JPH10293291A

JPH10293291A - 表示装置

Info

Publication number: JPH10293291A
Application number: JP10438697A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hoshi; 宏明星
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子分散液晶を使い、コントラストが高
く、高画質が得られる表示装置を提供する。【解決手段】一対の基板２，７内に高分子分散液晶層
４，５を備え、照射された光を変調する画素を２次元的
に配列した表示パネルを有する表示装置において、前記
高分子型分散液晶４，５層は、各画素に電圧無印加の散
乱モードの時、平均的な液晶１０，１１配向方向が層面
と略平行である。そして、散乱モードのとき、前記配向
方向が互いに垂直である２つの高分子型分散液晶層４，
５があり、それぞれが、Ｐ偏光とＳ偏光の光を散乱す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は文字や画像を表示す
る装置に関し、特に高分子散乱型液晶表示パネルを用い
た各種表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フラットなパネル表示装置とし
て、各種液晶表示装置が検討されている。コンピュータ
用ディスプレイや、高精細ＴＶモニターへの応用を目指
し、高精細化の検討が盛んに行われ、１画素のサイズを
小さくする、画面サイズを大きくするための工夫がなさ
れている。透過型液晶パネルの場合の、高精細化への障
害の一つは、マトリクス配線や液晶の配向欠陥や横電界
による配向不良等により、液晶パネルの開口率が上げら
れないことであり、さらに偏光板や色フィルタを付ける
と、もはや数％程度の透過率しか得られず、高精細化を
困難にしている。

【０００３】それを解決する手段の一つとして、「ハイ
ビジョン用リア方式液晶投射型ディスプレイ」電子情報
通信学会論文誌Ｃ−ＩＩ、Ｖｏｌ．Ｊ７３−Ｃ−ＩＩ，
Ｎｏ．１１、ｐ．６９５−７０２、１９９０年１１月に
しめされるような、反射型液晶パネルの検討が行われて
おり、透過型液晶パネルの２倍以上の開口率が期待でき
る。

【０００４】また、「ＬＣＰＣ投射型表示光学システム
−ＨＤＴＶ−」信学技報、ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＲＥ
ＰＯＲＴＯＦＩＥＩＣＥ．ＥＩＤ９２−１２４、Ｅ
Ｄ９２−１５７（１９９３−０２）に示されるような、
高分子型分散液晶を用いることにより、偏光板が不要と
なり、さらに２倍程度の透過率の達成が期待できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高分子
型分散液晶は偏光板が不要となるが、散乱特性が十分得
られにくく、所望のコントラストが得られないという欠
点を有している。

【０００６】そこで、「ＬＣＰＣ投射型表示光学システ
ム −ＨＤＴＶ−」信学技報、ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＲ
ＥＰＯＲＴＯＦＩＥＩＣＥ．ＥＩＤ９２−１２４、
ＥＤ９２−１５７（１９９３−０２）では、反射型によ
り２度液晶層を透過させることで、散乱有効光路長を透
過型の２倍とすることで散乱能を向上させている。しか
しながら、これだけでは十分なコントラストが得られて
いない。

【０００７】また、「ポリマー分散型液晶を用いた直視
型ＴＦＴ−ＬＣＤ」信学技報、ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＲ
ＥＰＯＲＴＯＦＩＥＩＣＥ．ＥＩＤ９２−１２３、
ＥＤ９２−１５６（１９９３−０２）に示されるよう
に、高分子型分散液晶であるにもかかわらず偏光板を導
入することで、偏光特性を利用したコントラスト向上の
検討も提案されている。しかしながら、この方法では、
もともとの目的であった高透過率で明るいパネル表示器
を達成させることができない。

【０００８】このように、従来の液晶表示装置として
は、高精細化を計ると、透過率が劣悪となり、それをカ
バーするためには、消費電力が大きな高輝度光源を必要
とし、また明るい液晶表示装置を実現しようとすると、
コントラストが悪く、高画質が選らないという矛盾を抱
えていた。

【０００９】そこで、以上の課題を解決し、高分子分散
液晶を使い、コントラストが高く、高画質が得られる表
示装置を提供することを本発明の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本出願に関わる発明の表示装置は、一対の基板内に
高分子分散液晶を備え、照射された光を変調する画素を
２次元的に配列した表示パネルを有する表示装置におい
て、前記高分子型分散液晶層は、各画素に電圧無印加時
の平均的な液晶配向方向が層面と略平行であることを特
徴とする。

【００１１】さらに、前記高分子型分散液晶層を透過し
た光束を前記高分子型分散液晶層側に反射する反射層
と、前記高分子型分散液晶層と該反射層との間に光学軸
が前記液晶配向方向と略４５度の角度をなす４分の１波
長層を有することが望ましい。

【００１２】また、少なくとも２つの高分子型分散液晶
層を有することが望ましい。

【００１３】また、前記少なくとも２層の高分子型分散
液晶層間で、該配向方向が互いに垂直であることが望ま
しい。

【００１４】また、前記高分子型分散液晶層は、前記液
晶配向方向と略平行である長軸を有する略回転楕円体形
状の液晶ドロプレットを含むことが望ましい。

【００１５】また、前記高分子型分散液晶層は、各画素
に電圧印加時の平均的な液晶配向方向が層面と略垂直で
あることが望ましい。

【００１６】上記構成において、本発明によれば、偏光
板を不要とし、かつ散乱の偏光特性を高効率で利用でき
るため、透過率が高く、コントラストも高い表示装置を
実現できる。また、開口率の高い反射型で、コントラス
トも高い表示装置を実現できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は本発明の実施形態１であり、透過
型表示パネルに本発明を適用した表示装置の断面構成模
式図である。

【００１８】図１を用いて、本実施形態の透過型表示パ
ネル１の基本構成について説明する。図１ａ、ｂにおい
て、２、７は基板ガラス、３、６は透明電極、４、５は
ＰＤＬＣ（ＰｌｏｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉ
ｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ、高分子型分散液晶）、ＰＤ
ＬＣ４、５は、高分子マトリクス８と、液晶のドロプレ
ット（液晶小滴）９、１０から成り、ドロプレット９、
１０内に液晶分子１１、１２がある。透明電極３、６に
は電源１３とスイッチ１４が接続され、ＰＤＬＣ４、５
に印加する電圧のオン／オフが可能となっている。図１
ａが電圧印加オフ、図１ｂが電圧印加オンの状態に対応
する。紙面内上方からの入射光１５は、表示パネル１を
透過した光、射出光１６となる。

【００１９】２つのＰＤＬＣ層４、５のドロプレット
９、１０の形状は、ラグビーボールのような略回転楕円
体であり、その回転軸（長軸）は各層の張る面内に略平
行で、かつ略一つの方向に配列されている。但し、その
配列したドロプレットの長軸は２つのＰＤＬＣ層４、５
で異なり、ＰＤＬＣ層４では紙面平行方向、ＰＤＬＣ層
５では紙面垂直方向に設定してある。このような形状の
ドロプレット９、１０の内部の、屈折率異方性を持つ液
晶分子１１、１２の配向は、おおよそドロプレットの内
壁に沿って配向し、対称性もありトータルとして配向ベ
クトル（ダイレクター）はドロプレットの長軸方向と見
なすことができる。異方性液晶分子１１、１２は複屈折
性を持ち、ダイレクターと垂直方向の屈折率は、高分子
マトリクス８の屈折率をほぼ等しく、ダイレクター方向
の屈折率は高分子マトリクス８の屈折率とは等しくな
い。

【００２０】なお、図１は、本発明の基本構成と後述す
る動作原理を説明するための模式図であるが、実際の画
像表示パネルの構造は、各画素毎にＴＦＴ（Ｔｈｉｎ
ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をもつ画素電極と対
向電極、およびＴＦＴアレイの配線、遮光マスク部等を
有するものである。

【００２１】ＰＤＬＣの作成法は一般に光重合誘起分離
法が用いられ、高分子マトリクス８として紫外線硬化樹
脂を用い、液晶、重合開始剤等を混合した相融状態に紫
外線を照射し、相分離を生じさせることでドロプレット
を形成する。本実施形態では、その際に所望の方向の伸
延、圧延処理を組み合わせることにより、長軸方向が揃
った略回転楕円体のドロプレットを形成している。つま
り、上層４のセルと下層５のセルを別々に作製し、上層
４のセルは図１の紙面に平行な左右方向に伸延し、下層
５のセルは紙面に垂直な方向に伸延する。そして、両方
のセルを貼り合わせる。

【００２２】このような構成において、図１ａのように
透明電極間に電圧を印加していない場合、液晶分子１
１、１２は作成時の配向をしており、液晶１１、１２の
ダイレクターはおおよそ層の面内に平行で、ＰＤＬＣ層
４内の液晶１１のダイレクターは紙面内におおよそ平
行、ＰＤＬＣ層５内の液晶１２のダイレクターは紙面と
おおよそ垂直である。一方図１ｂのように透明電極間に
電圧を印加した場合、液晶１１、１２のダイレクターは
共に電界の方向にならい、紙面内で各層に垂直な方向に
配列する。

【００２３】図１の２つの状態に入射光１５を入射した
場合の、射出光１６の違いを、以下に動作原理に基づい
て説明する。

【００２４】図２ａ、ｂは、それぞれ図１ａ、ｂに対応
した、パネル１内の光の偏光状態の遷移を表す模式図で
ある。図１と同じ部番は同じ要素を示す。

【００２５】図２ａにおいて、入射光１５を、電場振動
面を紙面内に持つ直線偏光、Ｐ偏光と、電場振動面を紙
面垂直に持つ直線偏光、Ｓ偏光に分解して考える。印加
電圧０の図２ａでは、第１のＰＤＬＣ層４のドロプレッ
ト９の液晶１１のダイレクターは層の面内で紙面内にあ
るから、入射したＳ偏光成分は高分子マトリクス８と同
じ屈折率に感じ、ドロプレット９をそのまま透過し、光
束１７となる。ドロプレット９に入射するＰ偏光成分
は、ダイレクターの異方性を感じ、高分子マトリクス８
と液晶分子１１の屈折率の違いのため、散乱光１６とな
る。不図示だが、散乱光１６は次々とＰＤＬＣ層４内の
複数のドロプレット９で散乱を受けるため、トータルで
Ｐ偏光成分のほとんどが散乱され、光束１７はほぼ純粋
なＳ偏光になる。

【００２６】次にドロプレット９を透過したＳ偏光光束
１７は、第２のＰＤＬＣ層５のドロプレット１０に入射
する。ドロプレット１０の液晶１２のダイレクターは層
の面内で紙面に垂直だから、今度はＳ偏光が散乱され、
散乱光１６となる。ＰＤＬＣ層５内でドロプレット１０
により繰り返し散乱を受けるため、ＰＤＬＣ層５の射出
光は散乱光のみとなる。

【００２７】ＰＤＬＣ層４からＰＤＬＣ層５に入射した
Ｐ偏光の散乱光１６は、ドロプレット１０内の液晶１２
に対して、高分子マトリクス８との屈折率差を感じず、
そのままＰ偏光の散乱光として、各散乱方向にＰＤＬＣ
層５を透過し、Ｓ偏光の散乱光１６と合成された散乱射
出光１６となる。

【００２８】従って図１ａにおいては、その射出光１６
は散乱光となる。

【００２９】一方、電圧印加により液晶１１、１２のダ
イレクターが入射光１５と略平行となっている図２ｂに
おいては、入射光１５のＰＳ両偏光成分は、ドロプレッ
ト９、１０どちらでも屈折率の異方性を感じず、高分子
マトリックス８と屈折率差がないため、そのまま透過光
１７、透過光１６として射出する。

【００３０】つまり図２ｂにおいては、その射出光１６
は、ほぼ入射光１５の透過光として得られる。

【００３１】この原理動作により、偏光板無しに、散乱
の偏光特性を利用した光コントラストの光の変調が可能
となる。前述したように、この構成を画素の配列に並べ
ることにより、高コントラストの透過型表示パネルが実
現する。なお階調は、画素電極に印加する電圧を制御し
液晶１１、１２のダイレクターの方向を制御することに
より、射出光１６の散乱光と透過光の割合を制御するこ
とで得られる。

【００３２】この透過型表示パネル１を使ったプロジェ
クション・ディスプレイの構成を図３に示す。白色照明
光を色分解系でＲＧＢ（赤緑青）に分け、おのおのの色
に対応した透過型表示パネルで画像に応じた空間変調を
行い、色合成系で再合成し、スクリーン上に画像を投影
するものである。

【００３３】同図において、２２はメタル・ハライド光
源、２３は放物面鏡傘、２４は照明用コリメータ・レン
ズ、２５はＧ透過ＲＢ反射のダイクロイック・ミラー、
２６はＲ透過Ｂ反射のダイクロイック・ミラー、２７、
３２はミラー、２８、３０、３１はそれぞれＧ用、Ｂ
用、Ｒ用１２透過表示パネル、２９はＧ透過Ｂ反射のダ
イクロイック・ミラー、３３はＲ透過ＧＢ反射のダイク
ロイック・ミラー、３４は投射用レンズ、３５はシュリ
ーレン光学系用絞り、２１はスクリーンである。

【００３４】光源２２から連続的に発せられる光を傘２
３とコリメータレンズ２４を介しほぼ平行光束に変換
し、ダイクロイック・ミラー２５、２６、２７からなる
色分解系でＲＧＢの光束に分解される。ダイクロイック
・ミラー２５を透過したＧ光束はミラー２７を介して、
Ｇ用パネルに入射し、Ｇに対応した画像に応じて空間変
調される。ダイクロイック・ミラー２５を反射したＢＲ
は、ダイクロイック・ミラー２６で反射のＢ、透過のＲ
に分けられそれぞれ、Ｂ用パネル３０、Ｒ用パネル３１
で同様に空間変調される。変調された各ＲＧＢ用光束
は、ダイクロイック・ミラー２９、３２、３３で構成さ
れる色合成系で合成され投射レンズ３４により、スクリ
ーン２１上に、各ＲＧＢ用パネルの拡大像を結像する。
その際、各パネルで散乱された散乱光のほとんどは、シ
ュリーレン光学系構成により、絞り３５の開口を透過で
きず遮光される。従ってスクリーン２１に到達する光量
は、各パネルの各画素で制御された透過光の量に比例
し、良好な画像が観察できる。

【００３５】（実施形態２）次に本発明による実施形態
２について説明する。本実施形態は、反射型表示パネル
に本発明を適用した表示装置であって、図４はその断面
構成模式図である。図４において、前実施形態の図１と
同じ部番は同じ要素を表すので説明は省略する。

【００３６】図４ａ、ｂにおいて、４１はＰＤＬＣ、Ｐ
ＤＬＣ４１は高分子マトリクス４５と、液晶のドロプレ
ット４４から成り、ドロプレット４４内に液晶分子４６
がある。４２は１／４波長板層、４３は反射層である。
図４ａが電圧印加オフ、図４ｂが電圧印加オンの状態に
対応する。

【００３７】ＰＤＬＣ層４１のドロプレット４４の形状
は、前実施形態と同じラグビーボール状の略回転楕円体
で、回転軸は層の面内に略平行かつ紙面平行方向に設定
してある。ドロプレット４４の内部の液晶分子４６の配
向はドロプレットの長軸方向と見なすことができ、ダイ
レクターと垂直方向の屈折率は、高分子マトリクス４５
の屈折率をほぼ等しく、ダイレクター方向の屈折率は高
分子マトリクス４５の屈折率とは等しくない。なお、図
４は、図１と同様に模式図であり、実際の構造は省略し
てある。

【００３８】図４ａの電極間に電圧を印加していない場
合、液晶分子４６は作成時の配向で、ダイレクターは層
の面内に平行かつ紙面内に平行である。一方図４ｂのよ
うに電極間に電圧を印加した場合、ダイレクターは共に
電界の方向にならい、紙面内で各層に垂直な方向に配列
する。

【００３９】図５ａ、ｂはそれぞれ図４ａ、ｂに対応し
た、パネル４０内の光の偏光状態の遷移を表す模式図
で、図４と同じ部番は同じ要素を示す。

【００４０】図５ａでは、ドロプレット４４の液晶４６
のダイレクターは層の面内で紙面内にあり、入射したＳ
偏光成分はドロプレット４４を透過し、Ｐ偏光成分は散
乱光４８となる。不図示だが、散乱光４８は複数のドロ
プレット４４で散乱を受けＰ偏光成分のほとんどが散乱
され、光束５０はほぼ純粋なＳ偏光になる。

【００４１】Ｓ偏光光束５０は、１／４波長層４２に入
射し右回り円偏光（ＳＰ）光束４７に変換される。Ｓ偏
光の振動方向に対し、１／４波長層４２の直交する遅相
軸と進相軸は４５度をなす角に光学軸が設定されてい
る。光束４７は反射層４３で反射され左回り円偏光（Ｓ
Ｐ）光束４７となり、再び１／４波長層４２を透過する
ことにより、Ｐ偏光光束５１に変換される。光束５１は
ドロプレット４４で散乱を受け、散乱光４９として射出
される。往路で発生したＰ偏光の散乱光４８と同様に、
散乱光４９は複数のドロプレット４４で散乱を受け、散
乱を受けないＰ偏光成分はほとんど無くなる。

【００４２】従って図４ａにおいては、その射出光４９
は散乱光となる。

【００４３】一方、電圧印加により液晶４６のダイレク
ターが入射光１５と略平行となっている図４ｂにおいて
は、入射光１５のＰＳ両偏光成分は、ドロプレット４４
では屈折率の異方性を感じず、高分子マトリックス４５
と屈折率差がないため、往路・復路とも偏光の変換を受
けてもそのまま反射光４９として射出する。

【００４４】つまり図４ｂにおいては、その射出光４９
は、ほぼ入射光１５の反射光として得られる。

【００４５】この原理動作により、偏光板無しに、散乱
の偏光特性を利用した高コントラストの光の変調が可能
となる。前述したように、この構成を画素の配列に並べ
ることにより、高コントラストの反射型表示パネルが実
現する。

【００４６】但し本実施形態においては、図５ａに示し
た散乱光４８の一部が１／４波長層４２を往復すること
により、Ｓ成分に変換されるため、本来暗（黒）である
べき光量レベルを押し上げるので、前記実施形態に対し
コントラストでは不利になる可能性がある。しかし、Ｐ
ＤＬＣ層が１層のみであるため、作成が容易で、前記実
施形態に比べ、コスト、信頼性の面で有利となる。

【００４７】さらに、本実施形態では、説明の容易さの
ため、ガラス基板７の外側に１／４波長層４２と反射層
４３を設けた例で説明した。が、前述したように実際の
表示パネルでは画素電極や遮光マスク等が存在する。反
射型とする場合は透明電極６がＴＦＴからなる画素電極
となり、透明である必要はないので、その上にＡｌ膜等
の電極かつ反射層を作成する事ができる。その上に１／
４波長層を作成することで、本発明は実施できる。この
ような構成をとることで、画素電極や配線部分も反射層
として有効に使えるため、開口率が大幅に改善し、明る
い反射型表示装置を実現できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の発明によ
れば、偏光板を不要とし、かつ散乱の偏光特性を高効率
で利用できるため、透過率が高く、コントラストも高い
表示装置を実現する。また、開口率の高い反射型で、コ
ントラストも高い表示装置を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る表示パネルの断面構
成模式図である。

【図２】本発明の実施形態１に係る表示パネルの動作原
理図である。

【図３】本発明の実施形態１に係る投影表示装置の構成
模式図である。

【図４】本発明の実施形態２に係る表示パネルの断面構
成模式図である。

【図５】本発明の実施形態２に係る表示パネルの動作原
理図である。

【符号の説明】

１、２８、３０、３１、４０液晶表示パネル４、５、４１ＰＤＬＣ層１１、１２、４６液晶分子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板内に高分子分散液晶を備え、
照射された光を変調する画素を２次元的に配列した表示
パネルを有する表示装置において、前記高分子型分散液
晶層は、各画素に電圧無印加時の平均的な液晶配向方向
が層面と略平行であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記高分子型分散液晶層を透過した光束
を前記高分子型分散液晶層側に反射する反射層と、前記
高分子型分散液晶層と該反射層との間に光学軸が前記液
晶配向方向と略４５度の角度をなす４分の１波長層を有
する請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】少なくとも２つの高分子型分散液晶層を
有する請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】前記少なくとも２層の高分子型分散液晶
層間で、前記配向方向が互いに垂直である請求項３に記
載の表示装置。
【請求項５】前記高分子型分散液晶層は、前記液晶配
向方向と略平行である長軸を有する略回転楕円体形状の
液晶ドロプレットを含む請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】前記高分子型分散液晶層は、各画素に電
圧印加時の平均的な液晶配向方向が層面と略垂直である
請求項１に記載の表示装置。