JP2007121328A - Liquid crystal panel, and projector using the same - Google Patents

Liquid crystal panel, and projector using the same Download PDF

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Toshimichi Nasukawa
利通 名須川
Kazuhiro Umeki
和博 梅木
Kenichi Ishizuka
健一 石塚
Shinichi Kosuge
信一 小菅
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize a liquid crystal panel in which the problems associated with the disturbances and the variations of the polarization state of linearly polarized light, in passing through an optical path between linear polarization with a polarizing element and until the incidence on a liquid crystal layer are fundamentally dissolved. <P>SOLUTION: In the liquid crystal panel in which a polarization plane of light passing through the liquid crystal layer is rotated, by interposing the liquid crystal layer 10 between mutually opposing substrates 12, 14 and by applying an electric field to the liquid crystal layer 10, the polarizing element 12A, having the function of transmitting only a specified polarized light, is disposed on the liquid crystal layer side of the opposing substrate 12 of the light incident side of the mutually facing substrates interposing the liquid crystal layer 10. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、液晶パネルおよびこれを用いたプロジェクタに関する。   The present invention relates to a liquid crystal panel and a projector using the same.

液晶パネルは、プロジェクタを初めとする種々の画像表示装置や「光のオン・オフを行う光制御装置」等に広く用いられている。これらに用いられる液晶パネルは一般に「液晶層をガラス板等の対向基板により挟持し、対向基板の液晶層に接する側の面に形成された透明電極により液晶層に電界を作用させ、液晶層を透過する光の偏光面を旋回させる」ように構成されている。   Liquid crystal panels are widely used in various image display devices such as projectors, “light control devices that turn light on and off”, and the like. The liquid crystal panel used for these is generally “a liquid crystal layer is sandwiched between opposing substrates such as a glass plate, and an electric field is applied to the liquid crystal layer by a transparent electrode formed on the surface of the opposing substrate in contact with the liquid crystal layer. The polarization plane of the transmitted light is rotated.

従って、液晶パネルに入射する光を偏光素子により直線偏光化し、液晶層を透過させつつ偏光面を90度旋回させ、偏光面の旋回した光あるいは旋回しなかった光を、射出側に設けた検光素子を介して取り出すようにすれば「入射光の強度を変調させた光」を得ることができる。   Therefore, the light incident on the liquid crystal panel is linearly polarized by the polarizing element, the polarization plane is rotated by 90 degrees while passing through the liquid crystal layer, and the light that has been rotated or not rotated is detected on the exit side. If the light is extracted through the optical element, “light whose intensity of incident light is modulated” can be obtained.

プロジェクタ等に用いられる液晶パネルでは、液晶層の「透過する光の偏光面を旋回させる機能」が細分化され、細分化された各部分が「画素」として表示画像の一部の表示に供される。表示画像は「各画素による光の変調の集合状態」として表示される。このような液晶パネルにおいて「透過する光の偏光面を旋回させる機能」の細分化は、各画素部分に対して独立して電界を作用させるように設けられた薄膜トランジスタ等による駆動素子や保持容量、配線等の回路構成部品により行われ、対向基板にはこれら回路構成部品や透明電極等が形成されている。   In a liquid crystal panel used for a projector or the like, the “function to rotate the polarization plane of transmitted light” of the liquid crystal layer is subdivided, and each subdivided portion is used as a “pixel” for displaying a part of a display image. The The display image is displayed as “an aggregate state of light modulation by each pixel”. In such a liquid crystal panel, the subdivision of “the function of rotating the polarization plane of transmitted light” is based on driving elements and storage capacitors such as thin film transistors provided so that an electric field is applied to each pixel portion independently. The circuit components such as wiring are used, and these circuit components, transparent electrodes, and the like are formed on the counter substrate.

上記回路構成部品は2次元格子状(ラティス状)に形成されているが、この部分は光を通さない。それで、ラティス状に形成された遮光性の部分を「ブラックマトリックス」と呼んでいる。他に「ブラックマスク」という称呼もあるが、この明細書においてはブラックマトリックスを用いる。   The circuit components are formed in a two-dimensional lattice shape (lattice shape), but this portion does not transmit light. Therefore, the light-shielding part formed in a lattice shape is called “black matrix”. In addition, there is a designation of “black mask”, but in this specification, a black matrix is used.

従来、プロジェクタや光制御装置において、液晶層への入射光を直線偏光化する偏光素子は「液晶層から離れて」設けられており、このため、液晶層への入射光は偏光素子により直線偏光化されたのち、対向基板等を介して液晶層に入射するため、直線偏光化されてから液晶層へ入射するまでの光路上で「直線偏光化された偏光状態が乱されたり変化したりする」ことがあり、表示画像や光制御に影響する問題があるが、この問題に対する対策は従来知られていない。   Conventionally, in projectors and light control devices, a polarizing element that linearly polarizes incident light on a liquid crystal layer is provided “away from the liquid crystal layer”. Therefore, incident light on the liquid crystal layer is linearly polarized by the polarizing element. After being converted, the light enters the liquid crystal layer through the counter substrate or the like, and thus the linearly polarized state of polarization is disturbed or changed on the optical path from the linear polarization to the incidence on the liquid crystal layer. There is a problem that affects the display image and the light control, but a countermeasure for this problem has not been known.

上述の如く、画像表示を行う液晶パネルにおけるブラックマトリックスは遮光性であるので照明効率が低下して「表示画像を暗くする要因」となっており、照明効率を高めるための方策として「画素ごとにマイクロレンズを対応させたマイクロレンズアレイ」を用い、入射光を個々のマイクロレンズにより対応する画素部に集光するようにするものは従来から数多く知られている。マイクロレンズアレイを用いることで「照明効率」は有効に高めることができ明るい画像を表示できるが、従来から知られているように、表示された画像のコントラストは必ずしも高くはならない。   As described above, the black matrix in the liquid crystal panel that displays an image is light-shielding, so that the illumination efficiency is lowered and becomes a “factor that darkens the display image”. As a measure for increasing the illumination efficiency, “for each pixel” Conventionally, a number of devices that use a “microlens array corresponding to a microlens” to collect incident light on a corresponding pixel portion by each microlens have been known. By using the microlens array, the “illumination efficiency” can be effectively increased and a bright image can be displayed. However, as is conventionally known, the contrast of the displayed image does not necessarily increase.

また、ブラックマトリックス部に入射する光をマイクロミラーラティスにより画素部へ向けて反射して、照明効率を高めることが特許文献1〜3等に開示されている。   Further, Patent Documents 1 to 3 disclose that light incident on a black matrix portion is reflected toward a pixel portion by a micromirror lattice to improve illumination efficiency.

特開平9−251162号公報JP-A-9-251162 特開平5−100222号公報JP-A-5-100222 特許第3324209号公報Japanese Patent No. 3324209

この発明は上述したところに鑑み、偏光素子により直線偏光化されてから液晶層へ入射するまでの光路上で、直線偏光化された偏光状態が乱されたり変化したりする問題を原理的に解消した液晶パネルの実現を課題とする。   In view of the above, the present invention eliminates in principle the problem that the linearly polarized state of polarization is disturbed or changed on the optical path from the linear polarization by the polarizing element to the incidence on the liquid crystal layer. The challenge is to realize a liquid crystal panel.

この発明はまた、画像表示を行う上記液晶パネルにおけるブラックマトリックスによる照明効率の低下を有効に改善し、明るくコントラストの高い画像を表示できる液晶パネルの実現を課題とする。   Another object of the present invention is to realize a liquid crystal panel capable of effectively improving a decrease in illumination efficiency due to the black matrix in the liquid crystal panel for displaying an image and displaying a bright and high-contrast image.

この発明はさらに、これら液晶パネルを用いたプロジェクタの実現を課題とする。   Another object of the present invention is to realize a projector using these liquid crystal panels.

この発明の液晶パネルは「液晶層を対向基板により挟持し、上記液晶層に電界を作用させることにより上記液晶層を透過する光の偏光面を旋回させる液晶パネル」であって、以下の点を特徴とする(請求項1)。   The liquid crystal panel according to the present invention is a “liquid crystal panel in which a liquid crystal layer is sandwiched between opposing substrates and an electric field is applied to the liquid crystal layer to rotate a polarization plane of light transmitted through the liquid crystal layer”. It is characterized (claim 1).

即ち、液晶層を挟持する対向基板のうちの「光入射側の対向基板の液晶層側」に、特定偏光のみを透過させる機能を有する偏光素子を配置した。   That is, a polarizing element having a function of transmitting only specific polarized light is disposed on the “liquid crystal layer side of the counter substrate on the light incident side” of the counter substrates sandwiching the liquid crystal layer.

対向基板は、液晶パネルが透過型のものであるときは1対の透明基板であり、ガラスあるいは樹脂により構成される。この場合、液晶パネルが画像表示用であれば、対向基板をなす1対の透明基板の一方の側には透明電極膜とブラックマトリックスが配置され、他方には全画素に共通の透明電極膜や必要に応じてブラックマトリックスに対応する遮光パターンが形成される。液晶パネルが単に「光の透過をオン・オフするだけのもの」である場合には「画素への細分化」は不要である。   The counter substrate is a pair of transparent substrates when the liquid crystal panel is of a transmissive type, and is made of glass or resin. In this case, if the liquid crystal panel is for image display, a transparent electrode film and a black matrix are arranged on one side of a pair of transparent substrates forming a counter substrate, and a transparent electrode film common to all pixels is arranged on the other side. A light shielding pattern corresponding to the black matrix is formed as necessary. In the case where the liquid crystal panel is simply “one that turns on and off light transmission”, “subdivision into pixels” is unnecessary.

液晶パネルが反射型のものである場合には、対向基板の一方は透明基板であり、ガラスあるいは樹脂により構成される。対向基板の他方は「反射膜を形成された基板」であり、材質は透明材質である必要はない。光は透明基板の側から入射し他方の対向基板に形成された反射膜で反射される。光が液晶層を往復透過する間に偏光面が90度旋回されるように液晶層に電界が作用される。従って、この場合には、偏光素子と検光素子とが共通化されている。   When the liquid crystal panel is of a reflective type, one of the counter substrates is a transparent substrate and is made of glass or resin. The other of the counter substrates is a “substrate on which a reflective film is formed”, and the material does not need to be a transparent material. Light enters from the transparent substrate side and is reflected by a reflective film formed on the other counter substrate. An electric field is applied to the liquid crystal layer so that the plane of polarization is rotated by 90 degrees while the light reciprocates through the liquid crystal layer. Therefore, in this case, the polarizing element and the analyzing element are shared.

請求項1記載の液晶パネルにおいて「光入射側の対向基板」は、液晶パネルが透過型の場合には入射側の透明基板であるし、液晶パネルが反射型の場合には、照射光が入射してくる側の透明基板である。   2. The liquid crystal panel according to claim 1, wherein the “light incident side counter substrate” is a transparent substrate on the incident side when the liquid crystal panel is a transmissive type, and incident light is incident when the liquid crystal panel is a reflective type. This is the transparent substrate on the incoming side.

偏光素子は、対向基板とブラックマトリックス・透明電極膜等との間に位置するように配置位置を定められる。   The arrangement position of the polarizing element is determined so as to be positioned between the counter substrate and the black matrix / transparent electrode film.

このように請求項1記載の液晶パネルでは、液晶パネルへの入射光(照射光)は、液晶層を挟持する対向基板のうちの「入射側の対向基板」を透過した後、偏光素子を透過する「特定偏光のみ」が液晶層へ入射する。このように、入射光は「液晶層への入射の直前」で偏光素子を透過するので、液晶層へ入射するまでの間に「偏光状態が変化したり乱れたりする」ことがない。   As described above, in the liquid crystal panel according to the first aspect, the incident light (irradiation light) to the liquid crystal panel passes through the “incident side counter substrate” among the counter substrates sandwiching the liquid crystal layer, and then passes through the polarizing element. The “specific polarization only” enters the liquid crystal layer. Thus, since the incident light passes through the polarizing element “immediately before entering the liquid crystal layer”, there is no “change in polarization state or disorder” before entering the liquid crystal layer.

「光入射側の対向基板の液晶層側に配置される偏光素子」は有機・無機いずれの材料によるものでもよいが、有機材料により形成する場合は、パネル製造の際の熱処理の影響を受けないように製造工程等を工夫する必要がある。   The “polarizing element arranged on the liquid crystal layer side of the counter substrate on the light incident side” may be made of either organic or inorganic material, but when formed of an organic material, it is not affected by the heat treatment during panel manufacturing. Thus, it is necessary to devise manufacturing processes and the like.

無機材料による偏光素子は「ワイヤグリッド型偏光素子」であることもできるし(請求項2)、「フォトニック結晶型偏光素子」であることもできる(請求項3)。
「ワイヤグリッド型偏光素子」は、例えば、特開平10−153706号公報や米国特許6122103号明細書により知られたものであり「ガラス等の無機材料による透明平行平板の平坦な面に、導電性材料による1次元線状格子(ワイヤグリッド)を形成したもの」であり、例えば、1次元線状格子の格子間媒質(上記無機材料)の屈折率:nと、導電性材料による1次元線状格子の各格子線の配列ピッチ:d(nm)との積:n・dが使用波長より小さくなるように構成したものである。このような偏光子は、1次元線状格子の格子配列方向に平行な偏光成分を透過させ、格子線に平行な偏光成分を遮断する。
The polarizing element made of an inorganic material can be a “wire grid type polarizing element” (Claim 2) or a “photonic crystal type polarizing element” (Claim 3).
The “wire grid type polarizing element” is known, for example, from Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-153706 and US Pat. No. 6,122,103, and “a conductive surface is formed on a flat surface of a transparent parallel plate made of an inorganic material such as glass. A one-dimensional linear lattice (wire grid) made of a material ", for example, a refractive index n of an interstitial medium (the inorganic material) of the one-dimensional linear lattice and a one-dimensional linear shape made of a conductive material The product of the arrangement pitch of each lattice line of the lattice: d (nm): n · d is configured to be smaller than the use wavelength. Such a polarizer transmits a polarization component parallel to the lattice arrangement direction of the one-dimensional linear lattice and blocks a polarization component parallel to the lattice line.

ワイヤグリッド型偏光素子を用いる場合、入射側の対向基板をガラス等の無機材料とし、この対向基板の液晶層側の面に「導電性材料による1次元線状格子」を形成することができる。   In the case of using a wire grid type polarizing element, an incident-side counter substrate can be made of an inorganic material such as glass, and a “one-dimensional linear lattice made of a conductive material” can be formed on the surface of the counter substrate on the liquid crystal layer side.

「フォトニック結晶型偏光素子」は、特許第3325825号公報等により知られたものであり、例えば、透明基板の平坦な表面に微細な凹凸構造を形成し、この微細凹凸構造の上に、高屈折率の層と低屈折率の層とを交互に「互いに隣接する高屈折率の層と低屈折率の層」を1ペアとして数10〜数百ペアが積層して「積層構造」とし、積層構造の最上層が透明基板表面の凹凸構造の周期に従って「波打つ」ように表面形状を形成したものである。   The “photonic crystal type polarizing element” is known from Japanese Patent No. 3325825, and for example, a fine concavo-convex structure is formed on a flat surface of a transparent substrate, and a high concavo-convex structure is formed on the fine concavo-convex structure. Several layers of several tens to several hundreds are laminated to form a “laminated structure” in which a layer of a refractive index and a layer of a low refractive index are alternately paired as a pair of “high refractive index layer and low refractive index layer adjacent to each other”, The surface shape is formed such that the uppermost layer of the laminated structure “waves” according to the period of the concavo-convex structure on the surface of the transparent substrate.

フォトニック結晶による偏光素子は、後述する「自己クローニング法」により作製することもできるし、後述の「型押し法」により作製することもできる。   A polarizing element using a photonic crystal can be produced by a “self-cloning method” described later, or can be produced by a “embossing method” described later.

上記請求項1〜3の任意の1に記載の液晶パネルは「対向基板の液晶層側にブラックマトリックスにより細分化された画素配列を有し、ブラックマトリックスのパターンに合わせて、ブラックマトリックスよりも光入射側にマイクロミラーラティスが形成され、マイクロミラーラティスが、ブラックマトリックスに向かって入射する光を所定の画素部に向けて反射する反射面部を有する」構成とすることができる(請求項4)。
即ち、請求項4記載の液晶パネルは「画像表示用の液晶パネル」である。
The liquid crystal panel according to any one of claims 1 to 3, wherein the liquid crystal panel has a pixel array subdivided by a black matrix on the liquid crystal layer side of the counter substrate, and is lighter than the black matrix in accordance with the pattern of the black matrix. A micromirror lattice is formed on the incident side, and the micromirror lattice has a reflection surface portion that reflects light incident toward the black matrix toward a predetermined pixel portion ”.
That is, the liquid crystal panel described in claim 4 is a “liquid crystal panel for image display”.

ブラックマトリックスは「2次元格子(ラティス)状」に形成され、格子における個々の升目の開口部分が「画素」の部分である。
「マイクロミラーラティス」は、上記の如く「ブラックマトリックスのパターンに合わせて」ラティス状に形成されるので、マイクロミラーラティスの各升目部分が画素の部分である。従って、各画素はマイクロミラーラティスの反射面部により囲繞される。
The black matrix is formed in a “two-dimensional lattice (lattice) shape”, and an opening portion of each cell in the lattice is a “pixel” portion.
Since the “micromirror lattice” is formed in a lattice shape “according to the pattern of the black matrix” as described above, each square portion of the micromirror lattice is a pixel portion. Accordingly, each pixel is surrounded by the reflection surface portion of the micromirror lattice.

マイクロミラーラティスが「ブラックマトリックスに入射する光を所定の画素部に向けて反射する反射面部を有する」とは、マイクロミラーラティスの反射面が、マイクロミラーラティスの反射面部に入射する光を「反射面部が囲繞する画素(上記所定の画素)」に向けて反射するように反射面部が形成されていることを意味する。   The micromirror lattice has “a reflective surface portion that reflects light incident on the black matrix toward a predetermined pixel portion” means that the reflective surface of the micromirror lattice “reflects light incident on the reflective surface portion of the micromirror lattice. It means that the reflective surface portion is formed so as to reflect toward the “pixel (the predetermined pixel) surrounded by the surface portion”.

マイクロミラーラティスの、画素配列方向と光入射方向とに平行な断面における断面形状は、三角形形状、台形形状、五角形形状、もしくは、光入射側の先端部が曲率を持つ滑らかな凸面であることができる(請求項5)。   The cross-sectional shape of the micromirror lattice in a cross section parallel to the pixel array direction and the light incident direction may be a triangular shape, a trapezoidal shape, a pentagonal shape, or a smooth convex surface with a curvature at the tip on the light incident side. (Claim 5).

この場合、マイクロミラーラティスの「画素配列方向と光入射方向とに平行な断面における断面形状が五角形形状である」場合には、五角形形状が「光入射側先端部に屋根型の斜面を持ち、これらの斜面に連なる部分が、光入射方向に平行である構成とすることができる。   In this case, when the micromirror lattice “the cross-sectional shape in the cross section parallel to the pixel arrangement direction and the light incident direction is a pentagonal shape”, the pentagonal shape “has a roof-shaped slope on the light incident side tip, The part connected to these slopes may be configured to be parallel to the light incident direction.

請求項4または5記載の液晶パネルにおけるマイクロミラーラティスは、光入射側で液晶層を挟持する対向基板の液晶層側の面に「断面形状が凹形状の溝」として刻設されていることができる(請求項6)。
マイクロミラーラティスを「刻設」するには、例えば、刻設すべき面にレジストを塗布し、これにラティスパターンに応じたパターンを「光透過量を制御する濃度分布マスク」を介して露光し、現像してレジストパターンを得、このレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うなどして行うことができる。
The micromirror lattice in the liquid crystal panel according to claim 4 or 5 is engraved as a “groove having a concave cross section” on a surface on the liquid crystal layer side of the counter substrate that sandwiches the liquid crystal layer on the light incident side. (Claim 6).
To “engrave” the micromirror lattice, for example, a resist is applied to the surface to be engraved, and a pattern corresponding to the lattice pattern is exposed through a “density distribution mask that controls the amount of light transmission”. The resist pattern can be obtained by development, and etching can be performed using the resist pattern as a mask.

透明基板に刻設されたマイクロミラーラティスの表面(凹形状をなしている面)には反射膜を形成してもよいし(請求項7)、反射面の角度を「反射面で全反射が生じるような角度」に設定してもよい。透明基板に刻設されたマイクロミラーラティスの凹部を「別材質により充填」することもできる(請求項8)。
請求項6記載の液晶パネルにおいて、対向基板に刻設されたマイクロミラーラティスの凹部を「対向基板材料よりも低屈折率の別材料」で充填することができ(請求項9)、請求項8または9記載の液晶パネルにおいて、マイクロミラーラティスの凹部を充填する別材料は「主材料成分と同質骨格を有するフィラー」を含むことができる(請求項10)。
A reflective film may be formed on the surface of the micromirror lattice (concave surface) engraved on the transparent substrate (Claim 7). You may set to "the angle which produces". The concave portion of the micromirror lattice formed on the transparent substrate can be “filled with another material” (claim 8).
The liquid crystal panel according to claim 6, wherein the concave portion of the micromirror lattice formed on the counter substrate can be filled with “another material having a lower refractive index than that of the counter substrate material” (claim 9). Alternatively, in the liquid crystal panel according to 9, the other material filling the concave portion of the micromirror lattice may include “a filler having a skeleton that is the same as the main material component” (claim 10).

また、請求項1〜10の任意の1に記載の液晶パネルにおいて、偏光素子の表面を「液晶パネル構成材料と異なる材質で平滑化」してもよい(請求項11)。   Furthermore, in the liquid crystal panel according to any one of claims 1 to 10, the surface of the polarizing element may be “smoothed with a material different from the liquid crystal panel constituent material” (claim 11).

この発明のプロジェクタは、請求項1〜11の任意の1に記載の液晶パネルを用いたプロジェクタである(請求項12)。   A projector of the present invention is a projector using the liquid crystal panel according to any one of claims 1 to 11 (claim 12).

以上に説明したように、この発明の液晶パネルでは、入射光が液晶層に入射する直前で偏光素子を透過するので、液晶層に対する入射光の偏光状態が乱されたり変化したりする問題を原理的に解消できる。また、マイクロミラーラティスを用いることにより、光利用効率を向上させつつ、コントラストの向上をも可能にできる。   As described above, in the liquid crystal panel of the present invention, since the incident light is transmitted through the polarizing element immediately before entering the liquid crystal layer, the principle that the polarization state of the incident light with respect to the liquid crystal layer is disturbed or changed is a principle. Can be eliminated. Further, by using a micromirror lattice, it is possible to improve the contrast while improving the light utilization efficiency.

図1は、液晶パネルの実施の1形態を、説明図として示している。
この実施の形態の液晶パネルは「透過型」で「画像表示用」である。
液晶層10は、光入射側の対向基板12と、光射出側の対向基板14とにより挟持されており、光は、図の上方から対向基板12に入射し、表示画像に応じて強度変調されて対向基板14から射出する。
FIG. 1 shows an embodiment of a liquid crystal panel as an explanatory diagram.
The liquid crystal panel of this embodiment is “transmissive” and “image display”.
The liquid crystal layer 10 is sandwiched between a counter substrate 12 on the light incident side and a counter substrate 14 on the light emission side, and light is incident on the counter substrate 12 from above in the figure and is intensity-modulated according to the display image. Then, it is emitted from the counter substrate 14.

従って、対向基板12、14とも透明平行平板であり、対向基板12の液晶層10側の面には、特定偏光のみを透過させる機能を有する偏光素子12A、ブラックマトリックス12B、ITOによる透明電極膜12Cが形成され、対向基板14の液晶層10側の面にはITOによる透明電極膜14Aが形成されている。   Therefore, both the opposing substrates 12 and 14 are transparent parallel plates, and the polarizing element 12A having a function of transmitting only specific polarized light, the black matrix 12B, and the transparent electrode film 12C made of ITO are provided on the surface of the opposing substrate 12 on the liquid crystal layer 10 side. A transparent electrode film 14A made of ITO is formed on the surface of the counter substrate 14 on the liquid crystal layer 10 side.

即ち、図1に実施の形態を示す液晶パネルは、液晶層10を対向基板12、14により挟持し、液晶層10に電界を作用させることにより、液晶層10を透過する光の偏光面を旋回させる液晶パネルにおいて、液晶層10を挟持する対向基板12、14のうちの光入射側の対向基板12の液晶層側に、特定偏光のみを透過させる機能を有する偏光素子12Aを配置したもの(請求項1)である。   That is, in the liquid crystal panel shown in FIG. 1, the polarization plane of light transmitted through the liquid crystal layer 10 is swung by sandwiching the liquid crystal layer 10 between the counter substrates 12 and 14 and applying an electric field to the liquid crystal layer 10. In the liquid crystal panel, a polarizing element 12A having a function of transmitting only specific polarized light is disposed on the liquid crystal layer side of the counter substrate 12 on the light incident side of the counter substrates 12 and 14 sandwiching the liquid crystal layer 10 (invoice) Item 1).

また、図1の液晶パネルは、ブラックマトリックス12Bにより細分化された画素配列を有し、ブラックマトリックス12Bのパターンに合わせてマイクロミラーラティス12Dが形成され、マイクロミラーラティス12Dが、ブラックマトリックス12Bに入射するように入射側から入射してくる光を、所定の画素部に向けて反射する反射面部を有するものである(請求項4)。   The liquid crystal panel of FIG. 1 has a pixel array subdivided by a black matrix 12B, a micromirror lattice 12D is formed in accordance with the pattern of the black matrix 12B, and the micromirror lattice 12D is incident on the black matrix 12B. As described above, the light source has a reflection surface portion that reflects light incident from the incident side toward a predetermined pixel portion.

偏光素子12Aは前述の如く周知のワイヤグリッド型偏光素子でもよいし(請求項2)、フォトニック結晶型偏光素子でもよい(請求項3)。
図2は「フォトニック結晶」を2種、説明図として示している。
図2(a)に示すフォトニック結晶は、公知の「自己クローニング法」により作製されたものであり、図2(b)に示すフォトニック結晶は「型押し法」により作製されたものである。
As described above, the polarizing element 12A may be a well-known wire grid type polarizing element (Claim 2) or a photonic crystal type polarizing element (Claim 3).
FIG. 2 shows two types of “photonic crystals” as explanatory diagrams.
The photonic crystal shown in FIG. 2A is produced by a known “self-cloning method”, and the photonic crystal shown in FIG. 2B is produced by a “embossing method”. .

図2(a)に示す「自己クローニング法により作製されるフォトニック結晶」は、図の左右方向に「矩形波状の凹凸構造」を形成された透明基板20が用いられる。透明基板20の凹凸構造の上に、図の如く「三角波形状」の調整層21が形勢され、調整層21上に、高屈折率の層と低屈折率の層とを交互に積層した積層構造22を有する。   The “photonic crystal produced by the self-cloning method” shown in FIG. 2A uses a transparent substrate 20 in which a “rectangular wave-shaped uneven structure” is formed in the horizontal direction of the figure. A “triangular wave-shaped” adjustment layer 21 is formed on the concavo-convex structure of the transparent substrate 20, and a laminated structure in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately laminated on the adjustment layer 21. 22.

高屈折率の層も低屈折率の層も「使用光に対して透明な材料」によるものである。これら積層される層は「互いに隣接する高屈折率の層と低屈折率の層」を1ペアとして、複数ペア(前述の如く数十ペア〜数百ペア)が積層される。各層の層形成にはスパッタリング等の公知の成膜技術が用いられる。また凹凸構造における凹凸のピッチ(=調整層表面の三角波形状のピッチ)や積層される各層の層厚は「使用光の波長よりも小さく」設定される。   Both the high-refractive index layer and the low-refractive index layer are made of “a material that is transparent to the light used”. A plurality of pairs (several tens of pairs to several hundreds of pairs as described above) are stacked with “a high refractive index layer and a low refractive index layer adjacent to each other” as a pair. A known film forming technique such as sputtering is used for forming each layer. In addition, the uneven pitch (= triangular wave-shaped pitch on the surface of the adjustment layer) and the layer thickness of each layer to be stacked are set to be “smaller than the wavelength of the used light”.

図2(b)に示す「型押し法により作製されるフォトニック結晶」は、透明基板20A上に形成された透明樹脂層20Bの表面形状として「三角波形状」が型押しにより形成され、この三角波形状の上に、高屈折率の層と低屈折率の層とを交互に積層した積層構造22を有する。勿論、上記三角波形状のピッチや積層される各層の層厚は「使用光の波長よりも小さく」設定される。   In the “photonic crystal produced by the embossing method” shown in FIG. 2B, a “triangular wave shape” is formed by embossing as the surface shape of the transparent resin layer 20B formed on the transparent substrate 20A. On the shape, it has a laminated structure 22 in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately laminated. Of course, the pitch of the triangular wave shape and the layer thickness of each layer to be stacked are set to be “smaller than the wavelength of the used light”.

図2(a)、(b)に示すフォトニック結晶は共に、図面に直交する方向における断面形状が「図示形状」と同一であり、従って、積層構造22の表面は、図の左右方向を周期方向とする三角波形状である。   Both the photonic crystals shown in FIGS. 2A and 2B have the same cross-sectional shape as the “shown shape” in the direction orthogonal to the drawings, and therefore, the surface of the laminated structure 22 is periodic in the horizontal direction of the drawing. It has a triangular wave shape as a direction.

上記の如きフォトニック結晶は、調整層21や透明樹脂層20Bの表面形状である三角波形状のピッチや、交互に積層される高屈折率層の屈折率と厚さ、低屈折率層の屈折率と厚さ、これらの層によるペアの積層ペア数等をパラメータとして変化させることにより、光学特性や光学機能を調製することができ、高屈折率層の層厚、低屈折率層の層厚を異ならせることにより「偏光素子として機能するフォトニック結晶」を実現できる。   The photonic crystal as described above has a triangular wave pitch which is the surface shape of the adjustment layer 21 and the transparent resin layer 20B, the refractive index and thickness of the alternately stacked high refractive index layers, and the refractive index of the low refractive index layers. The optical characteristics and optical functions can be adjusted by changing the number of layers and the number of pairs of these layers as parameters, and the layer thicknesses of the high refractive index layer and the low refractive index layer can be adjusted. By making them different, a “photonic crystal functioning as a polarizing element” can be realized.

即ち、このような「偏光素子として機能するフォトニック結晶」に対し、図2の上方から光を入射させると、図の左右方向に振動する偏光成分は透過し、図面に直交する方向に振動する偏光成分は反射され、透過光は直線偏光化されるのである。   That is, when light is incident on such a “photonic crystal functioning as a polarizing element” from above in FIG. 2, the polarization component that vibrates in the horizontal direction in the figure is transmitted and vibrates in a direction orthogonal to the drawing. The polarization component is reflected, and the transmitted light is linearly polarized.

図4は「マイクロミラーラティス」を説明するための図である。
図1に示した液晶パネルを図1の上方から見た状態は、図4(a)に示す如くである。マイクロミラーラティスは、図4(a)におけるb−b断面(画素配列方向と光入射方向とに平行な断面)内の状態を示す図4(b)に示すように、対向基板12の液晶層10側の面に「凹形状として刻設」されているが、図1や図4(b)に示す例では、刻設された凹形状は「断面が2等辺三角形形状の溝(図1や図4(b)では「上向きに尖った2等辺三角形形状」のV字溝)である。これらのV字溝は、図4(a)に示すように、互いに直交するV字溝12DPと12DNがラティス構造を構成し、溝の各斜面が「反射面」となっている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the “micromirror lattice”.
The state when the liquid crystal panel shown in FIG. 1 is viewed from above in FIG. 1 is as shown in FIG. The micromirror lattice is a liquid crystal layer of the counter substrate 12 as shown in FIG. 4B showing a state in the bb cross section (cross section parallel to the pixel arrangement direction and the light incident direction) in FIG. In the example shown in FIG. 1 and FIG. 4B, the engraved concave shape is “a groove whose cross section is an isosceles triangle shape (FIG. 1 and FIG. In FIG. 4B, it is a “V-shaped groove having an isosceles triangle shape that is pointed upward”. In these V-shaped grooves, as shown in FIG. 4A, V-shaped grooves 12DP and 12DN orthogonal to each other constitute a lattice structure, and each inclined surface of the groove is a “reflecting surface”.

V字溝12DPと12DNとで仕切られた矩形形状の部分が「画素部」である。
図4(b)に示すように、V字溝12DP、12DNによるマイクロミラーラティスは、ブラックマトリックス12Bのパターンに合わせて形成されている(請求項4)。
図4(b)に示すように、対向基板12の側から光が入射すると、「ブラックマトリックス12Bに向かわない光」はそのまま直進的に対向基板12を透過し、偏光素子12Aを透過しつつ直線偏光化され、透明電極12Cを介して液晶層10に入射する。対向基板12への入射光のうち、ブラックマトリックス12Bに向かう光はマイクロミラーラティスの反射面(V字溝12DP、12DNの斜面)により反射され「反射面により囲繞された画素部」に向かって入射する。
A rectangular portion partitioned by the V-shaped grooves 12DP and 12DN is a “pixel portion”.
As shown in FIG. 4B, the micromirror lattice formed by the V-shaped grooves 12DP and 12DN is formed in accordance with the pattern of the black matrix 12B (claim 4).
As shown in FIG. 4B, when light is incident from the counter substrate 12 side, “light not directed to the black matrix 12B” passes straight through the counter substrate 12 and passes through the polarizing element 12A. The light is polarized and enters the liquid crystal layer 10 through the transparent electrode 12C. Of the light incident on the counter substrate 12, the light directed toward the black matrix 12 </ b> B is reflected by the reflective surface of the micromirror lattice (the slopes of the V-shaped grooves 12 </ b> DP and 12 </ b> DN) and enters toward the “pixel portion surrounded by the reflective surface”. To do.

このようにして「本来ならブラックマトリックスにより遮光される光成分」が、マイクロミラーラティスにより有効に画素部に照射されることになるので、光の利用効率が高められる。   In this way, the “light component that is normally shielded by the black matrix” is effectively irradiated to the pixel portion by the micromirror lattice, so that the light use efficiency is increased.

上記の如く、マイクロミラーラティスは、対向基板12の液晶層10側の面に「凹形状の溝として刻設」されて形成される(請求項6)が、凹形状の溝の断面形状(溝の長手方向に直交する断面内の形状)は、上述の例のような三角形形状(V字溝形状)に限らず、他の形状、例えば、図の4(c−1)に示す如き「台形形状」や、(c−2)に示す如き「光入射側の先端部が曲率を持つ滑らかな凸面」、(c−3)に示す如き「五角形形状」であることができる(請求項5)。   As described above, the micromirror lattice is formed by being “engraved as a concave groove” on the surface of the counter substrate 12 on the liquid crystal layer 10 side (Claim 6). Is not limited to the triangular shape (V-shaped groove shape) as in the above-described example, but other shapes such as a trapezoid as shown in FIG. The shape can be a "smooth convex surface having a curvature at the tip on the light incident side" as shown in (c-2), or a "pentagonal shape" as shown in (c-3). .

対向基板12に刻設された「断面が凹形状の溝」の側面は反射面である。この反射面は「全反射を利用する反射面」とすることもできるが、これに限らない。図4(c−1)に示す「台形形状の断面を持つ凹形状」の場合を1例として説明すると、台形形状の断面を持つ溝の溝面に反射膜RFを形成してもよい(請求項7)。また、溝部分の凹部を別材質SBにより充填してもよい(請求項8)。別材質SBによる充填は、反射膜RFを形成することなく行ってもよい。   A side surface of the “groove having a concave cross section” formed on the counter substrate 12 is a reflecting surface. This reflection surface may be a “reflection surface utilizing total reflection”, but is not limited thereto. The case of the “concave shape having a trapezoidal cross section” shown in FIG. 4 (c-1) will be described as an example. The reflective film RF may be formed on the groove surface of the groove having a trapezoidal cross section. Item 7). Moreover, you may fill the recessed part of a groove part with another material SB (Claim 8). The filling with the different material SB may be performed without forming the reflective film RF.

マイクロミラーラティスを構成する凹形状の断面形状が、図4(c−3)に示すような五角形形状の場合、即ち、光入射側先端部に「屋根型の斜面」を持ち、これらの斜面に連なる部分が光入射方向(図4(c−3)で上下方向)に平行である断面形状である場合、「屋根型の斜面のなす角」を適当な範囲に設定することにより、表示画像の明るさとコントラストを有効に向上させることができることを、発明者らはシミュレーションを通じて新たに見出した。以下、この点を説明する。   When the concave cross-sectional shape constituting the micromirror lattice is a pentagonal shape as shown in FIG. 4 (c-3), that is, it has a “roof-shaped slope” at the tip of the light incident side, and these slopes When the continuous portion has a cross-sectional shape parallel to the light incident direction (vertical direction in FIG. 4 (c-3)), by setting the “angle formed by the roof-shaped slope” to an appropriate range, The inventors have newly found through simulation that the brightness and contrast can be effectively improved. Hereinafter, this point will be described.

このような五角形形状の断面形状を持つ凹形状(以下、簡単に「五角形溝」と呼ぶ。)によるマイクロミラーラティスにおいて、図5に示す如くに五角形溝MMの溝間隔(画素ピッチに相当する。)を「p」、溝深さを「h」とする。また、屋根型斜面のなす角(以下「頂角」という。)をθとし、頂角:θと「h/p」をパラメータとする。   In a micromirror lattice having a concave shape having such a pentagonal cross-sectional shape (hereinafter simply referred to as a “pentagonal groove”), as shown in FIG. 5, the groove interval (corresponding to the pixel pitch) of the pentagonal groove MM. ) Is “p” and the groove depth is “h”. Further, the angle formed by the roof-type slope (hereinafter referred to as “vertical angle”) is θ, and the vertical angle: θ and “h / p” are parameters.

液晶パネルとして、0.5インチパネル、0.6インチパネル、0.7インチパネルを想定した。
0.5インチパネルは、画素ピッチ:p=9.5μm、開口部:7×7μm、開口率:0.54である。
0.6インチパネルは、画素ピッチ:p=12μm、開口部:9×9.5μm、開口率:0.59である。
0.7インチパネルは、画素ピッチ:p=14μm、開口部:11.5×11.5μm、開口率:0.67である。
As the liquid crystal panel, a 0.5 inch panel, a 0.6 inch panel, and a 0.7 inch panel were assumed.
The 0.5 inch panel has a pixel pitch: p = 9.5 μm, an opening: 7 × 7 μm, and an aperture ratio: 0.54.
The 0.6 inch panel has a pixel pitch: p = 12 μm, an opening: 9 × 9.5 μm, and an aperture ratio: 0.59.
The 0.7-inch panel has a pixel pitch: p = 14 μm, an opening: 11.5 × 11.5 μm, and an aperture ratio: 0.67.

「明るさの特性」を見るために「液晶パネルの1個の画素から射出した光をF=1.7の投射レンズを通過させたあとの明るさ」を調べた。比較としては、マイクロレンズにより画素部に光を集光させる場合を想定した。
図5(b)は、0.5インチパネルに対するシミュレーション結果であり、縦軸は明るさ(光強度)、横軸は頂角:θである。入射光をマイクロレンズにより画素部に集光させる「マイクロレンズ集光方式」の場合の明るさは、図の縦軸の尺度で0.93である。
In order to see “brightness characteristics”, “brightness after passing light emitted from one pixel of the liquid crystal panel through a projection lens of F = 1.7” was examined. As a comparison, the case where light is condensed on the pixel portion by a microlens was assumed.
FIG. 5B shows simulation results for a 0.5-inch panel, where the vertical axis represents brightness (light intensity) and the horizontal axis represents apex angle: θ. The brightness in the case of the “microlens condensing method” in which incident light is condensed on the pixel portion by the microlens is 0.93 on the scale of the vertical axis in the figure.

図5(b)から以下のことが分かる。液晶パネルにおける1個の画素を透過し、投射レンズを投下したあとの明るさは頂角:θにより変化し「ピークを有する上に凸の曲線」となるが、パラメータ:h/pが大きくなるに従い、ピーク位置が図で左方にずれるとともに、ピーク値も低下する。このような「頂角:θの変化による明るさの変化」の傾向は、0.6インチパネルでも、0.7インチパネルでも定性的には同じである。   The following can be understood from FIG. The brightness after passing through one pixel in the liquid crystal panel and dropping the projection lens changes depending on the apex angle: θ and becomes a “convex curve with a peak”, but the parameter: h / p increases. Accordingly, the peak position shifts to the left in the figure, and the peak value also decreases. Such a tendency of “change in brightness due to change in apex angle: θ” is qualitatively the same for both 0.6 inch panels and 0.7 inch panels.

上記0.6インチパネルおよび0.7インチパネルに対する上記と同様のシミュレーションの結果、以下のことが明らかとなった。
第1に、何れのパネルの場合にも、パラメータ:h/p≦1であれば、頂角:θが20〜30度の範囲で、明るさは「マイクロレンズ集光方式」に対して勝っている。
また、何れのパネルの場合にも、パラメータ:h/p≦1で頂角:θが20〜30度の範囲であれば、明るさのピークは頂角:θが略26度において実現される。
As a result of the same simulation as described above for the 0.6-inch panel and the 0.7-inch panel, the following became clear.
First, in any panel, if parameter: h / p ≦ 1, apex angle: θ is in the range of 20 to 30 degrees, and brightness is superior to “microlens focusing method”. ing.
In any panel, if the parameter: h / p ≦ 1 and the apex angle: θ is in the range of 20 to 30 degrees, the brightness peak is realized when the apex angle: θ is approximately 26 degrees. .

従って、明るさに着目すると上記「五角形溝」による凹形状を刻設されたマイクロミラーラティスの場合、上記パラメータ:h/pに対して「h/p≦1.0」、頂角:θに対して「20度<θ<30度」であれば、マイクロレンズアレイ集光方式よりも明るい表示画像を実現でき、頂角:θについては26度近傍の大きさが極めて良好であることが分かる。また、注目すべきことは、上記の結果は、投射レンズのFナンバが大きくなっても、成り立つことである。   Therefore, in the case of the micromirror lattice in which the concave shape by the “pentagonal groove” is engraved when focusing on the brightness, “h / p ≦ 1.0” with respect to the parameter: h / p, and the apex angle: θ. On the other hand, if “20 degrees <θ <30 degrees”, it is possible to realize a brighter display image than the microlens array condensing method, and it is understood that the apex angle: θ is extremely good in the vicinity of 26 degrees. . In addition, it should be noted that the above result is valid even if the F number of the projection lens increases.

マイクロレンズ集光方式の場合、画素から射出した直後の明るさを1とするとき、投射レンズを透過した後の明るさは、Fナンバ:1.7に対して0.99、Fナンバ:2.0に対して0.95、Fナンバ:2.4に対して0.81となる。   In the case of the microlens condensing method, when the brightness immediately after being emitted from the pixel is 1, the brightness after passing through the projection lens is 0.99 with respect to F number: 1.7, F number: 2 0.9 for 0.9, and 0.81 for F number 2.4.

五角形溝によるマイクロミラーラティスの場合、図5(b)の結果は、Fナンバが2.0を超えて2.4になっても変わらない。従って、マイクロレンズ集光方式との対比で言えば、投射レンズとしてFナンバ:2.4のものを用いてなおかつ、表示画像がマイクロレンズ集光方式よりも明るい条件で考えれば、頂角:θの上限は40度近くまで許容されることが分かる。   In the case of a micromirror lattice with a pentagonal groove, the result of FIG. 5B does not change even if the F number exceeds 2.0 and becomes 2.4. Therefore, in comparison with the microlens focusing method, if a projection lens having an F number of 2.4 is used and the display image is considered brighter than the microlens focusing method, the apex angle: θ It can be seen that the upper limit of is allowed up to nearly 40 degrees.

次に「表示画像のコントラスト」について見ると、良く知られたように「液晶パネルによる表示画像(液晶パネル上に表示される場合もスクリーン上に投射される場合も含む)のコントラスト」がもっとも良好であるのは、液晶パネルへの入射光の「光強度の角度分布と、画素から射出した光の強度の角度分布」とが同一となる場合である。
なお「液晶パネルへの入射光の光強度の角度分布」は、マイクロレンズアレイを用いる場合には「マイクロレンズアレイに入射する前の角度分布」を言う。
Next, looking at “Contrast of display image”, as is well known, “Contrast of display image by liquid crystal panel (including when displayed on liquid crystal panel and projected on screen)” is the best. This is the case where the “angle distribution of the light intensity and the angle distribution of the intensity of the light emitted from the pixel” of the light incident on the liquid crystal panel are the same.
Note that “the angular distribution of the light intensity of the incident light on the liquid crystal panel” means “the angular distribution before entering the microlens array” when the microlens array is used.

プロジェクタとして一般的なものでは「液晶パネルへの入射光の光強度の角度分布」は図5(c−1)に示す如きものであり、液晶パネルに直交する方向(入射方向)を0として±10度程度の傾き範囲を持つ。(c−1)において、「縦軸」は光強度、「横軸」は入射光の角度である。   In a general projector, the “angle distribution of the light intensity of the incident light on the liquid crystal panel” is as shown in FIG. 5 (c-1), and the direction orthogonal to the liquid crystal panel (incident direction) is set to 0. It has an inclination range of about 10 degrees. In (c-1), the “vertical axis” is the light intensity, and the “horizontal axis” is the angle of the incident light.

図5の(c−2)は、h/p=0.6、θ=26度としたとき「画素から射出する光の光強度の角度分布」を示している。(c−1)との対比から明らかなように、画素から射出する光の強度の角度分布は「液晶パネルへの入射光における角度分布」と実質的に等しく、このことから、この発明のマイクロミラーラティスを用いる液晶パネルでは「極めて良好なコントラストを持った表示画像」を実現できることが分かる。   (C-2) of FIG. 5 shows “angle distribution of light intensity of light emitted from a pixel” when h / p = 0.6 and θ = 26 degrees. As is clear from the comparison with (c-1), the angular distribution of the intensity of the light emitted from the pixel is substantially equal to “the angular distribution in the incident light to the liquid crystal panel”. It can be seen that a “display image having a very good contrast” can be realized with a liquid crystal panel using a mirror lattice.

図5(c―3)は、マイクロレンズ集光方式の場合における「画素から射出する光の強度の角度分布」を示している。角度分布は(c−1)の分布とは大きく異なり、角度分布の範囲も、入射光の範囲である±10度に対して、±18度と2倍近く広がっており、表示画像のコントラストを低下させる原因となっている。また、角度分布が大きいことにより、投射レンズにより蹴られる光量が大きくなり、投射される表示画像は暗くなる。   FIG. 5C-3 shows the “angle distribution of the intensity of light emitted from the pixel” in the case of the microlens focusing method. The angular distribution is greatly different from the distribution of (c-1), and the range of the angular distribution is almost doubled by ± 18 degrees with respect to the incident light range of ± 10 degrees, and the contrast of the display image is increased. It is a cause of lowering. In addition, since the angle distribution is large, the amount of light kicked by the projection lens increases, and the projected display image becomes dark.

マイクロミラーラティスを用いるこの発明の液晶パネルは、表示画像の明るさ・コントラストともに、マイクロレンズ集光方式を凌駕する性能を実現できる。   The liquid crystal panel of the present invention using a micromirror lattice can realize performance that surpasses the microlens focusing method in both brightness and contrast of a display image.

従って、公知のプロジェクタ装置における液晶パネルとして、この発明の「マイクロミラーラティスを有する液晶パネル」を用いることにより、マイクロレンズ集光方式の液晶パネルを用いる場合に比して「より明るく・コントラストの高い投射画像」を表示することが可能である。   Therefore, by using the “liquid crystal panel having a micromirror lattice” of the present invention as a liquid crystal panel in a known projector device, the “brighter and higher contrast” is obtained as compared with the case of using a microlens focusing liquid crystal panel. It is possible to display a “projected image”.

以下に、液晶パネルの具体的な例を説明する。具体例1〜4は、対向基板へのマイクロミラーラティスの刻設を説明する例である。   A specific example of the liquid crystal panel will be described below. Specific examples 1 to 4 are examples for explaining the engraving of the micromirror lattice on the counter substrate.

具体例1
図4(a)、(b)に即して説明した「V字溝を凹形状として有するマイクロミラーラティス」を以下のように作製した。
画素ピッチが12.0μm、ブラックマトリックスの幅が互い直交する方向につき2.5μmと3.0μmとであることに鑑み、V字溝の溝幅を2.5μm及び3.0μmとした。従って、1画素のサイズは互いに直交する方向において9.5μmおよび9μmである。
Example 1
The “micromirror lattice having a V-shaped groove as a concave shape” described with reference to FIGS. 4A and 4B was produced as follows.
Considering that the pixel pitch is 12.0 μm and the width of the black matrix is 2.5 μm and 3.0 μm in the direction perpendicular to each other, the groove widths of the V-shaped grooves are 2.5 μm and 3.0 μm. Accordingly, the size of one pixel is 9.5 μm and 9 μm in the directions orthogonal to each other.

対向基板となるべき基板として平行平板状の石英基板を用い、その平滑な表面にTGMR−950レジストを厚さ:8.56μmに塗布し、ホットプレートにより「100℃、180秒のプリベーク」を行った。   A parallel plate-like quartz substrate is used as a substrate to be the counter substrate, TGMR-950 resist is applied to the smooth surface to a thickness of 8.56 μm, and “pre-baking at 100 ° C. for 180 seconds” is performed by a hot plate. It was.

この石英基板に対し「露光マスク」を用いて1/5ステッパーで露光した。
「露光マスク」は画素配列に応じて線引きしたパターンのネガマスクであり、これをデフォーカス:+2.0μm、照射量:390mW×1.92秒(照度:720mJ)で露光することにより、上記線引きの線幅に対応する部分において「線幅方向に露光量が連続的に変化し、線幅中央部で最大露光強度となる露光」を実現した。デフォーカス量の表示の「+符号」は露光パターンの合焦位置が「レジスト表面の上方」にあることを意味する。
This quartz substrate was exposed with a 1/5 stepper using an “exposure mask”.
The “exposure mask” is a negative mask having a pattern drawn according to the pixel arrangement. The exposure mask is exposed at a defocus of +2.0 μm and an irradiation amount of 390 mW × 1.92 seconds (illuminance: 720 mJ). In the portion corresponding to the line width, “exposure in which the exposure amount continuously changes in the line width direction and the maximum exposure intensity is in the center portion of the line width” was realized. The “+ sign” in the defocus amount display means that the focus position of the exposure pattern is “above the resist surface”.

露光後、60℃で25分のPEB(ポスト・エキスポージャー・ベーク)を行い、ついで紫外線硬化装置により「紫外線を照射しながら真空引き」を180秒行ってレジストのハードニングを行った。   After the exposure, PEB (post-exposure baking) was performed at 60 ° C. for 25 minutes, and then the resist was hardened by performing “evacuation while irradiating with ultraviolet rays” for 180 seconds with an ultraviolet curing device.

紫外線硬化装置は「レジスト露光に使用する波長よりも短波長で、レジストを硬化させることのできる波長」の紫外線を照射する。この操作によって、レジストの耐プラズマ性が向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。   The ultraviolet curing device irradiates ultraviolet rays having a wavelength shorter than that used for resist exposure and capable of curing the resist. By this operation, the plasma resistance of the resist is improved and it can withstand the processing in the next step.

ハードニング後の石英基板をICP(誘導結合型プラズマ)ドライエッチング装置にセットし、真空度:1.5×10−3Toor、CHF:5.0、CF:50、O:20sccm、基板バイアス電力:300W、上部電極電力:1.25KW、基板冷却温度:−20℃で「ドライエッチング」を行った。このとき、「時間変化と共に選択比が大きくなる」ように、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させた。 The hardened quartz substrate was set in an ICP (inductively coupled plasma) dry etching apparatus, and the degree of vacuum: 1.5 × 10 −3 Toor, CHF 3 : 5.0, CF 4 : 50, O 2 : 20 sccm, “Dry etching” was performed at a substrate bias power of 300 W, an upper electrode power of 1.25 kW, and a substrate cooling temperature of −20 ° C. At this time, the substrate bias power and the upper electrode power were changed over time so that the selection ratio increased with time.

石英基板の平均エッチング速度は0.63μm/分で、エッチンング時間は18.0分を要した。エッチング後の「エッチング深さ」は11.33μmである。エッチング後の加工面上部にはレジストが厚さ:約1.1μmに残っていた。従って、加工の平均選択比は約1.52である。   The average etching rate of the quartz substrate was 0.63 μm / min, and the etching time required 18.0 minutes. The “etching depth” after the etching is 11.33 μm. Resist remained at a thickness of about 1.1 μm on the processed surface after etching. Therefore, the average selection ratio of processing is about 1.52.

上記方法によって「石英基板表面に形成された形状」は、石英基板の平滑な表面を区切るように形成された断面V字形の溝(V字溝)である。V字溝で区切られた部分は「升目状」であり、互いに隣接する升目と升目とはV字溝で分割されており、V字溝の各側面が「隣接する升目部の斜面」となっている。即ち、V字溝の刻設された石英基板表面を見ると「V字溝の側面による斜面で囲まれた切頭4角錐」が密接して2次元的に配列した状態となっている。
V字溝の断面形状は先端角度:10.1度(中心線基準:±5.05°)であった。
The “shape formed on the surface of the quartz substrate” by the above method is a groove having a V-shaped cross section (V-shaped groove) formed so as to delimit the smooth surface of the quartz substrate. The portion delimited by the V-shaped groove is a “grid shape”, and the adjacent mesh and the mesh are divided by the V-shaped groove, and each side surface of the V-shaped groove becomes “the slope of the adjacent mesh portion”. ing. That is, when the surface of the quartz substrate on which the V-shaped grooves are engraved is seen, the “quadratic quadrangular pyramids surrounded by the slopes by the side surfaces of the V-shaped grooves” are closely arranged in a two-dimensional manner.
The cross-sectional shape of the V-shaped groove was a tip angle of 10.1 degrees (center line reference: ± 5.05 °).

次いで、レジストが残った状態の石英基板を「排気系にクライオポンプを有する自公転式スパッタリング装置」にセットし、薄膜のスパッタリングを実施した。
先ず、スパッタリング装置内を0.8×10−3Pa以下に排気し、HOの分圧が0.1%以下になるまで排気する。この状態でアルゴン:20sccmを導入し、石英基板に対して逆バイアス:100Wを印加し、プラズマによる表面活性化を3分間行った。次いでアルゴン:20sccmを導入し、圧力:3×10−1Paでアルミニウムターゲットを(シャッターを閉じた状態で)プレスパッタリングした後に、シャッターを開いてアルミニウム膜を4分間成膜した。成膜されたアルミニウム膜は膜厚:1000Å(100nm)で、平均成膜速度は4.2Å/秒であった。
Next, the quartz substrate with the resist remaining was set in a “self-revolving sputtering apparatus having a cryopump in the exhaust system”, and thin film sputtering was performed.
First, the inside of the sputtering apparatus is evacuated to 0.8 × 10 −3 Pa or lower and exhausted until the partial pressure of H 2 O becomes 0.1% or lower. In this state, argon: 20 sccm was introduced, reverse bias: 100 W was applied to the quartz substrate, and surface activation by plasma was performed for 3 minutes. Then, argon: 20 sccm was introduced, and an aluminum target was pre-sputtered at a pressure of 3 × 10 −1 Pa (with the shutter closed), and then the shutter was opened to form an aluminum film for 4 minutes. The formed aluminum film had a thickness of 1000 Å (100 nm) and an average film formation rate of 4.2 Å / sec.

続いてクロム膜を成膜した。アルゴン:20sccmを導入し、圧力:3×10−1Paで、クロムターゲットを(シャッターを閉じた状態で)プレスパッタリングした後、シャッターを開にしてクロムを2.0分間成膜した。得られたクロム膜は、膜厚:600Å(60nm)で、平均成膜速度は5Å/秒であった。 Subsequently, a chromium film was formed. After introducing argon: 20 sccm and pre-sputtering a chromium target (with the shutter closed) at a pressure of 3 × 10 −1 Pa, the shutter was opened and chromium was deposited for 2.0 minutes. The obtained chromium film had a thickness of 600 mm (60 nm) and an average film forming speed of 5 mm / sec.

上記2層の薄膜によるの光の反射率は可視光波長で平均:90%以上である。この状態を断面SEMで観察すると、V字溝の側面と残留しているレジスト表面にスッテプカバレージ良く、均一なアルミニウム膜とクロム膜が成膜されていることがわかった。   The light reflectance of the two-layer thin film is 90% or more on average in the visible light wavelength. When this state was observed with a cross-sectional SEM, it was found that a uniform aluminum film and a chromium film were formed on the side surfaces of the V-shaped groove and the remaining resist surface with good step coverage.

次に、上記の状態の石英基板を「60℃に加熱した有機溶剤(剥離液)」に浸漬し、超音波を照射しつつ、基板上に残っていたレジストを剥離した(リフトオフ)。このとき、レジスト上のアルミニウム膜・クロム膜も剥離した。更に、リフトオフ後の基板を有機溶媒で洗浄した。この状態を断面SEM観察すると、V字溝の側面にアルミニウム膜・クロム膜が均一に成膜されていることがわかった。V字溝の側面に成膜されたアルミニウム膜・クロム膜はマイクロミラーラティスにおける「反射膜」となる。   Next, the quartz substrate in the above state was immersed in “an organic solvent heated at 60 ° C. (stripping solution)”, and the resist remaining on the substrate was stripped off while being irradiated with ultrasonic waves (lift-off). At this time, the aluminum film and the chromium film on the resist were also peeled off. Furthermore, the substrate after lift-off was washed with an organic solvent. When this state was observed by cross-sectional SEM, it was found that an aluminum film and a chromium film were uniformly formed on the side surface of the V-shaped groove. The aluminum film / chromium film formed on the side surface of the V-shaped groove is a “reflection film” in the micromirror lattice.

次いで、粒径:φ200nmとφ100nmのガラス製フィラー(SiO主成分系・球形ガラスボールビーズ。粒径:φ200nmとφ100nmのガラス製フィラーを半分づつ含む)を20%含み、材料主成分比率:30%のゾル−ゲル材料(有機溶媒成分:50%程度)の「低粘度複合材料」を、V字溝の形成された面(V字溝の側面には上記反射膜が形成されている。)にスピンナーで塗布した。 Next, glass filler having a particle size of φ200 nm and φ100 nm (SiO 2 main component system / spherical glass ball beads; particle size: including glass fillers of φ200 nm and φ100 nm in half) and a material main component ratio: 30 % Of a sol-gel material (organic solvent component: about 50%) of a “low viscosity composite material”, a surface on which a V-shaped groove is formed (the reflective film is formed on the side surface of the V-shaped groove). It was applied with a spinner.

なお、ここで例示しているゾルーゲル材料は1例に過ぎない。フィラーの粒径はV字溝の深さや開口幅によって異なるし、主成分比率や有機溶媒比率は、塗布する際の粘度によって変更してもよい。またフィラーを含まない場合もある。塗布後、120℃でのポストベークを2分間行った。   In addition, the sol-gel material illustrated here is only an example. The particle size of the filler varies depending on the depth of the V-shaped groove and the opening width, and the main component ratio and the organic solvent ratio may be changed depending on the viscosity at the time of application. Moreover, a filler may not be included. After application, post-baking at 120 ° C. was performed for 2 minutes.

このような塗布・ポストベーク工程を3回繰り返すことにより、深さ:約11.33μmのV字溝を完全に埋めることができた。最後に、400℃で30分間焼成してゾル−ゲル材料を完全硬化させた。完全硬化したゾルーゲル材料は「その主たる成分のSiOを骨格とした極薄い薄膜材料」が表面を覆っている。ゾルーゲル材料には、PDMS(ポリジメチルシロキサン)系無機・有機ハイブリッド材料等、各種材料が使用可能である。 By repeating this coating / post-baking process three times, the V-shaped groove having a depth of about 11.33 μm could be completely filled. Finally, the sol-gel material was completely cured by baking at 400 ° C. for 30 minutes. The fully cured sol-gel material has its surface covered with “an extremely thin thin film material having SiO 2 as its main component as a skeleton”. Various materials such as PDMS (polydimethylsiloxane) inorganic / organic hybrid materials can be used for the sol-gel material.

このようにして、液晶パネルの入射側の対向基板が得られる。この対向基板には、マイクロミラーラティスが、断面形状が凹形状の溝(V字溝)として刻設されており、マイクロミラーラティスの表面(V字溝の側面)に反射膜(アルミニウム膜・クロム膜)が形成され、マイクロミラーラティスの凹部が別材質(上記完全硬化したゾル−ゲル材料)により充填されている。   In this way, a counter substrate on the incident side of the liquid crystal panel is obtained. On this counter substrate, a micromirror lattice is engraved as a groove (V-shaped groove) having a concave cross section, and a reflective film (aluminum film / chrome) is formed on the surface of the micromirror lattice (side surface of the V-shaped groove). Film) and the recesses of the micromirror lattice are filled with another material (the fully cured sol-gel material).

この具体例の場合、ゾルーゲル材料はV字溝内を充填するために用いられているので、屈折率は特に問題としていない。しかし、フィラー充填率は材料の収縮、硬化後の材料強度、クラック発生率に影響を与え、主成分分子構造は密着性、材料強度、耐環境性(耐湿度性)等に影響を与える。このためV字溝の開口幅、深さ、反射膜の成膜物質等に応じて最適な材料を選択すべきことは言うまでもない。   In this specific example, since the sol-gel material is used to fill the V-shaped groove, the refractive index is not particularly problematic. However, the filler filling rate affects the material shrinkage, the material strength after curing, and the crack generation rate, and the main component molecular structure affects the adhesion, material strength, environmental resistance (humidity resistance) and the like. For this reason, it goes without saying that an optimum material should be selected according to the opening width and depth of the V-shaped groove, the film forming material of the reflective film, and the like.

上記の如く形成された対向基板の表面は、ゾルーゲル材料で完全に溝が埋め尽くされ、完全硬化したSiO骨格のゾルーゲル材料が表面を覆っている。この状態で表面の平坦度を測定した結果、Raで0.05〜0.15μmの表面粗さがあることがわかった。 The surface of the counter substrate formed as described above is completely filled with a sol-gel material, and the fully cured SiO 2 skeleton sol-gel material covers the surface. As a result of measuring the flatness of the surface in this state, it was found that the Ra had a surface roughness of 0.05 to 0.15 μm.

対向基板として用いる場合、表面粗さは小さい程良く、Ra:0.10μm以下を求められている。このため必要に応じて上記「完全硬化したSiO骨格のゾルーゲル材料の表面」に対して研磨加工を行っても良い。 When used as a counter substrate, the surface roughness is preferably as small as possible, and Ra: 0.10 μm or less is required. Therefore, polishing may be performed on the “surface of the completely cured SiO 2 skeleton sol-gel material” as necessary.

この具体例1においては、フィラーを含まないゾルーゲル材料を最終的にもう一度塗布して焼成した。焼成後の表面平坦度を測定した結果、Raで0.05μm以下の表面粗さに改善されることがわかった。   In this specific example 1, a sol-gel material containing no filler was finally applied again and baked. As a result of measuring the surface flatness after firing, it was found that the surface roughness Ra was improved to 0.05 μm or less.

具体例2
具体例2は転写法によりマイクロミラーラティスを刻設する方法の例である。
Example 2
Specific example 2 is an example of a method of engraving micromirror lattices by a transfer method.

(1)転写用型の製作
MCZ工法で製作されたシリコン・インゴットから切り出された(100)面を有するシリコン基板を両面研磨し、熱酸化膜を通常工法で0.5μm成膜した。このシリコン基板の結晶軸を、犠牲層工法を使用して決定した。
このシリコン基板に上記具体例1と同様の方法でレジストを1.0μm塗布し、プリベークした。
(1) Production of transfer mold
A silicon substrate having a (100) surface cut out from a silicon ingot manufactured by the MCZ method was polished on both sides, and a thermal oxide film was formed to a thickness of 0.5 μm by a normal method. The crystal axis of this silicon substrate was determined using the sacrificial layer method.
A 1.0 μm resist was applied to this silicon substrate in the same manner as in the first specific example and prebaked.

次いで、ブラックマトリックスに相当するV字溝開口幅:3.0μmと、液晶デバイスのピッチ:12.0μmに合わせて予め設計されたレチクルを使用して、結晶軸を合わせながらステッパーでパターンを露光した。   Next, a pattern was exposed with a stepper while aligning the crystal axis using a reticle designed in advance according to the V-shaped groove opening width corresponding to the black matrix: 3.0 μm and the pitch of the liquid crystal device: 12.0 μm. .

この露光では、シリコン結晶軸に高精度位置合わせして格子パターンを露光した。更に、現像・リンスして目的のレジストパターンをシリコン基板上に形成した。
次いで、シリコン基板上の熱酸化膜をライトHF溶液(フッ酸1.5%)でウエットエッチングし、ブラックマトリックスに相当するV字溝部に合致する線幅:2.5μmと3.0μmの酸化膜(酸化膜上には厚さ:1.0μmのレジストが残っている)のパターンのみが残って碁盤目状に形成された。
In this exposure, the lattice pattern was exposed with high precision alignment with the silicon crystal axis. Furthermore, the target resist pattern was formed on the silicon substrate by development and rinsing.
Next, the thermal oxide film on the silicon substrate was wet-etched with a light HF solution (hydrofluoric acid 1.5%), and line widths matching the V-shaped groove corresponding to the black matrix: 2.5 μm and 3.0 μm oxide films Only the pattern (thickness: 1.0 μm resist remained on the oxide film) remained and formed in a grid pattern.

更に、上記シリコン基板をKOH溶液(濃度:25%、温度:60℃)の溶液で15分間ウエットエッチングした。その結果、熱酸化膜下のシリコンがテーパー状にエッチングされた。その断面形状は、トップ:0.1μmの凸山形状(実施例1のV字形状を上下反転させた形状)である。   Further, the silicon substrate was wet etched with a solution of KOH solution (concentration: 25%, temperature: 60 ° C.) for 15 minutes. As a result, the silicon under the thermal oxide film was etched into a taper shape. The cross-sectional shape is a top: a convexity shape of 0.1 μm (a shape obtained by vertically inverting the V-shape of Example 1).

次いで、HF溶液により熱酸化膜を完全に除去した。以上の工程により、トップ:0.1μmの凸山形状が製作され、「V字形状を上下反転させた転写用型」を製作できた。
この転写用型は、幅:3.0μm、深さ:3μm、V字形状頂角:70.6°、トップ幅:0.1μmの凸山形状が碁盤目状に形成されたものである。
Next, the thermal oxide film was completely removed with an HF solution. Through the above steps, the top: a convex mountain shape of 0.1 μm was produced, and a “transfer mold with the V-shape inverted upside down” could be produced.
In this transfer mold, a convex ridge shape having a width of 3.0 μm, a depth of 3 μm, a V-shaped apex angle of 70.6 °, and a top width of 0.1 μm is formed in a grid pattern.

(2)対向基板となるべき材料基板の表面処理
対向基板となるべき材料基板として平行平板状の石英基板を用い、材料基板と樹脂との間の密着性を大きくするために材料基板にシランカップリング処理を施した。
(2) Surface treatment of material substrate to be counter substrate A parallel plate-like quartz substrate is used as the material substrate to be the counter substrate, and a silane cup is attached to the material substrate to increase the adhesion between the material substrate and the resin. Ring treatment was applied.

(3)転写用型表面の洗浄
転写用型の表面に「硫酸とHの混合液によるキャロス洗浄」を施し、続いて「Oガスを流しながらエキシマ光を照射してOを発生させ、基板表面の有機物質を酸化して除去するエキシマ洗浄処理」を施した。このとき必要に応じて撥水処理を施した。
(3) Cleaning of transfer mold surface The surface of the transfer mold is subjected to “Carros cleaning with a mixed solution of sulfuric acid and H 2 O 2 ”, followed by “exciter light irradiation while flowing O 2 gas to remove O 3 . An excimer cleaning process is performed to oxidize and remove organic substances on the substrate surface. At this time, a water repellent treatment was performed as necessary.

(4)樹脂転写
(4−1)樹脂塗布
まず、樹脂吐出装置に材料基板をセットし、転写しようとする領域上に0.3mgずつ紫外線硬化型樹脂(GRANDIC RC 8790(大日本インキ株式会社の製品))を塗布したのち、転写用型を同装置にセットし、転写したい部分に同樹脂を0.3mgずつ塗布した。
(4) Resin transfer (4-1) Resin application First, a material substrate is set in a resin discharge device, and 0.3 mg of UV curable resin (GRANDIC RC 8790 (Dainippon Ink Co., Ltd. After applying the product)), the transfer mold was set in the same apparatus, and 0.3 mg of the resin was applied to the portion to be transferred.

(4−2)面合わせ
次に転写用型に材料基板を載せる形で面合わせを行った。このとき、空気が転写領域に入り込まないように注意すべきである。
(4-2) Surface alignment Next, surface alignment was performed by placing a material substrate on a transfer mold. At this time, care should be taken so that air does not enter the transfer region.

(4−3)加圧
面合わせを行った転写用型と材料基板を互いに押し付けるように、自動加圧機を用いて加圧処理を施した。
(4-3) Pressurization A pressurizing process was performed using an automatic pressurizing machine so that the transfer mold and the material substrate subjected to surface matching were pressed against each other.

(4−5)仮硬化
加圧処理後、転写用型と材料基板に挟み込まれた紫外線硬化型樹脂に対してUV光照射を行い、完全に硬化するエネルギーの70%程のエネルギーを与えて、ある程度の硬化度を持たせる仮硬化処理を行った。即ち、転写用型の側から樹脂層の小さい範囲を露光し、露光位置を少しずつ「ずらす」ことにより転写用型のパターン形状(幅:3.0μm、深さ:3μm、V字形状頂角:70.6°、トップ幅:0.1μmの凸山形状)の通りに仮硬化させた。
(4-5) Preliminary curing After the pressure treatment, the UV curable resin sandwiched between the transfer mold and the material substrate is irradiated with UV light, giving an energy of about 70% of the energy for complete curing, A temporary curing process was performed to give a certain degree of curing. That is, by exposing a small area of the resin layer from the transfer mold side and “shifting” the exposure position little by little, the pattern shape of the transfer mold (width: 3.0 μm, depth: 3 μm, V-shaped apex angle) : 70.6 °, top width: 0.1 μm convex mountain shape).

(4−6)硬化
転写用型からの紫外線硬化型樹脂の離型処理及び「同樹脂に十分なエッチング耐性を持たせる」ことを目的として樹脂硬化を行った。このときの硬化処理は短時間で一度に行い、樹脂を引けさせる(硬化による樹脂収縮)ことで効果的に離型を行った。
(4-6) Curing Resin curing was performed for the purpose of releasing the UV curable resin from the transfer mold and “giving the resin sufficient etching resistance”. The curing process at this time was performed at once in a short time, and the mold was effectively released by drawing the resin (resin shrinkage by curing).

(4−7)離型
次に、転写用型と材料基板の組を材料基板側を上にして離型治具にセットし、材料基板を型から剥がした。材料基板上の紫外線硬化型樹脂層には「転写用型の微細形状」が転写され、硬化した紫外線硬化型樹脂の表面形状として「V字溝のパターン」が形成された。なお、剥離後の転写用型は洗浄して繰り返し使用する。
(4-7) Release Next, a set of the transfer mold and the material substrate was set on a release jig with the material substrate side up, and the material substrate was peeled off from the mold. The “fine shape of the transfer mold” was transferred to the ultraviolet curable resin layer on the material substrate, and a “V-groove pattern” was formed as the surface shape of the cured ultraviolet curable resin. The transfer mold after peeling is washed and used repeatedly.

上記工程を経て、材料基板上の紫外線硬化型樹脂層にV字溝のパターン(マイクロミラーラティスのパターンに対応する。)を形成できた。   Through the above steps, a V-groove pattern (corresponding to a micromirror lattice pattern) could be formed in the ultraviolet curable resin layer on the material substrate.

(4−8)離型後の三次元形状
上記の如く形成されたV字溝のパターンは、溝幅(開口幅):3.0μm、深さ:2.8μm(樹脂が硬化によって0.2μm収縮した)、トップ幅:0.1μmのV字溝を碁盤目状に形成されたパターンである。
(4-8) Three-dimensional shape after mold release The V-shaped groove pattern formed as described above has a groove width (opening width): 3.0 μm, a depth: 2.8 μm (resin is 0.2 μm by curing) Shrinked), top width: a pattern in which V-shaped grooves of 0.1 μm are formed in a grid pattern.

(5)ドライエッチング
上記紫外線硬化型樹脂の表面形状として形成されたV字溝パターンを材料基板の表面にドライエッチングにより転写した。
ドライエッチング処理は、基本的には材料基板をICP(誘導結合型プラズマ)ドライエッチング装置にセットし、真空度:1.5×10−3Toor、CHF:15.0、CF:20sccm、基板バイアス電力:600W、上部電極電力:1.25KW、基板冷却温度:−20℃の条件下で行った。このとき、時間変化と共に選択比が大きくなるように、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させた。
(5) Dry etching The V-shaped groove pattern formed as the surface shape of the ultraviolet curable resin was transferred to the surface of the material substrate by dry etching.
In the dry etching process, the material substrate is basically set in an ICP (inductively coupled plasma) dry etching apparatus, and the degree of vacuum: 1.5 × 10 −3 Toor, CHF 3 : 15.0, CF 4 : 20 sccm, The substrate bias power was 600 W, the upper electrode power was 1.25 KW, and the substrate cooling temperature was −20 ° C. At this time, the substrate bias power and the upper electrode power were changed with time so that the selection ratio increased with time.

具体的に説明すると、
(1)エッチング初期段階は、真空度:3×10−3Toor、CHF:15.0sccm、CF:10sccm、基板バイアス電力:600W、上部電極電力:1.25KW、基板冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングした。
Specifically,
(1) The initial stage of etching is: degree of vacuum: 3 × 10 −3 Toor, CHF 3 : 15.0 sccm, CF 4 : 10 sccm, substrate bias power: 600 W, upper electrode power: 1.25 KW, substrate cooling temperature: −20 Dry etching was performed under the condition of ° C.

(2)エッチング中間段階は、真空度:1.5×10−3Toor、CHF:15.0sccm、CF:15sccm、基板バイアス電力:550W、上部電極電力:1.2KW、基板冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングした。 (2) Etching intermediate steps are: degree of vacuum: 1.5 × 10 −3 Toor, CHF 3 : 15.0 sccm, CF 4 : 15 sccm, substrate bias power: 550 W, upper electrode power: 1.2 KW, substrate cooling temperature: Dry etching was performed at -20 ° C.

(3)エッチング最終段階は、真空度:1.5×10−3Toor、CHF:20.0sccm、CF:10sccm、Ar:3.0sccm、基板バイアス電力:500W、上部電極電力:1.00KW、基板冷却温度:−20℃の条件下でドライエッチングした。このとき、上記のように、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、選択比を「時間変化と共に大きくなる」ようにした。 (3) The final stage of etching is: degree of vacuum: 1.5 × 10 −3 Toor, CHF 3 : 20.0 sccm, CF 4 : 10 sccm, Ar: 3.0 sccm, substrate bias power: 500 W, upper electrode power: 1. Dry etching was performed under the conditions of 00 KW and substrate cooling temperature: −20 ° C. At this time, as described above, the substrate bias power and the upper electrode power were changed with time so that the selection ratio was “increased with time”.

ドライエッチング工程全体の基板平均エッチング速度は0.45μm/分で、エッチンング時間:23.0分を要した。エッチング後のV字溝は深さ:10.5μmであった。エッチング終了後の加工面上部には、紫外線硬化型樹脂が約0.5μmの厚さに残っていた。平均選択比は約4.56である。   The average substrate etching rate in the entire dry etching process was 0.45 μm / min, and an etching time: 23.0 minutes was required. The depth of the V-shaped groove after the etching was 10.5 μm. The ultraviolet curable resin remained with a thickness of about 0.5 μm on the processed surface after the etching. The average selectivity is about 4.56.

上記工程で製作された材料基板(石英基板)の表面形状は、開口幅:3.0μm、深さ:10.5、トップ幅:0μmのV字溝の碁盤目状パターンである。V字溝の先端角度は16.26°(中心線基準:±8.13°)であった。   The surface shape of the material substrate (quartz substrate) manufactured in the above process is a checkered pattern of V-shaped grooves having an opening width: 3.0 μm, a depth: 10.5, and a top width: 0 μm. The tip angle of the V-shaped groove was 16.26 ° (center line reference: ± 8.13 °).

次いで、上記状態の材料基板を自公転式スパッタリング装置内に導入し、薄膜のスパッタリングを実施した。
先ず、スパッタリング装置の背圧を1.0×10−3Pa以下に排気する。この状態でアルゴン:20sccmを導入し、材料基板に対して逆バイアス:100Wを印加し、表面を3分間、プラズマで活性化した。次いで、アルゴン:20sccmを導入し、圧力:3×10−1Paの条件下で、シャッターを閉じた状態でクロムターゲットをプレスパッタリングした後、シャッターを開にしてクロム膜を5分間成膜し、膜厚:1300Å(130nm)のクロム膜を得た。平均成膜速度は4.3Å/秒であった。
Next, the material substrate in the above state was introduced into a self-revolving sputtering apparatus, and thin film sputtering was performed.
First, the back pressure of the sputtering apparatus is exhausted to 1.0 × 10 −3 Pa or less. In this state, argon: 20 sccm was introduced, reverse bias: 100 W was applied to the material substrate, and the surface was activated with plasma for 3 minutes. Next, after introducing argon: 20 sccm and pre-sputtering the chromium target with the shutter closed, under a pressure of 3 × 10 −1 Pa, the shutter was opened and a chromium film was formed for 5 minutes. A chromium film having a thickness of 1300 mm (130 nm) was obtained. The average film formation rate was 4.3 Å / sec.

この状態の材料基板を断面SEM観察したところ、クロム膜が、V字溝の側面と樹脂表面とに均一にスッテプカバレージ良く成膜されていることがわかった。   A cross-sectional SEM observation of the material substrate in this state revealed that the chromium film was uniformly formed on the side surface of the V-shaped groove and the resin surface with good step coverage.

次に、上記クロム膜成膜後の材料基板を「60℃に加熱した有機溶剤(アセトン系剥離液)」に浸漬し、超音波を照射して基板上の残存樹脂を剥離した(リフトオフ)。樹脂上のクロム薄膜も同時に剥離された。
リフトオフ後、洗浄を行い、断面SEM観察したところ、V字溝の側面にクロム膜が均一に成膜されており、V字溝パターン以外の部分は平坦な面となっていた。
Next, the material substrate after the chromium film was formed was immersed in an “organic solvent heated to 60 ° C. (acetone-based stripping solution)”, and the remaining resin on the substrate was stripped by applying ultrasonic waves (lift-off). The chromium thin film on the resin was also peeled off at the same time.
After lift-off, cleaning was performed and cross-sectional SEM observation was performed. As a result, a chromium film was uniformly formed on the side surface of the V-shaped groove, and the portion other than the V-shaped groove pattern was a flat surface.

次いで、粒径:φ100nmのガラス製フィラー(SiO主成分系・球形ガラスボールビーズ)を40%含み、材料主成分比率:30%のゾル−ゲル材料(有機溶媒成分が30%程度)の中粘度複合材料をスピンナーで塗布し、続いて、120℃、2分間のポストベークを行った。上記の塗布・ポストベーク工程を2回繰り返すことで、深さ:約10μmのV字溝を完全に埋めることができた。 Next, in a sol-gel material (organic solvent component is about 30%) containing 40% glass filler (SiO 2 main component system / spherical glass ball beads) having a particle size of φ100 nm and a material main component ratio: 30% The viscosity composite material was applied with a spinner, followed by post-baking at 120 ° C. for 2 minutes. By repeating the above-described coating / post-baking process twice, a V-shaped groove having a depth of about 10 μm could be completely filled.

更に、400℃で30分間焼成してゾルーゲル材料を完全硬化させ、最後に「上記ゾルーゲル材料でフィラーを含まないもの」を塗布し、400℃で30分間焼成してゾルーゲル材料を完全硬化させた。完全硬化したゾル−ゲル材料は、その主たる成分のSiOを骨格とした極薄い薄膜材料が表面を覆い、平坦度の高い表面(Ra:0.05μm)を得ることができた。 Further, the sol-gel material was completely cured by baking at 400 ° C. for 30 minutes, and finally “the above sol-gel material containing no filler” was applied and baked at 400 ° C. for 30 minutes to completely cure the sol-gel material. The fully cured sol-gel material was covered with a very thin thin film material having a main component SiO 2 as a skeleton, and a surface with a high flatness (Ra: 0.05 μm) could be obtained.

このようにして、石英基板の表面に、ブラックマトリックスに合わせてマイクロミラーラティスが、断面形状が凹形状の溝(V字溝)として刻設され、マイクロミラーラティスの表面(V字溝の側面)に反射膜(クロム膜)が形成され、マイクロミラーラティスの凹部が別材質(上記完全硬化したゾル−ゲル材料)により充填された対向基板が得られた。   In this way, the micromirror lattice is engraved on the surface of the quartz substrate in accordance with the black matrix as a groove (V-shaped groove) having a concave cross section, and the surface of the micromirror lattice (side surface of the V-shaped groove). A counter substrate was obtained in which a reflective film (chrome film) was formed and the recesses of the micromirror lattice were filled with another material (the fully cured sol-gel material).

具体例3
平行平板状のネオセラム(屈折率:1.541)基板に対し、具体例1と同様の工程でV字溝のパターンを形成した。
Example 3
A V-groove pattern was formed on a parallel plate-like neoceram (refractive index: 1.541) substrate in the same process as in Example 1.

具体例1と同様にして、ネオセラム基板表面にマイクロミラーラティスに対応するレジストパターンを形成し、その表面形状をネオセラム基板表面にエッチングで転写し、表面の残存レジストを除去するため、60℃に加熱した有機溶剤(剥離液)に浸漬し、超音波を照射して残存レジストを除去したのち洗浄した。   In the same manner as in Example 1, a resist pattern corresponding to micromirror lattice is formed on the surface of the neo-serum substrate, the surface shape is transferred to the surface of the neo-serum substrate by etching, and heated to 60 ° C. to remove the remaining resist on the surface. The film was immersed in the organic solvent (stripping solution), irradiated with ultrasonic waves to remove the remaining resist, and then washed.

V字溝パターンを形成されたネオセラム基板表面に「アクリル系の紫外線硬化樹脂(屈折率:1.43)」をスピンナーで2回に分けて塗布し、UV光照射して硬化させた。塗布硬化処理後のネオセラム基板表面は、上記樹脂材料で完全に溝が埋め尽くされている。最後に「フィラーを含まない低温焼成タイプのゾルーゲル材料」を塗布し、150℃で10分焼成した。焼成後の表面平坦度はRaで0.05μm以下であった。   An “acrylic ultraviolet curable resin (refractive index: 1.43)” was applied to the surface of the neoceram substrate on which the V-shaped groove pattern was formed in two portions with a spinner and cured by UV light irradiation. The neoceram substrate surface after the coating and curing treatment is completely filled with the groove with the resin material. Finally, a “low temperature firing type sol-gel material containing no filler” was applied and fired at 150 ° C. for 10 minutes. The surface flatness after firing was 0.05 μm or less in terms of Ra.

このようにして、ネオセラム基板の表面に、ブラックマトリックスに合わせてマイクロミラーラティスが、断面形状が凹形状の溝(V字溝)として刻設され、マイクロミラーラティスの凹部が別材質(上記アクリル系の紫外線硬化樹脂)により充填された対向基板が得られた。   In this manner, the micromirror lattice is engraved on the surface of the neo-ceram substrate in accordance with the black matrix as a groove having a concave cross section (V-shaped groove), and the concave portion of the micromirror lattice is made of another material (the above acrylic type) The counter substrate filled with the UV curable resin) was obtained.

具体例3の対向基板では、V字溝の側面に反射膜を形成せず、屈折率差によって小さな角度で入射する入射光をブラッグ反射する。   In the counter substrate of Example 3, a reflective film is not formed on the side surface of the V-shaped groove, and incident light incident at a small angle due to a difference in refractive index is Bragg reflected.

具体例4
具体例3と同様にして、ネオセラム基板にマイクロミラーラティスをV字溝のパターンとして形成し、粒径:φ200nmとφ100nmのガラス製フィラー(SiO主成分系・球形ガラスボールビーズ。粒径:φ200nmとφ100nmのガラス製フィラーを半分づつ含む)を20%含み、材料主成分比率:30%のゾルーゲル材料(有機溶媒成分が50%程度)の低粘度複合材料(屈折率:1.42)をスピンナーで塗布した。
Example 4
In the same manner as in Example 3, a micromirror lattice was formed as a V-shaped groove pattern on a neo-ceram substrate, and glass fillers having a particle size of φ200 nm and φ100 nm (SiO 2 main component / spherical glass ball beads. Particle size: φ200 nm A low-viscosity composite material (refractive index: 1.42) of a sol-gel material (organic solvent component is about 50%) containing 20% and a main component ratio of 30%. It was applied with.

ついで、120℃で2分間、ポストベークを行った。上記塗布・ポストベーク工程を3回繰り返すことで、深さ:約11.33μmのV字溝を完全に埋める事ができた。
400℃で30分間焼成してゾル−ゲル材料を完全硬化させた。完全硬化したゾル−ゲル材料は、その主たる成分のSiO2を骨格とした極薄い薄膜材料が表面を覆っている。
Then, post-baking was performed at 120 ° C. for 2 minutes. By repeating the coating / post-baking process three times, the V-shaped groove having a depth of about 11.33 μm could be completely filled.
The sol-gel material was completely cured by baking at 400 ° C. for 30 minutes. The fully cured sol-gel material has a surface covered with an extremely thin thin film material having a main component SiO2 as a skeleton.

最後に、フィラーを含まないゾルーゲル材料をもう一度塗布し焼成した。焼成後の表面平坦度は「Raで0.05μm以下」であった。   Finally, a sol-gel material containing no filler was applied again and baked. The surface flatness after firing was “Ra of 0.05 μm or less”.

具体例4も具体例3と同様に、マイクロミラーラティスを構成するV字溝パターンの、溝側面に反射膜を形成せず、屈折率差によって小さな角度で入射する入射光をブラッグ反射する。   In the fourth example, similarly to the third example, the reflective film is not formed on the side surface of the V-shaped groove pattern constituting the micromirror lattice, and incident light incident at a small angle is Bragg reflected by the difference in refractive index.

上記具体例1〜4に即して説明した対向基板に、偏光素子、ブラックマトリックス、透明基板を形成することができる。   A polarizing element, a black matrix, and a transparent substrate can be formed on the counter substrate described in connection with Specific Examples 1 to 4 above.

具体例1により得られた対向基板に対し、型押し法によりフォトニック結晶による偏光子を形成した。図3を参照する。
図3において、符号32が「押し型」を示している。
まず、この押し型32の作製を説明する。
A polarizer made of a photonic crystal was formed on the counter substrate obtained in Example 1 by an embossing method. Please refer to FIG.
In FIG. 3, reference numeral 32 indicates “push mold”.
First, the production of the pressing die 32 will be described.

MCZ(Magnetic field applied Czochralski)法で製作された「0.1μmの熱酸化膜付きシリコン(100)基板」の結晶軸方位をX線回折法によって計測した。上記シリコン基板上に電子ビーム用感光性材料(レジスト)を厚さ:0.2μmに塗布し、110℃、20分間のプリベークを行った。   The crystal axis orientation of a “0.1 μm silicon (100) substrate with a thermal oxide film” manufactured by MCZ (Magnetic field applied Czochralski) method was measured by X-ray diffraction. A photosensitive material for electron beam (resist) was applied on the silicon substrate to a thickness of 0.2 μm, and prebaked at 110 ° C. for 20 minutes.

次に、電子線描画装置を用いて、熱酸化膜付きシリコン基板の結晶軸に合わせてレジストに対して等間隔に配置される「同一のライン/スペース形状」のパターニングを行い、パターニング後、所定の現像及びリンスを行った。レジストに形成された「ライン/スペース形状」の周期(ピッチ)は0.19μm(190nm)である。ライン/スペースの関係は「95/95nmの1対1の関係」である。   Next, using an electron beam drawing apparatus, patterning of “same line / space shape” arranged at equal intervals with respect to the resist in accordance with the crystal axis of the silicon substrate with the thermal oxide film is performed. Development and rinsing were performed. The period (pitch) of the “line / space shape” formed in the resist is 0.19 μm (190 nm). The line / space relationship is "95/95 nm one-to-one relationship".

次に、上記シリコン基板に対しオーブン中で120℃、30分間のポストベークを行い、ポストベーク後、熱酸化膜上のレジストをマスクとして、厚さ:0.1μmの熱酸化膜をフッ酸(HF)でウエットエッチングし、熱酸化膜の表面の1方向に「周期:0.19μmで等間隔に配置されるライン/スペースの凹凸形状」をパターニングした。   Next, the silicon substrate was post-baked in an oven at 120 ° C. for 30 minutes. After the post-baking, a thermal oxide film having a thickness of 0.1 μm was hydrofluoric acid (with a resist on the thermal oxide film as a mask). HF) was wet-etched, and “a line / space uneven shape arranged at equal intervals with a period of 0.19 μm” was patterned in one direction on the surface of the thermal oxide film.

次に、パターニングされたレジスト及び熱酸化膜をマスクとして、シリコン基板を40℃で「40重量%の濃度のKOH(アルカリ)溶液」でウエットエッチングした。その結果、シリコン基板の(100)面がエッチングされ「(100)面に対して54.7°の角度をなすX軸及びY軸の両方向にV字形状のシリコンの(111)面によりV字溝が形成された。シリコン基板の熱酸化膜で被覆された部分はサイドエッチングされ、シリコン基板の(100)面上の熱酸化膜は、自然に除去されて残らなかった。   Next, using the patterned resist and the thermal oxide film as a mask, the silicon substrate was wet etched at 40 ° C. with a “40 wt% KOH (alkali) solution”. As a result, the (100) plane of the silicon substrate was etched, and “V-shaped by the (111) plane of the V-shaped silicon in both the X-axis and Y-axis directions forming an angle of 54.7 ° with the (100) plane. A trench was formed, and the portion of the silicon substrate covered with the thermal oxide film was side-etched, and the thermal oxide film on the (100) surface of the silicon substrate was naturally removed and did not remain.

このようにしてシリコン基板の(100)面がさらにエッチングされ、V字溝を備えたシリコン基板の(111)面が基板の表面全体に形成された。すなわち「平坦部がなく1方向に周期的に表面高さが変化する三角波状」の表面形状のシリコン基板が得られた。V字溝形状を形成された面に撥水処理を施して、シリコン基板による「押し型」を得た。図3の押し型32は、このような押し型を模式的に示している。   In this way, the (100) surface of the silicon substrate was further etched, and the (111) surface of the silicon substrate with V-shaped grooves was formed on the entire surface of the substrate. That is, a silicon substrate having a surface shape of “triangular wave shape in which the surface height changes periodically in one direction without a flat portion” was obtained. The surface on which the V-shaped groove shape was formed was subjected to water repellent treatment to obtain a “push die” using a silicon substrate. The pressing die 32 in FIG. 3 schematically shows such a pressing die.

このようにして得られたシリコン基板による押し型を用いて、ナノプリント法による転写を行った。   Using the pressing die made of the silicon substrate thus obtained, transfer by the nanoprint method was performed.

HSQ(水素シルセスキオキサン)材料(東レ・ダウコーニング・シリコ−ン(株)社製HSQ)を、HSQの希釈剤としてのメチルーイソブチルーケトン(MIBK)に溶解させてHSQ溶液を調製した。
具体例1で作製された対向基板の「マイクロミラーラティスを形成された側の面」に密着性処理を施した後、転写材料としてのHSQ溶液をスピンナーで塗布してHSQ層を形成した。その後、HSQ層が形成された対向基板を50℃で10分間放置し、HSQ層から希釈剤を揮発させ、HSQ層の粘度を「ナノインプリントすることが可能な粘度」に調整した。
An HSQ solution was prepared by dissolving HSQ (hydrogen silsesquioxane) material (HSQ manufactured by Dow Corning Silicone Co., Ltd.) in methyl-isobutyl-ketone (MIBK) as a diluent for HSQ. .
After the adhesion treatment was performed on the “surface on which the micromirror lattice was formed” of the counter substrate produced in Example 1, an HSQ solution as a transfer material was applied with a spinner to form an HSQ layer. Thereafter, the counter substrate on which the HSQ layer was formed was allowed to stand at 50 ° C. for 10 minutes, the diluent was volatilized from the HSQ layer, and the viscosity of the HSQ layer was adjusted to “viscosity capable of nanoimprinting”.

図3(a)において、符号30は「石英基板にマイクロミラーラティスが形成された対向基板」、符号31は「ナノインプリント可能な粘度に調整されたHSQ層」を示す。   In FIG. 3A, reference numeral 30 indicates “a counter substrate in which a micromirror lattice is formed on a quartz substrate”, and reference numeral 31 indicates “an HSQ layer adjusted to a viscosity capable of nanoimprinting”.

次に、HSQ層31にシリコン基板の型面を押し当て、HSQ層31内の気泡を除去し、対向基板30上の余分な転写材料を基板外周から流し出して除去した。続いて、HSQ層31を間に挟む対向基板30及び押し型32を真空チャンバー内に移動させ、1ミリTorrから10ミリTorrまでの程度の圧力を加え、130℃の温度で10分間加熱し、HSQ層31を硬化させた。   Next, the mold surface of the silicon substrate was pressed against the HSQ layer 31 to remove bubbles in the HSQ layer 31, and excess transfer material on the counter substrate 30 was poured out from the outer periphery of the substrate to be removed. Subsequently, the counter substrate 30 and the pressing die 32 sandwiching the HSQ layer 31 are moved into the vacuum chamber, a pressure of about 1 mm Torr to 10 mm Torr is applied, and heated at a temperature of 130 ° C. for 10 minutes, The HSQ layer 31 was cured.

HSQ層31を有する対向基板30と押し型32を剥離した。このとき、V字溝形状の連なった三角波形状に硬化したHSQ層31は対向基板30上に残り、押し型32には残らなかった。また、HSQ層31を加熱硬化させる際におけるHSQ層31の収縮により、HSQ層:31のV字溝形状の凸形状は、周期(ピッチ):0.19μmで波頭の角度:約50度のV字溝形状の凸形状になった(図3(c))。   The counter substrate 30 having the HSQ layer 31 and the pressing die 32 were peeled off. At this time, the HSQ layer 31 cured in a triangular wave shape having a V-shaped groove shape remained on the counter substrate 30 and did not remain on the pressing die 32. Further, due to the shrinkage of the HSQ layer 31 when the HSQ layer 31 is heat-cured, the convex shape of the V-shaped groove shape of the HSQ layer 31 has a period (pitch): 0.19 μm and a wave front angle: V of about 50 degrees. It became the convex shape of the groove shape (FIG. 3C).

対向基板30に形成されたHSQ層31の三角波状の表面に「Si及びNbのターゲットからの放出されるSi及びNbの粒子」並びに、導入ガスとしての酸素を反応させる反応(リアクティブ)バイアス・スパッタリング法によって、HSQ層31の表面上に「SiO層」及び「Nb層」を交互に積層させて積層構造33を形成した。 A reaction (reactive) bias in which the triangular wave surface of the HSQ layer 31 formed on the counter substrate 30 reacts with “Si and Nb particles released from Si and Nb targets” and oxygen as an introduced gas. A laminated structure 33 was formed by alternately laminating “SiO 2 layers” and “Nb 2 O 3 layers” on the surface of the HSQ layer 31 by sputtering.

より詳細には、ターゲットからの中性粒子の堆積、Arイオンの垂直入射によるスパッタエッチング、堆積粒子の再付着の過程によって、SiO層及びNb層を形成させた。ターゲットからの中性粒子の堆積による成膜については、ターゲットに印加する高周波の電力が400Wであり、対向基板30に印加する高周波の電力が60Wであった。一方、Arイオンの垂直入射によるスパッタエッチングについては、Arガスの圧力が1.9mTorr、対向基板30に印加する高周波の電力が60Wであった。なお、対向基板表面におけるV字溝形状の周期は前述の如く190nmであり、積層構造33の基板表面に垂直な方向(図5(d)の上下方向)の積層周期は95nmであった。 More specifically, the SiO 2 layer and the Nb 2 O 3 layer were formed by the process of neutral particle deposition from the target, sputter etching by perpendicular incidence of Ar ions, and reattachment of the deposited particles. For film formation by deposition of neutral particles from the target, the high-frequency power applied to the target was 400 W, and the high-frequency power applied to the counter substrate 30 was 60 W. On the other hand, for sputter etching by vertical incidence of Ar ions, the Ar gas pressure was 1.9 mTorr, and the high-frequency power applied to the counter substrate 30 was 60 W. The period of the V-shaped groove shape on the surface of the counter substrate was 190 nm as described above, and the stacking period in the direction perpendicular to the substrate surface of the stacked structure 33 (the vertical direction in FIG. 5D) was 95 nm.

以下には、より具体的な例として「ブルー光用偏光機能」を有するフォトニック結晶構造の例を説明する。プロジェクタにおいて、液晶パネルを照射する光には、他にグリーン光、レッド光があり、これらの光に対する偏光素子における「波長範囲の変更」は積層構造のピッチ変更と、薄膜構成の変更で対応可能である。   Hereinafter, as a more specific example, an example of a photonic crystal structure having “a polarization function for blue light” will be described. In the projector, the light that irradiates the liquid crystal panel includes green light and red light, and “changing the wavelength range” of the polarizing element for these lights can be handled by changing the pitch of the laminated structure and changing the thin film configuration. It is.

対向基板30として「屈折率:1.47の石英基板」を用い、その上に屈折率:1.46のHSQ層31を形成し、上記の如く三角波形状を転写する。三角波状の表面に第1番目の層として「屈折率:1.4753、膜厚:54.9nmのSiO層」を成膜した。この第1番目の層は「HSQ層と第2番目以上の層との間の密着性を向上させる」ためのアンダーコート層である。 A “quartz substrate having a refractive index of 1.47” is used as the counter substrate 30, an HSQ layer 31 having a refractive index of 1.46 is formed thereon, and the triangular wave shape is transferred as described above. A “SiO 2 layer having a refractive index of 1.4753 and a thickness of 54.9 nm” was formed as a first layer on the triangular wave surface. The first layer is an undercoat layer for “improving adhesion between the HSQ layer and the second and higher layers”.

第1番目の層の上に、第2番目の層から第39番目の層までの38層からなる「第1階層」を積層させた。第1階層における第2番目の層は「屈折率:2.3442、膜厚:69.11nmのNb層」であり、第3番目の層は「屈折率:1.4753、膜厚:109.81nmのSiO層」であり、以下、38層まで、偶数番目の層は「屈折率:2.3442、膜厚:69.11nmのNb層」で、奇数番目の層は「屈折率:1.4753、膜厚:109.81nmのSiO層」である。 On the first layer, a “first layer” composed of 38 layers from the second layer to the 39th layer was laminated. The second layer in the first layer is “refractive index: 2.3442, film thickness: 69.11 nm Nb 2 O 3 layer”, and the third layer is “refractive index: 1.4753, film thickness. : 109.81 nm SiO 2 layer ”, and up to 38 layers, even numbered layers are“ refractive index: 2.3442, film thickness: 69.11 nm Nb 2 O 3 layer ”, odd numbered layers Is “a SiO 2 layer having a refractive index of 1.4753 and a film thickness of 109.81 nm”.

すなわち、第1階層においては第2番目の層から第39番目の層まで「屈折率:2.3442、膜厚:69.11nmのNb層」と「屈折率:1.4753、膜厚:109.81nmのSiO層」が交互に積層される。 That is, in the first layer, from the second layer to the 39th layer, “refractive index: 2.3442, film thickness: 69.11 nm Nb 2 O 3 layer” and “refractive index: 1.4753, film Thickness: 109.81 nm SiO 2 layers ”are alternately stacked.

次に、第39番目の層の上に第40番目の層として「屈折率:2.3442、膜厚:69.11nmのNb層」、第40番目の層の上に第41番目の層として「屈折率:1.4753、膜厚:54.9nmのSiO層」、第41番目の層の上に第42番目の層として「屈折率:2.3442、膜厚:19.2nmのNb層」、第42番目の層の上に第43番目の層として「屈折率:1.4753、膜厚:61.0nmのSiO層」を積層させた。 Next, on the 39th layer, as the 40th layer, “refractive index: 2.3442, film thickness: 69.11 nm Nb 2 O 3 layer”, on the 40th layer, the 41st As a layer of “refractive index: 1.4753, film thickness: 54.9 nm SiO 2 layer”, and as a 42nd layer on the 41st layer, “refractive index: 2.3442, film thickness: 19. A “2 nm Nb 2 O 3 layer” and a “43 nm layer“ refractive index: 1.4753, film thickness: 61.0 nm SiO 2 layer ”were laminated on the 42nd layer.

さらに、第43番目の層の上に「第44番目の層から第63番目の層までの20層からなる第2階層」を積層させた。第2階層における第44番目の層は「屈折率:2.3455、膜厚:38.39nmのNb層」であり、第45番目の層は「屈折率:1.4778、膜厚:61.0nmのSiO層」である。即ち、第2階層における偶数番目の層は「屈折率:2.3455、膜厚:38.39nmのNb層」であり、奇数番目の層は「屈折率:1.4778、膜厚:61.0nmのSiO層」である。即ち、第44番目の層から第63番目の層までは「屈折率:2.3455、膜厚:38.39nmのNb層」と「屈折率:1.4778、膜厚:61.0nmのSiO層」が交互に積層される。 Further, a “second layer consisting of 20 layers from the 44th layer to the 63rd layer” was laminated on the 43rd layer. The 44th layer in the second layer is “refractive index: 2.3455, film thickness: 38.39 nm Nb 2 O 3 layer”, and the 45th layer is “refractive index: 1.4778, film thickness. : 61.0 nm SiO 2 layer ”. That is, the even-numbered layer in the second hierarchy is “Nb 2 O 3 layer with refractive index: 2.3455 and film thickness: 38.39 nm”, and the odd-numbered layer is “refractive index: 1.4778 with film thickness. : 61.0 nm SiO 2 layer ”. That is, from the 44th layer to the 63rd layer, “refractive index: 2.3455, film thickness: 38.39 nm Nb 2 O 3 layer” and “refractive index: 1.4778, film thickness: 61. “0 nm SiO 2 layers” are alternately stacked.

次に、第63番目の層の上に「第64番目の層から第81番目の層までの18層からなる第3階層」を積層させた。第3階層における第64番目の層は「屈折率:2.3480、膜厚:34.55nmのNb層」であり、第65番目の層は「屈折率:1.4793、膜厚:54.9nmのSiO層」であり、第3階層における偶数番目の層は「屈折率:2.3480、膜厚:34.55nmのNb層」で、奇数番目の層は「屈折率:1.4793、膜厚:54.9nmのSiO層」であって、これらが第64番目の層から第81番目の層まで交互に積層される。 Next, a “third layer consisting of 18 layers from the 64th layer to the 81st layer” was laminated on the 63rd layer. The 64th layer in the third layer is “refractive index: 2.3480, film thickness: 34.55 nm Nb 2 O 3 layer”, and the 65th layer is “refractive index: 1.4793, film thickness. : 54.9 nm SiO 2 layer ”, the even-numbered layer in the third layer is“ refractive index: 2.3480, film thickness: 34.55 nm Nb 2 O 3 layer ”, and the odd-numbered layer is“ Refractive index: 1.4793, film thickness: 54.9 nm SiO 2 layer ”, which are alternately stacked from the 64th layer to the 81st layer.

最後に、第81番目の層の上に、第82番目の層として「屈折率:2.3480、膜厚:15.36nmのNb層」を成膜した。この第82番目の層は「HSQ層31上に積層させた積層構造を保護するためのオーバーコート層である。 Finally, an “Nb 2 O 3 layer having a refractive index of 2.3480 and a film thickness of 15.36 nm” was formed as the 82nd layer on the 81st layer. The 82nd layer is “an overcoat layer for protecting the laminated structure laminated on the HSQ layer 31.

なお、上記SiO層、Nb層における屈折率は、実際にそれぞれの膜を成膜した際における360nmの波長の光に対する値である。
この実施例において製造された積層構造は「無機材料から構成される偏光素子」として利用可能である。なお、対向基板30の裏面側には反射防止膜を成膜形成した。
The refractive indexes in the SiO 2 layer and the Nb 2 O 3 layer are values with respect to light having a wavelength of 360 nm when the respective films are actually formed.
The laminated structure manufactured in this example can be used as a “polarizing element composed of an inorganic material”. An antireflection film was formed on the back side of the counter substrate 30.

上記実施例において製造された積層構造33によるフォトニック結晶の偏光分離特性は、420〜520nm(ブルー光)の波長範囲において、TM偏光(三角波の周期方向に振動する偏光成分)の平均透過率:91%以上、TE偏光の平均透過率:0.2%以下でコントラストは450以上を示した。   The polarization separation characteristic of the photonic crystal by the laminated structure 33 manufactured in the above example is that the average transmittance of TM polarized light (polarized component that vibrates in the periodic direction of the triangular wave) in the wavelength range of 420 to 520 nm (blue light): The average transmittance of TE-polarized light was not more than 91% and the contrast was not less than 450%.

かかる積層構造によれば「420nmから520nmまでのブルー光の波長範囲にわたってTEモード及びTMモードの偏光成分を十分に分離できることを確認できた。   According to such a laminated structure, it was confirmed that the TE mode and TM mode polarization components could be sufficiently separated over the blue light wavelength range from 420 nm to 520 nm.

なお、TEモードに対するTMモードのコントラストは、TEモードの偏光成分の透過率に対するTMモードの「偏光成分の透過率の比」であり、TEモードの偏光成分及びTMモードの「偏光成分の分離の程度を表す尺度」である。   The contrast of the TM mode with respect to the TE mode is the “ratio of the transmittance of the polarization component” of the TM mode with respect to the transmittance of the polarization component of the TE mode. It is a scale that represents the degree.

上述の如く、積層構造の三角波形状は、周期(ピッチ):0.19μmでV字溝形状が繰り返されるが、V字溝構造の一方の角度は約40度であり、従ってその高さは約80nm(0.08μm)である。この高さは、液晶用対向基板としての表面粗さとしては許容可能な粗さである。しかし必要に応じて上記表面に平坦化のため、或いは、反射防止機能を持たせるために、積層構造上に薄膜を形成してよいことは言うまでもない。   As described above, the triangular wave shape of the laminated structure repeats the V-groove shape with a period (pitch): 0.19 μm, but one angle of the V-groove structure is about 40 degrees, and therefore its height is about 80 nm (0.08 μm). This height is acceptable for the surface roughness of the counter substrate for liquid crystal. However, it goes without saying that a thin film may be formed on the laminated structure in order to flatten the surface or to have an antireflection function as necessary.

上記の如く、対向基板上に形成された「積層構造によるフォトニック結晶による偏光素子」の上に、ブラックマトリックス用のクロム膜をスパッタリングにより成膜した。
スパッタリング装置内を0.8×10−3Pa以下に排気し、この状態でアルゴン:20sccmを導入し、対向基板に対して逆バイアスを100W印加し、表面を3分間プラズマで活性化した。次いで、アルゴン:20sccm導入し、圧力:2×10−1Paの条件下で、クロムターゲットを、シャッターを閉じた状態でプレスパッタリングした後に、シャッターを開にしてクロム膜を5分間成膜した。成膜されたクロム膜の膜厚は900Å(90nm)で平均成膜速度は3.0Å/秒であった。
As described above, a chromium film for a black matrix was formed by sputtering on the “polarizing element using a photonic crystal having a laminated structure” formed on the counter substrate.
The inside of the sputtering apparatus was evacuated to 0.8 × 10 −3 Pa or less. In this state, argon: 20 sccm was introduced, a reverse bias of 100 W was applied to the counter substrate, and the surface was activated with plasma for 3 minutes. Next, argon was introduced at 20 sccm, and pre-sputtering was performed on the chromium target with the shutter closed with a pressure of 2 × 10 −1 Pa, and then the shutter was opened to form a chromium film for 5 minutes. The formed chromium film had a thickness of 900 mm (90 nm) and an average film forming speed of 3.0 mm / sec.

続いて、対向基板30に形成されているV字溝のパターンによるマイクロミラーラティスと高精度に位置合わせして上記クロム膜をパターニングした。具体的には、クロム膜上にレジストを0.8μmスピンナーで塗布し、90℃で20分間プリベークしたのち、ステッパーにより「予め作製したブラックマトリックス用のレチクル」を使用してレジスト露光を行い、現像・リンスしてブラックマトリックスに対応するレジストパターンを得、このレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、マスク外のクロム膜を除去し、最後にレジストパターンを除去してブラックマトリックスを形成した。   Subsequently, the chromium film was patterned with high precision alignment with the micromirror lattice formed by the V-shaped groove pattern formed on the counter substrate 30. Specifically, a resist is coated on a chromium film with a 0.8 μm spinner, pre-baked at 90 ° C. for 20 minutes, and then exposed to resist using a “prepared black matrix reticle” by a stepper and developed. A resist pattern corresponding to the black matrix was obtained by rinsing, etching was performed using this resist pattern as a mask, the chromium film outside the mask was removed, and finally the resist pattern was removed to form a black matrix.

このブラックマスクの上から「透明電極膜としてのITO膜」をスパッタリングにより形成した。スパッタリング装置内を0.8×10−3Pa以下に排気し、この状態でアルゴン:10sccmを導入し、対向基板に対して逆バイアスを100W印加し、表面を3分間「プラズマで活性化」したのち酸素:30sccmを導入し、圧力:2×10−1PaでITOターゲットを、シャッターを閉じた状態でプレスパッタリングした後に、シャッターを開にしてITOを10分間成膜した。得られたITO膜の膜厚は1100Å(110nm)で、平均成膜速度は4.6Å/秒であった。 An “ITO film as a transparent electrode film” was formed on the black mask by sputtering. The inside of the sputtering apparatus was evacuated to 0.8 × 10 −3 Pa or less. In this state, argon: 10 sccm was introduced, a reverse bias of 100 W was applied to the counter substrate, and the surface was “activated by plasma” for 3 minutes. After introducing oxygen: 30 sccm and pre-sputtering the ITO target at a pressure of 2 × 10 −1 Pa with the shutter closed, the shutter was opened and ITO was deposited for 10 minutes. The obtained ITO film had a thickness of 1100 mm (110 nm) and an average film formation speed of 4.6 mm / sec.

このようにして「マイクロミラーラティスを刻設され、型押し法によりフォトニック結晶による偏光素子、ブラックマスク、透明電極膜の形成された対向基板」が得られた。   In this way, “a counter substrate on which a micromirror lattice was engraved and a polarizing element made of photonic crystal, a black mask, and a transparent electrode film were formed by an embossing method” was obtained.

これとは別個に、石英基板の表面にITO電極膜を形成して「光射出側の対向基板」を作製し、これら1対の対向基板により液晶を挟持して封止することにより、ブルー光用の液晶パネルを実現できた。   Separately, an ITO electrode film is formed on the surface of the quartz substrate to produce a “light-emission-side counter substrate”, and liquid crystal is sandwiched between the pair of counter substrates to seal blue light. A liquid crystal panel could be realized.

フォトニック結晶による偏光素子において、積層構造を構成する各層の材料や膜厚を調整することにより、上記実施例の場合と同様にして、レッド光用の液晶パネルや、グリーン光用の液晶パネルを作製できることは言うまでもない。   In a polarizing element using a photonic crystal, a liquid crystal panel for red light or a liquid crystal panel for green light is formed in the same manner as in the above-described embodiment by adjusting the material and film thickness of each layer constituting the laminated structure. Needless to say, it can be produced.

液晶パネルの実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of a liquid crystal panel. フォトニック結晶による偏光素子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the polarizing element by a photonic crystal. 型押し法でフォトニック結晶による偏光素子の作製を説明するための図である。It is a figure for demonstrating preparation of the polarizing element by a photonic crystal by a stamping method. マイクロミラーラティスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a micromirror lattice. マイクロミラーラティスを用いる効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect using a micromirror lattice.

符号の説明Explanation of symbols

10 液晶層
12 対向基板
14 対向基板
12A 偏光素子
12B ブラックマトリックス
12C 透明電極膜
12D マイクロミラーラティス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid crystal layer 12 Counter substrate 14 Counter substrate 12A Polarizing element 12B Black matrix 12C Transparent electrode film 12D Micromirror lattice

Claims (12)

液晶層を対向基板により挟持し、上記液晶層に電界を作用させることにより上記液晶層を透過する光の偏光面を旋回させる液晶パネルにおいて、
液晶層を挟持する対向基板のうちの光入射側の対向基板の液晶層側に、特定偏光のみを透過させる機能を有する偏光素子を配置したことを特徴とする液晶パネル。
In a liquid crystal panel in which a liquid crystal layer is sandwiched between opposing substrates and a polarization plane of light transmitted through the liquid crystal layer is rotated by applying an electric field to the liquid crystal layer.
A liquid crystal panel, wherein a polarizing element having a function of transmitting only specific polarized light is disposed on a liquid crystal layer side of a counter substrate on a light incident side of a counter substrate sandwiching a liquid crystal layer.
請求項1記載の液晶パネルにおいて、
偏光素子が、ワイヤグリッド型偏光素子であることを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 1,
A liquid crystal panel, wherein the polarizing element is a wire grid type polarizing element.
請求項1記載の液晶パネルにおいて、
偏光素子が、フォトニック結晶型偏光素子であることを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 1,
A liquid crystal panel, wherein the polarizing element is a photonic crystal type polarizing element.
請求項1〜3の任意の1に記載の液晶パネルにおいて、
対向基板の液晶層側にブラックマトリックスにより細分化された画素配列を有し、
上記ブラックマトリックスのパターンに合わせて、上記ブラックマトリックスよりも光入射側にマイクロミラーラティスが形成され、
上記マイクロミラーラティスは、ブラックマトリックスに向かって入射する光を、所定の画素部に向けて反射する反射面部を有することを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to any one of claims 1 to 3,
It has a pixel array subdivided by a black matrix on the liquid crystal layer side of the counter substrate,
According to the pattern of the black matrix, a micromirror lattice is formed on the light incident side from the black matrix,
The liquid crystal panel according to claim 1, wherein the micromirror lattice has a reflection surface portion that reflects light incident toward the black matrix toward a predetermined pixel portion.
請求項4記載の液晶パネルにおいて、
マイクロミラーラティスの、画素配列方向と光入射方向とに平行な断面における断面形状が、三角形形状、台形形状、五角形形状、もしくは、光入射側の先端部が曲率を持つ滑らかな凸面であることを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 4.
The cross-sectional shape of the micromirror lattice in a cross section parallel to the pixel array direction and the light incident direction is a triangular shape, a trapezoidal shape, a pentagonal shape, or a smooth convex surface with a curvature at the tip of the light incident side. A characteristic LCD panel.
請求項4または5記載の液晶パネルにおいて、
マイクロミラーラティスが、光入射側で液晶層を挟持する対向基板の上記液晶層側の面に、断面形状が凹形状の溝として刻設されていることを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 4 or 5,
A liquid crystal panel in which a micromirror lattice is engraved as a groove having a cross-sectional shape on a surface on the liquid crystal layer side of a counter substrate sandwiching a liquid crystal layer on a light incident side.
請求項6記載の液晶パネルにおいて、
対向基板に刻設されたマイクロミラーラティスの表面に反射膜が形成されていることを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 6.
A liquid crystal panel, wherein a reflective film is formed on a surface of a micromirror lattice formed on a counter substrate.
請求項6または7記載の液晶パネルにおいて、
対向基板に刻設されたマイクロミラーラティスの凹部を、別材質により充填したことを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 6 or 7,
A liquid crystal panel characterized in that a concave portion of a micromirror lattice formed on a counter substrate is filled with another material.
請求項6記載の液晶パネルにおいて、
対向基板に刻設されたマイクロミラーラティスの凹部を、対向基板材料よりも低屈折率の別材料で充填したことを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 6.
A liquid crystal panel, wherein a concave portion of a micromirror lattice formed on a counter substrate is filled with another material having a lower refractive index than that of the counter substrate material.
請求項8または9記載の液晶パネルにおいて、
マイクロミラーラティスの凹部を充填する別材料は、主材料成分と同質骨格を有するフィラーを含むことを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to claim 8 or 9,
The liquid crystal panel, wherein the another material filling the concave portion of the micromirror lattice includes a filler having the same skeleton as the main material component.
請求項1〜10の任意の1に記載の液晶パネルにおいて、
偏光素子の表面を、液晶パネル構成材料と異なる材質で平滑化したことを特徴とする液晶パネル。
The liquid crystal panel according to any one of claims 1 to 10,
A liquid crystal panel characterized in that the surface of a polarizing element is smoothed with a material different from a liquid crystal panel constituent material.
請求項1〜11の任意の1に記載の液晶パネルを用いたプロジェクタ。   A projector using the liquid crystal panel according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009047825A (en) * 2007-08-17 2009-03-05 Seiko Epson Corp Electrooptical device, method for manufacturing the electrooptical device, and projection-type display device

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