JP2016062092A - 光学素子およびこれを用いた表示装置,電子機器,照明装置 - Google Patents

光学素子およびこれを用いた表示装置,電子機器,照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】2つの動作モードの中間の状態を安定的に確保することができる光学素子を提供する。【解決手段】本発明にかかる光学素子では、第1の透明基板110と、第1の透明基板110に対向して存在する第2の透明基板115と、第1の透明基板110の第2の透明基板115に対する面に互いに平行に配置した複数の第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270の間に配置した光透過領域120と、第2の透明基板115の第1の透明基板110に対する面に配置した透明導電膜125と、隣接する光透過領域120の間に配置した、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子141と透過性の分散材142とから成る電気泳動素子140と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、透過光の射出方向の範囲を可変制御する光学素子およびこれを用いた表示装置,電子機器,照明装置に関する。
液晶表示装置を初めとした表示装置は、テレビ,パーソナルコンピュータ用モニター,ノート型パーソナルコンピュータ,フィーチャーフォン,スマートフォン,タブレットPC,PDA(Personal Digital Assistant)などの携帯型の情報処理端末やATM(Automatic Teller Machine)など、種々の情報処理装置の情報表示手段として用いられている。
また、表示装置は、ディスプレイの大型化,多目的化に伴い、様々な配光特性が要求されるようになってきている。特に、情報漏洩の観点から、他人に覗き込まれないように可視範囲を制限したい要求や不必要な方向に光を出射しないようにしたい要求があり、これに応えるものとして、表示装置の可視範囲(又は出射範囲)を制限することが可能な光学フィルムが提案され実用化されている。しかし、複数の方向から同時に表示装置を見る場合には、光学フィルムをその都度取り外す必要があるため、取り外すといった手間を掛けることなしに広い可視範囲と狭い可視範囲の状態を任意に実現したいという要求が高まってきている。
この種の要求に応えるものとして、表示装置の可視範囲を広視野モードと狭視野モードとで切り替え可能な光学素子が提案されている。
この光学素子は、図32に示すように、基板110上に平面的に独立して配列した高アスペクト比の光透過領域120の間に分散材142と電気泳動粒子141から成る電気泳動素子140を配置して、電気泳動素子140中における電気泳動粒子141の分散状態を外部からの電圧で発生する電界により制御することで、光650を広範囲に出射する広視野モード(図32(b)参照)と光650を狭い範囲に出射する狭視野モード(図32(a)参照)という2つのモードを任意に実現するものである。
この光学素子は、例えば、透明基板を使用し、透明感光性樹脂層を塗布、露光、現像し、加熱により硬化させて光透過領域120を形成し、この光透過領域の間に電気泳動素子140を配置した光学素子である。
図33は関連技術の光学素子900を示す断面図である。光学素子900は、第1の透明基板110と、第1の透明基板110の表面に形成された透明導電膜123と、透明導電膜123の上面に互いに離間して形成された複数の光透過領域120と、これらの光透過領域120の相互間に配置された電気泳動素子140と、光透過領域120の上に配置されており、光透過領域120と接する面に別の透明導電膜125を備えた第2の透明基板115とを備えている。この光学素子900は、例えば特許文献1の図8に開示されている。
US7,751,667号公報
しかしながら、特許文献1の図8に開示されている関連技術では、透明導電膜123と別の透明導電膜125がどちらも第1の透明基板110および第2の透明基板115の素子領域に面状に配置されている為、電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が透明導電膜123と別の透明導電膜125との間で同時に同方向に移動することになり、安定して実現可能な動作モードは、図32(a)に示されるような狭視野モードと図32(b)に示されるような広視野モードの2種類に限定される、という課題があった。
例えば、図39(a),(b)に示されるように電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が均一に分布した狭視野モードの状態から図42(a),(b)に示されるように電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が透明導電膜123の近傍に凝集された広視野モードの状態に移行する過程、つまり、図40(a),(b)に示されるように電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が透明導電膜123と透明導電膜125の中間位置から透明導電膜123に到る区間に分布した状態で透明導電膜123と透明導電膜125による電界の発生を停止することで一時的な中間状態を得ることは可能であるが、その後は図41(a),(b)に示されるように電気泳動粒子141が自然に拡散して狭視野モードに移行してしまう。
また、この中間状態は、図42(a),(b)に示されるように電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が透明導電膜123の近傍に凝集された広視野モードの状態から図39(a),(b)に示されるように電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が均一に分布した狭視野モードの状態に移行する過程、つまり、図43(a),(b)に示されるように電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が透明導電膜123と透明導電膜125の中間位置から透明導電膜123に到る区間に分布した状態で透明導電膜123と透明導電膜125による電界の発生を停止することでも実現できるが、その後は図44(a),(b)に示されるように電気泳動粒子141が自然に拡散し、やはり、狭視野モードに移行してしまう。
以上のように、狭視野モードと広視野モードの間の中間的な状態は、モード移行の過程において一時的に実現され得るが、電気泳動粒子141を広視野モードと狭視野モードの間の中間的な状態で継続して維持することは難しく、狭視野モードと広視野モードの中間の状態である中間モードを安定的に実現することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、狭視野モードと広視野モードに加えて、両モードの中間の状態である中間モードを安定して実現することができる光学素子およびこれを用いた表示装置,電子機器,照明装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明にかかる光学素子は、第1の透明基板と、前記第1の透明基板に対向して存在する第2の透明基板と、前記第1の透明基板の前記第2の透明基板に対する面に配置された第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと、前記第1の透明基板の表面から前記第2の透明基板の表面に達するように前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンの間に単一に配置され、且つ、そのパターンが素子領域を横断している光透過領域と、前記第2の透明基板の前記第1の透明基板に対する面に配置された透明導電膜と、隣接する前記光透過領域の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子と透過性の分散材とから成る電気泳動素子と、を有することを特徴としている。
本発明によれば、第1の透明基板上に配置した複数系列の導電性パターンを独立的に制御して電気泳動粒子を導電性パターンごとに動作させることが可能となるので、狭視野モードと広視野モードに加え、両モードの中間の特性を有する中間モードも時間の経過に関わりなく安定して実現することができる。
実施形態1の光学素子を狭視野モードの状態で示した図で、図1(a)は光学素子の表示面と直交する面で光学素子を切断して示した縦断面図、また、図1(b)は其の表示面を法線方向から示した表面図である。 実施形態1の光学素子を中間モードの状態で示した図で、図2(a)は光学素子の表示面と直交する面で光学素子を切断して示した縦断面図、また、図2(b)は其の表示面を法線方向から示した表面図である。 実施形態1の光学素子を広視野モードの状態で示した図で、図3(a)は光学素子の表示面と直交する面で光学素子を切断して示した縦断面図、また、図3(b)は其の表示面を法線方向から示した表面図である。 実施形態1の光学素子の製造方法を段階を追って示す断面図であり、図4(a)は第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンを第1の透明基板の表面に形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図4(b)は光透過領域となるネガ型のフォトレジスト膜として透明感光性樹脂層を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図4(c)はフォトマスクを通して透明感光性樹脂層を露光する工程について簡略化して示した縦断面図、図4(d)は透明感光性樹脂層を現像して光透過領域を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図4(e)は光透過領域の表面に透明導電膜を備えた第2の透明基板を配置する工程について簡略化して示した縦断面図、図4(f)は第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと透明導電膜と光透過領域の間の空隙に電気泳動素子を充填する工程について簡略化して示した縦断面図である。 実施形態1の光学素子の別の製造方法を段階を追って示す断面図であり、図5(a)は第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンを第1の透明基板の表面に形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図5(b)は光透過領域となるネガ型のフォトレジスト膜として透明感光性樹脂層を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図5(c)はフォトマスクを通して透明感光性樹脂層を露光する工程について簡略化して示した縦断面図、図5(d)は透明感光性樹脂層を現像して光透過領域を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図5(e)は第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと透明導電膜と光透過領域の間の空隙に電気泳動素子を充填する工程について簡略化して示した縦断面図、図5(f)は光透過領域の表面に透明導電膜を備えた第2の透明基板を配置する工程について簡略化して示した縦断面図である。 実施形態1の光学素子の更に別の製造方法を段階を追って示す断面図であり、図6(a)は第2の透明基板の表面に透明導電膜を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図6(b)透明導電膜の上に透明感光性樹脂層を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図6(c)はマスクパターンを用いて、透明感光性樹脂層をパターニングする工程について簡略化して示した縦断面図、図6(d)は露光と現像とアニール処理の工程について簡略化して示した縦断面図、図6(e)は光透過領域の上に第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンを備えた第1の透明基板を配置する工程について簡略化して示した縦断面図、図6(f)は第1の透明基板と第2の透明基板の間の空隙に電気泳動素子を充填する工程について簡略化して示した縦断面図である。 実施形態3の光学素子を示した図で、図7(a)は同光学素子を狭視野モードの状態で示した縦断面図、図7(b)は同光学素子を中間モードの状態で示した縦断面図、図7(c)は同光学素子を広視野モードの状態で示した縦断面図である。 実施形態4の光学素子を示した図で、図8(a)は同光学素子を狭視野モードの状態で示した縦断面図、図8(b)は同光学素子を中間モードの状態で示した縦断面図、図8(c)は同光学素子を広視野モードの状態で示した縦断面図である。 実施形態1の光学素子において狭視野モードを選択した状態を示した作用原理図で、図9(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した平面図、また、図9(b)は其の縦断面図、図9(c)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態1の光学素子において中間モードを選択した状態を示した作用原理図で、図10(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した平面図、また、図10(b)は其の縦断面図、図10(c)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態1の光学素子において広視野モードを選択した状態を示した作用原理図で、図11(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した平面図、また、図11(b)は其の縦断面図、図11(c)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態1の光学素子における光透過領域と第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンの位置関係を示す図であり、図12(a)は其の平面図、また、図12(b)はその斜視図である。 実施形態2の光学素子を狭視野モードの状態で示す縦断面図である。 実施形態2の光学素子の製造方法を段階を追って示す断面図であり、図14(a)は第1の透明基板の表面に第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンを形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図14(b)は第1の透明基板の表面に透明感光性樹脂層を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図14(c)は第1の導電性遮光パターンおよび第2の導電性遮光パターンをフォトマスクとして用いて第1の透明基板の裏面側から露光光を照射することで透明感光性樹脂層をパターニングする工程について簡略化して示した縦断面図、図14(d)は透明感光性樹脂層を現像して光透過領域を形成する工程について簡略化して示した縦断面図、図14(e)は光透過領域の表面に透明導電膜を備えた第2の透明基板を配置する工程について簡略化して示した縦断面図、図14(f)は第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと透明導電膜と光透過領域の間の空隙に電気泳動素子を充填する工程について簡略化して示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子を狭視野モードの状態で示す縦断面図である。 実施形態5の光学素子を第1中間モードの状態で示す縦断面図である。 実施形態5の光学素子を第2中間モードの状態で示す縦断面図である。 実施形態5の光学素子を広視野モードの状態で示す縦断面図である。 実施形態5の光学素子において狭視野モードを選択した状態を示した作用原理図で、図19(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した平面図、また、図19(b)は其の縦断面図、図19(c)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態5の光学素子において第1中間モードを選択した状態を示した作用原理図で、図20(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した平面図、また、図20(b)は其の縦断面図、図20(c)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態5の光学素子において第2中間モードを選択した状態を示した作用原理図で、図21(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した平面図、また、図21(b)は其の縦断面図、図21(c)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態5の光学素子において広視野モードを選択した状態を示した作用原理図で、図22(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した平面図、また、図22(b)は其の縦断面図、図22(c)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態5の光学素子における光透過領域と第1の導電性パターンおよび第2,第3の導電性パターンとの位置関係を示す図であり、図23(a)は其の平面図、また、図23(b)はその斜視図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜を設けた場合の構成例について、狭視野モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜を設けた場合の構成例について、第1中間モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜を設けた場合の構成例について、第2中間モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜を設けた場合の構成例について、広視野モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜と第2の保護カバー膜を設けた場合の構成例について、狭視野モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜と第2の保護カバー膜を設けた場合の構成例について、第1中間モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜と第2の保護カバー膜を設けた場合の構成例について、第2中間モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 実施形態5の光学素子において保護カバー膜と第2の保護カバー膜を設けた場合の構成例について、広視野モードが選択されている状態で示した縦断面図である。 関連技術の光学素子の動作原理を示す縦断面図であり、図32(a)は狭視野モードにおける電気泳動素子の状態について、また、図32(b)は広視野モードにおける電気泳動素子の状態について示している。 関連技術の光学素子の構成を示す縦断面図である。 その他の実施形態における光学素子を表示画面に設けた表示装置の構成を示す断面図である。 その他の実施形態における光学素子を表示画面に固定した表示装置の構成を示す断面図である。 その他の実施形態における光学素子を内部に搭載する表示装置の構成を示す断面図である。 その他の実施形態における光学素子を内部に固定した表示装置の構成を示す断面図である。 その他の実施形態における光学素子を搭載する照明光学装置の構成を示す断面図である。 関連技術の光学素子において狭視野モードを選択した状態を示した作用原理図で、図39(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した縦断面図、また、図39(b)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 関連技術の光学素子において狭視野モードから広視野モードに移行する際の中間的な状態を示した作用原理図で、図40(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した縦断面図、また、図40(b)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 関連技術の光学素子において狭視野モードから広視野モードに移行する際の中間的な状態で電界の発生を停止させた後の電気泳動粒子の挙動について示した作用原理図で、図41(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した縦断面図、また、図41(b)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 関連技術の光学素子において広視野モードを選択した状態を示した作用原理図で、図42(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した縦断面図、また、図42(b)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 関連技術の光学素子において広視野モードから狭視野モードに移行する際の中間的な状態を示した作用原理図で、図43(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した縦断面図、また、図43(b)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 関連技術の光学素子において広視野モードから狭視野モードに移行する際の中間的な状態で電界の発生を停止させた後の電気泳動粒子の挙動について示した作用原理図で、図44(a)は電気泳動素子中における電気泳動粒子の分散状態を示した縦断面図、また、図44(b)は電気泳動粒子の分散状態に対応して出射角度と輝度の関係を示した線図である。 実施形態1の光学素子における第1,第2の導電性パターンと透明導電膜の電位の様子を示す縦断面図であり、図45(a)では狭視野モードの状態について、図45(b)では中間モードの状態について、また、図45(c)では広視野モードの状態について示している。 其の他の実施形態における電子機器を示す図であり、図46(a)はタッチパネルにより入力する機器、また、図46(b)はタッチパネルとキーボードとマウスにより入力する機器について示している。 実施形態1の光学素子において第1,第2の導電性パターンと光透過領域の相対的な位置がずれた場合を示す縦断面図である。 実施形態5の光学素子における第1,第2,第3の導電性パターンと透明導電膜の電位の様子を示す縦断面図であり、図48(a)では狭視野モードの状態について、図48(b)では第1中間モードの状態について、図48(c)では第2中間モードの状態について、図48(d)では広視野モードの状態について示している。 実施形態1の光学素子における第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと光透過領域の配置を応用して上下左右の四方向の可視角度制限を実現する場合の光学素子の他の構成例について、其の構成を表示面の法線方向から示した表面図である。 実施形態1の光学素子における第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと光透過領域の配置を応用して上下左右の四方向の可視角度制限を実現する場合の光学素子の更に他の構成例について、其の構成を表示面の法線方向から示した表面図である。 実施形態1の光学素子における第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと光透過領域の配置を応用して上下左右の四方向の可視角度制限を実現する場合の光学素子の更に他の構成例について、其の構成を表示面の法線方向から示した表面図である。 実施形態1の光学素子において、ストライプ状の光透過領域の両端が樹脂で全て封止されている構成を示した図であり、図52(a)は其の平面図、また、図52(b)はその斜視図である。 実施形態1の光学素子において、ストライプ状の光透過領域の全ての外周に樹脂が配置されている構成を示した図である。 実施形態6の光学素子において、第1の導電性パターンと第2の導電性パターンが配置されていない全ての素子領域において、第1の透明基板の表面から第2の透明基板の表面に達するように、光透過領域が配置されている構成を示した図であり、図54(a)は其の平面図、また、図54(b)はその斜視図である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という)について説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、実際の寸法および比率とは必ずしも一致していない。
[実施形態1]
図1は実施形態1の光学素子を狭視野モードの状態で示した図あり、このうち、図1(a)は光学素子の表示面と直交する面で光学素子を切断して示した縦断面図、また、図1(b)は其の表示面を法線方向から示した表面図である。図2は実施形態1の光学素子を狭視野モードと広視野モードとの間の中間的な状態(以下、中間モードという)で示した図であり、このうち、図2(a)は光学素子の表示面と直交する面で光学素子を切断して示した縦断面図、また、図2(b)は其の表示面を法線方向から示した表面図である。図3は実施形態1の光学素子を広視野モードの状態で示した図あり、このうち、図3(a)は光学素子の表示面と直交する面で光学素子を切断して示した縦断面図、また、図3(b)は其の表示面を法線方向から示した表面図である。以下、実施形態1の光学素子の詳細を説明する。
なお、以降は電気泳動粒子の表面電荷が(−)の場合について説明するが、電気泳動粒子の表面電荷が(+)の場合には電極の極性を逆にすることで対応可能である。
実施形態1の光学素子100は、第1の透明基板110と、第1の透明基板110に対向して存在する第2の透明基板115と、第1の透明基板110の第2の透明基板115に対する面に配置された第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と、第1の透明基板110の表面から第2の透明基板115の表面に達するように第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270の間に単一に配置され、且つ、そのパターンが素子領域を横断している光透過領域120と、第2の透明基板115の第1の透明基板110に対する面に配置された透明導電膜125と、隣接する光透過領域120の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子141と透過性の分散材142とから成る電気泳動素子140を備えている。
光透過領域120は、その下面121と上面122がそれぞれ第1の透明基板110と第2の透明基板115に達するように設けられた構造体(透明樹脂パターン)であり、光透過領域120の長手方向の形状は、素子領域の横方向、つまり、図1(a)で言えば紙面垂直方向、また、図1(b)で言えば上下方向の全域に亘って連続しており、パターンの端が素子領域の端と同じになっている。なお、パターンの端の位置は素子領域の端よりも外側まで伸びていても問題はない。この点は、以下の実施形態でも同様である。
第1の導電性パターン250や第2の導電性パターン270も、光透過領域120と同様に、素子領域の横方向に全域に亘って連続している。
より具体的に言えば、実施形態1の光学素子100は、第1の透明基板110と、第1の透明基板110に間隔を置いて対向して存在する第2の透明基板115と、第1の透明基板110において第2の透明基板115と対向する側の面に一定の間隔をおいて平行かつ交互に配置されて共に素子領域を横断する第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と、第1の透明基板110の表面から第2の透明基板115の表面に達するように第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270の間に配置されて素子領域を横断する光透過領域120と、第2の透明基板115において第1の透明基板110と対向する側の面の全域に亘って配置された透明導電膜125と、隣接する光透過領域120の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子141と透過性の分散材142とから成る電気泳動素子140を備えた光学素子である。
図1(a),(b)の狭視野モードは、電圧印加制御手段145の操作により、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と透明導電膜125をそれぞれ同電位にすることで、各光透過領域120の間隙に配された電気泳動素子140内の電気泳動粒子141を分散材142内に均一に分散させることによって実現する(図45(a)参照)。狭視野モードでは、図9(a),(b)に示されるように、透明導電膜125と第1の導電性パターン250の間および透明導電膜125と第2の導電性パターン270の間の全てにおいて、電気泳動粒子141が分散材142内に均一に分散するので、隣接する光透過領域120間の間隙が全て遮光状態となり、図9(b),(c)に示されるように、最も狭い可視範囲が実現されることになる。
これに対し、図2(a),(b)の中間モードは、電圧印加制御手段145の操作により、第1の導電性パターン250に対する透明導電膜125の相対電位を電気泳動粒子141の表面電荷と同じ極性とし、電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250の表面近傍に凝集させることによって実現する(図45(b)参照)。このとき、第2の導電性パターン270と透明導電膜125は同電位であり(図45(b)参照)、透明導電膜125と第2の導電性パターン270の間においては、図10(a),(b)に示されるように、電気泳動粒子141が分散材142内に均一に分散する。従って、隣接する光透過領域120間の間隙が2列中1列の割合で電気泳動素子140を光が斜め方向に透過可能になる為、図10(b),(c)に示されるように、狭視野モードよりも広い可視範囲が実現される。
また、図3(a),(b)の広視野モードは、電圧印加制御手段145の操作により、電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の表面近傍に凝集させることによって実現する(図11(a),(b)参照)。このとき、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270は同電位であり(図45(c)参照)、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270に対する透明導電膜125の相対電位は電気泳動粒子141の表面電荷と同じ極性となり(図45(c)参照)、透明導電膜125と第1の導電性パターン250の間においては電気泳動粒子141が分散材142中で第1の導電性パターン250に凝集し、また、透明導電膜125と第2の導電性パターン270の間においても、電気泳動粒子141が分散材142中で第2の導電性パターン270に凝集する。従って、広視野モードにおいては、隣接する光透過領域120の全ての間隙において斜め方向への光透過が可能になる為、図11(b),(c)に示されるように、中間モードよりも更に広い可視範囲が実現される。
このように、図45(a),(b),(c)に示されるような電圧印加制御手段145により第1の導電性パターン250,第2の導電性パターン270と透明導電膜125の電位を制御し、狭視野モード,中間モード,広視野モードの表示を実現することができる。電圧印加制御手段145は、外部からの信号に応じて第1の導電性パターン250,第2の導電性パターン270および透明導電膜125に印加する電圧を調整し、第1の導電性パターン250,第2の導電性パターン270および透明導電膜125のそれぞれの極性を変化させるための手段である。
以上のように、第1の透明基板110の表面に第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270という2系統の導電性パターンを平行かつ交互に配置し、透明導電膜125と各系統の導電性パターン250,270の電位差をそれぞれ電圧印加制御手段145で独立的に制御することによって、
図1(a),(b)の狭視野モードにおいては、図45(a)に示すように、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270と透明導電膜125を全て同じ電位として全ての電気泳動素子140中の電気泳動粒子141が均一に分散した状態を実現し、
また、図2(a),(b)の中間モードにおいては、図45(b)に示すように、第1の導電性パターン250に対する透明導電膜125の相対電位を電気泳動粒子141の表面電荷と同じ極性とすることで第1の導電性パターン250と透明導電膜125の間の電気泳動素子140中の電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250の表面近傍に凝集させる一方、第2の導電性パターン270と透明導電膜125を同じ電位とすることにより第2の導電性パターン270と透明導電膜125の間の電気泳動素子140中の電気泳動粒子141を分散材142の全体に分散させて、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270で構成されるパターンの列において一列おきに電気泳動粒子141が導電性パターンに凝集した状態と分散した状態を実現し、
また、図3(a),(b)の広視野モードにおいては、図45(c)に示すように、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270を同じ電位にし、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270に対する透明導電膜125の相対電位を電気泳動粒子141の表面電荷と同じ極性にすることにより、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と透明導電膜125の間の電気泳動素子140の全てにおいて、電気泳動粒子141が第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の表面近傍に凝集した状態、つまり、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270で構成されるパターンの全ての列において電気泳動粒子141が導電性パターンに凝集した状態を実現する。
以上に述べた通り、実施形態1の光学素子100においては、図40(a)や図43(a)に示されるような関連技術とは相違し、透明導電膜123と透明導電膜125の中間位置から透明導電膜123に到る区間に電気泳動粒子141を留め置くといった公知の技術思想、つまり、隣接する光透過領域120の間を遮光する遮光手段(分散材142のうち電気泳動粒子141が分散している部分)の高さを変えて中間モードを実現することを前提とした技術思想を改め、
第1の導電性パターン250と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250と透明導電膜125との間に完全に分散させた状態、つまり、第1の導電性パターン250を挟む光透過領域120同士を遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)で遮光した状態と、第1の導電性パターン250と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250の近傍に凝集させた状態、つまり、第1の導電性パターン250を挟む光透過領域120同士の間の遮光手段を取り除いた状態のうち何れか一方を選択すると共に、
第2の導電性パターン270と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第2の導電性パターン270と透明導電膜125との間に完全に分散させた状態、つまり、第2の導電性パターン270を挟む光透過領域120同士を遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)で遮光した状態と、第2の導電性パターン270と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第2の導電性パターン270の近傍に凝集させた状態、つまり、第2の導電性パターン270を挟む光透過領域120同士の間の遮光手段を取り除いた状態のうち何れか一方を選択し、
これら2組の選択状態の組み合わせの態様を変えることにより、一連の光透過領域120の間を区切って遮光する遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)の存在する間隔を変えて、光学素子100を斜交して通過できる光の角度を調整するように構成しているので、狭視野モード,広視野モードに加え、特に、中間モードを時間経過に関わりなく安定して維持することができる。
その理由は、時間が経過しても電気泳動粒子141の拡散による状態変化が生じないからである。
以上を纏めれば、第1の透明基板110上に配置した複数系列の導電性パターンである第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270を独立的に制御して電気泳動粒子141を各導電性パターン250,270ごとに動作させることが可能となり、電気泳動粒子141を中途半端な状態に分散させなくても、一連の光透過領域120の間を区切って遮光する遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)の存在する間隔を様々に変えることによって光学素子100に斜交して通過できる光の角度を調整することができるので、狭視野モードと広視野モードに加え、両モードの中間の特性を有する中間モードも時間の経過に関わりなく安定して実現できるということができる。
図1乃至図3に示した光学素子100は、狭視野モードにおいて2方向(例えば左右方向)の可視角度が制限可能な構造である。狭視野モードにおいて4方向(例えば上下左右方向)の可視角度を制限する必要がある場合には、図49乃至図51のうちの何れかに示したような構造とすればよい。
図49は、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の各々が、素子領域を横断する主部250a,270aと、主部250a,270aに直交状態で接続して主部250a,270aから主部250a,270aに隣接する主部270a,250aの直近にまで延出し、主部250a,270aの延出方向に沿って一直線上に並ぶように一定のピッチでピッチをずらせて主部250a,270aの両側に形成された複数の副部250b,270bとを有し、隣接する第1の導電性パターン250の副部250bと第2の導電性パターン270の副部270bが平行かつ交互に一直線上に並ぶように配置されている例である。
図50は、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の各々が、素子領域を横断する主部250a,270aと、主部250a,270aに直交状態で接続して主部250a,270aから主部250a,270aに隣接する主部270a,250aの直近にまで延出し、主部250a,270aの延出方向に沿って一直線上に並ぶように一定のピッチでピッチをずらさずに主部250a,270aの両側に形成された複数の副部250b,270bとを有し、隣接する第1の導電性パターン250の副部250bと第2の導電性パターン270の副部270bが平行かつ交互に一直線上に並ぶように配置されている例である。
図51は、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の各々が、素子領域を横断する方向に延びる第1直線部250c,270cと第1直線部250c,270cに直交して1方向に延びる第2直線部250d,270dの繰り返しによって構成され、且つ、第1の導電性パターン250の第1直線部250cの長さと第2の導電性パターン270の第1直線部270cの長さ、および、第1の導電性パターン250の第2直線部250dの長さと第2の導電性パターン270の第2直線部270dの長さが一致している例である。
このうち、図49および図50に示したものは、図1乃至図3に示した光学素子100の例と同様に第1の導電性パターン250の主部250aおよび第2の導電性パターン270の主部270aが一定の間隔をおいて素子領域を横断するようにして平行かつ交互に配置され、また、第1の導電性パターン250の副部250bおよび第2の導電性パターン270の副部270bが主部250aおよび主部270aに直交する方向で素子領域を縦断するように平行かつ交互に配置されるので、狭視野モードにおいて、平行する主部250aと主部270aの組み合わせで上下の2方向、更に、平行する副部250bと副部270bの組み合わせで左右の2方向、つまり、都合4方向の可視角度の制限が可能となる。
また、図51に示したものは、第1の導電性パターン250の一部を構成する第1直線部250cと第2の導電性パターン270の一部を構成する第1直線部270cとが一定の間隔をおいて素子領域を横断するようにして平行かつ交互に配置され、また、第1の導電性パターン250の一部を構成する第2直線部250dと第2の導電性パターン270の一部を構成する第2直線部270dが第1の導電性パターン250の一部を構成する第1直線部250cと第2の導電性パターン270の一部を構成する第1直線部270cに直交する方向で平行かつ交互に配置されるので、平行する第1直線部250cと第1直線部270cの組み合わせで左右の2方向、更に、平行する第2直線部250dと第2直線部270dの組み合わせで上下の2方向、つまり、前記と同様、狭視野モードにおいて4方向の可視角度の制限が可能となる。
図4は、実施形態1の光学素子100の製造方法を示す断面図である。以下、実施形態1の光学素子100を製造する方法の一例について、其の概略を説明する。
実施形態1の光学素子100の製造方法は、次の工程を含む。
第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270を第1の透明基板110の表面にそれぞれ形成する工程(図4(a)参照)。
光透過領域120となるネガ型のフォトレジスト膜として透明感光性樹脂層150を形成する工程(図4(b)参照)。
マスクパターン161を備えたフォトマスク160を通して、透明感光性樹脂層150に露光光165を照射することにより、透明感光性樹脂層150を露光する工程(図4(c)参照)。この際、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270それぞれの位置がマスクパターン161と重なるようにフォトマスク160と第1の透明基板110の位置を制御する。
露光された透明感光性樹脂層150を現像することによって、互いに離間した複数の光透過領域120を形成する工程(図4(d)参照)。
光透過領域120の表面に密着するように透明導電膜125を備えた第2の透明基板115を配置する工程(図4(e)参照)。
そして、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と透明導電膜125と光透過領域120の間の空隙に電気泳動素子140を充填する工程(図4(f)参照)。
この中で、光透過領域120の表面上に透明導電膜125を備えた第2の透明基板115を配置する工程と、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と透明導電膜125と光透過領域120との間の空隙に電気泳動素子140を充填する工程については、順番が逆になってもよい。
つまり、図4(a)〜図4(d)の工程を実施した後に、図5に示されるように、光透過領域120の間に電気泳動素子140を充填する工程(図5(e)参照)を実施し、次いで、光透過領域120および電気泳動素子140の表面上に透明導電膜125を備えた第2の透明基板115を配置する工程(図5(f)参照)を実施する。
また、上記したようにフォトマスク160を用いて透明感光性樹脂層150を露光する際に、マスクパターン161の位置が第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270からずれた場合には、光透過領域120の一部に第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の一部が平面視で重なるように配置された構造の光学素子950となる(図47参照)。
この場合も第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の一部が光透過領域120から露出するように、言い換えると、光透過領域120の一部に第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の一部が平面視つまり光学素子950の表示面の法線方向から見て重なるように配置されているので、動作が可能である。
次に、光学素子100について、更に詳細に説明する。
図1(a),(b)に示すように、光学素子100は第1の透明基板110を有している。第1の透明基板110は、ガラス基板製,PET(Poly Ethylene Terephthalate)製,PC(Poly Carbonate)製,PEN(Poly Ethylene Naphthalate)製などである。
第1の透明基板110の上には第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270が形成されている。第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270はアルミニウム,クロム,銅,酸化クロム,カーボンナノチューブ等の導電性材料やITO,ZnO,IGZO,導電性ナノワイヤー等の透明導電性材料で構成される。
第1の透明基板110上の第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の間には光透過領域120が形成されている。
光透過領域120の相互間には、電気泳動粒子141と透明な分散材142の混合物である電気泳動素子140が配置されている。
光透過領域120の高さは、30[μm]〜300[μm]の範囲が妥当であり、実施形態1では60[μm]である。光透過領域120の幅は、1[μm]〜150[μm]の範囲が妥当であり、実施形態1では20[μm]である。
また、光透過領域120の相互間の幅は、0.25[μm]〜40[μm]の範囲が妥当であり、実施形態1では5[μm]である。また、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の膜厚は10[nm]から1000[nm]の範囲が妥当であり、実施形態1では300[nm]である。
光透過領域120と第1,第2の導電性パターン250,270の配置例を図12(a),(b)に示す。光透過領域120の形状はストライプ状で構成されている。
なお、図12(b)に示すA−B方向の狭視野モードでの可視角度は、約±30°に制限される。
また、図12(a),(b)に示す構造では、図52(a),(b)に示すように、隣接するストライプ状の光透過領域120の間の間隙の両端が全て封止されるように樹脂128を配置する。このように、隣接するストライプ状の光透過領域120の間の間隙の両端が全て封止されることで、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270の上に配置された電気泳動素子140がお互いに完全に分離されるので、一方の導電性パターンによって電気泳動素子140を駆動した際に、他方の導電性パターン上の電気泳動素子140への直接的な影響が防止される。なお、図53に示すように、樹脂128をストライプ状の光透過領域120の両端だけでなく、光透過領域120の全周囲に配置してもよい。
次に、実施形態1の光学素子100の製造工程について図4を参照して更に詳しく説明する。
まず、ガラス,PET,PC,PENからなる第1の透明基板110の表面に第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270を形成し(図4(a)参照)、其の上に透明感光性樹脂層150を形成する(図4(b)参照)。第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270は、アルミニウム,クロム,銅,酸化クロム,カーボンナノチューブ等の導電性材料やITO,ZnO,IGZO,導電性ナノワイヤー等の透明導電性材料にて構成することができ、実施形態1ではITOを用いる。
透明感光性樹脂層150の形成方法としては、例えば、スリットダイコータ,ワイヤコータ,アプリケータ,ドライフィルム転写,スプレイ塗布,スクリーン印刷などのいずれかの成膜方法を用いることができる。透明感光性樹脂層150の厚さは、30[μm]〜300[μm]の範囲が妥当であり、実施形態1では60[μm]である。透明感光性樹脂層150に用いる透明感光性樹脂は、例えば、化薬マイクロケム(Microchem)社の化学増幅型フォトレジスト(商品名「SU−8」)である。
この透明感光性樹脂の特徴は、次の通りである。
・紫外線を照射することで光開始剤が酸を発生し、このプロトン酸を触媒として硬化性モノマーを重合させるエポキシ系(具体的には、ビスフェノールAノボラックのグリシジルエーテル誘導体)のネガレジストである。
・可視光領域において非常に透明性の高い特性を有している。
・透明感光性樹脂に含まれる硬化性モノマーは、硬化前の分子量が比較的小さいため、シクロペンタノン,プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PEGMEA),ガンマブチルラクトン(GBL),イソブチルケトン(MIBK)などの溶媒に非常に良く溶けることから、厚膜形成が容易である。
・近紫外領域の波長においても光透過性が非常に良いので、厚膜であっても紫外線を透過させる。
・以上のような特徴を有することからアスペクト比が3以上の高アスペクト比のパターンを形成できる。
・硬化性モノマーには官能基が多く存在していることから、硬化後、非常に高密度な架橋となり、熱的にも化学的にも非常に安定である。このため、パターン形成後の加工も容易となる。
無論、透明感光性樹脂層150は、ここで述べた透明感光性樹脂(商品名「SU−8」)に限られるわけではなく、同様の特性を有するものであれば、どのような光硬化性材料を用いてもよい。
続いて、フォトマスク160のマスクパターン161を用いて、透明感光性樹脂層150をパターニングする(図4(c)参照)。この露光に用いる光165は平行光である。光源としてはUV光源を用いており、波長365[nm]のUV光を露光光165として照射する。この際の露光量は、50[mJ/cm2]〜1000[mJ/cm2]の範囲が妥当であり、実施形態1では200[mJ/cm2]である。
露光後に現像を実施し、次に熱アニールを120[℃]且つ30[分]の条件で実施することにより光透過領域120が形成される(図4(d)参照)。SU−8で形成した光透過領域120の屈折率は1.5〜1.6となる。
続いて、光透過領域120の上に、透明導電膜125を備えた第2の透明基板115を配置する(図4(e)参照)。第2の透明基板115は、光透過領域120の上面と透明導電膜125とを密着し、更に図中に示していない樹脂によって第1の透明基板110の外周部を接着封止することで固定する。このとき用いる接着剤は熱硬化性でもUV硬化性でも良い。
最後に、第1の透明基板110と第2の透明基板115の間の空隙に電気泳動素子140を充填する(図4(f)参照)。電気泳動素子140は電気泳動粒子141と分散材142の混合物である。
なお、既に述べた通り、図4(e)に示した別の透明導電膜125を備えた第2の透明基板115の配置と、図4(f)に示した各光透過領域120間のスペースへの電気泳動素子140の充填の順番は逆でも良い(図5参照)。
図6は、実施形態1の光学素子100の更に別の製造工程を示す断面図である。以下、光学素子100の更に別の製造工程について更に詳しく説明する。
まず、ガラス又,PET,PC,PENからなる第2の透明基板115の表面に透明導電膜125を形成し(図6(a)参照)、その上に透明感光性樹脂層150を形成する(図6(b)参照)。
続いて、フォトマスク160のマスクパターン161を用いて、透明感光性樹脂層150をパターニングする(図6(c)参照)。露光後に現像を実施し、次に熱アニールを120[℃]且つ30[分]の条件で実施することによって光透過領域120が形成される(図6(d)参照)。
続いて、光透過領域120の上に、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270を備えた第1の透明基板110を配置し(図6(e)参照)、最後に、第1の透明基板110と第2の透明基板115の間の空隙に電気泳動素子140を充填する(図6(f)参照)。このとき、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270が光透過領域120から光透過領域120間の間隙に向けて少なくとも一部が露出するように第1の透明基板110の位置を制御する。
なお、図6(e)に示した第1,第2の透明導電性パターン250,270を備えた第1の透明基板110の配置と、図6(f)に示した各光透過領域120間のスペースへの電気泳動素子140の充填の順番は逆でも良い。
[実施形態2]
図13は、実施形態2の光学素子200を示す断面図である。以下、実施形態2における光学素子200の詳細を説明する。
図13に示すように、実施形態2では、第1の透明基板110の表面に第1の導電性遮光パターン220と第2の導電性遮光パターン230を配置している。第1の導電性遮光パターン220および第2の導電性遮光パターン230の膜厚は、10[nm]から1000[nm]の範囲が妥当であり、実施形態2では300[nm]である。第1の導電性遮光パターン220と第2の導電性遮光パターン230の構成材料としては、アルミニウム,クロム,銅,酸化クロム,カーボンナノチューブ等とし、実施形態2ではアルミニウムとする。
実施形態2では光透過領域120の形成方法が実施形態1と異なる。図14は、本実施形態2の光学素子200の製造方法を示す断面図である。
まず、ガラス,PET,PC,PENからなる第1の透明基板110の表面に第1の導電性パターン220および第2の導電性パターン230を形成し(図14(a)参照)、其の上に透明感光性樹脂層150を形成する(図14(b)参照)。
そして、透明感光性樹脂層150のパターニングは、第1の導電性遮光パターン220および第2の導電性遮光パターン230をフォトマスクとして用い、第1の透明基板110の裏面側から露光光165を照射することで行う(図14(c)参照)。この際の露光量は、100[mJ/cm2]〜1000[mJ/cm2]の範囲が妥当であり、実施形態2では200[mJ/cm2]である。
このように第1の導電性遮光パターン220および第2の導電性遮光パターン230をフォトマスクとして用いて透明感光性樹脂層150のパターン形成を行うことで、光透過領域120と第1の導電性パターン220および第2の導電性パターン230の相対的な位置が自ずと相補的な関係になるという効果が得られる。この結果、第1の導電性遮光パターン220および第2の導電性遮光パターン230が光透過領域120から光透過領域120間の間隙に向けて完全に露出した状態が確保される。
実施形態2における其の他の構成,作用,効果に関しては、実施形態1で述べたものと同様である。
[実施形態3]
図7は実施形態3の光学素子300を示した図で、図7(a)は同光学素子300を狭視野モードの状態で示した縦断面図、図7(b)は同光学素子300を中間モードの状態で示した縦断面図、図7(c)は同光学素子300を広視野モードの状態で示した縦断面図である。図7(a),(b),(c)において、図1(a),図2(a),図3(a)と同じ部分には図1(a),図2(a),図3(a)と同じ符号を付す。以下、実施形態3の光学素子300の詳細を説明する。
図7(a),(b),(c)に示すように、実施形態3では、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270を配置した第1の透明基板110と光透過領域120の間に保護カバー膜130を配置している。
保護カバー膜130の膜厚は、10[nm]から1000[nm]の範囲が妥当であり、実施形態3では300[nm]である。保護カバー膜130の構成材料としては、シリコン酸化膜,シリコン窒化膜,シリコン酸窒化膜等とし、実施形態3ではシリコン酸化膜とする。また、図7(a),(b),(c)では、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270を配置した第1の透明基板110の表面全体に保護カバー膜130が形成されているが、これは必須ではなく、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270の表面が覆われていれば良い。
以上の構成によれば、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270が保護カバー膜130によって覆われることで、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と電気泳動素子140の接触を防止できるので、電気泳動素子140の第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270への付着による動作劣化等も発生せず、動作安定性の良好な可視範囲制御が実現できる。また、電気泳動素子140を保持する環境として、実施形態1の構造に加えて、保護カバー膜が加わることで気密性が向上し、良好な信頼性の光学素子300が実現できる。
実施形態3における其の他の構成,作用,効果は、実施形態1や実施形態2で述べた通りである。
[実施形態4]
図8は実施形態4の光学素子400を示した図で、図8(a)は同光学素子400を狭視野モードの状態で示した縦断面図、図8(b)は同光学素子400を中間モードの状態で示した縦断面図、図8(c)は同光学素子400を広視野モードの状態で示した縦断面図である。図8(a),(b),(c)において、図1(a),図2(a),図3(a)と同じ部分には図1(a),図2(a),図3(a)と同じ符号を付す。以下、実施形態4の光学素子400の詳細を説明する。
図8(a),(b),(c)に示すように、実施形態4では、実施形態3と同様に第1の透明基板110上に第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と保護カバー膜130と光透過領域120が形成されており、光透過領域120の上面には、透明導電膜125の表面上に第2の保護カバー膜135を積層した第2の透明基板115が配置されている。
第2の保護カバー膜135の膜厚は10[nm]から1000[nm]の範囲が妥当であり、実施形態4では300[nm]である。第2の保護カバー膜135の構成材料としては、シリコン酸化膜,シリコン窒化膜,シリコン酸窒化膜等とし、実施形態4ではシリコン酸化膜とする。また、図8(a),(b),(c)では、第2の保護カバー膜135が透明導電膜125と光透過領域120との間にも形成されているが、これは必須ではなく、透明導電膜125のうち、光透過領域120と接していない領域が覆われていれば良い。
以上の構成によれば、透明導電膜125と電気泳動素子140の接触を防止できるので、電気泳動素子140の透明導電膜125への付着等も発生せず、その結果として動作安定性が更に良好な可視範囲制御が実現できる。また、電気泳動素子140を保持する環境として、実施形態3の構造に加えて、第2の保護カバー膜135が加わることで更に気密性が向上し、良好な信頼性の光学素子400が実現できる。
実施形態4における其の他の構成,作用,効果は、実施形態1,実施形態2,実施形態3で述べた通りである。
[実施形態5]
図15〜図18は、実施形態5の光学素子600を示した図で、図15は同光学素子600を狭視野モードの状態で示した縦断面図、図16は同光学素子600を第1中間モードの状態で示した縦断面図、図17は同光学素子600を第2中間モードの状態で示した縦断面図、図18は同光学素子600を広視野モードの状態で示した縦断面図である。また、図23は実施形態5の光学素子600における光透過領域120と第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270および第3の導電性パターン290との位置関係を示す図であり、図23(a)は其の平面図、また、図23(b)はその斜視図である。図15〜図18と図23(a),(b)において、図1(a),図2(a),図3(a)や図12(a),(b)と同じ部分には、図1(a),図2(a),図3(a)や図12(a),(b)と同じ符号を付す。以下、実施形態5の光学素子600の詳細を説明する。
実施形態5の光学素子600は、第1の透明基板110と、第1の透明基板110に対向して存在する第2の透明基板115と、第1の透明基板110の第2の透明基板115に対する面に配置された第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270とび第3の導電性パターン290と、第1の透明基板110の表面から第2の透明基板115の表面に達するように第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270と第3の導電性パターン290の間にそれぞれ単一に配置され、且つ、そのパターンが素子領域を横断している光透過領域120と、第2の透明基板115の第1の透明基板110に対する面に配置された透明導電膜125と、隣接する光透過領域120の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子141と透過性の分散材142とから成る電気泳動素子140を備えている。
より具体的に言えば、実施形態5の光学素子600は、第1の透明基板110と、第1の透明基板110に間隔を置いて対向して存在する第2の透明基板115と、第1の透明基板110において第2の透明基板115と対向する側の面に一定の間隔をおいて順に繰り返し平行に配置されて共に素子領域を横断する第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270と第3の導電性パターン290と、第1の透明基板110の表面から第2の透明基板115の表面に達するように第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270の間および第2の導電性パターン270と第3の導電性パターン290の間ならびに第3の導電性パターン290と第1の導電性パターン250の間に配置されて素子領域を横断する光透過領域120と、第2の透明基板115において第1の透明基板110と対向する側の面の全域に亘って配置された透明導電膜125と、隣接する前記光透過領域120の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子141と透過性の分散材142とから成る電気泳動素子140を備えた光学素子である。
図15の狭視野モードは、電圧印加制御手段145の操作により、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270および第3の導電性パターン290と透明導電膜125をそれぞれ同電位にすることで(図48(a)参照)、各光透過領域120の間隙に配された電気泳動素子140内の電気泳動粒子141を分散材142内に均一に分散させることによって実現する。狭視野モードでは、図19(a),(b)に示されるように、透明導電膜125と第1の導電性パターン250の間,透明導電膜125と第2の導電性パターン270の間,透明導電膜125と第3の導電性パターン290の間の全てにおいて、電気泳動粒子141が分散材142内に均一に分散するので、隣接する光透過領域120間の間隙が全て遮光状態となり、図19(b),(c)に示されるように、最も狭い可視範囲が実現されることになる。
これに対し、図16の第1中間モードは、電圧印加制御手段145の操作により、第1の導電性パターン250に対する透明導電膜125の相対電位を電気泳動粒子141の表面電荷と同じ極性とし(図48(b)参照)、透明導電膜125と第1の導電性パターン250の間の電気泳動粒子141のみを第1の導電性パターン250の表面近傍に凝集させることで実現する。このとき、第2の導電性パターン270および第3の導電性パターン290と透明導電膜125は同電位であり(図48(b)参照)、透明導電膜125と第2の導電性パターン270の間および透明導電膜125と第3の導電性パターン290の間においては、図20(a),(b)に示されるように、電気泳動粒子141が分散材142内に均一に分散する。従って、隣接する光透過領域120間の間隙が3列中1列の割合で電気泳動素子140を光が斜め方向に透過可能になる為、図20(b),(c)に示されるように、狭視野モードよりも広い可視範囲が実現される。
また、図17の第2中間モードは、電圧印加制御手段145の操作により、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270を同電位にして、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270に対する透明導電膜125の相対電位を電気泳動粒子141の表面電荷と同じ極性とすることで(図48(c)参照)、透明導電膜125と第1の導電性パターン250の間の電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250の表面近傍に凝集させ、且つ、透明導電膜125と第2の導電性パターン270の間の電気泳動粒子141を第2の導電性パターン270の表面近傍に凝集させることで実現する。このとき、第3の導電性パターン290と透明導電膜125は同電位であり(図48(c)参照)、第3の導電性パターン290と透明導電膜125の間においては、図21(a),(b)に示されるように、電気泳動素子140内の電気泳動粒子141のみが分散材142内に均一に分散する。従って、隣接する光透過領域120の間隙が3列中2列の割合で斜め入射光が透過可能な状態になる為、図21(b),(c)に示されるように、第1中間モードよりも更に広い可視範囲が実現する。
そして、図18の広視野モードは、電圧印加制御手段145の操作により、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270と第3の導電性パターン290を同電位とし、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270と第3の導電性パターン290に対する透明導電膜125の相対電位を電気泳動粒子141の表面電荷と同じ極性とすることで(図48(d)参照)、透明導電膜125と第1の導電性パターン250の間の電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250の表面近傍に凝集させ、且つ、透明導電膜125と第2の導電性パターン270の間の電気泳動粒子141を第2の導電性パターン270の表面近傍に凝集させ、更に、透明導電膜125と第3の導電性パターン290の間の電気泳動粒子141を第3の導電性パターン290の表面近傍に凝集させることで実現する(図22(a),(b)参照)。広視野モードにおいては、隣接する光透過領域120の全ての間隙において斜め方向への光透過が可能になる為、図22(b),(c)に示されるように、第2中間モードよりも更に広い可視範囲が実現される。
このように、図48(a),(b),(c),(d)に示されるような電圧印加制御手段145により第1の導電性パターン250,第2の導電性パターン270,第3の導電性パターン290と透明導電膜125の電位を制御し、狭視野モード,第1中間モード,第2中間モード,広視野モードの表示を実現することができる。電圧印加制御手段145は、外部からの信号に応じて第1の導電性パターン250,第2の導電性パターン270,第3の導電性パターン290および透明導電膜125に印加する電圧を調整し、第1の導電性パターン250,第2の導電性パターン270,第3の導電性パターン290および透明導電膜125のそれぞれの極性を変化させるための手段である。
以上に述べた通り、実施形態5の光学素子600においては、図40(a)や図43(a)に示されるような関連技術とは相違し、透明導電膜123と透明導電膜125の中間位置から透明導電膜123に到る区間に電気泳動粒子141を留め置くといった公知の技術思想、つまり、隣接する光透過領域120の間を遮光する遮光手段(分散材142のうち電気泳動粒子141が分散している部分)の高さを変えて中間モードを実現することを前提とした技術思想に改め、
第1の導電性パターン250と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250と透明導電膜125との間に完全に分散させた状態、つまり、第1の導電性パターン250を挟む光透過領域120同士を遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)で遮光した状態と、第1の導電性パターン250と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第1の導電性パターン250の近傍に凝集させた状態、つまり、第1の導電性パターン250を挟む光透過領域120同士の間の遮光手段を取り除いた状態のうち何れか一方を選択すると共に、
第2の導電性パターン270と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第2の導電性パターン270と透明導電膜125との間に完全に分散させた状態、つまり、第2の導電性パターン270を挟む光透過領域120同士を遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)で遮光した状態と、第2の導電性パターン270と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第2の導電性パターン270の近傍に凝集させた状態、つまり、第2の導電性パターン270を挟む光透過領域120同士の間の遮光手段を取り除いた状態のうち何れか一方を選択し、
更に、第3の導電性パターン290と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第3の導電性パターン290と透明導電膜125との間に完全に分散させた状態、つまり、第3の導電性パターン290を挟む光透過領域120同士を遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)で遮光した状態と、第3の導電性パターン290と透明導電膜125との間にある電気泳動粒子141を第3の導電性パターン290の近傍に凝集させた状態、つまり、第3の導電性パターン290を挟む光透過領域120同士の間の遮光手段を取り除いた状態のうち何れか一方を選択し、
これら3組の選択状態の組み合わせの態様を変えることにより、一連の光透過領域120の間を区切って遮光する遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)の存在する間隔を変えて、光学素子600を斜交して通過できる光の角度を調整するように構成しているので、狭視野モード,広視野モードに加え、特に、第1中間モードや第2中間モードを時間経過に関わりなく安定して維持することができる。
その理由は、時間が経過しても電気泳動粒子141の拡散による状態変化が生じないからである。
以上を纏めれば、第1の透明基板110上に配置した複数系列の導電性パターンである第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270と第3の導電性パターン290を独立的に制御して電気泳動粒子141を各導電性パターン250,270,290ごとに動作させることが可能となり、電気泳動粒子141を中途半端な状態に分散させなくても、一連の光透過領域120の間を区切って遮光する遮光手段(分散材142の全領域に亘って分散した電気泳動粒子141)の存在する間隔を様々に変えることによって光学素子600に斜交して通過できる光の角度を調整することができるので、狭視野モードと広視野モードに加え、両モードの中間の特性を実現する中間モード、つまり、この場合においては第1中間モードと第2中間モードを時間の経過に関わりなく安定して実現できるということができる。
実施形態5における其の他の構成,作用,効果は、実施形態1で述べた通りである。
また、図24〜図27に示すように、第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270および第3の導電性パターン290上へ保護カバー膜130を形成した光学素子700、更には、図28〜図31に示すように、透明導電膜125の表面へ第2の保護カバー膜135を形成した光学素子800とすることも可能であり、その作用および効果は、それぞれ実施形態3と実施形態4で述べた通りである。
[実施形態6]
図54(a),(b)は、実施形態6の光学素子1000を示した図で、図54(a)は同光学素子1000の光透過領域120と第1の導電性パターン250および第2の導電性パターン270および樹脂128の位置関係を示す平面図であり、図54(b)は同光学素子1000の斜視図である。光透過領域120は1つのパターンで構成されており、第1の導電性パターン250と第2の導電性パターン270は光透過領域120によって分離されていることから、樹脂128は、第1の導電性パターン250及び第2の導電性パターン270の取り出し部分だけに形成すれば良く、樹脂128の使用量を低減することが可能となる。
[その他の実施形態]
以上説明した本発明の光学素子は、液晶表示装置だけでなく、表示パネルを備えた他の表示装置、例えば、有機ELディスプレイ,無機ELディスプレイ,LEDディスプレイ,プラズマディスプレイ,フィールドエミッションディスプレイ,ブラウン管,蛍光表示管等にも適用することができる。
また、本発明の光学素子の使用形態としては、表示パネルの表面に直に貼り付けて使用する形態や表示装置内に搭載する形態など種々の使用形態が考えられる。
以下に、それぞれの使用形態における構成を具体的に説明する。なお、光学素子は実施形態1で説明した光学素子100を例に説明するものとする。
まず、本発明の光学素子を内部に搭載する表示装置について説明する。
図36に、本発明の光学素子を内部に搭載する表示装置1400の構成を示す。表示装置1400は、ディスプレイとして機能する光学制御素子1800と、この光学制御素子1800を照明するバックライトとして機能する照明光学装置1700と、光学制御素子1800と照明光学装置1700の間に設けられた光学素子1100からなる。
光学素子1100は、第1の実施形態で説明したように、狭視野モードと中間モード広視野モードを実現可能なマイクロルーバーである。照明光学装置1700は、図36に示した冷陰極管に代表される光源1021,反射シート1022,導光板1023,拡散板1024,プリズムシート1025a,プリズムシート1025bからなり、プリズムシート1025a,1025bを通過した光が光学素子1100を介して光学制御素子1800に照明される。
導光板1023は、アクリル樹脂などからなり、一方の端面に光源1021からの光が入射し、入射光が導光板内を伝播して表面(所定の側面)側から一様に射出されるように構成されている。導光板1023の裏面側には、裏面から射出した光を表面方向に反射する反射シート1022が設けられている。図には示されていないが、導光板1023の他方の端面および側面にも反射手段が設けられている。
導光板1023の表面から射出された光は、拡散板1024およびプリズムシート1025a,1025bを介して光学制御素子1800に入射する。拡散板1024は、導光板1023から入射する光を拡散させるためのものである。導光板1023の左右端では、その構造上、射出した光の輝度が異なる。このため、導光板1023からの光を拡散板1024で拡散させる。
プリズムシート1025a,1025bは、導光板1023から拡散板1024を介して入射する光の輝度を向上させる。プリズムシート1025aは、一定方向に一定周期で配置した複数のプリズムからなる。プリズムシート1025bも同じ構成であるが、プリズムの規則的な配置方向が、プリズムシート1025aのプリズムの規則的な配置方向に対して交差するようになっている。これらプリズムシート1025a,1025bによって、拡散板1024にて拡散された光の指向性を強めることができる。
なお、図36の実施形態では、光源として冷陰極管を例に挙げて説明したが、これに限るわけではなく、白色LEDや3色LEDなどを光源として用いても構わない。また、この実施形態では、サイドライト型の光源を例に挙げて説明しているが、これに限るわけでなく、直下型の光源を用いても構わない。
光学制御素子1800は、液晶層1032を2枚の基板1030a,1030bで狭持した構造を有する。基板1030aは、一方の面(液晶層1032側の面)にカラーフィルタ1033が形成され、他方の面に偏光板・位相差板1031aが設けられている。基板1030bの液晶層1032側の面とは反対の面には、偏光板・位相差板1031bが設けられている。カラーフィルタ1033は、光を吸収する層よりなるブラックマトリクスにより区画された領域に、R(赤),G(緑),B(青)の色フィルタがマトリクス状に配置されている。各色フィルタは画素に対応しており、そのピッチは一定である。液晶層1032は、不図示の制御装置からの制御信号に従って、画素単位に、透明状態と遮光状態の切替が可能とされており、この状態切替により、入射した光を空間的に変調する。
図36に示した表示装置1400では、プリズムシート1025a,1025bを通過した光は、偏光板・位相差板1031bに入射する。偏光板・位相差板1031bを通過した光は、基板1030bを介して液晶層1032に入射し、そこで画素単位に空間変調が施される。液晶層1032を通過した光(変調光)は、カラーフィルタ1033、基板1030aを順次通過して偏光板・位相差板1031aに入射する。偏光板・位相差板1031aを通過した光は、光学素子1100を介して出射される。ここで、図36では、光学制御素子として偏光板・位相差板1031a,1031bを用いているが、これに限るわけでなく、偏光板のみの場合であっても構わない。
上述した表示装置1400によれば、光学素子1100によって、光学制御素子1800の照明用の光を画面正面方向に収束させたりさせなかったりすることができるため、観察者の嗜好に応じて、視野角が狭い状態と広い状態を適宜選択することができる、という効果が得られる。
また、図37に示す表示装置1500のように、透明接着層1060を用いて、光学素子1100を光学制御素子1800の偏光板・位相差板1031bに貼り付けてもよい。光学素子1100を光学制御素子1800に貼り付けることで、両者間での散乱光の発生が抑えられるため、透過率が向上して輝度が更に高い表示装置が実現可能となる。
次に、本発明の光学素子を表示パネルの表面に配置して使用する表示装置の形態について説明する。
図34に、本発明の光学素子を表示画面に設けた表示装置1200の構成を示す。図34を参照すると、表示装置1200は、ディスプレイとして機能する光学制御素子1800とバックライトとして機能する照明光学装置1700および光学素子1100からなる。
光学素子1100は、第1の実施形態で説明したように、狭視野モードと中間モードと広視野モードを制御可能なマイクロルーバーである。
照明光学装置1700は、光源1021,反射シート1022,導光板1023,拡散板1024,プリズムシート1025a,プリズムシート1025bからなり、プリズムシート1025a,1025bを通過した光で光学制御素子を照明する。ここで、光学素子1100の表面に、傷つきがないようにするハードコート層や外光の写りこみを防止する反射防止層を形成しても構わない。
上述した表示装置1200によれば、表示装置1200の最前面で、光学素子1100によって、光学制御素子1800から出射した光を画面正面方向に収束させたりさせなかったりすることができるため、光学素子1100を通過した光が観察者に直接届くことにより、光学素子1100を内部に搭載する表示装置に比べて光学素子1100を出射した光の散乱,屈折,反射等が発生せず、更に解像度の高い鮮明な画像が実現できる。
光学素子1100は、図35に示した表示装置1300のように、光学制御素子1800の偏光板・位相差板1031aに透明接着層1060を介して貼り付けてもよい。このように構成することで、光学素子1100と偏光板・位相差板1031aの界面における表面反射ロスを低減することができ、より輝度の高い表示装置を実現することができる。
本発明を他の電子機器であるテレビ,モニター,ノート型パーソナルコンピュータ,フィーチャーフォン,スマートフォン,タブレットPC,PDAなどの携帯型の情報処理端末への適用例としては、例えば、図46(a)に示した電子機器2000や図46(b)に示した電子機器2010のように、上述した各表示装置1200,1300,1400,1500の何れかを電子機器の機器本体における表示手段として装備するものがある。更に、プラズマ型の各種表示装置に適用するようにしてもよい。
この場合、情報処理端末の側では、その制御装置が、マウスやキーボードやタッチパネルなどの入力装置からの入力を受け付けて、表示手段として装備した表示装置上に必要な情報を表示させるための制御を行う構成となっている。
次に、図38に、本発明の光学素子を搭載する照明装置1600の構成を示す。
図38を参照すると、照明装置1600は、面状光源1900と光学素子1100とからなる。面状光源は、冷陰極管に代表される光源1021,反射シート1022,導光板1023,拡散板1024,プリズムシート1025a,プリズムシート1025bからなる。光学素子1100は、実施形態1〜実施形態3のマイクロルーバーのいずれかで構成される。
導光板1023は、アクリル樹脂などにより構成されるものであって、一方の端面に光源1021からの光が入射し、入射光が導光板内を伝播して表面(所定の側面)側から一様に出射されるように構成されている。
導光板1023の裏面側には、裏面から出射した光を表面方向に反射する反射シート1022が設けられている。図には示されていないが、導光板1023の他方の端面および側面にも反射手段が設けられている。
導光板1023の表面から出射された光は、拡散板1024およびプリズムシート1025a,1025bを介して光学素子1100に入射する。拡散板1024は、導光板1023から入射する光を拡散させるためのものである。導光板1023の左右端では、その構造上、出射した光の輝度が異なる。このため、導光板1023からの光を導光板1023で拡散させる。
プリズムシート1025a,1025bは、導光板1023から拡散板1024を介して入射する光の輝度を向上させる。
照明装置1600では、導光板1023の表面側から出射した光は、拡散板1024で拡散された後、プリズムシート1025a,1025bを介して光学素子1100に入射する。
上述した照明装置1600によれば、光学素子1100によって、面状光源1900の光を画面正面方向に収束させたりさせなかったりすることができるため、観察者の嗜好に応じて、広い範囲を照らすことができる光の出射角度が広い状態と、照明装置1600の直下近辺だけを照らすことが出来る光の出射角度が狭い状態を選択することが可能となる。
実施形態1〜5の光学素子を光学素子1100として利用した照明装置1600においては、各導電性パターン220,230,250,270,290と透明導電膜125の間の電位差によって電気泳動粒子141の分散状態を変化させることで光透過領域120および分散材142を透過する光の出射方向の範囲を変化させる構成となる。
なお、本実施形態では、光源として、冷陰極管を例に挙げて説明したが、これに限るわけではなく、白色LEDや3色LEDなどを光源として用いても構わない。また、本実施形態では、サイドライト型の光源を例に挙げて説明しているが、これに限るわけでなく、直下型の光源を用いても構わない。また、面状光源1900についても、本実施形態で挙げた内容に限定されるわけでなく、LED照明や有機EL照明や無機EL照明や蛍光灯や電球といった光を発する光源が面状に配列されたものであれば構わない。
以上に開示した実施形態の一部または全部は、以下の付記に示す記載によって適切に表現され得るが、発明を実施するための形態や発明の技術思想は、これらのものに制限されるものではない。
〔付記1〕
第1の透明基板(110)と、
前記第1の透明基板(110)に対向して存在する第2の透明基板(115)と、
前記第1の透明基板(110)の前記第2の透明基板(115)に対する面に配置された第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)と、
前記第1の透明基板(110)の表面から前記第2の透明基板(115)の表面に達するように前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)の間に単一に配置され、且つ、そのパターンが素子領域を横断している光透過領域(120)と、
前記第2の透明基板(115)の前記第1の透明基板(110)に対する面に配置された透明導電膜(125)と、
隣接する前記光透過領域(120)の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子(141)と透過性の分散材(142)とから成る電気泳動素子(140)と、を有することを特徴とする光学素子(図1(a),(b)参照)。
〔付記2〕
第1の透明基板(110)と、
前記第1の透明基板(110)に間隔を置いて対向して存在する第2の透明基板(115)と、
前記第1の透明基板(110)において前記第2の透明基板(115)と対向する側の面に一定の間隔をおいて平行かつ交互に配置されて共に素子領域を横断する第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)と、
前記第1の透明基板(110)の表面から前記第2の透明基板(115)の表面に達するように前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)の間に配置されて素子領域を横断する光透過領域(120)と、
前記第2の透明基板(115)において前記第1の透明基板(110)と対向する側の面の全域に亘って配置された透明導電膜(125)と、
隣接する前記光透過領域(120)の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子(141)と透過性の分散材(142)とから成る電気泳動素子(140)と、を有することを特徴とする光学素子(図1(a),(b)参照)。
〔付記3〕
付記1または付記2に記載の光学素子において、
隣接する前記光透過領域(120)の間の間隙の両端部を全て封止するように配置された樹脂(128)を有することを特徴とする光学素子。(図52(a),(b)参照)
〔付記4〕
付記2に記載の光学素子において、
第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)の各々が、
前記素子領域を横断する主部(250a,270a)と、
前記主部(250a,270a)に直交状態で接続して前記主部(250a,270a)から前記主部(250a,270a)に隣接する主部(270a,250a)の直近にまで延出し、前記主部(250a,270a)の延出方向に沿って一直線上に並ぶように一定のピッチでピッチをずらせて前記主部(250a,270a)の両側に形成された複数の副部(250b,270b)とを有し、
隣接する第1の導電性パターン(250)の副部(250b)と第2の導電性パターン(270)の副部(270b)が平行かつ交互に一直線上に並ぶように配置されていることを特徴とする光学素子(図49参照)。
〔付記5〕
付記2に記載の光学素子において、
第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)の各々が、
前記素子領域を横断する主部(250a,270a)と、
前記主部(250a,270a)に直交状態で接続して前記主部(250a,270a)から前記主部(250a,270a)に隣接する主部(270a,250a)の直近にまで延出し、前記主部(250a,270a)の延出方向に沿って一直線上に並ぶように一定のピッチでピッチをずらさずに前記主部(250a,270a)の両側に形成された複数の副部(250b,270b)を有し、
隣接する第1の導電性パターン(250)の副部(250b)と第2の導電性パターン(270)の副部(270b)が平行かつ交互に一直線上に並ぶように配置されていることを特徴とする光学素子(図50参照)。
〔付記6〕
付記2に記載の光学素子において、
第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)の各々が、
前記素子領域を横断する方向に延びる第1直線部(250c,270c)と前記第1直線部(250c,270c)に直交して1方向に延びる第2直線部(250d,270d)の繰り返しによって構成され、且つ、
第1の導電性パターン(250)の第1直線部(250c)の長さと第2の導電性パターン(270)の第1直線部(270c)の長さ、および、第1の導電性パターン(250)の第2直線部(250d)の長さと第2の導電性パターン(270)の第2直線部(270d)の長さが一致していることを特徴とする光学素子(図51参照)。
〔付記7〕
付記1乃至付記6の何れか1つに記載の光学素子において、
第1の導電性パターン(250)と第2の導電性パターン(270)と透明導電膜(125)を同じ電位にすることで、電気泳動粒子(141)を分散材(142)の全体に分散させることを特徴とする光学素子(図1(a),図45(a)参照)。
〔付記8〕
付記1乃至付記6の何れか1つに記載の光学素子において、
第1の導電性パターン(250)に対する透明導電膜(125)の相対電位を電気泳動粒子(141)の表面電荷と同じ極性にすることで、第1の導電性パターン(250)と透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)においては、電気泳動粒子(141)を第1の導電性パターン(250)の表面近傍に凝集させ、
第2の導電性パターン(270)と透明導電膜(125)を同じ電位にすることで、第2の導電性パターン(270)と透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)においては、電気泳動粒子(141)を分散材(142)の全体に分散させることを特徴とする光学素子(図2(a),図45(b)参照)。
〔付記9〕
付記1乃至付記6の何れか1つに記載の光学素子において、
第1の導電性パターン(250)と第2の導電性パターン(270)を同じ電位にし、第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)に対する透明導電膜(125)の相対電位を電気泳動粒子(141)の表面電荷と同じ極性にすることで、第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)と透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)において、電気泳動粒子(141)をそれぞれ第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)の表面近傍に凝集させることを特徴とする光学素子(図3(a),図45(c)参照)。
〔付記10〕
付記1乃至付記9の何れか1つに記載の光学素子において、
前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)を覆うように保護カバー膜(130)が形成されていることを特徴とする光学素子(図7(a)参照)。
〔付記11〕
付記1乃至付記10の何れか1つに記載の光学素子において、
前記透明導電膜(125)を覆うように第2の保護カバー膜(135)が形成されていることを特徴とする光学素子(図8(a)参照)。
〔付記12〕
第1の透明基板(110)と、
前記第1の透明基板(110)に対向して存在する第2の透明基板(115)と、
前記第1の透明基板(110)の前記第2の透明基板(115)に対する面に配置された第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)と第3の導電性パターン(290)と、
前記第1の透明基板(110)の表面から前記第2の透明基板(115)の表面に達するように前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)と前記第3の導電性パターン(290)の間にそれぞれ単一に配置され、且つ、そのパターンが素子領域を横断している光透過領域(120)と、
前記第2の透明基板(115)の前記第1の透明基板(110)に対する面に配置された透明導電膜(125)と、
隣接する前記光透過領域(120)の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子(141)と透過性の分散材(142)とから成る電気泳動素子(140)と、を有することを特徴とする光学素子(図15参照)。
〔付記13〕
第1の透明基板(110)と、
前記第1の透明基板(110)に間隔を置いて対向して存在する第2の透明基板(115)と、
前記第1の透明基板(110)において前記第2の透明基板(115)と対向する側の面に一定の間隔をおいて順に繰り返し平行に配置されて共に素子領域を横断する第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)と第3の導電性パターン(290)と、
前記第1の透明基板(110)の表面から前記第2の透明基板(115)の表面に達するように前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)の間および前記第2の導電性パターン(270)と前記第3の導電性パターン(290)の間ならびに前記第3の導電性パターン(290)と前記第1の導電性パターン(250)の間に配置されて素子領域を横断する光透過領域(120)と、
前記第2の透明基板(115)において前記第1の透明基板(110)と対向する側の面の全域に亘って配置された透明導電膜(125)と、
隣接する前記光透過領域(120)の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子(141)と透過性の分散材(142)とから成る電気泳動素子(140)と、を有することを特徴とする光学素子(図15参照)。
〔付記14〕
付記12または付記13に記載の光学素子において、
前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)と前記第3の導電性パターン(290)と前記透明導電膜(125)を同じ電位にすることで、前記電気泳動粒子(141)を前記分散材(142)の全体に分散させることを特徴とする光学素子(図15,図48(a)参照)。
〔付記15〕
付記12または付記13に記載の光学素子において、
前記第1の導電性パターン(250)に対する前記透明導電膜(125)の相対電位を前記電気泳動粒子(141)の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターン(250)と前記透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)においては、前記電気泳動粒子(141)を前記第1の導電性パターン(250)の表面近傍に凝集させ、
前記第2の導電性パターン(270)および前記第3の導電性パターン(290)と前記透明導電膜(125)を同じ電位にすることで、前記第2の導電性パターン(270)および前記第3の導電性パターン(290)と前記透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)においては、前記電気泳動粒子(141)を前記分散材(142)の全体に分散させることを特徴とする光学素子(図16,図48(b)参照)。
〔付記16〕
付記12または付記13に記載の光学素子において、
前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)を同じ電位にし、前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)に対する前記透明導電膜(125)の相対電位を前記電気泳動粒子(141)の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)と前記透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)においては、前記電気泳動粒子(141)をそれぞれ前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)の表面近傍に凝集させ、
前記第3の導電性パターン(290)と前記透明導電膜(125)を同じ電位にすることで、前記第3の導電性パターン(290)と前記透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)においては、前記電気泳動粒子(141)を前記分散材(142)の全体に分散させることを特徴とする光学素子(図17,図48(c)参照)。
〔付記17〕
付記12または付記13に記載の光学素子において、
前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)と前記第3の導電性パターン(290)を同じ電位にし、前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)および第3の導電性パターン(290)に対する前記透明導電膜(125)の相対電位を前記電気泳動粒子(141)の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)および前記第3の導電性パターン(290)と前記透明導電膜(125)の間の電気泳動素子(140)においては、前記電気泳動粒子(141)をそれぞれ前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)および前記第3の導電性パターン(290)の表面近傍に凝集させることを特徴とする光学素子(図18,図48(d)参照)。
〔付記18〕
付記12または付記13に記載の光学素子において、
前記第1の導電性パターン(250)および前記第2の導電性パターン(270)および前記第3の導電性パターン(290)を覆うように保護カバー膜(130)が形成されていることを特徴とする光学素子(図24参照)。
〔付記19〕
付記18に記載の光学素子において、
前記透明導電膜(125)を覆うように第2の保護カバー膜(135)が形成されていることを特徴とする光学素子(図28参照)。
〔付記20〕
第1の透明基板(110)と、
前記第1の透明基板(110)に対向して存在する第2の透明基板(115)と、
前記第1の透明基板(110)の前記第2の透明基板(115)に対する面に間隔を置いて配置された第1の導電性パターン(250)および第2の導電性パターン(270)と、
前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)が配置されていない全ての素子領域の部分において、前記第1の透明基板(110)の表面から前記第2の透明基板(115)の表面に達するように配置されている光透過領域(120)と、
前記第2の透明基板(115)の前記第1の透明基板(110)に対する面に配置された透明導電膜(125)と、
隣接する前記光透過領域(120)の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子(141)と透過性の分散材(142)とから成る電気泳動素子(140)と、を有することを特徴とする光学素子(図54(a),(b)参照)。
〔付記21〕
付記20に記載の光学素子において、
前記第1の導電性パターン(250)と前記第2の導電性パターン(270)が素子領域から出てくる部分の、前記光透過領域(120)が形成されていない部分を封止するように樹脂(128)が配置されていることを特徴とする光学素子(図54(a),(b)参照)。
〔付記22〕
映像を表示する表示面を備えたディスプレイ(1800)と、
前記ディスプレイ(1800)の前記表示面上に配置された付記1乃至付記21の何れか1つに記載の光学素子(1100)と、を有することを特徴とする表示装置(図34参照)。
〔付記23〕
前記ディスプレイ(1800)と前記光学素子(1100)とが透明接着層(1060)で固定されていることを特徴とする付記22に記載の表示装置(図35参照)。
〔付記24〕
前記ディスプレイ(1800)は、液晶ディスプレイ,プラズマディスプレイ,有機ELディスプレイ,無機ELディスプレイ,LEDディスプレイ,フィールドエミッションディスプレイ,ブラウン管,蛍光表示管の何れかであることを特徴とする付記22または付記23に記載の表示装置(段落0061参照)。
〔付記25〕
映像を表示する表示面を備えた液晶ディスプレイ(1800)と、
前記液晶ディスプレイ(1800)の背面側に配されて前記液晶ディスプレイ(1800)に光を照射するバックライト(1700)と、
前記液晶ディスプレイ(1800)と前記バックライト(1700)との間に配置された付記1乃至付記21の何れか1つに記載の光学素子(1100)とを有することを特徴とする表示装置(図36参照)。
〔付記26〕
前記液晶ディスプレイ(1800)と前記光学素子(1100)とが透明接着層(1060)で固定されていることを特徴とする付記25に記載の表示装置(図37参照)。
〔付記27〕
付記22乃至付記26の何れか1つに記載の表示装置(1200,1300,1400,1500)を電子機器(2000,2010)本体の表示手段として装備したことを特徴とする電子機器(図46(a),(b)参照)。
〔付記28〕
付記1乃至付記21の何れか1つに記載の光学素子(1100)と、前記光学素子(1100)における前記第1の透明基板(110)の背面に設けられた光源(1900)とを有することを特徴とする照明装置(図38参照)。
〔付記29〕
前記光学素子は、前記各導電性パターン(250,270,(290))と前記透明導電膜(125)の間の電位差によって前記電気泳動粒子(141)の分散状態を変化させることで、前記光透過領域(120)および前記分散材(142)を透過する光の出射方向の範囲が変化することを特徴とする付記28に記載の照明装置(図45,図48参照)。
本発明は、透過光の射出方向の範囲を制御する光学素子であればどのようなものにでも利用可能である。そのような光学素子の一例として、液晶表示装置,ELディスプレイ,プラズマディスプレイ,FED,照明光学装置などに用いられる光学素子が挙げられる。
100 光学素子
110 第1の透明基板
115 第2の透明基板
120 光透過領域
121 光透過領域の下面
122 光透過領域の上面
123 透明導電膜
125 透明導電膜
128 樹脂
130 保護カバー膜
135 第2の保護カバー膜
140 電気泳動素子
141 電気泳動粒子
142 分散材
145 電圧印加制御手段
150 透明感光性樹脂層(フォトレジスト膜)
160 フォトマスク
161 マスクパターン
165 露光光
200 光学素子
220 第1の導電性遮光パターン
230 第2の導電性遮光パターン
250 第1の導電性パターン
270 第2の導電性パターン
290 第3の導電性パターン
300,400,600 光学素子
650 光
700,800,900,950,1000 光学素子
1021 光源
1022 反射シート
1023 導光板
1024 拡散板
1025a,1025b プリズムシート
1030a,1030b 基板
1031a,1031b 偏向板・位相差板
1032 液晶層
1033 カラーフィルタ
1060 透明接着層
1100 光学素子
1200,1300,1400,1500 表示装置
1600 照明装置
1700 照明光学装置(バックライト)
1800 光学制御素子(ディスプレイ)
1900 面状光源
2000,2010 電子機器

Claims (22)

  1. 第1の透明基板と、
    前記第1の透明基板に対向して存在する第2の透明基板と、
    前記第1の透明基板の前記第2の透明基板に対する面に配置された第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと、
    前記第1の透明基板の表面から前記第2の透明基板の表面に達するように前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンの間に単一に配置され、且つ、そのパターンが素子領域を横断している光透過領域と、
    前記第2の透明基板の前記第1の透明基板に対する面に配置された透明導電膜と、
    隣接する前記光透過領域の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子と透過性の分散材とから成る電気泳動素子と、を有することを特徴とする光学素子。
  2. 請求項1に記載の光学素子において、
    隣接する前記光透過領域の間の間隙の両端部を全て封止するように配置された樹脂を有することを特徴とする光学素子。
  3. 請求項1または請求項2に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンと前記透明導電膜を同じ電位にすることで、前記電気泳動粒子を前記分散材の全体に分散させることを特徴とする光学素子。
  4. 請求項1または請求項2に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンに対する前記透明導電膜の相対電位を前記電気泳動粒子の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子においては、前記電気泳動粒子を前記第1の導電性パターンの表面近傍に凝集させ、
    前記第2の導電性パターンと前記透明導電膜を同じ電位にすることで、前記第2の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子においては、前記電気泳動粒子を前記分散材の全体に分散させることを特徴とする光学素子。
  5. 請求項1または請求項2に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンを同じ電位にし、前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンに対する前記透明導電膜の相対電位を前記電気泳動粒子の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子において、前記電気泳動粒子をそれぞれ前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンの表面近傍に凝集させることを特徴とする光学素子。
  6. 請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンを覆うように保護カバー膜が形成されていることを特徴とする光学素子。
  7. 請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載の光学素子において、
    前記透明導電膜を覆うように第2の保護カバー膜が形成されていることを特徴とする光学素子。
  8. 第1の透明基板と、
    前記第1の透明基板に対向して存在する第2の透明基板と、
    前記第1の透明基板の前記第2の透明基板に対する面に配置された第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと第3の導電性パターンと、
    前記第1の透明基板の表面から前記第2の透明基板の表面に達するように前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンと前記第3の導電性パターンの間にそれぞれ単一に配置され、且つ、そのパターンが素子領域を横断している光透過領域と、
    前記第2の透明基板の前記第1の透明基板に対する面に配置された透明導電膜と、
    隣接する前記光透過領域の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子と透過性の分散材とから成る電気泳動素子と、を有することを特徴とする光学素子。
  9. 請求項8に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンと前記第3の導電性パターンと前記透明導電膜を同じ電位にすることで、前記電気泳動粒子を前記分散材の全体に分散させることを特徴とする光学素子。
  10. 請求項8に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンに対する前記透明導電膜の相対電位を前記電気泳動粒子の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子においては、前記電気泳動粒子を前記第1の導電性パターンの表面近傍に凝集させ、
    前記第2の導電性パターンおよび前記第3の導電性パターンと前記透明導電膜を同じ電位にすることで、前記第2の導電性パターンおよび前記第3の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子においては、前記電気泳動粒子を前記分散材の全体に分散させることを特徴とする光学素子。
  11. 請求項8に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンを同じ電位にし、前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンに対する前記透明導電膜の相対電位を前記電気泳動粒子の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子においては、前記電気泳動粒子をそれぞれ前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンの表面近傍に凝集させ、
    前記第3の導電性パターンと前記透明導電膜を同じ電位にすることで、前記第3の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子においては、前記電気泳動粒子を前記分散材の全体に分散させることを特徴とする光学素子。
  12. 請求項8に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンと前記第3の導電性パターンを同じ電位にし、前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンおよび第3の導電性パターンに対する前記透明導電膜の相対電位を前記電気泳動粒子の表面電荷と同じ極性にすることで、前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンおよび前記第3の導電性パターンと前記透明導電膜の間の電気泳動素子においては、前記電気泳動粒子をそれぞれ前記第1の導電性パターンおよび前記第2の導電性パターンおよび前記第3の導電性パターンの表面近傍に凝集させることを特徴とする光学素子。
  13. 第1の透明基板と、
    前記第1の透明基板に対向して存在する第2の透明基板と、
    前記第1の透明基板の前記第2の透明基板に対する面に配置された第1の導電性パターンおよび第2の導電性パターンと、
    前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンが配置されていない全ての素子領域の部分において、前記第1の透明基板の表面から前記第2の透明基板の表面に達するように、配置されている光透過領域と、
    前記第2の透明基板の前記第1の透明基板に対する面に配置された透明導電膜と、
    隣接する前記光透過領域の間に配置され、特定の表面電荷を帯び且つ遮光性の電気泳動粒子と透過性の分散材とから成る電気泳動素子と、を有することを特徴とする光学素子。
  14. 請求項13に記載の光学素子において、
    前記第1の導電性パターンと前記第2の導電性パターンが素子領域から出てくる部分の、前記光透過領域が形成されていない部分を封止するように樹脂が配置されていることを特徴とする光学素子。
  15. 映像を表示する表示面を備えたディスプレイと、
    前記ディスプレイの前記表示面上に配置された請求項1乃至請求項14の何れか1つに記載の光学素子と、を有することを特徴とする表示装置。
  16. 前記ディスプレイと前記光学素子とが透明接着層で固定されていることを特徴とする請求項15に記載の表示装置。
  17. 前記ディスプレイは、液晶ディスプレイ,プラズマディスプレイ,有機ELディスプレイ,無機ELディスプレイ,LEDディスプレイ,フィールドエミッションディスプレイ,ブラウン管,蛍光表示管の何れかであることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の表示装置。
  18. 映像を表示する表示面を備えた液晶ディスプレイと、
    前記液晶ディスプレイの背面側に配されて前記液晶ディスプレイに光を照射するバックライトと、
    前記液晶ディスプレイと前記バックライトとの間に配置された請求項1乃至請求項14の何れか1つに記載の光学素子とを有することを特徴とする表示装置。
  19. 前記液晶ディスプレイと前記光学素子とが透明接着層で固定されていることを特徴とする請求項18に記載の表示装置。
  20. 請求項15乃至請求項19の何れか1つに記載の表示装置を電子機器本体の表示手段として装備したことを特徴とする電子機器。
  21. 請求項1乃至請求項14の何れか1つに記載の光学素子と、前記光学素子における前記第1の透明基板の背面に設けられた光源とを有することを特徴とする照明装置。
  22. 前記光学素子は、前記各導電性パターンと前記透明導電膜の間の電位差によって前記電気泳動粒子の分散状態を変化させることで、前記光透過領域および前記分散材を透過する光の出射方向の範囲が変化することを特徴とする請求項21に記載の照明装置。
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