JPH04165330A - 透過散乱型光学装置及びそれを用いた透過散乱型表示装置 - 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】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、外部入力に応答してその光散乱特性が変化す
る透過散乱型光学素子を用いた透過散乱型光学装置及び
それを用いた透過散乱型表示装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来から光学特性を電圧により変化させる表示素子とし
ては、液晶表示素子が良く知られている。特に実用化が
目覚ましい液晶光学素子としては、一対の偏光膜を用い
たツイストネマチック（ＴＮ）型液晶光学素子があり、
時計、電卓、ワープロ、パソコン等積々の表示素子とし
て用いられている。

しかし、これらのＴＮ型液晶光学素子は、偏光膜を用い
ているために、コントラスト比を高くしようとすると光
の損失が大きく、表示が暗い表示になるという欠点を有
していた。これは屋外で用いるような反射型専用の液晶
光学素子の場合には、それほど問題にはならないもので
あったが、バックライトを用いる等した透過型液晶光学
素子の場合には、バックライトの光量を大きくしないと
暗いという問題点があった。

一方、偏光膜を使用しない液晶光学素子として、透過散
乱型の液晶光学素子として動的散乱（ＤＳＭ）型液晶光
学素子も従来から知られている。また、最近では、液晶
が硬化物マトリクス中に分散保持された液晶樹脂複合体
を用いた液晶光学素子が注目されてきている。

しかし、これらの透過散乱型液晶光学素子は散乱時には
光が直進するわけではないが、透過して（るものであり
、透過時には光が直進して透過してくることになる。こ
のため、反射型で用いれば、透過部分では観察者側の背
景が写り込み易く、また透過型で用いれば、透過部分で
は背後の背景が見えることになり、視認性が低下すると
いう問題点を有していた。

このような透過散乱型光学素子を用いて、明るく、高コ
ントラストな表示を実現することが望まれている。、 このため、透過散乱型光学素子の背後に黒色の吸収面を
配置したり、背後から指向性の強い　′光を入射させる
ためにルーバーを配置したりすることも提案されている
。

さらに、例えば、特開昭６２−１２１４８５号には、透
過散乱型光学素子の背後に円筒形のレンズ、と、その焦
点近傍に光吸収手段とを配置することにより、高コント
ラストな透過散乱型光学装置を得ることが記載されてい
る。

さらに、特開昭５０−８１７９７号や米国特許４７２６
６６２号には、透過散乱型光学素子の背後に、吸収面を
設けたプリズムを配置することが記載されている。

［発明の解決しようとする課題］ 特開昭６２−１２１４８５号に示された透過散乱型光学
装置は、観察者の視角を大きくするためには、レンズの
観察者と反対の側の焦点近傍に設けた光吸収手段の幅を
太き（しな（てはならな（、背後からの光の入射量が少
な（なる。例えば、視角を上下±３０°、即ち、６０°
とすると約５７％以上と、背後からの照明の光量損失が
大きくなるという問題点、精密なレンズ設計が必要とい
う問題点、光吸収手段を個々のレンズの焦点近傍に正確
に配置する必要があるというような問題点を有していた
。

一方、ルーバーを使用した場合には、観察者の視角の範
囲の背後がルーバーの光吸収面とされていれば良い。こ
の場合には、視角を正面にすることができない。即ち、
正面からいずれかの方向に傾いた方向とせざるを得ない
という問題点を有していた。

特開昭５０−８１７９７号に示された透過散乱型光学装
置では、背後の照明からの光が前面側のガラス面表面で
全反射させるように光吸収膜付のプリズムを配置するこ
とにより、背後の照明からの光が直接観察者に到達しな
いようにされている。このため、視角は広くなるが、暗
い表示しか得られにくい。

また、米国特許４７２６６６２号の透過散乱型光学装置
では、三角柱状プリズムや錐体状プリズムであって、そ
の１面を吸収面にしたプリズムが配置されることが示さ
れている。

第３図及び第４図は、それらの例の側面図を示している
。第３図において、２１は透過散乱型光学素子、２２は
断面が直角三角形状の三角柱状プリズム、２４は側面、
２５は他の側面であって光を吸収する吸収面、　２９Ａ
、　２９Ｂはプリズムの谷底部を示しており、第４図に
おいて、３１は透過散乱型光学素子、３２は頂角が直角
の四角錐状プリズム、３４は側面、３５は他の側面であ
って光を吸収する吸収面、　３９Ａ、３９Ｂはプリズム
の谷底部を示している。

第３図及び第４図のようなプリズムは、装置自体を薄型
化する及び見る位Ｉによる見え方の差を少なくするため
に、通常小さなプリズムを多数連接して用いる。しかし
、このような小さなプリズムはその谷底部を２９Ａ、　
３９Ａに示すように厳密に尖らせて加工することが困難
であり、通常２９Ｂ、３９Ｂに示すようになまって断面
が円弧状になってしまう。このように谷底部の断面が円
弧状になると、この谷底部では理想的な透過、反射特性
が得られなくなり、光学装置に所望のコントラスト比が
得られない。即ち、表示装置に用いた場合には、当初予
定した充分な表示コントラスト比や視角特性が得られな
いことになる。

このため、設計値に近い透過、反射特性、特に表示コン
トラスト比や視角特性が容易に得られる透過散乱型光学
装置が望まれていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり
、外部入力に応答してその光散乱特性が変化する透過散
乱型光学素子の透過散乱光学材料層の背後に、プリズム
をその底面が透過散乱型光学素子の背面に密着するよう
に配置した透過散乱型光学装置において、そのプリズム
をその断面が三角形状または三角形状の頂部近傍の一部
が切り欠かれた形状のプリズムとし、そのプリズムの頂
部近傍とプリズムの谷底部とを吸収面とし、プリズムの
頂部の背後に照明を配置したことを特徴とする透過散乱
型光学装置、及び、そのプリズムの２つの側面が底面に
対してなす角ψ３、ψ２が、６５°≦甲３、ψ２≦９０
°であり、少なくとも甲３、ψ２のいずれかは９０°で
ない角度とされたことを特徴とする透過散乱型光学装置
、及び、それらの断面が三角形状のプリズムが三角柱状
のプリズムであり、その２つの側面と底面とのなす角が
いずれも６５°≦甲≦８７°としたことを特徴とする透
過散乱型光学装置、及び、その断面が三角形状のプリズ
ムが錐体状プリズムであり、その錐体状プリズムの側面
に直交する面であって底面に直交する面上での当該側面
と底面とのなす角型の全てが６５°≦甲≦８７°とした
ことを特徴とする透過散乱型光学装置５及び、それらの
断面が三角形状のプリズムが、その頂部近傍で切り欠か
れた形状の多角形状のプリズムとされ、その頂部近傍の
切り欠かれた形状の面と谷底部とが吸収面とされたこと
を特徴とする透過散乱型光学装置、及び、それらの断面
が三角形状のプリズムの底面から頂部までの高さをＨｏ
、底面から吸収面の下端までの高さを夫々Ｈ１，Ｈ２と
した時に、０，３０≦Ｈ，／Ｈ，、Ｈ，／Ｈ，≦０．７
０とすることを特徴とする透過散乱型光学装置、及び、
それらの透過散乱型光学装置を表示装置に用いることを
特徴とする透過散乱型表示装置を提供するものである。

本発明の透過散乱型光学装置では、外部入力に応答して
その光散乱特性が変化する透過散乱光学材料層を有する
透過散乱型光学素子を用いる。この透過散乱光学材料層
の背後に、その底面を透過散乱光学材料層にほぼ平行に
配置し、プリズムの頂部近傍の側面とプリズムの谷底部
とを吸収面とした断面が三角形状のプリズムを連接して
配置する。または、その頂部近傍で切り欠かれた形状の
多角形状のプリズム、より好ましくは断面が台形になる
ように、その底面にほぼ平行な面で切断された断面が台
形状のプリズムであり、その上面とプリズムの谷底部と
を吸収面としたプリズムを連接して配置する。

これにより、小型プリズムを連接して谷底部がなまって
いるプリズムを用いても、はぼ所望の視角とコントラス
ト比等の特性が得られる。

第１図は、本発明の断面が三角形状のプリズムを用いた
透過散乱型光学装置の断面図を示している。この第１図
も後記する第２図も、分かりやすくするためにプリズム
を上下に２個として示しであるが、実際には図の上下左
右方向に複数のプリズムが連接されて配置される。

第１図において、　１は透過散乱型光学素子、２は透過
散乱型光学素子の背後に配置された断面が三角形状のプ
リズム、３は観察者、　　４Ａ、４Ｂはプリズムの側面
、　５Ａ、５Ｂはその側面の吸収面、　６Ａ、　６Ｂは
吸収面に設けられた着色層、　７はプリズムの底面、　
８は背後に配置された照明、９Ａ、９Ｃはプリズム側面
の底部側の端部、９Ｂはプリズム側面の底部側の連接部
である谷底部、６Ｃは谷底部に設けられた着色層を表し
ている。

なお、図中のΨ１、Ψ２は断面が三角形状のプリズムの
側面の底面になす角、Ｈｏはプリズムの底面から頂部ま
での高さ、Ｈｌ、Ｈ２はプリズムの底面から吸収面の下
端までの高さ、Ｗは底面の幅を表している。

本発明の断面が三角形状のプリズムとしては、三角柱状
のプリズムまたは錐体状プリズムが使用できる。特に、
断面が三角形状のプリズムであって、その２つの側面と
底面とのなす角がいずれも６５゜≦Ψ≦９０°とし、少
な（ともいずれかの角度は９０°でない角度としたプリ
ズムか、錐体状プリズムであって、その錐体状プリズム
の側面に直交する面であって底面に直交する面上での当
該側面と底面とのなす角型の全てが６５゜≦Ψ≦９０°
とし、少なくともいずれかの角度は９０゛でない角度と
したプリズムを使用する場合に好適である。このような
プリズムを使用した場合に、明るく視角が正面から見て
ほぼ対称になるが、谷底部が鋭角になるため尖らせて加
工することがますます困難になるという問題点があり、
本発明を適用するメリットが大きい。

この椎体状プリズムは、通常四角錐とされることが多い
が、五角錐、六角錐でもよく、連接されていればよい。

もっとも、ドツトマトリクス状の画素であれば、その画
素の形状の底面形状を持つ錐体状プリズムとしてもよい
。この場合には、厳密には透過散乱型光学素子の背面全
面を覆うような連接したプリズムでなく、画素の部分全
面を覆うプリズムとしてもよいので、円錐状のプリズム
も使用できる。

中でも、視角の点からは６５゜≦Ψ≦８７＠　とするこ
とが好ましく、特に、７５＠≦ψ≦８７＠　とすること
が好ましい。

この吸収面は、まず少なくとも一側面の頂部近傍に設け
られる。例えば、前述した第３図、第４図のような形状
のプリズムの場合には、その−側面の頂部近傍部分のみ
または全面を吸収面としてもよい。ただし、視角を正面
がら見て対称に近（するためには、第１図のように各側
面の頂部近傍に設けられる必要がある。

６５＠　≦ψ≦９０°とした場合、この近傍としてはＨ
１／Ｈ０、Ｈ２／Ｈ０が３０〜７０％となるようにされ
ることが好ましい。即ち、三角柱状のプリズムの場合に
は、その２個面で、四角錐状のプリズムの場合には、そ
の４個面で上記範囲とされることが好ましい。通常は、
視角を正面から対象になるようにしたいので、角度Ψ１
、Ψ２を同じにして、吸収面も範囲も各側面とも同じに
することが好ましい。

また、本発明では、この外にプリズム側面の底部側の連
接部である谷底部にも吸収面を形成する。これは、プリ
ズム加工上谷底部は先端が尖って加工しに（く、なまっ
ているため、この谷底部で所望の透過、反射特性が得ら
れな（、この部分に到達した光を吸収させて特性の低下
を抑えるためである。なお、プリズム側面の底部側であ
っても、夫々最も外側の部分、即ち、第１図の例の９Ａ
、　９Ｃの部分は端なので加工に問題はなく、吸収面を
形成しなくてもよい。このため、プリズムとプリズムと
の間の谷底部に吸収面を形成する。もちろん、端の９Ａ
、９Ｃの部分にも吸収面を形成してもよい。

吸収面は、プリズムの内側からその面に到達した光が吸
収されればよいものであり、例えば着色層を塗布して製
造されればよい。また、その外面上に反射層を形成して
照明の光を有効活用するようにしてもよい。

側面の吸収面の底面への投影面積が、底面の面積の５０
％以下にすることが明るさの点から見て好ましい。特に
、断面が台形状の場合には、その吸収面上に反射層を設
けて光の有効活用を図りに（いので、５０％以下にする
ことが好ましい。

第２図は、本発明の断面が台形状のプリズムを用いた透
過散乱型光学装置の断面図を示している。

第２図において、１１は透過散乱型光学素子、１２は透
過散乱型光学素子の背後に配置された断面が三角形状の
プリズム、１３は観察者、　１４Ａ１４Ｂはプリズムの
側面、　１４Ｃはプリズムの上面、１５はその上面の吸
収面、　１６Ａは吸収面に設けられた着色層、１７はプ
リズムの底面、１８は背後に配置された照明、　１９Ａ
、１．９Ｃはプリズム側面の底部側の端部、　１９Ｂは
プリズム側面の底部側の連接部である谷底部、　１６Ｂ
は谷底部に設けられた着色層を表している。

なお、図中のψ、Ｈｏ、Ｈｌ、Ｈ２については、Ｈａが
側面を延ばしていった際に交差する点の底面からの高さ
である外は、第１図の場合と同じである。

この場合には、断面が三角形状のプリズムが、その頂部
近傍で切り欠かれた形状の多角形状のプリズムとされて
いる。この例では、底面に平行な面で切断されたような
形状とされ、断面が台形にされている。この切断位置が
、Ｈ，及びＨ２で表され、上記したような範囲とされる
。

このため、Ｈ３とＨ２とを異ならせて上面を斜めとする
こともできる。しかし、この場合にも、視角を正面から
対象になるようにし、かつ製造が容易であることから、
断面が台形となるようにすることが好ましい。

なお、ここで説明に都合上切り欠（という表現をしてい
るが、これは切断という工程があることを意味していな
く、できた形状を示すために用いているにすぎないもの
であり、そのような形状をキャスティング、プレス及び
射出成形等で製造しても良いことは明らかである。

また、この第１図と第２図との中間の形態、例えば、第
２図のプリズムで上面のみでな（、側面の一部にまで吸
収面が形成されいたり、上面が平面状でなく、錐体状、
球面状に形成されていたりしてもよい。

本発明の外部入力に応答してその光散乱特性が変化する
透過散乱型光学素子は、電圧、熱、磁場等の外部入力に
応じて、透過散乱光学材料層の特性が変化し、透過状態
と散乱状態とになる公知の光学素子が使用できる。具体
的には、液晶を用いた液晶光学素子が好ましく、動的散
乱を利用したＤＳＭ型液晶光学素子、液晶が硬化物マト
リクス中に分散保持された液晶樹脂複合体を用いた液晶
光学素子等がある。特に、透過散乱光学材料層に、後者
の液晶樹脂複合体を用いた液晶光学素子は、散乱性能が
良いとともに、配向処理が不要、液体状態でないので基
板間隙制御が容易等製造が容易であり、さらに大型化も
容易なものである。

この透過散乱型光学素子の透過散乱光学材料層の背後に
、断面が三角形状のプリズムを配置する。

三角柱状プリズムの場合には、三角柱の側面の１つを底
面として透過散乱型光学素子の背面に密着させ、他の２
つの側面を背後に向ける。

この２つの側面の交わる綿が頂部となり、その近傍の少
なくとも一側面に吸収面を形成する。

錐体状プリズムの場合には、その底面を透過散乱型光学
素子の背面に密着させ、そのプリズムの頂部近傍の少な
くとも一側面を吸収面とする。

また、この断面が三角形状のプリズムは、その頂部近傍
で切り欠かれた形状としてもよい。

この断面が三角形状のプリズムの側面で吸収面とされて
いない部分は、観察者側から入射する光のある視角範囲
の光は全反射することになる。この側面で反射した光の
多くは側面または上面の吸収面に到達する。

第５図は、この状態を示した断面図であり、矢印で示し
た観察者側からの斜めの入射光は、プリズムにより定ま
る特定の入射角以下の入射角の光はプリズムの側面で反
射され、反射を繰り返してついには吸収面４５に到達す
る。

プリズムが理想的な形状に加工されている場合には、観
察者側から見た場合、透過散乱型光学素子の透過部分で
は、光が直進し、プリズムの側面で、そのプリズムの有
する屈折率により定まる特定の入射角度範囲以内の角度
で入射する光は全反射され、はとんどその頂部近傍の吸
　。

収面に入射するあるいは直接吸収面に入射することによ
り吸収される。

このため、透過部分では観察者側には光はほとんど到達
しない。しかし、プリズムの谷底部がなまっていると、
その部分に到達した光は反射されずに透過してしまう。

この部分に吸収面があれば、光は反射しないが吸収され
、透過することはない。

一方、本発明では透過散乱型光学素子の背後に照明を配
置するので、背後からの照明による光は、プリズムの吸
収面でない側面、即ち、プリズムの台座近傍の側面から
入射し、透過散乱型光学素子に入射する。この場合に、
入射光は全てプリズムの側面の傾斜角及び屈折率により
定まる特定の角度の範囲内の角度で透過散乱型光学素子
面より観察者側に出射する。それにより定まる視角範囲
内の観察者には直接この入射光は伝わらない。しかし、
プリズムの谷底部がなまっていると、その部分に到達し
た光は反射されずに透過してしまう。このため、背後の
照明の光が直接観察者に到達することを生じ、コントラ
スト比を著しく低下させる。この点も、谷底部に吸収面
があれば、光は吸収され、透過することはない。

このため、前述したように吸収面を黒色とすると、いず
れの光も観察者にはほとんど到達しなく、黒く見えるこ
とになる。もっとも、吸収面の色を黒以外の赤、青、緑
等にしてお（ことにより、その色の光のみが戻ってくる
ので、その色が認識される。

逆に、透過散乱型光学素子の散乱部分では、観察者側か
ら入射する光はそのまま散乱され、背後の照明による光
はプリズムの側面から斜めに入射して、同様に散乱され
る。この散乱光の内、観察者側に向かう光はそのまま観
察者に白く認識される。

これにより、黒または特定の色と、白の表示が得られる
。この場合、電圧の印加により透過−散乱を制御する液
晶光学素子を用いて、白地に黒い表示を得るためには、
電圧を印加しない状態で散乱状態となっている液晶光学
素子を用いる必要がある。

これには、前述した液晶が硬化物マトリクス中に分散保
持された液晶樹脂複合体を用いた液晶光学素子が最適で
ある。

このほか、吸収面の着色層の色を黒色以外の色、例えば
赤色にすれば、白と赤の表示が得られる。さらにこれに
、背後の照明の色を青い光にすれば、赤と青の表示が得
られる。

この断面が三角形状のプリズムの側面の吸収面の大きさ
は、視角の広さと明るさとによって適宜窓められればよ
いが、プリズムの形状によって異なる。例えば、第１図
や第２図のような形状のプリズムの場合には、その−側
面全面を吸収面とすることもできる。また、ψ３、ψ２
のいずれかが９０°でない場合には、２つの側面の頂部
近傍に吸収面を形成することが好ましい。

特に、６５°≦ψ３、ψ２≦９０°の場合には、前述の
ようにおおむねプリズムの高さＨ８の頂部側３０〜７０
％程度とされればよい。断面が台形状のプリズムとする
場合には、切断する面の高さがおおむねプリズムの高さ
Ｈｏの頂部側３０〜７０％程度とされればよい。

連接したプリズムの側面の底部側である谷底部の吸収面
は、プリズムの側面の底面側でなまっている部分に設け
る。あまり面積を大きくすると明るさが犠牲になるので
、必要最小限とすることが好ましい。実際には、特性の
劣化と明るさの低下を考慮しつつ、生産性を考慮して決
めればよい。

本発明で用いる後方の照明は、タングステンランプ、ハ
ロゲンランプ、キセノンランプ、冷陰極放電管、熱陰極
放電管、ＬＥＤ、ＥＬ等の公知の照明用照明をはじめ、
太陽光、室内照明等の外部の光を導光してきて用いるよ
うなものでもよい。さらに必要に応じて、平面鏡、球面
鏡、楕円面鏡、放物面鏡等の反射鏡、レンズ、光ファイ
バ等の導光手段を組み合わせたものも使用できる。

本発明の透過散乱型光学装置の透過散乱型光学素子は、
透過散乱光学材料層により人為的に透過、散乱を制御で
きるものであれば使用できる。中でも、液晶を使用する
ものが低消費電力で信頼性が高いため好ましい。特に、
一対の電極付きの基板間に液晶が硬化物マトリクス中に
分散保持された液晶硬化物複合体層を挟持し、電圧の印
加により散乱状態と透過状態とを制御しつるものが最適
である。

この液晶硬化物複合体層を挟持した透過散乱型光学素子
の液晶硬化物複合体層としては、液晶が硬化物マトリク
ス中に分散保持されているものであれば使用できる。具
体的には、液晶が独立しだ液泡を形成してマイクロカプ
セル状封じ込められていてもよいし、それらの液泡が連
通していてもよいし、細かな孔の多数開いた硬化物マト
リクスの孔の部分に液晶が充填されているものであって
もよい。

このような液晶硬化物複合体層を一対の電極付きの基板
間に挟持し、その電極間に電圧を印加すると、その電圧
の印加状態により、その液晶の屈折率が変化し、硬化物
マトリクスの屈折率と液晶の屈折率との関係が変化し、
両者の屈折率が一致した時には透過状態（入射光がその
まま直進する）となり、屈折率が異なった時には散乱状
態（入射光がそのまま直進せずに散乱する）となる。

具体的には、電圧を印加している状態で、硬化物マトリ
クスを構成するところの硬化させられた硬化物の屈折率
が、液晶の常光屈折率（ｎｏ）と一致するようにされる
。

これにより、得られた硬化物の屈折率と液晶物質の屈折
率とが一致した時に光が透過し、一致しない時に光が散
乱（白濁）することになる。この素子の散乱性は、従来
のＤＳＭ　（動的散乱モード）の透過散乱型光学素子の
場合よりも高いので、オンオフ比が高く取れる。

この液晶硬化物複合体層は、通常、液晶と硬化物マトリ
クスの原料との混合物を準備して、電極基板上に流延供
給して硬化させるか、通常の液晶セルのように一対の電
極付の基板の周辺をシール材でシールし、注入口から混
合物を注入して硬化させて、液晶が硬化物マトリクス中
に分散保持されるようされればよい。

この硬化物マトリクスとしては、樹脂マトリクス、セラ
ミックマトリクス等があるが、製造法上容易であり、屈
折率の調整も容易であるので、樹脂マトリクスの使用が
好ましい。

中でも、樹脂マトリクスの原料として、密閉系で硬化可
能な光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を用い、これを液
晶に溶解した溶液を用いて、光硬化または熱硬化するこ
とにより、生産性が良く、前述の流延供給及び注入の両
方の製造方法が適用可能である。特に、光硬化性樹脂を
用い、光硬化することが好ましい。

この素子に、この硬化工程の際に特定の部分のみに充分
に高い電圧を印加した状態で硬化させてやる、または液
晶の相転移点以上に加熱した状態で硬化させてやること
により、その部分を常に光透過状態とすることもできる
。また、中間程度の電圧を印加して硬化させてやる、ま
たは、充分に高い電圧を印加した状態で半硬化させ、そ
の後電圧を印加せずに硬化を完了させてやることにより
、任意の中間調（散乱時の散乱度が任意の散乱度）の表
示も得ることができる。これにより、部分的に枠、文字
等の固定表示を行ったり、写真像の表示を行ったりする
ことができる。

この硬化物マトリクスの屈折率と、使用する液晶の屈折
率（ｎｏ）とを一致させた透過散乱型液晶光学素子を用
い、それらを完全に一致させることが好ましいものであ
るが、透過状態に悪影響を与えない程度に、はぼ一致す
るようにしておけば使用可能である。これは、液晶によ
り樹脂マトリクスが膨潤して、樹脂マトリクス自体が本
来持っていた屈折率よりも液晶の屈折率に近ずくため、
この程度の差があっても、光はほぼ透過するようになる
ためである。

この透過散乱型光学素子を表示に用いるためには、所望
のパターンで電極をバターニングすればよいが、各画素
にＴＰＴ等の能動素子を配置してドツトの集合により種
々の表示を表示するようにしてもよい。

この電極は両方の基板とも通常透明電極とするが、その
一部に低抵抗のリード等の目的で金属等の不透明電極を
併設しても良い。この場合、動作画素以外の部分が散乱
状態である時、この透過散乱光学素子の前面基板の対応
する部分に遮光膜を形成することが好ましい。

本発明では、この透過散乱型光学素子の前面側または背
面側にガラス板、プラスチック板等の保護板を積層する
とかカラーフィルターを積層して色調整してもよいし、
個々の表示パターンを多色化するために、カラーフィル
ターやカラー照明を用いても良い。

前述の液晶硬化物複合体層を構成する硬化物マトリクス
、特に樹脂マトリクスの原料としては、各種樹脂のモノ
マー、オリゴマー、溶媒により溶解されるポリマー等が
あり、液晶と混合して混合物とされて用いられる。この
場合、硬化物マトリクスの原料が液晶に溶解して、均質
溶液となっているものを使用することが好ましいが、ラ
テックス状になっているもの等も使用できる。

基板上に混合物を流延供給する場合には、溶媒を留去し
たり、硬化時にガス等の副生物を発生させるものも使用
できるが、セル中に液晶を注入して後硬化させる場合に
は、密閉系内で溶媒の留去が不要で硬化時にガス等の副
生物を発生せずに硬化可能な混合物を使用する。

このため、前述のごと（光硬化性樹脂を用いることが生
産性上好ましく、特に、光硬化性ビニル系樹脂の使用が
好ましい。

具体的には、光硬化性アクリル系樹脂が例示され、特に
、光照射によって重合硬化するアクリルオリゴマーを含
有するものが好ましい。

これらの場合用いられる液晶は、ネマチック液晶、スメ
クチック液晶等があり、単独で用いても組成物を用いて
も良いが、動作温度節回、動作電圧など種々の要求性能
を満たすには組成物を用いた方が有利といえる。特に、
ネマチック液晶の使用が好ましい。

また、液晶硬化物複合体層に使用される液晶は、光硬化
性樹脂を用いた場合には、光硬化性樹脂を均一に溶解す
ることが好ましく、光露光後の硬化物は溶解しない、も
しくは溶解困難なものとされ、組成物を用いる場合は、
個々の液晶の溶解度ができるだけ近いものが望ましい。

液晶硬化物複合体層を製造する際、硬化物マトリクスと
液晶とは２５ニア５〜７５：２５程度の割合になるよう
に硬化物マトリクスの原料と液晶とを混合して混合物と
すればよく、液状なしけ粘稠物として使用されればよい
。

液晶硬化物複合体層を製造する場合、従来の通常の液晶
表示素子のようにセルを形成し注入口から注入すること
もできるが、電極付きの基板上に硬化物マトリクスの原
料と液晶との混合物を供給し、対向する基板を重ね合わ
せるようにすることにより、透過散乱型光学素子を極め
て生産性良く製造できる。

この基板間ギャップは、５〜１００μｍにて動作するこ
とができるが、印加電圧、オン・オフ時のコントラスト
を配慮すれば、液晶硬化物複合体層の場合には７〜４０
μｍに設定することが適当である。

この透過散乱型液晶光学素子は、液晶中に２色性色素や
単なる色素、顔料を添加したり、硬化物マトリクスとし
て着色したものを使用したりしてもよい。

電極相の基板にプラスチック基板を使用することにより
、連続プラスチックフィルムを使用した長尺の透過散乱
型光学素子が容易に製造できる。

また、本発明の透過散乱型光学素子は、一般に通常の液
晶表示素子とほぼ同じ程度の大きさになるため、ガラス
基板を用いて通常の液晶表示素子と同様にセルを形成し
て、注入するようにしても生産性の低下はほとんどない
。

このように液晶硬化物複合体層を用いた透過散乱型液晶
光学素子とすることにより、上下の透明電極が短絡する
危険性が低く、かつ、通常のＴＮ型の液晶表示素子のよ
うに配向や基板間隙を厳密に制御する必要もな（、透過
状態と散乱状態とを制御しつる透過散乱型液晶光学素子
を極めて生産性良く製造できる。

この透過散乱型液晶光学素子は、駆動のために電圧を印
加する時には、液晶の配列が変化するような交流電圧を
印加すればよい。具体的には、　５〜１００ｖで１（１
−１０００Ｈｚ程度の交流電圧を印加すればよい。

また、この透過散乱型光学素子の観察者側にレンズ、プ
リズム、フィルター等を配置して視角を変えたり、色を
変えたりしてもよい。

［作用］ 本発明によれば、プリズムの側面の頂部近傍及び連接し
たプリズム間の谷底部を吸収面で覆っている。

従来例に比して、連接したプリズム間の谷底部を吸収面
で覆っているので、谷底部のなまった部分における余分
な透過ないし反射を抑えることができ、理想的な加工精
度のプリズムを用いた場合に近い明るさ、コントラスト
比、視角を有する光学装置を得ることができる。

この作用を第５図に基づいて説明する。

第５図は断面が台形状のプリズム４２を用いた場合の光
の伝搬状況を示した断面図である。

透過散乱型光学素子４１からプリズム４２側に、法線方
向からみて特定の入射角θ以下の角度で入射した光５０
Ａは、プリズム内部を伝搬する光５０Ｂとなり、その側
面４４Ａ、　４４Ｂで反射して光５０Ｃ１５０Ｄ、５０
Ｅとなり、最終的に吸収面４５Ａに到達する。また、よ
り入射角θが小さい光は直接吸収面４５Ａに到達する。

これらの場合のみが光がほとんど反射してこない。この
全反射する角度で外部からプリズム内に光が入射するこ
とはないので、背後からも光が直接入射して逆行しない
ので、黒く見えることになる。もし、連接したプリズム
間の谷底部４９が理想的に形成されていれば、なんら問
題はないが、実際にはこの谷底部はなまって断面が円弧
上になっている。

このため、この谷底部に観察者側から入射した光５０Ｆ
は、本来であれば側面４４Ｂで反射されるべきものであ
る（反射を繰り返して吸収面４５Ａに到達して吸収され
る）が、吸収面４５Ｂがなければ、外部に突き抜けてし
まう。逆に、外部からの光５０Ｇもプリズム内に入って
きてしまうので、本来は黒く見えるべき部分が明る（な
ってしまうことになる。また、この谷底部が円弧状にな
っている関係から、谷底部に吸収面４５Ｂがなければ、
本来であればプリズム側面を抜けてい（はずの光５０１
（も反射を起こし、光５０Ｉとして観察者側に抜けてい
くことになる。これも、吸収面４５Ｂがあれば吸収され
、観察者側に戻らない。このため、本来黒くなる部分が
明るくなってコントラスト比が低下することを生じにく
くなる。

また、第２図のプリズムの代わりに、第１図のプリズム
を用いた場合にも、動作はほぼ同じとなる。このため、
第２図のプリズムの方が奥行きが短くなり、かつ吸収面
の面積も小さくなるので、コンパクトになるとともに製
造が容易となり好ましい。

第６図は、照明の光を有効利用するための反射層を側面
上の吸収面の上に形成したところを示す断面図である。

この例では、吸収面５５Ａの着色層５６Ａの外面上に反
射層５９が設けられており、背後の照明からの光６０は
反射層で反射されて吸収層の無いプリズム側面からプリ
ズム内に入射する。これにより背後の照明の利用効率が
向上し、明るい表示が可能になる。なお、この例では谷
底部の吸収面５５Ｂの着色層５６Ｂの上には反射層を形
成していない。これは、着色層５６Ｂの外面の面積は小
さく、反射層を形成する工程が面倒なわりには反射面積
が小さく、明るさの向上が少ないためである。もちろん
、着色層５６Ｂの上に反射層を形成してもよい。

本発明のプリズム及びその吸収面の形状にっいては、前
述の例のばか種々の形態がある。

例えば、第１薗の例で、ＩＪＪ、＞ψ２とし、吸収面を
同じ位置に形成（Ｈ，＝８２）　シた場合には、視角は
完全に対象にはならない。より対象に近づけるためには
、角度の大きい側の吸収面４Ａ側を広（する（）Ｉｔ＜
８２）ことにより、ある程度調整できる。

また、第２図の例、即ち、断面が台形状のプリズムの吸
収面をその上面１４Ｇのみでなく、その両側面まで伸ば
すこともできる。

また、頂部近傍で底面に非平行に切り欠き、その切り欠
き面を吸収面とすることもできる。

また、切り欠き面を断面が山形または円弧状にして、そ
の切り欠き面を吸収面とすることもできる。

［実施例］ 以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。

実施例１〜４ 日の字表示が可能なようにパターニングしたＩＴＯによ
る電極を設けたガラス基板を２枚用い、２０μｍのスペ
ーサーを介在させて周辺をシール材でシールして、空セ
ルを作成した。

２−エチルへキシルアクリレート　７部及び２−ヒドロ
キシエチルアクリレート１５部、アクリルオリゴマー（
東亜合成化学（株）製ｒＭ−１２００Ｊ　）２４部、光
硬化開始剤としてメルク社製［グロキュア−１ｌ１６Ｊ
を０．９部と液晶としてＢＤＨ社製ｒ　Ｅ−８Ｊを６４
部とを均一に溶解して、液晶混合物を製造した。

この液晶混合物を、前記した空セルに注入して、３０秒
間紫外線を照射して露光して透過散乱型液晶光学素子を
作成した。この透過散乱型液晶光学素子は樹脂マトリク
スを構成するところの硬化させられた樹脂の屈折率が、
液晶の常光屈折率（ｎｏ）とほぼ等しくなるようにされ
ているので、電圧を印加しない状態で、両者の屈折率が
異なり、全体が散乱（白濁）状態となり、所望の電極間
に交流電圧（ＡＣ３５Ｖ、５０Ｈｚ）を印加すると、そ
の部分のみが透過状態となった。

ψ、＝ψ２＝８６°の断面が２等辺三角形状の三角柱状
のアクリル製プリズム（屈折率＝１．５０、底面の幅Ｗ
＝ｌＯｍｍ、底面から頂部まテノ距離Ｈｏ＝　７１．５
ｍｍ）の頂部近傍（Ｈ１＝ＨＲ＝　３７ｍｍ）を両側面
とも黒色に塗装し、吸収面とした。また、このプリズム
は生産性をよ（するため、加工精度を低くしたので、プ
リズム間の谷底部が約１ｍｍが直径的１ａｌＩ１１の円
弧状になっている。このため、さらにこの谷底部にも幅
約１ｒｎＩ１１の黒色の塗装をして吸収面とした。なお
、この谷底部分に着色層を形成しないプリズムを比較例
１として作成した。

このプリズムを第１図のように透過散乱型液晶光学素子
に密着させて、視角を調査したところ、柱の軸方向であ
る左右方向にはほぼ±９０゜近くまで、上下方向はほぼ
±３０°であり、コントラスト比は２０であった。また
、明るさは背後からの平行光線による照明の場合、プリ
ズムを配置しない場合の散乱部分の明るさの約４５％で
あった。

これは、理想的に加工した場合の明るさに比して約１０
％暗くなることになるが、コントラスト比、視角はほぼ
同様であった。

また、比較例１は、視角が狭（なり、コントラスト比が
著しく低下し、位置によっては背後の照明の光が直接扱
けて見えた。

同じ材質のプリズムを用い、底面をいずれも１１０ｌｌ
１とし、視角が３０°となるように形状を変えた例及び
比較例１を以下の第１表に示す。

第　　１　　表 なお、実施例１は第５図で説明した反射回数が４回以下
の例に相当し、実施例２〜４は夫々反射回数３回以下、
２回以下、１回以下の例である。

実施例５〜８ 実施例１のアクリル製プリズムの代わりに、同様に谷底
部がなまっている屈折率の高い鉛ガラス製プリズム（屈
折率＝１．８４）を用いて、そのプリズムの谷底部にも
吸収層を形成して、視角を調査した結果を第２表に示す
。コントラスト比はいずれも約２０であった。

第　　２　　表 なお、実施例５〜８は夫々反射回数が、５回以下、４回
以下、３回以下、２回以下の例である。

実施例９〜１６ 実施例１〜８の側面の吸収面の着色層の外面に反射層を
形成したプリズムを用いたところ、背後からの光の利用
が増加し、いずれも反射層を形成しない場合に比して明
る（なった。

実施例１７〜２４ 実施例１〜８の三角柱状のプリズムに代えて、底面が正
方形であり、対称形の四角錐状の同様に谷底部がなまっ
ているプリズムの４側面の頂部近傍と谷底部に吸収面を
設けたプリズムを用いて、視角を調査した結果を第３表
に示す。コントラスト比はいずれも約２０であった。

第　　３　　表 これにより、実施例１〜８に比して、左右方向の視覚が
上下方向と同じなったが、明るさは大幅に向上した。

実施例２５〜３２ 実施例１〜８の断面が三角形状のプリズムの側面の吸収
面を形成した部分を、底面に平行に切り欠いた形状、即
ち、第２図に示すような断面が台形状のプリズムを形成
し、その上面と谷底部に着色層を形成した。

この台形状プリズムを用いて、実施例１〜８と同様に評
価したところ、視覚、明るさ、コントラス比は実施例１
〜８と同等であり、プリズムの奥行きがＨ，（＝８２）
となるため、実装時に要する奥行きが大幅に減少し、小
型化し易いものであった。また、無指向性のバックライ
トを用いても、実施例１〜８に比べ、プリズム先端部の
吸収面による影が少ないため、明るさが低下することは
なかった。

実施例３３〜４０ 実施例１７〜２４の断面が三角形状のプリズムの側面の
吸収面を形成した部分を、底面に平行に切り欠いた形状
、即ち、第２図に示すような断面が台形状のプリズムを
形成し、その上面と谷底部に着色層を形成した。

この台形状プリズムを用いて、実施例１７〜２４と同様
に評価したところ、視覚、明るさ、コントラスト比は実
施例１７〜２４と同等であり、プリズムの奥行きがＨ３
（＝）ｌｘ）となるため、実装時に要する奥行きが大幅
に減少し、小型化し易いものであった。また、無指向性
のバックライトを用いても、実施例１７〜２４に比べ、
プリズム先端部の吸収面による影が少ないため、明るさ
が低下することはなかった。

実施例４１．４２ 実施例３２のプリズムに代え、ψ、　＝７５．６°、ψ
２＝９０°とし、底面の幅Ｗ＝１０ｍｍ、底面から頂部
までの距離Ｈｏ＝３９ｍｍ）の頂部近傍をＨ，＝　８２
”１４ｍｍの位置で切り欠いた形状とし、その上面とな
まっている谷底部を黒色に塗装し、吸収面とした。

この場合には、視野角は上方向５７°、下方向３０°で
あり、三角柱状のプリズムの場合には、明るさが３４％
であり、四角錐状のプリズムの場合には、明るさが５４
％であった。

実施例４３ 実施例１のプリズムに代え、ψ、　＝８４．２°、ψ、
＝７８．５°とし、底面の幅Ｗ＝ｌＯｍｎｌ、底面から
頂部までの距離Ｈ８＝　３２．８ｍｍ）の頂部近傍（Ｈ
。

＝　１６．７ｍｍ、１．＝　１４．１ｍｍ）を両側面と
も黒色に塗装し、さらになまっている谷底部も黒色に塗
装し、吸収面とした。

このプリズムを用いた場合の視野角は上下とも３０°で
あり、明るさは４１％であった。

実施例４４ 実施例４３のプリズムを、Ｈ＋＝　１４．５ｍｍ、　Ｈ
ｚ＝１７．２ｍｍの位置で切り欠いて、その斜めの上面
と谷底部とを黒色に塗装し、吸収面とした。さらに上面
の吸収面の上にアルミの反射層を形成した。

このプリズムを用いた場合の視野角は、実施例４３と同
等であった。また、平行光及び無指向性光に対し、明る
さは約４１％と同程度であったが、上方より入射する光
の多い室内では明るさがさらに向上した。

実施例４５ 実施例２５のプリズムの代わりに、切り欠く位置をＨ＋
　＝　Ｈｔ＝　３７ｍｍとせずに夫々４５ｍｍとし、そ
の谷底部、上面全面及び側面の旧＝　１．　＝　３７ｍ
ｍ位置まで吸収面とした。さらにその上面及び側面の吸
収面の上を白色塗料で覆った。

このプリズムを用いた場合にも、視野角は実施例２５と
同等であったが、明るさはさらに向上した。

実施例４６ 実施例２５のプリズムの代わりに、切り欠（位置なＨ，
＝　Ｈ，＝　３”１ｍｍとし、ピーク部分を４５１１１
ｆｌ＋として、その２つの上面全面及び谷底部を吸収面
とした。

このプリズムを用いた場合にも、視野角及び明るさは実
施例２５と同等であった。

実施例４７ 日の字表示用にパターニングしたＩＴＯによる電極を設
けた透過散乱型液晶光学素子の代わりに、各画素のＴＰ
Ｔ　（薄膜トランジスタ）を形成したマトリクス状の透
過散乱型液晶光学素子を用いて、透過散乱型液晶光学装
置とした。

プリズムの形状は、底面が正方形であり、対称形の四角
錐状のアクリル製プリズムであり、角度ψ、（・ψ２）
・８１０、）ｌｏ・３．１６ｍｍ　、　Ｈ，（＝ｕｉ）
＝１．４ｍｍ　、　Ｗ＝ｌｎｏｏであり、このプリズム
の谷底部は底面から約１ｍｍであった。第２図に示すよ
うに底面に平行に切り欠いた形状の面と谷底部とを吸収
面とするプリズムとした。

この表示コントラスト比は１０以上の値が得られた。

実施例４８ 実施例４７の透過散乱型液晶光学素子を用い、プリズム
のみを替えた。プリズムの形状は、断面が２等辺三角形
状の三角柱状のアクリル製プリズムであり、角度ψ、に
ψａ）”８１°、ＨＯ＝４．１ｍｍ、　）Ｉ＋（＝Ｈｚ
）＝２ｍｍ　、　Ｗ＝０．７ｍｍであり、このプリズム
の谷底部は底面から約０．５＋＋＋ｍであった。この谷
底部はかなり精度良く加工したが、これほどプリズムを
小型化した場合には、谷底部は影響が出ないほど完全に
はならなく、第１図に示すように底面に平行に切り欠い
た形状の面と谷底部とを吸収面とするプリズムとした。

この表示コントラスト比は１０以上の値が得られた。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明によれば、電気的に散乱状態と透過
状態とを制御しつる透過散乱型光学素子と、構造断面が
三角形状または三角形状の頂部近傍の一部が切り欠かれ
た形状のプリズムであって、プリズムの頂部近傍とプリ
ズムの谷底部とを吸収面としたプリズムを用い、その背
後に配置した照明とを組み合わせることにより、小型プ
リズムを連接して谷底部がなまっているプリズムを用い
ても、はぼ所望の視角とコントラスト比等の特性が得る
ことができる。

照明は、通常のバックライトでも使用できるし、外光を
使用することもできる。さらに、反射鏡、レンズ等を併
用して指向性の強い光を供給することにより、さらに明
るい表示が可能になる。

特に、プリズムの頂部近傍を切り欠いたような形状とす
ることにより、奥行きも小さくてすみ、小型化でき、明
るく、白い背景の表示を容易に得ることができ、家電製
品用表示器、ラップトツブパソコン、ワープロ、テレビ
等各種の用途に使用できる。

また、液晶が硬化物マトリクス中に分散保持された液晶
樹脂複合体を用いた透過散乱型液晶光学素子は、屈折率
の制御により透過−散乱を制御しているので、入射光が
吸収されなく、従来のＴＮ型液晶表示素子等に比して通
常２倍以上明るく、高光量を入射しても、透過散乱型光
学素子の温度上昇をほとんど生じな（、信頼性が高いも
のでもある。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で種
々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の透過散乱型光学装置の基
本的な構成を示す断面図である。 第３図及び第４図は、従来の透過散乱型光学装置の例を
示す断面図である。 第５図及び第６図は、本発明の透過散乱型光学装置の光
の進行を説明する断面図である。 透過散乱型光学素子：　１．１１．２１．３１．４１．
５１プリズム　　　　　　：　２．１２．２２．３２．
４２．５２側面　　　　　　　：　　４Ａ、４Ｂ、１４
Ａ、１４Ｂ、２４．３４．４４Ａ、　４４Ｂ、５４ 吸収面　　　　　　＝５Ａ、５Ｂ、１５．２５．３５．
４５゜５５Ａ、５５Ｂ 着色層　　　　　　：６Ａ、６Ｂ、６Ｃ１１６Ａ、１６
Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ 底面　　　　　　　：　７．１７．２７．３７谷底部　
　　　　　＋　　９Ｂ、１９．２９Ａ、２９Ｂ、３９Ａ
、３９Ｂ、５９ 反射層　　　　　　：６１ 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）外部入力に応答してその光散乱特性が変化する透
   過散乱型光学素子の透過散乱光学材料層の背後に、プリ
   ズムをその底面が透過散乱型光学素子の背面に密着する
   ように配置した透過散乱型光学装置において、そのプリ
   ズムをその断面が三角形状または三角形状の頂部近傍の
   一部が切り欠かれた形状のプリズムとし、そのプリズム
   の頂部近傍とプリズムの谷底部とを吸収面とし、プリズ
   ムの頂部の背後に照明を配置したことを特徴とする透過
   散乱型光学装置。 （２）請求項１の透過散乱型光学装置において、そのプ
   リズムの２つの側面が底面に対してなす角Ψ＿１、Ψ＿
   ２が、６５゜≦Ψ＿１、Ψ＿２≦９０゜であり、少なく
   ともΨ＿１、Ψ＿２のいずれかは９０゜でない角度とさ
   れたことを特徴とする透過散乱型光学装置。（３）請求
   項２の透過散乱型光学装置において、断面が三角形状の
   プリズムが三角柱状のプリズムであり、その２つの側面
   と底面とのなす角がいずれも６５゜≦Ψ≦８７゜とした
   ことを特徴とする透過散乱型光学装置。 （４）請求項２の透過散乱型光学装置において、断面が
   三角形状のプリズムが錐体状プリズムであり、その錐体
   状プリズムの側面に直交する面であって底面に直交する
   面上での当該側面と底面とのなす角Ψの全てが６５゜≦
   Ψ≦８７゜としたことを特徴とする透過散乱型光学装置
   。 （５）請求項１〜４のいずれかの透過散乱型光学装置に
   おいて、断面が三角形状のプリズムが、その頂部近傍で
   切り欠かれた形状の多角形状のプリズムとされ、その頂
   部近傍の切り欠かれた形状の面と谷底部とが吸収面とさ
   れたことを特徴とする透過散乱型光学装置。（６）請求
   項１〜５のいずれかの透過散乱型光学装置において、断
   面が三角形状のプリズムの底面から頂部までの高さをＨ
   ＿０、底面から吸収面の下端までの高さを夫々Ｈ＿１、
   Ｈ＿２とした時に、０．３０≦Ｈ＿１／Ｈ＿０、Ｈ＿２
   ／Ｈ＿０≦０．７０とすることを特徴とする透過散乱型
   光学装置。 （７）請求項１〜６のいずれかの透過散乱型光学装置を
   表示装置に用いることを特徴とする透過散乱型表示装置
   。