JPH04318518A

JPH04318518A - 投写型液晶表示装置、ならびに高分子分散型液晶表示素子の製造方法

Info

Publication number: JPH04318518A
Application number: JP3085251A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamakura; 弘鎌倉; Tadaaki Nakayama; 唯哲中山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1992-11-10
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: JP3030900B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
示を行なう高分子分散型液晶表示素子、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：Ｐｏｌｙｍ
ｅｒ−Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓ
ｔａｌ）を用いた調光ガラスが実用化されている。これ
は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
を投写型液晶表示装置に用いた場合、白表示は偏光板を
使用しないため従来のＴＮモ−ドの投写型液晶表示装置
に比べ明るくできる反面、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。また投写型液晶表示装置の場合に、最も重要である
コントラスト比が前方に透過する光と、後方と前方に散
乱する散乱状態の散乱度の比により支配されるため、黒
表示の場合にはできるだけ後方に散乱する散乱強度を高
める必要がある。

【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液晶表示素子（以後
液晶ライトバルブと称する。）の入射側の後方散乱の強
度を高めることや、出射側の前方散乱の配光特性を変え
ることにより高コントラスト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】光の透過もしくは散乱に
より表示を行なう高分子分散型液晶表示素子において、
液晶層を挟む基板の１面もしくは２面の内面に、凹凸部
を設けたことを特徴とする。

【０００６】液晶層を挟む基板の１面もしくは２面の内
面は、ポリイミド膜にラビング等で凹凸部を設けたこと
を特徴とする。

【０００７】液晶層を挟む基板の１面もしくは２面の内
面は、ＩＴＯ膜に機械的に凹凸部を設けたことを特徴と
する。

【０００８】液晶層を挟む基板の１面もしくは２面の内
面は、色選択透過特性の有する光学多層膜と、その光学
多層膜の上に凹凸部を設けたＩＴＯ膜を形成したことを
特徴とする。

【０００９】光の透過もしくは散乱により表示を行なう
高分子分散型液晶表示素子を用いた投写型液晶表示装置
において、高分子分散型液晶表示素子は、上記４項目に
記載の高分子分散型液晶表示素子を用いたことを特徴と
する。

【００１０】光の透過もしくは散乱により表示を行なう
高分子分散形液晶表示素子を用いた投写型液晶表示装置
において、高分子分散型液晶表示素子は紫外線を１方向
からのみ照射させ、この照射方向は、投射型液晶表示装
置の入射方向とは逆方向から照射したことを特徴とする
。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。

【００１２】図１は本発明の高分子分散型液晶表示素子
の配光特性をモデル化した断面図で、（ａ）図が電界を
印加しない場合の光散乱状態を示すもので（ｂ）図は、
電界を印加したときの光透過状態を示す。

【００１３】液晶表示素子（１００）は、２枚の基板に
高分子分散型液晶（１０１）が挟まれて配置される。高
分子分散型液晶（１０１）は液晶及びスポンジ状高分子
からなり、電界に対しては無電界時には、液晶分子が界
面に沿って配向するため、例えば入射光（１０２）が液
晶表示素子（１００）に入射した場合には、高分子分散
型液晶（１０１）の分子配列は散乱状態であるため、入
射側に戻る方向の後方散乱（１０３）と、透過して散乱
する前方散乱（１０４）とに散乱方向が分かれる。又電
界を印加した場合には、電界方向に液晶分子が整列する
ために透過光（１０５）は入射光（１０２）の強度に対
して減衰することなく前方に透過する。これらの透過光
の発散強度は、強度ベクトルを矢印（１０６）にて表わ
したように、電界印加状態においての強度と、散乱状態
での発散強度の比が液晶表示装置のコントラストとなる
ため散乱光が透過光に比べ十分小さいことが望ましい。図２は、高分子分散型液晶表示素子の基板内面に凹凸部
がない液晶ライトバルブの、セル厚が１７μｍの光学特
性を実際に測定したものの配光特性図である。図からも
理解できるように、１７μｍのような比較的厚いセル厚
においても、入射光に対して表面反射が数％で、後方散
乱と前方散乱の比が、１：８で後方散乱は著しく低い。又前方散乱の配光分布と後方の配光分布とにおいては、
光度のスレッシホ−ルドを５０％にした場合、後方側は
５０度、前方側は２５度と配光分布も異なる。

【００１４】従って、散乱光を投写画像の黒表示として
使用する場合においては、前方散乱の光強度がコントラ
ストの低下を招く。しかも前方散乱の配光特性について
は、後方散乱に比べ配光角が小さく、投写レンズの呑込
み角に対して有効な光として扱うため更にコントラスト
は低下する。

【００１５】図３は、本発明の本発明の高分子分散液晶
表示素子の構造を示した部分断面図である。

【００１６】この高分子分散型液晶表示素子の表示原理
は、スポンジ状高分子の内部に不連続な状態で液晶が存
在し、その基本動作は、例えば日経エレクトロニクス１
９９０年６月１１日号１０２頁に示されるように粒状の
液晶の屈折率をスポンジ状高分子に合わせておく。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。

【００１７】また高分子分散型液晶はＰＮＬＣ（Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ−Ｎｅｔｗｏｒｋ　　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓ
ｔａｌ）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。

【００１８】具体的な構造を図を用いて説明すると、２
枚のガラス基板（３００）は、屈折率ｎ＝１．４７から
１．５２の基板で透明電極（３０１）は屈折率ｎ＝１．
８ぐらいのＩＴＯ膜で膜厚は１０００〜２０００Åであ
る。ポリイミド膜（３０２）の屈折率は、焼成条件にも
よるがｎ＝１．７〜１．８で５０００〜２００００Åの
膜厚の表面をラビングや機械的な切削により凹凸を設け
てある。この凹凸の作成技術には、たとえばラビングに
より形成する場合においては、必ずしも１軸方向のラビ
ングによる物ではなく、互いに直交する２軸方向にする
ことにより散乱効果が上げることが可能である。

【００１９】高分子液晶は、高分子重合法や紫外線硬化
法などの製法により液晶（３０３）とポリマ−（３０４
）を適当な割合に分散させる。このポリマ−の形状に関
しては、紫外線硬化法を用いて製造すると、紫外光の照
射側と、もう一方側においてはポリマ−の形状が異なり
、紫外光の入射側に於いては硬化条件によりポリマ−の
密度が密になる。したがって、液晶ライトバルブの入射
側には、ポリマ−の密度が疎で出射側のポリマ−の密度
は密になるように配置する。

【００２０】図３の（ａ）図は、２枚の基板のポリイミ
ド膜（３０２）が、ほぼ同一の膜厚のものをラビングな
どにより凹凸な表面処理を行っている実施例で、（ｂ）
図は、入射側のみのポリイミド膜（３０２）に、凹凸な
表面処理を実施したものである。これらの（ｂ）図の実
施例においては、後方側の散乱強度は（ａ）図に等しい
が、前方側の散乱強度が投写レンズの呑込み角に対して
十分に大きい場合に於いては、凹凸構造が片側のみにお
いても有効である。

【００２１】図３の（ｃ）図は、２枚のガラス基板（３
００）に、反射防止用の光学多層膜（３０５）を施すこ
とにより、透明電極（３０１）のＩＴＯ膜との表面反射
を低減させている。

【００２２】この光学多層膜については、ガラスの屈折
率１．５２とＩＴＯ膜の屈折率１．８の中間の屈折率部
材をλ／４の膜厚の単層コ−ティングを施すことにより
反射を低減させることが出来る。透明電極（３０１）の
表面には、凹凸になるように機械的な処理を施してある
。これにより、（ａ）図や（ｂ）図と同様な散乱強度を
得ることが出来る。また、この反射防止用の光学多層膜
（３０５）は、投写型液晶の３原色の色に対応した色選
択性を持たせることにより、特定の色のみに選択透過の
効果を得ることが出来る。

【００２３】これらの３種類の構造の高分子液晶は、電
界を加えないときの非選択時においては、液晶の屈折率
が１．５３３で、ポリマ−が１．８であり界面に沿って
配向するため、入射光は反射を繰り返し散乱する。さら
に散乱強度は、凹凸部のポリイミド膜や、ＩＴＯ膜の屈
折率がｎ＝１．８程度のため、液晶と基板の界面の表面
反射が大きく、しかも凹凸の効果により光が散乱し後方
散乱強度が高まる。一方、電界を印加した時の選択時の
おいては、液晶の屈折率が１．７９９程度になるために
、ＩＴＯ膜や、ポリイミド膜、ポリマ−の屈折率にほぼ
等しいため、凹凸の影響は、若干残るが、概ね光は透過
する。つまり液晶とポリマ−とＩＴＯ膜の屈折率が等し
い条件においては、凹凸があっても光は散乱されない。

【００２４】内面の粗さに関しては、２００番程度（７
０〜８０μｍの凹凸）の表面粗さにすることにより、後
方散乱が図２で実測したものに比較して３倍程度に増や
すことが可能になった。それにより前方散乱も減らすこ
とができコントラストも著しく改善することが出来た。

【００２５】図４は本発明の高分子分散型液晶表示装置
を用いた投写型液晶表示装置の投写光学系の構成図であ
る。

【００２６】高分子分散型液晶からなる三枚の液晶ライ
トバルブ（２００）を用いている。投写光源（２０１）
の光を色分離系（２０２）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ライトバルブ（２００）で
変調し、再び色合成系（２０３）によりフルカラーに合
成され、投写レンズ（２０４）により拡大投写され、ス
クリーン（２０５）上に画像表示が行われる。色分離系
（２０２）及び色合成系（２０３）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、図３の（ｃ）に示
すようなライトバルブを用いることにより、より色再現
性の良好な投写型液晶表示装置にすることが出来る。

【００２７】なお、液晶ライトバルブの内面の凹凸部の
粗さに関しては、２００番の粗さが最適であるものでは
なく、それぞれの条件により定められるものであり、粗
さの数値により本発明が抱束されるものではない。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、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を用
いた投写型液晶表示装置において、投写レンズの開口角
に制限されることなく、投写画像の最も重要であるコン
トラストを高めるため、高分子分散型液晶表示素子の基
板内面に凹凸部を設けることにより後方散乱の強度を高
め、前方散乱の強度を低下することにより、黒表示側を
できるだけ沈めた良品質な画像を提供することが出来る
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高分子分散型液晶表示素子の配光特性
をモデル化した断面図で、（ａ）図は電界を印加しない
場合の断面図、（ｂ）図は電界を印加した場合の断面図
である。

【図２】本発明の高分子分散型液晶表示素子の基板内面
に凹凸部のない液晶ライトバルブの、セル厚が１７ミク
ロンの光学特性を実際に測定した配光特性図である。

【図３】本発明の高分子分散型液晶表示素子の構造を示
した図で、（ａ）図が２枚の基板のポリイミド膜に凹凸
処理を施した部分断面図、（ｂ）図は、片側の基板にポ
リイミド膜の凹凸処理を施した部分断面図、（ｃ）図は
、２枚の基板のＩＴＯ膜に凹凸処理を施した部分断面図
である。

【図４】本発明の高分子分散型液晶表示素子を３枚用い
た投写型液晶表示装置を示したものの、フルカラーとし
た場合の投写光学系の構成図である。

【符号の説明】

１００・・・液晶表示素子１０１・・・高分子分散型液晶１０２・・・入射光１０３・・・後方散乱１０４・・・前方散乱１０５・・・透過光１０６・・・強度ベクトル１３０・・・キセノンランプ３００・・・ガラス基板３０１・・・透明電極３０２・・・ポリイミド膜３０３・・・液晶３０４・・・ポリマ− ３０５・・・光学多層膜２００・・・液晶ライトバルブ２０２・・・色分離系２０３・・・色合成系２０４・・・投写レンズ２０５・・・スクリ−ン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　光の透過もしくは散乱により表示を行
なう高分子分散型液晶表示素子において、液晶層を挟む
基板の１面もしくは２面の内面に、凹凸部を設けたこと
を特徴とする高分子分散型液晶表示素子。
【請求項２】　　液晶層を挟む基板の１面もしくは２面
の内面は、ポリイミド膜にラビング等で凹凸部を設けた
請求項１記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項３】　　液晶層を挟む基板の１面もしくは２面
の内面は、ＩＴＯ膜に機械的に凹凸部を設けた請求項１
記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項４】　　液晶層を挟む基板の１面もしくは２面
の内面は、色選択透過特性の有する光学多層膜と、その
光学多層膜の上に凹凸部を設けたＩＴＯ膜を形成した請
求項１記載の高分子分散型液晶表示素子。
【請求項５】　　光の透過もしくは散乱により表示を行
なう高分子分散型液晶表示素子を用いた投写型液晶表示
装置において、高分子分散型液晶表示素子は、請求項１
もしくは請求項２、もしくは請求項３もしくは請求項４
、に記載の高分子分散型液晶表示素子であることを特徴
とする高分子分散型液晶表示素子を用いた投写型液晶表
示装置。
【請求項６】　　高分子分散型液晶表示素子は、紫外線
硬化法により作製され、紫外線を１方向からのみ照射さ
せ、この照射方向は、投射型液晶表示装置の入射方向と
は逆方向から照射したことを特徴とする請求項５記載の
高分子分散型液晶表示素子を用いた投写型液晶表示装置
。