JPH06102483A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速な表示の書き換えを正確なタイミングで
行い、かつ、表示の書き換えを行わない時は、画面表示
の保持を行うことのできる液晶表示装置を提供する。 【構成】 使用環境温度でスメクティック相を示し、使
用環境温度以上でネマティック相に相転移する液晶が高
分子樹脂中に分散した液晶−高分子複合膜を含み、電界
パターンに従って液晶の配向が制御される表示画面とし
ての液晶セル１と、この液晶セル１に対して動画像情報
に応じた電界パターンを与える電界印加手段２と、上記
液晶セル１の液晶を液相化温度以上に加熱する加熱手段
３と、上記液晶セル１の液晶が液相からネマティック相
に相転移することを検知する相状態検知手段４と、上記
加熱手段３の加熱タイミングを決定すると共に、上記相
状態検知手段４の検知情報に基づいて、電界印加手段２
による電界パターンの印加タイミングを決定するタイミ
ング制御手段５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ワークステーション
やパソコンの表示装置として用いられる液晶表示装置に
係り、特に、受光型のディスプレイであって、反射コン
トラストが高く、高速な動画像表示並びに電界の印加な
しで静止画像表示を実現する新規な液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、人間の目に対する見易さや取扱い
のし易さを追求したディスプレイ装置に対する需要が高
まっている。特に、電子化された情報を高速に表示でき
るというディスプレイ装置本来の利点を有しながら、紙
を用いた表示、記録のように人間の目に対する見易さ
や、取扱いのし易さを追求するという需要が高まってい
る。より具体的に述べると、電子ディスプレイ装置は、
文書の作成や表示を主体とする作業に多用されるため、
目に優しい受光型の表示が可能で且つ高い反射コントラ
ストを有し、しかも、高速な表示と表示のメモリ性とを
両立するようなデイスプレイの実現が望まれている。

【０００３】これらの要請の一部を満たすディスプレイ
技術は現在いくつか提案されている。 そのひとつに液
晶の光散乱モードを利用したディスプレイ装置（液晶表
示装置）が知られている。この光散乱モードのデイスプ
レイ装置は、垂直配向時の液晶と屈折率が略等しくなる
ような透明材料を液晶と混合し、熱や電界によって液晶
の配向を制御することで、垂直配向時には光が透過し、
ランダム配向時には、屈折率の違いから光が散乱されて
不透過になることを利用したものである。このディスプ
レイ装置は受光型であるために目に優しく、かつ、偏光
板を用いる必要がないために比較的明るく、高い反射コ
ントラストが得られる長所がある。

【０００４】このような光散乱モードのディスプレイ装
置に用いられる材料技術として、カプセル化した液晶を
ポリマ中に液晶滴として分散させてフィルム化する方法
が知られている（特表昭５８−５０１６３１号公報、米
国特許第４，４３５，０４７号）。この技術において
は、Ｎｅｍａｔｉｃ Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ Ａｌｉ
ｇｎｅｄ Ｐｈａｓｅ（ＮＣＡＰ）中に封入された液晶
は使用環境温度で正の誘電率異方性のネマティック相を
示し、電界中に置かれるとその配向ベクトルが電界の方
向に配列し、液晶の屈折率ｎ0とポリマの屈折率ｎpとが
等しくなってフィルムは透明になり、電界が除かれた場
合には、液晶はランダム配列となり、フィルム中の液晶
滴の境界面で光が散乱して透過光が遮断され、この結
果、フィルムは白濁して記録情報を表示する。

【０００５】また、特表昭６３−５０１５１２号公報や
特開昭６３−１５５０２２号公報には、液晶として常温
でスメクティック相を示すものを使用し、フィルムの光
変調にメモリ性を付与することが開示されている。

【０００６】更に、これらの液晶材料を用いた表示装置
の画像の書き込み方法として以下のものが知られてい
る。例えば、特開昭６３ー１５５０２２に開示されてい
るように、スメクテイック液晶を内包したマイクロカプ
セルが含有されたバインダ層に電圧を印加し、画像情報
に従って駆動されるサーマルヘッドによって加熱するこ
とで液晶の配向を変え、光の透過、不透過を制御するも
のが知られている。また、特開平２ー９３４３２に開示
されているように、ネマティック液晶を高分子中に不定
形に分散した層をマトリクス電極に挟み込み、それに電
界を印加する事で、液晶層の配向を制御し、光の透過、
不透過を切り換える方法もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
特開昭６３ー１５５０２２号公報に示すタイプにあって
は、メモリ性を有するスメクテイック液晶にサーマルヘ
ッドによって画像を書き込むため、表示画面の保持は可
能であるが、表示の書き換えの速度はサーマルヘッドの
伝熱速度によって規制されてしまい、更に、二次元的な
書き込みのためにはヘッド若しくは表示媒体を一方向に
機械的に走査しなくてはならず、通常の電子ディスプレ
イ装置のように高速な表示の切り換えができないという
技術的課題がある。

【０００８】また、このスメクテイック液晶において
は、液晶滴がポリマ中に分散した構造になっているの
で、電界を印加した場合、液晶滴にはこのポリマを介し
て電界が作用することになり、液晶の配列に変化を与え
るためには高い駆動電圧が必要になり、更に、液晶の配
列をスメクティック相で保持するためには配列に変化を
与える以上の印加電圧（保持電界）が必要となる。この
ため、実用上、画像を保持するためのメモリ性を持たせ
るには、高圧印加時後の通電破壊の危険性、液晶層を薄
くすることによるコントラストの低下等の種々の技術的
課題が生じる。

【０００９】また、特開平２ー９３４３２号公報に示さ
れるタイプにあっては、常温でネマティック相の液晶に
電界の印加によって画像を書き込んでいるため、高速な
表示の書き換えが可能であるが、それ自体としてはメモ
リ性がない。この場合において、メモリ性を付与するた
めには、ポリマとして熱可塑性樹脂を使用し、一旦その
ガラス転移点以上の温度に加熱して配向能力を消失さ
せ、その状態で電圧をかけながらゆっくりと冷却して配
向性を持たせたり（特公表６３ー５０１５１２号公報参
照）、あるいは、アゾ系色素を配合し、樹脂と液晶との
界面にこのアゾ系色素を介在せしめ、シス−トランス異
性化を光（可視光やＵＶ光）で制御する（小野木、林、
水嶋、山本「アゾベンゼン構造の光異性化による高分子
−液晶混合系の液晶形成の制御」日本化学会誌１９９０
年、Ｎｏ．８、８１５〜８１８頁）、等のメモリ性付与
のための面倒な配向制御を行う必要が生じ、また、この
様にして配向制御しても単純なメモリ性しか得られない
という技術的課題がある。

【００１０】このように、以上の液晶表示技術は、表示
画面の保持を実現するか、あるいは、動画像に対応でき
る高速な画面の表示を実現するのいずれかを達成するも
のではあるが、これらの各技術を組合せようとしても、
各液晶表示装置の構造を同時に用いることができないこ
とから、動画像に対応できる高速な画面の表示と、画面
表示の保持とを同時に両立させることは実質的に困難で
あった。

【００１１】この発明は、以上の技術的課題を解決する
ために為されたものであって、高い反射コントラストが
得られる液晶の光散乱モードを利用した受光型ディスプ
レイ装置において、高速な表示の書き換えを正確なタイ
ミングで行い、かつ、表示の書き換えを行わない時は、
画面表示の保持を行うことのできる液晶表示装置を提供
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
図１に示すように、使用環境温度でスメクティック相を
示し、使用環境温度以上でネマティック相に相転移する
液晶が高分子樹脂中に分散した液晶−高分子複合膜を含
み、電界パターンに従って液晶の配向が制御される表示
画面としての液晶セル１と、この液晶セル１に対して動
画像情報に応じた電界パターンを与える電界印加手段２
と、上記液晶セル１の液晶を液相化温度以上に加熱する
加熱手段３と、上記液晶セル１の液晶が液相からネマテ
ィック相に相転移することを検知する相状態検知手段４
と、上記加熱手段３の加熱タイミングを決定すると共
に、上記相状態検知手段４の検知情報に基づいて、電界
印加手段２による電界パターンの印加タイミングを決定
するタイミング制御手段５とを備えたことを特徴とする
ものである。

【００１３】このような技術的手段において、上記液晶
セル１及び電界印加手段２としては、画像情報に基づく
光学像に従って電界が印加されるような構成、例えば、
透明電極が内面に設けられた透明フィルムで、光導電
層、光遮断層、液晶−高分子複合膜が順次積層されたも
のを挟持するようにしたり、光を受けて電荷が発生し、
電荷が輸送される光電変換層と液晶ー高分子複合膜と透
明電極とを積層したものであってもよいし、あるいは、
マトリクス電極のように二次元的な画素駆動素子（電界
印加手段２に相当）が集積された構造を有する透明フィ
ルムで液晶−高分子複合膜を挟持する等、適宜選定する
ことができる。

【００１４】また、加熱手段３としては、液晶セル１内
部に加熱用電極のような熱発生源を持たせてもよいし、
液晶セル１外部に赤外領域の電磁波発生源を持たせて、
その赤外線を液晶セル１内で吸収するようなものであっ
てもよいし、液晶セル１外部に加熱用レーザ光源を持た
せて、そのレーザビームを液晶セル１内で吸収するよう
なものであってもよいし、液晶セル１外部に加熱用マイ
クロウエーブ発生源を置き、そのマイクロウエーブを受
けて液晶−高分子複合膜自身が振動によって発熱するよ
うなものでもよい。

【００１５】また、この加熱手段３による加熱は周期的
に行ってもよいが、加熱エネルギの無駄な消費をなく
し、効率的に表示動作を行わせるという観点からすれ
ば、画像の書き換えが行われる場合にのみ選択的に行う
ように設計するのが好ましい。このような加熱手段３の
選択的加熱動作を実現させるには、例えば、タイミング
制御手段５にて、画像の書き換えを告知する信号に同期
して加熱手段３による加熱動作を実行させるようにすれ
ばよい。

【００１６】更に、相状態検知手段４としては、液晶セ
ル１の液晶の相状態を検知し得るものであれば適宜選定
して差し支えないが、構成の簡略化という観点からすれ
ば、液晶セル１の光学的特性の変化を検知するセンサで
構成することが好ましい。

【００１７】更にまた、タイミング制御手段５による電
界印加手段２の作動タイミングについては、相状態検知
手段４の検知タイミングに同期させてもよいが、液晶セ
ル１への画像表示をより確実に行うという観点からすれ
ば、相状態検知手段４の検知情報を得た後僅かに遅れて
電界印加手段２を作動させ、液晶セル１の液晶相の変化
が安定した状態で画像を書き込みするようにするのが好
ましい。

【００１８】

【作用】上述したような技術的手段によれば、図２に示
すように、先ず、液晶セル１内部の液晶１ａは、加熱手
段３によって一旦液相化する温度まで加熱される。その
後、電界印加手段２によって動画像情報に応じた電界パ
ターンが液晶セル１に与えられる。この電界パターンの
印加と液晶１ａの加熱のタイミングとは、液晶の相状態
を検知する相状態検知手段４と、その情報に基づいて動
作するタイミング制御手段５とによって正確に制御され
る。

【００１９】すなわち、加熱手段３によって加熱後、液
晶セル１の液晶１ａは自然に冷却して、液相からネマテ
ィック相に転移し、そのことが相状態検知手段４によっ
て検知されると、その直後に電界印加手段２による電界
パターンが印加される。このタイミング動作によって電
界Ｅが有効に液晶−高分子複合膜に印加されると、ネマ
ティック相においては、電界Ｅに応じて垂直配向が起こ
るため、複合膜が透明化する。一方、電界の印加されな
い部分Ｎは、配向が起こらず、光を散乱する状態にな
り、透明な部分と光を散乱し白濁した部分とからなる画
像が液晶セル１に表示される。このような動作を繰り返
せば、動画像情報に応じて画面が順次高速で切り換わ
る。また、画像情報に応じた電界パターンの印加が行わ
れた後、画像の書き換えが行われなければ、液晶セル１
の液晶１ａはスメクテイック相に自然に冷却されるた
め、透明な部分と光を散乱し白濁した部分とが電界の印
加なしでも保持されることになる。

【００２０】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの
発明を詳細に説明する。 ◎実施例１ 図３はこの発明が適用された液晶表示装置の一実施例で
ある。同図において、符号２１は画像信号生成回路１０
から生成された画像信号に従って発光する半導体レーザ
で、出射されたビームはコリメータレンズ２２を介して
平行化された後、ポリゴンミラー２３及びガルバノミラ
ー２４によって二次元的に偏向され、結像性能を維持す
るためのｆθ集束光学系２５を介して液晶セル５０上に
ビームスポットとして集束される。ここで、上記ポリゴ
ンミラー２３は水平走査用として例えば回転速度３６０
００rpmで面数が８０面のものが用いられており、ま
た、ガルバノミラー２４は垂直走査用として例えば周波
数（表示のフレーム周波数を示す）２０Ｈｚで振動する
ものが用いられている。

【００２１】また、この実施例において、液晶セル５０
は、アクリル系光重合性樹脂１部、スメクティックＡ液
晶組成物（ＢＤＨ社製「Ｓ２」）を４部、重合開始剤
（メルク社製「ダロキュア１１１６」）を０．２部混合
した液晶−高分子複合膜５３をＩＴＯ透明電極（この実
施例では加熱用電極を兼用）付きＰＥＴフィルム５１上
に均一に塗布した後ＵＶ硬化させ、この上にＣｄＴｅか
らなる遮光層５４を積層し、更に、アモルファスシリコ
ンからなる光導電層５５を積層し、その上にもう一つの
ＩＴＯ透明電極付きＰＥＴフィルム５２を重ねたもので
ある。そして、この液晶セル５０のサイズは２１０ｍｍ
×３００ｍｍで、約Ａ４サイズである。

【００２２】更に、この実施例では、ＰＥＴフィルムに
付設したＩＴＯ電極の一方に加熱用電流パルス（加熱パ
ルス）６１を流すことで液晶セル５０の液晶−高分子複
合膜５３の加熱が行われるようになっている。また、液
晶セル５０の非画像部で且つ電界が印加されない領域の
一部に、液晶の相状態を検知する液晶相検知センサ６２
が取り付けられている。この実施例では、液晶相検知セ
ンサ６２は、発光素子６２ａと受光素子６２ｂとを液晶
セル５０を挟んで設置したものである。この液晶相検知
センサ６２の動作を以下に簡単に説明する。加熱によっ
て液晶セル５０の液晶が一旦液相化すると、液晶相検知
センサ６２は、液晶セル５０の液晶が液相で透明な状態
にある間、発光素子６２ａからの光を受光素子６２ｂが
常に受けている。一方、自然冷却によって、液晶が液相
からネマティック相に相転移すると、液晶相検知センサ
６２の間にある液晶セルの領域には電界が印加されない
ため、液晶の配向が乱れ、光が散乱して受光素子６２ｂ
への光が遮られることになり、この変化が相の変化を示
す信号となる。

【００２３】また、タイミング制御回路７０は、加熱パ
ルス６１の生成タイミングを決定すると共に、上記液晶
相検知センサ６２からの上記相変化信号を基に光学像の
書き込み走査のタイミングを決定する。

【００２４】次に、この実施例に係る液晶表示装置にお
ける画像の書き換え作動を図４のタイミングチャートに
基づいて説明する。先ず、画像信号に基づいて液晶セル
５０への画像の書き換えが起こる直前に、それを知らせ
る画像準備信号Ｓ1がタイミング制御回路７０から発せ
られる。この信号Ｓ1を受けて、加熱手段である加熱用
電極に図示外の外部電源から直流の加熱パルス６１が流
される。この加熱パルス６１の幅は約１０ｍｓ程度であ
る。

【００２５】その動作と並行して、液晶セル５０の透明
電極（加熱用電極を兼用）には切り換えスイッチ５７を
介して電源５６が接続されるようになっており、液晶を
配向するに十分な電圧（ここでは５０Ｖ）が印加されて
いる。但し、この電圧は、光導電層５５を露光するまで
は液晶セル５０には印加されない。液晶は、加熱電流パ
ルス６１によるジュール熱で一旦液相化した後、自然冷
却によってネマティック相に転移する。そして、液晶が
液相からネマティック相に転移したことを液晶相検知セ
ンサ６２が検知すると、その信号Ｓ2を受けて、Δｔ
（例えば１ｍｓ程度）だけ僅かに遅れて半導体レーザ２
１による画像の書き込みが開始され、所定の光学系２２
〜２５を経て液晶セル５０の光導電層５５側へ画像を照
射する。このとき、液晶セル５０の電極には予め電圧が
印加されているため、液晶セル５０には即座に光学像に
従った電界パターンが与えられ、光学像に従った液晶の
配向が行われる。すなわち、画像の書き換えが周期的に
行われた場合、上述した動作が連続して行われることに
なり、動画像情報に従って画像が書き換えられる。尚、
露光及び電圧の印加は、液晶がネマティック相から、ス
メクテイック相に相転移する前に十分間に合って終了す
るように予め設定されている。特に、この実施例では、
液晶相検知センサ６２からの検知信号Ｓ2が出力されて
から僅かに遅れて画像の書き込み動作が行われるように
なっているので、液晶セル５０の液晶の相変化が安定し
た状態で画像の書き込みが行われる分、画像の書き込み
が確実なものになっている。

【００２６】また、画像の書き換えがない場合には、ネ
マティック相において電源５６の電圧を印加しながら最
後に書き込む画像を光導電層５５に照射した後、加熱パ
ルス６１を与えないようにするすればよく、この場合に
は、液晶相が画像に従った配向状態を保持したままスメ
クティック相（常温でメモリ性を持つ）に相転移するこ
とから、最後に書き込まれた画像が電源５６電圧を印加
しなくても保持されることになる。

【００２７】◎実施例２ 図５はこの発明が適用された他の実施例を示す。尚、実
施例１と同様な構成要素については同一符号を付してこ
こではその詳細な説明を省略する。同図において、液晶
セル５０は、実施例１と異なり、マトリックス電極８
１，８２が内面に付設されたＰＥＴフィルム５１，５２
で、液晶ー高分子複合膜５３を挟持するものであり、画
像信号に応じてオンオフするマトリックススイッチング
素子９１にてマトリックス電極８１，８２に画像信号に
応じた電圧を印加し、液晶ー高分子複合膜５３に画像信
号に応じた電界パターンを印加するようにしたものであ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１記載
の発明によれば、高い反射コントラストが得られる液晶
の光散乱モードを利用した受光型ディスプレイ装置にお
いて、液晶セルの液晶相変化を制御し、液晶相状態に着
目することにより、画像信号に応じた電界パターンによ
る液晶セルへの画像の書き込みを行うと共に、画像の保
持を行うようにしたので、連続的な画像の書き換えを正
確に、かつ、高速に実現することができるばかりか、画
像の書き換えが行われないときには、電界パターンの印
加なしで表示画像をそれ自身のみで保持することができ
る。よって、動画像情報に対応できる高速な画面の表示
と、画面表示の保持とを同時に両立することが可能な液
晶表示装置を提供することができる。

【００２９】また、請求項２記載の発明によれば、相状
態検知手段として、液晶セルの光学的特性の変化を検知
するものを用いたので、液晶セルの液晶相の状態を簡単
且つ正確に検知することができる。更に、請求項３記載
の発明によれば、画像の書き換え時にのみ加熱手段を働
かせるようにしたので、画像の書き換えに伴う消費エネ
ルギを必要最小限に抑えることができる。更にまた、請
求項４記載の発明によれば、相状態検知手段の検知タイ
ミングより僅かに遅れて画像を書き込むようにしたの
で、液晶セルの液晶相変化が不完全な状態で画像を書き
込むこと懸念がなく、液晶セルへの画像の書き込みをよ
り確実且つ正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る液晶表示装置の概要を示す説
明図である。

【図２】 この発明に係る液晶表示装置の作用を示す説
明図である。

【図３】 この発明に係る液晶表示装置の実施例１を示
す説明図である。

【図４】 実施例１に係る液晶表示装置の書き込み動作
を示すタイミングチャートである。

【図５】 この発明に係る液晶表示装置の実施例２を示
す説明図である。

【符号の説明】

１…液晶セル，２…電界印加手段，３…加熱手段，４…
相状態検知手段，５…タイミング制御手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 使用環境温度でスメクティック相を示
   し、使用環境温度以上でネマティック相に相転移する液
   晶が高分子樹脂中に分散した液晶−高分子複合膜を含
   み、電界パターンに従って液晶の配向が制御される表示
   画面としての液晶セル（１）と、この液晶セル（１）に
   対して動画像情報に応じた電界パターンを与える電界印
   加手段（２）と、上記液晶セル（１）の液晶を液相化温
   度以上に加熱する加熱手段（３）と、上記液晶セル
   （１）の液晶が液相からネマティック相に相転移するこ
   とを検知する相状態検知手段（４）と、上記加熱手段
   （３）の加熱タイミングを決定すると共に、上記相状態
   検知手段（４）の検知情報に基づいて、電界印加手段
   （２）による電界パターンの印加タイミングを決定する
   タイミング制御手段（５）とを備えたことを特徴とする
   液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、相状態検
   知手段（４）は、液晶セル（１）の光学的特性の変化を
   検知するものであることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のものにおいて、タイミン
   グ制御手段（５）は、画像の書換を告知する信号に同期
   して加熱手段（３）による加熱動作を実行させるもので
   あることを特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のものにおいて、タイミン
   グ制御手段（５）は、相状態検知手段（４）の検知情報
   を得た後僅かに遅れて電界印加手段（２）を作動させる
   ものであることを特徴とする液晶表示装置。