JP6112108B2 - 照明装置および表示装置 - Google Patents

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Description

本技術は、光に対して散乱性または透明性を示す光変調素子を備えた照明装置および表示装置に関する。
近年、液晶ディスプレイの高画質化や省エネ化が急進展し、部分的にバックライトの光強度を変調することによって暗所コントラストの向上を実現する方式が提案されている。この手法は主に、バックライトの光源として用いられる発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)を部分的に駆動して、表示画像に合わせてバックライト光を変調するものである。また、大型の液晶ディスプレイにおいて、小型の液晶ディスプレイと同様、薄型化の要求が強まってきており、冷陰極管(CCFL;Cold Cathode Fluorescent Lamp)やLEDを液晶パネルの直下に配置する方式ではなく、導光板の端部に光源を配置するエッジライト方式が注目されている。しかし、エッジライト方式では、光源の光強度を部分的に変調する部分駆動を行うことは難しい。
特開平6−347790号公報
ところで、導光板内を伝播している光の取り出し技術としては、例えば、特許文献1において、透明と散乱を切り換える高分子分散液晶(PDLC;Polymer Dispersed Liquid Crystal)を用いた表示装置が提案されている。これは、写り込み防止などを目的としたものであり、PDLCに対して部分的に電圧を印加して、透明と散乱を切り換える技術である。しかし、この方式において、部分的に導光光を取り出すことで、部分的に照明光を変調した場合に、PDLCを駆動する電極パターンに由来する境界部分において輝度の差が大きいときには、表示画像にその境界部分が見えてしまうという点で改善の余地があった。
したがって、照明光における明暗の境界部分をぼかすことの可能な照明装置および表示装置を提供することが望ましい。
本技術の実施の形態の照明装置は、離間して互いに対向配置された一対の基板と、一対の基板の少なくとも一方の側面に配置された光源と、一対の基板のそれぞれの表面に設けられ、かつ基板の表面と直交する方向に電場を発生させる電極とを備えている。この照明装置は、さらに、一対の基板の間隙に設けられ、かつ電極によって生じる電場の大きさに応じて、光源からの光に対して散乱性もしくは透明性を示す光変調層を備えている。電極は、一対の基板のうち一方の基板の表面に、複数の第1電極ブロックを有している。各第1電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有している。
本技術の実施の形態の表示装置は、映像を表示する表示パネルと、表示パネルを照明する照明装置とを備えている。この表示装置に搭載された照明装置は、上記の実施の形態の照明装置と同様の構成要素を有している。
本技術の実施の形態の照明装置および表示装置では、各第1電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有している。これにより、光変調層の散乱特性を、各第1電極ブロックと対向する領域内において部分的に調整することができる。
本技術の実施の形態の照明装置および表示装置によれば、光変調層の散乱特性を、各第1電極ブロックと対向する領域内において部分的に調整することができるようにしたので、光変調層から取り出された光の輝度分布の面内の変化を緩やかにすることができる。その結果、照明光における明暗の境界部分をぼかすことができる。
本技術の第1の実施の形態に係る照明装置の構成の一例を表す断面図である。 図1の光変調素子の構成の一例を表す断面図である。 図2の下側電極の構成の一例を表す平面図である。 図2の下側電極の構成の他の例を表す平面図である。 図2の下側電極の構成の他の例を表す平面図である。 図2の下側電極の幅の一例を表す平面図である。 図2の上側電極の構成の一例を表す平面図である。 図2の上側電極の構成の他の例を表す平面図である。 図2の上側電極の構成の他の例を表す平面図である。 図2の上側電極の構成の他の例を表す平面図である。 図1の光変調素子の電圧無印加時の配向の一例を表す模式図である。 図1の光変調素子の電圧印加時の配向の一例を表す模式図である。 図1の照明装置の作用について説明するための模式図である。 図1の照明装置における部分点灯の一例を表す模式図である。 図1の照明装置における部分点灯の他の例を表す模式図である。 図1の照明装置におけるスキャン駆動の一例を表す模式図である。 図12Aに続くスキャン駆動の一例を表す模式図である。 図1の照明装置におけるスキャン駆動の他の例を表す模式図である。 図13Aに続くスキャン駆動の他の例を表す模式図である。 図1の照明装置における部分点灯の方式の一例を表す図である。 図1の照明装置における全点灯の一例を表す模式図である。 図1の照明装置における全点灯の他の例を表す模式図である。 図1の照明装置における全点灯の方式の一例を表す図である。 比較例に係る照明装置における全点灯の方式の一例を表す図である。 比較例に係る照明装置における全点灯の方式の他の例を表す図である。 比較例に係る照明装置における部分点灯の方式の他の例を表す図である。 図1の照明装置の製造工程について説明するための断面図である。 図20に続く製造工程について説明するための断面図である。 図21に続く製造工程について説明するための断面図である。 変形例に係る光変調素子の電圧無印加時の配向の一例を表す模式図である。 変形例に係る光変調素子の電圧印加時の配向の一例を表す模式図である。 本技術の第2の実施の形態に係る照明装置の構成の一例を表す断面図である。 図25の光変調素子の構成の一例を表す断面図である。 図25の光変調素子の電圧無印加時の配向の一例を表す模式図である。 図25の光変調素子の電圧印加時の配向の一例を表す模式図である。 上側電極の構成の第1変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第2変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第2変形例を表す平面図である。 図29、図30の上側電極の幅の一例を表す平面図である。 下側電極の構成の第1変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第3変形例を表す平面図である。 下側電極の構成の第2変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第4変形例を表す平面図である。 下側電極の構成の第3変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第5変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第6変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第7変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第8変形例を表す平面図である。 上側電極の構成の第9変形例を表す平面図である。 図38、図39の上側電極におけるパターン密度の一例を表す図である。 図38、図39の上側電極を用いたときの輝度分布の一例を表す図である。 光源の構成の一変形例を表す斜視図である。 光源の構成の他の変形例を表す斜視図である。 光源の構成の他の変形例を表す斜視図である。 導光板の構成の一変形例を表す斜視図である。 導光板の構成の他の変形例を表す斜視図である。 導光板の構成の他の変形例を表す斜視図である。 図43Aの導光板の凸部の高さの一例を表す図である。 導光板に凸部が無いときの光導波について説明するための模式図である。 導光板に凸部があるときの光導波について説明するための模式図である。 図41B,図41Cの光源を用いたときの部分点灯の一例を表す模式図である。 照明装置の第1変形例を表す断面図である。 照明装置の第2変形例を表す断面図である。 照明装置の第3変形例を表す断面図である。 照明装置の第4変形例を表す断面図である。 照明装置の第5変形例を表す断面図である。 照明装置の第6変形例を表す断面図である。 照明装置の第7変形例を表す断面図である。 照明装置の第8変形例を表す断面図である。 一適用例にかかる表示装置の一例を表す断面図である。
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

1.第1の実施の形態
照明装置内に、水平配向膜を含む光変調素子が設けられている例
2.第1の実施の形態の変形例
3.第2の実施の形態
照明装置内に、垂直配向膜を含む光変調素子が設けられている例
4.各実施の形態に共通する変形例
5.適用例
上記実施の形態等の照明装置が表示装置のバックライトに適用されている例
<1.第1の実施の形態>
図1は、本技術の第1の実施の形態に係る照明装置1の概略構成の一例を表す断面図である。照明装置1は、液晶表示パネルを背後から照明するバックライトに好適に適用可能なものである。照明装置1は、例えば、導光板10と、導光板10の側面に配置した光源20と、導光板10の背後に配置した光変調素子30および反射板40と、光変調素子30を駆動する駆動回路50とを備えている。
光源20は、例えば、複数の点状光源を一列に配置して構成されたものである。各点状光源は、導光板10の側面に向かって光を射出するようになっており、例えば、導光板10の側面との対向面に発光スポットを有する発光素子からなる。そのような発光素子としては、例えば、LED、または、レーザダイオード(LD;Laser Diode)などが挙げられる。効率、薄型化、均一性の観点からは、各点状光源がホワイトLEDであることが好ましい。なお、光源20に含まれる複数の点状光源が、例えば、赤色LED、緑色LEDおよび青色LEDを含んで構成されていてもよい。
光源20は、図1に示したように、導光板10の1つの側面にだけ設けられていてもよいし、図示しないが、導光板10の2つの側面、3つの側面または全ての側面に設けられていてもよい。また、光源20が3つの側面または全ての側面に設けられている場合には、部分点灯を行うときにだけ、互いに対向する2つの側面に設けられた光源20だけを点灯させ、全面点灯を行うときに全ての光源20を点灯させるようにしてもよい。
導光板10は、導光板10の1または複数の側面に配置した光源20からの光を導光板10の上面に導くものである。この導光板10は、導光板10の上面に配置される表示パネル(図示せず)に対応した形状、例えば、上面、下面および側面で囲まれた直方体状となっている。なお、以下では、導光板10の側面のうち光源20からの光が入射する側面を光入射面10Aと称するものとする。導光板10は、例えば、ポリカーボネート樹脂(PC)やアクリル樹脂(ポリメチルメタクリレート(PMMA)などの透明熱可塑性樹脂を主に含んで構成されている。
反射板40は、導光板10の背後から光変調素子30を介して漏れ出てきた光を導光板10側に戻すものであり、例えば、反射、拡散、散乱などの機能を有している。これにより、光源20からの射出光を効率的に利用することができ、また、正面輝度の向上にも役立っている。この反射板40は、例えば、発泡PET(ポリエチレンテレフタレート)や銀蒸着フィルム、多層膜反射フィルム、白色PETなどからなる。
光変調素子30は、本実施の形態において、導光板10の背後(下面)に空気層を介さずに密着しており、例えば接着剤(図示せず)を介して導光板10の背後に接着されている。この光変調素子30は、例えば、図2に示したように、透明基板31、下側電極32、配向膜33、光変調層34、配向膜35、上側電極36および透明基板37を反射板40側から順に配置したものである。
透明基板31,37は、離間して互いに対向配置された一対の基板である。透明基板31,37は、光変調層34を支持するものであり、一般に、可視光に対して透明な基板、例えば、ガラス板や、プラスチックフィルムによって構成されている。下側電極32および上側電極36は、透明基板31,37のそれぞれの表面に設けられたものであり、透明基板31の表面と直交する方向に電場を発生させるものである。下側電極32は、透明基板31の表面(具体的には、透明基板31のうち透明基板37との対向面)に設けられたものであり、複数の部分電極32Aを含んで構成されている。複数の部分電極32Aは、面内の一の方向(第1の方向)に延在すると共に第1の方向と交差する方向に配列されている。第1の方向は、例えば、光入射面10Aと平行または略平行な方向である。なお、第1の方向は、光入射面10Aと斜めに交差する方向であってもよい。
図3は、下側電極32の平面構成の一例を表したものである。図4A,図4Bは、下側電極32の平面構成の他の例を表したものである。下側電極32は、複数の電極ブロック32C(第1電極ブロック)を有している。複数の電極ブロック32Cは、面内の所定の方向(第2の方向)および第2の方向と交差する方向(第3の方向)のうち少なくとも第2の方向に並んで配置されている。ここで、第1の方向が、光入射面10Aと平行または略平行な方向である場合には、第2の方向は、第1の方向と直交または略直交する方向である。第1の方向が、光入射面10Aと斜めに交差する方向である場合には、第2の方向は、光入射面10Aと直交または略直交する方向である。つまり、第2の方向は、第1の方向に拘わらず、光入射面10Aと直交または略直交する方向である。
各電極ブロック32Cは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cによって光変調層34内に形成される電場を遮らない態様で、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域の一部を含む領域に形成されている。具体的には、オーバーラップ領域32−1において、2以上の部分電極32Aは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域内に形成されると共に、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cに含まれる2以上の部分電極と混在して配置されている。例えば、各電極ブロック32Cにおいて、2以上の部分電極32Aは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域内に形成されると共に、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cに含まれる2以上の部分電極と交互に配置されている。さらに、各電極ブロック32Cにおいて、2以上の部分電極32Aは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域外に形成されている。つまり、図3,図4A,図4Bに示したように、各電極ブロック32Cの形成領域は、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域の一部と重なり合っている。図3,図4A,図4Bでは、電極ブロック32Cの形成領域同士が重なり合っている領域がオーバーラップ領域32−1として示されており、電極ブロック32Cの形成領域同士が重なり合っていない領域が非オーバーラップ領域32−2として示されている。なお、オーバーラップ領域32−1において、一方の電極ブロック32Cに含まれる2以上の部分電極32Aが、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cに含まれる2以上の部分電極を、複数個ずつ(例えば2つずつ)飛ばして配置されていてもよい。また、オーバーラップ領域32−1において、一方の電極ブロック32Cに含まれる2以上の部分電極32Aが、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cに含まれる2以上の部分電極と交互に配置されるとともに、一部で歯抜け状態で配置されていてもよい。
各電極ブロック32Cにおいて、各部分電極32Aは互いに電気的に接続されている。具体的には、図3に示したように、各電極ブロック32Cは、各部分電極32Aの端部に連結された連結部32B(第1連結部)を有しており、各部分電極32Aは連結部32Bによって互いに電気的に接続されている。そのため、各電極ブロック32Cは、複数の部分電極32Aおよび連結部32Bによって櫛歯の形状となっており、複数の電極ブロック32Cは、各電極ブロック32Cの櫛歯の向きが交互に反転する(入れ替わる)ように第2の方向に並んで配置されている。
次に、各部分電極32Aの、配列方向の幅について説明する。図5は、各部分電極32Aの、配列方向の幅の一例を表したものである。各部分電極32Aの幅は、各電極ブロック32Cにおける、光源20からの距離に応じた大きさとなっている。具体的には、各電極ブロック32Cにおいて、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域外(非オーバーラップ領域32−2)に形成された2以上の部分電極32Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて太くなっている。また、各電極ブロック32Cにおいて、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cであって、かつ光源20から相対的に遠い方の電極ブロック32Cの形成領域(光源20から離れた方のオーバーラップ領域32−1)内に形成された2以上の部分電極32Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて細くなっている。さらに、各電極ブロック32Cにおいて、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cであって、かつ光源20から相対的に近い方の電極ブロック32Cの形成領域(光源20により近い方のオーバーラップ領域32−1)内に形成された2以上の部分電極32Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて太くなっている。つまり、各電極ブロック32Cにおいて、複数の部分電極32Aのうち光源20側(光源20寄り)の複数の部分電極32Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて太くなっており、複数の部分電極32Aのうち光源20とは反対側(光源20から離れている側)の複数の部分電極32Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて細くなっている。このような複数の部分電極32Aの幅の分布を、以後「山なりの分布」と記載する。なお、図5には「山なりの分布」が折れ線で構成されている場合が例示されているが、「山なりの分布」は滑らかな曲線で構成されていてもよい。なお、オーバーラップ領域32−1が存在していなくてもよい。この場合、各電極ブロック32Cにおいて、複数の部分電極32Aの、配列方向の幅は、光源20側で細く、光源20から遠ざかるにつれて太くなっている。
次に、上側電極36について説明する。図6A,図6B,図7A,図7Bは、上側電極36の平面構成の一例を表したものである。上側電極36は、透明基板37の表面(具体的には、透明基板37のうち透明基板31との対向面)に設けられたものである。上側電極36は、例えば、図6A,図6Bに示したように、面内全体に渡って形成された1枚(単一)のシート状電極である。このシート状電極は、全ての電極ブロック32Cと対向するように形成されている。上側電極36は、例えば、図7A,図7Bに示したように、第2の方向に延在すると共に第3の方向に並んで配置された複数の帯状の部分電極36Aによって構成されていてもよい。このとき、複数の電極ブロック32Cが第2の方向および第3の方向に並んで配置されている場合には、各部分電極36Aは、第2の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cと対向するように配置されている。
次に、下側電極32および上側電極36の材料について説明する。下側電極32および上側電極36は、例えば、透明な導電性材料、例えば、酸化インジウムスズ(ITO;Indium Tin Oxide)からなる。透明な導電性材料は、可能な限り可視光の吸収が小さい材料であることが好ましい。光が導光板10内を導光する際に何度も下側電極32および上側電極36を通過するので、大型のバックライトでは、光が面に垂直に入射した場合の可視光の吸収が数%であったとしても、画面中央部分での輝度が光入射面近傍での輝度と比べて数十%程度も減少してしまう場合がある。また、透明な導電性材料の吸収の波長依存性は小さい方が好ましい。特定の波長の吸収が大きい場合、光が導光板10内を導光するにつれて色度が変化してしまい、画面中央部と端部で色味が異なってしまう場合がある。
上側電極36が面内全体に渡って形成された単一のシート状電極となっている場合に、光変調素子30を光変調素子30の法線方向から見たときに、光変調素子30のうち部分電極32Aと対向する箇所が光変調セル30aを構成している。例えば、図2に破線で例示したような箇所が光変調セル30aとなっている。各光変調セル30aは、下側電極32および上側電極36に所定の電圧を印加することにより別個独立に駆動することの可能なものであり、下側電極32および上側電極36に印加される電圧値の大きさに応じて、光源20からの光に対して透明性を示したり、散乱性を示したりする。なお、透明性、散乱性については、光変調層34を説明する際に詳細に説明する。
配向膜33,35は、例えば、光変調層34に用いられる液晶やモノマーを配向させるものである。配向膜の種類としては、例えば、垂直用配向膜および水平用配向膜があるが、本実施の形態では、配向膜33,35には水平用配向膜が用いられる。配向膜33,35は、入射面10Aと平行(または略平行)な方向に配向方向を有している。水平用配向膜としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコールなどをラビング処理することにより形成された配向膜、転写やエッチングなどにより溝形状が付与された配向膜が挙げられる。また、水平用配向膜としては、例えば、酸化ケイ素などの無機材料を斜方蒸着することにより形成された配向膜、イオンビーム照射により形成されたダイヤモンドライクカーボン配向膜、電極パターンスリットの形成された配向膜が挙げられる。透明基板31,37としてプラスチックフィルムを用いる場合には、製造工程において、透明基板31,37の表面に配向膜33,35を塗布した後の焼成温度ができるだけ低いことが好ましいことから、配向膜33,35として、100℃以下の温度で形成可能なポリアミドイミドを用いることが好ましい。
なお、水平用配向膜として、当該水平用配向膜に接する液晶分子にプレチルトを付与する機能を有するものが用いられてもよい。水平用配向膜にプレチルト機能を発現させる方法としては、例えば、ラビングなどが挙げられる。プレチルトとは、例えば、配向膜に近接する液晶分子の長軸が「配向膜の面内の特定の方向」または「配向膜の法線」と僅かな角度で交差することを意味している。上記の水平用配向膜は、例えば、当該水平用配向膜に近接する液晶分子の長軸を当該水平用配向膜の表面と平行な方向であって、かつ光入射面10Aの表面と僅かな角度で交差させる機能を有していてもよい。
また、垂直、水平いずれの配向膜においても、液晶とモノマーを配向させる機能があれば十分であり、通常の液晶ディスプレイに要求される電圧の繰り返し印加による信頼性などは必要ない。デバイス作成後の電圧印加による信頼性は、モノマーを重合したものと液晶との界面で決まるためである。また、配向膜33,35を用いなくても、例えば、下側電極32と上側電極36との間に電場や磁場を印加することによっても、光変調層34に用いられる液晶やモノマーを配向させることが可能である。つまり、下側電極32と上側電極36との間に電場や磁場を印加しながら、紫外線を照射して電圧印加状態での液晶やモノマーの配向状態を固定させることができる。配向膜33,35の形成に電圧を用いる場合には、配向用と駆動用とで別々の電極を形成するか、液晶材料に周波数によって誘電率異方性の符号が反転する二周波液晶などを用いることができる。また、配向膜33,35の形成に磁場を用いる場合、配向膜33,35として磁化率異方性の大きい材料を用いることが好ましく、例えば、ベンゼン環の多い材料を用いることが好ましい。
光変調層34は、下側電極32および上側電極36によって生じる電場の大きさに応じて、光源20からの光に対して散乱性もしくは透明性を示すものである。具体的には、光変調層34は、下側電極32および上側電極36に電圧が印加されていない時に光源20からの光に対して透明性を示し、下側電極32および上側電極36に電圧が印加されている時に光源20からの光に対して散乱性を示すものである。光変調層34は、例えば、図2に示したように、バルク34Aと、バルク34A内に分散された微粒子状の複数の微粒子34Bとを含んだ複合層となっている。バルク34Aおよび微粒子34Bは光学異方性を有している。
図8は、下側電極32および上側電極36に電圧が印加されていない時(以下、単に「電圧無印加時」と称する。)の、バルク34Aおよび微粒子34B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。図8中の楕円体134Aは、電圧無印加時の、バルク34Aの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。図8中の楕円体134Bは、電圧無印加時の、微粒子34Bの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。この屈折率楕円体は、様々な方向から入射した直線偏光の屈折率をテンソル楕円体で表したものであり、光が入射する方向からの楕円体の断面を見ることによって、幾何的に屈折率を知ることができるものである。
図9は、下側電極32および上側電極36に電圧が印加されている時(以下、単に「電圧印加時」と称する。)の、バルク34Aおよび微粒子34B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。図9中の楕円体134Aは、電圧印加時の、バルク34Aの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。図9中の楕円体134Bは、電圧印加時の、微粒子34Bの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。
バルク34Aおよび微粒子34Bは、例えば、図8に示したように、電圧無印加時に、バルク34Aの光軸AX1(楕円体134Aの長軸)および微粒子34Bの光軸AX2(楕円体134Bの長軸)の向きが互いに一致する(平行となる)構成となっている。光軸AX1,AX2とは、偏光方向によらず屈折率が一つの値になるような光線の進行方向と平行な線を指している。電圧無印加時に、光軸AX1および光軸AX2の向きは常に互いに一致している必要はなく、光軸AX1の向きと光軸AX2の向きとが、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよい。
また、微粒子34Bは、例えば、電圧無印加時に、光軸AX2が光入射面10Aと平行(または略平行)となると共に、透明基板31の表面と平行(または略平行)となる構成となっている。微粒子34Bは、さらに、例えば、電圧無印加時に、光軸AX2が透明基板31の表面と僅かな角度θ1(図示せず)で交差する構成となっている。なお、角度θ1については、微粒子34Bを構成する材料を説明する際に詳述する。
一方、バルク34Aは、下側電極32および上側電極36への電圧印加の有無に拘らず、光軸AX1が一定となる構成となっている。具体的には、バルク34Aは、光軸AX1が光入射面10Aと平行(または略平行)となると共に透明基板31の表面と所定の角度θ1で交差する構成となっている。つまり、電圧無印加時に、光軸AX1は、光軸AX2と平行(または略平行)となっている。
なお、光軸AX2が常に、光入射面10Aと平行となると共に透明基板31の表面と角度θ1で交差している必要はなく、例えば製造誤差などによって透明基板31の表面と、角度θ1とは若干異なる角度で交差していてもよい。また、光軸AX1,AX2が常に光入射面10Aと平行となっている必要はなく、例えば製造誤差などによって光入射面10Aと、小さな角度で交差していてもよい。
ここで、バルク34Aおよび微粒子34Bの常光屈折率が互いに等しく、かつバルク34Aおよび微粒子34Bの異常光屈折率が互いに等しいことが好ましい。この場合に、例えば、電圧無印加時には、あらゆる方向において屈折率差がほとんどなく、高い透明性(光透過性)が得られる。これにより、光源20からの光は、光変調層34内で散乱されることなく、光変調層34を透過する。その結果、例えば、図10(A),図10(B)に示したように、光源20からの光L(斜め方向からの光)は、光変調素子30内で透明となった領域(透過領域30A)を伝播し、光変調素子30と空気との界面において全反射され、透過領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて下がる。なお、図10(B)のグラフは、導光板10の上に拡散シート(図示せず)を配置した状態で、正面輝度を計測したときのものである。
また、バルク34Aおよび微粒子34Bは、例えば、電圧印加時には、図9に示したように、光軸AX1および光軸AX2の向きが互いに異なる(交差もしくは直交する)構成となっている。また、微粒子34Bは、例えば、電圧印加時に、光軸AX2が光入射面10Aと平行(もしくは略平行)となると共に透明基板31の表面と角度θ1よりも大きな角度θ2(例えば90°)(図示せず)で交差する構成となっている。なお、角度θ2については、微粒子34Bを構成する材料を説明する際に詳述する。
したがって、光変調層34では、電圧印加時には、あらゆる方向において屈折率差が大きくなり、高い散乱性が得られる。これにより、光源20からの光は、光変調層34内で散乱される。その結果、例えば、図10(A),図10(B)に示したように、光源20からの光L(斜め方向からの光)は、光変調素子30内で散乱状態となった領域(散乱領域30B)で散乱され、その散乱光が直接、導光板10に入射するか、または反射板40で反射された後に導光板10に入射し、導光板10の上面(光出射面1A)から出射される。従って、散乱領域30Bの輝度は、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透過領域30Aの輝度が低下した分だけ、部分的な白表示の輝度(輝度突き上げ)が大きくなる。
なお、バルク34Aおよび微粒子34Bの常光屈折率は、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよく、例えば、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。また、バルク34Aおよび微粒子34Bの異常光屈折率についても、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよく、例えば、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。
また、バルク34Aの屈折率差(Δn=異常光屈折率ne−常光屈折率no)や、微粒子34Bの屈折率差(Δn=異常光屈折率ne−常光屈折率no)は、できるだけ大きいことが好ましく、0.05以上であることが好ましく、0.1以上であることがより好ましく、0.15以上であることがさらに好ましい。バルク34Aおよび微粒子34Bの屈折率差が大きい場合には、光変調層34の散乱能が高くなり、導光条件を容易に破壊することができ、導光板10からの光を取り出しやすいからである。
また、バルク34Aおよび微粒子34Bは、電場に対する応答速度が互いに異なっている。バルク34Aは、例えば、微粒子34Bの応答速度よりも遅い応答速度を有する筋状構造、多孔質構造、または棒状構造となっている。バルク34Aは、例えば、低分子モノマーを重合化することにより得られた高分子材料によって形成されている。バルク34Aは、例えば、微粒子34Bの配向方向または配向膜33,35の配向方向に沿って配向した、配向性および重合性を有する材料(例えばモノマー)を熱および光の少なくとも一方によって重合させることにより形成されている。
バルク34Aの筋状構造、多孔質構造もしくは棒状構造は、例えば、光入射面10Aと平行となると共に透明基板31の表面と僅かな角度θ1で交差する方向に長軸を有している。バルク34Aが筋状構造となっている場合に、短軸方向の平均的な筋状組織サイズは、導光光の散乱性を高くするという観点からは、0.1μm以上10μm以下となっていることが好ましく、0.2μm以上2.0μm以下の範囲であることがより好ましい。短軸方向の平均的な筋状組織サイズが0.1μm以上10μm以下となっている場合には、光変調素子30内での散乱能が、380〜780nmの可視領域において略等しくなる。そのため、面内で、ある特定の波長成分の光のみが増加したり、減少したりすることがないので、可視領域でのバランスを面内で取ることができる。短軸方向の平均的な筋状組織サイズが0.1μm未満である場合や、10μmを超える場合には、波長に関係なく、光変調素子30の散乱能が低く、光変調素子30が光変調素子として機能しにくい。
また、散乱の波長依存性を少なくするという観点からは、短軸方向の平均的な筋状組織サイズは、0.5μm以上5μm以下の範囲であることが好ましく、1〜3μmの範囲であることがより好ましい。このようにした場合には、光源20から出射された光が導光板10内を伝播していく過程で光変調素子30内のバルク34Aを繰り返し通過したときに、バルク34Aにおける、散乱の波長依存性が抑制される。筋状組織のサイズは、偏光顕微鏡、共焦点顕微鏡、電子顕微鏡などで観察することができる。
一方、微粒子34Bは、例えば、液晶材料を主に含んで構成されており、バルク34Aの応答速度よりも十分に早い応答速度を有している。微粒子34B内に含まれる液晶材料(液晶分子)は、例えば棒状分子である。微粒子34B内に含まれる液晶分子として、正の誘電率異方性を有するもの(いわゆるポジ型液晶)を用いることが好ましい。
ここで、電圧無印加時には、微粒子34B内において、液晶分子の長軸方向は、光軸AX1と平行となっている。このとき、微粒子34B内の液晶分子の長軸は、光入射面10Aと平行(もしくは略平行)となると共に透明基板31の表面と僅かな角度θ1で交差している。つまり、微粒子34B内の液晶分子は、電圧無印加時には、導光板10の光入射面10Aと平行な面内において角度θ1だけ傾斜した状態で配向している。この角度θ1は、プレチルト角と呼ばれるもので、例えば0.1°以上30°以下の範囲であることが好ましい。この角度θ1は、0.5°以上10°以下の範囲であることがより好ましく、0.7°以上2°以下の範囲であることがさらにより好ましい。角度θ1を大きくすると、後述するような理由から散乱の効率が低下する傾向にある。また、角度θ1を小さくし過ぎると、電圧無印加時に液晶の立ち上がる方位角がばらつく。例えば、180°反対側の方位(リバースチルト)に液晶が立ち上がることもある。これにより、微粒子34Bとバルク34Aとの屈折率差を有効に利用できないので、散乱効率が低くなり、輝度が小さくなる傾向にある。
また、電圧印加時には、微粒子34B内において、液晶分子の長軸方向は、光軸AX1と交差または直交(もしくはほぼ直交)している。このとき、微粒子34B内の液晶分子の長軸は、光入射面10Aと平行(もしくは略平行)となると共に透明基板31の表面と角度θ1よりも大きな角度θ2(例えば90°)で交差している。つまり、微粒子34B内の液晶分子は、電圧印加時には、光入射面10Aと平行な面内において角度θ2だけ傾斜した状態もしくは角度θ2(=90°)で真っ直ぐ立った状態で配向している。
上記した、配向性および重合性を有するモノマーとしては、光学的に異方性を有しており、かつ液晶と複合する材料であればよいが、本実施の形態では紫外線で硬化する低分子モノマーであることが好ましい。電圧無印加の状態で、液晶と、低分子モノマーを重合化することにより形成されたもの(高分子材料)との光学的異方性の方向が一致していることが好ましいので、紫外線硬化前において、液晶と低分子モノマーが同一方向に配向していることが好ましい。微粒子34Bとして液晶が用いられる場合に、その液晶が棒状分子であるときには、使用するモノマー材料の形状も棒状であることが好ましい。以上のことから、モノマー材料としては重合性と液晶性を併せ持つ材料を用いることが好ましく、例えば、重合性官能基として、アクリレート基、メタクリレート基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基およびエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1つの官能基を有することが好ましい。これらの官能基は、紫外線、赤外線または電子線を照射したり、加熱したりすることによって重合させることができる。紫外線照射時の配向度低下を抑制するために、多官能基をもつ液晶性材料を添加することもできる。バルク34Aを上述した筋状構造とする場合には、バルク34Aの原料として、2官能液晶性モノマーを用いることが好ましい。また、バルク34Aの原料に対して、液晶性を示す温度の調整を目的に単官能モノマーを添加したり、架橋密度向上を目的に3官能以上のモノマーを添加したりすることもできる。
次に、駆動回路50について説明する。駆動回路50は、例えば、ある光変調セル30aにおいて微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と平行もしくは略平行となり、他の光変調セル30aにおいて微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と交差もしくは直交するように下側電極32および上側電極36へ印加する電圧の大きさを制御するようになっている。つまり、駆動回路50は、電場制御によって、バルク34Aおよび微粒子34Bの光軸AX1,AX2の向きを互いに一致(もしくは略一致)させたり、互いに異ならせたり(もしくは直交させたり)することができるようになっている。駆動回路50は、光源20の光量も調整できるようになっていてもよい。駆動回路50は、さらに、光源20からの距離だけでなく、外部から入力される映像信号も考慮して、光源20の光量や、下側電極32および上側電極36へ印加する電圧の大きさを制御するようになっていてもよい。
(部分点灯、部分駆動)
また、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cのうち一部(1または複数)の電極ブロック32Cだけを駆動することができるようになっている。駆動回路50は、例えば、図11Aに示したように、第2の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cのうち一部(1または複数)の電極ブロック32Cだけを駆動するようになっている。このとき、駆動回路50によって駆動された電極ブロック32Cに対応する散乱領域30Bから帯状の光が出力される。また、駆動回路50は、例えば、図11Bに示したように、第2の方向および第3の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cのうち一部(1または複数)の電極ブロック32Cだけを駆動するようになっている。このとき、駆動回路50によって駆動された電極ブロック32Cに対応する散乱領域30Bからブロック状の光が出力される。
このとき、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cを駆動させる場合には、電極ブロック32Cの光源20からの距離に応じて変調された電圧を各電極ブロック32Cに印加するようになっている。具体的には、駆動回路50は、例えば、電極ブロック32Cの光源20からの距離に応じて、波高値、デューティ比および周波数が変調された電圧を各電極ブロック32Cに印加するようになっている。電圧の変調は、例えば、光源20からの距離が遠くなるにつれて光変調セル30aの散乱性が強まるようになされる。さらに、駆動回路50は、例えば、部分電極32Aの光源20からの距離だけでなく、外部から入力される映像信号も考慮して、波高値、デューティ比および周波数が変調された電圧を部分電極32Aに印加するようになっていてもよい。
散乱領域30Bの輝度は、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透過領域30Aの輝度が低下した分だけ、部分的な白表示の輝度(輝度突き上げ)が大きくなる。これにより液晶ディスプレイのコントラストが向上する。また、駆動回路50は、「輝度突き上げ」を利用して、「輝度突き上げ」で上昇する輝度の分だけ光源20からの出射光量を小さくして、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて同程度とし、光源20の消費電力を低下させることもできる。
(部分点灯、スキャン駆動)
さらに、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動するようになっていてもよい。駆動回路50は、例えば、図12A,図12Bに示したように、第2の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動するようになっていてもよい。このとき、散乱領域30Bが、駆動回路50による駆動によって第2の方向に走査され、それに伴って、帯状の光が第2の方向に走査される。このとき、1回の走査の期間で照明光を時間平均化した時の輝度が、実際に目に見える明るさとなっている。また、駆動回路50は、例えば、図13A,図13Bに示したように、第2の方向および第3の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動するようになっていてもよい。このとき、散乱領域30Bが、駆動回路50による駆動によって第2の方向に走査され、それに伴って、ブロック状の光が第2の方向に走査される。
ここで、照明装置1を表示パネル(図示せず)のバックライトとして用いた場合、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cの走査方向を、表示パネルの画素の走査方向と同じ方向とし、複数の電極ブロック32Cの走査を、表示パネルの画素の走査と同期して行うようにすることが好ましい。このようにした場合には、高輝度で、しかも動画応答性(ぼけ)の改善された表示が可能となる。
さらに、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動しつつ、光源20からの距離や外部から入力される映像信号も考慮して、光源20の光量を調節するようになっていてもよい。このとき、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cの走査方向を、表示パネルの画素の走査方向と同じ方向とし、複数の電極ブロック32Cの走査を、表示パネルの画素の走査と同期して行うようにすることが好ましい。このようにした場合には、低消費電力で、しかも動画応答性(ぼけ)の改善された表示が可能となる。
ところで、上述の部分駆動およびスキャン駆動において、駆動回路50は、例えば、図14(A),図14(B)に示したように、駆動対象の電極ブロック32Cに対してデューティ比100%の電圧波形を出力し、非駆動対象の電極ブロック32Cに対してデューティ比0%の電圧波形(グラウンド電圧)を出力するようになっている。このとき、電極ブロック32Cに含まれる各部分電極32Aの幅は、例えば、図14(C)に示したような「山なりの分布」となっているので、駆動対象の電極ブロック32Cに対応する光変調セル30aの散乱強度も「山なり」の分布となっている。その結果、駆動対象の電極ブロック32Cに対応する光変調セル30aの輝度は、図14(D)に示したような「山なりの分布」となる。
各電極ブロック32Cの形成領域は、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域の一部と重なり合っている。そのため、上述の部分駆動およびスキャン駆動において、駆動対象の電極ブロック32Cに対応する光変調セル30aの輝度は、図14(D)に示したように、境界が滑らかな輝度分布となる。さらに、各部分電極32Aの幅は、例えば、図14(C)に示したような「山なりの分布」となっているので、駆動対象の電極ブロック32Cに対応する光変調セル30aの輝度は、図14(D)に示したように、非オーバーラップ領域32−2では均一で、オーバーラップ領域32−1では滑らかに減衰する輝度分布となる。
(全点灯)
駆動回路50は、全ての電極ブロック32Cを一斉に駆動するようになっていてもよい。駆動回路50は、例えば、図15Aに示したように、第2の方向に並んで配置された全ての電極ブロック32Cを駆動するようになっている。このとき、駆動回路50によって駆動された全ての電極ブロック32Cに対応する散乱領域30Bから面状の光が出力される。また、駆動回路50は、例えば、図15Bに示したように、第2の方向および第3の方向に並んで配置された全ての電極ブロック32Cを駆動するようになっている。このとき、駆動回路50によって駆動された全ての電極ブロック32Cに対応する散乱領域30Bから面状の光が出力される。
ところで、上述の全点灯において、駆動回路50は、電極ブロック32Cの光源20からの距離に応じて変調された電圧を各電極ブロック32Cに印加するようになっている。具体的には、上述の全点灯において、駆動回路50は、例えば、電極ブロック32Cの光源20からの距離に応じて、波高値、デューティ比および周波数が変調された電圧を各電極ブロック32Cに印加するようになっている。電圧の変調は、例えば、光源20からの距離が遠くなるにつれて光変調セル30aの散乱性が強まるようになされる。さらに、駆動回路50は、例えば、各電極ブロック32Cの光源20からの距離だけでなく、外部から入力される映像信号も考慮して、波高値、デューティ比および周波数が変調された電圧を各電極ブロック32Cに印加するようになっていてもよい。
図16(A),図16(B)は、各電極ブロック32Cに印加する電圧のデューティ比の一例を表したものである。図16(C)は、各部分電極32Aの、配列方向の幅の一例を表したものである。図16(D)は、各電極ブロック32Cに印加する電圧のデューティ比が図16(A),図16(B)に示したようになっているときの光変調セル30aの輝度分布の一例を表したものである。なお、図16(A)は、第2の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cだけを抜き出したものである。そのため、図16(A)は、複数の電極ブロック32Cが第2の方向にだけ並んで配置されている例だけでなく、複数の電極ブロック32Cが第2の方向および第3の方向に並んで配置されている例をも含んでいる。
各電極ブロック32Cに印加する電圧のデューティ比は、図16(A),図16(B)に示したように、光源20からの距離が遠くなるにつれて大きくなっている。このとき、各電極ブロック32Cの形成領域は、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域の一部と重なり合っており、さらに、電極ブロック32Cに含まれる各部分電極32Aの幅が、例えば、図16(C)に示したような「山なりの分布」となっている。そのため、各電極ブロック32Cに印加する電圧のデューティ比の値は、形式的には、離散的となっているものの、実質的には、光源20からの距離が遠くなるにつれて連続して大きくなっているとみなされる。その結果、光変調素子30の散乱強度が、光源20からの距離が遠くなるにつれて連続して大きくなり、その結果、照明装置1の輝度が、図16(D)に示したように、光源20からの距離に依らずほぼ均一となる。
図17(A)は、比較例に係る部分電極132Aの平面構成の一例を表したものである。部分電極132Aは、本実施の形態における電極ブロック32Cに対応するものであり、単一の帯形状となっている。つまり、部分電極132Aには、部分電極32Aに見られるような光源20からの距離に応じた線幅変化が無い。さらに、複数の部分電極132Aには、電極ブロック32Cのようなグルーピングがなされておらず、本実施の形態におけるオーバーラップ領域32−1のような概念が存在しない。本比較例において、各部分電極132Aには、光源20から遠ざかるにつれてデューティ比が大きくなるように電圧が印加される。このとき、照明装置1の輝度は、図17(C)に示したように、光源20側で明るい不均一な分布となっており、部分電極132Aと対応する領域の境界で不連続な分布をもっている。そのため、明暗の照明光における明暗の境界部分がはっきりと視認される。
図18(A)、図19(A)は、比較例に係る部分電極132Aの平面構成の他の例を表したものである。図18(B)、図19(B)は、比較例に係る部分電極136Aの平面構成の他の例を表したものである。部分電極132Aは、本実施の形態における電極ブロック32Cに対応するものであり、隣接する他の部分電極132Aに近接する辺部にギザギザの凹凸を有している。一方、部分電極136Aは、本実施の形態における部分電極36Aに対応するものであり、光源20から遠ざかるにつれて径が小さくなる複数の開口を有している。
本比較例において、照明装置の全点灯時では、各部分電極132Aには、図18(C)に示したように、光源20から遠ざかるにつれてデューティ比が大きくなるように電圧が印加される。このとき、照明装置の全点灯時の輝度は、図18(D)に示したように、光源20からの距離に依らずほぼ均一となる。また、本比較例において、照明装置の部分点灯時では、例えば、図19(C)に示したように、駆動対象の部分電極132Aには、デューティ比100%の電圧波形が印加され、非駆動対象の部分電極132Aには、デューティ比0%の電圧波形(グラウンド電圧)が印加される。このとき、照明装置の部分点灯時の輝度分布は、図19(D)に示したように、辺部のギザギザの凹凸の効果で、滑らかな境界となっている。これらのことから、本実施の形態における電極ブロック32Cは、上下2つの電極をパターニングして、辺部にギザギザの凹凸を設けたり、多数の開口を設けたりせずに、本比較例に係る2つの部分電極(部分電極132A,136A)と等価な機能を実現しているといえる。
以下に、本実施の形態の照明装置1の製造方法について、図20〜図22を参照しながら説明する。
まず、ガラス基板またはプラスチックフィルム基板からなる透明基板31上に、ITOなどの透明導電膜32Fを形成する(図20(A))。次に、透明導電膜32F上に、パターニングされたレジスト層(図示せず)を形成したのち、レジスト層をマスクとして透明導電膜32Fを選択的にエッチングする。その結果、下側電極32が形成される(図20(B))。
次に、表面全体に配向膜33を塗布したのち、乾燥させ、焼成する(図20(C))。配向膜33としてポリイミド系材料を用いる場合には、溶媒にNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を用いることが多いが、そのときには、大気下では200℃程度の温度が必要である。なお、この場合に、透明基板31としてプラスチック基板を用いる場合には、配向膜33を100℃で真空乾燥させ、焼成することもできる。その後、配向膜33に対してラビング処理を行う。これにより、配向膜33が水平配向用の配向膜として機能することが可能となる。
次に、配向膜33上に、セルギャップを形成するためのスペーサ38を乾式または湿式で散布する(図21(A))。なお、真空貼り合わせ法にて光変調セル30aを作成する場合には、滴下する混合物中にスペーサ38を混合しておいてもよい。また、スペーサ38の替わりとして、フォトリソ法によって柱スペーサを形成することもできる。柱スペーサは、光変調層34において、透明と散乱の切り替えに寄与しない領域、つまり、上側電極36および下側電極32のうち少なくとも一方が存在しない領域(例えば、図5において電極が存在していない部分)に設置されることが好ましい。また、透明と散乱の切り替えに寄与しない領域全体が柱スペーサで埋められることで、液晶材料の使用量の削減が可能となる。また、透明状態において微小な散乱が存在している場合には、その散乱を抑制することができ、コントラストを向上することができる。
続いて、上記と同様の方法で作製しておいた配向膜35上に、貼り合わせおよび液晶漏れ防止のためのシール剤パターン39を、例えば額縁状に塗布する(図21(B))。このシール剤パターン39はディスペンサー法やスクリーン印刷法にて形成することができる。
以下に、真空貼り合わせ法(One Drop Fill法、ODF法)について説明するが、真空注入法やロール貼合方式などで光変調セル30aを作成することも可能である。
まず、セルギャップ、セル面積などから決まる体積分にあたる液晶とモノマーの混合物44を面内に均一に滴下する(図21(C))。混合物44の滴下にはリニアガイド方式の精密ディスペンサーを用いることが好ましいが、シール剤パターン39を土手として利用して、ダイコータなどを用いてもよい。
液晶とモノマーは前述の材料を用いることができるが、液晶とモノマーの重量比は98:2〜50:50、好ましくは95:5〜75:25、より好ましくは92:8〜85:15である。液晶の比率を多くすることで駆動電圧を低くすることができるが、あまり液晶を多くしすぎると電圧印加時の白色度が低下したり、電圧オフ後に応答速度が低下するなど透明時に戻りにくくなったりする傾向がある。
混合物44には、液晶とモノマーの他には、重合開始剤を添加する。使用する紫外線波長に応じて、添加する重合開始剤のモノマー比を0.1〜10重量%の範囲内で調整する。混合物44には、この他に、重合禁止剤や可塑剤、粘度調整剤なども必要に応じて添加可能である。モノマーが室温で固体やゲル状である場合には、口金やシリンジ、基板を加温することが好ましい。
透明基板31および透明基板37を真空貼り合わせ機(図示せず)に配置したのち、真空排気し、貼り合わせを行う(図22(A))。その後、貼り合わせたものを大気に解放し、大気圧での均一加圧によってセルギャップを均一化する。セルギャップは白輝度(白色度)と駆動電圧の関係から適宜選定できるが、2〜40μm、好ましくは3〜10μmである。
貼り合わせ後、必要に応じて配向処理を行うことが好ましい(図示せず)。クロスニコル偏光子の間に、貼り合わせたセルを挿入した際に、光り漏れが生じている場合には、セルをある一定時間加熱処理したり、室温で放置したりして配向させる。その後、紫外線L3を照射してモノマーを重合させてポリマー化する(図22(B))。このようにして、光変調素子30が製造される。
紫外線を照射している時には、セルの温度が変化しないようにすることが好ましい。赤外線カットフィルターを用いたり、光源にUV−LEDなどを用いたりすることが好ましい。紫外線照度は複合材料の組織構造に影響を与えるので、使用する液晶材料やモノマー材料、これらの組成から適宜調整することが好ましく、0.1〜500mW/cmの範囲が好ましく、さらに好ましくは0.5〜30mW/cmである。紫外線照度が低いほど駆動電圧が低くなる傾向にあり、生産性と特性の両面から好ましい紫外線照度を選定することができる。
そして、導光板10に光変調素子30を貼り合わせる(図22(C))。貼り合わせには、粘着、接着のいずれでもよいが、導光板10の屈折率と光変調素子30の基板材料の屈折率とにできるだけ近い屈折率の材料で粘着、接着することが好ましい。最後に、下側電極32および上側電極36に引き出し線(図示せず)を取り付ける。このようにして、本実施の形態の照明装置1が製造される。
このように、光変調素子30を作成し、最後に導光板10に光変調素子30を貼り合わせるプロセスを説明したが、導光板10の表面に、配向膜35を形成した透明基板37を予め貼り合わせてから、照明装置1を作成することもできる。また、枚葉方式、ロール・ツー・ロール方式のいずれでも照明装置1を作成することができる。
次に、本実施の形態の照明装置1の作用および効果について説明する。
本実施の形態の照明装置1では、例えば、光変調セル30aにおいて微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と平行もしくは略平行となり、別の光変調セル30aにおいて微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と直交もしくは略直交するように、各光変調セル30aの下側電極32および上側電極36に電圧が印加される。これにより、光源20から射出され、導光板10内に入射した光は、光変調素子30のうち、光軸AX1と光軸AX2とが互いに平行もしくは略平行となっている透過領域30Aを透過する。一方、光源20から射出され、導光板10内に入射した光は、光変調素子30のうち、光軸AX1と光軸AX2とが互いに直交もしくは略直交している散乱領域30Bにおいて散乱される。この散乱光のうち散乱領域30Bの下面を透過した光は反射板40で反射され、再度、導光板10に戻されたのち、バックライト1の上面から射出される。また、散乱光のうち、散乱領域30Bの上面に向かった光は、導光板10を透過したのち、照明装置1の上面から射出される。このように、本実施の形態では、透過領域30Aの上面からは光はほとんど射出されず、散乱領域30Bの上面から光が射出される。このようにして、正面方向の変調比を大きくしている。
一般に、PDLCは、液晶材料と等方性の低分子材料とを混合し、紫外線照射や溶媒の乾燥などにより相分離を起こさせることによって形成され、液晶材料の微小粒子が高分子材料中に分散された複合層となっている。この複合層中の液晶材料は、電圧無印加時にはランダムな方向を向いているので散乱性を示すが、電圧印加時には電場方向に配向するので、液晶材料の常光屈折率と高分子材料の屈折率とが互いに等しい場合には、正面方向(PDLCの法線方向)において高い透明性を示す。しかし、この液晶材料では、斜め方向においては、液晶材料の異常光屈折率と高分子材料との差が顕著となり、正面方向が透明性であっても斜め方向において散乱性が発現してしまう。
通常、PDLCを使った光変調素子は、表面に透明導電膜の形成された2枚のガラス板の間にPDLCを挟み込んだ構造となっていることが多い。上述したような構造を有する光変調素子に対して空気中から斜めに光が入射した場合には、その斜め方向から入射した光は空気とガラス板の屈折率差によって屈折し、より小さな角度でPDLCに入射することになる。そのため、このような光変調素子においては、大きな散乱は生じない。例えば、空気中から80°の角度で光が入射した場合には、その光のPDLCへの入射角はガラス界面での屈折によって40°程度にまで小さくなる。
しかし、導光板を用いたエッジライト方式では、導光板越しに光が入射するので、光が80°程度の大きな角度でPDLC中を横切ることになる。そのため、液晶材料の異常光屈折率と高分子材料の屈折率との差が大きく、さらに、より大きな角度で光がPDLC中を横切るので、散乱を受ける光路も長くなる。例えば、常光屈折率1.5、異常光屈折率1.65の液晶材料の微小粒子が屈折率1.5の高分子材料中に分散されている場合には、正面方向(PDLCの法線方向)においては屈折率差がないが、斜め方向においては屈折率差が大きくなる。このため、斜め方向の散乱性を小さくすることができないので、視野角特性が悪い。さらに、導光板上に拡散フィルムなどの光学フィルムを設けた場合には、斜め漏れ光が拡散フィルムなどによって正面方向にも拡散されるので、正面方向の光漏れが大きくなり、正面方向の変調比が低くなってしまう。
一方、本実施の形態では、バルク34Aおよび微粒子34Bが光学異方性材料を主に含んで形成されているので、斜め方向において、散乱性が小さくなり、透明性を向上させることができる。例えば、バルク34Aおよび微粒子34Bが、互いに常光屈折率が等しく、かつ互いに異常光屈折率も等しい光学異方性材料を主に含んで構成され、かつ、下側電極32および上側電極36に電圧が印加されていない領域では、これらの光軸の向きが一致もしくは略一致する。これにより、正面方向(光変調素子30の法線方向)および斜め方向を含むあらゆる方向において屈折率差が少なくなるか、またはなくなり、高い透明性が得られる。その結果、視野角の大きい範囲における光の漏洩を低減またはほとんどなくすることができ、視野角特性を良くすることができる。
例えば、常光屈折率1.5、異常光屈折率1.65の液晶と、常光屈折率1.5、異常光屈折率1.65の液晶性モノマーとを混合し、配向膜または電界によって液晶と液晶性モノマーを配向させた状態で液晶性モノマーを重合させると、液晶の光軸と、液晶性モノマーが重合することによって形成されたポリマーの光軸とが互いに一致する。これにより、あらゆる方向で屈折率を一致させることができるので、そのようにした場合には、透明性が高い状態を実現でき、より一層、視野角特性を良くすることができる。
また、本実施の形態では、例えば、図10(A),図10(B)に示したように、透過領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて下がっている。他方、散乱領域30Bの輝度は、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透過領域30Aの輝度が低下した分だけ、部分的な白表示の輝度(輝度突き上げ)が大きくなる。
ところで、輝度突き上げとは、全面白表示した場合に比べて、部分的に白表示を行った場合の輝度を高くする技術である。CRTやPDPなどでは一般によく使われている技術である。しかし、液晶ディスプレイでは、バックライトは画像にかかわらず全体に均一発光しているので、部分的に輝度を高くすることはできない。もっとも、バックライトを、複数のLEDを2次元配置したLEDバックライトとした場合には、LEDを部分的に消灯することは可能である。しかし、そのようにした場合には、LEDを消灯した暗領域からの拡散光がなくなるので、全てのLEDを点灯した場合と比べて、輝度が低くなってしまう。また、部分的に点灯しているLEDに対して流す電流を大きくすることにより、輝度を増やすことも可能であるが、そのようにした場合には、非常に短時間に大電流が流れるので、回路の負荷や信頼性の点で問題が残る。
一方、本実施の形態では、バルク34Aおよび微粒子34Bが光学異方性材料を主に含んで形成されているので、斜め方向の散乱性が抑制され、暗状態での導光板からの漏れ光が少ない。これにより、部分的な暗状態の部分から部分的な明状態の部分に導光するので、バックライト1への投入電力を増やすことなく、輝度突き上げを実現することができる。
また、本実施の形態では、各電極ブロック32Cは、第1の方向に延在すると共に第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極32Aを有している。これにより、光変調層34の散乱特性を、各電極ブロック32Cと対向する領域内において部分的に調整することができる。その結果、光変調層34から取り出された光の輝度分布の面内の変化を緩やかにすることができる。
特に、各電極ブロック32Cの形成領域が、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域の一部と重なり合っている場合には、部分駆動およびスキャン駆動において、駆動対象の電極ブロック32Cに対応する光変調セル30aの輝度は、図14(D)に示したような滑らかな分布となる。さらに、各部分電極32Aの幅が、例えば、図14(C)に示したように「山なりの分布」となっている場合には、駆動対象の電極ブロック32Cに対応する光変調セル30aの輝度は、図14(D)に示したように、非オーバーラップ領域32−2では均一で、オーバーラップ領域32−1では滑らかに減衰する分布となる。
なお、図示しないが、各電極ブロック32Cにオーバーラップ領域32−1が設けられていなくてもよい。このようにした場合には、光変調セル30aの散乱強度ないしは光変調セル30aの輝度が、上記の場合よりも相対的に急峻な「山なりの分布」となるが、図17(A)に示したような線幅変化の無い部分電極132Aが設けられている場合よりも、なだらかな「山なりの分布」となる。
また、本実施の形態では、上述したように、各電極ブロック32Cにオーバーラップ領域32−1が設けられており、さらに、各電極ブロック32Cに印加する電圧のデューティ比が、光源20からの距離が遠くなるにつれて大きくなっている。そのため、全点灯に際しては、各電極ブロック32Cに印加する電圧のデューティ比の値が、実質的には、光源20からの距離が遠くなるにつれて連続して大きくなっているとみなされる。これにより、光変調素子30の散乱強度が、光源20からの距離が遠くなるにつれて連続して大きくなる。その結果、照明装置1の全点灯時の輝度を、図16(D)に示したように、光源20からの距離に依らずほぼ均一とすることができる。
以上のように、本実施の形態では、部分点灯時に照明光における明暗の境界部分をぼかすことができ、かつ全点灯時に均一な照明光とすることができる。また、スキャン駆動時に走査の各瞬間において照明光における明暗の境界部分をぼかすことができ、かつ表示パネルの1フレーム期間で照明光を平均化した時に均一な照明光とすることができる。
<2.第1の実施の形態の変形例>
上記実施の形態において、バルク34Aの筋状構造、多孔質構造もしくは棒状構造が、光入射面10Aと平行または略平行な方向に長軸を有していたが、例えば、光入射面10Aと直交または略直交する方向に長軸を有していてもよい。このとき、配向膜33,35は、光入射面10Aと直交または略直交する方向に配向方向を有している。
図23は、電圧無印加時の、バルク34Aおよび微粒子34B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。図24は、電圧印加時の、バルク34Aおよび微粒子34B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。
バルク34Aおよび微粒子34Bは、例えば、図23に示したように、電圧無印加時に、バルク34Aの光軸AX1(楕円体134Aの長軸)および微粒子34Bの光軸AX2(楕円体134Bの長軸)の向きが互いに一致する(平行となる)構成となっている。電圧無印加時に、光軸AX1および光軸AX2の向きは常に互いに一致している必要はなく、光軸AX1の向きと光軸AX2の向きとが、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよい。
また、微粒子34Bは、例えば、電圧無印加時に、光軸AX2が光入射面10Aと直交(または略直交)すると共に、透明基板31の表面と平行(または略平行)となる構成となっている。微粒子34Bは、さらに、例えば、電圧無印加時に、光軸AX2が透明基板31の表面と僅かな角度θ1(図示せず)で交差する構成となっている。
一方、バルク34Aは、下側電極32および上側電極36への電圧印加の有無に拘らず、光軸AX1が一定となる構成となっている。具体的には、バルク34Aは、光軸AX1が光入射面10Aと直交(または略直交)すると共に透明基板31の表面と所定の角度θ1で交差する構成となっている。つまり、電圧無印加時に、光軸AX1は、光軸AX2と平行(または略平行)となっている。
なお、光軸AX2が常に、光入射面10Aと平行となると共に透明基板31の表面と角度θ1で交差している必要はなく、例えば製造誤差などによって透明基板31の表面と、角度θ1とは若干異なる角度で交差していてもよい。また、光軸AX1,AX2が常に光入射面10Aと平行となっている必要はなく、例えば製造誤差などによって光入射面10Aと、小さな角度で交差していてもよい。
ここで、バルク34Aおよび微粒子34Bの常光屈折率が互いに等しく、かつバルク34Aおよび微粒子34Bの異常光屈折率が互いに等しいことが好ましい。この場合に、例えば、電圧無印加時には、あらゆる方向において屈折率差がほとんどなく、高い透明性(光透過性)が得られる。これにより、光源20からの光は、光変調層34内で散乱されることなく、光変調層34を透過する。その結果、例えば、図10(A),図10(B)に示したように、光源20からの光L(斜め方向からの光)は、光変調素子30内で透明となった領域(透過領域30A)を伝播し、光変調素子30と空気との界面において全反射され、透過領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて下がる。
また、バルク34Aおよび微粒子34Bは、例えば、電圧印加時には、図24に示したように、光軸AX1および光軸AX2の向きが互いに異なる(交差もしくは直交する)構成となっている。また、微粒子34Bは、例えば、電圧印加時に、光軸AX2が光入射面10Aと平行(もしくは略平行)となると共に透明基板31の表面と角度θ1よりも大きな角度θ2(例えば90°)(図示せず)で交差する構成となっている。
したがって、光変調層34では、電圧印加時には、あらゆる方向において屈折率差が大きくなり、高い散乱性が得られる。これにより、光源20からの光は、光変調層34内で散乱される。その結果、例えば、図10(A),図10(B)に示したように、光源20からの光L(斜め方向からの光)は、光変調素子30内で散乱状態となった領域(散乱領域30B)で散乱され、その散乱光が直接、導光板10に入射するか、または反射板40で反射された後に導光板10に入射し、導光板10の上面(光出射面1A)から出射される。従って、散乱領域30Bの輝度は、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透過領域30Aの輝度が低下した分だけ、部分的な白表示の輝度(輝度突き上げ)が大きくなる。
<3.第2の実施の形態>
図25は、本技術の第2の実施の形態に係る照明装置2の概略構成の一例を表す断面図である。本実施の形態の照明装置2は、光変調素子30の代わりに光変調素子60を備えている点で、上記第1の実施の形態に係る照明装置1の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
光変調素子60は、例えば、導光板10の背後(下面)に空気層を介さずに密着しており、例えば接着剤(図示せず)を介して導光板10の背後に接着されている。この光変調素子60は、例えば、図26に示したように、透明基板31、下側電極32、配向膜63、光変調層64、配向膜65、上側電極36および透明基板37を反射板40側から順に配置したものである。
配向膜63,65は、例えば、光変調層64に用いられる液晶やモノマーを配向させるものである。配向膜の種類としては、例えば、垂直用配向膜および水平用配向膜があるが、本実施の形態では、配向膜63,65には垂直用配向膜が用いられる。垂直用配向膜としては、シランカップリング材料や、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリイミド系材料、界面活性剤などを用いることが可能である。また、透明基板31,37としてプラスチックフィルムを用いる場合には、製造工程において、透明基板31,37の表面に配向膜63,65を塗布した後の焼成温度ができるだけ低いことが好ましいことから、配向膜63,65としてアルコール系溶媒を使用することの可能なシランカップリング材料を用いることが好ましい。
なお、垂直用配向膜として、当該垂直用配向膜に接する液晶分子にプレチルトを付与する機能を有するものが用いられてもよい。垂直用配向膜にプレチルト機能を発現させる方法としては、例えば、ラビングなどが挙げられる。上記の垂直用配向膜は、例えば、当該垂直用配向膜に近接する液晶分子の長軸を当該垂直用配向膜の法線と僅かな角度で交差させる機能を有していてもよい。
ただし、配向膜63,65として垂直用配向膜を用いるに際しては、後述の微粒子64B内に含まれる液晶分子として、負の誘電率異方性を有するもの(いわゆるネガ型液晶)を用いることが好ましい。
次に、本実施の形態の光変調層64について説明する。光変調層64は、例えば、図26に示したように、バルク64Aと、バルク64A内に分散された微粒子状の複数の微粒子64Bとを含んだ複合層となっている。バルク64Aおよび微粒子64Bは光学異方性を有している。
図27は、電圧無印加時の、バルク64Aおよび微粒子64B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。図27中の楕円体134Cは、電圧無印加時の、バルク64Aの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。図27中の楕円体134Dは、電圧無印加時の、微粒子64Bの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。
図28は、電圧印加時の、バルク64Aおよび微粒子64B内の配向状態の一例を模式的に表したものである。図28中の楕円体134Cは、電圧印加時の、バルク64Aの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。図28中の楕円体134Dは、電圧印加時の、微粒子64Bの屈折率異方性を示す屈折率楕円体の一例を表したものである。
バルク64Aおよび微粒子64Bは、例えば、図27に示したように、電圧無印加時に、バルク64Aの光軸AX3(楕円体134Cの長軸)および微粒子64Bの光軸AX4(楕円体134Dの長軸)の向きが互いに一致する(平行となる)構成となっている。なお、光軸AX3,AX4とは、偏光方向によらず屈折率が一つの値になるような光線の進行方向と平行な線を指している。また、電圧無印加時に、光軸AX3および光軸AX4の向きは常に互いに一致している必要はなく、光軸AX3の向きと光軸AX4の向きとが、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよい。
また、微粒子64Bは、例えば、電圧無印加時に、光軸AX4が光入射面10Aと平行(または略平行)となる構成となっている。微粒子64Bは、さらに、例えば、電圧無印加時に、光軸AX4が透明基板31の法線と僅かな角度θ3(図示せず)で交差する構成となっている。なお、角度θ3については、微粒子64Bを構成する材料を説明する際に詳述する。
一方、バルク64Aは、例えば、下側電極32および上側電極36への電圧印加の有無に拘らず、光軸AX3が一定となる構成となっている。具体的には、バルク64Aは、例えば、光軸AX3が光入射面10Aと平行(または略平行)となると共に透明基板31の法線と僅かな角度θ3で交差する構成となっている。つまり、光軸AX3は、電圧無印加時に、光軸AX4と平行(または略平行)となっている。
なお、光軸AX4が常に、光入射面10Aと平行(または略平行)となると共に透明基板31の法線と角度θ3で交差している必要はなく、例えば製造誤差などによって透明基板31の法線と、角度θ3とは若干異なる角度で交差していてもよい。また、光軸AX3,AX4が常に光入射面10Aと平行(または略平行)となっている必要はなく、例えば製造誤差などによって光入射面10Aと、小さな角度で交差していてもよい。
ここで、バルク64Aおよび微粒子64Bの常光屈折率が互いに等しく、かつバルク64Aおよび微粒子64Bの異常光屈折率が互いに等しいことが好ましい。この場合に、例えば、電圧無印加時には、あらゆる方向において屈折率差がほとんどなく、高い透明性(光透過性)が得られる。これにより、光源20からの光は、光変調層64内で散乱されることなく、光変調層64を透過する。その結果、例えば、光源20からの光L(斜め方向からの光)は、光変調素子60内で透明となった領域(透過領域30A)を伝播し、光変調素子60と空気との界面において全反射され、透過領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、輝度を均一にした場合と比べて下がる。
また、バルク64Aおよび微粒子64Bは、例えば、電圧印加時には、図28に示したように、光軸AX3および光軸AX4の向きが互いに異なる(交差もしくは直交する)構成となっている。また、微粒子64Bは、例えば、電圧印加時に、光軸AX4が光入射面10Aと平行(もしくは略平行)となると共に透明基板31の法線と角度θ3よりも大きな角度θ4(例えば90°)(図示せず)で交差する構成となっている。なお、角度θ4については、微粒子34Bを構成する材料を説明する際に詳述する。
また、微粒子64Bは、例えば、電圧印加時に、光軸AX4が光入射面10Aと交差すると共に透明基板31の法線と角度θ3よりも大きな角度θ4(例えば90°)(図示せず)で交差する構成となっていてもよい。また、微粒子64Bは、例えば、電圧印加時に、透明基板31の法線と角度θ3よりも大きな角度θ4(例えば90°)(図示せず)で交差し、X,Yの方向はランダムとなる構成となっていてもよい。
したがって、光変調層64では、電圧印加時には、あらゆる方向において屈折率差が大きくなり、高い散乱性が得られる。これにより、光源20からの光は、光変調層64内で散乱される。その結果、光源20からの光(斜め方向からの光)は、光変調素子60内で散乱状態となった領域(散乱領域30B)で散乱され、その散乱光が直接、導光板10に入射するか、または反射板40で反射された後に導光板10に入射し、導光板10の上面(光出射面)から出射される。従って、散乱領域30Bの輝度は、輝度を均一にした場合と比べて極めて高くなり、しかも、透過領域30Aの輝度が低下した分だけ、部分的な白表示の輝度(輝度突き上げ)が大きくなる。
なお、バルク64Aおよび微粒子64Bの常光屈折率は、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよく、例えば、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。また、バルク64Aおよび微粒子64Bの異常光屈折率についても、例えば製造誤差などによって多少ずれていてもよく、例えば、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。
また、バルク64Aの屈折率差(Δn=異常光屈折率ne−常光屈折率no)や、微粒子64Bの屈折率差(Δn=異常光屈折率ne−常光屈折率no)は、できるだけ大きいことが好ましく、0.05以上であることが好ましく、0.1以上であることがより好ましく、0.15以上であることがさらに好ましい。バルク64Aおよび微粒子64Bの屈折率差が大きい場合には、光変調層64の散乱能が高くなり、導光条件を容易に破壊することができ、導光板10からの光を取り出しやすいからである。
また、バルク64Aおよび微粒子64Bは、電場に対する応答速度が互いに異なっている。バルク64Aは、例えば、微粒子64Bの応答速度よりも遅い応答速度を有する筋状構造、多孔質構造、または棒状構造となっている。バルク64Aは、例えば、低分子モノマーを重合化することにより得られた高分子材料によって形成されている。バルク64Aは、例えば、微粒子64Bの配向方向または配向膜63,65の配向方向に沿って配向した、配向性および重合性を有する材料(例えばモノマー)を熱および光の少なくとも一方によって重合させることにより形成されている。
バルク64Aの筋状構造、多孔質構造もしくは棒状構造は、例えば、光入射面10Aと平行となると共に透明基板31の法線と僅かな角度θ3で交差する方向に長軸を有している。バルク64Aが筋状構造となっている場合に、短軸方向の平均的な筋状組織サイズは、導光光の散乱性を高くするという観点からは、0.1μm以上10μm以下となっていることが好ましく、0.2μm以上2.0μm以下の範囲であることがより好ましい。短軸方向の平均的な筋状組織サイズが0.1μm以上10μm以下となっている場合には、光変調素子60内での散乱能が、380〜780nmの可視領域において略等しくなる。そのため、面内で、ある特定の波長成分の光のみが増加したり、減少したりすることがないので、可視領域でのバランスを面内で取ることができる。短軸方向の平均的な筋状組織サイズが0.1μm未満である場合や、10μmを超える場合には、波長に関係なく、光変調素子30の散乱能が低く、光変調素子30が光変調素子として機能しにくい。
また、散乱の波長依存性を少なくするという観点からは、短軸方向の平均的な筋状組織サイズは、0.5μm以上5μm以下の範囲であることが好ましく、1〜3μmの範囲であることがより好ましい。このようにした場合には、光源20から出射された光が導光板10内を伝播していく過程で光変調素子60内のバルク64Aを繰り返し通過したときに、バルク64Aにおける、散乱の波長依存性が抑制される。筋状組織のサイズは、偏光顕微鏡、共焦点顕微鏡、電子顕微鏡などで観察することができる。
上記した、配向性および重合性を有するモノマーとしては、光学的に異方性を有しており、かつ液晶と複合する材料であればよいが、本実施の形態では紫外線で硬化する低分子モノマーであることが好ましい。電圧無印加の状態で、液晶と、低分子モノマーを重合化することにより形成されたもの(高分子材料)との光学的異方性の方向が一致していることが好ましいので、紫外線硬化前において、液晶と低分子モノマーが同一方向に配向していることが好ましい。微粒子64Bとして液晶が用いられる場合に、その液晶が棒状分子であるときには、使用するモノマー材料の形状も棒状であることが好ましい。以上のことから、モノマー材料としては重合性と液晶性を併せ持つ材料を用いることが好ましく、例えば、重合性官能基として、アクリレート基、メタクリレート基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基およびエポキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1つの官能基を有することが好ましい。これらの官能基は、紫外線、赤外線または電子線を照射したり、加熱したりすることによって重合させることができる。紫外線照射時の配向度低下を抑制するために、多官能基をもつ液晶性材料を添加することもできる。バルク64Aを上述した筋状構造とする場合には、バルク64Aの原料として、2官能液晶性モノマーを用いることが好ましい。また、バルク64Aの原料に対して、液晶性を示す温度の調整を目的に単官能モノマーを添加したり、架橋密度向上を目的に3官能以上のモノマーを添加したりすることもできる。
本実施の形態において、駆動回路50は、上記実施の形態と同一の駆動を行うようになっている。
次に、本実施の形態の照明装置2の作用および効果について説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態と同様、各電極ブロック32Cは、第1の方向に延在すると共に第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極32Aを有している。これにより、光変調層64の散乱特性を、各電極ブロック32Cと対向する領域内において部分的に調整することができる。その結果、光変調層64から取り出された光の輝度分布の面内の変化を緩やかにすることができるので、部分点灯および全点灯に依らず、照明光における明暗の境界部分をぼかすことができる。
<4.各実施の形態に共通する変形例>
(変形例1)
上記各実施の形態において、下側電極32ではなく、上側電極36が、複数の電極ブロック32Cと同様の構成を含んで構成されていてもよい。
図29は、上側電極36の平面構成の一例を表したものである。図30(A),図30(B)は、上側電極36の平面構成の他の例を表したものである。上側電極36は、透明基板37の表面(具体的には、透明基板37のうち透明基板31との対向面)に設けられたものであり、複数の部分電極36Aを含んで構成されている。複数の部分電極36Aは、面内の一の方向(第1の方向)に延在すると共に第1の方向と交差する方向に配列されている。第1の方向は、例えば、光入射面10Aと平行または略平行な方向である。なお、第1の方向は、光入射面10Aと斜めに交差する方向であってもよい。
上側電極36は、複数の電極ブロック36C(第2電極ブロック)を有している。複数の電極ブロック36Cは、面内の所定の方向(第2の方向)および第2の方向と交差する方向(第3の方向)のうち少なくとも第2の方向に並んで配置されている。ここで、第1の方向が、光入射面10Aと平行または略平行な方向である場合には、第2の方向は、第1の方向と直交または略直交する方向である。第1の方向が、光入射面10Aと斜めに交差する方向である場合には、第2の方向は、光入射面10Aと直交または略直交する方向である。つまり、第2の方向は、第1の方向に拘わらず、光入射面10Aと直交または略直交する方向である。
各電極ブロック36Cは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cによって光変調層34(または光変調層64)内に形成される電場を遮らない態様で、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cの形成領域の一部を含む領域に形成されている。具体的には、オーバーラップ領域36−1において、2以上の部分電極36Aは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cの形成領域内に形成されると共に、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cに含まれる2以上の部分電極と混在して配置されている。例えば、各電極ブロック36Cにおいて、2以上の部分電極36Aは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cの形成領域内に形成されると共に、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cに含まれる2以上の部分電極と交互に配置されている。さらに、各電極ブロック36Cにおいて、2以上の部分電極36Aは、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cの形成領域外に形成されている。つまり、図29,図30(A),図30(B)に示したように、各電極ブロック36Cの形成領域は、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cの形成領域の一部と重なり合っている。図29,図30(A),図30(B)では、電極ブロック36Cの形成領域同士が重なり合っている領域がオーバーラップ領域36−1として示されており、電極ブロック36Cの形成領域同士が重なり合っていない領域が非オーバーラップ領域36−2として示されている。なお、オーバーラップ領域36−1において、一方の電極ブロック36Cに含まれる2以上の部分電極36Aが、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cに含まれる2以上の部分電極を、複数個ずつ(例えば2つずつ)飛ばして配置されていてもよい。また、オーバーラップ領域36−1において、一方の電極ブロック36Cに含まれる2以上の部分電極36Aが、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cに含まれる2以上の部分電極と交互に配置されるとともに、一部で歯抜け状態で配置されていてもよい。
各電極ブロック36Cにおいて、各部分電極36Aは互いに電気的に接続されている。具体的には、図29に示したように、各電極ブロック36Cは、各部分電極36Aの端部に連結された連結部36Bを有しており、各部分電極36Aは連結部36Bによって互いに電気的に接続されている。そのため、各電極ブロック36Cは、複数の部分電極36Aおよび連結部36Bによって櫛歯の形状となっており、複数の電極ブロック36Cは、各電極ブロック36Cの櫛歯の向きが交互に反転する(入れ替わる)ように第2の方向に並んで配置されている。
次に、各部分電極36Aの、配列方向の幅について説明する。図31は、各部分電極36Aの、配列方向の幅の一例を表したものである。各部分電極36Aの幅は、各電極ブロック36Cにおける、光源20からの距離に応じた大きさとなっている。具体的には、各電極ブロック36Cにおいて、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cの形成領域外(非オーバーラップ領域36−2)に形成された2以上の部分電極36Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて太くなっている。また、各電極ブロック36Cにおいて、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cであって、かつ光源20から相対的に遠い方の電極ブロック36Cの形成領域(光源20から離れた方のオーバーラップ領域36−1)内に形成された2以上の部分電極36Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて細くなっている。さらに、各電極ブロック36Cにおいて、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cであって、かつ光源20から相対的に近い方の電極ブロック36Cの形成領域(光源20により近い方のオーバーラップ領域36−1)内に形成された2以上の部分電極36Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて太くなっている。つまり、各電極ブロック36Cにおいて、複数の部分電極36Aのうち光源20側(光源20寄り)の複数の部分電極36Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて太くなっており、複数の部分電極36Aのうち光源20とは反対側(光源20から離れている側)の複数の部分電極36Aの幅は、光源20から遠ざかるにつれて細くなっている。このような複数の部分電極36Aの幅の分布を、以後「山なりの分布」と記載する。なお、図31には「山なりの分布」が折れ線で構成されている場合が例示されているが、「山なりの分布」は滑らかな曲線で構成されていてもよい。なお、オーバーラップ領域36−1が存在していなくてもよい。この場合、各電極ブロック36Cにおいて、複数の部分電極36Aの、配列方向の幅は、光源20側で細く、光源20から遠ざかるにつれて太くなっている。
本変形例において、駆動回路50は、上記実施の形態と同一の駆動を行うようになっている。
本変形例では、上記実施の形態と同様、各電極ブロック32Cは、第1の方向に延在すると共に第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極32Aを有している。これにより、光変調層34、64の散乱特性を、各電極ブロック32Cと対向する領域内において部分的に調整することができる。その結果、光変調層34、64から取り出された光の輝度分布の面内の変化を緩やかにすることができるので、部分点灯および全点灯に依らず、照明光における明暗の境界部分をぼかすことができる。
(変形例2)
上記各実施の形態において、下側電極32が複数の電極ブロック32Cを含んで構成され、さらに、上側電極36が複数の電極ブロック36Cを含んで構成されていてもよい。この場合に、電極ブロック32Cと電極ブロック36Cとが、互いに正対する位置に配置されていることが好ましい。このようにすることで、電極の面積を削減することができ、上側電極36がITOなどからなる場合に、上側電極36による可視光の吸収を低減することが可能となる。このとき、各部分電極36Aの幅が、部分電極32Aの幅より5μm程度広くなっているか、または、各部分電極32Aの幅が、部分電極36Aの幅より5μm程度広くなってことが好ましい。このようにすることで、基板のアライメント位置ズレにより散乱領域30Bの幅が狭くなることを防ぐことができる。また、各電極ブロック36Cが、互いに電気的に接続されていてもよい。上側電極36は、1つの電極ブロック36Cだけを有していてもよい。
(変形例3)
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、各電極ブロック32Cは、例えば、図32に示したように、非オーバーラップ領域32−2内のある各部分電極32Aの端部に連結された連結部32Bをさらに有していてもよい。このようにした場合には、非オーバーラップ領域32−2内のある部分電極32Aが断線した場合に、その部分電極32Aに対して、連結部32Bを介して電圧を印加することが可能となる。
さらに、本変形例において、上側電極36が、複数の電極ブロック36Cを有している場合に、各電極ブロック36Cは、例えば、図33に示したように、非オーバーラップ領域36−2内のある各部分電極36Aの端部に連結された連結部36Bをさらに有していてもよい。このようにした場合には、非オーバーラップ領域36−2内のある部分電極36Aが断線した場合に、その部分電極36Aに対して、連結部36Bを介して電圧を印加することが可能となる。
(変形例4)
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、各電極ブロック32Cは、例えば、図34に示したように、第2の方向に隣接する他の電極ブロック32Cの形成領域外(非オーバーラップ領域32−2)に形成された複数の部分電極32Aのうち互いに隣接する2つの部分電極32Aに連結された連結部32D(第2連結部)をさらに有していてもよい。このようにした場合には、非オーバーラップ領域32−2内のある部分電極32Aが断線した場合に、その部分電極32Aに対して、連結部32Dを介して電圧を印加することが可能となる。
さらに、本変形例において、上側電極36が、複数の電極ブロック36Cを有している場合に、各電極ブロック36Cは、例えば、図35に示したように、第2の方向に隣接する他の電極ブロック36Cの形成領域外(非オーバーラップ領域36−2)に形成された複数の部分電極36Aのうち互いに隣接する2つの部分電極36Aに連結された連結部36Dをさらに有していてもよい。このようにした場合には、非オーバーラップ領域36−2内のある部分電極36Aが断線した場合に、その部分電極36Aに対して、連結部36Dを介して電圧を印加することが可能となる。
(変形例5)
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、各電極ブロック32Cは、例えば、図36に示したように、連結部32Bと、各部分電極32Aとを、ビア32Eを介して電気的に接続するようにしてもよい。ここで、ビア32Eは、層間絶縁膜を貫通する導電性部材であり、層間絶縁膜の下層にある導電体(例えば部分電極32A)と、層間絶縁膜の上層にある導電体(例えば連結部32B)とを互いに電気的に接続するものである。このようにした場合には、下側電極32の配線レイアウトの自由度を確保しつつ、部分電極32Aの断線対策を施すことができる。なお、ビア32Eの代わりに、単に、層間絶縁膜を貫通する開口が設けられていてもよい。ただし、この場合には、連結部32Bまたは部分電極32Aが、上記開口内にまで形成され、連結部32Bと部分電極32Aとが上記開口内において互いに接触していてもよい。
さらに、本変形例において、上側電極36が、複数の電極ブロック36Cを有している場合に、各電極ブロック36Cは、例えば、図37に示したように、連結部36Bと、各部分電極36Aとを、ビア36Eを介して電気的に接続するようにしてもよい。ここで、ビア36Eは、層間絶縁膜を貫通する導電性部材であり、層間絶縁膜の下層にある導電体(例えば部分電極36A)と、層間絶縁膜の上層にある導電体(例えば連結部36B)とを互いに電気的に接続するものである。このようにした場合には、下側電極36の配線レイアウトの自由度を確保しつつ、部分電極36Aの断線対策を施すことができる。なお、ビア36Eの代わりに、単に、層間絶縁膜を貫通する開口が設けられていてもよい。ただし、この場合には、連結部36Bまたは部分電極36Aが、上記開口内にまで形成され、連結部36Bと部分電極36Aとが上記開口内において互いに接触していてもよい。
(変形例6)
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、上側電極36が単一のシート状電極となっている場合に、そのシート状電極が、パターニングされたものであってもよい。また、上記各実施の形態およびそれらの変形例において、上側電極36が複数の部分電極36Aを有している場合に、各部分電極36Aが、パターニングされたものであってもよい。これにより、照明光の面内輝度の均一化をさらに容易に行うことが出来る。さらに、電極の面積が減ることにより、上側電極36または部分電極36AがITOなどからなる場合に、電極による可視光の吸収を低減することが可能となる。
上側電極36または部分電極36Aに形成されたパターニングが複数の開口36Fで構成されていてもよい。このとき、上側電極36または部分電極36Aのパターン密度(上側電極36または部分電極36Aのうち開口36F以外の部分の単位面積当たりの占有率)が上側電極36全体に関して光源20からの距離に応じて異なっていることが好ましい。例えば、開口36Fの密度(単位面積当たりの開口36Fの占有率)が、図38A,図38B,図39A,図39Bに示したように、上側電極36全体に関して光源20からの距離に応じて異なっていてもよい。図38A,図39Aに示した例では、単位面積当たりの開口36Fの数は、光源20からの距離に拘わらず一定となっており、開口36Fの半径rが、光源20からの距離が遠くなるにつれて小さくなっている。また、図38B,図39Bに示した例では、開口36Fの半径rは、光源20からの距離に拘わらず一定(r=a)となっており、単位面積当たりの開口36Fの数が、光源20からの距離が遠くなるにつれて少なくなっている。従って、図38A,図38B,図39A,図39Bのいずれの例においても、開口36Fの密度が、光源20からの距離が遠くなるにつれて疎になっている(小さくなっている)。言い換えると、上側電極36または部分電極36Aのパターン密度が、光源20からの距離が遠くなるにつれて密になっている(大きくなっている)。
上側電極36または部分電極36Aのパターン密度(上側電極36または部分電極36Aのうち開口36F以外の部分の単位面積当たりの占有率)が、光入射面10Aと平行な方向において、後述の光源ブロック25(図41B,図41C参照)寄りの箇所で相対的に大きく、光源ブロック25から離れた箇所で相対的に小さくなっていてもよい。例えば、図38A,図39Aに示したように、開口36Fの半径が、光入射面10Aと平行な方向において、光源ブロック25寄りの箇所で相対的に大きく、光源ブロック25から離れた箇所で相対的に小さくなっていてもよい。また、例えば、図38B,図39Bに示したように、開口36F(半径一定)の、単位面積あたりの数が、光入射面10Aと平行な方向において、光源ブロック25寄りの箇所で相対的に多く、光源ブロック25から離れた箇所で相対的に少なくなっていてもよい。このようにした場合には、光入射面10Aと平行な方向において、光源ブロック25寄りの輝度を、開口36Fを設けていない場合よりも低く抑え、かつ光源ブロック21から離れた箇所の輝度を、開口36Fを設けていない場合よりも高くすることができる。その結果、例えば、照明装置1,2の光射出領域全体を明状態とした場合に、面内輝度を均一化することができる。
例えば、光入射面10Aから2mm離れた箇所でのパターニング密度が図40Aに示したような分布となっている場合には、図40BのAに示したように、光入射面10Aと平行な方向において、面内輝度を均一化することができる。一方、例えば、光入射面10Aから2mm離れた箇所でのパターニング密度が図40AのBに示したような平坦な分布となっている場合には、図40BのBに示したように、光入射面10Aと平行な方向において、面内輝度が大きく変化してしまう。なお、本変形例において、光源ブロック25の代わりに、点状光源23が用いられている場合には、開口36Fの、単位面積あたりの密度が、光入射面10Aと平行な方向において、点状光源23寄りの箇所で相対的に大きく、点状光源23から離れた箇所で相対的に小さくなっていてもよい。このようにした場合にも、光入射面10Aと平行な方向において、面内輝度を均一化することができる。
なお、上側電極36または部分電極36Aのパターン密度は、必ずしも、上側電極36全体に関して光源20からの距離に応じて異なっている必要はない。例えば、上側電極36または部分電極36Aのパターン密度が、部分電極32Aとの対向部分ごとに、光源20からの距離に応じて異なっていてもよい。
(変形例7)
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、光源20が、図41Aに示したように、1本の線状光源21と、線状光源21の背後に配置された反射ミラー22とで構成されていてもよい。また、上記各実施の形態およびそれらの変形例において、光源20が、図41B,図41Cに示したように、一列に配置された複数の点状光源23を有していてもよい。このとき、複数の点状光源23は、例えば、図41B,図41Cに示したように、1個または2個以上の点状光源23ごとに、共通の基板24上に設けられていてもよい。この場合、1つの基板24と、その基板24上に設けられた複数の点状光源23とにより、光源ブロック25が構成されている。基板24は、例えば、点状光源23と駆動回路50とを電気的に接続する配線が形成された回路基板であり、各点状光源23は、この回路基板上に実装されている。共通の基板24上に設けられた各点状光源23(光源ブロック25内の各点状光源23)は、駆動回路50によって一括で(非独立に)駆動されるようになっており、例えば、図示しないが、互いに並列に、または互いに直列に、接続されている。また、互いに異なる基板24上に設けられた点状光源23(各光源ブロック25内の点状光源23)は、駆動回路50によって互いに独立に駆動されるようになっており、例えば、図41Cに示したように、互いに異なる電流経路に接続されている。
本変形例において、導光板10は、例えば、図42Aに示したように、帯状の複数の凸部11を上面に有している。なお、導光板10は、例えば、図42Bに示したように、帯状の複数の凸部11を下面に有していてもよい。また、各凸部11は、例えば、図示しないが、導光板10の内部に設けられていてもよい。また、導光板10の内部が空洞状になっていてもよいし、密に充填されていてもよい。このようにすることで、その光源ブロック25から出力された光Lは、横方向(幅方向)にあまり広がらずに導光板10内を伝播するようになる。
各凸部11は、光入射面10Aの法線と平行な方向に延在しており、例えば、図42A,図42Bに示したように、導光板10の一の側面から、その側面と対向する他の側面まで連続して形成されている。各凸部11の配列方向の断面は、例えば、矩形状、台形状、または三角形状となっている。各凸部11の配列方向の断面が矩形状となっている場合には、光の直進性が非常に高く、大型のバックライトに適している。各凸部11の配列方向の断面が台形状となっている場合には、射出成型、溶融押し出し成型、熱プレス成型などで各凸部11を形成する際に使用する金型の加工が容易であり、かつ成型時の離型性もよく、欠陥の減少による歩留まりや成型速度を向上させることができる。
互いに隣り合う凸部11同士の間には、平坦面が設けられていてもよいし、平坦面がなくてもよい。各凸部11の高さは、面内で均一になっていてもよいし、面内で不均一になっていてもよい。例えば、図43A,図43Bに示したように、導光板10の1つの側面が光入射面10Aとなっているときに、各凸部11の高さが、光入射面10A側で相対的に低く、光入射面10Aと対向する側面側で相対的に高くなっていてもよい。また、例えば、導光板10の側面のうち互いに対向する一対の側面が光入射面10Aとなっているときに、各凸部11の高さが、双方の光入射面10Aおよびその近傍で相対的に低く、それ以外の部分で相対的に高くなっていてもよい。各凸部11のうち、光入射面10Aおよびその近傍の高さは、ゼロまたは実質的にゼロとなっていてもよい。例えば、図43A,図43Bに示したように、各凸部11の高さが、光入射面10A側から、光入射面10Aと対向する側面側に向かうにつれて高くなっていてもよい。このとき、各凸部11の高さが、光入射面10A側から、光入射面10Aと対向する側面側に向かう中途で、一定になるようになっていてもよい。なお、図43A,図43Bに示したような高さの不均一な複数の凸部11が導光板10の上面以外の箇所に設けられていてもよく、例えば、導光板10の下面または内部に設けられていてもよい。
上述のように、凸部11の高さ(言い換えると、凸部11同士の間に形成される溝の深さ)を変えることにより、光の直進性を変化させることができる。例えば、図42A,図42Bに示したように、各凸部11を光入射面10Aおよびその近傍にも設けた場合には、例えば、図44Aに例示したように、1つの光源ブロック25を点灯させると、その光源ブロック25から出力された光Lは、横方向(幅方向)にあまり広がらずに導光板10内を伝播するようになる。この場合、光入射面10Aの近傍において、点状光源23同士の間に暗い部分が発生する場合があり、その場合には、画質が低下する虞がある。そのこで、そのような場合には、例えば、図43A,図43Bに示したように、各凸部11の高さを光入射面10Aおよびその近傍で相対的に低くしたり、またはゼロにしたりすることが好ましい。このようにすることにより、光源ブロック25から出力された光Lを、例えば、図44Bに示したように、光入射面10Aおよびその近傍において、点状光源23の発散角で横方向(幅方向)に広げ、光入射面10Aから離れた領域においては、ほぼ一定の幅で伝播させることができる。
本変形例において、駆動回路50は、例えば、図45に示したように、一部(1または複数)の光源ブロック25を点灯させるとともに、第2の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cのうち一部(1または複数)の電極ブロック32Cを駆動するようにしてもよい。このとき、駆動回路50によって駆動された電極ブロック32Cと、光源ブロック25から出力された光の光路との交差部分に対応する散乱領域30Bから、X方向Y方向共に境界の滑らかなブロック状の光が出力される。
(変形例8)
上記各実施の形態およびそれらの変形例では、光変調素子30,60は、導光板10の背後(下面)に空気層を介さずに密着して接合されていたが、例えば、図46に示したように、導光板10の上面に空気層を介さずに密着して接合されていてもよい。また、光変調素子30,60は、例えば、図47に示したように、導光板10の内部に設けられていてもよい。ただし、この場合でも、光変調素子30,60は、導光板10と空気層を介さずに密着して接合されていることが必要である。
(変形例9)
上記各実施の形態およびそれらの変形例では、導光板10が設けられていたが、例えば、図48に示したように、省略されてもよい。ただし、この場合には、透明基板31または透明基板37が導光板10の役目を果たす。従って、光源20は、透明基板31または透明基板37の側面に配置されることとなる。なお、光源20は、透明基板31および透明基板37のいずれか一方の側面に配置されていてもよいし、透明基板31および透明基板37の双方の側面に配置されていてもよい。
(変形例10)
上記各実施の形態およびそれらの変形例では、反射板40が設けられていたが、例えば、図49に示したように、省略されてもよい。このとき、下側電極32は、透明な材料でなくてもよく、例えば、金属によって構成されていてもよい。なお、下側電極32が金属によって構成されている場合には、下側電極32は、反射板40と同様、入射光を反射する機能も兼ね備えていることになる。さらに、本変形例において、導光板10は、例えば、図50に示したように、省略されてもよい。
(変形例11)
上記各実施の形態およびそれらの変形例では、導光板10の上に特に何も設けられていなかった。しかし、例えば、図51,図52,図53に示したように、照明装置1,2は、光出射側に、光学シート90(例えば、拡散板、拡散シート、レンズフィルム、偏光分離シートなど)を備えていてもよい。このようにした場合には、導光板10から斜め方向に出射した光の一部が正面方向に立ち上がるので、正面輝度を効果的に向上させることができる。
<5.適用例>
次に、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る照明装置1,2の適用例について説明する。
図54は、本適用例にかかる表示装置100の概略構成の一例を表したものである。この表示装置100は、液晶表示パネル110と、液晶表示パネル110の背後に配置されたバックライト120とを備えている。ここで、バックライト120が、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る照明装置1,2に相当するものである。
液晶表示パネル110は、映像を表示するためのものである。液晶表示パネル110は、マトリクス状に配置された複数の画素を有すると共に、複数の画素が映像信号に基づいて駆動されることにより、映像を表示することが可能となっている。液晶表示パネル110は、例えば、透過型の液晶表示パネルであり、液晶層を一対の透明基板で挟み込んだ構造となっている。液晶表示パネル110は、例えば、図示しないが、バックライト120側から順に、偏光子、透明基板、画素電極、配向膜、液晶層、配向膜、共通電極、カラーフィルタ、透明基板および偏光子を有している。
透明基板は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、バックライト120側の透明基板には、図示しないが、画素電極に電気的に接続されたTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。画素電極および共通電極は、例えばITOからなる。画素電極は、透明基板上に格子配列またはデルタ配列されたものであり、画素ごとの電極として機能する。他方、共通電極は、カラーフィルタ上に一面に形成されたものであり、各画素電極に対して対向する共通電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えば、VA(Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モード、またはSTN(Super Twisted Nematic)モードなどの液晶からなり、駆動回路(図示せず)からの印加電圧により、バックライト120からの出射光の偏光軸の向きを画素ごとに変える機能を有する。なお、液晶の配列を多段階で変えることにより画素ごとの透過軸の向きが多段階で調整される。カラーフィルタは、液晶層を透過してきた光を、例えば、赤(R)、緑(G)および青(B)の三原色にそれぞれ色分離したり、または、R、G、Bおよび白(W)などの四色にそれぞれ色分離したりするカラーフィルタを、画素電極の配列と対応させて配列したものである。フィルタ配列(画素配列)としては、一般的に、ストライプ配列や、ダイアゴナル配列、デルタ配列、レクタングル配列のようなものがある。
偏光子は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光(偏光)のみを通過させる。なお、偏光子は、透過軸以外の振動方向の光(偏光)を吸収する吸収型の偏光素子であってもよいが、バックライト120側に反射する反射型の偏光素子であることが輝度向上の観点から好ましい。偏光子はそれぞれ、偏光軸が互いに90度異なるように配置されており、これによりバックライト120からの射出光が液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。
駆動回路50は、例えば、複数の光変調セル30aのうち黒表示の画素位置に対応するセルにおいて微粒子34B,64Bの光軸AX2,AX4がバルク34A,64Aの光軸AX1,AX3と平行となるように各光変調セル30aへ印加する電圧の大きさを制御するようになっている。さらに、駆動回路50は、例えば、複数の光変調セル30aのうち白表示の画素位置に対応するセルにおいて微粒子34B,64Bの光軸AX2,AX4がバルク34A,64Aの光軸AX1,AX3と交差するように各光変調セル30aへ印加する電圧の大きさを制御するようになっている。
駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cのうち一部(1または複数)の電極ブロック32Cだけを駆動することができるようになっている。駆動回路50は、例えば、図11Aに示したように、第2の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cのうち一部(1または複数)の電極ブロック32Cだけを駆動するようになっている。このとき、駆動回路50によって駆動された電極ブロック32Cに対応する散乱領域30Bから帯状の光が出力される。また、駆動回路50は、例えば、図11Bに示したように、第2の方向および第3の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cのうち一部(1または複数)の電極ブロック32Cだけを駆動するようになっている。このとき、駆動回路50によって駆動された電極ブロック32Cに対応する散乱領域30Bからブロック状の光が出力される。
このとき、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cを駆動させる場合には、電極ブロック32Cの光源20からの距離に応じて変調された電圧を各電極ブロック32Cに印加するようになっている。具体的には、駆動回路50は、例えば、電極ブロック32Cの光源20からの距離に応じて、波高値、デューティ比および周波数が変調された電圧を各電極ブロック32Cに印加するようになっている。電圧の変調は、例えば、光源20からの距離が遠くなるにつれて光変調セル30aの散乱性が強まるようになされる。さらに、駆動回路50は、例えば、部分電極32Aの光源20からの距離だけでなく、外部から入力される映像信号も考慮して、波高値、デューティ比および周波数が変調された電圧を部分電極32Aに印加するようになっていてもよい。
散乱領域30Bの輝度は、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透過領域30Aの輝度が低下した分だけ、部分的な白表示の輝度(輝度突き上げ)が大きくなる。これにより液晶ディスプレイのコントラストが向上する。また、駆動回路50は、「輝度突き上げ」を利用して、「輝度突き上げ」で上昇する輝度の分だけ光源20からの出射光量を小さくして、輝度を均一にした場合(図10(B)中の一点鎖線)と比べて同程度とし、光源20の消費電力を低下させることもできる。
駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動するようになっている。駆動回路50は、例えば、図12A,図12Bに示したように、第2の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動するようになっている。このとき、散乱領域30Bが、駆動回路50による駆動によって第2の方向に走査され、それに伴って、帯状の光が第2の方向に走査される。このとき、1回の走査の期間で照明光を時間平均化した時の輝度が、実際に目に見える明るさとなっている。また、駆動回路50は、例えば、図13A,図13Bに示したように、第2の方向および第3の方向に並んで配置された複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動するようになっている。このとき、散乱領域30Bが、駆動回路50による駆動によって第2の方向に走査され、それに伴って、ブロック状の光が第2の方向に走査される。
ここで、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cの走査方向を、表示パネルの画素の走査方向と同じ方向とし、複数の電極ブロック32Cの走査を、表示パネルの画素の走査と同期して行うようにすることが好ましい。このようにした場合には、高輝度で、しかも動画応答性(ぼけ)の改善された表示が可能となる。
さらに、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cを所定の単位ごとに(例えば1つずつ)順次、駆動しつつ、光源20からの距離や外部から入力される映像信号も考慮して、光源20の光量を調節するようになっている。このとき、駆動回路50は、複数の電極ブロック32Cの走査方向を、表示パネルの画素の走査方向と同じ方向とし、複数の電極ブロック32Cの走査を、表示パネルの画素の走査と同期して行うようにすることが好ましい。このようにした場合には、低消費電力で、しかも動画応答性(ぼけ)の改善された表示が可能となる。
本適用例では、液晶表示パネル110を照明する光源(バックライト120)として上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る照明装置1,2が用いられている。これにより、視野角の大きい範囲における光の漏洩を低減またはほとんどなくしつつ、表示輝度を向上させることができる。その結果、正面方向の変調比を高くすることができる。また、バックライト120への投入電力を増やすことなく、輝度突き上げを実現することができる。
また、本適用例では、バックライト120として上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る照明装置1,2が用いられているので、部分点灯時に照明光における明暗の境界部分をぼかすことができ、かつ全点灯時に均一な照明光とすることができる。また、スキャン駆動時に走査の各瞬間において照明光における明暗の境界部分をぼかすことができ、かつ表示パネルの1フレーム期間で照明光を平均化した時に均一な照明光とすることができる。
また、例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)
離間して互いに対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板の少なくとも一方の側面に配置された光源と、
前記一対の基板のそれぞれの表面に設けられ、かつ前記基板の表面と直交する方向に電場を発生させる電極と、
前記一対の基板の間隙に設けられ、かつ前記電極によって生じる電場の大きさに応じて、前記光源からの光に対して散乱性もしくは透明性を示す光変調層と
を備え、
前記電極は、前記一対の基板のうち一方の基板の表面に配置された複数の第1電極ブロックを有し、
各第1電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に前記第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有する
照明装置。
(2)
前記複数の第1電極ブロックは、第2の方向および前記第2の方向と交差する第3の方向のうち少なくとも前記第2の方向に並んで配置され、
各第1電極ブロックは、各第1電極ブロックの複数の部分電極が前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックの複数の部分電極と絶縁された態様で、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックの形成領域の一部を含む領域に形成されており、
各第1電極ブロックにおいて、2以上の部分電極は、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックの形成領域内に形成されると共に、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックに含まれる2以上の部分電極と混在して配置されている
(1)に記載の照明装置。
(3)
各第1電極ブロックにおいて、2以上の部分電極は、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックの形成領域外に形成されている
(2)に記載の照明装置。
(4)
前記第1の方向は、前記側面と平行または略平行な方向である
(2)または(3)に記載の照明装置。
(5)
前記第2の方向は、前記側面と垂直または略垂直な方向である
(2)ないし(4)のいずれか1つに記載の照明装置。
(6)
各第1電極ブロックは、各部分電極の端部に連結された第1連結部を有する
(2)ないし(5)のいずれか1つに記載の照明装置。
(7)
前記複数の第1電極ブロックは、前記複数の部分電極および前記第1連結部によって形成される櫛歯の向きが交互に反転するように配置されている
(6)に記載の照明装置。
(8)
各第1電極ブロックは、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックの形成領域外に形成された複数の部分電極のうち互いに隣接する2つの部分電極に連結された第2連結部を有する
(6)または(7)に記載の照明装置。
(9)
各第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に遠い方の第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて細くなっており、
各第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に近い方の第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている
(2)ないし(8)のいずれか1つに記載の照明装置。
(10)
各第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックの形成領域外に形成された2以上の部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている。
(3)に記載の照明装置。
(11)
各第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックの形成領域外に形成された2以上の部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっており、
各第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に遠い方の第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて細くなっており、
各第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に近い方の第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている
(3)に記載の照明装置。
(12)
前記電極は、前記一対の基板のうち他方の基板の表面に、1つの第2電極ブロック、または、前記第2の方向および前記第3の方向のうち少なくとも前記第2の方向に並んで配置された複数の第2電極ブロックを有し、
前記1または複数の第2電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に前記第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有し、
前記第2電極ブロックは、前記第1電極ブロックと正対する位置に配置されている
(2)ないし(11)のいずれか1つに記載の照明装置。
(13)
前記第1電極ブロックの前記光源からの距離に応じて変調された電圧を各第1電極ブロックに印加する駆動回路を備えた
(1)ないし(12)のいずれか1つに記載の照明装置。
(14)
前記複数の第1電極ブロックを所定の単位ごとに順次、駆動する駆動回路を備えた
(1)ないし(13)のいずれか1つに記載の照明装置。
(15)
前記一対の基板の少なくとも一方が、前記側面の法線と平行な方向に延在する複数の凸部を有し、
前記光源は、互いに独立駆動可能な複数の光源ブロックからなる
(1)ないし(14)のいずれか1つに記載の照明装置。
(16)
各凸部の高さは、前記光源に近い箇所で低く、前記光源から遠く離れた箇所で高くなっている
(16)に記載の照明装置。
(17)
各第1電極ブロックにおいて、前記複数の部分電極の幅は、前記光源側で細く、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている
(1)に記載の照明装置。
(18)
映像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルを照明する照明装置と
を備え、
前記照明装置は、
離間して互いに対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板の少なくとも一方の側面に配置された光源と、
前記一対の基板のそれぞれの表面に設けられ、かつ前記基板の表面と直交する方向に電場を発生させる電極と、
前記一対の基板の間隙に設けられ、かつ前記電極によって生じる電場の大きさに応じて、前記光源からの光に対して散乱性もしくは透明性を示す光変調層と
を有し、
前記電極は、前記一対の基板のうち一方の基板の表面に配置された複数の第1電極ブロックを有し、
各第1電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に前記第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有する
表示装置。
(19)
前記複数の第1電極ブロックを所定の単位ごとに順次駆動し、さらに、前記複数の第1電極ブロックの走査方向を、前記表示パネルの画素の走査方向と同じ方向とし、前記複数の第1電極ブロックの走査を、前記表示パネルの画素の走査と同期して行う駆動回路を備えた
(18)に記載の表示装置。
(20)
前記駆動回路は、前記複数の第1電極ブロックを所定の単位ごとに順次、駆動しつつ、前記光源からの距離や外部から入力される映像信号も考慮して、前記光源の光量を調節するようになっている
(19)に記載の表示装置。
本出願は、日本国特許庁において2012年5月9日に出願された日本特許出願番号2012−107772号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (19)

  1. 離間して互いに対向配置された一対の基板と、
    前記一対の基板の少なくとも一方の側面に配置された光源と、
    前記一対の基板のそれぞれの表面に設けられ、かつ前記基板の表面と直交する方向に電場を発生させる電極と、
    前記一対の基板の間隙に設けられ、かつ前記電極によって生じる電場の大きさに応じて、前記光源からの光に対して散乱性もしくは透明性を示す光変調層と
    を備え、
    前記電極は、前記一対の基板のうち一方の前記基板の表面に配置された複数の第1電極ブロックを有し、
    各前記第1電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に前記第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有し、
    前記複数の第1電極ブロックは、第2の方向および前記第2の方向と交差する第3の方向のうち少なくとも前記第2の方向に並んで配置され、
    各前記第1電極ブロックは、各前記第1電極ブロックの複数の前記部分電極が前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの複数の前記部分電極と絶縁された態様で、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域の一部を含む領域に形成されており、
    各前記第1電極ブロックにおいて、2以上の前記部分電極は、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域内に形成されると共に、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックに含まれる2以上の前記部分電極と混在して配置されている
    照明装置。
  2. 各前記第1電極ブロックにおいて、2以上の前記部分電極は、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域外に形成されている
    請求項に記載の照明装置。
  3. 前記第1の方向は、前記側面と平行または略平行な方向である
    請求項に記載の照明装置。
  4. 前記第2の方向は、前記側面と垂直または略垂直な方向である
    請求項ないし請求項のいずれか一項に記載の照明装置。
  5. 各前記第1電極ブロックは、各前記部分電極の端部に連結された第1連結部を有する
    請求項ないし請求項のいずれか一項に記載の照明装置。
  6. 前記複数の第1電極ブロックは、前記複数の部分電極および前記第1連結部によって形成される櫛歯の向きが交互に反転するように配置されている
    請求項に記載の照明装置。
  7. 各前記第1電極ブロックは、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域外に形成された複数の前記部分電極のうち互いに隣接する2つの前記部分電極に連結された第2連結部を有する
    請求項または請求項に記載の照明装置。
  8. 各前記第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に遠い方の前記第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の前記部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて細くなっており、
    各前記第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に近い方の前記第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の前記部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている
    請求項ないし請求項のいずれか一項に記載の照明装置。
  9. 各前記第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域外に形成された2以上の前記部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている。
    請求項に記載の照明装置。
  10. 各前記第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域外に形成された2以上の前記部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっており、
    各前記第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に遠い方の前記第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の前記部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて細くなっており、
    各前記第1電極ブロックにおいて、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックであって、かつ前記光源から相対的に近い方の前記第1電極ブロックの形成領域内に形成された2以上の前記部分電極の幅は、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている
    請求項に記載の照明装置。
  11. 前記電極は、前記一対の基板のうち他方の前記基板の表面に、1つの第2電極ブロック、または、前記第2の方向および前記第3の方向のうち少なくとも前記第2の方向に並んで配置された複数の第2電極ブロックを有し、
    前記1または複数の第2電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に前記第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有し、
    前記第2電極ブロックは、前記第1電極ブロックと正対する位置に配置されている
    請求項ないし請求項10のいずれか一項に記載の照明装置。
  12. 前記第1電極ブロックの前記光源からの距離に応じて変調された電圧を各前記第1電極ブロックに印加する駆動回路を備えた
    請求項ないし請求項11のいずれか一項に記載の照明装置。
  13. 前記複数の第1電極ブロックを所定の単位ごとに順次、駆動する駆動回路を備えた
    請求項ないし請求項12のいずれか一項に記載の照明装置。
  14. 前記一対の基板の少なくとも一方が、前記側面の法線と平行な方向に延在する複数の凸部を有し、
    前記光源は、互いに独立駆動可能な複数の光源ブロックからなる
    請求項ないし請求項13のいずれか一項に記載の照明装置。
  15. 各前記凸部の高さは、前記光源に近い箇所で低く、前記光源から遠く離れた箇所で高くなっている
    請求項14に記載の照明装置。
  16. 各前記第1電極ブロックにおいて、前記複数の部分電極の幅は、前記光源側で細く、前記光源から遠ざかるにつれて太くなっている
    請求項1に記載の照明装置。
  17. 映像を表示する表示パネルと、
    前記表示パネルを照明する照明装置と
    を備え、
    前記照明装置は、
    離間して互いに対向配置された一対の基板と、
    前記一対の基板の少なくとも一方の側面に配置された光源と、
    前記一対の基板のそれぞれの表面に設けられ、かつ前記基板の表面と直交する方向に電場を発生させる電極と、
    前記一対の基板の間隙に設けられ、かつ前記電極によって生じる電場の大きさに応じて、前記光源からの光に対して散乱性もしくは透明性を示す光変調層と
    を有し、
    前記電極は、前記一対の基板のうち一方の基板の表面に配置された複数の第1電極ブロックを有し、
    各第1電極ブロックは、第1の方向に延在すると共に前記第1の方向と交差する方向に配列された複数の部分電極を有し、
    前記複数の第1電極ブロックは、第2の方向および前記第2の方向と交差する第3の方向のうち少なくとも前記第2の方向に並んで配置され、
    各前記第1電極ブロックは、各前記第1電極ブロックの複数の前記部分電極が前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの複数の前記部分電極と絶縁された態様で、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域の一部を含む領域に形成されており、
    各前記第1電極ブロックにおいて、2以上の前記部分電極は、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックの形成領域内に形成されると共に、前記第2の方向に隣接する他の前記第1電極ブロックに含まれる2以上の前記部分電極と混在して配置されている
    表示装置。
  18. 前記複数の第1電極ブロックを所定の単位ごとに順次駆動し、さらに、前記複数の第1電極ブロックの走査方向を、前記表示パネルの画素の走査方向と同じ方向とし、前記複数の第1電極ブロックの走査を、前記表示パネルの画素の走査と同期して行う駆動回路を備えた
    請求項17に記載の表示装置。
  19. 前記駆動回路は、前記複数の第1電極ブロックを所定の単位ごとに順次、駆動しつつ、前記光源からの距離や外部から入力される映像信号も考慮して、前記光源の光量を調節するようになっている
    請求項18に記載の表示装置。
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