JPH0545635A

JPH0545635A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0545635A
Application number: JP3223680A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Korishima; 友紀郡島; Yoshiharu Oi; 好晴大井; Yutaka Kumai; 裕熊井; Yoshinori Hirai; 良典平井
Original assignee: AG Technology Co Ltd
Current assignee: AG Technology Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】透過散乱型の液晶樹脂複合体を挟持した反射型
液晶表示素子を用いて投射型液晶表示装置を構成する際
に、高コントラスト比の表示を得る。【構成】光源からの光が反射型液晶表示素子３に入射
し、その裏電極基板で反射して出射してきて絞り５を通
過した光が投射される投射型液晶表示装置に用いる反射
型液晶表示素子３の表電極基板表面に反射防止膜を設
け、T₁／T₀≦0.008 とする。（T₁：表電極基板表面の反
射光で絞りを通過する光量、T₀：反射型液晶表示素子か
らの出射光で絞りを通過する光量）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射型液晶表示素子を
用いた投射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【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Ｔ
Ｖ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液
晶表示素子である。

【０００３】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、ＤＳＭ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。Ｔ
Ｎ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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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、かつ、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。

【０００５】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力は小さくでき
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、投射型液晶表示装置に用いた場合、強い光源を必要
とし、そのため結果として消費電力を増加させてしま
う。

【０００６】この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−透過特性を利用した10Ｖ
以下の低電圧で駆動できるモードが提案されている。こ
のような透過散乱型液晶表示素子を用いた投射型液晶表
示装置も提案されている。

【０００７】一般のＴＮモードの液晶表示素子を用いた
投射型液晶表示装置としては、液晶表示素子を透過型と
して通常使用されている。これに対し、液晶樹脂複合体
を用いた液晶表示素子は、ＴＮモードに比して、高い散
乱性を得ようとすると、比較的高い駆動電圧を必要とす
る。駆動電圧が高くなると、各画素に設けられた能動素
子や、駆動回路用のＩＣに特殊なものが必要となり、実
用上大きな問題となっていた。

【０００８】このため、明るい表示が可能という液晶樹
脂複合体を用いた液晶表示素子の特長を生かしつつ、低
い駆動電圧で駆動でき、高い散乱性、即ち、高コントラ
スト比を有することができる液晶表示素子を用いた投射
型液晶表示装置が望まれていた。

【０００９】

【課題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、明るく高コントラスト
比を有する投射型液晶表示装置を提供するものである。
即ち、光源と、光源からの光が入射し裏側で反射して出
射する反射型液晶表示素子と、その反射型液晶表示素子
から出射した光を投射する投射光学系とを有し、反射型
液晶表示素子が透明電極を有する表電極基板と反射機能
を有する裏電極基板との間に、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、電圧の印
加時または非印加時のいずれかの状態においてその樹脂
マトリクスの屈折率が使用する液晶の屈折率とほぼ一致
するようにされた液晶樹脂複合体を挟持してなる反射型
液晶表示素子であり、投射光学系が拡散光を減ずる装置
を有し、反射型液晶表示素子の表電極基板の両面におけ
る表側からの光に対する反射光で拡散光を減ずる装置を
通過し得る光の量T₁が、反射型液晶表示素子の液晶樹脂
複合体を通過して出射してきた光で拡散光を減ずる装置
を通過し得る光の量T₀に対して、T₁／T₀≦0.008 とされ
ることを特徴とする投射型液晶表示装置を提供するもの
である。

【００１０】また、複数の色光源と、各色光源からの光
が入射し裏側で反射して出射する複数の反射型液晶表示
素子と、その反射型液晶表示素子から出射した光を合成
投射する投射光学系とを有し、反射型液晶表示素子が透
明電極を有する表電極基板と反射機能を有する裏電極基
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、電圧の印加時または非印加
時のいずれかの状態においてその樹脂マトリクスの屈折
率が使用する液晶の屈折率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反射型液晶表示素子であ
り、投射光学系が拡散光を減ずる装置を有し、反射型液
晶表示素子の表電極基板の両面における表側からの光に
対する反射光で拡散光を減ずる装置を通過し得る光の量
T₁が、反射型液晶表示素子の液晶樹脂複合体を通過して
出射してきた光で拡散光を減ずる装置を通過し得る光の
量T₀に対して、T₁／T₀≦0.008 とされることを特徴とす
る投射型液晶表示装置を提供するものである。

【００１１】本発明の投射型液晶表示装置では、使用す
る液晶表示素子として、電気的に散乱状態と透過状態と
を制御しうる液晶樹脂複合体を挟持した反射型液晶表示
素子を用いているため、偏光板が不要であり、明るい光
源を使用でき、かつ透過時の光の透過率を大幅に向上で
きる。さらに、表側の電極基板の光の反射率を低減して
いるので、高コントラスト比が容易に得られる。

【００１２】また、液晶樹脂複合体を挟持した液晶表示
素子は、ＴＮ型反射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。

【００１３】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。

【００１４】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、各
画素電極に設けられる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とができる。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。

【００１５】液晶樹脂複合体の比抵抗としては、 5×10
⁹ Ωcm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、10¹⁰Ωcm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。

【００１６】図１は、本発明の投射型液晶表示装置の基
本的構成を示す模式図である。図１において、ランプ1
から出射した光は、レンズ2 等で集光されて、光を平行
光線化するレンズ3 を通過し反射型液晶表示素子4に入
射し、裏側で反射されて入射側に出射してきて、再度レ
ンズ3 を通過し集光され、拡散光を減ずる装置である絞
り5 を通過し、投射光学系のレンズ6 により図示されて
いないスクリーンに投射される。

【００１７】本発明の光源は、図１では簡単に示した
が、ランプに必要に応じて楕円面鏡、放物面鏡、球面鏡
やレンズ等を適当に組み合わせたものが使用できる。ラ
ンプとしては、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンランプ等がある。さらに、この光源には冷
却系を付加したり、赤外線カットフィルターや紫外線カ
ットフィルター等を組み合わせてもよい。また、レーザ
光をビームエキスパンダーで拡大平行光化し、入射光と
して用いてもよい。

【００１８】また、複数の液晶表示素子に色光に分けて
入射させる場合には、最初から３色の光源を準備しても
よいし、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズ
ム等により分光してもよい。具体的に図１の装置に適用
するとすれば、レンズ3 と反射型液晶表示素子4 との間
にダイクロイックプリズムを配置すればよい。その場
合、ダイクロイックプリズムの３つの出射面に３個の反
射型液晶表示素子が配置されることになる。

【００１９】投射光学系は、レンズ等からなる従来から
の投射光学系が使用されるが、投射光学系に拡散光を減
ずる装置を組み合わせて用いる。この拡散光を減ずる装
置とは、液晶表示素子を通過した光の内、入射光に対し
て直進して反射してきた光（画素部分が透過状態の部分
を透過して裏側の反射電極で反射してくる光）を取り出
し、直進しないで反射してきた光（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、直進して反射してくる光は減ずることなく、
直進しないで反射してきた光である拡散光を減ずること
が好ましい。

【００２０】この拡散光を減ずる装置は、図１のよう
に、投射光学系と組み合わせて、投射光学系のレンズの
前後またはレンズの間に配置すればよい。この拡散光を
減ずる装置は、前記したような絞りであるアパーチャー
やスポットに限られなく、例えば、光路上に配置された
小面積の鏡であってもよい。また、特別なアパーチャー
等を用いなくとも、投射用レンズの焦点距離、口径を拡
散光が除去されるように選択してもよい。

【００２１】また、マイクロレンズ系なども用いること
もできる。具体的には、液晶表示素子の投射光学系側に
マイクロレンズアレイと細やかな穴がアレー化されたス
ポットアレーを配置して、不要な拡散光を除去すること
ができる。この場合、拡散光除去に必要な光路長を非常
に短くすることができるため全体の投射型表示装置をコ
ンパクトにできるという利点を持つ。光路長の短縮に関
しては、投射光学系の中に拡散光を減ずる装置を組み込
むことも有効である。この場合、独立に投射光学系と拡
散光を減ずる装置を設置するより光学系がシンプルにな
ると共に、サイズを小さく抑えることができる。

【００２２】また、投射光学系は、複数の反射型液晶表
示素子を用いる場合には、その出射光を別々に投射する
ようにしてもよいし、１つに合成してから投射するよう
にしてもよい。もっとも、１つに合成して投射する方
が、光軸が１本になるので、使用時の自由度が大きくな
り好ましい。特に、前記のように入射用にダイクロイッ
クプリズムで分光する場合、反射型液晶表示素子の場合
には、出射光の合成にも同じダイクロイックプリズムが
使用でき、高価な部品が少なくてすむことにもなり、メ
リットが大きい。

【００２３】図２は、本発明の投射型液晶表示装置に用
いる反射型液晶表示素子の断面図である。図２におい
て、11は表電極基板、12はその内面に形成された透明電
極、13はその外面に形成された反射防止膜、14は透明電
極上に形成された反射防止膜、15は液晶樹脂複合体、16
は裏電極基板、17はその内面に形成された金属性の反射
電極を示している。

【００２４】本発明の反射型液晶表示素子の表電極基板
は、ガラス、プラスチック等の透明基板であり、その内
面にIn₂O₃-SnO₂（ＩＴＯ）、SnO₂等の透明電極が形成さ
れており、通常はベタ電極にされている。この表電極基
板の両面に反射防止膜が設けられて、反射型液晶表示素
子の表電極基板の両面における表側からの光に対する反
射光で拡散光を減ずる装置を通過し得る光の量T₁が、反
射型液晶表示素子の液晶樹脂複合体を通過して出射して
きた光で拡散光を減ずる装置を通過し得る光の量T₀に対
して、T₁／T₀≦0.008 となるようにされる。

【００２５】反射防止膜は、基板または電極と屈折率を
調整したSiO₂、TiO₂、ZrO₂、MgF₂、Al₂O₃ 、CeF₃等の無
機物やポリイミド等の有機物の単層、多層の干渉膜であ
ってもよいし、微細な凹凸を有する膜であって散乱によ
る正規反射を防止する膜であってもよい。また、図２で
は、内面側では透明電極12と液晶樹脂複合体15との間に
反射防止膜を設けているが、表電極基板の基板自体と透
明電極12との間に反射防止膜を設けてもよい。さらに、
多層反射防止膜において、構成要素として透明電極の屈
折率、膜厚を調製して用いてもよい。

【００２６】裏電極基板は、電極を有すると共に反射機
能を有する。通常は、金属性の反射電極を設けて、電極
としての機能と反射膜としての機能を兼ねさせればよい
が、反射機能を有する膜を形成した上に透明電極を設け
たり、電極上に反射膜を形成してもよい。また、これら
の上にさらにSiO₂、ポリイミド等の絶縁膜を設けたりし
てもよい。

【００２７】必要に応じて、この表電極基板または裏電
極基板にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、薄膜ダイオー
ド、ＭＩＭ等の能動素子を設ける。好ましくない反射を
低減させるためには、裏電極基板に設けて、表電極基板
はできるだけ平坦にして反射を低減させることが好まし
い。

【００２８】反射型液晶表示素子の透過状態の画素の部
分では、光が透過し、反射膜で反射してきて（正規反
射）出射してくる。この直進光は拡散光を減ずる装置を
通過する光となるので、投射スクリーン上で明るく表示
される。一方、散乱状態の画素の部分では、光が散乱さ
れて、拡散光として出射してくる。この光はほとんどが
拡散光を減ずる装置を通過できないので、投射スクリー
ン上で暗く見えることになる。

【００２９】なお、本発明では、反射型液晶表示素子と
しているので、散乱状態の画素の部分では、散乱されず
に裏側まで到達した光は反射されて再度で散乱部分を通
過するため、さらに散乱され、結果として薄い液晶樹脂
複合体層で高い散乱率が得られる。液晶樹脂複合体層が
薄くできるので、駆動電圧が低減できる。

【００３０】このため、液晶樹脂複合体自体の性能から
みれば、コントラスト比は容易に 200程度は得られるこ
とになる。液晶表示素子の液晶樹脂複合体自体の性能は
このように向上してきたところ、実際の投射型液晶表示
装置に適用した際に、その性能が充分発揮できないこと
が判明した。

【００３１】これは、反射型液晶表示素子の表面で反射
してくる光があり、これが拡散光を減ずる装置を通過し
てきてしまうため、本来暗くなる画素部分が明るくなっ
てしまい、コントラスト比を悪化させる。

【００３２】反射型液晶表示素子の液晶樹脂複合体を通
過して出射してきた拡散光を減ずる装置を通過する光、
即ち、投射スクリーン上で明るく表示される光の量をT₀
とする。これに対して、反射型液晶表示素子の表電極基
板の両面（基板外面と空気との間及び電極と液晶樹脂複
合体との間等）における表側からの光に対する反射で拡
散光を減ずる装置を通過し得る光の量をT₁とする。

【００３３】本発明では、この２つの光の比T₁／T₀をT₁
／T₀≦0.008 とする、より好ましくはT₁／T₀≦0.004 と
することにより、投射スクリーン上で高いコントラスト
比を得ることができる。これにより、液晶樹脂複合体自
体のコントラスト比を 200程度にすれば、投射スクリー
ン上でのコントラスト比を70〜 100程度とすることがで
きる。また、現実的にはこの比T₁／T₀を、T₁／T₀＜0.00
2 とすることは製造上手間がかかり、かつ均一化が困難
であるため、0.002≦T₁／T₀≦0.008 とされることが好
ましい。

【００３４】本発明では、液晶樹脂複合体として細かな
孔の多数形成された樹脂マトリクスとその孔の部分に充
填された誘電異方性が正のネマチック液晶とからなり、
電圧の印加時または非印加時のいずれかの状態において
その樹脂マトリクスの屈折率が使用する液晶の屈折率と
ほぼ一致するようにされ、使用する液晶の屈折率異方性
Δn が0.18以上である液晶樹脂複合体を用いることが好
ましい。特に、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_o)とほぼ一致するようにされること
が好ましい。

【００３５】この液晶樹脂複合体を表電極基板と、反射
機能を有する裏電極基板との間に挟持して反射型液晶表
示素子とする。この反射型液晶表示素子の電極間への電
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（反射して出
射）となり、屈折率が異なった時には散乱状態となる。

【００３６】この細かな孔の多数形成された樹脂マトリ
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。

【００３７】本発明の反射型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
成する硬化性化合物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。

【００３８】この硬化性化合物を、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、光硬化タイプの硬化性化合物を用いるこ
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。

【００３９】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
入口からネマチック液晶と硬化性化合物との未硬化の混
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。

【００４０】また、本発明の反射型液晶表示素子の場合
には、シール材を用いなく、例えば、表電極基板と裏電
極基板のいずれか一方の電極基板上にネマチック液晶と
硬化性化合物との未硬化の混合物を供給し、その後、他
方の電極基板を重ねて、光照射等により硬化させること
もできる。

【００４１】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
ネマチック液晶と硬化性化合物との未硬化の混合物をロ
ールコート、スピンコート、印刷、ディスペンサーによ
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。

【００４２】また、これらのネマチック液晶と硬化性化
合物との未硬化の混合物には、基板間隙制御用のセラミ
ック粒子、プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサ
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。

【００４３】電圧非印加時に散乱状態である素子に、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。逆に、電圧非印加時に透過状態である素子の場合に
は、同様にして常散乱部分を形成できる。

【００４４】なお、この液晶樹脂複合体を使用した反射
型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。

【００４５】本発明では、電圧印加状態または非印加状
態のいずれかで、樹脂マトリクス（硬化後の）の屈折率
が、使用する液晶の屈折率と一致し、逆の状態では樹脂
マトリクスの屈折率が、使用する液晶の屈折率と一致し
ないようにされる。

【００４６】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ＤＳモードの反射型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。

【００４７】本発明では、特に、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(n_o)と一致するようにされることが
好ましい。これにより、電圧印加時に透過状態になるの
で、光透過時の透過率が高くなりかつ均一に透過するの
で、表示のコントラスト比が向上する。

【００４８】樹脂マトリクス中に分散保持される液晶
は、独立した粒子、または一部が連通した粒子であるこ
とが好ましい。これは、高い散乱能と低電圧で駆動した
際の高い透過性を両立するために有効である。散乱は液
晶と樹脂の界面の存在により引き起こされる。このた
め、この界面の面積が大きいほど散乱性は向上する。あ
る最適な液晶粒子径で、この界面の面積を増大させるた
めには、独立して樹脂と分離した液晶量を多くする、即
ち、液晶粒子密度を多くすることが重要である。

【００４９】しかし、樹脂と分離した液晶量を増大して
いくと、いずれ夫々の液晶粒子が連通するようになり、
さらには液晶が全て連通した構造を取るようになり、こ
れは樹脂と分離した液晶界面の喪失につながるため、散
乱能の低下につながる。

【００５０】使用する液晶の屈折率異方性Δn(＝n_e−
n_o) 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Δn ＞0.18が好ましく、特にΔn ＞0.22が好まし
い。また、使用する液晶の常光屈折率n_oは樹脂マトリク
スの屈折率n_p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n_o−0.03
＜n_p＜n_o＋0.05の関係を満たすことが好ましい。

【００５１】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％が好ましく、さらには
Φ＞45％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。

【００５２】本発明の反射型液晶表示素子の液晶樹脂複
合体では、電界が印加されていない場合は、液晶分子は
樹脂マトリクス壁面に影響を受けて配列しているため、
一定方向に配列していない。このため、この状態で両者
の屈折率が異なる場合には、散乱状態（つまり白濁状
態）を示す。

【００５３】このような電圧非印加時に散乱状態を示す
反射型液晶表示素子を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。

【００５４】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、液晶が電界方向に平行
に配列し、液晶の常光屈折率（n_o) と樹脂マトリクスの
屈折率（n_p) 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。

【００５５】このような素子に、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。

【００５６】また、本発明の反射型液晶表示素子は、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。このカラーフ
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。

【００５７】本発明で能動素子としてＴＦＴ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。

【００５８】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い。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。

【００５９】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(n
_o)とほぼ一致するようにされた液晶樹脂複合体を使用す
ることにより、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。

【００６０】このため、能動素子として多結晶シリコン
を用いた場合、多結晶シリコンは感光性が低いため光に
よる誤動作を生じにくい。このため、能動素子部分に遮
光膜を形成しないまたは形成しても遮光性の厳密性が要
求されないので、遮光膜を形成する工程をなくしたり、
簡略化でき、生産性が向上する。

【００６１】なお、アモルファスシリコンを用いても、
その半導体部分に遮光膜を形成すれば、使用することが
できる。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】本発明では、前述の液晶樹脂複合体を構成
する未硬化の硬化性化合物として光硬化性化合物の使用
が好ましく、中でも光硬化性ビニル系化合物の使用が好
ましい。具体的には、光硬化性アクリル系化合物が例示
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。

【００６５】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ればよく、樹脂マトリク
スの屈折率がその液晶の常光屈折率(n_o)と一致するよう
な液晶が好ましい。この液晶は、単独で用いても組成物
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。

【００６６】また、液晶樹脂複合体に使用される液晶
は、光硬化性化合物を用いた場合には、光硬化性化合物
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ることが好
ましい。また、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好ましい。

【００６７】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、一方の電極基板
上に硬化性化合物と液晶との未硬化の混合物を供給し、
他方の電極基板を重ね合わせるようにして製造してもよ
い。

【００６８】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。

【００６９】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化合物を硬化
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、光硬化性化合物で 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。

【００７０】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う
る液晶表示素子を極めて生産性良く製造できる。

【００７１】なお、投射スクリーン上に到達する直進成
分と散乱成分との比は、拡散光を減ずる装置であるスポ
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
に設定すればよい。

【００７２】アパーチャー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。この
ためには、レーザ光のようにより平行に近い光が高コン
トラスト比を得る上で有効である。

【００７３】また、上記の説明では、拡散光を減ずる装
置としては主としてアパーチャーやスポットで説明した
が、スポットの代わりに小型の鏡を配置して必要な光の
みを取り出すようにすることができる。

【００７４】本発明の投射型液晶表示装置は、投射用の
光源からの光を反射型液晶表示素子に入射させ、その反
射して出射した光を用いるものであればよい。このた
め、大型の投射スクリーンに画像を投射する表示装置の
みでなく、反射型光変調器をも含むものである。

【００７５】

【作用】本発明では液晶樹脂複合体を用いて反射型液晶
表示素子としているので、薄い液晶樹脂複合体でも高い
散乱特性を得ることができ、素子自体の特性として高コ
ントラスト比が得られる。

【００７６】さらに、表電極基板の反射光であって拡散
光を減ずる装置を通過する光をある程度以下に限定して
いるので、上記の液晶樹脂複合体自体の高性能とあいま
って、コントラスト比 100以上も容易に得ることができ
る。

【００７７】

【実施例】以下、実施例により、本発明を具体的に説明
する。

【００７８】実施例１〜４、比較例１〜２ガラス基板（コーニング社製7059基板）上に表面にアル
ミの反射膜を有する電極を設け、各画素電極に多結晶シ
リコンＴＦＴを配置した裏電極基板を作成した。全面に
ベタのＩＴＯ電極を形成した同じガラス基板による表電
極基板を作成した。

【００７９】比較例として、この２枚の基板をそのまま
電極面が対向するように配置して、内部に直径約 6.0μ
ｍ（赤色用）、 5.0μｍ（緑色用）、 4.5μｍ（青色
用）の３種のスペーサーを散布して、その周辺を注入口
部分を除き、エポキシ系のシール材でシールして基板間
隙が約 6.0μｍ（赤色用）、 5.0μｍ（緑色用）、 4.5
μｍ（青色用）の３種の空セルを製造した。

【００８０】この表電極基板の両面に夫々屈折率と膜厚
とを調整したSiO₂、TiO₂、ZrO₂、MgF₂、Al₂O₃ 、ポリイ
ミド、ＩＴＯ（透明電極と兼用）の薄膜のいずれかを積
層して単層または多層の干渉膜による反射防止膜を積層
した。この基板を用いる他は、比較例と同様にして空セ
ルを製造した。

【００８１】以下の表１に、膜Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして、
表電極基板の外面側に設けた反射防止膜13の材質とその
反射率（ａ：波長 430〜 660nmの平均、ｂ：波長 633n
m）を示す。同様に、表２に、膜Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉと
して、表電極基板の内面側に設けた反射防止膜14の材質
とその反射率（ａ：波長 430〜 660nmの平均、ｂ：波長
633nm）を示す。なお、膜Ｅと膜Ｉとは、ＩＴＯの膜厚
が異なっている（膜ＥではＩＴＯの膜厚を反射が低くな
るように調整）。

【００８２】

【表１】

【００８３】

【表２】

【００８４】これにΔn が約0.24、Δεが約16のネマチ
ック液晶をアクリレートモノマー、２官能ウレタンアク
リレートオリゴマー、光硬化開始剤と均一に溶解した溶
液をセルに注入し、紫外線露光により液晶樹脂複合体を
硬化させ、液晶量が68wt％の反射型液晶表示素子を作成
した。

【００８５】これらの素子を用い、図１のレンズ3 と反
射型液晶表示素子4 との間にダイクロイックプリズムを
配置した構成にして、ダイクロイックプリズムの３つの
出射面に３個の反射型液晶表示素子を配置し、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。

【００８６】拡散光を減ずる装置である絞り（スポッ
ト）5 の直径φと、レンズ3 の焦点距離f とにより定ま
る集光角をδ（δ＝2tan^-1( φ/2f)）として、その投射
スクリーン上でのコントラスト比（ＣＲ）を測定した。
表３にその結果を示す。なお、実施例４、比較例２は、
光源として 633nmのレーザ光源を使用してダイクロイッ
クプリズムを用いないで測定した。

【００８７】

【表３】

【００８８】比較例１の反射型投射型液晶表示装置は、
表電極基板の両面における表側から光に対する反射光で
拡散光を減ずる装置を通過し得る光の量T₁が、反射型液
晶表示素子の液晶樹脂複合体を通過して出射してきた光
で拡散光を減ずる装置を通過し得る光の量T₀に対して、
T₁／T₀の値が0.069 であり、投射スクリーン上でのコン
トラスト比は14しか得られなかった。

【００８９】これに対し、表面の反射率を抑えた他は同
じ構成の実施例１及び２の反射型投射型液晶表示装置で
は、T₁／T₀の値が夫々0.0075及び0.0031であり、投射ス
クリーン上でのコントラスト比は 100及び 180と優れた
ものであった。実施例３は、明るさを重視して集光角δ
を 8°にした例であり、明るくなるがコントラスト比は
やや低下するものであった。しかし、表面反射が抑えら
れているので、実施例１よりもやや高いコントラスト比
が得られている。

【００９０】実施例４と比較例２とは、光源をレーザ光
源としているので、より平行光線になっているので、集
光角δを小さくしても明るさの減少が少ない。また、波
長が特定波長に限定されるため、反射防止性能をその波
長に合わせて設計できるので、反射率を低く抑えること
ができる。この２つの利点から、実施例４はコントラス
ト比を 320と極めて高いものとすることができる。

【００９１】比較例３この比較例１のセルの基板間隙を２倍にし、両面の電極
をいずれも透明電極にした透過型の液晶表示素子を作成
して、透過型投射型液晶表示装置として用いてコントラ
スト比を測定したところ約 370であった。

【００９２】比較例４この比較例１のセルの両面の電極をいずれも透明電極に
した透過型の液晶表示素子を作成して、透過型投射型液
晶表示装置として用いて、集光角δを 8°として、コン
トラスト比を測定したところ約50であった。即ち、実施
例のように反射型液晶表示素子では、液晶樹脂複合体が
薄い膜厚であっても、高いコントラスト比が得られ、低
電圧駆動が可能になる。

【００９３】実施例５〜６前述実施例の裏電極基板のアルミの反射膜の代わりに、
SnO₂透明電極上に、光導電体としてアモルファスシリコ
ンを積層した。さらにその上に、SiとSiO₂との交互積層
膜を形成し、誘電体多層膜ミラーを形成した。表電極基
板としては、実施例３及び実施例４で用いた基板を準備
した。

【００９４】この２枚の基板を組み合わせて、前述実施
例と同様にして、光書き込み型の反射型液晶表示素子で
ある空間光変調器を作成した。これを用いて、前述実施
例と同様にしてコントラスト比を測定した結果を表４に
示す。

【００９５】

【表４】

【００９６】

【発明の効果】本発明の投射型液晶表示装置では、表電
極基板と裏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うる液晶樹
脂複合体を挟持した反射型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、明るい投射画像が得られる。

【００９７】本発明で用いている反射型液晶表示素子
は、電圧の印加状態を変えることにより、高い散乱性と
高い透過性とを制御可能なものであり、透過型で用いる
よりも基板間隙が狭くてよいため、低電圧で駆動でき、
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。

【００９８】さらに、本発明では表電極基板での反射が
特定の範囲に抑制されているので、投射スクリーン上で
の画像のコントラスト比を大きくすることができる。こ
れにより、透過型の投射型液晶表示装置に比してコント
ラスト比が低下しがちな反射型の投射型液晶表示装置の
薄い基板間隙を有し低電圧駆動可能という利点を生かし
つつ、明るく高コントラスト比の投射表示を得ることが
できる。

【００９９】また、本発明で用いている反射型液晶表示
素子は、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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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
子の電気光学特性（電圧−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。

【０１０４】また、本発明の液晶表示素子は、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_o)とほぼ
一致するようにすることにより、電圧を印加しない部分
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。

【０１０５】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
分に遮光膜無しまたは簡略な遮光膜を設けるのみで、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。さらにこの場
合には遮光膜を全く設けなくてもよい、または簡略な遮
光膜のみでよいことになり、さらに生産工程を簡便化す
ることができる。

【０１０６】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】

【図１】本発明の投射型液晶表示装置の基本的な構成を
示す模式図である。

【図２】本発明の反射型液晶表示素子の基本的な構成を
示す断面図である。

【符号の説明】 1 ：ランプ 2、 3、 6：レンズ 4 ：反射型液晶表示素子 5 ：絞り 11 ：表電極基板 12 ：透明電極 13、14 ：反射防止膜 15 ：液晶樹脂複合体 16 ：裏電極基板 17 ：反射電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊井裕神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者平井良典神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源からの光が入射し裏側で反射
して出射する反射型液晶表示素子と、その反射型液晶表
示素子から出射した光を投射する投射光学系とを有し、
反射型液晶表示素子が透明電極を有する表電極基板と反
射機能を有する裏電極基板との間に、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、電
圧の印加時または非印加時のいずれかの状態においてそ
の樹脂マトリクスの屈折率が使用する液晶の屈折率とほ
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
反射型液晶表示素子であり、投射光学系が拡散光を減ず
る装置を有し、反射型液晶表示素子の表電極基板の両面
における表側からの光に対する反射光で拡散光を減ずる
装置を通過し得る光の量T₁が、反射型液晶表示素子の液
晶樹脂複合体を通過して出射してきた光で拡散光を減ず
る装置を通過し得る光の量T₀に対して、T₁／T₀≦0.008
とされることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項２】複数の色光源と、各色光源からの光が入射
し裏側で反射して出射する複数の反射型液晶表示素子
と、その反射型液晶表示素子から出射した光を合成投射
する投射光学系とを有し、反射型液晶表示素子が透明電
極を有する表電極基板と反射機能を有する裏電極基板と
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、電圧の印加時または非印加時の
いずれかの状態においてその樹脂マトリクスの屈折率が
使用する液晶の屈折率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反射型液晶表示素子であり、
投射光学系が拡散光を減ずる装置を有し、反射型液晶表
示素子の表電極基板の両面における表側からの光に対す
る反射光で拡散光を減ずる装置を通過し得る光の量T
₁が、反射型液晶表示素子の液晶樹脂複合体を通過して
出射してきた光で拡散光を減ずる装置を通過し得る光の
量T₀に対して、T₁／T₀≦0.008 とされることを特徴とす
る投射型液晶表示装置。