JPH05249458A - 液晶光学素子およびそれを用いた投射型液晶光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】透過散乱型の液晶固化物複合体を挟持した反射
型の液晶光学素子を用いて、高信頼性、高コントラスト
比の投射型液晶光学装置を得る。 【構成】光源光学系からの光が入射させられる反射型の
液晶表示素子４の裏電極基板１５の裏電極１６の上また
は下に誘電体多層膜による反射膜１７を設け、また遮光
膜２０を能動素子１９に対応して設け、入射光を反射膜
１７で反射させ、投射光学系でスクリーンに画像を投射
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射型の投射型液晶光
学装置およびそれに用いる液晶光学素子に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】液晶光学素子は、当初はＤＳＭ（動的散
乱）型の液晶を用いた液晶光学素子も提案されていた
が、ＤＳＭ型では液晶中を流れる電流値が高いため、消
費電流が大きいという欠点があり、現在ではＴＮ（ツイ
ストネマチック）型液晶を用いるものが主流となってお
り、ポケットＴＶとして市場に現われている。ＴＮ型液
晶では、漏れ電流は極めて小さく、消費電力が少ないの
で、電池を電源とする用途には適している。しかし、偏
光板を用いるため表示が暗くなる欠点がある。

【０００３】さらに近年、ネマチック液晶が固化物マト
リクス中に分散保持され、電圧の印加時または非印加時
のいずれかの状態においてその固化物マトリクスの屈折
率が使用する液晶の屈折率とほぼ一致するようにされた
液晶固化物複合体を狭持してなる透過散乱型液晶光学素
子が注目されてきている。この透過散乱型液晶光学素子
は、偏光板を使用しないため、明るい表示が可能である
という利点を有している。このため、特に投射型光学装
置に使用すると、明るい投射画像が得られるため注目を
集めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この透過散乱型液晶光
学素子を、素子の片面に光反射層を形成し反射型素子と
して用いる場合、透過型素子として用いる場合に比べ光
が変調材料層を往復し作用長として２倍大きく、その結
果散乱時の散乱能が高い素子となる。したがって、この
透過散乱型液晶光学素子を反射型光学装置として用いた
場合、透過状態と散乱状態の差が顕著に生じ、透過型光
学装置の場合に比べ、高コントラスト表示が可能となり
得る。

【０００５】また、各画素毎に能動素子と蓄積容量とを
形成した場合、反射型にすることにより蓄積容量形成に
伴う画素開口率の減少がなくなり、透過型に比べて高開
口率が得られやすいと共にＴＦＴ等の能動素子の設計自
由度が一般に増す。

【０００６】しかし、反射型素子として用いる場合、素
子の裏電極基板に形成される光反射層は、画素電極を兼
ねて、一般にアルミニウム等の金属膜が用いられる。こ
のような反射電極としての金属膜は、下地材料と反応し
やすく、光学鏡面に相当する平坦面が得られにくいとい
う問題点を有している。特に、下地にＳｉＮ_x 等の絶縁
材料が用いられるＴＦＴの場合、平坦性の劣化が顕著で
ある。

【０００７】その結果、反射電極の凹凸による光の散乱
で、実効的光反射率が低下してしまうといった問題があ
った。また、アルミニウム電極膜等の金属反射膜の反射
率は９０％程度以下で、１００％に満たない部分は反射
膜で吸収され熱に変わり、素子特性を劣化させるといっ
た問題があった。さらに、反射電極表面が液晶層と反応
して、液晶層の比抵抗が劣化したり、反射電極の反射率
が低下するといった問題が生じやすかった。

【０００８】このため、投射型液晶光学装置に用いる反
射型の透過散乱型液晶光学素子の反射機能を有する裏電
極基板として、光学的反射鏡としての平坦面を有し、か
つ、光吸収の少ない高反射率性および経時変化に対する
安定性が要求されていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、明るく高コントラスト比
を有する投射型液晶光学装置およびそれに用いる液晶光
学素子を提供する。

【００１０】即ち、透明電極を有する表電極基板と裏電
極基板との間に、ネマチック液晶が固化物マトリクス中
に分散保持され、電圧の印加時または非印加時のいずれ
かの状態においてその固化物マトリクスの屈折率が使用
する液晶の屈折率とほぼ一致するようにされた液晶固化
物複合体を狭持してなる透過散乱型の動作モードを有
し、裏電極基板と固化物マトリクスとの間に反射機能層
が設けられた液晶光学素子であって、反射機能層は屈折
率が相対的に高い透光性誘電体薄膜と屈折率が相対的に
低い透光性誘電体薄膜とを積層してなる誘電体多層膜に
よる反射膜を有すること特徴とする液晶光学素子を提供
する。

【００１１】また、この液晶光学素子において、裏電極
基板の電極が分割された画素電極から構成され、各画素
電極は画素毎に設けられた能動素子によって駆動され、
能動素子の位置に対応した裏電極基板の電極面側または
表電極基板の電極面側に遮光膜がパターニング形成され
たことを特徴とする液晶光学素子を提供する。

【００１２】また、透明電極を有する表電極基板と裏電
極基板との間に、ネマチック液晶が固化物マトリクス中
に分散保持され、電圧の印加時または非印加時のいずれ
かの状態においてその固化物マトリクスの屈折率が使用
する液晶の屈折率とほぼ一致するようにされた液晶固化
物複合体を狭持してなる透過散乱型の動作モードを有
し、裏電極基板と固化物マトリクスとの間に反射機能層
が設けられた液晶光学素子であって、裏電極基板の電極
が分割された画素電極から構成され、各画素電極は画素
毎に設けられた能動素子によって駆動され、表電極基板
の光入射側面にマイクロレンズアレイが配置され、裏電
極面側への光の入射光の光軸が基板面の垂直軸から角度
θだけ傾斜せしめられ、マイクロレンズアレイのうち隣
接するマイクロレンズの一方のマイクロレンズに入射し
た光が、画素電極の面位置に集光され、さらに反射機能
層により反射され、他方のマイクロレンズに出射される
ように、画素寸法、角度θ、画素電極とマイクロレンズ
との配置、マイクロレンズの焦点距離、表電極基板の厚
みおよび表電極基板の屈折率が選定されたことを特徴と
する液晶光学素子を提供する。

【００１３】また、上記のマイクロレンズ付き液晶光学
素子の反射機能膜が波長選択反射性を有することを特徴
とする液晶光学素子、また、画素電極および能動素子の
上に反射機能層が形成され、さらに反射機能層上の能動
素子に対応した位置に、遮光膜がパターニング形成され
たことを特徴とする液晶光学素子を提供する。

【００１４】さらに、光源光学系と液晶光学素子と投射
光学系とが設けられた投射型液晶光学装置において、上
記のいずれかの液晶光学素子を用い、光源光学系からの
光が表電極基板側から液晶光学素子内部に入射され、反
射機能層により反射され、表電極基板側から出射され、
さらに、投射光学系によって投射されることを特徴とす
る投射型液晶光学装置を提供する。

【００１５】さらに、この投射型液晶光学装置におい
て、色分離光学系が光源光学系と液晶光学素子との間に
設けられ、色分離光が異なる液晶光学素子に入射され、
それらの複数の液晶光学素子の反射機能層の少なくとも
１つが、色分離光学系による色純度の低下を補うような
波長選択反射性を有することを特徴とする投射型液晶光
学装置を提供する。

【００１６】さらに、これらの投射型液晶光学装置にお
いて、液晶光学素子の反射機能層が、異なる波長選択反
射性を有する複数の部分に分かれて形成されていること
を特徴とする投射型液晶光学装置を提供する。

【００１７】本発明の投射型液晶光学装置では、使用す
る液晶光学素子として、電気的に散乱状態と透過状態と
を制御し得る液晶固化物複合体を挟持した反射型の液晶
光学素子を用いている。このため、偏光板が不要であ
り、明るい光源を使用でき、かつ透過時の光の透過率を
大幅に向上できる。さらに、表側の電極基板の光の反射
率を低減しているので、高コントラスト比が容易に得ら
れる。

【００１８】また、液晶固化物複合体を挟持した液晶光
学素子は、反射型のＴＮ（ツイストネマチック）型の液
晶光学素子に必須の配向処理やその際に発生する静電気
による能動素子の破壊といった問題点も避けられるの
で、液晶光学素子の製造歩留りを大幅に向上させること
ができる。

【００１９】さらに、この液晶固化物複合体は、固化後
はフィルム状になっているので、基板の加圧による基板
間短絡やスペーサーの移動による能動素子の破壊といっ
た問題点も生じにくい。

【００２０】また、この液晶固化物複合体は、比抵抗が
従来のＴＮモードの場合と同等であり、ＤＳ（動的散
乱）モードのように大きな蓄積容量を画素電極毎に設け
なくてもよく、各画素電極に設けられる能動素子の設計
が容易で、かつ、液晶光学素子の消費電力を少なく保つ
ことができる。したがって、ＴＮモードの従来の液晶光
学素子の製造工程から、配向膜形成工程を除くだけで製
造が可能になるので、生産が容易である。

【００２１】液晶固化物複合体の比抵抗としては、５×
１０⁹ Ωｃｍ以上のものが好ましい。さらに、漏れ電流
等による電圧降下を最小限にするために、比抵抗として
１０¹⁰Ωｃｍ以上がより好ましく、この場合には大きな
蓄積容量を画素電極毎に付与する必要がない。

【００２２】図１は、本発明の投射型液晶光学装置の基
本的構成を示す模式図である。図１において、ランプ1
から出射した光は、レンズ2 等で集光されて、光を平行
光線化するレンズ3 を通過し反射型の液晶光学素子4 に
入射し、裏電極基板側に設けられた反射機能層で反射さ
れて入射側に出射してきて、再度レンズ3 を通過し集光
され、拡散光を減ずる装置である絞り5 を通過し、投射
光学系のレンズ6 により図示されていないスクリーンに
投射される。

【００２３】本発明の光源は、図１では簡単に示した
が、ランプに必要に応じて楕円面鏡、放物面鏡、球面鏡
やレンズ等を適当に組み合わせたものが光源光学系とし
て使用できる。ランプとしては、ハロゲンランプ、メタ
ルハライドランプ、キセノンランプ等がある。さらに、
この光源には冷却系を付加したり、赤外線カットフィル
タや紫外線カットフィルタ等を組み合わせてもよい。ま
た、レーザ光をビームエキスパンダーで拡大平行光化
し、入射光として用いてもよい。

【００２４】また、複数の液晶光学素子に色光に分けて
入射させる場合には、最初から３色の光源を準備しても
よいし、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズ
ム等により分光してもよい。具体的に図１の装置に適用
するとすれば、レンズ3 と反射型の液晶光学素子4 との
間にダイクロイックプリズムを配置すればよい。その場
合、ダイクロイックプリズムの３つの出射面に３個の反
射型の液晶光学素子が配置されることになる。

【００２５】投射光学系は、レンズ等からなる従来から
の投射光学系が使用されるが、投射光学系に拡散光を減
ずる装置を組み合わせて用いる。この拡散光を減ずる装
置は、液晶光学素子を通過した光のうち、入射光に対し
て直進して反射してきた光（画素部分が透過状態の部分
を透過して裏側の反射膜で反射してくる光）を取り出
し、直進しないで反射してきた光（液晶固化物複合体が
散乱状態の部分で散乱される光）を減ずるものであれば
よい。特に、直進して反射してくる光は減ずることな
く、直進しないで反射してきた光である拡散光を減ずる
ことが好ましい。

【００２６】この拡散光を減ずる装置は、図１のよう
に、投射光学系と組み合わせて、投射光学系のレンズの
前後またはレンズの間に配置すればよい。この拡散光を
減ずる装置は、前記したような絞りであるアパーチャー
やスポットに限られなく、例えば、光路上に配置された
小面積の鏡であってもよい。また、特別なアパーチャー
等を用いなくとも、投射用レンズの焦点距離、口径を拡
散光が除去されるように選択してもよい。

【００２７】光路長の短縮に関しては、投射光学系の中
に拡散光を減ずる装置を組み込むことも有効である。こ
の場合、独立に投射光学系と拡散光を減ずる装置を設置
するより光学系がシンプルになると共に、サイズを小さ
く抑えることができる。

【００２８】投射光学系は、複数の反射型の液晶光学素
子を用いる場合には、その出射光を別々に投射するよう
にしてもよいし、１つに合成してから投射するようにし
てもよい。もっとも、１つに合成して投射する方が、光
軸が１本になるので、使用時の自由度が大きくなり好ま
しい。特に、前記のように入射用にダイクロイックプリ
ズムで分光する場合、反射型の液晶光学素子の場合に
は、出射光の合成にも同じダイクロイックプリズムが使
用でき、高価な部品が少なくてすむことにもなり、メリ
ットが大きい。また、投射型液晶光学装置の小型化にも
つながる。

【００２９】図２は、本発明の投射型液晶光学装置に用
いる反射型の液晶光学素子の断面図である。図２におい
て、11は表電極基板、12はその内面に形成された透明電
極、13はその外面に形成された反射防止膜、14は液晶固
化物複合体、15は裏電極基板、16は裏電極、17はその裏
電極上面に形成された誘電体多層膜による反射膜を示し
ている。

【００３０】本発明の反射型の液晶光学素子の表電極基
板は、ガラス、プラスチック等の透明基板であり、その
内面にＩｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ （ＩＴＯ）、ＳｎＯ₂ 等の
透明電極が形成されており、通常はベタ電極にされてい
る。この表電極基板の少なくとも表面（光が入射してく
る側の面）には反射防止膜が設けられている。好ましく
は両面に反射防止膜が設けられる。

【００３１】この反射防止膜は、基板または電極と屈折
率を調整したＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＭｇＦ
₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＦ₃ 等の無機物やポリイミド等の
有機物の単層、多層の干渉膜である。また、図２では、
内面側では透明電極12と液晶固化物複合体14との間に反
射防止膜を設けているが、表電極基板の基板自体と透明
電極12との間に反射防止膜を設けてもよい。さらに、多
層反射防止膜において、構成要素として透明電極の屈折
率、膜厚を調整して用いてもよい。また、内面側では微
細な凹凸を有する膜であって散乱による正規反射を防止
する膜であってもよい。

【００３２】なお、表電極基板11が、後述する色分離合
成用のダイクロイックプリズム等の表電極基板材料と同
程度の屈折率を有する材料に光学接着材あるいはカップ
リングオイル等で接合される場合、界面反射は生じない
ため、反射防止膜13は不要となる。

【００３３】裏電極基板は、電極を有すると共に反射膜
により反射機能を有するので、ガラス、プラスチック、
金属、セラミック、半導体等いずれでもよい。裏電極
は、図２の例のように裏電極の上に反射膜が設けられる
場合には、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂ 等の透明電極、アルミニウ
ム、クロム等の不透明電極であってもよい。後述するよ
うに裏電極と反射膜の位置関係によっては、裏電極を透
明電極にしなくてはならない場合もある。

【００３４】この裏電極は画素電極として、パターニン
グされて用いられるので、必要に応じて、ＴＦＴ（薄膜
トランジスタ）、薄膜ダイオード、ＭＩＭ等の能動素子
を設けて接続する。なお、好ましくない反射を低減させ
るためには、このような能動素子は裏電極基板に設け
て、表電極基板の少なくとも表面はできるだけ平坦にし
て反射を低減させることが好ましい。

【００３５】誘電体多層膜による反射膜17は、裏電極基
板15の内面に形成された屈折率が相対的に高い透光性誘
電体薄膜と屈折率が相対的に低い透光性誘電体薄膜とを
積層してなる。多層膜は、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＦ₂ 、Ｎａ₃
ＡｌＦ₆ 等の低屈折率透光性誘電体薄膜とＴｉＯ₂ 、Ｚ
ｒＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の高屈折率透光性誘
電体薄膜とを交互に積層した構造からなり、必要とする
反射波長帯および透過波長帯、反射率に応じて、材料・
膜厚・層数が異なり、設計自由度が金属膜に比べ広い。

【００３６】また、裏電極基板15上の裏電極16と誘電体
多層膜による反射膜17との位置関係は２種類ある。即
ち、１つは前記した図２に示すように裏電極16が形成さ
れた裏電極基板15上に誘電体多層膜による反射膜17を形
成する場合である。もう１つは図３に示すように誘電体
多層膜による反射膜18が形成された裏電極基板15上に裏
電極16を形成する場合である。

【００３７】前者は、あらゆる裏電極基板と裏電極に対
して適用され得るが、後者は、裏面基板にＳｉを用い基
板内に各画素毎に能動素子を形成するような場合は適用
されない。しかし、ＴＦＴは通常ガラス基板上に形成さ
れるため、ガラス基板上に形成された誘電体多層膜上に
ＴＦＴを形成することは問題ない。また、後者の場合、
裏電極は透明電極とされる。

【００３８】なお、液晶固化物複合体に直接印加電圧が
作用する点で、裏電極は誘電体多層膜による反射膜上に
形成することが好ましい。このため、低電圧駆動という
点では図３の構成が好ましい。この場合、裏電極のそれ
ぞれに能動素子が形成される場合、前記誘電体多層膜に
よる反射膜の能動素子と接する最上層の膜は、その界面
で反応しない材料とされることが好ましい。このため
に、具体的には、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ｔａ
₂ Ｏ₅ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の酸化物誘電体であることが好ま
しい。

【００３９】一方、図２のように裏電極および能動素子
が形成された裏電極基板上に、前記誘電体多層膜による
反射膜を形成する場合、誘電体多層膜による反射膜に印
加電圧の一部が消費される。その結果、実効的駆動電圧
は上昇するが、誘電体多層膜が電極および能動素子等の
保護膜として作用する長所がある。

【００４０】また、裏電極のそれぞれに能動素子が形成
される場合、反射型の液晶光学素子に入射した光が直接
能動素子に到達しないよう、遮光膜としての機能も果た
す。その結果、光導電効果の大きなアモルファスシリコ
ン等の能動素子を用いた場合でも、別途遮光層を設けな
くとも光誘起電流の発生を低減することができる。

【００４１】さらに遮光度を高めるため、裏電極基板側
に各能動素子位置の誘電体多層膜の上に遮光膜を形成し
てもよい。この場合、誘電体多層膜が能動素子の保護膜
となるため、感光性ポリマーの遮光膜を用いても、フォ
トエッチングによるパターニングにおけるアルカリ現像
液の使用に対しても能動素子の信頼性が高い。

【００４２】また、誘電体多層膜による反射膜は、前記
の図２、図３のように同一分光特性のものを裏電極基板
全面に形成してもよいし、各裏電極毎に異なった分光特
性を有するものを形成してもよい。この具体例を、図２
に対応した例として図４に、図３に対応した例として図
５に示す。

【００４３】図４では、裏電極のＲＧＢに対応する電極
を16R、16G、16B で表し、その上に形成され、裏電極に対
応してＲＧＢの選択反射性を有する誘電体多層膜による
反射膜を17R、17G、17B で表す。また、図５では、裏電極
のＲＧＢに対応する電極を16R、16G、16B で表し、裏電極
基板との界面に形成され、裏電極に対応してＲＧＢの選
択反射性を有する誘電体多層膜による反射膜を18R、18G、
18B で表す。

【００４４】このような構成を採ることにより、１個の
液晶光学素子でフルカラー表示を行うことができる。も
ちろん、フルカラーでなくてマルチカラー表示でよい場
合には、２種類の波長選択反射性を有する誘電体多層膜
としてもよい。

【００４５】３個の反射型の液晶光学素子を用いてフル
カラー表示を行う場合には、各液晶光学素子の誘電体多
層膜による反射膜は、波長選択反射性のない同一の反射
膜でよい。これは、光源光学系からの光がダイクロイッ
クミラー、ダイクロイックプリズム等の色分離手段によ
り３色に分光され、液晶光学素子に供給されるためであ
る。そのような色分離手段により分光された光は、夫々
の色成分以外の光を含まない。

【００４６】なお、このような場合であっても、各液晶
光学素子の誘電体多層膜による反射膜を、夫々波長選択
反射性の異なる反射膜とすることが好ましい。これは、
ダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムに
よる色分離のみでは、色純度が不充分となることがある
ためである。透過散乱型液晶光学素子では、偏光板を用
いない。このため、ダイクロイックミラーまたはダイク
ロイックプリズムの通過（反射）の波長域がＰ偏光とＳ
偏光とにより異なるため、色分離が不充分となる傾向が
ある。

【００４７】また、透過型液晶光学素子の場合、色分離
用と色合成用のダイクロイックミラーまたはダイクロイ
ックプリズムが異なるため、異なった分光特性を持つよ
うな組み合わせを採ることにより、ＲＧＢ色の色純度を
向上できる。しかし、反射型液晶光学素子の場合、光路
の制約上、色分離用も色合成用も同じダイクロイックミ
ラーまたはダイクロイックプリズムを用いることにな
る。したがって、透過型液晶光学素子の場合に比べ、Ｒ
ＧＢ色の色純度の調整自由度が低く、色純度の向上が難
しい。

【００４８】特に、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、キセノンランプ等の演色性の良い光源を用いた場
合、５７０〜５９０ｎｍ波長域の光がＧまたはＲに混在
し、色純度をＣＲＴに比較して劣化させ、フルカラー表
示において問題になる傾向がある。

【００４９】本発明では、この境界領域の波長域の反射
をしないような波長選択反射性を持たせた誘電体多層膜
による反射膜を形成することにより、色純度を大きく向
上させることができる。具体的には、ＲＧＢ色に色分離
した場合、ＲＧの境界領域の光がＲとＧの両方の液晶光
学素子に入射する。同様にＧＢの境界領域の光がＧとＢ
の両方の液晶光学素子に入射する。

【００５０】この場合、ＲとＧの液晶光学素子の少なく
とも一方ではこのＲＧの境界領域の光が反射されなく
し、ＧとＢの液晶光学素子の少なくとも一方ではこのＧ
Ｂの境界領域の光が反射されなくする。これにより、各
液晶光学素子の出射光では色の重複がなくなり、色純度
が向上する。より具体的な組み合わせを表１および表２
に示す。表１および表２において、「光」は光量を表
し、「色」は色純度を表す。夫々、良いものをＡ〜Ｃ
（Ａが最も良い）で表し、悪いものを×で表す。○は、
各液晶光学素子が該当する光成分を透過し反射すること
を意味する。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】例１においては、ＲＧ、ＧＢの両境界領域
は両方の液晶光学素子に含まれるため、この境界領域の
波長範囲が広いと色純度が低下する。特に、演色性の高
い白色ランプを用いた場合、ＧまたはＲの色純度の低下
が問題になる。例２はＧの液晶光学素子の反射膜のみに
波長選択反射性を与えた例であり、ＲＧ、ＧＢの両境界
領域は夫々ＲまたはＢのみに含まれるので、色純度が低
下しない。特に、演色性の高い白色ランプを用いた場合
でも、５７０〜５９０ｎｍ波長域の光をＧの選択反射膜
によりカットすれば、Ｇの色純度が向上する。

【００５４】例３は、ＧおよびＢの液晶光学素子の反射
膜のみに波長選択反射性を与えた例であり、ＲＧ、ＧＢ
の両境界領域は夫々ＲまたはＧのみに含まれるので、色
純度が低下しない。例４は、全ての液晶光学素子の反射
膜に波長選択反射性を与えた例であり、ＲＧ、ＧＢの両
境界領域はいずれにも含まれないので、色純度が低下し
ない。

【００５５】例５は、例１よりはよいが、例２〜４より
は色純度において劣る例である。これは、Ｇの液晶光学
素子の反射膜のみにＲに近い波長の光は透過するように
波長選択反射性を与えた例であり、ＲＧの境界領域はＲ
の液晶光学素子にのみ含まれる。この場合、ＧＢの境界
領域はＧ、Ｂの両方に含まれるが、赤と緑の色の混ざり
に比して見かけ上の色純度の低下は少ない。

【００５６】例６は、Ｒの液晶光学素子の反射膜のみに
波長選択反射性を与えた例であり、ＲＧの境界領域はＧ
の液晶光学素子のみに含まれる。この場合、例５に比し
Ｇの色純度は劣るが、Ｒの色純度は向上する。例７は、
ＲおよびＧの液晶光学素子の反射膜のみに波長選択反射
性を与えた例であり、ＲＧの境界領域はＲおよびＧの液
晶光学素子に含まれない。この場合、例５に比しＲの色
純度は向上する。

【００５７】上記の組み合わせ以外にも組み合わせは考
えられるが、演色性の高い白色ランプを用いた場合に、
ＲまたはＧの色純度の劣化の原因となる５７０〜５９０
ｎｍ波長域の光を除去するのに、上記の例２〜７の液晶
光学素子の反射膜の波長選択反射膜の利用は特に有用で
ある。

【００５８】誘電体多層膜による反射膜は、多層膜の構
成を変化させることで種々の分光特性が得られ、その設
計自由度が高いため、ダイクロイックミラーまたはダイ
クロイックプリズムのみでは色純度が不充分な場合で
も、上記のように色純度を補正するようなフィルタの効
果を示すといった利点がある。

【００５９】それらの出射光を同じまたは他のダイクロ
イックミラーもしくはダイクロイックプリズム等の色合
成手段により合成して、投射光学系に入射せしめてスク
リーンに投射すればよい。また、別々に投射光学系に入
射させて投射し、スクリーン上で像を合成するようにし
てもよい。

【００６０】本発明では、特に、ダイクロイックミラー
またはダイクロイックプリズムにより白色投射光源系か
らの光をＲＧＢの３色に分離すると共に３個の反射型の
液晶光学素子を各々通過した各色光を合成するように
し、各反射型の液晶光学素子の誘電体多層膜による反射
膜が各色に対応した分光反射特性を有するようにするこ
とが好ましい。これによって、色純度の高いフルカラー
表示が可能となる。また、透過型の液晶光学素子を用い
た場合に比して、色分離合成系を同一のダイクロイック
ミラーまたはダイクロイックプリズムを用いることがで
きるため、投射型液晶光学装置の小型化が可能になる。

【００６１】一方、裏電極基板の各裏電極毎に異なった
分光特性を有する誘電体多層膜による反射膜を形成する
場合、各電極毎に異なった色表示となる。特に、表電極
基板にカラーフィルタが形成された直視型カラー液晶光
学素子同様に、誘電体多層膜による反射膜の分光反射率
が隣接画素においてＲＧＢ３色を１単位とする構成とす
ることにより、１個の反射型液晶光学素子でカラー投射
表示が可能となる。

【００６２】この場合も、誘電体多層膜の材質と層数を
変更することで所望の分光特性が得られかつ高い反射率
も得られるため、光吸収型のカラーフィルタに比べて、
色純度がよく、光利用効率の高い表示が可能となる。

【００６３】また、本発明の誘電体多層膜による反射膜
は、図２〜５に示したように裏電極基板の表示部分の全
面に形成してもよいし、裏電極部分にのみ形成してもよ
い。図２、３のように部分毎に波長選択反射性を変える
必要がない場合には、全面ベタに形成する方が製造が容
易であり、好ましい。また、図２のように電極、能動素
子等による凹凸がある場合、その凹部を透明材料で埋め
て平坦化してから誘電体多層膜による反射膜を形成する
こともできる。

【００６４】また、液晶固化物複合体で電圧非印加の状
態で散乱状態の液晶光学素子を用いると、散乱光は拡散
光を減ずる装置により投射されず、暗い表示となる。し
たがって、各画素の電極間に遮光膜を形成する必要はな
い。このため、ＲＧＢの分光反射特性を持つ誘電体多層
膜による反射膜を微細加工するとき、その寸法精度は遮
光膜の形成を必要とする従来のＴＮ液晶の場合に比べて
厳しくないといった利点もある。

【００６５】誘電体多層膜による反射膜が波長選択反射
性を有する場合、裏側に光が抜けることがある。この場
合、裏電極基板が不透明でない場合、その空気側界面
は、誘電体多層膜による反射膜を透過した光がこの界面
で正規反射し、投射光に重畳しないようにすることが好
ましい。具体的には、黒色光吸収層を形成する、または
微細な凹凸を形成したフロスト状とする、あるいは、反
射防止膜を形成すればよい。これにより、正規反射光を
低減でき、高い消光比を得ることができる。

【００６６】また、画素毎に能動素子が設けられた場
合、なかでも光導電効果の大きなアモルファスシリコン
等の能動素子の場合には、通常の透過型で用いられる遮
光膜を表電極基板あるいは裏電極基板の各能動素子に対
応した位置に形成すれば、能動素子の入射光にともなう
光導電効果が生じない。

【００６７】本発明の投射型液晶光学装置の動作を、電
圧非印加の状態で散乱状態の液晶固化物複合体を挟持し
た液晶光学素子を用いた場合で説明する。

【００６８】反射型の液晶光学素子の透過状態の画素の
部分では、光が透過し、反射膜で反射してきて（正規反
射）出射してくる。この直進光は拡散光を減ずる装置を
通過する光となるので、投射スクリーン上で明るく表示
される。一方、散乱状態の画素の部分では、光が散乱さ
れて、拡散光として出射してくる。この光はほとんどが
拡散光を減ずる装置を通過できないので、投射スクリー
ン上で暗く見えることになる。

【００６９】なお、本発明では、反射型の液晶光学素子
としているので、散乱状態の画素の部分では、散乱され
ずに裏側まで到達した光は反射されて再度散乱部分を通
過するため、さらに散乱され、結果として薄い液晶固化
物複合体層で高い散乱率が得られる。また、透過型の液
晶光学素子に対して同じ散乱能とした場合、液晶固化物
複合体層が薄くできるので、駆動電圧が低減できる。

【００７０】本発明では、液晶固化物複合体として細か
な孔の多数形成された固化物マトリクスとその孔の部分
に充填された液晶とからなり、電圧の印加時または非印
加時のいずれかの状態においてその固化物マトリクスの
屈折率が使用する液晶の屈折率とほぼ一致するようにさ
れる。この場合、使用する液晶の屈折率異方性Δｎが
０．１８以上である液晶固化物複合体を用いることが好
ましい。特に、正の誘電異方性のネマチック液晶を用
い、その固化物マトリクスの屈折率が使用する液晶の常
光屈折率（ｎ_o ）とほぼ一致するようにされることが好
ましい。

【００７１】この液晶固化物複合体を表電極基板と、誘
電体多層膜による反射膜を有する裏電極基板との間に挟
持して反射型の液晶光学素子とする。この反射型の液晶
光学素子の電極間への電圧の印加状態により、その液晶
の屈折率が変化し、固化物マトリクスの屈折率と液晶の
屈折率との関係が変化し、両者の屈折率が一致したとき
には透過状態（正規反射して光が出射）となり、屈折率
が異なったときには散乱状態（拡散光が出射）となる。

【００７２】この細かな孔の多数形成された固化物マト
リクスとその孔の部分に充填された液晶とからなる液晶
固化物複合体は、マイクロカプセルのような液泡内に液
晶が封じ込められたような構造であるが、個々のマイク
ロカプセルが完全に独立していなくてもよく、多孔質体
のように個々の液晶の液泡が細隙を介して連通していて
もよい。

【００７３】本発明の反射型の液晶光学素子に用いる液
晶固化物複合体は、液晶と、固化物マトリクスを構成す
る硬化性化合物とを混ぜ合わせて溶液状またはラテック
ス状にしておいて、これを光硬化、熱硬化、溶媒除去に
よる硬化、反応硬化等させて固化物マトリクスを分離
し、固化物マトリクス中に液晶が分散した状態をとるよ
うにすればよい。

【００７４】この硬化性化合物を、光硬化または熱硬化
タイプにすることにより、密閉系内で硬化できるため好
ましい。特に、光硬化タイプの硬化性化合物を用いるこ
とにより、熱による影響を受けなく、短時間で硬化させ
ることができ好ましい。

【００７５】具体的な製法としては、従来の通常のＴＮ
型液晶光学素子と同様にシール材を用いてセルを形成
し、注入口から液晶と硬化性化合物との未硬化の混合物
を注入し、注入口を封止した後、光照射をするか加熱し
て硬化させることもできる。

【００７６】また、本発明の反射型の液晶光学素子の場
合には、シール材を用いなく、例えば、表電極基板と裏
電極基板のいずれか一方の電極基板上に液晶と硬化性化
合物との未硬化の混合物を供給し、その後、他方の電極
基板を重ねて、光照射等により硬化させることもでき
る。

【００７７】もちろん、その後、周辺にシール材を塗布
して周辺をシールしてもよい。この製法によれば、単に
液晶と硬化性化合物との未硬化の混合物をロールコー
ト、スピンコート、印刷、ディスペンサーによる塗布等
の供給をすればよいため、注入工程が簡便であり、生産
性がきわめてよい。

【００７８】これらの液晶と硬化性化合物との未硬化の
混合物には、基板間隙制御用のセラミック粒子、プラス
チック粒子、ガラス繊維等のスペーサー、顔料、色素、
粘度調整剤、その他本発明の性能に悪影響を与えない添
加剤を添加してもよい。

【００７９】電圧非印加時に散乱状態である素子に、こ
の硬化工程の際に特定の部分のみに充分高い電圧を印加
した状態で硬化させることにより、その部分を常に光透
過状態にすることができるので、固定表示したいものが
ある場合には、そのような常透過部分を形成してもよ
い。逆に、電圧非印加時に透過状態である素子の場合に
は、同様にして常散乱部分を形成できる。

【００８０】この液晶固化物複合体を使用した反射型の
液晶表示素子の透過状態での透過率は高いほどよく、散
乱状態でのヘイズ値は８０％以上であることが好まし
い。

【００８１】本発明では、電圧印加状態または非印加状
態のいずれかで、固化物マトリクス（硬化後の）の屈折
率が、使用する液晶の屈折率と一致し、逆の状態では固
化物マトリクスの屈折率が、使用する液晶の屈折率と一
致しないようにされる。これにより、固化物マトリクス
の屈折率と液晶の屈折率とが一致したときに光が透過
し、一致しないときに光が散乱（白濁）することにな
る。この素子の散乱性は、従来のＤＳモードの反射型の
液晶表示素子の場合よりも高く、高いコントラスト比の
表示が得られる。

【００８２】本発明では、特に、電圧印加状態で、固化
物マトリクス（硬化後の）の屈折率が、使用する液晶の
ｎ_o と一致するようにされることが好ましい。これによ
り、電圧印加時に透過状態になるので、光透過時の透過
率が高くなりかつ均一に透過するので、表示のコントラ
スト比が向上する。

【００８３】固化物マトリクス中に分散保持される液晶
は、独立した粒子、または一部が連通した粒子であるこ
とが好ましい。これは、高い散乱能と低電圧で駆動した
際の高い透過性を両立するために有効である。散乱は液
晶と固化物マトリクスの界面の存在により引き起こされ
る。このため、この界面の面積が大きいほど散乱性は向
上する。ある最適な液晶粒子径で、この界面の面積を増
大させるためには、独立して樹脂と分離した液晶量を多
くする、即ち、液晶粒子密度を多くすることが重要であ
る。

【００８４】しかし、固化物マトリクスと分離した液晶
量を増大していくと、いずれ夫々の液晶粒子が連通する
ようになり、さらには液晶が全て連通した構造をとるよ
うになり、これは固化物マトリクスと分離した液晶界面
の喪失につながるため、散乱能の低下につながる。

【００８５】使用する液晶の屈折率異方性Δｎ（＝ｎ_e
−ｎ_o ）は、散乱性に寄与し、高い散乱性を得るには、
ある程度以上大きいことが好ましく、具体的にはΔｎ＞
０．１８が好ましく、特にΔｎ＞０．２２が好ましい。
また、使用する液晶のｎ_o は固化物マトリクスの屈折率
（ｎ_p ）とほぼ一致することが好ましく、このとき電界
印加時に高い透明性が得られる。具体的にはｎ_o −０．
０３＜ｎ_p ＜ｎ_o ＋０．０５の関係を満たすことが好ま
しい。

【００８６】また、散乱性を向上させるには、液晶固化
物複合体の動作可能な液晶の体積分率Φを増加させるこ
とが有効であり、Φ＞２０％が好ましく、より高い散乱
性を有するにはΦ＞３５％が好ましく、さらにはΦ＞４
５％が好ましい。一方Φがあまり大きくなると、液晶固
化物複合体の構造安定性が悪くなるため、Φ＜７０％が
好ましい。

【００８７】本発明の反射型の液晶光学素子の液晶固化
物複合体では、電圧非印加時には、液晶分子は固化物マ
トリクス壁面に影響を受けて配列しているため、一定方
向に配列していない。このため、この状態で両者の屈折
率が異なる場合には、散乱状態（つまり白濁状態）を示
す。

【００８８】このような電圧非印加時に散乱状態を示す
反射型の液晶光学素子を投射型光学装置として用いる場
合には、電極のない部分は光が散乱され、裏電極の画素
部分以外の部分に遮光膜を設けなくても、光が投射スク
リーンに到達しないため、黒く見える。このことによ
り、画素以外の部分からの光の漏れを防止するために、
画素以外の部分を遮光膜等で遮光する必要がないことと
なり、遮光膜の形成工程が不要となるという利点も有す
る。

【００８９】画素の配線電極が形成されている場合、対
向電極との間の液晶固化物複合体層に弱い電界が生成さ
れそれに伴って入射光が液晶固化物複合体層を通過し、
配線電極に反射されて黒表示にならない場合があり得
る。その対策として、配線電極上に光吸収層を形成し、
あるいは、表電極基板の対応した位置に遮光膜を形成す
ればよい。

【００９０】これに所望の画素の電極間に電圧を印加す
る。この電圧を印加された画素部分では、液晶が電界方
向に平行に配列し、液晶のｎ_o と固化物マトリクスのｎ
_p とが一致することにより透過状態を示し、当該所望の
画素で光が透過することとなり、投射スクリーンに明る
く表示される。

【００９１】このような素子に、この硬化工程の際に特
定の部分のみに充分に高い電圧を印加した状態で硬化さ
せることにより、その部分を常に光透過状態とすること
ができるので、固定表示したいものがある場合には、そ
のような常透過部分を形成してもよい。

【００９２】本発明で能動素子としてＴＦＴを用いる場
合には、半導体材料としてはシリコンが好適であり得
る。特に多結晶シリコンは、非結晶シリコンのように感
光性が少ないため、光源からの光を遮光膜により遮光し
なくても誤動作しなく、好ましい。この多結晶シリコン
は、本発明のように投射型液晶光学装置として用いる場
合、強い投射用光源を利用でき、明るい表示が得られ
る。

【００９３】また、従来のＴＮ型液晶光学素子の場合に
は、画素間からの光の漏れを抑止するために、画素間に
遮光膜を形成することが多い。この際あわせて能動素子
部分にも同時に遮光膜を形成することができ、能動素子
部分に遮光膜を形成することは全体の工程にあまり影響
を与えない。即ち、能動素子として多結晶シリコンを用
いて、能動素子部分に遮光膜を形成しないことにして
も、画素間に遮光膜を形成する必要があれば、工程を減
らすことはできない。

【００９４】これに対して、本発明では、前述の如く、
樹脂マトリクスの屈折率が使用する液晶のｎ_o とほぼ一
致するようにされた液晶固化物複合体を使用することに
より、電圧を印加しない部分では光が散乱して投射され
た投射スクリーン上では黒くなるため、画素間に遮光膜
を形成しなくてよい。

【００９５】誘電体多層膜は用いる材質と層数などから
光学的性能が決まる。ただし厚みが厚くなると、そこで
の電圧降下が大きくなるので液晶の駆動効率が悪化す
る。例えばＳｉＯ₂ 膜とＴｉＯ₂ 膜とからなる厚み１．
５μｍの多層膜の反射率はおよそ９９％で、残り１％が
漏れ光となる。このとき、他の要因もあるが電圧降下は
０．５〜０．６Ｖ程度である。他の材質（ＳｉＯ₂ 膜と
Ｓｉ膜）を用いたり層数を増すことで反射率を９９．９
９％とすることもできる。

【００９６】反射率は一義的に決められるのではなく、
投射型液晶光学装置として用いる場合、所望のスクリー
ン光量と用いる光源の光の強さが関係するので、最適の
組み合わせで構成すればよい。

【００９７】能動素子として多結晶シリコンを用いた場
合、多結晶シリコンは感光性が比較的低いので光による
誤動作を生じにくい。このため、能動素子部分に遮光膜
を形成しないまたは形成しても遮光性の厳密性が要求さ
れないので、遮光膜を形成する工程をなくしたり、簡略
化でき、生産性が向上する。

【００９８】なお、多結晶シリコンよりも感光性が高い
アモルファスシリコンを用いても、その半導体部分に遮
光膜を形成して、誘電体多層膜のわずかな漏れ光（例え
ば反射率が９９〜９９．９５％の場合）を制限すれば、
使用することができる。

【００９９】能動素子として多結晶シリコンまたはアモ
ルファスシリコンのいずれを用いた場合でも、図２に示
したように画素電極および能動素子が形成された裏電極
基板面に誘電体多層膜を形成することにより、入射光の
大半は多層膜で反射され能動素子に入射する光量はわず
かとなり、誘電体多層膜自体が遮光膜として働き、遮光
効果を有しているといえる。

【０１００】本発明の液晶光学素子および液晶光学装置
は、このほか赤外線カットフィルタ、紫外線カットフィ
ルタ等を積層したり、文字、図形等を印刷したりしても
よいし、複数枚の液晶光学素子を用いたりするようにし
てもよい。

【０１０１】さらに、本発明では、この液晶光学素子の
外側にガラス板、プラスチック板等の保護板を積層して
もよい。これにより、その表面を加圧しても、破損する
危険性が低くなり、安全性が向上する。

【０１０２】本発明では、前述の液晶固化物複合体を構
成する未硬化の硬化性化合物として光硬化性化合物の使
用が好ましく、なかでも光硬化性ビニル系化合物の使用
が好ましい。具体的には、光硬化性アクリル系化合物が
例示される。特に、光照射によって重合硬化するアクリ
ルオリゴマーを含有するものが好ましい。

【０１０３】本発明で使用される液晶は、ネマチック液
晶であればよく、固化物マトリクスの屈折率がその液晶
のｎ_o と一致するような液晶が好ましい。この液晶は、
単独で用いても組成物を用いてもよいが、動作温度範
囲、動作電圧など種々の要求性能を満たすには組成物を
用いた方が有利といえる。

【０１０４】また、液晶固化物複合体に使用される液晶
は、光硬化性化合物を用いた場合には、光硬化性化合物
を均一に溶解することが好ましく、光露光後の硬化物は
溶解しない、もしくは溶解困難なものとされることが好
ましい。また、組成物を用いる場合は、個々の液晶の溶
解度ができるだけ近いものが好ましい。

【０１０５】液晶固化物複合体を製造する場合、従来の
通常の液晶光学素子のように基板と対向電極基板とを電
極面が対向するように配置して、周辺をシール材でシー
ルして、注入口から未硬化の液晶固化物複合体用の混合
液を注入して、注入口を封止してもよいし、一方の電極
基板上に硬化性化合物と液晶との未硬化の混合物を供給
し、他方の電極基板を重ね合わせるようにして製造して
もよい。

【０１０６】本発明の液晶光学素子は、液晶中に２色性
色素や単なる色素、顔料を添加したり、硬化性化合物と
して着色したものを使用したりしてもよい。

【０１０７】本発明では、液晶固化物複合体として液晶
を溶媒として使用し、光露光により光硬化性化合物を硬
化させることにより、硬化時に不要となる単なる溶媒や
水を蒸発させる必要がない。このため、密閉系で硬化で
きるため、従来のセルへの注入という製造法がそのまま
採用でき、信頼性が高く、かつ、光硬化性化合物で２枚
の基板を接着する効果も有するため、より信頼性が高く
なる。

【０１０８】このように液晶固化物複合体とすることに
より、上下の透明電極が短絡する危険性が低く、かつ、
通常のＴＮ型の液晶光学素子のように配向や基板間隙を
厳密に制御する必要もなく、透過状態と散乱状態とを制
御し得る液晶光学素子を極めて生産性よく製造できる。

【０１０９】なお、投射スクリーン上に到達する直進成
分と散乱成分との比は、拡散光を減ずる装置であるスポ
ット、鏡等の径およびレンズの焦点距離により制御可能
で、所望の表示コントラスト、表示輝度を得られるよう
に設定すればよい。

【０１１０】アパーチャーのような拡散光を減ずる装置
を用いる場合、表示の輝度を上げるためには、投射用光
源から液晶光学素子に入射される光はより平行であるこ
とが好ましく、そのためには高輝度でかつできるだけ点
光源に近い光源と、凹面鏡、コンデンサーレンズ等を組
み合わせて光源光学系を構成することが好ましい。この
ためには、レーザ光のように指向性の高い光源を用いる
ことにより、より平行に近い光が得られ、高コントラス
ト比を得るうえで有効である。

【０１１１】また、上記の説明では、拡散光を減ずる装
置としては主としてアパーチャーやスポットで説明した
が、スポットの代わりに小型の鏡を配置して必要な光の
みを取り出すようにすることができる。

【０１１２】また、透過型に比べ反射型の場合、裏電極
基板はガラス等の透光性材料である必要はなく、材料選
択の自由度が高い。さらに、裏電極基板の表面に放熱板
や、ヒータやペルチェ素子等の温度調整機を温度計とと
もに設置し、液晶固化物複合体をその最適動作温度域に
温度調整することができる。

【０１１３】本発明の投射型液晶光学装置は、投射用の
光源からの光を反射型の液晶光学素子に入射させ、その
反射して出射した光を用いるものであればよい。このた
め、大型の投射スクリーンに画像を投射する表示装置の
みでなく、反射型光変調器をも含むものである。

【０１１４】

【作用】本発明では液晶固化物複合体を用いて反射型の
液晶光学素子としているので、薄い厚みの液晶固化物複
合体でも高い散乱特性を得ることができ、素子自体の特
性として高コントラスト比が得られる。

【０１１５】さらに、誘電体多層膜による反射膜を用い
ているので、金属膜による反射膜に比べ、平坦性がよい
光学反射面が得られると共に高い反射率を示し、その結
果、高コントラスト比が得られる。

【０１１６】さらに、誘電体多層膜による反射膜の構成
に応じて分光反射率を任意に調整できるので、光吸収型
のカラーフィルタと同様の反射型光学フィルタの効果が
得られる。光分離波長の急峻性、消光比において誘電体
多層膜カラーフィルタの方が光吸収型カラーフィルタに
比べ優れているので、色純度および光利用率の高いカラ
ー光学素子が得られる。

【０１１７】

【実施例】

（実施例１）ガラス基板（コーニング社製「７０５
９」）の一面を、透過光が正反射されないようフロスト
状に表面を荒した。その基板の表面を荒らしていない側
の表面上にＩＴＯ透明電極を設け、各画素毎の裏電極に
多結晶シリコンＴＦＴを配置した裏電極基板を３枚作製
した。この各裏電極基板上に、図２に示すように、屈折
率１．４５のＳｉＯ₂ と屈折率２．３５のＴｉＯ₂ を交
互に各光学膜厚ｎｄ＝λ／４（λ：各ＲＧＢにおける波
長）で２０層積層し、各々ＲＧＢ波長帯で反射率が９９
％以上となるような誘電体多層膜による反射膜を基板全
面に真空蒸着法により形成して裏電極基板を作成した。

【０１１８】一方、同じガラス基板の一面を、正規反射
光を低減し、透過光を極端に低減しない程度に微細な凹
凸を形成し、さらにその上にＩＴＯ透明電極を形成し
た。その反対側の面に、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＭｇＦ
₂ の３層膜からなる反射防止膜を形成し、可視域の反射
率を０．２％以下に抑えた表電極基板を作成した。この
裏電極基板と表電極基板の周辺部をシール材でシールし
てＲＧＢ３個のセルを形成した。

【０１１９】セル形状は対角４．４インチ、画素数は縦
４８０個×横６４０個、各画素サイズは１４０μｍ×１
４０μｍであった。また、この透過散乱型の液晶光学素
子においては、従来のＴＮ型液晶光学素子に必要であっ
た遮光膜を表電極基板上に形成する必要がないため、反
射膜を形成する前の透過型の液晶光学素子の状態で画素
の開口率が５８％と高い値を示している。

【０１２０】さらに、誘電体多層膜による反射膜を形成
し反射型の液晶光学素子とすることにより、付加容量部
分も開口部として用いることができるため、開口率が６
７％と大きな値が得られた。同じＴＦＴ構成で従来の透
過型のＴＮ型液晶光学素子を用いる場合は、遮光膜形成
に伴い開口率が４０％と低い値に留まっていた。

【０１２１】これにΔｎが約０．２４、Δεが約１６の
ネマチック液晶をアクリレートモノマー、２官能ウレタ
ンアクリレートオリゴマー、光硬化開始剤と均一に溶解
した溶液をセルに注入し、紫外線露光により液晶固化物
複合体を硬化させ、液晶量が６８ｗｔ％の３個の反射型
の液晶光学素子を作成した。

【０１２２】これら３個のＲＧＢ用の反射型の液晶光学
素子21R、21G、21B を、図６のように、光源光学系22から
の光を反射鏡23を経て集光レンズ24により平行光化した
後、交差型ダイクロイックミラー25によってＲＧＢ３色
に色分離した直後に配置した。各液晶光学素子21R、21G、
21B への入射光は、入射角１０°以内で斜めに入射し、
誘電体多層膜による反射膜面で正規反射されたＲＧＢの
各色光は、交差型ダイクロイックミラー25に再度入射
し、ＲＧＢ３色が色合成され、集光レンズ24と反射鏡26
を経て拡散光を減ずる装置である絞り27に集光される。
そして、この絞り27を構成要素に含む投射光学系28によ
り、図示されていない投射スクリーンに投射される。

【０１２３】このとき、拡散光を減ずる装置である絞り
27の直径φと、集光レンズ24の焦点距離ｆによって定ま
る集光角δ（＝２ｔａｎ^-1( φ／２ｆ) ）を８°に設定
した。光源に２５０Ｗ、アーク長５ｍｍのメタルハライ
ドランプを用い、コールドミラー付き楕円鏡で集光し
た。その結果、投射スクリーン上でのコントラスト比は
１２０、光束は８００ルーメンが得られた。

【０１２４】また、交差型ダイクロイックミラーにより
反射されてＲＧ用の反射型の液晶光学素子に入射する各
々４９５ｎｍ以下、５９５ｎｍ以上の波長光以外の光
（波長５００〜５９０ｎｍ）がＧ用の液晶光学素子に入
射する。このため、ＲＧＢ３個のセルの反射膜に選択反
射性を設けなかった場合には、投射画像の色純度がＣＲ
Ｔに比してやや低いものであった。そのため、Ｇ用の液
晶光学素子の反射膜として、５６０ｎｍ以下の光を反射
し、５７０ｎｍ以上の波長光を透過するような選択反射
性を有する反射膜を用いた。この結果、反射膜がダイク
ロイックフィルタとしての機能も生じ、ＣＲＴ以上の色
純度が達成された。

【０１２５】本実施例では、色分離合成系に交差型ダイ
クロイックミラーを用いているが、コスト高になるが角
度調整が不要になると共に反射型の液晶光学素子を直接
接合することにより反射防止膜を形成しないで界面反射
が消失されるダイクロイックプリズムを用いてもよい。
また、体積が増加するが、通常の非交差型ダイクロイッ
クミラーを用いてもよい。

【０１２６】（比較例１）実施例１の裏電極と反射膜の
代わりに、裏電極兼反射膜としてアルミニウム膜を用い
た場合、コントラスト比は９０、光束は６００ルーメン
であった。また、裏電極基板に反射膜を設けない透過型
の液晶光学素子（他の構成は同じ）の場合は、集光角δ
＝５°で、コントラスト比１２０、光束４５０ルーメン
であった。また、いずれも前述の緑の色純度が悪く、黄
緑色になってしまった。

【０１２７】（実施例２）実施例１と同じ表面を荒した
基板を用い、その基板の表面を荒らしていない側の表面
上にＩＴＯ透明電極を設け、各画素毎の裏電極にアモル
ファスシリコンＴＦＴを配置した裏電極基板を作製し
た。この裏電極基板上の各隣接画素、即ち画素電極−Ｔ
ＦＴ−電極配線上に、図４に示すように、屈折率１．５
のＳｉＯ₂ と屈折率２．３５のＴｉＯ₂ を交互に適当な
膜厚で２０〜３０層積層し、各々ＲＧＢ波長帯で反射率
が９８％以上となり、他の波長帯で反射率５％以下とな
るような波長選択反射性を有する反射膜（ＲＧＢフィル
タ）を高周波マグネトロンスパッタリング法により形成
した。

【０１２８】この場合、実施例１と異なり、ＲＧＢ各反
射波長帯以外の波長では反射率が低減されるよう多層膜
の構成を設計した。なお、画素毎の反射膜のパターニン
グは通常のフォトリソグラフィーにより行った。表電極
基板は実施例１と同様な方法で作成した。ただし、ＴＦ
Ｔ用遮光膜として、ガラス基板との間に反射防止膜を形
成した上にＣｒ膜を成膜した後、パターニングし、さら
に全面にＩＴＯを形成した。この裏電極基板と表電極基
板の周辺部をシール材でシールして１個のセルを形成
し、実施例１と同じ液晶と樹脂原料を注入して硬化させ
た。

【０１２９】セル形状は対角１０．４インチ、画素数は
縦４８０個×横６４０個（×３：ＲＧＢ）、各画素サイ
ズは３３０μｍ×１１０μｍで、横方向の隣接する１１
０μｍの画素にＲＧＢに対応した反射型誘電体多層膜フ
ィルタがモザイク状に形成されている。また、この透過
散乱型の液晶光学素子においては、反射膜を形成する前
の透過型の液晶光学素子の状態で画素の開口率が５５％
と高い値を示している。さらに、誘電体多層膜による反
射膜を形成し反射型の液晶光学素子とすることにより、
付加容量部分も開口部として用いることができるため、
開口率が６３％と大きな値が得られた。

【０１３０】この反射型の液晶光学素子31を、図７のよ
うに、光源光学系32からの光を反射鏡33を経て集光レン
ズ34により平行光化した直後に配置した。液晶光学素子
31への入射光は、入射角１０°以内で斜めに入射し、誘
電体多層膜による反射膜面で正規反射され、再び集光レ
ンズ34に入射し、拡散光を減ずる装置である絞り37に集
光される。そして、この絞り37を構成要素に含む投射光
学系38により、図示されていない投射スクリーンに投射
される。

【０１３１】このとき、拡散光を減ずる装置である絞り
36の直径φと、レンズの焦点距離ｆによって定まる集光
角δは実施例１と同じく８゜とし、光源光学系は、４０
０Ｗ、アーク長５ｍｍのメタルハライドランプを用い、
コールドミラー付き楕円鏡で集光した。その結果、投射
スクリーン上でのコントラスト比１２０、光束２５００
ルーメンが得られた。

【０１３２】（比較例２）実施例２の裏電極基板とし
て、裏電極と反射膜の代わりに、裏電極兼反射膜として
アルミニウム膜を用い、表電極基板として光吸収型のＲ
ＧＢモザイク状カラーフィルタを透明電極と基板との間
に形成したものを用いて、液晶光学素子を作成した。こ
の素子は、コントラスト比３０、光束１０００ルーメン
であった。

【０１３３】また、裏電極基板に反射膜を設けない透過
型の液晶光学素子（他の構成は同じ）の場合は、集光角
δ＝５°で、コントラスト比１２０、光束８００ルーメ
ンであった。そして、光吸収型のＲＧＢモザイク状カラ
ーフィルタを用いたものはいずれも、本実施例の液晶光
学素子を用いた場合に比べ、ＲＧＢの色純度が劣ってい
た。

【０１３４】（実施例３）表電極基板および裏電極基板
として、ガラス基板上にＩＴＯの透明電極をセグメント
状に設け、１／３デューティのマルチプレクス駆動用電
極をパターニングしたものを作成した。このようなセグ
メント電極が形成された裏電極基板上に、図２に示すよ
うに、屈折率１．４５のＳｉＯ₂ と屈折率２．３５のＴ
ｉＯ₂ を交互に光学膜厚（屈折率×膜厚）が２６６ｎｍ
となるように３０層積層し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの発振
波長１０６４ｎｍで反射率が９９．９％以上となるよう
な反射鏡を真空蒸着法により形成した。

【０１３５】この裏電極基板のセグメント電極が形成さ
れていない外面には、透過光が正規反射されないよう、
フロスト状に表面を荒したものを使用した。また、表電
極基板のガラス基板と液晶固化物複合体との界面には、
ＩＴＯ透明電極膜を構成要素とする誘電体多層反射防止
膜を形成し、界面反射光を０．２％以下に低減すると共
に外面には、ＺｒＯ₂ 、ＳｉＯ₂ の２層膜からなるＶ型
反射防止膜を形成し、波長１０６４ｎｍの反射率を０．
２％以下に抑えたものを使用した。

【０１３６】これにΔｎが約０．２７、Δεが約１６の
ネマチック液晶をアクリレートモノマー、２官能ウレタ
ンアクリレートオリゴマー、光硬化開始剤と均一に溶解
した溶液をセルに注入し、紫外線露光により液晶固化物
複合体を硬化させ、液晶量が６８ｗｔ％の１個の反射型
の液晶光学素子を作成した。

【０１３７】セル形状は、２３０ｍｍ×１５０ｍｍであ
り、この中心部に１９２ｍｍ×９６ｍｍの動作エリアが
存在するものである。動作エリア内には、１．９ｍｍ角
のセグメントが２ｍｍピッチで横方向に９６セグメン
ト、縦方向に４８セグメント配置されており、画素の開
口率は約９０％であった。

【０１３８】駆動は１／３デューティ、１／３バイアス
で行った。駆動電圧として、オフ電圧が実効値で、４Ｖ
_rms となるように駆動した。波長１０６４ｎｍでの電圧
非印加時の反射率は約１％、電圧印加時の反射率は約５
５％であり、高いエネルギー利用率と高いコントラスト
比約５５が達成された。

【０１３９】この反射型の液晶光学素子41を、図８のよ
うに、投射光源系42としてＮｄ：ＹＡＧレーザを用い、
その出射光を２枚の集光用レンズ44A、44B と反射鏡43を
用いたケプラー型アフォーカル光学系により平行光照射
径を液晶光学素子の有効面まで拡げ、液晶光学素子41に
照射した。液晶光学素子41は、光源光学系42からの光を
集光レンズ44B により平行光化した直後に配置した。

【０１４０】液晶光学素子41への入射光は、入射角１０
°以内で斜めに入射し、誘電体多層膜による反射膜面で
正規反射され、再び集光レンズ44B に入射し、図中の拡
散光を減ずる装置である絞り47に集光される。そして、
この絞り47の後方に設置された投射光学系48により、レ
ーザ照射対象物49に縮小投射される。

【０１４１】このとき、レーザ光は指向性が高いため、
拡散光を減ずる装置である絞り47の位置に小さなスポッ
ト状に集光されるため、集光角δは１゜以下となるよう
にした。照射対象物49の位置に結像される液晶光学素子
の縮小像倍率は、集光レンズと投射光学系の組合せで任
意に変えられる。また、液晶光学素子が矩形状の場合
は、レーザ光を有効に利用するため、素子形状に合うよ
うに液晶光学素子入射前のレンズ系にシリンドリカルレ
ンズを用いることが好ましい。また、照射対象物位置へ
の縮小投射像を走査し、マルチパターン照射とするため
に、レーザーと液晶光学素子との間にポリゴンミラー等
の走査光学素子を設けてもよい。

【０１４２】したがって、このような光学システムを用
い、レーザ照射対象物位置に１０６４ｎｍ光の吸収体を
置くことにより、液晶光学素子の表示パターンが焼き付
けあるいは加工され、レーザマーカ、レーザ加工機、レ
ーザハンダ、レーザ溶接機等が得られた。

【０１４３】（実施例４）実施例１の液晶光学素子を図
３で示すような構造とした。その結果、実施例１に比し
て開口部は小さく明るさはやや低下したが、駆動に要す
る電圧はやや低くできた。コントラスト比はほとんど差
がなかった。

【０１４４】（実施例５）実施例１の液晶光学素子にお
いて、入射光のうち誘電体多層膜を透過してＴＦＴに入
射する漏れ光を完全に遮断しＴＦＴの感光性に伴う画質
の劣化を抑制するため、図９に示すように裏面電極基板
の各画素のＴＦＴに対応した位置の誘電体多層膜上に遮
光膜を形成した。それ以外の構成は実施例１と同じもの
とした。

【０１４５】ここで用いた遮光膜は、透過型アクティブ
マトリクス液晶表示素子において表電極基板に成膜して
通常用いられるＣｒ金属膜ではなく、微細炭素粒子が感
光性ポリマ−中に分散された黒色かつ電気絶縁性の高い
感光性ポリマ−（富士ハントエレクトロニクステクノロ
ジー社：ＣＫ−２０００）を用いた。この場合、金属膜
を遮光膜に用いると、ＴＦＴと金属膜との間に介在する
誘電体多層膜ミラーが容量として作用するため、ＴＦＴ
の特性を劣化させる。さらに、反射型の場合、金属表面
の反射により入射光が反射されてしまうため、ＴＦＴ部
分が黒に対応した遮光とならないためである。

【０１４６】実施例のように、黒色感光性ポリマ−を用
いることにより、付加容量の生成はなくまた本発明の反
射型で用いてもＴＦＴ部分は常に黒表示となり、投射像
のコントラスト比を劣化させる原因とはならない。

【０１４７】本実施例で用いた黒色感光性ポリマ−はネ
ガ型のフォトレジストと同様に、紫外線露光により微細
パタ−ニングが可能であり、アルカリ現像液によって紫
外線が照射された部分が硬化して残存する。通常、ＴＦ
Ｔはアルカリ溶剤に対してその耐薬品性能が問題となる
が、本発明の反射型の液晶光学素子の製造過程において
は、ＴＦＴに直接アルカリ現像液が接することはなく、
誘電体多層膜が保護膜として作用するためＴＦＴへの悪
影響は生じない。実際には、膜厚１〜２μｍの黒色感光
性ポリマ−を各画素のＴＦＴ位置の誘電体多層膜上にパ
タ−ニング形成した。

【０１４８】ＴＮ型の液晶光学素子等のように、液晶と
の界面に配向膜を必要とする場合、このような１〜２μ
ｍの突起が基板上に存在すると均一な配向膜の形成が困
難となるため、その上に平坦化膜を形成する必要が生じ
る。しかし、液晶固化物複合体は配向膜を必要としない
ため、素子構成上１〜２μｍ程度の突起が基板上に存在
しても問題とならない。

【０１４９】また、電極配線であるアルミニウムに対し
ても、金属表面の反射を低減するために同様の黒色感光
性ポリマ−をパタ−ニング形成してもよい。この場合、
ＴＦＴの遮光と異なり遮光度は光の往復で作用するた
め、ＴＦＴ用遮光膜に比べ膜厚は半分でよい。あるい
は、電極配線と対向電極との間に必ずしも電圧が常時印
加され液晶硬化物複合体層が透明状態になっているわけ
ではないので、投射像のコントラスト比は若干劣化する
が電極配線用の遮光膜はなくともよい。また、アルミニ
ウム金属反射を低減するため、黒色感光性ポリマ−以外
にＣｒ₂ Ｏ₃ 等の黒色金属酸化物を用いてもよい。

【０１５０】このような構成とすることによって、ＴＦ
Ｔへの漏れ光がさらに低減されたため、１００万ルクス
以上の高照度の光を本実施例の表示素子に入射しても、
ＴＦＴの光誘起リ−ク電流は全くなくなり、また、黒色
表示におけるバックグランド光も低減され、結果的に投
射像のコントラスト比および画質が実施例１に比べて向
上した。また、遮光膜形成に伴う画素開口率の減少は２
％程度であった。

【０１５１】実際にこの液晶光学素子を実施例１と同じ
光源系および投射光学系に用いて投射像を評価した。た
だし、投射像をさらに明るくするため光源を２５０Ｗか
ら４００Ｗのメタルハライドランプに代えた。その結
果、液晶表示素子への入射光照度は１. ６倍に増加した
にもかかわらず、投射スクリーン上でのコントラスト比
１４０、光束は１３００ルーメンが得られた。

【０１５２】本実施例では、図９または図１１に示すよ
うに、画素電極および能動素子が形成された裏電極基板
上に誘電体多層膜が成膜されている場合の遮光膜に関し
て説明した。しかし、誘電体多層膜が成膜された基板上
に画素電極および能動素子が形成された裏電極基板に対
しても同様に、図１０または図１２に示すように能動素
子位置に上記感光性ポリマ−を用いて遮光膜をパタ−ニ
ング形成してもよい。この場合、誘電体多層膜が能動素
子の保護膜として作用しないため、アルカリ液を用いた
現像において、能動素子を劣化せせないよう現像条件に
留意する必要がある。

【０１５３】また、本実施例ではＴＦＴ基板側に遮光膜
を形成した場合について記したが、従来と同様に、対向
基板側のＴＦＴあるいは配線部にブラックマトリクスを
形成してもよい。この場合、Ｃｒ膜等の金属膜を直接平
坦なガラス面に形成すると正規反射の増大を招き、投射
像のコントラスト比を劣化させる要因となる。したがっ
て、ガラスあるいはＩＴＯ付きガラスとＣｒ膜との間に
Ｃｒ₂ Ｏ₃ 等のＣｒの反射防止膜を形成する。あるい
は、前述のようなフロスト処理されたガラス面にＣｒを
成膜してその正規反射を低減することが好ましい。

【０１５４】（実施例６）実施例１と同じ反射型ＴＦＴ
基板を用い、ＴＦＴの実効的開口率を向上させるため、
本発明の液晶表示素子の光入射側の表電極基板にマイク
ロレンズアレイを装着した。その断面図を図１３に示
す。本発明の反射型液晶表示素子とマイクロレンズアレ
イを組み合わせてＴＦＴの開口率を向上させる場合、従
来の透過型あるいは反射型の液晶表示の場合とは以下の
２点で異なる。

【０１５５】第一に、透過型液晶表示素子にマイクロレ
ンズアレイを組み合わせた場合、光入射側の液晶表示素
子に密着させ、光出射側には通常マイクロレンズアレイ
は利用しない。その結果、表示素子入射光は指向性が揃
った光であっても、マイクロレンズアレイでＴＦＴ開口
部に集光された後、表示素子を出射する光の指向性は乱
れてしまった。

【０１５６】したがって、その指向性の乱れた光を損失
なく投射するためには、Ｆナンバ−の小さな、即ち大口
径の投射レンズを用いなければならなかった。このこと
は、高解像度・高倍率・小型の投射レンズの利用を困難
にする要因となった。

【０１５７】さらに、透過散乱型表示の場合、マイクロ
レンズによって透明画素の光も指向性が乱されてしまう
と散乱光と非散乱光の区別ができなくなり、散乱光除去
系の機能が低減する。その結果、投射像のコントラスト
比が劣化するといった問題が生じた。このような問題
は、透過型液晶表示素子の光入射側および光出射側にマ
イクロレンズアレイを装着することにより解決するが、
部品点数の増加および位置合わせの手間が増大するため
高価なものとなってしまった。

【０１５８】本実施例の構成の場合、反射型で用いるた
め１つのマイクロレンズアレイが光入射側と光出射側で
２度光が通過する。したがって、指向性の揃った平行光
を入射光とし、マイクロレンズの焦点位置に液晶表示素
子の反射面がくるようにすれば、図１３のように、直進
光（非散乱光）の反射光はもう一度マイクロレンズアレ
イを通過することによって、また指向性の揃った平行光
となる。

【０１５９】したがって、従来の透過型と同様、１つの
マイクロレンズアレイの使用でも透明画素の入射光と出
射光の指向性は変化せず、結果的に投射レンズはマイク
ロレンズの有無によってその仕様を変更する必要がな
い。即ち、投射レンズの性能が維持された状態で使用で
きるとともに散乱光除去系の機能も劣化しない。

【０１６０】第二に、従来のＴＮ型液晶を用いた反射型
液晶表示素子として、液晶表示素子の光入射側にプリズ
ム型偏光素子を配置した光学系が知られている。この場
合、プリズム型偏光素子の最適な光学特性を得るため
に、入射光は液晶表示素子の反射面に垂直に入射させて
いる。

【０１６１】そのとき、光入射側に設けられたマイクロ
レンズアレイの内同一画素に対して光は入射光も反射さ
れて出射する出射光も同一のマイクロレンズを透過させ
れば良かった。この場合、透過型と同様、個々のマイク
ロレンズの中心は画素の開口部の中心に一致するように
配置すればよかった。

【０１６２】しかし、本発明の反射型液晶表示素子の場
合、従来のようなプリズム型偏光素子との組み合わせは
明るさを犠牲にするため不適切であり、図１３のように
液晶表示素子の反射面に対してある角度をもって光を入
射することが好ましい。その場合、同一マイクロレンズ
によって特定画素に入射光を集光させ画素電極の誘電体
多層膜面での反射光を再び平行光化することは、光利用
効率を犠牲にしないでは不可能である。

【０１６３】したがって、図１３に示すように、光軸を
含む面内において隣接する２個のマイクロレンズを用
い、それらのマイクロレンズの中心間の中央に画素の表
示電極の中心が位置するようにマイクロレンズアレイの
配置および設置を定め、一方のマイクロレンズに液晶表
示素子の反射面に対してある角度をもって入射した光を
その画素表示電極の中央部に集光し、反射光がもう一方
のマイクロレンズに出射するように、マイクロレンズの
焦点距離および光入射角度を決めることが好ましい。

【０１６４】具体的には、図１３に示すような関係を満
たすことであり、液晶表示素子の画素長（＝マイクロレ
ンズの画素長に対応した辺の長さ）をａ、マイクロレン
ズの焦点距離をｆ、マイクロレンズの主点から反射面ま
での距離をｄ、液晶表示素子の反射面に対する入射光の
入射角度をθ、表電極基板ガラスの屈折率をｎとする
と、 ｄ＝ｎ×ｆ＝０．５×ａ／ｔａｎθ （１） の関係を満たす構成であることが好ましい。ただし、マ
イクロレンズの焦点距離ｆは、その両側が空気の場合の
値であり、マイクロレンズアレイと表電極基板（ガラス
製）の屈折率は同程度であると近似した。

【０１６５】本実施例の液晶表示素子は画素サイズ１４
０μｍ×１４０μｍの正方形画素が格子状に配列された
ＴＦＴを用いているため、ａ＝１４０μｍであり、液晶
表示素子の反射面に対する入射光の入射角度θを５゜、
表面電極基板ガラスの屈折率ｎを１. ５とした場合、式
（１）の関係から、マイクロレンズの焦点距離ｆは約
０．５３ｍｍとなるようにした。

【０１６６】また、マイクロレンズの主点から反射面ま
での距離ｄは０. ８ｍｍになるように表電極基板ガラス
およびマイクロレンズアレイの厚さを決めた。マイクロ
レンズアレイは表電極基板ガラスに直接形成されたもの
を用いてもよいし、別個に作製したマイクロレンズアレ
イの平坦面を表電極基板（ガラス製）に接着してもよ
い。この場合、表電極基板の表面には、反射防止膜を形
成する必要はないが、マイクロレンズアレイとの空気界
面には反射防止膜を形成することが好ましい。マイクロ
レンズアレイは通常の平凸形状均質ガラスでもよいし、
イオン拡散による屈折率分布型平板マイクロレンズアレ
イでもよい。

【０１６７】このようにして用意されたマイクロレンズ
アレイ付き液晶表示素子を用いて、実施例１と同じ光学
系により投射像を評価した結果、開口率６７％のＴＦＴ
が、実効的に開口率８５％のＴＦＴと同じ光利用効率が
得られた。

【０１６８】また、開口率４０％と低開口率のＴＦＴを
用いた場合でも、マイクロレンズアレイ付き液晶表示素
子構成とすることにより、実効的に開口率８５％のＴＦ
Ｔと同じ光利用効率が得られた。本実施例の光源系とし
て楕円鏡を集光鏡として用い、その第２焦点位置に絞り
を配置しているため、その開口径と集光レンズの焦点距
離で反射型液晶表示素子への入射光の指向性が調整で
き、本実施例ではその指向性の範囲を散乱光除去系の集
光角と同じ８°となるように設定した。

【０１６９】その結果、入射光は画素電極面において直
径約９０μｍ程度の円形に集光され、開口率４０％以上
のＴＦＴであれば、いずれもマイクロレンズアレイの有
効開口率に対応した８５％程度の入射光が光損失なく利
用できることになるためである。さらに、このような指
向性の揃った入射光とマイクロレンズアレイを用いるこ
とにより、入射光は画素電極部分にしか集光されず、Ｔ
ＦＴおよび配線部位置には光が達しないため、遮光膜を
形成する必要がなかった。

【０１７０】実際に、このマイクロレンズアレイ付き液
晶光学素子を用いて実施例１と同様の光学系構成により
投射像を評価した。その結果、投射スクリーン上でのコ
ントラスト比１４０、光束１０００ルーメンが得られ
た。

【０１７１】本実施例のマイクロレンズアレイは、透過
散乱型であって反射型の液晶光学素子に対して有効であ
り、反射機能が誘電体多層膜による場合のみならず、一
般的な金属膜を用いた場合においても適用可能である。

【０１７２】

【発明の効果】本発明の投射型の液晶光学装置では、表
電極基板と裏電極基板との間に挟持される液晶材料とし
て、電気的に散乱状態と透過状態とを制御し得る液晶固
化物複合体を挟持した反射型の液晶光学素子を用いてい
るため、偏光板が不要であり、従来のＴＮ型液晶光学素
子に比して、透過時の光の透過率を大幅に向上でき、明
るい投射画像が得られる。

【０１７３】本発明で用いている反射型の液晶光学素子
は、電圧の印加状態を変えることにより、高い散乱性と
高い透過性とを制御可能なものであり、透過型で用いる
よりも基板間隙が狭くてよいため、低電圧で駆動でき、
従来のＴＮ型液晶光学素子用の駆動用ＩＣを用いた駆動
においても、高コントラスト比を有し、かつ高輝度の表
示が可能になる。

【０１７４】特に、本発明では裏電極基板の反射膜とし
て誘電体多層膜による反射膜を用いているため、基板界
面材料との反応による光学的鏡面の劣化といった問題も
生じにくく、反射率の高い光吸収のない平坦な鏡面が得
られやすい。また、導電性がないので、配線電極との短
絡といった問題もない。

【０１７５】さらに、多層膜の構成によって選択反射性
を付与することができる。このため、吸収のない反射型
カラーフィルタとして機能させることが可能である。こ
れにより、薄い基板間隔が可能であり、それにより低電
圧駆動可能という利点を生かしつつ、明るく、コントラ
スト比の良い投射表示を得ることができる。

【０１７６】また、本発明で用いている反射型の液晶光
学素子は、偏光板を用いなくてもよいため、光学特性の
波長依存性が少なく、光源の色補正等がほとんど不要に
なるという利点も有している。また、ＴＮ型液晶光学素
子に必須のラビング等の配向処理やそれに伴う静電気の
発生による能動素子の破壊といった問題点も避けられる
ので、液晶光学素子の製造歩留りを大幅に向上させるこ
とができる。

【０１７７】さらに、この液晶固化物複合体は、硬化後
はフィルム状になっているので、基板の加圧による基板
間短絡やスペーサーの移動による能動素子の破壊といっ
た問題点も生じにくい。

【０１７８】また、この液晶固化物複合体は、比抵抗が
従来のＴＮモードの場合と同等であり、従来のＤＳモー
ドのように大きな蓄積容量を画素電極毎に設けなくても
よく、能動素子の設計が容易で、有効画素電極面積の割
合を大きくしやすく、かつ、液晶光学素子の消費電力を
少なく保つことができる。

【０１７９】さらに、ＴＮモードの従来の液晶光学素子
の製造工程から、配向膜形成工程を除くだけで製造が可
能になるので、生産が容易である。

【０１８０】また、この液晶固化物複合体を用いた液晶
光学素子は、応答時間が短いという特長も有しており、
動画の表示も容易なものである。さらに、この液晶光学
素子の電気光学特性（電圧−透過率）は、ＴＮモードの
液晶光学素子に比して比較的なだらかな特性であるの
で、階調表示への適用も容易である。

【０１８１】また、本発明の液晶光学素子は、固化物マ
トリクスの屈折率を使用する液晶のｎ_o とほぼ一致する
ようにすることにより、電圧を印加しない部分では光が
散乱されるため、画素以外の部分を遮光膜により遮光し
なくても投射時に光の漏れがなく、隣接画素間の間隙を
遮光する必要がない。

【０１８２】このため、特に、能動素子として多結晶シ
リコンによる能動素子を用いることにより、能動素子部
分に遮光膜なしまたは簡略な遮光膜を設けるのみで、高
輝度の投射用光源を用いることができ、高輝度の投射型
液晶光学装置を容易に得ることができる。さらにこの場
合には遮光膜を全く設けなくてもよい、または簡略な遮
光膜のみでよいことになり、さらに生産工程を簡便化す
ることができる。

【０１８３】また、透過型の液晶光学素子に比べ、印加
電圧−透過率特性における閾値が明瞭になるため、高デ
ューティ比マルチプレクス駆動が可能となり、高開口率
化、高精細化につながる。

【０１８４】また、誘電体多層膜による反射膜はレーザ
の共振器用ミラーとして用いられるように、光吸収はほ
とんどなく耐光性に優れているため、ハイパワーレーザ
光に対しても耐久性が高く、反射型の液晶光学素子の照
射面積を小さくしレーザパワー密度を上げて小型化する
ことが可能である。

【０１８５】また、本発明における液晶光学素子の別の
実施例で示されるように、裏電極基板側に遮光膜を設け
れば、さらに光学特性を改善することができる。

【０１８６】また、別の実施例に示されるように表電極
基板側にマイクロレンズアレイを配置することで、裏電
極基板に到達する光の光路を制御可能となり、能動素子
の誤動作を低減でき、かつ光の効率を改善できる。ま
た、上述した誘電対多層膜による反射機能層や、遮光膜
と併用することで、さらに光学的特性を改善できる。

【０１８７】本発明は、この外、本発明の効果を損しな
い範囲内で種々の応用ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型液晶光学装置の基本的な構成を
示す模式図。

【図２】本発明の反射型の液晶光学素子の基本的な構成
を示す断面図。

【図３】裏電極基板側での裏電極の下地が反射膜とされ
た本発明の液晶光学素子を示す断面図。

【図４】フルカラー化された裏電極の上面に反射膜が設
けられた本発明の液晶光学素子を示す断面図。

【図５】フルカラー化された裏電極の下地が反射膜とさ
れた本発明の液晶光学素子を示す断面図。

【図６】本発明の投射型液晶光学装置の他の例を示す模
式図。

【図７】本発明の投射型液晶光学装置の他の例を示す模
式図。

【図８】本発明の投射型液晶光学装置の他の例を示す模
式図。

【図９】能動素子と遮光膜との間に反射膜が設けられた
本発明の液晶光学素子の例を示す断面図。

【図１０】裏電極側での裏電極の下地が反射膜とされ、
その上に能動素子と遮光膜とが設けられた本発明の液晶
光学素子の例を示す断面図。

【図１１】フルカラー化され、併設された裏電極および
能動素子と、遮光膜との中間に反射膜が設けられた本発
明の液晶光学素子の例を示す断面図。

【図１２】フルカラー化され、裏電極と遮光膜と反射膜
（下地面）と能動素子とが設けられた本発明の液晶光学
素子の他の例を示す断面図。

【図１３】本発明のマイクロレンズ付き液晶光学素子の
例を示す断面図。

【符号の説明】

1：ランプ 2、 3、 6：レンズ 4：液晶表示素子 5：絞り 7：マイクロレンズアレイ 8：接着材 11：表電極基板 12：透明電極 13：反射防止膜 14：液晶固化物複合体 15：裏電極基板 16：裏電極 17、18：反射膜 19：能動素子 20：遮光膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若林 常生 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町松原1160番 地 エイ・ジー・テクノロジー株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明電極を有する表電極基板と裏電極基板
   との間に、ネマチック液晶が固化物マトリクス中に分散
   保持され、電圧の印加時または非印加時のいずれかの状
   態においてその固化物マトリクスの屈折率が使用する液
   晶の屈折率とほぼ一致するようにされた液晶固化物複合
   体を狭持してなる透過散乱型の動作モードを有し、裏電
   極基板と固化物マトリクスとの間に反射機能層が設けら
   れた液晶光学素子であって、 反射機能層は屈折率が相対的に高い透光性誘電体薄膜と
   屈折率が相対的に低い透光性誘電体薄膜とを積層してな
   る誘電体多層膜による反射膜を有することを特徴とする
   液晶光学素子。
2. 【請求項２】請求項１の液晶光学素子において、 反射機能層は波長選択反射性を有していることを特徴と
   する液晶光学素子。
3. 【請求項３】請求項１または２の液晶光学素子におい
   て、 裏電極基板の電極が分割された画素電極から構成され、
   各画素電極は画素毎に設けられた能動素子によって駆動
   され、 能動素子の位置に対応した裏電極基板の電極面側または
   表電極基板の電極面側に遮光膜がパターニング形成され
   たことを特徴とする液晶光学素子。
4. 【請求項４】請求項３の液晶光学素子において、 画素電極および能動素子の上に反射機能層が形成され、
   さらに反射機能層上の能動素子に対応した位置に、遮光
   膜がパターニング形成されたことを特徴とする液晶光学
   素子。
5. 【請求項５】透明電極を有する表電極基板と裏電極基板
   との間に、ネマチック液晶が固化物マトリクス中に分散
   保持され、電圧の印加時または非印加時のいずれかの状
   態においてその固化物マトリクスの屈折率が使用する液
   晶の屈折率とほぼ一致するようにされた液晶固化物複合
   体を狭持してなる透過散乱型の動作モードを有し、裏電
   極基板と固化物マトリクスとの間に反射機能層が設けら
   れた液晶光学素子であって、 裏電極基板の電極が分割された画素電極から構成され、
   各画素電極は画素毎に設けられた能動素子によって駆動
   され、 表電極基板の光入射側面にマイクロレンズアレイが配置
   され、 裏電極面側への光の入射光の光軸が基板面の垂直軸から
   角度θだけ傾斜せしめられ、マイクロレンズアレイのう
   ち隣接するマイクロレンズの一方のマイクロレンズに入
   射した光が、画素電極の面位置に集光され、さらに反射
   機能層により反射され、他方のマイクロレンズに出射さ
   れるように、 画素寸法、角度θ、画素電極とマイクロレンズとの配
   置、マイクロレンズの焦点距離、表電極基板の厚みおよ
   び表電極基板の屈折率が選定されたことを特徴とする液
   晶光学素子。
6. 【請求項６】請求項５の液晶光学素子において、 画素寸法と個々のマイクロレンズの寸法をほぼ同一と
   し、画素寸法をａ、マイクロレンズの焦点距離をｆ、マ
   イクロレンズの主点から反射膜面までの距離をｄ、表電
   極基板の屈折率をｎとすると、 ｄ＝ｎ×ｆ＝０．５×ａ／ｔａｎθ の関係が成り立つことを特徴とする液晶光学素子。
7. 【請求項７】請求項５または６の液晶光学素子におい
   て、 反射機能層は屈折率が相対的に高い透光性誘電体薄膜と
   屈折率が相対的に低い透光性誘電体薄膜とを積層してな
   る誘電体多層膜による反射膜を有することを特徴とする
   液晶光学素子。
8. 【請求項８】光源光学系と液晶光学素子と投射光学系と
   が設けられた投射型液晶光学装置において、 請求項１〜７のいずれか１項の液晶光学素子を用い、光
   源光学系からの光が表電極基板側から液晶光学素子内部
   に入射され、反射機能層により反射され、表電極基板側
   から出射され、さらに、投射光学系によって投射される
   ことを特徴とする投射型液晶光学装置。
9. 【請求項９】請求項８の投射型液晶光学装置において、 色分離光学系が光源光学系と液晶光学素子との間に設け
   られ、色分離光が異なる液晶光学素子に入射され、それ
   らの複数の液晶光学素子の反射機能層の少なくとも１つ
   が、色分離光学系による色純度の低下を補うような波長
   選択反射性を有することを特徴とする投射型液晶光学装
   置。
10. 【請求項１０】請求項８または９の投射型液晶光学装置
    において、 液晶光学素子の反射機能層が、異なる波長選択反射性を
    有する複数の部分に分かれて形成されていることを特徴
    とする投射型液晶光学装置。