JP2557861B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2557861B2
JP2557861B2 JP61294931A JP29493186A JP2557861B2 JP 2557861 B2 JP2557861 B2 JP 2557861B2 JP 61294931 A JP61294931 A JP 61294931A JP 29493186 A JP29493186 A JP 29493186A JP 2557861 B2 JP2557861 B2 JP 2557861B2
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敏明 吉原
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 本発明は、液晶表示素子を用いた投写型表示装置にお
いて波長選択性を持つ複数の液晶層を有する液晶パネル
を用いることにより表示が明るくしかも多色表示を可能
としたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は液晶表示素子並びにこれを利用した投写型カ
ラー液晶表示装置に関する。
〔従来技術および発明が解決しようとする問題点〕
光の透過−散乱モードにより表示を行う液晶を用いた
投写型のディスプレイでは、TN型液晶表示や強誘電性液
晶表示と異なり偏光板が不要なため、明るく見易い表示
品質が得られると言う特徴がある。このような液晶表示
方式として、スメクティックA相を用いるレーザ熱書き
込み方式や、本発明者等が提案した相転移型液晶が知ら
れている。特に、相転移型液晶では、コレステリック相
とネマティック相との相転移における電圧履歴を利用す
るため、単純マトリックス構成で大容量表示ができると
いう特長がある(1985年SID,‘NewNematic−Cholesteri
c L CD Using Hysteresis Behavior')。相転移型液晶
の表示原理を第3図により説明する。第3図において、
横軸は印加電圧、縦軸は非散乱透過率、すなわち液晶層
を散乱されずに通過した光量割合をしめす。電圧が低い
ときは液晶はコレステリック相をとり、光は散乱されて
投写用の集光レンズの外に散ってしまうため、スクリー
ン上では暗部となる。また、電圧が高いときは、液晶は
ネマティック相となり光は散乱されずにレンズに入射す
るため、スクリーン上では明部となる。ここで、電圧を
上げていくときと、下げていくときでは相転移電圧が異
なるため一種の履歴が生じる。この履歴を利用し、最初
に2Vdの交流電圧を印加し全体を透明にしたのち、その
まま電圧をVdに下げて透明状態を、1パルス分だけ上下
電極にかかる電圧の位相をずらし電界強度を0にしたの
ちVdを印加して白濁をそれぞれ書き込み、そのまま保持
して表示するのが相転移型液晶である。ところで、従
来、直視型のTN型液晶では、RGBフィルタを使用し、背
後の光源の光で見るカラー表示が知られている。相転移
型液晶を用いた投写型でも、原理的には同じ方式でカラ
ー化できる。しかし、RGBフィルタを用いると投写光量
が1/3以下になってしまい、投写像が外部光で隠れてし
まうためコントラストの低い表示しか得られない。ま
た、解像度も1/3になってしまうという問題がある。
また、複数の液晶パネルをそれぞれ通過させた複数の
光束をダイクロイックミラーなどを用いて混合しカラー
表示を行うことも可能であるが、この場合、装置が大型
化し価格も高くなってしまうという問題がある。こうし
た理由により、投写型のカラー液晶表示は現在のところ
実用に供されるに到っていない。
本発明の目的は、波長選択性を持つ複数の液晶層を有
する液晶パネルを用いることで、多色の表示を可能と
し、表示が明るく、しかも装置がコンパクトな投写型液
晶カラーディスプレイを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段作用および発明の効果〕
この目的達成のために、本発明の液晶表示素子は、ネ
マティック液晶とコレステリック液晶とから成り、正の
誘電率異方性を有する電圧印加に伴うコレステリック−
ネマティック相転移において履歴効果を有する液晶を、
透明な基板の間に封入して成る液晶表示素子であって、
この表示素子が相互に屈折率異方性および/又はセル厚
が異なる複数の液晶層から構成したことを特徴とするも
のである。
本発明において、この複数の液晶層は、屈折率異方性
および/又はセル厚が異なることを特徴とする。また、
上記目的のため、本発明は投写型カラー液晶表示装置を
提供するものであり、この液晶表示装置は、光源と結像
レンズを有し、結像レンズと光源との光路中に、ネマテ
ィック液晶とコレステリック液晶とから成り、正の誘電
率異方性を有し電圧印加に伴うコレステリック−ネマテ
ィック相転移において履歴効果を有する、相互に屈折率
異方性および/又はセル厚が異なる複数の液晶層から成
る表示素子を設置して成ることを特徴とするものであ
る。
以下、更に本発明を説明する。
本発明者らは、すでに履歴効果を有するコレステリッ
ク−ネマティック相転移型液晶の白濁状態における光散
乱では、コレステリック相の螺旋構造に起因する光回折
の寄与が大きいことを明らかにした(1986年9月応用物
理学会学術講演会27aR11)。本発明は、この知見を基に
なされたものである。
すなわち、液晶分子は細長い構造をしており屈折率の
異方性を有しているため、分子が基板に垂直のところと
水平のところでは屈折率が異なる。このため、螺旋ピッ
チに対応した屈折率変調が存在し、体積位相型回折格子
を形成する。回折効率ηはブラッグ角入射におけるH.Ko
gelnicの式(The Bell System Journal vo1.48)で表さ
れる。
ηmax=sin2(ηδnd/2λcos θ……(1) (1)式で、δnは屈折率変調幅で、熱揺らぎなどの擾
乱のために液晶の屈折率異方性Δnよりも小さい値とな
る。λは波長、dは回折格子の厚さで、ここではコレス
テリック相の厚さに対応している。また、θはブラッグ
角で、コレステリック液晶の場合cosθ1である。な
お、コレステリック相においては螺旋ピッチにはある程
度のばらつきがあり、また螺旋軸の方向は面内でランダ
ムなため、光は幅の広い同心円状に散乱される。
散乱には屈折散乱と回折散乱があるため、光が散乱層
で散乱されずに透過する効率ψは一般に (2)式で表される。
ψ=(1−α)×(1−η)……(2) ここで、αは屈折による散乱の大きさである。通常、屈
折散乱では散乱されずに透過する光は、散乱層の厚さに
比例して指数関数的に減少するので、 1−α=e-kd……(3)(ただし、kは液晶固有の散乱
定数) で近似できるから、(2)に(1),(3)を代入して ψ=e-kd×cos2(πδnd/2λ)〕……(4) (4)式より、非散乱透過率ψは波長λの関数となる
ため、非散乱光を投写型光学系により投写すれば色付の
ある表示を行うことができる。また、δndを変えること
で、最大散乱波長を変えることができ、投写像の色合い
も変えることができる。最大散乱波長の異なる複数のパ
ネル(異なる表示色を与える複数のパネル)を積み重ね
投写表示を行えば、透明状態では可視光に対する透過率
に波長依存性がないので、減色混合による多色化が可能
となる。
ところで、(4)式より表示色が明瞭となるには、波
長依存性の小さい屈折散乱は小さくする必要があること
がわかる。すなわち、セル厚(dはセル厚から基板界面
のアンカリング層厚を引いたもの)を薄くする必要があ
る。セル厚の増加につれ、色表示の明度や彩度がしだい
に低下し暗くなる。色合いの許容限界を定めるのは困難
であるが、本発明者らの検討によれば、厚15μm以下、
好ましくは10μm以下にする必要がある。
なお、より鮮やかな発色を得るために、2色性色素を
併用することは可能である。2色性色素の発色の原理は
ゲスト−ホスト型液晶と同様である。ただし、色素のよ
うな夾雑物が添加されると電圧に対する履歴幅が一般に
小さくなるため、少量しか添加できない。またコレステ
リック相では液晶分子は螺旋構造をとっているため、色
素分子が基板に水平(または垂直)となっている確立は
1/2である。これらの理由により2色性色素のみでは良
好な発色は得られない。さらに重要なことは、色素は強
い光で分解、変色するため、投写型のような液晶層に強
い光が照射される方式では寿命に問題がある。
本発明は、コレステリック相構造に起因する回折散乱
をカラー表示に利用したものであるから、本発明を構成
するネマティック液晶とコレステリック液晶の混合液晶
については、それらが正の誘電率異方性を有しており電
圧印加に伴うコレステリック−ネマティック相転移にお
いて履歴効果を有するものであれば、いかなるタイプの
ネマティック液晶およびコレステリック液晶の化合物で
あってもよい。しかし、実用的には、履歴効果が大き
く、また駆動に必要な電圧が低いことが望まれる。この
ような要求を満すコレステリック液晶として、例えばカ
イラルネマティック液晶が有効に使用できる。また、本
発明に係る液晶の混合系について、ネマティック液晶対
コレステリック液晶の割合は(重量比)はネマティック
液晶/カイラルネマティック液晶=93/7〜75/25であ
る。もちろんこの適正範囲は本発明を限定するものでは
ない。
以下、本発明を実施例により更に説明する。
〔実施例〕 非散乱透過率のセル厚依存性 ネマティック液晶としてエタン系、ビシクロヘキサン
系、およびエステル系を主成分とする液晶混合物を、コ
レステリック液晶として不斉炭素を2個有するカイラル
ネマティック液晶を用い、これらの液晶を等方相転移温
度以上で混合して表1に示す3種類の相転移型液晶を得
た。次にNo.2の液晶をセル厚の異なるパネルに注入し、
セル厚と光散乱効率(非散乱透過率)との関係をHe−Ne
レーザ(633nm)、Arレーザ(476nm)を用いて測定し
た。
第4図に、表1No.2の液晶を用いたときの、セル厚と
非散乱透過率ψminとの関係をしめす。ここで、ψmin
は、メモリー駆動電圧Vdを印加したときのネマティック
状態の非散乱透過光量に対する、同じくVdを印加したと
きのコレステリック状態の非散乱透過光量の割合を示
す。第4図からψminはセル厚の増加に伴って周期的に
変動するとともに波長が短いと周期も短くなっており、
回折を考慮した散乱の式(4)の妥協性を示している。
Δn・dによる投写表示色のちがい 表1No.1〜3の液晶を径の異なるグラスファイバをそ
れぞれスペーサとする3種類のパネルにそれぞれ注入
し、市販の透過型オーバーヘッドプロジマクタを用いて
投写像の色を観察した。
表2に9種類の液晶パネルについて、その投写表示色
を示す。表2から、Δnやセル厚が大きくなると表示色
は、 オレンジ→(薄い)小豆色→赤紫→紫→青紫→青→シア
ンと変化することがわかる。
表示パネル積層による多色表示 80×120ドット(80×120mm)の表示容量のパネルを第1
図に示すように重ね合わせた構造とし、No.1,3の液晶を
厚さ6μmのセルにそれぞれ注入した。すなわち、前記
パネルはガラス基板1と電極2並びに液晶3(又は液晶
4)を封入したセルから構成され、本実施例においては
2つの液晶層(3,4)から構成される。
尚5は封止剤である。
このような複数の液晶層から成る液相表示素子Aを組
み込んだ投写型カラー液晶表示装置の一実施例を第2図
に示す。図中、6は光源、7はフレネルレンズ、8は紫
外線カットフィルター、9は結像レンズ、10はスクリー
ンを示す。
第2図から明らかなように、本発明の液晶表示装置に
おいては、複数の液晶層から成る液相表示素子Aは結像
レンズ9と光源6の間に位置して設定されている。
このような表示装置を用い、白色スクリーンに投写表
示を行った。すなわち、光源(例えば650Wのハロゲンラ
ンプからの光は液晶表示素子Aを通過するこの際、光は
セル厚および(又は)屈折率異方性が異なる液晶表示素
子Aを通過するので異なる波長の光が選択的に散乱さ
れ、波長の異なる非散乱光は結像レンズ9を通過してス
クリーン10上に結像され多色表示を行うことが確認され
た。すなわち、青、小豆色、黒および白(背景部)の4
色表示を行うことができた。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明したように、相転移型液晶の持つ特
有の光散乱効果を利用して液晶パネルを積層するように
構成したものであるから、多色表示が可能となり、小型
で明るい投写型表示装置を得ることができる。また、投
写型表示を会議用や公衆表示用に用いるときには、注意
を引くべき部分のみ色付けを行うので、この4色で実用
上は充分であるが、必要に応じて液晶層を3層にすれば
より多くの色を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す液晶表示素子の断面
図であり、 第2図は本発明の一実施例を示す投写型カラー液晶表示
装置の説明図であり、第3図は非散乱透過率と印加電圧
の関係を示すグラフであり、 第4図は透過率最小値とセル厚の関係を示すグラフであ
る。 1……ガラス基板、3……液晶、6……光源、7……フ
レネルレンズ、9……結像レンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉原 敏明 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 恩田 文代 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−188024(JP,A) 特開 昭49−96749(JP,A) 特開 昭50−49998(JP,A) 特開 昭50−57649(JP,A) 特表 昭61−502286(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ネマティック液晶とコレステリック液晶と
    から成り、正の誘電率異方性を有し電圧印加に伴うコレ
    ステリック−ネマティック相転移において履歴効果を有
    する液晶を、透明な基板の間に封入して成る液晶表示素
    子であって、この表示素子を、相互に屈折率異方性およ
    び/又はセル厚が異なる複数の液晶層から構成したこと
    を特徴とする、前記液晶表示素子。
  2. 【請求項2】光源と結像レンズを有し、結像レンズと光
    源との光路中に、ネマティック液晶とコレステリック液
    晶とから成り、正の誘電率異方性を有し電圧印加に伴う
    コレステリック−ネマティック相転移において履歴効果
    を有する、相互に屈折率異方性および/又はセル厚が異
    なる複数の液晶層から成る表示素子を、設置して成るこ
    とを特徴とする、投写型カラー液晶表示装置。
JP61294931A 1986-08-20 1986-12-12 液晶表示装置 Expired - Lifetime JP2557861B2 (ja)

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DE3789081T DE3789081T2 (de) 1986-08-20 1987-08-19 Projektions-Farb-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
US07/086,803 US4832461A (en) 1986-08-20 1987-08-19 Projection-type multi-color liquid crystal display device

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JPS5938565B2 (ja) * 1973-01-17 1984-09-18 シャープ株式会社 光学フイルタ−
JPS5049998A (ja) * 1973-09-04 1975-05-06
US3873186A (en) * 1973-09-18 1975-03-25 Motorola Inc Liquid crystal display
JPS57188024A (en) * 1981-05-14 1982-11-18 Nec Corp Optical write-in type liquid crystal light valve element

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