JPH02287514A - 液晶光シャッタ - 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、液晶層を挟んで対向配置された一対の透明絶
縁基板の互いに対向し合う表面に、それぞれ複数の帯状
透明電極を互いに平行に配置して構成される液晶光シャ
ッタに関する。

従来の技術 第７図は、従来の液晶光シャッタの一例の概略的な構成
を示す縦断面図である。

第７図において、２枚のガラス基板１ａ、ｌｂは互いに
対向させて配置され、一方のガラス基板１ａの他方のガ
ラス基板１ｂと対向する表面には、複数の帯状透明電極
２ａが互いに平行に配列して形成されている。これに対
して、他方のガラス基板１ｂの一方のガラス基板１ａと
対向する表面には、その全面に亘って連続する透明対向
電極２ｂが形成されている。また、各ガラス基板１ａ、
１ｂの電極形成側表面には、それぞれ配向膜３　ａ３ｂ
が形成されている。一方のガラス基板１ａ側の配向膜３
ａと他方のガラス基板ｌｂ側の配向膜３ｂとの間には、
たとえばＴＮ（ツィステッドネマチック）型の液晶層４
が介在させである。シール５は、液晶を封止するための
部材である。また、各ガラス基板１ａ、ｌｂの積層方向
外方側の表面には、それぞれ偏光板６ａ、６ｂが配設さ
れている。

上記液晶光シャッタにおいて、帯状透明型１１２ａと透
明対向電極２ｂの間に電圧が印加されると、電圧を印加
された個所の液晶層４の光学特性が変化するため、その
個所が２つの偏光板６ａ、６ｂの偏光軸方向の組合せに
よって透光性または遮光性となる。したがって、各帯状
透明電極２ａに対して選択的に電圧を印加することによ
って、液晶層４のうち帯状透明電極２ａに対応する領域
が選択的に光透過状態に設定される。

第８図は、従来の液晶光シャッタの他の一例の概略的な
構成を示す縦断面図である。

第８因において、ガラス基板１ａ、ｌｂ、帯状透明電極
２ａ、配向膜３ａ、３ｂ、液晶層４、シール５、偏光板
６ａ、６ｂについては、上述した液晶光シャッタの場合
と同じである。この液晶光シャッタでは、ガラス基板ｌ
ｂ側にもガラス基板ｌａ側と同じ複数の帯状透明電極１
２ｂを、ガラス基板ｌａ側の帯状透明型１２′ａとそれ
ぞれ対向し合うように互いに平行に配列して形成されて
いる。

この場合にも、対向し合う各帯状透明電極２ａ。

１２ｂ間に選択的に電圧を印加することによって、液晶
層４のうち帯状透明電極２ａ、１２ｂ″ｔ”挟まれる領
域が選択的に光透過状態に設定される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した液晶光シャッタの場合、帯状透
明電極２ａ、１２ｂのパターンがそのままシャッタのパ
ターン、つまり光透過領域のパターンとなるため、シャ
ッタのパターンとして高精細なパターンを得ようとする
と、それに応じて帯状透明電極２ａ、１２ｂをそれだけ
精細化しなければならず、その精細化はパターン化技術
の限界によって一定以上にできないという問題点があっ
た。

また、帯状透明電極２ａ、１２ｂを精細化すると、それ
だけ帯状透明電極２ａ、１２ｂの抵抗値が大きくなり、
その結果、帯状透明電極２ａ、１２ｂに印加される電圧
波形に減衰が生じてシャッタのパターンのコントラスト
が低下するという問題点もあった。

したがって、本発明の目的は、高精細でコントラストも
良好なシャッタ・パターンを得ることのできる液晶光シ
ャッタを提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、液晶層を挟んで対向配置された一対の透明絶
縁基板の互いに対向し合う表面に、それぞれ複数の帯状
透明電極を互いに平行に配置し、各帯状透明電極に選択
的に電圧を印加することによって互いに対向する帯状透
明電極間の液晶層を選択的に光透過状態に設定するよう
にした液晶光シャッタにおいて、 一方の透明絶縁基板上の隣り合う２つの帯状透明電極に
またがる部分に他方の透明絶縁基板上の１つの帯状透明
電極がそれぞれ対向し合うように、一方の透明絶縁基板
上の帯状透明電極に対して、他方の透明絶縁基板上の帯
状透明電極の配置をずらしたことを特徴とする液晶光シ
ャッタである。

作　　用 本発明に従えば、一方の透明絶縁基板の隣り合う２つの
帯状透明電極にまたがる部分に対して他方の透明絶縁基
板の１つの帯状透明電極が対向するように、両方の透明
絶縁基板の帯状透明電極の配置を互いにずらしであるの
で、シャッタ・パターンの幅寸法は帯状透明電極の幅寸
法の１／２以下となり、したがって高精細なシャッタ・
パターンが得られる。

また、同じ精細度のシャッタ・パターンを得るのに、従
来の液晶光シャッタよりも帯状透明電極の幅寸法を２倍
以上大きくできるので、帯状透明電極抵抗値をそれだけ
小さく抑えることができ、その結果、印加電圧波形の減
衰が改善されコントラストが向上する。

実施例 第１図は本発明の一実施例である液晶光シャッタのパネ
ル２０の概略的な構成を示す縦断面図であり、第２図は
その液晶光シャッタ全体の概略的な構成を示すブロック
口である。

第１図において、透明絶縁基板である２枚のガラス基板
２１ａ、２１ｂは互いに対向させて配置され、１層目の
ガラス基板２１　ａの２層目のガラス基板２１ｂと対向
し合う面には、一定幅寸法を持つ複数の帯状透明電極２
２ａが一定間隔を隔てて（ここでは、帯状透明電極２２
ａのピッチを１００μｍとしている。）互いに平行に配
列して形成されている。

一方、２層目のガラス基板２１ｂの１層目のガラス基板
２１ａと対向し合う面にも、上記帯状透明電極２２ａと
同一幅寸法を持つ複数の帯状透明電極２２ｂが同じ一定
間隔を隔てて同一方向に平行に配列して形成されている
。ただし、この２層目の帯状透明電極２２ｂは、その幅
寸法のほぼ１／２だけ１層目の帯状透明電極２２ａの配
置よりもその配列方向（幅方向）にずらして配置されて
いる。したがって、２層目の帯状透明電極２２ｂの１つ
は、１層目の隣り合う２つの帯状透明電極２２ａの各半
部にまたがる部分に対向することになる。同様に、１層
目の帯状透明電極２２ａの１つも、２層目の隣り合う２
つの帯状透明電極２２ｂの各半部にまたがる部分に対向
することになる。

さらに、１層目の帯状透明型！Ｆｉ　２２　ａの表面中
央部、つまり２層目の隣り今う２つの帯状透明電極２２
ｂの間の隙間の部分に対向する中央部にはＭｏから成る
補助電極１９ａが形成され、これによって帯状透明型１
ｉ　２２　ａの低抵抗化が図られている。同様に、２層
目の帯状透明型ｔ！ｉ１２２　ｂの表面中央部にも、Ｍ
Ｏから成る補助電極１９ｂが形成されている。

各ガラス基板２１ａ、２１ｂの電極形成側表面には、そ
れぞれ配向膜２３ａ、２３ｂが形成されている。この配
向Ｍ２３ａ、２３ｂとして、ここではポリイミド系樹脂
が用いられている。

上述した１層目のガラス基板２１ａ側の配向膜２３ａと
、２層目のガラス基板２１ｂ側の配向膜２３ｂとの間に
は、ＴＮ型液晶から成る液晶Ｎ２４が介在させである。

ここでは、上記ＴＮ型液晶としてフェニルシクロヘキサ
ン系液晶が用いられている。シール２５は、ＴＮ型液晶
を封止するための部材である。また、各ガラス基板２１
ａ、２１ｂの積層方向外方側の表面には、それぞれ偏光
板２６ａ、２６ｂが配設されている。

第２図において、データ処理回路２７は図示しない制御
部から送られて来るパネル駆動用のデータ列を、パネル
２０の１層目の帯状透明電極２２ａに対する印加電圧デ
ータ列と、２層目の帯状透明電極２２ｂに対する印加電
圧データ列とに変換して出力する回路である。ドライバ
２８ａは、データ処理回路２７から出力される印加電圧
データ列に応じて、パネル２０の１層目の帯状透明電極
２２ａに選択的に所定の電圧を印加する回路であり、ま
たもう一方のドライバ２８ｂは同じくデータ処理回路２
７から出力される印加電圧データ列に応じて、パネル２
０の２層目の帯状透明電極２２ｂに選択的に所定の電圧
を印加する回路である。

第３図は上記ドライバ２８ａ、２８ｂから各帯状透明電
極２２ａ、２２ｂに印加される４種類の電圧Ｖ、、Ｖ＋
、Ｖ２．Ｖｓと、液晶層２４がオン（光透過状態）とな
るオン電圧■。、と、液晶層２４がオフ（遮光状態）と
なるオフ電圧■。１．との関係を示す説明図であり、第
４図は上記帯状透明電極２２ａ、２２ｂに印加される電
圧の一例を示す波形図である。

第３図、第４図を参照して、上記液晶光シャッタの動作
を以下に説明する。

図示しない制御部からパネル２０を所定のシャッタ・パ
ターンの状態に駆動するためのデータ列がデータ処理回
路２７に入力されると、データ処理回路２７からは、こ
のデータ列に基づきパネル２０の１層目の帯状透明電極
２２ａに対応する印加電圧データ列と、パネル２ｏの２
層目の帯状透明電極２２ｂに対応する印加電圧データ列
とが出力され、それぞれの印加電圧データ列は対応する
ドライバ２８ａ、２８ｂへと送られる。ドライバ２８ａ
、２８ｂからは、入力される印加電圧データ列に応じて
対応する帯状透明電極２２ａ、２２ｂに対し４種類の電
位Ｖ　ｏ、　Ｖ　＋、　Ｖ　２．　Ｖ　３のうちいずれ
かが選択的に出力される。第３図に示すように、これら
の各電位Ｖ０〜■、とオン電圧■。、およびオフ電圧Ｖ
ｏｖｖは、次の関係を持つように設定されている。

Ｖ、＝Ｖ、−Ｖ。Ｆ、　　　　　　　　・・・（１）Ｖ
２＝Ｖ。−■。０　　　　　　　　　・・・（２）Ｖ　
、＝　Ｖ　、−Ｖ。ｇ　　Ｖｏ□　　　　川（３）（た
だし、■。ｗ＞Ｖ。１．） いま、たとえば第１図に示すパネル２０の液晶層２４の
各部分Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（帯状透明電極２２ａ、２２ｂで
挟まれる部分）をオン・オフ・オン・オフというパター
ンで動作させるデータ列がデータ処理回路２７に入力さ
れるものとすると、このとき帯状透明電極２２ａｌ、２
２ａ３．２２ａ５には、第４図（１）、（３）、（５）
に示すように電位■。と電位Ｖ、とが交番順序で現われ
る電位波形が印加される一方、帯状透明電極２２ｂ２．
２２ｂ４には、第４図＜２＞、（４）に示すように電位
■１と電位Ｖ２とが交番順序で現われる電圧波形が印加
される。したがって、区間Ｔ１において液晶層２４のＡ
部分に印加される電圧はＶ　ｏ　　Ｖ　２”　Ｖ　ａｍ
　（第４図において、矢印の方向は高電位例を示す）、
Ｂ部分に印加される電圧はＶ。

−Ｖ、＝Ｖ、、、、Ｃ部分に印加される電圧は■Ｖ、＝
Ｖ。工、Ｄ部分に印加される電圧は■。−■＝■。、Ｆ
となる。また、区間Ｔ２において液晶層２４のＡ部分に
印加される電圧はＶ、−Ｖ、＝Ｖ、ｌＩ。

Ｂ部分に印加される電圧は■。−Ｖ２＝Ｖ、、、　、Ｃ
部分に印加される電圧は■。−Ｖ、＝Ｖ、、、Ｄ部分に
印加される電圧はＶ、−Ｖ、＝Ｖ。１．となる、すなわ
ち、区間Ｔｌ、Ｔ２のいずれにおいても、液晶層２４の
各部分Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄには、それぞれＶ　ｏｗ　＋　Ｖ
　ＯＦＦ　、　Ｖ　ｏｗ　＋　Ｖ　ｏｖｖが印加され、
その極性は区間Ｔｌと区間Ｔ２とで反転する。つまり、
液晶層２４には、直流成分が加わらないように交流化し
た電圧が印加される。このようにして、液晶層２４のＡ
、Ｃ部分が光透過状態に、Ｂ、Ｄ部分が遮光状態になる
パターンが得られる。この場合、光透過状態および遮光
状態が選択的に設定される液晶層２４の各部分Ａ〜Ｄの
幅寸法は、帯状透明電極２２ａ、２２ｂの幅寸法の１／
２以下となる（なお、帯状透明電極２２ａ、２２ｂの配
列ピッチは上述したように１００μｍであるから、Ａ〜
Ｄ各部分の配列ピッチは５０μｍとなる。）ため、シャ
ッタのパターンは高精細なものとなる。また、帯状透明
電極２２ａ、２２ｂに補助電極１９ａ。

１９ｂが形成されているため、その分だけ帯状透明電極
２２ａ、２２ｂの抵抗値が小さくなり、その抵抗値によ
る印加電圧の減衰を低減でき、それだけコントラストが
向上することになる。

上記液晶光シャッタを、一般的なパターンで動作させた
とき、高速応答による高精細なシャッタ機能が得られる
ことが確認されている。

第５図は、第１図に示すパネル２０の液晶層２４を強誘
電性液晶で構成した第２の実施例の液晶光シャッタの場
合の帯状透明電極２２ａ、２２ｂに印加される電圧の一
例を示す波形図である。この実施例における液晶光シャ
ッタにおいては、強誘電性液晶としてＣ８−１０１４（
チッソ社製）が用いられ、また配向１１！２３ａ、２３
ｂの材料としてナイロン６が用いられるが、その他の構
成については先の実施例の場合と同様である。

第５図を参照して、この実施例の液晶光シャッタの動作
を以下に説明する。

この場合にも、第１図に示すパネル２０の液晶層２４の
各部分Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄをオン・オフ・オン・オフという
パターンで動作させるデータ列が第２図に示すデータ処
理回路２７に入力されるものとすると、このとき帯状透
明電極２２ａ１には第５図（１）に示すように全区間に
亘って基準電位Ｖ１となる電圧波形が印加される一方、
帯状透明電極２２ｂ２には第５図（２）に示すように区
間ｔ１でハイレベルの電位■。（＝Ｖ、＋Ｖ、）、区間
ｔ２でローレベルの電位ＶＬ（＝Ｖ、−Ｖ、）、その他
の区間で基準電位■１となる電圧波形が印加され、帯状
透明電極２２ａ３には第５図（３）に示すように区間ｔ
３で電位ＶＮ、区間ｔ４で電位Ｖ、、その他の区間で基
準電位■８となる電圧波形が印加され、帯状透明電極２
２ｂ４には第５図（４）に示すように区間ｔ５で電位■
。、区間ｔ６で電位■１、その他の区間で基準電位■３
となる電圧波形が印加され、さらに帯状透明電極２２ａ
５には第５図（５）に示すように区間ｔ７で電位■□、
区間上８で電位ＶＬ、その他の区間で基準電位■８とな
る電圧波形が印加される。

したがって、液晶層２４のＡ部分に印加される電圧は、
第５図（６）に示すように帯状透明電極２２ｂ２を基準
にして、区間ｔ１では−■１、区間ｔ２では＋Ｖ、とな
り、区間ｔ１から区間ｔ２に変わるときの電位２Ｖ、分
の立上りによってオンとなり、その状態が保持される。

液晶層２４のＢ部分に印加される電圧は第５図（７）に
示すように帯状透明電極２２ｂ２を基準にして、区間ｔ
１では一■１、区間ｔ２〜ｔ３ではモ■１、区間ｔ４で
は一■、となり、区間ｔ１から区間ｔ２に変わるときの
電位２Ｖ、分の立上りによって２旦オンとなったあと、
［Ｋ　ｆｆ　ｔ　３から区間ｔ４に変わるときの電位−
２Ｖ、分の立下りによってオフとなり、以後その状態が
保持される。また、液晶層２４のＣ部分に印加される電
圧は第５図（８）に示すように、帯状透明電極２２ｂ４
を基準にして、区間ｔ３では＋■６、区間ｔ４〜ｔ５で
は一■１、区間ｔ６では＋Ｖ、となり、区間ｔ３から区
間ｔ４に変わるときの電位−２Ｖ、分の立下りによって
２旦オフとなったあと、区間ｔ５から区間ｔ６に変わる
ときの電位２Ｖ、分の立上りによってオンとなり、以後
その状態が保持される。さらに液晶層２４のＤ部分に印
加される電圧は第５図（９）に示すように、帯状透明電
極２２ｂ４を基準にして、区間ｔ５では一■１、区間ｔ
６〜ｔ７では十Ｖ１、区間ｔ８では一■、となり、区間
ｔ５がら区間ｔ６に変わるときの電位２Ｖ、分の立上り
によって２旦オンとなったあと、区間ｔ７から区間ｔ８
に変わるときの電位−２Ｖ、分の立下りによってオフと
なり、以後その状態が保持される。このようにして、液
晶層２４のＡ、Ｃ部分が光透過状層に、Ｂ、Ｄ部分が遮
光状態になるパターンが得られる。液晶層２４の各部分
Ａ〜Ｄに印加される電圧は第５図（６）〜（９）に示す
ように、それぞれ交流化波形となっているため、直流部
分が液晶層２４に印加されることはない、上記動作にお
いて、オン・オフの状態を逆にする場合には、第５図（
１）〜〈５〉に示す各電圧波形の極性を反転させればよ
い。

この場合にも、帯状透明型１＋２２ａ、２２ｂに付加形
成される補助電極１９ａ、１９ｂは、帯状透明電極２２
ａ、２２ｂの抵抗値を小さくして、印加電圧波形の減衰
を改善する役割を担うが、これとは別に次のような役割
も担う。

すなわち、双安定性に優れた強誘電性液晶パネルの場合
には、隣り合う帯状透明電極２２ａ、２２ｂ間の隙間の
配向を一様に揃えることが難しく。

コントラストが下がる原因となっていたが、この場合、
上記補助電極１９ａ、１９ｂは遮光部材として働くので
、コントラストを上げることができる。

第６図は、上述した第１の実施例の液晶光シャッタを使
用した投影型液晶表示装置の光学系を示す模式図である
。

第６図において、液晶ライトバルブ２９はマトリクス状
に配列された複数の画素を有するとともに、前面側から
入射して来る光を反射する光反射層も有し、背面側から
書込み光りを受けた画素の液晶層部分において、その配
向状態つまり光学的特性を変える機能を持っている。こ
の液晶ライトバルブ２９の背面側には光源３０が配置さ
れ、光源３０と液晶ライトバルブ２９の間には、２つの
液晶光シャッタ３１ａ、３１ｂを組み合わせて構成され
た液晶シャッタ・アレイ３２が配置されている。この液
晶シャッタ・アレイ３２の一方の液晶光シャッタ３１ａ
は、その帯状透明電極が横向きとなる姿勢に、また他方
の液晶光シャッタ３１ｂはその帯状透明電極が縦向きと
なる姿勢にそれぞれ配置され、２つの液晶光シャッタ３
１ａ、３１ｂによって得られるシャッタ・パターンの組
合せによって所定の画像を得、光源３０から照射される
光を画像に応じて選択的に透過または遮断し、画像に対
応した書込み光りを液晶ライトバルブ２９の背面側に入
射するようにしである。

また、液晶ライトバルブ２９の前面側には、偏光ビーム
スプリッタ３３が配置され、別の光源３４から照射され
て集光レンズ３５で集光される光を上記偏光ビームスプ
リッタ３３で直接層光して液晶ライトパルプ２９に入射
させるようにしである。この漏光ビームスプリッタ３３
を挟んで液晶ライトパルプ２９と対向する位置には、投
影レンズ３６が配置され、さらにこの投影レンズ３６の
前方にスクリーン３７が配置されている。

上記投影型液晶表示装置の動作は、以下のとおりである
。

光源３０から照射される光は、液晶シャッタ・アレイ３
２によって選択的に透過または遮断され、表示させよう
とする画像に対応した書込み光りが得られ、この書込み
光りが液晶ライトパルプ２９の背面側に入射され、液晶
ライトパルプ２９には画像が表示される。一方、別の光
源３４から照射される光は、集光レンズ３５で集光され
たあと、偏光ビームスプリッタ３３で直線偏光されて液
晶ライトパルプ２９の前面側に入射され、その光反射層
によって前面側に再び反射される。このとき、液晶ライ
トパルプ２９の各画素に対応する液晶層のうち、書込み
光りを受けた画素に対応する液晶、層部分では、液晶の
配向状態が変化している。したがって、この画素部分に
前面側から入射して再び反射する光は、入射時と偏光方
向が変わっており、偏光ビームスプリッタ３３を透過す
ることができる。この透過光は、投影レンズ３６で拡大
されてスクリーン３９に照射される。このようにして、
液晶ライトパルプ２９に表示された画像がスクリーン３
９上に拡大投影される。

第１の実施例の液晶光シャッタ３１ａ、３１ｂを使用し
た上記投影型液晶表示装置の場きも、高精細な画像を表
示できることが確認されている。

また、強誘電性液晶を用いた第２の実施例の液晶光シャ
ッタを使用して投影型液晶表示装置を構成した場合にも
、応答が高速で高精細な画像と表示できることが確認さ
れている。

発明の効果 以上のように、本発明の液晶光シャッタによれば、一方
の透明絶縁基板の隣り合う２つの帯状透明電極にまたが
る部分に対して、他方の透明絶縁基板の１つの帯状透明
電極が対向するように、両方の透明絶縁基板の帯状透明
電極の配置を互いにずらしているので、シャッタ・パタ
ーンの幅寸法が帯状透明電極の幅寸法の１７２以下とな
り、高精細なシャッタ・パターンを得ることができると
ともに、同じ精細度のシャッタ・パターンを得るのに、
従来の液晶光シャッタよりも帯状透明電極の幅寸法を２
倍以上大きくできるので、帯状透明電極の抵抗値をそれ
だけ小さく抑えることができ、したがって印加電圧波形
の減衰が改善され、コントラストが向上するなどの効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実８１例である液晶光シャッタ
のパネルの構成を示す縦断面図、第２図はその液晶光シ
ャッタの全体の構成を示すブロック図、第３図はその液
晶光シャッタの帯状透明電極に印加する電圧と液晶層が
オン・オフとなるオン電圧およびオフ電圧との関係を示
す説明図、第４図はその液晶光シャッタの各帯状透明電
極に印加される電圧の一例を示す波形図、第５図は本発
明の第２の実施例である液晶光シャッタの各帯状透明電
極および液晶層に印加される電圧の一例を示す波形図、
第６図は第１の実施例の液晶光シャッタを使用して構成
した投影型液晶表示装置の光学系を示す模式図、第７図
は従来の液晶光シャッタの一例を示す縦断面図、第８図
は従来の液晶光シャッタの他の一例を示す縦断面図であ
る。 ２０・・・パネル、２１ａ、２１ｂ・・・ガラス基板、
２２ａ、２２ｂ−帯状透明電極、２３ａ、２３１：＋・
・・配向膜、２４・・・液晶層、２７・・・データ処理
回路、２８ａ、２８ｂ・・・ドライバ 代理人　　弁理士　西教　圭一部 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液晶層を挟んで対向配置された一対の透明絶縁基板の互
   いに対向し合う表面に、それぞれ複数の帯状透明電極を
   互いに平行に配置し、各帯状透明電極に選択的に電圧を
   印加することによって互いに対向する帯状透明電極間の
   液晶層を選択的に光透過状態に設定するようにした液晶
   光シャッタにおいて、 一方の透明絶縁基板上の隣り合う２つの帯状透明電極に
   またがる部分に他方の透明絶縁基板上の１つの帯状透明
   電極がそれぞれ対向し合うように、一方の透明絶縁基板
   上の帯状透明電極に対して、他方の透明絶縁基板上の帯
   状透明電極の配置をずらしたことを特徴とする液晶光シ
   ャッタ。