JP5253461B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本実施形態は、表示装置に関する。

近年、導光構造を用いた表示装置が提案されている。この表示装置は、複数並べられた導光体と、各導光体の側面に設けられた複数の光取り出し部を有する。光取り出し部を物理的にあるいは化学的に変化させ、それぞれの導光体側面からの光取り出しと非取り出しを制御することにより、表示装置は画像を表示することができる。

特開２００５−２２１５９０号公報

したがって、発明が解決しようとする課題は、光取り出し効率が高い表示装置を得ることである。

実施形態によれば、表示装置は、光源と、前記光源が出射する光を一端側から他端側へ導く導光体と、前記導光体の側面に設けられ、液晶分散層を備える光取り出し部と、前記光取り出し部に電圧を印加し前記液晶分散層に電界を生じさせ、前記導光体内の光を散乱させて前記導光体外に取り出す駆動回路と、を備え、前記液晶分散層は、前記導光体の側面に平行な一断面において、第１の材料を有し径が平均３００nm以上である第１部分と、前記第１の材料と異なる第２の材料を有し前記第１部分の周囲に位置する第２部分とを有し、前記第１の材料と前記第２の材料のいずれか一方は径が平均１００nm以下である液晶滴を有し、前記第１の材料と前記第２の材料は、電界が生じていない環境において屈折率が同等である。

第１の実施形態に係る表示装置の平面図。 第１の実施形態に係る表示装置の断面図。 第１の実施形態に係る表示装置の製造方法を示す図。 第２の実施形態に係る表示装置の断面図。 第３の実施形態に係る表示装置の断面図。 第４の実施形態に係る表示装置の断面図。 第５の実施形態に係る表示装置の断面図。 第６の実施形態に係る表示装置の断面図。 第７の実施形態に係る表示装置の断面図。

（第１の実施形態）
第１の実施形態である表示装置について図１及び図２を用いて説明する。図１は、表示装置の平面図である。図２は、図１で示す表示装置における、導光体１の延在方向に沿ったＡＡ線断面を示す拡大図である。

図１に示すように、表示装置は、一方向に配列された複数の光源１１と、前記一方向とほぼ直行する方向に延伸し、各光源１１に連結された、複数の柱状の導光体１と、各導光体１の一側面に、一定の画素間隔ｄで設けられた、複数の 光取り出し部２とを備える。

表示装置はさらに、駆動回路５と、この駆動回路５に接続された複数の走査線１０と、を備えている。各走査線１０は、画素間隔ｄで各光導体１とほぼ直交するように配置されるとともに、その交点において各光取出し部２と接続している。

本実施形態においては各光取り出し部２が１画素を形成していることとする。複数の光取り出し部２が１画素を形成してもよい。

たとえば、水平方向にＭ個の光源１１と、垂直方向に配列する導光体１ごとにＮ個の光取出し部２を設けておくことにより、水平方向にＭ画素、垂直方向にＮ画素の２次元の画像を表示する場合を考える。水平方向に並んだＭ個の光取り出し部２を１ラインとして、垂直方向上部の第１ラインから最下部の第Ｎラインまでライン単位で順次切り替えて走査すると、画像を表示することができる。

第ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）ラインの表示は、第ｉラインの画像データを光源１１に供給することにより、各光源１１は第ｉラインの画像データに対応する強さおよび色の光を発光する。これら光は対応する導光体１内を垂直方向に伝播する。

この発光に同期して、駆動回路５から第ｉ番目の走査線１０のみに駆動信号を供給する。駆動信号が与えられた光読み出し部２は光取出し状態となる。すなわち、垂直方向に第ｉ番目の光取出し部のみが光取出し状態となり、駆動信号が与えられ光取出し部は非取り出し状態のままとなる。このため、導光体１を伝播した光（第ｉラインの画像データに対応）は第ｉ番目の光取出し部から取り出される。所定時間の後、第ｉ＋１ラインの画像データを光源１０に供給し、かつ駆動回路５が第ｉ＋１番目の走査線１０を選択して駆動信号を供給することにより、第ｉ＋１番目の画像データに対応する光が第ｉ＋１番目の光取出し部２から取り出される。

光取り出し部２に駆動信号が供給されて光が取り出される仕組みについては、図２を使って後述する。

図２に示すように、光取り出し部２は、導光体１の側面に設けられた第１の透明基板１２１と、第１の透明基板１２１上に設けられた第１の電極３と、第１の電極３上に設けられた液晶分散層１７と、液晶分散層１７上に設けられた第２の電極４と、第２の電極４上に設けられた第２の透明基板１２２と、第１の電極３と第２の電極４との間に液晶分散層１７を囲むように設けられたシール材１５とを有する。

液晶分散層１７は、径が平均３００nm以上の孔部を有する光透過性の多孔質体８と、多孔質体８の孔部に設けられた凝集体１８とを有する。凝集体１８は、光透過性の透明部材７と粒状の液晶滴６とで形成される。すなわち、透明部材７中に粒状の液晶材料が分散した、いわゆる高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）と呼ばれる液晶方式を採用している。

多孔質体８としては、例えばフィルム状多孔質体などを用いる。透明部材７としては、熱や紫外線により硬化される材料を用い、例えば紫外線硬化型樹脂などの樹脂を用いる。紫外線硬化型樹脂は未硬化の状態で配置され、その後硬化される。液晶材料としては、電界内で液晶分子の配向が揃う材料を用い、例えばネマチック液晶を用いる。液晶材料と透明部材７の混合比は、それぞれの材料によって決められ、液晶材料が液晶滴６を形成しやすい範囲内とする。

第１の電極３と第２の電極４は、導光体１の側面に垂直な方向に並べられ、液晶分散層１７を保持するもので、透明電極が好ましい。１対の透明基板１２１、１２２は第１の電極３と第２の電極４を保持する。走査線１０は第１の電極３、第２の電極４に接続される。第１の電極３に接続された走査線１０は駆動回路５に接続されており、第２の電極４に接続された走査線１０は接地されている。駆動回路５から走査線１０を介して第１の電極３に電圧が印加され、液晶分散層１７に電界が生じる。

多孔質体８には、径が平均３００nm以上の孔部が分散して形成されている。孔部の径は、例えば平均５００nmとする。液晶滴６の径は平均１００nm以下であり、例えば平均５０nmとする。透明部材７としては紫外線硬化型樹脂を用いるので、凝集体１８は多孔質体８の孔部の形状に収まる形状となる。凝集体１８の平均径は多孔質体８の孔径と同等であり、すなわち平均３００nm以上である。凝集体１８の平均径は、例えば平均５００nmとする。電界が生じていない状態において、多孔質体８の屈折率と、透明部材７と液晶滴６の平均的な屈折率が同等なものを用いる。ここで屈折率が同等とは、液晶滴６と透明部材７からなる凝集体１８が多孔質体８に分散した状態で、導光体１内の光の散乱が殆ど生じない状態を指す。

すなわち液晶分散層１７には、導光体１の側面に平行な一断面において、液晶滴６と透明部材７（第１の材料）を有し、径が平均３００nm以上である多孔質体８の孔部内（第１部分）と、第１部分の周囲に位置する多孔質体８が設けられた部分（第２部分）とがあり、孔部内にある液晶滴６と透明部材７とからなる凝集体１８と多孔質体８は、電界が生じていない状態において屈折率が同等である。

液晶滴６の等価的な屈折率ｎ _ｉｓｏは数１で与えられる。ここでｎ_ｅは液晶の異常光線に対する屈折率、ｎ_ｏは液晶の常光線に対する屈折率である。凝集体１８の屈折率は、液晶滴６と透明部材７の平均的な屈折率となる。液晶滴６と透明部材７の平均的な屈折率と、多孔質体８の屈折率が等しければ、液晶分散層１７は透明となる。

第１の電極３、第２の電極４としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）などの透明な導電材料を用いる。透明基板１２１、１２２としては、例えばポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの透明な絶縁材料を用いる。シール材１５としては、例えばエポキシ樹脂などの材料を用いる。また、導光体１としては、例えばアクリル樹脂などを用いる。

駆動回路５によって走査線１０が選択されると、その走査線１０に設けられた光取り出し部２の第１の電極３と第２の電極４に電圧が印加され、液晶分散層１７に電界が生じる。

図２に示す右側の光取り出し部２のように、電極３、４に電圧が印加されていない場合には、液晶滴６の液晶分子は配向がランダムであり、液晶分散層１７は、透明基板１２１、１２２に垂直な方向についての屈折率と、斜めの方向についての屈折率は等しい。

このような状態において、導光体１内を全反射しながら進行する光が、導光体１側面の光取り出し部２が設けられた部分に到達すると、矢印９bで示すように、液晶分散層１７を通って第２の透明基板１２２で全反射される。全反射された光は、再び液晶分散層１７を通って導光体１へ戻される。

一方、図２に示す左側の光取り出し部２のように、電極３、４に電圧が印加される場合には液晶分散層１７に電界が生じ、液晶分子は透明基板１２１、１２２に垂直な方向に配向が揃う。このとき液晶滴６の屈折率は変わるので、凝集体１８の等価的な屈折率も変わり、凝集体１８と多孔質体８との屈折率に差が生じる。すなわち、液晶分散層１７は散乱状態となる。

このような状態において、導光体１内を進行する光が導光体１の光取り出し部２が設けられた側面に到達すると、矢印９aで示すように液晶分散層１７を通過するが、このとき凝集体１８と多孔質体８との間に屈折率の差が生じるため光散乱が生じる。従って、第２の透明基板１２２への入射角によっては、液晶分散層１７で散乱された光のうち、第２の基板１２２への入射角が臨界角よりも小さいと、屈折して光取り出し部２の外へ出射する。

このようにして、電極３、４への電圧の印加と非印加を切り替えることにより、液晶分散層１７の液晶材料の配向を制御し、導光体１内の光の取り出しと非取り出しを切り替えることが出来る。

液晶材料の電界に対する応答速度は、液晶滴６のサイズに依存する。液晶滴６のサイズが平均１００nm以下の場合は、１００μｓｅｃ以下の高速の応答を示すことができる。

また、導光体１内を進行する光の波長は、一般的に３６０nm〜７５０nm程度の可視光の範囲内である。凝集体１８のサイズが小さかったり液晶滴６が凝集体を形成していなかったりすると、液晶分散層１７に電界が生じて液晶滴６の屈折率が変化したとしても、光の散乱が生じない虞がある。しかしながら、凝集体１８のサイズは平均３００nm以上であるため、凝集体１８が光の散乱を起こすことが可能である。

駆動回路５は、全ての走査線１０に対して順次走査することですべての光取り出し部２の光取り出し・非取り出しを制御し、表示装置に画像を表示することが出来る。

なお、シール層１５は液晶分散層１７が空気と触れて信頼性が低下することを防ぐのが主目的であり、必須ではない。またシール材１５を光吸収性材料にすることで、光非取り出し状態において液晶分散層１７からシール材１５を通して漏れ出る光を抑制することが出来、表示装置の画質が向上する。

図３に、本実施形態の光取り出し部２の構成に関する具体的な製造方法の一例を示す。

図３（ａ）に示すように、１対の透明基板１２１、１２２それぞれの一主面上に、第１の電極３、第２の電極４を設け、透明基板１２１、１２２の第１の電極３、第２の電極４が設けられた一主面同士を対向させる。第１の電極３と第２の電極４との距離は、例えば平均１０〜５０μmとし、具体的な例としては平均３０μmとする。第１の電極３及び第２の電極４の間に枠状にシール材１５を設ける。枠状のシール材１５には、後述する多孔質体８を充填するための入り口を設けておく。この入り口から、第１の電極３、第２の電極４とシール材１５に囲まれた内側に多孔質体８を充填する。多孔質体８の材料としては、例えばメンブレンフィルタのようなフィルム状多孔質体などで、平均径が３００nm以上の多数の孔部を有する。

次に、図３（ｂ）に示すように、多孔質体８内に、液晶材料と透明部材７の材料との混合物１６とを浸透させる。透明部材７の材料として、紫外線硬化型樹脂を用いる。

そして多孔質体８および混合物１６に紫外光を照射して、透明部材７となる紫外硬化型樹脂を重合させる。

その結果、図３（ｃ）に示すように、透明部材７の材料は多孔質体８の孔部内に広がって硬化されると同時に、液晶材料は平均径１００nm以下の液晶滴６を形成し、液晶分散層１７が形成される。液晶分散層１７の厚さは、第１の電極３と第２の電極４との距離と同等であり、すなわち、例えば平均１０〜５０μｍの範囲であり、具体的には平均３０μmとする。凝集体１８の平均径は透明部材７の孔部の大きさによって決まるが、例えば平均３００nmである。

また、多孔質体８として、従来のＰＤＬＣの製造と同様の工程を用いることも可能である。すなわち、第１の電極３と第２の電極４の間のシール材１５で囲まれた内側に液晶と樹脂の混合液を充填し、紫外線等で樹脂を硬化させて樹脂中に液晶滴を分散させる。液晶構成比や紫外線照射強度を変えることで、液晶滴サイズを変えることが出来る。続いてアセトン等の溶媒で液晶を除去すると、液晶滴が除去された場所を孔部とする樹脂製の多孔質体が得られる。これに上述の液晶材料と透明部材の材料の混合物を浸透させた後、紫外線照射により可視光の波長以下のサイズの液晶滴を孔部内に形成することが出来る。

以下、具体的な実施例を示す。

ネマチック液晶としてＥ７（Ｍｅｒｃｋ社製，ｎｏ＝１．５２２，ｎｅ＝１．７４６）を用い、紫外線硬化型樹脂としてＮＯＡ８１（Ｎｏｒｌａｎｄ社製、屈折率１．５６）を用い、多孔質体としてポリカーボネート（屈折率１．５９乃至１．６０）を用いた。液晶：樹脂の混合比は３０：７０とした。両者をよく混合し、ポリカーボネート製メンブレンフィルタ（ミリポア社製、平均孔径０．６μｍ、厚さ２０μｍ）に浸透させた。その後、紫外光（３００ｍＷ／ｃｍ２）を照射して樹脂を硬化させ、樹脂内に微小な液晶滴を形成した液晶分散層を得た。液晶滴の平均径は５０nmで、平均径が６００nmの凝集体を形成した。液晶分散層は透明であった。

得られた液晶分散層を、図２に示すようにＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）の透明電極が形成された一対の透明基板で挟持し、光取り出し部を得た。この透明電極間に電圧を２００Ｖ印加したところ、液晶分散層は散乱状態になった。またその応答速度は、約２０μｓｅｃであった。

更に、得られた光取り出し部をアクリル製導光体に接触させた。導光体の接触部には、光取り出し部は導光体と光学的に接触するよう、屈折率１．５０のカップリングオイルを塗布した。導光体の一端には光源として発光ダイオードを配置し、発光ダイオードから導光体に光を入射した。光取り出し部が透明な状態（電圧無印加状態）では、光は取り出されないが、電極に電圧を印加して散乱状態にすると、導光体から光が取り出された。透明状態においては、光漏れは観察されず、光損失が殆どないことが分かった。

次に、一端に光源を有する複数の導光体を、図１に示すように並行に配置した。またそれと直交するように、複数の走査線を並行に配置した。光取り出し部と導光体の間にカップリングオイルを用いた。カップリングオイルの代わりに紫外線硬化樹脂を用いて、組み立て後に光取り出し部と導光体を完全に固定することも可能である。

ここで駆動回路から任意の走査線に順次２００Ｖの電圧を印加し、光取り出し部を走査線１０ごとに光取り出し状態にした。それに同期して、複数の光源１１から、所定の強度・色を有する光を導光体に入射させ、駆動回路が選択した走査線に設けられた光取り出し部から光を取り出した。この動作を全ての走査線に対して、順次走査した結果、画像を表示することが出来た。光取り出し部は１０μｓｅｃ程度で高速応答するため、動画に対しても十分に追随できることがわかった。

このように、本実施形態によると、電圧無印加時の光取り出し部からの光漏れ量が少ないため、光損失が少なく、光利用効率が高い表示装置を得ることが出来る。

なお、本実施例における凝集体の等価屈折率は、数１に基づいて計算すると、電圧無印加状態で１．５７１である。多孔質体として用いたポリカーボネートの屈折率は、１．５９乃至１．６０と、凝集体の屈折率に比較してやや高いが、電圧無印加状態での光損失は殆どなかった。屈折率が凝集体により近い多孔質体を選択することで、電圧無印加状態での光損失を一層低減させることが可能である。

なお、導光体１の断面は、特に規定しないが、四角、円、楕円など、種々の断面形状の導光体においても本実施形態は実施可能である。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の１画素の断面構造を示している。

第１の実施形態との相違点は、第１の電極３と第２の電極４の配置にある。第１の実施形態と同じ部分には同一の符号を付して、その部分の詳細な説明は省略する。

図４（a）に示すように、電極３、４を液晶分散層１７上に、第２の透明基板１２２に平行に配置し、導光体１側面に平行な面内で電界を生じさせる、いわゆるインプレーンモードで液晶分散層１７に電圧を印加させる。電極３、４は光取り出し部２外縁に配置する。

第１の実施形態において、電圧無印加時には、導光体から光取り出し部に入射した光は、これら電極３、４を計４回透過して導光体に戻る。ＩＴＯに代表される透明電極は、わずかながら光を吸収する。しかしながら、本実施形態のような構成にすることで、大半の光は第１の電極３と第２の電極４を透過しないようにすることが出来るため、光損失は非常に少ない。電極間距離を４０μｍとし、３００Ｖの電極を印加したところ、光取り出し部２から光の取り出しが確認できた。

なお、図４（a）では、１つの光取り出し部２につき第１の電極３、第２の電極４をそれぞれ１つずつ配置する例を示したが、光取り出し部２が大きい場合には、電極３、４間の距離が離れ、必要な印加電圧が上昇する虞があるため、図４（ｂ）のように、電極３、４を複数配置しても良い。電極３、４を複数配置することにより、電極３、４間の距離が短くなり、駆動電圧を低減することが出来る。また、電極３、４は、光の透過量が大きい第２の基板１２２の中央に配置すると光損失が生じる虞があるが、光損失が大きくならない範囲で、光取り出し部２中央など、光の透過量が多い部分に配置しても良い。また第１の電極３、第２の電極４として低抵抗の金属を用いると、配線抵抗に起因する駆動信号の遅延等の影響を回避できる。

本実施形態によると、第１の実施形態と同様に、光損失の少ない表示装置を得ることが出来る。

なお、本実施の形態においては、電極３、４を液晶分散層１７上に設けることとしたが、第１の基板１２１上に設ける構成としても同様の効果を得ることが出来る。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の一部断面図を示している。図５（a）は表示装置の導光体１の延在方向に平行な断面についての一部拡大図であり、図５（b）は導光体１の延在方向に垂直な断面（図５（a）のＡＡ線断面）を示す拡大図である。第２の実施形態との相違点は、第１の基板、第２の基板が設けられておらず、導光体１と液晶分散層１７を一体形成した点にある。

表示装置は、導光体１の側面に連続的に液晶分散層１７が形成され、液晶分散層１７上には保護膜１３が形成されている。保護膜１３上には電極３、４が導光体１の側面に平行に配置されている。保護膜１３と電極３、４との間には間隙が形成されている。図５では省略するが、液晶分散層１７は、上述の実施形態と同様に、平均径３００nmの孔部を有する多孔質体８と、その孔部に形成された透明部材７および平均径１００nm以下の液晶滴を有する。液晶滴６は孔部の径と同等の平均径３００nm以上の凝集体１８を形成している。

その製造方法の一例は以下の通りである。すなわち、アクリル製導光体の側面に、第１の実施形態で用いたメンブレンフィルタを貼り付け、さらに液晶と樹脂の混合物を１０μｍの厚さで塗布し、紫外線を照射して樹脂を硬化させ、液晶分散層を形成した。液晶分散層中の液晶滴の平均径は５０nmであり、多孔質体の孔部の平均径は３００nmであった。さらに液晶分散層表面に保護膜を５μｍの厚さで塗布し、硬化させた。なお、保護膜は、導光体の屈折率、あるいは液晶分散層の等価屈折率より低い屈折率の材料を用いることが出来る。具体的にはポリフロロアクリレート（Poly fluoro acrylate；ＰＦＡ、屈折率１．４０）等、フッ素系材料等である。保護膜は光ファイバにおけるクラッド層としても機能する。

次に保護膜の外側に、５μｍの間隙を介して第１の電極と第２の電極を５０μｍ離してインプレーン配置した。両電極間に２００Ｖの電圧を印加した。電極付近の液晶分散層は電界Ｅにより散乱状態に変化し、導光体内の光が取り出された。

保護膜と電極が接触していると、保護膜と電極との屈折率の差によっては、導光体１内の光が電極部分から漏れ出し、電圧無印加状態においても光が取り出されてしまう虞があるが、間隙を設けることで、導光体内を通過する光が電極部分から漏れ出ることが回避できる。

導光体１の屈折率と、液晶分散層１７の等価屈折率には差があっても良いが、界面でのフレネル反射あるいは全反射を生じにくくするため、液晶分散層１７の等価屈折率の方が大きいか両者が等しいことが望ましい。導光体１は一般にポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）が用いられるので、液晶分散層１７の等価屈折率を下げて導光体１の屈折率に近づけることで光損失を低減させることが可能である。具体的には、透明部材７へのフッ素系樹脂の添加、あるいはフッ素系樹脂による透明部材７の使用が挙げられる。

本実施形態は、第１の実施形態と同様に、表示装置の光損失を低減させることができる。

また、本実施形態は、光ファイバ状の長い導光体に連続的に液晶分散層、保護膜を形成することが出来るので、ロール・ツー・ロールプロセスが適用でき、製造が容易である。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置の断面構造を示している。図６（a）は表示装置の導光体１の延在方向に平行な断面の一部拡大図であり、図６（b）は導光体１の延在方向に垂直な断面の拡大図である。

本実施形態と第３の実施形態との相違点は、液晶分散層１７が導光体１の側面に埋め込まれるように断続的に形成されている点にある。すなわち、液晶分散層１７は導光体１の延在方向に平行に複数設けられている。導光体１の側面上には、液晶分散層１７が設けられた部分上も含めて、保護膜１３が形成されており、保護膜１３上には、間隙を介して電極３、４が設けられている。電極３、４は、液晶分散層１７上に配置されている。図６では省略するが、液晶分散層１７は、上述の実施例と同様に、平均径３００nm以上の孔部を有する多孔質体８と、その孔部に形成された透明部材７および平均径１００nm以下の液晶滴を有する。液晶滴６は孔部で平均径３００nm以上の凝集体１８を形成している。

このような表示装置の製造方法の一例は以下の通りである。

具体的には、側面に溝部を有する導光体１の溝部に、孔部が平均３００nm以上の平均径の孔部を有する多孔質体８を設けておき、そこに液晶材料と透明部材７の材料となる樹脂の混合物を滴下した後、紫外光を照射して液晶分散層１７を形成する。このときに径が平均５０nm以下の液晶滴６が平均径３００nm以上の凝集体１８を形成する。その後、液晶分散層１７を含む導光体１の側面に保護膜１３を形成する。保護膜１３は、第３の実施形態で述べたように、クラッド層としての機能を兼ねても良い。

より具体的には、水・エタノール（エタノール８０ｖｏｌ％）混合溶媒を６０度に加熱し、アクリル製導光体の側面の溝部に滴下し急冷した。その結果、局所的にアクリルの多孔質体が形成された。

次に多孔質体に液晶材料と樹脂の混合物を浸透させた。ネマチック液晶としてＥ７（Ｍｅｒｃｋ社製，ｎｏ＝１．５２２，ｎｅ＝１．７４６）を用い、紫外線硬化型樹脂としてＮＯＡ８１（Ｎｏｒｌａｎｄ社製、屈折率１．５６）を用いた。液晶：樹脂の混合比は３０：７０とした。両者をよく混合し、導光体側面の多孔質体に浸透させ、紫外光（３００ｍＷ／ｃｍ２）を照射して樹脂を硬化させ、樹脂内に微小な液晶滴を形成した液晶分散層を得た。電極位置は、離散的に設けた液晶分散層と一致させた。この時の液晶滴の平均径は５０ｎｍ、凝集体の平均径は５００ｎｍであった。

次に、第３の実施形態と同様に、第１の電極、第２の電極を形成し、電圧を印加した。第１の電極、第２の電極直下の液晶分散層は散乱が強まり、導光体１中を伝播する光が光取り出し部から取り出された。

本実施形態では、液晶分散層１７を部分的に形成するため、導光体１の側面に連続的に形成する場合に比べて材料の使用量を削減することが出来、低コストにつながる。また導光体１と液晶分散層１７の屈折率差に起因する光損失をより低減できる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、表示装置の光損失を低減させることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態である表示装置について図７を用いて説明する。図７（a）は表示装置の導光体１の延在方向に沿った断面拡大図であり、図７（b）は、図７（a）に示す液晶分散層１７の一部拡大図である。

第１の実施形態との相違点は、液晶分散層１７と電極３、４及び透明基板１２１、１２２の境界が凹凸状の粗面状になっている点であり、光取り出しを実現するための光散乱手段が異なる。また、液晶分散層１７は液晶滴６の凝集体１８と透明部材７によって形成されており、多孔質体は設けられていない。液晶滴６は、電圧が印加されていない状態において、等価的な屈折率が透明部材７の屈折率と同等である。第１の電極３と第２の電極４は、透明基板１２１、１２２の凸凹な粗面２０上に形成されている。電極３、４の液晶分散層１７側の主面も凸凹状の粗面２１が形成されている。液晶滴６の平均径は１００nm以下である。また液晶分散層１７の粗面２１は、１つの凸部の径Ｌが平均１μｍに形成されている。

図７（ｂ）に示すように、粗面２１の凹凸部分で微小液晶滴６を局所的に凝集、偏在させた状態となっている。すなわち、液晶滴６は、粗面２１の凸部の径Ｌに対応する平均１μｍ程度の凝集体を形成している。

すなわち、液晶分散層１７の粗面２１の凸凹を横切る、導光体１の側面に平行な一断面（ＢＢ線断面）においては、液晶分散層１７は、液晶滴６と透明部材７（第１の材料）を有し径が平均１μｍ以上である凸部（第１部分）と、第１部分と隣り合う凹部（第２部分）とがある。液晶分散層１７の凹部には透明基盤１２１，１２２が配置されている。液晶滴６と透明部材７の平均的な屈折率は、透明基板１２１、１２２の凸凹な粗面２０の屈折率と、電界が生じていない状態において等しい。

液晶滴６は、電圧が印加されると等価的な屈折率が変化して透明部材７との屈折率が異なる。電圧が印加されると、液晶滴６が平均径１μｍで凝集している粗面付近においては、散乱が生じやすくなり、導光体１から液晶分散層１７に進入した光の一部は、光取り出し部２の外へ取り出される。このようにして、光取り出し部２は粗面２１での散乱状態を制御する。

このような表示装置を以下のようにして製造した。すなわち、第１の電極と第２の電極の間に液晶と樹脂の混合物を挟み、紫外光を照射して分散層を形成した。ネマチック液晶としてＥ７（Ｍｅｒｃｋ社製，ｎｏ＝１．５２２，ｎｅ＝１．７４６）を用い、紫外線硬化型樹脂としてＮＯＡ８１（Ｎｏｒｌａｎｄ社製、屈折率１．５６）を用いた。液晶：樹脂の混合比は３０：７０とした。また分散層の厚さは平均２０μｍとした。

透明基板の電極と対向する主面は、ＮＯＡ８１(Ｎｏｒｌａｎｄ社製 屈折率１．５６)を用いて粗面状に形成した。具体的には、平板状のポリエチレンの上にＮＯＡ８１を均一に塗布し硬化させた後、４００番の研磨剤で研磨加工により表面を粗面化した。電圧無印加状態では、粗面と液晶分散層の屈折率差はほとんどなく、粗面での光散乱は見られなかった。

次に第１の電極と第２の電極の間に２００Ｖの交流電圧を印加した。液晶分散層の液晶材料は電界方向に再配列するため、液晶分散層の等価屈折率は変化する。その結果、電極の粗面と液晶分散層の屈折率差が大きくなり、導光体を進行してきた光が第２の透明基板の粗面と液晶分散層の境界で散乱され、光が取り出された。またその応答速度は、約２０μｓｅｃであった。

このように、本実施形態によっても、第１の実施の形態と同様に、表示装置の光損失の低減させることが出来る。

（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係る表示装置の断面構造を示している。図８（a）は導光体１の延在方向に平行な一部拡大断面図であり、図８（b）は延在方向に垂直な拡大断面図である。

本実施形態においても、液晶分散層１７は液晶滴６と透明部材７から形成されている。また、液晶分散層１７は導光体１の側面に埋め込まれるようにして複数形成されている。導光体１と一体形成した液晶分散層１７の界面が、第５の実施形態と同様に粗面になっている。すなわち、液晶分散層１７の導光体１との境界が粗面に形成されている。液晶分散層１７を含めた導光体１の側面上に保護膜１３が設けられており、保護膜１３と間隙を介して電極３、４が設けられている。電極３、４は液晶分散層１７に対向して設けられている。保護膜１３は、第３の実施形態で述べたように、クラッド層としての機能を兼ねても良い。液晶滴６の平均径は１００nm以下であり、液晶分散層１７の粗面の凸部は径が平均１μｍであり、液晶滴はこの凸部において平均径１μｍの凝集体を形成している。

このような表示装置を、具体的には、以下のようにして製造した。すなわち、導光体１の側面に底面が粗面化された凹部を設けておき、そこに液晶材料と樹脂の混合物を滴下した後紫外光を照射して液晶分散層１７を凹部に形成し、その後保護膜１３を形成した。

次に、第３の実施形態と同様に、第１の電極、第２の電極を形成し、電圧を印加した。電極位置は、離散的に設けた液晶分散層１７と一致させた。

電圧無印加状態では、液晶分散層の屈折率は等方的で、式１で表される。第１の実施形態と同様の液晶、紫外線硬化樹脂を用いた場合の等価屈折率は１．５７１であった。導光体として屈折率１．５７のポリエチレン樹脂を用いた場合、液晶分散層からはほとんど光が漏れ出なかった。

次に第１の電極、第２の電極の間に電圧を印加した所、直下の液晶分散層と導光体の屈折率差は大きくなった。その結果導光体１中を進行する光の粗面での光散乱は顕著になり、導光体中を伝播する光が光取り出し部から取り出された。

なお、粗面は、可視光をより強く散乱する観点から、光の波長と同等、あるいはそれ以上の凹凸が望ましい。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様に光損失を抑制した表示装置を得ることが出来る。

（第７の実施形態）
第７の実施形態である表示装置について図９を用いて説明する。図９（a）は導光体１の延在方向に平行な一部拡大断面図であり、図９（b）は延在方向に垂直な拡大断面図である。

第１の実施形態との相違点は、光取り出しを実現するための光散乱手法にある。すなわち、液晶分散層１７は、液晶滴６、透明部材７に加えて平均径が３００nm以上の微粒子１９から形成される。微粒子１９は透明部材７と同程度の屈折率を有する透明な材料とし、例えばミクロパール（積水化学製）、リオスフィア（東洋インキ製）などを用いる。液晶滴の径は、平均１００nm以下とする。具体的には液晶滴の径は５０nm以下で形成される。

図９（ａ）に示すように、第１の電極３と第２の電極４の間に、液晶材料と樹脂の混合物１６と微粒子１９を挟持し、これに紫外光を照射して、図９（b）に示すように、微小な液晶滴６からなる液晶分散層１７を得る。微粒子１９は液晶分散層１７中に散乱している。液晶分散層１７中の微粒子１９以外の部分には、透明部材７と径が平均５０nmの液晶滴６が形成されている。

微小な液晶滴６は、微粒子１９により隔てられ、液晶滴６が液晶分散層１７中に凝集、偏在した状態となっている。液晶分散層１７のうち、微粒子１９の周囲には液晶滴６が凝集している。

すなわち、導光体１の側面に平行な一断面において、液晶分散層１７は、径が平均３００nm以上である微粒子１９（第１部分）と、第１部分の周囲に設けられた液晶滴６と透明部材７（第２の材料）を有する部分（第２部分）とがある。微粒子１９の屈折率は、液晶滴６と透明部材７の平均的な屈折率と、電界が生じていない状態において屈折率が同じである。

電圧無印加状態では、液晶滴６の等価屈折率は式１で表される。そこで液晶滴６と透明部材７の平均的な屈折率と、微粒子１９の屈折率が同じなので、第１の電極３と第２の電極４の間を通過する光に散乱は生じない。一方、第１の電極３と第２の電極４の間に電圧を印加すると、液晶分散層１７内の液晶は再配列し、液晶滴６と透明部材７の平均の屈折率が変わるので、微粒子１９と、液晶滴６および透明部材７のの間に屈折率差が生じる。微粒子１９は平均径が３００ｎｍ以上であり、第１の電極３と第２の電極４の間を通る光は散乱される。なお、液晶分散層１７内の液晶滴６は、平均径５０nm以下であるので、液晶は２０μｓｅｃ以下の高速で応答する。

以下、具体的な製法を示す。

第１の電極と第２の電極の間に挟持する液晶材料と樹脂の混合物について、ネマチック液晶としてＥ７（Ｍｅｒｃｋ社製，ｎｏ＝１．５２２，ｎｅ＝１．７４６）を用い、紫外線硬化型樹脂としてＮＯＡ８１（Ｎｏｒｌａｎｄ社製、屈折率１．５６）を用いた。液晶：樹脂の混合比は３０：７０とした。また微粒子として、直径２ミクロンのミクロパール（積水化学製、屈折率１．５７）を５ｗｔ％混ぜた。混合物を第１の電極と第２の電極の間に挟持し、紫外線を照射して樹脂を硬化させた。液晶分散層の厚さは２０μｍとした。液晶分散層中の液晶滴は光の波長以下のサイズであり、液晶分散層１７は散乱性を有しない。

電圧無印加状態では、液晶分散層２１の屈折率は等方的である。液晶滴の等価的な屈折率は式１で表され、その値は１．５７１である。微粒子と液晶分散層の屈折率差はほとんどなく、光散乱は生じなかった。

次に第１の電極と第２の電極の間に２００Ｖの交流電圧を印加した。液晶分散層の液晶は電界方向に再配列するため、液晶分散層１７の等価屈折率は変化する。その結果、微粒子の屈折率と、液晶滴および透明材料の平均的な屈折率の差が大きくなり、導光体を進行してきた光が微粒子で散乱される結果、光が取り出された。またその応答速度は、約２０μｓｅｃであった。

このように、本実施形態に老いても、第１の実施形態と同様に、表示装置の光損失を低減させることができる。

なお、本実施形態のような微粒子を有する液晶分散層を、第１乃至第４の実施形態における液晶分散層の代わりに用い、他の構成についてはそれぞれの実施例における構成を採用することによっても、光表示装置の光損失を低減させることができる。

１ ・・・導光体
２ ・・・光取り出し部
３ ・・・第１の電極
４ ・・・第２の電極
５ ・・・駆動回路
６ ・・・液晶滴
７ ・・・透明部材
８ ・・・多孔質体
９、９a、９b ・・・光路
１０ ・・・走査線
１１ ・・・光源
１２１、１２２ ・・・透明基板
１３ ・・・保護膜
１５ ・・・シール材
１６ ・・・液晶材料と樹脂の混合物
１７ ・・・液晶分散層
１８ ・・・凝集体
１９ ・・・微粒子
２０ ・・・透明基板の粗面状の主面
２１ ・・・液晶分散層の主面

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源が出射する光を一端側から他端側へ導く導光体と、
   前記導光体の側面に設けられ、液晶分散層を備える光取り出し部と、
   前記光取り出し部に電圧を印加し前記液晶分散層に電界を生じさせ、前記導光体内の光を散乱させて前記導光体外に取り出す駆動回路と、
   を備え、
   前記液晶分散層は、前記導光体の側面に平行な一断面において、第１の材料を有し径が平均３００nm以上である第１部分と、前記第１の材料と異なる第２の材料を有し前記第１部分の周囲に位置する第２部分とを有し、
   前記第１の材料と前記第２の材料のいずれか一方は径が平均１００nm以下である液晶滴を有し、前記第１の材料と前記第２の材料は、電界が生じていない環境において屈折率が同等である、表示装置。
2. 前記液晶分散層は、径が平均３００nm以上の粒子を有する請求項１に記載の表示装置。
3. 前記液晶分散層は、前記導光体側面に平行な面が凹凸に形成されており、凹部１つの径が平均３００nm以上であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記液晶分散層は径が平均３００ｎｍ以上である孔部を有する多孔質体を備え、前記孔部に前記液晶滴が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記液晶分散層は、前記導光体の延在方向に沿って断続的に複数個設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記液晶分散層は前記導光体の側面に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記光取り出し部は、前記導光体の側面に平行に配置された第１の電極と第２の電極を有し、前記駆動回路は前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記光取り出し部は、前記導光体の側面に垂直に配置され前記液晶分散層を保持する第１の電極と第２の電極を有し、前記駆動回路は前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 複数の前記導光体が並行に配置され、少なくとも１つの前記導光体に前記光取り出し部が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の表示装置。

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