(57)【要約】【課題】従来の半透過型ディスプレイにおける、光エネルギーの低利用及び画素構造が変えられる必要があるという複雑な製造工程の問題を解消するために、光学素子及びディスプレイ装置を提供する。【解決手段】光学素子は、互いに係合する第１の組のプリズム及び第２の組のプリズムを含む光学構造体を備え、第２の組のプリズムは、電気光学効果材料で形成され又は電気光学効果材料が備えられ、第２の組のプリズムに電界が印加されないと、第１の組のプリズム及び第２の組のプリズムは、同一の屈折率を有し、少なくとも一対の電極は、それらの間に電界を発生させ、電界の方向における第２の組のプリズムの屈折率を変えるように、第２の組のプリズムの２つの側面にそれぞれ提供され、制御ユニットは、少なくとも一対の電極に接続され、電極に電力を供給し又は電極に電力を供給しないような制御を行い、電極に電力を供給すると、電界の強度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学構造体、少なくとも一対の電極及び制御ユニットを備える光学素子であって、
前記光学構造体が、互いに係合する第１の組のプリズム及び第２の組のプリズムを含み、前記第２の組のプリズムが、電気光学効果材料で形成され又は電気光学効果材料を含み、前記第２の組のプリズムに電界が印加されないと前記第１の組のプリズム及び前記第２の組のプリズムが同一の屈折率を有し、
前記少なくとも一対の電極が、それらの間に電界を発生させ、前記電界の方向における前記第２の組のプリズムの屈折率を変えるように、前記第２の組のプリズムの２つの側面にそれぞれ提供され、
前記制御ユニットが、前記少なくとも一対の電極に接続され、前記電極に電力を供給し又は前記電極に電力を供給しないような制御を行い、前記電極に電力を供給すると前記電界の強度を制御する、光学素子。
【請求項２】
前記第１及び第２の組のプリズムの全てのプリズムが、同一の大きさ及び形状である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記プリズムがトリプルプリズムであり、その断面が直角二等辺三角形であり、その歯末角が直角である、請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第２の組のプリズムが、電界がそこに印加されると、前記電界の方向において、前記第１の組のプリズムの屈折率の（√２）／２未満である屈折率を有する、請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
それの前記歯末角に対して前記第１の組のプリズムの全てのプリズムの傾斜面が同一平面に位置し、それの前記歯末角に対して前記第２の組のプリズムの全てのプリズムの傾斜面が同一平面に位置する、請求項３に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２の組のプリズムの幅が、前記第１の組のプリズムの幅より大きい、請求項１から５の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第２の組のプリズムが位置する平面に垂直で、前記プリズムの断面に垂直であるように、端面が、前記第２の組のプリズムの両側に形成され、前記少なくとも１つの一対の電極が、それぞれ前記端面に付けられ又は備えられる、請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第２の組のプリズムのそれぞれのプリズムが、そこに電気光学効果材料を含み、前記電気光学効果材料が、液体状態のニトロベンゼン又は液晶状態の青相液晶である、請求項１から５の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第２の組のプリズムのそれぞれのプリズムが、電気光学効果材料で形成され、前記電気光学効果材料が、固体のリン酸二水素カリウム結晶である、請求項１から５の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一項に記載の光学素子を備えるディスプレイ装置。
【請求項１１】
少なくとも上部基板、下部基板及びそれらの間にある液晶層を含む液晶パネルをさらに備え、前記光学素子に含まれる前記光学構造体が、前記下部基板の外側に位置し、前記光学構造体の前記第１の組のプリズムが、前記下部基板に結合される、請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ技術の分野に関連し、特に光学素子及びディスプレイ装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ及び半透過型ディスプレイに分類される。
【０００３】
透過型ディスプレイにおいて、スクリーンの背面にミラーが提供されず、光は、単にバックライト源から出射し、従って、弱い光を有する環境又は光を有しない環境においても優れた性能を有する。しかしながら、太陽の下における屋外にあるとき、又は強い光の下にあるとき、バックライトの輝度は、極めて不十分になり、この場合、ディスプレイの性能を改善するためにバックライトの輝度を単に増加させると、電力消費が急速に増加し、効果が望めない。
【０００４】
反射型ディスプレイは、そのスクリーンの背面にミラーを有し、表示は外部光源に頼っており、従って良好な表示効果及びコントラストが戸外においても強い光の下においても実現され得る。しかしながら、反射型ディスプレイにおいては、高解像度の場合において高いコントラスト及び色品質を有する画像を表示することが難しく、特にフルカラー仕様に適合することが難しい。外部光が不十分であると、反射型ディスプレイのコントラスト及び輝度は非常に低下する。
【０００５】
現在、従来の半透過型ディスプレイは、透過型ディスプレイ及び反射型ディスプレイのデザインを組み合わせることによって設計され、すなわち、従来の半透過型ディスプレイは、バックライト源及びミラーの両方を備え、従って、動作に際して、半透過型ディスプレイは、それ自体のバックライト源のみを使用するのではなく、外部光源も使用し、そのため、強い光の下において又は暗闇の中においても問題なく使用者に良好な視覚効果が提供され得る。しかしながら、従来の半透過型ディスプレイにおいて、各画素の半分が透過型で使用され、各画素の他の半分が反射型で使用されるように反射性材料の層が各画素の半分の領域に被覆され、従って、従来の半透過型ディスプレイの各画素の利用は、反射型ディスプレイ又は透過型ディスプレイの利用の半分のみであり、それは、光エネルギーの低利用をもたらす。さらに、従来の半透過型ディスプレイにおいて、反射用の各画素の一部を反射性材料で被覆する必要があるので、画素構造は変えられ、その製造工程はより複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来の半透過型ディスプレイにおける、光エネルギーの低利用、及び画素構造を変える必要があるという複雑な製造工程の問題を解消するために、光学素子及びディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、以下の方法によって達成される。
【０００８】
本発明の一実施形態は、光学構造体、少なくとも一対の電極及び制御ユニットを備える光学素子であって、前記光学構造体が、互いに係合する第１の組のプリズム及び第２の組のプリズムを含み、前記第２の組のプリズムが、電気光学効果材料で形成され又は電気光学効果材料が備えられ、前記第２の組のプリズムに電界が印加されないと前記第１の組のプリズム及び前記第２の組のプリズムが同一の屈折率を有し、前記少なくとも一対の電極が、それらの間に電界を発生させ、前記電界の方向における前記第２の組のプリズムの屈折率を変えるように、前記第２の組のプリズムの２つの側面にそれぞれ提供され、前記制御ユニットが、前記少なくとも一対の電極に接続され、前記電極に電力を供給し又は前記電極に電力を供給しないような制御を行い、前記電極に電力を供給すると前記電界の強度を制御する、光学素子を提供する。
【０００９】
例えば、前記第１の組のプリズム及び前記第２の組のプリズムは、それぞれ複数のプリズムを含み、前記全てのプリズムは、同一の大きさ及び形状である。
【００１０】
例えば、前記プリズムは、トリプルプリズムであり、その断面は、直角二等辺三角形である。
【００１１】
例えば、互いに係合するトリプルプリズムのそれぞれの歯末角は、直角である。
【００１２】
例えば、前記第２の組のプリズムは、電界がそこに印加されると、前記電界の方向において、前記第１の組のプリズムの屈折率の（√２）／２未満である屈折率を有する。
【００１３】
例えば、それの前記歯末角に対して前記第１の組のプリズムの全てのプリズムの傾斜面が同一平面に位置し、それの前記歯末角に対して前記第２の組のプリズムの全てのプリズムの傾斜面が同一平面に位置する。
【００１４】
例えば、前記第２の組のプリズムの幅は、前記第１の組のプリズムの幅より大きい。
【００１５】
例えば、前記第２の組のプリズムが位置する平面に垂直で、前記第２の組のプリズムのトリプルプリズムの断面に垂直であるように、端面が、前記第２の組のプリズムの両側に形成され、前記電極は、それぞれ前記端面に付けられ又は備えられる。
【００１６】
例えば、前記第２の組のプリズムのそれぞれは、そこに電気光学効果材料が備えられ、前記電気光学効果材料は、液体状態のニトロベンゼン又は液晶状態の青相液晶である。
【００１７】
例えば、前記第２の組のプリズムのそれぞれのプリズムは、電気光学効果材料で形成され、前記電気光学効果材料は、固体のリン酸二水素カリウム結晶である（ＫＨ２ＰＯ４）である。
【００１８】
本発明の有利な効果は、以下の通りである：光学素子は、例えば２つの組のトリプルプリズムである２つの組のプリズムを備え、一組のトリプルプリズムは、電気光学効果材料で形成され又はそれに電気光学効果材料が備えられ、電界の印加を用いて、電界の方向における電気光学効果材料を含む前記一組のトリプルプリズムの屈折率は変えられ、光学素子は、透過モード及び全反射モードの間でスイッチングされ得、それによって光エネルギーの利用が増加し得る。
【００１９】
本発明の一実施形態は、上記光学素子を備えるディスプレイ装置を提供する。
【００２０】
例えば、前記ディスプレイ装置は、上部基板、下部基板及びそれらの間にある液晶層を含む液晶パネルを備え、前記光学素子に含まれる光学構造体は、前記下部基板の外側に位置し、前記光学構造体の第１の組のプリズムは、前記下部基板に結合される。
【００２１】
本発明の有利な効果は、以下の通りである：光学素子は、ディスプレイパネルのバックライト側に提供され、前記光学素子は、例えばトリプルプリズムである２つの組のプリズムを備え、一方の組のプリズムは、電気光学効果材料で形成され又はそれに電気光学効果材料が備えられ、電界の印加を用いて、電界の方向における電気光学効果材料を備える前記一方の組のトリプルプリズムの屈折率は変えられ、前記光学素子は、透過モード及び全反射モードの間でスイッチングされ得、前記光学素子を含むディスプレイ装置は、透過モード及び全反射モードの間でスイッチングされ得るようになる。さらに、前記光学素子を用いたディスプレイ装置において、画素を反射性材料で被覆する必要がなく、画素の全領域が利用可能であり、ディスプレイ装置は、透過モード及び全反射モードの間でスイッチングされ得、従って、強い光においても又は暗闇においても問題なく使用者に良好な視覚効果を提供し得るだけではなく、光エネルギーの利用が増加し得る。一方、画素が反射性材料で被覆される必要がないので、画素構造を変える必要がなく、複雑な製造工程が必要とされない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第２の実施形態による光学素子の構造の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態による光学素子における第１の組のトリプルプリズムの三次元構造の概略図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態による光学素子における第２の組のトリプルプリズムの三次元構造の概略図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態による液晶パネルの構造の概略図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態による透過モードを示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施形態による全反射モードを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の上記及び他の特徴は、添付の図面を参照してその例示的な実施形態を詳細に記述することによってより明らかになる。
【００２４】
以下、本発明の実施形態が図面を参照して詳細に説明される。
【００２５】
本発明の実施形態は、光学構造体、少なくとも一対の電極及び制御ユニットを備える光学素子であって、光学構造体が、互いに係合する第１の組のプリズム及び第２の組のプリズムを含み、第２の組のプリズムが、電気光学効果材料で形成され又は電気光学効果材料が備えられ、第２の組のプリズムに電界が印加されないと第１の組のプリズム及び第２の組のプリズムが同一の屈折率を有し、少なくとも一対の電極が、それらの間に電界を発生させ、電界の方向における第２の組のプリズムの屈折率を変えるように、第２の組のプリズムの２つの側面にそれぞれ提供され、制御ユニットが、少なくとも一対の電極に接続され、電極に電力を供給し又は電極に電力を供給しないような制御を行い、電極に電力を供給すると電界の強度を制御する、光学素子を提供する。
【００２６】
例えば、第１の組のプリズム及び第２の組のプリズムは、それぞれ複数のプリズムを含み、全てのプリズムは、同一の大きさ及び形状である。
【００２７】
例えば、プリズムは、トリプルプリズムであり、その断面は、直角二等辺三角形であり、互いに係合するトリプルプリズムのそれぞれの歯末角は、直角である。あるいは、プリズムが入射光を完全に反射し得る限りにおいて、プリズムは、二等辺四辺形などのあらゆる形状であり得る。
【００２８】
例えば、第２の組のプリズムは、電界がそこに印加されると、電界の方向において、第１の組のプリズムの屈折率の（√２）／２未満である屈折率を有する。
【００２９】
例えば、それの歯末角に対して第１の組のプリズムの全てのプリズムの傾斜面は、同一平面に位置し、それの歯末角に対して第２の組のプリズムの全てのプリズムの傾斜面は、同一平面に位置する。
【００３０】
例えば、第２の組のプリズムの幅は、第１の組のプリズムの幅より大きい。
【００３１】
例えば、第２の組のプリズムの傾斜面が位置する平面に垂直で、第２の組のプリズムのプリズムの断面に垂直であるように、端面が、第２の組のプリズムの両側に形成され、少なくとも１つの一対の電極は、それぞれ端面に付けられ又は備えられる。
【００３２】
例えば、第２の組のプリズムは、そこに電気光学効果材料が備えられ、電気光学効果材料は、液体状態のニトロベンゼン又は液晶状態の青相液晶である。
【００３３】
例えば、第２の組のプリズムは、電気光学効果材料で形成され、電気光学効果材料は、固体のリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）結晶である。
【００３４】
本発明の第２実施形態は、光学素子を提供する。図１に示されるように、光学素子は、光学構造体１、２つの電極２及び制御ユニット３を含み、光学構造体１は、互いに係合する第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２を含み、第１の組のトリプルプリズム１１の幅は、第２の組のトリプルプリズム１２の幅より小さい。また、第２の組のトリプルプリズム１２は、電気光学効果材料で形成され又は電気光学効果材料が備えられ、第２の組のプリズム１２に電界が印加されないと、第２の組のトリプルプリズム１２は、第１の組のトリプルプリズム１１と同一の屈折率を有する。
【００３５】
ここで「幅」とは、図１及び図４における水平方向における距離を意味するものと解されるべきである。
【００３６】
２つの電極２は、それぞれ第２の組のトリプルプリズム１２の２つの側部に提供され、２つの電極２に電力が供給されると、電界は、それらの間に生成し、この電界は、この電界の方向において第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率を変え得る。
【００３７】
制御ユニット３は、２つの電極２に接続され、電極に電力を供給し又は電極に電力を供給しないような制御を行い、２つの電極２に電力が供給された際に電界の強度を制御する。
【００３８】
本発明において提供される光学素子は、透過モード及び反射モードを含む２つの動作モードを有する。具体的には、以上に記載のように、光学素子が透過モードにあるとき、電極２に電力が供給されず、そのため、第２の組のトリプルプリズム１２に印加される電界がない。第１の組のトリプルプリズム１１の屈折率は、第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率と同一であり、光は、光路を変えることなく（図５に示されるように）第２の組のトリプルプリズム１２及び第１の組のトリプルプリズム１１を通過し得るようになる。光学素子が反射モードにあるとき、電極２に電極が供給され、第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率が変わり、第１の組のトリプルプリズム１１を通過する入射光が第２の組のトリプルプリズム１２に入ると、入射光の少なくとも一部が反射する（図６に示されるように）。
【００３９】
例えば、第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２の両方が、同一の大きさ及び形状である複数のトリプルプリズム１３で形成され、その断面は、直角二等辺三角形である。第１の組のトリプルプリズム１１を構成するトリプルプリズム１３の向き（図１における下方向）は、第２の組のトリプルプリズム１２を構成するトリプルプリズム１３の向き（図１における上方向）と反対であり、第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２は、互いに係合するようになることが理解されるべきである。
【００４０】
図２は、第１の組のトリプルプリズム１１の透視図を示す。図２に示されるように、第１の組のトリプルプリズム１１は、平行に配置される複数のトリプルプリズム１３で形成される。第１の組のトリプルプリズム１１は、ジグザグ状であり、トリプルプリズム１３の各々の歯末角は、直角である。
【００４１】
トリプルプリズム１３の断面を直角二等辺三角形にする利点は、図６に示されるように、第２の組のトリプルプリズム１２に電圧が印加されると、光学素子が全反射状態になり、入射光及び出射光は、互いに平行になり、従って観察者が光学素子に面したときに最適な視覚が得られるようになるからである。
【００４２】
図３は、第２の組のトリプルプリズム１２の透視図である。図３に示されるように、第２の組のトリプルプリズム１２は、平行に配置される複数のトリプルプリズム１３で形成される。第２の組のトリプルプリズム１２は、ジグザグ状であり、トリプルプリズム１３の各々の歯末角１３１は、直角である。第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２は、互いに係合し得る。
【００４３】
例えば、歯末角１３１に対する第１の組のプリズム１１における全てのプリズム１３の傾斜面は、同一平面に位置し、歯末角１３１に対する第２の組のトリプルプリズム１２における全てのプリズム１３の傾斜面は、同一平面に位置する。
【００４４】
例えば、第２の組のトリプルプリズム１２の両側において、第２の組のプリズム１２におけるプリズム１３の傾斜面が位置する平面及びプリズム１３の断面に垂直で、プリズム１３の長さ方向に延長する２つの端面がある。２つの電極２は、それぞれ端面に取り付けられ又は提供される。
【００４５】
例えば、第２の組のプリズム１２における各々のプリズム１３は、電気光学効果材料で形成され又はそこに電気光学効果材料が提供され、電気光学効果材料は、電力が印加されないとそれが等方性であり、電力が印加されるとそれが異方性であることを特徴とする。電気光学効果材料の屈折率は、印加された電界の方向において変化する。
【００４６】
例えば、第２の組のプリズム１２における各々のプリズム１３は、そこに電気光学効果材料が備えられ、電気光学効果材料は、液体状態のニトロベンゼン又は液晶状態の青相液晶である。
【００４７】
例えば、第２の組のプリズム１２における各々のプリズム１３は、電気光学効果材料で形成され、電気光学効果材料は、固体のリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）結晶である。
【００４８】
さらに、第２の組のトリプルプリズム１２におけるトリプルプリズム１３に入射すべき入射光が、第１の組のトリプルプリズム１１におけるトリプルプリズム１３の傾斜面が位置する平面を垂直に通過すると、反射が意図される場合、電極２に電力が供給される必要があり、電極２の間に電界が発生するようになり、そのため、電界の方向における第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率が変わるようになる。この実施形態において、全反射を実現するための必要な条件は、以下の通りである：電界の方向における第２の組のトリプルプリズム１２の各々のトリプルプリズム１３の屈折率は、入射光の入射角の正弦（サイン）を乗じる第１の組のトリプルプリズム１１における各々のトリプルプリズム１３の屈折率に等しい。入射光が当該平面に垂直であると、互いに近接する第１の組のトリプルプリズム１１におけるトリプルプリズム及び第２の組のトリプルプリズム１２におけるトリプルプリズム１３の間の係合表面における光の入射角は、４５°であり、サイン４５度は、（√２）／２である。全反射を実現するための条件に完全に適合させるために、電界の方向において第２の組のトリプルプリズム１２における各々のトリプルプリズム１３の屈折率は、第１の組のトリプルプリズム１１における隣接するトリプルプリズム１３の屈折率の（√２）／２未満であるべきである。第２実施形態において、電界の方向における第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率の変化は、電極に印加される電圧を調整することによって実現される。
【００４９】
本実施形態において、詳細な説明は、一例としてトリプルプリズムを取り上げて行われるが、それは単に例示的なものであり、本発明は、それに限定されるものではない。実際、透過モード及び全反射モードの間のスイッチが達成され得る限りにおいて、第１の組のプリズム（第１の組のトリプルプリズム１１に対応する）及び第２の組のプリズム（第２の組のトリプルプリズム１２に対応する）は、トリプルプリズム以外のプリズムによって構成され得る。
【００５０】
本発明の有利な効果は、以下の通りである：光学素子は、２つの組のトリプルプリズムを備え、一組のトリプルプリズムは、電気光学効果材料で形成され又はそこに電気光学効果材料が備えられ、電界の印加によって電界の方向における一組のトリプルプリズムの屈折率は変化し、光学素子は、透過モード及び全反射モードの間で切り替えられ得、それによって光エネルギーの利用が増加し得るようになる。全反射モードの場合において、第１の組のトリプルプリズム１１を透過する光は、第２の組のトリプルプリズム１２によって全反射され、第１の組のトリプルプリズム１１を通過した後に入射光側に案内され、入射光側（すなわち、図１における上表面）における輝度は増加し、それによって光エネルギーの利用は増加するようになる。
【００５１】
さらに、本発明によって提供されるディスプレイ装置は、液晶パネル、液晶テレビ、デジタル画像フレーム、液晶ディスプレイ、携帯電話、タブレットＰＣ、電子ペーパー、ＯＬＥＤパネル等の表示機能を有するあらゆる製品又は部品であり得、それは、本発明の光学素子を含むが、このような製品又は部品に限定されない。
【００５２】
本発明の第３の実施形態は、上記の光学素子を含むディスプレイ装置を提供する。例えば、ディスプレイ装置は、液晶パネルを含み、図４に示されるように、液晶パネルは、少なくとも上部基板５、下部基板６及び液晶層７を含む。光学素子は、光学構造体１、一対の電極２及び制御ユニット３を含む。
【００５３】
光学構造体１は、互いに係合する第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２を含み、第２の組のトリプルプリズム１２は、電気光学効果材料で形成され又は電気光学効果材料が備えられ、第２の組のトリプルプリズム１２に電界が印加されないと、第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２は、同一の屈折率を有する。本実施形態の光学素子は、第２の実施形態の光学素子と同一である。
【００５４】
図４に示されるように、２つの電極２は、それぞれ第２の組のトリプルプリズム１２の２つの側部に提供され、２つ電極２に電力が供給されると、電界がそれらの間に生じ、この電界は、電界の方向における第２の組のトリプルプリズムの屈折率を変え得る。当然ながら、第２の組のトリプルプリズム１２を形成する電気光学効果材料の特性に依存して、屈折率が変えられる必要がある方向に電界が発生し得、従って、電極２は、第２の組のトリプルプリズム１２から分離するように提供され、又は、電極２は、第２の組のトリプルプリズム１２の２つの側面における端面に提供され若しくは取り付けられ得る。例えば、電極２が第２の組のトリプルプリズム１２の２つの側部における端面に提供され又は取り付けられると、第２の組のトリプルプリズム１２におけるプリズム１３の傾斜面が位置する平面に垂直であり、プリズム１３の断面に垂直であり、プリズム１３の長さ方向に延びる２つの端面は、それぞれ第２の組のトリプルプリズム１２の両側において提供される必要があり、同時に、２つの電極２の間の電界は、第２の組のトリプルプリズム１２におけるプリズムの傾斜面が位置する平面に平行であるべきである。
【００５５】
制御ユニット３は、２つの電極２に接続され、電極２に電力を供給し又は電極２に電力を供給しないような制御を行い、２つの電極２に電力が供給されると、２つの電極２の間の電界の強度を制御する。
【００５６】
光学素子に含まれる光学構造体１は、下部基板６の外側に位置し、光学構造体１の第１の組のトリプルプリズム１１は、図４に示されるように下部基板６に結合される。
【００５７】
例えば、図４に示されるように、第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２の両方は、複数のプリズム１３を有し、第１の組のトリプルプリズム１１におけるプリズム１３の各々及び第２の組のトリプルプリズム１２におけるプリズム１３の各々は、同一の大きさ及び形状を有し、プリズム１３の断面は、直角二等辺三角形である。
【００５８】
本発明の有利な効果は、以下の通りである：光学素子は、ディスプレイパネルのバックライト側に提供され、光学素子は、２組のトリプルプリズムを備え、一方の組のトリプルプリズムにおけるプリズムの各々は、電気光学効果材料で形成され又はその中に電気光学効果材料が備えられ、電界を印加することによって、電界の方向におけるその一方の組のトリプルプリズムの屈折率が変わり、光学素子は、透過モード及び全反射モードの間でスイッチングされ得、それによって光学素子を有するディスプレイ装置は、透過モード及び全反射モードの間でスイッチングされ得るようになる。さらに、光学素子を用いたディスプレイ装置に関して、画素を反射性材料で被覆する必要がないので、画素の全領域が利用可能であり、ディスプレイ装置は、透過モード及び反射モードの間でスイッチングされ得、従って、強い光があるか暗いかを問わず、使用者に良好な視覚効果が提供され得るだけではなく、光エネルギーの利用も増加し得る。一方、画素を反射性材料で被覆する必要がないので、画素構造を変える必要がなく、複雑な製造工程が要求されない。
【００５９】
以下に、図５及び図６を参照して第４の実施形態が詳細に記載される。図５は、透過モードである本発明による光学素子の概略図を示す。図５に示されるように、参照符号８は、第２の組のトリプルプリズム１２が下に位置するバックライト源からの光を指す。バックライト源を用いた場合、第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率を変えるために電界が印加されず、第２の組のトリプルプリズム１２に含まれる電気光学効果材料は、等方性であり、同時に、第１の組のトリプルプリズム１１の屈折率は、第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率と同一であり、バックライト源からの光８は、第２の組のトリプルプリズム１２及び第１の組のトリプルプリズム１１を介して伝わるようになる。
【００６０】
図６は、全反射モードである本発明による光学素子の概略図を示す。図６に示すように、第２の組のトリプルプリズム１２に電界が印加され、電界の方向が参照符号１００によって示される方向であり、同時に、バックライト源が消される。この場合、第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率は、印加された電界によって変えられる。すなわち、参照符号１００によって示される方向における第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率は変えられ、入射光９が入ると、第１の組のトリプルプリズム１１の屈折率が電界１００の方向における第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率と異なる。そのため、第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２が互いに係合するところで２つの反射が起こり、図６に示されるように、出射光１０の方向及び入射光９の方向は反対で互いに平行であり、それは、全反射が実現されたことを意味する。上記の全反射を実現するために、以下の条件に適合しなければならない。
【００６１】
第１の組のトリプルプリズム１１及び第２の組のトリプルプリズム１２を形成するトリプルプリズム１３の断面は、直角二等辺三角形であり、電界１００の方向における第２の組のトリプルプリズム１２の屈折率及び第１の組のトリプルプリズム１１の屈折率は以下の式を満たす必要がある：
ｎ２＜（√２）／２×Ｎ０
ここで、ｎ２は、第２の組のプリズム１２の屈折率を変えるように電界を印加した場合の電界の方向における第２の組のプリズム１２の屈折率であり、ｎ０は、第１の組のプリズム１１である。
【００６２】
本発明の実施形態では、本発明の光学素子を用いたディスプレイ装置において、透過型ディスプレイが実現されるべき場合、第２の組のプリズム１２に電界が印加されず、すなわち、第２の組のプリズム１２の屈折率は電界を印加することによって変えられず、反射型ディスプレイが実現されるべき場合、電界が、電界の方向における第２の組のプリズム１２の屈折率を変えるように印加され、第２の組のプリズム１２の屈折率は、全反射を実現するように所定の関係に適合し得るようになる。
【００６３】
以上の実施形態が、本発明の原理を説明するために使用される単なる例示的な実施形態であり、本発明がこれに限定されないことは理解され得る。当業者であれば、本発明の精神及び実態から逸脱することなく種々の変更及び改良が行われ得る。このような変更及び改良は、本発明の保護範囲にあるものとされる。
【符号の説明】
【００６４】
１  光学構造体
２  電極
３  制御ユニット
５  上部基板
６  下部基板
７  液晶層
８  光
９  入射光
１０  出射光
１１  トリプルプリズム
１２  トリプルプリズム
１３  トリプルプリズム
１００  電界
１３１  歯末角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014119760.tif 000008
【外国語明細書】
2014119760000001.pdf