JPH08122750A - 液晶電気光学装置、それを利用した投射型表示装置及びそれらの駆動方法 - Google Patents
液晶電気光学装置、それを利用した投射型表示装置及びそれらの駆動方法Info
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- JPH08122750A JPH08122750A JP6253461A JP25346194A JPH08122750A JP H08122750 A JPH08122750 A JP H08122750A JP 6253461 A JP6253461 A JP 6253461A JP 25346194 A JP25346194 A JP 25346194A JP H08122750 A JPH08122750 A JP H08122750A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低駆動電圧、高輝度、高コントラスト、視角
特性が上下左右で等しい液晶電気光学装置を提供する。 【構成】 液晶電気光学装置が、電極及び配向膜がこの
順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶層が挟持され
てなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分子を絶縁性基
板に対して垂直に配向させうる膜であり、液晶層の厚さ
が液晶の捩じれピッチの４５〜７０％であること及び／
又は配向膜が基板方線方向から見て互いにほぼ１８０°
異なる配向方向を有し、この液晶電気光学装置を透過率
を最大にする電界の１．１倍以下の電界を液晶層に印加
することにより駆動させる。
特性が上下左右で等しい液晶電気光学装置を提供する。 【構成】 液晶電気光学装置が、電極及び配向膜がこの
順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶層が挟持され
てなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分子を絶縁性基
板に対して垂直に配向させうる膜であり、液晶層の厚さ
が液晶の捩じれピッチの４５〜７０％であること及び／
又は配向膜が基板方線方向から見て互いにほぼ１８０°
異なる配向方向を有し、この液晶電気光学装置を透過率
を最大にする電界の１．１倍以下の電界を液晶層に印加
することにより駆動させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶電気光学装置、そ
れを利用した投射型表示装置及びそれらの駆動方法に関
する。更に詳しくは、液晶の電気光学特性を利用した、
表示装置、情報処理装置等の液晶電気光学装置、それを
利用した投射型表示装置及びそれらの駆動方法に関す
る。
れを利用した投射型表示装置及びそれらの駆動方法に関
する。更に詳しくは、液晶の電気光学特性を利用した、
表示装置、情報処理装置等の液晶電気光学装置、それを
利用した投射型表示装置及びそれらの駆動方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、広範囲で用いられている捩れネマ
ティック型（以下ＴＮと略す）の液晶セルにおける最大
の問題点は、表示コントラストの視角依存性が大きいこ
とである。この問題点を改善する方法の一つとして、い
わゆるπセル（電界効果複屈折型液晶セル）が知られて
いる。πセルは、一対の基板間に、該基板に対して配向
方向が互いに１８０°になるように水平に配向させた正
の誘電異方性を有する液晶が介在されており、セルの厚
み方向での中央付近の液晶分子がほぼ基板に対して、垂
直になるように電界が印加されている。このπセルの駆
動方法は、前記電界より大きな電界を印加することによ
り、基板付近の液晶分子を立たせる事によって、液晶の
複屈折率を変化させることを利用している。
ティック型（以下ＴＮと略す）の液晶セルにおける最大
の問題点は、表示コントラストの視角依存性が大きいこ
とである。この問題点を改善する方法の一つとして、い
わゆるπセル（電界効果複屈折型液晶セル）が知られて
いる。πセルは、一対の基板間に、該基板に対して配向
方向が互いに１８０°になるように水平に配向させた正
の誘電異方性を有する液晶が介在されており、セルの厚
み方向での中央付近の液晶分子がほぼ基板に対して、垂
直になるように電界が印加されている。このπセルの駆
動方法は、前記電界より大きな電界を印加することによ
り、基板付近の液晶分子を立たせる事によって、液晶の
複屈折率を変化させることを利用している。
【０００３】πセルは、例えばジェームス・エル・ファ
ーガソン（特公平４−１８８８号）およびフィリップ・
ジェイ・ボスら（特開平３−２６７９１６号）によって
提案されている。提案されているπセルは、セルの両側
に一対の偏光板を有し、該偏光板は光の偏光方向が互い
に９０°になるように且つ基板表面近傍の液晶分子の配
向方向とその基板の裏面に設けられた偏光板の偏光方向
とが形成する角度が４５°になるように配置されてい
る。このようなπセルは、比較的大きなコントラストを
有し、セル上下方向、左右方向のコントラストの視角依
存性がそれぞれほぼ対称になるという特徴を有してい
る。
ーガソン（特公平４−１８８８号）およびフィリップ・
ジェイ・ボスら（特開平３−２６７９１６号）によって
提案されている。提案されているπセルは、セルの両側
に一対の偏光板を有し、該偏光板は光の偏光方向が互い
に９０°になるように且つ基板表面近傍の液晶分子の配
向方向とその基板の裏面に設けられた偏光板の偏光方向
とが形成する角度が４５°になるように配置されてい
る。このようなπセルは、比較的大きなコントラストを
有し、セル上下方向、左右方向のコントラストの視角依
存性がそれぞれほぼ対称になるという特徴を有してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記πセルは下記問題
点を有している； （１）ＴＮと比較して表示コントラストが低い、（２）
高いコントラストを得ようとした場合に駆動電圧が非常
に高くなる、（３）電界を全く印加しない場合、液晶が
１８０°捩れて配向してしまうので、πセルとして動作
しなくなる。従って、常に液晶の閾値以上の電界を印加
して置く必要がある。
点を有している； （１）ＴＮと比較して表示コントラストが低い、（２）
高いコントラストを得ようとした場合に駆動電圧が非常
に高くなる、（３）電界を全く印加しない場合、液晶が
１８０°捩れて配向してしまうので、πセルとして動作
しなくなる。従って、常に液晶の閾値以上の電界を印加
して置く必要がある。
【０００５】上記問題点は、偏光板の偏光軸と基板表面
に存在する液晶分子の配向方向が一致しないこと及び基
板表面の液晶分子が非常に動作しにくいことにより、基
板表面とその近傍の液晶分子による複屈折性が高い電圧
が印加されるまで解消されないことにより生じるものと
考えられる。
に存在する液晶分子の配向方向が一致しないこと及び基
板表面の液晶分子が非常に動作しにくいことにより、基
板表面とその近傍の液晶分子による複屈折性が高い電圧
が印加されるまで解消されないことにより生じるものと
考えられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、電極及び配向膜がこの順で形成された一対の絶縁性
基板間に液晶層が挟持されてなり、配向膜が液晶層に含
まれる液晶分子を絶縁性基板に対して垂直に配向させう
る膜であり、液晶層の厚さが液晶の捩じれピッチの４５
〜７０％であることを特徴とする液晶電気光学装置が提
供される。
ば、電極及び配向膜がこの順で形成された一対の絶縁性
基板間に液晶層が挟持されてなり、配向膜が液晶層に含
まれる液晶分子を絶縁性基板に対して垂直に配向させう
る膜であり、液晶層の厚さが液晶の捩じれピッチの４５
〜７０％であることを特徴とする液晶電気光学装置が提
供される。
【０００７】更に、本発明によれば、電極及び配向膜が
この順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶層が挟持
されてなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分子を絶縁
性基板に対して垂直に配向させうる膜であり、配向膜が
基板法線方向から見て互いにほぼ１８０°異なる配向方
向を有することを特徴とする液晶電気光学装置が提供さ
れる。
この順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶層が挟持
されてなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分子を絶縁
性基板に対して垂直に配向させうる膜であり、配向膜が
基板法線方向から見て互いにほぼ１８０°異なる配向方
向を有することを特徴とする液晶電気光学装置が提供さ
れる。
【０００８】また、本発明によれば、電極及び配向膜が
この順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶層が挟持
されてなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分子を絶縁
性基板に対して垂直に配向させうる膜であり、配向膜が
基板法線方向から見て互いにほぼ１８０°異なる配向方
向を有し、且つ液晶層の厚さが液晶の捩じれピッチの４
５〜７０％であることを特徴とする液晶電気光学装置が
提供される。
この順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶層が挟持
されてなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分子を絶縁
性基板に対して垂直に配向させうる膜であり、配向膜が
基板法線方向から見て互いにほぼ１８０°異なる配向方
向を有し、且つ液晶層の厚さが液晶の捩じれピッチの４
５〜７０％であることを特徴とする液晶電気光学装置が
提供される。
【０００９】更に、本発明によれば、上記液晶電気光学
装置を、透過率を最大にする電界の１．１倍以下の電界
を液晶層に印加することにより駆動さすことを特徴とす
る液晶電気光学装置の駆動方法が提供される。また、本
発明によれば、上記液晶電気光学装置、光源及び投射用
レンズからなることを特徴とする投射型表示装置が提供
される。
装置を、透過率を最大にする電界の１．１倍以下の電界
を液晶層に印加することにより駆動さすことを特徴とす
る液晶電気光学装置の駆動方法が提供される。また、本
発明によれば、上記液晶電気光学装置、光源及び投射用
レンズからなることを特徴とする投射型表示装置が提供
される。
【００１０】本発明に使用できる絶縁性基板は、当該分
野で公知の基板をいずれも使用することができる。例え
ば、ガラス、石英、セラミック、樹脂等が挙げられる。
また、基板は少なくとも一方が透明であることが必要と
される。基板上には液晶を駆動させるための電極が形成
されている。基板が透明の場合は、インジウム酸化錫、
酸化錫、酸化インジウム等からなる透明な電極が形成さ
れる。不透明な基板の場合は、特に限定されず、インジ
ウム酸化錫、酸化錫、酸化インジウムの他、アルミニウ
ム、タンタル、モリブデン、ニッケル、金、銅、クロム
等からなる不透明な電極が形成される。電極の形成方法
は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法等で形
成された金属層を、レジスト等をマスクとして所望の形
状にエッチングする方法が挙げられる。
野で公知の基板をいずれも使用することができる。例え
ば、ガラス、石英、セラミック、樹脂等が挙げられる。
また、基板は少なくとも一方が透明であることが必要と
される。基板上には液晶を駆動させるための電極が形成
されている。基板が透明の場合は、インジウム酸化錫、
酸化錫、酸化インジウム等からなる透明な電極が形成さ
れる。不透明な基板の場合は、特に限定されず、インジ
ウム酸化錫、酸化錫、酸化インジウムの他、アルミニウ
ム、タンタル、モリブデン、ニッケル、金、銅、クロム
等からなる不透明な電極が形成される。電極の形成方法
は、例えば、ＭＯＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法等で形
成された金属層を、レジスト等をマスクとして所望の形
状にエッチングする方法が挙げられる。
【００１１】次に、上記電極が形成された絶縁性基板上
には、配向膜が形成されるが、配向膜の形成前に、絶縁
膜を形成しておいてもよい。絶縁膜としては、Ｓｉ
Ｏ2 、ＳｉＮｘ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｔａ2 Ｏ5 等の無機系絶
縁膜、ポリイミド樹脂、フォトレジスト樹脂、高分子液
晶等の有機系絶縁膜が挙げられる。絶縁膜の膜厚は、使
用する材料により相違するが、０．１〜０．２μｍ程度
である。絶縁膜の形成方法は、例えば以下の方法が挙げ
られる； （１）無機系絶縁膜の場合は、蒸着法、スパッタ法、Ｃ
ＶＤ法、溶液塗布法等が挙げられる； （２）有機系絶縁膜の場合は、ポリマーを溶かした溶液
をスピンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、
ロール印刷法等で塗布し、乾燥させて形成する方法、ポ
リマーの前駆体溶液を、上記と同様の方法により塗布
し、所定の硬化条件（加熱、光照射等）で硬化させて形
成する方法、更に、ラングミュア−ブロジェット法で形
成する方法が挙げられる。
には、配向膜が形成されるが、配向膜の形成前に、絶縁
膜を形成しておいてもよい。絶縁膜としては、Ｓｉ
Ｏ2 、ＳｉＮｘ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｔａ2 Ｏ5 等の無機系絶
縁膜、ポリイミド樹脂、フォトレジスト樹脂、高分子液
晶等の有機系絶縁膜が挙げられる。絶縁膜の膜厚は、使
用する材料により相違するが、０．１〜０．２μｍ程度
である。絶縁膜の形成方法は、例えば以下の方法が挙げ
られる； （１）無機系絶縁膜の場合は、蒸着法、スパッタ法、Ｃ
ＶＤ法、溶液塗布法等が挙げられる； （２）有機系絶縁膜の場合は、ポリマーを溶かした溶液
をスピンナー塗布法、浸漬塗布法、スクリーン印刷法、
ロール印刷法等で塗布し、乾燥させて形成する方法、ポ
リマーの前駆体溶液を、上記と同様の方法により塗布
し、所定の硬化条件（加熱、光照射等）で硬化させて形
成する方法、更に、ラングミュア−ブロジェット法で形
成する方法が挙げられる。
【００１２】本発明に使用できる配向膜は、液晶層に含
まれる液晶分子を絶縁性基板に対して垂直に配向させう
る膜、即ち垂直配向膜である。垂直配向膜は上記性質を
有するものであれば公知のものをいずれも使用すること
ができる。例えば、長鎖アルキル基がポリイミド骨格に
結合した構造を有する材料が挙げられ、具体的にはＪＡ
ＬＳ−２０３（日本合成ゴム社製）、ＳＥ−７５１１Ｌ
（日産化学社製）等のポリイミド系樹脂が挙げられる。
配向膜の厚さは、０．０５〜０．１μｍ程度である。配
向膜の原料は、配向膜の形成方法としては、例えば、ポ
リマーを溶かした溶液をスピンナー塗布法、浸漬塗布
法、スクリーン印刷法、ロール印刷法等で塗布し、乾燥
させて形成する方法が挙げられる。また、ポリマーの前
駆体溶液を、上記と同様の方法により塗布し、所定の硬
化条件（加熱、光照射等）で硬化させて形成する方法も
使用することができる。更に、ラングミュア−ブロジェ
ット法で形成することもできる。
まれる液晶分子を絶縁性基板に対して垂直に配向させう
る膜、即ち垂直配向膜である。垂直配向膜は上記性質を
有するものであれば公知のものをいずれも使用すること
ができる。例えば、長鎖アルキル基がポリイミド骨格に
結合した構造を有する材料が挙げられ、具体的にはＪＡ
ＬＳ−２０３（日本合成ゴム社製）、ＳＥ−７５１１Ｌ
（日産化学社製）等のポリイミド系樹脂が挙げられる。
配向膜の厚さは、０．０５〜０．１μｍ程度である。配
向膜の原料は、配向膜の形成方法としては、例えば、ポ
リマーを溶かした溶液をスピンナー塗布法、浸漬塗布
法、スクリーン印刷法、ロール印刷法等で塗布し、乾燥
させて形成する方法が挙げられる。また、ポリマーの前
駆体溶液を、上記と同様の方法により塗布し、所定の硬
化条件（加熱、光照射等）で硬化させて形成する方法も
使用することができる。更に、ラングミュア−ブロジェ
ット法で形成することもできる。
【００１３】本発明では、低電圧で駆動でき且つコント
ラストの良好な液晶電気光学装置を得ようとする場合
は、上記配向膜に配向処理を施し、一対の絶縁性基板間
で配向方向が１８０°異なるように絶縁性基板を対向さ
せることにより実現することができる。配向処理方法と
しては、例えば、ラビング法、イオンビーム照射法等の
公知の方法をいずれも使用することができるが、大画面
の液晶電気光学装置を量産する場合は、ラビング法を使
用することが好ましい。但し、配向膜の垂直配向性を失
わないように、比較的弱い条件で行う必要がある。この
ように配向処理が行われた絶縁性基板を、後の工程で記
載するように、配向方向が逆になるように貼り合わせる
ことにより、１８０°異なる配向方向を実現することが
できる。
ラストの良好な液晶電気光学装置を得ようとする場合
は、上記配向膜に配向処理を施し、一対の絶縁性基板間
で配向方向が１８０°異なるように絶縁性基板を対向さ
せることにより実現することができる。配向処理方法と
しては、例えば、ラビング法、イオンビーム照射法等の
公知の方法をいずれも使用することができるが、大画面
の液晶電気光学装置を量産する場合は、ラビング法を使
用することが好ましい。但し、配向膜の垂直配向性を失
わないように、比較的弱い条件で行う必要がある。この
ように配向処理が行われた絶縁性基板を、後の工程で記
載するように、配向方向が逆になるように貼り合わせる
ことにより、１８０°異なる配向方向を実現することが
できる。
【００１４】次に、本発明の液晶層に使用することがで
きる液晶としては、特に限定されないが、ネマティック
液晶を用いることが好ましい。負の誘電異方性（ｎ型）
を有するネマティック液晶が特に好ましい。例えば、Ｚ
ＬＩ−４７８８，ＺＬＩ−４７８８−０００（メルクジ
ャパン社製）等が挙げられる。また、液晶層の厚さは、
３〜１２μｍが好ましい。
きる液晶としては、特に限定されないが、ネマティック
液晶を用いることが好ましい。負の誘電異方性（ｎ型）
を有するネマティック液晶が特に好ましい。例えば、Ｚ
ＬＩ−４７８８，ＺＬＩ−４７８８−０００（メルクジ
ャパン社製）等が挙げられる。また、液晶層の厚さは、
３〜１２μｍが好ましい。
【００１５】更に、本発明では、低電圧で駆動でき、コ
ントラストが良好であり、上下左右で等しい視覚特性を
有する液晶電気光学装置を得ようとする場合、液晶層の
厚さを液晶の捩じれピッチの４５〜７０％とすることに
より実現することができる。これは基板上の配向膜近傍
に存在する液晶分子は電界によってほとんど動作しない
ためである。液晶層の厚さは、液晶の捩じれピッチの約
５０％であること、即ち液晶の捩じれピッチが液晶層の
厚さのほぼ２倍であることが特に好ましい。使用する液
晶そのままで上記関係を満たすことができない場合は、
カイラルドーパントを液晶に添加することにより、所望
の値に調整することができる。カイラルドーパントとし
ては、公知のものをいずれも使用することができ、例え
ばＳ−８１１（メルクジャパン社製）、コレステリルノ
ナノアート等が挙げられる。なお、液晶電気光学装置の
使用温度範囲が広範囲になる場合は、ヘリカルツイステ
ィングパワーの温度依存性が正負逆のカイラルドーパン
トを使用してもよい。このようなカイラルドーパントと
しては、例えばＳ−１０１１（メルクジャパン社製）等
が挙げられる。
ントラストが良好であり、上下左右で等しい視覚特性を
有する液晶電気光学装置を得ようとする場合、液晶層の
厚さを液晶の捩じれピッチの４５〜７０％とすることに
より実現することができる。これは基板上の配向膜近傍
に存在する液晶分子は電界によってほとんど動作しない
ためである。液晶層の厚さは、液晶の捩じれピッチの約
５０％であること、即ち液晶の捩じれピッチが液晶層の
厚さのほぼ２倍であることが特に好ましい。使用する液
晶そのままで上記関係を満たすことができない場合は、
カイラルドーパントを液晶に添加することにより、所望
の値に調整することができる。カイラルドーパントとし
ては、公知のものをいずれも使用することができ、例え
ばＳ−８１１（メルクジャパン社製）、コレステリルノ
ナノアート等が挙げられる。なお、液晶電気光学装置の
使用温度範囲が広範囲になる場合は、ヘリカルツイステ
ィングパワーの温度依存性が正負逆のカイラルドーパン
トを使用してもよい。このようなカイラルドーパントと
しては、例えばＳ−１０１１（メルクジャパン社製）等
が挙げられる。
【００１６】また本発明の液晶電気光学装置における光
の透過光強度Ｉは、偏光板１枚を透過した光の強度を
Ｉ’、液晶層の厚みをｄ、液晶の複屈折性率をΔｎ、光
の波長をλとして、 Ｉ＝Ｉ’ｓｉｎ2 （πΔｎｄ／λ）… （１） と表される。ここで透過光強度を最も大きくするために
は、液晶層の厚みと液晶の複屈折率と積Δｎｄが入射光
波長の１／２、３／２、５／２…であればよい。この
内、視野角を広くするためには１／２とすることが最も
好ましい。例えば、可視光を使用する場合は、その波長
は、ほぼ４００〜７００ｎｍなので、Δｎｄは２００〜
３５０ｎｍ、特に２００〜２８０ｎｍであれば良い。更
に、液晶分子の僅かな傾きで大きなコントラストを得る
ためには、Δｎｄを液晶分子の傾きの１〜８倍程度とす
ることが特に好ましい。
の透過光強度Ｉは、偏光板１枚を透過した光の強度を
Ｉ’、液晶層の厚みをｄ、液晶の複屈折性率をΔｎ、光
の波長をλとして、 Ｉ＝Ｉ’ｓｉｎ2 （πΔｎｄ／λ）… （１） と表される。ここで透過光強度を最も大きくするために
は、液晶層の厚みと液晶の複屈折率と積Δｎｄが入射光
波長の１／２、３／２、５／２…であればよい。この
内、視野角を広くするためには１／２とすることが最も
好ましい。例えば、可視光を使用する場合は、その波長
は、ほぼ４００〜７００ｎｍなので、Δｎｄは２００〜
３５０ｎｍ、特に２００〜２８０ｎｍであれば良い。更
に、液晶分子の僅かな傾きで大きなコントラストを得る
ためには、Δｎｄを液晶分子の傾きの１〜８倍程度とす
ることが特に好ましい。
【００１７】なお、本発明では、一対の絶縁性基板間で
配向方向が１８０°異なるように絶縁性基板を対向させ
ることと、液晶層の厚さを液晶の捩じれピッチの４５〜
７０％とすることとを両方備えてなる液晶電気光学装置
が、個々の効果に加えて、白色表示時の色むらがなく、
誘起ドメインの発生もなく、非常に均一性の高い配向状
態を得ることができるので最も好ましい。
配向方向が１８０°異なるように絶縁性基板を対向させ
ることと、液晶層の厚さを液晶の捩じれピッチの４５〜
７０％とすることとを両方備えてなる液晶電気光学装置
が、個々の効果に加えて、白色表示時の色むらがなく、
誘起ドメインの発生もなく、非常に均一性の高い配向状
態を得ることができるので最も好ましい。
【００１８】上記の電極及び配向膜が形成された一対の
絶縁性基板を、配向膜を対向させ、絶縁性基板間に液晶
層を挟持させることにより液晶電気光学装置が得られ
る。挟持方法としては、例えば、液晶層の厚さを制御す
るためのスペーサーを予め一方の絶縁性基板に散布し、
他方の絶縁性基板の表示領域外にシール樹脂を塗布し、
次いで絶縁性基板を貼り合わせることにより生じた間隙
に液晶を注入する方法が挙げられる。スペーサーは、特
に限定されず、直径１〜３０μｍ、好ましくは１〜１５
μｍのガラス、プラスチック等を使用することができ
る。
絶縁性基板を、配向膜を対向させ、絶縁性基板間に液晶
層を挟持させることにより液晶電気光学装置が得られ
る。挟持方法としては、例えば、液晶層の厚さを制御す
るためのスペーサーを予め一方の絶縁性基板に散布し、
他方の絶縁性基板の表示領域外にシール樹脂を塗布し、
次いで絶縁性基板を貼り合わせることにより生じた間隙
に液晶を注入する方法が挙げられる。スペーサーは、特
に限定されず、直径１〜３０μｍ、好ましくは１〜１５
μｍのガラス、プラスチック等を使用することができ
る。
【００１９】更に、一対の絶縁性基板の外側には、一対
の偏光板を設置することもできる。偏光板は、互いに偏
光方向が垂直となるように設置することが好ましい。よ
り大きなコントラストが得られるからである。ここで基
板に配向処理を施した場合は、配向膜の配向方向と絶縁
性基板外面に設けられた偏光板の偏光方向とのなす角
が、ほぼ４５°とすることが好ましい。配向処理によっ
て液晶分子の傾斜方向が一様に決定されるので、ほぼ４
５°の関係を有する場合が、最も大きなコントラストを
得ることができるからである。
の偏光板を設置することもできる。偏光板は、互いに偏
光方向が垂直となるように設置することが好ましい。よ
り大きなコントラストが得られるからである。ここで基
板に配向処理を施した場合は、配向膜の配向方向と絶縁
性基板外面に設けられた偏光板の偏光方向とのなす角
が、ほぼ４５°とすることが好ましい。配向処理によっ
て液晶分子の傾斜方向が一様に決定されるので、ほぼ４
５°の関係を有する場合が、最も大きなコントラストを
得ることができるからである。
【００２０】更に、本発明の液晶電気光学装置は、反射
型光学装置とすることもできる。その場合、一方の偏光
板の外側に更に反射板を設けるか、或いは、片側の電極
を反射板として使用することにより反射型光学装置を実
現することができる。また、カラーフィルタを組み合わ
せることにより、カラー表示を行うことができる光学装
置とすることも可能である。
型光学装置とすることもできる。その場合、一方の偏光
板の外側に更に反射板を設けるか、或いは、片側の電極
を反射板として使用することにより反射型光学装置を実
現することができる。また、カラーフィルタを組み合わ
せることにより、カラー表示を行うことができる光学装
置とすることも可能である。
【００２１】上記に記載した本発明の液晶電気光学装置
は、透過率を最大にする電界の１．１倍以下の電界を液
晶層に印加することにより駆動することが好ましい。
１．１倍以上の電界を印加すると、液晶分子が基板に対
して平行に配向してしまい、１８０°に液晶が捩じれて
しまうことになる。そのため同じ電界強度であっても液
晶層の透過率が異なる、いわゆるヒステリシスが現れて
しまい均一なコントラストが得られにくいからである。
なお、均一なコントラストが要求されない用途の場合
は、駆動電界を特に限定する必要はない。
は、透過率を最大にする電界の１．１倍以下の電界を液
晶層に印加することにより駆動することが好ましい。
１．１倍以上の電界を印加すると、液晶分子が基板に対
して平行に配向してしまい、１８０°に液晶が捩じれて
しまうことになる。そのため同じ電界強度であっても液
晶層の透過率が異なる、いわゆるヒステリシスが現れて
しまい均一なコントラストが得られにくいからである。
なお、均一なコントラストが要求されない用途の場合
は、駆動電界を特に限定する必要はない。
【００２２】なお、本発明の液晶電気光学装置の駆動方
式は、特に限定されず、単純マトリクス方式、或いは、
ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を利用したアクティブマトリクス方式等を使
用することができる。また、ＴＦＴは、アモルファスシ
リコンＴＦＴ、ポリシリコンＴＦＴ、単結晶シリコンＴ
ＦＴのいずれも使用することができる。
式は、特に限定されず、単純マトリクス方式、或いは、
ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を利用したアクティブマトリクス方式等を使
用することができる。また、ＴＦＴは、アモルファスシ
リコンＴＦＴ、ポリシリコンＴＦＴ、単結晶シリコンＴ
ＦＴのいずれも使用することができる。
【００２３】更に、本発明によれば、上記液晶電気光学
装置、光源及び投射用レンズからなる投射型表示装置を
提供することもできる。光源及び投射用レンズは特に限
定されず、当該分野で一般に使用されているものを使用
することができる。また、必要に応じて、光軸補正レン
ズ、プリズム、反射板、カラーフィルタ、ダイクロイッ
クミラー等を組み合わせることもできる。これら、投射
型表示装置を構成する要素は、複数設置されていてもよ
く、当然液晶電気光学装置も複数個使用することができ
る。
装置、光源及び投射用レンズからなる投射型表示装置を
提供することもできる。光源及び投射用レンズは特に限
定されず、当該分野で一般に使用されているものを使用
することができる。また、必要に応じて、光軸補正レン
ズ、プリズム、反射板、カラーフィルタ、ダイクロイッ
クミラー等を組み合わせることもできる。これら、投射
型表示装置を構成する要素は、複数設置されていてもよ
く、当然液晶電気光学装置も複数個使用することができ
る。
【００２４】
【作用】本発明の液晶電気光学装置は、負の誘電異方性
を有する液晶分子を基板に対して垂直配向させておき、
かつ液晶に電界が印加されたときに従来のπセルの初期
配向状態に近い配向が得られるようにすることにより従
来の問題点を解決するものである。
を有する液晶分子を基板に対して垂直配向させておき、
かつ液晶に電界が印加されたときに従来のπセルの初期
配向状態に近い配向が得られるようにすることにより従
来の問題点を解決するものである。
【００２５】その様な配向状態は、液晶が基板に対して
平行に配列したとき、捩れる角度が、上下基板の表面近
傍でほぼ１８０°となるようにカイラルドーパントを添
加する方法と、液晶配向膜を上下の基板で互いにその配
向方向が、１８０°異なるように配向処理を行う方法、
また両者を組み合わせる方法により実現される。また、
液晶分子を基板に対してほぼ垂直に配向させる方法とし
て、従来用いられている、レシチンなどの垂直配向剤や
酸化シリコン斜方蒸着等の技術を用いることなく、垂直
配向性を有するポリイミド配向膜を用いることで、より
安定した配向が得られ、かつ液晶の抵抗の低下を防止す
ることが可能となる。更にこの配向膜をラビング法等の
方法で配向処理することにより、１層の配向膜により液
晶分子に基板方線方向に対して僅かに傾きを有する配向
が付与される。
平行に配列したとき、捩れる角度が、上下基板の表面近
傍でほぼ１８０°となるようにカイラルドーパントを添
加する方法と、液晶配向膜を上下の基板で互いにその配
向方向が、１８０°異なるように配向処理を行う方法、
また両者を組み合わせる方法により実現される。また、
液晶分子を基板に対してほぼ垂直に配向させる方法とし
て、従来用いられている、レシチンなどの垂直配向剤や
酸化シリコン斜方蒸着等の技術を用いることなく、垂直
配向性を有するポリイミド配向膜を用いることで、より
安定した配向が得られ、かつ液晶の抵抗の低下を防止す
ることが可能となる。更にこの配向膜をラビング法等の
方法で配向処理することにより、１層の配向膜により液
晶分子に基板方線方向に対して僅かに傾きを有する配向
が付与される。
【００２６】更に、液晶層に電界を印加しない状態では
液晶は、基板に対してほぼ垂直に配向している。従っ
て、２枚の基板の外側にそれぞれ偏光方向が互いに９０
°になるように偏光板を設けることにより、液晶層の旋
光性および複屈折性はほぼなくなる。そのため、光は偏
光板によって遮断され、極めて光透過率の小さい黒表示
が実現される。
液晶は、基板に対してほぼ垂直に配向している。従っ
て、２枚の基板の外側にそれぞれ偏光方向が互いに９０
°になるように偏光板を設けることにより、液晶層の旋
光性および複屈折性はほぼなくなる。そのため、光は偏
光板によって遮断され、極めて光透過率の小さい黒表示
が実現される。
【００２７】また、液晶層に液晶の閾値よりもわずかに
大きな電界が印加されたときは、液晶は、基板に対して
傾斜して配列し、液晶層に添加されたカイラルドーパン
ト、または配向膜のプレティルト角の影響により液晶層
の中央付近の液晶分子がある方向に傾斜する。そのた
め、液晶分子の複屈折性を大きくすることができるの
で、光を透過するようになる。よって、従来のπセルの
ように常に電界を印加しておく必要は無く、また、電界
を印加しない状態が黒表示なので、低駆動電圧で大きな
コントラストが得られる。
大きな電界が印加されたときは、液晶は、基板に対して
傾斜して配列し、液晶層に添加されたカイラルドーパン
ト、または配向膜のプレティルト角の影響により液晶層
の中央付近の液晶分子がある方向に傾斜する。そのた
め、液晶分子の複屈折性を大きくすることができるの
で、光を透過するようになる。よって、従来のπセルの
ように常に電界を印加しておく必要は無く、また、電界
を印加しない状態が黒表示なので、低駆動電圧で大きな
コントラストが得られる。
【００２８】
【実施例】以下の実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例１ 図１に示す本発明の液晶電気光学装置を下記のように製
造した。図中、１及び２は絶縁性基板、３及び４は電
極、５及び６は垂直配向膜、７はスペーサ、８及び９は
シール樹脂、１０はカイラルドーパントの添加されたｎ
型ネマティック液晶からなる液晶層、１１及び１２は偏
光板を示す。
が、本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例１ 図１に示す本発明の液晶電気光学装置を下記のように製
造した。図中、１及び２は絶縁性基板、３及び４は電
極、５及び６は垂直配向膜、７はスペーサ、８及び９は
シール樹脂、１０はカイラルドーパントの添加されたｎ
型ネマティック液晶からなる液晶層、１１及び１２は偏
光板を示す。
【００２９】ガラス製の一対の透明の絶縁性基板（１、
２）にインジウム酸化錫からなる透明導電膜を用いて所
定の形状に電極（３、４）を形成した。絶縁性基板
（１、２）及び電極（３、４）上に液晶分子を基板に対
して垂直に配向させる垂直配向膜（５、６）を塗布し
た。本実施例では、ＪＡＬＳ−２０３（日本合成ゴム株
式会社製）のポリイミド骨格に長鎖アルキル基が結合し
た垂直配向膜を使用した。
２）にインジウム酸化錫からなる透明導電膜を用いて所
定の形状に電極（３、４）を形成した。絶縁性基板
（１、２）及び電極（３、４）上に液晶分子を基板に対
して垂直に配向させる垂直配向膜（５、６）を塗布し
た。本実施例では、ＪＡＬＳ−２０３（日本合成ゴム株
式会社製）のポリイミド骨格に長鎖アルキル基が結合し
た垂直配向膜を使用した。
【００３０】上記のようにして形成された一対の絶縁性
基板（１、２）の一方に５μｍのスペーサ（７）を散布
し、もう他方の絶縁性基板の表示領域外にシール樹脂
（８、９）を塗布し、貼り合わせてセルを形成した。こ
のセルに捩れピッチが１０μｍになるように調整したカ
イラルドーパント入りｎ型ネマティック液晶を注入し、
注入口を封止することにより液晶層（１０）を形成し
た。更に、液晶が等方相になる温度以上の温度にセルを
加熱した後、冷却した。本実施例では液晶は、ＺＬＩ−
４７８８（商品名メルクジャパン株式会社製）であり、
カイラルドーパントは、Ｓ−８１１（商品名メルクジャ
パン株式会社製）とした。
基板（１、２）の一方に５μｍのスペーサ（７）を散布
し、もう他方の絶縁性基板の表示領域外にシール樹脂
（８、９）を塗布し、貼り合わせてセルを形成した。こ
のセルに捩れピッチが１０μｍになるように調整したカ
イラルドーパント入りｎ型ネマティック液晶を注入し、
注入口を封止することにより液晶層（１０）を形成し
た。更に、液晶が等方相になる温度以上の温度にセルを
加熱した後、冷却した。本実施例では液晶は、ＺＬＩ−
４７８８（商品名メルクジャパン株式会社製）であり、
カイラルドーパントは、Ｓ−８１１（商品名メルクジャ
パン株式会社製）とした。
【００３１】このようにして形成したセルの外側に、偏
光板（１１、１２）をその偏光方向が互いに直角になる
ように設置し、液晶電気光学装置を得た。また、図２に
上記液晶電気光学装置に電界を印加しない場合、図３に
電界を印加した場合の液晶の状態を示した。電界を印加
しない場合には、液晶は基板に対して垂直配向してお
り、電界を印加した場合には液晶は中央付近で基板に対
して傾きをもって配向した状態になるものと考えられ
る。
光板（１１、１２）をその偏光方向が互いに直角になる
ように設置し、液晶電気光学装置を得た。また、図２に
上記液晶電気光学装置に電界を印加しない場合、図３に
電界を印加した場合の液晶の状態を示した。電界を印加
しない場合には、液晶は基板に対して垂直配向してお
り、電界を印加した場合には液晶は中央付近で基板に対
して傾きをもって配向した状態になるものと考えられ
る。
【００３２】また本実施例の液晶電気光学装置における
光の透過光強度Ｉは、偏光板１枚を透過した光の強度を
Ｉ’、液晶層の厚みをｄ、液晶の複屈折性率をΔｎ、光
の波長をλとして、 Ｉ＝Ｉ’ｓｉｎ2（πΔｎｄ／λ）… （１） と表される。本実施例における液晶層の厚みと液晶の複
屈折率と積Δｎｄは、入射光波長の１／２とした。
光の透過光強度Ｉは、偏光板１枚を透過した光の強度を
Ｉ’、液晶層の厚みをｄ、液晶の複屈折性率をΔｎ、光
の波長をλとして、 Ｉ＝Ｉ’ｓｉｎ2（πΔｎｄ／λ）… （１） と表される。本実施例における液晶層の厚みと液晶の複
屈折率と積Δｎｄは、入射光波長の１／２とした。
【００３３】このようにして、形成した液晶電気光学装
置の常温での正面の電圧−透過率曲線を図４に示した。
ノーマリブラック型で閾値電圧は約２Ｖ、透過率が最大
になる電圧は約３Ｖであり、明暗のコントラストは約１
０００、白表示時の透過率は、液晶を水平配向させた電
界効果複屈折型液晶セルとほぼ同じという結果であっ
た。
置の常温での正面の電圧−透過率曲線を図４に示した。
ノーマリブラック型で閾値電圧は約２Ｖ、透過率が最大
になる電圧は約３Ｖであり、明暗のコントラストは約１
０００、白表示時の透過率は、液晶を水平配向させた電
界効果複屈折型液晶セルとほぼ同じという結果であっ
た。
【００３４】また、本装置はコントラストが上下左右で
ほぼ等しいという特徴を有していた。この結果から本装
置は低駆動電圧、高輝度、高コントラストで視角特性が
上下左右で等しいという特性を有しており、従来の表示
モードの欠点を克服したものであることがわかった。本
実施例の装置では、液晶電気光学装置が最大の透過率強
度を与える電界の１．１倍以上で駆動した場合、液晶分
子が基板に対して平行配向してしまい、１８０°捩じれ
セルになり、同じ電界強度であっても透過率が異なる、
いわゆるヒステリシスが現れるので、１．１倍以下の駆
動電界が好ましいことが判った。 実施例２ 実施例１と同様にして垂直配向膜の形成までを行い、次
に一対の絶縁性基板間で液晶の配向方向が１８０°異な
るように配向処理を行った。配向処理法はラビング法を
使用した。この後、実施例１と同様にしてセルを作製し
液晶を注入した。
ほぼ等しいという特徴を有していた。この結果から本装
置は低駆動電圧、高輝度、高コントラストで視角特性が
上下左右で等しいという特性を有しており、従来の表示
モードの欠点を克服したものであることがわかった。本
実施例の装置では、液晶電気光学装置が最大の透過率強
度を与える電界の１．１倍以上で駆動した場合、液晶分
子が基板に対して平行配向してしまい、１８０°捩じれ
セルになり、同じ電界強度であっても透過率が異なる、
いわゆるヒステリシスが現れるので、１．１倍以下の駆
動電界が好ましいことが判った。 実施例２ 実施例１と同様にして垂直配向膜の形成までを行い、次
に一対の絶縁性基板間で液晶の配向方向が１８０°異な
るように配向処理を行った。配向処理法はラビング法を
使用した。この後、実施例１と同様にしてセルを作製し
液晶を注入した。
【００３５】このようにして形成したセルの外側に、偏
光板をその偏光方向が互いに直角になるように、かつ、
配向膜の配向処理方向と偏光板の偏光方向が４５°にな
るように設置し、液晶電気光学装置を得た。得られた液
晶電気光学装置は、視覚の全方位にわたる均一性はない
が、配向均一性は実施例１より向上し、液晶の傾斜方向
が部分的に片寄ることにより良好な表示品位を得ること
ができた。
光板をその偏光方向が互いに直角になるように、かつ、
配向膜の配向処理方向と偏光板の偏光方向が４５°にな
るように設置し、液晶電気光学装置を得た。得られた液
晶電気光学装置は、視覚の全方位にわたる均一性はない
が、配向均一性は実施例１より向上し、液晶の傾斜方向
が部分的に片寄ることにより良好な表示品位を得ること
ができた。
【００３６】また、実施例１と同じ理由から、１．１倍
以下の駆動電界が好ましいことが判った。 実施例３ 実施例２と同様にして形成したセルに、実施例１と同様
の液晶を注入して液晶電気光学装置を得た。
以下の駆動電界が好ましいことが判った。 実施例３ 実施例２と同様にして形成したセルに、実施例１と同様
の液晶を注入して液晶電気光学装置を得た。
【００３７】得られた液晶電気光学装置は、白色表示時
の色むらがなく、誘起ドメインの発生もなく、非常に均
一性の高い配向状態を得ることができた。また、実施例
１と同じ理由から、１．１倍以下の駆動電界が好ましい
ことが判った。 実施例４ 実施例１の液晶電気光学装置を光軸補正用レンズと投射
用レンズの間に設置し、光源を用いて図５に示す投射用
表示システムを得た。図５中、１３は液晶電気光学装
置、１４は光源、１５は光軸補正用レンズ、１６は投射
用レンズ、１７はスクリーンを示している。この投射用
表示システムでは、広い視角特性が要求されないので、
液晶電気光学装置の低駆動電圧、高輝度、高コントラス
ト、視覚特性が上下左右で等しいという特性を最大限に
生かすことができた。
の色むらがなく、誘起ドメインの発生もなく、非常に均
一性の高い配向状態を得ることができた。また、実施例
１と同じ理由から、１．１倍以下の駆動電界が好ましい
ことが判った。 実施例４ 実施例１の液晶電気光学装置を光軸補正用レンズと投射
用レンズの間に設置し、光源を用いて図５に示す投射用
表示システムを得た。図５中、１３は液晶電気光学装
置、１４は光源、１５は光軸補正用レンズ、１６は投射
用レンズ、１７はスクリーンを示している。この投射用
表示システムでは、広い視角特性が要求されないので、
液晶電気光学装置の低駆動電圧、高輝度、高コントラス
ト、視覚特性が上下左右で等しいという特性を最大限に
生かすことができた。
【００３８】
【発明の効果】本発明の液晶電気光学装置は、電極及び
配向膜がこの順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶
層が挟持されてなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分
子を絶縁性基板に対して垂直に配向させうる膜であり、
液晶層の厚さが液晶の捩じれピッチの４５〜７０％であ
ること及び／又は配向膜が基板方線方向から見て互いに
ほぼ１８０°異なる配向方向を有することを特徴とする
ので、低駆動電圧、高輝度、高コントラスト、視角特性
が上下左右で等しいので、パーソナルユーズの表示装
置、情報処理装置、投射型表示装置等に有効に使用する
ことができる。また、通常のπセルを用いた液晶装置で
必要な常時電界の印加も不要である。更に、工程的にも
既存のＴＮ型液晶表示装置用のラインをそのまま使用で
きるので、製造コスト、スループットの点でも有利であ
り、より安価な液晶電気光学装置を提供することができ
る。
配向膜がこの順で形成された一対の絶縁性基板間に液晶
層が挟持されてなり、配向膜が液晶層に含まれる液晶分
子を絶縁性基板に対して垂直に配向させうる膜であり、
液晶層の厚さが液晶の捩じれピッチの４５〜７０％であ
ること及び／又は配向膜が基板方線方向から見て互いに
ほぼ１８０°異なる配向方向を有することを特徴とする
ので、低駆動電圧、高輝度、高コントラスト、視角特性
が上下左右で等しいので、パーソナルユーズの表示装
置、情報処理装置、投射型表示装置等に有効に使用する
ことができる。また、通常のπセルを用いた液晶装置で
必要な常時電界の印加も不要である。更に、工程的にも
既存のＴＮ型液晶表示装置用のラインをそのまま使用で
きるので、製造コスト、スループットの点でも有利であ
り、より安価な液晶電気光学装置を提供することができ
る。
【図１】本発明の液晶電気光学装置の概略断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の液晶電気光学装置の電界無印加時の液
晶の配向状態の概略図である。
晶の配向状態の概略図である。
【図３】本発明の液晶電気光学装置の電界印加時の液晶
の配向状態の概略図である。
の配向状態の概略図である。
【図４】本発明の液晶電気光学装置の電圧−透過率曲線
である。
である。
【図５】本発明の投射型表示装置の概略図である。
１ 絶縁性基板 ２ 絶縁性基板 ３ 電極 ４ 電極 ５ 垂直配向膜 ６ 垂直配向膜 ７ スペーサー ８ シール樹脂 ９ シール樹脂 １０ 液晶層 １１ 偏光板 １２ 偏光板 １３ 液晶電気光学装置 １４ 光源 １５ 光軸補正用レンズ １６ 投射用レンズ １７ スクリーン
Claims (11)
- 【請求項１】 電極及び配向膜がこの順で形成された一
対の絶縁性基板間に液晶層が挟持されてなり、配向膜が
液晶層に含まれる液晶分子を絶縁性基板に対して垂直に
配向させうる膜であり、液晶層の厚さが液晶の捩じれピ
ッチの４５〜７０％であることを特徴とする液晶電気光
学装置。 - 【請求項２】 電極及び配向膜がこの順で形成された一
対の絶縁性基板間に液晶層が挟持されてなり、配向膜が
液晶層に含まれる液晶分子を絶縁性基板に対して垂直に
配向させうる膜であり、配向膜が基板法線方向から見て
互いにほぼ１８０°異なる配向方向を有することを特徴
とする液晶電気光学装置。 - 【請求項３】 液晶層が、液晶の捩じれピッチの４５〜
７０％の厚さを有する請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 液晶層が、負の誘電異方性を有するネマ
チック液晶層である請求項１〜３いずれか１つに記載の
装置。 - 【請求項５】 液晶層が、液晶に捩れを発生させるため
のカイラルドーパントを含有している請求項１〜４いず
れか１つに記載の装置。 - 【請求項６】 配向膜が、ポリイミド膜である請求項１
〜５いずれか１つに記載の晶電気光学装置。 - 【請求項７】 一対の絶縁性基板の外側に、互いに偏光
方向が垂直な偏光板が設けられている請求項１〜６いず
れか１つに記載の装置。 - 【請求項８】 絶縁性基板上の配向膜の配向方向と絶縁
性基板外面に設けられた偏光板の偏光方向とのなす角
が、ほぼ４５°である請求項２〜７いずれか１つに記載
の装置。 - 【請求項９】 液晶層の厚さと液晶の複屈折率の積が２
００ｎｍ以上、２８０ｎｍ以下である請求項１〜８いず
れか１つに記載の装置。 - 【請求項１０】 請求項１〜９いずれか１つに記載の液
晶電気光学装置を、透過率を最大にする電界の１．１倍
以下の電界を液晶層に印加することにより駆動さすこと
を特徴とする液晶電気光学装置の駆動方法。 - 【請求項１１】 請求項１〜９いずれか１つに記載の液
晶電気光学装置、光源及び投射用レンズからなることを
特徴とする投射型表示装置。
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| JP6253461A JPH08122750A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 液晶電気光学装置、それを利用した投射型表示装置及びそれらの駆動方法 |
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