JPH055882A - Display device - Google Patents

Display device

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Publication number
JPH055882A
JPH055882A JP3104405A JP10440591A JPH055882A JP H055882 A JPH055882 A JP H055882A JP 3104405 A JP3104405 A JP 3104405A JP 10440591 A JP10440591 A JP 10440591A JP H055882 A JPH055882 A JP H055882A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
optical waveguide
light
display device
refractive index
Prior art date
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Pending
Application number
JP3104405A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Fujisawa
幸一 藤沢
Yukikazu Kamimura
幸和 上村
Masayoshi Minamii
正好 南井
Katsumi Yoshino
勝美 吉野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP3104405A priority Critical patent/JPH055882A/en
Publication of JPH055882A publication Critical patent/JPH055882A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To present a display device which easily realizes a quick responsiveness and a high contrast and has advantages of wide visual field angle, etc. CONSTITUTION:The display device consists of an electrode 2, an optical waveguide 3 made of a transparent resin, a liquid crystal layer 4, a liquid crystal orienting film 5, a transparent electrode 6, and a transparent substrate 7 which are laminated on a substrate 1 and has a mechanism to lead in light from a prism coupler 8 and satisfies relations ne: max > np >ne: min where np is the refractive index of the optical waveguide and ne: max and ne: min are higher one and lower one of effective refractive indexes of liquid crystal before and after electric field switching respectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規な表示装置に関し、
詳しくは液晶を用いた新規な平面型表示パネルに関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a novel display device,
Specifically, it relates to a novel flat display panel using liquid crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、表示装置としては陰極線管(CR
T)が主流を占めているが、大きく重いという欠点があ
るため平面型表示パネル(以下単に平面パネルと略すこ
とがある。)への移行が進行している。平面パネルとし
ては液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレク
トロクロミックディスプレイ等があげられるが、液晶デ
ィスプレイが主流と成りつつある。液晶ディスプレイと
してはツイステッドネマティック型やスーパーツイステ
ッドネマティック型等のネマティック液晶を用いるタイ
プや、強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いるタイ
プ等が実用に供されたり、開発検討されたりしている。
2. Description of the Related Art Currently, a cathode ray tube (CR) is used as a display device.
Although T) occupies the mainstream, it has a drawback that it is large and heavy, and therefore, the transition to a flat display panel (hereinafter sometimes simply referred to as a flat panel) is progressing. Examples of flat panels include liquid crystal displays, plasma displays, electrochromic displays, etc., but liquid crystal displays are becoming the mainstream. As liquid crystal displays, types using nematic liquid crystals such as twisted nematic type and super twisted nematic type, types using ferroelectric liquid crystal or anti-ferroelectric liquid crystal, etc. have been put to practical use or are being studied for development.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ネマティック
液晶を用いるタイプ、例えばツイステッドネマティック
型表示装置においては、応答速度に限界があり、大面積
化したり、高精細化したりすることが困難であるという
問題や、良好なコントラスト比や広い視野角特性を得難
いという本質的な問題を有している。一方、最近薄膜ト
ランジスターを用いてネマティック液晶を駆動する方法
が鋭意研究されているが、薄膜トランジスターの製造に
関して問題があり、例えば8〜10インチ程度のパネルを
安価に供給するという点に関してもいまだ充分な成果を
得ていない。
However, in a type using a nematic liquid crystal, for example, a twisted nematic type display device, there is a limit in response speed, and it is difficult to increase the area and the definition. In addition, there is an essential problem that it is difficult to obtain a good contrast ratio and a wide viewing angle characteristic. On the other hand, recently, a method of driving a nematic liquid crystal using a thin film transistor has been intensively researched, but there is a problem in manufacturing the thin film transistor, and for example, it is still sufficient to supply a panel of about 8 to 10 inches at low cost. I haven't obtained any good results.

【0004】一方、強誘電性液晶を利用した表示方法、
例えば表面安定化強誘電性液晶表示装置(以下SSFL
CD)は、その速い応答速度の他に、メモリー性や良好
な視野角特性の可能性を有しているが故に非常に注目を
集めている。しかし、この方法においても、原理的には
高速応答性や高コントラスト比が期待できるが、強誘電
性液晶の偏光面の回転をスイッチングに利用しているた
め、高いコントラスト比を実現するためには、ゲスト−
ホスト法と呼ばれている方法では電場を印加した際に液
晶分子が基板平面に対して90゜回転すること、複屈折法
でも45゜回転する必要があり、このことが応答速度をよ
り一層速くするための障害となっていると思われる。し
たがって、現実には例えば10μs以下の応答速度を達成
すると共に高いコントラスト比をも得ることは非常に困
難であると言わざるをえない。
On the other hand, a display method using a ferroelectric liquid crystal,
For example, a surface-stabilized ferroelectric liquid crystal display device (hereinafter referred to as SSFL
In addition to its fast response speed, CD) has the potential for memory properties and good viewing angle characteristics, and is therefore receiving a great deal of attention. However, even in this method, high-speed response and a high contrast ratio can be expected in principle, but since the rotation of the polarization plane of the ferroelectric liquid crystal is used for switching, it is necessary to realize a high contrast ratio. , Guest −
In the method called the host method, it is necessary for the liquid crystal molecules to rotate 90 ° with respect to the plane of the substrate when an electric field is applied, and for the birefringence method to also rotate 45 °, which makes the response speed even faster. It seems to be an obstacle to doing. Therefore, in reality, it must be said that it is very difficult to achieve a response speed of, for example, 10 μs or less and to obtain a high contrast ratio.

【0005】本発明の目的は、液晶を用いた高速応答性
と高コントラスト比を容易に実現するための表示装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a display device using liquid crystal for easily realizing high-speed response and high contrast ratio.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、基板
上に、電極、透明樹脂よりなる光導波路、液晶層、液晶
配向膜および透明電極の順序、または透明樹脂よりなる
光導波路、透明電極、液晶層、液晶配向膜および透明電
極の順序で各層を有し、該光導波路の端部に光を導入す
るための光導入部を備え、且つ上記光導波路の屈折率と
液晶の実効屈折率が ne:max>np>ne:min (ここでnp は光導波路の屈折率、ne:maxは電界の切
り換え前後での液晶の実効屈折率のうち大きい方の値、
e:minは電界の切り換え前後での液晶の実効屈折率の
うち小さい方の値を示す。)の関係を満たすことを特徴
とする表示装置を提供することにある。
That is, the present invention provides, on a substrate, an electrode, an optical waveguide made of a transparent resin, a liquid crystal layer, a liquid crystal alignment film and a transparent electrode in this order, or an optical waveguide made of a transparent resin, a transparent electrode, A liquid crystal layer, a liquid crystal alignment film, and transparent electrodes are provided in this order, and a light introducing portion for introducing light to the end portion of the optical waveguide is provided, and the refractive index of the optical waveguide and the effective refractive index of the liquid crystal are n e : max> n p > n e : min (where n p is the refractive index of the optical waveguide, n e : max is the larger value of the effective refractive indices of the liquid crystal before and after switching the electric field,
n e : min indicates the smaller value of the effective refractive indices of the liquid crystal before and after switching the electric field. The present invention is to provide a display device characterized by satisfying the relationship (1).

【0007】本発明においては、前記したように、従来
の液晶による偏光面の回転ではなく、電界の変化による
液晶の実効屈折率の変化を利用しているため、液晶分子
が90゜または45゜回転することは必ずしも必要では
ないと考えられる。すなわち、本発明の装置において光
学的な応答は液晶分子の運動の全過程の時間を必要とし
ない。ここで応答時間とは液晶の実効屈折率が光導波路
の屈折率よりも大きくまたは小さくなるまでの時間であ
る。この点が従来の液晶を用いた表示装置と本質的に異
なる点である。
As described above, in the present invention, since the change in the effective refractive index of the liquid crystal due to the change in the electric field is utilized instead of the conventional rotation of the plane of polarization by the liquid crystal, the liquid crystal molecules have a 90 ° or 45 ° angle. It is considered that rotation is not always necessary. That is, the optical response in the device of the present invention does not require the time of the whole process of the movement of liquid crystal molecules. Here, the response time is the time until the effective refractive index of the liquid crystal becomes larger or smaller than the refractive index of the optical waveguide. This point is essentially different from the conventional display device using liquid crystal.

【0008】以下本発明について詳しく述べる。本発明
の表示装置は、光導波路上に構成した液晶分子に印加す
る電界の切り換え (電界を大きくしたり小さくしたり、
電界を加えたり取り去ったり、または電界を反転させた
りすること等を意味する。以下、単にスイッチングと呼
称する場合がある。)に伴い、光導波路内を進行する光
より一部の光を平面パネルの前方(表示面側)に取り出
すことにより明暗を描き出す平面型表示パネルである。
詳しくは上記の屈折率の関係を満たす光導波路と液晶の
組み合わせを用い、この導波路中に光を進行せしめ、上
記した液晶分子に電界のスイッチングにより、パネル前
面に取り出す光の量を制御することにより表示を行う新
規な表示装置である。なお、ここでいう平面パネルは緩
やかな曲率を持つ曲面パネルを含む。
The present invention will be described in detail below. The display device of the present invention, switching of the electric field applied to the liquid crystal molecules formed on the optical waveguide (increasing or decreasing the electric field,
It means adding or removing an electric field, or reversing an electric field. Hereinafter, it may be simply referred to as switching. ), A part of the light traveling in the optical waveguide is extracted to the front (display surface side) of the flat panel to draw the brightness and darkness.
Specifically, use a combination of an optical waveguide and liquid crystal that satisfy the above refractive index relationship, let light travel in this waveguide, and control the amount of light extracted to the front surface of the panel by switching the electric field to the liquid crystal molecules described above. Is a novel display device that displays by. The flat panel mentioned here includes a curved panel having a gentle curvature.

【0009】本発明について図面により説明する。図1
は本発明装置の一例の要部の断面の模式図を示す。基板
1の上に透明電極2、光導波路3、液晶層4、配向膜
5、透明電極6、透明基板7の順で層構造を有してい
る。透明基板7は必ずしも必要ないが、強度、製造を考
慮すると設けるのが好ましい。また光導波路3の端部に
光を光導波路3内に導入するためのプリズムカップラー
8が設けられている。このプリズムカップラー8は必ず
しも必要なく、光導波路3内に光を導入できれば他の手
段を用いてもよい。液晶層4の液晶は上部に構成された
配向膜によって、液晶の長軸方向が光軸の方向に向くよ
うに配向されている。左側のプリズムカプラー8から入
射した光は、例えば透明樹脂の膜よりなる光導波路3内
を全反射しながら伝搬し、液晶のスイッチングによりそ
のまま光導波路3内を進行するか、または光導波路3か
ら抜け出してパネル前方、すなわち表示面側へと進行す
る。光導波路3内を進行した場合はパネル前方への光の
漏れはほとんどなく視野は暗状態となる。一方、液晶分
子のスイッチングによりパネル前方に光が進行した場合
はパネル前方の視野は明状態となる。
The present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1
Shows a schematic view of a cross section of a main part of an example of the device of the present invention. A transparent electrode 2, an optical waveguide 3, a liquid crystal layer 4, an alignment film 5, a transparent electrode 6, and a transparent substrate 7 are laminated in this order on the substrate 1. The transparent substrate 7 is not always necessary, but it is preferably provided in consideration of strength and manufacturing. A prism coupler 8 for introducing light into the optical waveguide 3 is provided at the end of the optical waveguide 3. This prism coupler 8 is not always necessary, and other means may be used as long as light can be introduced into the optical waveguide 3. The liquid crystal of the liquid crystal layer 4 is aligned by the alignment film formed above so that the major axis direction of the liquid crystal faces the optical axis direction. The light that has entered from the prism coupler 8 on the left side propagates while being totally reflected in the optical waveguide 3 made of a transparent resin film, and either proceeds in the optical waveguide 3 as it is due to the switching of liquid crystal or exits from the optical waveguide 3. To the front of the panel, that is, the display surface side. When traveling through the optical waveguide 3, there is almost no leakage of light to the front of the panel and the field of view is in a dark state. On the other hand, when light travels in front of the panel due to switching of liquid crystal molecules, the field of view in front of the panel is in a bright state.

【0010】次に本発明における明状態と暗状態とのス
イッチングの原理を液晶として強誘電性液晶を用いた場
合について述べる。図2および図3に光スイッチング動
作の模式図を示す。強誘電性液晶と複合させた光導波路
内を伝搬するTE波を考えると、図2に示すように電界
の印加により液晶分子が光の進行方向を向いているとき
は、光の感じる液晶の実効屈折率ne (ne :min) が光
導波路の屈折率np より小さくなるため、光は光導波路
内を伝搬する。このとき液晶による光の散乱がないため
光は光導波路内を減衰することなく伝搬する。このとき
パネル全面は暗状態となる。一方、図3に示すように電
界を反転させ液晶分子を層法線に対して対称の方向に配
向させた場合、ne (ne :max) >np となり、光は液
晶層へと入射し、液晶層を通過しパネル前面へと伝搬す
る。このときパネル全面は明状態となる。すなわち、電
界の変化により表示面側への光を制御できる。
Next, the principle of switching between the bright state and the dark state in the present invention will be described when a ferroelectric liquid crystal is used as the liquid crystal. 2 and 3 show schematic diagrams of the optical switching operation. Considering the TE wave propagating in the optical waveguide combined with the ferroelectric liquid crystal, when the liquid crystal molecules are oriented in the traveling direction of the light by the application of the electric field as shown in FIG. Since the refractive index n e (n e : min) is smaller than the refractive index n p of the optical waveguide, light propagates in the optical waveguide. At this time, since the light is not scattered by the liquid crystal, the light propagates in the optical waveguide without being attenuated. At this time, the entire panel becomes dark. On the other hand, as shown in FIG. 3, when the electric field is reversed and the liquid crystal molecules are oriented symmetrically with respect to the layer normal, n e (n e : max)> n p , and the light enters the liquid crystal layer. Then, it passes through the liquid crystal layer and propagates to the front surface of the panel. At this time, the entire panel is in a bright state. That is, the light to the display surface side can be controlled by changing the electric field.

【0011】以下に本発明についてより詳細に説明す
る。光導波路を構成する材料に関して述べると、本発明
で用いる光導波路として必要な構成要件は(1)光導波
路としての充分な特性、(2)液晶分子のスイッチング
にともなって変化する液晶の実効屈折率の中間の屈折率
を有することであり、さらに(3)液晶分子の配向剤と
して機能するものが好ましい。このような特性を有する
材料であれば特に限定されるものではないが、例えば有
機高分子物質であるポリビニルアルコール、ポリメチル
メタアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレンな
どの膜を用いることができるが、後述する液晶の実効屈
折率 ne :maxとne :minの間に屈折率np が入るよう
に液晶と適宜組み合わせることが重要である。また、こ
の樹脂の下の電極2側に屈折率が上記の樹脂より小さい
ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−テトラフル
オロエチレン共重合体、トリフルオロエチレン−ビニリ
デンフルオライド共重合体、ポリメタクリル酸トリフル
オロエチル等のフッ素系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共
重合体等の薄膜層を設けるとより光を光導波路の樹脂と
の界面で効率よく全反射させることができるので好まし
い。
The present invention will be described in more detail below. With respect to the material constituting the optical waveguide, the constituent requirements necessary for the optical waveguide used in the present invention are (1) sufficient characteristics as the optical waveguide, (2) effective refractive index of liquid crystal that changes with switching of liquid crystal molecules. It is preferable that the compound has a refractive index in the middle of (3) and that further functions as (3) an aligning agent for liquid crystal molecules. It is not particularly limited as long as it is a material having such characteristics, but for example, a film of an organic polymer material such as polyvinyl alcohol, polymethylmethacrylate, polycarbonate, or polystyrene can be used. It is important to properly combine with the liquid crystal so that the refractive index n p falls between the effective refractive index n e : max and n e : min of Further, on the electrode 2 side below this resin, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, trifluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, polymethacrylic acid trifluoropolymer having a smaller refractive index than the above resins. It is preferable to provide a thin film layer of a fluorine-based resin such as ethyl or an ethylene-vinyl acetate copolymer because light can be more efficiently totally reflected at the interface with the resin of the optical waveguide.

【0012】光導波路の層の厚みは特に限定されない
が、通常1μm〜1mm、好ましくは1〜50μm程度
である。また、薄膜層を設ける場合、その厚みは0.1
〜10μm程度が好ましい。
The thickness of the optical waveguide layer is not particularly limited, but is usually 1 μm to 1 mm, preferably 1 to 50 μm. When a thin film layer is provided, its thickness is 0.1
It is preferably about 10 μm.

【0013】本発明で用いる光導波路の形状は特に限定
されるものではないが、例えばパネル全面に対応する一
枚の平面状の膜として、またはいくつかの部分に分割さ
れた構成、例えば走査線に対応する部分毎に分割された
形状で用いることができる。
The shape of the optical waveguide used in the present invention is not particularly limited, but for example, as one flat film corresponding to the entire panel surface, or a structure divided into several parts, for example, scanning lines. Can be used in a shape divided into parts corresponding to.

【0014】本発明では光導波路に光を導入するため光
導波路の端部に光導入手段を設ける。本発明においては
一例として光導波路端面から光を直接入射(導入)させ
る手段を用いることもできるが、通常、光導波路の厚み
は薄いので端面にレンズで集光して導入するのが効率的
である。また、他の例として従来用いられているプリズ
ムカップラーやグレーティングを光導波路の端部に設け
て光を光導波路内に導入することも好ましい態様であ
る。これらの手段を採用することにより、例えば従来用
いられているレーザ光源や冷陰極管などを光源として光
導波路内に光を導入することが可能となる。
In the present invention, a light introducing means is provided at the end of the optical waveguide in order to introduce light into the optical waveguide. In the present invention, as an example, a means for directly injecting (introducing) light from the end face of the optical waveguide can be used, but since the thickness of the optical waveguide is usually thin, it is efficient to introduce the light by condensing it with a lens on the end face. is there. Further, as another example, it is also a preferable embodiment that a conventionally used prism coupler or grating is provided at an end portion of the optical waveguide to introduce light into the optical waveguide. By adopting these means, it becomes possible to introduce light into the optical waveguide by using, for example, a conventionally used laser light source or cold cathode tube as a light source.

【0015】次に光導波路の上に設けられる液晶層につ
いて述べる。本発明において用いられる液晶としては、
液晶分子のスイッチングにより生じる液晶の実効屈折率
の変化が重要である。すなわち本発明を構成する主要な
概念は、スイッチングすることにより液晶の実効屈折率
が光導波路を構成する材料の屈折率よりも大きくまたは
小さくなることに伴い光導波路を進行する光を表示面側
へ取り出したり、またはそのまま光導波路内を進行させ
ることにある。したがって本発明において用いる液晶
は、液晶分子のスイッチングによりその実効屈折率が、
光導波路を構成する材料の屈折率よりも、大きくまたは
小さくなることが必須の条件である。すなわち上記した
光導波路の屈折率と液晶の実効屈折率が ne:max>np >ne:min (ここでnp 、ne:max、ne:minは前記と同様なものを
意味する。)の関係を満たすような液晶と光導波路との
組み合わせを用いることが必須の条件である。すなわち
用いた光導波路の屈折率に応じて上記した関係を満たす
液晶を用いる必要があるので、光導波路の屈折率を考慮
して適切な組合せを選ぶことが重要である。
Next, the liquid crystal layer provided on the optical waveguide will be described. As the liquid crystal used in the present invention,
Changes in the effective refractive index of liquid crystals caused by switching of liquid crystal molecules are important. That is, the main concept that constitutes the present invention is that the effective refractive index of the liquid crystal becomes larger or smaller than the refractive index of the material forming the optical waveguide by switching, and the light traveling through the optical waveguide is directed to the display surface side. It is to take it out or to proceed in the optical waveguide as it is. Therefore, the liquid crystal used in the present invention has an effective refractive index due to the switching of liquid crystal molecules,
It is an essential condition that the refractive index of the material forming the optical waveguide is larger or smaller than that of the material. That is, the refractive index of the optical waveguide and the effective refractive index of the liquid crystal are n e : max> n p > n e : min (where n p , n e : max and n e : min mean the same as above). It is an essential condition to use a combination of a liquid crystal and an optical waveguide so as to satisfy the relationship of. That is, since it is necessary to use a liquid crystal that satisfies the above relationship depending on the refractive index of the optical waveguide used, it is important to select an appropriate combination in consideration of the refractive index of the optical waveguide.

【0016】例えば、液晶としては二環性または三環性
の芳香族エステル系、フェニルピリミジン系の強誘電性
液晶等が使用できる。また、液晶の層の厚みは従来の液
晶表示装置に使用の液晶の厚みと同程度であり、通常
0.5〜20μm、好ましくは1〜5μm程度である。
For example, as the liquid crystal, a bicyclic or tricyclic aromatic ester type or phenylpyrimidine type ferroelectric liquid crystal can be used. The thickness of the liquid crystal layer is approximately the same as the thickness of the liquid crystal used in the conventional liquid crystal display device, and is usually 0.5 to 20 μm, preferably 1 to 5 μm.

【0017】本発明に係る表示装置における明状態また
は暗状態の間のスイッチングの応答速度は従来の液晶パ
ネルにおけるような液晶分子そのものの応答速度ではな
く、実効屈折率の変化に対応する応答速度である。した
がって本発明に係る表示装置の応答速度は極めて速い応
答速度を示し得るという有利な点を有している。
The response speed of switching between the bright state and the dark state in the display device according to the present invention is not the response speed of the liquid crystal molecules themselves as in the conventional liquid crystal panel, but the response speed corresponding to the change of the effective refractive index. is there. Therefore, the response speed of the display device according to the present invention has an advantage that it can exhibit an extremely high response speed.

【0018】本発明に係る表示装置においては上記のよ
うに液晶を用いるため、液晶を広い範囲にわたって一様
に配向させることが重要である。本発明においては液晶
層の上側の透明電極の液晶層側に液晶配向膜を設けるこ
とが好ましい。該配向膜を形成するための液晶配向剤と
しては従来の液晶表示装置に用いられている液晶配向剤
を用いることができる。好ましくは用いる液晶の実効屈
折率でne :maxと同じ程度かそれよりも大きい屈折率を
有するものを用いる。また、光導波路に配向したポリビ
ニルアルコール膜等の配向有機高分子膜を用いる場合、
この光導波路が光導波路としての機能と共に配向剤とし
ての機能をも有するので好ましい態様の一つである。
Since the liquid crystal is used in the display device according to the present invention as described above, it is important to orient the liquid crystal uniformly over a wide range. In the present invention, it is preferable to provide a liquid crystal alignment film on the liquid crystal layer side of the transparent electrode above the liquid crystal layer. As the liquid crystal aligning agent for forming the alignment film, a liquid crystal aligning agent used in conventional liquid crystal display devices can be used. It is preferable to use a liquid crystal having an effective refractive index of about the same as or larger than n e : max. When using an oriented organic polymer film such as an oriented polyvinyl alcohol film in the optical waveguide,
This optical waveguide is one of the preferred embodiments because it has a function as an aligning agent as well as a function as an optical waveguide.

【0019】本発明において液晶に電界を印加するため
の一対の電極を必要とする。光導波路の基板側に設けら
れる電極の場合は必ずしも透明である必要はなく、通常
は基板上に設けられ、その上に光導波路が設けられる。
また、別の態様として光導波路の液晶側に透明電極を設
けることもできる。また、液晶層の上側に設けられるも
う一方の電極は表示側に光を通過させる必要があり、透
明電極とする。通常は従来の液晶表示装置に使用される
ものと同様にガラス、透光性樹脂等の透光性基板(パネ
ル)上に透明電極を作成し、次いでその上に配向膜を形
成させたものを使用し、該配向膜と光導波路との間に液
晶層を挟持させるのが好ましい。透明電極としてはIT
O、NESAガラス等、透明性を必要としない場合はA
u、Pt等の膜でよい。また、電極は従来の液晶表示装
置と同様マトリックス状に配置して、多数の画素に分割
することができる。電極の厚みは従来の液晶表示装置に
おけると同程度である。
The present invention requires a pair of electrodes for applying an electric field to the liquid crystal. The electrode provided on the substrate side of the optical waveguide does not necessarily need to be transparent, and is usually provided on the substrate and the optical waveguide is provided thereon.
As another aspect, a transparent electrode may be provided on the liquid crystal side of the optical waveguide. The other electrode provided on the upper side of the liquid crystal layer needs to pass light to the display side and is a transparent electrode. Normally, a transparent electrode is formed on a transparent substrate (panel) such as glass or transparent resin, which is the same as that used in conventional liquid crystal display devices, and then an alignment film is formed on the transparent electrode. It is preferable to use a liquid crystal layer sandwiched between the alignment film and the optical waveguide. IT as a transparent electrode
O, NESA glass, etc. A when transparency is not required
A film of u, Pt or the like may be used. Further, the electrodes can be arranged in a matrix as in the conventional liquid crystal display device and divided into a large number of pixels. The thickness of the electrode is similar to that in the conventional liquid crystal display device.

【0020】本発明において、液晶層を通過し前面に進
行した光はパネル平面に対して斜めに出射する。もちろ
んこの状態でも表示装置としての機能は充分果たすこと
が可能ではあるが、公知の液晶表示装置と同様、必要に
応じて図4で示すように画素毎に仕切状の構造9を作製
し、隣接する画素に光の漏れがないような構造にするこ
ともできる。
In the present invention, the light that has passed through the liquid crystal layer and traveled to the front surface is emitted obliquely with respect to the panel plane. Of course, even in this state, the function as a display device can be sufficiently fulfilled, but as in the known liquid crystal display device, a partition-shaped structure 9 is prepared for each pixel as shown in FIG. It is also possible to adopt a structure in which the pixels that do not leak light.

【0021】さらに必要に応じてこの斜めに出射する光
をパネル表面に対して垂直に出射させるようにすること
も、視野角を広くすることも可能である。例えば光を散
乱するための構造を画素ごとに設置する方法、例えば図
4で示すように微小なレンズ10のような構造を画素ご
とにパネル全面に設置し光の進行方向を変えるための方
策、または例えば図5で示すようにパネル前面に蛍光物
質のようなものを塗布した蛍光層11を設け、出射した
光を一次光としてこの光で励起された分子が基底状態に
戻る際に発光する二次光を用いる方法、また場合によっ
ては図6で示すように光を散乱透過させる散乱膜12を
透明電極、または上の基板上に設ける方法等が採用でき
る。
Further, if necessary, this obliquely emitted light can be emitted perpendicularly to the panel surface, or the viewing angle can be widened. For example, a method for installing a structure for scattering light for each pixel, for example, a method for installing a structure such as a minute lens 10 on the entire panel surface for each pixel as shown in FIG. 4 to change the traveling direction of light, Alternatively, for example, as shown in FIG. 5, a fluorescent layer 11 coated with a substance such as a fluorescent substance is provided on the front surface of the panel, and the emitted light is used as primary light to emit light when molecules excited by this light return to the ground state. A method of using the next light, or a method of providing a scattering film 12 for scattering and transmitting the light on the transparent electrode or the upper substrate as shown in FIG.

【0022】[0022]

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0023】実施例1 図7および図8でそれぞれ模式的平面図および側面図で
示される構造のテスト用のセルを作製した。本セルはそ
れぞれ透明電極2および6を有するパイレックス製の上
下二枚のガラス基板1および7より構成されている。下
側基板の透明電極上には光導波路3としてポリビニルア
ルコールを用いた。この屈折率は1.5程度である。上
基板7の透明電極6上には液晶配向膜5としてポリフッ
化ビニリデンの薄膜にラビング処理を施したものを使用
した。液晶層4として下記構造式で表される芳香族エス
テル系強誘電性液晶を使用した。
Example 1 A test cell having the structure shown in the schematic plan view and the side view in FIGS. 7 and 8 was produced. This cell is composed of two upper and lower glass substrates 1 and 7 made of Pyrex having transparent electrodes 2 and 6, respectively. Polyvinyl alcohol was used as the optical waveguide 3 on the transparent electrode of the lower substrate. This refractive index is about 1.5. On the transparent electrode 6 of the upper substrate 7, a thin film of polyvinylidene fluoride subjected to rubbing treatment was used as the liquid crystal alignment film 5. As the liquid crystal layer 4, an aromatic ester-based ferroelectric liquid crystal represented by the following structural formula was used.

【0024】[0024]

【化1】 [Chemical 1]

【0025】この液晶のne :maxは約1.6、ne :min
は約1.4である。上下二枚の基板の間にスペーサー1
1として厚さ4μmのポリイミドフィルムを用いた。液
晶は上基板のポリフッ化ビリニデン膜により液晶の層法
線が光軸に対して30゜の角度を持つように均一配向さ
れている。セルの左端部には光導波路3に光を入射する
ためにプリズムカップラー8が構成されている。このプ
リズムカップラーを用いてヘリウム−ネオンレザーより
光導波路に632.8nmの単色光を入射した。入射し
た光は導波路3中を全反射しながら進行した。
The liquid crystal has n e : max of about 1.6 and n e : min.
Is about 1.4. Spacer 1 between the upper and lower two substrates
A polyimide film having a thickness of 4 μm was used as 1. The liquid crystal is uniformly aligned by the polyvinylidene fluoride film on the upper substrate so that the layer normal of the liquid crystal has an angle of 30 ° with the optical axis. At the left end of the cell, a prism coupler 8 is configured to make light enter the optical waveguide 3. Using this prism coupler, monochromatic light of 632.8 nm was made incident on the optical waveguide from a helium-neon laser. The incident light traveled while being totally reflected in the waveguide 3.

【0026】本実施例では透明電極間に方形波を印加し
た際の出射光の応答を光電子倍増管で検出した。図9に
±30V、10kHzの電界を印加したときの応答波形を示
す。方形波に近いきれいな波形が得られている。10%
−90%に対応する応答時間は、暗状態から明状態に変
化する場合4.5μs、明状態から暗状態に変化する場
合には2.8μsと非常に高速である。またコントラス
ト比も約50と非常に良好な結果を示した。
In this example, the response of the emitted light when a square wave was applied between the transparent electrodes was detected by a photomultiplier tube. FIG. 9 shows a response waveform when an electric field of ± 30 V and 10 kHz is applied. A clean waveform close to a square wave is obtained. 10%
The response time corresponding to -90% is very fast at 4.5 μs when changing from the dark state to the bright state and 2.8 μs when changing from the bright state to the dark state. The contrast ratio was about 50, which is a very good result.

【0027】実施例2 実施例1に記載したのと同じ構造のテスト用セルを用
い、印加電圧を変化させ応答時間を測定した。図10に
測定結果を示す。
Example 2 Using a test cell having the same structure as described in Example 1, the applied voltage was changed and the response time was measured. The measurement results are shown in FIG.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の表示装置は、高速応答性と高コ
ントラスト比を容易に実現でき、且つ視野角の大きい等
の利点を有する。
The display device of the present invention has advantages that a high-speed response and a high contrast ratio can be easily realized and that the viewing angle is large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の表示装置の一例の断面の模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view of a cross section of an example of a display device of the present invention.

【図2】本発明の動作原理を説明するための模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the present invention.

【図3】本発明の動作原理を説明するための模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the present invention.

【図4】本発明の表示装置の一例の断面の模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic view of a cross section of an example of a display device of the present invention.

【図5】本発明の表示装置の一例の断面の模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic view of a cross section of an example of a display device of the present invention.

【図6】本発明の表示装置の一例の断面の模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic view of a cross section of an example of a display device of the present invention.

【図7】本発明の表示装置の一実施例の上から見た模式
図である。
FIG. 7 is a schematic view of an embodiment of the display device of the present invention seen from above.

【図8】本発明の表示装置の一実施例の断面の模式図で
ある。
FIG. 8 is a schematic view of a cross section of an embodiment of a display device of the present invention.

【図9】実施例の装置の光学応答波形を示す。FIG. 9 shows an optical response waveform of the device of the example.

【図10】実施例の装置の応答時間と印加電圧の関係を
示す。
FIG. 10 shows the relationship between the response time and the applied voltage of the device of the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板、2・・・透明電極、3・・・光導波路、
4・・・液晶層、5・・・液晶配向膜、6・・・透明電
極、7・・・透光性基板
1 ... Substrate, 2 ... Transparent electrode, 3 ... Optical waveguide,
4 ... Liquid crystal layer, 5 ... Liquid crystal alignment film, 6 ... Transparent electrode, 7 ... Translucent substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南井 正好 大阪府高槻市塚原2丁目10番1号 住友化 学工業株式会社内 (72)発明者 吉野 勝美 大阪府岸和田市尾生町166−3 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masayoshi Minai 2-10-1 Tsukahara, Takatsuki City, Osaka Prefecture Sumitomo Kagaku Kogyo Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】基板上に、電極、透明樹脂よりなる光導波
路、液晶層、液晶配向膜および透明電極の順序、または
透明樹脂よりなる光導波路、透明電極、液晶層、液晶配
向膜および透明電極の順序で各層を有し、該光導波路の
端部に光を導入するための光導入部を備え、且つ上記光
導波路の屈折率と液晶の実効屈折率が ne:max>np>ne:min (ここでnp は光導波路の屈折率、ne:maxは電界の切
り換え前後での液晶の実効屈折率のうち大きい方の値、
e:minは電界の切り換え前後での液晶の実効屈折率の
うち小さい方の値を示す。)の関係を満たすことを特徴
とする表示装置。
1. An order of an electrode, an optical waveguide made of a transparent resin, a liquid crystal layer, a liquid crystal alignment film and a transparent electrode on a substrate, or an optical waveguide made of a transparent resin, a transparent electrode, a liquid crystal layer, A liquid crystal alignment film and transparent electrodes are provided in this order, and a light introducing portion for introducing light is provided at an end portion of the optical waveguide, and the refractive index of the optical waveguide and the effective refractive index of the liquid crystal are n e : max> n p > n e : min (where n p is the refractive index of the optical waveguide, n e : max is the larger value of the effective refractive indices of the liquid crystal before and after switching the electric field,
n e : min indicates the smaller value of the effective refractive indices of the liquid crystal before and after switching the electric field. ) The display device characterized by satisfying the relationship of.
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