JPH0519305A - 液晶表示素子及びそれを用いた投写型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 投写型液晶表示装置の白表示の明るさを変え
ずに黒表示の明るさを低下させ、コントラスト比が高く
明るい投写画像を得る。 【構成】 投写型表示装置を構成する高分子分散型の液
晶表示素子１００の液晶９に二色性染料９Ａを溶解し
た。電界が加わった時は白表示で、入射光はそのまま出
射する。無電界の時は黒表示で、入射した光は液晶９で
散乱と吸収を繰り返し、二色性染料９Ａで多くの散乱光
が吸収され、出射光は減少する。それでコントラスト比
は高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光の透過と散乱により表
示を行なう液晶表示素子及びそれを用いた投写型液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光の透過と散乱を用いた液晶表示
装置として、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐolymer−
Ｄispersed Ｌiquid Ｃrystal）を用いた調光ガラスが
実用化されている。これは図１に示すように高分子のス
ポンジ状三次元網目構造の中に低分子液晶を保持した特
殊な膜である。高分子分散型液晶は、電圧印加にともな
って光散乱状態から光透過状態へと変化するので、この
性質を利用して表示装置としても用いられている。投写
型液晶表示装置では光散乱状態を黒とし光透過状態を白
と表示するのが一般的であり、偏光板を必要としないの
で明るさを上げる手段として期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
を投写型表示装置に用いた場合、黒表示の散乱光を投写
レンズで呑込んでしまうためコントラスト比が低くなっ
てしまう。またコントラスト比を高くするには投写レン
ズのＦ値を大きくとり、呑込み角を小さくすれば良いが
画像が暗くなってしまう。

【０００４】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところはコントラスト比が高
く、明るい表示が可能な投写型液晶表示装置を提供する
ところにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子は
光の透過もしくは散乱により表示を行なう液晶表示素子
において、前記液晶表示素子の液晶は光の散乱時に特定
波長を吸収する二色性染料を含有する液晶であることを
特徴とする。

【０００６】また前記二色性染料は、液晶表示素子に入
射する光のピーク波長とほぼ等しい波長の光を最も多く
吸収する二色性染料であることを特徴とする。

【０００７】また本発明の投写型液晶表示装置は、画像
形成のための複数の液晶表示素子と、投写光源と、光の
色分離を行うための手段と、カラー画像合成のための手
段と、投写レンズからなる投写型液晶表示装置におい
て、前記液晶表示素子は請求項１または請求項２記載の
液晶表示素子であることを特徴とする。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。

【０００９】図１は本発明の液晶表示素子１００の概念
を示した断面図である。液晶表示素子１００に、アクテ
ィブマトリクス型でスイッチング素子としてＴＦＴ（Ｔ
hinＦilm Ｔransistor）を用いた液晶パネルを用いてい
る。ＴＦＴ基板１上に、ＴＦＴ２と信号線１１及び走査
線１２からなる配線３及び画素電極４が構成され、対向
基板５上に対向電極６及び遮光層７が構成される。そし
てこの２枚の基板に高分子分散型液晶８が挟まれて配置
される。高分子分散型液晶８は液晶９及びスポンジ状高
分子１０からなり、本実施例では二色性染料９Ａを溶解
したネマチック液晶及びＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリ
レート）を用いた。

【００１０】これはゲストホストモードと呼ばれる液晶
と同様の作用があり、ホストである液晶９の内部に数〜
数十％程度のゲストである二色性染料９Ａを溶解したも
のである。図示したように、液晶９内部では、電圧を印
加していない状態で、斜線を施した二色性染料９Ａとそ
うでない液晶分子９Ｂが界面に沿って配向している。図
２は液晶素子１００の透視図で、遮光層７は信号線１１
と走査線１２及びＴＦＴ２を覆うように配置され、有効
表示部分の画素電極４部分のみ光を透過させる。なぜな
ら、通常ＴＦＴ２は光が照射されるとリークを起こし性
能が劣下するので、対向基板５側から光を入射させ、Ｔ
ＦＴ２に光が入射しないようにしている。また配線３の
部分には電界がかかり不必要な表示を行なうため、同様
に遮光する。

【００１１】対向基板５側から液晶素子１００に入射し
た光は、画素電極４と対向電極６間において、電圧印加
部では透過し、電圧を印加しない部分では散乱する。

【００１２】この高分子分散型液晶８はスポンジ状高分
子１０の内部に不連続な状態で液晶９が存在し、その基
本動作は、例えば日経エレクトロニクス１９９０年６月
１１日号１０２頁に示されるように粒状の液晶９の屈折
率をスポンジ状高分子１０に合わせておく。すると電圧
が印加されないときは、界面に沿って液晶分子９Ｂが配
向し光の入射方向の屈折率が異なるため、反射を繰り返
し光は散乱する。また電圧が印加されるときは、液晶分
子９Ｂが光の入射方向に配向し屈折率が等しくなるため
光が透過する。

【００１３】この時二色性染料９Ａの分子も液晶分子９
Ｂと同様に配向するため、長軸方向で光を吸収するｐ形
染料を液晶９に溶解すれば、高分子分散型液晶８に電圧
を印加しない光散乱時には光を吸収し、電圧を印加した
光透過時は光を透過する。

【００１４】また高分子分散型液晶８はＰＮＬＣ（Ｐol
ymer−Ｎetwork Ｌiquid Ｃrystal）で置き換えてもよ
い。これは液晶層に高分子のネットワークを組んだ構造
で、液晶９が連続な状態で存在し、液晶分子配向の不規
則性を利用する。電圧印加しない状態では液晶分子９Ｂ
の配向が不規則なため光は散乱し、電圧印加状態では配
向が均一となり光は透過する。やはり液晶９に二色性染
料９Ａを含有すれば、前述の作用と同様な作用を行な
う。

【００１５】図３は光の散乱状態の概念を示す液晶表示
素子１００の拡大図である。図では液晶９の内部では二
色性染料９Ａのみ示した。

【００１６】ＴＦＴ基板１の画素電極４と、対向基板５
の対向電極６の間には電界が印加されない状態で、入射
した光は粒状の液晶９で散乱し、ある割合で二色性染料
９Ａに吸収され、その他の散乱光は他の粒状の液晶９で
再び散乱し、再度ある割合で二色性染料９Ａに吸収とい
うように散乱と吸収を繰り返し出射側に到達する。この
とき散乱を繰り返す光のうち多くの光は二色性染料９Ａ
に入射することになり、そこで吸収される。そのため液
晶表示素子１００の出射側の光度分布は破線で示すよう
になり、二色性染料９Ａを含有しない場合の一点鎖線で
示される光度分布に比べて小さくなる。

【００１７】すると光散乱状態において、図４の投写レ
ンズ１４のＦ値により定まる呑込み角θに対して呑込ま
れる光量が小さくなるため、スクリーン１５上での黒レ
ベルが低下する。また透過状態においては、透過率は変
わらず白レベルが変わらないのでコントラスト比が高く
なる。

【００１８】また従来のＰＤＬＣでは、散乱した光がＴ
ＦＴ２に到達してしまい光リークを起こして性能が劣下
するのに対して、本発明においては散乱光を二色性染料
９Ａが吸収してしまうためＴＦＴ２に達する光量はわず
かとなり、光リークもなく表示性能が向上する。

【００１９】（実施例２）図４は本発明の液晶表示素子
を用いた投写型液晶表示装置の概念図である。

【００２０】投写光源１３と液晶表示素子１００と投写
レンズ１４から構成される。投写光源１３から出射した
光が液晶表示素子１００において変調され、投写レンズ
１４でスクリーン１５上に拡大投写される。光線図は投
写レンズ１４の呑込み角θを説明するものであって、液
晶表示素子１００のあるポイントから出る光は、投写レ
ンズ１４のＦ値で決まる呑込み角θに含まれる光のみが
スクリーン１５上に表れる。黒レベルを下げ、コントラ
スト比を高めるためには、この呑込み角θを小さくすれ
ば図３の散乱光をスクリーン１５上に表示しない。しか
し白表示の光量も減ってしまい明るい表示ができない。
また投写光源１３の平行性を高めれば良いが、理想的な
点光源は存在しないため効率よく集光できないので結局
暗くなってしまう。

【００２１】ここで白色光を用いたモノクロ表示の場合
には、５５５［ｎｍ］付近に最大吸収波長のあるアント
ラキノン系やテトラジン系の二色性染料９Ａを用いれば
高コントラスト比を得ることができる。

【００２２】（実施例３）図５は本発明の投写型液晶表
示装置の構成図である。基本的には図４と同様である
が、三枚の液晶表示素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ
を用いている。投写光源１３の光を、光の色分離を行な
うための手段である色分離系１６において三原色に分離
し、それぞれの色ごとに三枚の液晶表示素子１００Ｒ，
１００Ｇ，１００Ｂで変調し、カラー画像合成のための
手段である色合成系１７によりフルカラーに合成され、
投写レンズ１４により拡大投写され、スクリーン１５上
に画像表示が行われる。色分離系１６及び色合成系１７
はそれぞれ二枚のダイクロイックミラーと反射ミラーか
ら構成されており、波長特性は任意に決めることができ
る。

【００２３】三枚の液晶表示素子１００Ｒ，１００Ｇ，
１００Ｂには、それぞれ三原色に分離後の色を吸収する
ような、つまり補色の関係にある色に見える二色性染料
９Ａを溶解した液晶９が用いられる。

【００２４】さらに投写光源１３としてメタルハライド
ランプ等のピークを有するランプを用いた場合、三原色
に分離後もピークを持つため、その波長と最大吸収波長
の一致した二色性染料９Ａをそれぞれの液晶表示素子１
００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに用いると、コントラスト
比が向上する。二色性染料９Ａは全波長に対して光を吸
収するのではなく、ある波長を最大として吸収するた
め、三原色に分離した色光においては波長域が狭いため
効果的に光を吸収し、モノクロの場合よりさらにコント
ラスト比が高くとれる。

【００２５】また光を吸収する偏光板が無く熱の発生が
少ないため、空冷ファンによる強制クーリング等の熱対
策は強力な対策は必要なくなり、ファンノイズ等のレベ
ルも下がり、静かな投写型液晶表示装置を提供できる。

【００２６】なお、液晶表示素子１００はＴＦＴ２によ
る駆動に限らず、ＭＩＭ方式や時分割駆動等のマトリク
スアドレス駆動方式に有効で、光や熱によるアドレス駆
動方式にも有効であること、また電圧の印加に対して散
乱する逆のモードであっても同様であることを付け加え
ておく。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、投写
型表示装置において高分子分散型液晶を用いた液晶表示
素子の液晶を二色性染料を含有した液晶で構成したこと
により、ＴＦＴ素子の性能を確保した上で、散乱光を吸
収しコントラスト比の高い画像表示を行えるという効果
を有する。また偏光板が不要となり、ファンノイズを減
少させるとともに、投写レンズの呑込み角を絞る必要も
なくなるため非常に明るい画像表示が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明の液晶表示素子の一実施例を示す透視図
である。

【図３】本発明の液晶表示素子を通過する光のふるまい
を示した概念図である。

【図４】本発明の投写型表示装置の概念を示す構成図で
ある。

【図５】本発明の投写型表示装置を液晶表示素子を三枚
用いて、フルカラーとした場合の構成図である。

【符号の説明】

１ ＴＦＴ基板 ２ ＴＦＴ ３ 配線 ４ 画素電極 ５ 対向基板 ６ 対向電極 ７ 遮光層 ８ 高分子分散型液晶 ９ 液晶 ９Ａ 二色性染料 ９Ｂ 液晶分子 １０ スポンジ状高分子 １１ 信号線 １２ 走査線 １３ 投写光源 １４ 投写レンズ １５ スクリーン １６ 色分離系 １７ 色合成系 １００ 液晶表示素子 １００Ｒ 赤色変調液晶表示素子 １００Ｇ 緑色変調液晶表示素子 １００Ｂ 青色変調液晶表示素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の透過もしくは散乱により表示を行な
   う液晶表示素子において、前記液晶表示素子の液晶は光
   の散乱時に特定波長を吸収する二色性染料を含有する液
   晶であることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記二色性染料は、液晶表示素子に入射
   する光のピーク波長とほぼ等しい波長の光を最も多く吸
   収する二色性染料であることを特徴とする請求項１記載
   の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 画像形成のための複数の液晶表示素子
   と、投写光源と、光の色分離を行うための手段と、カラ
   ー画像合成のための手段と、投写レンズからなる投写型
   液晶表示装置において、前記液晶表示素子は請求項１ま
   たは請求項２記載の液晶表示素子を用いた投写型液晶表
   示装置。