JP2001075488A

JP2001075488A - 表示装置及び表示方法

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Publication number: JP2001075488A
Application number: JP2000091027A
Authority: JP
Inventors: Mitsunobu Yoshida; 充伸吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-03-23
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP3707988B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い光の利用効率を有し、高コントラストを実
現し得て、投射型の表示が可能な新規な表示装置及び表
示方法を提供すること。【解決手段】本発明の表示装置１は、光透過性部材２
と、前記光透過性部材２に光を照射する光源３と、前記
光源３から前記光透過性部材２に入射した光の前記光透
過性部材２と前記光透過性部材２に隣接する外部領域と
の界面における挙動を全反射と透過との間で切り替える
制御機構４とを具備し、前記光源３から前記光透過性部
材２に照射された光の少なくとも一部は前記光透過性部
材２から指向性を有する光成分２５として出力され、前
記光成分２５が表示に利用されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置及び表示
方法に係り、特には非発光素子を用いた表示装置及び表
示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マトリクス状に配列された画素を有する
表示装置としては、液晶表示装置（以下、ＬＣＤとい
う）が広く用いられている。ＬＣＤは、小型化や薄型化
が可能であり、光学系を工夫することにより大画面を実
現することができるといった利点を有している。そのた
め、ＬＣＤに関する研究開発は活発に行われている。

【０００３】ＬＣＤは、電圧印加に伴って生ずる液晶材
料の光学的特性の変化を利用して表示を行うものであ
る。例えば、典型的なＬＣＤは、それぞれの対向面に電
極を有し且つ配向処理を施した一対の基板間に液晶層を
挟持し、これら基板の外面に偏光板をそれぞれ貼り付け
た構造を有している。

【０００４】このようなＬＣＤでは、光源からの光のう
ち特定の偏光方向の光成分のみを液晶層に入射させ、液
晶層に印加する電圧に応じて液晶層から出射する光の偏
光方向を変化させることにより、透過光の光量変化を生
じさせている。そのため、上記ＬＣＤにおける光の利用
効率は最大でも５０％に過ぎず、現実的には１０％にも
満たない。したがって、このようなＬＣＤは高輝度の光
源を必要とし、ＬＣＤ全体の消費電力に光源の消費電力
が占める割合は高い。さらに、ＬＣＤでは、暗色表示時
に漏れる光の影響が大きいため、高コントラストを実現
することが困難である。

【０００５】上述した消費電力に関する問題を解決する
技術として、米国特許第４，８２２，１４５号は、光源
と導光板との組み合わせを有する液晶表示装置を開示し
ている。この液晶表示装置は、導光板の一方の面に接す
るように液晶層が設けられた構造を有している。この表
示装置によると、暗色表示時には、光源からの光は全反
射を利用して導光板の中に閉じ込められる。また、明色
表示時には、液晶分子の配向状態を変化させることによ
り、導光板の中に閉じ込められた光は液晶層中に入射
し、それにより表示光として外部に出力される。この表
示装置によれば、光源の消費電力を低減することは可能
である。しかしながら、この表示装置は、画素のＯＮと
ＯＦＦとの切り替えに液晶を利用しているので、高コン
トラストを実現することができない。また、この表示装
置では導光板を用いているため、液晶層に入射する光は
指向性を有していない。すなわち、この表示装置から出
力される光は指向性を有していない拡散光である。その
ため、この表示装置を、散乱面が液晶パネルから離れて
配置される投射型の表示装置として利用することは困難
である。

【０００６】特開平１１−７３１４２号は、液晶を用い
る代わりに、アクチュエータを用いて導光板の一方の面
に対して透明体を接離移動させることにより光を取り出
す表示装置を開示している。この表示装置によると、暗
色表示時には、透明体を導光板の一方の面から離間させ
ることにより、光源からの光は全反射を利用して導光板
の中に閉じ込められる。また、明色表示時には、透明体
を導光板の一方の面に接触させることにより、導光板の
中に閉じ込められた光は、導光板の透明体とは裏面側か
ら表示光として外部に出力される。この表示装置は液晶
を用いていないため、より高いコントラストを実現する
ことができる。しかしながら、この表示装置も同様に導
光板を用いているため、出力される光は指向性を有して
いない拡散光である。したがって、この装置も投射型の
表示装置として利用することは困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の表示装置は、光の利用効率が低い、高コントラストを
実現することができない、及び投射型の表示装置として
利用することができない等の様々な問題を有している。

【０００８】本発明の目的は、高い光の利用効率を有す
る新規な表示装置及び表示方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、高コントラストを実現し得る新規
な表示装置及び表示方法を提供することにある。本発明
のさらなる目的は、投射型の表示が可能な新規な表示装
置及び表示方法を提供することにある。本発明のさらに
他の目的は、高い光の利用効率を有し、高コントラスト
を実現し得て、投射型の表示が可能な新規な表示装置及
び表示方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面によ
ると、光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射す
る光源と、前記光源から前記光透過性部材に入射した光
の前記光透過性部材と前記光透過性部材に隣接する外部
領域との界面における挙動を全反射と透過との間で切り
替える制御機構とを具備し、前記光源から前記光透過性
部材に照射された光の少なくとも一部は前記光透過性部
材から指向性を有する光成分として出力され、前記光成
分が表示に利用されることを特徴とする表示装置が提供
される。

【００１０】本発明の第２の側面によると、光透過性部
材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光
透過性部材上に配列され、それぞれ、前記光源から前記
光透過性部材に入射した光の前記光透過性部材と前記光
透過性部材に隣接する外部領域との界面における挙動を
全反射と透過との間で切り替える複数の制御機構とを具
備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の
少なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を有する
光成分として出力され、前記光成分が表示に利用される
ことを特徴とする表示装置が提供される。

【００１１】本発明の第３の側面によると、光透過性部
材と、光透過性材料と、前記光透過性部材に光を照射す
る光源と、前記光の光路上で前記光透過性材料の前記光
透過性部材との接触状態を変化させる制御機構とを具備
し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少
なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光
成分として出力され、前記光成分が表示に利用されるこ
とを特徴とする表示装置が提供される。

【００１２】本発明の第４の側面によると、光透過性部
材と、光透過性材料と、前記光透過性部材に光を照射す
る光源と、前記光透過性部材上に配列され、それぞれ、
前記光の光路上で前記光透過性材料の前記光透過性部材
との接触状態を変化させる複数の制御機構とを具備し、
前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なく
とも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分
として出力され、前記光成分が表示に利用されることを
特徴とする表示装置が提供される。

【００１３】本発明の第５の側面によると、平板状の光
透過性部材と、前記光透過性部材の一方の主面側に配置
され前記一方の主面に光を照射する光源と、前記光透過
性部材の他方の主面に接離可能に設けられた透明体と、
前記光透過性部材の他方の主面に対する前記透明体の状
態を密着状態と離間状態との間で変化させる移動機構と
を具備することを特徴とする表示装置が提供される。

【００１４】本発明の第６の側面によると、平板状の光
透過性部材と、前記光透過性部材の一方の主面側に配置
され前記一方の主面に光を照射する光源と、前記光透過
性部材の他方の主面に接離可能に設けられた複数の透明
体と、前記光透過性部材の他方の主面に対する前記複数
の透明体の状態をそれぞれ密着状態と離間状態との間で
変化させる複数の移動機構とを具備することを特徴とす
る表示装置が提供される。

【００１５】本発明の第７の側面によると、光透過性部
材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光
透過性部材上に液体を供給する供給機構と、前記光透過
性部材上に供給された液体を除去する除去機構とを具備
することを特徴とする表示装置が提供される。

【００１６】本発明の第８の側面によると、光透過性部
材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光
透過性部材上に液体を供給する複数の供給機構と、前記
光透過性部材上に供給された液体を除去する複数の除去
機構とを具備することを特徴とする表示装置が提供され
る。

【００１７】本発明の第９の側面によると、光源から光
透過性部材に入射した光の前記光透過性部材と前記光透
過性部材に隣接する外部領域との界面における挙動を全
反射と透過との間で切り替える工程を具備し、前記界面
を透過した光及び前記界面で全反射した光のいずれか一
方は前記光透過性部材から指向性を有する光成分として
出力され、前記光成分が表示に利用されることを特徴と
する表示方法が提供される。

【００１８】本発明の第１０の側面によると、光源から
光透過性部材に光を照射しつつ、前記光の光路上で前記
光透過性材料の光透過性部材との接触状態を変化させる
工程を具備し、前記光源から前記光透過性部材に入射し
た光の少なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を
有する光成分として出力され、前記光成分が表示に利用
されることを特徴とする表示方法が提供される。

【００１９】本発明の第１１の側面によると、光源から
平板状の光透過性部材の一方の主面に光を照射しつつ、
前記光透過性部材の他方の主面に対して透明体を接離移
動させる工程を具備し、前記光透過性部材から出力され
る光の前記透明体を移動させるのに伴って生ずる強度変
化を利用して表示を行うことを特徴とする表示方法が提
供される。

【００２０】本発明の第１２の側面によると、光透過性
部材に光を照射しつつ前記光透過性部材上に液体を供給
する工程と、前記光透過性部材に光を照射しつつ前記光
透過性部材上に供給された液体を除去する工程とを具備
し、前記光透過性部材から出力される光の前記光透過性
部材上への前記液体の供給及び除去に伴って生ずる強度
変化を利用して表示を行うことを特徴とする表示方法が
提供される。

【００２１】本発明においては、光透過性部材に入射し
た光のうち、その外部領域との界面を透過した光及びそ
の界面で全反射した光のいずれか一方の強度変化を利用
して表示が行われる。すなわち、本発明においては、透
過と全反射との間の変化を利用して表示が行われる。

【００２２】この透過と全反射との間の変化は、光透過
性部材から外部領域に入射する光の臨界角を変化させる
こと、例えば、外部領域の屈折率を変化させることによ
り生じさせることができる。

【００２３】このように、本発明においては、透過と全
反射との間の変化を利用して表示が行われるため、理想
的には、暗色表示時に出力される光強度を０％とするこ
と、或いは明色表示時に出力される光強度を１００％と
することができる。これらはいずれも、光源に平行光を
使用すること及び光散乱や光反射等を防止すること−光
散乱や光反射等による光損失の低減は原理的に可能であ
る−により達成される。したがって、本発明によると、
光の利用効率の向上と低消費電力化とを実現することが
でき、さらに高コントラストの表示が可能となる。

【００２４】本発明において、光源から出力される光は
指向性を有する光、理想的には平行光である。しかしな
がら、光源から出力される光は必ずしも平行光である必
要はない。例えば、光源から出力される光が完全な平行
光でない場合は、全反射条件を入射光の全ての光成分が
全反射するのに十分な程度に制御すればよい。また、光
源から出力される光が完全な平行光でない場合、必ずし
も入射光の全ての光成分を全反射させなくともよい。す
なわち、入射光の大部分の光成分を全反射させることが
できれば、全ての光成分を全反射させた場合ほどではな
いが、上述した効果を得ることができる。

【００２５】本発明において、光源から光透過性部材に
照射された光の少なくとも一部は光透過性部材から指向
性を有する光成分として出力され、この光成分が表示に
利用される。したがって、本発明によると、散乱面を光
透過性部材の近傍に配置してもよく、散乱面を光透過性
部材から離れて配置してもよい。すなわち、本発明の表
示装置は、平面ディスプレイ及び投射型ディスプレイの
いずれとしても利用可能である。なお、光透過性部材か
ら出力される光成分の指向性は、この表示装置を投射型
ディスプレイとして用いることが可能な程度に高いこと
が好ましい。また、光透過性部材から出力される光成分
は平行光であることがより好ましい。

【００２６】透過と全反射との間の変化は、例えば、光
透過性部材の外部領域の屈折率を変化させることにより
生じさせることができる。また、この光透過性部材の外
部領域の屈折率変化は、光透過性部材と光透過性材料と
の接触状態を変化させることにより生じさせることがで
きる。

【００２７】例えば、光透過性材料として透明体（固
体）を用いた場合には、光透過性部材に対向して透明体
を配置し、光源から光透過性部材に照射した光の光路上
で、この透明体の光透過性部材に対する状態を移動機構
を用いて密着状態と離間状態との間で変化させることに
より、透過と全反射との間の変化を生じさせることがで
きる。すなわち、離間状態において透明体と光透過性部
材との間に光透過性部材よりも屈折率の低い材料−通常
は空気等のガス或いは真空−を介在させ、透明体をこの
材料よりも高い屈折率を有する材料で構成すれば、密着
状態と離間状態との間の状態変化を用いて、透過と全反
射との間の変化を生じさせることができる。

【００２８】この場合、透明体が弾性を有していれば、
移動機構から透明体に加える力に応じて、透明体と光透
過性部材との接触面積を変化させることができる。した
がって、階調表示が可能となる。

【００２９】光透過性材料として液体を用いることもで
きる。この場合、供給機構と除去機構とを用いて、光透
過性部材上に液体を供給及び除去することにより、透過
と全反射との間の変化を生じさせることができる。例え
ば、上記外部領域が空気で占められている場合に全反射
を生じさせ、それを液体（液体は、空気よりも高い屈折
率を有している）で置換することにより透過状態とする
ことができる。なお、光透過性材料として液体を用いた
場合、供給機構及び除去機構は制御機構を構成する。ま
た、通常、供給機構及び除去機構は、光透過性部材上へ
の液体の供給及び除去の双方が可能な制御機構を構成す
る。

【００３０】本発明においては、通常、複数の制御機構
が用いられ、これら複数の制御機構は光透過性部材に対
して配列される。なお、ここで使用される用語「配列」
は、一次元的な配列及び二次元的な配列を包含する。こ
の場合、複数の制御機構のそれぞれに対応して光源を設
けてもよく、単一の光源を用いてもよい。

【００３１】本発明において、光透過性部材から出力さ
れた光は、通常、散乱面で散乱光とされる。この散乱面
は、表示装置と一体化された透過型のスクリーン、表示
装置とは別体の透過型スクリーン、或いは表示装置とは
別体の反射型スクリーン等である。

【００３２】本発明の表示装置を投射型ディスプレイに
適用する場合、散乱面は光透過性部材や透明体から離間
して設ける必要がある。また、本発明の表示装置を平面
ディスプレイのように非投射型ディスプレイに適用する
場合、散乱面は光透過性部材や透明体から離間して設け
てもよく、それらの表面に設けてもよい。但し、散乱面
は、散乱面は光源からの光が光透過性部材に入射する入
射面や光透過性部材と透明体との界面に設けることはで
きない。なお、光透過性部材と散乱面との間にレンズを
配置してもよい。

【００３３】本発明において、光透過性部材の屈折率は
通常は均一であるが、必ずしも均一である必要はない。
すなわち、光透過性部材は、互いに屈折率の異なる第１
の部分と第２の部分とで構成することができる。このよ
うな場合、第１の部分と第２の部分とでは全反射条件が
異なるが、第１の部分に向けて照射する光と第２の部分
に向けて照射する光とで照射方向を異ならしめるか、或
いは第１の部分の形状と第２の部分の形状とを異ならし
めればよい。

【００３４】本発明の表示装置において、光透過性部材
の光源側の面には、光源からの光が光透過性部材への入
射光率を向上させるように設計された凹凸を設けること
が好ましい。また、本発明の表示装置において、光透過
性部材の光源側の面には、光透過性部材の外部領域との
界面で全反射した光が他の界面で再度全反射するのを防
止するように設計された凹凸を設けることが好ましい。

【００３５】本発明の表示装置が複数の制御機構、複数
の移動機構、或いは複数の供給及び除去機構を有する場
合、画像情報に応じてそれぞれを独立に駆動する駆動回
路を設けることが好ましい。特に、その駆動回路を設け
た場合、表示装置は、画像情報を保持する複数の情報保
持部を各機構に対応して有することが好ましい。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様
の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略
する。

【００３７】以下、本発明の第１〜第５の実施形態につ
いて図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各
図において、共通する部材には同一の符号を付し、重複
する説明は省略する。まず、第１〜第５の実施形態に共
通する事項について説明する。

【００３８】図１は、本発明の第１〜第５の実施形態に
係る表示装置の一例を概略的に示す側面図である。図１
に示す表示装置１は、平板状の透明基体２と、複数の光
源３と、制御機構である制御部４と、散乱面である透過
型のスクリーン５とを有している。なお、ここでは、透
明基体２が光透過性部材に相当するものとする。また、
図１において制御部４は簡略化されて描かれており、そ
の詳細な構造は各実施形態毎に後で説明する。

【００３９】この表示装置１によると、光源３から出力
された光２５は透明基体２に斜め入射し、透明基体２の
スクリーン５側の面に至る。制御部４は、入射光２５
を、明色表示時にはスクリーン５へ向けて透過させ、暗
色表示時には透明基体２のスクリーン５側の面において
全反射させる。その結果、すりガラスやトレーシングペ
ーパ等からなるスクリーン５上に画像が表示される。

【００４０】図１に示す表示装置１では全反射時に暗色
表示が行われるが、全反射時に明色表示を行うことも可
能である。これについては、図２を参照しながら説明す
る。

【００４１】図２は、本発明の第１〜第５の実施形態に
係る表示装置の他の例を概略的に示す側面図である。図
２に示す表示装置１は、透明基体２と、複数の光源３
と、複数の制御部４と、散乱面であるスクリーン５とを
有している。なお、図２においても、透明基体２が光透
過性部材に相当するものとし、制御部４は簡略化されて
描かれている。

【００４２】図２に示す表示装置１においては、図１に
示す表示装置１とは異なり、スクリーン５は制御部４側
には配置されておらず、全反射した光２５を散乱するよ
うに配置されている。また、透明基体２も平板状ではな
く三角柱状の形状を有している。表示装置１を図２に示
すような構造とした場合、透明基体２のサイズは大きく
なるが、図１に示す構造に比べて高いコントラストを実
現することができる。

【００４３】図１及び図２に示す表示装置１において、
透明基体２としては、ルビー及びサファイア等の光学ガ
ラスや、ポリカーボネート及びスチレン等の光学樹脂を
用いることができる。透明基体２には、例えば、ＫＲＳ
−５のように市販のものを用いることができる。

【００４４】また、上記表示装置１において、光源３と
しては、一般に光源として使用されるものを用いること
ができる。上記表示装置１に用いられる光源３につい
て、図１，図２，及び図３（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら説明する。なお、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、
本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置１におい
て用いられる光源３を概略的に示す側面図である。

【００４５】光源３としては、例えば、発光ダイオード
や半導体レーザを使用することができる。この場合、図
１及び図２に示すように、これらは、発光ダイオードア
レイ或いは半導体レーザアレイとして用いることができ
る。また、図３（ａ）に示すように、光源３として面発
光レーザを使用してもよい。光源３としてレーザを用い
た場合、平行光を出力することができるので、例えば暗
色表示時における不所望な光透過を防止することができ
る。また、この場合、光源３からの光を平行光とするた
めの装置を別途設ける必要がないので、装置を薄型化す
ることが可能である。

【００４６】また、光源３としてハロゲンランプや蛍光
灯のように拡散光を生ずるものも使用することもでき
る。例えば、光源３としてハロゲンランプ等を使用する
場合、光透過性部材２に入射する光を平行光に近づける
ため及び光の利用効率を高めるために、図３（ｂ）に示
すような凹状の放物面鏡１１を用いることができる。ま
た、光源３として蛍光灯等を使用する場合、図３（ｃ）
に示すように導光板１２を用いて透明基体２の全面に光
を照射することができる。この場合、導光板１２から照
射される光は平行光ではないので、導光板１２と透明基
体２との間にスリット１３を介在させて平行光とするこ
とができる。図３（ｃ）に示すような構造の表示装置１
においては、光量のムラが少ないという特徴がある。

【００４７】透明基体２の光源３側の面と制御部４側の
面とは、平行ではないことが好ましい。このような場
合、制御部４側の面で全反射した光が光源３側の面で全
反射されて再び制御部４側の面に至るのを防止すること
ができる。

【００４８】図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１〜
第５の実施形態に係る表示装置１に用いられる透明基体
２を拡大して示す側面図である。図４（ａ）に示す透明
基体２において、その光源３側の面は単一の平面で構成
されている。また、図４（ｂ）に示す透明基体２におい
て、その光源３側の面は複数の平面で構成されている。

【００４９】図４（ａ）に示す透明基体２において、そ
の光源３側の面は、制御部４側の面で全反射した光２５
を全反射するように設計されている。光源３側の面で全
反射した光は図の上方向に進み、図示しない端面に至
る。この図示しない端面は、光源３側の面で全反射した
光が例えば０°の入射角で入射するように形成されてお
り、したがって、この端面に到達した光は全反射するこ
となく外部に出射される。

【００５０】一方、図４（ｂ）に示す透明基体２におい
て、その光源３側の面は、制御部４側の面で全反射した
光を全反射しないように設計されており、光源３側の面
に到達した光の多くは透過する。したがって、図４
（ａ）及び（ｂ）に示す透明基体２を用いた場合、全反
射を生じさせる際に透明基体２の制御部４側の面から光
が出射するのを抑制することができる。

【００５１】なお、図４（ａ）に示す透明基体２は、そ
の光源３側の面は単一の平面で構成されているので比較
的容易に形成することができる。また、図４（ｂ）に示
す透明基体２は、薄く形成することが可能であるため装
置の薄型化に有効である。

【００５２】透明基体２は、ガラスで構成する場合に
は、ガラス研磨技術、ガラスエッチング技術、及び切断
技術等を用いて形成することができる。また、図４
（ａ）及び（ｂ）に示す透明基体２は、透明樹脂で構成
する場合には、鋳造成形技術、圧縮成形技術、及び射出
成形技術等を用いて形成することができる。

【００５３】透明基体２の屈折率は、表示装置１の構造
に影響を与える。例えば、透明基体２が光透過性部材と
して用いられる場合には、透明基体２の屈折率に応じて
臨界角が決定され、この臨界角を基準として光源３の光
軸の方向が設定される。ここで、臨界角について図５を
参照しながら説明する。

【００５４】図５は、光の屈折の法則を説明するための
概略図である。図５に示すように、屈折率がｎ₁である
媒質Ｉから屈折率がｎ₂である媒質ＩＩに、入射角θ_iで
入射光Ｓ_iを入射させた場合、透過光Ｓ_tの屈折角θ_tは
下記等式で表される。

【００５５】

【数１】

【００５６】臨界角θ_cは屈折角θ_tがπ／２の場合の入
射角θ_iであり、入射光Ｓ_iの入射角θ_iが臨界角θ_cより
も大きな場合に全反射が生じる。臨界角θ_cは下記等式
で表される。

【００５７】

【数２】

【００５８】透明基体２に用いる材料は、光透過性を有
するものであれば特に制限はない。例えば、透明基体２
に眼鏡レンズに用いられるガラスやプラスチックを用い
ることができる。なお、眼鏡レンズに用いるガラスの屈
折率は約１．５３〜１．８１であり、プラスチックの屈
折率は約１．４９〜１．６５である。また、透明基体２
と空気との界面についての臨界角は、透明基体２を上記
ガラスで構成した場合には約３３．５〜４０．１°であ
り、透明基体２を上記プラスチックで構成した場合には
約３７．３〜４２．２°である。

【００５９】上述した表示装置１でカラー表示を行うに
は、例えば、光源３として、赤色、青色、及び緑色の発
光ダイオード列や半導体レーザ列を用い、各色に対応し
て制御部４をそれぞれ駆動すればよい。また、光源３と
して白色の発光ダイオード列を用い、制御部４やスクリ
ーン５等の表面にカラーフィルタを設けてもよい。これ
ら方法では、１つの画素を構成するのに少なくとも３つ
の表示素子が必要である。

【００６０】さらに、光源３と透明基体２との間に三原
色の色領域を有するカラーフィルタを配置し、光源３か
ら出力される光の光軸上に位置する色領域を経時的に変
化させてもよい。この場合、１つの表示素子で１つの画
素を構成することができる。

【００６１】また、図６に示す構造を採用してカラー表
示を行うこともできる。なお、図６は、本発明の第１〜
第５の実施形態に係る表示装置１のさらに他の例を概略
的に示す図である。

【００６２】図６に示す表示装置１は、透明材料からな
る柱状体６の周囲に、制御部４を有する透明基体２、光
源３-1〜３-3、赤色・青色・青緑色のフィルタ７-1〜７
-3、シャッタ８-1〜８-3、及び凹状の放物面鏡１１-1〜
１１-3が配置された構造を有している。なお、図６にお
いて、スクリーン５は省略されている。

【００６３】柱状体６は、三角形状の断面を有する柱状
体と四角形状の断面を有する柱状体とを組み合せて構成
されており、それらの側面はいずれも鏡面研磨されてい
る。透明基体２は、柱状体６の一側面に接するように配
置されている。また、透明基体２の柱状体６の裏面には
制御部４が形成されている。

【００６４】図６に示す表示装置１によると、シャッタ
８-1〜８-3の開閉を適宜切り替えることにより、所望の
色を表示させることが可能である。すなわち、光源３-1
〜３-3から出力される光のいずれか１つ、或いは光源３
-1〜３-3から出力される光の２つ、或いは光源３-1〜３
-3から出力される光の全てを表示に利用することができ
る。なお、この場合も、１つの表示素子で１つの画素を
構成することができる。

【００６５】以上説明した第１〜第５の実施形態に係る
表示装置１は、透明基体２から指向性を有する光を出力
し、その光を透過型のスクリーン５で散乱させることに
より表示を行うものである。スクリーン５は、表示装置
１の一部を構成するものであってもよく、室内の壁面の
ように表示装置１とは別体であってもよい。また、第１
〜第５の実施形態に係る表示装置１は、図７及び図８に
示す構造を有することもできる。

【００６６】図７は、本発明の第１〜第５の実施形態に
係る表示装置１のさらに他の例を概略的に示す図であ
る。図７に示す表示装置１は、透明基体２と、複数の光
源３と、制御部４と、スクリーン５とを有している。

【００６７】図７に示す表示装置１は、図１に示すのと
は異なり、複数の光源３から出力される光の光軸は互い
に平行ではない。また、透明基体２の屈折率は、複数の
光源３から出力される光の光路毎に異なっている。この
ように、屈折率が場所によって異なる透明基体２を用い
た場合、複数の光源３から出力される光をスクリーン５
上に収束させることにより縮小表示を行うことや、拡大
表示を行うことができる。なお、屈折率が場所によって
異なる透明基体２は、屈折率の異なる複数の透明体を一
体化させる方法などにより得ることができる。

【００６８】縮小表示や拡大表示は、他の方法で行うこ
ともできる。

【００６９】図８は、本発明の第１〜第５の実施形態に
係る表示装置１のさらに他の例を概略的に示す図であ
る。図８に示す表示装置１は、透明基体２と、複数の光
源３と、制御部４と、光学レンズ５０と、スクリーン５
とを有している。図８に示す表示装置１では、図７に示
すのとは異なり、屈折率の均一な透明基体２を用いて縮
小表示や拡大表示を行うことができる。

【００７０】以上、透明基体２を光透過性部材として用
いた場合について説明したが、透明基体２のみが光透過
性部材として用いられる訳ではない。例えば、透明基体
２上に透明電極のような透明薄膜等を形成した場合に
は、この透明薄膜が光透過性部材として機能する。以下
に詳述する各実施形態のうち、第１〜第３及び第５の実
施形態においては、主に透明電極が光透過性部材として
用いられる。

【００７１】図９は、本発明の第１の実施形態に係る表
示装置１の制御部４を概略的に示す斜視図である。図９
に示す制御部４は、透明基体である透明基板２上に形成
された透明電極１５、透明基板２と対向するように及び
所定の間隙を隔て配置された板状の透明体１７、透明基
板２上に形成され透明体１７の一端を支持する梁１８、
透明体１７の透明基板２側の裏面に形成された透明電極
１６、及び透明電極１６上に形成された全反射防止部材
１９を有している。なお、透明電極１５、梁１８、及び
透明電極１６は、移動機構を構成している。また、透明
基板２上には配線２０，２１が形成されており、これら
は透明電極１５，１６にそれぞれ接続されている。図９
に示す制御部４の動作について、図１０（ａ）〜（ｃ）
を参照しながら説明する。

【００７２】図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発
明の第１の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す側
面図である。図１０（ａ）は、透明電極１５，１６に電
圧を印加していない状態を示しており、板状の透明体１
７と透明電極１５とは離間されている。この場合、板状
の透明体１７と透明電極１５との間には空気等が介在す
るので、入射光２５は透明体１７側に出射することなく
全反射される。

【００７３】透明電極１５，１６間に電圧を印加する
と、図１０（ｂ）に示すように静電引力により透明体１
７は変形し、部分的に透明電極１５に接触する。これに
より、入射光２５の一部が透明体１７側に出射する。

【００７４】透明電極１５，１６間に印加する電圧をさ
らに高めると、図１０（ｃ）に示すように透明体１７は
より大きく変形し、透明電極１５との接触面積が増加す
る。その結果、入射光２５の殆ど全てが全反射すること
なく透明体１７側に出射する。なお、全反射防止部材１
９は、透明基板２から透明体１７に入射した光２５が、
透明体１７の上面等で全反射されて透明基板２内に再度
入射するのを防止するものである。通常、全反射防止部
材１９は、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）等に示すよう
な三角柱状の形状を有しており、その長軸が透明基板２
と平行になるように及び光２５の光軸と垂直となるよう
に配置される。

【００７５】以上説明したように、図９及び図１０
（ａ）〜（ｃ）に示す制御部４を用いた場合、透明電極
１５，１６間に印加する電圧を調節することにより、透
過光量を制御すること、すなわち階調表示を行うことが
できる。

【００７６】また、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に示
す制御部４において、電圧非印加時における透明体１７
と透明電極１５との間隔は、これらが離間される程度で
十分である。したがって、僅かな電圧で制御部４を駆動
することができる。

【００７７】さらに、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に
示す制御部４において、透明体１７は、電圧非印加時に
は透明基板２の対向面に対して平行である。そのため、
透明体１７を大きなサイズとした場合にも、透明体１７
と透明電極１５との間隔を広くする必要がない。すなわ
ち、透明体１７のサイズが小さい場合と同様の機構で透
明体１７を変形させることができる。したがって、表示
装置１を大画面化することが可能である。

【００７８】上述した図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に
示す制御部４において、透明体１７は片持ち梁１８によ
り透明基板２に支持されている。このような構造を採用
した場合、透明体１７に対する片持ち梁１８の位置と光
２５の入射方向との関係に、特に制限はない。すなわ
ち、表示装置１は、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように
様々な構造を有することができる。

【００７９】図１１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発
明の第１の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す平
面図及び側面図である。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）に
おいて、平面図は上方に描かれており側面図は下方に描
かれている。また、図１１（ａ）〜（ｄ）において光源
３等は省略されており、全反射防止部材１９は側面図に
のみ描かれている。

【００８０】図１１（ａ）に示す表示装置１は、図９及
び図１０（ａ）〜（ｃ）に示したのと同様の構造を示し
ている。また、図１１（ｂ）においては、図１１（ａ）
に示すのとは逆の位置に梁１８が設けられている。

【００８１】図１１（ｃ）においては、平面図で見た場
合に、光２５の進行方向に平行に梁１８が設けられてい
る。図１１（ｃ）に示すように梁１８を設けた場合、電
圧印加時に透明基板２から透明体１７に入射する光の光
路長は一定に保たれる。そのため、透明体１７から出射
する光の光量が梁１８の近傍と梁１８から離れた位置と
で不均一となることがない。

【００８２】図１１（ｄ）においては、平面図で見た場
合に、光２５の進行方向に対して斜めに梁１８が設けら
れている。この場合、図１１（ｄ）の平面図に示すよう
に、通常、全反射防止部材１９は梁１８に対して平行に
は配置されず、光２５の光軸に対して垂直に配置され
る。

【００８３】上述した図９，図１０（ａ）〜（ｃ），及
び図１１（ａ）〜１１（ｄ）に示す表示装置１は、ＴＦ
Ｔのような能動素子を用いて駆動させることができる。
上記表示装置１の駆動方法について、図１２を参照しな
がら説明する。

【００８４】図１２は、本発明の第１の実施形態に係る
表示装置１を駆動するための駆動回路の一例を概略的に
示す図である。図１２に示す駆動回路３０は、信号制御
部３１、電源部３２、走査線駆動回路３３、及び信号線
駆動回路３４で主に構成されている。

【００８５】走査線駆動回路３３は、１フレームに一
度、各走査線３５に電圧を印加する。また、信号線駆動
回路３４は、走査線３５に走査電圧を印加したときに、
信号線３６から、その走査線３５に接続されたメモリセ
ル１０１を介して透明電極１５，１６間に影像情報に対
応した電圧を印加するための回路である。この信号線駆
動回路３４は、アナログ駆動回路であってもよく、デジ
タル駆動回路であってもよい。

【００８６】図１３（ａ）〜（ｃ）は、図１２に示す駆
動回路３０のメモリセル１０１の例を概略的に示す図で
ある。

【００８７】図１３（ａ）に示すメモリセル１０１は、
保持容量５１及びトランジスタ５４で主に構成されてい
る。メモリセル１０１がこのような構造を有する場合、
保持容量５１の電荷がリーク電流などにより消滅するの
で、一定時間毎に画像データに応じてリフレッシュ電圧
を印加する必要がある。

【００８８】図１３（ｂ）に示すメモリセル１０１は、
保持容量５１及びダイオード５２で主に構成されてい
る。表示装置１の製造に半導体プロセスを用いる場合、
図１３（ｂ）に示すメモリセル１０１は、図１３（ａ）
に示すメモリセル１０１に比べて構造が簡略化されてい
る。したがって、製造プロセスを簡略化することがで
き、コストをより低減することが可能である。なお、図
１３（ｂ）に示すメモリセル１０１を有する駆動回路３
０においても同様に、保持容量５１の電荷がリーク電流
などにより消滅するので、一定時間毎に画像データに応
じてリフレッシュ電圧を印加する必要がある。

【００８９】図１３（ｃ）に示すメモリセル１０１は、
保持容量５１及び双安定回路５５で主に構成されてい
る。図１３（ａ）及び（ｂ）に示すメモリセル１０１と
は異なり、図１３（ｃ）に示す構造のメモリセル１０１
を用いた場合、リーク電流が発生することはないため、
リフレッシュ電圧を印加する必要はない。

【００９０】図１４は、本発明の第１の実施形態に係る
表示装置１を駆動するための駆動回路３０の他の例を概
略的に示す図である。なお、図１４においては、駆動回
路３０の一部が拡大して描かれている。図１４に示す駆
動回路３０は、図１２に示す駆動回路３０とは異なり、
ｐｈｏｔｏ−ＭＯＳリレー回路５６を有している。この
ような駆動回路３０を用いた場合、表示装置１の制御部
４により高い電圧を印加することができる。半導体プロ
セスを用いて表示装置１を製造する場合、表示装置１間
やメモリセル１０１間に特性のばらつきを生ずることが
ある。そのため、制御部４の動作特性にばらつきを生ず
るおそれがあるが、図１４に示すようにｐｈｏｔｏ−Ｍ
ＯＳリレー回路５６を設けた場合、メモリセル１０１間
の特性のばらつきによる影響をｐｈｏｔｏ−ＭＯＳリレ
ー回路５６によって低減することができる。したがっ
て、図１４に示す構造を採用した場合、製造歩留まりを
向上させることができる。

【００９１】上述した表示装置１を一次元的或いは二次
元的に配列し、且つこのような能動素子を用いてそれぞ
れの表示装置を駆動することにより、動画等を表示する
ことが可能となる。

【００９２】以上説明した第１の実施形態に係る表示装
置１は、例えば、以下に示す方法により作製することが
できる。図１５（ａ）〜（ｌ）を参照しながら説明す
る。

【００９３】図１５（ａ）〜（ｌ）は、それぞれ、本発
明の第１の実施形態に係る表示装置１の製造方法を概略
的に示す断面図である。表示装置１を作製するに当た
り、まず、図１５（ａ）に示す透明基板２を準備する。
なお、透明基板２の一方の主面には、真空蒸着法やスパ
ッタリング法を用いてアルミニウム等からなる配線２
０，２１等を形成し、さらにＴＦＴ等も形成しておく。

【００９４】次に、図１５（ｂ）に示すように、透明基
板２の一方の主面に、スパッタリング法やＣＶＤ法を用
いてＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明電極１５を形
成する。その後、図１５（ｃ）に示すように、透明基板
２の透明電極１５を形成した面にレジスト膜４０を形成
し、さらに、このレジスト膜４０をリソグラフィー技術
を用いてパターニングする。

【００９５】レジスト膜４０上には、図１５（ｄ）に示
すように、低温プラズマＣＶＤ法を用いてシリコン酸化
膜４１を形成する。図１５（ｅ）に示すように、このシ
リコン酸化膜４１を、フォトリソグラフィー技術を用い
てパターニングして透明体１７と梁１８とを形成した
後、図１５（ｆ）に示すように、スパッタリング法やＣ
ＶＤ法を用いて、透明体１７上にＩＴＯ等の透明導電材
料からなる透明電極１６を形成する。

【００９６】次に、図１５（ｇ）に示すように、透明電
極１６上に低温ポリシリコン成膜技術を用いてシリコン
膜４２を形成し、このシリコン膜４２を、リソグラフィ
ー技術とＲＩＥ法とを用いて図１５（ｈ）に示すように
薄板状に加工する。さらに、図１５（ｉ）に示すよう
に、透明基板２の薄板状のシリコン膜４２が形成された
面に、感光性ポリイミドのような感光性の透明絶縁材料
を用いて薄膜４３を形成する。

【００９７】その後、この薄膜４３に対して斜め方向
（図１５（ｉ）では、左上の方向）から、例えば４５°
の角度で平行光を照射する。薄板状のシリコン膜４２は
光透過性を有していないので、薄膜４３の一部は薄板状
のシリコン膜４２の陰に隠れて露光されずに残される。
したがって、露光後の薄膜４３を現像することにより、
図１５（ｊ）に示す全反射防止部材１９を得る。

【００９８】以上のようにして全反射防止部材１９を形
成した後、透明体１７と透明電極１５との間に介在する
レジスト膜４０を除去することにより、図１５（ｋ）に
示す表示装置１を得る。

【００９９】なお、図１５（ｌ）に示すように、透明基
板２の薄膜４３が形成された面の裏面に、一方の面にエ
ンボス加工などにより凹凸が形成された透明基板５３を
接着することが好ましい。このような透明基板５３を設
けることにより、光源３からの光が透明基板２への入射
光率を向上させること並びに透明体１７との界面で全反
射した光が他の界面で再度全反射するのを防止すること
ができる。この透明基板５３としては、例えば、ＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いること
ができる。また、透明基板５３へのエンボス加工は、プ
レス技術を用いることにより実現可能である。

【０１００】以上説明した第１の実施形態においては、
透明体１７の移動に静電力を用いたが、磁力を用いるこ
ともできる。この場合、透明体１７の表面にアルミニウ
ム等からなるコイルを形成し、光透過性部材２の透明体
１７側の表面にはＮｉＦｅ合金膜を形成する。コイルに
電流を流すことにより、透明体１７を光透過性部材２に
密着させることができる。なお、この場合、表示装置１
を駆動するための能動素子としては、例えば、図１２に
示す制御回路のキャパシタ部を上記コイルで置き換えた
ものを使用することができる。

【０１０１】また、透明体１７の移動に静電力や磁力を
用いる代わりに、圧電素子やバイメタルを用いることも
可能である。

【０１０２】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。第２の実施形態は、透明体１７を支持する梁１
８の形状が異なること以外は第１の実施形態と同様であ
る。すなわち、第１の実施形態においては片持ち梁を採
用したのに対し、第２の実施形態においては両持ち梁が
採用され、それ以外の構成等は同様である。したがっ
て、第２の実施形態については、第１の実施形態との相
違点についてのみ説明する。

【０１０３】図１６は、本発明の第２の実施形態に係る
表示装置１の制御部４を概略的に示す斜視図である。図
１６に示す制御部４は、光透過性部材２上に形成された
透明電極（図示せず）、光透過性部材２と対向するよう
に及び所定の間隙を隔て配置された板状の透明体（図示
せず）、光透過性部材２上に形成され透明体の周囲を支
持する梁１８、透明体の光透過性部材２側の裏面に形成
された透明電極１６、及び透明電極１６上に形成された
全反射防止部材１９を有している。また、光透過性部材
２上には配線２０，２１が形成されており、これらは上
記２つの透明電極にそれぞれ接続されている。図１６に
示す制御部４の動作について、図１７（ａ）及び（ｂ）
を参照しながら説明する。

【０１０４】図１７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本
発明の第２の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す
側面図である。図１７（ａ）は、透明電極間に電圧を印
加していない状態を示しており、板状の透明体１７と光
透過性部材２上に形成された透明電極とは離間されてい
る。この場合、この透明電極と板状の透明体１７との間
には空気等が介在するので、入射光２５は透明体１７側
に出射することなく全反射される。

【０１０５】透明電極間に電圧を印加すると、図１７
（ｂ）に示すように静電引力により透明体１７は変形
し、光透過性部材２に形成された透明電極に接触する。
その結果、入射光２５の殆ど全てが全反射することなく
透明体１７側に出射する。

【０１０６】図１６並びに図１７（ａ）及び（ｂ）に示
す制御部４によると、透明体１７は光透過性部材２の主
面に対して垂直方向に移動し、且つ片持ち梁を採用した
場合とは異なり、透明体１７及び光透過性部材２の対向
面は常に平行に保たれる。そのため、第１の実施形態に
おいて説明した方法をこれに適用しても、中間階調を表
示させることはできない。

【０１０７】両持ち梁を採用した場合には、例えば、図
１２に示した駆動回路を用いることにより階調表示を行
うことができる。すなわち、例えば約１５〜４０μ秒の
走査時間内で、信号線駆動回路３４によりパルス幅変調
（ＰＷＭ）することにより階調表示を実現することがで
きる。なお、このときの信号線駆動周波数は数１０ＭＨ
ｚ〜１００ＭＨｚである。また、１つの画素をそれぞれ
独立に駆動可能な複数の素子で構成すること、例えば１
つの画素を１６×１６のマトリクス構造とすることによ
り、階調表示を実現することができる。

【０１０８】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。第３の実施形態は、透明体１７の形状が異なる
こと以外は第２の実施形態と同様である。すなわち、第
２の実施形態において透明体１７は平板状であったのに
対し、第３の実施形態において透明体１７の光透過性部
材２と対向する面には複数のテーパー状の突起部が設け
られる。以下に説明する第３の実施形態においては、第
２の実施形態との相違点についてのみ記載する。

【０１０９】図１８は、本発明の第３の実施形態に係る
表示装置１の透明体１７を概略的に示す斜視図である。
図１８に示す透明体１７の光透過性部材２と対向する面
には、複数のテーパー状の突起部が配列されている。こ
の透明体１７はシリコン樹脂やポリカーボネートのよう
な弾性係数の小さな弾性体で構成されており、したがっ
て、これら突起部は変形可能である。図１８に示す透明
体１７を有する制御部４の動作について、図１９（ａ）
〜（ｃ）を参照しながら説明する。

【０１１０】図１９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発
明の第３の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す側
面図である。図１９（ａ）は、透明電極間に電圧を印加
していない状態を示しており、透明体１７と光透過性部
材２上に形成された透明電極とは離間されている。この
場合、この透明電極と透明体１７との間には空気等が介
在するので、入射光２５は透明体１７側に出射すること
なく全反射される。

【０１１１】透明電極間に電圧を印加すると、図１９
（ｂ）に示すように静電引力により透明体１７の突起部
は変形し、部分的に光透過性部材２上に形成された透明
電極に接触する。これにより、入射光２５の一部が透明
体１７側に出射する。

【０１１２】透明電極間に印加する電圧をさらに高める
と、図１９（ｃ）に示すように透明体１７はより大きく
変形し、光透過性部材２上に形成された透明電極との接
触面積が増加する。その結果、入射光２５の殆ど全てが
全反射することなく透明体１７側に出射する。

【０１１３】このように、本発明の第３の実施形態に係
る表示装置１によると、透明電極間に印加する電圧を調
節することにより階調表示を行うことができる。

【０１１４】上述した第１〜第３の実施形態に係る表示
装置１によると、高い光の利用効率と高いコントラスト
とを実現することができる。例えば、透明基体２として
屈折率が１．８１の光学ガラスを使用した場合を考え
る。この透明基体２は、少なくとも１つの端面を有して
おり、この端面は鏡面研磨された単一の平面で構成され
ていることとする。

【０１１５】この端面上には、ＩＴＯからなる透明電極
１５を均一な厚さで形成する。なお、この透明電極１５
は光透過性部材として用いられるが、透明電極１５と外
気との界面における光の挙動と光の透明基板２への入射
角との関係を論ずるに当り、透明電極１５が透明基体２
上に均一な厚さで形成されていれば、透明電極１５の屈
折率は考慮する必要がない。すなわち、上記関係は、透
明基板２と外気との界面における光の挙動と光の透明基
板２への入射角との関係に等しい。したがって、以下の
算出はこのような条件を仮定して行う。

【０１１６】次に、上述した方法により屈折率が約１．
４５であるシリコン酸化物からなる透明体１７を、透明
基板２の透明電極１５を形成した端面に対して接離移動
可能に形成する。また、光源３としては発光ダイオード
アレイを使用し、微小反射板を用いてその出力光に指向
性を付与する。

【０１１７】光源３から透明基板２に入射した光の上記
端面に対する入射角が３５°である場合、透明電極１５
が外気に露出されているとすると、透明電極１５と外気
との界面で全反射が生ずる。一方、透明電極１５に透明
体１７を密着させると、透明基板２と外気との界面に関
する臨界角は約５２°となるため全反射は生じずに、入
射光は透明体１７へと透過する。なお、このような条件
下において、透明電極１５から透明体１７へと透過する
光の屈折角は４５．７°である。

【０１１８】また、以下に説明する透明体１７を用いた
こと以外は上述したのと同様の条件で光を照射した場合
を考える。すなわち、透明体１７を屈折率が１．４９で
あるシリコン酸化物で構成する。また、透明体１７の形
状は、直角二等辺三角形状の断面を有する三角柱状とす
る。

【０１１９】このような透明体１７を透明基板２に密着
させ、上述したのと同様の条件で光を照射した場合、透
明基板２から透明体１７へと透過する光の屈折角は４
４．１°である。このとき、透明体１７の方位が適切に
設定されていれば、透明体１７に入射した光は、透明体
１７と大気との界面に０．９°（４５°−４４．１°）
の角度で入射する。透明体１７と大気との界面に関する
臨界角は約４３°であるので、透明体１７に入射した光
は、全反射を起こすことなく外部に出射される。

【０１２０】上述した条件の下では、光源３から出力さ
れ透明基板２を透過する光の透過率は９２％である。ま
た、透明基板２と透明体１７とにおいて光吸収が生じ
ず、透明基板２と透明体１７との界面及び透明体１７と
外気との界面において光散乱が発生せず、透明電極１
５，１６の透過率が９０％であるとする。このような場
合、透明体１７から出射される光の光源から出力された
光に対する透過率は約７３％と高い値となる。すなわ
ち、第１〜第３の実施形態に係る表示装置１によると、
高い光の利用効率を実現することができる。また、全反
射時には透明体１７からは光は出射されないので、第１
〜第３の実施形態に係る表示装置１によると、高いコン
トラストを実現することができる。

【０１２１】以上説明した第１〜第３の実施形態では、
例えば図１５（ａ）〜（ｌ）に示すように半導体プロセ
スを用いて表示装置１を製造したが、画素のサイズをよ
り大きくする場合には、以下の第４の実施形態で説明す
る構造を採用することが好ましい。すなわち、以下の第
４の実施形態で説明する構造を採用することにより、大
画面の表示装置１を実現することができる。

【０１２２】図２０は、本発明の第４の実施形態に係る
表示装置１を概略的に示す斜視図である。なお、図２０
において、透明基板２と透明基板１０５とは離間されて
いるが、実際には、透明基板１０５は透明基板２上に設
けた支持部材１００によって支持される。また、図２０
において、光源３及びスクリーン５は省略されている。

【０１２３】図２０に示す表示装置１において、透明基
板２の一方の主面には、複数の透明電極１５が配列され
ている。透明基板２の透明電極１５が設けられた面に
は、さらに、透明電極１５に電圧を印加するための配線
３５及び３６並びに画像データを保持するメモリセル１
０１が設けられている。透明電極１５上には図示しない
絶縁膜及び支持部材１００が順次設けられており、透明
基板１０５は支持部材１００によって支持されている。
なお、透明基板１０５は導電性を有しており、複数の透
明体１７を有している。また、透明基板１０５は接地さ
れている。

【０１２４】図２０に示す表示装置１は、基本的には、
第１〜第３の実施形態で説明した表示装置１と同様の構
造を有している。すなわち、図２０に示す表示装置１に
よると、第１〜第３の実施形態で説明したのと同様の原
理で表示を行うことができる。したがって、図１２に示
した駆動回路３０などを用いることができる。

【０１２５】図２０に示す表示装置１は、図２０に示す
表示装置１を構成する殆どの部材が、シート或いはフィ
ルムをラミネートし、それをレーザ加工機やカッタなど
でパターニングすることにより形成可能である点で第１
〜第３の実施形態で説明した表示装置１とは異なってい
る。すなわち、図２０に示す表示装置１は、半導体プロ
セスを用いることなく製造することができる。

【０１２６】このような構造を採用した場合、画素のサ
イズをより大きくすること、すなわち、大画面の表示装
置１を実現することができる。例えば、本実施形態によ
ると、厚さ１００μｍの透明基板１０５を用い、支持体
１００の高さを７５μｍ、透明電極１５及び透明体１７
のサイズをそれぞれ１０ｍｍ×１０ｍｍとした表示装置
１が得られる。なお、この場合、表示を行うには、透明
電極１５と透明体１７との間に約２５Ｖの電圧を印加す
ればよい。

【０１２７】図２０に示す表示装置１は、例えば、図２
１（ａ）〜（ｊ）に示す方法により製造することができ
る。

【０１２８】図２１（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ、本発
明の第４の実施形態に係る表示装置１の製造方法を概略
的に示す断面図である。表示装置１を作製するに当た
り、まず、図２１（ａ）に示す透明基板２を準備する。
透明基板２としては、例えば、ＰＥＴフィルムのような
透明樹脂製の基板を用いることができる。

【０１２９】次に、図２１（ｂ）に示すように、透明基
板２の一方の主面にエンボス加工などにより凹凸を形成
する。このような凹凸を受けることにより、光源３から
の光が透明基板２への入射光率を向上させること並びに
透明体１７との界面で全反射した光が他の界面で再度全
反射するのを防止することができる。なお、透明基板２
へのエンボス加工は、プレス技術を用いることにより実
現可能である。

【０１３０】その後、図２１（ｃ）に示すように、透明
基板２の凹凸を形成した面の裏面に、導電性シート１１
３及び絶縁シート１１０を順次接着する。次に、図２１
（ｄ）に示すように、レーザ加工機やカッタなどを用い
て、これら導電性シート１１３及び絶縁シート１１０を
透明電極１５並びに配線３５及び３６に対応して切断す
る。さらに、メモリセル１０１をボンディングするため
に、絶縁シート１１０の一部に穴をあけて導電性シート
１１３の一部を露出させる。この導電性シート１１３の
露出部上には、図２１（ｅ）に示すように、チップマウ
ンタなどを用いてメモリセル１０１をボンディングす
る。

【０１３１】次に、透明基板２の透明電極１５等を形成
した面にシートを接着し、レーザ加工機等を用いてそれ
をパターニングする。それにより、図２１（ｆ）に示す
支持体１００を得る。支持体１００に用いるシートは、
支持体１００と透明電極１５並びに配線３５及び３６と
が絶縁シート１１３により絶縁されている場合には、導
電性シート及び絶縁性シートのいずれであってもよい。
しかしながら、支持体１００と透明電極１５並びに配線
３５及び３６とが絶縁されていない場合には、支持体１
００は絶縁性シートを用いて形成することが好ましい。

【０１３２】次に、図２１（ｇ）に示す導電性の透明基
板１０５を準備する。図２１（ｈ）に示すように、透明
基板１０５の一方の主面にエンボス加工などにより凹凸
を形成する。このような凹凸を受けることにより、透明
体１７に入射した光が透明基板２に再度入射するのを防
止することができる。

【０１３３】その後、図２１（ｉ）に示すように、透明
基板１０５の凹凸を形成した面の裏面と支持体１００と
を接着させる。さらに、図２１（ｊ）に示すように、透
明基板１０５をレーザ加工機などを用いてパターニング
して、複数の透明体１７を形成する。以上のようにし
て、図２０に示す表示装置１を得る。

【０１３４】このように、本実施形態に係る表示装置１
は、半導体プロセスを利用することなく製造可能である
ため、より低いコストで製造することができる。また、
本実施形態によると、大画面の表示装置１を容易に製造
することができる。

【０１３５】次に、本発明の第５の実施形態について説
明する。上述した第１〜第４の実施形態においては、透
明体１７を用いることにより透過と全反射との間の変化
を生じさせた。それに対し、第５の実施形態によると、
透明体１７の代わりに液体が用いられる。

【０１３６】図２２は、本発明の第５の実施形態に係る
表示装置１を概略的に示す側面図である。図２２に示す
表示装置１は、透明基板２と、光源３と、透明セル４５
と、透明セル４５に一端を接続された配管（図示せず）
と、この配管の他端に接続された容器（図示せず）と、
上記配管に設けられたマイクロポンプ（図示せず）と、
散乱面である透過型のスクリーン５とを有している。な
お、透明セル４５、配管、透明容器、及びマイクロポン
プは供給・除去機構を構成し、この供給・除去機構は制
御部４に相当する。また、透明容器は透明な液体を収容
している。図２２に示す制御部４の動作について、図２
３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。

【０１３７】図２３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本
発明の第５の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す
側面図である。図２３（ａ）は、透明セル４５が空の状
態を示している。この場合、透明基板２に隣接する透明
セル４５の内部空間は空気等で満たされているので、入
射光２５は透明セル４５側に出射することなく全反射さ
れる。

【０１３８】図２３（ｂ）に示すように、マイクロポン
プ４６を駆動して透明容器４７内に収容された液体４８
を配管４９を介して透明セル４５に供給すると、透明基
板２と透明セル４５との界面における臨界角が変化す
る。その結果、入射光２５の殆ど全てが全反射すること
なく液体４８側に出射する。なお、透明セル４５は、第
１の実施形態において説明した全反射防止部材１９と同
様の外形を有している。したがって、透明セル４５内に
入射した光が透明セル４５と外気との界面で全反射する
ことはない。

【０１３９】このように、第５の実施形態に係る表示装
置１においては液体を移動させることにより透過と全反
射との間の変化を生じさせている。マイクロポンプ４６
を駆動するのに必要なエネルギーは、第１〜第４の実施
形態に係る表示装置１において用いた透明体１７を移動
させる或いは変形させるのに必要なエネルギーに比べて
小さい。すなわち、第５の実施形態に係る表示装置１
は、より少ない消費電力で駆動可能である。

【０１４０】また、上述した第５の実施形態に係る表示
装置１によると、高い光の利用効率と高いコントラスト
とを実現することができる。例えば、透明基板２として
屈折率が１．８１の光学ガラスを使用し、液体４８とし
て屈折率が１．３３の水を用いた場合を考える。なお、
この光学ガラスと空気とについての臨界角は３３．５°
である。また、この光学ガラスと水とについての臨界角
は４７．２°である。

【０１４１】光源３から３５°の入射角で入射した光
は、透明セル４５内が液体４８で満たされていない場合
には全反射する。一方、透明セル４５内を液体４８で満
たした場合、透明基板２と液体４８との界面での全反射
は生じない。

【０１４２】このとき、透明セル４５が直角二等辺三角
形状の断面を有する三角柱状の形状であるとすると、透
明基板２から液体４８に入射した光は、透明セル４５と
外気との界面に６．３°の入射角で入射する。したがっ
て、液体４８に入射した光は、全反射を生ずることなく
外部に出射される。すなわち、第５の実施形態に係る表
示装置１によると、高い光の利用効率と高いコントラス
トとを実現することができる。

【０１４３】第５の実施形態に係る表示装置１において
は、例えば、透明セル４５に供給する液体４８の量を調
節することにより階調表示を行うことができる。すなわ
ち、幾つかの透明セル４５を連結し、これら透明セル４
５で１つの画素を構成する。また、連結された透明セル
４５のうちの１つのセルのみにマイクロポンプ４６や配
管４９等を設ける。これら透明セル４５がマイクロポン
プ４６側から段階的に液体４８で満たされるようにすれ
ば、液体４８の供給量を制御することにより、階調表示
が可能となる。

【０１４４】また、透明セル４５のそれぞれにマイクロ
ポンプ４６や配管４９等を設けても階調表示を行うこと
ができる。透明セル４５内を液体４８で完全に満たして
いない場合、透明セル４５内には液体４８と空気との界
面が形成される。この界面で全反射を生じさせることが
できれば、透明基板２から液体４８に入射した光の一部
のみを外部に出射させることができる。すなわち、階調
表示が可能となる。

【０１４５】図２２並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示
す表示装置１のマイクロポンプ４６は、例えば、特開平
１０−２７４１６４号公報や特開平１０−２９９６５９
号公報等において開示されているマイクロマシン技術を
用いて形成することができる（これら文献はここに参照
により含められる）。また、透明セル４５、透明容器４
７、及び配管４９は、ガラス等の透明材料を用い、液晶
セルの形成に使用されるのと同様のプロセスを使用して
形成することができる。

【０１４６】上述したように、本発明の第１〜第５の実
施形態によると、全反射と透過との間の変化を利用して
表示が行われるため、偏光板は不要である。すなわち、
高い光の利用効率を実現することができる。

【０１４７】また、第１〜第５の実施形態に係る表示装
置１においては、高い光の利用効率を実現することがで
きるので、その光源は、ＬＣＤにおいて要求されるほど
の高輝度のものである必要はない。したがって、第１〜
第５の実施形態に係る表示装置１によると、比較的低い
消費電力で表示を行うことができる。

【０１４８】また、第１〜第５の実施形態に係る表示装
置１において、光透過性部材からは指向性を有する光が
出力される。したがって、第１〜第５の実施形態に係る
表示装置１によると、スクリーンのような散乱面に画像
を表示させること、すなわち、投射型の表示が可能であ
る。

【０１４９】さらに、本発明の第１〜第５の実施形態に
おいては、全反射と透過との間の変化を利用して表示が
行われるため、理想的には、暗色表示時に出力される光
強度を０％とすること、及び明色表示時に出力される光
強度を１００％とすることができる。これらはいずれ
も、光散乱や光反射等による光損失を低減することによ
り、高いレベルで達成可能である。したがって、第１〜
第５の実施形態に係る表示装置１によると、高コントラ
ストの表示が可能となる。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、全反射と透過との間の変化を利用して表示が行われ
る。そのため、本発明によると、偏光板を必要とするこ
となく表示を行うことができ、したがって、高い光の利
用効率を実現することができる。また、本発明において
は、光透過性部材から指向性を有する光が出力されるた
め、投射型の表示が可能である。さらに、本発明におい
ては、全反射と透過との間の変化を利用して表示が行わ
れるため、高コントラストの表示が可能である。

【０１５１】すなわち、本発明によると、高い光の利用
効率を有し、高コントラストを実現し得て、投射型の表
示が可能な新規な表示装置及び表示方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置
の一例を概略的に示す側面図。

【図２】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置
の他の例を概略的に示す側面図。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１〜
第５の実施形態に係る表示装置において用いられる光源
を概略的に示す側面図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１
〜第５の実施形態に係る表示装置に用いられる光透過性
部材を拡大して示す側面図。

【図５】光の屈折の法則を説明するための概略図。

【図６】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置
のさらに他の例を概略的に示す図。

【図７】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置
のさらに他の例を概略的に示す図。

【図８】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置
のさらに他の例を概略的に示す図。

【図９】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の制御
機構を概略的に示す斜視図。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１
の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。

【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の第１
の実施形態に係る表示装置を概略的に示す平面図及び側
面図。

【図１２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置を駆
動するための駆動回路を概略的に示す図。

【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、図１２に示す駆動回路の
メモリセルの例を概略的に示す図。

【図１４】本発明の第１の実施形態に係る表示装置を駆
動するための駆動回路の他の例を概略的に示す図。

【図１５】（ａ）〜（ｌ）は、それぞれ、本発明の第１
の実施形態に係る表示装置の製造方法を概略的に示す断
面図。

【図１６】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の制
御部を概略的に示す斜視図。

【図１７】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第
２の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。

【図１８】本発明の第３の実施形態に係る表示装置の透
明体を概略的に示す斜視図。

【図１９】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第３
の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。

【図２０】本発明の第４の実施形態に係る表示装置を概
略的に示す斜視図。

【図２１】（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ、本発明の第４
の実施形態に係る表示装置の製造方法を概略的に示す断
面図。

【図２２】本発明の第５の実施形態に係る表示装置を概
略的に示す側面図。

【図２３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第
５の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。

【符号の説明】

１…表示装置；２…透明基体；３，３-1〜３-3
…光源４…制御部；５…スクリーン；６…柱状体７-1〜７-3…フィルタ；８-1〜８-3…シャッタ１１，１１-1〜１１-3…放物面鏡；１２…導光板１３…スリット；１５，１６…透明電極；１７
…透明体１８…梁；１９…全反射防止部材；２０，２１
…配線２５…光；３０…駆動回路；３１…信号制御部３２…電源部；３３…走査線駆動回路；３４…
信号線駆動回路３５…走査線；３６…信号線；４０…レジスト
膜４１…シリコン酸化膜；４２…シリコン膜；４
３…薄膜４５…透明セル；４６…マイクロポンプ；４７
…透明容器４８…液体；４９…配管；５０…光学レンズ５１…保持容量；５２…ダイオード；５３…透
明基板５４…トランジスタ；５５…双安定回路５６…ｐｈｏｔｏ−ＭＯＳリレー回路；１００…支
持部材１０１…メモリセル；１０５…透明基板；１１
０…絶縁シート１１３…導電性シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/36 Ｇ０９Ｇ 3/36 Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB27 AB32 AB40 AC02 AC06 AZ08 5C006 AC02 AC24 AF42 BB15 BB28 EC11 FA56 5C080 AA17 AA18 BB05 CC03 DD03 DD30 EE25 EE28 FF12 JJ02 JJ03 JJ06 5G435 AA02 AA03 BB01 BB17 CC09 DD04 DD11 DD18 EE30 FF02 GG01 GG26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光源から前記光透過性部材に入射した光の前記光透
過性部材と前記光透過性部材に隣接する外部領域との界
面における挙動を全反射と透過との間で切り替える制御
機構とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なく
とも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分
として出力され、前記光成分が表示に利用されることを
特徴とする表示装置。
【請求項２】光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に配列され、それぞれ、前記光源か
ら前記光透過性部材に入射した光の前記光透過性部材と
前記光透過性部材に隣接する外部領域との界面における
挙動を全反射と透過との間で切り替える複数の制御機構
とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なく
とも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分
として出力され、前記光成分が表示に利用されることを
特徴とする表示装置。
【請求項３】光透過性部材と、光透過性材料と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光の光路上で前記光透過性材料の前記光透過性部材
との接触状態を変化させる制御機構とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なく
とも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分
として出力され、前記光成分が表示に利用されることを
特徴とする表示装置。
【請求項４】光透過性部材と、光透過性材料と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に配列され、それぞれ、前記光の光
路上で前記光透過性材料の前記光透過性部材との接触状
態を変化させる複数の制御機構とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なく
とも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分
として出力され、前記光成分が表示に利用されることを
特徴とする表示装置。
【請求項５】平板状の光透過性部材と、前記光透過性部材の一方の主面側に配置され前記一方の
主面に光を照射する光源と、前記光透過性部材の他方の主面に接離可能に設けられた
透明体と、前記光透過性部材の他方の主面に対する前記透明体の状
態を密着状態と離間状態との間で変化させる移動機構と
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項６】平板状の光透過性部材と、前記光透過性部材の一方の主面側に配置され前記一方の
主面に光を照射する光源と、前記光透過性部材の他方の主面に接離可能に設けられた
複数の透明体と、前記光透過性部材の他方の主面に対する前記複数の透明
体の状態をそれぞれ密着状態と離間状態との間で変化さ
せる複数の移動機構とを具備することを特徴とする表示
装置。
【請求項７】光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に液体を供給する供給機構と、前記光透過性部材上に供給された液体を除去する除去機
構とを具備することを特徴とする表示装置。
【請求項８】光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に液体を供給する複数の供給機構
と、前記光透過性部材上に供給された液体を除去する複数の
除去機構とを具備することを特徴とする表示装置。
【請求項９】光源から光透過性部材に入射した光の前
記光透過性部材と前記光透過性部材に隣接する外部領域
との界面における挙動を全反射と透過との間で切り替え
る工程を具備し、前記界面を透過した光及び前記界面で全反射した光のい
ずれか一方は前記光透過性部材から指向性を有する光成
分として出力され、前記光成分が表示に利用されること
を特徴とする表示方法。
【請求項１０】光源から光透過性部材に光を照射しつ
つ、前記光の光路上で前記光透過性材料の光透過性部材
との接触状態を変化させる工程を具備し、前記光源から前記光透過性部材に入射した光の少なくと
も一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分と
して出力され、前記光成分が表示に利用されることを特
徴とする表示方法。
【請求項１１】光源から平板状の光透過性部材の一方
の主面に光を照射しつつ、前記光透過性部材の他方の主
面に対して透明体を接離移動させる工程を具備し、前記
光透過性部材から出力される光の前記透明体を移動させ
るのに伴って生ずる強度変化を利用して表示を行うこと
を特徴とする表示方法。
【請求項１２】光透過性部材に光を照射しつつ前記光
透過性部材上に液体を供給する工程と、前記光透過性部
材に光を照射しつつ前記光透過性部材上に供給された液
体を除去する工程とを具備し、前記光透過性部材から出力される光の前記光透過性部材
上への前記液体の供給及び除去に伴って生ずる強度変化
を利用して表示を行うことを特徴とする表示方法。