JPH023011A - 利得反射体・液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は表示！Ａ置、特に利得反射体及び光散乱状態と
非散乱状態との間で切替可能な表示媒体を使用する表示
装置に関する。

〔発明の背景〕

視覚表示装置に液晶を使用することが可能である。本発
明の型の視覚表示装置を特に有用ならしめる液晶の特性
は、若干の液晶材料が厳密に整列し７た状態即ち非散乱
状態におい″光を透過させる能力、及び特に適切な染ネ
４とキ、Ｉｌｒンせた場合比較的自由な状態即ち散乱状
ｆＱにおいご光の散乱及び吸収の両方或は何れか一力を
行−）能力である。散乱状態と非散乱状態との間で切替
えるために、液晶を横切る電界を選択的に印加すること
ができる。

液晶視覚表示装置に、表示される文字と背はとの間に優
れたコントラス１−を持たせ、また全ての周囲光状態に
おいて高い輝度を持たせることが望ましい、また表示装
置は前面のり゛レアが無いことが望ましい。

本発明は、以下に説明する好ましい実施例において、表
示媒体としてカプセル入りの動作的にネマティック液晶
或は不マティ、り曲線整列相（“ＮＣΔＰ”）液晶材料
と呼ぶことができる液晶の使用に関する。

動作的にネマティ・７り液晶材料或はＮ　ＣＡ　Ｐ液晶
材料の詳細な説明は、１９８６年ＩＯ月１４１］付のフ
ァーガソンの合衆国特許４，６１６．９０３号「カプセ
ル入り液晶及び方法」を参照されたい。また１９８４年
３月６日付のファーガソンの合衆国特許４，４３５，０
．１７号［カプセル入り液晶及び方法」も参照されたい
。

無電界状態、即ち液晶にひずんだ状態或はｊＩＩＥ作為
に整列した状態をもたらす他の状暢においては、ＮＣＡ
Ｐ液晶材料は入射光を散乱させる。電界印加状態におい
ては入射光はＮ　ＣＡ　Ｐ材料を透過する。

無電界状態においては吸収によって充分な減衰を与える
が、電界印加状態においては実質的に透明ならしめるた
めに、液晶材料と多色性染料を共存させることができる
。本発明においては、光の散乱及び吸収の両方或は何れ
か一方に対する液晶の能力とは、液晶の散乱及び最小吸
収特性に限定されることなく、多色性染料が液晶の光学
的特性乙こ付与できる付加的な特性をも含むものとする
。

本発明の表示装置の表示媒体は、例えば動的散乱液晶シ
ステム或は光学的に澄んだ （Ｐｂ、　Ｌａ）　（Ｚｒ、　Ｔｉ）　（０：ｌ）　（
’ＰＬＺＴ”）からなる強誘電性セうミ７・クシステム
のような他の散乱型表示材料からなっていても差支えな
い。動的散乱表示媒体及びＰ　Ｌ　Ｚ　Ｔ表示媒体は共
に光散乱状態と非散乱状態との間で切替可能である。

従来使用されている反射型液晶表示装置においては、表
示装置への照明が平行化或は準平行化されている時、利
得反射体の使用によって電界印加状態においてより高い
輝度を発生することが可能である。しかしながら無電界
状態においても輝度が増加するためコントラスト比は殆
んど或は全く改善されない。これらの表示装置への照明
が拡散されている時には、利得反射体は輝度に全く影響
を及ぼさない９ 本発明は光散乱状態と非散乱状態との間で可変め表示媒
体を使用する反射型表示装置の改良に関する。本発明は
、またＮＣＡＰ液晶材料の光散乱及び吸収特性の使用に
も関する。更に本発明は、小寸法及び大寸法の画表示装
置において、例えば比較的高いコントラスト及び比較的
輝く背ｆｆｌ　ｈに表示される暗い文字或は情報を得る
ために、多色性或は二色性染料を含むこれらの液晶材料
の使用にも関する。

本発明の目的は、比較的高いコントラスト並びに輝度を
有する表示装置を提供することである。

本発明の別の目的は、全ての周囲光状態において優れた
コントラスト及び高輝度を有する表示装置を提供するこ
とである。

本発明の別の目的は、グレアが存在する視認状態におい
て表示装置の性能を改善することである。

〔発明の概要〕

以下の説明から明白となるように、本表示装置は表示装
置の視認側に表示媒体が配置されている装置である。こ
の表示媒体は、入射光が少なくとも散乱及び吸収の一方
を受ける第１の状態と、この散乱或は吸収の量が減少す
る第２の状態との間で切替可能である。表示媒体によっ
て伝送された光を反射するための利得反射体は表示媒体
の背後に位置している。

表示媒体は、液晶材料の構造及び閉込め媒体手段に順応
する染料を含む液晶材料からなっていてよい。閉込め媒
体手段は液晶材料にひずんだ整列を誘導する。液晶材料
はこの整列に応答して光を散乱及び吸収し、また規定さ
れた入力Ｇこ応答して散乱及び吸収の量を導く。

利得反射体手段はオフセント利得反射体であってもよく
、ごれは鏡面反射或はグレアを、反射利得即ちオフセッ
ト利得反射体によって反射される光から角度的にずらせ
る。本表示装置は、液晶手段と利得反射体手段との間に
配列されたカラーフィルタ或はレンズをも含むことがで
きる。

本発明の一面によれば、液晶表示装置は平行化された、
準平行化された、或は拡散された照明状態において比較
的暗い背景上に比較的輝く或は白い文字、情報等を発生
することができる。暗い背景は、無電界状態において無
作為に整列して入射する光を散乱させ吸収する液晶材料
によって発生させることができる。輝く文字は、例えば
電界印加状態或は規則的な整列時に光学的に実質的に透
明となる液晶材料によって発生ずる。液晶材料が無電界
状態にある時には比較的暗い背景のみが現われる。液晶
材料の選択された部分が規則的に整列している時、即ち
電界印加状態の時には、暗い背景に対して極めて輝く文
字が表示装置の視角内に現われる。

〔実施例〕

添イー１図面を参照する。全凹曲を通して同一成分に対
しては同一参照番号を附し、てあり、先ず第１図を説明
する。第１図は全体を（１０）で示す液晶表示装置を小
す。

表示装置（１０）は２つの主要成分、即ち表示媒体（１
２）及び利得反射体（１４）を含む。表示媒体（１２）
は表示装置（１０）の視認側（２５）に配置されている
。利得反射体（１４）は非視認側に配置されている。表
示媒体（１２）と利得反射体（１４）との間にカラーフ
ィルタ（２０）を配置することができる。

表示装置（１０）は枠（１６）をも含む。枠（１６）は
、表示媒体（１２）及び利得反射体（１４）のための環
境保護を与えるプラスチックハウジングからなっていて
よい。

表示媒体（１２）は、例えばＮ　ＣＡ　Ｐ　？＆晶材料
、動的散乱液晶材料、或はＰ　１．、　Ｚ　Ｔのような
強誘電性セラミ’７りの如く光散乱状態と非散乱状態と
の間で切替可能な材料からなり、これらの詳細に関して
は後述する。これらの材料は、本発明においては、従来
可能であったよりも良好なコントラスト比を有する表示
を発生させるのに使用される。

利得反射体（１４）は、標準ツイステンドネマティソク
液晶及びゲスト・ホスト液晶と共に使用され、電界印加
及び無電界の両状態における輝度を増加させる。輝度は
増加するが、表示のコントラスト比は同一のままである
。このような表示の知覚的外観は利得反射体を使用しな
いよりや＼良好であるが、若干の場合には、外観は悪化
することがある。

しかしながら、本発明の表示装置においては、表示装置
が散乱状態と非散乱状態との間で切替えられる時に主な
差異が発生する。利得反射体の実効利得は入射光の平行
化度に依存する。散乱状態においては、反射体に入射す
る光は比較的拡散している。拡散照明に対する反射体の
利得はＩに近い。非散乱状態においては、反射体に入射
する光は溝かに平行化され（照明系の設計に依存する）
、従って実効利得はｌよりも大きい。

例えば、ＮＣＡＰ液晶材液晶材用した本発明の表示装置
の非散乱状態における実効利得は２，２であり、散乱状
態においては１．１であることが分った。即ち、電界印
加状態における輝度は２．２倍まで増加し、電界印加状
態の実効利得が２，２で無電界状態の実効利得が１．１
である表示装置のコントラスト比（コントラスト比−電
界印加時の輝度×利得／無電界時の輝度×利得）は２倍
である。

より高いコントラストを有し輝度がより高い程、表示性
能及び見かけが大きく改善されることは言うまでもない
。

本発明の表示媒体（Ｉ２）は、液晶材料（２２）を含む
液晶セル（２１）からなっていてよい。本発明による液
晶材料の光学的特性は１、液晶材料に規定された入力が
印加されているか否かの関数である。規定された入力は
、好ましくは電磁型、特に電界である。

液晶材料（２２）に電界を選択的に印加する或は印加し
ないための回路（２４）を第１図に略示しである。回路
（２４）は電池の如き電源（２６）及びスイッチ（２８
）を含む。変形として、電源は交流の源であっても差支
えない。回路（２４）はリード線（３０）、（３１）に
よ１．ζ、セル（２１）の液晶材料（２２）の両側即ち
両面に位置している電極（３２）、（３３）に接続され
ている。

電極（３２）、（３３）は実質的に光学的に４明であり
、それぞれ光学的に透明なサブストレート　（５２）、
　（５３）」二に形成することができる。

スイッチ（２８）を開いて液晶材料に電界を印加しない
場合がいわゆる減勢（無電界）状態（モト）、或は散乱
光状態である。スイッチ（２８）を閉して液晶材料を横
切って電界を印加すると、液晶材料はいわゆる付勢（電
界印加）状態（モード）、或は非散乱状態となる。表示
装置の動作特性は、詳細を後述するように、液晶材料（
２２）の散乱状態或は非散乱状態に依存する。

液晶材料（２２）は、合衆国特許４．４３．５．０４１
↓シに記載されている型（ＮＣＡＰ）であることが好ま
しい。第３図に図式的に示しであるように、この液晶材
料（２２）は、閉込め媒体（＝ｉ４）内に形成された、
或は閉込め媒体（４４）によって限定された複数の容積
（４２）内の＋）５目的にネマナイノク液晶（４０）で
形成することが好ましい。

この液晶（４０）は光学的に透明であることが好ましく
、また閉込め媒体（４４）も光学的に透明であることが
好ましい。図示の実施例における液晶材料（２２）は、
例えば多色性或は二色性染Ｅｌのような染１４＜４６４
　と混合したものである。しかし染料を用いない液晶材
料を、表示媒体を形成するために使用することが可能で
ある。

各容積（４２）は離敗していてもよいし、或は変形とし
て液晶（４０）が液晶材料を収容する多数のカプセル状
の囲みを形成するのに役立つ重合体カプセル材のような
閉込め媒体内に収容されていてもよい。液晶（４０）は
閉込め空洞のほぼ球形の、或はその他の曲面に多少閉込
められる。しかし、これらの空洞は例えばｌ或はそれ以
上のチャンネル或は通路によって相互接続可能である。

液晶は離敗した容積或は空洞及び相互接続用通路の両者
内にあることが好ましいであろう。即ち、それぞれのカ
プセルの内部容積はｌ或はそれ以上の相互接続用通路を
介して流体的に結合できる。

個々の結合されていないカプセルに関する本発明の全て
の面及び特色を１或はそれ以−Ｆの相互接続用通路を有
するカプセルの配列に適用可能であることを見出した。

液晶（４０）内の多色性染料（４６）は液晶を透過する
光の若干を吸収し、この吸収の程度は液晶材料に電界が
印加されているか否か、及びこの電界の大きさの関数で
ある。好まり、　＜は、液晶の電界印加状態における吸
収をＯとするか或は可能な限り０に近づけて入射光の透
過を最大にする。

染料の整列は、例えば第３図及び第４図に図式的に示す
ように液晶（４０）の整列に追随する（詳細に関しては
前記特許を参照されたい）。従って、液晶構造がひずん
だ整列にある時には染ギ１は比較的多層の光を吸収する
。しかし、液晶（４０）が例えば第４図に示す液晶のよ
うに平行整列にある時には染料による光吸収は最小にな
る。

電界の大きさが増減すると液晶材料のひずみの量が変化
し、染料による吸収の量も相応して変化する。

第４図に示す如き電界印加動作、即ち非散乱状態におい
ては、液晶構造は大よそ平行整列をとるものと考えられ
る。電界印加状態における液晶（４０）の常屈折率は閉
込め媒体（４４）の屈折率に整合しているから、液晶材
料（２２）は本質的に光学的に透明となり、入射する光
が液晶と閉込め媒体との界面において屈折することはな
い。

この電界印加動作中には入射光は液晶セル（２１）を透
過する。

表示装置の無電界動作、即ち散乱状態を第３図に示す。

液晶材料（２２）に入射する光は屈折され、散乱され、
吸収される。この散乱は、液晶（４０）の異常屈折率が
閉込め媒体（４４）の屈折率とは異なるために生ずるの
である。光は染料（４６）によって吸収される。

液晶の屈折率は、液晶材料を横切って電界が印加されて
いるか否かに依存して変化する。閉込め媒体（４４）の
屈折率と液晶（４０）の常屈折率（電界Ｅが印加されて
いる時の屈折率）は、電界印加状態において光の散乱を
回避しそれによって光の透過を最大ならしめるために、
可能な限り整合させるべきである。しかし、液晶が無電
界状態にある時には液晶（４０）と閉込め媒体との境界
において屈折率に差を生ずる。

無電界状態においては、閉込め媒体は液晶の自然構造を
ひずませて特に液晶と表面との界面において液晶に異常
屈折率（電界Ｅが印加されない時の屈折率）特性を与え
る。この異常屈折率は閉込め媒体の屈折率とは異なるの
で、このひずんだ整列状態においては液晶と閉込め媒体
との界面において屈折率に差を生じ、入射光は屈折させ
られて散乱することになる。

液晶の常屈折率が異常屈折率よりも閉込め媒体の屈折率
に近接している限り、非散乱状態（第４図）から散乱状
態（第３図）へ移行する時、及びその逆の時に散乱に変
化が発生する。

本発明によれば、例えば電極（３３）が共通電極表面を
形成し、対面する電極（３２）は複数の電極部分を有す
るパターン化された電極であってよい。これらの電極部
分を選択的に付勢することによって液晶材料の選択され
た部分に電界を印加する。例えば、公知のように、電極
（３２）を電気的に絶縁されている７セグメントに分割
し、各セグメントを選択的に付勢することによって種々
の数字を表示することが可能である。電極（３２）は、
行及び列に配列された複数のドツト或は画素からなるド
ツトマトリックス表示を形成させることもできる。列は
行ラインを介して並列に表示情報を受入れるように可能
化される。

染料（４６）を含む液晶材料（２２）は、液晶及び閉込
め媒体の乳剤の形状で調剤され、この乳剤はその後乾燥
或は硬化される。変形として、前述の如く、液晶材料は
閉込め媒体内に個々に形成された複数の液晶カプセルの
形状であってもよい。

一実施例においては、閉込め媒体はポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）の形状である。別の実施例においては、液
晶はラテックス閉込め媒体内に分散或は捕捉されている
。何れの実施例においても、ン夜晶セル（２１）のサフ
゛ストレート（５２）、（５３）はマイラ（商品名）の
ようなポリエステルフィルムからなっていてよく、イン
ジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の層を予め被膜して電極を形
成しておく。好ましくは、フィルムは８０乃至５００オ
一ム／平方ＩＴＯ層で被膜する。ＩＴＯ以外の材料を用
いて本発明の装置の電極を形成しても差支えない。

ラテックスに捕えられたＮＣＡＰ液晶は、ラテックス媒
体内に捕捉された液晶からなる。ラテックスは粒子の）
懸濁液である。これらの粒子は天然ゴム、或は人工重合
体或は共重合体でよい。ラテックス媒体はこれら粒子の
懸濁液の乾燥によって形成する。ラテックスに捕えられ
たＮＣＡＰ液晶及びその製造方法の詳細に関しては１９
８５年２月２５日付合衆国特許出願７０５．２０９号「
ラテックスに捕えられたＮ　ＣＡ　Ｐ　’／＆品組成、
方法及び装置」を参照されたい。

変形実施例においては、表示媒体（１２）は動的散乱液
晶材料からなる液晶セルである。前述のカプセル入り動
作的にネマティック液晶材料と同様に、動的散乱液晶材
料も光散乱状態と非散乱状態との間で切替可能である。

動作的にネマティック液晶材料とは対照的に、動作散乱
液晶材料は電界が印加されると液晶材料の整列が乱れて
光を散乱乃至は屈折させる。しかし無電界状態において
は、動的散乱液晶材料は光学的に澄む。即ち動的散乱液
晶材料の散乱効果は電界が印加されない時に得られる。

動的散乱液晶材料は当分野においては周知であり、従っ
て詳細な説明は省略し、動的散乱に関する論文を以下に
示すに留める。

Ｊ、　Ｌ、ファーガソン等「液晶及びそれらの応用１１
９７０年１月エレクトロ・チク、ノー−シー、４１ペー
ジ、及び Ｅ、　Ｉ＋、バイルマイヤー等「動的散乱：ネマティッ
ク液晶の若干のクラスにおける新らしい電気光効果」、
１９６８年Ｐｒｏｃ、　ＩＥＥＥ、第５６巻１１６２ベ
ージウ 表示媒体として使用可能な他の型の液晶材ネ１にはツィ
ステッドネマティック及びスーパーツイスト液晶材料が
含まれる。これらの＋Ａネ４も当分野においては公知で
あるので詳細な説明は省略する。

更に別の実施例においては１、表示媒体（１２）は散乱
／非散乱強誘電性セラミックシステムからなる。強誘電
性表示システムもまた当分野において周知であり、説明
は省略する。これらは光学的に’／Ｒンだ（Ｐｂ　、　
Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）　０３セラミツク材料（））１．
ＺＴ）からなっていよう。Ｐ　Ｌ　ＺＴセラミックは、
カプセル入りの動的にネマティック液晶材料及び動的散
乱液晶材料と同様に、光散乱状態と非散乱状態との間で
切替可能でゐる。ＰＬＺＴ強誘電性セラミックに関する
論文を以下に示す。

八、Ｌ、ダリサ等「強誘電性セラミック及び他の表示媒
体のための渦巻き散乱モデルＪ　１９７３年７月Ｐｒｏ
ｃ、　ＩＥＥＥ第６１巻ｎ７．９８１〜９９１べｆ、；
、及びＧ、＋１．バー１−リング等１月）Ｌ　ＺＴセラ
ミックの光学的及び電気・光特性の最新の改良」１９７
２年フエロエレクトリノクス第３ｓ２６９ページ。

前述のカラーフィルタ（２０）はカラー表示を得るため
に使用される。フィルタ（２０）は、如何なる透明且つ
非散乱カラー材料から作ってもよい。例えば、カラーフ
ィルタは着色した硝子或は染色したプラスチック材料で
形成することができる。カラーフィルタ、カラーレンズ
或はカラーレンズ（２０）は、例えば赤、緑、黄、橙等
のように実質的にどのような色であっても差〉えない。

カラーフィルタ（２０）は表示媒体（１２）の前側或は
後側に積層することができる。しかし、フィルタは表示
媒体の背後に積層することが好ましい。

変形として、第１図に示すように、カラーフィルタ（２
０）を表示媒体（１２）の後面から婿間させ、間隔“ｄ
、″で表わされている空隙を両者の間に設けることがで
きる。もし表示装置の電極が画素を形成するように配列
されていれば、間隔″ｄ１″は画素の短い方の寸法のほ
ぼ１０％未満とすべきである。

前述のように、表示媒体（１２）は非散乱（透明）状態
と散乱（不透明）状態との間で切替可能である。表示媒
体或はその一部の背後に配置された着色材料は、電界印
加状態において表示装置の視認側（２５）の観測者或は
観測機器（５８）に対して可視となる。

カラーフィルタ（２０）を除去し、その代りに利得反射
体（１４）を番号（５４）で示すように例えば蛍光染料
のような着色染料で印刷された選択性スクリーンとする
ことができる。着色染料は表示装置の画素にカラーを発
生させることができる着色バクーンを作る。蛍光染料は
、広い周波数範囲の光を吸収し特定のカラーでこの光を
放出できる能力があるため、輝度が増加する。

第２図に示すように、表示媒体（１２）を通過する時に
屈折される入射光（光ビーム（６０）で表わしである）
は利得反射体（１４）で光ビーム（６２）として反射さ
れ、利得ローブ（６４）を形成する。入射光は、後述す
るように、表示媒体（１２）の表面からグレアとしても
反射する。

反射光（６２）は均一に分布せず、成る程度集中する。

利得反射体の特定例は平面鏡である。この場合、平行化
された入射光ビーム内の全ての光は反射ビーム内におい
ても平行を保ち、入射角が反射角に等しくなるような方
向に伝播する。利得反射体の本質に依存して反射ビーム
内の光分布は広がったり或は狭まったりする。このよう
な反射体の利得は、利得反射体から検光子（表面に対し
て所与の角度に固定された立体角を有する）内への光束
とランヘルド反射体からのそれとの比として限定できる
。

入射光ビームの平行度が低下すると利得反射体からの反
射光の分布が広がり、従って利得が低下する。特別な場
合は、入射光ビーム、或は例えば視認側（２５）からの
照明が拡散或はランベルトである時に発生する。この場
合にはランベルト反射光分布となり、利得はｌである。

利得反射体（１４）は、入射光を光反射する公知の、且
つ既に市販されている利得反射体の何れであってもよい
。例えば、利得反射体は反射光が入射光ビームと同じ通
路或はラインに沿うような逆反射体からなっていてよい
。

より好ましくは利得反射体（１４）は入射光とは異なる
通路に沿って反射利得を与えるようにする。このような
利得反射体は例えば１９８４年６月２６日付合衆国特許
４，４５６，３３６号に記載されている。利得反射体（
１４）は、球形酸は円筒形区分のような単純な素子の繰
返しを有するレンズ状表面からなっていてもよく、これ
はたわみ可能なＰｖＣ内に埋込まれ、アルミニウム顔料
塗料或は他の反射媒体で被膜される。

利得反射体は、第２図に示すように、反射被膜（５５）
を有する不透明なプラスチック或は金属サブストレート
（５０）をも備えている。この被膜は恨或はアルミニウ
ムの薄い層、或は例えば粗く平坦ではない表面を有する
スパッタしたアルミニウム被膜からなることができる。

本発明の表示装置に使用可能な別の型の利得反射体が１
９８０年１２月３０日付のミハラキス等の合衆国特許４
，２４１，９８０号「ビーム放出制御手段」（以下の説
明において“９８０号特許”と略称する）に記載されて
いる。９８０号特許に記載の利得反射体はカリフォルニ
ア州パロアル１−のプロトライトコーポレーションから
市販されている。これはミラーイメージという商品名で
ある。この利得反射体及びその製造方法は、１９８　年
のＰｒｏｃ、５ＰＩＥ第７６０巻２９ページの、Ｇ、ミ
ハラキスの論文「大スクリーン投影表示装置」にも記載
されている。

この利得反射体は光学素子のアレーからなり、これらの
素子は行列マトリックスを形成するように並置されてい
る。これらの光学素子は凹凸の両方の像形成部分を有し
、これらの素子の光軸は利得反射体のサブストレートへ
の垂線に対しである角度をなしている。典型的には個々
の光学素子の寸法は所定の視認距離において観測者が解
像できるよりも小さく、凹凸部分はこの視認距離におい
て像を重畳させるように整形されている。

第２図に光ビーム（６６）で示すグレア即ち鏡面反射は
、利得反射体の主面（即ち、例えば透明なカバーを含む
表示媒体（１２）の前面及び後面からなる表示装置表面
）に平行な反射性平面によって反射された光によっても
たらされる。上述の利得反射体を用いると、表示装置の
視認側（２５）の観測者或は観測機器（５８）は最高利
得の反射光だけではなく最高のグレアをも受ける。これ
は、反射光ビーム（６２）からなる利得ローブ（６４）
（反射利得）が光ビーム（６６）で表われている鏡面反
射の方向（即ち、入射角θ、は反射角θ２に等しい）を
中心として分布しているからである。

しかし、もし観測者（５８）がグレア角から外れるよう
に移動すれば、利用可能な利得が低下する。

この理由から、オフセット利得反射体、即ち鏡面反射（
グレア）の方向を反射利得（光）の方向から分離する利
得反射体を使用すると有利である。

オフセット利得反射体（１４’）を有する表示装置から
の光分布パターンを第５図に図式的に示してあり、反射
利得は光ビーム（６２’）で構成される光ローブ（６４
’）で示され、また鏡面反射（反射グレア）は光ビーム
（６６’）で示されている。図示のように、表示媒体（
１２）の表面からの鏡面反射（グレア）は表示装置の最
高輝度及びコントラストと同一の方向にはなく、鏡面反
射はオフセット利得反射体によって反射される光（光ビ
ーム（６２’））から角度的にずれている。

観測者が観測可能なグレアを排除することによって、表
示装置（１０）の光学的性能が向上し、また見かけが強
められる。

オフセント利得反射体（１４’）の１つの型の構造を第
６図及び第７図に図式的に示す。このオフセット利得反
射体は前記９８０号特許に記載されている利得反射体の
変形である。詳述すれば、第６図及び第７図に示すオフ
セント利得反射体の光学素子は、反射光を角度的にずら
せる非対称波形からなる。前述の如く、この変形利得反
射体は第５図に示す光分布パターンを発生する。

９８０号特許の利得反射体の数学的表面は、低次曲線状
の個々の光学素子を互に結合（スプライニング）して−
次導関数（切線）が連続し二次導関数（曲率）が限定さ
れる形状を得るようになっている。換言すれば、光学素
子は滑らかに且つ鋭い縁を生ずることなく互に結合され
ている。この二次元（スプラインされた）波形は、直交
軸上に限定された別の波形によって非標卓的に変調され
る。その結果、表面は前述のように凹及び凸の像形成部
分を有し、これらの部分が滑らかに結合された三次元光
学素子となる。この素子アレーの光学的仕事率（光を広
げる能力）は単一の素子の光学的仕事率と全く同一であ
る。

９８０号特許の利得反射体の単一の光学素子は、原則と
して２つの零交叉を有する清らがな連続関数の何れであ
っても差支えない。例えば、第６図のＸＹ面は変曲面或
は０面であり、Ｘ方向の全ての波形が零交叉をしている
。しかし実際には、例えば円、楕円、抛物線、或は双曲
線のような二次関数に限定されている。光線が光学素子
によって反射される角度はその点における湾曲の勾配に
依存し、湾曲の勾配が鋭い程角度は大きくなる。従って
、光反射パターンの境界は最も鋭い負及び正の勾配によ
って決定される。

光の分布が光学素子表面の勾配のみに依存するという事
実の重要な結果として、この表面の鏡像は全く同一の光
分布を有することになる。その焦点距離は同一であるが
符号は逆となる。

勾配依存性の第２の重要な結果は、光分布パターンが素
子の寸法に無関係なことである。小さい素子は到来光を
受けるとその小部分に作用するが、その光を大きい素子
と同一の角度或はパターンに分布させる。これは大きい
素子及び小さい素子が同一形状であれば常に真である。

三次元光学素子の単一列からなる表面は、主波形に垂直
な軸に、ある繰返し波形を導入することによって製造す
ることができる。これは、素子寸法を変調波の振幅に比
例せしめることによって行われる。９８０号特許の利得
反射体の表面は、各素子にその鏡像を結合することによ
って形成されている。この場合鏡像の寸法は、元の素子
の寸法には関係なく、混合した素子の混合長が一定に保
たれるようになっている。このパターンは無限に反覆さ
れ、９８０号特許に示されているような行列をなした光
学素子の連続シート或はアレーが作られる。

プロトライト社から市販されている利得反射体は対称的
であり、従って対称的な光分布場即ちパターンを発生す
る。

第５図乃至第７図に図式的に示すオフセット利得反射体
（１４’）は非対称波形素子を採用しており、この素子
は図示のように回転楕円体の一区分とするごとができる
。回転結物線、回転双曲線或は他の一高次曲線のような
他の非対称形を用いてオフセット利得反射体を製造する
ことも可能である。

詳述すれば、オフセット利得反射体（１４’）は非対称
光学素子“Ａ”のアレーから作られており、各素子は例
えば回転楕円体の一部からなっている。第７図に示すよ
うに、得られた曲線は正の勾配“Ｂ”を有する長さの部
分の方が負の勾配“Ｃ”を有する長さの部分よりも遥か
に長い。正及び負の勾配領域は反射光を反対側へ送るか
ら、面積の大きい正勾配側“Ｂ″はより多くの光を受け
る。更に、正の勾配側は曲率が小さく、従って負側“Ｃ
”よりも狭い角度に光を分布させる。分布角度が小さい
ために光はより多く集中し続け、従ってより明るい。そ
の結果、光学素子シート（アレー）の素子に垂直に導か
れた光は、一方の側の方が他方の側よりも明るい分布パ
ターンで反射されるようになる。

第８図は上述のオフセント利得反射体からの反射光パタ
ーンを示す図であり、０°からの反射角をＹ軸に、また
輝度をＹ軸にとっである。図示のように、オフセット利
得反射体は入射光を、“Ｅ”においてより明るくなるパ
ターンで、即ちＹ軸の一方の側が他方の側よりも明るい
パターンで反射する。

このオフセット利得反射体は前記のミハラキスによる５
ＰＩＥの論文に記載されている技法で、即ち非対称光学
素子を形成するためにコンピュータ数値制御マイクロフ
ライス盤を使用することによって製造することができる
。このようなオフセット利得反射体はプロトライト社に
おいて製造可能である。

準平行光の下での表示装置（ｌＯ）の最適使用は、表示
媒体（１２）の異なる部分へ入射する光の角度の制御に
大きく依存する。殆んどの用途においては入射光は完全
に平行化されておらず、或は入射光が表示装置表面に垂
直でもないから、表示媒体（１２）及び利得反射体の異
なる部分（もし表示装置が垂直に配向されていれば、例
えば上面及び下面）は異なる角度で光を受ける。これは
、−殻内には異なる光学的性能を呈し、従って表示に目
立った差を生ずることになる。

しかし、第９図に示す実施例では液晶セル（２１’）及
び利得反射体（１４″）は例えば湾曲させることが可能
な（一方向へ）薄いたわみ可能なプラスチックサブスト
レート上に組立てられているので、液晶セル及び利得反
射体のより多くの表面が表示装置（１０″）の視認側（
２５）に設置された照明源（８０）に対して同一の入射
角（α１−α２）となる（源（８０）からの光はビーム
（８２）、（８４）によって表わされている）。

この実施例においては、液晶セル（２１’）がカプセル
入りの動作的にネマティック或はＮＣΔＰ液晶材料であ
ることが最も好ましく、利得反射体（１４“）はサブス
トレートの湾曲面」こにアルミニウムをスパッタリング
して表面が平坦でない被膜を設けることができる。この
構造は表示装置の均一な光学的性能及び表示を保証する
のを援助する。この表示装置は車輌のダツシュボード表
示装置への応用に特に適するものである。

本発明の表示装置は全ての周囲光状態の下で作動可能で
あり、優れたコントラスト及び輝度を有する表示を発生
する。表示装置は夜間（極めて低い、０．１１ランベル
ト（１００フートランベルト）以下或は０の、周囲光）
、晴天（周囲光は１．０８ランベルト（１０００フート
ランベルト）以上）、及び曇天の日中或は屋内（周囲光
は０．１１〜１．０８ランベルト）において有効である
。

前述のように光ビーム（６０）で表わされている入射光
（第２図及び第５図）は、非散乱状態において表示媒体
を透過し、光ビーム（６２）で示すように利得反射体に
よって反射されて観測者（５８）が観測できる表示を発
生する。

前述のように、ＮＣＡＰ液晶セル内の染料は光を吸収す
る。準平行化入射光の場合、電界印加状態においては光
は液晶セルを通過し、次で利得反射体によって狭い分布
内に反射され、再び液晶セルを通過するが、この時に殆
んど吸収或は散乱されないので表示の輝度は増加する。

無電界状態においては入射光は強く散乱され、吸収され
る。従って利得反射体に到達する光の部分は、入射ビー
ムよりも蟲かに多く拡散している。

従って、利得反射体の実効利得は温かに低くなる。

それ故表示はより明るく且つ高いコント・ラストを有す
る。

入射光が拡散している場合、電界印加状態における輝度
はやはり利得反射体によって増加させられる。これは、
異なる角度から液晶セルに入る光の差動吸収によっても
たらされるのである。

例えば、ビーム（７２）によって表わされ一ζいる液晶
セル構造に垂直な光線を考えよう（第１図、第３図、第
４図）。電界印加状態においては、ＮＣＡＰＣＡ相料は
電界已によって整列されているから、光線（７２）のよ
うに液晶セルに垂直な光は殆んど散乱或は吸収されない
。垂直からある角度、例えば４５°の光線の場合には、
これらの光線は電界によって整列されている液晶（４０
）及び染料（４６）に平行に走行しないから大きな吸収
が起る。入射方向が液晶セルの表面に対して垂直の方向
から離れる程光は強く散乱され吸収されるから、透過光
分布は入射分布から若干狭められる。この狭い分布があ
る利得を持って利得反射体から反射されることになる。

無電界状態においては、液晶セルは入射拡散光を散乱さ
せ吸収して殆んど或は全く利得を与えない。従って拡散
照明状態であっても利得反射体及び液晶セルのこの組合
せは高い輝度及びコントラストを与える。

本発明の表示装置は、種々の動作モードで、表示装置の
視角内の視認側（２５）の観測者（５８）に対して選択
された数字、文字或は他の情報を表示する。例えば、観
測者（５８）に対して、付勢された電極間の領域は、極
めて暗い背景に対して極めて明るく　（或は着色されて
）見える。付勢された電極間に位置していない液晶材料
は無電界状態にある。従ってこのような材料は入射光を
散乱させ、吸収し続けるので、視認側及び非視認側の両
方から極めて暗く見える。

本発明の表示装置は、車輌のダツシュボード及び制御盤
のような表示器に適用可能である。

本発明の表示装置は、 （１）表示媒体が非散乱状態にある時の表示の輝度が増
加する一方で、散乱状態における表示の輝度が変化しな
いため、表示装置を平行光或は準平行光の何れかによっ
て照明した時にコントラスト比が増加すること、 （２）　　拡散光によって照明した場合でさえも表示の
輝度及びコントラスト比が改善されること、及び （３）反射光の分布（利得反射体からの反射利得）を鏡
面反射（利得反射体の前面にある表示媒体からのグレア
）から角度的に分離する能力があること を含む独特な表示改善を提供する。

本発明の若干の実施例を説明したが、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲のみ
によって限定されることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による表示装置の概要側面図、第２図は
本発明の表示装置の利得反射体成分の概要図、 第３図及び第４図は閉込め媒体手段内のある量の液晶及
び染料を含む本発明に使用される液晶祠料が、それぞれ
ひずんだ整列状態及び平行整列状態にあることを示す概
要図、 第５図は本発明の表示装置に使用可能なオフセット利得
反射体の概要図、 第６図は本発明に使用可能なオフセット利得反射体の形
状を示す概要斜視図、 第７図は第６図の７−７矢視図、 第８図は本発明の表示装置に使用可能なオフセット利得
反射体からの反射体パターンを示すグラフである。茶ｑ
図＋ｆｆ、奎柘呵の７すの１艶例と１．１゜１０・・・
・・・液晶表示装置、１２・・・・・・表示媒体、１４
・・・・・・利得反射体、 １４′・・・・・・オフセット利得反射体、１６・・・
・・・枠、 ２０・・・・・・カラーフィルタ、 ２１・・・・・・液晶セル、　　２２・・・・・・液晶
材料、２４・・・・・・電界印加回路、２５・・・・・
・視認側、２６・・・・・・電源、　　　　　２８・・
・・・・スイッチ、３２．３３・・・・・・電極、 ４０・・・・・・動作的にネマティック液晶、４２・・
・・・・容積、　　　　４４・・・・・・閉込め媒体、
４６・・・・・・染料、 ５０．５２．５３・・・・・・サブストレート、５５・
・・・・・反射被膜、 ５８・・・・・・観測者（機器）、 ６０・・・・・・入射光、　　　６２・・・・・・反射
ビーム、６４・・・・・・利得ローブ、　６６・・・・
・・グレア、７２．７４・・・・・・入射光、８０・・
・・・・照明源。 手 続 補 正 書（方式） ■、事件の表示 平成１年特許願第１３８７５号 ２、発明の名称 利得反射体・液晶表示装置 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 名 称 タリック コーポレーション ４、代 理 人 ５、補正命令の日付 平成１年４月２５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光が散乱及び吸収の少なくとも一方を受ける第
   １の状態と、この散乱或は吸収の量が減少する第２の状
   態との間で切替可能な表示媒体と、 前記表示媒体の背後に配置されていて表示媒体を通過す
   る光を反射する際に反射光を表示媒体からの鏡面反射か
   ら角度的にずらせるオフセット利得反射体とを具備する
   表示装置。２、表示媒体が、動的散乱液晶材料からなる
   請求項１記載の表示装置。 ３、表示媒体が、カプセル入りの動作的にネマティック
   液晶材料からなる請求項１記載の表示装置。 ４、カプセル入りの動作的にネマティック液晶材料が、
   染料を含む請求項３記載の表示装置。 ５、表示媒体が、ツィステッドネマティック液晶材料及
   びスーパーツイスト液晶材料からなる群から選択された
   材料である請求項１記載の表示装置。 ６、表示媒体が、ＰＬＺＴ強誘電性セラミック材料から
   なる請求項１記載の表示装置。 ７、表示装置の視認側に配置されている液晶手段を具備
   し、 前記液晶手段は閉込め媒体手段内の液晶材料からなり、
   閉込め媒体手段は液晶材料にひずんだ整列を誘導し、液
   晶材料はこのひずんだ整列に応答して光の散乱及び吸収
   の少なくとも一方を行いまた規定入力に応答してこの散
   乱及び吸収の量を低下させ、更に 前記液晶手段の背後にあって液晶手段を通過する光を反
   射する利得反射体手段をも具備する表示装置。 ８、表示装置の視認側に配置されている液晶手段を具備
   し、 前記液晶手段は液晶材料及び閉込め媒体手段からなり、
   液晶材料はその構造に順応する染料を含み、閉込め媒体
   手段は液晶材料にひずんだ整列を誘導し、液晶材料はこ
   のひずんだ整列に応答して光を散乱させ吸収しまた規定
   入力に応答してこの散乱及び吸収の量を低下させ、更に
   前記液晶手段の背後にあって液晶手段を通過する光を反
   射する利得反射体手段をも具備する表示装置。 ９、利得反射体手段が、反射光を液晶手段からの鏡面反
   射から方向的に分離するオフセット利得反射体からなる
   請求項８記載の表示装置。 １０、車輌のダッシュボード内に使用され、前方照明源
   を含む請求項９記載の表示装置。１１、液晶手段と利得
   反射体との間に配置されたカラーレンズをも含む請求項
   ８記載の表示装置。 １２、液晶材料が複屈折性であり、規定入力が存在する
   場合の常屈折率が閉込め媒体手段の屈折率と実質的に整
   合して光の屈折及び散乱を最小化し、規定入力が存在し
   ない場合の異常屈折率が閉込め媒体手段の屈折率とは異
   なって光を屈折及び散乱せしめる請求項９記載の表示装
   置。 １３、規定入力を液晶材料に印加する入力手段をも具備
   する請求項１２記載の表示装置。１４、入力手段が、液
   晶材料を横切って電界を印加するために液晶材料の両面
   に配置されている電極手段からなる請求項１３記載の表
   示装置。 １５、液晶材料を横切って電界を印加するために電極手
   段に電気エネルギを供給する回路手段をも具備する請求
   項１４記載の表示装置。 １６、染料が、多色性染料である請求項８記載の表示装
   置。 １７、多色性染料の構造が、液晶材料がひずんだ整列に
   ある時に光を吸収するように動作する請求項１６記載の
   表示装置。 １８、液晶材料をほぼ平行に整列せしめて染料による吸
   収の量を低下させるために液晶材料に電界を印加する手
   段をも具備する請求項１７記載の表示装置。 １９、車輌のダッシュボード内に使用され、前方照明源
   をも含む請求項８記載の表示装置。 ２０、表示装置の視認側に配置されている液晶手段を具
   備し、 前記液晶手段は多色性染料を含む高複屈折性の動作的に
   ネマティック液晶と液晶及び染料の複数の容積を収容す
   るための閉込め媒体とを備え、閉込め媒体手段は液晶の
   自然構造をひずませて染料に光の吸収を増加せしめる表
   面手段を有し、液晶は規定入力に応答してこの光吸収の
   量を低下させ、更に 液晶手段の背後の表示手段の非視認側に配置され、入射
   する光を反射する利得反射体手段をも具備する表示装置
   。 ２１、利得反射体手段が、表示装置からの鏡面反射を反
   射利得から角度的にずらせる請求項２０記載の装置。 ２２、液晶手段と利得反射体手段との間に配置されたカ
   ラーフィルタ手段をも含む請求項２１記載の装置。 ２３、利得反射体手段が、蛍光カラーのパターンを含む
   請求項２０記載の装置。 ２４、利得反射体手段が、実質的に連続した関係に配列
   された複数の類似のユニットからなり、各ユニットは第
   １及び第２の軸によって限定される平面内においては凸
   でありまたこの面に垂直な平面内においては凹てある放
   出面を含む請求項２０記載の装置。 ２５、利得反射体手段が、粗な鏡面を備える請求項２０
   記載の装置。 ２６、液晶手段が、規定入力として液晶を横切る電界を
   印加するために液晶手段の両面に形成された電極手段を
   有する請求項２０記載の装置。 ２７、液晶に電界を印加するために電極手段に電気エネ
   ルギを供給する回路手段をも具備する請求項２６記載の
   装置。 ２８、液晶手段及び利得反射体手段が、表示装置の視認
   側に位置する照明源に対して湾曲した表面を呈している
   請求項２０記載の装置。 ２９、車輌のダッシュボードの一部として使用され、前
   方照明源をも含む請求項２８記載の装置。 ３０、車輌のダッシュボード内に使用される請求項２０
   記載の装置。