JP7122314B2 - 光学装置、表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本開示は、光を透過する透過状態と、光を反射する鏡面状態との切り替えを行う光学装置、ならびにそれを備えた表示装置および電子機器に関する。

従来、２つの液晶パネルを重ね合せることによって、通常の画面状態（画像表示モードあるいは外光透過モード）と鏡面状態（外光反射モード）とを切り替え可能に構成した表示装置が知られている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００１―３１８３７４号公報 特開２００４―３７９４３号公報

ところで、近年、そのような表示装置の大型化が進んでいる。そのため、そのような表示装置が室内等の壁面に設置される際、その壁面の面積に占めるその表示装置の面積が増加する傾向にあり、表示装置が室内等の景観に与える影響が増している。

したがって、複数の画面モードにおいて優れた表示性能を発現する表示装置、ならびにそれに好適に用いられる光学装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施形態としての表示装置は、第１の偏光軸を有する画像表示光を発する画像表示部と、画像表示光のうちの一部を透過すると共に画像表示光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、第１の偏光軸を有する第１の光を第１の透過率で透過させると共に第２の偏光軸を有する第２の光を第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる第１モードと第１の光および第２の光を第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる第２モードとの切り替えが可能である第１の調光部材と、自らを透過する光の散乱強度を調節可能である第２の調光部材とを順に有する。

本開示の一実施形態としての表示装置では、例えば、第１の調光部材が第１モードとなり第２の調光部材が透過状態となることで画像表示光が表示される画像表示状態と、第１の調光部材が第２モードとなり第２の調光部材において外光が散乱されることで得られる白色に近い明表示状態との切り替えがなされる。

本開示の一実施形態としての光学装置は、入射光のうちの一部を透過すると共に入射光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、第１の偏光軸を有する第１の光に対する第１の透過率が、第１の偏光軸と異なる第２の偏光軸を有する第２の光に対する第２の透過率よりも高くなる第１モードと、第１の透過率と第２の透過率とが実質的に等しくなる第２モードとの切り替えが可能である第１の調光部材と、自らを透過する前記表示光の散乱強度を調節可能である第２の調光部材とを順に有するものである。

本開示の一実施形態としての光学装置では、例えば、第１の調光部材が第１モードとなり第２の調光部材が透過状態となることで背景が表示される背景表示状態と、第１の調光部材が第２モードとなり第２の調光部材において外光が散乱されることで得られる白色に
近い明表示状態と、第１の調光部材が第２モードとなり第２の調光部材が透過状態となることで第２の調光部材に対して第１の調光部材と反対側から入射する外光がビームスプリッタにおいて反射される反射状態との切り替えがなされる。

本開示の一実施形態としての光学装置によれば、第１の調光部材における第１モードと第２モードとの切り替えおよび第２の調光部材における散乱強度の調節を適切に行うことにより、所望の複数の光学状態を実現することができる。また、本開示の一実施形態としての表示装置および電子機器によれば、上記複数の光学状態を利用して優れた表示性能を発揮することができる。

なお、本開示の効果はこれに限定されるものではなく、以下の記載のいずれの効果であってもよい。

本開示における第１の実施の形態に係る表示装置を表す概略図である。 図１に示した表示装置の作用を表す第１の説明図である。 図１に示した表示装置の作用を表す第２の説明図である。 図１に示した表示装置の第１変形例を表す概略図である。 図１に示した表示装置の第２変形例を表す概略図である。 図１に示した表示装置の第３変形例を表す概略図である。 図１に示した表示装置の第４変形例を表す概略図である。 本開示の表示装置を備えた電子機器の構成例を表す概念図である。 本開示における第２の実施の形態に係る光学装置およびその作用を表す第１の説明図である。 図７に示した表示装置の作用を表す第２の説明図である。 図７に示した表示装置の作用を表す第３の説明図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（表示部と２つの調光素子とを備えた表示装置の例）
２．第１の実施の形態の第１変形例
３．第１の実施の形態の第２変形例
４．第１の実施の形態の第３変形例（面内において散乱強度分布を有する調光素子の例）５．第１の実施の形態の第４変形例（面内において散乱強度分布を有する他の調光素子の例）
６．第１の実施の形態における表示装置の適用例（電子機器）
７．第２の実施の形態（２つの調光素子とを備えた調光装置の例）

＜１．第１の実施の形態＞
［表示装置１の構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態としての表示装置１の断面を含む全体構成を表したものである。また図２および図３は、いずれも表示装置１の作用を表す概念図である。この表示装置１は、２つの液晶パネルを重ね合せることにより白色表示状態と画像表示状態とを切替可能に構成したものである。具体的には、表示装置１は、互いの主面同士が重なり合うように順に積層配置された画像表示部１０と、部分透過ミラー２０と、第１の調光素子３０（以下、単に調光素子３０という。）と、第２の調光素子４０（以下、単に調光素子４０という。）との４つの構成要素を備える。この表示装置１では、上記４つの構成要素のうち、画像表示部１０が観察者から最も遠くに位置し、調光素子４０が観察者の最も近くに位置することとなる。

（画像表示部１０）
画像表示部１０は所定の表示態様を形成する画像表示光Ｌ３（図３参照）を観察者へ向けて射出するものであり、その画像表示光Ｌ３は例えば第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光であるとよい。画像表示部１０は、例えば一対の透明電極基板１２，１３の間に液晶層１１が挟持された構造を有する透過型の液晶表示パネルと、その背面側（観察者と反対側）に空気層を介して設けられたバックライト１４と、透明電極基板１２，１３の一面に設けられた偏光板１５，１６とを有する。一対の透明電極基板１２，１３は、例えばガラス（石英を含む）などの透明基板に透明導電層が形成されたものである。それら一対の透明電極基板１２，１３は、所定の間隔（例えば１．５μｍから１０μｍ程度）を隔てて対向配置され、シール材などによって貼り合わされている。このように、画像表示部１０では、一対の透明電極基板１２，１３によって液晶層１１に電界を印加することができるように構成されている。画像表示部１０の駆動モードとしては、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）やＴＦＤ（Thin Film Diode）等の能動素子を用いたアクティブマトリクス駆動等のアクティブ駆動モードと、上記のような能動素子を用いない単純駆動若しくはマルチプレックス駆動等のパッシブ駆動モードとのいずれであってもよい。

液晶層１１の液晶モードとしては、例えばＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＩＰＳ（In Plane Switching）モード、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、またはＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モードを用いることができる。これらの液晶モードを有する液晶表示素子は、偏光板を用いて表示態様を実現するように構成されているので、比較的低い駆動電圧でありながら高い表示品位を得ることができるので好ましい。

偏光板１５は、例えば第１の偏光軸Ｊ１に沿った透過偏光軸Ｊ１０（図３）を有する吸収型偏光板であり、その透過偏光軸Ｊ１０と平行な振動面を有する直線偏光を透過し、透過偏光軸Ｊ１０と交差（好ましくは直交）する方向に平行な振動面を有する直線偏光を吸収する。偏光板１５としては、例えば延伸したポリビニルアルコールにヨウ素を吸収させることにより偏光機能を付与した膜の両面に、トリアセチルセルロースの保護層を施したものを用いることができる。また、偏光板１６は、偏光板１５の偏光軸と交差した透過軸を有している。

バックライト１４は、液晶層１１を含む上述の透過型の液晶表示パネルに対し背後からほぼ均一な照度で照明を行うことができるものであればよい。例えば、導光板と、この導光板の端面部に配置された光源とを含む端面発光型のバックライトや、拡散板と、この拡散板の背面に配置された光源とを含む背面発光型のバックライトなどが挙げられる。

（部分透過ミラー２０）
部分透過ミラー２０は、画像表示光Ｌ３のうちの一部を透過すると共に画像表示光Ｌ３のうちの他の一部を反射するビームスプリッタである。部分透過ミラー２０は、例えば透明なアクリル板の表面に金属薄膜を形成したいわゆるハーフミラーと呼ばれるものであり、入射光に対する反射率は例えば６０％のものである。

（調光素子３０）
調光素子３０は、第１モードと第２モードとの切り替えが可能に構成された光学部材である。第１モードとは、第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光を第１の透過率で透過させると共に第１の偏光軸Ｊ１と直交する第２の偏光軸Ｊ２を有する直線偏光を第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる暗モードである。第２モードは、第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光および第２の偏光軸Ｊ２を有する直線偏光の双方を、第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる明モードである。

調光素子３０は、２枚の透明電極基板３２，３３の間に、ゲストホスト（Guest Host）型液晶を含むゲストホスト型液晶層３１が挟まれた構造を有するゲストホスト型液晶素子である。調光素子３０では、ゲストホスト型液晶層３１における液晶分子は透明電極基板３２と透明電極基板３３との対向方向と直交する方向に垂直配向されている。ゲストホスト型液晶層３１は例えば黒色色素などの色素材料を含有しており、前述の暗モードにおいてその色素材料がゲストホスト型液晶層３１に含まれる液晶分子の配向と同様に配向するようになっている。このため、例えば２枚の透明電極基板３２，３３によりゲストホスト型液晶層３１に対し電圧が印加されることで液晶分子が一軸方向に倒れ、この倒れた一軸方向に平行、すなわち第１の偏光軸Ｊ１に沿った方向の透過軸Ｊ３０を発現すると共に第２の偏光軸Ｊ２に沿った吸収軸を発現する。すなわち調光素子３０のゲストホスト型液晶層３１では、電圧印加により透過軸Ｊ３０に沿った偏光性を示し、透過軸Ｊ３０に沿った直線偏光に対し比較的高い透過率を示すこととなる。なお、透明電極基板３２，３３は、透明電極基板１２，１３と同様の構成を有するとよい。

（調光素子４０）
調光素子４０は、自らを透過する透過光の散乱強度を調節可能である光学素子である。調光素子４０は、例えば自らを透過する透過光に対して比較的強い第１の散乱強度を示す散乱モードと、自らを透過する透過光に対して第１の散乱強度よりも弱い第２の散乱強度を示す直進モードとの切り替えが可能なものである。具体的には、調光素子４０は、２枚の透明電極基板４２，４３の間に高分子分散型液晶層４１が挟まれた構造を有する高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liquid Cryatal）素子である。高分子分散型液晶層４１は、例えばアクリレート系高分子材料等のマトリクス構造にネマチック液晶が分散されてなる液晶層である。透明電極基板４２，４３は、透明電極基板１２，１３と同様の構成を有するとよい。本実施の形態では、透明電極基板４２，４３により高分子分散型液晶層４１に対し電圧が印加されることで第２の散乱強度を示す直進モード（透明モード）となる。一方、高分子分散型液晶層４１に対し電圧が印加されない場合には、第１の散乱強度を示す散乱モードとなる。この散乱モードが本開示の「第３モード」に対応する一具体例であり、直進モード（略透明モード）が本開示の「第４モード」に対応する一具体例である。

表示装置１は、さらに、制御部５０と、切替駆動部５１と、切替駆動部５２と、切替駆動部５３とをさらに備えている。制御部５０は、切替駆動部５１、切替駆動部５２および切替駆動部５３の動作制御を行うものである。切替駆動部５１は、調光素子３０と接続され、制御部５０からの指令に基づき、ゲストホスト型液晶層３１に対する印加電圧のオンとオフとの切り替え動作を行うものである。切替駆動部５２は、調光素子４０と接続され、制御部５０からの指令に基づき、高分子分散型液晶層４１に対する印加電圧のオンとオフとの切り替え動作を行うものである。切替駆動部５３は、画像表示部１０と接続され、制御部５０からの指令に基づき、画像表示部１０の点灯および消灯を行うものである。

［表示装置１の動作］
この表示装置１では、調光素子３０における明モードと暗モードとの切り替え動作および調光素子４０における散乱モードと直進モードとの切り替え動作を行うことにより、所望の複数の光学状態を実現することができる。例えば、調光素子３０が暗モードとなり、調光素子４０が直進モードとなることで画像表示部１０の画像表示光が表示される画像表示状態と、調光素子３０が明モードとなり、調光素子４０が散乱モードとなって外光が散乱されることで得られる白色に近い明表示状態との切り替えがなされる。

以下、表示装置１の動作の一例として、上述の明表示状態と画像表示状態との２つの状態における挙動について詳細に説明する。

（明表示状態における表示装置１の挙動）
表示装置１では、図２に示したように、調光素子３０のゲストホスト型液晶層３１および調光素子４０の高分子分散型液晶層４１の双方に対し電圧が印加されていない場合（オフ状態の場合）に明表示状態が実現される。この場合、調光素子３０は、第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光および第２の偏光軸Ｊ２を有する直線偏光の双方を含む全ての入射光について、暗モードにおける第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる明モードとなる。一方、調光素子４０は、自らを透過する透過光に対して比較的高い第１の散乱強度を示す散乱モードとなる。なお、画像表示部１０も消灯状態（オフ状態）となる。

表示装置１では、図２に示した明表示状態において、例えば観察者側から調光素子４０に対し照射された外光Ｌ１は、調光素子４０を例えば約９５％の透過率で透過したのち、調光素子３０へ入射する。調光素子３０へ入射した外光Ｌ１は、調光素子３０を例えば約７４％の透過率で透過したのち、部分透過ミラー２０へ入射する。また、調光素子４０へ入射した外光Ｌ１のうちの一部は、調光素子４０の観察者側へ向けて散乱反射する後方散乱光ＬＢとなる。部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１のうちの例えば約６０％は部分透過ミラー２０において反射し（すなわち、この場合は部分透過ミラー２０が約６０％の反射率を示す）、反射光Ｌ２として調光素子３０へ戻ることとなる。なお、部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１の一部は、例えば４０％程度の透過率で部分透過ミラー２０を透過して画像表示部１０へ入射し、画像表示部１０の内部で吸収される。

調光素子３０へ戻った部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は、調光素子３０を約７４％の透過率で透過したのち、調光素子４０へ入射する。さらに、調光素子４０へ入射した部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は、約９５％の透過率で調光素子４０を透過しつつ、前方散乱光ＬＦとなる。これらの結果、表示装置１全体としては、調光素子４０へ入射した外光Ｌ１のうちの約４７％が反射光（後方散乱光ＬＢおよび前方散乱光ＬＦ）として調光素子４０から観察者側へ射出される。その際、調光素子４０の観察者側の表面は白濁した表示状態となる。一般に、壁紙の反射率は４０％から７０％程度とされているので、本開示の表示装置１を壁面に設置した場合、表示装置１は、壁との違和感を十分に低減しつつ明表示状態を実現することができる。

（画像表示状態における表示装置１の挙動）
表示装置１では、調光素子３０のゲストホスト型液晶層３１および調光素子４０の高分子分散型液晶層４１の双方に対し電圧が印加されている場合（オン状態の場合）に、画像表示状態が実現される（図３）。この場合、調光素子３０は、ゲストホスト型液晶層３１に含有される黒色色素などの色素材料が液晶分子の配向方向に沿って配向することで透過軸Ｊ３０に沿った偏光性を発現する。このため、調光素子３０は、第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光を第１の透過率で透過させると共に第２の偏光軸Ｊ２を有する直線偏光を第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる暗モードとなる。一方、調光素子４０は、自らを透過する透過光に対して第１の散乱強度よりも弱い第２の散乱強度を示す直進モード（略透明モード）となる。なお、画像表示部１０は表示状態（オン状態）とする。

表示装置１では、図３に示した画像表示状態において、例えば観察者側から調光素子４０に対し照射された外光Ｌ１は、調光素子４０を例えば約９８％の透過率で透過したのち、調光素子３０へ入射する。調光素子３０へ入射した外光Ｌ１のうち、第１の偏光軸Ｊ１に沿った直線偏光成分は例えば約４６％の透過率で調光素子３０を透過すると共に第２の偏光軸Ｊ２に沿った直線偏光成分は約１０％の透過率で調光素子３０を透過したのち、部分透過ミラー２０へ入射する。部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１のうちの例えば約６０％は部分透過ミラー２０において反射し、反射光Ｌ２として調光素子３０へ戻ることとなる。なお、部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１の一部は、例えば４０％程度の透過率で部分透過ミラー２０を透過して画像表示部１０へ入射し、画像表示部１０の内部で吸収される。調光素子３０へ戻った部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は、調光素子３０と調光素子４０とを順次透過する。その結果、表示装置１全体としては、調光素子４０へ入射した外光Ｌ１のうちの約１２％が反射光Ｌ２として調光素子４０から観察者側へ射出される。なお、画像表示部１０がオフ状態の場合、あるいは、画像表示部１０から射出される画像表示光Ｌ３の輝度が極めて低い場合、この反射光Ｌ２は観察者にとって黒表示に重なって観察される映り込み像として視認される。

また、画像表示部１０から部分透過ミラー２０へ向かう画像表示光Ｌ３は、４０％程度の透過率で部分透過ミラー２０を透過して調光素子３０へ入射する。調光素子３０へ入射した画像表示光Ｌ３は第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光であるので、約４６％の透過率で調光素子３０を透過したのち、調光素子４０へ入射したのち、約９８％の透過率で調光素子４０を透過する。その結果、表示装置１全体としては、画像表示部１０から射出された画像表示光Ｌ３のうちの約１８％が調光素子４０から観察者側へ射出される。ここで、画像表示部１０から射出される画像表示光Ｌ３の輝度を高く設定することにより、観察者に対し十分な輝度の画像表示光Ｌ３を届けることができる。なお、画像表示光Ｌ３の輝度を高く設定することにより、反射光Ｌ２の影響は低減され、観察者の視聴の妨げとはならなくなる。

［表示装置１の作用効果］
このように本実施の形態の表示装置１では、画像表示部１０と部分透過ミラー２０と調光素子３０と調光素子４０とを順に配置し、調光素子３０において明モードと暗モードとの切り替え動作を行うと共に調光素子４０において散乱強度の調節を行うようにした。このため、調光素子３０が暗モードとなり調光素子４０が直進モードとなることで画像表示光Ｌ３が表示される画像表示状態と、調光素子３０が明モードとなり調光素子４０が散乱モードとなり外光が散乱されることで得られる白色に近い明表示状態との切り替えがなされる。その結果、表示装置１は所望の複数の光学状態を実現することができ、それら複数の光学状態を利用して優れた表示性能を発揮することができる。具体的には、例えば画像表示部１０をオフ状態とした際の表示装置１の画面を白色表示にすることができるので、表示装置１の画面サイズが大型化した場合であっても周囲の壁面の質感とのギャップを低減できる。そのため、室内景観への悪影響を回避できる。そのうえ、画像表示部１０をオン状態とした場合には、視聴に適した十分に良好な画像表示を行うことができる。

＜２．第１の実施の形態の第１変形例＞
図４Ａは、上記第１の実施の形態における表示装置１の第１変形例としての表示装置１Ａを表す概略図である。この表示装置１Ａは、調光素子３０における暗モードと明モードとの切り替えが、画像表示光Ｌ３の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となった調光素子３０Ａを備えている。例えば、調光素子３０Ａは、マトリックス状に配列された複数のサブ領域に分割されており、それら複数のサブ領域の各々に電極を配設することでゲストホスト型液晶層３１に対し部分的に電圧を印加するようになっている。このような構造により、表示装置１Ａでは、調光素子３０Ａにおける部分的な明暗制御が可能となり、画像表示部１０で生成される表示画像の面内におけるコントラスト比を上げることができる。

＜３．第１の実施の形態の第２変形例＞
図４Ｂは、上記第１の実施の形態における表示装置１の第２変形例としての表示装置１Ｂを表す概略図である。この表示装置１Ｂは、散乱モードと直進モードとの切り替えが、外光Ｌ１や反射光Ｌ２の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となった調光素子４０を備えている。例えば、調光素子４０Ａは、マトリックス状に配列された複数のサブ領域に分割され、それら複数のサブ領域の各々に電極を配設することで高分子分散型液晶層４１に対し部分的に電圧を印加するようになっている。このような構造により、表示装置１Ｂでは、調光素子４０Ａにおける部分的な光散乱強度の制御が可能となる。このため表示装置１Ｂでは、画像表示部１０で生成される表示画像に対し部分的なボケ感（bokeh）を付与することができ、より幅広い映像表現が可能となる。

＜４．第１の実施の形態の第３変形例＞
図５Ａは、上記第１の実施の形態における表示装置１の第３変形例としての表示装置１Ｃの一部を表す概略図である。この表示装置１Ｃは、調光素子４０の代わりに調光素子４０Ｃを備えている点を除き、他は表示装置１と実質的に同じ構造を有する。調光素子４０Ｃは、高分子分散型液晶層４１が厚さＴ１を有する領域Ｒ１と、高分子分散型液晶層４１が厚さＴ２（＜Ｔ１）を有する領域Ｒ２とを含んでいる。このため、透過光（反射光Ｌ２および画像表示光Ｌ３）は、領域Ｒ１を透過する場合に領域Ｒ２を透過する場合よりも相対的に強く散乱することとなる。領域Ｒ１を透過した散乱光ＬＦ１は領域Ｒ２を透過した散乱光ＬＦ２よりも強く散乱する。よって、表示装置１Ｃでは、透過光の透過する透過方向と交差する面内において散乱強度分布を有することとなり、白色に近い明表示状態の画面において散乱強度の相違に起因する濃淡が現れることとなる。すなわち、領域Ｒ１と領域Ｒ２との配置位置を適宜設定することにより、明表示状態の画面において所望の模様を描くことができる。よって、この表示装置１Ｃを壁面等に設置した場合に、意匠性を高めることができる。

＜５．第１の実施の形態の第４変形例＞
図５Ｂは、上記第１の実施の形態における表示装置１の第４変形例としての表示装置１Ｄの一部を表す概略図である。この表示装置１Ｄは、調光素子４０の代わりに調光素子４０Ｄを備えている点を除き、他は表示装置１と実質的に同じ構造を有する。調光素子４０Ｄは、高分子分散型液晶層４１が、高分子分散型液晶４１Ａによって占められている領域Ｒ３と、高分子分散型液晶４１Ｂによって占められている領域Ｒ４とを含んでいる。例えば高分子分散型液晶４１Ａに含まれる高分子の重合比と高分子分散型液晶４１Ｂに含まれる高分子の重合比とが異なっている。このため、透過光（反射光Ｌ２および画像表示光Ｌ３）は、領域Ｒ３を透過する場合に領域Ｒ４を透過する場合よりも相対的に強く（あるいは弱く）散乱することとなる。例えば領域Ｒ３を透過した散乱光ＬＦ３は領域Ｒ４を透過した散乱光ＬＦ４よりも強く散乱する。よって、この表示装置１Ｄでは、白色に近い明表示状態の画面において散乱強度の相違に起因する濃淡が現れることとなる。すなわち、領域Ｒ３と領域Ｒ４との配置位置を適宜設定することにより、明表示状態の画面において所望の模様を描くことができる。よって、この表示装置１Ｄを壁面等に設置した場合に、意匠性を高めることができる。

＜６．適用例（電子機器）＞
次に、図６を参照して、表示装置１を備えた電子機器１００について説明する。図８は、電子機器１００の全体構成を表す概略図である。

電子機器１００は、上記第１の実施形態の表示装置１を備えたものである。図８は、電子機器１００の内部に配置される表示装置１の表示制御系を模式的に示すブロック図である。電子機器１００は、表示装置１を複数備えている。表示装置１は、切替駆動部５３として、表示駆動部５３１および照明駆動部５３２を有している。電子機器１００では、制御部５０が、切替駆動部５１～５３の制御を行う。

表示駆動部５３１は、表示装置１の画像表示部１０に設けられた透明電極基板１２，１３の間に駆動電圧を供給するものであり、例えば、マルチプレックス駆動方式やアクティブ駆動方式では、走査信号、およびこの走査信号に対応するデータ信号を、液晶パネルのコモン端子（走査線端子）およびセグメント端子（データ線端子）にそれぞれ同期させて供給する。画像データ等の表示データは電子機器１００のメイン回路から制御部５０を介してこの表示駆動部５３１に送られる。

照明駆動部５３２は、画像表示部１０のバックライト１４を駆動するものである。より具体的には、照明駆動部５３２は、バックライト１４への電力供給を制御し、例えば、バックライト１４の点灯状態と消灯状態とを切り換えるように機能する。

制御部５０は、切替駆動部５１～５３をそれぞれ制御し、それら各部に対する制御指令やデータ送出などを行う。例えば、切替駆動部５１に制御指令を行うことで調光素子３０における暗モードと明モードとの切替操作を行い、切替駆動部５２に制御指令を行うことで調光素子４０における散乱モードと直進モードとの切替操作を行う。

このように、本開示の電子機器１００によれば、上記の表示装置１を備えるようにしたので、観察者に視認される所望の複数の光学状態を実現することができ、それら複数の光学状態を利用して優れた表示性能を発揮することができる。

電子機器１００としては、例えばテレビジョン装置，デジタルカメラ，ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末装置等の携帯端末装置あるいはビデオカメラ等が挙げられる。言い換えると、上記表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

＜７．第２の実施の形態＞
［調光装置２の構成］
図７～図９は、本開示の第２の実施の形態に係る調光装置２を表す概略図である。この調光装置２は、観察者から遠い側から順に、部分透過ミラー２０と、調光素子３０と、調光素子４０とが順に配置されたものであり、画像表示部１０を有しない点を除き、上記第１の実施の形態で説明した表示装置１と実質的に同じ構造を有する。

［調光装置２の動作］
この調光装置２では、調光素子３０における明モードと暗モードとの切り替え動作および調光素子４０における散乱モードと直進モードとの切り替え動作を行うことにより、所望の複数の光学状態を実現することができる。例えば、調光素子４０において外光Ｌ１が散乱されることで得られる白色に近い明表示状態と、調光素子３０が暗モードとなり調光素子４０が透過状態となることで背景が表示される背景表示状態と、外光Ｌ１が反射されて反射光Ｌ２が観察者に視認される反射状態との切り替えがなされる。

以下、調光装置２の動作の一例として、上述の明表示状態、背景表示状態および反射状態の３つの状態における挙動について詳細に説明する。

（明表示状態における調光装置２の挙動）
調光装置２では、図７に示したように、調光素子３０のゲストホスト型液晶層３１および調光素子４０の高分子分散型液晶層４１の双方に対し電圧が印加されていない場合（オフ状態の場合）に明表示状態が実現される。この場合、調光素子３０は、第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光および第２の偏光軸Ｊ２を有する直線偏光の双方を含む全ての入射光について、暗モードにおける第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる明モードとなる。一方、調光素子４０は、自らを透過する透過光に対して比較的高い第１の散乱強度を示す散乱モードとなる。

調光装置２では、図７に示した明表示状態において、例えば観察者側から調光素子４０に対し照射された外光Ｌ１は、調光素子４０を例えば約９５％の透過率で透過したのち、調光素子３０へ入射する。調光素子３０へ入射した外光Ｌ１は、調光素子３０を例えば約７４％の透過率で透過したのち、部分透過ミラー２０へ入射する。また、調光素子４０へ入射した外光Ｌ１のうちの一部は、調光素子４０の観察者側へ向けて散乱する弱い後方散乱光ＬＢとなる。部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１のうちの例えば約６０％は部分透過ミラー２０において反射し、反射光Ｌ２として調光素子３０へ戻ることとなる。なお、部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１の一部は、例えば４０％程度の透過率で部分透過ミラー２０を透過する。

調光素子３０へ戻った部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は、調光素子３０を約７４％の透過率で透過したのち、調光素子４０へ入射する。さらに、調光素子４０へ入射した部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は、約９５％の透過率で調光素子４０を透過しつつ、前方散乱光ＬＦとなる。これらの結果、表示装置１全体としては、調光素子４０へ入射した外光Ｌ１のうちの約４７％が反射光（後方散乱光ＬＢおよび前方散乱光ＬＦ）として調光素子４０から観察者側へ射出される。その際、調光素子４０の観察者側の表面は白濁した表示状態となる。一般に、壁紙の反射率は４０％から７０％程度とされているので、本開示の調光装置２を壁面に設置した場合、調光装置２は、壁との違和感を十分に低減しつつ明表示状態を実現することができる。

（背面表示状態における調光装置２の挙動）
調光装置２では、調光素子３０のゲストホスト型液晶層３１および調光素子４０の高分子分散型液晶層４１の双方に対し電圧が印加されている場合（オン状態の場合）に、背面表示状態が実現される（図８）。この場合、調光素子３０は、ゲストホスト型液晶層３１に含有される黒色色素などの色素材料が液晶分子の配向方向に沿って配向することで透過軸Ｊ３０に沿った偏光性を発現する。このため、調光素子３０は、第１の偏光軸Ｊ１を有する直線偏光を第１の透過率で透過させると共に第２の偏光軸Ｊ２を有する直線偏光を第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる暗モードとなる。一方、調光素子４０は、自らを透過する透過光に対して第１の散乱強度よりも弱い第２の散乱強度を示す直進モード（略透明モード）となる。

調光装置２では、図８に示した背面表示状態において、例えば観察者側から調光素子４０に対し照射された外光Ｌ１は、調光素子４０を例えば約９８％の透過率で透過したのち、調光素子３０へ入射する。調光素子３０へ入射した外光Ｌ１のうち、第１の偏光軸Ｊ１に沿った直線偏光成分は例えば約４６％の透過率で調光素子３０を透過すると共に第２の偏光軸Ｊ２に沿った直線偏光成分は約１０％の透過率で調光素子３０を透過したのち、部分透過ミラー２０へ入射する。部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１のうちの例えば約６０％は部分透過ミラー２０において反射し、反射光Ｌ２として調光素子３０へ戻ることとなる。なお、部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１の一部は、例えば４０％程度の透過率で部分透過ミラー２０を透過する。調光素子３０へ戻った部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は、調光素子３０と調光素子４０とを順次透過する。その結果、表示装置１全体としては、調光素子４０へ入射した外光Ｌ１のうちの約１２％が反射光Ｌ２として調光素子４０から観察者側へ射出される。

また、部分透過ミラー２０から見て調光素子３０と反対側から部分透過ミラー２０へ入射する外光Ｌ４は、４０％程度の透過率で部分透過ミラー２０を透過して調光素子３０へ入射する。調光素子３０へ入射した外光Ｌ４は一般的には偏光性を有さないものであるから第１の偏光軸Ｊ１と第２の偏光軸Ｊ２とに等しく分解できる。このため、外光Ｌ４は第１の偏光軸Ｊ１を有する偏光に対する約４６％の透過率と第２の偏光軸Ｊ２を有する偏光に対する約１０％の透過率との平均値である約２８％の透過率で調光素子３０を透過したのち調光素子４０へ入射する。調光素子４０へ入射した外光Ｌ４は、約９８％の透過率で調光素子４０を透過する。その結果、表示装置１全体としては、部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ４のうちの約１１％が調光素子４０から観察者側へ射出される。したがって、外光Ｌ４の輝度が低い場合、背面表示状態においては観察者にとって調光装置２は黒表示として視認される。一方、外光Ｌ４が屋外光である場合など、外光Ｌ４の輝度が高い場合、背面表示状態においては観察者が外光Ｌ４を視認できる。

（反射状態における調光装置２の挙動）
さらに、調光装置２では、調光素子３０のゲストホスト型液晶層３１に対し電圧が印加されていない場合（オフ状態の場合）であって調光素子４０の高分子分散型液晶層４１に対し電圧が印加されている場合（オン状態の場合）に、反射状態が実現される（図９）。図９に示した反射状態において、例えば観察者側から調光素子４０に対し照射された外光Ｌ１は、調光素子４０を例えば約９８％の透過率で透過したのち、調光素子３０へ入射する。調光素子３０へ入射した外光Ｌ１は、調光素子３０を例えば約７４％の透過率で透過したのち、部分透過ミラー２０へ入射する。部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１のうちの例えば約６０％は部分透過ミラー２０において反射し、反射光Ｌ２として調光素子３０へ戻ることとなる。なお、部分透過ミラー２０へ入射した外光Ｌ１の一部は、例えば４０％程度の透過率で部分透過ミラー２０を透過する。調光素子３０へ戻った部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は、調光素子３０を約７４％の透過率で透過したのち、調光素子４０へ入射する。さらに、調光素子４０へ入射した部分透過ミラー２０からの反射光Ｌ２は散乱されずに約９８％の透過率で調光素子４０を透過する。これらの結果、表示装置１全体としては、調光素子４０へ入射した外光Ｌ１のうちの約３２％が反射光Ｌ２として調光素子４０から観察者側へ射出される。よって観察者は、調光装置２を鏡として利用することができる。

［調光装置２の作用効果］
このように本実施の形態の調光装置２では、部分透過ミラー２０と調光素子３０と調光素子４０とを順に配置し、調光素子３０において明モードと暗モードとの切り替え動作を行うと共に調光素子４０において散乱強度の調節を行うようにした。このため、調光素子３０が暗モードとなり調光素子４０が直進モードとなることで背景が表示される背景表示状態と、調光素子３０が明モードとなり調光素子４０において外光が散乱されることで得られる白色に近い明表示状態と、調光素子３０が明モードとなり調光素子４０が直進モードとなることで調光素子４０に対して調光素子３０と反対側から入射する外光Ｌ１が部分透過ミラー２０において反射される反射状態との切り替えがなされる。その結果、調光装置２は所望の複数の光学状態を実現することができ、それら複数の光学状態を利用して優れた表示性能を発揮することができる。

以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では表示装置１や電子機器１００、調光装置２の各構成を具体的に挙げて説明したが、それらは上記した全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を備えていてもよい。

また、上記実施の形態等で記載した反射率や透過率は例示であって、本開示はそれらの数値に限定されるものではない。また、上記実施の形態等では、調光素子３０が色素材料を含む場合について説明したが、本開示では第１の調光部材および第２の調光部材のうちの少なくとも一方が色素材料を含むようにしてもよい。また、本開示では、第１の調光部材における第１モードと第２モードとの切り替えが画像表示光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっており、かつ、第２の調光部材における第３モードと第４モードとの切り替えが透過光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっていてもよい。

なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
第１の偏光軸を有する画像表示光を発する画像表示部と、
前記画像表示光のうちの一部を透過すると共に前記画像表示光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、
第１の偏光軸を有する第１の光を第１の透過率で透過させると共に第２の偏光軸を有する第２の光を前記第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる第１モードと、前記第１の光および前記第２の光を前記第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる第２モードとの切り替えが可能である第１の調光部材と、
自らを透過する透過光の散乱強度を調節可能である第２の調光部材と
を順に有する表示装置。
（２）
前記ビームスプリッタを透過した前記画像表示光の前記一部は、前記第１の偏光軸を有する
上記（１）記載の表示装置。
（３）
前記第２の調光部材は、前記自らを透過する前記透過光に対して第１の散乱強度を示す第３モードと、前記自らを透過する前記透過光に対して前記第１の散乱強度よりも弱い第２の散乱強度を示す第４モードとの切り替えが可能である
上記（１）または（２）記載の表示装置。
（４）
前記第１の調光部材は、第１の透明電極と、ゲストホスト型液晶を含むゲストホスト型液晶層と、第２の透明電極とが順に積層された構造を有する
上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の表示装置。
（５）
前記第２の調光部材は、第３の透明電極と、高分子分散型液晶層と、第４の透明電極とが順に積層された構造を有する
上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の表示装置。
（６）
前記第２の調光部材は、前記高分子分散型液晶層が第１の厚さを有する第１領域と、前記高分子分散型液晶層が第２の厚さを有する第２領域とを含む
上記（５）記載の表示装置。
（７）
前記第２の調光部材は、前記透過光の透過する透過方向と交差する面内において散乱強度分布を有する
上記（１）から（６）のいずれか１つに請求項１記載の表示装置。
（８）
前記第１の調光部材および前記第２の調光部材のうちの少なくとも一方は、色素材料を含んでいる
上記（１）から（７）のいずれか１つに請求項１記載の表示装置。
（９）
前記第１の調光部材における前記第１モードと前記第２モードとの切り替えは、前記画像表示光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっている
上記（１）から（８）のいずれか１つに請求項１記載の表示装置。
（１０）
前記第２の調光部材における前記第３モードと前記第４モードとの切り替えは、前記透過光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっている
上記（３）に記載の表示装置。
（１１）
前記第１の調光部材における前記第１モードと前記第２モードとの切り替えは、前記画像表示光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっており、
前記第２の調光部材における前記第３モードと前記第４モードとの切り替えは、前記透過光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっている
上記（３）に記載の表示装置。
（１２）
入射光のうちの一部を透過すると共に前記入射光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、
第１の偏光軸を有する第１の光に対する第１の透過率が、前記第１の偏光軸と異なる第２の偏光軸を有する第２の光に対する第２の透過率よりも高くなる第１モードと、前記第１の透過率と前記第２の透過率とが実質的に等しくなる第２モードとの切り替えが可能である第１の調光部材と、
自らを透過する透過光の散乱強度を調節可能である第２の調光部材と
を順に有する光学装置。
（１３）
表示装置を備えた電子機器であって、
前記表示装置は、
第１の偏光軸を有する画像表示光を発する画像表示部と、
前記画像表示光のうちの一部を透過すると共に前記画像表示光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、
第１の偏光軸を有する第１の光を第１の透過率で透過させると共に第２の偏光軸を有する第２の光を前記第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる第１モードと、前記第１の光および前記第２の光を前記第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる第２モードとの切り替えが可能である第１の調光部材と、
自らを透過する透過光の散乱強度を調節可能である第２の調光部材と
を順に有する電子機器。

本出願は、日本国特許庁において２０１７年９月６日に出願された日本特許出願番号２０１７－１７０９６１号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (13)

1. 第１の偏光軸を有する画像表示光を発する画像表示部と、
   前記画像表示光のうちの一部を透過すると共に前記画像表示光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、
   第１の偏光軸を有する第１の光を第１の透過率で透過させると共に第２の偏光軸を有する第２の光を前記第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる第１モードと、前記第１の光および前記第２の光を前記第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる第２モードとの切り替えを行う第１の調光部材と、
   自らを透過する透過光の散乱強度の調節を行う第２の調光部材と
   を順に有する表示装置。
2. 前記ビームスプリッタを透過した前記画像表示光の前記一部は、前記第１の偏光軸を有する
   請求項１記載の表示装置。
3. 前記第２の調光部材は、前記自らを透過する前記透過光に対して第１の散乱強度を示す第３モードと、前記自らを透過する前記透過光に対して前記第１の散乱強度よりも弱い第２の散乱強度を示す第４モードとの切り替えが可能である
   請求項１記載の表示装置。
4. 前記第１の調光部材は、第１の透明電極と、ゲストホスト型液晶を含むゲストホスト型液晶層と、第２の透明電極とが順に積層された構造を有する
   請求項１記載の表示装置。
5. 前記第２の調光部材は、第３の透明電極と、高分子分散型液晶層と、第４の透明電極とが順に積層された構造を有する
   請求項１記載の表示装置。
6. 前記第２の調光部材は、前記高分子分散型液晶層が第１の厚さを有する第１領域と、前記高分子分散型液晶層が第２の厚さを有する第２領域とを含む
   請求項５記載の表示装置。
7. 前記第２の調光部材は、前記透過光の透過する透過方向と交差する面内において散乱強度分布を有する
   請求項１記載の表示装置。
8. 前記第１の調光部材および前記第２の調光部材のうちの少なくとも一方は、色素材料を含んでいる
   請求項１記載の表示装置。
9. 前記第１の調光部材における前記第１モードと前記第２モードとの切り替えは、前記画像表示光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっている
   請求項１記載の表示装置。
10. 前記第２の調光部材における前記第３モードと前記第４モードとの切り替えは、前記透過光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっている
    請求項３記載の表示装置。
11. 前記第１の調光部材における前記第１モードと前記第２モードとの切り替えは、前記画像表示光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっており、
    前記第２の調光部材における前記第３モードと前記第４モードとの切り替えは、前記透過光の透過する透過方向と交差する面内の一部領域において選択的に実施可能となっている
    請求項３記載の表示装置。
12. 入射光のうちの一部を透過すると共に前記入射光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、
    第１の偏光軸を有する第１の光に対する第１の透過率が、前記第１の偏光軸と異なる第２の偏光軸を有する第２の光に対する第２の透過率よりも高くなる第１モードと、前記第１の透過率と前記第２の透過率とが実質的に等しくなる第２モードとの切り替えを行う第１の調光部材と、
    自らを透過する透過光の散乱強度の調節を行う第２の調光部材と
    を順に有する光学装置。
13. 表示装置を備えた電子機器であって、
    前記表示装置は、
    第１の偏光軸を有する画像表示光を発する画像表示部と、
    前記画像表示光のうちの一部を透過すると共に前記画像表示光のうちの他の一部を反射するビームスプリッタと、
    第１の偏光軸を有する第１の光を第１の透過率で透過させると共に第２の偏光軸を有する第２の光を前記第１の透過率よりも低い第２の透過率で透過させる第１モードと、前記第１の光および前記第２の光を前記第１の透過率よりも高い第３の透過率で透過させる第２モードとの切り替えを行う第１の調光部材と、
    自らを透過する透過光の散乱強度の調節を行う第２の調光部材と
    を順に有する電子機器。

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