JP2004070163A

JP2004070163A - 表示素子

Info

Publication number: JP2004070163A
Application number: JP2002231722A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Ito; 伊藤　昌稔
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】液晶パネルの温度上昇を防止して、安定した表示品位が得られる液晶表示素子の提供。
【解決手段】表示素子は、駆動素子基板１と、駆動素子基板１に対向する対向基板２と、駆動素子基板１および対向基板２の間隙に介在する液晶層３と、対向基板２の入射側面２ｂに対向する外側基板４と、対向基板２および外側基板４の間隙に形成された密閉断熱層５と、外側基板４の出射側面４ａに形成された偏光板１３とを有する。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子に関する。本発明の表示素子は、プロジェクタを始めとする透過型表示装置に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルをプロジェクタにおけるライトバルブとして用いる場合、スクリーン上で拡大投影を行うために、例えばメタルハライド等の光源からの強力な光源光が集光された状態で液晶パネルに入射する。このように強力な光源光が入射すると、液晶パネルの温度は上昇し、液晶パネル内において一対の透明基板間に狭持された液晶層の温度も上昇して、液晶層の特性劣化を招く。また特に光源光に強度ムラがあった場合には、部分的に液晶パネルが加熱されて、所謂ホットスポットが発生して、液晶層の透過率のムラができて投射画像の表示品位が低下する。
【０００３】
そのため、液晶プロジェクタでは、従来から液晶パネルを冷却する機構がいくつか組み込まれている。例えば、光源と液晶パネルの間に熱線カットフィルタを配置して、不要な赤外線の入射を低減する例や、液晶パネルを空冷または液冷する例である。しかし、これらの冷却機構にもいくつか問題点がある。まず熱線カットフィルタにおいては、少なからず効果はあるが、表示品位の改善までには程遠いのが現状である。また空冷型においては、鑑賞時での騒音やパネルへの付着ダストなどが懸念される。さらに液冷型については、熱交換媒体となる液体を封入するので、温度上昇時の圧力抜き、気泡発生、混入異物および冷却液漏れなど、信頼性の点で様々な問題が発生する。空冷または液冷の二つの手法においても、液晶パネル温度が若干緩和される程度が現状であり、表示の高品位化を図るためには、より効率的なパネル温度上昇の防止対策が必要である。
【０００４】
液晶パネルを使用して投影画像表示するために、入射側および出射側に偏光機能を備えた偏光子（以下「偏光板」ともいう。）を設置するが、特にツイステッドネマテック（以下「ＴＮ」ともいう。）液晶を使用した際、互いの偏光板の偏光軸は９０°回転して画像表示を行うことになる。一般に、偏光板は高分子フィルムを基本としており、直視用の液晶パネルでは直接接着されている。しかし、プロジェクタ用の液晶パネルは高温になるので、パネルに直接接着することができないのが現状である。
【０００５】
例えば、画素電極およびＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、薄膜トランジスタ）などのスイッチング素子が形成された駆動用透明基板に、偏光板を接着した場合を考えると、黒表示をした場合には、光が直接、偏光板に吸収される。特に出射側においては、液晶パネルに接着された偏光板の遮光による発熱が顕著となる。その光吸収により偏光板の温度は急激に上昇し、この熱拡散で液晶パネル全体が熱せられてしまい、スイッチング素子や液晶層の最適動作条件から大きくずれが生じて、かえって表示品位を低下させるおそれがある。
【０００６】
同時に、パネル内の画素遮光部による温度上昇が起きるので、パネル自体も加熱され、その相乗効果により、高分子フィルムを用いている偏光板自体も劣化し表示品位の低下を招く。したがって、現在では、偏光板を液晶パネル基板から離れた位置に設置し、その間に空気が存在するように設置する例が多い。
【０００７】
一方で、近年、液晶パネルは、表示の高品位化、高精細がますます求められている。偏光板と液晶パネルとを分離した場合、偏光軸方向の調整は表示装置（例えば、プロジェクタ光学システム）内のセッテイング状況に依存し、液晶パネルの偏光軸も含め、３　軸の最適軸の調整が必要になる。したがって、偏光軸のズレが一般に大きくなり、表示品位の低下は避けられない問題もある。
【０００８】
さらに、駆動用透明基板として、例えば石英基板を使用した場合、石英基板と空気層との屈折率差により、石英基板に入射した光の３％程度は石英基板と空気層との界面で反射される。また駆動用透明基板としてガラス基板を用いた場合には、ガラス基板に入射した光の４％程度がガラス基板と空気層との界面で反射される。すなわち、石英基板およびガラス基板のいずれにおいても、光利用率を低下させる。
【０００９】
基板と空気層との界面で反射された光は、スイッチング素子の半導体層を照射することになり、素子の特性劣化を招く。特にプロジェクタ型の場合には、光強度が強いので、数％の反射光でもＴＦＴ素子の特性を大きく変動させてしまうおそれがある。
【００１０】
駆動用透明基板に戻る反射光を減らすには、その基板と基板に接する媒質との屈折率の差を小さくすれば良い。光利用効率やコントラストの点からは、やはり液晶パネル基板に偏光板を貼り付けることが望まれる。しかしながら、先述したとおり、偏光板の発熱問題があるので、プロジェクタ型の場合には、偏光板を基板に直接貼り付けることができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
実開昭５９−５１３２１号公報には、光源光の入射側および出射側における両偏光板の昇温による熱拡散を避けるために、または光源光による輻射熱から断熱するために、液晶パネルの入射側および出射側に断熱真空層を設ける手法が開示されている。しかしこのパネル構成では、パネル内の画素遮光部の昇温による液晶パネル単体の発熱を放熱することもできなくなるので、逆に大幅なパネル温度の上昇が起き、ますます表示品位の低下を招く。
【００１２】
また特開平９−１１３９０６号公報には、液晶パネル内の相対する一対の基板のそれぞれの裏面に冷却用厚板透明ガラスを貼り付ける手法が開示されている。しかし、冷却用厚板透明ガラスによるパネル冷却効果は低く、特に出射側の偏光板の発熱および熱拡散により、偏光板と液晶パネルとの分離配置は避けられないのが現状である。本発明は、液晶パネルの温度上昇を防止して、安定した表示品位が得られる表示素子の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面による表示素子は、光源光が入射される第１基板と、前記第１基板に対向し、前記光源光が出射される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板の入射側面に対向する第３基板と、前記第１基板および前記第３基板の間隙に形成された密閉断熱層と、前記第３基板の出射側面に形成された偏光板とを有する。
【００１４】
本発明の第２の局面による表示素子は、光源光が入射される第１基板と、前記第１基板に対向し、前記光源光が出射される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第２基板の出射側面に対向する第３基板と、前記第２基板および前記第３基板の間隙に形成された密閉断熱層と、前記第３基板の出射側面に形成された偏光板とを有する。
【００１５】
本発明の第１および第２の局面による表示素子は、前記密閉断熱層が、真空断熱層であることが好ましい。
【００１６】
本発明の第１の局面による表示素子は、前記第１基板および／または第３基板の前記密閉断熱層側の面に、熱伝導層が形成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の第２の局面による表示素子は、前記第２基板および／または第３基板の前記密閉断熱層側の面に、熱伝導層が形成されていることが好ましい。
【００１８】
前記熱伝導層は、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、炭化シリコン層、窒化シリコン層、窒化ホウ素層、リン化ホウ素層、薄膜ダイヤモンド層からなる群から選ばれる少なくとも１層を有することが好ましい。
【００１９】
前記第３基板は、石英ガラス基板または耐熱ガラス基板であることが好ましく、また、防塵機能を有することが好ましい。さらに、前記第３基板は、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、厚みが１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
本発明の第１の局面による表示素子は、前記第１基板および／または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、反射防止膜が形成されていることが好ましい。
【００２１】
本発明の第２の局面による表示素子は、前記第２基板および／または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、反射防止膜が形成されていることが好ましい。
【００２２】
本発明の第１の局面による表示素子は、前記第１基板と前記第３基板とが、接合材を介して接合され、前記接合材が、表示領域以外の領域に形成されていることが好ましい。
【００２３】
本発明の第２の局面による表示素子は、前記第２基板と前記第３基板とが、接合材を介して接合され、前記接合材が、表示領域以外の領域に形成されていることが好ましい。
【００２４】
ここで、「表示領域」とは、マトリクス状に配置された画素領域によって規定される、液晶表示装置（または液晶セル）の領域をいう。また、「画素領域」とは、表示の最小単位である画素に対応する液晶表示装置の領域である。カラー液晶表示装置においては、Ｒ，Ｇ，Ｂのサブ画素が１つの画素に対応する。アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、画素電極と画素電極と対向する対向電極とが画素領域を規定する。本発明は、実施形態で例示するアクティブマトリクス型液晶表示装置に限られず、例えば、単純マトリクス型液晶表示装置に適用することもできる。単純マトリクス型液晶表示装置においては、ストライプ状に設けられる列電極と列電極に直交するように設けられる行電極とが互いに交差するそれぞれの領域が画素領域を規定する。なお、ブラックマトリクスが設けられる構成においては、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクスの開口部に対応する領域が画素領域に対応することになる。
【００２５】
前記第１基板と前記第２基板とは、第１接合材を介して接合され、前記第２基板と前記第３基板とは、第２接合材を介して接合され、前記第１接合材と前記第２接合材とは、同種の接合材であり、パターン形状が略同一であることが好ましい。
【００２６】
本発明の投影型表示装置は、光源と、本発明の表示素子と、前記光源から出射された光源光を集光しながら前記表示素子に導く集光光学系と、前記表示素子によって光変調された前記光源光を投射面に投影する投影光学系とを備える。
【００２７】
本発明の第２の局面による表示素子を備えた投影型表示装置は、前記光源光が、前記偏光板の偏光軸と略等しい方向に振動する光であることが好ましい。
【００２８】
本発明の第１の局面による表示素子を製造する方法は、前記第１基板または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、開口を有するシールパターンの接合材を形成する工程と、前記接合材を介して、前記第１基板と前記第３基板とを貼り合わせる工程と、真空雰囲気において、前記開口を封止材で封止し、前記封止材を硬化させる工程とを有する。
【００２９】
本発明の第２の局面による表示素子を製造する方法は、前記第２基板または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、開口を有するシールパターンの接合材を形成する工程と、前記接合材を介して、前記第２基板と前記第３基板とを貼り合わせる工程と、真空雰囲気において、前記開口を封止材で封止し、前記封止材を硬化させる工程とを有する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をアクティブ素子に用いたＴＦＴ駆動型の液晶表示素子を例に説明する。但し、本発明の表示素子は、これに限らず、ＴＦＴ以外の３端子素子、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）　などの２端子素子をアクティブ素子に用いたアクティブ駆動型の液晶表示素子に適用できる。また、アクティブ駆動型の液晶表示素子だけでなく、パッシブ（マルチプレックス）駆動型の液晶表示素子にも適用できる。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の透過型の液晶表示素子を模式的に示す平面図であり、図２は、図１中のＸ−Ｙ線断面図である。本実施形態の液晶表示素子は、駆動素子基板１と、駆動素子基板１に対向し、かつ光源光が入射される対向基板２と、駆動素子基板１および対向基板２の間隙に介在する液晶層３と、駆動素子基板１の出射側の面１ａに対向する外側基板４と、駆動素子基板１および外側基板４の間隙に形成された密閉断熱層５とを有する。本実施形態の液晶表示素子では、密閉断熱層５は真空に保持された真空断熱層である。真空断熱層は、真空度が高くなるに従って、熱伝導率が低くなる。言い換えると、断熱能が高くなる。なお、以下では、両基板１，２と液晶層３とを合わせて「液晶セル」といい、液晶表示素子を「液晶パネル」ともいう。
【００３２】
駆動素子基板１および外側基板４の真空断熱層５側の面１ａ，４ｂのうち少なくとも一方の面には、熱伝導層６が形成されている。本実施形態では、駆動素子基板１の真空断熱層５側（出射側）の面１ａおよび外側基板４の真空断熱層５側（入射側）の面４ｂに、熱伝導層６，６がそれぞれ形成されている。
【００３３】
熱伝導層６は、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、炭化シリコン層、窒化シリコン層、窒化ホウ素層、リン化ホウ素層、薄膜ダイヤモンド層からなる群から選ばれる少なくとも１層を有する。これらの層は、高熱伝導率を有する。一般的なプロジェクタでは、液晶パネル中央部に最も集光するので、温度が最も高くなり、液晶パネルの中央部から周辺に離れる従って、光量・温度ともに低くなる傾向がある。また、パネルケース（ベゼル）などにより、画素表示領域（液晶パネル中央部）以外は遮光されるので、液晶パネルの温度は、中央部と周辺部とで差が生じる。熱伝導層６は、高い温度エリアから低い温度エリアへの伝熱する機能を有するので、不均一な温度ムラを解消させることができる。したがって、熱伝導層６がない場合と比較すると、画素表示領域の温度は低下する。駆動素子基板１の真空断熱層５側の面１ａに熱伝導層６を形成することにより、液晶パネルの画素表示領域における冷却が期待できる。同様に、外側基板４の真空断熱層５側の面４ｂに熱伝導層６を形成することにより、出射側偏光板１３による発熱を分散させることができる。
【００３４】
駆動素子基板１および外側基板４の真空断熱層５側の面１ａ，４ｂにそれぞれ形成された熱伝導層６，６の全面に、反射防止膜（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　膜、不図示）が製膜されている。反射防止膜としては、例えば低屈折率膜ＳｉＯ_２と高屈折率膜ＴｉＯ_２とを交互に重ねた多層膜を用いることができる。反射防止膜により、各基板１，４での界面反射が低減される。
【００３５】
光源光が入射される対向基板２の入射側の面２ｂには、熱伝導性接着樹脂層１５を介して、対向基板２と同サイズ程度の透明ガラス基板１６が形成されている。熱伝導性接着樹脂層１５は、例えばアルミナなどの導電性材料を混入したシリコン系樹脂からなる。
【００３６】
透明ガラス基板１６の入射側の面１６ｂおよび外側基板４の出射側の面４ａには、入射側偏光板１２および出射側偏光板１３がそれぞれ形成されている。本実施形態の液晶表示素子では、液晶層３中の液晶分子のツイスト角が約９０°になるように調整されている。したがって、両偏光板１２，１３は、互いの偏光軸が直交するように設置もしくは装着されている。
【００３７】
本実施形態では、入射光Ｌ１は、入射側偏光板１２の偏光軸と略等しい方向に振動するように偏光されている。これにより、入射光Ｌ１の殆どは、入射側偏光板１２を透過することができるので、光吸収による入射側偏光板１２の発熱量は少ない。一方、入射側偏光板１２を透過した入射光Ｌ１は、液晶層３により変調されて、一部が出射側偏光板１３から外部環境に出射光Ｌ２として出射され、残りが出射側偏光板１３に吸収される。したがって、黒表示をした場合には、入射側偏光板１２を透過した入射光Ｌ１の殆どが出射側偏光板１３に吸収されるので、出射側偏光板１３の遮光による発熱が顕著となる。
【００３８】
本実施形態によれば、液晶パネル構成部材の中で温度上昇の最も顕著な出射側偏光板１３の放熱から液晶セルを断熱することで、液晶セルの大幅な温度上昇を抑えることができる。また、温度上昇の比較的小さい液晶セルの入射側には、密閉断熱層（例えば真空断熱層）を設けないことで、液晶セル単体からの発熱を効率良く放熱することができる。
【００３９】
さらに、外側基板４および／または透明ガラス基板１６として、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である放熱用ガラスを用いることにより、冷却効果および放熱効果を得ることができる。放熱用ガラスとしては、石英ガラス基板および耐熱ガラス基板が挙げられる。石英ガラス基板は、１．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有しており、耐熱ガラス基板も例えばホウケイ酸ガラスではその熱伝導率が１．１Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。なお、通常のソーダガラスは、熱伝導率が０．５〜０．７Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、十分な冷却効果および放熱効果を得ることはできない。
【００４０】
外側基板４は、厚みが１ｍｍ以上であることが好ましい。駆動素子基板１の出射側に外側基板４を設けることにより、液晶パネルの駆動素子基板１の表面に塵が付着するのを防ぐことができる。また、駆動素子基板１の厚みは１ｍｍ程度であるので、液晶層３の面から外側基板４の面４ａまでの距離を２ｍｍ以上確保することができる。外側基板４と駆動素子基板１とを合わせて２ｍｍ以上厚みを確保した場合、液晶層界面付近に入射光のピントを合わせると、外側基板４の表面はデフォーカスされる。したがって、外側基板４の表面に傷、塵や埃がたとえ付いたとしても、傷や埃などの像を投射画面上で大きくぼかして視覚上目立たなくすることができる。すなわち、外側基板４は防塵機能およびデフォーカス機能を有する。
【００４１】
同様に、透明ガラス基板１６も、厚みが１ｍｍ以上であることが好ましい。対向基板２の厚みも１ｍｍ程度であるので、液晶層３の面から透明ガラス基板１６の面１６ｂまでの距離を２ｍｍ以上確保することができるからである。また、ガラス基板を空冷する機構と組み合わせることにより、光源光による輻射熱を放熱するだけでなく、液晶セル内の遮光層での蓄積熱も、透明ガラス基板１６から放熱することができる。言い換えれば、透明ガラス基板１６は、液晶セルの放熱面として機能する。
【００４２】
このように、液晶パネルの入射側に、防塵および放熱機能を有する厚板透明ガラス基板１６を設けることで、放熱および防塵効果をともに維持できる。さらに、厚板透明ガラス基板１６上に入射側偏光板１２を貼り付けることで、基板１６と偏光板１２とを分離した場合に比べ、光利用効率が高くなる。
【００４３】
駆動素子基板１と対向基板２とは、第１接合材７を介して接合されている。また、対向基板２と外側基板４とは、第２接合材８を介して接合されている。第１接合材７および第２接合材８は、ともに表示領域１０以外の領域に形成され、パターン形状が略同一である。これにより、各接合材７，８は、表示面内には現れず、表示品位に影響を与えない。各接合材７，８には、同種の接合材（シール材）を用いることができる。
【００４４】
図１に示すように、対向基板２よりも駆動素子基板１の方が大きいので、駆動素子基板１は対向基板２に重畳しない領域を有する。駆動素子基板１の液晶層３側の面１ｂ上であって、対向基板２に重畳しない領域には、水平駆動回路および垂直駆動回路を含む周辺回路（不図示）が形成されている。周辺回路は、駆動素子基板１の上方に形成された信号入力端子９を介して、外部信号入力用のフレキシブルコネクタ１１に接続されている。
【００４５】
次に、本実施形態の液晶表示素子の製造工程について説明する。駆動素子基板１は、フォトリソ法を用いて、石英ガラスなどの透明基板上に、マトリクス状に配列された複数の透明画素電極および複数のスイッチング素子（ＴＦＴ素子）を形成し、さらに、ポリイミド膜を形成することによって得られる。透明画素電極およびスイッチング素子を形成するためのフォトリソ工程を利用して、水平駆動回路および垂直駆動回路を含む周辺回路および信号入力端子９を形成する。なお、透明画素電極およびスイッチング素子の形成前または形成後に、周辺回路および信号入力端子９を形成しても良い。
【００４６】
対向基板２は、駆動素子基板１の透明基板よりも小さい、石英ガラスなどの透明基板上に、透明電極およびポリイミド膜を形成することによって得られる。ポリイミド膜は、一般的なポリイミド材料を用いて形成することができる。例えば、ポリイミド材料としてオプトマーＡＬ−４５５２　（ＪＳＲ社製）を用いて、厚さが１０００ｎｍであるポリイミド薄膜を印刷法により形成することができる。その後、液晶層３の遅相軸または進相軸に対して４５度もしくは−４５度方向に、それぞれラビング処理などの延伸処理を行う。ポリイミド膜は、ラビング処理などにより液晶分子をガラス基板面に水平または数度のプレティルト角度をもって配向させる作用をもっている。
【００４７】
上述の通り、透明画素電極上には、液晶組成物などの電気光学物質の配向を制御するための配向膜が形成されている。しかし、下層側のパターンや凹凸により画素電極や配向膜に凹凸が一般に生じる。このような凹凸近傍では液晶層の配向不良、配向異常が生じ、これにより光抜けやコントラストの低下などの表示品位への悪影響が起きる。このような品位低下を回避する手法として、駆動素子基板１や対向基板２に遮光膜を形成したり、駆動素子基板１の積層構造の一部に遮光膜を含めたりする。
【００４８】
特に、液晶パネルを投射型表示装置のライトバルブとして使用した場合、入射光の一部は液晶パネルを透過した後、各基板表面での界面反射光として再び液晶パネルに戻ることがある。この反射光によりＴＦＴ素子の半導体層に光電流が発生し、スイッチング素子の特性低下を招く。反射光による半導体膜への影響を回避する手法として、半導体膜と基板との間に遮光膜を設ける例もある。遮光膜として、例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｗなどの不透明金属の単体、これら不透明金属の合金、あるいはシリサイドなどを使用することができる。
【００４９】
駆動素子基板１の出射側の面１ａおよび外側基板４の入射側の面４ｂ全面に、熱伝導層６，６を形成する。本実施形態では、熱伝導層６，６として薄膜ダイヤモンド層を形成する。薄膜ダイヤモンド層は、一般にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ　）層と呼ばれており、ダイヤモンド構造を一部含んだアモルファス層であり、構成元素として、炭素以外に水素も一部含有している。駆動素子基板１および外側基板４それぞれの熱伝導層６，６の全面に、反射防止膜（ＡＲ膜）を製膜する。なお、外側基板４としては、対向基板２と同サイズかつ基板厚１ｍｍの石英ガラス基板を使用する。
【００５０】
第１接合材７を介して、駆動素子基板１と対向基板２とを接合するとともに、第２接合材８を介して、駆動素子基板１と外側基板４とを接合する。第１接合材７および第２接合材８は、同じシール剤（例えばＸＮ−２１Ｓ、三井化学社製）を用いて、ほぼ同じシールパターンで形成するのが望ましい。これにより、接合材７，８が表示面内に現れず、表示品位に影響を与えない。また、後述する液晶パネル保護ケース（モジュール）１４内の遮光部に接合材７，８がレイアウトされるので、強度も保持でき信頼性が高くなる。
【００５１】
図３を参照しながら、駆動素子基板１と外側基板４とを接合して、密閉断熱層（本実施形態では真空断熱層５）を形成する工程を説明する。図３は、第２接合材８のシールパターンを模式的に示す平面図である。図３に示す第２接合材８は、駆動素子基板１または外側基板４の一方面の周辺部に、印刷法を用いて形成することができる。第２接合材８のシールパターンは開口８ａを有する環状である。真空断熱層５の体積は、２枚の基板１，４間の距離を調整することにより、制御することができる。例えば、第２接合材８中に球形ビーズもしくはグラスファイバを混入させる場合、球形ビーズまたはグラスファイバの径を調整することにより、真空断熱層５の体積を容易に制御することができる。なお、必要に応じて、駆動素子基板１または外側基板４上にプラスチックからなる球状のスペーサを分散させても良い。
【００５２】
駆動素子基板１と外側基板４との位置合わせを行って、第２接合材８を介して、両基板１，４を貼り合わせる。第２接合材８が熱硬化型であれば加熱により、紫外線硬化型であれば紫外線照射により、第２接合材８を硬化させる。
【００５３】
真空雰囲気中（１×１０^４Ｐａ〜１×１０^−１０Ｐａ程度）、第２接合材８の開口付近のみを封止材（例えば封止樹脂）に浸し、開口の封止材８ｂを熱または紫外線により硬化させる。その後、雰囲気を大気圧に戻すと、駆動素子基板１と外側基板４との間に真空断熱層５が形成される。なお、硬化前の封止材の粘度を適宜調整することによって、雰囲気を大気圧に戻した後に、封止材を硬化させることもできる。また、紫外線により硬化させる場合、紫外線を照射する方向は特に限定されないが、基板面に対して略垂直方向から紫外線を照射するのが望ましい。
【００５４】
同様にして、駆動素子基板１または対向基板２の一方面の周辺部に、開口を有する第１接合材７のシールパターンを形成する。駆動素子基板１と対向基板２との接合を行った後、真空注入法により第１接合材７の開口から液晶材料を注入する。
【００５５】
ネマテック相−等方相転移温度（ＮＩ点）１００℃のカイラルネマチック液晶材料を加温して等方性状態にする。真空雰囲気中、開口を下に向けた状態で、開口を液晶材料に浸す。その後、雰囲気を大気圧に戻すと、開口から液晶材料が注入されて、駆動素子基板１と対向基板２との間隙に液晶材料が充填される。このとき、両基板１，２もＮＩ点以上の温度に加温する。カイラルネマチック液晶材料を完全に充填した後、液晶セルを徐冷して、開口を封止樹脂により封口する。封止樹脂を熱または紫外線により硬化させる。これにより、両基板１，２間にカイラルネマチック液晶層３が形成される。なお、液晶材料は、屈折異方性が０．０８４　であるネマテック液晶材料に左ねじれのカイラル材を添加して、調製することができる。本実施形態では、カイラル材の添加量をツイスト角が約９０度になるように調整する。
【００５６】
対向基板２の入射側の面２ｂに、熱伝導性接着樹脂層１５を介して、対向基板２と同サイズ程度の透明ガラス基板１６を貼り付ける。熱伝導性接着樹脂層１５は、例えばアルミナなどの導電性材料を混入したシリコン系樹脂を塗布することにより形成することができる。
【００５７】
以上の工程により形成された液晶パネルの両面に、入射側の偏光板１２および出射側の偏光板１３をそれぞれポリイミド膜（配向膜）のラビング方向と水平となる方向で、かつ互いの偏光板１２，１３が直交するように、設置もしくは装着させる。さらに、水平駆動回路および垂直駆動回路を含む周辺回路を、駆動素子基板１の上方に形成された信号入力端子９を介して、外部信号入力用のフレキシブルコネクタ１１に接続する。
【００５８】
図４は、液晶パネル保護ケースを装着した状態の液晶表示素子を示す平面図である。図４に示すように、液晶パネルの周辺駆動回路および各接合材７，８のパターンを遮光し、かつ液晶パネル内の表示領域１０のみが透過できる液晶パネル保護ケース（ベゼル）１４を用いて、液晶表示素子をパッケージングする。その後、フレキシブルコネクタ１１をプロジェクタ本体の回路基板に接続する。
【００５９】
本実施形態によれば、液晶パネルの点灯時において、パネル構成部材の中で温度上昇の最も顕著な出射側偏光板１３の放熱および熱拡散から液晶パネルを断熱することができるので、液晶パネルの大幅な温度上昇を抑えることができる。また、温度上昇の比較的少ない入射側には、真空断熱層を設けないことで、パネル単体からの発熱を効率良く放熱することができる。また、入射側に、防塵および放熱機能を有する厚板透明ガラス１６を設けることにより、放熱および防塵効果をともに維持できる。したがって、現状の表示特性を損なわずに、液晶パネルの温度上昇を抑え、パネルの信頼性向上が期待できる。
【００６０】
（実施形態２）
図５は、実施形態２の透過型の液晶表示素子を模式的に示す断面図である。図５において、実施形態１の液晶表示素子と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態の液晶表示素子は、密閉断熱層（真空断熱層）５が液晶セルの入射側に形成されている点が、密閉断熱層（真空断熱層）５が液晶セルの出射側に形成されている実施形態１の液晶表示素子と異なる。
【００６２】
具体的には、本実施形態の液晶表示素子は、駆動素子基板１と、駆動素子基板１に対向し、かつ光源光が入射される対向基板２と、駆動素子基板１および対向基板２の間隙に介在する液晶層３と、対向基板２の入射側の面２ｂに対向する外側基板４と、対向基板２および外側基板４の間隙に形成された密閉断熱層（本実施形態では、真空断熱層である）５とを有する。
【００６３】
対向基板２および外側基板４の真空断熱層５側の面２ｂ，４ａのうち少なくとも一方の面には、放熱機能を有する熱伝導層６が形成されている。本実施形態では、対向基板２の真空断熱層５側（出射側）の面２ｂおよび外側基板４の真空断熱層５側（入射側）の面４ａに、熱伝導層６，６がそれぞれ形成されている。これにより、液晶パネルの冷却とともに、出射側偏光板１３による発熱の放熱を期待できる。対向基板２および外側基板４それぞれの熱伝導層６，６の全面に、反射防止膜（ＡＲ膜）を製膜する。なお、外側基板４としては、対向基板２と同サイズかつ基板厚１ｍｍの耐熱性ガラス基板（例えば、パイレックス（登録商標）ガラス基板）を使用する。
【００６４】
光源光が出射される駆動素子基板１の出射側の面１ａには、熱伝導性接着樹脂層１５を介して、対向基板２と同サイズ程度の透明ガラス基板１６が形成されている。熱伝導性接着樹脂層１５は、例えばアルミナなどの導電性材料を混入したシリコン系樹脂からなる。
【００６５】
外側基板４の入射側の面４ｂおよび透明ガラス基板１６の出射側の面１６ａには、入射側偏光板１２および出射側偏光板１３がそれぞれ形成されている。本実施形態の液晶表示素子では、液晶層３中の液晶分子のツイスト角が約９０°になるように調整されている。したがって、両偏光板１２，１３は、互いの偏光軸が直交するように設置もしくは装着されている。
【００６６】
本実施形態の液晶表示素子は、液晶セルの入射側が出射側よりも高温となる場合に有利である。例えば、光源光があらゆる方向に振動しているランダム偏光の場合、入射側の偏光板１２に光源光（入射光Ｌ１）が入射すると、偏光板１２の偏光軸と異なる方向に振動する光が偏光板１２に吸収されるので、光吸収による入射側偏光板１２の発熱量は多い。一方、入射側偏光板１２を透過した入射光Ｌ１は、液晶層３により変調されて、一部が出射側偏光板１３から外部環境に出射光Ｌ２として出射され、残りが出射側偏光板１３に吸収される。したがって、出射側偏光板１３の光吸収による発熱量は、入射側偏光板１２の光吸収による発熱量よりも少ない。
【００６７】
本実施形態によれば、液晶パネル構成部材の中で温度上昇の最も顕著な入射側偏光板１２の放熱から液晶セルを断熱することで、液晶セルの大幅な温度上昇を抑えることができる。また、温度上昇の比較的小さい液晶セルの出射側には、密閉断熱層（例えば真空断熱層）を設けないことで、液晶セル単体からの発熱を効率良く放熱することができる。
【００６８】
また、実施形態１と同様に、外側基板４および／または透明ガラス基板１６として、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である放熱用ガラスを用いることにより、冷却効果および放熱効果を得ることができる。さらに、外側基板４および／または透明ガラス基板１６は、厚みが１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、防塵機能およびデフォーカス機能が付与される。液晶パネルの出射側に、防塵および放熱機能を有する厚板透明ガラス基板１６を設けることで、放熱および防塵効果をともに維持できる。さらに、厚板透明ガラス基板１６上に出射側偏光板１３を貼り付けることで、基板１６と偏光板１３とを分離した場合に比べ、光利用効率が高くなる。
【００６９】
対向基板２と外側基板４とを貼り合わせる際、強度および耐久性を考慮して、熱硬化性接着フィルムを第２接合材８に用いることができる。熱硬化性接着フィルムは、液晶材料保持用の第１接合材７のパターンと同様なシールパターンを有する。真空雰囲気下で、液晶セルに外側基板４を貼り合わせ、その後加熱することにより接着樹脂の硬化処理を行う。なお、実施形態１と同様に、開口８ａを有する環状のシールパターンを形成し、対向基板２および外側基板４を貼り合わせ、真空雰囲気中（１×１０^４Ｐａ〜１×１０^−１０Ｐａ程度）、開口付近のみを封止材（例えば封止樹脂）に浸し、封止材を熱または紫外線により硬化させても良い。
【００７０】
図４に示すように、液晶パネルの周辺駆動回路および各接合材７，８のパターンを遮光し、かつ液晶パネル内の表示領域１０のみが透過できるパネル保護ケース（ベゼル）１４を用いて、液晶表示素子をパッケージングする。その後、フレキシブルコネクタ１１をプロジェクタ本体の回路基板に接続する。
【００７１】
（実施形態３）
実施形態１および２の液晶表示素子は、いずれも真空断熱層５の両側に、熱伝導層６および反射防止膜を有するが、真空断熱層５のいずれか一方側にのみ熱伝導層６および反射防止膜が形成されていても良く、あるいは熱伝導層６および反射防止膜がなくても良い。また、熱伝導層６および反射防止膜のうちいずれか一方のみが形成されていても良い。
【００７２】
（実施形態４）
本発明の表示素子は、投射型液晶表示装置のライトバルブとして好適に用いることができる。投射型液晶表示装置（以下、プロジェクタともいう。）としては、典型的には、３つの液晶表示素子を用いる３板式のプロジェクタ、特開平４−６０５３８号公報などに開示された単板式のプロジェクタが挙げられる。本実施形態では、実施形態１の液晶表示素子を用いた、３板式のプロジェクタについて説明する。なお、単板式のプロジェクタでは、液晶パネルにカラーフィルタを設ける必要がある。３板式の場合には、カラーフィルタは不要だが、光源光を３原色に分光および合成するための光学素子が必要となる。
【００７３】
図６は、３板式の投射型液晶表示装置における光学系の構成図である。本実施形態のプロジェクタは、白色光源１７と、実施形態１の液晶表示素子２０，２１，２２と、光源１７から出射された光源光を集光しながら液晶表示素子２０，２１，２２に導く集光光学系と、各液晶表示素子２０，２１，２２によって光変調された光源光を投射面に投影する投影光学系とを備える。
【００７４】
本実施形態では、ＲＧＢ（赤・緑・青）の３原色を表示するために、各原色の表示光路に、ＲＧＢの３つの液晶パネル２０，２１，２２が設けられる。ランプ光源１７から投影レンズ３０に至る光路上には、光源光から熱線を除去する熱線フィルタ１８、ホモジナイザ１９、色分離特性を有するダイクロイックミラー２３，２４、各光路用液晶パネル２０，２１，２２、最終的に３色の色合成を行うクロスダイクロイックプリズム２５が順次に配置されている。
【００７５】
また、光源光を９０°反射させ、その反射光をホモナイザ透過光路に導くためのミラー２６、ダイクロイックミラー２３で赤色に分離された光を９０°反射させるためのミラー２７、ダイクロイックミラー２４で青色に分離された光を９０°反射させるためのミラー２８，２８、複数の集光レンズがそれぞれ配置されている。投影レンズ３０の透過方向には、スクリーンが配置されている。
【００７６】
ダイクロイックミラー２３，２４は、光源光をＲＧＢの３原色の成分に分光するための光学素子である。赤分離用ダイクロイックミラー２３は、赤色成分の波長を透過し、他の成分の波長を反射する。緑分離用ダイクロイックミラー２４は、緑色成分の波長のみを反射し、他の成分の波長を透過する。なお、各液晶パネル２０，２１，２２の光源入射側および出射側には、それぞれ偏光板１２，１３が設けられており、一方の偏光板と他方の偏光板とはその偏光方向が直交している。
【００７７】
光学系の光路は以下の通りである。まず光源１７を出射した光源光は、熱線フィルタ１８により赤外成分が除去され、ホモジナイザ１９によって強度が均一化され、さらに１方向に振動する直線偏光にされた後、ダイクロイックミラー２３，２４に入射する。赤色ダイクロイックミラー２３に入射した光のうち赤色成分は、ダイクロイックミラー２３を透過した後、ミラー２７で９０°反射され、赤用液晶パネル２０に入射する。赤色ダイクロイックミラー２３に入射した光のうち赤色成分以外のＧＢ成分は、赤色ダイクロイックミラー２３で反射された後、緑色ダイクロイックミラー２４に入射する。緑色成分は、ダイクロイックミラー２４で反射され、緑用液晶パネル２１を照射する。
【００７８】
ダイクロイックミラー２４を透過した残りの成分、つまり青色成分は、ミラー２８，２８によりそれぞれ９０°反射され、青用液晶パネル２２を照射する。赤色、緑色、青色の３色の光は、各液晶パネル２０，２１，２２を透過することにより、光の２次元的な強度分布が変調されて、赤色の画像、緑色の画像、青色の画像に対する光となる。
【００７９】
各ＲＧＢ用液晶パネル２０，２１，２２を透過した赤色、緑色、青色の３色の光は、クロスダイクロイックプリズム２５の同じ面から出射することで合成され、カラー画像となる。このカラー画像を投影するために、クロスダイクロイックプリズム２５からの出射光を投影レンズ３０によって拡大し、スクリーン上に投射する。
【００８０】
本実施形態では、実施形態１の液晶表示素子を用いているが、光源１７からの光がランダム偏光の場合には、各液晶表示素子２０，２１，２２として実施形態２の液晶表示素子を用いることが望ましい。
【００８１】
本実施形態では、３つの白黒型液晶表示素子を用いているが、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色の液晶表示素子を用いても良い。本実施形態では、白色光源を用いているが、赤，緑，青の３原色の光源を用いてもよい。また、白色光源からの白色光の平行度が悪い場合には、コントラストや色純度の低下を引き起こすおそれがあるので、白色光源からの白色光をコンデンサーレンズで一旦スポットに集光し、スリットまたはピンホールなどで不要な光をカットしても良い。
【００８２】
本実施形態の投射型液晶表示装置は、スクリーンの手前から投写するフロント投写方式であるが、反射ミラーを用いてスクリーンの背面から投写するリア投写方式にも適用することができる。またヘッドマウント型の表示装置にも適用することができる。
【００８３】
本実施形態に用いられた液晶表示素子は、アクティブマトリクス型電気書き込み方式により情報の書き込みが行われる。しかし、本発明の液晶表示素子は、単純マトリクス型電気書き込み方式、光書き込み方式、熱（レーザ）書き込み方式の液晶表示素子であっても良い。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の表示素子によれば、液晶パネルの温度上昇を防止して、安定した表示品位が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の透過型の液晶表示素子を模式的に示す平面図である。
【図２】図１中のＸ−Ｙ線断面図である。
【図３】第２接合材８のシールパターンを模式的に示す平面図である。
【図４】液晶パネル保護ケース１４を装着した状態の液晶表示素子を示す平面図である。
【図５】実施形態２の透過型の液晶表示素子を模式的に示す断面図である。
【図６】３板式の投射型液晶表示装置における光学系の構成図である。
【符号の説明】
１　　　駆動素子基板（第１基板）
１ａ　第１基板の出射側面
２　　対向基板（第２基板）
２ｂ　第２基板の入射側面
３　　液晶層
４　　外側基板（第３基板）
４ａ　第３基板の出射側面
５　　密閉断熱層（真空断熱層）
６　　熱伝導層
７　　第１接合材
８　　第２接合材
８ａ　開口
８ｂ　封止材
１０　　表示領域
１２　　入射側偏光板
１３　　出射側偏光板
１７　　白色光源
２５　　クロスダイクロイックプリズム
３０　　投影レンズ

Claims

光源光が入射される第１基板と、前記第１基板に対向し、前記光源光が出射される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第１基板の入射側面に対向する第３基板と、前記第１基板および前記第３基板の間隙に形成された密閉断熱層と、前記第３基板の出射側面に形成された偏光板とを有する、表示素子。
光源光が入射される第１基板と、前記第１基板に対向し、前記光源光が出射される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間隙に介在する液晶層と、前記第２基板の出射側面に対向する第３基板と、前記第２基板および前記第３基板の間隙に形成された密閉断熱層と、前記第３基板の出射側面に形成された偏光板とを有する、表示素子。
前記密閉断熱層は、真空断熱層である、請求項１または２に記載の表示素子。
前記第１基板および／または第３基板の前記密閉断熱層側の面に、熱伝導層が形成されている、請求項１に記載の表示素子。
前記第２基板および／または第３基板の前記密閉断熱層側の面に、熱伝導層が形成されている、請求項２に記載の表示素子。
前記熱伝導層は、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、炭化シリコン層、窒化シリコン層、窒化ホウ素層、リン化ホウ素層、薄膜ダイヤモンド層からなる群から選ばれる少なくとも１層を有する、請求項４または５に記載の表示素子。
前記第３基板は、石英ガラス基板または耐熱ガラス基板である、請求項１または２に記載の表示素子。
前記第３基板は、防塵機能を有する、請求項１または２に記載の表示素子。
前記第３基板は、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、厚みが１ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の表示素子。
前記第１基板および／または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、反射防止膜が形成されている、請求項１に記載の表示素子。
前記第２基板および／または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、反射防止膜が形成されている、請求項２に記載の表示素子。
前記第１基板と前記第３基板とは、接合材を介して接合され、前記接合材は、表示領域以外の領域に形成されている、請求項１に記載の表示素子。
前記第２基板と前記第３基板とは、接合材を介して接合され、前記接合材は、表示領域以外の領域に形成されている、請求項２に記載の表示素子。
前記第１基板と前記第２基板とは、第１接合材を介して接合され、前記第２基板と前記第３基板とは、第２接合材を介して接合され、前記第１接合材と前記第２接合材とは、同種の接合材であり、パターン形状が略同一である、請求項１または２に記載の表示素子。
光源と、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の表示素子と、
前記光源から出射された光源光を集光しながら前記表示素子に導く集光光学系と、
前記表示素子によって光変調された前記光源光を投射面に投影する投影光学系とを備えた、投影型表示装置。
請求項２に記載の表示素子を備えた、投影型表示装置であって、
前記光源光は、前記偏光板の偏光軸と略等しい方向に振動する光である、請求項１５に記載の投影型表示装置。
請求項１に記載の表示素子を製造する方法であって、
前記第１基板または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、開口を有するシールパターンの接合材を形成する工程と、
前記接合材を介して、前記第１基板と前記第３基板とを貼り合わせる工程と、
真空雰囲気において、前記開口を封止材で封止し、前記封止材を硬化させる工程とを有する、表示素子の製造方法。
請求項２に記載の表示素子を製造する方法であって、
前記第２基板または前記第３基板の前記密閉断熱層側の面に、開口を有するシールパターンの接合材を形成する工程と、
前記接合材を介して、前記第２基板と前記第３基板とを貼り合わせる工程と、
真空雰囲気において、前記開口を封止材で封止し、前記封止材を硬化させる工程とを有する、表示素子の製造方法。