JP2005062619A - 液晶表示素子及びその製造方法並びに液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 遮光の位置誤差を抑制し、画像周辺の色つき等の発生を防止する。
【解決手段】 透明電極２６が一主面上に形成された透明基板２２と、透明基板２２と対向して配置され、透明電極２６と対向する主面に各画素に対応した複数の反射画素電極３５が形成された駆動回路基板２３と、反射画素電極３５の周囲に設けられ、透明基板２２と駆動回路基板２３との間の端縁部を封止するシール材２５と、シール材２５により封止された透明基板２２と駆動回路基板２３との間に液晶が封入されてなる液晶層２４と、透明基板２２の透明電極２６が形成された主面上又は透明電極２６が形成された主面とは反対側の主面上に、複数の反射画素電極３５により形成される表示領域の外側の領域を覆う遮光層３７とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、入射した光を変調し出射する液晶表示素子及びその製造方法、並びにそのような反射型液晶表示素子によって変調された光を用いて映像表示を行う液晶表示装置に関する。

従来より、プロジェクションディスプレイ（プロジェクタ）等の液晶表示装置は、ランプ等の光源と、ランプからの照明光を赤色光、緑色光、青色光に分離する分離光学素子と、分離された赤色光、緑色光、青色光を映像信号に応じて変調するライトバルブと、変調された赤色光、緑色光、青色光を合成する合成プリズムと、合成された光をスクリーンに投射することで映像表示を行う投射レンズとを備えることで画像表示を行う。このライトバルブには、液晶表示素子が用いられており、この液晶表示素子には、大別して透過型と反射型とがある。透過型液晶表示素子は、背面に配置されたバックライトからの光を変調し透過光として出射する。一方、反射型液晶表示素子は、入射した光を変調し反射光として出射するものであり、近年、プロジェクタの高精細化、小型化及び高輝度化が進むにつれて、高精細化及び小型化が可能であり且つ高い光利用効率が期待できる表示デバイスとして注目され、実用化されている。

例えば図１５に示す反射型液晶素子１００は、ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）等の透明な導電材料からなる透明電極１０１が設けられたガラス基板１０２と、アルミニウムを主成分とする金属材料からなる反射画素電極１０３が設けられた駆動回路基板１０４とが互いに対向配置され且つその端縁部がシール材１０５によって封止されると共に、内部に液晶１０６ａを封入することで液晶層１０６が形成された構造を有している。駆動回路基板１０４は、例えばＣ−ＭＯＳ（Complementary-Metal Oxide Semiconductor）型の半導体スイッチング駆動回路をシリコン基板上に形成したものである。そして、この上に形成される反射画素電極１０３は、ガラス基板１０２側から入射した光を反射する機能及び液晶層１０６に対して電圧を印加する機能を有している。

この反射型液晶表示素子１００では、互いに対向するガラス基板１０２の透明電極１０１と駆動回路基板１０４の反射画素領域１０３との間に電圧を印加することで、液晶層１０６に対して電圧が印加される。このとき、液晶層１０６では、電極間の電位差に応じて光学的な特性が変化し、通過する光を変調させる。これにより、反射型液晶表示素子１００では、光変調による階調表示が可能となっている。

ところで、反射型液晶表示素子１００では、素子の光利用効率を高めるための反射防止膜１０７がガラス基板１０２の光入射側に形成されている。また、反射型液晶表示素子１００では、分離光学素子から出射された光は反射画素領域１０３に照射されている。このとき照射光は、光学系の加工精度や取付精度を考慮して、反射画素領域１０３よりも多少大きく照射するように設計されている。ここで、この反射型液晶表示素子１００には、画像表示領域以外への光の照射による画像周辺の黒浮きに繋がるのを防ぐために画像部に合わせた遮光板１０８がガラス基板１０２の光入射側に配置されている。

この遮光板１０８は、台座１０９上に素子を固定したのちに、台座１０９と遮光板１０８の位置を制御しながら取り付けられている。

しかしながら、このような構造を有する反射型液晶素子１００では、反射画素電極１０３以外の領域に入射する照明光を遮光するため、遮光板１０８の取付精度、加工精度をきわめて高くする必要がある。このため、反射型液晶素子１００では、加工コストが高くなり、取り付けの際のコストが大幅に高くなるという問題があった。

さらに、このような反射型液晶素子１００をＲ，Ｇ，Ｂライトバルブに用いた場合には、出来上がった画像周辺部において、画像表示領域に対して、遮光板の位置の誤差が約０．８ｍｍ程度発生するために、画像周辺に、赤、緑、青やその混ざったシアン、マゼンダ等の色つきとして現れる問題があった。

また、液晶表示素子としては、例えば、特許文献１に示すように、遮光層を形成した別のガラス板を配置し、接着剤により取り付けるものがある。

例えば、図１６に示す反射型液晶表示素子１２０は、上述した反射型液晶素子１００と同様に、透明電極１０１が設けられたガラス基板１０２と、反射画素電極１０３が設けられた駆動回路基板１０４とが互いに対向配置され且つその端縁部がシール材１０５によって封止されると共に、内部に液晶層１０６が形成された構造を有している。

この反射型液晶表示素子１２０において、ガラス基板１０２の光入射側には、液晶素子の画像表示領域以外への光の入射を防ぐために画像部に合わせてクロム、酸化クロムの積層等による遮光層１２２を形成した別のガラス板１２１を配置し、反射型液晶表示素子１２０上に屈折率を合わせた接着剤１２３により接着する。この接着剤１２３は、ガラス基板１０２及び別のガラス板１２１のガラスの屈折率に合わせたものが用いられ、画像周辺の遮光と界面反射を防止している。このガラス板１２１の光入射側には、素子の光利用効率を高めるために反射防止膜１０７が形成されている。

しかしながら、このような機能を有する液晶表示素子１２０では、追加するガラス板１２１をガラス基板１０２に接着する際に、気泡の混入を抑止しながら接着する必要があり、遮光層１２２の位置合わせを精度よく行うために取付時間が膨大にかかり、そのため高いコストがかかるという問題があった。また、この液晶表示素子１２０では、貼り合わせに使う接着剤１２３の透過率の低下や光による劣化により、光利用効率の低下や寿命の低下による光に対する信頼性の低下が問題となっていた。

特開平９−１４６０７５号公報

そこで、本発明の目的は、表示領域以外の領域に入射する光を適切に遮光することによって、性能及び信頼性の向上を図ると共に低コスト化を実現できる液晶表示素子を提供することにある。

また、本発明の目的は、そのような液晶表示素子を効率よく製造することによって、生産性を大幅に向上させた液晶表示素子の製造方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、そのような液晶表示素子を用いて適切な遮光を行うことを可能とし、この液晶表示素子の表示領域に対応する画像周辺に色ズレが生じることなく適切な画像表示を行うことができる液晶表示装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明に係る液晶表示素子は、透明電極が一主面上に形成された透明基板と、透明基板と対向して配置され、透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の駆動回路及び反射画素電極が形成された駆動回路基板と、上記反射画素電極の周囲に設けられ、透明基板と駆動回路基板との間を封止するシール材と、シール材により封止された透明基板と駆動回路基板との間に液晶が封入されてなる液晶層と、透明基板の透明電極が形成された主面上又は透明電極が形成された主面とは反対側の主面上に、複数の反射画素電極により形成される表示領域の外側の領域を覆う遮光層とを備えることを特徴としている。

以上のように、本発明に係る液晶表示素子によれば、透明基板の透明電極が形成された主面上又は透明電極が形成された主面とは反対側の主面上に、複数の反射画素電極により形成される表示領域を囲むように形成されるので、従来必要であった遮光板やカバーガラス等を設ける必要がなく、透明基板に形成された遮光層により表示領域以外の部分を適切に遮光することができる。

本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、一主面上に透明電極を形成し、透明電極が形成された主面又は透明電極が形成された主面と反対側の主面に、各液晶表示素子に対応した複数の遮光層を各素子の表示領域の外側の領域を覆うように形成した透明基板を作製する透明基板作製工程と、一主面上に各液晶表示素子の表示領域における各画素に対応した複数の駆動回路及び複数の反射画素電極を形成し、複数の反射画素電極により形成される表示領域の外側の領域を囲むように各液晶表示素子に対応した複数のシール材を形成した駆動回路基板を作製する駆動回路基板作製工程と、透明基板の透明電極が形成された主面と駆動回路基板の反射画素電極が形成された主面とを互いに対向させながら、表示領域と上記シール材が形成された領域との間の領域に、透明基板の遮光層が位置するように、透明基板と駆動回路基板とをシール材により接合一体化する接合工程と、接合工程において接合一体化された透明基板及び駆動回路基板を各液晶表示素子毎に切断して、分割する分割工程と、分割工程において分割された各液晶表示素子の透明基板と駆動回路基板との間に液晶を注入する液晶注入工程とを有することを特徴としている。

以上のように、本発明に係る液晶表示素子の製造方法では、表示領域とシール材が形成された領域との間の領域に遮光層が位置するように透明基板と駆動回路基板とをシール材により接合一体化するので、正確に遮光した複数の液晶表示素子を一括して製造することができる。また、複数の遮光層の位置合わせを一度に済ますことができる。

本発明に係る液晶表示装置は、光源と、光源から出射された光を複数の色光に分離する光分離手段と、光分離手段により分離された複数の色光を映像信号に応じて変調する複数の液晶表示素子と、複数の液晶表示素子で変調された色光を合成する光合成手段と、光合成手段により合成された光をスクリーンに投射する投射手段とを備え、複数の液晶表示素子は、透明電極が一主面上に形成された透明基板と、透明基板と対向して配置され、透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の反射画素電極が形成された駆動回路基板と、反射画素電極の周囲に設けられ透明基板と駆動回路基板との間を封止するシール材と、シール材により封止された透明基板と駆動回路基板との間に液晶が封入されてなる液晶層と、透明基板の透明電極が形成された主面上又は透明電極が形成された主面とは反対側の主面上に、複数の反射画素電極により形成される表示領域を囲むように形成される遮光層とを有することを特徴としている。

以上のように、本発明に係る液晶表示装置では、液晶表示素子における遮光層が複数の反射画素電極により形成される表示領域を囲むように形成されるので、光合成手段により映像を一致させて合成するときの画像周縁部のズレ等の発生を防止できる。

以上のように、本発明によれば、透明基板の透明電極が形成された主面上又は透明電極が形成された主面とは反対側の主面上に、透明の反射画素電極により形成される表示領域を囲むように形成されるので、透明基板上の遮光層により表示領域以外の部分を適切に遮光することができ、素子としての性能を向上できる。さらに、透明基板上に遮光層を設けたので、従来必要であった遮光板やカバーガラス等を設ける必要がなくなる。

また、本発明によれば、表示領域とシール材が形成された領域との間の領域に遮光層が位置するように透明基板と駆動回路基板とをシール材により接合一体化するので、適切に遮光できる液晶表示素子を一度に複数製造することができる。また、接合工程において各液晶表示素子に対応する表示領域とシール材が形成された領域との間の領域に遮光層が位置するように接合させるので、緻密な位置合わせが必要である位置合わせ工程を複数の液晶表示素子に対して一度に行うことができる。複数の液晶表示素子に対して一度に位置合わせを行うので、コストの低減が可能となる。

また、本発明によれば、液晶表示素子における遮光層が表示領域の外側を覆うように形成され、各液晶表示素子の遮光が適切であり、各液晶表示素子で変調された各画像が正確に投射されるので、光合成手段により映像を一致させて合成させたときの画像周縁部の色ズレ等の発生を防止でき、品質の高い画像が得られる。

また、本発明では、透明基板作製工程において、透明電極が形成された主面と反対側の主面を覆う反射防止膜を形成する。よって、本発明では、製造工程において疵が付きやすく処理が困難であった、反射防止膜を透明基板上に一括して設けることができ、駆動回路基板と接合された後に分割されるので、反射防止膜に疵が付く工程が少なくなり、製造された液晶表示素子の品質が向上する。

以下、本発明を適用した液晶表示素子及びその製造方法並びに液晶表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明を適用した液晶表示装置として、例えば図１に示す反射型液晶プロジェクタ１について説明する。

この反射型液晶プロジェクタ１は、いわゆる３板方式として、赤、緑、青の３原色に対応した３つのライトバルブに反射型液晶表示素子を使用し、スクリーン（図示せず。）上に拡大投影されたカラー映像を表示する投写型液晶表示装置である。

具体的に、この反射型液晶プロジェクタ１は、照明光を出射する光源であるランプ２と、ランプ２からの照明光を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分離する光分離手段であるダイクロイック色分離フィルタ３及びダイクロイックミラー４と、分離された赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）をそれぞれ変調して反射する光変調手段であるＲライトバルブ５Ｒ，Ｇライトバルブ５Ｇ及びＢライトバルブ５Ｂと、変調された赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を合成する光合成手段である合成プリズム６と、合成された照明光をスクリーンに投射する投射手段である投射レンズ７とを備えている。

ランプ２は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）を含む白色光を照射するものであり、例えばハロゲンランプや、メタルハイドランプ、キセノンランプ等からなる。

また、ランプ２とダイクロイック色分離フィルタ３との間の光路中には、ランプ２から出射された照明光の照度分布を均一化するフライアイレンズ８や、照明光のＰ，Ｓ偏光成分を一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）に変換する偏光変換素子９、照明光を集光させるコンデンサレンズ１０等が配置されている。

ダイクロイック色分離フィルタ３は、ランプ２から照射された白色光を青色光（Ｂ）とその他の色光（Ｒ，Ｇ）とに分離する機能を有し、分離された青色光（Ｂ）とその他の色光（Ｒ，Ｇ）とを互いに逆向きに反射させる。

また、ダイクロイック色分離フィルタ３とＢライトバルブ５Ｂとの間には、分離された青色光（Ｂ）Ｂライトバルブ５Ｂに向けて反射させる全反射ミラー１１が配置され、ダイクロイック色分離フィルタ３とダイクロイックミラー４との間には、分離されたその他の色光（Ｒ，Ｇ）をダイクロイックミラー４に向けて反射させる全反射ミラー１２が配置されている。

ダイクロイックミラー４は、その他の色光（Ｒ，Ｇ）を赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）とに分離する機能を有し、分離された赤色光（Ｒ）をＲライトバルブ５Ｒに向かって透過させ、分離された緑色光（Ｇ）をＧライトバルブ５Ｇに向かって反射させる。

また、各ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと合成プリズム６との間には、それぞれ分離された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを各ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに導くＲ，Ｇ，Ｂ偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂが配置されている。これらＲ，Ｇ，Ｂ偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、入射した各色光Ｒ，Ｇ，ＢをＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離する機能を有し、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）をＲ，Ｇ，Ｂライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに向かって反射させ、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）を合成プリズム６に向かって透過させる。

Ｒ，Ｇ，Ｂライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは、後述する本発明を適用した反射型液晶表示素子からなり、各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによって導かれた一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）の光を映像信号に応じて偏光変調させながら、その偏光変調された光を各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに向かって反射させる。

合成プリズム６は、いわゆるクロスキューブプリズムであり、各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを通過した他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）の各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを合成する機能を有し、合成された光を投射レンズ７に向かって照射する。

投射レンズ７は、合成プリズム６からの光をスクリーンに向かって拡大投影する機能を有している。

以上のように構成される反射型液晶プロジェクタ１では、ランプ２から出射された白色光がダイクロイック色分離フィルタ３及びダイクロイックミラー４によって、赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）に分離される。これら分離された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）は、Ｓ偏光成分の光であり、各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを通って各ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂへと入射される。各ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに入射された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）は、各ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの各画素に印加される駆動電圧に応じて偏光変調された後、各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに向かって反射される。そして、これら変調された赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）は、Ｐ偏光成分の光のみが各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを透過し、合成プリズム６によって合成され、この合成された光が投射レンズ７によってスクリーン上に拡大投射される。

なお、上述した各ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを構成する液晶表示素子は、駆動電圧がゼロとなる場合、入射されたＳ偏光成分の光をそのままＳ偏光成分の光として反射することになる。この場合、赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）が各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを透過せずに、いわゆるノーマリーブラック表示モードと呼ばれる黒表示を行う。また、後述する液晶表示素子では、駆動電圧の上昇と共に偏光変調されたＰ偏光成分の光が増加することで透過率が上昇することになることで階調表示を行う。

以上のようにして、この反射型液晶プロジェクタ１では、ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂによって変調された光に応じた映像をスクリーン上に拡大投影することでカラー映像表示を行うことができる。

次に、上述したライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを構成する本発明を適用したアクティブ型の液晶表示素子２０について説明する。

図２に示すように、この液晶表示素子２０は、互いに対向配置された透明基板２２及び駆動回路基板２３と、これら透明基板２２と駆動回路基板２３との間に液晶２４ａを注入することによって形成された液晶層２４と、これら透明基板２２と駆動回路基板２３との端縁部を封止するシール材２５とを備える。

透明基板２２は、例えばガラス基板からなり、このガラス基板の駆動回路基板２３と対向する一方の主面２２ａ上に、光透過性を有する透明電極２６が全面に亘って形成されている。この透明電極２６は、例えば酸化すず（ＳｎＯ_２）と酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）との固溶体物質であるＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）等の透明な導電材料からなり、全画素領域で共通の電位（例えば接地電位）が印加されるようになっている。

透明基板２２の透明電極２６が形成された主面２２ａと反対側の他方の主面２２ｂには、表示領域以外の部分に光が照射しないように、表示領域を囲むように形成された遮光層３７がフォトリソグラフ技術によるパターニングにより設けられている。この遮光層３７は、例えば、遮光性を表すＯＤ値が３．５程度のもので、クロム（Ｃｒ）−酸化クロム（ＣｒＯ）の積層膜のものを用いる。尚、この遮光層３７には、酸化クロム（ＣｒＯ）−クロム（Ｃｒ）−酸化クロム（ＣｒＯ）を用いてもよい。遮光層３７に酸化クロム（ＣｒＯ）−クロム（Ｃｒ）−酸化クロム（ＣｒＯ）を用いたときは、さらに遮光表面の反射を抑制できる。

液晶表示素子２０の透明基板２２には、図２に示すように、透明基板２２と空気層との界面の反射を防止し、素子の光利用効率を向上させるために、光入射側、すなわち、他主面２２ｂ側に、蒸着により反射防止膜３８が形成される。反射防止膜３８には、屈折率がおよそ１．５の透明ガラス基板２２と屈折率１の空気層の屈折率差による反射の約４％を可視光領域である４００〜７００ｎｍにおいて、例えば反射率を０．５％以下に抑えるような層構造を持つものを使用する。液晶表示素子２０は、反射防止膜３８を設けたことにより、透明基板と空気層との界面の反射を防止し、素子の光利用効率を向上させることができる。

駆動回路基板２３は、図２、図３及び図４に示すように、例えばＣ−ＭＯＳ（Complementary-Metal Oxide Semiconductor）２７と、液晶層２４に電圧を供給する補助容量であるコンデンサ２８とからなるスイッチング駆動回路２９を、シリコン基板上の透明基板２２と対向する主面に各画素毎にマトリクス状に複数配列して形成したものである。また、このシリコン基板上には、各ＦＥＴ２７のソース電極と電気的に接続された信号線３０と、各ＦＥＴ２７のゲート電極と電気的に接続された走査線３１とが互いに直交する方向に複数並んで形成されており、これら信号線３０と走査線３１との交差位置が各画素３２ａに対応した表示領域３２となっている。さらに、これら表示領域３２の外側には、各信号線３０に表示電圧を印加する信号ドライバ３３と、各走査線３１に選択パルスを印加する走査ドライバ３４とがロジック部として形成されている。尚、スイッチング駆動回路２９は、液晶層２４の駆動電圧に対応した耐圧がトランジスタに要求されるため、一般的にロジック部よりも高い耐圧プロセスで作製される。

また、シリコン基板上には、各ＦＥＴ２７のドレイン電極と電気的に接続された略矩形状の反射画素電極３５が各画素毎にマトリクス状に複数配列して形成されている。この反射画素電極３５は、可視領域で高い反射率を有する。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、具体的には、ＬＳＩプロセスで配線に用いられる銅（Ｃｕ）やシリコン（Ｓｉ）を数重量％以下だけ添加したアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜からなる。この反射画素電極３５は、透明基板２２側から入射した光を反射する機能及び液晶層２４に対して電圧を印加する機能とを有しており、さらに反射率を上げるため、誘電体ミラーのような多層膜をＡｌ膜上に積層したものであってもよい。尚、この反射画素電極２５の厚みは、５０〜５００ｎｍ程度である。

遮光層３７は、図５に示すように、反射画素電極３５で構成される表示領域３２の周辺を囲むように、換言すると表示領域の外側の領域を覆うように形成されている。また、遮光層３７は、表示領域３２とシール材が形成されたシール領域との間の領域に枠状に形成されている。すなわち、遮光層３７は、反射画素電極３５以外の駆動回路基板２３面に照射する光を遮光する。

そして、透明電極２６と反射画素電極３５との間には、液晶層２４が介在するようになされている。また、透明基板２２と駆動回路基板２３との互いに対向する対向面には、それぞれ透明電極２６及び反射が素電極３５を被覆する配向膜（図示せず。）が形成されている。これら配向膜は、液晶層２４の液晶分子を所定の方向に配向させるため、例えば表面にラビング処理が施されたポリイミド等の高分子膜や、酸化珪素（ＳｉＯ）等の無機材料をシリコン基板に対して斜め方向から蒸着させた遮光蒸着膜等からなる。

液晶層２４は、負の誘電異方性を有するネマテッィク液晶を配向膜によって垂直配向させた、いわゆる垂直配向液晶であり、電圧が印加されると、液晶分子が所定の方向にティルトし、そのとき生じる複屈折により光の透過率を変化させることで階調表示を行う。

ここで、垂直配向とは、液晶の初期の分子配向が基板に対して垂直に配列された状態のことをいう。しかしながら、液晶分子が完全に垂直配向した場合、電圧の印加によって液晶分子がランダムな方向に傾き、明暗のムラが生じることになる。したがって、液晶分子の傾斜する方向を一様とするため、この液晶分子の長軸を基板の法線に対して傾けるプレティルト角を一定の方向（一般的には、デバイスの対角方向）に僅かに与えて垂直配向させる必要がある。また、プレティルト角があまり大きいと、垂直配向性が劣化し、黒レベルが上昇してコントラストを低下したり、Ｖ−Ｔ（駆動電圧−透過率）曲線に影響を与えることとなる。したがって、一般的には、プレティルト角を１°〜７°の角度範囲で制御している。

透明電極２６には、上述のようにＩＴＯが用いられるが、屈折率が約１．９のＩＴＯ層を用いた場合、ＩＴＯ層−ガラス（屈折率が約１．５）、ＩＴＯ層−液晶界面（屈折率が約１．５）となり、屈折率のミスマッチにより界面反射が発生してしまうおそれがある。この界面反射を防ぐため、透明電極には、酸化シリコンとＩＴＯとの積層を数層重ねたものを用いればよい。酸化シリコンとＩＴＯとを数層重ねた透明電極は、優れた反射防止機能を持つ。

以上のように構成される液晶表示素子２０では、透明基板２２側から入射した入射光が、液晶層２４を通過しながら、駆動回路基板２３側の反射画素電極３５で反射された後に、反射光として入射光とは逆向きに、液晶層２４及び透明基板２２を通過して出射される。このとき、液晶層２４は、透明電極２６と反射画素電極３５との間に印加される駆動電圧の電位差に応じて、その光学的な特性が変化し、通過する光を変調させることなる。したがって、この液晶表示素子２０では、上述した光変調による階調表現が可能となり、その変調された反射光を映像表示に利用することが可能となっている。

ところで、この液晶表示素子２０では、反射画素電極３５に入射する入射光Ｓは、図６に示すように、拡がり角を有している。よって、遮光層３７は、反射画素電極３５が形成された表示領域３２よりも僅かに広い開口を持つことになる。この遮光層３７が設けられた領域と表示領域３２との距離Ｘ１は、遮光層３７と反射画素電極３５の光軸方向の間隙Ｘ２及び上述の入射光Ｓの拡がり角により決定される。この反射型液晶表示素子２０においては、Ｘ２は約０．７ｍｍで形成されており、このとき遮光層３７が設けられた領域と表示領域３２の距離Ｘ１は約０．２ｍｍである。

また、遮光層３７は、図５に示すように、シール材２５が形成されたシール領域より内側に形成される。すなわち、遮光層３７は、シール材２５に入射する入射光を遮光しないように構成される。よって、シール材２５にＵＶ硬化性の接着剤を使用するときもＵＶ硬化性の接着剤は良好に接着効果を発揮できる。遮光層３７が形成された領域とシール材２５が形成されたシール領域の距離Ｘ３についての制限は特にない。

一方、シール材２５が形成されたシール領域と反射画素電極３５が形成された表示領域３２との距離Ｘ４は、０．７ｍｍ以上とされている。これは、シール材２５付近の液晶２４は、液晶としての性能が発揮できず、距離Ｘ４を０．７ｍｍ未満とした場合には、この液晶表示素子を用いた液晶表示装置で得られる画像に悪影響を及ぼすおそれがある。これに対し、距離Ｘ４を０．７ｍｍ以上とした場合には、この液晶表示素子を用いた液晶表示装置で得られる画像は良好に表示される。このように、シール材２５は、反射画素電極３５が形成された表示領域３２の周囲、すなわち外側に設けられている。ここでは、シール材２５が、透明基板２２と駆動回路基板２３との間の端縁部に設けられているが、シール材が透明基板２２と駆動回路基板２３との間の端縁部より内側に設けられてもよい。

よって、遮光層３７は、シール材２５が形成されたシール領域及び反射画素電極３５が形成された表示領域３２の間の領域内に枠状に形成される。この液晶表示素子２０において、遮光層３７の幅Ｘ５は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとされる。遮光層３７の幅Ｘ５が０．５ｍｍ以下のとき、遮光層３７が設けられた領域と表示領域３２との距離Ｘ１が約０．２ｍｍとされ、シール領域と表示領域３２の距離Ｘ４は、０．７ｍｍ以下となり、画像に悪影響を及ぼしてしまう。遮光層３７の幅Ｘ５が２．０ｍｍ以上のとき、遮光層３７が設けられた領域と表示領域３２との距離Ｘ１が約０．２ｍｍとされ、シール領域と表示領域３２の距離Ｘ４は、２．２ｍｍ以上となり、画像は良好に表示されるが、各領域が必要以上に大きく形成され、この液晶表示素子を用いた液晶表示装置の大きさも大きくなるので、装置のコンパクト化に不利となるし、遮光層３７や液晶層２４も大きくなるので、コスト的にも問題となる。遮光層の幅Ｘ５が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のときは、入射光の遮光としての機能を充分に発揮でき、且つ画像に悪影響を与えることなく、液晶表示素子の性能に必要最小限の大きさで液晶表示素子を構成できるので、この液晶表示素子を用いた液晶表示装置のコンパクト化に有利であり、さらに、この液晶表示素子を製作するコストも最大限に抑えることができる。

この液晶表示素子２０では、遮光層３７が表示領域３２の外側の領域を覆うにフォトリソグラフ技術によるパターニングにより形成されているので、位置及び寸法精度を容易に管理することで画素表示領域３２に対して優れた加工精度で透明基板２２上に形成することができる。この画素表示領域３２に対する遮光層３７の位置誤差は数１０μｍ程度に低減することができる。この数１０μｍという値は、従来のカバーガラスや遮光板を設けた液晶表示素子の遮光の位置誤差（約０．１ｍｍ）の約１／１０である。

また、この液晶表示素子２０を用いた液晶表示装置では、各色毎に分離して映像信号に応じて変調し、スクリーン上で映像を一致させて合成するときに画像表示領域に対する遮光の位置誤差が低減されるので、各色毎の画像周縁部にズレが生じることがなく適切に一致される。また、ズレが生じることにより発生する画像周縁部の色つき等の発生を防止することができる。

さらに、液晶表示素子２０は、シール材２５に入射する入射光を遮光しないので、透明電極２６及び遮光層３７を設けた透明基板２２と駆動回路基板２３との間の端縁部をシール材２５で封止する際に、ＵＶ硬化性の接着剤を用いることができる。さらに、接着剤による素子の光利用効率の低下や、素子の信頼性の低下、品質の低下等を防ぐことができる。

また、液晶表示素子２０は、枠状に設けた遮光層３７を駆動回路基板２３と透明基板２２とを接着する際の位置合わせマークとして利用することができ、従来必要であった位置合わせマークが不要となり、製造に係る工程を削減し、コスト低減を可能とする。

上述したように、この反射型液晶プロジェクタ１では、各ライトバルブ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを構成する液晶表示素子の透明基板に設けられた遮光層が表示領域１２を囲むように形成されているので、遮光の位置誤差を低減することができ、遮光の位置誤差による画像周縁部の色つき等の問題を解消することができる。よって、この反射型液晶プロジェクタ１では、画像周辺に赤、緑、青、もしくはこれらが混ざったシアン、マゼンダ等の色が現れることなく、高画質表示を行うことができる。

次に、上述した液晶表示素子２０の製造方法について、図７〜図１３を用いて説明する。

本発明を適用した液晶表示素子の製造方法は、透明基板に透明電極及び遮光層を設ける透明基板作製工程、ウェハに駆動回路及び反射画素電極を設ける駆動回路基板作製工程、透明基板作製工程により作製された透明基板及び駆動回路基板作製工程により作製された駆動回路基板を位置合わせして接合する接合工程、接合された接合ブロックを液晶表示素子に対応して分割する分割工程及び分割された複数の液晶表示素子に液晶を形成する液晶注入工程とからなる。

まず、透明基板作製工程では、図７及び図８に示すように、複数の液晶表示素子に対応する透明基板６１の一主面側６１ａに、透明電極６２を形成する。この透明電極６２が形成された主面と反対側の主面６１ｂに、各液晶表示素子に対応した複数の遮光層６３をフォトリソグラフ技術によりパターニングする。また、透明電極６２が形成された主面６１ａと反対側の主面６１ｂに全面に渡って反射防止膜６３を形成する。これにより、透明電極６２及び遮光層６３が形成された透明基板６１が作製される。

また、駆動回路基板形成工程では、図９，図１０に示すように、ウェハ６５に各液晶表示素子の表示領域における各画素に対応した複数の駆動回路６７を形成する。次に、図１１に示すように、ウェハ６５に各液晶表示素子の表示領域における各画素に対応した複数の反射画素電極６８を形成する。次に、図１２に示すように、各液晶表示素子の表示領域の外側の領域に各液晶表示素子に対応した複数のシール材６９を形成される。これにより、駆動回路６７及び反射画素電極６８が形成された駆動回路基板６６が作製される。

次に、接合工程では、図１３に示すように、透明基板６１の透明電極６２と駆動回路基板６７の反射画素電極６８とが対向するようにし、且つ、各液晶表示素子の表示領域と各液晶表示素子のシール材６９が形成されたシール領域との間の領域に各液晶表示素子の遮光層が位置するように、位置合わせする。このとき、各液晶表示素子の反射画素電極６８が形成された表示領域、遮光層６３が形成された領域及びシール材６９が形成されたシール領域の関係は、図５を用いて説明した上述の液晶表示素子２０の関係と同様とされる。具体的には、遮光層６３は、反射画素電極が形成された表示領域の外側に形成され、且つ、シール材６９が形成されたシール領域の内側に形成される。

次に、接合一体化工程では、透明基板６１と駆動回路基板６７の位置合わせは、透明基板６１側に設けたマーキング７０と駆動回路基板６７側に設けたマーキング７１とを合わせることで行う。位置合わせされた各液晶表示素子に対応する透明基板６１と駆動回路基板６７は、シール材６９で封止された状態で貼り合わされ、一体化する。

次に、分割工程において、上述の接合一体化された透明基板６７及び駆動回路基板６７は、隣り合う液晶表示素子のシール材が形成された領域の間で切断され、各液晶表示素子毎に分割される。

次に、液晶注入工程では、分割された各液晶表示素子毎に液晶を注入し、液晶層を形成することで、上述した図２に示す液晶表示素子２０を一括作製することができる。

本発明によれば、反射防止膜、遮光層、透明電極層を持つガラス基板を用いて、素子を形成する際に、駆動基板、ガラス基板を各素子に分割してから液晶パネル化するプロセスフローで行うのではなく、反射防止膜、パターニングされた遮光層、透明電極層を持つガラス基板を用意し、駆動基板側と位置合わせを事前に行った後に、両者を貼り付け固着させ、その後に、各素子に分割し、液晶注入を行い、液晶素子を形成するので、厳しい位置合わせが必要な表示領域に対する遮光層の取り付けを一度に行うことができるので、工程を簡略化でき、コスト的に非常に有意である。

また、本発明では、透明基板作製工程において、透明電極が形成された主面と反対側の主面を覆う反射防止膜を形成しているので、製造工程において疵が付きやすく処理が困難であった、反射防止膜を透明基板上に一括して設けることができ、駆動回路基板と接合された後に分割されるので、反射防止膜に疵が付く工程が少なくなり、製造された液晶表示素子の品質が向上する。

また、本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、遮光層は、半導体製造プロセス等で用いられれるフォトリソグラフ技術を用いることで、位置及び寸法精度を容易に管理することができるので、透明基板上に優れた加工精度で形成される。

よって、本発明を適用した液晶表示素子の製造方法により製造される液晶表示素子は、透明電極が形成された透明基板に遮光層を設けたので、遮光の位置誤差を数１０μｍ程度に抑えることができる。

尚、接合工程において、透明基板６１と駆動回路基板６７の位置合わせは、透明基板６１に形成された遮光層６３を基準にし、駆動回路基板６７に形成された表示領域の位置を決めて行うことができる。また、この透明基板６１と駆動回路基板６７の位置合わせは、駆動回路基板６７に形成された表示領域を基準にし、透明基板６１に形成された遮光層６３の位置を決めて行ってもよい。この液晶表示素子の製造方法においては、従来必要であった透明基板６１上のマーキング７０及び駆動回路基板６７上のマーキング７１を設ける必要がなくなる。

次に、本発明を適用した液晶表示素子の他の例について、図１４を用いて説明する。尚、図１４に示す液晶表示素子４１においては、上述の液晶表示素子２０と同様に構成を示すものには、同じ符号を付すとともに説明は省略する。

この液晶表示素子４１は、液晶表示素子２０において遮光層３７が透明基板２２の他方の主面２２ｂに形成されているのに対し、遮光層４２が透明基板２２の一方の主面２２ａに形成されている。

この遮光層４２は、反射画素電極３５で構成される表示領域３２の周辺を囲むように、表示領域の外側に形成されている。すなわち、遮光層４２は、反射画素電極３５以外の駆動回路基板２３面に照射する光を遮光する。この遮光層４２は、反射画素電極３５が形成された表示領域３２よりも僅かに大きい開口を持つことになる。この遮光層４２が設けられた領域と表示領域３２の隙間は約０．０１ｍｍ程度とされる。これは、上述の液晶表示素子２０の遮光層３７に比べて、遮光層４２と反射画素電極３５の光軸方向の間隙がほとんどなく、遮光層のパターニング精度と駆動回路基板２３と透明基板２２の位置合わせ精度のみを考慮したものである。

また、遮光層４２は、シール材２５が形成されたシール領域より内側に形成される。すなわち、遮光層３７は、シール材２５に入射する入射光を遮光しないように構成される。よって、シール材２５にＵＶ硬化性の接着剤を使用するときもＵＶ硬化性の接着剤は良好に接着硬化を発揮できる。遮光層４２が形成された領域とシール材２５が形成された領域の隙間についての制限は特にない。

一方、シール材２５が形成されたシール領域と反射画素電極３５が形成された表示領域３２との隙間は、上述の液晶表示素子２０の場合と同様に、０．７ｍｍ以上とされている。

よって、遮光層４２は、シール材２５が形成されたシール領域及び反射画素電極３５が形成された表示領域３２の間の領域内に枠状に形成される。この液晶表示素子４１において、遮光層４２の幅は、０．６９ｍｍ〜２．０ｍｍとされる。遮光層４２の幅が０．６９ｍｍ以下のとき、遮光層４２が設けられた領域と表示領域３２の隙間が０．０１ｍｍとされ、シール領域と表示領域３２の隙間が０．７ｍｍ以下となり、画像に悪影響を及ぼすおそれがある。遮光層４２の幅が２．０ｍｍ以上のとき、遮光層４２が設けられた領域と表示領域の隙間が０．０１ｍｍとされ、シール領域と表示領域３２の隙間は、２．０１ｍｍ以上となり、画像は良好に表示されるが、各領域が必要以上に大きく形成され、この液晶表示素子を用いた液晶表示装置の大きさも大きくなるので、装置のコンパクト化に不利となるし、遮光層４２や液晶層２４も大きくなるので、コスト的にも問題となる。遮光層の幅が０．６９ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のときは、入射光の遮光としての機能を充分に発揮でき、且つ画像に悪影響を与えることなく、液晶表示素子の性能に必要最小限の大きさで液晶表示素子を構成できるので、この液晶表示素子を用いた液晶表示装置のコンパクト化に有利であり、さらに、この液晶表示素子を製作するコストも最大限に抑えることができる。

以上のように構成される液晶表示素子４１では、液晶表示素子２０と同様に、透明基板２２側から入射した入射光が、液晶層２４を通過しながら、駆動回路基板２３側の反射画素電極３５で反射された後に、反射光として入射光とは逆向きに、液晶層２４及び透明基板２２を通過して出射される。このとき、液晶層２４は、透明電極２６と反射画素電極３５との間に印加される駆動電圧の電位差に応じて、その光学的な特性が変化し、通過する光を変調させることなる。したがって、この液晶表示素子４１では、上述した光変調による階調表現が可能となり、その変調された反射光を映像表示に利用することが可能となっている。

液晶表示素子４１では、透明基板２２に設けられた遮光層４２が表示領域３２を囲むように形成されているので、駆動回路基板２３上の反射画素電極３５により構成される画素表示領域３２以外の部分には入射光が入射しないように構成されるので、表示領域３２に対する遮光の位置誤差を数１０μｍ程度に低減することができる。この数１０μｍという値は、従来のカバーガラスや遮光板を設けた液晶表示素子の遮光の位置誤差（約０．１ｍｍ）の約１／１０である。

また、この液晶表示素子４１を用いた液晶表示装置では、各色毎に分離して映像信号に応じて変調し、映像を一致させて合成するときに画像表示領域に対する遮光の位置誤差が低減されるので、各色毎の画像周縁部にズレが生じることがなく、ズレが生じることにより発生する画像周縁部の色つき等の発生を防止することができる。

さらに、液晶表示素子４１は、シール材２５に入射する入射光を遮光しないので、透明電極２６及び遮光層３７を設けた透明基板２２と駆動回路基板２３との間の端縁部をシール材２５で封止する際に、ＵＶ硬化性の接着剤を用いることができる。さらに、接着剤による素子の光利用効率の低下や、素子の信頼性の低下等を防ぐことができる。

また、液晶表示素子４１は、枠状に設けた遮光層３７を駆動回路基板２３と透明基板２２とを接着する際の位置合わせマークとして利用することができ、従来必要であった位置合わせマークが不要となり、製造に係る工程を削減し、コスト低減を可能とする。

さらに、液晶表示素子４１は、液晶表示素子２０に比べて、遮光層４２と反射画素電極３５との間隔が狭いので、さらに適切に遮光することができる。

また、この液晶表示素子４１を用いた液晶表示装置では、さらに、スクリーン上での画像周辺に赤、緑、青、もしくはこれらが混ざったシアン、マゼンダ等の色にじみを極小化でき、高画質表示を行うことができる

尚、本発明は、上述した反射型の液晶表示素子２０，４１及びこれを用いた反射型液晶プロジェクタ１に限定されるものではなく、透過型の液晶表示素子及びこれを用いた液晶表示装置等に適用可能である。

本発明を適用した反射型液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。 本発明を適用した液晶表示素子の構成を示す断面図である。 駆動回路基板の構成を示す模式図である。 スイッチング駆動回路の構成を示す回路図である。 本発明を適用した液晶表示素子の構成を示す平面図である。 本発明を適用した液晶表示素子における遮光層の構成を説明するための断面図である。 本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、透明基板が形成される工程を説明するための斜視図である。 本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、透明基板上に透明電極及び複数の遮光層が形成されたことを示す斜視図である。 本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、駆動回路基板が形成される工程を説明するための斜視図である。 本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、駆動回路基板上に駆動回路が形成されたことを示す斜視図である。 本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、駆動回路基板上に駆動回路及び反射画素電極が形成されたことを示す斜視図である。 本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、駆動回路基板上に各液晶表示素子に対応したシール材が形成されたことを示す斜視図である。 本発明を適用した液晶表示素子の製造方法において、透明基板及び駆動回路基板を接合一体化する工程を示す斜視図である。 本発明を適用した液晶表示素子の他の構成を示す断面図である。 従来の液晶表示素子の構成を示す断面図である。 従来の液晶表示素子の他の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 反射型液晶プロジェクタ、２ ランプ、３ ダイクロイック色分離フィルタ、４ ダイクロイックミラー、５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ Ｒ，Ｇ，Ｂライトバルブ、６ 合成プリズム、７ 投射レンズ、１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ Ｒ，Ｇ，Ｂ偏光ビームスプリッタ、２０ 液晶表示素子、２２ 透明基板、２３ 駆動回路基板、２４ 液晶層、２５ シール材、２６ 透明電極、２９ スイッチング駆動回路、３２ 表示領域、３５ 反射画素電極、３７ 遮光層、３８ 反射防止膜、

Claims (10)

1. 透明電極が一主面上に形成された透明基板と、
   上記透明基板と対向して配置され、上記透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の駆動回路及び反射画素電極が形成された駆動回路基板と、
   上記反射画素電極の周囲に設けられ、上記透明基板と上記駆動回路基板との間を封止するシール材と、
   上記シール材により封止された上記透明基板と上記駆動回路基板との間に液晶が封入されてなる液晶層と、
   上記透明基板の上記透明電極が形成された主面上又は上記透明電極が形成された主面とは反対側の主面上に、上記複数の反射画素電極により形成される表示領域の外側の領域を覆う遮光層とを備える液晶表示素子。
2. 上記遮光層は、上記表示領域と上記シール材が形成された領域との間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 上記表示領域と上記シール材が形成された領域との間の距離が０．７ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
4. 上記透明基板の上記透明電極が形成された主面と反対側の主面とを覆う反射防止膜を備えることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
5. 上記遮光層は、フォトリソグラフ技術により上記透明基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
6. 一主面上に透明電極を形成し、上記透明電極が形成された主面又は上記透明電極が形成された主面と反対側の主面に、各液晶表示素子に対応した複数の遮光層を各素子の表示領域の外側の領域を覆うように形成した透明基板を作製する透明基板作製工程と、
   一主面上に各液晶表示素子の表示領域における各画素に対応した複数の駆動回路及び複数の反射画素電極を形成し、上記複数の反射画素電極により形成される表示領域の外側の領域を囲むように各液晶表示素子に対応した複数のシール材を形成した駆動回路基板を作製する駆動回路基板作製工程と、
   上記透明基板の透明電極が形成された主面と上記駆動回路基板の反射画素電極が形成された主面とを互いに対向させながら、上記表示領域と上記シール材が形成された領域との間の領域に上記透明基板の遮光層が位置するように、上記透明基板と上記駆動回路基板とを上記シール材により接合一体化する接合工程と、
   上記接合工程において接合一体化された透明基板及び駆動回路基板を各液晶表示素子毎に切断して、分割する分割工程と、
   上記分割工程において分割された各液晶表示素子の上記透明基板と上記駆動回路基板との間に液晶を注入する液晶注入工程とを有する液晶表示素子の製造方法。
7. 上記透明基板作製工程において、上記透明電極が形成された主面と反対側の主面とを覆う反射防止膜を形成することを特徴とする請求項６記載の液晶表示素子の製造方法。
8. 上記接合工程において、上記透明基板に形成された上記遮光層を基準にし、上記駆動回路基板に形成された上記表示領域の位置を決めることを特徴とする請求項６記載の液晶表示素子の製造方法。
9. 上記透明基板作製工程において、上記透明基板に上記複数の遮光層をフォトリソグラフ技術により形成することを特徴とする請求項６記載の液晶表示素子の製造方法。
10. 光源と、
    上記光源から出射された光を複数の色光に分離する光分離手段と、
    上記光分離手段により分離された複数の色光を映像信号に応じて変調する複数の液晶表示素子と、
    上記複数の液晶表示素子で変調された色光を合成する光合成手段と、
    上記光合成手段により合成された光をスクリーンに投射する投射手段とを備え、
    上記複数の液晶表示素子は、透明電極が一主面上に形成された透明基板と、上記透明基板と対向して配置され、上記透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の反射画素電極が形成された駆動回路基板と、上記反射画素電極の周囲に設けられ上記透明基板と上記駆動回路基板との間を封止するシール材と、上記シール材により封止された上記透明基板と上記駆動回路基板との間に液晶が封入されてなる液晶層と、上記透明基板の上記透明電極が形成された主面上又は上記透明電極が形成された主面とは反対側の主面上に、上記複数の反射画素電極により形成される表示領域を囲むように形成される遮光層とを有することを特徴とする液晶表示装置。
    

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