JPH028815A - 投写型カラー液晶表示素子 - 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】 〔概要〕 パネル積層方式をとる投写型カラー表示に関し、彩度の
高い緑色の表示を行うことを目的とし、ネマティック液
晶とコレステリック液晶の種類と混合量とを調整して液
晶組成物の屈折率異方性〔産業上の利用分野〕 本発明は彩度の高い緑色の表示を行う投写型カラー液晶
表示素子に関する。

ＯＡ　（Ｏｆｆｉｃｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）化の進
展と共に講演会場や会議などにおいて投写型の表示を行
い乍ら説明を行う機会が増加している。

か＼る用途に対しては従来よりオーバヘッドプロジェク
タやスライドプロジェクタが使用されている。

然し、このように周期的に情報を入れ換えてスクリーン
に表示する投影機よりも情報を信号の形で液晶表示素子
に入力し、随意に内容を書き換えてスクリーンに投写表
示できる表示機の需要が高まっている。

〔従来の技術〕

■　画面が明るくて見やすいこと、 ■　大容量の大画面表示ができること、■　情報の書き
換えができること、 ■　装置がコンパクトで安価なこと、 などの性能をもつ投射型液晶デイスプレィが求められて
おり、従来の液晶デイスプレィとして５ＴＮ（Ｓｕｐｅ
ｒ　Ｔｗｉｓｔ　Ｎｅｍａｔｉｃ）方式やレーザ書込み
方式を用いた投写型液晶デイスプレィが開発されている
が、ＳＴＮ方式では偏光板を必要とするため、光損失が
大きく画面が暗いと云う問題がある。

また、レーザ書込み方式では装置が大型で高価になると
云う問題があり、未だ普及するに到っていない。

次に、投写型液晶デイスプレィにおいて、カラー表示を
行うには次の方法が知られている。

■　ＲＧＢ（Ｒｅｄ−Ｇｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ）のフィル
タを用いる方法。

■　複数の液晶パネルを透過した光を光学系によりスク
リーン上で混合して投写する方法。

こ＼で、■の方法はＲＧＢフィルタを用いるために投写
光量が１７３以下となり、コントラストの低い表示しか
得られず、また解像度も１／３になると云う問題がある
。

また■の方法はグイクロイックミラーなどを用いて混合
し、カラー化することは可能であるが、装置が大型化し
て高価になると云う問題がある。

発明者等はかねてよりネマティック・コレステリック相
転移型液晶表示の研究を行っており、液晶の白濁状態に
おけるコレテリツク相の螺旋構造に起因した回折散乱に
よって光透過率に波長依存性が生じるが、この現象を利
用した投写型カラー表示方法を提案している。

（特願昭６１−１９４６１７．昭和６１年８月２０日出
願）この概要を説明すると次のようになる。

第５図はネマティック・コレステリック相転移型液晶の
表示原理を示すもので、横軸には印加電圧を、また縦軸
には散乱することなく液晶層を通過した投射光の光透過
率（非散乱透過率）を示している。

すなわち、ネマティック液晶にコレステリック液晶を混
合した液晶組成物は電圧が加わらないか、或いは印加電
圧が低い場合、液晶は螺旋状の分子配列をとるコレステ
リック相をとり、光は散乱されて投写用の集光レンズの
外に敗ってしまうため光透過率は少なく、従ってスクリ
ーン上では暗部となる。

また、電圧が高い状態では液晶は電界の方向に分子が配
列したネマティック相となり、光は散乱れさすに集光レ
ンズに入射するため、スクリーン上では明部となる。

そして、コレステリック相とネマティック相との相転移
は同図に示すように印加電圧に対してヒステリシスカー
ブを描く。

このことは、同一の駆動電圧（Ｖｄ）で光学的に異なる
双安定状態をとり得ることを示しており、この現象を利
用して大容量表示が行われている。

こ＼で、発明者等は双安定状態におけるコレステリック
相での散乱は液晶の螺旋構造に原因しているが、螺旋ピ
ッチに対応して屈折率変調が起こり、これによって光が
回折されている点に着目した。

すなわち、液晶分子は細長い構造をとり、屈折率の異方
性をもっているために、液晶分子が基板に垂直に配列し
ている所と、水平に配列している所とでは屈折率が異な
っている。

そのため螺旋ピッチに対応した屈折率変調が存在し、体
積位相形の回折格子が形成されている。

但し、螺旋ピッチにはある程度のばらつきがあり、また
螺旋軸の方向も一定ではないために光は幅の広い同心円
上に散乱される。

こ＼で、散乱効率η、、Ｘはブラッグ角入射の条件で次
式で近似されている。

ηＩＩＩＩＩＸ　＝Ｓｉｎ２（ｋ７（Δ、　ｄ／λ”）
　　　　・・・（ｌｌ但し、Δ７　・・・屈折率異方性 ｄ　　・・・セル厚 λ　　・・・光の波長 この（１１式から判るように光透過率（非散乱透過率）
は波長とセル厚依存性をもっており、実験的にはセル厚
の増加に比例して光透過率は約４０％から約２％の範囲
で周期的に変化し、また測定波長により繰り返し周期が
変化する。

発明者が提案している投写型カラー表示方法はこのよう
な光透過率の波長依存性によりスクリーン上の画像に色
付きが生じるのを利用してカラー表示を行うものである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

発明者が提案している投写型カラー表示方法は液晶の回
折散乱を利用しているが、カラー表示を行うためには特
定の色相例えば緑色を得る条件および彩度の高い条件を
明らかにすることが必要である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は誘電率異方性が正を示すネマティ７り・コ
レステリック相転移型液晶を用いてパネル積層方式をと
る投写型液晶表示において、ネマティック液晶とコレス
テリック液晶の種類と混合量とを調整して液晶組成物の
屈折率異方性とパネル厚との積を１４００〜１５００ｎ
ｍに保つと共に、螺旋ピッチを１．３μｍ以下に保つこ
とにより彩度の高い緑色を表示することができる。

〔作用〕

発明者等は液晶の屈折率異方性（Δｎ）とパネル厚（ｄ
）を変えることにより投写表示色が変えられることを明
らかにしたが、信頼性の高いカラー表示を行うためには
Δｎとｄの積すなわち光路差と色相との関係を明確化す
ることが必要である。

また回折による散乱では回折効率が大きいほど彩度が高
くなる、すなわち次式で示すＱパラメータの値が大きい
ほど回折効率が高くなることが知られている。

Ｑ＝２πλｄ／（ｎΔ”）　　　−ｆ２）こ＼で、λ　
・・・波長 ｄ　・・・パネル厚 ｎ　・・・平均屈折率 Δ　・・・回折格子の間隔 この（２）式よりＱの値を大きくするには回折格子の間
隔（Δ）すなわち螺旋ピッチの間隔を短くすることが効
果的なことが判る。

そのため、表示色の彩度が低いと云う問題は相転移型液
晶におけるコレステリック液晶の混合量を調整し、相転
移型液晶の螺旋ピッチを少なくすることにより解決でき
る。

以上のことから、再現性の高いカラー表示を行うには螺
旋ピッチと彩度の関係を明確にしておくことが必要であ
る。

そこで発明者は表示色を緑に決め、色の三要素である明
度２色相、彩度をＪＩＳ　Ｚ　８７２１に準拠し、液晶
輝度計を用いて測定することにより明瞭な緑色を再現性
よく表示できる条件を明らかにした。

ｎｄ）の異なる９種類の相転移型液晶を調整し、それぞ
れの液晶について２５℃における駆動電圧（Ｖｄ）、屈
折率異方性（Δｎ）、パネル厚（ｄ）を測定して光路差
（Δｎｄ）を求めた。

第１表はこの結果を示すものである。

第１表 〔実施例〕 実施例１　（緑色表示条件の確定） 第２図に示すようなエタン系液晶を主成分とするネマテ
ィック液晶にコレステリック液晶としてカイラル中心を
二つもつカイラルネマティック液晶を混合し、屈折率異
方性とパネル厚との積（Δ次に、２５℃で駆動電圧（Ｖ
ｄ）を印加したときの表示色における３要素である明度
２色相、彩度を液晶輝度計（ＬＣ−３５，キャノン社製
）を用いて測定した。

第２表 すなわち、ＪＩＳ−Ｚ−８７２１に準拠してＬ　＊　ａ
ｌｌ　ｂｍ表色系における色座標（Ｌ”ａ“ｂ”）を求
め、Ｈ′″とＣ′″とを算出した。

こ＼で、Ｌ９は明度に、Ｉ（“は色相に、Ｃ“は彩度に
対応している。

前ページの第２表は９個のそれぞれの液晶についてＬ”
、Ｈ”およびＣ１の値を示すものであり、また第１図は
第１表のΔｎｄと第２表のＨ″″との関係を示すもので
ある。

第２表より、Ｎｏ、　　１〜９の試料について、Ｌｌ（
明度）とＣ０（彩度）の値は殆ど変わらないがＨ”　（
色相）はＮＯ３６の１１３．５４よりＮＯ６５の２０５
゜７６まで大きく変わっており、Δｎｄを横軸に、また
Ｈ”を縦軸にとってプロットすると第１図に示すように
直線関係にあることを示しており、Ｈｌが緑色を示す範
囲（マンセル表色系における色相で２．５Ｇ−１０Ｇ）
のΔｎｄは１４００〜１５００ｎｍの範囲であることが
判った。

以上のことから、液晶表示において投写表示色として緑
色を得たい場合はΔｎｄを１４００〜１５００ｎｍの範
囲にすればよい。

なお、相転移型液晶の屈折率異方性（Δｎ）は接眼部に
のみ偏光子を有する屈折率計（２Ｔ、アツベ社製）の試
料台表面をラビングし、液晶材料を滴下した後、液晶の
光軸に垂直に光を入射しながら偏光子を回転させ、常光
に対する屈折率（ｎ。

）と以上光に対する屈折率（ｎ、）を測定し、その差か
ら求めた。

実施例２：　（彩度の良い緑色の確定）第４図に示すよ
うなエタン系液晶を主成分とするネマティック液晶にコ
レステリック液晶としてカイラル中心を二つもつカイラ
ルネマティック液晶を混合し、螺旋ピッチの異なる５種
類の相転移型液晶試料を調整した。

第３表はそれぞれの試料の平均屈折率、パネル厚、螺旋
ピッチおよび駆動電圧の関係である。

次に、この各試料について、２５℃で駆動電圧（Ｖｄ）
を印加した時の表示色の３要素である明度２色相および
彩度を測定した。

第４表はこの結果である。

第　３　表 第４表 ；μμ路 また、第３図はＣと螺旋ピッチの関係を示すものである
。

この第４表と第３図から、試料Ｎｏ１〜５を通じてＬ”
　　（明度）とＩ］＊（色相）は殆ど変わらないがＣ”
　（彩度）は螺旋ピッチが短くなると向上することが判
り、第３図からマンセル表示系で彩度４以上（Ｃ“２２
以上）とするには螺旋ピッチを１゜３μｍ以下にする必
要があることが判る。

第４図は測定に使用した液晶の構造式を示す図、第５図
は相転移型液晶の表示原理図、 である。

ζ人−Ｉご二□、シン （発明の効果〕 以上記したように相転移型液晶表示パネルにおいて、Δ
ｎｄの積を１４００〜Ｌ５００ｎｍの範囲とすることに
より投写表示色を緑色とすることができ、また螺旋ピッ
チを１．３μｍ以下と短くすることにより彩度の高い表
示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はΔｒｚｆとＨ“との関係図、 第２図は測定に使用した液晶の構造式を示す図、第３図
は螺旋ピッチとＣ”との関係図、乙′ｒＬ随Ｃ希ｙ各羨
）ｉ机 △帆ｄとＨ鰻との間（氷の ′＊−Ｉ　■ 残り４０食子弾に＋ｒ！糸の遊５泊 、：ｉ’ｌｉ＋＝、４ｔｔＥ［（Ｊｓシ４已」ｒｈ（７
）ｉ−’ｋ”ｎ＜　ａ＊Ｔ（ｕ半　２　図 夕”５．’）３０’４シテ艙コ杷糸の鶏１用ガ買二便目
（へ、シたｊ陥の」頚良い二ン力【す２子　ｄ　　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　誘電率異方性が正を示すネマティック・コレステリッ
   ク相転移型液晶を用いてパネル積層方式をとる投写型液
   晶表示において、ネマティック液晶とコレステリック液
   晶の種類と混合量とを調整して液晶組成物の屈折率異方
   性とパネル厚との積を１４００〜１５００ｎｍに保つと
   共に、螺旋ピッチを１．３μｍ以下に保つことにより彩
   度の高い緑色を表示することを特徴とする投写型カラー
   液晶表示素子。