JP5013371B2

JP5013371B2 - 光源装置、表示装置、端末装置及び透明・散乱切替素子

Info

Publication number: JP5013371B2
Application number: JP2007133524A
Authority: JP
Inventors: 伸一上原
Original assignee: NLT Technologeies Ltd
Current assignee: Tianma Japan Ltd
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: JP2007334344A

Description

本発明は、照明光の照射角を切り替えることができる光源装置、この光源装置を搭載して視野角を切り替えることができる表示装置、この表示装置を搭載した端末装置、及び前記光源装置に組み込まれる透明・散乱切替素子に関する。

近時、薄型、軽量、小型、低消費電力等の利点から、液晶を使用した表示装置は、モニタ及びテレビジョン（ＴＶ：Television）等の大型の端末装置から、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の中型の端末装置、またパーソナルＴＶ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance：個人用情報端末）、携帯電話及び携帯ゲーム機等の小型の端末装置にまで広く搭載され、使用されている。これらの液晶表示装置は、使用する光源の種類に応じて、透過型、反射型、透過光と反射光とを併用する半透過型に大別できる。反射型は、表示に外光を利用できるため低消費電力化が可能であるが、透過型と比較するとコントラスト等の表示性能が劣るため、現在では透過型及び半透過型が液晶表示装置の主流となっている。透過型及び半透過型の液晶表示装置では、液晶パネルの背面に光源装置を設置し、その光源装置が発する光を利用して表示を実現している。即ち、現在主流の液晶表示装置では、液晶パネルの他に光源装置が必須となっている。

液晶表示装置の主要構成部品である液晶パネルは、液晶分子の配向状態を電界により制御して情報を表示するが、液晶分子の種類、初期配向状態及び電界の方向等の組み合わせにより多数のモードが提案されている。これらのモードのうち、従来の端末装置に最も良く使用されるモードには、単純マトリクス構造によるＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード及びアクティブマトリクス構造によるＴＮ（Twisted Nematic）モードがあるが、これらのモードの液晶パネルは階調を正しく視認できる角度範囲が狭く、最適な観察位置から外れると階調反転が発生してしまう。

この階調反転の問題は、表示内容が電話番号等の文字主体の内容であった頃の携帯電話等の端末装置では大きな問題とならなかった。しかし、近年の技術進展により、端末装置が文字情報だけでなく画像情報も多く表示するようになったため、階調反転によって画像の視認性が著しく低下する点が問題になっている。このため、階調反転が発生せず階調を正しく視認できる視野角度範囲が広いモードの液晶パネルが、徐々に端末装置へ搭載されつつある。このようなモードの液晶パネルは、一般に広視野角液晶パネルと総称され、ＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式等の横電界モード及びマルチドメイン垂直配向モード等が実用化されている。これらの広視野角液晶パネルの使用により広い視野角度範囲で正しい階調が視認できるため、中小型の端末装置は基本的にパーソナルツールでありながらも、複数人で同時に鑑賞し他人と情報を共有するアプリケーションが開発され、徐々に搭載されつつある。

一方で、中小型の端末装置はその性格上、秘密保持が厳重になされた密室の中だけではなく公共の場でも使用される。このとき、プライバシー情報及び秘密情報の表示に対しては、第三者の眼に触れない秘密保持が必要となる。特に近時、端末装置の進展に伴い、プライバシー情報及び秘密情報を表示する機会が増加し、覗き見防止技術への要望が強まっている。そこで、表示を視認できる角度範囲、即ち、視野角度範囲を狭くすることにより、使用者のみが視認でき、覗き見を防止できる技術の実現が望まれている。

上述の如く、視認角度範囲が広く複数人で同時に鑑賞できる表示と、視認角度範囲が狭く使用者のみが視認できる表示の実現が夫々望まれており、一つの端末装置がこれらの二種類の表示を切り替えて実現できることが望ましい。そこで、このような要求を満たすために、液晶表示装置に必須である光源装置に工夫を施し、視認角度範囲を変更可能にした表示装置が提案されている。

図３８は、特許文献１に記載されている従来の第１の視野角制御型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図３８に示すように、従来の第１の視野角制御型液晶表示装置１００１は、散乱を制御できる液晶素子１１７０と、旋光性及び複屈折性を制御できる液晶素子１１８０とから構成されている。散乱を制御できる液晶素子１１７０は、可視域で光学的に透明な基板１１１０及び１１１１と、透明電極１１２０及び１１２１と、散乱モードの液晶１１３０と、電圧供給源１１００と、スイッチ１１９０とから構成されている。旋光性及び複屈折性を制御できる液晶素子１１８０は、可視域で光学的に透明な基板１１１１及び１１１２と、透明電極１１２２及び１１２３と、偏光子１１４０及び１１４１と、配向膜１１５０及び１１５１と、旋光性及び複屈折性を持つ液晶層１１６０と、電圧供給源１１０１と、スイッチ１１９１とから構成されている。散乱モードの液晶１１３０としてはポリマー分散液晶を、また旋光性、複屈折性を制御できる液晶素子１１８０としてはＴＮ液晶を夫々使用している。偏光子１１４０及び１１４１は直交ニコルで配置されている。

このように構成された特許文献１に記載の従来の第１の視野角制御型液晶表示装置においては、透明電極１１２２と透明電極１１２３との間に電圧を印加することにより、液晶層１１６０の旋光性、複屈折性を変化させ、この変化を利用して光の透過率を制御することができる。このような旋光性、複屈折性を利用した表示モードにおいては、視角方向により実質的に入射光が受ける旋光性及び複屈折性が異なるために、視角に依存して輝度、色相が低減又は反転する現象が起こる。

そこで、このような視角依存性のある液晶素子１１８０の上部に散乱を制御できる液晶素子１１７０を配置し、視角依存性を低減する。即ち、散乱を制御できる液晶素子１１７０の液晶１１３０に電界を印加しない場合には、液晶分子がランダムに配列しているために、全視角にわたってほぼ等方的に散乱され、視角依存性が少ない表示を得ることができる。一方、液晶１１３０に電界を印加としたときには、印加電界により液晶分子は電界にほぼ平行に配列するために、液晶素子１１８０からの出射光は、液晶分子により散乱されることなく、そのまま出射される。この場合には、視覚特性が良くなることはなく、従来のＴＮ液晶の視角特性に近い特性であるが、画面の正面に位置する使用者のみは画像を正しく視認することができる。従って、画面の正面に位置する使用者一人のみが正しく視認できればよいときには、液晶１１３０に電界を印加しないことにより、他人に覗き見されることを防止できる。

図３９は、特許文献２に記載されている従来の第２の視野角制御型液晶表示装置を模式的に示す断面図であり、図４０は、視野角制御型液晶表示装置に使用される照明装置を模式的に示す斜視図である。図３９に示すように、従来の第２の視野角制御型液晶表示装置２１０１は、液晶表示素子２１０２と、散乱性制御素子（散乱性制御手段）２１０３と、照明装置（バックライト）２１０４とから構成されている。散乱性制御素子２１０３は、液晶表示素子２１０２と照明装置２１０４との間に配置されている。図４０に示すように、照明装置２１０４は、散乱性制御素子２１０３の基板側に配置され、遮光スリット付シート（透光性シート体）２１２０、及び照射部２１２１を備えている。照射部２１２１には、蛍光管等の光源２１２２が設けられており、光源２１２２からの光を出射させて遮光スリット付シート２１２０に導くための光出射面２１２３が形成されている。照射部２１２１における光出射面２１２３と対向する面には、光源２１２２から出射した光を反射させるため反射シート２１２４が設けられている。遮光スリット付シート２１２０は、透光性を有するシートの一方の面に線状の遮光材が互いに平行に多数配置されている。遮光材が延設される方向は、表示画面の垂直方向に一致している。

このように構成された特許文献２に記載の従来の第２の視野角制御型液晶表示装置においては、光源２１２２から発した光は、照射部２１２１の光出射面２１２３から出射され、遮光スリット付シート２１２０を介して散乱性制御素子２１０３に照射される。遮光スリット付シート２１２０は、光出射面２１２３より出射する光がこの遮光スリット付シート２１２０を透過するときに、遮光スリット付シート２１２０の光入射面に対して大きく傾斜した方向から入射する光を遮断する。これにより、この遮光スリット付シート２１２０の面と垂直な方向に平行度の高い透過光が得られる。照明装置２１０４から出射した光は、散乱性制御素子２１０３に入射する。散乱性制御素子２１０３は、印加電圧の有無に応じて入射した光線の散乱性を制御する。散乱性制御素子２１０３が散乱状態にある場合には、照明装置２１０４から出射した光は散乱性制御素子２１０３により散乱され、散乱性制御素子２１０３が透明状態にある場合には、照明装置２１０４からの光は散乱されない。

この従来の第２の視野角制御型液晶表示装置２１０１においては、散乱性制御素子２１０３が散乱状態であるとき、照明装置２１０４から出射した平行度が高い光は、散乱性制御素子２１０３により散乱されて液晶表示素子２１０２に入射する。この結果、液晶表示素子２１０２を通過した光は、表示部の全視角方向に抜けて行き、表示部に正対する位置以外の位置からも表示内容の認識が可能となる。これに対して、散乱性制御素子２１０３が透明状態であるとき、照明装置２１０４からの平行度の高い光は、散乱性制御素子２１０３によって散乱されず、平行度の高い光のまま液晶表示素子２１０２に入射する。この結果、表示部を水平方向の左右より斜めに見る位置からでは、光が透過せず真っ暗になり、表示内容の認識が不可能となる。換言すれば、表示部に正対する使用者だけが表示内容を認識できる。

以上のように、従来の第２の視野角制御型液晶表示装置２１０１は、散乱性制御素子２１０３によって光の散乱性を制御できるため、表示内容の視野角特性を制御できる。また、照明装置２１０４によって平行度が高い光を液晶表示素子２１０２に向けて出射することができるため、散乱性制御素子２１０３が透明状態におかれるとき、表示画面に正対する使用者だけが表示内容を認識できる視野角特性を確実に得ることができる。従って、表示特性の視野角依存性が少なく、全視角方向にわたって表示特性が均一に保たれる状態と、表示画面に正対する位置からのみ表示内容を認識できる状態とを任意に切り替えることが可能な液晶表示装置を得ることができる。

特開平５−７２５２９号公報特開平９−２４４０１８号公報

しかしながら、上述の従来の第１及び第２の視野角制御型液晶表示装置には、以下に示すような問題点がある。上述の従来の視野角制御型液晶表示装置においては、視野角を切り替えたときに、画像の色味が変化してしまう。特に、視野角度範囲が狭い狭視野角表示から視野角度範囲が広い広視野角表示に切り替えたときに、画像が黄色味を帯びてしまい、使用者に違和感を与えてしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、照射角度範囲を切り替えることができる光源装置において、照射角度切替時の色味の変化を抑制できる光源装置、この光源装置を搭載し視野角度範囲を切替可能な表示装置、この表示装置を搭載した端末装置、及び前記光源装置に組み込まれる透明・散乱切替素子を提供することにある。

本発明に係る光源装置は、光を面状に出射する面状光源と、この面状光源から出射した光を透過させる透明状態と散乱させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子と、を備え、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収する二色性色素が混入していることを特徴とする。

本発明においては、二色性色素を使用することにより、透明・散乱切替素子の透過状態と散乱状態とで、出射光の色味が変化する現象を抑制することができる。

更に、前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこの特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が透明状態よりも散乱状態において、前記特定波長帯域以外の光を主として吸収してもよい。これにより、散乱状態での出射光の色味が透明状態と異なる現象を抑制でき、かつ入射光の色味に近付ける
ことができる。

また、前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこの特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が散乱状態よりも透明状態において、前記特定波長帯域の光を主として吸収してもよい。これにより、透明状態
での出射光の色味を、散乱状態での出射光の色味に近付けることができる。

更にまた、前記特定波長帯域は、可視光における短波長帯域とすることができる。微小構造体の屈折率分布により散乱状態を実現する透明・散乱切替素子では、短波長の光が良く散乱される傾向があり、本発明を好適に適用することができる。

また、前記二色性色素は、前記液晶分子の領域に存在するのが好ましい。これにより、電圧印加時に液晶配向の変化に追従して二色性色素の配向も変化させることができるため、透過状態と散乱状態との切替に追従して二色性色素の吸収を変化させることができ、切替動作に伴う出射光の色味が変化する現象を抑制することができる。

更にまた、前記二色性色素は、前記高分子膜の中にも存在していてもよい。これにより、透明・散乱切替素子を構成する透明基板及び／又は透明電極等の構成要素に色味が付いている場合、この色味も含めて補正することができる。

また、前記二色性色素は、棒状の分子構造を有する色素を好適に使用することができる。

更にまた、前記二色性色素は、円盤状の分子構造を有していてもよい。これにより、斜め方向の色味変化を効果的に補正することができる。

また、前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈していてもよい。これにより、散乱状態において、短波長帯の光散乱に対して長波長帯の光吸収が実現できるため、透過状態と散乱状態とで出射光の色味が変化する現象を抑制できる。

更にまた、前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より黄色を呈していてもよい。これにより、二色性色素の短軸方向の短波長吸収を使用して、透過状態と散乱状態とで出射光の色味が変化する現象を抑制でき、かつ使用可能な色素の種類も増やせるため、高信頼性、低コストの色素材料を選択することで装置の低コスト化が可能となる。

更にまた、前記二色性色素は、分子短軸方向と分子長軸方向とで異なる波長帯域に吸収スペクトルを有していてもよい。これにより、散乱状態での色補正効果を低減することができ、光散乱の波長特性が小さな場合に効果的に適用できる。

また、前記透明・散乱切替素子は、前記高分子分散液晶層が１対の平面電極間に挟まれており、この１対の平面電極間に発生する縦電界により駆動されてもよい。

更にまた、前記透明・散乱切替素子は櫛歯電極を有し、この櫛歯電極間に発生する横電界により駆動されてもよい。これにより、透明状態又は散乱状態の色味及び散乱特性の視野角依存性を改善することができる。

前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性色素は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈し、この高分子分散型液晶層は縦電界により駆動されてもよい。これにより、散乱状態にある透明・散乱切替素子から出射される光が、黄色味がかる現象を抑制でき、透明状態と同等の白色を保つことができる。そして、広視野角表示状態と狭視野角表示状態とで、色味の違いを抑制した表示装置を実現することができる。また、正面方向だけでなく斜め方向においても、出射光が、黄色味がかる現象を抑制でき、特に透明状態では黄色味を低減する効果を強く発揮することができる。

前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性色素は円盤状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合にそれ以外の方向から見た場合よりも、より青色を呈し、この高分子分散型液晶層は縦電界により駆動されてもよい。これにより、散乱状態にある透明・散乱切替素子から出射される光が、黄色味がかる現象を抑制でき、透明状態と同等の白色を保つことができる。更に、透明状態においては、円盤状の二色性色素が斜め方向に大きな吸収効果を発揮することができる。即ち、斜め方向に関してはより黄色味を低減する効果を強く発揮することができる。

前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性色素は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈し、この高分子分散型液晶層は横電界により駆動され、前記透明・散乱切替素子の面内におけるこの電界方向と垂直な方向に透過軸を配置した偏光板を光入射面に有していてもよい。これにより、散乱状態にある透明・散乱切替素子から出射される光が、黄色味がかる現象を抑制でき、透明状態と同等の白色を保つことができる。更に、透明状態においては、斜め方向から観察しても散乱及び色味変化を抑制することができる。

前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、前記高分子膜は屈折率異方性を有し、少なくとも前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の最小屈折率値がほぼ同等であり、前記二色性色素は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈し、この高分子液晶層は横電界により駆動され、この電界方向に透過軸を配置した偏光板を光入射面に有していてもよい。これにより、散乱状態にある透明・散乱切替素子から出射される光が黄色味がかる現象を抑制でき、透明状態と同等の白色を保つことができ、かつ透明状態、散乱状態共に優れた視野角特性を実現することができる。

前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、前記液晶分子の長軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性色素は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より黄色を呈し、この高分子分散型液晶層は横電界により駆動され、この電界方向に透過軸を配置した偏光板を光入射面に有していてもよい。これにより、散乱状態と透明状態とで、出射光の色味の違いを低減することができる。また、使用可能な色素の種類も増やせるため、高信頼性、低コストの色素材料を選択することで装置の低コスト化が可能となる。

更に、前記光源装置は、前記面状光源から出射された光の光線方向を規制して前記透明・散乱切替素子に対して出射する光線方向規制素子を有していてもよい。これにより、面状光源から出射した光の指向性を高めることができる。

本発明に係る表示装置は、前記光源装置と、この光源装置から出射した光を透過させることによりこの光に画像を付加する透過型表示パネルと、を有することを特徴とする。

本発明においては、前述の光源装置により光の照射角度範囲を切り替えられるため、表示装置の視野角を切り替えることができる。

また、前記透過型表示パネルは液晶パネルであってもよい。このとき、前記液晶パネルが、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償ＴＮモードの液晶パネルであることが好ましい。これにより、透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときに、表示が階調反転することを抑制でき、視認性が向上する。

本発明に係る端末装置は、前記表示装置を有することを特徴とする。また、この端末装置は、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であってもよい。

本発明に係る透明・散乱切替素子は、入射した光をそのまま透過させる透明状態と散乱
させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子であって、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収する二色性色素が混入していることを特徴とする。

また、前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこの特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が透明状態よりも散乱状態において、前記特定波長帯域以外の光を主として吸収してもよい。

または、前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこの特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が散乱状態よりも透明状態において、前記特定波長帯域の光を主として吸収してもよい。

更にまた、前記特定波長帯域は、可視光における短波長帯域とすることができる。

更にまた、前記二色性色素は、前記液晶分子の領域に存在していてもよい。

または、前記二色性色素は、前記高分子膜の中にも存在していてもよい。

また、前記二色性色素は、棒状の分子構造を有していてもよい。

または、前記二色性色素は、円盤状の分子構造を有していてもよい。

また、前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈していてもよい。

または、前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より黄色を呈していてもよい。

または、前記二色性色素は、分子短軸方向と分子長軸方向とで異なる波長帯域に吸収スペクトルを有していてもよい。

本発明に係る光源装置は、光を面状に出射する面状光源と、この面状光源から出射した
光を透過させる透明状態と散乱させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子と、を備え、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態とにおいて異なる発光状態又は光吸収状態を呈する二色性蛍光色素分子又は発光性液晶分子が混入しており、この二色性蛍光色素分子又は発光性液晶分子は、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収するように動作することを特徴とする。

本発明においては、透明状態と吸収状態とにおいて異なる発光状態又は光吸収状態を呈
する分子を使用することにより、透明・散乱切替素子の透過状態と散乱状態とで、出射光の色味が変化する現象を抑制することができる。また、散乱状態での出射光の色味が透過状態と異なる現象を抑制でき、明るい表示が可能となる。

また、前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこの特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性蛍光色素分子又は前記発光性液晶分子が透明状態よりも散乱状態において、前記特定波長帯域の光を主として発光してもよい。これにより、散乱状態での出射光の色味が透明状態と異なる現象を抑制でき、かつ入射光の色味に近付けることができ、明るい表示が可能となる。

また、前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこの特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性蛍光色素分子又は前記発光性液晶分子が散乱状態よりも透明状態において、前記特定波長帯域以外の光を主として発光してもよい。これにより、透明状態での出射光の色味を、散乱状態での出射光の色味に近付けることができ、明るい表示が可能となる。

更にまた、前記二色性蛍光色素分子又は前記発光性液晶分子は、前記液晶分子の領域に存在することが好ましい。これにより、透明状態と散乱状態との切替に伴う液晶分子の動きを利用して前記二色性蛍光色素分子又は前記発光性液晶分子を配向変化させることができるため、色味の補償をより効果的に実現することができる。また、前記二色性蛍光色素分子は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈していてもよい。

また、前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性蛍光色素分子は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈し、前記高分子分散型液晶層が１対の平面電極間に挟まれており、この１対の平面電極間に発生する縦電界により駆動されることが好ましい。

また、前記光源装置は、前記面状光源から出射された光の光線方向を規制して前記透明・散乱切替素子に対して出射する光線方向規制素子を有していてもよい。

本発明に係る表示装置は、前記光源装置と、この光源装置から出射した光を透過させることによりこの光に画像を付加する透過型表示パネルと、を有することを特徴とする。また、前記透過型表示パネルは液晶パネルであってもよい。

本発明に係る透明・散乱切替素子は、入射した光をそのまま透過させる透明状態と散乱させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子であって、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態とにおいて異なる発光状態又は光吸収状態を呈する二色性蛍光色素分子が混入しており、この二色性蛍光色素分子は、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収するように動作することを特徴とする。

また、前記透明・散乱切替素子は、前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性蛍光色素分子は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色の蛍光を呈し、この二色性蛍光色素分子は前記高分子分散型液晶層の前記液晶分子の領域に存在し、前記高分子分散型液晶層が１対の平面電極間に挟まれており、この１対の平面電極間に発生する縦電界により駆動されてもよい。

本発明によれば、照射角度範囲を切り替えることができる光源装置において、二色性色素分子を透明・散乱切替素子に導入することにより、照射角度切替時の色味の変化を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び透明・散乱切替素子について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び透明・散乱切替素子について説明する。図１は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図２はその構成要素である光源と導光板、光学フィルムを示す断面図であり、図３は表示装置の構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図であり、図４は本実施形態に係る表示装置を搭載した端末装置を示す斜視図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る表示装置２は、光源装置１と透過型液晶表示パネル７とにより構成されている。光源装置１においては、透明材料からなる導光板３が設けられている。導光板３の形状は矩形の板状である。そして、この導光板３の１つの側面（光入射面３ａ）に対向する位置に、光源が配置されている。光源は、例えば、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）５１である。この白色ＬＥＤ５１は、導光板３の光入射面３ａに沿って複数個配置されており、その個数の一例は５個である。導光板３は、光入射面３ａから入射された光を、その主面（光出射面３ｂ）から均一に出射するものである。

導光板３の光出射面３ｂ側には、光学フィルム４が配置されている。光学フィルム４は、導光板３から出射した光を導光板３の光出射面法線方向に偏向するためのものである。また、光学フィルム４の光出射面側に、透明・散乱切替素子１２２が設けられている。透明・散乱切替素子１２２は、光学フィルム４から入射した光をその反対側に出射する際に、この光を散乱させる状態と、散乱させずにそのまま透過させる状態とを切り替えるものである。図１に示すように、少なくとも白色ＬＥＤ５１、導光板３、光学フィルム４、透明・散乱切替素子１２２により、光源装置１が構成されている。なお、前述の透過型液晶表示パネル７は、透明・散乱切替素子１２２の光出射面側に配置され、光を透過させることによりこの光に画像を付加するものである。

なお、本明細書においては、便宜上、以下のようにＸＹＺ直交座標系を設定する。白色ＬＥＤ５１から導光板３内に向かう方向を＋Ｘ方向とし、その反対方向を−Ｘ方向とする。＋Ｘ方向及び−Ｘ方向を総称してＸ軸方向という。また、導光板３の光出射面３ｂに平行な方向のうち、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。更に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向とし、このＺ軸方向のうち、導光板３内から光出射面３ｂに向かう方向を＋Ｚ方向とし、その反対方向を−Ｚ方向とする。＋Ｚ方向は前方、即ち、使用者に向かう方向である。そして、＋Ｙ方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を＋Ｘ方向、人差指を＋Ｙ方向に向けたとき、中指は＋Ｚ方向を向くようにする。

上述の如く、ＸＹＺ直交座標系を設定すると、導光板３の光出射面３ｂはＸＹ平面となり、白色ＬＥＤ５１は導光板３から見て−Ｘ方向に配置され、光学フィルム４は＋Ｚ方向に配置されることになる。また、透明・散乱切替素子１２２は光学フィルム４から見て＋Ｚ方向に配置されることになる。

図２は、図１に示すＡ−Ａ線による導光板３と光学フィルム４の断面図である。なお、図２には光線の軌跡の一例が示されているが、これについては後述する。図１に示すように、光入射面３ａには、ＬＥＤの配置場所に起因する光出射面３ｂでの面内輝度ムラを低減するため、拡散パターンが形成されている。また、図２に示すように、導光板３の光拡散面３ｃには斜面３ｄが形成されている。斜面３ｄは、光源である白色ＬＥＤ５１から出射され、導光板３の内部を＋Ｘ方向に透過してきた光が照射される方向に傾斜している。斜面３ｄのＸ軸方向に対する傾斜角は例えば６度である。斜面３ｄはＸ軸方向に複数配列され、夫々の斜面はＹ軸方向に沿って導光板３の全長に亘って延びている。導光板の光出射面３ｂには、ＸＹ平面内で異方性を有するホログラムパターン（図示せず）が形成されている。導光板３内を伝搬し、光出射面３ｂより出射する光は、このホログラムパターンによりＹ軸方向の指向性が高められる。

また、光学フィルム４は、平板部４ａと、この平板部４ａの導光板３に対向する面上に形成された複数の一次元プリズム体４ｂから構成されている。一次元プリズム体４ｂは、その稜線がＹ軸方向に延び、−Ｚ方向に突出したプリズム体であり、この一次元プリズム体４ｂがＸ軸方向に沿って複数個（図示例では１０個）配列されている。一次元プリズム体４ｂの頂角は、例えば７０度に設定されている。また、一次元プリズム体４ｂの突出方向、即ち、一次元プリズム体４ｂの側面を２等分する面に平行で且つＹ軸方向に直交する方向は、Ｚ軸方向と一致する。一次元プリズム体４ｂが形成された光学フィルム４は、導光板３から出射された光をＸＺ平面内で＋Ｚ方向に偏向させ、指向性高く＋Ｚ方向に出射するものである。

前述のように、導光板の光出射面３ｂに形成されたホログラムパターンは、Ｙ軸方向の指向性を高める働きがあるため、光学フィルム４から出射される光は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に関して、＋Ｚ方向に指向性の高められた光となる。導光板３と光学フィルム４の材料には、加工性の容易さから透明樹脂が好適に使用されるが、本実施形態において、屈折率が１．５であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：polymethyl-methacryl
ate）が使用されている。

図３は、光学フィルム４の光出射面側に設けられている透明・散乱切替素子１２２の断面図である。透明・散乱切替素子１２２においては、相互に平行に配置された１対の透明基板１０９が設けられており、各透明基板１０９における他方の透明基板１０９に対向する面に、透明基板１０９の表面を覆うように電極１１０が設けられている。そして、１対の透明基板１０９間、即ち、電極１１０間には、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid-Crystal：高分子分散型液晶）層１１１が設けられている。ＰＤＬＣ層１１１においては、高分子膜である高分子マトリクス１１１ａ中に液晶分子１１１ｂ及び青色二色性色素分子１５０が分散している。ＰＤＬＣ層１１１は、例えば光硬化性樹脂と液晶材料、二色性色素の混合物を露光して硬化させることにより形成されたものである。

なお、本実施形態では、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は、液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率、即ち屈折率異方性の最小値とほぼ一致するように、材料を選択してある。また、液晶分子１１１ｂは、誘電率異方性が正の液晶分子であり、分子の長軸方向に大きな誘電率異方性を有する材料を使用する。

次に、青色二色性色素分子１５０について説明する。一般的に、その形状に異方性を有する分子は、光学的にも異方性を有する。特にこの異方性が発現される波長帯が可視光の領域である場合、屈折率の実部に異方性が存在すると偏光依存性が発現するが、屈折率の虚部に異方性が存在すると光吸収に異方性が発現することになり、これが二色性と言われる。即ち、二色性色素とは、光の吸収に異方性を有する色素のことである。このような二色性を有する分子の例としては、アゾ系色素分子、アントラキノン系色素分子、ジオキサジン系色素分子等が一般的に知られている。なお、屈折率の実部に異方性が存在し偏光依存性が発現した典型例は液晶分子であるが、細長い棒状の形状を有する液晶分子では、分子長軸方向の屈折率が分子短軸方向の屈折率より大きな場合が多い。同様に、二色性色素分子でも、細長い棒状である色素分子は、分子の分極率楕円体が分子長軸方向に平行に細長く、吸収の遷移モーメントも分子長軸と一致する場合が多い。本実施形態で使用する青色二色性色素分子１５０は、このように細長い棒状の分子形状を有し、分子長軸方向に分子短軸方向よりも大きな光吸収特性を有するものである。また、可視光領域における光吸収特性は、青の波長帯である４２０ｎｍから４８０ｎｍの波長帯域における光吸収が他の波長帯よりも弱いため、青の波長帯以外の光が吸収され、青色を呈している。即ち、この青色二色性色素分子１５０を分子短軸方向から見た場合、分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈することになる。なお本実施形態では、光硬化性樹脂よりも液晶材料の方に相溶性の高い二色性色素を選択しているため、高分子マトリクス１１１ａ中には青色二色性色素分子１５０が殆ど存在せず、液晶分子１１１ｂが形成するドロップレット中にのみ存在する。

そして、透明・散乱切替素子１２２においては、１対の電極１１０によりＰＤＬＣ層１１１に電圧を印加することにより、ＰＤＬＣ層１１１中の液晶分子１１１ｂの配向状態が変化し、これに伴って青色二色性色素分子１５０の配向状態も変化する。例えば、ＰＤＬＣ層１１１に電界が印加されていないときは、液晶分子は様々な方向に配向し、高分子マトリクス１１１ａと液晶分子の見かけの屈折率が異なるため、入射した光が散乱して出射される散乱状態となる。また、このときには、青色二色性色素分子１５０も液晶分子１１１ｂの配向に追従して様々な方向に向いているため、等方的に青味がかった状態、即ち黄色の光を吸収する状態となる。

一般的に、ＰＤＬＣ層のように微小な構造を有し、その微小構造体の屈折率分布により光を散乱する素子においては、光の散乱の程度は光の波長に依存し、波長が短い光ほど強く散乱され、波長が長い光ほど散乱され難い性質がある。即ち、透明・散乱切替素子が散乱状態の場合には、青色の光は散乱されやすく、赤色の光は散乱され難いため、透明・散乱切替素子から出射される光は、青色の割合が低下し、黄色味がかったものとなる。そこで本実施形態では、散乱状態の場合に、この黄色味がかった色を白色に補正する程度の青色二色性色素分子を混在させてある。即ち、青色二色性色素分子を混入してあるものの、その量は、散乱状態でほぼ白色を呈する程度の極少量である。

一方、ＰＤＬＣ層に電界が印加されているときは、液晶分子１１１ｂは、その長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化する。この時、正面方向から見ると、高分子マトリクス１１１ａと液晶分子１１１ｂの見かけの屈折率がほぼ一致して、入射した光が散乱されずに出射される透明状態となる。この透明状態の場合には、見かけの屈折率分布が小さくなるため、散乱状態の場合のような色味の変化は殆ど発生しない。また、青色二色性色素分子１５０も液晶分子１１１ｂの配向変化に追従して、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化し、正面方向から見た場合には青色の光は殆ど吸収されず、ほぼ透明な状態となる。このようにして、透明・散乱切替素子１２２は、入射した光を散乱又は透過すると共に、その色味を補正して透過型液晶パネル７に出射する。なお、透明・散乱切替素子には、焼き付きを防止するために６０Ｈｚの矩形波が印加されている。

図４に示すように、この表示装置２は、例えば、携帯電話９の表示部に搭載される。即ち、本実施形態に係る携帯端末としての携帯電話９は、上述の表示装置２を備えている。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。図５は、本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図であり、図６は、本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。

先ず、広視野角表示時の動作について説明する。広視野角表示時には、白色ＬＥＤ５１を発光させるように電流を流し、透明・散乱切替素子１２２が散乱状態になるように駆動する。その結果、白色ＬＥＤ５１が点灯し、白色ＬＥＤ５１から発した光は、導光板３の光入射面３ａから導光板中に入射する。前述のように、光入射面３ａには拡散パターンが設けられているために、導光板中に入射した光は導光板中でＹ軸方向にも拡散され、これにより各白色ＬＥＤ５１から発した光は混合される。

以下、この混合された光のうち、Ｘ−Ｚ平面内を伝搬する光に着目して、この光の光路を説明する。図２に示すように、空気と導光板３を形成する樹脂材料との屈折率の違いにより、導光板３に入射した後の光の進行方向と＋Ｘ方向とがＺ軸方向になす角度は、スネルの法則に基づき、４１．８度より小さくなる。そこで、＋Ｘ方向に対して＋Ｚ方向に４１．８度傾斜した光線Ｌ１について考えることにする。

この光線は、導光板３の光出射面３ｂに到達するが、Ｚ軸方向に対する角度が４８．２度であり、臨界角４１．８度より大きいため、導光板３から出射せずに全反射する。同様に、光拡散面３ｃにおいても、斜面３ｄ以外の領域に入射した場合には同じ角度で全反射するので、光出射面３ｂと光拡散面３ｃとの間で全反射を繰り返しつつ、白色ＬＥＤ５１から離れる方向に伝搬することになる。この伝搬中に、光Ｌ１が、Ｘ軸方向に対する傾斜角が６度である斜面３ｄに入射すると、斜面３ｄの法線からの角度が４２．２度となるが、この値は臨界角４１．８度より大きいので、斜面４１から導光板３外に光は出射せず全反射する。しかし、全反射後の光Ｌ１のＺ軸方向に対する角度は３６．２度となり、臨界角より小さいため、光出射面３ｂに到達した光は導光板３から外部に出射し、出射後の角度はＺ軸方向に対して６２．４度となる。

前述の如く、導光板３に入射した光は、必ず入射後のＸ軸方向に対する角度が４１．８度以下となる。このため、この入射光が導光板３の光出射面３ｂ又は光拡散面３ｃに到達したときのＺ軸方向に対する角度は４８．２度以上となり、全反射する。そして、この光が光出射面３ｂ及び光拡散面３ｃにおいて全反射して導光板３中を伝搬する過程で、傾斜角が６度の斜面３ｄで全反射する度に、Ｚ軸方向に対する光の進行方向の角度が臨界角に近づくことになり、この角度が臨界角より小さくなった時点で、光出射面３ｂ又は光拡散面３ｃの平坦面から出射する。この結果、導光板３から出射した光は、ＸＺ平面内においては、Ｚ軸方向から約６０度傾斜した方向に強い指向性を有することになる。

導光板３からＺ軸方向に対して６２．４度傾斜して出射した光Ｌ１は、光学フィルム４に入射するが、一次元プリズム体４ｂの頂角は７０度であるため、一次元プリズム体４ｂに入射する角度は７．４度であり、一次元プリズム体４ｂの内部に入射した光線の進行方向と円錐体入射面の法線との間の角度は４．９度となる。その後、光Ｌ１は一次元プリズム体４ｂの反対側の側面に到達するが、この側面に対する角度は面法線から６５．１度となるため全反射し、Ｚ軸から１１．１度の方向に進行する。その後、光学フィルム４から出射する光Ｌ１の角度は、スネルの法則により、Ｚ軸から１６．８度の方向となる。即ち、光学フィルム４から出射した光は、ＸＺ平面内においては、ほぼＺ軸方向に強い指向性を有することになる。

次に、Ｙ軸方向の指向性について説明する。前述のように、白色ＬＥＤ５１から発した光は、導光板３に入射後、少なくともＸＹ平面内に拡散する。このＹ軸方向に拡散した成分の光は、前述のように光出射面に形成されたホログラムパターンにより集光されて指向性が高められる。即ち、光学フィルム４から出射される光の照射範囲としては狭い角度範囲に限定されることになる。

そして、光学フィルム４から出射した光は、透明・散乱切替素子１２２に入射する。透明・散乱切替素子１２２には電圧が印加されず散乱状態にあるため、高指向性の光は透明・散乱切替素子１２２により均一に散乱され、広い角度範囲に分散される。即ち、透明・散乱切替素子１２２によって散乱されて指向性が低下し、広角の光となる。この広範囲に広がった分布の光は、透過型液晶パネル７に入射し、画像が付加され、広角の光のまま出射する。このようにして、広視野角で画像が表示される。

次に、狭視野角表示時の動作について説明する。狭視野角表示時には、白色ＬＥＤ５１を発光させるように電流を流し、透明・散乱切替素子１２２が透明状態になるように駆動する。その結果、白色ＬＥＤ５１が点灯し、この白色ＬＥＤ５１から発した光は導光板３中を伝搬して、広視野角表示時と同様に光学フィルム４から狭い角度範囲に出射される。この光は、次に透明・散乱切替素子１２２に入射される。透明・散乱切替素子１２２は電圧が印加され透明状態にあるため、高指向性の光は透明・散乱切替素子１２２により散乱されることなく、そのまま透過する。即ち、高指向性を維持した状態で透明・散乱切替素子１２２から出射される。この指向性が高い分布の光が、透過型液晶パネル７に入射し、画像が付加され、高指向性のまま出射する。このようにして、狭視野角で画像が表示される。

次に、広視野角表示時、狭視野角表示時の光の色味について説明する。上述の如く、本実施形態に係る表示装置においては、光学フィルム４と透過型液晶パネル７との間に透明・散乱切替素子１２２が設けられており、透明・散乱切替素子１２２にはＰＤＬＣ層１１１が設けられており、ＰＤＬＣ層１１１が光を透過させたり散乱させたりすることにより、光の照射角を切り替えている。前述のように、ＰＤＬＣ層のように微小な構造を有し、その微小構造体の屈折率分布により光を散乱する素子においては、光の散乱の程度は光の波長に依存し、波長が短い光ほど強く散乱され、波長が長い光ほど散乱され難い性質がある。即ち、透明・散乱切替素子が散乱状態の場合には、青色の光は散乱されやすく、赤色の光は散乱され難いため、透明・散乱切替素子から出射される光は、青色の割合が低下し、黄色味がかったものとなる。一方で、透明状態の場合には、見かけの屈折率分布が小さくなるため、このような色味の変化は殆ど発生しない。

そこで本実施形態では、分子長軸方向に高い吸光性を有する青色二色性色素分子１５０をＰＤＬＣ層１１１の液晶分子１１１ｂが形成するドロップレット中に導入している。図５に示すように、透明・散乱切替素子に電圧が印加されず散乱状態にある場合には、液晶分子は様々な方向に配向し、この配向状態に追従して青色二色性色素分子１５０も様々な方向に配向する。この結果、正面方向となるＺ軸方向から観察した場合、高分子マトリクス１１１ａと液晶分子１１１ｂの見かけの屈折率が異なるため、ＰＤＬＣ１１１層に入射した光は散乱され、前述のように特に青色の光が良く散乱されるが、それ以外の黄色の光は青色二色性色素分子１５０で吸収されるため、ＰＤＬＣ層から出射する光は白色を保つことができる。即ち、散乱状態で出射光が黄色味がかる現象を抑制することができる。

この散乱状態にある透明・散乱切替素子を斜め方向から観察した場合には、ＰＤＬＣ層を通過する光の長さ、即ち光路長が正面方向よりも長くなるが、本実施形態においては、正面方向の光路長が最小となる場合において出射光が白色を保つように調整されており、かつ光路長に依存せずに色味変化を抑制できるように構成されているため、斜め方向で光路長が大きくなった場合でも、同様に白色を保つことができる。一般的に、色素分子を含有しない透明・散乱切替素子においては、光路長が大きくなると散乱が大きくなり、短波長の光はより多く散乱されて色味の変化が大きくなるが、本実施形態では光路長が長くなっても色味変化を抑制できるため、広視野角表示時の色味変化を抑制することができる。

次に透明・散乱切替素子が透明状態となった場合の色味について説明する。図６に示すように、ＰＤＬＣ層１１１に電界が印加されているときは、液晶分子１１１ｂは、その長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化し、青色二色性色素分子１５０も液晶分子１１１ｂの配向変化に追従して、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化する。

この電圧印加状態にある透明・散乱切替素子を正面方向から観察すると、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率、即ち屈折率異方性の最小値とほぼ一致するように設定されているため、両者の見かけの屈折率がほぼ一致して、入射した光が散乱されずに出射される透明状態となる。この透明状態の場合には、見かけの屈折率分布が小さくなるため、色素を混入しなくても散乱状態の場合のような色味の変化は殆ど発生しない。更に、青色二色性色素分子１５０は液晶分子１１１ｂの配向変化に追従して、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化しているため、正面方向から見た場合にはほぼ透明な状態となる。

次に、電圧印加状態にある透明・散乱切替素子を斜め方向から観察した場合について説明する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されており、電圧が印加された場合には液晶分子１１１ｂ及び青色二色性色素分子１５０は長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化している。このため、斜め方向から観察した場合には、液晶分子１１１ｂの見かけの屈折率は高分子マトリクス１１１ａの屈折率と異なるものとなり、特に正面方向から傾くに従ってこの屈折率の差は大きくなる。また、正面方向からの傾きが大きくなると光路長も大きくなるため、結果として散乱が大きくなる。即ち、電圧印加状態にある透明・散乱切替素子は、正面方向からの傾きが大きくなると散乱性が高くなり、色素を混入しない場合には黄色味がかることになる。これに対して、本実施形態の青色二色性色素分子１５０を混入した場合には、青色二色性色素分子１５０は液晶分子１１１ｂに追従して長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化しているため、正面方向では色素の光吸収効果は殆ど発生せず、角度が大きくなるに従い光吸収効果は大きくなる。特に本実施形態では、青色二色性色素分子１５０が様々な方向に配向している際に、ほぼ白色を呈するように調整されているため、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化している場合には、より黄色味を低減する効果を強く発揮することができる。なお、狭視野角表示状態では、正面方向から大きく傾いた方向の光は基本的に存在しないが、正面方向からある角度範囲では光が存在するため、特にこの範囲での色味変化を抑制する効果を発揮することができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態に係る表示装置によれば、二色性色素分子を透明・散乱切替素子に導入することにより、散乱状態にある透明・散乱切替素子から出射される光が黄色味がかる現象を抑制でき、透明状態と同等の白色を保つことができる。これにより、広視野角表示状態と狭視野角表示状態とで、色味の違いを抑制した表示装置を実現することができる。また、正面方向だけでなく斜め方向においても、出射光が黄色味がかる現象を抑制でき、特に透明状態では黄色味を低減する効果を強く発揮することができる。

更に、本発明の大きな特長として、自己補償効果を挙げることができる。これは即ち、視野角状態の切替に伴う色味変化の主因である透明・散乱切替素子自体に、色味変化を抑制する機能を持たせることで実現されている。これに対し例えば、色味変化を抑制する他の構成として視野角状態の切替時に光源の色味を切り替える方法では、別途光源の色味制御も必要になり、制御の複雑化を招く。本発明では透明・散乱切替素子自体が、自らの色味変化を抑制するように構成されているため、単に透明状態と散乱状態とを切り替えるだけで済み、制御の簡素化が可能となる。

このような自己補償効果により、例えば透明・散乱切替素子に厚みムラなどが発生した場合でも、色味ムラを低減することができる。厚みムラの種類としては、素子内での面内厚みムラや、素子の個体差によるばらつきなどがある。特に素子内での面内厚みムラが発生した場合、本発明の自己補償効果が存在しないと、厚みの大きな部分は色味の変化が大きく観察されるため、散乱性のムラ以上の違和感を使用者に与えてしまう。本発明では、自己補償効果により色味の変化を厚みにかかわらず抑制できるため、高画質化が可能となる。なお、この効果は、個体差のばらつきに対しても同様に有効である。

更に、別の効果として、温度変化時の色味変化抑制を挙げることができる。一般的に、透明・散乱切替素子は、温度が変化すると散乱性能も変化する。例えば、電圧を印加しない場合に散乱状態となる素子では、温度が低下すると動作が鈍くなり、透明状態になりにくくなる。本発明では、透明・散乱切替素子の状態に応じて色味の補正が可能なため、低温時に透明状態にならない場合には、色味補正もその散乱状態に応じた補正量を保つことになる。これに対して、前述のように光源の色味で補正する場合には、透明・散乱切替素子の温度変化とは無関係に補正が実行されてしまう。この結果、温度が変化した際に、十分な補正を実行することができない。温度検出機能を追加すれば対応可能であるが、制御が複雑になってしまう。このように本発明の構成では、温度変化に対しても自己補償性を持たせることができるため、簡易な制御で高画質化が可能となる。

なお、本発明の表示装置においては、狭視野角表示状態と広視野角表示状態とで光源である白色ＬＥＤの光量を変えても良い。仮に、狭視野角表示状態と広視野角表示状態とで光源の光量が同じであると、狭視野角表示状態と比較して広視野角表示状態の正面輝度が低下する。これは、狭視野角状態においては、透過型液晶パネルから出射する光は指向性が高い状態のままであるのに対し、広視野角状態においては、透明・散乱切替素子により散乱され、正面方向に進行する光束が減少して正面輝度が相対的に低下するからである。一方で、正面方向に位置するメインの使用者に対しては、狭視野角表示と広視野角表示とで輝度が変化しない方が好ましい。そこで、広視野角表示状態では、狭視野角表示状態よりも光源の光量を増大する。これにより、正面方向の輝度は狭視野角表示と広視野角表示とで同等の状態を実現することができる。

更に、広視野角表示と狭視野角表示とで光源の光量を変えることにより、光源の発する光の色度座標値が変化する場合には、この変動分を考慮して色素の濃度を決定しても良い。光源として白色ＬＥＤ、特に青色ＬＥＤと、この青色ＬＥＤの発する青色の光により黄色の光を発する黄色蛍光体とから構成され、青色と黄色の光により白色の光を発する方式の白色ＬＥＤを使用した場合には、青色ＬＥＤと黄色蛍光体の特性の違いから、光量を増大すると光源が僅かに青味を帯びる傾向がある。即ち、より多くの光量が必要な広視野角表示では、光源の発する光が僅かに青味がかることにより、透明・散乱切替素子が白色状態を保つと、表示が青味がかる現象が発生する。この場合には、青色二色性色素分子の量を僅かに減らすことにより、表示は白色を保つことができる。

更にまた、本発明で使用する光源は白色ＬＥＤを使用するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷陰極管などの他の手段も好適に使用することができる。

更にまた、ＰＤＬＣ層は、例えば光硬化性樹脂と液晶材料、二色性色素の混合物を露光して硬化させることにより形成されたものであるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の手段を用いて形成しても良い。一例では、予め光硬化性樹脂と液晶材料のみの混合物を露光硬化させることにより、二色性色素を含まないＰＤＬＣ層を形成しておき、その後に一方の基板を剥離し、二色性色素を混合した液晶材料を浸透させて、二色性色素を含有したＰＤＬＣ層を作製することもできる。

更にまた、本発明で使用する透明・散乱切替素子は、ＰＤＬＣ層を有するものに限定されず、透明状態と散乱状態をスイッチングできる素子であれば好適に使用できる。一例として、ポリマーネットワーク液晶（ＰＮＬＣ）を使用した素子、及びダイナミック・スキャッタリング（ＤＳ）を使用した素子を挙げることができる。また、前述のＰＤＬＣ層においては、電圧を印加していないときは散乱状態であり、電圧印加時には透明状態であるものを使用している。これにより、前記透明・散乱素子は、入射された光を散乱する状態のときに電力を消費しないため、バックライト光源にその分の電力を割り当てられるため、散乱状態時の光源装置の明るさを向上させることが容易である。但し、電圧を印加していないときは透明状態であり、電圧印加時には散乱状態であるＰＤＬＣ層を使用してもよい。このようなＰＤＬＣ層は、電圧を印加しながら露光して硬化させることによって作製することができる。これにより、携帯情報端末において使用頻度が高い狭視野表示時に、ＰＤＬＣ層に電圧を印加する必要がなく、電力消費を抑制することができる。更に、ＰＤＬＣ層に使用する液晶分子としてコレステリック液晶又は強誘電性液晶等を用いてもよい。これらの液晶は、印加電圧をオフにしても電圧を印加していたときの配向状態のままであり、メモリー性がある。このようなＰＤＬＣ層を使用することにより、消費電力を低減することが可能となる。

本発明の面状光源装置と組み合わせて使用する表示パネルは、液晶パネルに限定されず、光源装置を使用する表示パネルであれば使用可能である。また、液晶パネルは透過型に限定されず、各画素に透過領域が設けられたパネルであれば使用可能であり、各画素の一部に反射領域を有する半透過型液晶パネル、微透過型液晶パネル、微反射型液晶パネルでも使用可能である。また、液晶パネルは、視野角依存性が少ないものが好ましい。これにより、広視野角表示時の階調反転を抑制できる。そのような液晶パネルのモードの例としては、横電界モードではＩＰＳ（イン・プレイン・スイッチング）方式、ＦＦＳ(フリンジ・フィールド・スイッチング)方式、ＡＦＦＳ(アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング)方式等が挙げられる。また、垂直配向モードではマルチドメイン化され視野角依存性が低減されたＭＶＡ(マルチドメイン・ヴァーティカル・アライメント)方式、ＰＶＡ(パターンド・ヴァーティカル・アライメント)方式、ＡＳＶ(アドヴァンスト・スーパー・ヴイ)方式等が挙げられる。更に、フィルム補償ＴＮモードの液晶表示パネルも好適に使用することができる。

更にまた、本実施形態においては、端末装置として携帯電話を示したが、本発明はこれに限定されず、本実施形態に係る表示装置は、携帯電話のみならず、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：個人用情報端末）、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、及びビデオプレーヤ等の各種の携帯端末装置に好適に適用することができる。また、本実施形態に係る表示装置は、携帯端末装置のみならず、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の各種の端末装置に適用することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図８はその構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。

図７及び図８に示すように、本第２の実施形態に係る表示装置２１及び光源装置１１は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２、光源装置１と比較して、透明・散乱切替素子１２２の代わりに透明・散乱切替素子１２３が使用され、青色二色性色素分子１５０の代わりに青色二色性色素分子１５１が使用されている点が異なる。透明・散乱切替素子１２３はＰＤＬＣ層１１３を有する。前述の青色二色性色素分子１５０は、光硬化性樹脂よりも液晶材料の方に相溶性の高い二色性色素であるため、高分子マトリクス１１１ａ中には青色二色性色素分子１５０が殆ど存在せず、液晶分子１１１ｂが形成するドロップレット中にのみ存在していた。これに対し、本実施形態の青色二色性色素分子１５１は、液晶材料だけでなく光硬化性樹脂にも僅かな相溶性を有する二色性色素であるため、液晶分子１１１ｂが形成するドロップレット中だけでなく、高分子マトリクス１１１ａ中にも青色二色性色素分子１５１が少量存在している。なお、高分子マトリクス１１１ａ等方性の媒体であり、青色二色性色素分子１５１を配向させることはないため、青色二色性色素分子１５１は高分子マトリクス１１１ａ中で様々な方向を向いている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、ＰＤＬＣ層１１３の高分子マトリクス１１１ａ中に青色二色性色素分子１５１が様々な方向を向いて少量存在しているため、第１実施形態のＰＤＬＣ層１１１よりも僅かに青味がかった色を呈する。この結果、透明基板や電極が黄色味がかっている場合に、この着色の影響も含めて補正することが可能となる。特に、透明基板としてプラスチック基板を使用した場合には、基板自体が黄色味を帯びる傾向にある。また、プラスチック基板は耐熱性が低いため、電極の成膜も低温で実施しなければならず、この結果電極自体も黄色味を帯びる傾向にある。本実施形態においては、特別な部材を追加することなく、他の部材の着色の影響を低減することが可能となる。本第２実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図１０はその構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図であり、図１１はこの透明・散乱切替素子を示す上面図であり、図１２は本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図であり、図１３は、この透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。

図９に示すように、本第３の実施形態に係る表示装置２２及び光源装置１２は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２、光源装置１と比較して、透明・散乱切替素子１２２の代わりに透明・散乱切替素子１２４が使用され、この透明・散乱切替素子１２４の光学フィルム４側には偏光板６が配置され、透過型液晶表示パネル７の代わりに透過型液晶表示パネル７１が配置されている点が異なる。

図１０及び図１１に示すように、透明・散乱切替素子１２４は、前述の第１の実施形態における透明・散乱切替素子１２２と比較して、１対の透明基板１０９、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１１は同一であり、電極１１０の構造が異なる。即ち、前述の第１の実施形態における透明・散乱切替素子１２２では、各透明基板１０９における他方の透明基板１０９に対向する面に、透明基板１０９の表面を覆うように電極１１０が設けられていたのに対し、本実施形態における透明・散乱切替素子１２４では、Ｚ軸方向のマイナス側に位置する透明基板１０９の＋Ｚ側の面、即ちＺ軸方向のプラス側に配置された透明基板１０９に対向する面に、横電界を発生させるための櫛歯電極１１０ａが形成されている。櫛歯電極１１０ａは、電圧印加時にＹ軸方向に横電界が発生するよう、Ｘ軸方向に延びた棒状の電極がＹ軸方向に多数配列されている。

更に、偏光板６の吸収軸はＹ軸方向に設定されており、透過型液晶表示パネル７１の透明・散乱切替素子１２４側に設けられた偏光板とは、平行ニコルの関係、即ち吸収軸が平行に配置された関係となっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。先ず、広視野角表示時の動作について説明するが、この時の動作は前述の第１実施形態と同じである。即ち、図１２に示すように、透明・散乱切替素子１２４は電圧が印加されず散乱状態にあるため、光学フィルム４から出射した高指向性の光は、透明・散乱切替素子１２４により均一に散乱され、広い角度範囲に分散されて、広視野角の表示を実現する。また、透明・散乱切替素子１２４では、微小構造体の屈折率分布により短波長の光が良く散乱されるが、混入された青色二色性色素分子１５０が液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向して、長波長の光を吸収する。これにより、透明・散乱切替素子１２４から出射する光は、黄色味を帯びることなく白色を保っている。なお、偏光板６は、透明・散乱切替素子１２４に入射する光の偏光状態をＸ軸方向の直線偏光に揃える働きをしているが、散乱状態にある透明・散乱切替素子１２４はＸＹ平面内で屈折率異方性は存在しないため、基本的な散乱動作に及ぼす影響はない。

次に、狭視野角表示時の動作について説明する。図１３に示すように、透明・散乱切替素子１２４の櫛歯電極１１０ａに電圧が印加されると、ＰＤＬＣ層１１１にはＹ軸方向の横電界が印加される。このＹ軸方向の横電界により、ＰＤＬＣ層１１１中の液晶分子１１１ｂは、長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化し、青色二色性色素分子１５０も液晶分子１１１ｂの配向変化に追従して、長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されているため、Ｘ軸方向には高分子マトリクス１１１ａと液晶分子１１１ｂに屈折率差は発生せず、Ｙ軸方向には屈折率差が発生している。また、青色二色性色素分子１５０も長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化しているため、Ｘ軸方向には色素の光吸収は殆ど発生せず、Ｙ軸方向に大きな吸収が発生している。即ち、透明・散乱切替素子１２４は、Ｘ軸方向の直線偏光が入射した場合には、散乱及び吸収は発生せず、Ｙ軸方向の直線変更が入射した場合に散乱及び吸収が発生する状態となっている。ここで、透明・散乱切替素子１２４に入射する光は、偏光板６によりＸ軸方向の直線偏光となっているため、透明・散乱切替素子１２４から出射する光は、散乱及び吸収が発生しない状態となっている。これにより、色味変化のない狭視野角表示状態が実現される。

次に、電圧印加状態にある透明・散乱切替素子１２４を斜め方向から観察した場合について説明する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されており、電圧が印加された場合には液晶分子１１１ｂ及び青色二色性色素分子１５０は長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化している。また、透明・散乱切替素子１２４に入射する光は、偏光板６によりＸ軸方向の直線偏光となっているため、Ｘ軸方向の光学的な効果が有効になっている。即ち、屈折及び吸収共に異方性が最小となる方向が使用され、この状態は正面方向から傾いても変化することはない。このため、斜め方向から観察しても、光路長が増大する影響は依然存在するものの、屈折及び吸収が変動しないため、散乱及び吸収が著しく大きくなることはない。これにより、斜め方向から観察しても散乱及び色味変化を抑制することができる。

なお、本実施形態における櫛歯電極１１０ａは、Ｚ軸方向のマイナス側に位置する透明基板１０９の＋Ｚ側の面に形成されているものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｚ軸方向のプラス側に位置する透明基板１０９の−Ｚ側の面に形成されていても良いし、両者の基板のそれぞれ相対する面に分離して形成されていても良い。本第３実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１４は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図１５はその構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図であり、図１６は本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図であり、図１７は、この透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。

図１４に示すように、本第４の実施形態に係る表示装置２３及び光源装置１３は、前述の第３の実施形態に係る表示装置２２、光源装置１２と比較して、透明・散乱切替素子１２４の代わりに透明・散乱切替素子１２５が使用され、透過型液晶表示パネル７の代わりに透過型液晶表示パネル７２が使用され、偏光板６の代わりに偏光板６１が使用されている点が異なる。

図１５に示すように、透明・散乱切替素子１２５は、前述の第３の実施形態における透明・散乱切替素子１２４と比較して、透明基板１０９、櫛歯電極１１０ａの構造は同一であり、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１１の代わりに、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１４が使用されている点が異なる。二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１４は、ＰＤＬＣ層１１１と比較して、液晶分子１１１ｂ及び青色二色性色素分子１５０は同一であり、高分子マトリクス１１４ａが使用されている点が異なる。高分子マトリクス１１４ａは液晶製モノマーをポリマー化したものであり、ラビング法などの公知の技術を用いて配向処理されており、屈折率の最大となる方向がＸ軸方向に、また屈折率の最小となる方向がＹ軸方向になっている。なお、高分子マトリクス１１４ａの屈折率は、少なくともその最小値が、液晶分子１１１ｂの屈折率の最小値とほぼ同じ値となるように調整されている。更に、液晶分子１１１ｂの初期配向は、高分子マトリクス１１４ａの配向の影響により、長軸方向がＸ軸方向となっている。青色二色性色素分子１５０も液晶分子１１１ｂと同様に、長軸方向がＸ軸方向を向いて配向している。また、偏光板６１の吸収軸はＸ軸方向に設定されており、透過型液晶表示パネル７２の透明・散乱切替素子１２５側に設けられた偏光板とは、平行ニコルの関係、即ち吸収軸が平行に配置された関係となっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。先ず、狭視野角表示時の動作について説明する。図１６に示すように、透明・散乱切替素子１２５に電圧が印加されない場合には、ＰＤＬＣ層１１４は初期配向を保持する。即ち、高分子マトリクス１１４ａの屈折率が最小となる方向はＹ軸方向であり、液晶分子１１１ｂの短軸方向はＹ軸方向であり、両者のＹ軸方向における屈折率はほぼ一致している。また、前述のように、青色二色性色素分子１５０も液晶分子１１１ｂと同様に、長軸方向がＸ軸方向を向いて配向しているため、Ｙ軸方向における色素分子の光吸収は最低となっている。即ち、Ｙ軸方向には、屈折率差に起因する散乱や二色性色素分子に起因する吸収は発生せず、透明状態を保っている。本状態にある透明・散乱切替素子１２５には、偏光板６１によりＹ軸方向の直線偏光が入射するため、入射した光は透明・散乱切替素子１２５で変調を受けることなく、そのままの状態で出射する。これにより、狭視野角表示が実現される。

次に、広視野角表示時の動作について説明する。図１７に示すように、透明・散乱切替素子１２５に電圧が印加されると、ＰＤＬＣ層１１４にはＹ軸方向の横電界が印加される。このＹ軸方向の横電界により、ＰＤＬＣ層１１４中の液晶分子１１１ｂは、長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化し、青色二色性色素分子１５０も液晶分子１１１ｂの配向変化に追従して、長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は、Ｙ軸方向が最小となるように配向処理されているため、長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化した液晶分子１１１ｂとの屈折率差は最大となり、Ｙ軸方向の散乱は最大となる。また、青色二色性色素分子１５０も長軸がＹ軸方向となるように配向変化しているため、Ｙ軸方向における色素の吸収も最大となる。即ち、透明・散乱切替素子１２５は、Ｙ軸方向の直線偏光が入射した場合には、散乱及び吸収が最大となっている。ここで、透明・散乱切替素子１２５に入射する光は、偏光板６によりＹ軸方向の直線偏光となっているため、透明・散乱切替素子１２５から出射する光は均一に散乱され、広視野角の表示を実現する。また、透明・散乱切替素子１２５では、微小構造体の屈折率分布により短波長の光が良く散乱されるが、混入された青色二色性色素分子１５０が液晶分子１１１ｂと同様にＹ軸方向に配向変化しているため、長波長の光を吸収する。これにより、透明・散乱切替素子１２５から出射する光は、黄色味を帯びることなく白色を保っている。これにより、色味変化のない広視野角表示状態が実現される。

次に、電圧を印加していない状態にある透明・散乱切替素子１２５を斜め方向から観察した場合について説明する。前述のように、電圧非印加時には、高分子マトリクス１１４ａの屈折率が最小となる方向はＹ軸方向であり、液晶分子１１１ｂ及び二色性色素分子１５０の短軸方向はＹ軸方向であり、両者のＹ軸方向における屈折率はほぼ一致している。また、透明・散乱切替素子１２５に入射する光は、偏光板６１によりＹ軸方向の直線偏光となっているため、Ｙ軸方向の光学的な効果が有効になっている。即ち、屈折及び吸収共に異方性が最小となる方向が使用され、この状態は正面方向から傾いても変化することはない。このため、斜め方向から観察しても、光路長が増大する影響は依然存在するものの、屈折及び吸収が変動しないため、散乱及び吸収が著しく大きくなることはない。これにより、斜め方向から観察しても散乱及び色味変化を抑制することができる。

更に、電圧印加状態にある透明・散乱切替素子１２５を斜め方向から観察した場合については、液晶分子１１１ｂ及び二色性色素分子１５０は長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化し、高分子マトリクス１１４ａの屈折率が最小となる方向はＹ軸方向のままである。また、透明・散乱切替素子１２５に入射する光は、偏光板６１によりＹ軸方向の直線偏光となっているため、Ｙ軸方向の光学的な効果が有効になっている。即ち、屈折及び吸収共に異方性が最大となる方向が使用され、この状態は正面方向から傾くに従って小さくなる。結果として、斜め方向から観察すると、光路長は増大するものの、屈折率差及び二色性色素による光吸収は小さくなるため、視野角依存性としては良好な状態を保つことができる。即ち、本第４実施形態においては、広視野角表示状態、狭視野角表示状態共に優れた視野角特性を実現することができる。本第４実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１８は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図１９はその構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図であり、図２０は本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び黄色二色性色素分子の配向状態を示す断面図であり、図２１は、この透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び黄色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。

図１８に示すように、本第５の実施形態に係る表示装置２４及び光源装置１４は、前述の第３の実施形態に係る表示装置２２、光源装置１２と比較して、透明・散乱切替素子１２４の代わりに透明・散乱切替素子１２６が使用され、透過型液晶表示パネル７の代わりに透過型液晶表示パネル７２が使用され、偏光板６の代わりに偏光板６１が使用され、光源として白色ＬＥＤ５１の代わりに青白色ＬＥＤ５２が使用されている点が異なる。

青白色ＬＥＤ５２は、一例では、青色ＬＥＤと、この青色ＬＥＤの発する青色の光により黄色の光を発する黄色蛍光体とから構成され、青色と黄色の光により白色の光を発する方式のＬＥＤであり、黄色蛍光体の発する黄色光よりも青色ＬＥＤの発する青色光の方が強く、青白い色の光が発せられるものである。

図１９に示すように、透明・散乱切替素子１２６は、前述の第３の実施形態における透明・散乱切替素子１２４と比較して、透明基板１０９、櫛歯電極１１０ａの構造は同一であり、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１１の代わりに、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１５が使用されている点が異なる。二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１５は、ＰＤＬＣ層１１１と比較して、液晶分子１１１ｂは同一であり、黄色二色性色素分子１６０が使用されている点と、高分子マトリクス１１５ａが使用されている点が異なる。黄色二色性色素分子１６０は、分子長軸方向に分子短軸方向よりも大きな光吸収特性を有するものであり、また可視光領域における光吸収特性は、青の波長帯である４２０ｎｍから４８０ｎｍの波長帯域における光吸収が他の波長帯よりも強いため、青の波長帯の光が吸収され、黄色を呈しているものである。即ち、この黄色二色性色素分子１６０を分子短軸方向から見た場合、分子長軸方向から見た場合よりも、より黄色を呈することになる。高分子マトリクス１１５ａは、その屈折率が、液晶分子１１１ｂの長軸方向の屈折率、即ち屈折率異方性の最大値とほぼ一致するように、材料を選択したものである。

更に、偏光板６１の吸収軸はＸ軸方向に設定されており、透過型液晶表示パネル７２の透明・散乱切替素子１２６側に設けられた偏光板とは、平行ニコルの関係、即ち吸収軸が平行に配置された関係となっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。先ず、広視野角表示時の動作について説明する。図２０に示すように、広視野表示時は、透明・散乱切替素子１２６は電圧が印加されず散乱状態にあるため、光学フィルム４から出射した高指向性の光は、透明・散乱切替素子１２６により均一に散乱され、広い角度範囲に分散されて、広視野角の表示を実現する。また、透明・散乱切替素子１２６では、微小構造体の屈折率分布により短波長の光が良く散乱されるが、混入された黄色二色性色素分子１６０が液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向して、短波長の光を吸収する。これにより、透明・散乱切替素子１２６から出射する光は、入射光に対して黄色味を帯びた光となる。しかし、光源である青白色ＬＥＤ５２からは、青味がかった光が出射されているため、透明・散乱切替素子１２６から出射される光は結果として白色となる。

次に、狭視野角表示時の動作について説明する。図２１に示すように、透明・散乱切替素子１２６の櫛歯電極１１０ａに電圧が印加されると、ＰＤＬＣ層１１５にはＹ軸方向の横電界が印加される。このＹ軸方向の横電界により、ＰＤＬＣ層１１５中の液晶分子１１１ｂは、長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化し、黄色二色性色素分子１６０も液晶分子１１１ｂの配向変化に追従して、長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化する。前述のように、高分子マトリクス１１５ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの長軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されているため、Ｙ軸方向には高分子マトリクス１１５ａと液晶分子１１１ｂに屈折率差は発生しない。また、黄色二色性色素分子１６０も長軸方向がＹ軸方向となるように配向変化しているため、Ｙ軸方向に大きな吸収が発生している。即ち、透明・散乱切替素子１２６は、Ｙ軸方向の直線偏光が入射した場合には、散乱は発生せず、吸収のみが発生する状態となっている。ここで、透明・散乱切替素子１２６に入射する光は、偏光板６１によりＹ軸方向の直線偏光となっているため、透明・散乱切替素子１２６から出射する光は、入射する光と比較して、散乱は発生せず、黄色味を帯びた状態となっている。ここで前述のように、光源である青白色ＬＥＤ５２からは青味がかった光が出射されているため、透明・散乱切替素子１２６から出射される光は結果として白色となる。

前述の第１乃至第４実施形態では青色二色性色素分子を使用していたが、本実施形態においては黄色二色性色素分子を使用しており、使用する色素の候補を増やすことができ、高信頼性、低コストの色素材料を選択することで装置の低コスト化が可能となる。なお、本実施形態は黄色二色性色素分子を使用するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、視野角切替における表示画面の色味変化を抑制可能な材料であれば好適に使用することができる。本第５実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図２２は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図２３はその構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図であり、図２４は本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図であり、図２５は、この透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。

図２２に示すように、本第６の実施形態に係る表示装置２５及び光源装置１５は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２、光源装置１と比較して、透明・散乱切替素子１２２の代わりに透明・散乱切替素子１２７が使用されている点が異なる。

図２３に示すように、透明・散乱切替素子１２７は、前述の第１の実施形態における透明・散乱切替素子１２２と比較して、透明基板１０９、電極１１０の構造は同一であり、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１１の代わりに、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１６が使用されている点が異なる。二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１６は、ＰＤＬＣ層１１１と比較して、高分子マトリクス１１１ａ及び液晶分子１１１ｂは同一であり、青色二色性色素分子１５２が使用されている点が異なる。前述の第１実施形態における青色二色性色素分子１５０が、細長い棒状の分子形状を有し、分子長軸方向に短軸方向よりも大きな光吸収特性を有していたのに対し、本第６実施形態における青色二色性色素分子１５２は、円盤状のディスコティックな形状を有し、分子短軸方向の光吸収がその他の方向よりも小さい光吸収特性を有している。また、この光吸収特性は、青の波長帯である４２０ｎｍから４８０ｎｍの波長帯域における光吸収が他の波長帯よりも弱いため、青の波長帯以外の光が吸収され、青色を呈している。即ち、この青色二色性色素分子１５２を分子短軸方向から見た場合、その他の方向から見た場合よりも、より青色を呈することになる。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。先ず、広視野角表示時の動作について説明する。図２４に示すように、広視野表示時は、透明・散乱切替素子１２７は電圧が印加されず、液晶分子１１１ｂが様々な方向に配向するため、微小な屈折率分布が発生し、散乱状態となる。これにより、光学フィルム４から出射した高指向性の光は、透明・散乱切替素子１２７により均一に散乱され、広い角度範囲に分散されて、広視野角の表示を実現する。この時、ディスコティックな形状を有する青色二色性色素分子１５２は、液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向する。即ち、微小構造体の屈折率分布により短波長の光が良く散乱されるが、混入されたディスコティックな青色二色性色素分子１５２が液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向して、長波長の光を吸収するため、透明・散乱切替素子１２７から出射する光は、入射光と同等の白色を保つことができ、色味変化のない広視野角表示状態が実現される。

次に、狭視野角表示時の動作について説明する。図２５に示すように、透明・散乱切替素子１２７の電極１１０に電圧が印加されると、ＰＤＬＣ層１１６にはＺ軸方向の電界が印加される。このＺ軸方向の電界により、ＰＤＬＣ層１１６中の液晶分子１１１ｂは、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化する。これに対して、青色二色性色素分子１５２は、Ｚ軸方向に立ち上がった液晶分子１１１ｂの間に、ＸＹ平面内にコインを立てたように配向変化する。この時の青色二色性色素分子１５２の短軸方向は、ＸＹ平面内で様々な方向を向いている。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されているため、Ｚ軸方向には高分子マトリクス１１１ａと液晶分子１１１ｂに屈折率差は発生しない。また、青色二色性色素分子１５２もＸＹ平面内においてコインを立てたように配向変化しているため、Ｚ軸方向に大きな吸収は発生しない。これにより、透明・散乱切替素子１２７から出射する光は散乱及び吸収が発生しない状態となり、入射光と同等の白色を保つことができるため、色味変化のない狭視野角表示状態が実現される。

次に、電圧印加状態にある透明・散乱切替素子１２７を斜め方向から観察した場合について説明する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されており、電圧が印加された場合には液晶分子１１１ｂは長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化し、青色二色性色素分子１５２はＸＹ平面内においてコインを立てたように配向変化している。この配向状態をＺ軸方向から傾いた斜め方向から観察すると、液晶分子１１１ｂの見かけの屈折率は高分子マトリクス１１１ａの屈折率と異なるものとなり、特に正面方向から傾くに従ってこの屈折率の差は大きくなる。また、正面方向からの傾きが大きくなると光路長も大きくなるため、結果として散乱が大きくなる。即ち、電圧印加状態にある透明・散乱切替素子は、正面方向からの傾きが大きくなると散乱性が高くなり、色素を混入しない場合には黄色味がかることになる。これに対して、本実施形態の青色二色性色素分子１５２を混入した場合には、青色二色性色素分子１５２は正面方向では色素の光吸収効果は殆ど発生しないが、角度が大きくなるに従い大きな光吸収効果が発現する。本実施形態では色素分子がディスコティックな形状を有し、ＸＹ平面内でコインを立てたように配向するため、本発明の第１実施形態と比較して、斜め方向に大きな吸収効果を発揮することができる。即ち、斜め方向に関してはより黄色味を低減する効果を強く発揮することができる。本第６実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図２６は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図２７はその構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図であり、図２８は本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図であり、図２９は、この透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。

図２６に示すように、本第７の実施形態に係る表示装置２６及び光源装置１６は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２、光源装置１と比較して、透明・散乱切替素子１２２の代わりに透明・散乱切替素子１２８が使用されている点が異なる。

図２７に示すように、透明・散乱切替素子１２８は、前述の第１の実施形態における透明・散乱切替素子１２２と比較して、透明基板１０９、電極１１０の構造は同一であり、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１１の代わりに、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１７が使用されている点が異なる。二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１７は、ＰＤＬＣ層１１１と比較して、高分子マトリクス１１１ａ及び液晶分子１１１ｂは同一であり、二色性色素分子１６１が使用されている点が異なる。前述の第１実施形態における青色二色性色素分子１５０が、細長い棒状の分子形状を有し、分子長軸方向に短軸方向よりも大きな光吸収特性を有していたのに対し、本第７実施形態における二色性色素分子１６１は、分子の長軸方向と短軸方向とで夫々異なる波長帯に光吸収特性を有している。一例では、分子の長軸方向には青の波長帯域以外の光が吸収され、分子の短軸方向には青の波長帯域の光が吸収される光吸収特性である。この結果、この二色性色素分子１６１を分子長軸方向から観察した場合には黄色を呈しているのに対し、分子短軸方向から観察した場合には青色を呈している。また、多数の二色性色素分子１６１が様々な方向を向いてランダムに配向した場合、基本的には青色と黄色が相殺されるものの、青色の方が強いために、薄青色を呈している。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。先ず、広視野角表示時の動作について説明する。図２８に示すように、広視野表示時は、透明・散乱切替素子１２８は電圧が印加されず、液晶分子１１１ｂが様々な方向に配向するため、微小な屈折率分布が発生し、散乱状態となる。これにより、光学フィルム４から出射した高指向性の光は、透明・散乱切替素子１２８により均一に散乱され、広い角度範囲に分散されて、広視野角の表示を実現する。この時、二色性色素分子１６１は、液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向する。即ち、微小構造体の屈折率分布により短波長の光が良く散乱されるが、混入された二色性色素分子１６１が液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向して、長波長の光を吸収する。この吸収は、本発明の第１実施形態よりも弱いため、透明・散乱切替素子１２８から出射する光は、入射光と同等の白色よりも僅かに黄色味を帯びたものとなる。

次に、狭視野角表示時の動作について説明する。図２９に示すように、透明・散乱切替素子１２８の電極１１０に電圧が印加されると、ＰＤＬＣ層１１７にはＺ軸方向の電界が印加される。このＺ軸方向の電界により、ＰＤＬＣ層１１７中の液晶分子１１１ｂは、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化し、二色性色素分子１６１も同様に長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されているため、Ｚ軸方向には高分子マトリクス１１１ａと液晶分子１１１ｂに屈折率差は発生しない。更に、二色性色素分子１６１も長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化しているため、正面方向から観察すると僅かに黄色を呈する状態となる。この色味は、透明・散乱切替素子１２８が散乱状態である場合に、透明・散乱切替素子１２８から出射する光と同等であり、入射光よりも僅かに黄色味を帯びた白色である。以上により、広視野角表示時と狭視野角表示時で色味変化のない表示切替が実現できる。

本実施形態では色素分子が軸方向により異なる光吸収特性を有するため、本発明の第１実施形態と比較して、広視野角表示時の色補正効果を低減することができ、光散乱の波長特性が小さなＰＤＬＣに対して効果的に適用できる。本第７実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第８の実施形態について説明する。図３０は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図３１はその構成要素であり光線方向規制素子であるルーバを示す斜視図である。

図３０及び図３１に示すように、本第８の実施形態に係る表示装置２７及び光源装置１７は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２及び光源装置１と比較して、その構成要素に光線方向規制素子としてのルーバ１１２を有する点を特徴とする。ルーバ１１２は、光学フィルム４と透明・散乱切替素子１２２との間に配置されている。

図３１に示すように、ルーバ１１２は、光を透過する透明領域１１２ａと光を吸収する吸収領域１１２ｂとが、ルーバ表面に平行な方向に交互に配置されている。透明領域と吸収領域とが交互に配置されている方向は、図３０に示すＹ軸方向に設定されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、光学フィルム４から出射した光線のうち、＋Ｚ方向に対してＹ軸方向に一定値以上の角度で傾斜した光線は、吸収領域１１２ｂに到達して吸収されて除去される。これにより、ルーバ１１２は、光学フィルム４から出射した光のＹ軸方向における指向性を高めることができる。この結果、狭視野角表示時における斜め方向への光漏れを抑制でき、覗き見防止効果をより高めることができる。本第８実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態においては、ルーバの透明領域及び吸収領域の配列方向がＹ軸方向である例を示したが、本発明はこれに限定されず、ＸＹ平面内において回転配置されていてもよい。これにより、ルーバと表示パネルとの間で発生するモアレを目立ちにくくでき、表示品質を向上させることができる。

また、光線方向規制素子として、ルーバ１１２を単独で使用するのではなく、複数枚のルーバ１１２を使用することもできる。特に、２枚のルーバにおいて、各々のルーバにおける透明領域と吸収領域とが交互に配置されている方向が平行にならないように配置した場合には、出射光の指向性をより高めることができるため、覗き見防止効果をより高めることができる。

更には、複数枚のルーバを使用する代わりに、透明領域と吸収領域とが交互に配置されている方向が１枚のルーバ上に複数存在するように形成してもよい。これにより、複数枚のルーバを使用する場合よりも、薄型化が可能となる。本第８実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第９の実施形態について説明する。図３２は本発明の第９の実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図３３は本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び二色性蛍光色素分子の配向状態を示す断面図であり、図３４は本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び二色性蛍光色素分子の配向状態を示す断面図である。

図３２に示すように、本第９実施形態に係る表示装置２８及び光源装置１８は、前述の第１実施形態に係る表示装置２及び光源装置１と比較して、透明・散乱切替素子１２９が使用され、白色ＬＥＤ５３が使用されている点が異なる。透明・散乱切替素子１２９は、前述の第１の実施形態における透明・散乱切替素子１２２と比較して、透明基板１０９、電極１１０の構造は同一である。そして、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１１の代わりに、二色性蛍光色素分子１７０が混入されたＰＤＬＣ層１１８が使用されている点が異なる。二色性蛍光色素分子１７０が混入されたＰＤＬＣ層１１８は、ＰＤＬＣ層１１１と比較して、高分子マトリクス１１１ａ及び液晶分子１１１ｂは同一であり、二色性蛍光色素分子１７０が使用されている点が異なる。二色性蛍光色素分子１７０は、紫外線を照射すると蛍光により発光する色素分子において、この発光に異方性を有するものである。このような二色性蛍光色素分子は、蛍光色素分子の側鎖に液晶基を導入することにより実現でき、主鎖を配向させることが可能となるため、特定方向に強い発光を持たせることができる。本実施形態における二色性蛍光色素分子１７０は、分子長軸方向に平行に細長い棒状の分子形状を有し、分子短軸方向に分子長軸方向よりも大きな蛍光発光特性を有するものである。そして、その蛍光色は青色である。即ち、紫外線を照射すると、蛍光により青色の光を発する。

更に、白色ＬＥＤ５３は、発光スペクトルに紫外線を含むタイプのＬＥＤである。このようなＬＥＤの例としては、紫外光を発して赤色、青色、緑色の３色の蛍光体を発光させ、白色の発光を実現するタイプがある。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。先ず、広視野角表示時の動作について説明する。図３３に示すように、広視野表示時は、透明・散乱切替素子１２９は電圧が印加されず、液晶分子１１１ｂが様々な方向に配向するため、微小な屈折率分布が発生し、散乱状態となる。これにより、光学フィルム４から出射した高指向性の光は、透明・散乱切替素子１２９により均一に散乱され、広い角度範囲に分散されて、広視野角の表示を実現する。この時、二色性蛍光色素分子１７０は、液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向する。即ち、微小構造体の屈折率分布により短波長の光が良く散乱されるが、混入された二色性蛍光色素分子１７０が液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向して、光源の紫外線により短波長の光を蛍光発光する。これにより、透明・散乱切替素子１２９から出射する光は、入射光と同等の白色をとなる。

次に、狭視野角表示時の動作について説明する。図３４に示すように、透明・散乱切替素子１２９の電極１１０に電圧が印加されると、ＰＤＬＣ層１１８にはＺ軸方向の電界が印加される。このＺ軸方向の電界により、ＰＤＬＣ層１１８中の液晶分子１１１ｂは、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化し、二色性蛍光色素分子１７０も同様に長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されているため、Ｚ軸方向には高分子マトリクス１１１ａと液晶分子１１１ｂに屈折率差は発生しない。更に、二色性蛍光色素分子１７０も長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化しているため、正面方向から観察すると、蛍光による発光は殆ど観察されない。更に、狭視野角表示時には広視野角表示時よりも狭い範囲を照射すれば良いため、狭視野角表示時は広視野角表示時よりも光源の光量を低下させることが好ましい。これにより紫外線の光量も低下するため、蛍光発光自体を抑制することができる。以上により、正面方向では蛍光発光による青色の発光は殆ど観察されず、透明・散乱切替素子１２９が散乱状態である場合と同様の色味を実現することができる。即ち、広視野角表示時と狭視野角表示時で色味変化のない表示切替が実現できる。

本実施形態においては二色性蛍光色素分子を使用して、広視野角表示時と狭視野角表示時で色味の変化を抑制することができる。特に、本発明の第１実施形態と比較して、二色性色素分子による可視光の吸収がないため、輝度の低下がなく、明るい表示を実現することができる。このため、特に携帯型の端末装置に対して好適に使用することができる。

なお、本実施形態における色味の補正は、光源の発する紫外線の強度に左右される。このため、広視野角表示時に光源の光量を低下させると、紫外光の発光強度も低下するため、色味の補正効果が低下することになる。しかし、表示の輝度が低下すると、色味の認識力も低下するため、大きな問題にはならない。また、前述の実施形態と同様に、二色性色素分子を併用することもできる。

更に、本実施形態では青色の蛍光を発する二色性蛍光色素分子を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。前述の実施形態と同様に構成して、青色以外の蛍光色を発する二色性蛍光色素を使用することもできる。また、棒状の分子のみならず、円盤状の分子を適用することも可能である。本第９実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。図３５は本発明の第１０の実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図３６は本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び発光性液晶分子の配向状態を示す断面図であり、図３４は本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び発光性液晶分子の配向状態を示す断面図である。

図３５に示すように、本第１０実施形態に係る表示装置２９及び光源装置１９は、前述の第１実施形態に係る表示装置２及び光源装置１と比較して、透明・散乱切替素子１２０が使用され、青白色ＬＥＤ５２が使用されている点が異なる。透明・散乱切替素子１２０は、前述の第１の実施形態における透明・散乱切替素子１２２と比較して、透明基板１０９、電極１１０の構造は同一である。そして、二色性色素分子が混入されたＰＤＬＣ層１１１の代わりに、発光性液晶分子１８０が混入されたＰＤＬＣ層１１９が使用されている点が異なる。発光性液晶分子１８０が混入されたＰＤＬＣ層１１９は、ＰＤＬＣ層１１１と比較して、高分子マトリクス１１１ａ及び液晶分子１１１ｂは同一であり、発光性液晶分子１８０が使用されている点が異なる。発光性液晶分子１８０は、電界により電荷が注入されて発光する分子の一種であるが、通常の液晶分子と同様、分子構造に異方性を有しているため、分子の長軸方向と短軸方向とで異なる強度の発光を得ることができる。本実施形態における発光性液晶分子１８０は、分子長軸方向に平行に細長い棒状の分子形状を有し、分子短軸方向に分子長軸方向よりも大きな発光特性を有するものである。そして、その発光色は黄色である。即ち、電界を印加すると、分子短軸方向に黄色の光を発する。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作、即ち、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。先ず、広視野角表示時の動作について説明する。図３６に示すように、広視野表示時は、透明・散乱切替素子１２０は電圧が印加されず、液晶分子１１１ｂが様々な方向に配向するため、微小な屈折率分布が発生し、散乱状態となる。これにより、光学フィルム４から出射した高指向性の光は、透明・散乱切替素子１２９により均一に散乱され、広い角度範囲に分散されて、広視野角の表示を実現する。この時、発光性液晶分子１８０は、液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向する。即ち、混入された発光性液晶分子１８０は液晶分子１１１ｂと同様に様々な方向に配向するものの、電界が印加されていないため、発光しない。この結果、青白色ＬＥＤ５２の光は、微小構造体の屈折率分布により短波長の光が良く散乱され、白色となって透明・散乱切替素子１２０から出射する。

次に、狭視野角表示時の動作について説明する。図３７に示すように、透明・散乱切替素子１２０の電極１１０に電圧が印加されると、ＰＤＬＣ層１１９にはＺ軸方向の電界が印加される。このＺ軸方向の電界により、ＰＤＬＣ層１１９中の液晶分子１１１ｂは、長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化し、発光性液晶分子１８０も同様に長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化する。前述のように、高分子マトリクス１１１ａの屈折率は液晶分子１１１ｂの短軸方向の屈折率とほぼ一致するように設定されているため、Ｚ軸方向には高分子マトリクス１１１ａと液晶分子１１１ｂに屈折率差は発生しない。そして、発光性液晶分子１８０も長軸方向がＺ軸方向となるように配向変化しているため、正面方向に黄色の発光をする。以上により、正面方向では青白色ＬＥＤ５２の光と、発光性液晶分子１８０の発する黄色の光が混ざって観察され、白色が実現される。これにより、透明・散乱切替素子１２０が散乱状態である場合と同様の色味を実現することができる。即ち、広視野角表示時と狭視野角表示時で色味変化のない表示切替が実現できる。

本実施形態においては、発光性液晶分子を使用して、広視野角表示時と狭視野角表示時で色味の変化を抑制することができる。特に、本発明の第１実施形態と比較して、二色性色素分子による可視光の吸収がないため、輝度の低下がなく、明るい表示を実現することができる。また、本発明の第９実施形態と比較して、光源の依存性がない。また、前述の実施形態と同様に、二色性色素分子を併用することもできる。

なお、本実施形態においては、電圧を印加した際に透明状態となる透明・散乱切替素子の場合について説明したが、電圧を印加した際に散乱状態となる透明・散乱切替素子の場合には、白色の光源と、青色発光の発光性液晶分子を使用するのが好ましいのは明らかである。これは、電圧が印加されない透明状態においては、発光性液晶分子の発光はなく、散乱による色味の変化もないため、光源の白色の光がそのまま出射される。そして、電圧が印加された散乱状態においては、散乱による短波長帯の散乱を発光性液晶分子の青色発光が補い、白色の光が出射されることになるからである。

更に、本実施形態における発光性液晶分子のかわりに、発光方向に異方性のない、単なる発光性分子を適用することもできる。この場合、発光性分子は、ＰＤＬＣ層の高分子マトリクスに混在していてもよい。本第１０実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１実施形態と同様である。

なお、上述の各実施形態は夫々単独で実施してもよいが、適宜組み合わせて実施することも可能である。

本発明は、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ及びビデオプレーヤ等の携帯端末装置の表示装置、並びにノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の端末装置の表示装置に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素である光源、導光板及び光学フィルムを示す断面図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。本実施形態に係る端末装置を示す斜視図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す上面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本発明の第４の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本発明の第５の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び黄色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び黄色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本発明の第６の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び青色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本発明の第７の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素である透明・散乱切替素子を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び黄色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び黄色二色性色素分子の配向状態を示す断面図である。本発明の第８の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。その構成要素であるルーバを示す斜視図である。本発明の第９の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び二色性蛍光色素分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び二色性蛍光色素分子の配向状態を示す断面図である。本発明の第１０の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が散乱状態にあるときの液晶分子及び発光性液晶分子の配向状態を示す断面図である。本実施形態における透明・散乱切替素子が透明状態にあるときの液晶分子及び発光性液晶分子の配向状態を示す断面図である。特許文献１に記載されている従来の第１の視野角制御型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。特許文献２に記載されている従来の第１の視野角制御型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。特許文献２に記載の従来の視野角制御型液晶表示装置に使用される照明装置を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９；光源装置
２、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９；表示装置
３；導光板
３ａ；光入射面
３ｂ；光出射面
３ｃ；光拡散面
３ｄ；斜面
４；光学フィルム
４ａ；平板部
４ｂ；一次元プリズム体
５１、５３；白色ＬＥＤ
５２；青白色ＬＥＤ
６、６１；偏光板
７、７１、７２；透過型液晶表示パネル
９；携帯電話
１０９；透明基板
１１０；電極
１１０ａ；櫛歯電極
１１１、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９；ＰＤＬＣ層
１１１ａ、１１４ａ、１１５ａ；高分子マトリクス
１１１ｂ；液晶分子
１１２；ルーバ
１１２ａ；透明領域
１１２ｂ；吸収領域
１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１２０；透明・散乱切替素子
１５０、１５１、１５２；青色二色性色素分子
１６０；黄色二色性色素分子
１６１；二色性色素分子
１７０；二色性蛍光色素分子
１８０；発光性液晶分子
１００１；視野角制御型液晶表示装置
１１００、１１０１；電圧供給源
１１１０、１１１１、１１１２；基板
１１２０、１１２１、１１２２、１１２３；透明電極
１１３０；散乱モードの液晶
１１４０、１１４１；偏光子
１１５０、１１５１；配向膜
１１６０；液晶層
１１７０；液晶素子
１１８０；液晶素子
１１９０、１１９１；スイッチ
２１０１；視野角制御型液晶表示装置
２１０２；液晶表示装置
２１０３；散乱性制御素子
２１０４；照明装置
２１１５；基板
２１２０；遮光スリット付シート
２１２１；照射部
２１２２；光源
２１２３；光出射面
２１２４；反射シート
Ｌ１；光線

Claims

光を面状に出射する面状光源と、この面状光源から出射した光を透過させる透明状態と散乱させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子と、を備え、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収する二色性色素が混入していることを特徴とする光源装置。
前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこ
の特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が透明状態よりも散乱状態にお
いて、前記特定波長帯域以外の光を主として吸収することを特徴とする請求項１に記載の
光源装置。
前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこ
の特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が散乱状態よりも透明状態にお
いて、前記特定波長帯域の光を主として吸収することを特徴とする請求項１に記載の光源
装置。
前記特定波長帯域は、可視光における短波長帯域であることを特徴とする請求項２又は３
に記載の光源装置。
前記二色性色素は、前記液晶分子の領域に存在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
前記二色性色素は、前記高分子膜の中にも存在することを特徴とする請求項５に記載の光
源装置。
前記二色性色素は、棒状の分子構造を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
１項に記載の光源装置。
前記二色性色素は、円盤状の分子構造を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
か１項に記載の光源装置。
前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より
青色を呈することを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より
黄色を呈することを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
前記二色性色素は、分子短軸方向と分子長軸方向とで異なる波長帯域に吸収スペクトルを
有することを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
前記透明・散乱切替素子は、前記高分子分散型液晶層が１対の平面電極間に挟まれており
、この１対の平面電極間に発生する縦電界により駆動されることを特徴とする請求項１乃
至１１のいずれか１項に記載の光源装置。
前記透明・散乱切替素子は櫛歯電極を有し、この櫛歯電極間に発生する横電界により駆動
されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光源装置。
前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、
前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性
色素は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場
合よりも、より青色を呈し、この高分子分散型液晶層は縦電界により駆動されることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、
前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性
色素は円盤状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合にそれ以外の方向から見
た場合よりも、より青色を呈し、この高分子分散型液晶層は縦電界により駆動されること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、
前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性
色素は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場
合よりも、より青色を呈し、この高分子分散型液晶層は横電界により駆動され、前記透明
・散乱切替素子の面内におけるこの電界方向と垂直な方向に透過軸を配置した偏光板を光
入射面に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、
前記高分子膜は屈折率異方性を有し、少なくとも前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記
高分子膜の最小屈折率値がほぼ同等であり、前記二色性色素は棒状の分子構造を有し、か
つ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色を呈し、この
高分子分散型液晶層は横電界により駆動され、この電界方向に透過軸を配置した偏光板を
光入射面に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、
前記液晶分子の長軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性
色素は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場
合よりも、より黄色を呈し、この高分子分散型液晶層は横電界により駆動され、この電界
方向に透過軸を配置した偏光板を光入射面に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
前記面状光源から出射された光の光線方向を規制して前記透明・散乱切替素子に対して出
射する光線方向規制素子を有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記
載の光源装置。
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光源装置と、この光源装置から出射した光を透
過させることによりこの光に画像を付加する透過型表示パネルと、を有することを特徴と
する表示装置。
前記透過型表示パネルが液晶パネルであることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置
。
前記液晶パネルが、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償ＴＮ
モードの液晶パネルであることを特徴とする請求項２１に記載の表示装置。
請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の表示装置を有することを特徴とする端末装置
。
携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ
、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であること
を特徴とする請求項２３に記載の端末装置。
入射した光をそのまま透過させる透明状態と散乱させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子であって、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収する二色性色素が混入していることを特徴とする透明・散乱切替素子。
前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこ
の特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が透明状態よりも散乱状態にお
いて、前記特定波長帯域以外の光を主として吸収することを特徴とする請求項２５に記載
の透明・散乱切替素子。
前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこ
の特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性色素が散乱状態よりも透明状態にお
いて、前記特定波長帯域の光を主として吸収することを特徴とする請求項２５に記載の透
明・散乱切替素子。
前記特定波長帯域は、可視光における短波長帯域であることを特徴とする請求項２６又は
２７に記載の透明・散乱切替素子。
前記二色性色素は、前記液晶分子の領域に存在することを特徴とする請求項２５乃至２８のいずれか１項に記載の透明・散乱切替素子。
前記二色性色素は、前記高分子膜の中にも存在することを特徴とする請求項２９に記載の
透明・散乱切替素子。
前記二色性色素は、棒状の分子構造を有することを特徴とする請求項２５乃至３０のいず
れか１項に記載の透明・散乱切替素子。
前記二色性色素は、円盤状の分子構造を有することを特徴とする請求項２５乃至３０のい
ずれか１項に記載の透明・散乱切替素子。
前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より
青色を呈することを特徴とする請求項３１又は３２に記載の透明・散乱切替素子。
前記二色性色素は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より
黄色を呈することを特徴とする請求項３１又は３２に記載の透明・散乱切替素子。
前記二色性色素は、短軸方向と長軸方向とで異なる波長帯域に吸収スペクトルを有するこ
とを特徴とする請求項３１又は３２に記載の透明・散乱切替素子。
光を面状に出射する面状光源と、この面状光源から出射した光を透過させる透明状態と散乱させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子と、を備え、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態とにおいて異なる発光状態又は光吸収状態を呈する二色性蛍光色素分子又は発光性液晶分子が混入しており、この二色性蛍光色素分子又は発光性液晶分子は、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収するように動作することを特徴とする光源装置。
前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこ
の特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性蛍光色素分子又は前記発光性液晶分子が透明状態よりも散乱状態において、前記特定波長帯域の光を主として発光することを特徴とする請求項３６に記載の光源装置。
前記透明・散乱切替素子は透明状態よりも散乱状態において、ある特定波長帯域の光をこ
の特定波長帯域以外の光より多く散乱し、前記二色性蛍光色素分子又は前記発光性液晶分子が散乱状態よりも透明状態において、前記特定波長帯域以外の光を主として発光することを特徴とする請求項３６に記載の光源装置。
前記特定波長帯域は、可視光における短波長帯域であることを特徴とする請求項３７又は
３８に記載の光源装置。
前記二色性蛍光色素分子又は前記発光性液晶分子は、前記液晶分子の領域に存在することを特徴とする請求項３６乃至３９のいずれか１項に記載の光源装置。
前記二色性蛍光色素分子は、分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向から見た場合より
も、より青色を呈することを特徴とする請求項４０に記載の光源装置。
前記高分子分散型液晶層は、前記液晶分子が棒状の分子構造で正の誘電率異方性を有し、
前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性
蛍光色素分子は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向から見た場合に分子長軸方向か
ら見た場合よりも、より青色を呈し、前記高分子分散型液晶層が１対の平面電極間に挟ま
れており、この１対の平面電極間に発生する縦電界により駆動されることを特徴とする請
求項４１に記載の光源装置。
前記面状光源から出射された光の光線方向を規制して前記透明・散乱切替素子に対して出
射する光線方向規制素子を有することを特徴とする請求項３６乃至４２のいずれか１項に
記載の光源装置。
請求項３６乃至４３のいずれか１項に記載の光源装置と、この光源装置から出射した光を
透過させることによりこの光に画像を付加する透過型表示パネルと、を有することを特徴
とする表示装置。
前記透過型表示パネルが液晶パネルであることを特徴とする請求項４４に記載の表示装置
。
請求項４４に記載の表示装置を有することを特徴とする端末装置。
携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ
、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であること
を特徴とする請求項４６に記載の端末装置。
入射した光をそのまま透過させる透明状態と散乱させる散乱状態とに切替可能であり、高分子膜の中に液晶分子の領域が分散した構成を有した高分子分散型液晶層を有する透明・散乱切替素子であって、前記高分子分散型液晶層には、透明状態と散乱状態とにおいて異なる発光状態又は光吸収状態を呈する二色性蛍光色素分子が混入しており、この二色性蛍光色素分子は、透明状態と散乱状態との間の透過光の波長スペクトルの差異を吸収するように動作することを特徴とする透明・散乱切替素子。
前記透明・散乱切替素子は、前記液晶分子の短軸方向の屈折率と前記高分子膜の屈折率がほぼ同等であり、前記二色性蛍光色素分子は棒状の分子構造を有し、かつ分子短軸方向か
ら見た場合に分子長軸方向から見た場合よりも、より青色の蛍光を呈し、この二色性蛍光
色素分子は前記高分子分散型液晶層の前記液晶分子の領域に存在し、前記高分子分散型液
晶層が１対の平面電極間に挟まれており、この１対の平面電極間に発生する縦電界により
駆動されることを特徴とする請求項４８に記載の透明・散乱切替素子。