JP2009109821A - 光学素子、液晶装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入射光の一部を反射するとともに入射光の一部を透過させる光学素子1であって、基材6と、基材6上に形成され、複数の微細ワイヤー2aを含む、偏光分離機能を有するワイヤーグリッド偏光層2と、カバー層3上に形成され、入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層4と、を備え、回折機能層4は、平面的に配置されている複数の第1の領域4aと、第1の領域4aと屈折率が異なる複数の第2の領域4bとを有する。
【選択図】図1
Description
続いて、このような凹凸形状を呈する金属膜512上に感光性のレジスト膜513を成膜し、当該レジスト膜513に対して2光束干渉露光及び現像を行うことによって得られたレジストパターンを介して、金属膜512をドライエッチングする。このようにして、多数の微細ワイヤーを形成し、ワイヤーグリッド偏光層を形成する。
具体的な構造を図23及び図24に示す。図24は、図23(a),(b)の断面図である。図23(a)に示すように、基材6上に可視光の波長よりも周期の大きい構造(回折機能層614)を設け、その表面に、図23(b)に示すようなワイヤーグリッド偏光層615(非回折構造)を設けた構造となっている。この構造によれば、図24に示すように、回折機能層614の段差部616の高さg(高低差)を、0.1μm程度に低減することができる。従来、1μm程度あった段差を1/10程度にすることが可能となり、これによって、ワイヤーグリッド偏光層615を形成する際、レジスト塗布時に生じる厚みのバラツキが大幅に軽減され、均一なレジストパターンを得ることができる。同時に、液晶層の厚みのバラツキも低減されるため、コントラストの低下を防止することが可能となる。
本発明では、回折機能層によって光を散乱し、グリッドによって偏光分離している。ここで、回折機能層の2種類の領域の屈折率差を大きくすることで、1次回折光の強度を高めることができ、回折機能層を透過した光の拡散効果を向上させることができる。
以上から、上記光学素子によれば、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離して取り出すことができるとともに、その射出方向に拡散させることができる。
このような構成によれば、回折機能層における2種類の領域に法則性がなく統計的な偏りのない不規則な分布になる。このため、入射光を様々な方向に拡散させることができる。よって、光学素子による入射光の拡散範囲を広げることが可能となる。
このような構成によれば、回折機能層の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターン(レジストパターン)が繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。
このような構成によれば、単位パターンの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができる。
このような構成によれば、回折機能層とグリッドとの間の密着性を、カバー層を介することによって向上させることができる。また、カバー層を設けることによって、微細ワイヤー間に封止空間を形成することができ、ワイヤーグリッド偏光層の光学特性を向上させることができる。
このような構成によれば、回折機能層の表面で反射する光を低減させることができる。回折機能層の表面の光は偏光分離されていないので、漏れ光となってコントラストが低下してしまうことを防止することができる。
本発明によれば、光散乱機能に優れた光学素子を具備した液晶装置を提供できる。
本発明によれば、内蔵型の反射偏光層を備えた液晶装置を構成できる。また、上記光学素子は、基板の平面上にグリッドが設けられているため、このようなグリッド上に設けられる回折機能層の表面は平坦となっている。そのため、光学素子をインセル化した場合に液晶層の厚みが均一になり、画像(コントラスト)の向上が期待できる。さらに、回折機能層上に設けられる配向膜のラビング処理において、その面内の均一性が向上されることによっても画質の向上が期待できる。
本発明によれば、透過表示と反射表示の双方で高コントラストの表示が得られる半透過反射型の液晶装置を提供できる。
本発明によれば、表示品質及び信頼性に優れる表示部ないし光変調手段を備えた電子機器を提供することができる。
本発明によれば、光学特性及び信頼性に優れた偏光光学系を備える電子機器を実現できる。
図1は、本発明に係る光学素子の概略構成を示す斜視図であり、図2は、図1(a)の光学素子1のX−Z平面に沿った断面図である。光学素子1は、基材6と、基材6上に配置されたワイヤーグリッド偏光層2と、ワイヤーグリッド偏光層2上にカバー層3を介して配置された回折機能層4と、ARコート膜7と、不図示の対向基材と、を有している。
基材6は、ガラスや石英、プラスチック等の透明基板からなり、その一方の面上には、図2に示すようなワイヤーグリッド偏光層2が形成されている。
ワイヤーグリッド偏光層2は、互いに平行な多数のアルミニウムの微細ワイヤー2aから構成され、平面視で縞状パターンを形成している。微細ワイヤー2aの配置ピッチdは、入射光の波長λよりも小さくなっており、例えば140nmとすることができる。本実施形態においては、基材6の平坦な表面6A上(具体的には下地層5上)にワイヤーグリッド偏光層2が形成されていることから、同形状を呈する各微細ワイヤー2aの上面は略平坦となっている。なお、図1及び図2においては、便宜上、微細ワイヤー2aの本数を実際より少なく描いている。
このカバー層3により、微細ワイヤー2a間に封止空間を形成することができるとともに、回折機能層4とワイヤーグリッド偏光層2との間の密着性を向上させることができる。
このような回折機能層4の厚さについては後述するものとする。
このうち、図3(a)は、グリッドの機能を示す説明図であり、(b),(c)は、回折機能層の機能を示す説明図であって、回折機能層及びワイヤーグリッド偏光層の模式図である。
より詳しくは、回折機能層4の作用によれば、ワイヤーグリッド偏光層2を透過する透過光80tと、ワイヤーグリッド偏光層2によって反射された反射光80rの双方を拡散させることができる。そして、後述するように、反射光80r及び透過光80tの拡散特性は調整することが可能である。
4の厚さtを変えることで制御することができる。本実施形態の光学素子1は、図3(c)に示すように、回折機能層4において入射光80をできるだけ1次回折させることを目的としている。ここで、入射光80の波長をλ、入射角度をθ、回折格子の屈折率差をΔn、回折機能層の厚さをtとした場合、1次回折光のエネルギーが最大となる回折機能層4の厚さは、以下の式(1)で示される。
t=λ・cosθ/(2・Δn) …(1)
但し、Δnは、回折機能層4の第1の領域4aと第2の領域4bとの屈折率の差である。
続いて、図6〜8を用いて、光学素子の製造方法について説明する。図6は、光学素子の製造方法のフローチャートであり、図7,8は、光学素子の製造工程における断面図である。以下、図6のフローチャートに沿って工程S1〜工程S12の順に説明する。
この工程では、まず、厚さ約0.7mmのガラスからなる基材6上に、スパッタ法等により例えばシリコン酸化物膜を成膜して下地層5を形成する。
続いて、不図示のフォトマスクを用いて回折機能材料層4Lのうち第2の領域4bに相当する領域を選択的に露光し、その後、湿式現象で除去することにより、カバー層3上に、第1の領域4aの分布を形成する(図8(a))。回折機能材料層4Lのパターニングには、乾式現象(ドライエッチング)を用いることもできる。
このようにして、基材6上に、互いに屈折率の異なる第1の領域4a及び第2の領域4bを有する回折機能層4を形成する。
図11は、回折機能層4の第1の領域4a及び第2の領域4bの最小単位の形状(以下「単位形状」と呼ぶ)と、ワイヤーグリッド偏光層2に含まれる微細ワイヤーの延在方向との関係の例を示す図である。
図11(a)の構成では、単位形状が正方形となっている。このような構成においては、単位形状の正方形の辺とワイヤーグリッド偏光層2の微細ワイヤーの延在方向とのなす角が45°となっており、単位形状の直線状の境界と微細ワイヤーとが非平行となっている。図11(b)及び図11(c)では、単位形状がそれぞれ円形、楕円形となっている。
次に、本発明に係る光学素子を内蔵型の反射偏光層として備えた液晶装置について図面を参照して説明する。
本実施形態の液晶装置は、液晶に対して基板面方向の電界(横電界)を印加し、配向を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、FFS(Fringe Field Switching)方式と呼ばれる方式を採用した液晶装置である。また本実施形態の液晶装置は、基板上にカラーフィルタを具備したカラー液晶装置である。
なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせて表示している。なお、以下の説明においては、図1及び図2を適宜参照するものとする。
液晶装置100は、図14に示すように、TFTアレイ基板10(基材)と対向基板20(基材)との間に液晶層50を挟持した液晶パネルを含む。液晶層50は、TFTアレイ基板10と対向基板20とが対向する領域の縁端に沿って設けられた図示略のシール材によって基板10,20間に封止されている。TFTアレイ基板10の背面側(図示下面側)には、導光板91と反射板92とを備えたバックライト90が設けられている。
ゲート絶縁膜11上に、アモルファスシリコンの半導体層35が形成されており、半導体層35に一部乗り上げるようにしてソース電極6bと、ドレイン電極32とが設けられている。容量電極31はドレイン電極32と一体に形成されている。
半導体層35は、ゲート絶縁膜11を介して走査線3aと対向配置されており、当該対向領域で走査線3aがTFT30のゲート電極を構成する。容量電極31は、ゲート絶縁膜11を介して容量線3bと対向配置されており、容量電極31と容量線3bとが対向する領域に、ゲート絶縁膜11をその誘電体膜とする蓄積容量70が形成されている。
また、反射偏光層19上を含む層間絶縁膜12上に、平面ベタ状の透明導電膜からなる共通電極29が形成されている。共通電極29と反射偏光層19のワイヤーグリッド偏光層2とは、透明絶縁膜である回折機能層4により絶縁されている。
層間絶縁膜12及び電極部絶縁膜13を貫通して容量電極31に達する画素コンタクトホール45が形成されており、画素コンタクトホール45内に画素電極9のコンタクト部9bが一部埋設されることで、画素電極9と容量電極31とが電気的に接続されている。画素コンタクトホール45の形成領域に対応して、少なくとも共通電極29に開口部が設けられており、共通電極29と画素電極9とが接触しないようになっている。また、画素電極9を覆うようにしてポリイミド等からなる配向膜18(水平配向膜)が形成されている。
なお、ラビング方向151は、液晶装置100の画素配列方向(Y軸方向)に平行に延びる帯状電極部9cに対して約30°の角度をなしている。
次に、本発明に係る光学素子を投写型表示装置に適用した例について説明する。図15は、投写型表示装置としてのプロジェクタ210の光学系を示す模式図である。プロジェクタ210は、ライトバルブからの射出光を液晶装置200によって変調した後に投写レンズ207から前方に投写する装置である。
本発明の光学素子を備えたプロジェクタの変形例について、図17を用いて説明する。なお、本実施形態においては、上記実施形態と同一構成には同一符号を付して説明する。
プロジェクタ210は、複数の液晶装置200を用いる構成であってもよい。図17は、3つの液晶装置200を備えたプロジェクタ210の光学系を示す模式図である。当該光学系は、4つの面を有するプリズム53と、プリズム53の1つの面に対向して配置された光学素子1と、プリズム53の他の3つの面にそれぞれ対向して配置された液晶装置200R,200G,200Bとを有している。
図18は、本発明に係る液晶装置を表示部に備えた電子機器の一例である携帯電話の斜視構成図であり、この携帯電話1300は、先の実施形態の液晶装置を小サイズの表示部1301として備え、複数の操作ボタン1302、受話口1303、及び送話口1304を備えて構成されている。
上記実施の形態の液晶装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、高輝度、高コントラスト、広視野角の透過表示及び反射表示を得ることができる。
Claims (11)
- 基材と、
前記基材上に形成され、複数の微細ワイヤーによる偏光分離機能を有するグリッドと、
前記グリッド上方に形成された回折機能層と、を備え、
前記回折機能層は、平面的に少なくとも2種類の領域を有し、
該少なくとも2種類の領域で、前記回折機能層の屈折率が異なることを特徴とする光学素子。 - 前記領域は、面方向に不規則に配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学素子。
- 前記領域が、面方向に不規則に配置された単位パターンが、
複数配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の光学素子。 - 前記単位パターンの配置において、
前記単位パターンの一つと、隣接する他の前記単位パターンとは、面方向の配置角度が異なることを特徴とする請求項3記載の光学素子。 - 前記グリッドと前記回折機能層との間にカバー層を有し、
該カバー層が誘電体材料から構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子。 - 前記回折機能層上に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学素子。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学素子を備えたことを特徴とする液晶装置。
- 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側に、前記光学素子が形成されていることを特徴とする請求項7に記載の液晶装置。
- 1つの画素内で透過表示と反射表示とが可能な半透過反射型の液晶装置であって、前記光学素子を備えたことを特徴とする請求項7または8に記載の液晶装置。
- 請求項7乃至9のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学素子を備えたことを特徴とする電子機器。
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