JP3077356B2

JP3077356B2 - 液晶パネル及びそれを用いた液晶投写型テレビ

Info

Publication number: JP3077356B2
Application number: JP04040897A
Authority: JP
Inventors: 秀樹大前; 博司高原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JPH05241133A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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影する液
晶投写型テレビおよび主として前記液晶投写型テレビに
用いる液晶パネルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は軽量、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８）は液晶パネルの平面図である。（図８）に
おいて、８１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）、８２はＩＴＯなどから
なる透明電極が形成された基板（以後、対向基板と呼
ぶ）、８６はアレイ基板８１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）、８５は
アレイ基板８１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）、８３は偏光フィルム、８４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。

【０００４】（図９（ａ））は従来の液晶パネルの一画
素部の平面図である。また、（図９（ｂ））は（図９
（ａ））のＤ−Ｄ′線での断面図である。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。

【０００５】（図９（ａ）（ｂ））において、１２はソ
ース信号線であり、その一端はソースドライブＩＣ８５
に接続されている。１１はゲート信号線であり、その一
端はゲートドライブＩＣ８６に接続されている。１６は
第１の電極つまりＩＴＯからなる画素電極１４が形成さ
れたアレイ基板である。なお、１３はＴＦＴ形成位置で
ある。（図１０）において、２１は対向基板、１０１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２２
と画素電極１４上にはポリイミド樹脂等の有機物からな
る配向膜（図示せず）が形成されている。一画素の大き
さは５００μｍ〜３０μｍ程度である。なお、１０２は
ブラックマトリックスである。

【０００６】（図１１）に従来の液晶パネルであるＴＮ
液晶パネルの動作の説明図を示す。（図１１）におい
て、１１１は偏光板、１１２は偏光方向、１１３は透明
電極、１１４は液晶分子、１１５は信号源、１１６はス
イッチである。（図１１（ａ））に示すようにオフ状態
では入射光が９０度回転し、（図１１（ｂ））に示すよ
うにオン状態では回転せずに透過する。したがって、２
枚の偏光板１１１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。

【０００７】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は赤外線を透過させる赤外線カ
ットミラー、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）、１２３ｃは
赤色光反射ダイクロイックミラー（以後、ＲＤＭと呼
ぶ）、１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２６ａ，１２
６ｂ，１２６ｃは偏光板、１２５ａ，１２５ｂ，１２５
ｃは透過型の従来のＴＮ液晶パネル、１２７ａ，１２７
ｂ，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。

【０００８】以下、従来の液晶投写型テレビの動作につ
いて（図１３）を参照しながら説明する。まず、集光光
学系１３１から出射された白色光はＢＤＭ１３３ａ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１３４ａに入射される。ＢＤＭ１３３ａを透過し
た光はＧＤＭ１３３ｂにより緑色光（以後、Ｇ光と呼
ぶ）が反射され、偏光板１３４ｂに、また、ＲＤＭ１３
３ｃにより赤色光（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され、偏
光板１３４ｃにそれぞれ入射される。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。なお、
（図１３）において、１３２はミラー、１３５はＴＮ液
晶パネル、１３６は偏光板、１３７は投写レンズ系であ
る。

【０００９】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）に拡大投影され
る。

【００１０】

【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
るが、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。高分子分散液晶を用いた液晶パネルは
偏光板を用いないため光利用効率を非常に高くできる。

【００１１】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。前記
２種類の液晶パネルで画像を表示するためには光の散乱
・透過を制御することにより行なう。

【００１２】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。

【００１３】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。本発明においてはＰＤ液晶パネルとＰＮ液
晶パネルのうち一方に限定するものではないが、説明を
容易にするためＰＤ液晶パネルを例にあげて説明する。
また、ＰＤ液晶パネルおよびＰＮ液晶パネルを総称して
高分子分散液晶パネルと呼ぶ。さらに、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
液または樹脂と呼び、前記液晶溶液中の樹脂成分が重合
硬化した状態をポリマーと呼ぶ。

【００１４】このような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モード液晶バネ
ルの製造方法がそのまま応用できる為である。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はさみ
こみ、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。

【００１５】この製造方法を応用して分散タイプの液晶
パネルを製造する為には、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、注入前に於いてはモノマーあるいは／
及び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。

【００１６】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て
るし、一方液晶の量が多い場合は高分子マトリクスが液
晶材料中に粒子状又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。この際に液晶滴の粒子
径、もしくはポリマーネットワークの孔径がある程度均
一で尚且つ大きさとしては０．１μｍ〜数μｍの範囲で
なければ光の散乱性能は悪く、コントラストが上がらな
い。この為には比較的短時間で硬化が終了しうる材料で
なければならず紫外線硬化型樹脂が望ましい。

【００１７】高分子分散液晶パネルの動作について（図
１４（ａ）（ｂ））を用いて簡単に述べる。（図１４
（ａ）（ｂ））は高分子分散液晶パネルの動作の説明図
である。（図１４（ａ）（ｂ））において、１４１はア
レイ基板、１４２は画素電極、１４３は対向電極、１４
４は水滴状液晶、１４５はポリマー、１４６は対向基板
である。画素電極１４２にはＴＦＴ等が接続され、ＴＦ
Ｔのオン・オフにより画素電極に電圧が印加されて、画
素電極上の液晶配向方向を可変させて光を変調する。
（図１４（ａ））に示すように電圧を印加していない状
態では、それぞれの水滴状液晶１４４は不規則な方向に
配向している。この状態ではポリマー１４５と液晶とに
屈折率差が生じ入射光は散乱する。ここで（図１４
（ｂ））に示すように画素電極に電圧を印加すると液晶
の方向がそろう。液晶が一定方向に配向したときの屈折
率をあらかじめポリマーの屈折率と合わせておくと、入
射光は散乱せずにアレイ基板１４１より出射する。

【００１８】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、前記液晶を液晶パネル
に用いようとすると次の課題がある。

【００１９】一つは高分子分散液晶層と対向電極あるい
は画素電極との剥離である。これはＩＴＯなどで構成さ
れる電極と高分子分散液晶層との密着度が低いために発
生する。液晶投写型テレビでは光源としてのランプ点灯
時には液晶パネルには５０〜６０度の温度が印加され、
逆に消灯時には室温の１０〜３０度となる。従って、液
晶投写型テレビの電源をオン・オフすることにより液晶
パネルはヒートショック試験が行なわれているような過
酷な状態にさらされる。このヒートショック状態などに
より前述の剥離が発生する。

【００２０】他の１つは散乱特性が悪いという点であ
る。この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、直視のもので３
０：１以上、投写のもので２００：１以上が望まれ、こ
れ以下のものでは表示の認識が不十分となる。コントラ
ストを大きくする為には黒レベルでの透過率をできるだ
け小さく抑える、すなわち、光散乱特性を高めることが
必要である。高分子分散液晶パネルに於いて光散乱性能
を向上させるには、高分子マトリクス内の液晶滴の粒径
の最適化、液晶材料のΔｎの増大、液晶滴内の液晶分子
のランダム度の増加等の手法が考えうる。しかし、現状
では高分子分散液晶パネルの光散乱特性はまだまだ低
く、理想的な散乱状態である完全拡散状態には達してい
ない。

【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、現状の高分子分散液晶パネルを
使用した場合の白表示と黒表示の明るさの比は約５０：
１であり、コントラストの悪い表示となる。

【００２２】

【課題を解決するための手段】ＴＮ液晶を用いると偏光
板により５０％以上の光が吸収されてしまうため、光利
用率が低く、高輝度表示が行えないという課題がある。
そこで、本発明では偏光板を用いる必要の無い高分子分
散液晶を用いている。

【００２３】本発明の液晶パネルはアレイ基板と対向基
板のうち少なくとも一方に突起物を形成し、該突起物は
光を変調する画素領域に形成する。また、突起物を形成
する材料の屈折率は液晶層のポリマーとの屈折率が略一
致するものを用いる。好ましくは液晶層のポリマーを用
いて突起物を形成する。

【００２４】突起物の凹み部分に電極層を形成し、対向
の電極層との間に電界を与え液晶層を駆動する。または
さらに突起物の表面上にも電極層を形成し、凹み部分の
電極層に印加される電圧とは異なる電圧を印加して液晶
層を駆動する。

【００２５】本発明の液晶投写型テレビは本発明の液晶
パネルを用いたものである。液晶パネル内に形成した突
起物により、液晶のオフ状態で入射光を回折させ、直進
する光を減少させている。赤・青・緑用に用いる液晶パ
ネルのうち少なくとも１枚は、他の液晶パネルの突起物
のピッチあるいは高さを変化させている。

【００２６】

【作用】本発明においては、ポリマーの屈折率ｎ_pと同
一またはその近傍の屈折率の光透過性材料で突起物を形
成する。光透過性材料の屈折率をｎ_tとする。また、液
晶の常光屈折率をｎ_o，異常光屈折率をｎ_eとし、ｎ_p＝
ｎ_oとする。（図１４（ａ））に示すようにオフ状態の
時、液晶層の全体としての屈折率ｎ_xはマクロ的にポリ
マーの屈折率ｎ_p、液晶の屈折率ｎ_o・ｎ_eがあわさった
屈折率を示す。突起物の屈折率ｎ_tとｎ_xは異なるため、
両者間に屈折率差が生じる。液晶パネルに入射した光は
突起物により回折され、直進する成分が少なくなる。言
い換えれば該突起物は回折格子として作用する（以下突
起物は回折格子と呼ぶ）。このことは散乱状態がみかけ
上高くなることを意味する。（図１４（ｂ））に示すよ
うにオン状態の時、液晶分子は一定の方向にならび、ｎ
_p＝ｎ_o＝ｎ_aとなる。従って、ｎ_p＝ｎ_t＝ｎ_aとなる。こ
のことは液晶層の屈折率ｎ_aと回折格子の屈折率ｎ_tの屈
折率差が無くなることを意味する。従って、回折格子が
形成されてないのと同一の状態となるから、入射光はそ
のまま直進する。また、回折格子の形成は対向電極ある
いは画素電極上に凹凸を形成していることになる。この
ことは液晶層と前記電極間の密着性を高める。回折格子
の材料に光透過性材料を選定すれば、画素の開口率は低
下しない。

【００２７】

【実施例】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（ａ））は本発明の液晶
パネルの一画素の平面図である。但し、図面を見易くす
るために従来例と同様に（図１（ａ））からは対向電極
基板などを省略している。また、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、この本
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２００〜３０μｍ，回折格子のピッチＰは３０〜
２μｍである。従って、通常（図１）に示すよりも回折
格子の本数は多い。（図１（ｂ））は（図１（ａ））の
Ａ−Ａ’線での断面図である。なお、（図２）は（図１
（ａ））のアレイ基板１６上に対向電極２２を有する対
向基板２１を取り付け、高分子分散液晶２３を前記基板
間に注入した時の断面図である。（図２）ではゲート信
号線１１、ソース信号線１２ならびにＴＦＴを遮蔽する
ブラックマトリックス１０２を省いたが、対向基板２１
に設けても良い。（図１（ａ）（ｂ））において、１３
はＴＦＴ形成位置、１５はアレイ基板１６上に形成され
た突起物（回折格子）である。

【００２８】回折格子１５の凹み部分には画素電極１４
を形成している。回折格子１５間の画素電極１４は、適
当な本数を一まとめにして１画素を形作っているため
に、くし歯形に形成されている。画素電極１４は通常Ｉ
ＴＯで形成する。

【００２９】回折格子の材料としてはＳｉＯｘ，ＳｉＮ
ｘ，ＴａＯｘ、ガラス系物質などの無機物質、ポリイミ
ド、アクリル系樹脂などの有機物質などが例示される。
材料の選定としては高分子分散液晶層２３のポリマーの
屈折率に対応して決める。各材料の屈折率は液晶の常光
屈折率ｎ_oは１．４５〜１．５５、液晶の異常光屈折率
ｎ_eは１．６５〜１．８０、ポリマーの屈折率ｎ_pは１．
４５〜１．５５のものがよく用いられる。また、ｎ_p＝
ｎ_oにしておく場合が多い。

【００３０】回折格子の誘電率も、使用する液晶の配向
ベクトルに垂直な方向の誘電率より大きく、平行な方向
の誘電率より小さいものがよい。好ましくは使用する液
晶の配向ベクトルに平行な方向の誘電率と一致させる。
このようにすることにより回折格子の上部の液晶層にも
充分な電界及び電界方向を与えることができる。

【００３１】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
ｎ_eと常光屈折率ｎ_o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最も好ましい。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、ポリマー
としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂
のいずれであっても良いが、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の
が好ましい。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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】この紫外線硬化性化合物中に液晶材料を均
一に溶解させた液状ないしは粘稠物を２枚の基板間に注
入させた後に、紫外線照射を行って紫外線硬化性化合物
のみを硬化させ、その際に液晶材料のみ相分離して高分
子分散液晶層が形成される。

【００３７】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％〜９０重量％
程度が良く、好ましくは５０重量％〜７０重量％程度が
良い。２０重量％以下であると液晶滴の量が少なく、散
乱の効果が乏しい。また９０重量％以上となると高分子
と液晶が上下２層に相分離する傾向が強まり、界面の割
合は小さくなり光散乱は低下する。高分子分散液晶層の
構造は液晶分率によって変わり、だいたい５０重量％以
下では液晶滴は独立したドロップレット状として存在
し、５０重量％以上となると高分子と液晶が互いに入り
組んだ連続相となる。

【００３８】液晶がオフ状態の時の液晶層２３の屈折率
ｎ_xは一般的に（２ｎ_o＋ｎ_e）／３で示される。逆にオ
ン状態の時はｎ_o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ｎ_t＝ｎ_p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
フ状態の時は液晶層の屈折率ｎ_xは（２ｎ_o＋ｎ_e）／３
であるから、ｎ_t≠ｎ_xであり回折格子１５と液晶層２３
に屈折率差Δｎが生じる。逆に液晶がオン状態の時は液
晶層の屈折率はｎ_oとなるから、ｎ_o＝ｎ_pとするとｎ_t＝
ｎ_pとなる。つまり、回折格子１５と液晶層２３に屈折
率差がなくなる。回折格子の屈折率ｎ_tとポリマーの屈
折率ｎ_pの屈折率差は０．１以内にすることが望まし
く、さらには０．１以内の材料を選定すべきである。

【００３９】以上の検討から、回折格子の形成材料とし
ては、現状の無機材料としてはプロセス上形成・加工が
容易なＳｉＯ₂が適していると考えられる。ＳｉＯ₂の屈
折率は通常１．４５〜１．５０程度である。また、形成
方法としてはＳｉＯ₂を蒸着後、パターンマスクを形成
しエッチングすればよい。また、有機材料としては、液
晶層２３に用いるものと同一の透明なポリマーを用いる
のが最適である。上記のような材料を用いた回折格子の
形成方法としては、ロールクォーターあるいはスピンナ
ー等で基板上に塗布し、パターンマスクを用いて必要な
部分のみ重合するなどすればよい。また、ポリマー＋ド
ーパントからなる感光性樹脂を基板にスピンコートし、
パターンマスクを介して露光したのち、減圧加熱により
ドーパントを昇華させる方式でドライ現像する方法もあ
る。

【００４０】回折格子１５のピッチｐ，高さｄは変調す
る光の波長λ，液晶層２３の屈折率及び光学系の光の指
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。電圧無印加の状態で、出射光線は散乱及び回折の影
響を受けている。例えば（図１）の如く、回折格子１５
が矩形断面形状の場合は回折角度θ、及び０次回折光の
効率η₀は以下のように与えられる。

【００４１】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により決定すべきである。しかし、回折
格子形成上のプロセス条件などに左右されることも多
い。およそピッチｔは２μｍ〜６０μｍであり、中でも
４μｍ〜２０μｍが最適である。なお、プロセス上、回
折格子の形状はサインカーブ状あるいは台形状となるこ
とが多いが、所望の回折格子・回折方向にあわせて設計
すればよい。その効果には問題がない。

【００４２】また、液晶層の膜厚は５μｍ〜２５μｍの
範囲が好ましく、内でも８μｍ〜１５μｍの範囲が好ま
しい。これは、膜厚が２０μｍ以上になると液晶パネル
に入射した光は完全拡散状態となり散乱特性が良好とな
るが、駆動に高電圧が必要になる。一方、膜厚が８μｍ
以下であれば低い電圧で駆動できるが散乱特性が悪くな
り、コントラストが低くなる。

【００４３】以下、本発明の液晶パネルの第２の実施例
について説明するが、説明は第１の実施例と差異のみに
とどめる。従って、説明のない事項は第１の実施例と同
様である。以上のことは以下の他の実施例についても同
様である。（図３（ａ））は本発明の第２の実施例にお
ける液晶パネルの一画素部の平面図である。（図３
（ｂ））は（図３（ａ））のＢ−Ｂ’線での断面図であ
る。（図３（ａ）（ｂ））において、３１は回折格子で
ある。この回折格子３１の表面上にも画素電極３４を形
成する。また（図３（ｃ））に示すように、画素電極１
４は、くし歯型でなくともベタ電極で回折格子３１の下
層にも形成されていても効果は同じである。（図４）は
（図３（ｂ））に示すアレイ基板１６に対向基板２１を
取り付け、両基板間に液晶を注入した時の断面図を示し
ている。

【００４４】本発明の第２の実施例では回折格子３１上
にも画素電極３４を形成し、また回折格子３１間、或い
は回折格子３１の下層にも画素電極１４を形成してい
る。この画素電極１４と３４は接続されており、同時に
同じ電圧を液晶層に印加することができる。これにより
回折格子の上部の液晶層にも充分な電界及び電界方向を
与えることができる。

【００４５】（図５（ａ））は本発明の第３の実施例に
おける液晶パネルの一画素部の平面図である。（図５
（ｂ））は（図５（ａ））のＣ−Ｃ’線での断面図であ
る。（図５（ａ）（ｂ））において、５１は回折格子で
ある。この回折格子５１の表面上にも画素電極５４を形
成する。また回折格子５１間に形成した画素電極１４と
は別回路となっており、画素電極１４と５４とは異なる
電圧波形を印加する。これにより回折格子の上部の液晶
層にも充分な電界及び電界方向を与えることができる。
（図５（ｃ））に示すように、画素電極１４はくし歯型
でなくともベタ電極で回折格子５１の下層にも形成され
ていても効果は同じである。

【００４６】以下、図面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６）は本発明の液晶
投写型テレビの一実施例における構成図である。ただ
し、説明に不要な構成要素は省略している。（図６）に
おいて、６１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２５０Ｗのメタルハライドランプを有
している。また凹面鏡は有視光のみを反射させるように
構成されている。さらに集光光学系６１の出射端には紫
外線カットフィルタが配置されている。６２は赤外線を
透過させ有視光のみを反射させる赤外線カットミラーで
ある。ただし、赤外線カットミラー６２は集光光学系６
１の内部に配置してもよいことは言うまでもない。ま
た、６３ａはＢＤＭ、６３ｂはＧＤＭ、６３ｃはＲＤＭ
である。なお、ＢＤＭ６３ａからＲＤＭ６３ｃ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ＲＤ
Ｍ６３ｃ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】６４ａ，６４ｂおよび６４ｃは本発明の液
晶パネルである。なお、液晶パネルのうちＲ光を変調す
る液晶パネル６４ｃ内に形成される回折格子の高さｄを
他の液晶パネルの回折格子の高さｄよりも０．２μｍ〜
１．０μｍ高く形成している。これは、回折度合は変調
する光の波長に依存するためである。また、必要に応じ
て青光変調用の液晶パネル６４ａの回折格子の高さも緑
用に比較して０．２μｍ〜１．０μｍ低く形成する。ま
た、Ｒ光を変調する液晶パネル６４ｃは他の液晶パネル
に比較して水滴状液晶粒子径を大きく、もしくは液晶膜
厚も厚めに構成している。これは光が長波長になるほど
散乱特性が低下するためである。水滴状液晶の粒子径
は、重合させるときの紫外線光を制御することあるいは
使用材料を変化させることにより制御が可能である。液
晶膜厚は液晶層中のビーズ径を変化することにより調整
できる。６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６７ａ，６７ｂおよ
び６７ｃはレンズ、６６ａ，６６ｂおよび６６ｃは絞り
としてのアパーチャである。なお、６５，６６および６
７で投写レンズ系を構成している。また、アパーチャは
投写レンズ系のＦＮｏ．が大きいとき必要がないことは
明らかである。

【００４８】投写レンズ系の配置等は、以下のとおりで
ある。まず、液晶表示装置の高分子分散液晶パネル６４
とレンズ６５との距離Ｌと、レンズ６５とアパーチャ６
６までの距離はほぼ等しくなるように配置される。以上
のような投写レンズ系は各液晶パネルを透過した平行光
線を透過させ、各液晶パネルで散乱した光を遮光させる
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】本発明の液晶パネルの液晶層の膜厚が、１
０μｍ〜１５μｍの時、レンズの集光角θは全角で８度
以下にする必要があった。中でも６度前後が最適であ
り、その時、コントラストは画面中心部で１００：１で
あり、リア方式テレビで４０インチスクリーンに投写し
た際、スクリーンゲイン５で２００［ｆｔ］以上であ
り、ＣＲＴ投写型テレビと比較して、同等以上の画面輝
度を得ることができた。ランプは短アークのものを用い
る。より具体的には（図６）の構成図は一例として（図
７）に示す斜視図などで示される。（図７）において７
１は集光光学系、７３はダイクロイックミラー、７４は
本発明の液晶パネル、７５はレンズ、７６はアパーチ
ャ、７７はミラー、７８ａ、７８ｂおよび７８ｃは投写
レンズまたは投写レンズ系である。

【００５０】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、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（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６１から白色光が照射され、前記白色光のＢ
光成分はＢＤＭ６３ａにより反射される。このＢ光は高
分子分散液晶パネル６４ａに入射する。高分子分散液晶
パネルは（図１４（ａ）（ｂ））に示すように画素電極
に印加された信号により入射した光の散乱と透過状態と
を制御し、光を変調する。散乱した光はアパーチャ６６
ａで遮光され、逆に平行光または所定角度内の光はアパ
ーチャ６６ａを通過する。変調された光は投写レンズ６
７ａによりスクリーン（図示せず）に拡大投映される。
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６４ｂはＧ光成
分の光を変調し、また、高分子分散液晶パネル６４ｃ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】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る液晶表示装置でも有効であ
る。

【００５２】また、（図６）においては光は対向基板側
から入射させるとしたが、これに限定するものではな
く、アレイ基板から入射させても同様の効果が得られる
ことは明らかである。以上のように、本発明の液晶パネ
ルおよび液晶投写型テレビは光の入射方向に左右される
ものではない。

【００５３】また、本発明の液晶投写型テレビの実施例
においてはリア型液晶投写型テレビのように表現した
が、これに限定するものではなく反射型スクリーンに画
像を投映するフロント型液晶投写型テレビでもよいこと
は言うまでもない。さらに、本実施例の液晶投写型テレ
ビにおいては、ダイクロイックミラーにより色分離を行
なうとしたがこれに限定するものではなく、たとえば吸
収型色フィルタを用いて、色分離を行なってもよい。

【００５４】また、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、反射型液晶パネルでもよい。その場合は、画素電極
を金属物質で反射電極にすればよい。回折格子は対向電
極あるいは前記反射電極上に形成する。

【００５５】また、本実施例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映する構成であってもよいこと
は言うまでもない。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としたが、これに限定するも
のではない。例えば、一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、前記パネルの画素を投影する
単パネル投晶型テレビでもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶パネルでは
高分子分散液晶を用いているため、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、液晶パネル内に回折格子を形成してお
り、液晶がオン状態の時は液晶層と回折格子間との屈折
率差がほぼなくなり、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。逆に液晶がオフ状態時は、
液晶層と回折格子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。
このことは直線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、回折格子は光透過性物質で形成して
いるので、画素の開口率を低下することがない。また本
発明に従えば、回折格子の凸部の上部の液晶層にも充分
な電界を印加することができ、駆動が可能であるので所
望の回折効率が得られる。

【００５８】以上の本発明の液晶パネルを本発明の液晶
投写型テレビに用いるとその効果は著しく、光の回折効
果により画像のコントラストを大幅に向上できる。さら
に、本発明では、特に主として赤色用の液晶パネルの回
折格子の高さ、液晶層の膜厚または水滴状液晶径を他の
パネルと変化させることにより、画像全体としてのコン
トラストを大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶パネルの第１の実施例の平面図お
よび断面図である。

【図２】本発明の液晶パネルの第１の実施例の断面図で
ある。

【図３】本発明の液晶パネルの第２の実施例の平面図お
よび断面図である。

【図４】本発明の液晶パネルの第２の実施例の断面図で
ある。

【図５】本発明の液晶パネルの第３の実施例の平面図お
よび断面図である。

【図６】本発明の液晶投写型テレビの一実施例の構成図
である。

【図７】本発明の液晶投写型テレビの他の実施例の構成
図である。

【図８】従来の液晶パネルの平面図である。

【図９】従来の液晶パネルの平面図および断面図であ
る。

【図１０】従来の液晶パネルの断面図である。

【図１１】ＴＮ液晶パネルの動作の説明図である。

【図１２】従来の液晶投写型テレビの構成図である。

【図１３】従来の液晶投写型テレビの構成図である。

【図１４】高分子分散液晶パネルの動作の説明図であ
る。

【符号の説明】

１１ゲート信号線１２ソース信号線１３ＴＦＴ形成位置１４、３４、５４画素電極１５、３１、５１突起物（回折格子）１６アレイ基板２１対向基板２２対向電極２３高分子分散液晶層３２ブラックマトリクス６１集光光学系６２赤外線カットミラー６３ａ、６３ｂ、６３ｃダイクロイックミラー６４ａ、６４ｂ、６４ｃ高分子分散液晶パネル６６ａ、６６ｂ、６６ｃアパーチャ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ (56)参考文献特開平３−23422（ＪＰ，Ａ) 特開平３−87721（ＪＰ，Ａ) 特開平４−318518（ＪＰ，Ａ) 特開平４−232917（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と第２の基板のうち少なくと
も一方が透明である対向する基板の相対する面に光透過
性を有する少なくとも一方の電極層がくし歯形状である
電極層を形成し、前記第１の基板と第２の基板間に高分
子分散液晶層を挟持し、かつ前記くし歯形状に形成され
た電極層の間隙に表面に電極層を形成しない突起物を形
成したことを特徴とする液晶パネル。
【請求項２】第１の基板と第２の基板のうち少なくと
も一方が透明である対向する基板の相対する面に光透過
性を有する電極層を形成し、前記第１の基板と第２の基
板間に高分子分散液晶層を挟持し、かつ前記第１の基板
と第２の基板のうち少なくとも一方の基板上に光透過性
を有する等方性媒質で突起物を形成し、前記突起物表面
上と前記突起物間の凹み部分に光透過性を有する別々の
電極を形成したことを特徴とする液晶パネル。
【請求項３】突起物表面上の電極層と突起物間の凹み
部分の電極層とには、異なった信号が印加されることを
特徴とする請求項２記載の液晶パネル。
【請求項４】第１の基板と第２の基板のうち少なくと
も一方が透明である対向する基板の相対する面に光透過
性を有する電極層を形成し、前記第１の基板と第２の基
板間に高分子分散液晶層を挟持し、かつ前記第１の基板
と第２の基板のうち少なくとも一方の基板上に高分子分
散液晶層を形成する高分子材料を用いて突起物を形成し
たことを特徴とする液晶パネル。
【請求項５】第１の基板と第２の基板のうち少なくと
も一方が透明である対向する基板の相対する面に光透過
性を有する電極層を形成し、前記第１の基板と第２の基
板間に高分子分散液晶層を挟持し、かつ前記第１の基板
と第２の基板のうち少なくとも一方の基板上に光透過性
を有する等方性媒質で突起物を形成し、前記突起物の誘
電率は液晶の配向ベクトルに垂直な方向の誘電率より大
きく、平行な方向の誘電率より小さいことを特徴とする
液晶パネル。
【請求項６】光発生手段と、前記光発生手段から発生
する光を各波長の光に分離する色フィルタと、各波長の
光に対して配置された請求項１から５のいずれかに記載
の液晶パネルと、投写レンズとを具備し、前記液晶パネ
ルのうち１枚以上の液晶パネル内に形成される突起物の
高さとピッチのうち少なくとも一方が、他の液晶パネル
と異なっていることを特徴とする液晶投写型テレビ。