JP2019144423A - Liquid crystal display element and spatial optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子及び空間光変調器に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element and a spatial light modulator.
液晶表示素子は、テレビやパソコンなど様々なディスプレイ装置として実用化され、４Ｋ、８Ｋなどの高精細ディスプレイ装置として開発が進んでいる。また、液晶表示素子は、仮想現実空間（ＶＲ：Virtual Reality）、拡張現実空間（ＡＲ：Augmented Reality）などの新たな映像サービスでも利用されている。さらに、液晶表示素子は、インテグラル方式及びホログラフィ方式の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）としても利用されている。 Liquid crystal display elements have been put into practical use as various display devices such as televisions and personal computers, and are being developed as high-definition display devices such as 4K and 8K. Liquid crystal display elements are also used in new video services such as virtual reality space (VR) and augmented reality space (AR). Furthermore, the liquid crystal display element is also used as an integral type and holographic type spatial light modulator (SLM).
ＳＬＭは、光学素子（光変調素子）を２次元のマトリクス状に配列し、光の位相や振幅などを空間的に変調するものであり、ディスプレイ技術、記録技術などの分野で広く利用されている。ＳＬＭは、立体表示応用のために、さらなる多画素化と高密度化が要求されている。特に、ＳＬＭは、ホログラフィに利用する場合、立体像を視認できる角度（視域角）を大きくするために、画素ピッチを可視光の波長（３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ）程度に十分小さくしなければならない。例えば、視域角を３０°以上とするためには、画素ピッチが１μｍ程度の超高密度ディスプレイ装置が必要である。 The SLM is an array of optical elements (light modulation elements) arranged in a two-dimensional matrix to spatially modulate the phase and amplitude of light, and is widely used in fields such as display technology and recording technology. . The SLM is required to have a larger number of pixels and a higher density for stereoscopic display applications. In particular, when the SLM is used for holography, the pixel pitch must be sufficiently reduced to the wavelength of visible light (360 nm to 830 nm) in order to increase the angle (viewing zone angle) at which a stereoscopic image can be viewed. For example, in order to set the viewing zone angle to 30 ° or more, an ultra-high density display device with a pixel pitch of about 1 μm is required.
液晶表示素子９は、図２０に示すように、駆動回路９１が形成された基板９０と、液晶分子９２ａを有する液晶層９２と、透明電極層９３が形成された透明基板９４とを備える。液晶表示素子９では、シリコン（Ｓｉ）ベースの画素選択用トランジスタ駆動回路を各画素に内蔵したＳｉ基板が用いられる。ここで、反射型のＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）が高密度化に適している一方、高密度化により隣接する画素３への電界クロストークαが顕著となり、コントラストが大きく低下する。現状、ＬＣｏＳの画素ピッチ（画素間隔）Ｐは、３.５μｍ程度に留まっている。
この課題に対し、非特許文献１には、図２１に示すように、隣接する画素３の間に誘電体セル壁９５を形成する液晶表示素子９Ａが提案されている。非特許文献１に記載の技術は、画素ピッチＰ＝１μｍにおいても、十分に電界クロストークを抑制できるとするシミュレーション結果を示している。
As shown in FIG. 20, the liquid crystal display element 9 includes a substrate 90 on which a drive circuit 91 is formed, a liquid crystal layer 92 having liquid crystal molecules 92a, and a transparent substrate 94 on which a transparent electrode layer 93 is formed. In the liquid crystal display element 9, a Si substrate in which a pixel selection transistor driving circuit based on silicon (Si) is built in each pixel is used. Here, while reflective LCoS (Liquid Crystal on Silicon) is suitable for high density, electric field crosstalk α to the adjacent pixel 3 becomes remarkable due to high density, and the contrast is greatly reduced. At present, the pixel pitch (pixel interval) P of LCoS remains at about 3.5 μm.
In response to this problem, Non-Patent Document 1 proposes a liquid crystal display element 9A in which a dielectric cell wall 95 is formed between adjacent pixels 3 as shown in FIG. The technique described in Non-Patent Document 1 shows a simulation result that electric field crosstalk can be sufficiently suppressed even at a pixel pitch P = 1 μm.
従来より、ＳＬＭとしては、液晶表示素子だけでなく、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Mirror Device）も用いられている。ＤＭＤは、Ｓｉバックプレーン上に、マイクロメートルサイズの小さなミラーを２次元アレイ状に複数個並べたデバイスである。そして、ＤＭＤは、Ｓｉバックプレーンから印加された電圧により、微小なミラーを傾けて駆動するものである。 Conventionally, not only a liquid crystal display element but also a digital micromirror device (DMD: Digital Mirror Device) is used as the SLM. The DMD is a device in which a plurality of small micrometer-sized mirrors are arranged in a two-dimensional array on an Si backplane. The DMD is driven by tilting a minute mirror with a voltage applied from the Si backplane.
さらに、高速動作と画素の微細化に向けて、磁性材料を用いた磁気光学式ＳＬＭが提案されている。この磁気光学式ＳＬＭは、磁性体に入射した光が透過又は反射する際に、その偏光の向きを変化させて出射するファラデー効果（反射の場合はカー効果）を利用している。光変調素子に磁界を印加して磁化反転させる磁界印加方式や、光変調素子に電流を供給することで、電子のスピンを注入し、磁化反転させるスピン注入方式が提案されている（特許文献１）。スピン注入方式の光変調素子では、膜面に垂直な電流を直接供給するため、隣接画素への電界クロストークがなく、１μｍ以下の微細化が可能とされる。 Furthermore, a magneto-optical SLM using a magnetic material has been proposed for high-speed operation and pixel miniaturization. This magneto-optical SLM utilizes the Faraday effect (Kerr effect in the case of reflection) that is emitted by changing the direction of polarization when light incident on a magnetic material is transmitted or reflected. There are proposed a magnetic field application method in which magnetization is reversed by applying a magnetic field to the light modulation element, and a spin injection method in which electron spin is injected and magnetization is reversed by supplying a current to the light modulation element (Patent Document 1). ). In a spin injection type light modulation element, since a current perpendicular to the film surface is directly supplied, there is no electric field crosstalk to adjacent pixels, and miniaturization of 1 μm or less is possible.
しかし、ＤＭＤは、高速に動作する微小なミラーといった可動部が存在し、素子構造が複雑なため、高密度化が困難で画素ピッチが５μｍ程度に留まっている。また、スピン注入方式は、画素の微細化が可能であるものの、光変調度が小さくなってしまう。そこで、ＤＭＤやスピン注入方式ではなく、液晶表示素子の微細化を検討する。 However, the DMD has a movable part such as a small mirror that operates at high speed, and the element structure is complicated. Therefore, it is difficult to increase the density, and the pixel pitch remains at about 5 μm. In addition, although the spin injection method can reduce the pixel size, the degree of light modulation is reduced. Therefore, miniaturization of the liquid crystal display element is examined instead of the DMD or spin injection method.
非特許文献１に記載の技術では、既知の製造手法を用いて、アスペクト比の高い誘電体セル壁を精度よく形成するのが困難なため、液晶密度の不均一性や誘電体セル壁形状の精度誤差によるコントラストのばらつきが増大する。また、非特許文献１に記載の技術では、誘電体セル壁が画素を囲っているので、均一に液晶を封入することが困難である。従って、非特許文献１に記載の技術では、画素ピッチが狭い液晶表示素子を高精度で製造することが現実的ではない。
さらに、非特許文献１に記載の技術では、誘電体セル壁により出射光の強度が低下し又は出射光が散乱し、広視域の立体像再生に支障が生じるという問題がある。
In the technique described in Non-Patent Document 1, it is difficult to accurately form a dielectric cell wall having a high aspect ratio by using a known manufacturing method. Variation in contrast due to accuracy error increases. In the technique described in Non-Patent Document 1, since the dielectric cell wall surrounds the pixels, it is difficult to uniformly enclose the liquid crystal. Therefore, with the technique described in Non-Patent Document 1, it is not realistic to manufacture a liquid crystal display element with a narrow pixel pitch with high accuracy.
Furthermore, the technique described in Non-Patent Document 1 has a problem in that the intensity of the emitted light is reduced by the dielectric cell wall or the emitted light is scattered, which hinders reproduction of a stereoscopic image in a wide viewing area.
本発明は、画素ピッチを狭くし、製造が容易な液晶表示素子及び空間光変調器を提供することを課題とする。さらに、本発明は、視域が広い空間光変調器を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display element and a spatial light modulator that can be easily manufactured by reducing the pixel pitch. Furthermore, an object of the present invention is to provide a spatial light modulator having a wide viewing zone.
前記した課題に鑑みて、本発明に係る液晶表示素子は、画素毎に駆動回路及び駆動回路側電極を有する駆動回路基板と、駆動回路基板に対向し、駆動回路基板と平行で、透明電極層を有する透明基板と、駆動回路基板と前記透明基板との間に封入された液晶層とを備える構成とした。 In view of the above problems, a liquid crystal display element according to the present invention includes a drive circuit board having a drive circuit and a drive circuit side electrode for each pixel, a transparent electrode layer facing the drive circuit board, parallel to the drive circuit board, and And a liquid crystal layer sealed between the drive circuit substrate and the transparent substrate.
透明電極層及び駆動回路基板の少なくとも一方は、隣接する画素の境界の少なくとも一部に、透明電極層と駆動回路基板との間に突出する凸部を設けた。
これにより、液晶表示素子は、隣接画素に漏れる電界を凸部が遮蔽するので、隣接画素への電界クロストークを抑制することができる。さらに、液晶表示素子は、凸部を形成しても、透明基板と駆動回路基板との間に空間が残るので、容易に液晶を封入することができる。
At least one of the transparent electrode layer and the drive circuit board is provided with a projecting portion that protrudes between the transparent electrode layer and the drive circuit board on at least a part of the boundary between adjacent pixels.
Accordingly, the liquid crystal display element can suppress the electric field crosstalk to the adjacent pixels because the convex portion shields the electric field leaking to the adjacent pixels. Further, even if the liquid crystal display element is formed with a convex portion, a space remains between the transparent substrate and the drive circuit substrate, so that the liquid crystal can be easily sealed.
また、前記した課題に鑑みて、本発明に係る空間光変調器は、前記した液晶表示素子と、液晶表示素子の光源と、を備える構成とした。
かかる空間光変調器によれば、従来技術の誘電体セル壁より凸部が低いので、凸部で出射光が遮光されにくく、出射光の強度低下や出射光の散乱を減少させることができる。
Moreover, in view of the above-mentioned subject, the spatial light modulator which concerns on this invention was set as the structure provided with an above-described liquid crystal display element and the light source of a liquid crystal display element.
According to such a spatial light modulator, since the convex portion is lower than the dielectric cell wall of the prior art, the outgoing light is not easily shielded by the convex portion, and the intensity reduction of the outgoing light and the scattering of the outgoing light can be reduced.
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本発明に係る液晶表示素子は、凸部が隣接画素への電界クロストークを抑制するので、画素ピッチを狭くすることができる。
本発明に係る空間光変調器は、凸部で出射光が遮光されにくく、出射光の強度低下や出射光の散乱を減少させることができる。
According to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
In the liquid crystal display element according to the present invention, the convex portion suppresses the electric field crosstalk to the adjacent pixels, so that the pixel pitch can be narrowed.
In the spatial light modulator according to the present invention, the outgoing light is not easily blocked by the convex portion, and the intensity of the outgoing light can be reduced and the scattering of the outgoing light can be reduced.
以下、本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称および符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。さらに、各図において示す方向は、構成要素間の相対的な位置を示し、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。
本発明の要旨に関係しない従来構成（例えば、カラーフィルタ、配向膜、反射膜）の図示や説明を省略することがある。また、以下の図面では、部材の断面についてハッチングの図示を省略することがある。また、液晶表示素子を断面視した際、駆動回路基板側を上方向、透明基板側を下方向として説明するが、その方向は限定されない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The drawings referred to in the following description schematically show the embodiment, and therefore, the scale, interval, positional relationship, etc. of each member are exaggerated, or some of the members are not shown. There is a case. Moreover, in the following description, the same name and code | symbol indicate the same or the same member in principle, and shall omit detailed description suitably. Furthermore, the directions shown in each figure indicate relative positions between components, and are not intended to indicate absolute positions.
Illustrations and descriptions of conventional configurations (for example, color filters, alignment films, reflection films) that are not related to the gist of the present invention may be omitted. In the following drawings, hatching may be omitted from the cross section of the member. In addition, when the liquid crystal display element is viewed in cross section, the drive circuit board side is described as an upward direction and the transparent substrate side is defined as a downward direction, but the direction is not limited.
（第１実施形態）
図１〜図３を参照し、本発明の第１実施形態に係る液晶表示素子１及びＳＬＭ１００の構成について説明する。なお、図１〜図３では、図面を見やすくするため、後記する透明電極層２３及び凸部２５にドットを付した。また、３つの画素３を画素３Ｌ，３Ｃ，３Ｒとして図示した。また、図１〜図３では、横方向をＸ、縦方向をＹ、高さ方向をＺと図示した。
ＳＬＭ１００は、ホログラムなどの立体表示に用いられるものであり、図１及び図３に示すように、液晶表示素子１と、この液晶表示素子１の光源５０とを備える。
液晶表示素子１は、反射型液晶表示素子であり、駆動回路基板１０と、透明基板２０と、液晶層３０と、偏光手段４０と、を備える。
(First embodiment)
With reference to FIGS. 1-3, the structure of the liquid crystal display element 1 and SLM100 which concern on 1st Embodiment of this invention is demonstrated. In FIG. 1 to FIG. 3, dots are added to the transparent electrode layer 23 and the convex portions 25 described later in order to make the drawings easy to see. Three pixels 3 are illustrated as pixels 3 L , 3 C , and 3 R. 1 to 3, the horizontal direction is indicated as X, the vertical direction as Y, and the height direction as Z.
The SLM 100 is used for stereoscopic display such as a hologram, and includes a liquid crystal display element 1 and a light source 50 of the liquid crystal display element 1 as shown in FIGS.
The liquid crystal display element 1 is a reflective liquid crystal display element, and includes a drive circuit substrate 10, a transparent substrate 20, a liquid crystal layer 30, and polarizing means 40.
［駆動回路基板］
駆動回路基板１０は、画素３毎に駆動回路１３及び駆動回路側電極１５を有する基板である。本実施形態では、駆動回路基板１０は、基板１１の上面１１ａ（透明基板２０側の板面）に、駆動回路１３及び駆動回路側電極１５が形成される。つまり、駆動回路基板１０は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子を複数備えるＴＦＴアレイ基板である。例えば、駆動回路基板１０としては、可視光に対して非透過性を有するＳｉ基板に、Ｓｉベースのトランジスタが形成されたアクティブマトリクス駆動回路基板を用いることができる。この他、駆動回路基板１０としては、カーボンナノチューブを用いたトランジスタを利用したアクティブマトリクス駆動回路基板を用いることもできる。
[Drive circuit board]
The drive circuit substrate 10 is a substrate having a drive circuit 13 and a drive circuit side electrode 15 for each pixel 3. In the present embodiment, the drive circuit substrate 10 is formed with a drive circuit 13 and a drive circuit side electrode 15 on the upper surface 11a of the substrate 11 (plate surface on the transparent substrate 20 side). That is, the drive circuit substrate 10 is a TFT array substrate including a plurality of TFT (Thin Film Transistor) elements. For example, as the drive circuit substrate 10, an active matrix drive circuit substrate in which a Si-based transistor is formed on a Si substrate that is impermeable to visible light can be used. In addition, as the drive circuit board 10, an active matrix drive circuit board using a transistor using carbon nanotubes can be used.
駆動回路１３は、各画素３を駆動するＴＦＴ素子であり、駆動回路側電極１５に電気的に接続される。また、駆動回路１３は、各画素３を選択して駆動できるように形成される。
なお、駆動回路１３は、実際には１画素の中に収まる程度の大きさであるが、本実施形態では簡略化のために、図２に示すように、各画素３の左上隅に小さな黒い四角として図示した。
The drive circuit 13 is a TFT element that drives each pixel 3 and is electrically connected to the drive circuit side electrode 15. The drive circuit 13 is formed so that each pixel 3 can be selected and driven.
Note that the drive circuit 13 is actually large enough to fit within one pixel, but in the present embodiment, for simplicity, a small black is formed in the upper left corner of each pixel 3 as shown in FIG. Illustrated as a square.
駆動回路側電極１５は、後記する透明電極層２３との間に電圧を印加する電極である。駆動回路側電極１５は、図２に示すように、隣り合う駆動回路側電極１５と一定の間隔を空けて形成されており、本実施形態では、駆動回路側電極１５同士の間隔が格子状となっている。例えば、駆動回路側電極１５としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの導電率の高い金属材料のほか、グラフェンやカーボンナノチューブを用いることができる。
なお、駆動回路基板１０は、駆動回路１３及び駆動回路側電極１５の上面に、図示を省略した配光膜を設けてもよい。例えば、配光膜としては、ポリイミド（ＰＩ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）を用いることができる。
The drive circuit side electrode 15 is an electrode for applying a voltage between the transparent electrode layer 23 described later. As shown in FIG. 2, the drive circuit side electrodes 15 are formed with a certain distance from the adjacent drive circuit side electrodes 15. In this embodiment, the distance between the drive circuit side electrodes 15 is a lattice shape. It has become. For example, as the drive circuit side electrode 15, in addition to a metal material having high conductivity such as gold (Au), copper (Cu), and aluminum (Al), graphene or carbon nanotube can be used.
In the drive circuit board 10, a light distribution film (not shown) may be provided on the upper surfaces of the drive circuit 13 and the drive circuit side electrode 15. For example, polyimide (PI) or silicon oxide (SiO x ) can be used as the light distribution film.
［透明基板］
透明基板２０は、駆動回路基板１０と平行になるように、駆動回路基板１０に対向して配置されており、透明電極層２３を有する基板である。本実施形態では、透明基板２０は、ガラスなどの透明な基板２１の下面２１ａ（駆動回路基板１０側の板面）に透明電極層２３が形成される。
透明電極層２３は、駆動回路側電極１５との間に電圧を印加する電極であり、可視光波長（例えば、３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ）の範囲で透明な透明電極材料で形成される。例えば、透明電極材料としては、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化アンチモン−酸化スズ系（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）を用いることができる。この他、透明電極材料としては、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ：Indium Gallium Zinc Oxide）、グラフェン、カーボンナノチューブなどを用いることもできる。
[Transparent substrate]
The transparent substrate 20 is disposed so as to face the drive circuit substrate 10 so as to be parallel to the drive circuit substrate 10 and has a transparent electrode layer 23. In the present embodiment, the transparent substrate 20 has the transparent electrode layer 23 formed on the lower surface 21a of the transparent substrate 21 such as glass (the plate surface on the drive circuit substrate 10 side).
The transparent electrode layer 23 is an electrode that applies a voltage between the drive circuit side electrode 15 and is formed of a transparent electrode material that is transparent in a visible light wavelength range (for example, 360 nm to 830 nm). For example, as a transparent electrode material, indium zinc oxide (IZO: Indium Zinc Oxide), indium-tin oxide (ITO: Indium Tin Oxide), tin oxide (SnO 2 ), antimony oxide-tin oxide system (ATO), Zinc oxide (ZnO), fluorine-doped tin oxide (FTO), or indium oxide (In 2 O 3 ) can be used. In addition, as the transparent electrode material, indium-gallium-zinc oxide (IGZO), graphene, carbon nanotube, or the like can be used.
［凸部］
透明電極層２３は、隣接する画素３の境界の少なくとも一部に、例えば、駆動回路基板１０側に突出する凸部２５を有する。本実施形態では、凸部２５は、透明電極層２３の下面２３ａ（駆動回路基板１０側の板面）に形成される。また、凸部２５は、透明電極層２３と同一の材料、つまり、公知の透明電極材料で形成できる。なお、凸部２５は、隣接する画素（セル）３に漏れる電界を遮蔽する透明電極材料の壁であるから、電界セル壁と呼ばれることもある。
この隣接する画素３の境界とは、互いに隣接する画素同士の境界線から所定の幅を有する領域のことである。
[Convex]
The transparent electrode layer 23 has, for example, a protrusion 25 that protrudes toward the drive circuit substrate 10 at at least a part of the boundary between adjacent pixels 3. In this embodiment, the convex part 25 is formed in the lower surface 23a (plate surface at the side of the drive circuit board 10) of the transparent electrode layer 23. Moreover, the convex part 25 can be formed with the same material as the transparent electrode layer 23, ie, a well-known transparent electrode material. In addition, since the convex part 25 is a wall of the transparent electrode material which shields the electric field which leaks to the adjacent pixel (cell) 3, it may be called an electric field cell wall.
The boundary between adjacent pixels 3 is a region having a predetermined width from the boundary line between adjacent pixels.
図２に示すように、画素３は、縦長に形成されており、２次元のアレイ上に配列されている。凸部２５は、液晶表示素子１を平面視すると、画素３の境界が矩形に形成されたときに、矩形の長辺方向（１次元方向）に設けられる。また、凸部２５は、隣り合う駆動回路側電極１５の間で駆動回路基板１０に対向するように配置されており、液晶表示素子１を平面視すると、縦方向に連続する画素３の境界において直線状に形成される。
なお、凸部２５は、矩形の短辺方向（横方向）に設けてもよい。
As shown in FIG. 2, the pixels 3 are formed in a vertically long shape and are arranged on a two-dimensional array. When the liquid crystal display element 1 is viewed in plan, the convex portion 25 is provided in the long side direction (one-dimensional direction) of the rectangle when the boundary of the pixel 3 is formed in a rectangular shape. Further, the convex portion 25 is disposed so as to face the drive circuit substrate 10 between the adjacent drive circuit side electrodes 15, and when the liquid crystal display element 1 is viewed in plan, at the boundary of the pixels 3 that are continuous in the vertical direction. It is formed in a straight line.
In addition, you may provide the convex part 25 in the rectangular short side direction (lateral direction).
凸部２５は、その断面形状が特に限定されない。本実施形態では、凸部２５は、図１に示すように、その断面形状が矩形である。
凸部２５は、その下端面２５ａが基板１１の上面１１ａに接しなければ、その高さＨや幅Ｗが特に制限されない。以下、凸部２５の幅Ｗに対する高さＨの比をアスペクト比（＝Ｈ／Ｗ）とする。
The cross-sectional shape of the convex portion 25 is not particularly limited. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the convex part 25 has a rectangular cross-sectional shape.
If the lower end surface 25a of the convex portion 25 does not contact the upper surface 11a of the substrate 11, its height H and width W are not particularly limited. Hereinafter, the ratio of the height H to the width W of the convex portion 25 is referred to as an aspect ratio (= H / W).
既知の微細加工法では、アスペクト比が１を超えてくると、凸部２５を精度よく形成することが一般的には難しくなる。さらに、凸部２５の下端面２５ａが基板１１の上面１１ａに接し、凸部２５が各画素３を完全に隔離してしまうと、液晶層３０の封入が困難になるだけでなく、大きな液晶分子３１と小さな液晶分子３１との偏りも生じてしまう。
また、凸部２５の高さＨを高くするとコントラストが増大し、幅Ｗが４００ｎｍの場合、高さＨが６００ｎｍ程度でコントラストが飽和すると考えられる。このとき、凸部２５のアスペクト比は、１．５となる。
そこで、コントラストを向上させると共に、微細な凸部２５の製造工程をできるだけ容易にするという観点から、凸部２５のアスペクト比は、１．５以下とするのが好ましく、１．０以下とするのがより好ましい。
なお、凸部２５の高さＨが３５０ｎｍ以上になると、ディスクリネーションが発生する可能性が高くなる。そこで、凸部２５の高さＨを３５０ｎｍ以下（アスペクト比を０．８７５以下）としてもよい。このディスクリネーションとは、液晶分子の倒れ方が乱れる現象のことである。
In the known fine processing method, when the aspect ratio exceeds 1, it is generally difficult to form the convex portions 25 with high accuracy. Further, if the lower end surface 25a of the convex portion 25 is in contact with the upper surface 11a of the substrate 11 and the convex portion 25 completely isolates each pixel 3, not only the liquid crystal layer 30 is difficult to be sealed, but also large liquid crystal molecules. The bias between the small liquid crystal molecules 31 and the small liquid crystal molecules 31 also occurs.
Further, when the height H of the convex portion 25 is increased, the contrast increases. When the width W is 400 nm, it is considered that the contrast is saturated when the height H is about 600 nm. At this time, the aspect ratio of the convex portion 25 is 1.5.
Therefore, from the viewpoint of improving the contrast and facilitating the manufacturing process of the fine protrusions 25 as much as possible, the aspect ratio of the protrusions 25 is preferably 1.5 or less, and is preferably 1.0 or less. Is more preferable.
In addition, when the height H of the convex part 25 is 350 nm or more, the possibility of occurrence of disclination increases. Therefore, the height H of the convex portion 25 may be 350 nm or less (the aspect ratio is 0.875 or less). This disclination is a phenomenon in which the way liquid crystal molecules fall is disturbed.
また、凸部２５の幅Ｗを広くする程、液晶表示素子１のコントラストが向上すると考えられる。一方、液晶表示素子１を平面視した際、凸部２５が駆動回路側電極１５に重なってしまうと、その重なった部分の液晶層３０が薄くなったことになり、光変調度が小さくなる。このため、凸部２５の幅Ｗは、凸部２５が駆動回路側電極１５に重ならない範囲で広くすることが好ましい。つまり、凸部２５の幅Ｗは、隣り合う駆動回路側電極１５の間隔Ｓ以下にすることが好ましい。
なお、透明基板２０は、透明電極層２３の下面に、駆動回路基板１０と同様の配光膜（不図示）を設けてもよい。また、透明基板２０は、凸部２５を設けること以外、一般的なものであるため、これ以上の説明を省略する。
Further, it is considered that the contrast of the liquid crystal display element 1 is improved as the width W of the convex portion 25 is increased. On the other hand, when the liquid crystal display element 1 is viewed in plan, if the convex portion 25 overlaps the drive circuit side electrode 15, the liquid crystal layer 30 in the overlapping portion is thinned, and the light modulation degree decreases. For this reason, it is preferable that the width W of the convex portion 25 is widened in a range where the convex portion 25 does not overlap the drive circuit side electrode 15. That is, the width W of the convex portion 25 is preferably set to be equal to or smaller than the interval S between the adjacent drive circuit side electrodes 15.
The transparent substrate 20 may be provided with a light distribution film (not shown) similar to that of the drive circuit substrate 10 on the lower surface of the transparent electrode layer 23. Moreover, since the transparent substrate 20 is a general thing except providing the convex part 25, the further description is abbreviate | omitted.
［液晶層］
液晶層３０は、駆動回路基板１０と透明基板２０との間に封入された一般的なものである。ここで、液晶層３０の動作モードは、特に限定されない。本実施形態では、液晶層３０は、電圧を印加しない状態で液晶分子３１が基板面に対して垂直に配向し、電圧を印加すると水平に傾斜するＶＡ（Vertical Alignment）液晶である。この他、液晶層３０は、電圧を印加しない状態で液晶分子３１が基板面に対して平行に配向し、電圧を印加すると垂直に傾斜するＴＮ（Twisted Nematic）液晶であってもよい。さらに、液晶層３０は、電圧を印加すると水平面内で液晶分子３１が回転するＩＰＳ（In Plane Switching）液晶であってもよい。さらに、液晶層３０は、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）液晶であってもよい。
[Liquid crystal layer]
The liquid crystal layer 30 is a general one sealed between the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20. Here, the operation mode of the liquid crystal layer 30 is not particularly limited. In the present embodiment, the liquid crystal layer 30 is VA (Vertical Alignment) liquid crystal in which the liquid crystal molecules 31 are aligned perpendicularly to the substrate surface in the state where no voltage is applied, and which is horizontally inclined when a voltage is applied. In addition, the liquid crystal layer 30 may be a TN (Twisted Nematic) liquid crystal in which the liquid crystal molecules 31 are aligned in parallel to the substrate surface in a state where no voltage is applied and is vertically inclined when a voltage is applied. Further, the liquid crystal layer 30 may be an IPS (In Plane Switching) liquid crystal in which liquid crystal molecules 31 rotate in a horizontal plane when a voltage is applied. Further, the liquid crystal layer 30 may be OCB (Optically Compensated Bend) liquid crystal.
［偏光手段］
図３に示すように、偏光手段４０は、入射光及び出射光の少なくとも一方を偏光するものである。本実施形態では、偏光手段４０は、液晶表示素子１への入射光を偏光する入射光偏光手段４１と、液晶表示素子１からの反射光（出射光）を偏光する出射光偏光手段４３とを備える。例えば、入射光偏光手段４１及び出射光偏光手段４３は、直線偏光の偏光板を２枚、互いの偏光方向が９０°となるようにクロスニコル配置とした。本実施形態では、入射光偏光手段４１及び出射光偏光手段４３は、液晶表示素子１が反射型のため、透明基板２０の上側（光源５０側）に配置する。
なお、図３では、入射光及び出射光をブロック矢印で図示し、出射光偏光手段４３で遮蔽された出射光を破線矢印で図示した。
[Polarization means]
As shown in FIG. 3, the polarization means 40 polarizes at least one of incident light and outgoing light. In this embodiment, the polarizing means 40 includes incident light polarizing means 41 that polarizes incident light to the liquid crystal display element 1 and outgoing light polarizing means 43 that polarizes reflected light (emitted light) from the liquid crystal display element 1. Prepare. For example, the incident light polarizing means 41 and the outgoing light polarizing means 43 are arranged in a crossed Nicol arrangement so that two linearly polarized light polarizers and the polarization directions of each are 90 °. In the present embodiment, the incident light polarizing means 41 and the outgoing light polarizing means 43 are arranged on the upper side (the light source 50 side) of the transparent substrate 20 because the liquid crystal display element 1 is a reflection type.
In FIG. 3, incident light and outgoing light are indicated by block arrows, and outgoing light shielded by the outgoing light polarization means 43 is indicated by broken line arrows.
［光源］
光源５０は、レーザ又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源である。本実施形態では、光源５０は、波長６３３ｎｍのレーザ光源である。この他、光源５０として、狭スペクトルのＬＥＤを用いることができる。
[light source]
The light source 50 is a light source such as a laser or an LED (Light Emitting Diode). In the present embodiment, the light source 50 is a laser light source having a wavelength of 633 nm. In addition, a narrow spectrum LED can be used as the light source 50.
［ＳＬＭによる光変調動作］
図３及び図４を参照し、ＳＬＭ１００による光変調動作について説明する。
図３に示すように、光源５０から液晶表示素子１への入射光は、様々な方向の偏光成分β１を有する自然光（非偏光）であり、入射光偏光手段４１に入射する。入射光偏光手段４１は、この入射光を直線偏光に変換する（直線偏光成分β２を有する入射光のみ通過させる）。そして、入射光偏光手段４１を通過した直線偏光は、各画素３に照射される。
[Light modulation operation by SLM]
The optical modulation operation by the SLM 100 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, incident light from the light source 50 to the liquid crystal display element 1 is natural light (non-polarized light) having polarization components β 1 in various directions, and is incident on the incident light polarization means 41. Incident light polarizing means 41, (only the incident light to pass with a linear polarization component beta 2) of the incident light is converted into linearly polarized light. Then, the linearly polarized light that has passed through the incident light polarization means 41 is irradiated to each pixel 3.
駆動回路１３は、制御信号に従って所定の画素３を選択し、選択した画素３の駆動回路側電極１５と透明電極層２３との間に電圧を印加する。ここでは、３個の画素３のうち、中央の画素３Ｃが選択されたこととする。選択された中央の画素３Ｃでは、印加された電界分布に従って液晶分子３１が水平に傾斜する。一方、選択されていない左右の画素３Ｌ，３Ｒでは、液晶分子３１が基板面に対して垂直に配向した状態のままとなる。
なお、電圧を印加した画素３Ｃの駆動回路側電極１５に「ＯＮ」を付し、電圧を印加していない画素３Ｌ，３Ｒの駆動回路側電極１５に「ＯＦＦ」を付した。
The drive circuit 13 selects a predetermined pixel 3 according to the control signal, and applies a voltage between the drive circuit side electrode 15 and the transparent electrode layer 23 of the selected pixel 3. Here, it is assumed that the center pixel 3C is selected from the three pixels 3. In the selected center pixel 3C , the liquid crystal molecules 31 are tilted horizontally according to the applied electric field distribution. On the other hand, in the left and right pixels 3 L and 3 R that are not selected, the liquid crystal molecules 31 remain in a state of being aligned perpendicular to the substrate surface.
Note that “ON” was applied to the drive circuit side electrode 15 of the pixel 3 C to which voltage was applied, and “OFF” was applied to the drive circuit side electrode 15 of the pixels 3 L and 3 R to which voltage was not applied.
一般的に、液晶分子３１に対して偏光した光が照射されると、液晶分子３１の光学的異方性により、液晶分子３１を通過する光の屈折率（物質中を伝搬する光の速度を真空中の光速度で割った値）が配向方向に依存して変化する。そのため、液晶分子３１の長軸方向と短軸方向に光を分解すると、それぞれの方向を通過した光の速度（位相速度）が変化し、位相差δが生じる。これをリタデーションと呼ぶ。液晶層３０を透過した入射光は、それら光の合成と考えることができるため、結果的には楕円偏光となって出力される。図４に示すように、楕円偏光の形状は、位相差δの値によって変化する。δ＝０では直線偏光となり（図４（ａ））、δ＝π／４では楕円偏光となり（図４（ｂ））、δ＝π／２では楕円偏光の形状が真円となる（図４（ｃ））。その後、図４（ｄ）〜図４（ｇ）に示すように、９０°回転した状態で偏光形状の変化を繰り返し、δ＝２πで元の直線偏光に戻る。 In general, when polarized light is irradiated to the liquid crystal molecules 31, the refractive index of light passing through the liquid crystal molecules 31 (the speed of light propagating in the substance is set) due to the optical anisotropy of the liquid crystal molecules 31. The value divided by the speed of light in vacuum) varies depending on the orientation direction. Therefore, when the light is decomposed in the major axis direction and the minor axis direction of the liquid crystal molecules 31, the speed (phase speed) of the light that has passed through each direction changes, and a phase difference δ is generated. This is called retardation. The incident light transmitted through the liquid crystal layer 30 can be considered as a combination of the lights, and as a result, is output as elliptically polarized light. As shown in FIG. 4, the shape of elliptically polarized light changes depending on the value of the phase difference δ. When δ = 0, linearly polarized light is obtained (FIG. 4A), when δ = π / 4 is elliptically polarized light (FIG. 4B), and when δ = π / 2, the shape of elliptically polarized light is a perfect circle (FIG. 4). (C)). Thereafter, as shown in FIG. 4D to FIG. 4G, the polarization shape is repeatedly changed while being rotated by 90 °, and the original linearly polarized light is returned at δ = 2π.
画素３Ｌ，３Ｃ，３Ｒからの出射光は、液晶分子３１の配向方向に応じた偏光成分を有し、出射光偏光手段４３に入射する。出射光偏光手段４３は、別方向の直線偏光成分β３を有する出射光のみ通過させる。図３では、出射光偏光手段４３は、電圧を印加した中央の画素３Ｃからの出射光を通過させる。一方、出射光偏光手段４３は、電圧を印加していない左右の画素３Ｌ，３Ｒからの出射光を遮蔽する。
なお、電圧を印加した画素３Ｃでの位相差を「δＯＮ」と図示し、電圧を印加していない画素３Ｌ，３Ｒでの位相差を「δＯＦＦ」と図示した。
The outgoing light from the pixels 3 L , 3 C and 3 R has a polarization component corresponding to the alignment direction of the liquid crystal molecules 31 and enters the outgoing light polarization means 43. The outgoing light polarization unit 43 allows only outgoing light having a linearly polarized light component β 3 in another direction to pass therethrough. In Figure 3, the emitted light polarizing means 43 passes the emitted light from the pixel 3 C of the center of applying a voltage. On the other hand, the outgoing light polarization unit 43 shields outgoing light from the left and right pixels 3 L and 3 R to which no voltage is applied.
The phase difference at the pixel 3 C to which the voltage is applied is illustrated as “δ ON ”, and the phase difference at the pixels 3 L and 3 R to which no voltage is applied is illustrated as “δ OFF ”.
ＳＬＭ１００は、入射光偏光手段４１及び出射光偏光手段４３の偏光方向が直交するように配置されている（クロスニコル配置）。これにより、ＳＬＭ１００は、電圧を印加した画素３Ｃからの光が透過する明状態と、電圧を印加していない画素３Ｌ，３Ｒからの光が遮断された暗状態とをつくることができる。さらに、ＳＬＭ１００は、印加する電圧の大きさによってリタデーション量も変化するため、電圧を印加した画素３Ｃからの光の強度が変化し、印加電圧依存の階調表示も行うことができる。 The SLM 100 is arranged so that the polarization directions of the incident light polarizing means 41 and the outgoing light polarizing means 43 are orthogonal (crossed Nicols arrangement). Thus, SLM 100 can be made and the bright state in which the light from the pixel 3 C a voltage is applied to transparent, and a dark state in which light is blocked from the pixel 3 L, 3 R where no voltage is applied . Additionally, SLM 100, in order to change the retardation amount by the magnitude of the voltage applied, the intensity of the light is changed from pixel 3 C a voltage is applied, the gradation display of applied voltage dependency can also be performed.
前記したように、従来の液晶表示素子９では、電界クロストークαが生じることがある（図２０）。しかし、本実施形態に係る液晶表示素子１は、透明基板２０に形成された凸部２５により、電圧を印加した画素３Ｃから電圧を印加していない画素３Ｌ，３Ｒに漏れる電界を遮蔽する。これにより、液晶表示素子１は、従来の液晶表示素子９に比べて、電界クロストークαを抑制し、画素ピッチＰを狭くすることができる。 As described above, the electric field crosstalk α may occur in the conventional liquid crystal display element 9 (FIG. 20). However, in the liquid crystal display element 1 according to the present embodiment, the convex portion 25 formed on the transparent substrate 20 shields the electric field leaking from the pixel 3 C to which voltage is applied to the pixels 3 L and 3 R to which voltage is not applied. To do. Thereby, compared with the conventional liquid crystal display element 9, the liquid crystal display element 1 can suppress the electric field crosstalk α and can narrow the pixel pitch P.
［ＳＬＭの製造方法］
図５〜図７を参照し、ＳＬＭ１００の製造方法について説明する（適宜図１〜図３参照）。
なお、凸部形成工程Ｓ４及び透明基板用配向膜形成工程Ｓ５以外は、既存の手法である。
[Method for manufacturing SLM]
A method for manufacturing the SLM 100 will be described with reference to FIGS. 5 to 7 (see FIGS. 1 to 3 as appropriate).
In addition, it is an existing method except convex part formation process S4 and alignment film formation process S5 for transparent substrates.
図５に示すように、駆動回路基板製造工程Ｓ１は、駆動回路基板１０を製造する工程である。例えば、駆動回路基板製造工程Ｓ１では、マスク形成、露光、現像、エッチング、マスク除去などのリソグラフィを基板１１に繰り返し行い、駆動回路基板１０を製造する。この駆動回路基板製造工程Ｓ１において、駆動回路１３及び駆動回路側電極１５が駆動回路基板１０に形成される。 As shown in FIG. 5, the drive circuit board manufacturing step S <b> 1 is a process for manufacturing the drive circuit board 10. For example, in the drive circuit board manufacturing step S1, lithography such as mask formation, exposure, development, etching, and mask removal is repeatedly performed on the substrate 11 to manufacture the drive circuit board 10. In the drive circuit board manufacturing step S <b> 1, the drive circuit 13 and the drive circuit side electrode 15 are formed on the drive circuit board 10.
駆動回路基板用配向膜形成工程Ｓ２は、駆動回路基板１０に配向膜を形成する工程である。例えば、駆動回路基板用配向膜形成工程Ｓ２では、駆動回路基板１０に、酸化ケイ素を配向膜として蒸着した後、配向処理を行う。この配向処理とは、液晶分子３１を所定方向に配列するために、配向膜に所定方向の微細な溝を形成する処理のことである。 The drive circuit substrate alignment film formation step S <b> 2 is a step of forming an alignment film on the drive circuit substrate 10. For example, in the alignment film forming step S2 for the drive circuit board, after the silicon oxide is deposited as an alignment film on the drive circuit board 10, the alignment process is performed. This alignment process is a process of forming fine grooves in a predetermined direction in the alignment film in order to align the liquid crystal molecules 31 in a predetermined direction.
透明電極層形成工程Ｓ３は、透明基板２０上に透明電極層２３を形成する工程である。例えば、透明電極層形成工程Ｓ３では、図６（ａ）に示すように、ガラスなどの基板２１を予め準備しておく。そして、透明電極層形成工程Ｓ３では、図６（ｂ）に示すように、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法などの公知の手法により、基板２１の下面２１ａにＩＴＯなどの透明電極層２３を製膜する。
なお、図６では、図面を見やすくするため、透明基板２０の上下を反転させて図示した。
The transparent electrode layer forming step S <b> 3 is a step of forming the transparent electrode layer 23 on the transparent substrate 20. For example, in the transparent electrode layer forming step S3, a substrate 21 such as glass is prepared in advance as shown in FIG. And in transparent electrode layer formation process S3, as shown in FIG.6 (b), transparent electrode layers 23, such as ITO, are formed in the lower surface 21a of the board | substrate 21 by well-known methods, such as sputtering method, a vacuum evaporation method, and the apply | coating method. Form a film.
In FIG. 6, the transparent substrate 20 is shown upside down in order to make the drawing easier to see.
凸部形成工程Ｓ４は、透明基板２０上に凸部２５を形成する工程である。例えば、凸部形成工程Ｓ４では、図６（ｃ）に示すように、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法などの公知の手法により、透明電極層２３の下面２３ａに電界セル壁層２５Ａを製膜する。この電界セル壁層２５Ａは、透明電極層２３と同一の透明電極材料（例えば、ＩＴＯ）からなる層である。そして、凸部形成工程Ｓ４では、マスクを電界セル壁層２５Ａに塗布し、凸部２５の形成位置に対応したパターンをマスクに転写する。さらに、凸部形成工程Ｓ４では、パターンが転写されたマスクを露光し、不要なマスクを除去すると、図６（ｄ）に示すように、凸部２５の形成位置のみマスクＭが残る。さらに、凸部形成工程Ｓ４では、図７（ａ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などの公知の手法を施した後、マスクＭを除去する。このようにして、図７（ｂ）に示すように、凸部２５が透明基板２０上に形成される。
なお、前記した透明電極層形成工程Ｓ３において、電界セル壁層２５Ａを透明電極層２３に含めて製膜してもよい。
The convex portion forming step S <b> 4 is a step of forming the convex portion 25 on the transparent substrate 20. For example, in the convex forming step S4, as shown in FIG. 6C, the electric field cell wall layer 25A is manufactured on the lower surface 23a of the transparent electrode layer 23 by a known method such as a sputtering method, a vacuum deposition method, or a coating method. Film. The electric field cell wall layer 25 </ b> A is a layer made of the same transparent electrode material (for example, ITO) as the transparent electrode layer 23. And in convex part formation process S4, a mask is apply | coated to electric field cell wall layer 25A, and the pattern corresponding to the formation position of the convex part 25 is transcribe | transferred to a mask. Further, in the convex portion forming step S4, when the mask to which the pattern is transferred is exposed and an unnecessary mask is removed, the mask M remains only at the position where the convex portion 25 is formed, as shown in FIG. Further, in the convex portion forming step S4, as shown in FIG. 7A, after performing a known technique such as reactive ion etching (RIE), the mask M is removed. In this way, the convex portion 25 is formed on the transparent substrate 20 as shown in FIG.
In the transparent electrode layer forming step S3, the electric cell wall layer 25A may be included in the transparent electrode layer 23 to form a film.
透明基板用配向膜形成工程Ｓ５は、透明基板２０に配向膜２７を形成する工程である。例えば、透明基板用配向膜形成工程Ｓ５では、図７（ｃ）に示すように、透明電極層２３及び凸部２５の表面に配向膜２７を斜め蒸着した後、配向処理を行う。
なお、配向膜２７の斜め蒸着が凸部２５で妨害され、配向膜２７の膜厚が均一にならない場合も考えられる。この場合、透明電極層２３の表面に配向膜２７を形成した後に凸部２５を形成し、その凸部２５の上端面に配向膜２７を形成してもよい。
The transparent substrate alignment film forming step S <b> 5 is a step of forming the alignment film 27 on the transparent substrate 20. For example, in the alignment film forming step S5 for the transparent substrate, as shown in FIG. 7C, the alignment film 27 is obliquely deposited on the surfaces of the transparent electrode layer 23 and the protrusions 25, and then an alignment process is performed.
It is also conceivable that the oblique deposition of the alignment film 27 is obstructed by the convex portions 25 and the film thickness of the alignment film 27 is not uniform. In this case, the protrusion 25 may be formed after forming the alignment film 27 on the surface of the transparent electrode layer 23, and the alignment film 27 may be formed on the upper end surface of the protrusion 25.
基板貼り合わせ工程Ｓ６は、駆動回路基板１０と透明基板２０とを貼り合わせる工程である。例えば、基板貼り合わせ工程Ｓ６では、液晶層３０が所定の膜厚となるように、駆動回路基板１０及び透明基板２０に微小プラスティックボールなどのスぺーサを配置（散布）する。さらに、基板貼り合わせ工程Ｓ６では、液晶材が漏れないように、駆動回路基板１０及び透明基板２０の周縁にエポキシ樹脂などのシールを形成する。その後、基板貼り合わせ工程Ｓ６では、シールを介して、駆動回路基板１０と透明基板２０とを貼り合わせる。
なお、基板貼り合わせ工程Ｓ６では、必要に応じてカラーフィルタ（不図示）を形成してもよい。
The substrate bonding step S6 is a step of bonding the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 together. For example, in the substrate bonding step S <b> 6, spacers such as micro plastic balls are arranged (spread) on the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 so that the liquid crystal layer 30 has a predetermined film thickness. Further, in the substrate bonding step S6, a seal such as an epoxy resin is formed on the periphery of the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 so that the liquid crystal material does not leak. Thereafter, in the substrate bonding step S6, the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 are bonded together via a seal.
In the substrate bonding step S6, a color filter (not shown) may be formed as necessary.
液晶封入工程Ｓ７は、駆動回路基板１０と透明基板２０との間に液晶層３０を封入する工程である。例えば、液晶封入工程Ｓ７では、貼り合わせた駆動回路基板１０及び透明基板２０を真空状態にしてから常圧に戻すことで、駆動回路基板１０及び透明基板２０の内部に液晶を注入する（真空注入法）。また、真空注入法ではなく、駆動回路基板１０と透明基板２０とを貼り合わせる際、予め液晶材を滴下しておく滴下注入法を行ってもよい。
なお、液晶表示素子１は、駆動回路基板製造工程Ｓ１〜液晶封入工程Ｓ７の工程で製造できる。
The liquid crystal sealing step S <b> 7 is a step of sealing the liquid crystal layer 30 between the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20. For example, in the liquid crystal sealing step S7, liquid crystal is injected into the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 by bringing the bonded drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 into a vacuum state and then returning to normal pressure (vacuum injection). Law). Further, instead of the vacuum injection method, when the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 are bonded together, a dropping injection method in which a liquid crystal material is dropped in advance may be performed.
In addition, the liquid crystal display element 1 can be manufactured by the process of drive circuit board manufacturing process S1-liquid crystal enclosure process S7.
偏光手段・光源取付工程Ｓ８は、偏光手段４０及び光源５０を取り付ける工程である。例えば、偏光手段・光源取付工程Ｓ８では、所定位置に光源５０を取り付ける。さらに、偏光手段・光源取付工程Ｓ８では、直線偏光の偏光板を２個、透明基板２０の上側にクロスニコル配置で取り付ける。
前記した各工程を経て、ＳＬＭ１００を製造することができる。
The polarizing means / light source attaching step S8 is a step of attaching the polarizing means 40 and the light source 50. For example, in the polarization means / light source mounting step S8, the light source 50 is mounted at a predetermined position. Further, in the polarizing means / light source attaching step S <b> 8, two linearly polarized polarizing plates are attached to the upper side of the transparent substrate 20 in a crossed Nicols arrangement.
The SLM 100 can be manufactured through the above-described steps.
［作用・効果］
以上のように、液晶表示素子１は、凸部２５が隣接する画素３への電界クロストークを抑制するので、画素ピッチＰを狭くすることができる。
また、液晶表示素子１は、凸部２５のアスペクト比を１．５以下にすることで、電界クロストークの抑制効果を維持しつつ、微細な構造を精度よく形成することができる。
そして、液晶表示素子１は、凸部２５を形成しても、透明基板２０と駆動回路基板１０との間に空間があるので、容易に液晶層３０を封入することができる。
さらに、ＳＬＭ１００は、液晶表示素子１の画素ピッチＰを３μｍ以下にできるので、１０°以上の視域角を実現できる。
[Action / Effect]
As described above, since the liquid crystal display element 1 suppresses the electric field crosstalk to the pixel 3 adjacent to the convex portion 25, the pixel pitch P can be reduced.
Moreover, the liquid crystal display element 1 can form a fine structure with high accuracy while maintaining the effect of suppressing electric field crosstalk by setting the aspect ratio of the convex portion 25 to 1.5 or less.
And even if the liquid crystal display element 1 forms the convex part 25, since there is a space between the transparent substrate 20 and the drive circuit board | substrate 10, the liquid crystal layer 30 can be enclosed easily.
Further, since the SLM 100 can reduce the pixel pitch P of the liquid crystal display element 1 to 3 μm or less, a viewing zone angle of 10 ° or more can be realized.
（第２実施形態）
図８を参照し、本発明の第２実施形態に係る液晶表示素子１Ｂについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
第１実施形態では凸部２５を１次元方向に設けたのに対し、第２実施形態では凸部２５Ｂを２次元方向に設けた点が異なる。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 8, the difference from the first embodiment will be described for the liquid crystal display element 1B according to the second embodiment of the present invention.
The first embodiment is different from the first embodiment in that the convex portions 25 are provided in the one-dimensional direction, whereas the second embodiment is different in that the convex portions 25B are provided in the two-dimensional direction.
凸部２５Ｂは、図８に示すように、液晶表示素子１を平面視すると、画素３の境界が矩形に形成されたときに、矩形の短辺方向及び長辺方向（２次元方向）に設けられる。つまり、凸部２５Ｂは、液晶表示素子１Ｂを平面視した際、駆動回路１３及び駆動回路側電極１５を除いた箇所に格子状に設けられる。この他、凸部２５Ｂは、アスペクト比（幅Ｗ及び高さＨ）、断面形状、材料など、第１実施形態の凸部２５と同様である。 As shown in FIG. 8, when the liquid crystal display element 1 is viewed in plan, the convex portion 25B is provided in the short side direction and the long side direction (two-dimensional direction) of the rectangle when the boundary of the pixel 3 is formed in a rectangular shape. It is done. That is, the convex portions 25B are provided in a grid pattern at locations other than the drive circuit 13 and the drive circuit side electrode 15 when the liquid crystal display element 1B is viewed in plan. In addition, the convex part 25B is the same as the convex part 25 of 1st Embodiment, such as an aspect-ratio (width W and height H), cross-sectional shape, material.
［作用・効果］
以上のように、液晶表示素子１Ｂは、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、液晶表示素子１Ｂは、凸部２５Ｂを２次元方向に形成したので、隣接する画素３への電界の漏れがより減少し、電界クロストークをより効果的に抑制することができる。
[Action / Effect]
As described above, the liquid crystal display element 1B has the same effect as that of the first embodiment. Furthermore, since the liquid crystal display element 1B has the convex portions 25B formed in the two-dimensional direction, the leakage of the electric field to the adjacent pixels 3 is further reduced, and the electric field crosstalk can be more effectively suppressed.
（第３実施形態）
図９を参照し、本発明の第３実施形態に係る液晶表示素子１Ｃについて、第１実施形態と異なる点を説明する。なお、図９では、図面を見やすくするため、後記する凸部１７にドットを付した。
第１実施形態では透明電極材料の凸部２５を透明基板２０に設けたのに対し、第３実施形態では誘電体の凸部１７を駆動回路基板１０Ｃに設けた点が異なる。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 9, a difference from the first embodiment will be described regarding the liquid crystal display element 1C according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 9, dots are added to the convex portions 17 to be described later for easy viewing of the drawing.
In the first embodiment, the convex portions 25 of the transparent electrode material are provided on the transparent substrate 20, whereas the third embodiment is different in that the dielectric convex portions 17 are provided on the drive circuit substrate 10C.
［液晶表示素子］
図９に示すように、液晶表示素子１Ｃは、ＳＬＭに用いられる反射型液晶表示素子であり、駆動回路基板１０Ｃと、透明基板２０Ｃと、液晶層３０と、図示を省略した偏光手段と、を備える。
駆動回路基板１０Ｃは、図示を省略した駆動回路と、駆動回路側電極１５と、凸部１７とを備える基板である。つまり、駆動回路基板１０Ｃは、凸部１７を形成したこと以外、第１実施形態と同様のものである。
透明基板２０Ｃは、透明電極層２３を有する基板である。つまり、透明基板２０Ｃは、図１の凸部２５を備えていない一般的な透明基板である。
[Liquid crystal display element]
As shown in FIG. 9, the liquid crystal display element 1C is a reflective liquid crystal display element used in an SLM, and includes a drive circuit substrate 10C, a transparent substrate 20C, a liquid crystal layer 30, and polarization means not shown. Prepare.
The drive circuit board 10 </ b> C is a board that includes a drive circuit (not shown), a drive circuit side electrode 15, and a convex portion 17. That is, the drive circuit board 10C is the same as that of the first embodiment except that the convex portion 17 is formed.
The transparent substrate 20 </ b> C is a substrate having the transparent electrode layer 23. That is, the transparent substrate 20C is a general transparent substrate that does not include the convex portion 25 of FIG.
［凸部］
以下、駆動回路基板１０Ｃの凸部１７について、詳細に説明する。
駆動回路基板１０Ｃは、隣接する画素３の境界の少なくとも一部に、例えば、透明基板２０側に突出する凸部１７を有する。本実施形態では、凸部１７は、基板１１の上面１１ａ（透明基板２０Ｃ側の板面）に形成される。また、凸部１７は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）のほか、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳＢＴ）、ビスマスフェライト（ＢＦＯ）などの誘電体で形成することもできる。なお、凸部１７は、隣接する画素３に漏れる電界を遮蔽する誘電体の壁であるから、誘電体セル壁と呼ばれることもある。
[Convex]
Hereinafter, the convex portion 17 of the drive circuit board 10C will be described in detail.
The drive circuit board 10 </ b> C has, for example, a protrusion 17 that protrudes toward the transparent substrate 20 at at least a part of the boundary between adjacent pixels 3. In the present embodiment, the convex portion 17 is formed on the upper surface 11a of the substrate 11 (the plate surface on the transparent substrate 20C side). Further, the convex portion 17, in addition to silicon oxide (SiO x), barium titanate (BaTiO 3), strontium tantalate bismuthate (SBT), can also be formed of a dielectric material such as bismuth ferrite (BFO). Note that the convex portion 17 is a dielectric wall that shields an electric field leaking to the adjacent pixel 3, and thus may be referred to as a dielectric cell wall.
図２に示すように、凸部１７は、液晶表示素子１Ｃを平面視した際、画素３の配列に沿って液晶表示素子１Ｃの縦方向又は横方向（１次元方向）に設けられる。また、凸部１７は、図８に示すように、液晶表示素子１Ｃを平面視した際、画素３の配列に沿って液晶表示素子１Ｃの縦横に２次元方向に設けてもよい。
凸部１７は、隣り合う駆動回路側電極１５の間に位置する。さらに、凸部１７の幅Ｗは、凸部１７が駆動回路側電極１５に接触しない範囲で広くすることが好ましい。
凸部１７は、その上端面１７ａが透明電極層２３の下面２３ａに接しなければ、その高さＨが特に制限されない。さらに、凸部１７のアスペクト比は、第１実施形態と同様、１．５以下であることが好ましく、０．８７５以下であることがより好ましい。
As shown in FIG. 2, the convex portion 17 is provided in the vertical direction or the horizontal direction (one-dimensional direction) of the liquid crystal display element 1 </ b> C along the arrangement of the pixels 3 when the liquid crystal display element 1 </ b> C is viewed in plan. Further, as shown in FIG. 8, the convex portions 17 may be provided in a two-dimensional direction in the vertical and horizontal directions of the liquid crystal display element 1 </ b> C along the arrangement of the pixels 3 when the liquid crystal display element 1 </ b> C is viewed in plan.
The convex portion 17 is located between the adjacent drive circuit side electrodes 15. Furthermore, it is preferable that the width W of the convex portion 17 is wide as long as the convex portion 17 does not contact the drive circuit side electrode 15.
The height H of the convex portion 17 is not particularly limited as long as the upper end surface 17 a thereof does not contact the lower surface 23 a of the transparent electrode layer 23. Furthermore, the aspect ratio of the convex portion 17 is preferably 1.5 or less, and more preferably 0.875 or less, as in the first embodiment.
［ＳＬＭの製造方法］
図１０〜図１２を参照し、液晶表示素子１Ｃを備えるＳＬＭの製造方法について説明する（適宜図９参照）。
なお、駆動回路基板製造工程Ｓ１０〜駆動回路基板用配向膜形成工程Ｓ１２以外は、既存の手法である。
[Method for manufacturing SLM]
With reference to FIGS. 10-12, the manufacturing method of SLM provided with 1 C of liquid crystal display elements is demonstrated (refer FIG. 9 suitably).
In addition, it is an existing method except drive circuit board manufacturing process S10-alignment film formation process S12 for drive circuit boards.
図１０に示すように、駆動回路基板製造工程Ｓ１０は、駆動回路基板１０Ｃを製造する工程である。例えば、駆動回路基板製造工程Ｓ１０では、図１１（ａ）に示すように、Ｓｉなどの基板１１を予め準備しておく。そして、駆動回路基板製造工程Ｓ１０では、マスク形成、露光、現像、エッチング、マスク除去などのリソグラフィを基板１１に繰り返し行い、駆動回路基板１０Ｃを製造する。この駆動回路基板製造工程Ｓ１０において、図１１（ｂ）に示すように、トランジスタ１３ａ及びキャパシタ１３ｂを有する駆動回路１３と、駆動回路側電極１５とが基板１１に形成される。 As shown in FIG. 10, the drive circuit board manufacturing step S10 is a process for manufacturing the drive circuit board 10C. For example, in the drive circuit board manufacturing step S10, a substrate 11 such as Si is prepared in advance as shown in FIG. In the drive circuit board manufacturing step S10, lithography such as mask formation, exposure, development, etching, and mask removal is repeatedly performed on the substrate 11 to manufacture the drive circuit board 10C. In this drive circuit board manufacturing step S10, as shown in FIG. 11B, the drive circuit 13 having the transistor 13a and the capacitor 13b and the drive circuit side electrode 15 are formed on the substrate 11.
凸部形成工程Ｓ１１は、駆動回路基板１０Ｃ上に凸部１７を形成する工程である。例えば、凸部形成工程Ｓ１１では、図１１（ｃ）に示すように、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法などの公知の手法により、基板１１の上面１１ａに誘電体セル壁層１７Ａを製膜する。この誘電体セル壁層１７Ａは、公知の誘電体材料からなる層である。そして、凸部形成工程Ｓ１１では、マスクを誘電体セル壁層１７Ａに塗布し、凸部１７の形成位置に対応したパターンをマスクに転写する。さらに、凸部形成工程Ｓ１１では、パターンが転写されたマスクを露光し、不要なマスクを除去すると、図１１（ｄ）に示すように、凸部１７の形成位置のみマスクＭが残る。さらに、凸部形成工程Ｓ１１では、図１２（ａ）に示すように、反応性イオンエッチングなどの公知の手法を施した後、マスクＭを除去する。このようにして、図１２（ｂ）に示すように、凸部１７が駆動回路基板１０Ｃ上に形成される。 The convex portion forming step S11 is a step of forming the convex portion 17 on the drive circuit substrate 10C. For example, in the convex forming step S11, as shown in FIG. 11C, a dielectric cell wall layer 17A is formed on the upper surface 11a of the substrate 11 by a known method such as sputtering, vacuum deposition, or coating. To do. The dielectric cell wall layer 17A is a layer made of a known dielectric material. And in convex part formation process S11, a mask is apply | coated to the dielectric cell wall layer 17A, and the pattern corresponding to the formation position of the convex part 17 is transcribe | transferred to a mask. Furthermore, in the convex portion forming step S11, when the mask to which the pattern has been transferred is exposed and an unnecessary mask is removed, the mask M remains only at the position where the convex portion 17 is formed, as shown in FIG. Furthermore, in the convex portion forming step S11, as shown in FIG. 12A, after performing a known technique such as reactive ion etching, the mask M is removed. Thus, as shown in FIG. 12B, the convex portion 17 is formed on the drive circuit board 10C.
駆動回路基板用配向膜形成工程Ｓ１２は、駆動回路基板１０Ｃに配向膜１９を形成する工程である。例えば、駆動回路基板用配向膜形成工程Ｓ１２では、図１２（ｃ）に示すように、凸部１７を含む駆動回路基板１０Ｃに配向膜１９を斜め蒸着した後、配向処理を行う。
なお、配向膜１９の斜め蒸着が凸部１７で妨害され、配向膜１９の膜厚が均一にならない場合も考えられる。この場合、駆動回路基板１０Ｃの表面に配向膜１９を形成した後に凸部１７を形成し、その凸部１７の上端面に配向膜１９を形成してもよい。
The driving circuit substrate alignment film forming step S12 is a step of forming the alignment film 19 on the driving circuit substrate 10C. For example, in the alignment film forming step S12 for the drive circuit substrate, as shown in FIG. 12C, the alignment film 19 is obliquely deposited on the drive circuit substrate 10C including the protrusions 17, and then an alignment process is performed.
It is also conceivable that the oblique deposition of the alignment film 19 is obstructed by the protrusions 17 and the film thickness of the alignment film 19 is not uniform. In this case, the protrusion 17 may be formed after the alignment film 19 is formed on the surface of the drive circuit substrate 10 </ b> C, and the alignment film 19 may be formed on the upper end surface of the protrusion 17.
透明電極層形成工程Ｓ１３は、透明基板２０Ｃ上に透明電極層２３を形成する工程である。例えば、透明電極層形成工程Ｓ１３では、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法などの公知の手法により、基板２１の下面２１ａにＩＴＯなどの透明電極層２３を製膜する。
透明基板用配向膜形成工程Ｓ１４は、透明基板２０Ｃに配向膜２７を形成する工程である。例えば、透明基板用配向膜形成工程Ｓ１４では、透明電極層２３の表面に酸化ケイ素を配向膜２７として蒸着した後、配向処理を行う。
なお、基板貼り合わせ工程Ｓ６以降は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
The transparent electrode layer forming step S13 is a step of forming the transparent electrode layer 23 on the transparent substrate 20C. For example, in the transparent electrode layer forming step S13, a transparent electrode layer 23 such as ITO is formed on the lower surface 21a of the substrate 21 by a known method such as a sputtering method, a vacuum deposition method, or a coating method.
The alignment film forming step S14 for transparent substrate is a step of forming the alignment film 27 on the transparent substrate 20C. For example, in the alignment film forming step S14 for transparent substrate, silicon oxide is deposited on the surface of the transparent electrode layer 23 as the alignment film 27, and then an alignment process is performed.
In addition, since it is the same as that of 1st Embodiment after board | substrate bonding process S6, description is abbreviate | omitted.
［作用・効果］
以上のように、液晶表示素子１Ｃは、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、液晶表示素子１Ｃは、凸部１７を下側の駆動回路基板１０Ｃに設けたので、出射角度の浅い出射光が凸部１７に照射されにくく、出射光の強度低下や散乱をより抑制することができる。
なお、液晶表示素子１Ｃは、第１実施形態第だけでなく、第２実施形態にも適用することができる。
[Action / Effect]
As described above, the liquid crystal display element 1C has the same effects as those of the first embodiment. Further, since the liquid crystal display element 1C has the convex portion 17 provided on the lower drive circuit board 10C, the convex portion 17 is less likely to be irradiated with the outgoing light having a shallow emission angle, and the intensity reduction and scattering of the outgoing light are further suppressed. be able to.
Note that the liquid crystal display element 1C can be applied not only to the first embodiment but also to the second embodiment.
（第４実施形態）
図１３を参照し、本発明の第４実施形態に係る液晶表示素子１Ｄについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
第１実施形態では液晶表示素子１が反射型液晶表示素子であるのに対し、第４実施形態では液晶表示素子１Ｄが透過型液晶表示素子である点が異なる。
(Fourth embodiment)
With reference to FIG. 13, a liquid crystal display element 1D according to the fourth embodiment of the present invention will be described while referring to differences from the first embodiment.
In the first embodiment, the liquid crystal display element 1 is a reflective liquid crystal display element, whereas in the fourth embodiment, the liquid crystal display element 1D is a transmissive liquid crystal display element.
［ＳＬＭ］
図１３に示すように、ＳＬＭ１００Ｄは、立体表示に用いるものであり、液晶表示素子１Ｄと、この液晶表示素子１の光源５０とを備える。
液晶表示素子１Ｄは、透過型液晶表示素子であり、駆動回路基板１０Ｄと、透明基板２０と、液晶層３０と、偏光手段４０Ｄと、を備える。
なお、透明基板２０、液晶層３０及び光源５０は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
[SLM]
As shown in FIG. 13, the SLM 100D is used for stereoscopic display, and includes a liquid crystal display element 1D and a light source 50 of the liquid crystal display element 1.
The liquid crystal display element 1D is a transmissive liquid crystal display element, and includes a drive circuit substrate 10D, a transparent substrate 20, a liquid crystal layer 30, and polarizing means 40D.
Note that the transparent substrate 20, the liquid crystal layer 30, and the light source 50 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
［駆動回路基板］
駆動回路基板１０Ｄは、可視光波長の範囲で透明なアクティブマトリクス駆動回路基板であり、基板１１と、図示を省略した駆動回路と、駆動回路側電極１５Ｄとを有する。この他、駆動回路基板１０Ｄとしては、カーボンナノチューブを用いたトランジスタなどを利用したアクティブマトリクス駆動回路基板を用いることもできる。
[Drive circuit board]
The drive circuit board 10D is an active matrix drive circuit board that is transparent in the visible light wavelength range, and includes a substrate 11, a drive circuit that is not shown, and a drive circuit side electrode 15D. In addition, as the drive circuit substrate 10D, an active matrix drive circuit substrate using a transistor using a carbon nanotube can be used.
基板１１Ｄとしては、例えば、ＳｉＯ２基板、ＭｇＯ基板、サファイア基板といった可視光波長の範囲で透過性のある絶縁性基板を用いることができる。また、基板１１Ｄとして、フレキシブルディスプレイ用の透明なプラスチック基板も用いることができる。
駆動回路は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの可視光波長の範囲で透過性を示す材料で形成した透明薄膜トランジスタである。
駆動回路側電極１５Ｄは、第１実施形態と同様の透明電極材料で形成した電極である。例えば、駆動回路側電極１５Ｄとして、ＩＴＯを膜厚１００ｎｍで形成したものがあげられる。
As the substrate 11D, for example, an insulating substrate having transparency in a visible light wavelength range such as a SiO 2 substrate, a MgO substrate, and a sapphire substrate can be used. Further, a transparent plastic substrate for a flexible display can be used as the substrate 11D.
The drive circuit is a transparent thin film transistor formed of a material that shows transparency in a visible light wavelength range such as zinc oxide (ZnO) or indium-tin oxide (ITO).
The drive circuit side electrode 15D is an electrode formed of the same transparent electrode material as in the first embodiment. For example, as the drive circuit side electrode 15D, an ITO formed with a film thickness of 100 nm can be cited.
［偏光手段］
偏光手段４０Ｄは、入射光及び出射光の少なくとも一方を偏光するものである。本実施形態では、偏光手段４０Ｄは、液晶表示素子１Ｄへの入射光を偏光する入射光偏光手段４１と、液晶表示素子１Ｄからの透過光（出射光）を偏光する出射光偏光手段４３Ｄとを備える。例えば、入射光偏光手段４１及び出射光偏光手段４３Ｄは、直線偏光の偏光板を２枚、クロスニコル配置とする。また、出射光偏光手段４３Ｄは、液晶表示素子１Ｄが透過型のため、駆動回路基板１０Ｄの下側に配置する。
[Polarization means]
The polarization means 40D polarizes at least one of incident light and outgoing light. In the present embodiment, the polarizing means 40D includes an incident light polarizing means 41 that polarizes incident light on the liquid crystal display element 1D, and an outgoing light polarizing means 43D that polarizes transmitted light (emitted light) from the liquid crystal display element 1D. Prepare. For example, the incident light polarizing means 41 and the outgoing light polarizing means 43D have two linearly polarized polarizing plates in a crossed Nicols arrangement. Further, the outgoing light polarization means 43D is disposed below the drive circuit board 10D because the liquid crystal display element 1D is a transmissive type.
［ＳＬＭによる光変調動作］
ＳＬＭ１００Ｄによる光変調動作について説明する。
透過型のＳＬＭ１００Ｄは、入射光偏光手段４１及び出射光偏光手段４３Ｄの偏光方向が直交するように配置されている（クロスニコル配置）。これにより、ＳＬＭ１００Ｄは、電圧を印加した画素３Ｃからの光が透過する明状態と、電圧を印加していない画素３Ｌ，３Ｒからの光が遮断されて暗状態とをつくることができる。さらに、ＳＬＭ１００Ｄは、印加する電圧の大きさによってリタデーション量も変化するため、電圧を印加した画素３Ｃからの光の強度が変化し、印加電圧依存の階調表示も行うことができる。
[Light modulation operation by SLM]
An optical modulation operation by the SLM 100D will be described.
The transmissive SLM 100D is arranged so that the polarization directions of the incident light polarizing means 41 and the outgoing light polarizing means 43D are orthogonal to each other (crossed Nicols arrangement). Thus, SLM100D can make a bright state to transmit light from the pixel 3 C a voltage was applied, and a dark state light is blocked from the pixel 3 L, 3 R where no voltage is applied . Furthermore, SLM100D, in order to change the retardation amount by the magnitude of the voltage applied, the intensity of the light is changed from pixel 3 C a voltage is applied, the gradation display of applied voltage dependency can also be performed.
このとき、液晶表示素子１Ｄは、透明基板２０に形成された凸部２５により、電圧を印加した画素３Ｃから電圧を印加していない画素３Ｌ，３Ｒに漏れる電界を遮蔽する。これにより、液晶表示素子１Ｄは、従来の液晶表示素子９に比べて、電界クロストークαを抑制し、画素ピッチを狭くすることができる。 At this time, the liquid crystal display device 1D is a convex portion 25 formed on the transparent substrate 20, pixel 3 no voltage is applied from the pixel 3 C a voltage is applied to L, 3 to shield the electric field leaking to R. Thereby, compared with the conventional liquid crystal display element 9, the liquid crystal display element 1D can suppress the electric field crosstalk α and can narrow the pixel pitch.
［作用・効果］
以上のように、液晶表示素子１Ｄは、第１実施形態と同様、凸部２５が隣接する画素３への電界クロストークを抑制するので、画素ピッチを狭くすることができる。
なお、液晶表示素子１Ｄは、第１実施形態だけでなく、第２実施形態又は第３実施形態に適用することもできる。
[Action / Effect]
As described above, the liquid crystal display element 1 </ b> D suppresses the electric field crosstalk to the pixel 3 adjacent to the convex portion 25, as in the first embodiment, so that the pixel pitch can be narrowed.
Note that the liquid crystal display element 1D can be applied not only to the first embodiment but also to the second embodiment or the third embodiment.
（変形例）
本発明の各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
前記した各実施形態では、凸部は、透明電極層又は駆動回路基板の何れか一方に設けることとして説明したが、透明電極層及び駆動回路基板の両方に設けてもよい。例えば、図１４に示すように、液晶表示素子１Ｅでは、駆動回路基板１０に設けた凸部１７と、透明電極層２３に設けた凸部２５とが互い違いに配置されている。
(Modification)
Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like that do not depart from the gist of the present invention.
In each of the embodiments described above, the convex portion has been described as being provided on either the transparent electrode layer or the drive circuit board, but may be provided on both the transparent electrode layer and the drive circuit board. For example, as shown in FIG. 14, in the liquid crystal display element 1E, the convex portions 17 provided on the drive circuit substrate 10 and the convex portions 25 provided on the transparent electrode layer 23 are alternately arranged.
その他の形態として、液晶表示素子１Ｆでは、図１５（ａ）に示すように、１次元（横方向）で直線状の凸部１７を駆動回路基板１０に設けてもよい。また、液晶表示素子１Ｆでは、図１５（ｂ）に示すように、１次元（縦方向）で直線状の凸部２５を透明電極層２３に設けてもよい。そして、液晶表示素子１Ｆでは、凸部１７及び凸部２５が互いに直交するように駆動回路基板１０及び透明基板２０を貼り合わせ、その間に液晶層を封入してもよい。なお、図１５（ｂ）では、平面視において、駆動回路側電極１５に重なる部分を一点鎖線で図示した。 As another form, in the liquid crystal display element 1 </ b> F, as shown in FIG. 15A, one-dimensional (lateral direction) linear protrusions 17 may be provided on the drive circuit substrate 10. Further, in the liquid crystal display element 1 </ b> F, as illustrated in FIG. 15B, one-dimensional (vertical direction) linear protrusions 25 may be provided on the transparent electrode layer 23. In the liquid crystal display element 1F, the drive circuit substrate 10 and the transparent substrate 20 may be bonded so that the convex portions 17 and the convex portions 25 are orthogonal to each other, and a liquid crystal layer may be sealed therebetween. In FIG. 15B, the portion overlapping the drive circuit side electrode 15 in a plan view is shown by a one-dot chain line.
前記した各実施形態では、凸部は、１次元方向に直線状に設ける又は２次元方向に格子状で設けることとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、図１６に示すように、液晶表示素子１Ｇを平面視したときに、隣接する画素３の一部境界に矩形の凸部２５を設けてもよい。 In each of the above-described embodiments, the convex portions are described as being provided linearly in the one-dimensional direction or in a lattice shape in the two-dimensional direction, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 16, when the liquid crystal display element 1 </ b> G is viewed in plan, a rectangular convex portion 25 may be provided at a partial boundary between adjacent pixels 3.
図１７〜図１９を参照し、本発明の実施例について説明する。
図３のＳＬＭ１００を以下の条件で製作し（実施例１）、その光出力特性を測定した。また、凸部２５を形成しない同一構成のＳＬＭも製作し（比較例）、その光出力特性も測定した。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The SLM 100 of FIG. 3 was manufactured under the following conditions (Example 1), and its light output characteristics were measured. In addition, an SLM having the same configuration without forming the convex portion 25 was also manufactured (comparative example), and its light output characteristics were also measured.
基板１１：Ｓｉバックプレーンの基板にアクティブマトリクス駆動回路を形成、画素ピッチ１μｍ×２μｍ
駆動回路側電極１５：金（Ａｕ）、膜厚１００ｎｍ、幅５００ｎｍ
透明電極層２３：全画素共通の一枚の電極板、透明電極材料ＩＴＯ、膜厚２００ｎｍ
凸部２５：透明電極層２３と同一材料で１次元方向に形成、高さ２００ｎｍ、幅４００ｎｍ
液晶層３０：ＶＡモード液晶分子、膜厚１μｍ
偏光手段４０：直線偏光の偏光板を２枚、クロスニコル配置
光源５０：波長６３３ｎｍのレーザ光源
Substrate 11: An active matrix drive circuit is formed on a Si backplane substrate, pixel pitch 1 μm × 2 μm
Drive circuit side electrode 15: gold (Au), film thickness 100 nm, width 500 nm
Transparent electrode layer 23: one electrode plate common to all pixels, transparent electrode material ITO, film thickness 200 nm
Convex part 25: formed in the same dimension as the transparent electrode layer 23 in a one-dimensional direction, height 200 nm, width 400 nm
Liquid crystal layer 30: VA mode liquid crystal molecule, film thickness 1 μm
Polarization means 40: two linearly polarized polarizing plates, crossed Nicols light source 50: laser light source with a wavelength of 633 nm
図１７は、比較例の液晶表示素子の断面における光出力特性を表す。図１８は、実施例１の液晶表示素子の断面における光出力特性を表す。また、図１７及び図１８では、青色の曲線が等電位線を表し、黒の短線が液晶分子３１の方向を表し、青色（０Ｖ）から赤色（５Ｖ）の分布が電界強度を表す。また、図１７及び図１８では、上側に透明電極層２３を図示し、下側に駆動回路側電極１５を図示し、中間に液晶層３０を図示した。さらに、図１８では、透明電極層２３に形成された凸部２５を図示した。 FIG. 17 shows light output characteristics in a cross section of the liquid crystal display element of the comparative example. FIG. 18 shows light output characteristics in a cross section of the liquid crystal display element of Example 1. In FIGS. 17 and 18, the blue curve represents the equipotential line, the black short line represents the direction of the liquid crystal molecules 31, and the distribution from blue (0V) to red (5V) represents the electric field strength. 17 and 18, the transparent electrode layer 23 is illustrated on the upper side, the drive circuit side electrode 15 is illustrated on the lower side, and the liquid crystal layer 30 is illustrated on the middle. Furthermore, in FIG. 18, the convex part 25 formed in the transparent electrode layer 23 is illustrated.
図１７の比較例では、電圧を印加していない左側の画素において、電圧強度が水色となっており電界クロストークが生じていることがわかる。一方、図１８の実施例１では、電圧を印加していない左側の画素において、電圧強度が青色となっており、電界クロストークを抑制できていることがわかる。 In the comparative example of FIG. 17, it can be seen that in the left pixel to which no voltage is applied, the voltage intensity is light blue and electric field crosstalk occurs. On the other hand, in Example 1 of FIG. 18, in the left pixel to which no voltage is applied, the voltage intensity is blue, which indicates that electric field crosstalk can be suppressed.
さらに、２次元方向の凸部２５Ｂ（図８）を備えるＳＬＭを製作した（実施例２）。この実施例２のＳＬＭは、凸部２５Ｂを横方向にも形成したこと以外、実施例１と同一条件である。そして、実施例１，２及び比較例でコントラスト比を測定した。なお、コントラスト比とは、電圧を印加していない画素中心部の輝度に対する、電圧を印加した画素中心部の輝度の比を表す。 Further, an SLM provided with a two-dimensional convex portion 25B (FIG. 8) was manufactured (Example 2). The SLM of Example 2 has the same conditions as in Example 1 except that the convex portions 25B are also formed in the horizontal direction. The contrast ratio was measured in Examples 1 and 2 and the comparative example. Note that the contrast ratio represents the ratio of the luminance at the center of the pixel to which a voltage is applied to the luminance at the center of the pixel to which no voltage is applied.
図１９（ａ）に比較例のコントラスト比、図１９（ｂ）に実施例１のコントラスト比、図１９（ｃ）に実施例２のコントラスト比をそれぞれ図示した。図１９では、黒い箇所が暗く、白い箇所が明るいことを示す。図１９より、実施例１のコントラスト比は、比較例に比べて、３倍程高くなることがわかった。さらに、実施例２のコントラスト比は、実施例１よりもさらに３０％程度、高くなることがわかった。 FIG. 19A illustrates the contrast ratio of the comparative example, FIG. 19B illustrates the contrast ratio of the first embodiment, and FIG. 19C illustrates the contrast ratio of the second embodiment. FIG. 19 shows that the black part is dark and the white part is bright. FIG. 19 shows that the contrast ratio of Example 1 is about three times higher than that of the comparative example. Furthermore, it was found that the contrast ratio of Example 2 was higher by about 30% than that of Example 1.
本発明は、例えば、液晶テレビ、パソコン、携帯電話用のディスプレイ装置、仮想現実空間用又は拡張現実空間用のヘッドマウントディスプレイ装置の液晶表示素子として利用することができる。また、本発明は、例えば、インテグラル方式やホログラフィ方式の立体表示用のＳＬＭとして利用することができる。 The present invention can be used, for example, as a liquid crystal display element of a liquid crystal television, a personal computer, a display device for a mobile phone, a head mounted display device for a virtual reality space or an augmented reality space. Further, the present invention can be used as, for example, an SLM for stereoscopic display of an integral system or a holography system.
１，１Ｂ〜１Ｇ 液晶表示素子
３ 画素
１０，１０Ｃ，１０Ｄ 駆動回路基板
１１，１１Ｄ 基板
１１ａ 上面
１３ 駆動回路
１５，１５Ｄ 駆動回路側電極
１７ 凸部
１７ａ 上面
１７Ａ 誘電体セル壁層
１９ 配向膜
２０，２０Ｃ 透明基板
２１ 基板
２１ａ 上面
２３ 透明電極層
２３ａ 上面
２５，２５Ｂ 凸部
２５ａ 上面
２５Ａ 電界セル壁層
２７ 配向膜
３０ 液晶層
３１ 液晶分子３１
４０，４０Ｄ 偏光手段
４１ 入射光偏光手段
４３，４３Ｄ 出射光偏光手段
５０ 光源
１００，１００Ｄ ＳＬＭ（空間光変調器）
９，９Ａ 液晶表示素子
９０ 基板
９１ 駆動回路
９２ 液晶層
９２ａ 液晶分子
９３ 透明電極層
９４ 透明基板
９５ 誘電体セル壁
1, 1B to 1G Liquid crystal display element 3 Pixel 10, 10C, 10D Driving circuit board 11, 11D board 11a Upper surface 13 Driving circuit 15, 15D Driving circuit side electrode 17 Convex part 17a Upper surface 17A Dielectric cell wall layer 19 Alignment film 20, 20C transparent substrate 21 substrate 21a upper surface 23 transparent electrode layer 23a upper surface 25, 25B convex portion 25a upper surface 25A electric field cell wall layer 27 alignment film 30 liquid crystal layer 31 liquid crystal molecule 31
40, 40D Polarization means 41 Incident light polarization means 43, 43D Outgoing light polarization means 50 Light source 100, 100D SLM (spatial light modulator)
9, 9A Liquid crystal display element 90 Substrate 91 Drive circuit 92 Liquid crystal layer 92a Liquid crystal molecule 93 Transparent electrode layer 94 Transparent substrate 95 Dielectric cell wall
Claims (12)
前記透明電極層及び前記駆動回路基板の少なくとも一方は、隣接する前記画素の境界の少なくとも一部に、前記透明電極層と前記駆動回路基板との間に突出する凸部を設けたことを特徴とする液晶表示素子。 A drive circuit substrate having a drive circuit and a drive circuit side electrode for each pixel; a transparent substrate having a transparent electrode layer facing the drive circuit substrate and parallel to the drive circuit substrate; and the drive circuit substrate and the transparent substrate A liquid crystal display element comprising a liquid crystal layer enclosed between and
At least one of the transparent electrode layer and the drive circuit board is characterized in that a protruding portion that protrudes between the transparent electrode layer and the drive circuit board is provided on at least a part of a boundary between adjacent pixels. Liquid crystal display element.
前記透明基板側に配置され、出射光を偏光する出射光偏光手段と、をさらに備え、
前記液晶表示素子は、反射型液晶表示素子であることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の液晶表示素子。 An incident light polarizing means disposed on the transparent substrate side for polarizing incident light;
An emission light polarization means disposed on the transparent substrate side for polarizing the emission light; and
The liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 9, wherein the liquid crystal display element is a reflective liquid crystal display element.
前記駆動回路基板側に配置され、出射光を偏光する出射光偏光手段と、をさらに備え、
前記駆動回路基板は、透明材料で形成され、
前記液晶表示素子は、透過型液晶表示素子であることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の液晶表示素子。 An incident light polarizing means disposed on the transparent substrate side for polarizing incident light;
An emission light polarization means disposed on the drive circuit board side to polarize the emission light, and
The drive circuit board is formed of a transparent material,
The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is a transmissive liquid crystal display element.
前記液晶表示素子の光源と、
を備えることを特徴とする空間光変調器。 A liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 11,
A light source of the liquid crystal display element;
A spatial light modulator comprising:
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