JPH0743699A - 透過光制御型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視野角依存性が小さく、かつ光の利用効率の
高い透過光制御型表示装置を提供することを目定とす
る。 【構成】 光源１０１と、光源１０１の一側に配置され
る反射板１０３と、光源１０１の他側に配置され、所要
パターンに配列された複数の窓を選択的に開閉制御し
て、光源１０１の光を透過させる光シャッタ１０５と、
光シャッタ１０５の各窓に対応して配置され、光シャッ
タ１０５を透過する光の射突により発光する複数の蛍光
体を有する蛍光面１０９とを具備したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光源の光の透過を制
御して画像を表示する透過光制御型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、画像を表示する手段とし
ては、ＣＲＴ（陰極線管）が広く普及している。しか
し、近年、ＣＲＴに比べ軽薄かつ低消費電力である液晶
表示装置の開発が進められており、電卓、ゲーム機、携
帯用パソコン、及びワープロ等の表示部分、さらにはテ
レビジョン受像機にも採用されている。

【０００３】液晶表示装置は、例えば、特開昭５７−２
０４０７８号公報、特開昭６３−１７２１２０号公報、
特開昭６３−２８４５２１号公報、及び特開平２−１３
１２２０号公報に開示されている。しかし、これらの表
示装置は、何れも偏光を利用しているため、偏光板を必
須とする。従って、偏光板での光の吸収を考慮しなけれ
ばならないという問題がある。

【０００４】また、カラー画像の表示を可能にすべく配
置されるカラーフィルタでの光の吸収も考慮しなければ
ならないという問題がある。さらに、薄膜トランジスタ
駆動方式を採用したものにあっては、開口率が小さいと
いった問題もある。このように液晶表示装置は、ＣＲＴ
に比して、優れた点は在る反面、偏光板を備えた装置に
あっては、偏光板での光損失、また、カラーフィルタで
の光損失、さらには開口率が小さい為、装置全体として
の光の利用効率が低い（３パーセント程度）という問題
がある。

【０００５】さらに、液晶を透過した光は、液晶分子の
屈折率異方性に因る視角依存性が大きいという問題もあ
る。上記問題を含んでいる液晶表示装置を液晶テレビと
して用いると、画面の明るさの低下等、画質の低下につ
ながる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、液晶表
示装置は、光の利用効率が低く、また、視角依存性が大
きいため、ＣＲＴに比べて画質の低下は避けられないと
いう現状にある。液晶表示装置の視角依存性は、液晶分
子の屈折率異方性に起因する。従って、液晶を透過した
画像光を表示するという従来の液晶表示装置にあって
は、視角依存性をなくすことは困難である。

【０００７】また、画面の明るさは、偏向板及びカラー
フィルタでの光損失に起因する。画面の明るさは、大光
量の光源を用いて、光損失を補償することにより解決可
能である。しかし、大光量の光源を用いた場合、消費電
力の増大を伴うとともに、装置の温度が上昇するという
問題がある。さらに、装置温度の上昇は、先の偏光板及
びカラーフィルタでの光吸収によっても生じる。

【０００８】そこでこの発明は、上記事情に鑑みて成さ
れたもので、視野角依存性が小さく、かつ光の利用効率
の高い透過光制御型表示装置を提供することを目定とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる透過光
制御型表示装置は、光源と、前記光源の一側に配置され
る反射板と、前記光源の他側に配置され、所要パターン
に配列された複数の窓を選択的に開閉制御して、前記光
源の光を透過させる干渉型の光シャッタと、前記光シャ
ッタの各窓に対応して配置され、前記光シャッタを透過
する光の射突により発光する複数の蛍光体を有する蛍光
面とを具備したものであり、さらに、前記光シャッタ
が、夫々並列配置された複数のラインシャッタを有し、
供給されるデータに応答して開閉するデータ用光シャッ
タと、前記ラインシャッタの配列方向と直交して、夫々
並列配置された複数のラインシャッタを有し、各ライン
シャッタが順次開閉して、前記データ用光シャッタに走
査光を供給する走査用光シャッタとを具備したもの、若
しくは、前記光シャッタが、夫々並列配置された複数の
ラインシャッタを有し、供給されるデータに応答して開
閉するデータ用光シャッタと、前記ラインシャッタの配
列方向と直交して、夫々並列配置された複数のライン光
源を有し、各ライン光源が順次点灯して、前記データ用
光シャッタに走査光を供給する前記光源とを具備したも
のである。

【００１０】

【作用】この発明に係わる前記手段によれば、光源から
の光は、複数の窓が所要パターンに配列された光シャッ
タに入射する。光シャッタは、複数の窓が選択的に開閉
することにより、所要領域の光の透過率を制御する。光
シャッタの透過光は、光シャッタの窓に対応した配列さ
れた複数の蛍光体を射突し、これにより該蛍光体が発光
して画像光を得る。

【００１１】光シャッタは、干渉型の光学素子、例え
ば、偏向板を要しないモードの液晶の透過率を制御する
ことにより達成される。干渉型の光学素子は、光路長可
変層と、光路長不変層とを有する積層体であり、光路長
不変層は、エンハンス層として作用し、光の干渉によっ
て透過率が制御される為、偏向板を必要としない。この
ため、干渉型の光シャッタは、液晶光シャッタ等に比し
て特定波長における光の透過率が高い。また、干渉型の
光学素子が遮光状態にあるときは鏡状態になり、入射光
を反射する。反射された光は、光源の背面に配置された
反射板で反射され、これにより、再び、光シャッタに入
射する。従って、干渉型光シャッタの利用は、光の利用
効率の向上に寄与する。

【００１２】光シャッタの窓及び蛍光面の蛍光体の配列
パターンは、例えば、カラー化に対応するには、Ｒ、
Ｇ、Ｂ色に対応する蛍光体ドットを、モザイク状に配列
し、窓も蛍光体ドットに対応してモザイク状に配列す
る。そして、光シャッタの透過率を制御して各色に対応
して強度が変調された光を得、該光を対応する各色蛍光
体ドットに射突させる。

【００１３】さらに、光シャッタは、複数のラインシャ
ッタが並行配列され、データに応じて開閉するデータ用
光シャッタと、該データ用光シャッタの各ラインシャッ
タと直交して並列配置される複数のラインシャッタを有
し、こられ複数のラインシャッタが順次開閉して前記光
源を遮光制御し、前記データ用光シャッタに走査光を供
給する走査用光シャッタとの組み合わせから構成され
る。

【００１４】光シャッタは、また、複数のラインシャッ
タが並行配列され、データに応じて開閉するデータ用光
シャッタと、前記光源が、データ用光シャッタの各ライ
ンシャッタと直交して並列配置される複数のライン光源
を有する組み合わせとから構成され、こられ複数のライ
ン光源が順次点灯して前記データ用光シャッタに走査光
を供給するようにしても良い。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例を示している。図１
に示されるように、光源１０１の光は、反射板１０３で
反射された光とともに、光シャッタ１０５に入射する。
光シャッタ１０５は、マトリクス配列された電極によ
り、画素単位で窓を開閉駆動され、これにより所要窓の
光を出射する。光シャッタ１０５の出射光は、フィルタ
１０７を介して、Ｒ、Ｇ、Ｂ色蛍光体ドットが、例え
ば、モザイク状に配列された蛍光面１０９のドットを射
突する。

【００１６】光源１０３は、蛍光体を励起可能な波長の
光を発するもので、この実施例では、発熱の少ないＵＶ
（Ultora Violet ）蛍光ランプが複数配置される。これ
は、光源に適用可能である白色ランプは、ピーク波長を
有しないため、波長−光強度特性は、緩やかな特性にな
り、従って、所定波長光のみを利用するような場合は、
光の利用効率が低くくなるからである。なお、後述する
光路長可変層を構成する液晶化合物の耐光性は、短波長
ほど低くなるので、長波長帯域の光を使用することが好
ましい。この実施例では、後述する光シャッタ１０５を
構成するガラス基板及びＩＴＯ（Indium Tin Oxcide ）
透明電極での吸収が問題とならない３５０ｎｍ以上にピ
ークを有する波長光を使用する。なお、目的によりアパ
ーチャを有する蛍光ランプを用いても良い。

【００１７】反射板１０１は、光源１０３の光を反射し
て、光の利用効率を高めるものであり、紫外帯域で高い
反射率を有する。光源１０３の光は、反射板１０１で反
射された光とともに、光シャッタ１０５に入射する。光
シャッタ１０５は、干渉型の光学素子で構成されるもの
で、一対のガラス基板にマトリクス配列されたＩＴＯ透
明電極により光路長可変層に電界を印加し、これにより
画素に対応する窓がスイッチング駆動される。

【００１８】以下、図２を参照して干渉型の光シャッタ
について説明する。図２に示される光学素子は、特願平
５−１０６０１４号明細書に開示されたものであり、そ
れぞれ透明電極４０５、４０７と第１の干渉層４０９、
４１１とが積層配置された一対のガラス基板４０１、４
０３に、光路長可変層４１３を挟持したものである。第
１の干渉層４０９は、それぞれ屈折率の異なる光路長不
変層４０９ａ、４０９ｂを有し、同様に、第２の干渉層
４１１も、それぞれ屈折率の異なる光路長不変層４１１
ａ、４１１ｂを有している。

【００１９】ここで、光路長可変層４１３は、動的散乱
形、強誘電性形等の液晶である他、液晶分子が所要角度
を有して基板間に連続的捩れ配列された捩れネマチック
液晶、及び液晶分子がランダム配向した分散型液晶等の
液晶材料、さらに、電気光学効果を有する材料が適用可
能である。これらは何れも偏向板を要しないため、偏向
板での光損失が無い。

【００２０】駆動方式は、単純マトリクス駆動方式、若
しくは薄膜トランジスタ駆動方式が適用可能である。上
記構造を有する光スイッチング素子は、光路長可変層の
屈折率を変えてスイチング効果を得るとともに、各干渉
層によりエンハンス効果を与えてスイッチングすること
ができるので、光の利用効率が高いという利点がある。

【００２１】なお、光路長可変層に液晶を適用する際、
紫外光に対する耐久性が高い液晶を用いることを要す
る。このような液晶化材料としては、中央基にシクロヘ
キシル基等の飽和環を有する化合物が好ましい。このよ
な化合物から成る組成物は、水分及びイオン性物質の除
去、また、合成過程で混入した中間体、原料、及び副生
成物の除去、さらに脱ガスが充分に施されていることを
要する。

【００２２】先の図１に戻り、フィルタ１０７は、光シ
ャッタ１０５の出射光（紫外光）を透過するともに、蛍
光体１０９で発した光のうち、可視帯域の光を前面に反
射するものである。このような作用を有するフィルタと
しては、干渉フィルタで構成されたショートパスフィル
タが適用可能である。蛍光体１０９は、紫外線を励起源
とする各色蛍光体ドットを、印刷法等により、例えば、
モザイク状に配列させたものである。なお、蛍光体ドッ
トの間隙をブラックマトリクスで埋めて、混色の回避及
びコントラスト比の改善を図るようにしても良い。

【００２３】フィルタ１１１は、蛍光体１０９により吸
収されずに蛍光体表面に漏れた紫外光を吸収するための
もので、高分子から成るＵＶカットフィルタが適用可能
である。なお。光源１０１と光シャッタ１０５との間
に、拡散板を介装させても良い。以下、光シャッタの他
の実施例について説明する。

【００２４】図３に示されるように、光シャッタ２０１
は、複数のラインシャッタ２０３の透過率を制御して、
明（オン）、暗（オフ）状態を得る第１の光シャッタ２
０５、及び第２の光シャッタ２０７を有しており、第１
及び第２の光シャッタは、それぞれデータライン及び走
査ラインに対応しており、互いに直交配置される。図４
に示されように、第１及び第２の光シャッタの各ライン
シャッタの交差部分で形成される窓は、画素に対応して
おり、所要ラインシャッタを選択して明状態にして、所
望画素に対応する窓を（図中斜線領域）を明状態にする
ことができる。

【００２５】図３に示した第１の光シャッタ２０５及び
第２の光シャッタ２０７は、それぞれガラス基板上に複
数のラインシャッタを有して光を透過、遮断する光スイ
ッチング素子を形成する他、ライン状の光スイッチング
素子を複数ガラス基板上に配列して形成するようにして
も良い。なお、上記構造の光シャッタは、２枚の光シャ
ッタを有するため、光の損失も増大する。しかし、光シ
ャッタを干渉型の光学素子で構成すると、ラインシャッ
タが遮光状態にあるときは、シャッタ領域が鏡状になる
ため入射光を反射する。そして、反射された光は、先の
図１で示した反射板１０３により反射され、再び光シャ
ッタに入射する。さらに、干渉型の光学素子は、エンハ
ンス効果を有する。従って、複数の光シャッタを重ねた
場合でも、必要光量を確保できる。

【００２６】さらに、図５を参照して光シャッタのさら
に他の実施例について説明する。図５に示される光シャ
ッタは、先の図２で示した構成の光シャッタ２０５、及
び光シャッタ２０５に直交配置される複数のライン光源
５０１を有しており、ライン光源５０１は、走査ライン
に対応している。上記構造において、光シャッタ２０５
の各ラインシャッタと、ライン光源５０１との交差部分
で形成される窓は、画素に対応しており、光シャッタ２
０５の所要ラインシャッタを選択して明状態にするとと
もに、所要ライン光源を選択して点灯させて、所望画素
に対応する窓を明状態にすることができる。

【００２７】ライン光源５０１には、放電ランプ、蛍光
ランプ、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）等を用いるこ
とができる。なお、上記構造の光シャッタは、１ライン
分の光源しか点灯しなので、発光量は少なくなる。しか
し、光源の光を直接光シャッタ２０５に供給でき、さら
に、先の図３で示した光シャッタと同様に、遮光領域で
反射された光が、再び反射板１０３により反射されて入
射するので、結果的に所要光量を確保することができ
る。

【００２８】図５に示した光シャッタは、複数のライン
光源５０１を順次点灯させることにより走査駆動され
る。さらに、一本のライン光源を機械的に移動させて走
査駆動するようにしても良い。また、点光源からの光
を、可動ミラーにより反射走査させるようにしても良
い。以上、図３及び図５に示される各光シャッタは、セ
グメント電極構成と等価であるため、スタティック駆動
方式を適用することができる。そして、複数の光シャッ
タの組み合わせ、若しくは光シャッタと順次点灯可能な
複数のライン光源との組み合わせにより、結果的に、マ
トリクス配列された電極を時分割駆動するように各画素
に対応する窓が駆動される。

【００２９】従って、光シャッタに液晶を用いる場合、
液晶の電気光学応答が緩慢であるために、時分割駆動に
適さないモードの液晶を用いても、クロストークを生じ
ることなく結果的に各画素に対応する窓を時分割駆動す
ることができる。さらに、応答が緩慢な液晶であって
も、階調を表示することができる。さらに、アクティブ
マトリク駆動方式を適用することなく、結果的に各画素
に対応する窓を時分割駆動することができるので、１０
０％の開口率を得ることができる。

【００３０】以上説明した実施例によれば、表示面に
は、視野角依存性の大きい液晶層等の透過光ではなく、
蛍光体の発光が到達する。従って、表示面には、視角依
存性のない画像光が表示される。また、カラー化は、原
色蛍光体ドットの発光により実現できるとともに、光シ
ャッタ１０５で透過光強度を変調することにより、マル
チカラー、さらにはフルカラーにも対応することができ
る。従って、従来の如く特定波長域の吸収により所要色
光のスペクトルを得る場合に比べてエネルギの変換効率
が優れている。

【００３１】また、光シャッタは、トランジスタ等のス
イッチング素子を備えていないので、１００％の開口率
を得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した発明によれば、蛍光体に光
シャッタの透過光を当てて発光させているので、視野角
依存性の無い画像を表示することができる。また、偏光
を利用した画像表示ではないため、偏光板が不要である
とともに、光吸収によるカラーフィルタを用いず、各色
蛍光体の発光によりカラー化を実現している。従って、
偏光板、及びカラーフィルタでの光の損失がなく、この
発明に係わる表示装置によれば、４０％以上の光利用効
率の達成を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す概略分解斜視図。

【図２】図１に示した光シャッタを示す構成図。

【図３】図１に示した光シャッタの他の実施例を示す概
略斜視図。

【図４】図２に示した光シャッタの動作を説明するため
の模式図。

【図５】図１に示した光シャッタのさらに他の実施例を
示す概略斜視図。

【符号の説明】

１０１、５０１ 光源 １０３ 反射板 １０５、２０１、２０５、２０７、５０１、２０５ 光
シャッタ １０７、１１１ フィルタ １０９ 蛍光面 ４０１、４０３ ガラス基板 ４０５、４０７ 電極 ４０９、４１１ 干渉層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 前記光源の一側に配置される反射板と、 前記光源の他側に配置され、所要パターンに配列された
   複数の窓を選択的に開閉制御して、前記光源の光を透過
   させる干渉型の光シャッタと、 前記光シャッタの各窓に対応して配置され、前記光シャ
   ッタを透過する光の射突により発光する複数の蛍光体を
   有する蛍光面とを具備したことを特徴とする透過光制御
   型表示装置。
2. 【請求項２】 前記光シャッタが、 夫々並列配置された複数のラインシャッタを有し、供給
   されるデータに応答して開閉するデータ用光シャッタ
   と、 前記ラインシャッタの配列方向と直交して、夫々並列配
   置された複数のラインシャッタを有し、各ラインシャッ
   タが順次開閉して、前記データ用光シャッタに走査光を
   供給する走査用光シャッタとを具備したことを特徴とす
   る請求項１記載の透過光制御型表示装置。
3. 【請求項３】 前記光シャッタが、 夫々並列配置された複数のラインシャッタを有し、供給
   されるデータに応答して開閉するデータ用光シャッタ
   と、 前記ラインシャッタの配列方向と直交して、夫々並列配
   置された複数のライン光源を有し、各ライン光源が順次
   点灯して、前記データ用光シャッタに走査光を供給する
   前記光源とを具備したことを特徴とする請求項１記載の
   透過光制御型表示装置。