JPH0117154B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マトリクス表示方式の液晶素子を用
い、時分割駆動により文字画像を表示する装置に
かかわり、特に時分割できる走査本数を大きくし
て、高密度の情報を表示するマトリクス型液晶表
示装置に関するものである。

従来より、液晶を応用したマトリクス表示装置
に関する研究開発が精力的に推進されてきてお
り、種々の駆動方式が考案され、また実際に検討
がなされてきた。液晶のマトリクス表示の問題点
は、クロストークである。これは、行及び列の電
極に電圧を印加した時、選択絵素以外の絵素にも
電圧が印加され表示されてしまう現象である。

これを防ぐ方式として、各絵素毎にスイツチン
グ素子を設ける方式や、電圧平均化駆動方式等が
考えられている。前者では、各絵素毎に均一な特
性を有する素子を設置しなければならないので、
構造が複雑であると共に高度な半導体技術、微細
加工技術等が要求されるので、製造が困難である
と共に高価なものとなる。後者の電圧平均化法
は、非選択絵素の電圧を平均化する事により表示
絵素と非表示絵素に印加される電圧の比を大きく
し、クロストークを防止する方式であるが、時分
割駆動の際液晶が印加電圧の実効値に依存して応
答するので、走査本数が多くなるに従つて表示絵
素と非表示絵素に印加される実効電圧の比が小さ
くなる。従つて、時分割駆動できる走査線の数は
液晶の閾値特性で決定され、現状では30本程度の
走査が限界と考えられている。

本発明は、光回折効果を生じる液晶素子を形成
し、この素子の液晶の光回折光を用いて投写を行
うためのシユリーレン光学系を用い、電圧平均化
法による時分割駆動により、30本以上の走査によ
つても表示可能な表示装置を実現するものであ
る。すなわち、本発明は、各絵素部の電極が格子
状をなし、各絵素部の液晶層に格子に対応した空
間周期的な電圧が印加されて回折効果の生じるマ
トリクス型液晶表示素子と、この液晶素子に光を
照射して投写表示するシユリーレン光学系から成
るものである。

本発明の詳細な説明をする。本発明の表示の原
理はまず各表示絵素部を構成している電極をたと
えば数μｍ〜数十μｍの格子状とし絵素部の液晶
層に数μｍ〜数十μｍの空間周期的な電圧を印加
し、液晶分子を空間周期的に再配向させて空間周
期的な屈折率分布を誘起させる。そして、液晶層
で位相回折格子を形成させる事により、光を入射
した時、回折される光を投写して表示が可能とな
る事を応用するものである。

第１図は、ホモジニアス配向させた正のネマチ
ツク液晶E7（BDH社製）を用い上記絵素部がピ
ツチ（空間周期）40μｍの格子状の電極をなす液
晶素子を駆動し、格子状電極にて液晶に空間周期
40μｍの電圧を印加した時の電圧に対する回折光
強度（１次及び２次回折光の和）の変化を示して
いる。液晶層の厚さをパラメータとし、１，２，
３，４，５はそれぞれ2.2、2.9、3.6、5.2、8.5μｍ
の場合の特性を示す。この図から明らかな様に、
液晶層の厚さが増加するに従つて立上り直前に電
圧すなわち閾値電圧よりも少し大きな電圧が印加
されるだけで、回折光強度が極大に達する事が判
る。この極大に達する電圧を動作電圧すなわち飽
和電圧と定義し、この飽和電圧と閾値電圧の比を
αとし、αの液晶層の厚さに対する依存性を求め
ると第２図に示される。αは液晶層の厚さの増加
と共に減少する。すなわち、第２図から明らかな
とおり、液晶層に回折効果を生じさせると、厚さ
を所定以上にすると閾値近傍の電圧で急激に回折
光強度が増加する。このことは、閾値よりもわず
かに高い電圧で表示が可能なことを意味してい
る。

一方、マトリクス型の液晶表示素子の駆動方式
として、一般に電圧平均化法が用いられるが、こ
の方式により時分割駆動できる走査本数と、液晶
の表示絵素に印加される動作電圧と非表示絵素に
印加される電圧の比の関係は理論的に既に明らか
にされており、これを第３図に示す。ここで、表
示絵素に印加される動作電圧を上記飽和電圧と
し、非表示絵素に印加される電圧を上記閾値電圧
とすると、この理論的に明らかにされている電圧
の比は、第２図のαに相当する。第３図からαを
小さくすれば走査本数を増加させることがわか
る。そして、本発明の液晶素子では第２図から明
らかなように液晶層の厚みを選ぶことによりα小
さくすることが可能となる。

すなわち、第２図と第３図から、各絵素に空間
周期的な電圧の印加される構成のマトリクス型液
晶素子を、電圧平均化法により時分割駆動する
と、液晶層の厚さが6μｍ以上であれば約30本以
上の走査が可能であり、特に8μｍの時、100本の
走査が可能である事が判る。

なお、αは液晶層の厚さのみで決定される訳で
はなく、液晶の屈折率異方差等の液晶材料の物性
や、液晶の配列方法にも依存する事が考えられ
る。従つて、液晶層の最適な厚さは、液晶材料、
配列方法等により異なり、これらを考慮して決定
すればよい。

以上の説明に関しては、ホモジニアス配列させ
た正のネマチツク液晶に空間周期的な電圧を印加
した場合の光回折効果をとりあげたが、ホメオト
ロピツク配列させた負のネマチツク液晶に空間周
期的な電圧を印加した時も、同様の効果が得られ
る事は明らかである。

本発明の構成を実施例を用いて説明する。第４
図は本発明に用いる液晶素子の概略を示す。第４
図に於て、６，７は透明なガラス基板、８は空間
周期（ピツチ）40μｍの格子状の透明な行電極群
でこの電極群８で行電極８０が構成されている。
９は透明な列電極で複数本形成されている。１
０，１１は液晶をホモジニアス配列させる為の
SiO斜め蒸着膜、１２は正のネマチツク液晶E7
（BDH社製）である。行電極８０の巾ｌ及び列電
極９の巾は約0.24mmで、それぞれ周期Ｌが0.3mm
で100本配列され、絵素部は電極９と８０の交差
部で形成され、100×100のマトリクスを構成して
いる。そして、液晶層１２の厚さは約18μｍに保
たれている。

第５図は、本実施例のマトリクス素子の駆動波
形の一例を示す。ａは走査電極（行電極８０）、
ｂは信号電極となる列電極９に供給される電圧で
ある。フレーム周期は40.96Hzで1/100dutyの時分
割駆動が実施され、表示絵素及び非表示絵素に実
効的に印加される電圧は、それぞれ1.06Vrms、
0.96Vrmsである。

第６図は、本実施例の表示装置の投写光学系の
概略構成であり、回折光を表示するために必要な
シユリーレン光学系を用いる。投写光源１３から
の投写光がコンデンサレンズ１４によりスリツト
１５に集光される。このスリツト１５を通過した
光は、シユリーレンレンズ１６により平行光線と
なつて第４図で説明した液晶素子１７に照射され
る。表示電圧が印加されない非表示絵素部は回折
効果が生じないためここに照射された光はここで
回折を受けず通過し、プロジエクシヨンレンズ１
８によりシユリーレンマスク１９上の遮へい部に
集光され、遮断される。ところが、表示電圧が印
加される表示絵素部に照射された光は動作電圧に
よる前記空間周期的な電圧が印加されて回折効果
が生じ、回折光として放射されるので、シユリー
レンマスク１９の遮へい部を避けて開口部を通過
し、スクリーン２０に結像される。従つて、プロ
ジエクシヨンレンズ１８により表示絵素に対応す
る像がスクリーン２０上に結像される訳である。

以上の実施例では100×100のマトリクス表示を
示したが、液晶層の厚さを適当に選ぶ事により、
更に高密度の情報の表示を行う事も可能である。

従つて本発明は、マトリクス状に配置された各
絵素の液晶層に、空間周期的な電界の印加される
マトリクス状液晶素子と、シユリーレン光学系を
用いる事により、走査本数の多い時分割駆動によ
る表示が容易に行える様になり、高密度の表示を
可能にするものである。従つて、高い価値を有す
るものであると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶層に空間周期的な電圧を印加した
時に回折される光の強度の電圧依存性を示す図、
第２図は回折光強度の飽和電圧と閾値電圧の比α
と液晶層の厚さの関係を示す図、第３図は液晶の
閾値特性と走査本数の関係を示す図、第４図は本
発明装置における一実施例の液晶素子の概略構成
図、第５図ａ，ｂは同液晶素子の駆動波形の一例
を示す図、第６図は本発明装置における投写光学
系の概略構成図である。 ８……空間周期的形状の列電極、９……行電
極、１２……液晶層、６，７……ガラス基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の行電極の付着した基板と複数の列電極
   の付着した基板との間にネマチツク液晶層が介在
   され、液晶層に電圧が印加され、前記各行電極Ｙ
   列電極にて各絵素部が形成され、前記各絵素部の
   行又は列電極が格子状をなし、前記各絵素部の液
   晶層に、前記格子に対応した空間周期的な電圧が
   印加されて回折効果を生じる液晶素子を用い、前
   記素子を電圧平均化法による時分割駆動し、前記
   液晶素子に平行光を照射して前記各絵素部から放
   射される回折光をプロジエクシヨンレンズおよび
   シユリーレンマスクで投写表示することを特徴と
   するマトリクス型液晶表示装置。