JPH0588140A

JPH0588140A - 液晶パネル及びそれを用いた液晶投写型テレビ

Info

Publication number: JPH0588140A
Application number: JP3247558A
Authority: JP
Inventors: Hideki Omae; 秀樹大前; Hiroshi Takahara; 博司高原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1991-09-26
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】高輝度表示・高コントラストの液晶パネルお
よび液晶投写型テレビを提供する。【構成】液晶パネルの画素電極１４と対向電極２２の
うち少なくとも一方に凹凸断面形状層１５を形成し、液
晶には高分子分散液晶を用いる。凹凸断面形状層１５は
高分子分散液晶中のポリマーの屈折率ｎ_pと同一または
その近傍の屈折率の材料、好ましくは高分子分散液晶中
のポリマー材料を用いて形成する。液晶が散乱状態の
時、凹凸断面形状層１５の屈折率ｎ_tと液晶層の屈折率
は異なる。従って、液晶パネルに入射した光は散乱され
るとともに回折される。液晶が透過状態の時、正の誘電
異方性を有する液晶の常光屈折率ｎ_oはｎ_t及びｎ_pと等
しくなり、凹凸断面形状層１５と液晶層間の屈折率差が
なくなり、光はそのまま直進する。【効果】散乱効果及び回折効果によりコントラストが
向上し、高輝度表示が行える。

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１５）は液晶パネルの平面図である。（図１
５）において、１５１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）、１５２はＩＴ
Ｏ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）、１５６はアレイ基板１５１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）、１５５はアレイ基板１５１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）、１５３は偏光フィルム、１５４
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１６（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１６（ｂ））は（図
１６（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１６（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ＩＣ１
５５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ＩＣ１５６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。また、ブラックマトリッ
クス３２が形成されている。（図１７）において、２１
は対向基板、１７１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。なお、一画素の大きさは５００μｍ〜３０μｍ程
度である。

【０００６】（図１８）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１８）におい
て、１８１は偏光板、１８２は偏光方向、１８３は透明
電極、１８４は液晶分子、１８５は信号源、１８６はス
イッチである。（図１８）に示すように、オフ状態では
入射光が９０度回転し、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１８１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１８）は従来の液晶投
写型テレビの構成図である。（図１８）において、１８
１は集光光学系、１８２は赤外線を透過させる赤外線カ
ットミラー、１８３ａは青色光反射ダイクロイックミラ
ー（以後、ＢＤＭと呼ぶ）、１８３ｂは緑色光反射ダイ
クロイックミラー（以後、ＧＤＭと呼ぶ）、１８３ｃは
赤色光反射ダイクロイックミラー（以後、ＲＤＭと呼
ぶ）、１８４ａ，１８４ｂ，１８４ｃ，１８６ａ，１８
６ｂ，１８６ｃは偏光板、１８５ａ，１８５ｂ，１８５
ｃは透過型の従来のＴＮ液晶パネル、１８７ａ，１８７
ｂ，１８７ｃ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１９）を参照しながら説明する。まず、集光光
学系１９１から出射された白色光はＢＤＭ１９３ａ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１９４ａに入射される。ＢＤＭ１９３ａを透過し
た光はＧＤＭ１９３ｂにより緑色光（以後、Ｇ光と呼
ぶ）が反射され、偏光板１９４ｂに、また、ＲＤＭ１９
３ｃにより赤色光（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され、偏
光板１９４ｃ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パネルに照射させる。この際、５
０％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１９６ａ，１９６ｂ，１９６ｃを透過し、各投写レン
ズ系１９７ａ，１９７ｂ，１９７ｃ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、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。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
大投映した際、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
２０（ａ）（ｂ））を用いて簡単に述べる。（図２０
（ａ）（ｂ））は高分子分散液晶パネルの動作の説明図
である。（図２０（ａ）（ｂ））において、２０１はア
レイ基板、２０２は画素電極、２０３は対向電極、２０
４は水滴状液晶、２０５はポリマー、２０６は対向基板
である。画素電極２０２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２０（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２０４は不規則な方向に
配向している。この状態ではポリマー２０５と液晶とに
屈折率差が生じ入射光は散乱する。ここで（図２０
（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２０１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を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以上、投写のもので２００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、これらのど
の手法を用いても、実現しうる光散乱特性は理想的な散
乱状態であり、完全拡散状態を超えることはない。

【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完全拡散状態を示す高分子分散液
晶パネルを使用したとしてもコントラストは約１００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凹凸断面形状層を形成し、該
凹凸断面形状層は光を変調する画素領域に形成する。ま
た、凹凸断面形状層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凹凸断面形状層を形成す
る。

【００２４】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回
折格子により、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、他の液晶パネルの回折
格子のピッチあるいは高さを変化させている。

【００２５】

【作用】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凹凸断面形状層を形成する。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１８（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。凹凸断面形状層の屈折率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凹
凸断面形状層により回折され、直進する成分が少なくな
る。言い換えれば該凹凸断面形状層は回折格子として作
用する（以下凹凸断面形状層は回折格子と呼ぶ）。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１８（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。

【００２６】

【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１（ａ）（ｂ））において、１５はア
レイ基板１６上に形成された凹凸断面形状層（回折格
子）である。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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。（図９）に本発明の液晶パネルに光線が入射した際
の出射光線の強度をモデル的に示した。電圧は無印可の
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。

【００３７】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。

【００３８】回折格子１５上には画素電極１４を形成し
ている。画素電極１４は通常ＩＴＯで形成する。

【００３９】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。

【００４０】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。（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。また、（図４）は（図３）に示す対向基板２
１にアレイ基板１６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。（図３（ａ）（ｂ））に
おいて、３１は回折格子である。なお、回折格子の形状
・材質等については第１の実施例と同様であるので説明
を省略する。また、以上のことは本発明の他の実施例に
おける回折格子についても同様である。

【００４１】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。本発明の第２の実施例では対向基板２１上に
回折格子３１を形成し、また、回折格子３１上には対向
電極２２を形成している。回折格子３１は光の回折を行
なうことは当然であるが、対向基板２１に凹凸をも形成
している。高分子分散液晶パネルでは対向電極２２が平
滑性を有するため、対向電極２２と液晶層２３との密着
性が悪く、ヒートショック等により剥離が発生するとい
う課題があった。第２の実施例では対向基板上に回折格
子により凹凸を形成したことになり密着性が向上する。
従って、剥離が発生せず、信頼性が非常に高まる。

【００４２】（図５）は本発明の液晶パネルの第３の実
施例における断面図である。第３の実施例では、回折格
子５５の断面形状が三角波である。他は第２の実施例と
同様である。この場合の回折角度θ、及び０次回折光の
効率η₀は以下のように与えられる。

【００４３】ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐ（但しｍは回折次数） η₀＝ｓｉｎｃ²（δ／２）（但しδ＝２πΔｎｄ／λ）本発明に従えば、回折格子５５の表面上に形成した対向
電極２２は、第１の実施例及び第２の実施例に於いて
は、回折格子上と回折格子間のＩＴＯが電気的に絶縁状
態となる段切れという現象が発生する可能性があった
が、この第３の実施例のように構成すれば段切れは一切
発生しない。

【００４４】（図６）は本発明の液晶パネルの第４の実
施例における断面図である。第４の実施例では、回折格
子６５の断面形状が正弦波である。他は第２の実施例と
同様である。この場合の回折角度θ、及び０次回折光の
効率η₀は以下のように与えられる。

【００４５】ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐ（但しｍは回折次数） η₀＝Ｊ₀ ²（δ／２）（但しδ＝２πΔｎｄ／λ）本発明に従えば、回折格子６５の表面上に形成した対向
電極２２は、第１の実施例及び第２の実施例に於いて
は、回折格子上と回折格子間のＩＴＯが電気的に絶縁状
態となる段切れという現象が発生する可能性があった
が、この第４の実施例のように構成すれば段切れは一切
発生しない。

【００４６】（図７）は本発明の液晶パネルの第５の実
施例における断面図である。第５の実施例では、画素電
極１４上に回折格子１５を形成している。第１，第２の
実施例では、回折格子１５上に画素電極１４を形成した
ため、回折格子上と回折格子間のＩＴＯが電気的に絶縁
状態となる段切れという現象が発生する可能性があった
が、この第５の実施例のように構成すれば段切れは一切
発生しない。

【００４７】但し回折格子１５を形成する物質は誘電率
が高くなければならない。画素電極１４と対向電極２２
の間に電界を印可しても回折格子１５で電圧降下してし
まい液晶層２３には所望の電圧がかからない。よって回
折格子１５を形成する物質の誘電率は１０以上が望まし
い。特に回折格子１５の高さｄが数μｍ必要な場合は回
折格子１５を形成する物質の誘電率は３０以上が好まし
い。このような物質の例としては例えば水酸基及びシア
ノエチル基を分子内に有しシアノエチル基の含有量３５
％以上の高分子シアノエチル化物であるシアノエチルセ
ルロース、シアノエチルプルラン、あるいはイソシアン
酸基を分子内に２個以上有するイソホロンジイソシアネ
ート等があげられる。

【００４８】（図８）は本発明の液晶パネルの第６の実
施例における断面図である。第６の実施例では対向電極
２２上に回折格子３１を形成している。効果は第５の実
施例と同様である。

【００４９】（図１０（ａ））は本発明の第７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１
０（ｂ））は本発明の第７の実施例における液晶パネル
の一画素部の斜視図である。（図１０（ａ）（ｂ））に
おいて、１０５は回折格子である。回折格子１０５は直
方体のブロック状であり、これがある一定の間隔をもっ
て対向基板２１上に形成されている。そしてその回折格
子１０５上に対向電極２２が形成されている。このよう
な回折格子１０５においては光線はＸ方向のみならず、
Ｙ方向にも回折するので、回折効率はさらに高くなる。
また２次元的に回折するので面内で均質な画像が得られ
る。この回折格子の形状は正弦波状のドット、もしくは
円錐上のドット等でもよいことは言うまでもない。

【００５０】（図１１（ａ））は本発明の第８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１
１（ｂ））は本発明の第８の実施例における液晶パネル
の一画素部の斜視図である。（図１１（ａ）（ｂ））に
おいて、１１５は回折格子である。回折格子１１５は直
方体のブロック状であり、これがある一定の間隔をもっ
て対向基板２１上に市松模様に形成されている。そして
その回折格子１１５上に対向電極２２が形成されてい
る。このような回折格子１１５においても第７の実施例
と同様の効果を有する。

【００５１】（図１２（ａ））は本発明の第９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１
２（ｂ））は本発明の第９の実施例における液晶パネル
の一画素部の斜視図である。（図１２（ａ）（ｂ））に
おいて、１２５は回折格子である。回折格子１２５は
（図１２（ｂ））のように部分的には連続したストライ
プ状であるが、凹状の溝の方向が隣合った部分で互いに
異なるように形成されている。これによりある部分では
１次元的な回折であるが、隣の部分では９０゜異なった
方向に回折するので全体的にみれば２次元的に回折して
いるようにみえる。このような回折格子１２５において
も第７の実施例と同様の効果を有する。なお（図１２）
では１画素中にこのような部分的に連続したストライプ
状の回折格子が多数形成された図面を記したが、１画素
あるいは数画素においては同方向のストライプでありこ
れと隣合う画素において異なる方向のストライプの回折
格子を形成してもよい。

【００５２】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１３）は本発明の液
晶投写型テレビの一実施例の構成図である。ただし、説
明に不要な構成要素は省略している。（図１３）におい
て、１３１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１３１の出射端には紫
外線カットフィルタが配置されている。１３２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１３２は集光光学
系１３１の内部に配置してもよいことは言うまでもな
い。また、１３３ａはＢＤＭ、１３３ｂはＧＤＭ、１３
３ｃはＲＤＭである。なお、ＢＤＭ１３３ａからＲＤＭ
１３３ｃ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ＲＤＭ１３３ｃ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。

【００５３】１３４ａ，１３４ｂおよび１３４ｃ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１３４ｃ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１３４ａ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１３４ｃ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。１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１
３７ａ，１３７ｂおよび１３７ｃはレンズ、１３６ａ，
１３６ｂおよび１３６ｃはしぼりとしてのアパーチャで
ある。なお、１３５，１３６および１３７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。

【００５４】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１３
４とレンズ１３５との距離Ｌと、レンズ１３５とアパー
チャ１３６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。

【００５５】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２００：１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３００ｆｔ以上であり、Ｃ
ＲＴ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１３）の構成図は一例として（図１
４）に示す斜視図などで示される。（図１４）において
１４１，１４２はレンズ、１４３はミラー、１４４ａ，
１４４ｂおよび１４４ｃは投写レンズまたは投写レンズ
系である。

【００５６】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１３１から白色光が照射され、前記白色光の
Ｂ光成分はＢＤＭ１３３ａにより反射される。このＢ光
は高分子分散液晶パネル１３４ａに入射する。高分子分
散液晶パネルは（図２０（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１３６ａ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１３６ａを通過する。変調された光は投
写レンズ１３７ａ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１
３４ｂはＧ光成分の光を変調し、また、高分子分散液晶
パネル１３４ｃ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。

【００５７】また、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。

【００５８】また、（図１３）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。

【００５９】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。

【００６０】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。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映する単パネル投晶型テレビ
でもよい。

【００６１】

【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、回折格液晶がオン状態の時は液晶層２３とのほぼ屈
折率差がなくなり、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２３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。

【００６２】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。従来、
液晶層２３と対向電極及び画素電極との密着性が悪いた
め剥離という課題を発生させていたが、本発明において
回折格子は液晶パネルの対向電極とが電極のうち少なく
とも一方に凹凸を形成しているのでこの課題を除去する
ことができる。

【００６３】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い。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たばかり
でなく、電源のオン・オフ時のヒートショックより発生
する剥離の問題が生じない。さらに、本発明では、特に
主としてＲ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の実施例の断面図で
ある。

【図６】本発明の液晶パネルの第４の実施例の断面図で
ある。

【図７】本発明の液晶パネルの第５の実施例の断面図で
ある。

【図８】本発明の液晶パネルの第６の実施例の断面図で
ある。

【図９】本発明の液晶パネルの出射光線強度の説明図で
ある。

【図１０】本発明の液晶パネルの第７の実施例の平面図
および断面図である。

【図１１】本発明の液晶パネルの第８の実施例の平面図
および断面図である。

【図１２】本発明の液晶パネルの第９の実施例の平面図
および断面図である。

【図１３】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１４】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１５】従来の液晶パネルの平面図である。

【図１６】従来の液晶パネルの平面図および断面図であ
る。

【図１７】従来の液晶パネルの断面図である。

【図１８】ＴＮ液晶パネルの動作の説明図である。

【図１９】従来の液晶投写型テレビの構成図である。

【図２０】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画素電極１５，５５，６５，１０５，１１５，１２５凹凸断面
形状層（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１３１集光光学系１３２赤外線カットミラー１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃダイクロイックミラー１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ高分子分散液晶パネル１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃアパーチャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１と第２の２枚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
する電極層が形成され、前記第１と第２の基板間に高分
子分散液晶層を狭持し、かつ前記第１と第２の基板のう
ち少なくとも一方の基板上で前記高分子分散液晶層に相
対する面に、前記高分子分散液晶層を形成する高分子材
料と略一致する屈折率を有する光透過性を有する等方性
媒質で凹凸断面形状が形成されていることを特徴とする
液晶パネル。
【請求項２】高分子分散液晶層を形成する高分子材料
を用いて、凹凸断面形状を形成したことを特徴とする請
求項１記載の液晶パネル。
【請求項３】凹凸断面形状層を形成する物質、および
高分子分散液晶層を形成する高分子材料の屈折率
（ｎ_p）が、使用する液晶物質の常光屈折率（ｎ_o）ある
いは異常光屈折率（ｎ_e）のどちらか一方と略一致する
か、または液晶物質がランダムに配向している状態の屈
折率（ｎ_x）と略一致することを特徴とする請求項１記
載の液晶パネル。
【請求項４】凹凸断面形状層を形成する物質の誘電率
（ε_p）が３０以上であることを特徴とする請求項１記
載の液晶パネル。
【請求項５】凹凸断面形状層は部分的には連続したス
トライプ上であり、凹状の溝の方向が隣合った部分で互
いに異なるように形成され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６】液晶パネルはアクティブマトリクス型液
晶パネルであることを特徴とする請求項１記載の液晶パ
ネル。
【請求項７】請求項１記載の液晶パネルと、前記発生
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の光学要素部品とを具備することを特徴とする液晶投
写型テレビ。
【請求項８】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
光に分離され、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７記載の液晶投写型テレビ。
【請求項９】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８記載の液晶投写型テレビ。
【請求項１０】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。
【請求項１１】各波長の光に対して配置された液晶パ
ネルにおいて、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凹凸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
する請求項８記載の液晶投写型テレビ。