JP6451979B2 - 表示素子およびそれを用いた携帯型情報装置 - Google Patents

表示素子およびそれを用いた携帯型情報装置 Download PDF

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Description

本発明は、表示素子に関し、さらに詳しくは、表示素子において、その光の出射方向を第１面のみ、第２面のみ、もしくはその両方向ともに電気的に切り替えられることを特徴とする。さらに、本発明は前記表示素子を具備することにより、表示部の実装状態と利用状態によらずに表示素子からの光出射方向を利用者が切り替えることが可能となることを特徴とする携帯型の情報装置に関する。
現在、平面型表示素子には液晶素子が広く使われている。この液晶素子を適用した製品としては、スマートフォン、携帯型ゲーム機、タブレット、ノートＰＣ、テレビ受像機など多方面にわたり用いられている。
しかしながら、実用化されている平面型表示素子は、表示素子が有する２つの面（仮に表面側、裏面側と表記する）のうち、表面側からのみ表示を行い、裏面側には表示動作を行うことはできない(図８)。液晶素子を用いた場合に関して図８に記載したが、液晶素子の場合には液晶素子８０１の背後にバックライト８０２があり、バックライト８０２の光により液晶素子８０１を照射して表示動作を行わせるために表示方向（光出射方向８０４）は片方の面からのみとなる。
表示素子が上記のように片方向のみに光を出射するため、このような表示素子を用いた応用製品は片方からの光出射を前提としたデザインとなっている。例えば、スマートフォン、タブレットといった携帯情報端末に分類される製品のうち、製品の片面をほぼ全面表示素子で構成した形態の情報端末（以下スレート型、図２Ａ参照）は、一般的に文字入力装置としてのキーボードを具備していないため、入力作業を伴う用途は不得手である。また、別の形態のデザインとして、キーボード主体の入力を実施するために一般的に可搬型ノートＰＣで採用されているデザインがある。このデザインの情報端末（以下クラムシェル型、図２Ｂ参照）では、普段は表示部と本体部が向かい合うように折りたたんでおき、必要な際に表示部を開いて用いる形態である。このクラムシェル型のデザインを用いた場合、利用するためには表示部を開かなくてはならないため、スレート型のようにいかなる姿勢でも利用するような用途には向かず、基本的には着席姿勢での利用が前提となる。
前記のように、スレート型とクラムシェル型には一長一短があるが、この両者の良いところをあわせる製品も実用化されている、一例をあげるとスレート型のカバー部に入力装置としてのキーボードを配置する構造を採用された製品がある（Ａｐｐｌｅ社のｉＰｈｏｎｅ/ｉＰａｄに Ｌｏｇｉｃｏｏｌ Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ Ｋｅｙｂｏａｒｄ Ｃｏｖｅｒ ［ＴＫ７１０］を装着したような場合）。しかし、このような構成で用いた場合、重量のある本体部が立位となって不安定となり、利用中に倒れるなどの不具合を生じる可能性があるため、ひざの上などでの作業には向かない。
一方、クラムシェル型の場合、スレート型のように用いようとすると、表示部を何らかの手段により１８０度回転させる必要がある。このような形態を持たせるためには、下記のような構造が提案されている。
１）閉じた状態から開いた状態にするヒンジと表示部を１８０度回転させるためのヒンジの２つのヒンジを有する構造。(レノボ社製ＴｈｉｎｋＰａｄ Ｘ２２０ Ｔａｂｌｅｔ)
２）閉じた状態から開いた状態になり、さらに表示部を本体部の裏側に巻きつけるように開くようヒンジを２つ具備した構造。（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製レッツノートＡＸ２）
3)本体部の端と表示部の中央部分にヒンジを設けて表示部を回転させる構造（ＳＯＮＹ社製ＶＡＩＯ Ｄｕｏ １１）
前記のいずれの場合においても、強度を維持し、なおかつ内部に電気信号を通す複雑な機構のヒンジが少なくとも１つ増加することになる。また、単純なクラムシェル型の可搬型携帯端末と比べて無理な構成となることは否めないため、強度の低下や故障確率の増加といった懸念が生じる。さらに、複雑な構造のヒンジを少量用いるため、コスト増加の要因となる。
これらの問題は、表示部に用いている表示素子の光出射方向が表面側のみであるために、スレート型とクラムシェル型を兼用させようとした場合、表示部を回転させる機構が必須になってしまうことにある。
この問題を解決するためには、クラムシェル型をベースとして、表示部からの光出力を表面側だけではなく裏面側にも出射させることにより、表示部を本体部に重ねた状態（スレート状態）でも、表示部を引き起こして本体部に装備されたキーボードなどの入力デバイスを利用する状態（クラムシェル状態）においても表示を利用者から見えるようにすることが可能となる。
このような表示素子の表面側、裏面側いずれの方向からも観察可能な液晶素子としては、特許文献１にバックライトを液晶素子で挟んだ構造の両面液晶素子が提案されている。
図９に表面側からも裏面からも光を出射するようにした場合の基本概念図を示す。図９は液晶素子を用いた場合の基本構造であり、バックライト９０２を中心に置き、液晶素子９０１ａ、９０１ｂでサンドイッチにした構造となっている。このような構造にすることにより、第１の液晶素子パネル９０１ａと第２の液晶素子パネル９０１ｂは中央部分に配置されたバックライト９０２の光を各々透過することによりひとつのバックライトを共有して両面に出射するという動作を行う（光出射方向９０４）ことが可能となる。
さらに、別の背景技術として、透過状態と光反射状態を切り替えることが可能な素子が提案されている。このような、電気的に光透過状態と光反射状態を切り替えることが可能な素子としては、調光ミラー（以下、調光素子と記す）の存在が知られている。
この調光素子は、非特許文献１の図４にある構造が基本としてあげられる。
この調光素子の原理は、非特許文献３や特許文献２にあるように、アムステルダム自由大学のグリーセン教授らにより発見されたものである。この動作原理は、イットリウム（Ｙ）やランタン（Ｌａ）などの希土類の金属薄膜が水素と結合することにより透明状態になり、水素が抜けることで金属光沢を有する状態（鏡面状態）に変化するものであり、この水素の出し入れに際してパラジウムが触媒として働くため、希土類金属薄膜の表面にごく薄いパラジウム層を設けたものである。
この調光素子は、透明状態と鏡面状態を切り替えるために水素ガスを用いているが、電子デバイスとして用いるためには、ガス状態の水素を用いずに金属層に水素の出し入れを行う必要がある。また、希土類金属は効率が悪いために別の金属膜の開発がその後進められた。
非特許文献１で開示されている構造は、ガスを用いずにマグネシウム・ニッケル合金層に水素原子を出し入れすることを可能とする構造を採用することにより、全個体式の調光素子を実現した例である。非特許文献１では、金属層として、マグネシウム・チタン合金やマグネシウム・ニオブ合金も用いることが可能であることが記載されている。この調光素子は、状態の変化に数秒程度を要するが、５Ｖ程度の直流で状態が変化するため、携帯型情報装置など高電圧を供給することができない条件の下でも動作を行うことが可能である。また、本発明の目的の一つである光反射方向の変更に際しては、数秒程度の状態変化時間は特に問題とはならない。
このような、全固体式の調光素子を表示デバイスに適用した従来例としては、特許文献３で半透過型の液晶素子に適用した例がある。この特許文献３は、反射型液晶素子として構成されている。そのため、調光素子が反射モードとなった場合の鏡となる方向が観察者側を向いている。他の例として、調光素子を用いて両方向への表示を切り替えることを可能とした例が特許文献６に記載がある。特許文献６の構造では、中央部に液晶素子が配置され、液晶素子を挟むように光導光板（端部にあるＬＥＤの光を導くことにより面状に発光しているようにするための部材）と調光素子を配置する構成となっている。この構成では、表示素子の両方の任意の方向に光を導くことが可能である。さらに、応用としては異なるが、特許文献４に表示素子のカバーガラスとして、調光素子を配置することにより情報表示と観察者が自分の顔を見るための鏡として用いる状態の切り替えるデバイスに関して開示されている。特許文献４は、表面に配置することで表示を遮断して鏡の機能を提供することにある。またさらに、表示デバイスへの適用ではないが、散乱反射−透過構成で投影型表示のスクリーンとして用いた従来例として特許文献５がある。この特許文献５は、散乱−透過型の素子と反射−透過型素子の調光素子を組み合わせたものである
特許第４８０６２１５号公報 米国特許第５６３５７２９号公報 特開２００４−２７９６６９号公報 特開２００４−２５８４００号公報 特開２０１２−１７３４４９号公報 特開２００３−３５８９３号広報
吉村和記、『省エネルギー特性に優れた調光ミラーガラスの創製』,応用物理 第79巻, pp.628-632 (2010) 吉村和記、『スマートウィンドウ＆調光ミラーの基礎と応用』,Electronic Journal 第1376回 Technical Seminar資料 (2012) J. N. Huiberts, et al., "Yttrium and lanthanum hydride films with switchable optical properties", Nature 第380巻, pp.231-234 (1996)
背景技術の第１の問題点は、情報漏えいの問題が生じたり、エネルギー効率が悪いという点である。すなわち、上記で参照した特許文献１で表面側、裏面側いずれの方向からも光が出射する構造の表示部は得られたが、この構造の表示部を用いた場合、表示部からの光は常に表面側、裏面側に出射しているため、利用者が用いていない方向から第三者が見ることが可能になり、情報漏えいの問題がある。この問題を、表示を行いたくない側の液晶素子による表示を停止（黒表示）としたり、物理的なついたてなどを用いることにより不要な側の表示を行わないようにして前記の問題を解決したとしても、光エネルギーの半分が利用していない方の面へ向かい、光エネルギーが吸収され、無駄になるという問題点がある。
背景技術の第２の問題点は、第１の問題点への対策として調光素子を用いた場合においても、観察者の利用シーンに応じて表示部からの光出射方向を表面側、裏面側に切り替えて高品位な表示を行うことができない点である。
特許文献３は、調光素子が反射モードとなった場合の鏡となる方向が観察者側を向いている。複数の調光素子を適用していないため、表示方向を切り替えることができない。表面側、裏面側のいずれの方向にも選択的に光を出射させる事ができない。また、特許文献３の構成では、半透過型であるため調光素子とバックライトを組み合わせた構造になるが、仮に特許文献３の液晶素子の部分をバックライトを介して反対側にもう一枚配置した構成としても、調光素子が反射モードの際に光反射面となる方向が観察者側を向いている。調光素子は、その特性上反射モードになったとしても両面とも鏡のように光を反射することはなく、鏡面となる方向と反対側においては青色を呈するようになる。これは、調光層が透明となったとしても、調光層の下部に様々な薄膜層が存在することなどから、鏡面となった方向と反対側は十分な光反射を得ることができない。そのため、この構造でバックライトと反対側に同じ液晶素子を配置したとしても十分な特性を得ることができない。
また、特許文献６の構造では、液晶素子部を中央に配置しバックライト部を液晶素子を挟み込むように配置したため、透過状態における光拡散を考慮することができず、直進光のみによる表示という見づらい形態になってしまっている。また、表方向、裏方向同時に表示を行おうとした場合、一方から見た場合に正しい映像となるようにすると、他方から見た映像は鏡像となり問題である。良好な表示を得るためには、導光板から出射する光に拡散性を持たせる必要があるが、バックライトから出射した光を拡散させるためには、導光板の表面に拡散する物質を塗布するか、散乱シートが必要となる。液晶表示素子のパネル面と平行に拡散シートを配置した場合、透過する光が拡散されるため、背面からの光はボケてしまう。背面から表示映像が入射しているとすると、スリガラス越しに映像を見ていることと同義となるため、常に見づらく実用的ではない。なお、透明な導光板としては、反射型液晶素子の照明装置（フロントライト）として用いられている導光板形状のように、導光板表面に楔形の形状をつけることにより光を投影することが可能な形状もある（ウェッジ型導光板という）。この場合には、反射型液晶素子が有する散乱反射機能により反射光が拡散されるため見やすい表示を得ることができる。ただし、このウェッジ型導光板からの光も拡散性が低いため、反射型液晶素子を用いない特許文献６の構造にこのようなウェッジ型導光板を用いたとしても、透過光は自然な感じに見えることはなく、見づらい表示となることには変わりはない。さらに、この構造では、比較的重量がかさむ導光板を２枚用いるために、液晶素子パネルを２枚用いるよりも重くなるという課題もある。
一方、特許文献４は、表面に配置することで表示を遮断して鏡の機能を提供することにある。また、特許文献５は、散乱−透過型の素子と反射−透過型素子の調光素子を組み合わせたものである。このため、この二つの技術でも、観察者の利用シーンに応じて表示部からの光出射方向を表面側、裏面側に切り替えて高品位な表示を行うことができない
そこで、前記の課題を解決すべく、本発明の目的は、これらの問題を解決するために、観察者の利用シーンに応じて表示部からの光出射方向を表面側、裏面側、場合によっては両面出射を任意に切り替えることが可能であり、表示品位も落とすことのない液晶表示装置を提供することである。最終的には、機構が簡単で故障の可能性を減らした可搬性のある携帯型情報装置を提供することである。
本発明の表示素子は、図１に示されている基本構造のように面状に形成され、面の両方の方向に光を出射することが可能な面状発光体（以下バックライトと表現する）と、前記面状発光体を狭持するように配置され、光反射状態と光透過状態とを外部から電気的に切り替え得る調光素子２枚と、さらに外部に前記面状発光体と前記調光素子を狭持するように配置された液晶素子２枚とを有し、前記調光素子は、前記調光素子に印加する電圧により光の出射方向を片面のみ、両面ともに切り替えることが可能であり、その結果、表示方向を任意に切り替えることが可能である。
この構造を用いることにより、利用者が表面側から表示を見たい場合には、表面側に配置された調光素子を透過モードにし、裏面側に配置された調光素子を反射モードにすることにより、また、裏面側から表示を見たい場合には表面側に配置された調光素子を反射モードにし、裏面側に配置した調光素子を透過モードにすることで、不要な方向へ出射しようとする光を利用者側に誘導することが可能である。
本発明の表示素子に用いる面状発光体は、例えば、表面以外の部分に点状の白濁部もしくは屈折率の不均一部分を有し、面状発光体の横に光源が配置される。
本発明の表示素子に用いる調光素子は、面状発光体を基板として用い、面状発光体側から反射調光層、触媒層、固体電解質層、イオン貯蔵層、透明電極の順番に設けられている。
また、本発明による表示素子を用いることにより、表示輝度の低下を起こさず、不要な方向への表示動作による情報漏えいの不安なく、また、表示部の重量がかさむことによる転倒の不安なしでクラムシェル型とスレート型を共用させることが可能な表示部を実装した可搬型の携帯情報装置を提供することを可能とする。
本発明によれば、ひとつの表示素子により表面側と裏面側それぞれに表示を行うことが可能であり、また、表示を行う方向を任意に決定することができる表示素子を提供することが可能となる。また、本発明による表示素子を実装した可搬型の携帯型情報装置は、簡単な構成でスレート型とクラムシェル型を切り替えることが可能となり、重量の軽減や複雑なヒンジ部が不要なため、低コスト化を図ることができる。また、不要な方向への光出射を行わないため、消費電力の低減や情報漏えいの防止などを可能とすることができる。
本発明の第１の実施の形態を示す表示部の基本構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す表示部を実装した可搬型携帯情報端末構造のストレート形態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す表示部を実装した可搬型携帯情報端末構造のクラムシェル形態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す調光素子の層構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す調光素子を用いたバックライトの作成方法と構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す調光素子を用いた導光板において導光板内部にレーザーを用いて白濁部を作成する手法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態を示す調光素子を用いたバックライトの構造において光源として直下型のバックライトを適用した場合の図面である。 本発明の第１の実施の形態を示す調光素子を用いたバックライトの構造において光源として面発光型のものを適用した場合の図面である。 従来の平面表示素子の構造を示す断面図である。 従来例における光の伝播を示す断面図である。
［第１の実施の形態］
本発明における第１の実施の形態は、図１に示した液晶素子１０４ａ、１０４ｂを用いた構造である。以下の説明は図１を基にして説明する。
本実施の形態においては、図１に示すように中央部にバックライト部１０３を配置し、バックライトを挟み込みように２枚の液晶素子１０４ａ、１０４ｂを配置した構造となる。調光素子１０１は、バックライト部１０３と液晶素子１０４ａおよび１０４ｂの間に調光素子を光反射モードにした際に光反射側となる面をバックライト部１０３に向けて配置する構造とする。
調光素子１０１は、電圧を印加することで、光透過モードと光反射モードの切り替えが可能となる。印可する電圧は直流電圧であり、極性を反転させることにより光透過モードと光反射モードを切り替えることが可能である。このスイッチ機構が電圧制御部１０５ａおよび１０５ｂである。調光ミラーは、光反射面側にプラス電圧を印可した場合に光反射モードになり、光反射面側にマイナス電圧を印可した場合に光透過モードとなる。この時に印可する電圧はプラス電圧、マイナス電圧いずれの場合においても１Ｖ程度である（反応終了後は電圧を切っても良い）。
従って、図１の場合、電圧制御部１０５ａ、１０５ｂ共に光反射面側にマイナスの電圧を印可しているため液晶素子１０４ａ側、１０４ｂのいずれの側に配置された調光素子共に光透過モードになっているため、バックライト部１０３からの光は、それぞれの側にある調光素子１０１を透過し液晶素子１０４ａ、１０４ｂから外部に出射する状態である。従って、この状態の場合、いずれの側からも表示を観察することが可能である。
電圧制御部１０５ａ、１０５ｂいずれかのスイッチを切り替え印加電圧の方向を変えた場合、例えば電圧制御部１０５ａから光反射面側に印可する電圧をプラス側に変化させた場合、電圧制御部１０５ａに接続された調光素子１０１は、光反射モードに変化するため、バックライト部１０３からの光は、液晶素子１０４ａに到達せず、液晶素子１０４ａ側では、表示を見ることができなくなる。このようなことにより、両面から表示を見る状態と片面からのみ光を見ることができる状態を切り替えることが可能になるのである。
本実施の形態の構成では、上記の状態を確認するため、ガラス上に作成した調光素子１０１をバックライト１０３と液晶素子１０４ａ、１０４ｂの間に挿入することにより本発明の目的とする動作の確認を行った。
図３は、調光素子１０１の構造を詳細に示した図であり次の手順で作成した。ベースとなる基板としては、ガラス基板３０１を用いた。このガラス基板３０１の上に透明導電膜３０２としてＩＴＯをスパッタ法で１００ｎｍ蒸着、イオン貯蔵層３０３としてタングステンをターゲットとし、雰囲気中に酸素を導入してスパッタを実施し作成したＷＯ３層を１０００ｎｍ蒸着した。その後、硫酸を用いて水素導入処理をおこないＨ：ＷＯ３層とする。さらにその上に固体電解質層３０４としてＴａターゲットを用いた酸素導入反応性スパッタ法により４００ｎｍ形成、この上に触媒層３０５としてパラジウム（Ｐｄ）を４ｎｍ蒸着した後にマグネシウムとニッケルをターゲットとして蒸着を実施して反射調光層３０６を形成した。但し、この際にターゲットとして用いるマグネシウムとニッケルの合金として、ひとつのターゲットの面積をマグネシウム１：ニッケル２の割合で細かく分割したブロックまたは短冊状にターゲットを配置することで両方の金属を一回の蒸着工程で合金とすることを可能としたターゲットを用いて行った。
このようにして作成した調光素子３００を図１の調光素子１０１として反射調光層３０６をバックライト１０３側に向くように配置することにより作成した。
本実施の形態では、調光素子を用いることで光の出射方向を表側、裏側に切り替えることを可能としているが、調光素子１０１は、一般に液晶素子ほどの高速スイッチングはできず、スイッチングにはある程度（数秒程度）の時間を必要とする。
そのため、光の出射方向を切り替えている間、場合によっては両方向に光を出射することが考えられ、思わぬ光漏れのために観察者にショックを与えることが考えられる。これを避けるためには、光の出射方向を切り替える期間、いずれの方向にも光を出射させないように制御することが望ましい。
このような考えによる調光素子の切り替えのシーケンス例を次に記す。
１） 表示方向の切り替え開始
２） バックライト部１０３を挟むように配置された２枚の液晶素子１０４ａ、１０４ｂを双方とも黒表示とする。
３） 調光素子１０１の状態を変更開始（光を出射させたい方向に配置されている電圧制御部１０５ａまたは１０５ｂの電圧を切り替える。例えば、１０４ａ側で表示を行いたければ、電圧制御部１０５ａが接続された調光素子１０１の光反射面側をマイナス側にスイッチ、一方、電圧制御部１０５ｂが接続された調光素子１０１の光反射面側をプラス側にスイッチする。）
４） 調光素子１０１の状態変更終了
５） 調光素子１０１を透過状態にした側の液晶素子１０４ａ、１０４ｂの表示動作開始
（上記３）の例では液晶素子１０４ａの表示動作を開始する。）
６） 調光素子１０１を反射状態にした側の液晶素子１０４ａ、１０４ｂの表示動作を停止（上記3）の例では液晶素子１０４ｂの表示動作を停止する。なお、多少消費電力が上がるが、黒表示のままでも特に問題にはならない。）
７） シーケンス終了
また、次のように切り替え時にバックライトを消灯しても構わない。
１） 表示方向の切り替え開始
２） バックライト１０３の発光停止、表示させたい方向の液晶素子１０４ａ、１０４ｂのいづれかまたは両方の表示動作を開始
３） 調光素子１０１の状態を変更開始（光を出射させたい方向に配置されている電圧制御部１０５ａまたは１０５ｂの電圧を切り替える。例えば、１０４ａ側で表示を行いたければ、電圧制御部１０５ａが接続された調光素子１０１の光反射面側をマイナス側にスイッチ、一方、電圧制御部１０５ｂが接続された調光素子１０１の光反射面側をプラス側にスイッチする。）
４） 調光素子１０１の状態変更終了
５） バックライト１０３の発光開始
６） シーケンス終了
なお、上記のシーケンスは一例であり、必要なことは、調光素子１０１の状態が変化している間は、ディスプレイ部から観察者側に光が出なければよい。さらに、場合によっては、バックライト１０３や液晶素子１０４ａ、１０４ｂの状態はそのままで、例えば、透過状態の調光素子を反射状態に遷移させてから他方の調光素子を透過状態に切り替えてもよい。また、調光素子１０１の状態が変化している間の時間、ディスプレイ部に特定のパターンを表示させるなど、状態が変化している間の時間を積極的に利用し、デザイン性や広告効果を狙うという利用の仕方も考えられる。
［第２の実施の形態］
本実施の形態においては、第１の実施の形態においては単体で実装させた調光素子１０１とバックライト部１０３を統合することにより薄型化を実現した形態を示す。
ただし、この構成の場合、単純に調光素子１０１をバックライト１０３上に形成したとしてもバックライト１０３を構成する導光板の中を全反射により透過している光を外部に導く機構が存在しなくなるためバックライトとして利用することはできなくなる。本実施の形態では、図４に示した手法によりバックライト４０７を形成した。
本実施の形態で採用したバックライト４０７の製造方法を記した図を図４に示す。調光素子４０１の作成方法は、基板をガラスからアクリル材料にした点と、調光素子部形成時に図３に示す各膜の成膜順を逆にする点が第１の実施の形態と異なる。すなわち、アクリル基板４０３上に反射調光層、触媒層、固体電解質層、イオン貯蔵層、透明導電膜の順番に各膜を形成した。各膜の形成方法は第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態では調光素子部を形成する面のアクリル基板４０３表面は凹凸がなく平面である。前記の製造方法によりアクリル基板４０３上に調光素子４０１を作成したものを２枚作成し、一方のアクリル基板の調光素子４０１が形成された面と反対側の面に白色インク４０２を印刷法により所定の形状に塗布する。その後、白色インク４０２を形成された基板と、形成されていない基板を、調光素子部が外側に向くようにして重ね合わせ、その間隙に接着剤４０４を充填する。ここでは、比較的低温で硬化する熱硬化型の接着剤４０４を用いた。ただし、紫外線硬化型の接着剤を用いて調光素子を透過状態にして紫外線を照射することにより同様の効果は得ることができる。また、接着剤によらず３Ｍ社のＯＣＡシートに代表されるような粘着剤（粘着シート）を用いて貼り合わせても同様の効果を得ることは可能である。
このようにして作成したバックライト４０７は、重ねあわされることによって作成された導光板部を調光素子４０１が挟む構造となっている。調光素子４０１が鏡面の場合、光源４０５から出射した光が導光板部４０８内を全反射しながら進み、進行軸上に白色インク４０２があった場合、拡散され全反射条件が崩れて基板表面から外部に出射する。本実施の形態の場合、本来なら全反射条件外の光であっても調光素子４０１において反射されてしまうため、光源付近で光強度が高くなる不具合が確認された。そのため本実施の形態では、図４(c)のように光源から一定の距離（本実施の形態では５ｍｍとしたが、長いほど全反射条件外の光が消滅するので良くなる）を置くことがバックライトとしての光の均一性を得るために重要である。同様のことは端部でも生じるため、望ましくは、同様に端部付近においては調光素子４０１を形成しないようにすることが望ましい（例えば無実装部４０６のような構造が好ましい。ただし、この無実装部４０６が無くともバックライトとしての動作に問題はない。）。
上記のようにして作成した表面に調光素子層を具備したバックライト４０７をバックライト１０３の代わりに用いて、図１のような構成として表示部を作製した。（このときにバックライト部と液晶素子部の間には、通常の液晶素子と同じように拡散シート、集光シートなどを配置しているが、本発明の必須用件ではないので図示はしていない。）表面側、裏面側の調光素子の状態を制御し、出射光側の液晶素子を能動状態、反対側の液晶素子を遮光状態とすることにより非常に効率よく表示動作を行えることが確認された。また、液晶素子を逆の構成とすることにより反対側の面から同様の表示が可能であることも確認できた。
上記の構成においては、導光板の中央部分に白色インクを印刷し貼り合わせることにより導光板部４０８中を全反射している光の全反射条件を崩し、外部に光を出射させることを実現したが、導光板として用いているアクリル板の外部からレーザーなどを用いて中央部分に白濁部分を形成するレーザースポットによる白濁部分の作成方法を図５に記載する。この場合、アクリルによる透明導光体５０３のバルク部分に外部からレーザー光線５０１を集光レンズ５０４を介して集光して照射することにより透明導光体５０３のバルク部分に白濁部５０２を作成した。このように作製したものを図４における導光体部の代わりに用いても動作に差異はなかった。
さらに、本実施の形態では導光体部を構成する材料としてアクリル板を用いた例を説明したが、本発明の効果はアクリル板に限られてはおらず、板状で透明であれば無機材料、有機材料を問わずに適用可能である。
図４の構造においては、光源が導光板の横に配置され、光源から出射した光を導光板の内部に多重反射させて、その一部を外部に出射させることにより面状の光源とする、いわゆるサイドライト型の構造に関して述べたが、光源としては図４のような構造だけではなく、図６のように光源筐体６０２の内部に光源６０３を配置することにより、面状の光源として動作させることが可能な直下型の光源を用いても構わない。この場合には、調光素子６０１は、調光素子が反射モードとなったときに光源筐体６０２側に光反射面となる方を向けて光源筐体６０２を挟み込むように配置する。
また、光源としてＥＬ素子のようにそれ自身が面状に発光する光源を用いても構わない。このような光源を用いる際には、図７に示すように、面発光体素子７０２（たとえばＥＬ素子）を真ん中に配置し、その面発光体素子７０２を調光素子７０１が反射モードとなったときに光反射面が面発光体素子７０２側になるように挟み込むように配置すればよい。
なお、これら上記の構造において、面状光源部を構成する部分と液晶素子部の間には、通常の液晶素子と同じように拡散シート、集光シートなどのシート郡を配置しているが、本発明の必須要件ではないので図示はしていない。また、このシート郡は、調光素子４０１,６０１,７０１と液晶素子の間に配置するだけではなく、調光素子４０１,６０１,７０１と光源筐体６０２の間にあっても構わないのは言うまでも無い。
本実施の形態で用いる液晶素子としては、ノーマリブラックタイプ（ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）やＶＡ（Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）に代表される）を用いると電圧無印加状態で遮光状態となるため、漏れ光を極めて抑制することが可能となる。また液晶素子のバックライト側に具備している偏光板の偏光方向を互いに直交させることで、両方から観察可能な状態としている場合において、直射日光などが外部から液晶素子に照射された強力な光が反対側の面から出射することを妨げることが可能になり、画質の低下が抑制された。
［第３の実施の形態］
本発明における第３の実施の形態は、図２Ｂを用いて説明を行う。
図２Ｂは、第２の実施の形態、第１の実施の形態で作成した表示部を実装した可搬型情報端末の構成図である。本実施の形態による可搬型情報端末は、表示部２０１と本体部２０２から構成され両者はヒンジ部２０３で接続された構成を有している（表示部と本体部が切り離され、無線で接続する形でも良い）。
本発明による表示部を具備した図２の可搬型情報端末は、電池や電源装置、キーボードなど大きく、重量がかさむ主要なパーツを本体部２０２に実装することが可能となる。また、表示部２０１は実質、表示素子と強度を確保するための部材のみで構成することが可能であるため軽量化が可能である。さらに、本発明による表示部は、表面側、裏面側に選択的に表示を行うことが可能であるため、表示部と本体部を重ねた場合には、裏面側の表示を有効にしてスレート形態で動作させることが可能となる。この場合、入力は画面をタッチすることによる指示のみに近くなるが、情報を確保することに主眼を置けば、この形態で十分利用価値がある。
また、表示部２０１を本体部２０２から起こして使う場合は、表面側の表示が有効になる。この時に切り替えに用いるスイッチは表示部２０１と本体部２０２を接続するヒンジの部分に設置を行い、表示部２０１を起こすというイベントを起点として第１の実施の形態で述べたような表示切替のシーケンスを動作させる。一方、両方向に光を出射させる状態は、操作者が指定する必要があるため、ソフトウェアもしくは別途用意したスイッチ（ハードスイッチ、ソフトスイッチを問わない）を操作することにより、第１の実施の形態で述べたような表示切替シーケンスを動作させることにより表示を切り替える。
この様に切替機構を設けることで、表示部２０１を本体部２０２から起こすことで、本体部２０２に具備されたキーボードやマウスパッドなどの入力装置を使うことができるため、高速に入力が可能であるという利点がある。また、重量がかさむパーツを本体部２０２に格納しているため、重心を低くすることができ、転倒などのリスクを回避することができるなど利点が多い。
また、本発明の実施の形態においては、説明の図面内にＴＦＴなどのアクティブ素子（３端子素子、２端子素子）に関して記載していないが、本発明の効果は表示素子がアクティブ型であるか、パッシブ方であるかに関しては関係がなく、アクティブ素子の有無は本質的ではないため、省いてある。従って、液晶素子の駆動方法がアクティブ駆動であるか、パッシブ駆動であるかで本発明の効果が低下することは無いということは言うまでもない。
本発明の活用例として、ノートＰＣ、タブレット端末、スマートフォン型端末、携帯電話機、デジタルカメラ、液晶テレビなどに使用される液晶表示装置が挙げられる。
１０１ 調光素子
１０３ バックライト（面状発光体）
１０４ａ 液晶素子
１０４ｂ 液晶素子
１０５ａ 電圧制御部
１０５ｂ 電圧制御部
２０１ 表示部
２０２ 本体部
２０３ ヒンジ部
３００ 調光素子
３０１ ガラス基板
３０２ 透明導電膜
３０３ イオン貯蔵層
３０４ 固体電解質層
３０５ 触媒層
３０６ 反射調光層
４０１ 調光素子
４０２ 白色インク
４０３ アクリル基板
４０４ 接着剤
４０５ 光源
４０６ 無実装部
４０７ バックライト
４０８ 導光板部
５０１ レーザー光線
５０２ 白濁部
５０３ 透明導光体
５０４ 集光レンズ
６０１ 調光素子
６０２ 光源筐体
６０３ 光源
７０１ 調光素子
７０２ ＥＬ発光部
８０１ 液晶素子
８０２ バックライト
８０４ 光出射方向
９０１ａ、９０１ｂ 液晶素子
９０２ バックライト
９０４ 光出射方向

Claims (5)

  1. 面状に形成され、面の両方の方向に光を出射することが可能な面状発光体と、前記面状発光体を狭持するように配置された光反射状態と光透過状態とを外部から電気的に切り替える調光素子２枚と、さらにその外部に前記面状発光体と前記調光素子を狭持するように配置された液晶素子２枚とを有し、前記調光素子は、前記調光素子に印加する電圧により光の出射方向を片面のみ、両面ともに切り替え、表示方向を任意に切り替える機能を有し、
    前記面状発光体は、１対の面状透明体を貼り合わせた構造を有しており、片方の面状透明体の一方の表面に白色インク部を有しており、他方の表面に前記調光素子を具備し、他方の面状透明体のひとつの表面に前記調光素子を具備し、両方の前記面状透明体をそれぞれの調光素子を具備する側を外側にして接着剤もしくは粘着剤により貼り合わせたことを特徴とする表示素子。
  2. 面状に形成され、面の両方の方向に光を出射することが可能な面状発光体と、前記面状発光体を狭持するように配置された光反射状態と光透過状態とを外部から電気的に切り替える調光素子２枚と、さらにその外部に前記面状発光体と前記調光素子を狭持するように配置された液晶素子２枚とを有し、前記調光素子は、前記調光素子に印加する電圧により光の出射方向を片面のみ、両面ともに切り替え、表示方向を任意に切り替える機能を有し、
    前記調光素子は、前記面状発光体側から反射調光層、触媒層、固体電解質層、イオン貯蔵層、透明導電膜の順番に設けられていることを特徴とする表示素子。
  3. 前記面状発光体は、前記面状発光体の内部に所定のパターンに設けられた複数の点状の白濁部を有しており、前記面状発光体の横に光源を具備していることを特徴とする請求項２に記載の表示素子。
  4. 前記液晶素子として、ノーマリブラック型の液晶モードを用いていることを特徴とする請求項１から３の一に記載の表示素子。
  5. 請求項１から４の一に記載された表示素子を有する表示装置を表示部、入力装置を具備する部分を本体部としたとき、前記表示部と前記本体部を重ねたときには前記表示部の外側になる方向に光が出射するように制御され、前記表示部を前記本体部から起こしたときには前記表示部の内側となる方向に表示が可能になるように制御したことを特徴とする携帯型情報装置。
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