JP2005284265A

JP2005284265A - 反射型液晶表示素子、表示装置ならびにプロジェクションシステム

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Publication number: JP2005284265A
Application number: JP2005046524A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Isozaki; 忠昭磯崎; Shunichi Hashimoto; 俊一橋本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】液晶膜厚を薄くして応答速度およびコントラストの向上を図るとともに、飽和電圧の低減による低駆動電圧化を図ること。
【解決手段】本発明は、透明電極１４を有するガラス基板１５と、光反射電極１１を有するＳｉ駆動回路基板１０とが、透明電極１４および光反射電極１１を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶２０から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されている反射型液晶表示素子１であって、液晶層の厚さをd(μｍ)、垂直配向液晶２０の屈折率異方性をΔn、垂直配向液晶２０の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５を満たすものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光透過性電極および光反射電極を互いに対向させ、間に垂直配向液晶を介在させた反射型液晶表示素子、およびこの反射型液晶表示素子を用いた表示装置、ならびにこの反射型液晶表示素子を用いたプロジェクションシステムに関する。

従来の反射型液晶表示素子における垂直配向液晶層の厚さは３〜４μｍであり、駆動電圧に対する液晶透過率の曲線（以下Ｖ−Ｔ曲線）は、約２Ｖの閾値電圧で立ち上がり、４〜６Ｖの印加電圧で最大値に達するような特性を有する。この電圧を飽和電圧とよぶ。液晶表示素子は、フレームあるいはフィールド毎に正負の電圧を反転させて駆動するので、上記素子では実際には最大±４〜６Ｖの電圧で駆動させることを意味する。

この液晶表示素子を、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色のパネルから構成される３板式プロジェクションシステムに使用する場合、各色の波長に応じて飽和電圧が異なることになる。これは、液晶の透過率（反射型液晶セルでは反射率）が最大となるには、リタデーションと呼ばれる光路差が２分の１波長である必要があるからである。リタデーションは、実効的な屈折率異方性の大きさとセル厚との積で現される量であり、実効的な屈折率異方性は、電圧を印加するとともに大きくなる。波長が短いほど、実効的な屈折率異方性の値が小さくてよく、ゆえに印加する電圧は低くてすむ。すなわち、BLUEの波長は４５０ｎｍなので最も飽和電圧は低く、次いでGREENの波長領域（５５０ｎｍ）である。

プロジェクション以外で用いられるホワイトランプでは、液晶表示素子の飽和電圧がGREENとほぼ同程度である。しかし、REDは波長が６５０ｎｍであるため、飽和電圧が最も高くなり、一般的にはプロジェクションシステムの液晶素子の飽和電圧は、ホワイトランプにおける飽和電圧より、３割から５割程度高い。このため、ホワイトランプで±５〜６Ｖの電圧で駆動できたとしても、３板式プロジェクションシステムにおけるREDに使用するときには、６Ｖを超えてしまう可能性が高い。

この状況下でも、通常のＳｉ（シリコン）トランジスタでは４〜６Ｖでしか駆動できないため、REDの液晶表示素子（パネル）ではパネルが本来有している最大反射率を表示することができない。３板式プロジェクションでは、ＲＧＢの輝度（明るさ）をマッチングする必要があるので、本来は最大反射率を表示できるGREENやBLUEのパネルも輝度を落として使用するという状況に陥ることがある。

一方、反射型に限らず透過型であっても、一般的に液晶表示素子は、電極構造および形状が正対する二つの基板間で非対称であるために完全に電気的な対称関係にはない。このような状況下で、長期間にわたって素子に電圧が印加されると、液晶層に含有されているイオンが一方の電極に移動して固着してしまう、いわゆる焼きつきという現象が起こってしまう。同種の液晶表示素子であれば、駆動電圧が高いほど発生しやすく、一般には、その程度は駆動電圧の２乗に比例すると考えられる。つまり、飽和電圧を低くすることは、焼きつきの発生を抑制することにつながる。このような観点から、低電圧駆動でも高コントラストを得ることができる反射型液晶表示素子が特許文献１に開示されている。

特開２００３−１０７４８２号公報

しかしながら、従来の垂直配向液晶を用いた表示素子においては、液晶層の厚さを薄くしていくと応答速度やコントラストの向上を図ることはできるものの、飽和電圧が高くなってしまい、駆動電圧の低減を図る上では逆効果となる。また、液晶層の厚みを３〜４μｍに維持したままで、屈折率異方性の大きい液晶を用いると、飽和電圧は低減できるものの、応答速度を速くすることが困難である上、高コントラストを得ることができず、高性能化を進めるには限界が生じる。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、光透過性電極および光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されている反射型液晶表示素子、表示装置、およびプロジェクションシステムであって、液晶層の厚さをd(μｍ)、垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５、|Δε|≧５．５を満たすことを特徴とする。

このような構成により、垂直配向液晶層の厚みをd(μｍ)、垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５を満たすことで、液晶層の薄型化に起因する飽和電圧の上昇を抑制できるようになる。また、上記条件に加えて|Δε|≧５．５を満たすことで、液晶層の薄型化に起因する飽和電圧の上昇をさらに抑制できるようになる。

また、本発明の表示装置、およびプロジェクションシステムは、d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５を満たす反射型液晶表示素子と、その反射型液晶表示素子に所定の電圧を印加する駆動回路とを備え、反射型液晶表示素子に印加する駆動回路の最大駆動電圧が、反射型液晶表示素子に入射する光の波長に対応して設定されている、あるいは、駆動回路が前記反射型液晶表示素子に印加する最大駆動電圧を可変できるように構成されていることを特徴とする。

このような構成により、液晶層の薄型化による応答速度の向上、コントラストの向上と共に、飽和電圧の上昇を抑制してGREEN（５５０ｎｍ）、BLUE（４５０ｎｍ）およびホワイトランプでは４Ｖ以下、３板式プロジェクションにおいて最も飽和電圧の高いRED（６５０ｎｍ）に用いた場合でも、５〜６Ｖといった低電圧での駆動が可能となる。

したがって、本発明によれば、薄型の液晶表示素子であっても高速応答性、高コントラストとともに飽和電圧の上昇を抑制して低電圧駆動を実現でき、消費電力の低減、焼き付きの防止を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態で適用される液晶表示素子１の構成を説明する模式断面図である。この液晶表示素子は反射型液晶表示素子として、画素構造を有する光反射電極１１を設けたＳｉ（シリコン）等の単結晶半導体基板（Ｓｉ駆動回路基板１０）と、これと対向する透明電極１４が設けられたガラス基板１５とを備えており、これらを対向配置してその間に垂直配向液晶２０を封入した構成となっている。

反射型液晶表示素子１は、Ｓｉ駆動回路基板１０として単結晶シリコン基板にＣＭＯＳやｎチャンネルＭＯＳからなるトランジスタとキャパシタからからなる駆動回路が形成され、この上にＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）などの金属膜で光反射電極１１を形成した構造となっている。この光反射電極１１は、光の反射膜と液晶に印加する電圧の電極の両方を兼ねることになる。光反射電極１１の上には、反射率を向上させるため、あるいは金属面の保護膜として、誘電体多層膜を形成していてもよい。また、光反射電極１１と垂直配向液晶２０の間には液晶配向膜１２が、ガラス基板１５の透明電極１４と垂直配向液晶２０との間には液晶配向膜１３が形成されている。

ここで、特開２００３−１０７４８２号公報に記載されているように、セル厚が２．０μｍ以下であるような垂直配向液晶セルにおいて、屈折率異方性Δnを０．１以上にすることにより、駆動電圧を５〜６Ｖにすることが可能になる。しかしながら、駆動電圧をさらに低減化する、具体的には４Ｖ以下にするためには、Δnのみによる調整では材料選別に限界が生じる。

一方で、本願発明者は、駆動電圧には比誘電率異方性|Δε|の大きさも関与していることを見出し、詳しく調べたところ、液晶層の厚みd(μｍ)、屈折率異方性Δnおよび比誘電率異方性|Δε|の大きさの３者が駆動電圧（飽和電圧）に関与していることが分かった。したがって、これらの相関式として、d・Δn・|Δε|²≧５を満たすような条件であれば、駆動電圧を４Ｖ以下にできることが分かった。

なお、垂直配向液晶デバイスとして使用に供することのできる液晶材料のΔnは０．０７〜０．２、|Δε|の値は４〜１０であることを考慮すると、液晶層の厚みdが５μｍ以上であれば、いかなる液晶材料を使用しても上記条件を満たすことになるので、本発明の趣旨に反する。また、dが３〜４μｍの時にΔnが大きな液晶を使用することで駆動電圧を低減化することができるが、下記の式からわかるように応答速度の観点から実用性に乏しいことがわかる。つまり、応答時間は、液晶層の厚みの２乗に比例し、駆動電圧の２乗に反比例するからである。

立ち上がり時間…τon＝γ・d²／[ε(0)・Δε・(V²−Vc²)]
立ち下がり時間…τoff＝γ・d²／K・π²
（ここで、γ：液晶の粘度、ε(0)：真空の誘電率、V：液晶への印加電圧、Vc：閾値電圧、K：液晶の弾性定数である。）

したがって、液晶デバイスの実用性を保ちながら駆動電圧を低減化するためには、同時に液晶層の厚みを薄くすることが必要である。

本実施形態では、液晶層の厚みが従来デバイスよりも薄い、２．５μｍ以下という液晶デバイスにおいて、d・Δn・|Δε|²≧５を満足するような条件が駆動電圧を低減し得る方法であることを示すものである。

図２は、関係式、d・Δn・|Δε|²に対する飽和電圧の関係を示す図である。なお、この図に示す関係は、光の波長を５５０ｎｍとして求めたものである。この図からわかるように、d・Δn・|Δε|²≧５であれば飽和電圧は４Ｖ以下となる。

次に、上記関係を満たす本発明の実施例を比較例とともに説明する。図３は、本発明の実施例と比較例とを示す図である。以下、順に説明する。

（比較例Ａ）
垂直配向液晶表示素子を次のようにして作製した。すなわち、透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、２．５μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、下記に記載した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。使用した液晶のΔn、Δε、d・Δn・|Δε|²、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）を下記に示す。Δｎ＝０．０８２、|Δε｜＝４．１、d・Δn・|Δε|²＝３．４５、飽和電圧＝６．５Ｖ。

（比較例Ｂ）
垂直配向液晶表示素子を次のようにして作製した。すなわち、透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、１．９μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、比較例Aに記載した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。d・Δn・|Δε|²は２．６２、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）は１０Ｖであった。

（比較例Ｃ）
垂直配向液晶表示素子を次のようにして作製した。すなわち、透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、１．９μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、下記に記載した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。使用した液晶のΔn、Δε、d・Δn・|Δε|²、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）を下記に示す。Δｎ＝０．１０３、|Δε｜＝５．０、d・Δn・|Δε|²＝４．８９、飽和電圧＝４．４Ｖ。

（比較例Ｄ）
垂直配向液晶表示素子を次のようにして作製した。すなわち、透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、１．９μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、下記に記載した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。使用した液晶のΔn、Δε、d・Δn・|Δε|²、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）を下記に示す。Δｎ＝０．１０３、|Δε｜＝４．０、d・Δn・|Δε|²＝３．１３、飽和電圧=６．５Ｖ。

(実施例１)
上記比較例と同様の方法で透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、２．４μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、下記に記載した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。使用した液晶のΔn、Δε、d・Δn・|Δε|²、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）を下記に示す。Δｎ＝０．１１１、|Δε｜＝７．０、d・Δn・|Δε|²＝１３．１、飽和電圧=２．８Ｖ。

(実施例２)
上記比較例、実施例と同様の方法で透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、１．９μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、実施例１で使用した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。d・Δn・|Δε|²は１０．３、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）は３．４Ｖであった。

(実施例３)
上記比較例、実施例と同様の方法で透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成さ
れた上記両基板間を、１．９μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、下記表に記載した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。使用した液晶のΔn、Δε、d・Δn・|Δε|²、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）を下記に示す。Δｎ＝０．１４０、|Δε｜＝６．３、d・Δn・|Δε|²＝１０．６、飽和電圧＝２．８Ｖ。

(実施例４)
上記比較例、実施例と同様の方法で透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、１．７μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、実施例３で使用した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。d・Δn・|Δε|²は９．４５、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）は３．４Ｖであった。

(実施例５)
上記比較例、実施例と同様の方法で透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、１．５μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、実施例３、４で使用した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。d・Δn・|Δε|²は８．３３、飽和電圧（550nmで測定）は３．９Ｖであった。

(実施例６〜１１)
上記比較例、実施例と同様の方法で透明電極が製膜されたガラス基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着角度４５〜６０°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレチルト角は約２．５°になるよう制御した。その後、液晶配向膜が形成された上記両基板間を、１．９μｍあるいはは２．５μｍの間隔になるよう、ガラスビーズを混合したシール材を用いて貼り合わせ、下記表に記載した垂直配向液晶を封入し、反射型液晶表示素子を作製した。d・Δn・|Δε|²は６．１４〜１０．７、飽和電圧（５５０ｎｍで測定）は３．１Ｖ〜３．９Ｖであった。

なお、|Δn|に関しては、０．１５以上、０．１６や０．１７などでも同様の効果が得られる。また、|Δε|に関しても、７以上、８や９であっても同様の効果が得られる。このように、d・Δn・|Δε|²≧５であれば飽和電圧を４Ｖ以下にすることができる。

ここで、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）のうち、波長の関係から最も飽和電圧が高くなるＲ（RED）についての例を説明する。図４は、d・Δn・|Δε|²に対するＲ（RED）の飽和電圧の関係を示す図である。この図に示す関係は、光の波長を６５０ｎｍとして求めたものである。

具体的には、上記実施例２に関して飽和電圧（RED）は４．５Ｖ、実施例３に関して飽和電圧（RED）は３．３Ｖ、実施例６に関して飽和電圧（RED）は４．２Ｖ、実施例９に関して飽和電圧（RED）は５．０Ｖ、実施例１０に関して飽和電圧（RED）は４．３Ｖ、実施例１１に関して飽和電圧（RED）は５．０Ｖ、比較例Ｂに関して飽和電圧（RED）は１５Ｖ、比較例Ｃに関して飽和電圧（RED）は７Ｖ、比較例Ｄに関して飽和電圧（RED）は１２Ｖとなる。

図４から分かるように、Ｒ（RED）では、d・Δn・｜Δε|²の値が６近傍に飽和電圧（RED）の閾値がある。また、より実際的なセル厚であるd＝２．０μｍ、Δｎ＝０．１と規定すると、d・Δn・｜Δε|²≧６を満たすためには、|Δε|について５．５以上が必要となる。

ここで、相関式である、d・Δn・｜Δε|²についてさらに説明する。反射型液晶表示素子で反射率が最大となるときの光路差はそのときの波長の１／２になっている。反射型液晶表示素子は、行きと帰りの分でdが２倍とみなせるため、d・Δn(eff)はλ／４となる。

上記Δn(eff)はΔnのeffective、すなわち、実際の屈折率異方性である。Δnは液晶材料固有の物性値であるが、実際の垂直配向液晶デバイスに使用されているときの屈折率異方性Δn(eff)は下記式で表される。

Δn(eff)＝n(//)・n（⊥）／√（n(//)²・cos²(θ)＋n(⊥)²・sin²(θ)）−n(⊥)
ここで、n(//)とは液晶の長軸方向の屈折率、n（⊥）とは液晶の短軸方向の屈折率、θは液晶分子の倒れ角である。

反射型液晶デバイスで反射率が最大となるとなる条件を満たすように、使用される液晶分子の倒れ角θを、すなわち、反射型液晶デバイスを駆動する電圧を設定することで高い光出力を得ることができる。

また、θは電圧印加により液晶の倒れる角度なので、本来は０〜９０°までを取りえるが、実際のデバイスでは最大でも６０°くらいであると考えると、例えばΔnが０．１の液晶材料であっても、デバイスにおいては最大でもΔn(eff)は０．０８（Δnの８割）程度にしかならない。

図５は、本実施形態に係る反射型液晶表示素子をプロジェクションシステムに適用した例を示す模式図である。すなわち、プロジェクションシステム１００は、ランプ光源１０１、レンズ部１０２、ダイクロイック色分離フィルタ１０３、ダイクロイックミラー１１０、全反射ミラー１０８、１０９、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂ、駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂ、プリズム１０６および投射レンズ１０７を備えた構成となっている。

ランプ光源１０１はＲ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色の成分を含む光を出力し、例えば、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどで構成される。レンズ部１０２は反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂが適切に照射されるように、ランプ光源１０１から出力された光を集光する。レンズ部１０２はランプ光源１０１からの光の出力を均一化するため一対のフライアイレンズとともに構成してもよい。ダイクロイック色分離フィルタ１０３、ダイクロイックミラー１１０は入力された光を所定の色光に分離するフィルタである。

ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂは所定の偏光（例えばP偏光）を透過し、その所定の偏光と異なる偏光方向の光（例えばP偏光と直交するS偏光）を反射することで光の偏光成分を分離する素子である。プリズム１０６は、３方向から入射した色光を合成して出射する素子であり、例えば、ダイクロイックフィルタを交差させて配置させた、いわゆる、クロスダイクロイックプリズム等で構成される。

このシステムでは、ランプ光源１０１から出射した光をレンズ部１０２からダイクロイック色分離フィルタ１０３に送り、ここで異なる色光として２方向へ分離する。２方向へ分離された色光は、全反射ミラー１０８、１０９、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、ダイクロイックミラー１１０、プリズム１０６によってＲ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂから成る表示部に各々送られる。

例えば、Ｒ（RED）に対応した反射型液晶表示素子１ｒには、ランプ光源１０１からの光がダイクロイック色分離フィルタ１０３において色分離され、Ｒ（RED）およびＧ（GREEN）成分の光を含む色光が全反射ミラー１０８を反射してダイクロイックミラー１１０に供給され、そのダイクロイックミラー１１０で色分離され透過したＲ（RED）成分の光が、ビームスプリッタ１０４ｒを介して入射する。

一方でＧ（GREEN）に対応した反射型液晶表示素子１ｇには、ランプ光源１０１からの光がダイクロイック色分離フィルタ１０３において色分離され、Ｒ（RED）およびＧ（GREEN）成分の光を含む色光が全反射ミラー１０８を反射してダイクロイックミラー１１０に供給され、そのダイクロイックミラー１１０で色分離され反射したＧ（GREEN）成分の光が、ビームスプリッタ１０４ｇを介して入射する。

Ｂ（BLUE）に対応した反射型液晶表示素子１ｂには、ランプ光源１０１からの光がダイクロイック色分離フィルタ１０３において色分離され、Ｂ（BLUE）成分の光を含む色光が、全反射ミラーで反射し、ビームスプリッタ１０４ｂを介して入射する。

各反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂは、各々対応する駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂによって駆動される。すなわち、各色に対応する映像信号に基づき各画素に電圧が印加され、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂを介して入射した偏光の偏光面を液晶層で遷光させて光反射電極１１にて反射して出射する。

ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂはその出射光の所定の偏光成分をプリズム１０６に映像光として出力する。出力された各色の映像光はプリズム１０６によって合成して投射レンズ１０７に送られる。これにより、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した映像が図示しないスクリーンに投影され、カラー画像として再現されることになる。

本実施形態のプロジェクションシステム１００では、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）の色各に対応して先に説明した反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂを用いていることから、応答速度が速く、高コントラストで、しかも低電圧で駆動できるというメリットがある。その一方、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）の各反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂでは、それぞれ飽和電圧が異なることから、本実施形態では、各反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂを駆動する駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂとして、各々異なる最大駆動電圧を与える点に特徴がある。

先に説明したように、本実施形態の反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂでは、波長によって飽和電圧が異なる。例えば、Ｇ（GREEN）では波長が５５０ｎｍ、Ｂ（BLUE）では波長が４５０ｎｍであるため、飽和電圧が４Ｖ以下、Ｒ（RED）では波長が６５０ｎｍであるため、飽和電圧が５〜６Ｖとなる。したがって、この飽和電圧の違いによって、駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂから与える最大駆動電圧を各色に対応した反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂ毎に変えるようにする。また、各駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂとしては、各色の飽和電圧に対応できるよう最大駆動電圧を可変して設定できるようになっている。これにより、各反射型液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂを各々の色に応じて最適に制御できるようになる。もちろん、最適な最大駆動電圧を固定的に設定して与えるようにしても構わない。

本発明の反射型液晶表示素子は、上記説明したプロジェクションシステムへの適用のほか、スクリーンへの投影を行わずに直接画像を表示する電子機器のディスプレイなど、各種の表示装置へ適用することが可能である。

本実施形態で適用される液晶表示素子１の構成を説明する模式断面図である。 d・Δn・|Δε|²に対する飽和電圧の関係を示す図である。本発明の実施例と比較例とを示す図である。 d・Δn・|Δε|²に対するＲ（RED）の飽和電圧の関係を示す図である。反射型液晶表示素子をプロジェクションシステムに適用した例を示す模式図である。

符号の説明

１…反射型液晶表示素子、１０…Ｓｉ駆動回路基板、１１…光反射電極、１２…液晶配向膜、１３…液晶配向膜、１４…透明電極、１５…ガラス基板、２０…垂直配向液晶、１００…プロジェクションシステム、１０１…ランプ光源、１０３…ダイクロイック色分離フィルタ、１０５ｂ…駆動回路、１０５ｇ…駆動回路、１０５ｒ…駆動回路

Claims

光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極および前記光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されている反射型液晶表示素子であって、
前記液晶層の厚さをd(μｍ)、前記垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、前記垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、
d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５、|Δε|≧５．５
を満たすことを特徴とする反射型液晶表示素子。
前記垂直配向液晶の屈折率異方性Δnが０．１以上である
ことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子。
光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極および前記光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されており、前記液晶層の厚さをd(μｍ)、前記垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、前記垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、
d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５、|Δε|≧５．５を満たす反射型液晶表示素子と、
前記反射型液晶表示素子に所定の電圧を印加する駆動回路と
を備えることを特徴とする表示装置。
前記駆動回路は、前記反射型液晶表示素子に印加する最大駆動電圧が、前記反射型液晶表示素子に入射する光の波長に対応して設定されている
ことを特徴とする請求項３記載の表示装置。
前記駆動回路は、前記最大駆動電圧において、反射型液晶表示素子からの反射率が最大となるように設定されている
ことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極および前記光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されており、前記液晶層の厚さをd(μｍ)、前記垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、前記垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、
d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５、|Δε|≧５．５を満たす反射型液晶表示素子を備え、
前記反射型液晶表示素子が光源から出射される光の経路中に配置されている
ことを特徴とするプロジェクションシステム。
前記反射型液晶表示素子が複数色の信号に対応して各々配置される表示部と、
前記表示部における各反射型液晶表示素子へ各々異なる最大駆動電圧を与える駆動回路と
を備えることを特徴とする請求項６記載のプロジェクションシステム。
光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極および前記光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されており、前記液晶層の厚さをd(μｍ)、前記垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、前記垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、
d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５を満たす反射型液晶表示素子と、
前記反射型液晶表示素子に所定の電圧を印加する駆動回路とを備え、
前記駆動回路は、前記反射型液晶表示素子に印加する最大駆動電圧が、前記反射型液晶表示素子に入射する光の波長に対応して設定されている
ことを特徴とする表示装置。
前記駆動回路が前記反射型液晶表示素子に印加する最大駆動電圧を可変できるようになっている
ことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
前記駆動回路は、前記最大駆動電圧において、反射型液晶表示素子からの反射率が最大となうように設定されている
ことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極および前記光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されており、前記液晶層の厚さをd(μｍ)、前記垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、前記垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、
d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５を満たす反射型液晶表示素子を有し、
前記反射型液晶表示素子が複数色の光に対応して各々配置される表示部と、
前記表示部における各反射型液晶表示素子へ各々異なる最大駆動電圧を与える駆動回路と
を備えることを特徴とするプロジェクションシステム。
前記複数色は赤、緑、青の３原色からなり、
前記駆動回路は、前記赤色の反射型液晶表示素子に与える最大駆動電圧が最大とされている
ことを特徴とする請求項１１記載のプロジェクションシステム。
前記複数色は赤、緑、青の３原色からなり、
前記駆動回路は、シリコン単結晶半導体基板に形成され、前記赤色の反射型液晶表示素子に与える最大駆動電圧が６Ｖ以下とされている
ことを特徴とする請求項１１記載のプロジェクションシステム。
前記複数色は赤、緑、青の３原色からなり、
前記駆動回路は、シリコン単結晶半導体基板に形成され、前記緑色の反射型液晶表示素子に与える最大駆動電圧が４Ｖ以下とされている
ことを特徴とする請求項１１記載のプロジェクションシステム。
光源からの光を色分離し、前記複数色の光に対応して各々配置される表示部に出力する分離光学系と、
前記表示部における各反射型液晶表示素子で得た映像光を合成する合成光学系と、
前記合成光学系によって合成された画像をスクリーンに投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする請求項１１記載のプロジェクションシステム。
光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極および前記光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されており、前記液晶層の厚さをd(μｍ)、前記垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、前記垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、
d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５を満たす反射型液晶表示素子と、
前記反射型液晶表示素子に所定の電圧を印加する駆動回路とを備え、
前記駆動回路が前記反射型液晶表示素子に印加する最大駆動電圧を可変できるようになっていることを特徴とする表示装置。
光透過性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極および前記光反射電極を互いに対向させ、かつ垂直配向液晶から成る液晶層を介在させた状態で対向配置されており、前記液晶層の厚さをd(μｍ)、前記垂直配向液晶の屈折率異方性をΔn、前記垂直配向液晶の比誘電率異方性の大きさを|Δε|とした場合、
d・Δn・|Δε|²≧５、d≦２．５を満たす反射型液晶表示素子を有する表示部と、
前記表示部における各反射型液晶表示素子へ駆動電圧を与える駆動回路とを備え、
前記駆動回路が前記反射型液晶表示素子に印加する最大駆動電圧を可変できるようになっている
ことを特徴とするプロジェクションシステム。