JP2002122853A

JP2002122853A - 液晶パネルおよびその製造方法と該液晶パネルを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JP2002122853A
Application number: JP2001271326A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahara; 博司高原; Hideki Omae; 秀樹大前
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度・高コントラスト表示の液晶パネルお
よび投写型表示装置を提供する。【解決手段】液晶パネルの対向電極１１６と画素電極
１１４間に周期的にポリマー部１１と液晶部１２を形成
する。ポリマー部１１は樹脂成分を主とし、液晶部１２
は液晶成分を主として構成される。ポリマー部１１と液
晶部１２は樹脂と液晶をまぜあわせた溶液を電極間に注
入し、紫外線を照射して相分離させて形成する。ポリマ
ー部１１の屈折率ｎｐと液晶部１２の屈折率ｎｘをｎｐ
＜ｎｘなる関係にし、各部の繰り返しピッチを１０μｍ
以下にすれば回折格子として機能し、パネルに入射した
光は回折される。画素電極１１４に電圧が印加されると
液晶部１２の液晶は配向する。ｎｐ≒ｎｏ（液晶の常光
屈折率）なる関係となるように材料選定を行えば、ｎｐ
＝ｎｘ＝ｎｏとなって回折格子は消滅する。この時はパ
ネルに入射した光はそのまま直進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として小型の液
晶パネルに表示された画像をスクリーン上に拡大投写す
る投写型表示装置（以下、液晶投写型テレビと呼ぶ）お
よび主として前記液晶投写型テレビなどに用いる液晶パ
ネルとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルは軽量、薄型など数多くの特
徴を有するため、研究開発が盛んである。しかし、大画
面化が困難であるなどの問題点も多い。そこで近年、小
型の液晶パネルの表示画像を投写レンズなどにより拡大
投影し、大画面の表示画像を得る液晶投写型テレビがに
わかに注目を集めてきている。現在、商品化されている
液晶投写型テレビには液晶の旋光特性を利用したツイス
トネマチック（以後、ＴＮと呼ぶ）液晶パネルが用いら
れている。

【０００３】まず、一般的な液晶パネルについて説明す
る。（図９）は液晶パネルの平面図である。（図９）に
おいて、９３はスイッチング素子としての薄膜トランジ
スタ（以後、ＴＦＴと呼ぶ）などが形成されたガラス基
板（以後、アレイ基板と呼ぶ）、９４はＩＴＯなどから
なる透明電極が形成された基板（以後、対向電極基板と
呼ぶ）、９１はアレイ基板９３上のゲート信号線に接続
されたＴＦＴのオン・オフを制御する信号を印加するド
ライブＩＣ（以後、ゲートドライブＩＣと呼ぶ）、９２
はアレイ基板９３上のソース信号線にデータ信号を印加
するためのドライブＩＣ（以後、ソースドライブＩＣと
呼ぶ）、９５は偏光フィルム、９６は液晶を封止するた
めの封止樹脂である。なお、以後、同一符号を付したも
のは同一内容あるいは同一構成もしくは近似的なもので
あるとする。

【０００４】（図１０）はアクティブマトリックス型液
晶パネルの等価回路図である。（図１０）において、１
０１はＴＦＴ、１０２は付加コンデンサ、１０３は表示
画素としての液晶である。なお、Ｇ１〜Ｇｍはゲート信
号線、Ｓ１〜Ｓｎはソース信号線である。

【０００５】（図１１）は従来の液晶パネルの一画素部
の断面図である。ただし、図面は説明を容易にするため
に説明に不要な箇所は省略しており、また、モデル的に
描いている。以上のことは以下の図面に対しても同様で
ある。

【０００６】（図１１）において、１１５はソース信号
線であり、その一端はソースドライブＩＣ９２に接続さ
れている。１１２はＩＴＯからなる画素電極１１４が形
成されたアレイ基板である。また、対向電極基板１１１
には対向電極１１６が形成されており、対向電極１１６
上にはブラックマトリックス１１７が形成されている。
１１３はＴＮ液晶からなる層（以後、ＴＮ液晶層と呼
ぶ）であり、その膜厚は５μｍ前後である。また、対向
電極１１６と画素電極１１４上にはポリイミド樹脂等の
有機物からなる配向膜１１８ａ、１１８ｂが形成されて
いる。なお、一画素の大きさは３０μｍ〜５００μｍ程
度である。

【０００７】（図１３）にＴＮ液晶パネルの動作の説明
図を示す。（図１３）において、１３１、１３２は偏光
フィルム、１３３は偏光方向、１３４は透明電極、１３
５は液晶分子、１３６は信号源、１３７はスイッチであ
る。（図１３（ａ）（ｂ））に示すように、オフ状態で
は入射光が９０度回転し、オン状態では回転せずに透過
する。したがって、２枚の偏光フィルム１３１，１３２
の偏光方向が直交していれば、オフ状態では光が透過、
オン状態では遮光される。ただし、偏光方向が互いに平
行であればその逆になる。以上のようにＴＮ液晶パネル
は光を変調し画像を表示する。

【０００８】以下、従来の液晶投写型テレビについて図
面を参照しながら説明する。（図１２）は従来の液晶投
写型テレビの構成図である。（図１２）において、１２
１は集光光学系、１２２は赤外線および紫外線を透過さ
せる紫外線赤外線カットフィルタ（以後、ＵＶＩＲカッ
トフィルタと呼ぶ）、１２３ａは青色光反射ダイクロイ
ックミラー（以後、ＢＤＭと呼ぶ）、１２３ｂは緑色光
反射ダイクロイックミラー（以後、ＧＤＭと呼ぶ）、１
２３ｃは赤色光反射ダイクロイックミラー（以後、ＲＤ
Ｍと呼ぶ）、１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２６
ａ，１２６ｂ，１２６ｃは偏光板、１２５ａ，１２５
ｂ，１２５ｃは透過型の従来のＴＮ液晶パネル、１２７
ａ，１２７ｂ，１２７ｃは投写レンズ系である。なお、
説明に不要な構成物、たとえばフィールドレンズなどは
図面から省略している。

【０００９】以下、従来の液晶投写型テレビの動作につ
いて（図１２）を参照しながら説明する。まず、集光光
学系１２１から出射された白色光はＢＤＭ１２３ａによ
り青色光（以後、Ｂ光と呼ぶ）が反射され、このＢ光は
偏光板１２４ａに入射される。ＢＤＭ１２３ａを透過し
た光はＧＤＭ１２３ｂにより緑色光（以後、Ｇ光と呼
ぶ）が反射され偏光板１２４ｂに、また、ＲＤＭ１２３
ｃにより赤色光（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され偏光板
１２４ｃに入射される。偏光板では各色光の縦波成分ま
たは横波成分の一方の光のみを透過させ、光の偏光方向
をそろえて各液晶パネルに照射させる。この際、５０％
以上の光は前記偏光板で吸収され、透過光の明るさは最
大でも半分以下となってしまう。

【００１０】各液晶パネルは映像信号により前記透過光
を変調する。変調された光はその変調度合により各偏光
板１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃを透過し、各投写レン
ズ系１２７ａ，１２７ｂ，１２７ｃに入射して、前記レ
ンズ系によりスクリーン（図示せず）に拡大投写され
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述の説明でも明らか
なように、ＴＮ液晶を用いた液晶パネルでは、前述液晶
パネルに直線偏光の光を入射させる必要がある。したが
って、液晶パネルの前後には偏光板を配置する必要があ
る。前述の偏光板は理論的に５０％以上の光を吸収して
しまう。したがって、従来の課題としてスクリーンに拡
大投影した際、低輝度画面しか得られないという課題が
ある。前記の課題を解決するため、本発明は高分子分散
液晶を用いる。また、製造方法は、液晶と未硬化の樹脂
とを含有する液晶溶液にマトリックス状に強弱分布を有
するように光を照射することにより、段落番号（００２
６）に記載するように液晶成分からなる液晶部またはポ
リマー成分からなるポリマー部が略ストライプ状になる
ように形成する。もしくは、液晶部またはポリマー部が
マトリックス状になるように形成し、かつ前記液晶部の
周囲部が前記ポリマー部で囲まれているかまたは前記ポ
リマー部の周囲部が前記液晶部で囲まれているようにす
るものである。

【００１２】従来よりネマチック液晶と回折格子を組み
合わせた素子が提案されていたが（特公昭５３−３９２
８号公報）、実現されていなかったのは基板表面に回折
格子のような凹凸があっては液晶分子が配向制御不可能
でモノドメイン化し得なかったことによる。この問題に
ついても高分子分散液晶は配向制御が不必要であるから
全く問題にならない。

【００１３】以下、簡単に高分子分散液晶について説明
しておく。高分子分散液晶は、液晶と高分子の分散状態
によって大きく２つのタイプに分けられる。１つは、水
滴状の液晶が高分子中に分散しているタイプである。液
晶は、高分子中に不連続な状態で存在する。以後、この
ような液晶をＰＤＬＣと呼び、また、前記液晶を用いた
液晶パネルをＰＤ液晶パネルと呼ぶ。もう１つは、液晶
層に高分子のネットワークを張り巡らせたような構造を
採るタイプである。ちょうどスポンジに液晶を含ませた
ような格好になる。液晶は水滴状とならず連続に存在す
る。以後、このような液晶をＰＮＬＣと呼び、また前記
液晶を用いた液晶パネルをＰＮ液晶パネルと呼ぶ。

【００１４】ＰＤ液晶パネルは、液晶が配向している方
向で屈折率が異なる性質を利用する。電圧を印加してい
ない状態では、それぞれの水滴状液晶は不規則な方向に
配向している。この状態では、高分子と液晶に屈折率の
差が生じ、入射光は散乱する。ここで電圧を印加すると
液晶の配向方向がそろう。液晶が一定方向に配向したと
きの屈折率をあらかじめ高分子の屈折率と合わせておく
と、入射光は散乱せずに透過する。

【００１５】これに対して、ＰＮ液晶パネルは液晶分子
の配向の不規則さそのものを使う。不規則な配向状態、
つまり電圧を印加していない状態では入射した光は散乱
する。一方、電圧を印加し配列状態を規則的にすると光
は透過する。なお、前述のＰＤ液晶パネルおよびＰＮ液
晶パネルの液晶の動きの説明はあくまでもモデル的な考
え方である。なお、高分子分散液晶パネルに注入する液
晶を含有する液体を総称して液晶溶液と呼び、前記液晶
溶液中の樹脂成分が重合硬化したものをポリマーと呼
ぶ。

【００１６】なお、本発明の液晶パネルは後述するよう
に液晶とポリマーをできるかぎり２つの領域に相分離さ
せるために前述の高分子分散液晶とは性質的に異なると
ころがある。

【００１７】分散タイプの液晶表示素子の液晶層となる
高分子分散液晶層におけるポリマーマトリクスとして
は、基本的には透明であれば、熱可塑性樹脂でも熱硬化
性樹脂であってもさしつかえないが、紫外線硬化型の樹
脂が最も簡便で、性能も良く一般に使用されることが多
い。その理由として従来のＴＮモード液晶パネルの製造
方法がそのまま応用できるためである。従来の液晶パネ
ルの製造方法として、まず上下２枚の基板にあらかじめ
所定の電極パターンを形成しておき、該電極同士が対向
するように２枚の基板を重ね合わせる。この際に所定の
大きさの粒径の揃ったスペーサを基板間に挟み込み、２
枚の基板の間隙を保持できるようにした状態で２枚の基
板をエポキシ樹脂のシール材で固定させる。次にこのよ
うにして得られた空セルの中に液晶を注入するといった
製造方法が多く用いられている。

【００１８】この製造方法を応用して分散タイプの液晶
パネルを製造するためには、ポリマーマトリクスの材料
を紫外線硬化型の樹脂、特にその一例としてアクリル系
の樹脂を用いれば、注入前においてはモノマーあるいは
オリゴマーといった比較的低粘度な前駆体として存在
し、液晶とのブレンド物は常温で注入するのに十分な流
動性を有しているので、従来の液晶パネルの製造方法を
応用して、注入後に光照射して硬化反応を進めて高分子
分散液晶層を形成するという方法を用いれば容易に分散
タイプの液晶パネルを作成できる。

【００１９】また、注入した後にパネルに紫外線を照射
することによって樹脂のみ重合反応を起こしてポリマー
となり、液晶のみ相分離して、樹脂分と比較して液晶の
量が少ない場合は独立した粒子状の液晶滴が形成される
し、一方液晶の量が多い場合は高分子マトリクスが液晶
材料中に粒子状またはネットワーク状に存在し、液晶が
連続層を成すように形成される。ただし、段落番号（０
０１６）に「本発明の液晶パネルは後述するように液晶
とポリマーをできるかぎり２つの領域に相分離させるた
めに前述の高分子分散液晶とは性質的に異なるところが
ある。」と記載しているように、従来の高分子分散液晶
とは構造および動作などが異なる。

【００２０】以上のように、高分子分散液晶パネルは偏
光板を用いないため、光利用効率が高く、非常に高輝度
の表示画像が得られる。しかし、高分子分散液晶パネル
は散乱特性が悪いという課題がある。高分子分散型液晶
パネルをデバイスとして実用化しうる際には低電圧で駆
動でき、十分なコントラストを有していることが要求さ
れる。表示性能に最も影響を及ぼす特性がこのコントラ
ストであり、直視型のもので３０以上、投写型のもので
１００以上が望まれ、これ以下のものでは表示状態が不
十分となる。コントラストを大きくするためには、光散
乱特性を高めることが必要である。高分子分散液晶層の
厚みを増せば光散乱性能は向上するが、駆動電圧は高く
なりＴＦＴ駆動が困難となるばかりか、応答速度も遅く
なる。

【００２１】特に投写型ディスプレイとして用いる場
合、現状一般的に用いられているＦナンバーが４〜５の
投写レンズを用いると完全拡散状態を示す高分子分散液
晶パネルを使用したとしてもコントラストは約６５と不
十分である。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶パネルの製
造方法は、段落番号（００４１）で記載するように、
「ＰＤＬＣのように水滴状の液晶粒子を形成する場合よ
りも紫外線の照射強度を弱くかつ長時間照射する。」も
のであり、また、同段落番号（００４１）で記載する
「ポリマー部１１中の液晶成分は少なくなる。相分離は
液晶部１２にも及び、ポリマー部１１中の液晶成分は液
晶部１２に追い出され、液晶部１２中のポリマー成分は
ポリマー部１１に取り込まれる。」ように紫外線を照射
するものである。また、本発明の液晶パネルは、段落番
号（００２５）でも記載するように、本発明の製造方法
を用いて製造したものであり、「紫外線の強弱、照射時
間を最適に制御することにより、柱状のポリマー部と液
晶部が交互に形成されたもの」である。すなわち、液晶
成分からなる液晶部とポリマー成分からなるポリマー部
とを周期的に形成したものである。前記液晶部と前記ポ
リマー部は規則正しく交互に配置形成される。また、段
落番号（００４５）および図６に記載するように「ポリ
マー部１１を突起柱状に形成する方式もある。」、「な
お、（図６）のように形成する場合は注入する液晶溶液
の液晶の比率を高めておく必要がある。また、Ａを液晶
部としてもよいが、その際は注入する液晶溶液中のポリ
マー比率を高める必要がある。この場合は、液晶部１２
の周囲部がポリマー部１１で取り囲まれる構成とな
る。」とするものである。液晶部の液晶の屈折率とポリ
マー部のポリマーの屈折率を異なるようにしておけば液
晶部とポリマー部では、液晶およびポリマーの含有量が
異なるため屈折率差が生じ性能が向上する。また回折格
子が生成されることにより高コントラスト表示を実現で
きる。

【００２３】また、本発明の液晶投写型テレビは本発明
の液晶パネルと、メタルハライドランプ等の光源と、前
記光源が発生した白色光をＢ光、Ｇ光およびＲ光の３つ
の所定波長範囲に分離する光分離光学系と、前記３つの
所定波長範囲の光をそれぞれの光を変調する本発明の液
晶パネルに導く光学系と、前記液晶パネルで変調した光
を合成する光合成光学系と、前記合成した光をスクリー
ン等に投写する投写光学系を具備するものである。

【００２４】本発明の液晶パネルは高分子分散液晶を用
いているため、偏光板などの偏光素子が不要である。し
たがって、光利用効率をＴＮ液晶を用いたパネルに比較
して大幅に向上できる。ただし、段落番号（００１６）
で「なお、本発明の液晶パネルは後述するように液晶と
ポリマーをできるかぎり２つの領域に相分離させるため
に前述の高分子分散液晶とは性質的に異なるところがあ
る。」と記載したように明細書では高分子分散液晶と記
載しているが、従来の高分子分散液晶とは構造および動
作が異なる。

【００２５】高分子分散液晶パネルは対向電極基板とア
レイ基板間に液晶溶液を注入後、紫外線などを照射して
液晶成分とポリマー成分とを相分離して作製する。相分
離状態は光の強弱、照射時間および相分離させる時のパ
ネル温度等作製条件により異なる。前記作製条件を制御
することにより、ポリマー成分が密になる部分と、液晶
成分が密になる部分が形成できる。最適に制御すれば、
対向電極と画素電極間に柱のようにポリマー部と液晶部
を交互に構成できる。ポリマーの屈折率ｎｐ、液晶の常
光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅとし、ｎｐ＝ｎｏとな
るように材料を選定すれば、ポリマー部に含有する液晶
成分を少ないとして除外して考えればポリマー部の屈折
率ｎｐとなる。一方液晶部に含有するポリマー成分を少
ないとして除外して考えれば、電圧無印加状態の液晶部
では液晶分子は不規則な配向状態であるから液晶部の屈
折率ｎｘは（２ｎｏ＋ｎｅ）／３となる。ここでｎｘ＞
ｎｐであればポリマー部と液晶部は交互に形成されてい
ることにより、回折格子として機能するようになる。画
素電極に電圧が印加（電圧印加状態）されれば液晶は配
向し、液晶部の屈折率はｎｘ＝ｎｏとなる。したがって
ｎｘ＝ｎｐとなるから、回折格子は消滅する。以上の作
用をシュリーレン光学系等とを組み合わせることによ
り、光を変調し、映像を表示することができる。また、
高分子分散液晶は配向膜が不要であり、したがって、配
向制御も行う必要はない。回折格子も液晶溶液の相分離
によって形成するための作製が容易であり、微細なピッ
チにも対応できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の液晶パネルについて説明する。（図１）は本発明の液
晶パネル構造をモデル的に図示した構造図である。対向
電極１１６と画素電極１１４間に記号Ａで示すポリマー
部１１と記号Ｂで示す液晶部１２が交互に形成されてい
る。画素４１上のポリマー部１１と液晶部１２の形成状
態を平面的に図示した図が（図４）である。ポリマー部
１１と液晶部１２はストライプ状に形成されている。

【００２７】ポリマー部１１とは液晶に比較してポリマ
ー成分が多い領域であり、具体的にはポリマー成分は７
０％以上であり、極力１００％に近く形成する方が好ま
しい。また、液晶部１２とはポリマー部１１に比較して
液晶成分の量が多い領域であり、具体的には液晶成分は
７０％以上である。なお、ポリマー部１１と液晶部１２
とは液晶溶液の相分離により形成する。また、ポリマー
部１１と液晶部１２で回折格子を形成しており、以後、
これらの組の形成状態を回折格子と呼ぶ。

【００２８】先にも述べたように、図面はモデル的に描
いている。例えば、回折格子の本数，幅，形状などもこ
れに該当する。つまり、図面上の本数，幅等に限定する
ものではない。具体的には、画素サイズは３０〜２００
μｍ，回折格子のピッチＰは２〜２０μｍである。各材
料の屈折率は液晶の常光屈折率ｎｏは１．４５〜１．５
５、液晶の異常光屈折率ｎｅは１．６５〜１．８０、ポ
リマーの屈折率ｎｐは１．４５〜１．５５のものがよく
用いられる。また、ポリマー部の屈折率ｎｐ＝液晶部の
屈折率ｎｏにしておくことが好ましい。

【００２９】本発明の液晶パネルに用いる液晶材料とし
てはネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリッ
ク液晶が好ましく、単一もしくは２種類以上の液晶性化
合物や液晶性化合物以外の物質も含んだ混合物であって
もよい。なお、先に述べた液晶材料のうち異常光屈折率
ｎｅと常光屈折率ｎｏの差の比較的大きいシアノビフェ
ニル系のネマチック液晶が好ましい。また、フッ素系の
ネマチック液晶も信頼性などが高く好ましい。高分子マ
トリックス材料としては透明なポリマーが好ましく、製
造工程の容易さ、液晶相との分離等の点より紫外線硬化
タイプの樹脂を用いる。具体的な例として紫外線硬化性
アクリル系樹脂が例示され、特に紫外線照射によって重
合硬化するアクリルモノマー、アクリルオリゴマーを含
有するものが好ましい。

【００３０】このような高分子形成モノマーとしては、
２−エチルヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシエチ
ルアクリレート、ネオペンチルグリコールドアクリレー
ト、ヘキサンジオールジアクリート、ジエチレングリコ
ールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアク
リレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ト
リメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリス
リトールアクリレート等々である。

【００３１】オリゴマーもしくはプレポリマーとして
は、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレー
ト、ポリウレタンアクリレート等が挙げられる。

【００３２】また重合を速やかに行なう為に重合開始剤
を用いても良く、この例として、２−ヒドロキシ−２−
メチル−１−フェニルプロパン−１−オン（メルク社製
「ダロキュア１１７３」）、１−（４−イソプロピルフ
ェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−
オン（メルク社製「ダロキュア１１１６」）、１−ビド
ロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイキー社
製「イルガキュア１８４」）、ベンジルメチルケタール
（チバガイギー社製「イルガキュア６５１」）等が掲げ
られる。

【００３３】その他に任意成分として連鎖移動剤、光増
感剤、染料、架橋剤等を適宜併用することができる。

【００３４】この紫外線硬化性化合物中に液晶材料を溶
解させた液晶溶液を対向電極基板１１１とアレイ基板１
１２間に注入させた後に、相分離させポリマー部１１と
液晶部１２を形成する。

【００３５】高分子分散液晶層中の液晶材料の割合はこ
こで規定してないが、一般には２０重量％〜８０重量％
程度が良く、好ましくは５０重量％〜７０重量％程度が
良い。

【００３６】正の誘電異方性を持つ液晶材料を用いた場
合、液晶がオフ状態の時の液晶部１２の屈折率ｎｘは一
般的に（２ｎｏ＋ｎｅ）／３で示される。逆にオン状態
の時はｎｏとなる。従って、液晶がオフ状態のとき回折
格子を出現させ、オン状態のとき回折格子を消滅させる
為には、回折格子の屈折率ｎｐ＝ｎｏもしくはその近傍
の値となるようにすればよい。つまり、液晶がオフ状態
の時は液晶部の屈折率ｎｘは（２ｎｏ＋ｎｅ）／３であ
るからｎｐ≠ｎｘであり、ポリマー部１１と液晶部１２
に屈折率差△ｎが生じる。逆に液晶がオン状態の時は液
晶部の屈折率はｎｏとなるからｎｏ＝ｎｐ、つまり、ポ
リマー部１１と液晶部１２に屈折率差がなくなる。な
お、前述の記載はポリマー部１１に液晶成分を含有せ
ず、また、液晶部１２にポリマー成分が含有しないとし
て説明した。具体的には各部には液晶もしくはポリマー
成分を含有する場合など、形成状態により屈折率等は多
少異なる。

【００３７】ポリマー部１１と液晶部１２の合計の長
さ、つまり回折格子のピッチｐと液晶部の高さｄは変調
する光の波長λ，各部の屈折率および光学系の光の指向
性および必要とする回折効率などによりかなり異なる。
回折格子を矩形断面形状と考えれば回折角度θおよび０
次回折光の効率η０は以下のように与えられる。

【００３８】ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐ（但しｍは回折次数） η０＝０．５＊（１＋ｃｏｓδ）但し δ＝２πΔｎｄ／λ 従って、ピッチｐ・高さｄは光学系の光の指向性，回折
角度θ，波長λおよびポリマー、液晶材料によりにより
決定すべきである。およそピッチｐは２μｍ〜２０μｍ
であり、中でも４μｍ〜１０μｍが最適である。高さは
液晶層のギャップで決定される。

【００３９】以下、本発明の液晶パネルの製造方法につ
いて（図２）を用いて説明する。まず、対向電極基板１
１１上に、所定の液晶膜厚を得るためのビーズ（図示せ
ず）を散布する。一方、アレイ基板１１２上に封止樹脂
２１が塗布される。その後、対向電極基板１１１とアレ
イ基板１１２は位置決めされ貼り合わされる。液晶の注
入方法としては真空注入方式と加圧注入方式があるがど
ちらでもよい。真空注入方式は貼りあわせた前記基板を
真空室にいれ、アレイ基板１１２と対向電極基板１１１
間を真空状態にした後、液晶の注入口を液晶溶液に浸
す。その後、真空室の真空状態を破ると、液晶溶液は前
記基板間に注入される。一方、加圧注入方式は対向電極
基板１１１の周辺部に形成した０．８〜１．２ｍｍの注
入口より加圧により液晶溶液を注入する。その後、紫外
線を液晶溶液に照射し、液晶とポリマーとを相分離させ
る。

【００４０】液晶溶液２２を相分離させる際にマスク基
板２３を介して紫外線を照射する。マスク基板２３には
ストライプ状の遮光膜２４が形成されている。遮光膜２
４の幅はポリマー部１１の幅に該当し、また、その形成
ピッチは回折格子ピッチＰに該当する。遮光膜２４はＣ
ｒなどの金属薄膜をパターニングして形成される。ま
た、遮光膜２４の形成ピッチＰは回折角度θを考慮して
設定される。

【００４１】マスク基板２３を介して紫外線を照射する
と、遮光膜２４が形成された部分では紫外線が遮光され
液晶溶液２２には紫外線が照射されない。紫外線が照射
された液晶溶液２２は相分離がおこる。この際、ＰＤＬ
Ｃのように水滴状の液晶粒子を形成する場合よりも紫外
線の照射強度を弱くかつ長時間照射する。すると、ポリ
マー部１１中の液晶成分は少なくなる。相分離は液晶部
１２にも及び、ポリマー部１１中の液晶成分は液晶部１
２に追い出され、液晶部１２中のポリマー成分はポリマ
ー部１１に取り込まれる。段落番号（００２５）でも記
載したように、紫外線の強弱、照射時間を最適に制御す
ることにより、柱状のポリマー部と液晶部が交互に形成
される。温度管理などが不適切な場合は次段落で説明す
るようにポリマー部１１と液晶部１２との相分離がうま
くいかず、液晶部１２中に直径２〜８μｍのポリマーの
かたまりが点在するような構造となってしまう。回折格
子のピッチは４〜８μｍの範囲が適当であり、このピッ
チでの回折角度は４〜１０度になり、投写レンズのＦ値
も２〜１０のものを用いることができ、システム構成上
も都合がよい。

【００４２】相分離を行わせる際には温度管理にも気を
くばる必要がある。液晶溶液全体が均一な温度分布にな
らないと、パネル面内で回折格子形状の変化が生じ回折
効率のムラが生じてしまう。また、ポリマー部１１と液
晶部１２との相分離がうまくいかず、直径２〜８μｍの
ポリマーのかたまりが点在するような構造となってしま
い、ほとんど回折機能は得られない。なお、ポリマー部
１１を相分離させた後、マスク基板２３をとりのぞき、
全体に紫外線を照射し、液晶部１２中に残った樹脂成分
をも硬化してポリマー化させると安定性はさらに向上す
る。

【００４３】なお、マスク基板２３を用いずとも（図
３）に示すように対向電極基板１１１またはアレイ基板
１１２上に遮光膜３１を直接形成する方法もある。紫外
線を照射してポリマー部１１と液晶部１２を形成後、遮
光膜３１を除去すればよい。

【００４４】また、回折格子は（図４）のようにストラ
イプ状に形成するとしたが、これに限定するものではな
く、たとえば（図５）のように形成してもよい。（図
５）では図面中央の画素４１と隣接する画素との回折格
子の形成方向を直交させている。このように形成するこ
とにより、上下方向に光を回折する画素が全体の１／
２、左右方向に光を回折する画素が全体の１／２とな
り、パネル全体では２次元回折格子となり、回折による
視野角などの課題はなくなる。

【００４５】また、（図６）のようにポリマー部１１を
突起柱状に形成する方式もある。（図６）のようにＡで
示すポリマー部を等間隔で２次元状に形成する、つま
り、マトリックス状に形成することにより２次元回折格
子を得ることができる。なお、（図６）のように形成す
る場合は注入する液晶溶液の液晶の比率を高めておく必
要がある。また、Ａを液晶部としてもよいが、その際は
注入する液晶溶液中のポリマー比率を高める必要があ
る。この場合は、液晶部１２の周囲部がポリマー部１１
で取り囲まれる構成となる。

【００４６】以下、図を参照しながら本発明の液晶投写
型テレビについて説明する。（図７）は本発明の液晶投
写型テレビの構成図である。ただし、説明に不要な構成
要素は省略している。（図７）において、７１は集光光
学系であり、内部に凹面鏡および光発生手段として２５
０Ｗのメタルハライドランプを有している。また、凹面
鏡は可視光のみを反射させるように構成されている。７
２は赤外線および紫外線を透過させ可視光のみを反射さ
せるＵＶＩＲカットミラーである。また、７３ａはＢＤ
Ｍ、７３ｂはＧＤＭ、７３ｃはＲＤＭである。なお、Ｂ
ＤＭ７３ａからＲＤＭ７３ｃの配置は前記の順序に限定
するものではなく、また、最後のＲＤＭ７３ｃは全反射
ミラーにおきかえてもよいことは言うまでもない。

【００４７】７４ａ、７４ｂ、７４ｃは本発明の液晶パ
ネルである。なお、前記液晶パネルのうちＲ光を変調す
る液晶パネル７４ｃは他の液晶パネルに比較して液晶膜
厚ｄも厚めに構成している。これは光が長波長になるほ
ど回折効率を適正にするための高さｄが高くなるためで
ある。また、液晶およびポリマーの使用材料を変化させ
ることでも回折効率は制御できる。なお、液晶膜厚はビ
ーズ径を変化することにより調整できる。７５ａ、７５
ｂ、７５ｃ、７７ａ、７７ｂ、７７ｃはレンズ、７６
ａ、７６ｂおよび７６ｃは絞りとしてのアパーチャであ
る。なお、７５、７６および７７で投写光学系を構成し
ている。また、アパーチャはレンズ７５等のＦ値が大き
いとき、必要がないことは明らかであり、投写光学系を
１つのレンズに置きかえることができることも明らかで
ある。

【００４８】投写光学系は各液晶パネルを透過した平行
光線を透過させ、各液晶パネルで回折した光をその回折
度合に応じて遮光させる役割を果たす。その結果、スク
リーン上に高コントラストのフルカラー表示が実現でき
る。アパーチャの開口径Ｄを小さくすればコントラスト
は向上する。しかし、スクリーン上の画像輝度は低下す
る。

【００４９】以下、本発明の液晶投写型テレビの動作に
ついて説明する。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂ光のそれぞれの変調
系については、ほぼ同一動作であるのでＢ光の変調系に
ついて例にあげて説明する。まず、集光光学系７１から
白色光が照射され、前記白色光のＢ光成分はＢＤＭ７３
ａにより反射される。前記Ｂ光は高分子分散液晶パネル
７４ａに入射する。前記高分子分散液晶パネルは画素電
極に印加された信号により入射した光の回折と透過状態
とを制御して光を変調する。

【００５０】回折した光はアパーチャ７６ａで遮光さ
れ、逆に、所定角度内の光はアパーチャ７６ａを通過す
る。変調された光は投写レンズ７４ａによりスクリーン
（図示せず）に拡大投影される。以上のようにして、ス
クリーンには画像のＢ光成分が表示される。同様に高分
子分散液晶パネル７４ｂはＧ光成分の光を変調し、ま
た、高分子分散液晶パネル７４ｃはＲ光成分の光を変調
して、スクリーン上にはカラー画像が表示される。

【００５１】また、（図７）において投写光学系をこれ
に限定するものではなく、たとえば平行光を遮光体で遮
光し、散乱光をスクリーンに投影する中心遮へい型の光
学系を用いてもよいことは言うまでもない。

【００５２】また、本実施の形態の液晶投写型テレビに
おいては、Ｒ、ＧおよびＢ光の変調系において投写レン
ズ系をそれぞれ１つずつ設けているが、これに限定する
ものではなく、たとえばミラーなどを用いて液晶パネル
により変調された表示画像を１つにまとめてから１つの
投写レンズ系に入射させて投影する構成であってもよ
い。さらにＲ・Ｇ・Ｂ光それぞれを変調する液晶パネル
を設ける事に限定するものでもない。例えば、１枚の液
晶パネルにモザイク状のカラーフィルタを取付け、前記
パネルの画像を投影する構成でもよい。

【００５３】さらに、本発明の液晶パネルは透過型液晶
パネルのように説明したが、これに限定するものではな
く、反射型に形成してもよい。その場合は画素電極をア
ルミニウム等の金属物質で反射電極に構成すればよい。

【００５４】また、（図８）に示す光学系に限定するも
のではなく、シュリーレン光学系を用いてもよい。その
構成図を（図８）に示す。光の変調素子として先に説明
した本発明の液晶パネルを反射型構成にして用いてい
る。投写光源８３から発した投写光は、コンデンサレン
ズ８４でミラー８２に集束される。集光光はミラー８２
で反射され、シュリーレンレンズ８５で平行光線となっ
て本発明の液晶パネル８６に入射する。回折格子が完全
に生成されている画素に入射した光は回折され、シュリ
ーレンレンズ８５により拡大されてスクリーン８１に投
影される。回折格子が完全に消滅した画素に入射した光
はそのまま反射し、８２のミラー兼シュリーレンストッ
プで遮光される。前述の回折格子生成と、消滅の中間的
状態の時は回折状態に応じた光がスクリーン８１に投影
される。なお、前述の液晶投写型テレビにおいて回折さ
れた光をシュリーレンレンズ８５でスクリーン８１に投
影するとしたが、これに限定するものではなく、回折さ
れた光をシュリーレンストップで遮光されるシュリーレ
ン光学系に構成してもよいことは言うまでもない。

【００５５】また、本発明の液晶パネルの構成はＴＦＴ
に限定するものではなく、ダイオードなどの２端子素子
をスイッチング素子として用いて液晶パネルでも有効で
ある。また、本発明の液晶パネルは液晶投写型テレビの
みならずビデオカメラなどの表示部に用いる電子ビュー
ファインダ用の液晶パネルにも用いることができる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶パネルは高
分子分散液晶を用いているため、光変調に偏光板を用い
ない場合は、ＴＮ液晶を用いた液晶パネルに比較して２
倍以上の高輝度画面を得ることができる。また、液晶パ
ネルの高分子分散液晶層に回折格子を形成することによ
り、液晶層に電圧印加状態の時はポリマー部１１と液晶
部１２とのほぼ屈折率差がなくなり、回折格子が形成さ
れていない状態となる。従って、液晶パネルに入射した
光は回折されることなくそのまま直進する。逆に液晶層
に電圧無印加状態時は、液晶部１２とポリマー部１１間
に屈折率差が生じ、回折格子が機能する。従って、液晶
パネルに入射した光は回折される。このことは直進する
光の量が減少することを意味する。以上の回折の効果に
より液晶パネルのコントラストは大幅に向上する。

【００５７】また、本発明の液晶パネルは液晶ギャップ
厚を２〜６μｍと薄くできる。したがって、液晶層に電
界が印加されやすいため、応答時間も３０ｍｓｅｃ以下
と高速である。

【００５８】本発明の液晶パネルの製造方法は液晶溶液
に紫外線を照射し、相分離させてポリマー部と液晶部と
を同時に形成する。そのため、配向処理が不要である。
また、容易に光変調層と、液晶部とポリマー部とが交互
にかつストライプ状に形成したり、液晶部の周囲部がポ
リマー部で囲まれているかまたはポリマー部の周囲部が
液晶部で囲まれているように形成することが容易であ
る。つまり、製造方法も極めて容易である。したがっ
て、低コスト化を実現できる。また、１０μｍピッチ以
下の微細な回折格子を容易に得ることが出来る。ピッチ
が微細となるにしたがって回折角度は大きくなり、回折
角度が大きくなるほど液晶投写型テレビに用いる投写レ
ンズのＦ値を低くすることからスクリーン輝度は高くす
ることができる。また、相分離により回折格子を形成す
る方法は従来の回折格子の形成方法に比較して非常に容
易である。このことは液晶パネルの低コスト化に大いに
寄与する。

【００５９】さらに液晶層のギャップ厚または液晶溶液
の使用材料を可変することにより回折効率の変化も容易
である。したがって、変調する光の中心波長に応じて回
折効率変化させて液晶パネルを作製すれば、高コントラ
スト画像表示が行える。このことはＲ光、Ｇ光およびＢ
光の３つの波長の光を変調する液晶パネルを有する液晶
投写型テレビの高コントラスト化に大いに寄与する。つ
まり、特に主としてＲ用の液晶パネルの液晶ギャップ等
を変化させ画像全体としてのコントラストを大幅に向上
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における液晶パネルの断
面構造を示す図

【図２】本発明の液晶パネルの製造方法の説明図

【図３】本発明の液晶パネルの製造方法の説明図

【図４】本発明の一実施の形態における液晶パネルの構
造図

【図５】本発明の他の実施の形態における液晶パネルの
構造図

【図６】本発明の他の実施の形態における液晶パネルの
構造図

【図７】本発明の一実施の形態における液晶投写型テレ
ビの構成図

【図８】本発明の液晶投写テレビの他の実施の形態にお
ける構成図

【図９】液晶パネルの平面図

【図１０】液晶パネルの等価回路図

【図１１】従来の液晶パネルの断面図

【図１２】従来の液晶投写型テレビの構成図

【図１３】ＴＮ液晶パネルの動作の説明図

【符号の説明】

１１ポリマー部１２液晶部２１封止樹脂２２液晶溶液２３マスク基板２４、３１遮光膜４１画素７１、１２１集光光学系７２、１２２ＵＶＩＲカットミラー７４ａ、７４ｂ、７４ｃ液晶パネル７６ａ、７６ｂ、７６ｃアパーチャ８２ミラー８４コンデンサレンズ８５シュリーレンレンズ８６液晶パネル１１３ＴＮ液晶１１８ａ、１１８ｂ配向膜１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃＴＮ液晶パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 EA18 GA10 HA13 HA24 HA27 HA28 JA03 MA06 2H089 HA04 KA08 NA22 QA16 RA03 TA16 TA17 TA18 UA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素がマトリックス状に形成された第１
の基板とその第１の基板に対向する第２の基板との間に
挟持した液晶と未硬化の樹脂を含有する液晶溶液中の前
記未硬化の樹脂を硬化させることにより液晶成分からな
る液晶部とポリマー成分からなるポリマー部とから光変
調層を構成する液晶パネルであって、前記第１の基板と
第２の基板のうち少なくとも一方の基板が光透過性を有
し、かつ前記液晶部とポリマー部とがマトリックス状ま
たは略ストライプ状に形成されており、前記第１の基板
上の画素に電圧を印加することにより前記液晶部の液晶
分子の配向状態が変化し、前記配向状態の変化により光
変調を行うことを特徴とする液晶パネル。
【請求項２】画素がマトリックス状に形成された第１
の基板とその第１の基板に対向する第２の基板との間に
挟持した液晶と未硬化の樹脂を含有する液晶溶液中の前
記未硬化の樹脂を硬化させることにより液晶成分からな
る液晶部とポリマー成分からなるポリマー部とから光変
調層を構成する液晶パネルであって、前記第１の基板と
第２の基板のうち少なくとも一方の基板が光透過性を有
し、かつ前記液晶部とポリマー部とがマトリックス状ま
たは略ストライプ状に形成されており、前記液晶部の液
晶の常光屈折率ｎｏと前記ポリマー部の屈折率ｎｐとが
略一致していることを特徴とする液晶パネル。
【請求項３】画素がマトリックス状に形成された第１
の基板とその第１の基板に対向する第２の基板との間に
挟持した液晶と未硬化の樹脂を含有する液晶溶液中の前
記未硬化の樹脂を硬化させることにより液晶成分からな
る液晶部とポリマー成分からなるポリマー部とから光変
調層を構成する液晶パネルであって、前記第１の基板と
第２の基板のうち少なくとも一方の基板が光透過性を有
し、かつ前記液晶部またはポリマー部がマトリックス状
に形成されており、前記液晶部の周囲部が前記ポリマー
部で囲まれているかまたは前記ポリマー部の周囲部が前
記液晶部で囲まれ、前記第１の基板上の画素に電圧を印
加することにより前記液晶部の液晶分子の配向状態が変
化し、前記配向状態の変化により光変調を行うことを特
徴とする液晶パネル。
【請求項４】液晶部とポリマー部は回折格子を構成し
ていることを特徴とする請求項１、請求項２または請求
項３に記載の液晶パネル。
【請求項５】請求項１、請求項２または請求項３に記
載の液晶パネルと、光発生手段と、前記液晶パネルで変
調した光を投写する投写手段とを具備したことを特徴と
する投写型表示装置。
【請求項６】第１の基板と、第２の基板と、液晶と未
硬化の樹脂とを含有する液晶溶液と、周期的に紫外線の
光透過率が異なるマスク基板とを準備し、前記第１の基
板と第２の基板間に前記液晶溶液を挟持する第１の工程
と、前記液晶溶液に前記マスク基板を介して周期的に強
弱が異なる光を照射し、液晶成分からなる液晶部とポリ
マー成分からなるポリマー部とを周期的に形成する第２
の工程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方
法。
【請求項７】第１の基板と、第２の基板と、液晶と未
硬化の樹脂とを含有する液晶溶液とを準備し、前記第１
の基板と第２の基板間に前記液晶溶液を挟持する第１の
工程と、前記第１の基板または第２の基板に形成された
周期的な遮光手段により前記液晶溶液に周期的に強弱が
異なる光を照射し、液晶成分からなる液晶部とポリマー
成分からなるポリマー部とを周期的に形成する第２の工
程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方法。
【請求項８】第１の基板と、第２の基板と、液晶と未
硬化の樹脂とを含有する液晶溶液とを準備し、前記第１
の基板と第２の基板間に前記液晶溶液を挟持する第１の
工程と、前記液晶溶液に周期的に強弱が異なる光を照射
し、液晶成分からなる液晶部とポリマー成分からなるポ
リマー部が周期的に形成された光変調層を得る第２の工
程と、前記第２の工程後前記光変調層に周期的でない光
を照射する第３の工程とを有することを特徴とする液晶
パネルの製造方法。
【請求項９】第１の基板と、周期的な紫外線の光透過
率分布を有する第２の基板と、液晶と未硬化の樹脂とを
含有する液晶溶液とを準備し、前記第１の基板と第２の
基板間に前記液晶溶液を挟持する第１の工程と、前記液
晶溶液に前記第２の基板を介して光を照射し、前記液晶
溶液に水滴状の液晶粒子が形成されない強度の紫外線を
照射し、液晶成分からなる液晶部とポリマー成分からな
るポリマー部とを周期的に形成する第２の工程とを有す
ることを特徴とする液晶パネルの製造方法。
【請求項１０】第１の基板と、光透過性を有する第２
の基板と、液晶と未硬化の樹脂とを含有する液晶溶液と
を準備し、前記第１の基板と第２の基板間に前記液晶溶
液を挟持する第１の工程と、前記液晶溶液に前記第２の
基板を介して水滴状の液晶粒子が形成されない強度の光
を照射し、かつ前記液晶溶液に照射される光がマトリッ
クス状に強弱分布を有するようにし、液晶成分からなる
液晶部またはポリマー成分からなるポリマー部がマトリ
ックス状になるように形成し、かつ前記液晶部の周囲部
が前記ポリマー部で囲まれているかまたは前記ポリマー
部の周囲部が前記液晶部で囲まれているようにする第２
の工程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方
法。