JPH03291690A - 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、パソコン等種々の表示素子とし
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、透過してくるものであり
、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光吸収層
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号には、透過散乱型光
学素子の背後に、光導入体用プリズムと、光導入体の照
射面を照射する光源とを備え、光導入体を伝播し、液晶
を保持するガラス面へ入射する照射光の入射角が臨界角
より大きく設定することにより、品質の優れた表示を行
う液晶表示装置が得られ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
大きくしなくてはならなく、背後からの光の入射量が少
なくなる。例えば、視角を上下±ｌＯ°、即ち２０°と
すると約１７％程度であるが、視角を上下±３０＠、即
ち、６０°とすると約５７％と、背後からの照明の光量
損失が著しく大きくなるという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
の場合にも、斜め方向から照明の光を入射させてもルー
バー面による背後からの照明の損失が大きいという問題
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、背後の光源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、背後の光源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、視角はほぼ全域と広く
なるが、背後の光源からの光の照射量が少なくなり、偏
光膜を用いないという利点を生かせなく、暗い表示しか
得られにくい。さらに、この場合には液晶素子への入射
光が、液晶を保持するガラス面への入射角に制約あり、
指向性の強い照射光を必要とする。そのため、光源光学
系が複雑になるという問題点も有していた。また、指向
性の少ない外光を利用する場合、マスクを用い、特定の
入射角の光のみを利用することになり、背後から照明の
光量損失が著しく大きく、さらに表示が暗くなるという
問題点を有していた。

このため、背後からの照明の光量損失が少なく、観察者
の視角が広い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、背後から
の光の少なくとも一部が入射可能で、観察者側からの光
の内ある範囲の光を全反射する面と、その面で全反射さ
れた光の少なくとも一部が吸収される着色層を有する吸
収面とを有する光学部材を配置したことを特徴とする透
過散乱型光学装置、及び、その全反射面と吸収面とを有
する光学部材がプリズムまたは光導波路（ライトガイド
）であることを特徴とする透過散乱型光学装置、及び、
そのプリズムが三角柱状または錐体状であることを特徴
とする透過散乱型光学装置、及び、それらの透過散乱型
光学素子が透過散乱型液晶光学素子であることを特徴と
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、背後からの光の少なくとも一部が入射可能で
、観察者側からの光の内ある視角範囲の光を全反射する
面と、その面で全反射された光の少なくとも一部が吸収
される着色層を有する吸収面とを有する光学部材を配置
する。これにより、背後からの照明の光量損失が少なく
、明るい表示が得られるとともに、観察者の視角が広く
、高コントラスト比を得ることができる。

なお、前述した特開昭５０−８１７９７号に示された透
過散乱型光学装置では、前述したように背後の光源から
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している。このような透過散乱
型光学装置では、透過散乱型光学素子の透過部分を直進
した前面側からの入射光は、プリズムの開口部（光吸収
膜の無い部分）には到達しなく、全てがプリズムの光吸
収膜に直接到達する。

これに対して、本発明の透過散乱型光学装置では、透過
散乱型光学素子の透過部分を直進した前面側からの入射
光を全反射するプリズムの開口部が設けられており、こ
の開口部の面で全反射した光の少なくとも一部が吸収さ
れる着色層を有する吸収面により吸収するとともに、部
の光は直接光吸収面に到達して、表示を可能にしている
。これにより、プリズムの開口部を著しく大きくでき、
明るい表示が可能になる。

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
配置する光学部材は、背後からの光のある視角範囲の光
を全反射する面と、その面で全反射された光の少なくと
も一部が吸収される着色層を有する吸収面とを有する。

即ち、観察者側から入射する光の内、ある視角範囲の光
を全反射する面は、反対側からの入射光は屈折はするが
、入射可能であることになる。

これにより、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、光学部材の全反射面で
、光学部材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た後、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。一方、背後からの照明による光は、入射角に
かかわらず、この面で屈折し、光学部材内に入射し、そ
の位置の観察者側には直接には到達しない。この場合、
吸収面を黒色とすると、観察者には黒く見えることにな
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
は光学部材の全反射面による屈折で通常斜めに入射する
ことになるが、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
た場合に、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。

［作用］ 第１図は、本発明の基本的な構成を示す側面図である。

第１図において、　１は透過散乱型光学素子、ｌＡはそ
の前面基板、ＩＢはその透過散乱光学材料層、ｌＣはそ
の背面基板、２は透過散乱型光学素子の背後に配置され
た光学部材、３Ａ、３Ｂは観察者、４は光学部材に設け
られた全反射を生じる傾斜面、５は着色層６を有する吸
収面、７は背面基板ｌＣに密着している面、８は背後に
配置された光源を表している。なお、３Ａは透過散乱型
光学素子の前面基板面に垂直な方向における観察者、３
Ｂは垂直な位置から上方に時計方向にθ回転した状態に
おける観察者を示している。

この図において、傾斜面４と吸収面５と面７１ とを有する光学部材２は、断面直角三角柱形のプリズム
とされており、傾斜面４は透過散乱型光学素子の背面基
板ｌＣの基板面に対して、反時計方向にψ１＝４５°の
角度で傾斜しており、吸収面５は透過散乱型光学素子の
背面基板ＩＣの基板面に対して、反時計方向にψ２＝９
０°の角度で、即ち、垂直に配置されており、黒色に着
色されている。

透過散乱型光学素子１の透過散乱光学材料層ＩＢが透過
状態の部分では、観察者３Ａ側から入射した光は、透過
散乱型光学素子中を直進し、光学部材の傾斜面４で全反
射して、黒色に着色されている吸収面５に到達し、吸収
される。

方、背後の光源７からの光は傾斜面４側から入射するが
、光学部材と背後の空気の屈折率との関係で定まる角度
で屈折し、直接観察者３Ａには到達しない。これにより
、透過部分では、観察者３Ａには黒く見えることになる
。

この観察者の位置を前記した角度θで時計方向に変えて
いくと、直進した光が傾斜面の下方２ に当たるようになり、ついには直接吸収面に当たるよう
になる。このため、この例のような構造にすれば、観察
者３Ｂの視角は、その上方に関してはほぼ９０°に近い
位置までとなる。

逆に、この観察者の位置を前記した角度θで反時計方向
に下方に変えていくと、直進した光が傾斜面４に当たり
、光学部材と背後の空気の屈折率とにより定まる全反射
臨界角に対応した特定の角度に到達すると、傾斜面４で
は全反射されずに背後に出射するようになる。一方、こ
の場合には、背後の光源からの光も入射してくることに
なるので、観察者には背後の光源８の光が直接視認され
、見にくくなる。

透過散乱型光学素子】の透過散乱光学材料層１Ｂが散乱
状態の部分では、観察者側から入射した光も背後の光源
８からの光も散乱し、観察者には位置にほとんど無関係
にその散乱光を見ることになり、白く見えることになる
。

これにより、白、黒の表示が得られ、上方はほぼ９０°
近くまで、下方は光学部材と背後の空気の屈折率とによ
り定まる特定の角度まで、具体的には５〜２０６程度ま
で見えることになる。

これは、従来の円筒形レンズを用いた従来例が視角がせ
いぜい６０°程度であったのに対し、９０°以上と広く
、広い視角であるにもかかわらず明るい表示が得られる
ものである。

また、第１図のプリズムの代わりに、その傾斜面が黒く
着色されたルーバーを用いた従来例では、上方はほぼ０
°まで、下方はほぼ９０°近くまで、見えることになる
が、後方からの光の入射量が少ないため、明るさがプリ
ズムに比べて暗くなる。なお、視角を広げるためには、
ルーバーの長さを長くすればよいが、ますます後方から
の光の入射量が減るため暗くなる。

なお、この例では、基本的な構成のみを示したものであ
り、吸収面の色を黒以外の色としたり、プリズムを直角
２等辺三角形以外にしたり、複数個に分けたり、三角柱
状から角錐状、円錐状等の錐体状にしたりすることもで
きる。

また、プリズムを構成する面が曲面であっても良い。ま
た、傾斜面４には低反射層を形成することが好ましい。

具体的には、以下のような例がある。

プリズムの透過散乱型光学素子側の面を、透過散乱型光
学素子に密着させなく、傾斜させることもできる。この
例を第２図に示す。この角度を透過散乱型光学素子１１
の背面基板１１Ｃの基板面に対して、時計方向に角度ψ
、傾斜しているとする。前述の第１図の例ではこの角度
ψ３は０°となる。この場合には、透過散乱型光学素子
１１の背面基板１１Ｇの背面側及びプリズムの透過散乱
型光学素子側の面１７には、表面反射を低減するための
低反射層を形成しておくことが好ましい。この場合、光
学部材１２の面１７の角度ψ３を増すと、それに応じて
下方の視角が増加し、その奥行きは長くなるが、白黒表
示が見える視角は広がる。

また、第１図の例の傾斜面の角度ψ１を４５゜から変化
させたり、吸収面の角度ψ２を９０°から変化させたり
してもよい。

　５ また、このプリズムを複数個に分割して用いることもで
きる。例えば、１０個に分割すれば、奥行きがｌ／１０
ですみ、小型化できる。さらに、この場合には、吸収面
の外側を反射面に形成することにより、後方の光源から
の光をより有効に活用できるため好ましい。

第３図は、プリズムを錐体状、具体的には角錐台状にし
た本発明の他の基本的な構成を示す側面図である。

この場合、透過散乱型光学素子２１の背後に、角錐台状
のプリズム２２が配置されており、その全反射する傾斜
面たる上側の傾斜面２４Ａ及び下側の傾斜面２４Ｂは透
過散乱型光学素子の背面基板の背面に対して夫々反時計
方向に角度ψ１１、時計方向に角度ψ１２傾斜させられ
ている。そしてこの角錐台の反対側の面が着色層２６を
設けた吸収面２５とされている。そして背後に光源２８
を配置している。もっとも、この角錐台状のプリズムは
円錐台状のプリズムとしてもよい。この角度ψ１、及び
ψ１２は視角により異なるが、上下　６ 同一の視角にする場合には、同じ角度とし、通常は最大
視角において導波光が１度以上全反射するように設計す
ればよい。

このような構成にすることにより、柱状のプリズムを用
いる場合に比して、反対側からの光の入射光量が増加す
るので、明るい表示が可能になり、光学部材を小型化で
きる。

この場合には、透過散乱型光学素子２１側から透過して
きた光は、傾斜面２４Ａ、２４Ｂ及び図では示されてい
ない他の２つの傾斜面（手前側及び奥行き側）で全反射
され、吸収面の着色層で吸収され、黒く見える。この場
合、角錐台の吸収面の一辺の長さを底面の長さの半分に
すれば、背後の光源からの光を遮断する着色層の面積は
０．５Ｘ　Ｏ，５となり、明るさは着色層のない場合に
比して、２５％減にとどまる。

なお、これに類似した構成として、断面が台形状の柱状
のプリズムを用いることもできる。

この場合、その断面図は第３図と同一となり、左右方向
（図では手前−奥行き方向）の視角は広くなるが、着色
層の面積が増加するので、表示は暗くなる。前述の吸収
面の一辺の長さを底面の長さの半分にした例では、背後
の光源からの光を遮断する着色層の面積は半分を占め、
明るさは着色層のない場合に比して、５０％減になる。

また、上記説明では、光学部材は、全て透過散乱型光学
素子の背面基板の背後に配置していたが、背面基板自体
の背面をプリズム状に加工する等して、光学部材を別置
しなくてもよい。

第４図は、光学部材に光導波路たるライトガイドを用い
た本発明の他の基本的な構成を示す側面図である。

この場合、透過散乱型光学素子３１の背後に、ライトガ
イド３２が配置されており、曲げられて着色層３６を設
けた吸収面３５に接続されている。

このライトガイド３２は屈折率の高いコア部と屈折率の
低いクラッドからなっており、その界面が全反射する面
となっている。具体的には、ライトガイドシートや光フ
ァイバを束ねた光フアイバアレイがある。なお、クラッ
ド部を空気としてもよい。

このため、入射側（透過散乱型光学素子側）である臨界
角以下の角度で入射した光は、ライトガイド内部を全反
射を繰り返して伝達され、着色層で吸収される。

背後の光源２８からの光はライトガイドの側面から入射
し、屈折率に応じて伝達し、透過散乱型光学素子の背面
に到達する。ただし、この到達した光は、ライトガイド
の臨界角以上の角度であるため、ライトガイドの界面で
屈折し、ライトガイド内を横断的に通過し、視角範囲内
には出射してこないため、視角内では透過部分には現れ
ない。一方、散乱部分では、斜めから光が入射してきた
ものでも散乱されるため、視角内に光が入り、白濁して
見える。

この例では、ライトガイドを過散乱型光学素子の基板面
に垂直に配置しており、視角は上下左右同一であるが、
ライトガイドの角度を変えることにより、上下左右で視
角を変えることが　９ できる。

なお、ライトガイドはプリズムに比しては、視角が狭く
、表示が明るい傾向がある。

本発明で用いる後方の光源は、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等の公知の照明用光源をはじめ、
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　０ しう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、液晶が独立した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
極材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。

硬化物マトリクスの屈折率が、液晶の屈折率の００と一
致させておくことにより、電圧が印加されていない場合
は、配列していない液晶と、硬化物マトリクスの屈折率
の違いにより、散乱状態（つまり白濁状態）を示し、入
射光が直進しないので、出力用の光伝送用の光ファイバ
の入射端にほとんど集光されなく、出力光をほとんど生
じない。

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、　３ 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反硬化させ、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。具体的には、樹脂
マトリクスを用いる場合には、屈折率の差を０．１５程
度以下にしておくことが好ましい。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　４ 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パ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
ターやカラー光源を用いても良い。

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じては、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、前述のごとく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、動作温度範囲、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５：９５〜７５：２５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、液状なしは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　７ 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。

電極付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　８ 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く、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ｌＯ〜
１０００Ｈ２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。具体的には、第２図の背後のプリ
ズムの面１６が角度ψ８で傾斜している部分を、透過散
乱型光学素子の観察者側に、分離して配置することもで
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 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−１２００４）２４部、光硬
化開始剤としてメルク社製「グロキュアー１１１６Ｊ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、＝４５°、ψ２＝９０°の断面が直角２等辺三角形
状の三角柱状の鉛ガラス製プリズム（屈折率＝１．８０
）の吸収面５の下面をプリズムとほぼ同じ屈折率を有す
る黒色に塗装し、傾斜面４に反射防止膜としてＭｇＦ２
膜を形威し、吸収面５に直交している面７が透過散乱型
液晶光学素子の背面基板１１Ｇに密着するように配置し
て、光学接着材で接着した。光源９をプリズムの背後に
配置した。

この透過散乱型光学装置は、所望の電極間に交流電圧（
ＡＣ３５Ｖ、５０）１ｚ）を印加すると、白色の背景に
その部分のみが黒く見える。この視角は、上方がほぼ９
０’　、下方が２０°であり、コントラスト比は約１５
であった。

また、散乱状態での明るさは、プリズムの無１ い場合に比してｆ３７ｏ％であった。

また、着色層の色を青色にすれば、透過部分が青色に見
え、赤色にすれば、透過部分が赤色に見えた。この場合
、背景色も白色からやや青色または赤色気味となる傾向
はあった。

また、着色層の色を黒色のまま、光源の色を青色にすれ
ば、青白色の背景に、透過部分が黒色に見えた。光源を
青色と赤色とに変換可能にしておき、表示内容によって
色を切り賛えるようにすることにより、青白色の背景ま
たは赤白色の背景に、透過部分が黒色に見えた。

また、日の字表示部分以外の部分を、電圧印加もしくは
磁界印加をして硬化させることにより常透過状態になる
ように形成しておくことにより、日の字表示部分のみが
透過−散乱変化可能になるので、上記とは逆の表示、即
ち、黒色の背景に白色の表示とすることもできる。

実施例２ 実施例１のプリズムの代わりに、ホウケイ酸ガラス製プ
リズム（屈折率＝　１．５０）によるプリ２ ズムを用いた。

コントラスト比及び上方の視角は、実施例１とほぼ同じ
であったが、下方の視角は５″であり、やや視角が狭い
ものであり、散乱状態での明るさも約６５％とやや低下
した。

このψ１＝４５°のプリズムの代わりに、ψ＝３０°の
プリズムを用いたところ、実施例２よりは明るくなった
が、視角は低下し、上下で７２°となった。

また、逆にψ１＝６０°・のプリズムを用いたところ、
実施例２よりは暗くなったが、視角は拡大し、上下で１
１８°となった。

比較例１ 実施例２のプリズムの代わりに、４５″に傾斜したルー
バーを用いたところ、コントラスト比及び上方の視角は
、実施例２とほぼ同じであったが、下方の視角は０°で
あり、視角が狭いものであった。

また、散乱状態での明るさも、実施例２に比して約２０
％低下して、暗いものであった。

実施例３ 実施例２のプリズムの代わりに、第２図に示すようなプ
リズム（ψ１＝４５°、ψ２＝９０゜ψ３＝１５°、背
面基板の背面及びプリズムの面１４．１７には干渉多層
膜による低反射層を形成）を配置した。

上方の視角は、実施例２とほぼ同じであったが、下方の
視角は１３°と広くなり、コントラスト比、明るさは実
施例１とほぼ同じであった。

実施例４ 実施例２のプリズムの代わりに、第５図に示すように、
ψ、＝３５°でψ２＝９０°の断面直角三角形のプリズ
ム４２Ａ、４２Ｂを、プリズムの背後にさらに同じプリ
ズムがその吸収面４５Ａ、４５Ｂ及びその下面の着色層
４６Ａ、４６Ｂが連続するように２個重ねて透過散乱型
光学素子４１の背後に配置した。

視角は上方でほぼ９０°、下方で１ｏ°、コントラスト
比は約１０、明るさは約７０％であった。

実施例５ 実施例１のプリズムの代わりに、第６図（Ａ）に示すよ
うなアクリル製のプリズムアレイ５２を透過散乱型光学
素子５１の背後に配置した。

このプリズムアレイ５２は、第４図（Ｂ）に部分拡大図
を示すように、ψ１＝４５°、ψ２＝９０゜とした。

この場合、その吸収面５５の下面側には、着色層５６Ａ
のみを設けたものと、さらにアルミ反射層５６Ｂを重ね
て設けたものを作成した。

視角は上方でほぼ９０°、下方で５°、コントラスト比
は約１０、明るさはアルミ反射層５６Ｂを重ねて設けた
ものが、設けないで着色層５６Ａのみを設けたものより
も光源の利用率が向上し、明るくなり、反射層を設けた
もので約６０％であった。さらに、この例では、奥行き
はプリズム１個を用いた場合に比して大幅に短縮できた
。

なお、このプリズムアレイを上下反対に配置することに
より、視角も上下で反転した。

また、プリズム吸収面のアルミ反射層を白色塗膜による
散乱反射層にしても、同様な効果が　５ 得られた。

実施例６ 実施例５のプリズムアレイの代わりに、第７図（Ａ）に
示すようなアクリル製のプリズムアレイ６２を、透過散
乱型光学素子６１の背後に配置した。

このプリズムアレイ６２は第７図（Ｂ）に示すように、
第１図、第２図、第５図及び第６図の例とは逆に吸収面
６５が上側に配置されており、ψ１＝４５°　（逆にな
るので時計方向に）、ψ４＝１０°、Ｌ、＋　Ｌａ十Ｌ
ｘを　１００とした時に、Ｌ＋＝１２、Ｌ２＝２８、ｔ
、５＝ｅｏの寸法とした。また、吸収面上には、黒色の
着色層６６Ａとアルミの反射層［１６Ｂとを形成した。

視角は上方で１０°、下方で９０’　、コントラスト比
は約１５、明るさは約６０％であった。

この背後の光源として、ＥＬと円筒状レンズ（その焦点
の位置にＥＬの発光点がくるように配置）とを配置して
水平方向に平行な光で照明したところ、コントラスト比
は約２０に向上し、６ 明るさも向上した。

実施例７ 実施例５のプリズムアレイの代わりに、第８図に示すよ
うなアクリル製のプリズムアレイ７２を、透過散乱型光
学素子７１の背後に配置した。

このプリズムアレイ７２は、ψ、　＝３０”　、ψ２＝
７５°とし、光源７８と鏡７９とを組み合わせて光源か
らの光を上方からほぼ４５°の角度で入射するように配
置した。

視角は下方の１８°から９０°であり、コントラスト比
は約３０、明るさは約１１０％であった。このため、こ
の装置はやや狭い視角であったが、その範囲内ではプリ
ズムを用いない場合よりも明るい表示が可能であった。

このため、下から見上げるだけというように視野が固定
されているような公衆表示等に好適である。

実施例８ 実施例５のプリズムアレイの代わりに、第３図に示すよ
うなアクリル製の角錐台状プリズムのアレイを、透過散
乱型光学素子２１の背後に配置した。このプリズムの角
度ψ、及びψ１□はいずれも８０°とした（左右方向も
同じ）。吸収面２５の着色層２６の一辺の長さは、底面
の長さの４８％とした。

その結果、コントラスト比は約２０、視角は上下夫々６
０°、左右夫々６０°であり、散乱状態の明るさは約７
５％であった。

このアクリル製の角錐台状プリズムの代わりに、断面が
同じ台形状の柱状プリズムとした場合には、視角は左右
では夫々はぼ９０°であり、散乱状態の明るさは約半分
であった。

実施例９ 実施例１のプリズムの代わりに、アクリル樹脂（屈折率
１．５０）をコア材とする複数のライトガイドシートを
重ね合わせて第４図のようにして用いた。ライトガイド
シートの厚さは１ｍｍとし、各シート間には屈折率が１
．３９のオイルを挿入し、ライトガイドシートの側面で
生じるフレネル反射を低減した。

この結果、コントラスト比は約１０、視角は上駒７０％
であった。

また、ライトガイドとして、プラスチック光ファイバー
を用いたところ、はぼ同様のコントラスト比、上下視角
が得られたが、左右の視角が約６８°と狭くなった。

実施例１０ 日の字表不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、各画素に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、実施例１乃至実施例９
の透過散乱型液晶光学装置とした。

この透過散乱型液晶光学装置は、日の字による数字表示
でなく、任意の画像を表示でき、液晶テレビとしても使
用できた。

第９図は、その具体例を示しており、透過散乱型光学素
子８１の背後にプリズムアレイ８２を配置し、ケースに
はめ込み、裏側に平面状の光源８８を配置したところを
示している。この光源８８９ を開閉可能にしておくことにより、外光を利用する場合
には、光源８８を回動させるか取り去り外光を右側から
取り入れることにより、光源による電力消費を低減でき
る。

［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観察者側から
の光の内ある視角範囲の光を全反射する面と、その面で
全反射された光の少なくとも一部が吸収される着色層を
有する吸収面とを有する光学部材を配置することにより
、背後からの照明の光量損失が少なく、明るい表示が得
られるとともに、観察者の視角が広く、高コントラスト
比を得ることができる。

光源は、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、プリズムアレイを用いることにより、　０ 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、自
動車用表示器、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（、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く、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図は、本発明の透過散乱型光学装置の基本的な構成
を示す側面図である。 第２図乃至第９図は、本発明の透過散乱型光学装置の他
の例の側面図である。 透過散乱型光学素子＝　１．１１．２１．３１゜５１．
６１．７１．８１ 光学部材：　２．１２ 観察者　：３Ａ、３Ｂ 傾斜面　＝　４．１４．２４Ａ、２４Ｂ吸収面　＝　５
．１５．２５．３５．４５Ａ、４５Ｂ、５ 着色層　＝　６．１６．２６．３６．４６Ａ、４６Ｂ、
６６Ａ、 面　　　　＝　７．１７ 光源　　：　８．１８．２８．３８．７８．８８プリズ
ム＝２２．５２Ａ、５２Ｂ ライトガイド：３２ プリズムアレイ：５２．６２．７２．８２反射層　：５
６Ｂ、６６Ｂ 鏡　　　　　ニア９ ５６Ａ、 　３ 第 ４ 図 ３５二吸収面 ３６：青色層 第 図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （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、背後
   からの光の少なくとも一部が入射可能で、観察者側から
   の光の内ある範囲の光を全反射する面と、その面で全反
   射された光の少なくとも一部が吸収される着色層を有す
   る吸収面とを有する光学部材を配置したことを特徴とす
   る透過散乱型光学装置。
2. （２）請求項１の全反射する面と吸収面とを有する光学
   部材がプリズムであることを特徴とする透過散乱型光学
   装置。
3. （３）請求項２のプリズムが三角柱状であることを特徴
   とする液晶光学装置。
4. （４）請求項２のプリズムが錐体状であることを特徴と
   する透過散乱型光学装置。
5. （５）請求項１の全反射する面と吸収面とを有する光学
   部材が光導波路であることを特徴とする透過散乱型光学
   装置。
6. （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、透過散乱型光学素子が透過散乱型液晶光学素子
   であることを特徴とする透過散乱型光学装置。
7. （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
   。