(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２主面を有する平板状の光透過性部材と、
前記第１主面に光を照射する光源と、
第１及び第２端を有し、前記第２主面と間隙を隔てて向き合った板状の透明弾性体と、
前記光透過性部材上に配置されると共に前記透明弾性体の前記第１端を支持した片持ち梁を備え、前記第２主面に対する前記透明弾性体の接触状態を密着状態と離間状態との間で変化させる移動機構とを具備したことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第２主面に対する前記透明弾性体の接触状態が、表示すべき階調に応じて、前記離間状態である第１状態と、前記透明弾性体の前記第２端側の部分が前記第２主面と接触するように前記透明弾性体が変形した第２状態と、前記透明弾性体の前記第２主面との接触面積が前記第２状態よりも大きくなるように前記透明弾性体がさらに変形した第３状態との少なくとも３つの状態の間で切り替わるように、前記移動機構の動作を制御する制御手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
第１及び第２主面を有する平板状の光透過性部材と、
前記第１主面に光を照射する光源と、
前記第２主面と間隙を隔てて向き合い、前記第２主面との対向面にテーパ状の突起が設けられた透明弾性体と、
前記光透過性部材上に配置されると共に前記透明弾性体の周縁を支持した両持ち梁を備え、前記第２主面に対する前記透明弾性体の接触状態を密着状態と離間状態との間で変化させる移動機構とを具備したことを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記第２主面に対する前記透明弾性体の接触状態が、表示すべき階調に応じて、前記離間状態である第１状態と、前記突起の高さが減少するように前記透明弾性体が前記第２主面に押し当てられた第２状態と、前記突起が消失するように前記透明弾性体が前記第２主面に押し当てられた第３状態との少なくとも３つの状態の間で切り替わるように、前記移動機構の動作を制御する制御手段をさらに具備したことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の表示装置で表示を行う表示方法であって、前記第２主面に対する前記透明弾性体の接触状態が、表示すべき階調に応じて、前記離間状態である第１状態と、前記透明弾性体の前記第２端側の部分が前記第２主面と接触するように前記透明弾性体が変形した第２状態と、前記透明弾性体の前記第２主面との接触面積が前記第２状態よりも大きくなるように前記透明弾性体がさらに変形した第３状態との少なくとも３つの状態の間で切り替わるように、前記移動機構の動作を制御することを特徴とする表示方法。
【請求項６】
請求項３に記載の表示装置で表示を行う表示方法であって、前記第２主面に対する前記透明弾性体の接触状態が、表示すべき階調に応じて、前記離間状態である第１状態と、前記突起の高さが減少するように前記透明弾性体が前記第２主面に押し当てられた第２状態と、前記突起が消失するように前記透明弾性体が前記第２主面に押し当てられた第３状態との少なくとも３つの状態の間で切り替わるように、前記移動機構の動作を制御することを特徴とする表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置及び表示方法に係り、特には非発光素子を用いた表示装置及び表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マトリクス状に配列された画素を有する表示装置としては、液晶表示装置（以下、ＬＣＤという）が広く用いられている。ＬＣＤは、小型化や薄型化が可能であり、光学系を工夫することにより大画面を実現することができるといった利点を有している。そのため、ＬＣＤに関する研究開発は活発に行われている。
【０００３】
ＬＣＤは、電圧印加に伴って生ずる液晶材料の光学的特性の変化を利用して表示を行うものである。例えば、典型的なＬＣＤは、それぞれの対向面に電極を有し且つ配向処理を施した一対の基板間に液晶層を挟持し、これら基板の外面に偏光板をそれぞれ貼り付けた構造を有している。
【０００４】
このようなＬＣＤでは、光源からの光のうち特定の偏光方向の光成分のみを液晶層に入射させ、液晶層に印加する電圧に応じて液晶層から出射する光の偏光方向を変化させることにより、透過光の光量変化を生じさせている。そのため、上記ＬＣＤにおける光の利用効率は最大でも５０％に過ぎず、現実的には１０％にも満たない。したがって、このようなＬＣＤは高輝度の光源を必要とし、ＬＣＤ全体の消費電力に光源の消費電力が占める割合は高い。さらに、ＬＣＤでは、暗色表示時に漏れる光の影響が大きいため、高コントラストを実現することが困難である。
【０００５】
上述した消費電力に関する問題を解決する技術として、米国特許第４，８２２，１４５号は、光源と導光板との組み合わせを有する液晶表示装置を開示している。この液晶表示装置は、導光板の一方の面に接するように液晶層が設けられた構造を有している。この表示装置によると、暗色表示時には、光源からの光は全反射を利用して導光板の中に閉じ込められる。また、明色表示時には、液晶分子の配向状態を変化させることにより、導光板の中に閉じ込められた光は液晶層中に入射し、それにより表示光として外部に出力される。この表示装置によれば、光源の消費電力を低減することは可能である。しかしながら、この表示装置は、画素のＯＮとＯＦＦとの切り替えに液晶を利用しているので、高コントラストを実現することができない。また、この表示装置では導光板を用いているため、液晶層に入射する光は指向性を有していない。すなわち、この表示装置から出力される光は指向性を有していない拡散光である。そのため、この表示装置を、散乱面が液晶パネルから離れて配置される投射型の表示装置として利用することは困難である。
【０００６】
特開平１１−７３１４２号は、液晶を用いる代わりに、アクチュエータを用いて導光板の一方の面に対して透明体を接離移動させることにより光を取り出す表示装置を開示している。この表示装置によると、暗色表示時には、透明体を導光板の一方の面から離間させることにより、光源からの光は全反射を利用して導光板の中に閉じ込められる。また、明色表示時には、透明体を導光板の一方の面に接触させることにより、導光板の中に閉じ込められた光は、導光板の透明体とは裏面側から表示光として外部に出力される。この表示装置は液晶を用いていないため、より高いコントラストを実現することができる。しかしながら、この表示装置も同様に導光板を用いているため、出力される光は指向性を有していない拡散光である。したがって、この装置も投射型の表示装置として利用することは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の表示装置は、光の利用効率が低い、高コントラストを実現することができない、及び投射型の表示装置として利用することができない等の様々な問題を有している。
【０００８】
本発明の目的は、高い光の利用効率を有する新規な表示装置及び表示方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、高コントラストを実現し得る新規な表示装置及び表示方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、投射型の表示が可能な新規な表示装置及び表示方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、高い光の利用効率を有し、高コントラストを実現し得て、投射型の表示が可能な新規な表示装置及び表示方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光源から前記光透過性部材に入射した光の前記光透過性部材と前記光透過性部材に隣接する外部領域との界面における挙動を全反射と透過との間で切り替える制御機構とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分として出力され、前記光成分が表示に利用されることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１０】
本発明の第２の側面によると、光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に配列され、それぞれ、前記光源から前記光透過性部材に入射した光の前記光透過性部材と前記光透過性部材に隣接する外部領域との界面における挙動を全反射と透過との間で切り替える複数の制御機構とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分として出力され、前記光成分が表示に利用されることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１１】
本発明の第３の側面によると、光透過性部材と、光透過性材料と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光の光路上で前記光透過性材料の前記光透過性部材との接触状態を変化させる制御機構とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分として出力され、前記光成分が表示に利用されることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１２】
本発明の第４の側面によると、光透過性部材と、光透過性材料と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に配列され、それぞれ、前記光の光路上で前記光透過性材料の前記光透過性部材との接触状態を変化させる複数の制御機構とを具備し、前記光源から前記光透過性部材に照射された光の少なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分として出力され、前記光成分が表示に利用されることを特徴とする表示装置が提供される。
【００１３】
本発明の第５の側面によると、平板状の光透過性部材と、前記光透過性部材の一方の主面側に配置され前記一方の主面に光を照射する光源と、前記光透過性部材の他方の主面に接離可能に設けられた透明体と、前記光透過性部材の他方の主面に対する前記透明体の状態を密着状態と離間状態との間で変化させる移動機構とを具備することを特徴とする表示装置が提供される。
【００１４】
本発明の第６の側面によると、平板状の光透過性部材と、前記光透過性部材の一方の主面側に配置され前記一方の主面に光を照射する光源と、前記光透過性部材の他方の主面に接離可能に設けられた複数の透明体と、前記光透過性部材の他方の主面に対する前記複数の透明体の状態をそれぞれ密着状態と離間状態との間で変化させる複数の移動機構とを具備することを特徴とする表示装置が提供される。
【００１５】
本発明の第７の側面によると、光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に液体を供給する供給機構と、前記光透過性部材上に供給された液体を除去する除去機構とを具備することを特徴とする表示装置が提供される。
【００１６】
本発明の第８の側面によると、光透過性部材と、前記光透過性部材に光を照射する光源と、前記光透過性部材上に液体を供給する複数の供給機構と、前記光透過性部材上に供給された液体を除去する複数の除去機構とを具備することを特徴とする表示装置が提供される。
【００１７】
本発明の第９の側面によると、光源から光透過性部材に入射した光の前記光透過性部材と前記光透過性部材に隣接する外部領域との界面における挙動を全反射と透過との間で切り替える工程を具備し、前記界面を透過した光及び前記界面で全反射した光のいずれか一方は前記光透過性部材から指向性を有する光成分として出力され、前記光成分が表示に利用されることを特徴とする表示方法が提供される。
【００１８】
本発明の第１０の側面によると、光源から光透過性部材に光を照射しつつ、前記光の光路上で前記光透過性材料の光透過性部材との接触状態を変化させる工程を具備し、前記光源から前記光透過性部材に入射した光の少なくとも一部は前記光透過性部材から指向性を有する光成分として出力され、前記光成分が表示に利用されることを特徴とする表示方法が提供される。
【００１９】
本発明の第１１の側面によると、光源から平板状の光透過性部材の一方の主面に光を照射しつつ、前記光透過性部材の他方の主面に対して透明体を接離移動させる工程を具備し、前記光透過性部材から出力される光の前記透明体を移動させるのに伴って生ずる強度変化を利用して表示を行うことを特徴とする表示方法が提供される。
【００２０】
本発明の第１２の側面によると、光透過性部材に光を照射しつつ前記光透過性部材上に液体を供給する工程と、前記光透過性部材に光を照射しつつ前記光透過性部材上に供給された液体を除去する工程とを具備し、前記光透過性部材から出力される光の前記光透過性部材上への前記液体の供給及び除去に伴って生ずる強度変化を利用して表示を行うことを特徴とする表示方法が提供される。
【００２１】
本発明においては、光透過性部材に入射した光のうち、その外部領域との界面を透過した光及びその界面で全反射した光のいずれか一方の強度変化を利用して表示が行われる。すなわち、本発明においては、透過と全反射との間の変化を利用して表示が行われる。
【００２２】
この透過と全反射との間の変化は、光透過性部材から外部領域に入射する光の臨界角を変化させること、例えば、外部領域の屈折率を変化させることにより生じさせることができる。
【００２３】
このように、本発明においては、透過と全反射との間の変化を利用して表示が行われるため、理想的には、暗色表示時に出力される光強度を０％とすること、或いは明色表示時に出力される光強度を１００％とすることができる。これらはいずれも、光源に平行光を使用すること及び光散乱や光反射等を防止すること−光散乱や光反射等による光損失の低減は原理的に可能である−により達成される。したがって、本発明によると、光の利用効率の向上と低消費電力化とを実現することができ、さらに高コントラストの表示が可能となる。
【００２４】
本発明において、光源から出力される光は指向性を有する光、理想的には平行光である。しかしながら、光源から出力される光は必ずしも平行光である必要はない。例えば、光源から出力される光が完全な平行光でない場合は、全反射条件を入射光の全ての光成分が全反射するのに十分な程度に制御すればよい。また、光源から出力される光が完全な平行光でない場合、必ずしも入射光の全ての光成分を全反射させなくともよい。すなわち、入射光の大部分の光成分を全反射させることができれば、全ての光成分を全反射させた場合ほどではないが、上述した効果を得ることができる。
【００２５】
本発明において、光源から光透過性部材に照射された光の少なくとも一部は光透過性部材から指向性を有する光成分として出力され、この光成分が表示に利用される。したがって、本発明によると、散乱面を光透過性部材の近傍に配置してもよく、散乱面を光透過性部材から離れて配置してもよい。すなわち、本発明の表示装置は、平面ディスプレイ及び投射型ディスプレイのいずれとしても利用可能である。なお、光透過性部材から出力される光成分の指向性は、この表示装置を投射型ディスプレイとして用いることが可能な程度に高いことが好ましい。また、光透過性部材から出力される光成分は平行光であることがより好ましい。
【００２６】
透過と全反射との間の変化は、例えば、光透過性部材の外部領域の屈折率を変化させることにより生じさせることができる。また、この光透過性部材の外部領域の屈折率変化は、光透過性部材と光透過性材料との接触状態を変化させることにより生じさせることができる。
【００２７】
例えば、光透過性材料として透明体（固体）を用いた場合には、光透過性部材に対向して透明体を配置し、光源から光透過性部材に照射した光の光路上で、この透明体の光透過性部材に対する状態を移動機構を用いて密着状態と離間状態との間で変化させることにより、透過と全反射との間の変化を生じさせることができる。すなわち、離間状態において透明体と光透過性部材との間に光透過性部材よりも屈折率の低い材料−通常は空気等のガス或いは真空−を介在させ、透明体をこの材料よりも高い屈折率を有する材料で構成すれば、密着状態と離間状態との間の状態変化を用いて、透過と全反射との間の変化を生じさせることができる。
【００２８】
この場合、透明体が弾性を有していれば、移動機構から透明体に加える力に応じて、透明体と光透過性部材との接触面積を変化させることができる。したがって、階調表示が可能となる。
【００２９】
光透過性材料として液体を用いることもできる。この場合、供給機構と除去機構とを用いて、光透過性部材上に液体を供給及び除去することにより、透過と全反射との間の変化を生じさせることができる。例えば、上記外部領域が空気で占められている場合に全反射を生じさせ、それを液体（液体は、空気よりも高い屈折率を有している）で置換することにより透過状態とすることができる。なお、光透過性材料として液体を用いた場合、供給機構及び除去機構は制御機構を構成する。また、通常、供給機構及び除去機構は、光透過性部材上への液体の供給及び除去の双方が可能な制御機構を構成する。
【００３０】
本発明においては、通常、複数の制御機構が用いられ、これら複数の制御機構は光透過性部材に対して配列される。なお、ここで使用される用語「配列」は、一次元的な配列及び二次元的な配列を包含する。この場合、複数の制御機構のそれぞれに対応して光源を設けてもよく、単一の光源を用いてもよい。
【００３１】
本発明において、光透過性部材から出力された光は、通常、散乱面で散乱光とされる。この散乱面は、表示装置と一体化された透過型のスクリーン、表示装置とは別体の透過型スクリーン、或いは表示装置とは別体の反射型スクリーン等である。
【００３２】
本発明の表示装置を投射型ディスプレイに適用する場合、散乱面は光透過性部材や透明体から離間して設ける必要がある。また、本発明の表示装置を平面ディスプレイのように非投射型ディスプレイに適用する場合、散乱面は光透過性部材や透明体から離間して設けてもよく、それらの表面に設けてもよい。但し、散乱面は、散乱面は光源からの光が光透過性部材に入射する入射面や光透過性部材と透明体との界面に設けることはできない。なお、光透過性部材と散乱面との間にレンズを配置してもよい。
【００３３】
本発明において、光透過性部材の屈折率は通常は均一であるが、必ずしも均一である必要はない。すなわち、光透過性部材は、互いに屈折率の異なる第１の部分と第２の部分とで構成することができる。このような場合、第１の部分と第２の部分とでは全反射条件が異なるが、第１の部分に向けて照射する光と第２の部分に向けて照射する光とで照射方向を異ならしめるか、或いは第１の部分の形状と第２の部分の形状とを異ならしめればよい。
【００３４】
本発明の表示装置において、光透過性部材の光源側の面には、光源からの光が光透過性部材への入射光率を向上させるように設計された凹凸を設けることが好ましい。また、本発明の表示装置において、光透過性部材の光源側の面には、光透過性部材の外部領域との界面で全反射した光が他の界面で再度全反射するのを防止するように設計された凹凸を設けることが好ましい。
【００３５】
本発明の表示装置が複数の制御機構、複数の移動機構、或いは複数の供給及び除去機構を有する場合、画像情報に応じてそれぞれを独立に駆動する駆動回路を設けることが好ましい。特に、その駆動回路を設けた場合、表示装置は、画像情報を保持する複数の情報保持部を各機構に対応して有することが好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
以下、本発明の第１〜第５の実施形態について図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各図において、共通する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。まず、第１〜第５の実施形態に共通する事項について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置の一例を概略的に示す側面図である。図１に示す表示装置１は、平板状の透明基体２と、複数の光源３と、制御機構である制御部４と、散乱面である透過型のスクリーン５とを有している。なお、ここでは、透明基体２が光透過性部材に相当するものとする。また、図１において制御部４は簡略化されて描かれており、その詳細な構造は各実施形態毎に後で説明する。
【００３９】
この表示装置１によると、光源３から出力された光２５は透明基体２に斜め入射し、透明基体２のスクリーン５側の面に至る。制御部４は、入射光２５を、明色表示時にはスクリーン５へ向けて透過させ、暗色表示時には透明基体２のスクリーン５側の面において全反射させる。その結果、すりガラスやトレーシングペーパ等からなるスクリーン５上に画像が表示される。
【００４０】
図１に示す表示装置１では全反射時に暗色表示が行われるが、全反射時に明色表示を行うことも可能である。これについては、図２を参照しながら説明する。
【００４１】
図２は、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置の他の例を概略的に示す側面図である。図２に示す表示装置１は、透明基体２と、複数の光源３と、複数の制御部４と、散乱面であるスクリーン５とを有している。なお、図２においても、透明基体２が光透過性部材に相当するものとし、制御部４は簡略化されて描かれている。
【００４２】
図２に示す表示装置１においては、図１に示す表示装置１とは異なり、スクリーン５は制御部４側には配置されておらず、全反射した光２５を散乱するように配置されている。また、透明基体２も平板状ではなく三角柱状の形状を有している。表示装置１を図２に示すような構造とした場合、透明基体２のサイズは大きくなるが、図１に示す構造に比べて高いコントラストを実現することができる。
【００４３】
図１及び図２に示す表示装置１において、透明基体２としては、ルビー及びサファイア等の光学ガラスや、ポリカーボネート及びスチレン等の光学樹脂を用いることができる。透明基体２には、例えば、ＫＲＳ−５のように市販のものを用いることができる。
【００４４】
また、上記表示装置１において、光源３としては、一般に光源として使用されるものを用いることができる。上記表示装置１に用いられる光源３について、図１，図２，及び図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。なお、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置１において用いられる光源３を概略的に示す側面図である。
【００４５】
光源３としては、例えば、発光ダイオードや半導体レーザを使用することができる。この場合、図１及び図２に示すように、これらは、発光ダイオードアレイ或いは半導体レーザアレイとして用いることができる。また、図３（ａ）に示すように、光源３として面発光レーザを使用してもよい。光源３としてレーザを用いた場合、平行光を出力することができるので、例えば暗色表示時における不所望な光透過を防止することができる。また、この場合、光源３からの光を平行光とするための装置を別途設ける必要がないので、装置を薄型化することが可能である。
【００４６】
また、光源３としてハロゲンランプや蛍光灯のように拡散光を生ずるものも使用することもできる。例えば、光源３としてハロゲンランプ等を使用する場合、光透過性部材２に入射する光を平行光に近づけるため及び光の利用効率を高めるために、図３（ｂ）に示すような凹状の放物面鏡１１を用いることができる。また、光源３として蛍光灯等を使用する場合、図３（ｃ）に示すように導光板１２を用いて透明基体２の全面に光を照射することができる。この場合、導光板１２から照射される光は平行光ではないので、導光板１２と透明基体２との間にスリット１３を介在させて平行光とすることができる。図３（ｃ）に示すような構造の表示装置１においては、光量のムラが少ないという特徴がある。
【００４７】
透明基体２の光源３側の面と制御部４側の面とは、平行ではないことが好ましい。このような場合、制御部４側の面で全反射した光が光源３側の面で全反射されて再び制御部４側の面に至るのを防止することができる。
【００４８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置１に用いられる透明基体２を拡大して示す側面図である。図４（ａ）に示す透明基体２において、その光源３側の面は単一の平面で構成されている。また、図４（ｂ）に示す透明基体２において、その光源３側の面は複数の平面で構成されている。
【００４９】
図４（ａ）に示す透明基体２において、その光源３側の面は、制御部４側の面で全反射した光２５を全反射するように設計されている。光源３側の面で全反射した光は図の上方向に進み、図示しない端面に至る。この図示しない端面は、光源３側の面で全反射した光が例えば０°の入射角で入射するように形成されており、したがって、この端面に到達した光は全反射することなく外部に出射される。
【００５０】
一方、図４（ｂ）に示す透明基体２において、その光源３側の面は、制御部４側の面で全反射した光を全反射しないように設計されており、光源３側の面に到達した光の多くは透過する。したがって、図４（ａ）及び（ｂ）に示す透明基体２を用いた場合、全反射を生じさせる際に透明基体２の制御部４側の面から光が出射するのを抑制することができる。
【００５１】
なお、図４（ａ）に示す透明基体２は、その光源３側の面は単一の平面で構成されているので比較的容易に形成することができる。また、図４（ｂ）に示す透明基体２は、薄く形成することが可能であるため装置の薄型化に有効である。
【００５２】
透明基体２は、ガラスで構成する場合には、ガラス研磨技術、ガラスエッチング技術、及び切断技術等を用いて形成することができる。また、図４（ａ）及び（ｂ）に示す透明基体２は、透明樹脂で構成する場合には、鋳造成形技術、圧縮成形技術、及び射出成形技術等を用いて形成することができる。
【００５３】
透明基体２の屈折率は、表示装置１の構造に影響を与える。例えば、透明基体２が光透過性部材として用いられる場合には、透明基体２の屈折率に応じて臨界角が決定され、この臨界角を基準として光源３の光軸の方向が設定される。ここで、臨界角について図５を参照しながら説明する。
【００５４】
図５は、光の屈折の法則を説明するための概略図である。図５に示すように、屈折率がｎ1である媒質Ｉから屈折率がｎ2である媒質ＩＩに、入射角θiで入射光Ｓiを入射させた場合、透過光Ｓtの屈折角θtは下記等式で表される。
【００５５】
【数１】
0003707988.tif 000002
【００５６】
臨界角θcは屈折角θtがπ／２の場合の入射角θiであり、入射光Ｓiの入射角θiが臨界角θcよりも大きな場合に全反射が生じる。臨界角θcは下記等式で表される。
【００５７】
【数２】
0003707988.tif 000003
【００５８】
透明基体２に用いる材料は、光透過性を有するものであれば特に制限はない。例えば、透明基体２に眼鏡レンズに用いられるガラスやプラスチックを用いることができる。なお、眼鏡レンズに用いるガラスの屈折率は約１．５３〜１．８１であり、プラスチックの屈折率は約１．４９〜１．６５である。また、透明基体２と空気との界面についての臨界角は、透明基体２を上記ガラスで構成した場合には約３３．５〜４０．１°であり、透明基体２を上記プラスチックで構成した場合には約３７．３〜４２．２°である。
【００５９】
上述した表示装置１でカラー表示を行うには、例えば、光源３として、赤色、青色、及び緑色の発光ダイオード列や半導体レーザ列を用い、各色に対応して制御部４をそれぞれ駆動すればよい。また、光源３として白色の発光ダイオード列を用い、制御部４やスクリーン５等の表面にカラーフィルタを設けてもよい。これら方法では、１つの画素を構成するのに少なくとも３つの表示素子が必要である。
【００６０】
さらに、光源３と透明基体２との間に三原色の色領域を有するカラーフィルタを配置し、光源３から出力される光の光軸上に位置する色領域を経時的に変化させてもよい。この場合、１つの表示素子で１つの画素を構成することができる。
【００６１】
また、図６に示す構造を採用してカラー表示を行うこともできる。なお、図６は、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置１のさらに他の例を概略的に示す図である。
【００６２】
図６に示す表示装置１は、透明材料からなる柱状体６の周囲に、制御部４を有する透明基体２、光源３-1〜３-3、赤色・青色・青緑色のフィルタ７-1〜７-3、シャッタ８-1〜８-3、及び凹状の放物面鏡１１-1〜１１-3が配置された構造を有している。なお、図６において、スクリーン５は省略されている。
【００６３】
柱状体６は、三角形状の断面を有する柱状体と四角形状の断面を有する柱状体とを組み合せて構成されており、それらの側面はいずれも鏡面研磨されている。透明基体２は、柱状体６の一側面に接するように配置されている。また、透明基体２の柱状体６の裏面には制御部４が形成されている。
【００６４】
図６に示す表示装置１によると、シャッタ８-1〜８-3の開閉を適宜切り替えることにより、所望の色を表示させることが可能である。すなわち、光源３-1〜３-3から出力される光のいずれか１つ、或いは光源３-1〜３-3から出力される光の２つ、或いは光源３-1〜３-3から出力される光の全てを表示に利用することができる。なお、この場合も、１つの表示素子で１つの画素を構成することができる。
【００６５】
以上説明した第１〜第５の実施形態に係る表示装置１は、透明基体２から指向性を有する光を出力し、その光を透過型のスクリーン５で散乱させることにより表示を行うものである。スクリーン５は、表示装置１の一部を構成するものであってもよく、室内の壁面のように表示装置１とは別体であってもよい。また、第１〜第５の実施形態に係る表示装置１は、図７及び図８に示す構造を有することもできる。
【００６６】
図７は、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置１のさらに他の例を概略的に示す図である。図７に示す表示装置１は、透明基体２と、複数の光源３と、制御部４と、スクリーン５とを有している。
【００６７】
図７に示す表示装置１は、図１に示すのとは異なり、複数の光源３から出力される光の光軸は互いに平行ではない。また、透明基体２の屈折率は、複数の光源３から出力される光の光路毎に異なっている。このように、屈折率が場所によって異なる透明基体２を用いた場合、複数の光源３から出力される光をスクリーン５上に収束させることにより縮小表示を行うことや、拡大表示を行うことができる。なお、屈折率が場所によって異なる透明基体２は、屈折率の異なる複数の透明体を一体化させる方法などにより得ることができる。
【００６８】
縮小表示や拡大表示は、他の方法で行うこともできる。
【００６９】
図８は、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置１のさらに他の例を概略的に示す図である。図８に示す表示装置１は、透明基体２と、複数の光源３と、制御部４と、光学レンズ５０と、スクリーン５とを有している。図８に示す表示装置１では、図７に示すのとは異なり、屈折率の均一な透明基体２を用いて縮小表示や拡大表示を行うことができる。
【００７０】
以上、透明基体２を光透過性部材として用いた場合について説明したが、透明基体２のみが光透過性部材として用いられる訳ではない。例えば、透明基体２上に透明電極のような透明薄膜等を形成した場合には、この透明薄膜が光透過性部材として機能する。以下に詳述する各実施形態のうち、第１〜第３及び第５の実施形態においては、主に透明電極が光透過性部材として用いられる。
【００７１】
図９は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１の制御部４を概略的に示す斜視図である。図９に示す制御部４は、透明基体である透明基板２上に形成された透明電極１５、透明基板２と対向するように及び所定の間隙を隔て配置された板状の透明体１７、透明基板２上に形成され透明体１７の一端を支持する梁１８、透明体１７の透明基板２側の裏面に形成された透明電極１６、及び透明電極１６上に形成された全反射防止部材１９を有している。なお、透明電極１５、梁１８、及び透明電極１６は、移動機構を構成している。また、透明基板２上には配線２０，２１が形成されており、これらは透明電極１５，１６にそれぞれ接続されている。図９に示す制御部４の動作について、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００７２】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す側面図である。図１０（ａ）は、透明電極１５，１６に電圧を印加していない状態を示しており、板状の透明体１７と透明電極１５とは離間されている。この場合、板状の透明体１７と透明電極１５との間には空気等が介在するので、入射光２５は透明体１７側に出射することなく全反射される。
【００７３】
透明電極１５，１６間に電圧を印加すると、図１０（ｂ）に示すように静電引力により透明体１７は変形し、部分的に透明電極１５に接触する。これにより、入射光２５の一部が透明体１７側に出射する。
【００７４】
透明電極１５，１６間に印加する電圧をさらに高めると、図１０（ｃ）に示すように透明体１７はより大きく変形し、透明電極１５との接触面積が増加する。その結果、入射光２５の殆ど全てが全反射することなく透明体１７側に出射する。なお、全反射防止部材１９は、透明基板２から透明体１７に入射した光２５が、透明体１７の上面等で全反射されて透明基板２内に再度入射するのを防止するものである。通常、全反射防止部材１９は、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）等に示すような三角柱状の形状を有しており、その長軸が透明基板２と平行になるように及び光２５の光軸と垂直となるように配置される。
【００７５】
以上説明したように、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に示す制御部４を用いた場合、透明電極１５，１６間に印加する電圧を調節することにより、透過光量を制御すること、すなわち階調表示を行うことができる。
【００７６】
また、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に示す制御部４において、電圧非印加時における透明体１７と透明電極１５との間隔は、これらが離間される程度で十分である。したがって、僅かな電圧で制御部４を駆動することができる。
【００７７】
さらに、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に示す制御部４において、透明体１７は、電圧非印加時には透明基板２の対向面に対して平行である。そのため、透明体１７を大きなサイズとした場合にも、透明体１７と透明電極１５との間隔を広くする必要がない。すなわち、透明体１７のサイズが小さい場合と同様の機構で透明体１７を変形させることができる。したがって、表示装置１を大画面化することが可能である。
【００７８】
上述した図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に示す制御部４において、透明体１７は片持ち梁１８により透明基板２に支持されている。このような構造を採用した場合、透明体１７に対する片持ち梁１８の位置と光２５の入射方向との関係に、特に制限はない。すなわち、表示装置１は、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように様々な構造を有することができる。
【００７９】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す平面図及び側面図である。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）において、平面図は上方に描かれており側面図は下方に描かれている。また、図１１（ａ）〜（ｄ）において光源３等は省略されており、全反射防止部材１９は側面図にのみ描かれている。
【００８０】
図１１（ａ）に示す表示装置１は、図９及び図１０（ａ）〜（ｃ）に示したのと同様の構造を示している。また、図１１（ｂ）においては、図１１（ａ）に示すのとは逆の位置に梁１８が設けられている。
【００８１】
図１１（ｃ）においては、平面図で見た場合に、光２５の進行方向に平行に梁１８が設けられている。図１１（ｃ）に示すように梁１８を設けた場合、電圧印加時に透明基板２から透明体１７に入射する光の光路長は一定に保たれる。そのため、透明体１７から出射する光の光量が梁１８の近傍と梁１８から離れた位置とで不均一となることがない。
【００８２】
図１１（ｄ）においては、平面図で見た場合に、光２５の進行方向に対して斜めに梁１８が設けられている。この場合、図１１（ｄ）の平面図に示すように、通常、全反射防止部材１９は梁１８に対して平行には配置されず、光２５の光軸に対して垂直に配置される。
【００８３】
上述した図９，図１０（ａ）〜（ｃ），及び図１１（ａ）〜１１（ｄ）に示す表示装置１は、ＴＦＴのような能動素子を用いて駆動させることができる。上記表示装置１の駆動方法について、図１２を参照しながら説明する。
【００８４】
図１２は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１を駆動するための駆動回路の一例を概略的に示す図である。図１２に示す駆動回路３０は、信号制御部３１、電源部３２、走査線駆動回路３３、及び信号線駆動回路３４で主に構成されている。
【００８５】
走査線駆動回路３３は、１フレームに一度、各走査線３５に電圧を印加する。また、信号線駆動回路３４は、走査線３５に走査電圧を印加したときに、信号線３６から、その走査線３５に接続されたメモリセル１０１を介して透明電極１５，１６間に影像情報に対応した電圧を印加するための回路である。この信号線駆動回路３４は、アナログ駆動回路であってもよく、デジタル駆動回路であってもよい。
【００８６】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、図１２に示す駆動回路３０のメモリセル１０１の例を概略的に示す図である。
【００８７】
図１３（ａ）に示すメモリセル１０１は、保持容量５１及びトランジスタ５４で主に構成されている。メモリセル１０１がこのような構造を有する場合、保持容量５１の電荷がリーク電流などにより消滅するので、一定時間毎に画像データに応じてリフレッシュ電圧を印加する必要がある。
【００８８】
図１３（ｂ）に示すメモリセル１０１は、保持容量５１及びダイオード５２で主に構成されている。表示装置１の製造に半導体プロセスを用いる場合、図１３（ｂ）に示すメモリセル１０１は、図１３（ａ）に示すメモリセル１０１に比べて構造が簡略化されている。したがって、製造プロセスを簡略化することができ、コストをより低減することが可能である。なお、図１３（ｂ）に示すメモリセル１０１を有する駆動回路３０においても同様に、保持容量５１の電荷がリーク電流などにより消滅するので、一定時間毎に画像データに応じてリフレッシュ電圧を印加する必要がある。
【００８９】
図１３（ｃ）に示すメモリセル１０１は、保持容量５１及び双安定回路５５で主に構成されている。図１３（ａ）及び（ｂ）に示すメモリセル１０１とは異なり、図１３（ｃ）に示す構造のメモリセル１０１を用いた場合、リーク電流が発生することはないため、リフレッシュ電圧を印加する必要はない。
【００９０】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１を駆動するための駆動回路３０の他の例を概略的に示す図である。なお、図１４においては、駆動回路３０の一部が拡大して描かれている。図１４に示す駆動回路３０は、図１２に示す駆動回路３０とは異なり、ｐｈｏｔｏ−ＭＯＳリレー回路５６を有している。このような駆動回路３０を用いた場合、表示装置１の制御部４により高い電圧を印加することができる。半導体プロセスを用いて表示装置１を製造する場合、表示装置１間やメモリセル１０１間に特性のばらつきを生ずることがある。そのため、制御部４の動作特性にばらつきを生ずるおそれがあるが、図１４に示すようにｐｈｏｔｏ−ＭＯＳリレー回路５６を設けた場合、メモリセル１０１間の特性のばらつきによる影響をｐｈｏｔｏ−ＭＯＳリレー回路５６によって低減することができる。したがって、図１４に示す構造を採用した場合、製造歩留まりを向上させることができる。
【００９１】
上述した表示装置１を一次元的或いは二次元的に配列し、且つこのような能動素子を用いてそれぞれの表示装置を駆動することにより、動画等を表示することが可能となる。
【００９２】
以上説明した第１の実施形態に係る表示装置１は、例えば、以下に示す方法により作製することができる。図１５（ａ）〜（ｌ）を参照しながら説明する。
【００９３】
図１５（ａ）〜（ｌ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る表示装置１の製造方法を概略的に示す断面図である。表示装置１を作製するに当たり、まず、図１５（ａ）に示す透明基板２を準備する。なお、透明基板２の一方の主面には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いてアルミニウム等からなる配線２０，２１等を形成し、さらにＴＦＴ等も形成しておく。
【００９４】
次に、図１５（ｂ）に示すように、透明基板２の一方の主面に、スパッタリング法やＣＶＤ法を用いてＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明電極１５を形成する。その後、図１５（ｃ）に示すように、透明基板２の透明電極１５を形成した面にレジスト膜４０を形成し、さらに、このレジスト膜４０をリソグラフィー技術を用いてパターニングする。
【００９５】
レジスト膜４０上には、図１５（ｄ）に示すように、低温プラズマＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜４１を形成する。図１５（ｅ）に示すように、このシリコン酸化膜４１を、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングして透明体１７と梁１８とを形成した後、図１５（ｆ）に示すように、スパッタリング法やＣＶＤ法を用いて、透明体１７上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明電極１６を形成する。
【００９６】
次に、図１５（ｇ）に示すように、透明電極１６上に低温ポリシリコン成膜技術を用いてシリコン膜４２を形成し、このシリコン膜４２を、リソグラフィー技術とＲＩＥ法とを用いて図１５（ｈ）に示すように薄板状に加工する。さらに、図１５（ｉ）に示すように、透明基板２の薄板状のシリコン膜４２が形成された面に、感光性ポリイミドのような感光性の透明絶縁材料を用いて薄膜４３を形成する。
【００９７】
その後、この薄膜４３に対して斜め方向（図１５（ｉ）では、左上の方向）から、例えば４５°の角度で平行光を照射する。薄板状のシリコン膜４２は光透過性を有していないので、薄膜４３の一部は薄板状のシリコン膜４２の陰に隠れて露光されずに残される。したがって、露光後の薄膜４３を現像することにより、図１５（ｊ）に示す全反射防止部材１９を得る。
【００９８】
以上のようにして全反射防止部材１９を形成した後、透明体１７と透明電極１５との間に介在するレジスト膜４０を除去することにより、図１５（ｋ）に示す表示装置１を得る。
【００９９】
なお、図１５（ｌ）に示すように、透明基板２の薄膜４３が形成された面の裏面に、一方の面にエンボス加工などにより凹凸が形成された透明基板５３を接着することが好ましい。このような透明基板５３を設けることにより、光源３からの光が透明基板２への入射光率を向上させること並びに透明体１７との界面で全反射した光が他の界面で再度全反射するのを防止することができる。この透明基板５３としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いることができる。また、透明基板５３へのエンボス加工は、プレス技術を用いることにより実現可能である。
【０１００】
以上説明した第１の実施形態においては、透明体１７の移動に静電力を用いたが、磁力を用いることもできる。この場合、透明体１７の表面にアルミニウム等からなるコイルを形成し、光透過性部材２の透明体１７側の表面にはＮｉＦｅ合金膜を形成する。コイルに電流を流すことにより、透明体１７を光透過性部材２に密着させることができる。なお、この場合、表示装置１を駆動するための能動素子としては、例えば、図１２に示す制御回路のキャパシタ部を上記コイルで置き換えたものを使用することができる。
【０１０１】
また、透明体１７の移動に静電力や磁力を用いる代わりに、圧電素子やバイメタルを用いることも可能である。
【０１０２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、透明体１７を支持する梁１８の形状が異なること以外は第１の実施形態と同様である。すなわち、第１の実施形態においては片持ち梁を採用したのに対し、第２の実施形態においては両持ち梁が採用され、それ以外の構成等は同様である。したがって、第２の実施形態については、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。
【０１０３】
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置１の制御部４を概略的に示す斜視図である。図１６に示す制御部４は、光透過性部材２上に形成された透明電極（図示せず）、光透過性部材２と対向するように及び所定の間隙を隔て配置された板状の透明体（図示せず）、光透過性部材２上に形成され透明体の周囲を支持する梁１８、透明体の光透過性部材２側の裏面に形成された透明電極１６、及び透明電極１６上に形成された全反射防止部材１９を有している。また、光透過性部材２上には配線２０，２１が形成されており、これらは上記２つの透明電極にそれぞれ接続されている。図１６に示す制御部４の動作について、図１７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１０４】
図１７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す側面図である。図１７（ａ）は、透明電極間に電圧を印加していない状態を示しており、板状の透明体１７と光透過性部材２上に形成された透明電極とは離間されている。この場合、この透明電極と板状の透明体１７との間には空気等が介在するので、入射光２５は透明体１７側に出射することなく全反射される。
【０１０５】
透明電極間に電圧を印加すると、図１７（ｂ）に示すように静電引力により透明体１７は変形し、光透過性部材２に形成された透明電極に接触する。その結果、入射光２５の殆ど全てが全反射することなく透明体１７側に出射する。
【０１０６】
図１６並びに図１７（ａ）及び（ｂ）に示す制御部４によると、透明体１７は光透過性部材２の主面に対して垂直方向に移動し、且つ片持ち梁を採用した場合とは異なり、透明体１７及び光透過性部材２の対向面は常に平行に保たれる。そのため、第１の実施形態において説明した方法をこれに適用しても、中間階調を表示させることはできない。
【０１０７】
両持ち梁を採用した場合には、例えば、図１２に示した駆動回路を用いることにより階調表示を行うことができる。すなわち、例えば約１５〜４０μ秒の走査時間内で、信号線駆動回路３４によりパルス幅変調（ＰＷＭ）することにより階調表示を実現することができる。なお、このときの信号線駆動周波数は数１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。また、１つの画素をそれぞれ独立に駆動可能な複数の素子で構成すること、例えば１つの画素を１６×１６のマトリクス構造とすることにより、階調表示を実現することができる。
【０１０８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、透明体１７の形状が異なること以外は第２の実施形態と同様である。すなわち、第２の実施形態において透明体１７は平板状であったのに対し、第３の実施形態において透明体１７の光透過性部材２と対向する面には複数のテーパー状の突起部が設けられる。以下に説明する第３の実施形態においては、第２の実施形態との相違点についてのみ記載する。
【０１０９】
図１８は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置１の透明体１７を概略的に示す斜視図である。図１８に示す透明体１７の光透過性部材２と対向する面には、複数のテーパー状の突起部が配列されている。この透明体１７はシリコン樹脂やポリカーボネートのような弾性係数の小さな弾性体で構成されており、したがって、これら突起部は変形可能である。図１８に示す透明体１７を有する制御部４の動作について、図１９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【０１１０】
図１９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第３の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す側面図である。図１９（ａ）は、透明電極間に電圧を印加していない状態を示しており、透明体１７と光透過性部材２上に形成された透明電極とは離間されている。この場合、この透明電極と透明体１７との間には空気等が介在するので、入射光２５は透明体１７側に出射することなく全反射される。
【０１１１】
透明電極間に電圧を印加すると、図１９（ｂ）に示すように静電引力により透明体１７の突起部は変形し、部分的に光透過性部材２上に形成された透明電極に接触する。これにより、入射光２５の一部が透明体１７側に出射する。
【０１１２】
透明電極間に印加する電圧をさらに高めると、図１９（ｃ）に示すように透明体１７はより大きく変形し、光透過性部材２上に形成された透明電極との接触面積が増加する。その結果、入射光２５の殆ど全てが全反射することなく透明体１７側に出射する。
【０１１３】
このように、本発明の第３の実施形態に係る表示装置１によると、透明電極間に印加する電圧を調節することにより階調表示を行うことができる。
【０１１４】
上述した第１〜第３の実施形態に係る表示装置１によると、高い光の利用効率と高いコントラストとを実現することができる。例えば、透明基体２として屈折率が１．８１の光学ガラスを使用した場合を考える。この透明基体２は、少なくとも１つの端面を有しており、この端面は鏡面研磨された単一の平面で構成されていることとする。
【０１１５】
この端面上には、ＩＴＯからなる透明電極１５を均一な厚さで形成する。なお、この透明電極１５は光透過性部材として用いられるが、透明電極１５と外気との界面における光の挙動と光の透明基板２への入射角との関係を論ずるに当り、透明電極１５が透明基体２上に均一な厚さで形成されていれば、透明電極１５の屈折率は考慮する必要がない。すなわち、上記関係は、透明基板２と外気との界面における光の挙動と光の透明基板２への入射角との関係に等しい。したがって、以下の算出はこのような条件を仮定して行う。
【０１１６】
次に、上述した方法により屈折率が約１．４５であるシリコン酸化物からなる透明体１７を、透明基板２の透明電極１５を形成した端面に対して接離移動可能に形成する。また、光源３としては発光ダイオードアレイを使用し、微小反射板を用いてその出力光に指向性を付与する。
【０１１７】
光源３から透明基板２に入射した光の上記端面に対する入射角が３５°である場合、透明電極１５が外気に露出されているとすると、透明電極１５と外気との界面で全反射が生ずる。一方、透明電極１５に透明体１７を密着させると、透明基板２と外気との界面に関する臨界角は約５２°となるため全反射は生じずに、入射光は透明体１７へと透過する。なお、このような条件下において、透明電極１５から透明体１７へと透過する光の屈折角は４５．７°である。
【０１１８】
また、以下に説明する透明体１７を用いたこと以外は上述したのと同様の条件で光を照射した場合を考える。すなわち、透明体１７を屈折率が１．４９であるシリコン酸化物で構成する。また、透明体１７の形状は、直角二等辺三角形状の断面を有する三角柱状とする。
【０１１９】
このような透明体１７を透明基板２に密着させ、上述したのと同様の条件で光を照射した場合、透明基板２から透明体１７へと透過する光の屈折角は４４．１°である。このとき、透明体１７の方位が適切に設定されていれば、透明体１７に入射した光は、透明体１７と大気との界面に０．９°（４５°−４４．１°）の角度で入射する。透明体１７と大気との界面に関する臨界角は約４３°であるので、透明体１７に入射した光は、全反射を起こすことなく外部に出射される。
【０１２０】
上述した条件の下では、光源３から出力され透明基板２を透過する光の透過率は９２％である。また、透明基板２と透明体１７とにおいて光吸収が生じず、透明基板２と透明体１７との界面及び透明体１７と外気との界面において光散乱が発生せず、透明電極１５，１６の透過率が９０％であるとする。このような場合、透明体１７から出射される光の光源から出力された光に対する透過率は約７３％と高い値となる。すなわち、第１〜第３の実施形態に係る表示装置１によると、高い光の利用効率を実現することができる。また、全反射時には透明体１７からは光は出射されないので、第１〜第３の実施形態に係る表示装置１によると、高いコントラストを実現することができる。
【０１２１】
以上説明した第１〜第３の実施形態では、例えば図１５（ａ）〜（ｌ）に示すように半導体プロセスを用いて表示装置１を製造したが、画素のサイズをより大きくする場合には、以下の第４の実施形態で説明する構造を採用することが好ましい。すなわち、以下の第４の実施形態で説明する構造を採用することにより、大画面の表示装置１を実現することができる。
【０１２２】
図２０は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す斜視図である。なお、図２０において、透明基板２と透明基板１０５とは離間されているが、実際には、透明基板１０５は透明基板２上に設けた支持部材１００によって支持される。また、図２０において、光源３及びスクリーン５は省略されている。
【０１２３】
図２０に示す表示装置１において、透明基板２の一方の主面には、複数の透明電極１５が配列されている。透明基板２の透明電極１５が設けられた面には、さらに、透明電極１５に電圧を印加するための配線３５及び３６並びに画像データを保持するメモリセル１０１が設けられている。透明電極１５上には図示しない絶縁膜及び支持部材１００が順次設けられており、透明基板１０５は支持部材１００によって支持されている。なお、透明基板１０５は導電性を有しており、複数の透明体１７を有している。また、透明基板１０５は接地されている。
【０１２４】
図２０に示す表示装置１は、基本的には、第１〜第３の実施形態で説明した表示装置１と同様の構造を有している。すなわち、図２０に示す表示装置１によると、第１〜第３の実施形態で説明したのと同様の原理で表示を行うことができる。したがって、図１２に示した駆動回路３０などを用いることができる。
【０１２５】
図２０に示す表示装置１は、図２０に示す表示装置１を構成する殆どの部材が、シート或いはフィルムをラミネートし、それをレーザ加工機やカッタなどでパターニングすることにより形成可能である点で第１〜第３の実施形態で説明した表示装置１とは異なっている。すなわち、図２０に示す表示装置１は、半導体プロセスを用いることなく製造することができる。
【０１２６】
このような構造を採用した場合、画素のサイズをより大きくすること、すなわち、大画面の表示装置１を実現することができる。例えば、本実施形態によると、厚さ１００μｍの透明基板１０５を用い、支持体１００の高さを７５μｍ、透明電極１５及び透明体１７のサイズをそれぞれ１０ｍｍ×１０ｍｍとした表示装置１が得られる。なお、この場合、表示を行うには、透明電極１５と透明体１７との間に約２５Ｖの電圧を印加すればよい。
【０１２７】
図２０に示す表示装置１は、例えば、図２１（ａ）〜（ｊ）に示す方法により製造することができる。
【０１２８】
図２１（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ、本発明の第４の実施形態に係る表示装置１の製造方法を概略的に示す断面図である。表示装置１を作製するに当たり、まず、図２１（ａ）に示す透明基板２を準備する。透明基板２としては、例えば、ＰＥＴフィルムのような透明樹脂製の基板を用いることができる。
【０１２９】
次に、図２１（ｂ）に示すように、透明基板２の一方の主面にエンボス加工などにより凹凸を形成する。このような凹凸を受けることにより、光源３からの光が透明基板２への入射光率を向上させること並びに透明体１７との界面で全反射した光が他の界面で再度全反射するのを防止することができる。なお、透明基板２へのエンボス加工は、プレス技術を用いることにより実現可能である。
【０１３０】
その後、図２１（ｃ）に示すように、透明基板２の凹凸を形成した面の裏面に、導電性シート１１３及び絶縁シート１１０を順次接着する。次に、図２１（ｄ）に示すように、レーザ加工機やカッタなどを用いて、これら導電性シート１１３及び絶縁シート１１０を透明電極１５並びに配線３５及び３６に対応して切断する。さらに、メモリセル１０１をボンディングするために、絶縁シート１１０の一部に穴をあけて導電性シート１１３の一部を露出させる。この導電性シート１１３の露出部上には、図２１（ｅ）に示すように、チップマウンタなどを用いてメモリセル１０１をボンディングする。
【０１３１】
次に、透明基板２の透明電極１５等を形成した面にシートを接着し、レーザ加工機等を用いてそれをパターニングする。それにより、図２１（ｆ）に示す支持体１００を得る。支持体１００に用いるシートは、支持体１００と透明電極１５並びに配線３５及び３６とが絶縁シート１１３により絶縁されている場合には、導電性シート及び絶縁性シートのいずれであってもよい。しかしながら、支持体１００と透明電極１５並びに配線３５及び３６とが絶縁されていない場合には、支持体１００は絶縁性シートを用いて形成することが好ましい。
【０１３２】
次に、図２１（ｇ）に示す導電性の透明基板１０５を準備する。図２１（ｈ）に示すように、透明基板１０５の一方の主面にエンボス加工などにより凹凸を形成する。このような凹凸を受けることにより、透明体１７に入射した光が透明基板２に再度入射するのを防止することができる。
【０１３３】
その後、図２１（ｉ）に示すように、透明基板１０５の凹凸を形成した面の裏面と支持体１００とを接着させる。さらに、図２１（ｊ）に示すように、透明基板１０５をレーザ加工機などを用いてパターニングして、複数の透明体１７を形成する。以上のようにして、図２０に示す表示装置１を得る。
【０１３４】
このように、本実施形態に係る表示装置１は、半導体プロセスを利用することなく製造可能であるため、より低いコストで製造することができる。また、本実施形態によると、大画面の表示装置１を容易に製造することができる。
【０１３５】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。上述した第１〜第４の実施形態においては、透明体１７を用いることにより透過と全反射との間の変化を生じさせた。それに対し、第５の実施形態によると、透明体１７の代わりに液体が用いられる。
【０１３６】
図２２は、本発明の第５の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す側面図である。図２２に示す表示装置１は、透明基板２と、光源３と、透明セル４５と、透明セル４５に一端を接続された配管（図示せず）と、この配管の他端に接続された容器（図示せず）と、上記配管に設けられたマイクロポンプ（図示せず）と、散乱面である透過型のスクリーン５とを有している。なお、透明セル４５、配管、透明容器、及びマイクロポンプは供給・除去機構を構成し、この供給・除去機構は制御部４に相当する。また、透明容器は透明な液体を収容している。図２２に示す制御部４の動作について、図２３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１３７】
図２３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第５の実施形態に係る表示装置１を概略的に示す側面図である。図２３（ａ）は、透明セル４５が空の状態を示している。この場合、透明基板２に隣接する透明セル４５の内部空間は空気等で満たされているので、入射光２５は透明セル４５側に出射することなく全反射される。
【０１３８】
図２３（ｂ）に示すように、マイクロポンプ４６を駆動して透明容器４７内に収容された液体４８を配管４９を介して透明セル４５に供給すると、透明基板２と透明セル４５との界面における臨界角が変化する。その結果、入射光２５の殆ど全てが全反射することなく液体４８側に出射する。なお、透明セル４５は、第１の実施形態において説明した全反射防止部材１９と同様の外形を有している。したがって、透明セル４５内に入射した光が透明セル４５と外気との界面で全反射することはない。
【０１３９】
このように、第５の実施形態に係る表示装置１においては液体を移動させることにより透過と全反射との間の変化を生じさせている。マイクロポンプ４６を駆動するのに必要なエネルギーは、第１〜第４の実施形態に係る表示装置１において用いた透明体１７を移動させる或いは変形させるのに必要なエネルギーに比べて小さい。すなわち、第５の実施形態に係る表示装置１は、より少ない消費電力で駆動可能である。
【０１４０】
また、上述した第５の実施形態に係る表示装置１によると、高い光の利用効率と高いコントラストとを実現することができる。例えば、透明基板２として屈折率が１．８１の光学ガラスを使用し、液体４８として屈折率が１．３３の水を用いた場合を考える。なお、この光学ガラスと空気とについての臨界角は３３．５°である。また、この光学ガラスと水とについての臨界角は４７．２°である。
【０１４１】
光源３から３５°の入射角で入射した光は、透明セル４５内が液体４８で満たされていない場合には全反射する。一方、透明セル４５内を液体４８で満たした場合、透明基板２と液体４８との界面での全反射は生じない。
【０１４２】
このとき、透明セル４５が直角二等辺三角形状の断面を有する三角柱状の形状であるとすると、透明基板２から液体４８に入射した光は、透明セル４５と外気との界面に６．３°の入射角で入射する。したがって、液体４８に入射した光は、全反射を生ずることなく外部に出射される。すなわち、第５の実施形態に係る表示装置１によると、高い光の利用効率と高いコントラストとを実現することができる。
【０１４３】
第５の実施形態に係る表示装置１においては、例えば、透明セル４５に供給する液体４８の量を調節することにより階調表示を行うことができる。すなわち、幾つかの透明セル４５を連結し、これら透明セル４５で１つの画素を構成する。また、連結された透明セル４５のうちの１つのセルのみにマイクロポンプ４６や配管４９等を設ける。これら透明セル４５がマイクロポンプ４６側から段階的に液体４８で満たされるようにすれば、液体４８の供給量を制御することにより、階調表示が可能となる。
【０１４４】
また、透明セル４５のそれぞれにマイクロポンプ４６や配管４９等を設けても階調表示を行うことができる。透明セル４５内を液体４８で完全に満たしていない場合、透明セル４５内には液体４８と空気との界面が形成される。この界面で全反射を生じさせることができれば、透明基板２から液体４８に入射した光の一部のみを外部に出射させることができる。すなわち、階調表示が可能となる。
【０１４５】
図２２並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示す表示装置１のマイクロポンプ４６は、例えば、特開平１０−２７４１６４号公報や特開平１０−２９９６５９号公報等において開示されているマイクロマシン技術を用いて形成することができる（これら文献はここに参照により含められる）。また、透明セル４５、透明容器４７、及び配管４９は、ガラス等の透明材料を用い、液晶セルの形成に使用されるのと同様のプロセスを使用して形成することができる。
【０１４６】
上述したように、本発明の第１〜第５の実施形態によると、全反射と透過との間の変化を利用して表示が行われるため、偏光板は不要である。すなわち、高い光の利用効率を実現することができる。
【０１４７】
また、第１〜第５の実施形態に係る表示装置１においては、高い光の利用効率を実現することができるので、その光源は、ＬＣＤにおいて要求されるほどの高輝度のものである必要はない。したがって、第１〜第５の実施形態に係る表示装置１によると、比較的低い消費電力で表示を行うことができる。
【０１４８】
また、第１〜第５の実施形態に係る表示装置１において、光透過性部材からは指向性を有する光が出力される。したがって、第１〜第５の実施形態に係る表示装置１によると、スクリーンのような散乱面に画像を表示させること、すなわち、投射型の表示が可能である。
【０１４９】
さらに、本発明の第１〜第５の実施形態においては、全反射と透過との間の変化を利用して表示が行われるため、理想的には、暗色表示時に出力される光強度を０％とすること、及び明色表示時に出力される光強度を１００％とすることができる。これらはいずれも、光散乱や光反射等による光損失を低減することにより、高いレベルで達成可能である。したがって、第１〜第５の実施形態に係る表示装置１によると、高コントラストの表示が可能となる。
【０１５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、全反射と透過との間の変化を利用して表示が行われる。そのため、本発明によると、偏光板を必要とすることなく表示を行うことができ、したがって、高い光の利用効率を実現することができる。また、本発明においては、光透過性部材から指向性を有する光が出力されるため、投射型の表示が可能である。さらに、本発明においては、全反射と透過との間の変化を利用して表示が行われるため、高コントラストの表示が可能である。
【０１５１】
すなわち、本発明によると、高い光の利用効率を有し、高コントラストを実現し得て、投射型の表示が可能な新規な表示装置及び表示方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置の一例を概略的に示す側面図。
【図２】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置の他の例を概略的に示す側面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置において用いられる光源を概略的に示す側面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置に用いられる光透過性部材を拡大して示す側面図。
【図５】光の屈折の法則を説明するための概略図。
【図６】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置のさらに他の例を概略的に示す図。
【図７】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置のさらに他の例を概略的に示す図。
【図８】本発明の第１〜第５の実施形態に係る表示装置のさらに他の例を概略的に示す図。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の制御機構を概略的に示す斜視図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る表示装置を概略的に示す平面図及び側面図。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る表示装置を駆動するための駆動回路を概略的に示す図。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、図１２に示す駆動回路のメモリセルの例を概略的に示す図。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る表示装置を駆動するための駆動回路の他の例を概略的に示す図。
【図１５】（ａ）〜（ｌ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の製造方法を概略的に示す断面図。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の制御部を概略的に示す斜視図。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係る表示装置の透明体を概略的に示す斜視図。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第３の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る表示装置を概略的に示す斜視図。
【図２１】（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ、本発明の第４の実施形態に係る表示装置の製造方法を概略的に示す断面図。
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。
【図２３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第５の実施形態に係る表示装置を概略的に示す側面図。
【符号の説明】
１…表示装置  ；  ２…透明基体  ；  ３，３-1〜３-3…光源
４…制御部  ；  ５…スクリーン  ；  ６…柱状体
７-1〜７-3…フィルタ  ；  ８-1〜８-3…シャッタ
１１，１１-1〜１１-3…放物面鏡  ；  １２…導光板
１３…スリット  ；  １５，１６…透明電極  ；  １７…透明体
１８…梁  ；  １９…全反射防止部材  ；  ２０，２１…配線
２５…光  ；  ３０…駆動回路  ；  ３１…信号制御部
３２…電源部  ；  ３３…走査線駆動回路  ；  ３４…信号線駆動回路
３５…走査線  ；  ３６…信号線  ；  ４０…レジスト膜
４１…シリコン酸化膜  ；  ４２…シリコン膜  ；  ４３…薄膜
４５…透明セル  ；  ４６…マイクロポンプ  ；  ４７…透明容器
４８…液体  ；  ４９…配管  ；  ５０…光学レンズ
５１…保持容量  ；  ５２…ダイオード  ；  ５３…透明基板
５４…トランジスタ  ；  ５５…双安定回路
５６…ｐｈｏｔｏ−ＭＯＳリレー回路  ；  １００…支持部材
１０１…メモリセル  ；  １０５…透明基板  ；  １１０…絶縁シート
１１３…導電性シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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