JPH0339725A - ディスプレイ要素単位およびディスプレイ方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶ディスプレイの表示の鮮明さ、明るさ、
視野角を改良し、かつ、大型ディスプレイとしても用い
ることができる表示要素単位に関するものである。

〔従来の技術〕

高機能表示素子あるいは材料としての電子ディスプレイ
デバイスとしては、液晶ディスプレイ・（ＬＣＤ）　、
発光ダイオード（”ＬＥＤ）、エレクトロルミネッセン
スディスプレイ　（ＥＬ）、プラズマディスプレイ（Ｆ
ＤＰ）、螢光表示管（ＶＦＤ）および陰極線管（ＣＲＴ
）などがある。かかる表示素子の特徴や実用化について
は、数多くの文献や書物に記載がなされている。たとえ
ば、「工業材料、第３１巻第１Ｏ号（１９８３）Ｐ１７
〜Ｐ８０Ｊ　　（日刊工業新聞社発行）などにも記載さ
れている。

かかるディスプレイデバイスの中で、薄型、軽量、低電
圧駆動、低消費電力などの特徴を有するものとして近年
ＬＣＤが注目されており、かつ、技術革新が進められて
きている。特に、テレビ、パソコン、ワープロなど事務
機器用などの新規用途への展開が著しい、特に、近年、
ドツトマトリックスＬＣＤが、大表示容量化に対して、
従来のＴＮ型ＬＣＤに比較し、数倍の高コントラストと
高視野角が得られるとしてＳＴＮ型ＬＣＤが現在主流と
なってきている。

かかる液晶そのものについては、岡野・小林共編の「液
晶」　（培風館）などに詳しく記載されており、またこ
れを用いたＬＣＤに関しては、松本著「液晶エレクトロ
ニクス」　（オーム社）や、「電子材料、第２７巻第２
号（１９８Ｂ）Ｊ　　（工業調査会〉や、「日経エレク
トロニクス、Ｎ０１２４５．２４９．２５８．３５１Ｊ
（日経マグロウヒル社）などにも詳細な記載がある。

しかしながら、かかる液晶ディスプレイにおいては、表
示の鮮明さ、明るさ、および視野角についてはなお問題
が数多く残されている。

たとえば、選択電圧印加状態での外観の色相が黒色では
なくて青色になり、また、電圧無印加状態での外観の色
相が白色ではなく、緑色から黄み系の色相であり、コン
トラストに乏しく非常に見にくいため、第２の液晶セル
を設けることにより、かかるコントラストの乏しさを改
良する試みが特開昭６３−１９７９２８公報などに提案
されている。

また、液晶はそれ自体が発光するものではないため、液
晶表示パネルの表示面は夜間や暗所では見えにくくなる
ため、バック照明構造や集光装置などが必要とされ、か
かる提案が特開昭６３−１９４２３１号公報、特開昭６
３−１３６０２１号公報などに記載されている。しかる
に、かかるＬＣＤにおいては、直交偏光素子を用いなけ
ればならず、その性能が、該偏光素子の透光・遮断性能
によるところ大であり、未だ抜本的な解決には至ってい
ない。

さらに、液晶ディスプレイにおいては、液晶材料の電気
光学応答特性における急峻度の限界とストローク対策の
ために用いられる電圧平均化法によって、時分割駆動の
可能な走査電極数に制約があり、大容量表示が困難であ
った。ビデオ表示やＣＲＴに匹敵するような大容量表示
に用いられる液晶素子の駆動方式として、アクティブマ
トリックス駆動が提案されているが、かかる方式で欠陥
のない素子を作成することは不可能であり、さらに非常
に高価であるといった問題もあった。

一方、発光ディスプレイとして、ＥＬ素子などが挙げら
れるが、かかる素子においても、ＥＬ発光させない部分
でも素子周辺が反射し目に入るため、ＥＬ発光部と非発
光部との明るさの比、すなわちコントラストが下がると
いう問題があり、かかるコントラスト向上を目的として
、半透明性フィルターなどの改良案が種々提案されてい
るが（特開昭６３−４８５８９号公報など）、まだ満足
されるレベルには至っていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、明るく鮮明性に優れた表示性能を有し
、薄型、軽量であり、かつ、大容量表示あるいは大型デ
ィスプレイとして用いることが可能な表示素子を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、かかる本発明の目的を達成するため鋭意
検討した結果、従来の液晶表示素子（ＬＣＤ）にみられ
るように、直交偏光子間にＴＮ（ツイストネマティソク
）配列セルを設置し、液晶の電場による旋光性を利用し
て光の遮断・透過を制御する方式ではなく、光道制御部
の電位による屈折率の変化を利用し、前記光道制御部を
通して、前記基板内伝播光を全反射あるいは一部透過さ
せることにより、該伝播光を外界に対し放射・遮断制御
でき、新たな光道制御方式として、表示素子にかかる方
式を用いる用いることができることを見出し、本発明の
ディスプレイ要素単位に到達した。すなわち、本発明は
次の構成を有する。

本発明のディスプレイ要素単位は、少なくとも透明基板
と、該透明基板に接する光道制御部と、電圧印加部とを
有し、前記光道制御部は前記電圧印加部から印加される
電位に応じて屈折率が変化する物質から形成されている
ことを特徴とするディスプレイ要素単位である。

あるいはまた、透明基板の少なくとも片面に、電位で屈
折率が変化する光道制御部と電圧印加部を設け、該電圧
印加部に印加する電圧を変化させることによって、前記
光道制御部の屈折率を変化させて、前記透明基板と光道
制御部との境界面に対する入射角θ０として ｓ　ｉ　ｎ−（ｎａ＋／ｎｂ　）　＜θ（９０（ここで
、ｎ□は光道制御部の電圧無印加状態時の屈折率、ｎｂ
は透明基板の屈折率を表す）を有する透明基板内伝播光
の、前記光道制御部内への透過・反射を制御することに
より、前記伝播光の外界への放出・遮断の制御をするこ
とを特徴とするディスプレイ要素単位である。

また、かかる本発明のディスプレイ要素単位において、
好ましくは、光道制御部の屈折率が、ｎｏからｎ。（こ
こでｎ　ｍｌ　〈ｎ　ａｔ）まで変化するとき、ｎ　＠
　１　＜　ｎ　４　＜　ｎ　ａ　ｔ　（ただし、ｎｂは
光道制御部の電圧印加状態時の屈折率を表す）であるこ
とを特徴とするデスプレイ要素単位である。

また、本発明にかかるディスプレイ方法は、光が伝播し
得る透明基板と、該透明基板に接する光道制御部と、電
圧印加部とを設け、該電圧印加部から印加される電位に
応じて前記透明制御部の屈折率を変化させるこεにより
、前記透明基板内を伝播する光の外界への放出・遮断な
どを制御することを特徴とするディスプレイ方法である
。

〔作用〕

本発明のディスプレイ要素単位は、主として透明基板、
光道制御部および電圧印荷部から形成される。かかる透
明基板部を構成する材質としては、無機物質、有機物質
いずれでもよいが、無機物質としては、並ガラス、鉛ガ
ラス、硬質ガラス、石英ガラスなどの一部ガラスおよび
透明結晶化ガラスなどが挙げられる。また、有機物質と
しては、透明性の高い高分子物質であれば好ましく用い
ることができる。たとえば、ポリメタクリル酸メチル、
ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアクリル
カーボネート、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリ
ル酸エステル、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸メチル
、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリシクロへ
キシルメタクリレート、ポリ４−メチルペンテン−１、
アクリロニトリル−スチレン共重合体およびメタアクリ
ル酸メチルとスチレンとのランダム共重合体などが挙げ
られる。特に、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネ
ート、アクリロニトリル−スチレン共重合体およびポリ
スチレンなとは光の透過性が良好なためより好ましい。

さて、本発明の構成要素である、屈折率を変化させるこ
とにより光道を制御するための光道制御部は電位で屈折
率が変化する物質であれば、いかなるものでも用いるこ
とができる。本発明でいう屈折率の変化とは、電位を変
化させることによってバルク状態での屈折率が変化する
ものであっても、また、複屈折性を有する物質にあって
は、入射光の方向における通常光あるいは異常光の屈折
率が電位を変化させることによって変化するものをも含
むものである。

ここで、光道制御部の電圧印加状態時 （ｎａ１）は透明基板の屈折率（ｎｂ）より小さいこと
が必要である。また、屈折率の変化範囲としては、０．
０５以上変化するのが好ましく、０．１以上であればよ
り好ましい。また、電圧印加状態時の屈折率をｎ。とし
た時、ｎａ１＜ｎａ１＋　＜ｎｂｚの関係が得られるの
が好ましい。

なお、複屈折性を有するものにあっては、入射光軸に対
し、通常光あるいは異常光のいずれかがかかる関係にな
るのが好ましい。

かかる電位により屈折率が変化する材料としては、たと
えば、Ｐ　ｂ　（Ｚ　ｒ　％　Ｔ　ｔ　）　Ｏｓ系固溶
体のｐｂの一部をＬａで置換した透光性電気光学セラミ
ックスや、有機物質としては、４，４゛　−ジメトキシ
アゾキシベンゼン、ｐ−アゾキシアニゾール（ＦＡＡ）
　、Ｎ−（４−メトキシベンジリデン）−４°−ｎ−ブ
チルアニリン（ＭＢＢＡ）、ｐ−エトキシベンジリデン
−ｐｏ　−ブチルアニリンなどのシッフ塩系化合物、安
息香酸エステル化合物、４−シアノ−４゛　−ｎ−ペン
チルビフェニル（ＣＢ−５＞に代表される末端基がアル
キル基またはアルコキシ基のシアノビフェニル系化合物
、シアノターフェニル化合物、シアノフェニルシクロヘ
キサン系化合物、シアノビフェニルシクロヘキサン系化
合物、シアノフェニルピリ果ジン系化合物、シアノフエ
ニルジオキサン系化合物、シクロヘキシルエタン系化合
物、酢酸コレステロール、パルミチン酸コレステロール
、安息香酸コレステロールなどのコレステリル基を有す
るコレステロール誘導体、Ｎ−（４−シアノベンジリデ
ン）−４１−ｎ−オクチルオキシアニリン（ＣＢＯＯＡ
）、およびテレフタル−ビス−４−ｎ−ブチルアニリン
（ＴＢＢＡ）などの液晶化合物が挙げられる。

本発明の表示素子としての原理は、かかる透明基板部と
光道制御部との屈折率差を利用し、透明基板内伝播光を
前記光道制御部を通し外界に放射させたり（ＯＮ状７Ｌ
ｉ）、あるいは前記透明基板部と光道制御部との境界面
で全反射させることにより外界への放射を全く遮断させ
る（ＯＦ　Ｆ状ａ）ことによるものである。

すなわち、透明基板内を伝播する光の、前記透明基板部
から前記光道制御部へ入射する入射角θが、次式 ％式％） ただし、ｎａｌ　　＜ｎｂ、（ここで、ｎｂは透明基板
の屈折率、ｎ□は光道制御部の電位無電荷の状態の屈折
率、ｎｏは光道制御部の電位付加状態時の屈折率をそれ
ぞれ表す）を満足する角度で入射した場合、かかる光は
、前記透明基板部と光道制御部の境界面で全反射され、
前記光道制御部には透明基板内伝播光は全く入射されな
い。従って、前記透明基板内伝播光は外界に対し全く漏
れ出ることはない。

一方、印加電圧を負荷し、電位を変化させることにより
、ｎｂ＜ｎｏｔとなれば、透明基板内伝播光は前記光道
制御部内に入射することが可能となる。ここで該光道制
御部内に微粒子など前記入射光を散乱させ得る物質を含
有せしめるか、あるいは該光道制御部の表面形状を円形
または球状等の形状にするなど、該光道制御部内に伝播
された光を外界に対し放射させ得る手段を用いることに
より、該光道制御部内に入射した光は、該光道制御部を
通し外界に放射される。かかる本発明の原理を用いるこ
とにより、従来より明るさ、鮮明性に優れた表示素子と
して用いることが可能となる。

なお、本発明においては、電圧印加部はかかる透明基板
と光道制御部とを挟み込む形で両面に設けてもかまわな
い、また、前記透明基板上で、前記光道制御部の両側に
設置してもかまわない。かかる適用の仕方は、かかる光
道制御部の屈折率を大きく変化できるように適宜選択す
ることで対処できる。

また、本発明の表示原理を用いることによって、従来の
マルチ駆動ドツトマトリックス液晶素子などで表示容量
を増大するため、急峻度を得る目的での、液晶セル厚み
の厳密なコントロールを必要とすることもなく、容易に
表示容量を増加できることも見出された。

次に実施例を示すが、本発明の有効性や権利の範囲はこ
れによって限定されたり、制限を受けるものではない。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に示したごとく、透明基板１としては、屈折率１
．５５のポリビニルクロライドを用いた。

該透明基板上に酸化チタンの微粉末を含有させた（４−
シアノフ五ニル）−４°　−ｎへブヂルシク。

ロヘキサンを用いた光道制御部２を作成した。

次いで、電圧印加部３としては、数字表示のためのセグ
メント電極構成として、前記光道制御部上面にセグメン
ト透明電極を、また、前記透明基板背面上にコモン電極
を形成した。

しかる後、かかる透明基板側面から、透明基板と光道制
御部との界面に対し、入射角ｅ’こして７５６の角度で
透明基板内伝播光４を入射させた。

こうして得られた素子をやや薄暗い場所に設置し、表示
程度を評価した。電圧を印加しないときは、全く数字は
現れなかったが、電圧を印加することにより、明るく鮮
明に数字が浮かび上がった。

また、かかる素子を全くの暗がりにもっていっても、非
常に明る（表示でき、鮮明性においてもすこぶる良好で
あった。

〔発明の効果〕

本発明のディスプレイ要素単位は、屈折率の変化を利用
し、光の全反射あるいは一部透過の原理を用いているた
め、光の透過・遮断が完全に制御でき、明るく鮮明性に
すこぶる優れた表示を行うことができるものである。ま
た、暗い場所においても鮮明に表示可能である。

さらに、容易に表示容量を増加することも可能であり、
薄型の表示パネルはもとより、大型のパネル表示や大型
の壁掛はディスプレイとして、好ましく用いることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のディスプレイ要素単位の構造の一例
をモデル的に説明した断面図である。 図において、１は透明基板、２は光道制御部、３は電圧
印加部、４は透明基板内伝播光を示したものである。な
お、同図中Ｏ７は入射角を表す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも透明基板と、該透明基板に接する光道
   制御部と、電圧印加部とを有し、前記光道制御部は前記
   電圧印加部から印加される電位に応じて屈折率が変化す
   る物質から形成されていることを特徴とするディスプレ
   イ要素単位。
2. （２）透明基板の少なくとも片面に、電位で屈折率が変
   化する光道制御部と電圧印加部を設け、該電圧印加部に
   印加する電圧を変化させることによって、前記光道制御
   部の屈折率を変化させて、前記透明基板と光道制御部と
   の境界面に対する入射角Θ゜として ｓｉｎ＾−（ｎ＿ａ＿１／ｎ＿ｂ）＜Θ＜９０（ここで
   、ｎ＿ａ＿１は光道制御部の電圧無印加状態時の屈折率
   、ｎ＿ｂは透明基板の屈折率を表す）を有する透明基板
   内伝播光の、前記光道制御部内への透過・反射を制御す
   ることにより、前記伝播光の外界への放出・遮断の制御
   をすることを特徴とするディスプレイ要素単位。
3. （３）光道制御部の屈折率がｎ＿ａ＿１からｎ＿ａ＿２
   （ここでｎ＿ａ＿１＜ｎ＿ａ＿２）まで変化するとき、
   ｎ＿ａ＿１＜ｎ＿ｂ＜ｎ＿ａ＿２ （ただし、ｎ＿ａ＿２は光道制御部の電圧印加状態時の
   屈折率を表す）であることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載のディスプレイ要素単位。
4. （４）光が伝播し得る透明基板と、該透明基板に接する
   光道制御部と、電圧印加部とを設け、該電圧印加部から
   印加される電位に応じて前記透明制御部の屈折率を変化
   させることにより、前記透明基板内を伝播する光の外界
   への放出・遮断などを制御することを特徴とするディス
   プレイ方法。