JP2002006320A

JP2002006320A - 液晶装置、投射型表示装置及び電子機器

Info

Publication number: JP2002006320A
Application number: JP2001064072A
Authority: JP
Inventors: Kinya Ozawa; 欣也小澤; Tsuyoshi Maeda; 強前田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、高精細な投射型の液晶パネルに対
してディスクリネーションに起因する表示欠陥を生じな
いようにして高コントラストな表示を可能とした液晶装
置及び投射型表示装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、一方の基板１０と他方の基板
２０との間に液晶層５０が挟持され、このうち、基板１
０上に、マトリクス状に配置された画素電極９ａと、該
複数の画素電極を各々駆動するＴＦＴ３０が設けられて
いる。ここで、基板間の液晶の厚さをｄ、基板面の液晶
配向角（プレチルト角）θｐとし場合に、２０°≦θｐ
≦３０°、１≦ｄ／Ｌの関係を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配向膜のプレチル
ト角、さらには、画素電極同士の間隙、液晶層の厚さを
特定の関係に規定した液晶装置と、それを用いた投射型
表示装置と電子機器に関し、特に、ディスクリネーショ
ンラインに起因する表示欠陥の発生を抑制した技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶表示装置は、直視型のみ
ではなく、プロジェクションテレビ等の投射型表示素子
としても需要が高まってきている。ここで、液晶表示装
置を投射型表示素子として使用する場合に、従来の画素
数で拡大率を高めると、画面の粗さが目立ってくる。そ
こで、高い拡大率でも精細な画像を得るためには、画素
数を増やすことが必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶表
示装置の面積を一定として画素数を増やす場合、特にア
クティブマトリクス型の液晶表示装置では、画素以外の
配線部分やスイッチング素子の部分が占める面積が相対
的に大きくなるので、これらの部分を覆い隠すブラック
マトリクスの面積が増大する。

【０００４】さらに、この場合に問題になるのは、画素
と画素との距離、即ち、画素電極と画素電極との間隙が
必然的に狭くなるので、ある１つの画素電極に着目する
と、隣接する他の画素電極の周縁部から受ける電界の影
響によって、ディスクリネーション（液晶分子の転傾）
が発生しやすくなる、という点である。ディスクリネー
ションが発生するのであれば、当該発生部分を、当該配
線部分やスイッチング素子の部分とともに、ブラックマ
トリクスにより覆い隠すことが必要となる。

【０００５】このように、液晶表示装置の面積を一定と
して画素数を増やす場合、配線部分やスイッチング素子
の部分のみならず、ディスクリネーションの発生部分に
ついても、ブラックマトリクスにより覆い隠すことが必
要となるので、ブラックマトリクスの面積が表示領域に
対して極端に大きくなる。したがって、この場合、表示
に寄与する画素開口部の面積が減少して開口率が低下す
る結果、表示画面が暗くなって、画像品位を低下させ
る、という問題があった。

【０００６】ここで、ディスクリネーションによる表示
欠陥について詳述する。現在の投射表示素子をして用い
る液晶表示装置にあって、高精細構造としたものでは、
複数マトリクス状に配列する矩形状の画素電極の幅が２
０×１０^-6ｍ（２０μｍ）角程度に微細化されている。
さらに、高精細化された液晶表示装置において、反射型
の構造を採用すると、基板上に形成したスイッチング素
子を絶縁膜で覆った上に、画素電極をほとんど隙間なく
配置することができる。このため、反射型の構造の液晶
表示装置では、画素電極同士の間隙を、わずか１×１０
^-6ｍ（１μｍ）程度まで狭めることができるようになっ
てきている。

【０００７】このように画素電極の間隔が狭められた液
晶表示装置にあっては、図１１に示すように、一方の基
板側に設けられる画素電極１００、１０１の間隔Ｌが１
×１０^-6ｍ程度であり、これに対向する基板側に設けら
れる共通電極１０２と、画素電極１００、１０２との間
隔ｄが２×１０^-6〜４×１０^-6ｍであるので、相隣接す
る画素電極１００、１０１間の境界部分に存在する液晶
には強い横電界が作用することになる。ここで例えば、
共通電極１０２をアースして０Ｖに固定し、画素電極１
００に＋５Ｖを印加し、画素電極１０１に−５Ｖを印加
して液晶を配向制御する場合、電圧を印加することで基
板に対して起立するタイプの液晶を使用すると、図１２
に示すように、画素電極１００に対応する領域の液晶に
あって画素電極１０１に近い側の領域の液晶には、＋５
Ｖと−５Ｖの電位差である１０Ｖの横電界が発生して、
この横電界の影響を受けた液晶は、本来とは異なる向き
に配向する可能性が高い。即ち、画素電極１００で配向
制御すべき領域の液晶において、一部の液晶が他の液晶
と微妙に異なる方向に向くことになる。この結果、配向
方向が微妙に異なる液晶の境界領域（図１２に符号ＤＲ
で示す境界線に沿う領域）にディスクリネーションライ
ンと称される線状の表示欠陥が生じてしまうことにな
る。なお、この線状の表示欠陥の幅を実際に測定してみ
たところ、平均的に３×１０^-6ｍ（μｍ）程度の幅であ
ることが判明した。

【０００８】ここで、図１４は、従来型の液晶表示装置
において、画素部における光の反射状態を計算して、そ
の明度を表したものである。この図に示されるように、
画素内の輝度は、ディスクリネーションラインの発生に
より、特に画素の両サイドにおいて低下していることが
わかる。

【０００９】ところで、ディスクリネーションによる表
示欠陥をできるだけ解消するという目的から、相隣接す
る画素電極の極性をできるだけ同一にすることが可能な
フレーム反転駆動方式を採用し、表示の際のフレーム毎
に同一極性の電圧を全画素電極に印加して液晶を駆動す
ることもなされているが、フレーム反転駆動方式では上
述のような問題を完全には解消できるものではなかっ
た。即ち、表示領域の全面を白または黒のいずれかの表
示とする場合には、フレーム反転駆動が有効ではあるも
のの、表示領域内に白表示と黒表示とが混在するような
表示形態では、白表示と黒表示の境界部分が灰色表示に
近い表示となってしまい、境界部分の表示がにじんだ状
態となってしまう。例えば、図１３に示すように、白表
示の背景に黒表示で「Ａ」の文字を表示しようとした場
合、黒表示の「Ａ」の輪郭部分の周囲の白表示部分に、
ディスクリネーションラインに起因する灰色表示領域が
生成されて、「Ａ」の文字の輪郭が不鮮明となって、コ
ントラストの低い表示形態となってしまう。特に、投射
型表示素子では、拡大投射表示ゆえに事態はより深刻と
なる。

【００１０】一方、液晶の駆動方式には、フレーム反転
駆動方式の外に、縦の１ライン毎、あるいは、横の１ラ
イン毎に駆動電圧の極性を入れ替えるライン反転駆動方
式や、隣接する画素電極毎に駆動電圧の極性を入れ替え
るドット反転駆動方式などが知られており、それぞれの
駆動方式に長所があるので、プロジェクタ用の液晶パネ
ルにおいて種々の駆動方式を選択できることが望まし
い。ただし、前述したディスクリネーションラインが発
生する問題から、高精細な液晶パネルの駆動方式とし
て、隣接する画素電極間の電位差が大きくなるライン反
転駆動方式や、ドット反転駆動方式を採用することがで
きないという事情がある。

【００１１】さらに、現在、プロジェクタに要求される
性能は、第１に明るさであり、この点は、画素に対応し
てマイクロレンズを設け、開口部分に光を収束すること
で、実効開口率を向上させることが可能ではある。ただ
し、マイクロレンズを設けると、画素に入射する光束密
度は大きくなる結果、配向膜が損傷して液晶に配向異常
が生じる可能性が指摘されている。なお、以上において
は、説明の簡略化のために、液晶表示装置に通常設けら
れているカラーフィルタや偏光板を除外して、パネル単
独での開口率を問題として説明した。

【００１２】本発明は、上述した事情を背景としてなさ
れたものであり、その目的とするところは、配向膜のプ
レチルト角、さらには、画素電極同士の間隙、液晶層の
厚さを特定の関係に規定することにより、液晶の異常配
向に起因する表示欠陥の発生を抑制して、明るい表示が
可能な液晶装置、投射型表示装置および電子機器の提供
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る液晶装置にあっては、相対向する面にそ
れぞれ配向膜が設けられた一対の基板間に液晶が挟持さ
れてなり、複数の走査線と、複数のデータ線と、これら
走査線およびデータ線により区画された画素領域毎に設
けられたスイッチング素子および画素電極とを有する液
晶装置であって、前記配向膜によるプレチルト角が20°
以上30°以下になっていることを特徴としている。この
構成によれば、ディスクリネーションに起因する表示欠
陥が画素外に置かれるので、ディスクリネーションの発
生部分を遮光するためのブラックマトリクスを余計に設
けなくて済む結果、その分だけ明るい表示を確保するこ
とが可能となる。

【００１４】ここで、本発明において、前記配向膜が酸
化シリコンまたは窒化シリコンからなる構成が望まし
い。このよう材料から例えば斜方蒸着法を用いて配向膜
を形成すると、20°以上30°以下のプレチルト角を比較
的容易に実現でき、さらに、光による配向膜の分解が防
止されるので、配向異常の発生を防止することができ
る。

【００１５】また、本発明において、前記一対の基板間
に挟持される液晶層の厚さ（セルギャップ）をｄとし、
前記画素電極同士の間隙をＬとしたときに、ｄ／Ｌ≧１
なる関係を満たすことが望ましい。ディスクリネーショ
ンは、セルギャップｄが小さくなるにつれて、また、画
素電極同士の間隙Ｌが狭くなるにつれて、それぞれ顕著
に現れるが、このようなｄ／Ｌ≧１なる関係を満たせ
ば、横電界の影響が少なく、かつ、開口率を大きくとる
ことができる。

【００１６】さらに、本発明では、前記画素電極が光反
射性の金属電極である構成としても良い。画素電極が光
反射性の金属電極から構成すると、スイッチング素子や
配線を画素電極の下層に形成することができる。このた
め、画素電極をスイッチング素子や配線の配置と関係な
く配置することができる。

【００１７】さて、本発明に係る投射型液晶装置は、上
記液晶装置を備えているので、ディスクリネーションに
よる表示欠陥を防止した明るい表示が可能となる。

【００１８】具体的には、光源と、前記光源からの光を
変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調され
た光を投射する投射レンズとが具備され、前記光変調装
置として上記液晶装置が用いられた構成とすると、拡大
投射する際に、ディスクリネーションによる表示欠陥を
防止した明るい表示が可能となる。

【００１９】同様に、光源と、前記光源からの光を変調
する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光
を投射する投射レンズとが具備され、前記光変調装置と
して上記液晶装置が青系の表示部に用いられた構成とす
ると、青色の純度を向上させた表示が可能となる。

【００２０】また、本発明に係る電子機器は、上記液晶
装置を備えているので、ディスクリネーションによる表
示欠陥を防止した明るい表示が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明するが、本発明は以下の実施形態に
限定されるものではない。

【００２２】＜液晶装置の画素部＞まず、本発明の第１
実施形態に係る液晶装置について説明する。まず、この
液晶表示装置の画素部について、図１および図２を参照
して説明する。図１は、液晶装置の画像表示領域を構成
するマトリクス状に形成された複数の画素における各種
素子や、配線などの等価回路である。図２は、図１に示
したＴＦＴ１個に係るＴＦＴアレイ基板を拡大して示す
拡大断面図である。尚、断面図においては、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しめてある。

【００２３】さて、図１において、本実施形態による液
晶装置の画像表示領域においては、ｍ本の走査線３ａが
行方向に延在する一方、ｎ本のデータ線６ａが列方向に
延在するとともに、これらの走査線３ａとデータ線６ａ
との交差部分に対応して、ＴＦＴ３０と画素電極９ａと
が、マトリクス状に配列している。ここで、ＴＦＴ３０
のゲート電極は走査線３ａに接続され、そのソース電極
はデータ線６ａに接続され、そのドレイン電極は画素電
極９ａに接続されている。また、ｍ本の走査線３ａの各
々には、所定のタイミングで順番にアクティブレベルと
なる走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍがそれぞれ印加され
る構成となっており、また、ｎ本のデータ線６ａの各々
には、ある走査信号がアクティブレベルとなる期間に、
画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、この順番で線順次
に、または、相隣接する複数のデータ線６ａ同士のグル
ープ毎に、それぞれ供給される構成となっている。

【００２４】したがって、ある走査信号がアクティブレ
ベルになると、当該走査信号が供給される走査線３ａの
１行分のＴＦＴ３０は一斉にオンすることになる。そし
て、このオン期間に、供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、
…、Ｓｎが、当該１行分の画素電極９ａの各々に書き込
まれて、後述する対向基板に形成された対向電極との間
で一定期間保持されることになる。

【００２５】ここで、液晶は、印加される電圧レベルに
より分子集合の配向や秩序が変化することにより、ここ
を通過する光を変調し、階調表示を可能にする。液晶が
ノーマリーホワイトモードであれば、印加された電圧に
応じて入射光がこの液晶部分を通過不可能とされ、ノー
マリーブラッグモードであれば、印加された電圧に応じ
て入射光が液晶部分を通過可能とされて、全体として液
晶装置からは画像信号に応じた強度を持つ光が出射す
る。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐ
ために、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液
晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。この蓄
積容量７０により、画素電極９ａの電圧を、ソース電圧
が印加された時間よりも３桁程度長い時間保持できるの
で、保持特性が改善されて、コントラスト比の高い液晶
装置が実現できる。

【００２６】次に、図２の拡大断面図に示すように、Ｔ
ＦＴアレイ基板１０には、各画素電極９ａに隣接する位
置に、画素スイッチング用ＴＦＴ（スイッチング素子）
３０が設けられている。一方、画素電極９ａにおいてＴ
ＦＴ３０とは反対側には配向膜１６が設けられている。
なお、ＴＦＴアレイ基板１０は、後述するように対向電
極や配向膜が形成された対向基板と一定の間隙を保って
貼り合わせられ、この間隙に液晶が封入されて、液晶層
５０が形成されている。また、この液晶層５０は、画素
電極９ａと対向電極とに電圧差がない状態で、両基板に
形成された配向膜により所定の配向状態となるように構
成されている。

【００２７】さて、ＴＦＴアレイ基板１０には、画素ス
イッチング用ＴＦＴ３０に対向する位置に第１遮光膜１
１ａが設けられている。第１遮光膜１１ａは、好ましく
は不透明な高融点金属であるＴｉや、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、
Ｍｏ及びＰｄのうちの少なくとも一つを含む金属単体、
合金、金属シリサイド等から構成されている。このよう
な材料から第１遮光膜１１ａを構成すれば、後に行われ
る高温処理により、第１遮光膜１１ａが破壊されたり溶
融したりしないようにできる。また、第１遮光膜１１ａ
により、ＴＦＴアレイ基板１０の側からの戻り光等が画
素スイッチング用ＴＦＴ３０のチャネル領域１ａ'やＬ
ＤＤ領域１ｂ、１ｃに入射する事態を未然に防ぐことが
でき、光電流の発生により画素スイッチング用ＴＦＴ３
０の特性が劣化することを防止できる。

【００２８】次に、第１遮光膜１１ａと複数の画素スイ
ッチング用ＴＦＴ３０との間には、第１層間絶縁膜１２
が設けられている。第１層間絶縁膜１２は、画素スイッ
チング用ＴＦＴ３０を構成する半導体層１ａを、第１遮
光膜１１ａから電気的に絶縁するために設けられるもの
である。更に、第１層間絶縁膜１２は、ＴＦＴアレイ基
板１０の全面に形成されることにより、画素スイッチン
グ用ＴＦＴ３０のための下地膜としての機能をも有す
る。即ち、ＴＦＴアレイ基板１０の表面の研磨時におけ
る荒れや、洗浄後に残る汚れ等で画素スイッチング用Ｔ
ＦＴ３０の特性の劣化を防止する機能を有する。ここ
で、第１層間絶縁膜１２は、例えば、ＮＳＧ（ノンドー
プトシリケートカラズ）や、ＰＳＧ（リンシリケートガ
ラス）、ＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）、ＢＰＳＧ
（ボロンリンシリケートガラス）などの高絶縁性ガラス
又は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等からなる。こ
のような第１層間絶縁膜１２により、第１遮光膜１１ａ
が画素スイッチング用ＴＦＴ３０等を汚染する事態を未
然に防ぐこともできる。なお、ＴＦＴアレイ基板１０に
不透明なＳｉ基板を用いた場合、第１遮光膜１１ａは不
要となる。

【００２９】続いて、画素スイッチング用ＴＦＴ３０を
構成する半導体層１ａの表面には、熱酸化処理等による
ゲート絶縁膜２が形成され、さらに、ポリシリコン膜か
らなる走査線３ａが形成されている。このため、走査線
３ａのうち、半導体層１ａと交差する部分がＴＦＴ３０
のゲート電極として機能し、また、半導体層１ａのう
ち、当該走査線３ａの直下の部分がチャネル領域１ａ'
として機能することになる。さらに、半導体層１ａのう
ち、チャネル領域１ａ'に隣接する両側には、それぞれ
低濃度ソース領域（ソース側ＬＤＤ領域）１ｂ、同低濃
度ドレイン領域（ドレイン側ＬＤＤ領域）１ｃが設けら
れ、さらに外側には、それぞれ高濃度ソース領域１ｄ、
高濃度ドレイン領域１ｅが設けられて、ＴＦＴ３０は、
いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有して
いる。なお、各領域１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは、半導体
層１ａに対し、ｎ型又はｐ型のチャネルを形成するかに
応じて所定濃度のｎ型用又はｐ型用のドーパントをドー
プすることにより形成されている。なお、ｎ型チャネル
のＴＦＴは、動作速度が速いという利点があり、画素の
スイッチング素子である画素スイッチング用ＴＦＴ３０
として用いられることが多い。

【００３０】また、画素電極９ａの材料には、透過型で
あれば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明導電
膜が望ましく、一方、反射型であれば、Al又はＡｇなど
の反射性の高い導電膜で形成すれば良い。

【００３１】さて、ＴＦＴ３０を構成する半導体層１ａ
のうち、高濃度ソース領域１ｄは、ゲート絶縁膜２およ
び第２層間絶縁膜４を開孔するコンタクトホール５によ
って、Al等の低抵抗な金属膜や金属シリサイド等の合金
膜などの遮光性薄膜からなるデータ線６ａに接続される
一方、高濃度ドレイン領域１ｅは、ゲート絶縁膜２、第
２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７を開孔するコン
タクトホール８によって対応する画素電極９ａに接続さ
れている。なお、高濃度ドレイン領域１ｅと画素電極９
ａとは、データ線６ａと同一のＡ１膜や走査線３ａと同
一のポリシリコン膜を中継して電気的に接続するように
してもよい。

【００３２】なお、ＴＦＴ３０は、上述のようにＬＤＤ
構造を持つのが好ましいが、低濃度ソース領域１ｂ及び
低濃度ドレイン領域１ｃに不純物イオンの打ち込みを行
わないオフセット構造を持ってよいし、ゲート電極３ａ
をマスクとして高濃度で不純物イオンを打ち込み、自己
整合的に高濃度ソース及びドレイン領域を形成するセル
フアライン型のＴＦＴであってもよい。

【００３３】一方、ＴＦＴ３０の半導体層３ａのうち、
高濃度ドレイン領域１ｅに隣接する高濃度領域１ｆは、
走査線３ａと略平行に延在する容量線３ｂの形成位置ま
で延設されているとともに低抵抗化されている。このた
め、蓄積容量７０は、高濃度領域１ｆと容量線３ｂの一
部とによってゲート絶縁膜２を誘電体として挟持した構
成となっている。ここで、蓄積容量７０の誘電体は、高
温酸化によりポリシリコン膜上に形成されるＴＦＴ３０
のゲート絶縁膜２に他ならないので、薄く且つ高耐圧の
絶縁膜とすることができる。このため、蓄積容量７０
は、比較的小面積で大容量とすることができる。

【００３４】この結果、データ線６ａ下の領域及び走査
線３ａに沿うスペースという開口領域を外れたスペース
を有効に利用して、画素電極９ａの蓄積容量を増やすこ
とが出来る。なお、画素電極９ａをデータ線６ａや走査
線３ａ上に絶縁膜を介して形成しても構わない。

【００３５】なお、本実施形態では、画素スイッチング
用ＴＦＴ３０のゲート電極（データ線３ａ）をソース−
ドレイン領域１ｂ及び１ｅ間に１個のみ配置したシング
ルゲート構造としたが、これらの間に２個以上のゲート
電極を配置してもよい。この際、各々のゲート電極には
同一の信号が印加されるようにする。このようにデュア
ルゲート（ダブルゲート）或いはトリプルゲート以上で
ＴＦＴを構成すれば、チャネルとソース−ドレイン領域
接合部のリーク電流を防止でき、オフ時の電流を低減す
ることができる。これらのゲート電極の少なくとも１個
をＬＤＤ構造或いはオフセット構造にすれば、更にオフ
電流を低減でき、安定したスイッチング素子を得ること
ができる。

【００３６】次に、上述した構造の液晶表示装置におい
て、配向膜による液晶のプレチルト角、画素電極９ａの
間隙、および、液晶層の厚さの関係について検討する。
まず、説明の便宜のため、図３に示すように、画素電極
９ａの本体部９ａ１同士の間隙をＬ（×１０^-6ｍ）と
し、画素電極９ａの配列ピッチをＰ（×１０^-6ｍ）と
し、さらに、液晶層の厚さ（基板１０側の配向膜１６と
基板２０側の配向膜２２との間の間隔であるセルギャッ
プ）をｄ（×１０^-6ｍ）とする。また、液晶分子の長軸
と基板（配向膜）面とのなす角度（プレチルト角）をθ
ｐとする。

【００３７】まず、図１および図２の構成において、配
列ピッチＰを２５×１０^-6ｍとし、画素電極９ａを１５
×１０^-6ｍ角の大きさとした（したがって、間隙Ｌは１
０×１０^-6ｍである）。また、セルギャップｄを５×１
０^-6ｍに設定した、さらに、配向膜１６、２２に無機材
料であるSiO₂を用い、斜方蒸着法によって、プレチルト
角θｐが25°となるように設定するとともに、両基板間
で45°のツイストネマティック配向モードとした。この
際、ネガ型のネマティック液晶の屈折異方性Δｎとセル
ギャップｄとの積Δｎ・ｄの値を０．４８×１０^-6ｍと
した。

【００３８】さらに、図示省略するが、対向基板２０に
は、基板背面（上側）において、感光性樹脂からなるマ
イクロレンズと、マイクロレンズを覆うアクリル系接着
層と、カバーガラスとが形成されている。

【００３９】このような条件下において、相隣接する画
素電極からの横電界の影響を考慮しつつ、液晶配向状態
を計算して、光の反射率が画素電極においてどのような
明度となるかをシミュレートした結果を、図８に示す。
この図では、図１４に示す従来例と比較して明らかにデ
ィスクリネーションに起因する表示欠陥が低減している
ことが判る。

【００４０】続いて、プレチルト角θｐを変化させた場
合に、Δｎ・ｄを０．４８μｍに固定したとき、必要と
なるセルギャップｄの計算結果を、次表（表１）に示
す。なお、この表には、駆動方式としてドット反転駆動
方式を採用した場合の反射率、および、その応答速度の
計算結果についても併せて示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】この表１からプレチルト角θｐが30°以上
では、セルギャップｄが大きくなることがわかる。ま
た、応答時間はセルギャップｄの２乗に比例して大きく
なることが知られているので、セルギャップｄが大きく
なる方向は好ましくない。また、プレチルト角θｐが20
°以下では、反射率が減少しているが、これは、ディス
クリネーションが発生しているためである。よって、プ
レチルト角θｐを、20°以上30°以下に設定するのが望
ましいと、考える。

【００４３】上述したように、横電界の影響は、セルギ
ャップｄが小さいほど受けやすく、また画素電極同士の
間隙Ｌが狭いほど受けやすいので、高精細のパネルであ
れば、顕著に現れることになる。また、表１で述べたよ
うにセルギャップｄが大きくなると、応答時間が大きく
なるが、明るさに関しては、Δｎ・ｄを一定とする場合
に、セルギャップｄを小さくすると、Δｎの大きな液晶
材料が必要となる。ただし、Δｎの大きな液晶には、信
頼性のあるものが少ないため、プロセス上不利である。

【００４４】次に、画素電極９ａの配列ピッチＰを１０
μｍで、かつ、セルギャップｄを３．２μｍで一定とし
た場合に、画素電極同士の間隙Ｌを変化させたときの、
開口率の変化について次表（表２）に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】ここで、プレチルト角θｐを、20°以上30
°以下に設定する。横電界の影響が少なく、かつ、開口
率を大きくとり高コントラストを得るためには、セルギ
ャップｄと間隙Ｌとの間に、ｄ／Ｌ≧１なる関係が必要
である。ノーマリーホワイト表示モードの場合画素電極
同士の間隙を小さくして開口率を大きく取ることができ
ても横電界の発生により黒表示で光抜けが起きる。光抜
けにより開口率が大きくても明るく高コントラスト表示
は得られない。現在の投射型装置における液晶表示装置
のコントラストは２００以上が要求されている。これを
実現するために上記条件は必要である。

【００４７】したがって、プレチルト角θｐを、20°以
上30°以下に設定するとともに、セルギャップｄと間隙
Ｌとの間に、ｄ／Ｌ≧１なる関係を満たすようにすれ
ば、隣接する他の画素電極による横電界の影響を受けて
もディスクリネーションラインが画素内に生じるおそれ
が少なくなって、高精細な表示構成であってもコントラ
スト比の高く高品位な表示が可能となる。

【００４８】＜液晶装置の全体構成＞次に、本実施形態
に係る液晶装置の全体構成を図４および図５を参照して
説明する。図４において、ＴＦＴアレイ基板１０の上に
は、シール材５２がその縁に沿って設けられ、その内側
に並行して、周辺見切りとしての遮光膜５３が設けられ
ている。シール材５２の外側の領域には、データ線駆動
回路１０１及び実装端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０
の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路１０４
が、この一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。
走査線３ａに供給される走査信号の遅延が問題にならな
いのならば、走査線駆動回路１０４は片側だけでも良い
ことは言うまでもない。また、データ線駆動回路１０１
を画像表示領域の辺に沿って両側に配列してもよい。更
に、ＴＦＴアレイ基板１０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１０４の間をつな
ぐための複数の配線１０５が設けられている。そして、
図５に示すように、シール材５２とほぼ同じ輪郭を持つ
対向基板２０が当該シール材５２によって一定のギャッ
プｄを保ってＴＦＴアレイ基板１０に固着されるととも
に、この空間に液晶が封入され、液晶層５０が形成され
る。なお、シール材５２は、例えば光硬化性樹脂や熱硬
化性樹脂などからなる接着剤であり、この中には、棒状
や球形のスペーサ（図面では省略した）が混入されて、
一定のギャップｄが保たれる構成となっている。

【００４９】また、対向基板２０の投射光が入射する側
及びＴＦＴアレイ基板１０の出射光が出射する側には各
々、例えば、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード
のほか、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）モード、強誘電性液晶
（ＦＬＣ）モード等の動作モードや、ノーマリーホワイ
トモード／ノーマリーブラッグモードの別に応じて、偏
光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の方向
で適宜配置される。

【００５０】以上説明した実施形態に係る液晶装置は、
カラー液晶プロジェクタに適用されるため、３枚の液晶
装置がＲＧＢ用のライトバルブとして各々用いられると
ともに、各液晶装置には、後述するように各々ＲＧＢ色
分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色
の光が投射光として各々入射されることになる。

【００５１】従って、本実施の形態では、対向基板２０
側に、カラーフィルタは設けられていない。しかしなが
ら、対向基板２０にあって、画素電極９ａに対向する領
域にＲＧＢのカラーフィルタをその保護膜と共に形成し
てもよい。このようにすれば、液晶プロジェクタ以外の
直視型や反射型のカラー液晶テレビなどのカラー液晶装
置に各実施の形態における液晶装置を適用できる。更に
また、対向基板２０上に、何層もの屈折率の相違する干
渉層を堆積することで、光の干渉を利用して、ＲＧＢ色
を作り出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。
このダイクロイックフィルタ付き対向基板によれば、よ
り明るいカラー液晶装置が実現できる。

【００５２】また、各画素に設けられるスイッチング素
子としては、正スタガ型又はコブラナー型のポリシリコ
ンＴＦＴであるとして説明したが、逆スタガ型のＴＦＴ
やアモルファスシリコンＴＦＴ等などの、他の型のＴＦ
Ｔに対しても、実施形態は有効である。

【００５３】尚、本実施の形態では、ＴＦＴを用いて画
素電極９ａを駆動するように構成したが、ＴＦＴ以外
の、例えば、ＴＦＤ（Thin Film Diode：薄膜ダイオー
ド）等のアクティブマトリクス素子を用いることも可能
であり、更に、液晶装置をパッシブマトリクス型の液晶
装置として構成することも可能である。

【００５４】図６は、本実施形態の液晶装置を駆動する
場合に適用できる駆動方式について説明するためのもの
である。第１に、図６（ａ）に示すように枠線で囲んだ
区形状の領域を１つの画素と見立てると、全部の画素に
ついてフレーム毎に同一極性の電圧で駆動する方式、換
言すると、図６（ａ）に示すフレームでは＋の電位を全
画素に印加し、図示しない他のフレームでは−の電位を
全画素に印加する、という電圧印加をフレーム毎に繰り
返し行うフレーム反転駆動方式を採用できる。第２に、
図６（ｂ）に示すように上下左右に隣接する画素の１つ
１つで互いに極性が異なる電圧を印加して駆動するドッ
ト反転駆動方式を採用することができる。第３に、図６
（ｃ）に示すように横の１ライン毎に印加する電位を逆
極性とするか、図６（ｄ）に示すように縦の１ライン毎
に印加する電位を逆極性とするライン反転駆動方式を採
用することができる。

【００５５】ここで、従来の高精細の液晶装置におい
て、複数の画素電極の間隔を１×１０ ^-6ｍ程度に狭めた
構造では、横電界の影響でフレーム反転駆動方式しか採
用できない。これは、ドット反転駆動あるいはフレーム
反転駆動を行うと、ディスクリネーションラインを生じ
て表示欠陥が発生するおそれがあるからである。これに
対し、本実施形態の構造を採用すると、隣接する画素の
間で印加電圧の極性が異なるような駆動方式を採用して
も、表示領域にディスクリネーションラインを生じるお
それが少なくなるので、図６（ｂ）に示すドット反転駆
動方式や、同図（ｃ）または同図（ｄ）に示すライン反
転駆動方式を採用しても、ディスクリネーションの発生
を抑えることができる。従って、本実施形態では、いず
れの駆動方式でも適用することができるので、汎用性を
高めることができる。

【００５６】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態に係る液晶装置について説明する。この液晶装置
は、第１実施形態におけるＴＦＴアレイ基板１０を半導
体基板とするとともに、この半導体基板に画素スイッチ
ング用の能動素子を作り込んだものである。この際、半
導体基板は光の透過性を有しないので、液晶装置は反射
型として用いられる。

【００５７】図７は、同実施形態に係る反射型液晶装置
において、画素スイッチング用の電界効果トランジスタ
１個分の構成を示す断面図である。なお、等価回路的に
は、図１に示した第１実施形態と何ら代わるところはな
い。

【００５８】さて、図において、符号１０１は、単結晶
シリコンのようなＰ型あるいはＮ型の半導体基板であ
り、符号１０２は、半導体基板１０１の表面に形成され
て、基板より不純物濃度の高いＰ型あるいはＮ型のウェ
ル領域である。ウェル領域１０２は、特には限定されな
いが、例えば、縦７６８個×横１０２４個あるいはそれ
以上の画素を有するような高精細な液晶パネルの場合、
それらの画素のウェル領域を共通ウェル領域として形成
されるが、他のデータ線駆動回路や走査線駆動回路、入
力回路、タイミング回路等の周辺回路を構成する素子が
形成される部分のウェル領域とは分離して形成されるこ
ともある。

【００５９】次に、符号１０３は、半導体基板１０１の
表面に形成された素子分離用のフィールド酸化膜（いわ
ゆるＬＯＣＯＳ）である。フィールド酸化膜１０３は、
例えば選択熱酸化によって形成される。フィールド酸化
膜１０３には、開口部が形成され、この開口部の内側中
央にシリコン基板表面の熱酸化により形成されるゲート
酸化膜１１４を介して、ポリシリコンまたはメタルシリ
サイド等からなるゲート電極１０５ａ及び走査線が形成
され、ゲート電極１０５ａの両側にあって基板表面側に
はウェル領域１０２より高不純物濃度のＮ型不純物層
（ドーピング層）からなるソース領域１０６ａ、ドレイ
ン領域１０６ｂが形成され、これらにより電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ：スイッチング素子）１０５が構成さ
れている。

【００６０】上記ソース領域１０６ａ、ドレイン領域１
０６ｂの上方には、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silic
a Grass）膜のような第１層間絶縁膜１０４を介して、
１層目のアルミニウム層からなる第１の導電層１０７
ａ、１０７ｂが形成される。このうち、第１の導電層１
０７ａは、第１層間絶縁膜１０４に形成されたコンタク
トホールを介してソース領域１０６ａと電気的に接続さ
れ、データ信号の電圧をソース領域１０６ａに供給する
ソース電極（データ線に相当する）を構成する。また、
第１導電層１０７ｂは、第１層間絶縁膜１０４に形成さ
れたドレイン電極を構成する。

【００６１】次に、上記第１の導電層１０７ａ、１０７
ｂの上には二酸化シリコンのような絶縁膜からなる第２
層間絶縁膜１０８が形成され、さらにその上方にはアル
ミニウム層あるいはタンタル層からなる第２の導電層１
０９が形成されている。

【００６２】さらに、第２の導電層１０９の上方には、
二酸化シリコンや、窒化シリコン、酸化タンタル等の高
誘電率の材料からなる絶縁層１１０が形成され、その上
にドレイン電極１０７ｂに接続された光反射性の金属か
らなる画素電極１１２が形成されている。このような画
素電極１１２は、第２の導電層１０９とともに絶縁層１
１０を挟持している。したがって、ここに、保持容量１
１３が構成されることになる。このため第２の導電層１
０９は、その表面が平坦化されていることが望ましい。
なお、第２の導電層１０９には、液晶パネルにおける共
通電位電極Ｖcomあるいはその近傍、又は上記画素電極
（反射電極）１１２に印加された電圧（データ信号電
圧）の振幅の中心電位あるいはその近傍、又は上記の共
通電極電位と上記の電圧振幅中心電圧の中間の電位、の
いずれかの所定の電位を与える配線が電気的に接続され
ている。なお、共通電極電位Ｖcomとは液晶層を極性反
転駆動する際の反転中心電位に相当する。

【００６３】そして、図７に示す画素電極１２は、平面
的には、第１実施形態と同様にマトリクス状に配置さ
れ、これらの画素電極１１２上に図面では省略した配向
膜が形成されるとともに、半導体基板１０１と対向する
側には、第１実施形態と同様な対向基板が配置され、さ
らに、両基板間に液晶層が挟持されてなり、反射型の液
晶表示装置が構成されることとなる。

【００６４】この第２実施形態に係る液晶表示装置の半
導体基板１０１においても先の実施形態の構造と同様
に、プレチルト角θｐを、20°以上30°以下に設定する
とともに、セルギャップｄと間隙Ｌとの間に、ｄ／Ｌ≧
１なる関係を満たすようにすれば、隣接する他の画素電
極による横電界の影響を受けてもディスクリネーション
ラインが画素内に生じるおそれが少なくなって、高精細
な表示構成であってもコントラスト比の高く高品位な表
示が可能となる。

【００６５】＜プロジェクタ＞次に、上述した実施形態
の液晶装置を用いた応用例のいくつかについて説明す
る。まず、液晶装置をライトバルブに用いた投射型表示
装置（液晶プロジェクタ）について説明する。図９は、
この液晶プロジェクタの構成を示す図である。

【００６６】この液晶プロジェクタは、システム光軸Ｌ
に沿って配置した光源部７１０と、インテグレータレン
ズ７２０と、偏光変換素子７３０から概略構成される偏
光照明装置７００と、この偏光照明装置７００から出射
されたＳ偏光光束を、Ｓ偏光光束反射面７４１により反
射させる偏光ビームスプリッタ７４０と、偏光ビームス
プリッタ７４０のＳ偏光光束反射面７４１から反射され
た光のうち、青色光（Ｂ）の成分を分離するダイクロッ
クミラー７４２と、分離された青色光（Ｂ）を変調する
反射型液晶ライトバルブ７４５Ｂと、青色光が分離され
た後の光束のうち、赤色光（Ｒ）の成分を反射させて分
離するダイクロックミラー７４３と、分離された赤色光
（Ｒ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒと、
ダイクロックミラー７４３を通過する残りの光の緑色光
（Ｇ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｇと、
３つの反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７
４５Ｂにて変調された光をダイクロックミラー７４３、
７４２、偏光ビームスプリッタ７４０にて合成し、この
合成光をスクリーン７６０に投写する投写光学系７５０
とから構成されている。ここで、３つの反射型液晶ライ
トバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂには、それぞれ
実施形態に係る反射型の液晶表示装置（液晶パネル）が
用いられている。

【００６７】この構成において、光源部７１０から出射
されたランダムな偏光光束は、インテグレータレンズ７
２０により複数の中間光束に分割された後、第２のイン
テグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子７２
０により偏光光束がほぼ揃った一種類の偏光光束（Ｓ偏
光光束）に変換されてから偏光ビームスプリッタ７４０
に至るようになっている。偏光変換素子７３０から出射
されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ７４０のＳ
偏光光束反射面７４１によって反射され、反射された光
束のうち、青色光（Ｂ）の光束がダイクロックミラー７
４２の青色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバ
ルブ７４５Ｂによって変調される。また、ダイクロック
ミラー７４２の青色光反射層を透過した光束のうち、赤
色光（Ｒ）の光束はダイクロックミラー７４３の赤色光
反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ
によって変調される。一方、ダイクロックミラー７４３
の赤色光反射層を透過した緑色光（Ｇ）の光束は反射型
液晶ライトバルブ７４５Ｇにより変調される。以上のよ
うにして反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、
７４５Ｂによって色光の変調がなされる。

【００６８】これらの液晶パネルの画素から反射された
色光のうち、Ｓ偏光成分はＳ偏光を反射する偏光ビーム
スプリッタ７４０を通過せず、Ｐ偏光成分は通過する。
この偏光ビームスプリッタ７４０を透過した光により画
像が形成される。従って、投写される画像は、ＴＮ型液
晶を液晶パネルに用いた場合は、ＯＦＦ画素の反射光が
投写光学系７５０に至り、ＯＮ画素の反射光レンズに至
らないので、ノーマリーホワイト表示となる。

【００６９】また、実施形態に係る液晶表示装置を特に
青色系のライトバルブ７４５Ｂに用いて、青光のカット
オフ波長を４００ｎｍにすると、色純度をあげた表示が
可能となる。

【００７０】反射型液晶パネルは、ガラス基板にＴＦＴ
アレイを形成したタイプと比較して半導体技術を利用し
て画素を形成するので、画素数をより多く形成でき、パ
ネルサイズも小さくできるので、高精細な画像を投射で
きるとともに、プロジェクタ自体の小型化に寄与する。

【００７１】＜電子機器＞次に、実施形態に係る液晶表
示装置のいずれかを備えた電子機器の具体例について説
明する。図１０（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視
図である。図１０（ａ）において、符号１０００は携帯
電話本体であり、符号１００１は実施形態に係る液晶表
示装置を用いた液晶表示部である。

【００７２】また、図１０（ｂ）は、腕時計型電子機器
の一例を示した斜視図である。図１０（ｂ）において、
符号１１００は時計本体であり、符号１１０１は実施形
態に係る液晶表示装置のいずれかを用いた液晶表示部で
ある。

【００７３】図１０（ｃ）は、ワープロ、パソコンなど
の携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図
１０（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置であ
り、符号１２０２は、キーボードなどの入力部であり、
符号１２０４は情報処理装置本体であり、符号１２０６
は実施形態に係る液晶表示装置を用いた液晶表示部であ
る。

【００７４】これらの電子機器は、それぞれ、第１また
は第２実施形態に係る液晶表示装置を液晶表示部として
備えたので、高コントラスト比で高精細な表示を得るこ
とができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
晶の異常配向に起因する表示欠陥の発生を抑制して、明
るい表示を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶装置にあっ
て、ＴＦＴアレイ基板の表示領域の構成を示す等価回路
である。

【図２】同ＴＦＴアレイ基板におけるＴＦＴ１個分の
構成を示す拡大断面図である。

【図３】同液晶装置の画素ピッチと画素電極間隔と液
晶層厚との関係を説明するための概略説明図である。

【図４】同液晶装置の全体構成を示す図である。

【図５】図４のＨ−Ｈ'線に沿う断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ同液晶装置に適
用可能な駆動方式の画素毎の電圧分布を示す図である。

【図７】同液晶装置に、基板としてＳｉ基板を用いた
場合の構成を示す断面図である。

【図８】同液晶装置において、光の反射状態を計算し
て明度を示す図である。

【図９】本発明に係る液晶装置を備えた液晶プロジェ
クタの一実施形態を示す構成図である。

【図１０】（ａ）は携帯電話を示す斜視図であり、
（ｂ）は腕時計を示す斜視図であり、（ｃ）は携帯型情
報処理装置を示す斜視図である。

【図１１】従来の液晶装置に備えられる素子基板側の
画素電極と対向基板側の共通電極との位置関係を示すた
めの図である。

【図１２】従来の液晶装置において横電界の影響によ
り液晶の配向状態にディスクリネーションを生じた状態
を示す図である。

【図１３】従来の液晶装置において白表示に黒表示で
「Ａ」の文字を表示した状態を示す図である。

【図１４】従来の液晶装置において横電界の影響で液
晶配向にディスクリネーションを生じた配向状態での光
の反射を計算して、明度を示す図である。

【符号の説明】

８ …コンタクトホール９ａ …画素電極１０ …基板１６ …絶縁層２０ …第２基板３０ …ＴＦＴ５０ …液晶層１０１…半導体基板１０５…電界効果トランジスタ１１２…画素電極７００…投射型表示装置１０００…携帯電話１１００…腕時計１２００…情報処理装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/1368 Ｇ０２Ｆ 1/1368 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 21/14 21/14 ＺＨ０４Ｎ 5/66 １０２Ｈ０４Ｎ 5/66 １０２Ａ 5/74 5/74 ＢＦターム(参考） 2H088 EA15 HA13 HA14 HA15 HA18 HA21 HA24 HA28 JA05 JA13 JA17 KA14 MA04 MA06 2H090 HB03Y HB04Y LA01 LA04 LA05 LA09 LA12 LA16 LA20 MA10 2H091 FA05Z FA08X FA08Z FA11X FA14Y FA26X FA35Y FA41Z GA02 GA06 GA13 HA07 HA10 HA12 KA05 LA18 LA30 MA07 2H092 GA14 GA15 HA05 JA26 JA34 JA37 JA46 JB22 JB31 JB52 KA04 KA10 KB13 MA27 NA07 PA02 PA08 PA09 PA10 PA12 PA13 QA07 QA10 QA13 RA05 5C058 AA06 AB01 BA05 BA08 EA01 EA02 EA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向する面にそれぞれ配向膜が設けら
れた一対の基板間に液晶が挟持されてなり、複数の走査
線と、複数のデータ線と、これら走査線およびデータ線
により区画された画素領域毎に設けられたスイッチング
素子および画素電極とを有する液晶装置であって、前記
配向膜によるプレチルト角が２０°以上３０°以下にな
っていることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】前記配向膜が酸化シリコンまたは窒化シ
リコンからなることを特徴とする請求項１記載の液晶装
置。
【請求項３】前記一対の基板間に挟持される液晶層の
厚さをｄとし、前記画素電極同士の間隙をＬとしたとき
に、ｄ／Ｌ≧１なる関係を満たすことを特徴とする請求
項２に記載の液晶装置。
【請求項４】前記画素電極が光反射性の金属電極であ
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
の液晶装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の液
晶装置を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】光源と、前記光源からの光を変調する光
変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射
する投射レンズとが具備され、前記光変調装置として請
求項１ないし５のいずれかに記載された液晶装置が用い
られたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】光源と、前記光源からの光を変調する光
変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射
する投射レンズとが具備され、前記光変調装置として請
求項１ないし５のいずれかに記載された液晶装置が青系
の表示部に用いられたことを特徴とする投射型表示装
置。
【請求項８】請求項１ないし４のいずれかに記載の液
晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。