JPH0588141A

JPH0588141A - 液晶パネルとその製造方法および液晶投写型テレビ

Info

Publication number: JPH0588141A
Application number: JP3249018A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahara; 博司高原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【構成】高分子分散液晶１８の材料を用いて回折格子
１５を形成する。前記回折格子１５等は対向電極基板１
７上に液晶を含有する樹脂を塗布し、型板を密着させた
上で磁場を印加し、液晶を配向させて固定する。回折格
子１５の屈折率は高分子分散液晶１８の液晶常光屈折率
と等しくする。液晶１８に電圧が印加されていない時、
液晶１８と回折格子１５間に屈折率差が生じ、液晶１８
への入射光は回折するとともに液晶１８で散乱される。
したがって、直進光は非常に小さくなる。液晶１８に電
圧が印加されていない時は、液晶１８と回折格子１５間
に屈折率差はなくなり、入射光は直進する。【効果】液晶パネルは偏光板を用いない。したがっ
て、表示画面の高輝度化を実現できる。また、コントラ
ストが大きい画像表示を実現できる。

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映する液
晶投写型テレビと、主として前記液晶投写型テレビに用
いる液晶パネルおよび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
投映し、大画面の表示画像を得る液晶投写型テレビがに
わかに注目をあつめてきている。現在、商品化されてい
る液晶投写型テレビは液晶の旋光特性を利用したツイス
トネマステック（以後、ＴＮと呼ぶ）液晶パネルが用い
られている。液晶投写型テレビおよび前記テレビに用い
る液晶パネルの一例として「フラットカラーディスプレ
イ’９１Ｐ１９４〜Ｐ２０５日経ＢＰ社出版」があ
る。

【０００３】（図８）は液晶パネルの等価回路図であ
る。Ｇ₁〜Ｇ_mはゲート信号線であり、その一端はゲート
ドライブＩＣ８１に接続されている。Ｓ₁〜Ｓ_nはソース
信号線であり、一端はソースドライブＩＣ８２に接続さ
れている。各画素はそれぞれ画素電極に信号の印加する
ためのＴＦＴ８３を有しており、また信号を保持するた
めの付加コンデンサ８４が形成されている。８５は画素
電極と対向電極間に挟持された液晶であり、電気回路的
にはコンデンサと見なすことができる。

【０００４】以下、従来の液晶パネルについて説明す
る。ただし、説明に不要な箇所は省略しており、また、
図面を見易くするためにモデル的に描いている。以上の
ことは以後の図面に対しても同様である。

【０００５】（図９）は従来の液晶パネルの断面図であ
る。アレイ基板９２と対向電極基板９１は４〜６μｍの
間隔で保持され、前記基板間にＴＮ液晶９４が注入され
ている。表示領域の周辺部は封止樹脂（図示せず）で封
止されている。９３はクロムなどで形成されたブラック
マトリックス、９５はＩＴＯなどの透明物質で形成され
た対向電極、１３は画素電極、１４はソース信号線であ
る。

【０００６】以下、従来の液晶パネルの製造方法につい
て説明する。まず、アレイ基板９２と対向電極基板９１
には配向膜が塗布され、ラビング工程により配向処理さ
れる。その後、アレイ基板９２の周辺部にＴＮ液晶の注
入口を残して封止樹脂が塗布される。また、対向電極基
板９１上に均一な液晶膜厚を得るためのビーズを散布す
る。次に、対向電極基板９１とアレイ基板９２を貼り合
わせる。その後、紫外線を照射、または加熱により封止
樹脂を硬化させる。次に貼り合わせた前記基板を真空室
に入れ、アレイ基板９２と対向電極基板９１のギャップ
内を真空状態にした後、液晶の注入口を液晶に浸す。そ
の後、真空室の真空を破ると、液晶は注入口からギャッ
プ内に注入される。最後に注入口を封止して完成する。

【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１０）は従来の液晶投
写型テレビの構成図である。（図１０）において、１０
１は集光光学系、１０２は赤外線および紫外線をを透過
させるＵＶＩＲカットミラー、１０３ａは青色光反射ダ
イクロイックミラー（以後、ＢＤＭと呼ぶ）、１０３ｂ
は緑色光反射ダイクロイックミラー（以後、ＧＤＭと呼
ぶ）、１０３ｃは赤色光反射ダイクロイックミラー（以
後、ＲＤＭと呼ぶ）、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは偏光板、１０５ａ，１
０５ｂ，１０５ｃは透過型のＴＮ液晶パネル、１０７
ａ，１０７ｂ，１０７ｃは投写レンズ系である。

【０００８】以下、従来の液晶投写型テレビの動作につ
いて（図１０）を参照しながら説明する。まず、集光光
学系１０１から出射された白色光はＢＤＭ１０３ａによ
り青色光（以後、Ｂ光と呼ぶ）が反射され、前記Ｂ光は
偏光板１０４ａに入射される。ＢＤＭ１０３ａを透過し
た光はＧＤＭ１０３ｂにより緑色光（以後、Ｇ光と呼
ぶ）が反射され偏光板１０４ｂに、また、ＲＤＭ１０４
ｃにより赤色光（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され偏光板
１０４ｃ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
をそろえて各液晶表示装置に照射させる。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。

【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１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃを透過し、各投写レン
ズ系１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに入射して、前記レ
ンズ系によりスクリーン（図示せず）に拡大投映され
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、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。この偏光板は
理論的にも５０％以上の光を吸収してしまう。従って、
スクリーンに拡大反映した際、低輝度画面しか得られな
いという課題がある。この課題を解決するため、本発明
で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】ＰＤＬＣ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、ＰＮＬＣ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ＰＤＬＣおよびＰＮＬＣ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、ＰＤＬＣおよ
びＰＮＬＣを総称して高分子分散液晶と呼び、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。また、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状態をポリマーと呼
ぶ。

【００１４】高分子分散液晶の動作について（図１１
（ａ）（ｂ））を用いて簡単に述べる。（図１１（ａ）
（ｂ））は高分子分散液晶パネルの動作の説明図であ
る。（図１１（ａ）（ｂ））において、１１１はアレイ
基板、１１２は画素電極、１１３は対向電極、１１４は
水滴状液晶、１１５はポリマー、１１６は対向基板であ
る。画素電極１１２にはＴＦＴ等が接続され、ＴＦＴ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１
１（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１１４は不規則な方向に配向
している。この状態ではポリマー１１５と液晶１１４と
に屈折率差が生じ入射光は散乱する。ここで（図１１
（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１１１より出射する。

【００１５】高分子分散液晶を用いて高品位の表示パネ
ルを構成しようとすると、散乱状態での光の透過量と、
透過状態での光の透過量の比（以後、コントラストと呼
ぶ）を大きくとる必要がある。コントラストが小さいと
階調表示特性が悪くなる。液晶投写型テレビではコント
ラストは１００以上必要である。高分子分散液晶パネル
の最大透過率は対向電極のＩＴＯ膜などで規制されるが
８０〜８５％程度もある。しかし、散乱時の光透過量も
大きい。コントラストを大きくするためには散乱状態で
の透過量（以後、散乱透過率と呼ぶ）を小さくする必要
がある。散乱状態での透過量を小さくするためには液晶
層の膜厚を厚くする必要があるが、厚くすると透過状態
にするための印加電圧が高くなって液晶を駆動すること
ができない。以上のことより、高分子分散液晶を用いれ
ば輝度は大きくできるが、コントラストを高くすること
ができず、良好な液晶パネルおよび液晶投写型テレビを
構成することは困難であった。

【００１６】

【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利用率
が低く、高輝度画像表示が行えない。そこで、本発明で
は偏光板が不要な高分子分散液晶を用いる。

【００１７】本発明の液晶パネルは高分子分散液晶と接
する対向電極面に回折格子を形成したものである。回折
格子は高分子分散液晶の樹脂と同様もしくは同等の材料
を用いて形成する。その屈折率は、高分子分散液晶の常
光屈折率ｎ_oと一致させる。

【００１８】本発明の液晶パネルの製造方法は対向電極
機板上に高分子分散液晶と同様もしくは同等の材料を塗
布し、回折格子の凸部を形成できるように凹形状が形成
された基板もしくはフィルムを前記材料に密着させる。
その後、加圧し、余分な樹脂を追いだしたのち、基板に
垂直方向に磁場を印加するとともに前記樹脂に紫外線を
照射して硬化させる。硬化後、前記基板もしくはフィル
ムを剥離させる。次に製作された基板とアレイ基板を貼
り合わせ、両基板間に液晶溶液を注入する。その後、前
記液晶溶液に紫外線を照射し、樹脂成分を重合させるも
のである。

【００１９】本発明の液晶投写型テレビは本発明の液晶
パネルを用いて構成したものである。高分子分散液晶パ
ネルは散乱特性が悪かった。本発明の液晶パネルは回折
格子を形成しているため散乱特性が高い。したがって、
光輝度かつ高コントラストの映像表示が行える。

【００２０】

【作用】対向電極上に回折格子を形成する。前記回折格
子の誘電率が低いと対向電極と画素電極間に電圧を印加
しても、ほとんどの電圧は回折格子部に印加されてしま
い、液晶層には印加されなくなる。そこで、回折格子の
形成材料を液晶層と同等もしくは同様の材料を用いる。
回折格子の中の液晶は誘電率異方性および磁化率異方性
がともに正である液晶を用い、前記液晶に磁場を印加し
て配向した状態にする。したがって、回折格子の屈折率
は、液晶の常光屈折率ｎ_oとなる。液晶層と回折格子の
形成材料が同一であれば電圧は均一に印加される。

【００２１】液晶層に電圧が印加され、光が完全透過の
状態（以後、オン状態と呼ぶ）では液晶が正の誘電率を
もつ場合であれば対向電極に垂直に配向する。そのとき
の屈折率ｎ_onはｎ_oである。したがって、ｎ_k＝ｎ_oとな
るから、見かけ上、回折格子は消滅する。液晶層が電圧
無印加状態の時、液晶層は光散乱状態（以後、オフ状態
と呼ぶ）である。ポリマーの比率が低いとすると、この
時の屈折率ｎ_off＝（２ｎ_o＋ｎ_e）／３である。したが
って、回折格子の屈折率ｎ_k≠ｎ_offとなるから、光は回
折格子により回折される。以上のことにより、オフ状態
の時、液晶パネルの入射光は回折され、オン状態の時、
回折格子は消滅して入射光は直進するから、オンとオフ
状態の光透過量比（以後、コントラストと呼ぶ）は大き
くなる。また、回折格子の高さ等を変調する光の波長に
合わせて作製すれば、コントラストは非常に良好にする
ことができる。回折格子の凹凸部は高分子分散液晶の樹
脂材料を用いて形成する。形成方法は回折格子の転写パ
ターンが形成された板もしくはフィルムを用いて形成す
る。同時に所定液晶膜厚を得るための土手をも形成すれ
ば所定液晶膜厚を得るためのビーズを用いる必要もなく
なる。

【００２２】

【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）は本発明の液晶パネル
の一画素部の断面図である。なお、図面ではモデル的に
描いている。たとえば回折格子１５のピッチ等はこれに
限定されるものではない。アレイ基板上にはＩＴＯなど
の透明物質からなる画素電極および前記画素電極への印
加信号を制御するためのＴＦＴ１９、ソース信号線１４
等が形成されている。一方、１１は対向電極基板であ
り、前記対向電極機板上には回折格子１５が形成されて
いる。なお、回折格子１５は図面では矩形形状に図示し
たが、これに限定するものではなく、ノコギリ形状、三
角形状、サインカーブ形状、台形形状等のいずれであっ
てもよい。また、回折格子は一次元回折格子に限定する
ものではなく、二次元回折格子でもよい。前記回折格子
のピッチ高さ等は、回折格子形状、液晶パネルへの入射
光の波長、液晶層１８の屈折率などを考慮して実験的に
定める。なお、一例としてはピッチは２μｍ〜３０μｍ
の範囲が好ましい。さらには３〜１０μｍの範囲が好ま
しい。また、高さは０．５μｍ〜５μｍの範囲が好まし
く、さらには１μｍ〜４μｍの範囲が好ましい。なお、
回折格子１５は高分子分散液晶１８の材料もしくはほぼ
同等の屈折率を持つ材料を用いて形成する。なお、図示
していないが、対向電極１７と回折格子及び土手の界面
には２００Å以上の膜厚のＳｉＯ₂膜が形成され、対向
電極１７との密着性の向上を図っている。

【００２３】高分子分散液晶層１８の液晶としてはネマ
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良い。
なお、先に述べた液晶材料のうちシアンビフェニル系の
ネマスチック液晶が最も好ましい。樹脂材料としては透
明なポリマーが好ましく、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、液晶層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。これらは、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、液晶のみ相分離する。この際、樹脂分と比較し
て液晶の量が少ない場合には独立した粒子状の水滴状液
晶が形成されるし、一方、液晶の量が多い場合は、樹脂
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。

【００２４】水滴状液晶の粒子径、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、かつ大きさとして
は０．５μｍ〜数μｍの範囲でなければ入射光の散乱性
能が悪くコントラストが上がらない。なお、好ましくは
水滴状液晶の粒子径もしくはポリマーネットワークの孔
径は０．８μｍ〜２．０μｍの範囲がよい。この為にも
紫外線硬化樹脂のように短時間で硬化が終了しうる材料
でなければならない。また、液晶材料と樹脂材料の配向
比は９５：５〜１０：９０であり、中でも５０：５０〜
９０：１０の範囲が好ましい。

【００２５】液晶層１８の膜厚としては５μｍ〜２０μ
ｍに形成され、中でも８μｍ〜１５μｍの範囲が散乱特
性および駆動する上での印加電圧の範囲が最適である。
前記膜厚は６〜８Ｖの印加電圧で最大透過率９０％が得
られるように設定すればよい。

【００２６】（図２）は本発明の他の実施例における液
晶パネルの断面図である。第１の実施例との差異は画素
ごとに回折格子の高さを変化させたこと、および、所定
の液晶１８の膜厚を得るための土手を形成したことにあ
る。前記土手１６はソース信号線１４上に沿って形成さ
れている。また、土手１６は回折格子１５と同時に形成
される。他の点は第１の実施例と同様である。（図２）
では左側の画素の回折格子の高さを最も高く、右側の回
折格子の高さを最も低くしている。図示していないが第
２の実施例の液晶パネルは画素ごとに赤青緑の三色のモ
ザイク状のカラーフィルタを具備している。左側の画素
は赤色に、中央は緑色に、右側は青用に対応している。
つまり、変調する光の波長に対して、最適な回折格子の
高さとなるようにしている。また、各画素の液晶層の膜
厚を画素ごとに変化させてもよい。赤色用の画素の液晶
膜厚をもっとも厚く、青色用をもっとも薄くする。膜厚
の調整はカラーフィルタの膜厚等を作製時に制御するこ
とにより、容易に調整できる。また、回折格子の高さの
調整は回折格子の転写パターンが形成されたフィルム等
を用いることにより容易に形成できる。

【００２７】以下、本発明の液晶パネルの製造方法につ
いて（図３）を参照しながら説明する。（図３）は本発
明の液晶パネルの製造方法の説明図である。まず、対向
電極基板１１上にＩＴＯからなる対向電極１７が形成さ
れる。その膜厚は５００Å以上である。また、対向電極
１７上に回折格子１５等の密着性向上のためにＳｉＯ ₂
膜を蒸着により形成する。次に（図３（ｂ））に示すよ
うに対向電極１７上に液晶溶液３１を塗布する。液晶溶
液３１としては高分子分散液晶層に用いる材料を用いる
ことが好ましい。液晶としては誘電率異方性および磁化
率異方性がともに正であるものを用いる。形成方法とし
てはロールクォーター、スピンナーなどによる方法があ
る。次に（図３（ｃ））に示すように凹状のくぼみを形
成された板またはフィルム３２（以後、型板と呼ぶ）を
前記塗布した液晶溶液３１上にかさねる。その際、空気
がはいりこまないように基板１１の周辺よりかさねる。
前記型板はポリカーボネートの板もしくはフィルムを用
いることが好ましい。また、さらに離形性のよいフィル
ムもしくは板を用いる方法もある。一例としてシリコン
樹脂フィルム、弗素樹脂フィルム、ポリエチレン、ポリ
プロピレン如きオレフィン系樹脂フィルムもしくは板で
ある。凹部は回折格子の形状に合わせて作製する。前記
型板の平面図を（図４（ａ））に、また、（図４
（ａ））のＡ−Ａ’線での断面図を（図４（ｂ））に示
す。前記型板を液晶溶液３１上に重ねたあと対向電極基
板１１の周辺部より加圧していき、不要な液晶溶液３１
を追いだす。この時、型板の凹溝に沿って行なうことに
より容易に不要な液晶溶液３１を型板３２と対向電極基
板１１から追いだすことができる。その後、磁場を印加
しながら紫外線を照射し、樹脂成分を重合させる。磁場
は対向電極基板１１に対して垂直に印加する。磁場の強
度は１０Ｋガウス以上必要であった。磁場印加により液
晶溶液中の液晶は配向し、その屈折率は常光屈折率ｎ_o
となる。樹脂が重合し、ポリマーとなることにより液晶
の配向状態はそのまま固定される。凹板３２と対向電極
１７が接する凸部に残留した樹脂を硬化させないように
するためには、型板３２の凸部に金属薄膜などからなる
遮へい膜を形成し、樹脂を硬化後、型板３２を剥離した
あと、水で洗い流せばよい。なお、樹脂成分が熱硬化型
の場合は加熱により重合硬化させる。以上の工程により
回折格子１５と土手が形成される。樹脂成分の硬化後、
型板３２を剥離する。次に前記基板とアレイ基板に貼り
合せる。その状態を（図３（ｅ））に示す。液晶溶液を
両基板間に注入する。液晶溶液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。真空注入方式は貼り合
せた前記基板を真空室にいれ、アレイ基板１２と対向基
板１１間を真空状態にした後、液晶溶液の注入口を液晶
溶液に浸す。真空室の真空をとりのぞくと、液晶溶液は
両基板間に注入される。一方、加圧注入方式は対向電極
基板１１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、液晶溶
液に紫外線を照射して、前述の液晶溶液中の樹脂を重合
させる。前記樹脂が熱硬化型の場合は加熱して重合させ
る。

【００２８】オフの状態の時は液晶層１８の屈折率はポ
リマーの屈折率ｎ_pと液晶の常光屈折率ｎ_oおよび異常光
屈折率ｎ_eとがまざった状態の屈折率を示す。このマク
ロ的にみた屈折率ｎ_offは通常（２ｎ_o＋ｎ_e）／３とな
る。一方、オン状態の液晶層１８の屈折率ｎ_onはｎ_oと
なる。なお、回折格子の屈折率ｎ_kはｎ_k＝ｎ_oとなるよ
うにしている。

【００２９】以下、本発明の液晶パネルの動作について
説明する。まず、オフ状態の時、回折格子１５の屈折率
ｎ_k＜液晶層１８の屈折率ｎ_offであるから、回折格子１
５が生成された状態となる。したがって、入射光は回折
される。回折された光は液晶層１８で散乱され、更にそ
の光路は曲げられる。以上のことより、液晶層１８層を
直進する光は非常に少なくなる。逆に、オン状態の時、
回折格子１５の屈折率ｎ_h＝液晶層１８の屈折率ｎ_onと
なる。したがって、ｎ_k＝ｎ_p＝ｎ_oとなるから液晶層１
８は透明となるとともに、回折格子は消滅する。したが
って、入射光は直進する。オン状態とオフ状態の中間で
の電圧印加状態では中間的な光の散乱・透過状態とな
る。以上のように印加電圧により回折格子を生成あるい
は消滅させることができるため、コントラストは非常に
高くすることができる。

【００３０】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５）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５）において、５１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２
５０Ｗ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。
５２は赤外線および紫外線を透過させ有視光のみを反射
させるＵＶＩＲカットミラーである。また、５３ａはＢ
ＤＭ、５３ｂはＧＤＭ、５３ｃはＲＤＭである。なお、
ＢＤＭ５３ａからＲＤＭ５３ｃ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ＲＤＭ５３ｃ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。

【００３１】５４ａ，５４ｂ，５４ｃ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５４ｃ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
きの紫外線光の強度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できる。液晶膜厚は土手の高
さを変化させることにより調整できる。また、回折格子
の高さ・ピッチ等も赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）用の
それぞれの液晶パネルに対して変化させてもよい。その
場合はＲ用の液晶パネルの回折格子の高さを最も高くＢ
用は最も低くすると良い。５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５
７ａ，５７ｂ，５７ｃはレンズ、５６ａ，５６ｂおよび
５６ｃは、しぼりとしてのアパーチャである。なお、５
５，５６および５７で投写光学系を構成している。ま
た、特に支障のないかぎり５５，５６および５７の組を
投写レンズ系と呼ぶ。また、アパーチャはレンズ５５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
写レンズ系を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。

【００３２】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。

【００３３】本発明の液晶パネルの液晶層の膜厚が、１
０〜１５μｍの時、レンズの集光角は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。

【００３４】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５１から
白色光が照射され、前記白色光のＢ光成分はＢＤＭ５３
ａにより反射される。前記Ｂ光は高分子分散液晶パネル
５４ａに入射する。前記高分子分散液晶パネルは（図１
１（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。

【００３５】散乱した光はアパーチャ５６ａで遮光さ
れ、逆に、所定角度内の光はアパーチャ５６ａを通過す
る。変調された光は投写レンズ５７ａ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５４ｂはＧ光成分の光を変調し、ま
た、高分子分散液晶パネル５４ｃ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。

【００３６】また、（図５）において投写レンズ系をこ
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映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。

【００３７】また、（図５）においては光は対向電極基
板１１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１２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。

【００３８】さらに、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。

【００３９】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ことに限定するものでもな
い。例えば、（図２）に示すように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
像を投映するテレビでもよい。

【００４０】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
金属物質で反射電極にすればよい。反射型パネルを用い
て投写型テレビを構成する場合は（図６）のごとく構成
すればよい。

【００４１】また、本発明の回折格子１５の屈折率を液
晶１８のオン状態の屈折率と一致させるとしたが、これ
に限定するものではなく、たとえば、オン状態での液晶
１８の屈折率と回折格子１５の屈折率を一致させてもよ
い。この場合、オン状態で回折格子１５が生成され、オ
フ状態では消滅するようになるが、同様の効果が得られ
る。

【００４２】さらに、（図５）または（図６）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７）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
にして用いる。投写光源７３から発した投写光は、コン
デンサレンズ７４でミラー７２に集束される。集光光は
ミラー７２で反射され、シュリーレンレンズ７５で平行
光線となって本発明の液晶パネル７６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７５により拡大されてスクリー
ン７１に投映される。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、７２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７
１に投映される。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７５でスクリーン
に投映するとしたが、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。

【００４３】

【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、液晶パネル内に本発明の液晶パネルの製
造方法を用いて回折格子を形成しているため、その液晶
層での散乱効果と回折効果により、液晶のオフ状態での
光の直進透過量を大幅に小さくすることができる。逆に
液晶がオン状態では回折格子は消滅するので、入射光は
そのまま直進する。従って、コントラストは１００以上
を達成でき、階調表示特性が非常に良好な高品位画像表
示を実現できる。

【００４４】また、回折格子は液晶層と同一材料で形成
するため、対向電極上に形成しても対向電極と画素電極
間への印加電圧が十分液晶層に印加され、低電圧駆動が
可能である。また、回折格子上に対向電極を形成する場
合は、対向電極の抵抗値ムラ等が発生しやすかったが、
対向電極上に回折格子を形成すれば、その問題も生じ
ず、製造歩留まにが向上する。

【００４５】また、本発明の液晶パネルの製造方法によ
り回折格子と土手１６を同時にかつ容易に形成できる。
したがって、所定液晶膜厚を得るためのビース散布およ
びその工程が不要となり、製造コストを軽減できる。ま
た、画素ごとに回折格子１５の高さを容易に変化させて
形成できるため、変調する波長に最適な状態を得ること
が出来る。

【００４６】本発明の液晶投写型テレビでは、本発明の
液晶パネルを用いているために、画質の高輝度化および
高コントラスト表示を実現できる。さらに、本発明の液
晶投写型テレビではＲ・Ｇ・Ｂの波長それぞれに対応し
て、水滴状液晶の平均粒径または孔子径を変化させるこ
と、または、回折格子の高さ等を変化させることによ
り、それぞれの波長でのコントラストを大幅に改善して
おり、高品位映像表示を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における液晶パネルの断面図
である。

【図２】本発明の一実施例における液晶パネルの断面図
である。

【図３】本発明の液晶パネルの製造方法の説明図であ
る。

【図４】本発明の液晶パネルの製造方法に用いる製造部
品の説明図である。

【図５】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】液晶パネルの外観図である。

【図８】液晶パネルの等価回路図である。

【図９】従来の液晶パネルの断面図である。

【図１０】従来の液晶投写型テレビの構成図である。

【図１１】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】

１１，１１６対向電極基板１２，１１１アレイ基板１３，１１２画素電極１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ回折格子１７，９５，１１３対向電極１８高分子分散液晶１９ＴＦＴ３１樹脂３２型板５４ａ，５４ｂ，５４ｃ高分子分散液晶パネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃアパーチャ６１スクリーン７４コンデンサレンズ７５シュリーレンレンズ９４ＴＮ液晶１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃＴＮ液晶パネル１１４水滴状液晶１１５ポリマー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｂ 33/12 7316−2ＫＨ０４Ｎ 5/74 Ｅ 7205−5Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が光透過性を有する第１
の電極基板と第２の電極基板間に高分子分散液晶が狭持
され、かつ前記第１の電極基板と第２の電極基板のうち
少なくとも一方で高分子分散液晶層と相対する面に回折
機能を有する突起が形成され、かつ前記突起が液晶を含
有する樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とす
る液晶パネル。
【請求項２】回折機能を有する突起の屈折率が、高分
子分散液晶の樹脂材料の屈折率と液晶層が散乱状態であ
る時の屈折率のうち一方の屈折率と略一致していること
を特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
【請求項３】対向電極上に液晶を含有する樹脂を塗布
する第１の工程と、前記樹脂上に凹部を有する基板もし
くはフィルムを密着させ、磁場を印加するとともに加熱
手段と光照射手段のうち少なくとも一方の手段を用いて
前記樹脂と硬化させる第２の工程と、前記凹部を有する
基板もしくはフィルムを剥離し、対向電極基板と画素電
極が形成された画素電極基板とを所定間隔あけて保持
し、前記対向電極基板と画素電極基板との間に液晶を含
有する樹脂を注入する第３の工程と、加熱手段と光照射
手段のうち少なくとも一方の手段を用いて前記液晶を含
有する樹脂を硬化させる第４の工程を行なうことを特徴
とする液晶パネルの製造方法。
【請求項４】樹脂は紫外線硬化樹脂であることを特徴
とする請求項３記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項５】請求項１記載の液晶パネルと、光発生手
段と、前記光発生手段が発生した光を前記液晶パネルに
導く第１の光学要素部品と、前記液晶パネルで変調され
た光を投映する第２の光学要素部品を具備することを特
徴とする液晶投写型テレビ。
【請求項６】光発生手段が発生する光は色フィルタで
青色光、緑色光および赤色光の３つの所定範囲の波長の
光に分割され、かつ、液晶パネルは前記３つの所定範囲
の波長の光のうち少なくとも１つに対して配置されてい
ることを特徴とする請求項５記載の液晶投写型テレビ。
【請求項７】色フィルタはダイクロイックミラーであ
ることを特徴とする請求項６記載の液晶投写型テレビ。
【請求項８】青色光を変調する液晶パネルの光学像
と、緑色光を変調する液晶パネルの光学像と、赤色光を
変調する液晶パネルの光学像とが光学要素部品により、
スクリーンの同一位置に投映されることを特徴とする請
求項８記載の液晶投写型テレビ。