JPH116999A

JPH116999A - 液晶基板の製造方法、液晶表示素子および投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH116999A
Application number: JP9160237A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Oi; 好晴大井; Masaya Keyakida; 昌也欅田; Satoshi Niiyama; 聡新山; Shinya Tawara; 慎哉田原
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】投射表示の不要光を除去する。【解決手段】表電極基板１５１にピッチＰ、高さｄの鋸
歯状面を持つ透明電極１５２が、裏電極基板１５３に画
素長ａの反射機能層１５４が形成され、両基板間に平均
厚さＧの液晶／樹脂複合体１５５が挟持され（ａ＞Ｐ、
ａ＞Ｇ）、鋸歯状面と平坦面との角度θ（ｘ）の有効寸
法長における平均値をθ_AVとすると、投射光学系の集光
角δ（有効開口数Ｆ＝ｓｉｎ^-1δ）がθ_AV≧δ／２を満
足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶基板の製造方
法、および透過散乱型の動作モードを有する液晶表示素
子を反射型の構成で用いる投射型液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子として、動的散乱型
液晶表示素子、ＴＮ型液晶表示素子、ＳＴＮ型液晶表示
素子が知られている。しかし、偏光板を用いるＴＮ型、
ＳＴＮ型は動作原理上偏光板を用いるため表示が暗くな
る欠点があった。

【０００３】さらに近年、液晶と樹脂とを複合した液晶
／樹脂複合体を対向電極間に挟持せしめられた液晶表示
素子が開発された。電圧の印加時または非印加時のいず
れかの状態において、樹脂の屈折率が液晶の屈折率とほ
ぼ一致するように設けることで、光の散乱状態と透過状
態とを制御するものである。

【０００４】この透過散乱型の液晶表示素子は、分散型
液晶素子とか、高分子分散型液晶素子等と呼ばれてお
り、偏光板を使用しないため、基本的に明るい表示が可
能である。このため、特に投射型表示装置に使用する
と、明るく、かつ大きな投射画面が得られる。

【０００５】この透過散乱型の液晶表示素子を、素子の
片面に光反射層を形成し、反射型素子として用いる場
合、透過型素子として用いる場合に比べ光が変調材料層
を往復するので、光に対する作用長が透過型の場合より
も略２倍となる。その結果、散乱時の散乱能が高い表示
素子となる。したがって、この透過散乱型の液晶表示素
子を反射型構成で用いると、透過状態と散乱状態の差が
顕著に生じ、透過型構成で使用する場合に比べて、高コ
ントラスト表示が可能となる。

【０００６】また、透過型の表示素子に対して同じ散乱
能とした場合、相対的に光変調層を薄く形成でき、その
結果、対向電極間に印加する駆動電圧が低減できるので
好ましい。また、この透過散乱型の液晶表示素子がＴＦ
Ｔ−アクティブマトリックス駆動方式を採用し、各画素
毎に能動素子と蓄積容量とを形成した場合、反射型構成
にすることにより蓄積容量形成に伴う画素開口率の減少
が少なくなり、透過型構成に比べて高開口率が得られや
すいとともに、一般的に能動素子の設計自由度が大いに
増加する。

【０００７】また、反射型構成であるため、Ｓｉウェハ
上に形成した単結晶ＭＯＳトランジスタを能動素子とし
て用い、反射アクティブマトリックスアレイ基板として
使用可能となる。つまり、Ｓｉウェハを一方の基板に用
い、透明な対向基板と組み合わせて表示素子を形成す
る。

【０００８】単結晶Ｓｉ−ＭＯＳトランジスタをアクテ
ィブマトリックスとした反射型の液晶表示素子またはそ
れを用いた投射型液晶表示装置の従来技術の例が、Ｌｉ
ｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓａｎｄｕｓｅｓＶｏｌ．１（Ｅｄｉｔｅｄｂ
ｙＢｉｒｅｎｄｒａＢａｈａｄｕｒ：ＷｏｒｌｄＳ
ｃｉｅｎｔｉｆｉｃＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏ．Ｒ
ｔｅ．Ｌｔｄ．１９９０，ｐ４５５−４６８）に記載さ
れているように、既に１９８０年代に試作されており公
知の技術である。ただし、当時の透過散乱型の液晶表示
素子はＤＳＭ型のものであった。

【０００９】また、液晶／樹脂複合体と単結晶ＭＯＳ−
トランジスタのアクティブマトリックスとを組み合わせ
て構成した反射型の液晶表示素子の技術に関しては、例
えば、特開平６−１９４６９０号公報、特開平８−３２
８０３４号公報に記載されている。

【００１０】このように、投射型液晶表示装置に透過散
乱型の液晶表示素子を反射構成で用いた場合、透過型構
成の場合に比較して高性能化が期待できる。しかし、反
射型の液晶表示素子として用いた場合、光反射層と平行
な素子界面が光路中に存在し、それらの界面におけるフ
レネル反射光（不要光成分）が、反射層における反射光
（表示光成分）に重畳するため、特に暗レベルの増大を
招く。その結果、コントラスト比が劣化するため何らか
のフレネル反射光低減対策が必要となる。

【００１１】特に、液晶／樹脂複合体と接する光入射側
の表電極基板における透明電極界面において、残留する
フレネル反射光の影響は顕著である。このような界面反
射を低減する対策として、液晶／樹脂複合体と接する光
入射側の表電極基板における透明電極界面に、透明電極
膜と屈折率の異なる誘電体膜を積層した反射防止膜を設
けることが特開平３−２２３６８０号公報に記載されて
いる。

【００１２】また、反射防止膜を形成する代わりに透明
電極界面に微細な凹凸を形成し、界面反射光を拡散さ
せ、投射レンズの開口絞りに界面反射光を入射させない
ことにより投射像に界面反射光が重畳しない構成が特開
平４−２５３８６０号公報に記載されている。

【００１３】また、透過散乱型の液晶表示素子を透過型
素子として用いた場合に、散乱時の後方散乱光成分を増
大させコントラスト比を向上するため、液晶層を挟む基
板の１面または２面の内面に凹凸を設けた例が特開平４
−３１８５１８号公報に記載されている。ただし、この
従来例における凹凸の作用効果は上記の反射モードの場
合とは異なる。

【００１４】しかし、反射型の液晶表示素子を採用した
従来例は、投射型液晶表示装置に構成した際の残留界面
反射に関して、何ら言及がなかった。また、実施例およ
び図面の記載には、平坦な基板面に平坦な透明電極層が
形成されているだけであるため、基板と透明電極界面の
反射光が投射像に重畳し、コントラスト比の向上は達成
できていなかった。

【００１５】また、特開平４−３１８５１８号公報と同
様の目的で、透過散乱型の液晶表示素子を用いた場合
に、液晶層が散乱時に基板との界面における散乱を増大
させ、コントラスト比を向上するため、液晶層を挟む対
向する基板の少なくとも一方に等方性媒質で矩形断面を
形成した回折方式液晶パネルの例が特開平５−２７２１
３号公報に記載されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】透過散乱型の液晶表示
素子を反射構成で用いる場合、不要な反射光をカットし
てより表示品位を高めることが必要であった。特に、特
開平４−３１８５１８号公報記載の例の場合、液晶表示
素子が散乱状態の時に液晶層界面の０次光回折（正規反
射光）が最大となるように矩形断面の回折格子が形成さ
れている。そのため、反射型の液晶表示素子として投射
型表示装置に用いた場合、散乱時に回折格子界面の正規
反射光成分が最大となって投射像に重畳しコントラスト
比の向上は達成できなかった。

【００１７】したがって、反射型液晶表示素子を用いた
投射型表示装置において、液晶表示素子の表電極基板の
透明電極界面の構成を最適化することにより、投射像に
重畳する不要光成分を実質的に低減し、コントラスト比
の高い投射像を実現することが大きな課題となってい
た。また、表示の均一性および視認性の良好な高品位の
投射画像を両立することが困難であった。また、量産に
適した製造の容易な構造であって、かつ歩留のよい安定
した製造方法で製造できる反射型構成の液晶表示素子の
実現が期待されていた。

【００１８】

【課題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、明るく高コントラスト
比を有する投射型液晶光学装置およびそれに用いる液晶
表示素子を提供するものである。

【００１９】すなわち、請求項１は、光源系と、透明電
極を有する表電極基板と反射機能層を有する裏電極基板
との間に液晶／樹脂複合体が挟持され、表電極基板の内
面側に凹凸面が形成され、反射機能層に光学的平坦面が
備えられた液晶表示素子と、少なくとも１つのレンズと
１つの絞りが備えられた投射光学系と、が設けられた投
射型液晶表示装置であって、液晶／樹脂複合体が透明状
態の時、表電極基板側から液晶表示素子に入射した後、
反射機能層で正規反射された光は、投射光学系の絞りの
開口部を通過し、所望の空間位置に液晶表示素子の表示
画像がレンズによって結像され、液晶／樹脂複合体が散
乱状態の時、表電極基板側から液晶表示素子に入射した
光のうち、凹凸面の近傍で反射され、投射光学系の絞り
の開口部を通過する成分が全入射光に対して１％以下で
あることを特徴とする投射型液晶表示装置を提供する。

【００２０】また、請求項２は、投射光学系の集光角を
δ（有効開口数Ｆ＝ｓｉｎ^-1δ）とし、液晶表示素子の
基板面の垂直断面内に現れる凹凸面の断面曲線が、前記
断面内に現れる平坦面の交差直線に対する傾斜角度を位
置の関数θ（ｘ）とし、少なくとも有効寸法長における
θ（ｘ）の平均値をθ_AVとすると、θ_AV≧δ／２の関係
を満たし、凹凸面と液晶／樹脂複合体との界面フレネル
反射率の平均値Ｒ_FR（％）と、面全体の傾き度を示す傾
斜角度成分率Ｑ＝１００・［頻度（０≦θ（ｘ）≦δ／
２）］／［頻度（０≦θ（ｘ）≦９０°）］（％）と
が、Ｒ_FR×Ｑ≦１％の関係を満足することを特徴とする
請求項１記載の投射型液晶表示装置を提供する。

【００２１】ここで、頻度（０≦θ（ｘ）≦δ／２）と
は、微妙な変化を呈する表面形状を測定する際に、片方
の基準面（裏電極基板の平坦面）に対して微小領域の角
度関係がどの程度であるかを示す指標である。ほとんど
一定の傾きを持ち変化の急峻な面、例えば、鋸歯状凹凸
の場合には、Ｑの数値は小さくなる。理想的には０とな
る。逆に平坦面に近いような微係数を持つ曲面の場合に
は、Ｑの数値が大きくなる。なお、本発明において、鋸
歯状凹凸面とは平坦部の少ない曲線形状を含み、例えば
サイン波状や半円弧状や台形状のものを含む。

【００２２】また、請求項３は、表電極基板の透明電極
と液晶／樹脂複合体との界面フレネル反射率の平均値Ｒ
_FR（％）が液晶表示素子への入射光の波長に対して５％
以下であることを特徴とする請求項１または２記載の投
射型液晶表示装置を提供する。

【００２３】また、請求項４は、投射光学系の集光角を
δ（有効開口数Ｆ＝ｓｉｎ^-1δ）とし、液晶表示素子の
基板面の垂直断面内に現れる凹凸面の断面曲線が、前記
断面内に現れる平坦面の交差直線に対する傾斜角度を位
置の関数θ（ｘ）とし、表電極基板の凹凸面と液晶／樹
脂複合体との界面フレネル反射率の平均値Ｒ_FR（％）
と、面全体の傾き度を示す傾斜角度成分率Ｑ＝１００・
［頻度（０≦θ（ｘ）≦δ／２）］／［頻度（０≦θ
（ｘ）≦９０°）とが、Ｑ≦５０％を満足することを特
徴とする請求項１、２または３記載の投射型液晶表示装
置を提供する。

【００２４】また、請求項５は、基板面に垂直な断面に
現れる凹凸面の断面曲線が、ほぼ鋸歯形状であることを
特徴とする請求項１、２、３または４記載の投射型液晶
表示装置を提供する。

【００２５】また、請求項６は、表電極基板の元基板自
身または元基板に付着せしめる構成部材に、微細な鋸歯
状凹凸が形成されたマスタ基板の凹凸を転写し、さらに
転写した鋸歯状凹凸面の形状にほぼ相関した形状を有す
る透明電極膜を形成する液晶基板の製造方法を提供す
る。

【００２６】また、請求項７は、請求項６記載の製造方
法で製造された液晶基板が表電極基板として用いられ、
裏電極基板にアクティブマトリックス基板が用いられ、
両電極基板間に液晶／樹脂複合体が挟持された液晶表示
素子であって、表電極基板の透明電極に鋸歯状凹凸面が
備えられ、その凹凸のピッチＰが裏電極基板の画素の大
きさａに比べ小さいとともに、液晶／樹脂複合体の平均
厚さＧが画素の大きさａに比べて小さい液晶表示素子を
提供する。

【００２７】また、上記の各請求項の発明において、表
電極基板の透明電極面の微細な凹凸のピッチＰは裏電極
基板の画素の大きさａに比べ小さいとともに、液晶／樹
脂複合体の平均厚さＧは画素の大きさａに比べ小さいこ
とが好ましい。

【００２８】また、上記の各請求項の発明において、表
電極基板の透明電極面の微細な凹凸の平均ピッチＰと平
均深さｄは、０. ５μｍ≦Ｐ≦３０×ｄの関係を満た
し、液晶／樹脂複合体の平均厚さＧ（μｍ）と透明電極
面の微細な凹凸の平均深さｄ（μｍ）は、２０≦Ｇ／ｄ
≦３００の関係を満たすことが好ましい。

【００２９】また、上記の各請求項の発明において、表
電極基板に形成された微細な凹凸上に成膜される透明電
極膜はＩＴＯ膜であり、液晶表示素子への入射光または
投射光の中心波長λに対して、ＩＴＯ膜の光学的膜厚＝
屈折率ｎ₁ ×膜厚ｄ₁ ≒λ／２であることが好ましい。

【００３０】また、上記の各請求項の発明において、表
電極基板に形成された微細な凹凸上に成膜される透明電
極膜は互いに屈折率の異なる誘電体膜とＩＴＯ膜の積層
膜であり、微細な凹凸上に最初に誘電体膜が形成され、
さらにその上にＩＴＯ膜が積層された構造を有し、誘電
体膜の屈折率ｎ₂ は、表電極基板の基板材料の屈折率を
ｎ_g とした場合、ｎ₁ ＞ｎ₂ ＞ｎ_g の関係を満足するこ
とが好ましい。

【００３１】このとき、液晶表示素子への入射光または
出射光の中心波長に対して、ＩＴＯ膜の光学膜厚ｎ₁ ×
ｄ₁ ≒λ／２であり、誘電体膜の光学膜厚＝ｎ₂ ×ｄ₂
≒λ／４、または、ｎ₂ ×ｄ₂ ≒３・λ／４であること
が好ましい。

【００３２】また、上記の請求項６または７の発明にお
いて、表電極基板の透明電極面の微細な凹凸は、急峻な
形状変化を持った鋸歯状形状であることが好ましく、裏
電極基板側の平坦な反射面に対して、平行になる微小領
域がほとんどないことが特に好ましい。ガラス基板の上
に透明樹脂層を形成し、そこに鋸歯状形状を転写して形
成することが特に好ましい。

【００３３】また、上記の請求項６または７の発明にお
いて、微細な鋸歯状凹凸が形成されたマスタ基板を準備
し、ＣＶＤ法により表電極基板のと略同一屈折率の誘電
体膜をマスタ基板上に成膜し、さらに、その上に成形樹
脂層が塗布された表電極基板の元基板の樹脂層にこの微
細な鋸歯状凹凸を転写した後、イオンエッチング法によ
り表面の微細な鋸歯状凹凸を保ったまま樹脂層と誘電体
膜層を樹脂層がなくなるまでエッチングし、誘電体膜層
に微細な鋸歯状凹凸を形成し、さらにその上に透明電極
膜を形成することが好ましい。

【００３４】また、上記の請求項６または７の発明にお
いて、表電極基板の透明電極面の鋸歯状凹凸は、表電極
基板の元基板にホトレジストを塗布した後、鋸歯状凹凸
のピッチに対応したピッチで開口部を有するようにホト
レジストとを露光および現像によりパタ−ニングしてマ
スクを形成し、元基板を溶解するエッチング液に長時間
浸透させることによりホトレジスト界面の元基板に鋸歯
状凹凸を形成し、残留ホトレジストを剥離した後にその
上に透明電極膜を形成することが好ましい。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の投射型液晶表示装置で
は、光変調手段として透過散乱の動作モードを有する液
晶表示素子を用いる。そして、他の光学要素と組み合わ
せて反射型の投射型液晶表示装置を構成する。

【００３６】この場合、散乱状態の画素では、散乱され
ずに裏側まで到達した光は反射機能層で反射され、光路
を戻る際に、再度液晶表示素子のセル内の散乱部分を通
過することで散乱され、結果として薄い光変調層で高い
散乱率が得られる。

【００３７】具体的には上記の液晶／樹脂複合体を用い
た液晶表示素子を採用することが好ましい。なぜなら、
電気的に散乱状態と透過状態とを直接制御でき、明るい
光源を使用でき、かつ透過時の光の透過率を大幅に向上
できるので高コントラスト比の表示が容易に得られるか
らである。

【００３８】本発明に用いる液晶／樹脂複合体層の比抵
抗としては、５×１０¹⁰Ωｃｍ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し、高精
細度の表示を得るためには、１０¹¹Ωｃｍ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。

【００３９】液晶／樹脂複合体の構造は種々のものがあ
るが、本発明では、連続相の液晶中に３次元ネットワ−
ク状の樹脂が形成された構造が特に好ましいが、連続相
の樹脂中に多数の液晶の粒を含むような構造でも本発明
の効果は発揮しうる。液晶と樹脂相は電圧の印加時また
は非印加時のいずれかの状態においてその樹脂の屈折率
が使用する液晶の常光屈折率（ｎ_o ）または異常光屈折
率（ｎ_e ）とほぼ一致するように設けられる。

【００４０】特に、液晶のｎ_o が樹脂の屈折率（ｎ_p ）
とほぼ一致することが好ましく、このとき電界印加時に
高い透明性が得られる。具体的にはｎ_o −０．０３＜ｎ
_p ＜ｎ_o ＋０．０５の関係を満たすことが好ましい。

【００４１】これに所望の画素の電極間に電圧を印加す
る。この電圧を印加された画素部分では、液晶が電界方
向に平行に配列し、液晶のｎ_o と樹脂のｎ_p 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。

【００４２】液晶の屈折率異方性Δｎ（＝ｎ_e −ｎ_o ）
は、散乱性に寄与し、高い散乱性を得るには、ある程度
以上大きいことが好ましく、具体的にはΔｎ≧０．１８
が好ましく、特にΔｎ≧０．２０が好ましい。

【００４３】また、誘電異方性が正のネマチック液晶を
用いることが好ましい。また、液晶の体積分率Φは、お
よそ６０〜７５％、特には６５〜７０％、とすることが
より好ましい。また、液晶に求められる動作温度範囲、
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
た方が有利である。

【００４４】この液晶／樹脂複合体を表電極基板と、反
射膜を有する裏電極基板との間に挟持して反射型の液晶
表示素子とする。この反射型の液晶表示素子の電極間へ
の電圧の印加状態により、その液晶の実効的な屈折率が
変化し、樹脂相の屈折率と液晶相の屈折率との関係が変
化し、両者の屈折率がほぼ一致した時には透過状態（正
規反射して光が出射）となり、屈折率が異なった時には
散乱状態（拡散光が液晶表示素子から出射）となる。

【００４５】本発明に用いる液晶／樹脂複合体は光励起
重合相分離法（ＰｈｏｔｏＩｎｄｕｃｅｄＰｈａｓ
ｅＳｅｐａｒａｔｉｏｎ：ＰＩＰＳと略称される。）
で形成することが好ましい。液晶／樹脂複合体を構成す
る樹脂相の材料としては、未硬化の硬化性化合物として
光硬化性化合物の使用が好ましく、オリゴマーを含有し
た光硬化性ビニル系化合物の使用が特に好ましい。例え
ば、特開昭６３−２７１２３３号公報、６３−２７８０
３５号公報、特開平３−９８０２２号公報に開示された
技術である。

【００４６】他の手法による液晶／樹脂複合体も基本的
には採用できる。また、これらの液晶と硬化性化合物と
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、顔
料、色素、粘度調整剤、その他本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。なお、この液晶／樹
脂複合体を使用した反射型の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。

【００４７】本発明で能動素子としてＴＦＴ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る。特
に多結晶シリコンは、非結晶シリコンよりも高速動作可
能であって、面積の小さなＴＦＴで動作可能となり、高
い開口率を達成でき明るい表示が得られる。また、裏電
極基板としてＭＯＳ半導体基板も使用できる。この場
合、駆動電圧をＴＦＴよりも高く設定でき、１５Ｖ駆動
のときに、セルギャップを１５μｍ程度まで厚くでき
る。

【００４８】基本的な構成は以下のようなものである。
光源系は光源と集光手段と第１の開口絞りとからなり、
光源から出射された発散光は集光手段により第１の開口
絞りの開口部に集光され、第１の開口絞りを通過した光
が反射型光変調手段に入射せしめられ、投射光学系の構
成要素である凸レンズによって液晶表示素子に集光され
る。

【００４９】液晶表示素子が透明状態の時、反射機能層
によって正規反射された光が再び同一の凸レンズによっ
て集光され、投射光学系は凸レンズによって第１の絞り
の開口部の共役像が第１の開口絞りと重ならない位置に
形成され、第１の絞りの開口部の共役像の近傍に共役像
と同じ開口形状の第２の絞りを有する投射レンズが配置
されたものである。

【００５０】図１は、本発明の投射型液晶表示装置の基
本的構成を示すブロック図である。光源系１にランプ１
１、集光鏡１２、第１の絞り１３が備えられ、投射光学
系２には集光レンズ１４、第２の絞り１６、投射レンズ
１７が備えられている。

【００５１】図１に示す構成において、ランプ１１から
出射した光は集光鏡１２によって集光された後、その集
光点近傍に配置された第１の絞り１３を通過した発散光
が集光レンズ１４によって集光され反射型の液晶表示素
子１５に入射し、裏側の反射機能層で反射されて入射側
に出射してきて、再度集光レンズ１４を通過し投射光学
系２の第２の絞り１６の開口部に集光され透過した光が
投射光学系のレンズ１７により図示されていないスクリ
ーンに投射される。

【００５２】反射型の液晶表示素子の反射機能層の法線
に対して入射光の光軸ＡＸは角度γ／２で入射し、反射
機能層で正規反射した出射光の光軸ＢＸも角度γ／２を
なす。この際、液晶表示素子の表電極基板側に凹凸面が
形成され、少なくとも有効長Ｌ_O ≒２０画素の単位で、
上記の条件が満足されている。実際には透明電極１５２
にこの凹凸面が形成され、不要な反射光は第２の絞り１
６の位置外に光路を偏向される。

【００５３】図２は本発明の投射型液晶表示装置に用い
る反射型の液晶表示素子１５の構成を模式的に示した断
面図である。液晶表示素子１５は、内面に透明電極１５
２が形成された表電極基板１５１と内面に反射電極膜１
５４が形成された裏電極基板１５３とによってセル組み
された素子に液晶／樹脂複合体１５５が封入された構成
となっている。この透明電極１５２と反射電極膜１５４
との間に電圧を印加することにより液晶／樹脂複合体１
５５の透過特性（または散乱特性）が変化する。中間電
位に対する中間調表示も可能となる。

【００５４】透明電極１５２が形成される表電極基板１
５１の表面には、例えば図２に示すような形状のピッチ
Ｐ（μｍ）、深さｄ（μｍ）の微細な鋸歯状凹凸が形成
されている。裏電極基板１５３に形成された反射電極膜
１５４は光学的に平坦面を有し、表示単位である画素電
極に分割されていて、その短辺の長さをａ（μｍ）とす
る。

【００５５】このとき、液晶／樹脂複合体１５５の平均
厚さをＧとし、ピッチＰ、深さｄの微細な凹凸の傾斜面
が平坦な反射電極膜１５４となす角度をθ（ｘ）とす
る。液晶／樹脂複合体層１５５が透明状態の時、反射電
極膜１５４に対して入射角αの入射光は反射電極膜１５
４により反射角αで正規反射される。

【００５６】一方、液晶表示素子の一断面の状態を図２
に示した。切断面の方向がｘであり、矩形の画素の１辺
に平行となるようにした。ここで、反射電極膜１５４の
平坦面に対して角度θ（ｘ）を有する凹凸面の傾斜面
（図中、１つののこぎり歯の長い部分）に対しては入射
角がα−θ（ｘ）である。この面の正規反射光は反射電
極膜１５４の法線に対して、反射角α−２θ（ｘ）をな
す。したがって、反射電極膜１５４による正規反射光と
微細な凹凸の傾斜面による正規反射光は２θ（ｘ）の角
度差を保って出射される。

【００５７】液晶表示素子への入射光の分散角をφとす
ると、面全体における傾斜角度θ（ｘ）の平均θ_AVが、
θ_AV≧φ／２の関係を満足していれば、分散した光が液
晶表示素子へ入射した場合でも、反射電極膜１５４の正
規反射光と微細な凹凸の傾斜面による正規反射光とは同
一角度範囲に混在することなく区別される。

【００５８】その結果、集光レンズ１４と投射光学系２
の第２の絞り１６の開口部によって規定される集光角δ
を分散角φと同一に設定しておけば（すなわち、θ_AV≧
δ／２）、反射電極膜１５４の正規反射光は第２の絞り
１６の開口部を通過して投射光学系のレンズ１７により
図示されていないスクリーンに投射されるが、微細な凹
凸の傾斜面による正規反射光は遮断されてスクリーンに
到達しない。

【００５９】実際にピッチＰが１００μｍ以下の微細な
凹凸の傾斜面の場合、図２のようなエッジ部が尖った鋸
歯形状を安定して作製することが難しく、θ（ｘ）＜δ
／２の傾斜角度成分が多く発生する。したがって、画像
情報である反射電極膜１５４の正規反射光に重畳する透
明電極１５２の界面反射光の、液晶表示素子への入射光
に対する比率Ａ（％）は、透明電極１５２の界面反射率
Ｒ_FR（％）と微細な凹凸の傾斜面のうち、θ（ｘ）＜δ
／２の傾斜角度成分率Ｑ（％）との積で表される。

【００６０】液晶／樹脂複合体層１５５が散乱状態の
時、液晶／樹脂複合体層１５５の散乱光以外の界面反射
光を低減して投射像のコントラスト比を向上するために
は、Ａ＝Ｒ_FR×Ｑの比率を１％以下にすることが重要で
ある。

【００６１】例えば、集光角δ＝１０°のとき、入射光
に対して液晶／樹脂複合体層が透明時における表示素子
の反射率（画素電極の開口率、反射電極の反射率、表電
極基板の透過率、液晶／樹脂複合体層の透過率を総合し
た値）が５０％であって、液晶／樹脂複合体層が散乱時
におけるＡを除いた表示素子の反射率が０. ５％である
場合、実際の表示コントラスト比ＣＲは、ＣＲ＝５０／
（０. ５＋Ａ）となり、Ａ＝１％の場合はＣＲ＝３３、
Ａ＝０. ５％の場合はＣＲ＝５０、Ａ＝０. ０５％の場
合はＣＲ＝９１が得られる。

【００６２】透明電極１５２の界面反射率Ｒ_FR（％）の
値が低い程比率Ａは小さな値となり、また液晶／樹脂複
合体層が透明時の表電極基板透過率も高い値となるた
め、界面反射率Ｒ_FR（％）の値は小さいほど好ましい。
したがって、入射光に対して界面反射率Ｒ_FR（％）が５
％以下、さらに好ましくは２％以下の小さな値となるよ
うな透明電極膜構成とすることが好ましい。

【００６３】また、微細な凹凸の傾斜面の深さｄに応じ
て、液晶／樹脂複合体層の厚さＧがそのピッチＰの範囲
内で分布するため、液晶／樹脂複合体層の駆動電圧や散
乱能がピッチ内で異なる。その結果、液晶表示素子が拡
大投影された場合、表示ムラとなる。したがって、表示
画素をまたがった表示ムラを発生させないためにピッチ
Ｐは１画素の短辺長ａに比べて小さくすることが好まし
い。

【００６４】また、微細な凹凸の傾斜面の深さｄとピッ
チＰにより概略規定される傾斜角θは２°以上であるこ
とが好ましいため、Ｐ≦３０×ｄの関係を満たすことが
好ましい。さらに、Ｐ≦１０×ｄの関係を満たすことが
好ましい。

【００６５】また、液晶／樹脂複合体層の厚さＧに応じ
て微細な凹凸の傾斜面の深さｄがある程度大きな値の場
合、ピッチＰ内での液晶／樹脂複合体層の駆動電圧が分
布し不均一な表示となるとともに印加電圧−反射率特性
の傾斜が緩慢になり動作電圧幅および駆動電圧が実質的
に増加するといった問題が生じる。したがって、Ｇとｄ
の関係は、２０≦Ｇ／ｄの範囲であることが好ましい。
ただし、液晶／樹脂複合体層の厚さＧは通常４〜３０μ
ｍ程度の範囲であり、４〜１５Ｖ程度の低電圧駆動の場
合はＧ＝６〜２０μｍ程度が好ましい。

【００６６】特に、微細な凹凸の傾斜面の深さｄのばら
つきに伴う液晶／樹脂複合体層の厚さＧの面内分布が大
きな場合には、液晶／樹脂複合体を光変調層とし、その
背面に反射機能層を有する液晶表示素子の印加電圧−反
射率特性が幾何学的に分布するため、中間調の階調表示
においては表示ムラを引き起こすが、上記の凹凸形状の
条件範囲であれば、その影響を抑制できる。

【００６７】また、入射光に対して傾斜面として機能す
るためには、入射光の波長程度以上の微細な凹凸傾斜面
のピッチＰであることが必要である。したがって、具体
的には、０. ５μｍ≦Ｐ、および、０. ２μｍ≦ｄであ
ることが好ましい。

【００６８】上記説明では、液晶表示素子内の光線と液
晶表示素子外、すなわち空気中の光線とは表電極基板の
屈折率に応じて屈折するため、スネル則により角度が変
化するが、説明を簡単にするためその相違の記載を省略
した。

【００６９】裏電極基板１５３は、電極を有するととも
に反射膜により反射機能を有するので、ガラス、プラス
チック、金属、セラミクス、半導体等のいずれでもよ
い。この裏電極は画素電極１５４として、パターニング
されて用いられるので、必要に応じて、ＴＦＴ、薄膜ダ
イオード、ＭＩＭ、ＭＯＳトランジスタ等の能動素子を
設けて接続する。

【００７０】また、反射電極膜ではなく、裏電極と反射
膜との組み合わせでもよく、反射膜として屈折率が相対
的に高い透光性誘電体薄膜と屈折率が相対的に低い透光
性誘電体薄膜とを積層した誘電体多層膜でもよい。誘電
体多層膜は、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＦ₂ 、Ｎａ₃ ＡｌＦ₆ 等の
低屈折率透光性誘電体薄膜と、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ｔ
ａ₂ Ｏ₅ 、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、
Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃等の高屈折率透光性誘電体薄膜と
を交互に積層した構造からなり、必要とする反射および
透過波長帯、反射率に応じて、材料・膜厚・層数が異な
り、設計自由度が金属膜に比べ広い。

【００７１】また、裏電極の１つ毎に能動素子が形成さ
れる場合、反射型の液晶表示素子に入射した光が直接能
動素子に到達しないよう、遮光膜としての機能も果た
す。その結果、光導電効果の大きなアモルファスシリコ
ン等の能動素子を用いた場合でも、別途遮光層を設けな
くとも、光誘起電流の発生を低減できる。

【００７２】反射型の液晶表示素子の透過状態の画素の
部分では、光が透過し、反射膜で正規反射した後空気側
に出射する。この直進光は拡散光を減ずる装置である第
２の絞り１６を通過する光となるので、投射スクリーン
上で明るく表示される。

【００７３】一方、散乱状態の画素の部分では、光が散
乱されて、拡散光として出射する。この光はほとんどが
拡散光を減ずる装置である第２の絞り１６を通過できな
いので、投射スクリーン上で暗く見えることになる。

【００７４】なお、本発明では、反射型の液晶表示素子
としているので、散乱状態の画素の部分では、散乱され
ずに裏側まで到達した光は反射されて再度散乱部分を通
過するため、さらに散乱され、結果として薄い液晶／樹
脂複合体層１５５で高い散乱率が得られる。また、透過
型の液晶表示素子に対して同じ散乱能とした場合、液晶
／樹脂複合体層が薄くできるので、駆動電圧が低減でき
る。

【００７５】図３は本発明の投射型液晶表示装置２００
の模式的な平面図である。図４は、本発明の投射型液晶
表示装置２００の模式的な側面図である。図３と図４に
おいて、楕円鏡１２の第１焦点位置にランプ１１の発光
部が配置され、ランプ１１から出射した光は楕円鏡１２
でその第２焦点近傍に集光された後、第２焦点位置に配
置された第１の開口絞り１３を通過した光が平凸レンズ
１４で集光され反射型の液晶光学素子１５に入射し、裏
側で反射されて入射側に出射してきて、再度平凸レンズ
１４を通過し集光され、拡散光を減ずる装置である第２
の開口絞り１６を通過し、投射光学系のレンズ１７によ
り図示されていないスクリーンに投射される。

【００７６】図４において、楕円鏡１２の第２焦点位置
近傍に配置された錐体状プリズム１８は液晶表示素子１
５に照射される光の分布を均一化するとともに光利用効
率を改善する効果を有する（錐体状プリズムの作用・構
成は、特開平７−１３４２９５号公報を参照）。

【００７７】平凸レンズ１４の平面側は液晶表示素子１
５の光入射側ガラス基板に平凸レンズ１４およびガラス
基板と屈折率がほぼ等しいカップリングオイルを用いて
接合されることによって、界面反射は生じない。ここで
用いられる平凸レンズ１４の素材はガラスでもプラステ
ィックでもよいが、反射型表示素子１５の表電極基板１
５１と屈折率が略等しいことが接着界面のフレネル反射
を生じさせないために好ましい。

【００７８】また、凸面の形状は球面が一般的だが、投
射像の解像度および投射レンズと組み合わせたときの収
差を向上するために非球面形状とすることが好ましい。
また、フレネル形状とすることによって平凸レンズの厚
さを軽減し軽量・安価にしてもよい。

【００７９】本発明の光源系は、図３と図４では楕円面
鏡を集光鏡として用いた例を示したが、放物面鏡、球面
鏡やレンズ等を適当に組み合わせたものも光源光学系と
して使用できる。ランプとしては、ハロゲンランプ、メ
タルハライドランプ、キセノンランプ等がある。さら
に、この光源系には冷却系を付加したり、赤外線カット
フィルタや紫外線カットフィルタ等を組み合わせて用い
る。

【００８０】また、凸錐体状プリズム１８はその凸面を
光源側に配置してもよく、代わりに凹錐体状プリズムを
用いてもよい。このような光学素子を用いることによ
り、投射光の照度均一性および光利用効率が向上する。
また、レンズアレイ・インテグレータ、ロッド・インテ
グレータ、単一レンズや拡散板等の光学素子を配置して
もよい。

【００８１】色光に別れた入射光を複数の反射型表示素
子に入射させる場合には、最初から３色の光源を準備し
てもよく、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリ
ズム等により分光してもよい。具体的に図３および図４
の装置に適用するとすれば、反射型の液晶表示素子１５
と光源系１および投射光学系のレンズ１７との間に色分
離合成系４を配置し、ＲＧＢの各色光に対して３個の反
射型表示素子が配置されることになる。

【００８２】そのように構成した投射型液晶表示装置３
００の模式的な平面図を図５に、模式的な側面図を図６
に示す。この例では、Ｒ反射ＧＢ透過のダイクロイック
ミラー４１と、Ｂ反射Ｇ透過のダイクロイックミラー４
２の２枚構成で光源系からの入射白色光をＲＧＢに色分
離するとともに、ＲＧＢ各液晶表示素子１５Ｒ、１５
Ｇ、１５ＢからのＲＧＢ反射光を色合成している。な
お、ＲまたはＲｅｄとは可視光域で赤の領域の色光を指
し、ＧまたはＧｒｅｅｎとは緑の領域の色光を指し、Ｂ
またはＢｌｕｅとは青の領域の色光を指す。

【００８３】図６において（図６の断面では平凸レンズ
１４Ｇと液晶表示素子１５Ｇが示されている）、反射型
構成である液晶表示素子１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂに接合
された平凸レンズ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂは、いずれも
その回転中心軸が反射型表示素子の表示面外に位置する
偏心レンズ構成となっている。

【００８４】その結果、反射型表示素子の反射機能層と
平行な平凸レンズの凸面が表示素子内に存在しないた
め、凸面での残留界面反射光は反射機能層での正規反射
光とは方向が異なり投射レンズの第２の絞り１６の開口
部を通過しない。したがって、平凸レンズの凸面で残留
反射があっても投射像には重畳しない。

【００８５】液晶表示素子が微細な画素からなる表示素
子でスクリーン上に画像を投射する場合、表示面の隅々
まで表示画素を分解できる投射レンズの解像度が要求さ
れるため、投射レンズは一般に複数枚の材質・形状の異
なるレンズから構成されている。このような場合、第２
の絞り１６の相対的位置は投射レンズ内の瞳位置、すな
わち、平凸レンズ１４によって形成される第１の絞り１
３の共役像位置に、第１の絞り１３の開口形状の共役像
とほぼ一致するように開口形状が設定されることが好ま
しい。

【００８６】

【作用】本発明では液晶／樹脂複合体を用いて反射型の
液晶表示素子とするので、薄い厚みの液晶／樹脂複合体
であっても高い散乱特性が得られ、素子自体の特性とし
て高コントラスト比が得られる。

【００８７】また、透明電極が形成される表電極基板面
に、最適化された微細な鋸歯形状の凹凸が形成されると
ともに、透明電極の周辺における界面反射率が低減され
る構成としているため、投射像に重畳する界面反射光の
影響がわずかであり、投射型液晶表示装置として高コン
トラスト比が得られる。

【００８８】

【実施例】

（実施例１）本発明の第１の実施例である投射型液晶表
示装置に用いられる反射型液晶表示素子の断面形状を図
２を用いて説明する。画素形状は、１辺長ａ＝４０μｍ
の正方形画素で、縦７６８個×横１０２４個から構成さ
れる表示対角長約２インチサイズである反射型の液晶表
示素子である。図１で断面は矩形である画素の１辺に平
行となっている。切断された方向をｘ_o とする。

【００８９】実施例１では、反射型液晶表示素子として
辺の長さａ＝４０μｍの正方形画素が縦７６８個×横１
０２４個から構成され、アクティブマトリックスとして
多結晶ＳｉのＴＦＴを用いた表示対角長約２インチサイ
ズとする。

【００９０】ガラス基板上にゲート配線、ソース配線お
よび画素毎に多結晶Ｓｉ−ＴＦＴが形成されたアクティ
ブマトリックス基板に平坦化膜をコートし、さらに平坦
化膜にコンタクトホールを形成した後、アルミニウム膜
を成膜およびパターニングすることにより、ＴＦＴのド
レイン電極とアルミニウム反射電極とのコンタクトをと
る。このときの反射電極の画素に占める開口率は８０％
である。

【００９１】反射電極において９０％以上の高い反射率
を得るためにはアルミニウム膜以外に銀（Ａｇ）膜を用
いてもよく、アルミニウム膜上に屈折率の異なる誘電体
膜を積層して増反射膜としてもよい。

【００９２】表電極基板はガラスであり、ピッチＰが約
２〜６μｍ、深さｄが約０. ３〜１μｍの鋸歯形状の微
細な凹凸が表面に形成され、その凹凸面に透明電極膜と
してＩＴＯが成膜されている。

【００９３】このような微細な凹凸はブレーズ回折格子
を作製するときに用いられるルーリング・エンジンと呼
ばれるダイヤモンド超精密加工機械を用いて、最初に必
要とされる凹凸のピッチＰおよび深さｄの鋸歯形状の凹
凸を有するマスタ原板を作製する。

【００９４】回折格子を作製する場合と異なり、凹凸は
等間隔で精密な同一形状加工である必要はなく、既述の
形状条件の範囲内であればよい。また、マスタ基板は平
面平板に鋸歯形状の凹凸が形成されたものでもよく、円
筒ローラの回転表面に鋸歯形状の凹凸が形成されたもの
でもよい。

【００９５】表電極基板にこの凹凸を形成する方法とし
ては、加熱したガラス基板に直接マスタ基板を圧着し凹
凸を転写する方法や、ガラス基板に透明樹脂の薄膜を形
成し、その樹脂に凹凸を転写する方法、または凹凸を転
写した樹脂フィルムをガラス基板に積層する方法が考え
られる。この手法を図１０および図１１に示す。

【００９６】生産性を考慮すると、より低温で転写可能
な透明樹脂を介して凹凸を形成する方が好ましく、この
とき用いる透明樹脂の屈折率とガラス基板の屈折率の差
は０．１以下であることが好ましい。光学材料として利
用可能な樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネ
ート系樹脂、スチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂が
挙げられる。図１０において、マスタ基板１７０、表電
極基板１５１、アクリル系樹脂からなる転写層１６０を
示す。

【００９７】樹脂が付着せしめられるガラス基板の屈折
率が１．５２である。樹脂のガラス基板に対する屈折率
差としては、およそ０．１５以内、好ましくは０．１０
以内に設定する。樹脂の組成を調整することにより所望
の屈折率値が得られる。この際、屈折率差が少なければ
それだけガラス基板−樹脂膜間での反射率を抑制でき
る。

【００９８】ガラス基板に透明樹脂の薄膜を形成しその
樹脂に凹凸を転写するには、熱可塑性樹脂の溶液をガラ
ス基板に塗布し、溶媒を乾燥後、塗布した樹脂のガラス
転移温度以上に加熱したマスタ基板を圧着して凹凸を転
写する方法や、ガラス基板とマスタ基板の間に熱または
光により硬化可能な未硬化の樹脂組成物を注入し硬化さ
せ凹凸を転写する方法がある。

【００９９】また、先に樹脂フィルムに凹凸を転写する
方法としては、熱可塑性樹脂フィルムを樹脂のガラス転
移温度以上に加熱した凹凸形成された円筒ローラと平滑
なローラとの間に挟み凹凸を転写する方法や、凹凸を有
するマスタ基板上に熱または光により硬化可能な未硬化
の樹脂組成物を塗布し硬化させ凹凸を転写する方法があ
る。最後にこの微細な凹凸形状が転写された樹脂表面に
ＩＴＯ膜を成膜し表電極基板とする。

【０１００】このとき、ＩＴＯ膜界面の反射率Ｒの値を
低減するためには、入射光の中心波長λに対してＩＴＯ
膜の光学的膜厚（屈折率×膜厚）を約λ／２とすること
が好ましい。例えば、λ＝５４０ｎｍのＧｒｅｅｎ光の
場合、ＩＴＯ屈折率は約１.８のため、膜厚を約１５０
ｎｍとすれば波長５４０ｎｍ領域の光に対して、０.５
％以下の反射率Ｒが得られる。

【０１０１】この構成の問題点はλ（Ｇｒｅｅｎ波長
域）以外の例えば４００〜４８０ｎｍのＢｌｕｅや、６
００ｎｍ以上のＲｅｄの波長域において反射防止条件を
満たさないため、反射率Ｒが増大し表電極基板の透過率
が低下する。したがって、中心波長λが５４０ｎｍ程度
の白色光入射の場合には、光学膜厚がλ／２のＩＴＯ膜
を形成し、ＲＧＢ３色に色分解された入射光の場合には
各色の中心波長λに対して異なる光学膜厚のＩＴＯを作
り分ければよい。

【０１０２】このような波長依存性を低減する構成とし
て、ＩＴＯ膜を構成要素とする多層反射防止膜とすれば
よい。例えば、ガラス基板すなわち樹脂層の屈折率をｎ
_g 、ＩＴＯ膜の屈折率をｎ₁ とした場合、誘電体膜とし
てその屈折率ｎ₂ が、ｎ_g ＜ｎ₂ ＜ｎ₁ の関係を満たす
誘電体膜をガラス基板とＩＴＯ膜との間に形成する。

【０１０３】具体的には、ｎ_g ＝１. ５、ｎ₁ ＝１. ８
〜１．９の場合は、ｎ₂ ＝１. ６程度となるため、ＣＶ
Ｄ法によりＳｉＯＮ膜の屈折率が１. ６程度になる条件
で成膜すればよい。または、Ａｌ₂ Ｏ₃ を真空蒸着法や
スパッタ法により成膜してもよい。このときの各膜厚の
光学膜厚は、入射光の中心波長λに対して、ｎ₁ ×ｄ₁
＝λ／２、ｎ₂ ×ｄ₂ ＝λ／４、または、ｎ₂ ×ｄ₂ ＝
３・λ／４とすればよい。その結果、可視光の波長域で
０．５％以下の比較的平坦な分光反射率特性が得られる
ため、白色光入射またはＲＧＢ色光入射の場合も同一の
膜構成で反射防止透明電極膜として使用できる。反射防
止透明電極膜の多層構成は上記の構成に限られず、種々
の層数、屈折率値、光学膜厚の組み合わせが用いられ
る。

【０１０４】このようにして作製された表電極基板と裏
電極基板を用いて、平均ギャップＧ＝１０μｍの空セル
を作製し、液晶と未硬化の樹脂組成物（アクリル系モノ
マーとアクリル系オリゴマー）を注入した後、紫外線を
照射して光励起重合相分離法により液晶／樹脂複合体を
形成する。このようにして作製される反射型の液晶表示
素子を用い、他の光学部材と組み合わせて、図３と図４
に示した構成の投射型表示装置を準備する。

【０１０５】本実施例で用いられる、平凸レンズ１４は
焦点距離ｆ＝１２０ｍｍの平凸球面形状のＢＫ７であ
り、縦４０ｍｍ横４５ｍｍの長方形状とする。この平凸
レンズの切断面には黒色塗料を塗布し、側面に入射した
光は吸収されるようにする。また、凸面には可視波長域
用の反射防止膜が形成されている。このような平凸レン
ズ１４の平面側を、表示部形状が３０. ５ｍｍ×４０.
６ｍｍで対角長が２インチである液晶表示素子１５の表
電極基板１５１に屈折率１. ５２のカップリングオイル
を用いて接合する。

【０１０６】楕円鏡１２の第２焦点位置に錐体状プリズ
ム１８と第１の絞り１３を設置し、上記の各光学部品を
図３と図４のように配置する。第１の絞り１３はその開
口直径が可変となる虹彩絞りとする。また、液晶表示素
子の反射光が平凸レンズ１４によって集光され、第１の
絞り１３の開口部の像が結像される位置に第２の絞り１
６をその開口部が第１の絞り１３の開口部の像と一致す
るように設置する。この第２の絞り１６の開口部を透過
した光が投射レンズ１７を通してスクリーン上に投射さ
れる。

【０１０７】第２の絞り１６は投射レンズ１７と分離し
て配置してもよいが、投射レンズ１７の瞳位置に配置さ
れることが好ましい。第１の絞り１３の開口部直径を
ａ、第２の絞り１６の開口部直径をｂとすると、平凸レ
ンズ１４の焦点距離ｆを用いて、液晶表示素子への入射
光の分散角Φと投射光の指向性を示す集光角δは数１で
規定される。ここで、φ＝δとなるように第１の開口絞
り１３と第２の開口絞り１６の開口径ａ、ｂを同時に調
整する。

【０１０８】

【数１】ｔａｎ（φ）＝ａ／ｆｔａｎ（δ）＝ｂ／ｆ

【０１０９】光源１１としては、放電発光型のメタルハ
ライドランプを用いる。このような構成で投射像のコン
トラスト比を集光角δ＝５°、１０°について表１にま
とめた。また、反射型表示素子の駆動電圧、飽和反射
率、暗反射率も合わせて表に載せた。

【０１１０】実施例１は上記微細な鋸歯形状の凹凸面に
透明電極としてＩＴＯ膜を約１５０ｎｍ成膜された表電
極基板を用いる場合を記した。また、反射型液晶表示素
子の表電極基板の透明電極面が平坦であり、透明電極と
してＩＴＯ膜を約７５ｎｍ成膜された表電極基板を用い
る場合を比較例１に記した。

【０１１１】さらに、反射型の液晶表示素子の表電極基
板の透明電極面を＃５００のアルミナ研磨剤で研磨して
表面に粗い凹凸を形成した後、透明電極としてＩＴＯ膜
を約１５０ｎｍ成膜された表電極基板を用いる場合を比
較例２に記した。

【０１１２】飽和反射率Ｒ_ONは液晶／樹脂複合体層に充
分な電界を印加して透明になった状態の反射率とし、駆
動電圧Ｖ₉₀は飽和反射率Ｒ_ONに対してその９０％の反射
率が得られる駆動電圧とし、暗反射率Ｒ_OFF は液晶／樹
脂複合体層に電界を印加しない散乱状態の反射率とし、
コントラスト比ＣＲはＲ_ON／Ｒ_off で算出される。

【０１１３】

【表１】

【０１１４】したがって、実施例１の構成により駆動電
圧を低電圧に維持したまま、高い飽和反射率Ｒ_ONおよび
低い暗反射率Ｒ_OFF が得られるため、明るく高コントラ
ストな投射像が達成される。

【０１１５】また、比較例２の構成では、中間調の投射
像において表電極基板の粗い凹凸形状に起因する液晶／
樹脂複合体のギャップムラに対応した照度ムラが発生
し、階調表示において問題となる。

【０１１６】本実施例では光源として放電発光型のメタ
ルハライドランプを用いる例を示したが、それ以外に、
超高圧水銀ランプやキセノンランプや無電極マイクロ波
放電ランプおよびフィラメント発光型のハロゲンランプ
等でもよい。

【０１１７】本発明に用いる透過散乱型の表示素子は、
電圧の印加状態により、透過状態と散乱状態とをとりう
る平面型の表示素子であれば使用できる。具体的には、
ＤＳＭの液晶表示素子でもよく、微細な針状粒子を溶液
に分散させておき、電圧の印加状態により透過散乱を制
御する素子等のように他の散乱型表示素子でもよい。液
晶素子以外の材料を用いることができる。また、駆動方
式もアクティブマトリックス方式に限られず、パッシブ
駆動、スタティック駆動等他の方法でもよい。

【０１１８】投射型液晶表示装置は、通常は前述のよう
に表示素子の画像が投射レンズにより別置したスクリー
ン上に投射結像される。この場合、前面投射型（観察者
がスクリーンに対して投射型表示装置側に位置して見
る）であっても、背面投射型（観察者がスクリーンに対
して投射型表示装置と反対側に位置して見る）であって
もよい。

【０１１９】この反射型表示素子の反射電極を全面ベタ
電極としたり、簡単な電極パターニングをした透過散乱
型表示素子とした投射型表示装置とし、これを照明装置
として使用できる。例えば、図３および図４の装置自体
をそのような構成とし、壁、天井等に埋め込んで配置し
ておくことにより、高速で色を変化させずに調光でき
る。

【０１２０】また、本実施例において、カラー表示を実
現するためには、表示面が反射表示画素からなる透過散
乱型の液晶表示素子１５の画素電極毎にＲＧＢのモザイ
ク・カラーフィルタを形成し、各色画素電極にＲＧＢの
画像信号電圧を印加してカラー画像とすればよい。

【０１２１】（実施例２）実施例１における表電極基板
の微細な凹凸形成法とは異なる形成法を以下の実施例で
採用する。図１１を参照する。まず、表面が平坦な表電
極基板のガラス基板１５１の表面に最終転写層１６１と
して、ガラス基板屈折率ｎ_g ＝１. ５と同程度の屈折率
を有するＳｉＯＮ膜をＣＶＤ法により膜厚１〜２μｍ成
膜する。ＳｉＯＮは屈折率約１. ４６のＳｉＯ₂ と屈折
率約１. ７のＳｉＮの混在した組成であるため、ＣＶＤ
成膜条件により屈折率１. ４６〜１. ７の任意の屈折率
膜を成膜できる。

【０１２２】次に通常のホトエッチングに用いられるホ
トレジストを第１転写層１６２としてＳｉＯＮ膜上に膜
厚１〜２μｍ程度均一に塗布した後、ベーキングしてあ
る程度固める。さらに、そのホトレジスト層に、実施例
１と同様の微細な鋸歯状形状が刻印されたマスタ基板１
７０を用いてプレスすることにより、微細な鋸歯状形状
をホトレジスト層である第１転写層１６２に転写する。

【０１２３】このようにして得られたＳｉＯＮ層とホト
レジスト層とが積層された基板を、イオンエッチング法
により表面エッチングする。このとき、ＳｉＯＮのエッ
チングレートとホトレジストのエッチングレートが同程
度となり、かつ異方性の強いエッチング条件により、ホ
トレジストがなくなるまでエッチングすることにより、
マスタ基板に刻印された微細な鋸歯状形状がＳｉＯＮ層
からなる最終転写層１６１に転写される。

【０１２４】このようにして、ガラス基板上に微細な鋸
歯状形状のＳｉＯＮ層が形成され、その上に透明電極膜
を形成することにより表電極基板が作製できる。実施例
１に比べて、凹凸層が樹脂でなくＳｉＯＮであるため、
耐熱性等の耐久性の点で高い信頼性が維持できる。

【０１２５】上記説明ではマスタ基板の微細な鋸歯状形
状を最初に転写する第１転写層１６２としてホトレジス
トを用いたが、マスタ基板の微細形状の転写およびイオ
ンエッチング可能な材料であれば何でもよい。また、最
終転写層１６１としては屈折率が基板ガラスと同程度で
イオンエッチング可能な材料であれば、ＳｉＯＮ以外の
材料でもよい。

【０１２６】また、第１転写層１６２と最終転写層１６
１のイオンエッチングレートが同一である必要はない。
最終転写層１６２に比べ第１転写層１６２のレートが早
い場合はマスタ基板の微細な鋸歯状形状と比較して深さ
が浅く傾斜が緩慢な凹凸面となり、第１転写層のレート
が遅い場合はマスタ基板の微細な鋸歯状形状と比較して
深さが深く傾斜が急峻な凹凸面となるため、最終転写層
１６１と第１転写層１６２のエッチングレートの相違を
調整することにより最終的に必要とされる凹凸形状を任
意に調整できる。

【０１２７】（実施例３）実施例１および実施例２にお
ける表電極基板の微細な凹凸形成法とは異なる形成法を
以下の実施例で説明する。表電極基板のガラス基板平面
にホトレジストを塗布し硬化させた後、格子単位ピッチ
が約６μｍで開口部が約２μｍ×２μｍである格子パタ
ーンをホトレジストの露光および現像により形成する。

【０１２８】次にガラス基板を溶解するＨＦエッチング
液に長時間浸透させることによりホトレジストをマスク
として２μｍ×２μｍの開口部からガラスが浸食されホ
トレジスト下面もオーバエッチングにより浸食される。
その結果、格子単位ピッチに一致したピッチの微細な凹
凸がガラス基板に直接形成される。この場合、半球状の
凹凸形状が形成されるが大半が微細な傾斜面であるた
め、拡散反射面となり有効である。次に、残留ホトレジ
ストを剥離した後にその上に透明電極膜を形成すること
により表電極基板が完成する。

【０１２９】（実施例４）実施例１では、反射型の液晶
表示素子１５を単体で用いる例を示したが、各色毎に複
数個の反射型の液晶表示素子１５を用いフルカラー表示
を行うこともできる。複数の反射型の液晶表示素子を各
色毎に設けた場合には、ダイクロイックミラーやダイク
ロイックプリズム等で色合成してから投射するように構
成してもよく、個々に投射してスクリーン上で色合成さ
れるようにしてもよいが、色合成してから投射する方が
光軸が一本になるので、小型で携帯を必要とする用途に
おいては有利である。

【０１３０】ＲＧＢ各色毎に３個の透過散乱型の表示素
子（１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒ）を用いた場合の投射型表
示装置３００の構成を示す模式的な平面図を図５に、側
面図を図６に示す。ここでは、Ｒｅｄ波長光を反射しＧ
ｒｅｅｎとＢｌｕｅの波長光を透過する平板型ダイクロ
イックミラー４１とＢｌｕｅ波長光を反射しＧｒｅｅｎ
波長光を透過する平板型ダイクロイックミラー４２とを
入射光の光軸に対して入射角が３０°になるよう、また
各々のダイクロイックミラー４１と４２が６０°の角度
をなすように配置されている。

【０１３１】そして、Ｒｅｄ用の反射型液晶表示素子１
５Ｒと偏心平凸レンズ１４Ｒがダイクロイックミラー４
１の反射面に対して面対称位置に配置され、Ｂｌｕｅ用
の反射型液晶表示素子１５Ｂと偏心平凸レンズ１４Ｂが
ダイクロイックミラー４２の反射面に対して面対称位置
に配置されている。このような構成とすることによりに
ダイクロイックミラー４１、４２を色分離系および色合
成系として共用できるため、小型化しやすい。

【０１３２】このような平板型ダイクロイックミラーを
用いたＲＧＢ３板の反射型の液晶表示素子構成とするこ
とにより、実施例１の単板反射型表示素子構成に比べ
て、ＲＧＢの色純度を保ったまま高い光利用効率の投射
型カラー表示装置が実現できる。

【０１３３】（実施例５）上記の実施例１〜４では、正
方形画素の１辺長さａ＝４０μｍ、縦７６８個×横１０
２４個、多結晶Ｓｉ−ＴＦＴ、表示対角長約２インチサ
イズであったが、本例では反射型液晶表示素子として、
１辺の長さａ＝２０μｍの正方形画素が縦７６８個×横
１０２４個から構成され、アクティブマトリックスとし
て単結晶ＳｉのＭＯＳトランジスタを用いた表示対角長
約１インチサイズの反射型液晶表示素子を用いる。

【０１３４】反射画素電極はアクティブマトリックス基
板に絶縁体膜を形成しさらに絶縁体膜にコンタクトホー
ルを形成した後、アルミニウム膜を製膜およびパターニ
ングする。アルミニウム反射電極を光学的鏡面にするた
め、化学研磨（ＣＭＰ：ケミカルメカニカルポリッ
シング）をする。または、下地の絶縁膜をＣＭＰにより
平坦化した後、アルミニウム反射電極を成膜し、パター
ニングする。さらに、アルミニウム面に誘電体膜を積層
して増反射膜とする。

【０１３５】このようにして作製された反射電極の画素
に占める開口率は９０％程度であり、反射電極の反射率
は９５％以上が可能である。表電極基板および裏電極基
板と組み合わせ実施例１と同様にして反射型液晶表示素
子が作製される。

【０１３６】このようにして作製される反射型液晶表示
素子１５Ｒ、１５Ｇ、１５ＢをＲＧＢ各波長毎に用いた
３板構成の投射型表示装置とする場合、実施例３に用い
られた２枚の平板型ダイクロイックミラー４１、４２で
は、ガラス基板透過に伴って生じる非点収差の影響やミ
ラー面の平坦性精度の点でＲＧＢ各パネルの２０μｍ画
素を画素ズレなく合わせることが困難となる。

【０１３７】したがって、このような表示精細度の場合
は、複数のダイクロイックミラー面が形成されたプリズ
ムをプリズム材料と同じ屈折率を有する接着剤を用いて
接合した色分離合成プリズムを用いる。本実施例では４
種の台形プリズムを接合し、図７の平面図および図９の
側面図のように色分離合成プリズム５０が配置された投
射型表示装置４００とする。

【０１３８】ここでは、Ｂｌｕｅ波長光を反射しＧｒｅ
ｅｎとＲｅｄの波長光を透過するダイクロイックミラー
面４１とＲｅｄ波長光を反射しＧｒｅｅｎの波長光を透
過するダイクロイックミラー面４２とを入射光の光軸に
対して入射角が３０°になるように、また各々のダイク
ロイックミラー面４１と４２が６０°の角度をなすよう
にプリズム５１、５２、５３、５４の形状が加工され、
ダイクロイックミラーがプリズム５１と５３の傾斜面に
成膜されている。

【０１３９】また、プリズム５２と５４はダイクロイッ
クミラー面４１に対して対称形状であり、プリズム５３
と５４はダイクロイックミラー面４２に対して対称形状
である。また、ＲＧＢ用の各反射型表示素子に対応した
プリズムの光入出射面には、各波長での残留反射率が
０. １％以下となる反射防止膜が成膜されている。この
ような色分離合成プリズム５０を用いた構成とすること
により、ダイクロイックミラー面の平面精度は維持され
るとともに非点収差は存在しない。

【０１４０】ダイクロイックミラー面の入射角度が３０
°の場合、本実施例のプリズム接合構成の場合は平板型
ダイクロイックミラーと比較してダイクロイックミラー
の分光特性の偏光依存性が増大し、ＲＧＢの各色純度が
劣化しやすい。

【０１４１】この課題の対策としては、色分離合成プリ
ズム５０と光源系１との間にＢｌｕｅとＧｒｅｅｎとの
間の波長光、例えば４９５〜５１０ｎｍ、を減光するフ
ィルタやＧｒｅｅｎとＲｅｄとの間の波長光、例えば５
７０〜５９５ｎｍを減光するフィルタを配置すれば改善
される。

【０１４２】別な対策としては、ＲＧＢ用の各反射型表
示素子に対応したプリズムの光入出射面にＲＧＢ各主波
長λに対応したλ／４位相差板を接着した後各波長での
残留反射率が０. １％以下となる反射防止膜を位相差板
表面に成膜することにより、ＳＰ偏光いずれかのダイク
ロイックミラー分光特性が選択されるため、色純度は改
善される。

【０１４３】本実施例では、ＲＧＢ各反射型の液晶表示
素子に平凸レンズが接合された構成が示されているが、
平凸レンズの平面をＲＧＢ用の各反射型の液晶表示素子
に対応したプリズムの光入出射面に接合し、表示素子の
表電極基板の空気界面に各波長での残留反射率が０. １
％以下となる反射防止膜を成膜する構成でもよい。

【０１４４】本実施例では、楕円鏡１２により第１の絞
り１３の開口部に集光されるランプ出射光は投射レンズ
１７の下側に配置されたコールドミラー１９により光軸
が直角に偏向されている。このような構成により、投射
レンズと楕円鏡の干渉配置を回避している。

【０１４５】（実施例６）実施例５の色分離合成プリズ
ム５０は４種のプリズム５１、５２、５３、５４を全て
接着し空気層のギャップを設けない構成であるが、実施
例５において色分離合成プリズムのダイクロイックミラ
ー面４１に空気層ギャップを設けるプリズム構成の例を
以下に説明する。

【０１４６】実施例５と異なる色分離合成プリズム６０
と実施例５と同様のＲＧＢ用の平凸集光レンズ１４Ｂ、
１４Ｇ、１４Ｒと反射型表示素子１５Ｒ、１５Ｇ、１５
Ｂを用いた投射型液晶表示装置５００の配置状態を示す
の部分平面図を図９に示す。光源系や投射レンズ等の他
の構成は実施例５と同様であるため図示を省略した。

【０１４７】ダイクロイックミラー面４１はＢｌｕｅ波
長光を反射しＧｒｅｅｎとＲｅｄの波長光を透過し、入
射光の光軸に対して入射角が２５°になるようにプリズ
ム６１およびプリズム６２が加工された後プリズム６１
の一面に成膜される。

【０１４８】ダイクロイックミラー面４２はＲｅｄ波長
光を反射しＧｒｅｅｎの波長光を透過し、入射光の光軸
に対して入射角が１３°になるようにプリズム６２およ
びプリズム６３が加工された後、プリズム６２の一面に
成膜される。このような３種のプリズム６１、６２、６
３により本実施例の色分離合成プリズムは構成されてい
る。

【０１４９】なお、実施例５および本実施例の色分離合
成プリズムは白色自然光の画像を単一の撮像レンズによ
り取り込みＲＧＢの３色に色分解した後、３種の撮像装
置によって検出するときに従来より用いられている色分
離プリズムと概略同じ機能・構成の光学素子である。

【０１５０】プリズム６２とプリズム６３はダイクロイ
ックミラー面４１において、約５〜５０μｍ程度のギャ
ップを保つように向かい合うプリズム面にギャップ調整
材が混入されたシール材を塗布して接合されることによ
り、空気層が形成されている。プリズム６２の空気層と
の界面には反射防止膜が成膜されている。また、各ＲＧ
Ｂ波長光が入出射するプリズム面には実施例５と同様
に、反射防止膜が成膜されている。

【０１５１】プリズム６１とプリズム６３は実施例５と
同様にプリズムと屈折率の等しい接着剤を用いて接合さ
れている。このような構成とすることにより、入射光の
うち、ダイクロイックミラー面４１で反射されたＢｌｕ
ｅ波長光はプリズム１の光入射側の空気との界面で全反
射して平凸レンズ１４ＢによりＢｌｕｅ用反射型表示素
子１５Ｂへ集光され、ダイクロイックミラー面４１を透
過した光のうち、ダイクロイックミラー面４２で反射さ
れたＲｅｄ波長光はプリズム６２とプリズム６３の間に
形成された空気層との界面で全反射して平凸レンズ１４
ＲによりＲｅｄ用の反射型液晶表示素子１５Ｒへ集光さ
れる。

【０１５２】このような空気層全反射面を導入すること
により、ダイクロイックミラー面４１およびダイクロイ
ックミラー面４２における入射光の入射角度を３０°以
下になるようにプリズム形状を工夫できるため、ダイク
ロイックミラー４１、４２の分光特性の偏光依存性が低
減される。その結果、ＲＧＢ色純度が高く光損失の少な
い色分離合成プリズムが得られる。

【０１５３】また、実施例５の構成に比べ小型な色分離
合成プリズムとなる。本発明は、このほか、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】

【図１】本発明の投射型液晶表示装置の第１の構成例を
示すブロック図。

【図２】本発明の投射型液晶表示装置に用いられる反射
型表示素子の構成例を示す断面図。

【図３】本発明の投射型液晶表示装置の第１の構成例を
示す平面図。

【図４】本発明の投射型液晶表示装置の第１の構成例を
示す側面図。

【図５】本発明の投射型液晶表示装置の第２の構成例を
示す平面図。

【図６】本発明の投射型液晶表示装置の第２の構成例を
示す側面図。

【図７】本発明の投射型液晶表示装置の第３の構成例を
示す平面図。

【図８】本発明の投射型液晶表示装置の第３の構成例を
示す側面図。

【図９】本発明の投射型液晶表示装置の第４の構成例の
一部を示す平面図。

【図１０】第１の転写法による表電極基板の凹凸面の製
造を示す説明図。

【図１１】第２の転写法による表電極基板の凹凸面の製
造を示す説明図。

【符号の説明】

１：光源系２：投射光学系４：色分離合成系１１：光源１２：楕円鏡１３：第１の開口絞り１４、１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇ：集光レンズ１５、１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒ：液晶表示素子１６：第２の開口絞り１７：投射用レンズ１８：錐体状プリズム１９：コールドミラー４１、４２：ダイクロイックミラー５０、５１、５２、５３、５４、６０、６１、６２、６
３：プリズム１５１：表電極基板１５２：透明電極１５３：裏電極基板１５４：反射機能層（反射電極）１５５：液晶／樹脂複合体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田原慎哉神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源系と、透明電極を有する表電極基板と反射機能層を有する裏電
極基板との間に液晶／樹脂複合体が挟持され、表電極基
板の内面側に凹凸面が形成され、反射機能層に平坦面が
備えられた液晶表示素子と、少なくとも１つのレンズと１つの絞りが備えられた投射
光学系と、が設けられた投射型液晶表示装置であって、液晶／樹脂複合体が透明状態の時、表電極基板側から液
晶表示素子に入射した後、反射機能層で正規反射された
光は、投射光学系の絞りの開口部を通過し、所望の空間
位置に液晶表示素子の表示画像がレンズによって結像さ
れ、液晶／樹脂複合体が散乱状態の時、表電極基板側から液
晶表示素子に入射した光のうち、凹凸面の近傍で反射さ
れ、投射光学系の絞りの開口部を通過する成分が全入射
光に対して１％以下であることを特徴とする投射型液晶
表示装置。
【請求項２】投射光学系の集光角をδ（有効開口数Ｆ＝
ｓｉｎ^-1δ）とし、液晶表示素子の基板面の垂直断面内
に現れる凹凸面の断面曲線が、前記断面内に現れる平坦
面の交差直線に対する傾斜角度を位置の関数θ（ｘ）と
し、少なくとも有効寸法長におけるθ（ｘ）の平均値を
θ_AVとすると、θ_AV≧δ／２の関係を満たし、凹凸面と
液晶／樹脂複合体との界面フレネル反射率の平均値Ｒ_FR
（％）と、面全体の傾き度を示す傾斜角度成分率Ｑ＝１
００・［頻度（０≦θ（ｘ）≦δ／２）］／［頻度（０
≦θ（ｘ）≦９０°）］（％）とが、Ｒ_FR×Ｑ≦１％の
関係を満足することを特徴とする請求項１記載の投射型
液晶表示装置。
【請求項３】表電極基板の透明電極と液晶／樹脂複合体
との界面フレネル反射率の平均値Ｒ_FR（％）が液晶表示
素子への入射光の波長に対して５％以下であることを特
徴とする請求項１または２記載の投射型液晶表示装置。
【請求項４】投射光学系の集光角をδ（有効開口数Ｆ＝
ｓｉｎ^-1δ）とし、液晶表示素子の基板面の垂直断面内
に現れる凹凸面の断面曲線が、前記断面内に現れる平坦
面の交差直線に対する傾斜角度を位置の関数θ（ｘ）と
し、表電極基板の凹凸面と液晶／樹脂複合体との界面フ
レネル反射率の平均値Ｒ_FR（％）と、面全体の傾き度を
示す傾斜角度成分率Ｑ＝１００・［頻度（０≦θ（ｘ）
≦δ／２）］／［頻度（０≦θ（ｘ）≦９０°）とが、
Ｑ≦５０％を満足することを特徴とする請求項１、２ま
たは３記載の投射型液晶表示装置。
【請求項５】基板面に垂直な断面に現れる凹凸面の断面
曲線が、ほぼ鋸歯形状であることを特徴とする請求項
１、２、３または４記載の投射型液晶表示装置。
【請求項６】表電極基板の元基板自身または元基板に付
着せしめる構成部材に、マスタ基板にあらかじめ形成さ
れた鋸歯状凹凸を転写し、さらに転写した鋸歯状凹凸を
利用して透明電極の形状を形成する液晶基板の製造方
法。
【請求項７】請求項６記載の製造方法で製造された液晶
基板が表電極基板として用いられ、裏電極基板にアクテ
ィブマトリックス基板が用いられ、両電極基板間に液晶
／樹脂複合体が挟持された液晶表示素子であって、表電
極基板の透明電極に鋸歯状凹凸面が備えられ、その鋸歯
状凹凸のピッチＰが裏電極基板の画素の大きさａに比べ
小さいとともに、液晶／樹脂複合体の平均厚さＧが画素
の大きさａに比べて小さい液晶表示素子。