JP3109283B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ワークステーション
やパソコンの表示装置として用いられる液晶表示装置に
係り、特に、受光型のディスプレイであって、反射コン
トラストが高く、高解像度で且つ高速の画像表示が可能
な新規な液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、人間の目に対する見易さや取扱い
のし易さ、また、プリンタ出力と同等な画像の表示が可
能な電子ディスプレイ装置の需要が高まっている。ＣＲ
Ｔに代表される従来の発光型ディスプレイ装置は高いコ
ントラストが得られるが、紙の上の文字のような反射像
に比べて目が疲労し易い。また、電子ディスプレイ装置
上で見ている文字等はディスプレイ装置の解像度がプリ
ンタに比べて十分でないために実際にプリントした場合
と、イメージが異なってしまう場合が多い。

【０００３】これらを回避するためには、高い反射コン
トラストを有し、高精細な画像を高速に表示できるディ
スプレイ装置が望まれる。これらの要請の中で、高い反
射コントラストが得られる表示材料として、液晶の光散
乱モードを利用した技術が注目されている。光散乱モー
ドのディスプレイ装置は、垂直配向時に液晶と屈折率が
略等しくなるような透明材料と液晶を混合し、熱や電界
によって液晶の配向を制御することで、垂直配向時には
光が透過し、ランダム配向時には屈折率の違いから光が
散乱されて不透過になることを利用する表示技術であ
る。このディスプレイ装置は、偏光板を用いる必要がな
いために、明るく高い反射コントラストの表示が得られ
る。

【０００４】このような光散乱モードのディスプレイ装
置に用いられる材料技術として、カプセル化した液晶を
ポリマ中に液晶滴として分散させてフィルム化する方法
が知られている（特表昭５８−５０１６３１号公報、米
国特許第４，４３５，０４７号）。この技術において
は、Ｎｅｍａｔｉｃ Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ Ａｌｉ
ｇｎｅｄ Ｐｈａｓｅ（ＮＣＡＰ）中に封入された液晶
は使用環境温度で正の誘電率異方性のネマティック相を
示し、電界中に置かれるとその配向ベクトルが電界の方
向に配列し、液晶の屈折率ｎ0とポリマの屈折率ｎpとが
等しくなってフィルムは透明になり、一方、電界が除か
れた場合には液晶はランダム配列となり、フィルム中の
液晶滴の境界面で光が散乱して透過光が遮断され、フィ
ルムは白濁して記録情報を表示する。また、特表昭６３
−５０１５１２号公報や特開昭６３−１５５０２２号公
報には、液晶として常温でスメクティック相を示すもの
が使用され、フィルムの光変調にメモリ性を付与するこ
とが開示されている。

【０００５】更に、これらの液晶材料を用いた液晶表示
装置の画像書き込み方法としては以下のものが知られて
いる。例えば特開昭６３−１５５０２２号公報に開示さ
れているように、ヌメクティック液晶を内包したマイク
ロカプセルが含有されたバインダ層に電圧を印加し、画
像情報に従って駆動されるサーマルヘッドによって加熱
することで液晶の配向を変え、光の透過、不透過を制御
するものが知られている。また、特開平２−９３４３２
号公報に開示されるように、ネマティック液晶を高分子
中に不定形に分散した層をマトリックス電極に挟み込
み、それに電界を印加することで、液晶の配向を制御
し、光の透過、不透過を切り換える方法もある。また、
液晶材料を用いた液晶表示装置の画像書き込み方法とし
て、図５に示すように、半導体レーザ１００からのレー
ザビームをコリメータレンズ１０１を介して平行化した
後、ポリゴンミラー１０２及びガルバノミラー１０３に
よって二次元的に偏光走査し、プロジェクションレンズ
１０４を介して液晶セル１０５の光導電層１０６上へ結
像させるようにしたもの（例えば特開平２−３９０１８
号）等が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
特開昭６３−１５５０２２号公報に示すタイプにあって
は、サーマルヘッドを用いて画像を書き込むため、１イ
ンチ当たり４００本程度までのハードコピー並の高い解
像度を得ることができるが、表示の速度はサーマルヘッ
ドの伝熱速度によって規制されてしまい、更に、二次元
的な書き込みのためにはヘッド若しくは表示媒体を一方
向に機械的に走査しなければならず、通常のディスプレ
イ装置のように高速な表示の切り換えができないという
技術的課題がある。

【０００７】また、特開平２−９３４３２号公報に示さ
れるタイプにあっては、熱ではなく電界によって液晶の
配向を制御するものであるため、高速な画像の書き換え
は可能であるが、予め画素一つ一つを個別に駆動する電
極部を微細加工によって形成しなくてはならず、構造の
複雑化につながると共に、製造上解像度を上げる上で限
界がある。

【０００８】更に、図５に示すように、レーザビームに
よって直接液晶セルの光導電層上を二次元的に露光走査
する方法にあっては、解像度の高い書き込みはできる
が、走査範囲が広いために書き込み速度に限界がある。

【０００９】このように、以上の液晶表示技術は、高速
な表示を実現するか、あるいは、プリンタ出力並の高い
解像度を実現するかのいずれかを達成するものではある
が、これらの各技術を組合せようとしても、各液晶表示
装置の構造を同時に用いることができないことから、高
速な表示とプリンタ出力並の高い解像度とを同時に両立
させることは実質的に困難であった。

【００１０】この発明は、以上の技術的課題を解決する
ために為されたものであって、高い反射コントラストが
得られる液晶の光散乱モードを利用した受光型ディスプ
レイ装置において、高速な表示とプリンタ出力並の高い
解像度とを両立させる画像の書き込み技術を提供し、人
間の目に対して見易く、かつ、プリンタ出力と同等な画
像の表示が可能な液晶表示装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明に係
る液晶表示装置は、図１に示すように、動画像情報に従
ってデジタル的に画像を書き込む画像書き込み手段１
と、書き込まれた画像を光学的な状態の変化として保持
する光変調器２と、この光変調器２上の画像をアナログ
的に光で読み出し、その光学像を拡大投影する光学像照
射手段３と、この光学像照射手段３からの拡大光学像が
照射される光導電層４ａ及び液晶を高分子樹脂中に分散
した液晶−高分子複合膜４ｂが積層され、光導電層４ａ
からの電界パターンに従って液晶の配向が制御される液
晶セル４とを備え、前記光変調器（２）の走査幅を液晶
セル（４）よりも小さく設定したことを特徴とするもの
である。

【００１２】このような技術的において、上記液晶セル
４としては、光学像照射手段３からの光学像に従って電
界が印加されるように構成されたものであれば、透明電
極が内面に設けられた透明フィルムで、光導電層４ａと
光遮断層、液晶−高分子複合膜４ｂとが順次積層された
ものを挟持するようにしたり、光を受けて電荷が発生
し、電荷が輸送される光電変換層（光導電層４ａに相
当）と、液晶−高分子複合膜４ｂと、透明電極とを積層
したものでもよい。

【００１３】また、液晶セル４の駆動回路の簡略化を図
るという観点からすれば、例えば、上記液晶−高分子複
合膜４ｂとして、使用環境温度で正の誘電率異方性のネ
マティック相を示す液晶が不定形に高分子樹脂中に分散
した複合膜を用い、電界の印加のみで、光の透過、不透
過（散乱）を制御するようにすることが好ましい。

【００１４】更に、液晶セル４での画像の保持性を容易
にするという観点からすれば、例えば、液晶セル４の液
晶−高分子複合膜４ｂとして、常温でスメクティック相
を示し、常温以上でネマティック相を示す液晶が高分子
樹脂中に分散された複合膜を用い、書き込み後に常温に
おいて液晶の配向状態にメモリ性を有するようにし、画
像を無電源で保持するようにすることが好ましい。

【００１５】

【作用】上述したような技術的手段によれば、画像書き
込み手段１が光変調器２上に画像を書き込むが、この光
変調器２上の走査幅は最終的な表示画面となる液晶セル
４よりも小さくできるので、その走査時間は短く、光変
調器２には高速に画像が書き込まれる。そして、光変調
器２上に書き込まれた画像は、光学像照射手段３によっ
てアナログ的に光で瞬時に読み出され、その光学像は液
晶セル４上に拡大投影される。このとき、液晶セル４
は、液晶を高分子樹脂中に分散した液晶−高分子複合膜
４ｂと光導電層４ａとを積層したものであり、投影され
た光学パターンに応じた電界が光導電層４ａを介して液
晶−高分子複合膜４ｂに印加されるようになっているの
で、電界の強度に応じて液晶の配向が制御されることに
なる。すなわち、液晶のうち垂直配向を起こす部分は光
を透過し、配向が起こらない部分は不透過状態になる。
この結果、液晶セル４上には反射コントラストの高い、
かつ、高解像度の画像が高速で書き込まれる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの
発明を詳細に説明する。 ◎実施例１ 図２はこの発明が適用された液晶表示装置の一実施例で
ある。同図において、符号２１は画像信号生成回路１０
から生成された画像信号に従って発光する半導体レーザ
で、出射されたビームはコリメータレンズ２２を介して
平行化された後、ポリゴンミラー２３及びガルバノミラ
ー２４によって二次元的に偏向され、光変調器３０上に
ビームスポットとして集束される。ここで、上記ポリゴ
ンミラー２３は水平走査用として例えば回転速度３６０
００rpmで面数が８０面のものが用いられており、ま
た、ガルバノミラー２４は垂直走査用として例えば周波
数（表示のフレーム周波数を示す）２０Ｈｚで振動する
ものが用いられている。

【００１７】また、この実施例において、上記光変調器
３０は、通常反射型液晶ライトバルブとして使用される
ものと同様な構造を有しており、常温でネマティック相
を示す液晶層３１、誘電体ミラーとしてのＺｎＳ／Ｍｇ
Ｆ2多層反射膜３２、ＣｄＴｅ遮光層３３及びＣｄＳか
らなる光導電層３４が順次積層されたものを、内面にＩ
ＴＯ透明電極が蒸着された一対のガラス３５にて挟持し
た構造になっている。そして、透明電極には交流電圧が
印加されるように電源３６が接続されている。このと
き、画像の書き込み光であるレーザビームは光変調器３
０の光導電層３４側に照射されるようになっており、ま
た、光変調器３０の大きさは横２１ｍｍ、縦３０ｍｍで
あり、丁度最終的に画像が表示されるＡ４判サイズ画面
の１０分の１程度になっている。更に、光変調器３０上
に集束されたビームのスポット径は２５μｍ、書き込み
のピッチは約１２μｍであり、この時点での解像度は２
０００ＤＰＩ（Dots Per Inch）相当になっている。そ
して、この光変調器３０に画像を書き込む場合には、電
源３６から交流電圧を印加しながら、光導電層３４をレ
ーザビームにて露光するようにすればよく、レーザビー
ムに対応する画像が液晶層３１に高解像度且つ高速に書
き込まれる。

【００１８】更に、符号４０は光学像照射系であり、こ
の実施例では、高輝度ランプ（この実施例では例えばメ
タルハライドランプ）４１からの光を集光用レンズ４
２、高輝度ランプ４１からの熱線（赤外線）によって光
変調器３０や液晶セル５０が熱せられ温度が上昇するこ
とを防止する熱線カットフィルタ４３及びハーフミラー
４４を介して光変調器３０の光導電層３４の反対側から
照射することによって、光変調器３０に保持された画像
を反射光として読み出し、その反射光をプロジェクショ
ンレンズ４５によって１０倍に拡大投影した後、表示画
面となる液晶セル５０に２００ＤＰＩ相当の解像度をも
って結像させるようにしたものである。

【００１９】また、この実施例において、液晶セル５０
は、アクリル系光重合性樹脂１部、スメクティックＡ液
晶組成物（ＢＤＨ社製「Ｓ２」）を４部、重合開始剤
（メルク社製「ダロキュア１１１６」）を０．２部混合
した液晶−高分子複合膜５３をＩＴＯ透明電極（この実
施例では加熱用電極を兼用）付きＰＥＴフィルム５１上
に均一に塗布した後ＵＶ硬化させ、この上にＣｄＴｅか
らなる遮光層５４を積層し、更に、アモルファスシリコ
ンからなる光導電層５５を積層し、その上にもう一つの
ＩＴＯ透明電極付きＰＥＴフィルム５２を重ねたもので
ある。そして、この液晶セル５０のサイズは２１０ｍｍ
×３００ｍｍで、約Ａ４サイズである。

【００２０】更に、この実施例では、ＰＥＴフィルムに
付設したＩＴＯ電極の一方に加熱用電流パルス（加熱パ
ルス）６１を流すことで液晶セル５０の液晶−高分子複
合膜５３の加熱が行われるようになっている。また、液
晶セル５０の非画像部で且つ電界が印加されない領域の
一部に、液晶の相状態を検知する液晶相検知センサ６２
が取り付けられている。この実施例では、液晶相検知セ
ンサ６２は、発光素子６２ａと受光素子６２ｂとを液晶
セル５０を挟んで設置したものである。この液晶相検知
センサ６２の動作を以下に簡単に説明する。加熱によっ
て液晶セル５０の液晶が一旦液相化すると、液晶相検知
センサ６２は、液晶セル５０の液晶が液相で透明な状態
にある間、発光素子６２ａからの光を受光素子６２ｂが
常に受けている。一方、自然冷却によって、液晶が液相
からネマティック相に相転移すると、液晶相検知センサ
６２の間にある液晶セルの領域には電界が印加されない
ため、液晶の配向が乱れ、光が散乱して受光素子６２ｂ
への光が遮られることになり、この変化が相の変化を示
す信号となる。

【００２１】また、タイミング制御回路７０は、加熱パ
ルス６１の生成タイミングを決定すると共に、上記液晶
相検知センサ６２からの上記相変化信号を基に光学像の
書き込み走査のタイミングを決定する。

【００２２】次に、この実施例に係る液晶表示装置にお
ける画像の書き換え作動を図３のタイミングチャートに
基づいて説明する。先ず、画像信号に基づいて液晶セル
５０への画像の書き換えが起こる直前に、それを知らせ
る画像準備信号Ｓ1がタイミング制御回路７０から発せ
られる。この信号Ｓ1を受けて、加熱手段である加熱用
電極に図示外の外部電源から直流の加熱パルス６１が流
される。この加熱パルス６１の幅は約１０ｍｓ程度であ
る。

【００２３】その動作と並行して、液晶セル５０の透明
電極（加熱用電極を兼用）には切り換えスイッチ５７を
介して電源５６が接続されるようになっており、液晶を
配向するに十分な電圧（ここでは５０Ｖ）が印加されて
いる。但し、この電圧は、光導電層５５を露光するまで
は液晶セル５０には印加されない。液晶は、加熱電流パ
ルス６１によるジュール熱で一旦液相化した後、自然冷
却によってネマティック相に転移する。そして、液晶が
液相からネマティック相に転移したことを液晶相検知セ
ンサ６２が検知すると、その信号Ｓ2を受けて、Δｔ
（例えば１ｍｓ程度）だけ僅かに遅れて半導体レーザ２
１による光変調器３０への画像の書き込みが開始され、
光学像照射系４０が光変調器３０から画像を読み出し、
液晶セル５０の光導電層５５側へ画像を照射する。この
とき、液晶セル５０の電極には予め電圧が印加されてい
るため、光学像照射系４０による露光によって液晶セル
５０には即座に光学像に従った電界パターンが与えら
れ、光学像に従った液晶の配向が行われる。すなわち、
画像の書き換えが周期的に行われた場合、上述した動作
が連続して行われることになり、動画像情報に従って画
像が書き換えられる。尚、露光及び電圧の印加は、液晶
がネマティック相から、スメクテイック相に相転移する
前に十分間に合って終了するように予め設定されてい
る。特に、この実施例では、液晶相検知センサ６２から
の検知信号Ｓ2が出力されてから僅かに遅れて画像の書
き込み動作が行われるようになっているので、液晶セル
５０の液晶の相変化が安定した状態で画像の書き込みが
行われる分、画像の書き込みが確実なものになっている
が、上記液晶相検知センサ６２からの検知信号Ｓ2に同
期して直ちに画像の書き込み動作を行うように設計して
も差し支えない。

【００２４】また、画像の書き換えがない場合には、ネ
マティック相において電源５６の電圧を印加しながら最
後に書き込む画像を光導電層５５に照射した後、加熱パ
ルス６１を与えないようにするすればよく、この場合に
は、液晶相が画像に従った配向状態を保持したままスメ
クティック相（常温でメモリ性を持つ）に相転移するこ
とから、最後に書き込まれた画像が電源５６電圧を印加
しなくても保持されることになる。

【００２５】◎実施例２ 図４はこの発明が適用された他の実施例を示す。尚、実
施例１と同様な構成要素については同一符号を付してこ
こではその詳細な説明を省略する。同図において、光変
調器３０への画像の書き込み領域、すなわち、走査幅が
狭くてすむため、実施例１で用いた機械的な走査装置に
代えて、二つの超音波偏向器（Ｘ−Ｙ方向）８１，８２
を用い、超音波偏向器８１，８２からの出力光を反射ミ
ラー８３を介して光変調器３０に画像を書き込むように
したものである。この実施例において、上記超音波偏向
器８１，８２としては、例えばＴｅＯ2単結晶にトラン
スデューサとしてＴｉＮｂＯ3を接合した素子（電器通
信学会紙Vol 154 No99/'71「解説／光偏向技術の最近の
進歩」P1266）等を用いることができる。このタイプに
よれば、走査速度は機械的走査より高速になり、機械的
な部品を用いないために信頼性が実施例１よりも高い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１記載
の発明によれば、高い反射コントラストが得られる液晶
の光散乱モードを利用した受光型ディスプレイ装置にお
いて、光変調器上に一旦画像を高速に書き込み、この画
像を液晶セル上に拡大投影して表示するようにしたの
で、画像の表示、書き換えを電子ディスプレイ装置と同
等に高速に行うことができ、かつ、その表示についても
プリンタ出力並の高い解像度が得られることになる。よ
って、高速な表示とプリンタ出力並の高い解像度とを両
立させる画像の書き込み技術を提供でき、人間の目に対
して見易く、かつ、プリンタ出力と同等な画像の表示を
実現することが可能になる。また、請求項２記載の発明
によれば、常温において電界の印加のみで、光の透過、
不透過（散乱）を制御することが可能になるので、動画
像の表示のみを必要とする用途においては装置の構成、
駆動方法を簡略化することができる。更に、請求項３記
載の発明によれば、画像書き込み後に、常温において画
像を無電源で保持することが可能になるので、電気的な
接続の制約なしに表示画像を手に取ってながめたり、並
べたりすることが可能になり、その分、紙の文書のよう
に取り扱うことが可能なディスプレイ装置を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る液晶表示装置の構成を示す説
明図である。

【図２】 この発明が適用された液晶表示装置の実施例
１を示す説明図である。

【図３】 実施例１に係る画像の書き換え作動を示すタ
イミングチャートである。

【図４】 この発明が適用された液晶表示装置の実施例
２を示す説明図である。

【図５】 従来に係る液晶表示装置の一例を示す説明図
である。

【符号の説明】

１…画像書き込み手段，２…光変調器，３…光学像照射
手段，４…液晶セル，４ａ…光導電層，４ｂ…液晶−高
分子複合膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−155525（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218020（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−11218（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75033（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−70864（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−17630（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−86621（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/135

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動画像情報に従ってデジタル的に画像を
   書き込む画像書き込み手段（１）と、書き込まれた画像
   を光学的な状態の変化として保持する光変調器（２）
   と、この光変調器（２）上の画像をアナログ的に光で読
   み出し、その光学像を拡大投影する光学像照射手段
   （３）と、この光学像照射手段（３）からの拡大光学像
   が照射される光導電層（４ａ）及び液晶を高分子樹脂中
   に分散した液晶−高分子複合膜（４ｂ）が積層され、光
   導電層（４ａ）からの電界パターンに従って液晶の配向
   が制御される液晶セル（４）とを備え、前記光変調器
   （２）の走査幅を液晶セル（４）よりも小さく設定した
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、液晶セル
   （４）の液晶−高分子複合膜（４ｂ）は、常温でネマテ
   ィック相を示す液晶が高分子樹脂中に分散された複合膜
   であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のものにおいて、液晶セル
   （４）の液晶−高分子複合膜（４ｂ）は、常温でスメク
   ティック相を示し、常温以上でネマティック相を示す液
   晶が高分子樹脂中に分散された複合膜であることを特徴
   とする液晶表示装置。