JP3588643B2

JP3588643B2 - Liquid crystal display panel and projection display

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Publication number: JP3588643B2
Application number: JP13548496A
Authority: JP
Inventors: 貴笹林; 清治田沼; 剛宗間山; 洋平仲西
Original assignee: 富士通ディスプレイテクノロジーズ株式会社
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: JPH09318947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネル及び投写型表示装置に関し、特に、光の回折現象を利用して光の透過、遮蔽を制御する液晶表示パネル及び投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７を参照して、回折現象を利用した従来の液晶表示パネルの構成及び動作原理を説明する。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の液晶セルの概略断面図を示す。図７（Ａ）は電圧無印加時、図７（Ｂ）は電圧印加時の状態を表す。
【０００３】
図７（Ａ）に示すように、透明基板１００及び１１０が対向配置され、それぞれの対向面に透明電極１０１及び１１１が形成されている。透明電極１０１と１１１との間に光学的に等方的な物質よりなる回折格子１０５が挟まれている。回折格子１０５の透明基板１１０側の表面には、紙面に垂直な方向に延在する複数の溝１０６が縞模様状に形成されている。各溝１０６の断面形状は長方形である。溝１０６内には正の誘電率異方性を有する液晶材料が充填されている。透明電極１０１と１１１との間に電圧が印加されていない状態では、液晶分子１０７がその長軸を溝１０６の長手方向に対して平行にするように配列する。
【０００４】
図７（Ａ）に示す液晶セルに透明基板１００側から入射光１２０が入射する場合を考える。入射光１２０が液晶材料内を伝搬するとき、液晶分子１０７の長軸に垂直な偏光成分１２０ａは液晶分子の常屈折率ｎ_ｏを感じ、液晶分子１０７の長軸に平行な偏光成分１２０ｂは液晶分子の異常屈折率ｎ_ｅを感じる。
【０００５】
回折格子１０５を形成する物質の屈折率をｎ_ｇ、入射光の波長をλ、溝１０６の深さをＴ、入射光の強度をＩ、入射方向のまま直進して透過する０次回折光の強度をＩ_０とすると、Ｉ_０／Ｉは近似的に、
【０００６】
【数１】
Ｉ_０／Ｉ≒｛１＋ｃｏｓ（２πΔｎＴ／λ）｝／２ …（１）
と表される。ここで、入射光１２０の偏光成分１２０ａに対しては、Δｎ＝ｎ_ｇ−ｎ_ｏであり、偏光成分１２０ｂに対しては、Δｎ＝ｎ_ｇ−ｎ_ｅである。式（１）から、
【０００７】
【数２】
ΔｎＴ＝λ（２ｍ＋１）／２（ｍは整数） …（２）
が成り立つとき、Ｉ_０／Ｉが０となり、０次回折光が現れず、透過光はすべて高次の回折光になる。また、式（１）から、Δｎ＝０のときＩ_０＝Ｉとなり、透過光は０次回折光のみとなる。
【０００８】
図７（Ｂ）に示すように、透明電極１０１と１１１との間に電圧を印加すると液晶分子１０７がチルトし、その長軸が基板面に対してほぼ垂直になる。この状態のとき、液晶材料内を伝搬する入射光１２０の偏光成分１２０ａ及び１２０ｂは、共に液晶分子の常屈折率ｎ_ｏを感じる。すなわち、式（１）において、入射光１２０の偏光成分１２０ａ及び１２０ｂの双方に対して、Δｎ＝ｎ_ｇ−ｎ_ｏとなる。
【０００９】
【数３】
（ｎ_ｅ−ｎ_ｇ）Ｔ＝λ／２、ｎ_ｏ＝ｎ_ｇ …（３）
が同時に成り立つような材料、溝の深さを選んだ場合、入射光１２０の偏光成分１２０ａに対してΔｎ＝０となるため、式（１）より電圧の印加、無印加に関わらずＩ_０＝Ｉとなる。入射光１２０の偏光成分１２０ｂに対しては、式（１）より電圧無印加時にＩ_０＝０、電圧印加時にΔｎ＝０となるためＩ_０＝Ｉとなる。すなわち、入射光１２０の偏光成分１２０ｂに対して、電圧によって０次回折光の強度を制御することができる。
【００１０】
従って、液晶セルの基板に平行に入射光１２０の偏光成分１２０ａを吸収し、偏光成分１２０ｂのみを通す偏光板を配置し、液晶セルの後方に、０次回折光のみを透過させ、高次回折光を透過させない遮蔽板を配置することにより、電圧によって透過光のスイッチングを行うことができる。
【００１１】
また、他の例として、
【００１２】
【数４】
（ｎ_ｇ−ｎ_ｏ）Ｔ＝λ／２、ｎ_ｅ＝ｎ_ｇ …（４）
が同時に成り立つ場合を考える。入射光１２０の偏光成分１２０ａに対しては、電圧の印加、無印加に関わらずＩ_０＝０となる。入射光１２０の偏光成分１２０ｂに対しては、電圧無印加時にＩ_０＝Ｉとなり、電圧印加時にＩ_０＝０となる。従って、入射光１２０の偏光成分１２０ｂの透過光のスイッチングを行うことができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
理想的なスイッチングを行うためには、回折格子１０５の溝１０６の形状、深さ、ピッチ等に関して高い精度が要求される。また、０次回折光を透過し、高次の回折光を効果的に遮蔽するために、１次回折光の回折角をある程度大きくする必要がある。十分大きな回折角を得るためには、溝１０６のピッチを１０μｍ以下とすることが好ましい。また、式（２）において、通常の材料ではΔｎが０．１〜０．２程度であり、λ＝０．４〜０．７μｍであるため、式（２）を満足させるためには、溝１０６の深さＴを１μｍ以上とする必要がある。
【００１４】
このような微細なパターンの回折格子を高精度に作製することはプロセス上の困難を伴い、コスト的にも不利である。また、溝１０６内の液晶分子１０７は、溝１０６の側壁に束縛されるため、電圧の印加により液晶分子の配列が図７（Ｂ）に示す理想的な状態には変化しない。
【００１５】
本発明の目的は、高精度な機械的加工を必要とする回折格子を挟持することなく作製可能な回折型液晶表示パネル、及びその液晶表示パネルを用いた投写型液晶表示装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、対向配置された１対の透明基板と、前記１対の透明基板の各々の対向面上に形成された透明電極と、前記１対の透明基板の各々の対向面上に前記透明電極を覆うように形成され、前記透明基板の面内において可視光に対して回折現象を起こさせるオーダのピッチで縞状に交互に並ぶ第１の領域と第２の領域とを画定する配向膜と、前記１対の透明基板の間に挟持され、液晶分子の配列状態が前記透明電極に印加される電圧によって変化する液晶層とを有し、前記液晶層内の液晶分子の長軸方向が基板面内に対して立ち上がった状態のとき、前記第１の領域と第２の領域とにおいて液晶分子の長軸の立ち上がりの向きが相互に逆向きになるように、前記配向膜に配向処理されている液晶表示パネルが提供される。
【００１７】
第１の領域と第２の領域の境界近傍の液晶分子は、その両側の液晶分子の配列の影響を受ける。第１の領域と第２の領域とにおいて液晶分子の長軸の立ち上がりの向きが相互に逆向きになるため、境界近傍の液晶分子はいずれの向きにも立ち上がりにくくなり、第２の状態においても液晶分子が第１の状態とほぼ同様の配列状態を維持する。第２の状態のとき、液晶分子の配列状態が第１及び第２の領域の内奥部と境界近傍部で異なる。すなわち、配列状態の異なる細長い領域が周期的に現れる。この液晶層は回折格子として作用する。
【００１８】
本発明の他の観点によると、可干渉な平行光を放射する光源と、前記光源から放射された光が入射する前記液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを透過した光のうち０次回折光を透過させ、１次以上の高次回折光を遮蔽する遮蔽手段と、前記遮蔽手段を透過した光を投影する投影レンズとを有する投写型表示装置が提供される。
【００１９】
０次回折光のみが投影レンズにより投影される。液晶層の配列状態を変化させて０次回折光をスイッチングすることにより、画像を表示することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の実施例による液晶表示パネルの基本構成及び動作原理について説明する。
【００２１】
図１（Ａ）は、本発明の実施例による液晶表示パネルの概略を示す部分平面図である。図の縦方向に延在する複数のデータ線１２と横方向に延在する複数の制御線１３が格子状に配置されている。データ線１２と制御線１３は、その交差箇所において相互に絶縁されている。
【００２２】
データ線１２と制御線１３の交差箇所に対応して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１が配置されている。ＴＦＴ１１のゲート電極は対応する制御線１３に接続され、ドレイン電極は対応するデータ線１２に接続されている。データ線１２と制御線１３に囲まれた領域内にインジウムすずオキサイド（ＩＴＯ）等からなる透明画素電極１０が配置されている。透明画素電極１０は、対応するＴＦＴ１１のソース電極に接続されている。
【００２３】
基板面内には、例えば図の縦方向に延在する細長い帯状の複数の領域１４Ａと１４Ｂが画定されている。領域１４Ａと１４Ｂとは図の横方向に隣接して交互に並び、各領域の配列ピッチは可視光に対して回折現象を起こさせるオーダである。より具体的には、領域１４Ａ及び１４Ｂの各々の配列ピッチは、回折現象を起こさせるピッチの２倍である。なお、領域１４Ａ及び１４Ｂと画素電極１０との相対位置関係は任意でよい。
【００２４】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ａ１−Ａ１における概略断面図を示す。透明基板１と２０が対向配置されている。透明基板１の対向面上に透明画素電極１０が形成され、その上に配向膜１５が形成されている。透明基板２０の対向面上には、ＩＴＯ等からなる透明共通電極２１が形成され、その表面上に配向膜２２が形成されている。
【００２５】
透明基板１と２０との間に正の誘電率異方性を有する液晶材料が挟持され、液晶層１６が形成されている。配向膜１５及び２２には液晶分子の長軸が図の横方向を向くホモジニアス配列となるように配向処理が施されている。従って、液晶層１６内に模式的に表した液晶分子１７は、電圧無印加時に、その長軸を基板面に対して平行にするように配列している。
【００２６】
また、電極１０と２１との間に電圧を印加すると、領域１４Ａにおいては、液晶分子１７が矢印１８Ａで示すように時計回りに回転して立ち上がり、領域１４Ｂにおいては、矢印１８Ｂで示すように反時計回りに回転して立ち上がるように、プレチルトが付与されている。
【００２７】
透明基板１の外側の表面上に、偏光板２が配置されている。偏光板２は、基板面に垂直に入射する入射光３０のうち、液晶分子１７の面内配向方向に平行な偏光成分３０ａを透過し、直交する偏光成分３０ｂを遮蔽する。
【００２８】
図１（Ｃ）は、電極１０と２１との間に電圧を印加したときの、液晶分子の配列状態の概略を示す。領域１４Ａの内奥部の液晶分子１７は時計回りに回転して立ち上がり、領域１４Ｂの内奥部の液晶分子１７は反時計回りに回転して立ち上がる。領域１４Ａと１４Ｂとの境界近傍部の液晶分子１７は、領域１４Ａと１４Ｂの両方の液晶分子の配列の影響を受けるため、長軸が基板面に平行な方向を向いたままになる。
【００２９】
従って、液晶分子が基板面に対して立ち上がった領域と基板面に対して平行に配列したままの領域（境界近傍部）とが交互に並んで現れる。これらの領域の配列のピッチは、領域１４Ａまたは１４Ｂの配列のピッチの半分のピッチになる。
【００３０】
図１（Ｃ）に示す液晶表示パネルに透明基板１側から入射光３０が垂直入射する場合を考える。なお、液晶分子の常屈折率をｎ_ｏ、異常屈折率をｎ_ｅとする。電圧印加時に、領域１４Ａ及び１４Ｂの内奥部に入射した偏光成分３０ａは、液晶層１６内を伝搬するとき、常屈折率ｎ_ｏを感じ、領域１４Ａと１４Ｂとの境界近傍部に入射した偏光成分３０ａは、異常屈折率ｎ_ｅを感じる。また、偏光成分３０ｂは、偏光板２により遮蔽され、液晶層１６に入射しない。従って、液晶層１６は、入射光３０に対して回折格子として作用する。
【００３１】
液晶層の厚さをＴ、ｎ_ｅ−ｎ_ｏをΔｎ、入射光の波長をλとすると、式（２）の場合と同様に、
【００３２】
【数５】
ΔｎＴ＝λ（２ｍ＋１）／２（ｍは整数） …（５）
が成り立つとき、電圧印加時における偏光成分３０ａの０次回折光の強度が０になる。
【００３３】
電圧無印加時には、図１（Ｂ）に示すように液晶分子１７が基板面全領域においてホモジニアスに配列する。このため、入射位置に依らず入射光３０の偏光成分３０ａは、液晶層１６を伝搬するとき異常屈折率ｎ_ｅを感じる。従って、液晶層１６が回折格子として作用せず、入射光３０ａは液晶層１６を透過してそのまま直進する。
【００３４】
電圧印加時に式（５）を満たすように、液晶層１６の厚さＴ、入射光３０の波長λ、液晶分子の屈折率異方性Δｎを選択すると、電圧の印加、無印加により入射光３０の０次回折光のスイッチングを行うことができる。液晶表示パネルの出射側に、入射光３０の０次回折光を透過し、１次以上の高次回折光を遮蔽する遮蔽板を配置することにより、透過光のスイッチングを行うことができる。
【００３５】
次に、図２及び図３を参照して、図１に示す液晶表示パネルの具体的な構成例を説明する。
図２は、液晶表示パネルの一構成例の概略断面図を示す。各構成部分には、図１（Ｂ）及び（Ｃ）の対応する構成部分と同一の参照符号が付されている。図２（Ａ）は、電圧無印加時の状態を表し、図２（Ｂ）は、電圧印加時の状態を表す。
【００３６】
配向膜１５及び２２には、共に図の横方向の面内配向方向、及び配向膜に接する液晶分子１７の図の右端が基板面から持ち上がる向きのプレチルトが付与されている。すなわち、配向膜１５と２２には、液晶層１６内の液晶分子１７を相互に反対向きにチルトさせる向きのプレチルトが付与されている。配向膜１５及び２２に付与されたプレチルト角の大きさは、領域１４Ａと１４Ｂとにおいて相互に異なる。領域１４Ａにおいては、配向膜２２側のプレチルト角が配向膜１５側のプレチルト角よりも大きく、領域１４Ｂにおいては、プレチルト角の大小関係が逆になっている。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、領域１４Ａにおいては、配向膜２２側のプレチルトが優勢であるため、液晶層１６内の厚さ方向の中央近傍に位置する液晶分子１７が配向膜２２に付与されたプレチルトの向きと同一の向きにチルトしている。逆に領域１４Ｂにおいては、液晶層１６内の厚さ方向の中央近傍に位置する液晶分子１７が配向膜１５に付与されたプレチルトの向きと同一の向きにチルトしている。
【００３８】
図２（Ｂ）に示すように、電極１０と２１との間に電圧を印加すると、各領域１４Ａ及び１４Ｂの液晶分子１７が、当該領域における優勢なプレチルトの向きに立ち上がろうとする。従って、領域１４Ａと１４Ｂとの内奥部の液晶分子１７は相互に反対向きに立ち上がる。
【００３９】
領域１４Ａと１４Ｂとの境界近傍部の液晶分子１７は、その両側の領域の液晶分子１７の配列の影響を受ける。このため、液晶分子１７は、どちらの向きにも立ち上がることができず、基板面に対してほぼ平行な向きに配列した状態を維持する。
【００４０】
このように、配向膜１５と２２の領域１４Ａに付与されたプレチルト角の大小関係と領域１４Ｂに付与されたそれとを逆にすることにより、図１に示す液晶表示パネルを構成することができる。
【００４１】
図２では、配向膜１５と２２の双方において、領域１４Ａ内と１４Ｂ内のプレチルト角を異ならせた場合を示したが、一方の配向膜側のプレチルト角を基板面全面にわたって一定としてもよい。
【００４２】
図３は、配向膜２２側のプレチルト角を基板面全面にわたって一定とした場合を示す。配向膜１５側においては、領域１４Ｂ内のプレチルト角が領域１４Ａ内のプレチルト角よりも大きい。配向膜２２側のプレチルト角は、配向膜１５側の２つのプレチルト角の中間の大きさである。
【００４３】
この場合も、図２（Ａ）の場合と同様に、領域１４Ａ内においては配向膜２２側のプレチルトの向きが優勢になり、領域１４Ｂ内においては配向膜１５側のプレチルトの向きが優勢になる。従って、図３に示す液晶表示パネルに電圧を印加すると、図２（Ｂ）の場合と同様に領域１４Ａと１４Ｂの内奥部では液晶分子１７が相互に逆向きに立ち上がり、境界近傍部では基板面にほぼ平行に配列した状態が維持される。
【００４４】
次に、図４を参照して、図２及び図３に示す２種類のプレチルト角が付与された配向膜の作製方法の一例を説明する。
図４（Ａ）に示すように、液晶表示パネルを構成する基板４０を準備する。基板４０がＴＦＴ側基板であってもそれに対向する基板であっても、配向膜の形成方法に差はない。図４（Ａ）では、基板４０の対向面上に形成されている制御線、データ線、ＴＦＴ、及び透明電極等を省略して表している。
【００４５】
基板４０の対向面上に、ポリイミド系の配向膜材料を転写印刷し、約２００℃で焼成して配向膜４１を形成する。配向膜材料としては、例えば日産化学工業製の配向膜材料ＳＥ−７７９２を用いる。
【００４６】
図４（Ｂ）に示すように、ピッチが約８μｍの縞模様状の露光マスク４２を介して配向膜４１の表面に、エネルギ密度１０Ｊ／ｃｍ^２の紫外線を照射する。
図４（Ｃ）に示すように、露光マスク４２の各縞に直交する方向４３に沿って配向膜４１の表面をラビングする。ラビング方向４３に平行な面内配向方向が付与され、配向膜４１に接する液晶分子は、ラビング方向４３の下流側の端部が持ち上がる向きにプレチルトする。また、紫外線を照射した領域及び照射しない領域のプレチルト角は、それぞれ１度及び８度であった。このように、紫外線照射の有無により基板面内の位置によってプレチルト角を異ならせることができる。
【００４７】
ＴＦＴ側の基板の紫外線照射領域と、対向基板側の紫外線非照射領域とが対応するように、両基板を対向配置することにより、図２に示す液晶表示パネルを得ることができる。また、図４に示すように部分的に紫外線が照射されたＴＦＴ側の基板と、基板面全面に一様なプレチルト角が付与された対向基板とを対向配置することにより、図３に示す液晶表示パネルを得ることができる。対向基板側の配向膜材料としては、例えば日本合成ゴム製の配向膜材料ＡＬ３５０６Ｌを用いる。このとき、対向基板側のプレチルト角は約４度になる。
【００４８】
次に、図５を参照して、配向膜作製方法の他の例を説明する。
図５（Ａ）に示すように、基板５０の表面上に配向膜５１を形成する。配向膜５１は、例えば感光性ポリイミドＰＩ−４００（宇部興産製）を転写印刷し、紫外線を商社（０．３Ｊ／ｃｍ^２）した後、約２００℃で焼成することにより形成される。
【００４９】
図５（Ｂ）に示すように、配向膜５１の表面上に配向膜５１とは異なるプレチルト角を示す配向膜５２を形成する。配向膜５２は、例えばポリイミドＪＡＬＳ−２１４−Ｒ３（日本合成ゴム製）を転写印刷し、焼成することにより形成される。
【００５０】
配向膜５２の表面上にフォトリソグラフィ技術を用いて、幅４μｍ、ピッチ８μｍの縞模様状のレジストパターン５３を形成する。配向膜５２は、レジストパターン５３を形成するときの現像液、例えばシプレー製のＭＦ−３１９等によりレジスト膜と同時にパターニングされる。配向膜５２のエッチング後、レジストパターン５３を除去する。
【００５１】
図５（Ｃ）は、レジストパターン５３の除去後の基板の断面図を示す。配向膜５１の表面上に縞模様状に配置された配向膜パターン５２Ａが形成される。配向膜パターン５２Ａの各縞に直交する方向５４に沿って配向膜５１及び配向膜パターン５２Ａの表面をラビングする。ラビング方向５４に平行な面内配向方向が付与され、配向膜５１が露出した領域と配向膜パターン５２Ａが配置された領域とでは、異なるプレチルト角が付与される。
【００５２】
このように、相互に異なるプレチルト角を示す２種類の配向膜を積層して、上層の配向膜をパターニングすることにより、図４の場合と同様にプレチルト角の異なる２種類の領域を縞模様状に配置することができる。
【００５３】
図４及び図５に示すように、相互に異なるプレチルト角を有する細長い線状の２種類の領域が交互に配置されるように配向処理を施すことにより、回折格子を用いることなく回折型液晶表示パネルを作製することができる。
【００５４】
次に、図６を参照して、図２に示す液晶表示パネルを用いた投写型表示装置について説明する。
図６は、投写型表示装置の光学系に着目した概略図を示す。光源６０が、可干渉な白色のコリメート光を放射する。光源６０から放射された白色光は、ミラー６１により全反射してダイクロイックミラー６２に入射する。ダイクロイックミラー６２は、赤色光を反射し緑及び青色光を透過させる。ダイクロイックミラー６２を透過した光のうち青色光はダイクロイックミラー６３で反射し、緑色光はダイクロイックミラー６３を透過する。このようにして、光源６０から放射された白色光が赤、緑、及び青色光に分離される。
【００５５】
ダイクロイックミラー６２で反射した赤色光は、ミラー６５で全反射して赤色用液晶表示パネル６８に入射する。ダイクロイックミラー６３で反射した青色光は青色用液晶表示パネル６９に入射し、ダイクロイックミラー６３を透過した緑色光は緑色用液晶表示パネル７０に入射する。
【００５６】
各液晶表示パネル６８、６９及び７０は、図２の液晶表示パネルと同様の構成である。図２に示す配向膜１５及び２２の材料は日産化学工業製のポリイミド配向膜材料ＳＥ−７７９２であり、液晶材料はメルク社製のネマチック液晶材料ＴＬ２０２である。この液晶材料の異常屈折率ｎ_ｅは１．７０８１であり、常屈折率ｎ_ｏは１．５２３０である。すなわち、式（５）における屈折率異方性Δｎは０．１７８８になる。
【００５７】
赤、緑、青色用液晶表示パネル６８、６９及び７０の液晶層の厚さＴは、それぞれ５．１μｍ、４．５μｍ及び３．９μｍである。従って、赤、緑、青色用液晶表示パネル６８、６９及び７０は、それぞれ赤色光の中心波長６２９ｎｍ、緑色光の中心波長５５５ｎｍ、及び青色光の中心波長４８１ｎｍの光に対して式（５）のｍが１となり、式（５）が成り立つ。従って、赤、緑、青色用液晶表示パネル６８、６９及び７０は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光の透過光をスイッチングすることができる。
【００５８】
赤、緑、青色用液晶表示パネル６８、６９及び７０を透過した光は、それぞれ相互に等価なレンズ７３、７４及び７５によって収束され、ダイクロイックミラー６６、６７及びミラー６４により、共通の光軸を有する光束に合成される。レンズ７３、７４及び７５の焦点に対応する位置に遮蔽板７１が配置されている。遮蔽板７１は、光軸との交差箇所にピンホールを有し、液晶表示パネル６８、６９及び７０を透過した０次回折光を透過し、１次以上の高次回折光を遮蔽する。
【００５９】
遮蔽板７１のピンホールを透過した光は、投影レンズ７２によりスクリーン上に投影される。
図６では、図２に示す液晶表示パネルを用いた場合を説明したが、図３に示す液晶表示パネル、または、より一般的に図１に示す液晶表示パネルを用いてもよい。このように、本発明の実施例による回折型液晶表示パネルを用いると、各色ごとに１枚の偏光板を挿入するのみで透過光のスイッチングを行うことができる。このため、２枚の偏光板を必要とするツイストネマチック（ＴＮ）型液晶表示パネルを用いる場合に比べて、より明るい像を得ることが可能になる。
【００６０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶分子のチルト方向を回折格子の回折ピッチと同程度のピッチで基板面内に関して周期的に逆転させることにより、電圧を印加しても境界近傍部の液晶分子を基板面に平行に配列したままの状態にすることができる。電圧印加時に、液晶分子がチルトした領域と基板面に平行に配列した領域とが周期的に現れる。この液晶層は、回折格子として作用する。このように、液晶分子のプレチルトの向きを基板面内の位置に関して制御することにより、回折型液晶表示パネルを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による液晶表示パネルの概略を示す部分平面図及び断面図である。
【図２】図１に示す液晶表示パネルの一構成例を示す部分断面図である。
【図３】図１に示す液晶表示パネルの他の構成例を示す部分断面図である。
【図４】図２及び３に示す配向膜の形成方法を説明するための基板の概略断面図である。
【図５】図２及び３に示す配向膜の他の形成方法を説明するための基板の概略断面図である。
【図６】投写型表示装置の概略図である。
【図７】従来例による回折型液晶表示パネルの部分断面図である。
【符号の説明】
１、２０透明基板
１０透明画素電極
１１ＴＦＴ
１２データ線
１３制御線
１４Ａ、１４Ｂ領域
１５、２２配向膜
１６液晶層
１７液晶分子
２１透明電極
３０入射光
３０ａ、３０ｂ偏光成分
４０、５０基板
４１、５１、５２配向膜
４２露光マスク
４３ラビング方向
５２Ａ配向膜パターン
５３レジストパターン
５４ラビング方向
６０光源
６１、６４、６５ミラー
６２、６３、６６、６７ダイクロイックミラー
６８、６９、７０液晶表示パネル
７１遮蔽板
７２投影レンズ
７３、７４、７５レンズ
１００、１１０透明基板
１０１、１１１透明電極
１０５回折格子
１０６溝
１０７液晶分子
１２０入射光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display panel and a projection display device, and more particularly, to a liquid crystal display panel and a projection display device that control transmission and blocking of light using a light diffraction phenomenon.
[0002]
[Prior art]
With reference to FIG. 7, a configuration and an operation principle of a conventional liquid crystal display panel utilizing a diffraction phenomenon will be described. 7A and 7B are schematic sectional views of a conventional liquid crystal cell. FIG. 7A shows the state when no voltage is applied, and FIG. 7B shows the state when voltage is applied.
[0003]
As shown in FIG. 7 (A), transparent substrates 100 and 110 are arranged to face each other, and transparent electrodes 101 and 111 are formed on the respective opposing surfaces. A diffraction grating 105 made of an optically isotropic substance is interposed between the transparent electrodes 101 and 111. On the surface of the diffraction grating 105 on the transparent substrate 110 side, a plurality of grooves 106 extending in a direction perpendicular to the paper surface are formed in a stripe pattern. The cross-sectional shape of each groove 106 is rectangular. The groove 106 is filled with a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy. When no voltage is applied between the transparent electrodes 101 and 111, the liquid crystal molecules 107 are arranged such that their long axes are parallel to the longitudinal direction of the grooves 106.
[0004]
Consider a case where incident light 120 is incident on the liquid crystal cell shown in FIG. 7A from the transparent substrate 100 side. When incident light 120 propagates in the liquid crystal material, vertically polarized component 120a to the long axis of the liquid crystal molecules 107 felt ordinary refractive index n _o of the liquid crystal molecules, the polarization component 120b parallel to the long axis of the liquid crystal molecules 107 liquid crystal It feels extraordinary refractive index n _e of the molecule.
[0005]
The refractive index of the substance forming the diffraction grating 105 is _ng , the wavelength of the incident light is λ, the depth of the groove 106 is T, the intensity of the incident light is I, and the intensity of the 0th-order diffracted light that travels straight while transmitting in the incident direction. the When _{_{I 0,} I 0} / _I is an approximation,
[0006]
(Equation 1)
I ₀ / I {1 + cos (2πΔnT / λ)} / 2 (1)
It is expressed as Here, with respect to the polarization component 120a of the incident light 120, a Δn ₌ n g -n _o, with respect to the polarization component 120b, a Δn ₌ n g -n _e. From equation (1),
[0007]
(Equation 2)
ΔnT = λ (2m + 1) / 2 (m is an integer) (2)
Holds, I ₀ / I becomes 0, no 0th-order diffracted light appears, and all transmitted light becomes higher-order diffracted light. From equation (1), when Δn = 0, I ₀ = I, and the transmitted light is only the 0th-order diffracted light.
[0008]
As shown in FIG. 7B, when a voltage is applied between the transparent electrodes 101 and 111, the liquid crystal molecules 107 tilt, and the major axis thereof becomes substantially perpendicular to the substrate surface. In this state, the polarization components 120a and 120b of the incident light 120 propagating in the liquid crystal material, both feel ordinary refractive index _{n o} of the liquid crystal molecules. That is, in equation (1), for both polarization components 120a and 120b of the incident light 120, a Δn ₌ n g -n _o.
[0009]
(Equation 3)
_{_{(N e -n g) T =}} λ / 2, n o = n g ... (3)
When the material and the depth of the groove are simultaneously selected, Δn = 0 with respect to the polarization component 120a of the incident light 120. Therefore, according to the equation (1), I ₀ = regardless of whether a voltage is applied or not. I. With respect to the polarization component 120b of the incident light 120, I ₀ = 0 when no voltage is applied and Δn = 0 when a voltage is applied according to Equation (1), so that I ₀ = I. That is, the intensity of the zero-order diffracted light can be controlled by the voltage with respect to the polarization component 120b of the incident light 120.
[0010]
Therefore, a polarizing plate that absorbs the polarized light component 120a of the incident light 120 and transmits only the polarized light component 120b is disposed in parallel with the substrate of the liquid crystal cell, and transmits only the 0th-order diffracted light behind the liquid crystal cell, and transmits the higher-order diffracted light. By disposing a shielding plate that does not transmit light, switching of transmitted light can be performed by a voltage.
[0011]
Also, as another example,
[0012]
(Equation 4)
_{_{(N g -n o) T =}} λ / 2, n e = n g ... (4)
Are satisfied at the same time. Regarding the polarization component 120a of the incident light 120, I ₀ = 0 regardless of whether a voltage is applied or not. For the polarization component 120b of the incident light 120, I ₀ = I when no voltage is applied, and I ₀ = 0 when voltage is applied. Therefore, switching of the transmitted light of the polarization component 120b of the incident light 120 can be performed.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In order to perform ideal switching, high precision is required for the shape, depth, pitch, and the like of the groove 106 of the diffraction grating 105. Further, in order to transmit the 0th-order diffracted light and effectively block high-order diffracted light, it is necessary to increase the diffraction angle of the 1st-order diffracted light to some extent. In order to obtain a sufficiently large diffraction angle, the pitch of the grooves 106 is preferably set to 10 μm or less. In addition, in the formula (2), Δn is about 0.1 to 0.2 and λ = 0.4 to 0.7 μm in a normal material. Therefore, in order to satisfy the formula (2), the groove is required. The depth T of 106 needs to be 1 μm or more.
[0014]
Producing a diffraction grating having such a fine pattern with high precision involves process difficulties and is disadvantageous in terms of cost. In addition, since the liquid crystal molecules 107 in the grooves 106 are bound by the side walls of the grooves 106, the arrangement of the liquid crystal molecules does not change to the ideal state shown in FIG.
[0015]
An object of the present invention is to provide a diffraction-type liquid crystal display panel that can be manufactured without sandwiching a diffraction grating that requires high-precision mechanical processing, and a projection-type liquid crystal display device using the liquid crystal display panel. is there.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a pair of transparent substrates disposed to face each other, a transparent electrode formed on each of the facing surfaces of the pair of transparent substrates, and a facing surface of each of the pair of transparent substrates A first region and a second region are formed so as to cover the transparent electrode, and are alternately arranged in a stripe pattern at a pitch on the order of causing a diffraction phenomenon with respect to visible light in a plane of the transparent substrate. A liquid crystal layer sandwiched between the pair of transparent substrates, the alignment state of the liquid crystal molecules being changed by a voltage applied to the transparent electrode; When the major axis direction rises with respect to the plane of the substrate, the alignment film is formed such that the major axes of the liquid crystal molecules rise in the first region and the second region in opposite directions. , A liquid crystal display panel having an alignment treatment is provided.
[0017]
Liquid crystal molecules near the boundary between the first region and the second region are affected by the alignment of the liquid crystal molecules on both sides thereof. Since the rising directions of the long axes of the liquid crystal molecules are opposite to each other in the first region and the second region, the liquid crystal molecules near the boundary are unlikely to rise in either direction, and even in the second state. The liquid crystal molecules maintain an alignment state substantially similar to the first state. In the second state, the alignment state of the liquid crystal molecules is different between the inner part of the first and second regions and the part near the boundary. That is, elongated regions having different arrangement states appear periodically. This liquid crystal layer acts as a diffraction grating.
[0018]
According to another aspect of the present invention, a light source that emits coherent parallel light, the liquid crystal display panel on which light emitted from the light source is incident, and a zero-order diffracted light of light transmitted through the liquid crystal display panel are There is provided a projection display apparatus including a shielding unit that transmits the light and shields first-order or higher-order diffracted light, and a projection lens that projects the light transmitted through the shielding unit.
[0019]
Only the zero-order diffracted light is projected by the projection lens. An image can be displayed by switching the 0th-order diffracted light by changing the arrangement state of the liquid crystal layer.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
With reference to FIG. 1, the basic configuration and operation principle of a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention will be described.
[0021]
FIG. 1A is a partial plan view schematically showing a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention. A plurality of data lines 12 extending in the vertical direction and a plurality of control lines 13 extending in the horizontal direction are arranged in a grid. The data line 12 and the control line 13 are mutually insulated at the intersection.
[0022]
A thin film transistor (TFT) 11 is arranged corresponding to an intersection of the data line 12 and the control line 13. The gate electrode of the TFT 11 is connected to the corresponding control line 13, and the drain electrode is connected to the corresponding data line 12. A transparent pixel electrode 10 made of indium tin oxide (ITO) or the like is arranged in a region surrounded by the data lines 12 and the control lines 13. The transparent pixel electrode 10 is connected to the source electrode of the corresponding TFT 11.
[0023]
In the substrate surface, for example, a plurality of elongated belt-shaped regions 14A and 14B extending in the vertical direction of the drawing are defined. The regions 14A and 14B are alternately arranged adjacent to each other in the horizontal direction in the drawing, and the arrangement pitch of each region is on the order of causing a diffraction phenomenon with respect to visible light. More specifically, the arrangement pitch of each of the regions 14A and 14B is twice the pitch that causes the diffraction phenomenon. Note that the relative positional relationship between the regions 14A and 14B and the pixel electrode 10 may be arbitrary.
[0024]
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along a dashed-dotted line A1-A1 in FIG. The transparent substrates 1 and 20 are arranged facing each other. A transparent pixel electrode 10 is formed on the opposite surface of the transparent substrate 1, and an alignment film 15 is formed thereon. A transparent common electrode 21 made of ITO or the like is formed on the opposing surface of the transparent substrate 20, and an alignment film 22 is formed on the surface thereof.
[0025]
A liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy is sandwiched between the transparent substrates 1 and 20, and a liquid crystal layer 16 is formed. The alignment films 15 and 22 are subjected to an alignment process such that the long axes of the liquid crystal molecules are in a homogeneous arrangement with the horizontal direction in the figure. Therefore, the liquid crystal molecules 17 schematically represented in the liquid crystal layer 16 are arranged such that their long axes are parallel to the substrate surface when no voltage is applied.
[0026]
When a voltage is applied between the electrodes 10 and 21, in the region 14A, the liquid crystal molecules 17 rotate clockwise as shown by the arrow 18A and rise, and in the region 14B, the liquid crystal molecules 17 move counterclockwise as shown by the arrow 18B. A pretilt is provided so as to rotate clockwise and stand up.
[0027]
The polarizing plate 2 is disposed on the outer surface of the transparent substrate 1. The polarizing plate 2 transmits the polarized light component 30a parallel to the in-plane alignment direction of the liquid crystal molecules 17 and shields the orthogonally polarized light component 30b from the incident light 30 which is perpendicularly incident on the substrate surface.
[0028]
FIG. 1C schematically shows an arrangement state of liquid crystal molecules when a voltage is applied between the electrodes 10 and 21. The liquid crystal molecules 17 inside the region 14A rotate clockwise and rise, and the liquid crystal molecules 17 inside the region 14B rotate counterclockwise and rise. Since the liquid crystal molecules 17 near the boundary between the regions 14A and 14B are affected by the arrangement of the liquid crystal molecules in both the regions 14A and 14B, the long axis remains in a direction parallel to the substrate surface.
[0029]
Therefore, regions where the liquid crystal molecules rise with respect to the substrate surface and regions where the liquid crystal molecules are arranged in parallel with the substrate surface (near the boundary) appear alternately. The pitch of the arrangement of these regions is half the pitch of the arrangement of the regions 14A or 14B.
[0030]
Consider a case where incident light 30 is vertically incident on the liquid crystal display panel shown in FIG. 1C from the transparent substrate 1 side. Incidentally, the ordinary refractive index of the liquid crystal molecules n _o, the extraordinary refractive index and n _e. When a voltage is applied, the polarization component 30a which enters the innermost portion of the region 14A and 14B, when propagating through the liquid crystal layer 16, felt ordinary refractive index n _o, polarized light incident on the boundary vicinity between the region 14A and 14B component 30a may feel extraordinary refractive index _{n e.} Further, the polarization component 30 b is shielded by the polarizing plate 2 and does not enter the liquid crystal layer 16. Therefore, the liquid crystal layer 16 functions as a diffraction grating for the incident light 30.
[0031]
The thickness T of the liquid crystal layer, n _e -n _o a [Delta] n, and the wavelength of the incident light to lambda, as in the case of formula (2),
[0032]
(Equation 5)
ΔnT = λ (2m + 1) / 2 (m is an integer) (5)
Holds, the intensity of the 0th-order diffracted light of the polarization component 30a at the time of voltage application becomes zero.
[0033]
When no voltage is applied, as shown in FIG. 1B, the liquid crystal molecules 17 are arranged homogeneously in the entire region of the substrate surface. Therefore, the polarization component 30a of the incident light 30 irrespective of the incident position, feel extraordinary refractive index n _e they propagate through the liquid crystal layer 16. Therefore, the liquid crystal layer 16 does not act as a diffraction grating, and the incident light 30a passes through the liquid crystal layer 16 and proceeds straight.
[0034]
When the thickness T of the liquid crystal layer 16, the wavelength λ of the incident light 30, and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal molecules are selected so as to satisfy Expression (5) at the time of applying a voltage, the incident light 30 is obtained by applying or not applying a voltage. 0th order diffracted light can be switched. By arranging a shielding plate on the emission side of the liquid crystal display panel that transmits the 0th-order diffracted light of the incident light 30 and blocks the first-order or higher-order diffracted light, the transmitted light can be switched.
[0035]
Next, a specific configuration example of the liquid crystal display panel shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one configuration example of the liquid crystal display panel. Each component is denoted by the same reference numeral as the corresponding component in FIGS. 1B and 1C. FIG. 2A illustrates a state when no voltage is applied, and FIG. 2B illustrates a state when a voltage is applied.
[0036]
Each of the alignment films 15 and 22 is provided with a pretilt such that the horizontal in-plane alignment direction in the drawing and the right end of the liquid crystal molecule 17 in contact with the alignment film in the drawing rises from the substrate surface. That is, the alignment films 15 and 22 are provided with a pretilt in a direction for tilting the liquid crystal molecules 17 in the liquid crystal layer 16 in directions opposite to each other. The magnitudes of the pretilt angles given to the alignment films 15 and 22 are different from each other in the regions 14A and 14B. In the region 14A, the pretilt angle on the alignment film 22 side is larger than the pretilt angle on the alignment film 15 side, and in the region 14B, the magnitude relationship of the pretilt angles is reversed.
[0037]
As shown in FIG. 2A, in the region 14A, since the pretilt on the alignment film 22 side is predominant, the liquid crystal molecules 17 located near the center in the thickness direction in the liquid crystal layer 16 are applied to the alignment film 22. It is tilted in the same direction as the pretilt direction. Conversely, in the region 14B, the liquid crystal molecules 17 located near the center in the thickness direction in the liquid crystal layer 16 are tilted in the same direction as the pretilt direction given to the alignment film 15.
[0038]
As shown in FIG. 2B, when a voltage is applied between the electrodes 10 and 21, the liquid crystal molecules 17 in each of the regions 14A and 14B tend to rise in a predominant pretilt direction in the region. Therefore, the liquid crystal molecules 17 inside the regions 14A and 14B rise in opposite directions.
[0039]
The liquid crystal molecules 17 near the boundary between the regions 14A and 14B are affected by the arrangement of the liquid crystal molecules 17 on both sides of the region. For this reason, the liquid crystal molecules 17 cannot rise in either direction, and maintain a state of being arranged in a direction substantially parallel to the substrate surface.
[0040]
In this way, by reversing the magnitude relationship of the pretilt angles given to the regions 14A of the alignment films 15 and 22, and the one given to the regions 14B, the liquid crystal display panel shown in FIG. 1 can be configured.
[0041]
FIG. 2 shows a case where the pretilt angles in the regions 14A and 14B are different in both the alignment films 15 and 22, but the pretilt angle on one alignment film side may be constant over the entire surface of the substrate.
[0042]
FIG. 3 shows a case where the pretilt angle on the alignment film 22 side is constant over the entire substrate surface. On the alignment film 15 side, the pretilt angle in the region 14B is larger than the pretilt angle in the region 14A. The pretilt angle on the alignment film 22 side is an intermediate value between the two pretilt angles on the alignment film 15 side.
[0043]
Also in this case, as in the case of FIG. 2A, the pretilt direction on the alignment film 22 side becomes dominant in the region 14A, and the pretilt direction on the alignment film 15 side becomes dominant in the region 14B. . Therefore, when a voltage is applied to the liquid crystal display panel shown in FIG. 3, the liquid crystal molecules 17 rise in opposite directions in the inner part of the regions 14A and 14B as in the case of FIG. The state of being arranged substantially parallel to the plane is maintained.
[0044]
Next, an example of a method for manufacturing an alignment film provided with two types of pretilt angles shown in FIGS. 2 and 3 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4A, a substrate 40 forming a liquid crystal display panel is prepared. Whether the substrate 40 is a TFT-side substrate or a substrate opposed thereto, there is no difference in the method of forming an alignment film. In FIG. 4A, control lines, data lines, TFTs, transparent electrodes, and the like formed on the opposite surface of the substrate 40 are omitted.
[0045]
A polyimide-based alignment film material is transferred and printed on the facing surface of the substrate 40, and baked at about 200 ° C. to form an alignment film 41. As the alignment film material, for example, an alignment film material SE-7792 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is used.
[0046]
As shown in FIG. 4B, the surface of the alignment film 41 is irradiated with ultraviolet rays having an energy density of 10 J / cm ² via a striped exposure mask 42 having a pitch of about 8 μm.
As shown in FIG. 4C, the surface of the alignment film 41 is rubbed along a direction 43 orthogonal to each stripe of the exposure mask. An in-plane alignment direction parallel to the rubbing direction 43 is provided, and the liquid crystal molecules in contact with the alignment film 41 pretilt in a direction in which the downstream end of the rubbing direction 43 is lifted. The pretilt angles of the region irradiated with ultraviolet light and the region not irradiated with ultraviolet light were 1 degree and 8 degrees, respectively. As described above, the pretilt angle can be varied depending on the position in the substrate surface depending on the presence or absence of ultraviolet irradiation.
[0047]
The liquid crystal display panel shown in FIG. 2 can be obtained by arranging both substrates to face each other such that the ultraviolet irradiation region of the substrate on the TFT side and the non-irradiation region of the counter substrate correspond to each other. In addition, as shown in FIG. 4, a TFT-side substrate partially irradiated with ultraviolet light and a counter substrate having a uniform pretilt angle provided on the entire surface of the substrate are opposed to each other, so that the liquid crystal shown in FIG. A display panel can be obtained. As the alignment film material on the counter substrate side, for example, an alignment film material AL3506L made by Japan Synthetic Rubber is used. At this time, the pretilt angle on the counter substrate side is about 4 degrees.
[0048]
Next, another example of the method for producing an alignment film will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5A, an alignment film 51 is formed on a surface of a substrate 50. The alignment film 51 is formed, for example, by transferring and printing photosensitive polyimide PI-400 (manufactured by Ube Industries), performing ultraviolet ray trading at a trading company (0.3 J / cm ² ), and then baking it at about 200 ° C.
[0049]
As shown in FIG. 5B, an alignment film 52 having a pretilt angle different from that of the alignment film 51 is formed on the surface of the alignment film 51. The alignment film 52 is formed by, for example, transferring and printing polyimide JALS-214-R3 (manufactured by Nippon Synthetic Rubber) and firing it.
[0050]
Using a photolithography technique, a stripe-shaped resist pattern 53 having a width of 4 μm and a pitch of 8 μm is formed on the surface of the alignment film 52. The alignment film 52 is patterned simultaneously with the resist film by using a developer for forming the resist pattern 53, for example, Shipley's MF-319. After the etching of the alignment film 52, the resist pattern 53 is removed.
[0051]
FIG. 5C is a cross-sectional view of the substrate after the resist pattern 53 has been removed. On the surface of the alignment film 51, an alignment film pattern 52A arranged in a stripe pattern is formed. The surfaces of the alignment film 51 and the alignment film pattern 52A are rubbed along a direction 54 orthogonal to each stripe of the alignment film pattern 52A. An in-plane alignment direction parallel to the rubbing direction 54 is given, and different pretilt angles are given to a region where the alignment film 51 is exposed and a region where the alignment film pattern 52A is arranged.
[0052]
In this manner, by stacking two types of alignment films having different pretilt angles from each other and patterning the upper alignment film, two types of regions having different pretilt angles are striped in the same manner as in FIG. Can be arranged.
[0053]
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, by performing an alignment process so that two types of elongated linear regions having different pretilt angles are alternately arranged, a diffraction type liquid crystal display without using a diffraction grating. Panels can be made.
[0054]
Next, a projection display device using the liquid crystal display panel shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram focusing on the optical system of the projection display device. The light source 60 emits coherent white collimated light. The white light emitted from the light source 60 is totally reflected by the mirror 61 and enters the dichroic mirror 62. The dichroic mirror 62 reflects red light and transmits green and blue light. Of the light transmitted through the dichroic mirror 62, blue light is reflected by the dichroic mirror 63, and green light is transmitted through the dichroic mirror 63. Thus, the white light emitted from the light source 60 is separated into red, green, and blue light.
[0055]
The red light reflected by the dichroic mirror 62 is totally reflected by the mirror 65 and enters the red liquid crystal display panel 68. The blue light reflected by the dichroic mirror 63 enters the liquid crystal display panel 69 for blue, and the green light transmitted through the dichroic mirror 63 enters the liquid crystal display panel 70 for green.
[0056]
Each of the liquid crystal display panels 68, 69, and 70 has the same configuration as the liquid crystal display panel of FIG. The material of the alignment films 15 and 22 shown in FIG. 2 is a polyimide alignment film material SE-7792 manufactured by Nissan Chemical Industries, and the liquid crystal material is a nematic liquid crystal material TL202 manufactured by Merck. Extraordinary refractive index _{n e} of the liquid crystal material is 1.7081, ordinary refractive index _{n o} is 1.5230. That is, the refractive index anisotropy Δn in the equation (5) is 0.1788.
[0057]
The thicknesses T of the liquid crystal layers of the liquid crystal display panels 68, 69 and 70 for red, green and blue are 5.1 μm, 4.5 μm and 3.9 μm, respectively. Accordingly, the red, green, and blue liquid crystal display panels 68, 69, and 70 respectively emit red light having a central wavelength of 629 nm, green light having a central wavelength of 555 nm, and blue light having a central wavelength of 481 nm according to the formula (5). m becomes 1, and Expression (5) holds. Therefore, the red, green, and blue liquid crystal display panels 68, 69, and 70 can switch transmitted light of red light, green light, and blue light, respectively.
[0058]
The light transmitted through the red, green, and blue liquid crystal display panels 68, 69, and 70 is converged by mutually equivalent lenses 73, 74, and 75, respectively, and has a common optical axis by dichroic mirrors 66, 67, and mirror 64. Are combined into a luminous flux. The shielding plate 71 is disposed at a position corresponding to the focal point of the lenses 73, 74, and 75. The shielding plate 71 has a pinhole at the intersection with the optical axis, transmits the 0th-order diffracted light transmitted through the liquid crystal display panels 68, 69 and 70, and blocks the first-order or higher-order diffracted light.
[0059]
The light transmitted through the pinhole of the shielding plate 71 is projected on a screen by the projection lens 72.
FIG. 6 illustrates the case where the liquid crystal display panel shown in FIG. 2 is used. However, the liquid crystal display panel shown in FIG. 3 or, more generally, the liquid crystal display panel shown in FIG. 1 may be used. As described above, when the diffractive liquid crystal display panel according to the embodiment of the present invention is used, switching of transmitted light can be performed only by inserting one polarizing plate for each color. Therefore, a brighter image can be obtained as compared with a case where a twisted nematic (TN) type liquid crystal display panel that requires two polarizing plates is used.
[0060]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the tilt direction of the liquid crystal molecules is periodically reversed at a pitch substantially equal to the diffraction pitch of the diffraction grating with respect to the substrate plane, so that even if a voltage is applied, the vicinity of the boundary is reduced. Liquid crystal molecules can be arranged in parallel with the substrate surface. When a voltage is applied, a region where liquid crystal molecules are tilted and a region where liquid crystal molecules are arranged parallel to the substrate surface appear periodically. This liquid crystal layer acts as a diffraction grating. As described above, by controlling the direction of the pretilt of the liquid crystal molecules with respect to the position in the plane of the substrate, a diffraction type liquid crystal display panel can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial plan view and a sectional view schematically showing a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing one configuration example of the liquid crystal display panel shown in FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing another configuration example of the liquid crystal display panel shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a substrate for explaining a method of forming the alignment film shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a substrate for explaining another method for forming the alignment film shown in FIGS. 2 and 3;
FIG. 6 is a schematic diagram of a projection display device.
FIG. 7 is a partial sectional view of a diffraction type liquid crystal display panel according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1, 20 transparent substrate 10 transparent pixel electrode 11 TFT
12 Data line 13 Control line 14A, 14B Region 15, 22 Alignment film 16 Liquid crystal layer 17 Liquid crystal molecule 21 Transparent electrode 30 Incident light 30a, 30b Polarization component 40, 50 Substrates 41, 51, 52 Alignment film 42 Exposure mask 43 Rubbing direction 52A Alignment film pattern 53 Resist pattern 54 Rubbing direction 60 Light sources 61, 64, 65 Mirrors 62, 63, 66, 67 Dichroic mirrors 68, 69, 70 Liquid crystal display panel 71 Shielding plate 72 Projection lenses 73, 74, 75 Lens 100, 110 Transparency Substrates 101, 111 Transparent electrode 105 Diffraction grating 106 Groove 107 Liquid crystal molecules 120 Incident light

Claims

A pair of transparent substrates disposed opposite to each other;
A transparent electrode formed on each opposing surface of the pair of transparent substrates;
The transparent electrodes are formed on the opposing surfaces of the pair of transparent substrates so as to cover the transparent electrodes, and are alternately arranged in stripes at a pitch on the order of causing a diffraction phenomenon with respect to visible light in the surfaces of the transparent substrates. An alignment film defining a first region and a second region;
A liquid crystal layer sandwiched between the pair of transparent substrates, the alignment state of liquid crystal molecules being changed by a voltage applied to the transparent electrode,
When the major axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer rises with respect to the plane of the substrate, the major axes of the liquid crystal molecules in the first region and the second region rise in opposite directions. A liquid crystal display panel in which the alignment film is subjected to an alignment treatment.

In the alignment film on one transparent substrate side of the pair of transparent substrates, in the first region and the second region, the in-plane alignment direction and the pretilt direction are equal to each other, and the pretilt angles are mutually equal. Oriented differently,
The in-plane alignment direction of the alignment film on the other transparent substrate side of the pair of transparent substrates is parallel to the in-plane alignment direction on the one transparent substrate side, and the pretilt direction is on the one transparent substrate side. In which the liquid crystal molecules are tilted in a direction opposite to the pretilt direction, and the pretilt angle is an intermediate angle between the pretilt angles in each of the first region and the second region on the one transparent substrate side. The liquid crystal display panel according to claim 1, wherein the liquid crystal display panel is subjected to an alignment treatment.

In the alignment film on one transparent substrate side of the pair of transparent substrates, in the first region and the second region, the in-plane alignment direction and the pretilt direction are equal to each other, and the pretilt angles are mutually equal. Oriented differently,
In the alignment film on the other transparent substrate side of the pair of transparent substrates, the in-plane alignment direction is parallel to the in-plane alignment direction on the one transparent substrate side, and the pretilt direction is on the one transparent substrate side. This is a direction in which the liquid crystal molecules are tilted in a direction opposite to the direction of the pretilt. The pretilt angles in the first and second regions are different from each other, and the magnitude relationship is opposite to that of the one transparent substrate side. The liquid crystal display panel according to claim 1, wherein the liquid crystal display panel is subjected to an alignment treatment.

The liquid crystal display panel according to any one of claims 1 to 3, wherein an arrangement pitch of each of the first region and the second region is not constant but distributed in a certain range.

5. The liquid crystal display panel according to claim 1, wherein the arrangement pitch of each of the first region and the second region is 20 μm or less.

A light source that emits coherent parallel light,
The liquid crystal display panel according to any one of claims 1 to 5, wherein light emitted from the light source is incident,
Shielding means for transmitting the 0th-order diffracted light out of the light transmitted through the liquid crystal display panel and blocking the first-order or higher-order diffracted light;
A projection lens for projecting light transmitted through the shielding means.

Further, there is provided a separating means for separating parallel light emitted from the light source into light of three colors, red, green and blue,
Three sets of the liquid crystal display panels are provided, and the red, green, and blue lights separated by the separation unit respectively enter the respective liquid crystal display panels,
7. The projection display apparatus according to claim 6, further comprising combining means for combining light transmitted through each liquid crystal display panel on the same optical axis.