(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な非圧電板と、前記非圧電板の上端面の第１の部分に設けられた圧電基板と、前記圧電基板に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、前記非圧電板の前記上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、透明な非圧電天蓋板と、前記非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、前記第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成る超音波液晶ディスプレイであって、前記分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記周波数変調チャープ型弾性表面波が前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶が混濁し、前記第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されることにより、前記液晶に電界が印加されて前記液晶が透明になる超音波液晶ディスプレイ。
【請求項２】
前記非圧電板の下に光源が設けられている請求項１に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項３】
前記非圧電板の下に反射板が設けられている請求項１に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項４】
少なくとも２つの表示デバイスから成る超音波液晶ディスプレイであって、前記少なくとも２つの表示デバイスが積み重ねられることにより積層構造が形成され、前記表示デバイスの各々は透明な非圧電板と、前記非圧電板の上端面の第１の部分に設けられた圧電基板と、前記圧電基板に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、前記非圧電板の前記上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、透明な非圧電天蓋板と、前記非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、前記第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成り、前記分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記周波数変調チャープ型弾性表面波が前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶が混濁し、前記第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されることにより、前記液晶に電界が印加されて前記液晶が透明になる超音波液晶ディスプレイ。
【請求項５】
前記圧電基板が圧電セラミック板で成り、前記圧電セラミック板の分極軸の方向はその厚さ方向と平行である請求項１，２，３または４に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項６】
前記圧電基板の厚さが前記分散型すだれ状電極の最小電極周期長よりも小さく、前記非圧電板および前記非圧電天蓋板の厚さが前記分散型すだれ状電極の最大電極周期長の２倍よりも大きい請求項１，２，３，４または５に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項７】
前記非圧電板自体を伝搬する周波数変調チャープ型弾性表面波の位相速度が前記圧電基板自体を伝搬する周波数変調チャープ型弾性表面波の位相速度よりも速い請求項１，２，３，４，５または６に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項８】
前記非圧電板の前記上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、前記もう１つの圧電基板には前記分散型すだれ状電極の電極指パターンとは逆の電極指パターンを有する少なくとも１つの入力用すだれ状電極が設けられ、前記分散型すだれ状電極に前記第１電気信号が印加されるのと同時に前記入力用すだれ状電極に第３電気信号が印加されることにより、前記もう１つの圧電基板にもう１つの周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記もう１つの周波数変調チャープ型弾性表面波が前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶がさらに混濁する請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項９】
前記非圧電板の前記上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、前記もう１つの圧電基板には前記分散型すだれ状電極の電極指パターンと同じ電極指パターンを有する少なくとも１つの出力用すだれ状電極が設けられ、前記分散型すだれ状電極と前記出力用すだれ状電極の間に増幅器が接続されている請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項１０】
透明な圧電基板と、前記透明な圧電基板の上端面の第１の部分に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、前記透明な圧電基板の前記上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、透明な非圧電天蓋板と、前記非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、前記第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成る超音波液晶ディスプレイであって、前記分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されることにより、前記圧電基板の前記上端面の前記第１の部分に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記周波数変調チャープ型弾性表面波が前記圧電基板の前記上端面の前記第２の部分を介して前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶が混濁し、前記第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されることにより、前記液晶に電界が印加されて前記液晶が透明になる超音波液晶ディスプレイ。
【請求項１１】
前記第１および第２透明電極はそれぞれ細長い副電極の集合体で成り、前記副電極の集合体はそれぞれ縞模様を形成し、前記第１透明電極の前記縞模様と前記第２透明電極の前記縞模様は互いに直交し、前記第１透明電極の少なくとも１つの前記副電極と前記第２透明電極の少なくとも１つの前記副電極の間に前記第２電気信号が印加されることにより、前記第１透明電極の前記副電極と前記第２透明電極の前記副電極との間の交叉領域にある前記液晶に電界が印加され、前記交叉領域の前記液晶が透明になる請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
前記液晶がネマティック液晶で成る請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０または１１に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項１３】
前記周波数変調チャープ型弾性表面波が伝搬される前の前記液晶はホモジニアス配向を成す請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１または１２に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【請求項１４】
第１および第２偏光子と、カラーフィルタが備えられている請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２または１３に記載の超音波液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数変調チャープ型弾性表面波によって液晶に動的散乱モードを誘起させて液晶を混濁状態にし、その混濁した液晶に電界を印加することによって液晶の配向性を変化させて液晶を透明にすることで表示機能を実現する超音波液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータや携帯電話などの情報端末機の情報処理能力を増大させるには、液晶ディスプレイの機能を向上させることが必要不可欠である。従来の液晶ディスプレイの代表的なものとして挙げられる薄膜トランジスタ駆動型ディスプレイは、高品質ではあるものの、光源に要する消費電力が全消費電力の70〜80％を占めていることなど、改善すべき点も多い。省電力化をすすめる目的で、近年では透過型に代わって反射型のディスプレイに関心が移ろうとしている。反射型ディスプレイの代表的なものとしては、高分子分散型やゲストホスト型が挙げられるが、装置の小型軽量化、省電力化、高精度化および寿命等に関し問題点も多い。一方、初期の液晶ディスプレイである動的散乱型ディスプレイに関しては、実用性に乏しいのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、周波数変調チャープ型弾性表面波によって液晶に動的散乱モードを誘起させて液晶を混濁状態にし、その混濁した液晶に電界を印加して液晶を透明にすることを利用した超音波液晶ディスプレイを提供することにある。また本発明のさらなる目的は、精密な画像を提供することが可能で、視野特性に優れ、液晶が劣化しにくく、低電圧および低消費電力の自励発振駆動が可能で、回路構成が簡単で、応答速度が速く、大量生産が可能で、小型軽量で、耐久性に優れ、光源および偏光子を必ずしも必要としない超音波液晶ディスプレイを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超音波液晶ディスプレイは、透明な非圧電板と、前記非圧電板の上端面の第１の部分に設けられた圧電基板と、前記圧電基板に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、前記非圧電板の前記上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、透明な非圧電天蓋板と、前記非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、前記第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成る超音波液晶ディスプレイであって、前記分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記周波数変調チャープ型弾性表面波が前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶が混濁し、前記第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されることにより、前記液晶に電界が印加されて前記液晶が透明になる。
【０００５】
請求項２に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記非圧電板の下に光源が設けられている。
【０００６】
請求項３に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記非圧電板の下に反射板が設けられている。
【０００７】
請求項４に記載の超音波液晶ディスプレイは、少なくとも２つの表示デバイスから成る超音波液晶ディスプレイであって、前記少なくとも２つの表示デバイスが積み重ねられることにより積層構造が形成され、前記表示デバイスの各々は透明な非圧電板と、前記非圧電板の上端面の第１の部分に設けられた圧電基板と、前記圧電基板に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、前記非圧電板の前記上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、透明な非圧電天蓋板と、前記非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、前記第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成り、前記分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されることにより、前記圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記周波数変調チャープ型弾性表面波が前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶が混濁し、前記第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されることにより、前記液晶に電界が印加されて前記液晶が透明になる。
【０００８】
請求項５に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記圧電基板が圧電セラミック板で成り、前記圧電セラミック板の分極軸の方向はその厚さ方向と平行である。
【０００９】
請求項６に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記圧電基板の厚さが前記分散型すだれ状電極の最小電極周期長よりも小さく、前記非圧電板および前記非圧電天蓋板の厚さが前記分散型すだれ状電極の最大電極周期長の２倍よりも大きい。
【００１０】
請求項７に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記非圧電板自体を伝搬する周波数変調チャープ型弾性表面波の位相速度が前記圧電基板自体を伝搬する周波数変調チャープ型弾性表面波の位相速度よりも速い。
【００１１】
請求項８に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記非圧電板の前記上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、前記もう１つの圧電基板には前記分散型すだれ状電極の電極指パターンとは逆の電極指パターンを有する少なくとも１つの入力用すだれ状電極が設けられ、前記分散型すだれ状電極に前記第１電気信号が印加されるのと同時に前記入力用すだれ状電極に第３電気信号が印加されることにより、前記もう１つの圧電基板にもう１つの周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記もう１つの周波数変調チャープ型弾性表面波が前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶がさらに混濁する。
【００１２】
請求項９に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記非圧電板の前記上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、前記もう１つの圧電基板には前記分散型すだれ状電極の電極指パターンと同じ電極指パターンを有する少なくとも１つの出力用すだれ状電極が設けられ、前記分散型すだれ状電極と前記出力用すだれ状電極の間に増幅器が接続されている。
【００１３】
請求項１０に記載の超音波液晶ディスプレイは、透明な圧電基板と、前記透明な圧電基板の上端面の第１の部分に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、前記透明な圧電基板の前記上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、透明な非圧電天蓋板と、前記非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、前記第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成る超音波液晶ディスプレイであって、前記分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されることにより、前記圧電基板の前記上端面の前記第１の部分に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振され、前記周波数変調チャープ型弾性表面波が前記圧電基板の前記上端面の前記第２の部分を介して前記液晶に伝搬されることにより、前記液晶が混濁し、前記第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されることにより、前記液晶に電界が印加されて前記液晶が透明になる。
【００１４】
請求項１１に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記第１および第２透明電極がそれぞれ細長い副電極の集合体で成り、前記副電極の集合体はそれぞれ縞模様を形成し、前記第１透明電極の前記縞模様と前記第２透明電極の前記縞模様は互いに直交し、前記第１透明電極の少なくとも１つの前記副電極と前記第２透明電極の少なくとも１つの前記副電極の間に前記第２電気信号が印加されることにより、前記第１透明電極の前記副電極と前記第２透明電極の前記副電極との間の交叉領域にある前記液晶に電界が印加され、前記交叉領域の前記液晶が透明になる。
【００１５】
請求項１２に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記液晶がネマティック液晶で成る。
【００１６】
請求項１３に記載の超音波液晶ディスプレイでは、前記周波数変調チャープ型弾性表面波が伝搬される前の前記液晶はホモジニアス配向を成す。
【００１７】
請求項１４に記載の超音波液晶ディスプレイでは、第１および第２偏光子と、カラーフィルタが備えられている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波液晶ディスプレイは透明な非圧電板、圧電基板、少なくとも１つの分散型すだれ状電極、第１および第２透明電極、非圧電天蓋板および液晶から成る簡単な構造を有する。分散型すだれ状電極は圧電基板に設けられ、圧電基板は非圧電板の上端面の第１の部分に設けられている。第１透明電極は非圧電板の上端面の第２の部分に設けられている。第２透明電極は非圧電天蓋板の下端面に設けられている。液晶は第１および第２透明電極の間に注入されている。
【００１９】
もしも分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されると、分散型すだれ状電極が広範囲の電極周期長を有していることから、圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。このとき、圧電基板が圧電セラミック板で成り、この圧電セラミック板の分極軸の方向がその厚さ方向と平行であることから、圧電基板には周波数変調チャープ型弾性表面波が効率よく励振される。また、もしも周波数変調チャープ型弾性表面波の位相速度が非圧電板自体を伝搬する弾性表面波のレイリー波の位相速度とほぼ等しい場合には、第１電気信号が効率よく周波数変調チャープ型弾性表面波に変換される。周波数変調チャープ型弾性表面波は非圧電板の上端面に沿って、非圧電板の内部に漏洩されることなく液晶部を伝搬する。周波数変調チャープ型弾性表面波が非圧電板の内部に漏洩されないのは、第１に、圧電基板の厚さが分散型すだれ状電極の最小電極周期長よりも小さいこと、第２に、非圧電板の厚さが分散型すだれ状電極の最大電極周期長の２倍よりも大きいこと、そして第３に、非圧電板自体を伝搬する周波数変調チャープ型弾性表面波の位相速度が圧電基板自体を伝搬する周波数変調チャープ型弾性表面波の位相速度よりも速いことに因る。周波数変調チャープ型弾性表面波が液晶部を伝搬すると、液晶に動的散乱状態が誘起される。このようにして液晶が混濁状態になる。液晶が混濁状態にあるときに第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されると、液晶に電界が印加され、液晶の配向性が変化して液晶が光を透過するようになることから、液晶が透明になる。
【００２０】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、非圧電板の下に光源や反射板が設けられた構造が可能である。反射板を採用することにより反射型の超音波液晶ディスプレイを構成することが可能となる。反射型の超音波液晶ディスプレイは、光源を用いる構造に比べ低消費電力駆動が可能である。
【００２１】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、第１および第２偏光子と、カラーフィルタが備えられた構造が可能である。このようにして、全色型の超音波液晶ディスプレイを構成することが可能となる。
【００２２】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、液晶がネマティック液晶で成る構造が可能である。また、周波数変調チャープ型弾性表面波が伝搬される前の液晶がホモジニアス配向を成す構造が可能である。
【００２３】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、第１および第２透明電極がそれぞれ細長い副電極の集合体で成る構造が可能である。このとき、副電極の集合体はそれぞれが縞模様を形成し、第１透明電極および第２透明電極のそれぞれの縞模様は互いに直交している。すなわち、両者はマトリックス電極を形成している。もしも液晶が混濁状態にあるときに、第１透明電極の少なくとも１つの副電極と第２透明電極の少なくとも１つの副電極の間に第２電気信号が印加されると、第１および第２透明電極のそれぞれの副電極の交叉領域にある液晶に電界が印加されることから、その交叉領域の液晶が透明になる。
【００２４】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、非圧電板の上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、そのもう１つの圧電基板に少なくとも１つの入力用すだれ状電極が設けられた構造が可能である。入力用すだれ状電極は、第１の部分に設けられている分散型すだれ状電極の電極指パターンとは逆の電極指パターンを有する。分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されるのと同時に入力用すだれ状電極に第３電気信号が印加されると、第１の部分における圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振されるのと同時に、第３の部分における圧電基板にもう１つの周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。このようにして２つの周波数変調チャープ型弾性表面波が同時に液晶に伝搬されることから、液晶がさらに混濁する。
【００２５】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、非圧電板の上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、そのもう１つの圧電基板に少なくとも１つの出力用すだれ状電極が設けられ、その出力用すだれ状電極と分散型すだれ状電極との間に増幅器が接続された構造が可能である。出力用すだれ状電極は、第１の部分に設けられている分散型すだれ状電極の電極指パターンと同じ電極指パターンを有する。分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されると、第１の部分における圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。周波数変調チャープ型弾性表面波は、液晶に伝搬されるとともに、第３の部分における圧電基板に伝搬されてパルス信号に変換される。このパルス信号は増幅器を介して再び分散型すだれ状電極に印加される。このようにして自励発振型の超音波液晶ディスプレイを構成することが可能となる。従って、回路構成が簡単になり、装置の小型軽量化が促進され、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【００２６】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、少なくとも２つの表示デバイスが積み重なって形成された積層構造から成る構造が可能である。各表示デバイスは透明な非圧電板と、非圧電板の上端面の第１の部分に設けられた圧電基板と、圧電基板に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、非圧電天蓋板と、非圧電板の上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成る。このような表示デバイスを別々に駆動することにより、透視画像を映し出すことが可能となる。また、もしも赤、青および緑色に対応する３つの表示デバイスを用いれば、全色型の透視画像を映し出すことが可能となる。
【００２７】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、透明な圧電基板と、少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、透明な非圧電天蓋板と、第１および第２透明電極と、第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成る構造が可能である。この構造では、分散型すだれ状電極は圧電基板の上端面の第１の部分に設けられ、第１透明電極は圧電基板の上端面の第２の部分に設けられている。第２透明電極は非圧電天蓋板の下端面に設けられている。もしも、分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されると、圧電基板の上端面の第１の部分に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。周波数変調チャープ型弾性表面波は圧電基板の上端面の第２の部分を介して液晶に伝搬し、液晶が混濁する。液晶が混濁状態にあるときに、第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されると、液晶に電界が印加されて液晶が透明になる。
【００２８】
【実施例】
図１は本発明の超音波液晶ディスプレイの第１の実施例を示す断面図である。
本実施例は非圧電板１、圧電基板２、分散型すだれ状電極３、第１透明電極４、第２透明電極５、補助板６および７、液晶８および非圧電天蓋板９から成る。補助板６および７は図１では描かれていない。非圧電板１および非圧電天蓋板９は、それぞれ厚さ1.1 mmの透明なガラス板でなる。また、非圧電板１自体を伝搬する弾性表面波の位相速度は、圧電基板２自体を伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い。圧電基板２は厚さ230μmの圧電セラミック板で成り、圧電セラミック板の分極軸の方向はその厚さ方向と平行である。圧電基板２は非圧電板１の上端面の第１の部分に設けられている。分散型すだれ状電極３はアルミニウム薄膜で成り、圧電基板２の上に設けられている。液晶８はネマティック液晶のＭＢＢＡで成る。第１透明電極４および第２透明電極５はインジウムとスズの酸化物で成る。第１透明電極４は非圧電板１の上端面の第２の部分に蒸着されている。第２透明電極５は非圧電天蓋板９の下端面に蒸着されている。液晶８は、第１透明電極４と第２透明電極５の間の厚さ6μmの空間にラビング処理の後に注入されている。このとき、液晶８はホモジニアス配向を成している。このようにして、非圧電板１、第１透明電極４、液晶８、第２透明電極５および非圧電天蓋板９は５層構造を形成する。
【００２９】
図２は図１の超音波液晶ディスプレイの部分平面図である。分散型すだれ状電極３、第２透明電極５、液晶８および非圧電天蓋板９は図２では描かれていない。第１透明電極４の上に設けられた補助板６および７は、図１における第１透明電極４と第２透明電極５の間に厚さ6μmの空間を形成する。
【００３０】
図３は分散型すだれ状電極３の平面図である。分散型すだれ状電極３は400〜500μmの電極周期長を有する。
【００３１】
図４は第１透明電極４の部分拡大平面図である。第１透明電極４は細長い副電極の集合体で成り、その副電極の集合体は全体として縞模様を形成する。第２透明電極５は第１透明電極４と同様な構造を有する。但し、第１透明電極４の縞模様と第２透明電極５の縞模様は互いに直交している。
【００３２】
図１の超音波液晶ディスプレイにおいて、もしも分散型すだれ状電極３に第１電気信号が印加されると、分散型すだれ状電極３が図３に見られるような広範囲の電極周期長を有することから、圧電基板２に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。この周波数変調チャープ型弾性表面波は、非圧電板１の上端面を伝わって、非圧電板１の内部に漏洩されることなく液晶８に伝搬される。このようにして、液晶８が混濁する。このとき、第１透明電極４の副電極の１つおよび第２透明電極５の副電極の１つ、たとえば第１透明電極４の３番目の副電極と第２透明電極５の９番目の副電極の間に第２電気信号が印加されると、第１透明電極４の３番目の副電極と第２透明電極５の９番目の副電極の交叉する領域の液晶８に電界が印加される。この交叉領域に印加された電界は交叉領域にある液晶８を透明にする。同様にして、もしも第１透明電極４の４番目および６番目の副電極と、第２透明電極５の９番目および１１番目の副電極との間に第２電気信号が印加されると、第１透明電極４の４番目および６番目の副電極と、第２透明電極５の９番目および１１番目の副電極との交叉する４つの領域の液晶８が透明になる。
【００３３】
図５は非圧電板１と圧電基板２の２層構造体を伝搬する弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図である。但し、fd値は弾性表面波の周波数fと圧電基板２の厚さdとの積を示す。図５における破線は非圧電板１自体を伝搬する横波の速度を表わす。２層構造体を伝搬する弾性表面波の位相速度は非圧電板１自体を伝搬する横波の速度よりも遅いことが分かる。
【００３４】
図６は非圧電板１、液晶８および非圧電天蓋板９から成る３層構造体を伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図である。３層構造体を伝搬する弾性波として３つのモードが存在することが分かる。
【００３５】
図７は図１の超音波液晶ディスプレイにおける弾性表面波の周波数と挿入損失との関係を示す特性図である。但し、実線は第１透明電極４と第２透明電極５の間に液晶８が注入されている場合を、破線は注入されていない場合を示す。液晶８が注入されることによる挿入損失の増大はそれ程大きくないことが分かる。
【００３６】
図８は本発明の超音波液晶ディスプレイの第２の実施例を示す断面図である。
本実施例は非圧電板１０、圧電基板２、圧電基板１１、分散型すだれ状電極１２，１３および１４、入力用すだれ状電極１５，１６および１７、第１透明電極４、第２透明電極５、補助板６および７、液晶８および非圧電天蓋板９から成る。補助板６および７、分散型すだれ状電極１３および１４、入力用すだれ状電極１６および１７は図８では描かれていない。非圧電板１０は非圧電板１と同様な材質で成り、同様な厚さを有する。圧電基板１１は圧電基板２と同様な材質で成り、同様な大きさを有する。非圧電板１０の上端面の第１、第２および第３の部分には圧電基板２、第１透明電極４および圧電基板１１がそれぞれ設けられている。分散型すだれ状電極１２，１３および１４は圧電基板２の上に設けられ、入力用すだれ状電極１５，１６および１７は圧電基板１１の上に設けられている。第２透明電極５は非圧電天蓋板９の下端面に設けられている。液晶８は、第１透明電極４と第２透明電極５の間の厚さ6μmの空間に図２と同様にして注入されている。
【００３７】
図９は図８の超音波液晶ディスプレイの平面図である。第１透明電極４、第２透明電極５、補助板６および７、そして液晶８は図９では描かれていない。分散型すだれ状電極１２，１３および１４は分散型すだれ状電極３と同様な材質で成り、分散型すだれ状電極３と同じ電極指パターンを有する。入力用すだれ状電極１５，１６および１７は分散型すだれ状電極３と同様な材質で成るものの、分散型すだれ状電極３の電極指パターンとは線対称的に逆の電極指パターンを有する。
【００３８】
図８の超音波液晶ディスプレイにおいては、分散型すだれ状電極１２，１３および１４に第１電気信号が順次に印加されるのと同時に、入力用すだれ状電極１５，１６および１７に第３電気信号が順次に印加される。このとき、周波数変調チャープ型弾性表面波が、圧電基板２の分散型すだれ状電極１２，１３および１４近傍で順次に励振されるのと同時に、圧電基板１１の入力用すだれ状電極１５，１６および１７近傍でも順次に励振される。この周波数変調チャープ型弾性表面波は、非圧電板１０の上端面を伝わって、非圧電板１０の内部に漏洩されることなく液晶８に伝搬される。このようにして、液晶８が混濁する。
【００３９】
図１０は本発明の超音波液晶ディスプレイの第３の実施例を示す断面図である。本実施例は非圧電板１０、圧電基板２、圧電基板１１、分散型すだれ状電極１２，１３および１４、出力用すだれ状電極１８，１９および２０、増幅器２１、スイッチ２２、反射板２３、第１透明電極４、第２透明電極５、補助板６および７、液晶８および非圧電天蓋板９から成る。補助板６および７、分散型すだれ状電極１３および１４、出力用すだれ状電極１９および２０、増幅器２１およびスイッチ２２は図１０では描かれていない。非圧電板１０の上端面の第１、第２および第３の部分には圧電基板２、第１透明電極４および圧電基板１１がそれぞれ設けられている。分散型すだれ状電極１２，１３および１４は図８と同様にして圧電基板２の上に設けられている。出力用すだれ状電極１８，１９および２０は圧電基板１１の上に設けられている。反射板２３は非圧電板１０の下に設けられている。
【００４０】
図１１は図１０の超音波液晶ディスプレイの平面図である。第１透明電極４、第２透明電極５、補助板６および７、液晶８および反射板２３は図１１では描かれていない。分散型すだれ状電極１２，１３および１４、出力用すだれ状電極１８，１９および２０は分散型すだれ状電極３と同様な材質で成り、分散型すだれ状電極３と同じ電極指パターンを有する。増幅器２１はスイッチ２２と、出力用すだれ状電極１８，１９および２０との間に接続されている。
【００４１】
図１０の超音波液晶ディスプレイでは、分散型すだれ状電極１２，１３および１４に第１電気信号がスイッチ２２を介して順次に印加されると、圧電基板２の分散型すだれ状電極１２，１３および１４近傍で周波数変調チャープ型弾性表面波が順次に励振される。周波数変調チャープ型弾性表面波は、液晶８および圧電基板１１に非圧電板１０の上端面を介して伝わる。液晶８における周波数変調チャープ型弾性表面波は液晶８を混濁させる。圧電基板１１における周波数変調チャープ型弾性表面波は、出力用すだれ状電極１８，１９および２０において順次にパルス信号に変換される。パルス信号は、増幅器２１で増幅された後、第１電気信号としてスイッチ２２を介して分散型すだれ状電極１２，１３および１４に再び順次に印加される。このようにして、自励発振型の超音波液晶ディスプレイが可能となる。従って、装置の小型軽量化が促進され回路構成が簡単になるだけでなく、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【００４２】
一方、液晶８が混濁状態にある場合、第１透明電極４の副電極および第２透明電極５の副電極のに第２電気信号が印加されると、これらの副電極の交叉領域にある液晶８に電界が印加される。交叉領域に印加された電界は交叉領域にある液晶８を透明にする。このとき、反射板２３が液晶８を通過してきた光を反射する。このようにして、反射型の超音波液晶ディスプレイが可能となる。また、反射板２３の代わりに光源２４を用いることも可能である。
【００４３】
図１２は本発明の超音波液晶ディスプレイの第４の実施例を示す部分拡大断面図である。本実施例は、光源２４、第１偏光子２５、第２偏光子２６およびカラーフィルタ２７が用いられていることを除いて図１と同様な構造を有する。光源２４は非圧電板１の下に備えられている。圧電基板２、分散型すだれ状電極３、補助板６および７は図１２では描かれていない。第１偏光子２５は非圧電板１と光源２４の間に備えられ、第２偏光子２６は非圧電天蓋板９の上端面に備えられている。第１偏光子２５および第２偏光子２６は、光の偏光方向が互いに90度傾いている。カラーフィルタ２７は第２透明電極５と液晶８の間に備えられている。
【００４４】
図１２の超音波液晶ディスプレイでは、図１と同様にして、分散型すだれ状電極３に第１電気信号が印加されることにより圧電基板２に励振される周波数変調チャープ型弾性表面波が液晶８を混濁させる。このとき、液晶８は光源２４からの光を遮蔽している。ここで、もし第１透明電極４の副電極および第２透明電極５の副電極の間に第２電気信号が印加されると、これらの副電極の交叉領域にある液晶８に電界が印加され、光は第１偏光子２５、液晶８の交叉領域、カラーフィルタ２７および第２偏光子２６を次々に通過する。従って、もしも赤、青および緑に対応する３つの隣接する交叉領域に振幅の異なる電圧をそれぞれ印加すれば、３つの色を混合することも可能であり、色の種類や度合いを調整することも可能になる。このようにして、全色型の超音波液晶ディスプレイが可能となる。
また、光源２４の代わりに反射板２３を用いることも可能である。
【００４５】
図１３は本発明の超音波液晶ディスプレイの第５の実施例を示す断面図である。本実施例は２つの表示デバイスが積み重なって形成された積層構造を有する。各表示デバイスは図１同様な構造を有する。但し、２つの表示デバイスの間にある非圧電板２８は、２つの表示デバイスに共通のものであって、下方の表示デバイスにとっては図１の非圧電天蓋板９の役割を果たし、上方の表示デバイスにとっては図１の非圧電板１の役割を果たす。
【００４６】
図１３の超音波液晶ディスプレイでは、２つの表示デバイスを別々に駆動することにより、透視画像を映し出すことが可能となる。また、もしも赤、青および緑色に対応する３つの表示デバイスを用いれば、全色型の透視画像を映し出すことが可能となる。
【００４７】
図１４は本発明の超音波液晶ディスプレイの第６の実施例を示す断面図である。本実施例は透明な圧電基板２９、分散型すだれ状電極３０、第１透明電極４、第２透明電極５、補助板６および７、液晶８および透明な非圧電天蓋板３１から成る。補助板６および７は図１４では描かれていない。非圧電天蓋板３１は非圧電天蓋板９と同様な材質で成り、同様な厚さを有する。分散型すだれ状電極３０はアルミニウム薄膜で成り、100〜300μmの電極周期長を有し、圧電基板２９の上端面の第１の部分に設けられている。圧電基板２９は厚さ1 mmの透明な圧電セラミック板、たとえば (Pb0.92La0.08)(Zr0.53Ti0.47)O3で成る。圧電基板２９の上端面の第１の部分の分極軸の方向は、その厚さ方向と平行になるように予め分極処理がなされている。第１透明電極４は圧電基板２９の上端面の第２の部分に設けられている。第２透明電極５は非圧電天蓋板３１の下端面に設けられている。もしも、分散型すだれ状電極３０に第１電気信号が印加されると、圧電基板２９の上端面の第１の部分に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。周波数変調チャープ型弾性表面波は圧電基板２９の上端面の第２の部分を介して液晶８を伝搬し、液晶８が混濁する。このとき、第１透明電極４の副電極の１つと第２透明電極５の副電極の１つの間に第２電気信号が印加されると、第１透明電極４および第２透明電極５のそれぞれの副電極の交叉する領域の液晶８に電界が印加される。この交叉領域に印加された電界は交叉領域にある液晶８を透明にする。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の超音波液晶ディスプレイは透明な非圧電板と、非圧電板の上端面の第１の部分に設けられた圧電基板と、圧電基板に設けられた少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、非圧電天蓋板と、非圧電板の上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、第１および第２透明電極の間に注入された液晶から成る。
【００４９】
もしも分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されると、圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。周波数変調チャープ型弾性表面波は非圧電板の上端面に沿って、非圧電板の内部に漏洩されることなく液晶部を伝搬する。周波数変調チャープ型弾性表面波が液晶部を伝搬すると、液晶に動的散乱状態が誘起される。このようにして液晶が混濁状態になる。液晶が混濁状態にあるときに第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されると、液晶に電界が印加され、液晶の配向性が変化して液晶が光を透過するようになることから、液晶が透明になる。
【００５０】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、非圧電板の下に光源や反射板が設けられた構造が可能である。反射板を採用することにより反射型の超音波液晶ディスプレイを構成することが可能となる。反射型の超音波液晶ディスプレイは、光源を用いる構造に比べ低消費電力駆動が可能である。
【００５１】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、第１および第２偏光子と、カラーフィルタが備えられた構造が可能である。このようにして、全色型の超音波液晶ディスプレイを構成することが可能となる。
【００５２】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、液晶がネマティック液晶で成る構造が可能である。また、周波数変調チャープ型弾性表面波が伝搬される前の液晶がホモジニアス配向を成す構造が可能である。
【００５３】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、第１および第２透明電極がそれぞれ細長い副電極の集合体で成る構造が可能である。このとき、副電極の集合体はそれぞれが縞模様を形成し、第１透明電極および第２透明電極のそれぞれの縞模様は互いに直交している。もしも液晶が混濁状態にあるときに、第１透明電極の少なくとも１つの副電極と第２透明電極の少なくとも１つの副電極の間に第２電気信号が印加されると、第１および第２透明電極のそれぞれの副電極の交叉領域にある液晶に電界が印加されることから、その交叉領域の液晶が透明になる。
【００５４】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、非圧電板の上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、そのもう１つの圧電基板に少なくとも１つの入力用すだれ状電極が設けられた構造が可能である。入力用すだれ状電極は、第１の部分に設けられている分散型すだれ状電極の電極指パターンとは逆の電極指パターンを有する。分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されるのと同時に入力用すだれ状電極に第３電気信号が印加されると、第１の部分における圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振されるのと同時に、第３の部分における圧電基板にもう１つの周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。このようにして２つの周波数変調チャープ型弾性表面波が同時に液晶に伝搬されることから、液晶がさらに混濁する。
【００５５】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、非圧電板の上端面の第３の部分にもう１つの圧電基板が設けられ、そのもう１つの圧電基板に少なくとも１つの出力用すだれ状電極が設けられ、その出力用すだれ状電極と分散型すだれ状電極との間に増幅器が接続された構造が可能である。出力用すだれ状電極は、第１の部分に設けられている分散型すだれ状電極の電極指パターンと同じ電極指パターンを有する。分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されると、第１の部分における圧電基板に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。周波数変調チャープ型弾性表面波は、液晶に伝搬されるとともに、第３の部分における圧電基板に伝搬されてパルス信号に変換される。このパルス信号は増幅器を介して再び分散型すだれ状電極に印加される。このようにして自励発振型の超音波液晶ディスプレイを構成することが可能となる。従って、回路構成が簡単になり、装置の小型軽量化が促進され、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【００５６】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、少なくとも２つの表示デバイスが積み重なって形成された積層構造から成る構造が可能である。このとき、下方の表示デバイスの非圧電天蓋板と、上方の表示デバイスの非圧電板の代わりに唯１つの非圧電板を採用することも可能である。このような表示デバイスを別々に駆動することにより、透視画像を映し出すことが可能となる。また、もしも赤、青および緑色に対応する３つの表示デバイスを用いれば、全色型の透視画像を映し出すことが可能となる。
【００５７】
本発明の超音波液晶ディスプレイでは、透明な圧電基板と、圧電基板の上端面の第１の部分に設けられ少なくとも１つの分散型すだれ状電極と、透明な非圧電天蓋板と、圧電基板の上端面の第２の部分に設けられた第１透明電極と、非圧電天蓋板の下端面に設けられた第２透明電極と、第１および第２透明電極に挟まれた液晶から成る構造が可能である。この構造において、もしも分散型すだれ状電極に第１電気信号が印加されると、圧電基板の上端面の第１の部分に周波数変調チャープ型弾性表面波が励振される。周波数変調チャープ型弾性表面波は圧電基板の上端面の第２の部分を介して液晶に伝搬し、液晶が混濁する。液晶が混濁状態にあるときに、第１および第２透明電極の間に第２電気信号が印加されると、液晶に電界が印加されて液晶が透明になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波液晶ディスプレイの第１の実施例を示す断面図。
【図２】図１の超音波液晶ディスプレイの部分平面図。
【図３】分散型すだれ状電極３の平面図。
【図４】第１透明電極４の部分拡大平面図。
【図５】非圧電板１と圧電基板２の２層構造体を伝搬する弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図。
【図６】非圧電板１、液晶８および非圧電天蓋板９から成る３層構造体を伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図７】図１の超音波液晶ディスプレイにおける弾性表面波の周波数と挿入損失との関係を示す特性図。
【図８】本発明の超音波液晶ディスプレイの第２の実施例を示す断面図。
【図９】図８の超音波液晶ディスプレイの平面図。
【図１０】本発明の超音波液晶ディスプレイの第３の実施例を示す断面図。
【図１１】図１０の超音波液晶ディスプレイの平面図。
【図１２】本発明の超音波液晶ディスプレイの第４の実施例を示す部分拡大断面図。
【図１３】本発明の超音波液晶ディスプレイの第５の実施例を示す断面図。
【図１４】本発明の超音波液晶ディスプレイの第６の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１    非圧電板
２    圧電基板
３    分散型すだれ状電極
４    第１透明電極
５    第２透明電極
６    補助板
７    補助板
８    液晶８
９    非圧電天蓋板
１０  非圧電板
１１  圧電基板
１２，１３，１４  分散型すだれ状電極
１５，１６，１７  入力用すだれ状電極
１８，１９，２０  出力用すだれ状電極
２１  増幅器
２２  スイッチ
２３  反射板
２４  光源
２５  第１偏光子
２６  第２偏光子
２７  カラーフィルタ
２８  非圧電板
２９  非圧電板
３０  分散型すだれ状電極
３１  非圧電天蓋板
【図１】
0004660844.tif 000002
【図２】
0004660844.tif 000003
【図３】
0004660844.tif 000004
【図４】
0004660844.tif 000005
【図５】
0004660844.tif 000006
【図６】
0004660844.tif 000007
【図７】
0004660844.tif 000008
【図８】
0004660844.tif 000009
【図９】
0004660844.tif 000010
【図１０】
0004660844.tif 000011
【図１１】
0004660844.tif 000012
【図１２】
0004660844.tif 000013
【図１３】
0004660844.tif 000014
【図１４】
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