JPH079510B2

JPH079510B2 - コントラストの高い表示装置

Info

Publication number: JPH079510B2
Application number: JP60262338A
Authority: JP
Inventors: エルフアーガソンジエイムズ; パーカーロバート
Original assignee: レイケムコーポレイション
Priority date: 1985-11-21
Filing date: 1985-11-21
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPS62121485A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、一般に、表示装置に係り、特に、情報の表示
を増強する光学系を備えた表示装置に係る。

従来の技術液晶を用いた可視表示装置が使用されている。液晶を可
視表示装置に使用できるのは、液晶が光を厳密な整列状
態即ちフィールド・オン状態で透過できると共に、比較
的自由な状態即ちフィールド・オフ状態で、光を散乱及
び／又は吸収できる（特に、適当なダイと組み合わせた
時）特性を有しているからである。これらのフィールド
・オフ状態とフィールド・オン状態との間で切り換えを
行なうために液晶に選択的に電界をかけることができ
る。

液晶を用いた可視表示装置は、灰色か又は比較的明かる
い背景の上に黒い文字を表示する場合が多い。このよう
な装置においては、表示される文字と背景との間の有効
コントラストを改善すると共に、表示装置の前面のギラ
ツキを少なくするかもしくはなくすようにすることが所
望まれる。

液晶材料には、コレステリックと、ネマティックと、ス
メクティックの３種類がある。本発明は、以下で述べる
好ましい実施例では、作動的にネマティックであるネマ
ティック液晶の使用に関する。「作動的にネマティッ
ク」とは、外部電界が存在しない場合、液晶の構造歪
が、非常に強力なねじれ（コレステリック材料の場合）
や層の積み重ね（スメクティック材料の場合）の如き体
積作用によって左右されるのではなく、液晶の境界の配
向によって左右されることを意味する。従って、例え
ば、ねじれの傾向を誘起するが境界整列の作用に打ち勝
つことのできないキラル成分を含むような液晶材料は、
作動的にネマティックであるとみなされる。作動的にネ
マティックな液状材料の詳細な説明は、マンチェスタ・
アール・アンド・デー・パートナーシップ（Manchester
R ＆ D Partnership）に譲渡されて1983年３月21日に
出願されたファーガソン（Fergason）氏の「エンキャプ
スレートされた液晶及び方法（ENCAPSULATED LIQUID CR
YSTAL AND METHOD）」と題する米国特許出願第477、242
号に開示されている。又、マンチェスタ・アール・アン
ド・デー・パートナーシップに譲渡されたファーガソン
氏の「エンキャプスレートされた液晶及び方法（ENCAPS
ULATED LIQUID CRYSTAL AND METHOD）」と題する1984年
３月６日付の米国特許第４、435、047号も参照された
い。これらの米国特許出願及び米国特許は、参考として
ここに取り上げるものである。

作動的にネマティックな液晶は、収容媒体に含まれて、
ある体積の液晶材料を形成する。液晶は、個別のカプセ
ルに含まれてもよいし、或いは、多数のカプセル状の環
境を形成する収容媒体に含まれて、液晶材料を含むチャ
ンネルによってこれらのカプセルを相互接続するように
してもよい。フィールド・オフ状態、或いは、液晶を歪
ませるか又はランダムに整列させるような他の状態にお
いては、液晶構造がカーブ形状（曲線整列状態）に歪ま
され、この場合は、例えば、カプセル状容器に対する液
晶の平均的な空間配向が強力に曲げられ、規定入力が与
えられないと、液晶が実質的に平行な方向に配向されな
くなる。

作動的にネマティックな液晶は、正の誘電異方性を有す
ると共に、収容媒体に実質的に一致する通常の屈折率を
有しているのが好ましい。このような材料は、フィール
ド・オフ状態即ち比較的自由な状態において入射光を散
乱させる。この液晶材料は、上記の米国特許第４、43
5、047号に詳細に述べられており、エンキャプスレート
された作動的にネマティックな液晶材料又はネマティッ
クな曲線整列相（NCAP）液晶材料と称されている。

然し乍ら、本発明は、このNCAP形式の液晶に限定される
ものではない。本発明の幾つかの実施例では、規定の入
力に応答して光を選択的に散乱及び／又は吸収したり透
過したりする形式の液晶材料又はその構成が使用され
る。

通常、液晶は、光学的に異方性であると共に、例えば、
ネマティック液晶の場合には、電気的にも異方性であ
る。光学的な異方性は、液晶がランダムな整列状態にあ
る時に光を散乱し、規則的な整列状態にある時に液晶を
通して光を透過させることによって明らかである。電気
的な異方性は、液状材料の整列に対する誘電率又は誘電
係数の関係である。

発明の概要本発明は、表示装置の改良に係ると共に、表示装置に液
晶材料の光散乱特性を利用することに関する。又、本発
明は、このような材料及び特性を使用して、例えば、小
型及び大型の両方の表示装置において比較的明かるい背
景上に比較的暗い文字又は情報を表示することに係る。
更に、本発明の実施例によれば前面のギラツキがほとん
ど除去された表示装置が提供される。

本発明の目的は、光の輝度及びコントラストの質が比較
的高い表示装置を提供することである。

本発明の目的は、表示される情報がその背景に対して明
確なコントラストとされるように情報の表示を増強する
光学系を備えた表示装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、収束される光及び散乱される
光を用いて、非常に明かるい背景の上に暗い文字を形成
するような液晶表示装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、前面のギラツキを大部分除去
した表示装置を提供することである。

以下で明らかとなるように、ここに開示する表示装置
は、或る視野角にわたって光が存在しないようにする光
学手段と、規定入力に応答して光を選択的に散乱又は透
過させて上記視野角内に情報の表示を行なうような手段
とを具備する。

規定入力に応答して光を選択的に散乱又は透過するため
に液晶手段が用いられる。上記の光学手段は、液晶手段
によって送られた光をターゲット手段に収束することに
より上記の視野角に光が存在しないようにする。液晶手
段は、NCAP液晶より成る。然し乍ら、液晶以外の材料、
例えば、光を散乱したり透過したりする電気泳動材料を
本発明に利用することもできる。

上記ターゲット手段は、これに入射する少なくとも実質
的に全ての光を吸収する黒い吸収体より成る。上記の光
学手段は、液晶手段によって透過された光を、或る制御
された視野角内で、液晶手段と反射手段との間に配置さ
れたターゲット手段に収束するための凹状反射手段を備
えている。

別の実施例においては、光学手段は、観察者側からの光
を規定の視野角内でターゲット手段に収束するように液
晶手段とターゲット手段との間に配置されたレンズ手段
を備えている。この実施例では、後面から光を当てるこ
とが好ましい。

更に別の実施例では、光学手段は、液晶手段の視野側に
配置された光吸収ターゲット手段に光を収束するように
液晶手段の非視野側に配置された凹状の反射手段を備え
ている。この反射手段及び液晶手段は、入射光にたいし
て凹面を呈する。この実施例では、コントラストを高め
るのみならず、前面のギラツキをなくす。

この実施例の考え方によれば、凹状の反射面からのスペ
クトル反射を光吸収ターゲット手段に収束することによ
り表示装置からのギラツキを低滅する方法及び装置が提
供される。この実施例は、規定入力に応答して光を透過
又は散乱するような材料の使用に限定されるものではな
い。この実施例では、上記の凹状の形状により、電気光
学装置及び非電気光学装置の両方において、ギラツキが
低減される。例えば、この実施例の考え方を用いて、白
い面をもった黒板（チョークボード）や光沢面をもった
表示盤からギラツキを減少することができる。

上記の規定入力は、電磁式のものであるのが好ましく、
特に、電界であるのが好ましい。この装置は、電界を加
える電極を備えている。これらの電極は、液晶手段の両
側に配置される。実質的に光学的に透明な基体手段によ
って電極手段が支持され、電界を加えるように電極手段
を選択的に付勢する回路手段が設けられている。

本発明の１つの特徴によれば、掲示板のような液晶表示
装置は、比較的明かるい又は白い背景上に比較的暗い文
字、情報などを形成することができる。明かるい背景
は、入射光を散乱するようにフィールド・オフ状態にお
いて液晶材料をランダムに整列させることによって形成
される。暗い文字は、例えば、入射光をターゲット手段
に適用に収束させるように、液晶材料をフィールド・オ
ン状態即ち規則的な整列状態にし、ひいては、実質的に
光透過することによって形成される。液晶材料がランダ
ムに整列された時には、比較的明かるい背景のみが現わ
れる。液晶材料の選択された部分が規則的に整列された
時には、表示装置の円錐視野即ち視野角内にいる観察者
にとって、非常に暗い文字が非常に明かるい背景上に見
える。以上の結果は、比較的低い所要電力及び最少の液
晶材料を用いて達成される。

以下、添付図面を参照し、本発明の表示装置を詳細に説
明する。

実施例添付図面の第１図及び第２図について説明する。第１図
及び第２図は、液晶装置を参照番号10で一般的に示して
いる。この装置は、基体12上に支持された液晶11の層
（１つ又は複数）を備えており、基体12には電極13が配
置されている。更に、この装置は、基体18上に取り付け
られた第２の電極14も備えている。

液晶は、規定の入力に応答して光を選択的に散乱又は透
過するような液晶材料又はその構成体より成る。例え
ば、液晶は、ねじれネマティック装置として構成され
る。好ましい実施例では、液晶が曲線上に構成される
（NCAP）。本発明の主たる特徴は、液晶材料がフィール
ド・オフ即ちランダムな整列状態にある時に入射光を散
乱しそしてフィールド・オン即ち規則的な整列状態にあ
る時に実質的に光を透過することである。

更に、規定の入力に応答して光を散乱したり透過したり
する液晶以外の材料を本発明に用いることもできる。例
えば、電気泳動材料を使用してもよい。

NCAP構成の液晶を使用することにより、基体12及び18を
フレキシブルなものとすることができる。これにより、
以下で詳細に述べるように、前面のギラツキがほぼ完全
に除去された表示装置を構成することができる。特に、
NCAP構成の液晶材料を、電極が被覆されたフレキシブル
な基体間に配置した場合には、表示装置の前面をカーブ
させるようにフレキシブルなフィルムを使用することが
できる。

一般の電圧源16から電極13及び14に、ひいては、液晶11
間に、電圧を印加することができる。電圧源16は、スイ
ッチ17により電気リードによって電極に接続される。ス
イッチ17が閉じた時には、電極が付勢され、装置10がフ
ィールド・オン状態にされて、液晶材料の分子が所望の
整列状態とされ、光を通過することができる。スイッチ
を開いた時には、電極が消勢され、装置10がフィールド
・オフ状態となり、液晶が光を散乱させる。

第１図及び第２図に概略的に示されたNCAP構成の液晶材
料は、カプセル22又はエンキャプスレーティング媒体の
境界即ち内部容積21内に含まれた若干の液晶材料20を備
えている。NCAP構成の液晶材料は、液晶材料が分散され
た複数のカプセル即ちエンキャプスレーティング媒体を
備えている。

各カプセルは、個別のものであってもよいし、或いは、
液晶材料20は、以下に述べる乳樹脂媒体のような収容媒
体23に含まれて、液晶材料を含む多数のカプセル状環境
を形成してもよい。この点については、液晶材料20は、
収容空胴のほぼ球状の面或いは他の曲線状の面に若干限
定される。然し乍ら、このような空胴は、例えば、１つ
以上のチャンネル又は通路によって相互接続されてもよ
い。液晶材料は、個別の体積部又は空胴内と、相互接続
通路との両方に設けられるのが好ましい。従って、各カ
プセルの内部体積部は、１つ以上の相互接続通路を経て
流体結合される。個々の接続されないカプセルに比し
て、本発明の全ての特徴は、１つ以上の相互接続通路を
有するカプセルの構成に適用できることであると分かっ
た。

液晶材料20は、正の誘電異方性を有するネマティック液
晶材料であるのが好ましい。ネマティック液晶材料は、
電界がない場合にカプセル壁の形状に容易に合致させる
か或いはそのように歪ませる流体状の特性を有してい
る。一方、電界が存在する時は、このようなネマティッ
ク材料は、電界に対して規則的に整列するように比較的
容易に変化する。

ネマティック以外の形式の液晶材料或いは種々の形状の
液晶材料の組み合せ及び／又はその他の添加物は、これ
が収容媒体において作動的にネマティックである限り、
ネマティックの液晶材料と共に使用しても良いし或いは
これに代って使用されてもよい。然し乍ら、コレステリ
ック及びスメクティックの液晶材料は一般に体積駆動さ
れる。カプセル壁の形状に合致させそしてカプセル内の
エネルギーを加味するようにその体積構造を分断するこ
とは困難である。

第１図に示すように、フィールド・オフ状態において
は、点線で示された液晶の分子が、液晶を収容する空胴
の形状に合致する。液晶分子の層の配向は、空胴の壁面
25の接近領域に平行な方向にカーブするように歪まされ
る。より一般的には、空胴壁25と液晶材料20との間の相
互作用により、その壁付近の液晶に、一般的に均一で且
つ断片的に連続する配向が形成され、従って、カプセル
体積に対する液晶材料の空間的な平均配向が強力にカー
ブされ、液晶構造の配向は実質的に平行でなくなる。フ
ィールド・オフ状態において散乱及び偏光不感（液晶材
料は、入射光の偏光の方向に対して不感である）を生じ
させるのは、この強力にカーブした配向である。

フィールド・オン状態（第２図）或いは液晶が規則的又
は平行に整列するようなその他の状態においては、液晶
材料20がこれに入射する光を実質的に全てを透過し、目
に見えないようにする。透過された光は、ターゲット手
段に収束され、以下で述べるように見易い表示が形成さ
れる。一方、上記したように、液晶が歪んだ整列状態即
ちランダムな整列状態にある時のフィールド・オフ状態
においては、入射光の若干は吸収されるが、大部分の入
射光は散乱される。

フィールド・オン状態において散乱を回避するために
は、収容媒体23の屈折率と液晶材料20の通常屈折率（電
界をかけた時の屈折率）をできるだけ一致させねばなら
ない。然し乍ら、液晶材料がフィールド・オフ状態にあ
る時には、例えば、カプセル22の壁と液晶材料20の境界
とで屈折率が異なる。特に、液晶の非通常屈折率（電界
をかけない時の屈折率）が媒体23の屈折率よりも大きく
なる。これにより、界面もしくは境界において屈折率が
生じ、ひいては、散乱が生じる。

液晶材料の通常屈折率が、その非通常屈折率よりも、収
容媒体の屈折率に近いものがある限り、フィールド・オ
ン状態からフィールド・オフ状態に向かう時及びこれと
は反対にフィールド・オフ状態からフィールド・オン状
態に向かう時に散乱に変化が生じる。所与の屈折率に対
しては、液晶の通常屈折率が媒体の屈折率に一致する時
に最大コントラストが得られる。屈折率をいかに厳密に
一致させるかは、装置に所望されるコントラスト及び透
明度によって左右されるが、液晶の通常屈折率と収容媒
体の屈折率は、その相違が、0.03以下、好ましくは0.01
以下、特に0.001であるのが好ましい。

電界Ｅ（第２図参照）は、収容媒体で実質的に消散され
たり低下されたりすることなく、その大部分が液状材料
20に加えられるのが好ましい。収容媒体が形成された材
料で実質的な電圧効果が生じてはならない。むしろ、カ
プセル22の体積部21内の液晶材料20にまたがって電圧降
下が生じなければならない。

更に、収容媒体の電気的インピーダンスは、好ましく
は、液晶をバイパスして収容媒体のみで短絡が生じない
ように液晶の電気的インピーダンスよりも実際上充分に
大きくしなければならない。

収容媒体を形成する材料の誘電率、液晶の誘電係数、特
に半径方向における収容媒体の実効キャパシタンス値、
及び電界Ｅが加えられる液晶材料の実効キャパシタンス
値は、全て、収容媒体が加えられた電界Ｅの大きさを実
質的に低下することがないように関係付けされねばなら
ない。理想的には、NCAP液晶の全層のキャパシタンス誘
電率（係数）は、フィールド・オン状態に対して実質的
に同じでなければならない。

液晶材料20は、異方性の誘電係数値を有する。収容媒体
の誘電率は、液晶材料20の誘電係数より大きいのが好ま
しい。電界がかけられない時に小さな値でなければなら
ない液晶材料20の誘電係数と、電界がかけられた時に整
列されて比較的大きな値にならねばならない液晶材料の
誘電係数との差は、できるだけ大きなものでなければな
らない。誘電率の値と加える電界との間の重要な関係
は、収容媒体内の液晶材料にかけられる電界がこの電界
に対して液晶を整列させるに充分なものでなければなら
ないことである。収容媒体の誘電率と液晶20の誘電係数
との間の関係は、液晶が正の誘電異方性を有する時に達
成される。

本発明によれば、基体12及び18並びに電極13及び14は、
光学的に透過であり、従って、液晶装置10は電界の付与
に応答して光の透過を制御することができる。例えば、
電極13は単一の共通の電極面を形成し、一方、電極14
は、多数の電極部分を有するパターン化電極を構成し、
これらの電極部分は、液晶材料の選択された部分に電界
を与えるように選択的に付勢することができる。例え
ば、良く知られているように、電極14は７個の電気的に
分離されたセグメントに分けられ、その各々が選択的に
付勢されて種々の数字を表示する。又、電極14は、行列
構成にされた複数のドット又はピクセルより成るドット
マトリクス表示を形成するようにされてもよい。或る行
は、複数の列ラインを経て並列に表示情報を受け入れる
ように作動可能とされる。

複数のNCAP液晶は、これを電極14及び基体18に接着する
ようなやり方で、基体18に付着するのが好ましい。カプ
セル22を形成する材料は、カプセル電極及び／又は基体
に接合又は接触するのに適したものである。１つの実施
例では、カプセル22はポリビニルアルコール（PVA）で
形成される。好ましい実施例では、液晶材料は、乳樹脂
の収容媒体内に分散もしくは随伴される。いずれの実施
例においても、基体18は、マイラー（登録商標）のよう
なポリエステルフィルムであり、これは、電極14を形成
するようにインジウム−スズ酸化物（ITO）の層が予め
被覆されている。ITOの層は、90ないし500Ω／平行で予
め被覆されるのが好ましく、450±150Ω／平行で予め被
覆されるのが最も好ましい。もちろん、ITO以外の材料
を使用して、本発明の装置の電極を形成することもでき
る。マイラー（登録商標）フィルムにITO電極を予め被
覆したもの、イントレックス（Intrex）として知られて
いる、をカリフォルニア州のシーラシン・オブ・シルマ
ー（Sierracin of Sylmar）から購入することができ
る。このような電極被覆フィルムは非常にフレキシブル
なものである。

好ましい実施例では、前記したように、乳樹脂に随伴さ
れたNCAP液晶が使用される。乳樹脂に随伴されたNCAP液
晶は、乳樹脂媒体中に液晶が随伴されたものより成る。
乳樹脂は、粒子の懸濁液である。粒子は、天然ゴム又は
合成ポリマ或いはコポリマである。乳樹脂媒体は、この
ような粒子の懸濁液を乾燥させることによって形成され
る。乳樹脂に随伴されたNCAP液晶及びその製造方法の更
に詳細な説明については、本発明の出願人に譲渡された
1984年３月20日出願の「乳樹脂に随伴されたNCAP液晶組
成物、方法及び装置（LATEX ENTRAPPED NCAP LIQUID CR
YSTAL COMPOSITION,METHOD AND APPARATUS）」と題する
パールマン（Pealman）氏の米国特許出願第591,433号を
参照されたい。

簡単に述べると、乳樹脂に随伴されたNCAP液晶は、乳樹
脂粒子の懸濁液と、予め液相で乳化された液晶材料とを
混合することによって形成される。或いは又、液晶材料
を乳化する前に全ての成分を結合してもよい。次いで、
混合物を基体18及び電極14に塗布する。混合物は、乾燥
するにつれて、ポリエステルフィルムの電極被覆面に接
着する。乾燥すると、乳樹脂粒子は、液晶の粒子が分散
された乳樹脂媒体を形成する。

乳樹脂に随伴されたNCAP液晶を形成する特定の方法は、
先ず、36グラムの液晶ROTN701（ニューヨーク州、ニュ
ーヨークのHoffmann La Rocheによって製造された）
を、PVAの12％水溶液14グラムと、１グラムの表面活性
剤TWEEN20（デラウェラ州、ウィルミントンのICI Ameri
cas Incorporatedから入手できる）でを含む溶液中で乳
化することから始まる。3500RPMの羽根ブレードで溶液
を混合しながら液晶を添加し続ける。液晶の粒子サイズ
が約１〜５ミクロンの場合には、40重量％の乳樹脂粒子
を含む49グラムのネオレッズ（Neorez）R-969（マサチ
ューセッツ州、ウィルミントンのPolyvinyl Chemical I
ndustriesにより製造された）を1000RPM未満のゆっくり
とした混合速度で添加し、混合物が均質なものとなるよ
うにする。次いで、この材料をドクターブレード又は他
の適当な手段により基体18及び電極14に塗布する。

NCAP液晶材料が電極14及び基体18上で乾燥した後、乳樹
脂に随伴されたNCAP液晶材料の表面に基体12及び電極13
を積層する。基体12は、フレキシブルなマイラー（登録
商標）フィルムであり、これには、電極13を形成するよ
うに、90ないし5000Ω／平行の、更に好ましくは450±1
50Ω／平行のITO層が予め被覆される。

本発明の特徴によれば、液晶材料に入射する光、例えば
光線19（第１図及び第２図参照）によって表わされた光
は、液晶がフィールド・オフ状態即ちランダムな整列状
態にある時には観察領域即ちランダムな整列状態にある
時には観察領域即ち位置30から白く又は明かるく見える
ように散乱さて、一方、液晶材料又はその選択された部
分がフィールド・オン状態即ち規則的な整列状態にある
時には、暗く見えるように吸収される。本発明は、表示
される文字又は情報と背景との実効コントラストを増加
する。

装置10に入射する光は、装置10を構成する種々の材料を
通過する時に、屈折率の不一致によって屈折することに
注意されたい。装置10は、例えば、参照番号40で示され
た空気の環境で使用される。空気は、観察方向30からみ
て前面に基体12との界面42を形成する。

第１図に示されたように、液晶材料20は、フィールド・
オフ状態にある時にランダムに整列される。入射光線65
は界面42において基体12に入り、屈折されて（光線65a
参照）、結局は、入射光線70aとして液晶の層に当る。
ランダムな即ち歪まされた液晶材料は、入射光線を散乱
させる。このような入射光線70aがいかに散乱されるか
については、幾通りものことが考えられる。

例えば、１つの考え方としては、入射光線70aは、点線7
0bに従い、液状材料の層を通して非観察面32に向かう。
光線70bは、以下に述べるように、非観察面に設けられ
た反射面に当り、光線70cとして液晶材料の層へ反射さ
れ、ここで、この光線70cは、これを生じさせ光線70aと
同様に、別の独立した入射光線として処理される。それ
故、このような光線70cは、散乱され、表示装置の背景
の明かるさが更に増大される。

更に別の考え方として、入射光線70a或いはこれによっ
て生じた70cのような光線は、界面42の法線に近い角度
で界面42に向かって散乱され、界面42を経て媒体40へと
通過して観察者又は観察装置によって観察されることも
考えられる。光線70dは、装置10から放出されたこのよ
うな光線を示している。観察する側30から見た時に液晶
が白又は明るい背景に見えるようにするのは、例えば、
界面42から放出される70dの総計である。

第２図には、液晶装置がフィールド・オン状態即ち規則
的な整列状態で示されている。特に、電極13と電極14と
の間には電界Ｅが加えられている。例えば、電極14が８
の字のパターンとなるように構成される場合には、所望
の数字を表示するように、選択された導電性セグメント
が付勢される。例えば、光線72及び74は、付勢された電
極間に位置した整列された実際上透明な即ち非散乱の液
晶材料を通して透過される。

光線72及び74は、以下で述べるように光学手段によりタ
ーゲット手段に収束される。このような収束された光ビ
ームの和によって、選択された数字、文字又は他の情報
が観察位置30にいる観察者に表示される。特に、観察位
置30にいる観察者にとっては、付勢された電極間の領域
が非常に暗く見え、この領域では、入射光の少なくとも
実質的に全部を吸収する黒い吸収体により成るターゲッ
ト手段に光線が収束される。

付勢された電極間に配置されていない液晶材料は、フィ
ールド・オフ状態である。従って、この材料は、観察位
置及び非観察位置の両方から入射光を散乱する。それ
故、表示される数字又は他の情報は、非常に明るい即ち
白い背景に対して非常に暗い文字として見える。

本発明の一実施例が第３図に示されている。この実施例
では、ターゲット手段50及び反射手段52を含む積層表示
組立体の一部分として液晶装置10が含まれている。ター
ゲット手段及び反射手段は表示装置の背面を形成する。
前面即ち観察面30から装置10に入射する光は、散乱され
るか又は透過される。透過された光は、反射手段により
ターゲット手段に収束される。このような入射光が収束
されるか分散（散乱）されるかは、液晶又はその一部分
に電界が加えられるかどうかによって決まる。

反射手段は、曲率半径Ｒの円筒ミラー54の配列体より成
る。ミラー54は、入射光に対して凹面を呈する。ミラー
は、部分円筒で形成され、例えば、1/8〜1/4円筒で形成
される。“x"即ち水平方向における表示の寸法に実質的
に等しい。配列体内のミラーの箇数は、“y"即ち垂直方
向における表示の高さ即ち寸法によって左右される。

ターゲット手段は、反射手段と液晶手段との間に配置さ
れる。ターゲット手段は、入射光をほぼ完全に吸収する
複数の黒い縞56より成る。縞56は、光学的に透明な基体
57上に形成される。或いは又、カラー表示装置の場合に
は、ターゲット手段は、１つ或いはそれ以上の規定波長
の光のみを吸収する着色された縞で構成される。

ターゲッド56は、ミラー54から0.4Rないし0.5Rの距離
“d"に配置される（第４図参照）。ターゲット56は、ミ
ラーの焦点より内方に配置されるのが最も好ましい。収
差の減少を防止するためには、ターゲットがミラーから
0.469Rの距離“d"に配置される。

“x"方向におけるターゲットの寸法は、この方向におけ
るミラーの寸法にほぼ等しい。従って、“x"方向もしく
は平面内における表示装置の視野角は約180℃になる。
例えば、表示装置が部屋の中に配置されている場合、表
示装置の前方即ち観察位置30にいる観察者は、“y"方向
の視野角に課せられる制約を一瞬無視すれば、部屋内の
広い角度から表示情報を見ることができる。

“y"方向もしくは平面内における表示装置の視野角“A"
には、制約がある。この視野角は、ターゲットの高さ
“h"に基づくものである（第４図）。特に、この高さ
“h"が大きい程、視野角“A"が広くなる。数学的には、
視野角“A"は、ターゲットの高さを“h"としそして光学
系のミラーの焦点距離を“f"とすれば、2arctanh/2fと
いう式で表わされる。良く知られているように、ｆ＝R/
2である。それ故、視野角“A"の増加は、ターゲットの
高さの増加によって得られる。然し乍ら、視野角をこの
ように増加すると、表示される情報と背景とのコントラ
ストが失われることになる。即ち、ターゲットが高くな
る程、表示の輝度が低下する。ターゲットの高さ“h"が
0.125Rの場合に視野角とコントラストとの間でうまく兼
ね合いがとれる。この高さの場合、視野角“A"はほぼ20
゜（±10゜）となり、表示の輝度のロスは約20％のみと
なる。例えば、比較的長い距離から見られる掲示板ディ
スプレイや、比較的短い距離から見られる自動車のダッ
シュボード用ディスプレイといった大部分の用途では、
±10゜の視野角“A"が適当である。一般的に述べると、
表示装置を比較的短い距離から見る場合には、比較的長
い距離から見る場合より、視野角“A"を広くしなければ
ならない。

液晶装置10は、ミラー54から距離Ｒの位置に配置される
のが好ましい。前記したように、装置10によって透過さ
れた光は、規定入力例えば電界が加えられた装置10の選
択された部分とミラーとの間に配置されたターゲットに
収束される。

第４図の光線の軌跡は、フィールド・オン状態にある液
晶装置によって透過された光線58aで示された光が液晶
装置の付勢された部分の後方に配置されたミラー54の凹
面に当たるところを示している。この光は、光線58bで
示されたように、ターゲット56に収束される。特に、規
定の視野角即ち視野円錐“A"内においては、表示装置の
観察位置30にいる観察者又は観察装置90からの光がター
ゲットに収束される。従って、ターゲットが黒い吸収体
である場合には、液晶の付勢された部分によって表示さ
れる情報が、規定の視野角内にいる観察者90にとって、
非常に白い又は明るい背景にたいして非常に暗い文字、
数字、等として見える。反射手段に当たる光の若干は液
晶装置へと反射されて戻されて散乱されることによって
表示の輝度が更に増加することから、表示が更に見易い
ものとされる。

第３図に示された表示組立体は、空気で取り巻かれるよ
うにして構成される。然し乍ら、液晶手段、ターゲット
手段及び及び反射板を含む組立体が空気よりも屈折率の
高い支持媒体60に支持及び収容される場合には、視野角
が増加されるという意味で、改善された結果が得られ
る。従って、支持媒体60は、アクリル、ポリビニルアル
コール又はポリカーボネートのような材料で形成され
る。

上記の組立体は、大型の表示装置を形成するように行及
び列に積層することのできる複数のモジュールの１つで
あってもよい。表示装置を見易くするように、換言すれ
ば、表示される文字又は他の情報と背景とのコントラス
トを増大するように、表示装置の観察位置に光源を設け
てもよい。

第5A図及び第5B図は、本発明の別の実施例を示してい
る。これらの実施例は、液晶装置10とターゲット手段64
との間に配置された好ましくは凸レンズより成るレンズ
系62を備えている。又、これらの実施例は、光源28及び
拡散体29（第5B図には示さず）によって表わされた背面
光（バックライト）機構を備えているのが好ましい。

第5A図に示されたように、レンズ系62は、複数の球の行
列を形成するように互いに隣接すると共に上下に積み重
ねられた球66の配列体で構成される。或いは又、更に好
ましくは、第5B図に示すように、レンズ系62は、互いに
隣接配置された複数の円柱ロッド75で構成される。これ
らのレンズ手段（ロッド又は球）は、アクリル、ポリエ
ステル、ポリスチレン、ガラス、ポリカーボネート、或
いは、その他の色々な光透過材料で形成される。

第5A図の実施例では、ターゲットは、各々の球状レンズ
の背面に配置された複数のスポット即ちドット68で構成
される。これらのスポット68は、レンズの焦点に配置さ
れ、最適な結果を得るようにレンズの背面から離間され
るのが好ましい。このような構成においては、ターゲッ
ト即ちスポット68は、支持媒体手段60に形成されるか、
或いは、レンズ後方に位置した実質的に光透過性の基体
に形成される。ドットが球の背面に形成された場合に
も、受け容れられる表示が得られる。又、前記したよう
に、ターゲットは、黒又は着色された吸収体で構成され
る。

第5B図の実施例では、ターゲットは、各円柱ロッド75の
背面に沿って延びるライン即ち縞77で構成される。これ
らの縞77は、ロッドの背面からその焦点に配置されるよ
うに離間されるのが最適である。然し乍ら、これらの縞
は、円柱ロッドの背面に被覆されてもよい。これらの縞
77は、黒又は着色された吸収体である。

第5A図及び第5B図の表示装置は、“y"方向における視野
角即ち視野円錐に限度があり、これは、各ターゲットの
大きさよって左右される。第5B図の実施例の“x"方向に
おける視野角は、第３図の実施例について述べたように
約180゜である。然し乍ら、第5A図の実施例の“x"方向
における視野角は、ターゲットのサイズによって制限さ
れる。円形スポットのターゲットの場合には、“x"方向
における視野角が“y"方向における視野角と等しい。

第5B図の実施例の光線の軌跡が第６図に示されている。
各縞77の高さ“h₁"は、“y"方向における表示の視野角
“B"を決定する。高さ“h₁"が大きい程、視野角が広
い。然し乍ら、前記したように、視野角の増加は、表示
の輝度の減少によって達成される。

第5B図の実施例において、視野角が20゜（±10゜）の場
合には、縞77の高さ“h₁"が円柱ロッド75の直径の1/6に
ほぼ等しい。第5A図の実施例において、ほぼ同じ視野角
を得るためには（円形ターゲットの場合、“x"方向と
“y"方向の視野角は同じである）、スポット68の直径が
球66の直径のほぼ1/6である。第5A図の実施例は、相対
的に一定の位置にいる観察者によって見るようにされた
表示装置、例えば、自動車のダッシュボード用の表示装
置に特に適している。この実施例は、“x"方向に大きく
変化する位置から見るような表示装置、例えば、スコア
ボード表示装置にはあまり適していない。

いずれの実施例の液晶手段も、球又は円柱ロッドの直径
のほゞ２倍の距離だけレンズ系から離間されるのが好ま
しい。このような配置により、均一な照光が与えられ
る。

前記したように、第5A図及び第5B図の実施例は、表示装
置の背面即ち非観察位置32に設けられた光源28で示され
たバックライト機構を備えているのが好ましい（第5A図
参照）。このバックライト機構は、光源28からの光を軟
らげるための拡散体29を備えている。このバックライト
機構は、前面のギラツキを解消すると共に、特に、明る
い日光以外の光の中で動作された時に表示を見易くする
ように使用される。

光源28により発せられた光は、フィールド・オフ状態に
ある液晶装置10によって散乱され、表示装置の背景の輝
度が増大される。液晶がフィールド・オン状態にある場
合には、規定の視野角“B"内にいる観察者にバックライ
トは見えない。

この観察者は、レンズ系及びターゲット手段によって形
成された黒い像しか見えない。特に、ターゲット手段
は、光源28からの光の遮断し、レンズ系は、規定の視野
角“B"内にいる観察者から発せられた光線67a（第６
図）で示された平行光線を、光線67bで示すようにター
ゲット手段に収束する。それ故、視野角“B"内にいる観
察者90にとって、液晶の選択的に付勢された部分の後方
の文字又は他の情報が、非常に白い背景に体して非常に
暗く見える。

第７図及び第８図の実施例は、前面のギラツキを除去す
る改良された表示装置を示している。この実施例では、
フレキシブルな基体が使用され、これらの基体間に、前
面のギラツキをなくすようにNCAP液晶が配置される。フ
レキシブルな基体を使用しない液晶装置は、この実施例
の機能を満足に果たすことができない。

フレキシブルなフィルムを含むNCAP液晶装置10は、光線
19で示されたような入射光に対し凹面を呈するように形
成される。NCAP液晶装置の真後に配置されているのは、
入射光に対して凹状の反射面を呈する反射手段80であ
る。この反射手段は、曲率半径Ｒの正の凹面ミラーであ
る。NCAP装置の曲率半径Ｒである。

反射手段80は、ガラス、金属又はプラスチックで作られ
た基体80aの面に、アルミニウム又は銀のような反射性
金属の薄い層80bを被覆することによって構成される。N
CAP装置10の電極14は基体18上に形成され、そして反射
手段80はこの基体に適当に積層される。或いは又、基体
18を除去し、反射手段の面に所望の電極パターンを形成
するようにエッチングすることによってこの面に電極14
を形成してもよい。

ターゲット82は、液晶装置の前面即ち観察位置30に配置
される。ターゲットは、反射板80から0.4Rないし0.5Rの
距離“d₂"に位置される。ターゲットは、反射板から0.4
69Rの距離において反射板80の焦点より内方に配置され
るのが好ましい。好ましい実施例では、ターゲットは、
垂直面及び水平面各々82a及び82bより或るＬ字型であ
る。これらの面は、黒又は着色された吸収体を構成す
る。

表示装置の“x"方向における視野角は、面82a及び82bの
巾“w₂"の関数である。視野角90゜の場合、巾“w₂"は、
表示装置の巾と反射手段80の曲率半径Ｒとの和に等しく
するのが好ましい。特に、面82a及び82bは、表示装置の
各側で距離R/2だけ表示装置を越えて延び、寸法“w₃"は
R/2に等しくなる（第８図参照）。

面82aの高さ“h₂"及び面82bの長さ“l₂"（第７図参照）
は、“y"方向の視野角“c"を決定する。視野角“c"が20
゜（±10゜）の場合、高さ“h₂"が約0.0625Rでありそし
て水平面82bの長さ“l₂"が約0.1R以上である。視野角
“c"は、反射手段80の焦点距離を“f"とすれば、2arcta
nh₂/2fという式によってターゲットの高さに関係付けさ
れる。

ターゲット82は、水平及び垂直の吸収面を、反射板のほ
ゞ焦点に位置した単一の垂直な吸収面と取り替えること
によって変更してもよい。“y"即ち垂直方向の視野角20
゜（±10゜）の場合には、単一の垂直面の高さが約0.12
5Rとなる。このような垂直面の巾は、面82a及び82bにつ
いて述べたように、“x"方向における視野角を決定す
る。又、ターゲットは、その光吸収面を直射日光から遮
蔽するためのフードを備えてもよい。例えば、面82a及
び82bを遮蔽するようにフード86が使用される。

第９図に示すように、或る制御された視野角“c"内で、
光線85aによって表わされたように表示装置に入射する
光は、反射板80の反射面に当たり、光線85bで示された
ようにターゲット82の水平及び垂直面に収束される。タ
ーゲットに収束された光は、ターゲットが黒い吸収体で
ある場合、規定の視野角内にいる観察者90に、非常に暗
い像即ち表示を与える。

この実施例では、表示装置の前面に鐘面のようなギラツ
キが生じる。この実施例では、このギラツキをターゲッ
トに収束することによって除去するか、或いは、少なく
ともNCAP液晶の付勢された部分のギラツキを除去する。
液晶の消勢部分のギラツキは問題にならない。

第７図のギラツキを減少した表示装置及びここに述べる
その他の実施例は、屋外の掲示板、屋内の表示盤、自動
車のダッシュボードの表示装置、窓に取り付ける表示装
置、ガスの料金表示盤、時間及び温度の表示盤、並びに
携帯用及び固定用のスコアボードといった表示装置に適
用できる。

理想的には、情報の表示装置を上から観察すべき場合に
は、ターゲットを表示装置の底部に配置しなければなら
ない。これに対し、情報の表示装置を下から観察すべき
場合には、ターゲットを表示装置の上部に配置しなけれ
ばならない。第７図に示す実施例は、表示装置の下から
観察される掲示板として使用される。この実施例では、
ターゲット及び表示装置の好ましい配置とは逆に、表示
装置に影が映らないようにするために、ターゲットが表
示装置の底部に配置される。

第７図の表示装置は、ターゲットのサイズを減少するか
又は表示装置の寸法を改善するために、円筒状、双曲線
形状、パラボラ状又は楕円状の断面を使用している。支
持媒体手段60は、反射板及び液晶手段を支持及び収容す
るのに使用される。

前記したよう、本発明は、液晶材料の使用に限定される
ものではない。例えば、白い面のチョークボードや光沢
面の掲示板のようなギラツキが問題となる大部分の表示
装置から鐘面のようなギラツキを除去するように第７図
の実施例を使用することができる。この点について、こ
の実施例は、光吸収ターゲットと、鐘面反射をターゲッ
トに収束する凹状反射手段とを備えている。

又、本発明は、比較的暗い背景に明るい文字が表示され
るような別の実施例にも適用できる。このような実施例
では、表示文字又は情報を形成するのに使用される表示
セグメントに配置された液晶材料がフィールド・オフ状
態にされ、光が散乱されて明るい文字が形成される文字
セグメントの周りの表示セグメントに配置された液晶材
料はフィールド・オン状態にされ、光が適当なターゲッ
トに適当に収束され、比較的暗い背景が形成される。

本発明の幾つかの特定の実施例を詳細に説明したが、本
発明はこれらの実施例のみに限定されるものではなく、
特許請求の範囲によって規定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明に用いられる液晶装置を各
々フィールド・オフ及びフィールド・オン状態で示した
概略図、第３図は、本発明の表示装置の一実施例を示す側面図、第４図は、第３図の実施例の動作を示す光線図、第5A図は、本発明の表示装置の別の実施例を示す側面
図、第5B図は、本発明の表示装置の更に別の実施例を示す斜
視図、第６図は、第5B図の実施例の動作を示す光線図、第７図は、本発明の表示装置の更に別の実施例を示す側
面図、第８図は、第７図の実施例の前面図、そして第９図は、第７図及び第８図の実施例の動作を示す光線
図である。 10……液晶装置、11……液晶の層 12……基体、13……電極 14……電極、18……基体 16……電圧源、17……スイッチ 20……液晶材料、22……カプセル 23……収容媒体、25……空胴壁 28……光源、29……拡散体 42……界面、50……ターゲット手段 52……反射手段、54……ミラー 56……縞、60……支持媒体 62……レンズ系、66……球 75……円柱ロッド 68……スポット、77……縞 80……反射手段、82……ターゲット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】規定入力に応答して光を選択的に散乱又は
透過することにより入射光に作用するように選択的に作
動する手段と、該選択的に作動する手段の非観察側に配
置された反射手段とを備え、該反射手段は、前記選択的
に作動する手段によって透過された光を、規定の視野角
内で、前記選択的に作動する手段とこの反射手段との間
に配置されたターゲット手段に収束させ、前記ターゲッ
ト手段により入射光を吸収させて表示のコントラストを
高めるようにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記選択的に作動する手段は、ネマチック
の曲線整列相の液晶材料を少なくとも１層備えた特許請
求の範囲第（１）項記載の表示装置。
【請求項３】前記反射手段は、入射光に対して凹面を呈
する曲率半径Ｒの円筒状ミラーを備えている特許請求の
範囲第（１）項又は第（２）項記載の表示装置。
【請求項４】前記ターゲット手段は、前記円筒状ミラー
から0.4Rと0.5Rとの間の距離に配置される特許請求の範
囲第（３）項記載の表示装置。
【請求項５】前記選択的に作動する手段は、前記円筒状
ミラーから約Ｒの距離に配置される特許請求の範囲第
（３）項記載の表示装置。
【請求項６】前記ターゲット手段の高さは、約0.125Rで
あり、前記ターゲット手段の長さは、前記円筒状ミラー
の長さより長いか、それに等しい特許請求の範囲第
（５）項記載の表示装置。
【請求項７】前記円筒状ミラー及びターゲット手段を複
数個備え、各々のミラーが各々のターゲット手段に光を
収束するようにされる特許請求の範囲第（５）項記載の
表示装置。
【請求項８】前記液晶材料、前記反射手段及び前記ター
ゲット手段を支持し収容するための実質的に光透過性の
支持媒体を更に備える特許請求の範囲第（２）項記載の
表示装置。
【請求項９】前記ターゲット手段は、入射光の実質的に
すべてを吸収する黒い縞、または１つ或いはそれ以上の
指定波長の光のみを吸収する着色した縞を備える特許請
求の範囲第（３）項記載の表示装置。
【請求項１０】規定入力に応答して光を選択的に主とし
て散乱又は透過することにより入射光に作用するように
選択的に作動する少なくとも１層のネマチックな曲線整
列相の液晶材料と、該液晶材料の層の観察側に配置され
て、入射光を吸収するターゲット手段と、前記液晶材料
の層の非観察側に配置された反射手段とを備え、前記反
射手段及び前記液晶材料の層は、観察側からの入射光に
対して凹状面を呈し、前記液晶材料の層によって透過さ
れた光を或る制御された視野角内で前記ターゲット手段
に収束して、表示のコントラストを高めると共に、ギラ
ツキを減少するようにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項１１】前記液晶材料は、収容媒体内にあり、前
記液晶材料は、正の誘電異方性を有すると共に、前記収
容媒体に実質的に一致する屈折率を有し、これにより、
前記規定入力が存在する場合に光の透過性を最大にする
と共に、前記規定入力が存在しない場合に実質的に等方
性の散乱を与える特許請求の範囲第（10）項記載の表示
装置。
【請求項１２】前記ターゲット手段は、前記反射手段の
ほぼ焦点に配置される特許請求の範囲第（10）項又は第
（11）項記載の表示装置。
【請求項１３】前記反射手段は、曲率半径Ｒを有し、前
記ターゲット手段は、前記反射手段から、0.4Rと0.5Rと
の間の距離に配置される特許請求の範囲第（10）項又は
第（11）項記載の表示装置。
【請求項１４】前記ターゲット手段は、垂直及び水平に
延びる光吸収面を備えており、前記垂直に延びる光吸収
面の高さは、約0.0625Rであり、前記水平および垂直に
延びる光吸収面の巾は、表示装置の巾とＲとの和にほぼ
等しく、前記水平に延びる光吸収面の長さは、少なくと
も0.1Rである特許請求の範囲第（13）項記載の表示装
置。
【請求項１５】前記ターゲット手段は、入射光のすべて
を少なくとも実質的に吸収する黒い吸収体、または１つ
以上の指定波長の光のみを吸収する着色した吸収体であ
る特許請求の範囲第（10）項又は第（11）項記載の表示
装置。
【請求項１６】前記液晶材料の層及び反射手段を支持し
収容するための実質的に光透過性の支持媒体を更に備え
る特許請求の範囲第（10）項又は第（11）項記載の表示
装置。