JP2020091389A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、光学装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to optical devices.
複数の画素を有する表示パネルと、この表示パネルの側面に光を照射する光源とを備え、光源からの光を各画素で選択的に散乱させることにより画像を表示する透明表示装置が知られている。このような透明表示装置においては、画像に加え、表示パネルの背景を視認することができる。 A transparent display device that includes a display panel having a plurality of pixels and a light source that irradiates light on the side surface of the display panel, and displays an image by selectively scattering the light from the light source at each pixel is known. There is. In such a transparent display device, the background of the display panel can be visually recognized in addition to the image.
例えば、上記表示パネルを複数重ねて1つの表示装置を構成する場合、積層方向の透過率と、光源からの光の導光性能とを両立することが難しい。すなわち、隣り合う表示パネルの各々の内部において、光が全反射条件を満たしながら導光されるためには、これら表示パネル間の中間層と各表示パネルとの界面に屈折率差が存在しなければならない。しかしながら、この場合には、積層方向に透過する光の一部が各界面で反射される。 For example, when a plurality of display panels are stacked to form one display device, it is difficult to achieve both the transmittance in the stacking direction and the light guiding performance of light from the light source. That is, in order to guide light while satisfying the condition of total internal reflection within each adjacent display panel, there must be a refractive index difference at the interface between the intermediate layer between these display panels and each display panel. I have to. However, in this case, part of the light transmitted in the stacking direction is reflected at each interface.
一方、各界面に屈折率差が存在しなければ、積層方向に透過する光の反射が抑制される。しかしながら、この場合には、各界面において全反射条件が満たされず、隣り合う表示パネル間で相互に光漏れが生じる。 On the other hand, if there is no difference in refractive index at each interface, reflection of light transmitted in the stacking direction is suppressed. However, in this case, the total reflection condition is not satisfied at each interface, and light leakage occurs between adjacent display panels.
透明表示装置を重ねる場合について例示した上述の問題は、例えば積層された複数の導光板を備える照明装置など、表示装置以外の光学装置においても生じ得る。本開示は、導光性と透過性に優れた光学装置を提供することを目的の一つとする。 The above-mentioned problems exemplified in the case of stacking the transparent display devices may occur in an optical device other than the display device, such as an illumination device including a plurality of stacked light guide plates. An object of the present disclosure is to provide an optical device having excellent light guiding properties and transmissivity.
一実施形態に係る光学装置は、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板の間に配置され、前記第1基板および前記第2基板のそれぞれに密着した中間層と、前記第1基板および前記第2基板の少なくとも一方の側面に光を照射する光源と、を備えている。前記中間層の屈折率は、前記第1基板および前記第2基板のそれぞれとの界面近傍よりも、前記第1基板および前記第2基板の積層方向における中心領域において小さい。 An optical device according to an embodiment is disposed between a first substrate, a second substrate facing the first substrate, the first substrate and the second substrate, and includes the first substrate and the second substrate. And an optical source that irradiates light on at least one side surface of the first substrate and the second substrate. The refractive index of the intermediate layer is smaller in the central region in the stacking direction of the first substrate and the second substrate than in the vicinity of the interface with each of the first substrate and the second substrate.
他の実施形態に係る光学装置は、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板の間に配置され、前記第1基板および前記第2基板のそれぞれに密着した中間層と、前記第1基板および前記第2基板の少なくとも一方の側面に光を照射する光源と、を備えている。前記中間層は、異常光屈折率が常光屈折率よりも小さい負の一軸異方性を有している。前記常光屈折率と前記第1基板または前記第2基板の屈折率との差は、0.2以下である。さらに、前記異常光屈折率は、前記第1基板または前記第2基板の屈折率よりも小さい。 An optical device according to another embodiment is arranged between a first substrate, a second substrate facing the first substrate, the first substrate and the second substrate, and the first substrate and the second substrate. An intermediate layer that is in close contact with each of the substrates and a light source that irradiates light on at least one side surface of the first substrate and the second substrate are provided. The intermediate layer has negative uniaxial anisotropy in which the extraordinary refractive index is smaller than the ordinary optical refractive index. The difference between the ordinary light refractive index and the refractive index of the first substrate or the second substrate is 0.2 or less. Further, the extraordinary light refractive index is smaller than the refractive index of the first substrate or the second substrate.
いくつかの実施形態につき、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。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。各図において、連続して配置される同一又は類似の要素については符号を省略することがある。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省略することがある。
Some embodiments will be described with reference to the drawings.
It should be noted that the disclosure is merely an example, and a person having ordinary skill in the art can easily think of an appropriate modification while keeping the gist of the invention, and is naturally included in the scope of the invention. In addition, the drawings may be schematically illustrated in comparison with an actual embodiment for the sake of clarity, but they are merely examples and do not limit the interpretation of the present invention. In each drawing, reference numerals may be omitted for the same or similar elements arranged successively. Further, in the present specification and the drawings, constituent elements that exhibit the same or similar functions as those described above with respect to the already-existing drawings are designated by the same reference numerals, and redundant detailed description may be omitted.
本実施形態においては、光学装置の一例として、液晶表示パネルを備えた表示装置を開示する。ただし、本実施形態は、他種の表示素子を有する表示装置や表示装置以外の光学装置に対する、本実施形態にて開示される個々の技術的思想の適用を妨げるものではない。 In this embodiment, a display device including a liquid crystal display panel is disclosed as an example of an optical device. However, the present embodiment does not prevent the application of each technical idea disclosed in the present embodiment to a display device having another type of display element or an optical device other than the display device.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る表示装置1の概略的な構成を示す斜視図である。表示装置1は、第1表示パネル2Aと、第1表示パネル2Aに対向する第2表示パネル2Bと、これら表示パネル2A,2Bの間に配置された中間層3と、光源4とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
図1の例において、第1表示パネル2Aおよび第2表示パネル2Bは、第1方向Xおよび第2方向Yで規定されるX−Y平面と平行な平板状である。第1表示パネル2A、中間層3および第2表示パネル2Bは、第3方向Zに積層されている。第1方向X、第2方向Yおよび第3方向Zは、本実施形態では互いに直交する方向であるが、90°以外の角度で交わってもよい。
In the example of FIG. 1, the
図1の例において、各表示パネル2A,2Bおよび中間層3は、第1方向Xと平行な2辺と、第2方向Yと平行な2辺とを有する矩形状である。ただし、各表示パネル2A,2Bおよび中間層3の形状は矩形状に限られず、他の多角形状や円形であってもよい。
In the example of FIG. 1, each of the
光源4は、第1光源4Aと、第2光源4Bとを含む。第1光源4Aは、第1表示パネル2Aの側面に対向している。第2光源4Bは、第2表示パネル2Bの側面に対向している。これら光源4A,4Bは、例えば第2方向Yに並べられた赤色、緑色および青色の発光素子を含む。発光素子としては、例えば発光ダイオード(LED)やレーザー素子を用いることができる。
The light source 4 includes a
第1表示パネル2Aは、第1方向Xおよび第2方向Yに配列された複数の第1画素PXAを有している。第2表示パネル2Bは、第1方向Xおよび第2方向Yに配列された複数の第2画素PXBを有している。例えば、各画素PXA,PXBのサイズは同じである。ただし、各画素PXA,PXBのサイズが異なってもよい。
The
第1表示パネル2Aは、第1光源4Aからの光を散乱することにより画像を表示する。同様に、第2表示パネル2Bは、第2光源4Bからの光を散乱することにより画像を表示する。さらに、各表示パネル2A,2Bおよび中間層3は、高い透明性を有している。したがって、表示装置1を第1表示パネル2A側から見たときには、第2表示パネル2Bの画像の上方に第1表示パネル2Aの画像が重畳する。反対に、表示装置1を第2表示パネル2B側から見たときには、第1表示パネル2Aの画像の上方に第2表示パネル2Bの画像が重畳する。このように、2つの表示パネル2A,2Bの画像を重畳させることで、立体感のある画像の表示や、情報のオーバーレイ表示が可能である。さらに、各表示パネル2A,2Bは透明性を有しているために、表示装置1を通じて背景を視認することも可能である。
The
続いて、図2および図3を参照し、第1表示パネル2Aに適用し得る構成を例示する。ただし、第1表示パネル2Aの構成は、ここで例示するものに限られない。
図2は、第1表示パネル2Aの概略的な断面図である。第1表示パネル2Aは、第1アレイ基板10Aと、第1対向基板20Aと、第1液晶層30A(第1電気光学層)とを備えている。
Subsequently, a configuration applicable to the
FIG. 2 is a schematic sectional view of the
第1アレイ基板10Aは、透明基板11Aと、絶縁層12と、配向膜13と、スイッチング素子SWと、画素電極PEとを備えている。スイッチング素子SWは、各画素PXAにおいて透明基板11Aの上方に配置されている。絶縁層12は、スイッチング素子SWおよび透明基板11Aを覆っている。画素電極PEは、各画素PXAにおいて絶縁層12の上に配置され、スイッチング素子SWと電気的に接続されている。配向膜13は、画素電極PEを覆っている。
The
なお、図2においてはスイッチング素子SWを簡略化して示しているが、実際にはスイッチング素子SWは半導体層や複数の電極を含む。また、絶縁層12は、スイッチング素子SWの半導体層、スイッチング素子SWに走査信号を供給する走査線、および、スイッチング素子SWに映像信号を供給する信号線の間に配置された1つまたは複数の絶縁膜を含む。
Although the switching element SW is simplified in FIG. 2, the switching element SW actually includes a semiconductor layer and a plurality of electrodes. In addition, the insulating
第1対向基板20Aは、透明基板21Aと、配向膜22と、共通電極CEとを備えている。共通電極CEは、透明基板21Aの下方に配置されている。配向膜22は、共通電極CEを覆っている。第1対向基板20Aは、隣り合う画素PXの境界と重畳する遮光層を備えてもよい。
The
透明基板11A,21Aは、例えば透明なガラスやプラスチックなどで形成することができる。画素電極PEおよび共通電極CEは、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料で形成することができる。
The
第1液晶層30Aは、配向膜13,22の間に配置されている。本実施形態において、第1液晶層30Aは、高分子分散型液晶(PDLC)を有する液晶層である。すなわち、第1液晶層30Aは、ポリマーと、ポリマーの隙間に分散された液晶分子とを含む。このような第1液晶層30Aは、例えば配向膜13,22の間に液晶モノマーを注入し、これら配向膜13,22の配向規制力により所定方向に配向された液晶モノマーに対し紫外光を照射してポリマーを形成することにより得られる。
The first
例えば、第1液晶層30Aに電界が作用していない状態では、ポリマーおよび液晶分子のそれぞれの光軸は互いに略平行となる。したがって、第1液晶層30Aに入射した光は、第1液晶層30A内でほとんど散乱されることなく透過する。以下、このような状態を透明状態と呼ぶ。また、透明状態を実現するための画素電極PEの電圧を透明電圧と呼ぶ。透明電圧は、共通電極CEに印加される共通電圧と同じであってもよいし、共通電圧と僅かに異なる電圧であってもよい。
For example, when no electric field is applied to the first
一方、第1液晶層30Aに十分な電界が作用している状態では、ポリマーおよび液晶分子のそれぞれの光軸は互いに交差する。したがって、第1液晶層30Aに入射した光は、第1液晶層30A内で散乱される。以下、このような状態を散乱状態と呼ぶ。また、散乱状態を実現するための画素電極PEの電圧を散乱電圧と呼ぶ。
On the other hand, when a sufficient electric field is applied to the first
図3は、第1表示パネル2Aおよび第1光源4Aに適用し得る構成の一例を示す概略的な断面図である。図3の例において、第1光源4Aは、第1アレイ基板10Aおよび第1対向基板20Aの側面と対向している。第1アレイ基板10Aおよび第1対向基板20Aは、環状のシールSEにより貼り合わされている。第1液晶層30Aは、シールSEにより、第1アレイ基板10Aと第1対向基板20Aの間に封入されている。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a configuration applicable to the
図3に示すように、第1光源4Aが放つ光LAは、第1アレイ基板10Aおよび第1対向基板20Aの側面に照射される。これら側面から第1表示パネル2Aの内部に入った光LAは、第1表示パネル2Aの内部を伝播する。透明電圧が印加されている画素電極PE(図3中のOFF)の近傍においては、光LAが第1液晶層30Aでほとんど散乱されない。そのため、光LAは、第1表示パネル2Aからほとんど漏れ出すことはない。
As shown in FIG. 3, the light LA emitted from the
一方、散乱電圧が印加されている画素電極PE(図3中のON)の近傍においては、光LAが第1液晶層30Aで散乱される。この散乱光は、第1表示パネル2Aから出射し、表示画像として視認される。散乱電圧を所定範囲で段階的に規定することにより、散乱度(輝度)の階調表現を実現することも可能である。
On the other hand, in the vicinity of the pixel electrode PE (ON in FIG. 3) to which the scattering voltage is applied, the light LA is scattered by the first
なお、透明電圧が印加されている画素電極PEの近傍において第1表示パネル2Aに入射する外光Loは、ほとんど散乱されることなく第1表示パネル2Aを透過する。すなわち、第1アレイ基板10A側から第1表示パネル2Aを見た場合には第1対向基板20A側の背景が視認可能であり、第1対向基板20A側から第1表示パネル2Aを見た場合には第1アレイ基板10A側の背景が視認可能である。
The external light Lo incident on the
以上のような構成の第1表示パネル2Aおよび第1光源4Aは、例えばフィールドシーケンシャル方式にて駆動することができる。この方式においては、1つのフレーム期間が複数のサブフレーム期間(フィールド)を含む。例えば、第1光源4Aが赤色、緑色および青色の発光素子を含む場合、1つのフレーム期間には、赤色、緑色および青色のサブフレーム期間が含まれる。
The
赤色のサブフレーム期間においては、赤色の発光素子が点灯するとともに、赤色の画像データに応じた電圧が各画素電極PEに印加される。これにより、赤色の画像が表示される。緑色および青色のサブフレーム期間においても同様に、それぞれ緑色および青色の発光素子が点灯するとともに、それぞれ緑色および青色の画像データに応じた電圧が各画素電極PEに印加される。これにより、緑色および青色の画像が表示される。このように時分割で表示される赤色、緑色および青色の画像は、互いに合成されて多色表示の画像として観察者に視認される。 In the red sub-frame period, the red light emitting element is turned on, and the voltage according to the red image data is applied to each pixel electrode PE. As a result, a red image is displayed. Similarly in the green and blue sub-frame periods, the green and blue light emitting elements are turned on, and the voltages corresponding to the green and blue image data are applied to the pixel electrodes PE, respectively. As a result, green and blue images are displayed. In this way, the red, green, and blue images displayed in a time-division manner are combined with each other and visually recognized by the viewer as an image of multicolor display.
なお、第1液晶層30Aは、共通電圧と同程度の電圧が画素電極PEに印加されている場合に散乱状態となり、共通電圧と十分に異なる電圧が画素電極PEに印加されている場合に透明状態となる構成を有してもよい。また、第1表示パネル2Aおよび第1光源4Aは、単色の画像を表示する構成を有してもよい。
The first
第2表示パネル2Bおよび第2光源4Bについては、第1表示パネル2Aおよび第1光源4Aと同様の構成を適用してもよいし、他の構成を適用してもよい。本実施形態においては、第2表示パネル2Bおよび第2光源4Bが図2および図3に示した第1表示パネル2Aおよび第1光源4Aと同様の構成を備える場合を想定する。以下、第2表示パネル2Bが備えるアレイ基板、対向基板および液晶層を、それぞれ第2アレイ基板10B、第2対向基板20Bおよび第2液晶層30B(第2電気光学層)と呼ぶ。さらに、第2アレイ基板10Bおよび第2対向基板20Bの透明基板を、それぞれ透明基板11B,21Bと呼ぶ。
Regarding the
図1に示したように中間層3を介して第1表示パネル2Aと第2表示パネル2Bを積層する場合、それぞれの界面における屈折や反射を考慮して中間層3の屈折率を定める必要がある。仮に中間層3の屈折率が適切でない場合には、表示装置1の透過率の低下や、第1表示パネル2Aと第2表示パネル2Bの間での光漏れが生じ得る。
When the
図4は、透過率の低下を説明するための、第1比較例に係る表示装置100の概略的な断面図である。この図の例において、各表示パネル2A,2Bは、第1アレイ基板10Aと第2対向基板20Bが対向するように積層されている。中間層3は、第1アレイ基板10Aの透明基板11Aと、第2対向基板20Bの透明基板21Bとに密着している。例えば、各光源4A,4Bは、入射面(X−Z平面)内で電場が振動するP偏光と、入射面に対して垂直に電場が振動するS偏光とを含む拡散光を放つ。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
第1光源4Aからの光LAが第1表示パネル2A内で導光されるためには、透明基板11Aと中間層3との界面、および、透明基板21Aと空気(外部雰囲気)との界面において、光LAが全反射される必要がある。第2光源4Bからの光LBについても同様である。一般に、屈折率niの物質から屈折率njの物質に進む光が全反射条件を満たすための臨界角θcは、arcsin(nj/ni)で与えられ、ni<njの場合には全反射が生じない。
In order for the light LA from the
ここで、透明基板11A,11B,21A,21Bが屈折率ng=1.5の等方性のガラス基板であり、空気の屈折率naおよび中間層3の屈折率nがともに1.0である場合を想定する。この場合においては、透明基板11Aと中間層3との界面、および、透明基板21Aと空気との界面のそれぞれにおいて、第1表示パネル2A内部を進む光LAが全反射条件を満たし得る。第2表示パネル2B内部を進む光LBについても同様である。
Here, the
一方で、各表示パネル2A,2Bを第3方向Zと平行に通過する外光Loに関しては、フレネル反射により透過率が低下する。一般に、強度Iiの光が屈折率niの物質から屈折率njの物質に向けてこれら物質の界面に対し垂直に進む場合、当該界面による反射光の強度Ijは、Ii((ni−nj)/(ni+nj))^2で与えられる。すなわち、ng=1.5かつn=1.0の場合のようにngとnの差が大きいと、この差の2乗の値の影響を強く受けて反射の強度が増す。これにより、各透明基板21A,11Bと空気との各界面だけでなく、各透明基板11A,21Bと中間層3との各界面においても強い反射が生じる。その結果、外光Loの透過率が低下し、表示装置100の背景を視認しにくくなる。
On the other hand, with respect to the external light Lo passing through each of the
図5は、第1表示パネル2Aと第2表示パネル2Bの間での光漏れを説明するための、第2比較例に係る表示装置200の概略的な断面図である。この図の例においては中間層3の屈折率nが1.5であり、他の条件は図4の例と同じである。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a
図5の例においては、中間層3と各透明基板11A,21Bとの各界面において屈折率差が生じないため、外光Loの透過率が向上する。しかしながら、これら界面において全反射条件が満たされない。そのため、光LAが中間層3を通って第2表示パネル2Bに漏れる。同様に、光LBが中間層3を通って第1表示パネル2Aに漏れる。
In the example of FIG. 5, since there is no difference in the refractive index at each interface between the
このように、複数の表示パネルを積層する場合においては、透過率の低下と表示パネル相互間での光漏れの発生を抑制することが難しい。そこで、本実施形態においては、中間層3の構成を工夫することにより、表示装置1の透過率と光漏れを改善する。
As described above, when a plurality of display panels are stacked, it is difficult to suppress the decrease in transmittance and the occurrence of light leakage between the display panels. Therefore, in the present embodiment, the transmittance and light leakage of the
図6は、本実施形態における中間層3の構成を説明するための表示装置1の概略的な断面図である。各表示パネル2A,2Bおよび中間層3の積層構造は、図4および図5の比較例と同じである。
FIG. 6 is a schematic sectional view of the
本実施形態において、中間層3は、第1層31と、第2層32と、第3層33とを備えている。第2層32は、第1層31と透明基板11Aの間に配置され、第1層31および透明基板11Aの双方に密着している。第3層33は、第1層31と透明基板21Bの間に配置され、第1層31および透明基板21Bの双方に密着している。
In the present embodiment, the
第1層31は、透明基板11A,21Bの屈折率ngよりも小さい第1屈折率n1を有している(n1<ng)。第2層32は、屈折率ngよりも小さく、かつ第1屈折率n1よりも大きい第2屈折率n2を有している(n1<n2<ng)。第3層33は、屈折率ngよりも小さく、かつ第1屈折率n1よりも大きい第3屈折率n3を有している(n1<n3<ng)。第2屈折率n2と第3屈折率n3は、同じであってもよい。
The
このように、中間層3の屈折率は、透明基板11A,21Bのそれぞれとの界面近傍(第1層32および第3層33)よりも、透明基板11A,21Bの積層方向(第3方向Z)における中心領域(第1層31)において小さい。しかも、中間層3の屈折率は、全体的に透明基板11A,21Bの屈折率以下である。
In this way, the refractive index of the
一例として、透明基板11A,21Bの屈折率ngが1.5、第1屈折率n1が1.3、第2屈折率n2および第3屈折率n3が1.4であり、光LAの第1表示パネル2A内部での伝搬角が最大で29°である場合を想定する。ここで、伝搬角は、X−Y平面に対する光LAの進行方向の傾きである。
As an example, the
図7は、このような条件における光LAの光路の一例を概略的に示す断面図である。伝播角29°であれば、透明基板11Aと中間層3との界面に入射する光LAの入射角が61°となる。この光LAが透明基板11Aから第2層32を経て、第2層32と第1層31との界面に到達する場合、当該界面への入射角をθとすると、スネルの法則により1.5×sin61°=1.4×sinθが成り立つ。この関係から、入射角θは、約69.6°となる。第2層32と第1層31との界面における臨界角θcは、arcsin(1.3/1.4)で表され、約68.2°となる。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing an example of the optical path of the light LA under such conditions. When the propagation angle is 29°, the incident angle of the light LA incident on the interface between the
このように、第2層32から第1層31に入射する光LAにおいて、入射角θが臨界角θcを超えるので、全反射条件が満たされる。したがって、光LAは、第1表示パネル2A内部を良好に伝搬する。第2光源4Bからの光LBについても同様に、第2表示パネル2B内部を良好に伝搬する。
As described above, in the light LA that is incident on the
外光Loは、上述の通り界面を構成する両物質の屈折率差の2乗の値の影響を強く受けた強度で反射される。図6の例においては、透明基板11A,21Bと第1層31との間に、光LA,LBが全反射条件を満たす程度に大きい屈折率差を設けたとしても、第2層32および第3層33の存在により外光Loの反射が抑制される。
The external light Lo is reflected with an intensity that is strongly influenced by the squared value of the refractive index difference between the two substances that form the interface as described above. In the example of FIG. 6, even if a large refractive index difference is provided between the
すなわち、透明基板11Aと第2層32との界面における屈折率差(ng−n2)、第2層32と第1層31との界面における屈折率差(n2−n1)、第1層31と第3層33との界面における屈折率差(n1−n3)、および、第3層33と透明基板21Bとの界面における屈折率差(n3−ng)は、透明基板11A,21Bの各々と第1層31とを密着させた場合の各界面における屈折率差(ng−n1)よりも十分に小さい。したがって、例えば図4に示したように中間層3を低屈折率の単層構造とする場合に比べ、外光Loの反射を抑制することができる。
That is, the refractive index difference (ng-n2) at the interface between the
外光Loの反射を好適に抑制する観点からは、上記各界面における屈折率差(ng−n2,n2−n1,n1−n3,n3−ng)が0.2以下であることが好ましい。これら屈折率差が0.1以下であれば一層好ましい。 From the viewpoint of suitably suppressing the reflection of the external light Lo, it is preferable that the refractive index difference (ng-n2, n2-n1, n1-n3, n3-ng) at each interface is 0.2 or less. It is more preferable that the difference between these refractive indices is 0.1 or less.
中間層3の各層31〜33を構成する材料は、特に限定されない。一例を挙げると、例えばフッ素系のアクリレート・エポキシ樹脂などの低屈折率樹脂や多孔質材料を用いることができる。その他にも、各層31〜33としては、アクリル系、シリコン系、ウレタン系などの光学粘着シートを用いてもよい。
The material forming each of the
中間層3を構成する層の数は、3つに限られない。第1層31と透明基板11Aの間、および、第1層31と透明基板21Bの間に、それぞれ2つ以上の層を配置してもよい。このようにより多くの層で中間層3を構成し、かつ各層の界面における屈折率差を小さくすれば、より好適に外光Loの反射を抑制できる。
The number of layers forming the
中間層3は、透明基板11A,21Bとの各界面から積層方向における中心領域に向かうに連れて屈折率が連続的に小さくなる構造を有してもよい。このような構造としては、例えばモスアイ構造を用いることができる。
The
中間層3は、透明基板11A,21Bの屈折率以上の層を含んでもよい。例えば、透明基板11A,21Bと接する各層の屈折率が透明基板11A,21Bの屈折率よりも僅かに大きくなり、中間層3の積層方向における中心領域に近づくに連れて中間層3の各層の屈折率が透明基板11A,21Bの屈折率よりも小さくなってもよい。
The
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。ここでは第1実施形態との相違点に着目し、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment will be described. Here, focusing on the difference from the first embodiment, the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted.
図8は、第2実施形態における表示装置1の概略的な断面図である。本実施形態において、各光源4A,4Bがそれぞれ放つ光LA,LBは、表示パネル2A,2B内部の導光方向における偏光がP偏光である。例えば、このような光LA,LBは、P偏光およびS偏光を含む光を放つ発光素子と、この光のS偏光を吸収しP偏光を透過する偏光子とを各光源4A,4Bに設けることで生成することができる。
FIG. 8 is a schematic sectional view of the
さらに本実施形態において、中間層3は、異常光屈折率ne1が常光屈折率no1よりも小さい負の一軸異方性を有している(ne1<no1)。異常光屈折率ne1は、透明基板11A,21Bの屈折率ngよりも小さい(ne1<ng)。P偏光である光LA,LBは、透明基板11A,21Bから中間層3に入射する際に、異常光屈折率ne1を感じる。より具体的には、光LAの伝播角が水平(図8の例においては第1方向X)に限りなく近い場合には光LAが異常光屈折率ne1を感じ、他の場合に光LAが伝播角に応じた屈折率を感じる。図8の例において、中間層3は単層構造であるが、異常光屈折率ne1および常光屈折率no1の少なくとも一方が異なる複数の層を有してもよい。
Further, in this embodiment, the
負の一軸異方性を有する中間層3の材料としては、例えば、硝酸ナトリウム(no=1.58,ne=1.33)を用いることができる。また、光学異方性ポリマー、異方性の多孔質ポリマー、高分子ゲル、ディスコティック液晶、コレステリック液晶、金属や無機材料を利用した微小構造(ナノ構造)などで、中間層3の屈折率条件を実現してもよい。
As the material of the
また、本実施形態において、各液晶層30A,30Bは、異常光屈折率ne2が常光屈折率no2よりも大きい正の一軸異方性を有している(ne2>no2)。このような液晶層30A,30Bとしては、例えば液晶分子が垂直配向されたネマティック液晶を適用し得る。なお、各液晶層30A,30Bの構成はこの例に限られず、液晶分子が水平配向された構成であってもよい。
Further, in the present embodiment, each of the
一例として、屈折率ngが1.5、異常光屈折率ne1が1.3、常光屈折率no1が1.5、異常光屈折率ne2が1.7、常光屈折率no2が1.5の場合を想定する。第1表示パネル2A内部において、透明基板11Aと中間層3との界面に入射する光LAは、中間層3の異常光屈折率ne1を感じる。異常光屈折率ne1(=1.3)は屈折率ng(=1.5)よりも小さいため、当該界面においては全反射条件が成立し得る。したがって、光LAは、当該界面および透明基板21Aと空気との界面にて全反射され、第1表示パネル2A内部を伝播する。また、異常光屈折率ne2(=1.7)が透明基板11A,21Aの屈折率ng(=1.5)よりも大きいため、光LAの一部は、第1液晶層30A内部で全反射されながら伝播する。光LBについても同様に、第2表示パネル2B内部を伝搬する。
As an example, when the refractive index ng is 1.5, the extraordinary light refractive index ne1 is 1.3, the ordinary light refractive index no1 is 1.5, the extraordinary light refractive index ne2 is 1.7, and the ordinary light refractive index no2 is 1.5. Assume Inside the
一方で、各屈折率ng,no1がいずれも1.5であることから、外光Loは、透明基板11Aと中間層3との界面、および、中間層3と透明基板21Bとの界面において反射されない。したがって、外光Loは、表示装置1を好適に透過する。透明基板11Aと第1液晶層30Aの間、透明基板21Aと第1液晶層30Aの間、透明基板11Bと第2液晶層30Bの間、透明基板21Bと第2液晶層30Bの間にそれぞれ存在する絶縁層等の屈折率は、屈折率ng,no2(=1.5)に近いことが好ましい。これにより、各層の界面における外光Loの反射を抑制し、外光Loの透過率を一層高めることができる。
On the other hand, since the refractive indexes ng and no1 are both 1.5, the external light Lo is reflected at the interface between the
常光屈折率no1は、必ずしも屈折率ngと一致する必要はない。ただし、外光Loの反射を抑制する観点からは、常光屈折率no1と屈折率ngとの差が0.2以下(−0.2≦no1−ng≦0.2)であることが好ましい。常光屈折率no1と屈折率ngとの差が0.1以下(−0.1≦no1−ng≦0.1)であると一層好ましい。常光屈折率no2と屈折率ngの関係についても同様である。 The ordinary light refractive index no1 does not necessarily have to match the refractive index ng. However, from the viewpoint of suppressing the reflection of the external light Lo, it is preferable that the difference between the ordinary light refractive index no1 and the refractive index ng is 0.2 or less (-0.2≤no1-ng≤0.2). It is more preferable that the difference between the ordinary refractive index no1 and the refractive index ng is 0.1 or less (-0.1≤no1-ng≤0.1). The same applies to the relationship between the ordinary light refractive index no2 and the refractive index ng.
次に、異常光屈折率ne1の好ましい範囲について説明する。図9は、X−Z断面において、第1光源4Aが放つ拡散光のうち最も大きい角度で第1表示パネル2Aの側面に入射する光LAの光路を示す概略的な断面図である。光LAの側面への入射角をθ1、側面からの出射角(屈折角)をθ2と定義する。さらに、光LAが全反射されずに中間層3に入射する場合の出射角(屈折角)をθ3と定義する。
Next, a preferable range of the extraordinary light refractive index ne1 will be described. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the optical path of the light LA that is incident on the side surface of the
空気の屈折率naが1.0かつ第1表示パネル2A(透明基板11A)の屈折率ngが1.5である場合、スネルの法則により、以下の2つの式が成り立つ。ここで、ne1(θ3)は、出射角θ3に応じて光LAが感じる屈折率を表す関数であり、異常光屈折率ne1から常光屈折率no1(=1.5)の範囲で変化する。
1.0×sinθ1=1.5×sinθ2
1.5×sin(90°−θ2)=ne1(θ3)×sin(θ3)
When the refractive index na of air is 1.0 and the refractive index ng of the
1.0×sin θ1=1.5×sin θ2
1.5×sin(90°−θ2)=ne1(θ3)×sin(θ3)
図10は、複数の入射角θ1に対し、上記2つの式を満たす出射角θ3が存在する範囲で最小となる異常光屈折率ne1をプロットしたグラフである。すなわち、このプロットよりも左側の領域においては、図9に示した光LAが第1表示パネル2Aと中間層3との界面において全反射条件を満たす。
FIG. 10 is a graph in which the extraordinary light refractive index ne1 that is the smallest in the range in which the exit angle θ3 that satisfies the above two expressions exists is plotted against a plurality of incident angles θ1. That is, in the region on the left side of this plot, the light LA shown in FIG. 9 satisfies the total reflection condition at the interface between the
入射角θ1は、例えば−20°以上かつ+20°である(−20°≦θ1≦+20°)。この場合、図10によれば、異常光屈折率ne1が1.46程度(ngとの差が0.04程度)であれば第1表示パネル2Aと中間層3との界面における全反射条件が満たされる。そこで、異常光屈折率ne1は、屈折率ngよりも0.05以上小さいことが好ましい(ne1≦ng−0.05)。異常光屈折率ne1が屈折率ngよりも0.1以上小さければ(ne1≦ng−0.1)、より確実に上記界面において全反射条件が満たされる。
The incident angle θ1 is, for example, −20° or more and +20° (−20°≦θ1≦+20°). In this case, according to FIG. 10, if the extraordinary light refractive index ne1 is about 1.46 (the difference from ng is about 0.04), the total reflection condition at the interface between the
以上の本実施形態においても、第1実施形態と同様に、表示装置1の透過率の低下や、第1表示パネル2Aと第2表示パネル2Bの間での光漏れを抑制することができる。
Also in the present embodiment described above, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the decrease in the transmittance of the
[第3実施形態]
第3実施形態について説明する。ここでは第1,第2実施形態との相違点に着目し、第1,第2実施形態と同様の構成については説明を省略する。
[Third Embodiment]
A third embodiment will be described. Here, focusing on the difference from the first and second embodiments, the description of the same configuration as the first and second embodiments will be omitted.
図11は、第3実施形態における表示装置1の概略的な断面図である。本実施形態において、第2表示パネル2Bは、遮光性を有した透過型の液晶表示パネルである。すなわち、第2表示パネル2Bは、第1偏光板PL1と、第2偏光板PL2とを備え、これら偏光板PL1,PL2の間に第2アレイ基板10B、第2対向基板20Bおよび第2液晶層30Bが配置されている。
FIG. 11 is a schematic sectional view of the
第1偏光板PL1の下方には、第2表示パネル2Bに光を照射する面光源であるバックライトBLが配置されている。第2表示パネル2Bは、バックライトBLからの光を画素ごとに選択的に透過することで画像を表示する。図中の上方から表示装置1を見た場合、第1表示パネル2Aが表示する画像は、第2表示パネル2Bが表示する画像に重なる。
A backlight BL, which is a surface light source that irradiates the
このような表示装置1において、中間層3には、第1実施形態と同じく屈折率の異なる複数の層を積層した構造を適用してもよい。また、中間層3には、第2実施形態と同じく負の一軸異方性を有する構造を適用してもよい。これらにより、第1光源4Aからの光を第1表示パネル2A内部において良好に導光できる。さらに、第2表示パネル2Bの表示画像を構成する光Ldが、第2表示パネル2Bと中間層3との界面および第1表示パネル2Aと中間層3との界面において反射されることを抑制できる。
In such a
なお、第2表示パネル2Bは、液晶表示パネルに限られない。第2表示パネル2Bは、有機EL表示パネル等の自発光型の表示パネル、Light Emitting Diode(LED)表示素子を有する自発光型の表示パネル、電気泳動素子を有する電子ペーパ型の表示パネル、Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)を応用した表示パネル、あるいはエレクトロクロミズムを応用した表示パネルなどの他種の表示パネルであってもよい。
The
以上、本発明の第1ないし第3実施形態として説明した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置あるいは光学装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 As described above, all display devices or optical devices that can be appropriately modified and implemented by those skilled in the art based on the display devices described as the first to third embodiments of the present invention include the gist of the present invention. , Belong to the scope of the present invention.
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。 Various modifications are conceivable to those skilled in the art within the scope of the idea of the present invention, and it is understood that these modifications also belong to the scope of the present invention. For example, those skilled in the art appropriately add, delete, or change the design of each of the above-described embodiments, or add, omit, or change the conditions of the process of the present invention. As long as it has the gist, it is included in the scope of the present invention.
また、各実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。 Further, regarding other operational effects brought about by the modes described in the respective embodiments, what is obvious from the description of the present specification or what can be appropriately conceived by those skilled in the art is understood to be brought about by the present invention. To be done.
以下に、いくつかの変形例を例示する。
第1ないし第3実施形態においては、表示装置1が2つの表示パネルを備える例を開示した。しかしながら、表示装置1は、3つ以上の表示パネルを備えてもよい。この場合において、隣り合う表示パネルの間にそれぞれ中間層3を配置してもよい。
Below, some modified examples are illustrated.
In 1st thru|or 3rd embodiment, the example which the
表示装置1の最外面を構成する基板、例えば透明基板21A,11Bの外面に、反射防止膜を設けてもよい。これにより、透明基板21A,11Bと空気との界面における外光の反射を抑制し、表示装置1の透過率をさらに高めることができる。このような反射防止膜は、屈折率が異なる複数の層を積層したものであってもよいし、モスアイ構造を有するものであってもよい。
An antireflection film may be provided on the outermost surface of the
表示装置1の最外面を構成する基板、例えば透明基板21A,11Bの外面に、例えばガラス等で形成されたカバー部材が配置されてもよい。この場合において、上記反射防止膜がカバー部材の表面に設けられてもよい。また、透明基板21A,11Bの外面とカバー部材の間に中間層3が設けられてもよい。
A cover member made of, for example, glass may be arranged on the outer surface of the
第1ないし第3実施形態においては、第1アレイ基板10Aと第2対向基板20Bが中間層3を介して対向する構成を開示した。この場合においては、透明基板11Aが第1基板の一例であり、透明基板21Bが第2基板の一例であり、透明基板21Aが第3基板の一例であり、透明基板11Bが第4基板の一例である。他の例として、第1アレイ基板10Aと第2アレイ基板10Bが中間層3を介して対向してもよいし、第1対向基板20Aと第2対向基板20Bが中間層3を介して対向してもよい。
The first to third embodiments have disclosed the configuration in which the
第1ないし第3実施形態においては、光学装置の一例として、表示装置を開示した。しかしながら、各実施形態にて開示した構成は、第1基板と第2基板が中間層を介して対向し、これら第1基板と第2基板の少なくとも一方において光が導光される種々の光学装置に適用可能である。このような光学装置の一例としては、例えば2つの導光板(第1基板および第2基板)を備え、それぞれの導光板の側面から光源の光が入射する照明装置が考えられる。 In the first to third embodiments, the display device is disclosed as an example of the optical device. However, the configurations disclosed in the embodiments are various optical devices in which the first substrate and the second substrate face each other with the intermediate layer interposed therebetween, and light is guided in at least one of the first substrate and the second substrate. Is applicable to. As an example of such an optical device, for example, an illuminating device that includes two light guide plates (first substrate and second substrate) and in which light from a light source is incident from the side surface of each light guide plate can be considered.
第1ないし第3実施形態においては、第1電気光学層および第2電気光学層がそれぞれ第1液晶層30Aおよび第2液晶層30Bである場合を例示した。ただし、第1電気光学層および第2電気光学層は、透明状態と散乱状態とを切り替えることが可能であればよく、液晶層に限定されない。
In the first to third embodiments, the case where the first electro-optical layer and the second electro-optical layer are the first
1…表示装置、2A…第1表示パネル、2B…第2表示パネル、3…中間層、4A…第1光源、4B…第2光源、10A…第1アレイ基板、10B…第2アレイ基板、20A…第1対向基板、20B…第2対向基板、11A,21A,11B,21B…透明基板、30A…第1液晶層、30B…第2液晶層、LA…第1光源からの光、LB…第2光源からの光。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板の間に配置され、前記第1基板および前記第2基板のそれぞれに密着した中間層と、
前記第1基板および前記第2基板の少なくとも一方の側面に光を照射する光源と、を備え、
前記中間層の屈折率は、前記第1基板および前記第2基板のそれぞれとの界面近傍よりも、前記第1基板および前記第2基板の積層方向における中心領域において小さい、
光学装置。 A first substrate,
A second substrate facing the first substrate;
An intermediate layer disposed between the first substrate and the second substrate and in close contact with each of the first substrate and the second substrate;
A light source that irradiates light on at least one side surface of the first substrate and the second substrate,
The refractive index of the intermediate layer is smaller in the central region in the stacking direction of the first substrate and the second substrate than in the vicinity of the interface with each of the first substrate and the second substrate,
Optical device.
前記第1層は、前記第1基板および前記第2基板の屈折率よりも小さい第1屈折率を有し、
前記第2層は、前記第1基板の屈折率よりも小さく、かつ前記第1屈折率よりも大きい第2屈折率を有し、
前記第3層は、前記第2基板の屈折率よりも小さく、かつ前記第1屈折率よりも大きい第3屈折率を有する、
請求項1に記載の光学装置。 The intermediate layer includes a first layer including the central region, a second layer between the first layer and the first substrate, and a third layer between the first layer and the second substrate. Prepare,
The first layer has a first index of refraction less than the indices of refraction of the first and second substrates,
The second layer has a second refractive index lower than the refractive index of the first substrate and higher than the first refractive index,
The third layer has a third refractive index lower than the refractive index of the second substrate and higher than the first refractive index.
The optical device according to claim 1.
請求項2に記載の光学装置。 The refractive index difference at the interfaces of the first substrate and the second layer, the second layer and the first layer, the first layer and the third layer, and the third layer and the second substrate is 0, respectively. .2 or less,
The optical device according to claim 2.
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板の間に配置され、前記第1基板および前記第2基板のそれぞれに密着した中間層と、
前記第1基板および前記第2基板の少なくとも一方の側面に光を照射する光源と、を備え、
前記中間層は、異常光屈折率が常光屈折率よりも小さい負の一軸異方性を有し、
前記常光屈折率と前記第1基板または前記第2基板の屈折率との差は、0.2以下であり、
前記異常光屈折率は、前記第1基板または前記第2基板の屈折率よりも小さい、
光学装置。 A first substrate,
A second substrate facing the first substrate;
An intermediate layer disposed between the first substrate and the second substrate and in close contact with each of the first substrate and the second substrate;
A light source that irradiates light on at least one side surface of the first substrate and the second substrate,
The intermediate layer has a negative uniaxial anisotropy in which the extraordinary light refractive index is smaller than the ordinary light refractive index,
The difference between the ordinary light refractive index and the refractive index of the first substrate or the second substrate is 0.2 or less,
The extraordinary light refractive index is smaller than the refractive index of the first substrate or the second substrate,
Optical device.
請求項4に記載の光学装置。 The extraordinary light refractive index is smaller than the refractive index of the first substrate or the second substrate by 0.05 or more,
The optical device according to claim 4.
前記光源は、前記第1表示パネルの側面に光を照射する第1光源を含み、
前記第1電気光学層は、前記第1画素に印加される電圧に応じて、前記第1光源からの光を散乱する散乱状態と、当該光を透過する透明状態とで切り替わる、
請求項1ないし5のうちいずれか1項に記載の光学装置。 A first substrate, a third substrate facing the first substrate, a first electro-optical layer disposed between the first substrate and the third substrate, and a plurality of first pixels 1 display panel is further provided,
The light source includes a first light source that emits light to a side surface of the first display panel,
The first electro-optical layer switches between a scattering state in which light from the first light source is scattered and a transparent state in which the light is transmitted, according to a voltage applied to the first pixel.
The optical device according to any one of claims 1 to 5.
前記光源は、前記第2表示パネルの側面に光を照射する第2光源を含み、
前記第2電気光学層は、前記第2画素に印加される電圧に応じて、前記第2光源からの光を散乱する散乱状態と、当該光を透過する透明状態とで切り替わる、
請求項6に記載の光学装置。 A second substrate, a fourth substrate facing the second substrate, a second electro-optical layer disposed between the second substrate and the fourth substrate, and a plurality of second pixels 2 Further equipped with a display panel,
The light source includes a second light source that emits light to a side surface of the second display panel,
The second electro-optical layer switches between a scattering state in which light from the second light source is scattered and a transparent state in which the light is transmitted, according to a voltage applied to the second pixel,
The optical device according to claim 6.
請求項7に記載の光学装置。 At least one of the first electro-optical layer and the second electro-optical layer is a liquid crystal layer,
The optical device according to claim 7.
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