JP3684277B2

JP3684277B2 - Diffraction type LCD panel

Info

Publication number: JP3684277B2
Application number: JP21892796A
Authority: JP
Inventors: 英昭津田; 勉清野; 貴啓佐々木
Original assignee: 富士通ディスプレイテクノロジーズ株式会社
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH1062798A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently utilize the refractive index anisotropy of a liquid crystal material by providing the display panel with striped electrodes consisting of signal electrodes formed by connecting every other electrodes among plural parallel arranged linear electrodes to each other and reference electrodes formed by connecting the electrodes exclusive of these signal electrodes with each other. SOLUTION: Data lines 20 and control lines 21 are connected by interlayer insulating films at the intersection points and thin-film transistors 22 are arranged at each of the respective pixels. The plural transparent electrodes extending in a longitudinal direction are arranged at a pitch of order to induce diffraction to visible light within the respective pixels. Every other pieces of such transparent electrodes are connected, by which the signal electrodes 23 are constituted. The reference electrode lines 25 formed in correspondence to the respective pixel arrays arranged in a transverse direction are connected to the electrodes which do not constitute the signal electrodes 23 among the linear transparent electrodes, by which the reference electrodes 26 having the plural transparent electrodes connected to the reference electrode lines 25 are constituted. Oriented films 27 covering the signal electrodes 23 and the reference electrodes 26 are formed and a liquid crystal layer 40 is held between the oriented films 27 and 37.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に光の回折を利用して光の透過、遮断を制御する液晶表示パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８及び図９を参照して、回折現象を利用した液晶表示パネルの構成及び原理を説明する。
【０００３】
図８（Ａ）は、回折型液晶表示パネルの部分断面図を示す。２枚の透明基板５０と５３が相互に対向配置されている。透明基板５０の対向面上に、図の紙面に対して垂直方向に延在する複数の細長い透明電極５１が縞模様状に形成されている。例えば、透明電極５１の幅は約５μｍ、間隙部の幅は約１５μｍである。透明基板５０の対向面上に透明電極５１を覆うように配向膜５２が形成されている。
【０００４】
透明基板５３の対向面上にも、透明電極５１と同様の透明電極５４が形成されている。透明電極５４は、透明基板５０側の透明電極５１の間隙部のほぼ中央に位置するような構成とされている。透明基板５０及び５３のうち一方の基板にのみ透明電極が形成された幅５μｍの帯状の領域Ｂと、いずれの基板にも透明電極の形成されていない幅５μｍの帯状の領域Ａとが、図の横方向に交互に並ぶ。この２種類の帯状の領域の配列ピッチは約１０μｍであり、可視光を回折させるのに十分小さなピッチである。透明基板５３の対向面上に透明電極５４を覆うように配向膜５５が形成されている。
【０００５】
配向膜５２と５５との間に正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶層５６が挟持されている。配向膜５２と５５には、透明電極５１の長手方向に対して平行な向きの配向処理が施されている。液晶層５６内に記載した小円５７は、液晶分子の配列状態を模式的に表す。液晶分子はホモジニアス配列し、その長軸方向が透明電極５１の長手方向と平行になる。
【０００６】
図８（Ｂ）は、透明電極５１と５４との間に電圧を印加した場合の液晶分子の配列状態を示す。透明電極５１と５４のいずれも形成されていない領域Ａにおいて、基板面に対して斜め方向の電界が発生する。液晶分子は、その長軸を電界に平行にするようにチルトし、長方形５７ａで模式的に示すように、その長軸を基板面に対して斜めにする。
【０００７】
また、透明電極５１及び５４のうち一方が形成されている領域Ｂにおいては十分な強さの電界が発生しないため、液晶分子は、小円５７ｂで模式的に示すように、透明電極５１に平行な配列状態を維持する。
【０００８】
透明電極５１の長手方向に平行な偏光成分を有する直線偏光は、液晶層５６の領域Ｂを通過する際に、液晶分子の異常光線に対する屈折率を感じ、領域Ａを通過する際に、常光線に対する屈折率を感じる。
【０００９】
透明電極５１の長手方向に垂直な偏光成分を有する直線偏光は、液晶層５６の領域Ｂを通過する際に、液晶分子の常光線に対する屈折率を感じ、領域Ａを通過する際に、異常光線に対する屈折率と常光線に対する屈折率の中間の屈折率を感じる。従って、透明電極５１の長手方向に平行及び垂直な偏光成分を有するいずれの直線偏光に対しても、回折現象を生じさせる。
【００１０】
図９は、回折型液晶表示パネル１枚を用いた投写型表示装置の概略図を示す。
光源８０から、平行光化された光が出射し、回折型液晶表示パネル８１に入射する。液晶表示パネル８１を透過した光は、集光レンズ８２で集光され、遮光板８４に入射する。遮光板８４には、液晶表示パネル８１を透過した０次回折光が集光される位置Ｐ₀に貫通孔８５が設けられている。１次回折光以上の高次回折光は遮光板８４により遮光される。例えば１次及び２次回折光は、それぞれ遮光板上の位置Ｐ₁及びＰ₂に照射される。
【００１１】
貫通孔８５を通過した光は、投写レンズ８３によりスクリーン８６上に投写される。図８（Ａ）に示す透明電極５１と５４との間の電圧を変化させて回折の強さを制御し、スクリーン８６に投写される光量を調節することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
回折光を利用した投写型液晶表示装置において高コントラストを得るためには、入射光を効率よく回折する必要がある。
【００１３】
図８に示す回折型液晶表示パネルの場合、図８（Ｂ）の状態において透明電極５１の長手方向に平行な偏光成分を有する直線偏光に対しては、液晶材料の有する屈折率異方性Δｎを十分利用することができる。一方、透明電極５１の長手方向に垂直な偏光成分のみを有する直線偏光に対しては、液晶材料の有する屈折率異方性Δｎを十分利用することができない。このため、回折強度が弱くなり、高コントラストを得ることが困難になる。
【００１４】
本発明の目的は、液晶材料の屈折率異方性を十分利用することが可能な液晶表示パネルを提供することである。
【００１５】
【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、少なくとも一方が透明の一対の基板と、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の対向面上に形成され、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平行配置された複数の直線状電極のうち、一つおきの電極が相互に接続されている信号電極と、該信号電極以外の電極が相互に接続されている基準電極とから構成されるストライプ状電極と、前記一対の基板のうち、少なくとも一方の対向面上に形成された配向膜と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記直線状電極の表面のうち、隣の直線状電極に最も近い領域の近傍を除いた領域を覆い、前記液晶層内の液晶分子の最大の誘電率よりも小さな誘電率を有する誘電体膜とを有する液晶表示パネルが提供される。
【００１６】
信号電極と基準電極との間に電圧を印加すると、直線状電極の間隙部に対応する液晶層内に、基板面に平行な成分を有する電界が発生する。この電界の影響を受けて、多くの液晶分子が基板面に平行な平面に沿って回転する。直線状電極に対応する液晶層内には、強い電界が発生しない。この部分の液晶分子は、ほぼ当初の配列状態を維持する。
【００１７】
液晶層の直線状電極に対応する領域と間隙部に対応する領域において、液晶分子の配列状態が相互に異なるため、屈折率が基板面内に関して周期的に変化する。このため、液晶層が回折格子として作用する。
【００１８】
前記液晶層中の液晶分子が正の誘電率異方性を有する場合に、前記直線状電極の長手方向と前記配向膜に付与された配向方向とのなす角度が、０°よりも大きく４５°以下となるようにすることが好ましい。
【００１９】
直線状電極の長手方向と配向方向とのなす角度を０°よりも大きくすることにより、電圧印加時の液晶分子の回転の向きを確定させることができる。また、この角度を４５°以下とすることにより、液晶層の直線状電極に対応する領域と間隙部に対応する領域との屈折率の差を十分大きくすることができる。
【００２０】
前記液晶層中の液晶分子が負の誘電率異方性を有する場合に、前記直線状電極の長手方向と前記配向膜に付与された配向方向とのなす角度が４５°以上になり、かつ９０°よりも小さくなるようにすることが好ましい。
【００２１】
直線状電極の長手方向と配向方向とのなす角度を９０°よりも小さくすることにより、電圧印加時の液晶分子の回転の向きを確定させることができる。また、この角度を４５°以上とすることにより、液晶層の直線状電極に対応する領域と間隙部に対応する領域との屈折率の差を十分大きくすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、本発明の実施例による液晶表示パネルの一方の基板の平面図を示す。図１（Ａ）の縦方向に延在する複数のデータ線２０と横方向に延在する複数の制御線２１が格子模様を構成している。データ線２０と制御線２１とは、その交差箇所において層間絶縁膜により相互に絶縁されている。相互に隣接する２本のデータ線２０と２本の制御線２１とに囲まれた領域が、１つの画素となる。各画素ごとに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２が配置されている。
【００２３】
各画素内に、図の縦方向に延在する直線状の複数の透明電極が、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配列されている。この複数の透明電極を一つおきに接続して信号電極２３が構成される。以下、直線状の透明電極の長手方向を「回折格子のスリット方向」と呼ぶ。
【００２４】
ＴＦＴ２２のゲート電極２２Ｇが、対応する制御線２１に連続している。ソース領域２２Ｓは、コンタクトホール２４Ｓを介し、ＴＦＴ２２を覆う層間絶縁膜上に形成された信号電極２３に接続されている。ドレイン領域２２Ｄは、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール２４Ｄを介して、対応するデータ線２０に接続されている。
【００２５】
図の横方向に配列する各画素列に対応して１本の基準電極線２５が形成されている。基準電極線２５は、画素内に形成された直線状の透明電極のうち信号電極２３を構成しない電極に接続されている。基準電極線２５に接続された複数の透明電極を有する基準電極２６が構成される。
【００２６】
液晶表示パネルの他方の基板も、図１（Ａ）の基板と同様の構成を有する。２枚の基板の信号電極同士、及び基準電極同士がそれぞれ対向するように対向配置される。
【００２７】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ｂ１−Ｂ１における液晶表示パネルの断面図を示す。透明基板１と１０が相互に対向配置されている。透明基板１の対向面上にインジウムすずオキサイド（ＩＴＯ）からなる櫛歯型の信号電極２３及び基準電極２６が形成されている。信号電極２３及び基準電極２６を覆うように配向膜２７が形成されている。
【００２８】
透明基板１０の対向面上にも、同様に信号電極３３及び基準電極３６が形成されている。信号電極３３が信号電極２３に対向し、基準電極３６が基準電極２６に対向するように位置合わせされている。信号電極３３及び基準電極３６を覆うように配向膜３７が形成されている。配向膜２７と３７との間に、正の屈折率異方性を有する液晶分子を含む液晶層４０が挟持されている。配向膜２７及び３７の有する配向方向は、回折格子のスリット方向に対してほぼ平行である。液晶分子の配列状態は、小円４１で模式的に示すように、その長軸を回折格子のスリット方向に対して平行にするホモジニアス配列である。
【００２９】
図１（Ｂ）に示す状態では、液晶層４０の屈折率は場所に依らず一様であるため、回折格子として作用しない。このため、基板１側から入射した入射光は、そのまま直進し、基板１０側から出射する。
【００３０】
図２は、図１（Ｂ）に示す液晶表示パネルの基準電極２６及び３６の電位を基準として、信号電極２３及び３３に一定の電圧を印加した場合の液晶分子の配列状態を示す。
【００３１】
基準電極２６と信号電極２３との間の領域（以下、「間隙領域」と呼ぶ。）に、回折格子のスリット方向に対して直交する向きの電界が発生する。この電界の影響を受けて、間隙領域に存在する液晶分子が回転し、長方形４１ａで模式的に示すように、その長軸を回折格子のスリット方向に対して直交させる。基準電極２６もしくは信号電極２３に対応する領域（以下、「電極領域」と呼ぶ。）には、大きな横方向電界が発生しない。このため、液晶分子は小円４１ｂで模式的に示すように当初の配列状態を維持する。
【００３２】
回折格子のスリット方向に対して平行な偏光成分のみを有する直線偏光が、基板１側から入射する場合を考える。液晶層４０の電極領域を伝搬する光は、液晶分子の異常光線に対する屈折率にほぼ等しい屈折率を感じ、液晶層４０の間隙領域を伝搬する光は、液晶分子の常光線に対する屈折率にほぼ等しい屈折率を感じる。
【００３３】
次に、回折格子のスリット方向に対して垂直な偏光成分のみを有する直線偏光について考える。液晶層４０の電極領域を伝搬する光は、液晶分子の常光線に対する屈折率にほぼ等しい屈折率を感じ、液晶層４０の間隙領域を伝搬する光は、液晶分子の異常光線に対する屈折率にほぼ等しい屈折率を感じる。
【００３４】
液晶層４０が回折格子として作用し、液晶層４０の電極領域を伝搬する光と間隙領域を伝搬する光が感ずる屈折率の差は、液晶分子の常光線に対する屈折率と異常光線に対する屈折率との差にほぼ等しい。従って、液晶分子の屈折率異方性Δｎを十分利用することができる。
【００３５】
上記実施例では、配向膜２７及び３７の有する配向方向と回折格子のスリット方向とをほぼ平行とした。この場合、信号電極２３、３３と基準電極２６、３６との間に電圧を印加したとき、液晶層４０の間隙領域内にある液晶分子が、基板面に平行な平面に沿って約９０°回転するが、その回転の向きは確定しない。このため、液晶分子の回転の向きが相互に異なる２つの領域が形成される場合がある。この２つの領域の境界近傍においては、液晶分子の配列状態が不安定になり、表示特性の悪化の要因になる。
【００３６】
配向膜２７及び３７の有する配向方向と回折格子のスリット方向とを、平行状態からややずらせることにより、電圧印加時の液晶分子の回転の向きを確定させることができる。配向方向とスリット方向とのなす角度の好適な範囲は２°以上であり、より好適な範囲は５°以上である。
【００３７】
また、この角度を大きくしすぎると、図２に示す電圧印加時において、液晶層４０の間隙領域と電極領域との屈折率の差が小さくなってしまう。電圧印加時における屈折率差を十分大きくするためには、配向方向とスリット方向とのなす角度を４５°以下とすることが好ましい。
【００３８】
上記第１の実施例による液晶表示パネルの表示特性を評価するために、基板面内を画素に分割せず各基板にそれぞれ１つの信号電極と１つの基準電極のみを形成した液晶表示パネルを作製した。
【００３９】
信号電極２３、３３及び基準電極２６、３６は、全面に厚さ０．８μｍのＩＴＯ膜を成膜した後、パターニングして形成した。電極部分の幅は７μｍ、間隙部分の幅は４μｍ、すなわちピッチは１１μｍである。ＩＴＯ膜の成膜は、スパッタガスとしてＡｒとＯ₂の混合ガス、ターゲットとしてＩＴＯを用い、圧力を４×１０^-3Ｔｏｒｒ、放電電力を１．２ｋＷ、成膜温度を室温としたスパッタリングにより行った。ＩＴＯ膜のパターニングは、ＩＴＯ膜の表面を信号電極及び基準電極の形状に対応したレジストパターンで覆い、塩酸、硝酸及び水を２：１：１の割合で混合した温度４５℃のエッチャントを用いて、６０秒間エッチングすることにより行った。ＩＴＯ膜のパターニング後、基板表面をアセトンと水で洗浄し、１時間の熱処理を行った。
【００４０】
配向膜２７及び３７は、日本合成ゴム製のＪＡＬＳ−２１４Ｒ８を基板上に塗布した後、回折格子のスリット方向に対して５°の角度を成す方向にラビング処理を行うことにより形成した。
【００４１】
液晶材料として、屈折率異方性が正のメルク社製のネマチック液晶材料ＺＬＩ−２２９３を用いた。なお、液晶層４０内には、積水ファインケミカル製のスペーサＳＰ２０５２５（直径５．２５μｍ）を分散した。この液晶表示パネルのセルギャップ（液晶層４０の厚さ）は、約５．２μｍであった。
【００４２】
この液晶表示パネルを図９に示す投写型表示装置に適用してコントラストを測定した。光源８０は、直線偏光を放射するＨｅ−Ｎｅレーザ、取込角は２°である。ここで、取込角２°とは、液晶表示パネル８１の法線方向との角度を１度以内とする方向に出射した透過光が、遮光板８４の貫通孔８５を透過し、１度以上とする方向に出射した透過光が遮光されることを意味する。
【００４３】
液晶表示パネルを５．１Ｖで駆動したところ、偏光方向を回折格子のスリット方向に対して平行にした場合及び垂直にした場合、共にコントラスト１９０を得ることができた。なお、１次回折光の回折角は３．１°であった。
【００４４】
次に、図３を参照して、第２の実施例について説明する。第１の実施例では、屈折率異方性が正の液晶材料を用いたが、第２の実施例では屈折率異方性が負の液晶材料を用いる。液晶表示パネルの基本的構成は、図１に示す第１の実施例による液晶表示パネルの構成と同様である。配向膜２７及び３７の配向方向は、回折格子のスリット方向に対してほぼ直交する。
【００４５】
図３（Ａ）は、電圧無印加時の液晶分子の配列状態を示す。長方形４１Ａで模式的に示すように、液晶分子の長軸が、回折格子のスリット方向に対してほぼ直交する。このとき、液晶層４０は、回折格子として作用しない。
【００４６】
図３（Ｂ）は、電圧印加時の液晶分子の配列状態を示す。液晶層４０の間隙領域内の液晶分子は、基板面内方向の電界の影響を受けて基板面に平行な平面に沿って回転する。小円４１Ａａで模式的に示すように、液晶分子の長軸が回折格子のスリット方向にほぼ平行になる。液晶層４０の電極領域内の液晶分子は、長方形４１Ａｂで模式的に示すように、当初の配列状態を維持する。
【００４７】
図３（Ｂ）の状態においても、図２の場合と同様に、液晶層４０が回折格子として作用する。また、液晶分子の屈折率異方性Δｎを十分利用することができる。電圧印加時における液晶分子の回転の向きを確定させるために、配向膜２７及び３７の有する配向方向と回折格子のスリット方向とのなす角度を、９０°からややずらせることが好ましい。このずらし角の好適な範囲は８８°以下であり、より好適な範囲は８５°以下である。また、液晶分子の屈折率異方性Δｎを十分利用するためには、この角度を４５°以上とすることが好ましい。
【００４８】
上記第２の実施例による液晶表示パネルの表示特性を評価するために、基板面内を画素に分割せず各基板にそれぞれ１つの信号電極と１つの基準電極のみを形成した液晶表示パネルを作製した。
【００４９】
配向膜２７及び３７の配向方向と回折格子のスリット方向とのなす角度を８５°とした。液晶材料として、屈折率異方性が負のメルク社製のネマチック液晶材料ＺＬＩ−４３１８を用いた。なお、液晶層４０内には、積水ファインケミカル製のスペーサＳＰ２０５５０（直径５．５０μｍ）を分散した。この液晶表示パネルのセルギャップ（液晶層４０の厚さ）は、約５．４μｍであった。
【００５０】
この液晶表示パネルのコントラストを、第１の実施例の場合と同様の方法で測定した。液晶表示パネルを６．８Ｖで駆動したところ、偏光方向を回折格子のスリット方向に対して平行にした場合及び垂直にした場合、共にコントラスト２３０を得ることができた。なお、１次回折光の回折角は３．３°であった。
【００５１】
次に、図４を参照して、第３の実施例について説明する。第３の実施例による液晶表示パネルにおいては、図１（Ｂ）に示す液晶表示パネルの信号電極２３と基準電極２６の液晶層４０側の面のうち、隣の電極に最も近い領域の近傍を除く領域に誘電体膜２８が形成されている。信号電極３３及び基準電極３６の表面上にも、同様の誘電体膜３８が形成されている。誘電体膜２８及び３８の誘電率は、液晶分子の最大の誘電率よりも小さい。その他の構成は、第１の実施例による液晶表示パネルと同様である。
【００５２】
図１（Ｂ）に示す液晶表示パネルにおいては、電圧印加時に、信号電極２３と基準電極２６との間の間隙領域に、基板面に平行な成分を有する電界が発生する。さらに、電極領域においても、基板面に対して斜め方向の電界が発生する。電極領域内の一部の液晶分子は、この斜め電界の影響を受けて、基板面内で回転し、かつ基板面に対して斜め方向に立ち上がる。これは、液晶層４０による回折強度を弱める要因になる。
【００５３】
図４に示すように、液晶分子の最大の誘電率よりも小さい誘電率を有する誘電体膜２８及び３８を形成することにより、液晶層４０の電極領域内の電界を弱めることができる。このため、液晶層４０の電極領域内の液晶分子の回転及び立ち上がりによる影響を低減することができる。
【００５４】
上記第３の実施例による液晶表示パネルの表示特性を評価するために、基板面内を画素に分割せず各基板にそれぞれ１つの信号電極と１つの基準電極のみを形成した液晶表示パネルを作製した。
【００５５】
誘電体膜２８及び３８として、比誘電率が３．２、厚さが１．４μｍの日本合成ゴム製のオプトマーＰＣ−３０２を用いた。このオプトマーは、信号電極２３、３３及び基準電極２６、３６をパターニングするためのエッチングマスクとしても用いられる。
【００５６】
第１の実施例の評価実験用液晶表示パネルの製造と同様の条件でＩＴＯ膜をエッチングし、信号電極２３、３３及び基準電極２６、３６をパターニングした。この条件で、信号電極２３と基準電極２６の側面、及び信号電極３３と基準電極３６の側面が、それぞれ誘電体膜２８及び３８の端部からやや突出した形状の電極が得られた。誘電体膜２８、３８の幅を６．５μｍとしたところ、信号電極２３、３３及び基準電極２６、３６の幅が約７μｍになった。その他の構成部分は、第１の実施例の評価実験用液晶表示パネルと同様である。
【００５７】
この液晶表示パネルのコントラストを、第１の実施例の場合と同様の方法で測定した。液晶表示パネルを５．１Ｖで駆動したところ、偏光方向を回折格子のスリット方向に対して平行にした場合及び垂直にした場合、共にコントラスト２４０を得ることができた。なお、１次回折光の回折角は３．５°であった。このように、信号電極と基準電極の一部表面上に誘電体膜を形成することにより、コントラストを高めることができる。
【００５８】
次に、図５を参照して第４の実施例について説明する。第１〜第３の実施例による液晶表示パネルでは、２枚の基板の双方にＴＦＴを形成する必要がある。第４の実施例による液晶表示パネルにおいては、配向膜２７のうち信号電極２３に対応する一部分が除去され、開口が形成されている。配向膜３７にも、配向膜２７の開口に対応する位置に開口が形成されている。液晶層４０には、導電性のスペーサ４２Ａ、４２Ｂが分散されている。
【００５９】
配向膜２７及び３７に形成された開口部に位置するスペーサ４２Ａは、信号電極２３と３３とを電気的に接続する。信号電極２３に印加される電圧が信号電極３３にも印加されるため、基板１０側にはＴＦＴを形成する必要がない。一方の基板にのみＴＦＴを形成すればよいため、製造コストの低減を図ることが可能になる。
【００６０】
上記第１〜第４の実施例では、２枚の基板の双方に信号電極と基準電極を形成する場合を説明したが、いずれか一方の基板にのみ形成してもよい。また、配向膜を一方の基板にのみ形成してもよい。また、両基板を透明にして透過型の液晶表示パネルを作製する場合を説明したが、一方の基板の対向面に光反射膜を設けて反射型の液晶表示パネルとしてもよい。
【００６１】
図６は、上記第１〜第４のいずれかの実施例による液晶表示パネルを用いた投写型カラー表示装置の概略図を示す。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。
【００６２】
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。
【００６３】
各液晶表示パネル６８、６９及び７０は、上記第１〜第４のいずれかの実施例による液晶表示パネルである。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の光に対して好適な厚さとされている。
【００６４】
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によって集光され、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光板７１が配置されている。遮光板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光する。遮光板７１のピンホールを透過した光は、投写レンズ７２によりスクリーン上に投写される。
【００６５】
このように、本発明の実施例による液晶表示パネルを、投写型カラー表示装置に適用することにより、コントラストの高いカラー表示を行うことが可能になる。
【００６６】
上記第１〜第４の実施例では、回折型液晶表示パネルを作製する場合を説明したが、上記実施例と類似の構成により、直視型の液晶表示パネルを形成することもできる。
【００６７】
図７は、直視型の液晶表示パネルの例を示す。基本的構成は、図１（Ｂ）及び図２に示す第１の実施例による液晶表示パネルと同様であり、信号電極２３、３３及び基準電極２６、３６の幅及び間隙部の幅が異なる。図７に示す液晶表示パネルにおいては、信号電極２３、３３及び基準電極２６、３６の幅が約５μｍであり、間隙部の幅が約１０μｍである。すなわち、配列ピッチは約１５μｍになる。この程度のピッチでは、可視光の回折はほとんど生じない。
【００６８】
基板１及び１０の外側の面上に、それぞれ偏光板２及び１２が配置されている。偏光板２の偏光軸はスリット方向に対して直交し、偏光板１２の偏光軸はスリット方向に対して平行である。
【００６９】
電圧無印加時には、すべての液晶分子が、スリット方向に対して平行に配列しているため、偏光板２により直線偏光した光はそのまま直進し、偏光板１２を透過できない。このため、黒表示となる。
【００７０】
電圧を印加すると、液晶層４０の間隙領域内の液晶分子が、円筒４１ａで模式的に示すように基板面内で回転する。回転角は印加電圧により制御可能である。偏光板２を透過した直線偏光の偏光軸と液晶分子の長軸とのなす角度が０°もしくは９０°以外のとき、液晶層４０の間隙領域を伝搬する光の偏光軸がこの角度に応じて旋回する。このため、一部の光が偏光板１２を透過する。印加電圧を制御して旋回角を変化させ、間隙領域における光の透過量を制御することができる。
【００７１】
液晶層４０の電極領域を伝搬する光は、電圧印加状態においても旋回しない。このため、電極領域は常に黒表示状態になる。
【００７２】
印加電圧を変化させて画素内の間隙領域に入射する光の透過量を制御することにより、直視型の液晶表示パネルとして使用することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、縞状の領域内の液晶分子を基板面に平行な平面に沿って回転させることにより、液晶層を回折格子として作用させることができる。また、液晶分子の屈折率異方性Δｎを十分利用することができる。このため、大きな回折強度を得ることができ、コントラストの高い投写型液晶表示装置を作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による液晶表示パネルの１枚の基板の平面図、及び液晶表示パネルの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例による液晶表示パネルの電圧印加時の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例による液晶表示パネルの断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例による液晶表示パネルの断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例による液晶表示パネルの断面図である。
【図６】本発明の実施例による液晶表示パネルを用いた投写型カラー表示装置の概略図である。
【図７】第１の実施例に類似の直視型液晶表示パネルの断面図である。
【図８】従来例による回折型液晶表示パネルの断面図である。
【図９】回折型液晶表示パネルを用いた投写型表示装置の概略図である。
【符号の説明】
１、１０透明基板
２、１２偏光板
２０データ線
２１制御線
２２ＴＦＴ
２３、３３信号電極
２４Ｓ、２４Ｄコンタクトホール
２５基準電極線
２６、３６基準電極
２７、３７配向膜
２８、３８誘電体膜
４０液晶層
４１液晶分子
４２Ａ、４２Ｂ導電性スペーサ
５０、５３透明基板
５１、５４透明電極
５２、５５配向膜
５６液晶層
５７液晶分子
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遮光板
７２投写レンズ
７３、７４、７５レンズ
８０光源
８１液晶表示パネル
８２集光レンズ
８３投写レンズ
８４遮光板
８５貫通孔
８６スクリーン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display panel that controls transmission and blocking of light using light diffraction.
[0002]
[Prior art]
The configuration and principle of a liquid crystal display panel using a diffraction phenomenon will be described with reference to FIGS.
[0003]
FIG. 8A shows a partial cross-sectional view of a diffractive liquid crystal display panel. Two transparent substrates 50 and 53 are arranged to face each other. On the opposite surface of the transparent substrate 50, a plurality of elongated transparent electrodes 51 extending in a direction perpendicular to the drawing sheet are formed in a striped pattern. For example, the width of the transparent electrode 51 is about 5 μm, and the width of the gap is about 15 μm. An alignment film 52 is formed on the opposite surface of the transparent substrate 50 so as to cover the transparent electrode 51.
[0004]
A transparent electrode 54 similar to the transparent electrode 51 is also formed on the opposite surface of the transparent substrate 53. The transparent electrode 54 is configured to be positioned approximately at the center of the gap portion of the transparent electrode 51 on the transparent substrate 50 side. A band-shaped region B having a width of 5 μm in which a transparent electrode is formed only on one of the transparent substrates 50 and 53, and a band-shaped region A having a width of 5 μm in which no transparent electrode is formed on any substrate are shown in FIG. Line up alternately in the horizontal direction. The arrangement pitch of these two types of band-like regions is about 10 μm, which is a sufficiently small pitch to diffract visible light. An alignment film 55 is formed on the opposite surface of the transparent substrate 53 so as to cover the transparent electrode 54.
[0005]
A liquid crystal layer 56 including liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy is sandwiched between the alignment films 52 and 55. The alignment films 52 and 55 are subjected to an alignment process in a direction parallel to the longitudinal direction of the transparent electrode 51. A small circle 57 described in the liquid crystal layer 56 schematically represents the alignment state of the liquid crystal molecules. The liquid crystal molecules are homogeneously arranged, and the major axis direction thereof is parallel to the longitudinal direction of the transparent electrode 51.
[0006]
FIG. 8B shows an alignment state of liquid crystal molecules when a voltage is applied between the transparent electrodes 51 and 54. In the region A where neither of the transparent electrodes 51 and 54 is formed, an electric field in an oblique direction with respect to the substrate surface is generated. The liquid crystal molecules are tilted so that the major axis is parallel to the electric field, and the major axis is inclined with respect to the substrate surface as schematically shown by the rectangle 57a.
[0007]
Further, in the region B where one of the transparent electrodes 51 and 54 is formed, a sufficiently strong electric field is not generated, so that the liquid crystal molecules are parallel to the transparent electrode 51 as schematically shown by the small circle 57b. Maintain proper alignment.
[0008]
The linearly polarized light having a polarization component parallel to the longitudinal direction of the transparent electrode 51 feels the refractive index of the liquid crystal molecules with respect to the extraordinary ray when passing through the region B of the liquid crystal layer 56, and the ordinary ray when passing through the region A. I feel the refractive index.
[0009]
Linearly polarized light having a polarization component perpendicular to the longitudinal direction of the transparent electrode 51 feels the refractive index of liquid crystal molecules with respect to ordinary rays when passing through the region B of the liquid crystal layer 56, and extraordinary rays when passing through the region A. I feel a refractive index that is intermediate between the refractive index with respect to and the refractive index with respect to ordinary rays. Therefore, a diffraction phenomenon is caused for any linearly polarized light having polarization components parallel and perpendicular to the longitudinal direction of the transparent electrode 51.
[0010]
FIG. 9 is a schematic view of a projection display device using one diffractive liquid crystal display panel.
Parallel light is emitted from the light source 80 and is incident on the diffractive liquid crystal display panel 81. The light transmitted through the liquid crystal display panel 81 is collected by the condenser lens 82 and enters the light shielding plate 84. A position P at which the 0th-order diffracted light transmitted through the liquid crystal display panel 81 is collected on the light shielding plate 84. ₀ A through-hole 85 is provided in the front. Higher order diffracted light higher than the first order diffracted light is shielded by the light shielding plate 84. For example, the first-order and second-order diffracted lights are respectively positioned on the light shielding plate at the position P ₁ And P ₂ Is irradiated.
[0011]
The light that has passed through the through hole 85 is projected onto the screen 86 by the projection lens 83. The amount of light projected on the screen 86 can be adjusted by changing the voltage between the transparent electrodes 51 and 54 shown in FIG.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In order to obtain high contrast in a projection type liquid crystal display device using diffracted light, it is necessary to efficiently diffract incident light.
[0013]
In the case of the diffractive liquid crystal display panel shown in FIG. 8, the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material for linearly polarized light having a polarization component parallel to the longitudinal direction of the transparent electrode 51 in the state of FIG. Can be fully utilized. On the other hand, for linearly polarized light having only a polarization component perpendicular to the longitudinal direction of the transparent electrode 51, the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal material cannot be sufficiently utilized. For this reason, the diffraction intensity becomes weak and it is difficult to obtain high contrast.
[0014]
The objective of this invention is providing the liquid crystal display panel which can fully utilize the refractive index anisotropy of liquid crystal material.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a pair of substrates, which are arranged to face each other and at least one of which is transparent, is formed on a facing surface of at least one of the pair of substrates, and causes a diffraction phenomenon with respect to visible light. Among a plurality of linear electrodes arranged in parallel at an order pitch, a signal electrode in which every other electrode is connected to each other and a reference electrode to which electrodes other than the signal electrodes are connected to each other Striped electrodes, an alignment film formed on at least one of the pair of substrates, and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates. A dielectric film having a dielectric constant smaller than the maximum dielectric constant of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, covering a region of the surface of the linear electrode excluding the vicinity of the region closest to the adjacent linear electrode When A liquid crystal display panel is provided.
[0016]
When a voltage is applied between the signal electrode and the reference electrode, an electric field having a component parallel to the substrate surface is generated in the liquid crystal layer corresponding to the gap between the linear electrodes. Under the influence of this electric field, many liquid crystal molecules rotate along a plane parallel to the substrate surface. A strong electric field is not generated in the liquid crystal layer corresponding to the straight electrode. The liquid crystal molecules in this portion maintain almost the original alignment state.
[0017]
In the region corresponding to the linear electrode of the liquid crystal layer and the region corresponding to the gap, the alignment state of the liquid crystal molecules is different from each other, so that the refractive index periodically changes in the substrate plane. For this reason, the liquid crystal layer acts as a diffraction grating.
[0018]
When the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer have a positive dielectric anisotropy, an angle formed between the longitudinal direction of the linear electrode and the alignment direction applied to the alignment film is greater than 0 ° and 45 °. It is preferable to be as follows.
[0019]
By making the angle between the longitudinal direction of the linear electrode and the alignment direction larger than 0 °, the direction of rotation of the liquid crystal molecules during voltage application can be determined. Further, by setting this angle to 45 ° or less, the difference in refractive index between the region corresponding to the linear electrode and the region corresponding to the gap portion of the liquid crystal layer can be sufficiently increased.
[0020]
When the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer have negative dielectric anisotropy, the angle formed by the longitudinal direction of the linear electrode and the alignment direction applied to the alignment film is 45 ° or more, and 90 It is preferable to make it smaller than °.
[0021]
By making the angle between the longitudinal direction of the linear electrode and the alignment direction smaller than 90 °, the direction of rotation of the liquid crystal molecules when a voltage is applied can be determined. Further, by setting this angle to 45 ° or more, the difference in refractive index between the region corresponding to the linear electrode of the liquid crystal layer and the region corresponding to the gap can be sufficiently increased.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a plan view of one substrate of a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention. A plurality of data lines 20 extending in the vertical direction and a plurality of control lines 21 extending in the horizontal direction in FIG. 1A form a lattice pattern. The data line 20 and the control line 21 are insulated from each other by an interlayer insulating film at the intersection. A region surrounded by two data lines 20 and two control lines 21 adjacent to each other is one pixel. A thin film transistor (TFT) 22 is arranged for each pixel.
[0023]
In each pixel, a plurality of linear transparent electrodes extending in the vertical direction in the figure are arranged at a pitch of the order of causing a diffraction phenomenon with respect to visible light. The signal electrode 23 is configured by connecting the plurality of transparent electrodes every other one. Hereinafter, the longitudinal direction of the linear transparent electrode is referred to as the “slit direction of the diffraction grating”.
[0024]
The gate electrode 22G of the TFT 22 is continuous with the corresponding control line 21. The source region 22S is connected to the signal electrode 23 formed on the interlayer insulating film covering the TFT 22 via the contact hole 24S. The drain region 22D is connected to the corresponding data line 20 through a contact hole 24D formed in the interlayer insulating film.
[0025]
One reference electrode line 25 is formed corresponding to each pixel column arranged in the horizontal direction in the figure. The reference electrode line 25 is connected to an electrode that does not constitute the signal electrode 23 among the linear transparent electrodes formed in the pixel. A reference electrode 26 having a plurality of transparent electrodes connected to the reference electrode line 25 is configured.
[0026]
The other substrate of the liquid crystal display panel has a structure similar to that of the substrate in FIG. The signal electrodes of the two substrates and the reference electrodes are arranged so as to face each other.
[0027]
FIG. 1B is a cross-sectional view of the liquid crystal display panel taken along one-dot chain line B1-B1 in FIG. Transparent substrates 1 and 10 are arranged to face each other. On the opposite surface of the transparent substrate 1, a comb-shaped signal electrode 23 and a reference electrode 26 made of indium tin oxide (ITO) are formed. An alignment film 27 is formed so as to cover the signal electrode 23 and the reference electrode 26.
[0028]
Similarly, the signal electrode 33 and the reference electrode 36 are formed on the opposite surface of the transparent substrate 10. The signal electrode 33 is positioned so as to face the signal electrode 23, and the reference electrode 36 is positioned so as to face the reference electrode 26. An alignment film 37 is formed so as to cover the signal electrode 33 and the reference electrode 36. A liquid crystal layer 40 including liquid crystal molecules having positive refractive index anisotropy is sandwiched between the alignment films 27 and 37. The alignment directions of the alignment films 27 and 37 are substantially parallel to the slit direction of the diffraction grating. The arrangement state of the liquid crystal molecules is a homogeneous arrangement in which the major axis is parallel to the slit direction of the diffraction grating, as schematically shown by the small circle 41.
[0029]
In the state shown in FIG. 1B, the refractive index of the liquid crystal layer 40 is uniform regardless of the location, and thus does not act as a diffraction grating. For this reason, the incident light incident from the substrate 1 side goes straight as it is and is emitted from the substrate 10 side.
[0030]
FIG. 2 shows an alignment state of liquid crystal molecules when a constant voltage is applied to the signal electrodes 23 and 33 with reference to the potentials of the reference electrodes 26 and 36 of the liquid crystal display panel shown in FIG.
[0031]
An electric field in a direction orthogonal to the slit direction of the diffraction grating is generated in a region between the reference electrode 26 and the signal electrode 23 (hereinafter referred to as “gap region”). Under the influence of this electric field, the liquid crystal molecules present in the gap region rotate, and the major axis thereof is orthogonal to the slit direction of the diffraction grating as schematically shown by the rectangle 41a. A large lateral electric field is not generated in a region corresponding to the reference electrode 26 or the signal electrode 23 (hereinafter referred to as “electrode region”). For this reason, the liquid crystal molecules maintain the initial alignment state as schematically shown by the small circle 41b.
[0032]
Consider a case where linearly polarized light having only a polarization component parallel to the slit direction of the diffraction grating is incident from the substrate 1 side. The light propagating through the electrode region of the liquid crystal layer 40 feels a refractive index substantially equal to the refractive index of the liquid crystal molecules with respect to the extraordinary ray, and the light propagating through the gap region of the liquid crystal layer 40 is almost equal to the refractive index of the liquid crystal molecule with respect to the ordinary ray. Feel the same refractive index.
[0033]
Next, consider linearly polarized light having only a polarization component perpendicular to the slit direction of the diffraction grating. The light propagating through the electrode region of the liquid crystal layer 40 feels a refractive index substantially equal to the refractive index of the liquid crystal molecules with respect to the ordinary ray, and the light propagating through the gap region of the liquid crystal layer 40 is almost equal to the refractive index of the liquid crystal molecule with respect to the extraordinary ray. Feel the same refractive index.
[0034]
The liquid crystal layer 40 acts as a diffraction grating, and the difference in refractive index between the light propagating through the electrode region of the liquid crystal layer 40 and the light propagating through the gap region is the difference between the refractive index of liquid crystal molecules with respect to ordinary rays and the refractive index with respect to extraordinary rays. Is almost equal to the difference. Therefore, the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal molecules can be fully utilized.
[0035]
In the above embodiment, the alignment direction of the alignment films 27 and 37 and the slit direction of the diffraction grating are set substantially parallel. In this case, when a voltage is applied between the signal electrodes 23 and 33 and the reference electrodes 26 and 36, the liquid crystal molecules in the gap region of the liquid crystal layer 40 rotate about 90 ° along a plane parallel to the substrate surface. However, the direction of the rotation is not fixed. For this reason, two regions where the directions of rotation of the liquid crystal molecules are different from each other may be formed. In the vicinity of the boundary between the two regions, the alignment state of the liquid crystal molecules becomes unstable, which causes deterioration of display characteristics.
[0036]
By slightly shifting the alignment direction of the alignment films 27 and 37 from the slit direction of the diffraction grating from the parallel state, the direction of rotation of the liquid crystal molecules when a voltage is applied can be determined. A preferable range of the angle formed by the orientation direction and the slit direction is 2 ° or more, and a more preferable range is 5 ° or more.
[0037]
If this angle is too large, the difference in refractive index between the gap region and the electrode region of the liquid crystal layer 40 becomes small when the voltage shown in FIG. 2 is applied. In order to sufficiently increase the difference in refractive index when a voltage is applied, the angle formed between the alignment direction and the slit direction is preferably set to 45 ° or less.
[0038]
In order to evaluate the display characteristics of the liquid crystal display panel according to the first embodiment, a liquid crystal display panel is produced in which only one signal electrode and one reference electrode are formed on each substrate without dividing the substrate surface into pixels. did.
[0039]
The signal electrodes 23 and 33 and the reference electrodes 26 and 36 were formed by patterning after an ITO film having a thickness of 0.8 μm was formed on the entire surface. The width of the electrode part is 7 μm, the width of the gap part is 4 μm, that is, the pitch is 11 μm. The ITO film is formed using Ar and O as sputtering gases. ₂ Mixed gas, ITO is used as a target, and the pressure is 4 × 10 ^-3 The sputtering was performed at Torr, the discharge power was 1.2 kW, and the film formation temperature was room temperature. The ITO film is patterned using a 45 ° C etchant in which the surface of the ITO film is covered with a resist pattern corresponding to the shape of the signal electrode and the reference electrode, and hydrochloric acid, nitric acid, and water are mixed at a ratio of 2: 1: 1. This was performed by etching for 60 seconds. After patterning the ITO film, the surface of the substrate was washed with acetone and water and heat treated for 1 hour.
[0040]
The alignment films 27 and 37 were formed by applying rubbing treatment in a direction forming an angle of 5 ° with respect to the slit direction of the diffraction grating after applying JALS-214R8 made of Japanese synthetic rubber on the substrate.
[0041]
As a liquid crystal material, nematic liquid crystal material ZLI-2293 manufactured by Merck with positive refractive index anisotropy was used. In the liquid crystal layer 40, spacer SP20525 (diameter 5.25 μm) manufactured by Sekisui Fine Chemical was dispersed. The cell gap (thickness of the liquid crystal layer 40) of this liquid crystal display panel was about 5.2 μm.
[0042]
This liquid crystal display panel was applied to the projection display device shown in FIG. 9 and the contrast was measured. The light source 80 is a He—Ne laser that emits linearly polarized light, and the capture angle is 2 °. Here, the take-in angle of 2 ° means that transmitted light emitted in a direction that makes an angle with the normal direction of the liquid crystal display panel 81 within 1 degree passes through the through hole 85 of the light shielding plate 84 and is 1 degree or more. Means that transmitted light emitted in the direction of
[0043]
When the liquid crystal display panel was driven at 5.1 V, a contrast 190 could be obtained in both cases where the polarization direction was parallel to and perpendicular to the slit direction of the diffraction grating. The diffraction angle of the first-order diffracted light was 3.1 °.
[0044]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, a liquid crystal material having a positive refractive index anisotropy is used. In the second embodiment, a liquid crystal material having a negative refractive index anisotropy is used. The basic configuration of the liquid crystal display panel is the same as that of the liquid crystal display panel according to the first embodiment shown in FIG. The alignment directions of the alignment films 27 and 37 are substantially orthogonal to the slit direction of the diffraction grating.
[0045]
FIG. 3A shows an alignment state of liquid crystal molecules when no voltage is applied. As schematically shown by the rectangle 41A, the major axis of the liquid crystal molecules is substantially orthogonal to the slit direction of the diffraction grating. At this time, the liquid crystal layer 40 does not act as a diffraction grating.
[0046]
FIG. 3B shows an alignment state of liquid crystal molecules when a voltage is applied. The liquid crystal molecules in the gap region of the liquid crystal layer 40 are rotated along a plane parallel to the substrate surface under the influence of the electric field in the in-plane direction of the substrate. As schematically shown by the small circle 41Aa, the major axis of the liquid crystal molecules is substantially parallel to the slit direction of the diffraction grating. The liquid crystal molecules in the electrode region of the liquid crystal layer 40 maintain the initial alignment state as schematically shown by the rectangle 41Ab.
[0047]
Also in the state of FIG. 3B, the liquid crystal layer 40 acts as a diffraction grating, as in the case of FIG. Further, the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal molecules can be fully utilized. In order to determine the direction of rotation of the liquid crystal molecules when a voltage is applied, it is preferable that the angle formed by the alignment direction of the alignment films 27 and 37 and the slit direction of the diffraction grating is slightly shifted from 90 °. A preferable range of the shift angle is 88 ° or less, and a more preferable range is 85 ° or less. Further, in order to sufficiently utilize the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal molecules, it is preferable to set this angle to 45 ° or more.
[0048]
In order to evaluate the display characteristics of the liquid crystal display panel according to the second embodiment, a liquid crystal display panel in which only one signal electrode and one reference electrode are formed on each substrate without dividing the substrate surface into pixels is manufactured. did.
[0049]
The angle formed by the alignment direction of the alignment films 27 and 37 and the slit direction of the diffraction grating was set to 85 °. As the liquid crystal material, a nematic liquid crystal material ZLI-4318 manufactured by Merck Co., which has a negative refractive index anisotropy was used. In the liquid crystal layer 40, spacer SP20550 (diameter 5.50 μm) made by Sekisui Fine Chemical was dispersed. The cell gap (thickness of the liquid crystal layer 40) of this liquid crystal display panel was about 5.4 μm.
[0050]
The contrast of the liquid crystal display panel was measured by the same method as in the first example. When the liquid crystal display panel was driven at 6.8 V, a contrast 230 could be obtained when the polarization direction was made parallel and perpendicular to the slit direction of the diffraction grating. The diffraction angle of the first-order diffracted light was 3.3 °.
[0051]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the liquid crystal display panel according to the third embodiment, in the surface of the liquid crystal display panel shown in FIG. 1B on the liquid crystal layer 40 side of the signal electrode 23 and the reference electrode 26, the vicinity of the region closest to the adjacent electrode is formed. A dielectric film 28 is formed in the excluded region. A similar dielectric film 38 is also formed on the surfaces of the signal electrode 33 and the reference electrode 36. The dielectric constants of the dielectric films 28 and 38 are smaller than the maximum dielectric constant of the liquid crystal molecules. Other configurations are the same as those of the liquid crystal display panel according to the first embodiment.
[0052]
In the liquid crystal display panel shown in FIG. 1B, an electric field having a component parallel to the substrate surface is generated in the gap region between the signal electrode 23 and the reference electrode 26 when a voltage is applied. Further, an electric field oblique to the substrate surface is also generated in the electrode region. Some liquid crystal molecules in the electrode region are affected by the oblique electric field, rotate within the substrate surface, and rise in an oblique direction with respect to the substrate surface. This is a factor that weakens the diffraction intensity of the liquid crystal layer 40.
[0053]
As shown in FIG. 4, by forming dielectric films 28 and 38 having a dielectric constant smaller than the maximum dielectric constant of liquid crystal molecules, the electric field in the electrode region of liquid crystal layer 40 can be weakened. For this reason, it is possible to reduce the influence of the rotation and rising of the liquid crystal molecules in the electrode region of the liquid crystal layer 40.
[0054]
In order to evaluate the display characteristics of the liquid crystal display panel according to the third embodiment, a liquid crystal display panel in which only one signal electrode and one reference electrode are formed on each substrate without dividing the substrate surface into pixels is manufactured. did.
[0055]
As the dielectric films 28 and 38, Optomer PC-302 made of Japan synthetic rubber having a relative dielectric constant of 3.2 and a thickness of 1.4 μm was used. This optomer is also used as an etching mask for patterning the signal electrodes 23 and 33 and the reference electrodes 26 and 36.
[0056]
The ITO film was etched under the same conditions as in the production of the liquid crystal display panel for evaluation experiment of the first example, and the signal electrodes 23 and 33 and the reference electrodes 26 and 36 were patterned. Under these conditions, electrodes having a shape in which the side surfaces of the signal electrode 23 and the reference electrode 26 and the side surfaces of the signal electrode 33 and the reference electrode 36 slightly protrude from the end portions of the dielectric films 28 and 38, respectively, were obtained. When the width of the dielectric films 28 and 38 was 6.5 μm, the width of the signal electrodes 23 and 33 and the reference electrodes 26 and 36 was about 7 μm. Other components are the same as those of the liquid crystal display panel for evaluation experiment of the first embodiment.
[0057]
The contrast of the liquid crystal display panel was measured by the same method as in the first example. When the liquid crystal display panel was driven at 5.1 V, contrast 240 could be obtained in both cases where the polarization direction was parallel to and perpendicular to the slit direction of the diffraction grating. The diffraction angle of the first-order diffracted light was 3.5 °. Thus, the contrast can be enhanced by forming the dielectric film on the partial surfaces of the signal electrode and the reference electrode.
[0058]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the liquid crystal display panels according to the first to third embodiments, it is necessary to form TFTs on both of the two substrates. In the liquid crystal display panel according to the fourth embodiment, a part of the alignment film 27 corresponding to the signal electrode 23 is removed to form an opening. An opening is also formed in the alignment film 37 at a position corresponding to the opening of the alignment film 27. In the liquid crystal layer 40, conductive spacers 42A and 42B are dispersed.
[0059]
A spacer 42 </ b> A located in the opening formed in the alignment films 27 and 37 electrically connects the signal electrodes 23 and 33. Since the voltage applied to the signal electrode 23 is also applied to the signal electrode 33, it is not necessary to form a TFT on the substrate 10 side. Since TFTs need only be formed on one substrate, manufacturing costs can be reduced.
[0060]
In the first to fourth embodiments, the case where the signal electrode and the reference electrode are formed on both of the two substrates has been described. However, the signal electrode and the reference electrode may be formed only on one of the substrates. Further, the alignment film may be formed only on one substrate. Although the case where a transmissive liquid crystal display panel is manufactured with both substrates transparent is described, a reflective liquid crystal display panel may be provided by providing a light reflecting film on the opposite surface of one of the substrates.
[0061]
FIG. 6 shows a schematic view of a projection color display device using a liquid crystal display panel according to any one of the first to fourth embodiments. 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. In this way, white light emitted from the light source 60 is separated into red, green, and blue light.
[0062]
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 blue liquid crystal display panel 69, and the green light transmitted through the dichroic mirror 63 enters the green liquid crystal display panel 70.
[0063]
Each of the liquid crystal display panels 68, 69 and 70 is a liquid crystal display panel according to any one of the first to fourth embodiments. The red, green, and blue liquid crystal display panels 68, 69, and 70 have thicknesses suitable for light having a red light center wavelength of 629 nm, a green light center wavelength of 555 nm, and a blue light center wavelength of 481 nm, respectively. .
[0064]
The light transmitted through the red, green, and blue liquid crystal display panels 68, 69, and 70 is condensed by mutually equivalent lenses 73, 74, and 75, and is shared by the dichroic mirrors 66, 67 and the mirror 64. Are combined into a luminous flux having A light shielding plate 71 is disposed at a position corresponding to the focal points of the lenses 73, 74 and 75. The light 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 shields the first-order and higher-order diffracted light. The light transmitted through the pinhole of the light shielding plate 71 is projected on the screen by the projection lens 72.
[0065]
As described above, by applying the liquid crystal display panel according to the embodiment of the present invention to the projection type color display device, it is possible to perform color display with high contrast.
[0066]
In the first to fourth embodiments, the case where a diffractive liquid crystal display panel is manufactured has been described. However, a direct-view liquid crystal display panel can be formed with a configuration similar to that of the above embodiment.
[0067]
FIG. 7 shows an example of a direct-view type liquid crystal display panel. The basic configuration is the same as that of the liquid crystal display panel according to the first embodiment shown in FIGS. 1B and 2, and the widths of the signal electrodes 23 and 33 and the reference electrodes 26 and 36 and the width of the gaps are different. In the liquid crystal display panel shown in FIG. 7, the widths of the signal electrodes 23 and 33 and the reference electrodes 26 and 36 are about 5 μm, and the width of the gap is about 10 μm. That is, the arrangement pitch is about 15 μm. At this pitch, almost no visible light diffraction occurs.
[0068]
Polarizers 2 and 12 are disposed on the outer surfaces of the substrates 1 and 10, respectively. The polarizing axis of the polarizing plate 2 is orthogonal to the slit direction, and the polarizing axis of the polarizing plate 12 is parallel to the slit direction.
[0069]
When no voltage is applied, all the liquid crystal molecules are arranged in parallel to the slit direction, so that the light linearly polarized by the polarizing plate 2 goes straight and cannot pass through the polarizing plate 12. For this reason, the display is black.
[0070]
When a voltage is applied, the liquid crystal molecules in the gap region of the liquid crystal layer 40 rotate within the substrate surface as schematically shown by the cylinder 41a. The rotation angle can be controlled by the applied voltage. When the angle between the polarization axis of the linearly polarized light transmitted through the polarizing plate 2 and the major axis of the liquid crystal molecules is other than 0 ° or 90 °, the polarization axis of the light propagating through the gap region of the liquid crystal layer 40 depends on this angle. Turn. For this reason, a part of the light is transmitted through the polarizing plate 12. The amount of light transmitted through the gap region can be controlled by changing the turning angle by controlling the applied voltage.
[0071]
The light propagating through the electrode region of the liquid crystal layer 40 does not rotate even when a voltage is applied. For this reason, the electrode region is always in a black display state.
[0072]
By changing the applied voltage and controlling the transmission amount of light incident on the gap region in the pixel, it can be used as a direct-view type liquid crystal display panel.
[0073]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the liquid crystal layer can act as a diffraction grating by rotating the liquid crystal molecules in the striped region along a plane parallel to the substrate surface. Further, the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal molecules can be fully utilized. Therefore, a large diffraction intensity can be obtained, and a projection type liquid crystal display device with high contrast can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a single substrate of a liquid crystal display panel according to a first embodiment of the present invention and a cross-sectional view of the liquid crystal display panel.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid crystal display panel according to the first embodiment of the present invention when a voltage is applied.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display panel according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a liquid crystal display panel according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a liquid crystal display panel according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a projection color display device using a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a direct-view type liquid crystal display panel similar to the first embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional diffractive liquid crystal display panel.
FIG. 9 is a schematic view of a projection display device using a diffractive liquid crystal display panel.
[Explanation of symbols]
1, 10 Transparent substrate
2,12 Polarizing plate
20 data lines
21 Control line
22 TFT
23, 33 Signal electrode
24S, 24D contact hole
25 Reference electrode wire
26, 36 Reference electrode
27, 37 Alignment film
28, 38 Dielectric film
40 Liquid crystal layer
41 Liquid crystal molecules
42A, 42B conductive spacer
50, 53 Transparent substrate
51, 54 Transparent electrode
52, 55 Alignment film
56 Liquid crystal layer
57 Liquid crystal molecules
60 light sources
61, 64, 65 mirror
62, 63, 66, 67 Dichroic mirror
68, 69, 70 LCD panel
71 Shading plate
72 Projection lens
73, 74, 75 lenses
80 light source
81 LCD panel
82 Condensing lens
83 Projection lens
84 Shading plate
85 Through hole
86 screens

Claims

A pair of substrates disposed opposite each other, at least one of which is transparent;
Of the plurality of linear electrodes formed on the opposing surface of at least one of the pair of substrates and arranged in parallel at an order pitch that causes a diffraction phenomenon with respect to visible light, every other electrode Stripe electrodes composed of signal electrodes connected to each other and reference electrodes to which electrodes other than the signal electrodes are connected to each other;
An alignment film formed on at least one opposing surface of the pair of substrates,
A liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates;
A dielectric film having a dielectric constant smaller than the maximum dielectric constant of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, covering a region of the surface of the linear electrode excluding the vicinity of the region closest to the adjacent linear electrode; A liquid crystal display panel.

The liquid crystal molecules in the liquid crystal layer have a positive dielectric anisotropy,
The liquid crystal display panel according to claim 1, wherein an angle formed between a longitudinal direction of the linear electrode and an alignment direction applied to the alignment film is greater than 0 ° and equal to or less than 45 °.

The liquid crystal molecules in the liquid crystal layer have negative dielectric anisotropy,
The liquid crystal display panel according to claim 1, wherein an angle formed between a longitudinal direction of the linear electrode and an alignment direction applied to the alignment film is 45 ° or more and smaller than 90 °.

The signal electrode and the reference electrode are formed for each of a plurality of pixels arranged in a matrix on the pair of substrate surfaces,
further,
A reference wiring formed on the opposing surface of the one substrate and interconnecting the reference electrodes of the pixels of each pixel column arranged in the row direction;
A data line formed on the opposite surface of the one substrate and arranged corresponding to each pixel column arranged in the column direction;
A plurality of control lines formed on opposite surfaces of the one substrate and formed corresponding to the pixel columns arranged in the row direction;
A signal formed on the opposite surface of the one substrate corresponding to the pixel, connecting the signal electrode of the corresponding pixel and the data line corresponding to the pixel, and being applied to the corresponding control line The liquid crystal display panel according to claim 1, further comprising: a switching element that is controlled to be opened and closed by the switch.

Further, other signal electrodes formed on the opposing surface of the other substrate on which the signal electrode and the reference electrode are not formed of the pair of substrates, respectively formed at positions corresponding to the signal electrode and the reference electrode, and The liquid crystal display panel according to claim 4, further comprising another reference electrode.

The liquid crystal display panel according to claim 5, further comprising a conductive member that electrically connects the signal electrode and the other signal electrode for each pixel.