JP2001108972A - Optical element and display device using that optical element - Google Patents
Optical element and display device using that optical elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光源から導光板に
入射され該導光板中を伝搬する光の取り出しを電気的に
制御する光学素子および該光学素子を用いた表示装置に
関する。特に、本発明は、画像の劣化を防ぎ、高コント
ラスト表示ができる薄型で軽量かつ大画面である表示装
置および該表示装置に用いられる光学素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element for electrically controlling the extraction of light that is incident on a light guide plate from a light source and propagates through the light guide plate, and a display device using the optical element. In particular, the present invention relates to a thin, lightweight, and large-screen display device capable of preventing image degradation and performing high-contrast display, and an optical element used in the display device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、画像情報の表示手段となるフラッ
トパネルディスプレイの研究・開発において、設置およ
び運搬が容易である大面積表示装置に対する需要が高ま
っている。従来の表示装置として、例えばプラズマディ
スプレイおよび液晶ディスプレイが知られている。2. Description of the Related Art In recent years, in the research and development of a flat panel display as a means for displaying image information, a demand for a large-area display device which can be easily installed and transported has been increased. As a conventional display device, for example, a plasma display and a liquid crystal display are known.
【０００３】プラズマディスプレイは、ガス放電に伴う
発光現象を利用したディスプレイであり、現在のところ
５０インチ程度が大画面化の限界とされている。また、
大画面化に伴って、重量、コスト、生産性、などの問題
が生じるため、一般に大画面表示装置として利用するた
めには解決すべき課題がある。[0003] The plasma display is a display utilizing a light emission phenomenon caused by gas discharge, and at present, about 50 inches is considered to be a limit of a large screen. Also,
As the size of the screen increases, problems such as weight, cost, and productivity arise. Therefore, in general, there is a problem to be solved for use as a large screen display device.
【０００４】液晶ディスプレイについては、その主な構
成部品となる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動基板が、
高度かつ微細な半導体プロセスを利用するものであるこ
とから、大型化が困難となっている。また、液晶ディス
プレイは、パネルの一端から駆動を行うため、大型化、
すなわち大面積化に伴い、信号伝搬時間の遅延といった
本質的な問題が生じる。In a liquid crystal display, a thin film transistor (TFT) driving substrate, which is a main component thereof,
Since an advanced and fine semiconductor process is used, it is difficult to increase the size. In addition, since the liquid crystal display is driven from one end of the panel, it becomes larger,
That is, as the area is increased, an essential problem such as a delay in signal propagation time occurs.
【０００５】さらに、液晶ライトバルブを用いたプロジ
ェクタも知られている。その一例を図１ａおよび図１ｂ
に示す。図１ａは、従来の表示装置の一例として液晶ラ
イトバルブを用いる表示装置であるプロジェクタの概略
的構成を示す断面図、図１ｂは該表示装置に適用される
液晶ライトバルブの概略的構成を示す断面図である。[0005] Further, a projector using a liquid crystal light valve is also known. One example is shown in FIGS. 1a and 1b.
Shown in FIG. 1A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a projector which is a display device using a liquid crystal light valve as an example of a conventional display device, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal light valve applied to the display device. FIG.
【０００６】ライトバルブ液晶をアレイ状に並べ、マト
リクス電極で駆動した液晶パネル１０を、背面から照明
１１で照明し、レンズ１２でスクリーン１３上に結像す
ることによりプロジェクターが構成される。光源から液
晶ライトバルブ入射した光は、偏光板１４により直線偏
光化され、ねじれネマティック液晶セル１５に入射す
る。液晶セル１５に電界がかかっていないときはセルに
より偏光方向が９０度回転し、電界がかかった状態では
変更方向が変化せずに透過する。このため、偏光板１６
により特定方向の偏光を選択することにより、電気的に
光の透過と遮断を切り替えることができ、ライトバルブ
が構成される。A projector is formed by arranging light valve liquid crystals in an array, illuminating a liquid crystal panel 10 driven by matrix electrodes with illumination 11 from behind, and forming an image on a screen 13 with a lens 12. Light that has entered the liquid crystal light valve from the light source is linearly polarized by the polarizing plate 14 and enters the twisted nematic liquid crystal cell 15. When the electric field is not applied to the liquid crystal cell 15, the polarization direction is rotated by 90 degrees by the cell, and in the state where the electric field is applied, the light is transmitted without changing the change direction. For this reason, the polarizing plate 16
By selecting a polarized light in a specific direction, light transmission and blocking can be electrically switched, thereby forming a light valve.
【０００７】しかし、このような構成からなるプロジェ
クタは、背面からの照明を必要とするため奥行が必要と
なり、装置を大型化せざるおえない。[0007] However, the projector having such a configuration requires illumination from the back side, and thus requires a depth, which inevitably increases the size of the apparatus.
【０００８】一方、導光板と液晶とを用いる従来型の表
示装置も知られている。その一例として、特開平６−３
０８５４３号公報に開示された表示装置が挙げられる。
該表示装置について図２を参照しながら説明する。表示
装置は、側面に光源２２および該光源用の反射板２３を
有する板状の導光板２１と、該導光板２１の下面に電極
支持基板２６ａを介して設けられた電極２５ａと、該電
極２５ａの下面に設けられた強誘電性液晶層２４と、該
強誘電性液晶層２４の下面に設けられた電極２５ｂと、
該電極２５ｂの下に電極支持基板２６ｂを介して設けら
れた反射板２７とから構成される。さらに、導光板２１
の上面に光拡散層２８が設けられている。On the other hand, a conventional display device using a light guide plate and liquid crystal is also known. One example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-3
A display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08543 is cited.
The display device will be described with reference to FIG. The display device includes a plate-shaped light guide plate 21 having a light source 22 and a reflector 23 for the light source on a side surface, an electrode 25a provided on a lower surface of the light guide plate 21 via an electrode support substrate 26a, and an electrode 25a. A ferroelectric liquid crystal layer 24 provided on a lower surface of the ferroelectric liquid crystal layer 24, and an electrode 25b provided on a lower surface of the ferroelectric liquid crystal layer 24;
A reflection plate 27 provided below the electrode 25b via an electrode support substrate 26b. Further, the light guide plate 21
The light diffusion layer 28 is provided on the upper surface of the substrate.
【０００９】このように構成されることにより、液晶層
２４に該液晶のゴールドストーンモードの緩和周波数近
傍の交流電界を印加したときに現れるディスクリネーシ
ョンラインによる光の散乱によって、導光板の上面から
の出射光を調節して画像を表示することができる。しか
し、該発明ではＴＮ液晶などと異なり交流駆動による電
界の印加が必須となる。そのため、単純マトリクス駆
動、ＴＦＴ駆動のようなアクティブマトリクス駆動が困
難となり、ビットマップ表示が行えないという欠点があ
った。また、散乱の指向性を制御できないために表示方
向（一般に表示面の法線方向）の光強度を高めることが
できない。さらに、大面積化における作製の容易性、信
号遅延などについて一切記載されていない。With this configuration, light is scattered by the disclination lines that appear when an AC electric field near the relaxation frequency of the goldstone mode of the liquid crystal is applied to the liquid crystal layer 24, so that light is scattered from the upper surface of the light guide plate. An image can be displayed by adjusting the outgoing light. However, in the present invention, unlike a TN liquid crystal or the like, it is necessary to apply an electric field by AC driving. Therefore, active matrix driving such as simple matrix driving and TFT driving becomes difficult, and there is a disadvantage that bitmap display cannot be performed. Also, since the directivity of scattering cannot be controlled, the light intensity in the display direction (generally, the normal direction of the display surface) cannot be increased. Further, there is no description about easiness of fabrication in a large area, signal delay, and the like.
【００１０】さらに、従来型の表示装置の他の例とし
て、特開平６−３４７７９０号公報、米国特許第４６２
６０７４号公報、特開平第６−２５８６４０号公報（米
国特許第５４５２３８５号）などに開示された表示装置
も知られている。Further, as another example of a conventional display device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-347790 and US Pat.
Display devices disclosed in, for example, Japanese Patent No. 6074 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-258640 (US Pat. No. 5,452,385) are also known.
【００１１】すなわち、特開平６−３４７７９０号公報
に開示された表示装置は、表示部内を導光させ、表示部
の散乱・透過状態を制御させて表示するものであり、表
示部には相転移型液晶（これに関する具体的な記述はな
い）または一般的なポリマー分散型液晶を用いている。
ここで、一般的なポリマー分散型液晶は、電界を印加し
ない時に散乱状態となり、電界を印加した時に透過状態
となる。ところで、一般的な高分子分散型液晶はその散
乱状態において指向性がないために、表示方向の光強度
を高めることができない。また、その透過状態におい
て、正面方向から見た際には高透過率であるが、表示面
に対して浅い角度から見た際には散乱性が高くなる。同
様に側面から見た際にはコントラストが低下し、その結
果、散乱・透過状態が反転することがある。さらにマト
リクス駆動を行った際には、電極の間隔が常時散乱性を
示すために黒色の表示が困難となり、表示画面は極めて
コントラストが低い画像となってしまう。この公報に
も、大面積化における作製の容易性、信号遅延、などに
ついては一切記載されていない。That is, the display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-347790 is a device that guides light inside the display unit and controls the scattering / transmission state of the display unit to display an image. Liquid crystal (there is no specific description) or a general polymer-dispersed liquid crystal.
Here, a general polymer-dispersed liquid crystal is in a scattering state when no electric field is applied, and is in a transmission state when an electric field is applied. By the way, a general polymer-dispersed liquid crystal has no directivity in its scattering state, so that the light intensity in the display direction cannot be increased. Further, in the transmission state, the transmittance is high when viewed from the front, but the scattering becomes high when viewed from a shallow angle with respect to the display surface. Similarly, when viewed from the side, the contrast is reduced, and as a result, the scattering / transmission state may be reversed. Further, when the matrix drive is performed, it is difficult to display black because the interval between the electrodes is always scattering, and the display screen becomes an image with extremely low contrast. This gazette does not disclose any easiness of fabrication in a large area, a signal delay, or the like.
【００１２】また、米国特許第４６２６０７４号公報で
は、液晶層による光散乱を用いた表示画面が開示されて
いる。しかし、この場合、回折を用いないために出射方
向の制御ができない。また、該発明にもとづく表示装置
は背面に空隙が必要であり、大面積化における分割駆
動、作製の容易性、信号遅延、などの問題が解決されて
おらず、大面積化が困難となっている。Also, US Pat. No. 4,626,074 discloses a display screen using light scattering by a liquid crystal layer. However, in this case, the output direction cannot be controlled because diffraction is not used. In addition, the display device according to the present invention requires an air gap on the back surface, and does not solve the problems such as division driving in a large area, ease of fabrication, signal delay, and the like, making it difficult to increase the area. I have.
【００１３】上述した従来型の表示装置に関する技術の
いずれも、散乱・透過により表示を制御しているため、
表示装置を見る人がいる側の照明によって表示画面が照
らされることになる。その結果、散乱光が表示画像と重
なってしまい、光源の色だけでなく周囲の照明光が表示
画像に影響を及ぼし、表示画像を劣化させると共に、カ
ラー表示を困難とする。In any of the above-described technologies relating to the conventional display device, the display is controlled by scattering and transmission.
The display screen is illuminated by the lighting on the side where the viewer sees the display device. As a result, the scattered light overlaps with the display image, and not only the color of the light source but also the surrounding illumination light affects the display image, deteriorating the display image and making color display difficult.
【００１４】さらに、特開平６−２５８６４０号公報
（米国特許第５４５２３８５号）では、回折を利用して
導光板中を伝搬する光を取り出し、液晶でシャッターす
る表示装置が開示されている。しかし、該発明にもとづ
く表示装置は、その回折格子が常に回折状態となるため
に回折効率を変化させることができない。そのため、常
に導光板から光が漏れた状態となり、光利用効率が低下
するという問題点があった。Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-258640 (US Pat. No. 5,452,385) discloses a display device in which light propagating in a light guide plate is extracted using diffraction and shuttered by liquid crystal. However, the display device according to the invention cannot change the diffraction efficiency because the diffraction grating is always in a diffraction state. Therefore, there is a problem that light always leaks from the light guide plate and the light use efficiency is reduced.
【００１５】前述のような状況において、最近に至っ
て、上述した従来型の光学素子および表示装置に代わる
ものとして、本願発明者らは、導光板と液晶とを用いる
大画面化可能な新たな構造の光学素子を提案した（特願
平１１−２１２８９３号）。この光学素子を用いること
によって、軽量かつ安価な材料を導光板として用い、該
板状導光板を伝搬する光を取り出し、軽量、安価、およ
び薄型である大面積ディスプレイを実現できる。Under the circumstances described above, recently, as an alternative to the above-mentioned conventional optical element and display device, the present inventors have developed a new structure capable of realizing a large screen using a light guide plate and liquid crystal. (Japanese Patent Application No. 11-212893). By using this optical element, a light-weight and inexpensive material can be used as the light guide plate, and light propagating through the plate-shaped light guide plate can be extracted to realize a light-weight, low-cost, and thin large-area display.
【００１６】かかる従来提案の光学素子の一例を図３お
よび図４に示す。これら図３および図４は、従来提案の
傾斜反射面型の光学素子を模式的に示す側面断面図であ
り、図３は光制御層に電界が印加されていない状態、図
４は光制御層に電界が印加されている状態を示す。FIGS. 3 and 4 show an example of such a conventionally proposed optical element. 3 and 4 are side cross-sectional views schematically showing a conventionally proposed inclined reflection surface type optical element. FIG. 3 shows a state in which no electric field is applied to the light control layer, and FIG. 4 shows a light control layer. Shows a state in which an electric field is applied to the switch.
【００１７】この光学素子は、光制御層（液晶層）３０
と、該光制御層３０を挟持するようにして設けられた透
明電極３１および透明電極３２と、透明電極３１の上に
積層された導光板３３と、透明電極３２の下面に設けら
れた反射板３４とを有する。この反射板３４は、透明電
極３２に接する面とは反対側に傾斜した反射面３５を有
する。前記光制御層３０中の楕円形の模様は、光制御層
中の液晶配向の方向を示したものである。This optical element comprises a light control layer (liquid crystal layer) 30
And a transparent electrode 31 and a transparent electrode 32 provided so as to sandwich the light control layer 30, a light guide plate 33 laminated on the transparent electrode 31, and a reflector provided on the lower surface of the transparent electrode 32 34. The reflection plate 34 has a reflection surface 35 inclined to the side opposite to the surface in contact with the transparent electrode 32. The elliptical pattern in the light control layer 30 indicates the direction of liquid crystal alignment in the light control layer.
【００１８】反射面３５は、光制御層３０に対して、入
射光３７が反射面で反射し、反射光として出射する際に
全反射とならないような所定の角度で傾斜している。The reflection surface 35 is inclined at a predetermined angle with respect to the light control layer 30 so that the incident light 37 is reflected by the reflection surface and is not totally reflected when emitted as reflected light.
【００１９】以下、この従来提案の光学素子について、
より詳細に説明する。Hereinafter, the conventional optical element will be described.
This will be described in more detail.
【００２０】この光学素子では、導光板３３として、例
えば、ＳＦＳ０１（Schott社製）のような導光しやすい
高屈折率の光学ガラス板からなる平板を用い、これにＩ
ＴＯ（Insium tin oxide）のような透明電極３１をつけ
たものと、くさび状の例えばＢＫ7（Schott社製）のよ
うな一般的な光学ガラスの表面の一方の面にＩＴＯのよ
うな透明電極３２をつけ、他面（反射面３５）にアルミ
ニウム膜のような反射膜をつけたものを反射板３４とし
て用いる。この時、反射板３４と光制御層３０に屈折率
の差はなくとも良い。In this optical element, as the light guide plate 33, for example, a flat plate made of an optical glass plate having a high refractive index, such as SFS01 (manufactured by Schott), which easily guides light, is used.
A transparent electrode 31 such as TO (Insium tin oxide) is attached, and a transparent electrode 32 such as ITO is formed on one surface of a wedge-shaped surface of a general optical glass such as BK7 (manufactured by Schott). A reflector having a reflective film such as an aluminum film on the other surface (reflective surface 35) is used as the reflector 34. At this time, the reflective plate 34 and the light control layer 30 need not have a difference in refractive index.
【００２１】透明電極３１および３２の表面に配向膜や
ラビング等の配向処理を施した後、前記透明電極間に例
えばＥ−７（メルクジャパン（株）製）のようなネマテ
ィック液晶を光制御層３０として挟むことにより、上記
光学素子が容易に実現できる。After subjecting the surfaces of the transparent electrodes 31 and 32 to an alignment treatment such as an alignment film or rubbing, a nematic liquid crystal such as E-7 (manufactured by Merck Japan KK) is applied between the transparent electrodes by a light control layer. By sandwiching them as 30, the above-described optical element can be easily realized.
【００２２】図３に示すように、電界を印加していない
ときは、光制御層３０の液晶は透明電極３１および３２
と平行に配向されている。そのことにより、液晶配向を
含む面内方向３６に偏光した光を入射させる。入射光３
７は導光板３３と空気との界面で全反射するが、透明電
極３１と光制御層３０との界面では屈折透過し、反射面
３５にて反射される。この反射面３５は光制御層３０に
対して所定の角度で傾斜している。この傾斜した反射面
から反射された光は、導光板３３の中を伝搬する光とは
異なる（鋭い）角度で導光板３３と空気との界面に入射
するので、全反射条件を満たさずに外部に出射する。す
なわち、光学素子は発光状態となる。As shown in FIG. 3, when no electric field is applied, the liquid crystal of the light control layer 30 is made of transparent electrodes 31 and 32.
Are oriented in parallel. Thereby, light polarized in the in-plane direction 36 including the liquid crystal alignment is made incident. Incident light 3
7 is totally reflected at the interface between the light guide plate 33 and the air, but is refracted and transmitted at the interface between the transparent electrode 31 and the light control layer 30 and is reflected at the reflection surface 35. The reflection surface 35 is inclined at a predetermined angle with respect to the light control layer 30. The light reflected from the inclined reflecting surface enters the interface between the light guide plate 33 and air at a different (sharp) angle from the light propagating in the light guide plate 33, and thus does not satisfy the condition for total reflection. Out. That is, the optical element is in a light emitting state.
【００２３】ここで、前記所定の角度とは、前述のよう
に、前記反射面３５から反射した光が前記導光板３３の
表面の内面における全反射条件を外す程度に前記反射光
を傾ける角度である。この傾斜角度は、反射板の屈折率
および出射方向に依存するが、光表示素子の設計時にそ
れらの物理特性を決定すれば一義的に決定することがで
きる。Here, the predetermined angle is, as described above, an angle at which the reflected light is inclined to such an extent that the light reflected from the reflecting surface 35 does not satisfy the condition of total reflection on the inner surface of the light guide plate 33. is there. The tilt angle depends on the refractive index and the emission direction of the reflector, but can be uniquely determined by determining their physical characteristics when designing the optical display element.
【００２４】次に、図４に示すように、光制御層３０に
電界を印加すると、液晶の配向方向が電界と平行に、す
なわち、光制御層３０の液晶は透明電極３１および３２
と垂直に配向され、光に対する屈折率が減少する。した
がって、導光板３３と空気との界面で反射された光は、
透明電極３１と光制御層３０との界面でも全反射条件を
満たし反射される。そのため、光は導光板３３の内に閉
じこめられて、導光板３３中を導光する。すなわち、非
発光状態となる。以上のようにして、電界による光強度
の制御が可能なライトバルブが実現できる。Next, as shown in FIG. 4, when an electric field is applied to the light control layer 30, the alignment direction of the liquid crystal becomes parallel to the electric field, that is, the liquid crystal of the light control layer 30 becomes transparent electrodes 31 and 32.
And the refractive index for light decreases. Therefore, the light reflected at the interface between the light guide plate 33 and the air is:
The interface between the transparent electrode 31 and the light control layer 30 also satisfies the total reflection condition and is reflected. Therefore, the light is confined in the light guide plate 33 and guided in the light guide plate 33. That is, a non-light emitting state is set. As described above, a light valve capable of controlling the light intensity by the electric field can be realized.
【００２５】前記構成における入射光と液晶の屈折率と
導光板の屈折率との間には、以下のような関係が判明し
ている。The following relationship has been found among the incident light, the refractive index of the liquid crystal, and the refractive index of the light guide plate in the above configuration.
【００２６】一般に液晶のような一軸性複屈折性媒質
は、偏光によって異なる屈折率、すなわち異常屈折率ま
たは常屈折率を有する。ここで「異常屈折率」とは、一
軸性複屈折性媒質の光学軸方向に偏光した光に対する屈
折率を意味する。また「常屈折率」とは、一軸性複屈折
性媒質の光学軸と垂直方向に偏光した光に対する屈折率
を意味する。そして、前述の光学素子の動作における材
料の屈折率は、液晶の常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎ
ｅ、導光板の屈折率をｎｇ、界面への入射角をｑとした
場合、下式のような２つの条件（１）および（２）を満
たす必要がある。In general, a uniaxial birefringent medium such as a liquid crystal has a refractive index that differs depending on polarized light, that is, an extraordinary refractive index or an ordinary refractive index. Here, the “extraordinary refractive index” means a refractive index of the uniaxial birefringent medium with respect to light polarized in the optical axis direction. The “ordinary refractive index” means a refractive index for light polarized in a direction perpendicular to the optical axis of the uniaxial birefringent medium. The refractive index of the material in the operation of the above-described optical element is such that the ordinary refractive index of the liquid crystal is no and the extraordinary refractive index is n.
e, when the refractive index of the light guide plate is ng and the angle of incidence on the interface is q, it is necessary to satisfy the two conditions (1) and (2) as shown below.
【００２７】ｓｉｎ ｑ＜（ｎｅ／ｎｇ）…（１） ｓｉｎ ｑ＞（ｎｏ／ｎｇ）…（２）Sin q <(ne / ng) (1) sin q> (no / ng) (2)
【００２８】[0028]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来提
案の光学素子において、さらなる性能向上を図るために
は、次のような解決すべき問題があることが、その後の
検討により、判明した。The following studies have revealed that the above-mentioned conventional optical element has the following problems to be solved in order to further improve the performance.
【００２９】すなわち、従来提案の光学素子では、図３
に示すように、伝搬光が液晶粒子の配向方向と平行とな
る場合は、良好に機能するが、図４に示すように、伝搬
光が液晶粒子の配向方向に垂直となる場合には、全反射
を起こせる光の角度に制限が生じてしまう問題点があっ
た。That is, in the conventionally proposed optical element, FIG.
As shown in FIG. 4, when the propagating light is parallel to the orientation direction of the liquid crystal particles, it works well. However, when the propagating light is perpendicular to the orientation direction of the liquid crystal particles, as shown in FIG. There has been a problem that the angle of light that can cause reflection is limited.
【００３０】というのは、入射光と導光板３３の面法線
がなす平面に対して垂直に偏光した光の界面における全
反射を生じる臨界角ｑc1は、例えば、液晶の常屈折率ｎ
０、異常屈折率ｎｅ、導光板の屈折率ｎｇとし、これら
で表すと、ｓｉｎ ｑc1＝（ｎ０／ｎｇ）であり、典型
的な値として、ｎ０＝１．５、ｎｅ＝１．７、ｎｇ＝
１．８と仮定すると、ｑc1＝５６度となる。The critical angle q c1 at which total reflection occurs at the interface between the incident light and light polarized perpendicular to the plane formed by the surface normal of the light guide plate 33 is, for example, the ordinary refractive index n of the liquid crystal.
0, the extraordinary refractive index ne, and the refractive index of the light guide plate, ng, are expressed as sin q c1 = (n0 / ng), and typical values are n0 = 1.5, ne = 1.7, ng =
Assuming 1.8, q c1 = 56 degrees.
【００３１】しかし、前記平面の面内方向に偏光した光
の場合の臨界角ｑc2では、ｓｉｎ（ｑc2）＝（ｎｅ／ｎ
０）であり、前記条件ｎ０＝１．５、ｎｅ＝１．７で
は、ｑc2＝７１度となり、１５度も伝播可能な角度範囲
が狭くなる。まして、導光板３３に屈折率ｎｇ＝１．７
以下であるような一般的な樹脂材料を用いた場合は、後
者の偏光は全反射条件を満たせなくなってしまう。However, at the critical angle q c2 for light polarized in the in-plane direction of the plane, sin (q c2 ) = (ne / n
0), and under the conditions n0 = 1.5 and ne = 1.7, q c2 = 71 degrees, and the angle range in which propagation is possible by 15 degrees is narrow. Further, the light guide plate 33 has a refractive index ng = 1.7.
When the following general resin material is used, the latter polarized light cannot satisfy the condition of total reflection.
【００３２】そして、導光板３３中に入射した光は、界
面での反射時や液晶のような複屈折媒体を透過した時な
どに偏光面を変化させていく。したがって、導光板３３
中の伝搬光が液晶粒子の配向方向に垂直となる場合に
は、全反射を起こせる光の角度に制限が生じてしまう、
すなわち、実質的に光が導光されない場合が生じること
となる。The light incident on the light guide plate 33 changes the plane of polarization when reflected at the interface or transmitted through a birefringent medium such as liquid crystal. Therefore, the light guide plate 33
If the light propagating inside is perpendicular to the orientation direction of the liquid crystal particles, the angle of light that can cause total reflection will be limited,
That is, there is a case where light is not substantially guided.
【００３３】したがって、本発明の課題は、導光板と液
晶とを用いる大画面化可能な新たな構造の光学素子にお
いて、光制御層に電界を印加していない状態で、導光板
に光を入射した場合に、入射光がどのような偏光方向を
持っていても、入射光が外部に出すことなく、確実に導
光板中を導光させ、素子を確実に非発光状態に置くこと
のできる構成を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical element having a new structure using a light guide plate and a liquid crystal, which can have a large screen, in which light is incident on the light guide plate without applying an electric field to the light control layer. In this case, no matter what polarization direction the incident light has, the light can be guided through the light guide plate without leaving the incident light to the outside, and the element can be surely put in the non-light emitting state. Is to provide.
【００３４】[0034]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意実験検討を重ねたところ、光制御
層を構成する液晶の電界非印加時の配向をハイブリット
化することにより、解決できることを知見するに至っ
た。Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive experiments and studies to solve the above-mentioned problems, and found that the alignment of the liquid crystal constituting the light control layer when no electric field was applied was hybridized. And found that it could be solved.
【００３５】ここでいうハイブリッド配向とは、光制御
層を挟持している一方の電極面近傍おいて該電極面に対
して液晶分子の光学軸が垂直に配向されるとともに、他
方の電極面近傍において該電極面に対して液晶分子の光
学軸が水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されている状
態を、言うものである。The term “hybrid alignment” as used herein means that the optical axis of the liquid crystal molecule is aligned near one electrode surface sandwiching the light control layer and the optical axis of the liquid crystal molecule is perpendicular to the other electrode surface, The optical axis of the liquid crystal molecules is horizontally aligned with respect to the electrode surface, and in an intermediate portion between the vertical alignment portion and the horizontal alignment portion, the angle of the alignment is continuously changed between the vertical alignment and the horizontal alignment. This is the state in which the liquid crystal molecules are aligned while being oriented.
【００３６】電界を印加していない状態で、光制御層の
液晶の配向を前述のようにハイブリット化しておくと、
電界無印加状態で、光制御層内には、光学軸が水平から
垂直まで連続配向した液晶が存在することになる。した
がって、入射光と導光板面法線が成す平面に対し垂直に
偏光した光は、導光板と液晶との界面での屈折率差によ
り全反射して、導光板中を伝搬する。また、入射光と導
光板面法線が成す平面内に偏光した光は、光制御層内の
水平配向した液晶により全反射されて導光板に戻され、
その後、導光板中を導光する。その結果、いかなる偏光
方向にある光を入射光に用いても、光制御層に電界を印
加していない状態では、入射光は、導光板中を導光する
ことになり、非発光状態を確実に実現することができ
る。If the orientation of the liquid crystal of the light control layer is hybridized as described above in a state where no electric field is applied,
In the state where no electric field is applied, the liquid crystal whose optical axis is continuously aligned from horizontal to vertical exists in the light control layer. Therefore, light polarized perpendicular to the plane formed by the incident light and the light guide plate surface normal is totally reflected by the refractive index difference at the interface between the light guide plate and the liquid crystal, and propagates through the light guide plate. Also, light polarized in a plane formed by the incident light and the light guide plate surface normal is totally reflected by the horizontally aligned liquid crystal in the light control layer and returned to the light guide plate,
Thereafter, the light is guided in the light guide plate. As a result, no matter which polarization direction is used for incident light, the incident light will be guided through the light guide plate in the state where no electric field is applied to the light control layer, and the non-light emitting state will be ensured. Can be realized.
【００３７】すなわち、本発明の光学素子および表示装
置の特徴は、素子を構成する光制御層の液晶の配向が、
電界の印加されていない状態で、光制御層を挟持してい
る一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向
されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に
対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されているこ
とを特徴とする。That is, the feature of the optical element and the display device of the present invention is that the alignment of the liquid crystal in the light control layer constituting the element is:
In the state where no electric field is applied, the light control layer is oriented perpendicular to the electrode surface in the vicinity of one of the electrode surfaces and horizontal to the electrode surface in the vicinity of the other electrode surface. In the intermediate portion between the vertical alignment portion and the horizontal alignment portion, the alignment is performed while the angle of the alignment is continuously changed between the vertical alignment and the horizontal alignment.
【００３８】[0038]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１の光学素子は、
端面から光を入射して導光させる透光性の板状導光板
と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電極
を介して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に透
明電極からなる第２の電極を介して設けられた反射板と
を有し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の
電極によって印加される電界によって配向性を変化させ
る液晶を有し、該液晶は、前記電界が印加されていない
状態で、一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直
に配向されるとともに、他方の電極面近傍において該電
極面に対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水
平配向部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配
向と水平配向の間で連続的に変化させながら配向されて
いることを特徴とする。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The optical element according to claim 1 of the present invention
A light-transmitting plate-shaped light guide plate for guiding light by entering light from an end face, a light control layer provided on a lower surface of the plate-shaped light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, A reflector provided on a lower surface of the layer via a second electrode made of a transparent electrode, wherein the light control layer is oriented by an electric field applied by the first electrode and the second electrode. The liquid crystal is oriented perpendicular to the electrode surface in the vicinity of one electrode surface and the electrode in the vicinity of the other electrode surface in a state where the electric field is not applied. It is oriented horizontally with respect to the plane, and in the middle part between these vertically oriented part and the horizontally oriented part, it is characterized by being oriented while continuously changing the orientation angle between vertical orientation and horizontal orientation. I do.
【００３９】本発明の請求項２の光学素子は、前記請求
項１の素子において、前記液晶が高分子液晶と低分子液
晶の複合体により形成されていることを特徴とする。An optical element according to a second aspect of the present invention is the optical element according to the first aspect, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
【００４０】本発明の請求項３の光学素子は、前記請求
項２の素子において、前記光制御層内の前記高分子液晶
と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とす
る。An optical element according to a third aspect of the present invention is the optical element according to the second aspect, wherein the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
【００４１】本発明の請求項４の光学素子は、前記請求
項１ないし３のいずれかの素子において、前記反射板
が、透光性の材料からなり、該反射板の反射面は前記光
制御層側の面に対し所定の角度で傾斜し、かつ該反射面
に反射膜が形成されていることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the first to third aspects, the reflection plate is made of a light-transmitting material, and the reflection surface of the reflection plate is the light control surface. It is characterized in that it is inclined at a predetermined angle with respect to the layer side surface, and a reflection film is formed on the reflection surface.
【００４２】本発明の請求項５の光学素子は、前記請求
項１ないし４のいずれかの素子において、前記反射面
が、所定の傾斜角度を有する鋸波状の傾斜面群からなる
ことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the optical element according to any one of the first to fourth aspects, the reflecting surface comprises a sawtooth-shaped inclined surface group having a predetermined inclined angle. I do.
【００４３】本発明の請求項６の光学素子は、前記請求
項１ないし５のいずれかの素子において、前記透明電極
からなる第１の電極または前記透明電極からなる第２の
電極のどちらか一方の電極が表示画素単位に分割され、
該分割された各々の表示画素単位にスイッチング素子を
有することを特徴とする。An optical element according to a sixth aspect of the present invention is the optical element according to any one of the first to fifth aspects, wherein one of the first electrode made of the transparent electrode and the second electrode made of the transparent electrode is used. Is divided into display pixels,
A switching element is provided for each of the divided display pixels.
【００４４】また、本発明の請求項７の光学素子は、端
面から光を入射して導光させる透光性の板状導光板と、
該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電極を介
して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に設けら
れた、光を鏡面反射する電極からなる第２の電極とを有
し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極
によって印加される電界によって配向性を変化させる液
晶を有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態
で、一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配
向されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面
に対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配
向部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と
水平配向の間で連続的に変化させながら配向されている
ことを特徴とする。Further, the optical element according to claim 7 of the present invention is a light-transmitting plate-shaped light guide plate for receiving light from an end face and guiding the light.
A light control layer provided on the lower surface of the plate-shaped light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode; and a second electrode provided on the lower surface of the light control layer and comprising an electrode for mirror-reflecting light. Wherein the light control layer includes liquid crystal whose orientation is changed by an electric field applied by the first electrode and the second electrode, and the liquid crystal is in a state where the electric field is not applied. In the vicinity of one electrode surface, it is oriented perpendicular to the electrode surface, and in the vicinity of the other electrode surface, it is oriented horizontally with respect to the electrode surface. The portion is characterized in that it is oriented while continuously changing its orientation angle between vertical orientation and horizontal orientation.
【００４５】本発明の請求項８の光学素子は、前記請求
項７の素子において、前記液晶が高分子液晶と低分子液
晶の複合体により形成されていることを特徴とする。An optical element according to an eighth aspect of the present invention is the optical element according to the seventh aspect, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
【００４６】本発明の請求項９の光学素子は、前記請求
項８の素子において、前記光制御層内の前記高分子液晶
と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とす
る。An optical element according to a ninth aspect of the present invention is the optical element according to the eighth aspect, wherein the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
【００４７】本発明の請求項１０の光学素子は、前記請
求項７ないし９のいずれかの素子において、前記透明電
極からなる第１の電極または前記光を鏡面反射する電極
からなる第２の電極のどちらか一方の電極が表示画素単
位に分割され、該分割された各々の表示画素単位にスイ
ッチング素子を有することを特徴とする。An optical element according to a tenth aspect of the present invention is the optical element according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the first electrode comprises the transparent electrode or the second electrode comprises an electrode for mirror-reflecting the light. One of the electrodes is divided into display pixel units, and each of the divided display pixel units has a switching element.
【００４８】また、本発明の請求項１１の光学素子は、
端面から光を入射して導光させる透光性の板状導光板
と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電極
を介して設けられた光制御層と、光制御層の下面に設け
られ、複数に分割された電極からなる第２の電極と、該
第２の電極の下面に設けられた基板と、前記第２の電極
の複数の分割された電極の各々に１対１で対応し、かつ
前記基板を貫通して設けられた複数の第３の電極とを有
し、前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極
によって印加される電界によって配向性を変化させる液
晶を有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態
で、一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配
向されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面
に対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配
向部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と
水平配向の間で連続的に変化させながら配向されてお
り、前記複数の第３の電極の各々は、前記第２の電極と
接続する第１の端部と、前記基板の前記第２の電極側の
面とは反対側の面に露出した第２の端部とを有し、個々
に、または任意の数からなる群に分けて基板側から電圧
印加可能であることを特徴とする。Further, the optical element according to claim 11 of the present invention is:
A light-transmitting plate-shaped light guide plate for receiving light from an end face to guide the light, a light control layer provided on the lower surface of the plate light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, and a light control layer A second electrode provided on the lower surface of the second electrode and comprising a plurality of divided electrodes; a substrate provided on the lower surface of the second electrode; and one for each of the plurality of divided electrodes of the second electrode. A plurality of third electrodes corresponding to each other and provided through the substrate, wherein the light control layer is formed by an electric field applied by the first electrode and the second electrode. Having a liquid crystal that changes the orientation, the liquid crystal is oriented perpendicular to the electrode surface in the vicinity of one electrode surface in a state where the electric field is not applied, and in the vicinity of the other electrode surface. Oriented horizontally with respect to the electrode surface, and an intermediate portion between the vertically oriented portion and the horizontally oriented portion Are oriented while continuously changing the orientation angle between vertical orientation and horizontal orientation, and each of the plurality of third electrodes is connected to a first end connected to the second electrode. And a second end exposed on the surface of the substrate opposite to the surface on the second electrode side, and applying a voltage from the substrate side individually or in groups of an arbitrary number. It is characterized by being possible.
【００４９】また、本発明の請求項１２の表示装置は、
光学素子と、該光学素子に光を入射させるための照射手
段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が
入射する端面を有し、かつ入射した光を導光させる透光
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制
御層の下面に透明電極からなる第２の電極を介して設け
られた反射板とを有し、前記光制御層は、前記第１の電
極と前記第２の電極によって印加される電界によって配
向性を変化させる液晶を有し、該液晶は、前記電界が印
加されていない状態で、一方の電極面近傍おいて該電極
面に対して垂直に配向されるとともに、他方の電極面近
傍において該電極面に対して水平に配向され、これら垂
直配向部分と水平配向部分との中間部分では、その配向
の角度を垂直配向と水平配向の間で連続的に変化させな
がら配向されていることを特徴とする。A display device according to a twelfth aspect of the present invention comprises:
An optical element; and irradiating means for causing light to enter the optical element, wherein the optical element has an end face on which light from the illuminating means is incident, and has a light-transmitting property for guiding the incident light. A light control layer provided on the lower surface of the plate light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, and a second electrode made of a transparent electrode on the lower surface of the light control layer. And a light control layer, the light control layer including a liquid crystal whose orientation is changed by an electric field applied by the first electrode and the second electrode. In the state where no electric field is applied, the liquid crystal molecules are vertically aligned with respect to the electrode surface near one electrode surface, and are horizontally aligned with the electrode surface near the other electrode surface. In the middle part between the horizontal alignment part and the vertical alignment part, Characterized in that it is oriented while continuously changing between the horizontal orientation.
【００５０】本発明の請求項１３の表示装置は、前記請
求項１２の表示装置において、前記液晶が高分子液晶と
低分子液晶の複合体により形成されていることを特徴と
する。A display device according to a thirteenth aspect of the present invention is the display device according to the twelfth aspect, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
【００５１】本発明の請求項１４の表示装置は、前記請
求項１３の装置において、前記光制御層内の前記高分子
液晶と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴
とする。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the display device according to the thirteenth aspect, the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
【００５２】本発明の請求項１５の表示装置は、前記請
求項１２ないし１４のいずれかの装置において、前記反
射板が、透光性の材料からなり、該反射板の反射面は前
記光制御層側の面に対し所定の角度で傾斜し、かつ該反
射面に反射膜が形成されていることを特徴とする。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the display device according to any one of the twelfth to fourteenth aspects, the reflecting plate is made of a light-transmitting material, and the reflecting surface of the reflecting plate is the light control surface. It is characterized in that it is inclined at a predetermined angle with respect to the layer side surface, and a reflection film is formed on the reflection surface.
【００５３】本発明の請求項１６の表示装置は、前記請
求項１２ないし１５のいずれかの装置において、前記反
射面が、所定の傾斜角度を有する鋸波状の傾斜面群から
なることを特徴とする。The display device according to a sixteenth aspect of the present invention is the display device according to any one of the twelfth to fifteenth aspects, wherein the reflecting surface comprises a group of sawtooth-shaped inclined surfaces having a predetermined inclined angle. I do.
【００５４】本発明の請求項１７の表示装置は、前記請
求項１２ないし１６のいずれかの装置において、前記透
明電極からなる第１の電極または前記透明電極からなる
第２の電極のどちらか一方の電極が表示画素単位に分割
され、該分割された各々の表示画素単位にスイッチング
素子を有することを特徴とする。A display device according to a seventeenth aspect of the present invention is the display device according to any one of the twelfth to sixteenth aspects, wherein either one of the first electrode made of the transparent electrode and the second electrode made of the transparent electrode is used. Are divided into display pixel units, and each of the divided display pixel units has a switching element.
【００５５】また、本発明の請求項１８の表示装置は、
光学素子と、該光学素子に光を入射させるための照射手
段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が
入射する端面を有し、かつ入射した光を導光させる透光
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制
御層の下面に設けられた、光を鏡面反射する電極からな
る第２の電極とを有し、前記光制御層は、前記第１の電
極と前記第２の電極によって印加される電界によって配
向性を変化させる液晶を有し、該液晶は、前記電界が印
加されていない状態で、一方の電極面近傍おいて該電極
面に対して垂直に配向されるとともに、他方の電極面近
傍において該電極面に対して水平に配向され、これら垂
直配向部分と水平配向部分との中間部分では、その配向
の角度を垂直配向と水平配向の間で連続的に変化させな
がら配向されていることを特徴とする。The display device according to the eighteenth aspect of the present invention,
An optical element; and irradiating means for causing light to enter the optical element, wherein the optical element has an end face on which light from the illuminating means is incident, and has a light-transmitting property for guiding the incident light. A light control layer provided on a lower surface of the plate light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, and a mirror reflection of light provided on a lower surface of the light control layer. A second electrode composed of an electrode, wherein the light control layer includes a liquid crystal whose orientation is changed by an electric field applied by the first electrode and the second electrode. In the state where no electric field is applied, the liquid crystal molecules are vertically aligned with respect to the electrode surface near one electrode surface, and are horizontally aligned with the electrode surface near the other electrode surface. In the middle part between the horizontal alignment part and the vertical alignment part, Characterized in that it is oriented while continuously changing between the horizontal orientation.
【００５６】本発明の請求項１９の表示装置は、前記請
求項１８の装置において、前記液晶が高分子液晶と低分
子液晶の複合体により形成されていることを特徴とす
る。A display device according to a nineteenth aspect of the present invention is the display device according to the eighteenth aspect, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
【００５７】本発明の請求項２０の表示装置は、前記請
求項１９の装置において、前記光制御層内の前記高分子
液晶と低分子液晶が周期的に分布されていることを特徴
とする。A display device according to a twentieth aspect of the present invention is the display device according to the nineteenth aspect, wherein the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
【００５８】本発明の請求項２１の表示装置は、前記請
求項１８ないし２０のいずれかの装置において、前記透
明電極からなる第１の電極または前記光を鏡面反射する
電極からなる第２の電極のどちらか一方の電極が表示画
素単位に分割され、該分割された各々の表示画素単位に
スイッチング素子を有することを特徴とする。A display device according to a twenty-first aspect of the present invention is the display device according to any one of the eighteenth to twentieth embodiments, wherein the first electrode is formed of the transparent electrode or the second electrode is formed of an electrode for mirror-reflecting the light. One of the electrodes is divided into display pixel units, and each of the divided display pixel units has a switching element.
【００５９】また、本発明の請求項２２の表示装置は、
光学素子と、該光学素子に光を入射させるための照射手
段とを備え、前記光学素子は、前記照明手段からの光が
入射する端面を有し、かつ入射した光を導光させる透光
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、光制御
層の下面に設けられ、複数に分割された電極からなる第
２の電極と、該第２の電極の下面に設けられた基板と、
前記第２の電極の複数の分割された電極の各々に１対１
で対応し、かつ前記基板を貫通して設けられた複数の第
３の電極とを有し、前記光制御層は、前記第１の電極と
前記第２の電極によって印加される電界によって配向性
を変化させる液晶を有し、該液晶は、前記電界が印加さ
れていない状態で、一方の電極面近傍おいて該電極面に
対して垂直に配向されるとともに、他方の電極面近傍に
おいて該電極面に対して水平に配向され、これら垂直配
向部分と水平配向部分との中間部分では、その配向の角
度を垂直配向と水平配向の間で連続的に変化させながら
配向されており、前記複数の第３の電極の各々は、前記
第２の電極と接続する第１の端部と、前記基板の前記第
２の電極側の面とは反対側の面に露出した第２の端部と
を有し、個々に、または任意の数からなる群に分けて基
板側から電圧印加可能であることを特徴とする。Further, the display device according to claim 22 of the present invention provides:
An optical element; and irradiating means for causing light to enter the optical element, wherein the optical element has an end face on which light from the illuminating means is incident, and has a light-transmitting property for guiding the incident light. And a light control layer provided on a lower surface of the plate light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, and a plurality of divided electrodes provided on a lower surface of the light control layer. A second electrode, a substrate provided on the lower surface of the second electrode,
One-to-one for each of the plurality of divided electrodes of the second electrode
And a plurality of third electrodes provided through the substrate, wherein the light control layer is oriented by an electric field applied by the first electrode and the second electrode. The liquid crystal is oriented perpendicular to the electrode surface in the vicinity of one electrode surface and the electrode in the vicinity of the other electrode surface in a state where the electric field is not applied. It is oriented horizontally with respect to the plane, and in the intermediate portion between the vertically oriented portion and the horizontally oriented portion, the orientation is performed while continuously changing the orientation angle between the vertical orientation and the horizontal orientation. Each of the third electrodes has a first end connected to the second electrode, and a second end exposed on a surface of the substrate opposite to the surface on the second electrode side. And apply voltage from the substrate side individually or in groups of any number Characterized in that it is a capability.
【００６０】[0060]
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
【００６１】（実施例１）図５は、本発明の第１の実施
例を示すものである。図中、前述の図３および図４に示
した光学素子と同一の構成要素には同一符号を付して説
明を簡略化する。(Embodiment 1) FIG. 5 shows a first embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those of the optical element shown in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified.
【００６２】本発明の特徴は、光制御層３００を構成す
る液晶の配向構造にある。この光制御層３００は、その
構成する液晶の電界非印加時の配向がハイブリット化さ
れている。すなわち、光制御層３００を挟持している一
方の電極３１の近傍において該電極３１面に対して液晶
分子の光学軸が垂直に配向されるとともに、他方の電極
３２の近傍において該電極３２面に対して液晶分子の光
学軸が水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されている。The feature of the present invention lies in the alignment structure of the liquid crystal constituting the light control layer 300. In the light control layer 300, the orientation of the liquid crystal constituting the light control layer 300 when no electric field is applied is hybridized. That is, the optical axis of the liquid crystal molecules is oriented perpendicular to the surface of the electrode 31 near the one electrode 31 sandwiching the light control layer 300, and the surface of the electrode 32 is positioned near the other electrode 32. On the other hand, the optical axis of the liquid crystal molecules is horizontally aligned, and in the intermediate portion between the vertical alignment portion and the horizontal alignment portion, the alignment is performed while continuously changing the alignment angle between the vertical alignment and the horizontal alignment. .
【００６３】このようなハイブリット配向は、光制御層
３００を挟持している透明電極３１の下面に垂直配向処
理を施こすとともに、他方の透明電極３２の上面に水平
配向処理を施すことによって、実現する。なお、この例
では、誘電異方性は、正の場合を想定している。前記垂
直配向処理としては、液晶を挟持する基板面に界面活性
剤やクロム錯体を塗布する方法や、ＳｉＯ等を垂直に蒸
着する方法がある。一方の水平配向処理としては、基板
面をラビングする方法がある。Such a hybrid alignment is realized by performing a vertical alignment process on the lower surface of the transparent electrode 31 sandwiching the light control layer 300 and performing a horizontal alignment process on the upper surface of the other transparent electrode 32. I do. In this example, it is assumed that the dielectric anisotropy is positive. As the vertical alignment treatment, there are a method of applying a surfactant and a chromium complex to a substrate surface holding a liquid crystal, and a method of vertically depositing SiO or the like. On the other hand, as the horizontal alignment treatment, there is a method of rubbing the substrate surface.
【００６４】これらの垂直および水平配向処理を施すこ
とによって、電界を印加していない状態で、光制御層３
００の液晶をハイブリット配向する状態にすると、電界
無印加状態で、光制御層３００内には、光学軸が水平か
ら垂直まで連続配向した液晶が存在することになる。し
たがって、入射光３７と導光板３３の面法線が成す平面
に対し垂直に偏光した光は、図中に実線で示すように、
導光板３３と液晶との界面での屈折率差により全反射し
て、導光板３３中を伝搬する。また、入射光３７と導光
板３３の面法線が成す平面内に偏光した光は、点線で示
すように、光制御層３００内の水平配向した液晶により
全反射されて導光板３３に戻され、その後、導光板３３
中を導光する。その結果、いかなる偏光方向にある光を
入射光に用いても、任意の方向の入射光に対して、光制
御層３００に電界を印加していない状態では、入射光
は、導光板３３中を導光することになり、非発光状態を
確実に実現することができる。By performing these vertical and horizontal alignment treatments, the light control layer 3 can be formed without applying an electric field.
When the liquid crystal of No. 00 is in the state of hybrid alignment, the liquid crystal in which the optical axis is continuously aligned from horizontal to vertical exists in the light control layer 300 in the state where no electric field is applied. Therefore, light polarized perpendicular to the plane formed by the incident light 37 and the surface normal of the light guide plate 33, as shown by the solid line in the figure,
The light is totally reflected by the difference in refractive index at the interface between the light guide plate 33 and the liquid crystal, and propagates through the light guide plate 33. The light polarized in the plane defined by the incident light 37 and the surface normal of the light guide plate 33 is totally reflected by the horizontally aligned liquid crystal in the light control layer 300 and returned to the light guide plate 33 as shown by the dotted line. And then the light guide plate 33
Guide the light inside. As a result, even if light having any polarization direction is used as the incident light, the incident light passes through the light guide plate 33 when no electric field is applied to the light control layer 300 with respect to the incident light in an arbitrary direction. Since light is guided, a non-light emitting state can be reliably realized.
【００６５】なお、本発明におけるハイブリッド配向液
晶の材料としては、通常は、ネマティック液晶が使われ
るが、水平・垂直配向の概念のある液晶であれば、他の
液晶でも使用可能である。As a material of the hybrid alignment liquid crystal in the present invention, a nematic liquid crystal is usually used, but other liquid crystals can be used as long as they have a concept of horizontal / vertical alignment.
【００６６】一方、前記光制御層３００に電界を印加す
ると、水平配向していた液晶が垂直配向するので、図６
のように点線の光の全反射条件が崩れ、例えば、下面に
傾斜反射板３５を設ければ、導光している光を取り出す
ことができる。On the other hand, when an electric field is applied to the light control layer 300, the horizontally aligned liquid crystal is vertically aligned.
As described above, the condition for total reflection of the light indicated by the dotted line is broken. For example, if the inclined reflecting plate 35 is provided on the lower surface, the light being guided can be extracted.
【００６７】なお、本実施例では、導光板側を垂直配向
としたが、導光板側を水平配向、他方を垂直配向とした
ハイブリッド配向であっても良い。In this embodiment, the light guide plate side is vertically oriented, but a hybrid orientation in which the light guide plate side is horizontal orientation and the other is vertical orientation may be used.
【００６８】また、誘電率異方性が負であるか、周波数
によって符号が変化する２周波液晶であっても良い。す
なわち、ハイブリッド配向であれば、水平・垂直配向領
域のいずれかは散乱状態になるので、これらのことはど
ちらでも良く、本発明構成にとって、重要な因子ではな
い。Further, a two-frequency liquid crystal having a negative dielectric anisotropy or a sign changing with frequency may be used. That is, in the case of hybrid alignment, either of the horizontal and vertical alignment regions are in a scattering state, and either of these may be used, and is not an important factor for the configuration of the present invention.
【００６９】また、傾斜反射板３５の代わりに、散乱
板、ホログラム、回折格子など光の方向を変えられる部
材や、蛍光体のような入射光の方向に無関係に光を発す
る材料を設けても良い。In place of the inclined reflecting plate 35, a member that can change the direction of light, such as a scattering plate, a hologram, or a diffraction grating, or a material that emits light irrespective of the direction of incident light, such as a phosphor, may be provided. good.
【００７０】（実施例２）図７は、本発明の光学素子の
第２の実施例を示す概略図である。(Embodiment 2) FIG. 7 is a schematic view showing a second embodiment of the optical element of the present invention.
【００７１】本実施例の特徴は、光制御層４００として
ハイブリッド配向した低分子液晶・高分子液晶を用いた
ことを特徴とする。この光制御層４００では、電界を印
加すると、水平配向部の低分子液晶が垂直配向して散乱
状態となり、光を導光板３３の外に取り出すことができ
る。この場合は、実施例１と異なり、下面の散乱板など
は、不要である。The feature of this embodiment is that a low-molecular liquid crystal / polymer liquid crystal hybrid-aligned is used as the light control layer 400. In the light control layer 400, when an electric field is applied, the low-molecular liquid crystal in the horizontal alignment portion is vertically aligned to be in a scattering state, and light can be extracted out of the light guide plate 33. In this case, unlike the first embodiment, a scattering plate on the lower surface is not required.
【００７２】なお、本実施例では、導光板側を垂直配向
としたが、導光板側を水平配向、他方を垂直配向とした
ハイブリッド配向であっても良い。In this embodiment, the light guide plate side is vertically oriented, but a hybrid orientation in which the light guide plate side is horizontal orientation and the other is vertical orientation may be used.
【００７３】また、誘電率異方性が負であるか、周波数
によって符号が変化する２周波液晶であっても良い。す
なわち、ハイブリッド配向であれば、水平・垂直配向領
域のいずれかは散乱状態になるので、これらのことはど
ちらでも良く、重要な因子ではない。Further, a two-frequency liquid crystal whose dielectric anisotropy is negative or whose sign changes depending on the frequency may be used. That is, in the case of hybrid alignment, either of the horizontal and vertical alignment regions are in a scattering state, and either of these may be used and is not an important factor.
【００７４】（実施例３）図８は、本発明の光学素子の
第３の実施例を模式的に示す側面断面図であり、光制御
層３００に電界が印加されていない状態を示す。光学素
子の構成は、反射板４４の傾斜面を断面鋸歯状（複数の
傾斜面からなる傾斜面群）としたこと以外は、実施例１
と同じである。すなわち、光学素子は、光制御層３００
と、該光制御層４０を挟持するようにして設けられた透
明電極４１および透明電極４２と、透明電極４１の上に
積層された導光板４３と、透明電極４２の下面に設けら
れた反射板４４とを有する。しかし、このような反射板
４４を断面鋸歯状の傾斜面とすることによって、反射板
の厚さを実施例１のものと比べて著しく薄くすることが
可能となる。なお、図８中、破線は同様の動作をする実
施例１の構成の光学素子の反射板の形状を示しており、
これを分割して傾斜面群にした場合も各傾斜面は実施例
１の構成と同じ傾斜角となっている。(Embodiment 3) FIG. 8 is a side sectional view schematically showing a third embodiment of the optical element of the present invention, and shows a state where no electric field is applied to the light control layer 300. The configuration of the optical element is the same as that of the first embodiment except that the inclined surface of the reflection plate 44 has a sawtooth cross section (a group of inclined surfaces including a plurality of inclined surfaces).
Is the same as That is, the optical element includes the light control layer 300
A transparent electrode 41 and a transparent electrode 42 provided so as to sandwich the light control layer 40, a light guide plate 43 laminated on the transparent electrode 41, and a reflector provided on the lower surface of the transparent electrode 42 44. However, by forming such a reflecting plate 44 with an inclined surface having a sawtooth cross section, the thickness of the reflecting plate can be significantly reduced as compared with that of the first embodiment. In FIG. 8, the broken line indicates the shape of the reflector of the optical element having the same operation as that of the first embodiment.
When this is divided into a group of inclined surfaces, each inclined surface has the same inclination angle as the configuration of the first embodiment.
【００７５】また、各傾斜面は、入射光４７が反射面で
反射し、反射光として出射する際に全反射とならないよ
うな所定の角度で傾斜している。ここで、所定の角度と
は、先に実施例１で述べたように各種の物理特性を決定
すれば、一義的に決まるものである。Each of the inclined surfaces is inclined at a predetermined angle such that the incident light 47 is reflected by the reflecting surface and is not totally reflected when emitted as reflected light. Here, the predetermined angle is uniquely determined if various physical characteristics are determined as described in the first embodiment.
【００７６】なお、導光板全部の端面を滑面に研磨し、
さらに光が入射する部分を除くこれらの端面に反射膜を
つけることにより、導光板への光の閉じこめ特性を向上
させることができる。ここで「端面」とは、導光板と光
制御層との界面に対して平行ではない面を意味する。The end faces of the entire light guide plate were polished to a smooth surface.
Further, by providing a reflection film on these end faces except for a part where light enters, it is possible to improve the characteristic of confining light to the light guide plate. Here, the “end face” means a face that is not parallel to the interface between the light guide plate and the light control layer.
【００７７】また、前記実施例の光制御層３００や４０
０の構成を、図９ａから図９ｃに示すように、高分子樹
脂７０ａの中に回折格子状に液晶７０ｂが分布している
構成としても良い。液晶７０ｂは、図９ａのような液晶
滴が周囲的に分散したものや、図９ｂのように直線上に
分布したものであっても良い。また、液晶７０ｂを櫛形
電極で駆動することにより回折格子様の屈折率分布を誘
起しても良い。Further, the light control layers 300 and 40 of the above embodiment
The configuration of 0 may be a configuration in which the liquid crystal 70b is distributed in the form of a diffraction grating in the polymer resin 70a as shown in FIGS. 9A to 9C. The liquid crystal 70b may be one in which liquid crystal droplets are dispersed around as shown in FIG. 9A or one in which the liquid crystal droplets are distributed on a straight line as in FIG. 9B. Further, the refractive index distribution like a diffraction grating may be induced by driving the liquid crystal 70b with a comb-shaped electrode.
【００７８】また、図９ｃに示すようなホログラフィッ
ク高分子分散液晶（ＨＰＤＬＣ）（信学技報、ＥＩＤ９
５−１４７，ｐ．１３１参照）のように、厚さ方向に周
期性のある厚い回折格子やホログラムであってもよい。A holographic polymer dispersed liquid crystal (HPDLC) as shown in FIG.
5-147, p. 131), a thick diffraction grating or hologram having periodicity in the thickness direction may be used.
【００７９】ここで、高分子分散液晶は、高分子樹脂７
０ａと液晶７０ｂとが複合してなる薄膜全般を指し示
し、高分子樹脂７０ａ中に液晶滴が分布した高分子樹脂
７０ａが連続領域となるドロップレットタイプでも、高
分子樹脂７０ａと液晶７０ｂの両方が連続領域となるポ
リマーボールタイプでも、液晶７０ｂに液晶粒が分散し
た樹脂領域が不連続なものであっても良い。Here, the polymer-dispersed liquid crystal is a polymer resin 7
0a and the liquid crystal 70b are combined to indicate a general thin film, and even in a droplet type in which the polymer resin 70a in which liquid crystal droplets are distributed in the polymer resin 70a is a continuous region, both the polymer resin 70a and the liquid crystal 70b A polymer ball type which is a continuous region or a resin region in which liquid crystal particles are dispersed in the liquid crystal 70b may be discontinuous.
【００８０】ホログラフィック高分子分散液晶を用いた
場合、体積ホログラムなので色純度の高い光で、かつ指
向性を制御して発光表示することが可能である。また、
指向性が高く、不要なところへ光が行かないので明る
い。また、波長選択性があるのでカラー表示が可能であ
る。When a holographic polymer-dispersed liquid crystal is used, since it is a volume hologram, light can be displayed with high color purity and with controlled directivity. Also,
It has high directivity and is bright because no light goes to unnecessary places. In addition, color display is possible because of wavelength selectivity.
【００８１】（実施例４）図１０ａおよび図１０ｂは、
本発明の光学素子の第４の実施例を模式的に示すもので
あり、図１０ａは光学素子の側面断面図、図１０ｂは基
板上に形成された櫛形電極（以下、周期電極ともいう）
を示す平面図である。(Embodiment 4) FIG. 10A and FIG.
FIGS. 10A and 10B schematically show a fourth embodiment of the optical element of the present invention. FIG. 10A is a side sectional view of the optical element, and FIG. 10B is a comb-shaped electrode (hereinafter, also referred to as a periodic electrode) formed on a substrate.
FIG.
【００８２】光学素子は、光制御層（薄膜）３００と、
該光制御層３００を挟持するようにして設けられた透明
電極９１および櫛形電極９２と、透明電極９１の上に積
層された導光板９３と、櫛形電極９２の下面に設けられ
た基板９４とを有する。櫛形電極９２は櫛状に枝分かれ
した複数の枝部を有し、複数の枝部は１カ所以上の領域
で電気的に接続する事により全体が等電位となる。ま
た、複数の枝部は光を回折するような微細な周期構造を
光制御層中に誘起できる程度の寸法で周期的に分布して
いる。このような櫛形電極は、例えばガラスのような基
板上にアルミなどの電極を一様に蒸着し、フォトリソグ
ラフィーの手法に従いパターニングすることで容易に作
製できる。The optical element includes a light control layer (thin film) 300,
A transparent electrode 91 and a comb-shaped electrode 92 provided so as to sandwich the light control layer 300, a light guide plate 93 laminated on the transparent electrode 91, and a substrate 94 provided on the lower surface of the comb-shaped electrode 92 Have. The comb-shaped electrode 92 has a plurality of branch portions branched in a comb shape, and the plurality of branch portions are electrically connected in one or more regions, so that the whole becomes equipotential. In addition, the plurality of branches are periodically distributed in such a size that a fine periodic structure that diffracts light can be induced in the light control layer. Such a comb-shaped electrode can be easily manufactured by, for example, uniformly depositing an electrode such as aluminum on a substrate such as glass and patterning the electrode according to a photolithography technique.
【００８３】（実施例５）図１１ａ、図１１ｂおよび図
１１ｃは、本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、図１１ａは平面図、図１１ｂは図１１ａのＡ−Ａ’
線に沿う断面図、図１１ｃは図１１ｂに適用される他の
電極の平面図である。(Embodiment 5) FIGS. 11a, 11b and 11c show an example of a display device according to the present invention. FIG. 11a is a plan view, and FIG. 11b is AA 'of FIG. 11a.
FIG. 11c is a cross-sectional view along the line, and FIG. 11c is a plan view of another electrode applied to FIG. 11b.
【００８４】この表示装置は、光学素子と、該光学素子
へ光を送る照明手段と、光学素子を駆動するための電源
（不図示）とを有する。This display device has an optical element, illumination means for transmitting light to the optical element, and a power supply (not shown) for driving the optical element.
【００８５】光学素子は、光制御層（液晶層）３００
と、該光制御層３００の上面に互いに離間かつ平行する
ようにして設けられた複数の短冊状の透明電極１１１
と、光制御層３００の下面に互いに離間し、かつ透明電
極１１１と直交するようにして設けられた光を鏡面反射
する複数の短冊状の電極１１２と、上記透明電極１１１
の上面に設けられた導光板１１３とから構成される。こ
の実施例では、光制御層３００の液晶材料としてホログ
ラフィック高分子分散液晶を使用し、ハイブリッド配向
した。この場合、ホログラフィック高分子分散液晶が発
光時に散乱性でないために色純度の高い表示装置を実現
できる。The optical element is a light control layer (liquid crystal layer) 300
And a plurality of strip-shaped transparent electrodes 111 provided on the upper surface of the light control layer 300 so as to be separated and parallel to each other.
A plurality of strip-shaped electrodes 112 which are provided on the lower surface of the light control layer 300 and are spaced apart from each other and which are provided so as to be orthogonal to the transparent electrode 111 for mirror-reflecting light;
And a light guide plate 113 provided on the upper surface of the light guide plate. In this example, holographic polymer dispersed liquid crystal was used as the liquid crystal material of the light control layer 300, and hybrid alignment was performed. In this case, a display device with high color purity can be realized because the holographic polymer dispersed liquid crystal is not scattering at the time of light emission.
【００８６】照明手段は、上記導光板１１３の一端面か
ら光を入射させるためのもので、光源１１４と該光源１
１４からの光を上記端面に集光させるレンズ１１５とを
有する。なお、導光板１１３の全ての端面のうち、光源
１１４から光が入射し、レンズ１１５により集光した光
が入る部分以外の端面には、光が反射するように金属膜
などを蒸着する。電源（不図示）を上記短冊状の電極１
１１および１１２に接続することで、光学素子に電界を
印加させる。The illuminating means is for allowing light to enter from one end surface of the light guide plate 113, and includes a light source 114 and the light source 1
And a lens 115 for condensing the light from 14 on the end face. In addition, a metal film or the like is vapor-deposited on all end surfaces of the light guide plate 113 other than a portion where light is incident from the light source 114 and the light collected by the lens 115 enters, so that the light is reflected. A power source (not shown) is connected to the strip-shaped electrode 1.
By connecting to 11 and 112, an electric field is applied to the optical element.
【００８７】入射した光は、透明電極１１１をつけた導
光板１１３と光制御層３００の導光領域内に閉じ込めら
れる。しかし、透明電極１１１と直交する短冊状の光を
鏡面反射する電極との間に電圧を加えると、交点のホロ
グラフィック高分子分散液晶が回折状態となり発光す
る。電極を走査することにより任意のビットマップ像が
表示できる。The incident light is confined in the light guide plate 113 provided with the transparent electrode 111 and the light guide region of the light control layer 300. However, when a voltage is applied between the transparent electrode 111 and an electrode that specularly reflects strip-shaped light perpendicular to the holographic polymer-dispersed liquid crystal at the intersection, the liquid crystal enters a diffraction state and emits light. An arbitrary bitmap image can be displayed by scanning the electrodes.
【００８８】本実施例の別の態様として、前記短冊状の
光を鏡面反射する電極１１２の代わりに透明電極を使用
してもよい。前記電極１１２として透明電極を使用する
場合は、その電極１１２の下面に透光性の平板からなる
反射板を設けてもよい。As another aspect of the present embodiment, a transparent electrode may be used instead of the electrode 112 for mirror-reflecting the strip-shaped light. When a transparent electrode is used as the electrode 112, a reflecting plate made of a light-transmitting flat plate may be provided on the lower surface of the electrode 112.
【００８９】また、本発明の別の態様として、前記短冊
状の光を鏡面反射する電極１１２の代わりに、前述した
櫛形電極を使用することもできる。すなわち、このよう
に構成された光学素子は、図１１ｃに示すように光制御
層１１０の上面に互いに離間かつ平行するようにして設
けられた複数の短冊状の透明電極１１１と、前記光制御
層３００を介して該透明電極に直交するように設けられ
た複数の櫛形電極１１２ｃとを有する。複数の櫛形電極
は、例えばガラス基板のような基板１１６上にアルミな
どの電極を一様に蒸着し、フォトリソグラフィーの手法
によりパターニングすることで容易に形成することがで
きる。なお、このような櫛形電極を使用した場合、液晶
自体が周期性を持たなくともよい。そのため、光制御層
を形成する液晶としてはホログラフィック高分子分散液
晶である必要はなく、一様に配向する液晶で十分であ
る。Further, as another aspect of the present invention, the above-mentioned comb-shaped electrode can be used instead of the electrode 112 for mirror-reflecting the strip-shaped light. That is, the optical element thus configured includes a plurality of strip-shaped transparent electrodes 111 provided on the upper surface of the light control layer 110 so as to be separated and parallel to each other, as shown in FIG. And a plurality of comb-shaped electrodes 112c provided so as to be orthogonal to the transparent electrode via 300. The plurality of comb-shaped electrodes can be easily formed by uniformly depositing an electrode of aluminum or the like on a substrate 116 such as a glass substrate and patterning the electrode by photolithography. When such a comb-shaped electrode is used, the liquid crystal itself may not have periodicity. Therefore, the liquid crystal forming the light control layer does not need to be a holographic polymer-dispersed liquid crystal, but a liquid crystal that is uniformly aligned is sufficient.
【００９０】さらに、本実施例に適用された短冊状の透
明電極１１１、または光制御層の下面に設けられた電極
のいずれかを表示画素単位に分割し、分割した各画素に
スイッチング素子を設けることもできる。ここで、光制
御層の下面に設けられかつ分割される電極は、上述した
ような透明電極または鏡面反射する電極のどちらでも良
い。またそれらの電極形状としては、短冊形状または櫛
形形状のどちらでも良い。Further, either the strip-shaped transparent electrode 111 applied to the present embodiment or the electrode provided on the lower surface of the light control layer is divided into display pixels, and a switching element is provided for each divided pixel. You can also. Here, the electrode provided on the lower surface of the light control layer and divided may be either the transparent electrode as described above or an electrode that performs specular reflection. The shape of the electrodes may be either a strip shape or a comb shape.
【００９１】（実施例６）本実施例は、ＴＦＴ駆動のよ
うなアクティブマトリクス駆動を行う本発明の表示装置
の一例であり、表示画素単位に分割した電極とその電極
に対向する表示領域全体に広がる一枚の電極とを用いて
表示装置を構成する。表示装置は、光学素子と、該光学
素子へ光を送る照明手段と、光学素子を駆動するための
電源とを有する。本実施例の電極は透明な上部電極と、
これに対向する下部電極とからなる。下部電極は、透明
なものであっても鏡面反射するものであっても良い。(Embodiment 6) This embodiment is an example of a display device according to the present invention which performs active matrix driving such as TFT driving, in which an electrode divided into display pixel units and an entire display area facing the electrode are provided. A display device is formed using one electrode that spreads. The display device has an optical element, illumination means for transmitting light to the optical element, and a power supply for driving the optical element. The electrode of this embodiment is a transparent upper electrode,
And a lower electrode opposed thereto. The lower electrode may be transparent or may be specularly reflected.
【００９２】さらに電極の形状としては、（Ａ）表示領
域全体に広がる一枚の電極、（Ｂ）表示画素単位に分割
され、各画素の内部領域に広がる一枚の電極、（Ｃ）表
示領域全体に広がり電気的に単一である櫛形電極、
（Ｄ）表示画素単位に分割され、各画素の内部領域に広
がり電気的には単一な櫛形電極であって良い。Further, the shape of the electrodes is as follows: (A) one electrode extending over the entire display area; (B) one electrode divided into display pixel units and extending over the internal area of each pixel; A comb-shaped electrode that extends throughout and is electrically single
(D) It may be a single comb-shaped electrode that is divided into display pixels and spreads over the internal area of each pixel.
【００９３】これらの電極の組み合わせとしては、主
に、（i）一方の電極が表示領域全体で一枚の電極であ
り、他方の電極が表示画素単位に分割された領域で一枚
の電極である組み合わせ（Ａ−Ｂ）、（ii）一方の電極
が表示領域全体で一枚の電極であり、他方の電極が表示
画素単位に分割された櫛形電極である組み合わせ（Ａ−
Ｄ）、（iii）一方の電極が表示画素単位に分割された
領域で一つの電極であり、他方の電極が表示領域全体で
一枚の櫛形電極である組み合わせ（Ｂ−Ｃ）、（iv）一
方の電極が表示領域全体で一つの櫛形電極であり、他方
の電極が表示画素単位に分割された櫛形電極（Ｄ−
Ｃ）、が考えられる。但し、上部電極とする電極は、上
述したように透明な材質である必要がある。The combination of these electrodes is mainly (i) one electrode is a single electrode in the entire display region, and the other electrode is a single electrode in a region divided into display pixel units. Certain combinations (AB), (ii) a combination in which one electrode is a single electrode in the entire display area and the other electrode is a comb-shaped electrode divided into display pixel units.
D), (iii) Combinations in which one electrode is one electrode in a region divided in units of display pixels and the other electrode is a single comb-shaped electrode in the entire display region (B-C), (iv) One electrode is one comb-shaped electrode in the entire display area, and the other electrode is a comb-shaped electrode (D-
C). However, the electrode used as the upper electrode needs to be a transparent material as described above.
【００９４】また、上部電極および下部電極によって狭
持される光制御層として使用することが適当な液晶は、
上述した電極の組み合わせによって異なる。すなわち、
（i）の場合には光制御層として、散乱能または回折能
が電気的に制御可能である液晶が適当である。特に、回
折能を変化させられるホログラフィック高分子分散液晶
を用いることにより高コントラスト化できる。（ii）、
（iii）および（iv）の場合には、櫛形電極により回折
されるので、光制御層としては、一様に配向した液晶で
十分である。A liquid crystal suitable for use as a light control layer sandwiched between an upper electrode and a lower electrode is:
It depends on the combination of the above-mentioned electrodes. That is,
In the case of (i), a liquid crystal whose scattering ability or diffraction ability is electrically controllable is suitable as the light control layer. In particular, high contrast can be obtained by using a holographic polymer-dispersed liquid crystal capable of changing the diffraction ability. (Ii),
In the cases of (iii) and (iv), since the light is diffracted by the comb-shaped electrode, a uniformly oriented liquid crystal is sufficient for the light control layer.
【００９５】本実施例では、前述の組み合わせのうち、
２通りの表示装置について図１２ａ、図１２ｂ、および
図１２ｃを参照しながら説明する。図１２ａは表示装置
の概略を示す側面断面図であり、図１２ｂおよび図１２
ｃは表示画素単位に分割された電極群を示す平面図であ
る。In this embodiment, of the above combinations,
Two types of display devices will be described with reference to FIGS. 12A, 12B, and 12C. FIG. 12A is a side sectional view schematically showing the display device, and FIG. 12B and FIG.
c is a plan view showing an electrode group divided for each display pixel.
【００９６】（I）上部電極を表示領域で一枚の透明電
極とし、下部電極を表示画素単位に分割した櫛形電極と
した場合 図１２ａおよび図１２ｂを参照しながら、櫛形電極を表
示画素単位に分割した表示装置について説明する。(I) When the upper electrode is a single transparent electrode in the display area and the lower electrode is a comb-shaped electrode divided into display pixels, the comb-shaped electrodes are divided into display pixels with reference to FIGS. 12A and 12B. The divided display device will be described.
【００９７】光学素子は、光制御層３００と、該光制御
層３００の上面に積層された透明電極１２１と、光制御
層３００の下面と基板１２４とによって挟持され表示画
素単位に分割された電極１２２と、前記透明電極１２１
を介して光制御層３００上に設けられた導光板１２３と
から構成される。導光板１２３の一端には、照明手段
（光源１２５およびレンズ１２６）が設けられている。The optical element includes a light control layer 300, a transparent electrode 121 laminated on the upper surface of the light control layer 300, and an electrode divided into display pixel units sandwiched between the lower surface of the light control layer 300 and the substrate 124. 122 and the transparent electrode 121
And a light guide plate 123 provided on the light control layer 300 through the light guide layer 123. Lighting means (light source 125 and lens 126) is provided at one end of light guide plate 123.
【００９８】図１２ｂに示すように、表示画素単位（図
中、破線で示す）に分割された櫛形電極１２２ｂの各々
にはそれぞれスイッチング素子１２７を設け、各々の電
極に独立して電圧を印加できるように格子状に走査電極
１２８と信号電極１２９とを設ける。As shown in FIG. 12B, each of the comb-shaped electrodes 122b divided into display pixel units (indicated by broken lines in the figure) is provided with a switching element 127, and a voltage can be independently applied to each electrode. Scanning electrodes 128 and signal electrodes 129 are provided in a grid pattern.
【００９９】（II）上部電極を表示画素単位に分割され
た領域で一枚の透明電極とし、下部電極を表示領域全体
に広がる一つの櫛形電極とした場合 次に、本実施例の別の態様として図１２ｃに示すように
透明電極１２１を表示画素単位に分割した場合について
説明する。この場合、分割された電極１２１ｃのそれぞ
れに対向するように、基板の全面にわたって櫛形電極１
２２ｃを形成する。図１２ｃに示すように、表示画素単
位に分割された電極１２１ｃの各々にはそれぞれスイッ
チング素子１２７を設け、各々の電極に独立して電圧を
印加できるように格子状に走査電極１２８と信号電極１
２９とを設ける。(II) When the upper electrode is a single transparent electrode in a region divided in units of display pixels, and the lower electrode is a single comb-shaped electrode extending over the entire display region. A case where the transparent electrode 121 is divided into display pixel units as shown in FIG. In this case, the comb-shaped electrode 1 extends over the entire surface of the substrate so as to face each of the divided electrodes 121c.
22c is formed. As shown in FIG. 12C, each of the electrodes 121c divided into display pixels is provided with a switching element 127, and a scanning electrode 128 and a signal electrode 1 are arranged in a grid so that a voltage can be applied to each electrode independently.
29 are provided.
【０１００】上述のように表示画素単位に分割した各々
の電極に対して、独立して電圧を印加できるように走査
電極１２８と信号電極１２９とを格子状にめぐらせるこ
とによりＴＦＴ駆動が可能となる。ＴＦＴ駆動させ、各
々の電極の電位を制御することにより、ビットマップ表
示が可能となる。As described above, by driving the scanning electrode 128 and the signal electrode 129 in a grid pattern so that a voltage can be independently applied to each of the electrodes divided for each display pixel, TFT driving becomes possible. . By driving the TFT and controlling the potential of each electrode, a bitmap display becomes possible.
【０１０１】（実施例７）この実施例では、図１３ａ、
図１３ｂ、および図１３ｃを参照しながら背面駆動型の
表示装置について説明する。この表示装置を構成する各
層は実施例９と同様の積層順序で積層されたものである
が、以下に説明する点が前記実施例６のものと異なる。(Embodiment 7) In this embodiment, FIG.
A back-drive display device will be described with reference to FIGS. 13B and 13C. Each layer constituting this display device is laminated in the same lamination order as in the ninth embodiment, but differs from that of the sixth embodiment in the following points.
【０１０２】図１３ａ、図１３ｂおよび図１３ｃは、本
発明にもとづく表示装置の一例を示すもので、図１３ａ
は表示装置の概略を示す側面断面図であり、図１３ｂお
よび図１３ｃは表示画素単位（図中、破線で示す）に分
割された電極群を示す平面図である。光制御層３００の
下面に設けられ、かつ表示画素単位に分割される電極は
透明なものであっても鏡面反射するものであってもよ
い。また、電極の形状は、櫛形（図１３ｂ、１３２ｂ）
であっても、表示画素単位に分割された領域で一枚の方
形状のもの（図１３ｃ、１３２ｃ）であってもよい。FIGS. 13a, 13b and 13c show an example of a display device according to the present invention.
FIG. 13B is a side sectional view schematically showing a display device, and FIGS. 13B and 13C are plan views showing electrode groups divided into display pixel units (indicated by broken lines in the drawing). The electrodes provided on the lower surface of the light control layer 300 and divided into display pixel units may be transparent or mirror-reflected. Further, the shape of the electrode is a comb shape (FIGS. 13B and 132B).
Alternatively, a single rectangular area (FIGS. 13C and 132C) may be used as an area divided in units of display pixels.
【０１０３】図１３ａのように配線するためには、基板
１３４と基板の上面に設けられた分割された電極１３２
とに微細な穴をあけ、その穴の内部に金属などの導電性
材料を充填する。なお、図中の黒い丸印は、基板を貫通
して延びた電極１３５が基板の上面にある分割された電
極１３２と接続する部分を示す。次いで、このようにし
て形成された基板を貫通する電極（背面電極）１３５
を、表示画素単位ごとに分割された各々の電極１３２に
電圧を独立して印加できるように電源に配線する。ま
た、導光板１３３の端には、照明手段（光源１３６およ
びレンズ１３７）が設けられている。For wiring as shown in FIG. 13A, a substrate 134 and a divided electrode 132 provided on the upper surface of the substrate are provided.
Then, a fine hole is made in the hole, and the inside of the hole is filled with a conductive material such as a metal. Note that black circles in the figure indicate portions where the electrodes 135 extending through the substrate are connected to the divided electrodes 132 on the upper surface of the substrate. Next, an electrode (back electrode) 135 penetrating the substrate thus formed.
Are connected to a power supply so that a voltage can be independently applied to each electrode 132 divided for each display pixel unit. At the end of the light guide plate 133, illumination means (light source 136 and lens 137) is provided.
【０１０４】なお、本実施例では、分割された電極１３
２と光制御層（液晶層）３００を介して設けられた透明
電極１３１として、一様に広がった電極を使用したが、
分割された電極１３２に対向する領域に広がった短冊状
の電極を使用することもできる。In this embodiment, the divided electrodes 13
As the transparent electrode 131 provided through the light control layer (liquid crystal layer) 300 and the light control layer 300, an electrode that spreads uniformly was used.
A strip-shaped electrode spreading in a region facing the divided electrode 132 can also be used.
【０１０５】本実施例では基板の下面（背面）から駆動
することが可能となるため、駆動基板を分割し隙間なく
並べることができる。また、高分子分散液晶の様な接着
性を有する光制御層を用いることにより、駆動基板をタ
イル状に並べて接着できる。このように構成することに
より、大面積化による信号遅延の影響を受けない、隙間
のない大画面表示が実現できる。In this embodiment, since the driving can be performed from the lower surface (back surface) of the substrate, the driving substrates can be divided and arranged without gaps. Further, by using a light control layer having an adhesive property like a polymer dispersed liquid crystal, the drive substrates can be arranged in a tile shape and adhered. With such a configuration, it is possible to realize a large-screen display without a gap, which is not affected by a signal delay due to an increase in area.
【０１０６】なお、先の実施例の表示装置についても本
実施例と同様に背面から駆動することが可能であり、背
面駆動による同様の効果が得られる。この場合、透明電
極１３１として短冊状に分割された電極を用い、電極１
３２の電極形状を短冊状（細長い長方形）とし、電極１
３１および１３２の短冊の長手方向が違いに直交する構
成をとる。この場合、背面から駆動するために電極１３
２については表示装置の端までの電気的な伝導性を確保
する必要がない。そのため、電極１３２の短冊の長さは
表示装置の画面の大きさに依存することなく任意に分割
でき、多重度の高い（闘値特性のゆるやかな）液晶材料
でも単純マトリクス駆動が可能となる。Note that the display device of the above embodiment can be driven from the back side in the same manner as in the present embodiment, and the same effect can be obtained by the back side drive. In this case, a strip-shaped electrode is used as the transparent electrode 131, and the electrode 1
The electrode shape of the electrode 32 is a strip (elongated rectangle).
A configuration is adopted in which the longitudinal directions of the strips 31 and 132 are orthogonal to each other. In this case, in order to drive from the back, the electrode 13
With regard to 2, there is no need to ensure electrical conductivity up to the end of the display device. Therefore, the length of the strip of the electrode 132 can be arbitrarily divided without depending on the size of the screen of the display device, and simple matrix driving can be performed even with a liquid crystal material having high multiplicity (gradual threshold value characteristics).
【０１０７】また、先の実施例の光学素子についても、
本実施例と同様に走査電極と信号電極を背面に引き出し
駆動することが可能であり、大面積化において同様の効
果が得られる。The optical element of the above embodiment is also
As in the case of this embodiment, the scanning electrodes and the signal electrodes can be pulled out to the back and driven, and the same effect can be obtained in increasing the area.
【０１０８】（実施例８）図１４は、本発明にもとづく
表示装置の一例を示す断面図である。(Embodiment 8) FIG. 14 is a sectional view showing an example of a display device according to the present invention.
【０１０９】この表示装置は、光学素子と、該光学素子
へ光を送る照明手段と、光学素子を駆動するための電源
（不図示）とを有し、照明手段以外は先の実施例と同様
の構成を有する。すなわち、照明手段は、上記導光板１
４３の一端面から光を入射させるためのもので、光源１
４４と該光源１４４を囲む鏡面を有する部材１４５から
なる。その他の構成は、光制御層（液晶層）３００と、
該光制御層１４０の上面に互いに離間かつ平行するよう
にして設けられた複数の短冊状の透明電極１４１と、光
制御層１４０の下面に互いに離間し、かつ透明電極１４
１と直交するようにして設けられた光を鏡面反射する複
数の短冊状の電極１４２と、上記透明電極１４１の上面
に設けられた導光板１４３とからなる。光源１４４を表
示装置の縁につけることにより、図１１ａおよび図１１
ｂに示した表示装置と比較して小型かつ高効率な表示装
置を実現できる。This display device has an optical element, illuminating means for transmitting light to the optical element, and a power supply (not shown) for driving the optical element. It has a configuration of That is, the illuminating means includes the light guide plate 1
43 for allowing light to enter from one end face of the light source 1
44 and a member 145 having a mirror surface surrounding the light source 144. Other configurations include a light control layer (liquid crystal layer) 300,
A plurality of strip-shaped transparent electrodes 141 provided on the upper surface of the light control layer 140 so as to be spaced apart from each other and in parallel with each other;
The transparent electrode 141 includes a plurality of strip-shaped electrodes 142 that are provided so as to be orthogonal to 1 and that specularly reflect light, and a light guide plate 143 that is provided on the upper surface of the transparent electrode 141. By attaching the light source 144 to the edge of the display,
A small and highly efficient display device can be realized as compared with the display device shown in FIG.
【０１１０】また、先の実施例ではホログラフィック高
分子分散液晶を用いたが、高分子分散液晶を用いること
により、白黒ディスプレイが実現できる。さらに、光源
に赤、青、緑の３色を用意し表示画素と同期して光源の
色を順次切り替えることによりフルカラー表示を実現で
きる。Although the holographic polymer dispersed liquid crystal is used in the above embodiment, a black and white display can be realized by using the polymer dispersed liquid crystal. Further, full color display can be realized by preparing three colors of red, blue, and green light sources and sequentially switching the colors of the light sources in synchronization with the display pixels.
【０１１１】以上、本発明に係る光学素子および該光学
素子を用いた表示装置を前述の実施例１から８において
具体的に説明した。しかし、本発明はそれらの実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々変更可能なことは言うまでもない。In the above, the optical element according to the present invention and the display device using the optical element have been specifically described in the first to eighth embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
【０１１２】[0112]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導光板と液晶とを用いる大画面化可能な新たな構造の光
学素子において、光制御層に電界を印加していない状態
で、導光板に光を入射した場合に、入射光がどのような
偏光方向を持っていても、入射光が外部に出すことな
く、確実に導光板中を導光させ、素子を確実に非発光状
態に置くことのできる構成を提供することができる。As described above, according to the present invention,
In an optical element with a new structure that can use a light guide plate and liquid crystal to increase the screen size, when light enters the light guide plate without applying an electric field to the light control layer, what kind of polarization does the incident light have? Even if it has a direction, it is possible to provide a configuration in which the light can be reliably guided in the light guide plate without emitting the incident light to the outside, and the element can be reliably set in the non-light emitting state.
【図１】従来の表示装置の一例を示す概略的構成を示す
ものであり、（ａ）はプロジェクタの概略的構成を示す
断面図、（ｂ）は表示装置に適用される液晶ライトバル
ブの概略的構成を示す断面図である。FIGS. 1A and 1B show a schematic configuration of an example of a conventional display device. FIG. 1A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a projector, and FIG. 1B is a schematic diagram of a liquid crystal light valve applied to the display device. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical configuration.
【図２】従来型の表示装置の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional display device.
【図３】従来提案の光学素子の側断面図であり、光制御
層に電界が印加されていない状態を示す図である。FIG. 3 is a side sectional view of a conventionally proposed optical element, showing a state where an electric field is not applied to a light control layer.
【図４】従来提案の光学素子の側断面図であり、光制御
層に電界が印加されている状態を示す図である。FIG. 4 is a side sectional view of a conventionally proposed optical element, showing a state where an electric field is applied to a light control layer.
【図５】本発明の光学素子の第１の実施例を示す側断面
図であり、光制御層に電界が印加されていない状態を示
す図である。FIG. 5 is a side sectional view showing a first embodiment of the optical element of the present invention, showing a state where no electric field is applied to the light control layer.
【図６】本発明の光学素子の第１の実施例を示す側断面
図であり、光制御層に電界が印加されている状態を示す
図である。FIG. 6 is a side sectional view showing a first embodiment of the optical element of the present invention, showing a state where an electric field is applied to the light control layer.
【図７】本発明の光学素子の第２の実施例を示す側断面
図である。FIG. 7 is a side sectional view showing a second embodiment of the optical element of the present invention.
【図８】本発明光学素子の第３の実施例を模式的に示す
側面断面図である。FIG. 8 is a side sectional view schematically showing a third embodiment of the optical element of the present invention.
【図９】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第３
の実施例の変形例を示すもので、光学素子に適用される
薄膜の構造を示す模式図である。9 (a), (b) and (c) show the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a structure of a thin film applied to an optical element, showing a modification of the example of FIG.
【図１０】本発明の光学素子の第４の実施例を模式的に
示すものであり、（ａ）は光学素子の側面断面図、
（ｂ）は基板上に形成された櫛形電極を示す平面図であ
る。FIG. 10 schematically shows a fourth embodiment of the optical element of the present invention, wherein (a) is a side sectional view of the optical element,
(B) is a plan view showing a comb-shaped electrode formed on the substrate.
【図１１】本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿
う断面図、（ｃ）は（ｂ）に適用される他の電極の平面
図である。11A and 11B show an example of a display device according to the present invention, wherein FIG. 11A is a plan view, FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. It is a top view of another electrode applied.
【図１２】本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、（ａ）は表示装置の側面断面図、（ｂ）は表示画素
単位に分割された櫛形電極の平面図、（ｃ）は表示画素
単位に分割された透明電極と表示領域全面に設けられた
櫛形電極の平面図である。12A and 12B show an example of a display device according to the present invention, wherein FIG. 12A is a side sectional view of the display device, FIG. 12B is a plan view of a comb-shaped electrode divided into display pixels, and FIG. FIG. 3 is a plan view of a transparent electrode divided in pixel units and a comb-shaped electrode provided on the entire display area.
【図１３】本発明にもとづく表示装置の一例を示すもの
で、（ａ）は表示装置の側面断面図、（ｂ）は表示画素
単位に分割された櫛形電極の平面図、（ｃ）は表示画素
単位に分割された透明電極の平面図である。13A and 13B show an example of a display device according to the present invention, wherein FIG. 13A is a side sectional view of the display device, FIG. 13B is a plan view of a comb-shaped electrode divided into display pixels, and FIG. FIG. 3 is a plan view of a transparent electrode divided into pixel units.
【図１４】本発明にもとづく表示装置の一例を示す側面
断面図である。FIG. 14 is a side sectional view showing an example of a display device according to the present invention.
１０ 液晶パネル １１ 照明 １２ レンズ １３ スクリーン １４ 偏光板 １５ 液晶セル １６ 偏光板 ２１ 導光板 ２２ 光源 ２３ 反射板 ２４ 強誘電性液晶層 ２５ａ、２５ｂ 電極 ２６ａ、２６ｂ 電極支持基板 ２７ 反射板 ２８ 光拡散板 ３０、３００、４００ 光制御層 ３１、４１、９１、１１１、１２１、１３１、１４１
透明電極 ３２、４２ 透明電極 ３３、４３、９３、１１３、１２３、１３３、１４３
導光板 ３４、４４ 反射板 ３５ 反射面 ３６ 面内方向 ３７、４７ 入射光 ７０ａ 高分子樹脂 ７０ｂ 液晶 ８２、１１２、１２２、１２２ｂ、１３２、１３２ｂ、
１３２ｃ 電極 ９２、１１２ｃ、１２２ｂ、１２２ｃ 櫛形電極（周期
電極） ９４、１１６、１２４、１３４ 基板 １１４、１２５、１３６、１４４ 照明 １１５、１２６、１３７ レンズ １２７ スイッチング素子 １２８ 走査電極 １２９ 信号電極 １３５ 背面電極（貫通した電極） １４５ 鏡面を有する部材DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid crystal panel 11 Illumination 12 Lens 13 Screen 14 Polarizer 15 Liquid crystal cell 16 Polarizer 21 Light guide 22 Light source 23 Reflector 24 Ferroelectric liquid crystal layer 25a, 25b Electrode 26a, 26b Electrode support substrate 27 Reflector 28 Light diffuser 30 , 300, 400 Light control layer 31, 41, 91, 111, 121, 131, 141
Transparent electrodes 32, 42 Transparent electrodes 33, 43, 93, 113, 123, 133, 143
Light guide plate 34, 44 Reflector plate 35 Reflective surface 36 In-plane direction 37, 47 Incident light 70a Polymer resin 70b Liquid crystal 82, 112, 122, 122b, 132, 132b,
132c electrode 92, 112c, 122b, 122c comb-shaped electrode (periodic electrode) 94, 116, 124, 134 substrate 114, 125, 136, 144 illumination 115, 126, 137 lens 127 switching element 128 scanning electrode 129 signal electrode 135 back electrode ( 145 member having a mirror surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｇ０２Ｆ 1/137 ５０５ ５Ｇ４３５ (72)発明者 田中 秀尚 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 陶山 史朗 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA02 GA10 HA02 HA03 HA08 HA21 HA30 LA04 MA18 MA20 2H089 HA04 JA01 QA05 QA16 TA02 TA04 TA09 TA17 TA20 2H090 JA04 JD01 JD05 KA04 KA11 LA01 LA04 LA20 MA03 MB02 MB14 2H091 FA14Z FA23X FA23Z FD06 GA01 GA02 GA06 GA13 JA02 JA10 LA03 LA17 2H092 GA14 JA24 JB07 NA01 PA01 PA02 PA12 PA13 QA15 5G435 AA00 BB12 BB16 DD11 EE23 EE33 FF03 FF06 FF08 GG02 GG24 HH02 HH12 LL15 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G09F 9/00 336 G02F 1/137 505 5G435 (72) Inventor Hidenao Tanaka 2-chome Otemachi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Shiro Suyama 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-Term within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (reference) 2H088 EA02 GA10 HA02 HA03 HA08 HA21 HA30 LA04 MA18 MA20 2H089 HA04 JA01 QA05 QA16 TA02 TA04 TA09 TA17 TA20 2H090 JA04 JD01 JD05 KA04 KA11 LA01 LA04 LA20 MA03 MB02 MB14 2H091 FA14Z FA23X FA23Z FD06 GA01 GA02 GA06 GA13 JA02 JA10 LA03 LA17 2HA092GA01 PA01 JA01A01A01 BB16 DD11 EE23 EE33 FF03 FF06 FF08 GG02 GG24 HH02 HH12 LL15
Claims (22)
の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極からな
る第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制御
層の下面に透明電極からなる第２の電極を介して設けら
れた反射板とを有し、 前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍において該電極面に対して垂直に配向
されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に
対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されているこ
とを特徴とする光学素子。1. A light-transmitting plate-shaped light guide plate for guiding light by entering light from an end face, and a light control layer provided on a lower surface of the plate-shaped light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode. And a reflector provided on a lower surface of the light control layer via a second electrode made of a transparent electrode, wherein the light control layer is applied by the first electrode and the second electrode. Liquid crystal whose orientation is changed by an electric field, wherein the liquid crystal is in a state where the electric field is not applied,
In the vicinity of one electrode surface is oriented perpendicular to the electrode surface, and in the vicinity of the other electrode surface is oriented horizontally with respect to the electrode surface, and in an intermediate portion between these vertically and horizontally oriented portions, An optical element which is oriented while continuously changing its orientation angle between vertical orientation and horizontal orientation.
合体により形成されていることを特徴とする請求項１に
記載の光学素子。2. The optical element according to claim 1, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請求
項２に記載の光学素子。3. The optical element according to claim 2, wherein the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
該反射板の反射面は前記光制御層側の面に対し所定の角
度で傾斜し、かつ該反射面に反射膜が形成されているこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光
学素子。4. The reflection plate is made of a translucent material,
4. The reflection plate according to claim 1, wherein a reflection surface of the reflection plate is inclined at a predetermined angle with respect to the surface on the light control layer side, and a reflection film is formed on the reflection surface. Optical element.
鋸波状の傾斜面群からなることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の光学素子。5. The optical element according to claim 1, wherein the reflection surface is formed by a sawtooth-shaped inclined surface group having a predetermined inclination angle.
前記透明電極からなる第２の電極のどちらか一方の電極
が表示画素単位に分割され、該分割された各々の表示画
素単位にスイッチング素子を有することを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の光学素子。6. One of the first electrode made of the transparent electrode and the second electrode made of the transparent electrode is divided into display pixel units, and a switching element is arranged in each of the divided display pixel units. The optical element according to any one of claims 1 to 5, comprising:
の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極からな
る第１の電極を介して設けられた光制御層と、該光制御
層の下面に設けられた、光を鏡面反射する電極からなる
第２の電極とを有し、 前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍において該電極面に対して垂直に配向
されるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に
対して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向
部分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水
平配向の間で連続的に変化させながら配向されているこ
とを特徴とする光学素子。7. A light-transmitting plate-like light guide plate for guiding light by entering light from an end face, and a light control layer provided on a lower surface of the plate-like light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode. And a second electrode provided on the lower surface of the light control layer, the second electrode being an electrode for mirror-reflecting light. The light control layer is applied by the first electrode and the second electrode. Liquid crystal whose orientation is changed by an electric field, wherein the liquid crystal is in a state where the electric field is not applied,
In the vicinity of one electrode surface is oriented perpendicular to the electrode surface, and in the vicinity of the other electrode surface is oriented horizontally with respect to the electrode surface, and in an intermediate portion between these vertically and horizontally oriented portions, An optical element which is oriented while continuously changing its orientation angle between vertical orientation and horizontal orientation.
合体により形成されていることを特徴とする請求項７に
記載の光学素子。8. The optical element according to claim 7, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請求
項８に記載の光学素子。9. The optical element according to claim 8, wherein the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
は前記光を鏡面反射する電極からなる第２の電極のどち
らか一方の電極が表示画素単位に分割され、該分割され
た各々の表示画素単位にスイッチング素子を有すること
を特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の光学
素子。10. One of the first electrode made of the transparent electrode and the second electrode made of an electrode for mirror-reflecting the light is divided into display pixels, and each of the divided display pixels is divided into display pixels. The optical element according to any one of claims 7 to 9, wherein the unit has a switching element.
性の板状導光板と、該板状導光板の下面に透明電極から
なる第１の電極を介して設けられた光制御層と、光制御
層の下面に設けられ、複数に分割された電極からなる第
２の電極と、該第２の電極の下面に設けられた基板と、
前記第２の電極の複数の分割された電極の各々に１対１
で対応し、かつ前記基板を貫通して設けられた複数の第
３の電極とを有し、 前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されており、 前記複数の第３の電極の各々は、前記第２の電極と接続
する第１の端部と、前記基板の前記第２の電極側の面と
は反対側の面に露出した第２の端部とを有し、個々に、
または任意の数からなる群に分けて基板側から電圧印加
可能であることを特徴とする光学素子。11. A light-transmitting plate-shaped light guide plate for guiding light by entering light from an end face, and a light control layer provided on a lower surface of the plate-shaped light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode. And a second electrode provided on the lower surface of the light control layer and including a plurality of divided electrodes; and a substrate provided on the lower surface of the second electrode.
One-to-one for each of the plurality of divided electrodes of the second electrode
And a plurality of third electrodes provided through the substrate, wherein the light control layer is oriented by an electric field applied by the first electrode and the second electrode. And the liquid crystal is in a state where the electric field is not applied,
In the vicinity of one electrode surface, it is oriented perpendicular to the electrode surface, and in the vicinity of the other electrode surface, it is oriented horizontally with respect to the electrode surface. , The alignment is performed while continuously changing the angle of the alignment between a vertical alignment and a horizontal alignment, and each of the plurality of third electrodes is connected to a first end connected to the second electrode. A second end exposed on a surface opposite to the surface on the second electrode side of the substrate, and
Alternatively, an optical element characterized in that a voltage can be applied from the substrate side in groups of an arbitrary number.
せるための照射手段とを備え、 前記光学素子は、前記照明手段からの光が入射する端面
を有し、かつ入射した光を導光させる透光性の板状導光
板と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電
極を介して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に
透明電極からなる第２の電極を介して設けられた反射板
とを有し、 前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されていること
を特徴とする表示装置。12. An optical device, comprising: an optical element; and irradiating means for causing light to enter the optical element, wherein the optical element has an end face on which light from the illuminating means is incident, and guides the incident light. A light-transmitting plate-shaped light guide plate, a light control layer provided on a lower surface of the plate light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, and a transparent electrode on a lower surface of the light control layer A reflector provided with a second electrode interposed therebetween, wherein the light control layer includes liquid crystal whose orientation is changed by an electric field applied by the first electrode and the second electrode, The liquid crystal is in a state where the electric field is not applied,
In the vicinity of one electrode surface, it is oriented perpendicular to the electrode surface, and in the vicinity of the other electrode surface, it is oriented horizontally with respect to the electrode surface. A display device characterized in that the display device is aligned while continuously changing its alignment angle between vertical alignment and horizontal alignment.
複合体により形成されていることを特徴とする請求項１
２に記載の表示装置。13. The liquid crystal according to claim 1, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
3. The display device according to 2.
分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請
求項１３に記載の表示装置。14. The display device according to claim 13, wherein the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
り、該反射板の反射面は前記光制御層側の面に対し所定
の角度で傾斜し、かつ該反射面に反射膜が形成されてい
ることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに
記載の表示装置。15. The reflection plate is made of a translucent material, the reflection surface of the reflection plate is inclined at a predetermined angle with respect to the surface on the light control layer side, and a reflection film is formed on the reflection surface. The display device according to any one of claims 12 to 14, wherein the display device is provided.
る鋸波状の傾斜面群からなることを特徴とする請求項１
２ないし１５のいずれかに記載の表示装置。16. The reflection surface according to claim 1, wherein the reflection surface comprises a group of sawtooth-shaped inclined surfaces having a predetermined inclined angle.
16. The display device according to any one of 2 to 15.
は前記透明電極からなる第２の電極のどちらか一方の電
極が表示画素単位に分割され、該分割された各々の表示
画素単位にスイッチング素子を有することを特徴とする
請求項１２ないし１６のいずれかに記載の表示装置。17. One of the first electrode made of the transparent electrode and the second electrode made of the transparent electrode is divided into display pixel units, and a switching element is provided in each of the divided display pixel units. The display device according to any one of claims 12 to 16, further comprising:
せるための照射手段とを備え、 前記光学素子は、前記照明手段からの光が入射する端面
を有し、かつ入射した光を導光させる透光性の板状導光
板と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電
極を介して設けられた光制御層と、該光制御層の下面に
設けられた、光を鏡面反射する電極からなる第２の電極
とを有し、 前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されていること
を特徴とする表示装置。18. An optical device comprising: an optical element; and irradiating means for causing light to be incident on the optical element, wherein the optical element has an end face on which light from the illuminating means is incident, and guides the incident light. A light-transmitting plate-shaped light guide plate for light, a light control layer provided on a lower surface of the plate-shaped light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, and a light control layer provided on a lower surface of the light control layer. A second electrode made of an electrode that mirror-reflects light, wherein the light control layer has a liquid crystal whose orientation is changed by an electric field applied by the first electrode and the second electrode, The liquid crystal is in a state where the electric field is not applied,
In the vicinity of one electrode surface, it is oriented perpendicular to the electrode surface, and in the vicinity of the other electrode surface, it is oriented horizontally with respect to the electrode surface. A display device characterized in that the display device is aligned while continuously changing its alignment angle between vertical alignment and horizontal alignment.
複合体により形成されていることを特徴とする請求項１
８に記載の表示装置。19. The liquid crystal display according to claim 1, wherein the liquid crystal is formed of a composite of a high-molecular liquid crystal and a low-molecular liquid crystal.
9. The display device according to 8.
分子液晶が周期的に分布されていることを特徴とする請
求項１９に記載の表示装置。20. The display device according to claim 19, wherein the high-molecular liquid crystal and the low-molecular liquid crystal in the light control layer are periodically distributed.
は前記光を鏡面反射する電極からなる第２の電極のどち
らか一方の電極が表示画素単位に分割され、該分割され
た各々の表示画素単位にスイッチング素子を有すること
を特徴とする請求項１８ないし２０のいずれかに記載の
表示装置。21. Either the first electrode made of the transparent electrode or the second electrode made of an electrode for mirror-reflecting the light is divided into display pixel units, and each of the divided display pixels is divided into display pixels. 21. The display device according to claim 18, wherein the display device has a switching element.
せるための照射手段とを備え、 前記光学素子は、前記照明手段からの光が入射する端面
を有し、かつ入射した光を導光させる透光性の板状導光
板と、該板状導光板の下面に透明電極からなる第１の電
極を介して設けられた光制御層と、光制御層の下面に設
けられ、複数に分割された電極からなる第２の電極と、
該第２の電極の下面に設けられた基板と、前記第２の電
極の複数の分割された電極の各々に１対１で対応し、か
つ前記基板を貫通して設けられた複数の第３の電極とを
有し、 前記光制御層は、前記第１の電極と前記第２の電極によ
って印加される電界によって配向性を変化させる液晶を
有し、該液晶は、前記電界が印加されていない状態で、
一方の電極面近傍おいて該電極面に対して垂直に配向さ
れるとともに、他方の電極面近傍において該電極面に対
して水平に配向され、これら垂直配向部分と水平配向部
分との中間部分では、その配向の角度を垂直配向と水平
配向の間で連続的に変化させながら配向されており、 前記複数の第３の電極の各々は、前記第２の電極と接続
する第１の端部と、前記基板の前記第２の電極側の面と
は反対側の面に露出した第２の端部とを有し、個々に、
または任意の数からなる群に分けて基板側から電圧印加
可能であることを特徴とする表示装置。22. An optical device comprising: an optical element; and an irradiating means for causing light to enter the optical element, wherein the optical element has an end face on which light from the illuminating means is incident, and guides the incident light. A light-transmitting plate-shaped light guide plate, a light control layer provided on a lower surface of the plate light guide plate via a first electrode made of a transparent electrode, and a light control layer provided on a lower surface of the light control layer; A second electrode composed of divided electrodes,
A substrate provided on the lower surface of the second electrode, and a plurality of third electrodes provided in a one-to-one correspondence with each of the plurality of divided electrodes of the second electrode and provided through the substrate. Wherein the light control layer has a liquid crystal whose orientation is changed by an electric field applied by the first electrode and the second electrode, wherein the liquid crystal is applied with the electric field. Without
In the vicinity of one electrode surface, it is oriented perpendicular to the electrode surface, and in the vicinity of the other electrode surface, it is oriented horizontally with respect to the electrode surface. , The alignment is performed while continuously changing the angle of the alignment between a vertical alignment and a horizontal alignment, and each of the plurality of third electrodes is connected to a first end connected to the second electrode. A second end exposed on a surface opposite to the surface on the second electrode side of the substrate, and individually
Alternatively, the display device is capable of applying a voltage from the substrate side in groups of an arbitrary number.
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