WO2012147681A1

WO2012147681A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2012147681A1
Application number: PCT/JP2012/060836
Authority: WO
Inventors: 康浅岡; 大輔槻尾; 和広出口; 藤原　小百合; 佐藤　英次
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2012-11-01
Anticipated expiration: 2013-10-26

Abstract

　本発明による液晶表示装置（１００Ａ）は、液晶表示パネル（５０Ａ）と、液晶表示パネル（５０Ａ）の観察者側に配置された光線方向変換素子（２０）とを備える。液晶表示パネル（５０Ａ）は、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層（１）と、液晶層（１）を間に保持する第１基板（２）および第２基板（３）と、液晶層（１）に電圧を印加する一対の電極（４、８）とを備える。液晶層（１）は、画素内に、連続した壁（１０）と、液晶領域（１１）とを有する。液晶領域（１１）は、ネマチック液晶材料と２色性蛍光色素（１７）とを有する。光線方向変換素子２０は、２色性蛍光色素（１７）から発光された蛍光の進行方向を所定の方向に向ける。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関し、特に、２色性蛍光色素を有する液晶表示装置に関する。

　液晶表示装置は、薄型、軽量等の特徴を有するフラットパネルディスプレイとして、液晶テレビ、モニター、携帯電話などに広く利用されている。しかしながら、現在最も広く利用されている液晶表示装置は、偏光板を２枚もしくは１枚用いた方式であり、光の利用効率が低いという問題がある。

　これまでも、偏光板を使用しない表示方式として、ゲストホスト方式や高分子分散液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal：ＰＤＬＣ）方式が提案されている（例えば、特許文献１）。

　特許文献１には、ＰＤＬＣ方式の液晶表示パネルと反射板との間にホログラム素子が配置された液晶表示装置が開示されている。ＰＤＬＣ方式の液晶表示パネルの液晶層（ＰＤＬＣ層）は、高分子中に分散させた複数の液晶領域（「液晶滴」ともいう。）を有している。各液晶領域は、高分子で形成された壁によって規定される空間（以下、「小部屋」という。）内に形成されている。このようなＰＤＬＣ層では、電圧を印加しないとき（電圧無印加時）、垂直入射の光に対して、液晶領域内の液晶材料と高分子との間に屈折率の差が生じ、これらの界面で光が散乱され、白表示が得られる。ＰＤＬＣ層に電圧を印加すると（電圧印加時）、液晶の配向が変化して液晶と高分子との屈折率が略等しくなるので、光は散乱されることなくＰＤＬＣ層を透過する。このとき、ＰＤＬＣ層の背面側にホログラム素子を配置し、このホログラム素子によってＰＤＬＣ層を透過した光を臨界角以上の方向に回折させることにより、黒表示を行っている。

特開平１１－３３７９２３号公報

　一方、本出願人は、これまで２色性蛍光色素を有するＰＤＬＣ方式の液晶表示装置を開発している（例えば、ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０７３８３０号（以下、特許出願１という）および国際公開第２０１１／１３６０７２号（以下、特許出願２という）。参考までに、特許出願１および２の開示内容のすべてを本願明細書に援用する。

　特許出願１に開示されている液晶表示装置は、高分子中に分散させた複数の液晶領域内に２色性蛍光色素を有している。また、液晶領域を配向膜と接するように形成して液晶領域内の液晶分子の配向を制御し、２色性蛍光色素の配向を制御している。その結果、２色性蛍光色素の発光効率が高くなり、コントラスト比が向上する。

　しかしながら、このような２色性蛍光色素を有するＰＤＬＣ方式の液晶表示装置は、正面視における輝度を改善する余地がある。

　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、正面視における輝度を高めた２色性蛍光色素を有する液晶表示装置を提供することにある。

　本発明による液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察者側に配置された光線方向変換素子と、前記液晶表示パネルと前記光線方向変換素子との間に設けられた空気層とを有し、前記液晶表示パネルは、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層と、前記液晶層を間に保持する第１基板および第２基板と、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極とを備え、前記液晶層は、画素内に、連続した壁と、液晶領域とを有し、前記液晶領域は、ネマチック液晶材料と２色性蛍光色素とを有し、前記光線方向変換素子は、前記２色性蛍光色素から発光された蛍光の進行方向を所定の方向に向ける。

　ある実施形態において、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極は、前記液晶層を挟んで配置され、前記液晶領域は、前記壁によって分離された第１液晶領域を含む。

　ある実施形態において、前記液晶表示装置は、前記液晶層と前記第１基板との間、および、前記液晶層と前記第２基板との間の少なくともいずれか一方に、前記液晶層と接するように形成された水平配向膜をさらに備える。

　ある実施形態において、前記液晶表示装置は、前記液晶層と前記第１基板との間、および、前記液晶層と前記第２基板との間に形成され、配向処理された第１および第２配向膜を備え、前記液晶領域は、前記壁と前記第１配向膜とによって分離された第２液晶領域と、前記壁と前記第２配向膜とによって分離された第３液晶領域とを含み、前記第２液晶領域の前記２色性蛍光色素は、前記第１配向膜によって規定される第１方位に沿って配向しており、前記第３液晶領域の前記２色性蛍光色素は、前記第２配向膜によって規定される第２方位に沿って配向している。

　ある実施形態において、前記第１方位と前記第２方位とは直交している。

　ある実施形態において、前記第１および第２配向膜の表面自由エネルギーは４４ｍＪ／ｍ²以上５０ｍＪ／ｍ²以下である。

　ある実施形態において、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極は、前記第１基板または前記第２基板上のいずれか一方に形成され、前記液晶層と前記第１基板との間、および、前記液晶層と前記第２基板との間に形成された第１および第２垂直配向膜とを備え、前記液晶領域は、前記壁と前記第１垂直配向膜とによって分離された第１液晶領域と、前記壁と前記第２垂直配向膜とによって分離された第２液晶領域とを含み、前記第１および第２液晶領域の前記２色性蛍光色素は、それぞれ前記第１および第２垂直配向膜によって規定される方位に沿って配向している。

　本発明による他の実施形態における液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察者側に配置された光線方向変換素子と、前記液晶表示パネルと前記光線方向変換素子との間に設けられた空気層とを有し、前記液晶表示パネルは、発光方向によって発光の強さが異なる、複数の２色性蛍光色素分子を有する蛍光発光層と、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層とを有し、前記液晶層は、画素内に、連続した壁と、ネマチック液晶材料を有する液晶領域とを有し、前記複数の２色性蛍光色素分子のそれぞれは、前記蛍光発光層内に、遷移双極子モーメントの向きが各分子で同じ方向になるように配向されており、前記光線方向変換素子は、前記複数の２色性蛍光分子のそれぞれから発光された蛍光の進行方向を所定の方向に向ける。

　ある実施形態において、前記複数の２色性蛍光色素分子のそれぞれは、前記蛍光発光層内に、遷移双極子モーメントの向きが前記蛍光発光層の厚さ方向と一致するように配向されている。

　ある実施形態において、前記蛍光発光層と前記液晶層との間には、紫外線を吸収する紫外線吸収層が設けられている。

　ある実施形態において、前記蛍光発光層は、シート状に（自己支持可能に）形成された発光層と、前記発光層を被接着部に接着する接着層とを有し、前記発光層および前記接着層の少なくとも一方は、紫外線吸収剤を含む。

　ある実施形態において、前記液晶表示パネルは、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極を有し、前記一対の電極は、一対の櫛歯電極である。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、前記蛍光発光層と前記光線方向変換素子との間に、光源からの光を前記蛍光発光層に導く導光板が配置されている。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、前記蛍光発光層の面方向外方に、前記蛍光発光層内の２色性蛍光色素分子から出射される光を受光して発電する光発電部を備えている。

　ある実施形態において、前記光発電部は、その受光面が蛍光発光層の面方向端部に対向するように設けられている。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの前記光線方向変換素子側に配置された反射防止層をさらに有する。

　ある実施形態において、上述の液晶表示装置は、前記光線方向変換素子の前記液晶表示パネル側に配置された反射防止層をさらに有する。

　ある実施形態において、前記液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの前記光線方向変換素子側、および、前記光線方向変換素子の前記液晶表示パネル側に配置された反射防止層をさらに有する。

　ある実施形態において、前記液晶領域に含まれる前記ネマチック液晶材料の異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差は０．１以上０．３以下である。

　ある実施形態において、前記液晶領域はカイラル剤を含んでいない。

　ある実施形態において、前記ネマチック液晶材料の誘電異方性は正である。

　ある実施形態において、前記光線方向変換素子の回折角度は、４０°以上７０°以下である。

　本発明によると、正面視における輝度を高めた２色性蛍光色素を有する液晶表示装置が提供される。

（ａ）は、本発明による実施形態における液晶表示装置１００Ａの模式的な断面図であり、（ｂ）は、光線方向変換素子２０を説明する図であり、（ｃ）は、液晶表示装置１００Ａの蛍光輝度と視角との関係を示すグラフである。（ａ）および（ｂ）は、２色性蛍光色素を説明するための模式的な図であり、（ｃ）は、２色性蛍光色素についての波長（λ）と吸光係数および蛍光発光係数との関係を説明するグラフである。液晶表示パネル５０Ａの模式的な断面図である。蛍光輝度と視角との関係を示すグラフである。液晶表示パネル５０Ａの模式的な断面図である。反射特性の測定結果を示すグラフである。ホログラム素子２１を説明する図である。（ａ）は、本発明による他の実施形態における液晶表示装置１００Ｂの模式的な断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、２色性蛍光色素１７の配向を説明する図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｃの模式的な断面図である。（ａ）および（ｂ）は、反射防止層８０を説明する図である。蛍光輝度と視角との関係を示したグラフである。本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｄの模式的な断面図である。液晶表示装置１００Ｄを説明する図である。液晶表示装置１００Ｄを説明する図である。液晶表示装置１００Ｄの改変例を説明する図である。液晶表示装置１００Ｄのさらなる改変例を説明する図である。本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｅの模式的な断面図である。本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｆの模式的な断面図である。液晶表示装置１００Ｆの改変例を説明する図である。本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｇの模式的な断面図である。（ａ）は、本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｈの模式的な平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ－ＩＩ’線に沿った断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明による実施形態における液晶表示装置を説明する。なお、本発明は例示する実施形態に限定されない。

　図１を参照しながら、本発明による実施形態における液晶表示装置１００Ａを説明する。

　図１（ａ）は、液晶表示装置１００Ａを模式的に示す断面図である。図１（ｂ）は、光線方向変換素子２０を説明する図であり、２つの画素に対応する部分を示している。図１（ｃ）は、液晶表示装置１００Ａの蛍光輝度と視角との関係を示すグラフである。

　図１（ａ）に示すように、液晶表示装置１００Ａは、液晶表示パネル５０Ａと光線方向変換素子（例えば、ホログラム素子）２０とを有する。液晶表示パネル５０Ａは、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層１と、液晶層１を間に保持する第１基板（例えば、ガラス基板）２および第２基板（例えば、ガラス基板）３と、液晶層１に電圧を印加する一対の電極４および８とを備える。液晶層１は、画素内に、連続した壁１０と、液晶領域１１とを有する。液晶領域１１は、ネマチック液晶材料（不図示）と２色性蛍光色素（図１（ａ）には不図示）とを有する。２色性蛍光色素から発光された蛍光の進行方向を所定の方向（例えば、液晶表示装置１００Ａの表示面の法線方向）に向ける光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ａの観察者側に配置されている。なお、本発明の実施形態における液晶表示装置においては、特許文献１に開示されている液晶表示装置のように、ホログラム素子を用いて黒表示を得ることはしていない。

　図１（ｂ）に示すように、２色性蛍光色素から発光した蛍光Ｆ１が光線方向変換素子２０により、例えば、液晶表示装置１００Ａの表示面の法線方向へ屈折し、正面視（例えば、液晶表示装置１００Ａの表示面の法線方向）方向の蛍光の輝度が高くなる。図１（ｃ）に示すように、正面視方向の蛍光の輝度は、正面視方向からずれた方向の蛍光の輝度よりも高い。

　さらに、図１（ａ）に示す液晶表示装置１００Ａにおいて、第１基板２および第２基板３上に、それぞれ液晶層１と接するように配向膜１２および１３は形成されている。配向膜１２および１３は、例えば、水平配向膜である。なお、配向膜１２および１３は、いずれか一方のみ形成してもよく、いずれも形成しなくてもよい。第１基板２の液晶層１側には、例えば、画素ごとに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５および画素電極４が形成されている。画素電極４は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）から形成された反射電極である。第２基板３の液晶層１側には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成された透明電極８が形成されている。

　液晶表示装置１００Ａの液晶層１は、壁１０によって分割された小部屋１４を有する。小部屋１４は、複数ある。連続する壁１０は、例えば高分子から形成されている。小部屋１４の中には液晶領域１１が形成されている。それぞれの液晶領域１１は、ネマチック液晶材料と２色性蛍光色素とを有する。液晶領域１１内のネマチック液晶材料および２色性蛍光色素は、配向膜１２および１３と接触していないものも含む。

　液晶層１を形成する材料は特に限定されないが、液晶層１を形成するネマチック液晶材料の誘電率異方性は正であることが好ましい。ネマチック液晶材料の誘電率異方性が負であり、そのネマチック液晶材料の液晶分子の配向を規制する配向膜が垂直配向膜の場合、液晶分子は電圧を印加したとき、基板と平行になるように倒れなければならない。しかしながら、この場合、液晶分子が倒れる方向を規制することができず、液晶領域内の液晶分子は一様な配向から乱れやすく、液晶領域内にディスクリネーションが発生し、液晶分子の動きを妨げるおそれがある。また、後で説明する表示原理を利用するためには、液晶層はカイラル剤を含んでいないことが好ましい。さらに、液晶層１のネマチック液晶材料の複屈折率Δｎ（異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差）は０．１以上０．３以下であることが好ましい。複屈折率Δｎが０．１以上であれば、表示のコントラスト比を高めることができる。一方、複屈折率Δｎが０．３以下であれば材料の選択肢が多く、低電圧化、高速化が可能となり得る。

　液晶層１は、例えば、ネマチック液晶材料（すなわち低分子液晶組成物）および光硬化性樹脂（モノマーおよび／またはオリゴマー）の混合物を相溶させて透明基板間に配置した後、光硬化性樹脂を重合することによって得られる。光硬化性樹脂の種類は特に限定されないが、好ましくは紫外線硬化性樹脂を用いる。紫外線硬化性樹脂を用いると、重合を行う際に上記混合物を加熱する必要がないので、他の部材への熱による悪影響を防止できる。モノマー、オリゴマーは単官能でも多官能でもよい。

　本実施形態では、紫外線硬化性樹脂と液晶組成物との混合物（液晶混合物）を、紫外線等の活性光線の照射により光硬化させることによって液晶層１を形成する。液晶混合物としては、例えば、紫外線硬化材料と液晶とを２０：８０の重量比で混合し、少量の光開始剤を添加することによって得られた、常温でネマチック液晶相を示す液晶混合物を用いることができる。

　上記の液晶混合物は、例えば、真空注入法または滴下注入（ＯＤＦ：One Drop Filling）法によって一対の基板２、３の間に保持された後、紫外線で照射される。これによって、紫外線硬化性樹脂が重合して高分子となり液晶と相分離し、高分子からなる壁１０と、その壁１０によって互いに分離された複数の液晶領域１１とを有する液晶層１が形成される。つまり、１つの液晶領域１１は壁１０に包囲されている。

　次に、図２を参照しながら、２色性蛍光色素について説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）は、２色性蛍光色素を説明する図である。図２（ｃ）は、２色性蛍光色素を説明するグラフである。２色性蛍光色素は、ｐ型とｎ型の２色性蛍光色素がある。本実施形態においては、ｐ型の２色性蛍光色素を用いている。

　図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように、ｐ型の２色性蛍光色素は、分子軸と吸収の遷移モーメント（吸収軸）３１ａとが同じ向きを向いている。これにより、分子軸と平行な方向に振動する光の吸収係数（Ａ／／）の方が、分子軸と垂直な方向に振動する光の吸収係数（Ａ⊥）よりも大きい。ｎ型の２色性蛍光色素は、その逆である。従って、ｐ型の２色性蛍光色素は、吸収軸３１ａが基板と平行となるように配向させると、液晶層１に入射する外部からの光の吸収効率は高くなる。また、吸収軸３１ａが液晶層１の厚さ方向で直交している２領域があると、外部からの光の全偏光成分を効率よく吸収することが可能となる。

　さらに、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、ｐ型の２色性蛍光色素は、分子軸と蛍光発光の遷移モーメント（発光軸）３１ｂがほぼ同じ向きを向いている。これにより、分子軸と垂直な方向に発光する光の蛍光発光係数（Ｆ／／）の方が、分子軸と平行な方向に発する光の蛍光発光係数（Ｆ⊥）よりも大きい。ｎ型の２色性蛍光色素は、その逆である。従って、ｐ型の２色性蛍光色素は、例えば、発光軸３１ｂが基板と平行となるように配向させると、液晶表示パネル５０Ａの表示面の法線方向から見たとき、蛍光発光強度が大きくなる。

　次に、図３～図６を参照して、液晶表示パネル５０Ａについて説明する。図３は、電圧無印加時における液晶パネル５０Ａを説明する図であり、図５は、電圧印加時における液晶表示パネル５０Ａを説明する図である。図４は、液晶表示パネル５０Ａの視角に対する、輝度を示すグラフである。図６は、液晶表示パネル５０Ａが透明状態、および散乱状態にあるときのそれぞれの状態におけるＳＣＥ（正反射光除去）反射率測定結果を示すグラフである。

　図３に示すように、電圧無印加時において、液晶領域１１のネマチック液晶材料（不図示）は、ランダムに配向している。２色性蛍光色素１７は、ネマチック液晶材料の配向方位に依存してランダムに配向している。つまり、電圧無印加時において、液晶層１は散乱状態である。

　外部から液晶層１に入射した光は、散乱され、２色性蛍光色素１７の励起波長域（３５０ｎｍ～５００ｎｍ）の光は、２色性蛍光色素１７に吸収される。この結果、２色性蛍光色素１７が蛍光を発光する。蛍光発光した光Ｆ１のうちの一部は、液晶層１で散乱されることなく液晶表示パネル５０Ａの表面から外部に出射される。蛍光発光した光Ｆ１のうちの大半（およそ７４％）は、液晶表示パネル５０Ａと空気層との界面で全反射され、液晶表示パネル５０Ａの内部を導光する。液晶表示パネル５０Ａ内を導光する蛍光Ｆ１は、反射と散乱を繰り返すうちに、進行方向が全反射角度よりも小さい角度になり、液晶表示パネル５０Ａへ出射される。散乱状態にある液晶層１により、蛍光発光した光Ｆ１のうちの６０％以上が液晶表示パネル５０Ａの外部へ出射される。この結果、蛍光発光した光Ｆ１と散乱された外光とにより、明るいカラー表示が可能となる。

　しかしながら、反射と散乱を繰り返して液晶表示パネル５０Ａの外部へ出射される光の大半は、散乱状態にある液晶層１内における散乱角度が小さく、ほぼ前方散乱となるので、液晶表示パネル５０Ａの表示面の法線方向からずれた方向に出射される。ただし、出射角度が６０°を超えると、界面反射率が高くなるので、蛍光輝度が低下する。この結果、蛍光輝度分布は図４のようになり、正面（図４中角度０°）付近での蛍光輝度が低く、液晶表示パネル５０Ａの表示面の法線方向から５０°ずれた付近での蛍光輝度が最大となる。

　図５に示すように、電圧印加時において、液晶層１の液晶領域１１内のネマチック液晶材料（不図示）は、第１基板２に対して垂直に配向する。ネマチック液晶材料の配向方向に依存して２色性蛍光色素１７も第１基板２に対して垂直に配向する。その結果、液晶層１は透明状態となる。

　液晶層１が透明状態にあるとき、外部から入射した光は散乱されずに透過し、反射板（例えば、反射電極４）で正反射し、液晶表示パネル５０Ａの外部へ出射される。２色性蛍光色素１７の励起波長域の光は、２色性蛍光色素１７が第１基板２に対して垂直に配向しているので、２色性蛍光色素１７にほとんど吸収されない。この結果、蛍光発光した光Ｆ１は少なく、そのほとんどが第１基板２に平行な方向に発光する。従って、蛍光発光した光Ｆ１の多くは液晶表示パネル５０Ａ内部を導光する。また、光源（外光）に対して正反射方向以外では黒表示となる。

　次に、波長４２０ｎｍ付近に吸収波長があり、波長５４０ｎｍ付近で蛍光発光する２色性蛍光色素１７を有する液晶表示パネル５０Ａが透明状態Ｔ１、または散乱状態Ｄ１であるとき、それぞれの状態をコニカミノルタのＣＭ２００２（拡散光源／８°受光）を用いて、ＳＣＥ（正反射光除去）反射率測定を行った。その結果、図６に示すような結果となり、コントラスト比１０：１の表示が得られることがわかった。

　次に、図７を参照して光線方向変換素子２０を説明する。図７は、光線方向変換素子２０を説明する図である。

　本実施形態において、光線方向変換素子２０は、例えばホログラム素子２１である。ホログラム素子２１は、体積位相型ホログラム素子であることが好ましい。液晶表示装置１００Ａにおいて、光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ａの観察者側に配置されている。光線方向変換素子２０は、例えば、液晶表示パネル５０Ａ（液晶表示装置１００Ａ）の表示面の法線方向から４０°～６０°方向に向かって照射された蛍光を液晶表示パネル５０Ａの表示面の法線方向に屈折させる。光線方向変換素子２０により、例えば、正面視における液晶表示装置１００Ａの輝度が高くなる。また、空気層を間に挟むように光線方向変換素子２０と液晶表示パネル５０Ａとを配置することが好ましい。このように光線方向変換素子２０と液晶表示パネル５０Ａとを配置すると正面視方向の輝度はより高まり、液晶表示装置１００Ａの表示面の法線方向からずれた方向の輝度はより低くなる。

　ホログラム素子２１を製造するにあたり、物体光Ｏ１および参照光Ｒ１（図７参照）は、２色性蛍光色素１７の最大発光波長（例えば、波長５４０ｎｍ）を用いることが好ましい。また、物体光Ｏ１をホログラム素子２１の主面の法線方向から照射することが好ましい。参照光Ｒ１は、ホログラム素子２１に物体光Ｏ１が入射される側とは反対側から、入射角度θを有してホログラム素子２１に照射されることが好ましい。ここで、入射角度θは、例えば、４０°以上７０°以下が好ましく、５０°がより好ましい。また、参照光Ｒ１は、一方向から照射されることに限られず、全方向から照射されることがより好ましい。従って、ホログラム素子２１の回折角度は４０°以上７０°以下が好ましく、５０°がより好ましい。その理由を説明する。観察者が液晶表示装置１００Ａの法線方向（正面方向）から観察するとき、観察者は、正面方向から０°～４０°方向に出射された光を見ることになる。このため、正面方向から０°～４０°方向に出射された光を正面方向側に屈折させても、観察者が明るいと感じる効果は小さい。一方、正面方向から７０°以上の角度に出射される光は、液晶表示パネル５０Ａ／空気界面、および、空気／ホログラム素子２１界面で反射されるのでホログラム素子２１へ入射する光が少なく、正面方向へ屈折される光が少ない。このため、正面方向から７０°以上方向に出射された光を正面方向側に屈折させても、観察者が明るいと感じる効果は小さい。

　次に、本発明による他の実施形態における液晶表示装置１００Ｂを図８を参照しながら説明する。なお、液晶表示装置１００Ａと共通する構成要素には同じ参照符号を付す。図８（ａ）は、液晶表示装置１００Ｂの模式的な断面図である。

　図８（ａ）に示すように、液晶表示装置１００Ｂは、液晶表示パネル５０Ｂと光線方向変換素子２０とを有する。液晶表示パネル５０Ｂは、第１基板（例えばガラス基板）２と、第１基板２に対向するように配置された第２基板（例えばガラス基板）３と、これらの第１基板２と第２基板３との間に設けられた液晶層１とを有する。さらに、第１基板２および第２基板３には、それぞれ液晶層１と接するように配向膜１２および１３が形成されている。配向膜１２および１３には、例えばラビング処理が施されており、それぞれに接する液晶層１のネマチック液晶分子の配向方位を規定している。例えば、配向膜１２による配向方位と配向膜１３による配向方位とは直交している。また、ラビング処理の他、光配向処理などによっても配向方位を規定することができる。光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ｂの観察者側に配置されている。

　液晶層１は、壁１０と配向膜１２によって分割された小部屋１４ａと、壁１０と配向膜１３とによって分割された小部屋１４ｂとを有する。連続する壁１０は、例えば高分子から形成されている。小部屋１４ａの中には液晶領域１１ａが形成され、小部屋１４ｂの中には液晶領域１１ｂが形成されている。それぞれの液晶領域１１ａおよび１１ｂは、ネマチック液晶材料（不図示）と２色性蛍光色素１７とを有する。液晶領域１１ａ内のネマチック液晶材料および２色性蛍光色素１７は、配向膜１２と接触している。液晶領域１１ｂ内のネマチック液晶材料および２色性蛍光色素１７は、配向膜１３と接触している。液晶領域１１ａのネマチック液晶材料および２色性蛍光色素１７は、配向膜１２のラビング方向に沿って配向しており、液晶領域１１ｂのネマチック液晶材料および２色性蛍光色素１７は、配向膜１３のラビング方向に沿って配向している。２色性蛍光色素１７は、ネマチック液晶材料の配向方位と平行になるように配向している。

　小部屋１４ａ、１４ｂが、それぞれ、配向膜１２、１３と壁１０とで分割されて形成されるには、配向膜１２および１３の表面自由エネルギーを最適化することが好ましい。これは、本願発明者が種々の検討を重ねた結果、得られた知見である。表面自由エネルギーの好適な範囲は、液晶層１を形成する材料によって変わるが、例えば、４４ｍＪ／ｍ²以上５０ｍＪ／ｍ²以下である。

　このように、ネマチック液晶材料と２色性蛍光色素１７とがそれぞれ、配向膜１２、１３と接するように小部屋１４ａ、１４ｂを形成すると、ネマチック液晶材料と２色性蛍光色素１７の配向を制御することができる。例えば、液晶領域１１ａの２色性蛍光色素１７の配向方位と液晶領域１１ｂの２色性蛍光色素１７の配向方位とが直交するように２色性蛍光色素１７の配向を制御すると、２色性蛍光色素１７による光（例えば、波長４３０ｎｍの光）の吸収を効率よく行えるので、低電圧駆動が可能となり、かつ、発色性をよくすることができる。

　液晶表示装置１００Ｂは、第１基板２の液晶層１側に形成され、画素ごとに形成されたＴＦＴ５を有する。さらに、液晶表示装置１００Ｂは、第１基板２の液晶層１側に形成され、画素ごとに形成された画素電極４と、液晶層１と接する配向膜１２とを有する。配向膜１２は水平配向膜であり、ラビング処理が施されている。さらに、液晶表示装置１００Ｂは、第２基板３の液晶層１側に形成された透明電極８と、液晶層１に接するように形成された配向膜１３とを有する。配向膜１３も、配向膜１２と同様に水平配向膜であり、ラビング処理が施されている。上述したように、配向膜１２のラビング方向と配向膜１３のラビング方向とが直交するように、配向膜１２、１３は形成されている。

　図８（ｂ）および図８（ｃ）は、電圧無印加時における２色性蛍光色素１７の配向方向について説明する図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＩａ－Ｉａ’線に沿った図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）のＩｂ－Ｉｂ’線に沿った図である。

　図８（ｂ）に示すように、電圧無印加時において、配向膜１２近傍の液晶領域１１ａに存在する２色性蛍光色素１７の長軸方向（ディレクタ）３０は、液晶表示装置１００Ｂを表示面の法線方向から見たとき、液晶層１の列方向と平行である。図８（ｃ）に示すように、電圧無印加時において、配向膜１３近傍の液晶領域１１ｂに存在する２色性蛍光色素１７の長軸方向（ディレクタ）３０は、液晶表示装置１００Ｂを表示面の法線方向から見たとき、液晶層１の行方向と平行である。つまり、液晶領域１１ａのディレクタ３０と液晶領域１１ｂのディレクタ３０とは直交している。

　液晶表示装置１００Ｂの液晶層１に電圧を印加すると、液晶表示装置１００Ａで説明したように、液晶層１は透明状態となる（図５参照）。

　液晶表示装置１００Ｂのように、電圧無印加時において、２色性蛍光色素１７を第１基板２の平面と平行に配向させることにより、２色性蛍光色素の光吸収効率を大きくすることができる。

　次に、図９を参照しながら本発明によるさらに他の実施形態による液晶表示装置１００Ｃを説明する。図９（ａ）は、電圧無印加時における、液晶表示装置１００Ｃの模式的な断面図であり、図９（ｂ）は、電圧印加時における、液晶表示装置１００Ｃの模式的な断面図である。

　図９に示すように、液晶表示装置１００Ｃは、液晶表示パネル５０Ｃと光線方向変換素子２０とを有する。液晶表示パネル５０Ｃは、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層１と、液晶層１を間に保持する第１基板（例えば、ガラス基板）２および第２基板（例えば、ガラス基板）３と、液晶層１に電圧を印加する一対の電極５４および５８とを備える。一対の電極５４および５８は、いわゆる一対の櫛歯電極である。また、第１基板２および第２基板３上には、それぞれ液晶層１と接するように垂直配向膜（不図示）が形成されている。液晶層１は、画素内に、連続した壁１０と、液晶領域１１とを有する。液晶領域１１は、ネマチック液晶材料（不図示）と２色性蛍光色素１７とを有する。液晶領域１１は、第１基板２に形成された垂直配向膜（不図示）と壁１０とによって互いに分離された液晶領域１１ａと、第２基板３に形成された垂直配向膜（不図示）と壁１０とによって互いに分離された液晶領域１１ｂとを含む。つまり、液晶領域１１ａおよび１１ｂは、それぞれ壁１０と垂直配向膜とによって包囲されている。２色性蛍光色素１７から発光された蛍光の進行方向を所定の方向（例えば、液晶表示装置１００Ｃの表示面の法線方向）に向ける光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ｃの観察者側に配置されている。

　図９（ａ）に示すように、電圧無印加時のとき、液晶領域１１のネマチック液晶材料（不図示）は、第１基板２に対して垂直に配向している。２色性蛍光色素１７は、ネマチック液晶材料の配向に依存して、第１基板２に対して垂直に配向している。従って、電圧無印加時のとき、液晶層１は透明状態である。

　図９（ｂ）に示すように、液晶層１に電圧を印加すると、液晶領域１１のネマチック液晶材料（不図示）は、電気力線に対して、平行に配向する。ネマチック液晶材料に依存して、２色性蛍光色素１７はネマチック液晶材料と平行に配向する。その結果、ネマチック液晶材料の複屈折率Δｎが周期的に変化するので、液晶層１は散乱状態となる。また、２色性蛍光色素１７も第１基板２の平面に平行に配向するので、蛍光発光量が大きくなり、輝度が大きくなる。

　電極５４および電極５８は、例えばＩＴＯなどの透明電極から形成されることが好ましい。液晶表示装置１００Ｃのように、一方の基板（例えば、第１基板２）に一対の電極５４および５８が形成されていると、２色性蛍光色素１７から発光し、液晶表示パネル５０Ｃ内を導光する光を効率的に液晶層１へ導くことができる。つまり、電極界面での光の吸収、および反射の影響を小さくすることができる。従って、液晶表示装置１００Ｃでは、電極界面での光の吸収、および反射の影響を小さくすることができ、輝度の高い表示が得られる。

　図１０に示すように、光線方向変換素子２０と液晶表示パネル５０（５０Ａ～５０Ｃ）との間に、例えば、反射防止層８０を配置することが好ましい。反射防止層８０は、例えば、国際公開第２００６／０５９６８６号に開示されているモスアイ構造を有する反射防止膜である。図１０（ａ）に示すように、反射防止層８０は、液晶表示パネル５０の光線方向変換素子２０側に、配置される。液晶表示装置１００Ａ～１００Ｃの表示面の法線方向から５０°以上の角度方向に出射する光の透過率は、界面反射により急激に小さくなる（図４参照）。しかしながら、反射防止層８０を上述したように配置すると（図１０（ａ）参照）、光の界面反射が抑制され、蛍光発光した光が効率よく液晶表示装置１００Ａ～１００Ｃから出射され、輝度が高くなる。反射防止層８０が配置されている液晶表示パネル１６０と、反射防止層８０が配置されていない液晶表示パネル１５０との輝度分布の測定結果を図１１に示す。図１１のグラフの縦軸は、蛍光輝度であり、横軸は各液晶表示パネルの表示面の法線方向を０°としたときの視角である。図１１からわかるように、液晶表示パネル１５０と比べて液晶表示パネル１６０の方が、あらゆる視角において、蛍光輝度が高いことがわかる。

　また、図１０（ｂ）に示すように、光線方向変換素子２０の液晶表示パネル５０側に反射防止層８０を配置してもよい。このように反射防止層８０を配置すると、光線方向変換素子２０に入射する蛍光発光した光の光量を大きくすることができ、液晶表示装置１００Ａ～１００Ｃの輝度を大きくすることができる。

　これまで、液晶層１の液晶領域１１に２色性蛍光色素１７とネマチック液晶材料とが含まれている液晶表示装置１００Ａ～１００Ｃを説明してきた。しかしながら、本発明による液晶表示装置は、これに限られず、例えば２色性蛍光色素１７を有する２色性蛍光色素層と、ネマチック液晶材料を有する液晶層とが分離している液晶表示パネルを用いることもできる。以下、このような構成を有する液晶表示装置を図１２～図２１を参照しながら説明する。なお、光線方向変換素子２０については、説明を省略する。

　本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｄを図１２～図１６を参照しながら説明する。図１２は、液晶表示装置１００Ｄの模式的な断面図である。図１３は、電圧印加時における液晶表示装置１００Ｄを説明する図であり、図１４は、電圧無印加時における液晶表示装置１００Ｄを説明する図である。図１５は、液晶表示装置１００Ｄの改変例を説明する図である。図１６は、液晶表示装置１００Ｄのさらなる改変例を説明する図である。

　図１２に示すように、液晶表示装置１００Ｄは、液晶表示パネル５０Ｄと、液晶表示パネル５０Ｄの観察者側に配置された光線方向変換素子２０とを有する。液晶表示パネル５０Ｄと光線方向変換素子２０との間に設けられた空気層３５を有する。液晶表示パネル５０Ｄは、発光方向によって発光の強さが異なる、複数の２色性蛍光色素分子１７ａを有する蛍光発光層３１と、光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層３３とを有する。液晶層３３は、画素内に、高分子から形成された連続した壁１０と、ネマチック液晶材料を有する液晶領域１１とを有する。液晶領域１１には複数の２色性蛍光色素分子１７ａを有しない。壁１０とネマチック液晶材料の詳細については、上述したとおりである。複数の２色性蛍光色素分子１７ａのそれぞれは、蛍光発光層３１内に、遷移双極子モーメントの向きが各分子で同じ方向になるように配向されている。

　液晶表示パネル５０Ｄは、液晶層３３と蛍光発光層３１とが分離している。従って、蛍光色素を液晶層３３内に溶解させる必要がないので、多くの蛍光色素を液晶層３３内に添加可能なように液晶層３３を厚くする必要がなくなる。また、十分な蛍光発光を得るためには、蛍光発光層３１を厚くすればよいので、液晶層３３に印加する電圧を変えることなく、発光量を変えることが可能になる。

　さらに、蛍光発光層３１内の２色性蛍光色素分子１７ａは、発光する方向によって発光の強さが異なるので、２色性蛍光色素分子１７ａから出射される強い光の表示装置内での屈折状態を変えることによって、蛍光発光の強度を変化させることが可能となる。すなわち、液晶層３３内のネマチック液晶材料を制御することによって、２色性蛍光色素分子１７ａから出射されるより明るい光を、ネマチック液晶材料で散乱させて取り出したり液晶表示装置１００Ｄ内で全反射させて液晶表示装置１００Ｄ内に閉じ込めたりすることが可能となる。従って、液晶層３３内のネマチック液晶材料の制御によって、液晶表示装置１００Ｄの蛍光発光の状態を変えることが可能となる。

　具体的には、液晶表示パネル５０Ｄは、例えば、画素電極４およびＴＦＴ５が形成された第１基板２と、第１基板２に対向する第２基板３と、第１基板２および第２基板３の間に配置された液晶層３３とを有する。

　第２基板３には、透明電極（「対向電極」という場合もある）８と、複数の２色性蛍光色素分子１７ａを有する蛍光発光層３１とが形成されている。第２基板３の液晶層３３側に蛍光発光層３１が形成され、蛍光発光層３１の液晶層３３側に対向電極８が形成されている。

　液晶層３３は、ＰＤＬＣ層である。液晶層３３は、ネマチック液晶材料を有し、２色性蛍光色素１７を有しない。電圧無印加時において、液晶層３３は散乱状態となり、液晶層３３に電圧を印加すると、液晶層３３は透明状態となる。このようなＰＤＬＣ層は、よく知られているので詳細な説明を省略する。

　蛍光発光層３１は、２色性蛍光色素分子１７ａと、２色性蛍光色素分子１７ａを保持する液晶性ポリマー２３ｂとを有する。２色性蛍光色素分子１７ａは、紫外線の波長領域（例えば１０ｎｍ～４００ｎｍ）および可視光線の波長領域（例えば３８０ｎｍ～７５０ｎｍ）に吸収帯域を有し、かつ、２色性比が５以上の材料を有する。２色性蛍光色素分子１７ａは、例えば、ベンゾチアジアゾール系、または、クマリン系、シアニン系、ピリジン系、ローダミン系、スチリル系、アントラキノン系の蛍光色素分子である。

　上述したように２色性蛍光色素分子１７ａは、紫外線や可視光線などの光を吸収して蛍光発光する特性を有する。２色性蛍光色素分子１７ａは、分子長軸と交差する方向に振幅する光（分子長軸に対して平行に進行する光）の吸収係数に比べて、分子長軸と平行な方向に振幅する光（分子長軸に対して交差する方向に進行する光）の吸収係数の方が大きいという吸収特性を有する（図２参照）。

　また、２色性蛍光色素分子１７ａは、分子長軸と交差する方向の蛍光発光係数に比べて、分子長軸と平行な方向の蛍光発光係数の方が大きいという発光特性を有する。２色性蛍光色素分子１７ａは、分子長軸と発光の遷移モーメントの向きとが一致している。従って、２色性蛍光色素分子１７ａは、分子軸と交差する方向により強い光を出射する。なお、以下の説明の図において、２色性蛍光色素分子１７ａは、縦長の楕円状に記載されているが、その長手方向が分子長軸に対応する。

　図１２に示すように、液晶性ポリマー２３ｂは、２色性蛍光色素分子１７ａを分子長軸が各層の積層方向（蛍光発光層３１の厚さ方向）と一致するように配向させることが可能な樹脂材料を有する。具体的には、液晶性ポリマー２３ｂは、光反応性基を分子端末に有する化合物や、液晶性骨格を有するジアクリルレート化合物を有する。なお、液晶性ポリマー２３ｂ内に、紫外線を吸収する紫外線吸収材料を混ぜてもよい。これにより、蛍光発光層３１を透過する紫外線をより確実に低減することができ、紫外線から液晶層３３を保護することができる。

　上述のように、２色性蛍光色素分子１７ａを液晶性ポリマー２３ｂによって蛍光発光層３１内に保持することで、２色性蛍光色素分子１７ａの分子長軸と交差する方向、すなわち液晶表示パネル５０Ｄの面内方向に、２色性蛍光色素分子１７ａからより強い光が出射される。一方、２色性蛍光色素分子１７ａの分子長軸と平行な方向、すなわち蛍光発光層３１の厚さ方向には、２色性蛍光色素分子１７ａから弱い光しか出射されない。従って、図１３および図１４に細実線で示すように、２色性蛍光色素分子１７ａから液晶表示パネル５０Ｄの外へ直接、出射される光はほとんどない。

　上述のとおり、液晶表示パネル５０Ｄは、各層が透明な材料によって構成されているので、２色性蛍光色素分子１７ａから表示パネル１の面内方向に出射された光は、液晶表示パネル５０Ｄと空気との界面で反射する。すなわち、図１３に示すように、液晶層３３に電圧が印加されていて、液晶層３３が透明状態の場合には、２色性蛍光色素分子１７ａから発光された光は、空気との界面で全反射するため、液晶表示パネル５０Ｄ内で反射を繰り返す（図１３の太線矢印参照）。なお、２色性蛍光色素分子１７ａから全反射角度よりも小さい入射角度で空気との界面に出射された光は、そのまま外部へ出射される。

　一方、図１４に示すように、液晶層３３に電圧が印加されておらず、液晶層３３が散乱状態の場合には、２色性蛍光色素分子１７ａから発光された光は、液晶層３３で散乱して、液晶表示パネル５０Ｄの外部へ出射される（図１４の太線矢印参照）。また、液晶層３３で散乱した光の一部は、液晶表示パネル５０Ｄ内で反射して２色性蛍光色素分子１７ａに戻るので、２色性蛍光色素分子１７ａの光の吸収量が図１３の場合よりも増える。これにより、２色性蛍光色素分子１７ａは、図１３の場合よりも、より明るく光る。

　また、上述のように、２色性蛍光色素分子１７ａは紫外線を吸収する。そのため、液晶層３３の液晶表示パネル５０Ｄの観察者側（液晶層３３側とは反対側）に蛍光発光層３１を設けることで、液晶層３３に到達する紫外線の量を低減することができる。

　なお、図１３および図１４では、両者の液晶層３３の状態の違いを明確かつ簡略に示すために、液晶層３３内の液晶領域１１の記載を省略している。

　次に、液晶表示パネル５０Ｄの製造方法について説明する。

　まず、第２基板３上に、蛍光発光層３１を形成する。この蛍光発光層３１は、例えばスピンコート法によって形成される。すなわち、液晶性ポリマー２３ｂ内に２色性蛍光色素分子１７ａを添加し、２色性蛍光色素分子１７ａが溶解するまで混ぜて混合液を作製する。次に、この混合液と基板３との濡れ性をよくするために、基板３上に配向膜（図１２～図１４には図示されていない）を形成する。その後、公知の方法で、配向膜上に混合液を所定の膜厚でコートする。その状態で加熱して溶媒を蒸発させた後、紫外線を照射して、液晶性ポリマー２３ｂを硬化させる。これにより、基板３上に蛍光発光層３１が形成される。

　次に、蛍光発光層３１上に例えばスパッタ法などによって対向電極８を形成する。対向電極８上に、公知の方法で、例えばフォトスペーサーを形成する。フォトスペーサーは、フォトレジストから形成される。また、公知の方法で、ＴＦＴ５を有する第１基板２が製造される。

　次に、第２基板３または／および第１基板２に配向膜（不図示）を形成する。第２基板３上に、光硬化性の樹脂によってシールのパターンを形成する。その後、第２基板３上に、ネマチック液晶材料や重合性モノマーなどを混合した混合物を滴下し、真空中で第１基板２と第２基板３とを重ね合わせる。

　次に、大気圧にして上述の混合物がシールパターン内に拡がった状態で、３４０ｎｍ以下の波長をカットした紫外線を、第２基板３側から照射する。これによりシールの樹脂を硬化させるとともに、ＰＤＬＣを形成する。その後、第２基板３および第１基板２を組み合わせた状態で焼成して、シールを完全に硬化させる。これにより、図１２に示した液晶表示パネル５０Ｄが得られる。

　また、図１５に示すように、液晶表示パネル５０Ｄの両面に紫外線吸収フィルム４５を配置してもよい。具体的には、光線方向変換素子２０と第２基板３との間、および、第１基板２の液晶層３３側とは反対側に、粘着剤４６によって紫外線吸収フィルム４５をそれぞれ貼り付ける。これらの紫外線吸収フィルム４５は、４２０ｎｍ以下の波長の光をカットするように構成されている。

　これにより、紫外線が液晶層３３に照射することを防止でき、液晶層３３の保護を図れる。

　これまで、液晶表示パネル５０Ｄは透過型の液晶表示パネルであった。しかしながら、液晶表示パネル５０Ｄを反射型の液晶表示パネル５０Ｄ’に改変してもよい。図１６に示すように、液晶表示パネル５０Ｄ’は、第１基板２上に反射層４７を形成した反射型の液晶表示パネルである。

　具体的には、液晶表示パネル５０Ｄ’は、第１基板２上に形成された反射層４７と、反射層４７上に形成される画素電極４を有する。この場合、画素電極４は、例えばＡｌ（アルミニウム）から形成され得る。なお、この改変例では、光を透過する第２基板３側に、上述の紫外線吸収フィルム４５が設けられている。この構成に限らず、紫外線吸収フィルム４５を設けない構成であってもよい。

　次に、本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｅを図１７を参照しながら説明する。図１７は、液晶表示装置１００Ｅの模式的な断面図である。液晶表示装置１００Ｅは、液晶層３３に電圧を印加する電極の構造が液晶表示装置１００Ｄとは異なる。

　図１７に示すように、液晶表示装置１００Ｅは、液晶表示パネル５０Ｅと光線方向変換素子２０とを有する。光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ｅの観察者側に配置されている。液晶表示パネル５０Ｅと光線方向変換素子２０との間には空気層３５が設けられている。

　液晶表示パネル５０Ｅの第１基板２上には、一対の櫛歯電極４ａおよび８ａが形成されている。第２基板３に対向電極８は形成されていない。一対の櫛歯電極４ａおよび８ａにより、液晶層３３に電圧を印加すると、一対の櫛歯電極４ａおよび８ａの間で生じる電界に応じて液晶層３３内の液晶分子が制御される。

　ここで、上述した液晶表示装置１００Ｄが有する透明な対向電極８は、可視光に対する高い吸収率を有している。そのため、液晶表示装置１００Ｄのように、透明な対向電極８を蛍光発光層３１と液晶層３３との間に設けると、蛍光発光層３１の２色性蛍光色素分子１７ａから発光した光が対向電極８で反射または吸収され、液晶層３３に届きにくくなる。

　一方、液晶表示装置１００Ｅのように、第１基板２上に一対の櫛歯電極４ａおよび８ａを形成し、第２基板３には対向電極８を形成しない構造を有すると、対向電極８による光の反射や吸収がなくなり、蛍光発光層３１の２色性蛍光色素分子１７ａから発光した光を、液晶層３３に効率よく導くことができる。なお、液晶表示パネル５０Ｅは、反射型の液晶表示パネルに改変し得る。液晶表示装置１００Ｄと同様に、液晶表示パネル５０Ｅの両側に紫外線吸収フィルムを貼り付けてもよい。

　次に、本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｆを図１８を参照しながら説明する。

　図１８に示すように、液晶表示装置１００Ｆは、液晶表示パネル５０Ｆと光線方向変換素子２０とを有する。光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ｆの観察者側に配置されている。液晶表示パネル５０Ｆと光線方向変換素子２０との間には空気層３５が設けられている。

　液晶表示パネル５０Ｆは、第１基板２と、第２基板３と、第１基板２と第２基板３との間に配置された液晶層３３とを有する。第１基板２上には、ＴＦＴ５と画素電極４とが形成されている。第２基板３の液晶層３３側には対向電極８が形成されている。第２基板３の対向電極８側とは反対側に、粘着剤４６によって紫外線吸収フィルム４５を貼り付ける。さらに、紫外線吸収フィルム４５上に、粘着剤４６によって蛍光色素フィルム６１を貼り付ける。蛍光色素フィルム６１は、液晶表示装置１００Ｄの蛍光発光層３１をフィルム状に形成したものである。すなわち、蛍光色素フィルム６１は、分子長軸がフィルム６１ｂの厚さ方向と一致するように配向された２色性蛍光色素分子１７ａを有する発光層６１ａが設けられている。ここで、粘着剤４６によって接着層が形成され、紫外線吸収フィルム４５が被接着部に対応する。また、紫外線吸収フィルム４５によって紫外線吸収層が形成される。

　液晶表示装置１００Ｆのような構成により、蛍光色素フィルム６１で紫外線を効率よく吸収することができるので、２色性蛍光色素分子１７ａの発光効率がよくなる。しかも、蛍光色素フィルム６１で吸収されなかった紫外線を、紫外線吸収フィルム４５によって吸収することができるので、液晶層３３に紫外線が照射されにくくなる。また、液晶表示パネル５０Ｆの液晶層３３に電圧を印加する電極を上述の一対の櫛歯電極４ａおよび８ａに改変し得る。この場合、対向電極８は形成しなくてもよい。

　また、上述のように、蛍光発光層を蛍光色素フィルム６１とすることで、第２基板３に容易に蛍光発光層を形成することができる。また、上述のように蛍光色素フィルム６１とすることで、液晶層３３を形成した後、蛍光発光層を形成することが可能になる。これにより、液晶層３３を形成する際には、液晶表示装置１００Ｄで説明したように、３４０ｎｍ以下の波長をカットした紫外線を第２基板３側から照射するが、上述のような蛍光色素フィルム６１にすることで、紫外線を吸収する部材が第２基板３に存在しなくなる。よって、液晶層３３を形成する際に、紫外線を液晶層３３に効率よく照射することができる。

　また、液晶表示装置１００Ｆが有する蛍光色素フィルム６１を以下に説明する蛍光色素フィルム７１に改変し得る。図１９は、液晶表示装置１００Ｆの改変例を説明する図である。

　図１９に示すように、蛍光色素フィルム７１は、紫外線をほとんど吸収しないフィルム７１ｂと、複数の２色性蛍光色素分子１７ａを有する蛍光発光層７１ａと、蛍光発光層７１ａのフィルム７１ｂ側とは反対側に設けられた接着層７１ｃとを有する。この接着層７１ｃを形成する粘着剤には、４２０ｎｍ以下の波長の光（主に紫外線）を吸収可能な紫外線吸収剤が混合されている。紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系やベンゾフェノン系などの紫外線吸収剤が用いられる。よって、この粘着剤によって紫外線吸収層が形成される。なお、第２基板３が被接着部に対応する。

　これにより、液晶表示装置１００Ｆのように、紫外線吸収フィルム４５を設ける必要がなくなるので、その分、製造工程の簡略化を図れる。なお、粘着剤ではなく、蛍光発光層５１ｂに紫外線吸収剤を入れてもよい。こうすれば、蛍光発光層５１ｂで紫外線をほとんど吸収することができる。

　さらに、図１９に示す改変例の構成において、蛍光発光層７１ａとフィルム７１ｂとを入れ替えてもよい。この場合には、フィルム７１ｂの蛍光発光層７１ａとは反対側に接着層７１ｃが設けられる。この構成において、フィルム７１ｂおよび接着層７１ｃのいずれか一方に紫外線吸収剤を入れればよい。

　次に、図２０を参照しながら本発明によるさらに他の実施形態における液晶表示装置１００Ｇを説明する。図２０は、液晶表示装置１００Ｇの模式的な断面図である。

　液晶表示装置１００Ｇは、蛍光発光層３１上に導光板８２を設けた点で液晶表示装置１００Ｆとは異なる。

　図２０に示すように、液晶表示装置１００Ｇは、液晶表示パネル５０Ｇと光線方向変換素子２０とを有する。光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ｇの観察者側に配置されている。液晶表示パネル５０Ｇと光線方向変換素子２０との間には空気層３５が設けられている。

　液晶表示パネル５０Ｇは、ＴＦＴ５および画素電極４が形成された第１基板２と、対向電極８が形成された第２基板３と、それらの間に配置された液晶層３３と、導光板８２とを有する。導光板８２は、第２基板３と空気層３５との間に配置されている。

　さらに、液晶表示パネル５０Ｇは、第２基板３および導光板８２との間に２色性蛍光色素分子１７ａを有する蛍光発光層３１を有する。蛍光発光層３１は、粘着剤４６によって第２基板３に接着されている。

　なお、蛍光発光層３１と第２基板３との間の粘着剤４６は、紫外線吸収剤を含んでいる。これにより、４２０ｎｍ以下の波長の光（主に紫外線）を粘着剤４６内の紫外線吸収剤によって吸収することができ、液晶層３３に紫外線が照射されるのを防止できる。よって、粘着剤４６によって紫外線吸収層が形成される。

　導光板８２は、例えばアクリルやポリカーボネイトなどの紫外線を吸収しない透明の部材であり、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源８３の光を蛍光発光層３１に導くように構成されている。すなわち、光源８３の光は、導光板８２内で反射しつつ、蛍光発光層３１まで導かれる。これにより、図２０に示すように、蛍光発光層３１の２色性蛍光色素分子１７ａに対して、分子長軸と交差する方向から光が入射される。よって、２色性蛍光色素分子１７ａの分子長軸と平行な方向から光を入射する場合に比べて、２色性蛍光色素分子１７ａをより強く蛍光発光させることができる。

　光源８３は、２色性蛍光色素分子１７ａの光励起波長を含む光源である。光源８３は、例えば紫外線を発光するＬＥＤなどが好ましい。このような光源８３を用いることで、２色性蛍光色素分子１７ａをより明るく蛍光発光させることができる。なお、導光板８２の光源８３とは反対側の端部には、反射板８１が設けられている。この反射板８１によって、導光板８２の端部まで進んだ光を反射して導光板８２内に戻すことができる。また、導光板８２、蛍光発光層３１および第２基板３は、光の伝搬が妨げられないように互いに接着されている。

　次に、図２１を参照しながら本発明によるさらに他の実施形態による液晶表示装置１００Ｈを説明する。図２１（ａ）に液晶表示装置１００Ｈを説明する平面図を示し、図２１（ｂ）に、図２１（ａ）のＩＩ－ＩＩ’線に沿った液晶表示装置１００Ｈの断面図を示す。

　液晶表示装置１００Ｈは、上述した液晶表示パネル５０Ｇ、太陽電池および光線方向変換素子２０を組み合わせた液晶表示装置である。

　図２１（ｂ）に示すように、液晶表示装置１００Ｈは、上述した液晶表示パネル５０Ｇと光線方向変換素子２０とを有する。光線方向変換素子２０は、液晶表示パネル５０Ｇの観察者側に配置されている。液晶表示パネル５０Ｇと光線方向変換素子２０との間には空気層３５が設けられている。液晶表示装置１００Ｈは、図２１（ａ）に示すように、携帯機器等の筐体１２０の開口部１２０ａ内に配置され、液晶表示装置１００Ｈの側方に配置される太陽電池１３１（光発電部）が配置されている。液晶表示装置１００Ｈの導光板８２は、筐体１２０の開口部１２０ａで露出するように、筐体１２０内に配置されている。また、液晶表示装置１００Ｈは、正面視で第１基板２および第２基板３が筐体１２０の開口部１２０ａに対応して位置付けられるように、筐体１２０内に配置されている。

　液晶表示装置１００Ｈの導光板８２は、正面視で略長方形状に形成されていて、長手方向の一方の端部には２つの光源９６が、他方の端部には反射板９７が、それぞれ設けられている。液晶表示装置１００Ｈの導光板８２の短手方向両側には、太陽電池１３１が配置されている。

　図２１（ｂ）に示すように、太陽電池１３１は、光を受けて発電を行う発電面１３１ａ（受光面）が液晶表示装置１００Ｈの面方向端部に対向するように配置される。これにより、蛍光発光層３１の２色性蛍光色素分子１７ａから分子長軸と交差する方向に発光した光を、太陽電池１３１の発電面１３１ａで受光することができる。この２色性蛍光色素分子１７ａは、分子長軸と交差する方向（図の白抜き矢印方向）により強く蛍光発光することから、太陽電池１３１の発電面１３１ａで２色性蛍光色素分子１７ａのより強い光を受光することができる。従って、太陽電池１３１で効率よく発電することができる。

　また、太陽電池１３１は、導光板８２から離間して配置される。太陽電池１３１を導光板８２に密着させると、導光板８２に、本来伝わる予定の光が太陽電池１３１に吸収されてしまう。これに対して、上述のように、太陽電池１３１を導光板８２から離間させることにより、太陽電池１３１が導光板８２内の光の伝搬を阻害するのを防止できる。これにより、液晶表示装置１００Ｈの蛍光発光層３１内の２色性蛍光色素分子１７ａが蛍光発光した光を、太陽電池１３１で受光して、太陽電池１３１で発電することができる。

　しかも、太陽電池１３１は、その発電面１３１ａが液晶表示装置１００Ｈの面方向端部に対向するように配置されるので、２色性蛍光色素分子１７ａの光を発電面で効率よく受光することができる。また、この２色性蛍光色素分子１７ａは、分子長軸が液晶表示装置１００Ｈの積層方向と一致するように配置されているため、分子長軸と交差する方向により強く蛍光発光された光を、太陽電池１３１で受光することができる。

　さらに、上述のように太陽電池１３１を配置することで、太陽電池１３１の発電面１３１ａに、直接太陽光が入射されないため、太陽電池１３１の温度上昇を低減できる。よって、太陽電池１３１の温度上昇による発電効率の低下を防止できる。

　液晶表示装置１００Ｄ～１００Ｈにおいても、上述した反射防止層８０を液晶表示パネル５０Ｄ～５０Ｇと光線方向変換素子２０との間に、配置し得る。

　以上、本発明による実施形態により、正面視における輝度を高めた２色性蛍光色素を有する液晶表示装置が提供される。また、上述した本発明による実施形態の液晶表示装置を適宜組み合わせて用いることもできる。

　本発明は、液晶表示装置や液晶表示装置を用いた各種電気機器に適用される。

　１　　　　　液晶層
　２、３　　　基板
　４、８　　　電極
　５　　　　　ＴＦＴ
　１０　　　　壁
　１１　　　　液晶領域
　１２、１３　配向膜
　１４　　　　小部屋
　２０　　　　光線方向変換素子
　５０Ａ　　　液晶表示パネル
　１００Ａ　　液晶表示装置
　Ｆ１　　　　蛍光

Claims

　液晶表示パネルと、
　前記液晶表示パネルの観察者側に配置された光線方向変換素子と、
　前記液晶表示パネルと前記光線方向変換素子との間に設けられた空気層とを有し、
　前記液晶表示パネルは、
　光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層と、
　前記液晶層を間に保持する第１基板および第２基板と、
　前記液晶層に電圧を印加する一対の電極とを備え、
　前記液晶層は、画素内に、連続した壁と、液晶領域とを有し、
　前記液晶領域は、ネマチック液晶材料と２色性蛍光色素とを有し、
　前記光線方向変換素子は、前記２色性蛍光色素から発光された蛍光の進行方向を所定の方向に向ける、液晶表示装置。
　前記液晶層に電圧を印加する一対の電極は、前記液晶層を挟んで配置され、
　前記液晶領域は、前記壁によって分離された第１液晶領域を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
　前記液晶層と前記第１基板との間、および、前記液晶層と前記第２基板との間の少なくともいずれか一方に、前記液晶層と接するように形成された水平配向膜をさらに備える、請求項２に記載の液晶表示装置。
　前記液晶層と前記第１基板との間、および、前記液晶層と前記第２基板との間に形成され、配向処理された第１および第２配向膜を備え、
　前記液晶領域は、
　　前記壁と前記第１配向膜とによって分離された第２液晶領域と、
　　前記壁と前記第２配向膜とによって分離された第３液晶領域とを含み、
　前記第２液晶領域の前記２色性蛍光色素は、前記第１配向膜によって規定される第１方位に沿って配向しており、
　前記第３液晶領域の前記２色性蛍光色素は、前記第２配向膜によって規定される第２方位に沿って配向している、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記第１方位と前記第２方位とは直交している、請求項４に記載の液晶表示装置。
　前記第１および第２配向膜の表面自由エネルギーは４４ｍＪ／ｍ²以上５０ｍＪ／ｍ²以下である、請求項４または５に記載の液晶表示装置。
　前記液晶層に電圧を印加する一対の電極は、前記第１基板または前記第２基板上のいずれか一方に形成され、
　前記液晶層と前記第１基板との間、および、前記液晶層と前記第２基板との間に形成された第１および第２垂直配向膜とを備え、
　前記液晶領域は、
　　前記壁と前記第１垂直配向膜とによって分離された第１液晶領域と、
　　前記壁と前記第２垂直配向膜とによって分離された第２液晶領域とを含み、
　前記第１および第２液晶領域の前記２色性蛍光色素は、それぞれ前記第１および第２垂直配向膜によって規定される方位に沿って配向している、請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
　液晶表示パネルと、
　前記液晶表示パネルの観察者側に配置された光線方向変換素子と、
　前記液晶表示パネルと前記光線方向変換素子との間に設けられた空気層とを有し、
　前記液晶表示パネルは、
　光を透過する透過状態と光を散乱する散乱状態との間で状態が切り替えられ得る液晶層と、
　発光方向によって発光の強さが異なる、複数の２色性蛍光色素分子を有する蛍光発光層とを有し、
　前記液晶層は、画素内に、連続した壁と、ネマチック液晶材料を有する液晶領域とを有し、
　前記複数の２色性蛍光色素分子のそれぞれは、前記蛍光発光層内に、遷移双極子モーメントの向きが各分子で同じ方向になるように配向されており、
　前記光線方向変換素子は、前記複数の２色性蛍光分子のそれぞれから発光された蛍光の進行方向を所定の方向に向ける、液晶表示装置。
　前記複数の２色性蛍光色素分子のそれぞれは、前記蛍光発光層内に、遷移双極子モーメントの向きが前記蛍光発光層の厚さ方向と一致するように配向されている、請求項８に記載の液晶表示装置。
　前記蛍光発光層と前記液晶層との間には、紫外線を吸収する紫外線吸収層が設けられている、請求項８または９に記載の表示装置。
　前記蛍光発光層は、シート状に形成された発光層と、前記発光層を被接着部に接着する接着層とを有し、
　前記発光層および前記接着層の少なくとも一方は、紫外線吸収剤を含む、請求項８から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記液晶表示パネルは、前記液晶層に電圧を印加する一対の電極を有し、
　前記一対の電極は、一対の櫛歯電極である、請求項８から１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記蛍光発光層と前記光線方向変換素子との間に、光源からの光を前記蛍光発光層に導く導光板が配置されている、請求項８から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記蛍光発光層の面方向外方に、前記蛍光発光層内の２色性蛍光色素分子から出射される光を受光して発電する光発電部を備えている、請求項８から１３のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記光発電部は、その受光面が蛍光発光層の面方向端部に対向するように設けられている、請求項１４に記載の液晶表示装置。
　前記光線方向変換素子の回折角度は、４０°以上７０°以下である、請求項１から１５のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記液晶表示パネルの前記光線方向変換素子側に配置された反射防止層をさらに有する、請求項１から１６のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記光線方向変換素子の前記液晶表示パネル側に配置された反射防止層をさらに有する、請求項１から１６のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの前記光線方向変換素子側、および、前記光線方向変換素子の前記液晶表示パネル側に配置された反射防止層をさらに有する、請求項１から１６のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記液晶領域に含まれる前記ネマチック液晶材料の異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差は０．１以上０．３以下である、請求項１から１９のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記液晶領域はカイラル剤を含んでいない、請求項１から２０のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記ネマチック液晶材料の誘電異方性は正である、請求項１から２１のいずれかに記載の液晶表示装置。