JPH0588142A

JPH0588142A - 液晶パネルとおよびそれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0588142A
Application number: JP3249020A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahara; 博司高原; Hideki Omae; 秀樹大前
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】【目的】高輝度表示、高コントラストの液晶パネルを
提供する。【構成】対向電極基板１１上で高分子分散液晶１７と
接する面に二次元回折格子を形成する。回折格子の凸部
１３の屈折率は対向電極１６と画素電極１５間に電圧が
印加されたときの液晶１７の屈折率と一致させる。対向
電極１６と画素電極１５間に電圧が印加されていないと
き、液晶パネルの入射光は凸部１３と液晶１７間に屈折
率差があるため回折するとともに液晶１７で散乱され
る。電圧が印加されている時は屈折率差がなくなるため
直進する。液晶パネルは液晶投写型テレビ、ビデオカメ
ラのビューファインダ等に用いる。【効果】偏光板を用いない時は高輝度画像表示が行え
る。また、回折効果と液晶１７の散乱効果により高コン
トラストを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の液晶パネルに表示された
画像をスクリーンに拡大投映する液晶表示装置（以下、
液晶投写型テレビと呼ぶ）、ビデオカメラなどで撮影画
像の表示に用いる液晶表示装置（以下、ビューファイン
ダと呼ぶ）と、液晶表示装置に用いる液晶パネルに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルを用いた液晶表示装置は、Ｃ
ＲＴを用いた表示装置に比較して軽量化および薄型化の
可能性が高いことから研究開発が盛んである。近年は液
晶の旋光性を画像表示に応用したツイストネマティック
モード（以下、ＴＮモードと呼ぶ）の液晶表示装置が実
用化され、携帯用のポケットテレビ、ビデオカメラのビ
ューファインタなどに用いられている。

【０００３】しかし、液晶表示装置は大画面化が困難で
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、大面
の表示画像を得る液晶投写型テレビの研究開発も盛んで
ある。

【０００４】（図１５）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ＩＣ１５１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ＩＣ１５２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ＴＦＴ１５３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１５４が形成されている。１
５５は画素電極と対向電極間に挟持された液晶である。

【０００５】以下、従来の液晶パネルについて説明す
る。（図１６）は従来の液晶パネルの断面図である。１
６７はクロムなどで形成されたブラックマトリックス、
１６６はＩＴＯなどの透明電極で形成された対向電極で
ある。アレイ基板１６２と対向電極基板１４１は４〜６
μｍの間隔で保持され、前記基板間にＴＮ液晶１６３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。なお、１６４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１６２と対向電極基板１
６１には配向膜１６８ａ、１６８ｂが塗布され、ラビン
グにより配向処理される。その後、アレイ基板１６２周
辺部にＴＮ液晶の注入口を残して封止樹脂（図示せず）
が塗布される。また、対向電極基板１６１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１６１とアレイ基板１６２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１６２と対向電極基板１６１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、従来液晶表示装置の一例として液晶
投写型テレビについて図面を参照しながら説明する。
（図１７）は従来の液晶投写型テレビの構成図である。
（図１７）において、１７１は集光光学系、１７２は赤
外線および紫外線を透過させるＵＶＩＲカットミラー、
１７３ａは青色光反射ダイクロイックミラー（以後、Ｂ
ＤＭと呼ぶ）、１７３ｂは緑色光反射ダイクロイックミ
ラー（以後、ＧＤＭと呼ぶ）、１７３ｃは赤色光反射ダ
イクロイックミラー（以後、ＲＤＭと呼ぶ）、１７４
ａ，１７４ｂ，１７４ｃ，１７６ａ，１７６ｂ，１７６
ｃは偏光板、１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃは透過型の
ＴＮ液晶パネル、１７７ａ，１７７ｂ，１７７ｃは投写
レンズ系である。なお、説明に不要な構成物は図面から
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
いて説明する。まず、集光光学系１７１から出射された
白色光はＢＤＭ１７３ａ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１７４ａに入射され
る。ＢＤＭ１７３ａを透過した光はＧＤＭ１７３ｂによ
り緑色光（以後、Ｇ光と呼ぶ）が反射され偏光板１７４
ｂに、また、ＲＤＭ１７４ｃにより赤色光（以後、Ｒ光
と呼ぶ）が反射され偏光板１７４ｃ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１７６ａ，１７６ｂ，１７６ｃを透過し、各投写レン
ズ系１７７ａ，１７７ｂ，１７７ｃ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。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、ここで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１８
（ａ）（ｂ））を用いて簡単に述べる。（図１８（ａ）
（ｂ））は高分子分散液晶パネルの動作の説明図であ
る。（図１８（ａ）（ｂ））において、１８１はアレイ
基板、１８２は画素電極、１８３は対向電極、１８４は
水滴状液晶、１８５はポリマー、１８６は対向基板であ
る。画素電極１８２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
８（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１８４は不規則な方向に配向
している。この状態ではポリマー１８５と液晶１８４と
に屈折率差が生じ入射光は散乱する。ここで（図１８
（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１８１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】ビデオカメラは、携帯性、操作性の点か
ら、コンパクト軽量であることが要求される。そのた
め、ビューファインダ用ディスプレイとして、液晶表示
装置の導入が期待されている。ところが、液晶表示装置
を用いたビューファインダの消費電力は、現状ではかな
り大きい。例えば、ＴＮ液晶表示装置を用いたビューフ
ァインダの消費電力は、液晶表示装置が約０．１Ｗ、光
源が約１．０Ｗという例がある。ビデオカメラは、コン
パクト軽量性を確保するために、電池の容量が限られて
おり、ビューファインダの消費電力が大きい場合には、
連続使用時間が短くなるので、大きな問題となる。

【００１７】ＴＮ液晶表示装置の消費電力が大きい原因
として、次のようなことが考えられる。前述のように、
ＴＮ液晶を用いる液晶パネルは、入射側と出射側に偏光
板が必要であり、この２枚の偏光板の総合透過率は約３
０％となる。また、ライトボックスは輝度むらの少ない
面光源にする必要があり、そのためにＴＮ液晶パネルと
ライトボックス間に拡散板を配置している。光拡散度の
低い拡散板を用いると、ライトボックス内の蛍光管の発
光パターンが現れ、それが液晶パネルの表示画面を通し
て見え、表示品位を低下させる。そのため、拡散板は拡
散度の高いものを用いるが、一般に拡散度を高くすると
透過率が低下し、必要な輝度を得ようとすると光源の消
費電力の増大を招く。以上のことより、消費電力が大き
く、ビデオカメラは連続使用を行なうことができなかっ
た。

【００１８】

【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、高輝度画像表示が行えない。また、消費電
力も大きくなる。

【００１９】本発明の液晶パネルは液晶として高分子分
散液晶を用いる。また、対向電極基板には２次元の回折
格子を形成する。回折格子は対向電極基板を加工して形
成する。

【００２０】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。元来、高分子分散
液晶パネルは散乱特性が悪かった。しかし、本発明の液
晶パネルには回折格子が形成されており、この回折効果
と高分子分散液晶の散乱効果によりコントラストが向上
する。

【００２１】また、本発明のビュファインダは光源とし
て微小領域発光の発光素子を用い、さらに、前記光源が
放射する光を集光し平行光に変換する集光レンズと、集
光レンズで集光された光を変調する液晶パネルを具備し
たものである。前記液晶パネルは本発明の液晶パネルを
用いる。

【００２２】

【作用】本発明の液晶パネルは対向電極基板に用いるガ
ラスをエッチングして二次元回折格子を形成する。その
回折格子上にＩＴＯなどを蒸着して対向電極とする。回
折格子の高さは１〜５μｍである。回折格子の凸部が３
μｍの場合、回折格子の凹部のＩＴＯと凸部のＩＴＯと
は電気的に絶縁されるが、２次元回折格子の場合は凸部
のしめる割合は凹部の１／４となる。したがって、凹部
のＩＴＯと対向電極とすることにより、液晶の駆動には
問題がない。

【００２３】前記回折格子の形成された対向電極基板と
画素電極が形成されたアレイ基板内に高分子分散液晶を
狭持する。高分子分散液晶のポリマーの屈折率ｎ_p、液
晶の常光屈折率をｎ_oとする。通常、高分子分散液晶で
はｎ_p＝ｎ_oとなるよう使用材料が設定される。また、液
晶層に電圧が印加すると液晶は配向（以後、オン状態と
呼ぶ）し、透過状態となる。前記オン状態の屈折率ｎ_on
はｎ_oとなる。逆に液晶に電圧が印加されていない時、
液晶はランダムな配向状態（以後、オフ状態と呼ぶ）で
あり散乱状態となる。ポリマーの比率が小さいとする
と、この時の屈折率ｎ_offはおよそ（２ｎ_o＋ｎ_e）／３
となる。液晶のｎ_oは１．５２〜１．５４の材料が多
く、また回折格子の材料、つまりガラス基板の屈折率ｎ
_gも１．５２〜１．５４のものが多い。両者の材料選定
が容易である。また、回折格子の機械的強度も高い。オ
ン状態の時、ｎ_g＝ｎ_oとなり、あたかも回折格子は消滅
した状態となる。したがって、液晶パネルへの入射光は
そのまま直進する。オフ状態の時はｎ_g≠ｎ_offとなるか
ら、回折格子と液晶層間に屈折率差が生じ、液晶パネル
への入射光は回折するとともに、液晶層で散乱する。し
たがって、コントラストが向上する。

【００２４】ビューファインダは、観察者の瞳の位置が
接眼リングによりほぼ固定される。接眼リングを用いな
い場合でも、表示画面が小さいため、広い視野角は要求
されない。つまり、ビューフアインダに液晶表示装置を
用いる場合、その背後に配置する光源は指向性が狭くと
もさしつかえがない。光源として蛍光灯バックライトを
用いる場合、その液晶表示装置の表示領域とほぼ同じ大
きさの領域からある方向の微小立体角内に進む光だけが
利用され、他の方向に進む光は利用されない。

【００２５】そこで、本発明では、発光体の小さな光源
を用い、その発光体から広い立体角に放射される光を集
光レンズにより平行に近い光に変換する。こうすると、
集光レンズからの出射光は指向性が狭くなり、その狭い
指向性はビューファインダの用途に十分となる。発光体
の大きさが小さければ、当然、消費電力も少ない。

【００２６】集光レンズが無収差で、透過率が１００％
の場合、集光レンズを通して見た発光体の輝度は発光体
そのものの輝度と等しい。カラーフィルタ、偏光板を含
めた液晶表示装置の最大透過率を３０％、集光レンズの
透過率を９０％、ビューファインダとして必要な輝度を
１５［ｆｔーＬ］とすると、光源に必要な輝度は約５６
０［ｆｔーＬ］となる。本発明では、この程度の輝度を
有し、発光領域が小さい発光素子として、後述する発光
管，ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄ
ｅ）などを用いる。

【００２７】本発明のビューファインダは、光源として
発光領域の小さい発光素子を用い、前記発光素子から広
い立体角に放射される光を集光手段により効率よく集光
するので、蛍光灯バックライトを用いる場合に比較して
効率が高く、光源の消費電力も少ない。

【００２８】高分子分散液晶を用いた液晶表示装置は、
偏光板が不要であるため、ＴＮ液晶を用いた液晶表示装
置と比較した場合に、必要な画面輝度を得るための光源
の輝度が低くなる。従って、光源の消費電力を大幅に低
減できる。

【００２９】

【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３）は本発明の液晶パネル
に用いる対向電極基板の平面図である。（図３）におい
て１３は二次元回折格子の凸部である。また、１６は、
ＩＴＯなどからなる対向電極である。対向電極１６の膜
厚は５００Å以上必要であるが、回折効率などに影響を
与えるため薄い方が好ましい。（図３）に示す対向電極
基板を用い、液晶パネルを構成した図を（図１）（図
２）に示す。なお、（図１）（図２）は、液晶パネルの
一画素図の断面図であり、（図１）は（図３）のＡＡ’
線での断面図、（図２）（図３）のＢＢ’線での断面図
である。なお、説明に不要な箇所は省略しており、図は
モデル化して描いている。

【００３０】（図１）（図２）において１１は対向電極
基、１２はアレイ基板である。アレイ基板１２上にはＩ
ＴＯからなる画素電極１５、およびソース信号線１４な
どが形成され、また、画素電極１５にはそれぞれの画素
電極に画像信号を印加するためのスイッチング素子（図
示せず）が形成されている。スイッチング素子としては
薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴと呼ぶ）、ダイオード
などが該当する。回折格子のピッチは３〜２０μｍであ
り、以後に説明する液晶投写型テレビ等に用いる場合は
５〜１０μｍの範囲がよい。また、回折格子の高さは１
〜６μｍである。なお、回折格子の形状は（図１）のよ
うに矩形形状に限定するものではなく、台形形状、サイ
ンカーブ形状、三角波形状、ノコギリ波形状のいずれで
あってもよいが、形成の容易さ、回折効率の高さおよび
回折格子の凸部１３の高さも最も低くてすむ矩形形状も
しくはそれに近い形状が好ましい。また、回折格子の機
械的強度も高く、良好に液晶パネルを形成できた。

【００３１】２次元回折格子の配置は（図３）に示すよ
うに正方配置がよい。（図３）に示す配置では、横方
向、縦方向および斜めの方向に対しても回折特性が非常
に良好であった。凸部１３上にはＩＴＯ膜が対向電極１
６の形成の際、蒸着されるが、前記ＩＴＯと対向電極１
６とは作製した凸部１３が３μｍ程度あるため、電気的
に接続されていない。また、前記ＩＴＯは除去してもよ
い。しかし、凸部の面積が全体の１／４であるから、必
要な対向電極面積を確保でき、液晶の駆動には影響がな
い。

【００３２】高分子分散液晶層１７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。

【００３３】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０．１μｍ〜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０．５μｍ〜１．５μｍ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。

【００３４】液晶層１７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。

【００３５】回折格子の形成方法としては、ほうけい酸
ガラス、アルカリガラス、ソーダガラス基板上に金属も
しくはレジストにより凸部１３のパターンを形成し、反
応性イオンエッチング、化学的エッチングなどにより形
成する。特に、反応性イオンエッチングは凸部のエッジ
がシャープに形成され良好に形成できる。ガラス基板の
屈折率ｎ_gは１．５０〜１．５４のものを選定し、前記
屈折率は高分子分散液晶１７のポリマーの屈折率ｎ_pも
しくは液晶の常光屈折率ｎ_oとほぼ一致させる。通常、
アクティブマトリックス型液晶パネルに用いるガラス基
板の屈折率は１．５２もしくは１．５３のものが多く、
この屈折率は高分子分散液晶のｎ_oとよく一致する。回
折格子の凸部１３を形成後、ＩＴＯを蒸着して対向電極
１６を形成し、必要に応じて凸部１３上のＩＴＯを除去
する。試作した回折格子はピッチが６μｍ、凸部１３の
高さが約３μｍの矩形状である。

【００３６】前述の回折格子が形成された対向電極基板
１１上にビーズを散布し、一方、アレイ基板１２上に封
止樹脂（図示せず）が塗布される。その後対向電極基板
１１とアレイ基板１１に位置合わせされ、貼り合わされ
る。試作した液晶パネルの液晶パネルの膜厚は約１２μ
ｍであった。液晶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。真空注入方式はアレイ基板１２と対
向電極基板１１間を真空状態にした後、液晶の注入口を
液晶溶液に浸す。次に真空室の真空を破ると、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。その後注入口
を封止し、紫外線を照射して、液晶溶液の樹脂成分をポ
リマー化し、液晶とポリマーとを相分離させる。

【００３７】なお、高分子分散液晶パネルはＴＮ液晶パ
ネルのように配向膜およびラビング処理が不要であり、
凸部１３が形成されていても液晶層を容易に構成でき
る。

【００３８】以下、本発明の液晶パネルの動作について
説明する。まず、対向電極１６と画素電極１５間に電圧
が印加されていない状態（以下、オフ状態と呼ぶ）の
時、液晶１７の屈折率ｎ_offは、液晶の異常光屈折率を
ｎ_e、常光屈折率をｎ_oとし、ポリマーの比率が小さいと
すると、するとｎ_off＝（２ｎ_o＋ｎ_e）／３となる。回
折格子の凸部の屈折率ｎ_gはほぼｎ_g＝ｎ_o＝ｎ_pとなるよ
うにしており、また、ｎ _e＞ｎ_oであるからｎ_g≠ｎ_offと
なる。したがって、凸部１３と液晶１７層間に屈折率差
が生じないため、液晶パネルの入射光は回折される。回
折された光は液晶１７層の水滴状液晶により散乱され
る。

【００３９】対向電極１６と画素電極１５間に電圧が印
加され、正の誘電率をもつ液晶が垂直に配向している場
合（以下、オン状態と呼ぶ）、液晶１７の屈折率ｎ_onは
ｎ_oつまりｎ_on＝ｎ_gとなる。したがって、液晶層は透明
になるとともに、凸部１３と液晶１７層間に屈折率差が
なくなる。ゆえに液晶パネルへの入射光はそのまま直進
する。また、凸部上のＩＴＯには電圧が印加されない
が、前記ＩＴＯのしめる割合は対向電極１６の面積の約
１／４であり、また、液晶１７の誘電率は、凸部の誘電
率よりも十分大きいため、液晶１７間にはほぼ均一な電
界が印加される。なお、凸部１３の屈折率ｎ_gはｎ_off
と一致させてもよい。その場合は液晶パネルへの入射光
はオン状態で回折し、オフ状態で直進する。

【００４０】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、コントラストを非常に高くすることができ
る。

【００４１】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４）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４）において、４１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。
４２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。ただし、ＵＶＩＲ
カットミラー４２は集光光学系４１の内部に配置しても
よいことは言うまでもない。また、４３ａはＢＤＭ、４
３ｂはＧＤＭ、４３ｃはＲＤＭである。なお、ＢＤＭ４
３ａからＲＤＭ４３ｃ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ＲＤＭ４３ｃ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。

【００４２】４４ａ，４４ｂ，４４ｃ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４４ｃ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。液晶膜厚はビーズ径
を変化す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が最も高くＢ用は
最も低くすると良い。４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４７
ａ，４７ｂ，４７ｃはレンズ、４６ａ，４６ｂおよび４
６ｃは、しぼりとしてのアパーチャである。なお、４
５，４６および４７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４５，４６および４７の組を
投写レンズ系と呼ぶ。また、アパーチャはレンズ４５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。

【００４３】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。回折格子のピ
ッチが６μｍの時、第１次回折光は約６度となる。した
がって、投写レンズ系では６度以上の光をできるかぎり
集光しないように構成すればコントラストは高くなる。

【００４４】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度以内が最適で
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。

【００４５】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４１から
白色光が照射され、前記白色光のＢ光成分はＢＤＭ４３
ａにより反射される。前記Ｂ光は高分子分散液晶パネル
４４ａに入射する。前記高分子分散液晶パネルは（図１
８（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。

【００４６】散乱した光はアパーチャ４６ａで遮光さ
れ、逆に、所定角度内の光はアパーチャ４６ａを通過す
る。変調された光は投写レンズ４７ａ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４４ｂはＧ光成分の光を変調し、ま
た、高分子分散液晶パネル４４ｃ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。

【００４７】また、（図４）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（図６）に示すよ
うに平行光を遮光体６２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。このことは（図５）の構成の液晶投写
型テレビでも同様である。

【００４８】また、（図４）においては光は対向基板１
１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。

【００４９】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。

【００５０】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、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。

【００５１】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。その構成図を（図
５）に示す。

【００５２】さらに、（図４）および（図５）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。集光され
た光はミラー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７１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。

【００５３】以下、本発明のビューファインダの実施例
について、図面を参照しながら説明する。（図８）は本
発明のビューファインダの外観図である。（図８）にお
いて８１はボデー、８２は接眼ゴム、８３はビデオカメ
ラへの取付金具である。（図９）は本発明のビューファ
インダの第１の実施例の断面構成を示したもので、９１
は発光素子、９３は集光レンズ、９４は本発明の液晶パ
ネル、１３２は接眼リング、１３１，１３３は拡大レン
ズである。

【００５４】本実施例においては一例として、液晶パネ
ル９４の表示領域の対角長は２８ｍｍ、集光レンズ９３
は有効直径が３０ｍｍ、焦点距離が９５ｍｍで構成して
いる。集光レンズ９３の焦点の近傍に発光素子９１が配
置されている。集光レンズ９３は平凸レンズであり、平
面を発光素子９１側に向けている。ボデー９２の端部に
接眼リング１３２が装着され、ボデー９２と接眼リング
１３２には、それぞれ拡大レンズ１３１，１３３が装着
されている。なお、接眼レンズおよび集光レンズはフレ
ネルレンズ等におきかえも可能である。以上のことは以
下の実施例に対しても同様である。

【００５５】発光素子９１から広い立体角に放射された
光は、集光レンズ９３により平行に近く、指向性の狭い
光に変換され、液晶パネル９４に対向電極（図示せず）
側から入射する。液晶パネル９４は、映像信号に応じて
光の透過量もしくは散乱度合が変化して画像を形成す
る。観察者は、接眼リング１３２に眼を密着させて、液
晶パネル９４の表示画像を見ることになる。つまり、観
察者の瞳の位置はほぼ固定されている。集光レンズ９３
は、液晶パネル９４の全画素が光を直進させる場合に、
発光素子９１から出て、集光レンズ９３の有効領域に入
射する光が拡大レンズ１３３，１３１を透過した後にす
べて観察者の瞳に入射するようにしている。２つのレン
ズ１３３，１３１を組合せると拡大レンズとして機能す
るので、観察者は液晶パネル９４の小さな表示画像を拡
大して見ることができる。

【００５６】発光素子としては陰極線管，蛍光灯等の発
光原理を用いた発光管，蛍光表示管，キセノンランプ、
ハロゲンランプ、タングステンランプ、メタルハライド
ランプ、ＬＥＤ、ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅ
ｓｃｅｎｃｅ）などの電子の動作により発光する素子，
ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）
などの放電により発光するもの等の自己発光を行なうも
のが例示される。中でも低消費電力・小型・色温度等の
点から、発光管、ＬＥＤが最適である。以下、本発明の
ビューファインダの発光素子９１について述べる。

【００５７】発光管は外観としては豆電球状の形状であ
る。１０１はガラスからなるケースであり直径は５ｍｍ
〜３０ｍｍである。１０２はフィラメントであり、４Ｖ
〜１０Ｖ程度の電圧を印加しフィラメント１０２を加熱
する。１０３はアノードであり印加電圧は０〜２５Ｖ程
度である。前記アノード電圧により、フィラメント１０
２の加熱により放出された電子は加速される。ケース１
０１内には水銀分子（図示せず）が封入されており、前
記加速された電子は水銀分子と衝突することにより紫外
線を放出する。この紫外線が蛍光体１０５を励起し可視
光が発生する。１０４は金属等からなる反射膜である。
反射膜１０４は反射させ、光の前方発散率を向上させる
機能を有する。

【００５８】発光素子９１としてＬＥＤを用いる場合の
構成を（図１１）に示す。１１１は樹脂レンズ、１１２
は発光体、１１３は端子である。発光体は赤、緑、青色
の発光チップで構成され、各色の発光チップの各一本ず
つの端子と共通端子の計４本の端子を有している。３つ
の発光チップは、透明樹脂でモールドされている。

【００５９】液晶パネル９４の表示画像の諧調性を良好
にするには、赤、緑、青の各画素の透過率がほぼ等しく
なるようにするのが望ましい。そうすると、ＬＥＤの発
光色が所定の色度の白で発光する必要がある。ＬＥＤ
は、赤、緑、青の各発光チップに印加する電圧または電
流の制御により、発光対の発光色を調整することがで
き、液晶パネル９４の表示画像の色度調整を行なうこと
ができる。この色度調整は、蛍光灯バックライトを用い
る場合に比べて、非常に容易である。

【００６０】ＬＥＤのモールド樹脂の表面をレンズとし
て利用することができる。特に（図１２）に示すよう
に、モールド樹脂の表面を球面とし、発光体から出る光
がアプラナティックの条件を満足するようにすれば、表
示は、モールド樹脂のレンズ面の曲率半径をｒ、屈折率
をｎとして、レンズ面の頂点１２６からＳ＝（１＋１／
ｎ）・ｒだけ離れた位置に発光体１２３を配置するとよ
い。このとき、レンズ面による発光体１２３の像はレン
ズ面の頂点１２６からＳ’＝（１＋ｎ）・ｒだけ離れた
位置１２４にできる。発光体１２３の大きさは集光レン
ズの直径に比べて十分小さいので、点とみなすことがで
きる。

【００６１】液晶パネル９４にはモザイク状のカラーフ
ィルタ（図示せず）が取り付けられている。各カラーフ
ィルタは赤、緑、青のいずれかの色を透過させる。カラ
ーフィルタの構成物により各色の膜厚を制御してもよ
い。カラーフィルタの膜厚はカラーフィルタの作製時に
調整して形成する。つまりカラーフィルタの膜厚を赤、
緑、青で変化させる。カラーフィルタの膜厚により各画
素上の液晶の膜厚はそれぞれのカラーフィルタ色に応じ
て調整することができる。液晶パネル９４は、長波長の
光（赤）に対する散乱特性が悪い。そこで、赤の画素の
液晶層厚を他の青、緑の画素よりも液晶層厚を厚くすれ
ば、散乱性能を向上させることができ、赤、緑、青の諧
調性を揃えることができる。

【００６２】集光レンズ９３は平面、つまり曲率半径の
大きい面を発光体側に向けているが、これは、正弦条件
を満足しやすくして、液晶パネル９４の表示画像の輝度
均一性を良好にするためである。接眼リング１３２のボ
デー９２への挿入度合を調整することにより、使用者の
視力に合わせてピント調整を行なうことができる。な
お、２つの正レンズ１３１，１３３を１枚のレンズで構
成することもできる。また、使用者の視点位置が多少ず
れても表示画像を良好に見ることが出来る。接眼リング
１３２に対する観察者の眼の位置が固定されるので、観
察者が良好な画像を見ることができるように、発光素子
１１を所定の位置に配置する必要がある。そのため、発
光素子９１は、図示していないが、前後あるいは左右に
多少移動できるように位置調整機構が付加されている。
なお、（図１３）に示した２つの正レンズ１３１，１３
３をはずして、（図９）に示した構成で用いることもで
きる。

【００６３】発光素子９１の近傍に、絞り１４１を配置
し、（図１４）に示すような構成にしてもよい。こうす
ると、発光素子９１の発光部の大きさを小さくすること
ができ、不要光を低減できると同時に液晶パネル９４の
表示画像のコントラストを向上させることができる。絞
り１４１をカメラに用いられているような可変絞りと
し、絞り１４１の穴径をボデー８１の外部に取り出され
たレバー（図示せず）を回転させることにより変化させ
るようにするとよい。ただし、絞り１４１の中心が集光
レンズ１３の中心軸を通るように配置する必要がある。

【００６４】以上のような構成にすれば、発光素子９１
の小さな発光体から広い立体角に放射される光を、集光
レンズ９３により効率良く集光するので、蛍光灯バック
ライトを用いる場合に比較して、光源の消費電力を大幅
に低減することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶パネルは高
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。また、回折格子は対向電
極基板を加工して形成するため、機械的強度も強く、形
成も容易である。

【００６６】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。

【００６７】また、本発明のビューファインダは、発光
素子の小さな発光体から広い立体角に放射される光を集
光レンズで平行に近く指向性の狭い光に変換し、本発明
の液晶パネルで変調して画像を表示するので、消費電力
が少なく、輝度むらも少なく、しかも、発光素子の駆動
回路は単純な構成となるため、コンパクト軽量なビュー
ファインダを提供できる。

【００６８】また、ビューファインダ用発光素子は、内
部に赤、緑、青の発光部を具備するため、カラー表示の
ビューファインダを提供することができ、また、発光素
子としてＬＥＤを用いる場合では赤、緑、青の各発光体
への印加電圧で、容易に発光色の白バランスを調整する
ことができる。

【００６９】また、本発明のビューファインダは消費電
力が少ないので、ビデオカメラに装着して用いることに
より、連続使用時間を大幅に長くできる。

【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対向電極基板の平面図で
ある。

【図４】本発明の一実施例における液晶投写型テレビの
構成図である。

【図５】本発明の一実施例における液晶投写型テレビの
構成図である。

【図６】本発明の液晶投写型テレビの一構成要素の説明
図である。

【図７】本発明の一実施例における液晶投写型テレビの
構成図である。

【図８】本発明のビューファインダの外観図である。

【図９】本発明の実施例におけるビューファインダの断
面図である。

【図１０】ビューファインダの発光素子の説明図であ
る。

【図１１】ビューファインダの発光素子の説明図であ
る。

【図１２】ビューファインダの発光素子の説明図であ
る。

【図１３】本発明のビューファインダの断面図である。

【図１４】本発明のビューファインダの断面図である。

【図１５】液晶パネルの等価回路図である。

【図１６】従来の液晶パネルの断面図である。

【図１７】従来の液晶投写型テレビの構成図である。

【図１８】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】

１１，１６１，１８１対向電極基板１２，１６２，１８１アレイ基板１３凸部１５，１８２画素電極１６，１８３対向電極１７高分子分散液晶４４ａ，４４ｂ，４４ｃ高分子分散液晶パネル４６ａ，４６ｂ，４６ｃアバーチャ５１スクリーン７３投写光源７４コンデンサレンズ７５シュリーレンレンズ９１発光素子９３集光レンズ９４液晶パネル１０４反射膜１０５蛍光体１１１樹脂レンズ１１２発光素子１３１，１３３拡大レンズ１３２接眼レンズ１４１絞り１６３ＴＮ液晶１６７ブラックマトリックス１６８ａ，１６８ｂ配向膜１７４ａ，１７４ｂ，１７４ｃ，１７６ａ，１７６ｂ，
１７６ｃ偏光板１７５ａ，１７５ｂ，１７５ｃＴＮ液晶パネル１８４水滴状液晶１８５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Ｇ０２Ｆ 1/1335 7724−2Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極を有する画素電極基板と、前記
画素電極と対向する電極を有する対向電極基板間に高分
子分散液晶が狭持され、かつ対向電極基板上で高分子分
散液晶と相対する面に二次元回折格子が形成されている
ことを特徴とする液晶パネル。
【請求項２】回折格子の凹部に対向電極が形成されて
いることを特徴とする請求高１記載の液晶パネル。
【請求項３】回折格子の凸部が対向電極基板材料で形
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４】回折格子の凸部の屈折率が高分子分散液
晶の樹脂材料の屈折率もしくは散乱状態での高分子分散
液晶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
徴とする液晶表示装置。
【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記載の液晶表示装置。
【請求項７】色フィルタはダイクロミックミラーであ
ることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
【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６記載の液晶表示装置。
【請求項９】発光素子と、前記発光素子から放射され
る光を略平行光に変換する集光手段と、前記集光手段か
らの出射光を変調する請求項１記載の液晶パネルとを具
備する液晶表示装置。
【請求項１０】発光素子と、前記発光素子から放射さ
れる光を略平行光に変換する集光手段と、前記発光素子
の近傍に配置され前記発光素子からの放射光を制御する
絞り手段と、前記集光手段からの出射光を変調する請求
項１記載の液晶パネルとを具備する液晶表示装置。