JP3199312B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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    • G02F2203/02—Function characteristic reflective

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関す
るものであって、特にカラーフィルターを有さないマイ
クロレンズ付液晶表示素子いわゆる単板式フルカラー液
晶表示パネルからなる液晶表示装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】今日、世の中はマルチメディア時代に入
り、画像情報でコミュニケーションを図る機器の重要性
がますます高まりつつある。なかでも、液晶表示装置
は、薄型で消費電力が小さいため注目されており、半導
体にならぶ基幹産業にまで成長している。液晶表示装置
は、現在、１０インチサイズのノートサイズのパソコン
に主に使用されている。そして、将来は、パソコンのみ
でなく、ワークステーションや家庭用のテレビとして、
さらに画面サイズの大きい液晶表示装置が使用されると
考えられる。しかし、画面サイズの大型化にともない、
製造装置が高価になるばかりでなく、大画面を駆動する
ためには、電気的に厳しい特性が要求される。このた
め、画面サイズの大型化とともに、製造コストがサイズ
の２〜３乗に比例するなど急激に増加する。
【０００３】そこで、最近、小型の液晶表示パネルを作
製し、光学的に液晶画像を拡大して表示するプロジェク
ション（投影）方式が注目されている。これは、半導体
の微細化にともない、性能やコストが良くなるスケーリ
ング則と同様に、サイズを小さくして、特性を向上さ
せ、同時に、低コスト化も図ることができるからであ
る。これらの点から、液晶表示パネルをＴＦＴ型とした
とき、小型で十分な駆動力を有するＴＦＴが要求され、
ＴＦＴもアモルファスＳｉを用いたものから多結晶Ｓｉ
を用いたものに移行しつつある。通常のテレビに使われ
るＮＴＳＣ規格などの解像度レベルの映像信号は、あま
り高速の処理を必要としない。
【０００４】このため、ＴＦＴのみでなく、シフトレジ
スタもしくはデコーダといった周辺駆動回路まで多結晶
Ｓｉで製造して、表示領域と周辺駆動回路が一体構造に
なった液晶表示装置ができる。しかし、多結晶Ｓｉで
も、単結晶Ｓｉにはおよばず、ＮＴＳＣ規格より解像度
レベルの大きい高品位テレビや、コンピュータの解像度
規格でいうＸＧＡ（eXtended Graphics Array）、ＳＸ
ＧＡ（Super eXtended Graphics Array）クラスの表示
を実現しようとすると、シフトレジスタなどは複数に分
割配置せざるを得ない。この場合、分割のつなぎ目に相
当する表示領域にゴーストと呼ばれるノイズが発生し、
その問題を解決する対策がこの分野では望まれている。
【０００５】また一方、多結晶Ｓｉの一体構造の表示装
置より、駆動力が極めて高い単結晶Ｓｉ基板を用いる表
示装置も注目を集めている。この場合、周辺駆動回路の
トランジスタの駆動力は申し分ないので、上述したよう
な分割駆動をする必要はない。このため、ノイズなどの
問題は解決できる。
【０００６】又、マイクロレンズ付液晶パネルとそれを
用いた投写型液晶表示装置については既に特開平８−１
１４７８０号公報等に開示されている。この場合のマイ
クロレンズ付液晶パネルとしては透過型のものを使うの
が一般的であり、その構成は図１３に示したように構成
されていた。つまり、ＲＧＢの各原色照明光をそれぞれ
異なる角度から該液晶パネルに当て、マイクロレンズ１
３１６の集光作用により各色光がそれぞれ異なる画素１
３１８に当たるようにし、カラーフィルターを不要とす
ると共に高い光利用率を可能にしていた。このような投
写型表示装置はＲ，Ｇ，Ｂ各色を１枚の液晶パネルで構
成する単板結晶パネルにても、明るいフルカラー映像を
投写表示することが可能であり、徐々に市場にも出始め
ている。
【０００７】一方、液晶表示装置に用いられる液晶パネ
ルの液晶の動作モードについては様々な試みが為され、
強誘電液晶を用いたモードや比較的多く使用されている
ネマティック液晶を用いたＴＮモード、ＳＴＮモード、
ＩＰＳ（In-Plain-Switching）モード、高分子分散型液
晶モード、さらには液晶セルの複屈折を電場印加で制御
する複屈折制御型（ＥＣＢ）モードがある。ＥＣＢモー
ドにおいても３種類の方式が存在するが、その中でもＤ
ＡＰ（デフォメーション オブ バーティカルアライン
ド フェーズ）型は負の誘電異方性を持つネマティック
液晶を用いる。即ち初期状態で垂直配向（ホメオトロピ
ク配向）であって、電圧を印加するに従い液晶分子を倒
していき、複屈折効果で入射直線偏光が、楕円偏光に変
化し、階調表示を行うことができる。この方式では、電
圧−反射率特性が急峻で、直交した偏光板を使用するこ
とにより、ノーマリーブラックモードで黒が出やすいた
め、高コントラストの液晶表示が実現できる。
【０００８】ＤＡＰモードの液晶表示装置を用いるにあ
たっては、初期の段階で、液晶分子の長軸方向を均一
に、基板に垂直に配向させる事が重要で有り、さらには
そのプレチルト角の大きさ、方向を如何に均一に、安定
に制御することが液晶表示装置としての性能である、高
コントラスト、及び面内均一性を高める事となる。この
ような垂直配向を実現する方法としては、例えばレシチ
ンや有機シラン等の両親媒性の界面剤の塗布が知られて
いる（液晶−応用編、岡野光治・小林駿介共著、培風
館、ｐ．６１）。
【０００９】また、液晶分子を配向膜面に対し１〜５度
程度の仰角とするプレチルト角を制御する方法として
は、様々な斜方蒸着法や、ラビング法が一般的で、近年
は垂直配向膜に紫外線照射で配向を制御する方法も報告
されている。この中でラビング法は量産性や経済性に優
れており、実用化が進んでいる技術である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、垂直配
向膜の課題として濡れ性がよくなく安定して均一な膜
厚、膜質の形成が難しく、配向の制御性を信頼性よくす
ることが難しい。特に配向膜の接する下地段差部での配
向膜の密着性の弱さに起因する配向性の擾乱は表示特性
を大きく劣化させる。特にプレチルト制御でラビングを
かけた時の問題は深刻である。
【００１１】さらに、マイクロレンズ付液晶パネルにお
いては、例えば上述した従来例（図１３）ではその投写
表示画像はＲＧＢの各画素１８がスクリーン上に拡大投
影されたものとなるため、図１４に示したようにＲＧＢ
のモザイク構造が目立ってしまい、これが表示画像の品
位を著しく低下してしまうという欠点を有していた。
【００１２】そこで、本発明は単板式投写型液晶表示装
置において、このようなモザイクの無い同画素混色され
たフルカラー投影像の表示を可能にすることを目的と
し、かつ、安定した配向特性を持つポリイミド垂直配向
膜を有するＤＡＰ型の高コントラスト液晶表示装置を提
供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明ではカラーフィルターレス反射型液晶パネル
でのＲＧＢの各基本画素の配列において、第１の方向と
これと異なる第２の方向にこれら３原色画素のうちそれ
ぞれ異なる２色の組み合わせの色画素が交互に並ぶよう
に配列するとともに、該画素配列に対して２画素ピッチ
になるように２次元マイクロレンズアレイを備え、さら
にＲＧＢのうち第１の原色画素を該マイクロレンズの中
心部に対応した位置に、第２の原色画素を該各マイクロ
レンズの並びの上記第１の方向に隣り合う境界部に対応
した位置に、第３の原色画素を該各マイクロレンズの並
びの上記第２の方向に隣り合う境界部に対応した位置に
それぞれ設けると共に、該反射型液晶パネルに対して垂
直方向から第１の原色光を入射させ、この垂直方向に対
して第２の原色光を上記第１の方向に傾けて入射させ、
この垂直方向に対して第３の原色光を上記第２の方向に
傾けて入射させて当該液晶パネルを照明するように構成
している。
【００１４】このような構成においては、第１の原色画
素にマイクロレンズを通して入射した第１の原色光は反
射され再び同じ光路を戻るが、第２、第３の原色画素で
は斜めからあるマイクロレンズ通して入射する第２、第
３の各原色光が該マイクロレンズ境界部に位置する該画
素により反射され、その隣のマイクロレンズから該原色
光が出射するように上記照明系が設定されている。それ
とともに、各マイクロレンズ位置に対して各絵素を構成
する各１組のＲＧＢ画素の組み合わせを次のように選択
すると良い。つまり第２、第３の原色画素の各々におい
て第１の原色画素に隣接する２つの画素のうち、照明光
が入射してくる方向に位置する画素同士を、前述の第１
の原色画素と組み合わせれば各１組のＲＧＢ画素からの
各原色反射光は液晶による変調を受けた後、同一のマイ
クロレンズを通じて出射するようにする。
【００１５】そこで、レンズ等の投影手段により該液晶
パネルにおける特にこのマイクロレンズ位置をスクリー
ンに投影結像すると、巨視的には該液晶パネルの変調に
よる画像が投影されるが、微視的には各画素からのＲＧ
Ｂ画素像を１つに重ねて混色した状態で投影することが
可能になる。
【００１６】さらに、上記アクティブマトリクス基板の
表面を平坦化することにより、垂直配向膜を安定に形成
し、高コントラストの液晶表示装置が可能となる。
【００１７】さらに、垂直配向膜を多層にし、下地金属
電極に対し、密着性が高く濡れ性の高い層で形成し、一
方液晶に接する最表面層が表面エネルギーを小さくする
ことで、信頼性が高く膜はがれの少ない、かつ液晶の配
向においては垂直でかつプレチルトの角度も均一なＤＡ
Ｐモードの液晶パネルを形成することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】［実施形態１］図１に本発明の液
晶表示装置を用いた前面及び背面投写型液晶表示装置光
学系の構成図を示す。本図はその上面図を表す図１
（ａ）、正面図を表す図１（ｂ）、側面図を表す図１
（ｃ）から成っている。同図において、１３０１はスク
リーンに投射する投影レンズ、１３０２はマイクロレン
ズ付液晶パネル、１３０３は偏光ビームスプリッター
（ＰＢＳ）、１３４０はＲ（赤色光）反射ダイクロイッ
クミラー、１３４１はＢ／Ｇ（青色＆緑色光）反射ダイ
クロイックミラー、１３４２はＢ（青色光）反射ダイク
ロイックミラー、１３４３は全色光を反射する高反射ミ
ラー、１３５０はフレネルレンズ、１３５１は凸レン
ズ、１３０６はロッド型インテグレーター、１３０７は
楕円リフレクター、１３０８はメタルハライド、ＵＨＰ
等のアークランプである。
【００１９】ここで、Ｒ（赤色光）反射ダイクロイック
ミラー１３４０、Ｂ／Ｇ（青色＆緑色光）反射ダイクロ
イックミラー１３４１、Ｂ（青色光）反射ダイクロイッ
クミラー１３４２はそれぞれ図２に示したような分光反
射特性を有している。そしてこれらのダイクロイックミ
ラーは高反射ミラー１３４３とともに、図３の斜視図に
示したように３次元的に配置されており、後述するよう
に白色照明光をＲＧＢに色分解するとともに、液晶パネ
ル１３０２に対して各原色光が、３次元的に異なる方向
から該液晶パネル１３０２を照明するようにしている。
【００２０】ここで、光束の進行過程に従って説明する
と、まず光源のランプ１３０８からの出射光束は白色光
であり、楕円リフレクター１３０７によりその前方のイ
ンテグレータ１３０６の入り口に集光され、このインテ
グレーター１３０６内を反射を繰り返しながら進行する
につれて光束の空間的強度分布が均一化される。そして
インテグレーター１３０６を出射した光束は凸レンズ１
３５１とフレネルレンズ１３５０とにより、ｘ軸−方向
（図１（ｂ）の正面図基準）に平行光束化され、まずＢ
反射ダイクロイックミラー１３４２に至る。このＢ反射
ダイクロイックミラー１３４２ではＢ光（青色光）のみ
が反射され、ｚ軸−方向つまり下側（図１（ｂ）の正面
図基準）にｚ軸に対して所定の角度でＲ反射ダイクロイ
ックミラー１３４０に向かう。
【００２１】一方、Ｂ光以外の色光（Ｒ／Ｇ光）はこの
Ｂ反射ダイクロイックミラー１３４２を通過し、高反射
ミラー１３４３により直角にｚ軸−方向（下側）に反射
され、やはりＲ反射ダイクロイックミラー１３４０に向
かう。ここで、Ｂ反射ダイクロイックミラー１３４２と
高反射ミラー１３４３は共に図１（ａ）の正面図を基に
して言えば、インテグレーター１３０６からの光束（ｘ
軸−方向）をｚ軸−方向（下側）に反射するように配置
しており、高反射ミラー１３４３はｙ軸方向を回転軸に
ｘ−ｙ平面に対して丁度４５°の傾きとなっている。そ
れに対してＢ反射ダイクロイックミラー１３４２はやは
りｙ軸方向を回転軸にｘ−ｙ平面に対して、この４５°
よりも浅い角度に設定されている。
【００２２】従って、高反射ミラー１３４３で反射され
たＲ／Ｇ光はｚ軸−方向に直角に反射されるのに対し
て、Ｂ反射ダイクロイックミラー１３４２で反射された
Ｂ光はｚ軸に対して所定の角度（ｘ−ｚ面内チルト）で
下方向に向かう。ここで、Ｂ光とＲ／Ｇ光の液晶パネル
１３０２上の照明範囲を一致させるため、各色光の主光
線は液晶パネル１３０２上で交差するように、高反射ミ
ラー１３４３とＢ反射ダイクロイックミラー１３４２の
シフト量およびチルト量が選択されている。
【００２３】次に、前述のように下方向（ｚ軸−方向）
に向かったＲ／Ｇ／Ｂ光はＲ反射ダイクロイックミラー
１３４０とＢ／Ｇ反射ダイクロイックミラー１３４１に
向かうが、これらはＢ反射ダイクロイックミラー１３４
２と高反射ミラー１３４３の下側に位置し、まず、Ｂ／
Ｇ反射ダイクロイックミラー１３４１はｘ軸を回転軸に
ｘ−ｚ面に対して４５°傾いて配置されており、Ｒ反射
ダイクロイックミラー１３４０はやはりｘ軸方向を回転
軸にｘ−ｚ平面に対してこの４５°よりも浅い角度に設
定されている。
【００２４】従って、これらに入射するＲ／Ｇ／Ｂ光の
うち、まずＢ／Ｇ光はＲ反射ダイクロイックミラー１３
４０を通過して、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー１３
４１により直角にｙ軸＋方向に反射され、ＰＢＳ１３０
３を通じて偏光化された後、ｘ−ｚ面に水平に配置され
た液晶パネル１３０２を照明する。このうちＢ光は前述
したように（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）、ｘ軸に対
して所定の角度（ｘ−ｚ面内チルト）で進行しているた
め、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー１３４１による反
射後は、ｙ軸に対して所定の角度（ｘ−ｙ面内チルト）
を維持し、その角度を入射角（ｘ−ｙ面方向）として該
液晶パネル１３０２を照明する。
【００２５】また、Ｇ光についてはＢ／Ｇ反射ダイクロ
イックミラー１３４１により直角に反射し、ｙ軸＋方向
に進み、ＰＢＳ１３０３を通じて偏光化された後に、入
射角０°つまり垂直に該液晶パネル１３０２を照明す
る。
【００２６】また、Ｒ光については、前述のようにＢ／
Ｇ反射ダイクロイックミラー１３４１の手前に配置され
たＲ反射ダイクロイックミラー１３４０によりＲ反射ダ
イクロイックミラー１３４０にてｙ軸＋方向に反射され
るが、図１（ｃ）（側面図）に示したようにｙ軸に対し
て所定の角度（ｙ−ｚ面内チルト）でｙ軸＋方向に進
み、ＰＢＳ１３０３を通じて偏光化された後、該液晶パ
ネル１３０２をこのｙ軸に対する角度を入射角（ｙ−ｚ
面方向）として照明する。また、前述と同様にＲＧＢ各
色光の液晶パネル１３０２上の照明範囲を一致させるた
め、各色光の主光線は液晶パネル１３０２上で交差する
ように、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー１３４１とＲ
反射ダイクロイックミラー１３４０のシフト量およびチ
ルト量が選択されている。
【００２７】さらに、図２（ａ）に示したようにＢ反射
ダイクロイックミラー１３４１のカット波長は４８０ｎ
ｍ、図２（ｂ）に示したようにＢ／Ｇ反射ダイクロイッ
クミラー１３４１のカット波長は５７０ｎｍ、図２
（ｃ）に示したようにＲ反射ダイクロイックミラー１３
４０のカット波長は６００ｎｍであるから、不要な橙色
光はＢ／Ｇ反射ダイクロイックミラー１３４１を透過し
て捨てられる。これにより最適な色バランスを得ること
ができる。
【００２８】そして後述するように液晶パネル１３０２
にて各ＲＧＢ光は反射＆偏光変調され、ＰＢＳ１３０３
に戻り、ＰＢＳ１３０３のＰＢＳ面１３０３ａにてｘ軸
＋方向に反射する光束が画像光となり、投影レンズ１３
０１を通じて、スクリーン（不図示）に拡大投影され
る。ところで、該液晶パネル１３０２を照明する各ＲＧ
Ｂ光は入射角が異なるため、そこから反射されてくる各
ＲＧＢ光もその出射角を異にしているが、投影レンズ１
３０１としてはこれらを全て取り込むに十分な大きさの
レンズ径及び開口のものを用いている。ただし、投影レ
ンズ１３０１に入射する光束の傾きは、各色光がマイク
ロレンズを２回通過することにより平行化され、液晶パ
ネル１３０２への入射光の傾きを維持している。
【００２９】ところが、図１３に示したように従来例の
透過型では、液晶パネルを出射した光束はマイクロレン
ズの集光作用分も加わってより大きく広がってしまうの
で、この光束を取り込むための投影レンズはさらに大き
な開口数が求められ、高価なレンズとなっていた。しか
し、本例では液晶パネル２からの光束の広がりはこのよ
うに比較的小さくなるので、より小さな開口数の投影レ
ンズでもスクリーン上で十分に明るい投影画像を得るこ
とができ、より安価な投影レンズを用いることが可能に
なる。また、図１４に示す縦方向に同一色が並ぶストラ
イプタイプの表示方式の例を本実施形態に用いることも
可能であるが、後述するように、マイクロレンズを用い
た液晶パネルの場合は好ましくない。
【００３０】次に、ここで用いる本発明液晶パネル１３
０２について説明する。図４に該液晶パネル１３０２の
拡大断面模式図（図１のｙ−ｚ面に対応）を示す。図に
おいて、１３２１はマイクロレンズ基板、１３２２はマ
イクロレンズ、１３２３はシートガラス、１３２４は透
明対向電極、１３２５はＤＡＰ型液晶層、１３２６は画
素電極、１３２７はアクティブマトリックス駆動回路
部、１３２８はシリコン半導体基板である。また、１２
５２は周辺シール部である。ここで、本実施形態では、
Ｒ，Ｇ，Ｂ画素が、１パネルに集約されており、１画素
のサイズは小さくなる。従って、開口率を上げることの
重要性が大きく、集光された光の範囲には、反射電極が
存在している。マイクロレンズ１３２２は、いわゆるイ
オン交換法によりガラス基板（アルカリ系ガラス）１３
２１の表面上に形成されており、画素電極１３２６のピ
ッチの倍のピッチで２次元的アレイ構造を成している。
【００３１】また、液晶層１３２５は反射型に適応した
いわゆるＤＡＰモードのネマチック液晶を採用してお
り、不図示の配向層により所定の配向が維持されている
（このことは後述する）。画素電極１３２６はＡｌから
成り、反射鏡を兼ねており、表面性を良くして反射率を
向上させるため、パターニング後の最終工程でいわゆる
ＣＭＰ処理を施している（詳しくは後述する）。
【００３２】アクティブマトリックス駆動回路部１３２
７はいわゆるシリコン半導体基板１３２８上に設けられ
た半導体回路であり、上記画素電極１３２６をアクティ
ブマトリックス駆動するものであり、該回路マトリック
スの周辺部には、不図示のゲート線ドライバー（垂直レ
ジスター等）や信号線ドライバー（水平レジスター等）
が設けられている（詳しくは後述する）。これらの周辺
ドライバーおよびアクティブマトリックス駆動回路はＲ
ＧＢの各原色映像信号を所定の各ＲＧＢ画素に書き込む
ように構成されており、該各画素電極１３２６はカラー
フィルターは有さないものの、前記アクティブマトリッ
クス駆動回路にて書き込まれる原色映像信号により各Ｒ
ＧＢ画素として区別され、後述する所定のＲＧＢ画素配
列を形成している。
【００３３】ここで、液晶パネル１３０２に対して照明
するＧ光について見てみると、前述したようにＧ光はＰ
ＢＳ１３０３により偏光化されたのち該液晶パネル１３
０２に対して垂直に入射する。この光線のうち１つのマ
イクロレンズ１３２２ａに入射する光線例を図中の矢印
Ｇ（ｉｎ／ｏｕｔ）に示す。ここに図示されたように該
Ｇ光線はマイクロレンズ１３２２により集光され、Ｇ画
素電極１３２６ｇ上を照明する。そしてＡｌより成る該
画素電極１３２６ｇにより反射され、再び同じマイクロ
レンズ１３２２ａを通じてパネル外に出射していく。こ
のように液晶層１３２５を往復通過する際、該Ｇ光線
（偏光）は画素電極１３２６ｇに印加される信号電圧に
より対向電極１３２４との間に形成される電界による液
晶の動作により変調を受けて、該液晶パネルを出射し、
ＰＢＳ１３０３に戻る。
【００３４】ここで、その変調度合いによりＰＢＳ面１
３０３ａにて反射され、投影レンズ１３０１に向かう光
量が変化し、各画素のいわゆる濃淡階調表示がなされる
ことになる。一方、上述したように図４中、断面（ｙ−
ｚ面）内の斜め方向から入射してくるＲ光については、
やはりＰＢＳ１３０３により偏光されたのち、例えばマ
イクロレンズ１３２２ｂに入射するＲ光線に注目する
と、図中の矢印Ｒ（ｉｎ）で示したように、該マイクロ
レンズ１３２２ｂにより集光され、その真下よりも左側
にシフトした位置にあるＲ画素電極１３２６ｒ上を照明
する。そして該画素電極１３２６ｒにより反射され、図
示したように今度は隣（−ｚ方向）のマイクロレンズ１
３２２ａを通じて、パネル外に出射していく（Ｒ（ｏｕ
ｔ））。
【００３５】この際、該Ｒ光線（偏光）はやはり画素電
極１３２６ｒに印加される信号電圧により対向電極１３
２４との間に形成される画像信号に応じた電界による液
晶の動作により変調を受けて、該液晶パネルを出射し、
ＰＢＳ１３０３に戻る。そして、その後のプロセスは前
述のＧ光の場合と全く同じように、画像光を投影レンズ
１３０１から投影される。ところで、図１９の描写では
画素電極１３２６ｇ上と画素電極１３２６ｒ上の各Ｇ光
とＲ光の色光が１部重なり干渉しているようになってい
るが、これは模式的に液晶層の厚さを拡大誇張して描い
ているためであり、実際には該液晶層の厚さは１〜５μ
であり、シートガラス１３２３の５０〜１００μに比べ
て非常に薄く、画素サイズに関係なくこのような干渉は
起こらない。
【００３６】次に、図５に本例での色分解・色合成の原
理説明図を示す。ここで、図５（ａ）は液晶パネル１３
０２の上面模式図、図５（ｂ）、図５（ｃ）はそれぞれ
該液晶パネル上面模式図に対するＡ−Ａ′（ｘ方向）断
面模式図、Ｂ−Ｂ′（ｚ方向）断面模式図である。ここ
で、マイクロレンズ１３２２は、図２６（ａ）の一点鎖
線に示すように、Ｇ光を中心として両隣接する２色画素
の半分ずつに対して１個が対応し、３画素に対応してい
る。このうち、図５（ｃ）はｙ−ｚ断面を表す上記図４
に対応するものであり、各マイクロレンズ１３２２に入
射するＧ光とＲ光の入出射の様子を表している。これか
ら判るように各Ｇ画素電極は各マイクロレンズの中心の
真下に配置され、各Ｒ画素電極は各マイクロレンズ間境
界の真下に配置されている。従ってＲ光の入射角はその
ｔａｎθが画素ピッチ（Ｂ＆Ｒ画素）とマイクロレンズ
・画素電極間距離の比に等しくなるように設定するのが
好ましい。
【００３７】一方、図５（ｂ）は該液晶パネル１３０２
のｘ−ｙ断面に対応するものである。このｘ−ｙ断面に
ついては、Ｂ画素電極とＧ画素電極とが図５（ｃ）と同
様に交互に配置されており、やはり各Ｇ画素電極は各マ
イクロレンズ中心の真下に配置され、各Ｂ画素電極は各
マイクロレンズ間境界の真下に配置されている。
【００３８】ところで、該液晶パネルを照明するＢ光に
ついては、前述したようにＰＢＳ１３０３による偏光化
後、図１中断面（ｘ−ｙ面）の斜め方向から入射してく
るため、Ｒ光の場合と全く同様に、各マイクロレンズ１
３２２から入射したＢ光線は、図示したようにＢ画素電
極１３２６ｂにより反射され、入射したマイクロレンズ
１３２２に対して、ｘ方向に隣り合うマイクロレンズ１
３２２から出射する。Ｂ画素電極１３２６ｂ上の液晶に
よる変調や液晶パネルからのＢ出射光の投影について
は、前述のＧ光およびＲ光と同様である。
【００３９】また、各Ｂ画素電極１３２６ｂは各マイク
ロレンズ間境界の真下に配置されており、Ｂ光の液晶パ
ネルに対する入射角についても、Ｒ光と同様にそのｔａ
ｎθが画素ピッチ（Ｇ＆Ｂ画素）とマイクロレンズ・画
素電極間距離の比に等しくなるように設定するのが好ま
しい。ところで、本例液晶パネルでは以上述べたように
各ＲＧＢ画素の並びがｚ方向に対してはＲＧＲＧＲＧ…
の並びに、ｘ方向に対してはＢＧＢＧＢＧ…の並びとな
っているが、図５（ａ）はその平面的な並びを示してい
る。このように各画素サイズは縦横共にマイクロレンズ
の約半分になっており、画素ピッチはｘ−ｚ両方向とも
にマイクロレンズのそれの半分になっている。また、Ｇ
画素は平面的にもマイクロレンズ中心の真下に位置し、
Ｒ画素はｚ方向のＧ画素間かつマイクロレンズ境界に位
置し、Ｂ画素はｘ方向のＧ画素間かつマイクロレンズ境
界に位置している。また、１つのマイクロレンズ単位の
形状は矩形（画素の２倍サイズ）となっている。
【００４０】図６に本液晶パネルの部分拡大上面図を示
す。ここで図中の破線格子１３２９は１つの絵素を構成
するＲＧＢ画素のまとまりを示している。つまり、図４
のアクティブマトリックス駆動回路部１３２７により各
ＲＧＢ画素が駆動される際、破線格子１３２９で示され
るＲＧＢ画素ユニットは同一画素位置に対応したＲＧＢ
映像信号にて駆動される。
【００４１】ここで、Ｒ画素電極１３２６ｒ、Ｇ画素電
極１３２６ｇ、Ｂ画素電極１３２６ｂから成る１つの絵
素に注目してみると、まずＲ画素電極１３２６ｒは矢印
ｒ１で示されるようにマイクロレンズ１３２２ｂから前
述したように斜めに入射するＲ光で照明され、そのＲ反
射光は矢印ｒ−２で示すようにマイクロレンズ１３２２
ａを通じて出射する。Ｂ画素電極１３２６ｂは矢印ｂ１
で示されるようにマイクロレンズ１３２２ｃから前述し
たように斜めに入射するＢ光で照明され、そのＢ反射光
は矢印ｂ２で示すようにやはりマイクロレンズ１３２２
ａを通じて出射する。またＧ画素電極１３２６ｇは正面
後面矢印ｇ１２で示されるように、マイクロレンズ１３
２２ａから前述したように垂直（紙面奥へ向かう方向）
に入射するＧ光で照明され、そのＧ反射光は同じマイク
ロレンズ１３２２ａを通じて垂直に（紙面手前に出てく
る方向に）出射する。
【００４２】このように、本液晶パネルにおいては、１
つの絵素を構成するＲ，Ｇ，Ｂ画素ユニットについて、
各原色照明光の入射照明位置は異なるものの、それらの
出射については、同じマイクロレンズ（この場合は１３
２２ａ）から行われる。そしてこのことはその他の全て
の絵素（Ｒ，Ｇ，Ｂ画素ユニット）についても成り立っ
ている。
【００４３】従って、図７に示すように本液晶パネルか
らの全出射光をＰＢＳ１３０３および投影レンズ１３０
１を通じて、スクリーン１３０９に投写するに際して、
液晶パネル１３０２内のマイクロレンズ１３２２の位置
がスクリーン１３０９上に結像投影されるように光学調
整すると、その投影画像は図９に示すようなマイクロレ
ンズの格子内に各絵素を構成する該Ｒ，Ｇ，Ｂ画素ユニ
ットからの出射光が混色した状態つまり同画素混色した
状態の絵素を構成単位としたものとなる。そして、前述
した図１４による従来例のようないわゆるＲＧＢモザイ
クが無い、質感の高い良好なカラー画像表示が可能とな
る。
【００４４】つぎに、図４に示すように、アクティブマ
トリックス駆動回路部１３２７は各画素電極１３２６の
下に存在するため、図４の回路断面図上では絵素を構成
する各Ｒ，Ｇ，Ｂ画素は単純に横並びに描かれている
が、各画素ＦＥＴのドレインは、図２０に示したような
２次元的配列の各Ｒ，Ｇ，Ｂ画素電極２２６に接続して
いる。
【００４５】ところで、本投写型液晶表示装置の駆動回
路系についてその全体ブロック図を図８に示す。ここ
で、１３１０はパネルドライバーであり、Ｒ，Ｇ，Ｂ映
像信号を極性反転し、かつ所定の電圧増幅をした液晶駆
動信号を形成するとともに、対向電極１３２４の駆動信
号、各種タイミング信号等を形成している。１３１２は
インターフェースであり、各種映像及び制御伝送信号を
標準映像信号等にデコードしている。
【００４６】また、１３１１はデコーダーであり、イン
ターフェース１３１２からの標準映像信号をＲＧＢ原色
映像信号及び同期信号に、即ち液晶パネル１３０２に対
応した画像信号にデコード・変換している。１３１４は
バラストである点灯回路であり、楕円リフレクター１３
０７内のアークランプ１３０８を駆動点灯する。１３１
５は電源回路であり、各回路ブロックに対して電源を供
給している。１３１３は不図示の操作部を内在したコン
トローラーであり、上記各回路ブロックを総合的にコン
トロールするものである。このように本投写型液晶表示
装置は、その駆動回路系は単板式プロジェクターとして
は、ごく一般的なものであり、特に駆動回路系に負担を
掛けることなく、前述したようなＲＧＢモザイクの無い
良好な質感のカラー画像を表示することができるもので
ある。
【００４７】ところで、図１０に本実施形態における液
晶パネルの別形態の部分拡大上面図を示す。ここではマ
イクロレンズ１３２２の中心真下位置にＢ画素電極１３
２６ｂを配列し、それに対し左右方向にＧ画素１３２６
ｇが交互に並ぶように、上下方向にＲ画素１３２６ｒが
交互に並ぶように配列している。このように配列して
も、絵素を構成するＲＧＢ画素ユニットからの反射光が
１つの共通マイクロレンズから出射するように、Ｂ光を
垂直入射、Ｒ／Ｇ光を斜め入射（同角度異方向）とする
ことにより、前例と全く同様な効果を得ることができ
る。また、さらにマイクロレンズ１３２２の中心真下位
置にＲ画素を配列しその他の色画素を左右または上下方
向にＲ画素に対してＧ，Ｂ画素を交互に並ぶようにして
も良い。
【００４８】次に、前述した各画素電極１３２６および
それをアクティブ駆動するシリコン半導体基板１３２８
上に設けられたアクティブマトリクス駆動回路部１３２
７について詳述する。
【００４９】［実施形態２］本発明の第２の実施形態に
ついて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１１は本
発明に用いた下地基板の説明図である。本基板２０１
は、ｐ型半導体からなり、動作時には、基板は最低電位
（通常は、接地電位）であり、ｎ型ウェルは、表示領域
の場合画素に印加する電圧がかかる。一方、周辺回路の
ロジック部は、ロジック駆動電圧がかかる。この構造に
より、それぞれ電圧に応じた最適なデバイスを構成で
き、チップサイズの縮小のみならず、駆動スピードの向
上による高画素表示が実現可能になる。
【００５０】図１１において、２０１は半導体基板、２
０２はＬＯＣＯＳ等のフィールド酸化膜、２０３はそれ
ぞれｐ型及びｎ型ウェル、２０５はゲート領域、２０７
はドレイン又はソース領域、２１０はデータ配線につな
がるソース電極、２１８は画素電極につながるドレイン
電極、２１３は反射電極ともなる画素電極である。
【００５１】また、２２０は表示領域、周辺領域を覆う
遮光層であり、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ等が適してい
る。図１１からわかるように上記遮光層２２０は、表示
領域では画素電極２１３とソース電極２１０との接続部
を除いて覆っているが、周辺画素領域では一部ビデオ
線、クロック線等、配線容量が重くなる領域では上記遮
光層２２０を除き、上記遮光層２２０が除かれた部分は
照明光の光が混入し、回路の誤動作を起こす場合は、画
素電極層を覆う設計になっており、高速信号が転送可能
な工夫が試されている。
【００５２】さらに、２０８は遮光層２２０下部の絶縁
層であり、Ｐ−ＳｉＯ層上にＳＯＧにより平坦化処理を
施し、その層をさらにＰ−ＳｉＯ層でカバーし、絶縁層
２０８の安定性を確保した。ＳＯＧによる平坦化以外
に、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を形成し、さらにＰ−ＳｉＯをカバ
ーした後、絶縁層をＣＭＰ処理し平坦化する方法を用い
ても良い事は言うまでもない。
【００５３】また、２２１は反射電極２１３と遮光層２
２０との間に設けられた絶縁層で、この絶縁層を介して
反射電極の電荷保持容量となっている。大容量形成のた
めにＳｉＯ2 以外に、高誘電率のＰ−ＳｉＮ、Ｔａ2 Ｏ
5 やＳｉＯ2 との積層膜等が有効である。遮光層にＴ
ｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、Ｗ等の平坦なメタル上に設ける事に
より、５００〜５００００オングストローム程度の膜厚
が好適である。
【００５４】また、２１４はＤＡＰモードの液晶材料、
１１１０，１１１１は垂直配向膜、２１５は共通透明電
極、２１６は共通電極基板（対向基板）、２１７は高濃
度不純物領域、２１９は表示領域、２２２は周辺領域、
１１１２はマイクロレンズである。１１１３はシートガ
ラスである。
【００５５】図１１では、トランジスタ下部に形成され
たウェル２０３と同一極性の高濃度不純物層２１７は、
ウェル２０３の周辺部及び内部に形成されており、ウェ
ル電位は低抵抗層で所望の電位に固定されている。作成
方法として図３及び図２２を参照しつつ説明する。その
アクティブマトリクス基板の製造工程及び液晶素子の断
面図を図２１、図２２に示す。以下、順を追って本実施
形態を詳細に説明する。尚、図２１、図２２には画素部
を示しているが、画素部形成工程と同時に、画素部のス
イッチングトランジスタを駆動するためのシフトレジス
タ等周辺駆動回路も同一基板上に形成することができ
る。
【００５６】不純物濃度が１０15ｃｍ-3以下であるｐ形
シリコン半導体基板２０１を部分熱酸化し、ＬＯＣＯＳ
２０２を形成し、該ＬＯＣＯＳ２０２マスクとしてボロ
ンをドーズ量１０12ｃｍ-2程度イオン注入し、不純物濃
度１０16ｃｍ-3〜１０17のｎ形不純物領域であるＰＷＬ
２０３を形成する。同様にしてリンのイオン注入でＮＷ
Ｌ領域を形成する（不図示）。この基板２０１を再度熱
酸化し、酸化膜厚１０００オングストローム以下のゲー
ト酸化膜２０４を形成する（図２１（ａ））。
【００５７】また、リンを１０20ｃｍ-3程度ドープした
ｎ形ポリシリコンからなるゲート電極２０５を形成した
後、基板２０１にリンやボロンをドーズ量１０12ｃｍ-2
程度イオン注入し、不純物濃度１０16ｃｍ-3程度のｎ形
若しくはｐ型不純物領域であるＮＬＤ２０６（若しくは
ＰＬＤ）を形成し、引き続きパターニングされたフォト
レジストをマスクとして、リン又はボロンをドーズ量１
０15ｃｍ-2程度イオン注入し、不純物濃度１０19ｃｍ-3
程度のソース、ドレイン領域２０７，２０７′を形成す
る（図２１（ｂ））。
【００５８】基板２０１全面に層間膜であるＰＳＧ２０
８を形成した。このＰＳＧ２０８はＮＳＧ（Nondope Si
licate Glass）／ＢＰＳＧ（Boro-Phospho-Silicate Gl
ass）や、ＴＥＯＳ（Tetraetoxy-Silane）で代替するこ
とも可能である。ソース、ドレイン領域２０７，２０
７′の直上のＰＳＧ２０８にコンタクトホールをパター
ニングし、スパッタリングによりＡｌを蒸着した後パタ
ーニングし、Ａｌ電極２０９を形成する（図２１
（ｃ））。このＡｌ電極２０９と、ソース、ドレイン領
域２０７，２０７′とのオーミックコンタクト特性を向
上させるために、Ｔｉ／ＴｉＮ等のバリアメタルを、Ａ
ｌ電極２０９とソース、ドレイン領域２０７，２０７′
との間に形成するのが望ましい。
【００５９】基板２０１全面にプラズマＳｉＮ２１０を
３０００オングストローム程度、続いてＰＳＧ２１１を
１００００オングストローム程度成膜する（図２１
（ｄ））。
【００６０】プラズマＳｉＮ２１０をドライエッチング
ストッパー層として、ＰＳＧ２１１を画素間の分離領域
のみを残すようにパターニングし、その後ドレイン領域
２０７′にコンタクトしているＡｌ電極２０９直上にス
ルーホール２１２をドライエッチングによりパターニン
グする（図２１（ｅ））。
【００６１】基板２０１上にスパッタリング、或いはＥ
Ｂ（Electron Beam、電子線）蒸着により、画素電極２１
３を１００００オングストローム以上成膜する（図２２
（ｆ））。この画素電極２１３としては、Ａｌ、Ｔｉ、
Ｔａ、Ｗ等の金属膜、或いはこれら金属の化合物膜を用
いる。
【００６２】画素電極形成法について以下に述べる。画
素電極２１３はまず、基板２０１全面にＴｉＮ膜をスパ
ッタ法により形成した。その上に更にＡＬもしくはＡＬ
−Ｓｉ、ＡＬ−Ｃｕ、ＡＬ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、
Ｗ、Ｍｏ等の金属膜を４００−５００℃の高温で形成す
る。特に材料に限定はされないが、反射率が高く、さら
には埋め込み性の良いものを選択することが好ましい。
その後基板を４００−５００℃まで加熱し熱処理で、リ
フローさせるとさらに流動性は高く、下地電極と画素電
極をつなぐ孔２１２を埋め込みながら形成することがで
きる。ここでＴｉＮの厚さは約２０００−３０００オン
グストローム程度の厚さが適当である。
【００６３】ついで、画素電極２１３の表面をＣＭＰに
より研磨する（図２２（ｇ））。研磨量はＰＳＧ２１１
厚を１００００オングストローム、画素電極厚をｘオン
グストロームとした場合、ｘオングストローム以上、ｘ
＋１００００オングストローム未満である。
【００６４】具体的には、ＣＭＰ装置として荏原製作所
ＥＰＯ−１１４、研磨布にはＲｏｄｅｌ社製 ＳＵＰＲ
ＥＭＥ ＲＮ−Ｈ（Ｄ５１）スラリーにＦＵＪＩＭＩ社
製ＰＬＮＥＲＬＩＴＥ５１０２を用いて行った。
【００６５】次に本実施形態による液晶プロジェクター
装置に用いられる液晶パネルの駆動法について説明す
る。図１２において、１２１，１２２は水平シフトレジ
スタ、１２３は垂直シフトレジスタ、１２４〜１２９，
１２１０，１２１１はビデオ信号用のビデオ線、１２１
２〜１２２３はビデオ信号を水平シフトレジスタからの
走査パルスに応じてサンプリングするためのサンプリン
グＭＯＳトランジスタ、１２２４〜１２３５はビデオ信
号が供給される信号線、１２３６は画素部のスイッチン
グＭＯＳトランジスタ、１２３７は画素電極と共通電極
間に挟持された液晶、１２３８は画素電極に付随する付
加容量である。１２３９，１２４０，１２４１は垂直シ
フトレジスタ３の水平走査出力用駆動線、１２４２〜１
２４５は水平シフトレジスタ１２１，１２２からの垂直
走査用の出力線である。
【００６６】本回路では、入力されたビデオ信号はサン
プリングＭＯＳトランジスタ１２１２〜１２２３を通し
て、水平シフトレジスタの垂直走査制御信号１２４２〜
１２４５により、サンプリングされる。この時垂直シフ
トレジスタの水平走査制御信号１２３９が出力状態であ
ると、画素部スイッチングＭＯＳトランジスタ１２３６
がオン動作し、サンプリングされた信号線電位が画素に
書き込まれる。
【００６７】このようにして形成した下地基板表面は基
板全面が平坦であり、図６の平面図で示される１つのマ
イクロレンズが形成される領域部分での凹凸はピークト
ウバレーで５００オングストローム以下に形成できた。
次いでこの下地基板にポリイミド垂直配向膜（日産化学
ＳＥ１２１１）をｎＢＣ（ノーマルブチルセロソル
ブ）で希釈して印刷法で印刷した。予備加熱としては８
０℃、１分でイミド化温度は１８０℃で１時間行った。
次いで直径２０μｍのレーヨンラビング布でラビングを
行った。この時の接触角から求めた表面エネルギーは３
５ｄｙｎ／ｃｍであった。ラビング後でも画素境界部や
スルーホール部でも垂直配向膜表面は均一で、膜剥がれ
は観察されなかった。
【００６８】一方、マイクロレンズアレーが形成されて
いる対向基板にはＩＴＯである透明電極を形成後、同様
の垂直配向膜を印刷法で印刷し、次いで下地基板と反平
行方向にラビングを行った。次いでそれぞれの基板を貼
り合わせ、さらに負の誘電異方性を示す液晶（メルクジ
ャパン社 ＭＬＣ−６６０９）を注入し、封止すること
により反射型表示装置に用いる液晶表示パネルを形成し
た。評価としては偏光顕微鏡による垂直配向性を確認
し、プレチルト角やコントラストを測定した。本実施形
態ではプレチルト角は４°コントラスト３００で、画素
部での不均一性は観察されず、良質な画像の液晶表示装
置が実現できた。
【００６９】一方、比較サンプルとしてマイクロレンズ
領域内に表面段差として２００オングストローム〜１μ
ｍのサンプルを作成し、同様にポリイミド垂直配向膜を
印刷した後ラビングを行った。ラビング条件は最もコン
トラストが高くなる値を用い、ローラの回転数は１００
０ｒｐｍで一定とした。
【００７０】図１５に横軸に段差、縦軸にコントラスト
を示し、垂直配向膜の膜はがれがラビング後におきたも
のに対してはｘで示す。段差が５００オングストローム
を超えると、ラビング後に垂直配向膜の膜剥がれが観察
され、それに伴いコントラスト値も低下することがわか
る。従って、段差が５００オングストローム以下である
ことが要求されることがわかる。
【００７１】［実施形態３］本発明の実施形態３につい
て説明する。図１６は第３実施形態を表す図である。図
１６において、２８は半導体基板、２７は半導体基板上
に形成されたアクティブマトリクス基板電極、２６は各
色に対応した画素電極、２１４は液晶、２４はＩＴＯ等
の対向透明電極、２３はマイクロレンズを形成するシー
トガラス、２２はマイクロレンズである。マイクロレン
ズ２２は画素電極２６の３つに対して１レンズとして形
成されている。
【００７２】図１６によれば、下地基板に関しては実施
形態１と同様であるが、垂直配向膜が２層構造となって
いる。まず第１の配向膜１５１は水平配向膜であって、
表面エネルギーとして５２ｄｙｎ／ｃｍのポリイミド水
平配向膜を用い、およそ３００オングストロームスピン
法で形成した。その上に第１層目のポリイミド水平配向
膜１５１よりも表面エネルギーの小さな第２のポリイミ
ド垂直配向膜１５２をおよそ５００オングストローム形
成し、その後ラビング法により第２のポリイミド垂直配
向膜１５２表面をラビングした。ラビング布はレーヨン
で直径２０μｍのものを使用した。ここでのポイントは
まず第１層目のポリイミド水平配向膜１５１では、濡れ
性が高く、密着性の良い水平配向膜を用い液晶と接す
る。即ち液晶の配向状態を決定する第２層目のポリイミ
ド垂直配向膜１５２としては、表面エネルギーの小さ
な、垂直配向性の強い垂直配向膜を使用することが重要
である。このような構造をとることにより、垂直配向性
を安定に制御しながら信頼性の高い垂直配向膜を形成で
きる。
【００７３】一方、マイクロレンズアレー２２が形成さ
れている対向基板２３にもＩＴＯ透明電極２４を形成
後、上記と同様に垂直配向膜１５２と水平配向膜１５１
を同様なプロセスで形成し、反平行方向にラビングを行
った。次いでそれぞれの基板を貼り合わせ、さらに負の
誘電異方性を示す液晶（メルクジャパン社 ＭＬＣ−６
６０９）を注入し、封止することにより反射型液晶表示
装置に用いる液晶表示パネルを形成した。この結果は、
プレチルト角は４°、コントラスト３００であり、良好
な特性を示した。
【００７４】［実施形態４］本発明の実施形態３につい
て説明する。図１７は第３実施形態を表す図である。図
１７において、２０１は半導体基板、２０７はウェル領
域に形成された高濃度領域のソース領域又はドレイン領
域、２２０はと遮光層、２１３は反射電極、２１４は液
晶層である。
【００７５】図１７によれば、下地基板に関しては実施
形態１と同様であるが、垂直配向膜が２層構造となって
いる。まず第１の垂直配向膜４０１は、表面エネルギー
として３６ｄｙｎ／ｃｍのポリイミド垂直配向膜（東レ
ダウコーニングシリコン社製）を用いおよそ３００オン
グストロームスピン法で形成した。その上に第１層目の
ポリイミド垂直配向膜よりも表面エネルギーの小さな第
２のポリイミド垂直配向膜４０２をおよそ２００オング
ストローム形成し、その後ラビング法により第２のポリ
イミド垂直配向膜４０２表面をラビングした。ラビング
布はレーヨンで直径２０μｍのものを使用した。ここで
のポイントはまず第１層めでは、濡れ性が高く、密着性
の良い垂直配向膜４０１を用い、液晶の配向状態を決定
する第２層としては、表面エネルギーの小さな、垂直配
向性の強い垂直配向膜４０２を使用することが重要であ
る。このような構造をとることにより、垂直配向性を安
定に制御しながら、信頼性の高い垂直配向膜を形成でき
る。
【００７６】さらに別の効果としてラビングの強さを増
すことが可能となった。ラビングの押し込み量や、ロー
ラーの回転数を増すと、部分的に第２層のポリイミド垂
直配向膜は、主に段差部で膜はがれが生じる。特にパー
ティクル（微粒子）が存在すると、その頻度は多くなる
が、完全に垂直配向膜が消失するわけでなく、第１層の
垂直配向膜が存在する。この部分の表面エネルギーは第
２層の表面エネルギーと比較してやや高いため、いく
分、他の部分と比較して配向制御の力は弱くなるが、界
面だけでなく周囲の相互作用により、大きな配向乱れは
生じないことがわかった。
【００７７】一方、マイクロレンズアレーが形成されて
いる対向基板にはＩＴＯである透明電極を形成後、同様
の垂直配向膜を印刷法で印刷し、次いで下地基板の反平
行方向にラビングを行った。次いでそれぞれの基板を貼
り合わせ、さらに負の誘電異方性を示す液晶（メルクジ
ャパン社 ＭＬＣ−６６０９）を注入し、封止すること
により反射型表示装置に用いる液晶表示パネルを形成し
た。
【００７８】実施形態１と同様にコントラストを評価す
ると、ラビングの押し込み量やローラーの回転数として
３０％以上の強さで行った場合でも、コントラスト値の
低下は観測されなかった。
【００７９】本実施形態では第１層と第２層の垂直配向
膜として異種のポリイミド垂直配向膜を示したが、次の
述べる配向膜も本発明に含まれるとする。これは、最終
形態では第１層と第２層の配向膜の構造は等しいが形成
方法が異なる例である。
【００８０】まず第１層の垂直配向膜について述べる。
ポリイミド系垂直配向膜としては日産化学社製ＳＥ１２
１１を用いた。このＳＥ１２１１に対してｎＢＣを１：
２の割合で混合させ濡れ性を向上させた膜として、下地
反射電極上に形成した。さらに第２層としてはＳＥ１２
１１のポリイミド垂直配向膜をｎＢＣとの割合２：１で
混合させ形成した。この時、ぬれ性の異なる、安定した
表面エネルギーの小さい値が得られた。
【００８１】さらには今まで、下地基板と対向基板の垂
直配向膜の構成を同じ構成で述べてきたが、特に限定さ
れないことはいうまでもなく、図１７に示すように片側
のみが多層の垂直配向膜で構成されたりした場合でも効
果は大きい。
【００８２】［実施形態５］本発明の第５の実施形態に
ついて図１８を参照しつつ説明する。本実施形態によっ
て低温Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴに用いたときのプロセスに
ついて説明する。
【００８３】まず、ガラス基板１０１をバッファー酸化
し、ついで約５０ｎｍのａ−Ｓｉを通常のＬＰＣＶＤで
４２５℃，Ｓｉ2 Ｈ6 ガスで堆積し、その後、ＫｒＦエ
キシマレーザーにより多結晶化させる。ついで１０−１
００ｎｍの酸化膜１０５を成膜し、ゲート酸化膜とし
た。ゲート電極１０６を形成後、ソースドレインはイオ
ンドーピング法で形成した。不純物の活性化は窒素雰囲
気で３００℃〜４００℃１〜３時間で行い、５００ｎｍ
の絶縁膜後にコンタクトホールのパターニングをし、つ
いで配線層１０８を形成する。例えば本実施形態ではバ
リアメタルとしてＴｉＮを用いシリコンが０．５〜２％
ドープされたＡｌ配線を用いた。画素電極１０８ａ，１
０８ｂの電極材料としては通常の半導体やＴＦＴプロセ
スで使用される材料である、他のＡｌ合金、Ｗ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏまたはこれらシリサイド等でも
構わない。適宜使用される。
【００８４】本実施形態では、低温で且つ高性能なＴＦ
Ｔが形成できるため、大面積化や低価格化ができる。こ
こでは低温Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴについて記述したが特
に限定されることはなく、イオン注入や固相成長法を用
いて高性能Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを作成し、周辺まで含
めた回路を形成しても構わないし、特に高性能Ｐｏｌｙ
−ＳｉＴＦＴに限らず、通常のＰｏｌｙ−ＳｉＴＦＴや
ａ−ＳｉＴＦＴを用いても性能は低下するが、コストは
安く本発明の骨子に反することがないのは言うまでもな
い。
【００８５】電極層をパターニング後、さらに層間絶縁
膜６０１を形成する。これは実施形態１と同様にＳＯＧ
やＴＥＯＳ、もしくはＣＭＰを用いて平坦化処理を行
う。次に遮光膜である非透過性金属６０２を形成、パタ
ーニングを行う（例えば、スパッタ法によりＴｉを堆積
させる。）。ついで容量膜としての絶縁膜１０９を、例
えば２００〜４００℃の温度でシランガスとアンモニア
ガス、またはシランガスとＮ2 Ｏの混合ガスをプラズマ
中で分解堆積して形成しその後３５０〜５００℃の温度
で水素ガス又は水素ガスと窒素ガス等の不活性ガスとの
混合ガス中で１０−２４０分間熱処理して多結晶シリコ
ンを水素化する。再びＳｉＯのような絶縁膜６０５を堆
積、パターニング及びスルーホールを開けた後に、画素
電極５０８を成膜する本実施形態では、この透明電極は
ＩＴＯを用いたが、これに限定されるものではない。そ
の後実施形態１で述べたと同様にＣＭＰにより画素電極
表面を平坦化する。このようにして形成した下地基板表
面に、次の方法により垂直配向膜を形成した。
【００８６】まず、シランカップリング剤により表面を
処理し、ついで、実施形態４の構成で垂直配向膜を形成
した。その後対向基板を貼り合わせた後、負の誘電異方
性を持つ液晶を注入し封止した。
【００８７】次に、ここで用いる本発明に係る液晶パネ
ルについて説明する。図１９に該液晶パネル２００の拡
大断面模式図（図３のｙｚ面に対応）を示す。図１９に
おいて、２１，２１′はマイクロレンズ基板、２２，２
２′はマイクロレンズ、２３，２３′はシートガラス、
２４は透明対向電極、２２５はＤＡＰ液晶層、２２６は
透明画素電極、２２７はアクティブマトリクス駆動回路
部である、４６，４７はクロスニコル関係の遮光板であ
る。
【００８８】マイクロレンズ２２，２２′はいわゆるイ
オン交換法によりガラス基板（アルカリ系ガラス）２
１，２１′の表面上に形成されており、画素電極２２６
のピッチの倍のピッチで２次元的アレイ構造を成してい
る。この各マイクロレンズ上にシートガラス２３，２
３′が接着されている。液晶層２２５はＤＡＰモードの
ネマチック液晶を採用しており、不図示の配向層により
所定の配向が維持されている。画素電極２２６はＩＴＯ
から成り、シートガラス２３上に形成されている。
【００８９】アクティブマトリクス駆動回路部２２７は
いわゆるアモルファスまたはポリシリコン薄膜をベース
としたいわゆるＴＦＴ回路であり、上記画素電極２２６
をアクティブマトリクス駆動するものであり、シートガ
ラス２３′上に形成され、図２０に示したようなレイア
ウトになっている。ここで図２０は実体的な配線図であ
り、３０１，３０２，３０３はそれぞれＢ、Ｇ、Ｒ信号
映像ライン、３１０はゲートライン、３２１〜３２３は
各Ｒ，Ｇ，Ｂ液晶画素のスイッチング用ＴＦＴ、２２６
ｒ、２２６ｇ、２２６ｂは各Ｒ、Ｇ、Ｂ透明画素電極を
表している。
【００９０】また該回路マトリクスの周辺部には不図示
のゲート線ドライバー（垂直レジスター等）や信号線ド
ライバー（水平レジスター等）が設けられている。これ
らの周辺ドライバーおよびアクティブマトリクス駆動回
路はＲ、Ｇ、Ｂの各原色映像信号を所定の各Ｒ、Ｇ、Ｂ
画素に書き込むように構成されており、該各画素電極２
２６はカラーフィルターは有さないものの、前記アクテ
ィブマトリクス駆動回路にて書き込まれる原色映像信号
により各Ｒ、Ｇ、Ｂ画素として区別され、後述する所定
のＲ、Ｇ、Ｂ画素配列を形成している。
【００９１】ここで、液晶パネル２００に対して照明す
るＧ光について見てみると、前述したようにＧ光は該液
晶パネル２００に対して垂直に入射する。この光線のう
ち１つのマイクロレンズ２２ａに入射する光線例を図１
９中の矢印Ｇ（ｉｎ）に示す。ここに図示されたように
該Ｇ光線はマイクロレンズ２２により集光されたＧ画素
電極２２６ｇ上を照明する。そして液晶層２２５を通過
したのち、今度はＴＦＴ側のマイクロレンズ２２′ａを
通じて液晶パネル外に出射していく。このように液晶層
２２５を通過する際、該Ｇ光線（偏光板４６にて偏光
化）は画素電極２２６ｇに印加される信号電圧により対
向電極２４との間に形成される電界による液晶の動作に
より変調を受けて該液晶パネルを出射する。
【００９２】ここで、その変調度合いにより偏光板４７
を通過して投影レンズ１に向かう光量が変化し、各画素
のいわゆる濃淡階調表示がなされることになる。一方、
上述したように図中断面（ｙｚ面）内の斜め方向から入
射してくるＲ光については、やはり偏光板４６により偏
光化され、例えばマイクロレンズ２２ｂに入射するＲ光
線に注目すると図中の矢印Ｒ（ｉｎ）で示したように、
該マイクロレンズ２２ｂにより集光されたその真下より
も下側にシフトした位置にあるＲ画素電極２２６ｒ上を
照明する。そして該Ｒ画素電極２２６ｒを通過し、図示
したようにやはりＴＦＴ側のマイクロレンズ２２′ａを
通じてパネル外に出射していく（Ｇ／Ｒ（ｏｕｔ））。
【００９３】この際、該Ｒ光線（偏光）はやはりＲ画素
電極２２６ｒに印加される信号電圧により対向電極２４
との間に形成される電界により液晶の動作により変調を
受けて該液晶パネルを出射する。そしてその後のプロセ
スは前述のＧ光の場合と全く同じように、画像光の１部
として投影される。
【００９４】ところで、図１９の描写ではＧ画素電極２
２６ｇ上とＲ画素電極２２６ｒ上の各Ｇ光とＲ光の色光
が１部重なり干渉しているようになっているが、これは
模式的に液晶層の厚さを拡大誇張して描いているためで
あり、実際には該液晶層の厚さは〜５μであり、シート
ガラスの５０〜１００μに比べて非常に薄く、画素サイ
ズに関係なくこのような干渉は起こらない。
【００９５】上記液晶表示装置において投射した後の画
像特性は良好であり、ＤＡＰモード特有の高コントラス
トの表示特性が得られ、面内均一性も良好であった。
【００９６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる投
写型液晶表示装置においては、マイクロレンズ付反射型
液晶パネルとそれぞれ異なる方向から各原色光を照明す
る光学系等を用いて、１つの絵素を構成する１組のＲ，
Ｇ，Ｂ画素からの液晶による変調後の反射光が同一のマ
イクロレンズを通じて出射するようにしたことにより、
ＲＧＢモザイクの無い質感の高い良好なカラー画像投写
表示が可能となる。また、各画素からの光束はマイクロ
レンズを２回通過してほぼ並行化されるので、開口数の
小さい安価な投影レンズを用いてもスクリーン上で明る
い投影画像を得ることが可能になる。
【００９７】さらに、上記アクティブマトリクス基板の
表面を平坦化することにより、垂直配向膜を安定に形成
し、高コントラストの液晶表示装置が可能となる。
【００９８】さらに、垂直配向膜を多層にし、下地金属
電極に対し密着性が高く、濡れ性の高い層で形成し、一
方液晶に接する最表面層の表面エネルギーを小さくする
ことで、信頼性が高く膜はがれの少ない、かつ液晶の配
向においては垂直でかつプレチルトの角度も均一なＤＰ
Ａモードの液晶パネルを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる投写型液晶表示装置光学系の実
施形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明に係わる投写型液晶表示装置光学系に用
いたダイクロイックミラーの分光反射特性図である。
【図３】本発明に係わる投写型液晶表示装置光学系の色
分解照明部の斜視図である。
【図４】本発明に係わる液晶パネルの第１の実施形態を
示す断面図である。
【図５】本発明に係わる液晶パネルでの色分解色合成原
理説明図である。
【図６】本発明に係わる第１実施形態液晶パネルでの部
分拡大上面図である。
【図７】本発明に係わる投写型液晶表示装置の投影光学
系を示す部分構成図である。
【図８】本発明に係わる投写型液晶表示装置の駆動回路
系を示すブロック図である。
【図９】本発明に係わる投写型液晶表示装置でのスクリ
ーン上投影像の部分拡大図である。
【図１０】本発明に係わる第１実施形態液晶パネルの別
形態の部分拡大上面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態を表す液晶パネル断面
図である。
【図１２】本発明の第１実施形態を表す液晶パネル周辺
駆動回路ブロック図である。
【図１３】従来のマイクロレンズ付透過型液晶パネルの
部分拡大断面図である。
【図１４】マイクロレンズ付透過型液晶パネルを用いた
従来の投写型液晶表示装置でのスクリーン上投影像の部
分拡大図である。
【図１５】本発明の第１実施形態を表す段差とコントラ
ストの関係を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態を表す液晶パネル断面
図である。
【図１７】本発明の第３実施形態を表す液晶パネル断面
図である。
【図１８】本発明の第４実施形態を表す下地基板断面図
である。
【図１９】本発明の第４実施形態を表す液晶パネル断面
図である。
【図２０】本発明の第４実施形態を表す液晶パネル周辺
駆動回路ブロック図である。
【図２１】液晶表示装置の製造工程を示す各断面図であ
る。
【図２２】液晶表示装置の製造工程を示す各断面図であ
る。
【符号の説明】
１０１，２０１ 基板 ２０２ フィールド酸化膜 ２０３ ＰＷＬ １０５，２０４ ゲート酸化膜 １０６，２０５ ゲート電極 ２０６ フィールド酸化膜 ２０７ ソース、ドレイン領域 ２０８ 絶縁層 １０８，２０９ ＡＬ電極 ２１０ ＡＬ電極 ２１１，２２１，６０５ 絶縁層 ２１２ スルーホール ２１３，５０８ 画素電極 ２１４，６１１，２２５，１２３７ ＤＡＰ液晶 ２１５，６２３ 透明電極 ２１６ 基板 ２１７ 高濃度不純物領域 ２１８ ドレイン電極 ２１９ 表示領域 ２２０，６０２ 遮光層 １１１０，１１１１ 垂直配向膜 １１１２ マイクロレンズ １１１３ シートガラス １５０ ポリシリコン １０３ 高濃度不純物領域 １０７ 低濃度不純物領域 ６２１ 基板 ６２２ ブラックマトリクス １５１ 水平配向膜 １５２，４０１，４０２ 垂直配向膜 ４６，４７ 偏光板 ３０１，３０２，３０３，１２２４〜１２３５ 信号
映像ライン ３１０ ゲートライン ３２１〜３２３ ＴＦＴ ２２６ 透明電極 １２１，１２２ 水平シフトレジスタ １２３ 垂直シフトレジスタ １２４〜１２９，１２１０，１２１１ ビデオ線 １２１２〜１２２１ サンプリングトランジスタ １２３６ スイッチングトランジスタ １２３８ 付加容量 １２３９〜１２４１，１２４２〜１２４５ 駆動線 １３０１ 投影レンズ １３０２ マイクロレンズ付液晶パネル（第１実施形
態） １３２１ マイクロレンズガラス基板 １３２２ マイクロレンズ（インデックス分布式） １３２３ シートガラス １３２４ 対向透明電極 １３２５ 液晶層 １３２６ 画素電極 １３２７，２２７ アクティブマトリクス駆動回路部 １３２８ シリコン半導体基板 １３２９ 基本絵素単位 １３０３ 偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ） １３４０ Ｒ反射ダイクロイックミラー １３４１ Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー １３４２ Ｂ反射ダイクロイックミラー １３４３ 高反射ミラー １３５０ フレネルレンズ（第２コンデンサーレン
ズ） １３５１ 第１コンデンサーレンズ １３０６ ロッド型インテグレータ １３０７ 楕円リフレクター １３０８ アークランプ １３０９ スクリーン １３１０ パネルドライバー １３１１ デコーダー １３１２ インターフェース回路 １３１３ コントローラー １３１４ バラスト（アークランプ点灯回路） １３１５ 電源回路 １３１６ マイクロレンズ １３１８ 透過型液晶画素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−241024（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−3678（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−77689（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−114780（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−44103（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−50018（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−96804（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−133913（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−184885（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−304759（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−133892（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G09F 9/30 - 9/46 G02F 1/1335

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一方が透過性の基板である一
    対の基板間に、負の誘電異方性を持つ液晶層を有し、少
    なくとも片側の基板には配向処理されたポリイミド性垂
    直配向膜を有し、その配向手段はラビング処理されてい
    るアクティブマトリクス基板を有する液晶素子を備えた
    液晶表示装置であって、 前記アクティブマトリクス基板表面は複数の画素電極で
    ある金属電極であり、前記アクティブマトリクス基板表
    面は全面に渡って平坦であり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各基本画素
    の配列において第１の方向とこれと異なる第２の方向に
    これら３基本画素のうちそれぞれ異なる２色の組み合わ
    せの色画素が交互に並ぶように画素配列するとともに、
    該画素配列に対して２画素ピッチになるように２次元マ
    イクロレンズアレイを備えたことを特徴とする液晶表示
    装置。
  2. 【請求項２】 上記アクティブマトリクス基板において
    概ねマイクロレンズ径に対応する領域の平坦性として、
    最大段差が５００オングストローム以下の平坦性を有し
    ていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装
    置。
  3. 【請求項３】 上記ポリイミド性垂直配向膜が、複数の
    膜で形成されており、その中で液晶と接する最表面の表
    面エネルギーが、複数の膜の中で最も小さいことを特徴
    とする請求項１、もしくは２に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 上記アクティブマトリクス基板はＳｉ単
    結晶基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
    か１項に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項５】 透過性の一対の基板間に負の誘電異方性
    を持つ液晶層を有し、前記基板には配向処理されたポリ
    イミド性垂直配向膜を有する液晶表示装置であって、 前記基板の一方の表面には複数の画素電極である金属電
    極を有して平坦化処理を施し、前記金属電極はＲ，Ｇ，
    Ｂの各基本画素の配列をなし、前記３つの基本画素のう
    ちそれぞれ異なる２色の組み合わせの色画素が交互に並
    ぶように画素配列とし、該画素配列に対して２画素ピッ
    チとなる前記一対の基板の両者に２次元マイクロレンズ
    アレイを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の液晶表示装置におい
    て、前記Ｒ，Ｇ，Ｂの各基本画素の配列は１色を直線光
    とする場合に、他の２色は傾斜光に対応する前記画素電
    極とすることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 前記一対の基板において、前記マイクロ
    レンズのマイクロレンズ径に対応する領域の平坦性とし
    て、最大段差が５００オングストローム以下の平坦性を
    有していることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示
    装置。
  8. 【請求項８】 前記ポリイミド性垂直配向膜は複数の層
    膜を有し、該複数の層膜中前記液晶層と接する最表面の
    表面エネルギーが複数の膜の中で最も小さいことを特徴
    とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示
    装置。
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