(57)【要約】【課題】ＰＤＬＣ，ＰＮＬＣに例示されるヘイズ変調を行なう調光素子によるフルカラー・ディスプレイへの応用にあたり、奥行きスペースを要さず、全体の薄型化を可能とした平板状（フラットパネル）ディスプレイを提案する。【解決手段】Ｍ×Ｎのマトリクスで領域分割された表示画素が規定されてなり、入力映像信号に応じた電圧が印加されることによって表示画素毎にヘイズが変調された画像を表示する調光体と、前記調光体の背面に照明光を照射するためのエッジライト式の面光源と、を具備する構成。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧に応じてヘイズを２段階以上に切替可能な調光層が、当該調光層に電圧を印加する透明電極を有する透明基材に挟持されている調光素子を具備するディスプレイにおいて、
透明基材に形成され、調光層を介して相対する透明電極がそれぞれＭ行×Ｎ列（Ｍ，Ｎは３以上の自然数）のマトリクスで領域分割され、領域分割された表裏の透明電極と挟持される調光層とからなるＭ×Ｎの表示画素が規定されてなり、入力映像信号に応じた電圧が印加されることによって表示画素毎にヘイズが変調された画像を表示する調光体と、
前記調光体の背面に照明光を照射するためのエッジライト式の面光源と、を具備することを特徴とするディスプレイ。
【請求項２】
印加電圧に応じてヘイズを２段階以上に切替可能な調光層が、当該調光層に電圧を印加する透明電極を有する透明基材に挟持されている調光素子を具備するディスプレイにおいて、
透明基材に形成され、調光層を介して相対する透明電極の一方がＭ行，他方がＮ列（Ｍ，Ｎは３以上の自然数）の互いに方向が直交する帯状のストライプ電極であり、単純マトリクス駆動方式による駆動系からの電圧信号がＭ行−Ｎ列の電極で合致した部分に電圧が印加されることによって、透明電極と挟持される調光層とからなるＭ×Ｎの表示画素として規定される表示画素毎にヘイズが変調された画像を表示する調光体と、
前記調光体の背面に照明光を照射するためのエッジライト式の面光源と、を具備することを特徴とするディスプレイ。
【請求項３】
前記面光源は、表面が前記調光体の背面に対向する平板形状で、その側面に位置するエッジライト光源からの入射光の進行方向を偏向させて、前記調光体の背面に向けて照明光としてそれぞれ出射する構造であり、
エッジライト光源は、面光源の少なくとも１側面に配置されており、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の光源を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
調光体への入力映像信号に応じて、シーケンシャル駆動によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光源の発光タイミングが切り替わることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的制御によって光の透過状態を制御する光学素子を備えた調光体を応用したディスプレイに関する。
【０００２】
以降の説明においては、調光体，調光装置，調光シート，調光フィルムなど各種用語を混在して用いることもあるが、本願発明ではそれらを同義語として取扱うものとする。
【背景技術】
【０００３】
不透明状態（あるいは白濁状態）と透明状態とを切り替える調光シートは様々な用途で用いられている。
例えば、調光シートは、電極間に保持された液晶層を備え、電極に印加する電圧により液晶層に含まれる液晶分子の配向状態を変化させて、入射した光を散乱する不透明状態と、入射した光を透過する透明状態とを切り替え可能に構成されている。（例えば、特許文献１参照）
調光シートは、例えばガラス等の透明基材に固定することにより、建築物のみならず車両（鉄道，バス，船舶，航空機）向けの窓ガラスや展示ウィンドウ，間仕切りなどに採用することが可能となり、例えばプライベート空間とパブリック空間とを分離するため等、空間を分離する設備の他、自動車のサンルーフやサンバイザー用途としての利用についても提案されている。
【０００４】
液晶材料を用いた液晶素子としては、ＴＮ（Twisted  Nematic）モードが実用化されている。このモードでは、液晶の旋光特性を利用して、光のスイッチングを行うものであり、液晶素子として用いる際には、偏光板を用いる必要がある。しかし、偏光板を用いることで光の利用効率が低くなる。偏光板を用いずに光の利用効率の高い液晶素子として、液晶の透過状態（透明状態ともいう）と散乱状態との間でスイッチングを行う液晶素子がある。液晶素子としては、一般的に、液晶分子がポリマー中に分散配置された高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer  Dispersed  Liquid  Crystal）や、三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークの内部に形成された空隙内に配置された液晶分子を有するポリマーネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Polymer  Network  Liquid  Crystal）を用いたものが知られている。ＰＤＬＣ，ＰＮＬＣはいずれも、紫外線により重合する重合性化合物を含む液晶組成物の一部又は全体が液晶性を示している。そして、ＰＤＬＣ，ＰＮＬＣのいずれも、紫外線照射により上記液晶組成物の硬化が行われ、液晶と重合性化合物との硬化物複合体を形成する工程を経て製造される。
【０００５】
上記液晶素子を調光層として用いる調光フィルムには、その使用態様により、ノーマルモードとリバースモードの二種が知られている。ノーマルモードとは、電圧印加（ＯＮ）により透過状態となり、電圧除去（ＯＦＦ）により散乱状態となるモードを言う。また、リバースモードとは、電圧除去（ＯＦＦ）により透過状態となり、電圧印加（ＯＮ）により散乱状態となるモードを言う。
【０００６】
透明導電フィルムは、フィルム基材上に透明な導電材料からなる透明電極を成膜してなる透明導電フィルムを互いの透明電極側を対向して調光層を挟持する。
【０００７】
透明導電フィルムを構成する透明基材には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム，ポリエチレン（ＰＥ）フィルム，ポリカーボネート（ＰＣ）フィルムなどを用いることができる。透明基材の厚みは、約５０〜２００μｍ程度が望ましい。
透明電極（透明導電膜）には、一般的にＩＴＯなどの金属酸化物が用いられるが、ＩＴＯに替えて低抵抗の導電性ポリマーを採用することも可能である。導電性ポリマーとしては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに例示されるπ共役系導電性高分子にドープされたポリアニオンを含む材料の採用が好適である。透明電極の好適な厚さは略８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
【０００８】
図４（ａ）は、調光シート１０全面の表示（透過−散乱）が切り替わる用途・形態での、透明電極（透明導電膜）がフィルム基材全面にベタ状に成膜されてなる構成に係る説明図である。
【０００９】
全面を一括的に切り替える用途・形態では、液晶素子を挟持する２枚の透明導電フィルムには、フィルム基材全面にベタ状に成膜されてなる透明電極（透明導電膜）を具備する構成となり、電極サイズが大きいため、電極面上での給電部からの離間距離に応じた電圧勾配の問題（ヘイズむら）が顕著となる。
【００１０】
全面一括でなく領域毎に選択的に表示（透過−散乱）を切り替える用途・形態では、少なくとも一方の透明電極（透明導電膜）を領域分割してなる構成となり、分割された領域毎に給電部（電極端子）を要することになる。（図４（ｃ）参照）
一方の透明電極（透明導電膜）が領域分割され、他方は全面ベタ状の透明電極（透明導電膜）を有する透明導電フィルムを具備する調光シート（駆動による表示の切り替わりは、全面一括でなく選択的となる）の構成例を図４（ｂ）（ｃ）に示す。
【００１１】
以上は、主にＰＤＬＣ，ＰＮＬＣタイプの液晶素子による「透過⇔散乱による『間仕切り』」に係る説明であり、文字，絵柄，パターンなどの視覚的表示を目的とする『ディスプレイ』としての応用については言及していない。
【００１２】
ＰＤＬＣ，ＰＮＬＣは「透過⇔散乱」即ち「透明⇔白」の状態変化を示す素子であり、ディスプレイとしての応用に係る報告例は少ないが、文字，絵柄，パターンなどの視覚的表示にあたっては、プロジェクションスクリーンとしての報告例が見られる。（例えば、特許文献２参照）
特許文献２に例示されるＰＤＬＣ，ＰＮＬＣのディスプレイ応用では、散乱状態にある液晶素子をスクリーンとして、別途の画像表示素子を内包するプロジェクタからの投射映像光をスクリーン面上に結像する手法である。
【００１３】
プロジェクション型ディスプレイでは、観察者，スクリーン，プロジェクタの相対的な位置関係により、フロント型（反射型），リア型（透過型）に分類される。何れのタイプの場合も、図３に示す様に、スクリーン（透明板１５に形成された調光体２０が結像面として機能）に対して、プロジェクタ５０からの映像光が投射される。
【００１４】
プロジェクション型ディスプレイでは、図示される様に、プロジェクタ３からの映像光を拡大投射する上で、プロジェクタ５０→調光体２０の光路長を要するため、プロジェクタ５０→調光体２０のスペースを要することになり、ディスプレイ全体の薄型化（奥行き）には限界がある。
【特許文献１】特開２０１４−１４６０５１号公報
【特許文献２】特許第５８６６９３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、ＰＤＬＣ，ＰＮＬＣに例示されるヘイズ変調を行なう調光素子によるフルカラー・ディスプレイへの応用にあたり、奥行きスペースを要さず、全体の薄型化を可能とした平板状（フラットパネル）ディスプレイを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によるディスプレイは、
印加電圧に応じてヘイズを２段階以上に切替可能な調光層が、当該調光層に電圧を印加する透明電極を有する透明基材に挟持されている調光素子を具備するディスプレイにおいて、
透明基材に形成され、調光層を介して相対する透明電極がそれぞれＭ行×Ｎ列（Ｍ，Ｎは３以上の自然数）のマトリクスで領域分割され、領域分割された表裏の透明電極と挟持される調光層とからなるＭ×Ｎの表示画素が規定されてなり、入力映像信号に応じた電圧が印加されることによって表示画素毎にヘイズが変調された画像を表示する調光体と、
前記調光体の背面に照明光を照射するためのエッジライト式の面光源と、を具備することを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の形態に係るディスプレイは、
印加電圧に応じてヘイズを２段階以上に切替可能な調光層が、当該調光層に電圧を印加する透明電極を有する透明基材に挟持されている調光素子を具備するディスプレイにおいて、
透明基材に形成され、調光層を介して相対する透明電極の一方がＭ行，他方がＮ列（Ｍ，Ｎは３以上の自然数）の互いに方向が直交する帯状のストライプ電極であり、単純マトリクス駆動方式による駆動系からの電圧信号がＭ行−Ｎ列の電極で合致した部分に電圧が印加されることによって、透明電極と挟持される調光層とからなるＭ×Ｎの表示画素として規定される表示画素毎にヘイズが変調された画像を表示する調光体と、
前記調光体の背面に照明光を照射するためのエッジライト式の面光源と、を具備することを特徴とする。
【００１８】
上記ディスプレイによるフルカラー表示の上で、
前記面光源は、表面が前記調光体の背面に対向する平板形状で、その側面に位置するエッジライト光源からの入射光の進行方向を偏向させて、前記調光体の背面に向けて照明光としてそれぞれ出射する構造であり、
エッジライト光源は、面光源の少なくとも１側面に配置されており、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の光源を具備する構成が採用される。
【００１９】
フルカラー表示の上での他手法として、
調光体への入力映像信号に応じて、シーケンシャル駆動によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光源の発光タイミングが切り替わる構成も採用される。
【発明の効果】
【００２０】
プロジェクション型ディスプレイの様に奥行きを要さず、ヘイズ変調を行なう調光素子を用いたフルカラー表示の可能な平板状（フラットパネル）ディスプレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】シーケンシャル駆動による本発明ディスプレイでのフルカラー表示概念を示す説明図。
【図２】単純マトリクス駆動方式によるディスプレイの概略構成を示す説明図。（本発明）
【図３】液晶素子をスクリーンとして、プロジェクタからの投射映像光をスクリーン面上に結像するプロジェクション型ディスプレイを示す説明図。（従来技術）
【図４】給電部（電極端子）を含む調光シート全体の一例を示す説明図。（従来技術）
【図５】ノーマルタイプのＰＮＬＣからなる調光層と透明導電フィルムとを備える調光体の概略構成を示す説明図。
【図６】リバースタイプの調光層（ＰＮＬＣ）を具備する調光体の概略構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の説明、図示によって限定されるものではない。
本発明では、調光層として、三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークの内部に形成された空隙内に液晶分子が配置されたタイプのＰＮＬＣ（ポリマーネットワーク液晶）、またはポリマー中に分散配置される液晶分子を有するタイプのＰＤＬＣ（高分子分散液晶）の何れかを採用することを想定しているが調光層としてはこれ以外の構成であってもよい。
以下では、ＰＮＬＣの調光層を想定して本実施形態を説明する。
＜ＰＮＬＣによる調光体＞
ＰＮＬＣからなる調光層を具備する調光体（フィルム）の製造にあたっては、まず液晶と光重合性化合物（モノマー）との混合物を一対の透明電極基板（透明導電膜の形成された透明基板）の間に挟む。この状態で一定の条件下で紫外線を照射することにより、光重合によって光重合性化合物が高分子に変化すると共に、光重合および架橋結合によって微細なドメイン（高分子の空隙）を無数に有するポリマーネットワークが液晶中に形成される。
【００２３】
ＰＮＬＣの駆動電圧は、一般にポリマーネットワークの構造上の特性（ドメインの大きさや形状，ポリマーネットワークの膜厚など）に依存しており、ポリマーネットワークの構造と、得られる光透過率または散乱度との関係において、駆動電圧が決定されている。
【００２４】
１００Ｖ以下の電圧領域において、十分な光透過／散乱度が得られるようなＰＮＬＣを構成するには、各ドメインがいずれも適正な大きさで均一となるように、かつ、形状も均一となるようにポリマーネットワークを形成する必要がある。
【００２５】
本発明では、ポリマーネットワーク構造に依存するドメインサイズを３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、一層好ましくは０．３〜１．７μｍのサイズとなる様に制御する。
【００２６】
本実施形態による調光体では、ＰＮＬＣからなる調光層と透明導電フィルム（透明導電膜の形成された透明基板）とを備えている。
透明導電フィルムは、調光層（ＰＮＬＣ）を挟持しており、調光層（ＰＮＬＣ）に電圧を印加して、高ヘイズ（散乱状態），低ヘイズ（透過状態）を変化させる。
【００２７】
図５に示すように、本実施形態による調光体１は、ＰＮＬＣからなる調光層２と透明導電フィルム３とを備えている。
透明導電フィルム３は、調光層２（ＰＮＬＣ）を挟持しており、調光層２（ＰＮＬＣ）に電圧を印加して、高ヘイズ（散乱状態），低ヘイズ（透過状態）を変化させる。
【００２８】
調光層２は、５μｍ〜５０μｍ（好適には１０μｍ〜２５μｍ程度）の厚さでの製造が好ましい。
透明導電フィルム３は、フィルム基材５上にＩＴＯやＩＺＯや有機導電膜などの透明な導電材料からなる透明電極６を成膜してなる透明導電フィルム３ａ，３ｂを互いの透明電極６側を対向して調光層２を挟持する。
【００２９】
透明導電フィルム３ａ，３ｂを構成する透明基材５には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム，ポリエチレン（ＰＥ）フィルム，ポリカーボネート（ＰＣ）フィルムなどを用いることができる。透明基材５の厚みは、約５０〜２００μｍ程度が望ましい。
透明導電フィルム３ａ，３ｂを構成する透明導電層６には、一般的にＩＴＯなどの金属酸化物が用いられる。ＩＴＯに替えて低抵抗の導電性ポリマーを採用することも可能である。導電性ポリマーとしては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに例示されるπ共役系導電性高分子にドープされたポリアニオンを含む材料の採用が好適である。
透明電極６の好適な厚さは略８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
尚、ＰＮＬＣでは印加電圧に応じて、０／１以外の中間調のヘイズ状態を表現することも可能である。
【００３０】
本発明は、光散乱（白濁）系から電圧を印加（ＯＮ）にすることで透明状態へ変化するノーマルモード方式に加えて、電圧の印加で透明から白濁系へと状態が変化するリバースモード方式にも適用可能である。
【００３１】
リバースタイプの調光層２（ＰＮＬＣ）を具備する調光体１では、調光層２の上側の透明導電フィルム３ａの間に配向膜７ａを積層するとともに、調光層２の下側の透明導電フィルム３ｂの間にも配向膜７ｂが積層される。（図６参照）
ポリマーネットワーク及び液晶分子は、一対の配向膜７ａ，７ｂの間に配置されている。配向膜７ａ，７ｂは、いわゆる垂直配向膜であり、調光層２に電圧を印加していないときに、液晶分子の長手方向が配向膜７ａ，７ｂの法線方向に沿うように、当該液晶分子を配向する。このため、リバースタイプの調光層２（ＰＮＬＣ）は、電圧を印加していないときに低ヘイズ状態となり、透過性が高くなる。
【００３２】
本発明の主要な特徴としては、上記調光層を画素単位で表示状態を切り替える（透明⇔散乱）ことにあり、２次元的に領域分割された画素単位で調光層の駆動制御を可能とする点にある。
【００３３】
１つの手法として、調光層を挟持する表裏の透明電極をそれぞれ対応する様に２次元的に領域分割して、領域分割された電極単位で電圧印加⇔電圧解除を行ない、調光層を駆動制御する手法である。（請求項１に対応：アクティブマトリクス駆動方式）
他の手法として、調光層を挟持する表裏の透明電極をそれぞれ直交する方向で交差するストライプパターンを構成する様に１次元的にスリット状分割して、ｘ軸方向とｙ軸方向に電極を格子状に配置し電圧を加え、交点に位置する画素を点灯させ、調光層を駆動制御する手法である。（請求項２に対応：単純マトリクス駆動方式）
図２は、単純マトリクス駆動方式によるディスプレイ１０の概略構成を示す説明図である。
【００３４】
図２（ａ）は全体概略図，図２（ｂ）は要部拡大断面図，図２（ｃ）（ｄ）は調光体２０を単純マトリクス駆動方式により駆動する縦分割電極（ｙ軸）と横分割電極（ｘ軸）を示す。
【００３５】
調光体２０は、片面の電極を縦分割し、もう一方の電極を横分割してなる透明電極を有する透明基材（図２（ｃ）（ｄ））に調光素子が挟持されてなる構造であり、マトリクス的に拡散度を変化させる機能を持っている。
【００３６】
すなわち、調光体２０は、透明基材に形成され、調光層を介して相対する透明電極がそれぞれＭ行×Ｎ列（Ｍ，Ｎは３以上の自然数）のマトリクスで領域分割され、領域分割された表裏の透明電極と挟持される調光層とからなるＭ×Ｎの表示画素が規定されてなる構成であり、入力映像信号に応じた電圧が印加されることによって表示画素毎にヘイズが変調された画像を表示する。
【００３７】
図２（ｃ）（ｄ）に示す分割電極の本数が、図２（ｃ）＝Ｎ列，図２（ｄ）＝Ｍ行に相当する。（Ｍ列，Ｎ行と逆でも良い）
ディスプレイ１０は、調光体２０の背面に照明光を照射するためのエッジライト式の面光源３０，４０を具備（貼り合せ）している。
【００３８】
面光源を構成する平板形状の導光板３０（透明板）の側面３５（４辺，４箇所）の少なくとも１箇所に、Ｒ，Ｇ，Ｂを切り替えて発光できるエッジライト光源４０が配置される。
【００３９】
面光源は、その側面に位置するエッジライト光源４０からの入射光の進行方向を偏向させて、貼り合せられた調光体２０の背面に向けて照明光としてそれぞれ出射する構造である。
【００４０】
偏向手段は、既存のエッジライト導光板が具備する各種手段（光反射層，光拡散層，プリズム構造）が適宜に選択されて採用される。
【００４１】
調光体２０への入力映像信号に応じて、シーケンシャル駆動によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光源の発光タイミングを切り替えて、調光体２０の画素がマトリクス的にヘイズ変調するタイミングに合わせることで、目的としたマトリクス部分に目的とした色が発光することになる。
【００４２】
図１は、シーケンシャル駆動による本発明ディスプレイでのフルカラー表示概念を示す説明図である。
【００４３】
図１の調光体２０（表示面）は、Ｍ行×Ｎ列（１２行×７列）のマトリクスで領域分割されている。
【００４４】
同図では、水面から生えて咲いているチューリップの画像例を示す。
【００４５】
行番号（上から、１，２，・・・１２）と列番号（左から、１，２，・・・７）の組み合わせでマトリクス部分を表現する。（行番号，列番号）
チューリップの花を表示する「赤」について、左から順に、
１．（２，２）（２，４）（２，６）
２．（３，２）（３，３）（３，４）（３，５）（３，６）
３．（４，２）（４，３）（４，４）（４，５）（４，６）
４．（５，３）（５，４）（５，５）
５．切替えない
となる発光タイミングで、Ｒのエッジライト光源を点灯させる。
【００４６】
チューリップの葉，茎を表示する「緑」については、左から順に、
１．（６，４）
２．（７，４）
３．（８，１）（８，４）（８，７）
４．（９，２）（９，４）（９，６）
５．（１０，３）（１０，４）（１０，５）
となる発光タイミングで、Ｇのエッジライト光源を点灯させる。
【００４７】
水面を表示する「青」については、左から順に、
１．（１１，１）（１１，２）（１１，３）（１１，４）（１１，５）（１１，６）（１１，７）
２．切替えない
３．切替えない
４．切替えない
５．切替えない
となる発光タイミングで、Ｂのエッジライト光源を点灯させる。
単純マトリクス駆動方式を採用したディスプレイは、
・構造が単純
・コスト面での優位性あり
・線数が増えると画質低下
・中間調の応答速度が遅い
・動画には不向きで、電子手帳，ワープロ，パソコンなど静止画が中心
といった特徴があり、静止画であっても高精細（高解像度）の画像表示には適さないため、ドットマトリクスによる動画も含めた一層の高精細（高解像度）の画像表示を行なうには、透明電極が微細に領域分割された調光体を用いたアクティブマトリクス駆動方式の採用が要求されることになる。
【符号の説明】
【００４８】
１  調光体
２  調光層
３（ａ，ｂ）  透明導電フィルム
５（ａ，ｂ）  フィルム基材
６（ａ，ｂ）  透明電極
７（ａ，ｂ）  配向膜
１０  ディスプレイ
１１  電源
１２  スイッチ
１５  透明板
２０  調光体
３０  導光板１（透明板）
４０  エッジライト光源
５０  プロジェクタ
【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】
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