JP2017106962A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の向上が可能な表示装置を提供する。
【解決手段】表示面を有し、前記表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの表示面側に配置されその主面内に複数の部分を有する光変調素子と、前記光変調素子の側面に配置された光源と、を備え、前記光源から前記光変調素子に入射した光で前記部分毎に所定輝度で前記表示パネルを照明する照明装置と、を備えた表示装置。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

外光の反射率を制御して画像を表示する反射型表示装置は、画像の輝度が不足する場合が多いため、補助照明手段として照明装置（フロントライト）を備える構成が適用可能である。従来の反射型表示装置は、表示する画像に関わらず、フロントライトを全面発光するため、消費電力の増加やコントラストの悪化が生じる恐れがある。

特開２０１２−１４１５８号公報

本実施形態の目的は、表示品位の向上が可能な表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
表示面を有し、前記表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの表示面側に配置されその主面内に複数の部分を有する光変調素子と、前記光変調素子の側面に配置された光源と、を備え、前記光源から前記光変調素子に入射した光で前記部分毎に所定輝度で前記表示パネルを照明する照明装置と、を備えた表示装置が提供される。

本実施形態によれば、
表示面を有し、前記表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの表示面側に配置された光変調素子と、前記光変調素子の側面に配置された光源と、を備え、前記光源から前記光変調素子に入射した光で前記表示パネルを照明する照明装置と、を備え、前記光変調素子は、前記表示パネルに近接する側に配置された第１透明基板と、前記表示パネルから離れる側に配置された第２透明基板と、前記第１および第２透明基板の間に位置する光変調層と、前記光変調層に対して電場を印加するための第１電極および第２電極と、を備え、前記光変調層は、前記第１および第２電極によって生じる電場の大きさおよび向きに応じて前記光源からの光に対して全体的もしくは部分的に散乱性もしくは透明性を示す、表示装置が提供される。

図１は、本実施形態に係る表示装置の構成例の断面を示す図である。 図２は、図１に図示した光変調素子の断面を示す図である。 図３は、図１に図示した照明装置の構成を示す図である。 図４は、図２に図示した電極の構成を示す図である。 図５は、図４に図示した上側電極の構成を示す図である。 図６は、電圧が印加されていない状態の光変調層を模式的に示す図である。 図７は、図６に図示した状態の光変調層の平面および断面を示す図である。 図８は、電圧が印加されている状態の光変調層を模式的に示す図である。 図９は、図８に図示した状態の光変調層の平面および断面を示す図である。 図１０は、光変調素子における光の挙動を示す図である。 図１１は、高明度部分を局所的に照明する場合の照明装置の動作を示す図である。 図１２は、表示パネルの構成例の断面を示す図である。 図１３は、電極の構成の第１変形例を示す図である。 図１４は、電極の構成の第２変形例を示す図である。 図１５は、電極の構成の第３変形例を示す図である。 図１６は、上側電極の構成の第１変形例を示す図である。 図１７は、上側電極の構成の第２変形例を示す図である。 図１８は、光変調素子の構成の変形例を示す図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本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一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態に係る表示装置の構成例の断面を示す図である。
表示装置１は、照明装置１０、表示パネルＰＮＬ、および、照明装置１０と表示パネルＰＮＬとを駆動する駆動回路５０を備えている。表示装置１は、表示パネルＰＮＬの表示面側に照明装置１０を備え、表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する、いわゆる反射型表示装置である。

照明装置１０は、光源２０と、光変調素子３０とを備えている。光源２０は、光変調素子３０の側面に配置されている。光変調素子３０は、表示パネルＰＮＬに対向配置されている。光変調素子３０は、表示パネルＰＮＬから離間しており、例えば空気層を介して表示パネルＰＮＬと対向している。光変調素子３０は、表示パネルＰＮＬ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、光変調素子３０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３０Ａと称するものとし、表示パネルＰＮＬの表示面と対向し光が出射される下面を光照射面３０Ｂと称するものとする。

図２は、図１に図示した光変調素子の断面を示す図である。
光変調素子３０は、透明基板３１、下側電極３２、配向膜３３、光変調層３４、配向膜３５、上側電極３６、および透明基板３７を順に備えている。

一対の透明基板３１、３７のうち透明基板３１は、下側電極３２が配置された面とは反対側に光照射面３０Ｂを有しており、図１に図示した表示パネルＰＮＬに近接する側に配置されている。対して、透明基板３７は、表示パネルＰＮＬから離れる側に配置されている。透明基板３１、３７は、離間して互いに対向配置されている。透明基板３１、３７は、光変調層３４を支持するものであり、一般に、可視光に対して透明な基板、例えば、ガラス板や、プラスチックフィルムによって構成されている。

一対の電極３２、３６のうち下側電極３２は、透明基板３１の光変調層３４側の表面上に配置されたものであり、例えば、面内全体に渡って形成された単一のシート状の電極である。上側電極３６は、透明基板３７の光変調層３４側の表面上に配置されたものであり、図示した断面の例では、開口部ＡＰを有し面内方向で不連続に形成されている。上側電極３６は、例えば、透明基板３７側に配置された光吸収層３６−２と、光吸収層３６−２の透明基板３１に近接する側に配置された反射層３６−１と、を備えている。
下側電極３２は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）や、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ；Indium Zinc Oxide）などの透明な導電性材料からなる。透明な導電性材料は、可能な限り可視光の吸収が小さい材料であることが好ましい。反射層３６−１は、光反射性を有し、光変調層３４側から上側電極３６へ入射する光を反射する。反射層３６−１は、例えばアルミニウムやチタンなどの金属材料によって構成されている。光吸収層３６−２は、可視光を吸収する光吸収性を有し、透明基板３７側から上側電極３６へ入射する光（外光）を反射する。光吸収層３６−２は、例えば黒色樹脂によって構成されている。反射層３６−１および光吸収層３６−２は、少なくとも一方が導電性を備えている。なお、上側電極３６は、光吸収層３６−２が導電性を有している場合、反射層３６−１を省略することができる。

図示した上側電極３６は、図示しない領域で連続しており、互いに同電位となる。光変調素子３０を光変調素子３０の法線方向から見たときに、上側電極３６のうち連続な部分と対向する箇所の光変調素子３０が光変調セル３０−１を構成している。上記の連続な部分は、図４に後述する部分電極３６Ａに相当し、１つの光変調セル３０−１は、光変調素子３０の１つの部分電極３６Ａと対向する部分に相当する。光変調セル３０−１は、下側電極３２および部分電極３６Ａに所定の電圧を印加することにより別個独立に駆動することの可能な部位であり、下側電極３２および部分電極３６Ａに印加される電圧値の大きさに応じて、光源２０からの光に対して透明性を示したり、散乱性を示したりする。なお、透明性、散乱性については、光変調層３４を説明する際に詳細に説明する。

配向膜３３，３５は、電極３２，３６と光変調層３４との間に配置され、例えば、光変調層３４に用いられる液晶やモノマーを配向させるものである。配向膜の種類としては、例えば、垂直配向膜および水平配向膜があるが、図示した構成例では、配向膜３３，３５には水平配向膜が用いられる。水平配向膜としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの樹脂膜を配向処理することにより形成された配向膜が挙げられる。配向処理は、例えばラビング処理や光配向処理などである。透明基板３１，３６としてプラスチックフィルムを用いる場合には、透明基板３１，３６の変形を抑制する観点から、製造工程において、透明基板３１，３６の表面に配向膜３３，３５を塗布した後の焼成温度ができるだけ低いことが好ましい。このため、配向膜３３，３５として、１００℃以下の温度で形成可能なポリアミドイミドを用いることが好ましい。

また、垂直、水平いずれの配向膜においても、液晶とモノマーを配向させる機能があれば十分である。また、配向膜３３，３５を用いなくても、例えば、下側電極３２および上側電極３６間に電場や磁場を印加することによっても、光変調層３４に用いられる液晶やモノマーを配向させることが可能である。つまり、下側電極３２および上側電極３６間に電場や磁場を印加させながら、紫外線を照射してモノマーを重合することで、電圧印加状態での液晶やモノマーの配向状態を固定させることができる。液晶やモノマーの配向に電圧を用いる場合には、配向用と駆動用とで別々の電極を形成するか、液晶材料に周波数によって誘電率異方性の符号が反転する二周波液晶などを用いることができる。また、液晶やモノマーの配向に磁場を用いる場合、液晶やモノマーとして磁化率異方性の大きい材料を用いることが好ましく、例えば、ベンゼン環の多い材料を用いることが好ましい。

光変調層３４は、一対の透明基板３１，３７の間に配置されている。光変調層３４は、電極３２，３６によって生じる電場の大きさや向きに応じて、光源２０からの光に対して全体的もしくは部分的に散乱性もしくは透明性を示すものである。具体的には、光変調層３４は、下側電極３２および上側電極３６に電圧が印加されていない時に光源２０からの光に対して透明性を示し、下側電極３２および上側電極３６に電圧が印加されている時に光源２０からの光に対して散乱性を示すものである。光変調層３４は、例えば、バルク３４Ａと、バルク３４Ａ内に分散された微粒子状の複数の微粒子３４Ｂとを含んだ複合層となっている。バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂは光学異方性を有している。微粒子３４Ｂは第１領域に相当し、バルク３４Ａは第２領域に相当する。

バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂは、電場に対する応答速度が互いに異なっている。バルク３４Ａは、例えば、電場に対して応答しない筋状構造もしくは多孔質構造となっているか、または微粒子３４Ｂの応答速度よりも遅い応答速度を有する筋状構造もしくは棒状構造となっている。バルク３４Ａは、例えば、低分子モノマーを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。バルク３４Ａは、例えば、配向膜３３，３５の配向方向に沿って配向した、配向性および重合性を有する材料（例えばモノマー）を熱および光の少なくとも一方によって重合させることにより形成されている。

一方、微粒子３４Ｂは、例えば、液晶材料を主に含んで構成されており、バルク３４Ａの応答速度よりも十分に早い応答速度を有している。微粒子３４Ｂ内に含まれる液晶材料（液晶分子）は、例えば棒状分子である。微粒子３４Ｂ内に含まれる液晶分子として、正の誘電率異方性を有するもの（いわゆるポジ型液晶）を用いることが好ましい。バルク３４Ａが筋状構造または棒状構造となっている場合、微粒子３４Ｂの液晶分子は、例えばバルク３４Ａの筋状構造または棒状構造の長軸方向（配向方向）と平行に配向する。

上記した、バルク３４Ａを形成する配向性および重合性を有するモノマーとしては、光学的に異方性を有しており、かつ液晶と複合する材料であればよいが、本実施の形態では紫外線で硬化する低分子モノマーであることが好ましい。電圧無印加の状態で、液晶材料と、低分子モノマーを重合化することにより形成されたもの（高分子材料）との光学的異方性の方向が一致していることが好ましいので、紫外線硬化前において、液晶材料と低分子モノマーが同一方向に配向していることが好ましい。微粒子３４Ｂとして液晶材料が用いられる場合に、その液晶材料が棒状分子であるときには、使用するモノマー材料の形状も棒状であることが好ましい。以上のことから、モノマー材料としては重合性と液晶性を併せ持つ材料を用いることが好ましく、例えば、重合性官能基として、アクリレート基、メタクリレート基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基およびエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも１つの官能基を有することが好ましい。これらの官能基は、紫外線、赤外線または電子線を照射したり、加熱したりすることによって重合させることができる。紫外線照射時の配向度低下を抑制するために、多官能基をもつ液晶性材料を添加することもできる。バルク３４Ａを上述した筋状構造とする場合には、バルク３４Ａの原料として、２官能液晶性モノマーを用いることが好ましい。また、バルク３４Ａの原料に対して、液晶性を示す温度の調整を目的に単官能モノマーを添加したり、架橋密度向上を目的に３官能以上のモノマーを添加したりすることもできる。

図３は、図１に図示した照明装置の構成を示す図である。
光源２０は、例えば、複数の点状光源２３を第２方向Ｙに一列に配置して構成されている。各点状光源２３は、光入射面３０Ａに向かって光を射出するようになっており、例えば、光入射面３０Ａとの対向面に発光スポットを有する発光素子からなる。そのような発光素子としては、例えば、ＬＥＤ、または、レーザダイオード（ＬＤ；Laser Diode）などが挙げられる。

複数の点状光源２３は、例えば、２個以上の点状光源２３ごとに、共通の基板２４上に配置されていてもよい。この場合、１つの基板２４と、その基板２４上に配置された複数の点状光源２３とにより、光源ブロック２５が構成されている。基板２４は、例えば、点状光源２３と駆動回路５０とを電気的に接続する配線が形成された回路基板であり、各点状光源２３は、この回路基板上に実装されている。共通の基板２４上に配置された各点状光源２３（光源ブロック２５内の各点状光源２３）は、駆動回路５０によって一括で（非独立に）駆動されるようになっており、例えば、図示しないが、互いに並列に、または互いに直列に、接続されている。また、互いに異なる基板２４上に配置された点状光源２３（各光源ブロック２５内の点状光源２３）は、例えば、駆動回路５０によって互いに独立に駆動されるようになっており、例えば、互いに異なる電流経路に接続されている。互いに異なる基板２４上に設けられた点状光源２３（各光源ブロック２５内の点状光源２３）は、例えば、図示しないが、互いに並列または直列に接続されており、例えば、駆動回路５０によって一括で（非独立に）駆動されるようになっていてもよい。光源２０は、光変調素子３０の１つの側面にだけ設けられていてもよいし、光変調素子３０の２つの側面（例えば互いに対向する２つの側面）に設けられていてもよい。

図４は、図２に図示した電極の構成を示す図である。
上側電極３６は、例えば、複数の帯状の部分電極３６Ａを互いに並列配置したものである。部分電極３６Ａは、例えば、第２方向Ｙ、すなわち光入射面３０Ａと平行な方向に延在し、第１方向Ｘ、すなわち光入射面３０Ａと直交する方向に配列されている。各部分電極３６Ａは、互いに電気的に分離されており、個別独立に電圧を印加される。なお、複数の部分電極３６Ａは、互いに電気的に接続されていてもよい。一方、下側電極３２は、例えば、光変調層３４を介して複数の部分電極３６Ａと第３方向Ｚで対向するシート状の電極である。
上側電極３６および下側電極３２の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、下側電極３２は、並列配置された複数の部分電極で構成されていてもよい。なお、図示を省略するが、光変調層３４に電場を形成する一対の電極は、両方とも光変調層３４の同じ側に配置されていてもよい。このような一対の電極は、例えば、第１方向Ｘまたは第２方向Ｙに交互に配列され、光変調層３４にＸ−Ｙ平面と平行な横電場を形成する。

図５は、図４に図示した上側電極の構成を示す図である。
部分電極３６Ａは、複数の開口部ＡＰを備えている。開口部ＡＰは、図示した例では四角形状となっているが、特に限定されるものではなく、円形状、楕円形状、または多角形状となっていてもよい。開口部ＡＰの密度（部分電極３６Ａのうち単位面積当たりの開口部ＡＰの占有率）は、例えば各部分電極３６Ａにおいて等しいが、各部分電極３６Ａにおいて異なっていてもよい。開口部ＡＰの密度は、開口部ＡＰの径および数を変化させることで、制御される。なお、開口部ＡＰの密度は、部分電極３６Ａのパターン密度（部分電極３６Ａのうち単位面積当たりの開口部ＡＰ以外の部分の占有率）より高いことが望ましい。そうすることで、表示装置１は、表示パネルＰＮＬに表示された画像の、光変調素子３０における透過率を向上させることができる。

図６は、電圧が印加されていない状態の光変調層を模式的に示す図である。
図６は、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されていない場合の、バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂ内の配向状態の一例を模式的に表したものである。

楕円体１３４Ａは、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されていない時の、バルク３４Ａの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。楕円体１３４Ｂは、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されていない時の、微粒子３４Ｂの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。この屈折率楕円体は、様々な方向から入射した直線偏光の屈折率をテンソル楕円体で表したものであり、光が入射する方向からの楕円体の断面を見ることによって、幾何的に屈折率を知ることができるものである。

バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂは、例えば、下側電極３２および上側電極３６間に電圧が印加されていない時に、バルク３４Ａの光学軸ＡＸ１（具体的には楕円体１３４Ａの長軸）および微粒子３４Ｂの光学軸ＡＸ２（具体的には楕円体１３４Ｂの長軸）の向きが互いに一致する（平行となる）構成となっている。なお、光学軸ＡＸ１，ＡＸ２とは、偏光方向によらず屈折率が１つの値になるような光線の進行方向と平行な線を指している。また、下側電極３２および上側電極３６間に電圧が印加されていない時に、光学軸ＡＸ１および光学軸ＡＸ２の向きは常に互いに一致している必要はなく、光学軸ＡＸ１の向きと光学軸ＡＸ２の向きとが、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよい。

図７は、図６に図示した状態の光変調層の平面および断面を示す図である。
下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されていない時に、光学軸ＡＸ２は、光変調素子３０の光入射面３０Ａと平行（またはほぼ平行）となると共に、光照射面３０Ｂと平行（またはほぼ平行）となっている。つまり、下側電極３２および上側電極３６間に電圧が印加されていない時に、光学軸ＡＸ２は、部分電極３２Ａまたは上側電極３６を含む面と平行（またはほぼ平行）となっており、かつ部分電極３２Ａの延在方向と平行（またはほぼ平行）となっている。

一方、光学軸ＡＸ１は、光変調素子３０の光入射面３０Ａと平行（またはほぼ平行）となると共に、光照射面３０Ｂと平行（またはほぼ平行）となっている。つまり、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されていない時に、光学軸ＡＸ１は、光学軸ＡＸ２と平行（またはほぼ平行）となっている。

ここで、バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂの常光屈折率が互いに等しく、かつバルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂ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、部分電極３２Ａおよび上側電極３６間に電圧が印加されていない時には、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、正面方向に向かう光および斜め方向に向かう光は、光変調層３４内で散乱されることなく、光変調層３４を透過する。

図８は、電圧が印加されている状態の光変調層を模式的に示す図である。
図８は、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時の、バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂ内の配向状態の一例を模式的に表したものである。

楕円体１３４Ａは、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時の、バルク３４Ａの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。楕円体１３４Ｂは、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時の、微粒子３４Ｂの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。

また、バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂは、例えば、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時には、光学軸ＡＸ１および光学軸ＡＸ２の向きが互いに異なる（交差もしくは直交する）構成となっている。

図９は、図８に図示した状態の光変調層の平面および断面を示す図である。
微粒子３４Ｂは、例えば、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時に、光学軸ＡＸ２が光変調素子３０の光入射面３０Ａと平行（もしくはほぼ平行）となると共に光照射面３０Ｂの法線と平行（もしくはほぼ平行）となる構成となっている。つまり、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時に、光学軸ＡＸ２は、下側電極３２または部分電極３６Ａを含む面と直交（もしくはほぼ直交）している。

一方、バルク３４Ａは、下側電極３２および部分電極３６Ａ間への電圧印加の有無に拘らず、光学軸ＡＸ１が一定となる構成となっている。すなわち、光学軸ＡＸ１は、光入射面３０Ａと平行（またはほぼ平行）となると共に、光照射面３０Ｂと平行（またはほぼ平行）となっている。つまり、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時に、光学軸ＡＸ１は、光学軸ＡＸ２と直交（またはほぼ直交）となっている。

したがって、下側電極３２および部分電極３６Ａ間に電圧が印加されている時には、光変調層３４において、バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂの間で屈折率差が生じ、散乱性が得られる。これにより、例えば、正面方向に向かう光および斜め方向に向かう光は、光変調層３４内で散乱される。

このように、微粒子３４Ｂ内の液晶分子は電圧の印加、無印加に応じて上述したような変化を示すが、この変化の過程で、バルク３４Ａは電圧変化に対して応答せず、バルク３４Ａの筋状構造の長軸方向は、配向膜３３，３５の配向処理方向ＡＬ（光入射面３０Ａと平行な方向）を向いている。そのため、下側電極３２および上側電極３６間に電圧が印加されている時には、光源２０から出力され、光変調層３４内を伝播する光は、バルク３４Ａの筋状構造の短軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期で、微粒子３４Ｂの異常光屈折率とバルク３４Ａの常光屈折率との差を感じながら伝播する。その結果、光変調層３４内を伝播する光は、光変調層３４の厚さ方向に大きく散乱し、光入射面３０Ａと平行な方向にはあまり散乱しない。つまり、光変調層３４は、光源２０から出力され、光変調層３４内を伝播する光に対して異方性散乱を示す。

なお、バルク３４Ａの屈折率差（＝異常光屈折率−常光屈折率）や、微粒子３４Ｂの屈折率差（＝異常光屈折率−常光屈折率）は、できるだけ大きいことが好ましく、０．０５以上であることが好ましく、０．１以上であることがより好ましく、０．１５以上であることがさらに好ましい。バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂの屈折率差が大きい場合には、光変調層３４の散乱能が高くなり、導光条件を容易に破壊することができ、光変調素子３０からの光を取り出しやすいからである。

図１０は、光変調素子における光の挙動を示す図である。
光源２０からの光Ｌ1（斜め方向からの光）は、光変調素子３０内で透明となった透過部分３０Ｔにおいて、界面（透明基板３１，３７と空気との界面）において全反射され、光変調素子３０内を導光される。この結果、透過部分３０Ｔの光照射面３０Ｂの輝度は、光変調素子３０が光変調層３４を備えていない導光板である場合（図中の一点鎖線）と比べて下がる。

光Ｌ1は、光変調素子３０内で散乱状態となった散乱部分３０Ｓにおいて光入射面３０Ａと平行な方向に散乱される。光照射面３０Ｂ側に散乱された光は、界面（透明基板３１と空気との界面）を透過し、上側電極３６側に散乱された光は、反射層３６−１で光照射面３０Ｂ側へ反射される。従って、散乱部分３０Ｓの光照射面３０Ｂの輝度は、光変調素子３０が光変調層３４を備えていない導光板である場合（図８中の一点鎖線）と比べて極めて高くなり、しかも、透過部分３０Ｔの輝度が低下した分だけ、部分的な白表示の輝度（輝度突き上げ）が大きくなる。

照明装置１０は、部分電極３６Ａに対向する領域である光変調セル３０−１ごとに透過部分３０Ｔと散乱部分３０Ｓとを切り替えることができる。すなわち、照明装置１０は、光変調素子３０の主面内に複数の部分を有し、この部分ごとに所定輝度で表示パネルＰＮＬを照明する。

図１１は、高明度部分を局所的に照明する場合の照明装置の動作を示す図である。
本構成例において、照明装置１０は、光源ブロック２５および光変調素子３０により、光照射面３０Ｂから出射する光の輝度分布を２次元で調整することが可能なローカルディミングを実現することができる。このようなローカルディミングの利用例について説明する。

図示した例では、照明装置１０は、光変調素子３０の照明可能な照明領域Ａに、サブエリアＳＢ１乃至ＳＢ６を有している。サブエリアＳＢ１乃至ＳＢ６は、それぞれ光変調セル３０−１に対応する領域であり、個別独立に透過部分３０Ｔと散乱部分３０Ｓとを切り替えることができる。照明領域Ａに対応する領域に表示される画像に周囲よりも明度が高い高明度部分ＨＢが含まれる場合、この高明度部分ＨＢに対応する位置を高輝度で照明するように、各光源ブロック２５および光変調素子３０を制御する。
図示した例においては、高明度部分ＨＢの第１方向Ｘにおける位置に対応した光源ブロック２５が点灯（オン）され、他の光源ブロック２５が消灯（オフ）されている。これにより、光変調素子３０内の点灯した光源ブロック２５に対応する領域には光が導光され、他の領域には光が導光されない。さらに、高明度部分ＨＢの第２方向Ｙにおける位置に対応したサブエリアＳＢ３，ＳＢ４，ＳＢ５が図１０で上述した散乱部分３０Ｓとなり、他のサブエリアＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ６が図１０で上述した透過部分３０Ｔとなるように、光変調素子３０が制御される。すなわち、光変調素子３０は、照明領域Ａにおいて光が導光されている領域の部分ごとに光の散乱強度を変更する。これにより、照明装置１０から出射される光は、高明度部分ＨＢの近辺において輝度が高く、他の部分において輝度が低くなる。
図示した例において、高明度部分ＨＢと重なる面積が最も大きいサブエリアＳＢ４が第１散乱強度Ｉ１となり、サブエリアＳＢ４よりも高明度部分ＨＢと重なる面積が小さいサブエリアＳＢ３，ＳＢ５が第１散乱強度Ｉ１よりも低い第２散乱強度Ｉ２（Ｉ１＞Ｉ２）となり、高明度部分ＨＢと重ならないサブエリアＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ６が第２散乱強度Ｉ２よりも低い第３散乱強度Ｉ３（Ｉ２＞Ｉ３）となるように光変調素子３０が制御されている。図１１においては、ハッチングの種類によりこれらの散乱強度を表している。このように、サブエリアＳＢの散乱強度を多段階で制御することで、より細やかに表示画像のコントラストを調整することができる。

図１２は、表示パネルの構成例の断面を示す図である。ここでは、説明に必要な構成のみを図示している。
表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２、液晶層ＬＣ、および、光学素子ＯＤを備えている。第２基板ＳＵＢ２は、第１基板ＳＵＢ１と対向配置されており、第１基板ＳＵＢ１よりも光変調素子３０に近接する側に配置されている。

第１基板ＳＵＢ１は、第１絶縁基板１００、画素電極ＰＥ、第１配向膜ＡＬ１などを備えている。図示しないが、第１基板ＳＵＢ１は、各種配線に加えて、画素電極ＰＥへの電圧の印加を制御するスイッチング素子などを備えている。画素電極ＰＥは、第１絶縁基板１００の第２基板ＳＵＢ２と対向する側に位置している。画素電極ＰＥは、反射電極に相当し、アルミニウムや銀などの光反射性を有する金属材料によって形成された反射層を含んでいる。第１配向膜ＡＬ１は、画素電極ＰＥを覆っている。

第２基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基板２００、遮光層ＢＭ、カラーフィルタ層ＣＦ、オーバーコート層ＯＣ、共通電極ＣＥ、第２配向膜ＡＬ２などを備えている。
遮光層ＢＭは、第２絶縁基板２００の第１基板ＳＵＢ１と対向する側に位置している。図示した例では、遮光層ＢＭは、隣り合う画素電極ＰＥの隙間に対向している。カラーフィルタ層ＣＦは、第２絶縁基板２００の第１基板ＳＵＢ１と対向する側に位置し、それらの一部が遮光層ＢＭと重なっている。カラーフィルタ層ＣＦは、詳述しないが、例えば、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、および、青色カラーフィルタを含んでいる。赤色カラーフィルタは、赤色を表示する画素に配置される。緑色カラーフィルタは、緑色を表示する画素に配置される。青色カラーフィルタは、青色を表示する画素に配置される。なお、カラーフィルタ層ＣＦは、白色などの他の色のカラーフィルタ、あるいは、透明層を含んでいても良い。

オーバーコート層ＯＣは、カラーフィルタ層ＣＦを覆っている。共通電極ＣＥは、オーバーコート層ＯＣの第１基板ＳＵＢ１と対向する側に位置している。共通電極ＣＥは、複数の画素電極ＰＥと対向している。共通電極ＣＥは、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。第２配向膜ＡＬ２は、共通電極ＣＥを覆っている。

なお、第２基板ＳＵＢ２において、互いに異なる色を表示する画素の境界においては、異なる色の複数のカラーフィルタが積層されることで、透過率を低減することができるため、遮光層ＢＭを省略しても良い。モノクロ表示タイプの表示パネルＰＮＬにおいては、カラーフィルタ層ＣＦは省略することができる。

液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間に位置した液晶分子ＬＭを含んでいる。液晶分子ＬＭは、第１配向膜ＡＬ１および第２配向膜ＡＬ２の配向規制力により、所定の方向へ初期配向している。

光学素子ＯＤは、第２基板ＳＵＢ２の光変調素子３０に近接する側に配置されている。光学素子ＯＤは、例えば、位相差板ＲＴ、偏光板ＰＬなどを備えている。位相差板ＲＴは、１／４波長板としての機能を有している。一例では、位相差板ＲＴは、１／４波長板と１／２波長板とを積層した積層体であり、波長依存性を低減し、カラー表示に利用される波長範囲において所望の位相差が得られるように構成されている。偏光板ＰＬの透過軸は、バルク３４Ａの筋状構造の長軸と平行な方向に延在している。すなわち、偏光板ＰＬの透過軸は、第２方向Ｙに延在している。

次に、図示した反射型液晶表示装置の動作について説明する。なお、オン状態とは、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥに電圧が印加された状態であり、オフ状態とは、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥに電圧が印加されていない状態であるものとする。
光変調素子３０内を導光された光Ｌ１は、散乱部分３０Ｓで散乱され、光照射面３０Ｂから出射される。偏光板ＰＬの透過軸とバルク３４Ａの筋状構造の長軸とが互いに平行である場合、光変調層３４で散乱された光Ｌ１は、偏光板ＰＬの透過軸と平行な方向に偏光している。光照射面３０Ｂから出射された光Ｌ１は、偏光板ＰＬを透過する際に偏光度が向上して直線偏光となる。その後、光Ｌ１は、位相差板ＲＴを透過する際に円偏光となる。第２基板ＳＵＢ２を透過する際にカラーフィルタ層ＣＦで着色された光Ｌ１は、液晶層ＬＱを透過して画素電極ＰＥで反射され、第２基板ＳＵＢ２へ向かう。例えば、表示パネルＰＮＬは、オフ状態の時に液晶層ＬＱを透過する光Ｌ１の位相を変化させず、オン状態の時に液晶層ＬＱを透過する光Ｌ１の位相を変化させる。オフ状態の場合、画素電極ＰＥで反射された光Ｌ１は、位相差板ＲＴを透過する際に偏光板ＰＬの透過軸と直交する方向に偏光した直線偏光となり、偏光板ＰＬを透過しない。オン状態の場合、画素電極ＰＥで反射された光Ｌ１は、液晶層ＬＱで位相が変化しているため、位相差板ＲＴを透過しても偏光板ＰＬの透過軸と直交する方向に偏光しておらず、偏光板ＰＬを透過する。なお、画素電極ＰＥで反射された光Ｌ１は、拡散範囲の拡大、虹色の防止などの目的のために散乱されることが望ましい。例えば、光学素子ＯＤに散乱層が配置され、画素電極ＰＥで反射された光Ｌ１は、散乱層によって散乱されてもよい。一方で、図示したように、光Ｌ１は、散乱部分３０Ｓで散乱されるため、光学素子ＯＤは、散乱層を備えていなくてもよい。なお、光学素子ＯＤの構成は、図示した例に限らす、他の光学機能層を備えていてもよい。

本実施形態によれば、表示装置１は、反射型の表示パネルＰＮＬと、表示パネルＰＮＬの表示面側に配置された照明装置１０とを備えている。照明装置１０は、光変調素子３０と、光変調素子３０の側面に配置され光変調素子３０の内部へ光Ｌ１を出射する光源２０と、を備えている。照明装置１０は、光変調素子３０に、電極３２，３６に印加される電圧に応じて散乱性もしくは透過性を示す光変調層３４を備え、光変調素子３０から表示パネルへ出射される光の輝度を部分ごとに変更する。このため、表示装置１は、一様な輝度分布の光が表示パネルＰＮＬに入射する場合に比べ、高明度部分ＨＢとその周囲とのコントラストを高めることができる。従って、本実施形態によれば、表示品位の向上が可能な表示装置１を提供することができる。

照明装置１０は、複数の光源ブロック２５および複数の光変調セル３０−１（サブエリアＳＢ）を備えている。光源ブロック２５は、第２方向Ｙに並んでいる。光変調セル３０−１は、第２方向Ｙに延在し第１方向Ｘに並んでいる部分電極３６Ａに対応する領域である。光源２０に備えられた光源ブロック２５が全て一括で駆動される場合、照明装置１０は、光変調セル３０−１の散乱性を制御することで、光照射面３０Ｂから出射される光Ｌ１の輝度分布を調整する１次元ローカルディミングが可能となる。一方、光源２０に備えられた光源ブロック２５が個別独立に駆動される場合、交差する方向に並ぶ光源ブロック２５および光変調セル３０−１を制御することで、２次元ローカルディミングが可能となる。すなわち、照明装置１０は、１次元ローカルディミングに比べて、よりピンポイントで高明度部分ＨＢを照明することが可能となり、表示装置１のコントラストを高めることができる。また、全ての光源ブロック２５を常時点灯させるのではなく、表示に必要なものを点灯させ他を消灯させることができるので、表示装置１の消費電力を低減することが可能となる。

光変調層３４は、液晶材料を含む第１領域（微粒子３４Ｂ）と、高分子材料を含む第２領域（バルク３４Ａ）とで構成されている。オフ状態のとき、第１領域の光学軸ＡＸ２は、第２領域の光学軸ＡＸ１と平行である。第１領域および第２領域の屈折率楕円体１３４Ａ，１３４Ｂが同じ形状をしているため、光変調層３４は、オフ状態で透明性を示し、オン状態で散乱性を示す。例えば、表示装置１が画像を表示するのに充分な外光が存在しない場合に照明装置１０を補助的に点灯する。照明装置１０の点灯が必要でない場合はオフ状態を維持し、必要な場合だけ電極３２，３６に電圧を印加してオン状態にすればいいので、表示装置１の消費電力を低減することができる。

光変調素子３０の上側電極３６は、光吸収層３６−２と、光吸収層３６−２よりも第１透明基板３１に近接する側に配置された反射層３６−１と、を備えている。光吸収層３６−２は、反射層３６−１における外光の反射を抑制することができるため、表示装置１は、外光反射のぎらつきによる表示品位の低下を抑制することができる。また、反射層３６−１は、光変調層３４において散乱された光のうち、表示パネルＰＮＬとは反対の方向へ散乱された光を表示パネルＰＮＬの方向へ反射することができ、光源２０から出射された光Ｌ１の利用効率を向上させることができる。すなわち、表示装置１は、消費電力を低減することができる。

オフ状態の場合、光学軸ＡＸ１，ＡＸ２は、光源２０から光変調素子３０への光Ｌ１の入射面と平行であり、電極３２，３６と光変調層３４との間に配置された水平配向膜３３，３５の配向規制力によって光照射面３０Ｂと平行である。電極３２，３６は、光変調層３４を介して対向しており第１領域の液晶材料がポジ型液晶分子であるため、オフ状態の場合、光学軸ＡＸ２は、光変調層３４の主面（ＸＹ平面）に垂直な厚さ方向に延在する。オン状態の光変調層３４の散乱異方性は、光変調層３４の主面に垂直な厚さ方向の散乱が、光変調層３４の主面に平行な方向の散乱よりも大きいため、光源２０から出射された光Ｌ１は、散乱部分３０Ｓで効率的に表示パネルＰＮＬの方向へ散乱されることができ、表示装置１は、消費電力を低減することができる。

第２領域は、第２方向Ｙに長軸を有する筋状構造となっている。このとき、散乱部分３０Ｓでは、筋状構造の長軸と平行な方向に偏光した光が散乱される。このため、光源２０から出射される光Ｌ１が第２方向Ｙに偏光している場合、散乱部分３０Ｓにおける散乱強度を向上させることができる。また、表示パネルＰＮＬに配置された偏光板ＰＬの透過軸が筋状構造の長軸と平行である場合、偏光板ＰＬにおける光の損失を低減することができる。

次に本実施形態における電極３２，３６の構成の変形例について説明する。なお、このような変形例においても、上記した構成例と同様の効果を得ることができる。

図１３は、電極の構成の第１変形例を示す図である。
本変形例は、下側電極３２が複数の部分電極３２Ａを有している点で、図４に図示した構成例と相違している。

部分電極３２Ａは、部分電極３６Ａと対向している。部分電極３２Ａは、光入射面３０Ａの延在方向である第２方向Ｙに延在し、光入射面３０Ａと直交する第１方向Ｘに並んでいる。部分電極３２Ａ，３６Ａは、それぞれ駆動回路３８に接続されている。駆動回路３８は、部分電極３２Ａ，３６Ａへの印加電圧を制御している。このような変形例においては、下側電極３２が面内全体に渡って形成された単一のシート状の電極である場合と比べて光変調素子３０の透過率を向上させることができ、表示装置１の表示品位を向上させることができる。

図１４は、電極の構成の第２変形例を示す図である。
本変形例は、部分電極３２Ａ，３６Ａが第２方向Ｙで不連続に形成されている点で、図１３に図示した変形例と相違している。

部分電極３２Ａ，３６Ａは、島状に形成され、互いに対向している。また、部分電極３２Ａ，３６Ａは、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙにマトリクス状に配置されている。全ての部分電極３２Ａ，３６Ａは、駆動回路３８に接続されている。このような変形例においては、光源２０の複数の点光源が一括駆動であったとしても、部分電極３２Ａ，３６Ａへの印加電圧の制御のみで２次元ローカルディミングを実現することができる。また、照明が必要な高明度部分ＨＢに対応する部分電極３２Ａ，３６Ａにだけ電圧を印加することができるため、消費電力を低減することができる。さらに、光変調素子３０の主面に対する電極３２，３６の面積が占める割合を低下させることで、光変調素子３０の透過率を向上させることができ、表示装置１の表示品位を向上させることができる。

図１５は、電極の構成の第３変形例を示す図である。
本変形例は、部分電極３２Ａの配列方向が図１３に図示した変形例と相違している。

部分電極３２Ａは、第１方向Ｘに延在し、第２方向Ｙに並んでいる。部分電極３２Ａと部分電極３６Ａとは、それぞれ互いに交差している。本変形例においては、電圧が印加された部分電極３２Ａおよび３６Ａの対向している交差点においてのみ光を散乱させることができるため、光源２０の複数の点光源が一括駆動であったとしても、部分電極３２Ａ，３６Ａへの印加電圧の制御のみで２次元ローカルディミングを実現することができる。

次に、本実施形態における上側電極３６の構成の変形例について説明する。

図１６は、上側電極の構成の第１変形例を示す図である。
本変形例は、開口部ＡＰが円形状である点で、図５に図示した構成例と相違している。

開口部ＡＰは、それぞれの部分電極３６Ａに形成されている。図示した例において、各部分電極３６Ａにおける開口部ＡＰの数および大きさは等しく、開口部ＡＰの密度（部分電極３６Ａのうち単位面積当たりの開口部ＡＰの占有率）は、各部分電極３６Ａにおいて等しい。このような変形例においても、上記した構成例と同様の効果を得ることができる。

図１７は、上側電極の構成の第２変形例を示す図である。
本変形例は、開口部ＡＰの密度が第１方向Ｘで異なっている点で、図１６に図示した変形例と相違している。

開口部ＡＰの密度は、光源２０に近い部分電極３６Ａにおいては密となり、光源２０から離れた部分電極３６Ａにおいては疎となっている。図示した例では、開口部ＡＰの数は、各部分電極３６Ａにおいて等しい。開口部ＡＰの径は、光源２０から離れるにつれ小さくなっている。なお、開口部ＡＰの密度は、開口部ＡＰの数によって制御されていてもよい。すなわち、開口部ＡＰの数は、光源２０から離れるにつれ少なくなっていてもよい。このような変形例においても、図１６に図示した変形例と同様に、上記した構成例と同様の効果を得ることができる。さらに、このような変形例においては、光量の強い光源２０の近くの領域と光量の弱い光源２０から離れた領域とで光変調素子３０から出射される光の輝度を平均化することができるため、輝度ムラによる表示品位の低下を抑制することができる。

次に、本実施形態における光変調素子３０の構成の変形例について説明する。

図１８は、光変調素子の構成の変形例を示す図である。
本変形例は、光変調層３４が高透過部分３４Ｃ（第３領域）を備えている点で、図２に図示した構成例と相違している。

高透過部分３４Ｃは、バルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂよりも光透過率が高く、例えば樹脂材料で形成されている。高透過部分３４Ｃは、隣接する光変調セル３０−１に配置されたバルク３４Ａおよび微粒子３４Ｂの間に配置され、例えば透明基板３７の透明基板３１に近接する側の面に配置されている。高透過部分３４Ｃは、例えば透明基板３７と一体に形成されていてもよい。高透過部分３４Ｃは、配向膜３５で覆われ、配向膜３５を介して配向膜３３と接触している。このような変形例においても、上記した構成例と同様の効果を得ることができる。さらに、光変調層３４の透過率が向上し、表示装置１の表示品位を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位の向上が可能な表示装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…表示装置 １０…照明装置 ２０…光源 ３０…光変調素子 ３０Ｂ…光照射面
３０−１…光変調セル ３１，３７…透明基板 ３３，３５…配向膜
３２…下側電極 ３６…上側電極 ３６−１…反射層 ３６−２…光吸収層
３４…光変調層 ３４Ａ…バルク ３４Ｂ…微粒子

Claims (15)

1. 表示面を有し、前記表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルの表示面側に配置されその主面内に複数の部分を有する光変調素子と、前記光変調素子の側面に配置された光源と、を備え、前記光源から前記光変調素子に入射した光で前記部分毎に所定輝度で前記表示パネルを照明する照明装置と、
   を備えた表示装置。
2. 前記光変調素子は、
   前記表示パネルに近接する側に配置された第１透明基板と、
   前記表示パネルから離れる側に配置された第２透明基板と、
   前記第１および第２透明基板の間に位置する光変調層と、
   前記光変調層に対して電場を印加するための第１電極および第２電極と、を備え、
   前記光変調層は、前記第１および第２電極によって生じる電場の大きさおよび向きに応じて前記光源からの光に対して全体的もしくは部分的に散乱性もしくは透明性を示す、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１および第２電極の少なくとも一方は、前記部分の各々に位置する部分電極を有する、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記部分電極は、第１方向に並び、
   前記光源は、第１方向に交差する第２方向に並んだ複数の点状光源を備えた、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記表示パネルは、前記照明装置に近接する側に配置された偏光板を備え、
   前記光変調層で散乱された光は、前記偏光板の透過軸と平行な方向に偏光している、請求項２に記載の表示装置。
6. 表示面を有し、前記表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルの表示面側に配置された光変調素子と、前記光変調素子の側面に配置された光源と、を備え、前記光源から前記光変調素子に入射した光で前記表示パネルを照明する照明装置と、を備え、
   前記光変調素子は、
   前記表示パネルに近接する側に配置された第１透明基板と、
   前記表示パネルから離れる側に配置された第２透明基板と、
   前記第１および第２透明基板の間に位置する光変調層と、
   前記光変調層に対して電場を印加するための第１電極および第２電極と、を備え、
   前記光変調層は、前記第１および第２電極によって生じる電場の大きさおよび向きに応じて前記光源からの光に対して全体的もしくは部分的に散乱性もしくは透明性を示す、表示装置。
7. 前記第２電極は、前記第２透明基板と前記光変調層との間に位置する反射層と、前記第２透明基板と前記反射層との間に位置し可視光を吸収する光吸収層と、を備えている、請求項２または６に記載の表示装置。
8. 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速度が互いに異なる第１領域および第２領域を有し、
   前記第１領域は、液晶材料を主に含んで構成され、
   前記第２領域は、高分子材料を主に含んで構成されている、請求項２または６に記載の表示装置。
9. 前記表示パネルは、前記照明装置に近接する側に配置された偏光板を備え、
   前記第２領域は、前記偏光板の透過軸と平行な方向に長軸を有する筋状構造となっている、請求項８に記載の表示装置。
10. 前記第１および第２領域は、前記第１および第２電極に電圧が印加されていない場合に互いに平行となる光学軸を有する、請求項８に記載の表示装置。
11. 前記第２領域の前記光学軸は、前記光源から前記光変調素子への光の入射面と平行である、請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記光変調素子は、前記第１および第２電極と前記光変調層との間に水平配向膜を有する、請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記光変調層は、前記光変調層の主面に垂直な厚さ方向の散乱が前記光変調層の主面と平行な方向の散乱よりも大きい異方性散乱特性を有する、請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記第１および第２領域の常光屈折率が互いに等しく、かつ前記第１および第２領域の異常光屈折率が互いに等しい、請求項８に記載の表示装置。
15. 前記光変調層は、さらに、前記第１および第２領域よりも光透過率が高い樹脂材料によって形成された第３領域を有する、請求項８に記載の表示装置。

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