JP6719551B2 - 光学装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置などの表示装置に利用される光学装置、および、この光学装置を用いる表示装置に関する。

タブレットＰＣ（Personal Computer）、ノートＰＣ、スマートフォン等の携帯電話など、個人使用の電子機器では、周囲の第三者に画面を覗き見られたくないという要望が有る。そのため、これらの電子機器では、周囲の第三者に画面を覗き見られないように、画面の視野角を狭くすることが行われている。

例えば、特許文献１には、偏光子の吸収軸が膜面に対して略垂直に配向している垂直偏光膜と、偏光子の吸収軸が膜面に対して略水平方向に配向している水平偏光膜とを積層してなる複合偏光板が記載されている。
この複合偏光板は、上下斜め方向からの入射光を効果的に減光することができる。従って、この複合偏光板は、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイの画面上に載置するだけで、視野角の特定な斜め２方向を遮光エリアとして、画面の視野角を狭くできる。

その反面、この複合偏光板を画面上に載置すると、特定の方向からの視野角が狭い状態で固定されてしまう。そのため、再度、通常の広視野角での画像表示を行う場合には、複合偏光板を取り外す必要がある。
すなわち、この複合偏光板を用いた場合には、通常の広視野角での画像表示と狭視野角での画像表示とを切り換るためには、画面上への複合偏光板の着脱が必要になる。

一方、タブレットＰＣやノートＰＣなどの電子機器において、横からの覗き見防止などのセキュリティー確保と、必要な場合における横からの十分な視認性とを実現するために、通常の広視野角での画像表示と、狭視野角での画像表示とを切り換えることができる表示装置が、各種、提案されている。

例えば、特許文献２には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）およびＷ（白）のサブピクセルに対応するゲート配線およびデータ配線を有する第１基板と、ゲート配線とデータ配線との交点に配置される薄膜トランジスタと、Ｒ、Ｇ、ＢおよびＷのサブピクセル内に備えられるプレート型の第１共通電極と、薄膜トランジスタに接続され、第１共通電極と絶縁されて複数のスリットを有する画素電極と、第１基板に対向合着される、第１基板との空間に液晶層が備えられる第２基板と、第２基板上にＷサブピクセルに対応するように形成されるプレート型の第２共通電極とを有する液晶表示装置が開示されている。
この液晶表示装置では、Ｗサブピクセルに対して、広視野角での画像表示の場合には、Ｒ、ＧおよびＢの隣接サブピクセルと同様にＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードで駆動して視野角を広め、かつ、Ｗ輝度も補償すると共に、狭視野角での画像表示の場合には、Ｒ、ＧおよびＢの隣接サブピクセルとは異なる、垂直電界を形成するＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モードで駆動することにより、視野角を減少することを可能にしている。

また、特許文献３には、視野角が一次元方向に制限された画面と、この画面に表示する画像の正立方向が視野角の制限方向に対して略直交するパーソナルビューモードと、画像の正立方向が視野角の制限方向に一致するマルチビューモードとを切り換える画像表示切替手段とを有する表示装置が開示されている。
すなわち、この表示装置では、マイクロプリズムシート等によって画面の視野角を一次元方向に制限すると共に、画像を９０°回転して、視野角の制限方向に画像の天地を一致させるか否かによって、広視野角での画像表示と狭視野角での画像表示との切り換えを可能にしている。

特開２００８−２７５９７６号公報 特開２００７−１７８９７９号公報 特開２００４−２７９８６６号公報

これらの表示装置によれば、何らかの部材の着脱を行うことなく、１台の表示装置によって、通常の広視野角の画像表示と、狭視野角の画像表示とを切り換えることができる。

しかしながら、特許文献２の液晶表示装置では、Ｗサブピクセル、複数の基板、および、複数の共通電極などを有する特殊な構造の液晶表示パネル、および、異なるモードでの液晶表示装置の駆動が必要であり、表示装置の構成が複雑になってしまう。
また、特許文献３の表示装置では、広視野角の表示と狭視野角の表示とを切り換えるために、画像を９０°回転する必要があり、余分な画像処理が必要になってしまう。また、通常の表示装置では、画面の縦横比が異なるため、特許文献３の表示装置では、広視野角の表示と狭視野角の表示とで、画像の縦横比が異なってしまう。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにある。本発明は、タブレットＰＣやノートＰＣなどに用いられることにより、部材の着脱や画像処理などを行うことなく、簡易な動作で、通常の広視野角での画像表示と、視野角を制限した狭視野角での画像表示とを切り換えることができ、しかも、構成も簡易な光学装置、および、この光学装置を用いる表示装置を提供する。

本発明の光学装置は、偏光板と、
厚さ方向に配向している液晶化合物、および、フォトクロミック材料を有し、光が照射されることによってフォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向の光透過率が、厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなる、複合膜と、
複合膜のフォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を、複合膜に出射する光出射部と、を有する。

上記光学装置は、光出射部が、紫外線を出射するものであることが好ましい。

本発明の表示装置は、表示素子と、上記光学装置と、を有する。

上記表示装置は、表示素子が液晶表示素子であることが好ましい。
上記表示装置は、光学装置の光出射部が、液晶表示素子で画像を表示するためのバックライトユニットを構成することが好ましい。
上記表示装置は、光学装置の偏光板が、液晶表示素子で画像を表示するためのバックライトユニット側偏光板を構成することが好ましい。

本発明の光学装置は、構成が簡易で、タブレットＰＣやノートＰＣなどと組み合わせることにより、部材の着脱等を行うことなく、しかも、簡易な動作で、通常の広視野角での画像表示と、視野角を制限した狭視野角での画像表示とを切り換えることができる。また、本発明の表示装置は、本発明の光学装置を利用することにより、簡易な構成および簡易な動作で、部材の着脱等を行うことなく、しかも、通常の広視野角での画像表示と、視野角を制限した狭視野角での画像表示とを切り換えることができる。

本発明の光学装置の一例の概念的に示す図である。 図１に示す光学装置の構成を説明するための概念図である。 図１に示す光学装置の作用を説明するための概念図である。

以下、本発明の光学装置および表示装置について、添付の図面に示される好適な実施例を基に、詳細に説明する。

なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」または「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。

図１および図２に、本発明の光学装置の一例を概念的に示す。
図１および図２に示すように、光学装置１０は、光源ユニット１２と、導光板１４と、複合膜１６と、偏光板２０とを有する。図示例においては、光源ユニット１２と導光板１４とで、複合膜１６のフォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を複合膜１６に出射する、本発明における光出射部を構成する。
なお、導光板１４と複合膜１６、および、複合膜１６と偏光板２０は、離間していてもよく、あるいは、積層されているだけでもよく、あるいは、シート状の光学装置および光学素子の貼り合わせに用いられる、光学透明接着剤(ＯＣＡ(Optical Clear Adhesive))、光学透明両面テープ、光学透明粘着シート、紫外線硬化型樹脂等の、接着剤または粘着剤で貼り合わされていてもよい。

図１および図２は、光学装置１０を用いる、本発明の表示装置の一部を概念的に示している。図１および図２は、一例として、光学装置１０を液晶表示装置に利用した例である。以下の説明では、液晶表示装置をＬＣＤ（Liquid Crystal Display）とも言う。
すなわち、光源ユニット１２および導光板１４は、光学装置１０における光出射部であると共に、ＬＣＤのバックライトユニットでもある。また、偏光板２０は、光学装置１０における偏光板であると共に、ＬＣＤのバックライト側（背面側）の偏光板でもある。さらに、偏光板２０の図中上方には、薄膜トランジスタおよび液晶セル等を有する液晶表示素子（液晶表示パネル）、前面側の偏光板、プリズムシートなどの光拡散手段など、一般的なＬＣＤが有する、公知の各種の部材が配置される。
なお、上記ＬＣＤは、例示した部材以外にも、公知のＬＣＤが有する、公知の各種の部材を有してもよい。

光源ユニット１２は、複数の光源を一方向に配列してなるものである。
図２に示すように、光源ユニット１２は、白色光源１２ｗとＵＶ（Ultraviolet）光源１２ｕとを、交互に配列してなる構成を有する。白色光源１２ｗは、ＬＣＤで画像表示を行うためのバックライトとなる白色光を出射する光源である。ＵＶ光源１２ｕは、後述する複合膜１６のフォトクロミック材料の光学特性を変化させる紫外光（ＵＶ光）を出射する光源（光出射部）である。

なお、図２においては、光源は、４つしか示してないが、本発明は、これに限定されない。また、光源ユニット１２は、白色光源１２ｗとＵＶ光源１２ｕとを交互に配列しているが、本発明は、これにも限定はされない。
すなわち、白色光源１２ｗの数は、ＬＣＤによる画像表示に十分な光量を出射できる数であればよく、他方、ＵＶ光源１２ｕの数は、後述する複合膜１６のフォトクロミック材料の光学特性を変化させるのに十分な光量を出射できる数であればよい。従って、白色光源１２ｗとＵＶ光源１２ｕとの配列は、白色光源１２ｗを３個に対してＵＶ光源１２ｕを１個や、白色光源１２ｗを６個に対してＵＶ光源１２ｕを１個など、様々な構成が利用可能である。

なお、バックライトの光量を全面的に均一にするためには、白色光源１２ｗは、配列方向に均等に配列されることが好ましい。同様に、複合膜１６のフォトクロミック材料の光学特性を全面的に適正に変化させるためには、ＵＶ光源１２ｕは、配列方向に均等に配列されることが好ましい。

白色光源１２ｗは、ＬＣＤのバックライトに用いられる公知の各種の光源が利用可能である。他方、ＵＶ光源１２ｕは、複合膜１６のフォトクロミック材料の光学特性を変化させられる光を出射可能な各種の光源が利用可能である。なお、フォトクロミック材料の光学特性を変化させる光は、紫外光に限定されず、使用するフォトクロミック材料に応じて、フォトクロミック材料の光学特性を変化させられる各種の光（光源）が利用可能である。
従って、白色光源１２ｗおよびＵＶ光源１２ｕは、必要とする波長（波長帯域）の光を出射できる光源であれば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、半導体レーザーなどの各種のレーザー、蛍光灯など、公知の各種の光源が利用可能である。

なお、白色光源１２ｗすなわちＬＣＤのバックライトとなる光源は、フォトクロミック材料の光学特性を変化させる波長（成分）を含まない光を出射するものであることが好ましい。あるいは、白色光源１２ｗは、フォトクロミック材料の光学特性を変化させる波長を含む場合でも、その光量がフォトクロミック材料の光学特性の変化には不十分なものであることが好ましい。

本発明において、光源ユニットは、図示例のように、複数の光源を一方向に配列する構成に限定はされない。
すなわち、光源は、蛍光灯、複数のＬＥＤを一列に配列してなる光源など、線状光源を利用してもよい。あるいは、例えば、バックライトとなる光を出射する光源は線状光源で、フォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を出射する光は、複数の光源をバックライト用の線状光源の長手方向に配列した構成であってもよい。

導光板１４も、ＬＣＤのバックライトユニットに用いられる、一般的な導光板である。
従って、導光板１４は、ＬＣＤのバックライトユニットで用いられる公知の各種の導光板が、全て利用可能である。

複合膜１６は、厚さ方向に配向している液晶化合物と、フォトクロミック材料とを有する。なお、フォトクロミック材料は、液晶化合物間に位置する（含まれる）ことが好ましい。

複合膜１６は、ＵＶ光源１２ｕを点灯していない状態では、何も無い状態と殆ど同じ状態になっており、光に対して何も作用しない。すなわち、光学装置１０（ＬＣＤ）では、ＵＶ光源１２ｕを点灯していない状態では、導光板１４から照射された光は、複合膜１６を単に透過する。
これに対して、複合膜１６は、ＵＶ光源１２ｕを点灯すると、紫外光によってフォトクロミック材料の光学特性が変化して、複合膜１６の厚さ方向の光透過率が、厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなる。言い換えれば、複合膜１６は、ＵＶ光源１２ｕを点灯すると、フォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向すなわち液晶化合物の配向方向と一致する方向に吸収軸を有する偏光板と同じような状態になる。

光学装置１０およびこれを用いる表示装置は、このような複合膜１６と、偏光板２０と、フォトクロミック材料の光学特性を変化させる紫外光を出射するＵＶ光源１２ｕおよび導光板１４とを有することにより、ＵＶ光源１２ｕの非点灯（ｏｆｆ）および点灯（ｏｎ）によって、ＬＣＤにおいて、通常の広視野角の画像表示と、狭視野角の画像表示との切り換えを可能にしている。
この点に関しては、後に詳述する。

本明細書において、『液晶化合物が厚さ方向に配向している』とは、複合膜１６の膜面（主面（最大面））に対して、液晶化合物が８０〜９０°の角度で配向していることを意味する。液晶化合物は、複合膜１６の膜面に対して、８５〜９０°に配向していることが好ましく、垂直（９０°）に配向していることが最も好ましい。
なお、本明細書において、『液晶化合物が厚さ方向に配向している』とは、液晶化合物が棒状液晶化合物である場合には、棒状液晶性化合物のダイレクタの方向が複合膜１６の膜面に垂直であることを言い、液晶化合物がディスコティック液晶性化合物である場合には、ディスコティック液晶性化合物の円盤面の法線の方向が複合膜１６の膜面に平行であることを言う。
液晶化合物が厚さ方向に配向していることは、例えば、複合膜１６の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより確認することができる。

本明細書においては、ＵＶ光源１２ｕを点灯した状態における複合膜１６の吸収軸は、液晶化合物の配向方向と同じ厚さ方向を意味し、すなわち、複合膜１６の膜面に対して８０〜９０°の角度になる。さらに、ＵＶ光源１２ｕを点灯した状態における複合膜１６の吸収軸は、複合膜１６の膜面に対して、８５〜９０°であることが好ましく、垂直（９０°）であることが最も好ましい。

このような複合膜１６は、一例として、表面に配向膜を有する基材上に、少なくとも液晶化合物およびフォトクロミック材料を含む液晶組成物を塗布し、ゲスト−ホスト法によって液晶化合物を垂直配向させ、硬化させて液晶化合物の分子が略垂直配向状態で固定している層を形成することで、作製できる。
すなわち、複合膜１６は、一例として、配向膜を有する基材と、液晶組成物を硬化してなる層とで形成される。

具体的には、複合膜１６は、表面に配向膜を有する基材上に、少なくとも液晶化合物を含む液晶組成物を塗布し、硬化させて該液晶化合物の分子が略垂直配向状態で固定している液晶フィルムと、同様に作製できる。
この液晶フィルムの作製では、少なくとも液晶化合物、および溶媒、必要に応じて配向剤等を含む液晶組成物を、配向膜を形成した基材上に塗布し、乾燥させて液晶塗膜を形成する。従って、複合膜１６は、液晶フィルムを作製するための液晶組成物に、さらにフォトクロミック材料を添加した液晶組成物を用いて作製することができる。

−基材−
複合膜１６に用いられる基材としては、その形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基材の形状は、例えば平板状、シート状などが挙げられる。基材の構造は、単層構造、または積層構造を適宜選択できる。

基材の材料としては、特に制限はなく、無機材料および有機材料のいずれをも好適に用いることができる。
無機材料としては、ガラス、石英、シリコン、などが挙げられる。
有機材料としては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等のアセテート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

基材は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。
基材の厚さには特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１０〜５００μｍが好ましく、５０〜３００μｍがより好ましい。

−配向膜−
複合膜１６に用いられる配向膜は、一例として、基材の表面に積層された、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリビニルアルコール、およびアクリレートモノマーの硬化物等の膜が挙げられる。
また、配向膜は、光配向処理したものであってもよい。この光配向処理は、アゾベンゼン系ポリマー、ポリビニルシンナメート等の光活性分子に光化学反応を起こす波長の直線偏光や斜め非偏光を照射して光配向膜の表面に異方性を生成させる処理であり、入射光によって膜の最表面の分子長軸の配向が生成され、この最表面の分子に接触する液晶を配向させる駆動力が形成されている。
なお、光配向膜の材料としては、上述のものの他に、光活性分子が光化学反応を起こす波長の直線偏光照射による光異性化、光二量化、光環化、光架橋、光分解、光分解−結合のうち、いずれかの反応により膜表面に異方性を生成するものであればよく、例えば、「長谷川雅樹、日本液晶学会誌、Vol.3 No.1,p3(1999)」、「竹内安正、日本液晶学会誌、Vol.3 No.4,p262(1999)」などに記載されている種々の光配向膜材料を使用することができる。
このような配向膜の上に液晶組成物を塗布すると、配向膜表面の微細な溝および最表面の分子の配向の少なくともいずれかを駆動力として液晶が配向される。

−複合膜１６を形成するための液晶組成物−
＜液晶化合物＞
複合膜１６を形成するための液晶組成物に用いられる液晶化合物としては、重合性基を有し、紫外線の照射によって硬化するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。液晶化合物としては、下記構造式で表される化合物が好適に挙げられる。

このような液晶化合物は、市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、ＢＡＳＦ社製の商品名：ＰＡＬＩＯＣＯＬＯＲ ＬＣ２４２；Ｍｅｒｃｋ社製の商品名：Ｅ７；Ｗａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍ社製の商品名：ＬＣ−Ｓｌｌｉｃｏｎ−ＣＣ３７６７；高砂香料株式会社製の商品名：Ｌ３５、Ｌ４２、Ｌ５５、Ｌ５９、Ｌ６３、Ｌ７９、Ｌ８３などが挙げられる。

液晶化合物の含有量は、液晶組成物の全固形分に対し１０〜９０質量％が好ましく、２０〜８０質量％がより好ましい。

＜空気界面垂直配向剤＞
前述のように、複合膜１６は、厚さ方向に配向している液晶化合物およびフォトクロミック材料を有し、ＵＶ光源１２ｕを点灯すると、紫外光によってフォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向すなわち液晶化合物の配向方向と一致する方向に吸収軸を有する偏光板と同じような状態になることが特徴である。
そのためには、媒質である液晶層（液晶化合物）は厚さ方向に配向している。基材の片面に設けられた配向膜上に形成される液晶層は、末端を疎水性に調整することにより、配向膜側から空気界面側まで略垂直配向になることもあるが、そのままでは空気界面で斜めに乱れることもある。そこで、複合膜１６を形成するための液晶組成物に、空気界面垂直配向剤を添加することにより、液晶層を安定的に厚さ方向に配向することができる。
このような空気界面垂直配向剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば特開２００６−３０１６０５号公報の段落番号＜０１１０＞〜＜０１９４＞に記載される化合物の中から適宜選択して用いることができる。
また、使用する液晶層との相互作用が強い高分子界面活性剤の中から選定して用いることができ、例えば、大日本インキ化学工業株式会社製のメガファックＦ７８０Ｆなどが好適に挙げられる。
このような空気界面垂直配向剤の含有量は、液晶組成物の全固形分に対し０．０１〜５．０質量％が好ましく、０．０５〜３．０質量％がより好ましい。

＜光重合開始剤＞
複合膜１６を形成するための液晶組成物は、光重合開始剤を含有することが好ましい。光重合開始剤としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ｐ−メトキシフェニル−２，４−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ｐ−ブトキシスチリル）−５−トリクロロメチル１，３，４−オキサジアゾール、９−フェニルアクリジン、９，１０−ジメチルベンズフェナジン、ベンゾフェノン／ミヒラーズケトン、ヘキサアリールビイミダゾール／メルカプトベンズイミダゾール、ベンジルジメチルケタール、チオキサントン／アミン、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
これらの光重合開始剤としては、市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、ＢＡＳＦ社製の商品名：イルガキュア９０７、イルガキュア３６９、イルガキュア７８４、イルガキュア８１４、ルシリンＴＰＯ、などが挙げられる。

光重合開始剤の添加量は、液晶組成物の全固形分質量に対し０．１〜２０質量％が好ましく、０．５〜５質量％がより好ましい。

＜溶媒＞
複合膜１６を形成するための液晶組成物に用いられる溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、オルソジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類；フェノール、ｐ−クロロフェノール、ｏ−クロロフェノール、ｍ−クレゾール、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾールなどのフェノール類；ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン等の芳香族炭化水素類；アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のケトン系溶媒；酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール等のアルコール系溶媒；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；アセトニトリル、ブチロニトリル等のニトリル系溶媒；ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒；二硫化炭素、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

＜フォトクロミック材料＞
複合膜１６を形成するための液晶組成物に用いられるフォトクロミック材料には、特に制限はなく、公知の各種のフォトクロミック材料が利用可能である。
フォトクロミック材料としては、一例として、米国特許出願公開第２００５／００１２９９８Ａ１号の段落＜００８９＞〜＜０３３９＞に詳細に記載されるものが挙げられるが、これらに限定されない。
なお、フォトクロミック材料の含有量は、液晶組成物の全固形分に対し３〜３０質量％が好ましく、５〜２０質量％がより好ましく、８〜１５質量％がさらに好ましい。

複合膜１６を形成するための液晶組成物は、公知の塗布方法で基材（配向膜）に塗布できる。塗布方法としては、例えば、スピンコート法、キャスト法、ロールコート法、フローコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート法、グラビア印刷法などが挙げられる。
複合膜１６を形成するための液晶組成物の硬化方法は、熱硬化でも、光硬化でもよいが、光硬化が特に好ましい。
なお、複合膜１６は、基材を有する構成に限定はされず、各種の構成が利用可能である。例えば、導光板１４を複合膜１６の形成面として、導光板１４の表面に配向膜を形成し、その上に、複合膜１６を形成するための液晶組成物を塗布して硬化してもよい。

偏光板２０は、一方向の透過軸を有する直線偏光板であり、ＬＣＤ等に用いられる、通常の偏光板である。
従って、偏光板２０は、ヨウ素化合物を含む吸収型偏光板やワイヤーグリッドなどの反射型偏光板等、一般的な各種の直線偏光板が利用可能である。

以下、図１および図２に加えて、図３の概念図を参照して光学装置１０の作用を説明することにより、光学装置１０およびＬＣＤ（表示装置）について、より詳細に説明する。

以下の説明では、便宜的に、表示装置における表示の上下方向すなわち表示の天地方向をｘ方向、ｘ方向と直交する左右方向をｙ方向、ｘ方向およびｙ方向と直交する、複合膜１６の厚さ方向をｚ方向とする。
図２および図３において、偏光板２０の矢印は吸収軸２０ａである。図示例においては、偏光板２０の吸収軸２０ａは、ｘ軸方向すなわち表示の上下方向と一致している。

光学装置１０を用いるＬＣＤにおいて、通常の広視野角での画像表示を行う場合には、光源ユニット１２のＵＶ光源１２ｕを点灯せずに、白色光源１２ｗのみを点灯している。

前述のように、光学装置１０においては、ＵＶ光源１２ｕを点灯していない状態では、複合膜１６は、何も無い状態と殆ど同様の状態になっている。
そのため、白色光源１２ｗから出射され、導光板１４によって伝播されて、導光板１４の主面から出射した白色光は、複合膜１６をそのまま透過して、偏光板２０によってｘ方向の直線偏光とされて、その上の液晶表示素子に入射し、画像の表示に供される。
従って、この状態では、ＬＣＤでは、通常の広視野角での画像表示が行われる。また、ＵＶ光源１２ｕを点灯していない状態では、複合膜１６は何も無い状態と殆ど同様なので、複合膜１６を有していても、光の透過率は高いまま維持される。

一方、ＵＶ光源１２ｕを点灯すると、白色光源１２ｗから出射された白色光と共に、ＵＶ光源１２ｕから出射された紫外光も複合膜１６に入射する。
前述のように、複合膜１６に紫外光が入射すると、複合膜１６のフォトクロミック材料の光学特性が変化する。このフォトクロミック材料の光学特性の変化によって、複合膜１６は、厚さ方向（ｚ方向）の光透過率が、厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなる。
すなわち、ＵＶ光源１２ｕを点灯すると、複合膜１６は、紫外光の入射によってフォトクロミック材料の光学特性が変化して、厚さ方向（液晶化合物の配向方向）すなわちｚ方向に吸収軸が生じたのと同様の状態になる。吸収軸が生じれば、吸収軸と直交する方向に透過軸が生じた状態になる。
従って、ＵＶ光源１２ｕを点灯すると、複合膜１６は、吸収軸が厚さ方向に一致した偏光板のような状態となる。

具体的には、図３に概念的に示すように、ＵＶ光源１２ｕを点灯すると、例えばｘ方向仰角４５°方向から表示画像を観察した場合には、複合膜１６は、ｚ方向に吸収軸ａ（実線の矢印）を有し、ｙ方向に透過軸ｔｙ（破線の矢印）を有する、ｚ方向およびｙ方向に平行な偏光板Ｙｐ（二点鎖線）のような状態となる。
また、同様にＵＶ光源１２ｕを点灯した際、例えばｙ方向仰角４５°方向から表示画像を観察した場合には、複合膜１６は、ｚ方向に吸収軸ａ（実線の矢印）を有し、ｘ方向に透過軸ｔｘを有する、ｚ方向およびｘ方向に平行な偏光板Ｘｐ（二点鎖線）のような状態になる。

ＵＶ光源１２ｕを点灯した状態で複合膜１６に生じる吸収軸ａは、ｚ方向すなわち厚さ方向である。そのため、ＬＣＤを正面すなわち画像の表示面と直交する方向（すなわちｚ方向）から観察した場合には、吸収軸ａは無いのと同様の状態であり、すなわち、複合膜１６は偏光板として作用しない。
従って、正面からは、ＬＣＤの表示画像を通常に観察できる。

一方、ＬＣＤをｘ方向から観察した場合には、複合膜１６は、ｚ方向およびｙ方向に平行な偏光板Ｙｐのようになる。吸収軸ａがｚ方向（厚さ方向）であるので、観察方向がｘ方向であり、かつ仰角の値が小さくなるほど、複合膜１６は、偏光板Ｙｐとしての作用が大きくなる。
従って、観察方向がｘ方向で仰角の値が小さくなると、複合膜１６を透過する光は、偏光板Ｙｐのｙ方向の透過軸ｔｙによる、ｙ方向の直線偏光となる。
ここで、複合膜１６の上に配置される偏光板２０の吸収軸２０ａはｘ方向であり、すなわち、透過軸はｙ方向である。従って、例えばｘ方向仰角４５°となる方向から観察した場合でも、複合膜１６を透過したｙ方向の直線偏光の光は、そのまま偏光板２０を透過して、液晶表示素子に入射して、画像表示に供される。
従って、ＵＶ光源１２ｕを点灯した状態でも、ｘ方向からは、通常に画像を観察できる。すなわち、ＵＶ光源１２ｕを点灯した状態でも、ｘ方向の視野角は狭くならない。

他方、ＬＣＤをｙ方向から観察した場合には、複合膜１６は、ｚ方向およびｘ方向に平行な偏光板Ｘｐのようになる。偏光板Ｙｐと同様、観察方向がｙ方向であり、かつ仰角の値が小さくなるほど、複合膜１６は、偏光板Ｘｐとしての作用が大きくなる。
従って、観察方向が、例えばｙ方向仰角４５°になると、複合膜１６を透過する光は、偏光板Ｘｐのｘ方向の透過軸ｔｘによる、ｘ方向の直線偏光となる。
ここで、複合膜１６の上に配置される偏光板２０の吸収軸２０ａはｘ方向である。従って、ｙ方向の例えば仰角４５°から画像を観察した場合には、複合膜１６を透過したｘ方向の直線偏光の光は、偏光板２０の吸収軸２０ａで吸収されてしまい、画像表示には供されない。
そのため、ＵＶ光源１２ｕを点灯した状態では、ｙ方向の任意の仰角から画像を観察することは、ｘ方向の任意の仰角からの観察に比べて困難である。すなわち、ＵＶ光源１２ｕを点灯することで、ｙ方向の視野角を狭くして、狭視野角の画像表示を行うことができる。
この例の場合、ｙ方向から観察したときに、厚さ方向の光透過率が、この厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなることとなる。

これは、例えば、光学装置１０のｙ方向から仰角０°と仰角４５°での光透過率の差として表すことができる。
測定機“ＥＺ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ ＸＬ８８”（ＥＬＤＩＭ社製）を用いて、仰角０°（正面方向）の輝度Ｙ０と、４５°の白表示における輝度Ｙ４５とを測定し、光透過率の比（Ｙ０／Ｙ４５）を算出することができる。
（Ｙ０／Ｙ４５）の値は、１０以上が好ましく、１００以上がより好ましく、１０００以上がさらに好ましい。
このような光透過率の差は、光源から偏光を出射し、複合膜を透過する光の透過率を測定してもよい。

また、ＵＶ光源１２ｕを消灯することで、複合膜１６のフォトクロミック材料の光学特性が元に戻って、ＵＶ光源１２ｕの点灯前の何も無い状態と同様になるので、通常の、広視野角の画像表示が行われる。
なお、ＵＶ光源１２ｕを消灯した際には、複合膜１６を加熱することにより、および／または、複合膜１６に紫外光とは異なる波長の光を照射することにより、フォトクロミック材料の光学特性が元に戻る時間の短縮化を図ってもよい。

以上のように、光学装置１０、および、この光学装置１０を用いるＬＣＤでは、ＵＶ光源１２ｕの点灯および消灯という簡易な操作で、通常の広視野角の画像表示と、一方向の視野角を狭くした狭視野角の画像表示とを切り変えることができる。
しかも、ＬＣＤとしての構成は、ＵＶ光源１２ｕおよび複合膜１６を追加しただけの、簡易な構成である。

以上の例では、図中ｙ方向の視野角を狭くしたが、偏光板２０の吸収軸２０ａの方向を選択することにより、所望の方向の視野角を狭くできる。
例えば、ＵＶ光源１２ｕの点灯によってｘ方向の視野角を狭くしたい場合には、偏光板２０の吸収軸２０ａを、ｙ方向にすればよい。
すなわち、視野角を狭くしたい方向と直交する方向に吸収軸２０ａを一致させて、偏光板２０を配置すれば、所望の方向の視野角を狭くできる。

図示例は、紫外線を照射した際にフォトクロミック材料の光学特性が変化して、複合膜１６が吸収軸および透過軸を有する偏光板として作用する例であるが、本発明は、これに限定はされない。
すなわち、紫外線を照射してフォトクロミック材料の光学特性が変化している状態で、複合膜が何も無い状態と同様の状態となり、紫外線の照射を止めて、フォトクロミック材料の光学特性が変化する前に戻った状態において、複合膜が吸収軸および透過軸を有する偏光板として作用する構成でもよい。

図示例において、ＬＣＤのバックライトユニットは、導光板１４を用いるエッジライト型であるが、本発明は、これに限定はされない。すなわち、導光板を用いずに、リフレクタ等を用いて光源の光を液晶表示パネルに出射する、いわゆる、直下型のバックライトユニットも、利用可能である。この際には、例えば、直下型のバックライトユニットのリフレクタの中に、バックライトとなる光を出射する光源と共に、フォトクロミック材料の光学特性を変化させるための紫外光等を出射する光源を配置すればよい。

また、図示例においては、光源ユニット１２および導光板１４が、ＬＣＤにおけるバックライトユニットと、光学装置１０におけるフォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を複合膜１６に出射する光出射部とを兼ねているが、本発明は、これに限定はされない。
すなわち、ＬＣＤにおける画像表示用のバックライトユニットと、フォトクロミック材料の光学特性を変化させるための光を複合膜に出射する光学装置の光出射部とを、別々に、独立して有してもよい。一例として、ＬＣＤにおけるバックライトユニットを直下型とし、フォトクロミック材料の光学特性を変化させるための光を出射する光出射部をエッジライト型として、直下型のバックライトユニットの光出射面の上に、光学装置の光出射部を構成する導光板を配置する構成が例示される。

さらに、図１および図２に示す例は、光学装置１０を液晶表示装置に組み込んだ例であるが、本発明の光学装置は、これに限定はされない。
すなわち、本発明の光学装置は、偏光板と、複合膜と、複合膜のフォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を複合膜に出射する光出射部とを有する、表示装置とは別の、単体の光学装置であってもよい。
光学装置単体で、１つの装置を構成する場合でも、光出射部は、エッジライト型でも、直下型でもよい。また、この際において、光出射部をエッジライト型とする場合には、導光板は、ＬＣＤのバックライトユニットに用いられる一般的な導光板が利用可能である。

一例として、このような表示装置とは別体の単体の光学装置としては、導光板および紫外光を導光板に出射する光源を有する光源ユニットを有する光出射部と、複合膜と、偏光板とを有する光学装置が例示される。すなわち、この光学装置は、光源ユニット１２が白色光源１２ｗを有さない以外は、図１と同様の構成を有する。
この光学装置は、例えば、ＬＣＤ、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ表示装置等の表示装置の表示面（観察面）に載置して、光源ユニットの光源を点灯および消灯することで、先と同様の作用によって、光源ユニットの光源を消灯した状態での通常の広視野角での画像表示と、光源ユニットの光源を点灯した状態での狭視野角での画像表示とを、切り換えることができる。

以上、本発明の光学装置および表示装置について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

［実施例］
＜フィルム０１の作製＞
下記の材料をミキシングタンクに投入し、加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、下記組成のセルロースアセテート溶液（ドープ）を調製した。
＜＜組成物＞＞
・セルロースアセテート（アセチル置換度２．８６）・・・１００質量部
・トリフェニルホスフェート・・・８質量部
・ビフェニルジフェニルホスフェート・・・４質量部
・メチレンクロライド・・・３６９質量部
・メタノール・・・８０質量部
・１−ブタノール・・・４質量部

調製したドープを３０℃に加温して、流延ギーサーを通してガラスプレート上に流延した。ガラスの表面温度は−５℃に、流延部全体の空間温度は１５℃にそれぞれ設定した。
流延後、１分間静置した後に４５℃で１分乾燥し、ガラスから剥ぎ取った。次に１１０℃で５分、さらに１４０℃で１０分乾燥し、厚さ８０μｍの保護フィルムを得た。これをフィルム０１とする。このフィルム０１が、複合膜１６の基材となる。

＜アクリル層の形成＞
下記に記載した材料、および溶剤をミキシングタンクに投入し、攪拌して、孔径０．４μｍのポリプロピレン製フィルターで濾過してアクリル層形成用組成物を調製した。
＜＜アクリル層形成用組成物＞＞
・化合物Ａ・・・７０質量部
・化合物Ｂ・・・３０質量部
・イソプロピルアルコール・・・４２５質量部
・酢酸メチル・・・１４２質量部

化合物Ａ：ＫＡＹＡＲＡＤ ＰＥＴ３０（日本化薬社製、下記構造の化合物の混合物、質量平均分子量は２９８で、１分子中の官能基の数は３．４（平均）。）

化合物Ｂ：ブレンマーＧＬＭ（日油社製、下記構造の化合物。）

このアクリル層形成用組成物に、アクリル層形成用組成物の固形分に対して、４質量％の光重合開始剤（イルガキュア１２７、ＢＡＳＦ社製）を添加した。

次に、フィルム０１上に、光重合開始剤を添加したアクリル層形成用組成物を、グラビアコーターを用いて塗布した。１００℃で乾燥した後、酸素濃度が１．０体積％以下の雰囲気になるように窒素パージしながら１６０Ｗ／ｃｍの空冷メタルハライドランプ（アイグラフィックス社製）を用いて、照度４００ｍＷ／ｃｍ²、照射量１５０ｍＪ／ｃｍ²の紫外線を照射して塗布層を硬化させ、フィルム０１上に、アクリル層を形成した。アクリル層の膜厚は、０．３μｍであった。このアクリル層が複合膜１６における配向膜となる。

＜複合膜１６の作製＞
フォトクロミック材料と液晶化合物とを含有する複合膜１６を形成するための、下記の組成を有する液晶組成物を調製した。
＜＜複合膜１６を形成するための液晶組成物＞＞
・Ｂ０１とＢ０２の合計・・・１００質量部
・Ｓ１・・・１質量部
・Ｓ２・・・０．５質量部
・Ｓ３・・・０．８質量部
・下記のフォトクロミック材料混合物・・・３質量部
・光重合開始剤（イルガキュアー９０７、ＢＡＳＦ社製）・・・３質量部
・増感剤（カヤキュアーＤＥＴＸ、日本化薬（株）製）・・・１質量部
・メチルエチルケトン（ＭＥＫ）・・・１９５質量部
・シクロヘキサノン（アノン）・・・２２質量部
この液晶組成物において、Ｂ０１およびＢ０２は液晶化合物であり、Ｓ１、Ｓ２およびＳ３は、前述の空気界面垂直配向剤である。

Ｂ０１： 下記構造の化合物

Ｂ０２： 下記構造の化合物

Ｓ１： 下記構造の化合物

Ｓ２： 下記構造の化合物

Ｓ３： 下記構造の化合物

上記式中、ａ：ｂは９０：１０である（質量比）。

フォトクロミック材料混合物： 下記表の混合物

上記の表において、フォトクロミックＡは、青色の活性化色を生じることが報告されたインデノナフトピランである。
フォトクロミックＢは、緑色を帯びた活性化色を生じることが報告されたインデノナフトピランである。
フォトクロミックＣは、赤褐色の活性化色を生じることが報告されたインデノナフトピランである。

調製した複合膜１６を形成するための液晶組成物を、バーコーターを用いて、アクリル層を形成したフィルム０１のアクリル層に、塗布量４ｍｌ／ｍ²で塗布した。
熟成温度１００℃で１２０秒間加熱し、その後、１００℃の温度を維持して、紫外線照射装置（紫外線ランプ：出力１６０Ｗ／ｃｍ、発光長１．６ｍ）により、照度６００ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を４秒間照射し、架橋反応を進行させた。その後、室温まで放冷し、複合膜１６を得た。

作製した複合膜１６を、アクリル板（厚さ２ｍｍ）に粘着剤（総研化学社製、ＳＫダイン）で貼合した。
この際に、液晶組成物を塗布した方の面と、アクリル板とが接触するようにした。

次に、ｉＰａｄ（ＡＰＰＬＥ社製）(登録商標）を分解し、液晶パネルとバックライトとの間に、複合膜１６を貼合したアクリル板を配置し、アクリル板の１つの端面に対向して、１０個のＵＶＬＥＤ（日亜化学製、ＮＳＰＵ５１０ＵＳ）を均等に配置した。

まず、ＵＶＬＥＤを点灯しない状態で、ｉＰａｄに表示した画像を観察したところ、どの方向から斜めに観察しても、通常のｉＰａｄと同様、画像は適正に観察できた。
次に、ＵＶＬＥＤを点灯して、紫外光を照射した状態で、ｉＰａｄの背面側偏光板の吸収軸に対して直交する方向（図２のｙ方向）から、斜めに観察したところ、ｉＰａｄに表示した画像は見えなくなった。
ＵＶＬＥＤを消灯し、５分経過後に、ｉＰａｄに表示した画像を観察したところ、ＵＶＬＥＤの点灯前と同様、どの方向から斜めに観察しても、通常のｉＰａｄと同様、画像は適正に観察できた。
ここで、ＵＶＬＥＤを点灯し、“ＥＺ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ ＸＬ８８”で測定したｉＰａｄの背面側偏光板の吸収軸に対して直交する方向（図２のｙ方向）のＹ０／Ｙ４５は、１０を超えており、一方、ＵＶＬＥＤ消灯後、５分経過後に測定したＹ０／Ｙ４５は、どの方向からも３〜４程度であった。
以上より本発明の効果は明らかである。

本発明は、タブレットＰＣ、ノートＰＣ、スマートフォン等に好適に利用可能である。

１０ 光学装置
１２ 光源ユニット
１２ｗ 白色光源
１２ｕ ＵＶ光源
１４ 導光板
１６ 複合膜
２０，Ｘｐ，Ｙｐ 偏光板
２０ａ，ａ 吸収軸
ｔｘ，ｔｙ 透過軸

Claims (6)

1. 偏光板と、
   厚さ方向に配向している液晶化合物、およびフォトクロミック材料を有し、光が照射されることによって前記フォトクロミック材料の光学特性が変化して、前記厚さ方向の光透過率が、前記厚さ方向と直交する方向の光透過率よりも小さくなる、複合膜と、
   前記複合膜の前記フォトクロミック材料の光学特性を変化させる光を、前記複合膜に出射する光出射部と、を有することを特徴とする光学装置。
2. 前記光出射部が、紫外線を出射するものである請求項１に記載の光学装置。
3. 表示素子と、請求項１または２に記載の光学装置と、を有する表示装置。
4. 前記表示素子が液晶表示素子である請求項３に記載の表示装置。
5. 前記光学装置の前記光出射部が、前記液晶表示素子で画像を表示するためのバックライトユニットを構成する請求項４に記載の表示装置。
6. 前記光学装置の前記偏光板が、前記液晶表示素子で画像を表示するためのバックライトユニット側偏光板を構成する請求項４または５に記載の表示装置。