JPH0588151A

JPH0588151A - 液晶パネルとその製造方法および液晶投写型テレビ

Info

Publication number: JPH0588151A
Application number: JP3248994A
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】【構成】高分子分散液晶１８の樹脂材料を用いて回折
格子１５および所定液晶膜厚を得るための土手１６を形
成する。前記回折格子１５等は対向電極基板１７上に樹
脂を塗布し、型板を密着させて作製する。回折格子１５
の屈折率は高分子分散液晶１８の液晶常光屈折率と等し
くする。液晶１８に電圧が印加されていない時、液晶１
８と回折格子１５間に屈折率差が生じ、液晶１８への入
射光は回折するとともに液晶１８で散乱される。したが
って、直進光は非常に小さくなる。液晶１８に電圧が印
加されていない時は、液晶１８と回折格子１５間に屈折
率差はなくなり、入射光は直進する。【効果】液晶パネルは偏光板を用いない。したがっ
て、表示画面の高輝度化を実現できる。また、コントラ
ストが大きい画像表示を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として小型の液晶パ
ネルに表示された画像をスクリーン上に拡大投映する液
晶投写型テレビと、主として前記液晶投写型テレビに用
いる液晶パネルおよびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルは軽量、薄型など数多くの特
徴を有するため、研究開発が盛んである。しかし、大画
面化が困難であるなどの問題点も多い。そこで近年、小
型の液晶パネルの表示画像を投写レンズなどにより拡大
投映し、大画面の表示画像を得る液晶投写型テレビがに
わかに注目をあつめてきている。現在、商品化されてい
る液晶投写型テレビは液晶の旋光特性を利用したツイス
トネマステック（以後、ＴＮと呼ぶ）液晶パネルが用い
られている。液晶投写型テレビおよび前記テレビに用い
る液晶パネルの一例として「フラットカラーディスプレ
イ’９１Ｐ１９４〜Ｐ２０５日経ＢＰ社出版」があ
る。

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

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

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

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

【０００７】以下、従来の液晶投写型テレビについて図
面を参照しながら説明する。（図１０）は従来の液晶投
写型テレビの構成図である。（図１０）において、１０
１は集光光学系、１０２は赤外線および紫外線をを透過
させるＵＶＩＲカットミラー、１０３ａは青色光反射ダ
イクロイックミラー（以後、ＢＤＭと呼ぶ）、１０３ｂ
は緑色光反射ダイクロイックミラー（以後、ＧＤＭと呼
ぶ）、１０３ｃは赤色光反射ダイクロイックミラー（以
後、ＲＤＭと呼ぶ）、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは偏光板、１０５ａ，１
０５ｂ，１０５ｃは透過型のＴＮ液晶パネル、１０７
ａ，１０７ｂ，１０７ｃは投写レンズ系である。

【０００８】以下、従来の液晶投写型テレビの動作につ
いて（図１０）を参照しながら説明する。まず、集光光
学系１０１から出射された白色光はＢＤＭ１０３ａによ
り青色光（以後、Ｂ光と呼ぶ）が反射され、前記Ｂ光は
偏光板１０４ａに入射される。ＢＤＭ１０３ａを透過し
た光はＧＤＭ１０３ｂにより緑色光（以後、Ｇ光と呼
ぶ）が反射され偏光板１０４ｂに、また、ＲＤＭ１０４
ｃにより赤色光（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され偏光板
１０４ｃに入射される。偏光板では各色光の縦波成分ま
たは横波成分の一方の光のみを透過させ、光の偏光方向
をそろえて各液晶表示装置に照射させる。この際、５０
％以上の光は前記偏光板で吸収され、透過光の明るさは
最大でも半分以下となってしまう。

【０００９】各液晶パネルは映像信号により前記透過光
を変調する。変調された光はその変調度合により各偏光
板１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃを透過し、各投写レン
ズ系１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに入射して、前記レ
ンズ系によりスクリーン（図示せず）に拡大投映され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述の説明でも明らか
なように、ＴＮ液晶を用いた液晶パネルでは、直線偏光
の光を入射させる必要がある。したがって、液晶パネル
の前後には偏光板を配置する必要がある。この偏光板は
理論的にも５０％以上の光を吸収してしまう。従って、
スクリーンに拡大反映した際、低輝度画面しか得られな
いという課題がある。この課題を解決するため、本発明
では高分子分散液晶を用いる。高分子分散液晶を用いた
液晶パネルは偏光板を用いないため光利用効率を非常に
高くできる。

【００１１】以下、簡単に高分子分散液晶について説明
しておく。高分子分散液晶は、液晶と高分子の分散状態
によって大きく２つのタイプに分けられる。１つは、水
滴状の液晶が高分子中に分散しているタイプである。液
晶は、高分子中に不連続な状態で存在する。以後、この
ような液晶をＰＤＬＣと呼び、また、前記液晶を用いた
液晶パネルをＰＤ液晶パネルと呼ぶ。もう１つは、液晶
層に高分子のネットワークを張り巡らせたような構造を
採るタイプである。ちょうどスポンジに液晶を含ませた
ような格好になる。液晶は、水滴状とならず連続に存在
する。以後、このような液晶をＰＮＬＣと呼び、また、
前記液晶を用いた液晶パネルをＰＮ液晶パネルと呼ぶ。
前記２種類の液晶パネルで画像を表示するためには光の
散乱・透過を制御することにより行なう。

【００１２】ＰＤＬＣは、液晶が配向している方向で屈
折率が異なる性質を利用する。電圧を印加していない状
態では、それぞれの水滴状液晶は不規則な方向に配向し
ている。この状態では、高分子と液晶に屈折率の差が生
じ、入射光は散乱する。ここで電圧を印加すると液晶の
配向方向がそろう。液晶が一定方向に配向したときの屈
折率をあらかじめ高分子の屈折率と合わせておくと、入
射光は散乱せずに透過する。

【００１３】これに対して、ＰＮＬＣは液晶分子の配向
の不規則さそのものを使う。不規則な配向状態、つまり
電圧を印加していない状態では入射した光は散乱する。
一方、電圧を印加し配列状態を規則的にすると光は透過
する。なお、前述のＰＤＬＣおよびＰＮＬＣの液晶の動
きの説明はあくまでもモデル的な考え方である。本発明
においてはＰＤ液晶パネルとＰＮ液晶パネルのうち一方
に限定するものではないが、説明を容易にするためＰＤ
液晶パネルを例にあげて説明する。また、ＰＤＬＣおよ
びＰＮＬＣを総称して高分子分散液晶と呼び、ＰＤ液晶
パネルおよびＰＮ液晶パネルを総称して高分子分散液晶
パネルと呼ぶ。また、高分子分散液晶パネルに注入する
液晶を含有する液体を総称して液晶溶液と呼び、前記液
晶溶液中の樹脂成分が重合硬化した状態をポリマーと呼
ぶ。

【００１４】高分子分散液晶の動作について（図１１
（ａ）（ｂ））を用いて簡単に述べる。（図１１（ａ）
（ｂ））は高分子分散液晶パネルの動作の説明図であ
る。（図１１（ａ）（ｂ））において、１１１はアレイ
基板、１１２は画素電極、１１３は対向電極、１１４は
水滴状液晶、１１５はポリマー、１１６は対向基板であ
る。画素電極１１２にはＴＦＴ等が接続され、ＴＦＴの
オン・オフにより画素電極に電圧が印加されて、画素電
極上の液晶配向方向を可変させて光を変調する。（図１
１（ａ））に示すように電圧を印加していない状態で
は、それぞれの水滴状液晶１１４は不規則な方向に配向
している。この状態ではポリマー１１５と液晶１１４と
に屈折率差が生じ入射光は散乱する。ここで（図１１
（ｂ））に示すように画素電極に電圧を印加すると液晶
の方向がそろう。液晶が一定方向に配向したときの屈折
率をあらかじめポリマーの屈折率と合わせておくと、入
射光は散乱せずにアレイ基板１１１より出射する。

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

【００１６】

【課題を解決するための手段】ＴＮ液晶を用いると偏光
板により５０％以上の光が吸収されてしまうため利用率
が低く、高輝度画像表示が行えない。そこで、本発明で
は偏光板が不要な高分子分散液晶を用いる。

【００１７】本発明の液晶パネルは高分子分散液晶と接
する対向電極面に回折格子を形成したものである。回折
格子は高分子分散液晶の樹脂と同様もしくは同等の材料
を用いて形成する。その屈折率は、液晶の常光屈折率ｎ
_oと一致させる。また、回折格子の作製材料を用いて、
所定液晶膜厚を得るための突起柱（以後土手と呼ぶ）を
形成する。前記土手は回折格子と同時に形成し、アレイ
基板のソース信号線もしくはゲート信号線上に形成す
る。

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

【００１９】本発明の液晶投写型テレビは本発明の液晶
パネルを用いて構成したものである。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
パネルは回折格子を形成されているため散乱特性が向上
している。前記回折格子は変調する波長ごとに回折格子
の高さ等を変化させている。

【００２０】

【作用】回折格子の屈折率ｎ_kは液晶屈折率ｎ_oと一致さ
せる。なお、ポリマーの屈折率ｎ_pはｎ_p＝ｎ_oとなる材
料が選定されている。液晶層に電圧が印加され、光が完
全透過の状態（以後、オン状態と呼ぶ）では液晶が正の
誘電率をもつ場合であれば対向電極基板に垂直に配向す
る。そのときの屈折率ｎ_onはｎ_oである。したがって、
ｎ_k＝ｎ_oとなるから、見かけ上、回折格子は消滅する。
液晶層が電圧無印加状態の時、液晶層は光散乱状態（以
後、オフ状態と呼ぶ）である。ポリマーの比率が少ない
とすると、この時の屈折率ｎ_off＝（２ｎ_o＋ｎ_e）／３
である。したがって、回折格子の屈折率ｎ_k≠ｎ_offとな
るから、光は回折格子により回折される。以上のことに
より、オフ状態の時、液晶パネルの入射光は回折され、
オン状態の時、回折格子は消滅して入射光は直進するか
ら、オンとオフ状態の光透過量比（以後、コントラスト
と呼ぶ）は大きくなる。また、回折格子の高さ等を変調
する光の波長に合わせて作製すれば、コントラストは非
常に良好にすることができる。回折格子の凹凸部は高分
子分散液晶の樹脂材料を用いて形成する。形成方法は回
折格子の転写パターンが形成された板を用いて形成す
る。同時に土手をも形成すれば所定液晶膜厚を得るため
のビーズを用いる必要もなくなる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の液晶パ
ネルについて説明する。（図１）は本発明の液晶パネル
の一画素部の断面図である。なお、図面ではモデル的に
描いている。たとえば回折格子１５のピッチ等はこれに
限定されるものではない。アレイ基板上にはＩＴＯなど
の透明物質からなる画素電極および前記画素電極への印
加信号を制御するためのＴＦＴ１９、ソース信号線１４
等が形成されている。一方、１１は対向電極基板であ
り、前記対向電極機板上には回折格子１５が形成されて
いる。なお、回折格子１５は図面では矩形形状に図示し
たが、これに限定するものではなく、ノコギリ形状、三
角形状、サインカーブ形状、台形形状等のいずれであっ
てもよい。前記回折格子のピッチ高さ等は、回折格子形
状、液晶パネルへの入射光の波長、液晶層１８の屈折率
などを考慮して実験的に定める。なお、一例としてはピ
ッチは２μｍ〜３０μｍの範囲が好ましい。さらには３
〜１０μｍの範囲が好ましい。また、高さは０．５μｍ
〜５μｍの範囲が好ましく、さらには１μｍ〜４μｍの
範囲が好ましい。回折格子は一次元回折格子に限定する
ものではなく二次元回折格子でもよい。１６は所定の液
晶１８の膜厚を得るための土手であり、ソース信号線１
４上に沿って形成されている。なお、前記土手および回
折格子１５は高分子分散液晶１８の樹脂材料もしくはほ
ぼ同等の屈折率を持つ材料を用いて同時に形成する。な
お、図示していないが、対向電極１７と回折格子及び土
手の界面には２００Å以上の膜厚のＳｉＯ₂膜が形成さ
れ、対向電極１７との密着性の向上を計っている。

【００２２】高分子分散液晶層１８の液晶としてはネマ
チック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶が
好ましく、単一もしくは２種類以上の液晶性化合物や液
晶性化合物以外の物質も含んだ混合物であっても良い。
なお、先に述べた液晶材料のうちシアノビフェニル系の
ネマ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。

【００２３】水滴状液晶の粒子径、もしくはポリマーネ
ットワークの孔径がある程度均一で、かつ大きさとして
は０．５μｍ〜数μｍの範囲でなければ入射光の散乱性
能が悪くコントラストが上がらない。なお、好ましくは
水滴状液晶の粒子径もしくはポリマーネットワークの孔
径は０．８μｍ〜２．０μｍの範囲がよい。この為にも
紫外線硬化樹脂のように短時間で硬化が終了しうる材料
でなければならない。また、液晶材料と樹脂材料の配合
比は９５：５〜１０：９０であり、中でも５０：５０〜
９０：１０の範囲が好ましい。

【００２４】液晶層１８の膜厚としては５μｍ〜２０μ
ｍに形成され、中でも８μｍ〜１５μｍの範囲が散乱特
性および駆動する上での印加電圧の範囲が最適である。
前記膜厚は６〜８Ｖの印加電圧で最大透過率９０％が得
られるように設定すればよい。

【００２５】（図２）は本発明の他の実施例における液
晶パネルの断面図である。第１の実施例との差異は画素
ごとに回折格子の高さを変化させたことにある。他の点
は第１の実施例と同様である。（図２）では左側の画素
の回折格子の高さを最も高く、右側の回折格子の高さを
最も低くしている。図示していないが第２の実施例の液
晶パネルは画素ごとに赤青緑の三色のモザイク状のカラ
ーフィルタを具備している。左側の画素は赤色に、中央
は緑色に、右側は青用に対応している。つまり、変調す
る光の波長に対して、最適な回折格子高さとなるように
している。また、各画素の液晶層の膜厚画素ごとに変化
させてもよい。赤色用の画素の液晶膜厚をもっとも厚
く、青色用にもっとも薄くする。膜厚の調整はカラーフ
ィルタの膜厚等を作製時に制御することにより、容易に
調整できる。また、回折格子の高さの調整は回折格子の
転写パターンが形成されたフィルム等を用いることによ
り容易に形成できる。

【００２６】以下、本発明の液晶パネルの製造方法につ
いて（図３）を参照しながら説明する。

【００２７】（図３）は本発明の液晶パネルの製造方法
の説明図である。まず、対向電極基板１１上にＩＴＯか
らなる対向電極１７が形成される。その膜厚は５００Å
以上である。また、対向電極１７上にＳｉＯ₂膜を蒸着
により形成する。次に（図３（ｂ））に示すように対向
電極１７上に樹脂３１を塗布する。樹脂３１としては高
分子分散液晶層に用いている樹脂材料を用いることが好
ましい。形成方法としてはロールクォーター、スピンナ
ーなどによる方法がある。次に（図３（ｃ））に示すよ
うに凹状のくぼみを形成された板またはフィルム３２
（以後、型板と呼ぶ）を前記塗布した樹脂３１上にかぶ
せる。その際、空気がはいりこまないように基板１１の
周辺よりかぶせる。前記型板はポリカーボネートの板も
しくはフィルムを用いることが好ましい。また、さらに
離形性のよいフィルムを用いる方法もある。一例として
シリコン樹脂フィルム、弗素樹脂フィルム、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン如きオレフィン系樹脂フィルムもし
くは板である。凹部は回折格子の形状に合わせて作製す
る。前記型板の平面図を（図４（ａ））に、また、（図
４（ａ））のＡ−Ａ’線での断面図を（図４（ｂ））に
示す。

【００２８】前記型板を樹脂３１上に重ねたあと対向電
極基板１１の周辺部より加圧していき、不要な樹脂３１
を追いだす。この時、型板の凹溝に沿って行なうことに
より容易に不要な樹脂３１を型板３２と対向電極基板１
１から追いだすことができる。その後、樹脂３１に紫外
線を照射し、樹脂成分を硬化させる。凹板３２と対向電
極１７が接する凸部に残留した樹脂を硬化させないよう
にするためには、型板３２の凸部に金属薄膜などからな
る遮へい膜を形成し、樹脂を硬化後、型板３２を剥離し
たあと、水で洗い流せばよい。なお、樹脂成分が熱硬化
型の場合は加熱により重合硬化させる。以上の工程によ
り回折格子１５と土手が形成される。

【００２９】樹脂成分の硬化後、型板３２を剥離する。
次に前記基板とアレイ基板に貼り合せる。その状態を
（図３（ｅ））に示す。液晶溶液を両基板間に注入す
る。液晶溶液の注入方法としては真空注入方式と加圧注
入方式がある。真空注入方式は貼り合せた前記基板を真
空室にいれ、アレイ基板１２と対向基板１１間を真空状
態にした後、液晶溶液の注入口を液晶溶液に浸す。真空
室の真空をとりのぞくと、液晶溶液は両基板間に注入さ
れる。一方、加圧注入方式は対向電極基板１１の周辺部
に形成した０．８〜１．２ｍｍの注入口より加圧により
液晶溶液を注入する。その後、液晶溶液に紫外線を照射
して、前述の液晶溶液中の樹脂を重合させる。前記樹脂
が熱硬化型の場合は加熱して重合させる。

【００３０】オフの状態の時は液晶層１８の屈折率はポ
リマーの屈折率ｎ_pと液晶の常光屈折率ｎ_oおよび異常光
屈折率ｎ_eとがまざった状態の屈折率を示す。このマク
ロ的にみた屈折率をｎ_offとする。ｎ_offは通常（２ｎ_o
＋ｎ_e）／３となる。一方、オン状態の液晶層１８の屈
折率ｎ_onはｎ_oとなる。なお、回折格子の屈折率ｎ_kはｎ
_k＝ｎ_oとなるようにしている。

【００３１】以下、本発明の液晶パネルの動作について
説明する。まず、オフ状態の時、回折格子１５の屈折率
ｎ_k＜液晶層１８の屈折率ｎ_offであるから、回折格子１
５が生成された状態となる。したがって、入射光は回折
される。回折された光は液晶層１８で散乱され、更にそ
の光路は曲げられる。以上のことより、液晶層１８層を
直進する光は非常に少なくなる。逆に、オン状態の時、
回折格子１５の屈折率ｎ_h＝液晶層１８の屈折率ｎ_onと
なる。したがって、ｎ_k＝ｎ_p＝ｎ_oとなるから液晶層１
８は透明となるとともに、回折格子は消滅する。したが
って、入射光は直進する。オン状態とオフ状態の中間で
の電圧印加状態では中間的な光の散乱・透過状態とな
る。以上のように印加電圧により回折格子を生成あるい
は消滅させることができるため、コントラストは非常に
高くすることができる。

【００３２】以下、図面を参照しながら本発明の液晶投
写型テレビについて説明する。（図５）は本発明の液晶
投写型テレビの構成図である。ただし、説明に不要な構
成要素は省略している。（図５）において、５１は集光
光学系であり、内部に凹面鏡および光発生手段として２
５０Ｗのメタルハライドランプを有している。また、凹
面鏡は有視光のみを反射させるように構成されている。
５２は赤外線および紫外線を透過させ有視光のみを反射
させるＵＶＩＲカットミラーである。また、５３ａはＢ
ＤＭ、５３ｂはＧＤＭ、５３ｃはＲＤＭである。なお、
ＢＤＭ５３ａからＲＤＭ５３ｃの配置は前記の順序に限
定するものではなく、また、最後のＲＤＭ５３ｃは全反
射ミラーにおきかえてもよいことは言うまでもない。

【００３３】５４ａ，５４ｂ，５４ｃは本発明の液晶パ
ネルである。なお、前記液晶パネルのうち、Ｒ光を変調
する液晶パネル５４ｃは他の液晶パネルに比較して水滴
状液晶粒子径を大きく、もしくは液晶膜厚も厚めに構成
している。これは光が長波長になるほど散乱特性が低下
するためである。水滴状液晶の粒子径は、重合させると
きの紫外線光の強度を制御することあるいは使用材料を
変化させることにより制御できる。液晶膜厚は土手の高
さを変化させることにより調整できる。また、回折格子
の高さ・ピッチ等も赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）用の
それぞれの液晶パネルに対して変化させてもよい。その
場合はＲ用の液晶パネルの屈折率Ａの部分の高さが最も
高くＢ用は最も低くすると良い。５５ａ，５５ｂ，５５
ｃ，５７ａ，５７ｂ，５７ｃはレンズ、５６ａ，５６ｂ
および５６ｃは、しぼりとしてのアパーチャである。な
お、５５，５６および５７で投写光学系を構成してい
る。また、特に支障のないかぎり５５，５６および５７
の組を投写レンズ系と呼ぶ。また、アパーチャはレンズ
５５等のＦ値が大きいとき必要がないことは明らかであ
り、投写レンズ系を１つのレンズに置きかえることがで
きることも明らかである。

【００３４】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。

【００３５】本発明の液晶パネルの液晶層の膜厚が、１
０〜１５μｍの時、レンズの集光角は６度前後が最適で
あり、その時、コントラストは画面中心部で１００：１
であり、リア方式テレビで４０インチスクリーンに投写
した際、スクリーンゲイン５で２００［ｆｔ］以上であ
り、ＣＲＴ投写型テレビと比較して、同等以上の画面輝
度を得ることができた。

【００３６】以下、本発明の液晶投写型テレビの動作に
ついて説明する。なお、Ｒ，Ｇ，Ｂ光のそれぞれの変調
系については、ほぼ同一動作であるのでＢ光の変調系に
ついて例にあげて説明する。まず、集光光学系５１から
白色光が照射され、前記白色光のＢ光成分はＢＤＭ５３
ａにより反射される。前記Ｂ光は高分子分散液晶パネル
５４ａに入射する。前記高分子分散液晶パネルは（図１
１（ａ）（ｂ））に示すように、画素電極に印加された
信号により入射した光の散乱と透過状態とを制御し、光
を変調する。

【００３７】散乱した光はアパーチャ５６ａで遮光さ
れ、逆に、所定角度内の光はアパーチャ５６ａを通過す
る。変調された光は投写レンズ５７ａによりスクリーン
（図示せず）に拡大投映される。以上のようにして、ス
クリーンには画像のＢ光成分が表示される。同様に高分
子分散液晶パネル５４ｂはＧ光成分の光を変調し、ま
た、高分子分散液晶パネル５４ｃはＲ光成分の光を変調
して、スクリーン上にはカラー画像が表示される。

【００３８】また、（図５）において投写レンズ系をこ
れに限定するものではなく、たとえば平行光を遮光体で
遮光し、散乱光をスクリーンに投映する中心遮へい型の
光学系を用いてもよいことは言うまでもない。

【００３９】また、（図５）においては光は対向電極基
板１１側から入射させるとしたが、これに限定するもの
ではなく、アレイ基板１２から入射させても同様の効果
が得られることは明らかである。以上のように、本発明
の液晶パネルおよび液晶投写型テレビは光の入射方向に
左右されるものではない。

【００４０】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。

【００４１】また、本実施例の液晶投写型テレビにおい
ては、Ｒ，ＧおよびＢ光の変調系において投写レンズ系
をそれぞれ１つずつ設けているが、これに限定するもの
ではなく、たとえばミラーなどを用いて液晶パネルによ
り変調された表示画像を１つにまとめてから１つの投写
レンズ系に入射させて投映する構成であってもよいこと
は言うまでもない。さらに、Ｒ・Ｇ・Ｂ光それぞれを変
調する液晶パネルを設けることに限定するものでもな
い。例えば、（図２）に示すように一枚の液晶パネルに
モザイク状のカラーフィルタを取付け、前記パネルの画
像を投映するテレビでもよい。

【００４２】さらに、本発明の液晶パネルは透過型液晶
パネルのように説明したが、これに限定するものではな
く、反射型に形成してもよい。その場合は、画素電極を
金属物質で反射電極にすればよい。反射型パネルを用い
て投写型テレビを構成する場合は（図６）のごとく構成
すればよい。

【００４３】また、本発明の回折格子１５の屈折率を液
晶１８のオン状態の屈折率と一致させるとしたが、これ
に限定するものではなく、たとえば、オン状態での液晶
１８の屈折率と回折格子１５の屈折率を一致させてもよ
い。この場合、オン状態で回折格子１５が生成され、オ
フ状態では消滅するようになるが、同様の効果が得られ
る。

【００４４】さらに、（図５）または（図６）に示す光
学系に限定するものではなく、シュリーレン光学系を用
いてもよい。その構成図を（図７）に示す。光の変調素
子として先に説明した本発明の液晶パネルを反射型構成
にして用いる。投写光源７３から発した投写光は、コン
デンサレンズ７４でミラー７２に集束される。集光光は
ミラー７２で反射され、シュリーレンレンズ７５で平行
光線となって本発明の液晶パネル７６に入射する。回折
格子が完全に生成されている画素に入射した光は回折さ
れ、シュリーレンレンズ７５により拡大されてスクリー
ン７１に投映される。回折格子が完全に消滅した画素に
入射した光はそのまま反射し、７２のミラー兼シュリー
レンストップで遮光される。前述の回折格子生成と消滅
の中間的状態の時は回折状態に応じた光がスクリーン７
１に投映される。なお、前述の液晶投写型テレビにおい
て回折された光をシュリーレンレンズ７５でスクリーン
に投映するとしたが、これに限定するものではなく、回
折された光をシュリーレンストップで遮光されるシュリ
ーレン光学系に構成してもよいことは言うまでもない。

【００４５】

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

【００４６】また、本発明の液晶パネルの製造方法によ
り回折格子と土手１６を同時にかつ容易に形成できる。
したがって、所定液晶膜厚を得るためのビース散布およ
びその工程が不要となり、製造コストを軽減できる。ま
た、画素ごとに回折格子１５の高さを容易に変化させて
形成できるため、変調する波長に最適な状態を得ること
が出来る。

【００４７】本発明の液晶投写型テレビでは、本発明の
液晶パネルを用いているために、画質の高輝度化および
高コントラスト表示を実現できる。さらに、本発明の液
晶投写型テレビではＲ・Ｇ・Ｂの波長それぞれに対応し
て、水滴状液晶の平均粒径または孔子径を変化させるこ
と、または、回折格子の高さ等を変化させることによ
り、それぞれの波長でのコントラストを大幅に改善して
おり、高品位映像表示を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における液晶パネルの断面図
である。

【図２】本発明の一実施例における液晶パネルの断面図
である。

【図３】本発明の液晶パネルの製造方法の説明図であ
る。

【図４】本発明の液晶パネルの製造方法に用いる製造部
品の説明図である。

【図５】本発明の液晶投写型テレビの一実施例の構成図
である。

【図６】本発明の液晶投写型テレビの一実施例の構成図
である。

【図７】液晶パネルの外観図である。

【図８】液晶パネルの等価回路図である。

【図９】従来の液晶パネルの断面図である。

【図１０】従来の液晶投写型テレビの構成図である。

【図１１】高分子分散液晶パネルの動作の説明図であ
る。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が光透過性を有する第１
の電極基板と第２の電極基板間に高分子分散液晶が狭持
され、かつ前記第１の電極基板と第２の電極基板のうち
少なくとも一方で高分子分散液晶層と相対する面に回折
機能を有する突起が形成され、かつ所定の液晶膜厚を得
るための突起柱と前記突起が高分子分散液晶の樹脂成分
材料を用いて形成されていることを特徴とする液晶パネ
ル。
【請求項２】回折機能を有する突起の屈折率が、高分
子分散液晶の樹脂材料の屈折率と液晶層が散乱状態であ
る時の屈折率のうち一方の屈折率と略一致していること
を特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
【請求項３】突起柱はソース信号線とゲート信号線の
うち少なくとも一方の信号線上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４】対向電極上に樹脂を塗布する第１の工程
と、前記樹脂上に凹部を有する基板もしくはフィルムを
密着させ、加熱手段と光照射手段のうち少なくとも一方
の手段を用いて前記樹脂と硬化させる第２の工程と、前
記凹部を有する基板もしくはフィルムを剥離し、対向電
極基板と画素電極が形成された画素電極基板とを所定間
隔あけて保持し、前記対向電極基板と画素電極基板との
間に液晶を含有する樹脂を注入する第３の工程と、加熱
手段と光照射手段のうち少なくとも一方の手段を用いて
前記液晶を含有する樹脂を硬化させる第４の工程を行な
うことを特徴とする液晶パネルの製造方法。
【請求項５】樹脂は紫外線硬化樹脂であることを特徴
とする請求項４記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項６】凹部を有する基板もしくはフィルムによ
り回折格子および所定液晶膜厚を得るための突起柱を形
成することを特徴とする請求項４記載の液晶パネルの製
造方法。
【請求項７】請求項１記載の液晶パネルと、光発生手
段と、前記光発生手段が発生した光を前記液晶パネルに
導く第１の光学要素部品と、前記液晶パネルで変調され
た光を投映する第２の光学要素部品を具備することを特
徴とする液晶投写型テレビ。
【請求項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。