JPH0387721A - 投射型カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り産業上の利用分野〕 本発明は、投射型カラー液晶表示装置に関するものであ
る。

Ｅ従来の技術］ 近年、透過型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装置
は、ＣＲＴを用いた投射型表示装置に代わるものとして
注目されている。特に、ＲＧＢの３色の色光を用い、３
個の液晶表示素子を別々に通過させて変調させ、投射ス
クリーンに投射する投射型カラー液晶表示装置は、大画
面、高画質カラー画像が得られるここから、開発が盛ん
に行われている。

従来、このような投射型液晶表示装置には、低消費電力
、低電圧駆動等の特長を有する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いる。

このようなＴＮ型液晶表示素子とダイクロイックミラー
を用いた投射型カラー液晶表示装置の構成例を第２図及
び第３図に示す。

第２図は、色分離及び色合成のためにダイクロイックミ
ラーの特殊な形態であるダイクロイックプリズム１２Ａ
、１２Ｂを用いた例であり、色分離及び色合成の両方で
光の入射角θをθ＝４５゜となるように配置している。

第３図は、色分離及び色合成のためにダイクロイックミ
ラー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ１２２Ｄを用いた例であり
、色分離及び色合成の両方で光の入射角θを０＝４５°
となるように配置している。

なお、両図において、　１１．２１は投射用光源、１３
Ａ、１３Ｂ、　１３ｃ、１３Ｄ、２３Ａ、２３Ｂは鏡、
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｇ、２４Ａ、２４Ｂ、　２４Ｃは
透過−散乱型液晶表示素子、１５．２５は投射光学系、
　１６．２６はアパーチャー１７．２７は投射スクリー
ンを示す。

このＴＮ型液晶表示素子では、２枚の偏光板を必要とす
るので、光の透過率が小さく、投射画像が暗いという問
題点を有している。

特に、画像の投影を行う際には極めて強い光源を必要と
し、投射スクリーン上で高いコントラストが得られにく
いことや、光源の発熱による液晶表示素子への影響とい
う問題点を有している。

そこで、ＴＮ型液晶表示素子の課題を解決すべく、液晶
物質を樹脂マトリクス中に分散保持した液晶樹脂複合体
を使用して、電圧印加状態により、液晶物質の屈折率が
変化し、液晶物質と樹脂マトリクスとの屈折率の一致、
不一致によりその透過状態と散乱状態をとるため、この
透過−散乱特性を利用した透過−散乱型液晶表示素子が
提案されている。

この屈折率の一致を動作原理とする液晶樹脂複合体を用
いた透過−散乱型液晶表示素子の場合には、ＴＮ型液晶
表示素子のように２枚の偏光板を必要としなく、投射用
光源から放出されたランダム偏光の状態の光を直接入射
光として用いることができる。従って、透過−散乱型液
晶表示素子では、ＴＮ型液晶表示素子に比して同じ光源
を用いても２倍以上明るい透過画像が得られる。

［発明の解決しようとする課題］ しかし、このような透過−散乱型液晶表示素子を、従来
のＴＮ型液晶表示素子の代わりに、第２図、第３図に示
されるような投射型カラー液晶表示装置に使用した場合
、色分離または色合成の光学系における分光特性の低下
が生じ、投射した画像の色相がＴＮ型液晶表示素子を用
いた投射型カラー液晶表示装置に比して劣るという欠点
を生じる。

これは、投射型カラー液晶表示装置の色分離手段及び色
合成手段に、ダイクロイックミラーまたはダイクロイッ
クプリズムが用いられているためである。即ち、白色の
光源から放出された白色光をダイクロイックミラーまた
はダイクロイックプリズムからなる色分離手段を通すこ
とにより、複数の分離された色光を得ることができ、ま
た、複数の分離された色光をダイクロイックミラーまた
はダイクロイックプリズムからなる色合成手段を通すこ
とにより、それらが合成された光を得ることができる。

このグイクロイックミラーまたはグイクロイックプリズ
ムは、屈折率の異なる透明誘電体膜が光波長程度の膜厚
で透明板またはプリズム面に積層された構造からなり、
はとんど光吸収損失を受けることなく、光多重干渉現象
により多層膜構成に応じて任意の波長で透過波長域と反
射波長域とに分光する機能を有する。このような光学多
層膜は、光の入射角θがゼロから増加するに従い、多層
膜形成面に対して、Ｐ偏光とＳ偏光に対応した分光特性
の相違が顕著となることが知られている。第５図及び第
６図に、グイクロイックミラー及びグイクロイックプリ
ズムの分光特性の偏光依存性の一例を示す。

ＴＮ型液晶表示素子を用いた投射型カラー液晶表示装置
の場合、偏光板を用いているため、その偏光軸をＰ偏光
とＳ偏光のいずれかのみに対応するように配置してやる
ことにより、いずれか一方の偏光のみが利用される。こ
のため、第５図及び第６図に示すような分光特性の偏光
依存性が生じても、先鋭な色分離特性が得られることに
なり、投射画像の色相はよいものが得られる。

一方、透過−散乱型液晶表示素子を用いた場合には、ラ
ンダム偏光の入射光となるため、グイクロイックミラー
及びグイクロイックプリズムは分光特性において、Ｐ偏
光とＳ偏光との平均値に対応する分光作用を示す。従っ
て、第５図及び第６図の点線で示すような色分離特性と
なり、色純度が低下するため、色合成された投射画像の
色相は、ＴＮ型液晶表示素子を用いた投射型カラー液晶
表示装置に比して劣ることになる。

［問題点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
、投射用光源と、その投射用光源からの複数の色の色光
を別々に変調する複数の液晶表示素子と、複数の液晶表
示素子を透過した色光を投射スクリーンに投射する投射
光学系とを有する投射型カラー液晶表示装置において、
液晶表示素子として電極付基板間に液晶物質が樹脂マト
リクス中に分散保持され、その樹脂マトリクスの屈折率
が使用する液晶物質の常光屈折率（ｎｏ）とほぼ一致す
るようにされた液晶樹脂複合体を挟持したものを使用し
、色分離または色合成のためにグイクロイックミラーを
用い、その少なくとも１個のグイクロイックミラーへの
光の入射角θが、１０”　＜θ＜４０°を満足すること
を特徴とする投射型カラー液晶表示装置、及び、それら
複数の液晶表示素子を透過した色光を合成するグイクロ
イックミラーを用いた色合成手段を設け、合成された光
を投射スクリーンに投射することを特徴とする投射型カ
ラー液晶表示装置、及び、その投射用光源からの光を複
数の色光に分離するグイクロイックミラーを用いた色分
離手段を設け、分離された色光を別々の液晶表示素子に
入射させることを特徴とする投射型カラー液晶表示装置
、及び、その投射用光源からの光を複数の色光に分離す
るグイクロイックミラーを用いた色分離手段と、分離さ
れた色光を別々に変調する複数の液晶表示素子と、複数
の液晶表示素子を透過した色光を合成するグイクロイッ
クミラーを用いた色合成手段と、合成された光を投射ス
クリーンに投射する投射光学系とを有することを特徴と
する投射型カラー液晶表示装置、及び、それらのグイク
ロイックミラーの少なくとも１個への光の入射角θが、
１５°＜θ＜３５°を満足することを特徴とする投射型
カラー液晶表示装置を提供するものである。

本発明の投射型カラー液晶表示装置では、ＴＮ型液晶表
示素子の代わりに、電気的に散乱状態と透過状態とを制
御しつる液晶樹脂複合体を挟持した透過−散乱型液晶表
示素子を用いることにより、偏光板が不要であり、明る
い投射画像が得られ、グイクロイックミラーへの入射角
θをｌＯｏくθ〈４０°とすることにより、グイクロイ
ックミラーの使用により生じる色相の劣化を少なくする
ことができる。

また、ＴＮ型液晶表示素子に必須の配向処理や、発生す
る静電気による能動素子の破壊ヒいった問題点も避けら
れるので、液晶表示素子の製造歩留りを大幅に向上させ
ることができる。

さらに、この液晶樹脂複合体は、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（い。

また、この液晶樹脂複合体は、比抵抗が従来のＴＮモー
ドの場合と同等であり、画素電極毎に能動素子を用いる
場合に、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、能動素子の設計が
容易で、かつ、液晶表示素子の消費電力を少なく保つこ
とができる。従って、ＴＮモードの従来の液晶表示素子
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。

液晶樹脂複合体の比抵抗としては、５Ｘ　ｔｏ”００１
１１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、１０１０ΩｃＩ１１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。

本発明の透過−散乱型液晶表示素子が、ＴＮ型液晶表示
素子に比してダイナミック駆動特性は劣るので、画素電
極毎に能動素子を設けてアクティブマトリクス液晶表示
素子として使用することが好ましい。この能動素子とし
ては、トランジスタ、ダイオード、非線形抵抗素子等が
あり、必要に応じて１つの画素に２以上の能動素子が配
置されていてもよい。このような能動素子とこれに接続
された画素電極とを設けたアクティブマトリクス基板と
、対向電極を設けた対向電極基板との間に上記液晶樹脂
複合体を挟んで液晶表示素子とする。

本発明の投射型カラー液晶表示装置は、投射用光源と色
毎に変調を行う透過−散乱型液晶表示素子と投射スクリ
ーンに画像を投射する投射光学系とを少なくとも有し、
その色分離または色合成にダイクロイックミラーを使用
し、その少なくヒも１個のダイクロイックミラーへの入
射角θをｌＯｏくθ＜４０°とする。

具体的には以■のような構成が考えられる。

色合成手段にダイクロイックミラーを用いる場合には、
複数の液晶表示素子を透過した色光をダイクロイックミ
ラーを用いた色合成手段により合成し、合成された光を
１個の投射光学系により投射スクリーンに投射するよう
にすればよい。この場合、投射用光源は１個の光源を用
いて、後述するような色分離手段により複数の色光に分
離するようにしてもよいし、予め複数の色光源を準備し
て液晶表示素子毎に特定の色光源を配置してもよい。

また、色分離手段にダイクロイックミラーを用いる場合
には、投射用光源からの光をダイクロイックミラーを用
いた色分離手段に入射させてけ、分離された色光を別々
の液晶表示素子に入射させるようにすればよい。この場
合、別々の液晶表示素子を通過した色光は、上述したよ
うな色合成手段により合成されて、１個の投射光学系に
より投射されてもよいし、３個の投射光学系により投射
されて投射スクリーン上で合成されてもよい。

本発明では、このダイクロイックミラーの少なくとも１
個の入射角θを、１０゜＜θ＜４０１　とするものであ
り、これにより色相の劣化を少なくすることができる。

特に、θを、１５°くθく３５°とすることにより、色
相の劣化を少なくする効果が優れているとヒもに、ダイ
クロイックミラーの面積及び有効光路長の点でも問題が
少なく好ましい。

これはθが太き（なる程、必要とされるダイクロイック
ミラーの長さが長くなるためである。有効長をβとする
と、必要とされるダイクロイックミラーの長さＬはＬ＝
Ｉ２／ｅｏｓθとなり、θが大きくなる程、必要とされ
るダイクロイックミラーの長さが長くなる。このため、
ダイクロイックミラーの長さ、即ち、面積を小さくする
ためには、入射角θを小さくすることが好ましい。

ダイクロイックミラーの面積が増加すると、その基板の
平坦度、誘電体多層膜の膜厚の均一性の維持等の点で難
易度が増加し、生産性が低下する。さらに、グイクロイ
ックミラーの基板の厚みに起因する入射光と出射光の光
路のずれが大きくなり、調整が困難になるという問題点
もある。

一方、θが小さくなる程、必要とされるグイクロイック
ミラーの長さは短くなるが、光源から投射光学系までの
光路長が増大する。

光路長が長くなると、有効光量が低下し、液晶表示装置
の容積が増大するという問題点を生じる。

本発明において、このグイクロイックミラーへの入射角
は、通常は全てのグイクロイックミラーへの入射角をｌ
Ｏｏくθ〈４０＠とすることが投射画像の色相の点から
みて好ましい。

本発明の投射用光源は、色毎に専用の光源を使用しても
よいし、１つの光源の光を色分離手段により分光して使
用してもよい、この複数の色光は、本発明の透過−散乱
型液晶表示素子に入射させられる。

この透過−散乱型液晶表示素子は、電極付基板間に液晶
物質が樹脂マトリクス中に分散保持され、その樹脂マト
リクスの屈折率が使用する液晶物質の常光屈折率（ｎｏ
）とほぼ一致するようにされた液晶樹脂複合体を挟持し
た液晶表示素子であり、電圧の印加状態により樹脂マト
リクスの屈折率が液晶物質の屈折率とほぼ一致した時に
透過状態となり、一致しない時に散乱状態になるものが
使用できる。

この電極付基板の一方に、ＴＰＴ等の能動素子を設けた
アクティブマトリクス基板を使用することにより、高精
彩の液晶表示素子も可能になる。

この液晶樹脂複合体は、細かな孔の多数形成された樹脂
マトリクスとその孔の部分に充填された液晶とからなっ
ていればよく、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ってもよいし、それら
の個々のマイクロカプセルが完全に独立していなくても
よいし、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。

本発明の液晶表示素子に用いる液晶樹脂複合体は、液晶
物質と、樹脂マトリクスを構成する材料とを混ぜ合わせ
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、反応硬化等させて樹
脂マトリクスを分離し、樹脂マトリクス中に液晶物質が
分散した状態をとるようにすればよい。

使用する樹脂を、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、光硬化タイプの樹脂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。

さらに、液晶樹脂複合体として液晶物質を溶媒として使
用し、光露光により光硬化性樹脂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、光硬化性樹脂で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。

具体的な製法としては、従来の通常のＴＮ型液晶表示素
子と同様に、シール材を用いてセルを形成し、注入口か
ら液晶物質と樹脂マトリクスとの未硬化の混合物を注入
し、注入口を封止して後、光照射をするか加熱して硬化
させることもできる。

また、本発明の液晶表示素子の場合には、シール材を用
いなく、例えば、対向電極としての透明電極を設けた基
板上に液晶物質と樹脂マトリクスとの未硬化の混合物を
供給し、その後、他の基板を重ねて、光照射等により硬
化させることもできる。

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、単に液晶物質と樹
脂マトリクスとの未硬化の混合物をロールコート、スピ
ンコード、印刷、デイ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、生産性が極め
てよい。

また、これらの液晶物質ヒ樹脂マトリクスとの未硬化の
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、その池水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。

このような本発明の液晶樹脂複合体を使用した液晶表示
素子の応答時間は、電圧印加の立ち七つが３〜５０ＩＩ
ｌｓｅｃ程度、電圧除去の立ち下がり１０〜８０ｍ５ｅ
ｃ程度であり、従来のＴＮ型液晶表示素子よりも速い。

また、その電圧−透過率の電気光学特性は、従来のＴＮ
型液晶表示素子よりも比較的なだらかであり、階調表示
のための駆動も容易である。

なお、この液晶樹脂複合体を使用した液晶表示素子の透
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。この液晶表示素
子では、電圧を印加している状態で、樹脂マトリクス（
硬化後の）の屈折率が、使用する液晶物質の常光屈折率
（ｎｏ）と一致するようにされる。

これにより、樹脂マトリクスの屈折率と液晶物質の屈折
率とが一致した時に光が透過し、致しない時に光が散乱
（白濁）することになる。この素子の散乱性は、従来の
ＤＳモードの液晶表示素子の場合よりも高く、高いコン
トラスト比の投射表示が得られる。

液晶樹脂複合体中の動作可能な液晶物質の体積分率Φは
、Φ〉２０％が好ましく、より高い散乱性を有するには
Φ〉３５％が好ましい。一方Φがあまり大きくなると、
液晶樹脂複合体の構造安定性が悪くなるため、Φ＜７０
％が好ましい。

正の誘電異方性のネマチック液晶を用い、樹脂マトリク
スの屈折率が使用する液晶物質の常光屈折率（ｎｏ）と
ほぼ一致するようにされることにより、電界が印加され
ていない場合は、配列していない液晶と、樹脂マトリク
スの屈折率の違いにより、散乱状態（つまり白濁状態）
を示す。このため、本発明のように投射型表示装置とし
て用いる場合には、電極のない部分は光が散乱され、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、画素電極以外の部分からの光の漏れを防止するため
に、画素電極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
点も打する。

これに所望の画素に電界を印加する。この電界を印加さ
れた画素部分では、液晶が配列し、液晶物質の常光屈折
率（ｎｏ）と樹脂マトリクスの屈折率（ｎ、）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。

また、本発明では、複数の液晶表示素子を用い、色光毎
に変調をするので、入射される光の波長に応じて液晶表
示素子の粒子径、基板間隙等を最適化するることが好ま
しい。また、駆動のためには、同じ駆動波形で駆動して
色バランスがとれるようにすることが好ましい。

第１図は、本発明の投射型カラー液晶表示装置の例の模
式図である。

第１図において、１は投射用光源、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ１
２Ｄはダイクロイックミラー　３Ａ、３Ｂは鏡、４Ａ、
４Ｂ、４Ｃは透過−散乱型液晶表示素子、５は投射光学
系、６は直進光以外を除去するためのアパーチャー　７
は画像を投射するための投射スクリーンである。

この例では、ダイクロイックミラーへの光の入射角θを
θ＝３０°としているが、これに限られるものではなく
、１０°りθ＜４０°を満足すればよい。特に、θを１
５〜３５°とすることが好ましい。

本発明の透過−散乱型液晶表示素子は、電極付基板間に
液晶物質が樹脂マトリクス中に分散保持され、その樹脂
マトリクスの屈折率が使用する液晶物質の常光屈折率（
ｎｏ）とほぼ一致するようにされた液晶樹脂複合体を挟
持したものである。

この電極付基板としては、Ｉｎ＊Ｏ０５−３ｎｏ　（Ｉ
　ＴＯ）、ＳｎＯ□等の透明電極を形成し、必要に応じ
てバターニングしたガラス、プラスチック等の透明基板
がしようできる。

なお、電極は通常は透明電極とされるが、−部に低抵抗
のリードを設−けるためにクロム、アルミ等の金属電極
を併用してもよい。

また、画素数の多い場合には、能動素子を設けてもよい
。能動素子としてＴＰＴ　（薄膜トランジスタ）等の３
端子素子を使用する場合、対向電極基板は全画素共通の
ベタ電極を設ければよいが、ＭＩＭ素子、ＰＩＮダイオ
ード等の２端子素子を用いる場合には、対向電極基板は
ストライブ状のバターニングをされる。

また、能動素子として、ＴＰＴ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る。特に多結晶シ
リコンはＪ非結晶シリコンのように感光性がなし）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
に投射型液晶表示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。

また、従来のＴＮ型液晶表示素子の場合には、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
することが多く、このついでに能動素子部分にも同時遮
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
。

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物質の常光屈折率（ｎｏ）と
ほぼ一致するようにされた液晶樹脂複合体を使用してい
るため、電界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。このため、能動素子として多結
晶シリコンを用いた場合、能動素子部分に遮光膜を形成
しなくてもよいので、遮光膜を形成する工程をなくすこ
とができ、工程を減らすことができ、生産性が向上する
。

本発明の投射型カラー液晶表示装置は、このほか赤外線
カットフィルター、紫外線カツトフィルター等を積層し
たり、文字、図形等を印刷したりしてもよい。

本発明では、前述の液晶樹脂複合体を構成する未硬化の
樹脂として光硬化性樹脂を用いる場合、光硬化ビニル系
樹脂の使用が好ましい。

具体的には、光硬化性アクリル系樹脂が例示され、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。

本発明で使用される液晶物質は、樹脂マトリクスの屈折
率がその液晶物質の常光屈折率（ｎｏ）と一致するよう
な液晶であり、単独で用いても組成物を用いても良いが
、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。

このように液晶樹脂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
表示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、透過状態ヒ散乱状態とを制御しつる液晶表示素
子を極めて生産性良く製造できる。

本発明の投射用光源としては、従来からのハロゲンラン
プ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光源と
、球面反射板やパラボラ反射板等の反射光学系、コンデ
ンサーレンズ等の集光光学系を組み合わせた投射用光源
が使用できる。さらに、必要に応じて、赤外線カットフ
ィルターや紫外線カツトフィルター、冷却手段等を併用
してもよい。

また、色分離手段は、複数の色光源を別個に設けない場
合に使用し、グイクロイックミラーを用いる。もちろん
、グイクロイックプリズムでもよい。これにより、投射
用光源の光を複数の色の光に分離する。代表的なものと
しては、Ｒ，Ｇ　Ｂ　３色の色光に分離される。

液晶表示素子は、この複数の色光の光路内に別々に配置
される。

これらの液晶表示素子を通過した各色光は、企合成手段
により合成される。もちろん、個々に投射光学系により
投射スクリーンに投射されて、投射スクリーン上で画像
が合成されてもよい。この色合成手段にダイクロイック
ミラーを用いる。もちろん、ダイクロイックプリズムで
もよい、これにより、液晶表示素子を別々に透過してき
た各色光が合成され、１個の投射光学系により投射スク
リーンに投射される。

この投射光学系も、従来からの投射光学系が使用できる
。

さらに光路上に拡散光を減する装置、例えば第工図の６
に示されるようなアパーチャーやスポットを設置するこ
とにより、表示コントラストを大きくすることができる
。

即ち、拡散光を減する装置として、液晶表示素子を通過
した光の肉、入射光に対して直進する光（画素部分が透
過状態の部分を透過する光）を取り出し、直進しない光
（液晶樹脂複合体が散乱状態の部分で散乱される光）を
減するものをもちいるこヒがコントラスト比を向上させ
るため、好ましい。特に、直進する光は減することなく
、直進しない光は拡散光な減することが好ましい。

この拡散光を減する装置は、第１図のように投射光学系
と投射スクリーンとの間に設けても良いし、投射光学系
の中に、例えば、投射光学系が複数のレンズからなる場
合にはレンズとレンズとの間に配置するようにしてもよ
い。

この拡散光を減する装置は、前記したようなアパーチャ
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。

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、スポット、鏡等の径及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良い。

本発明の投射型カラー液晶表示装置は、前面投射型で用
いてもよいし、背面投射型で用いてもよい。

［作用］ ダイクロイックミラーの分光特性を決定する誘電体多層
膜は、誘電体膜の光学的膜厚ｎｄが反射帯域の中心波長
λ。に対して、ｎｄ−ｅｏｓθ＝λ。／４の関係を満た
し、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に多層に積層する
ことにより、反射波長帯を形成し、残りの透過波長帯に
残るリップルを除くため、ｎｄ−ｅｏｓθ＝見。／４の
多層膜の両端に適当な屈折率及び膜厚の誘電体膜を付加
した基本構造を有する。

ここで反射帯の反射率、反射帯と透過帯との境界波長域
のスロープ、反射帯の波長輻等の特性は、ｎｄ−ｃｏｓ
θ＝λ。／４の多層膜の層数Ｎ、高屈折率ｎＨｓ低屈折
率ｎＬ等の物理型に依存する。

第４図に中心波長λ。とするｎａ−ｃｃｔｓθ＝丸。／
４の多層膜の反射率波長依存性を示す。

ここで、反射帯境界での反射率５０％に対応する波長を
見１、え、とするヒ、反射帯半値帳示される。

光の入射角θ、空気の屈折率ｎ。とすると、θ８、θ、
は５ｎｅｌ１則（３）を満たす。

ｎｏ’ｓｉｎθ＝　ｎＨ・ｓｉｎθｓ　＝ｎ１ｓｔｎθ
Ｌ（３）前述したように、ダイクロイックミラーの分光
特性がＰ、Ｓ偏光に応じて異なることから生じた開運は
、　（２）式に示すように多層膜の実効屈折率η８及び
η、が入射角θの０から９０°へと増加するに伴い、Ｐ
、Ｓ偏光に対して相異が顕著になり、その結果反射帯幅
Δｇが偏光状態に応じて異なる値をとる因果関係として
説明される。

従って、入射角θ＝４５°の条件で全てのダイクロイッ
クミラー（グイクロイックプリズムの場合も含む）を配
置していた従来の場合に比して、本発明の構成要件であ
るｌＯｏくθ＜４０°の条件を満たすダイクロイックミ
ラーの配置をすることにより、ダイクロイックミラーの
分光特性の偏光依存性が低減されることになる。その結
果ランダム偏光入射光に対する色分離特性が向上するこ
とになる。

また、前述したように、入射角θに依存する必要とされ
るダイクロイックミラーの長さＬ、光路のズレωは、以
下のようになる。

Ｌ＝β／ｃｏｓθ 但し、βは液晶表示素子の長さ、Ｄとｎは夫々グイクロ
イックミラーの基板の厚みと屈折率とを表わす。

このことから、ダイクロイックミラーへの光の入射角θ
をｌＯ＠＜θ＜４０＠　とすれば、その長さの増大及び
光路のずれを低減させることができる。

［実施例］ 実施例１ Ｓ、Ｐの２つの偏光に対応した反射帯域境界の波長のず
れ、液晶表示素子の長さβに対するダイクロイックミラ
ーの長さＬの比Ｌ／β、光路のずれのダイクロイックミ
ラー厚みに対する比ω／Ｄを、ダイクロイックミラーへ
の光の入射角θ＝　００　ｌＯ８１５°　３０’　　３
５゜４０°、４５°に対して、第１表に表す。

なお、第１表中のΔん、は反射帯の長波長側境界、Δλ
、Ｌは反射帯の短波長側境界での波長のずれを示す。

また、ダイクロイックミラーの多層膜の材質はＴｉ１ｔ
　（ｊｌｎ：：　２．３０）とＳｉｎｇ　（ｎＬ＝　１
．４５）とし、基板ガラスの屈折率をｎ＝１．５２とし
、波長え。

＝　５５０ｎｍとした。

第 表 入射角θ＝３０°とすることにより、波長のずれΔＬａ
Ｎ、Δλ、Ｌをθ＝４５°の半分以下にすることができ
、Ｌ／βで約１８％、ω／Ｄで約４１％各々減少した。

実施例２ ＲＧＢ用に３枚の液晶表示素子を製造した。

ガラス基板上にクロムを６０ｎｍ蒸着し、バターニング
してゲート電極とした。引き続きシリコンオキシナイト
ライド膜と非晶質シリコン膜をプラズマＣＶＤ装置で堆
積した。これをレーザーを用いてアニールし、バターニ
ングして多結晶シリコンとした。これにリンドープ非晶
質シリコン、クロムを夫々プラズマＣＶＤ、蒸着装置を
用いて堆積し、多結晶シリコンを覆うようにバターニン
グして、第１層目のソース電極、ドレイン電極とした。

さらに、ＩＴＯを蒸着し、バターニングして画素電極を
形成した。続いて、クロム、アルミを連続蒸着して、画
素電極と第１層目のソース電極、ドレイン電極を接続す
るようにバターニングして、第２層目のソース電極、ド
レイン電極とした。この後、再び、シリコンオキシナイ
トライド膜をプラズマＣＶＤ装置で堆積し保護膜とし、
アクティブマトリクス基板を作成した。

全面にベタのＩＴＯ電極を形成した同じガラス基板によ
る対向電極基板と、前に製造したアクティブマトリクス
基板とを電極面が対向するように配置して、内部に直径
的１１．０μｍのスペーサーを散布して、その周辺を注
入口部分を除き、エポキシ系のシール材でシールして、
基板間隙が約１１．０μｍの空セルを製造した。

２−エチルへキシルアクリレート６部、ヒドロキシエチ
ルアクリレート１８部、アクリルオリゴマー（東亜合成
化学（株）製ｒＭ−１２００４）　２０部、光硬化開始
剤としてメルク社製「ダワキエア−１１１６Ｊを０．４
部ヒ、液晶としてＢＤＨ社製「Ｅ−８，ｊを６２部ヒを
均一に溶解した。

この混合物を、上記方法により製造した空セルに注入口
から注入し、注入口を封止した。

これに紫外線を６０秒間照射して液晶樹脂複合体を硬化
させ、線表示用の液晶表示素子を作成した。

この作成した液晶表示素子の液晶樹脂複合体中の液晶の
平均粒子径は約１．９μｍ、液晶の屈折率異方性Δｎは
約０．２４、誘電異方性Δεは約１５．６であった。

同様にして、赤表示用の液晶表示素子（平均粒子径約２
．４μｍ、基板間隙的１２．５μｍ）、及び、青表示用
の液晶表示素子（平均粒子径約１．５μｍ、基板間隙的
９．０μｍ）を作成した。

第１図に示すように、色分離手段ヒしで、２枚のダイク
ロイックミラーと１枚のアルミミラーを用い、かつ、色
合成手段として、２枚のダイクロイックミラーと１枚の
アルミミラーを用い各ミラーの光入射角を３０°となる
ように光学系を配置し、色分離手段によりＲＧＢに分離
された光路中に３枚の液晶表示素子を３色合成きれた位
置からの光路長が等しくなる位置に配置した。

投射用光源としては、色温度３２００　Ｋの白色のハロ
ゲンランプを用い、ダイクロイックミラーとして、Ｐ、
Ｓ偏光について平均した分光特性として入射角θ＝３０
°と４５°に対して、色分割波長（反射率が５０％の波
長）見。がダイクロイックミラー２Ａでは５１０ｎｍ、
ダイクロイックミラー２Ｂでは５６０ｎｍ、ダイクロイ
ックミラー２０では５１、Ｏｎｍ、ダイクロイックミラ
ー２Ｄでは６００ｎｍのものを用いた。この結果、投射
カラー画像の色相を示すＣＩＥ色度座標は第２表の結果
となった。

第 表 本発明の実施例によれば、青、赤、緑の色純度の高い、
鮮明な画像が得られた。さらに、ホワイトバランスを調
整することなく、合成色が理想的な白色（ｘ＝０．３３
、ｙ　＝　０．３３）に近いものが得られた。一方、θ
＝４５°の比較例では青色が不足した合成色になるので
、液晶表示素子の印加電圧を調整して、赤、緑の液晶表
示素子の透過率を低下させる必要があり、明るさが低下
するものであり、かつ、複雑な駆動回路を必要とした。

また、液晶表示素子として、従来のＴＮ型液晶表示素子
を用いた場合には、第２図に示すような従来の投射型カ
ラー液晶表示装置で、ＣＩＥ色度座標表示による色純度
は本発明の実施例と同程度に優れたものであったが、明
るさＹが半分以下という暗い画像しか得られなかった。

実施例３ 実施例２の入射角θを１５°に代えたほかは実施例２と
同様にして投射型カラー液晶表示装置を製造した。

この投射型カラー液晶表示装置は、色純度、白色度の点
では実施例２以上であり、ミラーがより小型化し、ミラ
ーの製造歩留まりが工場した。しかし、光路長が増加す
るため、システムの容積が増加し、有効光型が減少する
ため、実施例２に比して表示が暗くなるという欠点が生
じた。

上記の実施例においては、ダイクロイックミラーの色分
離及び色合成をＲＧＢの３色としたが、これに限定され
るものではない。また、投射用光源、色分離手段、液晶
樹脂複合体を用いた液晶表示素子、色合成手段、投射光
学系等は第１図のものに限定されるものではない。さら
に、ダイクロイックミラーへの入射角を全て同一に設定
しているが、少なくとも１個はｌＯｏ〈θ＜４０°とす
ることにより、本発明の効果は生じる。もっとも、全て
のダイクロイックミラーへの入射角を全て１００＜θ＜
４０°とすることにより最良の効果が得られる。

［発明の効果］ 本発明の投射型カラー液晶表示装置では、電極付基板間
に挟持される液晶材料として、電気的に散乱状態と透過
状態とを制御しつる液晶樹脂複合体を挟持した液晶表示
素子を用いているため、偏光板が不要であり、透過時の
光の透過率を大幅に向上でき、明るい投射カラー画像が
得られる。

本発明の投射型カラー液晶表示装置では、ダイクロイッ
クミラーの分光特性に偏光依存性を少なくするこヒがで
きるため、色純度が高く、色相の優れた鮮明なカラー画
像が得られる。

また、色分離手段及び色合成手段に用いられるダイクロ
イックミラー、単なる反射鏡の面積を小さくできるので
、グイクロイックミラー面内の分光特性均一性が改善さ
れるとともに、生産歩留りが向上し、小型で安価な投射
型カラー液晶表示装置が得られる。

さらに、ダイクロイックミラーを透過する光の光路のず
れが低減されるので、光軸調整が容易になり、複数色の
液晶表示素子の画像を合成して得られるカラー画像の光
軸のずれに伴う画質の劣化が改善されるという効果も有
する。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で種
々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の投射型カラー液晶表示装置の基本的
な例の構成を示す模式図ある。 第２図及び第３図は、従来の投射型カラー液晶表示装置
の例を示す模式図である。 第４図は、誘電体多層膜の分光反射率を示すグラフであ
る。 第５図は、グイクイックミラーの色分離特性を示すグラ
フであり、第６図はグイクイックプリズムの色分離特性
を示すグラフである。 投射用光源　　：　ｌ グイクイックミラー：２Ａ、２Ｂ、２Ｃ１２Ｄ鏡　　　
　　　　　　＝３Ａ、３Ｂ 透過−散乱型液晶表示素子＝４Ａ、４Ｂ、４Ｃ投射光学
系　　：　５ アパーチャー　二　〇 投射スクリーン：　７ 第 図 第 ２ 図 第 図 誘電体多層膜（ｎｄ−ｅｏｓθ＝ん。／４）の分光反射
率んＨ んＬ −んＯ ｇ−丁 第 図 （Ａ） グイクロイックミラーの色分離特性 波長 （ｎｍ） ダイクロイックミラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）投射用光源と、その投射用光源からの複数の色の
   色光を別々に変調する複数の液晶表示素子と、複数の液
   晶表示素子を透過した色光を投射スクリーンに投射する
   投射光学系とを有する投射型カラー液晶表示装置におい
   て、液晶表示素子として電極付基板間に液晶物質が樹脂
   マトリクス中に分散保持され、その樹脂マトリクスの屈
   折率が使用する液晶物質の常光屈折率（ｎ＿ｏ）とほぼ
   一致するようにされた液晶樹脂複合体を挟持したものを
   使用し、色分離または色合成のためにダイクロイックミ
   ラーを用い、その少なくとも１個のダイクロイックミラ
   ーへの光の入射角θが、１０°＜θ＜４０゜を満足する
   ことを特徴とする投射型カラー液晶表示装置。
2. （２）請求項１において、複数の液晶表示素子を透過し
   た色光を合成するダイクロイックミラーを用いた色合成
   手段を設け、合成された光を投射スクリーンに投射する
   ことを特徴とする投射型カラー液晶表示装置。
3. （３）請求項１において、投射用光源からの光を複数の
   色光に分離するダイクロイックミラーを用いた色分離手
   段を設け、分離された色光を別々の液晶表示素子に入射
   させることを特徴とする投射型カラー液晶表示装置。
4. （４）請求項１において、投射用光源からの光を複数の
   色光に分離するダイクロイックミラーを用いた色分離手
   段と、分離された色光を別々に変調する複数の液晶表示
   素子と、複数の液晶表示素子を透過した色光を合成する
   ダイクロイックミラーを用いた色合成手段と、合成され
   た光を投射スクリーンに投射する投射光学系とを有する
   ことを特徴とする投射型カラー液晶表示装置。
5. （５）請求項１〜４のいずれかにおいて、ダイクロイッ
   クミラーの少なくとも１個への光の入射角θが、１５゜
   ＜θ＜３５゜を満足することを特徴とする投射型カラー
   液晶表示装置。