JP3232299B2 - ディスプレイ装置 - Google Patents

ディスプレイ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも１個の透明
駆動電極を有している第１透明支持プレートと、少なく
とも１個の可制御画像電極を有している第２支持プレー
トとの間に液晶材料層を具え、該液晶材料層が画像電極
における電圧により２つの状態間にて切り換わり、印加
電圧に応じてディスプレイ装置の反射が第１状態と第２
状態との間で連続的に減少したり、増加したりし、前記
第１状態では、液晶材料層の厚さを横切る方向に見て、
液晶材料の分子が前記両支持プレートに対してほぼ平行
か、又は小角度で延在する第１の配向方向を有し、前記
第２状態では液晶材料の分子が前記第１配向方向に対し
てほぼ垂直の第２配向方向を有し、これら２つの状態間
での常光波と異常波との光路長の差が、λ0の中心波長
を有する入射ビームの場合に、反射後にほぼ1/2λ0とな
るようにした反射式で使用するディスプレイ装置に関す
るものである。
【０００２】本発明は斯種のディスプレイ装置を具えて
いる投写形ディスプレイ装置にも関するものである。
【０００３】
【従来の技術】冒頭にて述べた種類のディスプレイ装置
は欧州特許第０，３７７，７５７号に開示されている。
これには、光路長差ｄ・Δｎ（ｄ：液晶層の厚さ、Δ
ｎ：常光波と異常波との屈折率の差）に対する最適値に
関連して、正面の個所における液晶材料のディレクタに
対して平行な検光子を有している反射形の液晶ディスプ
レイ装置の場合に２つの特定の角度（63°及び193 °)
に対して如何にして最適な反射が得られるかについて記
載されている。特に、63°の角度の場合には、ｄ・Δｎ
の値が低くなるため、ディスプレイ装置の厚さは実際上
薄く( 約２μm までに）なる。さらに、ディスプレイ装
置は、その装置が平行な偏光子間に用いられる場合には
或る波長に対して最適化が図られている。従って、ミラ
ーに入射する光は必ずしも常に円形偏光されるとは限ら
ない。このために、投写形ディスプレイに使用すべき波
長範囲（500 〜600 nm) において、暗状態（低電圧）で
の透過度が約４％まで変化し、コントラストをかなり下
げている。
【０００４】さらに、高電圧では背面壁部におけるディ
レクタと反射すべき光波の波長成分との間に周辺効果が
生ずるため、追加の複屈折が導入されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は投写形
テレビジョンに用いられるような広い波長範囲の光に対
して暗状態で殆ど残留透過がなく、又光透過状態での透
過光の量が最大となるようにした冒頭にて述べた種類の
ディスプレイ装置を提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、２つの極端な状態と
なる透過値の遷移範囲を除く透過／電圧特性が大きな電
圧範囲にわたって殆ど変化しないようにした冒頭にて述
べた種類のディスプレイ装置を提供することにある。こ
れはコントラストを高め、且つグレースケールが反転し
ないようにする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によるディスプレ
イ装置は、当該装置が偏光子と検光子を具え、これらの
偏光方向が互いにほぼ垂直に交差し、且つ前記偏光子の
偏光方向が前記第1状態にて前記２つの支持プレートの
個所での２つの配向方向によって決まる角度の２等分線
に対してほぼ平行となり、前記角度が50〜68度の範囲内
の値を有し、光路長d・Δｎ/λが0.58〜0.68の範囲内の
値を有することを特徴とする。
【０００８】偏光方向が互いに交差する偏光子と検光子
とを用いることにより、所定の駆動電圧以上では光が最
大限に透過しなくなり、これは広い波長範囲（450〜600n
m）にわたる波長にほぼ無関係である。2つの配向方向間
の角度（捩れ角）を二等分する線に沿う方向に偏光子の
偏光方向を向けるため、実際には直線偏光される入射光
と第1層の分子との間の相互作用が、（楕円又は円）偏
光される光と反射する前の反射壁の個所における分子と
の間の同様な相互作用によって補償されることになる。
これと同じことは逆の意味合いで反射後の光についても
云えることである。
【０００９】光が反射して円形偏光される要件も課し
て、角度φ及びｄ・Δｎに対する最適値を求める。これ
らの条件を満足する反射形ディスプレイ装置は電圧に無
関係に連続的な遷移曲線にて白からほぼ完全な黒状態に
切り換わり、従って高いコントラストが得られることを
確かめた。
【００１０】
【実施例】図1は例えばガラス製の第1支持プレート２を
有している本発明によるディスプレイ装置１の一部分を
示す断面図である。支持プレート２にはインジウム-錫
酸化物又は他の適当な材料製の透明電極3及び配向層４
を設ける。液晶材料５、例えばZL184460を第1支持プレ
ート２と第２支持プレート６との間に配置する。第２支
持プレート６は第1支持プレートと同様にガラス製とす
るか、又は半導体材料で構成することができる。これら
の支持プレートをスペーサ（図示せず）によって離間さ
せたアセンブリを封止縁１０によって封止する。
【００１１】本例では、例えばアルミニウム製の反射性
画像電極７から成る画素マトリックスを第２支持プレー
ト６の上に設け、この画素マトリックスの上にも配向層
８を被着する。
【００１２】図１のディスプレイ装置は偏光方向が互い
に垂直に交差する偏光子11及び検光子12も具えている。
本発明によれば、偏光子11の偏光方向21（図２）が、第
１支持プレート２の側の配向方向23と第２支持プレート
６の側の配向方向24との間の角度によって決められる捩
れ角の二分軸に沿って位置付けられるような方向とす
る。斯かる捩れ角は60°である。検光子12の偏光方向22
は偏光子11の偏光方向に対して垂直である。
【００１３】ほぼ全ての液晶分子のディレクタ９は、電
極３と７との間の高電圧で両支持プレートに垂直に向け
られるため、この場合のディスプレイ装置は実質上ホメ
オトロピック状態にある。従って、ほぼ全ての偏光は複
屈折しないで透過して、検光子によりさえぎられる。配
向層４，８とこれらに隣接する液晶層との界面ではディ
レクタ9a, 9bが支持プレート２，６に完全に垂直に向か
ないために僅かに複屈折が生じる。
【００１４】斯かる相互作用のために、偏光方向21に入
射する直線偏光された光は僅かに楕円偏光し、これを図
２に矢印25によって線図的に示してある。液晶材料５の
ホメオトロピック部分を通過した後にも第２支持プレー
ト６の個所の液晶層と配向層８との間の界面に同様では
あるが、逆の相互作用がある。これらの相互作用は偏光
方向21を捩れ角の二分軸に沿う方向に選定することによ
り互いにほぼ相殺する。これは前記相互作用により反射
波に及ぼされる影響についても云えることである。
【００１５】上述したようにすれば、液晶の滅勢（exti
nguish) 状態での残留透過度が広い波長範囲(460〜620
nm) にわたってほぼ無視できるようになる。このことを
図３を参照してさらに説明する。曲線26は本発明による
装置の場合における（3.5 ボルトの駆動電圧での）黒状
態における残留透過度を示す。この残留透過度の最大値
は透過状態における透過度の約１％であるため高いコン
トラスト（約100 ：１）を得ることができる。従来装置
の場合の残留透過度は曲線27で示すように容認できない
程に高くなる。
【００１６】図１，２の装置で非駆動状態（所定のしき
い値よりも低い駆動電圧）にて最大の透過度を得るため
には、反射後の全光路長を1/2 λとすべきであり、又反
射電極７の個所に当る光を最大限反射させるか、又は円
形偏光させるべきである。このために捩れ角φ及び検光
子の個所の複屈折ｄ・Δｎの値をどのような値にした
ら、ｄ・Δｎ＝1/2 λ（図４の曲線28) となり、又反射
電極の個所で最大反射が生ずる（図４の曲線29) のかを
計算した。この場合、２つの曲線の交点が最適条件を決
定し、即ちφ＝60及びｄ・Δｎ／λ＝0.625 である。
【００１７】図5は、d・Δn/λ＝0.625の計算値に対して
角度φが或る程度変化するため、550nmの中心波長で依
然高い透過度が得られることを示している（最大強度が
数パーセント変化しても残留透過度の変化ほどにはコン
トラストに影響は及ばない）。最大光強度を約95%とす
る場合には、角度φの値を50°〜68°の範囲内で変える
ことができる。同様に、d・Δn/λを0.58〜0.68の範囲内
で変えることができることは図6から明かである。
【００１８】図７は上述した装置に対する偏光方向21と
配向方向23との間の相対角度の臨界形態を示した図であ
り、500 〜580 nmの波長範囲内では、上述したような装
置の場合、3.25ボルトの駆動電圧で上記相対角度を30°
とした場合の残留透過度は曲線30で示すようになり、又
相対角度を30°±30′とした場合には曲線31で示すよう
になり、相対角度を30°±１°とした場合には曲線32で
示すようになった。
【００１９】画像電極７はスイッチング素子により電気
的に駆動させることができ、スイッチング素子は第２支
持プレート（ガラス）の上に形成するか、又は半導体基
板（シリコン）を用いる場合には、その基板内に形成す
る。
【００２０】図８は図１，２につき説明したような装置
で実現した投写装置を線図的に示したものである。
【００２１】ランプ40（概略的に示してある）が放つ光
ビームは、コリメータレンズ41, 42を通過した後にミラ
ー43に入射し、このミラーにより法線48に対して小角度
で液晶装置１の方へと反射される。
【００２２】光ビームは平凹レンズ44を経て液晶装置１
における反射電極(7) に達し、これらの反射電極は駆動
電子回路の制御下で装置１の状態（反射又は非反射）を
決定する。情報は例えばＴＶ信号のようなもの（アンテ
ナ記号47によって概略的に示してある) とすることがで
きる。
【００２３】光ビームは反射電極で反射された後に法線
48に対して小角度で液晶装置１から出て平凹レンズ44及
び第２レンズ45を経て像平面46に達する。この像平面は
例えば投影スクリーンに相当するものとすることができ
る。この場合、偏光子及び検光子は、それぞれ例えばミ
ラー43と平凹レンズ44との間及びレンズ44と45との間に
配置する。
【００２４】カラーディスプレイの場合には、図８の装
置は３原色、例えば青、緑及び赤の内の１つの色に対す
るものを示す。この場合、光源は中心波長が関連する色
に適合するスペクトルの光を放つものとするのが好適で
ある。装置１は全く異なる反射式の投写装置にも使用で
きることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディスプレイ装置を示す概略断面
図である。
【図２】検光子及び偏光子の偏光方向と配向方向との関
係を示す説明図である。
【図３】本発明による装置及び従来の装置に対する波長
と透過光の量との関係を示す特性図である。
【図４】最大反射度と最大の光出力に対する条件を示す
図である。
【図５】550 nmの波長でのｄ・Δｎの最適値に対する捩
れ角と光強度との関係を示す図である。
【図６】546 nmでの光路長差ｄ・Δｎと光の透過量との
関係を示す図である。
【図７】最大消滅が捩れ角に如何に依存するかを示す図
である。
【図８】本発明によるディスプレイ装置を具えている投
写形ディスプレイ装置を示す線図である。
【符号の説明】
１ ディスプレイ装置 ２ 第１支持プレート ３ 透明電極 ４ 配向層 ５ 液晶材料 ６ 第２支持プレート ７ 画像電極 ８ 配向層 ９，9a ディレクタ 10 封止縁 11 偏光子 12 検光子 21 偏光子の偏光方向 22 検光子の偏光方向 23 第１支持プレート側の配向方向 24 第２支持プレート側の配向方向 25 楕円偏光の方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (56)参考文献 特開 平３−41420（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/133 500 G02F 1/1335 G02F 1/137 G09F 9/00 - 9/46

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１個の透明駆動電極を有して
    いる第１透明支持プレートと、少なくとも１個の可制御
    画像電極を有している第２支持プレートとの間に液晶材
    料層を具え、該液晶材料層が画像電極における電圧によ
    り２つの状態間にて切り換わり、印加電圧に応じてディ
    スプレイ装置の反射が第１状態と第２状態との間で連続
    的に減少したり、増加したりし、前記第１状態では、液
    晶材料層の厚さを横切る方向に見て、液晶材料の分子が
    前記両支持プレートに対してほぼ平行か、又は小角度で
    延在する第１の配向方向を有し、前記第２状態では液晶
    材料の分子が前記第１配向方向に対してほぼ垂直の第２
    配向方向を有し、これら２つの状態間での常光波と異常
    波との光路長の差が、λ0の中心波長を有する入射ビー
    ムの場合に、反射後にほぼ1/2λ0となるようにした反射
    式で使用するディスプレイ装置において、当該装置が偏
    光子と検光子を具え、これらの偏光方向が互いにほぼ垂
    直に交差し、且つ前記偏光子の偏光方向が前記第1状態
    にて前記２つの支持プレートの個所での２つの配向方向
    によって決まる角度の２等分線に対してほぼ平行とな
    り、前記角度が50〜68度の範囲内の値を有し、光路長d・
    Δｎ/λが0.58〜0.68の範囲内の値を有することを特徴
    とするディスプレイ装置。
  2. 【請求項２】 前記第２支持プレートが、スイッチング
    素子により駆動させることのできる画像電極を具えてい
    ることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装
    置。
  3. 【請求項３】 前記第２支持プレートを半導体基板とす
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレ
    イ装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載のデ
    ィスプレイ装置に入射させる少なくとも１個の光源を具
    え、該光源の光を前記画像電極によって規定される画素
    の光学状態に応じて反射させ、斯くして変調された光を
    投写手段により結像させるようにしたことを特徴とする
    投写形ディスプレイ装置。
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