JP2005062447A - Liquid crystal device, method for manufacturing liquid crystal device, and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶装置、液晶装置の製造方法および投射型表示装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal device, a method for manufacturing the liquid crystal device, and a projection display device.
液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に用いられる液晶装置として、下記の特許文献1に記載されているような液晶装置が知られている。
特許文献1では、透明基板に画素電極および画素スイッチング用の薄膜トランジスタが複数形成されたTFTアレイ基板と、画素電極に対向する対向電極および画素領域間に遮光膜が形成された対向基板を有し、前記遮光膜が光の高反射層と低反射層の2層構造である液晶装置が開示されている。
As a liquid crystal device used for a projection display device such as a liquid crystal projector, a liquid crystal device described in
この液晶装置によって、対向基板に配置された高反射層の遮光膜により光源からの強い光を反射し発熱が小さく、またTFTアレイ基板側からの戻り光は低反射層により反射されることなく迷光の発生を防止できることが記載されている。
しかしながら、特許文献1記載の液晶装置では、TFTアレイ基板に対向基板を張り合わせ、液晶材料が封入されて液晶装置が形成されることになるが、一対の基板を張り合わせた後、基板を貼り合せるシール材の一部などに設けられた注入口から液晶材料を注入する方法では、注入口から基板内部に液晶材料が広がっていく円弧状の吐出痕が残ってしまう可能性がある。また、基板を張り合わせる前に、基板を貼り合せるシール材の内側に液晶材料を吐出する方法で、ディスペンサー法などにより基板の中央に吐出して基板全面に広げる場合であっても、吐出した後、円弧状に液晶材料が広がる吐出痕が残ってしまう。さらに、インクジェット装置などの液滴吐出装置で液晶材料を注入する場合においては、ライン状にインクジェットヘッドを移動させながら液晶材料を吐出することになり、その後、ライン状に吐出された液晶がライン間で移動して表面が均一な高さとなって液晶材料層を形成するが、この場合でもライン状の吐出痕が残ってしまう。その結果、吐出痕により液晶装置の表示画質を低下させてしまうことになる。特に拡大表示される投射型表示装置では、この吐出痕が表示画質低下の大きな課題となる。
However, in the liquid crystal device described in
一方、特許文献1記載の液晶装置では、遮光膜が形成される領域の戻り光の反射を防止するものの、その他の例えば屈曲した入射光、あるいは対向基板で反射する光などに対しては防止することができず、その光はアクティブ素子に入射されることになる。アクティブ素子内においてもデータ線で遮光する構成となっているが、これらの光の一部がアクティブ素子のチャネルやドレイン領域のリーク電流を増加させてしまうことになり、表示画質を低下させる原因となり得る。
On the other hand, the liquid crystal device described in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、極めて簡便な方法により、液晶材料の吐出痕が発生せず、強い入射光に対して発熱することなく、光の反射や戻り光に対してもアクティブ素子に影響を与えることなく、表示画質の安定した液晶装置と、容易な液晶装置の製造方法および該液晶装置を備えた投射型表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by a very simple method, there is no discharge trace of the liquid crystal material, no heat is generated with respect to strong incident light, light reflection and return light. Therefore, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal device with stable display image quality without affecting active elements, an easy method for manufacturing a liquid crystal device, and a projection display device including the liquid crystal device.
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材料を挟持し、前記一対の基板の一方の基板にマトリックス状に形成された複数のアクティブ素子を備えた画素領域を有する液晶装置であって、前記一対の基板間に配置され前記画素領域の境界領域に形成された隔壁と、前記隔壁に対応する位置で、前記隔壁と前記一対の基板の他方の基板との間に配置された金属膜からなる遮光膜と、前記隔壁で形成される凹部内に配置された液晶材料層と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a liquid crystal device according to the present invention includes a pixel region including a plurality of active elements formed in a matrix on one of the pair of substrates, with a liquid crystal material sandwiched between the pair of substrates. A liquid crystal device having a partition wall disposed between the pair of substrates and formed in a boundary region of the pixel region, and a position corresponding to the partition wall between the partition wall and the other substrate of the pair of substrates. A light-shielding film made of a metal film, and a liquid crystal material layer disposed in a recess formed by the partition wall.
ここで、本発明の液晶装置は、データ線と走査線で構成されその交点である画素領域のスイッチング素子、例えばトランジスタで形成されるTFT(Thin Film Transistor)素子やTFD(Thin Film Diode)素子などによって選択的、タイミング的に画素電極にデータ線が接続されるアクティブマトリクス基板を有し、他方の基板(対向基板)に共通電極(対向電極)が形成されるアクティブ型の液晶装置である。特に本発明では液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に好適に用いられるTFT素子で構成されるアクティブ型の液晶装置に適している。 Here, the liquid crystal device of the present invention includes a switching element in a pixel region which is composed of a data line and a scanning line and is an intersection thereof, such as a TFT (Thin Film Transistor) element or a TFD (Thin Film Diode) element formed by a transistor. The active liquid crystal device has an active matrix substrate in which data lines are connected to pixel electrodes selectively and timingly, and a common electrode (counter electrode) is formed on the other substrate (counter substrate). In particular, the present invention is suitable for an active liquid crystal device composed of TFT elements that are preferably used in a projection display device such as a liquid crystal projector.
本発明の液晶装置は、前記画素領域の境界領域(画素領域間)に隔壁が形成されているが、液晶装置の画素領域の大きさは50〜500μm平方程度であり、1辺の長さが1〜100μm程度、好ましくは10〜50μm程度の大きさとなっている。この画素領域間に隔壁が形成されていることになるが、この隔壁で形成される凹部の大きさは、液晶装置の表示領域全体からすると非常に小さい領域に区画されていることになる。ここで、この凹部内に液晶材料を注入する場合、例えば液滴吐出装置などによって非常に小さい隔壁の凹部内の全面にわたるよう、凹部体積と同じ体積の液晶材料を注入することは容易に可能である。 In the liquid crystal device of the present invention, a partition is formed in the boundary region (between pixel regions) of the pixel region. The size of the pixel region of the liquid crystal device is about 50 to 500 μm square, and the length of one side is The size is about 1 to 100 μm, preferably about 10 to 50 μm. A partition wall is formed between the pixel regions, and the size of the recess formed by the partition wall is partitioned into a very small region from the entire display region of the liquid crystal device. Here, when the liquid crystal material is injected into the recess, it is possible to easily inject the liquid crystal material having the same volume as the recess volume so as to cover the entire surface of the recess of the very small partition wall, for example, by a droplet discharge device or the like. is there.
また、金属膜からなる高反射膜は、隔壁に対応する位置で、隔壁と前記一対の基板の他方の基板との間に配置される構成であり、例えば隔壁の他方の基板(対向基板)側の上面に形成する場合は、隔壁と高反射膜が2層の構成となり同一マスクによるフォトリソグラフィ法で形成が可能であり、工程を増加することなく形成することができる。また、対向基板の隔壁に対応する位置に高反射膜を形成することも可能である。いずれも対向基板とアクティブマトリクス基板を張り合わせることで隔壁と対向基板との間に高反射膜が形成されることになる。
また、隔壁はアクティブマトリクス基板に形成した後に対向基板と張り合わせても、対向基板に隔壁を形成した後にアクティブマトリクス基板と張り合わせても可能である。
Further, the highly reflective film made of a metal film is configured to be disposed between the partition and the other substrate of the pair of substrates at a position corresponding to the partition, for example, on the other substrate (counter substrate) side of the partition In the case of forming on the upper surface, the barrier rib and the highly reflective film have a two-layer structure and can be formed by a photolithography method using the same mask, and can be formed without increasing the number of steps. It is also possible to form a highly reflective film at a position corresponding to the partition wall of the counter substrate. In either case, a highly reflective film is formed between the partition wall and the counter substrate by bonding the counter substrate and the active matrix substrate together.
In addition, the partition wall can be bonded to the counter substrate after being formed on the active matrix substrate, or can be bonded to the active matrix substrate after the partition wall is formed on the counter substrate.
本発明の構成では、隔壁で形成される凹部内に液晶材料層を形成することにより、液晶材料が注入されてから広がる事がなく吐出痕を発生させることがない。また、吐出痕が発生したとしても隔壁との境界であり、表示状態では隔壁に隠れてしまい、液晶装置の表示画質を低下させることがない。
加えて、液晶装置が完成した後においても、隔壁で形成される凹部内に液晶材料層が形成されているため、液晶装置に加えられた圧力などによって液晶材料が移動することがなく、その結果、液晶材料の移動による液晶材料の配向が変化することなく、表示画質の良い、信頼性の高い投射型表示装置に適した液晶装置が得られる。
In the configuration of the present invention, the liquid crystal material layer is formed in the recess formed by the partition wall, so that it does not spread after the liquid crystal material is injected and no discharge trace is generated. In addition, even if an ejection mark is generated, it is a boundary with the partition wall and is hidden by the partition wall in the display state, so that the display image quality of the liquid crystal device is not deteriorated.
In addition, even after the liquid crystal device is completed, the liquid crystal material layer is formed in the recess formed by the partition wall, so that the liquid crystal material does not move due to the pressure applied to the liquid crystal device. Thus, a liquid crystal device suitable for a projection display device with good display image quality and high reliability can be obtained without changing the orientation of the liquid crystal material due to the movement of the liquid crystal material.
本発明における液晶装置では、液晶材料層を区画する隔壁が遮光性材料を含むことがより好ましい。この構成によれば、画素単位の領域間に遮光性を有する隔壁が形成され、その隔壁で形成される凹部内に液晶材料層が区画されて形成されることになる。その結果、画素単位で光や電界に対して区画された構成となり、液晶装置内部において、光の反射や他画素からの電界の影響の受けにくい、表示画質の安定した液晶装置を得ることができる。 In the liquid crystal device according to the present invention, it is more preferable that the partition walls that partition the liquid crystal material layer include a light shielding material. According to this configuration, the light-shielding partition is formed between the pixel unit regions, and the liquid crystal material layer is partitioned and formed in the recess formed by the partition. As a result, the pixel unit is divided with respect to light and electric field, and a liquid crystal device with stable display image quality that is less susceptible to light reflection and electric fields from other pixels can be obtained inside the liquid crystal device. .
本発明の隔壁の高さは、前記一対の基板間隔と等しく設定されており、別途シール材を配置したり、あるいはスペーサ材を液晶材料層に分散させることなく基板間隔(セルギャップ)を形成し、液晶材料を封入することが可能であり、製造工程の短縮、材料の削減によって製造コストを安くすることができる。この場合、隔壁による一対の基板の貼り合わせは、表示領域の最外周の隔壁だけ接着材を塗布する方法でも可能であり、他方の基板と隔壁が密着することによって同様の効果が期待できる。さらに、隔壁全体に接着材を塗布し、一対の基板を貼り合せることで、液晶装置の強度を向上することができる。その結果、基板の厚さを薄くすることができ、軽量かつ薄型の液晶装置を得ることができる。 The height of the partition wall of the present invention is set to be equal to the distance between the pair of substrates, and the substrate distance (cell gap) is formed without disposing a sealing material separately or dispersing the spacer material in the liquid crystal material layer. The liquid crystal material can be sealed, and the manufacturing cost can be reduced by shortening the manufacturing process and reducing the material. In this case, the pair of substrates can be bonded to each other by the partition wall by a method in which an adhesive is applied only to the partition wall at the outermost periphery of the display region, and a similar effect can be expected by bringing the other substrate into contact with the partition wall. Furthermore, the strength of the liquid crystal device can be improved by applying an adhesive to the entire partition wall and bonding the pair of substrates. As a result, the thickness of the substrate can be reduced, and a lightweight and thin liquid crystal device can be obtained.
次に、本発明の液晶装置の製造方法は、一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板の一方の基板にマトリックス状に形成された複数のアクティブ素子を備えた画素領域を有する液晶装置の製造方法であって、前記一対の基板のいずれかの基板上の前記画素領域の境界領域に対応する位置に隔壁を形成する工程と、前記隔壁に対応する位置で、前記隔壁と前記一対の基板の他方の基板との間に金属膜からなる遮光膜を形成する工程と、前記隔壁で形成される凹部内に液晶材料層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
このような液晶装置の製造方法によると、新たな製造工程や材料を用いることなく、前述のように製造工程、材料の削減を達成した表示画質の優れた信頼性の高い液晶装置を製造することができる。
Next, a method for manufacturing a liquid crystal device according to the present invention includes a pixel region having a plurality of active elements formed in a matrix on one of the pair of substrates, with a liquid crystal material sandwiched between the pair of substrates. A method for manufacturing a liquid crystal device, the step of forming a partition at a position corresponding to a boundary region of the pixel region on one of the pair of substrates, and the partition and the position at a position corresponding to the partition And a step of forming a light-shielding film made of a metal film between the other substrate of the pair of substrates and a step of forming a liquid crystal material layer in a recess formed by the partition.
According to such a method of manufacturing a liquid crystal device, a highly reliable liquid crystal device with excellent display image quality that achieves the reduction of manufacturing processes and materials as described above can be manufactured without using new manufacturing processes and materials. Can do.
本発明では、液晶材料層が液滴吐出装置により材料液を吐出することによって形成されることが含まれている。この場合、液晶材料を隔壁内に吐出することで、前述のように液晶材料の吐出痕が発生せず、また液晶材料層の層厚が均一に形成され、層厚均一化の時間が不要であり、連続して一対の基板の貼り合わせ工程が可能となる。 In the present invention, it is included that the liquid crystal material layer is formed by discharging a material liquid with a droplet discharge device. In this case, by discharging the liquid crystal material into the partition wall, the liquid crystal material discharge trace does not occur as described above, and the liquid crystal material layer has a uniform thickness, so that no time is required for uniform layer thickness. In addition, the bonding process of a pair of substrates can be continuously performed.
本発明に係る液晶装置は、投射型表示装置のライトバルブとして用いられる。この場合、前記対向基板側を光源からの光の入射側とする。本発明の液晶装置を装着することにより、液晶材料の吐出痕がなく、また光の反射などの影響のない表示画質の良好な投射型表示装置が得られる。 The liquid crystal device according to the present invention is used as a light valve of a projection display device. In this case, the counter substrate side is an incident side of light from the light source. By mounting the liquid crystal device of the present invention, it is possible to obtain a projection type display device having no display marks of liquid crystal material and good display image quality without being affected by light reflection.
添付図面を参照しつつ本発明に係る実施形態について説明する。以下の説明では、投射型表示装置のライトバルブとして用いた液晶装置に本発明を適用した例を説明する。
[液晶装置]
以下に示す本実施の形態の液晶装置は、スイッチング素子としてTFT(Thin Film Transistor)素子を用いたアクティブマトリクス型の透過型液晶装置である。図1は本実施形態の透過型液晶装置のマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。図2はデータ線、走査線、画素電極等が形成されたアクティブマトリクス基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す要部平面図である。図3は図2のA−A’線断面図でアクティブマトリクス基板の構造を示す液晶装置の断面図、図4は図2のB−B’線断面図で隔壁および金属膜からなる遮光膜の配置を示す液晶装置の断面図である。なお、図3および図4においては、図示上側が光入射側、図示下側が光出射側である場合について図示している。また、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模式的に示している。
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, an example in which the present invention is applied to a liquid crystal device used as a light valve of a projection display device will be described.
[Liquid Crystal Device]
The liquid crystal device of the present embodiment described below is an active matrix transmissive liquid crystal device using a TFT (Thin Film Transistor) element as a switching element. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of switching elements, signal lines, etc. in a plurality of pixels arranged in a matrix of the transmissive liquid crystal device of this embodiment. FIG. 2 is a plan view of the main part showing the structure of a plurality of pixel groups adjacent to each other on an active matrix substrate on which data lines, scanning lines, pixel electrodes and the like are formed. 3 is a cross-sectional view of the liquid crystal device showing the structure of the active matrix substrate in the cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. It is sectional drawing of the liquid crystal device which shows arrangement | positioning. 3 and 4, the upper side in the drawing is the light incident side, and the lower side in the drawing is the light emitting side. Moreover, in each figure, in order to make each layer and each member into a size that can be recognized on the drawing, each layer or each member is schematically illustrated with a different scale.
本実施の形態の液晶装置において、図1に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極9と、当該画素電極9への通電制御を行うためのスイッチング素子であるTFT素子30とがそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線6aが当該TFT素子30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線6aに対してグループ毎に供給される。
In the liquid crystal device according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of pixels arranged in a matrix includes a
また、走査線3aがTFT素子30のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線3aに対して走査信号G1、G2、…、Gmが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極9はTFT素子30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TFT素子30を一定期間だけオンすることにより、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込まれる。
In addition, the
画素電極9を介して液晶材料に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶材料は、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、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極9と共通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、蓄積容量70の他端は容量線3bに接続されている。
Image signals S1, S2,..., Sn written at a predetermined level on the liquid crystal material through the
次に、図2に基づいて、本実施形態のアクティブマトリクス基板の要部の平面構造について説明する。図2に示すように、アクティブマトリクス基板上に、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極9(点線部9Aにより輪郭を示す)が複数、マトリクス状に設けられており、画素電極9の縦横の境界に各々沿ってデータ線6a、走査線3aおよび容量線3bが設けられている。本実施の形態において、各画素電極9および各画素電極9を囲むように配設されたデータ線6a、走査線3a、容量線3b等が形成された領域が画素領域である。また、データ線6a、走査線3aおよび容量線3bが形成された領域付近が画素領域の境界領域となり、マトリクス状に配置された各画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
Next, based on FIG. 2, the planar structure of the main part of the active matrix substrate of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2, a rectangular pixel electrode 9 (dotted
データ線6aは、TFT素子30を構成する例えばポリシリコン膜からなる半導体層1aのうち、後述のソース領域にコンタクトホール5を介して電気的に接続されており、画素電極9は、半導体層1aのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール8を介して電気的に接続されている。また、半導体層1aのうち、後述のチャネル領域(図中左上がりの斜線の領域)に対向するように走査線3aが配置されており、走査線3aはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
The
容量線3bは、走査線3aに沿って略直線状に伸びる本線部(すなわち、平面的に見て、走査線3aに沿って形成された第1領域)と、データ線6aと交差する箇所からデータ線6aに沿って前段側(図中上向き)に突出した突出部(すなわち、平面的に見て、データ線6aに沿って延設された第2領域)とを有する。そして、図2中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第1遮光膜11aが設けられている。この第1遮光膜11aはコンタクトホール13により容量線3bに電気的に接続されている。
The
次に、図3に基づいて、本実施の形態の液晶装置の断面構造について説明する。図3は、上述した通り図2のA−A’線断面図であり、TFT素子30が形成された領域の構成について示す断面図である。本実施の形態の液晶装置において、アクティブマトリクス基板10と、これに対向配置される対向基板20との間に液晶材料層が挟持されているが、A−A’線断面は画素領域の境界領域にあり、隔壁15が形成されている。また、本実施例では隔壁15は、顔料などの遮光性材料を含むポリイミドなどの樹脂をフォトリソグラフィ法で形成されている。
Next, a cross-sectional structure of the liquid crystal device of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 2 as described above, and is a cross-sectional view showing a configuration of a region where the
アクティブマトリクス基板10は、石英等の透光性材料からなる基板本体10Aと、その隔壁15側表面に形成されたTFT素子30、画素電極9、配向膜40を主体として構成されている。対向基板20はガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体20Aと、その隔壁15側表面に形成され画素領域間であるTFT素子30に対向する位置に金属膜からなる第2遮光膜23、その隔壁15側表面に形成された共通電極21、配向膜60、を主体として構成されている。そして、各基板10,20は、隔壁15を介して所定の基板間隔で保持されている。
The
アクティブマトリクス基板10において、その隔壁15側表面には画素電極9が設けられ、各画素電極9に隣接する位置に、各画素電極9をスイッチング制御する画素スイッチング用TFT素子30が設けられている。画素スイッチング用TFT素子30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、走査線3a、当該走査線3aからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1a’、走査線3aと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜2、データ線6a、半導体層1aの低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1c、半導体層1aの高濃度ソース領域1dおよび高濃度ドレイン領域1eを備えている。
In the
上記走査線3a上、容量線3b上、ゲート絶縁膜2上を含む基板本体10A上には、高濃度ソース領域1dへ通じるコンタクトホール5、および高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール8が開孔した第2層間絶縁膜4が形成されている。つまり、データ線6aは、第2層間絶縁膜4を貫通するコンタクトホール5を介して高濃度ソース領域1dに電気的に接続されている。
A
さらに、データ線6a上および第2層間絶縁膜4上には、高濃度ドレイン領域1eへ通じるコンタクトホール8が開孔した第3層間絶縁膜7が形成されている。すなわち、高濃度ドレイン領域1eは、第2層間絶縁膜4および第3層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール8を介して画素電極9に電気的に接続されている。
Further, on the
また、アクティブマトリクス基板10の基板本体10Aの隔壁15側表面において、各画素スイッチング用TFT素子30が形成された領域には、アクティブマトリクス基板10を透過し、アクティブマトリクス基板10の図示下面(アクティブマトリクス基板10と空気との界面)で反射されて、隔壁15側に戻る戻り光が、少なくとも半導体層1aのチャネル領域1a’および低濃度ソース、ドレイン領域1b、1cに入射することを防止するための第1遮光膜11aが設けられている。
In addition, on the surface of the
また、第1遮光膜11aと画素スイッチング用TFT素子30との間には、画素スイッチング用TFT素子30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の第1層間絶縁膜12が形成されている。さらに、図2に示したように、アクティブマトリクス基板10に第1遮光膜11aを設けるのに加えて、コンタクトホール13を介して第1遮光膜11aは、前段あるいは後段の容量線3bに電気的に接続するように構成されている。
Further, a first interlayer insulation for electrically insulating the
さらに、アクティブマトリクス基板10の隔壁15側最表面、すなわち、画素電極9および第3層間絶縁膜7上には、電圧無印加時における液晶材料層内の液晶分子の配向を制御する配向膜40が形成されている。したがって、このようなTFT素子30を具備する領域においては、アクティブマトリクス基板10の隔壁15側最表面、すなわち隔壁15の形成面には複数の微小な凹凸ないし段差が形成された構成となっている。このような段差を有するアクティブマトリクス基板10上に、隔壁15を液晶材料層の厚さに応じて対向基板20側表面を平坦に形成することは、スピンコート法などで容易に可能である。
Further, on the outermost surface of the
他方、対向基板20には、基板本体20Aの隔壁15側表面には金属膜、例えばアルミニウム膜などからなる第2遮光膜23が設けられている。この第2遮光膜23は、データ線6a、走査線3a、画素スイッチング用TFT素子30の形成領域に対向する領域、すなわち各画素部の開口領域以外である画素領域間に配置されている。そして、入射光が画素スイッチング用TFT素子30の半導体層1aのチャネル領域1a’や低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1cに侵入することを防止するよう構成されている。加えて、アルミニウム膜などである第2遮光膜23は、入射光である光源からの強い光を反射し、液晶装置の温度上昇を防止する構成となっている。第2遮光膜23が形成された基板本体20Aの隔壁15側には、その略全面にわたって、ITO等からなる共通電極21が形成され、その隔壁15側には、電圧無印加時における液晶材料層内の液晶分子の配向を制御する配向膜60が形成されている。
On the other hand, the
このように本発明の液晶装置は、図3の断面図で示されるように画素領域間に画素スイッチング用TFT素子30が形成されている。図3における上側すなわち光入射側の対向基板20には画素領域間の光を反射させる金属膜からなる第2遮光膜23が形成され、アクティブマトリクス基板10と対向基板20の間はその間隔を保持すると共に、この画素領域間への光の入射を防止する隔壁15が形成されている。また、アクティブマトリクス基板10は、データ線6aがTFT素子30への光入射側からの光の入射を防止すべく配置され、さらに光の出射側からの戻り光のTFT素子30への入射を防止すべく第1遮光膜11aが配置されている。この画素領域間ではTFT素子内を含めて対向基板20およびアクティブマトリクス基板10の全断面領域に遮光材料が配置され、TFT素子30への光の入射を防止する構成となっている。
Thus, in the liquid crystal device of the present invention, the pixel switching
その結果、光入射側からの強い光は金属からなる第2の遮光膜で反射され、液晶装置内での発熱を小さくすることができる。また、TFT素子30を配置する画素領域間には隔壁15、データ線6a、第1遮光膜11aが配置され、戻り光やその他の反射による光が、TFT素子30のチャネル1a’や低濃度ソース領域1b、低濃度ドレイン領域1cに侵入するのを防止している。その結果、光によるTFT素子30のリーク電流の増加を防止し、良好な画質の液晶装置を得ることができる。
As a result, strong light from the light incident side is reflected by the second light shielding film made of metal, and heat generation in the liquid crystal device can be reduced. Further, the
図4は図2のB−B’線断面図であり、画素領域間の隔壁15で区画された画素領域の断面を示している。図4に示すように画素領域間には隔壁15がアクティブマトリクス基板10と対向基板20との間隔を保持するように配置されている。このように構成したアクティブマトリクス基板10と対向基板20とは、画素電極9と対向電極21とが対面するように配置され、かつ、これらの基板間には、前記隔壁15により囲まれた空間内に液晶材料層50が封入され、挟持されている。液晶材料層50は、画素電極9からの電界が印加されていない状態で配向膜40および60のラビング処理などにより所定の配向状態をとるようになされている。液晶材料層50は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどから構成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 2 and shows a cross section of the pixel region partitioned by the
図4においても同様に、アクティブマトリクス基板10内の画素領域間においてはTFTのチャネル1a’の下面側(基板本体10A側)は第1遮光膜11aが配置され、上面側(隔壁15側)はデータ線6aが配置されている。さらに、アクティブマトリクス基板10の画素領域間の上には隔壁15が配置され、隔壁15と対向基板20との間には金属膜の第2遮光層23が配置されている。
Similarly, in FIG. 4, between the pixel regions in the
その結果、画素領域である画素電極9と液晶材料層50および対向電極21で形成される領域は、構造的には隔壁15により区画される構造となっている。そして、図4の画素領域間に対する上側の光源からの強い光は金属膜である第2遮光膜23で反射され、反射などにより画素領域間に入射する光に対しては隔壁15により吸収し、TFT素子領域への入射光はデータ線6aおよび第1遮光膜11aで遮蔽された構造となっている。また、画素電極9と対向電極21の電圧印加は、隔壁15に囲まれた画素領域内で印加されるようになっている。すなわち、隣の画素電極9からの電界は隔壁15を介して印加されるようになり、液晶材料層50に他画素電極からの影響を与えにくい構造となっている。
As a result, the region formed by the
なお、対向基板20およびアクティブマトリクス基板10の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶材料層50の種類、すなわち、TN(ツイステッドネマティック)モード、STN(スーパーTN)モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラック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向きに配置される。
Note that the surface of the
なお、ここに示す液晶装置は、例えば、後述する投射型表示装置(液晶プロジェクタ)において使用される。この場合、3枚の液晶装置がRGB用のライトバルブとして各々使用され、各液晶装置の各々には、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。したがって、前述の各実施形態の液晶装置にはカラーフィルタが形成されていない。 The liquid crystal device shown here is used in, for example, a projection display device (liquid crystal projector) described later. In this case, three liquid crystal devices are respectively used as RGB light valves, and light of each color separated through RGB color separation dichroic mirrors is incident on each of the liquid crystal devices as projection light. Will be. Therefore, no color filter is formed in the liquid crystal devices of the above-described embodiments.
次に、図5に示すように対向基板200において、画素電極9と対向する各領域の各々にマイクロレンズ500を形成した実施形態を示す。図5において、マイクロレンズ500が形成された対向基板200は、第1の透明基板200Aと第2の透明基板250とがマイクロレンズ層201で貼り合わされた基板として構成されている。マイクロレンズ500の形成は、第1の透明基板200Aを例えばフォトリソグラフィ法などによりレンズ状にウェットエッチングして形成した凹曲面部を形成する。次に、この凹曲面部に熱硬化もしくは光硬化性で第1の透明基板200Aと屈折率の異なる透明樹脂を塗布し、その上に第2の透明基板250を重ねて熱もしくは光にて硬化してマイクロレンズ層201および対向基板200を形成する。この屈折率の異なるマイクロレンズ層201と第1の透明基板200Aとの境界がマイクロレンズ500として機能することになる。
Next, as shown in FIG. 5, an embodiment in which a
図5において、マイクロレンズ500によって、矢印L11で示すように、第2遮光膜23やTFT30などにより遮光されて損失していた入射光を各画素の開口部分に集光させることにより、透過光量を増大させると共に、TFT30のチャネル領域1a′やドレイン端などに強い光が照射されることを防止している。この場合でも、アクティブマトリクス基板10内のデータ線6aおよび第1遮光膜11a、アクティブマトリクス基板10と対向基板200との間に隔壁15、および対向基板200の金属膜からなる第2遮光膜23は同様に形成されている。したがって、画素領域においてはマイクロレンズ500による集光により透過光量を増加し、一方画素領域間では入射光を第2遮光層23で反射すると共に、隔壁15とデータ線6aおよび第1遮光膜11aによりTFT素子への光の入射を防止し、明るくて品位の高い画像を表示できるとともに、信頼性の高い液晶装置を得ることができる。
In FIG. 5, as shown by an arrow L11, the incident light that has been lost by being shielded by the second
[液晶装置の製造方法]
次に、液晶装置の製造方法について図6に基づき説明を行う。
図6のステップS11に示すように、石英などからなる下側の基板本体10A上に第1遮光膜11a、第1層間絶縁膜12、半導体層1、ゲート絶縁膜2、チャネル領域1a、ソース領域1dと1b、ドレイン領域1eと1c、走査線3a、第2層間絶縁膜4、コンタクトホール5、データ線6a、第3層間絶縁膜7、コンタクトホール8、TFT素子30の画素電極9、配向膜40を形成しラビング処理して下基板10(アクティブマトリクス基板)を作成する。
[Method of manufacturing liquid crystal device]
Next, a method for manufacturing a liquid crystal device will be described with reference to FIG.
As shown in step S11 of FIG. 6, the first
次に、図6のステップS12において、上記アクティブマトリクス基板10上に隔壁15を形成する。隔壁15は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性の樹脂材料をスピンコート法などにより基板間の間隔、つまり液晶材料層の厚さを決める高さに、アクティブマトリクス基板10に塗布し、フォトリソグラフィ法などによって所定の形状で画素領域間に形成する。アクティブマトリクス基板10はTFT素子30が形成され微小段差があるものの略平面状態にあり、アクティブマトリクス基板10上にスピンコート法などにより平坦に塗布することは容易に可能である。また、隔壁15に遮光性材料を混入させるには、黒色の顔料などを上記樹脂材料と混合して形成することで可能である。
Next, in step S <b> 12 of FIG. 6, the
また、ラビング処理された配向膜40上に隔壁15のポリイミド材料を塗布し、フォトリソグラフィ法にて所定の形状に隔壁15のポリイミド材料層をエッチングする際、配向膜40は熱処理により充分硬化されており、一方、隔壁15のポリイミド材料層は、フォトリソグラフィ法にてエッチングして形成するために、その形状が保持できる程度に熱硬化されている。したがって、隔壁15のポリイミド材料層をエッチングする際に、配向膜40に対して選択的にエッチングが可能であり、隔壁15のポリイミド材料層のみをエッチングし所定の形状に形成することが可能である。
In addition, when the polyimide material of the
ここで、配向膜40および後述の配向膜60は、使用する液晶材料に応じて必要な場合は、前述のように形成する。また、配向膜40は、図6のステップS12の隔壁15の形成後であっても、液滴吐出装置などで配向膜材料と溶媒の混合液を吐出して形成しても、さらには、SiOあるいはSiO2を斜め蒸着するなどの方法で形成することも可能である。
Here, the
次に、図6のステップS13において、隔壁15の凹部内に液晶材料の注入を行う。
ここで、図7により、液晶材料の注入状態を説明する。図7は液滴吐出装置、例えばインクジェット装置にて液晶材料を注入した例であり、隔壁15の凹部内に液晶材料の液滴の着弾想定形状51が2点鎖線で示している。ここで、液晶材料の注入は、隔壁15の各凹部の体積と同じ体積の液晶材料を、隔壁15の形状に応じて吐出する。具体的には、隔壁15の凹部の一辺の大きさが、液滴吐出装置から吐出直後の液滴の大きさと、着弾想定形状51の大きさとの間の大きさとなるよう、液滴量や吐出条件を設定する。図7では、隔壁15の凹部の一辺の大きさと液晶材料の液滴の着弾想定形状51が同じ大きさである状態の例を示している。また、図7は、2滴が吐出された状態であり、隔壁15との間に隙間が発生しており、さらに追加して隔壁15の凹部内に液晶材料が充満するよう、すなわち凹部の体積と同じ体積の液晶材料になるよう、重ねて吐出することになる。このように液滴を吐出することによって、隔壁15の凹部内に液晶材料が充満するよう形成できることになる。
Next, in step S <b> 13 of FIG. 6, a liquid crystal material is injected into the recess of the
Here, the injection state of the liquid crystal material will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an example in which a liquid crystal material is injected by a droplet discharge device, for example, an ink jet device, and an expected
この時、液晶材料の吐出は一滴で隔壁15の凹部内に充満させても、また数滴にて充満させても、隔壁15の凹部内で液晶材料が移動することは発生しない。これは、液晶材料の粘度が高く、通常のインクジェット法での吐出では、液晶材料が移動する前に吐出が終了してしまうことによる。その結果、液晶材料層の吐出痕を発生させることなく、隔壁15内に液晶材料層を形成することが可能である。
At this time, even if the liquid crystal material is discharged with a single drop to fill the concave portion of the
一方、上基板20(対向基板)は図6に示すように、下基板10の形成工程であるステップS11〜ステップS13と平行して上基板20の形成工程であるステップS21およびステップS22が行われる。図6のステップS21に示すように、上側の基板本体20A上に例えばアルミニウムのような金属膜を蒸着法やスパッタリング法を用いて形成し、フォトリソグラフィ法により所定の形状(画素領域間)に第2遮光膜23を形成する。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the upper substrate 20 (counter substrate) is subjected to steps S <b> 21 and S <b> 22 which are steps of forming the
次に、図6のステップS22において、上側の基板本体20Aに対向電極21を形成する。対向電極21は、ITOなどの透明導電性膜をスパッタ法などによって上側の基板本体20Aに形成し、フォトリソグラフィ法などにより所定の形状に形成し、その後、配向膜60を形成しラビング処理して上基板20を作成する。
Next, in step S22 of FIG. 6, the
下基板10の隔壁15の凹部内に液晶材料を注入した後、図6のステップS4にて隔壁15の上部に接着材を塗布し、下基板10と上基板20を貼り合わせ、液晶材料を封入する。
本実施の形態では、図7に示したように、液晶材料の液滴形状51は吐出後、移動することなく形成されるために、吐出痕の発生がない。吐出痕が発生したとしても、その大きさは画素領域の大きさである50〜500μm平方であり、また、発生個所は隔壁15との境目付近の可能性が高く、隔壁15が遮光層材料を含む場合は全く表示画質に影響を与えないことになる。また、液晶材料層が移動しないことから、液晶材料層の吐出後、表面が均一になるのを待つ必要がなく、連続して下基板10と上基板20の貼り合わせが可能であり、製造時間の短縮ができる。
また、本実施形態の液晶装置の製造方法では、隔壁15の上部に接着材を塗布し、下基板10と上基板20を接着封入して製造され、一般的に封入に用いられるシール材やスペーサ材などの必要がなく、製造工程の短縮と製造材料を削減することができる。
After injecting the liquid crystal material into the recess of the
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the
In the liquid crystal device manufacturing method of the present embodiment, an adhesive is applied to the upper part of the
また、本実施形態では対向基板20に金属膜からなる第2遮光膜23を形成する例を示したが、アクティブマトリクス基板10に隔壁15を形成し、その上に金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ法などにより金属膜および隔壁材料層を連続してエッチングして第2遮光膜23および隔壁15を形成することで、製造工程を増加することなく形成可能である。また、対向基板20に金属膜および隔壁材料層を形成しても同様に可能である。
In the present embodiment, the second
[投射型表示装置の構成]
図8は、本発明を適用した液晶装置1をライトバルブとして用いた投射型表示装置(プロジェクタ)の光学系を示す概略構成図である。
[Configuration of Projection Display Device]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a projection display device (projector) using the
図8に示されるように、プロジェクタ1100の内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、内部に配置された3枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離されて、各原色に対応するライトバルブ100R、100Gおよび100Bにそれぞれ導かれる。ここで、ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの構成は上述した液晶装置と同様であり、画像信号処理回路(図示省略)から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。また、B色の光は他のR色やG色と比較すると、光路が長いので、その損失を防ぐために、入射レンズ1122、リレーレンズ1123および出射レンズ1124からなるリレーレンズ系1121を介して導かれる。
As shown in FIG. 8, a
このように構成した投射型表示装置において、ライトバルブ100R、100G、100Bによってそれぞれ変調された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112において、R色およびB色の光は90度に屈折する一方、G色の光は直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン1120にカラー画像が投射されることとなる。
In the projection display device configured as described above, light modulated by the
なお、ライトバルブ100R、100Gおよび100Bには、ダイクロイックミラー1108によって、R、G、Bの各原色に対応する光が入射するので、上述したようにカラーフィルタを設ける必要はない。
Since light corresponding to the primary colors R, G, and B is incident on the
3a…走査線、6a…データ線、9…画素電極、10…TFTアレイ基板、15…隔壁、20…対向基板、30…スイッチング用TFT素子、50…液晶材料層。
3 a
Claims (6)
前記一対の基板間に配置され前記画素領域の境界領域に形成された隔壁と、
前記隔壁に対応する位置で、前記隔壁と前記一対の基板の他方の基板との間に配置された金属膜からなる遮光膜と、
前記隔壁で形成される凹部内に配置された液晶材料層と、
を備えることを特徴とする液晶装置。 A liquid crystal device having a pixel region having a plurality of active elements formed in a matrix on one of the pair of substrates, with a liquid crystal material sandwiched between the pair of substrates,
A partition wall disposed between the pair of substrates and formed in a boundary region of the pixel region;
A light shielding film made of a metal film disposed between the partition and the other of the pair of substrates at a position corresponding to the partition;
A liquid crystal material layer disposed in a recess formed by the partition;
A liquid crystal device comprising:
前記一対の基板のいずれかの基板上の前記画素領域の境界領域に対応する位置に隔壁を形成する工程と、
前記隔壁に対応する位置で、前記隔壁と前記一対の基板の他方の基板との間に金属膜からなる遮光膜を形成する工程と、
前記隔壁で形成される凹部内に液晶材料層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶装置の製造方法。 A method of manufacturing a liquid crystal device having a pixel region having a plurality of active elements formed in a matrix on one of the pair of substrates, with a liquid crystal material sandwiched between the pair of substrates,
Forming a partition wall at a position corresponding to a boundary region of the pixel region on any one of the pair of substrates;
Forming a light shielding film made of a metal film between the partition and the other substrate of the pair of substrates at a position corresponding to the partition;
Forming a liquid crystal material layer in the recess formed by the partition;
A method for manufacturing a liquid crystal device, comprising:
5. A projection type display device, wherein the liquid crystal device according to claim 1 is used as a light valve, and the other substrate side of the pair of substrates is an incident side of light from a light source.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003292138A JP2005062447A (en) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | Liquid crystal device, method for manufacturing liquid crystal device, and projection display device |
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Cited By (1)
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KR101244662B1 (en) | 2006-06-19 | 2013-03-18 | 엘지디스플레이 주식회사 | Liquid Crystal Display Device and Method of manufacturing the same |
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- 2003-08-12 JP JP2003292138A patent/JP2005062447A/en not_active Withdrawn
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