる。ここで、光源２０の配列に起因する明暗のストライプは、第１の散乱と第２の散乱との差が大きいことに起因して起こる。従って、上記の異方性散乱が、光変調層７４全体において緩和されることにより、光源２０の配列に起因する明暗のストライプのコントラストを低減することができる。その結果、輝度の均一性を向上させることができる。

[変形例７]
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、例えば、図４３に示したように、導光板１０、透明基板３１または透明基板３７のうち、少なくとも光源２０近傍の部分に、導光板１０、透明基板３１または透明基板３７とは異なる屈折率の材料で形成されたスペーサ８２が設けられていてもよい。このように、導光板１０、透明基板３１または透明基板３７のうち、少なくとも光源２０近傍の部分にスペーサ８２を設けることにより、導光板１０、透明基板３１または透明基板３７のうち、少なくとも光源２０近傍の部分を伝播する光がスペーサ８２によって屈折したり、散乱したりする。これにより、スペーサ８２による屈折、散乱の分だけ、光変調層３４，６４，７４の散乱の異方性の大きさが小さくなるので、光変調層３４，６４，７４内を伝播する光に対する異方性散乱の作用を緩和することができる。その結果、輝度の均一性を向上させることができる。

偏光子は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。なお、偏光子は、透過軸以外の振動方向の光（偏光）を吸収する吸収型の偏光素子であってもよいが、照明装置１，２，３側に反射する反射型の偏光素子であることが輝度向上の観点から好ましい。２枚の偏光子はそれぞれ、偏光軸が互いに９０°異なるように配置されており、これにより照明装置１，２，３からの出射光が液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。

ところで、光軸ＡＸ１，ＡＸ３，ＡＸ５は、照明装置１，２，３側の偏光子の透過軸と平行となっていてもよい。特に、より多くの偏光成分を有するバックライト光を出力する照明装置１を用いた場合には、バックライト光の、表示パネル５での利用効率を高くすることができる。

Claims

離間して互いに対向配置された第１透明基板および第２透明基板と、
前記第１透明基板の端面に光を照射する光源と、
前記第１透明基板および前記第２透明基板の間隙に設けられ、かつ電場の大きさに応じて、前記光源からの光に対して散乱性もしくは透明性を示す光変調層と
を備え、
前記光変調層は、光学異方性を有すると共に電場に対する応答性が相対的に高い第１領域と、光学異方性を有すると共に電場に対する応答性が相対的に低い第２領域とを含み、
前記光変調層は、当該光変調層が散乱性を示すとき、以下の式を満たす構成となっている
照明装置。
Ａ／Ｂ＜Ａ１／Ｂ１
Ａ：前記端面と垂直な第１の方向に伝播する光に対する第１の散乱の大きさ
Ｂ：前記端面と平行な方向であって、かつ前記第１透明基板の表面と平行な第２の方向に伝播する光に対する第２の散乱の大きさ
Ａ１：前記第１領域の光軸が前記第１透明基板の法線方向を向くと共に前記第２領域の光軸が前記端面と平行であって、かつ前記第１領域の光軸と直交する方向を向いているときに、前記端面と垂直な方向に伝播する光に対する散乱の大きさ
Ｂ１：前記第１領域の光軸が前記第１透明基板の法線方向を向くと共に前記第２領域の光軸が前記端面と平行であって、かつ前記第１領域の光軸と直交する方向を向いているときに、前記端面と平行な方向であって、かつ前記第１透明基板の表面と平行な方向に伝播する光に対する散乱の大きさ
前記光変調層を挟み込む第１配向膜および第２配向膜を備え、
前記第１配向膜および前記第２配向膜は前記光変調層がＡ／Ｂ＜Ａ１／Ｂ１を満たすように形成されたものである
請求項１に記載の照明装置。
前記光変調層を挟み込む第１配向膜および第２配向膜を備え、
前記第１配向膜は、水平配向膜であり、
前記第２配向膜は、垂直配向膜である
請求項１に記載の照明装置。
前記光変調層を挟み込む第１配向膜および第２配向膜を備え、
前記第１配向膜および前記第２配向膜は、ともに、水平配向膜であり、
前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向方向は、前記端面と交差する方向を向いている
請求項１に記載の照明装置。
前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向方向は、前記端面に対して６０°以上９０°未満となる方向を向いている
請求項４に記載の照明装置。
前記光変調層を挟み込む第１配向膜および第２配向膜を備え、
前記第１配向膜および前記第２配向膜は、ともに、水平配向膜であり、
前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向方向は、互いに等しくなっている
請求項１に記載の照明装置。
前記第１配向膜および前記第２配向膜の配向方向は、前記端面に対して６０°以上９０°未満となる方向を向いている
請求項６に記載の照明装置。
前記光変調層を挟み込む第１配向膜および第２配向膜を備え、
前記第１配向膜および前記第２配向膜は、ともに、水平配向膜であり、
前記第１配向膜の配向方向は、前記端面と平行な方向を向いており、
前記第２配向膜の配向方向は、前記端面と交差する方向を向いている
請求項１に記載の照明装置。
前記第２配向膜の配向方向は、前記端面に対して６０°以上９０°未満となる方向を向いている
請求項８に記載の照明装置。
前記第１領域は、液晶材料を含んで構成され、
前記第２領域は、高分子材料を含んで構成され、
前記第１領域の、前記光変調層に占める割合が、当該光変調層全体において均一となっている
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の照明装置。
前記第１領域は、液晶材料を含んで構成され、
前記第２領域は、２官能のモノマーを主原料として含み、かつ単官能もしくは多官能のモノマーを添加剤として含む材料を重合させることにより形成されたものである
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の照明装置。
前記第１領域および前記第２領域は、液晶材料と、重合性および液晶性を併せ持つモノマーとを、これらの重量比が９５：５〜５０：５０の範囲内となるように混合し、その混合物に紫外線を照射して前記モノマーを硬化させることにより形成されたものである
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の照明装置。
前記端面は、前記光源からの光の発散角を広げる立体形状を有している
請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の照明装置。
前記端面と前記光源との間隙を埋め込む屈折率マッチング用のオイルを備える
請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の照明装置。
前記光変調層内のうち、少なくとも前記端面寄りの領域に、前記光変調層の屈折率とは異なる屈折率の複数のスペーサを備える
請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の照明装置。
光を変調することにより映像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルを背後から照明する照明装置と
を備え、
前記照明装置は、
離間して互いに対向配置された第１透明基板および第２透明基板と、
前記第１透明基板の端面に光を照射する光源と、
前記第１透明基板および前記第２透明基板の間隙に設けられ、かつ電場の大きさに応じて、前記光源からの光に対して散乱性もしくは透明性を示す光変調層と
を有し、
前記光変調層は、光学異方性を有すると共に電場に対する応答性が相対的に高い第１領域と、光学異方性を有すると共に電場に対する応答性が相対的に低い第２領域とを含み、
前記光変調層は、当該光変調層が散乱性を示すとき、以下の式を満たす構成となっている
表示装置。
Ａ／Ｂ＜Ａ１／Ｂ１
Ａ：前記端面と垂直な第１の方向に伝播する光に対する第１の散乱の大きさ
Ｂ：前記端面と平行な方向であって、かつ前記第１透明基板の表面と平行な第２の方向に伝播する光に対する第２の散乱の大きさ
Ａ１：前記第１領域の光軸が前記第１透明基板の法線方向を向くと共に前記第２領域の光軸が前記端面と平行であって、かつ前記第１領域の光軸と直交する方向を向いているときに、前記端面と垂直な方向に伝播する光に対する散乱の大きさ
Ｂ１：前記第１領域の光軸が前記第１透明基板の法線方向を向くと共に前記第２領域の光軸が前記端面と平行であって、かつ前記第１領域の光軸と直交する方向を向いているときに、前記端面と平行な方向であって、かつ前記第１透明基板の表面と平行な方向に伝播する光に対する散乱の大きさ