JPH0358021A - アクティブマトリクス液晶表示素子及び投射型アクティブマトリクス液晶表示装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画素電極毎に能動素子を配置したアクティブ
マトリクス液晶表示素子及び投射型アクティブマトリク
ス液晶表示装置に関するものである。

［従来の技術］ 液晶ディスプレイは、近年その低消費電力、低電圧駆動
等の特長を生かしてパーソナルワードプロセッサー、ハ
ンドヘルドコンピューター、ポケットＴＶ等に広く利用
されている。中でも注目され、盛んに開発されているの
が、画素電極毎に能動素子を配置したアクティブマトリ
クス液晶表示素子である。

このような液晶表示素子は当初は、ＤＳＭ（動的散乱）
型の液晶を用いた液晶表示素子も提案されていたが、Ｄ
ＳＭ型では液晶中を流れる電流値が高いため、消費電流
が大きいという欠点があり、現在ではＴＮ（ツイストネ
マチック）型液晶を用いるものが主流となっており、ポ
ケットＴＶとして市場に現われている。ＴＮ型液晶では
、漏れ電流は極めて小さく、消費電力が少ないので、電
池を電源とする用途には適している。

［発明の解決しようとする課題］ アクティブマトリクス液晶表示素子をＤＳモードで使用
する場合には、液晶自身の漏れ電流が大きい。このため
、各画素と並列に大きな蓄積容量を設けなくてはならな
く、がっ、液晶表示素子自体の消費電力が大きくなると
いう問題点を有していた。

ＴＮモードにおいては、液晶自身の漏れ電流は極めて小
さいので、大きな蓄積容量を付加する必要はないし、液
晶表示素子自体の消費電カは小さくできる。

しかし、ＴＮモードでは、２枚の偏光板を必要とするの
で、光の透過率が小さいという問題点を有している。特
に、カラーフィルターを用いてカラー表示を行う場合に
は、入射する光の数％しか利用できないこととなり、強
い光源を必要とし、そのため結果として消費電カを増加
させてしまう。

また、画像の投影を行う際には極めて強い光源を必要と
し、投影スクリーン上で高いコントラストが得られにく
いことや、光源の発熱による液晶表示素子への影響とい
う問題点を有している。

そこで、ＴＮモードの課題を解決すべく、ネマチック液
晶を樹脂マトリクス中に分散保持した液晶樹脂複合体を
使用して、その散乱一透過特性を利用したモードが提案
されている。

しかし、低電圧で十分な輝度、コントラスト比が得られ
ないという問題点を有していた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり
、画素電極毎に能動素子を設けたアクティブマトリクス
基板と、対向電極を設けた対向電極基板との間に、誘電
異方性が正のネマチック液晶が樹脂マトリクス中に分散
保持され、その樹脂マトリクスの屈折率が使用する液晶
の常光屈折率（ｎ０）とほぼ一致するようにされた液晶
樹脂複合体を挟持してなるアクティブマトリクス液晶表
示素子において、使用するネマチック液晶の屈折率異方
性Δｎが０．１８以上で、樹脂マトリクス中に分散保持
される液晶の平均粒子径Ｒ（μｍ）、両電極間隙ｄ（μ
ｍ）、液晶樹脂複合体に印加される最大実効印加電圧Ｖ
（Ｖ）が、 ０．３　　　　＜　　　Ｒ−　　Δ　ｎ　　　＜　　　
０．７　　　　　　　　（１）４Ｒ＜ｄ＜８Ｒ　　　　
　　　　　　　　（２）０．５Ｒ・Ｖ　　　＜　　　ｄ
　　　＜　　　Ｒ−Ｖ　　　　　（３）の関係を満足す
ることを特徴とするアクティブマトリクス液晶表示素子
、及び、その液晶樹脂複合体に用いられる樹脂が、光硬
化性ビニル系樹脂であり、液晶と該樹脂上を均一に溶解
した溶液に光照射し、樹脂を硬化させることにより得ら
れる液晶樹脂複合体を使用することを特徴とするアクテ
ィブマトリクス液晶表示素子、及び、それらのアクティ
ブマトリクス液晶表示素子に、投射用光源と投射光学系
とを組み合わせたことを特徴とする投射型アクティブマ
トリクス液晶表示装置を提供するものである。

本発明のアクティブマトリクス液晶表示素子では、アク
ティブマトリクス基板と対向電極基板との間に挟持され
る液晶材料として、電気的に散乱状態と透過状態とを制
御しつる液晶樹脂複合体を用いているため、偏光板が不
要であり、透過時の光の透過率を大幅に向上できる。

このため、明るい表示が可能であり、特に投射型表示に
用いた場合、明るくコントラストの良い投射型表示が得
られる。

また、ＴＮ型液晶表示素子に必須の配向処理や発生する
静電気による能動素子の破壊といった問題点も避けられ
るので、液晶表示素子の製造歩留りを大幅に向上させる
ことができる。

さらに、この液晶樹脂複合体は、硬化後はフィルム状に
なっているので、基板の加圧による基板間短絡やスペー
サーの移動による能動素子の破壊といった問題点も生じ
にくい。

また、この液晶樹脂複合体は、比抵抗が従来のＴＮモー
ドの場合と同等であり、ＤＳモードのように大きな蓄積
容量を画素電極毎に設けなくてもよく、能動素子の設計
が容易で、かつ、液晶表示素子の消費電力を少なく保つ
ここができる。従って、ＴＮモードの従来の液晶表示素
子の製造工程から、配向膜形成工程を除くだけで製造が
可能になるので、生産が容易である。

液晶樹脂複合体の比抵抗としては、　５Ｘ　１０”Ωｃ
ｍ以上のものが好ましい。さらに、漏れ電流等による電
圧降下を最小限にするために、１０ｌ０Ωｃｍ以上がよ
り好ましく、この場合には大きな蓄積容量を画素電極毎
に付与する必要がない。

画素電極に設けられる能動素子としては、１・ランジス
タ、ダイオード、非線形抵抗素子等があり、必要に応じ
て１づの画素に２以上の能動素子が配置されていてもよ
い。このような能動素子とこれに接続された画素電極と
を設けたアクティブマトリクス基板と、対向電極を設け
た対向電極基板との間に上記液晶樹脂複合体を挟んで液
晶表示素子とする。

投射用光源、投射光学系は従来から公知の投射用光源、
レンズ等の投射光学系が使用でき、通常は上記液晶表示
素子を投射用光源と投射レンズとの間に配置して用いれ
ばよい。

これにより、本発明では、液晶表示素子として、画素電
極毎に能動素子を設けたアクティブマトリクス基板と、
対向電極を設けた対向電極基板との間に、誘電異方性が
正のネマチツク液晶が樹脂マトリクス中に分散保持され
、その樹脂マトリクスの屈折率が使用する液晶の常光屈
折率（ｎ０）とほぼ一致するようにされた透過一敗乱型
の液晶樹脂複合体を挟持した液晶表示素子を用いている
た−め、明るく、高いコントラストが容易に得られると
いう特長を有している。

具体的には、本発明では、液晶表示素子として細かな孔
の多数形威された樹脂マトリクスとその孔の部分に充填
されたネマチック液晶とからなる液晶樹脂複合体をアク
ティブマトリクス基板と、対向電極基板との間に挟持し
、その電極間への電圧の印加状態により、その液晶の屈
折率が変化し、樹脂マトリクスの屈折率と液晶の屈折率
との関係が変化し、両者の屈折率が一致した時には透過
状態となり、屈折率が異なった時には散乱状態となるよ
うな液晶表示素子が使用できる。

この細かな孔の多数形威された樹脂マトリクスとその孔
の部分に充填された液晶とからなる液晶樹脂複合体は、
マイクロカプセルのような液泡内に液晶が封じ込められ
たような構造であるが、個々のマイクロカプセルが完全
に独立していなくてもよく、多孔質体のように個々の液
晶の液泡が細隙を介して連通していてもよい。

本発明の液晶表示素子に用いる液晶樹脂複合体は、ネマ
チック液晶と、樹脂マトリクスを構或する材料とを混ぜ
合わ゜せて溶液状またはラテックス状にしておいて、こ
れを光硬化、熱硬化、溶媒除去による硬化、反応硬化等
させて樹脂マトリクスを分離し、樹脂マトリクス中にネ
マチック液晶が分散した状態をとるようにすればよい。

使用する樹脂を、光硬化または熱硬化タイプにすること
により、密閉系内で硬化できるため好ましい。

特に、光硬化タイプの樹脂を用いることにより、熱によ
る影響を受けなく、短時間で硬化させることができ好ま
しい。

具体的な製法としては、従来の通常のネマチック液晶と
同様にシール材を用いてセルを形成し、注入口から未硬
化のネマチック液晶と樹脂マトリクスとの混合物を注入
し、注入口を封止して後、光照射をするか加熱して硬化
させることもできる。

また、本発明の液晶表示素子の場合には、シール材を用
いなく、例えば、対向電極としての透明電極を設けた基
板上に未硬化のネマチック液晶と樹脂マトリクスとの混
合物を供給し、その後、画素電極毎に能動素子を設けた
アクティブマトリクス基板を重ねて、光照射等により硬
化させることもできる。

もちろん、その後、周辺にシール材を塗布して周辺をシ
ールしてもよい。この製法によれば、単に未硬化のネマ
チック液晶と樹脂マトリクスとの混合物をロールコート
、スビンコート、印刷、ディスベンサーによる塗布等の
供給をすればよいため、注入工程が簡便であり、生産性
が極めてよい。

また、これら゛の未硬化のネマチック液晶と樹脂マトリ
クスとの混合物には、基板間隙制御用のセラミック粒子
、プラスチック粒子、ガラス繊維等のスベーサー、顔料
、色素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪影響を与
えない添加剤を添加してもよい。

この素子に、この硬化工程の際に特定の部分のみに十分
高い電圧を印加した状態で硬化させることにより、その
部分を常に光透過状態にすることができるので、固定表
示したいものがある場合には、そのような常透過部分を
形成してもよい。

このような本発明の液晶樹脂複合体を使用した液晶表示
素子の応答時間は、電圧印加の立ち上りが３〜５０ｍｓ
ｅｃ程度、電圧除去の立ち下がり１０〜８０１ｌｓｅｃ
程度一であり、従来のＴＮモードの液晶表示素子よりも
速い。

また、その電圧一透過率の電気光学特性は、従来のＴＮ
モードの液晶表示素子よりも比較的なだらかであり、階
調表示のための駆動も容易である。

なお、この液晶樹脂複合体を使用した液晶表示素子の透
過状態での透過率は高いほどよく、散乱状態でのヘイズ
値は８０％以上であることが好ましい。

本発明では、電圧を印加している状態で、樹脂マトリク
ス（硬化後の）の屈折率が、使用する液晶の常光屈折率
（ｎ０）と一致するようにされる。

これにより、樹脂マトリクスの屈折率と液晶の屈折率と
が一致した時に光が透過し、一致しない時に光が散乱（
白濁）することになる。この素子の散乱性は、従来のＤ
Ｓモードの液晶表示素子の場合よりも高く、高いコント
ラスト比の表示が得られる。

本発明の目的は、この液晶樹脂複合体を用いたアクティ
ブマトリクス液晶表示素子の最適な構成を提供すること
にある。

即ち、透過時に高い透過率を有し、散乱時に高い散乱性
（遮光性）を有するコントラスト比の大きなアクティブ
マトリクス液晶表示素子を提供するものである。

上記液晶樹脂複合体を用いたアクティブマトリクス液晶
表示素子の電気光学特性を決める要因としては、使用す
る液晶の屈折率（常光屈折率ｎ０、異常光屈折率ｎ．）
、比誘電率（ε／／、ε上、／／及び上は夫々液晶分子
軸に平行、垂直を示す）、粘性、弾性定数、並びに使用
する樹脂の屈折率ｎ．、比誘電率ε，、弾性率、並びに
樹脂マトリクス中に分散保持される液晶の平均粒子径Ｒ
、体積分布率Φ、両電極基板間隙（液晶樹脂複合体の厚
み）ｄ、能動素子により画素部分の液晶樹脂複合体に印
加される最大実効印加電圧Ｖ等が挙げられる。ここで液
晶平均粒子径Ｒとは、液晶がほぼ球状の液泡を形成して
いる場合にはその直径をあらわし、液晶が多孔質の連通
構造を持つ場合には液晶のディレクターが互いに相関を
持つ領域の直径を意味する。

本発明の液晶樹脂複合体を用いたアクティブマトリクス
液晶表示素子の電気光学特性としては、無電界時に高い
散乱性を有し、かつ、電界印加時に高い透過性を有する
こと、即ち、高い表示コントラスト比を持つことが望ま
れる。このような液晶表示素子を用いて、投射型の表示
を行った場合、高輝度かつ高コントラスト比の表示を得
ることができる。

このような表示を得るためには、上記の要因が最適な関
係を持つことが必要である．これらの要因の中でアクテ
ィブマトリクス液晶表示素子の電気光学特性を決定する
特に重要な要因は、使用する液晶の屈折率（屈折率異方
性Δｎ＝異常光屈折率ｎ．一常光屈折率ｎゆ〉、液晶の
平均粒子径Ｒ、両電極基板間隙ｄであり、これらを画素
に印加される最大の実効印加電圧で最適化する。

使用する液晶の屈折率異方性Δｎ（＝ｎ．−ｎ０）は、
無電界時における散乱性に寄与し、高い散乱性を得るに
は、ある程度以上大きいことが好ましく、具体的にはΔ
ｎ　＞　０．　１８が好ましい条件である。また、使用
する液晶の常光屈折率ｎ０は樹脂マトリクスの屈折率ｎ
，とほぼ一致することが好ましく、この時電界印加時に
高い透明性が得られる。具体的にはｎＯ−０．０３＜ｎ
．＜ｎ．＋０．０５の関係を満たすことが好ましい。

樹脂マトリクス中に分散保持される液晶の平均粒子径Ｒ
は非常に重要な要因であり、無電界時の散乱性、電界印
加時の液晶の動作特性に寄与する。無電界時の散乱性は
、使用する液晶の屈折率異方性Δｎ、光の波長丸、液晶
の平均粒子径Ｒの関係により変化するが、んが可視光線
域において、単位動作液晶量あたりの散乱性が最大にな
るのは、平均粒子径Ｒ（μｍ）が、０．３　　　　＜　
　　Ｒ−　　Δｎ　　　＜　　　０．７　　　　　　　
（１）の関係を満たす時である。この範囲内においては
、散乱性に波長依存性も少なく、全可視光線域にわたっ
て強い散乱が得られるため、コントラスト比の高い表示
が得られる． 平均粒子径Ｒが（１）式の範囲よりも小さい場合、散乱
性は短波長側の方が強いという波長依存性を持つように
なり、また、液晶の動作により高い電界を必要とするた
め、消費電力が増大するという問題も生じる。逆に、平
均粒子径Ｒが（１）式の範囲よりも大きい場合、散乱性
の波長依存性は小さいものの、全可視光線域にわたって
散乱性が弱くなり、コントラスト比が低下し、透過時か
ら散乱時への応答性が遅くなるという問題点も生じる． 電極基板間隙ｄも重要な要因である．ｄを大きくすると
、無電界時の散乱性は向上する。しかし、ｄがあまり大
きすぎると、電界印加時の充分な透明性を達成するため
に高い電圧を必要ヒし、消費電力の増大や、従来のＴＮ
用の能動素子、駆動用ＩＣが使用できないといった問題
が生じてくる。また、ｄを小さくすると、低電圧で高い
透明性が得られるが、無電界時の散乱性は減少していく
。このため、無電界時の散乱性と電界印加時の高透明性
を両立させるためには、ｄ（μｍ）が、 ４Ｒ＜ｄ＜８Ｒ　　　　　　　　　　　　　（２）を満
足し、かつ、液晶樹脂複合体に印加される最大実効印加
電圧Ｖ　（Ｖ）が ０．５Ｒ−Ｖ　　　＜　　　ｄ　　　＜　　　Ｒ−Ｖ　
　　　　（３）の関係を満たす必要がある。この範囲内
では、従来のＴＮ用の能動素子、駆動用ＩＣを用いて高
いコントラスト比を有する表示が可能である。

（２）式の範囲内におけるｄの設定は、用いる液晶の比
誘電率異方性Δε（＝ε↓一ε／／）、弾性定数との関
係により、適当に設定することが可能である。一般には
、大きなΔε（Δε〉１０）の液晶を用い、最大実効印
加電圧で充分な透明性が得られるような範囲で、ｄを最
大にすることが好ましい。

上記のように、電圧印加時に透明状態、無電界時に散乱
状態となる液晶樹脂複合体を用いたアクティブマトリク
ス液晶表示素子において、式（１）．　（２）、（３）
の条件を全て満足する液晶表示素子は、従来のＴＮ用の
能動素子や駆動用ＩＣを用いて、高いコントラスト比を
持つ明るい表示が可能である。具体的には、コントラス
ト比１００以上、電界印加時の透過率が７０％以上の表
示が可能である。また、ダイナミックレンジが広いため
、細かな中間調表示も可能な優れた素子が得られる。

また、無電界時の散乱性を向上させるには、液晶樹脂複
合体の動作可能な液晶の体積分率Φを増加させることが
有効であり、Φ＞２０％が好ましく、より高い散乱性を
有するにはΦ〉３５％が好ましい。一方Φがあまり大き
くなると、液晶樹脂複合体の構造安定性が悪くなるため
、Φ＜７０％が好ましい。

本発明の液晶表示素子は、電界が印加されていない場合
は、配列していない液晶と、樹脂マトリクスの屈折率の
違いにより、散乱状態（つまり白濁状態）を示す。この
ため、本発明のように投射型表示装置として用いる場合
には、電極のない部分は光が散乱され、画素部分以外の
部分に遮光膜を設けなくても、光が投射スクリーンに到
達しないため、黒く見える。このことにより、画素電極
以外の部分からの光の漏れを防止するために、画素電極
以外の部分を遮光膜等で遮光する必要がないこととなり
、遮光膜の形成工程が不要となるという利点も有する。

これに所望の画素に電界を印加する．この電界を印加さ
れた画素部分では、液晶が配列し、液晶の常光屈折率（
ｎ．）と樹脂マトリクスの屈折率（ｎ，）とが一致する
ことにより透過状態を示し、当該所望の画素で光が透過
することとなり、投射スクリーンに明るく表示される。

この素子に、この硬化工程の際に特定の部分のみに充分
に高い電圧を印加した状態で硬化させてやることにより
、その部分を常に光透過状態とすることができるので、
固定表示したいものがある場合には、そのような常透過
部分を形成してもよい。

また、本発明のアクティブマトリクス液晶表示素子は、
カラーフィルターを設けることによりカラー表示を行う
ことができる。このカラーフィルターは、１個の液晶表
示素子に３色設けてもよいし、１個の液晶表示素子に１
色設けてもこれを３個組み合わせてもよい。このカラー
？ィルターは、基板の電極面側に設けてもよいし、外側
に設けてもよい。

また、液晶樹脂複合体中に染料、顔料等を混入しておく
ことにより、カラー表示を行うようにしてもよい。

第１図は、本発明のアクティブマトリクス液晶表示素子
の斬面図である。

第１図において、　ｌは液晶表示素子、２はアクティブ
マトリクス基板用のガラス、プラスチック等の基板、　
３はＩ　Ｔ　Ｏ’　（ＩｎｉＯａ−Ｓｎ０２），ＳｎＯ
■等の画素電極、４はトランジスタ、ダイオード、非線
形抵抗素子等の能動素子、５は対向電極基板用のガラス
、プラスチック等の基板、６はＩ　Ｔ　Ｏ　．　Ｓｎｏ
ｗ等の対向電極、７は両基板間に挟持された液晶樹脂複
合体を示している。

第２図は、第１図のアクティブマトリクス液゛晶表示素
子を用いた投射型アクティブマトリクス液晶表示装置の
模式図である。

第２図において、１ｌは投射用光源、２ｌは液晶表示素
子、ｌ３はレンズ、アパーチャー等を含む投射光学系、
１４は投射する投射スクリーンを示している。なお、投
射光学系はこの例では、孔のあいた板であるアパーチャ
ーやスポット１５、集光レンズｌ６、投射レンズ１７を
含んでいる。

本発明の能動素子としてＴＰＴ　（薄膜トランジスタ）
等の３端子素子を使用する場合、対向電極基板は全画素
共通のべ夕電極を設ければよいが、−Ｍ　Ｉ　Ｍ素子、
ＰＩＮダイオード等の２端子素子を−用いる場合には、
対向電極基板はストライブ状のバターニングをされる。

また、能動素子として、ＴＰＴを用いる場合には、半導
体材料としてはシリコンが好適でありる。特に多結晶シ
リコンは、非結晶シリコンのように感光性がないため、
光源からの光を遮光膜により遮光しなくても誤動作しな
く、好ましい。この多結晶シリコンは、本発明のように
投射型液晶表示装置として用いる場合、強い投射用光源
を利用でき、明るい表示が得られる。

また、従来のＴＮ型液晶表示素子の場合には、画素間か
らの光の漏れを抑止するために、画素間に遮光膜を形成
することが多く、このついでに能動素子部分にも同時遮
光膜を形成することができ、能動素子部分に遮光膜を形
成することは全体の工程にあまり影響を与えない。即ち
、能動素子として多結晶シリコンを用いて、能動素子部
分に遮光膜を形成しないことにしても、画素間に遮光膜
を形成する必要があれば、工程を減らすことはできない
。

これに対して、本発明では、前述の如く、樹脂マトリク
スの屈折率が使用する液晶の常光屈折率（ｎ０）とほぼ
一致するようにされた液晶樹脂複合体を使用しているた
め、電界を印加しない部分では光が散乱して投射された
投射スクリーン上では黒くなるため、画素間に遮光膜を
形成しなくてよい。このため、能動素子として多結晶シ
リコンを用いた場合、能動素子部分に遮光膜を形成しな
くてもよいので、遮光膜を形成する工程をなくすことが
でき、工程を減らすことができ、生産性が向上する。

また、電極は通常は透明電極とされるが、反射型の液晶
表示装置として使用する場合には、クロム、アルミ等の
反射電極としてもよい。

本発明の液晶表示素子及び液晶表示装置は、このほか赤
外線カットフィルター、紫外線カットフィルター等を積
層したり、文字、図形等を印刷したりしてもよいし、複
数枚の液晶表示素子を用いたりするようにしてもよい。

さらに、本発明では、この液晶表示素子の外側にガラス
板、プラスチック板等の保護板を積層してもよい。これ
により、その表面を加圧しても、破損する危険性が低く
なり、安全性が向上する。

本発明では、前述の液晶樹脂複合体を構戊する未硬化の
樹脂ヒして光硬化性樹脂を用いる場合、光硬化ビニル系
樹脂の使用が好ましい。

具体的には、光硬化性アクリル系樹脂が例示され、特に
、光照射によって重合硬化するアクリルオリゴマーを含
有するものが好ましい。

本発明で使用される液晶は、正の誘電異方性を有するネ
マチック液晶であり、樹脂マトリクスの屈折率がその液
晶の常光屈折率（ｎ０）と一致するような液晶であり、
単独で用いても組或物を用いても良いが、動作温度範囲
、動作電圧など種々の要求性能を満たすには組成物を用
いた方が有利といえる。

また、液晶樹脂複合体に使用される液晶は、光硬化性樹
脂を用いた場合には、光硬化性樹脂を均一に溶解するこ
とが好ましく、光露光後の硬化物は溶解しない、もしく
は溶解困難なものとされ、組成物を用いる場合は、個々
の液晶の溶解度ができるだけ近いものが望ましい。

液晶樹脂複合体を製造する場合、従来の通常の液晶表示
素子のようにアクティブマトリクス基板と対向電極基板
とを電極面が対向するように配置して、周辺をシール材
でシールして、注入口から未硬化の液晶樹脂複合体用の
混合液を注入して、注入口を封止してもよいし、基板上
に硬化性化合物と液晶との混合物を供給し、対向する基
板を重ね合わせるようにして製造してもよい。

本発明の液晶表示素子は、液晶中に２色性色素や単なる
色素、顔料を添加したり、硬化性化合物として着色した
ものを使用したりしてもよい。

本発明では、液晶樹脂複合体として液晶を溶媒として使
用し、光露光により光硬化性樹脂を硬化させることによ
り、硬化時に不要となる単なる溶媒や水を蒸発させる必
要がない。このため、密閉系で硬化できるため、従来の
セルへの注入という製造法がそのまま採用でき、信頼性
が高く、かつ、光硬化性樹脂で２枚の基板を接着する効
果も有するため、より信頼性が高くなる。

このように液晶樹脂複合体とすることにより、上下の透
明電極が短絡する危険性が低く、かつ、通常のＴＮ型の
表示素子のように配向や基板間隙を厳密に制御する必要
もなく、透過状態と散乱状態とを制御しつる液晶表示素
子を極めて生産性良く製造できる。

この液晶表示素子は、基板がプラスチックや薄いガラス
の場合にはさらに保護のために、外側にプラスチックや
ガラス等の保護板を積層することが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、駆動のために電圧を印加する
時には、前述の式（３）の最大実効電圧以下、通常は前
述の最大実効電圧が画素の電極間の液晶樹脂複合体に印
加されるように駆動されればよい。

投射用光源、投射光学系、投射スクリーン等は従来から
の投射用光源、投射光学系、投射スクリーンが使用でき
、投射用光源と投射光学系との間に本発明のアクティブ
マトリクス液晶表示素子を配置すればよい。もちろん、
複数のアクティブマトリクス液晶表示素子の像を光学系
を用いて合威して表示するようにしてもよい。

また、これに冷却系を付加したり、ＬＥＤ等のチャンネ
ル表示等を付加したりしてもよい。

特に、この投射型の表示をする場合、光路上に拡散光を
減ずる装置、例えば、第２図のｌ５で示されるようなア
バーチャーやスポットを設置することがにより、表示コ
ントラストを大きくすることができる。

即ち、拡散光を減ずる装置とは、液晶表示素子を通過し
た光の内、入射光に対して直進する光（画素部分が透過
状態の部分を透過する光）を取り出し、直進しない光（
液晶樹脂複合体が散乱状態の部分で散乱される光）を減
ずるものであればよい。特に、直進する光は減ずること
なく、直進しない光は拡散光を減ずることが好ましい。

具体的な装置としては、第２図のように、液晶表示素子
と投射光学系とで構或され、液晶表示素子１２、集光レ
ンズ１６、孔のあいた板であるアバーチャーやスポット
１５、投射レンズｌ７を設けたものがある。この例によ
れば、投射用光源からでて液晶表示素子ｌ２を通過した
光の内、入射光に対して直進する光は集光レンズ１６に
より集光され、アバーチャーやスポット１５に開けられ
た孔を通過して、投射レンズｌ７を通し投射される。一
方、液晶表示素子１２で散乱させられた直進しない光は
、集光レンズｌ６により集光さ゛れても、アバーチャー
やスポット１５に開けられた孔を通過しない。このため
、散乱光が投射されないことになり、コントラスト比が
向上する．また、他の例としては、アバーチャーやスポ
ット１５の代りに、小さな面積を有する鏡を同じ位置に
斜めに配置し、反射させてその光軸上に配置された投射
レンズを通して投射させることもできる． また、このような集光レンズを用いることなく、投射レ
ンズにより光線が絞られる位置にスポット、鏡等を設置
してもよい． 投射スクリーン上に到達する直進或分と散乱成分との比
は、スポット、鏡等の径及びレンズの焦点距離により制
御可能で、所望の表示コントラスト、表示輝度を得られ
るように設定すれば良い。

第２図のような拡散光を減ずる装置を用いる場合、表示
の輝度を上げるためには、投射用光源から液晶表示素子
に入射される光はより平行であることが好ましく、その
ためには高輝度でかつできるだけ点光源に近い光源と、
凹面鏡、コンデンサーレンズ等を組み合わせて投射用光
源を構成することが好ましい。

［作用］ 本発明によれば、高いコントラスト比の表示が得られ、
投射型表示で用いられた場合には、透過一散乱型の液晶
表示素子が透過状態の部分では光が透過し、投射スクリ
ーンは明るく表示され、散乱状態の部分では光が散乱さ
れ、投射スクリーンは暗く表示され、所望の高輝度、高
コントラスト比の表示が得られる。

特に、本発明では、前記のような構成を有しているので
、液晶樹脂複合体に印加される最大実効印加電圧ＶをＩ
ＯＶ以下にすることができ、従来のＴＮ型のアクティブ
マトリクス液晶表示素子に使用したような能動素子や駆
動用ＩＣが容易に使用できる。

［実施例］ 以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。

実施例１ ガラス基板（コーニング社製７０５９基板）上にクロム
を６０ｎｍ蒸着して、バターニングしてゲート電極とし
た。引き続きシリコンオキシナイトライド膜と非晶質シ
リコン膜をプラズマＣＶＤ装置で堆積した。これをレー
ザーを用いてアニールした後、バターニングして多結晶
シリコンとした。これにリンドーブ非晶質シリコン、ク
ロムを夫々プラズマＣＶＤ、蒸着装置を用いて堆積し、
多結晶シリコンを覆うようにパターニングして、第１層
目のソース電極、ドレイン電極とした。さらに、ＩＴＯ
を蒸着した後、バターニングして画素電極を形成した。

続いて、クロム、アルミを連続蒸着して、画素電極と第
１層目のソース電極、ドレイン電極を接続するようにバ
ターニングして、第２層目のソース電極、ドレイン電極
とした。この後、再び、シリコンオキシナイトライド膜
をプラズマＣＶＤ装置で堆積し保護膜とし、アクティブ
マトリクス基板を作成した。

全面にべ夕のＩＴＯ電極を形或した同じガラス基板によ
る対向電極基板と、前に製造したアクティブマトリクス
基板とを電極面が対向するように配置して、内部に直径
約１１．０μｍのスベーサーを散布して、その周辺を注
入口部分を除き、エボキシ系のシール材でシールして、
基板間隙１１．０μｍの空セルを製造した。

２−エチルへキシルアクリレート６部及びヒドロキシエ
チルアクリレート１８部、アクリルオリゴマ−（東亜合
或化学（株）製ｒＭ−１２００Ｊ　、粘度３００，　０
００ｃｐｓ／　５０℃）　１４部、光硬化開始剤として
メルク社製「ダロキュア−１１１６４を０．４部と液晶
としてＢＤＨ社製ｒ　Ｅ−８Ｊを６２部とを均一に溶解
した。

この混合物を、上記方法により製造した空セルに注入口
から注入し、注入口を封止した。

これに紫外線を３０秒間照射して液晶樹脂複合体を硬化
させ、アクティブマトリクス液晶表示素子を作成した。

この作威した液晶表示素子の液晶樹脂複合体中の液晶の
平均粒子径Ｒは約２．０μｍ、液晶の屈折率異方性Δｎ
は約０．２４、誘電異方性Δεは約１５，６であった。

この素子を従来のＴＮ型液晶表示素子用の駆動ＩＣを用
いて液晶樹脂複合体に印加される電圧が実効値で７■と
なるように駆動したところ、直線光線透過率が、７ｖの
電圧印加時に透過率約８０％、ＯＶ時に透過率約０．５
％であり、７Ｖ駆動でコントラスト比約１６０の表示が
得られた。また、これをビデオ信号で駆動したところ、
中間調のある残像のない動画表示が得られた。

この液晶表示素子用に、投射用光源と投射光学系とを組
み合わせて投射型液晶表示装置とした。これを前記の場
合と同様に液晶樹脂複合体に印加される電圧が実効値で
７■となるように駆動使用したところ、投射スクリーン
上に明るくコントラスト比の高い表示が得られた。

投射スクリーン上に投射された像のコントラスト比は、
拡散光を減ずる装置を用いない時には約６０であった。

一方、拡散光を減ずる装置として、第２図のようにスポ
ットを用いた時には約１２０であった． また、ビデオ信号による駆動においては、５０インチ以
上の大画面の動画表示が可能であった。

比較例１ 実施例１の液晶樹脂複合体の代りに、通常のネマチック
液晶を注入し、ＴＮ型液晶表示素子とした投射型アクテ
ィブマトリクス液晶表示素子を製造した。

この液晶表示素子に実施例ｌの投射用光源と投射光学系
とを組み合わせて用いて投射型液晶表示装置とし、実施
例１と同様に駆動したところ、投射スクリーン上の表示
輝度は、実施例１の場合の約１／３と暗く、コントラス
ト比は約２０と低いものしか得られなかった。

実施例２〜４、比較例２〜４ 実施例１とほぼ同様にして、液晶の平均粒子径Ｒ及び基
板間隙ｄを変化させてアクティブマトリクス液晶表示素
子を製造した。

その液晶表示素子の７Ｖの電圧印加時における透過率Ｔ
　ｖｖ、液晶表示素子自体の直線光線透過率によるコン
トラスト比Ｃ　Ｒ　ｏ　、及び、拡散光を減ずる装置と
して第２図のようなスポットを用いた時の投射スクリー
ンに投射時のコントラスト比Ｃ　Ｒ　ｐを測定した。

その結果を第１表に示す。

実施例４ 比較例３の液晶表示素子を駆動電圧をＩＯＶで駆動した
ところ、Ｔｓｖは約７７％となり、ＣＲｆｌは約１５０
、ＣＲＰは約１１０になった。

［発明の効果］ 本発明のアクティブマトリクス液晶表示素子では、アク
ティブマトリクス基板と対向電極基板との間に挟持され
る？ｄ晶材料として、電気的に散乱状態と透過状態とを
制御しつる液晶樹脂複合体を挟持した液晶表示素子を用
いているため、偏光板が不要であり、透過時の光の透過
率を大幅に向上できる。

本発明の液晶表示素子は、電界が印加されない状態で高
い散乱性を有し、能動素子により電界を印加した状態で
高い透過性を有するものであり、従来のＴＮ型液晶表示
素子用の駆動用ＩＣを用いた駆動においても、高コント
ラスト比を有し、かつ高輝度の表示が可能になる。

このため、本発明の液晶表示素子は特に投射型表示に有
効であり、明るくコントラストの良い投射型表示が得ら
れる。また、光源も小型化できる。

また、偏光板を用いなくてもよいため、光学特性の波長
依存性が少なく、光源の色補正等がほとんど不要になる
という利点も有している。

また、ＴＮ型液晶表示素子に必須のラビング等の配向処
理やそれに伴う静電気の発生による能動素子の破壊とい
った問題点も避けられるので、液晶表示素子の製造歩留
りを大幅に向上させることができる。

さらに、この液晶樹脂複合体は、硬化後はフィルム状に
なっているので、基板の加圧による基板間短絡やスペー
サーの移動による能動素子の破壊といった問題点も生じ
にくい。

また、この液晶樹脂複合体は、比抵抗が従来のＴＮモー
ドの場合と同等であり、従来のＤＳモードのように大き
な蓄積容量を画素電極毎に設けなくてもよく、能動素子
の設計が容易で、有効画素電極面積の割合を大きくしや
すく、かつ、液晶表示素子の消費電力を少なく保つこと
ができる。

さらに、ＴＮモードの従来の液晶表示素子の製造工程か
ら、配向膜形成工程を除くだけで製造が可能になるので
、生産が容易である。

また、この液晶樹脂複合体を用いた液晶表示素子は、応
答時間が短いという特長も有しており、動画の表示も容
易なものである。さらに、この液晶表示素子の電気光傘
特性（電圧一透過率）は、ＴＮモードの液晶表示素子に
比して比較的なだらかな特性であるので、階調表示への
適用も容易である。

また、本発明の液晶表示素子は、電界を印加しない部分
では光が散乱されるため、画素以外の部分を遮光膜によ
り遮光しなくても投射時に光の漏れがなく、隣接画素間
の間隙を遮光する必要がない。このため、特に、能動素
子として多結晶シリコンによる能動素子を用いることに
より、能動素子部分に遮光膜無しで高輝度の投射用光源
を用いることができ、高輝度の投射型液晶表示装置を容
易に得ることができる。さら４ にこの場合には遮光膜を全く設けなくてもよいことにな
り、さらに生産工程を簡便化することができる。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で種
々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアクティブマトリクス液晶表示素子
の基本的な構成を示す断面図である。 第２図は、本発明の投射型アクティブマトリクス液晶表
示装置の基本的な構成を示す模式図ある。 液晶表示素子　　：　ｌ、１２ 基板　　　　　　：　２、　５ 画素電極　　　　；　３ 能動素子　　　　：　４ 対向電極　　　　：　６ 液晶樹脂複合体　：　７ 投射用光源　　　＝１１ 投射光学系　　　：１３ 投射スクリーン スポット 集光レンズ 投射レンズ ＝１４ ：ｌ５ ：ｌ６ ：１７ １６：渠允レンス ｉｌ：仮酊νノ人 手続補正書 平Ｉ５！２年　９月　４日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画素電極毎に能動素子を設けたアクティブマトリ
   クス基板と、対向電極を設けた対向電極基板との間に、
   誘電異方性が正のネマチック液晶が樹脂マトリクス中に
   分散保持され、その樹脂マトリクスの屈折率が使用する
   液晶の常光屈折率（ｎ＿０）とほぼ一致するようにされ
   た液晶樹脂複合体を挟持してなるアクティブマトリクス
   液晶表示素子において、使用するネマチック液晶の屈折
   率異方性Δｎが０．１８以上で、樹脂マトリクス中に分
   散保持される液晶の平均粒子径Ｒ（μｍ）、両電極間隙
   ｄ（μｍ）、液晶樹脂複合体に印加される最大実効印加
   電圧Ｖ（Ｖ）が、０．３＜Ｒ・Δｎ＜０．７（１） ４Ｒ＜ｄ＜８Ｒ（２） ０．５Ｒ・Ｖ＜ｄ＜Ｒ・Ｖ（３） の関係を満足することを特徴とするアクティブマトリク
   ス液晶表示素子。
2. （２）請求項１の液晶樹脂複合体に用いられる樹脂が、
   光硬化性ビニル系樹脂であり、液晶と該樹脂とを均一に
   溶解した溶液に光照射し、樹脂を硬化させることにより
   得られる液晶樹脂複合体を使用することを特徴とするア
   クティブマトリクス液晶表示素子。
3. （３）請求項１または請求項２のアクティブマトリクス
   液晶表示素子に、投射用光源と投射光学系とを組み合わ
   せたことを特徴とする投射型アクティブマトリクス液晶
   表示装置。