JPH04323626A - 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素子に関
する。詳しくは、フリッカ−フリ−で安定した大画面表
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
を用い、色純度が高く、かつ，簡易な構成のカラー表示
が可能な投写型液晶表示素子の改良に関する。

【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。通常のＴＮ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉ
ｃ　）　型液晶やＳＴＮ（　Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅ
ｄ　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　ｃｏｎｉｃ）　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（Ｈｏｍｅｏ
ｔｒｏｐｉｃ）　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
により安定な相転移型の液晶表示が可能なのである。

【０００６】図５は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、１，２は透明基板，たとえば、ガラ
ス基板、１０’，２０’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、５は配向膜、３’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
３’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５に
示したように明暗２値の双安定駆動が行われる。

【００１０】以上は通常白黒の投写表示の場合であるが
、コレステリック相における波長選択散乱を利用して４
色のカラー表示を行う構成が下記のごとく本発明者らに
より提案されている（Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｒｅｃｏ
ｒｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄ
ｉｓｐｌａｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ，ｐ２０４，１９８８　参照）　。

【００１１】図６は従来の投写型カラー液晶表示装置の
例を示す図である。この方式は図示したごとく緑色の光
を選択的に散乱する液晶表示セル１００と赤色の光を選
択的に散乱する液晶表示セル２００を、それぞれ対応す
る画素を合わせて積層して投写型液晶表示素子３００を
構成し、それを，たとえば、ＯＨＰ（オーバヘッドプロ
シェクタ）４００に載置してミラー５００を介して図示
してない投写スクリーンに拡大投写するものである。

【００１２】ネマチックーコレステリック相転移型液晶
のコレステリック相における波長選択散乱は液晶のら旋
ピッチｐ，屈折率異方性Δｎ，セルギャップｄなどによ
って変化することが知られている（Ｗ．Ｈａａｓ：　Ｐ
ｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，　Ｖｏｌ．２４，　ｐ２
０９，　１９７０参照）。

【００１３】そこで、液晶セル１００が緑色の光を選択
的に散乱し赤色の光を透過するように、ら旋ピッチｐ＝
ｐＧ　，屈折率異方性Δｎ＝ΔｎＧ，セルギャップｄ＝
ｄＧ　とした赤色セルとし、液晶セル２００が赤色の光
を選択的に散乱し緑色の光を透過するように、ら旋ピッ
チｐ＝ｐＲ，屈折率異方性Δｎ＝ΔｎＲ　，セルギャッ
プｄ＝ｄＲ　とした緑色セルとして両セルを図示したご
とくそれぞれ対応する画素を合わせて積層して投写型液
晶表示素子３００を構成すれば、両セルを独立にＯＮ−
ＯＦＦ駆動すると２２　＝４通りの組み合わせ，すなわ
ち、赤，緑，白，黒の４色のカラー表示画像が投写スク
リーン５００の上に拡大投写される。

【００１４】

【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、
カラー表示を行わせるために複数の液晶表示セル，たと
えば、２組の液晶表示セル１００，２００を使用してい
るので、各液晶表示セルでの光損失によって投写画面上
の明るさが低下してしまう。これは色数を多くしようと
すると一層影響が大きくなる。また、各液晶セルの画素
を合わせて積層しなければならず作業工数が多くなるこ
とや、各液晶セルを独立に駆動する関係から駆動回路を
複数持つ必要が生じ装置全体が高価になる。

【００１５】さらに、各液晶セルの発色がコレステリッ
ク相での波長選択散乱に基づいた一種の色フィルタ機能
に起因しているので、固体のブラッグ反射と異なり温度
変動などによる液晶分子のゆらぎが大きく透過光のスペ
クトル巾が大きい。その結果、色純度が悪くきれいなカ
ラー表示ができないなど多くの問題があり、その解決が
求められている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、ネマチッ
ク−コレステリック相転移型液晶を用いる投写型液晶表
示素子において、入射光に対する波長選択散乱が前記液
晶のコレステリック相における２次以上の高次の波長選
択散乱であ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。

【００１７】また、透明な走査電極１０と配向膜を積層
形成した透明基板１と、透明な信号電極２０と配向膜を
積層形成した透明基板２との間にネマチック−コレステ
リック相転移型液晶３を注入封止してなる投写型液晶表
示素子において、前記信号電極２０を複数本のカラー用
の信号電極２０ａ，２０ｂおよび２０ｃに分割し、それ
ぞれのカラー用の信号電極毎にセルギャップ（ｄ）を異
なる大きさにしてカラー表示を行う投写型液晶表示素子
によって解決することができる。

【００１８】

【作用】従来のカラー液晶表示素子では、ブラッグ散乱
の条件であるλ＝ｐｓｉｎ　θ／ｎ（λ：散乱波長，ｐ
：コレステリック相のら旋ピッチ，θ：入射角，ｎ：散
乱次数）を満たす波長の光のうち、ｎ＝１，すなわち、
１次の波長選択散乱を用いていた。一般によく知られて
いるように１次のブラッグ散乱光のスペクトル巾は広く
、したがって，透過光の色純度も悪かった。これに対し
て、本発明では２次以上の高次の波長選択散乱を用いて
いるので、液晶分子のゆらぎの影響が小さくなり選択散
乱波長のスペクトルがシャープなり、したがって，透過
光の色純度が向上する。

【００１９】また、１枚の液晶セルの信号電極２０を複
数本のカラー用の信号電極２０ａ，２０ｂおよび２０ｃ
に分割し、それぞれのカラー用の信号電極毎にセルギャ
ップ（ｄ）を異なる大きさにしてあるので、画素ごとに
異なる色表示を行うことができ単一の液晶表示セルによ
ってカラー表示を行う投写型液晶表示装置が実現できる
のである。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の波長特性を示す
図で、縦軸に透過光強度を，横軸に透過光波長をとって
ある。

【００２１】測定に使用した液晶表示セルは、大きさ５
０×６０ｍｍ，　厚さ１．１　ｍｍの２枚のガラス基板
の上に直径２０ｍｍφのＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２
）　膜からなる透明電極を形成し、その上に配向膜とし
てポリイミド樹脂をスピンコートしたあと、配向膜を中
にし直径７μｍのシリカ球をスペーサにし、すなわち，
セルギャップｄ＝７μｍになるようにし周縁部をシール
して空セルを作製した。

【００２２】この空セルの中に（ｎｅ　−ｎｏ　）＝Δ
ｎ＝０．２２のネマチック混合液晶８５重量％とカイラ
ルネマチック液晶１５重量％からなる混合液晶組成物を
注入封止して投写型液晶表示素子を構成した。この時の
混合液晶組成物のコレステリック相におけるら旋ピッチ
ｐ＝０．７　μｍ，保持電圧Ｖｄ　＝±１５〜１６ｖで
ある。

【００２３】なお、ら旋ピッチｐの測定はｄ＝２０μｍ
の液晶セルの中に液晶を封入し、Ｈｅ−Ｎｅ　ガスレー
ザ光を垂直入射させた時の回折パターンの輝点間距離か
ら求める方法によった。

【００２４】この投写型液晶表示素子をコリメータレン
ズ系と拡大投写レンズ系の間に挿入し、光源にハロゲン
ランプを使用して投写スクリーン上に投写し、投写スク
リーン位置での投写光の２次の散乱光スペクトルを輝度
計および分光光度計を用いて測定した。

【００２５】図１の測定データから本実施例の波長選択
スペクトルの半値巾Δλ〜３０ｎｍ以下で極めてシャー
プな特性が得られた。なお、参考データとして従来例の
試料を作製し同様に１次の波長選択スペクトルを測定し
た（図２）。　　試料は同様の空セルを形成したあと、
Δｎ＝０．１９のネマチック混合液晶９０重量％とカイ
ラルネマチック液晶１０重量％からなる混合液晶組成物
を注入封止したもので、この時の混合液晶組成物のコレ
ステリック相におけるら旋ピッチｐ＝１．１μｍ，保持
電圧Ｖｄ　＝±１３ｖである。

【００２６】図２は従来例の波長特性を示す図で、縦軸
に透過光強度を，横軸に透過光波長をとってある。この
場合には、波長選択スペクトルの半値巾Δλ〜１２０ｎ
ｍ以上で非常に巾広い波長依存性を示している。

【００２７】すなわち、本発明実施例により同一のセル
ギャップｄを維持しながら（あまりセルギャップが大き
くなると駆動電圧Ｖｄ　が上昇して好ましくない）、液
晶材料のΔｎおよびら旋ピッチｐを調節することにより
２次以上の高次の波長選択散乱が利用でき、従来に比較
して極めて高い色純度のカラー表示が可能となった。

【００２８】図３は本発明の第２実施例の電極構成を示
す図で、同図（イ）は平面図を，同図（ロ）は断面図で
ある。いずれも、煩雑さを避けるために配向膜の図示は
省略してある。

【００２９】図中、３はネマチック−コレステリック相
転移型液晶、１０は透明な走査電極、２０は透明な信号
電極でこの例では３本のカラー用の信号電極２０ａ，２
０ｂおよび２０ｃに分割されている。４はそれぞれのカ
ラー用の信号電極毎にセルギャップ（ｄ）を異なる大き
さ，すなわち、マルチギャップにするための透明絶縁膜
である。

【００３０】なお、前記の諸図面で説明したものと同等
の部分については同一符号を付し、かつ、同等部分につ
いての説明は省略する。一方の透明基板１として、対角
約２５４ｍｍ，厚さ１．１　ｍｍのガラス基板を用い、
ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）　膜からなる４００ラ
インの走査電極１０と垂直配向性を有する配向膜を形成
した。

【００３１】他方の透明基板２として、同じく対角約２
５０ｍｍ，厚さ１．１ｍｍのガラス基板を用い、ＩＴＯ
（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）　膜からなる１９２０（６４
０×３）ラインの信号電極２０と垂直配向性を有する配
向膜を形成した。

【００３２】なお、信号電極２０はマルチギャップ構成
にするため、信号電極ごとに段差をつけて形成していく
。この場合、ＩＴＯ　膜からなる透明電極だけで段差を
つけてもよいが、必要により透明基板１との間に、図示
したごとき透明絶縁膜４，たとえば、ＳｉＯ２膜あるい
はアクリル樹脂などを所定の厚さになるように形成して
段差を設けてもよい。いずれの場合も公知の膜形成技術
とホトリソグラフィ技術を組み合わせて実現すればよい
。

【００３３】本実施例では、緑色を選択的に散乱する画
素をなす信号電極２０ａのギャップｄ１　＝６．０μｍ
，黄色を選択的に散乱する画素をなす信号電極２０ｂの
ギャップｄ２　＝５．６〜５．８　μｍ，赤色を選択的
に散乱する画素をなす信号電極２０ｃのギャップｄ３　
＝５．２　〜５．４　μｍになるように各信号電極２０
ａ，２０ｂ，２０ｃを形成し、その上に垂直配向性を有
する配向膜を形成した。

【００３４】以上の両透明基板１，２を配向膜面を中に
し走査電極１０と信号電極２０を交差させ、その間にス
ペーサを挟み、前記のｄ１　＝６．０μｍ，ｄ２　＝５
．６〜５．８　μｍ，ｄ３　＝５．２　〜５．４　μｍ
のマルチギャップが形成されたセル空間に、シアノビフ
ェニル系，エステル系，トラン系からなるネマチック液
晶混合物９０重量％とエステル系カイラルネマチック液
晶１０重量％のネマチック−コレステリック相転移型液
晶３を注入封止して本発明の投写型液晶表示素子を作製
した。

【００３５】この投写型液晶表示素子を図６と同様に０
ＨＰと組み合わせて表示画像を投写スクリーン上に拡大
投写したところ、各分割画素をコレステリック相になる
ように駆動することにより、投写スクリーン上にそれぞ
れシアン、マゼンダ，イエローの３色からなる減色混合
によるマルチカラー投写表示が行われた。

【００３６】以下、表１に減色混合による本実施例のマ
ルチカラー投写表示と、３枚の液晶表示セルを積層した
従来例との投写スクリーン上での輝度を比較して示した
。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　表　　１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　投写スクリーン上の輝度（
Ｃｄ／ｍ２）　　　　　　　　　　　　　　　表示色　
　　　　　　　　　本発明実施例　　　　　　　　従来
例　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　緑色
　　　　　　　　　　　　　　１９２　　　　　　　　
　　　　１７１　　　　　　　　　　　　赤色　　　　
　　　　　　　　　　３１０　　　　　　　　　　　　
２００　　　　　　　　　　　　黄色　　　　　　　　
　　　　　　３７５　　　　　　　　　　　　１９５　
　　　　　　　　　　　黒色　　　　　　　　　　　　
　　　　９１　　　　　　　　　　　　　　９０　　　
　　　　　　　　　白色　　　　　　　　　　　　　　
５８０　　　　　　　　　　　　３２０　　　　　　　
　　　すなわち、カラー投写型液晶表示素子を単一の液
晶セルで構成てきた結果、従来に比較して格段に明るい
投写表示を行うことが可能となった。

【００３７】また、明暗比，色差比を考慮したコントラ
ストにおいても従来の複数セルの積層方式を上回る結果
が得られた。なお、上記の実施例ではシアン、マゼンダ
，イエローの３色からなる減色混合によるマルチカラー
表示について示したが、レッド，グリーン，ブルーの３
色からなる加色混合によるマルチカラー表示も可能であ
ることは言うまでもない。

【００３８】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。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば液
晶分子のゆらぎの影響の小さい２次以上の高次の波長選
択散乱を用いるので、極めて色純度がよくきれいなカラ
ー投写表示ができる。また、信号電極を複数に分割しマ
ルチギャップ構成にすることによって、構成が簡易化さ
れ単一の液晶表示セルで明るいマルチカラー表示が可能
となり、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】本発明の第１実施例の波長特性を示す図である
。

【図２】従来例の波長特性を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例の電極構成を示す図である
。

【図４】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】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。

【図６】従来の投写型カラー液晶表示装置の例を示す図
である。

【符号の説明】

１，２は透明基板、 ３はネマチック−コレステリック相転移型液晶、４は透
明絶縁膜、 １０は走査電極、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ネマチック−コレステリック相転移型
   液晶を用いる投写型液晶表示素子において、入射光に対
   する波長選択散乱が前記液晶のコレステリック相におけ
   る２次以上の高次の波長選択散乱であることを特徴とし
   た投写型液晶表示素子。
2. 【請求項２】　　透明な走査電極（１０）と配向膜を積
   層形成した透明基板（１）と、透明な信号電極（２０）
   と配向膜を積層形成した透明基板（２）との間にネマチ
   ック−コレステリック相転移型液晶（３）を注入封止し
   てなる投写型液晶表示素子において、前記信号電極（２
   ０）を複数本のカラー用の信号電極（２０ａ，２０ｂ，
   ２０ｃ）に分割し、それぞれのカラー用の信号電極毎に
   セルギャップ（ｄ）を異なる大きさにしてカラー表示を
   行うことを特徴とした投写型液晶表示素子。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の２次以上の高次の波長
   選択散乱を用い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。