JP5002854B2 - Backlight system for liquid crystal display - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置用バックライトシステムに関し、詳しくは、液晶表示装置の視野角を制御することができる液晶表示装置用バックライトシステムに関するものである。 The present invention relates to a backlight system for a liquid crystal display device, and more particularly to a backlight system for a liquid crystal display device capable of controlling a viewing angle of the liquid crystal display device.
昨今、携帯電話機が非常に普及し、国内における普及率は75%以上とも言われている。携帯電話機は、通話機能の他に、電子メール送受信機能、画像撮影表示機能、ゲーム機能等を備えている。これらの機能を使用した電子メールの作成や閲覧、画像の撮影や表示、ゲームのプレイなどにおいては文字、画像、及び、映像を表示する液晶表示装置が欠かすことができない。携帯電話機は生活のあらゆる場面にて使用されるに至っており、送信する電子メールを作成するためにユーザが単独で液晶表示装置を見る場面や、液晶表示装置に表示された画像を複数の人間が同時に見る場面等がある。また、ユーザが人目を気にせずに電子メールの内容や画像を閲覧できる場面もあれば、人に見られたくない電子メールの内容や画像を人ごみの中で人目を気にしながら閲覧する場面もある。 Recently, mobile phones have become very popular, and the penetration rate in Japan is said to be over 75%. In addition to the telephone call function, the mobile phone has an e-mail transmission / reception function, an image shooting display function, a game function, and the like. A liquid crystal display device that displays characters, images, and videos is indispensable for creating and viewing e-mails using these functions, taking and displaying images, playing games, and the like. Mobile phones have been used in every scene of daily life, and in order to create an e-mail to be sent, a user sees a liquid crystal display device alone, and images displayed on the liquid crystal display device can be viewed by multiple people. There are scenes to watch at the same time. In addition, there are scenes where users can browse the contents and images of e-mails without worrying about people's eyes, and scenes where users can view the contents and images of e-mails that they do not want to be seen by people while watching them in the crowd. is there.
そのため、携帯電話機の使用の場面に応じて液晶表示装置の視野角を変更可能とし、液晶表示装置の正面方向にのみ視野角を制限してユーザ以外の人間が横から液晶表示装置の表示が見えないようにしたり、正面方向を含めたより広い範囲を視野角に含めるようにしてユーザ以外の人間も横から液晶表示装置の表示を見ることが可能にしたりすることができることが望まれる。 Therefore, the viewing angle of the liquid crystal display device can be changed according to the usage situation of the mobile phone, and the viewing angle is limited only in the front direction of the liquid crystal display device, so that a person other than the user can see the display of the liquid crystal display device from the side. It is desirable that it is possible to prevent a person other than the user from seeing the display of the liquid crystal display device from the side by including a wider range including the front direction in the viewing angle.
このような視野角の制御を可能とした液晶表示装置として、特許文献1に記載の液晶表示装置が発明されている。特許文献1に記載の液晶表示装置は、携帯電話機に使用されるような、いわゆるバックライトを使用する透過型液晶による液晶表示装置である。この液晶表示装置は、図12に示すように、液晶表示パネル100とバックライトユニット300との間に、液晶素子を含む電界制御型パネル200を備える構成となっている。この液晶表示装置においては、電界を制御して電界制御型パネル200に含まれる液晶の配向を変化させることにより、電界制御型パネル200がバックライトユニット300から照射される光を屈折させることなく射出させ、又は、屈折させて射出させる。バックライトユニット300から照射される光が屈折されることなく射出された場合には、液晶表示装置の視野角は正面方向の狭い範囲となり、屈折させて射出された場合には、視野角は正面方向を含む広い範囲となる。
特許文献1に記載されたような構成の液晶表示装置では、光の屈折の有無を切り替える電界制御型パネル200は、液晶表示パネル100とバックライトユニット300との間に設けられるため、その光の射出面の面積は液晶表示パネル100とほぼ同一の大きさとする必要がある。この電界制御型パネル200のために液晶表示装置が厚くて重くなるという問題や、コストが高くなるという問題がある。また、視野角を連続的に変化させることが不可能であるという問題がある。
In the liquid crystal display device configured as described in
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、軽くて薄型であり、かつ、視野角の制御が可能な液晶表示装置を低コストで実現可能な液晶表示装置用バックライトシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a backlight system for a liquid crystal display device that can realize a liquid crystal display device that is light, thin, and capable of controlling the viewing angle at low cost. For the purpose.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の液晶表示装置用バックライトシステムは、光源と、前記光源から照射される光を伝搬する導光体と、前記導光体の内部を伝搬する光を前記導光体の外部に照射する光取り出し部材と、前記光源と前記導光体との間に設けられ、前記光源から照射される光の前記導光体への入射角度の分布を電気的に制御することにより当該光の導光体の内部における伝搬角度の分布を制御する電気光学手段とを備える液晶表示装置用バックライトシステムであって、前記電気光学手段は、液晶層での光の散乱現象を利用した高分子分散型液晶素子であることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a backlight system for a liquid crystal display device according to
この構成によれば、光源により光が照射され、導光体により光源から照射された光が伝搬され、光取り出し部材により導光体の内部を伝搬する光源からの光が外部に照射される。そして、光源と導光体との間に設けられた電気光学手段により、光源から照射される光の導光体への入射角度の分布が電気的に制御されて光源からの光の導光体の内部における伝搬角度の分布が制御される。 According to this configuration, light is emitted from the light source, light emitted from the light source is propagated by the light guide, and light from the light source propagating inside the light guide is emitted to the outside by the light extraction member. Then, the distribution of the incident angle of the light emitted from the light source to the light guide is electrically controlled by the electro-optical means provided between the light source and the light guide, and the light guide from the light source The distribution of the propagation angle inside is controlled.
このように、電気光学手段によって導光体の内部における伝搬角度の分布が制御されるので、光取り出し部材によって導光体の外部に照射される光の角度分布を制御することができ、引いては液晶表示装置の視野角を制御することができる。また、電気光学手段は、光源と導光体との間に設けられるので、電気光学手段は光源から照射されて導光体に入射する光の範囲のみの広がりをもつ大きさであればよい。このように、電気光学手段は導光体などに比べて小さいので、薄型で軽く安価であり、視野角を制御可能な液晶表示装置を実現することができる。また、電気光学手段の駆動条件を変化させることにより、バックライトシステムの出力光の角度分布を連続的に変化させる制御を行うことができる。 Thus, since the distribution of the propagation angle inside the light guide is controlled by the electro-optical means, the angle distribution of the light irradiated to the outside of the light guide can be controlled by the light extraction member. Can control the viewing angle of the liquid crystal display device. In addition, since the electro-optical means is provided between the light source and the light guide, the electro-optical means only needs to have a size that expands only the range of light that is irradiated from the light source and incident on the light guide. As described above, since the electro-optical means is smaller than a light guide or the like, it is possible to realize a liquid crystal display device that is thin, light and inexpensive and capable of controlling the viewing angle. Further, it is possible to perform control for continuously changing the angular distribution of the output light of the backlight system by changing the driving condition of the electro-optical means.
また、この構成によれば、電気光学手段として、液晶層での光の散乱現象を利用した高分子分散型液晶素子という既存の技術を用いて、安価に液晶表示装置用バックライトシステムを実現することができる。 Further, according to this configuration, as the electro-optical means, using existing technology called polymer-dispersed liquid crystal device utilizing scattering phenomenon of light in the liquid crystal layer, low cost backlight system for a liquid crystal display device can do.
請求項2に記載の液晶表示装置用バックライトシステムは、光源と、前記光源から照射される光を伝搬する導光体と、前記導光体の内部を伝搬する光を前記導光体の外部に照射する光取り出し部材と、前記光源と前記導光体との間に設けられ、前記光源から照射される光の前記導光体への入射角度の分布を電気的に制御することにより当該光の導光体の内部における伝搬角度の分布を制御する電気光学手段とを備える液晶表示装置用バックライトシステムであって、前記電気光学手段は、液晶層での光の回折現象を利用した液晶位相回折素子であることを特徴としている。 The backlight system for a liquid crystal display device according to claim 2 , wherein a light source, a light guide that propagates light emitted from the light source, and light that propagates inside the light guide are external to the light guide. The light extraction member that irradiates the light, and is provided between the light source and the light guide, and electrically controls the distribution of the incident angle of the light emitted from the light source to the light guide. A backlight system for a liquid crystal display device comprising: an electro-optic means for controlling a distribution of propagation angles inside the light guide, wherein the electro-optic means uses a liquid crystal phase utilizing a light diffraction phenomenon in a liquid crystal layer. It is a diffractive element.
この構成によれば、電気光学手段として、液晶層での光の回折現象を利用した液晶位相回折素子という既存の技術を用いて、安価に液晶表示装置用バックライトシステムを実現することができる。 According to this configuration, as the electro-optical means, with existing technology referred to as a liquid crystal phase diffraction element using a diffraction phenomenon of light at the liquid crystal layer, it is possible to inexpensively realize a backlight system for a liquid crystal display device .
請求項3に記載の液晶表示装置用バックライトシステムは、光源と、前記光源から照射される光を伝搬する導光体と、前記導光体の内部を伝搬する光を前記導光体の外部に照射する光取り出し部材と、前記光源と前記導光体との間に設けられ、前記光源から照射される光の前記導光体への入射角度の分布を電気的に制御することにより当該光の導光体の内部における伝搬角度の分布を制御する電気光学手段とを備える液晶表示装置用バックライトシステムであって、前記電気光学手段は、液晶層での光の屈折現象を利用した液晶屈折素子であることを特徴としている。
The backlight system for a liquid crystal display device according to
この構成によれば、電気光学手段として、液晶層での光の屈折現象を利用した液晶屈折素子という既存の技術を用いて、安価に液晶表示装置用バックライトシステムを実現することができる。 According to this configuration, as the electro-optical means, with existing technology referred to as a liquid crystal refractive element utilizing refraction phenomenon of light at the liquid crystal layer, it is possible to inexpensively realize a backlight system for a liquid crystal display device.
請求項4に記載の液晶表示装置用バックライトシステムは、請求項1乃至3のいずれかに記載の液晶表示装置用バックライトシステムにおいて、前記光源から照射される光の前記光源と前記電気光学手段との間の光路中に設けられ、当該光に前記導光体の導光方向の指向性を与える指向性付与部材を備えることを特徴としている。
The backlight system for a liquid crystal display device according to
この構成によれば、光源から照射された光は、指向性付与部材によって導光体の導光方向の指向性を与えられて電気光学手段に入射するので、電気光学手段によって光源からの光を散乱、回折、又は、屈折させた場合の光の導光体への入射角度の分布と、散乱、回折、及び、屈折させない場合の光の導光体への入射角度の分布との差を大きくすることができる。したがって、液晶表示装置の視野角の変化を顕著なものとすることができる。 According to this configuration, the light emitted from the light source is given the directivity in the light guide direction of the light guide by the directivity imparting member and is incident on the electro-optical means. Increase the difference between the distribution of the incident angle of light on the light guide when scattered, diffracted, or refracted and the distribution of the incident angle of light on the light guide when not scattered, diffracted, or refracted can do. Therefore, the change in the viewing angle of the liquid crystal display device can be made remarkable.
請求項1乃至3に記載の液晶表示装置用バックライトシステムによれば、電気光学手段によって導光体の内部における伝搬角度の分布が制御されるので、光取り出し部材によって導光体の外部に照射される光の角度分布を制御することができ、引いては液晶表示装置の視野角を制御することができるという効果が得られる。また、電気光学手段は、光源と導光体との間に設けられるので、電気光学手段は光源から照射されて導光体に入射する光の範囲のみの広がりをもつ大きさであればよい。このように、電気光学手段は導光体などに比べて小さいので、薄型で軽く安価であり、視野角を制御可能な液晶表示装置を実現することができるという効果が得られる。また、電気光学手段の駆動条件を変化させることにより、バックライトシステムの出力光の角度分布を連続的に変化させる制御を行うことができるという効果が得られる。
According to the backlight system for a liquid crystal display device according to any one of
また、請求項1に記載の液晶表示装置用バックライトシステムによれば、電気光学手段として、液晶層での光の散乱現象を利用した高分子分散型液晶素子という既存の技術を用いて、安価に液晶表示装置用バックライトシステムを実現することができるという効果が得られる。
In addition, according to the backlight system for a liquid crystal display device according to
請求項2に記載の液晶表示装置用バックライトシステムによれば、電気光学手段として、液晶層での光の回折現象を利用した液晶位相回折素子という既存の技術を用いて、安価に液晶表示装置用バックライトシステムを実現することができるという効果が得られる。 According to the backlight system for a liquid crystal display device according to claim 2, as an electro-optical means, with existing technology referred to as a liquid crystal phase diffraction element using a diffraction phenomenon of light at the liquid crystal layer, low cost liquid crystal display The effect that the backlight system for apparatuses can be realized is obtained.
請求項3に記載の液晶表示装置用バックライトシステムによれば、電気光学手段として、液晶層での光の屈折現象を利用した液晶屈折素子という既存の技術を用いて、安価に液晶表示装置用バックライトシステムを実現することができるという効果が得られる。
According to the backlight system for a liquid crystal display device according to
請求項4に記載の液晶表示装置用バックライトシステムによれば、光源から照射された光は、指向性付与部材によって導光体の導光方向の指向性を与えられて電気光学手段に入射するので、電気光学手段によって光源からの光を散乱、回折、又は、屈折させた場合の光の導光体への入射角度の分布と、散乱、回折、及び、屈折させない場合の光の導光体への入射角度の分布との差を大きくすることができる。したがって、液晶表示装置の視野角の変化を顕著なものとすることができるという効果が得られる。
According to the backlight system for a liquid crystal display device according to
以下、本発明の液晶表示装置用バックライトシステムの実施形態の例について図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る液晶表示装置用バックライトシステム1の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、液晶表示装置用バックライトシステム1は、透過型の液晶表示パネル60のバックライトとして使用される。図1においては、説明の都合上、液晶表示装置用バックライトシステム1と液晶表示パネル60との間隔を実際よりも大きくして示している。以下の図面においても、表記される各部材の相互の大きさの関係等は説明の都合によるものであり、実際の大きさの相互関係等を忠実に示すものではない。液晶表示装置用バックライトシステム1は、光源ユニット2と、光源ユニット2から照射された光を内部で反射させながら伝搬する導光体3と、導光体3の内部を伝搬する光を導光体3の外部に照射する光取り出し部材4とを備えている。光取り出し部材4は、例えば、導光体3の内部を伝搬する光を反射させて当該光の伝搬角度に応じた角度で導光体3の外部に射出する。図2は、液晶表示装置用バックライトシステム1の図1における紙面横方向の断面を示す模式図であり、図3は、液晶表示装置用バックライトシステム1の図1における破線円Aで囲まれた部分の拡大図である。図2及び図3に示すように、光取り出し部材4は、空気層4aと円筒状の突起構造を持つ導光体4bとから構成される。
Hereinafter, an example of an embodiment of a backlight system for a liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a
図2に示すように、光源ユニット2は、LED(Light Emitting Diode)からなる光源5、光源5から照射される光に導光体3の導光方向、すなわち、図2における水平方向の指向性を与える指向性付与部材6、及び、光源5と導光体3との間に設けられ、光源5から照射される光の導光体3への入射角度の分布を電気的に制御することにより光源5からの光の導光体3の内部における伝搬角度の分布を制御する電気光学手段7を備えている。
As shown in FIG. 2, the light source unit 2 includes a
指向性付与部材6は、立方体の一面にお椀型の曲面6aが形成されたものである。曲面6aは光を反射する材料で形成されるか、又は、光を反射する材料による薄膜で被われている。光源5は、LEDの発光面が指向性付与部材6の曲面6aに向き、かつ、LEDの発光面が曲面6aの焦点に位置するように配置される。光源(LED)5の光は、曲面6aで反射して、曲面6aの焦点を通る軸に平行な方向、すなわち、図2における水平方向に一様に進む。以上の説明は簡略化したもので、実際には、ある角度分布を持って光が水平方向に進む。
The directivity imparting member 6 has a bowl-shaped curved surface 6a formed on one surface of a cube. The curved surface 6a is formed of a material that reflects light, or is covered with a thin film made of a material that reflects light. The
電気光学手段7は、透明基板8及び透明基板9に挟まれた液晶層10を含む液晶素子を用いて実現される。液晶素子は、液晶層10が指向性付与部材6の曲面6aで反射された光源5からの光の光路と垂直に交わるように配置される。図2からもわかるように、電気光学手段7は光源5と導光体3との間に設けられる。したがって、電気光学手段7は光源5から照射されて導光体3に入射する光の範囲にのみ広がりをもつ大きさであればよい。液晶素子としては、例えば、液晶層10での光の散乱現象を利用した高分子分散型液晶素子(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal、又は、PNLC:Polymer-Network Liquid Crystal)を用いることができる。図4の(a)及び(b)は、高分子分散型液晶素子の液晶層10を示す模式図である。図4の(a)に示すように、高分子分散型液晶素子の液晶層10は、透明電極11及び透明電極12の間に挟まれた高分子13中に液晶14が分散された構成となっている。図4の(a)及び(b)では、液晶の動作説明において一般的に行われているように、液晶分子を楕円体で模式的に表している。周知のように液晶分子には屈折率の異方性があり、異常光に対する屈折率neを楕円の長軸で表し、常光に対する屈折率n0を楕円の短軸で表している(以下の図面において同じである。)。
The electro-optical means 7 is realized using a liquid crystal element including a
透明電極11と透明電極12との間に電圧を印加しない状態では、液晶14の中の液晶分子は、図4の(a)に示すように任意の方向を向いている。そのため、光源5から照射され指向性を与えられた光は、液晶層10の液晶14の中の液晶分子によって任意の方向に散乱される。したがって、液晶層10から散乱されて射出される光は、広い入射角度範囲で導光体3に入射する。
In a state where no voltage is applied between the
一方、透明電極11と透明電極12との間に電圧を印加すると、液晶中の液晶分子は、図4の(b)に示すように、楕円体の長軸が電界の方向に平行となるように配向される。そのため、光源5から照射され指向性を与えられた光は、液晶層10の液晶14の中の液晶分子によって散乱されることなく直進する。したがって、液晶層10から射出される光は、狭い入射角度範囲で導光体3に入射する。
On the other hand, when a voltage is applied between the
このような高分子分散型液晶素子の効果は次のような実験により確認される。図5及び図6は実験の方法を示す模式図である。この実験では、図5に示すように、図示しないパーソナルコンピュータによって回転が制御されるターンテーブル50に電気光学手段7としての高分子分散型液晶素子が配置される。図6に示すように、高分子分散型液晶素子(電気光学手段7)の背面には、光源5としてのLEDが配置され、高分子分散型液晶素子と光源5との間には、光源5から照射される光に指向性を与えるためのオプティカル・フィルム15が設けられる。そして、ターンテーブル50から所定の距離を置いてテーブルスタンド51が配置され、テーブルスタンド51の上面には、高分子分散型液晶素子から射出される光を測定するためのセンサーとしてのフォト・ダイオード52が設置される。フォト・ダイオード52の出力は図示しないパーソナルコンピュータに入力される。高分子分散型液晶素子は、光源5から照射された光を液晶層10を介して射出し、フォト・ダイオード52が、高分子分散型液晶素子から射出される光を感知する。そして、パーソナルコンピュータにより、フォト・ダイオード52が感知した光量が高分子分散型液晶素子の回転角度毎に計算される。
The effect of such a polymer dispersion type liquid crystal element is confirmed by the following experiment. 5 and 6 are schematic views showing the experimental method. In this experiment, as shown in FIG. 5, a polymer-dispersed liquid crystal element as the electro-optical means 7 is arranged on a
図7は、上記実験の結果における高分子分散型液晶素子の回転角度とフォト・ダイオード52の出力との関係を示すグラフである。このグラフにおいては、高分子分散型液晶素子がフォト・ダイオード52の正面を向いている角度を「0」度としている。また、高分子分散型液晶素子に電圧を印加していない場合(電圧オフ)のグラフを点線で示し、電圧を印加している場合(電圧オン)のグラフを実線で示している。図7からわかるように、電圧が印加されていない場合(電圧オフ)は、電圧が印加されている場合(電圧オン)に比べ、高分子分散型液晶素子の回転角度30度から60度、及び、−30度から−60度にかけてフォト・ダイオード52の出力が大きくなる。このことから、高分子分散型液晶素子に電圧を印加しないと液晶層10は光源からの光を液晶分子によって散乱させ、電圧を印加すると液晶層10は光源からの光を散乱させずそのまま透過させることがわかる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the polymer dispersed liquid crystal element and the output of the
このような高分子分散型液晶素子によれば、印加する電圧をオン、又は、オフするなど調節することによって、高分子分散型液晶素子から射出する光源5からの光の射出角度分布を連続的に変化させることができる。さらに、ここでは図示しなかったが、印加電圧を変化させると、出力光強度の角度分布が連続的に変化する。したがって、この高分子分散型液晶素子を電気光学手段7として使用すれば、光源5から照射される光の導光体3への入射角度の分布を電気的に制御して、導光体3の内部における光の伝搬角度の分布を制御することができる。
According to such a polymer-dispersed liquid crystal element, the emission angle distribution of light from the
高分子分散型液晶素子に印加する電圧をオンにして、導光体3に入射する光の入射角度分布を狭い範囲に制限すると、導光体3の内部における伝搬角度も制限されるので、光取り出し部材4によって取り出される光の射出角度も液晶表示パネル100の正面近傍の角度に制限される。したがって、液晶表示装置の視野角を狭くすることができる。一方、高分子分散型液晶素子に印加する電圧をオフにして、導光体3に入射する光の入射角度分布を広くすると、導光体3の内部を伝搬する光の伝搬角度に幅が出るので、光取り出し部材4によって取り出さされる光の射出角度も幅をもったものとなる。したがって、液晶表示装置の視野角を広くすることができる。
When the voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal element is turned on and the incident angle distribution of the light incident on the
なお、高分子分散型液晶素子は上述した構成に限定されるものではなく、印加する電圧の調節により液晶層10において光を散乱させ、又は、散乱させないことにより、光源5から照射される光の導光体3への入射角度の分布を制御できる構成であればよい。
The polymer-dispersed liquid crystal element is not limited to the above-described configuration, and the light applied from the
導光体3への光の入射角度分布を制御する電気光学手段7としては、上述の高分子分散型液晶素子の他に、液晶層10での光の回折現象を利用した液晶位相回折素子(LCPG:Liquid Crystal Phase Grating)を用いることができる。この液晶位相回折素子は、液晶層10に電圧を印加することにより、液晶分子による回折格子を形成し、この回折格子によって液晶層10に入射された光を回折させて射出するものである。
As the electro-optical means 7 for controlling the incident angle distribution of light to the
図8の(a)及び(b)は、液晶位相回折素子の液晶層10を示す模式図である。図8の(a)及び(b)に示すように、液晶層10は、配向膜16、配向膜17、配向膜16及び配向膜17の間に保持される液晶18、並びに、液晶層10の一方の配向膜側(例えば、光を射出する配向膜16側)に周期的に設けられた透明電極19及び透明電極20を備えている。図8の(a)に示すように、配向膜16及び配向膜17は、透明電極19と透明電極20との間に電圧が印加されていない状態の時に、液晶分子が、その長軸が配向膜16及び配向膜17に垂直な方向に配向するように材料が選択される。そのため、透明電極19と透明電極20との間に電圧が印加されていない場合には、光源5から照射され指向性を与えられた光は、液晶層10の液晶18の中を直進して導光体3に入射する。
8A and 8B are schematic views showing the
一方、透明電極19と透明電極20との間に電圧が印加されると、図8の(b)に示すように、透明電極19と透明電極20との間に存在する液晶分子は、電界に沿って配向する。図9は、透明電極19及び透明電極20の構成例を示す模式図である。図9に示すように、透明電極19と透明電極20とはそれぞれ櫛状に形成され、櫛の歯部分が所定の間隔をもって周期的に位置するように配置される。したがって、図8の(b)に示すように、透明電極19と透明電極20との間に発生する電界に沿って配向する液晶分子も周期的に存在する。その結果、電界に沿って配向する液晶分子と透明電極19及び透明電極20に対して垂直に配向する液晶分子とが回折格子を形成する。そのため、透明電極19と透明電極20との間に電圧が印加された場合には、光源5から照射され指向性を与えられた光は、液晶層10内で、配向膜16及び配向膜17に対して垂直に配向する液晶分子と電界に沿って配向する液晶分子とが形成する回折格子によって回折され、透明電極19と透明電極20とが周期的に並ぶ方向に、様々な回折角度をもって射出され、導光体3に入射する。
On the other hand, when a voltage is applied between the
このような液晶位相回折素子の効果は上述した実験と同様の実験により確認される。先に図5及び図6を用いて説明した実験において、電気光学手段7として液晶位相回折素子を用いる。その他の点については、先の実験と同じである。なお、液晶位相回折素子は、配向膜16及び配向膜17に対して垂直に配向する液晶分子と電界に沿って配向する液晶分子とが形成する周期構造の方向がターンテーブル50のテーブルに対して水平となる向き、つまり、図9に示す透明電極19及び透明電極20が、図9において90度だけ横方向に回転した向きでターンテーブル50上に配置される。図10は、この実験の結果得られる液晶位相回折素子の回転角度とフォト・ダイオード52の出力の関係を表すグラフである。このグラフにおいては、液晶位相回折素子に電圧を印加していない場合(電圧オフ)のグラフを点線で示し、電圧を印加している場合(電圧オン)のグラフを実線で示している。図10からわかるように、電圧が印加されている場合(電圧オン)は、電圧が印加されていない場合(電圧オフ)に比べ、液晶位相回折素子の回転角度30度から60度、及び、−30度から−60度にかけてフォト・ダイオード52の出力が大きくなる。このことから、液晶位相回折素子に電圧を印加しないと液晶層10は光源からの光を回折させずそのまま透過させ、電圧を印加すると液晶層10は光源からの光を液晶分子によって形成された回折格子によって回折させることがわかる。
The effect of such a liquid crystal phase diffraction element is confirmed by an experiment similar to the experiment described above. In the experiment described above with reference to FIGS. 5 and 6, a liquid crystal phase diffraction element is used as the electro-optical means 7. The other points are the same as the previous experiment. In the liquid crystal phase diffraction element, the direction of the periodic structure formed by the liquid crystal molecules aligned perpendicular to the alignment film 16 and the
このような液晶位相回折素子によれば、印加する電圧をオン、又は、オフするなど調節することによって、液晶位相回折素子から射出する光源5からの光の射出角度分布を連続的に変化させることができる。したがって、この液晶位相回折素子を電気光学手段7として使用すれば、光源5から照射される光の導光体3への入射角度の分布を電気的に制御して、導光体3の内部における光の伝搬角度の分布を制御することができる。
According to such a liquid crystal phase diffractive element, the emission angle distribution of light from the
なお、液晶位相回折素子は上述した構成に限定されるものではなく、印加する電圧の調整により液晶層10において光を回折させ、又は、回折させないことにより、光源5から照射される光の導光体3への入射角度の分布を制御できる構成であればよい。
The liquid crystal phase diffractive element is not limited to the above-described configuration, and the light guided from the
さらに、導光体3への光の入射角度分布を制御する電気光学手段7としては、液晶層10での光の屈折現象を利用した液晶屈折素子を用いることもできる。この液晶屈折素子は、液晶層10の中に、例えば、ポリマー材料によって形成されたポリマー部材を封入配置したものであり、このポリマー部材の屈折率、及び、電圧を印加した場合の液晶の屈折率と電圧を印加しない場合の液晶の屈折率との違いを利用して、液晶層10に入射された光を屈折させ、又は、屈折させずに射出するものである。
Further, as the electro-optical means 7 for controlling the incident angle distribution of light to the
図11の(a)及び(b)は、液晶屈折素子の液晶層10を示す模式図である。図11の(a)及び(b)に示すように、液晶層10は、配向膜21、配向膜22、配向膜21及び配向膜22の間に保持される液晶23、配向膜21の外側に配置される透明電極24、配向膜22の外側に配置される透明電極25、及び、液晶層10の一方の配向膜側(例えば、光を射出する配向膜21側)に設けられた円筒状のレンズ形状のポリマー部材26を備えている。図11の(a)に示すように、配向膜21及び配向膜22は、透明電極24と透明電極25との間に電圧が印加されていない状態の時に、液晶分子が、その長軸が配向膜21及び配向膜22に平行な方向に配向するように材料が選択される。ポリマー部材26の屈折率はneである。ここで、光源5から照射され指向性を与えられた光のうち、図11の(a)の縦方向に振動する偏光成分は一様な屈折率neを感じるので屈折せずに液晶層10を透過する。しかし、図11の(a)の紙面垂直方向に振動する偏光成分は、屈折率n0の液晶23と屈折率neのポリマー部材26の境界で屈折する。したがって、透明電極24と透明電極25との間に電圧が印加されていない場合には、光源5から照射され指向性を与えられた光のうちの一方の偏光成分は液晶層10の中を直進し、他方の偏光成分は屈折される。そして、液晶層10から射出された光は導光体3に入射する。
11A and 11B are schematic views showing the
一方、透明電極24と透明電極25との間に電圧を印加すると、液晶分子は、図11の(b)に示すように、長軸の方向が電界の方向と平行になるように配向される。このとき、光源5から照射され指向性を与えられた両方向の偏光成分の光が感じる液晶23の屈折率はn0である。ポリマー部材26の屈折率はneであり、屈折率n0と屈折率neとの関係は、ne>n0である。そのため、透明電極24と透明電極25との間に電圧を印加されている場合には、光源5から照射され指向性を与えられて液晶層10に入射した光の中の両方向の偏光成分は、液晶23からポリマー部材26に入射する際に、より屈折率が大きいポリマー部材26の方に曲がるため液晶層10から屈折して射出される。そして、液晶層10から射出された光は導光体3に入射する。
On the other hand, when a voltage is applied between the
このような液晶屈折素子によれば、印加する電圧をオン、又は、オフするなど調節することによって、液晶屈折素子から射出する光源5からの光の射出角度分布を連続的に変化させることができる。したがって、この液晶屈折素子を電気光学手段7として使用すれば、光源5から照射される光の導光体3への入射角度の分布を電気的に制御して、導光体3の内部における光の伝搬角度の分布を制御することができる。
According to such a liquid crystal refracting element, the emission angle distribution of light from the
なお、液晶屈折素子は上述した構成に限定されるものではなく、印加する電圧の調節により液晶層10において光を屈折させ、又は、屈折させないことにより、光源5から照射される光の導光体3への入射角度の分布を制御できる構成であればよい。したがって、液晶層10における液晶の配向は、図11の(a)及び(b)に示す配向に限らず、ホモジニアス配向と垂直配向とが並存するハイブリッド配向、等であってもよい。
The liquid crystal refracting element is not limited to the above-described configuration, and a light guide body for light emitted from the
また、上述の例では、図11の(a)及び(b)に示したように、液晶屈折素子の液晶層10の中に封入配置したポリマー部材26は円筒状のレンズ形状としたが、ポリマー部材26の形状は円筒状のレンズ形状に限らず、液晶層10に電圧が印加され、又は、印加されないときに、液晶層10の液晶中を透過する光を屈折させ、又は、屈折させない働きをするものであればどのような形状であってもよい。
In the above-described example, as shown in FIGS. 11A and 11B, the
以上に説明したように、本発明に係る液晶表示装置用バックライトシステム1によれば、液晶層での光の散乱現象を利用した高分子分散型液晶素子、液晶層での光の回折現象を利用した液晶位相回折素子、又は、液晶層での光の屈折現象を利用した液晶屈折素子のいずれかである電気光学手段7を光源5と導光体3との間に配置する。そして、電気光学手段7は、光源5から照射される光を散乱、回折、又は、屈折させ、又は、散乱、回折、及び、屈折させないことにより、光源から照射される光の導光体3への入射角度の分布を電気的に制御し、当該光の導光体3の内部における伝搬角度の分布を制御する。このことにより、光取り出し部材4によって導光体3から取り出させて外部に照射される光の角度分布が制御され、引いては液晶表示装置の視野角が制御される。
As described above, according to the
また、液晶表示装置の視野角の制御のために設けられる電気光学手段7は、光源5と導光体3との間に配置される。そのため、電気光学手段7は、光源5から照射されて導光体3に入射する光の範囲のみに広がりをもつ大きさであればよく、その大きさは、図12に示した従来の液晶表示装置に使用される電界制御型パネル200に比べてはるかに小さい。それゆえ、本発明の液晶表示装置用バックライトシステム1によれば、視野角の制御が可能な液晶表示装置を薄型にして軽くし、安価に実現することができる。
The electro-optical means 7 provided for controlling the viewing angle of the liquid crystal display device is disposed between the
なお、本発明の実施形態は上述の形態に限らず、本発明の技術的思想の範囲内で種々に変更して実施することができる。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the technical idea of the present invention.
本発明は、液晶表示装置の視野角を制御することができる液晶表示装置用バックライトシステムに適用可能である。 The present invention is applicable to a backlight system for a liquid crystal display device that can control the viewing angle of the liquid crystal display device.
1 バックライトシステム
5 光源
6 指向性付与部材
7 電気光学手段(高分子分散型液晶素子、液晶位相回折素子、液晶屈折素子)
10 液晶層
DESCRIPTION OF
10 Liquid crystal layer
Claims (4)
前記光源から照射される光を伝搬する導光体と、
前記導光体の内部を伝搬する光を前記導光体の外部に照射する光取り出し部材と、
前記光源と前記導光体との間に設けられ、前記光源から照射される光の前記導光体への入射角度の分布を電気的に制御することにより当該光の導光体の内部における伝搬角度の分布を制御する電気光学手段とを備える液晶表示装置用バックライトシステムであって、
前記電気光学手段は、液晶層での光の散乱現象を利用した高分子分散型液晶素子であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトシステム。 A light source;
A light guide that propagates light emitted from the light source;
A light extraction member for irradiating the outside of the light guide with light propagating inside the light guide;
Propagation of the light inside the light guide by electrically controlling the distribution of the incident angle of the light radiated from the light source to the light guide provided between the light source and the light guide A backlight system for a liquid crystal display device comprising electro-optic means for controlling the distribution of angles ,
The backlight system for a liquid crystal display device , wherein the electro-optical means is a polymer dispersion type liquid crystal element utilizing a light scattering phenomenon in a liquid crystal layer .
前記光源から照射される光を伝搬する導光体と、
前記導光体の内部を伝搬する光を前記導光体の外部に照射する光取り出し部材と、
前記光源と前記導光体との間に設けられ、前記光源から照射される光の前記導光体への入射角度の分布を電気的に制御することにより当該光の導光体の内部における伝搬角度の分布を制御する電気光学手段とを備える液晶表示装置用バックライトシステムであって、
前記電気光学手段は、液晶層での光の回折現象を利用した液晶位相回折素子であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトシステム。 A light source;
A light guide that propagates light emitted from the light source;
A light extraction member for irradiating the outside of the light guide with light propagating inside the light guide;
Propagation of the light inside the light guide by electrically controlling the distribution of the incident angle of the light radiated from the light source to the light guide provided between the light source and the light guide A backlight system for a liquid crystal display device comprising electro-optic means for controlling the distribution of angles,
The electro-optical device includes a backlight system for a liquid crystal display device you being a liquid crystal phase diffraction element utilizing a diffraction phenomenon of light at the liquid crystal layer.
前記光源から照射される光を伝搬する導光体と、
前記導光体の内部を伝搬する光を前記導光体の外部に照射する光取り出し部材と、
前記光源と前記導光体との間に設けられ、前記光源から照射される光の前記導光体への入射角度の分布を電気的に制御することにより当該光の導光体の内部における伝搬角度の分布を制御する電気光学手段とを備える液晶表示装置用バックライトシステムであって、
前記電気光学手段は、液晶層での光の屈折現象を利用した液晶屈折素子であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトシステム。 A light source;
A light guide that propagates light emitted from the light source;
A light extraction member for irradiating the outside of the light guide with light propagating inside the light guide;
Propagation of the light inside the light guide by electrically controlling the distribution of the incident angle of the light radiated from the light source to the light guide provided between the light source and the light guide A backlight system for a liquid crystal display device comprising electro-optic means for controlling the distribution of angles,
The electro-optical device includes a backlight system for a liquid crystal display device you being a liquid crystal refractive element utilizing refraction phenomenon of light at the liquid crystal layer.
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