WO2011125392A1 - 表示装置および照明装置 - Google Patents

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WO2011125392A1
WO2011125392A1 PCT/JP2011/054645 JP2011054645W WO2011125392A1 WO 2011125392 A1 WO2011125392 A1 WO 2011125392A1 JP 2011054645 W JP2011054645 W JP 2011054645W WO 2011125392 A1 WO2011125392 A1 WO 2011125392A1
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light
electrode
light modulation
modulation layer
display
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PCT/JP2011/054645
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佐藤 能久
博之 長井
奥山 健太郎
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ソニー株式会社
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
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    • H04N13/302Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/31Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using parallax barriers
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/133615Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/356Image reproducers having separate monoscopic and stereoscopic modes

Definitions

  • the present invention relates to a display capable of performing two-dimensional display (two-dimensional display) and three-dimensional display (three-dimensional display), and a lighting device suitably applicable as a backlight of such a display.
  • a lenticular lens or a parallax barrier is used in order to make it possible to visually recognize a stereoscopic image with the naked eye.
  • Patent Document 1 discloses a technique for performing two-dimensional display without losing the resolution.
  • a parallax barrier is configured by a liquid crystal element, and in the case of three-dimensional display, the liquid crystal element becomes a parallax barrier by forming an opaque portion. Then, in the case of two-dimensional display, the liquid crystal element does not become a parallax barrier by making the entire surface in a transmissive state, and all the images on the display screen are similarly incident on the left and right eyes. Is possible.
  • Patent Document 2 discloses a technique for suppressing a decrease in luminance by using a cylindrical lens and a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) instead of a parallax barrier.
  • PDLC polymer dispersed liquid crystal
  • the present invention has been made in view of such problems, and its object is to provide a display device capable of improving both display luminance and display quality in three-dimensional display, and a lighting device for such a display device. It is to provide.
  • the display device of the present invention has a plurality of pixels arranged in a matrix, and illuminates the display panel and a display panel in which the plurality of pixels are driven based on an image signal for two-dimensional display or three-dimensional display. And an illuminating device.
  • the illumination device mounted on the display device includes a first transparent member and a second transparent member which are spaced apart from each other and a light source disposed on the side of the first transparent member. This lighting device also includes a first electrode provided on the surface of the first transparent member, a second electrode provided on the surface of the second transparent member, and a gap between the first transparent member and the second transparent member.
  • the light modulation layer includes a first region and a second region which have optical anisotropy and different response speeds to an electric field.
  • the first region mainly includes a liquid crystal material.
  • the second region mainly comprises a polymeric material, and has a linear structure, porous structure or rod-like structure in which the response speed to the electric field is slower than the response speed of the first area. At least one of the first electrode and the second electrode comprises a plurality of partial electrodes.
  • the drive unit When performing three-dimensional display, the drive unit applies a voltage indicating that the light modulation layer has a scattering property to a plurality of specific first partial electrodes among the plurality of partial electrodes.
  • the drive unit further applies a voltage indicating that the light modulation layer is transparent to the plurality of second partial electrodes excluding the plurality of first partial electrodes among the plurality of partial electrodes to thereby form the plurality of linear illumination lights. It is made to output.
  • the driver when the driver performs two-dimensional display, for example, planar illumination in which the entire surface is bright by applying a voltage in which the light modulation layer exhibits a scattering property to all of the plurality of partial electrodes. It is designed to output light.
  • the driving unit when the driving unit performs two-dimensional display, for example, the light modulation layer applies a voltage that causes the light modulation layer to exhibit a scattering property to a part of the plurality of partial electrodes, and the light modulation layer scatters among the plurality of partial electrodes.
  • planar illumination light in which a part of the surface is dark is output.
  • the lighting device of the present invention is a lighting device for a display device capable of performing two-dimensional display and three-dimensional display. This lighting device comprises the same components as the display described above.
  • the light modulation layer is provided with the light modulation layer which exhibits scattering or transparency to the light from the light source according to the magnitude of the electric field.
  • the light propagating in the light guide plate can be extracted from the area exhibiting scattering (scattering area).
  • a voltage in which the light modulation layer exhibits a scattering property is applied to the plurality of specific first partial electrodes, and the light modulation layer is provided to the plurality of second partial electrodes.
  • a plurality of linear illumination lights are output by applying a voltage indicating transparency.
  • each linear illumination light is incident on the back surface of the display panel, for example, a three-dimensional video signal is input such that each pixel row becomes a three-dimensional pixel in the pixel array corresponding to each linear illumination light.
  • each linear illumination light enters the pixel at a common position in each three-dimensional pixel at substantially the same angle, and the pixel from the pixel at a common position in each three-dimensional pixel is the pixel
  • the video light modulated by is output.
  • the parallax barrier for three-dimensional display, but even if the parallax barrier is provided on the light emission side of the illumination device, the light modulation layer becomes linear at that time. Since only light is output, the rate at which each linear light output from the light modulation layer is absorbed by the parallax barrier is extremely low. Further, in the present invention, since a cylindrical lens is not required for three-dimensional display, there is no possibility that the problem of aberration due to the cylindrical lens will occur.
  • a plurality of linear illumination lights are output from the illumination device by setting a part of the light modulation layer as the scattering region, so that display luminance in three-dimensional display can be obtained. And display quality can be improved.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a display panel and a backlight in the reception side device of FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the display panel and the backlight of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the light modulation element of FIG. 3. It is a perspective view showing an example of the electrode structure of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for illustrating the manufacturing process of the light modulation element of FIG. 3.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for illustrating the manufacturing process continued from FIG. 13;
  • FIG. 15 is a cross-sectional view for illustrating the manufacturing process continued from FIG. 14;
  • It is a schematic diagram for demonstrating the three-dimensional display in the receiving side apparatus of FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the two-dimensional display in the receiving side apparatus of FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the effect
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a first modified example of the configuration of the reception side device in FIG. 3.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of a first modified example of the configuration of the reception side device in FIG. 3.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating another example of the first modified example of the configuration of the reception side device of FIG. 3.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a second modified example of the configuration of the reception side device of FIG. 3.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a third modification of the configuration of the reception side device of FIG. 3;
  • FIG. 32 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the parallax barrier of FIG. 31. It is a perspective view showing the 1st modification of the electrode structure of FIG. It is a perspective view showing the 2nd modification of the electrode structure of FIG. It is a perspective view showing the 3rd modification of the electrode structure of FIG.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the parallax barrier of FIG. 31. It is a schematic diagram for demonstrating the method to perform three-dimensional display by time division in the receiving side apparatus of FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the method to perform three-dimensional display by time division in the receiving side apparatus of FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a transmission and reception system of a television broadcast signal 100A including a reception side apparatus 200 according to a first embodiment of the present invention.
  • This transmission / reception system includes, for example, a transmission side apparatus 100 for transmitting a television broadcast signal via a wired (cable TV etc.) or wireless (terrestrial digital waves, satellite waves etc.), and a transmitting side via the above-mentioned wired or wireless
  • a receiving device 200 for receiving a television broadcast signal from the device 100.
  • the receiving device 200 corresponds to a specific example of the “display device” in the present invention.
  • the television broadcast signal 100A includes video data for two-dimensional display (planar display) or video data for three-dimensional display (stereoscopic display).
  • the video data for two-dimensional display refers to two-dimensional video data having no viewpoint information.
  • video data for three-dimensional display refers to two-dimensional video data having viewpoint information
  • video data for three-dimensional display includes a plurality of two-dimensional video data having different viewpoints.
  • the transmission side apparatus 100 is, for example, a television broadcast signal transmission apparatus installed at a broadcast station, or a server on the Internet.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the reception side apparatus 200.
  • the reception side device 200 is a display device capable of performing two-dimensional display and three-dimensional display, and is, for example, a television that can be connected to the above-mentioned wired or wireless.
  • the receiving device 200 includes, for example, an antenna terminal 201, a digital tuner 202, a demultiplexer 203, an arithmetic circuit 204, and a memory 205.
  • the receiving device 200 also includes, for example, a decoder 206, a video signal processing circuit 207, a graphic generation circuit 208, a panel drive circuit 209, a display panel 210, a backlight 211, an audio signal processing circuit 212, an audio amplification circuit 213, and a speaker. It has 214.
  • the reception side apparatus 200 further includes, for example, a remote control reception circuit 215 and a remote control transmitter 216.
  • the backlight 211 corresponds to a specific example of the “lighting device” in the present invention.
  • the antenna terminal 201 is a terminal for inputting a television broadcast signal received by a receiving antenna (not shown).
  • the digital tuner 202 processes, for example, a television broadcast signal input to the antenna terminal 201, and outputs a predetermined transport stream corresponding to the user's selected channel.
  • the demultiplexer 203 is configured to extract, for example, a partial TS (Transport Stream) corresponding to the channel selected by the user from the transport stream obtained by the digital tuner 202.
  • the arithmetic circuit 204 controls the operation of each unit of the receiving device 200.
  • the arithmetic circuit 204 stores, for example, the partial TS obtained by the demultiplexer 203 in the memory 205, and transmits the partial TS read from the memory 205 to the decoder 206. Further, the arithmetic circuit 204 is configured to transmit, for example, a control signal 204A for specifying two-dimensional display or three-dimensional display to the video signal processing circuit 207 and the backlight 211.
  • the arithmetic circuit 204 sets the control signal 204A based on, for example, setting information stored in the memory 205, predetermined information included in the partial TS, or setting information input from the remote control reception circuit 215. It has become.
  • the memory 205 stores, for example, setting information of the reception side apparatus 200 and manages data.
  • the memory 205 can store, for example, partial TSs obtained by the demultiplexer 203 and setting information such as a display method.
  • the decoder 206 obtains video data by performing decoding processing on a video PES (Packetized Elementary Stream) packet included in the partial TS obtained by the demultiplexer 203, for example.
  • the decoder 206 is also configured to obtain audio data by performing decoding processing on an audio PES packet included in the partial TS obtained by the demultiplexer 203, for example.
  • the video data refers to video data for two-dimensional display or video data for three-dimensional display.
  • the video signal processing circuit 207 and the graphic generation circuit 208 perform, for example, multi-image processing, superimposing processing of graphic data, and the like on the video data obtained by the decoder 206 as necessary.
  • the video signal processing circuit 207 is a case where a signal designating three-dimensional display is input from the arithmetic circuit 204 as the control signal 204A, and the video data input from the decoder 206 is video data for three-dimensional display.
  • the video data input from the decoder 206 is video data for three-dimensional display.
  • one two-dimensional video data is created using a plurality of two-dimensional video data with different viewpoints included in the three-dimensional display video data input from the decoder 206, and created The video data is selected as video data to be output to the graphic generation circuit 208.
  • the video signal processing circuit 207 generates two two-dimensional video data in one horizontal direction.
  • the process of arranging the lines alternately is performed in each row to create one image data in which two two-dimensional image data are alternately arranged in the horizontal direction.
  • the video signal processing circuit 207 performs four-dimensional video data in the horizontal direction.
  • the processing of periodically arranging one by one in each row is performed in each row to create one piece of video data in which four two-dimensional video data are periodically arranged one by one in the horizontal direction.
  • the video signal processing circuit 207 is a case where a signal designating 2D display is input as a control signal 204A from the arithmetic circuit 204, and the video data input from the decoder 206 is video data for 3D display. For example, when there is any one of video data of a plurality of two-dimensional video data from different viewpoints included in the video data for three-dimensional display input from the decoder 206, the video is output to the graphic generation circuit 208 It is selected as data.
  • the video signal processing circuit 207 is a case where a signal designating 2D display is input as a control signal 204A from the arithmetic circuit 204, and video data input from the decoder 206 is video data for 2D display. When there is, for example, video data for two-dimensional display input from the decoder 206 is selected as video data to be output to the graphic generation circuit 208.
  • the graphic generation circuit 208 generates, for example, a UI (User Interface) screen used for screen display.
  • the panel drive circuit 209 drives the display panel 210 based on, for example, video data output from the graphic generation circuit 208.
  • the audio signal processing circuit 212 is configured to perform processing such as D / A conversion on the audio data obtained by the decoder 206, for example.
  • the audio amplification circuit 213 amplifies, for example, the audio signal output from the audio signal processing circuit 212 and supplies the amplified signal to the speaker 214.
  • the remote control reception circuit 215 receives, for example, the remote control signal transmitted from the remote control transmitter 216, and supplies the remote control signal to the arithmetic circuit 204.
  • the arithmetic circuit 204 is configured to control each unit of the receiving device 200 according to, for example, a remote control signal.
  • FIG. 3 illustrates an example of the cross-sectional configuration of the receiving device 200.
  • FIG. 3 is represented typically and is not necessarily the same as an actual dimension or shape.
  • the receiving device 200 includes a display panel 210 and a backlight 211 disposed behind the display panel 210.
  • the backlight 211 corresponds to a specific example of the “lighting device” in the present invention.
  • the display panel 210 is for displaying an image.
  • the display panel 210 is, for example, a transmissive liquid crystal display panel (LCD (Liquid Crystal Display)) in which each pixel is driven according to a video signal, and has a structure in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of transparent substrates.
  • the display panel 210 includes, in order from the backlight 211 side, a polarizing plate, a transparent substrate, a pixel electrode, an alignment film, a liquid crystal layer, an alignment film, a common electrode, a color filter, a transparent substrate and a polarizing plate. have.
  • the transparent substrate is made of a substrate transparent to visible light, such as a plate glass.
  • an active drive circuit including TFTs (Thin Film Transistors) and wirings electrically connected to the pixel electrodes is formed on the transparent substrate on the backlight 211 side.
  • the pixel electrode and the common electrode are made of, for example, ITO.
  • the pixel electrodes are arranged in a lattice on a transparent substrate and function as electrodes for each pixel.
  • the common electrode is formed on one surface of the color filter, and functions as a common electrode opposed to each pixel electrode.
  • the alignment film is made of, for example, a polymer material such as polyimide, and performs alignment processing on the liquid crystal.
  • the liquid crystal layer is made of, for example, liquid crystal in a VA (Vertical Alignment) mode, a TN (Twisted Nematic) mode or a STN (Super Twisted Nematic) mode, and an applied voltage from a driving circuit (not shown) causes the backlight 211 to It has a function of changing the direction of the polarization axis of the emitted light pixel by pixel. Note that the orientation of the transmission axis for each pixel is adjusted in multiple steps by changing the alignment of the liquid crystal in multiple steps.
  • VA Vertical Alignment
  • TN Transmission Nematic
  • STN Super Twisted Nematic
  • the color filter separates the light transmitted through the liquid crystal layer into, for example, three primary colors of red (R), green (G) and blue (B), or R, G, B and white (W)
  • the color filters for color separation into four colors such as are arranged in correspondence with the arrangement of the pixel electrodes.
  • the polarizing plate is a kind of optical shutter, and transmits only light (polarized light) having a certain vibration direction.
  • the polarizing plate may be an absorption-type polarizing element that absorbs light (polarization) in the vibration direction other than the transmission axis, but the reflection-type polarizing element that reflects to the backlight 211 side improves the luminance. It is preferable from the viewpoint of
  • the polarizing plates are arranged such that their polarization axes are different or parallel to each other by 90 degrees, so that the light emitted from the backlight 211 is transmitted or blocked through the liquid crystal layer.
  • the backlight 211 is a lighting device for a display device capable of performing two-dimensional display and three-dimensional display.
  • the backlight 211 illuminates the display panel 210 from behind, for example.
  • the light guide plate 10, the light source 20 disposed on the side surface of the light guide plate 10, the light modulation element 30 disposed behind the light guide plate 10, and the reflection A plate 40 and a drive circuit 50 for driving the light modulation element 30 are provided.
  • the light guide plate 10 guides the light from the light source 20 disposed on the side surface of the light guide plate 10 to the upper surface of the light guide plate 10.
  • the light guide plate 10 has a shape corresponding to the display panel 210 disposed on the upper surface of the light guide plate 10, for example, a rectangular parallelepiped shape surrounded by the upper surface, the lower surface, and the side surface.
  • the side surface which the light from the light source 20 injects among the side surfaces of the light-guide plate 10 shall be called the light-incidence surface 10A.
  • the light guide plate 10 has, for example, a predetermined patterned shape on at least one of the upper surface and the lower surface, and has a function of scattering and homogenizing the light incident from the light incident surface 10A. There is.
  • the light guide plate 10 mainly includes, for example, a transparent thermoplastic resin such as polycarbonate resin (PC) or acrylic resin (polymethyl methacrylate (PMMA)).
  • PC polycarbonate resin
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the light source 20 is a linear light source, and for example, a hot cathode fluorescent lamp (HCFL; Hot Cathode Fluorescent Lamp), a cold cathode fluorescent lamp (CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp), or a plurality of LEDs (Light Emitting Diodes) arranged in a row It consists of things etc.
  • HCFL Hot Cathode Fluorescent Lamp
  • CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp
  • the light source 20 may be configured to include, for example, a red LED, a green LED, and a blue LED.
  • the light source 20 may be provided only on one side surface of the light guide plate 10 (see FIG. 3), or may be provided on two side surfaces, three side surfaces, or all side surfaces of the light guide plate 10.
  • the reflection plate 40 is for returning light leaked out from the back of the light guide plate 10 through the light modulation element 30 to the light guide plate 10 side, and has, for example, functions such as reflection, diffusion, and scattering.
  • the reflection plate 40 is made of, for example, foamed PET (polyethylene terephthalate), a silver vapor deposition film, a multilayer reflective film, white PET, or the like.
  • the reflecting plate 40 can be omitted as required, for example, as shown in FIG.
  • the light modulation element 30 is in close contact with the back (lower surface) of the light guide plate 10 without an air layer, and for example, is bonded to the back of the light guide plate 10 via an adhesive (not shown). It is done.
  • the light modulation element 30 includes a transparent substrate 31, a lower electrode 32, an alignment film 33, a light modulation layer 34, an alignment film 35, an upper electrode 36 and a transparent substrate 37 as a reflection plate 40. It is arranged in order from the side.
  • the lower electrode 32 corresponds to one specific example of the "first electrode” in the present invention
  • the upper electrode 36 corresponds to one specific example of the "second electrode” in the present invention.
  • the transparent substrates 31 and 37 support the light modulation layer 34 and are generally made of a substrate transparent to visible light, such as a glass plate or a plastic film.
  • the lower electrode 32 is provided on the surface of the transparent substrate 31 facing the transparent substrate 37.
  • the light modulation element 30 is partially extracted. It consists of a sheet of solid film formed across the surface.
  • the upper electrode 36 is provided on the surface of the transparent substrate 37 facing the transparent substrate 31.
  • the upper electrode 36 is constituted by a plurality of partial electrodes 36A.
  • the partial electrode 36A corresponds to one specific example of the "first partial electrode" and the "second partial electrode" in the present invention.
  • the plurality of partial electrodes 36A have a band shape extending in one direction in the plane (the direction parallel to the light incident surface 10A).
  • the partial electrode 36B corresponds to one specific example of the "first partial electrode” in the present invention
  • the partial electrode 36C corresponds to one specific example of the "second partial electrode” in the present invention.
  • the plurality of partial electrodes 36 B are used to generate linear illumination light when three-dimensional display is performed in the receiving device 200.
  • the plurality of partial electrodes 36B are arranged at a pitch P1 (the same pitch as the pixel pitch P2 or a pitch close thereto) corresponding to the pixel pitch P2 (see FIG. 16) when three-dimensional display is performed in the reception side device 200.
  • the plurality of partial electrodes 36B and the plurality of partial electrodes 36C are alternately arranged in the arrangement direction (the direction orthogonal to the light incident surface 10A). When two-dimensional display is performed in the reception side apparatus 200, all the partial electrodes 36A are used to generate planar illumination light.
  • At least the upper electrode 36 (the electrode on the upper surface side of the backlight 211) of the lower electrode 32 and the upper electrode 36 is formed of a transparent conductive film.
  • the transparent conductive film preferably has, for example, the characteristics represented by the following formula (see FIG. 7A).
  • the transparent conductive film is made of, for example, a film containing indium tin oxide (ITO; Indium Tin Oxide) (hereinafter referred to as "ITO film").
  • ITO film indium tin oxide
  • the lower electrode 32 and the upper electrode 36 may be made of indium zinc oxide (IZO), metal nanowires, carbon nanotubes, graphene or the like.
  • A1-A2 ⁇ 2.00
  • A1 Maximum light absorptivity (%) at 450 nm to 650 nm
  • A2 Minimum light absorptivity (%) from 450 nm to 650 nm
  • the difference in light absorption of the transparent conductive film be small in the range of 380 to 780 nm.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the light absorptivity in the range of 380 to 780 nm is preferably 10.00 or less, more preferably 7.00 or less.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the light absorptivity is preferably 2.00 or less within the range of the wavelength range of the light source used. More preferably, it is 00 or less.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the light absorptivity is preferably 2.00 or less and 1.00 or less in the range of 450 to 650 nm. Is more preferred.
  • the absorptivity is measured using V-550 manufactured by Nippon Bunko Co., and the reflectance and transmittance are measured at 5 ° incidence from the substrate normal direction, and the value of reflectance and transmittance is subtracted from 100%. It is the absorption rate.
  • the transparent conductive film in the light modulation element 30 is in the process of propagating the light emitted from the light source 20 in the light guide plate 10.
  • the transparent conductive film is a general ITO film, for example, as shown by the broken lines in FIGS. 7B and 7C and the arrows in FIG. 8A, the distance from the light source 20 is long. As it becomes, the component on the long wavelength side increases.
  • the transparent conductive film is made of an ITO film with improved film quality, which has the characteristics shown in the above equation, it is shown, for example, in solid lines in FIGS.
  • the dye includes a dye or a pigment which absorbs, for example, light on the long wavelength side more than light on the short wavelength side.
  • Known materials can be used as the above-mentioned dyes and pigments.
  • the formation of the light modulation layer includes a process by ultraviolet irradiation
  • the light guide plate containing the dye / pigment and the light modulation element are attached to each other
  • the light emitted from the light source repeatedly passes through the light modulation element in the process of propagating in the light guide plate
  • the wavelength dependence of absorption of the light modulation element including the ITO film is suppressed.
  • the lower electrode 32 (the electrode on the lower surface side of the backlight 211) may not be a transparent material, and may be made of, for example, a metal.
  • the lower electrode 32 also has a function of reflecting light incident on the light modulation element 30 from the back of the light guide plate 10 as well as the reflection plate 40. It will be. Therefore, in this case, for example, as shown in FIG. 4, it is possible to eliminate the reflector 40.
  • the portion of the light modulation element 30 corresponding to the portion where the lower electrode 32 and the upper electrode 36 face each other is light
  • the modulation cells 30-1 and 30-2 are configured.
  • the light modulation cell 30-1 corresponds to a portion of the light modulation element 30 where the lower electrode 32 and the partial electrode 36 B face each other
  • the light modulation cell 30-2 is a portion of the light modulation element 30.
  • the lower electrode 32 and the partial electrode 36C correspond to portions facing each other.
  • the light modulation cell 30-1 and the light modulation cell 30-2 are adjacent to each other.
  • Each of the light modulation cells 30-1 and 30-2 can be independently driven by applying a predetermined voltage to the lower electrode 32 and the upper electrode 36 (partial electrode 36A).
  • the light from the light source 20 exhibits transparency or scatters. The transparency and the scattering property will be described in detail when the light modulation layer 34 is described.
  • the alignment films 33 and 35 align, for example, liquid crystals and monomers used in the light modulation layer 34.
  • the type of alignment film for example, there are an alignment film for vertical and an alignment film for horizontal, but in the present embodiment, an alignment film for horizontal is used as the alignment films 33 and 35.
  • the alignment film for horizontal use include an alignment film formed by rubbing polyimide, polyamideimide, polyvinyl alcohol and the like, and an alignment film to which a groove shape is given by transfer, etching or the like.
  • the alignment film for horizontal for example, an alignment film formed by oblique deposition of an inorganic material such as silicon oxide, a diamond-like carbon alignment film formed by ion beam irradiation, and an electrode pattern slit An alignment film is mentioned.
  • the baking temperature after applying the alignment films 33 and 35 on the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 be as low as possible in the manufacturing process.
  • 35 it is preferable to use a polyamideimide that can be formed at a temperature of 100 ° C. or less.
  • either vertical or horizontal alignment film it is sufficient if it has a function of aligning liquid crystal and monomer, and there is no need for reliability due to repeated application of voltage required for a normal liquid crystal display.
  • the reliability due to voltage application after device formation is determined by the interface between the polymerized monomer and the liquid crystal.
  • the alignment film When a voltage is used to form the alignment film, separate electrodes may be formed for alignment and driving, or dual-frequency liquid crystal in which the sign of dielectric anisotropy is reversed depending on the frequency may be used as the liquid crystal material. it can.
  • a magnetic field for formation of alignment film it is preferable to use the material with large magnetic susceptibility anisotropy as an alignment film, for example, it is preferable to use the material with many benzene rings.
  • the light modulation layer 34 exhibits scattering or transparency to the light from the light source 20 depending on the magnitude of the electric field.
  • the light modulation layer 34 is a composite layer that includes a bulk 34A and a plurality of fine particles 34B dispersed in the bulk 34A.
  • the bulk 34A and the microparticles 34B have optical anisotropy.
  • the bulk 34A corresponds to the "second region” in the present invention, and the fine particles 34B correspond to the "first region” in the present invention.
  • FIG. 9A schematically shows an example of the alignment state in the microparticles 34B when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36.
  • FIG. 9A the description of the orientation state in the bulk 34A is omitted.
  • FIG. 9B shows an example of a refractive index ellipsoid showing refractive index anisotropy of the bulk 34A and the fine particles 34B when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. is there.
  • This refractive index ellipsoid represents the refractive index of linearly polarized light incident from various directions as a tensor ellipsoid, and by looking at the cross section of the ellipsoid from the light incident direction, the refractive index is geometrically refractive index You can know In FIG. 9C, the light modulation layer 34 transmits the light L1 directed in the front direction and the light L2 directed in the oblique direction when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. Is schematically represented.
  • FIG. 10A schematically shows an example of the alignment state in the microparticles 34B when a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36.
  • FIG. 10A shows an example of a refractive index ellipsoid showing refractive index anisotropy of the bulk 34A and the fine particles 34B when a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. is there.
  • FIG. 10C when a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the light L1 directed to the front direction and the light L2 directed to the oblique direction are scattered in the light modulation layer 34. It is a schematic representation of an example of the situation.
  • the bulk 34A and the particles 34B are the optical axis AX1 and the particles of the bulk 34A.
  • the directions of the optical axes AX2 of the lens 34B are in agreement (parallel) with each other.
  • the optical axes AX1 and AX2 indicate lines parallel to the traveling direction of the light beam such that the refractive index has a single value regardless of the polarization direction.
  • the directions of the optical axis AX1 and the optical axis AX2 do not have to be always coincident with each other, and the direction of the optical axis AX1 and the direction of the optical axis AX2 may be somewhat deviated due to, for example, a manufacturing error.
  • the fine particles 34B are configured such that the optical axis AX2 is parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10. Further, for example, when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the fine particles 34B are configured such that the optical axis AX2 intersects the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 1. (See FIG. 9 (B)). The angle ⁇ 1 will be described in detail when describing the material constituting the fine particles 34B.
  • the optical axis AX1 of the bulk 34A is fixed regardless of the presence or absence of voltage application between the lower electrode 32 and the upper electrode 36.
  • the bulk 34 A has the light axis AX 1 of the bulk 34 A as the light incident surface of the light guide plate 10. It is configured to be parallel to 10A and to intersect the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at a predetermined angle ⁇ 1. That is, when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the optical axis AX1 of the bulk 34A is parallel to the optical axis AX2 of the particle 34B.
  • the optical axis AX2 does not always need to be parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and intersect the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at the angle ⁇ 1. And the angle ⁇ 1 may intersect at a slightly different angle. Further, the optical axes AX1 and AX2 need not always be parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10. For example, even if they intersect with the light incident surface 10A of the light guide plate 10 at a small angle Good.
  • the ordinary light refractive indexes of the bulk 34A and the fine particles 34B be equal to each other, and the extraordinary light refractive indexes of the bulk 34A and the fine particles 34B be equal to each other.
  • the refractive index difference is almost all in all directions including the front direction and the oblique direction. High transparency can be obtained.
  • the light L1 directed in the front direction and the light L2 directed in the oblique direction pass through the light modulation layer 34 without being scattered in the light modulation layer 34. .
  • the light L from the light source 20 (light from the oblique direction) is an interface of the transparent region 30A (the transparent substrate 31 or the light guide plate 10 with air).
  • the brightness (brightness of black display) of the transparent region 30A is lowered as compared with the case where the light modulation element 30 is not provided (the alternate long and short dashed line in FIG. 11B).
  • the bulk 34A and the fine particle 34B have the optical axis AX1 and the optical axis AX2 oriented as shown in FIG. They are mutually different (intersect) configurations.
  • the particle 34B has the optical axis AX2 of the particle 34B parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and the transparent substrate 31,
  • the surface 37 intersects with the surface 37 at an angle ⁇ 2 (eg, 90 °) larger than the angle ⁇ 1.
  • the angle ⁇ 2 will be described in detail when describing the material constituting the fine particle 34B.
  • the refractive index difference is large in all directions including the front direction and the oblique direction, and high scattering can be obtained.
  • the light L1 directed in the front direction and the light L2 directed in the oblique direction are scattered in the light modulation layer 34.
  • the light L from the light source 20 (light from the oblique direction) is the interface of the scattering region 30B (the interface between the transparent substrate 31 or the light guide plate 10 and air)
  • the light transmitted to the side of the reflection plate 40 is reflected by the reflection plate 40 and is transmitted through the light modulation element 30. Therefore, the luminance of the scattering region 30B is extremely high as compared with the case where the light modulation element 30 is not provided (the alternate long and short dash line in FIG. 11B).
  • the brightness (brightness boost) of typical white display is increased.
  • the ordinary light refractive index of the bulk 34A and the fine particles 34B may be somewhat shifted due to, for example, a manufacturing error, and is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less. Further, the extraordinary refractive index of the bulk 34A and the fine particles 34B may be somewhat shifted due to, for example, a manufacturing error, for example, preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less.
  • the difference in refractive index between the bulk 34A and the particles 34B is large, the scattering ability of the light modulation layer 34 becomes high, the light guiding condition can be easily broken, and the light from the light guide plate 10 can be easily extracted. .
  • the bulk 34A and the microparticles 34B have different response speeds to the electric field.
  • the bulk 34A has, for example, a linear structure (see FIGS. 12A and 12B), a porous structure, or a rod-like structure having a response speed slower than that of the fine particles 34B.
  • 12 (A) and 12 (B) are polarization photomicrographs when an electric field is applied to the light modulation element 30, and in FIG. 12 (A) and FIG. Corresponds to the striated structure.
  • FIG. 12 (A) shows the streak structure of the bulk 34A when the weight ratio of liquid crystal to monomer is 95: 5
  • FIG. 12 (B) shows the weight ratio of liquid crystal to monomer.
  • the bulk 34A is formed of, for example, a polymer material obtained by polymerizing low molecular weight monomers.
  • the bulk 34A is produced, for example, by polymerizing a material having orientation and polymerization (for example, a monomer) which is oriented along the orientation direction of the fine particles 34B or the orientation direction of the orientation films 33 and 35 by at least one of heat and light. It is formed.
  • the linear structure, porous structure or rod-like structure of the bulk 34A is, for example, parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and intersects the surface of the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 1.
  • the average streak tissue size in the minor axis direction is 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less from the viewpoint of increasing the scattering property of the light guide light Is preferable, and the range of 0.2 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less is more preferable.
  • the scattering ability in the light modulation element 30 becomes substantially equal in the visible region of 380 to 780 nm. Therefore, since only light of a specific wavelength component does not increase or decrease in the plane, the balance in the visible region can be balanced in the plane.
  • the average muscle tissue size in the minor axis direction is less than 0.1 ⁇ m or exceeds 10 ⁇ m, the scattering ability of the light modulation element 30 is low regardless of the wavelength, and the light modulation element 30 performs light modulation It is difficult to function as an element.
  • the average muscle tissue size in the minor axis direction is preferably in the range of 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m, and is in the range of 1 to 3 ⁇ m. Is more preferred.
  • the wavelength dependence of scattering in the bulk 34A Sex is suppressed.
  • the size of the muscle tissue can be observed with a polarization microscope, a confocal microscope, an electron microscope and the like.
  • the fine particles 34B mainly include, for example, a liquid crystal material, and have a response speed sufficiently faster than that of the bulk 34A.
  • the liquid crystal material (liquid crystal molecules) contained in the microparticles 34B is, for example, rod-like molecules.
  • liquid crystal molecules contained in the fine particles 34B it is preferable to use one having positive dielectric anisotropy (so-called positive liquid crystal).
  • the major axis direction of the liquid crystal molecules in the fine particle 34B is parallel to the optical axis AX1.
  • the major axes of the liquid crystal molecules in the fine particles 34B are parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and intersect the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 1. That is, when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the liquid crystal molecules in the fine particles 34B are aligned in an inclined state by an angle ⁇ 1 in a plane parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10. doing.
  • This angle ⁇ 1 is called a pretilt angle, and is preferably in the range of, for example, 0.1 ° or more and 30 ° or less.
  • the angle ⁇ 1 is more preferably in the range of 0.5 ° to 10 °, and still more preferably in the range of 0.7 ° to 2 °.
  • the angle ⁇ 1 is increased, the scattering efficiency tends to decrease for the reason described later.
  • the angle ⁇ 1 is too small, the rising azimuth angle of the liquid crystal at the time of voltage application varies. For example, the liquid crystal may rise in the direction opposite to 180 ° (reverse tilt). As a result, the difference in refractive index between the fine particles 34B and the bulk 34A can not be used effectively, so the scattering efficiency tends to be low and the luminance tends to be low.
  • the major axis direction of the liquid crystal molecules intersect (or are orthogonal to) the optical axis AX1 in the fine particles 34B.
  • the major axes of the liquid crystal molecules in the fine particles 34B are parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and intersect the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at an angle ⁇ 2 (eg 90 °) larger than the angle ⁇ 1.
  • any material having optical anisotropy and being composite with liquid crystal may be used, but in the present embodiment, a low molecular weight monomer cured by ultraviolet light Is preferred. Since it is preferable that the directions of optical anisotropy of the liquid crystal and those formed by polymerizing low molecular weight monomers (polymer material) coincide with each other in the state of no voltage application, before curing with ultraviolet light. Preferably, the liquid crystal and the low molecular weight monomer are aligned in the same direction.
  • liquid crystal is used as the fine particles 34B, when the liquid crystal is rod-like molecules, it is preferable that the shape of the monomer material to be used is also rod-like.
  • a material having both polymerizability and liquid crystallinity as the monomer material.
  • a polymerizable functional group an acrylate group, a methacrylate group, an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group, a vinyl ether group and an epoxy group
  • at least one functional group selected from the group consisting of These functional groups can be polymerized by irradiation with ultraviolet light, infrared light or electron beam, or by heating.
  • a liquid crystalline material having a multifunctional group can also be added in order to suppress the decrease in the degree of alignment upon irradiation with ultraviolet light.
  • a bifunctional liquid crystal monomer as a raw material of the bulk 34A.
  • a monofunctional monomer can be added to the raw material of the bulk 34A for the purpose of adjusting the temperature showing liquid crystallinity, or a trifunctional or higher monomer can be added for the purpose of improving the crosslink density.
  • the optical axis AX2 of the particle 34B is parallel or almost parallel to the optical axis AX1 of the bulk 34A, and in the other light modulation cell 30-2, the optical axis of the particle 34B
  • the magnitude of the voltage applied to the pair of electrodes (lower electrode 32 and upper electrode 36) of each of the light modulation cells 30-1 and 30-2 is controlled so that AX2 intersects or is orthogonal to the optical axis AX1 of the bulk 34A. It is supposed to be.
  • the drive circuit 50 can make the directions of the optical axes AX1 and AX2 of the bulk 34A and the microparticles 34B coincide (or substantially coincide) with each other or be different (or orthogonal) with each other by electric field control. It has become.
  • the drive circuit 50 is configured to cause the backlight 211 to output a plurality of linear illumination lights when a signal designating three-dimensional display is input as the control signal 204A. Specifically, the drive circuit 50 applies a voltage at which the light modulation layer 34 exhibits a scattering property to a specific plurality of partial electrodes 36B among the plurality of partial electrodes 36A, and a plurality of the plurality of partial electrodes 36A. A voltage showing transparency of the light modulation layer 34 is applied to the plurality of partial electrodes 36C except the partial electrode 36B.
  • the optical axis AX2 of the fine particles 34B intersects the optical axis AX1 of the bulk 34A, and all the light modulations included in the backlight 211
  • the pair of electrodes (lower electrode 32, partial electrode 36A) of each of the light modulation cells 30-1 and 30-2 such that the optical axis AX2 of the fine particles 34B is parallel to the optical axis AX1 of the bulk 34A in the cell 30-2.
  • the magnitude of the voltage applied to it is controlled.
  • the drive circuit 50 is configured to output planar illumination light from the backlight 211 when a signal designating two-dimensional display is input as the control signal 204A.
  • the drive circuit 50 is configured to apply, to all of the plurality of partial electrodes 36A, a voltage at which the light modulation layer 34 exhibits a scattering property.
  • the drive circuit 50 causes the light axis AX2 of the particles 34B to intersect the light axis AX1 of the bulk 34A.
  • the magnitude of the voltage applied to the pair of electrodes 30-1 and 30-2 (lower electrode 32 and partial electrode 36 A) is controlled.
  • a plane having a luminance distribution corresponding to video data from backlight 211 When a signal designating two-dimensional display is input as control signal 204A and a signal relating to video data is also input to drive circuit 50, a plane having a luminance distribution corresponding to video data from backlight 211.
  • the illumination light may be configured to output planar illumination light (for example, planar illumination light in which a part of the surface is dark).
  • the upper electrode 36 has a layout corresponding to the pixel of the display panel 210.
  • the drive circuit 50 causes the light modulation layer 34 to exhibit the scattering property to a part of the plurality of partial electrodes 36A according to the video data.
  • the light modulation layer 34 applies a voltage indicating transparency to the one or a plurality of partial electrodes 36A to which the voltage indicating the scattering property is not applied. It is supposed to
  • transparent conductive films 32-1 and 36-1 such as ITO are formed on the transparent substrates 31 and 37 made of a glass substrate or a plastic film substrate (FIG. 13A).
  • a resist layer is formed on the entire surface, and then an electrode pattern (lower electrode 32, upper electrode 36) is formed on the resist layer by patterning (FIG. 13B).
  • patterning for example, photolithography, laser processing, pattern printing, screen printing, or the like can be used.
  • patterning may be performed by screen printing using Merck's "hyper-etch" material, followed by predetermined heating, and then washing with water.
  • the electrode pattern is determined by the driving method and the division number of the partial drive.
  • the electrode pattern is processed, for example, at or near the pixel pitch of the display device to be used.
  • the processing width of the electrode depends on the processing method, it is preferable that it be as thin as possible in terms of light extraction efficiency.
  • the processing width of the electrode is, for example, 50 ⁇ m or less, preferably 20 ⁇ m, and more preferably 5 ⁇ m or less.
  • an electrode pattern may be formed by firing it.
  • the alignment films 33 and 35 are dried and fired (FIG. 13C).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • a temperature of about 200 ° C. is required under the atmosphere.
  • the alignment films 33 and 35 can be vacuum dried at 100 ° C. and baked. Thereafter, rubbing processing is performed on the alignment films 33 and 35.
  • the alignment films 33 and 35 function as alignment films for horizontal alignment, and it is possible to form a pretilt in the rubbing direction of the alignment films 33 and 35.
  • spacers 38 for forming a cell gap are dispersed on the alignment film 33 in a dry or wet manner (FIG. 14A).
  • the spacer 38 may be mixed in the mixture to be dropped.
  • pillar spacers can be formed by photolithography.
  • a sealing agent 39 for bonding and preventing leakage of liquid crystal is applied, for example, in a frame shape on the alignment film 35 (FIG. 14B).
  • the sealant pattern 39 can be formed by a dispenser method or a screen printing method.
  • the vacuum bonding method (One Drop Fill method, ODF method) will be described below, but it is also possible to form the light modulation cell 30-1 by a vacuum injection method, a roll bonding method, or the like.
  • a mixture 41 of liquid crystal and monomer corresponding to volume determined by the cell gap, cell area, etc. is dropped uniformly on the surface (FIG. 14 (C)).
  • a die coater or the like may be used by using the sealant pattern 39 as a bank.
  • the liquid crystal and the monomer can use the above-mentioned materials, but the weight ratio of the liquid crystal to the monomer is 98: 2 to 50:50, preferably 95: 5 to 75:25, more preferably 92: 8 to 85:15. is there.
  • the driving voltage can be lowered by increasing the ratio of liquid crystal, but if the amount of liquid crystal is too large, the whiteness at the time of voltage application decreases, the response speed decreases after the voltage is turned off, etc. There is a tendency to
  • a polymerization initiator is added to the mixture 41.
  • the monomer ratio of the polymerization initiator to be added is adjusted in the range of 0.1 to 10% by weight.
  • a polymerization inhibitor, a plasticizer, a viscosity modifier and the like can be added to the mixture 41 as necessary.
  • the monomer is solid or gel at room temperature, it is preferable to heat the nozzle, the syringe, or the substrate.
  • the cell gap can be appropriately selected from the relationship between white luminance (whiteness) and driving voltage, but is 5 to 40 ⁇ m, preferably 6 to 20 ⁇ m, and more preferably 7 to 10 ⁇ m.
  • the light modulation element 30 is manufactured.
  • the temperature of the cell it is preferable to keep the temperature of the cell unchanged when irradiating with ultraviolet light. It is preferable to use an infrared cut filter or to use a UV-LED as a light source. Since the ultraviolet light intensity affects the structure of the composite material, it is preferably adjusted appropriately from the liquid crystal material and monomer material to be used, and their composition, preferably in the range of 0.1 to 500 mW / cm 2 , more preferably 0. 5 to 30 mW / cm 2 . The driving voltage tends to be lower as the ultraviolet illumination intensity is lower, and a preferable ultraviolet illumination intensity can be selected from both of productivity and characteristics.
  • the light modulation element 30 is attached to the light guide plate 10.
  • any of adhesion and adhesion may be used, but adhesion and adhesion using a material having a refractive index as close as possible to the refractive index of the light guide plate 10 and the refractive index of the substrate material of the light modulation element 30 are preferable.
  • lead wires (not shown) are attached to the lower electrode 32 and the upper electrode 36.
  • the transparent substrate 37 having the alignment film 35 formed on the surface of the light guide plate 10 is attached in advance. It is also possible to create the backlight 211 after the combination.
  • the backlight 211 can be formed by any of the single wafer method and the roll to roll method.
  • each light modulation cell 30-1 in each light modulation cell 30-1, the optical axis AX2 of the fine particle 34B intersects or is orthogonal to the optical axis AX1 of the bulk 34A, and each light modulation cell 30- 2 so that the optical axis AX2 of the fine particles 34B is parallel or almost parallel to the optical axis AX1 of the bulk 34A, the pair of electrodes of the light modulation cells 30-1 and 30-2 (lower electrode 32, partial electrode 36A) Voltage is applied to the Thereby, in the light modulation element 30, each light modulation cell 30-1 becomes a scattering region 30B, and each light modulation cell 30-2 becomes a transmission region 30A.
  • the light emitted from the light source 20 and incident into the light guide plate 10 is transmitted through the transmission region 30A of the light modulation element 30 and scattered in the scattering region 30B of the light modulation element 30 (FIG. 11).
  • the scattered light light transmitted through the lower surface of the scattering region 30B is reflected by the reflecting plate 40, returned again to the light guide plate 10, and then emitted from the upper surface of the backlight 211.
  • light traveling toward the upper surface of the scattering region 30B is emitted from the upper surface of the backlight 211 after transmitting through the light guide plate 10.
  • each linear illumination light output in the front direction is incident on the back surface of the display panel 210.
  • each pixel row corresponds to the three-dimensional pixel 210A in the pixel array corresponding to each linear illumination light.
  • pixels at a common position in each of the three-dimensional pixels 210A for example, 210-1, 210-2, and 210 in FIG. 16.
  • Each linear illumination light is incident at substantially the same angle on ⁇ 3 or 210-4).
  • the video light modulated by the pixels is output at a predetermined angle.
  • the observer since the observer observes images of parallax different from each other with the left and right eyes, the observer recognizes that the display panel 210 displays a three-dimensional image (stereoscopic image).
  • the optical axis AX2 of the fine particle 34B intersects or is orthogonal to the optical axis AX1 of the bulk 34A.
  • a voltage is applied to the pair of electrodes (lower electrode 32 and partial electrode 36A) of each of the light modulation cells 30-1 and 30-2.
  • light emitted from the light source 20 and incident into the light guide plate 10 is scattered in the scattering region 30B formed in the entire light modulation element 30 (FIG. 17).
  • planar illumination light output in the front direction is incident on the back surface of the display panel 210.
  • two-dimensional video data for two-dimensional display is generated by the video signal processing circuit 207 corresponding to each pixel 210B.
  • planar illumination light enters each pixel 210B at all angles, and image light modulated by each pixel 210B is output from each pixel 210B.
  • the observer since the observer observes the same image with both eyes, the observer recognizes that the two-dimensional image (planar image) is displayed on the display panel 210.
  • the present embodiment there is no need to provide a parallax barrier at the time of three-dimensional display. Further, even if the parallax barrier is provided on the light emission side of the backlight 211, the light modulation layer 34 outputs light only at that time, so each linear shape output from the light modulation layer 34 The rate at which the illumination light is absorbed by the parallax barrier is very low. Further, in the present embodiment, since a cylindrical lens is not required for three-dimensional display, there is no possibility that the problem of aberration due to the cylindrical lens will occur.
  • a plurality of linear illumination lights are output from the backlight 211 by using a part of the light modulation element 30 as a scattering region, so display in three-dimensional display Both brightness and display quality can be improved.
  • PDLC is formed by mixing a liquid crystal material and an isotropic low molecular weight material and causing phase separation by ultraviolet irradiation, drying of a solvent, etc., and fine particles of the liquid crystal material are dispersed in a polymer material.
  • a composite layer has become a composite layer.
  • the liquid crystal material in this composite layer exhibits a scattering property since it is randomly oriented when no voltage is applied, but it is oriented in the electric field direction when a voltage is applied, so the ordinary light refractive index of the liquid crystal material and the refractive index of the polymer material When and are equal to each other, they exhibit high transparency in the front direction (normal direction of PDLC).
  • a light modulation element using PDLC often has a structure in which PDLC is sandwiched between two glass plates having a transparent conductive film formed on the surface.
  • the light incident from the oblique direction is refracted due to the refractive index difference between the air and the glass plate, and the light is incident at a smaller angle. It will be incident on PDLC. Therefore, large scattering does not occur in such a light modulation element. For example, when light is incident from the air at an angle of 80 °, the incident angle of the light to the PDLC is reduced to about 40 ° by refraction at the glass interface.
  • the front direction (the normal direction of PDLC)
  • the refractive index difference is large in the oblique direction.
  • the scattering in the oblique direction can not be reduced, the viewing angle characteristics are poor.
  • an optical film such as a diffusion film is provided on the light guide plate, the obliquely leaked light is also diffused in the front direction by the diffusion film or the like, so the light leakage in the front direction becomes large and the modulation ratio in the front direction becomes lower.
  • the bulk 34A and the fine particles 34B are formed mainly containing the optically anisotropic material, the scattering property is reduced in the oblique direction, and the transparency can be improved.
  • the bulk 34A and the microparticles 34B mainly include optical anisotropic materials having the same ordinary refractive index and the same extraordinary refractive index, and a voltage between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. In the region where is not applied, the directions of these optical axes coincide or almost coincide. As a result, the refractive index difference decreases or disappears in all directions including the front direction (the normal direction of the light modulation element 30) and the oblique direction, and high transparency can be obtained. As a result, light leakage in a large range of viewing angles can be reduced or almost eliminated, and viewing angle characteristics can be improved.
  • a liquid crystal having ordinary light refractive index 1.5 and extraordinary light refractive index 1.65 and a liquid crystalline monomer having ordinary light refractive index 1.5 and extraordinary light refractive index 1.65 are mixed, and the liquid crystal
  • the liquid crystalline monomer is polymerized in a state in which the liquid crystalline monomer is aligned, the optical axis of the liquid crystal and the optical axis of the polymer formed by the polymerization of the liquid crystalline monomer coincide with each other.
  • the refractive index can be matched in all directions, and in such a case, the state of high transparency can be realized, and the viewing angle characteristics can be further improved.
  • the luminance push-up is a technique for increasing the luminance when white display is performed partially as compared to the case where the entire screen is displayed white.
  • This is a commonly used technology for CRTs and PDPs.
  • the backlight since the backlight emits light uniformly throughout the image regardless of the image, it is not possible to partially increase the luminance.
  • the backlight is an LED backlight in which a plurality of LEDs are two-dimensionally arranged, it is possible to partially turn off the LEDs.
  • the luminance becomes lower than in the case where all the LEDs are turned on.
  • It is also possible to increase the luminance by increasing the current supplied to the partially lit LED, but in such a case, a large current flows in a very short time. Problems remain in terms of circuit load and reliability.
  • the bulk 34A and the fine particles 34B are formed mainly containing the optically anisotropic material, scattering in the oblique direction is suppressed, and light leaked from the light guide plate in the dark state is generated. Few. As a result, since light is guided from the partial dark state part to the partial bright state part, it is possible to realize the luminance boost without increasing the input power to the backlight 211.
  • the optical axis AX2 of the particles 34B is parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 in a region where a voltage is not applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. And, it intersects the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 1. That is, the liquid crystal molecules contained in the fine particles 34B are aligned in a state in which the liquid crystal molecules are inclined by an angle ⁇ 1 (in a state where a pretilt angle is given) in a plane parallel to the light incident surface 10A.
  • the liquid crystal material contained in the fine particles 34B does not rise in a random orientation, but in a plane parallel to the light incident surface 10A.
  • the optical axes AX1 and AX2 of the bulk 34A and the fine particles 34B intersect or are orthogonal to each other in a plane parallel to the light incident surface 10A.
  • the light vibrating perpendicularly to the transparent substrate 31 feels the difference between the extraordinary refractive index of the fine particles 34B and the ordinary refractive index of the bulk 34A. .
  • light propagating in a region where a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 contains a large amount of oblique components.
  • an acrylic light guide plate is used as the light guide plate 10
  • light in a region to which a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 propagates at an angle of 41.8 ° or more.
  • the refractive index difference is large in all directions including the oblique direction, and high scattering can be obtained, so that the display brightness can be improved.
  • the display luminance can be further improved by the effect of the above-mentioned luminance boost.
  • the optical axes AX1 and AX2 of the bulk 34A and the fine particles 34B are disposed perpendicularly to the light incident surface 10A of the light guide plate 10, and a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36
  • the liquid crystal material contained in the fine particles 34B is made to rise in a plane perpendicular to the light incident surface 10A, the light vibrating perpendicularly to the transparent substrate 31 is the same as the case described above.
  • the light vibrating in a direction parallel to the transparent substrate 31 has the ordinary light refractive index of the fine particles 34B and the ordinary refractive index of the bulk 34A. I will feel the difference.
  • the scattering efficiency of light oscillating vertically to the transparent substrate 31 is high, but the scattering efficiency of light oscillating parallel to the transparent substrate 31 is low or zero. Therefore, when the optical axes AX1 and AX2 are disposed perpendicularly to the light incident surface 10A, the scattering efficiency is lower than when the optical axes AX1 and AX2 are disposed parallel to the light incident surface 10A. Therefore, the luminance that can be extracted from the light guide plate 10 is lower than that of the light modulation element 30 of the present embodiment.
  • the present embodiment it is possible to improve the display luminance while reducing or almost eliminating the light leakage in the range where the viewing angle is large. As a result, the modulation ratio in the front direction can be increased.
  • FIG. 18 and FIG. 19 show an example of the refractive index ellipsoid of the bulk 34A and the fine particle 34B in the light modulation layer 34 of the above embodiment.
  • FIG. 18 shows an example of a refractive index ellipsoid of the bulk 34A and the fine particles 34B when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36
  • FIG. 19 shows the lower electrode 32.
  • refractive index ellipsoids of the bulk 34A and the fine particles 34B when a voltage is applied between the upper electrodes 36 is applied between the upper electrodes 36.
  • the optical axis of the bulk 34A and the optical axis of the particles 34B are incident on the light incident on the light guide plate 10. It is directed in a direction parallel to the surface 10A and in a direction intersecting the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at an angle ⁇ 1.
  • the optical axis of the bulk 34A is between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. It is in the same direction as when no voltage is applied.
  • the optical axis of the fine particles 34B is parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and directed to intersect the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 at an angle ⁇ 2 (eg, 90 °) larger than the angle ⁇ 1. .
  • the bulk 34A does not respond to the voltage change or the bulk 34A
  • the long axis direction of the stripe-like structure of the bulk 34A is in the rubbing direction (direction parallel to the light incident surface 10A (Y-axis direction in FIGS. 18 and 19)). Therefore, when a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the light which is output from the light source 20 and propagates in the light modulation layer 34 is an average of the short axis direction of the stripe-like structure of the bulk 34A.
  • the light propagating in the light modulation layer 34 is largely scattered in the thickness direction of the light modulation layer 34 and is not largely scattered in the direction parallel to the light incident surface 10A. That is, in the light modulation layer 34, the scattering property is anisotropic in the Y-axis direction and the Z-axis direction in a plane (YZ plane) parallel to the light incident surface 10A.
  • the light modulation layer 34 exhibits anisotropic scattering with respect to light that is output from the light source 20 and propagates in the light modulation layer 34.
  • the light modulation layer 34 when considered from the refractive index ellipsoid of the bulk 34A and the fine particles 34B, light propagating in the Z-axis direction in FIG. 19 is in the Y-axis direction (rubbing direction) compared to the polarization component in the X-axis direction.
  • the polarization component has higher scattering power. That is, the light modulation layer 34 exhibits anisotropic scattering in the polarization direction with respect to light propagating in the thickness direction of the light modulation layer 34.
  • FIGS. 20A and 20B show the results of measuring the emission angle characteristics of light from the light guide plate.
  • FIG. 20 (A) shows the result when the modulation layer 34 is used
  • FIG. 20 (B) shows the result when the light modulation layer showing optical isotropy in the plane. It is shown.
  • a white reflector is used on the lower surface of the light modulation layer, but a black absorbing layer is used on the lower surface of the light modulation layer instead of the white reflector to accurately know the emission characteristics from the light modulation layer and the light guide plate. Placed.
  • the amount of the component is large. Since the two light modulation layers used in the verification differ in the monomer material and liquid crystal material used, it is difficult to compare these two light extraction intensities themselves, but a material having the same optical properties as the light modulation layer is used In such a case, using the light modulation layer 34 having optical anisotropy in the plane can increase the utilization efficiency of light.
  • the scattering characteristics of the light modulation layer 34 itself were measured.
  • the matching oil 110 and the light modulation layer 34 are put in the cylindrical glass container 100, and the modulation layer 34 is irradiated with the laser light L at a large incident angle ⁇ (for example, 80 degrees) that guides light in the light guide plate. Then, the angular characteristics of the scattering were evaluated.
  • for example, 80 degrees
  • FIG. 22A shows the state of the luminance distribution projected on the measurement surface 130 when the laser light L is made incident on the light modulation layer 34 at a large incident angle ⁇ (for example, 80 degrees). Furthermore, at this time, in a plane perpendicular to the rubbing direction (corresponding to the ZX plane in FIG. 18 and FIG. 19), it is parallel to the optical axis AX1 (not shown) of the bulk 34A in the light modulation layer 34.
  • the light intensity distribution obtained when the detector 120 is scanned with the axis as the central axis is shown in FIG. The light intensity distribution at this time corresponds to the distribution in the direction (1) of FIG.
  • the light modulation layer 34 A luminance distribution obtained when the detector 120 is scanned with the central axis being an axis orthogonal to the optical axis AX1 (not shown) of the bulk 34A is shown in FIG.
  • the light intensity distribution at this time corresponds to the distribution in the direction (2) of FIG.
  • the in-plane (corresponding to the ZX plane in FIG. 18 and FIG. 19) perpendicular to the rubbing direction is in-plane parallel to the rubbing direction (FIG. 18).
  • the scattering characteristics are higher than in the ZY plane of FIG. 19), and the intensity is different by about 50 times in the front direction (exit angle 0 °) (during voltage application). That is, in the light modulation layer 34, for example, as shown in FIGS. 22A to 22C, scattering in the thickness direction (Z-axis direction) of the light modulation layer 34 is in the rubbing direction (light incident surface 10A). It is found that it has anisotropic scattering properties larger than scattering in the direction parallel to (Y direction).
  • the liquid crystal in the particles 34B in a state where the long axis direction of the stripe-like structure of the bulk 34A is directed to the rubbing direction (direction parallel to the light incident surface 10A (Y axis direction in FIG. 18 and FIG. 19)).
  • the light modulation layer 34 exhibits the above-mentioned anisotropic scattering with respect to the light emitted from the light source 20.
  • FIG. 23A shows the scattering characteristic of the light modulation layer 34.
  • FIG. 23B shows the scattering characteristics of the light modulation layer in which the liquid crystal is inclined by the voltage (the pretilt is 90 degrees).
  • FIG. 23C shows the scattering characteristics of the normal light modulation layer having in-plane optical anisotropy using an isotropic polymer. As shown in FIGS. 23A to 23C, in the light modulation layer 34, the incident light is largely scattered in the front direction as compared with the other light modulation layers, and only the light modulation layer 34 is anisotropically scattered. It turned out that it shows.
  • the reason why the light extraction from the light guide plate is excellent when such anisotropic scattering is exhibited will be described.
  • the light guide plate on which the white pattern is printed and the above-mentioned normal light modulation layer are isotropic as shown in FIGS. 24 (A) to (C).
  • the incident light is, for example, in the direction perpendicular to the in-plane direction of the light guide plate as shown in FIGS.
  • the average streaky tissue size in the minor axis direction of the bulk 34A is preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, and more preferably 0.2 ⁇ m to 2 ⁇ m. More preferably, it is in the range of not more than 0 ⁇ m.
  • a backlight according to a second embodiment of the present invention will be described.
  • alignment films for vertical use are used as the alignment films 33 and 35, and in addition, a light modulation layer 64 is provided in place of the light modulation layer 34 of the above embodiment. It differs from the configuration of the backlight 211 of the above embodiment. So, below, the explanation about the common point with the composition of the above-mentioned embodiment is omitted suitably, and the difference with the composition of the above-mentioned embodiment is mainly explained.
  • a vertical alignment film is used as the alignment films 33 and 35.
  • the vertical alignment film forms a pretilt in which a bulk 64A and fine particles 64B described later are inclined from the transparent substrate 31.
  • the alignment film for vertical it is possible to use a silane coupling material, polyvinyl alcohol (PVA), a polyimide-based material, a surfactant or the like. For example, by performing rubbing after coating and drying these materials, a pretilt is formed in the rubbing direction.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • a polyimide-based material a surfactant or the like.
  • the baking temperature after applying the alignment films 33 and 35 on the surfaces of the transparent substrates 31 and 37 be as low as possible in the manufacturing process.
  • the alignment films 33 and 35 may be pre-tilted without rubbing treatment.
  • a method of realizing it for example, there is a method of forming cells in the alignment films 33 and 35 and irradiating the cells with ultraviolet light while applying an oblique electric field by a magnetic field or a slit electrode.
  • the light modulation layer 64 is a composite layer including a bulk 64A and a plurality of fine particles 64B dispersed in the bulk 64A, as in the above embodiment.
  • the bulk 64A and the microparticles 64B have optical anisotropy.
  • FIG. 26A schematically shows an example of the alignment state in the particles 64B when a voltage is not applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36.
  • FIG. 26A shows the description of the orientation state in the bulk 64A is omitted.
  • FIG. 26B shows an example of a refractive index ellipsoid showing refractive index anisotropy of the bulk 64A and the fine particles 64B when a voltage is not applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. is there.
  • 26C shows that the light L1 directed in the front direction and the light L2 directed in the oblique direction pass through the light modulation layer 64 when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. Is schematically represented.
  • FIG. 27A schematically shows an example of the alignment state in the particles 64B when a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36.
  • FIG. 27A shows an example of a refractive index ellipsoid showing refractive index anisotropy of the bulk 64A and the fine particles 64B when a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. is there.
  • FIG. 27C when a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the light L1 directed in the front direction and the light L2 directed in the oblique direction are scattered in the light modulation layer 64. It is a schematic representation of an example of the situation.
  • the bulk 64A and the particles 64B are the optical axis AX3 of the bulk 64A and the particles.
  • the orientations of the optical axes AX4 of 64B are in agreement (parallel) with each other.
  • the optical axes AX3 and AX4 indicate lines parallel to the traveling direction of the light beam such that the refractive index has one value regardless of the polarization direction.
  • the directions of the optical axis AX3 and the optical axis AX4 do not have to be always consistent with each other, and the direction of the optical axis AX3 and the direction of the optical axis AX4 may be somewhat shifted due to, for example, a manufacturing error.
  • the optical axis AX4 is parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 when a voltage is not applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. Further, for example, when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the fine particles 64B are configured such that the optical axis AX4 intersects the normal to the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 3. (See FIG. 26 (B)). The angle ⁇ 3 will be described in detail when describing the material constituting the fine particle 64B.
  • the optical axis AX4 of the bulk 64A is constant regardless of the presence or absence of voltage application between the lower electrode 32 and the upper electrode 36.
  • the bulk 64A has the optical axis AX3 of the bulk 64A as the light incident surface of the light guide plate 10. It is configured to be parallel to 10A and to intersect the normals of the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 3. That is, when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the optical axis AX3 of the bulk 64A is parallel to the optical axis AX4 of the particle 64B.
  • optical axis AX4 it is not necessary that the optical axis AX4 always be parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and intersect the normal lines of the transparent substrates 31 and 37 at the angle ⁇ 3.
  • the normal of 37 and the angle ⁇ 3 may intersect at a slightly different angle.
  • the optical axes AX3 and AX4 need not always be parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10. For example, even if they intersect with the light incident surface 10A of the light guide plate 10 at a small angle Good.
  • the ordinary light refractive indexes of the bulk 64A and the fine particles 64B be equal to each other, and the extraordinary light refractive indexes of the bulk 64A and the fine particles 64B be equal to each other.
  • the refractive index difference is almost all in all directions including the front direction and the oblique direction. High transparency can be obtained.
  • the light L1 directed in the front direction and the light L2 directed in the oblique direction pass through the light modulation layer 64 without being scattered in the light modulation layer 64. .
  • the light L (light from the oblique direction) from the light source 20 is an interface of the transparent region 30A (transparent substrate 31 or at the interface between the light guide plate 10 and air), the brightness (brightness of black display) of the transparent region 30A is the case where the light modulation element 30 is not provided (dotted line in FIG. 11B) Lower by comparison.
  • the bulk 64A and the fine particle 64B have the optical axis AX3 and the optical axis AX4 oriented as shown in FIG. They are mutually different (intersect) configurations.
  • the particle 64B has the optical axis AX4 of the particle 64B parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and the transparent substrate 31, It intersects with the normal line 37 at an angle ⁇ 4 larger than the angle ⁇ 3 or is parallel to the surfaces of the transparent substrates 31 and 37.
  • the angle ⁇ 4 will be described in detail when describing the material constituting the fine particle 64B.
  • the light propagating in the area in which the voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 contains many oblique components.
  • an acrylic light guide plate is used as the light guide plate 10
  • light in a region to which a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 propagates at an angle of 41.8 ° or more.
  • the difference in refractive index is large, and high scattering can be obtained.
  • the light L1 directed in the front direction and the light L2 directed in the oblique direction are scattered in the light modulation layer 64.
  • the light L (light from the oblique direction) from the light source 20 is transmitted through the interface (transparent substrate) of the scattering region 30B. 31 or the interface between the light guide plate 10 and the air), and the light transmitted to the side of the reflection plate 40 is reflected by the reflection plate 40 and is transmitted through the light modulation element 30. Therefore, the luminance of the scattering region 30B is extremely high as compared with the case where the light modulation element 30 is not provided (the alternate long and short dash line in FIG. 11B).
  • the brightness (brightness boost) of typical white display is increased.
  • the ordinary light refractive indexes of the bulk 64A and the fine particles 64B may be somewhat shifted due to, for example, a manufacturing error, and for example, 0.1 or less is preferable and 0.05 or less is more preferable.
  • the extraordinary refractive index of the bulk 64A and the fine particles 64B may be somewhat shifted due to, for example, a manufacturing error, and for example, 0.1 or less is preferable and 0.05 or less is more preferable.
  • the difference in refractive index between the bulk 64A and the particles 64B is large, the scattering ability of the light modulation layer 64 is high, the light guiding condition can be easily broken, and the light from the light guide plate 10 can be easily extracted. .
  • the bulk 64A and the microparticles 64B have different response speeds to the electric field.
  • the bulk 64A has, for example, a linear structure or a porous structure that does not respond to an electric field, or a rod-like structure that has a response speed slower than that of the fine particles 64B.
  • the bulk 64A is formed of, for example, a polymer material obtained by polymerizing low molecular weight monomers.
  • the bulk 64A is produced, for example, by polymerizing a material having orientation and polymerization (for example, a monomer) which is oriented along the orientation direction of the fine particles 64B or the orientation direction of the orientation films 33 and 35 by at least one of heat and light. It is formed.
  • the fine particles 64B mainly include, for example, a liquid crystal material, and have a response speed sufficiently faster than that of the bulk 64A.
  • the liquid crystal material (liquid crystal molecules) contained in the fine particles 64B is, for example, rod-like molecules.
  • liquid crystal molecules contained in the fine particles 64B those having negative dielectric constant anisotropy (so-called negative liquid crystals) are used.
  • the major axis direction of the liquid crystal molecules in the particle 64B is parallel to the optical axis AX3.
  • the major axes of the liquid crystal molecules in the fine particles 64B are parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 and intersect the normals of the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 3. That is, when no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36, the liquid crystal molecules in the fine particles 64B are aligned in an inclined state at an angle ⁇ 3 in a plane parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10. doing.
  • the angle ⁇ 3 is called a pretilt angle, and is preferably in the range of, for example, 0.1 ° to 30 °.
  • the angle ⁇ 3 is more preferably in the range of 0.5 ° to 10 °, and still more preferably in the range of 0.7 ° to 2 °. If the angle ⁇ 3 is reduced, the scattering efficiency tends to decrease for the reason described later.
  • the angle ⁇ 3 is too large (for example, approximately 90 °), the falling azimuth angle of the liquid crystal varies when a voltage is applied. For example, the liquid crystal may fall in the direction opposite to 180 ° (reverse tilt). As a result, the difference in refractive index between the fine particles 64B and the bulk 64A can not be used effectively, so the scattering efficiency tends to be low and the luminance tends to be low.
  • the major axis direction of the liquid crystal molecules in the fine particle 64B intersects (or is orthogonal to) the optical axis AX3.
  • any material having optical anisotropy and being composite with liquid crystal may be used, but in the present embodiment, a low molecular weight monomer cured by ultraviolet light Is preferred. Since it is preferable that the directions of optical anisotropy of the liquid crystal and those formed by polymerizing low molecular weight monomers (polymer material) coincide with each other in the state of no voltage application, before curing with ultraviolet light. Preferably, the liquid crystal and the low molecular weight monomer are aligned in the same direction.
  • liquid crystal is used as the fine particles 64B, when the liquid crystal is rod-like molecules, it is preferable that the shape of the monomer material to be used is also rod-like.
  • a material having both polymerizability and liquid crystallinity as the monomer material.
  • a polymerizable functional group an acrylate group, a methacrylate group, an acryloyloxy group, a methacryloyloxy group, a vinyl ether group and an epoxy group
  • at least one functional group selected from the group consisting of These functional groups can be polymerized by irradiation with ultraviolet light, infrared light or electron beam, or by heating.
  • a liquid crystalline material having a multifunctional group can also be added in order to suppress the decrease in the degree of alignment upon irradiation with ultraviolet light.
  • a bifunctional liquid crystal monomer as a raw material of the bulk 64A.
  • a monofunctional monomer can be added to the bulk 64A raw material for the purpose of adjusting the temperature showing liquid crystallinity, or a trifunctional or higher monomer can be added for the purpose of improving the crosslink density.
  • the pair of electrodes of the light modulation cells 30-1 and 30-2 (lower electrode 32, partial electrode 36A) Voltage is applied to the Thereby, the light emitted from the light source 20 and incident into the light guide plate 10 is transmitted through the transmission region 30A in the light modulation element 30 in which the optical axis AX3 and the optical axis AX4 are parallel or substantially parallel to each other.
  • the light emitted from the light source 20 and incident into the light guide plate 10 is scattered in the light modulation element 30 in the scattering region 30B in which the optical axis AX3 and the optical axis AX4 intersect or are orthogonal to each other (see FIG. 11).
  • the scattered light light transmitted through the lower surface of the scattering region 30B is reflected by the reflecting plate 40, returned again to the light guide plate 10, and then emitted from the upper surface of the backlight 211.
  • light traveling toward the upper surface of the scattering region 30B is emitted from the upper surface of the backlight 211 after transmitting through the light guide plate 10.
  • each linear illumination light output in the front direction is incident on the back surface of the display panel 210.
  • each pixel row corresponds to the three-dimensional pixel 210A in the pixel array corresponding to each linear illumination light.
  • pixels at a common position in each of the three-dimensional pixels 210A for example, 210-1, 210-2, and 210 in FIG. 16.
  • Each linear illumination light is incident at substantially the same angle on ⁇ 3 or 210-4).
  • the video light modulated by the pixels is output at a predetermined angle.
  • the observer since the observer observes images of parallax different from each other with the left and right eyes, the observer recognizes that the display panel 210 displays a three-dimensional image (stereoscopic image).
  • the optical axis AX4 of the fine particle 64B intersects or is orthogonal to the optical axis AX3 of the bulk 64A.
  • a voltage is applied to the pair of electrodes (lower electrode 32 and partial electrode 36A) of each of the light modulation cells 30-1 and 30-2.
  • light emitted from the light source 20 and incident into the light guide plate 10 is scattered in the scattering region 30B formed in the entire light modulation element 30 (FIG. 17).
  • planar illumination light output in the front direction is incident on the back surface of the display panel 210.
  • two-dimensional video data for two-dimensional display is generated by the video signal processing circuit 207 corresponding to each pixel 210B.
  • planar illumination light enters each pixel 210B at all angles, and image light modulated by each pixel 210B is output from each pixel 210B.
  • the observer since the observer observes the same image with both eyes, the observer recognizes that the two-dimensional image (planar image) is displayed on the display panel 210.
  • the light modulation layer 64 outputs light only in a linear manner at that time, and therefore each linear light output from the light modulation layer 64 The rate at which the illumination light is absorbed by the parallax barrier is very low. Further, in the present embodiment, since a cylindrical lens is not required for three-dimensional display, there is no possibility that the problem of aberration due to the cylindrical lens will occur.
  • a plurality of linear illumination lights are output from the backlight 211 by using a part of the light modulation element 30 as a scattering region, so display in three-dimensional display Both brightness and display quality can be improved.
  • the bulk 64A and the fine particles 64B are formed mainly containing the optical anisotropic material, the scattering property is reduced in the oblique direction, and the transparency can be improved.
  • the bulk 64A and the fine particle 64B mainly include optical anisotropic materials having the same ordinary refractive index and the same extraordinary refractive index, and the voltage between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 In the region where is not applied, the directions of these optical axes coincide or almost coincide.
  • the refractive index difference decreases or disappears in all directions including the front direction (the normal direction of the light modulation element 30) and the oblique direction, and high transparency can be obtained.
  • light leakage in a large range of viewing angles can be reduced or almost eliminated, and viewing angle characteristics can be improved.
  • a liquid crystal having ordinary light refractive index 1.5 and extraordinary light refractive index 1.65 and a liquid crystalline monomer having ordinary light refractive index 1.5 and extraordinary light refractive index 1.65 are mixed, and the liquid crystal
  • the liquid crystalline monomer is polymerized in a state in which the liquid crystalline monomer is aligned, the optical axis of the liquid crystal and the optical axis of the polymer formed by the polymerization of the liquid crystalline monomer coincide with each other.
  • the refractive index can be matched in all directions, and in such a case, the state of high transparency can be realized, and the viewing angle characteristics can be further improved.
  • the bulk 64A and the fine particles 64B are mainly formed including the optically anisotropic material, the scattering in the oblique direction is suppressed, and the leakage light from the light guide plate in the dark state is small. Therefore, since the light is guided from the partial dark state part to the partial bright state part, luminance boost can be realized without increasing the power input to the backlight.
  • the optical axis AX4 of the fine particles 64B is parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 in a region where a voltage is not applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36. And it intersects with the normal of the transparent substrates 31 and 37 at a slight angle ⁇ 3. That is, the liquid crystal molecules contained in the fine particles 64B are aligned in a state in which the liquid crystal molecules are inclined by an angle ⁇ 3 in a plane parallel to the light incident surface 10A (a state in which the pretilt angle is given).
  • the liquid crystal material contained in the fine particles 64B does not fall in random orientation, and falls down in a plane parallel to the light incident surface 10A.
  • the optical axes AX3 and AX4 of the bulk 64A and the fine particle 64B intersect or are orthogonal to each other in a plane parallel to the light incident surface 10A.
  • the light vibrating perpendicularly to the transparent substrate 31 feels the difference between the ordinary light refractive index of the fine particles 64B and the extraordinary light refractive index of the bulk 64A. .
  • light propagating in a region where a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 contains a large amount of oblique components.
  • an acrylic light guide plate is used as the light guide plate 10
  • light in a region to which a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 propagates at an angle of 41.8 ° or more.
  • the refractive index difference becomes large, and high scattering property can be obtained, so that the display brightness can be improved.
  • the display luminance can be further improved by the effect of the above-mentioned luminance boost.
  • the optical axes AX3 and AX4 of the bulk 64A and the fine particles 64B are disposed perpendicularly to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 when no voltage is applied, a voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36
  • the liquid crystal material contained in the particles 64B is made to fall in a plane perpendicular to the light incident surface 10A, the light oscillating perpendicularly to the transparent substrate 31 is the particles as in the case described above.
  • the difference between the ordinary light refractive index of 64B and the extraordinary light refractive index of bulk 64A but the light vibrating in the direction parallel to transparent substrate 31 is the difference between the ordinary light refractive index of fine particles 64B and the ordinary light refractive index of bulk 64A.
  • the scattering efficiency of light oscillating vertically to the transparent substrate 31 is high, but the scattering efficiency of light oscillating parallel to the transparent substrate 31 is low or zero. Therefore, when the optical axes AX3 and AX4 are disposed perpendicularly to the light incident surface 10A, the scattering efficiency is lower than when the optical axes AX3 and AX4 are disposed parallel to the light incident surface 10A. Therefore, the luminance that can be extracted from the light guide plate 10 is lower than that of the light modulation element 30 of the present embodiment.
  • the liquid crystal tilts in random directions, so the refractive index difference is the optical axis of the bulk 64A and the fine particle 64B.
  • the difference between the refractive index when AX3 and AX4 are parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10 is the average of the refractive index difference when perpendicular. Therefore, also in these cases, the luminance that can be taken out is lower than when the optical axes AX3 and AX4 of the bulk 64A and the fine particles 64B are parallel to the light incident surface 10A of the light guide plate 10.
  • the present embodiment it is possible to improve the display luminance while reducing or almost eliminating the light leakage in the range where the viewing angle is large. As a result, the modulation ratio in the front direction can be increased.
  • the light modulation element 30 is in close contact with and is joined to the back (lower surface) of the light guide plate 10 without an air layer interposed therebetween.
  • the light modulation element 30 may be provided inside the light guide plate 10, for example, as shown in FIG. However, even in this case, it is necessary that the light modulation element 30 be in close contact with and be joined to the light guide plate 10 without an air layer.
  • an optical sheet 60 for example, a diffusion plate, a diffusion sheet, a lens film, A polarization separation sheet or the like may be provided.
  • part of the light emitted obliquely from the light guide plate 10 rises in the front direction, so that the modulation ratio can be effectively improved.
  • a parallax barrier 70 may be provided on the light emission side of the backlight 211.
  • the parallax barrier 70 limits the light output area of the backlight 211 to an area facing the plurality of partial electrodes 36B or an area corresponding thereto, and an area adjacent to the scattering area 30B (for example, And the noise light which may be output from the end of the transmission region 30A).
  • the parallax barrier 70 extends the light output area of the backlight 211 to an area where the lower electrode 32 and the upper electrode 36 face each other or an area corresponding thereto. And transmits the light output from the light modulation element 30.
  • the parallax barrier 70 corresponds to one specific example of the “light transmission region control unit” in the present invention.
  • the parallax barrier 70 includes, in order from the light guide plate 10 side, the polarizing plate 71, the transparent substrate 72, the transparent electrode 73, the alignment film 74, the liquid crystal layer 75, the alignment film 76, and the transparent electrode 77. , A transparent substrate 78 and a polarizing plate 79.
  • the transparent substrates 72 and 78 are made of a substrate transparent to visible light, for example, a plate glass. Although not shown, for example, an active drive circuit including TFTs and wirings electrically connected to the transparent electrode 73 is formed on the transparent substrate on the light guide plate 10 side.
  • the transparent electrodes 73 and 77 are made of, for example, ITO.
  • the transparent electrode 73 is composed of a plurality of partial electrodes 73A. The plurality of partial electrodes 73A are formed on the transparent substrate 72.
  • the plurality of partial electrodes 73A have a band shape extending in one direction in the plane (the direction parallel to the light incident surface 10A).
  • the width W3 of a specific plurality of partial electrodes 73B among the plurality of partial electrodes 73A is narrower than the width W4 of the plurality of partial electrodes 73C excluding the plurality of partial electrodes 73B among the plurality of partial electrodes 73A.
  • the plurality of partial electrodes 73B are used for transmitting and blocking linear illumination light when three-dimensional display is performed in the receiving device 200.
  • the plurality of partial electrodes 73B are arranged at a pitch P3 (the same pitch as the pixel pitch P2 or a pitch close thereto) corresponding to the pixel pitch P2 (see FIG.
  • the plurality of partial electrodes 73B and the plurality of partial electrodes 73C are alternately arranged in the arrangement direction (the direction orthogonal to the light incident surface 10A).
  • all the partial electrodes 73A are used to generate planar illumination light.
  • the transparent electrodes 77 are formed on one surface of the transparent substrate 78, and function as common electrodes opposed to the respective partial electrodes 73A.
  • the alignment films 74 and 76 are made of, for example, a polymer material such as polyimide, and perform alignment processing on the liquid crystal.
  • the liquid crystal layer 75 is made of, for example, a VA mode, TN mode or STN mode liquid crystal, and the direction of the polarization axis of light from the light guide plate 10 is changed by the voltage applied from the drive circuit 50 every facing portion with the partial electrode 73A.
  • the polarizing plates 71 and 79 are a kind of optical shutter, and transmit only light (polarized light) having a certain vibration direction.
  • the polarizing plates 71 and 79 may be absorption type polarization elements that absorb light (polarization) in the vibration direction other than the transmission axis, but are reflection type polarization elements that are reflected to the light guide plate 10 side. It is also good.
  • the polarizing plates 71 and 79 are disposed so that their polarization axes are different from each other by 90 degrees or in parallel, so that light from the light guide plate 10 side is transmitted or blocked through the liquid crystal layer 75. It has become.
  • the drive circuit 50 causes the parallax barrier 70 to function as a slit-like light transmission unit. Specifically, the drive circuit 50 applies a voltage at which the parallax barrier 70 exhibits transparency to a plurality of specific partial electrodes 73B among the plurality of partial electrodes 73A, and a plurality of the plurality of partial electrodes 73A. A voltage with which the parallax barrier 70 exhibits a light shielding property is applied to the plurality of partial electrodes 73C except the partial electrode 73B.
  • the drive circuit 50 is configured to cause the entire parallax barrier 70 to function as a light transmission portion when a signal for designating two-dimensional display is input as the control signal 204A. Specifically, the drive circuit 50 applies a voltage at which the parallax barrier 70 exhibits transparency to each of the partial electrodes 73A.
  • the parallax barrier 70 is provided on the light emission side of the backlight 211, when a plurality of linear illumination lights are output from the light modulation element 30, they are adjacent to the scattering area 30B. Noise light that can be output from the area can be blocked. Thereby, at the time of three-dimensional display, light is incident on each pixel 210-1, 210-2, 210-3 or 210-4 (see FIG. 16) at an angle different from the angle at which each linear illumination light is incident. Light can be reduced. As a result, clear three-dimensional video can be obtained.
  • the lower electrode 32 is a solid film
  • the upper electrode 36 is constituted by a plurality of strip-like partial electrodes 36A.
  • the lower electrode 32 may be configured of a plurality of strip-like partial electrodes 32A
  • the upper electrode 36 may be a solid film.
  • each partial electrode 32A has the same configuration as each partial electrode 36A.
  • the lower electrode 32 may be configured by a plurality of strip-shaped partial electrodes 32A
  • the upper electrode 36 may also be configured by a plurality of strip-shaped partial electrodes 36A.
  • the lower electrode 32 may be a solid film
  • the upper electrode 36 may be a block-like partial electrode (not shown) with a fine lead-out line arranged in a matrix.
  • each partial electrode included in a plurality of specific rows parallel to the light incident surface 10A is the above-described partial electrode 36B and is parallel to the light incident surface 10A.
  • Each partial electrode included in another example is the above-mentioned partial electrode 36C.
  • the side part of the lower side electrode 32 and the upper side electrode 36 was linear in each said embodiment and those modifications, it may be nonlinear.
  • the side portion of the partial electrode 36B adjacent to the partial electrode 36C may have an uneven shape.
  • the side portion of the partial electrode 36C adjacent to the partial electrode 36B may have an uneven shape.
  • the side portion of the partial electrode 32B adjacent to the partial electrode 32C may have an uneven shape.
  • a side portion of the partial electrode 32C adjacent to the partial electrode 32B may have an uneven shape.
  • the concavo-convex shape formed on each of the partial electrodes 32B, 32C, 36B, 36C is, for example, a zigzag shape, a wave shape, a lamp shape, a trapezoidal shape or a random shape as shown in FIGS. It has become.
  • 36B (32B) means 36B or 32B, and the same applies to other symbols.
  • each partial electrode 36B is constituted by a plurality of convex parts 36D arranged along the side part, and the concavo-convex shape of each partial electrode 36C is a plurality of convex parts 36E arranged along the side part It is composed of The plurality of convex portions 36D and the plurality of convex portions 36E are alternately arranged, for example, as shown in FIGS. 36 (A) to 36 (E).
  • each partial electrode 32B is constituted by a plurality of convex portions 32D arranged along the side part
  • the concavo-convex shape of each partial electrode 32C is equal to a plurality of convex parts arranged along the side part It is comprised by the convex part 32E.
  • the plurality of convex portions 32D and the plurality of convex portions 32E are alternately arranged, for example, as shown in FIGS. 36 (A) to (E).
  • the width of the gap (slit portion) between the side portion of each partial electrode 36B on which the uneven shape is formed and the side portion on which the uneven shape of each partial electrode 36C is formed is smaller than a predetermined size There is. Similarly, the width of the gap (slit portion) between the side portion of each partial electrode 32B on which the uneven shape is formed and the side portion on which the uneven shape of each partial electrode 32C is formed is also a predetermined size or less It has become.
  • the tip 36F of each convex portion 36D is disposed outside the concave portion 36G formed between two convex portions 36E adjacent to each other.
  • the tip 32F of each convex portion 32D is disposed outside the concave portion 32G formed between two convex portions 32E adjacent to each other. ing.
  • the tip 36F of each convex portion 36D may be disposed in the concave portion 36G.
  • the tip 32F of each protrusion 32D may be disposed in the recess 32G.
  • the slit portion It is preferable that the width of is as narrow as possible. On the other hand, when it is desired to positively blur the edge of the luminance profile of the linear illumination light, it is preferable that the width of the slit portion is not narrowed too much.
  • the edge of the luminance profile of the linear illumination light is blurred, for example, it is possible to eliminate the sudden switching of the display image when the viewer (not shown) moves.
  • each partial electrode 36B and each partial electrode 36C it is not necessary to provide the uneven shape on both sides adjacent to each other, and the uneven shape may be provided on only one of the side portions. It is also good.
  • each partial electrode 32B and each partial electrode 32C it is not necessary that the concavo-convex shape is necessarily provided on both sides adjacent to each other, and the concavo-convex shape is provided on only one of the side parts. May be
  • the lower electrode 32 and the upper electrode 36 are not patterned in the inside, but may be formed in at least one of the lower electrode 32 and the upper electrode 36. Patterning may be applied. In this case, the pattern density of the patterned electrode of the lower electrode 32 and the upper electrode 36 is different according to the distance from the light source 20.
  • the partial electrode 36A When the partial electrode 36A is patterned, for example, as shown in FIGS. 38A and 38B, the partial electrode 36A is provided with a plurality of openings H1, and the density of the openings H1 is the upper side
  • the entire electrode 36 is different depending on the distance from the light source 20.
  • the shape of the opening H1 is, for example, circular as shown in FIGS. 38 (A) and 38 (B).
  • the shape of the opening H1 may be any other shape, and may be, for example, an elliptical shape or a polygonal shape. In the example shown in FIG.
  • the number of openings H1 of per unit area has a constant regardless of the distance from the light source 20, the diameter r 1 of the opening H1, the distance from the light source 20 Is getting smaller as
  • the diameter r 1 near the light source 20 is a 2
  • the diameter r 1 at the most distance from the light source 20 is a 3 ( ⁇ a 2 ). It is illustrated. Therefore, in any of the examples shown in FIGS.
  • the density of the openings H1 becomes sparser as the distance from the light source 20 becomes longer ( Smaller).
  • the pattern density of the upper electrode 36 (the occupancy of the portion of the upper electrode 36 other than the opening H1 per unit area) becomes denser (larger) as the distance from the light source 20 increases. .
  • the partial electrode 32A When the partial electrode 32A is patterned, for example, as shown in FIGS. 39A and 39B, the partial electrode 32A is provided with a plurality of openings H2, and the density of the openings H2 is lower
  • the entire side electrode 32 varies depending on the distance from the light source 20.
  • the density of the openings H2 may be different depending on the distance from the light source 20, or may be constant regardless of the distance from the light source 20.
  • the shape of the opening H2 may be another shape, for example, an elliptical shape or a polygonal shape. In the example shown in FIG.
  • the number of openings H2 of per unit area has a constant regardless of the distance from the light source 20, the diameter r 2 of the opening H2, the distance from the light source 20 Is getting smaller as Note that if the FIG. 39 (B), and the diameter r 2 of the light source 20 near a a 5, the diameter r 2 of the farthest from the light source 20 is in the a 6 ( ⁇ a 5) It is illustrated. Therefore, in any of the examples shown in FIGS.
  • the density of the openings H2 (the occupancy of the openings H2 per unit area) becomes sparser as the distance from the light source 20 becomes longer ( Smaller).
  • the pattern density of the lower electrode 32 (the occupancy ratio per unit area of the portion of the lower electrode 32 other than the opening H2 of the lower electrode 32) becomes denser (larger as the distance from the light source 20 increases) Yes).
  • both of the partial electrodes 32A and 36A are patterned, the patterning shown in, for example, FIG. 38 (A) or 38 (B) is performed on the partial electrode 36A, and for example, FIG. The patterning shown in FIG. 39A or FIG. 39B is performed.
  • the pattern density of both of the partial electrodes 32A and 36A does not necessarily have to be different depending on the distance from the light source 20.
  • the pattern density of the partial electrode 32A (density of the opening H2) differs depending on the distance from the light source 20 with respect to the entire lower electrode 32, or the pattern density of the partial electrode 36A (density of the opening H1) May differ depending on the distance from the light source 20 with respect to the entire upper electrode 36.
  • the opening H1 may be provided at a position completely facing the opening H2, but the opening H1 is provided at a position facing a part of the opening H2. It is preferable that the opening H2 be provided or not be opposed to the opening H2.
  • the diameter of the opening H1 and the diameter of the opening H2 may be equal to each other or may be different from each other.
  • the inside of at least one of the lower electrode 32 and the upper electrode 36 is patterned. Furthermore, the pattern density of the patterned electrode of the lower electrode 32 and the upper electrode 36 is different depending on the distance from the light source 20 with respect to the entire electrode. Therefore, the density distribution of the transparent area and the scattering area in the light emission area can be made a desired distribution. Thereby, the luminance on the light source 20 side of the light emission area of the backlight 211 is suppressed lower than in the case where the light modulation element 30 is not provided, and the light emission area of the backlight 211 on the opposite side to the light source 20 The luminance can be higher than in the case where the light modulation element 30 is not provided.
  • the in-plane luminance is equalized not only when the entire light emission area of the backlight 211 is in the dark state, but also when, for example, the entire light emission area of the backlight 211 is in the bright state.
  • black display is performed in a region closer to the light source 20 than a region to display white and a region farther from the light source 20 than a region to display white, it is possible to equalize the black luminance of these regions Become. From the above, in the present modification, it is possible to increase the modulation ratio while making the in-plane luminance uniform.
  • the same voltage may be applied from drive circuit 50 to each partial electrode 36A regardless of the distance from light source 20.
  • a voltage corresponding to the distance from 20 may be applied from the drive circuit 50.
  • the same voltage may be applied from drive circuit 50 to each partial electrode 32A regardless of the distance from light source 20.
  • a voltage according to the distance from the light source 20 may be applied from the drive circuit 50.
  • each partial electrode 36A or each partial electrode 32A when a voltage corresponding to the distance from the light source 20 is applied to each partial electrode 36A or each partial electrode 32A, illumination light such that only a part of the top surface of the backlight 211 has white brightness
  • the white light is output, it is possible to reduce the possibility of causing a difference in the magnitude of the white brightness when the portion to be the white brightness is close to the light source 20 and when it is far from the light source 20.
  • each partial electrode 36A may be further configured by a plurality of microelectrodes.
  • each partial electrode 32A may be further configured by a plurality of microelectrodes.
  • upper electrode 36 configured as a solid film may be configured by a plurality of microelectrodes.
  • the lower electrode 32 configured as a solid film may be configured by a plurality of microelectrodes.
  • one partial electrode 32A of two partial electrodes 32A adjacent to each other is provided.
  • a partial electrode 32H may be further provided in a gap between the concave and convex shape and the concave and convex shape of the other partial electrode 32A so as to extend along the concave and convex shape of the side portion of the partial electrode 32A.
  • a power supply (not shown) for applying a voltage to the partial electrodes 36A, 36H, 32A, 32H is provided, and the following formula is satisfied for the partial electrodes 36A, 36H, 32A, 32H from this power supply It is preferable to apply a voltage.
  • V1 voltage that the power supply applies to one of two adjacent partial electrodes 36A
  • V2 voltage that the power supply applies to the partial electrode 36H
  • V3 voltage that the power supply applies to the other of two adjacent partial electrodes 36A
  • V4 voltage that the power supply applies to one of two adjacent partial electrodes 32A
  • V5 voltage that the power supply applies to the partial electrode 32H
  • V6 voltage that the power supply applies to the other of the two adjacent partial electrodes 32A
  • each partial electrode 36B or each partial electrode 32B may be configured of, for example, a plurality of microelectrodes.
  • the plurality of microelectrodes may be arranged in a rectangular shape as a whole, for example, as shown in FIG. 41, the plurality of microelectrodes 36B-1 and 36B-2 may be arranged in a plane. They may be arranged diagonally inside (step barrier type).
  • step barrier type when each partial electrode 36B or each partial electrode 32B extends in an oblique direction in the plane, or the plurality of micro electrodes 36B-1 and 36B-2 described above are arranged in the oblique direction in the plane.
  • the partial electrodes 73B in the parallax barrier 70 also extend in the same direction (in the oblique direction).
  • a drive circuit (not shown) for driving the display panel 210 may drive the display panel 210 in a time-division manner.
  • the drive circuit 50 switches the output point of the linear illumination light in the three-dimensional display of the backlight 211 in synchronization with the switching of the display of the display panel 210.
  • the drive circuit 50 outputs linear illumination light from the portion corresponding to the odd-numbered electrode counted from the light source 20 side among the plurality of partial electrodes 36B (32B), As shown in FIG.
  • linear illumination light is output from a location corresponding to even-numbered electrodes counted from the light source 20 side among the plurality of partial electrodes 36B (32B).
  • a drive circuit (not shown) for driving the display panel 210 applies a voltage corresponding to the video signal to the pixel corresponding to the portion on which the linear illumination light is incident among the plurality of pixels of the display panel 210. Apply. By performing this switching at a high speed, the observer can perceive twice as many pixels as the number of pixels that are lit at the moment, and the substantial resolution can be increased.

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Abstract

 三次元表示における表示輝度および表示品質の双方を向上させることの可能な表示装置、およびそのような表示装置用の照明装置を提供する。三次元表示のときに、光変調素子30において、各光変調セル30-1が散乱領域30Bとなり、各光変調セル30-2が透過領域30Aとなる。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、透過領域30Aを透過し、散乱領域30Bにおいて散乱されるので、正面方向に複数の線状照明光が出力される。正面方向に出力された各線状照明光が表示パネル210の背面に入射し、各三次元用画素210A内の共通の位置にある画素210-1,210-2,210-3または210-4には、各線状照明光が略同一の角度で入射するので、各三次元用画素210A内の共通の位置にある画素からは、その画素によって変調された映像光が所定の角度で出力される。

Description

表示装置および照明装置
 本発明は、二次元表示(平面表示)と三次元表示(立体表示)を行うことの可能な表示装置、およびそのような表示装置のバックライトとして好適に適用可能な照明装置に関する。
 三次元表示の可能な表示装置には、専用の眼鏡をかけることが必要なものと、専用の眼鏡が不要なものがある。後者の表示装置では、裸眼で立体映像を視認することができるようにするために、レンチキュラーレンズや、視差バリア(パララックスバリア)が用いられている。これらによって、映像情報が左右の目に振り分けられることにより、左右の目で異なる映像が観察され、その結果、三次元表示が可能となる。
 三次元表示では、臨場感があるが、解像度が落ちる。このため、解像度を損なうことなく、二次元表示を行う技術が特許文献1に開示されている。特許文献1では、液晶素子によってパララックスバリアが構成され、三次元表示のときは不透過部分を作ることで液晶素子がパララックスバリアとなる。そして、二次元表示のときは、全面を透過状態とすることで、液晶素子がパララックスバリアとならず、表示画面上の全ての映像が左右の目に同様に入射することから、二次元表示が可能となる。
特開平3-119889 特開平11-285030
 しかし、特許文献1に記載の方法では、三次元表示のときにパララックスバリアによって、光が吸収されてしまい、表示輝度が低いという問題があった。
 特許文献2には、パララックスバリアの代わりに、シリンドリカルレンズと、高分子分散液晶(PDLC;PolymerDispersed Liquid Crystal)とを用いることによって、輝度の減少を抑える技術が開示されている。しかし、特許文献2に記載の方法では、観察者が表示画面を斜めから見たときに、シリンドリカルレンズの収差により、表示品質が悪くなるという問題があった。
 本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、三次元表示における表示輝度および表示品質の双方を向上させることの可能な表示装置、およびそのような表示装置用の照明装置を提供することにある。
 本発明の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を有すると共に、複数の画素が二次元表示用または三次元表示用の画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明する照明装置とを備えたものである。この表示装置に搭載された照明装置は、離間して互いに対向配置された第1透明部材および第2透明部材と、第1透明部材の側面に配置された光源とを備えている。この照明装置は、また、第1透明部材の表面に設けられた第1電極と、第2透明部材の表面に設けられた第2電極と、第1透明部材と第2透明部材との間隙に設けられ、かつ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と、第1電極および第2電極を利用して光変調層を駆動する駆動部とを備えている。光変調層は、光学異方性を有すると共に電場に対する応答速度が互いに異なる第1領域および第2領域を含んでいる。第1領域は、液晶材料を主に含んで構成されている。第2領域は、高分子材料を主に含んで構成され、かつ電場に対する応答速度が第1領域の応答速度よりも遅い筋状構造、多孔質構造または棒状構造となっている。第1電極および第2電極の少なくとも一方が、複数の部分電極からなる。駆動部は、三次元表示を行うときには、複数の部分電極のうち特定の複数の第1部分電極に、光変調層が散乱性を示す電圧を印加するようになっている。駆動部は、さらに、複数の部分電極のうち複数の第1部分電極を除く複数の第2部分電極に、光変調層が透明性を示す電圧を印加することにより、複数の線状照明光を出力させるようになっている。
 本発明の表示装置において、駆動部は、二次元表示を行うときには、例えば、複数の部分電極の全部に、光変調層が散乱性を示す電圧を印加することにより、面全体が明るい面状照明光を出力させるようになっている。また、駆動部は、二次元表示を行うときには、例えば、複数の部分電極の一部に、光変調層が散乱性を示す電圧を印加するとともに、複数の部分電極のうち、光変調層が散乱性を示す電圧を印加していない1または複数の部分電極に、光変調層が透明性を示す電圧を印加することにより、面内の一部が暗い面状照明光を出力させるようになっている。
 本発明の照明装置は、二次元表示と三次元表示を行うことの可能な表示装置用の照明装置である。この照明装置は、上記の表示装置と同一の構成要素を備えている。
 本発明の照明装置および表示装置では、光変調層内に、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が設けられている。これにより、導光板内を伝播している光を、散乱性を示す領域(散乱領域)から取り出すことができる。また、本発明では、三次元表示を行うときには、特定の複数の第1部分電極に、光変調層が散乱性を示す電圧が印加されるとともに、複数の第2部分電極に、光変調層が透明性を示す電圧が印加されることにより、複数の線状照明光が出力される。これにより、各線状照明光が表示パネルの背面に入射するので、例えば、各線状照明光に対応する画素配列において各画素行が三次元用画素となるように三次元用の映像信号が入力されたときには、各三次元用画素内の共通の位置にある画素には、各線状照明光が略同一の角度で入射し、各三次元用画素内の共通の位置にある画素からは、その画素によって変調された映像光が出力される。これにより、観察者は、左右の目で、互いに異なる視差の映像を観察することになるので、観察者は、表示パネルに三次元映像が表示されていると認識する。ところで、本発明では、三次元表示に際して、パララックスバリアを設ける必要はないが、仮に、パララックスバリアを、照明装置の光射出側に設けたとしても、そのときに光変調層は線状にしか光を出力しないので、光変調層から出力された各線状光がパララックスバリアで吸収される割合は極めて低い。また、本発明では、三次元表示に際して、シリンドリカルレンズを必要としないので、シリンドリカルレンズに起因する収差の問題が生じる虞はない。
 本発明の照明装置および表示装置によれば、光変調層の一部を散乱領域とすることにより、複数の線状照明光が照明装置から出力されるようにしたので、三次元表示における表示輝度および表示品質の双方を向上させることができる。
本発明の第1の実施の形態に係るテレビ放送信号の受送信システムの一例を表す図である。 図1の受信側装置の機能ブロックの一例を表す図である。 図1の受信側装置における表示パネルおよびバックライトの構成の一例を表す断面図である。 図3の表示パネルおよびバックライトの構成の他の例を表す断面図である。 図3の光変調素子の構成の一例を表す断面図である。 図5の電極構造の一例を表す斜視図である。 ITO膜の光学特性およびバックライトの色度変化の場所依存性の一例を表す図である。 導光スペクトルの位置依存性の一例を表す図である。 図3の光変調素子の作用の一例を説明するための模式図である。 図3の光変調素子の作用の他の例を説明するための模式図である。 図3のバックライトの作用の一例を説明するための模式図である。 図5のバルクの筋状構造の一例を表す図である。 図3の光変調素子の製造過程を説明するための断面図である。 図13に続く製造過程を説明するための断面図である。 図14に続く製造過程を説明するための断面図である。 図3の受信側装置における三次元表示を説明するための模式図である。 図3の受信側装置における二次元表示を説明するための模式図である。 図3の光変調素子の作用について説明するための模式図である。 図3の光変調素子の作用について説明するための模式図である。 図3の光変調素子および比較例の効果について説明するための図である。 光変調素子の光学特性を測定する装置の一例を表す図である。 図21の装置で測定した結果を示す図である。 図21の装置で測定した結果を示す図である。 等方性散乱について説明するための概念図である。 異方性散乱について説明するための概念図である。 本発明の第2の実施の形態に係るバックライトに搭載された光変調素子の作用の一例を説明するための模式図である。 図26の光変調素子の作用の他の例を説明するための模式図である。 図3の受信側装置の構成の第1変形例の一例を表す断面図である。 図3の受信側装置の構成の第1変形例の他の例を表す断面図である。 図3の受信側装置の構成の第2変形例を表す断面図である。 図3の受信側装置の構成の第3変形例を表す断面図である。 図31のパララックスバリアの構成の一例を表す断面図である。 図5の電極構造の第1変形例を表す斜視図である。 図5の電極構造の第2変形例を表す斜視図である。 図5の電極構造の第3変形例を表す斜視図である。 図5の電極構造の第4変形例を表す平面図である。 図5の電極構造の第5変形例を表す平面図である。 図5の電極構造の第6変形例を表す平面図である。 図5の電極構造の第7変形例を表す平面図である。 図5の電極構造の第8変形例を表す平面図である。 図5の電極構造の第9変形例を表す平面図である。 図31のパララックスバリアの構成の他の例を表す断面図である。 図3の受信側装置における三次元表示を時分割で行う方法を説明するための模式図である。 図3の受信側装置における三次元表示を時分割で行う方法を説明するための模式図である。
 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(図1~図25)
     バックライト内に光変調素子(水平配向PDLC)を使用した例
  2.第2の実施の形態(図26、図27)
     バックライト内に光変調素子(垂直配向PDLC)を使用した例
  3.変形例(図28~図44)
     光変調素子の位置を変更した例
     光学シートを追加した例
     パララックスバリアを追加した例
     電極構造を変更した例
<第1の実施の形態>
[テレビ放送信号の受送信システムの構成]
 図1は、本発明の第1の実施の形態に係る受信側装置200を含むテレビ放送信号100Aの受送信システムの構成例を示すブロック図である。この受送信システムは、例えば、有線(ケーブルTVなど)や無線(地上デジタル波、衛星波など)を介してテレビ放送信号を送信する送信側装置100と、上記の有線や無線を介して送信側装置100からのテレビ放送信号を受信する受信側装置200とを備えている。なお、受信側装置200が本発明の「表示装置」の一具体例に相当する。
 テレビ放送信号100Aは、二次元表示(平面表示)用の映像データ、または三次元表示(立体表示)用の映像データを含んでいる。ここで、二次元表示用の映像データとは、視点情報を持たない二次元映像データを指している。また、三次元表示用の映像データとは、視点情報を持った二次元映像データを指しており、三次元表示用の映像データは、視点が互いに異なる複数の二次元映像データを含んで構成されている。送信側装置100は、例えば、放送局に設置されたテレビ放送信号送信装置、またはインターネット上のサーバなどである。
[受信側装置200の機能ブロック]
 図2は、受信側装置200の構成例を示すブロック図である。受信側装置200は、二次元表示と三次元表示を行うことの可能な表示装置であり、例えば、上記の有線や無線に接続可能なテレビジョンである。受信側装置200は、例えば、アンテナ端子201、デジタルチューナ202、デマルチプレクサ203、演算回路204、およびメモリ205を有している。受信側装置200は、また、例えば、デコーダ206、映像信号処理回路207、グラフィック生成回路208、パネル駆動回路209、表示パネル210、バックライト211、音声信号処理回路212、音声増幅回路213、およびスピーカ214を有している。受信側装置200は、さらに、例えば、リモコン受信回路215、およびリモコン送信機216を有している。なお、バックライト211が本発明の「照明装置」の一具体例に相当する。
 アンテナ端子201は、受信アンテナ(図示せず)で受信されたテレビ放送信号を入力する端子である。デジタルチューナ202は、例えば、アンテナ端子201に入力されたテレビ放送信号を処理して、ユーザの選択チャネルに対応した所定のトランスポートストリームを出力するようになっている。デマルチプレクサ203は、例えば、デジタルチューナ202で得られたトランスポートストリームから、ユーザの選択チャネルに対応したパーシャルTS(Transport Stream)を抽出するようになっている。
 演算回路204は、受信側装置200の各部の動作を制御するものである。演算回路204は、例えば、デマルチプレクサ203で得られたパーシャルTSをメモリ205内に格納したり、メモリ205から読み出したパーシャルTSをデコーダ206に送信したりするようになっている。また、演算回路204は、例えば、二次元表示または三次元表示を指定する制御信号204Aを映像信号処理回路207およびバックライト211に送信するようになっている。演算回路204は、上記の制御信号204Aを、例えば、メモリ205内に格納された設定情報、パーシャルTSに含まれる所定の情報、またはリモコン受信回路215から入力された設定情報に基づいて設定するようになっている。
 メモリ205は、例えば、受信側装置200の設定情報の格納およびデータ管理を行うものである。メモリ205は、例えば、デマルチプレクサ203で得られたパーシャルTSや、表示方法などの設定情報を格納することが可能となっている。
 デコーダ206は、例えば、デマルチプレクサ203で得られたパーシャルTSに含まれる映像PES(PacketizedElementary Stream)パケットに対してデコード処理を行うことにより映像データを得るようになっている。デコーダ206は、また、例えば、デマルチプレクサ203で得られたパーシャルTSに含まれる音声PESパケットに対してデコード処理を行うことにより音声データを得るようになっている。ここで、映像データとは、二次元表示用の映像データ、または三次元表示用の映像データを指している。
 映像信号処理回路207およびグラフィック生成回路208は、例えば、デコーダ206で得られた映像データに対して、必要に応じてマルチ画像処理、グラフィックスデータの重畳処理等を行うようになっている。
 映像信号処理回路207は、演算回路204から制御信号204Aとして三次元表示を指定する信号が入力された場合であって、かつ、デコーダ206から入力された映像データが三次元表示用の映像データであったときには、例えば、デコーダ206から入力された三次元表示用の映像データに含まれる、視点の互いに異なる複数の二次元映像データを用いて1つの二次元映像データを作成し、作成した二次元映像データを、グラフィック生成回路208に出力する映像データとして選択するようになっている。例えば、三次元表示用の映像データに、視点の互いに異なる2つの二次元映像データが含まれている場合には、映像信号処理回路207は、2つの二次元映像データを、水平方向に1つずつ交互に並べる処理を各行で行っていき、2つの二次元映像データが水平方向に交互に並んだ1つの映像データを作成するようになっている。同様に、例えば、三次元表示用の映像データに、視点の互いに異なる4つの二次元映像データが含まれている場合には、映像信号処理回路207は、4つの二次元映像データを、水平方向に1つずつ周期的に並べる処理を各行で行っていき、4つの二次元映像データが水平方向に1つずつ周期的に並んだ1つの映像データを作成するようになっている。
 映像信号処理回路207は、演算回路204から制御信号204Aとして二次元表示を指定する信号が入力された場合であって、かつ、デコーダ206から入力された映像データが三次元表示用の映像データであったときには、例えば、デコーダ206から入力された三次元表示用の映像データに含まれる、視点の互いに異なる複数の二次元映像データのいずれか1つの映像データを、グラフィック生成回路208に出力する映像データとして選択するようになっている。映像信号処理回路207は、演算回路204から制御信号204Aとして二次元表示を指定する信号が入力された場合であって、かつ、デコーダ206から入力された映像データが二次元表示用の映像データであったときには、例えば、デコーダ206から入力された二次元表示用の映像データを、グラフィック生成回路208に出力する映像データとして選択するようになっている。
 グラフィック生成回路208は、例えば、画面表示の際に使用するUI(User Interface)画面を生成するようになっている。パネル駆動回路209は、例えば、グラフィック生成回路208から出力された映像データに基づいて表示パネル210を駆動するようになっている。
 表示パネル210およびバックライト211の構成については、後に詳述する。音声信号処理回路212は、例えば、デコーダ206で得られた音声データに対してD/A変換等の処理を行うようになっている。音声増幅回路213は、例えば、音声信号処理回路212から出力された音声信号を増幅してスピーカ214に供給するようになっている。
 リモコン受信回路215は、例えば、リモコン送信機216から送信されたリモートコントロール信号を受信し、演算回路204に供給するようになっている。演算回路204は、例えば、リモートコントロール信号に従って受信側装置200の各部を制御するようになっている。
[受信側装置200の断面構成]
 図3は、受信側装置200の断面構成の一例を表したものである。なお、図3は、模式的に表したものであり、実際の寸法や形状と同一であるとは限らない。受信側装置200は、表示パネル210と、表示パネル210の背後に配置されたバックライト211とを備えている。なお、バックライト211が本発明の「照明装置」の一具体例に相当する。
 表示パネル210は、映像を表示するためのものである。表示パネル210は、例えば、映像信号に応じて各画素が駆動される透過型の液晶表示パネル(LCD(Liquid Crystal Display))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。具体的には、表示パネル210は、図示しないが、バックライト211側から順に、偏光板、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板を有している。
 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211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211からの射出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。
 偏光板は、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、偏光板は、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211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。偏光板はそれぞれ、偏光軸が互いに90度異なるように又は平行に配置されており、これによりバックライト211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。
 バックライト211は、二次元表示と三次元表示を行うことの可能な表示装置用の照明装置である。バックライト211は、例えば、表示パネル210を背後から照明するものであり、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。
 導光板10は、導光板10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の上面に配置された表示パネル210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、上面および下面の少なくとも一方の面に、所定のパターン化された形状を有しており、光入射面10Aから入射した光を散乱し、均一化する機能を有している。なお、バックライト211に印加する電圧を変調することによって輝度の均一化を行う場合には、パターン化されていない平坦な導光板を導光板10として用いることも可能である。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。
 光源20は、線状光源であり、例えば、熱陰極管(HCFL;Hot Cathode Fluorescent Lamp)、冷陰極管(CCFL;Cold Cathode Fluorescent Lamp)、または複数のLED(Light Emitting Diode)を一列に配置したものなどからなる。光源20が複数のLEDからなる場合には、効率、薄型化、均一性の観点から、全てのLEDがホワイトLEDであることが好ましい。なお、光源20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、導光板10の一の側面にだけ設けられていてもよいし(図3参照)、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。
 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。なお、反射板40は、例えば、図4に示したように、必要に応じて省略することも可能である。
 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5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側から順に配置されたものである。なお、下側電極32が本発明の「第1電極」の一具体例に相当し、上側電極36が本発明の「第2電極」の一具体例に相当する。
 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は、透明基板31のうち透明基板37との対向面上に設けられたものであり、例えば、図6に光変調素子30の一部を抜き出して示したように、面内全体に渡って形成された1枚のベタ膜からなる。また、上側電極36は、透明基板37のうち透明基板31との対向面上に設けられたものであり、例えば、図6に示したように、複数の部分電極36Aによって構成されている。なお、部分電極36Aが本発明の「第1部分電極」「第2部分電極」、の一具体例に相当する。
 複数の部分電極36Aは、面内の一の方向(光入射面10Aに平行な方向)に延在する帯状の形状となっている。なお、部分電極36Bが本発明の「第1部分電極」の一具体例に相当し、部分電極36Cが本発明の「第2部分電極」の一具体例に相当する。複数の部分電極36Bは、受信側装置200において三次元表示を行うときに、線状照明光の生成に用いられるものである。複数の部分電極36Bは、受信側装置200において三次元表示を行うときの画素ピッチP2(図16参照)に対応するピッチP1(画素ピッチP2と同一ピッチまたはそれに近いピッチ)で配列されている。複数の部分電極36Bおよび複数の部分電極36Cは、配列方向(光入射面10Aと直交する方向)において交互に配列されている。なお、受信側装置200において二次元表示を行うときには、面状照明光を生成するために、全ての部分電極36Aが用いられる。
 下側電極32および上側電極36のうち少なくとも上側電極36(バックライト211の上面側の電極)は透明導電膜によって構成されている。この透明導電膜は、例えば、以下の式で示されるような特性を有していることが好ましい(図7(A)参照)。この透明導電膜は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO;Indium Tin Oxide)を含む膜(以下、「ITO膜」と称する。)によって構成されている。なお、下側電極32および上側電極36は、酸化インジウム亜鉛(IZO;Indium Zinc Oxide)、メタルナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェンなどによって構成されていてもよい。
|A1-A2|≦2.00
A1:450nm~650nmにおける最大光吸収率(%)
A2:450nm~650nmにおける最小光吸収率(%)
 照明光としては、可視光が使用されるので、380~780nmの範囲で、透明導電膜の光吸収の差が少ないことが好ましい。380~780nmの範囲で光吸収率の最大値と最小値の差が、10.00以下であることが好ましく、7.00以下であることがより好ましい。特に、透明導電膜がバックライトなどに適用される場合は、使用する光源の波長領域の範囲内で光吸収率の最大値と最小値の差が2.00以下であることが好ましく、1.00以下であることがより好ましい。一般的なLEDを光源として光源などを用いた場合、450~650nm範囲で、光吸収率の最大値と最小値の差が、2.00以下であることが好ましく、1.00以下であることがより好ましい。なお、吸収率の測定は日本分光製V-550を用い、基板法線方向から5°入射にて反射率、透過率を測定し、100%から反射率、透過率の値を引いた値を吸収率とした。
 このように、透明導電膜が上記の式に示した特性となっている場合には、光源20から射出された光が導光板10内を伝播していく過程で光変調素子30内の透明導電膜を繰り返し通過したときに、透明導電膜における、吸収の波長依存性が抑制される。透明導電膜が、一般的なITO膜からなる場合には、例えば、図7(B),(C)の破線および図8(A)の矢印に示したように、光源20からの距離が遠くなるにつれて、長波長側の成分が増大していく。一方、透明導電膜が、上記の式に示した特性を有する、膜質改善されたITO膜からなる場合には、例えば、図7(B),(C)の実線および図8(B)に示したように、長波長側の成分が光源20からの距離に応じて変化する割合が低減している。なお、図7(B),(C)の縦軸のΔu’v’は、その値が大きくなるほど、長波長側の成分が大きくなることに対応する指標である。
 また、例えば、光変調素子に含まれる一対の電極のうち少なくとも一方が、ITO膜によって構成されているとき、導光している光路中のどこか(例えば、導光板および光変調素子の少なくとも一方)に、例えば、長波長側の光を短波長側の光よりもより多く吸収する染料・顔料が含まれていることが好ましい。上記の染料・顔料として、公知の材料を使用することができる。特に、光変調層の形成に紫外線照射によるプロセスを含む場合には、例えば、光変調素子を形成した後に、染料・顔料を含む導光板と光変調素子とを互いに貼り合わせたり、染料・顔料が紫外線によってダメージを受けないように、染料・顔料を含む部分を紫外線吸収層で紫外線から保護することが好ましい。このように、導光している光路中のどこかに上記の染料・顔料を添加することにより、光源から射出された光が導光板内を伝播していく過程で光変調素子を繰り返し通過したときに、ITO膜を含む光変調素子の吸収の波長依存性が抑制される。
 ただし、下側電極32(バックライト211の下面側の電極)については、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、導光板10の背後から光変調素子30に入射する光を反射する機能も兼ね備えていることになる。従って、この場合には、例えば、図4に示したように、反射板40をなくすることも可能である。
 下側電極32および上側電極36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のうち下側電極32および上側電極36が互いに対向している箇所に対応する部分が光変調セル30-1,30-2を構成している。光変調セル30-1は、光変調素子30のうち下側電極32および部分電極36Bが互いに対向している箇所に対応する部分であり、光変調セル30-2は、光変調素子30のうち下側電極32および部分電極36Cが互いに対向している箇所に対応する部分である。光変調セル30-1と光変調セル30-2とは互いに隣接している。
 各光変調セル30-1,30-2は、下側電極32および上側電極36(部分電極36A)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(部分電極36A)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。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。
 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、配向膜を用いなくても、例えば、下側電極32および上側電極36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および上側電極36間に電場や磁場を印加しながら、紫外線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、配向膜の形成に磁場を用いる場合、配向膜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、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。光変調層34は、例えば、図5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。なお、バルク34Aが本発明の「第2領域」に相当し、微粒子34Bが本発明の「第1領域」に相当する。
 図9(A)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時の、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。なお、図9(A)において、バルク34A内の配向状態についての記載を省略した。図9(B)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時の、バルク34Aおよび微粒子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(C)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時の、正面方向に向かう光L1と、斜め方向に向かう光L2とが光変調層34を透過する様子の一例を模式的表したものである。
 図10(A)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時の、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。なお、図10(A)において、バルク34A内の配向状態についての記載を省略した。図10(B)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時の、バルク34Aおよび微粒子34B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10(C)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時の、正面方向に向かう光L1と、斜め方向に向かう光L2とが光変調層34において散乱される様子の一例を模式的表したものである。
 バルク34Aおよび微粒子34Bは、例えば、図9(A),(B)に示したように、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、バルク34Aの光軸AX1および微粒子34Bの光軸AX2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。また、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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、光軸AX2が導光板10の光入射面10Aと平行となる構成となっている。微粒子34Bは、さらに、例えば、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、光軸AX2が透明基板31,37の表面と僅かな角度θ1で交差する構成となっている(図9(B)参照)。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、例えば、下側電極32および上側電極36間への電圧印加の有無に拘らず、バルク34Aの光軸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、例えば、図9(A),(B),図10(A),(B)に示したように、バルク34Aの光軸AX1が導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37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、バルク34Aの光軸AX1は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、微粒子34Bの光軸AX2と平行となっている。
 なお、光軸AX2が常に、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37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31,37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が常に導光板10の光入射面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導光板10の光入射面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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時には、図9(A)に示したように、正面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ほとんどなく、高い透明性が得られる。これにより、例えば、図9(C)に示したように、正面方向に向かう光L1および斜め方向に向かう光L2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11(A),(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、透明領域30Aの界面(透明基板31または導光板10と空気との界面)において全反射され、透明領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、光変調素子30を設けていない場合(図11(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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、図10(A)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(交差する)構成となっている。また、微粒子34Bは、例えば、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時に、微粒子34Bの光軸AX2が導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37の表面と角度θ1よりも大きな角度θ2(例えば90°)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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、光変調層34において、正面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大きくなり、高い散乱性が得られる。これにより、例えば、図10(C)に示したように、正面方向に向かう光L1および斜め方向に向かう光L2は、光変調層34内で散乱される。その結果、例えば、図11(A)に示したように、光源20からの光L(斜め方向からの光)は、散乱領域30Bの界面(透明基板31または導光板10と空気との界面)を透過すると共に、反射板40側に透過した光は反射板40で反射され、光変調素子30を透過する。従って、散乱領域30Bの輝度は、光変調素子30を設けていない場合(図11(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透明領域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(ΔnP=異常光屈折率neP-常光屈折率noP)や、微粒子34Bの屈折率差(ΔnL=異常光屈折率neL-常光屈折率noL)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(図12(A),(B)参照)、多孔質構造、または棒状構造となっている。なお、図12(A),(B)は、光変調素子30に対して電場を印加したときの偏光顕微鏡写真であり、図12(A),(B)中で筋状に明るい箇所が上述した筋状構造に相当している。図12(A)には、液晶とモノマーの重量比を95:5としたときのバルク34Aの筋状構造の様子が示されており、図12(B)には、液晶とモノマーの重量比を90:10としたときのバルク34Aの筋状構造の様子が示されている。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、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37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から射出された光が導光板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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時には、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、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時には、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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、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(もしくは直交)している。このとき、微粒子34B内の液晶分子の長軸は、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、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。
 駆動回路50は、例えば、一の光変調セル30-1において微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と平行もしくはほぼ平行となり、他の光変調セル30-2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各光変調セル30-1,30-2の一対の電極(下側電極32、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(もしくはほぼ一致)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、制御信号204Aとして三次元表示を指定する信号が入力されたときには、バックライト211から複数の線状照明光を出力させるようになっている。具体的には、駆動回路50は、複数の部分電極36Aのうち特定の複数の部分電極36Bに、光変調層34が散乱性を示す電圧を印加するとともに、複数の部分電極36Aのうち複数の部分電極36Bを除く複数の部分電極36Cに、光変調層34が透明性を示す電圧を印加するようになっている。言い換えると、駆動回路50は、バックライト211に含まれる全ての光変調セル30-1において微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と交差し、バックライト211に含まれる全ての光変調セル30-2において微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と平行となるように、各光変調セル30-1,30-2の一対の電極(下側電極32、部分電極36A)へ印加する電圧の大きさを制御するようになっている。
 また、駆動回路50は、制御信号204Aとして二次元表示を指定する信号が入力されたときには、バックライト211から面状照明光を出力させるようになっている。具体的には、駆動回路50は、複数の部分電極36Aの全部に、光変調層34が散乱性を示す電圧を印加するようになっている。言い換えると、駆動回路50は、バックライト211に含まれる全ての光変調セル30-1,30-2において微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と交差するように、各光変調セル30-1,30-2の一対の電極(下側電極32、部分電極36A)へ印加する電圧の大きさを制御するようになっている。
 なお、駆動回路50は、制御信号204Aとして二次元表示を指定する信号が入力されるとともに、映像データに関する信号も入力されるときには、バックライト211から、映像データに対応した輝度分布を持った面状照明光(例えば、面内の一部が暗い面状照明光)を出力させるようになっていてもよい。ただし、その場合には、上部電極36が表示パネル210の画素に対応したレイアウトになっていることが好ましい。上部電極36が表示パネル210の画素に対応したレイアウトになっている場合に、駆動回路50は、映像データに応じて、複数の部分電極36Aの一部に、光変調層34が散乱性を示す電圧を印加するとともに、複数の部分電極36Aのうち、光変調層34が散乱性を示す電圧を印加していない1または複数の部分電極36Aに、光変調層34が透明性を示す電圧を印加するようになっている。
 以下に、本実施の形態のバックライト211の製造方法について、図13(A)~(C)から図15(A)~(C)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31,37上に、ITOなどの透明導電膜32-1,36-1を形成する(図13(A))。次に、表面全体にレジスト層を形成したのち、パターニングによりレジスト層に電極パターン(下側電極32、上側電極36)を形成する(図13(B))。
 パターニングの方法としては、例えば、フォトリソグラフィ法、レーザー加工法、パターン印刷法、スクリーン印刷法などを用いることが可能である。また、例えば、メルク社の“ハイパーエッチ”材料を用いてスクリーン印刷した後に所定の加熱を行い、その後、水洗することでパターニングを行うこともできる。電極パターンは駆動方法および部分駆動の分割数によって決定される。電極パターンは、例えば、使用する表示装置の画素ピッチか、それに近いピッチで加工される。電極の加工幅は、加工方法にも依存するが、光りの取り出し効率という観点においてできるだけ細いことが好ましい。電極の加工幅は、例えば、50μm以下、好ましくは20μm、さらに好ましくは5μm以下である。また、ITOナノ粒子をパターン印刷した後、それを焼成することによって電極パターンを形成してもよい。
 次に、表面全体に配向膜33,35を塗布したのち、乾燥させ、焼成する(図13(C))。配向膜33,35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31,37としてプラスチック基板を用いる場合には、配向膜33,35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33,35に対してラビング処理を行う。これにより、配向膜33,35が水平配向用の配向膜として機能し、さらに配向膜33,35のラビング方向にプレチルトを形成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14(A))。なお、真空貼り合わせ法にて光変調セル30-1,30-2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。
 続いて、配向膜35上に、貼り合わせおよび液晶の漏れを防止するためのシール剤39を、例えば額縁状に塗布する(図14(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30-1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41を面内に均一に滴下する(図14(C))。混合物41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41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41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15(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、5~40μm、好ましくは6~20μm、より好ましくは7~10μm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)。クロスニコル偏光板の間に、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15(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/cm2の範囲が好ましく、さらに好ましくは0.5~30mW/cm2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。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、本実施の形態のバックライト211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、バックライト211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バックライト211を作成することができる。
 次に、本実施の形態のバックライト211の作用および効果について説明する。
 本実施の形態のバックライト211では、三次元表示のときに、各光変調セル30-1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し、各光変調セル30-2において微粒子34Bの光軸AX2がバルク34Aの光軸AX1と平行もしくはほぼ平行となるように、各光変調セル30-1,30-2の一対の電極(下側電極32、部分電極36A)に電圧が印加される。これにより、光変調素子30において、各光変調セル30-1が散乱領域30Bとなり、各光変調セル30-2が透過領域30Aとなる。その結果、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のうち透過領域30Aを透過し、光変調素子30のうち散乱領域30Bにおいて散乱される(図11)。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211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、バックライト211の上面から射出される。このように、三次元表示のときには、透明領域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、例えば、図16に示したように、正面方向に、複数の線状照明光が出力される。
 これにより、正面方向に出力された各線状照明光が表示パネル210の背面に入射するので、例えば、各線状照明光に対応する画素配列において各画素行が三次元用画素210Aとなるように三次元表示用の二次元映像データが映像信号処理回路207で生成されたときには、各三次元用画素210A内の共通の位置にある画素(例えば、図16では、210-1,210-2,210-3または210-4)には、各線状照明光が略同一の角度で入射する。その結果、各三次元用画素210A内の共通の位置にある画素からは、その画素によって変調された映像光が所定の角度で出力される。このとき、観察者は、左右の目で、互いに異なる視差の映像を観察することになるので、観察者は、表示パネル210に三次元映像(立体映像)が表示されていると認識する。
 また、本実施の形態のバックライト211では、二次元表示のときに、例えば、各光変調セル30-1,30-2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、各光変調セル30-1,30-2の一対の電極(下側電極32、部分電極36A)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の全体に形成された散乱領域30Bにおいて散乱される(図17)。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211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、バックライト211の上面から射出される。このように、二次表示のときには、例えば、光変調素子30の上面全体から光が射出され、正面方向に、面状照明光が出力される。
 これにより、正面方向に出力された面状照明光が表示パネル210の背面に入射するので、例えば、各画素210Bに対応して二次元表示用の二次元映像データが映像信号処理回路207で生成されたときには、各画素210Bには、面状照明光があらゆる角度で入射し、各画素210Bからは、各画素210Bによって変調された映像光が出力される。このとき、観察者は、両目で互いに同一の映像を観察することになるので、観察者は、表示パネル210に二次元映像(平面映像)が表示されていると認識する。
 ところで、本実施の形態では、三次元表示に際して、パララックスバリアを設ける必要がない。また、仮に、パララックスバリアを、バックライト211の光射出側に設けたとしても、そのときに光変調層34は線状にしか光を出力しないので、光変調層34から出力された各線状照明光がパララックスバリアで吸収される割合は極めて低い。また、本実施の形態では、三次元表示に際して、シリンドリカルレンズを必要としないので、シリンドリカルレンズに起因する収差の問題が生じる虞はない。
 以上のことから、本実施の形態では、光変調素子30の一部を散乱領域とすることにより、複数の線状照明光がバックライト211から出力されるようにしたので、三次元表示における表示輝度および表示品質の双方を向上させることができる。
 次に、本実施の形態の受信側装置200の他の効果について説明する。
 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の屈折率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間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ほぼ一致する。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11(A),(B)に示したように、透明領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、光変調素子30を設けていない場合(図11(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、光変調素子30を設けていない場合(図11(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透明領域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211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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない領域において、微粒子34Bの光軸AX2が、導光板10の光入射面10Aと平行となっており、かつ透明基板31,37の表面と僅かな角度θ1で交差している。つまり、微粒子34B内に含まれる液晶分子が、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(プレチルト角が付与された状態)で配向している。そのため、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された時に、微粒子34B内に含まれる液晶材料は、ランダムな方位に立ち上がることはなく、光入射面10Aと平行な面内で立ち上がる。このとき、バルク34Aおよび微粒子34Bの光軸AX1,AX2が、光入射面10Aと平行な面内において互いに交差もしくは直交する。この場合に、導光板10の光入射面10Aから入射した光において、透明基板31に対して垂直に振動する光は、微粒子34Bの異常光屈折率とバルク34Aの常光屈折率との差を感じる。このとき、微粒子34Bの異常光屈折率とバルク34Aの常光屈折率との差は大きいことから、透明基板31に対して垂直に振動する光の散乱効率が高くなる。一方、透明基板31に対して平行に振動する光は、微粒子34Bの常光屈折率とバルク34Aの異常光屈折率の差を感じる。このとき、微粒子34Bの常光屈折率とバルク34Aの異常光屈折率の差も大きいことから、透明基板31に対して平行に振動する光の散乱効率も高くなる。従って、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された領域を伝播する光は、斜め方向の成分を多く含む。例えば、導光板10としてアクリル導光板を用いた場合には、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された領域内の光は、41.8°以上の角度で伝播する。その結果、斜め方向を含む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ので、表示輝度を向上させることができる。また、上記の輝度突き上げの効果により、表示輝度をさらに向上させることができる。
 ところで、例えば、電圧無印加時に導光板10の光入射面10Aに垂直に、バルク34Aおよび微粒子34Bの光軸AX1,AX2を配置し、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された時に、微粒子34B内に含まれる液晶材料が、光入射面10Aと垂直な面内で立ち上がるようにした場合には、透明基板31に対して垂直に振動する光は、前述した場合と同様に、微粒子34Bの異常光屈折率とバルク34Aの常光屈折率との差を感じるが、透明基板31に対して平行方向に振動する光は、微粒子34Bの常光屈折率とバルク34Aの常光屈折率との差を感じることになる。ここで、微粒子34Bの常光屈折率とバルク34Aの常光屈折率との差は、ほとんどないか、または全くない。そのため、光入射面10Aから入射した光において、透明基板31に対して垂直に振動する光は、前述した場合と同様に大きな屈折率差を感じるが、透明基板31に対して平行方向に振動する光は、屈折率差をほとんど感じないか、または全く感じない。その結果、透明基板31に対して垂直に振動する光の散乱効率は高くなるが、透明基板31に対して平行に振動する光の散乱効率は低いか、または、ゼロとなる。従って、光入射面10Aに対して光軸AX1,AX2を垂直に配置した場合には、光入射面10Aに対して光軸AX1,AX2を平行に配置した場合に比べて、散乱効率が低くなるので、導光板10から取り出せる輝度が、本実施の形態の光変調素子30よりも低くなる。
 以上のことから、本実施の形態では、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。
<異方性拡散>
 次に、上記実施の形態における異方性拡散について説明する。図18、図19は、上記実施の形態の光変調層34におけるバルク34Aおよび微粒子34Bの屈折率楕円体の一例を表したものである。図18は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時の、バルク34Aおよび微粒子34Bの屈折率楕円体の一例を表したものであり、図19は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時の、バルク34Aおよび微粒子34Bの屈折率楕円体の一例を表したものである。
 繰り返しになるが、図18に示したように、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、バルク34Aの光軸および微粒子34Bの光軸は、導光板10の光入射面10Aと平行な方向であって、かつ透明基板31,37の表面と角度θ1で交差する方向を向いている。また、繰り返しになるが、図19に示したように、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時に、バルク34Aの光軸は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていないときと同じ方向を向いている。さらに、微粒子34Bの光軸は、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37の表面と角度θ1よりも大きな角度θ2(例えば90°)で交差する方向を向いている。
 このように、微粒子34B内の液晶分子は電圧の印加、無印加に応じて上述したような変化を示すが、この変化の過程で、バルク34Aは電圧変化に対して応答しないか、またはバルク34Aの応答速度が遅く、バルク34Aの筋状構造の長軸方向は、ラビング方向(光入射面10Aと平行な方向(図18、図19のY軸方向))を向いている。そのため、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、光源20から出力され、光変調層34内を伝播する光は、バルク34Aの筋状構造の短軸方向の平均的な筋状組織サイズの周期で、微粒子34Bの異常光屈折率とバルク34Aの常光屈折率との差、または微粒子34Bの常光屈折率とバルク34Aの異常光屈折率との差を感じながら伝播する。その結果、光変調層34内を伝播する光は、光変調層34の厚さ方向に大きく散乱し、光入射面10Aと平行な方向にはあまり散乱しない。つまり、光変調層34では、光入射面10Aと平行な面(YZ面)内において、Y軸方向とZ軸方向とで散乱性に異方性がある。このように、光変調層34は、光源20から出力され、光変調層34内を伝播する光に対して異方性散乱を示す。
 光変調層34では、バルク34Aおよび微粒子34Bの屈折率楕円体から考えると、図19のZ軸方向に伝搬する光において、X軸方向の偏光成分に比べて、Y軸方向(ラビング方向)の偏光成分の方が、散乱能が高い。すなわち、光変調層34は、光変調層34の厚み方向に伝搬する光に対して、偏光方向においても異方的な散乱性を示す。これは、X軸方向に偏光した光は、バルク34Aの常光屈折率と微粒子34Bの常光屈折率との差で散乱するが、これらの値はほぼ同じような値であるため散乱性は低い。一方、Y軸方向に偏光した光は、バルク34Aの異常光屈折率と微粒子34Bの常光屈折率との差で散乱するが、これらの値は大きく異なるため散乱性は高い。
 以下で、光変調層34が実際に、どの程度の異方性散乱を示すか、その程度を検証する。
 図20(A),(B)は、導光板からの光の射出角特性を計測した結果を示したものである。図20(A)には、変調層34を用いた場合の結果が示されており、図20(B)には、面内で光学的等方性を示す光変調層を用いた場合の結果が示されている。通常、光変調層の下面には白色反射板を用いるが、光変調層と導光板からの射出特性を正確に知るために、白色反射板の代わりに、黒色吸収層を光変調層の下面に配置した。
 面内で光学的等方な光変調層を用いた場合には、導光板から取り出される光において、導光板すれすれの成分が多く、正面方向の成分は少ない。これに対して、面内に光学的異方性のある光変調層34を用いた場合には、導光板から取り出される時点で正面方向の光りが相対的に多くなっており、このようなプロファイルは照明装置に適している。さらに、黒状態では、光学的に等方的な変調層の場合でも斜めに漏れている光が、異方的な光変調層に比べて多くなっており、光変調比性能でも有利である。また、導光板上に空気界面を介して光学シートを用いた場合においても、光学シートと空気界面の反射などによってロスする光が多いと考えられるので、やはり導光板からの射出特性は正面方向の成分が多い方が好適である。検証に用いた2つの光変調層では、用いたモノマー材料、液晶材料が異なるので、これら2つの光取り出し強度自身を比較することは難しいが、光変調層として同じ光学物性を持った材料を用いた場合には、面内に光学的異方性のある光変調層34を用いた方が、光の利用効率を高くすることができる。
 上記の結果から、2つの光変調層を用いた場合に、それぞれの射出角特性が異なっていることがわかったので、次に、光変調層34自身の散乱特性を計測してみた。導光板を用いた状態では、導光板での全反射が生じてしまい、散乱の角度特性を計測することができないので、散乱の角度特性は図21(A),(B)に示した装置で計測した。具体的には、円柱ガラス容器100にマッチングオイル110と光変調層34を入れて、導光板中を導光するような大きな入射角θ(例えば80度)でレーザ光Lを変調層34に照射して散乱の角度特性を評価した。光変調層34に対して大きな入射角θ(例えば80度)でレーザ光Lを入射させたときに、被測定面130に映し出された輝度分布の様子を図22(A)に示した。さらに、このときに、ラビング方向に対して垂直な面内(図18、図19のZX平面内に相当)で、光変調層34内のバルク34Aの光軸AX1(図示せず)と平行な軸を中心軸としてディテクタ120を走査させたときに得られた光強度分布を図22(B)に示した。このときの光強度分布は、図22(A)の(1)の方向の分布に対応している。また、ラビング方向に対して平行な面内であって、かつ光変調層34の光入射面と平行な面内(図18、図19のZY平面内に相当)で、光変調層34内のバルク34Aの光軸AX1(図示せず)と直交する軸を中心軸としてディテクタ120を走査させたときに得られた輝度分布を図22(C)に示した。このときの光強度分布は、図22(A)の(2)の方向の分布に対応している。
 図22(A)~(C)から、ラビング方向に対して垂直な面内(図18、図19のZX平面内に相当)の方が、ラビング方向に対して平行な面内(図18、図19のZY平面内)よりも、散乱特性が高く、正面方向(射出角0°)では、50倍程度強度が異なっていた(電圧印加時)。すなわち、光変調層34は、例えば、図22(A)~(C)に示したように、光変調層34の厚さ方向(Z軸方向)の散乱の方がラビング方向(光入射面10Aと平行な方向(Y軸方向))の散乱よりも大きい異方性散乱特性を有していることがわかった。このことから、バルク34Aの筋状構造の長軸方向がラビング方向(光入射面10Aと平行な方向(図18、図19のY軸方向))を向いている状態で、微粒子34B内の液晶分子を光変調層34の厚さ方向に配向させることにより、光変調層34が、光源20から射出された光に対して上述の異方性散乱を示すことがわかった。
 図23(A)は、光変調層34の散乱特性である。図23(B)は、液晶が電圧によって傾斜する方位が定まっていない(プレチルト90度)の光変調層の散乱特性である。図23(C)は、等方性のポリマーを用いて面内の光学異方性がないノーマル光変調層の散乱特性である。図23(A)~(C)から、光変調層34は、他の光変調層に比べて、入射した光が正面方向にまで大きく散乱しており、光変調層34だけが異方性散乱を示していることがわかった。
 次に、このような異方性散乱を示す場合、導光板からの光り取り出しに優れる理由を説明する。光変調層と導光板、光源を配置した場合、白色パターンが印刷された導光板や前述のノーマル光変調層は、例えば、図24(A)~(C)に示したように、等方的な散乱特性を示すため、導光板面内と平行方向にも散乱する光が多く、導光条件を破壊するまでに角度を変える確率が小さくなる。一方、光変調層34のような異方性散乱を示す場合、入射した光は、例えば、図25(A)~(C)に示したように、導光板の面内方向に垂直な方向によく散乱をするので、導光条件を破壊する方向に優先的に散乱をする。このようなことから、異方性散乱を示すことで導光板からの光り取り出し効率が高くなると考えられる。
 導光光の散乱性を高くするという観点からは、バルク34Aの、短軸方向の平均的な筋状組織サイズは、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。
<第2の実施の形態>
 次に、本発明の第2の実施の形態に係るバックライトについて説明する。本実施の形態のバックライトでは、配向膜33,35として垂直用配向膜が用いられており、さらに上記実施の形態の光変調層34に代わって光変調層64が設けられている点で、上記実施の形態のバックライト211の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態の構成との共通点についての説明を適宜、省略し、上記実施の形態の構成との相違点について主に説明する。
 上述したように、本実施の形態では、配向膜33,35として垂直用配向膜が用いられている。この垂直用配向膜によって、後述のバルク64Aおよび微粒子64Bが透明基板31から傾斜配向したプレチルトが形成されている。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。例えば、これらの材料を塗布、乾燥した後にラビング処理を行うことにより、ラビング方向にプレチルトが形成される。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、配向膜33,35にラビング処理を施さずに、プレチルトを形成するようにしてもよい。それを実現する方法としては、例えば、配向膜33,35にセルを作成し、そのセルに対して磁場やスリット電極による斜め電場を印加しながら紫外線を照射する方法がある。
 ただし、配向膜33,35として垂直用配向膜を用いるに際しては、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、上記実施の形態と同様、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26(A)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時の、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。なお、図26(A)において、バルク64A内の配向状態についての記載を省略した。図26(B)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時の、バルク64Aおよび微粒子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26(C)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時の、正面方向に向かう光L1と、斜め方向に向かう光L2とが光変調層64を透過する様子の一例を模式的表したものである。
 図27(A)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時の、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。なお、図27(A)において、バルク64A内の配向状態についての記載を省略した。図27(B)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時の、バルク64Aおよび微粒子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27(C)は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時の、正面方向に向かう光L1と、斜め方向に向かう光L2とが光変調層64において散乱される様子の一例を模式的表したものである。
 バルク64Aおよび微粒子64Bは、例えば、図26(A),(B)に示したように、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、バルク64Aの光軸AX3および微粒子64Bの光軸AX4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、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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、光軸AX4が導光板10の光入射面10Aと平行となる構成となっている。微粒子64Bは、さらに、例えば、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、光軸AX4が透明基板31,37の法線と僅かな角度θ3で交差する構成となっている(図26(B)参照)。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間への電圧印加の有無に拘らず、バルク64Aの光軸AX4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、図26(A),(B),図27(A),(B)に示したように、バルク64Aの光軸AX3が導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37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、バルク64Aの光軸AX3は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時に、微粒子64Bの光軸AX4と平行となっている。
 なお、光軸AX4が常に、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37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31,37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が常に導光板10の光入射面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導光板10の光入射面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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時には、図26(A)に示したように、正面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ほとんどなく、高い透明性が得られる。これにより、例えば、図26(C)に示したように、正面方向に向かう光L1および斜め方向に向かう光L2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、上記実施の形態と同様、例えば、図11(A),(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、透明領域30Aの界面(透明基板31または導光板10と空気との界面)において全反射され、透明領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、光変調素子30を設けていない場合(図11(B)中の一点鎖線)と比べて下がる。
 また、バルク64Aおよび微粒子64Bは、例えば、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、図27(A)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(交差する)構成となっている。また、微粒子64Bは、例えば、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時に、微粒子64Bの光軸AX4が導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37の法線と角度θ3よりも大きな角度θ4で交差するか、または透明基板31,37の表面と平行となる構成となっている。なお、角度θ4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。
 したがって、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された領域内を伝播する光は、斜め方向の成分を多く含む。例えば、導光板10としてアクリル導光板を用いた場合には、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された領域内の光は、41.8°以上の角度で伝播する。その結果、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された領域内を伝播する光においては、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、例えば、図27(C)に示したように、正面方向に向かう光L1および斜め方向に向かう光L2は、光変調層64内で散乱される。その結果、上記実施の形態と同様、例えば、図11(A),(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、散乱領域30Bの界面(透明基板31または導光板10と空気との界面)を透過すると共に、反射板40側に透過した光は反射板40で反射され、光変調素子30を透過する。従って、散乱領域30Bの輝度は、光変調素子30を設けていない場合(図11(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透明領域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(ΔnP=異常光屈折率neP-常光屈折率noP)や、微粒子64Bの屈折率差(ΔnL=異常光屈折率neL-常光屈折率noL)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、電場に対して応答しない筋状構造もしくは多孔質構造となっているか、または微粒子64Bの応答速度よりも遅い応答速度を有する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。
 一方、微粒子64Bは、例えば、液晶材料を主に含んで構成されており、バルク64A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64B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)が用いられている。
 ここで、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時には、微粒子64B内において、液晶分子の長軸方向は、光軸AX3と平行となっている。このとき、微粒子64B内の液晶分子の長軸は、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37の法線と僅かな角度θ3で交差している。つまり、微粒子64B内の液晶分子は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない時には、導光板10の光入射面10Aと平行な面内において角度θ3だけ傾斜した状態で配向している。この角度θ3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θ3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θ3を小さくすると、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θ3を大きくし過ぎると(例えば、ほぼ90°にすると)、電圧印加時に液晶の立ち下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)に液晶が立ち下がることもある。これにより、微粒子64Bとバルク64A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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、微粒子64B内において、液晶分子の長軸方向は、光軸AX3と交差(もしくは直交)している。このとき、微粒子64B内の液晶分子の長軸は、導光板10の光入射面10Aと平行となると共に透明基板31,37の法線と角度θ3よりも大きな角度θ4で交差している。つまり、微粒子64B内の液晶分子は、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されている時には、導光板10の光入射面10Aと平行な面内において角度θ4だけ傾斜した状態もしくは角度θ4(=90°)で横に寝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。
 次に、本実施の形態のバックライト211の作用および効果について説明する。
 本実施の形態のバックライト211では、三次元表示のときに、各光変調セル30-1において微粒子64Bの光軸AX4がバルク64Aの光軸AX3と交差もしくは直交し、各光変調セル30-2において微粒子64Bの光軸AX4がバルク64Aの光軸AX3と平行もしくはほぼ平行となるように、各光変調セル30-1,30-2の一対の電極(下側電極32、部分電極36A)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AX3と光軸AX4とが互いに平行もしくはほぼ平行となっている透過領域30Aを透過する(図11)。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AX3と光軸AX4とが互いに交差もしくは直交している散乱領域30Bにおいて散乱される(図11)。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211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、バックライト211の上面から射出される。このように、三次元表示のときには、透明領域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、例えば、図16に示したように、正面方向に、複数の線状照明光が出力される。
 これにより、正面方向に出力された各線状照明光が表示パネル210の背面に入射するので、例えば、各線状照明光に対応する画素配列において各画素行が三次元用画素210Aとなるように三次元表示用の二次元映像データが映像信号処理回路207で生成されたときには、各三次元用画素210A内の共通の位置にある画素(例えば、図16では、210-1,210-2,210-3または210-4)には、各線状照明光が略同一の角度で入射する。その結果、各三次元用画素210A内の共通の位置にある画素からは、その画素によって変調された映像光が所定の角度で出力される。このとき、観察者は、左右の目で、互いに異なる視差の映像を観察することになるので、観察者は、表示パネル210に三次元映像(立体映像)が表示されていると認識する。
 また、本実施の形態のバックライト211では、二次元表示のときに、例えば、各光変調セル30-1,30-2において微粒子64Bの光軸AX4がバルク64Aの光軸AX3と交差もしくは直交するように、各光変調セル30-1,30-2の一対の電極(下側電極32、部分電極36A)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の全体に形成された散乱領域30Bにおいて散乱される(図17)。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211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、バックライト211の上面から射出される。このように、二次表示のときには、例えば、光変調素子30の上面全体から光が射出され、正面方向に、面状照明光が出力される。
 これにより、正面方向に出力された面状照明光が表示パネル210の背面に入射するので、例えば、各画素210Bに対応して二次元表示用の二次元映像データが映像信号処理回路207で生成されたときには、各画素210Bには、面状照明光があらゆる角度で入射し、各画素210Bからは、各画素210Bによって変調された映像光が出力される。このとき、観察者は、両目で互いに同一の映像を観察することになるので、観察者は、表示パネル210に二次元映像(平面映像)が表示されていると認識する。
 ところで、本実施の形態においても、三次元表示に際して、パララックスバリアを設ける必要がない。また、仮に、パララックスバリアを、バックライト211の光射出側に設けたとしても、そのときに光変調層64は線状にしか光を出力しないので、光変調層64から出力された各線状照明光がパララックスバリアで吸収される割合は極めて低い。また、本実施の形態では、三次元表示に際して、シリンドリカルレンズを必要としないので、シリンドリカルレンズに起因する収差の問題が生じる虞はない。
 以上のことから、本実施の形態では、光変調素子30の一部を散乱領域とすることにより、複数の線状照明光がバックライト211から出力されるようにしたので、三次元表示における表示輝度および表示品質の双方を向上させることができる。
 ところで、本実施の形態では、バルク64Aおよび微粒子64B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64Aおよび微粒子64B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間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ほぼ一致する。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11(A),(B)に示したように、透明領域30Aの輝度(黒表示の輝度)が、光変調素子30を設けていない場合(図11(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、光変調素子30を設けていない場合(図11(B)中の一点鎖線)と比べて極めて高くなり、しかも、透明領域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。これは、バルク64Aおよび微粒子64Bが光学異方性材料を主に含んで形成されており、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からである。従って、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、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加されていない領域において、微粒子64Bの光軸AX4が、導光板10の光入射面10Aと平行となっており、かつ透明基板31,37の法線と僅かな角度θ3で交差している。つまり、微粒子64B内に含まれる液晶分子が、光入射面10Aと平行な面内において角度θ3だけ傾斜した状態(プレチルト角が付与された状態)で配向している。そのため、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された時に、微粒子64B内に含まれる液晶材料は、ランダムな方位に倒れることはなく、光入射面10Aと平行な面内で倒れる。このとき、バルク64Aおよび微粒子64Bの光軸AX3,AX4が、光入射面10Aと平行な面内において互いに交差もしくは直交する。この場合に、導光板10の光入射面10Aから入射した光において、透明基板31に対して垂直に振動する光は、微粒子64Bの常光屈折率とバルク64Aの異常光屈折率との差を感じる。このとき、微粒子64Bの常光屈折率とバルク64Aの異常光屈折率との差は大きいことから、透明基板31に対して垂直に振動する光の散乱効率が高くなる。一方、透明基板31に対して平行に振動する光は、微粒子64Bの異常光屈折率とバルク64Aの常光屈折率の差を感じる。このとき、微粒子64Bの異常光屈折率とバルク64Aの常光屈折率の差も大きいことから、透明基板31に対して平行に振動する光の散乱効率も高くなる。従って、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された領域を伝播する光は、斜め方向の成分を多く含む。例えば、導光板10としてアクリル導光板を用いた場合には、下側電極32および上側電極36間に電圧が印加された領域内の光は、41.8°以上の角度で伝播する。その結果、屈折率差が大きくなり、高い散乱性が得られるので、表示輝度を向上させることができる。また、上記の輝度突き上げの効果により、表示輝度をさらに向上させることができる。
 ところで、例えば、電圧無印加時に導光板10の光入射面10Aに垂直に、バルク64Aおよび微粒子64Bの光軸AX3,AX4を配置し、下側電極32および上側電極36間に電圧を印加した時に、微粒子64B内に含まれる液晶材料が、光入射面10Aと垂直な面内で倒れるようにした場合には、透明基板31に対して垂直に振動する光は、前述した場合と同様に、微粒子64Bの常光屈折率とバルク64Aの異常光屈折率との差を感じるが、透明基板31に対して平行方向に振動する光は、微粒子64Bの常光屈折率とバルク64Aの常光屈折率との差を感じることになる。ここで、微粒子64Bの常光屈折率とバルク64Aの常光屈折率との差は、ほとんどないか、または全くない。そのため、光入射面10Aから入射した光において、透明基板31に対して垂直に振動する光は、前述した場合と同様に大きな屈折率差を感じるが、透明基板31に対して平行方向に振動する光は、屈折率差をほとんど感じないか、または全く感じない。その結果、透明基板31に対して垂直に振動する光の散乱効率は高くなるが、透明基板31に対して平行に振動する光の散乱効率は低いか、または、ゼロとなる。従って、光入射面10Aに対して光軸AX3,AX4を垂直に配置した場合には、光入射面10Aに対して光軸AX3,AX4を平行に配置した場合に比べて、散乱効率が低くなるので、導光板10から取り出せる輝度が、本実施の形態の光変調素子30よりも低くなる。
 また、プレチルトを形成しない場合、または、実質的にプレチルト角がほぼ90°となっている場合には、液晶が倒れる方位はランダムになるので、屈折率差は、バルク64Aおよび微粒子64Bの光軸AX3,AX4を導光板10の光入射面10Aと平行にした場合の屈折率差と垂直にした場合の屈折率差との平均になる。従って、これらの場合においても、バルク64Aおよび微粒子64Bの光軸AX3,AX4を導光板10の光入射面10Aと平行にした場合に比べて、取り出せる輝度が低くなる。
 以上のことから、本実施の形態では、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。
<変形例>
[第1変形例]
 上記各実施の形態では、光変調素子30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28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は、例えば、図29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。
[第2変形例]
 また、上記各実施の形態では、導光板10の上に特に何も設けられていなかったが、例えば、図30に示したように、光学シート60(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)を設けてもよい。このようにした場合には、導光板10から斜め方向に射出した光の一部が正面方向に立ち上がるので、変調比を効果的に向上させることができる。
[第3変形例]
 また、上記各実施の形態において、例えば、図31に示したように、バックライト211の光射出側に、パララックスバリア70が設けられていてもよい。パララックスバリア70は、三次元表示を行うときに、バックライト211の光出力領域を、複数の部分電極36Bとの対向領域またはそれに対応する領域に限定し、散乱領域30Bに隣接する領域(例えば、透過領域30Aの端部)から出力され得るノイズ光を遮断するものである。また、パララックスバリア70は、二次元表示を行うときに、バックライト211の光出力領域を、下側電極32と上側電極36とが互いに対向する領域との対向領域またはそれに対応する領域に拡張し、光変調素子30から出力される光を透過するものである。なお、パララックスバリア70は、本発明の「光透過領域制御部」の一具体例に相当する。
 パララックスバリア70は、例えば、図32に示したように、導光板10側から順に、偏光板71、透明基板72、透明電極73、配向膜74、液晶層75、配向膜76、透明電極77、透明基板78および偏光板79を有している。
 透明基板72,78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、導光板10側の透明基板には、例えば、図示しないが、透明電極73に電気的に接続されたTFT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。透明電極73,77は、例えばITOからなる。透明電極73は、例えば、図32に示したように、複数の部分電極73Aによって構成されている。複数の部分電極73Aは、透明基板72上に形成されている。
 複数の部分電極73Aは、面内の一の方向(光入射面10Aに平行な方向)に延在する帯状の形状となっている。複数の部分電極73Aのうち特定の複数の部分電極73Bの幅W3は、複数の部分電極73Aのうち複数の部分電極73Bを除く複数の部分電極73Cの幅W4よりも狭くなっている。複数の部分電極73Bは、受信側装置200において三次元表示を行うときに、線状照明光の透過、遮断に用いられるものである。複数の部分電極73Bは、受信側装置200において三次元表示を行うときの画素ピッチP2(図16参照)に対応するピッチP3(画素ピッチP2と同一ピッチまたはそれに近いピッチ)で配列されている。複数の部分電極73Bおよび複数の部分電極73Cは、配列方向(光入射面10Aと直交する方向)において交互に配列されている。なお、受信側装置200におい二次元表示を行うときには、面状照明光を生成するために、全ての部分電極73Aが用いられる。
 透明電極77は、透明基板78上に一面に形成されたものであり、各部分電極73Aに対して対向する共通電極として機能する。配向膜74,76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75は、例えば、VAモード、TNモードまたはSTNモードの液晶からなり、駆動回路50からの印加電圧により、導光板10側からの光の偏光軸の向きを部分電極73Aとの対向部分ごとに変える機能を有する。偏光板71,79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、偏光板71,79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、導光板10側に反射する反射型の偏光素子であってもよい。偏光板71,79はそれぞれ、偏光軸が互いに90度異なるように又は平行に配置されており、これにより導光板10側からの光が液晶層75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、制御信号204Aとして三次元表示を指定する信号が入力されたときには、パララックスバリア70をスリット状の光透過部として機能させるようになっている。具体的には、駆動回路50は、複数の部分電極73Aのうち特定の複数の部分電極73Bに、パララックスバリア70が透過性を示す電圧を印加するとともに、複数の部分電極73Aのうち複数の部分電極73Bを除く複数の部分電極73Cに、パララックスバリア70が遮光性を示す電圧を印加するようになっている。
 また、駆動回路50は、制御信号204Aとして二次元表示を指定する信号が入力されたときには、パララックスバリア70全体を光透過部として機能させるようになっている。具体的には、駆動回路50は、各部分電極73Aに、パララックスバリア70が透過性を示す電圧を印加するようになっている。
 本変形例では、バックライト211の光射出側に、パララックスバリア70が設けられているので、光変調素子30から複数の線状照明光が出力されているときに、散乱領域30Bに隣接する領域から出力され得るノイズ光を遮断することができる。これにより、三次元表示の際に、各画素210-1,210-2,210-3または210-4(図16参照)に対して各線状照明光が入射する角度とは異なる角度で入射する光を低減することができる。その結果、鮮明な3次元映像を得ることができる。
[第4変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれら変形例では、下側電極32がベタ膜となっており、上側電極36が帯状の複数の部分電極36Aによって構成されていたが、例えば、図33に示したように、下側電極32が帯状の複数の部分電極32Aによって構成され、上側電極36がベタ膜となっていてもよい。この場合、各部分電極32Aは、各部分電極36Aと同様の構成となっている。
[第5変形例]
 また、例えば、図34に示したように、下側電極32が帯状の複数の部分電極32Aによって構成され、上側電極36も帯状の複数の部分電極36Aによって構成されていてもよい。
[第6変形例]
 また、例えば、下側電極32がベタ膜となっており、上側電極36が細かな引出線がついたブロック状の部分電極(図示せず)がマトリクス状に配置されたものであってもよい。この場合に、例えば、図35に示したように、光入射面10Aに平行な特定の複数の列に含まれる各部分電極が、上記の部分電極36Bとなっており、光入射面10Aに平行な他の例に含まれる各部分電極が、上記の部分電極36Cとなっている。
[第7変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれら変形例では、下側電極32および上側電極36の辺部が直線状となっていたが、非直線状となっていてもよい。例えば、各部分電極36B,36Cにおいて、部分電極36Bのうち部分電極36Cと隣接する辺部が、凹凸形状となっていてもよい。同様に、各部分電極36B,36Cにおいて、部分電極36Cのうち部分電極36Bと隣接する辺部が、凹凸形状となっていてもよい。また、例えば、各部分電極32B,32Cにおいて、部分電極32Bのうち部分電極32Cと隣接する辺部が、凹凸形状となっていてもよい。同様に、各部分電極32B,32Cにおいて、部分電極32Cのうち部分電極32Bと隣接する辺部が、凹凸形状となっていてもよい。
 各部分電極32B,32C,36B,36Cに形成される凹凸形状は、例えば、図36(A)~(E)に示したように、ジグザグ形状、波形状、ランプ形状、台形状またはランダム形状となっている。なお、図36(A)~(E)において、36B(32B)は、36Bまたは32Bを意味しており、他の符号についても同様のことを意味している。
 各部分電極36Bの凹凸形状は、辺部に沿って配列された複数の凸部36Dによって構成されており、各部分電極36Cの凹凸形状は、辺部に沿って配列された複数の凸部36Eによって構成されている。複数の凸部36Dおよび複数の凸部36Eは、例えば、図36(A)~(E)に示したように、互い違いに配置されている。同様に、各部分電極32Bの凹凸形状は、辺部に沿って配列された複数の凸部32Dによって構成されており、各部分電極32Cの凹凸形状は、辺部に沿って配列された複数の凸部32Eによって構成されている。複数の凸部32Dおよび複数の凸部32Eは、例えば、図36(A)~(E)に示したように、互い違いに配置されている。
 各部分電極36Bの凹凸形状の形成されている辺部と、各部分電極36Cの凹凸形状の形成されている辺部との間の間隙(スリット部分)の幅が所定の大きさ以下となっている。同様に、各部分電極32Bの凹凸形状の形成されている辺部と、各部分電極32Cの凹凸形状の形成されている辺部との間の間隙(スリット部分)の幅も所定の大きさ以下となっている。各凸部36Dの先端36Fは、例えば、図36(A)~(E)に示したように、互いに隣接する2つの凸部36Eの間に形成される凹部36Gの外に配置されている。同様に、各凸部32Dの先端32Fは、例えば、図36(A)~(E)に示したように、互いに隣接する2つの凸部32Eの間に形成される凹部32Gの外に配置されている。
 なお、各凸部36Dの先端36Fは、例えば、図37(A)~(E)に示したように、凹部36Gの中に配置されていてもよい。同様に、各凸部32Dの先端32Fは、例えば、図37(A)~(E)に示したように、凹部32Gの中に配置されていてもよい。図37(A)~(E)に示したレイアウトでは、図36(A)~(E)に示したレイアウトと比べて、スリット部分の幅をより狭くすることが可能である。
 電極の辺部に凹凸を設けることにより、線状照明光の輝度プロファイルのエッジをぼやかすことが可能であるが、線状照明光の輝度プロファイルのエッジをあまりぼやかしたくない場合には、スリット部分の幅はできるだけ狭い方が好ましい。一方、線状照明光の輝度プロファイルのエッジを積極的にぼやかしたい場合には、スリット部分の幅は狭くなり過ぎないようにすることが好ましい。線状照明光の輝度プロファイルのエッジをぼやかした場合には、例えば、観察者(図示せず)が動いたときに表示映像が突然切り替わるのをなくすることが可能である。
 なお、各部分電極36Bおよび各部分電極36Cにおいて、互いに隣接する辺部の双方に対して必ずしも凹凸形状が設けられている必要はなく、いずれか一方の辺部にだけ凹凸形状が設けられていてもよい。同様に、各部分電極32Bおよび各部分電極32Cにおいて、互いに隣接する辺部の双方に対して必ずしも凹凸形状が設けられている必要はなく、いずれか一方の辺部にだけ凹凸形状が設けられていてもよい。
[第8変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれら変形例では、下側電極32および上側電極36には、その内部にパターニングが施されていなかったが、下側電極32および上側電極36の少なくとも一方の内部にパターニングが施されていてもよい。この場合に、下側電極32および上側電極36のうちパターニングされた電極のパターン密度が光源20からの距離に応じて異なっている。
 部分電極36Aがパターニングされている場合には、例えば、図38(A),(B)に示したように、部分電極36Aに複数の開口H1が設けられており、開口H1の密度が、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。開口H1の形状は、例えば、図38(A),(B)に示したように円形状となっている。なお、開口H1の形状は、それ以外の形状であってもよく、例えば、楕円形状、多角形状であってもよい。図38(A)に示した例では、開口H1の径r1は、光源20からの距離に拘わらず一定(r1=a1)となっており、単位面積当たりの開口H1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。また、図38(B)に示した例では、単位面積当たりの開口H1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H1の径r1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。なお、図38(B)には、光源20近傍の径r1がa2となっており、光源20から最も離れたところの径r1がa3(<a2)となっている場合が例示されている。従って、図38(A),(B)のいずれの例においても、開口H1の密度(単位面積当たりの開口H1の占有率)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のパターン密度(上側電極36のうち開口H1以外の部分の単位面積当たりの占有率)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)。
 部分電極32Aがパターニングされている場合には、例えば、図39(A),(B)に示したように、部分電極32Aに複数の開口H2が設けられており、開口H2の密度が、下側電極32全体に関して光源20からの距離に応じて異なっている。各部分電極32Aについては、開口H2の密度が、光源20からの距離に応じて異なっていてもよいし、光源20からの距離に拘わらず一定となっていてもよい。開口H2の形状は、それ以外の形状であってもよく、例えば、楕円形状、多角形状であってもよい。図39(A)に示した例では、開口H2の径r2は、光源20からの距離に拘わらず一定(r2=a4)となっており、単位面積当たりの開口H2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。また、図39(B)に示した例では、単位面積当たりの開口H2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H2の径r2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。なお、図39(B)には、光源20近傍の径r2がa5となっており、光源20から最も離れたところの径r2がa6(<a5)となっている場合が例示されている。従って、図39(A),(B)のいずれの例においても、開口H2の密度(単位面積当たりの開口H2の占有率)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、下側電極32のパターン密度(下側電極32のうち開口H2以外の部分の単位面積当たりの占有率)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)。
 部分電極32A,36Aの双方がパターニングされている場合には、部分電極36Aに、例えば、図38(A)または図38(B)に示したパターニングがなされ、部分電極32Aに、例えば、図39(A)または図39(B)に示したパターニングがなされている。なお、部分電極32A,36Aの双方がパターニングされている場合には、部分電極32A,36Aの双方のパターン密度が、必ず、光源20からの距離に応じて異なっている必要はない。この場合には、部分電極32Aのパターン密度(開口H2の密度)が下側電極32全体に関して光源20からの距離に応じて異なっているか、または、部分電極36Aのパターン密度(開口H1の密度)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ればよい。
 部分電極32A,36Aの双方がパターニングされている場合に、開口H1が開口H2と完全に対向する位置に設けられていてもよいが、開口H1が、開口H2の一部と対向する位置に設けられているか、または、開口H2と対向しない位置に設けられている方が好ましい。また、部分電極32A,36Aの双方がパターニングされている場合に、開口H1の径と開口H2の径とが互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。
 本変形例では、下側電極32および上側電極36の少なくとも一方の内部がパターニングされている。さらに、下側電極32および上側電極36のうちパターニングされた電極のパターン密度が電極全体に関して光源20からの距離に応じて異なっている。そのため、光射出領域における透明領域および散乱領域の密度分布を所望の分布にすることができる。これにより、バックライト211の光射出領域のうち光源20側の輝度を、光変調素子30を設けていない場合よりも低く抑え、かつバックライト211の光射出領域のうち光源20とは反対側の輝度を、光変調素子30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、バックライト211の光射出領域全体を暗状態とした場合だけでなく、例えば、バックライト211の光射出領域全体を明状態とした場合にも、面内輝度を均一化することができる。従って、例えば、光源20に近い領域と、光源20から遠い領域とにおいて白表示をしたときに、双方の領域の白輝度を等しくすることが可能となる。また、例えば、白表示する領域よりも光源20に近い領域と、白表示する領域よりも光源20から遠い領域とにおいて黒表示をしたときに、これらの領域の黒輝度を等しくすることが可能となる。以上のことから、本変形例では、面内輝度を均一化しつつ、変調比を高くすることができる。
[第9変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれら変形例において、各部分電極36Aに対して、光源20からの距離に拘わらず同一の電圧が駆動回路50から印加されるようになっていてもよいし、光源20からの距離に応じた電圧が駆動回路50から印加されるようになっていてもよい。同様に、上記各実施の形態およびそれら変形例において、各部分電極32Aに対して、光源20からの距離に拘わらず同一の電圧が駆動回路50から印加されるようになっていてもよいし、光源20からの距離に応じた電圧が駆動回路50から印加されるようになっていてもよい。
 上述したように、各部分電極36Aまたは各部分電極32Aに対して光源20からの距離に応じた電圧が印加される場合には、バックライト211上面の一部分だけが白輝度となるような照明光を出力したときに、その白輝度となる部分が光源20に近いときと、光源20から遠いときとで、白輝度の大きさに差が生じる虞を低減することができる。
[第10変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれら変形例において、例えば、各部分電極36Aが、さらに複数の微小電極によって構成されていてもよい。同様に、各部分電極32Aが、さらに複数の微小電極によって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変形例において、ベタ膜として構成されていた上側電極36が、複数の微小電極によって構成されていてもよい。同様に、ベタ膜として構成されていた下側電極32が、複数の微小電極によって構成されていてもよい。
[第11の変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれらの変形例において、各部分電極36Aのうち互いに隣接する辺部に凹凸形状が設けられている場合に、例えば、図40に示したように、互いに隣接する2つの部分電極36Aのうち一方の部分電極36Aの凹凸形状と、他方の部分電極36Aの凹凸形状との間の間隙に、部分電極36Aの辺部の凹凸形状に倣って延在する部分電極36Hがさらに設けられていてもよい。なお、図40において、36A(32A)は、36Aまたは32Aを意味しており、他の符号についても同様のことを意味している。同様に、各部分電極32Aのうち互いに隣接する辺部に凹凸形状が設けられている場合に、例えば、図40に示したように、互いに隣接する2つの部分電極32Aのうち一方の部分電極32Aの凹凸形状と、他方の部分電極32Aの凹凸形状との間の間隙に、部分電極32Aの辺部の凹凸形状に倣って延在する部分電極32Hがさらに設けられていてもよい。これらの場合に、部分電極36A,36H,32A,32Hに電圧を印加する電源(図示せず)を設け、この電源から、部分電極36A,36H,32A,32Hに対して、以下の式を満たす電圧を印加するようにすることが好ましい。そのようにした場合には、輝度の面内変化をより緩やかにすることができ、照明光における明暗の境界部分をより一層ぼかすことができる。
V1>V2>V3
 V1:電源が、互いに隣接する2つの部分電極36Aの一方に印加する電圧
 V2:電源が、部分電極36Hに印加する電圧
 V3:電源が、互いに隣接する2つの部分電極36Aの他方に印加する電圧
V4>V5>V6
 V4:電源が、互いに隣接する2つの部分電極32Aの一方に印加する電圧
 V5:電源が、部分電極32Hに印加する電圧
 V6:電源が、互いに隣接する2つの部分電極32Aの他方に印加する電圧
[第12変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれら変形例において、各部分電極36Bまたは各部分電極32Bは、例えば、さらに、複数の微小電極によって構成されていてもよい。この場合に、複数の微小電極が、全体として長方形状となるように配列されていてもよいし、例えば、図41に示したように、複数の微小電極36B-1,36B-2が、面内で斜め方向に配列されていてもよい(ステップバリア形式)。また、各部分電極36Bまたは各部分電極32Bが、面内で斜め方向に延在している場合や、上述した複数の微小電極36B-1,36B-2が、面内で斜め方向に配列されている場合には、例えば、図42に示したように、パララックスバリア70内の部分電極73Bも同一の方向に(斜め方向に)延在している。
[第13変形例]
 また、上記各実施の形態およびそれら変形例において、表示パネル210を駆動する駆動回路(図示せず)は、表示パネル210を時分割に駆動するようにしてもよい。この場合に、駆動回路50は、表示パネル210の表示の切り換えと同期して、バックライト211の三次元表示における線状照明光の出力箇所を切り替える。駆動回路50は、例えば、図43に示したように、複数の部分電極36B(32B)のうち光源20側から数えて奇数番目の電極に対応する箇所から線状照明光を出力させたのち、図44に示したように、複数の部分電極36B(32B)のうち光源20側から数えて偶数番目の電極に対応する箇所から線状照明光を出力させる。このとき、表示パネル210を駆動する駆動回路(図示せず)は、表示パネル210の複数の画素のうち、線状照明光の入射する部分に対応する画素に対して映像信号に対応する電圧を印加する。この切り替えを高速に行うことにより、観察者は、瞬間に光っている画素数の2倍の画素を知覚するようになり、実質的な解像度をあげることができる。

Claims (11)

  1.  マトリクス状に配置された複数の画素を有すると共に、前記複数の画素が二次元表示用または三次元表示用の画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
     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第1透明部材および第2透明部材と、
     前記第1透明部材の側面に配置された光源と、
     前記第1透明部材の表面に設けられた第1電極と、
     前記第2透明部材の表面に設けられた第2電極と、
     前記第1透明部材と前記第2透明部材との間隙に設けられ、かつ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、
     前記第1電極および前記第2電極を利用して前記光変調層を駆動する駆動部と
     を有し、
     前記光変調層は、光学異方性を有すると共に電場に対する応答速度が互いに異なる第1領域および第2領域を含み、
     前記第1領域は、液晶材料を主に含んで構成され、
     前記第2領域は、高分子材料を主に含んで構成され、かつ電場に対する応答速度が前記第1領域の応答速度よりも遅い筋状構造、多孔質構造または棒状構造となっており、
     前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方が、複数の部分電極からなり、
     前記駆動部は、三次元表示を行うときには、前記複数の部分電極のうち特定の複数の第1部分電極に、前記光変調層が散乱性を示す電圧を印加するとともに、前記複数の部分電極のうち前記複数の第1部分電極を除く複数の第2部分電極に、前記光変調層が透明性を示す電圧を印加することにより、複数の線状照明光を出力させる
     表示装置。
  2.  前記筋状構造、前記多孔質構造または前記棒状構造は、前記第1透明部材の側面のうち前記光源の光が入射する光入射面と平行な方向に長軸を有する
     請求項1に記載の表示装置。
  3.  前記筋状構造、前記多孔質構造または前記棒状構造は、前記光入射面と平行となると共に前記第1透明部材の上面と僅かな角度で交差する方向に長軸を有する
     請求項2に記載の表示装置。
  4.  前記光変調層は、当該光変調層の厚さ方向の散乱の方が、前記光入射面と平行な方向の散乱よりも大きい異方性散乱特性を有する
     請求項3に記載の表示装置。
  5.  前記光変調層は、当該光変調層の厚み方向に伝搬する光において、前記光入射面と垂直な方向の偏光成分に比べて、前記光入射面と平行な方向であって、かつ当該光変調層の厚み方向と直交する方向の偏光成分に対する散乱性が大きい性質を有する
     請求項3に記載の表示装置。
  6.  前記複数の第1部分電極と、前記複数の第2部分電極とは、前記複数の線状照明光の配列方向において、1つずつまたは複数個ずつ、交互に配列されている
     請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の表示装置。
  7.  前記複数の第1部分電極は、前記複数の線状照明光の配列方向において、前記表示装置において三次元表示を行うときの画素ピッチに対応するピッチで配列されている
     請求項6に記載の表示装置。
  8.  当該照明装置の光出力側に、当該照明装置の光出力領域を前記複数の第1電極部分との対向領域またはそれに対応する領域に限定したり、前記第1電極と前記第2電極とが互いに対向する領域との対向領域またはそれに対応する領域に拡張したりすることの可能な光透過領域制御部をさらに備えた
     請求項6に記載の表示装置。
  9.  前記複数の部分電極のうち第1部分電極は、前記複数の部分電極のうち第2部分電極に隣接しており、かつ前記第2部分電極に隣接する辺部に、凹凸形状を有する
     請求項6に記載の表示装置。
  10.  前記駆動部は、二次元表示を行うときには、前記複数の部分電極の全部に、前記光変調層が散乱性を示す電圧を印加することにより、面全体が明るい面状照明光を出力させるか、または、前記複数の部分電極の一部に、前記光変調層が散乱性を示す電圧を印加するとともに、前記複数の部分電極のうち、前記光変調層が散乱性を示す電圧を印加していない1または複数の部分電極に、前記光変調層が透明性を示す電圧を印加することにより、面内の一部が暗い面状照明光を出力させる
     請求項6に記載の表示装置。
  11.  二次元表示と三次元表示を行うことの可能な表示装置用の照明装置であって、
     離間して互いに対向配置された第1透明部材および第2透明部材と、
     前記第1透明部材の側面に配置された光源と、
     前記第1透明部材の表面に設けられた第1電極と、
     前記第2透明部材の表面に設けられた第2電極と、
     前記第1透明部材と前記第2透明部材との間隙に設けられ、かつ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、
     前記第1電極および前記第2電極を利用して前記光変調層を駆動する駆動部と
     を備え、
     前記光変調層は、光学異方性を有すると共に電場に対する応答速度が互いに異なる第1領域および第2領域を含み、
     前記第1領域は、液晶材料を主に含んで構成され、
     前記第2領域は、高分子材料を主に含んで構成され、
     前記第2領域は、高分子材料を主に含んで構成され、かつ電場に対する応答速度が前記第1領域の応答速度よりも遅い筋状構造、多孔質構造または棒状構造となっており、
     前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方が、複数の部分電極からなり、
     前記駆動部は、三次元表示を行うときには、前記複数の部分電極のうち特定の複数の第1部分電極に、前記光変調層が散乱性を示す電圧を印加するとともに、前記複数の部分電極のうち前記複数の第1部分電極を除く複数の第2部分電極に、前記光変調層が透明性を示す電圧を印加することにより、複数の線状照明光を出力させる
     照明装置。
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