JPH08304833A

JPH08304833A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08304833A
Application number: JP11334295A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Nakamura; 弘喜中村; Takafumi Nakamura; 貴文中村; Chihiro Hamamoto; 千尋濱元
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1995-05-11
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】表示品位の良好な高分子分散型液晶表示装置
およびその製造方法を提供する。【構成】ＰＤＬＣプロジェクタ６０１によってスクリ
ーン６０２上に投射された映像画面内における非透明ス
ペーサ８の投射映像の、観察者６０４の目に対する視認
性を、人間工学的な観点から種々検討して、投射映像内
で表示品位の劣化とは実際上ならないように、そのスペ
ーサ８の材質、配置位置、配置個数、配置密度等を設定
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＲＴ表示装置よりも小型で軽量なフラ
ットパネルディスプレイデバイスとして、液晶表示装置
やプラズマ発光型表示装置等が注目されている。これら
の表示装置は自ら光を発して表示を行なう自発光型と、
光源を別に持ち表示素子そのものは光の透過率を制御し
て表示を行なう非発光の透過率制御型とに大別できる。
次世代の表示装置の本命として各種の分野で広く実用化
が進む液晶表示装置は、後者の透過率制御型の代表的な
ものである。また、大画面を表示するものとして投射型
液晶表示装置が知られている。これは、ランプの光を液
晶パネルに集光して入射させ、その透過光または反射光
を投射レンズによりスクリーンに対して投射して大画面
サイズに画像を表示するものである。液晶パネルは、光
の強度を 2次元的に変調することができるので、先の透
過光を変調し光学系によりそれを拡大投射して大画面サ
イズの投射画像を得ることができる。

【０００３】このように液晶表示装置には多種類がある
が、ツイステッドネマティック型液晶等に代表されるよ
うに、その動作原理は液晶層における光の複屈折性また
は旋光性と偏光板の線偏光性とを用いることにより、表
示パネルの観察面側に出射される光を制御して表示を行
なうという動作原理を採用したものが殆どである。

【０００４】しかしながら、このような液晶層における
光の複屈折性または旋光性と偏光板の線偏光性とを用い
る方式の液晶表示装置は、偏光板を用いているために、
この偏光板で動作原理的に光源からの光の約 1／ 2が損
失する。そのため、光源光の利用効率が低いという問題
がある。その結果、画面の輝度が低くなるという問題
や、高輝度の表示を行なうために強力な光源を用いるこ
とで消費電力の増大や発熱などの問題が生じる。

【０００５】これに対して、出射光線の方向（あるいは
散乱／透過）を制御する方式の液晶表示装置は、偏光板
が不要であることから、光源からの光の利用効率を上げ
ることができる。そのような方式の液晶表示装置のなか
でも、高分子分散型液晶表示装置は、高分子樹脂と液晶
とを、そのそれぞれが別の相として混在させたものであ
る。つまり混合によりいずれかが他方に溶解されるので
はなく、いずれか一方の中に他方が分散的に保持された
もので、例えば高分子樹脂相における連続状または多数
のカプセル状の空隙中に液晶相としてＴＮ液晶のような
液晶組成物が分散保持されているといった形態のもので
ある。

【０００６】このような高分子分散型液晶表示装置は、
上記のような光源から供給される光の利用効率を上げる
ことができる液晶表示装置の中で特に有望なものとして
考えられている。このような高分子分散型液晶層が間隙
を有して対向配置された 2枚の透明電極間に充填されて
用いられている。

【０００７】このような高分子分散型液晶表示装置にお
いては、 2枚の透明電極間に電圧を印加しない状態で
は、高分子分散型液晶は透過する光を散乱させるので、
画面は乳白色に観察される。これに対して、液晶駆動電
圧を 2枚の透明電極どうしの間に印加すると、その電圧
に応じて高分子分散型液晶層が透明化して光が散乱しな
くなり、画面は高い輝度に観察される。

【０００８】このように、高分子分散型液晶は光の散乱
／非散乱を制御する素子である。これと散乱光のみを取
り出す光学系、または非散乱光のみを取り出す光学系と
を組み合わせることにより、液晶層での光の散乱性の制
御を光強度（画面での輝度）の制御に変換することがで
きるので、この動作原理を用いることにより、偏光板が
不要で光源光の利用効率も高い高輝度な表示が可能な液
晶表示装置を実現することができるはずである。従っ
て、このような特長を有する高分子分散型液晶をアクテ
ィブマトリックス型の投射型液晶表示装置に適用して、
明るい映像を実現できる液晶プロジェクタを達成しよう
という研究・開発が行なわれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高分子
分散型液晶においては一般に、十分な光散乱性能（コン
トラスト比）を得るためにはツイストネマティク（Ｔ
Ｎ）型の液晶セルの場合のセル厚 4〜5 μｍと比べてセ
ル厚を厚くする必要がある。

【００１０】たとえば、透過型の高分子分散型液晶セル
の場合は一般に 10 〜 20 μｍの厚さが必要である。そ
のため、セル厚を制御するためのスペーサの直径も大き
くする必要がある。しかしこの場合、プロジェクタとし
て映像を拡大投射すると、その大きな径のスペーサも拡
大投射されるため、映像品位が著しく低下するという問
題が生じる。

【００１１】従来の高分子分散型液晶装置の一例とし
て、図１２を参照しながら、上記の問題発生について考
える。高分子分散型液晶パネル１９０１は、電圧が印加
されない状態では、入射光１１が例えば図１２に矢線１
９０２に示すような方向に散乱されて黒表示を示す。こ
のとき、スペーサとして白スペーサ（透明性材料からな
るスペーサ）１０を用いると、このスペーサ１０の存在
している領域は光の散乱には寄与しないために、この部
分で光１１が透過して、同図に示す如く透過光１２とし
て表示側に出射され、さらにスクリーン上に投射されて
投射像１９０３となり、これがあたかも輝点欠陥の如く
黒背景の投射画面１９０４上で観察されてしまうという
問題がある。

【００１２】実際上、現在主流である 3板式液晶プロジ
ェクタで黒表示を行なった場合には、映像画面内に黒地
に各 3原色に対応する補色の色輝点（緑、青、赤）が表
示されたように観測されてしまう。

【００１３】そこで、上記の白スペーサではなく黒色系
のスペーサを用いる方策を、我々はまず検討した。

【００１４】しかしながら、この場合には、電圧を印加
して白表示を行なう際に、今度は白地の映像画面内に各
色の輝点が発生するという問題がある。

【００１５】この現象は、例えば 3板式液晶プロジェク
タにおいてその 3枚の液晶パネルの各画素のスペーサの
有無および位置を正確に制御することが困難であるため
に、特に顕著なものとなる。

【００１６】人間工学的には、一般に黒地に各色輝点が
ある場合の方が、白地に各色輝点がある場合よりも視認
性が低いが、この場合も拡大投射する液晶プロジェクタ
においてはやはりスペーサが映像と共に拡大されるの
で、著しく目立つ点欠陥のように観察されるという問題
がある。

【００１７】その上、通常のスペーサ散布方式ではスペ
ーサ塊の発生を完全に無くすことは実際上不可能である
ために、映像品位の劣化は更に顕著になる。

【００１８】即ち、プロジェクション用液晶表示装置の
液晶セルの画素サイズは、装置としての小型化を図るた
めに 100μｍ以下が一般的であり、その画素の開口部の
大きさはさらに小さいので、前述のような大きさのスペ
ーサが複数個存在すると、そのプロジェクション用液晶
表示装置によって映写される映像の品位はさらに顕著に
劣化したものとして観測されることとなる。

【００１９】本発明は、このような課題に対処するため
に成されたもので、表示品位の良好な高分子分散型の液
晶表示装置を提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、第１に、基板上に各画素位置ごとに形成された画素
電極と、該画素電極に接続されたスイッチング素子とが
配設されたスイッチング素子アレイ基板と、該スイッチ
ング素子アレイ基板に対向配置されて前記画素電極と対
向する対向電極が形成された対向基板と、前記スイッチ
ング素子アレイ基板と前記対向基板との間に介挿され該
両基板の対向する表面どうしの間隙を保持するスペーサ
と、前記基板どうしの間の前記間隙に挟持される高分子
分散型液晶層とを備えた液晶表示パネルと、該液晶表示
パネルに光を供給する光源と、前記光源から供給されて
前記液晶表示パネルを通って出射してきた光を前記液晶
表示パネルから距離を隔てたスクリーン上に投射する拡
大投射光学系と、を備えた投射方式の液晶表示装置にお
いて、前記スペーサとして、透過率0.01％以上16％以下
の非透明スペーサを具備することを特徴としている。

【００２１】また、上記の投射方式の液晶表示装置にお
いて、前記スクリーン上に投射された映像画面内におけ
る、前記非透明スペーサの映像の存在密度が、局所的に
も34個／ｍｍ²を越えない個数密度に散布されたことを
特徴としている。

【００２２】また、上記の投射方式の液晶表示装置にお
いて、前記スクリーン上に投射された映像の画面内にお
ける、前記非透明スペーサの映像の存在個数が、前記画
面内の全画素について 1画素内につき 3個以下であると
を特徴としている。

【００２３】また、上記の投射方式の液晶表示装置にお
いて、液晶表示パネルにおける任意の 2つの隣り合う画
素どうしで一方の画素の開口部に少なくとも 1個は前記
非透明スペーサが存在しているとき他方の画素の開口部
には前記非透明スペーサが存在しないように、前記非透
明スペーサが配置されていることを特徴としている。ま
た、上記の投射方式の液晶表示装置において、 1画素中
に前記非透明スペーサが 4個以上存在することなく非透
明スペーサが散布されていることを特徴としている。

【００２４】また、上記の投射方式の液晶表示装置にお
いて、画素の開口部に前記非透明スペーサが 1個でも配
置されたある一つの画素に対して隣り合った画素の開口
部には前記非透明スペーサが存在しないように、前記非
透明スペーサが散布されていることを特徴としている。

【００２５】

【作用】本発明の液晶表示装置においては、その表示あ
るいは映像の画面内におけるスペーサの映像あるいは輝
点の視認性を、人間工学的な観点から検討し、投射映像
あるいは表示画像内で、表示品位の劣化とは実際上なら
ないように、そのスペーサの材質、配置位置、配置個
数、配置密度等を設定している。

【００２６】まず本発明の液晶表示装置に関して、その
スペーサの種類、寸法、個数およびセルギャップの関係
が、映像（表示）品質に及ぼす影響についてさらに個別
にその作用およびそれにより得られる効果を述べる。ス
ペーサによるざらつき問題については、以下のように判
断される。

【００２７】人間工学的に、黒地に白点がある場合の視
認角度は0.17分程度で、その逆つまり白地に黒点がある
場合の視認角度は 0.5分程度であるとされている（O Pl
us ENo, 111 p131 1989年 2月）。この場合、視認角度
が小さいほど見えやすいことを意味し、白地に黒点の方
が見えにくい、つまり観察者の眼には目立たない。

【００２８】本発明に係る投射型の液晶表示装置におい
ては、非透明スペーサを用いることにより、高分子分散
型液晶を用いた液晶プロジェクタにおいても、透明スペ
ーサを用いた場合のような光抜けに起因した投射映像の
輝点欠陥の視認性を低減させることができる。

【００２９】またそれとともに、本発明においては、非
透明スペーサの散布ムラやスペーサ塊（複数のスペーサ
どうしが団塊状に集合した状態）の発生に起因したシミ
状の輝度ムラを目立たなくするための、非透明スペーサ
の散布密度の好適条件や 1画素中のスペーサの存在個数
の好適条件やスペーサ塊の存在個数の好適条件を、我々
は人間工学的な見地からの種々の実験によって見出し
た。そしてその条件に則して非透明スペーサを配置する
ことで、それらがスクリーン上に拡大投影されたときに
も、観測者（つまり本発明に係る投射型液晶表示装置の
ユーザなど）の目にとって人間工学的にほとんど視認さ
れないような状態にすることができる。

【００３０】即ち、スペーサとして、透過率0.01％以上
16％以下の非透明スペーサを用いること、スクリーン上
に投射された映像画面内における、非透明スペーサの映
像の存在密度が、局所的にも34個／ｍｍ²を越えない個
数密度で散布されたものとして見えること、非透明スペ
ーサの映像の存在個数が、前記画面内の全画素について
1画素内につき 3個以下であること、液晶表示パネルに
おける任意の 2つの隣り合う画素どうしで一方の画素の
開口部に少なくとも 1個は非透明スペーサが存在してい
るとき他方の画素の開口部には非透明スペーサは存在し
ないように、非透明スペーサが配置されていること、 1
画素中に前記非透明スペーサが 4個以上存在することな
く非透明スペーサが散布されていること、画素の開口部
に非透明スペーサが 1個でも配置されたある一つの画素
に対して隣り合った画素の開口部には非透明スペーサが
存在しないように、非透明スペーサが散布されているこ
と、といった本発明に係る手段のうちいずれか一つある
いはそれらの組み合わせによって、スクリーン上に拡大
投影された画像において、非透明スペーサが観測者の目
にとって人間工学的にほとんど視認されないような状態
を実現することができる。

【００３１】上記のように本発明の液晶表示装置は大画
面において特に視認特性が著しく効果的に向上するた
め、本発明は投射型の液晶表示装置において特に極めて
好適な技術である。

【００３２】

【実施例】以下、本発明に係る液晶表示装置およびその
製造方法の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００３３】（実施例１）図１は、本発明に係る第１の
実施例の高分子分散型の液晶表示装置における、特に液
晶表示パネル部分の構造を示す図である。

【００３４】ガラス基板７ａ上にＣｒ（クロム）膜をス
パッタ成膜し、表示に係る画素開口部をエッチングによ
り開口して遮光層６を形成する。その上に透明導電膜で
あるＩＴＯを成膜して対向電極５を形成する。

【００３５】そして、非透明スペーサ８として積水化学
工業社製の直径14μｍのミクロパールＢＢＤを、静電散
布方式のスペーサ装置を用いて、散布密度 100個／ｍｍ
²で散布した。

【００３６】そしてこのとき、非透明スペーサ８の代り
に透明なスペーサを用いて上記と同様に散布したもの
も、上記とは別に作製し、これを後に比較例として用い
ることにした。

【００３７】一方、アレイ基板１はガラス基板１ａ上に
ｐ−ＳｉＴＦＴ２および映像信号電圧を印加するための
信号配線（図示省略）、ｐ−ＳｉＴＦＴ２のゲートにゲ
ート電圧を印加する走査配線（図示省略）、および透明
電極をエッチングによりパターニングしてなる画素電極
３を形成してその主要部を作製する。

【００３８】このｐ−ＳｉＴＦＴは、前記の第１の実施
例と同様にして形成することができる。そしてこのｐ−
ＳｉＴＦＴに接続される画素電極を、各画素部語とに配
設して、アレイ基板１を作製した。

【００３９】そして、本発明に係る高分子分散型液晶表
示装置の液晶表示パネル部分の組み立ておよび液晶層の
形成は、つぎのようにして行なった。アレイ基板１の表
示部の周囲に液晶注入を行なうための対角方向に配置さ
れる幅 3ｍｍの注入口および注出口（図示省略）を除い
てスクリーン印刷法により接着用シール剤（図示省略）
を印刷形成した。この接着用シール剤は、熱硬化型のエ
ポキシ系接着剤中に直径14μｍのガラスファイバを 9重
量％混入したものを用いた。

【００４０】そして 2枚の基板１、７それぞれを対向さ
せ加熱することによりエポキシ系接着剤を硬化させ空セ
ル状態の液晶表示パネルを作製する。

【００４１】次に液晶（ＢＨＤ社製Ｅ−８）と光硬化性
組成物としてアクリル系モノマーおよび光硬化開始剤
（メルク社製）とを重量比65：35の割合で混合した混合
物を空セル内に注入する。注入方法としては減圧または
加圧注入法のいずれでもよい。液晶４１と光硬化性組成
物４２の注入が終了した後、紫外線ランプにより硬化さ
せて高分子分散型の液晶層４を形成した（このように液
晶相４は高分子相４１と液晶相４２とで形成されてい
る）。

【００４２】このような概要構造の、非透明スペーサ８
を用いた液晶表示パネルを光学系に組み込んだ投射型の
液晶表示装置と、これとは別の従来の透明スペーサを用
いた従来の方式の投射型の液晶表示装置とを用意し、両
者の投射映像の視認性を評価・考察した。

【００４３】図２に示すように、実験室内に、本発明に
係る上記のような高分子分散型の液晶表示パネルを用い
た投射型の液晶表示装置（ＰＤＬＣプロジェクタ）６０
１と、これに実用的な距離を隔てて対角 100インチのス
クリーン６０２を配置し、環境光として室内照明６０３
の照明光をスクリーン６０２に照射させながら、そのス
クリーン６０２上にＰＤＬＣプロジェクタ６０１から投
射される映像を観察者６０４が観測してその表示品質を
評価するように設定した。

【００４４】ＰＤＬＣプロジェクタ６０１は、対角 3.1
インチ、画素サイズ98μｍ角、画素数 640× 480のＶＧ
Ａ液晶表示パネルの 3板式で、 250Ｗのメタルハライド
ランプを光源として用いたものである。またスクリーン
６０２は、垂直方向のゲインが 3程度のものを用いた。

【００４５】照明装置は実験室の明るさをスクリーン上
の輝度で 1ｃｄ／ｍ²から 300ｃｄ／ｍ²まで変化させ
ることが可能で、この明るさは、一般的な建築物内の会
議室のような室内における最小〜最大の典型的な明るさ
の範囲に該当する。

【００４６】観察者６０４としては、12人の成人男女に
より構成し、このときの観察者の平均視力は1.25であっ
た。

【００４７】そして評価対象であるスペーサの投射像が
視認できなくなる位置からスクリーン６０２までの距離
を観察限界距離６０５として定義し、12人の観察者６０
４の観察限界距離６０５の平均を取り、後述するような
評価項目ごとの評価・比較を行なった。スペーサの視認
性としては、 3板式の液晶プロジェクタの場合、緑用の
液晶パネル中のスペーサが一番視認されやすいため、以
下の測定は緑用のパネル中のスペーサの視認性を調べ
た。

【００４８】図３は、その結果を示す図である。同図に
おいて、縦軸には投射スクリーンサイズを、横軸には観
察限界距離６０５をとっており、非透明スペーサと透明
スペーサとで、それぞれ各プロット点は観察限界距離６
０５の変化を示している。

【００４９】ここで、観察限界距離６０５が長いほどス
クリーン６０２から離れてもスペーサの投射像がよく視
認されてしまうことを示している。透明スペーサは視認
性が問題となる黒（暗）表示の画面で、また逆に非透明
スペーサは視認性が問題となる白（明）表示の画面で、
それぞれ実験・評価を行なった。

【００５０】この図３から、非透明スペーサは透明スペ
ーサよりも視認されにくく、その観察限界距離は 2ｍ以
下であること、また 1画素中のスペーサ個数が増大する
につれて視認されやすくなる傾向にあることが判明し
た。

【００５１】ここで、投射型の液晶表示装置により上記
のようなスクリーンサイズで投射された映像は実際上、
2ｍ以下の距離で観られることはほとんど無い。従っ
て、非透明スペーサを用いることで、投射映像の色輝点
は実際上ほとんど問題ないレベルにまで解消できること
が判明した。

【００５２】しかしながら、本発明者らによるさらに詳
細な評価の結果、上記のような非透明スペーサは 1個の
非透明スペーサによる輝点として視認される場合以外
に、散布ムラやスペーサ塊が発生した場合にも投射映像
のなかでシミ状の輝度ムラとして観察されるという問題
があることが判明した。

【００５３】図４は、 1個および複数個の非透明スペー
サが団塊状になった場合の視認性の変化を、図３と同様
の座標系上にプロットしたものである。同図から、 1個
の場合よりも複数個が団塊状になった場合の方がシミ状
ムラとして視認されやすいことが判る。また、このよう
な団塊状の非透明スペーサに起因したシミ状ムラは、非
透明スペーサ 1個の場合よりも遠い位置から視認されは
じめ、ある距離以上になると視認されにくくなるという
ことが判る。

【００５４】さらに、このシミ状のムラは、図５に示す
ように、投射映像を観る部屋の明るさ、即ちスクリーン
６０２上に照射されている環境照明の明るさにも大きく
左右され、部屋の明るさが明るくなるほどその視認性が
低減するということが判明した。

【００５５】図５においては、縦軸に視認率として、全
観察者のうちのシミ状ムラが視認できた観察者の割合を
％で取ってある。例えば、室内照明６０３から照射され
る照明光スクリーン上の輝度が 300ｃｄ／ｍ²の場合に
は、約 2ｍの距離までは誰も視認した観察者はおらず、
その割合（つまり視認率）は 0％である。そしてスクリ
ーン６０２からの観察者６０４の距離が 2ｍ以上 4ｍ未
満の間は視認率は32％となり、距離が 4ｍ以上になると
誰も視認できなくなって視認率は再び 0％となる。

【００５６】そして、このときのシミ状ムラは、非透明
スペーサの散布密度が高い場合、およびスペーサ塊が多
く発生している場合に、より顕著になることが、スペー
サ塊の個数や散布密度を変えて行なった後述するような
詳細な実験・検討から明らかになった。従って、たとえ
視認性の低い非透明スペーサを用いても、その散布密度
やスペーサ塊を制御しなければ、スペーサに起因したシ
ミ状ムラを十分に解消したことにはならないことが判っ
た。

【００５７】ここで、シミ状の輝度ムラとスペーサの散
布密度との相関関係を明らかにするために、ムラの視認
される領域の画素中のスペーサの個数と、ムラと視認さ
れない領域のそれとを比較した。

【００５８】この実験は、12人の観察者で行なった。観
察距離としては前記の観察限界距離の実験などから判明
した最もムラが顕著に観察される距離である 3ｍとし
た。周囲輝度についても、最もムラが顕著に観察される
1ｃｄ／ｍ²で一単位として 100個の画素を選択し、 1
画素中のスペーサ数を横軸にとり、開口部にスペーサが
存在した画素数を縦軸にとった。

【００５９】結果としては、図６に示すように、ムラの
ある領域の方が、 1画素中に 4個以上スペーサが重複し
た画素が存在することが多い傾向にある。この実験の結
果、ムラが視認される領域では 1画素中のスペーサ数が
4個以上あり、ムラが視認されなかった領域では 1画素
中のスペーサ数は最高 3個であった。

【００６０】ただしここで、 1画素中にスペーサが 1個
でもその画素に対して左右、上下および斜め方向の任意
の隣接している画素のいずれかに 1個でもスペーサが存
在している場合でも、前記のスペーサ塊や 4個以上のス
ペーサの集団と同様にシミ状ムラとして観察されてしま
うことも判明した。また、このような複数の画素を跨っ
て連続的な映像として視認されるシミ状ムラとしては、
上記以外の場合には見受けられ無かった。つまり、 1つ
の画素に隣接する画素を越えてスペーサが存在している
（つまり任意の隣接画素にはスペーサが無く、この任意
の隣接画素のスペーサが存在する画素よりも遠い位置に
隣接する画素にスペーサが存在している）場合には、シ
ミ状ムラは視認され無かった。

【００６１】従って、 1画素中のスペーサ数が 3個以下
であるとき、そして一つの画素に対して左右、上下およ
び斜め方向の任意の方向に隣接する画素にはスペーサが
存在しないときに、シミ状ムラは実際上、視認されるこ
とが無いという結論が、この実験から得られた。

【００６２】次に、視認角（θ）とシミ状ムラの視認性
との相関関係について、実験およびその結果の考察を述
べる。

【００６３】まず視認角（θ）の定義としては、スクリ
ーン上に投射されたスペーサの直径Φｓと観察距離Ｌｓ
との関係式として下記のように表現できる。即ち、 θ＝ａｒｃｔａｎ（Φｓ／Ｌｓ）前記の図２、図３に示した投射サイズ 100インチの場合
の非透明スペーサ 1個の視認角θは約 1.6分となる。一
方、透明スペーサの場合は約 0.4分である。ここで、視
認角が小さいということは、離れていても視認されやす
いことを意味している。この実験により得られた視認角
が文献値よりも大きかったのは、白地もしくは黒地にお
ける色輝点の視認性を調べた際のデータであったことが
原因であると推定される。

【００６４】上記の各場合のシミ状ムラは、同じ散布密
度でも、さらに詳細にはそのスペーサ塊の状態やスペー
サどうしの集合（配置）の状態が種々異なっているの
で、その投射像の視認角もある幅を有してばらつきがあ
ることが考えられる。このため、観察距離に大きなばら
つき（幅）が存在することになるものと考えられる。例
えば投射サイズが50インチから 100インチと、 2倍のサ
イズになった場合、シミ状ムラとして観察される距離と
観察されなくなる距離は、それぞれ 2倍となっている。
つまり、スクリーン上への投射映像のサイズが 2倍とな
った場合（換言すれば、投射倍率が 2倍となった場合）
には、スペーサの投射映像も直径が 2倍となり、その観
察限界距離も 2倍となっているものと考えられる。

【００６５】以上の実験・考察の結果を踏まえてスペー
サを散布したＶＧＡ液晶表示パネルと投射光学系とを組
み合わせて、本発明に係る第１の実施例の液晶表示装置
を作製した。そのスペーサの散布密度が、画素の開口部
に存在するスペーサ密度として 1画素あたり 3個以下と
なるようにし、かつスペーサ塊が発生しないように散布
して、投射像でのスペーサ個数密度を34個／ｍｍ²以下
となるようにした。ここで、上記の開口部に存在するス
ペーサの投射像の個数密度が34個／ｍｍ²以下とは、一
つの画素を中心としてその上下・左右・斜めで、縦 3×
横 3の合計 9画素を一組とする領域、すなわち本実施例
で用いた98μｍ角の画素を有する液晶表示装置の画素 9
個分の面積（0.0864ｍｍ²）において中心の画素の開口
部には 3個のスペーサが存在するが、他の画素の開口部
にはスペーサが存在しない、という状態の場合である。

【００６６】即ち、中心の画素に 3個のスペーサが存在
しその他の周囲の 8個の画素にはスペーサが存在しな
い、という状態の場合の値である。ただし、この散布密
度はさらに小さい方がさらに好ましい。ここで、34個／
ｍｍ²以下というスペーサ密度は、上記の説明からも明
らかなように、平均値ではなく、局所的にも画面のどの
場所に置いても成り立っていなければならないものであ
ることは言うまでもない。このとき観察者にとって殆ど
全くシミ状スペーサは視認されなかった。

【００６７】また、散布密度を上記のように設定するこ
とも重要ではあるが、それ以前の問題としてスペーサ塊
が発生しないようにすることが必要であることは言うま
でもない。

【００６８】また、上記のようなスペーサの好適な配置
状態は、スペーサの直径によっても変化するようにも実
験前には考えられたが、実際は高分子分散型液晶セルの
場合には一般にセルギャップ（換言すれば液晶層の厚
さ）が10〜20μｍと厚いので、個々のスペーサの投射像
自体の視認性は極めて低く、これと比較して複数のスペ
ーサどうしの集合状態や塊状態の方がシミ状スペーサの
発生に大きく影響することが判明している。従って、上
記の実験で想定したような一般的な使用条件下での利用
時にはスペーサ自体の直径の違いはほとんど無視して良
い。

【００６９】次に、非透明スペーサの透過率の許容値に
ついて実験・考察した。ただしここで、スペーサの透過
率を任意に設定することは実際上は不可能である。そこ
で、相対的にスペーサの投射像の背景としての映像全体
の輝度を変化させたときの、スペーサの視認性を調べ
た。その結果を図７，８に示す。またこのときの視認角
θの計算式は下記の通りである。なお、この式はJ, Op
t.Soc.Am vol，36，ｐ 624(1946)の文献値より、本発
明者らが独自に導き出したものである。即ち、 log（θ）＝−0.04｛ log（3.426 ・Ｂo ）｝²− 0.21
8 log（3.426 ・Ｂo ）−0.512 log Ｃ−0.059 ただし、Ｃ：｜Ｂs −Ｂo ｜／Ｂo （10⁻²＜Ｃ＜10³）Ｂo ：映像投射時の背景輝度Ｂs ：映像投射時に視認されたスペーサの投射像の輝度であり、このとき 3.426×10^-1［ｃｄ／ｍ²］＜Ｂs 、Ｂo ＜ 3.426×10
³［ｃｄ／ｍ²］図７は、 1個／画素の透明スペーサの視認角が、環境明
るさに対する依存性を有していることを示している。つ
まり背景輝度に依存して透明スペーサの視認角が変化す
ることを示している。そしてこの図からも判るように、
実測値と計算値とは良好な一致を示している。

【００７０】図８は、 1個／画素の非透明スペーサの視
認性の背景輝度に対する依存性についての、計算結果お
よび実測結果を示す図である。この図８から、非透明ス
ペーサの場合にはその視認性は、計算上は倍以上に変化
するはずだが、実測結果は背景輝度に対する依存性が低
く、背景輝度を変化させても殆ど視認性は変化しないこ
とが判明した。これは、本実験のみならず一般に、液晶
表示パネルにはいわゆるブラックマトリックスと呼ばれ
る各画素開口部の周囲の非画素部を覆う規則的格子状パ
ターンの遮光膜が配設されており、非透明スペーサが目
立って視認される条件である白表示（明背景表示）時に
は、その遮光膜の中に存在するスペーサによる色輝点は
人間の目にとってはその空間周波数特性の点で判別が困
難となり、計算値よりも実際上の視認角が大きくなっ
て、背景輝度に対しての依存性が大幅に低下するためと
考えられる。

【００７１】次に、上記の計算式を用いて、白表示状状
態および黒表示状態でスペーサの透過率を変化させた場
合の視認角を、上記と同様に相対的に表示背景の輝度を
変化させて（厳密には近似的に）計算した。その結果を
図１１に示す。同図に明らかなように、黒表示時にはス
ペーサの透過率が低減するに従って視認角は増大し、特
定の透過率で最大値となり、さらに透過率が低くなると
再び視認角は低下する。前記の特定の透過率とは、スペ
ーサが存在していないときの高分子分散型液晶層の散乱
特性による液晶表示パネルの黒表示時の透過率と一致し
ており、高分子分散型液晶層のセル厚やシュリーレン光
学系のような投射光学系における絞り角などに依存す
る。今回実験に用いた光学系は集光角を 8度と大きく設
定したために、コントラストが低く相対最低透過率とし
ては 5％程度であり、スペーサの透過率が 5％程度で視
認角は最大となり、 1〜10％であればその投射像は十分
に目立たなくすることができることがわかる。これは、
スペーサ領域の透過率と液晶層自体の透過率とが等しく
なる際が最も視認されにくくなることを意味している。
そして、白表示時でも非透明スペーサの透過率が16％以
下であれば、その視認角は 0.5分以上となり、観察距離
としては 3ｍ以下となることも判明した。なお図１１に
おける黒表示時の計算上の値は低いが、実際には非透明
スペーサの透過率が 1％以下であれば、そのときの視認
角は 100秒程度はあるものと考えられる。

【００７２】さらには、非透明スペーサの透過率は0.01
％（ logＴ＝−2 ）以上でもよく、必要以上に非透明に
はしなくともよい。換言すれば、0.01％よりも小さくす
ると高分子分散型液晶のコントラストが 200： 1〜10：
1程度、透過率で言うと 0.5〜10％であるために、逆に
例えばシミ状ムラ等が見えやすくなるので、必要以上に
透過率を下げることにも問題がある。

【００７３】なお、スペーサの透過率を任意に設定する
ことは上記の如く困難ではあるが、現在市販されている
非透明スペーサの製法は、染料もしくは顔料をスペーサ
中に含浸させるかまたは表面にコーティングするという
方法が用いられている。従って、スペーサの透過率を制
御するためには、材料の吸収係数を考慮しつつ、含浸さ
せる染料もしくは顔料の濃度を制御するか、もしくはコ
ーティングする膜厚を制御すれば、その実現の可能性も
あると考えられる。

【００７４】以上の結果、非透明スペーサとしての透過
率が0.01％以上16％以下であれば、視認性が十分に低い
視認角となり、白表示時でも黒表示時でも実用上十分に
効果的にシミ状ムラを解消して、良好な映像品質の投射
を行なうことができる。

【００７５】このような本実施例の投射型液晶表示装置
を用いて、評価試験用パターンをスクリーンに投射し、
その映像品質を観察・評価した。その結果、 2ｍ以上の
観察距離では非透明スペーサに起因したシミ状ムラは視
認されなかった。また輝度ムラのない均一で高品位な映
像が実現できることが確認できた。

【００７６】（実施例２）第１の実施例の液晶表示装置
において、スペーサを遮光部分に選択的に配置した後、
その位置にスペーサを紫外線照射および加熱により固定
する製造工程の概要を、さらに詳細にこの第２の実施例
で述べる。図９は、そのスペーサを固定する工程を示す
図である。

【００７７】第１の実施例の液晶表示装置の製造方法に
おいて、光硬化性と熱可塑性とを併せ持ったアクリル系
の合成樹脂９を被覆させた黒スペーサ８を、遮光層６上
に 100個／ｍｍ²の散布密度となるように散布法により
配置した（図９（ａ））。なお、この黒スペーサ８は実
施例４等で述べた透過率が16％以下の非透明スペーサで
も良いことは言うまでもない。

【００７８】続いて、ガラス基板７ａの裏面から高圧水
銀ランプにより30ｍＷの紫外線を10分間にわたって照射
して、黒スペーサ８の表面に付着していた合成樹脂９を
光硬化させる（図９（ｂ））。このとき遮光層６上に在
って遮光されている黒スペーサ８に付着している合成樹
脂９はほとんど硬化せず、開口部に在るものだけが光硬
化し、しかもこのとき光硬化性の合成樹脂９はその後の
加熱処理で熱可塑性を有しないためにほとんど接着効果
は無く、この光硬化および加熱処理の後にはこの開口部
上の黒スペーサ８は容易にブローにより吹き飛ばされう
る状態で硬化している。

【００７９】そして、90℃のオーブンで15分間にわたり
加熱し、合成樹脂９の遮光膜６上への熱固着を行なった
（図９（ｃ））。

【００８０】そして画素の開口部に存在していた黒スペ
ーサ８をブローにより除去して、図９（ｄ）に示すよう
に、画素開口部は避けて遮光層６上のみに黒スペーサ８
を配置（固着）することができる。またこのときの開口
部１５０１は避けて黒スペーサ８を配置した平面的な配
置状態を図１０（ｂ）に示す。また図１０（ａ）は、開
口部にも黒スペーサ８が散在している、ブロー前の状態
を示す図である。

【００８１】このような方法により、画素の開口部を避
けて、遮光層６あるいはＴＦＴの上に選択的に黒スペー
サ８を配置しかつこれを移動することがないように固定
することができる。

【００８２】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、発
明によれば、表示品位の良好な高分子分散型の液晶表示
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例の液晶表示装置の構
造の概要を示す図である。

【図２】本発明に係る非透明スペーサを用いた投射型の
液晶表示装置と、従来の透明スペーサを用いたそれとの
投射映像の視認性を評価する実験に用いた装置構成の概
要を示す図である。

【図３】観察限界距離の実験結果を示す図である。

【図４】1個および複数個の非透明スペーサが団塊状に
なった場合の視認性の変化の実験結果を、図７と同様の
座標系上にプロットした図である。

【図５】投射映像を観る環境の明るさとシミ状ムラの視
認性との相関を示す図である。

【図６】シミ状の輝度ムラと 1画素中のスペーサの散布
密度との相関を示す図である。

【図７】1個／画素の透明スペーサの視認角が、環境明
るさに対する依存性を有していることについての実験値
および計算値を示す図である。

【図８】非透明スペーサの透過率の視認性の背景輝度に
対する依存性およびその許容値についての実験値および
計算値を示す図である。

【図９】第２の実施例のスペーサを固定する工程を示す
図である。

【図１０】第２の実施例における、黒スペーサ８の基板
上に配置した平面的な配置状態を示す図である。

【図１１】白表示状状態および黒表示状態でスペーサの
透過率を変化させた場合の視認角の計算結果を示す図で
ある。

【図１２】従来の液晶表示装置の構造の概要を示す図で
ある。

【符号の説明】

１………アレイ基板、２………薄膜トランジスター、３
………画素電極、４………高分子分散型液晶層、５……
…対向電極、６………遮光層、７………対向基板、８…
……黒スペーサ、９………光硬化性樹脂、１０………白
スペーサ、１１………光の散乱方向の例、１２………光
の透過方向、１３………第１層間絶縁層、１４………第
２層間絶縁層、１５………保護層、１６………アレイ基
板遮光層

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に各画素位置ごとに形成された画
素電極と、該画素電極に接続されたスイッチング素子と
が配設されたスイッチング素子アレイ基板と、該スイッ
チング素子アレイ基板に対向配置されて前記画素電極と
対向する対向電極が形成された対向基板と、前記スイッ
チング素子アレイ基板と前記対向基板との間に介挿され
該両基板の対向する表面どうしの間隙を保持するスペー
サと、前記基板どうしの間の前記間隙に挟持される高分
子分散型液晶層とを備えた液晶表示パネルと、該液晶表
示パネルに光を供給する光源と、前記光源から供給され
て前記液晶表示パネルを通って出射してきた光を前記液
晶表示パネルから距離を隔てたスクリーン上に投射する
拡大投射光学系と、を備えた投射方式の液晶表示装置に
おいて、前記スペーサとして、透過率0.01％以上16％以下の非透
明スペーサを具備することを特徴とする投射方式の液晶
表示装置。
【請求項２】請求項１記載の投射方式の液晶表示装置
において、前記スクリーン上に投射された映像画面内における、前
記非透明スペーサの映像の存在密度が、局所的にも34個
／ｍｍ²を越えない個数密度に散布されたことを特徴と
する投射方式の液晶表示装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の投射方式の液晶表
示装置において、前記スクリーン上に投射された映像の画面内における、
前記非透明スペーサの映像の存在個数が、前記画面内の
全画素について 1画素内につき 3個以下であることを特
徴とする投射方式の液晶表示装置。
【請求項４】請求項１乃至３のうちいずれかに記載の
投射方式の液晶表示装置において、液晶表示パネルにおける任意の 2つの隣り合う画素どう
しで一方の画素の開口部に少なくとも 1個は前記非透明
スペーサが存在しているとき他方の画素の開口部には前
記非透明スペーサが存在しないように、前記非透明スペ
ーサが配置されていることを特徴とする投射方式の液晶
表示装置。
【請求項５】請求項１乃至４のうちいずれかに記載の
投射方式の液晶表示装置において、 1画素中に前記非透明スペーサが 4個以上存在すること
なく非透明スペーサが散布されていることを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項６】請求項１乃至５のうちいずれかに記載の
投射方式の液晶表示装置において、画素の開口部に前記非透明スペーサが 1個でも配置され
たある一つの画素に対して隣り合った画素の開口部には
前記非透明スペーサが存在しないように、前記非透明ス
ペーサが散布されていることを特徴とする液晶表示装
置。