JPS63314519A - 表示装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、強誘電性液晶光シャッターを用いた表示装置
に関する。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、強誘電性液晶光シャッターを備え
た透過型または投影型の画像形成装置において、液晶セ
ルを光路に対して傾けて配置した強誘電性液晶光シャッ
ターを用いることにより、従来に比較してコントラスト
及び輝度の大幅に改善された画像の実現を可能とする技
術を開示するものである。

［従来の技術］ 液晶光シャッターを使った投写型の大画面ディスプレイ
に関する研究は古いが、投写型液晶大画面ディスプレイ
として現在実用化されているのは、光伝導書き込み型レ
ーザー光書き込み型の２方式である。

上記装置の液晶光シャッターとし−Ｃ用いられているの
は、ｎ個の走査電極とｍ個の信号電極をマトリクス状に
構成し、多数の画素やシャッター開Ｏｆ！Ｂを容量負荷
素子である液晶で形成した直視型の液晶素子であり、主
にＴＮ　（ｔｙｉｓｔｓｄ　ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶素
子及び強誘電性液晶素子の２種が知られている。

また、上記液晶素子の駆動方法としては、走査電極群に
順次周期的にアドレス信号を選択印加し、信号電極群に
は所定の情報をアドレス信号と同期させて並列的に選択
印加する時分割駆動が採用されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、現在実用化されている光伝導書き込み型
及びレーザー光書き込み型の２方式の投写型液晶大画面
ディスプレイは、コントラスト、Ｓ／Ｎ比が不十分であ
ることが指摘されている。これらは、主に用いられる液
晶光シャーの特性によるところが大である。

まずＴＮ型液晶素子を用いた場合について説明する。　
ＴＮ型の液晶素子において、前述した駆動方法を用いる
と、式（１）で示す様に時分割数が増すにつれてＶｏ。

（オン信号）　／　Ｖ　ｏＮ　　（オフ信号）が１に近
くなり、画素を構成する液晶素子の開閉効率が悪くなる
。

（但し、１／Ｎ・・・デユーティ−比 １／ａ・・・バイアス比 ＶＯ・・・印加電圧　　　） このため、時分割数を多くして比較的広い面積のディス
プレイを構成すると、十分なＳ／Ｎ比をもつ光信号を与
えることができない。従って、これを投影型のディスプ
レイに使用した時には、コントラストが低下して良好な
画像を形成できないこととなる。また、時分割数を減ら
して投影型のディスプレイに使用した時には、拡大投影
時に十分な解像度を得ることができなくなる。

一方、従来の液晶素子の改良型として、高速応答性とメ
モリー性を有する、いわゆる強誘電性液晶が米国特許第
４３６７９２４号明細書で提案されている。この強誘電
性液晶を液晶光シャッターとして用いた場合、Ｓ／Ｎ比
を低下させずに時分割数を増すごとが原理的に可能とさ
れている。この強誘電性液晶においては、メモリー性や
閾値特性、セルの信頼性の点で優れた特性を持ちながら
、これを投影型のディスプレイに使用した場合、主に強
誘電性液晶の配向状態に起因すると思われる理由により
、十分なＳ／Ｎ比をもつ光信号を与えることができず、
良好な画面を形成できないことがある。

本発明の目的は、これら従来の画像形成装置の有する欠
点を解消し、高品位の投影型画像形成装置を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、光源と、一対の偏光板の間に強誘電性液晶セ
ルを挟んだ構造の液晶光シャッターと、好ましくは投影
光学系を有し、光源からの光線を液晶光シャッターでス
イッチングすることによって表示画像を形成する透過型
又は投写型の表示装置において、前記液晶光シャッター
の液晶セルを前記光源からの入射光路、好ましくは光源
から前記スクリーンに至る光路に対して傾けて配置する
ようにしたものである。

ここで、液晶光シャッターの液晶セルを光路に対してど
の程度傾けるかは、使用する液晶材料及び配向膜と、こ
れと関連した液晶の配向状態、ラビング方向あるいは偏
光板の位置によって適宜選、　　択される。

［作　用］ 光源から出た光は、液晶光シャッターの前に置かれた光
学系により液晶光シャッター内に導かれ、まずポラライ
ザーによって直線偏光とされる。続いてこの直線偏光は
、この液晶光シャッター内の液晶セルに入射し空間変調
を受ける。この液晶セルは光路に対して傾けて配置しで
あるため、直線偏光は液晶分子に対し非対称に入射し空
間変調を受けることになる。空間変調を受けた光は、ポ
ラライザーと平行ニコル又はクロスニコルの関係に配置
されたアナライザーの作用で、明状態及び暗状態の画素
を形成する。即ち、この液晶光シャッター内の液晶セル
には、マトリクス状に画素が構成されており、電圧の印
加で液晶の配向状態が変化すると、偏光板との作用で各
画素が画素ごとに暗視野から透過の状態へ、又は透過か
ら暗視野の状態に変化する。

その後、液晶光シャッターとスクリーンとの間に置かれ
た光学系によりスクリーン上に画像が形成される。

［実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面の簡単な説明する。

第１図は本発明の一実施例に用いられる装置の概略図で
ある。

第１図において、ｌはスクリーン、１１は集光カバー、
１２はコンデンサレンズ、１３は投影レンズであり、１
１〜１３で投影光学系を形成する。１５は光源（本実施
例では波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｍｅレーザーを用いた）
、１９は液晶光シャッターで、ポラライザー１６、アナ
ライザー１７及び液晶セル１８より構成されている。な
お、液晶光シャッター１９の駆動回路電源等は省略しで
ある。また、２は光路を示し、４は液晶セルのパネル面
を示している。

第２図は、第１図中の液晶セル１８の構造を示す２２ｂ
　、　５ｉＯ２（７）絶縁膜２３ａ、　２３ｂ、及びＰ
ＶＡ　　（ポリビニルアルコール）配向膜２４ａ、　２
４ｂが形成され、両基板間には、強誘電性液晶２５及び
セルギャップを規定するスペーサービーズ２６が射入さ
れている。ここで、強誘電性液晶としては、チッ素■製
ＯＳ　１０１８を用いた。配向１１１２２４ａと２４ｂ
に施す一軸性配向処理軸（ラビング処理軸など）は、互
いに平行でかつ同一方向のものが好ましい。

第３図は、同じく液晶セル１８におけるパネル面４の傾
は方及びラビング方向を示す説明図である。第２図に示
した構成の液晶セル１８において、上下基板に第３図（
ｂ）の３１方向に示した方向、即ち、−Ｙ１方向に対し
て、約６°傾けた方向にラビングを施し、第３図（ａ）
に示すように、液晶セル１８を光路２に対して約２０＠
傾ける。即ち、光路２と液晶セルのパネル面４の法線方
向（Ｚ１方向）とのなす角（入射角θｉｎ）をθＩｎ！
２０°とする。

また、ポラライザー１６の偏光方向は、パネル面４の法
線方向（Ｚ１方向）と光路２から成る入射面（Ｚ　ｌ　
−Ｘ　１平面）に対して平行又は垂直とし、アナライザ
ー１７は、ポラライザー１６に対して゛クロスニコルと
なるように設定した。この際のクロスニコルは、９０°
クロスニコルから、３〜ｌＯ６の角度だけずらしたもの
とするのが好ましい。

なお、本実施例では、第１図に示すように、ポラライザ
ー１６とアナライザー１７の間に液晶セル１８を離して
配置し液晶光シャッターとしたが、これらの偏光子は液
晶セルのパネル面に貼り付けて配置することも可能であ
る。

以上の構成において、光源１５からの光は、集光カバー
１１でコンデンサ・レンズ１２に集められ、ここで平行
光線となって液晶光シャッター１９に入射する。入射し
た光は、まず、ポラライザー１６で直線偏光とされる。

続いてこの直線偏光は、液晶セルに約２０°の傾きをも
って非対称に入射し空間変調される。空間変調を受けた
光は、ポラライザーとの作用で、明状態及び暗状態の画
素を形成する。

その後、液晶光シャッターを出た光は、投影レンズ１３
でスクリーンｌ上に画像情報として投影される。また、
本発明では液晶セル１８に入射する光線は、平行光であ
っても、また散乱光であってもよい。

本発明者らの実験によれば、液晶パネル面を光路に対し
て垂直に配置した場合に比較して、透過光量にして１．
３倍、コントラストについては約２．７倍の良好な画像
を形成可能であることが確認された。

以下にその子細を本発明者らが行った実験例を基にさら
に説明する。

第４図は、第１図で使用した液晶光シャッターの双安定
状態における透過光量の入射角θｉｎ依存性を示す図で
ある０図中、横軸は入射角θｉｎを、縦軸は透過光量を
示す、また、４１は明状態の透過光量、４２は暗状態の
透過光量を示す、なお、光源としては、前記実施例と同
様にＨｅ　−Ｍｅレーザー（波長６３３ｎｓ　）を用い
た。

図に示すように、光路に対してセルを垂直にしたとＳ（
θ＋ｎ＝０＠）のコントラスト（透過光量比）は約６と
なる。一方、光路に対してセルを約２０°傾けたと５（
０１ｏα２０°）のコントラストは約１６となり、輝度
についてもθ、ｎ＝　０°の時に比べて透過光量は１．
３倍となる。すなわち、光路に対してセルを垂直に配置
するよりも、傾けて配置した方が液晶光シャッターの開
閉効率（コントラスト、輝度）は改善される傾向を示す
。

次に、光路に対して液晶光シャッターのパネル面を傾け
た場合の作用を、さらにＢｅｒｒｅ＋ｓａｎの４Ｘ４マ
トリクス法による電磁界シミュレーション結果に基づい
て説明する。

第５図は、液晶セルのパネル面の法線と入射光とのなす
角を入射角θ１ｎとし、入射角θｉｎに対する透過率の
依存性を各々の配向状態について示すことによりセルの
視角特性を表現した図である。

強誘電性液晶の配向状態として、第５図右側の第１の配
向状態■は、強誘電性液晶分子のＣ−グイレフターが下
界面から上界面に向かって一５０°から１３０°まで徐
々に回転した配向状態（いわゆるスプレィ配向）を示し
、同じく第２の配向状態■は、Ｃ−グイレフターが５０
°から２３０°まで、第１の配向状態と同方向に回転し
た配向状態を示している。また、ここで、入射光はＰ偏
光（電界ベクトルが入射面に垂直な偏光）、ポラライザ
ーとアナライザーの位置関係は、クロスニコルとし、Ｓ
ａｃ・相のコーン角は２３°、液晶分子の長袖方向の光
学誘電率（、は２．８９、短軸方向の光学誘電率ε、は
２．４０、波長λは６３３ｎｍ　、　セル厚は１．０　
、ＬＬｌｌとした。

これらの条件は第４図の実験条件にほぼ等しいと考える
ことができ、この条件に基づいてシミュレーション計算
を行った結果が第５図左側のグラフである。第５図にお
いては、入射角に対する透過率の特性は第４図とほぼ近
似した傾向を示す。

すなわち、入射角θ１ｎ＝θ°のときのコントラストは
約５となり、θｉｎ”２０〜３０°のときはコントラス
トは約９〜ｌＯとなる。また、これ以上の角度ではコン
トラストは低下する。

上記シミュレーション結果より確認されるように、セル
を光路に対して傾けることにより、液晶光シャッターの
開閉効率を大幅に改善することが可能となる。この主な
理由としては、液晶分子がセル中央の面に対して面対称
ではないようにねじれた配向状態となっているためであ
ると推測される。

なお、本発明は、前述の実施例に限定されるものではな
く、前述の実施例以外の態様でもこの発明を実施しうる
ものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は従来の投影型画像形成装
置と比較すると、コントラスト及び輝度の大幅に改善さ
れたＳ／Ｎ比のよい高品位の画像を形成できるという優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す画像形成装置の全体構
成図、第２図は第１図中の液晶セル１８の層構成を示す
断面図、第３図は同じく第１図中の液晶セル１８におけ
るラビング方向及びパネル面４の傾は角を示す説明図、
第４図は透過光量の入射角θ１ｎ依存特性の実験結果を
示す図、第５図は強誘電性液晶の配向状態と視角特性と
の関係のシミュレーションを行った結果を示す図である
。 ｌ・・・スクリーン、２・・・光路、３・・・入射角θ
ｉｎ、４・・・パネル面、１１・・・集光カバー、１２
・・・コンデンサレンズ、１３…投影レンズ、１５・・
・光源、１６・・・ポラライザー、１７・・・アナライ
ザー、１８・・・液晶セル、１９・・・液晶光シャッタ
ー、２１・・・基板ガラス、２２−ＩＴＯ電極、２３・
・・５ｉ０２膜、２４・ＰＶＡ膜、２５・・・強誘電性
液晶、２６・・・ビーズスペーサー、３１・・・ラビン
グ方向、３２・・・画素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と強誘電性液晶光シャッターとを有し、前記強誘電
   性液晶光シャッターの液晶セルを、前記光源からの入射
   光路に対して傾けて配置したことを特徴とする表示装置
   。