JP6938699B2 - 電子機器 - Google Patents
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第1透明基板と、前記第1透明基板上の第1電極と、前記第1透明基板と対向する第2透明基板と、前記第2透明基板上の第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光変調層と、前記第1透明基板及び前記第2透明基板の一辺と平行に並んだ複数の点状光源と、を備え、前記光変調層は、液晶分子と高分子材料とを含み、前記液晶分子の長軸と前記高分子材料の長軸とは、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加されていない場合に、前記点状光源が並ぶ方向と平行である、電子機器が提供される。
表示面を有し、前記表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの表示面側に配置された光変調素子と、前記光変調素子の側面に配置された光源と、を備え、前記光源から前記光変調素子に入射した光で前記表示パネルを照明する照明装置と、を備え、前記光変調素子は、前記表示パネルに近接する側に配置された第1透明基板と、前記表示パネルから離れる側に配置された第2透明基板と、前記第1および第2透明基板の間に位置する光変調層と、前記光変調層に対して電場を印加するための第1電極および第2電極と、を備え、前記光変調層は、前記第1および第2電極によって生じる電場の大きさおよび向きに応じて前記光源からの光に対して全体的もしくは部分的に散乱性もしくは透明性を示す、表示装置が提供される。
表示装置1は、照明装置10、表示パネルPNL、および、照明装置10と表示パネルPNLとを駆動する駆動回路50を備えている。表示装置1は、表示パネルPNLの表示面側に照明装置10を備え、表示面に入射する光を選択的に反射させて画像を表示する、いわゆる反射型表示装置である。
光変調素子30は、透明基板31、下側電極32、配向膜33、光変調層34、配向膜35、上側電極36、および透明基板37を順に備えている。
下側電極32は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO;Indium Tin Oxide)や、酸化インジウム亜鉛(IZO;Indium Zinc Oxide)などの透明な導電性材料からなる。透明な導電性材料は、可能な限り可視光の吸収が小さい材料であることが好ましい。反射層36−1は、光反射性を有し、光変調層34側から上側電極36へ入射する光を反射する。反射層36−1は、例えばアルミニウムやチタンなどの金属材料によって構成されている。光吸収層36−2は、可視光を吸収する光吸収性を有し、透明基板37側から上側電極36へ入射する光(外光)を反射する。光吸収層36−2は、例えば黒色樹脂によって構成されている。反射層36−1および光吸収層36−2は、少なくとも一方が導電性を備えている。なお、上側電極36は、光吸収層36−2が導電性を有している場合、反射層36−1を省略することができる。
光源20は、例えば、複数の点状光源23を第2方向Yに一列に配置して構成されている。各点状光源23は、光入射面30Aに向かって光を射出するようになっており、例えば、光入射面30Aとの対向面に発光スポットを有する発光素子からなる。そのような発光素子としては、例えば、LED、または、レーザダイオード(LD;Laser Diode)などが挙げられる。
上側電極36は、例えば、複数の帯状の部分電極36Aを互いに並列配置したものである。部分電極36Aは、例えば、第2方向Y、すなわち光入射面30Aと平行な方向に延在し、第1方向X、すなわち光入射面30Aと直交する方向に配列されている。各部分電極36Aは、互いに電気的に分離されており、個別独立に電圧を印加される。なお、複数の部分電極36Aは、互いに電気的に接続されていてもよい。一方、下側電極32は、例えば、光変調層34を介して複数の部分電極36Aと第3方向Zで対向するシート状の電極である。
上側電極36および下側電極32の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、下側電極32は、並列配置された複数の部分電極で構成されていてもよい。なお、図示を省略するが、光変調層34に電場を形成する一対の電極は、両方とも光変調層34の同じ側に配置されていてもよい。このような一対の電極は、例えば、第1方向Xまたは第2方向Yに交互に配列され、光変調層34にX−Y平面と平行な横電場を形成する。
部分電極36Aは、複数の開口部APを備えている。開口部APは、図示した例では四角形状となっているが、特に限定されるものではなく、円形状、楕円形状、または多角形状となっていてもよい。開口部APの密度(部分電極36Aのうち単位面積当たりの開口部APの占有率)は、例えば各部分電極36Aにおいて等しいが、各部分電極36Aにおいて異なっていてもよい。開口部APの密度は、開口部APの径および数を変化させることで、制御される。なお、開口部APの密度は、部分電極36Aのパターン密度(部分電極36Aのうち単位面積当たりの開口部AP以外の部分の占有率)より高いことが望ましい。そうすることで、表示装置1は、表示パネルPNLに表示された画像の、光変調素子30における透過率を向上させることができる。
図6は、下側電極32および部分電極36A間に電圧が印加されていない場合の、バルク34Aおよび微粒子34B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。
下側電極32および部分電極36A間に電圧が印加されていない時に、光学軸AX2は、光変調素子30の光入射面30Aと平行(またはほぼ平行)となると共に、光照射面30Bと平行(またはほぼ平行)となっている。つまり、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、光学軸AX2は、部分電極32Aまたは上側電極36を含む面と平行(またはほぼ平行)となっており、かつ部分電極32Aの延在方向と平行(またはほぼ平行)となっている。
図8は、下側電極32および部分電極36A間に電圧が印加されている時の、バルク34Aおよび微粒子34B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。
微粒子34Bは、例えば、下側電極32および部分電極36A間に電圧が印加されている時に、光学軸AX2が光変調素子30の光入射面30Aと平行(もしくはほぼ平行)となると共に光照射面30Bの法線と平行(もしくはほぼ平行)となる構成となっている。つまり、下側電極32および部分電極36A間に電圧が印加されている時に、光学軸AX2は、下側電極32または部分電極36Aを含む面と直交(もしくはほぼ直交)している。
光源20からの光L1(斜め方向からの光)は、光変調素子30内で透明となった透過部分30Tにおいて、界面(透明基板31,37と空気との界面)において全反射され、光変調素子30内を導光される。この結果、透過部分30Tの光照射面30Bの輝度は、光変調素子30が光変調層34を備えていない導光板である場合(図中の一点鎖線)と比べて下がる。
本構成例において、照明装置10は、光源ブロック25および光変調素子30により、光照射面30Bから出射する光の輝度分布を2次元で調整することが可能なローカルディミングを実現することができる。このようなローカルディミングの利用例について説明する。
図示した例においては、高明度部分HBの第1方向Xにおける位置に対応した光源ブロック25が点灯(オン)され、他の光源ブロック25が消灯(オフ)されている。これにより、光変調素子30内の点灯した光源ブロック25に対応する領域には光が導光され、他の領域には光が導光されない。さらに、高明度部分HBの第2方向Yにおける位置に対応したサブエリアSB3,SB4,SB5が図10で上述した散乱部分30Sとなり、他のサブエリアSB1,SB2,SB6が図10で上述した透過部分30Tとなるように、光変調素子30が制御される。すなわち、光変調素子30は、照明領域Aにおいて光が導光されている領域の部分ごとに光の散乱強度を変更する。これにより、照明装置10から出射される光は、高明度部分HBの近辺において輝度が高く、他の部分において輝度が低くなる。
図示した例において、高明度部分HBと重なる面積が最も大きいサブエリアSB4が第1散乱強度I1となり、サブエリアSB4よりも高明度部分HBと重なる面積が小さいサブエリアSB3,SB5が第1散乱強度I1よりも低い第2散乱強度I2(I1>I2)となり、高明度部分HBと重ならないサブエリアSB1,SB2,SB6が第2散乱強度I2よりも低い第3散乱強度I3(I2>I3)となるように光変調素子30が制御されている。図11においては、ハッチングの種類によりこれらの散乱強度を表している。このように、サブエリアSBの散乱強度を多段階で制御することで、より細やかに表示画像のコントラストを調整することができる。
表示パネルPNLは、第1基板SUB1、第2基板SUB2、液晶層LC、および、光学素子ODを備えている。第2基板SUB2は、第1基板SUB1と対向配置されており、第1基板SUB1よりも光変調素子30に近接する側に配置されている。
遮光層BMは、第2絶縁基板200の第1基板SUB1と対向する側に位置している。図示した例では、遮光層BMは、隣り合う画素電極PEの隙間に対向している。カラーフィルタ層CFは、第2絶縁基板200の第1基板SUB1と対向する側に位置し、それらの一部が遮光層BMと重なっている。カラーフィルタ層CFは、詳述しないが、例えば、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、および、青色カラーフィルタを含んでいる。赤色カラーフィルタは、赤色を表示する画素に配置される。緑色カラーフィルタは、緑色を表示する画素に配置される。青色カラーフィルタは、青色を表示する画素に配置される。なお、カラーフィルタ層CFは、白色などの他の色のカラーフィルタ、あるいは、透明層を含んでいても良い。
光変調素子30内を導光された光L1は、散乱部分30Sで散乱され、光照射面30Bから出射される。偏光板PLの透過軸とバルク34Aの筋状構造の長軸とが互いに平行である場合、光変調層34で散乱された光L1は、偏光板PLの透過軸と平行な方向に偏光している。光照射面30Bから出射された光L1は、偏光板PLを透過する際に偏光度が向上して直線偏光となる。その後、光L1は、位相差板RTを透過する際に円偏光となる。第2基板SUB2を透過する際にカラーフィルタ層CFで着色された光L1は、液晶層LQを透過して画素電極PEで反射され、第2基板SUB2へ向かう。例えば、表示パネルPNLは、オフ状態の時に液晶層LQを透過する光L1の位相を変化させず、オン状態の時に液晶層LQを透過する光L1の位相を変化させる。オフ状態の場合、画素電極PEで反射された光L1は、位相差板RTを透過する際に偏光板PLの透過軸と直交する方向に偏光した直線偏光となり、偏光板PLを透過しない。オン状態の場合、画素電極PEで反射された光L1は、液晶層LQで位相が変化しているため、位相差板RTを透過しても偏光板PLの透過軸と直交する方向に偏光しておらず、偏光板PLを透過する。なお、画素電極PEで反射された光L1は、拡散範囲の拡大、虹色の防止などの目的のために散乱されることが望ましい。例えば、光学素子ODに散乱層が配置され、画素電極PEで反射された光L1は、散乱層によって散乱されてもよい。一方で、図示したように、光L1は、散乱部分30Sで散乱されるため、光学素子ODは、散乱層を備えていなくてもよい。なお、光学素子ODの構成は、図示した例に限らす、他の光学機能層を備えていてもよい。
本変形例は、下側電極32が複数の部分電極32Aを有している点で、図4に図示した構成例と相違している。
本変形例は、部分電極32A,36Aが第2方向Yで不連続に形成されている点で、図13に図示した変形例と相違している。
本変形例は、部分電極32Aの配列方向が図13に図示した変形例と相違している。
本変形例は、開口部APが円形状である点で、図5に図示した構成例と相違している。
本変形例は、開口部APの密度が第1方向Xで異なっている点で、図16に図示した変形例と相違している。
本変形例は、光変調層34が高透過部分34C(第3領域)を備えている点で、図2に図示した構成例と相違している。
30−1…光変調セル 31,37…透明基板 33,35…配向膜
32…下側電極 36…上側電極 36−1…反射層 36−2…光吸収層
34…光変調層 34A…バルク 34B…微粒子
Claims (9)
- 第1透明基板と、
前記第1透明基板上の第1電極と、
前記第1透明基板と対向する第2透明基板と、
前記第2透明基板上の第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光変調層と、
前記第1透明基板及び前記第2透明基板の一辺と平行に並んだ複数の点状光源と、
を備え、
前記光変調層は、液晶分子と高分子材料とを含み、
前記液晶分子の長軸と前記高分子材料の長軸とは、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加されていない場合に、前記点状光源が並ぶ方向と平行であり、
前記第2電極は、前記第2透明基板と前記光変調層との間に位置する反射層と、前記第2透明基板と前記反射層との間に位置する光吸収層と、前記第1電極の直上に位置し前記反射層及び前記光吸収層を貫通する四角形状の複数の開口部と、を備えている、電子機器。 - 前記液晶分子と前記高分子材料とは、光学異方性を有し、電場に対する応答速度が互いに異なる、請求項1に記載の電子機器。
- 前記高分子材料の前記長軸は、前記一辺と平行である、請求項1に記載の電子機器。
- 前記第1電極と前記光変調層との間に位置する第1水平配向膜と、
前記第2電極と前記光変調層との間に位置する第2水平配向膜と、
をさらに備える、請求項1に記載の電子機器。 - 前記光変調層は、前記光変調層の主面に垂直な厚さ方向の散乱が前記光変調層の前記主面と平行な方向の散乱よりも大きい異方性散乱特性を有する、請求項4に記載の電子機器。
- 前記液晶分子の常光屈折率と前記高分子材料の常光屈折率は、互いに等しく、
前記液晶分子の異常光屈折率と前記高分子材料の異常光屈折率は、互いに等しい、請求項1に記載の電子機器。 - 前記光変調層は、前記液晶分子及び前記高分子材料の光透過率より高い光透過率を有する樹脂材料をさらに備える、請求項1に記載の電子機器。
- 前記第1電極は、シート状の電極であり、
前記第2電極は、複数の帯状の部分電極を備える、請求項1に記載の電子機器。 - 前記光吸収層は、前記反射層と接している、請求項1に記載の電子機器。
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