JP2017187542A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過率及び表示品位を向上することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】第１偏光素子と、第２偏光素子と、前記第１偏光素子と前記第２偏光素子との間に位置する光変調層と、前記光変調層を駆動する駆動電極と、を備え、前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々は、複数のサブエリアを備えた有効エリアにおいて、ゲスト−ホスト液晶層と、制御電極と、を備え、前記ゲスト−ホスト液晶層は、可視光に対する吸収性能に異方性を有する色素を含み、前記制御電極は、前記サブエリアの各々において、前記色素の配向方向を制御する、表示装置。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

近年、種々の光学装置が提案されている。一例では、ゲスト−ホスト型液晶セルが適用可能な能動吸収偏光子、第１の静的反射偏光子、能動偏極回転子、及び、第１の静的反射偏光子を備えた電子的調光可能光学装置が提案されている。また、ゲスト−ホスト型液晶セルが適用可能な可変偏光子を備えた反射率可変システムあるいは透過率可変システムも提案されている。このような光学装置において、透過率あるいは透明性を向上することが要求される一方で、黒表示を実現して表示品位を向上することが要求されている。

特表２０１５−５１１３２９号公報 米国特許出願公開第２００５／００５７７０１号明細書

本実施形態の目的は、透過率及び表示品位を向上すること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、
第１偏光素子と、第２偏光素子と、前記第１偏光素子と前記第２偏光素子との間に位置する光変調層と、前記光変調層を駆動する駆動電極と、を備え、前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々は、複数のサブエリアを備えた有効エリアにおいて、ゲスト−ホスト液晶層と、制御電極と、を備え、前記ゲスト−ホスト液晶層は、可視光に対する吸収性能に異方性を有する色素を含み、前記制御電極は、前記サブエリアの各々において、前記色素の配向方向を制御する、表示装置が提供される。

図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示した第１偏光素子１及び第２偏光素子２に適用可能な偏光素子１０の一構成例を示す図である。 図３は、図１に示した第１偏光素子１及び第２偏光素子２の双方に適用される偏光素子１０の他の構成例を示す図である。 図４は、制御電極１３及び１４の構成例を示す平面図である。 図５は、制御電極１３及び１４の他の構成例を示す平面図である。 図６は、図１に示した表示パネル３の一構成例を示す断面図である。 図７は、図６に示した表示パネル３の一構成例を示す図である。 図８は、図７に示した表示パネル３の一構成例を示す断面図である。 図９は、本実施形態の表示装置ＤＳＰに適用される透過モードを説明するための図である。 図１０は、図９に示した透過モードにおける表示装置ＤＳＰの透過率について説明するための図である。 図１１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰに適用される表示モードを説明するための図である。 図１２は、図１１に示した表示モードにおける表示装置ＤＳＰの透過率について説明するための図である。 図１３は、本実施形態の一実施例に係る表示装置ＤＳＰを示す断面図である。 図１４は、本実施形態の他の実施例に係る表示装置ＤＳＰを示す断面図である。 図１５は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの適用例を説明するための断面図である。

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、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す斜視図である。なお、図中の第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していても良い。第３方向Ｚは、表示装置ＤＳＰを構成する光学素子の並び方向に相当する。

表示装置ＤＳＰは、第１偏光素子１、第２偏光素子２、表示パネル３、及び、駆動部ＤＲを備えている。
第１偏光素子１、第２偏光素子２、及び、表示パネル３の各々は、一例では、平板状に構成され、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ−Ｙ平面と平行な主面１Ａ、２Ａ、及び、３Ａを有している。図示した例では、第３方向Ｚは、主面１Ａ、２Ａ、及び、３Ａの各々の法線と平行である。第１偏光素子１及び第２偏光素子２の各々は、自身に入射した光を透過または吸収するように構成されている。すなわち、第１偏光素子１及び第２偏光素子２の各々は、光を透過する透過状態と、光を吸収する吸収状態とを切り替え可能に構成されている。
表示パネル３は、第１偏光素子１と第２偏光素子２との間に位置している。表示パネル３は、例えば光変調層として液晶層を備えた液晶表示パネルであるが、これに限らず、自身を透過する光に対して付与する位相差（あるいは、リタデーション）を可変する機能を有する光変調層、あるいは、自身を透過する光の振動面をＸ−Ｙ平面内で可変する機能を有する光変調層を備えた表示パネルであれば良い。
駆動部ＤＲは、第１偏光素子１、第２偏光素子２、及び、表示パネル３をそれぞれ駆動する。すなわち、駆動部ＤＲは、第１偏光素子１及び第２偏光素子２の各々において、光を透過させる透過状態と、光を吸収させる吸収状態とを切り替え制御する。また、駆動部ＤＲは、表示パネル３において、透過光に対する位相差を制御する。

図２は、図１に示した第１偏光素子１及び第２偏光素子２に適用可能な偏光素子１０の一構成例を示す図である。以下に説明する偏光素子１０は、上記の第１偏光素子１及び第２偏光素子２の双方に適用される構成例である。図２の（ａ）は第１モードに制御された偏光素子１０の断面図であり、図２の（ｂ）は第２モードに制御された偏光素子１０の断面図である。

偏光素子１０は、支持基板１１及び１２、制御電極（第１電極）１３、制御電極（第２電極）１４、配向膜１５及び１６、及び、ゲスト−ホスト液晶層（以下、単に液晶層と称する）１７を備えている。制御電極１３は支持基板１１と配向膜１５との間に位置し、制御電極１４は支持基板１２と配向膜１６との間に位置している。液晶層１７は、配向膜１５と配向膜１６との間、あるいは、制御電極１３と制御電極１４との間に位置している。支持基板１１及び１２は、ガラス基板や樹脂基板などの可視光に対して透明な基板である。制御電極１３及び１４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成されている。液晶層１７は、ゲスト分子として可視光に対する吸収性能（吸収率）に異方性を有する色素（例えば二色性色素）１７Ｇと、ホスト分子としてネマティック液晶の液晶分子１７Ｈとを含んでいる。一例では、色素は、その分子の形状が棒状であり、例えば、アゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素、メリシアニン色素などが好適である。棒状の色素は、分子の長軸方向に振動する偏光成分を、分子の短軸方向に振動する偏光成分よりも強く吸収する吸収性能を有している。このような液晶層１７においては、液晶の配向に付随させて色素を所望の方向に配向させることができる。なお、液晶層１７としては、正の誘電率異方性を有する構成と、負の誘電率異方性を有する構成とのいずれも適用可能である。配向膜１５及び１６としては、液晶分子１７Ｈを主面に平行な方向に配向させる配向規制力を有する水平配向膜であっても良いし、液晶分子１７Ｈを主面の法線に平行な方向に配向させる配向規制力を有する垂直配向膜であっても良い。

以下、液晶層１７が正の誘電率異方性を有し、配向膜１５及び１６が水平配向膜である構成を例に説明する。
図２の（ａ）は、液晶層１７を挟んで対向する制御電極１３及び１４に電圧が印加されていないオフ状態である。このとき、液晶層１７において液晶分子１７Ｈ及び色素１７Ｇは、主面（あるいは、Ｘ−Ｙ平面）に平行な方向に初期配向している。図示した例では、色素１７Ｇは、その長軸が第２方向Ｙと平行な方向を向くように配向している。この場合、色素１７Ｇは、第３方向Ｚに沿って液晶層１７に入射した光のうち、第１方向Ｘと平行な第１偏光成分よりも第２方向Ｙと平行な第２偏光成分を強く吸収する。なお、液晶分子１７Ｈ及び色素１７Ｇの初期配向方向は、配向膜１５及び１６に対する配向処理方向によって決定される。配向膜１５及び１６に対する配向処理としては、ラビング処理や光配向処理などが適用可能である。図示した例では、配向膜１５及び１６の各々の配向処理方向は第２方向Ｙと平行であり、互いに逆向きであっても良いし、同じ向きであっても良い。
図２の（ｂ）は、制御電極１３及び１４に電圧が印加されているオン状態である。このとき、液晶層１７においては制御電極１３及び１４の間で第３方向Ｚに沿った電界が形成される。液晶層１７における液晶分子１７Ｈ及び色素１７Ｇは、これらの長軸が電界と平行な方向を向くように配向する。つまり、液晶分子１７Ｈ及び色素１７Ｇは、主面の法線に平行な方向（すなわち、第３方向Ｚ）に配向している。この場合、色素１７Ｇは、第３方向Ｚに沿って液晶層１７に入射した光のうち、第１偏光成分及び第２偏光成分をほとんど吸収しない。たとえ、色素１７Ｇが光の一部を吸収したとしても、第１偏光成分の吸収性能と第２偏光成分の吸収性能は同等である。

図３は、図１に示した第１偏光素子１及び第２偏光素子２の双方に適用される偏光素子１０の他の構成例を示す図である。図３の（ａ）は第２モードに制御された偏光素子１０の断面図であり、図３の（ｂ）は第１モードに制御された偏光素子１０の断面図である。
図３に示した構成例は、図２に示した構成例と比較して、液晶層１７が負の誘電率異方性を有し、配向膜１５及び１６が垂直配向膜である点で相違している。

図３の（ａ）は、制御電極１３及び１４に電圧が印加されていないオフ状態である。このとき、液晶層１７において液晶分子１７Ｈ及び色素１７Ｇは、主面の法線に平行な第３方向Ｚに初期配向している。この場合、色素１７Ｇは、第３方向Ｚに沿って液晶層１７に入射した光のうち、第１偏光成分及び第２偏光成分をほとんど吸収しない。
図３の（ｂ）は、制御電極１３及び１４に電圧が印加されているオン状態である。このとき、液晶層１７においては制御電極１３及び１４の間で第３方向Ｚに沿った電界が形成される。なお、電界には、第３方向Ｚに対して傾斜した傾斜電界が含まれることが望ましい。このような傾斜電界は、例えば、支持基板１１と液晶層１７との間や支持基板１２と液晶層１７との間などに突起を設けたり、制御電極１３及び１４にスリットを設けたりすることで形成可能である。これらの突起やスリットは、傾斜電界形成部と称する場合がある。また、垂直配向膜に予めラビング処理などによってプレチルトを形成し、制御電極１３及び１４の間に形成される縦方向電界によって、液晶層１７の傾斜方位を制限することで、傾斜電界と類似の効果を持たせることも可能である。液晶層１７における液晶分子１７Ｈ及び色素１７Ｇは、これらの長軸が電界と交差する方向を向くように配向する。つまり、液晶分子１７Ｈ及び色素１７Ｇは、Ｘ−Ｙ平面と平行な方向を向くように配向する。図示した例では、色素１７Ｇは、その長軸が第２方向Ｙと平行な方向を向くように配向し、液晶層１７に入射した光のうち、第１偏光成分よりも第２偏光成分を強く吸収する。

本実施形態では、図２の（ａ）及び図３の（ｂ）に示したように色素１７Ｇを主面に平行な方向に配向させるモードを第１モードとし、図２の（ｂ）及び図３の（ａ）に示したように色素１７Ｇを主面の法線に平行な方向に配向させるモードを第２モードと定義する。但し、第１モードにおいては、すべての色素１７Ｇが完全に主面と平行な方向に配向していなくても良く、液晶層１７に含まれる色素１７Ｇの平均的な吸収性能について、第１偏光成分と第２偏光成分との吸収性能に相違を発現する程度に色素１７Ｇが配向していれば良い。また、第２モードにおいては、すべての色素１７Ｇが完全に主面の法線と平行な方向に配向していなくても良く、液晶層１７に含まれる色素１７Ｇの平均的な吸収性能について、第１偏光成分及び第２偏光成分をほとんど吸収しない、あるいは、第１偏光成分及び第２偏光成分の吸収性能がほぼ同等とみなせる程度に色素１７Ｇが配向していれば良い。このように、一対の制御電極１３及び１４は、その間の液晶層１７に印加する電圧に応じて第１モード及び第２モードを制御する。
ここで、第２モード、すなわち偏光成分によらずほとんど吸収の大きさが変わらない状態では、色素１７Ｇが主面の法線と平行な方向に配向しているほど透過性に優れる。すなわち、透過性を向上するという観点において、図２の（ｂ）に示したように電界で色素１７Ｇを配向させる場合に比べて、図３の（ａ）に示したような垂直配向膜の配向規制力で色素１７Ｇを配向させる方が好ましい。これは、配向膜表面の近傍における色素１７Ｇの配向を電圧によって変えることは容易ではなく、かつ印加する電圧にも実用上の制限がある場合があり、さらには、図３の（ａ）に示した構成例が図２の（ｂ）に示した構成例と比較して、液晶の揺らぎが光学特性に影響しにくいからである。

次に、上記の偏光素子１０に適用可能な制御電極１３及び１４の構成例について説明する。

図４は、制御電極１３及び１４の構成例を示す平面図である。偏光素子１０は、Ｘ−Ｙ平面において、光が透過可能な有効エリアＡＡを備えている。一例では、有効エリアＡＡは、第１方向Ｘに沿った短辺及び第２方向Ｙに沿った長辺を有する長方形状であるが、その形状は図示した例に限らず、他の多角形状であっても良いし、円形状や楕円形状などであっても良い。

図４の（ａ）に示した構成例では、制御電極１３及び１４は、いずれも有効エリアＡＡの全面に亘って途切れることなく延在した単一のシート状電極によって構成されている。上記の通り、制御電極１３及び１４は、液晶層１７を挟んで対向している。駆動部ＤＲは、制御電極１３及び１４の各々と電気的に接続されている。このような構成例では、駆動部ＤＲが制御電極１３及び１４に対して印加する電圧を制御することにより、有効エリアＡＡの全面において液晶層１７の色素１７Ｇの配向方向が制御される。これにより、偏光素子１０は、有効エリアＡＡの全面において上記の第１モード（主として光を透過するモード）と第２モード（主として光を吸収するモード）とを制御ことができる。

図４の（ｂ）に示した構成例は、図４の（ａ）に示した構成例と比較して、偏光素子１０の有効エリアＡＡが帯状の複数のサブエリアＳＡを備えた点で相違している。制御電極１３は、図４の（ａ）に示した構成例と同様に、単一のシート状電極によって構成されている。制御電極１４は、互いに離間した複数の帯状電極１４１乃至１４７によって構成されている。図示した例では、帯状電極１４１乃至１４７の各々は、第１方向Ｘに延在した長方形状であり、第２方向Ｙに間隔をおいて並んでいる。制御電極１３、及び、帯状電極１４１乃至１４７は、互いに対向している。駆動部ＤＲは、制御電極１３と電気的に接続されるとともに、帯状電極１４１乃至１４７の各々と電気的に接続されている。サブエリアＳＡは、制御電極１３と、帯状電極１４１乃至１４７のうちの１つとがＸ−Ｙ平面で重なる重複部に相当する。つまり、図示した例では、各サブエリアＳＡは、第１方向Ｘに延在した帯状の領域である。
なお、帯状電極１４１乃至１４７の各々は、第２方向Ｙに延在し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいても良い。また、ここに示した構成例は、制御電極１３及び１４のうちの一方がシート状電極によって構成され他方が複数の帯状電極によって構成された例に相当するものであり、制御電極１３が複数の帯状電極によって構成され、制御電極１４が単一のシート状電極によって構成されても良い。
このような構成例では、駆動部ＤＲが帯状電極１４１乃至１４７に対して個別に印加する電圧を制御することにより、サブエリアＳＡの各々において色素１７Ｇの配向方向が制御される。これにより、偏光素子１０は、サブエリアＳＡ毎に第１モードと第２モードとを制御することができる。なお、この構成例の偏光素子１０は、帯状電極１４１乃至１４７の全てを一括して駆動することにより、有効エリアＡＡの全面において第１モードと第２モードとを制御することもできる。

図４の（ｃ）に示した構成例は、図４の（ａ）に示した構成例と比較して、偏光素子１０の有効エリアＡＡがマトリクス状の複数のサブエリアＳＡを備えた点で相違している。制御電極１３は、互いに離間した複数の帯状電極１３１乃至１３５によって構成されている。制御電極１４は、互いに離間した複数の帯状電極１４１乃至１４６によって構成されている。図示した例では、帯状電極１３１乃至１３５の各々は、第２方向Ｙに延在し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。また、帯状電極１４１乃至１４６の各々は、第１方向Ｘに延在し、第２方向Ｙに間隔をおいて並んでいる。帯状電極１３１乃至１３５、及び、帯状電極１４１乃至１４６は、互いに対向している。駆動部ＤＲは、帯状電極１３１乃至１３５の各々と電気的に接続されるとともに、帯状電極１４１乃至１４６の各々と電気的に接続されている。サブエリアＳＡは、帯状電極１３１乃至１３５のうちの１つと、帯状電極１４１乃至１４６のうちの１つとがＸ−Ｙ平面で交差する四角形状の交差部に相当する。つまり、図示した例では、サブエリアＳＡは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配列されている。
このような構成例では、駆動部ＤＲが帯状電極１３１乃至１３５及び帯状電極１４１乃至１４６に対して個別に印加する電圧を制御することにより、サブエリアＳＡの各々において色素１７Ｇの配向方向が制御される。これにより、偏光素子１０は、サブエリアＳＡ毎に第１モードと第２モードとを制御することができる。なお、この構成例の偏光素子１０は、帯状電極１３１乃至１３５及び帯状電極１４１乃至１４６の全てを一括して駆動することにより、有効エリアＡＡの全面において第１モードと第２モードとを制御することもできる。

なお、上記の構成例において、サブエリアＳＡの形状は、四角形状に限定されるものではなく、他の多角形状であっても良いし、円形状や楕円形状などであっても良いし、任意の形状とすることができる。このようなサブエリアＳＡの形状を規定する制御電極１３及び１４の形状は、自由に選択することができる。

図５は、制御電極１３及び１４の他の構成例を示す平面図である。図５に示した構成例は、図４に示した構成例と比較して、サブエリアＳＡ１及びＳＡ２が有効エリアＡＡにおいて局所的に形成された点で相違している。すなわち、図４に示した構成例の如く、サブエリアＳＡは、有効エリアＡＡの全面に形成されている必要はなく、光の透過または吸収の制御が必要な領域に任意に設けることができる。
図示した例では、有効エリアＡＡは、サブエリアＳＡ１は、楕円形状の領域であり、一対の制御電極１３１及び１４１が対向する領域に形成され、サブエリアＳＡ２は、長方形状の領域であり、一対の制御電極１３２及び１４２が対向する領域に形成される。このような構成においては、有効エリアＡＡのうち、サブエリアＳＡ１及びＳＡ２では第１モードと第２モードとが制御可能である一方で、サブエリアＳＡ以外のエリアＳＢでは第２モードに維持され、ほとんどの光が透過される。つまり、エリアＳＢは、透過領域に相当する。

なお、図４及び図５に示した構成例においては、偏光素子１０のサブエリアＳＡはパッシブ方式で駆動されたが、アクティブ方式で駆動されても良い。すなわち、偏光素子１０は、サブエリアＳＡ毎にアクティブ素子を備え、制御電極１３及び１４の少なくとも一方がアクティブ素子と電気的に接続されていても良い。この場合、サブエリアＳＡ毎に独立して第１モードと第２モードとが制御可能である。

図６は、図１に示した表示パネル３の一構成例を示す断面図である。ここでは、表示パネル３の一例として、液晶表示パネルについて説明する。
表示パネル３は、第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２、及び、光変調層（液晶層）ＬＣを備えている。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、シール材ＳＥによって接着されている。光変調層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持されている。第１基板ＳＵＢ１は、第１偏光素子１と対向する側に位置している。第２基板ＳＵＢ２は、第２偏光素子２と対向する側に位置している。光変調層ＬＣは、第１偏光素子１と第２偏光素子２との間に位置している。

図７は、図６に示した表示パネル３の一構成例を示す図である。
表示パネル３は、画像を表示する表示エリアＤＡを備えている。表示エリアＤＡは、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを有している。第１基板ＳＵＢ１は、複数の走査線Ｇ（ゲート線ともいう）、及び、走査線Ｇと交差する複数の信号線Ｓ（データ配線あるいはソース線ともいう）を備えている。各走査線Ｇは、表示エリアＤＡの外側に引き出され、走査線ドライバＧＤに接続されている。各信号線Ｓは、表示エリアＤＡの外側に引き出され、信号線ドライバＳＤに接続されている。走査線ドライバＧＤ及び信号線ドライバＳＤは、コントローラＣＮＴに接続されている。コントローラＣＮＴは、表示エリアＤＡに表示される画像のデータに基づいて走査線ドライバＧＤ及び信号線ドライバＳＤを制御する。なお、走査線Ｇ及び信号線Ｓは、不透明な金属材料によって形成されているため、表示パネル３の透過率を向上する観点では、できるだけ細線化されることが望ましい。また、走査線Ｇ及び信号線Ｓでの反射光の表示画像への影響を低減する観点では、走査線Ｇ及び信号線Ｓの表面に反射防止処理が施されることが望ましい。

各画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷ（例えば薄膜トランジスタ）、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥなどを備えている。スイッチング素子ＳＷは、走査線Ｇ及び信号線Ｓに電気的に接続されている。スイッチング素子ＳＷは、トップゲート型及びボトムゲート型のいずれを適用しても良く、また、シングルゲート構造及びダブルゲート構造のいずれを適用しても良い。また、スイッチング素子ＳＷが備える半導体層は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、酸化物半導体などを適用することができる。半導体層への入射光によるリークを低減する観点では、半導体層は、酸化物半導体によって形成されることが望ましい。また、表示パネル３の透過率を向上する観点では、半導体層は、透明酸化物半導体によって形成されることが望ましい。画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷに電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素電極ＰＥと対向している。これらの画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、光変調層ＬＣを駆動する駆動電極として機能する。画素電極ＰＥ及び共通電極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。表示パネル３の透過率を向上する観点では、画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、不透明な金属材料を含まないことが望ましい。

なお、ここでは表示パネル３の詳細な構成については説明を省略するが、表示パネル３の法線方向に沿った縦電界あるいは法線に対して傾斜した傾斜電界を主に利用するモードでは、画素電極ＰＥが第１基板ＳＵＢ１に備えられる一方で、共通電極ＣＥが第２基板ＳＵＢ２に備えられる。また、表示パネル３の主面３Ａ内に沿った横電界を主に利用するモードでは、画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥの双方が第１基板ＳＵＢ１または第２基板ＳＵＢ２に備えられる。

上記の縦電界を利用するモードとしては、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）モード、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＶＡ（Vertical Aligned）モードなどが挙げられる。また、上記の横電界を利用するモードとしては、例えば、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードなどが挙げられる。なお、縦電界を利用するモードと横電界を利用するモードとを組み合わせても良い。

表示パネル３は、一例では、表示エリアＤＡの全域において、第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に向かう光、あるいは、第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かう光を選択的に透過させることで画像を表示する透過表示機能を備えている。なお、表示パネル３は、表示エリアＤＡの一部において、第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に向かう光、あるいは、第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かう光を選択的に反射させることで画像を表示させる反射表示機能を備えていても良い。また、表示エリアＤＡに位置する少なくとも一部の一画素ＰＸが透過表示機能及び反射表示機能の双方を備えていても良い。

図８は、図７に示した表示パネル３の一構成例を示す断面図である。ここでは、横電界を利用する表示モードの一つであるＦＦＳモードを適用した表示パネル３の断面構造について簡単に説明する。図示した例では、表示パネル３は、表示エリアＤＡに、赤色を表示する赤画素ＰＸＲ、緑色を表示する緑画素ＰＸＧ、及び、青色を表示する青画素ＰＸＢを備えているが、その他の色を表示する画素を含んでいても良い。例えば、表示パネル３の透過率を向上する観点では、表示パネル３は、白色を表示する画素または透明の画素を含んでいることが望ましい。

第１基板ＳＵＢ１は、第１絶縁基板１００、第１絶縁膜１１０、共通電極ＣＥ、第２絶縁膜１２０、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３、第１配向膜ＡＬ１などを備えている。共通電極ＣＥは、赤画素ＰＸＲ、緑画素ＰＸＧ、及び、青画素ＰＸＢに亘って延在している。赤画素ＰＸＲの画素電極ＰＥ１、緑画素ＰＸＧの画素電極ＰＥ２、青画素ＰＸＢの画素電極ＰＥ３のそれぞれは、共通電極ＣＥと対向し、それぞれスリットＳＬＡを有している。図示した例では、共通電極ＣＥは第１絶縁膜１１０と第２絶縁膜１２０との間に位置し、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は第２絶縁膜１２０と第１配向膜ＡＬ１との間に位置している。なお、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３が第１絶縁膜１１０と第２絶縁膜１２０との間に位置し、共通電極ＣＥが第２絶縁膜１２０と第１配向膜ＡＬ１との間に位置していても良い。この場合、スリットＳＬＡは、共通電極ＣＥに形成される。
第２基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基板２００、遮光層ＢＭ、カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢ、オーバーコート層ＯＣ、第２配向膜ＡＬ２などを備えている。カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢは、それぞれ光変調層ＬＣを挟んで画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３と対向している。カラーフィルタＣＦＲは赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦＧは緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦＢは青色のカラーフィルタである。
なお、図示した例では、カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢは、第２基板ＳＵＢ２に形成されたが、第１基板ＳＵＢ１に形成されても良い。遮光層ＢＭは、隣接するカラーフィルタ間に位置しているが、表示パネル３の透過率を向上する観点では省略することが望ましい。カラー表示が不要の場合には、カラーフィルタが省略されることで、さらに表示パネル３の透過率を向上することができる。
光変調層ＬＣは、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間に封入されている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、水平配向膜である。
画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電界が形成されていないオフ状態では、光変調層ＬＣに含まれる液晶分子ＬＭは、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の配向規制力により、Ｘ−Ｙ平面と略平行な方向に初期配向している。画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電界が形成されたオン状態では、液晶分子ＬＭは、Ｘ−Ｙ平面内において、初期配向方向とは異なる方向に配向する。液晶分子ＬＭの平均的な配向方向は、電界の大きさ、あるいは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間の電位差に応じて決まる。光変調層ＬＣにおいて、自身を透過する直線偏光に対して付与するリタデーションΔｎ・ｄは、例えば、オフ状態でゼロであり、オン状態の最大値でλ／２である。なお、Δｎは光変調層ＬＣの屈折率異方性であり、ｄは光変調層ＬＣの実質的な厚さ（第３方向Ｚに沿った長さ）であり、λは光変調層ＬＣを透過する光の波長である。つまり、光変調層ＬＣのリタデーションは、電界の大きさ等に応じてゼロからλ／２の範囲で調整可能である。このため、オフ状態の光変調層ＬＣを透過する直線偏光は、その偏光状態を維持したまま表示パネル３を透過する。また、オン状態の光変調層ＬＣを透過する直線偏光は、その偏光軸がＸ−Ｙ平面内で９０度回転した偏光状態の直線偏光に変換される。

図９は、本実施形態の表示装置ＤＳＰに適用される透過モードを説明するための図である。なお、ここでは、第１偏光素子１及び第２偏光素子２の各々が備える複数のサブエリアのうちの１つのサブエリアＳＡ２１及びＳＡ２２に着目して説明する。サブエリアＳＡ２１及びＳＡ２２は、表示パネル３を挟んで対向している。一例では、サブエリアＳＡ２１及びＳＡ２２は、Ｘ−Ｙ平面において重複する位置関係にある。
第１偏光素子１及び第２偏光素子２の各々においては、上記の第２モードに制御され、且つ、第１偏光素子１に含まれる色素２１Ｇ、及び、第２偏光素子２に含まれる色素２２Ｇが、互いに平行な方向に配向している。すなわち、第１偏光素子１に含まれる色素２１Ｇ、及び、第２偏光素子２に含まれる色素２２Ｇは、それぞれの長軸が第３方向Ｚを向くように配向している。

図１０は、図９に示した透過モードにおける表示装置ＤＳＰの透過率について説明するための図である。ここでは、表示装置ＤＳＰにおいて、第１偏光素子１から第２偏光素子２に向かって進行する光の透過率について説明するが、互いに逆向きの光の透過率は実質的に同一である。また、以下の透過率の議論に関しては、各偏光素子における色素の短軸方向における吸収や表示パネルにおける吸収は考慮していない。
表示パネル３に含まれる画素ＰＸ１１及びＰＸ１２は、第１偏光素子１のサブエリアＳＡ２１と、第２偏光素子２のサブエリアＳＡ２２との間に位置している。画素ＰＸ１１におけるリタデーションΔｎ・ｄはゼロであり、画素ＰＸ１２におけるリタデーションΔｎ・ｄはλ／２である。第１偏光素子１に入射した光（例えばランダムな振動面を有する自然光）は、サブエリアＳＡ２１の色素２１Ｇにほとんど吸収されることなく、表示パネル３に入射する。表示パネル３に入射した光は、その一部の振動面を有する成分が画素ＰＸ１１及びＰＸ１２において変調されるものの、そのほとんどが吸収されることなく、第２偏光素子２に入射する。第２偏光素子２に入射した光は、サブエリアＳＡ２２の色素２２Ｇにほとんど吸収されることなく、透過する。このように、透過モードの表示装置ＤＳＰに入射した光は、表示装置ＤＳＰにおいてほとんど吸収されないため、表示装置ＤＳＰを透過する光の透過率Ｔ０は、画素ＰＸ１１及びＰＸ１２のリタデーションにかかわらず、ほぼ１００％である。なお、このような透過モードでは、表示パネル３で画像を表示すべく、各画素に映像信号が書込まれたとしても、その表示画像はほとんど視認されず、透過率の低下を招くことはない。

このように、本実施形態によれば、吸収型の静的な偏光子を備えた表示装置と比較して、表示装置ＤＳＰの第１偏光素子１及び第２偏光素子２が透過モードに制御されることにより、透過率を向上することができる。また、表示装置ＤＳＰにおいて、透過光の吸収がほとんどないため、表示装置ＤＳＰを介して背景を透かして観察したい部分に関して、透明性を向上することができる。

図１１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰに適用される表示モードを説明するための図である。
第１偏光素子１及び第２偏光素子２の各々においては、上記の第１モードに制御され、且つ、第１偏光素子１に含まれる色素２１Ｇ、及び、第２偏光素子２に含まれる色素２２Ｇが、Ｘ−Ｙへ面において互いに垂直な方向に配向している。図示した例では、色素２１Ｇはその長軸が第１方向Ｘを向くように配向し、色素２２Ｇはその長軸が第２方向Ｙを向くように配向している。

図１２は、図１１に示した表示モードにおける表示装置ＤＳＰの透過率について説明するための図である。
まず、第１偏光素子１に入射した光の透過率について述べる。第１偏光素子１においては、色素２１Ｇが第１方向Ｘに配向しているため、第１偏光素子１に入射した光のうち、第１方向Ｘと平行な振動面を有する成分が色素２１Ｇによって吸収され、第２方向Ｙと平行な振動面を有する成分が透過される。このため、第１偏光素子１を透過する光の透過率は約５０％となる。第１偏光素子１を透過した光は、第２方向Ｙに振動面を有する直線偏光となり、表示パネル３に入射する。
表示パネル３に入射した直線偏光のうち、画素ＰＸ１１に入射した光は、画素ＰＸ１１のリタデーションΔｎ・ｄがゼロであるため、その偏光状態を維持したまま表示パネル３を透過する。また、表示パネル３に入射した直線偏光のうち、画素ＰＸ１２に入射した光は、画素ＰＸ１２のリタデーションΔｎ・ｄがλ／２であるため、その偏光軸が回転し、第１方向Ｘに振動面を有する直線偏光に変換され、表示パネル３を透過する。表示パネル３を透過した直線偏光は、第２偏光素子２に入射する。
続いて、第２偏光素子２に入射した光の透過率について述べる。第２偏光素子２においては、色素２２Ｇが第２方向Ｙに配向しているため、第２偏光素子２に入射した光のうち、第２方向Ｙと平行な振動面を有する成分が色素２２Ｇによって吸収され、第１方向Ｘと平行な振動面を有する成分が透過される。ここでは、画素ＰＸ１１を透過した光は、第２方向Ｙに振動面を有する直線偏光であるため、色素２２Ｇによってほとんど吸収される。このため、表示装置ＤＳＰにおいて画素ＰＸ１１を透過した光の透過率ＴＬはほぼゼロとなる。これにより、黒表示（Ｂｋ）が実現される。一方、画素ＰＸ１２を透過した光は、第１方向Ｘに振動面を有する直線偏光であるため、色素２２Ｇによってほとんど吸収されない。このため、表示装置ＤＳＰにおいて画素ＰＸ１２を透過した光の透過率ＴＨは約５０％となる。これにより、白表示（Ｗ）あるいはカラー表示が実現される。したがって、このような表示モードでは、表示パネル３の各画素ＰＸにおいて画像を表示すべく、映像信号が書込まれることにより、表示画像を視認することができる。

このように、本実施形態によれば、透過型の自発光素子を備えた表示装置と比較して、表示装置ＤＳＰの第１偏光素子１及び第２偏光素子２が表示モードに制御されることにより、黒表示を実現することができ、コントラスト比を向上することができる。このため、表示品位を向上することができる。

次に、本実施形態の実施例について説明する。なお、以下の各実施例では、説明の必要な構成のみを図示して説明する。

図１３は、本実施形態の一実施例に係る表示装置ＤＳＰを示す断面図である。第１偏光素子１は、支持基板３１及び３２、制御電極（第１電極）３３、制御電極（第２電極）３４、配向膜３５及び３６、及び、液晶層（ゲスト−ホスト液晶層）３７を備えている。第２偏光素子２は、支持基板４１及び４２、制御電極（第１電極）４３、制御電極（第２電極）４４、配向膜４５及び４６、及び、液晶層（ゲスト−ホスト液晶層）４７を備えている。
表示パネル３は、第１絶縁基板１００、共通電極ＣＥ、絶縁膜１２０、画素電極ＰＥ、第１配向膜ＡＬ１、第２絶縁基板２００、第２配向膜ＡＬ２、及び、光変調層ＬＣを備えている。第１絶縁基板１００は、支持基板３２と対向している。第２絶縁基板２００は、支持基板４１と対向している。第１絶縁基板１００と支持基板３２との間、及び、第２絶縁基板２００と支持基板４１との間には、空気層や透明部材が介在していても良いし、接着剤によって互いに接着されていても良い。

このような実施例によれば、上記の通り、透過率及び表示品位を向上することが可能な表示装置ＤＳＰを提供することができる。

図１４は、本実施形態の他の実施例に係る表示装置ＤＳＰを示す断面図である。図１４に示した実施例は、図１３に示した実施例と比較して、基板数を削減した点で相違している。図示した例では、第１偏光素子１及び第２偏光素子２は、図１３に示した実施例と同一構成であり、表示パネル３の第１絶縁基板及び第２絶縁基板を省略している。
すなわち、表示パネル３の共通電極ＣＥは、支持基板３２の光変調層ＬＣと対向する側に位置し、絶縁膜１２０を介して画素電極ＰＥと対向している。表示パネル３の第２配向膜ＡＬ２は、支持基板４１の光変調層ＬＣと対向する側に位置している。
このような実施例によれば、上記の通り、透過率及び表示品位を向上することが可能な表示装置ＤＳＰを提供することができる。加えて、図１３に示した実施例と比較して、部品点数を削減することができ、コストを削減できるとともに、表示装置ＤＳＰを薄型化することが可能となる。

本実施形態の表示装置ＤＳＰの適用例について、以下に説明する。一例では、表示装置ＤＳＰは、照度計（あるいは外光センサ）を備え、周囲の明るさや表示装置ＤＳＰの背景の明るさ等に応じて透過率を調整することができる。このような透過率の調整に際しては、有効エリアＡＡの全域に亘って均一に行う（全面調光）ことができ、あるいは、有効エリアＡＡ内のサブエリアＳＡ毎に行う（部分調光）ことができる。また、部分調光を行うに際しては、サブエリアＳＡの境界付近に透過率のグラデーションを付与することにより、その視認性を低減することができる。また、表示パネル３に画像を表示するに際しては、表示画像の視認性を向上すべく透過率を調整することができる。また、表示装置ＤＳＰは、カメラで撮像した画像に応じて、有効エリアＡＡ内の必要な領域の調光を行ったり、調光される領域を拡大させたり、縮小させたり、自在に領域の形状を選択したりすることができる。
また、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示した適用例では、表示装置ＤＳＰは、位相差補償層４及び５を備えている。位相差補償層４及び５は、それぞれ、第１偏光素子１と表示パネル３との間、及び、第２偏光素子２と表示パネル３の間に配置されている。このような位相差補償層４及び５は、表示装置ＤＳＰを第３方向Ｚに対して傾斜した斜め方向から観察した場合に、第１偏光素子１及び第２偏光素子２の各サブエリア、及び、表示パネル３の各画素を透過した光の位相差を光学的に補償する。これにより、表示装置ＤＳＰを斜め方向から観察した場合であっても、図１５の（ａ）に示した透過モードにおいて高透過率を得られる視野角を拡大することができ、また、図１５の（ｂ）に示した表示モードにおいて表示品位の良好な画像を観察できる視野角を拡大することができる。図示した例では、位相差補償層４及び５は、表示パネル３を挟んで両側に配置されている。このため、表示装置ＤＳＰを観察する位置が表示パネル３に対して第１偏光素子１側であっても第２偏光素子２側であっても、同等に、透過率及び表示品位を向上することができる。なお、本実施形態の表示装置ＤＳＰにおいては、位相差補償層４及び５のうちの一方のみが配置されていても良く、この場合には、少なくとも一方の側から表示装置ＤＳＰを観察した際に同様の効果が得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、透過率及び表示品位を向上することが可能な表示装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＤＳＰ…表示装置
１…第１偏光素子 ２…第２偏光素子
１０…偏光素子 １３…制御電極（第１電極） １４…制御電極（第２電極）
ＡＡ…有効エリア ＳＡ…サブエリア
１７…ゲスト−ホスト液晶層 １７Ｇ…色素 １７Ｈ…液晶分子
３…表示パネル ＬＣ…光変調層（液晶層） ＰＥ…画素電極 ＣＥ…共通電極

Claims (8)

1. 第１偏光素子と、
   第２偏光素子と、
   前記第１偏光素子と前記第２偏光素子との間に位置する光変調層と、
   前記光変調層を駆動する駆動電極と、を備え、
   前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々は、複数のサブエリアを備えた有効エリアにおいて、ゲスト−ホスト液晶層と、制御電極と、を備え、
   前記ゲスト−ホスト液晶層は、可視光に対する吸収性能に異方性を有する色素を含み、
   前記制御電極は、前記サブエリアの各々において、前記色素の配向方向を制御する、表示装置。
2. 前記制御電極は、前記色素を主面に平行な方向に配向させる第１モードと、前記色素を主面の法線に平行な方向に配向させる第２モードと、を制御する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々において前記第１モードに制御され且つ前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々の前記色素が互いに垂直な方向に配向した表示モードと、前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々において前記第２モードに制御され且つ前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々の前記色素が互いに平行な方向に配向した透過モードと、を有する、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々は、前記ゲスト−ホスト液晶層を挟持する一対の水平配向膜を備えた、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子の各々は、前記ゲスト−ホスト液晶層を挟持する一対の垂直配向膜を備えた、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記制御電極は、第１電極と、第２電極と、を備え、前記ゲスト−ホスト液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、
   前記サブエリアは、前記第１電極と前記第２電極との重複部に位置する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記制御電極は、第１方向に並び第２方向に延出した第１電極と、第２方向に並び第１方向に延出した第２電極と、を備え、
   前記サブエリアは、前記第１電極と前記第２電極との交差部に位置する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記サブエリアは、前記有効エリアにおいてマトリクス状に配置された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。

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