JP4917377B2 - ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ装置に関し、特に、入力映像信号により輝度変調可能な光源システムとそのR,G,B出力光を所定の水平走査ラインを構成する画素に出力し、線順次走査により画像を表示するディスプレイ装置に関する。

入力映像信号により輝度変調可能な光源システムからのR,G,Bの出力光を所定の水平走査ラインを構成する画素に出力し、線順次走査により画像を表示するディスプレイ装置が存在する。このタイプのディスプレイ装置においては、従来は、バックライトの光を偏光させ、ＴＦＴＬＣＤのシャッター効果を利用し、ＬＣＤの液晶層を透過する光の強度を制御することにより画像表示を行っていた。

図１３はこのようなＴＦＴ（薄膜トランジスタ）−ＬＣＤディスプレイ装置の一構成例を示す図である。図１３に示すように、一般的にＴＦＴ−ＬＣＤ５００の構成例としては、利用者が見る側から、順番に、偏光板５２７、表面基板５２５、液晶共通電極５２３、カラーフィルタ５２１、配向膜５１７、TN液晶（ＴＦＴ５１１付）５１５、 配向膜５１７、画素電極５０７、背面基板５０５、偏光板５０３、及び導光板付バックライトユニット５０１と、を有している。尚、ＴＦＴ−ＬＣＤ５００の技術的な説明に関しては、周知であり、例えば、映像メディア学会編「液晶ディスプレイ」（非特許文献１）等多くの文献に掲載されているため、説明を省略する。

映像メディア学会編「液晶ディスプレイ」、１９８５年発行、ｐ.157〜ｐ.171

また、従来、ＬＣＤの両面表示技術例としては、バックライト付きＬＣＤユニットを単純に２台を張り合わせただけの構成、２枚のＬＣＤパネルによりバックライトユニットを挟んだ構成、等が知られている。ＬＣＤパネルとバックライトとの組合せによる画像表示技術は、ＬＣＤが受発光型であることからくる必然の手法であり、ＬＣＤが開発されて以来、数十年間を経た現在においても不変であることは周知である。

図１３に示すＴＦＴ−ＬＣＤ５００は、複雑な構造を有しているため、全光線透過率が約４％程度であり、光の利用効率が低いという問題がある。例えば、図１３に示す構成部品別の光線透過率の概略値以下の通りで、トータルの光線透過率は約4％である。
１）バックライトから偏光板前まで：0.8
２）偏光板：0.4
３）ＴＦＴ液晶（基板２枚透過率＊配向膜＊液晶材料＊開口率）：0.4
４）カラーフィルタ：0.3
５）偏光変換フィルム：1.3
６）その他の光学フィルム：0.9

すなわち、入射バックライト光の約９６％がＬＣＤ内の途中で迷光して熱に変換され、消滅していることになる。上記部品の透過率は材料特性に基づくため、大幅な透過率の向上を図ることは難しい。
また、ＬＣＤの画像表示は、上記構成を必然的なものとしていたため、１枚のパネルで両面表示させることは困難であった。

本発明は、ＬＣＤシステムの光線透過率向上を目的とする。また、本発明は、１枚のパネルで画像を両面に表示させる技術を提供することも目的とする。

本発明に係るディスプレイ装置は、その基本原理として、光透過散乱型液晶の入射光の偏光特性と液晶の電気光学的偏光特性との関係を活用し、これら２つの基本原理を融合させることにより、従来にない機能と効果とを創成したものである。本発明のディスプレイ装置は、この原理に基づき提案するものである。

すなわち、本第一発明のディスプレイの構造は、図１Ａに示すように入力映像信号による輝度変調が可能な水平走査ライン方向の１ライン分の全画素を再生するための光源システム２０２と、該光源システム内でp又はs偏光に変換した光２０４を出力する機構と、水平走査ライン方向の１ライン分の全画素を再生するための前記光源システムの出力光を利用者が見る側に表示、非表示させる機能且つ、前記光源システムの出力光を線順次走査させる機能を備えた装置２０１及び前記機能を動作させる駆動回路（図示なし）と、を有して構成される。光源システムの出力光を線順次走査させるための機構としては、例えば、光透過散乱型液晶の電気光学特性を活用し液晶層内を移動させる機構と、その移動を表示と関連付けて行わせる駆動制御回路とを設ければ良い。

イ).前記光源システムの出力光がｓ偏光の場合、前記２組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に平行に配置した１組（対）の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配向するので、前記光源システムの出力光は前記電極間を透過する。

ロ).前記光源システムの出力光がｐ偏光の場合、前記２組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に平行に配置した１組の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配向する。従って、前記光源システムの出力光が前記画素入射面で反射するため、次の水平走査ライン方向の画素に向かう光リークを抑制することができる。

ハ).前記光源システムの出力光がｐ偏光の場合に、前記２組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配置した1組の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に対して平行に配向する。従って、前記光源システムの出力光が前記電極間を透過する。

二).前記光源システムの出力光がｓ偏光の場合に、前記２組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配置した1組の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に対して平行に配向する。
従って、前記光源システムの出力光が前記画素入射面で反射し、次の水平走査ライン方向の画素にリークすることはない。

上記基本原理に基づき図６を参照して説明すると、１水平走査ライン方向に配置された全画素分の前記光源システムの出力光が、水平走査ライン１〜ｎ毎に沿って配置された各画素列を垂直走査方向に線順次走査（時間Ｔ1〜Ｔ3・・・・）により出力され、一画面を形成する。利用者は順次表示されるこの出力光をＲ,Ｇ,Ｂ画素の表示光として認知することができる。

また、本第二発明のディスプレイの構造は、図１４に示す様に入力映像信号による輝度変調が可能な水平走査ライン方向の１ライン分の全画素を再生するための光源システム８０２と、該光源システム内でp又はs偏光に変換した光８０４を出力する機構と、水平走査ライン方向の１ライン分の全画素を再生するための前記光源システムの出力光を利用者が見る側に表示,非表示させる機能且つ、前記光源システムの出力光を線順次走査させる機能を備えた装置８０１及び線順次走査させる機能を動作させる駆動回路（図示なし）と、を有して構成される。

ホ).前記光源システムの出力光がｓ偏光の場合、前記４組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に平行に配置した１組（対）の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配向するので、前記光源システムの出力光は前記電極間を透過する。

へ).前記光源システムの出力光がｐ偏光の場合、前記４組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に平行に配置した１組の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配向する。従って、前記光源システムの出力光が前記画素入射面で反射するため、次の水平走査ライン方向の画素に向かう光リークを抑制することができる。

ト).前記光源システムの出力光がｐ偏光の場合に、前記４組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配置した1組の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に対して平行に配向する。従って、前記光源システムの出力光が前記電極間を透過する。

チ).前記光源システムの出力光がｓ偏光の場合に、前記４組の対向電極のうち、前記光透過散乱型LCD基板面に垂直に配置した1組の対向電極に電圧を印加すると、前記光透過散乱型LCDの偏光軸を前記光透過散乱型LCD基板面に対して平行に配向する。従って、前記光源システムの出力光が前記画素入射面で反射し、次の水平走査ライン方向の画素にリークすることはない。

上記基本原理に基づき図１５を参照して説明すると、１水平走査ライン方向に配置された全画素分の前記光源システムの出力光が、水平走査ライン１〜ｎ毎に沿って配置された各画素列を垂直走査方向に線順次走査（時間Ｔ1〜Ｔ３・・・・）により第一表示面と第二表示面に交互に出力され、それぞれ一画面を形成する。利用者は順次表示されるこの出力光をＲ,Ｇ,Ｂ画素の表示光として認知することができる。

本発明によるディスプレイ装置は、信号光源から散乱面（表示面）までの経路において主な光学系材料は液晶のみとなるため、光線透過率が向上するという利点がある。また、信号光源に所定の波長を発光する光源を用いるため、カラーフィルタが不要となる。

黒レベルは、信号光源の発光を０にすれば実現できるため、理論的にはコントラスト比を無限大にすることが可能である。

本ディスプレイ装置は、原理的には自発光型であり、ＴＦＴ−ＬＣＤのようにバックライト輝度によりコントラスト比が制限されることがなく、かつ、信号光源がＲＧＢ画素単位に独立して対応しているため、ＣＲＴなどと同様な速度輝度変調が可能である。

従って、隣接画素の各々のコントラスト比を自由に設定できるという利点がある。隣接画素間のコントラスト比がＴＦＴ−ＬＣＤより大幅に向上する。

非常に薄い表示パネルを実現することができる。バックライトが不要のため、表示構造物としては光透過散乱型液晶パネル厚(約２〜３ｍｍ)程度で実現可能であるという利点がある。

また、色再現性が良好であるという利点がある。信号光源が画素単位に独立しているため、ＲＧＢ各色の色度座標値設定の自由度が高い。例えば、ＮＴＳＣ，ＨＤＴＶ等の色再現性が忠実に再生できる。

また、信号光源が画素単位に独立して対応しているため、将来ディスプレイの進化の過程でＲＧＢ以外のＣ(シアン),Ｍ（マゼンタ）,Ｙ（イエロー）等を加えた多原色ディスプレイを実現することができる。

また、基板材が黒色で外光反射が少ないため、明室でも高コントラスト表示が可能なディスプレイが実現できる。

また、本発明によるディスプレイ装置は、１枚の表示パネルを用いて、両面に表示させることができるという利点がある。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１の実施の形態によるディスプレイ装置について説明を行う。尚、偏光に関しては、入射面に対する電界の振動方向で定義する。振動方向が平行の場合はp偏光、垂直の場合はs偏光とする。

図１Ｂは、本実施の形態によるディスプレイ装置に含まれる光透過散乱型パネルの一構成例を示す図であり、平面図と左側断面図とを示している。図３は、本実施の形態による光透過散乱型液晶を用いて図１Ｂの画素18R,19R,20Rの表示をするための各電極の位置関係を透視図で示した図である。

図１Ｂ及び図３に示すように、本実施の形態によるディスプレイ装置に含まれる光透過散乱型パネル１００は、表面基板1と、表面基板１とある間隔を開けて対向配置される背面基板5aと、表面基板１と背面基板5aとの間に設けられる封止材109と、により画定される空間内に光透過散乱型液晶を注入し収容した光透過散乱型LCDパネル100と、封止材109を貫通する開口部１０９ａと、開口部１０９ａに対して信号光を入射できる位置に水平画素数分だけ配置された信号光源1A,2A,3A,・・・pAと、を有している。

まず、光透過散乱型LCDパネル100の構造について説明する。図１Ｂは、本実施の形態によるディスプレイ装置の構成を簡単化して示すために、水平走査ライン１から３までの計３画素で形成されている光透過散乱型LCDパネル100の構造例を簡略化して示した図である。利用者は、ディスプレイ装置として、平面図（右図）の上面からパネルを見ることになる。図１Ｂは、それぞれ利用者が見る側、パネル側面側から見た透視詳細図であり、順次構成要素について説明する。

（１）表面基板1：表面基板1の内面（背面基板5aと対向する側の面）には帯状のITO透明電極8,10,12,…が蒸着法により形成されている。各ITO電極8,10,12,…は、その水平方向の境目の重なり領域には絶縁体200が設けられ、この絶縁体200を介して所定の幅で重なってITO透明電極8,10,12,…を独立にしている。垂直駆動回路(図示せず)によりITO透明電極8,10,12,…に順次電圧を印加することで垂直方向（図の列方向）に線順次走査させることができるように構成されている。

（２）背面基板5a：基板材が黒色であり、内面は側面電極7,9,11を支持する壁6が複数本配置されている。側面電極7,9,11は、表面基板1と背面基板5aとの間に側壁のように配置されており、実質的に列方向において液晶セル領域を画定するとともに、対向する電極対を構成しており、この電極対を構成する電極間に電圧を印加して光透過散乱型液晶セル内の液晶の配向を変化させることができるようになっている。側面電極7,9,11と水平走査用駆動回路を含む配線回路部17とは、スルーホール13〜15により接続されている。加えて、基板5aの内面には光透過散乱型液晶用共通電極(以降、「共通電極」と称する。)16が面状に配置されており、所定の電圧を印加できる電源部(図示なし)に接続されている。

尚、offを囲む矩形表示は、液晶が散乱状態にあり、入力光（ｓ偏光）が画素表面で拡散することを示している。

表１に、水平走査ライン1、2、3の画素18R、19R、20Rを表示するための各電極の電圧印加状態（on/off）を示している。本実施の形態によるディスプレイ装置においては、電極８、１０、１２と、光透過散乱型液晶共通電極１６間に電圧を印加することにより、液晶を基板面に垂直に配向させることができる。電極７、９、１１のそれぞれの対向する電極間に電圧を印加することにより、液晶を基板面に平行に配向させることができる。表１において、ｏｆｆ/ｏｆｆを囲んだ矩形の表示は、例えば７−７とは、側面電極７と７との間に印加する電圧がｏｆｆであり、かつ、電極８と１６とに印加する電圧もｏｆｆである場合を示しており、後述するように、光透過散乱型液晶が散乱状態にあり、入射光（ｓ偏光）が画素表面で拡散することを示している。
尚、背面基板材を黒色を例に説明したが、基板１の内面を黒色処理してもよい。

次に、信号光源の構造について説明する。図２は、本実施の形態によるディスプレイ装置に用いられる光源システムの構成例を示す図である。図２は、本実施の形態による光源システムのうち、例としてR（赤）色を出力する信号光源1Aの構成例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態によるディスプレイ装置に用いられる光源システムの信号光源1A（点線で囲まれた領域）は映像信号に応じた輝度変調可能な光源101Ｒと、第１集光レンズ102と、直方体状のグラスロッド103（長手方向の4面をミラー蒸着してもよい）と、第２集光レンズ104に偏光変換フィルム105と1/2波長板110を貼合した構成体と、を有している。信号光源1Aの出力（以降、「信号光108A」と称する。）はＲ色を発光し、図１に示す垂直走査方向１列の画素18Ｒ,19Ｒ,20Ｒ,…の表示に用いられる。同様に、図１の信号光2AはＧ（緑）色を発光し、画素18Ｇ,19Ｇ,20Ｇ,…の表示に使用され、信号光3AはＢ（青）色を発光し画素18Ｂ,19Ｂ,20Ｂ,…の表示に使用され、画素18Ｒ,18Ｇ,18Ｂ及び19Ｒ,19Ｇ,19Ｂ及び20Ｒ,20Ｇ,20Ｂにより、それぞれ１画素(白表示)ずつ計３画素が形成される。光透過散乱型LCDパネル100の上部には信号光源1A,2A,3Aを1組とし、所定の水平走査方向の画素数に相当する組数が配置されている。

次に、本実施の形態によるディスプレイ装置の動作について説明する。本発明に係るディスプレイ装置は、光透過散乱型液晶の配向状態(散乱、透過、反射)における電気光学的特性を利用し、上記各電極により挟まれた光透過散乱型液晶を含んで構成される画素を表示/非表示に制御する。

（１）基本原理：図２に示す信号光108Aがｓ偏光であり、光透過散乱型LCDパネル100に入射した場合を例にして本実施の形態によるディスプレイ装置の動作に関する基本原理について図４を参照しつつ説明する。各画素の動作説明に際し、図４には、例として画素18Rを形成する光透過散乱型液晶の散乱、透過、反射動作時のそれぞれの配向状態〔それぞれモード(1),(2),(3)と称する。〕を左側断面図と平面図とにより示した図である。

まず、モード（１）、すなわち、配向状態が散乱の場合について説明する。
1).左側断面図において、帯状電極8と共通電極16との間の電圧Ｅ１をoffにし、
2).平面図において、側面電極7間の電圧Ｅ２もoffにした場合は、
光透過散乱型液晶21の偏光軸の向きはランダム配向する（表１も参照のこと）。従って、光透過散乱型液晶21は散乱状態になり、信号光108Aは光透過散乱型液晶21の層内を経て帯状電極8の面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光30として観察することができる。

次に、モード（２）、すなわち配向状態が透過の場合について説明する。
1). 左側断面図において、帯状電極8と共通電極16との間の電圧Ｅ１がonであり、
2).平面図において、側面電極7間の電圧Ｅ２がoffである場合は、光透過散乱型液晶24の偏光軸は光透過散乱型LCDパネル100面に垂直に配向する。

従って、信号光108A（ｓ偏光）は光透過散乱型液晶24の偏光軸の向きと直交し、光透過散乱型液晶24を透過する。利用者には、表示光として観察されず非表示状態と認知され、基板材の黒色が透過により観測される。

次に、モード（３）、すなわち反射の場合について説明する。
1).左側断面図において、帯状電極8と共通電極16との間の電圧Ｅ１はoffであり、
2).平面図において、側面電極7間の電圧Ｅ２がonの場合は、光透過散乱型液晶22の偏光軸の向きは光透過散乱型LCDパネル100の面に平行になる。
従って、信号光108Aは光透過散乱型液晶22の偏光軸と平行になり、光透過散乱型液晶22の入射面で反射する。

利用者は表示光として観測できず非表示状態と認知する。
但し、上記で説明した光透過散乱型液晶21,22,24は、同一液晶ドロップの電圧on/offによる配向状態それぞれ（散乱、透過、反射）を示し、説明の便宜上、符号を付して区別した。

次に、画素の表示動作について説明する。尚、表１は、図４に示す基本原理に基づき、画素18Ｒ,19Ｒ,20Ｒを形成するための各側面電極及び各帯状電極と共通電極16との間の電圧印加状態を示したものである。

図５は、信号光108Aが光透過散乱型LCDパネル内の各電極で囲まれる画素内の光透過散乱型LCDの透過、散乱、反射状態により所定の画素を表示/非表示に制御される様子を示す図であり、水平走査時の時間を時間の経過に従ってｔ1,ｔ2,ｔ3とした場合のそれぞれの時間における光透過散乱型LCDパネル100内部の液晶配向状態を側面電極側から透視して観察した場合の模式的な図である。

以下、水平走査ライン1〜3の垂直走査方向の各画素18Ｒ,19Ｒ,20Ｒの表示/非表示について説明する。

（１）水平走査ライン1の画素18Ｒを表示する場合（時間ｔ1）：図３において、
1).側面電極7間の電圧がoffであり、
2).帯状電極8及び10及び12と共通電極16との間の電圧がoffであり、
3).側面電極9間,11間の電圧がonである場合に、
図４を参照しつつ図５に示すように、
a).画素18Ｒの状態は、側面電極7間及び帯状電極8と共通電極16との間に挟まれ画素18Ｒを形成する光透過散乱型液晶21Aの動作はモード(1)である。図5に示すように、信号光108Aに対し画素18Ｒが散乱状態になり、信号光108Aは光透過散乱型液晶21Aの層内を経て帯状電極8の面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光30Aとして認知する。
b).画素19Ｒ,20Ｒの状態は、側面電極9間及び帯状電極10と共通電極16との間で挟まれる画素19Rを形成する光透過散乱型液晶22Aと側面電極11間及び帯状電極12と共通電極16との間で挟まれる画素20Rを形成する光透過散乱型液晶23Aの動作はモード(3)であり、
図５に示すように、信号光108Aに対し画素19Ｒ,20Rは反射状態になるため、画素18Ｒと19Ｒとの界面で散乱する信号光108Aは画素19Ｒ,20Ｒに漏れることはない。

（２）水平走査ライン2の画素19Ｒを表示する場合（時間ｔ2）：図３において、
1).側面電極7間の電圧がoff、
2).帯状電極8と共通電極16間の電圧がon
3).側面電極9間の電圧がoff、
4).帯状電極10及び12と共通電極16との間の電圧がoff、
5).側面電極11間の電圧がon
図４を参照しつつ図５に示すように、
a).画素18Ｒの状態は、側面電極7間及び帯状電極8と共通電極16と間で挟まれる画素18Ｒを形成する光透過散乱型液晶24Aの動作はモード(2)であり、図５に示すように信号光108Aに対し画素18Ｒは透過状態になる。
b).画素19Ｒの状態は、側面電極9間及び帯状電極10と共通電極16との間で挟まれる画素19Rを形成する光透過散乱型液晶25Aの動作はモード(1)であり、図５に示すように信号光108Aに対し画素19Ｒが散乱状態になり、信号光108Aは光透過散乱型液晶25Aの層内を経て帯状電極10の面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光31Aとして認知する。
ｃ)画素20Ｒの状態は、側面電極11間及び帯状電極12と共通電極16との間で挟まれる画素20Rを形成する光透過散乱型液晶26Aの動作はモード(3)であり、図５に示す様に信号光108Aに対し画素20Rは反射状態になり、画素19Ｒと画素20Ｒとの界面で散乱する信号光108Aは画素20Ｒに漏れることはない。

（３）水平走査ライン3の画素20Ｒを表示する場合（時間ｔ3）は、図３において、
1).側面電極7,9,11それぞれの電極間の電圧がoff、
2).帯状電極8及び10と共通電極16間との電圧がon、
3).帯状電極12と共通電極16間の電圧がoffの時、
図４を参照しつつ図５に示すように、
a).画素18Ｒの状態は、側面電極7間及び帯状電極8と共通電極16との間で挟まれる画素18Ｒを形成する光透過散乱型液晶27Aの動作はモード(2)であり、図５に示すように信号光108Aに対し画素18Ｒは透過状態になる。
b).画素19Ｒの状態は、側面電極9間及び帯状電極10と共通電極16間で挟まれる画素19Rを形成する光透過散乱型液晶28Aの動作はモード(2)で、図５に示すように信号光108Aに対し画素19Ｒも透過状態になる。
c).画素20Ｒの状態は、側面電極11間及び帯状電極12と共通電極16との間で挟まれる画素20Rを形成する光透過散乱型液晶29Aの動作はモード(1)であり、
図５に示すように、信号光108Aは光透過散乱型液晶29Aの層内を経て帯状電極12の面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光32Aとして認知する。

この場合も同様に、信号光108Aが画素20Ｒの垂直走査方向の次の画素に漏れることはない。このように、時間ｔ１においては、水平走査ライン１が走査され表示が行われる。時間ｔ２においては、水平走査ライン１の次の水平走査ライン２が走査され表示される。時間ｔ３においては、水平走査ライン２の次の水平走査ライン３が走査され表示される。

以上に説明したように、図1に示す信号光1A,2A,3A,・・・ｐAが、図６に示すように、水平走査ライン1〜nに沿って配置された各画素列を垂直走査方向に線順次走査することで順次表示光となる。かかる走査を行うことによって一画面分の表示を行うことができる。

信号光源1A(ｓ偏光)の形成について説明する。
図２に示すように、映像信号強度に応じて輝度変調可能な光源101からの光は、光透過散乱型液晶パネルの動作モードに適合させるため、以下の過程でｓ偏光に変換される。光源101Rからの出射光106は、第1集光レンズ102を経てグラスロッド103の入射面に集光され、その出射光107は第２集光レンズ104で平行光化した後、偏光変換フィルム105に入射すると、ｓ偏光がｐ偏光に変換され、元来のｐ偏光と加算される。更に1/2波長板110によりｓ偏光に変換し、信号光108A(ｓ偏光)が形成される。

次に、本実施の形態によるディスプレイ装置における全光線透過率について主として図５を参照しつつ説明を行う。

（１）水平走査ライン1の画素表示の場合：図２に示す光源システムからの信号光108Aは、発光させる画素内の液晶層を通り、その出射面（図５中符号33A）で散乱し、利用者はこの散乱光を表示光３０Ａとして認知する。この場合、出力光から出射面（図５中符号33A）までの光路は、光透過散乱型液晶（透過率0.95）のみであるから、光線透過率は0.95である。

（２）水平走査ライン２の画素表示の場合：図２に示す光源システムからの信号光108Aは、発光させる画素内の液晶層を通り、その出射面（図５中符号34A）で散乱し、利用者はこの散乱光を表示光３１Ａとして認知する。この場合、出力光から出射面（図５中符号34A）までの光路は、光透過散乱型液晶（透過率0.95）のみである。

（３）水平走査ライン３の画素表示の場合：図２に示す光源システムからの信号光108Aは、発光させる画素内の液晶層を通り、その出射面（図５中符号35A）で散乱し、利用者はこの散乱光を表示光３２Ａとして認知する。この場合、出力光から出射面（図５中符号35A）までの光路は、光透過散乱型液晶（透過率0.95）のみである。

前記の様に、任意の水平走査ラインｍ上の画素表示の場合：図２に示す光源システムの信号光108Aは画素18R,19R,20R,…水平走査ラインｍ−１上のＲ画素を透過する。その光は、発光させる水平走査ラインｍ上の画素内の液晶層を通り、その画素の出射面（図示せず）で散乱し、利用者はこの散乱光を表示光（図示せず）として認知する。以上のように、出力光から出射面（図示せず）までの光路は、
１）目的発光画素までの途中で透過する各画素内の光透過散乱型液晶（ｓ偏光）の透過率が0.98である。
２）光透過散乱型液晶の透過率は0.95であるから、全光線透過率は約0.96であり、図１３に示す従来のＴＦＴ液晶のディスプレイ装置の約20倍以上になる。

以上に説明したように、本実施の形態によるディスプレイ装置では、信号光源から散乱面（表示面）までの経路における主な光学系材料は液晶のみとすることができ、透過率としてその他の部材の影響を受けないように構成することにより、光の透過率がＴＦＴ液晶の例えば20倍以上になるという優れた効果を発揮する。従って、明るい表示が可能になるという利点がある。

次に、本発明の第２の実施の形態によるディスプレイ装置について図面を参照しつつ説明を行う。まず、本実施の形態によるディスプレイ装置の構造について説明する。図７は、本実施の形態によるディスプレイ装置の一構成例を示す図である。図７に示すように、本実施の形態によるディスプレイ装置の全体の構成例は、表面基板1と背面基板5bと封止材109間に光透過散乱型液晶を注入した光透過散乱型LCDパネル300と封止材109を貫通する開口部から信号光を導入できる位置に水平画素数分だけ配置された信号光源１Ｂ,２Ｂ,３Ｂ,…，ｐＢとを有している。

まず、光透過散乱型LCDパネル300の構造について説明する。図７は、図１に示す図に対応し、水平走査ライン１から３までの３画素を形成する光透過散乱型LCDパネル300の構造を示す側面図及び平面図である。利用者はディスプレイとして図７に示す平面図の上面からパネルを見ることである。それぞれ利用者が見る側、パネル側面側から見た透視詳細図であり、順次構成に基づいて説明する。

まず、表面基板1は、その内面は水平方向に延在する帯状の透明なITO電極43,44,45,…が形成されている。このITO電極43,44,45,…は、図示しない公知の垂直駆動回路に接続されており、垂直方向（列方向）に画素を線順次走査させることができるように構成されている。

また、背面基板5bは、基板材が遮光性（黒色）であり、その内面は後述する側面電極40,41,42を支持する壁6が例えば複数本配置されている。上記、側面電極40,41,42は、水平走査用駆動回路を含む配線回路部17とスルーホール13,14,15により接続されている。さらに、背面基板5bの内面には光透過散乱型液晶用共通電極(以下、「共通電極」と称する。)16が面状に配置されている。この、共通電極16は、これに対して所定の電圧を印加できる電源(図示しない)に接続されている。

まず、信号光源108B(ｐ偏光)の形成について説明する。図８に示すように、映像信号強度に応じて輝度変調可能な光源101の光は第２の実施の形態による光透過散乱型液晶パネル300の動作モードに適合させるため、以下の過程でｐ偏光に変換する。光源101Rの出射光106は、第1集光レンズ102を経てグラスロッド103の入射面に集光させ、その出射光107は第２集光レンズ104で平行光とした後に、偏光変換フィルム105に入射させることにより、ｓ偏光分がｐ偏光に変換され、元来のｐ偏光と加算される。この様にして信号光108Ｂ(ｐ偏光)が形成される。

図９は、光透過散乱型液晶を用いて図７に示す画素18R,19R,20Rの表示を行うための各電極の位置関係を示す透視斜視図である。

尚、offを囲む矩形の表示は、液晶が散乱状態にあり、入力光（ｐ偏光）が画素表面で拡散することを示している。

表２は、水平走査ライン1,2,3の画素18R,19R,20Rを表示するための各電極の電圧印加状態を示す表である。尚、上記の例では、背面基板材を黒色としたが、基板の内面を黒色処理してもよい。

図９と図３とを比較するとわかるように、第１の実施の形態では、隣接する側壁電極7,9,11のそれぞれの間には、所定の間隔が設けられ、帯状電極8,10,12は互いに所定の重なり領域を有しているが、第2の実施の形態では、側壁電極40,41,42が互いに所定の重なり領域を有し、帯状電極43,44,45は、所定の間隔を設けてある点で異なる。

次に、信号光源の構造例について説明する。図８はR色を出力する信号光源1Bの構成例を示す図である、図２に対応する図である。図２と同様の部材については同じ符号を付している。図８に示すように、本実施の形態によるディスプレイ装置に用いられる信号光源1Bは、映像信号に応じて輝度を変調することができる光源101Ｒと、第１集光レンズ102と、直方体状のグラスロッド103（長手方向の４面をミラー蒸着してもよい）、第２集光レンズ104に対して偏光変換フィルム105を貼合した構成物と、を有している。

信号光源1Ｂの出力（以降、「信号光108Ｂ」と称する。）はＲ色を発光し、図７に示す垂直走査方向1列の画素18Ｒ,19Ｒ,20Ｒ,…の表示に使用される。同様に、信号光2ＢはＧ色を発光し、画素18Ｇ,19Ｇ,20Ｇ,…の表示に使用され、信号光3Ｂは画素18Ｂ,19Ｂ,20Ｂ,…の表示に使用され、画素18Ｒ,18Ｇ,18Ｂ及び19Ｒ,19Ｇ,19Ｂ及び20Ｒ,20Ｇ,20Ｂでそれぞれ１画素(白表示)を形成する。以降、光透過散乱型LCDパネル300の上部には、信号光源1Ｂ,2Ｂ,3Ｂを１組とし、所定の水平走査方向の画素数に相当する組数の光源が配置されている。

本実施の形態によるディスプレイ装置は、光透過散乱型液晶の配向状態(散乱,透過,反射)における電気光学特性を活用し、上記各電極で挟まれる画素に関する表示/非表示に制御を行うものである。

まず、動作に関する基本原理について図１０も参照しつつ説明する。図１０は、本実施の形態によるディスプレイ装置の基本的な動作をわかりやすく示す図である。図１０に示すように、信号光108Bがｐ偏光であり、光透過散乱型LCDパネル300に入射する。

各画素の動作説明に際し、図１０には、例として画素を形成する光透過散乱型液晶の散乱、透過、反射動作時のそれぞれの配向状態〔それぞれ第１の実施の形態の場合と同様であるため同じモード(1),(2),(3)と表記する〕を左側断面図と平面図で表中に図示した。

以下、図１０を参照し各モードについて説明する。

モード（１）：散乱の場合は、
1). 左側断面図において、帯状電極４３と共通電極16と間の電圧はoffであり、
2).平面図において、対向する側面電極40間の電圧もoffである場合に、
図１０に示すように、光透過散乱型液晶２１の偏光軸の向きはランダム配向する。

従って、光透過散乱型液晶２１は散乱状態になり、信号光108Bは光透過散乱型液晶21の層内を経て帯状電極４３の面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光３０として認知する。

次いで、モード（2）：透過の場合は、
1).左側断面図において、帯状電極43と共通電極16との間の電圧Ｅ１がoffであり、
2).平面図において、対向する側面電極40間の電圧Ｅ２がon場合に、図１０に示す光透過散乱型液晶22の偏光軸は光透過散乱型LCDパネル300の面に水平に配向する。

従って、信号光108Bは光透過散乱型液晶22の偏光軸の向きと直交するので、光透過散乱型液晶22を透過し、利用者は表示光として見えず非表示状態と認知する。

次いで、モード（3）：反射の場合は、
1).左側断面図において、帯状電極43と共通電極16との間の電圧Ｅ１はonであり、
2).平面図において、側面電極40間の電圧Ｅ２がoffである場合に、
図１０に示す光透過散乱型液晶24の偏光軸の向きは光透過散乱型LCDパネル300の面に垂直になる。

従って、信号光108Bは光透過散乱型液晶24の偏光軸の方向と一致するため、
光透過散乱型液晶24の入射面で反射する。利用者は表示光として見えず非表示状態と認知する。

但し、前記説明の光透過散乱型液晶21,22,24は同一液晶ドロップの電圧on/offによる配向状態それぞれ（散乱,透過,反射）を示し、説明の便宜上、符号を付したものである。

次に、ディスプレイ装置の動作について画素の表示動作を中心に説明する。前述の表２は、本実施の形態による、図１０に示す本実施の形態によるディスプレイ装置の基本原理に基づき画素18Ｒ,19Ｒ,20Ｒを形成するための各側面電極及び各帯状電極と共通電極16との間の電圧印加状態を示したものである。

図１０は、本実施の形態による信号光108Bが光透過散乱型LCDパネル内の各電極で囲まれる画素内の光透過散乱型液晶の透過,散乱,反射状態により所定の画素を表示/非表示に制御される様子を示す図である。この際、水平走査時の時間ｔ1,ｔ2,ｔ3における光透過散乱型LCDパネル300内部の液晶配向状態を側面電極側から透視で見た模式図である。

以下、水平走査ライン１〜３の垂直走査方向の各画素18Ｒ,19Ｒ,20Ｒの表示/非表示について説明する。

(1)水平走査ライン1の画素18Ｒを表示する場合（時間ｔ1）：図９、図１１において、
1).側面電極４０間の電圧がoff、
2).帯状電極４３及び４４及び４５と共通電極16間の電圧がoff、
3).側面電極４１間、４２間の電圧がonの時、
図１０に示すように、
a).図９に示す画素18Ｒの状態は、側面電極４０間及び帯状電極４３と共通電極16と間として画定される画素18Ｒを形成する光透過散乱型液晶21Bの動作はモード(1)である。
図１０に示すように信号光108Bに対し画素18Ｒが散乱状態になり、 信号光108Bは光透過散乱型液晶21Bの層内を経て帯状電極43(図11中符号33B)面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光30Bとして認知する。
b).画素19Ｒ,20Ｒの状態は、側面電極４１間及び帯状電極４４と共通電極16との間で挟まれる画素19Rを形成する光透過散乱型液晶22Bと、側面電極４２間及び帯状電極４５と共通電極16とに間で挟まれる画素20Rを形成する光透過散乱型液晶23Bの動作はモード(3)であり、図１０に示す様に信号光108Bに対し画素19Ｒ,20Rは反射状態になるから画素18Ｒと19Ｒの界面で散乱する信号光108Bは画素19Ｒ,20Ｒに漏れることはない。

(2) 水平走査ライン2の画素19Ｒを表示する場合(時間ｔ2): 図9, 図11において、
1).側面電極４０間の電圧がoｎ、
2).帯状電極４３及び４４と共通電極16との間の電圧がoff、
3).側面電極４1間の電圧がoff、
4).帯状電極４５と共通電極16との間の電圧がon、
5).側面電極４２間の電圧がoffの時、
図１０に示すように、
a).画素18Ｒの状態は、側面電極４０間及び帯状電極４３と共通電極16との間とで挟まれる画素18Ｒを形成する光透過散乱型液晶24Bの動作はモード(2)であり、図１１に示すように信号光108Ｂに対し画素18Ｒが透過状態になる。
b).画素19Ｒの状態は、側面電極４１間及び帯状電極４４と共通電極16と間で挟まれる画素19Rを形成する光透過散乱型液晶25Bの動作はモード(1)であり、
図１１に示すように信号光108Bに対し画素19Ｒが散乱状態になり、信号光108Bは光透過散乱型液晶25Bの層内を経て帯状電極４４(図11中符号34B)の面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光31Bとして認知する。
ｃ).画素20Ｒの状態は、側面電極４２間及び帯状電極４５と共通電極16間で挟まれる画素20Rを形成する光透過散乱型液晶26Bの動作はモード(3)であり、図１１に示すように信号光108Bに対し画素20Rは反射状態になるから画素19Ｒと画素20Ｒの界面で散乱する信号光108Bは画素20Ｒに漏れることはない。

(3) 水平走査ライン3の画素20Ｒを表示する場合（時間ｔ3）：図９、図１１において、
1).側面電極４０、４１のそれぞれの対向する電極間の電圧がonであり、
2).帯状電極４３及び４４, ４５と共通電極16間の電圧がoffであり、
3).側面電極４２間がoffである時、
図１０に示すように、
a).画素18Ｒの状態は、側面電極４０間及び帯状電極４３と共通電極16間で挟まれる画素18Ｒを形成する光透過散乱型液晶27Bの動作は、モード(2)で、図１１に示すように信号光108Bに対し画素18Ｒが透過状態になる。
b).画素19Ｒの状態は、側面電極４１間及び帯状電極４４と共通電極16間で挟まれる画素19Rを形成する光透過散乱型液晶28Bの動作はモード(2)であり、図１１に示すように信号光108Bに対し画素19Ｒが透過状態になる。
c).画素20Ｒの状態は、側面電極４２間及び帯状電極４５と共通電極16間で挟まれる画素20Rを形成する光透過散乱型液晶29Bの動作はモード(1)であり、図１１に示すように信号光108Bは光透過散乱型液晶29Bの層内を経て帯状電極４５（図11中符号35B）の面で散乱する。利用者はこの散乱光を表示光32Bとして認知する。

尚、画素20Ｒの垂直走査方向の次の隣接画素の状態は、同様に画素20Ｒと隣接画素21Ｒの界面で散乱する信号光108Bは隣接画素21Ｒを構成する光透過散乱型液晶の偏光軸がｐ偏光になるように配向させるため、隣接画素に漏れることはない。このように、信号光1B,2B,3B,・・・ｐBが、図１１に示すように水平走査ライン１〜ｎに沿って配置された各画素列を垂直走査方向に線順次走査することで順次表示光となり、一表示画面を形成する。

尚、本実施の形態によるディスプレイ装置の全光線透過率については、基本的には第１の実施の形態によるものと同様であるため、説明を省略する。

図１２は、第１及び第２の実施の形態によるディスプレイ装置における表示機能を示すための図である。図１２（Ａ）は、水平走査ライン１上の画素表示例を示す正面図であり、図１２（Ｂ）はその側面図である。図１２（Ｃ）は任意の水平走査ラインｍ上の画素表示例を示す正面図であり、図１２（Ｄ）はその側面図である。図１２（Ａ）に示すように、背面基板２１１の表面基板２１５とは反対側にバックライトが配置される従来のバックライト方式とは異なり、光源システムＲ，Ｇ，Ｂ出力光（ｐ偏光またはｓ偏光）が、表示面のサイド（紙面の上方）から表示面内に導入されるいわゆるサイドライト方式を用いている。図１２（Ｂ）に示すように、背面基板２１１と表面基板２１５とのそれぞれの対向する面側に、背面基板２１１側に遮光膜２１９と、液晶共通電極（透明電極）２１８と、配向膜２１３と、が形成され、表面基板２１５側には、帯状電極（透明電極）２１７と、配向膜２２３と、が形成されている。例えば、水平走査ライン１が走査されている場合には、ｓ偏光１０８Ａまたはp偏光１０８Ｂが表面基板２１５側に向けて出射されるようになっている。図１２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、水平順次に走査され、水平走査ラインｍが走査されている場合には、水平走査ライン１からｍ−１までの液晶は透過状態となり、水平走査ラインｍにおいては液晶が散乱状態となり信号光１０８Ａまたは１０８Ｂが表面基板側に出射されて表示されることになる。

このようにして、水平走査を順次行うことにより、サイドライト方式と画素の構成とにより透過光に対して透過率を下げる部材が存在しないため、透過率が高い損出の少ないディスプレイ装置を実現することができるという利点がある。

以上、本発明の各実施の形態によるディスプレイ装置によれば、信号光源から散乱面（表示面）までの主な光学系材料は液晶のみとなるため光線透過率が向上するという利点がある。また、信号光源に所定の波長を発光する光源を用いるためカラーフィルタが不要となるという利点がある。

また、コントラスト比を無限にすることもできる。すなわち、黒レベルは、信号光源の発光を０にすればよく、理論的にコントラスト比を無限大にできる。
また、隣接画素間のコントラスト比がＴＦＴ−ＬＣＤに比べて大幅に向上する。

本実施の形態によるディスプレイ装置は、原理的には自発光型で、ＴＦＴ−LCDのようにバックライト輝度によりコントラスト比が制限されることがなく、かつ、信号光源がＲＧＢ画素単位に独立して対応しているため、CRTと同様な速度輝度変調が可能である。従って、隣接画素各々のコントラスト比を自由に設定できるという利点がある。

さらに、超々薄型表示パネルを実現することができるという利点もある。すなわち、バックライトが不要であるため、表示構造物としては光透過散乱型液晶パネル厚(約２〜３ｍｍ)程度で実現が可能である。また、色再現性が良好であるという利点もある。すなわち、信号光源が画素単位に独立して対応しているため、ＲＧＢ各色座標設定の自由度がある。例えばＮＴＳＣ，ＨＤＴＶの色再現性が忠実に再生できる。多原色性：信号光源が画素単位に独立して対応しているため、ＲＧＢ以外のＣ(シアン)、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）等を加えた多原色ディスプレイも実現できる。

尚、本発明は、大型薄型ＦＰＤに適合したものであるが、例えばＬＥＤチップ、有機ＥＬアレーのように光源サイズがより微細化することにより、低消費電力ＰＤＡや携帯電話用のディスプレイにも適用できる。

次に、両面表示技術について説明する。本発明による表示技術を利用すると、信号光を光透過散乱型液晶の両面からの発光することも可能であり、例えば、携帯電話のメイン/サブディスプレイが１枚のパネルできるという利点がある。

以下、本発明の第３の実施の形態による両面ディスプレイ装置について図面を参照しつつ説明を行う。図１４は、第ｍライン上の画素８０３を表示させる場合を示した基本的な構造例を示す図である。図１４に示すように、本実施の形態によるディスプレイ装置は、光透過散乱型ＬＣＤシステム８０１と、映像信号に応じて輝度変調が可能な信号光源８０２と、を有している。信号光源８０２からの光は、図ではpまたはｓ偏光した出力光８０４となっている。

上記光透過散乱型液晶システム８０１の構造の詳細は後述することとし、光透過散乱型液晶の動作原理（透過、散乱、反射）に基づく画素８０３の表示動作について説明する。図１４において、信号光源８０２からの出力光８０４は、第１ラインから第ｍ−１ラインまで透過し、画素８０３を形成する液晶層、すなわち、第１の基板８０６と第２の基板８０５との間で散乱し、この光は、図１４（Ａ）のＰ−Ｐ’線に沿った断面を示す図１４（Ｂ）に示すように、基板内側の面で散乱した光は、基板８０５と基板８０６とのそれぞれの外側に向けた光となって、ユーザは表示光８０８及び表示光８０７を認知する。信号光源８０２の出力光８０４は、第ｍ＋１ライン上の画素を形成する液晶層に対し反射する偏光特性を有するため、リークすることはない。図１４では、光源８０２の出力光８０４が、表裏の両面から出力する構成になっているが、実用的には、信号光源の配列を変えることで、以下に示す表示形態例が得られる。

（１）ＲＧＢの３画素を１組とし、表裏交互に表示する場合：
図２２（Ａ）,(Ｂ）に示すように、信号光源の配列を〔ＲＧＢ・・・ＢＧＲ〕とし、第１の基板８０６の内側に３画素おきに、ブラックマスク８５０をストライプ状に配置する。このような構成における動作は、光源出力図に示すように、ＲＧＢ光が３画素おきに、第１の基板８０６と第２の基板８０５との両面から出力される。表示の様子を図２２（Ｃ）に両面表示図として示す。

（２）ＲＧＢの各画素を各画素毎に表裏交互に表示する場合：
図２３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、信号光源の配列を〔ＲＢＧ・・・ＧＢＲ〕とし、第１の基板８０６の内側に１画素おきにブラックマスク（遮光膜）をストライプ状に配置する。この場合の動作は、図２３（Ｂ）の光源出力図に示すように、ＲＧＢ光が１画素おきに、第１の基板８０６と第２の基板８０５との両面から出力する。表示の様子を図２３（Ｃ）の両面表示図に示す。

ここで、光透過散乱型ＬＣＤシステム８０１について、図１６を参照しつつ説明する。図１６に示すように、本実施の形態によるディスプレイ装置に含まれる光透過散乱型ＬＣＤシステム８０１は、第１の基板８０６と、第１の基板８０６とある間隔を開けて対向配置される第２の基板８０５と、両基板間に設けられる封止材８０８と、により形成される空間内に、光透過散乱型液晶を注入し収容した光透過散乱型ＬＣＤシステム８０１と、封止材８０８を列方向に貫通する開口部と、開口部に対して信号光を入射できる位置に水平画素数分だけ配置された信号光源１Ａ、２Ａ、３Ａ、…ｐＡと、を有している。

まず、光透過散乱型ＬＣＤシステム８０１の構造例について説明する。図１６においては、本実施の形態によるディスプレイ装置の構成を簡単化して示すために、第１ライン８２１から８２３までの計３画素で形成されている光透過散乱型ＬＣＤシステムの構造例を簡略化して示した図である。利用者は、ディスプレイ装置として、側面図（左図）の両面からパネルを見ることができる。順次構成要素について説明する。

１）第１の基板８０６：基板８０６の内面(第２の基板８０５と対向する側の面)には、帯状のITO透明電極818,819,820,…が蒸着などにより形成されており、各ITO透明電極818,819,820,…の水平方向の境目の重なり領域には絶縁体300が設けられ、この絶縁体300を介して所定の幅で各ITO透明電極が818,819,820,…電気的に絶縁された状態で重なっている。これにより、垂直駆動回路(図示せず)により垂直方向(図の列方向)に線順次走査させることができるように構成されている。
２）第２の基板８０５：内面は側面電極群810,811,812を支持する壁809が複数本配置されている。側面電極群810,811,812は、第１の基板８０６と第２の基板８０５との間に側壁のように設けられており、実質的に列方向において液晶セル領域を形成するとともに、対向する電極対を構成しており、この電極対を構成する電極間に電圧を印加して光透過散乱型液晶セル内の液晶の配向を変化させることができるようになっている。側面電極群810,811,812と水平走査用駆動回路を含む配線回路部817とは、スルーホール群813〜815により接続されている。加えて、第２の基板８０５の内面には光透過散乱型液晶用共通電極(以降、「共通電極」と称する。)８１６が面状に配置されており、所定の電圧を印加できる電源部(図示なし)に接続されている。

基本動作については、側面電極群810,811,812と帯状のITO透明電極818,819,820との各々２組で構成される前記２組の対向電極に印加される電圧で動作する光透過散乱型LCDシステムに関しては前項で詳述しているので、ここでは省略する。

尚、本実施の形態では、遮光膜をブラックスマスク機能を有する膜として説明しているが、遮光膜として反射機能を有するミラー構造を用いても良い。

次に本発明の第４の実施の形態による両面表示ディスプレイ装置について説明する。
（１）ライン上の同一画素を両面にシーケンシャルに表示する場合：まず、この構造について、図１９を参照しつつ、第４の実施形態による両面表示ディスプレイ装置の対向電極の構造について説明する。

図１９に断面図として示すように、第２の基板８０５の内面には、前記光透過散乱型液晶用共通電極816と第１及び第２及び第３の側面電極８３２、８３３、８３４は各絶縁体(図示なし)を介して支持する壁８０９が複数本配置されている。第１及び第２及び第３の側面電極８３２、８３３、８３４は、第１の基板８０６と第２の基板８０５との間における一方側の側壁として設けられており、実質的に列方向において液晶セル領域を形成するとともに、第１及び第２及び第３の側面電極８３２、８３３、８３４は、対向する電極対を構成している。これにより、この電極対を構成するそれぞれの電極対８３２又は８３３又は８３４間に電圧を印加して光透過散乱型液晶セル内の液晶の配向を変化させることができるように構成されている。また、第２の基板８０５の内面には、垂直走査用に帯状のＩＴＯ電極８１８、８１９、８２０が配置されている。次に図２０、図２１を参照しつつ、光透過散乱型液晶パネル両面に交互に表示させる動作について説明する。

まず、信号光源光がｓ偏光の場合、信号光源光８０７Ａ（ｓ偏光）は、第１の基板８０６及び第２の基板８０５の各面の表示コンテンツに応じ、図２２に示す様に、信号光源の配列を〔ＲＧＢ・・・ＢＧＲ〕としており、光源出力図に示すように信号光源光８０７Ａを映像信号のフィールド周波数,フレーム周波数等所定の時間単位で、第１の基板８０６と第２の基板８０５との面の各々の表示用コンテンツの信号強度に同期させて交互に輝度を変調する。

（１）第１の基板８０６の面を表示する場合：図１９に示す側面電極８３３間に電圧を印加すると、図２０（１）に示すように側面電極８３３間に形成されている液晶層８４０は紙面に垂直に配向しており、信号光源光８０７Ａに対しては反射モードとなり、かつ、側面電極８３３間、８３４間の電圧オフにすると、側面電極８３３間で形成される液晶層の他層８４０は散乱状態であるため、上述した光透過散乱型ＬＣＤの基本原理に基づき、信号光源光８０７Ａは上記液晶層８４０内を経由し（白抜きの矢印のように反射光が生じる）、これに基づいて散乱光８３５が前面（第１の基板表示面方向）へ向かう表示光となる。利用者はこれを表示画素として認知する。 同時に、光源信号光８０７Ａは、側面電極８３３、８３４間で分離形成される各々の液晶層の境界面８６０で反射するため、第２の基板８０６の面にはリークしない。尚、側面電極８３３間と８３４間で形成される液晶層がそれぞれ異なった配向モード（反射モード/散乱モード）になる事を示し、互いの液晶層間に生成される面を境界面と定義した。側面電極８３３と８３４は互いに交差し、且つ絶縁されている。境界面に関しては、第一表示面に光放出時は、側面電極８３４の斜辺が、第二表示面の場合は、側面電極８３３斜辺がそれぞれ境界面８６０，８６１になる。

（２）第２の基板８０６の面を表示する場合：図１９において、側面電極８３４間に電圧を印加すると、図２０（２）に示すように、側面電極８３４間で形成される液晶層８４１は紙面に垂直に配向し信号光源光８０７Ａに対し反射モードになり、かつ、側面電極８３２間，８３３間の電圧オフとすると、側面電極８３３間で形成される液晶層の他層８４１は散乱状態であるから、上記光透過散乱型ＬＣＤの基本原理に基づき信号光源光８０７Ａは、上記液晶層８４１内を経由し（白抜きの矢印に示す反射光となる）、この反射光に基づいて散乱光８３６となり、第２の基板表示面方向に光が進み表示光となる。利用者はこれを表示画素として認知する。

同時に光源信号光８０７Ａは、側面電極８３３、８３４間で分離形成される各々の液晶層の境界面８６０で反射するため、第２の基板８０５の面にリークしない。

この原理に基づいて、図２１に示す様に光源信号光８０７Ａは、液晶層８２６内の境界面で反射し、液晶層内を経由し時間ｔ１で表示光８２７として放出される。同様に、境界面８６１で反射し、時間ｔ２で表示光８２８として放出される。以降順次、t３/ｔ４、t５/ｔ６・・・なる動作が継続され、表裏各１画面が再生される。尚、光源信号光がｐ偏光、即ち光源信号光８０７Ｂ（ｐ偏光）の場合は、図２５、２６、２７を用いて説明する。

（１）第１の基板９０６の面を表示する場合：図２５に示す側面電極９３３間に電圧を印加すると、図２６（１）に示すように側面電極９３３間に形成されている液晶層９４０は紙面に垂直に配向し、信号光源光８０７Ｂに対しては透過モードとなり、かつ、側面電極９３２間、９３４間の電圧オフにすると、側面電極９３３間で形成される液晶層の他層９４１は散乱状態であるため、上述した光透過散乱型ＬＣＤの基本原理に基づき、信号光源光８０７Ｂは境界面９６０で屈折、上記液晶層９４０内を経由し（白抜きの矢印に示す屈折光となる）、これに基づいて散乱光９３５が前面（第１の基板表示面方向）へ向かう表示光となる。利用者はこれを表示画素として認知する。同時に、光源信号光８０７Ｂは、側面電極９３３、９３４間で分離形成される各々の液晶層の境界面９６０で反射しないため、第２の基板９０５の面にはリークしない。

（２）第２の基板９０５の面を表示する場合：図２５に示す側面電極９３４間に電圧を印加すると、図２６（２）に示すように、側面電極９３４間で形成される液晶層９４１は紙面に垂直に配向し信号光源光８０７Ｂに対し透過モードになり、かつ側面電極９３２間，９３３間の電圧オフにすると、側面電極９３３間で形成される液晶層の他層９４２は散乱状態であるから、上記光透過散乱型ＬＣＤの基本原理に基づき信号光源光８０７Ｂは、
境界面９６１で屈折、上記液晶層９４２内を経由し（白抜きの矢印に示す屈折光となる）、この反射光に基づいて散乱光９３６となり、第２の基板表示面方向に光が進み表示光となる。利用者はこれを表示画素として認知する。

同時に光源信号光８０７Ｂは、側面電９３３、８３４間で分離形成される各々の液晶層の境界面９６１で屈折するため、第１の基板９０６の面にリークしない。
この原理に基づいて、図２７に示す様に光源信号光８０７Ｂは、液晶層内の境界面で屈折し、液晶層内を経由し時間ｔ１で表示光９３６として放出される。
同様に、時間ｔ２で表示光９２７として放出される。以降順次t３/ｔ４、t５/ｔ６
・・・・なる動作が継続し、表裏各１画面が再生される。

次に本発明の第５の実施の形態として、光源信号光８０７Ａ（s偏光）を効率よく上記液晶の表面で散乱させる様に液晶境界面を特徴付ける側面電極の形状について提案する。
第５の実施の形態による両面表示ディスプレイ装置について図２８を用いて説明する。

図２８において、液晶境界面１０７０が半径ｒで作られる円弧の一部で且つ反射面と見なす様に液晶を配向させると（電極間動作は前記と同様につき省略）、光源信号光８０７Ａの光線１）は液晶境界面１０７０の入射点Ｓで、法線ＯＺに対し、対称の反射角で前記液晶の散乱層１０５２を経由し点Ｐに、同様に光線２）、３）もそれぞれ点Ｑ,Ｒに至り、Ｐ,Ｑ,Ｒで散乱する。即ち光源光８０７Ａの総てが散乱層１０５２の表面で散乱光１０５３になる。ここで、半径ｒは、画素の対角線の長さを弦とする円の半径である。光源信号光８０７Ａの明るさは映像信号の輝度変調に依存するので、ユーザーは散乱光１０５３を画像の一部として認知できる。境界面１０７１が反射面とみなされる様に液晶を配向した時、前記と同様の原理により、光源光８０７Ａは、散乱光８５３と反対の方向に放射する。

次に光源信号光が８０７Ｂ（ｐ偏光）の場合について説明する。

図２９において、液晶境界面１０７２が半径ｒで作られる円弧の一部で且つ屈折面と見なす様に液晶を配向させると（電極間動作は前記と同様につき省略）、光源信号光８０７Ｂは、
光線１）は液晶境界面１０７０の入射点Ｓで、所定の屈折角で前記液晶の散乱層１０５２を経由し点Ｒに、同様に光線2),3)もそれぞれ点Ｑ,Ｐに至り、Ｒ,Ｑ,Ｐで散乱する。即ち光源光８０７Ｂの総てが散乱層８５２の表面で散乱光８５４になる。この明るさは映像信号の輝度変調に依存するため、ユーザーは散乱光１０５４を画像の一部として認知できる。屈折面１０７３が屈折面とみなされる様に液晶を配向した時、前記と同様の原理により、光源光８０７Ｂは、散乱光８５４と反対の方向に放射する。

本実施の形態における光源光としてpまたはs偏光を用いた場合について説明したが、p偏光の場合は、Ｎ型の光透過分散型液晶を用いてもよい。

尚、第３の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態における側面電極を、ブラック又は反射機能を有する遮光膜により構成してもよい。

以上に説明したように、 ２枚の基板間に液晶を挟持する構成を有する本発明の各実施の形態によるディスプレイ装置において、以下の利点がある。
（１）基板の両面から同時に同じコンテンツ画像を表示できる。
（２）両面において、同時に異なるコンテンツ画像を表示することもできる。

また、画素幅でブラックマスクをストライプ状に配置することができるため、外光に対するコントラストを良好にすることができ、表示特性に優れる。

また、本実施の形態によるディスプレイ装置は、水平走査を順次行うことにより、サイドライト方式と画素の構成とにより透過光に対して透過率を下げる部材が存在しないため、透過率が高い損出の少ないディスプレイ装置を実現することができるという利点がある。

また、本実施の形態によるディスプレイ装置は、発光が散乱光のため、広視野角の表示が可能である。また、本実施の形態にいるディスプレイ装置は、信号光源から散乱面（表示面）までの経路において、主な光学系材料が液晶のみとなるため、光線透過率が向上するという利点がある。

また、本実施の形態によるディスプレイ装置は、信号光源に所定の波長を発光する光源を用いるため、カラーフィルタが不要となるという利点もある。

さらに、本実施の形態によるディスプレイ装置は、黒レベルは、信号光源の発光を０にすれば実現できるため、コントラスト比を無限大にすることが理論的には可能である。

また、本実施の形態によるディスプレイ装置は、原理的には自発光型であり、ＴＦＴ−ＬＣＤのようにバックライト輝度によりコントラスト比が制限されることがなく、かつ、信号光源がＲＧＢ画素単位に独立して対応しているため、ＣＲＴなどと同様な速度輝度変調が可能である。

従って、隣接画素の各々のコントラスト比を自由に設定できるという利点がある。隣接画素間のコントラスト比がＴＦＴ−ＬＣＤより大幅に向上する。

また、本実施の形態によるディスプレイ装置は、２枚の基板間に液晶層を狭持するため、非常に薄い表示パネルを実現することができる。また、バックライトが不要のため、表示構造物としては光透過散乱型液晶パネル厚(約２〜３ｍｍ)程度で実現可能であるという利点がある。

さらに、本実施の形態によるディスプレイ装置は、色再現性が良好であるという利点がある。すなわち、信号光源が画素単位に独立しているため、ＲＧＢ各色の色度座標値設定の自由度が高い。例えば、ＮＴＳＣ，ＨＤＴＶの色再現性が忠実に再生できる。

また、本実施の形態によるディスプレイ装置は、信号光源が画素単位に独立して対応しているため、将来ディスプレイの進化の過程でＲＧＢ以外のＣ(シアン),Ｍ（マゼンタ）,Ｙ（イエロー）等を加えた多原色ディスプレイを実現することができる。

さらに、本実施の形態によるディスプレイ装置は、１）プレゼンテーション用に有効：ＰＣの蓋の部分を両面ディスプレイにすれば、蓋を開くと自分が見ているコンテンツと同じコンテンツを相手に見せることができる。従って、ＰＣの向きを変えること無く、プレゼンすることができる。さらに両面で異なるコンテンツ表示が可能なため、プレゼンテーション用コンテンツを相手に見せ、自分は同コンテンツに注記等メモを記入したものを見るようにすることもできる。特に相手に見せたくないメモ書きを含む場合は有効である。
２）ディスプレイ部（蓋）を閉じたまま、携帯電話,PDA等のコンテンツ表示が可能である。３）公共宣伝広告用に有用：薄型中画面化したものを電車の中吊広告に応用したり、大画面化したものを公共通路の中央に配置すると、１枚のパネルで両面から異なった宣伝広告,情報コンテンツを見ることができ、新たな需要を開拓することができる。

本発明は、表示装置に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルの概要を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルの構造例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルの光源システムの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルにおける各画素の構成例を示す透視斜視図である。 本発明の第１の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルの基本原理を示す図（光源システム出力光がｓ偏光の場合）である。 本発明の第１の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルにおける線順次走査による液晶動作説明図である(側面電極側から見た液晶の配向状態)。 本発明の第１の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルにおける線順次画素表示（時間ｔ1〜3）の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルおける光透過散乱型LCDパネルの構造例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルの光源システム構成例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルにおける各電極の構成例を示す透視斜視図である。 本発明の第２の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルの基本原理を示す図である（光源システム出力光がｐ偏光の場合）。 本発明の第２の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルでの線順次走査による液晶動作説明図(側面電極側から見た液晶の配向状態)である。 本実施の形態によるディスプレイシステムの動作を説明する図である。 従来のＴＦＴ−ＬＣＤの構造例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による装置の概要を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光透過散乱型LCDパネルにおける線順次画素表示(時間Ｔ1〜3)の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態よる光透過散乱型LCDシステムの構造例を示す詳細図（透視図）である。 本発明の第２の実施の形態による光源システムの構成例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るディスプレイ装置の基本原理を説明するための図（光源システム出力光がs偏光の場合）である。 本発明の第３の実施の形態による対向電極構造（側面電極構造のみを示す。）の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る線順次走査による液晶動作を示す図である(側面電極側から見た液晶の配向状態)。 本発明の第３の実施の形態の形態による両面交互表示機能を有する液晶動作の原理を示す図である。(左側面電極側から見た液晶の配向状態) 図１４のＡ-Ａ’線に沿う断面図である。 図１４のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。 図１４のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。 本発明の第４の実施の形態による対向電極構造（側面電極構造のみを示す。）の構成を示す図である。 p偏光時、本発明の第４の実施の形態による両面交互表示機能を有する液晶動作の原理を示す図である。(左側面電極側から見た液晶の配向状態) ｓ偏光時、本発明の第５の実施の形態による両面交互表示機能を有する液晶動作の原理を示す図である。(左側面電極側から見た液晶の配向状態) ｓ偏光時、本発明の第６の実施形態での側面電極形状構造例を示す図である。 ｐ偏光時、本発明の第７の実施形態での側面電極形状構造例を示す図である。

符号の説明

１００…光透過散乱型パネル、１…表面基板、５ａ…背面基板、１０９…封止材、1A,2A,3A,…pA…信号光源。

Claims (17)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板側に共通電極が設けられ前記第１の基板と対向して配置される第２の基板と、
   前記第２の基板側の前記第１の基板に設けられ、前記共通電極と対向する透明な複数の帯状電極であって前記共通電極とともに第１の対向電極対を形成する透明な帯状電極と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とに略直交するように対向して配置され複数の第２の対向電極対を構成する側面電極と、
   隣接する前記第１及び前記第２の対向電極対によりマトリックス状に画定される画素領域内に封止材によりそれぞれ封止される光透過散乱型液晶材と、
   封止された前記光透過散乱型液晶により形成された画素毎に、２組の前記対向電極対における電圧をオン/オフさせる電圧制御機構と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に垂直方向から偏光光を導入する位置に設けられた光源と、前記光源から前記マトリックスの第１の方向に出力される出力光を前記第１の方向と交差する第２の方向に線順次走査する走査機構と、を有する光源システムと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
2. 電圧制御機構は、前記複数の帯状電極と前記複数の側面電極と前記共通電極とで画定される複数のストライプ状の液晶層内のそれぞれにおける複数の電気光学特性を得るように、前記複数の帯状電極と前記複数の側面電極と前記共通電極に印加される電圧のオン/オフ制御することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 前記光源システムから前記第１の方向に導入された光の偏光方向を制御し、２組の前記対向電極対における電圧をオン/オフにより制御される前記光透過散乱型液晶材の散乱に基づいて所定の画素から前記第２の基板と反対側の前記第１の基板の面から前記光を出射させることを特徴とする請求項１又２に記載のディスプレイ装置。
4. 前記光源システムからの出力光がｓ偏光の場合に、前記第１の対向電極対により前記光透過散乱型液晶の偏光軸を前記第１の基板面に対して垂直に配向させ、前記光源システムの出力光が前記電極間を透過させることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
5. 前記光源システムの出力光がｓ偏光の場合に、前記第２の対向電極対への印加電圧により、前記光透過散乱型液晶の偏光軸を前記第１の基板面に対して水平に配向させ、前記光源システムの出力光を前記画素入射面で反射させることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
6. 前記光源システムの出力光がｐ偏光の場合に、前記第２の対向電極対への印加電圧により前記光透過散乱型液晶の偏光軸を前記第１の基板面に対して水平に配向させ、前記光源システムの出力光が前記電極間を透過させることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
7. 前記光源システムの出力光がｐ偏光の場合に、前記第１の対向電極対への印加電圧により前記光透過散乱型液晶の偏光軸を前記第１の基板面に対して垂直に配向させ、前記光源システムの出力光が前記画素入射面で反射させることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
8. 前記第１及び第２の対向電極対が共にオフの場合に、前記光源システムのｐ偏光またはｓ偏光である出力光が前記画素への入射経路を経て前記画素の出射面から出力されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
9. 前記光源システムからの光源の光束を矩形かつ扁平に変換し、ｐ偏光またはｓ偏光に片偏光化する機構を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
10. 前記封止材に形成され前記光源システムからの出力光を前記画素内の前記散乱型液晶に導入する貫通孔を有することを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
11. 前記帯状電極は、互いに所定の幅だけオーバーラップした状態で隣接し、該オーバーラップした領域に絶縁体が介挿されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
12. 前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記側面電極を支持する側壁を配置するとともに、該側面電極は互いに所定の幅で絶縁体を介してオーバーラップさせる構成を有することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
13. 前記光源システムは入力映像信号により輝度変調可能な光源と第１集光レンズとグラスロッドと偏光変換素子を貼合した第２集光レンズまたは偏光変換素子と波長板を貼合した第２集光レンズとを有していることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
14. 前記グラスロッドの入出射面を除く面をミラー処理したことを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイ装置。
15. 前記第２の基板の前記第１の基板側の面を遮光処理した構造を有することを特徴とする請求項１から１４までのいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
16. 入力映像信号により輝度変調可能な光源システムと、該光源システムの出力光を所定の水平走査ラインを構成する画素に出力し、線順次走査で画像を表示再生させるディスプレイであって、
    第１の基板と、
    共通電極が前記第１の基板側に設けられ前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、
    前記第１の基板において前記第２の基板側に水平方向に前記画素毎に設けられ、前記共通電極と対向する帯状の複数の帯状電極であって、前記共通電極とともに第１の対向電極対を形成する帯状電極と、
    前記第１の基板と前記第２の基板とに略直交するように対向して配置され第２の対向電極対を構成する側面電極と、
    前記第１及び第２の対向電極対を基準にして画定される画素領域内に封止される光透過散乱型液晶材と、
    封止された前記光透過散乱型液晶により形成された画素毎に、前記２組の対向電極対における電圧のオン/オフに基づいて前記光源システムから前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記水平方向と交差する方向に導入された光の偏光方向を制御し、前記光透過散乱型液晶材の散乱に基づいて所定の画素から前記第１の基板の前記第２の基板と反対側の面から発光させることを特徴とするディスプレイ装置。
17. 入力映像信号により輝度変調可能で偏光変換機能を有する光源システムと該光源システムの出力光を所定の水平走査ラインを構成する画素に出力し、線順次走査で画像を表示再生させる装置であって、
    透明な第１の基板と、
    該第１の基板と対向して配置される透明な第２の基板と、
    前記第２の基板の前記第１の基板側に設けられる透明な共通電極と、
    前記第２の基板側の前記第１の基板に設けられ、前記共通電極と対向する透明な複数の帯状電極であって前記共通電極とともに第１の対向電極対を形成する透明な帯状電極と、
    前記第１の基板面と前記第２の基板面とに略直交するように対向して配置され複数の第２の対向電極対を構成する側面電極と、
    隣接する前記第１及び前記第２の対向電極対によりマトリックス状に画定される画素領域内にそれぞれ封止される光透過散乱型液晶材と、
    封止された前記光透過散乱型液晶により形成された画素毎に、２組の前記対向電極対における電圧をそれぞれオン/オフさせる電圧制御機構と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間の前記画素領域に対して第１の方向から偏光光を導入する位置に設けられた光源と、前記光源から前記画素領域に出力される出力光を前記第１の方向と交差する第２の方向に線順次走査する走査機構と、を有する光源システムと、を備えることを特徴とする両面表示ディスプレイ装置。

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