JP3313142B2 - 液晶パネルおよびそれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

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写する投
写型表示装置（以後、液晶投写型テレビと呼ぶ）と、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
トネマチック（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
液晶パネルの一例が「フラットカラーディスプレイ’９
１ Ｐ１９４〜Ｐ２０５ 日経ＢＰ社出版」に記載され
ている。

【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を印加する
ための薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴと呼ぶ）８３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、前記基板間にツイストネマティック液
晶（以後、ＴＮ液晶と呼ぶ）９６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。９８はクロムなどで形成されたブラックマトリック
ス、９３はＩＴＯなどの透明な導電性物質で形成された
対向電極、９５は画素電極、９４はＴＦＴ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９７ｂ、９７ａ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
加熱すること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、ＲＤＭ１０３
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１０４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１０５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は、偏光板を用
いて入射光を直線偏光にする必要がある。また、液晶パ
ネルの出射光側にも液晶パネルで変調された光を検出す
るため、偏光板を配置する必要がある。つまり、ＴＮ液
晶パネルの前後には光を直線偏光にするための偏光板
（以後、偏光子と呼ぶ）と変調された光を検出するため
の偏光板（以後、検光子と呼ぶ）の２枚の偏光板を配置
する必要がある。液晶パネルの画素開口率を１００％と
し、偏光子に入射する光量を１００％とすると偏光子を
出射する光量は４０％、液晶パネルの透過率は８０％、
検光子の透過率は８０％となるから、全体としての透過
率は０．４×０．８×０．８＝約２５％となり、１／４
の光しか有効に利用できない。したがって、ＴＮ液晶パ
ネルでは低輝度画像表示しか実現できない。

【００１１】偏光板等で損失した光は偏光板等で熱にさ
れている。熱は偏光板自身および輻射熱等により液晶パ
ネルを加熱する。液晶投写型テレビの場合、偏光板に入
射する光量は数万ルクス以上となる。したがって、液晶
投写型テレビにＴＮ液晶パネルを用いた場合、パネル等
は高温状態となり、短期間で著しい性能劣化をひきおこ
す。

【００１２】ＴＮ液晶パネルは配向膜を塗布し、ラビン
グ処理が必要である。ラビング処理等は工程数を増加さ
せ、製造コストの増大をひきおこす。また、近年、液晶
投写型テレビに用いる液晶パネルの画素数は３０万画素
以上と大容量となり、それにつれ画素サイズは微細化の
傾向にある。画素の微細化は信号線、ＴＦＴの凹凸を多
数形成することにつながり、前記凹凸により良好にラビ
ング処理を行なえなくなる。また、画素サイズの微細化
は１つの画素に占めるＴＦＴおよび信号線の形成面積が
大きくなり画素開口率を低減させる。一例として対角３
インチの液晶パネルで３５万画素形成した場合、画素開
口率は３０％である。１５０万画素形成した場合は１０
％弱という予測値もある。これらの画素開口率の低減は
表示画像の低輝度化にとどまらず、入射光開口部以外に
照射されさらに加熱されることになり前述の性能劣化を
加速する。

【００１３】さらには、ＴＮ液晶パネルには信号線の近
傍の光ぬけという現象を発生する。これは液晶パネルを
ノーマリホワイトモードで用いた時の現象であるが、黒
表示の時、信号線近傍から月形状の光ぬけが発生する。
この光ぬけは大幅にコントラストを低下させることだけ
でなく、画像表示品位も低下させる。この光ぬけを防止
しようとすると、ブラックマトリックスの線幅をさらに
太くしなければならず、これも画素開口率の低下につな
がり、加熱されるという悪循環をひきおこす。

【００１４】以上のように従来のＴＮ液晶パネルは低輝
度表示しか行うことができず、また、光利用効率が低い
ためパネル等は加熱される。特にＴＮ液晶パネルを用い
て液晶投写型テレビを構成した場合は液晶パネル等の性
能劣化は著しかった。

【００１５】本発明は従来の液晶パネルおよび投写型テ
レビの課題に鑑みてなされたものであり、ハイビジョン
用ディスプレイにも充分対応できる高輝度、高画質の液
晶パネルおよび液晶投写型テレビを提供するものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１の本発明の液晶パネ
ルは、スイッチング素子上、信号線上、スイッチング素
子に対面する対向電極上および信号線に対面する対向電
極上のうちの少なくとも１つの箇所に、液晶層の誘電率
よりも低い誘電率を有する材料からなる誘電体膜を形成
したものである。誘電体膜を形成することにより、画像
ノイズを低減することができる。第２の本発明の液晶パ
ネルは、マイクロレンズ基板と、高分子分散液晶層とを
具備するものであり、この高分子分散液晶層の液晶材料
の割合を５０重量％以上９０重量％以下とし、液晶層の
膜厚を８μｍ以上１５μｍ以下としている。このように
構成することにより高コントラスト表示を実現できる。
また、第３の本発明の液晶パネルは、反射型タイプの液
晶パネルであり、かつ液晶層に高分子分散液晶を用いて
いる。また、マイクロレンズアレイを具備し、このマイ
クロレンズアレイのマイクロレンズ焦点距離ｂは、画素
の横長さと縦長さとを平均した長さをａとした時、ｂ／
ａの値が３以上８以下であることを特徴とするものであ
る。このように構成することにより高輝度表示と高コン
トラスト表示の実現が可能である。また、第４の本発明
の液晶パネルは、マイクロレンズアレイと、マイクロレ
ンズアレイと対向電極基板間に充填された透明材料とを
具備し、マイクロレンズアレイ上でかつ透明材料と接す
る面または対向電極上でかつ透明材料と接する面に遮光
膜を形成したものである。このように構成することによ
り、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子のホトコ
ンダクタ現象を防止することができる。また、本発明の
投写型表示装置は、上記本発明による液晶パネルをライ
トバルブとして用いたものである。このように構成する
ことにより、高コントラストかつ高輝度表示を実現でき
る。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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は対向電極基板
である。画素電極１１２にはＴＦＴ（図示せず）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１１（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
と水滴状液晶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１１
２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。なお、ＰＤＬＣのように液晶が水
滴状にあらわされるとき、水滴状の液晶の直径の平均を
平均粒子径と呼び、ＰＮＬＣのようにネットワーク状と
なるとき、ポリマーネットワークの孔径の平均値をポリ
マーネットワークの平均孔径と呼ぶ。

【００２１】高分子分散液晶を用いて高品位の画像表示
を実現しようとすると、散乱状態での光の透過量（以
後、散乱光量と呼ぶ）と、透過状態での光の透過量（以
後、透過光量と呼ぶ）の比（以後、コントラストと呼
ぶ）を大きくとる必要がある。液晶パネルの画素数が大
容量になると画素の開口率が低下する。したがって、液
晶パネルの光の入射側にマイクロレンズを配置し、入射
光が画素開口部に良好に入射できるようにする。マイク
ロレンズと液晶層との距離がマイクロレンズの直径に比
較して長いと、入射光の指向性を狭くしなければ入射光
が画素電極以外の部分に照射されてしまう。そこで、本
発明の液晶パネルでは、マイクロレンズと液晶層との距
離をマイクロレンズの直径の３〜８倍と最適化する。前
記距離は樹脂または／および薄いガラス基板を用いるこ
とにより達成する。また、ＴＦＴへの遮光膜はマイクロ
レンズ基板上等に形成する。以上のようにマイクロレン
ズを形成し、マイクロレンズと液晶との距離を最適化す
ることにより透過光量は大きくなり、コントラストを高
くできる。

【００２２】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する。マイクロレンズにより有効に
光が集光されるように、入射光の広がり角は３．５度以
内に集光して液晶パネルに入射させる。ただし、前記広
がり角は半角での値である。出射側はマイクロレンズに
より集光された光を有効に集光するために４．５度以内
の光を集光して投写する光学系を配置する。前記条件を
満足するため、発光源のランプはアーク長の短いものを
使用する。

【００２３】

【作用】高分子分散液晶パネルは、画像表示に偏光板を
用いないため、ＴＮ液晶パネルに比較して２倍以上の高
輝度表示が可能である。

【００２４】液晶パネルの画素数が大容量になると、画
素の開口率が低下するため、液晶パネルに入射する光を
有効に利用するためにマイクロレンズを少なくとも入射
光側に配置する必要がある。しかし、入射する光の指向
性が狭くないと入射光は画素電極以外の部分にも照射さ
れてしまう。液晶投写型テレビの光源としてアーク長５
ｍｍのメタルハライドランプを用いた場合、前記ランプ
が放射する光を最大に有効利用できかつ集光できる光の
広がり角はθ＝７度前後である。なお、広がり角の定義
θは以下のようにするものとする。（図７）に示すよう
に光源から放射された光束はパネルの入射面で主光線７
１を中心として円錐状の形状で示される。その光束のう
ち最大角度の光束と主光線とのなす角θを広がり角と定
義する。角度θは入射時のみに定義されるものではな
く、パネルより出射され、パネルの後段に配置されたレ
ンズ等で集光される角度としてもよい。本明細書ではパ
ネルに入射する入射光の角度を広がり角と呼ぶ。パネル
から出射され、投写レンズ等に入射し、スクリーン等に
投映される角度を取り込み角と呼ぶ。一般的に取り込み
角θとレンズのＦナンバー（以後、Ｆ値と呼ぶ）との関
係は、以下の式で示されることはよく知られている。

【００２５】θ＝ｓｉｎ^-1（１／２Ｆ） Ｆは通常投写レンズ等のＦ値である。つまり、投写レン
ズ等のＦ値を限定することと取り込み角θを限定するこ
とは同じことになる。たとえば投写レンズのＦ値が４で
あれば取り込み角θ≒４．２の範囲の入射光を投映でき
ることになる。逆に、広がり角も上記の式で定義するこ
とができる。パネルに入射する光の広がり角θが２．９
度であればパネルに入射する光のＦ値は約１０となる。
パネルの入射面にマイクロレンズが取り付けられていれ
ば、広がり角θをマイクロレンズの取り込み角以下にす
ることにより入射光を有効に利用できることになる。

【００２６】アーク長が５ｍｍメタルハライドランプを
用いた場合、パネルへ入射する光の広がり角は７度前後
が最も光利用効率が高いことは先に述べたが、前記光を
有効にマイクロレンズで液晶層に集光させるためには、
マイクロレンズから液晶層までの距離（以後、焦点距離
と呼ぶ）をマイクロレンズの直径の３倍以上８倍以内に
する必要がある。マイクロレンズアレイ基板は通常液晶
パネルの対向電極基板上に配置するから、対向電極基板
の厚みが焦点距離となるようにすればよい。このことは
画素サイズが１００μｍ以下となれば対向電極基板とし
て薄い基板を用いる必要があることを意味する。ＴＮ液
晶パネルでは対向電極基板に配向膜の塗布およびラビン
グ処理を行なう必要があり、対向電極基板厚が薄いと操
作性が悪く実現できない。しかし、高分子分散液晶であ
れば、配向膜塗布およびラビング処理が不必要であるか
ら実現できる。また、高分子分散液晶はＴＮ液晶と異な
り固体であるから対向電極基板にマイクロレンズ基板な
どを装着する際、液晶層にひずみ等が生じない。

【００２７】本発明の液晶投写型テレビでは光源として
アーク長が１ｍｍ前後のクセノンランプを用いている。
アーク長１ｍｍでは液晶パネルに入射する光の広がり角
を３．５度以内にすることができる。したがって、液晶
パネルに装着されたマイクロレンズには指向性の狭い光
を入射させることができるから、入射光が画素電極以外
の部分に照射されることなく、入射光を有効に利用でき
る。投写レンズもＦ値の大きいものを用いることができ
る。高分子分散液晶では投写レンズの取り込み角が小さ
いほど散乱透過量が減ることになり、コントラストを向
上させることができる。つまり、入射光の広がり角を小
さくし、マイクロレンズで集光して入射光を有効に利用
し、出射側のレンズのＦ値を高くしてコントラストを向
上させる。

【００２８】

【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
の断面図である。（図１）において、１４はマイクロレ
ンズであり、１つのマイクロレンズは１画素ごとに対応
して形成されている。マイクロレンズの製造方法はガラ
ス基板の一部をイオン交換して屈折率分布を形成するイ
オン交換方式を用いて形成することが好ましい。以下、
製造方法について簡単に説明する。ソーダガラス基板１
１にＴｉを蒸着し、フォトリングラフィで画素に対応し
た六角形のはちの巣状の円形の窓を開ける。次に１価イ
オンの硝酸塩の溶融液に浸し、４００度以上に加熱処理
を行う。加熱時、溶融中の陽イオンが開口窓からガラス
基板１１内に等方拡散しイオン交換が行われる。イオン
交換されるとその部分は屈折率分布を生じる。屈折率は
１．５〜１．７である。以上のようにマイクロレンズ基
板１１が作製される。

【００２９】１２はアレイ基板である。アレイ基板１２
上にはソース信号線１８、画素電極１９およびＴＦＴ
（図示せず）などが形成されている。なお、画素の開口
率は３インチサイズの基板に３０万画素形成されている
場合、約３０％である。従来予測されるハイビジョン対
応の液晶パネルであれば画素数は１００万画素以上必要
であり、その場合の開口率は１０％以下となる。対向基
板１３の片面には対向電極１６が形成され、対向基板１
３の厚さはマイクロレンズ１４の焦点距離によって規定
される。つまり、マイクロレンズ１４の焦点が液晶層２
０で結ぶように基板１３厚が規定される。以後、対向基
板１３はスペース基板とも呼ぶものとする。

【００３０】スペース基板１３の厚みはマイクロレンズ
１４の直径の３倍以上８倍以下にする必要がある。光源
としてアーク長５ｍｍ程度のメタルハライドランプを用
いる場合には３倍以上５倍以下にする。先にマイクロレ
ンズ１４の焦点が液晶層２０で結ぶようにすると記載し
た。つまり、マイクロレンズ１４の焦点距離は、マイク
ロレンズ１４の直径の３倍以上５倍以下にする必要があ
る。アーク長が５ｍｍよりも小さいランプを用いる場合
には４倍以上８倍以下にする。なお、画素形成が長方形
の場合はマイクロレンズも横長の形状となる。この場合
のマイクロレンズの直径としては画素の横長さと縦長さ
を平均したものを直径として仮定して、スペース基板の
厚さを規定する。つまり、マイクロレンズ１４の焦点距
離は、画素の横長さと縦長さを平均した長さの所定倍長
さにする必要がある。

【００３１】１５はマイクロレンズ基板１１とスペース
基板１３とを接続する接着層であり、具体的には紫外線
硬化型の樹脂を主成分とする接着剤である。

【００３２】本発明の液晶パネルに用いる液晶２０の材
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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。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。

【００３６】高分子分散液晶層中の液晶材料の割合はこ
こで規定していないが、一般には２０重量％〜９０重量
％程度がよく、好ましくは５０重量％〜８０重量％程度
がよい。２０重量％未満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％を超えると高分子
と液晶が上下２層に相分離する傾向が強まり、界面の割
合は小さくなり散乱特性は低下する。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％
未満では液晶滴は独立したドロップレト状として存在
し、５０重量％以上となると高分子と液晶が互いに入り
組んだ連続層となる。

【００３７】液晶２０の膜厚は５〜２５μｍの範囲が好
ましく、さらには８〜１５μｍの範囲が好ましい。膜厚
が薄いと散乱特性が悪くコントラストがとれず、逆に厚
いと高電圧駆動を行わなければならなくなり、画素を駆
動するドライブＩＣの設計などが困難になる。

【００３８】高分子分散液晶は、配向膜形成が不要であ
る。したがって、アレイ基板上にＩＴＯからなる対向電
極１６を形成した基板を装着するだけである。したがっ
て、スペース基板１３が１ｍｍ以下であっても、十分パ
ネル組立を行なうことができる。また、高分子分散液晶
は、ＴＮ液晶と異なり固体であるから、押圧にも強い。
これは、スペース基板１３にマイクロレンズ１４を接着
する際の押圧により、液晶２０の膜厚が変化しないこと
を意味する。ＴＮ液晶パネルでは、スペース基板１３が
薄いと接着層１５の厚みむらなどによる液晶膜厚分布が
発生してしまう。

【００３９】（図２）は本発明の第２の実施例における
液晶パネルの断面図である。半導体層をアモルファスシ
リコン等を用いて形成したＴＦＴは、光に対して弱い。
ＴＦＴに光が入射するとホトコンダクタ現象（以後、ホ
トコンと呼ぶ）が発生し、スイッチング特性が低下す
る。そこでＴＮ液晶パネルでは、対向電極基板上にブラ
ックマトリックス（以後、ＢＭと呼ぶ）とよばれる遮光
膜を形成している。高分子分散液晶パネルの場合もアモ
ルファスシリコンを用いたＴＦＴを採用した場合、何ら
かの方法でＴＦＴの半導体層に光が入射しないように遮
光しなければならない。しかし、スペース基板１３の厚
みが０．５ｍｍ以下となるとエッチング技術を用いてＢ
Ｍを形成することがかなり困難となる。第２の実施例で
はマイクロレンズで基板１１上に遮光膜２１を形成して
この問題を解決している。マイクロレンズ基板の厚みが
１〜１．４ｍｍのものを通常用いる。したがって、ＢＭ
としての遮光膜２１をパターニングすることは容易であ
る。スペース基板１３の板厚が厚い場合は遮光膜２１に
より影となる部分が多く発生するが、スペース基板１３
の板厚が薄い場合、または／および入射光の広がり角が
狭い場合は影となる部分は小さい。これは、画素サイズ
が１００μｍ以下の液晶パネルを用い、かつアーク長が
短いランプを用いて液晶投写型テレビを構成した場合に
非常に有利となる。

【００４０】ＴＦＴへの入射光を低減させる方法として
（図３）に示すように、ＴＦＴに低誘電率膜３１を形成
する方法もある。この低誘電率膜３１とは、液晶層２０
の誘電率よりも低誘電率の物質からなる膜という意味で
ある。低誘電率膜３１は、前記膜が形成された液晶層に
電圧が印加されないようにするためのものである。低誘
電率膜で電圧降下が生じれば、液晶層には電圧が印加さ
れず、液晶層はたえず散乱状態となる。液晶投写型テレ
ビで散乱状態で黒表示となるように光学等を構成すれ
ば、低誘電率膜３１を形成した箇所は黒表示となる。つ
まり、ＴＮ液晶パネルでＢＭを形成したのと同様の効果
が得られる。低誘電率膜３１はＴＦＴ２２およびソース
・ゲート信号線上の対向電極１６上に形成する。前記Ｔ
ＦＴおよび信号線は、正規の画像表示と異なる信号で、
液晶層の液晶分子を配向させる。したがって、画像ノイ
ズとなる。低誘電率膜３１を形成することにより、たえ
ず散乱状態にすることができるから、前記画像ノイズを
除去することができる。

【００４１】低誘電率膜３１は、光透過性であることが
望ましい。紫外線を照射し、液晶溶液を重合させる際、
低誘電率膜３１が透明物質であれば、紫外線が透過し、
低誘電率膜３１の下層の液晶溶液も重合させることがで
きるからである。ＢＭであれば未重合となる。未重合状
態は液晶層２０の物質的透過性を欠く結果となり、液晶
パネル性能劣化をひきおこす。なお、低誘電率膜３１は
対向電極１６上に形成せず、ＴＦＴ２２上、信号線上に
直接形成しても効果をあげられることは明らかであり、
また両方に形成してもよいことも明らかである。高分子
分散液晶層２０の誘電率に比較して低誘電率膜３１の誘
電率が小さいほど膜厚は薄くてよい。

【００４２】低誘電率膜３１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Ｓ
_iＯ₂が適していると考えられる。Ｓ_iＯ₂の屈折率は通常
１．４５〜１．５０程度であり、誘電率も液晶と比較し
て低い。形成方法としてはＳ _iＯ₂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。さらには光重合性
の有機材料を用いて形成する方が簡易である。有機材料
としては液晶層２０に用いるものを同一の透過なポリマ
ーを用いるのが最適である。また、半導体回路のレジス
ト材料なども用いることができる。たとえば、ネガ型の
レジストの比誘電率は３〜６であり、液晶の比誘電率１
５〜３０に比較して小さく低誘電率物質とみなせる。上
記の有機材料を同一に低誘電率膜３１の形成方法として
は、ロールコ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象する方法もある。

【００４３】（図４）は本発明の第４の実施例における
液晶パネルの断面図である。（図４）では対向電極基板
１３上に遮光膜４３を形成した。遮光膜４３は入射光に
より影ができ、画素開口率低減をひきおこすことは先に
も説明した。影の影響は１００μｍと画素サイズが大き
い、または／および入射光の広がり角が大きい場合に問
題となる。前述の場合は（図４）の構成にすればよい。
遮光膜４３は対向電極基板１３上に形成する。対向電極
基板１３とマイクロレンズ基板１１間はビーズ等のスペ
ーサ４２により所定間隔の空間をあけ、前記空間には透
明樹脂材料を充填する。なお、所定間隔をあけるのはビ
ーズのみではなく、たとえばファイバーあるいは土手を
形成して行ってもよい。

【００４４】透明樹脂材料としては、紫外線硬化タイプ
がパネル作製上も容易であり好ましい。また、透明樹脂
層４１とビーズ４２との屈折率差は０．１以下にしなけ
ればならない。遮光膜４３は液晶層２０に近いほど好ま
しいから、対向電極基板１３の板厚は可能なかぎり薄い
方が好ましい。ただし、樹脂層４１の膜厚と対向電極基
板１３の板厚を加えた厚みは、マイクロレンズ１４の直
径の３倍以上８倍以下にする点は、第１の実施例と同様
である。

【００４５】クセノンランプのアーク長は約１ｍｍであ
る。前記アーク長の場合、最もランプより放射される光
を有効に利用できる液晶パネルへの入射光の広がり角
は、およそ３．５度から２．５度である。これはＦ値で
８から１２に相当する。したがって、入射光の広がり角
は３．５度以内にする必要があり、好ましくは３．０度
以内にする必要がある。入射光の広がり角が狭くなるほ
ど液晶パネルからの投写レンズに入射される散乱光は小
さくなる。したがって、コントラストは向上する。しか
し、あまり狭くなると液晶パネルに入射させる光束も少
なくなるから、逆に透過光が減り、コントラストは小さ
くなる。本実施例では以上の事項を鑑み、入射光の広が
り角を２．５度にした。

【００４６】マイクロレンズは入射光を屈折させるの
で、出射側のレンズ、つまり投写レンズのＦ値は液晶パ
ネルの入射側のＦ値よりも小さくする必要がある。あま
り小さくすると液晶パネルの散乱時の光をも集光するよ
うになるから、コントラストを下げてしまう。以上のこ
とから出射側の投写レンズの取り込み角は４．５度以内
にする必要があり、好ましくは４．０以内にする必要が
ある。本実施例では以上の事項を鑑み、取り込み角を
３．５度にした。なお、液晶パネルの画素数は約３４万
画素、画素開口率は３４％、パネルサイズは対角約２．
８インチである。（図５）において、５１は集光光学
系、５２はＵＶＩＲカットミラー、５３ａ，５３ｂ，５
３ｃはダイクロイックミラー、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ
は高分子分散液晶パネル、５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５
７ａ，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、５
５，５６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。なお、アパーチャは投写レンズ系
の説明のため必要とするものであり、実際は用いないこ
とが多い。

【００４７】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５６
の閉口径を小さく、つまりＦ値を大きくすればコントラ
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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】前述の液晶投写型テレビを構成し、画像表
示を行なったが、コントラストは１５０，スクリーンゲ
イン５で、画面サイズ４０インチの時、中心輝度は１８
０（ｆｔ−Ｌ）であった。

【００５１】なお、（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、たとえば平行光成分を遮光
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。

【００５２】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。

【００５３】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３枚の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。

【００５４】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、反射型に形成してもよい。その場合は、画素電極等
を金属物質で反射電極にすればよい。反射型液晶パネル
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。なお、（図６）において、６１はス
クリーンである。

【００５５】

【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ることにより、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。

【００５６】また、液晶パネルの入射光側にマイクロレ
ンズを配置もしくは形成すること、および対向電極基板
の板厚を最適化することにより、入射光の光利用率を格
段に向上させている。

【００５７】また、マイクロレンズ基板等にＴＦＴ等の
遮光膜を形成し、ホトコンを防止させており、また、液
晶層内に低誘電膜を形成することにより、画像ノイズが
見えることも防止している。

【００５８】さらに、液晶投写型テレビは本発明による
液晶パネルを採用することにより、高コントラスト、高
輝度表示を実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における液晶パネルの一
部断面図

【図２】本発明の第２の実施例における液晶パネルの一
部断面図

【図３】本発明の第３の実施例における液晶パネルの一
部断面図

【図４】本発明の第４の実施例における液晶パネルの一
部断面図

【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

【図６】本発明の他の実施例における液晶投写型テレビ
の構成図

【図７】光の広がり角の説明図

【図８】液晶パネルの等価回路図

【図９】従来の液晶パネルの断面図

【図１０】従来の液晶投写型テレビの構成図

【図１１】高分子分散液晶の動作の説明図

【符号の説明】

１１ マイクロレンズ基板 １２ アレイ基板 １３ スペース基板 １４ マイクロレンズ １５ 接着層 １６ 対向電極 １８ ソース信号線 １９ 画素電極 ２０ 液晶層 ２１，４３ 遮光膜 ２２ ＴＦＴ ３１ 低誘電率膜 ４１ 樹脂層 ４２ スペーサ ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 高分子分散液晶パネル ７１ 主光線 ９６ ＴＮ液晶 ９７ａ，９７ｂ 配向膜 ９８ ブラックマトリックス １０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ ＴＮ液晶パネル １１４ 水滴状液晶 １１５ ポリマー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伏見 吉正 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−248125（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−180020（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−51817（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−302726（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−189685（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリックス状に配置された画素電極と
   前記画素電極に信号を印加するスイッチング素子と前記
   画素電極間に配置された信号線とが形成された第１の基
   板と、 対向電極が形成された第２の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液
   晶層と、 前記スイッチング素子上、前記信号線上、前記スイッチ
   ング素子に対面する対向電極上および前記信号線に対面
   する対向電極上のうちの少なくとも１つの箇所に、前記
   液晶層の誘電率よりも低い誘電率を有する光透過性を有
   する材料からなり、かつ画素パターンに対応してパター
   ニングされた誘電体膜が形成されていることを特徴とす
   る液晶パネル。
2. 【請求項２】 マトリックス状に配置された画素電極と
   前記画素電極に信号を印加するスイッチング素子と前記
   画素電極間に配置された信号線とが形成された第１の基
   板と、 対向電極が形成された第２の基板と、 前記画素電極の位置に対応して規則的にマイクロレンズ
   が形成された第３の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液
   晶層と、 前記スイッチング素子上、前記信号線上、前記スイッチ
   ング素子に対面する対向電極上および前記信号線に対面
   する対向電極上のうちの少なくとも１つの箇所に、前記
   液晶層の誘電率よりも低い誘電率を有する光透過性を有
   する材料からなり、かつ画素パターンに対応してパター
   ニングされた誘電体膜が形成されていることを特徴とす
   る液晶パネル。
3. 【請求項３】 マトリックス状に配置された画素電極と
   前記画素電極に接続されたスイッチング素子とが形成さ
   れた第１の基板と、 対向電極が形成された第２の基板と、 画素の位置に対応して規則的にマイクロレンズが形成さ
   れた第３の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液
   晶層と、 前記第３の基板と前記第２の基板との間に充填された透
   明材料と、 前記スイッチング素子上、前記信号線上、前記スイッチ
   ング素子に対面する対向電極上および前記信号線に対面
   する対向電極上のうちの少なくとも１つの箇所に、前記
   液晶層の誘電率よりも低い誘電率を有する光透過性を有
   する材料からなり、かつ画素パターンに対応してパター
   ニングされた誘電体膜とを具備し、 前記画素の横長さと縦長さとを平均した長さをａとし、
   前記マイクロレンズの焦点距離をｂとした時、ｂ／ａの
   値が３以上８以下であることを特徴とする液晶パネル。
4. 【請求項４】 マトリックス状に配置された画素電極が
   形成された第１の基板と、 対向電極が形成された第２の基板と、 前記画素電極の位置に対応して規則的にマイクロレンズ
   が形成された第３の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された高
   分子分散液晶層と、 前記第３の基板と前記第２の基板との間に充填された透
   明材料と、 前記第２の基板上でかつ前記透明材料と接する面または
   前記第３の基板上でかつ前記透明材料と接する面に形成
   された遮光膜とを具備し、 前記高分子分散液晶層の液晶材料の割合は５０重量％以
   上９０重量％以下であり、 前記高分子分散液晶層の膜厚は８μｍ以上１５μｍ以下
   であることを特徴とする液晶パネル。
5. 【請求項５】 画素電極がマトリックス状に配置された
   第１の基板と、 対向電極が形成された第２の基板と、 前記画素電極の位置に対応して規則的にマイクロレンズ
   が形成された第３の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液
   晶層と、 前記第３の基板と前記第２の基板とを接着する透明材料
   と、 前記第２の基板上でかつ前記透明材料と接する面または
   前記第３の基板上でかつ前記透明材料と接する面に形成
   された遮光膜とを具備したことを特徴とする液晶パネ
   ル。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の液晶パネルと、 アーク放電ランプを有する光発生手段と、 前記光発生手段が放射する光を前記液晶パネルに導く光
   学部材と、 前記液晶パネルの表示画像を投写する投写手段とを具備
   したことを特徴とする投写型表示装置。
7. 【請求項７】 請求項２に記載の液晶パネルと、 アーク放電ランプを有する光発生手段と、 前記光発生手段が放射する光を前記液晶パネルに導く光
   学部材と、 前記液晶パネルの表示画像を投写する投写手段とを具備
   したことを特徴とする投写型表示装置。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の液晶パネルと、 アーク放電ランプを有する光発生手段と、 前記光発生手段が放射する光を前記液晶パネルに導く光
   学部材と、 前記液晶パネルの表示画像を投写する投写手段とを具備
   したことを特徴とする投写型表示装置。