JP2007199241A - Liquid crystal device, method for manufacturing liquid crystal device, and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶装置、液晶装置の製造方法、及び投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal device, a method for manufacturing a liquid crystal device, and a projection display device.
プロジェクタ等の投射型表示装置における光変調装置として、液晶装置が用いられている。このような液晶装置としては、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成のものが知られており、この一対の基板の内側には、液晶層に電圧を印加するための電極がそれぞれ形成されている。そして、一対の基板の外側(液晶層に対向する面とは異なる面側)には偏光板が配設されており、液晶層に対して所定の偏光が入射される構成となっている。 A liquid crystal device is used as a light modulation device in a projection display device such as a projector. As such a liquid crystal device, one having a configuration in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of opposed substrates is known, and a voltage is applied to the liquid crystal layer inside the pair of substrates. Each electrode is formed. A polarizing plate is disposed outside the pair of substrates (on the side different from the surface facing the liquid crystal layer) so that predetermined polarized light is incident on the liquid crystal layer.
近年、プロジェクタは様々な場所で多岐にわたる用途で利用されていることから、小型で持ち運び易く、携帯性の高いものが望まれている。そこで、例えば液晶装置の内部、すなわち基板の液晶層と接する面側(基板内面側)に、ワイヤーグリッド型の偏光素子を備えることでプロジェクタの小型化を図った技術がある(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献1に記載の技術では、基板内面側に電極を形成し、さらに電極の内面側にワイヤーグリッド型の格子膜を形成して、当該格子膜を配向膜及び偏光板として作用させている。ところで、このような格子膜を配向膜として機能させるためには、プレチルトを付与させる必要がある。しかしながら、上記特許文献1には偏光板として用いる格子膜を配向膜として適用した技術が開示されているものの、プレチルトに関しては詳述されてなく、また単に格子膜を基板の液晶層側に配したのみではプレチルトを付与することはできない。
In the technique described in
本発明は、上記のような背景のもとになされたもので、小型化を図ることが可能な構成を具備した液晶装置の提供を目的としており、特に、基板の液晶層側に配する部材の構成を簡便化させるとともに、液晶を好適に配向させて高い表示特性を具備した液晶装置を提供することを目的としている。さらに、上記のような目的に加えて偏光素子を一体化した液晶装置を提供することを目的とし、特に偏光機能を低減させることなく、表示特性に優れた液晶装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made based on the background as described above, and has an object of providing a liquid crystal device having a configuration that can be reduced in size, and in particular, a member disposed on the liquid crystal layer side of a substrate. An object of the present invention is to provide a liquid crystal device having a high display characteristic by simplifying the structure of FIG. It is another object of the present invention to provide a liquid crystal device in which a polarizing element is integrated in addition to the above object, and in particular, to provide a liquid crystal device having excellent display characteristics without reducing the polarization function. .
上記課題を解決するために、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側には、所定周期の縞状パターンを有した金属膜が配設されており、前記金属膜は、前記縞状パターンを構成する個々の格子の前記液晶層側表面が、鋸歯状に構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a liquid crystal device of the present invention is a liquid crystal device in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, and at least one of the pair of substrates is disposed on the liquid crystal layer side. A metal film having a striped pattern with a predetermined period is disposed, and the metal film has a sawtooth shape on the liquid crystal layer side surface of each lattice constituting the striped pattern. It is characterized by.
このような液晶装置によると、縞状パターンを有した金属膜が偏光機能と、電極機能と、液晶配向機能とを兼備することとなる。したがって、偏光板と、電極と、配向膜とを別途配設する必要がないため、コスト削減及び装置の小型化に寄与することが可能となる。ここで、偏光機能は、縞状パターンの格子が延びる方向と垂直な偏光成分を選択的に透過させることで発現される。電極機能は、金属膜であるが故に発現される。液晶配向機能は、縞状パターンの格子が延びる方向に沿って液晶を配向させることで実現され、且つ液晶分子を鋸歯形状に沿ったプレチルトを有した状態で配向させることができるものとされている。このように本発明の液晶装置では、偏光機能及び配向機能を金属膜から実現しているため、従来のような偏光機能及び/又は配向機能を有する有機膜を配設する必要がなく、当該液晶装置の長寿命化を図ることができ、例えばプロジェクタ等の高エネルギー光を光源とする場合にも、劣化が生じ難いものとなる。また、ラビング処理した配向膜を配設する必要がないため、発塵等による表示不具合が生じ難いものとなる。 According to such a liquid crystal device, the metal film having a striped pattern has both a polarization function, an electrode function, and a liquid crystal alignment function. Therefore, it is not necessary to separately provide a polarizing plate, an electrode, and an alignment film, which can contribute to cost reduction and downsizing of the apparatus. Here, the polarization function is expressed by selectively transmitting a polarization component perpendicular to the direction in which the lattice of the striped pattern extends. The electrode function is expressed because it is a metal film. The liquid crystal alignment function is realized by aligning the liquid crystal along the direction in which the lattice of the striped pattern extends, and the liquid crystal molecules can be aligned with a pretilt along the sawtooth shape. . As described above, in the liquid crystal device of the present invention, since the polarization function and the alignment function are realized from the metal film, there is no need to dispose the organic film having the polarization function and / or the alignment function as in the related art, and the liquid crystal It is possible to extend the life of the apparatus. For example, even when high-energy light such as a projector is used as a light source, deterioration hardly occurs. In addition, since it is not necessary to provide a rubbing-treated alignment film, display defects due to dust generation and the like are unlikely to occur.
本発明の液晶装置において、前記金属膜は、可視光の波長の10%〜30%(好ましくは10%〜20%)の周期で前記縞状パターンを構成しているものとすることができる。このような周期で縞状パターンを構成することで、偏光特性を好適に発現することができる。縞状パターンの周期が10%未満のものは製造に手間が掛かるとともに透過率の低下に繋がる場合がある一方、縞状パターンが30%を超えると偏光機能が低下する場合がある。なお、可視光の波長の30%程度が製造上も簡便で好ましい、製造上の手間を省けば10%〜20%程度が偏光機能を確保する上で好適である。 In the liquid crystal device of the present invention, the metal film may constitute the striped pattern with a period of 10% to 30% (preferably 10% to 20%) of the wavelength of visible light. By configuring the striped pattern with such a period, the polarization characteristic can be suitably expressed. When the period of the striped pattern is less than 10%, it takes time to manufacture and may lead to a decrease in transmittance. On the other hand, when the striped pattern exceeds 30%, the polarization function may be decreased. In addition, about 30% of the wavelength of visible light is convenient and preferable for manufacturing. If the labor for manufacturing is omitted, about 10% to 20% is preferable for securing the polarization function.
また、前記格子の前記液晶層側表面は、その長手方向に沿って周期的に形成された鋸歯状の凸部を有しているものとすることができる。具体的には、前記凸部がそれぞれ傾斜角の異なる第1傾斜面と第2傾斜面とを有して構成されているものとすることができる。また、さらに具体的には前記第1傾斜面と前記第2傾斜面とがそれぞれ異なる面積を具備し、例えば第1傾斜面が相対的に大きな面積を有してなるものとすることができる。この場合、傾斜角の小さい傾斜面に沿って液晶分子のプレチルトが規定されることとなる。具体的には、第1傾斜面の傾斜角は1°〜20°程度とすることが好ましく、第2傾斜面の傾斜角は70°〜90°程度とすることが好ましい。なお、前記凸部を前記格子の縞状パターンが有する周期よりも大きな周期で形成されているものとすれば、優れた偏光特性を確実に発現することが可能となる。 The surface of the lattice on the liquid crystal layer side may have sawtooth-shaped convex portions that are periodically formed along the longitudinal direction thereof. Specifically, the convex portion may be configured to have a first inclined surface and a second inclined surface having different inclination angles. More specifically, the first inclined surface and the second inclined surface may have different areas, for example, the first inclined surface may have a relatively large area. In this case, the pretilt of the liquid crystal molecules is defined along the inclined surface having a small inclination angle. Specifically, the inclination angle of the first inclined surface is preferably about 1 ° to 20 °, and the inclination angle of the second inclined surface is preferably about 70 ° to 90 °. If the convex portions are formed with a period larger than the period of the striped pattern of the grating, it is possible to reliably exhibit excellent polarization characteristics.
また、前記金属膜は、前記各格子が少なくとも1つの画素内で電気的に接続されているものとすることができる。このように各格子を1つの画素内で電気的に接続することで、電極機能を好適に実現することができるようになる。具体的には、板状の金属膜に対して多数のスリット状の空間が形成されてなるものを採用することができ、この空間を介して形成される複数の縞状パターンは、その端部において各パターンが金属枠部材で電気的に接続された構成となるのである。 Further, the metal film may be configured such that the respective grids are electrically connected within at least one pixel. Thus, by electrically connecting each grid within one pixel, an electrode function can be suitably realized. Specifically, it is possible to employ a plate-like metal film in which a large number of slit-like spaces are formed, and a plurality of striped patterns formed through these spaces have their end portions. Each pattern is electrically connected by a metal frame member.
また、前記金属膜は、前記一対の基板のうちスイッチング素子が配設されていない対向基板側に配設され、当該対向基板面内において前記各格子が電気的に接続されているものとすることができる。このように各格子を対向基板面内で電気的に接続することで、電極機能を好適に実現することができるようになる。 In addition, the metal film is disposed on the counter substrate side where the switching element is not disposed in the pair of substrates, and the lattices are electrically connected in the surface of the counter substrate. Can do. Thus, by electrically connecting the respective grids within the surface of the counter substrate, the electrode function can be suitably realized.
さらに、前記金属膜の前記液晶層側には、前記各格子と、当該各格子間に形成された隙間(空間)とを覆う保護膜が形成されており、該保護膜は、前記格子の鋸歯形状に沿って形成されているものとすることができる。このような保護膜を形成することで格子内に液晶が侵入することを防止することができる。その結果、格子間を真空ないし空気層で構成することが可能となり、当該格子間に屈折率が1以上となる材質が介在した状態となることを防止し、ひいては偏光素子として高い光学特性(透過率、コントラスト等)を具備した金属膜を備える液晶装置を提供することが可能となる。 In addition, a protective film is formed on the liquid crystal layer side of the metal film to cover the lattices and gaps (spaces) formed between the lattices. It can be formed along the shape. By forming such a protective film, liquid crystal can be prevented from entering the lattice. As a result, it is possible to form a space between the gratings with a vacuum or an air layer, preventing a material having a refractive index of 1 or more from interposing between the gratings, and thus high optical characteristics (transmission) as a polarizing element. It is possible to provide a liquid crystal device including a metal film having a ratio, contrast, and the like.
次に、上記課題を解決するために、本発明の液晶装置の製造方法は、基板上に金属膜をベタ状に形成する工程と、形成した金属膜上にレジストを形成する工程と、前記レジストに対して第1の2光束干渉露光を行い、所定周期の縞状の第1露光パターンを付与する工程と、前記金属膜及び前記レジストを備えた基板を、当該基板の法線を軸にして90度回転させる工程と、前記回転後、前記レジストに対して第2の2光束干渉露光を行い、前記第1露光パターンと交わる方向に縞状の第2露光パターンを付与する工程と、前記各露光を施したレジストを現像する工程と、前記現像したレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、前記金属膜に対して前記レジストの形状を当該金属膜に転写させる工程と、を含み、前記第1及び第2の2光束干渉露光は、同一光源で行うものとしており、さらに前記第1の2光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して同じ角度で当該基板に入射するように露光を行う一方、前記第2の2光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して各々異なる角度で当該基板に入射するように露光を行うことを特徴とする。 Next, in order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a liquid crystal device according to the present invention includes a step of forming a solid metal film on a substrate, a step of forming a resist on the formed metal film, and the resist Performing a first two-beam interference exposure on the substrate to give a striped first exposure pattern with a predetermined period, and a substrate including the metal film and the resist, with the normal of the substrate as an axis A step of rotating 90 degrees, a step of performing a second two-beam interference exposure on the resist after the rotation, and providing a striped second exposure pattern in a direction intersecting with the first exposure pattern; A step of developing the exposed resist, and a step of transferring the shape of the resist to the metal film by performing dry etching using the developed resist as a mask. 1 and The second two-beam interference exposure is performed with the same light source. Further, in the first two-beam interference exposure, each light beam is incident on the substrate at the same angle with respect to the normal line of the substrate. On the other hand, in the second two-beam interference exposure, the exposure is performed such that each light beam is incident on the substrate at a different angle with respect to the normal line of the substrate.
このような方法により、上述した本発明の液晶装置を簡便且つ確実に製造することが可能となる。なお、前記第2の2光束干渉露光は、前記第1の2光束干渉露光よりも露光量が少ない条件で行うものとすることができる。これにより第1及び第2の露光において、当該露光の深さを異ならせることが可能となり、鋸歯形状を有した縞状パターンの格子を好適に形成することが可能となる。 By such a method, the above-described liquid crystal device of the present invention can be easily and reliably manufactured. The second two-beam interference exposure can be performed under a condition that the exposure amount is smaller than that of the first two-beam interference exposure. Thereby, in the first and second exposures, the depths of the exposure can be made different, and it is possible to suitably form a striped pattern lattice having a sawtooth shape.
また、金属膜の液晶層側に保護膜を形成する場合には、斜方蒸着等の異方性成膜により誘電体を成膜する手法を採用することができる。異方性成膜を採用することで、格子間に空間を維持することができ、偏光素子として高い光学特性(透過率、コントラスト等)を具備した金属膜を供することができる。 Moreover, when forming a protective film on the liquid crystal layer side of the metal film, a method of forming a dielectric by anisotropic film formation such as oblique vapor deposition can be employed. By employing anisotropic film formation, a space can be maintained between the lattices, and a metal film having high optical characteristics (transmittance, contrast, etc.) can be provided as a polarizing element.
一方、本発明の液晶装置の製造方法は、その異なる態様として、以下のような工程を含むものとすることもできる。つまり、基板上に金属膜をベタ状に形成する工程と、形成した金属膜上にレジストを形成する工程と、所望の型を用いたナノインプリント法により当該型形状を前記レジストに転写する工程と、該形状が転写されたレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、前記金属膜に対して前記レジストの形状を当該金属膜に転写させる工程と、を含むことにより、上述した本発明の液晶装置を簡便且つ確実に製造することができる。 On the other hand, the manufacturing method of the liquid crystal device of the present invention may include the following steps as a different mode. That is, a step of forming a solid metal film on the substrate, a step of forming a resist on the formed metal film, a step of transferring the mold shape to the resist by a nanoimprint method using a desired mold, Performing the dry etching using the resist having the transferred shape as a mask, and transferring the shape of the resist to the metal film with respect to the metal film. It can be simply and reliably manufactured.
次に、上記課題を解決するために、本発明の投射型表示装置は、上記液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする。具体的には、光源と、該光源から出射した光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えた投射型表示装置において、前記光変調装置を上記液晶装置によって構成することができる。 Next, in order to solve the above-described problem, a projection display device according to the present invention includes the above-described liquid crystal device as a light modulation device. Specifically, in a projection type display device comprising a light source, a light modulation device that modulates light emitted from the light source, and a projection device that projects light modulated by the light modulation device, the light modulation device Can be configured by the liquid crystal device.
本発明の投射型表示装置によれば、基板の少なくとも一方に、偏光素子、電極、及び配向膜として機能する金属膜が一体に設けられた液晶装置を光変調装置として備えたことにより、従来のように偏光板を保持するための部材が不要となり、したがって当該投射型表示装置を薄くて小型なものとすることが可能となる。 According to the projection type display device of the present invention, a liquid crystal device in which a polarizing element, an electrode, and a metal film functioning as an alignment film are integrally provided on at least one of the substrates is provided as a light modulation device. Thus, a member for holding the polarizing plate becomes unnecessary, and thus the projection display device can be made thin and small.
以下、図面を参照して本発明の液晶装置及び投射型表示装置の実施形態について説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。 Hereinafter, embodiments of a liquid crystal device and a projection display device of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following drawings, the scale of each layer and each member is different in order to make each layer and each member recognizable on the drawing.
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態では、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)を画素スイッチング素子として備えたアクティブマトリクス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば投射型表示装置のライトバルブ(光変調装置)として好適に用いることができるものである。
[First Embodiment]
In the first embodiment, an active matrix liquid crystal device including a thin film transistor (TFT) as a pixel switching element will be described as an example. This liquid crystal device can be suitably used as, for example, a light valve (light modulation device) of a projection display device.
まず、本発明の液晶装置の一実施形態について説明する。図1は、液晶装置の概略構成を示す平面図であり、図中符号100は液晶装置である。図2は、液晶装置100の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路を示す図である。また、図3は、液晶装置100の側断面の概略構成を示す図である。液晶装置100は、図1に示すように、TFTアレイ基板(第1の基板)1aと対向基板(第2の基板)2aとがシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶層50が封入されている。
First, an embodiment of the liquid crystal device of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a liquid crystal device, and
前記シール材52の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜(周辺見切り)53が形成されている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路201および外部回路実装端子202がTFTアレイ基板1aの一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路204が形成されている。TFTアレイ基板1aの残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路204の間を接続するための複数の配線205が設けられている。また、対向基板2aの角部においては、TFTアレイ基板1aと対向基板2aとの間で電気的導通をとるための基板間導通材206が配設されている。
A light-shielding film (peripheral parting) 53 made of a light-shielding material is formed in a region inside the region where the sealing
なお、データ線駆動回路201および走査線駆動回路204をTFTアレイ基板1aの上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFTアレイ基板1aの周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的および機械的に接続するようにしてもよい。
Instead of forming the data line driving
このような構造を有する液晶装置100の画像表示領域においては、図2に示すように、複数のドット100aがマトリクス状に構成されているとともに、これらのドット100aの各々には、画素スイッチング用のTFT30が形成されており、画素信号S1、S2、…、Snを供給するデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画素信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。
In the image display area of the
また、TFT30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmをこの順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9は、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画素信号S1、S2、…、Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極9を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、…、Snは、図3に示す対向基板2aの対向電極(共通電極)21との間で一定期間保持される。また、保持された画素信号S1、S2、…、Snがリークするのを防ぐために、画素電極9と対向電極21との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量60が付加されている。符号3bは蓄積容量60を構成する容量線である。
Further, the
液晶装置100は、図3に示すように、上下に対向配置された透明のガラス等からなるTFTアレイ基板1a及び対向基板2aの間に液晶層50が挟持された基本構造を具備している。前記液晶層50における液晶モードとしては、TN(Twisted Nematic)モードが採用されているが、その他にもSTN(Super Twisted Nematic)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード等を採用することができる。
As shown in FIG. 3, the
TFTアレイ基板1aは、透光性の石英基板10と、石英基板10の内面側に形成されたTFT30及びITO等の透明導電膜からなる画素電極9と、画素電極9の内面側に形成された配向膜45とを有して構成されている。なお、実際にはデータ線6a、走査線3a等の配線が形成されているが、図3中ではこれらの図示を省略している。
The
一方、対向基板2aは、TFTアレイ基板1aと同様、透光性の石英基板20と、石英基板20の内面側に設けられたワイヤーグリッド構造体(金属膜)24とを有して構成されている。なお、本実施形態では、対向基板2aには、対向電極及び配向膜が形成されてなく、ワイヤーグリッド構造体24が電極、配向膜、及び偏光板としての機能を兼備しており、その詳細については後述する。
On the other hand, the
これらの基板1a,2aの間には、液晶層50が保持されており、本実施の形態では、対向基板2a側から入射した光は、液晶層50を透過し、さらにTFTアレイ基板1a側から射出される。液晶層50を構成する液晶材料としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶など配向し得るものであればいかなる液晶材料を用いても構わないが、TN型液晶パネルの場合、ネマチック液晶を形成させるものが好ましく、例えば、フェニルシクロヘキサン誘導体液晶、ビフェニル誘導体液晶、ビフェニルシクロヘキサン誘導体液晶、テルフェニル誘導体液晶、フェニルエーテル誘導体液晶、フェニルエステル誘導体液晶、ビシクロヘキサン誘導体液晶、アゾメチン誘導体液晶、アゾキシ誘導体液晶、ピリミジン誘導体液晶、ジオキサン誘導体液晶、キュバン誘導体液晶等が挙げられる。さらに、これらネマチック液晶分子にモノフルオロ基、ジフルオロ基、トリフルオロ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基などのフッ素系置換基を導入した液晶分子も含まれる。
A
本実施形態の液晶装置100では、上述の通り、対向基板2aの液晶層側に配設されたワイヤーグリッド構造体24が偏光機能、電極機能、及び配向機能を有している。以下、ワイヤーグリッド構造体24の構成及び機能について説明する。なお、図4はワイヤーグリッド構造体24の構成を模式的に示す斜視図、図5はワイヤーグリッド構造体24の構成を模式的に示す平面図、図6はワイヤーグリッド構造体24の構成を模式的に示す側面図である。また、図7はワイヤーグリッド構造体24の一変形例の構成を模式的に示す異なる2方向の側面図(図4のY−Z面及びX−Z面の側面図)である。
In the
ワイヤーグリッド構造体24は、図4及び図5に示すように、金属材料(ここではアルミニウム)からなる格子25が、所定の間隔(隙間)26を介して周期T1の縞状パターンに形成されてなるものである。格子25を構成する金属材料としては、例えばアルミニウムに限定されず、例えば銀等であってもよい。なお、本実施形態では、周期T1は可視光の波長(例えば440nm)の10%〜30%、具体的には44nm〜132nm程度の周期をもって構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
また、図4に示すように、ワイヤーグリッド構造体24は、図中X−Z断面方向には略矩形の形状を有しており、図中Y−Z断面方向には鋸歯形状を有している。つまり、ワイヤーグリッド構造体24は、上記縞状パターンを構成する個々の格子25の液晶層側表面が鋸歯形状を有して構成されているのである。具体的には、図4に示すように格子25の長手方向に沿って周期的に形成された鋸歯状の凸部25aを有して構成されている。
Further, as shown in FIG. 4, the
ここで、鋸歯形状を呈する凸部25aは、図6に示すように、それぞれ傾斜角の異なる第1傾斜面25cと第2傾斜面25dとを有して構成されている。すなわち、凸部25aは左右非対称の表面形状を有しているのである。具体的には、第1傾斜面25cと第2傾斜面25dとがそれぞれ異なる面積を具備し、第1傾斜面25cが相対的に大きな面積を有している。この場合、傾斜角の小さい傾斜面に沿って液晶分子51のプレチルトが規定されることとなる。このような構成によりワイヤーグリッド構造体24の配向機能が実現されており、つまり、格子25が延びる方向(図4のY方向)に沿って液晶分子51を配向させ、且つ格子25の表面形状(鋸歯形状)に沿って液晶分子51にプレチルトを付与することが可能となっている。
Here, as shown in FIG. 6, the
なお、第1傾斜面の傾斜角αは1°〜20°程度(本実施形態では10°)としており、第2傾斜面の傾斜角βは70°〜90°程度(本実施形態では80°)としている。なお、凸部25aは、格子25の縞状パターンが有する周期T1よりも大きな周期T2で形成されている。ここでは、周期T2は100nm〜300nm程度の大きさとしている。
The inclination angle α of the first inclined surface is about 1 ° to 20 ° (10 ° in this embodiment), and the inclination angle β of the second inclined surface is about 70 ° to 90 ° (80 ° in this embodiment). ). In addition, the
一方、ワイヤーグリッド構造体24を構成する各格子25は電気的に接続されている。つまり、図5に示すように、ワイヤーグリッド構造体24は、板状の金属膜に対して多数のスリット状の空間(隙間)26が形成された構成を有しており、この空間26を介して形成される複数の縞状パターンの格子25が、その端部において金属枠部材27で電気的に接続された構成となっている。なお、金属枠部材27は、各格子25の周縁部に矩形環状に形成され、当該金属枠部材27が各格子25を電気的に接続する導通電極として機能している。このような格子間の電気的接続によりワイヤーグリッド構造体24の電極機能が実現されている。
On the other hand, each grid |
次に、ワイヤーグリッド構造体24が有する偏光機能について説明する。図15はワイヤーグリッド構造体24を光が透過する際の作用について説明する図である。図15に示すように、ワイヤーグリッド構造体24は、格子25の屈折率nAと、格子25間に介在する間隙26の屈折率nBとが異なるため、ワイヤーグリッド構造体24に入射した光の偏光方向により、偏光選択を行なっている。具体的には、格子25の延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Xを透過させ、格子25の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Yを反射している。したがって、本実施形態のワイヤーグリッド構造体24は、光反射型偏光子と同じ作用、すなわち、グリッドに垂直な偏光成分(TM偏光)を透過させ、グリッドに平行な偏光成分(TE偏光)に対しては反射させる作用を有している。このように、本実施形態におけるワイヤーグリッド構造体24は光反射型偏光素子として機能するものである。
Next, the polarization function of the
なお、図7に示すように、ワイヤーグリッド構造体24の各格子25の表面(液晶層側)にはSiO2等からなる保護膜27を形成することができる。この場合、縞状の各格子25間の空隙部(隙間)26が保護膜27で保護されるため、当該空隙部26内に液晶等が混入することが防止ないし抑制される。なお、この場合、空隙部26は真空層とされるが、例えば空気を混入した空気層とすることも可能である。また、特にワイヤーグリッド構造体24の配向機能を実現するために、図7(a)及び図7(b)に示すように、格子25の表面形状に沿って保護膜27を形成している。
As shown in FIG. 7, a
なお、本実施形態ではTFTアレイ基板1a側については、当該液晶装置100と別体の偏光板を設けるものとしているが、TFTアレイ基板1a側にも同様のワイヤーグリッド構造体24を形成することも可能である。
In the present embodiment, the
以上のような本実施の形態の液晶装置100は、後述するようにプロジェクタの光変調装置として好適に用いられるものである。よって、液晶装置100は上述したように偏光素子として機能するワイヤーグリッド構造体24が対向基板2aと一体に設けられた構造となっているので、従来のプロジェクタで必要となっていた偏光板の保持部材を不要にでき、当該プロジェクタの小型化を図ることが可能となる。もちろん、TFTアレイ基板1a側にもワイヤーグリッド構造体24を一体形成することができ、その場合もプロジェクタの小型化を図ることが可能となる。
The
ここで、液晶装置100の製造方法について説明する。ただし、当該製造方法は対向基板2aの製造方法に特徴があるため、TFTアレイ基板1aの製造方法は公知の方法を採用することとし、これら製造したTFTアレイ基板1aと対向基板2aとをシール材52を介して貼り合わせ、その後、液晶を注入して液晶装置を製造する点に関しては説明を省略し、対向基板2aの製造方法について図8〜図14を参照して説明することとする。なお、図8及び図10は本実施形態で用いる2光束干渉露光法の概略を示す説明図で、図9及び図11はこれらの露光態様を示す説明図である。また、図12はビーム強度比とコントラストとの関係を示すグラフで、図13はコントラスト毎の干渉縞の強度分布を示すグラフである。さらに、図14は、本実施形態の2光束干渉露光法を施すことで得られるレジスト形状を模式的に示す斜視図である。
Here, a manufacturing method of the
対向基板2aの作成にあたっては、まず石英基板20を用意し、当該石英基板20上に格子25となる金属膜24a(図9参照)を蒸着若しくはスパッタ等により成膜する。その後、成膜した金属膜上にレジストを塗布する。なお、その際、レジストの下部に反射防止膜を形成するものとしてもよい。
In producing the
次に、塗布したレジストに対して露光を行う。ここでは、レーザー光を用いた2光束干渉露光法により縞状パターンの第1露光を行うものとしている。具体的には、図4のX−Z断面方向の矩形形状を得るために、図8に示すように、2光束が基板20の法線に対して同じ角度で入射するように露光を行っている。つまり、ビームスプリッター70からの光をミラー71,72を介して基板20に同じ角度で入射するように露光を行うのである。その結果、図9に示すように、ポジ型レジストを用いた場合、干渉光強度が強い場所(露光部61)は可溶性となり、現像により溶解する。
Next, the applied resist is exposed. Here, the first exposure of the striped pattern is performed by a two-beam interference exposure method using laser light. Specifically, in order to obtain a rectangular shape in the XZ cross-sectional direction of FIG. 4, exposure is performed so that two light beams are incident at the same angle with respect to the normal line of the
上記第1露光を行った後、図10に示すように、基板20を当該基板20の法線Pを軸に90度回転させ、さらに2光束の入射角度が互いに異なるように基板20を傾斜させて第2露光を行う。この際、図10に示すように、干渉角は上記1回目の角度より浅くし、干渉縞のピッチを広くするものとしている。その結果、図11に示すように、傾斜を持った潜像がレジスト内に形成され、露光部61と未露光部60のパターンが形成されることとなる。
After the first exposure, as shown in FIG. 10, the
なお、第2露光時には、片方の光束をビーム強度調整機構73によって強度調整を行っている。これは、レジストパターンを制御するためで、以下のような機構により行われている。
During the second exposure, the intensity of one of the light beams is adjusted by the beam
干渉にあずかる2本のビームの強度比をI(1)、I(2)とすると、干渉縞の強度分布I(x)は次式で与えられる。
I(x)=I(1)+I(2)+2(I(1)+I(2))1/2cos(2px/P)・・・式(1)(ただし、xは位置座標である。干渉縞のコントラストCは(Imax−Imin)/(Imax+Imin)で定義される)
Assuming that the intensity ratio of two beams involved in interference is I (1) and I (2), the interference fringe intensity distribution I (x) is given by the following equation.
I (x) = I (1) + I (2) +2 (I (1) + I (2)) 1/2 cos (2 px / P) (1) (where x is a position coordinate. The contrast C of the interference fringes is defined by (Imax−Imin) / (Imax + Imin))
一方、式(1)より、コントラストCは以下のように表現される。
C=2(I(1)・I(2))1/2/(I(1)+I(2))=2(α)1/2/(1+α)・・・式(2)(ただし、αは干渉にあずかる2本のビーム強度比I(1)/I(2)を表す)
On the other hand, the contrast C is expressed as follows from the equation (1).
C = 2 (I (1) · I (2)) 1/2 / (I (1) + I (2)) = 2 (α) 1/2 / (1 + α) (2) (α represents the ratio of two beam intensities I (1) / I (2) involved in interference)
図12に式(2)の関係を示した。ビーム強度が等しい場合(α=1)には、コントラストは1.0、すなわち鮮明な干渉縞が得られる。一方、ビーム強度比が等しくない場合には、その差が大きくなるとともにコントラストは低下する。コントラストCが1.0、0.5のそれぞれの場合につき、干渉縞の強度分布を図13に示した。したがって、片方のビーム強度を調整すると、コントラストが落ち、図14に示すように現像後に形成されるレジスト60のパターンはなだらかな形状となる。 FIG. 12 shows the relationship of equation (2). When the beam intensities are equal (α = 1), the contrast is 1.0, that is, a clear interference fringe is obtained. On the other hand, when the beam intensity ratios are not equal, the difference increases and the contrast decreases. FIG. 13 shows the intensity distribution of the interference fringes for each of cases where the contrast C is 1.0 and 0.5. Therefore, when the intensity of one beam is adjusted, the contrast is lowered, and the pattern of the resist 60 formed after development has a gentle shape as shown in FIG.
以上のような2回露光を行い、現像を実施すると、ほぼ図4に示したような格子25のパターン形状と同じパターン形状のレジストが形成される。その後、得られた所定パターンのレジストをマスクとしてドライエッチングを施し、金属膜24aに対して形状転写を行い、図4に示したようなワイヤーグリッド構造体24を備える対向基板20を得る。
When the two exposures as described above are performed and development is performed, a resist having a pattern shape substantially the same as the pattern shape of the grating 25 as shown in FIG. 4 is formed. Thereafter, dry etching is performed using the obtained resist of a predetermined pattern as a mask, shape transfer is performed on the
そして、上述した通り、別途作成したTFTアレイ基板1aとシール材52を介して貼り合わせ、さらにシール材52に設けた注入口から液晶を注入して本実施の形態の液晶装置100を得るものとしている。
Then, as described above, the
なお、必要に応じて、液晶とワイヤーグリッド構造体24との化学反応を抑制するために、SiO2等をワイヤーグリッド構造体24の表面にパッシベーション膜として成膜しても良い。その場合、SiO2等を斜方蒸着等の異方性成膜法により形成することで、格子25間の隙間26に当該SiO2等の蒸着材料が入り込むことがなく、該隙間26に空気層若しくは真空層を具備した保護膜が形成されることとなる。
If necessary, SiO 2 or the like may be formed on the surface of the
また、上述した2光束干渉露光法に代えて、レジスト樹脂に対して縞状の突起物を有した型を押し当てて、当該突起物に対応した縞状の溝パターンを転写するナノインプリント法により縞状パターンを形成するようにしてもよい。 Further, instead of the above-described two-beam interference exposure method, a stripe having a striped projection is pressed against the resist resin, and a stripe pattern is transferred by a nanoimprint method in which a striped groove pattern corresponding to the projection is transferred. A pattern may be formed.
[第2の実施の形態]
次に、本発明の投射型表示装置の一実施形態としてのプロジェクタについて図面を参照して説明する。図16は、本実施形態のプロジェクタの概略構成を示す図であり、図中符号800はプロジェクタである。本実施形態のプロジェクタ800は、光変調装置として上述した液晶装置100を用いた液晶プロジェクタである。
[Second Embodiment]
Next, a projector as an embodiment of the projection display device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of the projector according to the present embodiment, and
図16において、810は光源、813、814はダイクロイックミラー、815,816,817は反射ミラー、818は入射レンズ、819はリレーレンズ、820は出射レンズ、822,823,824は前記液晶装置100からなる液晶光変調装置(光変調装置)、825はクロスダイクロイックプリズム、826は投射レンズ(投射装置)である。なお、前記液晶装置100は、上述したようにワイヤーグリッド構造体24を備え、該ワイヤーグリッド構造体24は偏光素子として機能するものであり、ここではTFTアレイ基板1a側にもワイヤーグリッド偏光板が形成されたものを採用している。すなわち、本発明の液晶装置822,823,824は、光変調機能と偏光素子の偏光機能とを兼ねたものとなっている。
In FIG. 16, 810 is a light source, 813 and 814 are dichroic mirrors, 815, 816 and 817 are reflection mirrors, 818 is an incident lens, 819 is a relay lens, 820 is an exit lens, and 822, 823 and 824 are from the
前記光源810は、メタルハライド等のランプ811とランプの光を反射するリフレクタ812とからなる。なお、光源810としては、メタルハライド以外にも超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Deep UVランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ等を用いることも可能である。
The
ダイクロイックミラー813は、光源810からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー817で反射されて、赤色光用の液晶光変調装置822に入射される。また、ダイクロイックミラー813で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー814によって反射され、緑色光用の液晶光変調装置823に入射される。さらに、ダイクロイックミラー813で反射された青色光は、ダイクロイックミラー814を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ818、リレーレンズ819および出射レンズ820を含むリレーレンズ系からなる導光手段821が設けられている。この導光手段821を介して、青色光が青色光用の液晶光変調装置824に入射される。
The
次に、光変調装置に光が入射する際について説明するに際し、赤色光が赤色光用液晶光変調装置822に入射する場合を例に挙げて説明する。なお、青色光、及び緑色光が各光変調装置823,824に入射した場合については、赤色の場合と同様であることからその説明を省略する。
Next, when the light is incident on the light modulation device, the case where the red light is incident on the red light liquid crystal
具体的には、前記赤色光用の液晶光変調装置822は、上述したように偏光素子としての機能を備えたものとなっている。よって、赤色光用の液晶光変調装置822に入射した赤色光は、まず対向基板2aに設けられたワイヤーグリッド構造体24を透過し直線偏光となる。
Specifically, the liquid crystal
さらに、液晶光変調装置822〜824では前記ワイヤーグリッド構造体24を介して入射した直線偏光の位相制御が行われる。つまり、画素電極9及び対向電極(ここではワイヤーグリッド構造体24)に対する印加電圧により液晶層50の駆動制御を行い、当該入射光の位相を制御することが可能となっている。位相制御された光は、光射出側に配設されたワイヤーグリッド構造体24に入射して変調される。
Further, in the liquid crystal
各液晶光変調装置822〜824で変調された各色の光はクロスダイクロイックプリズム825に入射する。このクロスダイクロイックプリズム825は4つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがX字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射レンズ(投射装置)826によってスクリーン827上に投写され、画像が拡大されて表示される。
The light of each color modulated by the liquid
本実施形態におけるプロジェクタ800は、上述したように、対向基板2aに偏光素子、電極、及び配向膜として機能するワイヤーグリッド構造体24を備えた液晶装置100を光変調装置として備えているので、従来のように偏光板を保持するための部材が不要となる。したがって、プロジェクタ800を構成する部品点数が少なくなるので、このプロジェクタ800は、薄型で小さく、かつ偏光特性及び信頼性の高いものとなる。
As described above, the
1a…TFTアレイ基板(第1の基板)、2a…対向基板(第2の基板)、24…ワイヤーグリッド構造体(金属膜)、25…格子、50…液晶層、100…液晶装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側には、所定周期の縞状パターンを有した金属膜が配設されており、
前記金属膜は、前記縞状パターンを構成する個々の格子の前記液晶層側表面が、鋸歯状に構成されていることを特徴とする液晶装置。 A liquid crystal device having a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates,
On the liquid crystal layer side of at least one of the pair of substrates, a metal film having a striped pattern with a predetermined period is disposed,
2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the metal film has a sawtooth shape on the liquid crystal layer side surface of each lattice constituting the striped pattern.
基板上に金属膜をベタ状に形成する工程と、
形成した金属膜上にレジストを形成する工程と、
前記レジストに対して第1の2光束干渉露光を行い、所定周期の縞状の第1露光パターンを付与する工程と、
前記金属膜及び前記レジストを備えた基板を、当該基板の法線を軸にして90度回転させる工程と、
前記回転後、前記レジストに対して第2の2光束干渉露光を行い、前記第1露光パターンと交わる方向に縞状の第2露光パターンを付与する工程と、
前記各露光を施したレジストを現像する工程と、
前記現像したレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、前記金属膜に対して前記レジストの形状を当該金属膜に転写させる工程と、を含み、
前記第1及び第2の2光束干渉露光は、同一光源で行うものとしており、さらに前記第1の2光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して同じ角度で当該基板に入射するように露光を行う一方、前記第2の2光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して各々異なる角度で当該基板に入射するように露光を行うことを特徴とする液晶装置の製造方法。 A method for manufacturing a liquid crystal device according to any one of claims 1 to 8,
Forming a solid metal film on the substrate;
Forming a resist on the formed metal film;
Performing a first two-beam interference exposure on the resist to give a striped first exposure pattern with a predetermined period;
Rotating the substrate provided with the metal film and the resist 90 degrees around the normal line of the substrate;
Performing the second two-beam interference exposure on the resist after the rotation, and providing a striped second exposure pattern in a direction intersecting with the first exposure pattern;
Developing the resist subjected to each exposure,
Carrying out dry etching using the developed resist as a mask to transfer the shape of the resist to the metal film with respect to the metal film,
The first and second two-beam interference exposures are performed with the same light source, and in the first two-beam interference exposure, each light beam is applied to the substrate at the same angle with respect to the normal line of the substrate. In the second two-beam interference exposure, the exposure is performed such that each light beam is incident on the substrate at a different angle with respect to the normal line of the substrate. A method for manufacturing a liquid crystal device.
9. A projection display device comprising the liquid crystal device according to claim 1 as a light modulation device.
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