JPH04251823A - 液晶表示装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示手段が表示す
る画像を光反射スクリ−ン上に投影して表示する液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の液晶表示装置の光学系を
示す構成図である。

【０００３】図６において、ＣＲＴ（陰極線管）５１に
表示された画像はレンズ５２を介して液晶ライトバルブ
５０に書き込まれる。液晶ライトバルブ５０に書き込ま
れた画像は、ランプ５４とレンズ５５から成る照明光学
系により偏向ビ−ムスプリッタ５６を介して照明され、
レンズ５７によりスクリ−ン５８上に投影される。尚、
液晶ライトバルブ５０は、ＣＲＴ５１からの入射光量に
応じてインピ−ダンスが変化するインピ−ダンス変化層
と、インピ−ダンス変化層のインピ−ダンス変化に応じ
て画像を表示する液晶層と、照明光学系（５４、５５）
からの光を反射する光反射層より概略構成されている。

【０００４】図７は、他の従来の液晶表示装置の光学系
を示す構成図である。図７に示す装置は、図６のＣＲＴ
５１及びレンズ５２の代わりにレ−ザビ−ム５９により
画像が液晶ライトバルブ５０に書き込まれるように構成
されており、他の構成は図６の場合と同一である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、液晶表示装置
においては、装置全体の小型化及び画質の向上が望まれ
ている。

【０００６】しかしながら、前述したＣＲＴを用いた方
式の液晶表示装置では、ＣＲＴ等により画像を液晶ライ
トバルブに書き込むので、画像が地磁気の影響を受けや
すく、また、ＣＲＴ等を組み込むため小型化することが
困難であるという問題点がある。

【０００７】他方、前述したレ−ザビ−ムを用いた方式
の液晶表示装置では、レ−ザビ−ムにより画像を液晶ラ
イトバルブに書き込むので、レ−ザビ−ムの液晶ライト
バルブに対する照射面積を小さくすることにより、上述
のＣＲＴを用いた方式よりも解像度を高めることができ
るが、レ−ザビ−ムの制御機構によりやはり小型化する
ことが困難であるという問題点がある。

【０００８】本発明は上述の問題点に鑑み成されたもの
であり、小型化可能であり高解像度の動画画像を表示す
ることができる液晶表示装置を提供することを課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置は
上述の課題を達成するために、第１の光を出射する第１
の光源と、該第１の光の光路に配置された電傾効果を示
す第１の液晶層を有しており該第１の液晶層を部分的に
駆動することにより第１の液晶層に設定される画素毎に
第１の光を選択的に透過又は遮断する選択透過手段と、
第２の光を出射する第２の光源と、選択透過手段を透過
した第１の光が入射すべく配置されており該入射した第
１の光の入射光量に応じてインピ−ダンスが変化するイ
ンピ−ダンス変化層、該インピ−ダンス変化層のインピ
−ダンス変化に応じて配向状態が変化して画像を表示す
る第２の液晶層及び該第２の液晶層を介して第２の光が
第１の光の反対方向から入射すべく配置されており該入
射した第２の光をスクリ−ン上に投影するための光とし
て反射する光反射層を含む液晶表示手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の液晶表示装置においては、選択透過手
段が有する第１の液晶層は、電傾効果を示すものである
。例えば、このような第１の液晶層は、キラル分子によ
る特別なスメクティクＡ相から構成され、通常の強誘電
性液晶に比べて応答速度が速い。このため、所望の画像
情報に応じて第１の液晶層を部分的に駆動することによ
り第１の液晶層に設定される画素毎に第１の光を選択的
に透過又は遮断すれば、かかる画像情報に応じて第１の
光の透過又は遮断を高速で行うことができる。

【００１１】ここで、液晶表示手段のインピ−ダンス変
化層のインピ−ダンスが、選択透過手段を透過した第１
の光の入射光量に応じて変化するので、これに応じて第
２の液晶の配向状態が画素毎に変化し、更にこの第２の
液晶の配向状態の変化に応じて、第２の液晶層を介して
入射され光反射層により反射される第２の光はその偏光
状態が変化する。

【００１２】従って、反射された第２の光により画像を
スクリ−ン上に投影すると、所望の画像情報に応じた高
速の動画表示を実現できる。同時に、第１の液晶層に設
定される画素を細かくすれば、スクリ−ン上に投影され
る画像の解像度を高めることができる。

【００１３】この際、選択透過手段においては、液晶表
示手段に画像を書き込むための書き込み光を、小型薄型
化に適した液晶層を用いて生成しているので、前述した
従来のＣＲＴやレ−ザビ−ムを用いた場合よりも光学系
全体を小型に構成することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１５】図１は、本発明に係る液晶表示装置の一実
施例の光学系を示す構成図である。

【００１６】図１において、液晶表示装置６０は、選択
透過手段の一例を構成する液晶シャッタアレイ６２、６
３及び液晶表示手段の一例を構成する液晶ライトバルブ
６４を備えている。

【００１７】液晶表示装置６０は、更に第１の光を出射
する光源６１及び第２の光を出射する光源６６を備えて
いる。

【００１８】光源６１から出射される第１の光は、後述
するように所望の画像情報に応じて液晶シャッタアレイ
６２、６３により選択的に透過又は遮断され、液晶ライ
トバルブ６４に画像を書き込むための書き込み光Ｌ１が
生成される。この書き込み光Ｌ１は、液晶ライトバルブ
６４に入射すると、画像が液晶ライトバルブ６４により
表示される。

【００１９】また、光源６６から出射される第２の光は
、レンズ６７により集光され、偏光ビ−ムスプリッタ６
５により直線偏光されて液晶ライトバルブ６４に入射す
る。ここで、液晶ライトバルブ６４は光反射層を含んで
おり、偏光ビ−ムスプリッタ６５により直線偏光された
光は、この光反射層により反射されて偏光ビ−ムスプリ
ッタ６５に戻る。この場合、液晶ライトバルブ６４の光
反射層により反射された光の内、画像が表示された液晶
層の領域、すなわち液晶の配向状態が変化した領域を透
過した光は、液晶の電気光学効果により偏光方向が変化
するので偏光ビ−ムスプリッタ６５を透過し、レンズ６
８により拡大されてスクリ−ン６９上に投影される。

【００２０】次に、液晶シャッタアレイ６２，６３　の
構成について詳細に説明する。

【００２１】図２は、液晶シャッタアレイ６２，６３　
をその駆動系等と共に示すブロック図である。

【００２２】図２において、液晶シャッタアレイ６２，
６３　は、複数の帯状の透明な電極４５ａ　を夫々有し
ている。更に液晶シャッタアレイ６２，６３　は、後述
するように電極４５ａ　に対向配置された図示しない複
数の帯状の透明な電極４５ｂ　を夫々有している。液晶
シャッタアレイ６２，６３　は、これらの電極４５ａ　
が相互に直交するように配置されている。

【００２３】画像入力手段１１からの画像情報は、イン
タフェイス回路１２を介して制御部１３に入力される。 制御部１３は、この画像情報を表示バッファ１４に格納
し、この画像情報により駆動回路１５、１６を介して夫
々液晶シャッタアレイ６２、６３をスタティック駆動す
る。この場合、画像情報に応じて液晶シャッタアレイ６
２、６３の各組の電極４５ａ　、４５ｂ　に電圧を印加
して光源６１からの光を選択的に透過又は遮断させて書
き込み光Ｌ１を生成し、液晶ライトバルブ６４に入射さ
せる。したがって、このような動作を繰り返すことによ
り、所望の画像情報に対応する書き込み光Ｌ１を液晶ラ
イトバルブ６４に線順次で入射させることができる。

【００２４】また、液晶シャッタアレイ６２、６３は、
後述するように温度制御部１７により制御される光透明
性ヒ−タを備えており、液晶シャッタアレイ６２、６３
の液晶層の温度を一定に保ち、該液晶層の応答速度を高
速度で維持することができるように構成されている。

【００２５】なお、液晶シャッタアレイ６３は、液晶シ
ャッタアレイ６２と同様の構成を有していおり、以下、
液晶シャッタアレイ６２について説明を続ける。

【００２６】図３は、液晶シャッタアレイ６２の一部拡
大斜視図であり、図４は、液晶シャッタアレイ６２の側
面断面図である。

【００２７】図３及び図４において、液晶シャッタアレ
イ６２は、互いに対向してその間に第１の液晶層として
液晶層４８（図４）を配置するための例えばガラス、ア
クリル等の透明基板４２ａ　、４２ｂ　を有する。透明
基板４２ａ　、４２ｂ　の外側の面にはそれぞれ偏光板
４１ａ　、４１ｂ　が配置され、少なくとも一方の例え
ば透明基板４２ａ　の内側の面、すなわち透明基板４２
ｂ　との対向面には、液晶層４８を一定の温度に維持す
るための光透明性ヒ−タ４３が形成されている。

【００２８】光透明性ヒ−タ４３としては例えば酸化イ
ンジウム−酸化スズ透明導電性薄膜（ＩＴＯ）が用いら
れ、この光透明性ヒ−タ４３の上には絶縁膜４４が形成
されている。絶縁膜４４としては例えば、窒化ケイ素、
二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムが
用いられる。尚、光透明性ヒ−タ４３は、図２に示すよ
うに温度制御部１７により制御されて液晶層４８の応答
速度を高速度で維持するように構成されているが、液晶
層４８の作動温度範囲が十分広い場合には光透明性ヒ−
タ４３や温度制御部１７は不要である。

【００２９】絶縁膜４４、透明基板４２ｂ　の各対向面
にはそれぞれ、複数の帯状の透明な電極４５ａ、４５ｂ
　が相互に平行になるように形成されている。電極４５
ａ　、４５ｂ　としては光透明性ヒ−タ４３と同様なＩ
ＴＯが用いられる。

【００３０】図４に示すように電極４５ａ　、４５ｂ　
上にはそれぞれ配向膜４６ａ　、４６ｂ　が形成されて
いる。配向膜４６ａ　、４６ｂ　は、酸化ケイ素、二酸
化ケイ素などの無機材料の薄膜や、ポリイミド、ポリビ
ニルアルコ−ル、アクリルなどの有機材料の薄膜が用い
られ、ラビングによる分子配向処理が施される。

【００３１】以上の如く構成された透明基板４２ａ　、
４２ｂ　は、間隔が約２μｍ　になるように回りをスペ
−サ４７を介して貼り合わされ、その間には、例えば帝
国化学株式会社製のＴＦＫ−８６１７のようなＳｍＡ　
相を示す液晶層４８が注入されて封止される。液晶層４
８の相構造は、室温では　ＳｍＣ＊相を示し、５４〜６
５°ＣではＳｍＡ　相を示し、６５°Ｃ以上では等方相
を示す。したがって、セル内の液晶層４８を一旦加熱し
て等方相に形成し、その後　ＳｍＣ＊相になるまで除冷
し、そして光透過性ヒ−タ４３により加熱してＳｍＡ　
相の状態に維持すると、電傾効果（エレクトロクリニッ
ク効果）を示す液晶層４８を有する液晶シャッタアレイ
６２が構成される。

【００３２】ここで、電傾効果は通常、キラル分子によ
り構成される特別なスメクティックＡ相に見られ、この
スメクティックＡ相に対して層に沿った電場を印加する
と、印加電場の強さに応じてスメクティック液晶分子が
層の法線方向から傾く。この傾き角度は、印加電場の方
向（＋方向又は−方向）に応じて層の法線方向と対称な
振れ角度であり、また、正負の符号を有する。

【００３３】したがって、液晶分子が層法線方向である
無電界時に一対の偏光板４１ａ　、４１ｂにより液晶セ
ルを消光状態に設定すると、液晶層４８の複屈折性は、
透過光量が電界の強さにより変化し、また、電界が逆方
向であっても一定の透過光量が得られる。したがって、
交流駆動により中間調表示が可能になり、従来の強誘電
性液晶と大きく異なる。

【００３４】更に、この電傾効果は、通常の強誘電性液
晶と比較して応答速度が早いことが知られており（例え
ばＣＨ．　ＢＡＨＲ，　Ｇ．　ＨＥＰＰＫＥ：ＬＩＱＵ
ＩＤ　ＣＲＹＳＴＡＬ，１９８７，　Ｖｏｌ．　２，　
Ｎｏ．　６，　８２５−８３１）、したがって、後述の
如き入射光量に応じてインピ−ダンスが変化する光導電
層を有する液晶ライトバルブ６４と組み合わせることに
より画像を高速で表示することができる。尚、このエレ
クトロクリニック効果を有する材料としては、次のよう
な分子式のものが知られている。

【００３５】

【化１】

【００３６】

【化２】

【００３７】尚、電極４５ａ　、４５ｂ　のパタ−ン化
は透明基板４２ａ　、４２ｂ　の対向面の一方に形成し
他方は全面電極にしてもよく、また、ファイバプレ−ト
を液晶シャッタアレイ６２、６３、液晶ライトバルブ６
４の間に配置してもよい。

【００３８】更に、液晶シャッタアレイ６２、６３は、
２色性色素を添加したゲストホスト型液晶を用いた場合
、消光状態では液晶シャッタアレイ６２、６３の分子が
互いに直交するように配置され、また、液晶シャッタア
レイ６２、６３の各層のΔｎ・ｄ（Δｎ：液晶の複屈折
率、ｄ：セル厚）をほぼ等しくする。他方、色素が殆ど
添加されていない液晶を用いた場合には、液晶シャッタ
アレイ６２、６３の各液晶セルの両側に偏光子が配置さ
れたり、液晶シャッタアレイ６２の出射側と液晶シャッ
タアレイ６３の入射側に１枚又は２枚の偏光子が配置さ
れる（平行ニコル）のが好ましい。

【００３９】次に、図５を参照して液晶ライトバルブ６
４の詳細な構成を説明する。

【００４０】図５は、図１の液晶ライトバルブ６４を示
す側面断面図である。

【００４１】液晶ライトバルブ６４は、互いに対向して
その間に第２の液晶層としての液晶層２６を配置すべく
ガラス基板２１ａ　、２１ｂ　を有する。ガラス基板２
１ａ　、２１ｂ　の内側の面すなわち対向面にはそれぞ
れ、　ＳｎＯ２　の透明電極２２ａ　、２２ｂ　がスパ
ッタ法により形成されている。書き込み光Ｌ１が入射す
る方の透明電極２２ｂ　上には、インピ−ダンス変化層
の一例として例えば非晶質水酸化ケイ素（ａ−Ｓｉ：Ｈ
）の光導電層２５が形成されている。このａ−Ｓｉ：Ｈ
膜は、シランガス（　ＳｉＨ４　）、水素ガス（　Ｈ２
　）を原料として膜厚が約８μｍ　になるようにプラズ
マＣＶＤ法により形成される。

【００４２】このａ−Ｓｉ：Ｈ膜の光導電層２５上には
、図１に示す偏光ビ−ムスプリッタ６５からの光を反射
するための光反射層２４が形成されている。この光反射
層２４は、例えば電子ビ−ム蒸着法により酸化チタン／
酸化シリコンの多層膜で形成される。

【００４３】偏光ビ−ムスプリッタ６５側の透明電極２
２ａ　及び光反射層２４上には夫々、ポリイミド膜をス
ピンコ−トすることにより配向膜２３ａ　、２３ｂ　が
形成されている。 この配向膜２３ａ　、２３ｂ　は、液晶シャッタアレイ
６２、６３の配向膜４６ａ　、４６ｂ　と同様に、ラビ
ングによる分子配向処理が施されている。

【００４４】ガラス基板２１ａ　、２１ｂ　は、セル厚
が約６μｍ　になるように回りをスペ−サ２７を介して
貼り合わされ、その間には液晶層２６が形成されている
。液晶層２６は、例えばＭＥＲＣＫ　社製Ｓ８１１のよ
うなカイラル材料をフェニルシクロヘキサン系ネマチッ
ク液晶に添加した混合ネマチック液晶が用いられる。

【００４５】このように構成された液晶ライトバルブ６
４は、例えば透明電極２２ａ　、２２ｂ　に交流電源２
８の電圧が印加され、ハイブリッド電界効果により動作
する。この状態でガラス基板２１ｂ　側に液晶シャッタ
アレイ６２、６３からの書き込み光Ｌ１が入射すると、
光が照射された領域（明状態）の光導電層２５のインピ
−ダンスが減少し、交流電源２８の電圧が液晶層２６に
印加される。他方、光が照射されない領域（暗状態）の
光導電層２５のインピ−ダンスは減少せず、交流電源２
８の電圧は液晶層２６に印加されない。したがって、こ
の動作により書き込み光Ｌ１に応じた明状態と暗状態よ
る成る高速の画像が液晶層２６に表示され、また、この
画像は良好な階調性を有する。

【００４６】このように本実施例によれば、液晶シャッ
タアレイ６２、６３により画像を液晶ライトバルブ６４
に書き込むので、従来例のようなＣＲＴやレ−ザビ−ム
を用いる場合に比べて小型化することができる。また、
液晶シャッタアレイ６２、６３は、電傾効果を示す強誘
電性液晶を利用しているので応答性が向上し、したがっ
て、高速かつ高階調の画像を表示することができ、また
、液晶ライトバルブ６４が画像を表示するために必要な
光量を印加することができる。

【００４７】更に、液晶シャッタアレイ６２、６３は、
スタティック駆動により駆動するので、高コントラスト
を得ることができ、また、制御も容易である。更に、液
晶シャッタアレイ６２、６３の電極４５ａ　、４５ｂ　
の数を増加しても電極４５ａ　、４５ｂ　の構成が簡単
であり、また、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）駆動型のＬ
ＣＤ（液晶表示装置）のように開口率が低減しないので
、高輝度で高解像度の画像を液晶ライトバルブ６４に表
示させることができる。加えて、色分離、色合成光学系
を追加することによりカラ−画像を表示することができ
る。

【００４８】尚、液晶シャッタアレイ６２、６３に用い
る液晶層４８を構成する液晶としては、上記帝国化学株
式会社製のＴＦＫ−８６１７の代わりに、チッソ社製Ｃ
Ｓ−１０１３　、ＣＳ１０１４やＭＥＲＣＫ　社製ＺＬ
Ｉ４００５　のような電傾効果を示す液晶を用いること
ができる。また、液晶ライトバルブ６４の光導電層２５
としては、上記ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の代わりに、非晶質シリ
コンカ−バイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ　）や硫化カドミウム
（ＣｄＳ　）などを用いることができる。

【００４９】また、液晶ライトバルブ６４の動作モ−ド
としては、液晶層２６としてネマチック液晶を用いる場
合には上記ハイブリッド電界効果モ−ドの代わりに、ツ
イステッドネマチックモ−ド、電界誘起複屈折モ−ド、
動的散乱モ−ド、ゲストホストモ−ド、相転移モ−ドを
用いることができる。他方、液晶層２６としてスメクチ
ック液晶を用いる場合には複屈折モ−ド、ゲストホスト
モ−ド、光散乱モ−ドを用いることができ、また、液晶
層２６として強誘電性液晶を用いることができる。また
、ポリマ−分散型液晶を用いることができる。尚、散乱
モ−ドで動作する場合には、本実施例の光学系の代わり
にシュリ−レン光学系を用いればよい。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、選択透過手段が有する第１の液晶層は電傾効果を示
すものであるので、所望の画像情報に応じて選択的に第
１の光を透過又は遮断することにより液晶表示手段に書
き込んだ画像を、液晶表示手段の光反射層で反射された
第２の光により高速かつ高階調の動画画像としてスクリ
−ン上に投影することができる。この際、第１の液晶層
により書き込み光を得ているので、高輝度、高解像度を
維持しつつ、前述した従来のＣＲＴやレ−ザビ−ムを用
いた場合よりも光学系全体を小型に構成することが可能
となる。以上の結果、本発明により、小型で高精細なモ
ノクロ画像やカラ−画像を表示することができる液晶表
示装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の液晶表示装置の光学系を示
す要部構成図である。

【図２】図１の液晶シャッタアレイをその駆動系と共に
示すブロック図である。

【図３】図１の液晶シャッタアレイの一部拡大斜視図で
ある。

【図４】図１の液晶シャッタアレイの側面断面図である
。

【図５】図１の液晶ライトバルブの側面断面図である。

【図６】従来の液晶表示装置の光学系を示す構成図であ
る。

【図７】他の従来の液晶表示装置の光学系を示す構成図
である。

【符号の説明】

２４　　光反射層 ２６，４８　　液晶層 ２５　　光導電層 ６０　　液晶表示装置 ６１，６６　　光源 ６２，６３　　液晶シャッタアレイ ６４　　液晶ライトバルブ ６５　　偏光ビ−ムスプリッタ ６９　　スクリ−ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の光を出射する第１の光源と、該
   第１の光の光路に配置された電傾効果を示す第１の液晶
   層を有しており該第１の液晶層を部分的に駆動すること
   により前記第１の液晶層に設定される画素毎に前記第１
   の光を選択的に透過又は遮断する選択透過手段と、第２
   の光を出射する第２の光源と、前記選択透過手段を透過
   した第１の光が入射すべく配置されており該入射した第
   １の光の入射光量に応じてインピ−ダンスが変化するイ
   ンピ−ダンス変化層、該インピ−ダンス変化層のインピ
   −ダンス変化に応じて配向状態が変化して画像を表示す
   る第２の液晶層及び該第２の液晶層を介して前記第２の
   光が前記第１の光の反対方向から入射すべく配置されて
   おり該入射した第２の光をスクリ−ン上に投影するため
   の光として反射する光反射層を含む液晶表示手段とを備
   えたことを特徴とする液晶表示装置。