CN100403122C - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示装置，其中设有：板(10)，在其一侧排列形成的三原色光独立的光波导(100)，以及作为夹着形成于构成该光波导(100)的两个光波导中一方的相对波导光透明的电场反应物质(20)排列形成的透明电极(30)和电极(40)，它们固城对置电极；波导光的一部分至少通过电场反应物质(20)；通过在这些对置电极之间施加电压，使电场反应物质(20)的形态变化，从而使波导光散射而作为像素显示图像，因此，不具有机械式驱动部，可靠性高、画质优、亮度高、可高速响应，而且视角宽、耗电小、廉价、能够全色显示。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及耗电小、具有可高速响应的光亮度的可薄型大面积化的显示装置，特别是涉及通过在与预定像素对应的部分的对置电极之间施加电压，使插入到该电极之间的透明的电场反应物质浑浊，或者使之膨胀·收缩变形，或者使之着色，从而使在此波导的波导光(waveguide light)散射来得到图像方式的显示装置。
背景技术
以前，作为薄型显示装置，就有通过压电传动器在导光板控制对位移传递部的接触、隔离并控制来自导光板的漏出光来进行图像显示的显示装置(参照特开平7-287176公报、特开平10-78549公报、特开平11-73142公报)。另外，以前还提出了将静电驱动型抽出部即反射棱镜邻接于光波导，并使渐消失波漏出的方式(参照特开2000-75223公报、特开2000-258701公报、特开2000-330040公报)。
另外，以前还有以静电驱动将本发明人提出的悬臂(cantilever)薄膜吸引到光波导，使波导光漏出的光开关(参照特愿2001-304537公报、特愿2002-029594公报)。
另外，以前还有一种显示装置，其中，作为像素以液晶作为光学快门使用，将来自背景灯的光通过光三原色的滤光片和偏振光片射出。另外，以前还有一种显示装置，其中，在衬底和作为光波导的两张玻璃衬底之间封入光散射模式的液晶，将包含该液晶的两张玻璃衬底作为光波导，用光散射模式的液晶使在这些玻璃衬底的界面反射的波导光散射，从而进行像素显示(参照特开平11-109349公报)。
另外，以前还有一种显示装置，其中，采用三原色光，通过光波导来传输，可通过设在光波导上的光输出控制部使折射率变化来进行全色显示(参照特开2000-172197公报、美国专利第6,236,799号说明书)。
但是，在传统的压电传动器驱动的位移传递部中存在如下问题：要将位移量变大需要厚的压电部件，因此，质量增加，相应地驱动功率变大、响应速度变慢。另外，将静电驱动型的抽出部即反射棱镜邻接于光波导的方式中，也存在反射棱镜的质量增加且不能高速响应的问题。而且，静电驱动抽出部的电极之间大致平行，并通过支柱隔距离形成，因此相互吸引需要大电压。另外，在以静电驱动将悬臂薄膜吸引到光波导，使波导光漏出的光开关中，存在从光波导隔离形成悬臂薄膜，吸引需要大电压的问题。另外，在上述的将驱动部接触波导并利用来自该部分的漏光的形式中，具有机械式驱动部，因此在疲劳等可靠性方面欠缺；而且，光波导的芯部直接露出于空气中，因此，存在尘粒或尘垢等杂质附着在其表面等而引起波导光的未预期的散射等情况；另外，高速响应需要驱动部的质量小，但是若接触部不厚则波导光的漏光少、像素的亮度小，所以存在必需使接触部变厚、使驱动部的质量变大的问题。这样，可能的话希望有一种不具有机械式驱动部的，可靠性高、亮度高、且可高速响应、耗电小的显示装置。
在以传统的液晶作为光学快门使用的显示器方式中，来自背景灯的光通过液晶快门射出，且使用偏振光片，因此，观众的角度依赖性增大，很难看清画面，而且，因彩色滤光片或偏振光片等结构复杂而很难实现薄型化，所以不得不提高价格。
另外，在传统的作为光波导的两张玻璃衬底之间封入光散射模式液晶的显示器方式中，不具有机械时驱动部且可靠性高，但以夹入液晶的两张玻璃衬底为光波导，就存在如下问题：第一，由于光波导露出于外部，因此若在表面附着尘粒或尘垢等杂质，则从该处会有波导光的漏光，从而使图像的画质下降；第二，作为衬底采用两张玻璃衬底，而且将它们作为光波导使用，因此玻璃衬底成为支持衬底，不得不变厚，从而很难形成薄的微细的光波导，第三，作为不使光波导微细化的补偿，而形成三原色光波导同一个波导，为了全色显示而使三原色光使用一个部位的液晶像素，使像素部与发光同步地设成散射模式，相对传统的像素数只采用三分之一的像素数，但观看图像需要一定的亮度，靠一个像素的瞬间发光就有点暗，若不从依次驱动的多个像素同时射出光，则闪烁会较大且只利用瞬间的残像，因此很难得到高亮度的画面。第四，由于采用两张玻璃衬底作为衬底，因此，存在很难作成既有刚性又有柔性画面的图像显示部且耐冲撞性差的问题。
另外，用设在光波导上的光输出控制部使折射率变化，将波导光引入到该光输出控制部，并从最初设置的光散射部即光输出部使光散射的显示装置，其中存在如下问题：若采用现有的液晶等材料，则折射率变化小，若采用成为像素的约100微米的部分，则引入到光输出控制部的波导光量少，从而不能得到明亮的画面。
发明的公开
本发明的目的在于提供一种不具有机械式驱动部的，可靠性高、画质优、亮度高且可高速响应，视角宽、耗电小、可小型化和大面积化，而且廉价，可单色、二色或全色显示的显示装置。
为达到该目的，本申请第一发明的显示装置中设有：板，由作为芯的第一光波导和设置有包层的第二光波导成对构成的光波导，夹着在第二光波导上形成并一部分或全部发挥作用的电场反应物质对置并成对地排列形成的透明电极和电极；第一光波导和第二光波导中一方或双方与板紧密形成，且互相邻接或紧密配置，使得供给第一光波导的波导光与第二光波导的芯耦合成为第二光波导的波导光，波导光被封闭在第一光波导和第二光波导的芯之内；电场反应物质相对波导光透明，通过在透明电极和电极之间施加电压产生形态变化，并通过由该形态变化所引起的第二光波导的波导光的散射，使作为像素的散射光向外部射出。
依据本发明的实施例，若板为透明的，可以作为成对的光波导的包层部使用，同时也可以作为衬底使用。因此，光波导配置在板的一侧面上，第一光波导和第二光波导中的至少一方与板紧密形成，所以光波导本身无需具有机械性强度，适于排列许多个又薄又微细形状的成对的光波导。
在成对的光波导中，第一光波导可通过如下方式容易形成：例如，在透明板的表面形成于凸起上，或者作为应成为第一光波导的部分的两侧上形成沟槽的脊(ridge)型光波导，或者层叠折射率高于透明板的层作为光波导的芯部分，或者在透明板的单侧表面附近层叠低折射率的层作为光波导的包层，并在其中线状埋置芯部。
另外，持有被对置电极之间夹入的电场反应物质的第二光波导与透明电极一起与第一光波导重叠地邻接或紧密，用折射率低于电场反应物质的透明物质包围电场反应物质的周围作为包层，使得电场反应物质作为第二光波导的芯部起作用，并且，使第一光波导的波导光在具有透明电极和电场反应物质的第二光波导中波导。
例如，采用动态散射模式的液晶作为电场反应物质的场合，在对置电极之间施加电压，当达到阈值电场以上时产生形态变化而白浊化，因此第二光波导的波导光在该部分被可靠且强烈地散射，并作为散射光向透明电极侧的透明板的外侧高亮度地射出，从而可作为像素观看。在这种场合，从像素自身射出散射光，无需偏振光片等，因此，与传统的使用背景灯、以液晶作为光快门使用、并组合偏振光片和彩色滤光片的场合不同，可提供一种视角宽且明亮的显示装置。
另外，在本申请第二发明的显示装置中，将排列形成的光波导作为二色用独立的光波导，例如，作为红色用光波导和绿色用光波导的组，或者光三原色用独立的光波导的组，通过使二色或三原色光在各自对应的光波导中波导，可进行二色显示或全色显示。例如，将来自红色(R)和绿色(G)的二色光或者三原色光即红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的发光二极管、激光二极管或有机EL等的光，在各自对应的二色光用独立的光波导或者光三原色用独立的光波导中引导，如上所述，通过由夹入对置电极之间的电场反应物质的电压施加所产生的电场使其形态发生变化，并使各自的波导光在此发生散射而形成各像素，从而进行彩色显示。
在全色显示中，将与光三原色对应的显示部的三个单元作为一个像素使用，而来自由各自的单元构成的像素的射出光，由与各自单元对应的彩色图像信号调整根据电场反应物质的形态变化程度的散射光强度，从而调整其亮度。有关将二色光用独立的光波导或光三原色用独立的光波导的组邻接配置，以二色或三原色的单元为组构成像素，并通过其亮度调整来表现像素颜色的二色显示或全色显示方式的技术，可利用众所周知的传统技术。再有，可以将这些二色光用独立的，例如光波导的组或光三原色用独立的光波导的组，以交替配置的并排且直线状排列形成在同一透明的板上，也可以将各自独立的光波导以层状重叠排列形成，另外，也可以例如只将光三原色用独立的光波导中的二色用光波导形成在同一透明的板上，而剩余的一色用光波导形成在与该板不同的另一板上，并通过位置调整，使这些光波导以层状重叠接合。
另外，本申请第三发明的显示装置是将来自光源的光通过板上一体形成的光波导中而导入光波导中的场合，不管是在采用发光二极管或激光二极管等的内部光源的场合，还是在利用外部光源的场合，通过光波导中进行波导的均可实现小型的显示装置。
另外，每当将来自一个光源的光通过板上一体形成的光波导中来在光波导中波导时，最好根据显示画面的大小，进行将一个光源所分担的光波导个数减少等调整，从而使画面均匀。当然，在大画面中，最好准备多个光源，使得画面均匀显示，并确定其各自所分担的专用的光波导和从此枝状分割的光波导。
另外，本申请第四发明的显示装置是将来自光源的光通过与板不同的另一板上一体形成的光波导中而导入光波导中的场合，例如，可在板的表面上，形成光波导或者只形成构成光波导的第一光波导和第二光波导中的一方，将它与上述另一板上一体形成的光波导接触并接合成一体，从而构成显示装置。
该场合具有容易在板上形成显示部的矩阵状对置电极或其对置布线(垂直选择线和水平选择线)中的至少一方或驱动电路的优点。在对置电极或其对置布线中，将成对的一方形成在板上时，最好将另一方形成在上述另一板上。
另外，也可以将光波导的第二光波导形成在透明的板上，将另一板上一体形成的光波导的一部分，作为处于由矩阵状的对置电极排列构成的显示部下的第一光波导利用。
另外，本申请第五发明的显示装置是用反射膜覆盖另一板上一体形成的光波导表面的全部或一部分的场合，即使另一板上一体形成的光波导内存在散射光，也可以用该反射膜将波导光封闭在内部，从而有效地导入光波导中。
另外，本申请第六发明的显示装置是在另一板上一体形成的光波导中设置设在光源的周围使其光线散射的光波导散射体、导入由光波导散射体散射的光线后进行发射的光散射体及会聚光散射体发出的光线的透镜，将波导光有效地导入光波导中的场合，来自光源的被导入到另一板上一体形成的光波导中的光(波导光)由光波导散射体等散射并由光散射体照射，因此，光散射体如同是第二光源，主要从此发出的光通过透镜导入光波导中。透镜可采用全息透镜或根据折射率分布采用凸透镜等薄膜透镜。
另外，本申请第七发明的显示装置是供给光波导的波导光的光源采用发光二极管或激光二极管的场合，可作为非常稳定、高效率且长寿命的光源利用。另外，这些光源与由矩阵状的像素构成的显示部独立制作，因此，可以在制作完合格品的显示部之后，只选择合格品的光源并安装即可，因而具有极大地提高显示装置制作的成品率的优点。
另外，本申请第八发明的显示装置是将光源即发光二极管或激光二极管一体形成在上述的板或与板不同的另一板上的场合，由于这些光源和另一板上一体形成的光波导一体化，因此实现小型化且可稳定显示。
另外，本申请第九发明的显示装置是利用本显示装置以外的外部光源作为供给光波导的波导光的场合，将来自太阳光或电灯等的照明光在光波导中波导来显示。显示装置的功率消耗主要在于其中的光源，因此，在明亮的场所利用显示装置以外的光源。另外，也可以在显示装置内部的光源和外部光源之间进行切换。
另外，本申请第十发明的显示装置是采用由凹凸状的衍射光栅或菲涅耳透镜构成的光耦合器使来自外部光源的光与另一板上一体形成的光波导耦合的场合，通过具有格栅状凸凹或菲涅耳带片或菲涅耳透镜等薄膜状凹凸结构的光耦合器，有效地将来自外部光源的光与另一板上一体形成的光波导耦合。
另外，本申请第十一发明的显示装置是在如第九发明和第十发明所示的利用显示装置以外的光源的场合，在彩色显示时设置彩色滤光片使波导光为特定颜色。
另外，本申请第十二发明的显示装置是由塑料构成板和另一板中至少一方的场合，该板和另一板在作为包层部使用时，其折射率必须比波导光的光波导的芯部低。在使用板和另一板两者并均由塑料构成的场合，可提供一种具有轻量、耐冲撞性强、灵活且耐弯曲的显示器画面的，既能小型化又能大型化的廉价的显示装置。
另外，本申请第十三发明的显示装置是电场反应物质采用光散射模式液晶的场合。作为光散射模式液晶，可使用强介电形液晶和扭曲向列型液晶等。光散射模式液晶在不施加电场时透明，通过电场施加表现出不稳定状态，对白色光呈现白浊，因此，在夹着这种类型的液晶的对置电极之间施加电压，产生阈值以上的电场时，液晶浑浊，从透明电极侧入射并波导的光在此被散射，并向透明板的外侧射出，该部分作为具有图像波导光的颜色的像素单元显示。由于波导光直接散射，因此可得到亮度高的发光像素。另外，其亮度调整可通过调整施加在光散射模式液晶的信号电压的大小和电压施加时间来进行。当然，从在红色光用光波导上形成的像素的单元部分射出所波导的红色光，从蓝色、绿色光用光波导也同样。
另外，本申请第十四发明的显示装置是电场反应物质采用电场反应凝胶的场合。电场反应凝胶一般为由高分子系构成的胶状的凝胶，通过电场的施加产生收缩或膨胀的体积变化。在作为像素的成对的电极之间形成电场反应凝胶，并通过在电极之间施加电压使电场反应凝胶收缩或膨胀，从而使光波导的形状部分地变化，由此对波导光进行散射。由于电场反应凝胶为胶状，因此，与透明电极成对的电极通过施加基于图像信号的电压使形成对置电极的电场反应凝胶自身变形，从而一起变动。但是，由于是胶状而多少存在可动部分，但由于是半固体状的物质而不存在液漏的问题，而且没有如悬臂那样的机械性接触/隔离部分，所以较容易处理。
另外，本申请第十五发明的显示装置是电场反应物质采用电致变色材料的场合。利用由在氧化钨等电致变色材料的电解质中的离子迁移所引起的氧化/还原作用，可逆地进行从无色到蓝色等的着色或者其相反过程。若采用固体电解质作为电解质，则容易制作。在利用氧化钨等从无色发出蓝色的电致变色材料的色变化的场合，在蓝色用的光波导上使用夹在成为像素的成对的电极之间的该电致变色材料和其电解质。电致变色材料被着色时，在此波导的与着色相同颜色的光在该着色部被散射并向外部射出。为了消除着色并返回到无色，最好在像素部的对置电极之间施加与着色时相反的电压。由于在1V以下的电压也会产生氧化还原反应，因此，具有能以低电压驱动的优点。
将显示装置用于静止图像是当然可以的，而且将它用于动画即电视等的场合，若像素瞬间散射波导光后立即消失，则由于射出光的时间过短，画面会变暗。因此，即使选择了下一个像素，也需要使散射光射出后保持片刻。由于从同一个光波导上形成的多个像素的单元部同时射出散射光时波导光变弱，因此，最好这样进行控制：根据同时射出的像素数来调整光源的光功率，或者使射出时间变长，从而得到与同时选择像素数无关的所期望的均匀的像素亮度。
发明的效果
如上所述，依据本发明，通过将由第一光波导和第二光波导成对构成的光波导的波导光在含有普通为透明的电场反应物质的第二光波导中波导，并在夹着该电场反应物质成对的电极之间施加图像信号电压，使之产生白浊、变形、着色等形态变化，从而能够高效率地使波导光散射，因此，能够有效地将散射光向外部射出。因此，可提供一种低耗电、高亮度的显示装置。
另外，依据本发明，可以将透明的板作为光波导的包层部使用，同时也可以作为支持衬底起作用。由于光波导能够排列形成在板的一侧面上，光波导自身无需机械性强度，能够将许多个又薄又微细形状的光波导高密度地排列，不具有机械性位移部，因此，能够提供一种可靠性高、微细像素的画质优、既能小型化又能大型化的显示装置。另外，由于光波导的芯部不向外部露出，所以尘粒或尘垢等杂质不会直接附着在光波导的光波导部上，从而即使在多灰尘等恶劣环境下也能够提供一种画质优的显示装置。另外，显示装置的图像显示部的主材料即透明的板和光波导及包层部可用塑料形成，具有柔软性，可顺应机械性弯曲，因此，能够提供一种轻量且耐冲撞的显示装置。
另外，由于从像素自身射出散射光，因此，与传统的使用背景灯、将液晶与偏振光片组合并作为光快门使用的场合不同，可提供一种视角宽的显示装置。
另外，不仅是单色，而且将二色或三原色光在各自对应的光波导100中波导，由此能够进行二色显示或全色显示。将来自三原色光即红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等光源的光通过薄的光波导供给像素部，而且不需要偏振光片或彩色滤光片，因此，能够直接将散射光向外部射出且实现薄型化，从而能够提供一种图像明亮、易实现小型化的廉价的显示装置。另外，在全色显示器中，红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)三原色光的光波导互相独立形成，而且可各自显示由三原色光专用的独立的单元构成的像素，因此，即使在依次驱动方式中选择了下一个像素部，可通过时间调节使得从其之前的像素部也同时射出光，从而能够提供一种闪烁极少且明亮的显示装置。
另外，作为光源，不仅存在于装置内部，根据需要，也可以利用来自外部的光源，因此具有节约耗电的优点。
另外，将构成光波导的成对的第一光波导和第二光波导，形成矩阵状像素的成对的电极及与这些对应的成对的布线等成对构成部分中的一方和另一方可分别形成于不同的板上，然后将这些接合或邻接配置，因此，可容易制作且只由合格品组合而构成，从而具有能够提供一种成品率高且相应廉价的显示装置的优点。
另外，通过将光波导分割成构成它的成对的第一光波导和第二光波导，将第一光波导作成相对波导光充分透明且明亮的光波导，在第二光波导与通过第一光波导的波导光的一部分耦合使得泄漏后传输，因此，即使第二光波导的光波导相对波导光不那么透明，也能够使波导光充分遍及第一光波导，从而具有也能够适用于大画面显示的优点。
再有，为了波导很多光，第一光波导作成多模式波导，但这时的波导光以各种角度的光线波导，而且第二光波导的折射率小于第一光波导的场合，以大角度在第一光波导中传输的光的一部分与第二光波导耦合并泄漏到其中，成为第二光波导的传输光。
另外，在第二光波导的折射率高于第一光波导的场合，在第一光波导和第二光波导之间适当形成低折射率的层(例如，可以将空隙或液晶取向膜或其它透明层邻接等)，则等效地从第一光波导看上去，第二光波导可看作低折射率，从而等效于第二光波导的折射率低于上述的第一光波导的场合。
附图的简单说明
图1涉及本发明显示装置的构成要素，表示在使用光散射模式液晶作为电场反应物质的全色显示时的一实施例的大概截面图，其中，图1(a)是光三原色光波导的排列的横向截面图，图1(b)是沿蓝色用光波导的图1(a)中Y-Y方向的纵向截面图。
图2涉及本发明显示装置的构成要素，是通过施加电场来使电场反应物质成为膨胀或收缩的胶状凝胶时的沿蓝色用光波导的一实施例的纵向截面略图。
图3是本发明显示装置的全色显示的另一实施例的截面略图。
图4涉及本发明显示装置的构成要素，是以氧化钨等电致变色(electrochromic)材料作为电场反应物质时的沿蓝色用光波导的一实施例的纵向截面略图。
图5是涉及本发明显示装置的构成要素的一实施例，其中，图5(a)是排列了光三原色用的独立的光波导100r、100g、100b时的横向截面的略图，图5(b)是红色用光波导100r附近的放大略图。
图6涉及本发明显示装置的构成要素，是表示作为从由三原色三个单元构成的一个像素200射出的光显示全色形态的一实施例的概略透视图。
图7涉及本发明显示装置的构成要素，是表示从三原色的LED光源通过各自的光波导分配到各显示部的光波导的形态的一实施例，其中，图7(a)是平面略图，图7(b)是X-X方向的横向截面略图。
图8涉及本发明显示装置的构成要素，是使用外部光源时的一实施例，其中，图8(a)是平面略图，图8(b)是X-X方向的横向截面略图。
图9涉及本发明显示装置的构成要素，是使用外部光源时的一实施例的截面略图。
本发明的最佳实施方式
以下，参照附图，就本发明显示装置的实施例进行详细的说明。图中，10、11、12、15为板，20为电场反应物质，25为电解质，30、30r、30g、30b为透明电极，40、40r、40g、40b为电极，50为垂直选择线，60为水平选择线，100、100A为光波导，100b为蓝色用光波导，100g为绿色用光波导，100r为红色用光波导，101为第一光波导，102为第二光波导，105为光波导散射体，111、111r、111g、111b为锥形光波导，120、121、122、123、124、125为包层部，130、130r、130g、130b为透镜，140、140r、140g、140b为光散射体，150、150r、150g、150b为光源，200为像素，300、310、320为反射膜，400为光耦合器，450、450r、450g、450b为彩色滤光片，500为显示部。
实施例1
图1涉及本发明显示装置的构成要素，是表示如下场合的一实施例的略图：使用动态散射模式液晶作为电场反应物质20，将透明的板10作为由一对第一光波导101和第二光波导102构成的光波导100的包层部120使用，同时还作为薄光波导100的支持衬底使用，而且，为了能够全色显示，在同一面上将许多个光三原色即由红色用光波导100r、绿色用光波导100g及蓝色用光波导100b构成的组夹着低折射率的透明的包层部121交替排列。
这里还表示了，用蓝色用光波导100b被选择的对置电极即透明电极30b和电极40bij夹入的第二光波导102内的由光散射模式液晶构成的电场反应物质20浑浊，其中的波导光即蓝色光引起散射向透明的板10外射出，并观测到蓝色像素的形态。以下，利用该图对本发明显示装置的动作原理进行概要说明。
图1(a)是排列了光三原色用的独立的光波导100r、100g、100b时的一实施例的横向截面略图。其中，例如由丙烯酸系的塑料构成，在兼有包层部120的作用和得到光波导的机械强度的支持衬底作用的板10的一个面上，用环氧树脂系的折射率低的透明的包层部121交替地夹着环氧树脂系的折射率大的作为芯部的光三原色即红色用光波导100r、绿色用光波导100g及蓝色用光波导100b平面状形成，在光三原色用光波导100r、100g、100b上形成沿着各自延伸的透明电极30r、30g、30b，而且各透明电极30r、30g、30b成为共同电极，与它们相对置地，在包层部123的环氧树脂系片上等间隔地形成一连串排列的许多个成对的电极40r、40g、40b，至少包层部123的环氧树脂系片以在这些互相对置的成对的电极(对置电极)之间插入在第二光波导102中作为电场反应物质20的动态散射模式的液晶(光散射模式液晶)层的形态与板10侧接合。
一般，在向列型液晶中，平均折射率约为1.56比普通玻璃的1.48大，波导光在该液晶层中容易波导。再有，包层部123即环氧树脂系片的与电场反应物质20相反侧的面上用真空蒸镀等形成铝等的反射膜300。另外，通过在电极40r、40g、40b的各自侧面上形成的水平选择线60，向与透明电极30r、30g、30b成对的电极40r、40g、40b的各直线状排列中选择的电极40ij供给彩色图像信号电压。另外，这里未示出，但各透明电极30r、30g、30b中也可采用垂直选择线50，作为液晶显示器驱动方式，可采用众所周知的简单矩阵驱动方式。当然，也可以采用使用TFT的众所周知的有源矩阵驱动方式。
图1(b)是图10(a)中Y-Y方向的沿蓝色用光波导100b的纵向截面略图，其中，在图1(a)的蓝色用光波导100b上，在沿着该蓝色用光波导100b形成的共同电极的透明电极30b和与此相对地成为对置电极的直线状排列的成为像素的电极40中特定被选择的该一像素中成为蓝色单元的电极40bij(这里，由于电极配置成矩阵状，因此，后标ij表示i行、j列，表示指定i行、j列时的电极)上施加电压，由于该电场光散射模式液晶变浑浊，从第一光波导101通过透明电极30b泄漏到光散射模式液晶的第二光波导102而波导的蓝色光，在该处被散射并向透明的板10外射出。再有，在全色显示时，绿色用光波导100g、蓝色用光波导100b、红色用光波导100r这三个光波导构成一个组，通过水平选择线60和垂直选择线50被水平扫描和垂直扫描，在这些组中，在邻接的区域与构成一像素的各个色单元对应的透明电极30和成为其对置电极的电极40上通过彩色图像信号施加电压，各自的波导光在各自的光散射模式液晶中被散射，形成由三原色用三色单元构成的一像素。
另外，像素的亮度即灰度的调节，可通过调节彩色图像信号电压的大小和光散射的时间来进行。光散射时间的调节，可通过在经过散射模式的适当时间之后施加与光散射时相反的电压等熄灭脉冲来促成。再有，当采用发光二极管或激光二极管作为三原色的光源时，可提供一种简便、小型、高亮度的显示装置。
本发明显示装置的透明电极30，可通过将ITO薄膜或氧化锡膜以约0.1-0.3μm厚的薄溅镀形成等方法来制作。另外，电极40也可以是ITO薄膜或氧化锡膜等的透明电极，根据需要也可以是铝等的不透明并使光反射的薄膜。
实施例2
与图1(b)相同，图2是表示将因电场的施加而膨胀或收缩的胶状凝胶(电场响应凝胶)作为本发明显示装置的电场反应物质20时沿蓝色用光波导100b的纵向截面图的一实施例的略图。
这里表示如下形态：在透明电极30b和与之成对的电极40中被选择的电极40ij之间施加彩色图像信号电压，成为第二光波导102的电场响应凝胶产生所谓收缩的形态变化而其截面积变小，在此处波导的蓝色光被散射，并向透明的板10外射出。这里，可采用用于人体肌肉等的凝胶作为电场响应凝胶，例如，可使用聚氨酯系的透明的凝胶。包层部123可使用根据凝胶的膨胀/收缩容易变形的，例如约50μm厚的环氧树脂系片和聚乙烯片等。
实施例3
图3与上述的实施例1中所表示的图1场合不同，是表示多个仅为红色用光波导100r和蓝色用光波导100b的组夹着包层部121在板10上的同一面形成，而绿色用光波导100g重叠在包层部123上并由包层部122夹着周期性地形成，而且，其位置正好位于红色用光波导100r和蓝色用光波导100b的组之间形成时的与实施例1所示的图1(a)对应的横向截面图的一实施例的略图。
图3表示了如下形态：在由形成于蓝色用光波导100b上的透明电极30b和电极40bij构成的电极对上施加阈值以上图像信号电压，由于该电场而第二光波导102的光散射模式液晶层即电场反应物质20发生所谓浑浊的形态变化，因而从电极对所夹区域的电场反应物质20即光散射模式液晶层向外部射出散射光作为蓝色的像素。
再有，在图3中，具有包层部122和绿色用光波导100g的层、电场反应物质20的层、对置电极的层、包层部124及反射膜300与红色用光波导100r和蓝对置电极的层，包层部124和反射膜300与红色用光波导100r和蓝色用光波导100b的层、电场反应物质20的层、对置电极的层和包层部123一起层叠形成于板10上，但作为另一实施例这里图中未示出，但也可以这样：例如，具有包层部122和绿色用光波导100g的层、电场反应物质20的层、对置电极的层、包层部124及反射膜300在与板10不同的另一板11上形成，然后与包含板10上形成的红色用光波导100r和蓝色用光波导100b的层的层叠膜紧密接合构成光波导的配置，除了存在与板10不同的另一板11之外，其余与图3所示的三原色光用光波导的配置结构大致相同。
实施例4
图4是，表示在采用氧化钨等电致变色材料作为电场反应物质20的场合，与上述实施例1的图1(b)相同，在蓝色用光波导100b形成透明电极30b，在与之成对的电极40b上例如溅射淀积作为第二光波导102中的电场反应物质20的氧化钨WO3，用电解质25填充这些对置电极之间时的截面图的一实施例的略图。
利用因氧化钨等电致变色材料的电解质25中的离子迁移而产生的氧化还原作用的形态变化，能够可逆地进行无色和蓝色的着色或者其相反过程。由于氧化钨还原而从无色着色为蓝色，因此，被选择的电极40bij侧相对透明电极30b成为负电位地施加图像信号电压时着色为蓝色，在此波导的蓝色光在该着色部散射而可作为蓝色像素从外部看到。若采用固体电解质作为电解质，则更容易制作。为了消除电致变色材料的着色并返回到无色，可以在电极40bij侧施加与着色时相反的电压。由于在1V电压以下也能够产生氧化还原反应，因此能够低电压驱动。电致变色材料的着色基于所谓的电化学反应的形态变化进行，但与上述相同，灰度的控制可通过图像信号的大小、施加时间及返回到无色的信号电压的定时期间的调整等进行。
另外，图4是将作为电场反应物质20的电致变色材料只形成在电极40b上的例，但由于导电性不是很强，因此，不仅在电极40b上，还可以在包含电极40b的包层部123的整个面上形成。另外，可以在为像素显示而分离的电极上形成，因此，可以将透明电极30b不作为共同电极而作为像素进行分割，并在该透明电极30b侧，与其紧贴地只在透明电极30b上或者包含透明电极30b且同样在整个面上形成电致变色材料。
实施例5
另外，上述的实施例是从透明的板10的外侧观看到基于第二光波导102中的电场反应物质20的形态变化而在该处的波导散射光所产生的图像显示的形态，但将电极40设为透明的电极，并将反射膜300从上述的部分除去，代之在透明的板10和光波导100之间形成反射膜300或者在板10的外侧面形成反射膜300时，当然也可以在与板10相反侧从光波导100侧观看到图像显示。在该场合，板10不必一定是透明的。
图5表示在板10和光波导100之间形成反射膜300时的实施例，其中板10不必一定是透明的。图5(a)是排列了光三原色用的独立的光波导100r、100g、100b时的一实施例的横向截面的略图。图5(b)是红色用光波导100r附近的放大图，表示如下形态：由第二光波导102内的光散射模式液晶构成的电场反应物质20变浊，在该处的波导光即红色光发生散射并通过透明的电极40作为出射光向外射出，而且在板10上形成的反射板300反射后仍可清晰观测到红色像素，其中第二光波导102夹在构成红色用光波导100r被选择的像素的单元的对置电极即透明电极30和电极40之间。
该图5(b)还表示了如下形态：大折射率的动态散射模式液晶作为第二光波导的芯部起作用，但为了防止向邻接的光波导的光泄漏，用折射率充分小于动态散射模式液晶的包层部125在光学上进行分离。
实施例6
图6表示三原色光在专用光波导中波导且从被选择的像素200射出预定颜色的光的形态。
这里表示如下形态：排列配置光三原色用的独立的光波导100r、100g、100b，在这些光波导100r、100g、100b中分别波导红色光R、绿色光G、蓝色光B，在被选择的透明电极40r、40g、40b和排列在其下部的成对的透明电极30之间施加与图像信号对应的电压，并从由三原色的三个单元构成的一个像素200以射出这些光强度不同的红色光R、绿色光G、蓝色光B的形式显示全色作为出射光。
实施例7
图7是在本发明的显示装置中使全色显示得以实现的装置，表示以设有光源150、光波导关系、矩阵状电极的显示部500和板10为中心的配置的略图，其中，图7(a)是其平面图，图7(b)是图7(a)的X-X方向的横向截面略图。
这里，从与发光二极管(LED)等光源150的三原色对应的红色光源150r、绿色光源150g、蓝色光源150b射出并与薄膜的光波导100A耦合波导的各色光，通过设在各色光波导100A的光波导散射体105等散射，并在各自的光波导100A内照射光散射体140r、140g、140b，它们对应于向处在显示部500下部的各光波导101r、101g、101b导入的锥形光波导111r、111g、111b设置。
这些光散射体140r、140g、140b各自作为第二光源工作，光通过分别对应设置的薄膜状透镜130r、130g、130b后聚束，被各光波导100引导。这里，表示在分别与三原色对应的光波导100A上各配置两个同一颜色的光源150，从而得到高亮度像素的场合。
在本实施例中，光波导100A被反射膜320覆盖，在各光波导100的端面形成反射膜310，而且，显示部500也在板10上形成反射膜300，由于除了被选择的显示像素以外光很难向外部射出，因此，光波导100内很明亮。
实施例8
图8表示在本发明的全色显示的显示装置中，与上述图7中所示的实施例相同，但取代图7中的光源150即三原色光源150r、150g、150b而设置用以利用外部光源的光耦合器400和用以得到光三原色的彩色滤光片450r、450g、450b的场合，其中，图8(a)是平面略图，(b)是横向截面略图。另外，表示配置了光耦合器400的红色和蓝色的光波导110A与图7的实施例反转配置的场合。
作为光耦合器400，若采用薄膜状或薄凸凹状的衍射光栅或菲涅耳透镜等，其形态紧凑而适当，而且可用塑料等容易制作。
来自外部光源的光，经这些光耦合器400，通过彩色滤光片450r、450g、450b成为三原色，与上述实施例7中所示的场合相同，通过各自的光波导100A被导入光波导100。
这里，虽然图中未示出，但也可以在设置光耦合器400或彩色滤光片450同时形成LED等的配备光源150，并根据需要进行切换。在这种场合，可以在光耦合器400上设置快门进行切换。
实施例9
图9是表示本发明显示装置的一实施例的横向截面略图，与上述图7所示实施例中的三原色的光源150和光波导100A的配置相同，但将这些形成在板15上，并将矩阵状对置电极中的一方与第二光波导102一起形成在透明的板10上，而且，在板15上形成与光波导100的第一光波导101对置电极的另一方，该第一光波导101和形成在板10上的第二光波导102重叠地接合，形成由矩阵状对置电极的像素构成的显示部500并加以一体化。
本实施例是构成第一光波导101作为板15上一体形成的光波导100A的一部分的场合。这里，由于在板15上形成反射膜300，因此，板15不必为透明，取而代之以使板10透明，从板10的上面显示图像。
若将图9所示的本实施例中的反射膜300形成在显示部500的板10侧，则板10可以不透明，若取而代之以使板15透明，采用透明电极，则当然可以从板15侧观看到图像。
本发明的显示装置也可以如下方式构成：关于在图9所示的本实施例中的板15上一体形成的光波导100A，将光波导100的第一光波导101和第二光波导102一起形成在板10上，并使第一光波导101和光波导100A紧密接合。
另外，在光波导100中，也可以在板10上形成第一光波导101，并在与板10和板15不同的第三板12上形成第二光波导102，将第一光波导101和第二光波导102互相接合或邻接配置，使之紧密接合而成对地构成光波导100。在这种场合，可以将用以构成像素的成对的透明电极30和电极40及成对的布线中成对的一方形成在板10侧，另一方形成在板12。另外，可以将动态散射模式液晶等电场反应物质20夹入到成对的电极之间，作为第二光波导102的芯部使用。
在上述的实施例中，图中未示出显示部500的矩阵状对置电极和对置布线(垂直选择线50和水平选择线60)及其驱动电路等，但可以在使光波导100或构成该光波导100的第一光波导101和第二光波导102中的一方平坦化后，在其上形成对置电极的布线，同时延伸到光波导100外的部分，与驱动电路一起形成在板10或板15上。在上述图9所示的本实施例中，若在板10上形成布线和驱动电路，则能够避免板15上一体形成的光波导100A的复杂化，因此很适合采用。另外，如上述实施例的图9所示，在矩阵状的对置电极和对置布线中，将成对的一方形成在板15上，另一方形成在板10上，但由于对置布线互相垂直，因此，可在板15和板10的表面，一直到分别所形成的光波导100A和第二光波导102不存在的空区域使各对置布线延伸。在这种场合，能够在板15和板10的各自板上直接紧密形成对置布线，因此，容易制作且实现稳定的显示装置，从而很适合采用。
在上述实施例中，尽管隔着取向膜等，在光波导100的一个构成要素即第二光波导102中的液晶等电场反应物质20上，以几乎直接施加电压地排列形成对置电极和对置布线，但未必一定这样，若考虑到第一光波导101的厚度和多少存在的导电性，也可以在其外侧形成成对的一方电极和布线，并横断第一光波导101和第二光波导102施加电压。
另外，波导用光源150即例如蓝色LED只有一个而亮度不足时，可以将多个LED与对应的光波导100A光耦合同时点亮。
另外，上述的实施例只是一实施例，当然会有与本发明的主旨、作用、效果相同的各种变更。
工业上的可利用性
如上所述，本发明的显示装置不具有机械式驱动部，可靠性高、微细像素的画质优、亮度高、且可高速响应、从像素自身射出散射光、以及不需要偏振光片等，因此，与传统的使用背景灯、以液晶作为光快门使用、并组合偏振光片和彩色滤光片的场合不同，能够得到视角宽、明亮、耗电小、可小型化和大面积化，而且廉价、可单色、二色或全色显示的显示装置，另外，由于光波导的芯部不向外部露出，因此，尘粒或尘垢等杂质不会直接附着到光波导的光波导部上，即使在多灰尘等恶劣环境下也能够得到画质优的显示装置。另外，显示装置的图像显示部的主要材料即透明的板和光波导及包层部可用塑料形成，具有柔软性，可顺应机械弯曲，因此，能够得到轻量且耐冲撞的显示装置，并可用于需要显示手段的广范围内的工业领域。

Claims (15)

1.一种显示装置，其特征在于：
其中设有：
板(10)，
光波导(100)，由作为芯的第一光波导(101)和设置有包层(123)的第二光波导(102)成对构成，
透明电极(30)和电极(40)，夹着电场反应物质(20)并成对地排列，该电场反应物质(20)形成在第二光波导(102)中并一部分或全部发挥作用；
第一光波导(101)和第二光波导(102)中一方或双方与板(10)紧密形成，且互相邻接或紧密配置，使得供给第一光波导(101)的波导光与第二光波导(102)的芯耦合成为第二光波导(102)的波导光，波导光被封闭在第一光波导(101)和第二光波导(102)的芯之内；
电场反应物质(20)相对波导光透明，通过在透明电极(30)和电极(40)之间施加电压产生形态变化，并通过由该形态变化所引起的第二光波导(102)的波导光的散射，使作为像素的散射光通过包层向外部射出。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
将光波导(100)作为独立的二色用或光三原色用光波导(100r、100g、100b)的组，通过使二色或三原色光在各自对应的光波导中波导，可进行二色显示或全色显示。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：
将来自光源(150)的光通过板(10)或与板(10)不同的板(15)上一体形成的光波导(100A)中而导入光波导(100)中。
4.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于：
将来自光源(150)的光通过板(10)或与板(10)不同的板(15)上一体形成的光波导(100A)中而导入光波导(100)中。
5.如权利要求3或权利要求4所述的显示装置，其特征在于：
用反射膜(320)覆盖光波导(100A)表面中的全部或一部分。
6.如权利要求3或权利要求4所述的显示装置，其特征在于：
在光波导(100A)中设置：
设在光源(150)的周围使其光线散射的光波导散射体(105)；
导入由光波导散射体(105)散射的光线后进行发射的光散射体(140)；
会聚光散射体(140)发出的光线的透镜(130)，
将波导光有效地导入光波导(100)中。
7.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的显示装置，其特征在于：
供给光波导(100)的波导光的光源(150)采用发光二极管或激光二极管。
8.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的显示装置，其特征在于：
将发光二极管或激光二极管一体形成在板(10)或与板(10)不同的板(15)上。
9.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的显示装置，其特征在于：
作为供给光波导(100)的波导光，利用本显示装置以外的外部光源。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于：
采用由凹凸状的衍射光栅或菲涅耳透镜构成的光耦合器(400)，使来自外部光源的光与光波导(100A)耦合。
11.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于：
设置彩色滤光片(450)使波导光为特定颜色。
12.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的显示装置，其特征在于：
板(10)和板(15)中至少一方由塑料构成。
13.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的显示装置，其特征在于：
电场反应物质(20)采用光散射模式液晶。
14.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的显示装置，其特征在于：
电场反应物质(20)采用通过施加电场膨胀或收缩的凝胶。
15.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的显示装置，其特征在于：
电场反应物质(20)采用电致变色材料。
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