JPH03274018A

JPH03274018A - 表示装置

Info

Publication number: JPH03274018A
Application number: JP2074315A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Mizuki; 達郎水木
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1991-12-05

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】［産業上の利用分野］本発明は、時計、パソコン、ワープロ、薄型テレビなど
に使用される表示装置に関する。

［従来の技術］時計、パソコン、ワープロ、薄型テレビなどに用いられ
る表示装置は、通常、液晶の配列状態を電場印加により
変化させ、その光学的性質を変えることによりその表示
動作を行わせている。−船釣な動作方法としては、ネマ
ティック液晶を９０度捩ったＴＮ形、複屈折制御型、あ
るいは、捩れ角を９０度以上にしたＳＴＮ形などが挙げ
られる。

しかし、これらの方式は、いずれもセルの両側に偏光板
を２枚配置して使用する必要かあった。

この偏光板は、非偏光を直線偏光にかえるという性質上
、入射光の少なくとも５０％以上の光を遮断し輝度が低
下する上、単に直交させただけの２枚の偏光板において
さえも少なからず光が透過するため、全くの暗状態が作
り得ないなど、コントラストにおいて満足のいくもので
はなかった。

また、ゲスト・ホスト形や光散乱型などのように偏光板
を用いない動作方式もいくつか提案されているが、たと
えば、ゲスト・ホスト形はその動作速度が遅い、光散乱
型では光遮断時にも散乱光によりかなりの光透過があり
暗状態が作り得ないなどの欠点があり、表示素子として
の利用はそれほど行われていない。

一方、特公昭５９−８０８号公報に代表されるように、
２枚の透明基板の間に透明電極および電界作用により屈
折率が変化する材料を介在させ、基板と該材料の界面に
おいて、光を全反射もしくは一部透過させることで光路
を切り替える光スィッチが提案されている。この方式は
、偏光板を用いなくても光スイッチ作用が行え、また動
作速度もそれほど遅くないという特徴がある。

しかし、この方式を適用して一定面積を有するデイスプ
レィ表示を行なわせるためには、いかにして前述の界面
全面に光を一定入射角度で入射させるかという点が課題
となっていた。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、従来の表示素子で問題となっていた偏光板に
よるコントラスト低下を防ぐために、基板と該材料の界
面において光を全反射もしくは一部透過させる光スィッ
チの原理をデイスプレィなどの表示素子に適用するにあ
たり、表示素子全面に均一な一定入射角度での光の入射
を可能とする表示装置を提供せんとするものである。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明は次の構成を要する
。

すなわち、本発明の表示装置は、２枚の透明基板の間に
透明電極および電界作用により屈折率が変化する材料を
介在させ、基板と材料の界面で光路を切り替える光スイ
ッチ作用を利用した表示素子において、入射側の基板の
片面側形状を鋸刃状カット面を呈する形状に構成したこ
とを特徴とする表示装置である。

また、上述の本発明にかかる表示装置において、好まし
くは、鋸刃状カット面を呈する入射側の基板の片面側形
状が、透明基板に入射した光を、該透明基板と電界作用
により屈折率が変化する材料との界面に対して実質的に
一定入射角で到達せしめ得るものである表示装置であり
、また、さらに好ましくは、光源から鋸刃状カット面を
通して光を入射させるに際して、該カット面に対して入
射光が垂直に入射するよう光源が配置せしめられている
表示装置である。

［作用コ以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は、電界作用により屈折率が変化する材料に対し
て電界を変化させることで、該材料と入射側基板との界
面において、入射光を全反射もしくは透過する２つの状
態を作り出し、それを表示動作に適用したものである。

この際、入射側基板の光源側の面を鋸刃状にカットした
ところに最大の特徴がある。すなわち、従来、スポット
もしくは小面積でしか達成できなかった上記２状態を、
鋸刃状にカットした基板を用いることで、入射光が該基
板と前記材料の界面の全面に到達し、大面積化を可能と
したものである。これはまた、従来の表示素子の基板が
全て均一で数ミリの厚みからなる薄板状ガラスもしくは
プラスチックの平板であることと大きく異なる点である
。

以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は、本発明における鋸刃状にカットした基板を側
面から見た図である。

本発明でいう鋸刃状のカット面とは、第↑図のごとく基
板平面の片面に設けた鋭利なぎざぎざのカット面をいう
。第１図においてカット面を左から１．２．３、・・・
・・・としたとき、奇数番目、偶数番目の面は、それぞ
れ各々が平行であることが好ましい。これは、各面に入
射した光を、もれなく、かつ同じ角度で表示面Ａに到達
させるためである。

鋸刃状のカットの角度、すなわち、第１図におけるθ１
は、入射光が該基板と電界作用により屈折率が変化する
材料との界面に入射する角度θ２に依存する。後述のよ
うに、この界面への入射角度θ２は、全反射ならびに透
過の両状態を作り得る角度であることが重要である。す
なわち、入射基板の屈折率をｎ１電界により変化する屈
折率の範囲をｎｌ、およびｎ２　（ｎｌ＜ｎ２）とした
ときに、（ｎ　１／ｎ）　＜　ｓ　ｉ　ｎθ２＜（ｎ２
／ｎ）なる条件であることが好ましい。このとき、第１
図のＢの方向から光を入射させる場合、θ１はθ２近辺
であることが好ましい。これは、外部から入射基板への
入射角が９０度の垂直入射であるほど入射面での反射に
よる透過損失が低減できるからである。θ１＝０２±５
°程度であれば特に問題はない。

したがって、入射光は第１図において、Ｂ側から入射す
る。この入射光は、カット面の奇数番目の面を通してＡ
面に到達する。このとき、入射光は基板の偶数番目の面
に平行となり、新たに別の面で反射などを起こすことが
ないのでＡ面全面に到達することができるようになる。

入射に関係ない面、すなわち、偶数番目の面に、乱反射
を防ぐ意味から反射防止膜を付与することは何ら差支え
ない。

鋸刃の幅、すなわち鋸刃状凸部の数は多いほど一定面積
に対して、入射側基板の厚みを薄くできるため好ましい
が、加工が困難になる、鋸刃状の先端部での光の反射割
合が増すなどの点からは好ましくなく、その表示面積に
合わせて適宜窓められる。

本発明において、電界作用により屈折率が変化する材料
とは、それ自体は等方性であり電界によりそのものの屈
折率が変化するものや、それ自体は複屈折性を有し、電
界をかけることで配列状態が変化し、光の進行方向のみ
かけの屈折率が変化するものなどをいう。前者の例とし
ては、非線形材料が挙げられ、後者の代表例として液晶
が挙げられる。屈折率の変化程度が大きく、取扱いが容
易といった点からは液晶が好ましく、通常、ＴＮ形、Ｓ
ＴＮ形などのデイスプレィに使用されている液晶が使用
可能である。

本発明において、基板を構成する物質は光を透過する必
要があるため、透明性に優れているものであることが望
ましい。具体的には、石英ガラス、パイレックスガラス
、鉛カラスなどの各種ガラスや、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルピロリド
ン、アクリロニトリル・スチレン共重合体などの各種透
明プラスチックが利用可能である。これらの材料の加工
は、カットして作製してもよいし、鋳型成型などにより
作製してもよい。

また、入射側の基板の片面側形状を鋸刃状カット面を呈
する形状に構成せしめるに際しては、単一体でそのよう
な形状を有する入射基板を用いてもよいが、複数の構成
部材が組合わされて用いられてそのような形状に構成さ
れるものであってもよい。

本発明においては、前述のように、該基板と前述の電界
作用により光の進行方向の屈折率が変化する材料の界面
で、全反射もしくは透過の両現象を起こさせることが必
要で、そのためには、入射側の基板の屈折率が前記材料
の複屈折の上下の値に挟まれていることか好ましい。し
たがって、用いる材料との兼ね合わせて適宜法めること
が好ましい。例えば、材料として、複屈折の値が、１゜
５〜Ｊ−１７近辺であるネマティック液晶を用いた場合
には、基板の屈折率は、１．５よりも大きいことが必要
で↑、５〜１．７の間にあることが好ましく、１．６〜
１．７かより好ましい。屈折率１．６〜１．７程度の高
屈折率を有し、かつ透過性を高める研磨の容易さなどの
点からは鉛ガラスなどのガラスが好ましいが、成型の容
易さ、価格などの点からはプラスチックが好ましい。ま
た、基板自体は、複屈折かないことがより好ましくなる
。

一方、出射側の透明基板は、入射側基板と前記材料の界
面を透過した光の通過路となる。したがって、透過光率
を高めるために、その屈折率は、入射側の屈折率と同等
もしくはそれ以上であることが好ましくなる。

本発明の表示装置における表示セルの構成は、偏光板を
使用しない意思外は、従来の表示セルと同じ構成が適用
できる。すなわち、上下２枚の透明基板を挟んで、その
向かい合った面にｒＴＯなどの透明電極を配置し、その
内側に前述の材料を配置したものである。このとき、該
材料の配列状態をコントロールするために、透明電極と
該材料の間に配向膜を設けることは好んで行われる。配
向膜は、該材料の種類によって決められる配向の向きに
より種々のものが使用され、通常ポリイミドやレシチン
などの有機物や、酸化ケイ素や金、白金などの金属が塗
布、蒸着などにより基板に付与される。また、これらの
配向膜をナイロン、レーヨンなどの立毛布帛でラビング
し、該材料の配向性を高めることも好ましい手法となる
。

本発明においての入射光は、実質的に均一に一定角度で
、入射基板と前述の材料の界面に到達することが重要で
あるために、平行光線もしくは平行光線に近いものであ
ることが好ましい。一定の幅でカット面に光を入射させ
るために、光源と基板の間にレンズを挿入することは何
ら差支えない。

また、光源は明るいほど好ましく、汎用の白色光ランプ
のほか、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどが
用いられる。このとき、光源は、入射基板の入射カット
面に対しほぼ垂直入射する位置に配置することが、入射
面での反射率を押さえることができ、より好ましくなる
。

［実施例］以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

実施例縦５　ｃｍ、横５　ｃｍ、厚み１０ｍｍで屈折率１．６
２の透明鉛ガラス板を加工し、側面からみたとき、第２
図に示すような鋸刃状断面の入射側基板を作製した。こ
のとき鋸刃状面は交互に平行であり、その一方向は、元
の基板面に対して７０度の角度となるようにした。また
、出射側基板としては、同様の鉛ガラスではあるが、縦
５　ｃｍ、横５　ｃｍ、厚み１゜１ｍｍで屈折率１°７
０の透明基板を用意した。

次いで、入射側基板においてはカットしていない５　Ｃ
ｍＸ　５　ｃｍの平面側に、出射側基板においてはその
平面の片面に蒸着によりＩＴＯの透明電極を共にストラ
イプ状に付与した。また、出射側基板のもう一方の平面
には、透過光を外部に散乱させるため、蛍光粉末を薄く
付着させた。

次いで、透明電極を付与したガラス基板の表面に配向膜
を塗布し、ナイロンの立毛布帛により該配向膜をラビン
グした。このとき、透明電極基板上に加工した配向膜に
は、東し■製のセミコファイン（ＩＩＴ−２４ＯＡ）を
用い、ラビング条件としては、ローラーの回転数７００
ｒｐｍ　、ローラー径５０ｍｍφ、ステージ速度１５ｍ
ｍ／ｓｅｃ　、ラビング深さ０．５ｍｍで行った。また
、ラビング方向としては、１枚は透明電極のストライプ
方向と同方向に、１枚は透明電極のストライプ方向と垂
直方向にラビングした。

次いで、上記処理をしたガラス基板を２枚用い、ラビン
グ方向が反平行になるように、同時に透明電極のストラ
イプは直交するように配置して封着し、メルク社製のＺ
　Ｌ　Ｉ　−２４７１液晶を注入することにより液晶表
示素子を作製した。

次いで、該セルに常法により５Ｖの交流電圧を印加させ
ながら、上記の通りに作成したセルに第２図のＢの方向
にハロゲンランプを設置し、該方向から光をラビング方
向と平行となるように入射した。このとき、入射光は７
０度でカットした面に垂直となるようにした。

上記セルは、電界がかかったポイントは液晶分子が基板
に垂直に配向するため入射光が液晶層を通過し、出射側
基板に到達し、その上部蛍光体で散乱し、ＯＮ状態とな
った。一方、電界かかかっていないポイントは、液晶層
の手前で入射光は全反射し、光は透過せずＯＦＦ状態で
あった。このＯＮ、ＯＦＦに伴う画像のコントラストは
従来の偏光板を用いたＴＮ形に比べて、明らかに優れた
ものであった。

［発明の効果］本発明の表示装置を用いることにより、偏光板を用いる
ことなく表示することが可能となり、従来になくコント
ラストの高い画像デイスプレィか得られる。

【図面の簡単な説明】第１図、第２図は、本発明の表示装置における側面から
みた態様例を簡略的に例示したものである。なお、これ
らの図において、透明電極、配向膜は図示を省略しであ
る。ａ：入射側基板　　　　ｂ＝出射側基板Ｃ：電界作用に
より屈折率が変化する材料ｄ：蛍光体Ａ：電界作用により屈折率が変化する材料と入射側基板
との界面Ｂ：入射側基板への光の入射方向１．２．３．４．５．６：カツト面

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２枚の透明基板の間に透明電極および電界作用に
より屈折率が変化する材料を介在させ、基板と材料の界
面で光路を切り替える光スイッチ作用を利用した表示素
子において、入射側の基板の片面側形状を鋸刃状カット
面を呈する形状に構成したことを特徴とする表示装置。
（２）鋸刃状カット面を呈する入射側の基板の片面側形
状が、透明基板に入射した光を、該透明基板と電界作用
により屈折率が変化する材料との界面に対して実質的に
一定入射角で到達せしめ得るものであることを特徴とす
る請求項（１）に記載の表示装置。
（３）光源から鋸刃状カット面を通して光を入射させる
に際して、該カット面に対して入射光が垂直に入射する
よう光源が配置せしめられていることを特徴とする請求
項（２）に記載の表示装置。