JP4214786B2

JP4214786B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP4214786B2
Application number: JP2003025153A
Authority: JP
Inventors: 正雄尾関; 聡新山; 俊彦鈴木; 眞誠一色; 和義河口
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004157492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、散乱と透明とを電気的に切り替えることができる表示素子における散乱／透明と、多色光源の発色の切り替えとを連動させることにより多色表示を行う画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
白黒の液晶パネルと、発光色が赤、青、緑と切り換わる光源とを組み合わせてカラー表示を得る方式の表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方式はフィールドシーケンシャルカラー方式と呼ばれている。フィールドシーケンシャルカラー方式では、各々の発光色に応じた映像を液晶パネルに順次表示させて駆動する。従って、液晶パネルの応答が充分高速である必要がある。
【０００３】
フィールドシーケンシャルカラー方式では１フィールドの１／３の時間で１色を表示する必要があるので、例えば６０フィールド／秒の表示を行う場合には、表示に使用できる時間は約５ｍｓ程度になる。従って、液晶自身には５ｍｓよりも短い応答時間が求められる。高速応答を実現できる液晶として、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、狭ギャップ化されたネマチック液晶、ＯＣＢモードの液晶などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５６−２７１９８号公報（第３図，第４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、それらの液晶を使用した表示素子では偏光板が用いられているので、透過率が低いという欠点があり、視認者が表示素子を通して背後を見ることはできない。また、電気的に散乱と透過とを切り替える電気光学素子を用いて、照明光の色を変える方式を用いることによって多色表示が可能であることは一般的に知られているが、視認者が見ることができるのは、各々の時間に照明されている色のみである。すなわち、１つの表示素子において部分的に色を変えることができないという問題があった。なぜなら、従来の電気的に散乱と透過を切り替える電気光学素子は応答が遅いからである。
【０００６】
そこで、本発明は、１つの表示素子において、同時に２色以上の発色を任意の部分にさせることができ、さらに、表示素子における非表示部はガラスの様に透明で、視認者が非表示部において背景を見ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様１は、表示素子が、光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶層が透明な一対の電極付き基板間に挟持された構成であり、２以上の光源色を発し光源色によって表示素子を照明する光源が設けられ、光源は、表示素子の非観察面の外側であって表示素子の中心から延びる法線に対して観察面の側から直接視認できない程度に傾いた角度の位置に配置され、光源色を順次発色し、各光源色の点灯の周波数が４０Ｈｚ以上であり、一または複数の光源色の表示素子への照明に連動して、表示素子の表示面の少なくとも一部を光散乱状態にせしめ、一または複数の光源色に応じた表示色を得る画像表示装置を提供する。
【０００８】
態様２は、態様１において、表示素子が、電圧無印加時に光を透過し、電圧印加時に光を散乱する動作モードを有する画像表示装置を提供する。
【０００９】
態様３は、態様１，２において、光源が、赤色、青色、緑色を単独に発色可能である画像表示装置を提供する。
【００１０】
態様４は、態様１〜３において、表示色が８色以上である画像表示装置を提供する。
【００１１】
態様５は、態様１〜４において、異なる表示タイミングにおいて、表示色が単色である場合と、表示色がマルチカラーである場合とを含む画像表示装置を提供する。
【００１２】
態様６は、態様１〜５において、自動車の速度表示に用いられてなる画像表示装置を提供する。
【００１３】
態様７は、態様１〜６において、アラーム表示に赤色が用いられてなる画像表示装置を提供する。
【００１４】
態様８は、態様１〜７において、ゲーム機器の表示装置として用いられてなる画像表示装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の表示装置の一例を示す模式的外観図である。図１に示すように、画像表示装置１０には照明２が備えられ、図示しないバッテリによって表示素子（電気光学素子）１の駆動電圧および照明２の点灯電圧が供給される。
【００１６】
表示素子１は、普通のガラスと同様の透明の状態と、散乱の状態とを、外部からの信号等によって切り替えることが可能であり、文字および図形を表示することができるものである。
【００１７】
また、照明２より表示素子１に照明がなされることによって、散乱部は光を散乱し観察者３に明るく認識される。照明２の照明光を任意の色に変えることにより、文字および図形に任意の発色をさせることが可能である。照明２は、表示素子１の中心から延びる法線に対して４５〜６０°傾いた角度に配置されることが好ましい。そのような角度であれば、観察者３は、照明２を視認せず、背景４と表示素子１とを同時に見ることができる。
【００１８】
なお、本発明において、透明とは、光の透過率が５０％以上、好ましくは８０％以上である状態を意味する。
【００１９】
図２は、画像表示装置１０における表示素子１の一構成例を示す模式的断面図である。図２において、一対の基板１０１，１０８の相対する面には、透明電極１０２，１０７が設けられる。さらに内側には配向膜１０３，１０６が設けられる。そして、配向膜１０３，１０６の間に、液晶を含み、スペーサ（図示せず）によって厚みが制御された複合体層１０４が挟持される。そして、シール層１０５によって複合体層１０４が封止される。
【００２０】
基板１０１，１０８の材質は、透明性が確保できれば特に限定されない。基板１０１，１０８として、ガラス基板やプラスチック基板を使用することができる。また、表示素子１の形状は、平面状である必要はなく湾曲していてもよい。
【００２１】
また、基板１０１，１０８上に設けられる透明電極１０２，１０７として、ＩＴＯ（酸化インジウム−酸化錫）のような金属酸化物などの透明な電極材料を使用することができる。以下、透明電極１０２，１０７が設けられた基板１０１，１０８を電極付き基板という。
【００２２】
複合体層１０４は、透明な一対の電極付き基板間に、液晶とその液晶に溶解可能な硬化性化合物とを含有する組成物を挟持させ、熱や紫外線、電子線などの手段を用いて硬化性化合物を硬化させて複合体として形成される。
【００２３】
一対の配向処理済みの電極付き基板の配向方向の組合せは、平行であることが好ましい。例えば、電極付き基板の電極表面上に樹脂薄膜の配向膜１０３，１０６を設け、配向膜１０３，１０６にラビング処理を施して電極表面の液晶を配向させる機能を付与する。誘電率異方性が正の液晶を使用する場合には、電極表面上の樹脂薄膜をラビング処理して用いることが透明性の点では好ましい。
【００２４】
誘電率異方性が負の液晶を使用する場合には、電極付き基板において、複合体層１０４と接触する側に液晶分子のプレチルト角が基板表面に対して６０度以上であるようにする処理が施されていると、配向欠陥を少なくすることができ、透明性が向上するため好ましい。この場合、ラビング処理を施さなくてもよい。プレチルト角は７０度以上であることがより好ましい。なお、プレチルト角を、基板表面に垂直の方向を９０度として規定する。
【００２５】
複合体層１０４を形成する複合体を構成する液晶として、公知の液晶から適宜選択できる。ラビング処理が施された配向膜１０３，１０６やプレチルト角を制御することができる電極付き基板を用いることによって、誘電率異方性が正の液晶も誘電率異方性が負の液晶も使用可能であるが、より高い透明性や応答速度の面では誘電率異方性が負の液晶が好ましい。また、駆動電圧を低下させるためには誘電率異方性の絶対値が大きい方が好ましい。
【００２６】
また、複合体を構成する硬化性化合物も透明性を有することが好ましい。さらに、硬化後に、電圧を印加したときに液晶のみが応答するように液晶と硬化性化合物とが分離していると、駆動電圧を下げることができるので好ましい。
【００２７】
本発明では、液晶に溶解可能な硬化性化合物のうち、未硬化時の液晶と硬化性化合物との混合物の配向状態を制御可能であって、硬化する際に高い透明性を保持することができる硬化性化合物が使用される。
【００２８】
硬化性化合物として、式（１）の化合物や式（２）の化合物を例示できる。
Ａ^１−Ｏ−（Ｒ^１）_ｍ―Ｏ―Ｚ―Ｏ―（Ｒ^２）_ｎＯ―Ａ^２・・・式（１）
Ａ^３−（ＯＲ^３）_ｏ―Ｏ―Ｚ’―Ｏ―（Ｒ^４Ｏ）_ｐ―Ａ^４・・・式（２）
【００２９】
ここで、Ａ^１，Ａ^２，Ａ^３，Ａ^４のそれぞれは、独立的に、硬化部位となるアクリロイル基、メタクリロイル基、グリシジル基またはアリル基であり、Ｒ^１，Ｒ^２，Ｒ^３，Ｒ^４のそれぞれは、独立的に、炭素数２〜６のアルキレン基であり、Ｚ，Ｚ’のそれぞれは、独立的に、２価のメソゲン構造部であり、ｍ，ｎ，ｏ，ｐのそれぞれは、独立的に、１〜１０の整数である。ここで、「独立的に」とは、組み合わせが任意であって、どのような組み合わせも可能であることを意味する。
【００３０】
式（１）および式（２）におけるメソゲン構造Ｚ，Ｚ’と硬化部位Ａ^１，Ａ^２，Ａ^３，Ａ^４との間に、Ｒ^１，Ｒ^２，Ｒ^３，Ｒ^４を含む分子運動性の高いオキシアルキレン構造を導入することによって、硬化時に、硬化過程において硬化部位の分子運動性を向上でき、短時間で十分に硬化させることが可能になる。
【００３１】
式（１）および式（２）における硬化部位Ａ^１，Ａ^２，Ａ^３，Ａ^４は、光硬化や熱硬化が可能な上記の官能基であればいずれでもよいが、なかでも、硬化時の温度を制御できることから光硬化に適するアクリロイル基、メタクリロイル基であることが好ましい。
【００３２】
式（１）および式（２）におけるＲ^１，Ｒ^２，Ｒ^３およびＲ^４の炭素数については、その分子運動性の観点から１〜６が好ましく、炭素数２のエチレン基および炭素数３のプロピレン基がさらに好ましい。
【００３３】
式（１）および式（２）におけるメソゲン構造部Ｚ，Ｚ’として、１，４−フェニレン基の連結したポリフェニレン基を例示できる。１，４−フェニレン基の一部または全部を１，４−シクロへキシレン基で置換したものであってもよい。また、１，４−フェニレン基や置換した１，４−シクロへキシレン基の水素原子の一部または全部が、炭素数１〜２のアルキル基、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基などの置換基で置換されていてもよい。
【００３４】
好ましいメソゲン構造部Ｚ，Ｚ’として、１，４−フェニレン基が２個連結したビフェニレン基（以下、１，４−フェニレン基が２個連結したビフェニレン基を４，４−ビフェニレン基ともいう。）、３個連結したターフェニレン基、およびこれらの水素原子の１〜４個が、炭素数１〜２のアルキル基、フッ素原子、塩素原子またはカルボキシル基に置換されたものを挙げることができる。最も好ましいものは、置換基を有しない４，４−ビフェニレン基である。メソゲン構造部を構成する１，４−フェニレン基または１，４−シクロへキシレン基同士の結合は全て単結合でもよいし、以下に示すいずれかの結合でもよい。
【００３５】
【化１】

【００３６】
式（１）および式（２）におけるｍ，ｎ，ｏ，ｐは、それぞれ独立的に、１〜１０であることが好ましく、１〜４がさらに好ましい。あまり大きいと液晶との相溶性が低下し、硬化後の電気光学素子の透明性を低下させるからである。
【００３７】
図３に、本発明において使用できる硬化性化合物の例を示す。液晶と硬化性化合物とを含有する組成物は、式（１），（２）で表される硬化性化合物を含め、複数の硬化性化合物を含有していてもよい。例えば、組成物に、式（１）および式（２）においてｍ，ｎ，ｏ，ｐの異なる複数の硬化性化合物を含有させると、液晶との相溶性を向上させることができる場合がある。
【００３８】
液晶と硬化性化合物とを含有する組成物は硬化触媒を含有していてもよい。光硬化の場合、ベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、フォスフィンオキサイド系などの一般に光硬化性樹脂に用いられる光重合開始剤を使用できる。熱硬化の場合は、硬化部位の種類に応じて、パーオキサイド系、チオール系、アミン系、酸無水物系などの硬化触媒を使用でき、また、必要に応じてアミン類などの硬化助剤を使用することもできる。
【００３９】
硬化触媒の含有量は、含有する硬化性化合物の２０重量％以下が好ましく、硬化後に硬化樹脂の高い分子量や高い比抵抗が要求される場合は１〜１０重量％とすることがさらに好ましい。
【００４０】
液晶分子を、基板表面に対してプレチルト角が６０度以上になるように配向させる処理方法として、垂直配向剤を使用する方法がある。垂直配向剤を使用する方法として、例えば、界面活性剤を用いる方法や、アルキル基やフルオロアルキル基を含むシランカップリング剤などで基板界面を処理する方法、または日産化学工業社製のＳＥ１２１１やＪＳＲ社製のＪＡＬＳ−６８２−Ｒ３等の市販の垂直配向剤を用いる方法がある。垂直配向状態から任意の方向に液晶分子が倒れた状態を作るためには、公知のどのような方法を採用してもよい。垂直配向剤をラビングしてもよい。また、電圧が基板１０１，１０８に対して斜めに印加されるように、透明電極１０１，１０７にスリットを設けたり、電極１０１，１０７上に三角柱を配置する方法を採用してもよい。
【００４１】
二つの基板１０１，１０８間にある複合体層１０４の厚さを、スペーサ等で規定することができる。その厚さは１〜５０μｍが好ましく、３〜３０μｍがさらに好ましい。複合体層１０４の厚さが薄すぎるとコントラストが低下し、厚すぎると駆動電圧が上昇する傾向が増大するため好ましくない場合が多い。
【００４２】
シール層１０５として、透明性の高い樹脂であれば公知のどのようなものを使用することも可能である。透明性の高い樹脂を使用すれば、表示素子は全面に亘って透明感が高まり、文字や図形が空中に浮かんだように見える状態が強調される。例えば、基板１０１，１０８としてガラス基板を使用した場合には、ガラスの屈折率に近似した屈折率を有するエポキシ樹脂やアクリル樹脂を使用すれば、空中に透明なガラスが浮いているような状態を実現できる。
【００４３】
以上のように作製された画像表示装置１０は、表示画素の透過状態と散乱状態との間の応答速度が３ｍｓ以下と非常に速くすることができる。また、従来の液晶による散乱透過モードと比べると視野角依存性が良好であり、斜めから見たときにも非常に良好な透過状態を得ることができるようにすることができる。例えば、上記した組成の硬化性化合物と液晶とを含有する複合体を使用した場合、垂直から４０度傾けて見た場合もほとんどヘイズがないようにすることができる。
【００４４】
表示素子１のサイズとして、対角線の長さが１０ｃｍ程度のものから３ｍ程度の大きいものを含め、どのようなサイズのものも使用することができる。
【００４５】
画像表示装置１０において、表示素子１を複数枚用いてもよい。また、表示素子１に対する耐衝撃性を増すために、上下の基板１０１，１０８を固定させてもよい。
【００４６】
表示素子１の表裏の表面には、反射防止膜または紫外線遮断膜を設けることが好ましい。例えば、表示素子１の表裏に、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２などの誘電体多層膜よりなるＡＲコート（低反射コート）処理を施すことにより、基板表面での外光の反射を減らすことができ、コントラストをより向上させることができる。
【００４７】
また、表示素子１において、高開口率のアクティブ素子（ＴＦＴなどの３端子素子やＴＦＤなどの２端子素子）を駆動素子として用いたり、各画素を全て単独に駆動できるように配線を施すことにより、ドットマトリクス表示が可能である。
【００４８】
光源となる照明２として、蛍光灯、メタルハライドランプ、ＬＥＤ光源、ハロゲンランプなどを使用することができる。フィールドシーケンシャルカラー方式を実現する場合、例えば、赤、緑、青の光源を順次点灯する方法を用いてもよいし、白色光に対してカラーフイルターを組み合わせて順次発色の色を変える方法を用いてもよい。高速スイッチング性を考慮するとＬＥＤ光源を使用することが好ましい。
【００４９】
図４は、本発明の画像表示装置１０の適用例を示す模式的断面図である。図４に示す例では、自動車内のインスツルメントパネル５の前面に表示素子１が配置され、表示素子１とインスツルメントパネル５の間の上部に照明２が配置されている。観察者（この例では運転者）３は、ハンドル６の向こう側に視認される表示素子１の透明部（非表示部）を介してインスツルメントパネル５の表示内容を視認できる。なお、表示素子１の中心位置から照明２を眺めた角度は、表示素子１の法線に対して約４５度傾いている。
【００５０】
図５は、表示素子１の表示例を示す説明図である。図５に示す例では、表示素子１における上部に緊急メッセージなどのアラーム表示用の表示部７が設けられ、左下部には速度表示用の表示部８、右下部には方向指示等の表示部９が設けられている。表示部７，８，９以外の部分は透明部であり、図５には示されていないが、透明部を介してインスツルメントパネル５の表示内容が視認できる。
【００５１】
次に、本発明の画像表示装置１０において用いられるフィールドシーケンシャルカラー方式における照明と表示素子１の駆動との関係を、図６〜図９のタイミング図を用いて説明する。
【００５２】
図５に示す表示素子１における表示部８に白の発色を、表示部７に赤の発色をさせる場合を想定する。照明２における光源として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光源を用いる。図６に示すように、３色を順次点灯し、ＲＧＢの全てが１回点灯する周期を１フレームとする。Ｒの点灯時間、Ｇの点灯時間、Ｂの点灯時間全てに対して表示部８が散乱状態であれば、表示部８は白発色をする。表示部７がＲの点灯時間のみ散乱状態でありＧＢの点灯時間では透明状態であれば、表示部７は赤発色をする。
【００５３】
３色の光源の点灯周期に相当する１フレームの周期は（１／４０）秒以下であることが好ましい。すなわち、３色の光源の点灯の周波数に相当するフレーム周波数が４０Ｈｚ以上であることが好ましい。４０Ｈｚ未満であると、ちらつきが視認される可能性があるからである。より好ましくは、フレーム周波数を５０Ｈｚ以上、さらに好ましくは６０Ｈｚ以上とする。
【００５４】
上記のように作製された表示素子１は、光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶層としての複合体層１０４に所定の電圧（例えば６０Ｖ）が印加されているときに光散乱状態となり、複合体層１０４に対して電圧無印加のときに光透過状態となる。従って、図６において、散乱信号ＯＮとは、透明電極１０２，１０７間に所定の電圧が印加されていることに相当し、透明信号ＯＮとは、透明電極１０２，１０７間の電位差が０Ｖである状態に相当する。
【００５５】
なお、複合体層１０４に所定の電圧が印加されているときに光透過状態となり、複合体層１０４に対して電圧無印加のときに光散乱状態となる表示素子を用いてもよい。そのような表示素子を用いる場合には、散乱信号ＯＮとは、透明電極１０２，１０７間の電位差が０Ｖである状態に相当し、透明信号ＯＮとは、透明電極１０２，１０７間に所定の電圧が印加されていることに相当する。
【００５６】
また、以下、図６に示す光源ＯＮおよび光源ＯＦＦのタイミングを生成するための信号、すなわち光源ＯＮおよび光源ＯＦＦの立ち上がりおよび立ち下がりを各光源に指示するための信号を切替信号という。
【００５７】
図１０は、表示素子１を駆動する駆動回路の一構成例を示すブロック図である。図１０に示す例では、表示部７を駆動するための一方の透明電極１０２１、表示部８を駆動するための一方の透明電極１０２２および表示部９を駆動するための一方の透明電極１０２３に対して、タイミング制御回路２０１の指示に応じて駆動電圧を印加する行電極駆動回路２０３と、表示部７を駆動するための他方の透明電極１０７２、表示部８を駆動するための他方の透明電極１０７１および表示部９を駆動するための他方の透明電極１０７３に対して、タイミング制御回路２０１の指示に応じて駆動電圧を印加する列電極駆動回路２０４とが設けられている。行電極駆動回路２０３と列電極駆動回路２０４とには、電圧生成回路２０２から駆動電圧が供給される。電圧生成回路２０２は、車載のバッテリから電力供給を受ける。
【００５８】
なお、透明電極１０２１，１０２２，１０２３は図２に示す透明電極１０２に相当し、透明電極１０７１，１０７２，１０７３は図２に示す透明電極１０７に相当する。また、図１０では、透明電極１０２１，１０２２，１０２３，１０７１，１０７２，１０７３の引き出し部分のみが示されている。
【００５９】
タイミング制御回路２０１は、例えば図６に例示されたタイミングで、赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３を点灯させる。すなわち、赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３に切替信号を与える。表示部７がドットマトリクスで構成されている場合には、表示部７を駆動するための一方の透明電極１０２１と表示部７を駆動するための他方の透明電極１０７２との交点がドット（画素）を形成する。その場合、タイミング制御回路２０１は、例えば、赤色光源３１、緑色光源３２および青色光源３３のそれぞれが点灯している期間（１フレームの１／３の時間）で、透明電極１０２１の各々に順次駆動電圧が印加されるように行電極駆動回路２０３に指示を与える。また、透明電極１０７２の各々に、表示データに応じて駆動電圧を印加する。
【００６０】
透明電極１０２１および透明電極１０７２に印加される駆動電圧は、例えば±３０Ｖであり、所定のタイミングで透明電極１０２１の駆動電圧と透明電極１０７２の駆動電圧との正負を代えて交流駆動することが好ましい。
【００６１】
表示部８，９が複数のセグメントで形成される場合には、タイミング制御回路２０１は、図６に例示された散乱信号ＯＮの状態ではコモン電極に相当する透明電極１０２２，１０２３に駆動電圧（例えば−３０Ｖ）が印加されるように行電極駆動回路２０３に指示を与え、表示されるべきセグメントに接続される透明電極１０７１，１０７３に駆動電圧（例えば＋３０Ｖ）が印加されるように列電極駆動回路２０４に指示を与える。
【００６２】
なお、ここでは、表示部８，９が複数のセグメントで形成される場合を例にするが、表示部８，９は、表示部７と同様に、ドットマトリクスで形成されていてもよい。
【００６３】
切替信号の入力とほぼ同時に光源のＲＧＢの発色を切り替えることができるが、表示部７，８，９は散乱信号や透明信号の入力（具体的には透明電極１０２１，１０２２，１０２３，１０７１，１０７２，１０７３への駆動電圧印加開始または駆動電圧消去）に対してすぐに変化させることができない。表示素子の応答性に遅れがあるためである。散乱状態が所望の光源色以外でも維持されていると色の混色が起こり色劣化の原因となるので、散乱状態が所望の光源色以外でも維持されている状況の発生を回避する必要がある。そこで、光源に対する切替信号入力のタイミングと表示部７，８，９に対する信号入力（駆動電圧印加開始または駆動電圧消去）のタイミングとをずらすことが好ましい。
【００６４】
例えば、タイミング制御回路２０１が、図７に示すように、表示部７に対する透明信号ＯＮの開始時間を切替信号に対して早めたり、切替信号の直前に表示部８に対して散乱信号ＯＮとしないＯＦＦ期間を設けるようにタイミング制御することによって色劣化を低下させることができる。なお、図７でも、表示部８を白発色させ、表示部７を赤発色させる例が示されている。
【００６５】
図７に示すＯＦＦ期間を長くすると、散乱信号ＯＮの期間が短くなって表示部が暗くなってしまう。ＯＦＦ期間は、散乱状態が所望の光源色以外でも維持されていることに起因して発生する混色を防止しつつ、散乱信号ＯＮの期間をできるだけ長くするように、２ｍｓ程度が好ましい。
【００６６】
また、タイミング制御回路２０１が、図８に示すように、各光源３１，３２，３３のＯＮ時間と次のＯＮ時間との間にＯＦＦ時間を設けるようにタイミング制御することによっても色劣化を低下させることができる。なお、図８に示す例では、図７に示す例とは異なり、散乱信号ＯＮの期間は短縮されていない。また、図８に示す例では、表示部８はＲＢ混色発色するように視認され、表示部７はＧＢ混色発色するように視認される。
【００６７】
さらに、タイミング制御回路２０１が、図９に示すように、各光源３１，３２，３３のＯＮ時間と次のＯＮ時間との間にＯＦＦ時間を設けるようにタイミング制御するとともに、各光源３１，３２，３３がＯＦＦになる前に散乱信号ＯＮおよび透明信号ＯＮが開始されるようにタイミング制御することによっても色劣化を低下させることができる。なお、図９に示す例では、表示部８はＲＢ混色発色するように視認され、表示部７はＧＢ混色発色するように視認される。
【００６８】
３つの光源３１，３２，３３を設けた場合には、表示素子１の表示部に、赤色、ＲＧ混色、ＲＢ混色、ＲＧＢ混色（白色）、緑色、ＧＢ混色および青色の７色の発色をさせることができる。すなわち、透明を含めると、８色の発色をさせることができる。混色をマルチカラーと呼ぶことにすると、１つの表示素子１における異なる表示部において、単色表示とマルチカラー表示とを同時に行わせることができる。
【００６９】
また、１つの表示部において、異なるタイミングで、表示色が単色である場合と表示色がマルチカラーである場合とがあるようにすることもできる。例えば、表示部７において、ある期間において赤色発光させ、他の期間においてＲＢ混色発色させるような場合である。異なるタイミングで、表示色が単色である場合と表示色がマルチカラーである場合とがあるようにすると、例えば、表示部をアラーム表示する表示部として使用する場合に、アラームの種類に応じて異なる発色でアラーム表示することができる。
【００７０】
また、図６〜図９に示す各例のそれぞれにおいて、タイミング制御回路２０１が、散乱信号ＯＮの期間の長さは基本的に１種類であるが、散乱信号ＯＮの期間の長さを可変に制御することによって、より多くの種類の発色をさせることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、照明２として３つの光源３１，３２，３３を設けた場合を例示したが、異なる光源色を発する２つの光源を用いてもよい。２つの光源を用いた場合にも、フィールドシーケンシャルカラー方式によって表示素子１において光源色に応じた多色の表示色を得ることができる。
【００７２】
本発明に係る画像表示装置１０は、自動車用の表示装置の他、飛行機の操縦席用のディスプレイ、ショーウインドウや展望台などの演出、オフィスや工場、展示場などの受付近くに設置される情報表示、ゲーム機などの画像表示装置などとして使用できる。例えば、ゲーム機に設けられている、絵柄等が描かれている可動演出部材の全面に画像表示装置１０を設置し、可動演出部材の動作中では表示素子１の全表示画素を透過状態にし、可動演出部材が停止しているときには、表示素子１の表示部においてカラー表示を行わせる。
【００７３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。実施例中、「部」は重量部を意味する。
【００７４】
〔例１〕
シアノ系ネマチック液晶（メルク社製ＢＬ−００６，誘電率異方性は正）９５部，図３の（ｃ）に示される未硬化の硬化性化合物を５部，ベンゾインイソプロピルエーテル０．１５部をブレンドし、カイラル剤（メルク社製Ｓ−８１１とメルク社製Ｃ１５の重量比１：１の混合物）２．５部を溶解した混合組成物を調整した。
【００７５】
そして、透明電極１０２，１０７上に形成したポリイミド薄膜を一方向にラビングした一対の基板１０１，１０８を、ラビング方向が平行になるように対向させ、直径が１３μｍの樹脂ビーズを微量散布し、四辺に幅約１ｍｍで印刷した透明なエポキシ樹脂により貼り合わせて作製したセル中に上記混合組成物を注入した。このようにして形成された電気光学セルを２５℃に保持した状態で、主波長が約３６５ｎｍのＨｇＸｅランプにより、上側より３ｍＷ／ｃｍ２、下側より同じく約３ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を３分間照射して表示素子１を得た。
【００７６】
図３の（ｃ）の化合物は、式（１）でＡ１，Ａ２がアクリロイル基で、Ｒ１，Ｒ２がプロピレン基で、Ｚのメソゲン構造部が４，４’−ビフェニレン基で、ｎ，ｍがともに１である場合に相当する。
【００７７】
このようにして作製された表示素子１に矩形波５０Ｈｚ、５０Ｖｒｍｓの電圧を１０分印加した後電圧を消去する操作を１０回繰り返した。その後、５３０ｎｍを中心波長とした半値幅約２０ｎｍの測定光源を用いた透過率測定系（光学系のＦ値１１．５）で透過率を測定したところ、電圧を印加しない状態で８０％であり、この値を５０Ｖｒｍｓ印加した時の透過率で割ったコントラストの値は２８であった。
【００７８】
照明２として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種のＬＥＤ光源を用いた。光源と表示素子の駆動信号の関係は図７を用いた。フレーム周波数を６０Ｈｚ、ＯＦＦ期間を２ｍｓｅｃとした。
【００７９】
そして、図４に示すような車用のインスツルメントパネル５の前面に表示素子１を配置し、表示素子１とインスツルメントパネル５の間の上部に照明２を配置した。照明２の設置位置を、表示素子１の中心から延びる法線に対して約４５度傾いた位置とした。そして、図５に示す様なパターンを表示素子１に表示させた。すなわち、上部の表示部７を緊急メッセージなどのドット表示可能な表示部とし、左下部の表示部８を速度表示の表示部、右下部の表示部９を方向指示等の表示部とした。
【００８０】
フィールドシーケンシャルカラー方式を用いることにより、各場所で所望の発色を同時に得ることが可能である。例えば、上部の表示部７に赤表示、左下部の表示部８に緑表示、右下部の表示部９に青表示させるようにした。表示内容によって色を変えることも可能であった。色を変えることにより注意喚起能力が向上した。また、表示としての斬新性もあり、楽しい表示を得ることができた。さらに、透明部からは、背景にあるインスツルメントパネル５の表示を見ることができ、立体的な表示が実現できた。
【００８１】
また、表示として、車速情報、各種の警報、車間距離情報、水温計や距離計等の情報を色別によって表示することができ、矢印表示などによる簡易的なナビゲーションも表示することができた。
【００８２】
〔例２〕
図２に示す模式的断面図を持つ表示素子１を次のように作製した。まず、誘電率異方性が負であるネマチック液晶（チッソ社製ＡＧ−１０１６ＸＸ）を８０部、図３の（ａ）に示される硬化性化合物を２０部、ベンゾインイソプロピルエーテルを０．２部混合し、混合組成物を調製した。
【００８３】
次いで、透明電極１０２，１０７の上に垂直配向用ポリイミド膜（ＪＳＲ社製ＪＡＬＳ−６８２−Ｒ３）を形成した、長さ２００ｍｍ，幅２００ｍｍ，厚さ１．１ｍｍの一対のガラス製の基板１０１，１０８を、ポリイミド薄膜が対向するようにして設置し、その間隙に微量の直径６μｍの樹脂ビーズを配してから、基板１０１，１０８の四辺に約１ｍｍ幅のエポキシ樹脂層を印刷により設け、これを張り合わせて硬化し、表示素子１の周辺部が透明の樹脂のシール層１０５でシールされる状態にした。シール層１０５の一部を解放しておき、シール層１０５の硬化後、このようにして形成されたセル中に上記混合組成物を注入して電気光学セルを得て、その後シール層１０５の解放部を透明なエポキシ樹脂で封止し、硬化して、図２に示すシール層１０５を完成させた。次に、垂直配向用ポリイミド膜の働きで液晶分子が基板面に垂直方向に配向性を示すような状態に保ったまま硬化性化合物を硬化し、複合体層１０４を形成した。
【００８４】
具体的には、注入された混合組成物を４０℃に保持した状態で、主波長が約３６５ｎｍのＨｇ−Ｘｅランプにより、上側より約２．５ｍＷ／ｃｍ２、下側より同じく約２．５ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１０分間照射し、表示素子１を得た。
【００８５】
電気光学素子の複合体層１０４の透過光線散乱状態の立ち上がり時間は約１．５ｍｓで、立ち下がり時間は約２ｍｓであった。
【００８６】
配置や表示例等を例１と同様にし、同様な結果が得られた。
【００８７】
〔例３〕
例２と同様にして作成した２枚の表示素子１を空間をあけて積層して表示に用いた。例えば、後方の表示素子がＥＭＥＲＧＥＮＣＹのメッセージ表示を行って前方の表示素子は何ら表示をしていない状態と、前方の表示素子がＥＭＥＲＧＥＮＣＹのメッセージ表示を行って後方の表示素子は何ら表示をしていない状態とを繰り返すことにより、空間的にＥＭＥＲＧＥＮＣＹのメッセージ表示が前後に移動したように見えた。
【００８８】
［例４］
表示素子１を例２と同様に作成したが、ギャップ制御用の樹脂ビーズに代えて、上下の基板１０１，１０８を接着可能な接着型スペーサを用いた。透明電極１０２，１０７に垂直配向膜ポリイミド膜を形成した基板１０１，１０８に、接着型スペーサ液を塗布し、フォトリソ法を用いてパターニングした。３００μｍ×３００μｍ間隔で２０μｍ×２０μｍのサイズで高さ６μｍの柱状のスペーサを作成した。その後は、例２と同様な工程を用いたが、最後に熱処理により上下の基板１０１，１０８を接着させた。これにより電圧無印加時の透明性が衝撃等により劣化する現象が、大幅に減少した。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の画像表示装置によれば、表示素子の任意の部分に、２色以上の発色を同時にさせることができて、非表示部はガラスの様に透明で背景を見ることが可能な表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置を示す模式的外観図。
【図２】本発明の表示素子を示す模式的断面図。
【図３】表示素子に用いることのできる硬化性化合物を例示する図。
【図４】本発明の画像表示装置の適用例を示す模式的断面図。
【図５】本発明に係る画像表示装置の表示の一例を示す模式図。
【図６】本発明に係る画像表示装置の表示素子の駆動と照明との関係を示す模式図。
【図７】本発明に係る画像表示装置の表示素子の駆動と照明との関係を示す模式図。
【図８】本発明に係る画像表示装置の表示素子の駆動と照明との関係を示す模式図。
【図９】本発明に係る画像表示装置の表示素子の駆動と照明との関係を示す模式図。
【図１０】表示素子を駆動する駆動回路の一構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１表示素子
２照明
３観察者
４背景
５インスツルメントパネル
６ハンドル
７，８、９表示例
１０画像表示装置
１０１，１０８ガラス基板
１０２，１０７透明電極
１０３，１０６配向膜
１０４複合体層
１０５シール層
２０１タイミング制御回路
２０２電圧生成回路
２０３行電極駆動回路
２０４列電極駆動回路

Claims

観察者が、表示素子の透明部を介して、表示素子の一面である観察面の側から表示素子の背景を視認可能な画像表示装置であって、
前記表示素子は、光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶層が透明な一対の電極付き基板間に挟持された構成であり、
２以上の光源色を発し、光源色によって前記表示素子を照明する光源が設けられ、
前記光源は、表示素子の非観察面の外側であって表示素子の中心から延びる法線に対して観察面の側から直接視認できない程度に傾いた角度の位置に配置され、光源色を順次発色し、各光源色の点灯の周波数が４０Ｈｚ以上であり、一または複数の光源色の前記表示素子への照明に連動して、前記表示素子の表示面の少なくとも一部を光散乱状態にせしめ、前記一または複数の光源色に応じた表示色を得る画像表示装置。
表示素子が、電圧無印加時に光を透過し、電圧印加時に光を散乱する動作モードを有する請求項１に記載の画像表示装置。
光源が、赤色、青色、緑色を単独に発色可能である請求項１または２に記載の画像表示装置。
表示色が８色以上である請求項１、２または３に記載の画像表示装置。
異なる表示タイミングにおいて、表示色が単色である場合と、表示色がマルチカラーである場合とを含む請求項１、２、３または４に記載の画像表示装置。
自動車の速度表示に用いられてなる請求項１、２、３、４または５に記載の画像表示装置。
アラーム表示に赤色が用いられてなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
ゲーム機器の表示装置として用いられてなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
光源が、表示素子の非観察面の外側であって表示素子の中心から延びる法線に対して４５〜６０°傾いた角度の位置に配置された請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
電圧無印加時の表示素子の透過率が８０％以上である請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
一の光源色の発光から他の光源色の発光に切り替えられる際に、表示素子を光散乱状態にするための散乱信号にＯＦＦ期間が設けられてなる請求項１〜１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。