JPH04317029A - 投写型液晶表示素子 - 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】本発明は投写型液晶表示装置に関
する。詳しくは、明るく安定した大画面表示が得られる
ネマチックーコレステリック相転移型液晶セルの複数枚
を積層し、各液晶セルの光透過率を異なる値に設定して
階調表示を可能にする投写型液晶表示装置の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置の高性能化・低価格化が進
み広く一般に使用されるようになってきた。

【０００３】また、大画面表示装置として液晶表示素子
を用いた投写型液晶表示装置が注目されるようになり一
部に実用化され始めている。とくに、ネマチックーコレ
ステリック（Ｎ−Ｃ）相転移型液晶を用いた投写型液晶
表示装置はメモリ性を利用して双安定駆動を行うことが
できるので、大容量，高精細で、しかも，明るいフリッ
カーフリーの画面が得られるという特徴があり、会議や
教育用などの分野への応用が期待されている（特開昭６
１−６０７８２，６１−１９８２７０など参照）　。

【０００４】図４は従来のＮーＣ相転移型液晶表示素子
の特性を示す図で、縦軸に光透過率を，横軸に駆動電圧
をとってある。すなわち、通常のＴＮ　（Ｔｗｉｓｔｅ
ｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）　型液晶やＳＴＮ（　Ｓｕｐｅ
ｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）型液晶の場合
と異なり、ヒステレシスカーブを描くのが特徴である。 たとえば、駆動電圧が低い時はＦ（　Ｆｏｃａｌ　ｃｏ
ｎｉｃ）　と呼ばれる光が透過しにくい状態にあり、電
圧を上げていくと同様に光が透過しにくい状態Ｆ’を通
り、さらに，　電圧を上げて行くとある閾値以上で急速
に光透過率が上昇し、やがて一定の透過率を有する透明
な　Ｈ（Ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）　状態に達する。逆
にＨ状態から電圧を下げてくると電圧上昇時と経路を異
にし図示したごとくＨ’という透明状態を経過して、光
が透過しにくいＦ　状態に復帰する。

【０００５】すなわち、よく知られたヒステレシスカー
ブを描くので、たとえば，電圧　Ｖｄ　を保持電圧とし
てＨ’（明）とＦ’（暗）で明暗の２値駆動を行うこと
により安定な蓄積型の液晶表示が可能なのである。

【０００６】図５は従来のＮーＣ相転移型液晶表示素子
の動作を説明する図で、同図（イ）はＦ状態（Ｃ：コレ
ステリック相）を，同図（ロ）はＨ状態（Ｎ：ネマチッ
ク相）を模式的に示したものである。

【０００７】図中、５０，５１は透明基板，たとえば、
ガラス基板、５２は走査電極および信号電極で，たとえ
ば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）　膜などからなる
透明なストライプ状電極、５３は配向膜、５０は両基板
間の空間に注入封止されたネマチックーコレステリック
相転移型液晶である。

【０００８】すなわち、駆動電圧が低いＦ状態では液晶
５０の分子はら旋構造を持っており、ら旋ピッチと可視
光の波長がほゞ同程度の時に光はよく散乱され、その結
果，光は液晶セルを十分透過せずに暗状態になる〔同図
（イ）〕。

【０００９】一方、印加電圧を上げて行くと液晶分子の
ら旋ピッチはだんだん大きくなって行き、ある閾値電圧
以上になるとら旋は発散し，すなわち、ら旋ピッチが無
限大となり、図示したごとく液晶分子は基板面に垂直に
立ちＨ状態へと相転移し、光は散乱されることなく液晶
セルを透過して明状態となる。これにより、前記図４に
示したように明暗２値の双安定駆動が行われる。

【００１０】このような液晶表示素子を光学系と組み合
わせ、液晶表示素子に形成された画像をスクリーン上に
拡大投写することによって投写型液晶表示装置が構成さ
れている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のネ
マチックーコレステリック相転移型液晶表示装置では、
以上詳しく説明したように明暗２値の双安定駆動が行わ
れることを特徴としているので、中間的な明るさを表示
する，いわゆる、階調表示ができないという問題があり
、より機能の高い階調表示を可能とする投写型表示装置
の開発が求められている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、透明電極
１２と配向膜１３を積層形成した２枚の透明基板１１の
間に第１の液晶１０を注入封止した第１の液晶セル１と
、透明電極２２と配向膜２３を積層形成した２枚の透明
基板２１の間に第２の液晶２０を注入封止した第２の液
晶セル２とをそれぞれの画素を合わせて積み重ねてなる
投写型液晶表示素子において、前記第１の液晶１０と第
２の液晶２０がネマチック−コレステリック相転移型液
晶であって、かつ，平均屈折率とら旋ピッチがそれぞれ
異なる値を有するように構成した投写型液晶表示素子に
よって解決することができる。

【００１３】具体的には、前記第１の液晶セル１と第２
の液晶セル２のコレステリック相状態における光透過率
が異なり、また，必要によりネマチック相状態における
光透過率がほゞ同等であるようにし、各液晶セルがそれ
ぞれ独立に駆動されて階調表示される投写型液晶表示素
子により解決できる。

【００１４】

【作用】図１は本発明の原理を示す図で、同図（イ）は
動作特性を，同図（ロ）は液晶セルの組み合わせと階調
レベルの関係を示す。

【００１５】同図（イ）の■は第１の液晶セル１の動作
特性、■は第２の液晶セル２の動作特性であり、本図は
両液晶セルのネマチック相状態（ＨまたはＨ’状態）の
光透過率はいずれもｔ０　で同一の場合である。一方、
コレステリック相状態（Ｆ１　またはＦ１’，　および
Ｆ２　またはＦ２’状態）の光透過率は両液晶セルでそ
れぞれ異なっており、第１の液晶セル１の透過率がｔ１
　，第２の液晶セル２の透過率がｔ２　である。

【００１６】なお、各液晶セルの光透過率は注入封止す
る液晶１および２の平均屈折率とら旋ピッチを所要の値
に選択することにより設定することができる（Ｐｒｏｃ
．　ｏｆ　ｔｈｅＳＩＤ，　Ｖｏｌ．２６，ｐ２４３，
１９８５，　　同じくＶｏｌ．３１，ｐ１５５，１９９
０，　　Ｐｒｏｃ．　ｏｆＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．７６０，
ｐ７４，１９８７　など参照）。

【００１７】すなわち、光透過率が異なる第１の液晶セ
ル１と第２の液晶セル２とをそれぞれの画素を合わせて
積み重ねた投写型液晶表示素子をそれぞれ独立にＯＮ−
ＯＦＦ駆動すると、それぞれの組み合わせに応じて同図
（ロ）に示したように４つの階調レベルの，たとえば、
図形や画像を投写スクリーン上に表示することが可能と
なる。

【００１８】なお、以上の説明は２枚の液晶セルを用い
て４階調の投写表示を行う例であるが、より多数の階調
レベルを得るには光透過率の異なるｎ枚の液晶セルを積
層すればよく、この場合の光透過率レベルはｔ０　ｎ　
，ｔ０　ｎ−１　・ｔ１，ｔ０　ｎ−２　・ｔ１　・ｔ
２，・・・・・，　ｔ０　ｎ−ｍ　・ｔ１　──ｔｍ　
，　・・・・・，ｔ１　・ｔ２　──ｔｎ　（たゞし，
ｎ＞ｍ）のごとくに表され、合計２ｎ　レベルの階調表
示が得られることになる。

【００１９】

【実施例】図２は本発明の実施例を示す図である。図中
、１は第１の液晶セル、２は第２の液晶セル、１０は第
１の液晶、２０は第２の液晶、１１，２１は透明基板、
１２，２２は透明電極、１３，２３は配向膜、１４，２
４はシール層、１００は投写型液晶表示素子、２００は
ＯＨＰ（オーバヘッドプロジェクタ）、３００はミラー
である。

【００２０】透明基板１１，２１としては厚さ１．１　
ｍｍのガラス基板を用い、その上に透明電極１２，２２
として，たとえば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）　
膜からなるストライプ状電極を形成し、さらに，その上
に配向膜１３，２３として，たとえば、ポリイミド樹脂
をスピンコーティングして垂直配向性を有する配向膜を
形成する。

【００２１】以上の基板を２枚づゝ２組を用意し、配向
膜面を中にして上下の透明電極を交差させ、図示してな
いスペーサを挟んで周囲をシール層１４，２４でシール
してセルギャップが，たとえば、５μｍの２組の液晶用
空セルを構成する。

【００２２】そして、第１の液晶１０としてネマチック
相（Ｈ’）の平均屈折率ｎ＝１．５８８のフェニルシク
ロヘキサン系液晶を主成分とする液晶混合組成物にカイ
ラルネマチック液晶を８．５　重量％　混合してネマチ
ック−コレステリック相転移型液晶を調整し、一方の前
記空セルに注入封止して第１の液晶セル１を作製した。

【００２３】また、第２の液晶２０としてネマチック相
（Ｈ’）の平均屈折率ｎ＝１．６１０　のトラン系液晶
とシアノビフェニル系液晶を主成分とする液晶混合組成
物にカイラルネマチック液晶を１１．０重量％　混合し
てネマチック−コレステリック相転移型液晶を調整し、
他方の前記空セルに注入封止して第２の液晶セル２を作
製した。

【００２４】以上の２組の液晶セル１および２をそれぞ
れの画素を合わせて積み重ねて投写型液晶表示セル１０
０を構成し、投写光学系として，たとえば、市販のＯＨ
Ｐ２００の上に載置しミラー３００を介して図示してな
い投写スクリーンの上に拡大画像を投写した。

【００２５】なお、各液晶セルのＯＮ−ＯＦＦ駆動は図
示してない駆動制御回路により、それぞれ独立に行なえ
るように構成した。図３は駆動電圧波形の例を示す図で
ある。

【００２６】各液晶セルの駆動にあたっては、先ず，同
図（イ）に示したごとく駆動制御回路から透明電極間に
保持電圧Ｖｄ　の２倍程度の電圧を印加して書き込みを
行うための初期化を行う。次いで、暗（ＯＦＦ）状態の
書き込みを行う場合には同図（ロ）のごときタイミング
で透明電極間に保持電圧Ｖｄを印加し、一方，明（ＯＮ
）状態の書き込みの場合には同図（ハ）に示したごとき
タイミングで透明電極間に保持電圧Ｖｄ　を印加する。 各書き込み状態を維持する場合は、そのまゝ所要の時間
だけ保持電圧Ｖｄ　に保持する。

【００２７】以上の操作を第１および第２の液晶セル１
，２の各対応する画素ごとに、外部からの画像信号によ
ってＯＮ−ＯＦＦ制御すれば所要の階調レベルの画素か
らなる投写画像が得られる。

【００２８】このような駆動によって得られた上記実施
例の４階調表示のデータの一例を以下に示す。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　表　　１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　動　　作　　
状　　態　　　　　　　　　　　　　　　　階調レベル
　　　　第１の液晶セル　　第２の液晶セル　　　　明
るさ（Ｃｄ／ｍ２）　　　　　　　　　　１　　　　　
　　　　　　　ＯＮ　　　　　　　　　　　　ＯＮ　　
　　　　　　　　　　５８０　　　　　　　　　　２　
　　　　　　　　　　　ＯＮ　　　　　　　　　　　　
ＯＦＦ　　　　　　　　　　１５５　　　　　　　　　
　３　　　　　　　　　　　　ＯＦＦ　　　　　　　　
　　ＯＮ　　　　　　　　　　　　１１０　　　　　　
　　　　４　　　　　　　　　　　　ＯＦＦ　　　　　
　　　　　ＯＦＦ　　　　　　　　　　　　７２　　　
　　　上記表１の明るさは１．５　ｍ離れた投写スクリ
ーン上での測定値である。また、本実施例でのコントラ
スト比は８が得られ、従来例に比較して全く遜色がなか
った。

【００２９】以上の実施例は２枚の液晶セルを用いた４
階調の投写表示を行う例であるが、２組以上の液晶セル
を用いることにより一層多数の階調レベルが得られる投
写型液晶表示素子を構成できることは言うまでもない。

【００３０】なお、上記実施例は例を示したもので、本
発明の趣旨に反しない限り使用する素材や構成，投写光
学系などは、その他のもの，あるいは、それらの組み合
わせを選択使用してもよいことは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば従
来不可能であったネマチック−コレステリック相転移型
液晶表示素子で、同一画素内での階調表示を大画面でフ
リッカ−フリ−に行うことが可能となるので、投写型液
晶表示装置の機能と性能の向上に寄与するところが極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す図である。

【図２】本発明の実施例を示す図である。

【図３】駆動電圧波形の例を示す図である。

【図４】従来のＮーＣ相転移型液晶表示素子の特性を示
す図である。

【図５】従来のＮーＣ相転移型液晶表示素子の動作を説
明する図である。

【符号の説明】

１は第１の液晶セル、 ２は第２の液晶セル、 １０は第１の液晶、 １１，２１は透明基板、 １２，２２は透明電極、 １３，２３は配向膜、 １４，２４はシール層、 ２０は第２の液晶、 １００は投写型液晶表示素子、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透明電極（１２）と配向膜（１３）を
   積層形成した２枚の透明基板（１１）の間に第１の液晶
   （１０）を注入封止した第１の液晶セル（１）と、透明
   電極（２２）と配向膜（２３）を積層形成した２枚の透
   明基板（２１）の間に第２の液晶（２０）を注入封止し
   た第２の液晶セル（２）とをそれぞれの画素を合わせて
   積み重ねてなる投写型液晶表示素子において、前記第１
   の液晶（１０）と第２の液晶（２０）がネマチック−コ
   レステリック相転移型液晶であって、かつ，平均屈折率
   とら旋ピッチがそれぞれ異なる値を有することを特徴と
   した投写型液晶表示素子。
2. 【請求項２】　　前記第１の液晶セル（１）と第２の液
   晶セル（２）のコレステリック相状態における光透過率
   が異なり、各液晶セル（１，２）がそれぞれ独立に駆動
   されて階調表示されることを特徴とした投写型液晶表示
   素子。
3. 【請求項３】　　前記第１の液晶セル（１）と第２の液
   晶セル（２）のネマチック相状態における光透過率がほ
   ゞ同等であることを特徴とした請求項２記載の投写型液
   晶表示素子。