JP5309914B2

JP5309914B2 - 液晶表示装置、電子機器

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Publication number: JP5309914B2
Application number: JP2008293370A
Authority: JP
Inventors: 豊土屋; 寿治松島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: JP2009258629A; US20090244444A1; US7889291B2

Description

本発明は、液晶表示装置、電子機器に関する。

従来から、透過型液晶パネルの照明装置側に液晶シャッタ装置を配置して、透過型液晶パネルに入射する光を調整する技術が知られている（例えば特許文献１〜３）。
液晶シャッタ装置は、一対の電極の間に挟持された液晶層を有している。液晶シャッタ装置に用いられる液晶層の１つとして、高分子分散型液晶層が挙げられる。高分子分散型液晶層は、液晶分子と高分子とを含有している。高分子分散型液晶層は、例えば高分子前駆体と液晶分子との混合物を一対の電極の間に配した後、これにエネルギー照射を行って形成されている。高分子前駆体がエネルギー照射によって重合して高分子となり、高分子が液晶分子から相分離される。

高分子分散型液晶層は、電界無印加状態における配向状態の有無により、リバース型とその他の型とに大別される。リバース型の高分子分散型液晶層は、電界無印加状態で高分子と液晶分子とがともに配向している。リバース型の高分子分散型液晶層において、高分子は、高分子前駆体として液晶モノマーを用いて形成されている。この液晶性モノマーを配向させた状態で重合させることにより、配向した高分子になる。高分子自体が配向していることにより、高分子が液晶分子を配向させる配向規制力を発現する。

リバース型では、電界無印加状態で高分子と液晶分子とで屈折率が均一、あるいは連続的に変化するようになっており、入射光を散乱させずに射出する非散乱モードとなる。また、電界印加状態では、電界によって液晶分子の配向方向が変化し、液晶分子部と高分子部とで屈折率が不連続になる。これにより、入射光を散乱させて射出する散乱モードとなる。

特許文献１の画像表示装置では、リバース型の液晶シャッタ装置が視野角の調整に用いられている。所定の視野角の外側に射出される光を液晶シャッタ装置で散乱させ、この光が示す画像を視認されなくしている。

特許文献２、３の遊技機では、液晶シャッタ装置が遊技機の表示部の表示切換に用いられている。ベース画像を示す光が、液晶シャッタ装置を通って液晶パネルに入射し、適宜変調されて表示部から射出される。液晶シャッタ装置の非散乱モードでは、ベース画像を示す光が散乱されずに液晶シャッタ装置を通ることにより、ベース画像が液晶パネルによる付加画像と重ね合わされて表示される。液晶シャッタ装置の散乱モードでは、ベース画像を示す光が散乱されて液晶シャッタ装置を通り、液晶パネルによる画像のみが表示される。このように、特許文献２、３の遊技機にあっては、表示部により豊かな表現力の画像表示を行うことができ、多彩な演出が可能になっている。

ところで、特許文献２、３のような表示部において、通常は、液晶シャッタ装置が主として非散乱モードで用いられると考えられる。散乱モードでは、ベース画像が表示されないので、表示部の表現力が十分に活かされないからである。非散乱モードを主として用いると、液晶シャッタ装置を散乱モードで用いる期間が非散乱モードで用いる期間よりも長くなる。

このような電子機器にあっては、特許文献１のようにリバース型の液晶シャッタ装置を用いるとよいと考えられる。リバース型の液晶シャッタ装置によれば、電界無印加状態で非散乱モードになるので液晶シャッタ装置の消費電力が小さくなるとともに、駆動による配向性の劣化が抑えられるので液晶シャッタ装置が長寿命になるからである。
特開平９−７３０７０号公報特開２００４−２８３５４８号公報特開２００６−１４１５５９号公報

しかしながら、特許文献２、３のような表示部にリバース型の液晶シャッタ装置を適用すると、以下のような不都合を生じるおそれがある。
リバース型の液晶シャッタ装置では、高分子の配向方向が電界印加の有無によって変化しない。したがって、液晶シャッタ装置に入射した光の一部が、電界印加の有無に関らず散乱されずに射出され、散乱モードにおいて液晶シャッタ装置から漏れ光が射出されてしまう。よって、ベース画像の非表示期間に、漏れ光によりベース画像の一部が表示されてしまい、表示品質が低下してしまう。
また、特許文献１の画像表示装置においても、同様の理由により、所定の視野角の外側から画像が視認される不都合を生じるおそれがある。

本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、液晶シャッタ装置の漏れ光が視認されることが防止された良好な液晶表示装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルの表示側と反対側に配置された画像情報付与装置と、前記画像情報付与装置に光を照射する照明装置と、前記画像情報付与装置と前記液晶パネルとの間に配置された液晶シャッタ装置と、前記液晶シャッタ装置に設けられ、液晶分子と液晶性モノマーを前駆体とする高分子とを含有してなり、前記高分子が０°より大きく１８０°より小さいツイスト角で捩れて配向する高分子分散型液晶層と、前記液晶パネルと前記液晶シャッタ装置との間に配置され、前記高分子が捩れて配向する回転方向において該高分子が前記ツイスト角の半分だけ捩れる径方向に直交する方向となす角度が１２．９°以下である方向に吸収軸が設定された偏光層と、を含んでいることを特徴とする。

このように高分子が配向していれば、高分子の配向規制力によって液晶分子が高分子と同様に配向するようになり、高分子と液晶分子とで配向方向が連続的に変化するツイスト構造が構成される。電界無印加状態におけるツイスト構造は、その軸方向と直交する投影面においてツイスト角に応じた範囲に分布している。電界無印加状態におけるツイスト構造の軸方向での屈折率は、均一になっているか、あるいは連続的に変化するようになっている。また、電界印加状態では、液晶分子が電界方向に向くようになり、前記のツイスト角に応じた範囲において、高分子と液晶分子とで屈折率が不連続になる。すなわち、高分子分散型液晶層はリバース型として機能し、電界無印加状態で入射光がほとんど散乱されずに射出される非散乱モードとなり、電界印加状態で入射光が散乱されて射出される散乱モードとなる。

照明装置から射出された光は、画像情報付与装置によって画像情報を付与され、液晶シャッタ装置に入射する。液晶シャッタ装置に入射した光は、液晶シャッタ装置が散乱モードになっている場合には、散乱により画像情報が失われて白色光となり液晶パネルに入射する。この光は、液晶パネルによって適宜変調されて射出され、画像情報付与装置による画像情報を含まない表示画像となる。また、液晶シャッタ装置が非散乱モードになっている場合には、散乱されずに画像情報を保持した光が液晶パネルに入射し、この光は液晶パネルによって適宜変調されて射出され、画像情報付与装置による画像情報を含んだ表示画像となる。このように、散乱モードと非散乱モードとを切替えることにより、画像情報付与装置による画像情報のオンオフを切替えることが可能になっている。

ところで、前記投影面において高分子が分布していない領域では、電界印加時にツイスト構造の軸方向において液晶分子と高分子との間で屈折率の不連続面が形成されない。主としてこの領域で振動する偏光は、散乱モードでも散乱されずに漏れ光として射出される。このように、高分子が捩れて配向する回転方向において高分子がツイスト角の半分だけ捩れる径方向に直交する方向（以下、非散乱方向と称する場合がある）に振動する偏光は、散乱されにくくなっている。

本発明では、液晶パネルの入射側に、ツイスト構造の非散乱方向に吸収軸が概ね一致する偏光層が設けられているので、漏れ光のほとんどが偏光層に吸収される。したがって、漏れ光が液晶パネルに変調され射出されることが防止され、散乱モードにおいて画像情報付与装置による画像が漏れ光によって視認されることが防止される。よって、画像情報付与装置による画像情報のオンオフを良好に切替えることが可能になり、多彩な表示画像が得られる液晶表示装置となる。また、ツイスト角が１８０°未満になっていれば１８０°より大きくなっているものよりも、液晶シャッタ装置の駆動電圧の低下や応答性の向上が図られる。

本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルの表示側と反対側に配置された画像情報付与装置と、前記画像情報付与装置に光を照射する照明装置と、前記画像情報付与装置と前記液晶パネルとの間に配置された液晶シャッタ装置と、前記液晶シャッタ装置に設けられ、液晶分子と高分子とを含有してなり、前記高分子が１８０°より大きく３６０°より小さいツイスト角で捩れて配向している、高分子分散型液晶層と、前記液晶パネルと前記液晶シャッタ装置との間に配置され、前記高分子が捩れて配向する回転方向において該高分子が前記ツイスト角から１８０°差し引いた角度の半分だけ捩れる径方向に概ね直交する方向に吸収軸が設定された、偏光層と、を含んでいることを特徴とする。

このようにすれば、前記のように液晶シャッタ装置の散乱モードと非散乱モードとを切替えることにより、画像情報付与装置による画像情報のオンオフを切替えることが可能な液晶表示装置となる。また、ツイスト角が１８０°よりも大きくなっているので、前記投影面においてツイスト構造が分布していない範囲がなくなり、散乱モードにおいて散乱されない漏れ光を生じることが格段に低減される。この液晶シャッタ装置からの漏れ光は、高分子が捩れて配向する回転方向において、ツイスト角から１８０°差し引いた角度の半分だけ高分子が捩れる径方向に、概ね直交する方向（非散乱方向）に振動する偏光になっている。偏光層は、吸収軸が非散乱方向と一致するように配置されているので、僅かに生じてしまった漏れ光も偏光層に吸収させることができる。したがって、散乱モードで画像情報付与装置による画像が漏れ光によって視認されることが確実に防止され、多彩な表示画像が得られる液晶表示装置となる。

前記偏光層の吸収軸が、前記径方向となす角度が１２．９°以下であることが好ましい。
詳しくは、［発明を実施するための最良の形態］で説明するが、このようにすれば液晶シャッタ装置で散乱されなかった非散乱光の偏光層に対する透過率が５％以下になる。したがって、非散乱光による画像が視認されなくなり、多彩な表示画像が得られる液晶表示装置となる。

また、前記液晶シャッタ装置に設けられ、前記高分子分散型液晶層を挟持する一対の電極と、前記一対の電極の一方の電極と前記高分子分散型液晶層との間に設けられ、前記高分子を第１方向に配向させる配向規制力を有する、第１配向膜と、前記一対の電極の他方の電極と前記高分子分散型液晶層との間に設けられ、前記高分子を前記第１方向から前記回転方向において前記ツイスト角だけ捩れた第２方向に配向させる配向規制力を有する、第２配向膜と、を含んでいることが好ましい。

このようにすれば、高分子分散型液晶層は、これに含まれる高分子が一方の電極側において第１方向に配向するとともに他方の電極側において第２方向に配向して形成される。このように、高分子分散型液晶層における高分子のツイスト角が高精度に規定されるので、散乱モードにおける漏れ光の偏光方向が高精度に規定される。したがって、漏れ光の偏光方向と偏光層の吸収軸とを高精度に合わせることが可能になり、偏光層に漏れ光を良好に吸収させることができる。

また、前記高分子分散型液晶層が、カイラル剤を添加されて形成されている構成としてもよい。
このようにすれば、ツイスト角を９０°よりも大きくすることができ、前記投影面においてツイスト構造が分布していない範囲が狭くなる。したがって、散乱モードにおける漏れ光が低減されるとともに散乱されなかった僅かな漏れ光も前記のように偏光層に吸収させることができ、漏れ光が液晶パネルから射出されることがほぼ確実に防止される。

また、前記照明装置は、前記画像情報付与装置に対して前記液晶パネルが配置された側と反対側に配置されていてもよい。
このようにすれば、照明装置から照射された光が、画像情報付与装置を通って液晶パネルに入射するので、照明装置が直接的に視認されることがなくなる。また、例えば画像情報付与装置が照明装置に向かって凹となる湾曲面である場合に、この面の一部がこの面自体の影になることを回避することができる。

本発明の電子機器は、前記の本発明の液晶表示装置により構成された表示部を含んでいることを特徴とする
本発明の液晶表示装置は多彩な表示画像が得られる良好なものとなっているので、これにより構成された表示部を含んでいる電子機器も良好なものになる。

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。なお、本実施形態は、本発明の液晶表示装置をパチスロ遊技機の表示部に適用した例である。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態の液晶装置１の概略構成を示す斜視図である。
図１に示すように、液晶表示装置１は、同軸上に等間隔で配置された円筒状の回転リール（画像情報付与装置）２０を３つ有しており、その内側に共通して１つの照明装置１０が設けられている。また、回転リール２０における照明装置１０の反対側に、液晶シャッタ装置３０及び液晶パネル４０が設けられている。照明装置１０から発せられた光は、回転リール２０、液晶シャッタ装置３０及び液晶パネル４０を順に通って射出され、この光が視認されることによって画像が表示される。

なお、本実施形態では、照明装置１０を回転リール２０に対して液晶パネル４０が配置された側と反対側に配置した構成を示すが、この構成に限られるものではなく、照明装置１０を回転リール２０の前面の斜め上方向、及び/又は下方向等に配置させて回転リール２０に向けて光を照明する構成としてもよい。

以下、図１に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、これに基づいて部材の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系は、回転リール２０が並ぶ軸方向をＸ方向、回転リール２０に対して液晶シャッタ装置３０及び液晶パネル４０が配置される方向（照明装置１０から射出された光の進行方向）をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向としたものである。回転リール２０と液晶シャッタ装置３０と液晶パネル４０とは、Ｚ方向において重なり合うように配置されている。このＸＹＺ直交座標系において矢印の指す方向を正方向と称し、矢印が指す方向の反対方向を負方向と称する場合がある。

回転リール（画像情報付与装置）２０は、例えば帯状の白色半透過膜の外表面に所定の図柄（画像）を印刷した後、その両端を留めて円筒状にしたものである。また、回転リール２０には、ステッピングモータ等が設けられており、回転リール２０の回転角を制御することができるようになっている。照明装置１０から射出された光は、回転リール２０を通るとともに液晶シャッタ装置３０装置側に位置する図柄によって、適宜着色されあるいは一部が遮光される。図柄は、回転リール２０の周方向で変化するようになっており、回転リール２０の回転角に応じた図柄を示す光が液晶シャッタ装置３０側に射出される。液晶シャッタ装置３０、液晶パネル４０の詳細な構成については後に説明するが、概略以下のように機能する。

液晶シャッタ装置３０は複数の光散乱部を有しており、光散乱部ごとに散乱モードと非散乱モードとを切替えることが可能になっている。散乱モードは、入射光を散乱させて射出するモードであり、散乱モードでは、散乱により前記の図柄を示す光が混じり合って白色光となり射出される。非散乱モードは、入射光を散乱させずに射出するモードであり、非散乱モードでは、前記の図柄を示す光がほぼ透過されてそのまま射出される。射出された散乱光あるいは非散乱光は、液晶パネル４０に入射する。

液晶パネル４０は、入射光を適宜変調することにより諧調表示を行うことが可能になっている。液晶パネル４０に散乱光（白色光）が入射すると、この散乱光は液晶パネル４０による画像を示す光となり、液晶パネル４０から射出される。また、液晶パネル４０に非散乱光が入射すると、入射光は前記図柄を反映しつつ液晶パネル４０によって変調され、図柄（画像）と液晶パネル４０による画像との合成画像を示す光が射出される。このように、液晶シャッタ装置３０のモード切替えによって、回転リール２０に印刷された図柄を表示に反映させるか否かを切替えることが可能になっている。

図２は、液晶シャッタ装置３０の概略構成及び液晶パネル４０の概略構成を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、本実施形態の液晶シャッタ装置３０は、一方の電極（セグメント電極）３４を有する第１基板３１、及び他方の電極（コモン電極）３５を有する第２基板３２を含んでいる。

第１基板３１及び第２基板３２は、いずれもガラスや石英、プラスチック等からなる透明基板を基体としている。第１基板３１及び第２基板３２は、互いに対向して配置されており、これらの間にリバース型の高分子分散型液晶層（後述する）が封止されている。ここでは、複数のセグメント電極３４が互いに平行してＹ方向に沿って延設されており、複数のコモン電極３５が互いに平行してＸ方向に沿って延設されている。

液晶パネル４０は、液晶シャッタ装置３０側（Ｚ負方向）から順に配置された偏光層４４、ＴＦＴ基板４１、対向基板４２、及び偏光層４５を有している。また、ＴＦＴ基板４１と対向基板４２との間に液晶層が封止されている。

図３（ａ）は、液晶シャッタ装置３０におけるセグメント電極３４、コモン電極３５の配置を示す平面図であり、図３（ｂ）は、駆動領域の１つと重なり合う部分の液晶パネル４０を拡大して示す平面図である。

図３（ａ）に示すように、セグメント電極３４及びコモン電極３５は、互いに交差するように配置されており、これらが交差して重なり合う複数の領域の各々が駆動領域Ａ１になっている。セグメント電極３４及びコモン電極３５の間に電圧が印加されると、駆動領域Ａ１における高分子分散型液晶層に電界が印加され、高分子分散型液晶層の液晶分子の方位角を制御することが可能になっている。ここでは、１つの駆動領域Ａ１における、セグメント電極３４、コモン電極３５、及び高分子分散型液晶層が１つの光散乱部を構成している。このような光散乱部は、複数の駆動領域Ａ１の各々に配置されている。

本実施形態の液晶パネル４０は、フルカラー表示に対応したものである。図３（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板４１にはサブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂが設けられており、それぞれ赤色光、緑色光、青色光に対応している。これら３つのサブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂによって、フルカラー表示の最小単位である画素が構成されている。ＴＦＴ基板４１には、このような画素が多数設けられており、サブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂの間や画素の間は遮光領域となっている。ここでは、１つの駆動領域Ａ１に１つの画素が重なり合うように配置されているが、１つの駆動領域に複数の画素が配置されていてもよい。

図４は、図３（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面構成図である。図４に示すように、液晶シャッタ装置３０において第１基板３１と第２基板３２との間には、高分子分散型液晶層３３が挟持されている。高分子分散型液晶層３３は、液晶性モノマー等を重合させて形成された透明な高分子部３３１と、液晶分子を含んだ液晶部３３２とを有している。

セグメント電極３４と高分子分散型液晶層３３との間には、第１配向膜３６が設けられており、コモン電極３５と高分子分散型液晶層３３との間には、第２配向膜３７が設けられている。第１配向膜３６及び第２配向膜３７は、液晶シャッタ装置３０の形成時に前記液晶性モノマーの配向方向を制御し、高分子部３３１に配向規制力を付与するものである。液晶部３３２内の液晶分子は、この配向規制力によって電界無印加状態で所定方向に配向している。

このような液晶シャッタ装置３０は例えば以下のようにして製造されている。まず、透明基板にセグメント電極３４を形成し、セグメント電極３４を覆って第１配向膜３６の形成材料（例えば、ポリイミド）を成膜する。そして、この膜に第１方向（例えばＸ方向）に沿ってラビング処理等を行って第１方向の配向規制力を付与し、これを第１配向膜３６とする。このようにして第１基板３１を形成するとともに、同様の手法により第２基板３２を形成する。第２配向膜３７の形成時には、第１方向と異なる第２方向（例えば、Ｙ方向）の配向規制力を付与する。なお、ラビング処理以外の配向処理を行ってもよいし、例えばシリコン酸化物を斜方成膜法で成膜して、配向規制力を有した膜を直接形成してもよい。

次いで、第１配向膜３６及び第２配向膜３７を内側に向けて、第１基板３１と第２配向膜３７とを対向配置するとともに、これらの間に液晶性モノマー等の高分子前駆体（高分子部形成材料）と液晶分子との混合物を配する。すると、液晶モノマー及び液晶分子は、第１基板３１側では第１配向膜３６の配向規制力によって第１方向を向いて配向するとともに、第２基板３２側では第２配向膜３７の配向規制力によって第２方向を向いて配向する。これにより、液晶性モノマー及び液晶分子によって、第１基板３１側と第２基板３２側とで配向方向が捩れたツイスト構造が構成される。平面視した状態での配向方向の捩れ角であるツイスト角は、第１方向と第２方向とがなす角度（ここでは９０°）となる。

次いで、紫外線光等のエネルギーを照射し、液晶性モノマーを重合させる。これにより、固体相の高分子部３３１が形成されるとともに、液晶分子が相分離されて液晶部３３２が形成される。高分子部３３１は、高分子分散型液晶層３３中に離散的に形成されている。このようにして、高分子分散型液晶層３３が得られるとともに、これを適宜封止すること等により液晶シャッタ装置３０が得られる。

図４の説明に戻り、液晶シャッタ装置３０のＺ正方向には、液晶パネル４０が配置されている。本実施形態の液晶パネル４０は、液晶シャッタ装置３０側から順に配置された偏光層４４、ＴＦＴ基板４１、液晶層４３、対向基板４２、及び偏光層４５を有している。偏光層４４は、その吸収軸が前記第１方向から前記ツイスト角の半分だけ捩れた方向と直交するように配置されている。また、偏光層４５は、その吸収軸が偏光層４４の吸収軸と直交するように配置されている。

ＴＦＴ基板４１は、例えばアクティブマトリクス型のものであり、ガラスや石英、プラスチック等からなる透明基板４１Ａを基体としている。透明基板４１Ａの液晶層４３側（Ｚ正方向側）には、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子、データ線や走査線等の各種配線等が形成されている。ＴＦＴ基板４１の表面には、スイッチング素子と電気的に接続された画素電極４６１Ｒ、４６１Ｇ、４６１Ｂが形成されており、それぞれサブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂの一部を構成している。サブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂは、画素Ａ２を構成している。

また、これらの間にシリコン酸化物等からなる絶縁部４１１が形成されており、前記の各種配線等は絶縁部４１１の下層側に形成されている。画素電極４６１Ｒ、４６１Ｇ、４６１Ｂは、前記スイッチング素子や配線等を介してデータ線駆動回路等の信号源と電気的に接続されている。信号源からの画像信号は、適宜スイッチングされて画素電極４６１Ｒ、４６１Ｇ、４６１Ｂの各々に伝達される。また、画素電極４６１Ｒ、４６１Ｇ、４６１Ｂ、及び絶縁部４１１を覆って配向膜４１２が設けられている。配向膜４１２は、後述する配向膜４２３とともに液晶層４３の配向性を制御するものである。

対向基板４２は、ＴＦＴ基板４１と同様の透明基板４２Ａを基体としている。透明基板４２Ａの液晶層４３側（Ｚ負方向側）には、順にカラーフィルタ層４２１、共通電極４２２、配向膜４２３が設けられている。カラーフィルタ層４２１は、色材部４６２Ｒ、４６２Ｇ、４６２Ｂを有しており、それぞれサブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂの一部を構成している。ここでは、色材部４６２Ｒが赤色光以外の波長帯域光を吸収するようになっており、色材部４６２Ｒを通った光は赤色光に着色されて射出される。同様に、色材部４６２Ｇは緑色光、色材部４６２Ｂは青色光にそれぞれ対応している。また、色材部４６２Ｒ、４６２Ｇ、４６２Ｂの間や、画素Ａ２の間には遮光部４２４が設けられている。遮光部４２４は、絶縁部４１１と重なり合うように配置されており、前記の各種配線等が、液晶パネル４０の射出側であるＺ正方向側から視認されないようになっている。

以上のような構成の液晶表示装置１において、照明装置１０から射出された光は、回転リール２０によって図柄を示す光となる（図１参照）。この光は、液晶シャッタ装置３０に入射し、複数の光散乱部の各々において適宜散乱され、液晶パネル４０に入射する。以下、液晶シャッタ装置３０の動作を説明する。

図５（ａ）、（ｂ）は、液晶シャッタ装置３０の動作を模式的に示す斜視図である。図５（ａ）は、セグメント電極３４とコモン電極３５との間に電圧が印加されていない状態（非散乱モード）に対応しており、図５（ｂ）は、電圧が印加されている状態（散乱モード）に対応している。図５（ａ）、（ｂ）では、高分子や液晶分子のツイスト角を見やすくするために、プレチルト角を０°として図示している。

図５（ａ）に示すように、電界無印加状態では、高分子部３３１における高分子の配向方向と液晶部３３２における液晶分子の配向方向とが連続的に変化している。詳しくは、セグメント電極３４側では第１配向膜３６の配向規制力によって、高分子が方向Ｄ１に向いて配向しており、コモン電極３５側では第２配向膜３７の配向規制力によって、高分子が方向Ｄ２に向いて配向している。本実施形態では、方向Ｄ１と方向Ｄ２とがなす角度、すなわちこのツイスト構造におけるツイスト角は、反時計回りを正として９０°程度になっている。また、偏光層４４の光学軸は、方向Ｄ１から方向Ｄ２に向かってツイスト角の半分（ここでは４５°）だけ捩れる方向（径方向）Ｄ３と平行になっており、これに直交する方向Ｄ４が偏光層４４の吸収軸となっている。高分子部３３１と液晶部３３２とで屈折率が連続的に変化しているので、セグメント電極３４側から入射した光は、散乱されずにコモン電極３５側から射出される。射出された光は、吸収軸の方向Ｄ４に振動する偏光が偏光層４４に吸収される。

図５（ｂ）に示すように、電界印加状態では、高分子部３３１における高分子の配向方向が電界無印加状態から変化しないのに対し、液晶部３３２における液晶分子は電界方向（Ｚ方向）に向いて配向する。したがって、高分子部３３１と液晶部３３２との界面で屈折率が不連続になり、セグメント電極３４側から入射した光うち、所定の偏光が散乱されて射出される。以下、散乱される偏光方向について説明する。

図６（ａ）はツイスト構造をその軸と直交する面Ｓに投影して示す模式図であり、図６（ｂ）は方向や角度の定義を示す説明図である。なお、図６（ａ）における符号Ｐは、ツイスト構造を構成する高分子又は液晶分子を示している。
分子Ｐは、方向Ｄ１から反時計回りに角度θ（°）を定義し、ツイスト角をθ_１（°）とすると、その一端が０°≦θ≦θ_１の範囲に分布し、他端が１８０°≦θ≦（θ１＋１８０°）の範囲に分布している。分子Ｐは、主としてその配向方向と同じ方向において振動する偏光を散乱するので、前記の範囲に偏光軸を有する偏光は散乱されやすくなっている。また、分子Ｐが分布していない範囲、すなわちθ_１＜θ＜１８０°、（θ_１＋１８０°）＜θ＜３６０°の範囲に偏光軸を有する偏光は散乱されにくくなっている。

一方、偏光層４４は、光学軸の方向Ｄ３が方向Ｄ１とツイスト角θ_１の半分の角度θ_２をなしており、吸収軸の方向Ｄ４が方向Ｄ３と直交している。すなわち、方向Ｄ３は（θ_２＝θ_１／２）となっており、散乱されやすい偏光の範囲の中心値と対応している。また、方向Ｄ４は（θ_３＝θ_２＋９０°）となっており、散乱されにくい偏光の範囲の中心値と対応している。これにより、電界印加状態（図５（ｂ）参照）において偏光層４４は、散乱された光のうち所定方向の偏光を液晶層４３側に通すとともに、散乱されなかった漏れ光を吸収して液晶層４３側に通さないようになっている。

図７は、液晶シャッタ装置３０を通った光の透過率を吸収軸方向に対してプロットしたグラフである。図７のグラフにおいて横軸は、吸収軸が方向Ｄ１となす角度を示している。図７のグラフにおいて縦軸は、セグメント電極３４とコモン電極３５との間に１２Ｖの電圧を印加した状態で液晶シャッタ装置３０から射出された光が、偏光層４４を透過する透過率を規格化した値を示している。

図７に示すように、透過率は吸収軸方向に対して正弦波状に変化する。液晶シャッタ装置３０により散乱された光は、偏光方向がランダムなっており、偏光軸方向によらずに偏光層４４に所定の割合で吸収されると考えられる。したがって、透過率の変化は、液晶シャッタ装置３０により散乱されなかった光の光量の変化に対応していると考えられる。

図７からわかるように、偏光層４４の吸収軸が方向Ｄ４（θ３）となす角度が１２．９°以下になっていれば、透過率変動が５％以下になる。なお、吸収軸が方向Ｄ４となす角度が５．７２°以下になっていれば、透過率変動が１％以下になる。吸収軸が方向Ｄ４となす角度が４．０３°以下になっていれば、透過率変動が０．５％以下になる。吸収軸が方向Ｄ４となす角度が１．７９°以下になっていれば、透過率変動が０．１％以下になる。

ここで、透過率変動が小さくなるほど、液晶シャッタ装置３０により散乱されなかった光の透過率の違いが視認されにくくなる。すなわち個体間の品質ばらつきを小さくできる。透過率変動が５％以下になっていれば、当該液晶装置を使用する輝度（例えば数百ｃｄ／ｍ２）においてはほとんど透過率変動が視認されなくなる。したがって、個体間の品質を均質に確保する観点では、吸収軸が方向Ｄ４（θ３）となす角度を１２．９°以下にするとよい。また、吸収軸が方向Ｄ４（θ３）となす角度を小さくするほど個体間の均質性を高めることができる。特に、吸収軸が方向Ｄ４（θ３）となす角度を略０°にすれば、個体間の品質のばらつきを最小にすることができる。

以上のような構成の液晶表示装置において、図４に示した液晶パネル４０に前記信号源から画像信号が伝達されると、画素電極４６１Ｒ、４６１Ｇ、４６１Ｂの各々と共通電極４２２との間に電圧が印加され、液晶層４３に電界が印加される。これにより、サブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂの各々における液晶分子は、画像信号に応じてその方位角が変化する。すると、ここを通る光はその偏光状態が変化し、射出される。射出された光は、カラーフィルタ層４２１によって適宜着色され、さらに偏光状態に応じてその一部が偏光層４５に吸収される。このようにして、サブ画素４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂの各々から射出された光は画像信号に応じた階調となる。これらが混ざり合って視認され、フルカラー表示を行うことが可能になっている。

非散乱モードの光散乱部を通って射出された光は、回転リール２０により付与された画像情報と液晶パネル４０によって付与された画像情報とをともに含んでおり、回転リール２０の図柄と液晶パネル４０による画像とが重なって表示される。
また、散乱モードの光散乱部を通って射出された光は、散乱によって回転リール２０により付与された画像情報が失われており、液晶パネル４０による画像のみが表示される。
このように散乱モードと非散乱モードとを適宜切替えることにより、回転リール２０の図柄の表示・非表示を切替えることが可能になっている。また、複数の光散乱部の各々でモードを切替えることにより、１つの図柄において部分的に表示・非表示を切替えることも可能になっている。

本実施形態の液晶表示装置１にあっては、ツイスト構造における方向Ｄ１からツイスト角の半分だけ捩れた方向Ｄ３と直交する方向Ｄ４が偏光層４４の吸収軸となっているので、散乱モードにおいて散乱されなかった漏れ光を偏光層４４に吸収させることができる。したがって、漏れ光が液晶層４３によって変調され射出されることが防止され、漏れ光が示す画像すなわち非表示とすべき図柄、あるいはその一部が視認されることが防止される。よって、回転リール（画像情報付与装置）２０による画像を良好にオンオフすることができ、高品質かつ多彩な表示画像が得られる。

なお、前記第１実施形態では、照明装置１０、液晶シャッタ装置３０及び液晶パネル４０が、３つの回転リール２０で共有された構成を例示したが、照明装置、液晶シャッタ装置及び液晶パネルのうち、１以上が回転リールごとに独立して設けられた構成としてもよい。また、画像情報付与手段としては、透過した光を射出する回転リール２０の他に、回転リールで反射した光を液晶シャッタ装置側に射出するものでもよく、液晶パネル等の各種表示装置を採用してもよい。

また、第２基板３２、偏光層４４、及びＴＦＴ基板４１を独立した部材で構成する代わりに、これらが一体に形成された基板を用いてもよい。このような基板は、例えば透明基板の一方の面にワイヤグリッド等の偏光素子を形成しこの上にコモン電極を形成するとともに、他方の面側にＴＦＴ基板を構成する各種部品を形成することにより得られる。このようにすれば、液晶表示装置の薄型化が図られる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の液晶表示装置について説明する。本実施形態が前記第１実施形態と異なる点は、液晶シャッタ装置の高分子分散型液晶層においてツイスト角が１８０°より大きく３６０°より小さくなっている点である。なお、その他の構成については前記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

図８（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態における液晶シャッタ装置３０の動作を模式的に示す斜視図である。図８（ａ）は、セグメント電極３４とコモン電極３５との間に電圧が印加されていない状態（非散乱モード）に対応しており、図８（ｂ）は、電圧が印加されている状態（散乱モード）に対応している。

図８（ａ）に示すように、本実施形態の高分子分散型液晶層３３（図４参照）は、高分子部３３１の高分子が、セグメント電極３４側で方向Ｄ１に向いて配向しており、コモン電極３５側で方向Ｄ２に向いて配向している。方向Ｄ１と方向Ｄ２とがなす角度（ツイスト角）は、反時計回りを正として２７０°程度になっている。また、偏光層４４の光学軸は、方向Ｄ１から方向Ｄ２に向かって、ツイスト角から１８０°差し引いた角度の半分（ここでは４５°）だけ捩れた方向Ｄ３と平行になっており、これに直交する方向Ｄ４が偏光層４４の吸収軸となっている。

本実施形態の液晶シャッタ装置も、前記第１実施形態と同様に非散乱モードで高分子部３３１と液晶部３３２とで屈折率が連続的に変化している。これにより、液晶シャッタ装置３０に入射した光は、ほとんど散乱されずに射出される。また、図８（ｂ）に示すように、散乱モードでは液晶部３３２の液晶分子が電界方向を向くことにより、高分子部３３１と液晶部３３２とで屈折率が不連続になる。これにより、入射光は、高分子部３３１と液晶部３３２との界面で散乱されて射出される。

本実施形態では、ツイスト角が１８０°よりも大きくなっており、ツイスト構造のうち配向方向が０°から１８０°までの部分によって、投影面における０°から３６０°までの偏光方向の偏光を散乱させることができる。さらに、配向方向が１８０°よりも大きくツイスト角までの部分は、前記第１実施形態の高分子分散型液晶層と同様に機能させることができる。これにより、散乱モードにおける漏れ光が格段に低減されるとともに、僅かに生じた漏れ光も偏光層４４に吸収させることができる。したがって、漏れ光が示す画像すなわち非表示とすべき図柄、あるいはその一部が視認されることが確実に防止され、回転リール２０による画像を良好にオンオフすることができる。よって、第２実施形態の液晶表示装置によれば、高品質かつ多彩な表示画像が得られる。

［電子機器］
次に、図９を参照しつつ本発明の電子機器の一実施形態を説明する。図９は、本実施形態の電子機器であるパチスロ遊技機１０００の概略構成を示す斜視図である。パチスロ遊技機１０００は、箱状の筐体１１００の１つ側面（表示側）にスタートレバー１２００やストップボタン１３００、表示部１４００等が設けられたものである。表示部１４００は本発明の液晶表示装置（図１参照）によって構成されている。筐体１１００の内側には、３つの回転リールや、その前記表示側向かって順に配置された液晶シャッタ装置、液晶パネル、またこれらを制御する制御装置等が収容されている。筐体１１００の外側には、回転リールを始動するスタートレバー１２００や、回転リールの各々を操作するストップボタン１３００等が設けられている。

パチスロ遊技機１０００において、例えばコインを投入した状態でスタートレバー１２００を操作すると、回転リールが始動するとともに前記制御装置が乱数等を用いた抽選によって当り判定や演出選択等を行うようになっている。回転リールが動作している状態でストップボタン１３００を操作すると、制御装置は当り判定等に基づいて各回転リールの回転角を制御し、各回転リールは表示側に所定の図柄を向けて停止するようになっている。また、回転リールの動作時・停止時に制御装置は、液晶シャッタ装置や液晶パネルに所定の制御信号や画像信号を供給するようになっている。これにより、液晶シャッタ装置が適宜回転リールの一部あるいは全部を非表示とするともに、液晶パネルは所定の画像を表示するようになっている。

本実施形態の電子機器（パチスロ遊技機）１０００は、表示部１４００に本発明の液晶表示装置を用いているので、非表示とすべき図柄を確実に視認されないようにすることができる。これにより、多彩な演出で遊技結果等を表示することが可能になり、良好な電子機器となっている。また、パチスロ遊技機１０００のように、ユーザー（遊技者）が画像情報付与装置（回転リール）２０の画像（図柄）を視認しつつ、操作する電子機器においては、通常は散乱モードの動作期間よりも非散乱モードの動作期間の方が長くなっている。本発明によれば、電界無印加状態で非散乱モードとなるので、電界印加状態で非散乱モードとなるものよりも、液晶シャッタ装置の消費電力の低減や長寿命化が図られる。

なお、本発明を適用可能な電子機器としては、パチスロ遊技機１０００の他にも、パチンコ遊技機、ゲーム機等が挙げられる。また、適宜、画像情報付与装置を液晶パネルやスライド等で構成することにより、携帯電話、電子ブック、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを含んだ機器等々の画像表示手段として好適に用いることができる。これら電子機器に本発明を適用した場合に、画像情報付与装置を含んだ構成とすれば多彩な表示画像が得られる良好なものとなる。

第１実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す斜視図である。液晶シャッタ装置及び液晶パネルの概略構成を模式的に示す斜視図である。（ａ）は液晶シャッタ装置の平面図、（ｂ）は駆動領域の平面拡大図である。図３（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面構成図である。（ａ）は非散乱モードの模式図、（ｂ）は散乱モードの模式図である。（ａ）はツイスト構造を模式的に示す平面図、（ｂ）は定義の説明図である。光の透過率を吸収軸方向に対してプロットしたグラフである。（ａ）、（ｂ）は第２実施形態の要部を模式的に示す斜視図である。本発明の電子機器の一例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１・・・液晶表示装置、１０・・・照明装置、２０・・・回転リール（画像情報付与装置）、３０・・・液晶シャッタ装置、３３・・・高分子分散型液晶層、３３１・・・高分子部（高分子）、３３２・・・液晶部（液晶分子）、３４・・・セグメント電極（第１電極）、３５・・・コモン電極（第２電極）、４０・・・液晶パネル、４４・・・偏光層、１０００・・・パチスロ遊技機（電子機器）、１４００・・・表示部、Ｄ１・・・第１電極側の配向方向、Ｄ２・・・第２電極側の配向方向、Ｄ４・・・吸収軸、θ_１・・・ツイスト角、

Claims

液晶パネルと、
前記液晶パネルの表示側と反対側に配置された画像情報付与装置と、
前記画像情報付与装置に光を照射する照明装置と、
前記画像情報付与装置と前記液晶パネルとの間に配置された液晶シャッタ装置と、
前記液晶シャッタ装置に設けられ、液晶分子と液晶性モノマーを前駆体とする高分子とを含有してなり、前記高分子が０°より大きく１８０°より小さいツイスト角で捩れて配向する高分子分散型液晶層と、
前記液晶パネルと前記液晶シャッタ装置との間に配置され、前記高分子が捩れて配向する回転方向において該高分子が前記ツイスト角の半分だけ捩れる径方向に直交する方向となす角度が１２．９°以下である方向に吸収軸が設定された偏光層と、を含んでいることを特徴とする液晶表示装置。
液晶パネルと、
前記液晶パネルの表示側と反対側に配置された画像情報付与装置と、
前記画像情報付与装置に光を照射する照明装置と、
前記画像情報付与装置と前記液晶パネルとの間に配置された液晶シャッタ装置と、
前記液晶シャッタ装置に設けられ、液晶分子と液晶性モノマーを前駆体とする高分子とを含有してなり、前記高分子が１８０°より大きく３６０°より小さいツイスト角で捩れて配向する高分子分散型液晶層と、
前記液晶パネルと前記液晶シャッタ装置との間に配置され、前記高分子が捩れて配向する回転方向において該高分子が前記ツイスト角から１８０°差し引いた角度の半分だけ捩れる径方向に直交する方向となす角度が１２．９°以下である方向に吸収軸が設定された偏光層と、を含んでいることを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶シャッタ装置に設けられ、前記高分子分散型液晶層を挟持する一対の電極と、
前記一対の電極の一方の電極と前記高分子分散型液晶層との間に設けられ、前記高分子を第１方向に配向させる配向規制力を有する、第１配向膜と、
前記一対の電極の他方の電極と前記高分子分散型液晶層との間に設けられ、前記高分子を前記第１方向から前記回転方向において前記ツイスト角だけ捩れた第２方向に配向させる配向規制力を有する、第２配向膜と、を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記高分子分散型液晶層が、カイラル剤を添加されて形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記照明装置は、前記画像情報付与装置に対して前記液晶パネルが配置された側と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶表示装置により構成された表示部を含んでいることを特徴とする電子機器。