JP4899503B2 - Display device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば液晶表示素子等の画像表示素子から出射する光線方向を制御することが可能な光学素子および表示装置に関する。   The present invention relates to an optical element and a display device capable of controlling the direction of light emitted from an image display element such as a liquid crystal display element.

液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)は携帯電話、個人情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)、ノート型パーソナルコンピュータなどの小中型ディスプレイを始めとして、現在では32インチ以上の大型フラットパネルディスプレイにも用いられている。   Liquid crystal displays (LCDs) are used for small and medium-sized displays such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs), and notebook personal computers as well as large flat panel displays of 32 inches or more. It has been.

液晶ディスプレイは、一対の透明基板の間に液晶材料を封止した液晶表示素子を備えている。液晶の駆動方式としては、従来、液晶の配向方向が上下基板間で90°捻れたTN(Twisted Nematic)方式が主流であったが、斜めから見た場合の視認性が悪く視野角が狭いという課題があった。   The liquid crystal display includes a liquid crystal display element in which a liquid crystal material is sealed between a pair of transparent substrates. Conventionally, the TN (Twisted Nematic) method, in which the alignment direction of the liquid crystal is twisted by 90 ° between the upper and lower substrates, has been the mainstream as a liquid crystal driving method, but it has poor visibility when viewed obliquely and has a narrow viewing angle. There was a problem.

この課題を解決する方法として、近年、IPS(In Plane Switching-mode)、PVA(Patterned Vertical Alignment)、MVA(Multi-domain Vertical Alignment)などの方式が開発され、斜めから見た場合の視認性、色ずれ、コントラストが大幅に向上した。また、最近では、携帯電話やPDAなどで静止画や動画を楽しむ用途も増加し、個人だけでなく、大勢で一つのモニターを見る機会も増加している。このような背景から、上記の視野角拡大技術が携帯電話をはじめとするモバイル用ディスプレイにも適用され始めている。   In recent years, methods such as IPS (In Plane Switching-mode), PVA (Patterned Vertical Alignment), and MVA (Multi-domain Vertical Alignment) have been developed as methods for solving this problem. Color shift and contrast are greatly improved. Recently, the usage of enjoying still images and moving images on mobile phones and PDAs has increased, and the opportunity to view one monitor in addition to individuals has increased. Against this background, the above-described viewing angle expansion technology has begun to be applied to mobile displays such as mobile phones.

一方、視野角が広すぎると電車の中などで画面の表示情報を周囲の人から認識されてしまうという課題も生じている。そこで、液晶表示画面に貼り付けることで視野角を制限するフィルムが知られている。このフィルムは、黒いストライプ状パターンを有するルーバーフィルムからなり、出射光線方向を制御し斜めからの画面の覗き込みを防止する。ところが、当該フィルムは光線の出射方向を固定してしまうため、状況に応じた視野角の広狭の切り換えを行うことができない。   On the other hand, if the viewing angle is too wide, there is a problem in that display information on the screen is recognized by surrounding people in a train or the like. Thus, a film that limits the viewing angle by being attached to a liquid crystal display screen is known. This film is made of a louver film having a black stripe pattern, and controls the direction of emitted light to prevent the screen from being viewed from an oblique direction. However, since the film fixes the light emission direction, it is not possible to switch the viewing angle according to the situation.

一方、視野角を任意に切り換えることができる技術が例えば下記特許文献1〜4に記載されている。特許文献1には、バックライトの輝度と出射光の散乱度合を制御して視野角の調整を可能とした液晶表示装置が開示されている。特許文献2には、高分子分散型液晶セルとゲスト−ホスト型液晶セルとの間に表示用TN液晶セルを配置することで、反射型と透過型の切換えと視野角の切換えを可能とする技術が開示されている。また、特許文献3には、表示用液晶セルの前面に光学補償層を配置し、この光学補償層の位相差量を電気的に制御することで、視野角の切換えを行うようにした液晶ディスプレイが開示されている。   On the other hand, technologies capable of arbitrarily switching the viewing angle are described in, for example, Patent Documents 1 to 4 below. Patent Document 1 discloses a liquid crystal display device that can adjust the viewing angle by controlling the luminance of the backlight and the degree of scattering of the emitted light. In Patent Document 2, a TN liquid crystal cell for display is arranged between a polymer dispersion type liquid crystal cell and a guest-host type liquid crystal cell, thereby enabling switching between a reflective type and a transmissive type and a switching of a viewing angle. Technology is disclosed. Patent Document 3 discloses a liquid crystal display in which an optical compensation layer is disposed in front of a display liquid crystal cell, and the viewing angle is switched by electrically controlling the phase difference amount of the optical compensation layer. Is disclosed.

一方、特許文献4には、図18に示すように、一対の透明基材103,104の間に、第1,第2の領域101,102をそれぞれ作製し、第2の領域102の透過度が第1の領域101の透過度よりも小さくなるように当該第2の領域102の透過度を切換え可能に構成した視野角制御素子100の構成が開示されている。この視野角制御素子100は液晶表示パネルの前面側(観察者側)に配置され、光源105から照射されて液晶表示パネルを透過した光Lを角度θ1で出射させる狭視野角モード(図18A)と、光Lを角度θ2で出射させる広視野角モード(図18B)の2つの状態を選択的にとるように構成されている。   On the other hand, in Patent Document 4, as shown in FIG. 18, first and second regions 101 and 102 are respectively formed between a pair of transparent base materials 103 and 104, and the transmittance of the second region 102 is obtained. A configuration of the viewing angle control element 100 is disclosed in which the transmittance of the second region 102 is switchable so that is smaller than the transmittance of the first region 101. This viewing angle control element 100 is disposed on the front side (observer side) of the liquid crystal display panel, and narrow-angle mode (FIG. 18A) that emits light L emitted from the light source 105 and transmitted through the liquid crystal display panel at an angle θ1. The wide viewing angle mode (FIG. 18B) in which the light L is emitted at an angle θ2 is selectively configured to be taken.

ここで、第2の領域102は、二色性色素を含有したゲスト−ホスト型液晶あるいは高分子分散型液晶からなる。そして、一対の透明基材103,104間に電場が存在しない状態では、第2の領域102の透過度は第1の領域101の透過度よりも小さく、第2の領域102に入射した光Lを吸収又は散乱して出射角を制限する狭視野角モードをとる。一方、一対の透明基材103,104間に所定の電場を形成すると、第2の領域102の液晶材料が垂直方向に配向されて高い透過度を示すようになり、これにより第1の領域101に入射した光Lのみならず、第2の領域102に入射した光Lをも透過させる広視野角モードをとる。   Here, the second region 102 is composed of a guest-host type liquid crystal or polymer dispersed type liquid crystal containing a dichroic dye. In a state where no electric field exists between the pair of transparent base materials 103 and 104, the transmittance of the second region 102 is smaller than the transmittance of the first region 101, and the light L incident on the second region 102 is transmitted. Narrow viewing angle mode that limits the exit angle by absorbing or scattering the light. On the other hand, when a predetermined electric field is formed between the pair of transparent base materials 103 and 104, the liquid crystal material in the second region 102 is aligned in the vertical direction and exhibits high transmittance. And a wide viewing angle mode that transmits not only the light L incident on the second region 102 but also the light L incident on the second region 102.

第1,第2の領域101,102は、表示パネルの各画素に対向するエリアに形成されている。具体的には、図19Aに示すようにRGB(赤、緑、青)の各画素領域に対応して第1の領域101がひとつずつ配置されたり、図19Bに示すように画素ごとに第1の領域101が複数配置されるようにして、第1,第2の領域101,102の形成ピッチが規定されている。そして、第1の領域101の形成幅は、第2の領域102の形成幅と同等または第2の領域102の形成幅よりも小さく形成されている。   The first and second regions 101 and 102 are formed in an area facing each pixel of the display panel. Specifically, as shown in FIG. 19A, one first region 101 is arranged corresponding to each pixel region of RGB (red, green, and blue), or the first region 101 for each pixel as shown in FIG. 19B. The formation pitch of the first and second regions 101 and 102 is defined such that a plurality of regions 101 are arranged. The formation width of the first region 101 is equal to the formation width of the second region 102 or smaller than the formation width of the second region 102.

特開平9−105907号公報JP-A-9-105907 特開平10−197844号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-197844 特開2005−309020号公報JP 2005-309020 A 特開2005−221756号公報JP 2005-221756 A

しかしながら、特許文献1に記載の構成では、広視野角モードの場合(出射光の散乱度合が大きい場合)にバックライトの輝度を高くする必要があるため、低消費電力化という点では不利である。また、特許文献2の構成では、液晶セルが3枚必要であるので低コスト化が難しく厚さも大きくなる。更に、特許文献3の構成では、基板に配向処理が必要であるので安価に製造することが難しく、ガラス基板を使用する必要があるので軽量化、薄型化および耐衝撃性向上を狙ったフィルム基板の使用が難しいという問題がある。   However, the configuration described in Patent Document 1 is disadvantageous in terms of low power consumption because it is necessary to increase the luminance of the backlight in the wide viewing angle mode (when the degree of scattering of the emitted light is large). . In the configuration of Patent Document 2, since three liquid crystal cells are required, it is difficult to reduce the cost and the thickness is increased. Furthermore, in the configuration of Patent Document 3, it is difficult to manufacture the substrate at low cost because an alignment process is required, and it is necessary to use a glass substrate. Therefore, a film substrate aimed at reducing the weight, reducing the thickness, and improving the impact resistance There is a problem that it is difficult to use.

一方、特許文献4の構成においては、透過度の高い第1の領域101の形成幅が、透過度が低い第2の領域102の形成幅以下で形成されているために、狭視野角モード時の光量が制限されて輝度の低下を招くという問題がある。   On the other hand, in the configuration of Patent Document 4, since the formation width of the first region 101 having high transmittance is equal to or less than the formation width of the second region 102 having low transmittance, the narrow viewing angle mode is used. There is a problem in that the amount of light is limited, leading to a decrease in luminance.

また、1画素の対向したエリアに透過度の異なる第1,第2の領域101,102を形成しているので、透過度の低い領域で散乱された光が表示画素や隣接セルに漏れることで表示が滲み、鮮明さが低下したり、色ずれが生じることがある。更に、1画素単位で形成した第1,第2の領域101,102のパターンを表示パターン上に設置する際のアライメントがプロセス上非常に煩雑であるとともに、アライメント精度で画質が左右されることにもなる。   In addition, since the first and second regions 101 and 102 having different transmittances are formed in the area where one pixel opposes, the light scattered in the low transmittance region leaks to the display pixels and adjacent cells. The display may blur, resulting in a decrease in sharpness or color shift. Furthermore, the alignment when placing the patterns of the first and second regions 101 and 102 formed in units of one pixel on the display pattern is very complicated in the process, and the image quality depends on the alignment accuracy. Also become.

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、輝度の低下を抑えて光線方向を制御できる軽量、薄型、低コストの光学素子および表示装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a lightweight, thin, and low-cost optical element and display device that can control a light beam direction while suppressing a decrease in luminance.

以上の課題を解決するに当たり、本発明の光学素子は、一対の透明基材と、一対の透明基材間にパターン形成された透光性材料からなる第1の領域と、第1の領域の間に配置され、透光状態と散乱又は吸収状態とが選択的に切り換えられる液晶材料を含んだ第2の領域とを有し、第1の領域の形成幅が、第2の領域の形成幅よりも大きく形成されている。   In solving the above-described problems, the optical element of the present invention includes a pair of transparent base materials, a first region made of a translucent material patterned between the pair of transparent base materials, and a first region. And a second region including a liquid crystal material that is selectively switched between a light-transmitting state and a scattering or absorption state, and the formation width of the first region is the formation width of the second region It is formed larger than.

本発明の光学素子は、例えば液晶ディスプレイの視野角を調整する光線制御素子として用いられ、第2の領域の透光状態と散乱又は吸収状態とにより視野角の広狭の電気的な切換えを可能とする。具体的には、第2の領域が透光状態のときは視野角を広げ、第2の領域が散乱又は吸収状態のときは視野角を狭める機能を果たす。   The optical element of the present invention is used, for example, as a light beam control element that adjusts the viewing angle of a liquid crystal display, and can electrically switch the viewing angle between wide and narrow depending on the light transmission state and the scattering or absorption state of the second region. To do. Specifically, it functions to widen the viewing angle when the second region is in a light-transmitting state and narrow the viewing angle when the second region is in a scattering or absorbing state.

そこで本発明では、上記第2の領域の形成幅に比べて第1の領域の形成幅を大きくすることにより、特に狭視野角モード時における正面方向の輝度を高めて、画像の高精細化を実現している。好ましくは、第2の領域の形成ピッチを画像表示素子の画素ピッチよりも大きくすることで、画像表示素子に対するアライメント精度に関係なく高画質の画像を形成することができる。   Therefore, in the present invention, by increasing the formation width of the first region as compared with the formation width of the second region, the luminance in the front direction is increased particularly in the narrow viewing angle mode, and the image is enhanced. Realized. Preferably, a high-quality image can be formed regardless of the alignment accuracy with respect to the image display element by making the formation pitch of the second region larger than the pixel pitch of the image display element.

また、本発明に係る光学素子は、一対の透明基材間に上記第1,第2の領域をパターン形成するだけで容易かつ低コストに作製できるとともに、透明基材をプラスチックフィルムなどで構成することにより、薄型・軽量化、耐衝撃性の向上を図ることが可能となる。   In addition, the optical element according to the present invention can be easily and inexpensively manufactured only by patterning the first and second regions between a pair of transparent substrates, and the transparent substrate is made of a plastic film or the like. As a result, it becomes possible to reduce the thickness and weight and improve the impact resistance.

第2の領域に充填される複合材料は、高分子材料に液晶材料を分散させた高分子分散型液晶や当該高分子分散型液晶に2色性黒色色素を添加した材料が好適である。前者では第2の領域の光散乱状態を実現でき、後者では第2の領域の光吸収状態を実現できる。   The composite material filled in the second region is preferably a polymer dispersed liquid crystal in which a liquid crystal material is dispersed in a polymer material or a material in which a dichroic black pigment is added to the polymer dispersed liquid crystal. The former can realize the light scattering state of the second region, and the latter can realize the light absorption state of the second region.

なお、これに限らず、液晶材料のみで第2の領域を充填するようにしてもよい。また、この場合、無電場で光散乱性配向状態と光透過性配向状態とが保持される双安定構造をもたせることで、消費電力の低減を図ることができる。   However, the present invention is not limited to this, and the second region may be filled only with a liquid crystal material. In this case, power consumption can be reduced by providing a bistable structure in which a light scattering alignment state and a light transmission alignment state are maintained in an electric field.

透光性材料は、透明な感光性材料をパターン形成することで所望の形状に加工できる。第2の領域のパターン形状は、透光性材料のパターン形状で決定される。好適には、第2の領域のパターン形状はストライプ状または格子状とされるが、勿論これに限られない。また、透光性材料は、フォトリソグラフィ技術以外の方法でパターン形成でき、例えばプレス法や機械的加工が用いられる。また、透光性材料を透明な高分子フィルムで形成し当該フィルム上に溝加工等を施すことで、上記第2の領域を形成するようにしてもよい。   The translucent material can be processed into a desired shape by patterning a transparent photosensitive material. The pattern shape of the second region is determined by the pattern shape of the translucent material. Preferably, the pattern shape of the second region is a stripe shape or a lattice shape, but is not limited to this. Further, the translucent material can be patterned by a method other than the photolithography technique, and for example, a press method or mechanical processing is used. Moreover, you may make it form the said 2nd area | region by forming a translucent material with a transparent polymer film, and giving a groove process etc. on the said film.

本発明に係る光学素子は、画像表示素子の前面側に設置することができる。画像表示素子としては、液晶ディスプレイ、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ、プラズマディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、電気泳動ディスプレイ等の各種パネルを用いることができる。   The optical element according to the present invention can be installed on the front side of the image display element. As the image display element, various panels such as a liquid crystal display, an organic EL (electroluminescence) display, a plasma display, a field emission display, and an electrophoretic display can be used.

また、画像表示素子として液晶表示素子(液晶表示パネル)を用いる場合、本発明に係る光学素子は、液晶表示素子と面発光光源(バックライトユニット)との間に配置することも可能である。この場合、光学素子として、第2の領域が透光状態と光散乱性状態とを選択的に切り換えられるように構成することで、第2の領域での光散乱機能で視野角の拡張効果をもたせることも可能である。   Moreover, when using a liquid crystal display element (liquid crystal display panel) as an image display element, the optical element which concerns on this invention can also be arrange | positioned between a liquid crystal display element and a surface emitting light source (backlight unit). In this case, the optical element is configured so that the second region can be selectively switched between the light-transmitting state and the light-scattering state, so that the viewing angle can be expanded by the light scattering function in the second region. It can also be given.

以上述べたように、本発明によれば、表示素子の光線方向を制御し視野角を切り換える光学素子を安価かつ軽量・薄型化できるともに、輝度の低下による画質の劣化を抑えることができる。   As described above, according to the present invention, the optical element that controls the light direction of the display element and switches the viewing angle can be reduced in price, weight, and thickness, and deterioration in image quality due to a decrease in luminance can be suppressed.

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態による表示装置10の概略構成を示す側断面図であり、Aは狭視野角状態、Bは広視野角状態をそれぞれ示している。本実施形態の表示装置10は、主として、バックライトユニット1、液晶表示素子(液晶表示パネル)2、光線制御素子11とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic configuration of a display device 10 according to a first embodiment of the present invention, where A shows a narrow viewing angle state and B shows a wide viewing angle state. The display device 10 of this embodiment mainly includes a backlight unit 1, a liquid crystal display element (liquid crystal display panel) 2, and a light beam control element 11.

バックライトユニット1は、液晶表示素子2の背面側(図中下方側)に配置された面発光光源として構成されている。バックライトユニット1は、直下型のバックライトユニットでもよいし、導光板を備えたエッジライト型のバックライトユニットでもよい。光源には、蛍光管等の線状光源のほか、発光ダイオード(LED)等の点状光源が用いられる。なお、バックライトユニット1は、上記光源のほか、拡散板あるいは拡散シート等の光拡散性シートや、プリズムシートあるいはレンズシート等の集光性を備えた輝度向上フィルム等を適宜組み合わせて構成することができる。   The backlight unit 1 is configured as a surface emitting light source disposed on the back side (lower side in the drawing) of the liquid crystal display element 2. The backlight unit 1 may be a direct backlight unit or an edge light backlight unit including a light guide plate. In addition to a linear light source such as a fluorescent tube, a point light source such as a light emitting diode (LED) is used as the light source. The backlight unit 1 is configured by appropriately combining the light source, a light diffusing sheet such as a diffusion plate or a diffusion sheet, and a brightness enhancement film having a light collecting property such as a prism sheet or a lens sheet. Can do.

液晶表示素子2は、本発明に係る画像表示素子として構成されている。液晶表示素子2は、一対の透明基板の間に液晶材料を封入して構成される。液晶表示素子2の駆動方式は特に限定されないが、本実施形態では視野角特性に優れたIPS方式、MVA方式等が採用されている。また、液晶表示素子2の正面側(図中上方)及び背面側には、図示せずとも偏光板が配置されている。   The liquid crystal display element 2 is configured as an image display element according to the present invention. The liquid crystal display element 2 is configured by enclosing a liquid crystal material between a pair of transparent substrates. The driving method of the liquid crystal display element 2 is not particularly limited, but in the present embodiment, an IPS method, an MVA method, or the like excellent in viewing angle characteristics is adopted. Further, polarizing plates are arranged on the front side (upper side in the drawing) and the back side of the liquid crystal display element 2 even if not shown.

光線制御素子11は、本発明に係る光学素子として構成されている。光線制御素子11は、後述するように、バックライトユニット1から出射し液晶表示素子2を通過した光線Lの方向を制御する機能を有しており、図1Aに示すように光線方向を一定角度範囲に制限する狭視野角モードと、図1Bに示すように光線方向を上記一定角度以上の角度範囲に広げる広視野角モードとを切換可能に構成されている。   The light beam control element 11 is configured as an optical element according to the present invention. As will be described later, the light beam control element 11 has a function of controlling the direction of the light beam L emitted from the backlight unit 1 and passed through the liquid crystal display element 2, and the light beam direction is set at a certain angle as shown in FIG. 1A. A narrow viewing angle mode that limits the range and a wide viewing angle mode that expands the light ray direction to an angle range equal to or greater than the predetermined angle as shown in FIG. 1B can be switched.

図2は光線制御素子11の概略構成を示す斜視図である。光線制御素子11は、上下一対の透明基材12,13と、これら一対の透明基材12,13間にパターン形成された透光性材料14からなる第1の領域と、この第1の領域の間に配置され液晶材料を含んだ複合材料15からなる第2の領域とを有している。一対の透明基材12,13の各々の内面側には透明電極膜16,17がそれぞれ形成されている。透明電極膜16,17には電圧源18とスイッチ19が接続されている。スイッチ19は、本発明の「切換手段」に対応する。   FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the light beam control element 11. The light beam control element 11 includes a first region composed of a pair of upper and lower transparent substrates 12 and 13 and a translucent material 14 patterned between the pair of transparent substrates 12 and 13, and the first region. And a second region made of the composite material 15 including a liquid crystal material. Transparent electrode films 16 and 17 are formed on the inner surfaces of the pair of transparent base materials 12 and 13, respectively. A voltage source 18 and a switch 19 are connected to the transparent electrode films 16 and 17. The switch 19 corresponds to the “switching means” of the present invention.

複合材料15は、透明電極膜16,17間に印加される電圧のON/OFFによって透光状態と散乱又は吸収状態とが選択的に切り換えられる。本実施形態では、後述するように、複合材料15が高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)で構成され、電圧がOFFの状態では入射光を散乱させる光散乱性配向状態となり、電圧がONの状態では入射光を透過させる光透過性配向状態となる。   The composite material 15 is selectively switched between a light transmission state and a scattering or absorption state by ON / OFF of a voltage applied between the transparent electrode films 16 and 17. In this embodiment, as will be described later, the composite material 15 is composed of polymer dispersed liquid crystal (PDLC), and in a state where the voltage is OFF, the composite material 15 is in a light scattering orientation state in which incident light is scattered. In the ON state, a light transmissive alignment state that transmits incident light is obtained.

従って、電圧がOFFの場合では、透光性材料14の周囲を複合材料15からなる散乱壁が取り囲む状態となる。このため、図1Aに示すように液晶表示素子2から出射した光Lのうち透光性材料14を透過する光のみが正面側に出射され、複合材料15に入射した光は散乱されて透過しない。これにより、液晶表示素子2から出射する光Lの出射角は、正面方向の所定角度範囲に制限される(狭視野角モード)。また、複合材料15のもつ光散乱性により、複合材料15に入射した光が透光性材料14に向かって散乱されるので、正面方向の輝度の向上が図られる。   Therefore, when the voltage is OFF, the light transmissive material 14 is surrounded by the scattering wall made of the composite material 15. For this reason, as shown in FIG. 1A, only the light that passes through the translucent material 14 out of the light L emitted from the liquid crystal display element 2 is emitted to the front side, and the light incident on the composite material 15 is scattered and not transmitted. . Thereby, the emission angle of the light L emitted from the liquid crystal display element 2 is limited to a predetermined angle range in the front direction (narrow viewing angle mode). Further, the light scattering property of the composite material 15 causes light incident on the composite material 15 to be scattered toward the translucent material 14, so that the luminance in the front direction can be improved.

一方、電圧がONの場合では複合材料15は透明な状態となり、図1Bに示すように液晶表示素子2から出射した光はほとんど光線方向を変えずに光線制御素子11を透過する(広視野角モード)。広視野角の液晶表示素子2であれば、ほぼその液晶表示素子2と同等の視野角特性が得られる。   On the other hand, when the voltage is ON, the composite material 15 is in a transparent state, and as shown in FIG. 1B, the light emitted from the liquid crystal display element 2 passes through the light beam control element 11 with almost no change in the light beam direction (wide viewing angle). mode). If the liquid crystal display element 2 has a wide viewing angle, a viewing angle characteristic substantially equivalent to that of the liquid crystal display element 2 can be obtained.

次に、本発明に係る光線制御素子11の詳細について説明する。   Next, details of the light beam control element 11 according to the present invention will be described.

透明基材12,13は、ガラスやプラスチックフィルム、無機フィラー入り高分子フィルム等の透明フィルムあるいはシートからなり、特に、軽量で薄厚化でき、生産性、取扱い性、耐衝撃性に優れたプラスチックフィルム(高分子フィルム)が好適である。   The transparent base materials 12 and 13 are made of a transparent film or sheet such as glass, plastic film, polymer film containing an inorganic filler, and in particular, a plastic film that is lightweight, can be thinned, and has excellent productivity, handleability, and impact resistance. (Polymer film) is preferred.

第1の領域を形成する透光性材料14は、液晶表示素子2からの出射光に対して透明な材料であれば特に限定されず、例えばPMMA(ポリメチルメタクリレート)、PC(ポリカーボネート)、UV(紫外線)硬化型樹脂などの透明な樹脂材料が用いられる。特に、フォトリソグラフィ技術を用いて透光性材料14をパターン形成できるUV感光性樹脂で当該透光性材料14を構成することが好ましい。   The translucent material 14 forming the first region is not particularly limited as long as it is a material transparent to the light emitted from the liquid crystal display element 2. For example, PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonate), UV A transparent resin material such as (ultraviolet) curable resin is used. In particular, the translucent material 14 is preferably made of a UV photosensitive resin capable of patterning the translucent material 14 using photolithography technology.

なお、液晶分子を含む高分子材料を用いて上記透光性材料14を構成することも可能である。この場合、高分子材料としては紫外線や熱等によって硬化し液晶分子を拘束できる樹脂や液晶ポリマーが用いられる。すなわち、電圧印加で液晶のダイレクタ方向が変化しない限りにおいて、液晶分子を含む高分子材料を用いて上記透光性材料14を構成することも可能である。   Note that the light-transmitting material 14 can also be configured using a polymer material containing liquid crystal molecules. In this case, as the polymer material, a resin or a liquid crystal polymer that can be cured by ultraviolet rays or heat to restrain liquid crystal molecules is used. That is, as long as the director direction of the liquid crystal is not changed by voltage application, the light-transmitting material 14 can be configured using a polymer material containing liquid crystal molecules.

透光性材料14は、図2に示すように、四角柱状にパターン形成されている。パターン形状はこの四角形状に限らず、三角柱状、六角柱状等の多角柱形状、あるいは円柱形状やその他の幾何学的形状であってもよい。また、図2の例では、四角柱状の透光性材料14を行および列方向にそれぞれ等ピッチで整列配置させているが、勿論これに限られない。   As shown in FIG. 2, the translucent material 14 is patterned in a quadrangular prism shape. The pattern shape is not limited to this quadrangular shape, and may be a polygonal column shape such as a triangular column shape or a hexagonal column shape, a cylindrical shape, or other geometric shapes. In the example of FIG. 2, the rectangular columnar translucent materials 14 are arranged and arranged at equal pitches in the row and column directions, but it is not limited thereto.

一方、第2の領域を形成する複合材料15は、高分子分散型液晶で形成されている。複合材料15は、透光性材料14の間を埋めるように縦横のストライプ状すなわち格子状に第2の領域を構成している。この第2の領域の形状は、透光性材料14の形状で定まり、例えば透光性材料14が六角柱状であれば、第2の領域はハニカム形状になる。   On the other hand, the composite material 15 forming the second region is formed of a polymer dispersed liquid crystal. The composite material 15 constitutes the second region in the form of vertical and horizontal stripes, that is, a lattice, so as to fill the space between the light-transmitting materials 14. The shape of the second region is determined by the shape of the translucent material 14. For example, if the translucent material 14 is a hexagonal column shape, the second region has a honeycomb shape.

本発明に係る光線制御素子11は、透光性材料14(第1の領域)の形成幅W1が、複合材料15(第2の領域)の形成幅W2よりも大きく形成されている。透光性材料14の面積が大きいほど透光性材料14を透過する光量が多くなり、これにより光線の直進性が高められて正面輝度が向上するとともに、表示の滲みを少なくすることができる。   In the light control element 11 according to the present invention, the formation width W1 of the translucent material 14 (first region) is formed larger than the formation width W2 of the composite material 15 (second region). As the area of the translucent material 14 is larger, the amount of light transmitted through the translucent material 14 is increased, thereby improving the straightness of the light beam and improving the front luminance and reducing the display blur.

また、光線制御素子11は、複合材料15の形成ピッチが、液晶表示素子2の画素ピッチよりも大きく形成されている。複合材料15の形成ピッチが画素ピッチと同程度だと、液晶表示素子2と光線制御素子11との間のアライメントずれが原因でモアレ縞が生じたり、表示ムラが発生する。すなわち、複合材料15のパターンピッチを画素ピッチよりも大きくすることで、液晶表示素子2に対する光線制御素子11の組込み性が容易になるとともに、モアレや表示ムラの発生を抑えて画質の向上を図ることができるようになる。   The light beam control element 11 is formed such that the formation pitch of the composite material 15 is larger than the pixel pitch of the liquid crystal display element 2. If the formation pitch of the composite material 15 is about the same as the pixel pitch, moire fringes or display unevenness occurs due to misalignment between the liquid crystal display element 2 and the light beam control element 11. That is, by making the pattern pitch of the composite material 15 larger than the pixel pitch, the light control element 11 can be easily incorporated into the liquid crystal display element 2 and the image quality can be improved by suppressing the occurrence of moire and display unevenness. Will be able to.

幾何学的な関係から、複合材料15のパターンのピッチをp、幅をw、高さをhとすると、視野角φは、φ=2tan-1{(p−w)/h}となる。同じ狭視野角を得るには、複合材料15のパターンピッチpが広くなるほど高さhを高くしなければならない。例えば、狭視野角を60°にする場合、複合材料15のパターン幅が10μm〜30μmのとき、高さ300μm及びピッチ200μm、高さ150μm及びピッチ100μm、又は高さ75μm及びピッチ50μm程度のパターンの組み合わせが好ましいが、これに限定されるものではない。複合材料15のパターン幅は、開口率と光学特性の両面から選定できるが、5μm以上100μm以下程度が好ましい。より好ましくは、10μm以上50μm以下、更により好ましくは、15μm以上30μm以下である。 From a geometrical relationship, when the pitch of the pattern of the composite material 15 is p, the width is w, and the height is h, the viewing angle φ is φ = 2 tan −1 {(p−w) / h}. In order to obtain the same narrow viewing angle, the height h must be increased as the pattern pitch p of the composite material 15 increases. For example, when the narrow viewing angle is 60 °, when the pattern width of the composite material 15 is 10 μm to 30 μm, the pattern having a height of 300 μm and a pitch of 200 μm, a height of 150 μm and a pitch of 100 μm, or a height of about 75 μm and a pitch of about 50 μm. A combination is preferred, but not limited to this. The pattern width of the composite material 15 can be selected from both the aperture ratio and the optical characteristics, but is preferably about 5 μm or more and 100 μm or less. More preferably, they are 10 micrometers or more and 50 micrometers or less, More preferably, they are 15 micrometers or more and 30 micrometers or less.

目的とする狭視野角と複合材料15のパターン幅の狭小化を両立させる場合、複合材料15のパターン形状のアスペクト比は高くなる。このため、複合材料15の液晶を駆動するための透明電極膜16,17が透明基材12,13の内面に形成される構成では、複合材料15の高さが大きくなるに従って印加電圧も大きくなる。そこで、図4に示すように複合材料15を挟む透光性材料14の両側壁に透明電極膜16,17を形成することにより、印加電圧を大きくすることなく複合材料15中の液晶を駆動することが可能となり、消費電力の低減を図れるようになる。   When the intended narrow viewing angle and the narrowing of the pattern width of the composite material 15 are compatible, the aspect ratio of the pattern shape of the composite material 15 becomes high. For this reason, in the configuration in which the transparent electrode films 16 and 17 for driving the liquid crystal of the composite material 15 are formed on the inner surfaces of the transparent base materials 12 and 13, the applied voltage increases as the height of the composite material 15 increases. . Therefore, as shown in FIG. 4, the liquid crystal in the composite material 15 is driven without increasing the applied voltage by forming transparent electrode films 16 and 17 on both side walls of the translucent material 14 sandwiching the composite material 15. And power consumption can be reduced.

なお、複合材料15のパターンピッチは一定である場合に限らず、規則的あるいは不規則的にパターンピッチを変化させて複合材料15をパターン形成することも可能である。複合材料15のパターンのピッチ、幅、高さは、切り換えられる視野角の大きさに応じて適宜選定することができる。   Note that the pattern pitch of the composite material 15 is not limited to be constant, and the composite material 15 may be patterned by changing the pattern pitch regularly or irregularly. The pitch, width and height of the pattern of the composite material 15 can be appropriately selected according to the size of the viewing angle to be switched.

複合材料15を構成する高分子分散型液晶は、図3に模式的に示すように、高分子フィルム4中の分散した空隙内に液晶の液滴5を充填させた材料からなる。このとき、高分子フィルム4の屈折率を液滴5の常光屈折率と一致させておくのが好ましい。そして、無電場状態では液滴5の配向が図3に示すとおりランダムであり、高分子フィルム4の屈折率と液滴5の屈折率とは一致しないことから、複合材料15に入射した光は散乱される。これにより当該複合材料15は入射光を散乱させる状態となる。一方、複合材料15に所定の電場を印加すると、液滴5の分子長軸は電場方向に揃い、複合材料15は均一な屈折率をもつ媒質となる。このため、複合材料15は入射光を散乱させることなく透過させる透光状態をとることになる。   The polymer-dispersed liquid crystal constituting the composite material 15 is made of a material in which liquid crystal droplets 5 are filled in the dispersed voids in the polymer film 4 as schematically shown in FIG. At this time, the refractive index of the polymer film 4 is preferably matched with the ordinary light refractive index of the droplet 5. In the state of no electric field, the orientation of the droplets 5 is random as shown in FIG. 3, and the refractive index of the polymer film 4 and the refractive index of the droplets 5 do not match. Scattered. Thereby, the composite material 15 is in a state of scattering incident light. On the other hand, when a predetermined electric field is applied to the composite material 15, the molecular long axes of the droplets 5 are aligned in the electric field direction, and the composite material 15 becomes a medium having a uniform refractive index. For this reason, the composite material 15 takes a translucent state in which incident light is transmitted without being scattered.

複合材料15は、上記の構成以外にも、例えば液晶材料のみ、又は、液晶材料が充填された多孔質材料、液晶材料中に微粒子を分散させた分散液等で構成することができる。微粒子としては、アクリルなどのポリマー微粒子、ガラス微粒子などが使用できる。この場合、微粒子の屈折率と液晶の常光屈折率とが等しいことが望ましい。   In addition to the above configuration, the composite material 15 can be formed of, for example, a liquid crystal material alone, a porous material filled with the liquid crystal material, a dispersion liquid in which fine particles are dispersed in the liquid crystal material, or the like. As the fine particles, polymer fine particles such as acrylic, glass fine particles and the like can be used. In this case, it is desirable that the refractive index of the fine particles is equal to the ordinary light refractive index of the liquid crystal.

複合材料15を構成する液晶分子としては、公知のネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶などを用いることができる。この液晶材料は、その常光屈折率が透光性材料14の屈折率と一致しなくてもよいが、透過率向上のため一致していることが好ましい。   As the liquid crystal molecules constituting the composite material 15, known nematic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, smectic liquid crystal, and the like can be used. The liquid crystal material does not have to have a normal refractive index that matches the refractive index of the translucent material 14, but preferably matches to improve the transmittance.

透明電極膜16,17としては、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ZnOなどの透明な導電性酸化物のほか、導電性高分子材料が使用できる。透明電極膜16,17はベタ膜でもよいし、複合材料15が充填される第2の領域に対応した格子状のパターン膜であってもよい。これら透明電極膜16,17間に所定電圧を印加する電圧源18には、直流電源、交流電源あるいはパルス電源を用いることができる。   As the transparent electrode films 16 and 17, conductive polymer materials can be used in addition to transparent conductive oxides such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), and ZnO. The transparent electrode films 16 and 17 may be solid films or a lattice pattern film corresponding to the second region filled with the composite material 15. A DC power source, an AC power source, or a pulse power source can be used as the voltage source 18 that applies a predetermined voltage between the transparent electrode films 16 and 17.

スイッチ19は、電気的に開閉されるもの及び機械的に開閉されるものの何れであってもよい。スイッチ19は表示装置1の筐体部に設置することができ、操作者によって切り換えられる。表示装置1が例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等のモニタとして用いられる場合、スイッチ19はモニタ周辺やキー操作部の近傍又はその一部として構成することができる。   The switch 19 may be either electrically opened or closed or mechanically opened or closed. The switch 19 can be installed in the casing of the display device 1 and can be switched by the operator. When the display device 1 is used as a monitor of, for example, a mobile phone or a notebook personal computer, the switch 19 can be configured as the monitor periphery, the vicinity of the key operation unit, or a part thereof.

次に、以上のように構成される本実施形態の光線制御素子11の製造方法について説明する。図5は光線制御素子11の製造方法を説明する工程断面図である。   Next, a method for manufacturing the light beam control element 11 of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the light beam control element 11.

まず、表面に透明電極膜17が形成された一方側の透明基材13を準備する(図5A)。次に、透明電極膜17の上に、透光性材料14を構成する透明高分子材料からなる層を形成する(図5B)。この透明高分子材料としては、UV感光性樹脂材料が用いられる。この種の感光性材料としては、一般的なポジ型レジスト、ネガ型レジストを用いることができ、溶液状のレジスト剤のほか、シート状のドライフィルムレジストも使用可能である。特に、高アスペクト加工が可能な化学増幅型レジスト(例えば化薬マイクロケム社製「SU−8」)が好ましい。   First, the transparent substrate 13 on one side having the transparent electrode film 17 formed on the surface is prepared (FIG. 5A). Next, a layer made of a transparent polymer material constituting the translucent material 14 is formed on the transparent electrode film 17 (FIG. 5B). As this transparent polymer material, a UV photosensitive resin material is used. As this type of photosensitive material, a general positive resist or negative resist can be used, and a sheet-like dry film resist can be used in addition to a solution resist. In particular, a chemically amplified resist capable of high aspect processing (for example, “SU-8” manufactured by Kayaku Microchem Corporation) is preferable.

次いで、透明高分子材料層に対して露光及び現象処理を施し、後工程において複合材料15が充填される第2の領域15Aを形成する(図5C)。このとき、透光性材料14(第1の領域)の形成幅W1を複合材料15(第2の領域)の形成幅W2よりも大きく形成する。また、複合材料15の形成ピッチは、液晶表示素子2の画素ピッチよりも大きく形成しておく。   Next, the transparent polymer material layer is subjected to exposure and phenomenon processing to form a second region 15A filled with the composite material 15 in a later step (FIG. 5C). At this time, the formation width W1 of the translucent material 14 (first region) is formed larger than the formation width W2 of the composite material 15 (second region). The formation pitch of the composite material 15 is formed larger than the pixel pitch of the liquid crystal display element 2.

続いて、表面に透明電極膜16が形成された他方側の透明基材12を準備し、これを一方側の透明基材13に貼り合わせる(図5D)。これにより、透光性材料14が一対の透明電極膜16,17で挟まれたセル基板が構成される。このとき、透光性材料14は一対の透明基材12,13間の間隙を規制するスペーサとして機能する。最後に、一対の透明基材12,13間の第2の領域15Aに複合材料15を充填することで、上述した構成の光線制御素子11が作製される(図5E)。   Subsequently, the transparent substrate 12 on the other side having the transparent electrode film 16 formed on the surface is prepared, and this is bonded to the transparent substrate 13 on the one side (FIG. 5D). Thus, a cell substrate in which the translucent material 14 is sandwiched between the pair of transparent electrode films 16 and 17 is configured. At this time, the translucent material 14 functions as a spacer that regulates the gap between the pair of transparent base materials 12 and 13. Finally, by filling the second region 15A between the pair of transparent base materials 12 and 13 with the composite material 15, the light control element 11 having the above-described configuration is manufactured (FIG. 5E).

以上のように構成される本実施形態の表示装置10においては、広視野角モードと狭視野角モードとが電気的に切り換えられる光線制御素子11を備えているので、例えば光線制御素子11を広視野角モードに切り換えることで、一つのモニターで画像を同時に大勢で観賞することが可能となるとともに、光線制御素子11を狭視野角モードに切り換えることで、電車の中などにおいて画面の表示情報を周囲の人から覗き見られることを防ぐことができる。   The display device 10 of the present embodiment configured as described above includes the light beam control element 11 that can be electrically switched between the wide viewing angle mode and the narrow viewing angle mode. By switching to the viewing angle mode, it is possible to view a large number of images simultaneously on a single monitor, and by switching the light beam control element 11 to the narrow viewing angle mode, display information on the screen in a train or the like can be obtained. It is possible to prevent peeping from people around you.

また、本実施形態の光線制御素子11においては、透光性材料14の形成幅が複合材料15の形成幅よりも大きく形成されているので、特に狭視野角モード時における正面方向の輝度を高めて、高精細な画像を提供することができる。   Further, in the light beam control element 11 of the present embodiment, since the formation width of the translucent material 14 is formed larger than the formation width of the composite material 15, the luminance in the front direction is increased particularly in the narrow viewing angle mode. Thus, a high-definition image can be provided.

また、複合材料15のパターンピッチを液晶表示素子2の画素ピッチよりも大きく形成しているので、液晶表示素子2に対する光線制御素子11の組込み性が容易となるとともに、モアレや表示ムラの発生を抑えて画質の向上を図ることができる。   Further, since the pattern pitch of the composite material 15 is formed larger than the pixel pitch of the liquid crystal display element 2, the light control element 11 can be easily incorporated into the liquid crystal display element 2, and moire and display unevenness can be generated. The image quality can be improved by suppressing the image quality.

更に、フォトリソグラフィ技術を用いて光線制御素子11を容易に作製することができるので、軽量かつ薄型で耐衝撃性に優れた光線制御素子11を低コストで生産性が高く製造することができる。
(第2の実施形態)
Furthermore, since the light control element 11 can be easily manufactured using a photolithography technique, the light control element 11 that is lightweight, thin, and excellent in impact resistance can be manufactured at low cost with high productivity.
(Second Embodiment)

図6及び図7は本発明の第2の実施形態による表示装置20及び光線制御素子21の概略構成を示す側断面図及び斜視図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。   6 and 7 are a side sectional view and a perspective view showing a schematic configuration of the display device 20 and the light beam control element 21 according to the second embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の光線制御素子21は、一対の透明基材12,13間において第1の領域として形成される透光性材料14の形状が上述の第1の実施形態と異なっている。すなわち本例では、透光性材料14が、上面側の面積よりも底面側の面積が大きな四角錐台形状に形成されており、複合材料15と接する側壁面がテーパー面となっている。   In the light beam control element 21 of the present embodiment, the shape of the translucent material 14 formed as the first region between the pair of transparent base materials 12 and 13 is different from that of the first embodiment described above. That is, in this example, the translucent material 14 is formed in the shape of a quadrangular pyramid whose area on the bottom surface side is larger than that on the upper surface side, and the side wall surface in contact with the composite material 15 is a tapered surface.

本実施形態においても同様に、透光性材料14(第1の領域)の形成幅W1は複合材料15(第2の領域)の形成幅W2よりも大きく形成される。また、複合材料15の形成ピッチは、液晶表示素子2の画素ピッチよりも大きく形成されている。   Similarly, in the present embodiment, the formation width W1 of the translucent material 14 (first region) is formed larger than the formation width W2 of the composite material 15 (second region). The formation pitch of the composite material 15 is formed larger than the pixel pitch of the liquid crystal display element 2.

以上のような構成の光線制御素子21においては、上述の第1の実施形態と同様な作用及び効果を得ることができる。特に本実施形態によれば、透光性材料14の上面が底面に比べて面積的に小さく形成されているので、透過光Lの出射角度を上述の第1の実施形態に比べて小さくできる。従って、透光性材料14の形成幅を小さくすることなく光線方向を制限し視野角を狭めることが可能となる。   In the light beam control element 21 configured as described above, it is possible to obtain the same operations and effects as in the first embodiment. In particular, according to the present embodiment, since the upper surface of the translucent material 14 is formed smaller in area than the bottom surface, the emission angle of the transmitted light L can be made smaller than that in the first embodiment. Therefore, it is possible to limit the light beam direction and narrow the viewing angle without reducing the formation width of the translucent material 14.

図8は、上記構成の光線制御素子21における透光性材料14の形成方法の一例を説明する工程断面図である。   FIG. 8 is a process cross-sectional view illustrating an example of a method for forming the light transmissive material 14 in the light beam control element 21 having the above configuration.

まず、表面に透明電極膜17が形成された下側の透明基材13の上に、透光性材料14を構成する透明高分子材料の層を形成する(図8A)。次に、後工程において複合材料15が充填される第2の領域15Aを形成するために、当該第2の領域15Aを転写形成する型面を備えたプレス型22を用いて透明高分子材料層14をプレス成型する(図8B)。これにより、四角錐台形状の複数の透光性材料14が形成されると同時に、これら透光性材料14の間に格子状パターンの第2の領域15Aが形成される(図8C)。以下、図5と同様にして上側の透明基材を貼り合わせた後、複合材料を充填することで、光線制御素子21が作製される。   First, a layer of a transparent polymer material constituting the translucent material 14 is formed on the lower transparent substrate 13 having the transparent electrode film 17 formed on the surface (FIG. 8A). Next, in order to form a second region 15A filled with the composite material 15 in a later step, a transparent polymer material layer is used by using a press die 22 having a mold surface to transfer and form the second region 15A. 14 is press-molded (FIG. 8B). Thereby, a plurality of translucent materials 14 having a quadrangular pyramid shape are formed, and at the same time, a second region 15A having a lattice pattern is formed between the translucent materials 14 (FIG. 8C). Thereafter, in the same manner as in FIG. 5, after the upper transparent base material is bonded together, the light beam control element 21 is manufactured by filling the composite material.

本実施形態においては、透光性材料14の側面がテーパー状に形成されるようにプレス型22の型面が構成されるので、比較的離型性に優れている。プレス型22の離型性をより高めるために、型面を離型剤でコーティングしたり、超音波を印加しながら離型するのが好適である。金型プレス法としては、熱プレス、UVプレス、インプリントなどの方法を用いることができる。金型の作製には機械加工のほかに、フォトリソグラフィで加工したレジストパターンに電鋳を施した金型も使用できる。   In the present embodiment, the mold surface of the press die 22 is configured such that the side surface of the translucent material 14 is formed in a tapered shape, and therefore, the mold release property is relatively excellent. In order to further improve the releasability of the press die 22, it is preferable to coat the die surface with a release agent or release it while applying ultrasonic waves. As the die press method, a method such as a heat press, a UV press, and an imprint can be used. In addition to machining, a mold obtained by electroforming a resist pattern processed by photolithography can be used for manufacturing the mold.

なお、上記とは逆に、上面側が底面側よりも面積的に大となるように透光性材料を形成することも可能である。この場合、上記構成の透光性材料14を上側の透明基材12の上に、上述と同様な方法で作製した後、当該透明基材12の上下を反転して下側の透明基材13と積層する。透光性材料14の上面側を底面側よりも面積的に大とすることで、透過光の出射角度を上述の第1の実施形態に比べて大きくできる。   In contrast to the above, it is also possible to form the light-transmitting material so that the upper surface side is larger in area than the bottom surface side. In this case, after the translucent material 14 having the above-described configuration is produced on the upper transparent substrate 12 by the same method as described above, the transparent substrate 13 on the lower side is turned upside down by turning the transparent substrate 12 upside down. And laminated. By making the upper surface side of the translucent material 14 larger in area than the bottom surface side, the outgoing angle of the transmitted light can be made larger than that in the first embodiment.

(第3の実施形態)
図9は本発明の第3の実施形態による表示装置30及び光線制御素子31の概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a side sectional view showing a schematic configuration of the display device 30 and the light beam control element 31 according to the third embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、光線制御素子31において液晶表示素子2の出射光線方向を切り換える複合材料35の構成が上述の第1の実施形態と異なり、複合材料35が高分子分散型液晶に2色性の黒色色素を添加した材料で構成されている。   In the present embodiment, the configuration of the composite material 35 that switches the direction of the outgoing light of the liquid crystal display element 2 in the light control element 31 is different from that in the first embodiment described above, and the composite material 35 is dichroic in the polymer dispersed liquid crystal. It is composed of a material to which a black pigment is added.

本実施形態においても同様に、透光性材料14(第1の領域)の形成幅W1は複合材料35(第2の領域)の形成幅W2よりも大きく形成される。また、複合材料35の形成ピッチは、液晶表示素子2の画素ピッチよりも大きく形成されている。   Similarly, in the present embodiment, the formation width W1 of the translucent material 14 (first region) is formed larger than the formation width W2 of the composite material 35 (second region). The formation pitch of the composite material 35 is formed larger than the pixel pitch of the liquid crystal display element 2.

高分子分散型液晶に2色性の黒色色素を添加した場合、無電圧状態で黒色、電圧印加状態で透明となる。従って、複合材料35が充填される第2の領域は無電圧では黒色になり、図9Aに示すように当該領域に入射した光は吸収されて視野角は狭くなる。一方、電圧印加状態では、図9Bに示すように複合材料35は透明となり、液晶表示素子2の視野角特性と同等の視野角に広げられる。   When a dichroic black pigment is added to the polymer-dispersed liquid crystal, it becomes black when no voltage is applied and becomes transparent when a voltage is applied. Therefore, the second region filled with the composite material 35 becomes black when no voltage is applied, and the light incident on the region is absorbed and the viewing angle is narrowed as shown in FIG. 9A. On the other hand, in the voltage application state, as shown in FIG. 9B, the composite material 35 becomes transparent and is expanded to a viewing angle equivalent to the viewing angle characteristic of the liquid crystal display element 2.

以上のように、本実施形態の光線制御素子31においては、複合材料35として高分子分散型液晶に2色性黒色色素を添加した材料を用いることで、吸収/透明の切換えによって光線方向を制御するようにしている。従って、上述の第1の実施形態のように高分子分散型液晶のみで構成された複合材料15による散乱/透明の切換えで光線方向を制御する構成に比べて、輝度は低下する傾向にあるが、コントラストの向上を図ることが可能となる。   As described above, in the light beam control element 31 of this embodiment, the light beam direction is controlled by switching between absorption / transparency by using a material obtained by adding a dichroic black pigment to a polymer dispersed liquid crystal as the composite material 35. Like to do. Accordingly, the luminance tends to be lower than the configuration in which the light beam direction is controlled by switching between scattering / transparency by the composite material 15 composed only of the polymer dispersed liquid crystal as in the first embodiment. It is possible to improve the contrast.

(第4の実施形態)
図10は本発明の第4の実施形態による光線制御素子41の構成と一製造方法を説明する工程断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating the configuration and one manufacturing method of the light beam control element 41 according to the fourth embodiment of the present invention.

本実施形態では、光線制御素子41において透光性材料44が図10Aに示す透明なプラスチックフィルムで構成されている。そして、図10Bに示すように、プラスチックフィルム44の表面に溝45Aを形成して、当該溝45を複合材料45が充填される「第2の領域」として構成する。次に、図10Cに示すように、プラスチックフィルム44上の溝45Aに対して高分子分散型液晶からなる複合材料45を例えばスクリーン印刷法等によって充填する。最後に、透明電極膜16,17を有する一対の透明基材12,13で当該プラスチックフィルム44を挟み込み、図10Dに示す光線制御素子41が作製される。   In the present embodiment, in the light beam control element 41, the translucent material 44 is composed of a transparent plastic film shown in FIG. 10A. 10B, a groove 45A is formed on the surface of the plastic film 44, and the groove 45 is configured as a “second region” in which the composite material 45 is filled. Next, as shown in FIG. 10C, the groove 45A on the plastic film 44 is filled with a composite material 45 made of polymer dispersed liquid crystal by, for example, a screen printing method or the like. Finally, the plastic film 44 is sandwiched between the pair of transparent base materials 12 and 13 having the transparent electrode films 16 and 17, and the light beam control element 41 shown in FIG. 10D is manufactured.

本実施形態によれば、フィルム基板を用いることで、ロール・ツー・ロール方式により透光性材料44を形成できるので、光線制御素子41を低コストかつ生産性高く製造することができる。また、液晶を含む複合材料45のパターン形成や透明基材12,13の貼り合わせ工程をもロール・ツー・ロール方式にて行うようにすれば、より低コストかつ生産性高く光線制御素子41を製造することが可能となる。   According to this embodiment, since the translucent material 44 can be formed by a roll-to-roll method by using a film substrate, the light beam control element 41 can be manufactured at low cost and with high productivity. If the pattern formation of the composite material 45 including liquid crystal and the bonding process of the transparent base materials 12 and 13 are also performed by the roll-to-roll method, the light control element 41 can be manufactured at a lower cost and with higher productivity. It can be manufactured.

なお、プラスチックフィルム44に対する溝45Aの形成方法としては、基板に直接熱プレスを施す方法や、刃先が極度に薄い切削具を用いた溝加工方法も適用可能である。また、プラスチックフィルムに代えてガラス基板を用いることができる。ガラス基板に対する溝の形成方法としては、フッ酸によるウェットエッチング、ドライエッチング、レーザーアブレーションなどが好適である。   In addition, as a formation method of the groove | channel 45A with respect to the plastic film 44, the method of directly heat-pressing a board | substrate and the groove processing method using a cutting tool with a very thin blade edge | tip are applicable. Further, a glass substrate can be used instead of the plastic film. As a method for forming a groove on the glass substrate, wet etching with hydrofluoric acid, dry etching, laser ablation, or the like is preferable.

なお、本実施形態においても同様に、透光性材料44(第1の領域)の形成幅W1は複合材料45(第2の領域)の形成幅W2よりも大きく形成される。また、複合材料45の形成ピッチは、液晶表示素子2の画素ピッチよりも大きく形成されている。   Similarly, in the present embodiment, the formation width W1 of the translucent material 44 (first region) is formed larger than the formation width W2 of the composite material 45 (second region). The formation pitch of the composite material 45 is formed larger than the pixel pitch of the liquid crystal display element 2.

(第5の実施形態)
図11及び図12は、本発明の第5の実施形態による光線制御素子の製造方法を説明する工程図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Fifth embodiment)
11 and 12 are process diagrams illustrating a method for manufacturing a light beam control element according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、液晶を含む複合材料を出発材料として、透光性材料と複合材料のパターニングを行い光線制御素子を作製するようにしている。図11に示すように、透明基材13の上には紫外線硬化型の高分子に液晶分子が分散されたUV硬化型複合材料57からなる層を形成し、上下の透明基材12,13間に所定電圧を印加した状態で、マスク52を介してUV照射する。UV硬化型複合材料57において、マスク52の透光部52aに対向する領域はUVの照射により硬化して液晶の配向を電場方向に拘束する。一方、マスク52の格子状の遮光パターン53に対応する領域は液晶の配向が拘束されることなく、電場のON/OFFで透明状態と散乱状態が切り換えられる。   In the present embodiment, a light beam control element is manufactured by patterning a translucent material and a composite material using a composite material containing liquid crystal as a starting material. As shown in FIG. 11, a layer made of a UV curable composite material 57 in which liquid crystal molecules are dispersed in an ultraviolet curable polymer is formed on the transparent substrate 13, and the space between the upper and lower transparent substrates 12 and 13 is formed. In a state where a predetermined voltage is applied, UV irradiation is performed through a mask 52. In the UV curable composite material 57, the region of the mask 52 facing the light transmitting portion 52a is cured by UV irradiation, and the orientation of the liquid crystal is restricted in the electric field direction. On the other hand, the region corresponding to the lattice-shaped light shielding pattern 53 of the mask 52 is switched between the transparent state and the scattering state by turning on / off the electric field without restricting the orientation of the liquid crystal.

以上のようにして、UV硬化型複合材料57において、UVが照射された領域は、電場の有無に関係なく透明状態を維持する透光性材料部54として構成される。逆に、UVが照射されなかった領域は、外部電場の有無によって透明/散乱状態に切り換えられる複合材料部55として構成される。   As described above, in the UV curable composite material 57, the region irradiated with UV is configured as a translucent material portion 54 that maintains a transparent state regardless of the presence or absence of an electric field. Conversely, the region not irradiated with UV is configured as a composite material portion 55 that can be switched to a transparent / scattering state depending on the presence or absence of an external electric field.

本実施形態によれば、透光性材料に対する現象処理や複合材料の充填工程を行うことなく光線制御素子を製造することができるので、上述の第1の実施形態に比べて低コストかつ生産性高く光線制御素子を作製することができる。   According to the present embodiment, the light beam control element can be manufactured without performing the phenomenon processing on the translucent material or the filling process of the composite material, so that the cost and productivity are low compared with the first embodiment described above. A light control element can be manufactured with high.

図12は、本実施形態の変形例を説明する工程図である。本例においては、露光用のマスク52として、透光部52aと遮光部53との間に半透光部53aを備えたマスクが用いられている。このようなマスク52を用いることで、半透光部53aを透過するUVは透光部52を透過するUVに比べて照射量が低い。従って、半透光部53aに対応するUV硬化型複合材料層57の領域は、透光性材料部54と複合材料部55の中間の特性を有する第2の複合材料部56として構成される。   FIG. 12 is a process diagram illustrating a modification of this embodiment. In this example, as the exposure mask 52, a mask provided with a semi-translucent portion 53a between the translucent portion 52a and the light shielding portion 53 is used. By using such a mask 52, the amount of irradiation of UV transmitted through the semi-transparent portion 53a is lower than that of UV transmitted through the transparent portion 52. Therefore, the region of the UV curable composite material layer 57 corresponding to the semi-translucent portion 53 a is configured as a second composite material portion 56 having intermediate characteristics between the translucent material portion 54 and the composite material portion 55.

この第2の複合材料部56は、電圧印加状態では第1の複合材料部55と同様に透明状態に切り換えられるが、無電場状態では透光性と散乱性とを有する光学的領域として機能する。また、第2の複合材料部56は第1の複合材料部55よりも低い電圧で透明状態に切り換えられる。従って、本例においては、狭視野角モードと広視野角モードのほかに、これらの中間の視野角モードを設定することが可能となる。   The second composite material portion 56 is switched to a transparent state in the voltage application state in the same manner as the first composite material portion 55, but functions as an optical region having translucency and scattering properties in an electric field state. . Further, the second composite material portion 56 is switched to a transparent state at a voltage lower than that of the first composite material portion 55. Therefore, in this example, in addition to the narrow viewing angle mode and the wide viewing angle mode, it is possible to set a viewing angle mode between these modes.

(第6の実施形態)
図13は、本発明の第6の実施形態による光線制御素子61の概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a side sectional view showing a schematic configuration of a light beam control element 61 according to the sixth embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

上述した第1の実施形態においては、高分子分散型液晶からなる複合材料の光散乱状態と光透過状態とを電気的に切り換えることで視野角モードを制御するようにしていた。しかし、電場を印加して複合材料15を透明化することで広視野角モードを得るようにしているので、無電場状態で狭視野角モードを得る場合に比べて、原理的に、広視野角モードの場合は消費電力が大きい。   In the first embodiment described above, the viewing angle mode is controlled by electrically switching between the light scattering state and the light transmission state of the composite material composed of the polymer dispersed liquid crystal. However, since a wide viewing angle mode is obtained by applying an electric field to make the composite material 15 transparent, in principle, a wide viewing angle mode is obtained compared to a case where a narrow viewing angle mode is obtained in the absence of an electric field. In the mode, power consumption is large.

そこで、電圧遮断後でも透明状態を保持できる性能を光線制御素子に付加することで、消費電力の増加を抑制することができる。具体的には、複合材料部分の静電容量を大きくしたり、印加するパルス間隔を長くする。さらに、基板表面に細かなグレーティングなどの周期的な構造を形成し、電場を取り去った後でも液晶の配向状態を保持する方法がある。   Therefore, an increase in power consumption can be suppressed by adding to the light beam control element the ability to maintain a transparent state even after voltage interruption. Specifically, the capacitance of the composite material portion is increased, or the applied pulse interval is increased. Furthermore, there is a method in which a periodic structure such as a fine grating is formed on the substrate surface, and the alignment state of the liquid crystal is maintained even after the electric field is removed.

図13に示す光線制御素子61は、一対の透明基材12,13と、これら一対の透明基材12,13間にパターン形成された透光性材料64と、透光性材料64の間に配置され透光状態と散乱状態とが選択的に切り換えられる液晶材料65とを備えている。そして本実施形態では、液晶材料65が液晶材料からなり、当該液晶材料65が、無電場状態で図13Aに示す光散乱性配向分布と図13Bに示す光透過性配向分布とを有する双安定化状態をとるように構成されている。   The light beam control element 61 shown in FIG. 13 includes a pair of transparent base materials 12 and 13, a translucent material 64 patterned between the pair of transparent base materials 12 and 13, and a translucent material 64. And a liquid crystal material 65 that is arranged and selectively switched between a light-transmitting state and a scattering state. In the present embodiment, the liquid crystal material 65 is made of a liquid crystal material, and the liquid crystal material 65 has a light-scattering alignment distribution shown in FIG. 13A and a light-transmitting alignment distribution shown in FIG. It is configured to take a state.

図示の例のように、液晶材料65が占有する領域を透光性材料64が占有する領域内に分布配置させることで、光線制御素子61の表面における液晶材料65の全体積の分散が可能となる。これにより、液晶間の配向の相互作用を大幅に低減し、双安定化状態を容易に実現できるとともに各安定状態の保持性を高めることが可能となる。なお、双安定化状態を保持するために、透光性材料64と液晶材料65との間の境界面に必要な配向処理を施してもよい。   As in the example shown in the figure, the entire area of the liquid crystal material 65 can be dispersed on the surface of the light control element 61 by distributing and arranging the area occupied by the liquid crystal material 65 within the area occupied by the light transmissive material 64. Become. Thereby, the interaction of alignment between liquid crystals can be greatly reduced, a bistable state can be easily realized, and the retention of each stable state can be enhanced. In order to maintain a bistable state, a necessary alignment treatment may be performed on the boundary surface between the translucent material 64 and the liquid crystal material 65.

図13Aでは、液晶材料65は光散乱性の配向分布をもち、透光性材料64との屈折率の相違により入射光に対して光散乱機能を発揮する。このとき、図示のように透光性材料64の形成幅を液晶材料65の形成幅よりも大きくすることで、透光性材料64に入射する光のみを透過させ、複合材料65に入射する光の透過を規制する。これにより、光線制御素子61は狭視野角モードをとる。一方、図13Bでは、液晶材料65は光透過性の配向分布をもち、入射光に対して光透過機能を発揮することで広視野角モードが得られる。狭視野角モードと広視野角モードとの間の切換えは、スイッチ19の継続的でない閉操作によって実現でき、モードの切換後は、スイッチ19を開放しても当該モードを維持することができる。   In FIG. 13A, the liquid crystal material 65 has a light scattering orientation distribution, and exhibits a light scattering function with respect to incident light due to a difference in refractive index from the light transmitting material 64. At this time, by making the formation width of the translucent material 64 larger than the formation width of the liquid crystal material 65 as illustrated, only the light incident on the translucent material 64 is transmitted and the light incident on the composite material 65 is transmitted. Regulates transmission of light. Thereby, the light beam control element 61 takes a narrow viewing angle mode. On the other hand, in FIG. 13B, the liquid crystal material 65 has a light-transmitting alignment distribution, and a wide viewing angle mode is obtained by exhibiting a light transmission function with respect to incident light. Switching between the narrow viewing angle mode and the wide viewing angle mode can be realized by a non-continuous closing operation of the switch 19, and after switching the mode, the mode can be maintained even if the switch 19 is opened.

(第7の実施形態)
図14は本発明の第7の実施の形態による表示装置70の概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
(Seventh embodiment)
FIG. 14 is a side sectional view showing a schematic configuration of a display device 70 according to a seventh embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態の表示装置70は、バックライトユニット1と液晶表示素子2との間に光線制御素子11が配置されている。光線制御素子11は、バックライトユニット1から液晶表示素子2へ入射する光の入射角を制御する機能を有する。   In the display device 70 according to the present embodiment, the light beam control element 11 is disposed between the backlight unit 1 and the liquid crystal display element 2. The light beam control element 11 has a function of controlling the incident angle of light incident on the liquid crystal display element 2 from the backlight unit 1.

光線制御素子11は、無電場状態において複合材料15が光散乱性の配向状態をとり、バックライト1から出射される光Lのうち、複合材料15に入射する光を散乱させてその透過を規制する。これにより、液晶表示素子2には透光性材料14を透過する正面方向の光のみが入射するため、表示装置70は図14Aに示す狭視野角モードをとることになる。   The light beam control element 11 regulates the transmission by scattering the light incident on the composite material 15 out of the light L emitted from the backlight 1 in a no-electric field state in which the composite material 15 is in a light scattering orientation state. To do. As a result, only the light in the front direction that passes through the translucent material 14 is incident on the liquid crystal display element 2, so that the display device 70 takes the narrow viewing angle mode shown in FIG. 14A.

一方、光線制御素子11の一対の透明電極膜16,17間に所定電圧を印加すると、複合材料15は光透過性の配向状態をとりバックライト1から出射される光を散乱させることなく出射させる。これにより、液晶表示素子2には透光性材料14と複合材料15を透過する光が入射することで、表示装置70は図14Bに示す広視野角モードをとることになる。   On the other hand, when a predetermined voltage is applied between the pair of transparent electrode films 16 and 17 of the light control element 11, the composite material 15 takes a light-transmitting alignment state and emits light emitted from the backlight 1 without scattering. . Thereby, the light which permeate | transmits the translucent material 14 and the composite material 15 injects into the liquid crystal display element 2, and the display apparatus 70 will take the wide viewing angle mode shown to FIG. 14B.

以上のように、本実施形態においては、液晶表示素子2へ入射するバックライト光の入射角度を光線制御素子11によって制御することで、表示装置70の視野角特性を切り換えるようにしている。   As described above, in this embodiment, the viewing angle characteristics of the display device 70 are switched by controlling the incident angle of the backlight light incident on the liquid crystal display element 2 by the light beam control element 11.

ところで、上記光線制御素子11において、複合材料15を構成する高分子分散型液晶は、液晶の液滴の大きさや複合材料15の厚みを選定することで、無電場配向状態における散乱の程度や散乱角度が制御される。すなわち、図14に示した光線制御素子11では複合材料15に入射するバックライト光を後方散乱させて光の出射を規制しているが、複合材料15の層厚を小さくすることなどにより散乱形態を前方散乱化し、その散乱光で表示装置の視野角特性が制御可能となる。   By the way, in the light beam control element 11, the polymer-dispersed liquid crystal constituting the composite material 15 selects the size of the liquid crystal droplets and the thickness of the composite material 15, so that the degree of scattering and the scattering in the no-field alignment state are selected. The angle is controlled. That is, in the light beam control element 11 shown in FIG. 14, the backlight light incident on the composite material 15 is backscattered to restrict light emission, but the scattering mode is reduced by reducing the layer thickness of the composite material 15 or the like. And the viewing angle characteristics of the display device can be controlled by the scattered light.

例えば図15に示す表示装置70Aは、複合材料15の層が上述の例よりも薄厚化された光線制御素子71を備えている。この例によれば、光線制御素子71の複合材料15は図15Aに示す光散乱性配向状態において前方散乱の様相を呈することで、図15Bに示す光透過性配向状態に比べて、バックライト光Lを液晶表示素子2に対して広角度に入射させることが可能となる。このため、図15Aでは広視野角モードとなり、図15Bでは狭視野角モードとなる。   For example, the display device 70A shown in FIG. 15 includes a light beam control element 71 in which the layer of the composite material 15 is thinner than the above example. According to this example, the composite material 15 of the light beam control element 71 exhibits a forward scattering state in the light scattering orientation state shown in FIG. 15A, so that the backlight light is compared with the light transmission orientation state shown in FIG. 15B. L can be incident on the liquid crystal display element 2 at a wide angle. Therefore, the wide viewing angle mode is set in FIG. 15A and the narrow viewing angle mode is set in FIG. 15B.

また、複合材料15のパターン形状によっても前方散乱における光の散乱角度を制御することができる。図16及び図17に示す表示装置70B及び表示装置70Cは、複合材料15の層の断面形状が台形状を有している。そして、図16の例では複合材料15のパターン形状がバックライト側よりも液晶表示素子側の方が面積的に小さい光線制御素子72を備え、図17の例では複合材料15のパターン形状がバックライト側よりも液晶表示素子側の方が面積的に大きい光線制御素子73を備えている。   The light scattering angle in forward scattering can also be controlled by the pattern shape of the composite material 15. In the display device 70B and the display device 70C shown in FIGS. 16 and 17, the cross-sectional shape of the layer of the composite material 15 has a trapezoidal shape. In the example of FIG. 16, a light control element 72 is provided in which the pattern shape of the composite material 15 is smaller in area on the liquid crystal display element side than the backlight side. In the example of FIG. A light beam control element 73 having a larger area on the liquid crystal display element side than on the light side is provided.

図16A及び図17Aに示すように、複合材料15が光散乱性配向状態をとるときのバックライト光Lの散乱角は、光線制御素子72の方が光線制御素子73よりも広い。従って、複合材料15の液晶表示素子側の面積の大きさによっても視野角の広狭を制御することが可能である。なお、複合材料15が光透過性配向分布をとるときの視野角は、図16B及び図17Bに示すように何れの光線制御素子72,73においてほぼ同等である。   As shown in FIGS. 16A and 17A, the light beam control element 72 has a wider scattering angle than the light beam control element 73 in terms of the scattering angle of the backlight light L when the composite material 15 is in the light scattering orientation state. Therefore, it is possible to control the width of the viewing angle depending on the size of the area of the composite material 15 on the liquid crystal display element side. The viewing angle when the composite material 15 has a light-transmitting orientation distribution is substantially the same in any of the light control elements 72 and 73 as shown in FIGS. 16B and 17B.

なお、上記いずれの例においても、透光性材料14(第1の領域)の形成幅は複合材料15(第2の領域)の形成幅よりも大きく形成されるとともに、複合材料15の形成ピッチは液晶表示素子2の画素ピッチよりも大きく形成される。   In any of the above examples, the formation width of the translucent material 14 (first region) is formed larger than the formation width of the composite material 15 (second region), and the formation pitch of the composite material 15 Is formed larger than the pixel pitch of the liquid crystal display element 2.

以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible based on the technical idea of this invention.

例えば以上の各実施形態では、画像表示素子として液晶表示素子を用いた液晶ディスプレイを例に挙げて説明したが、これに限らず、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ、プラズマディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、電気泳動ディスプレイ等の他のディスプレイにも適用可能である。   For example, in each of the above embodiments, a liquid crystal display using a liquid crystal display element as an image display element has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and an organic EL (electroluminescence) display, plasma display, field emission display, electric It can also be applied to other displays such as electrophoretic displays.

また、以上の各実施形態では、本発明に係る光学素子を視野角調整用の光線制御素子として用いた例について説明したが、これに限らず、照明光源の出射角制御など光線方向の切換用途に広く適用可能である。例えば、直下型バックライトユニットにおいて、光源直上位置に液晶を含む複合材料層を対向配置させ、光源非直上位置に透光性材料層を対向配置させることで、輝度分布の調整を可能とした光源装置に対しても本発明の光学素子は適用可能である。   In each of the above embodiments, the example in which the optical element according to the present invention is used as a light beam control element for viewing angle adjustment has been described. Widely applicable to. For example, in a direct-type backlight unit, a light source that enables adjustment of the luminance distribution by disposing a composite material layer containing liquid crystal at a position directly above the light source and disposing a translucent material layer at a position directly above the light source The optical element of the present invention can be applied to an apparatus.

更に、本発明に係る光学素子を構成する複合材料として高分子分散型液晶を用いたが、この複合材料の高分子材料に対する液晶材料の比(あるいは組成)を光線制御素子の平面内で異ならせることも可能である。平面内において液晶/高分子組成を変えることで、部分的に散乱や吸収特性の異なる領域を作り込むことができる。液晶/高分子組成は明瞭な境界線に沿って異ならせる必要はなく、傾斜的に徐々に組成が変調していてもよい。   Further, although a polymer dispersed liquid crystal is used as a composite material constituting the optical element according to the present invention, the ratio (or composition) of the liquid crystal material to the polymer material of the composite material is varied within the plane of the light control element. It is also possible. By changing the liquid crystal / polymer composition in the plane, it is possible to partially create regions having different scattering and absorption characteristics. The liquid crystal / polymer composition need not be varied along a clear boundary line, and the composition may be gradually changed in a gradient manner.

例えば高分子分散型液晶の場合、R=液晶/高分子材料(wt%)とすると、Rが50%〜80%程度では光散乱能と駆動電圧が低く、Rが80%以上や50%以下では光散乱能が小さく、駆動電圧が大きくなる傾向にある。すなわち、光線制御素子の電極に電圧を印加しない場合、光線制御素子平面内において散乱領域があるので、斜め方向の光線を制限し視野角を狭くすることができる。一方、電圧を印加した場合は、全面が透明状態になるので液晶表示素子から出射される光線はほとんど変化しないので、視野角特性は広い状態を維持できる。   For example, in the case of polymer dispersed liquid crystal, if R = liquid crystal / polymer material (wt%), light scattering ability and driving voltage are low when R is about 50% to 80%, and R is 80% or more or 50% or less. However, the light scattering ability is small and the driving voltage tends to be large. That is, when no voltage is applied to the electrode of the light control element, there is a scattering region in the plane of the light control element, so that light in the oblique direction can be restricted and the viewing angle can be narrowed. On the other hand, when a voltage is applied, the entire surface becomes transparent, so that the light emitted from the liquid crystal display element hardly changes, so that the viewing angle characteristic can be maintained in a wide state.

また、上記複合材料は、高分子分散型液晶に限らず、多孔質材料に液晶を充填した材料を用いてもよい。この場合、複合材料の光学的特性は、多孔質材料の構成によって任意に調整することができる。   The composite material is not limited to the polymer-dispersed liquid crystal, and a material in which a porous material is filled with liquid crystal may be used. In this case, the optical characteristics of the composite material can be arbitrarily adjusted by the configuration of the porous material.

例えば、パネル輝度を高くし効果的に視野角の制限を行う場合、狭視野角状態での散乱部分の散乱能を上げ、透明部分の散乱能を下げるという観点では、散乱部分の多孔質状の平均孔サイズが透明部分の平均孔サイズに比べて大きいことが望ましい。平均孔サイズとは、光学顕微鏡、電子顕微鏡にて多孔質組織を観察し、その観察像から求めることができる。液晶を溶剤などで洗い流した後の樹脂の多孔質材料にして観察を行うことも可能である。   For example, when the panel angle is increased and the viewing angle is effectively limited, from the viewpoint of increasing the scattering power of the scattering portion in a narrow viewing angle state and lowering the scattering power of the transparent portion, the porous shape of the scattering portion is reduced. It is desirable that the average pore size is larger than the average pore size of the transparent portion. The average pore size can be obtained from an observation image obtained by observing a porous structure with an optical microscope or an electron microscope. It is also possible to perform observation by using a resin porous material after washing the liquid crystal with a solvent or the like.

紫外線硬化樹脂と液晶を含んだ材料で平均孔サイズが異なる組織を作製する場合、UV照射光の平行度が高いことが望ましい。また、厚み方向で均一組織を得るには、基板上の電極に電圧を印加しながらUV照射することが望ましい。こうすることで、UV照射中のUV光の散乱を抑制することができるので、多孔質材料の厚み方向の孔サイズの均一性を向上することができる。平均孔サイズが小さい組織(散乱性能を上げる)という観点では、できるだけ高強度のUV光を照射することが望ましい。30mW/cm2以上が望ましい。さらに望ましくは100mW/cm2以上、より好ましくは200mW/cm2である。高強度のUV光を照射するバイ、照射部分の温度上昇を抑制するのが好ましい。水冷ステージ、空冷ファンなどを用いて照射エリアの精密温度管理を行うことが望ましい。   When producing a structure having a different average pore size using a material containing an ultraviolet curable resin and liquid crystal, it is desirable that the parallelism of the UV irradiation light is high. In order to obtain a uniform structure in the thickness direction, it is desirable to perform UV irradiation while applying a voltage to the electrode on the substrate. By doing so, scattering of UV light during UV irradiation can be suppressed, so that the uniformity of the pore size in the thickness direction of the porous material can be improved. From the viewpoint of a tissue having a small average pore size (increasing scattering performance), it is desirable to irradiate UV light with as high an intensity as possible. 30 mW / cm 2 or more is desirable. Further, it is desirably 100 mW / cm 2 or more, more preferably 200 mW / cm 2. It is preferable to suppress the temperature rise of the irradiated portion irradiated with high intensity UV light. It is desirable to perform precise temperature control of the irradiation area using a water cooling stage, an air cooling fan, or the like.

本発明の第1の実施形態による表示装置及び光線制御素子の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the display apparatus and light beam control element by the 1st Embodiment of this invention. 図1の光線制御素子の概略構成を示す部分破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows schematic structure of the light beam control element of FIG. 高分子分散型液晶を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining a polymer dispersion type liquid crystal. 図1の光線制御素子の構成の変形例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the modification of a structure of the light beam control element of FIG. 図1の光線制御素子の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the light beam control element of FIG. 本発明の第2の実施形態による表示装置及び光線制御素子の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the display apparatus and light beam control element by the 2nd Embodiment of this invention. 図6の光線制御素子の概略構成を示す部分破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows schematic structure of the light beam control element of FIG. 図6の光線制御素子の製造方法を説明する一工程断面図である。FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the light beam control element of FIG. 6. 本発明の第3の実施形態による表示装置及び光線制御素子の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the display apparatus and light beam control element by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態による光線制御素子の製造方法を説明する一工程断面図である。It is 1 process sectional drawing explaining the manufacturing method of the light control element by the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態による光線清書素子の製造方法の一工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining 1 process of the manufacturing method of the light clear writing element by the 5th Embodiment of this invention. 図11に示す製造工程の変形例を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the modification of the manufacturing process shown in FIG. 本発明の第6の実施形態による光線制御素子の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the light beam control element by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態による表示装置の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the display apparatus by the 7th Embodiment of this invention. 図14の表示装置の構成の変形例を示す側断面図である。FIG. 15 is a side cross-sectional view illustrating a modified example of the configuration of the display device of FIG. 図14の表示装置の構成の他の変形例を示す側断面図である。FIG. 16 is a side cross-sectional view illustrating another modification of the configuration of the display device in FIG. 14. 図14の表示装置の構成の更に他の変形例を示す側断面図である。FIG. 17 is a side cross-sectional view showing still another modification example of the configuration of the display device of FIG. 従来技術に係る光線制御素子の概略構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows schematic structure of the light beam control element which concerns on a prior art. 図18の光線制御素子の要部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the principal part of the light beam control element of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…バックライトユニット(面発光光源)、2…液晶表示素子(画像表示素子)、10,20,30,40,50,60,70,70A,70B,70C…表示装置、11,21,31,41,61,71,72,73…光線制御素子(光学素子)、12,13…透明基材、14,44,54…透光性材料(第1の領域)、15,35,45,55…複合材料(第2の領域)、16,17…透明電極膜、18…電圧源、19…スイッチ(切換手段)、22…プレス型、52…マスク、L…バックライト光、W1…透光性材料(第1の領域)の形成幅、W2…複合材料(第2の領域)の形成幅   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Backlight unit (surface emitting light source), 2 ... Liquid crystal display element (image display element) 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 70A, 70B, 70C ... Display apparatus 11, 21, 31 , 41, 61, 71, 72, 73 ... light beam control element (optical element), 12, 13 ... transparent substrate, 14, 44, 54 ... translucent material (first region), 15, 35, 45, 55 ... Composite material (second region), 16, 17 ... Transparent electrode film, 18 ... Voltage source, 19 ... Switch (switching means), 22 ... Press mold, 52 ... Mask, L ... Backlight, W1 ... Transparent Formation width of optical material (first region), W2... Formation width of composite material (second region)

Claims (1)

液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の背面側に配置された面発光光源と、
前記液晶表示素子の前面側に配置され、前記面発光光源から出射し前記液晶表示素子を通過した光線の方向を制御する光学素子と
切換手段とを備え、
前記光学素子は、
透明電極膜を有する一対の透明基材と、紫外線硬化型の高分子材料に液晶分子が分散されてなり前記一対の透明基材の間に配置された複合材料層とを含み、前記複合材料層は、前記液晶分子を前記一対の透明基材が相互に対向する方向に配向させた状態で前記高分子材料が硬化した光透過性の第1の領域と、透光性配向状態と光散乱性配向状態とが電気的に切り換え可能であり前記第1の領域に隣接する第2の領域とを有し、前記第1の領域の形成幅が前記第2の領域の形成幅よりも大きく形成されており、
前記切換手段は、
前記液晶材料を前記透光性配向状態にすることで、前記液晶表示素子から光線を第1の角度で出射させる第1の視野角モードと、前記液晶材料を前記光散乱性配向状態にすることで、前記液晶表示素子から前記光線を前記第1の角度よりも小さい第2の角度で出射させる第2の視野角モードとを選択的に切り換えるスイッチを含む
表示装置。
A liquid crystal display element;
A surface emitting light source disposed on the back side of the liquid crystal display element ;
An optical element that is disposed on the front side of the liquid crystal display element and that controls the direction of light emitted from the surface-emitting light source and passed through the liquid crystal display element ;
Switching means ,
The optical element is
A pair of transparent substrates having a transparent electrode film; and a composite material layer in which liquid crystal molecules are dispersed in an ultraviolet curable polymer material and disposed between the pair of transparent substrates, the composite material layer Includes a light-transmitting first region in which the polymer material is cured in a state in which the liquid crystal molecules are aligned in a direction in which the pair of transparent substrates face each other, a light-transmitting alignment state, and light scattering properties. An alignment state that is electrically switchable, and a second region adjacent to the first region, wherein the formation width of the first region is larger than the formation width of the second region. And
The switching means is
By setting the liquid crystal material in the translucent alignment state, a first viewing angle mode in which light is emitted from the liquid crystal display element at a first angle, and the liquid crystal material in the light scattering alignment state. And a switch that selectively switches between a second viewing angle mode for emitting the light beam from the liquid crystal display element at a second angle smaller than the first angle .
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