JPH06510139A - 汎用液晶表示装置 - 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】 汎用液晶表示装置 発明の分野 本発明は、反射型表示装置及びオーバーヘッド投映機の映像パネルとして使用さ れる汎用液晶表示装置に関する。

発明の背景 液晶系電気光学能動素子が反射板の前方に置かれた反射型液晶表示装置は、当業 界ではよく知られている。電気光学能動素子は、電気信号のような入力に応答し て第１光学状態と第２光学状態との間で変遷する。表示装置に入射する光は、こ の光学状態に応じて反射板まで届いたり、届かなかったりするので、反射板によ り反射されるかどうかによって、観察者には種々の表示状態が目視できるように なっている。この反射型液晶表示装置は多方面に利用されており、その最もポピ ユラーなものの一つは、軽量であること、それに電力消費が少ない利点を利用し て携帯型コンピュータないし「ラップトツブ型」コンピュータのコンピュータス クリーンとして利用されている。

最近、コンピュータに格納されたデータ、テキスト、あるいはグラフィックスの ような情報を表示するための液晶オーバーヘッド投映機の映像パネルは、普及し はじめている。このパネルはコンピュータに接続されており、通常はコンピュー タスクリーンに送られるコンピュータからの出力は、コンピュータスクリーンの 代わりに、あるいはこれと同時にパネルに送られる。パネルは、従来のオーバー ヘッド透明体が配置されるオーバーヘッド投映機に直接配置され、コンピュータ によって作成された画像が投映機によってスクリーン上に投映される。例えば、 パネルは、その上に形成された黒色文字ｒＨＥＬＬＯＪを除いて、透明であって もよく、この場合、文字ｒＨＥＬＬＯＪがスクリーン上に投映される。このよう なパネルは、紙上に情報をプリントし、紙のコピーから透明体を作製し、オーバ ーヘッド投映機に透明体を載せて画像を投映する従来の方法に代わる便利なもの である。更に、従来の方法では、投映のために使用される所定数の透明体を前辺 て準備する必要があるが、このパネルによれば、任意の投映用画像をその場で作 成することが可能である。

ある好適型式の液晶表示装置では、ポリマーのようなマトリックス（又は、封じ 込め媒体）に液晶が封入あるいは分散されている封入型液晶材（ｅｎｃａｐｓｕ ｌａｔｅｄｌｊｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ）が使われている 。充分に強い電界に対応する電圧を封入型液晶材に印加した状態（界磁オン状態 ）では、磁界に応じて液晶の配列が再配向されて入射光が透過するようになる。

逆に、この電圧が印加されていない状態（界磁オフ状態）では、液晶の配列はラ ンダムになるか、又は、液晶とマトリックスの界面により影響を受けるから、液 晶材は入射光を散乱させる。液晶材が界磁オフ状態から界磁オン状態へと変遷し 始める時の印加電圧は、閾電圧と呼ばれている。

反射板の特性は、目視性に対して重要な影響を及ぼす。界磁オフの状態では、目 視者に対して光が散乱することから、表示装置は明るく見えるか、あるいは乳白 色に見える。正反射板（鏡面反射板）を用いると、界磁オン状態では表示画像に 良好な暗黒色が得られるけれども、室内の物体の像が目視者に向かって反射する ことがあるので眩しく感じられることがあり、光を拡散しない照明器具のような 強力な点光源がある場合に特に顕著である。別の方法として、拡散反射板が提案 されている。この拡散反射板は前述の問題点をかなり解消しているが、コントラ ストまて減少させてしまう問題がある。反射板が戻り反射板（ｒｅｔｒｏｒｅｆ ｌｅｃｔｏｒ）てあれば、光を光源に向かって反射して、鏡面反射板に付随する 眩しさの問題点を解消すると共に、拡散反射板を有する表示装置とは違い高コン トラストが得られるので、良好な表示が得られる。液晶表示装置にこの戻り反射 板を利用した例は、マイヤーホフ７　０１ｅｙｅｒｈｏｆｅｒ）の米国特許第３ ．９０５．６８２号（１９７５年）に開示されている。液晶表示装置に反射素子 あるいはレンズ素子を用いているものとして、ソーラ（Ｔｈｏｒｎ　ＥＭＩ）の ヨーロッパ特許第４２１８１０号（１９９１年）、クロマツクの米国特許第４． ７２６．６６２号（１９８８年）、ファーガソンらの米国特許第４．７３２．４ ５６号（１９８８年）、ファーガソンの米国特許第４．６１３．２０７号（１９ ８６年）、ウィリーの米国特許第４．６９３．５６０号　（１９８７年）、ダリ サらの米国特許第４．９９１．９４０号（１９９１年）な本発明は、反射型表示 装置及びオーバーヘッド投射パネルとして使用される汎用液晶表示装置を提供す る。この表示装置は、（ａ）第１透明電極手段と、（ｂ）第２透明電極手段と、 （ｃ）前記第１及び第２透明電極手段の間に介装され、入射光が散乱する第１状 態と、散乱光量が減少する第２状態との間で切替え自在な表示媒体と、（ｄ）前 記第２透明電極手段の後方に着脱自在に配置された戻り反射板と、（ｅ）前記第 ２透明電極の後方に戻り反射板を着脱自在に位置決めする手段とで構成されてい る。表示媒体としては、正極誘電異方性で、封じ込め媒体に分散させた、動作時 にネマチックを呈する液晶であるのが望ましい。

図面の簡単な説明 図１ａと図１ｂは、本発明のコンピュータと表示装置を示す。

図２８と図２ｂは、本発明の表示装置の断面図を示す。

図３は、本発明の表示装置の別の実施例の断面図を示す。

図４ａと図４ｂは、本発明の戻り反射板における直交頂点を有するキューブ素子 の配列を示す。

図５は、浮遊反射（ｓｔｒａｙ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）Ｌ、ｔやすい部分を有 する截頭頂点を有するキューブ素子を示す。

図６ａから図６ｄまでは、戻り反射板の種々の動作モードを示す。

図７ａ、図７ｂと図８ａ、図８ｂは、戻り反射板の光軸の種々の傾斜角度とそれ により得られる表示コントラストとの関係を示す。

図９ａと図９ｂは、表示装置における画素と戻り反射素子との相対寸法の好まし い組合せと好ましくない組合せをそれぞれ示す。

好ましい実施例の説明 表示媒体は封入型液晶材が好ましく、その調製方法については、ファーガソンの 米国特許第４．４３５．０４７号（１９８４年）、同第４．６０６．６１１号（ １９８６年）、同第４，６１６゜９０３号（１９８６年）、同第４．７０７．０ ８０号（１９８７年）、バールマンらによるヨーロッパ特許第１５６．６１５号 （１９８５年）、ウーらのヨーロッパ特許第４．６７１．６１８号（１９８７年 ）、ウェストらの米国特許第４．６７３．２５５号（１９８７年）、同第４．６ ８５．７７１号（１９８７年）、デユーアンらの米国特許第４．６８８．９００ 号（１９８７年）などに開示されている。封入型液晶材にあっては、ある分離量 の液晶が封じ込め媒体あるいはマトリックス材に封入されているか、分散、環設 、あるいはその他の形態で収納されている。その容積は、必ずしも球形、あるい はほぼ球形である必要はない。不規則な形状であってもよいし、相互結合してい るものであってもよい。分離容量間の相互結合量は、ヨーロッパ特許公開公報第 ０．３１３．０５３号（１９８９年）のグイニソポンインキ・アンド・ケミカル に説明されているように、連続相を形成すると思われる程度であってもよい。「 液晶」とは、液相結晶特性を有する組成物を意味するものであって、分離された 単一の液相結晶組成物、あるいは種々の液相結晶組成物の混合物、あるいは液相 結晶組成物と非液相結晶組成物の混合物であってもよい。液晶としては、ネマチ ックか、又は、動作時にネマチック（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙ　ｎｅｍａｔ ｉｃ）を呈するものが望ましい。より好ましくは、正極誘電異方性（ｐｏｓｉｔ ｉｖｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を有するものが望ましい 。

液晶分子は一般に針状形状（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ　５ｈａｐｅ）を呈していて、 結晶の長手方向が互いに平行に並ぶように整列ないし配向する傾向がある。この ように配向すると、液晶は異方性を呈することになり、これは液晶の測定される 物性と光学特性とその他の性状が測定方向（配列方向に対して平行か、直交する か）によって変わる。また、この配列方向は、例えば電界や磁界などの外部刺激 によって変わり、刺激がない場合にはある方向にある特定の物性値を示すが、刺 激が加わると別の物性値を示すようになる。これは結晶の異方性と再配向性によ るものであって、このため液晶は表示ヰ（として有用になっている。

封じ込め媒体としては、ポリマー材が望ましい。必ずしもこれに限定されるわけ てはないが、適当な封じ込め媒体としては、ポリビニールアルコール、ポリビニ ールアルコール重合体、ゼラチン、ポリウレタン、ポリエチレン酸化物、ポリヒ ニールピロリドン、セルローズ重合体、天然ゴム、アクリルとメタクリル重合体 ないし共重合体、エポキシ、ポリオレフィン、ビニール重合体などが挙げられる 。この中では、ポリビニールアルコールが封じ込め媒体として好ましい。

封入型液晶材は、封じ込め媒体と液晶との両方を含むエマルジョンを用いて付着 させるか、又は、封じ込め媒体と液晶との両方を含む溶液を蒸発させることによ り調製できる。また、封じ込め媒体と液晶との両方を含む均質混合体を高温で調 製し、これを冷却して封じ込め媒体に含まれている液晶成分を位相分離すること によっても調製できる。更に、封じ込め媒体を重合化する際に液晶材を同時に封 入する重合化プロセスにおいて調製することもできる。液晶は必ずしも全てがポ リマーて取り囲まれている必要はなく、共連続相として系の一部として存在する 形であってもよい。

通常、封入型液晶材は、充分な電界がない場合（界磁オフ状態）にはほぼ不透明 であるが、充分な電界がある場合（界磁オン状態）には、はぼ透明になる。この ように電界で液晶の配列を変え、それにより封入型液晶材を高散乱（又は吸収） 状態から、高非散乱でほぼ透明状態へと切り替えている。一般に、液晶は正極誘 電異方性を有し、正常屈折率は封じ込め媒体の屈折率と一致するが、異常屈折率 が封じ込め媒体の屈折率とほぼ一致しないものが望ましい。このような封入型液 晶材が動作する物理学的原理については、前掲の文献類、特にファーガソンの特 許に詳しく記載されている。封入型液晶材の充分な電界が印加される部分におい ては、不透明状態から透明状態への変遷が起こるが、電界が印加されない隣接部 分ては不透明のままになっている。

尚、封入型液晶材の液晶に多色性染料を添加しておくことはよく知られている。

しかし、本発明を実施するに当たっては、封入型液晶材には、多色性であろうと 、その他のものであろうと、染料を含んでいない方が望ましい。

表示媒体としては前述のように封入型液晶材で構成するのが望ましいが、例えば セメクチツクＡ、コレステリック、あるいは、ダイナミック散乱型ネマチック表 示装置のようなその他の散乱型液晶表示装置を利用することもできる。

図１ａには、キーボード５６と、場合によってはハードディスクドライブ（隠れ ており、図示されていない）及びフロッピーディスクドライブ５４を備えた中央 処理装置（ＣＰＵ）５２を有するラップトツブ型あるいは携帯型コンピュータ５ ０が示されている。スクリーン５８はマルチモード表示装置であり、反射モード で図示されており、ラップトツブ型コンピュータの表示装置の従来の位置に配置 されている。スクリーン５８はコンピコ、−夕５０に着脱自在に取り付けられて おり、スロット６０を介して挿入できる戻り反射板（隠れており、図示されてい ない）を備えている。ＣＰＵ５２とスクリーン５８の交信はケーブル６２を介し て行われる。

スクリーン５８の他の操作モードが図１ｂに示されており、同一符号は同一部材 を示している。戻り反射板６４は取り外されている。スクリーン５８はＣＰＵ５ ２から取り外されており、オーバーヘッド投映機６６の上に載置されてＬｓ９゜ 戻り反射板が取り外される払スクリーン５８はオーツ（−へ・ソトパネルとして 作用し、スクリーン５８に表示されるＣＰＵ５２からの出力は、投映スクリーン ６８上に投映される。スクリーン５８が反射型表示スクリーンとして使用される と、透明七−ドて表示される画像の文字、線等に相当する部分が一般的に存在し 、他の部分は散乱モードとなり、目視者には白地に黒の文字あるいは線が見える 。この極性の画像がオーバーヘッド投映機により投映されると、投映スクリーン ６８上では陰画となり、黒地に明るい文字あるいは線が発生する。投映スクリー ン６８には陽画を投映することが望ましいので、スクリーン５８上の画像の極性 （ま、反射型表示スクリーンからオーバーヘッドノ（ネルに変換される時、逆転 することができる。これはユーザによって入力されたソフトウェアコマンドある シ１（まスクリーン５８の位置を検知し、元の位置からＣＰＵ５２の上に移動し た時を二画像の極性を自動的に逆転するスイッチにより達成される。

マルチモー１’表示装置の構成は、反射モードにおける表示装置の断面を示す図 ２ａに更に詳しく示されている。表示装置７０は、ポリエチレンテレフタレート あるいはガラスのような透明材料で作製された上下透明支持手段７２．７３を備 えており、その間にインンウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような透明伝導材でできｊ こ上透明電極７４と復数の下透明電極７５ａ−７５ｄが保持されてＬする。表示 媒体７６は電極７４と電極７５ａ−７５ｄの間に介在しており、液晶の分散液滴 ７７を有する封じ込め媒体７８て構成されている。電極７５ａ−７５ｄｌこ（ま 、それぞれ薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）７９ａ−７９ｄが電気的に接続されてお り、上電極７４（共通電極として作用する）と各下電極７５ａ−７５ｄへの印加 電圧を制御している。ＴＰＴはある電圧量Ｆでは絶縁体として、また、表示媒体 ７６の閾電圧よりも大きなその電圧以上では伝導体として作用する。ＴＰＴの代 わりに、ＭＩＭ、ダイオードあるいはバリスターのような他のスイッチ素子も使 用可能である。コンピュータ８０は、上電極７４と下電極７５ａ−７５ｄにリー ド８２．８４でそれぞれ接続されており、表示装置の各画素をオン、オフするた めに印加電圧を制御する。戻り反射板８６は、表示媒体７６、下電極７５ａ−７ ５ｄ、ＴＦＴ７９ａ−７９ｄ、下支持手段７３の後方にブラケット８８により前 後進可能に配置されている。戻り反射板８６はブラケット８８上にスロット手段 ８９を介して取り付けられている。戻り反射板８６をスロット手段８９を介して 前後進させることにより、所定位置にあるいはそれ以外の位置に移動することが できる。

表示装置７０の各画素は、上電極７４と下電極７５ａ−７５ｄの一つとが重なっ た領域に存在する。例えば、画素ｂ−ｂ’　は上電極７４と下電極７５ｂが重な った部分に存在し、画素ｃ−ｃ’　は同様に上電極７４と下電極７５ｃが重なっ た部分に存在する。画素ｂ−ｂ’　は界磁オン状態、即ち、閾電圧を超える電圧 がＴＰＴ７９ｂに印加された状態で図示されており、一方、画素ｃ−ｃ’（個々 に明示していないが他の画素も）は界磁オフの状態である。表示装置７０の画素 ｂ−ｂ’にあたる光源９０からの光（光線Ａ）は、戻り反射板８６によって逆方 向に反射され（光線Ａ’　）画素ｂ−ｂ’　からは観察者に光は達しないので、 その画素は観察者には暗く見える。逆に、画素ｂ−ｂ’　に入射する光源９０か らの光は前方に散乱するか（光線Ｂ）、後方に散乱する（光線Ｃ）。いずれにし ても、入射光の一部は戻り反射（光線Ｂ）とともに一連の前方散乱か、あるいは 単に後方への散乱かの違いはあっても、観察者に対し散乱する。散乱プロセスの 拡散性のため、光源９０の画像は観察者に対し鋭く反射するのではなく、画像ｂ −ｂ’　（磁界オフ法曹にある表示装置７０の他の部分も）は均一に明るく乳白 色に見える。

図２ｂは、オーバーヘッド投射パネルモードで作動している表示装置７０を示し ている（同一符号は同一部材を示し、簡略化のため、下電極の一つとＴＰＴの対 ７５／７９のみ特に符号を付している）。画素ｂ−ｂ’　は界磁オン状態で示さ れており、表示装置７０の画素ｃ−ｃ’　と残りの部分は界磁オフ状態で示され ている。戻り反射板８６はここではスロット手段８９から取り出されており、表 示装置７０はオーバーヘッド投映機９１の投映面に載置されている。図２ａの光 源９０はオーバーヘッド投映機９１の投映光源９０’　に置き換えられている。

画素ｂ−ｂ’　に入射する光（光線Ｄ）は表示装置７０を透過してオーバーヘッ ド投映機９１のレンズハウジング９２に到達し、スクリーン９４上に投映される 。逆に、画素ｃ−ｃ’　に入射する光の殆ど（光線Ｅ）は散乱しハウジング９２ には到達せず、従って投映されない。

図３８は、本発明の表示装置７０°の別の実施例を示している。表示装置７０′ は、図２ａ、図２ｂの表示装置７０とはブラケット８８′　の構成において異な り、他の部材はほぼ同一で同一符号によって示されている。ブラケット８８°　 はスワン１一手段を有するかわりに、戻り反射板８６を所定位置に保持するとと もに、戻り反射板を別の位置に回転させるヒンン８９゛　を備えており、表示装 置７０゛　の動作モードを変更するものである。

ブラケット１３に代えて、ランチ、スナップファスナ、ベルクロ（Ｖｅｌｃｒｏ ）ファスナ、磁気ストリップ等の他の手段で戻り反則板を着脱自在に保持しても よい。

戻り反射板の保持手段は、電気光学能動素子の後方での戻り反射板の取り付は取 り外し作業を素早く道具を使用せずに行えるものが好ましい。一般に、作業者は 戻り反射板の取り付は取り外し作業を１分以内になんの苦労もなく行えるべきで ある。

表示装置における各画素のアドレス方法は多重送信が好ましい。なぜなら、多重 送信は直接アドレスに比較してリード数を減らすことができるからである。多重 送信においては、−組のＭ列電極が一組のＮ行電極とともに使用されてｌ、Ａる 。

適当な電気信号を、例えば５列目で８行目の電極に印加することにより、５列目 て８行［１の画素をオン、オフすることができる。従って、多重送信により、Ｍ ＸＮ画素のス゛トリノクスをアドレスするに必要な電極リードの数をＭＸＮ　（ 直接アドレスの場合）からＮ・ｉ＋Ｎに減少できる。ＴＰＴと各画素との組合せ は、クロストークを減少し、アドレスしている画素の隣接画素への不測の切り替 わりを防止する上で有利である。

基本的には、戻り反射板は、入射角とはほとんど無関係に入射光を光源にほぼ戻 す反射板である。即ち、戻り光線は入射光線にほぼ平行である。戻り反射板の構 成は、例えばローランドの米国特許第３．９３５．３５９号（１９７６年）、ク ーニー・ジュニアの米国特許第４．９５７．３３５号（１９９０年）、ネルソン らの米国特許第４．９３８．５６３号（１９９０年）、ベリスルらの米国特許第 ４．７２５．４９４号（１９８８年）、アッペルドーンらの米国特許第４．７７ ５．２１９号（１９８８年）、タングらの米国特許第４．７１２．８６８号（１ ９８７年）、マレクの米国特許第４．７１２．８６７号（１９８７年）、ベンソ ンの米国特許第４，７０３、９９９号（１９８７年）、シックらの米国特許第４ ．４６１．０１４号（１９８４年）、ネルソンらの米国特許第４．８９５．４２ ８号（１９９０年）、ヘッドブロムの米国特許第４．９８８．５４１号（１９９ １年）、シュルツの米国特許第３．９２２．０６５号（１９７５年）、及びリン ドナーの米国特許第３．９１８．７９５号（１９７５年）に開示されている。本 発明とともに使用される戻り反射板はここに特に記載されているものに限定され ず、他の戻り反射板も必要な変更を加えて使用できることは当業者には理解でき るところである。

戻り反射板は、完全角キューブ素子（ｆｕｌｌ　ｃｏｒｎｅｒ　ｃｕｂｅ　ｅｌ ｅｍｅｎｔｓ）を配列して構成するのが好ましく、表示装置の表示面の法線に対 して約１０度から約４５度の角度だけ傾斜した光軸を持っているので、表示装置 の明るさ及びコントラストが改善されている。尚、「完全角キューブ素子」とは 、３つの直交反射面を有する反射素子を意味する。このような角キューブ素子を 図１ａと図１ｂに示す。

この角キューブ素子は、立方体の何れか一つの角を切り取ると得られる三面角錐 体と見ることができる。この素子をある配列に配置すると戻り反射板が得られる 。

図１ａは、６個の角キューブ素子１５　ａ〜１−５　ｆが六角形に配置されて構 成された配列を上方から見たところを示す。図１ｂはその中の一つの素子１５ａ の平面図を示しており、図示のように当該キューブ１５ａは頂点１７で収斂する ３つの面１６ａ〜１６Ｃを備えている。角キューブ素子の頂稜（即ち、一つの角 キューブ素子の直角面（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　５ｕｒｆａｃｅ）が別の角キュ ーブ素子の直角面と交わる稜部て、１８を以て示す）での散乱を防ぐためにも、 各頂稜は鋭く尖っているか、暗黒色光吸収材で被覆しておくのが望ましい。また 、頂点１７も同様に、光を反射しないように処理するのが望ましい。

更に、戻り反射板は、能動戻り反射面（ａｃｔｉｖｅ　ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｅ ｔｉｖｅ　５ｕｒｆａｃｅ）でない部分から疑似反射（ｓｐｕｒｉｏｕｓ　ｒｅ ｆｌｅｃｔｉｏｎ）が出ないようにするのが望ましい。

例えば、精密直交型角キューブ素子の代わりに、頂点が截頭された角キューブ素 子（図１８と図１ｂに示したキューブ素子の頂点が切り取られた角キューブ素子 と見ることができる）、又は、頂稜が丸みを帯びた角キューブ素子を備えた角キ ューブ型戻り反射板では、戻り反射を行わない領域は、光吸収材で被覆するか、 反射板が透明であればその反射板の背面に光吸収材を敷設することにより遮光す べきである。截頭角キューブ素子からなる配列の図と、その性能が如何に向上さ れるかを図２に示す。截頭角キューブ素子２０は、角キューブ１５ａの３つの角 １９ａ−１９Ｃを切り取って反射面２１．　ａ〜２１ｃを形成したものと想定す ればよい。稜１８°は、角キューブ１５ａにおける稜１８に対応するもので、図 面ではそれが判明できるように明示しである。尚、角キューブ素子２０は、複数 の角キューブ素子の高密度集積化を図るために、六角面をも有している。戻り反 射板の非能動面、即ち、戻り反射プロセスにおいてビームの反射や屈折に直接関 与しない面については、その大きさを最小限にして、非反射材で被覆及び／又は 遮光処理を施しておくのが一般に望ましいようである。

角キューブ型戻り反射板（当業界では、「キューブ角型反射板（（ｕｉ）６　ｃ ｏｒｎｅｒｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）Ｊとも言われている）は、内部全反射（ｔｏｔ ａｌ　１ｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）と単純鏡面反射（ｓｉｍｐｌ ｅ　５ｐｅｃｕｌａｒ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）の何れかの原理、又は、両方の 原理に従って反射作用をする。図６ａから図６ｄまでは、本発明において利用し うる４種の角キューブ型戻り反射板をそれぞれ示している。図６ａでは、角キュ ーブ素子１３１ａの配列からなる前面配置型戻り反射板１３０ａを示しており、 各角キューブ素子は３つの互いに直交した鏡面反射面１３２ａを有していると共 に、各鏡面反射面が基板表面をアルミニウム、銀、金あるいはその他の金属材料 を蒸着することにより形成されている。角キューブ素子１３１ａの何れか一つの 直交反射面に入射した光は、各直交反射面１３２ａで反射されて入射方向へと戻 る。

（尚、直交反射面が３つあるから、反射は３回行われるが、平面に図示する都合 上、図面では２回反射したものとして図示しである）。図６ｂは、内部全反射の 原理に従って反射作用をする後面配置型戻り反射板１３０ｂを示している。この 戻り反射板１３０ｂは、透明材からなる角キューブ素子１３１ｂからなり、角キ ューブ素子は後面、即ち、光源側とは反対側に配置されている。この戻り反射板 １３０ｂの後ろ側には、例えば空気のような低屈折率の媒体が存在する。角キュ ーブ素子１．３１　ｂの何れか一つの直交反射面１３２ｂに光線が入射すると、 内部全反射の原理に従って別の直交反射面１３２ｂへと反射され、これを３回繰 り返した後に入射方向へと戻ることになる。図６０は、後面配置型戻り反射板１ ３０ｃを示しており、後方に角キューブ素子１３１ｃが配置され、その直交反射 面１３２Ｃが、戻り反射板３０ａと同様に、鏡面反射面に仕上げられている。更 に効率の良い戻り反射板は、鏡面反射動作モードと内部全反射動作モードとを組 み合わせることにより得られる。このような戻り反射板を図６ｄに示す。後方半 分は、図６ａに示したように、鏡面反射の原理に従って反射作用をする戻り反射 板１３０ｄで構成されており、前方半分は、図６ｂに示したように、内部全反射 の原理に従って反射作用をする戻り反射板１３０　ｄ’　で構成されている。戻 り反射板１３０ｄ°に急角度で入射し、内部全反射されない光（例えば、光線Ａ ）は、戻り反射板１３０ｄの方へと屈折し、この屈折光が円錐形受光角内の角度 で戻り反射板に入射すれば、それにより元の方向へと戻り反射される。逆に言え ば、戻り反射板１３０　ｄ’　への入射角が円錐形受光角内にある入射光（例え ば、光線Ｂ）は、戻り反射板によりもとの方向へと反射される。このような複合 戻り反射板は、ベンソンの米国特許第４．７０３．９９９号（１９８７年）に更 に詳しく説明されており、後面を角キューブ反射素子で形成し、この角キューブ 反射素子とは逆の形状をした鏡面反射面を前記後面と密接するように配置したも のと説明することができる。

界磁オフ状態での表示装置の明るさについて言えば、通常の白色紙の明るさの少 なくとも６０％の明るさが得られるようにするのが望ましい。一般に、この明る さは、戻り反射面に仕上げられた反射板の表面部分（但し、戻り反射を行わない 非反射面は前述のように遮光処理が施されているものとする）と戻り反射面それ 自体の反射率とで決まる。

しかし、本発明者は、大抵の室内では光は均等に分布しているのではなく、±５ ０度の円錐形受光角に入るように照明されているのが通常であることに鑑みて、 表示装置の明るさを著しく向上させることができる知見を得た。戻り反射される 光の量は、戻り反射板の光軸を１０度から４５度だけ傾斜させることにより主光 源の方向と一致させて、入射光の大部分が角キューブの円錐形受光角に入るよう にすれば最大化することができる。（角キューブ型戻り反射板の光軸は、３つの 直交反射面のそれぞれから等距離隔てた点を通る線である。）光軸の傾斜した戻 り反射板は、図７８と図７ｂに示すように、配列を構成している各角キューブ素 子を傾斜させるだけで得られる。図７ａでは、戻り反射板１３５の光軸Ａは、各 戻り反射素子１３６が従来通りに向いているから戻り反射板の平面に対する法線 方向にある（θは円錐形受光角を表す）。図７ｂでは、戻り反射板１３５°の光 軸Ａ゛は、各戻り反射素子１３６゛が傾斜していることから、法線方向から逸れ ている（θは円錐形受光角を表す）。光軸の傾斜した角キューブ型戻り反射板の 調製の仕方については、フープマンの米国特許第４．５８８．２５８号（１９８ ６年）やアッペルドーンらの米国特許第４．７７５．２１９号（１９８８年）に 開示されている。

光軸を傾斜したことによる効果については、図８ａと図８ｂに概略的に示されて いる。図８ａにおいて、表示装置１４５は封入型液晶材からなる電気光学素子１ ４８と、該電気光学素子１４８を挟持する第１及び第２透明電極１４９、Ｊ４９ “　と、表示装置１４５の平面に対する法線１５２から約４０度だけ上方であっ て、通常の使用時に表示装置に入射するものと予想される光の主光源側に光軸１ ５１が傾斜している戻り反射板１５０とで構成されている。一般に主光源は、目 視者の上方に位置する天井照明器具１５３である場合が多く、従って、光軸５１ の傾斜方向も上方になるのが通常である。その結果、照明器具５３からの光線の 大部分は、戻り反射板１−５０の円錐形受光角１５４の範囲内に入射して元の方 向へ反射されて、目視者から遠ざかると共に、界磁オン状態での表示画像の黒さ を増大している。図８ｂの表示装置１４５’　（図８８に示したものと同一部材 には同一符号を用いている）と比較すれば、この表示装置１４５′は図８ａに示 した表示装！２１４５と類似しているが、戻り反射板１５０’　の光軸１５１′ は傾斜しておらず、従来通りに表示装置の平面の法線方向に延在している点で異 なっている。従って、照明器具１５３がらの光線は、円錐形受光角１５４′の範 囲外の角度で入射することになり、戻り反射板１５０′で元の方向へ反射される ようなことはない。それどころが、大部分の光線が目視者の方へと鏡面反射され るが、散乱して、界磁オン状態の時の表示画像の黒さを減少させ、従って、コン トラストも減少している。

従って、好ましい戻り反射板は、円錐形の戻り反射角度範囲を６度より小さい狭 い角度とすると共に、光軸を１０度から４５度だけ傾斜させたものである。はぼ 直交する方向から目視されるように構成された表示装置では、光軸の傾斜量は大 きく、好ましくは３０度から４５度である。テーブルに平坦に置いたり、はぼ水 平方向に配置して目視するように構成された表示装置の場合では、光軸の傾斜量 は比較的小さく、好ましくは１ｏ度から２０度である。また、疑似反射を起こす 戻り反射板の面は、光吸収材で被覆してお（のが望ましい。

最大効果を得るためには、液晶表示装置の画素ピッチが、戻り反射板における戻 り反射素子のピッチよりも大きいのが望ましい（但し、画素ピッチはＸ方向とＸ 方向とでは異なっているが、何れの画素ピッチであってもこのように戻り反射素 子のピッチを大きくするのが望ましいのには変わりない）。この理由は、戻り反 射板の特性からして、光源がらの入射光線が当該光源の方へと戻り反射される時 に入射光路の横側を平行に（あるいは、はぼ平行に）反射されるからである。

ところが、これにより入射光が異なった画素に入射した後に出射した場合、図９ ａと図９ｂに示したように望ましくない事態になる。図９８は、画素ピッチが戻 り反射素子のピッチよりも大きく選定されている好ましい実施例を示している。

このようにピッチを選定しておけば、入射光は同一画素、即ちＡで示した画素に 入射した後に出射する（あるいは、少な（ともその様になる可能性力吠きい）。

逆に、図９ｂに示したように、画素ピッチが戻り反射素子のピッチよりも小さい と、入射光線は画素Ｂに入射し、て、画素Ｃがら出射する。その結果、画素Ｃが 画素Ｂとは異なった属性を有することとなり、例えば、画素Ｃがオフで画素Ｂが オンになっている、あるいは、画素Ｃが緑色で画素Ｂが赤色になっている等、望 ましくない現象が生じる。従って、戻り反射素子のピッチは、画素ピッチの約数 （例えば、１／２．１／４）となるようにするのが望ましい。このピッチ関係に 代わる方法としては、戻り反射素子の大きさを画素の大きさよりも小さくすると 共に、幾らかランダムに集積化しておくのも望ましい。

一般に、反射型表示装置にあっては、反射板と下電極との間の隙間をなくしてバ ララックス現象による視差をなくすのが望ましい。しかし、反射板と下電極の間 に隙間のある表示装置の方が製造し易いことから、製造プロセスにおいて僅かな 隙間を設けることがよく行われている。本発明による表示装置は、戻り反射板の 光学特性からして、表示装置に隙間があっても、望ましくないパララックス現象 による視差を伴わないで表示できるほど自由度が大きくとれる利点を有している ので、広範囲にわたって製造及び製品設計上の利便が得られるものである。

へへ〜〜１４５ フロントページの続き （７２）発明者　カマス、ハンディ アメリカ合衆国　９４０２４　カリフォルニア、ロス・アルトス、ロツクヘイブ ン・ドライブ　８７９番

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．反射型表示装置及びオーバーヘッド投射パネルとして使用される汎用液晶表 示装置であって、（ａ）第１透明電極手段と、（ｂ）第２透明電極手段と、（ｃ ）前記第１及び第２透明電極手段の間に介装され、入射光が散乱する第１状態と 、散乱光量が減少する第２状態との間で切替え自在な表示媒体と、（ｄ）前記第 ２透明電極手段の後方に着脱自在に配置された戻り反射板と、（ｅ）前記第２透 明電極の後方に戻り反射板を着脱自在に位置決めする手段とからなる液晶表示装 置。
2. ２．戻り反射板を着脱自在に位置決めする手段は、戻り反射板を出し入れするス ロット手段を有するブラケットである請求項１に記載の表示装置。
3. ３．戻り反射板を着脱自在に位置決めする手段は、ヒンジを有するブラケットか らなり、前記ヒンジに戻り反射板は取り付けられ、ヒンジを介して戻り反射板を 所定位置にあるいは所定位置から回転しうるようにした請求項１に記載の表示装 置。
4. ４．戻り反射板を第２透明電極手段の後方の所定位置にあるいは所定位置から道 具を使用することなく移動しうるようにした請求項１に記載の表示装置。
5. ５．表示媒体の画素ピッチを戻り反射板の戻り反射素子のピッチより大きくした 請求項１に記載の表示装置。
6. ６．戻り反射板を完全角キューブ素子の配列により構成し、光軸を表示面の法線 に対して約１０度から約４５度の範囲内の角度だけ傾斜させた請求項１に記載の 表示装置。
7. ７．戻り反射板の光軸を約１０度から約２０度の範囲内の角度だけ傾斜させた請 求項６に記載の表示装置。
8. ８．戻り反射板の光軸を約３０度から約４５度の範囲内の角度だけ傾斜させた請 求項６に記載の表示装置。
9. ９．戻り反射板を、角キューブ素子が鏡面反射性を有する前面配置型戻り反射板 で構成した請求項６に記載の表示装置。
10. １０．戻り反射板を、角キューブ素子が内部全反射で反射する後面配置型戻り反 射板で構成した請求項６に記載の表示装置。
11. １１．戻り反射板を、角キューブ素子が鏡面反射性を有する後面配置型戻り反射 板で構成した請求項６に記載の表示装置。
12. １２．戻り反射板を、角キューブ素子が内部全反射で反射する後面配置型戻り反 射板である前半分と、角キューブ素子が鏡面反射性を有する前面配置型戻り反射 板である後半分とで構成した請求項６に記載の表示装置。
13. １３．角キューブ素子において、一方の角キューブ素子の直交面が別の角キュー ブ素子の直交面と交わる部分を、暗色光吸収材で遮光処理した請求項６に記載の 表示装置。
14. １４．表示媒体が正極誘電異方性で、封じ込め媒体に分散させた、動作時にネマ チックを呈する液晶である請求項１に記載の表示装置。
15. １５．戻り反射板を着脱自在に位置決めする手段は、戻り反射板を出し入れする スロット手段を有するブラケットである請求項１４に記載の表示装置。
16. １６．戻り反射板を着脱自在に位置決めする手段は、ヒンジを有するブラケット からなり、前記ヒンジに戻り反射板は取り付けられ、ヒンジを介して戻り反射板 を所定位置にあるいは所定位置から回転しうるようにした請求項１４に記載の表 示装置。
17. １７．戻り反射板を第２透明電極手段の後方の所定位置にあるいは所定位置から 道具を使用することなく移動しうるようにした請求項１４に記載の表示装置。
18. １８．表示媒体の画素ピッチを戻り反射板の戻り反射素子のピッチより大きくし た請求項１４に記載の表示装置。
19. １９．戻り反射板の光軸を約１０度から約２０度の範囲内の角度だけ傾斜させた 請求項１４に記載の表示装置。
20. ２０．戻り反射板の光軸を約３０度から約４５度の範囲内の角度だけ傾斜させた 請求項１４に記載の表示装置。
21. ２１．戻り反射板を、角キューブ素子が鏡面反射性を有する前面配置型戻り反射 板で構成した請求項１４に記載の表示装置。
22. ２２．戻り反射板を、角キューブ素子が内部全反射で反射する後面配置型戻り反 射板で構成した請求項１４に記載の表示装置。
23. ２３．戻り反射板を、角キューブ素子が鏡面反射性を有する後面配置型戻り反射 板で構成した請求項１４に記載の表示装置。
24. ２４．戻り反射板を、角キューブ素子が内部全反射で反射する後面配置型戻り反 射板である前半分と、再キューブ素子が鏡面反射性を有する前面配置型戻り反射 板である後半分とで構成した請求項１４に記載の表示装置。
25. ２５．角キューブ素子において、一方の角キューブ素子の直交面が別の角キュー ブ素子の直交面と交わる部分を、暗色光吸収材で遮光処理した請求項１４に記載 の表示装置。