ホーム > 特許ランキング > 国立大学法人大阪大学
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-04
(45)【発行日】2024-01-15
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/1335 20060101AFI20240105BHJP
G02F 1/13357 20060101ALI20240105BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20240105BHJP
【ＦＩ】
G02F1/1335 520
G02F1/13357
G09F9/00 336B
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020559117
(86)(22)【出願日】2019-11-28
(86)【国際出願番号】 JP2019046575
(87)【国際公開番号】W WO2020116310
(87)【国際公開日】2020-06-11
【審査請求日】2022-11-14
(31)【優先権主張番号】P 2018227304
(32)【優先日】2018-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「外場応答性トポロジカル欠陥ネットワークの構築と多安定性デバイスへの応用」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】100168583
【弁理士】
【氏名又は名称】前井 宏之
(72)【発明者】
【氏名】吉田 浩之
(72)【発明者】
【氏名】趙 成龍
(72)【発明者】
【氏名】尾▲崎▼ 雅則
【審査官】近藤 幸浩
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－１４７４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１１９２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３１１４１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平７－５０９０７２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／１３
Ｇ０２Ｆ １／１３３５
Ｇ０２Ｆ １／１３３５７
Ｇ０９Ｆ ９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を導波させる光導波層と、前記光導波層を前記光が導波するように、前記光を前記光導波層に向けて出射する光源部と、
駆動電圧の印加に応答して屈折率が変化する屈折率可変層と、
光学層と
を備え、
前記光源部が出射する前記光は、可視光を含み、
前記屈折率可変層は、前記光導波層と前記光学層との間に配置され、
前記屈折率可変層は、
前記光導波層を導波する前記可視光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記光導波層の内部に向けて反射して、前記光導波層を導波させ、
前記光導波層を導波する前記可視光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記屈折率可変層の内部に導入して、前記屈折率可変層の外部に出射し、
前記光学層は、前記光導波層から導入されて前記屈折率可変層が出射した前記可視光を反射し、
前記光導波層は、前記光導波層を導波不可能な角度で入射した環境光を透過し、
前記屈折率可変層は、前記光導波層が透過した前記環境光を透過し、
前記光学層は、前記屈折率可変層が透過した前記環境光に含まれる可視光を透過する、表示装置。
【請求項2】
前記光学層は、前記屈折率可変層が出射した前記光を拡散反射する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項3】
前記光学層は、複数の螺旋状構造体、又は、積層構造体を含み、前記複数の螺旋状構造体の各々は、前記屈折率可変層に交差する方向に沿って延びており、
前記複数の螺旋状構造体のうちの２以上の螺旋状構造体の空間位相が互いに異なり、
前記積層構造体は、凸凹形状の表面を有する基板と、前記基板の前記表面に積層された誘電体多層膜とを含む、請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
【請求項4】
前記光源部は、互いに波長の異なる複数の可視光をそれぞれ出射する複数の光源を含み、前記複数の光源は、前記複数の可視光を、互いに異なるタイミングで前記光導波層に向けて出射する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項5】
前記光源部は、白色光を出射する白色光源を含み、前記白色光源は、前記白色光を前記光導波層に向けて出射し、
前記屈折率可変層は、前記白色光に含まれる互いに異なる波長の複数の可視光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記屈折率可変層の異なる位置から異なる角度で導入して、前記屈折率可変層の異なる位置から外部に出射する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項6】
前記光導波層、前記屈折率可変層、及び、前記光学層は、表示部を構成し、
前記光導波層、前記屈折率可変層、及び、前記光学層は、前記表示部の表面側と裏面側とのうち、前記表面側から入射する前記環境光に含まれる前記可視光を透過するとともに、前記裏面側から入射する環境光に含まれる可視光を透過する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項7】
光を導波させる光導波層と、
前記光導波層を前記光が導波するように、前記光を前記光導波層に向けて出射する光源部と、
駆動電圧の印加に応答して屈折率が変化する屈折率可変層と、
光学層と
を備え、
前記屈折率可変層は、前記光導波層と前記光学層との間に配置され、
前記屈折率可変層は、
前記光導波層を導波する前記光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記光導波層の内部に向けて反射して、前記光導波層を導波させ、
前記光導波層を導波する前記光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記屈折率可変層の内部に導入して、前記屈折率可変層の外部に出射し、
前記光学層は、前記光導波層から導入されて前記屈折率可変層が出射した前記光を吸収して着色し、
前記光導波層は、前記光導波層を導波不可能な角度で入射した環境光を透過し、
前記屈折率可変層は、前記光導波層が透過した前記環境光を透過し、
前記光学層において、前記光導波層から導入されて前記屈折率可変層が出射した前記光が入射しない部分は、着色せず透き通っている、表示装置。
【請求項8】
前記屈折率可変層は、液晶を含む液晶層である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項9】
前記屈折率可変層に前記駆動電圧を印加する電極ユニットと、前記光導波層の屈折率よりも小さい屈折率を有するクラッド層と
をさらに備え、
前記光導波層は、前記クラッド層と前記屈折率可変層との間に配置される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項10】
光を透過する状態と光を吸収する状態とが、印加される制御電圧に応じて切り替わる吸収率可変層をさらに備え、前記吸収率可変層は、前記光学層に対して、前記屈折率可変層の反対側に配置される、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、導波路型液晶デバイスが記載されている。導波路型液晶デバイスは、２枚のガラス基板と、複数のスペーサーと、液晶とを備える。複数のスペーサーが、２枚のガラス基板の間に配置される。そして、２枚のガラス基板の間に液晶が注入されている。
【0003】
複数のスペーサーの各々が、導波路のコア部を構成する。液晶が、導波路のクラッド部を構成する。液晶への電圧印加により液晶の分子配向を制御して、クラッド部としての液晶の屈折率を変化させる。その結果、コア部としてのスペーサーを伝播する導波光の伝播状態を制御できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【文献】佐藤銀河、塩沢啓、飯村靖文、「液晶を用いた導波路伝播光制御とその表示素子への応用」（液晶ディスプレイ、ポスター発表、２０１５年 日本液晶学会討論会）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、非特許文献１に記載されている導波路型液晶デバイスでは、コア部における光の透過率が、液晶への電圧印加時と電圧無印加時とで２．５％しか変化しない。つまり、導波路型液晶デバイスでは、コントラストが不十分である。
【0006】
本発明の目的は、コントラストを向上できる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一局面によれば、表示装置は、光導波層と、屈折率可変層と、光学層とを備える。光導波層は、光を導波させる。屈折率可変層では、駆動電圧の印加に応答して屈折率が変化する。光学層は、光を反射又は吸収する。前記屈折率可変層は、前記光導波層と前記光学層との間に配置される。前記屈折率可変層は、前記光導波層を導波する前記光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記光導波層の内部に向けて反射して、前記光導波層を導波させる。屈折率可変層は、前記光導波層を導波する前記光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記屈折率可変層の内部に導入して、前記屈折率可変層の外部に出射する。前記光学層は、前記屈折率可変層が出射した前記光を反射又は吸収する。
【0008】
本発明の表示装置において、前記屈折率可変層は、液晶を含む液晶層であることが好ましい。
【0009】
本発明の表示装置において、前記光学層は、前記屈折率可変層が出射した前記光を拡散反射することが好ましい。
【0010】
本発明の表示装置において、前記光学層は、複数の螺旋状構造体、又は、積層構造体を含むことが好ましい。前記複数の螺旋状構造体の各々は、前記屈折率可変層に交差する方向に沿って延びていることが好ましい。前記複数の螺旋状構造体のうちの２以上の螺旋状構造体の空間位相が互いに異なることが好ましい。前記積層構造体は、凸凹形状の表面を有する基板と、前記基板の前記表面に積層された誘電体多層膜とを含むことが好ましい。
【0011】
本発明の表示装置は、光源部をさらに備えることが好ましい。光源部は、前記光導波層を前記光が導波するように、前記光を前記光導波層に向けて出射することが好ましい。前記光源部が出射する前記光は、可視光を含むことが好ましい。前記屈折率可変層は、前記光導波層を導波する前記可視光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記光導波層の内部に向けて反射して、前記光導波層を導波させることが好ましい。前記屈折率可変層は、前記光導波層を導波する前記可視光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記屈折率可変層の内部に導入して、前記屈折率可変層の外部に出射することが好ましい。前記光学層は、前記光導波層から導入されて前記屈折率可変層から出射された前記可視光を反射することが好ましい。前記光導波層は、前記光導波層を導波不可能な角度で入射した環境光を透過することが好ましい。前記屈折率可変層は、前記光導波層が透過した前記環境光を透過することが好ましい。前記光学層は、前記屈折率可変層が透過した前記環境光に含まれる可視光を透過することが好ましい。
【0012】
本発明の表示装置において、前記光源部は、互いに波長の異なる複数の可視光をそれぞれ出射する複数の光源を含むことが好ましい。前記複数の光源は、前記複数の可視光を、互いに異なるタイミングで前記光導波層に向けて出射することが好ましい。
【0013】
本発明の表示装置において、前記光源部は、白色光を出射する白色光源を含むことが好ましい。前記白色光源は、前記白色光を前記光導波層に向けて出射することが好ましい。前記屈折率可変層は、前記白色光に含まれる互いに異なる波長の複数の可視光を、前記屈折率可変層の前記屈折率に応じて前記屈折率可変層の異なる位置から異なる角度で導入して、前記屈折率可変層の異なる位置から外部に出射することが好ましい。
【0014】
本発明の表示装置において、前記光学層は、前記屈折率可変層が出射した前記光を吸収して着色することが好ましい。
【0015】
本発明の表示装置は、電極ユニットと、クラッド層とをさらに備えることが好ましい。電極ユニットは、前記屈折率可変層に前記駆動電圧を印加することが好ましい。クラッド層は、前記光導波層の屈折率よりも小さい屈折率を有することが好ましい。前記光導波層は、前記クラッド層と前記屈折率可変層との間に配置されることが好ましい。
【0016】
本発明の表示装置は、吸収率可変層をさらに備えることが好ましい。吸収率可変層では、光を透過する状態と光を吸収する状態とが、印加される制御電圧に応じて切り替わることが好ましい。前記吸収率可変層は、前記光学層に対して、前記屈折率可変層の反対側に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、コントラストを向上できる表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施形態１に係る表示装置を示す断面図である。
【図2】実施形態１に係る光学層を示す断面図である。
【図3】実施形態１に係る光学層を示す平面図である。
【図4】実施形態１に係る光学層の複数の螺旋状構造体の空間位相分布を示す平面図である。
【図5】（ａ）は、実施形態１に係る光学層に垂直入射した光の反射率を示すグラフである。（ｂ）は、実施形態１に係る光学層に垂直入射した光の透過率を示すグラフである。
【図6】実施形態１に係る光源部からの光に対する光学層の反射率を測定するための実験系を示す断面図である。
【図7】実施形態１に係る光導波層の導波角を示すグラフである。
【図8】（ａ）は、実施形態１に係る光導波層における導波角が５９度であるときの光学層の反射率を示すグラフである。（ｂ）は、実施形態１に係る光導波層における導波角が６７度であるときの光学層の反射率を示すグラフである。（ｃ）は、実施形態１に係る光導波層における導波角が７０度であるときの光学層の反射率を示すグラフである。
【図9】実施形態１の変形例に係る光学層を示す断面図である。
【図10】本発明の実施形態２に係る表示装置を示す断面図である。
【図11】（ａ）は、実施形態２に係る光学層に垂直入射した光の反射率を示すグラフである。（ｂ）は、実施形態２に係る光学層に垂直入射した光の透過率を示すグラフである。
【図12】（ａ）実施形態２に係る光導波層における導波角が７０．２度であるときの光学層の反射率を示すグラフである。（ｂ）は、実施形態２に係る光導波層における導波角が７３．３度であるときの光学層の反射率を示すグラフである。（ｃ）は、実施形態２に係る光導波層における導波角が７５．２度であるときの光学層の反射率を示すグラフである。
【図13】実施形態２の第１変形例に係る表示装置を示す断面図である。
【図14】実施形態２の第２変形例に係る表示装置を示す断面図である。
【図15】本発明の実施形態３に係る表示装置を示す断面図である。
【図16】本発明の実施形態４に係る表示装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸とを含む三次元直交座標系を用いて説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。また、図面の簡略化のため、断面を示す斜線を適宜省略する。
【0020】
【0021】
図１に示すように、表示装置１００は、表示部１と、光源部３と、駆動部５と、制御部７とを備える。制御部７は光源部３及び駆動部５を制御する。制御部７は、例えば、コントローラーを含む。コントローラーは、例えば、プロセッサー及び記憶装置を含む。プロセッサーは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む。記憶装置は、例えば、主記憶装置及び補助記憶装置を含む。主記憶装置は、例えば、半導体メモリーを含む。補助記憶装置は、例えば、ハードディスクドライブを含む。
【0022】
光源部３は光ＬＴを出射する。光ＬＴは可視光ＶＬを含む。光源部３は、例えば、発光ダイオードを含む。駆動部５は、表示部１に駆動電圧Ｖｄを印加して、表示部１を駆動する。駆動部５は、例えば、ドライバー及び電源回路を含む。駆動部５は、例えば、アクティブマトリクス駆動方式又はパッシブマトリクス駆動方式によって、表示部１を駆動する。
【0023】
表示部１は、光源部３が出射する光ＬＴを導入して反射することによって画像を表示する。具体的には、表示部１は、光源部３が出射する可視光ＶＬを導入して反射することによって画像を表示する。一方、表示部１は、環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡを透過する。つまり、表示部１は、透き通っており、透明である。従って、表示部１は、透明ディスプレイを構成する。本明細書において、「透明」は、無色透明、半透明、又は有色透明である。つまり、「透明」は、表示部１の表面側と裏面側とのうち表面側から、表示部１の裏面側に位置する物体を視認可能なことを示す。なお、表示部１は、表示部１の表面側から入射する可視光ＶＬと裏面側から入射する可視光ＶＬとの双方を透過する。
【0024】
環境光ＮＬは、光源部３が出射する光ＬＴ以外の光である。つまり、環境光ＮＬは、表示装置１００の周囲環境の光である。従って、環境光ＮＬは、例えば、自然光、及び／又は、光源部３以外の発光装置が出射する光を含む。光源部３以外の発光装置は、例えば、照明器具である。環境光ＮＬは、表示部１による画像の表示に寄与しない。
【0025】
具体的には、表示部１は、光導波層１１と、屈折率可変層１３と、光学層１７とを含む。屈折率可変層１３は、光導波層１１と光学層１７との間に配置される。表示部１は基板１５を含んでいてもよい。この場合、屈折率可変層１３は、光導波層１１と基板１５との間に配置される。そして、光学層１７は、基板１５に対して、屈折率可変層１３の反対側に配置される。なお、光学層１７は、屈折率可変層１３と基板１５との間に配置されていてもよい。
【0026】
光導波層１１は、光源部３が出射した光ＬＴを導波させる。従って、光ＬＴは、光導波層１１の内部を、反射を繰り返しながら伝搬する。具体的には、光ＬＴは、光導波層１１の内部を、全反射を繰り返しながら伝搬する。本明細書では、光導波層１１の内部において、光ＬＴが導波することと、光ＬＴが伝搬することとは、同義である。
【0027】
光源部３が出射する光ＬＴは、光導波層１１において特定の角度を持つように光導波層１１に結合されることが好ましい。このために、光導波層１１の端部に特定の屈折構造を設けてもよいし、光導波層１１の端部にグレーティングからなる結合器を取り付けて光の結合を促してもよい。
【0028】
光導波層１１は環境光ＮＬを透過する。従って、光導波層１１は、透き通っており、透明である。光導波層１１は、例えば、透明なガラス板又は透明な合成樹脂板によって構成される。光導波層１１は、例えば、可撓性を有する透明な合成樹脂によって構成されることが好ましい。光導波層１１の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。
【0029】
屈折率可変層１３の屈折率は、屈折率可変層１３に対する駆動電圧Ｖｄの印加に応答して変化する。屈折率可変層１３は環境光ＮＬを透過する。従って、屈折率可変層１３は、透き通っており、透明である。屈折率可変層１３は可撓性を有することが好ましい。屈折率可変層１３の詳細は後述する。
【0030】
基板１５は光ＬＴを透過する。基板１５は環境光ＮＬを透過する。従って、基板１５は、透き通っており、透明である。基板１５は、例えば、透明なガラス板又は透明な合成樹脂板によって構成される。基板１５は、例えば、可撓性を有する透明な合成樹脂によって構成されることが好ましい。
【0031】
光学層１７は光ＬＴを反射する。具体的には、光学層１７は、光ＬＴに含まれる可視光ＶＬを反射する。光学層１７は、光ＬＴに含まれる不可視光ＮＶＬを透過してもよいし、反射してもよい。不可視光ＮＶＬは、可視光領域以外の波長を有する光である。光学層１７は環境光ＮＬを透過する。従って、光学層１７は、透き通っており、透明である。光学層１７は可撓性を有することが好ましい。光学層１７の詳細は後述する。
【0032】
引き続き図１を参照して、屈折率可変層１３及び光学層１７による光源部３からの光ＬＴの制御について説明する。
【0033】
屈折率可変層１３は、光導波層１１を導波する光ＬＴを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて光導波層１１の内部に向けて反射して、光導波層１１を導波させる。例えば、屈折率可変層１３の屈折率が光導波層１１の屈折率よりも小さい場合に、光導波層１１を導波する光ＬＴを、光導波層１１の内部に向けて反射して、光導波層１１を導波させる。従って、光導波層１１を導波する光ＬＴは、屈折率可変層１３に反射される限りは、光導波層１１を導波して、光導波層１１の出射端部から出射する。その結果、光ＬＴは、光導波層１１の主面１１ａの側から表示部１を見ている人間の目に入射しない。
【0034】
なお、光導波層１１の出射端部は、光導波層１１の入射端部に対して反対側の端部を示す。光導波層１１の入射端部は、光導波層１１に光ＬＴが入射する側の端部を示す。また、屈折率可変層１３の屈折率が光導波層１１の屈折率よりも小さい場合は、光導波層１１が光導波路のコア部として機能し、屈折率可変層１３が光導波路のクラッド部として機能する。
【0035】
一方、屈折率可変層１３は、光導波層１１を導波する光ＬＴを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて屈折率可変層１３の内部に導入して、屈折率可変層１３の外部に出射する。例えば、屈折率可変層１３の屈折率が光導波層１１の屈折率よりも大きい場合に、光導波層１１を導波する光ＬＴを、屈折率可変層１３の内部に導入して、屈折率可変層１３の外部に出射する。そして、光ＬＴは、基板１５を通って光学層１７に入射する。
【0036】
光学層１７は、屈折率可変層１３が出射した光ＬＴを屈折率可変層１３に向けて反射する。光学層１７によって反射された光ＬＴは、基板１５、屈折率可変層１３、及び光導波層１１を通って、光導波層１１の主面１１ａから出射する。従って、光ＬＴは、光導波層１１の主面１１ａの側から表示部１を見ている人間の目に入射する。その結果、人間は、光ＬＴによって表される画像を見ることができる。
【0037】
特に、実施形態１では、光学層１７が光ＬＴを反射することで、光ＬＴを光導波層１１の主面１１ａから出射している。従って、光学層１７が光ＬＴを反射する部分と光ＬＴを反射しない部分との間で明暗の差を大きくできる。その結果、表示装置１００では、コントラストを向上できて、高い品質の画像を表示できる。光ＬＴを反射しない部分は、人間には、透き通って見える。
【0038】
引き続き図１を参照して表示装置１００を詳細に説明する。光導波層１１は、光導波層１１を導波不可能な角度で入射した環境光ＮＬを透過する。屈折率可変層１３は、光導波層１１が透過した環境光ＮＬを透過する。そして、環境光ＮＬは、基板１５を通って光学層１７に入射する。光学層１７は、屈折率可変層１３が透過した環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡを透過する。従って、実施形態１では、光導波層１１の主面１１ａの側から表示部１を見ている人間にとって、表示部１は透き通って見える。
【0039】
加えて、実施形態１では、光源部３は、光導波層１１を光ＬＴが導波するように、光ＬＴを光導波層１１に向けて出射する。光ＬＴは可視光ＶＬを含む。
【0040】
そして、屈折率可変層１３は、光導波層１１を導波する可視光ＶＬを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて光導波層１１の内部に向けて反射して、光導波層１１を導波させる。従って、光導波層１１を導波する可視光ＶＬは、屈折率可変層１３に反射される限りは、光導波層１１を導波して、光導波層１１の出射端部から出射する。その結果、可視光ＶＬは、光導波層１１の主面１１ａの側から表示部１を見ている人間の目に入射しない。
【0041】
一方、屈折率可変層１３は、光導波層１１を導波する可視光ＶＬを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて屈折率可変層１３の内部に導入して、屈折率可変層１３の外部に出射する。そして、可視光ＶＬは、基板１５を通って光学層１７に入射する。
【0042】
光学層１７は、光導波層１１から導入されて屈折率可変層１３から出射された可視光ＶＬを、屈折率可変層１３に向けて反射する。光学層１７によって反射された可視光ＶＬは、基板１５、屈折率可変層１３、及び光導波層１１を通って、光導波層１１の主面１１ａから出射する。従って、可視光ＶＬは、光導波層１１の主面１１ａの側から表示部１を見ている人間の目に入射する。その結果、人間は、可視光ＶＬによって表される画像を見ることができる。
【0043】
以上、図１を参照して説明したように、実施形態１によれば、光導波層１１を導波した可視光ＶＬによって表される画像を、透き通っている表示部１に表示できる。つまり、光学層１７は、環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡを透過しつつ、光導波層１１を導波する可視光ＶＬだけを反射する。従って、表示部１を透明ディスプレイとして効果的に機能させることができる。
【0044】
また、実施形態１では、光学層１７は、光導波層１１を導波して屈折率可変層１３が出射した光ＬＴを拡散反射することが好ましい。具体的には、光学層１７は、光導波層１１を導波して屈折率可変層１３が出射した可視光ＶＬを拡散反射することが好ましい。従って、この好ましい例では、光ＬＴ、具体的には可視光ＶＬは、特定方向に反射されるのではなく、様々な方向に反射される。その結果、表示部１の視野角を大きくできる。なお、拡散反射は乱反射と同義である。
【0045】
さらに、実施形態１では、屈折率可変層１３は、液晶ＬＱを含む液晶層である。従って、駆動電圧Ｖｄを屈折率可変層１３に印加して、液晶ＬＱの配向を制御することで、屈折率可変層１３の屈折率を容易に変化させることができる。液晶ＬＱは、透き通っており、透明である。液晶ＬＱは可撓性を有することが好ましい。液晶ＬＱは複数の液晶分子ＬＣを含む。
【0046】
引き続き図１を参照して、屈折率可変層１３が液晶ＬＱを含む液晶層である場合において、屈折率可変層１３の駆動による屈折率の制御を説明する。表示部１は、複数の画素ＰＸを含む。複数の画素ＰＸは、平面視において、格子状に配列されている。平面視とは、方向Ａ１から表示部１を見ることを示す。方向Ａ１は、屈折率可変層１３に交差する。実施形態１では、方向Ａ１は、屈折率可変層１３に略直交する。
【0047】
図１には、２つの画素ＰＸが示されている。画素ＰＸは、液晶ＬＱの最小単位部分（以下、「最小単位部分ＭＵ１」と記載する。）と、光学層１７の最小単位部分（以下、「最小単位部分ＭＵ２」と記載する。）とを含む。最小単位部分ＭＵ１は、液晶ＬＱのうち駆動電圧Ｖｄによって配向を個別に制御可能な最小単位の領域を示す。最小単位部分ＭＵ２は、光学層１７のうち、最小単位部分ＭＵ１と方向Ａ１において対向する領域を示す。
【0048】
駆動部５は、画素ＰＸに印加する駆動電圧Ｖｄを画素ＰＸごとに制御して、画素ＰＸごとに液晶ＬＱの配向を制御する。つまり、駆動部５は、画素ＰＸに印加する駆動電圧Ｖｄを画素ＰＸごとに制御して、画素ＰＸごとに屈折率可変層１３の屈折率（液晶ＬＱの屈折率）を制御する。従って、画素ＰＸごとに、光導波モードと光導入モードとを切り替えることができる。
【0049】
光導波モードは、光導波層１１を導波する光ＬＴを屈折率可変層１３に導入することなく、光ＬＴが光導波層１１を導波するモードを示す。駆動部５は、屈折率可変層１３が光ＬＴを光導波層１１の内部に向けて反射するように、液晶ＬＱの配向を制御する。その結果、画素ＰＸの状態が光導波モードに設定される。例えば、駆動部５は、屈折率可変層１３の屈折率が光導波層１１の屈折率よりも小さくなるように液晶ＬＱの配向を制御することで、画素ＰＸの状態を光導波モードに設定できる。
【0050】
光導波モードに設定された画素ＰＸでは、光ＬＴが光学層１７の最小単位部分ＭＵ２に入射しないため、光学層１７の最小単位部分ＭＵ２は光ＬＴを反射しない。つまり、画素ＰＸは光を出射しないため、人間にとって画素ＰＸは透き通って見える。図１の例では、複数の画素ＰＸのうちの画素ＰＸ１の状態が光導波モードに設定されている。
【0051】
一方、光導入モードは、光導波層１１を導波する光ＬＴを屈折率可変層１３の内部に導入するモードを示す。駆動部５は、屈折率可変層１３が光ＬＴを光導波層１１から屈折率可変層１３の内部に導入するように、液晶ＬＱの配向を制御する。その結果、画素ＰＸの状態が光導波モードに設定される。例えば、駆動部５は、屈折率可変層１３の屈折率が光導波層１１の屈折率よりも大きくなるように液晶ＬＱの配向を制御することで、画素ＰＸの状態を光導入モードに設定できる。
【0052】
光導入モードに設定された画素ＰＸでは、光ＬＴが屈折率可変層１３を通って光学層１７の最小単位部分ＭＵ２に入射するため、光学層１７の最小単位部分ＭＵ２は光ＬＴを反射（例えば拡散反射）する。つまり、画素ＰＸは光ＬＴを出射するため、人間の目に、画素ＰＸが出射した光ＬＴが入射する。従って、人間には、画素ＰＸが発光しているように見える。図１の例では、複数の画素ＰＸのうちの画素ＰＸ２の状態が光導入モードに設定されている。
【0053】
以上、図１を参照して説明したように、実施形態１によれば、画素ＰＸごとに液晶ＬＱの配向を制御して、光導波モードと光導入モードとを画素ＰＸごとに切り替えることができる。従って、画素ＰＸごとに非発光と発光とを切り替えることができる。その結果、表示部１は、複数の画素ＰＸによって画像を表示できる。
【0054】
引き続き図１を参照して、屈折率可変層１３の液晶ＬＱの駆動方法を説明する。図１の例では、液晶ＬＱはネガ型ネマティック液晶である。従って、画素ＰＸ１において、液晶ＬＱの最小単位部分ＭＵ１に駆動電圧Ｖｄが印加されていない状態では、液晶分子ＬＣは起立している。その結果、屈折率可変層１３は、光ＬＴを光導波層１１の内部に向けて反射する。一方、画素ＰＸ２において、液晶ＬＱに駆動電圧Ｖｄが印加された状態では、液晶分子ＬＣは電界方向に対して垂直になる。その結果、屈折率可変層１３は、光ＬＴを光導波層１１から導入する。
【0055】
なお、液晶ＬＱの種類は、特に限定されない。液晶ＬＱは、例えば、ポジ型ネマティック液晶であってもよいし、強誘電性液晶であってもよい。強誘電性液晶は、駆動電圧Ｖｄに対して、ネマティック液晶よりも高速に応答する。液晶ＬＱとして高速に応答する液晶を採用することで、屈折率可変層１３を高速に駆動できる。
【0056】
また、画素ＰＸごとに屈折率可変層１３の屈折率を変化させることができる限りにおいては、屈折率可変層１３の液晶ＬＱの駆動方法は、特に限定されない。例えば、液晶ＬＱの駆動方法は、ＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）駆動液晶モード、ＩＰＳ（ｉｎ－ｐｌａｎｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）駆動液晶モード、ＦＦＳ（ｆｒｉｎｇｅ ｆｉｅｌｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）駆動液晶モード、ＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）駆動液晶モード、ＭＶＡ（ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）駆動液晶モード、又は、ＰＶＡ（ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）駆動液晶モードである。
【0057】
さらに、光導波層１１の形状は、光ＬＴを導波できる限りにおいては特に限定されない。光導波層１１は、例えば、スラブ型導波路（ｓｌａｂ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）であってもよいし、チャネル型導波路（ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）であってもよい。スラブ型導波路は、全ての画素ＰＸを覆う平面状の導波路である。チャネル型導波路は、互いに平行に線状に延びた複数の導波路からなる。チャネル型導波路では、各導波路は、１画素に対応する幅で線状に延びている。
【0058】
次に、図２～図４を参照して、光学層１７を説明する。図２は、光学層１７を示す断面図である。図３は、光学層１７を示す平面図である。図４は、光学層１７の複数の螺旋状構造体１７１の空間位相分布を示す平面図である。
【0059】
図２に示すように、光学層１７は、複数の螺旋状構造体１７１を含む。複数の螺旋状構造体１７１の各々は、方向Ａ１に沿って延びている。複数の螺旋状構造体１７１の各々はピッチｐを有する。ピッチｐは、螺旋の１周期（３６０度）を示す。複数の螺旋状構造体１７１の各々は複数の要素１７３を含む。複数の要素１７３は、方向Ａ１に沿って螺旋状に旋回して積み重ねられている。
【0060】
複数の螺旋状構造体１７１の各々は、螺旋状構造体１７１の構造と光学的性質とに応じた帯域（以下、「選択反射帯域」と記載する場合がある。）の波長を有する光であって、螺旋状構造体１７１の螺旋の旋回方向に整合する偏光状態を有する光を反射する。このような光の反射を選択反射と記載し、光を選択反射する特性を選択反射性と記載する場合がある。また、螺旋状構造体１７１の各々は、螺旋状構造体１７１の螺旋の旋回方向と相反する偏光状態を有する光を透過する。
【0061】
具体的には、選択反射は次の通りである。すなわち、複数の螺旋状構造体１７１の各々は、螺旋状構造体１７１の螺旋のピッチｐと屈折率とに応じた帯域の波長を有する光であって、螺旋状構造体１７１の螺旋の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を有する光を反射する。一方、螺旋状構造体１７１の各々は、螺旋状構造体１７１の螺旋の旋回方向と反対の旋回方向の円偏光を有する光を透過する。なお、円偏光は、厳密な円偏光であってもよいし、楕円偏光に近似した円偏光であってもよい。
【0062】
光学層１７は複数の反射面１７５を有する。複数の反射面１７５の各々は凸凹形状を有する。複数の反射面１７５の各々では、複数の螺旋状構造体１７１にわたって、反射面１７５に位置する複数の要素１７３の配向方向は揃っている。
【0063】
具体的には、複数の螺旋状構造体１７１のうちの２以上の螺旋状構造体１７１の空間位相が互いに異なる。図２及び図３に示すように、螺旋状構造体１７１の空間位相は、螺旋状構造体１７１の端部ＥＤに位置する要素１７３の配向方向を示す。図３では、複数の螺旋状構造体１７１の端部ＥＤが示されている。
【0064】
実施形態１によれば、２以上の螺旋状構造体１７１の空間位相を互いに異ならせることによって、光学層１７に、凸凹形状を有する反射面１７５を形成できる。その結果、光学層１７に入射する光ＬＴの入射角θが比較的大きい場合であっても、反射面１７５の凸凹形状によって、光ＬＴ（具体的には可視光ＶＬ）を拡散反射できる。また、複数の螺旋状構造体１７１によって光学層１７を構成した場合、光学層１７は、静的な素子として光ＬＴを拡散反射する。従って、ヘイズ（かすみ）を低減できる。
【0065】
具体的には、図３に示すように、複数の螺旋状構造体１７１は、方向Ａ２と方向Ａ３とのそれぞれに沿って並んでいる。そして、方向Ａ２に沿って並んでいる複数の螺旋状構造体１７１の配向方向は、不規則に変化している。つまり、方向Ａ２に沿って並んでいる複数の螺旋状構造体１７１の空間位相は、不規則に変化している。加えて、方向Ａ３に沿って並んでいる複数の螺旋状構造体１７１の配向方向は、不規則に変化している。つまり、方向Ａ３に沿って並んでいる複数の螺旋状構造体１７１の空間位相は、不規則に変化している。従って、図２に示すように、凸凹形状を有する反射面１７５が形成される。なお、方向Ａ１（図１）と方向Ａ２と方向Ａ３とは互いに直交している。
【0066】
図４は、複数の螺旋状構造体１７１の空間位相分布を示す平面図である。図４では、方向Ａ１から光学層１７を見たときの空間位相分布が、要素１７３の回転角度で表される。図４では、０度の位相を黒色で表し、１８０度の位相を白色で表す。０度と１８０度との間は、濃度の異なる灰色で示される。濃い灰色ほど０度に近い値を示し、淡い灰色ほど１８０度に近い値を示す。図４に示すように、螺旋状構造体１７１の位相は不規則に分布している。例えば、螺旋状構造体１７１の位相はランダムに分布している。
【0067】
実施形態１では、光学層１７の複数の螺旋状構造体１７１は、コレステリック液晶である。従って、螺旋状構造体１７１を構成する複数の要素１７３の各々は液晶分子である。
【0068】
なお、光学層１７の複数の螺旋状構造体１７１は、コレステリック液晶に限定されない。複数の螺旋状構造体１７１が、コレステリック液晶以外のカイラル液晶であってもよい。コレステリック液晶以外のカイラル液晶は、例えば、カイラルスメクチックＣ相、ツイストグレインバウンダリー相、又はコレステリックブルー相である。また、コレステリック液晶は、例えば、ヘリコイダルコレステリック相であってもよい。
【0069】
また、光学層１７の複数の螺旋状構造体１７１は液晶に限定されない。例えば、複数の螺旋状構造体１７１は、カイラルな構造体を形成してもよい。カイラルな構造体は、例えば、螺旋無機物、螺旋金属、又は螺旋結晶である。
【0070】
螺旋無機物は、例えば、Ｃｈｉｒａｌ Ｓｃｕｌｐｔｕｒｅｄ Ｆｉｌｍ（以下、「ＣＳＦ」と記載する。）である。ＣＳＦは、基板を回転させながら無機物を基板に蒸着した光学薄膜であり、螺旋状の微細構造を有する。その結果、ＣＳＦは、コレステリック液晶と同様の光学特性を示す。
【0071】
螺旋金属は、例えば、Ｈｅｌｉｘ Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ（以下、「ＨＭ」と記載する。）である。ＨＭは、金属を微細な螺旋構造体に加工した物質であり、コレステリック液晶のように円偏光を反射する。
【0072】
螺旋結晶は、例えば、Ｇｙｒｏｉｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ（以下、「ＧＰＣ」と記載する。）である。ＧＰＣは、３次元的な螺旋構造を有する。一部の昆虫又は人工構造体はＧＰＣを含む。ＧＰＣは、コレステリックブルー相のように円偏光を反射する。
【0073】
なお、光学層１７は、光ＬＴを拡散反射する場合に限られず、任意の反射形態で光ＬＴを反射してもよい。換言すれば、光学層１７は、複数の螺旋状構造体１７１の空間位相の分布に応じて、任意の反射形態で光ＬＴを反射することができる。更に換言すれば、反射面１７５の形状は、凸凹形状に限られず、任意の形状をとり得る。例えば、光学層１７を体積ホログラムとして構成できる。光学層１７を体積ホログラムとして構成する場合、反射面１７５は、光ＬＴ（具体的には可視光ＶＬ）を反射し、光ＬＴに対応する物体の像を形成する。
【0074】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、環境光ＮＬに対する光学層１７の反射率及び透過率を説明する。本願発明者は、光学層１７の液晶ＬＱがコレステリック液晶であるときの光学層１７の反射率及び透過率を計測した。コレステリック液晶は、図２～図４に示す構造を有していた。そして、光学層１７に対して直交するように光を入射した。なお、光導波層１１及び屈折率可変層１３は設けなかった。
【0075】
図５（ａ）は、光学層１７に入射した光の反射率を示すグラフである。図５（ａ）の縦軸は光の反射率（任意単位）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。曲線ＳＭ１は反射率のシミュレーション結果を示し、曲線ＥＸ１は反射率の測定結果を示す。
【0076】
図５（ｂ）は、光学層１７に入射した光の透過率を示すグラフである。図５（ｂ）の縦軸は光の透過率（％）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。曲線ＳＭ２は透過率のシミュレーション結果を示し、曲線ＥＸ２は透過率の測定結果を示す。
【0077】
図５（ａ）に示すように、光学層１７を構成するコレステリック液晶は、近赤外領域の波長を有する光を反射した。一方、図５（ａ）に示すように、光学層１７を構成するコレステリック液晶は、可視光領域の波長を有する光を透過した。従って、図１に示す環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡは、光学層１７に反射されずに光学層１７を透過するため、表示部１が透明ディスプレイとして機能することを推測できた。なお、光学層１７が環境光ＮＬに含まれる近赤外光を反射しても、人間には見えない。
【0078】
ここで、コレステリック液晶による反射はブラッグ反射である。そして、コレステリック液晶によるブラッグ反射波長は、コレステリック液晶に対する入射角が大きくなる程、短波長側に移動する。しかしながら、図１に示す環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡが取り得る範囲の入射角に対して、ブラッグ反射が発生しないように、光導波層１１、屈折率可変層１３、基板１５、及び光学層１７が設計される。従って、環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡは、光学層１７によって反射されない。また、コレステリック液晶は螺旋構造を有しているため、高次のブラッグ反射を示さない。従って、可視光ＶＬＡが高次のブラッグ反射を示すことはない。なお、入射角は、コレステリック液晶の表面に直交する垂線に対する光の入射角を示す。
【0079】
次に、図６～図８（ｃ）を参照して、光源部３からの光ＬＴに対する光学層１７の反射率を説明する。本願発明者は、光学層１７の液晶ＬＱがコレステリック液晶であるときの光学層１７の反射率を計測した。コレステリック液晶は、図２～図４に示す構造を有していた。また、光の垂直入射時に約１１５０ｎｍにおいて反射を示すコレステリック液晶を使用した。また、図６に示す実験系５０を使用した。
【0080】
図６は、光源部３からの光ＬＴに対する光学層１７の反射率を測定するための実験系５０を示す断面図である。図６に示すように、実験系５０は、プリズム５１と、透明なオイル５３と、光導波層１１と、光学層１７と、透明な基板５５とを備える。プリズム５１と光導波層１１とはオイル５３を介して密着していた。光導波層１１と基板５５との間に光学層１７が配置された。
【0081】
空気の屈折率は、約１．００であった。プリズム５１とオイル５３と光導波層１１との各々の屈折率は、約１．５３であった。光学層１７のコレステリック液晶の屈折率は、約１．６０であった。
【0082】
プリズム５１の斜面に直交する垂線に対して、プリズム５１への光ＬＴの入射角θ１を定めた。垂線に対して光導波層１１に近づく側を入射角θ１の「正」とし、垂線に対して光導波層１１から遠くなる側を入射角θ１の「負」とした。
【0083】
また、光導波層１１の主面１１ａに直交する垂線に対して、光導波層１１への光ＬＴの入射角θ２を定めた。さらに、光導波層１１の主面１１ａに直交する垂線に対して、光導波層１１への光ＬＴの実効入射角θｗを定めた。実効入射角θｗは光ＬＴの屈折角を示した。光ＬＴは、光導波層１１における導波条件を満足していたため、光導波層１１中を実効入射角θｗで導波した。
【0084】
以下、実効入射角θｗを「導波角θｗ」と記載する場合がある。
【0085】
ここで、光導波層１１中の光ＬＴの導波角θｗは、光線の屈折に関するスネルの法則によって、入射角θ１に応じて変化する。
【0086】
図７は、実験系５０における入射角θ１と導波角θｗとの関係を示すグラフである。図７において、縦軸は導波角θｗ（度）を示し、横軸は入射角θ１（度）を示す。曲線Ｂ１は、プリズム５１を有する実験系５０における導波角θｗの計算結果を示す。曲線Ｂ２は、実験系５０がプリズム５１を有していないときの導波角θｗの計算結果を示す。実験系５０では、プリズム５１の仕様によって、大きな導波角θｗを実現できる。
【0087】
光導波層１１中で全反射を示す臨界角θｃは、θｃ＝ｓｉｎ-1（１／１．５３）≒４０．８度、であるため、図７に示すように、入射角θ１を「－１０度」よりも大きくすると、光ＬＴは、光導波層１１中を導波すると推測できた。
【0088】
再び図６を参照して、反射率を説明する。本願発明者は、実験系５０によって、導波角θｗが５９度であるときと、導波角θｗが６７度であるときと、導波角θｗが７０度であるときとで、光学層１７の反射率を測定した。図７に示す曲線Ｂ１によって、入射角θ１を１８度に設定すると、導波角θｗを５９度に設定できることが確認できた。曲線Ｂ１によって、入射角θ１を３０度に設定すると、導波角θｗを６７度に設定できることが確認できた。曲線Ｂ１によって、入射角θ１を３５度に設定すると、導波角θｗを７０度に設定できることが確認できた。
【0089】
図８（ａ）は、光導波層１１における導波角θｗが５９度であるときの光学層１７の反射率を示すグラフである。図８（ｂ）は、光導波層１１における導波角θｗが６７度であるときの光学層１７の反射率を示すグラフである。図８（ｃ）は、光導波層１１における導波角θｗが７０度であるときの光学層１７の反射率を示すグラフである。図８（ａ）～図８（ｃ）において、縦軸は光ＬＴの反射率（％）を示し、横軸は光ＬＴの波長（ｎｍ）を示す。
【0090】
図８（ａ）に示すように、導波角θｗが５９度の場合、光学層１７における光ＬＴの反射率は、赤色に対応する波長帯域（中心波長：約６２５ｎｍ）で特に大きかった（約８０％）。目視によって、光学層１７から赤色の拡散反射光を確認できた。
【0091】
図８（ｂ）に示すように、導波角θｗが６７度の場合、光学層１７における光ＬＴの反射率は、緑色に対応する波長帯域（中心波長：約５２０ｎｍ）で特に大きかった（約８０％）。目視によって、光学層１７から緑色の拡散反射光を確認できた。
【0092】
図８（ｃ）に示すように、導波角θｗが７０度の場合、光学層１７における光ＬＴの反射率は、青色に対応する波長帯域（中心波長：約４７５ｎｍ）で特に大きかった（約８０％）。目視によって、光学層１７から青色の拡散反射光を確認できた。
【0093】
図８（ａ）～図８（ｃ）に示すように、光学層１７の反射波長は、導波角θｗに対応して短い波長側にシフトした反射帯域を示した。特に、導波角θｗが大きくなる程、反射帯域は短い波長側にシフトした。そして、導波角θｗが５９度で赤色の強い反射が生じ、導波角θｗが６７度で緑色の強い反射が生じ、導波角θｗが７０度で青色の強い反射が生じた。図８（ａ）～図８（ｃ）に示す計測結果から、光源部３の光ＬＴを光導波層１１に入射させる際に、波長によって異なる角度で入射するように設計することで、カラー表示が可能になることを推測できた。
【0094】
なお、光が入射媒質からコレステリック液晶に入射する際、コレステリック液晶中では、入射媒質とコレステリック液晶との界面における光波の位相が整合するように光の屈折が起こる。
【0095】
（変形例）
次に、図１及び図９を参照して、実施形態１の変形例に係る光学層１７を説明する。変形例に係る光学層１７が積層構造体１８０を有する点で、変形例は図１を参照して説明した実施形態１と主に異なる。以下、変形例が実施形態１と異なる点を主に説明する。
次に、図１及び図９を参照して、実施形態１の変形例に係る光学層１７を説明する。変形例に係る光学層１７が積層構造体１８０を有する点で、変形例は図１を参照して説明した実施形態１と主に異なる。以下、変形例が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【0096】
図９は、変形例に係る光学層１７を示す断面図である。図９に示すように、光学層１７は積層構造体１８０を含む。積層構造体１８０は、基板１８１と、誘電体多層膜１８３とを含む。基板１８１は、凸凹形状の表面１８１ａを有する。誘電体多層膜１８３は、基板１８１の表面１８１ａに積層されている。従って、誘電体多層膜１８３の表面は凸凹形状を有する。その結果、変形例によれば、光学層１７に入射する光ＬＴの入射角が比較的大きい場合であっても、誘電体多層膜１８３の凸凹形状によって、光ＬＴを拡散反射できる。
【0097】
具体的には、誘電体多層膜１８３は、複数の第１誘電体１８３ａと、複数の第２誘電体１８３ｂとを含む。そして、第１誘電体１８３ａと第２誘電体１８３ｂとが交互に積層されている。第１誘電体１８３ａは例えばＴｉＯ2であり、第２誘電体１８３ｂは例えばＳｉＯ2である。誘電体多層膜１８３及び基板１８１の各々は、透き通っており、透明である。誘電体多層膜１８３及び基板１８１の各々は、可撓性を有することが好ましい。
【0098】
（実施形態２）
図１０を参照して、本発明の実施形態２に係る表示装置１００Ａを説明する。実施形態２に係る表示装置１００Ａがクラッド層２３を有する点で、実施形態２は実施形態１と主に異なる。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。
図１０を参照して、本発明の実施形態２に係る表示装置１００Ａを説明する。実施形態２に係る表示装置１００Ａがクラッド層２３を有する点で、実施形態２は実施形態１と主に異なる。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【0099】
図１０は、実施形態２に係る表示装置１００Ａを示す断面図である。図１０に示すように、表示装置１００Ａは、図１に示す表示装置１００の表示部１に代えて、表示部１Ａを備える。表示部１Ａは、図１に示す表示部１の構成に加えて、電極ユニット２１と、クラッド層２３とをさらに含む。
【0100】
光導波層１１は、クラッド層２３と屈折率可変層１３との間に配置される。そして、クラッド層２３は、光導波層１１の屈折率よりも小さい屈折率を有する。従って、実施形態２によれば、光導波層１１は、光ＬＴのロスを抑制しつつ、全反射によって光ＬＴを効果的に導波させることができる。
【0101】
電極ユニット２１は、屈折率可変層１３に駆動電圧Ｖｄを印加する。具体的には、駆動部５が駆動電圧Ｖｄを電極ユニット２１に供給すると、電極ユニット２１は、屈折率可変層１３に駆動電圧Ｖｄを印加する。その結果、屈折率可変層１３の屈折率は、駆動電圧Ｖｄを印加に応答して変化する。
【0102】
具体的には、駆動電圧Ｖｄの印加に応答して液晶分子ＬＣの配向が変化する。その結果、屈折率可変層１３の屈折率が変化する。電極ユニット２１は、透き通っており、透明である。電極ユニット２１は、例えば、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）により構成される。電極ユニット２１は、可撓性を有することが好ましい。なお、図１０では、配置を分かり易くするために、電極ユニット２１を黒色で図示している。
【0103】
具体的には、電極ユニット２１は、対向電極２１１と、画素電極群２１３とを含む。画素電極群２１３は複数の画素電極２１３１を含む。複数の画素電極２１３１は、同一平面内に配置される。図面の簡略化のため図示を省略したが、表示部１Ａは、複数のＴＦＴ（薄膜トランジスター：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む。複数のＴＦＴは、それぞれ、複数の画素電極２１３１に接続されている。従って、表示部１Ａは、アクティブマトリクス駆動方式を採用する。ただし、実施形態１と同様に、表示部１Ａの駆動方式は、特に限定されない。
【0104】
対向電極２１１は、クラッド層２３と光導波層１１と屈折率可変層１３とを介して、画素電極群２１３と対向している。つまり、対向電極２１１と画素電極群２１３との間に、クラッド層２３と光導波層１１と屈折率可変層１３とが配置される。
【0105】
表示部１は、基板１９をさらに含んでいてもよい。この場合、対向電極２１１とクラッド層２３と光導波層１１と屈折率可変層１３と画素電極群２１３とは、基板１９と基板１５との間に配置される。対向電極２１１は基板１９とクラッド層２３との間に配置される。画素電極群２１３は屈折率可変層１３と基板１５との間に配置される。光学層１７は、基板１５に対して、屈折率可変層１３の反対側に配置される。屈折率可変層１３は、光導波層１１と光学層１７との間に配置される。なお、光学層１７は、画素電極群２１３と基板１５との間に配置されていてもよい。
【0106】
引き続き図１０を参照して、屈折率可変層１３が液晶ＬＱを含む液晶層である場合において、画素ＰＸについて説明する。表示部１Ａは、複数の画素ＰＸを含む。複数の画素ＰＸは、平面視において、格子状に配列されている。図１０には、２つの画素ＰＸが示されている。画素ＰＸは、実施形態１と同様に、液晶ＬＱの最小単位部分ＭＵ１と、光学層１７の最小単位部分ＭＵ２とを含む。また、画素ＰＸは、画素電極２１３１及びＴＦＴを含む。液晶ＬＱの最小単位部分ＭＵ１及び光学層１７の最小単位部分ＭＵ２の各々は画素電極２１３１に対して方向Ａ１において対向する。画素電極２１３１は、液晶ＬＱの最小単位部分ＭＵ１と光学層１７の最小単位部分ＭＵ２との間に配置される。
【0107】
駆動部５は、画素電極２１３１に印加する駆動電圧ＶｄをＴＦＴを介して画素電極２１３１ごとに制御して、画素ＰＸごとに液晶ＬＱの配向を制御する。つまり、駆動部５は、画素電極２１３１に印加する駆動電圧ＶｄをＴＦＴを介して画素電極２１３１ごとに制御して、画素ＰＸごとに屈折率可変層１３の屈折率（液晶ＬＱの屈折率）を制御する。従って、実施形態１と同様に、画素ＰＸごとに、光導波モードと光導入モードとを切り替えることができる。その結果、実施形態２では、実施形態１と同様に、画素ＰＸごとに非発光と発光とを切り替えることができて、表示部１Ａは、複数の画素ＰＸによって画像を表示できる。
【0108】
また、実施形態２では、実施形態１と同様に、光学層１７が光ＬＴを反射することで、光ＬＴを光導波層１１の主面１１ａから出射している。従って、表示装置１００Ａでは、コントラストを向上できて、高い品質の画像を表示できる。その他、表示装置１００Ａは、実施形態１に係る表示装置１００と同様の構成を有しているため、表示装置１００と同様の効果を有する。
【0109】
引き続き図１０を参照して、表示部１Ａの動作を説明する。光源部３は、光ＬＴを光導波層１１に向けて出射する。従って、光ＬＴは、光導波層１１の内部を導波する。
【0110】
屈折率可変層１３は、光導波層１１を導波する光ＬＴを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて光導波層１１の内部に向けて反射して、光導波層１１を導波させる。図１０の例では、画素ＰＸ１では、光ＬＴが屈折率可変層１３に導入されていない。従って、画素ＰＸ１は、発光しておらず、透き通っている。なお、画素ＰＸ１における画素電極２１３１は画素電極２１３１ａである。
【0111】
一方、屈折率可変層１３は、光導波層１１を導波する光ＬＴを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて屈折率可変層１３の内部に導入して、屈折率可変層１３の外部に出射する。図１０の例では、画素ＰＸ２では、光ＬＴが屈折率可変層１３に導入されて、光ＬＴが光学層１７に入射している。そして、光ＬＴは、画素電極２１３１ｂ及び基板１５を通って光学層１７に入射する。
【0112】
画素ＰＸ２において、光学層１７は、屈折率可変層１３が出射した光ＬＴ（例えば可視光ＶＬ）を屈折率可変層１３に向けて反射する。光学層１７によって反射された光ＬＴは、基板１５、画素電極２１３１ｂ、屈折率可変層１３、光導波層１１、クラッド層２３、対向電極２１１、及び基板１９を通って、基板１９の主面１９ａから出射する。従って、光ＬＴは、基板１９の主面１９ａの側から画素ＰＸ２を見ている人間の目に入射する。つまり、人間には、画素ＰＸ２が発光しているように見える。
【0113】
引き続き図１０を参照して、表示部１Ａの詳細を説明する。クラッド層２３の屈折率を「ｎｃ」と記載し、光導波層１１の屈折率を「ｎｗ」と記載する。電圧無印加時の液晶ＬＱの異常光に対する屈折率を「ｎｅ」と記載し、電圧無印加時の液晶ＬＱの常光に対する屈折率を「ｎｏ」と記載する。また、光導波層１１の厚みを「ｄ」と記載する。また、光学層１７はコレステリック液晶によって構成される。
【0114】
光源部３が出射する波長λの光ＬＴは、式（１）、式（２）、及び式（３）を満足する導波角θｗでのみ、光導波層１１中を導波する。つまり、屈折率ｎｃ、屈折率ｎｗ、屈折率ｎｏ、及び、光導波層１１の厚みｄに依存して、離散的な導波角θｗのみが許容される。式（１）は、光ＬＴが光導波層１１内を導波する場合において、光導波層１１とクラッド層２３との界面での全反射条件を示す。式（２）は、光ＬＴが光導波層１１内を導波する場合において、光導波層１１と屈折率可変層１３との界面での全反射条件を示す。式（３）は、光導波層１１における位相整合条件を示す。式（１）において、「θｃｃ」は、光導波層１１において光導波層１１とクラッド層２３との界面での全反射を示す臨界角を示す。式（２）において、「θｃｏ」は、光導波層１１において光導波層１１と屈折率可変層１３との界面での全反射を示す臨界角を示す。また、式（３）において、「φｃ」は、光導波層１１とクラッド層２３との界面での反射に伴う位相変化を表し、「φｏ」は、光導波層１１と屈折率可変層１３との界面での反射に伴う位相変化を表し、「ｍ」は整数を示す。
【0115】
【数1】
【0116】
【数2】
【0117】
【数3】
【0118】
光導波層１１を導波する光ＬＴが、屈折率可変層１３の液晶ＬＱの駆動によって屈折率可変層１３に導入された場合には、光ＬＴは、屈折率可変層１３、画素電極２１３１、及び基板１５を透過して、導波角θｗに応じた入射角で光学層１７のコレステリック液晶に入射する。従って、光学層１７のコレステリック液晶による光ＬＴの反射波長は、垂直入射時の反射帯域に対して、導波角θｗに対応して短い波長側にシフトした反射帯域を示す。具体的には、光学層１７のコレステリック液晶による光ＬＴの反射波長は、導波角θｗが大きくなる程、短い波長側にシフトした反射帯域を示す。
【0119】
本願発明者は、光が光学層１７に対して垂直入射したときの光学層１７の反射率と透過率とをシミュレーションによって算出した。この場合、光はＴＥ波であった。また、屈折率ｎｃ＝１．４９、屈折率ｎｗ＝１．６０、屈折率ｎｅ＝１．８４、屈折率ｎｏ＝１．５７、厚みｄ＝９μｍ、液晶ＬＱの螺旋のピッチｐ＝１０００ｎｍ、であった。
【0120】
図１１（ａ）は、光が光学層１７に対して垂直入射したときの光学層１７の反射率を示すグラフである。図１１（ａ）において、縦軸は光の反射率（％）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。図１１（ｂ）は、光が光学層１７に対して垂直入射したときの光学層１７の透過率を示すグラフである。図１１（ｂ）において、縦軸は光の透過率（％）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。
【0121】
図１１（ａ）に示すように、光学層１７における光の反射率は、近赤外領域において１００％であった。また、図１１（ｂ）に示すように、光学層１７における光の透過率は、可視光領域において１００％であった。従って、光学層１７が、環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡを反射せずに、可視光ＶＬＡを透過させることを確認できた。つまり、表示部１Ａは、環境光ＮＬに含まれる可視光ＶＬＡに対して透明であることが確認できた。
【0122】
さらに、本願発明者は、光導波層１１を導波した光ＬＴが光学層１７に入射したときの光学層１７の反射率をシミュレーションによって算出した。この場合、光ＬＴはＴＥ波であった。また、屈折率ｎｃ＝１．４９、屈折率ｎｗ＝１．６０、屈折率ｎｅ＝１．８４、屈折率ｎｏ＝１．５７、厚みｄ＝１０μｍ、螺旋のピッチｐ＝１０５０ｎｍ、であった。
【0123】
図１２（ａ）は、光導波層１１における導波角θｗが７０．２度であるときの光学層１７の反射率を示すグラフである。図１２（ｂ）は、光導波層１１における導波角θｗが７３．３度であるときの光学層１７の反射率を示すグラフである。図１２（ｃ）は、光導波層１１における導波角θｗが７５．２度であるときの光学層１７の反射率を示すグラフである。図１２（ａ）～図１２（ｃ）において、縦軸は光ＬＴの反射率（％）を示し、横軸は光ＬＴの波長（ｎｍ）を示す。
【0124】
図１２（ａ）に示すように、導波角θｗが７０．２度の場合、光学層１７における光ＬＴの反射率は、赤色に対応する波長帯域（中心波長：６３２ｎｍ）で特に大きかった（約１００％）。
【0125】
図１２（ｂ）に示すように、導波角θｗが７３．３度の場合、光学層１７における光ＬＴの反射率は、緑色に対応する波長帯域（中心波長：５３２ｎｍ）で特に大きかった（約１００％）。
【0126】
図１２（ｃ）に示すように、導波角θｗが７５．２度の場合、光学層１７における光ＬＴの反射率は、青色に対応する波長帯域（中心波長：４７０ｎｍ）で特に大きかった（約１００％）。
【0127】
図１２（ａ）～図１２（ｃ）に示すように、光学層１７の反射波長は、導波角θｗに対応して短い波長側にシフトした反射帯域を示した。特に、導波角θｗが大きくなる程、反射帯域は短い波長側にシフトした。そして、導波角θｗが７０．２度で赤色の強い反射が生じ、導波角θｗが７３．３度で緑色の強い反射が生じ、導波角θｗが７５．２度で青色の強い反射が生じた。図１２（ａ）～図１２（ｃ）に示すシミュレーション結果から、光源部３の光ＬＴを光導波層１１に入射させる際に、波長によって異なる角度で入射するように設計することで、カラー表示が可能になることを推測できた。
【0128】
（第１変形例）
図１３を参照して、実施形態２の第１変形例に係る表示装置１００Ａを説明する。第１変形例に係る表示装置１００Ａが時分割方式でカラー表示を実行する点で、第１変形例は図１０を参照して説明した実施形態２に係る表示装置１００Ａと主に異なる。以下、第１変形例が実施形態２と異なる点を主に説明する。
図１３を参照して、実施形態２の第１変形例に係る表示装置１００Ａを説明する。第１変形例に係る表示装置１００Ａが時分割方式でカラー表示を実行する点で、第１変形例は図１０を参照して説明した実施形態２に係る表示装置１００Ａと主に異なる。以下、第１変形例が実施形態２と異なる点を主に説明する。
【0129】
図１３は、第１変形例に係る表示装置１００Ａを示す断面図である。図１３に示すように、表示装置１００Ａの光源部３は複数の光源４を含む。光源４は例えば発光ダイオードを含む。複数の光源４は、互いに波長の異なる複数の可視光ＶＬをそれぞれ出射する。具体的には、複数の光源４は、複数の可視光ＶＬを、互いに異なるタイミングで光導波層１１に向けて出射する。つまり、複数の光源４は、複数の可視光ＶＬを時分割で光導波層１１に向けて出射する。従って、複数の可視光ＶＬは、光導波層１１を光源部３からの出射順に導波する。また、複数の可視光ＶＬは、互いに異なる波長を有するため、互いに異なる導波角で光導波層１１を導波する。なお、光源４は、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏光している可視光ＶＬを出射することが好ましい。光学設計が容易になるためである。
【0130】
そして、屈折率可変層１３は、光導波層１１を導波する可視光ＶＬを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて、光源部３からの出射順に屈折率可変層１３の内部に導入して、屈折率可変層１３の外部に出射する。具体的には、複数の可視光ＶＬは、屈折率可変層１３の同じ位置から、光源部３からの出射順に出射する。そして、複数の可視光ＶＬは、光源部３からの出射順に画素電極２１３１及び基板１５を通って光学層１７に入射する。
【0131】
光学層１７は、屈折率可変層１３が出射した可視光ＶＬを、光学層１７の同じ位置から光源部３からの出射順に屈折率可変層１３に向けて反射する。第１変形例では、光学層１７は、屈折率可変層１３が出射した可視光ＶＬを、光学層１７の同じ位置から光源部３からの出射順に屈折率可変層１３に向けて拡散反射する。従って、拡散反射された互いに波長の異なる複数の可視光ＶＬは、基板１９の主面１９ａの側から表示部１を見ている人間の目に、光源部３からの出射順に入射する。光源部３からの複数の可視光ＶＬの出射タイミングは、人間の目にとっては同時である。その結果、人間は、複数の可視光ＶＬによって表されるカラー画像を見ることができる。
【0132】
具体的には、光源部３は、時分割で出射する可視光ＶＬの波長を切り替える。そして、駆動部５が、可視光ＶＬの波長の切り替えと同期して屈折率可変層１３を駆動し、所望の画素ＰＸで可視光ＶＬを反射する。
【0133】
特に、第１変形例では、複数の光源４のうち、光源４Ｒは、赤色の可視光ＬＢを出射し、光源４Ｇは緑色の可視光ＬＧを出射し、光源４Ｂは青色の可視光ＬＢを出射する。従って、光導入モードが設定された画素ＰＸにおいて、光学層１７は、時分割で出射された可視光ＬＢと可視光ＬＧと可視光ＬＢとを拡散反射する。その結果、表示部１Ａは、可視光ＬＢと可視光ＬＧと可視光ＬＢとによってカラー表示を実行できる。つまり、表示部１Ａでは、光導入モードが設定された１画素ＰＸから、可視光ＬＢと可視光ＬＧと可視光ＬＢとが拡散反射されて、カラー表示が実行される。
【0134】
（第２変形例）
図１４を参照して、実施形態２の第２変形例に係る表示装置１００Ａを説明する。第２変形例に係る表示装置１００Ａが空間分割方式でカラー表示を実行する点で、第２変形例は図１０を参照して説明した実施形態２に係る表示装置１００Ａと主に異なる。以下、第２変形例が実施形態２と異なる点を主に説明する。
図１４を参照して、実施形態２の第２変形例に係る表示装置１００Ａを説明する。第２変形例に係る表示装置１００Ａが空間分割方式でカラー表示を実行する点で、第２変形例は図１０を参照して説明した実施形態２に係る表示装置１００Ａと主に異なる。以下、第２変形例が実施形態２と異なる点を主に説明する。
【0135】
図１４は、第２変形例に係る表示装置１００Ａを示す断面図である。図１４に示すように、表示装置１００Ａの光源部３は白色光源３Ｗを含む。白色光源３Ｗは例えば発光ダイオードを含む。白色光源３Ｗは白色光ＷＬを出射する。白色光源３Ｗは、白色光ＷＬを光導波層１１に向けて出射する。従って、白色光ＷＬは光導波層１１を導波する。
【0136】
屈折率可変層１３は、白色光ＷＬに含まれる互いに異なる波長の複数の可視光ＶＬを、屈折率可変層１３の屈折率に応じて屈折率可変層１３の異なる位置から異なる角度で屈折率可変層１３の内部に導入して、屈折率可変層１３の異なる位置から屈折率可変層１３の外部に出射する。そして、複数の可視光ＶＬは、基板１５を通って光学層１７の異なる位置に異なる入射角で入射する。
【0137】
光学層１７は、屈折率可変層１３が出射した複数の可視光ＶＬを、光学層１７の異なる位置から屈折率可変層１３に向けて反射する。第２変形例では、光学層１７は、屈折率可変層１３が出射した複数の可視光ＶＬを、光学層１７の異なる位置から屈折率可変層１３に向けて拡散反射する。従って、拡散反射された互いに波長の異なる複数の可視光ＶＬは、基板１９の主面１９ａの側から表示部１を見ている人間の目に入射する。光学層１７において複数の可視光ＶＬが拡散反射される位置は、近接しており、人間の目にとっては同位置である。その結果、人間は、複数の可視光ＶＬによって表されるカラー画像を見ることができる。
【0138】
特に、第２変形例では、白色光ＷＬのうち、緑色の可視光ＬＧと赤色の可視光ＬＢと青色の可視光ＬＢとが、屈折率可変層１３の異なる位置から異なる角度で屈折率可変層１３の内部に導入されて、屈折率可変層１３の異なる位置から屈折率可変層１３の外部に出射される。
【0139】
そして、光学層１７は、屈折率可変層１３が出射した緑色の可視光ＬＧと赤色の可視光ＬＢと青色の可視光ＬＢとを、光学層１７の異なる位置から屈折率可変層１３に向けて拡散反射する。その結果、表示部１Ａは、可視光ＬＢと可視光ＬＧと可視光ＬＢとによってカラー表示を実行できる。
【0140】
具体的には、光導入モードが設定された画素ＰＸ２では、白色光ＷＬに含まれる可視光ＬＲは、光導波層１１から屈折率可変層１３に導入されて、画素電極２１３１ｂ及び基板１５を透過する。そして、可視光ＬＲは、画素電極２１３１ｂに対向する光学層１７の最小単位部分ＭＵ２によって拡散反射される。つまり、画素ＰＸ２は、赤色の可視光ＬＲを発光する。
【0141】
また、光導入モードが設定された画素ＰＸ３では、白色光ＷＬに含まれる可視光ＬＧは、光導波層１１から屈折率可変層１３に導入されて、画素電極２１３１ｃ及び基板１５を透過する。そして、可視光ＬＧは、画素電極２１３１ｃに対向する光学層１７の最小単位部分ＭＵ２によって拡散反射される。つまり、画素ＰＸ３は、緑色の可視光ＬＧを発光する。
【0142】
さらに、光導入モードが設定された画素ＰＸ４では、白色光ＷＬに含まれる可視光ＬＢは、光導波層１１から屈折率可変層１３に導入されて、画素電極２１３１ｄ及び基板１５を透過する。そして、可視光ＬＢは、画素電極２１３１ｄに対向する光学層１７の最小単位部分ＭＵ２によって拡散反射される。つまり、画素ＰＸ４は、青色の可視光ＬＢを発光する。
【0143】
その結果、表示部１Ａは、光導入モードが設定された画素ＰＸ２と画素ＰＸ３と画素ＰＸ４とによってカラー表示を実行できる。
【0144】
ここで、画素ＰＸ２と画素ＰＸ３と画素ＰＸ４とは一列に隣接して配列されている。そして、画素ＰＸ２と画素ＰＸ３と画素ＰＸ４とは、それぞれ、色の三原色に対応する可視光ＬＲと可視光ＬＧと可視光ＬＢとを拡散反射する。従って、画素ＰＸ２と画素ＰＸ３と画素ＰＸ４との各々はサブ画素と捉えることができる。その結果、カラー表示においては、実質的には、画素ＰＸ２と画素ＰＸ３と画素ＰＸ４とで１画素を構成する。
【0145】
なお、屈折率可変層１３において、液晶ＬＱの配向を変えることで、波長の異なる可視光ＶＬを、光導波層１１の異なる位置から屈折率可変層１３に導入できる。例えば、屈折率可変層１３において、画素ＰＸ２における液晶ＬＱの配向と、画素ＰＸ３における液晶ＬＱの配向と、画素ＰＸ３における液晶ＬＱの配向とは、互いに異なる。つまり、屈折率可変層１３に導入する可視光ＶＬの波長に応じて液晶ＬＱの配向を制御することで、各画素ＰＸに対応して、白色光ＷＬから波長の異なる可視光ＶＬを取り出すことができる。
【0146】
（実施形態３）
図１５を参照して、本発明の実施形態３に係る表示装置１００Ｂを説明する。実施形態３に係る表示装置１００Ｂが光ＬＴＸを吸収する光学層３１を有する点で、実施形態３は図１０を参照して説明した実施形態２に係る表示装置１００Ａと主に異なる。以下、実施形態３が実施形態２と異なる点を主に説明する。
図１５を参照して、本発明の実施形態３に係る表示装置１００Ｂを説明する。実施形態３に係る表示装置１００Ｂが光ＬＴＸを吸収する光学層３１を有する点で、実施形態３は図１０を参照して説明した実施形態２に係る表示装置１００Ａと主に異なる。以下、実施形態３が実施形態２と異なる点を主に説明する。
【0147】
図１５は、実施形態３に係る表示装置１００Ｂを示す断面図である。図１５に示すように、表示装置１００Ｂは、図１０に示す表示装置１００Ａの表示部１Ａに代えて、表示部１Ｂを備える。表示部１Ｂは、図１０に示す表示部１Ａの光学層１７に代えて、光学層３１を含む。なお、屈折率可変層１３は、光導波層１１と光学層３１との間に配置される。
【0148】
実施形態３では、光源部３は、光ＬＴＸを光導波層１１に向けて出射する。従って、光ＬＴＸは光導波層１１を導波する。光ＬＴＸは、光学層３１を着色できる限りにおいては、可視光であってもよいし、不可視光であってもよい。その他、光ＬＴＸは、図１０を参照して説明した光ＬＴと同様に、屈折率可変層１３の屈折率に応じて、光導波層１１を導波して出射端部から出射するか、又は、屈折率可変層１３に導入されてから光学層３１に入射する。つまり、画素ＰＸにおける液晶ＬＱの最小単位部分ＭＵ１の屈折率に応じて、画素ＰＸの状態が、光導波モード又は光導入モードに設定される。
【0149】
光学層３１は、屈折率可変層１３が出射した光ＬＴＸを吸収して着色する。従って、光学層１７が着色していない部分と着色している部分との間で明暗の差を大きくできる。その結果、表示装置１００Ｂでは、コントラストを向上できて、高い品質の画像を表示できる。また、基板１９の主面１９ａの側から表示部１を見ている人間は、光学層３１の着色部分を見ることができる。
【0150】
光学層１７が着色していない部分は、光ＬＴＸが入射していない部分であり、透き通っている。
【0151】
具体的には、光導入モードに設定された画素ＰＸ２では、光学層３１の最小単位部分ＭＵ２は、屈折率可変層１３が出射した光ＬＴＸを吸収して着色する。一方、光導波モードに設定された画素ＰＸ１では、光学層３１の最小単位部分ＭＵ２に光ＬＴＸが入射しないため、光学層３１の最小単位部分ＭＵ２は着色しない。従って、画素ＰＸ１は透き通っている。その結果、着色していない画素ＰＸ１と着色している画素ＰＸ２との間で明暗の差を大きくできて、コントラストを向上できる。
【0152】
光学層３１は、例えば、フォトクロミック材料によって構成される。フォトクロミック材料とは、光の照射によって着色する材料のことである。フォトクロミック材料は、例えば、紫外線の照射によって着色する。この場合は、光源部３は、光ＬＴＸとしての紫外線を出射する。フォトクロミック材料は、例えば、スピロ系化合物又はジアリールエテン化合物を含む。
【0153】
なお、光学層３１は、例えば、エレクトロクロミック材料によって構成されてもよい。エレクトロクロミック材料とは、電流を流したり、電圧を印加したりすると、色が可逆的に変化する材料のことである。この場合は、表示装置１００Ｂは、エレクトロクロミック材料に、電流を流したり、電圧を印加したりする電源部（不図示）をさらに備える。電源部は、例えば、電源回路を含む。
【0154】
また、光学層３１は、画素電極群２１３と基板１５との間に配置されてもよい。さらに、図１に示す表示装置１００（変形例を含む）の光学層１７に代えて、図１５に示す光学層３１が設けられてもよい。この場合、光学層３１は、屈折率可変層１３と基板１５との間に配置されてもよい。
【0155】
（実施形態４）
図１６を参照して、本発明の実施形態４に係る表示装置１００Ｃを説明する。実施形態４に係る表示装置１００Ｃが吸収率可変層７９を有している点で、実施形態４は実施形態２と主に異なる。以下、実施形態４が実施形態２と異なる点を主に説明する。
図１６を参照して、本発明の実施形態４に係る表示装置１００Ｃを説明する。実施形態４に係る表示装置１００Ｃが吸収率可変層７９を有している点で、実施形態４は実施形態２と主に異なる。以下、実施形態４が実施形態２と異なる点を主に説明する。
【0156】
図１６は、実施形態４に係る表示装置１００Ｃを示す断面図である。図１６に示すように、表示装置１００Ｃは、図１０に示す表示装置１００Ａの構成に加えて、駆動部８０をさらに備える。そして、制御部７は駆動部８０を制御する。また、表示装置１００Ｃの表示部１Ｃは、図１０に示す表示装置１００Ａの表示部１Ａに代えて、表示部１Ｃを含む。表示部１Ｃは、図１０に示す表示部１Ａの構成に加えて、第１基板７１と、第２基板７３と、第１電極７５と、第２電極７７と、吸収率可変層７９とをさらに含む。
【0157】
吸収率可変層７９は、光学層１７に対して、屈折率可変層１３の反対側に配置される。具体的には、第１基板７１と光学層１７とは対向している。そして、第１基板７１と第２基板７３との間に、第１電極７５と、吸収率可変層７９と、第２電極７７とが配置される。吸収率可変層７９は、第１電極７５と第２電極７７との間に配置される。なお、第１基板７１、第２基板７３、第１電極７５、第２電極７７、及び吸収率可変層７９の各々は、透き通っており、透明である。第１基板７１、第２基板７３、第１電極７５、第２電極７７、及び吸収率可変層７９の各々は、可撓性を有することが好ましい。第１電極７５及び第２電極７７の各々は、例えば、ＩＴＯにより構成される。なお、図１６では、配置を分かり易くするために、第１電極７５及び第２電極７７を黒色で図示している。
【0158】
駆動部８０は、吸収率可変層７９に制御電圧Ｖｔを印加して、吸収率可変層７９を駆動する。駆動部５は、例えば、電源回路を含む。具体的には、駆動部８０は、第１電極７５及び第２電極７７を介して吸収率可変層７９に制御電圧Ｖｔを印加する。
【0159】
吸収率可変層７９では、光を透過する状態と光を吸収する状態とが、印加される制御電圧Ｖｔに応じて切り替わる。従って、実施形態４によれば、吸収率可変層７９の状態が光を透過する状態である場合、基板１９側から入射する環境光ＮＬも、第２基板７３側から入射する環境光ＮＬも、吸収率可変層７９を透過する。その結果、表示部１Ｃを透明ディスプレイとして効果的に機能させることができる。一方、吸収率可変層７９の状態が光を吸収する状態である場合、基板１９側から入射する環境光ＮＬも、第２基板７３側から入射する環境光ＮＬも、吸収率可変層７９に吸収される。従って、基板１９の主面１９ａの側から表示部１を見ている人間にとって、表示部１Ｃの背景が暗く見える。その結果、光学層１７が光ＬＴを反射する部分（例えば画素ＰＸ２）と光ＬＴを反射しない部分（例えば画素ＰＸ１）との間で明暗の差を更に大きくできる。換言すれば、表示装置１００Ｃでは、コントラストを更に向上できて、更に高い品質の画像を表示できる。
【0160】
具体的には、吸収率可変層７９は、液晶ＬＱＡと、二色性色素ＤＰとを含む。二色性色素ＤＰとは、分子の長軸方向における吸光度と、分子の短軸方向における吸光度とが異なる色素のことである。例えば、二色性色素ＤＰにおいて、分子の長軸方向における吸光度が、分子の短軸方向における吸光度よりも大きい。
【0161】
更に具体的には、液晶ＬＱＡに二色性色素ＤＰが添加されている。液晶ＬＱＡは複数の液晶分子ＬＣＡを含む。二色性色素ＤＰは複数の二色性色素分子ＤＰＡを含む。そして、複数の二色性色素分子ＤＰＡが複数の液晶分子ＬＣＡの間に添加されている。
【0162】
二色性色素ＤＰは、例えば、ＤＣＭ、又は、ＢＴＢＰである。ＤＣＭは、［２－［２－［４－（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｈｅｎｙｌ］ｅｔｈｅｎｙｌ］－６－ｍｅｔｈｙｌ－４Ｈ－ｐｙｒａｎ－４－ｙｌｉｄｅｎｅ］ｐｒｏｐａｎｅｄｉｎｉｔｒｉｌｅ、である。ＢＴＢＰは、Ｎ，Ｎ’－ｂｉｓ（２，５－ｄｉ－ｔｅｒｔ－ｂｕｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）－３，４，９，１０－ｐｅｒｙｌｅｎｅｄｉｃａｒｂｏｉｍｉｄｅ、である。ただし、二色性色素ＤＰの種類は、特に限定されない。例えば、二色性色素ＤＰは、Ａｌｅｋｓａｎｄｒ Ｖ． Ｉｖａｓｈｃｈｅｎｋｏ 著、「Ｄｉｃｈｒｏｉｃ Ｄｙｅｓ ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ」（ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、１９９４）、に記載された二色性色素であってもよい。
【0163】
なお、図１に示す表示装置１００（変形例を含む）、図１０に示す表示装置１００Ａ（第１変形例及び第２変形例を含む）、及び、図１５に示す表示装置１００Ｂの各々は、図１６に示す駆動部８０、第１基板７１、第２基板７３、第１電極７５、第２電極７７、及び、吸収率可変層７９をさらに備えていてもよい。
【0164】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、または、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。
【0165】
また、図面は、発明の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0166】
本発明は、表示装置を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【0167】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 表示部
３ 光源部
３Ｗ 白色光源
４、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ 光源
１１ 光導波層
１７、３１ 光学層
２１ 電極ユニット
２３ クラッド層
７９ 吸収率可変層
１７１ 螺旋状構造体
１８０ 積層構造体
１８１ 基板
１８３ 誘電体多層膜
ＬＱ 液晶
３ 光源部
３Ｗ 白色光源
４、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ 光源
１１ 光導波層
１７、３１ 光学層
２１ 電極ユニット
２３ クラッド層
７９ 吸収率可変層
１７１ 螺旋状構造体
１８０ 積層構造体
１８１ 基板
１８３ 誘電体多層膜
ＬＱ 液晶
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】