JP3377474B2

JP3377474B2 - 光学素子および該光学素子を用いた表示装置

Info

Publication number: JP3377474B2
Application number: JP28496099A
Authority: JP
Inventors: 宗和伊達; 篤中平; 秀尚田中; 史朗陶山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2019-10-05
Also published as: JP2001108972A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から導光板に
入射され該導光板中を伝搬する光の取り出しを電気的に
制御する光学素子および該光学素子を用いた表示装置に
関する。特に、本発明は、画像の劣化を防ぎ、高コント
ラスト表示ができる薄型で軽量かつ大画面である表示装
置および該表示装置に用いられる光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像情報の表示手段となるフラッ
トパネルディスプレイの研究・開発において、設置およ
び運搬が容易である大面積表示装置に対する需要が高ま
っている。従来の表示装置として、例えばプラズマディ
スプレイおよび液晶ディスプレイが知られている。

【０００３】プラズマディスプレイは、ガス放電に伴う
発光現象を利用したディスプレイであり、現在のところ
５０インチ程度が大画面化の限界とされている。また、
大画面化に伴って、重量、コスト、生産性、などの問題
が生じるため、一般に大画面表示装置として利用するた
めには解決すべき課題がある。

【０００４】液晶ディスプレイについては、その主な構
成部品となる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動基板が、
高度かつ微細な半導体プロセスを利用するものであるこ
とから、大型化が困難となっている。また、液晶ディス
プレイは、パネルの一端から駆動を行うため、大型化、
すなわち大面積化に伴い、信号伝搬時間の遅延といった
本質的な問題が生じる。

【０００５】さらに、液晶ライトバルブを用いたプロジ
ェクタも知られている。その一例を図１ａおよび図１ｂ
に示す。図１ａは、従来の表示装置の一例として液晶ラ
イトバルブを用いる表示装置であるプロジェクタの概略
的構成を示す断面図、図１ｂは該表示装置に適用される
液晶ライトバルブの概略的構成を示す断面図である。

【０００６】ライトバルブ液晶をアレイ状に並べ、マト
リクス電極で駆動した液晶パネル１０を、背面から照明
１１で照明し、レンズ１２でスクリーン１３上に結像す
ることによりプロジェクターが構成される。光源から液
晶ライトバルブ入射した光は、偏光板１４により直線偏
光化され、ねじれネマティック液晶セル１５に入射す
る。液晶セル１５に電界がかかっていないときはセルに
より偏光方向が９０度回転し、電界がかかった状態では
変更方向が変化せずに透過する。このため、偏光板１６
により特定方向の偏光を選択することにより、電気的に
光の透過と遮断を切り替えることができ、ライトバルブ
が構成される。

【０００７】しかし、このような構成からなるプロジェ
クタは、背面からの照明を必要とするため奥行が必要と
なり、装置を大型化せざるおえない。

【０００８】一方、導光板と液晶とを用いる従来型の表
示装置も知られている。その一例として、特開平６−３
０８５４３号公報に開示された表示装置が挙げられる。
該表示装置について図２を参照しながら説明する。表示
装置は、側面に光源２２および該光源用の反射板２３を
有する板状の導光板２１と、該導光板２１の下面に電極
支持基板２６ａを介して設けられた電極２５ａと、該電
極２５ａの下面に設けられた強誘電性液晶層２４と、該
強誘電性液晶層２４の下面に設けられた電極２５ｂと、
該電極２５ｂの下に電極支持基板２６ｂを介して設けら
れた反射板２７とから構成される。さらに、導光板２１
の上面に光拡散層２８が設けられている。

【０００９】このように構成されることにより、液晶層
２４に該液晶のゴールドストーンモードの緩和周波数近
傍の交流電界を印加したときに現れるディスクリネーシ
ョンラインによる光の散乱によって、導光板の上面から
の出射光を調節して画像を表示することができる。しか
し、該発明ではＴＮ液晶などと異なり交流駆動による電
界の印加が必須となる。そのため、単純マトリクス駆
動、ＴＦＴ駆動のようなアクティブマトリクス駆動が困
難となり、ビットマップ表示が行えないという欠点があ
った。また、散乱の指向性を制御できないために表示方
向（一般に表示面の法線方向）の光強度を高めることが
できない。さらに、大面積化における作製の容易性、信
号遅延などについて一切記載されていない。

【００１０】さらに、従来型の表示装置の他の例とし
て、特開平６−３４７７９０号公報、米国特許第４６２
６０７４号公報、特開平第６−２５８６４０号公報（米
国特許第５４５２３８５号）などに開示された表示装置
も知られている。

【００１１】すなわち、特開平６−３４７７９０号公報
に開示された表示装置は、表示部内を導光させ、表示部
の散乱・透過状態を制御させて表示するものであり、表
示部には相転移型液晶（これに関する具体的な記述はな
い）または一般的なポリマー分散型液晶を用いている。
ここで、一般的なポリマー分散型液晶は、電界を印加し
ない時に散乱状態となり、電界を印加した時に透過状態
となる。ところで、一般的な高分子分散型液晶はその散
乱状態において指向性がないために、表示方向の光強度
を高めることができない。また、その透過状態におい
て、正面方向から見た際には高透過率であるが、表示面
に対して浅い角度から見た際には散乱性が高くなる。同
様に側面から見た際にはコントラストが低下し、その結
果、散乱・透過状態が反転することがある。さらにマト
リクス駆動を行った際には、電極の間隔が常時散乱性を
示すために黒色の表示が困難となり、表示画面は極めて
コントラストが低い画像となってしまう。この公報に
も、大面積化における作製の容易性、信号遅延、などに
ついては一切記載されていない。

【００１２】また、米国特許第４６２６０７４号公報で
は、液晶層による光散乱を用いた表示画面が開示されて
いる。しかし、この場合、回折を用いないために出射方
向の制御ができない。また、該発明にもとづく表示装置
は背面に空隙が必要であり、大面積化における分割駆
動、作製の容易性、信号遅延、などの問題が解決されて
おらず、大面積化が困難となっている。

【００１３】上述した従来型の表示装置に関する技術の
いずれも、散乱・透過により表示を制御しているため、
表示装置を見る人がいる側の照明によって表示画面が照
らされることになる。その結果、散乱光が表示画像と重
なってしまい、光源の色だけでなく周囲の照明光が表示
画像に影響を及ぼし、表示画像を劣化させると共に、カ
ラー表示を困難とする。

【００１４】さらに、特開平６−２５８６４０号公報
（米国特許第５４５２３８５号）では、回折を利用して
導光板中を伝搬する光を取り出し、液晶でシャッターす
る表示装置が開示されている。しかし、該発明にもとづ
く表示装置は、その回折格子が常に回折状態となるため
に回折効率を変化させることができない。そのため、常
に導光板から光が漏れた状態となり、光利用効率が低下
するという問題点があった。

【００１５】前述のような状況において、最近に至っ
て、上述した従来型の光学素子および表示装置に代わる
ものとして、本願発明者らは、導光板と液晶とを用いる
大画面化可能な新たな構造の光学素子を提案した（特願
平１１−２１２８９３号）。この光学素子を用いること
によって、軽量かつ安価な材料を導光板として用い、該
板状導光板を伝搬する光を取り出し、軽量、安価、およ
び薄型である大面積ディスプレイを実現できる。

【００１６】かかる従来提案の光学素子の一例を図３お
よび図４に示す。これら図３および図４は、従来提案の
傾斜反射面型の光学素子を模式的に示す側面断面図であ
り、図３は光制御層に電界が印加されていない状態、図
４は光制御層に電界が印加されている状態を示す。

【００１７】この光学素子は、光制御層（液晶層）３０
と、該光制御層３０を挟持するようにして設けられた透
明電極３１および透明電極３２と、透明電極３１の上に
積層された導光板３３と、透明電極３２の下面に設けら
れた反射板３４とを有する。この反射板３４は、透明電
極３２に接する面とは反対側に傾斜した反射面３５を有
する。前記光制御層３０中の楕円形の模様は、光制御層
中の液晶配向の方向を示したものである。

【００１８】反射面３５は、光制御層３０に対して、入
射光３７が反射面で反射し、反射光として出射する際に
全反射とならないような所定の角度で傾斜している。

【００１９】以下、この従来提案の光学素子について、
より詳細に説明する。

【００２０】この光学素子では、導光板３３として、例
えば、ＳＦＳ０１（Schott社製）のような導光しやすい
高屈折率の光学ガラス板からなる平板を用い、これにＩ
ＴＯ（Insium tin oxide）のような透明電極３１をつけ
たものと、くさび状の例えばＢＫ7（Schott社製）のよ
うな一般的な光学ガラスの表面の一方の面にＩＴＯのよ
うな透明電極３２をつけ、他面（反射面３５）にアルミ
ニウム膜のような反射膜をつけたものを反射板３４とし
て用いる。この時、反射板３４と光制御層３０に屈折率
の差はなくとも良い。

【００２１】透明電極３１および３２の表面に配向膜や
ラビング等の配向処理を施した後、前記透明電極間に例
えばＥ−７（メルクジャパン（株）製）のようなネマテ
ィック液晶を光制御層３０として挟むことにより、上記
光学素子が容易に実現できる。

【００２２】図３に示すように、電界を印加していない
ときは、光制御層３０の液晶は透明電極３１および３２
と平行に配向されている。そのことにより、液晶配向を
含む面内方向３６に偏光した光を入射させる。入射光３
７は導光板３３と空気との界面で全反射するが、透明電
極３１と光制御層３０との界面では屈折透過し、反射面
３５にて反射される。この反射面３５は光制御層３０に
対して所定の角度で傾斜している。この傾斜した反射面
から反射された光は、導光板３３の中を伝搬する光とは
異なる（鋭い）角度で導光板３３と空気との界面に入射
するので、全反射条件を満たさずに外部に出射する。す
なわち、光学素子は発光状態となる。

【００２３】ここで、前記所定の角度とは、前述のよう
に、前記反射面３５から反射した光が前記導光板３３の
表面の内面における全反射条件を外す程度に前記反射光
を傾ける角度である。この傾斜角度は、反射板の屈折率
および出射方向に依存するが、光表示素子の設計時にそ
れらの物理特性を決定すれば一義的に決定することがで
きる。

【００２４】次に、図４に示すように、光制御層３０に
電界を印加すると、液晶の配向方向が電界と平行に、す
なわち、光制御層３０の液晶は透明電極３１および３２
と垂直に配向され、光に対する屈折率が減少する。した
がって、導光板３３と空気との界面で反射された光は、
透明電極３１と光制御層３０との界面でも全反射条件を
満たし反射される。そのため、光は導光板３３の内に閉
じこめられて、導光板３３中を導光する。すなわち、非
発光状態となる。以上のようにして、電界による光強度
の制御が可能なライトバルブが実現できる。

【００２５】前記構成における入射光と液晶の屈折率と
導光板の屈折率との間には、以下のような関係が判明し
ている。

【００２６】一般に液晶のような一軸性複屈折性媒質
は、偏光によって異なる屈折率、すなわち異常屈折率ま
たは常屈折率を有する。ここで「異常屈折率」とは、一
軸性複屈折性媒質の光学軸方向に偏光した光に対する屈
折率を意味する。また「常屈折率」とは、一軸性複屈折
性媒質の光学軸と垂直方向に偏光した光に対する屈折率
を意味する。そして、前述の光学素子の動作における材
料の屈折率は、液晶の常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎ
ｅ、導光板の屈折率をｎｇ、界面への入射角をｑとした
場合、下式のような２つの条件（１）および（２）を満
たす必要がある。

【００２７】ｓｉｎｑ＜（ｎｅ／ｎｇ）…（１）ｓｉｎｑ＞（ｎｏ／ｎｇ）…（２）

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来提
案の光学素子において、さらなる性能向上を図るために
は、次のような解決すべき問題があることが、その後の
検討により、判明した。

【００２９】すなわち、従来提案の光学素子では、図３
に示すように、伝搬光が液晶粒子の配向方向と平行とな
る場合は、良好に機能するが、図４に示すように、伝搬
光が液晶粒子の配向方向に垂直となる場合には、全反射
を起こせる光の角度に制限が生じてしまう問題点があっ
た。

【００３０】というのは、入射光と導光板３３の面法線
がなす平面に対して垂直に偏光した光の界面における全
反射を生じる臨界角ｑ_c1は、例えば、液晶の常屈折率ｎ
０、異常屈折率ｎｅ、導光板の屈折率ｎｇとし、これら
で表すと、ｓｉｎｑ_c1＝（ｎ０／ｎｇ）であり、典型
的な値として、ｎ０＝１．５、ｎｅ＝１．７、ｎｇ＝
１．８と仮定すると、ｑ_c1＝５６度となる。

【００３１】しかし、前記平面の面内方向に偏光した光
の場合の臨界角ｑ_c2では、ｓｉｎ（ｑ_c2）＝（ｎｅ／ｎ
０）であり、前記条件ｎ０＝１．５、ｎｅ＝１．７で
は、ｑ_c2＝７１度となり、１５度も伝播可能な角度範囲
が狭くなる。まして、導光板３３に屈折率ｎｇ＝１．７
以下であるような一般的な樹脂材料を用いた場合は、後
者の偏光は全反射条件を満たせなくなってしまう。

【００３２】そして、導光板３３中に入射した光は、界
面での反射時や液晶のような複屈折媒体を透過した時な
どに偏光面を変化させていく。したがって、導光板３３
中の伝搬光が液晶粒子の配向方向に垂直となる場合に
は、全反射を起こせる光の角度に制限が生じてしまう、
すなわち、実質的に光が導光されない場合が生じること
となる。

【００３３】したがって、本発明の課題は、導光板と液
晶とを用いる大画面化可能な新たな構造の光学素子にお
いて、光制御層に電界を印加していない状態で、導光板
に光を入射した場合に、入射光がどのような偏光方向を
持っていても、入射光が外部に出すことなく、確実に導
光板中を導光させ、素子を確実に非発光状態に置くこと
のできる構成を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意実験検討を重ねたところ、光制御
層を構成する液晶の電界非印加時の配向をハイブリット
化することにより、解決できることを知見するに至っ
た。

【００３５】ここでいうハイブリッド配向とは、光制御
層を挟持している一方の電極面近傍おいて該電極面に対
して液晶分子の光学軸が垂直に配向されるとともに、他
方の電極面近傍において該電極面に対して液晶分子の光
学軸が水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されている状
態を、言うものである。

【００３６】電界を印加していない状態で、光制御層の
液晶の配向を前述のようにハイブリット化しておくと、
電界無印加状態で、光制御層内には、光学軸が水平から
垂直まで連続配向した液晶が存在することになる。した
がって、入射光と導光板面法線が成す平面に対し垂直に
偏光した光は、導光板と液晶との界面での屈折率差によ
り全反射して、導光板中を伝搬する。また、入射光と導
光板面法線が成す平面内に偏光した光は、光制御層内の
水平配向した液晶により全反射されて導光板に戻され、
その後、導光板中を導光する。その結果、いかなる偏光
方向にある光を入射光に用いても、光制御層に電界を印
加していない状態では、入射光は、導光板中を導光する
ことになり、非発光状態を確実に実現することができ
る。

【００３７】すなわち、本発明の光学素子および表示装
置の特徴は、素子を構成する光制御層の液晶の配向が、
電界の印加されていない状態で、光制御層を挟持してい
る一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向
されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に
対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されているこ
とを特徴とする。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１の光学素子は、
端面から光を入射して導光させる透光性の板状導光板
と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電極
を介して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に透
明電極からなる第２の電極を介して設けられた反射板と
を有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の
電極によって印加される電界によって配向性を変化させ
る液晶を有し、該液晶は、前記電界が印加されていない
状態で、一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直
に配向されるとともに、他方の電極面近傍において該電
極面に対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水
平配向部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配
向と水平配向の間で連続的に変化させながら配向されて
いることを特徴とする。

【００３９】本発明の請求項２の光学素子は、前記請求
項１の素子において、前記液晶が高分子液晶と低分子液
晶の複合体により形成されていることを特徴とする。

【００４０】本発明の請求項３の光学素子は、前記請求
項２の素子において、前記光制御層内の前記高分子液晶
と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とす
る。

【００４１】本発明の請求項４の光学素子は、前記請求
項１ないし３のいずれかの素子において、前記反射板
が、透光性の材料からなり、該反射板の反射面は前記光
制御層側の面に対し所定の角度で傾斜し、かつ該反射面
に反射膜が形成されていることを特徴とする。

【００４２】本発明の請求項５の光学素子は、前記請求
項１ないし４のいずれかの素子において、前記反射面
が、所定の傾斜角度を有する鋸波状の傾斜面群からなる
ことを特徴とする。

【００４３】本発明の請求項６の光学素子は、前記請求
項１ないし５のいずれかの素子において、前記透明電極
からなる第１の電極または前記透明電極からなる第２の
電極のどちらか一方の電極が表示画素単位に分割され、
該分割された各々の表示画素単位にスイッチング素子を
有することを特徴とする。

【００４４】また、本発明の請求項７の光学素子は、端
面から光を入射して導光させる透光性の板状導光板と、
該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電極を介
して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に設けら
れた、光を鏡面反射する電極からなる第２の電極とを有
し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極
によって印加される電界によって配向性を変化させる液
晶を有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態
で、一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配
向されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面
に対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配
向部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と
水平配向の間で連続的に変化させながら配向されている
ことを特徴とする。

【００４５】本発明の請求項８の光学素子は、前記請求
項７の素子において、前記液晶が高分子液晶と低分子液
晶の複合体により形成されていることを特徴とする。

【００４６】本発明の請求項９の光学素子は、前記請求
項８の素子において、前記光制御層内の前記高分子液晶
と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とす
る。

【００４７】本発明の請求項１０の光学素子は、前記請
求項７ないし９のいずれかの素子において、前記透明電
極からなる第１の電極または前記光を鏡面反射する電極
からなる第２の電極のどちらか一方の電極が表示画素単
位に分割され、該分割された各々の表示画素単位にスイ
ッチング素子を有することを特徴とする。

【００４８】また、本発明の請求項１１の光学素子は、
端面から光を入射して導光させる透光性の板状導光板
と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電極
を介して設けられた光制御層と、光制御層の下面に設け
られ、複数に分割された電極からなる第２の電極と、該
第２の電極の下面に設けられた基板と、前記第２の電極
の複数の分割された電極の各々に１対１で対応し、かつ
前記基板を貫通して設けられた複数の第３の電極とを有
し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極
によって印加される電界によって配向性を変化させる液
晶を有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態
で、一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配
向されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面
に対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配
向部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と
水平配向の間で連続的に変化させながら配向されてお
り、前記複数の第３の電極の各々は、前記第２の電極と
接続する第１の端部と、前記基板の前記第２の電極側の
面とは反対側の面に露出した第２の端部とを有し、個々
に、または任意の数からなる群に分けて基板側から電圧
印加可能であることを特徴とする。

【００４９】また、本発明の請求項１２の表示装置は、
光学素子と、該光学素子に光を入射させるための照射手
段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が
入射する端面を有し、かつ入射した光を導光させる透光
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制
御層の下面に透明電極からなる第２の電極を介して設け
られた反射板とを有し、前記光制御層は、前記第１の電
極と前記第２の電極によって印加される電界によって配
向性を変化させる液晶を有し、該液晶は、前記電界が印
加されていない状態で、一方の電極面近傍おいて該電極
面に対して垂直に配向されるとともに、他方の電極面近
傍において該電極面に対して水平に配向され、これら垂
直配向部分と水平配向部分との中間部分では、その配向
の角度を垂直配向と水平配向の間で連続的に変化させな
がら配向されていることを特徴とする。

【００５０】本発明の請求項１３の表示装置は、前記請
求項１２の表示装置において、前記液晶が高分子液晶と
低分子液晶の複合体により形成されていることを特徴と
する。

【００５１】本発明の請求項１４の表示装置は、前記請
求項１３の装置において、前記光制御層内の前記高分子
液晶と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴
とする。

【００５２】本発明の請求項１５の表示装置は、前記請
求項１２ないし１４のいずれかの装置において、前記反
射板が、透光性の材料からなり、該反射板の反射面は前
記光制御層側の面に対し所定の角度で傾斜し、かつ該反
射面に反射膜が形成されていることを特徴とする。

【００５３】本発明の請求項１６の表示装置は、前記請
求項１２ないし１５のいずれかの装置において、前記反
射面が、所定の傾斜角度を有する鋸波状の傾斜面群から
なることを特徴とする。

【００５４】本発明の請求項１７の表示装置は、前記請
求項１２ないし１６のいずれかの装置において、前記透
明電極からなる第１の電極または前記透明電極からなる
第２の電極のどちらか一方の電極が表示画素単位に分割
され、該分割された各々の表示画素単位にスイッチング
素子を有することを特徴とする。

【００５５】また、本発明の請求項１８の表示装置は、
光学素子と、該光学素子に光を入射させるための照射手
段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が
入射する端面を有し、かつ入射した光を導光させる透光
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制
御層の下面に設けられた、光を鏡面反射する電極からな
る第２の電極とを有し、前記光制御層は、前記第１の電
極と前記第２の電極によって印加される電界によって配
向性を変化させる液晶を有し、該液晶は、前記電界が印
加されていない状態で、一方の電極面近傍おいて該電極
面に対して垂直に配向されるとともに、他方の電極面近
傍において該電極面に対して水平に配向され、これら垂
直配向部分と水平配向部分との中間部分では、その配向
の角度を垂直配向と水平配向の間で連続的に変化させな
がら配向されていることを特徴とする。

【００５６】本発明の請求項１９の表示装置は、前記請
求項１８の装置において、前記液晶が高分子液晶と低分
子液晶の複合体により形成されていることを特徴とす
る。

【００５７】本発明の請求項２０の表示装置は、前記請
求項１９の装置において、前記光制御層内の前記高分子
液晶と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴
とする。

【００５８】本発明の請求項２１の表示装置は、前記請
求項１８ないし２０のいずれかの装置において、前記透
明電極からなる第１の電極または前記光を鏡面反射する
電極からなる第２の電極のどちらか一方の電極が表示画
素単位に分割され、該分割された各々の表示画素単位に
スイッチング素子を有することを特徴とする。

【００５９】また、本発明の請求項２２の表示装置は、
光学素子と、該光学素子に光を入射させるための照射手
段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が
入射する端面を有し、かつ入射した光を導光させる透光
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、光制御
層の下面に設けられ、複数に分割された電極からなる第
２の電極と、該第２の電極の下面に設けられた基板と、
前記第２の電極の複数の分割された電極の各々に１対１
で対応し、かつ前記基板を貫通して設けられた複数の第
３の電極とを有し、前記光制御層は、前記第１の電極と
前記第２の電極によって印加される電界によって配向性
を変化させる液晶を有し、該液晶は、前記電界が印加さ
れていない状態で、一方の電極面近傍おいて該電極面に
対して垂直に配向されるとともに、他方の電極面近傍に
おいて該電極面に対して水平に配向され、これら垂直配
向部分と水平配向部分との中間部分では、その配向の角
度を垂直配向と水平配向の間で連続的に変化させながら
配向されており、前記複数の第３の電極の各々は、前記
第２の電極と接続する第１の端部と、前記基板の前記第
２の電極側の面とは反対側の面に露出した第２の端部と
を有し、個々に、または任意の数からなる群に分けて基
板側から電圧印加可能であることを特徴とする。

【００６０】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。

【００６１】（実施例１）図５は、本発明の第１の実施
例を示すものである。図中、前述の図３および図４に示
した光学素子と同一の構成要素には同一符号を付して説
明を簡略化する。

【００６２】本発明の特徴は、光制御層３００を構成す
る液晶の配向構造にある。この光制御層３００は、その
構成する液晶の電界非印加時の配向がハイブリット化さ
れている。すなわち、光制御層３００を挟持している一
方の電極３１の近傍において該電極３１面に対して液晶
分子の光学軸が垂直に配向されるとともに、他方の電極
３２の近傍において該電極３２面に対して液晶分子の光
学軸が水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されている。

【００６３】このようなハイブリット配向は、光制御層
３００を挟持している透明電極３１の下面に垂直配向処
理を施こすとともに、他方の透明電極３２の上面に水平
配向処理を施すことによって、実現する。なお、この例
では、誘電異方性は、正の場合を想定している。前記垂
直配向処理としては、液晶を挟持する基板面に界面活性
剤やクロム錯体を塗布する方法や、ＳｉＯ等を垂直に蒸
着する方法がある。一方の水平配向処理としては、基板
面をラビングする方法がある。

【００６４】これらの垂直および水平配向処理を施すこ
とによって、電界を印加していない状態で、光制御層３
００の液晶をハイブリット配向する状態にすると、電界
無印加状態で、光制御層３００内には、光学軸が水平か
ら垂直まで連続配向した液晶が存在することになる。し
たがって、入射光３７と導光板３３の面法線が成す平面
に対し垂直に偏光した光は、図中に実線で示すように、
導光板３３と液晶との界面での屈折率差により全反射し
て、導光板３３中を伝搬する。また、入射光３７と導光
板３３の面法線が成す平面内に偏光した光は、点線で示
すように、光制御層３００内の水平配向した液晶により
全反射されて導光板３３に戻され、その後、導光板３３
中を導光する。その結果、いかなる偏光方向にある光を
入射光に用いても、任意の方向の入射光に対して、光制
御層３００に電界を印加していない状態では、入射光
は、導光板３３中を導光することになり、非発光状態を
確実に実現することができる。

【００６５】なお、本発明におけるハイブリッド配向液
晶の材料としては、通常は、ネマティック液晶が使われ
るが、水平・垂直配向の概念のある液晶であれば、他の
液晶でも使用可能である。

【００６６】一方、前記光制御層３００に電界を印加す
ると、水平配向していた液晶が垂直配向するので、図６
のように点線の光の全反射条件が崩れ、例えば、下面に
傾斜反射板３５を設ければ、導光している光を取り出す
ことができる。

【００６７】なお、本実施例では、導光板側を垂直配向
としたが、導光板側を水平配向、他方を垂直配向とした
ハイブリッド配向であっても良い。

【００６８】また、誘電率異方性が負であるか、周波数
によって符号が変化する２周波液晶であっても良い。す
なわち、ハイブリッド配向であれば、水平・垂直配向領
域のいずれかは散乱状態になるので、これらのことはど
ちらでも良く、本発明構成にとって、重要な因子ではな
い。

【００６９】また、傾斜反射板３５の代わりに、散乱
板、ホログラム、回折格子など光の方向を変えられる部
材や、蛍光体のような入射光の方向に無関係に光を発す
る材料を設けても良い。

【００７０】（実施例２）図７は、本発明の光学素子の
第２の実施例を示す概略図である。

【００７１】本実施例の特徴は、光制御層４００として
ハイブリッド配向した低分子液晶・高分子液晶を用いた
ことを特徴とする。この光制御層４００では、電界を印
加すると、水平配向部の低分子液晶が垂直配向して散乱
状態となり、光を導光板３３の外に取り出すことができ
る。この場合は、実施例１と異なり、下面の散乱板など
は、不要である。

【００７２】なお、本実施例では、導光板側を垂直配向
としたが、導光板側を水平配向、他方を垂直配向とした
ハイブリッド配向であっても良い。

【００７３】また、誘電率異方性が負であるか、周波数
によって符号が変化する２周波液晶であっても良い。す
なわち、ハイブリッド配向であれば、水平・垂直配向領
域のいずれかは散乱状態になるので、これらのことはど
ちらでも良く、重要な因子ではない。

【００７４】（実施例３）図８は、本発明の光学素子の
第３の実施例を模式的に示す側面断面図であり、光制御
層３００に電界が印加されていない状態を示す。光学素
子の構成は、反射板４４の傾斜面を断面鋸歯状（複数の
傾斜面からなる傾斜面群）としたこと以外は、実施例１
と同じである。すなわち、光学素子は、光制御層３００
と、該光制御層４０を挟持するようにして設けられた透
明電極４１および透明電極４２と、透明電極４１の上に
積層された導光板４３と、透明電極４２の下面に設けら
れた反射板４４とを有する。しかし、このような反射板
４４を断面鋸歯状の傾斜面とすることによって、反射板
の厚さを実施例１のものと比べて著しく薄くすることが
可能となる。なお、図８中、破線は同様の動作をする実
施例１の構成の光学素子の反射板の形状を示しており、
これを分割して傾斜面群にした場合も各傾斜面は実施例
１の構成と同じ傾斜角となっている。

【００７５】また、各傾斜面は、入射光４７が反射面で
反射し、反射光として出射する際に全反射とならないよ
うな所定の角度で傾斜している。ここで、所定の角度と
は、先に実施例１で述べたように各種の物理特性を決定
すれば、一義的に決まるものである。

【００７６】なお、導光板全部の端面を滑面に研磨し、
さらに光が入射する部分を除くこれらの端面に反射膜を
つけることにより、導光板への光の閉じこめ特性を向上
させることができる。ここで「端面」とは、導光板と光
制御層との界面に対して平行ではない面を意味する。

【００７７】また、前記実施例の光制御層３００や４０
０の構成を、図９ａから図９ｃに示すように、高分子樹
脂７０ａの中に回折格子状に液晶７０ｂが分布している
構成としても良い。液晶７０ｂは、図９ａのような液晶
滴が周囲的に分散したものや、図９ｂのように直線上に
分布したものであっても良い。また、液晶７０ｂを櫛形
電極で駆動することにより回折格子様の屈折率分布を誘
起しても良い。

【００７８】また、図９ｃに示すようなホログラフィッ
ク高分子分散液晶（ＨＰＤＬＣ）（信学技報、ＥＩＤ９
５−１４７，ｐ．１３１参照）のように、厚さ方向に周
期性のある厚い回折格子やホログラムであってもよい。

【００７９】ここで、高分子分散液晶は、高分子樹脂７
０ａと液晶７０ｂとが複合してなる薄膜全般を指し示
し、高分子樹脂７０ａ中に液晶滴が分布した高分子樹脂
７０ａが連続領域となるドロップレットタイプでも、高
分子樹脂７０ａと液晶７０ｂの両方が連続領域となるポ
リマーボールタイプでも、液晶７０ｂに液晶粒が分散し
た樹脂領域が不連続なものであっても良い。

【００８０】ホログラフィック高分子分散液晶を用いた
場合、体積ホログラムなので色純度の高い光で、かつ指
向性を制御して発光表示することが可能である。また、
指向性が高く、不要なところへ光が行かないので明る
い。また、波長選択性があるのでカラー表示が可能であ
る。

【００８１】（実施例４）図１０ａおよび図１０ｂは、
本発明の光学素子の第４の実施例を模式的に示すもので
あり、図１０ａは光学素子の側面断面図、図１０ｂは基
板上に形成された櫛形電極（以下、周期電極ともいう）
を示す平面図である。

【００８２】光学素子は、光制御層（薄膜）３００と、
該光制御層３００を挟持するようにして設けられた透明
電極９１および櫛形電極９２と、透明電極９１の上に積
層された導光板９３と、櫛形電極９２の下面に設けられ
た基板９４とを有する。櫛形電極９２は櫛状に枝分かれ
した複数の枝部を有し、複数の枝部は１カ所以上の領域
で電気的に接続する事により全体が等電位となる。ま
た、複数の枝部は光を回折するような微細な周期構造を
光制御層中に誘起できる程度の寸法で周期的に分布して
いる。このような櫛形電極は、例えばガラスのような基
板上にアルミなどの電極を一様に蒸着し、フォトリソグ
ラフィーの手法に従いパターニングすることで容易に作
製できる。

【００８３】（実施例５）図１１ａ、図１１ｂおよび図
１１ｃは、本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、図１１ａは平面図、図１１ｂは図１１ａのＡ−Ａ’
線に沿う断面図、図１１ｃは図１１ｂに適用される他の
電極の平面図である。

【００８４】この表示装置は、光学素子と、該光学素子
へ光を送る照明手段と、光学素子を駆動するための電源
（不図示）とを有する。

【００８５】光学素子は、光制御層（液晶層）３００
と、該光制御層３００の上面に互いに離間かつ平行する
ようにして設けられた複数の短冊状の透明電極１１１
と、光制御層３００の下面に互いに離間し、かつ透明電
極１１１と直交するようにして設けられた光を鏡面反射
する複数の短冊状の電極１１２と、上記透明電極１１１
の上面に設けられた導光板１１３とから構成される。こ
の実施例では、光制御層３００の液晶材料としてホログ
ラフィック高分子分散液晶を使用し、ハイブリッド配向
した。この場合、ホログラフィック高分子分散液晶が発
光時に散乱性でないために色純度の高い表示装置を実現
できる。

【００８６】照明手段は、上記導光板１１３の一端面か
ら光を入射させるためのもので、光源１１４と該光源１
１４からの光を上記端面に集光させるレンズ１１５とを
有する。なお、導光板１１３の全ての端面のうち、光源
１１４から光が入射し、レンズ１１５により集光した光
が入る部分以外の端面には、光が反射するように金属膜
などを蒸着する。電源（不図示）を上記短冊状の電極１
１１および１１２に接続することで、光学素子に電界を
印加させる。

【００８７】入射した光は、透明電極１１１をつけた導
光板１１３と光制御層３００の導光領域内に閉じ込めら
れる。しかし、透明電極１１１と直交する短冊状の光を
鏡面反射する電極との間に電圧を加えると、交点のホロ
グラフィック高分子分散液晶が回折状態となり発光す
る。電極を走査することにより任意のビットマップ像が
表示できる。

【００８８】本実施例の別の態様として、前記短冊状の
光を鏡面反射する電極１１２の代わりに透明電極を使用
してもよい。前記電極１１２として透明電極を使用する
場合は、その電極１１２の下面に透光性の平板からなる
反射板を設けてもよい。

【００８９】また、本発明の別の態様として、前記短冊
状の光を鏡面反射する電極１１２の代わりに、前述した
櫛形電極を使用することもできる。すなわち、このよう
に構成された光学素子は、図１１ｃに示すように光制御
層１１０の上面に互いに離間かつ平行するようにして設
けられた複数の短冊状の透明電極１１１と、前記光制御
層３００を介して該透明電極に直交するように設けられ
た複数の櫛形電極１１２ｃとを有する。複数の櫛形電極
は、例えばガラス基板のような基板１１６上にアルミな
どの電極を一様に蒸着し、フォトリソグラフィーの手法
によりパターニングすることで容易に形成することがで
きる。なお、このような櫛形電極を使用した場合、液晶
自体が周期性を持たなくともよい。そのため、光制御層
を形成する液晶としてはホログラフィック高分子分散液
晶である必要はなく、一様に配向する液晶で十分であ
る。

【００９０】さらに、本実施例に適用された短冊状の透
明電極１１１、または光制御層の下面に設けられた電極
のいずれかを表示画素単位に分割し、分割した各画素に
スイッチング素子を設けることもできる。ここで、光制
御層の下面に設けられかつ分割される電極は、上述した
ような透明電極または鏡面反射する電極のどちらでも良
い。またそれらの電極形状としては、短冊形状または櫛
形形状のどちらでも良い。

【００９１】（実施例６）本実施例は、ＴＦＴ駆動のよ
うなアクティブマトリクス駆動を行う本発明の表示装置
の一例であり、表示画素単位に分割した電極とその電極
に対向する表示領域全体に広がる一枚の電極とを用いて
表示装置を構成する。表示装置は、光学素子と、該光学
素子へ光を送る照明手段と、光学素子を駆動するための
電源とを有する。本実施例の電極は透明な上部電極と、
これに対向する下部電極とからなる。下部電極は、透明
なものであっても鏡面反射するものであっても良い。

【００９２】さらに電極の形状としては、（Ａ）表示領
域全体に広がる一枚の電極、（Ｂ）表示画素単位に分割
され、各画素の内部領域に広がる一枚の電極、（Ｃ）表
示領域全体に広がり電気的に単一である櫛形電極、
（Ｄ）表示画素単位に分割され、各画素の内部領域に広
がり電気的には単一な櫛形電極であって良い。

【００９３】これらの電極の組み合わせとしては、主
に、（i）一方の電極が表示領域全体で一枚の電極であ
り、他方の電極が表示画素単位に分割された領域で一枚
の電極である組み合わせ（Ａ−Ｂ）、（ii）一方の電極
が表示領域全体で一枚の電極であり、他方の電極が表示
画素単位に分割された櫛形電極である組み合わせ（Ａ−
Ｄ）、（iii）一方の電極が表示画素単位に分割された
領域で一つの電極であり、他方の電極が表示領域全体で
一枚の櫛形電極である組み合わせ（Ｂ−Ｃ）、（iv）一
方の電極が表示領域全体で一つの櫛形電極であり、他方
の電極が表示画素単位に分割された櫛形電極（Ｄ−
Ｃ）、が考えられる。但し、上部電極とする電極は、上
述したように透明な材質である必要がある。

【００９４】また、上部電極および下部電極によって狭
持される光制御層として使用することが適当な液晶は、
上述した電極の組み合わせによって異なる。すなわち、
（i）の場合には光制御層として、散乱能または回折能
が電気的に制御可能である液晶が適当である。特に、回
折能を変化させられるホログラフィック高分子分散液晶
を用いることにより高コントラスト化できる。（ii）、
（iii）および（iv）の場合には、櫛形電極により回折
されるので、光制御層としては、一様に配向した液晶で
十分である。

【００９５】本実施例では、前述の組み合わせのうち、
２通りの表示装置について図１２ａ、図１２ｂ、および
図１２ｃを参照しながら説明する。図１２ａは表示装置
の概略を示す側面断面図であり、図１２ｂおよび図１２
ｃは表示画素単位に分割された電極群を示す平面図であ
る。

【００９６】（I）上部電極を表示領域で一枚の透明電
極とし、下部電極を表示画素単位に分割した櫛形電極と
した場合図１２ａおよび図１２ｂを参照しながら、櫛形電極を表
示画素単位に分割した表示装置について説明する。

【００９７】光学素子は、光制御層３００と、該光制御
層３００の上面に積層された透明電極１２１と、光制御
層３００の下面と基板１２４とによって挟持され表示画
素単位に分割された電極１２２と、前記透明電極１２１
を介して光制御層３００上に設けられた導光板１２３と
から構成される。導光板１２３の一端には、照明手段
（光源１２５およびレンズ１２６）が設けられている。

【００９８】図１２ｂに示すように、表示画素単位（図
中、破線で示す）に分割された櫛形電極１２２ｂの各々
にはそれぞれスイッチング素子１２７を設け、各々の電
極に独立して電圧を印加できるように格子状に走査電極
１２８と信号電極１２９とを設ける。

【００９９】（II）上部電極を表示画素単位に分割され
た領域で一枚の透明電極とし、下部電極を表示領域全体
に広がる一つの櫛形電極とした場合次に、本実施例の別の態様として図１２ｃに示すように
透明電極１２１を表示画素単位に分割した場合について
説明する。この場合、分割された電極１２１ｃのそれぞ
れに対向するように、基板の全面にわたって櫛形電極１
２２ｃを形成する。図１２ｃに示すように、表示画素単
位に分割された電極１２１ｃの各々にはそれぞれスイッ
チング素子１２７を設け、各々の電極に独立して電圧を
印加できるように格子状に走査電極１２８と信号電極１
２９とを設ける。

【０１００】上述のように表示画素単位に分割した各々
の電極に対して、独立して電圧を印加できるように走査
電極１２８と信号電極１２９とを格子状にめぐらせるこ
とによりＴＦＴ駆動が可能となる。ＴＦＴ駆動させ、各
々の電極の電位を制御することにより、ビットマップ表
示が可能となる。

【０１０１】（実施例７）この実施例では、図１３ａ、
図１３ｂ、および図１３ｃを参照しながら背面駆動型の
表示装置について説明する。この表示装置を構成する各
層は実施例９と同様の積層順序で積層されたものである
が、以下に説明する点が前記実施例６のものと異なる。

【０１０２】図１３ａ、図１３ｂおよび図１３ｃは、本
発明にもとづく表示装置の一例を示すもので、図１３ａ
は表示装置の概略を示す側面断面図であり、図１３ｂお
よび図１３ｃは表示画素単位（図中、破線で示す）に分
割された電極群を示す平面図である。光制御層３００の
下面に設けられ、かつ表示画素単位に分割される電極は
透明なものであっても鏡面反射するものであってもよ
い。また、電極の形状は、櫛形（図１３ｂ、１３２ｂ）
であっても、表示画素単位に分割された領域で一枚の方
形状のもの（図１３ｃ、１３２ｃ）であってもよい。

【０１０３】図１３ａのように配線するためには、基板
１３４と基板の上面に設けられた分割された電極１３２
とに微細な穴をあけ、その穴の内部に金属などの導電性
材料を充填する。なお、図中の黒い丸印は、基板を貫通
して延びた電極１３５が基板の上面にある分割された電
極１３２と接続する部分を示す。次いで、このようにし
て形成された基板を貫通する電極（背面電極）１３５
を、表示画素単位ごとに分割された各々の電極１３２に
電圧を独立して印加できるように電源に配線する。ま
た、導光板１３３の端には、照明手段（光源１３６およ
びレンズ１３７）が設けられている。

【０１０４】なお、本実施例では、分割された電極１３
２と光制御層（液晶層）３００を介して設けられた透明
電極１３１として、一様に広がった電極を使用したが、
分割された電極１３２に対向する領域に広がった短冊状
の電極を使用することもできる。

【０１０５】本実施例では基板の下面（背面）から駆動
することが可能となるため、駆動基板を分割し隙間なく
並べることができる。また、高分子分散液晶の様な接着
性を有する光制御層を用いることにより、駆動基板をタ
イル状に並べて接着できる。このように構成することに
より、大面積化による信号遅延の影響を受けない、隙間
のない大画面表示が実現できる。

【０１０６】なお、先の実施例の表示装置についても本
実施例と同様に背面から駆動することが可能であり、背
面駆動による同様の効果が得られる。この場合、透明電
極１３１として短冊状に分割された電極を用い、電極１
３２の電極形状を短冊状（細長い長方形）とし、電極１
３１および１３２の短冊の長手方向が違いに直交する構
成をとる。この場合、背面から駆動するために電極１３
２については表示装置の端までの電気的な伝導性を確保
する必要がない。そのため、電極１３２の短冊の長さは
表示装置の画面の大きさに依存することなく任意に分割
でき、多重度の高い（闘値特性のゆるやかな）液晶材料
でも単純マトリクス駆動が可能となる。

【０１０７】また、先の実施例の光学素子についても、
本実施例と同様に走査電極と信号電極を背面に引き出し
駆動することが可能であり、大面積化において同様の効
果が得られる。

【０１０８】（実施例８）図１４は、本発明にもとづく
表示装置の一例を示す断面図である。

【０１０９】この表示装置は、光学素子と、該光学素子
へ光を送る照明手段と、光学素子を駆動するための電源
（不図示）とを有し、照明手段以外は先の実施例と同様
の構成を有する。すなわち、照明手段は、上記導光板１
４３の一端面から光を入射させるためのもので、光源１
４４と該光源１４４を囲む鏡面を有する部材１４５から
なる。その他の構成は、光制御層（液晶層）３００と、
該光制御層１４０の上面に互いに離間かつ平行するよう
にして設けられた複数の短冊状の透明電極１４１と、光
制御層１４０の下面に互いに離間し、かつ透明電極１４
１と直交するようにして設けられた光を鏡面反射する複
数の短冊状の電極１４２と、上記透明電極１４１の上面
に設けられた導光板１４３とからなる。光源１４４を表
示装置の縁につけることにより、図１１ａおよび図１１
ｂに示した表示装置と比較して小型かつ高効率な表示装
置を実現できる。

【０１１０】また、先の実施例ではホログラフィック高
分子分散液晶を用いたが、高分子分散液晶を用いること
により、白黒ディスプレイが実現できる。さらに、光源
に赤、青、緑の３色を用意し表示画素と同期して光源の
色を順次切り替えることによりフルカラー表示を実現で
きる。

【０１１１】以上、本発明に係る光学素子および該光学
素子を用いた表示装置を前述の実施例１から８において
具体的に説明した。しかし、本発明はそれらの実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々変更可能なことは言うまでもない。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導光板と液晶とを用いる大画面化可能な新たな構造の光
学素子において、光制御層に電界を印加していない状態
で、導光板に光を入射した場合に、入射光がどのような
偏光方向を持っていても、入射光が外部に出すことな
く、確実に導光板中を導光させ、素子を確実に非発光状
態に置くことのできる構成を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の表示装置の一例を示す概略的構成を示す
ものであり、（ａ）はプロジェクタの概略的構成を示す
断面図、（ｂ）は表示装置に適用される液晶ライトバル
ブの概略的構成を示す断面図である。

【図２】従来型の表示装置の一例を示す断面図である。

【図３】従来提案の光学素子の側断面図であり、光制御
層に電界が印加されていない状態を示す図である。

【図４】従来提案の光学素子の側断面図であり、光制御
層に電界が印加されている状態を示す図である。

【図５】本発明の光学素子の第１の実施例を示す側断面
図であり、光制御層に電界が印加されていない状態を示
す図である。

【図６】本発明の光学素子の第１の実施例を示す側断面
図であり、光制御層に電界が印加されている状態を示す
図である。

【図７】本発明の光学素子の第２の実施例を示す側断面
図である。

【図８】本発明光学素子の第３の実施例を模式的に示す
側面断面図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第３
の実施例の変形例を示すもので、光学素子に適用される
薄膜の構造を示す模式図である。

【図１０】本発明の光学素子の第４の実施例を模式的に
示すものであり、（ａ）は光学素子の側面断面図、
（ｂ）は基板上に形成された櫛形電極を示す平面図であ
る。

【図１１】本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿
う断面図、（ｃ）は（ｂ）に適用される他の電極の平面
図である。

【図１２】本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、（ａ）は表示装置の側面断面図、（ｂ）は表示画素
単位に分割された櫛形電極の平面図、（ｃ）は表示画素
単位に分割された透明電極と表示領域全面に設けられた
櫛形電極の平面図である。

【図１３】本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、（ａ）は表示装置の側面断面図、（ｂ）は表示画素
単位に分割された櫛形電極の平面図、（ｃ）は表示画素
単位に分割された透明電極の平面図である。

【図１４】本発明にもとづく表示装置の一例を示す側面
断面図である。

【符号の説明】

１０液晶パネル１１照明１２レンズ１３スクリーン１４偏光板１５液晶セル１６偏光板２１導光板２２光源２３反射板２４強誘電性液晶層２５ａ、２５ｂ電極２６ａ、２６ｂ電極支持基板２７反射板２８光拡散板３０、３００、４００光制御層３１、４１、９１、１１１、１２１、１３１、１４１
透明電極３２、４２透明電極３３、４３、９３、１１３、１２３、１３３、１４３
導光板３４、４４反射板３５反射面３６面内方向３７、４７入射光７０ａ高分子樹脂７０ｂ液晶８２、１１２、１２２、１２２ｂ、１３２、１３２ｂ、
１３２ｃ電極９２、１１２ｃ、１２２ｂ、１２２ｃ櫛形電極（周期
電極）９４、１１６、１２４、１３４基板１１４、１２５、１３６、１４４照明１１５、１２６、１３７レンズ１２７スイッチング素子１２８走査電極１２９信号電極１３５背面電極（貫通した電極）１４５鏡面を有する部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者陶山史朗東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平６−308543（ＪＰ，Ａ) 特開平10−186361（ＪＰ，Ａ) 特開平８−271919（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−105148（ＪＰ，Ａ) 特開平10−90730（ＪＰ，Ａ) 特開平10−339867（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−47623（ＪＰ，Ａ) 特開平７−318974（ＪＰ，Ａ) 特開平６−43325（ＪＰ，Ａ) 特開平６−214254（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−124217（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13357 G02F 1/139 G02F 1/1337 G02F 1/1333 G02F 1/1334 G02F 1/1335 G02F 1/1343

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】端面から光を入射して導光させる透光性
の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極からな
る第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制御
層の下面に透明電極からなる第２の電極を介して設けら
れた反射板とを有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍において該電極面に対して垂直に配向
されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に
対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されているこ
とを特徴とする光学素子。
【請求項２】前記液晶が高分子液晶と低分子液晶の複
合体により形成されていることを特徴とする請求項１に
記載の光学素子。
【請求項３】前記光制御層内の前記高分子液晶と低分
子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請求
項２に記載の光学素子。
【請求項４】前記反射板が、透光性の材料からなり、
該反射板の反射面は前記光制御層側の面に対し所定の角
度で傾斜し、かつ該反射面に反射膜が形成されているこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光
学素子。
【請求項５】前記反射面が、所定の傾斜角度を有する
鋸波状の傾斜面群からなることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】前記透明電極からなる第１の電極または
前記透明電極からなる第２の電極のどちらか一方の電極
が表示画素単位に分割され、該分割された各々の表示画
素単位にスイッチング素子を有することを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】端面から光を入射して導光させる透光性
の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極からな
る第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制御
層の下面に設けられた、光を鏡面反射する電極からなる
第２の電極とを有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍において該電極面に対して垂直に配向
されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に
対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されているこ
とを特徴とする光学素子。
【請求項８】前記液晶が高分子液晶と低分子液晶の複
合体により形成されていることを特徴とする請求項７に
記載の光学素子。
【請求項９】前記光制御層内の前記高分子液晶と低分
子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請求
項８に記載の光学素子。
【請求項１０】前記透明電極からなる第１の電極また
は前記光を鏡面反射する電極からなる第２の電極のどち
らか一方の電極が表示画素単位に分割され、該分割され
た各々の表示画素単位にスイッチング素子を有すること
を特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の光学
素子。
【請求項１１】端面から光を入射して導光させる透光
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、光制御
層の下面に設けられ、複数に分割された電極からなる第
２の電極と、該第２の電極の下面に設けられた基板と、
前記第２の電極の複数の分割された電極の各々に１対１
で対応し、かつ前記基板を貫通して設けられた複数の第
３の電極とを有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されており、前記複数の第３の電極の各々は、前記第２の電極と接続
する第１の端部と、前記基板の前記第２の電極側の面と
は反対側の面に露出した第２の端部とを有し、個々に、
または任意の数からなる群に分けて基板側から電圧印加
可能であることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】光学素子と、該光学素子に光を入射さ
せるための照射手段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が入射する端面
を有し、かつ入射した光を導光させる透光性の板状導光
板と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電
極を介して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に
透明電極からなる第２の電極を介して設けられた反射板
とを有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されていること
を特徴とする表示装置。
【請求項１３】前記液晶が高分子液晶と低分子液晶の
複合体により形成されていることを特徴とする請求項１
２に記載の表示装置。
【請求項１４】前記光制御層内の前記高分子液晶と低
分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請
求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】前記反射板が、透光性の材料からな
り、該反射板の反射面は前記光制御層側の面に対し所定
の角度で傾斜し、かつ該反射面に反射膜が形成されてい
ることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに
記載の表示装置。
【請求項１６】前記反射面が、所定の傾斜角度を有す
る鋸波状の傾斜面群からなることを特徴とする請求項１
２ないし１５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１７】前記透明電極からなる第１の電極また
は前記透明電極からなる第２の電極のどちらか一方の電
極が表示画素単位に分割され、該分割された各々の表示
画素単位にスイッチング素子を有することを特徴とする
請求項１２ないし１６のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１８】光学素子と、該光学素子に光を入射さ
せるための照射手段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が入射する端面
を有し、かつ入射した光を導光させる透光性の板状導光
板と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電
極を介して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に
設けられた、光を鏡面反射する電極からなる第２の電極
とを有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されていること
を特徴とする表示装置。
【請求項１９】前記液晶が高分子液晶と低分子液晶の
複合体により形成されていることを特徴とする請求項１
８に記載の表示装置。
【請求項２０】前記光制御層内の前記高分子液晶と低
分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請
求項１９に記載の表示装置。
【請求項２１】前記透明電極からなる第１の電極また
は前記光を鏡面反射する電極からなる第２の電極のどち
らか一方の電極が表示画素単位に分割され、該分割され
た各々の表示画素単位にスイッチング素子を有すること
を特徴とする請求項１８ないし２０のいずれかに記載の
表示装置。
【請求項２２】光学素子と、該光学素子に光を入射さ
せるための照射手段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が入射する端面
を有し、かつ入射した光を導光させる透光性の板状導光
板と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電
極を介して設けられた光制御層と、光制御層の下面に設
けられ、複数に分割された電極からなる第２の電極と、
該第２の電極の下面に設けられた基板と、前記第２の電
極の複数の分割された電極の各々に１対１で対応し、か
つ前記基板を貫通して設けられた複数の第３の電極とを
有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されており、前記複数の第３の電極の各々は、前記第２の電極と接続
する第１の端部と、前記基板の前記第２の電極側の面と
は反対側の面に露出した第２の端部とを有し、個々に、
または任意の数からなる群に分けて基板側から電圧印加
可能であることを特徴とする表示装置。