JP2007199241A - 液晶装置、液晶装置の製造方法、投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光素子の光学特性を低下させることなく、当該偏光素子を一体化させた液晶装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置は、一対の基板１ａ，２ａ間に液晶層５０を挟持してなる液晶装置であって、少なくとも一方の基板２ａの前記液晶層５０側には、所定周期の縞状パターンを有した金属膜２４が配設されており、前記金属膜２４は、前記縞状パターンを構成する個々の格子２５の前記液晶層側表面が、鋸歯状に構成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶装置、液晶装置の製造方法、及び投射型表示装置に関する。

プロジェクタ等の投射型表示装置における光変調装置として、液晶装置が用いられている。このような液晶装置としては、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成のものが知られており、この一対の基板の内側には、液晶層に電圧を印加するための電極がそれぞれ形成されている。そして、一対の基板の外側（液晶層に対向する面とは異なる面側）には偏光板が配設されており、液晶層に対して所定の偏光が入射される構成となっている。

近年、プロジェクタは様々な場所で多岐にわたる用途で利用されていることから、小型で持ち運び易く、携帯性の高いものが望まれている。そこで、例えば液晶装置の内部、すなわち基板の液晶層と接する面側（基板内面側）に、ワイヤーグリッド型の偏光素子を備えることでプロジェクタの小型化を図った技術がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１６００１３号公報

上記特許文献１に記載の技術では、基板内面側に電極を形成し、さらに電極の内面側にワイヤーグリッド型の格子膜を形成して、当該格子膜を配向膜及び偏光板として作用させている。ところで、このような格子膜を配向膜として機能させるためには、プレチルトを付与させる必要がある。しかしながら、上記特許文献１には偏光板として用いる格子膜を配向膜として適用した技術が開示されているものの、プレチルトに関しては詳述されてなく、また単に格子膜を基板の液晶層側に配したのみではプレチルトを付与することはできない。

本発明は、上記のような背景のもとになされたもので、小型化を図ることが可能な構成を具備した液晶装置の提供を目的としており、特に、基板の液晶層側に配する部材の構成を簡便化させるとともに、液晶を好適に配向させて高い表示特性を具備した液晶装置を提供することを目的としている。さらに、上記のような目的に加えて偏光素子を一体化した液晶装置を提供することを目的とし、特に偏光機能を低減させることなく、表示特性に優れた液晶装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側には、所定周期の縞状パターンを有した金属膜が配設されており、前記金属膜は、前記縞状パターンを構成する個々の格子の前記液晶層側表面が、鋸歯状に構成されていることを特徴とする。

このような液晶装置によると、縞状パターンを有した金属膜が偏光機能と、電極機能と、液晶配向機能とを兼備することとなる。したがって、偏光板と、電極と、配向膜とを別途配設する必要がないため、コスト削減及び装置の小型化に寄与することが可能となる。ここで、偏光機能は、縞状パターンの格子が延びる方向と垂直な偏光成分を選択的に透過させることで発現される。電極機能は、金属膜であるが故に発現される。液晶配向機能は、縞状パターンの格子が延びる方向に沿って液晶を配向させることで実現され、且つ液晶分子を鋸歯形状に沿ったプレチルトを有した状態で配向させることができるものとされている。このように本発明の液晶装置では、偏光機能及び配向機能を金属膜から実現しているため、従来のような偏光機能及び／又は配向機能を有する有機膜を配設する必要がなく、当該液晶装置の長寿命化を図ることができ、例えばプロジェクタ等の高エネルギー光を光源とする場合にも、劣化が生じ難いものとなる。また、ラビング処理した配向膜を配設する必要がないため、発塵等による表示不具合が生じ難いものとなる。

本発明の液晶装置において、前記金属膜は、可視光の波長の１０％〜３０％（好ましくは１０％〜２０％）の周期で前記縞状パターンを構成しているものとすることができる。このような周期で縞状パターンを構成することで、偏光特性を好適に発現することができる。縞状パターンの周期が１０％未満のものは製造に手間が掛かるとともに透過率の低下に繋がる場合がある一方、縞状パターンが３０％を超えると偏光機能が低下する場合がある。なお、可視光の波長の３０％程度が製造上も簡便で好ましい、製造上の手間を省けば１０％〜２０％程度が偏光機能を確保する上で好適である。

また、前記格子の前記液晶層側表面は、その長手方向に沿って周期的に形成された鋸歯状の凸部を有しているものとすることができる。具体的には、前記凸部がそれぞれ傾斜角の異なる第１傾斜面と第２傾斜面とを有して構成されているものとすることができる。また、さらに具体的には前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とがそれぞれ異なる面積を具備し、例えば第１傾斜面が相対的に大きな面積を有してなるものとすることができる。この場合、傾斜角の小さい傾斜面に沿って液晶分子のプレチルトが規定されることとなる。具体的には、第１傾斜面の傾斜角は１°〜２０°程度とすることが好ましく、第２傾斜面の傾斜角は７０°〜９０°程度とすることが好ましい。なお、前記凸部を前記格子の縞状パターンが有する周期よりも大きな周期で形成されているものとすれば、優れた偏光特性を確実に発現することが可能となる。

また、前記金属膜は、前記各格子が少なくとも１つの画素内で電気的に接続されているものとすることができる。このように各格子を１つの画素内で電気的に接続することで、電極機能を好適に実現することができるようになる。具体的には、板状の金属膜に対して多数のスリット状の空間が形成されてなるものを採用することができ、この空間を介して形成される複数の縞状パターンは、その端部において各パターンが金属枠部材で電気的に接続された構成となるのである。

また、前記金属膜は、前記一対の基板のうちスイッチング素子が配設されていない対向基板側に配設され、当該対向基板面内において前記各格子が電気的に接続されているものとすることができる。このように各格子を対向基板面内で電気的に接続することで、電極機能を好適に実現することができるようになる。

さらに、前記金属膜の前記液晶層側には、前記各格子と、当該各格子間に形成された隙間（空間）とを覆う保護膜が形成されており、該保護膜は、前記格子の鋸歯形状に沿って形成されているものとすることができる。このような保護膜を形成することで格子内に液晶が侵入することを防止することができる。その結果、格子間を真空ないし空気層で構成することが可能となり、当該格子間に屈折率が１以上となる材質が介在した状態となることを防止し、ひいては偏光素子として高い光学特性（透過率、コントラスト等）を具備した金属膜を備える液晶装置を提供することが可能となる。

次に、上記課題を解決するために、本発明の液晶装置の製造方法は、基板上に金属膜をベタ状に形成する工程と、形成した金属膜上にレジストを形成する工程と、前記レジストに対して第１の２光束干渉露光を行い、所定周期の縞状の第１露光パターンを付与する工程と、前記金属膜及び前記レジストを備えた基板を、当該基板の法線を軸にして９０度回転させる工程と、前記回転後、前記レジストに対して第２の２光束干渉露光を行い、前記第１露光パターンと交わる方向に縞状の第２露光パターンを付与する工程と、前記各露光を施したレジストを現像する工程と、前記現像したレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、前記金属膜に対して前記レジストの形状を当該金属膜に転写させる工程と、を含み、前記第１及び第２の２光束干渉露光は、同一光源で行うものとしており、さらに前記第１の２光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して同じ角度で当該基板に入射するように露光を行う一方、前記第２の２光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して各々異なる角度で当該基板に入射するように露光を行うことを特徴とする。

このような方法により、上述した本発明の液晶装置を簡便且つ確実に製造することが可能となる。なお、前記第２の２光束干渉露光は、前記第１の２光束干渉露光よりも露光量が少ない条件で行うものとすることができる。これにより第１及び第２の露光において、当該露光の深さを異ならせることが可能となり、鋸歯形状を有した縞状パターンの格子を好適に形成することが可能となる。

また、金属膜の液晶層側に保護膜を形成する場合には、斜方蒸着等の異方性成膜により誘電体を成膜する手法を採用することができる。異方性成膜を採用することで、格子間に空間を維持することができ、偏光素子として高い光学特性（透過率、コントラスト等）を具備した金属膜を供することができる。

一方、本発明の液晶装置の製造方法は、その異なる態様として、以下のような工程を含むものとすることもできる。つまり、基板上に金属膜をベタ状に形成する工程と、形成した金属膜上にレジストを形成する工程と、所望の型を用いたナノインプリント法により当該型形状を前記レジストに転写する工程と、該形状が転写されたレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、前記金属膜に対して前記レジストの形状を当該金属膜に転写させる工程と、を含むことにより、上述した本発明の液晶装置を簡便且つ確実に製造することができる。

次に、上記課題を解決するために、本発明の投射型表示装置は、上記液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする。具体的には、光源と、該光源から出射した光を変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えた投射型表示装置において、前記光変調装置を上記液晶装置によって構成することができる。

本発明の投射型表示装置によれば、基板の少なくとも一方に、偏光素子、電極、及び配向膜として機能する金属膜が一体に設けられた液晶装置を光変調装置として備えたことにより、従来のように偏光板を保持するための部材が不要となり、したがって当該投射型表示装置を薄くて小型なものとすることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の液晶装置及び投射型表示装置の実施形態について説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態では、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）を画素スイッチング素子として備えたアクティブマトリクス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば投射型表示装置のライトバルブ（光変調装置）として好適に用いることができるものである。

まず、本発明の液晶装置の一実施形態について説明する。図１は、液晶装置の概略構成を示す平面図であり、図中符号１００は液晶装置である。図２は、液晶装置１００の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路を示す図である。また、図３は、液晶装置１００の側断面の概略構成を示す図である。液晶装置１００は、図１に示すように、ＴＦＴアレイ基板（第１の基板）１ａと対向基板（第２の基板）２ａとがシール材５２によって貼り合わされ、このシール材５２によって区画された領域内に液晶層５０が封入されている。

前記シール材５２の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜（周辺見切り）５３が形成されている。シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路２０１および外部回路実装端子２０２がＴＦＴアレイ基板１ａの一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路２０４が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１ａの残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路２０４の間を接続するための複数の配線２０５が設けられている。また、対向基板２ａの角部においては、ＴＦＴアレイ基板１ａと対向基板２ａとの間で電気的導通をとるための基板間導通材２０６が配設されている。

なお、データ線駆動回路２０１および走査線駆動回路２０４をＴＦＴアレイ基板１ａの上に形成する代わりに、例えば、駆動用ＬＳＩが実装されたＴＡＢ（Tape Automated Bonding）基板とＴＦＴアレイ基板１ａの周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的および機械的に接続するようにしてもよい。

このような構造を有する液晶装置１００の画像表示領域においては、図２に示すように、複数のドット１００ａがマトリクス状に構成されているとともに、これらのドット１００ａの各々には、画素スイッチング用のＴＦＴ３０が形成されており、画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを供給するデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

また、ＴＦＴ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍをこの順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線６ａから供給される画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、図３に示す対向基板２ａの対向電極（共通電極）２１との間で一定期間保持される。また、保持された画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防ぐために、画素電極９と対向電極２１との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量６０が付加されている。符号３ｂは蓄積容量６０を構成する容量線である。

液晶装置１００は、図３に示すように、上下に対向配置された透明のガラス等からなるＴＦＴアレイ基板１ａ及び対向基板２ａの間に液晶層５０が挟持された基本構造を具備している。前記液晶層５０における液晶モードとしては、ＴＮ（Twisted Nematic）モードが採用されているが、その他にもＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード等を採用することができる。

ＴＦＴアレイ基板１ａは、透光性の石英基板１０と、石英基板１０の内面側に形成されたＴＦＴ３０及びＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極９と、画素電極９の内面側に形成された配向膜４５とを有して構成されている。なお、実際にはデータ線６ａ、走査線３ａ等の配線が形成されているが、図３中ではこれらの図示を省略している。

一方、対向基板２ａは、ＴＦＴアレイ基板１ａと同様、透光性の石英基板２０と、石英基板２０の内面側に設けられたワイヤーグリッド構造体（金属膜）２４とを有して構成されている。なお、本実施形態では、対向基板２ａには、対向電極及び配向膜が形成されてなく、ワイヤーグリッド構造体２４が電極、配向膜、及び偏光板としての機能を兼備しており、その詳細については後述する。

これらの基板１ａ，２ａの間には、液晶層５０が保持されており、本実施の形態では、対向基板２ａ側から入射した光は、液晶層５０を透過し、さらにＴＦＴアレイ基板１ａ側から射出される。液晶層５０を構成する液晶材料としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶など配向し得るものであればいかなる液晶材料を用いても構わないが、ＴＮ型液晶パネルの場合、ネマチック液晶を形成させるものが好ましく、例えば、フェニルシクロヘキサン誘導体液晶、ビフェニル誘導体液晶、ビフェニルシクロヘキサン誘導体液晶、テルフェニル誘導体液晶、フェニルエーテル誘導体液晶、フェニルエステル誘導体液晶、ビシクロヘキサン誘導体液晶、アゾメチン誘導体液晶、アゾキシ誘導体液晶、ピリミジン誘導体液晶、ジオキサン誘導体液晶、キュバン誘導体液晶等が挙げられる。さらに、これらネマチック液晶分子にモノフルオロ基、ジフルオロ基、トリフルオロ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基などのフッ素系置換基を導入した液晶分子も含まれる。

本実施形態の液晶装置１００では、上述の通り、対向基板２ａの液晶層側に配設されたワイヤーグリッド構造体２４が偏光機能、電極機能、及び配向機能を有している。以下、ワイヤーグリッド構造体２４の構成及び機能について説明する。なお、図４はワイヤーグリッド構造体２４の構成を模式的に示す斜視図、図５はワイヤーグリッド構造体２４の構成を模式的に示す平面図、図６はワイヤーグリッド構造体２４の構成を模式的に示す側面図である。また、図７はワイヤーグリッド構造体２４の一変形例の構成を模式的に示す異なる２方向の側面図（図４のＹ−Ｚ面及びＸ−Ｚ面の側面図）である。

ワイヤーグリッド構造体２４は、図４及び図５に示すように、金属材料（ここではアルミニウム）からなる格子２５が、所定の間隔（隙間）２６を介して周期Ｔ１の縞状パターンに形成されてなるものである。格子２５を構成する金属材料としては、例えばアルミニウムに限定されず、例えば銀等であってもよい。なお、本実施形態では、周期Ｔ１は可視光の波長（例えば４４０ｎｍ）の１０％〜３０％、具体的には４４ｎｍ〜１３２ｎｍ程度の周期をもって構成されている。

また、図４に示すように、ワイヤーグリッド構造体２４は、図中Ｘ−Ｚ断面方向には略矩形の形状を有しており、図中Ｙ−Ｚ断面方向には鋸歯形状を有している。つまり、ワイヤーグリッド構造体２４は、上記縞状パターンを構成する個々の格子２５の液晶層側表面が鋸歯形状を有して構成されているのである。具体的には、図４に示すように格子２５の長手方向に沿って周期的に形成された鋸歯状の凸部２５ａを有して構成されている。

ここで、鋸歯形状を呈する凸部２５ａは、図６に示すように、それぞれ傾斜角の異なる第１傾斜面２５ｃと第２傾斜面２５ｄとを有して構成されている。すなわち、凸部２５ａは左右非対称の表面形状を有しているのである。具体的には、第１傾斜面２５ｃと第２傾斜面２５ｄとがそれぞれ異なる面積を具備し、第１傾斜面２５ｃが相対的に大きな面積を有している。この場合、傾斜角の小さい傾斜面に沿って液晶分子５１のプレチルトが規定されることとなる。このような構成によりワイヤーグリッド構造体２４の配向機能が実現されており、つまり、格子２５が延びる方向（図４のＹ方向）に沿って液晶分子５１を配向させ、且つ格子２５の表面形状（鋸歯形状）に沿って液晶分子５１にプレチルトを付与することが可能となっている。

なお、第１傾斜面の傾斜角αは１°〜２０°程度（本実施形態では１０°）としており、第２傾斜面の傾斜角βは７０°〜９０°程度（本実施形態では８０°）としている。なお、凸部２５ａは、格子２５の縞状パターンが有する周期Ｔ１よりも大きな周期Ｔ２で形成されている。ここでは、周期Ｔ２は１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の大きさとしている。

一方、ワイヤーグリッド構造体２４を構成する各格子２５は電気的に接続されている。つまり、図５に示すように、ワイヤーグリッド構造体２４は、板状の金属膜に対して多数のスリット状の空間（隙間）２６が形成された構成を有しており、この空間２６を介して形成される複数の縞状パターンの格子２５が、その端部において金属枠部材２７で電気的に接続された構成となっている。なお、金属枠部材２７は、各格子２５の周縁部に矩形環状に形成され、当該金属枠部材２７が各格子２５を電気的に接続する導通電極として機能している。このような格子間の電気的接続によりワイヤーグリッド構造体２４の電極機能が実現されている。

次に、ワイヤーグリッド構造体２４が有する偏光機能について説明する。図１５はワイヤーグリッド構造体２４を光が透過する際の作用について説明する図である。図１５に示すように、ワイヤーグリッド構造体２４は、格子２５の屈折率ｎＡと、格子２５間に介在する間隙２６の屈折率ｎＢとが異なるため、ワイヤーグリッド構造体２４に入射した光の偏光方向により、偏光選択を行なっている。具体的には、格子２５の延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｘを透過させ、格子２５の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｙを反射している。したがって、本実施形態のワイヤーグリッド構造体２４は、光反射型偏光子と同じ作用、すなわち、グリッドに垂直な偏光成分（ＴＭ偏光）を透過させ、グリッドに平行な偏光成分（ＴＥ偏光）に対しては反射させる作用を有している。このように、本実施形態におけるワイヤーグリッド構造体２４は光反射型偏光素子として機能するものである。

なお、図７に示すように、ワイヤーグリッド構造体２４の各格子２５の表面（液晶層側）にはＳｉＯ₂等からなる保護膜２７を形成することができる。この場合、縞状の各格子２５間の空隙部（隙間）２６が保護膜２７で保護されるため、当該空隙部２６内に液晶等が混入することが防止ないし抑制される。なお、この場合、空隙部２６は真空層とされるが、例えば空気を混入した空気層とすることも可能である。また、特にワイヤーグリッド構造体２４の配向機能を実現するために、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、格子２５の表面形状に沿って保護膜２７を形成している。

なお、本実施形態ではＴＦＴアレイ基板１ａ側については、当該液晶装置１００と別体の偏光板を設けるものとしているが、ＴＦＴアレイ基板１ａ側にも同様のワイヤーグリッド構造体２４を形成することも可能である。

以上のような本実施の形態の液晶装置１００は、後述するようにプロジェクタの光変調装置として好適に用いられるものである。よって、液晶装置１００は上述したように偏光素子として機能するワイヤーグリッド構造体２４が対向基板２ａと一体に設けられた構造となっているので、従来のプロジェクタで必要となっていた偏光板の保持部材を不要にでき、当該プロジェクタの小型化を図ることが可能となる。もちろん、ＴＦＴアレイ基板１ａ側にもワイヤーグリッド構造体２４を一体形成することができ、その場合もプロジェクタの小型化を図ることが可能となる。

ここで、液晶装置１００の製造方法について説明する。ただし、当該製造方法は対向基板２ａの製造方法に特徴があるため、ＴＦＴアレイ基板１ａの製造方法は公知の方法を採用することとし、これら製造したＴＦＴアレイ基板１ａと対向基板２ａとをシール材５２を介して貼り合わせ、その後、液晶を注入して液晶装置を製造する点に関しては説明を省略し、対向基板２ａの製造方法について図８〜図１４を参照して説明することとする。なお、図８及び図１０は本実施形態で用いる２光束干渉露光法の概略を示す説明図で、図９及び図１１はこれらの露光態様を示す説明図である。また、図１２はビーム強度比とコントラストとの関係を示すグラフで、図１３はコントラスト毎の干渉縞の強度分布を示すグラフである。さらに、図１４は、本実施形態の２光束干渉露光法を施すことで得られるレジスト形状を模式的に示す斜視図である。

対向基板２ａの作成にあたっては、まず石英基板２０を用意し、当該石英基板２０上に格子２５となる金属膜２４ａ（図９参照）を蒸着若しくはスパッタ等により成膜する。その後、成膜した金属膜上にレジストを塗布する。なお、その際、レジストの下部に反射防止膜を形成するものとしてもよい。

次に、塗布したレジストに対して露光を行う。ここでは、レーザー光を用いた２光束干渉露光法により縞状パターンの第１露光を行うものとしている。具体的には、図４のＸ−Ｚ断面方向の矩形形状を得るために、図８に示すように、２光束が基板２０の法線に対して同じ角度で入射するように露光を行っている。つまり、ビームスプリッター７０からの光をミラー７１，７２を介して基板２０に同じ角度で入射するように露光を行うのである。その結果、図９に示すように、ポジ型レジストを用いた場合、干渉光強度が強い場所（露光部６１）は可溶性となり、現像により溶解する。

上記第１露光を行った後、図１０に示すように、基板２０を当該基板２０の法線Ｐを軸に９０度回転させ、さらに２光束の入射角度が互いに異なるように基板２０を傾斜させて第２露光を行う。この際、図１０に示すように、干渉角は上記１回目の角度より浅くし、干渉縞のピッチを広くするものとしている。その結果、図１１に示すように、傾斜を持った潜像がレジスト内に形成され、露光部６１と未露光部６０のパターンが形成されることとなる。

なお、第２露光時には、片方の光束をビーム強度調整機構７３によって強度調整を行っている。これは、レジストパターンを制御するためで、以下のような機構により行われている。

干渉にあずかる２本のビームの強度比をＩ（１）、Ｉ（２）とすると、干渉縞の強度分布Ｉ（ｘ）は次式で与えられる。
Ｉ（ｘ）＝Ｉ（１）＋Ｉ（２）＋２（Ｉ（１）＋Ｉ（２））^1/2ｃｏｓ（２ｐｘ／Ｐ）・・・式（１）（ただし、ｘは位置座標である。干渉縞のコントラストＣは（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）で定義される）

一方、式（１）より、コントラストＣは以下のように表現される。
Ｃ＝２（Ｉ（１）・Ｉ（２））^1/2／（Ｉ（１）＋Ｉ（２））＝２（α）^1/2／（１＋α）・・・式（２）（ただし、αは干渉にあずかる２本のビーム強度比Ｉ（１）／Ｉ（２）を表す）

図１２に式（２）の関係を示した。ビーム強度が等しい場合（α＝１）には、コントラストは１．０、すなわち鮮明な干渉縞が得られる。一方、ビーム強度比が等しくない場合には、その差が大きくなるとともにコントラストは低下する。コントラストＣが１．０、０．５のそれぞれの場合につき、干渉縞の強度分布を図１３に示した。したがって、片方のビーム強度を調整すると、コントラストが落ち、図１４に示すように現像後に形成されるレジスト６０のパターンはなだらかな形状となる。

以上のような２回露光を行い、現像を実施すると、ほぼ図４に示したような格子２５のパターン形状と同じパターン形状のレジストが形成される。その後、得られた所定パターンのレジストをマスクとしてドライエッチングを施し、金属膜２４ａに対して形状転写を行い、図４に示したようなワイヤーグリッド構造体２４を備える対向基板２０を得る。

そして、上述した通り、別途作成したＴＦＴアレイ基板１ａとシール材５２を介して貼り合わせ、さらにシール材５２に設けた注入口から液晶を注入して本実施の形態の液晶装置１００を得るものとしている。

なお、必要に応じて、液晶とワイヤーグリッド構造体２４との化学反応を抑制するために、ＳｉＯ₂等をワイヤーグリッド構造体２４の表面にパッシベーション膜として成膜しても良い。その場合、ＳｉＯ₂等を斜方蒸着等の異方性成膜法により形成することで、格子２５間の隙間２６に当該ＳｉＯ₂等の蒸着材料が入り込むことがなく、該隙間２６に空気層若しくは真空層を具備した保護膜が形成されることとなる。

また、上述した２光束干渉露光法に代えて、レジスト樹脂に対して縞状の突起物を有した型を押し当てて、当該突起物に対応した縞状の溝パターンを転写するナノインプリント法により縞状パターンを形成するようにしてもよい。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の投射型表示装置の一実施形態としてのプロジェクタについて図面を参照して説明する。図１６は、本実施形態のプロジェクタの概略構成を示す図であり、図中符号８００はプロジェクタである。本実施形態のプロジェクタ８００は、光変調装置として上述した液晶装置１００を用いた液晶プロジェクタである。

図１６において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５，８１６，８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２，８２３，８２４は前記液晶装置１００からなる液晶光変調装置（光変調装置）、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投射レンズ（投射装置）である。なお、前記液晶装置１００は、上述したようにワイヤーグリッド構造体２４を備え、該ワイヤーグリッド構造体２４は偏光素子として機能するものであり、ここではＴＦＴアレイ基板１ａ側にもワイヤーグリッド偏光板が形成されたものを採用している。すなわち、本発明の液晶装置８２２，８２３，８２４は、光変調機能と偏光素子の偏光機能とを兼ねたものとなっている。

前記光源８１０は、メタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。なお、光源８１０としては、メタルハライド以外にも超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Ｄｅｅｐ ＵＶランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ等を用いることも可能である。

ダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、赤色光用の液晶光変調装置８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、緑色光用の液晶光変調装置８２３に入射される。さらに、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９および出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられている。この導光手段８２１を介して、青色光が青色光用の液晶光変調装置８２４に入射される。

次に、光変調装置に光が入射する際について説明するに際し、赤色光が赤色光用液晶光変調装置８２２に入射する場合を例に挙げて説明する。なお、青色光、及び緑色光が各光変調装置８２３，８２４に入射した場合については、赤色の場合と同様であることからその説明を省略する。

具体的には、前記赤色光用の液晶光変調装置８２２は、上述したように偏光素子としての機能を備えたものとなっている。よって、赤色光用の液晶光変調装置８２２に入射した赤色光は、まず対向基板２ａに設けられたワイヤーグリッド構造体２４を透過し直線偏光となる。

さらに、液晶光変調装置８２２〜８２４では前記ワイヤーグリッド構造体２４を介して入射した直線偏光の位相制御が行われる。つまり、画素電極９及び対向電極（ここではワイヤーグリッド構造体２４）に対する印加電圧により液晶層５０の駆動制御を行い、当該入射光の位相を制御することが可能となっている。位相制御された光は、光射出側に配設されたワイヤーグリッド構造体２４に入射して変調される。

各液晶光変調装置８２２〜８２４で変調された各色の光はクロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射レンズ（投射装置）８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。

本実施形態におけるプロジェクタ８００は、上述したように、対向基板２ａに偏光素子、電極、及び配向膜として機能するワイヤーグリッド構造体２４を備えた液晶装置１００を光変調装置として備えているので、従来のように偏光板を保持するための部材が不要となる。したがって、プロジェクタ８００を構成する部品点数が少なくなるので、このプロジェクタ８００は、薄型で小さく、かつ偏光特性及び信頼性の高いものとなる。

液晶装置の概略構成を示す平面図。 液晶装置の等価回路を示す図。 液晶装置の側断面の概略構成を示す図。 ワイヤーグリッド構造体の構成を模式的に示す斜視図。 ワイヤーグリッド構造体の構成を模式的に示す平面図。 ワイヤーグリッド構造体の構成を模式的に示す側面図。 ワイヤーグリッド構造体の一変形例の構成を模式的に示す側面図。 ２光束干渉露光法の概略を示す説明図。 露光態様を示す説明図。 ２光束干渉露光法の概略を示す説明図。 露光態様を示す説明図。 ビーム強度比とコントラストとの関係を示すグラフ。 コントラスト毎の干渉縞の強度分布を示すグラフ。 露光を施すことで得られるレジスト形状を模式的に示す斜視図。 ワイヤーグリッド構造体を光が透過する場合の説明図。 プロジェクタの概略構成を示す図。

符号の説明

１ａ…ＴＦＴアレイ基板（第１の基板）、２ａ…対向基板（第２の基板）、２４…ワイヤーグリッド構造体（金属膜）、２５…格子、５０…液晶層、１００…液晶装置

Claims (11)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、
   前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の前記液晶層側には、所定周期の縞状パターンを有した金属膜が配設されており、
   前記金属膜は、前記縞状パターンを構成する個々の格子の前記液晶層側表面が、鋸歯状に構成されていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記金属膜は、可視光の波長の１０％〜３０％の周期で前記縞状パターンを構成していることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記格子の前記液晶層側表面は、その長手方向に沿って周期的に形成された鋸歯状の凸部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
4. 前記凸部は、それぞれ傾斜角の異なる第１傾斜面と第２傾斜面とを有していることを特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
5. 前記凸部は、前記格子の縞状パターンが有する周期よりも大きな周期で形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液晶装置。
6. 前記金属膜は、前記各格子が少なくとも１つの画素内で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶装置。
7. 前記金属膜は、前記一対の基板のうちスイッチング素子が配設されていない対向基板側に配設され、当該対向基板面内において前記各格子が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶装置。
8. 前記金属膜の前記液晶層側には、前記各格子と、当該各格子間に形成された隙間とを覆う保護膜が形成されており、該保護膜は、前記格子の鋸歯形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶装置の製造方法であって、
   基板上に金属膜をベタ状に形成する工程と、
   形成した金属膜上にレジストを形成する工程と、
   前記レジストに対して第１の２光束干渉露光を行い、所定周期の縞状の第１露光パターンを付与する工程と、
   前記金属膜及び前記レジストを備えた基板を、当該基板の法線を軸にして９０度回転させる工程と、
   前記回転後、前記レジストに対して第２の２光束干渉露光を行い、前記第１露光パターンと交わる方向に縞状の第２露光パターンを付与する工程と、
   前記各露光を施したレジストを現像する工程と、
   前記現像したレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、前記金属膜に対して前記レジストの形状を当該金属膜に転写させる工程と、を含み、
   前記第１及び第２の２光束干渉露光は、同一光源で行うものとしており、さらに前記第１の２光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して同じ角度で当該基板に入射するように露光を行う一方、前記第２の２光束干渉露光においては、各光束が前記基板の法線に対して各々異なる角度で当該基板に入射するように露光を行うことを特徴とする液晶装置の製造方法。
10. 前記第２の２光束干渉露光は、前記第１の２光束干渉露光よりも露光量が少ない条件で行うことを特徴とする請求項９に記載の液晶装置の製造方法。
11. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶装置を光変調装置として備えたことを特徴とする投射型表示装置。
    
    

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