JPH03269415A - アクティブマトリックス光変調素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アクティブマトリックス光変調素子に関する
ものである。

［従来の技術］ 大画面テレビに対する要求が高まっており、ＣＲＴに代
わるひとつの方式として投射型液晶テレビの開発が行な
われている。従来投射型テレビ用アクティブマトリック
ス光変調素子（以下単に光変調素子という）としてはＴ
Ｎ型の液晶を利用したものが使用されており、対向基板
上に形成される遮光膜は薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）や
ダイオードの光誘起電流が原因となるクロストークを防
止する目的に使われている。

第２図に光変調素子の１画素の典型的な例の断面図を示
す。２０は表示基板である。２１はゲート線、２２と２
２°はそれぞれソース線とドレイン電極、２３は半導体
、２４は画素表示電極を示す。

２５はゲート絶縁膜、２６は保護膜である。２０°は対
向基板であり、２７は対向電極である。斜線部２８は対
向基板上に形成される遮光膜である。２９は光変調物質
であり、透明な高分子樹脂中に液滴状に液晶を支持して
なる液晶樹脂複合体がもちいられる。

［発明の解決しようとする問題点］ 第２図に示すような、金属よりなる遮光膜を有する光散
乱型の光変調素子にひじように強い光が入射する場合を
考える。液晶樹脂複合体２９が光散乱状態にあるとき、
入射した光は方向を変え、遮光膜２８の近傍より入射し
た光の一部は遮光膜で覆われた領域の内側に入りこむ。

この光の一部はそのまま表示基板２０たるアクティブマ
トリックス基板のガラスを通り抜けていくが、残る一部
はＴＰＴのソース・ドレイン・ゲート電極２２．２２°
、２１によって反射される。この反射光が遮光膜２８で
反射される。このような多重反射を繰返した後、入射光
の一部が半導体２３０表面に達し、リーク電流の増加を
招き表示のコントラストの低下をひきおこす。

この多重反射によるリーク電流の増加は、アクティブマ
トリックス基板が高密度になるほどＴＰＴのソース・ド
レイン・ゲート電極と他の電極の間隔が狭くなってガラ
スを通り抜けていく割合いが少なくなることや、アクテ
ィブマトリックス基板が小型化するほど入射光の強度が
大きくなること等、よりコンパクトで明るい投射型テレ
ビを実現する上で問題となる。

また、このような多重反射は従来のＴＮ素子では光がセ
ル内部で進行方向を変えることが無いのに対し、光散乱
型の液晶樹脂複合体を光変調物質として用いているとき
に特に問題となる。

［問題点を解決するための手段〕 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたちのであ
り、透明絶縁性基板上に行列状に電極を配列し、前記電
極の交差部分近傍に能動素子を配した表示基板と、透明
電極を有する対向基板との間に、液晶が樹脂に分散保持
され、その樹脂マトリックスの屈折率が使用する液晶の
常光屈折率とほぼ一致するようにされた液晶樹脂複合体
を挟持し、前記対向基板上に少なくとも前記能動素子を
形成する半導体部分と相対向する部分を含むように遮光
膜を配してなるアクティブマトリックス光変調素子にお
いて、前記遮光膜を金属膜と光吸収膜との２層構造とし
たことを特徴とするアクティブマトリックス光変調素子
を提供するものである。

第１図は本発明の光変調素子の１画素の基本構成を示す
断面図である。

１はクロム（Ｃｒ）　、タンタル（Ｔａ）等の金属で形
成されるゲート線、２と２°はそれぞれＣｒ、アルミニ
ウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等
の金属で形成されるソース線とドレイン電極、３はＴＰ
Ｔを形成する非晶質シリコン、多結晶シリコン等の半導
体、４はｒＴＯ，ＳｎＯ□等の透明導電材料で形成され
る画素表示電極を示す、５はゲート絶縁膜、６は保護膜
であり、プラズマＣＶＤ　ｋ：　ヨ６　ＳｉＮ膜、５ｉ
ＯＮ膜、ＳｉＯ膜等が使われる。７は対向電極であって
４と同じ種類の透明電極からなる。８は金属遮光膜、８
゛は有機遮光膜である。金属遮光膜８は第１図では対向
電極７の上に設けであるが対向電極７の下に設けても良
い。

このように本発明にかかる遮光膜は、対向基板１０°上
に対向電極７を形成し、更にその上に金属遮光膜８を形
成して、この金属遮光膜８上に光吸収膜たる有機遮光膜
８°を形成してなるものであり、２層構造になっている
。

金属遮光膜８の材料は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ等の各種金属
、ニッケル（Ｎｉ）とＣｒからなる各種合金等が通常使
用できる。この中で膜厚が薄くできるＣｒが望ましく、
真空蒸着等の方法により、１０００〜２０００人の厚さ
に形成される。厚さが１０００Å以下であると光を透過
してしまい％２０００Å以上の厚さであると、表面の凹
凸が生じるとともに剥離し易くなるので望ましくない。

有機遮光膜８°の材料は、通常アクリル系の樹脂にカー
ボンを分散させたものが使用されるが、フォトリソグラ
フィによるパターニングができるもので、光吸収性を有
し、セル化のプロセス温度的１５０〜２２０℃に耐える
ことが可能であり、セル化で使用するＩＰＡ、フロンＮ
ＭＰ等の溶剤に耐えることができるものなら、これに限
定されない。

該有機遮光膜８゛の厚みは極力薄い方が望ましいが、あ
まり極端に薄いと光の透過率が上昇してしまって好まし
くない。厚さは通常１〜５μｍ、望ましくは１．５〜２
．５μｍであり、光の透過率は５％以下が好ましい。

尚、上述の説明では、光吸収膜として有機遮光膜を例と
して説明したが、光を吸収する機能を有し、生産技術上
問題がなければ、セラミックス等の無機材料を使用して
もよい。

１０．１０°はそれぞれ表示基板、対向基板であり、ガ
ラスや石英基板が使われる。９は、液晶樹脂複合体であ
り、透明な高分子樹脂のマトリックスが液晶で満たされ
たものや、透明な高分子樹脂中に液滴状の液晶が分散保
持されたものが通常使用される。該高分子樹脂は通常、
生産技術上の問題から光硬化性樹脂が望ましいが、他の
樹脂でも使用できる。またこの液晶はどのようなもので
も使用できるが、誘電異方性が正のネマティック液晶の
ような印加電圧零のとき散乱状態になるものが、表示品
位がよくなるので、望ましい。

本発明にかかる光変調素子は、投射型テレビのみならず
、オーバーヘッドプロジェクタ−（ＯＨＰ）等の各種投
射型表示装置に最適であるが、反射型の表示装置にも使
用できる。尚、上述の説明では、能動素子としてＴＰＴ
を掲げたが、これに腿定されず、他のＭＩＭの能動素子
であってもよい。

［作用］ 第２図の金属遮光膜２５を有する従来の光変調素子にお
いては、光散乱状態にある液晶樹脂複合体２９によって
進行方向を変えた光はＴＰＴの各電極等と遮光Ｉ！１１
２８との間で多重反射を起こし、入射光の一部が半導体
２３に達する。これに対して第１図に示す遮光膜８，８
°を有する本発明の光変調素子ではＴＰＴの各電極等で
反射されて遮光膜８，８°に達した光は有機遮光膜８°
でほとんど吸収されてしまい多重反射を起こさない、し
たがって、入射光はほとんど半導体３に達せず、リーク
電流の増加はないのでコントラストの低下はひきおこさ
れない。

一方外部すなわち対向基板方向から遮光膜８．８°に入
射する光は金属遮光膜８で反射され、有機遮光膜８′に
直接照射されることはなく、素子内部で反射した光のみ
が到達するためにひじょうに強い光のもとでも有機遮光
膜８の劣化は少ない。

［実施例］ 第１図に示すようにガラス基板（旭硝子社製ＡＮガラス
）上にＣｒを蒸着パターニングしてゲート線を形成する
。続いてプラズマＣＶＤ装置でゲート絶縁膜となる窒化
シリコン膜および非晶質シリコン膜を堆積した後、この
非晶質シリコンを島状にパターニングして半導体とした
。

さらに燐をドープした非晶質シリコンをプラズマＣＶＤ
で堆積し、半導体を覆うようにパターニングした。続い
てＩＴＯを蒸着、パターニングし、画素表示電極とした
。Ｃｒ、ＡＩを蒸着して。

所定の形状にパターニングし、ＡＩ、Ｃｒ、ｆｉドープ
非晶質シリコンの順にエツチングしてソース電極、ドレ
イン電極とした。これに窒化シリコン膜をプラズマＣＶ
Ｄで堆積して保護膜とし、周辺の電極取出部のエツチン
グを行ない、表示基板たるアクティブマトリックス基板
とした。

一方、ガラス基板と同じ種類のガラス基板上に１丁０　
、　Ｃｒを蒸着し、まずＣｒをパターニングして金属遮
光膜とし、さらに該基板周辺部ＩＴＯをエツチングして
対向電極として、対向基板とした。さらに顔料を分散さ
せた有機材料（富士ハント社製Ｃ０ＬＯＲＭＯＳＡＩＣ
ＣＫ）をスピンコードし、金属遮光膜の上に重ねるよう
にパターニングして有機遮光膜とした。

上述した２種のガラス基板をスペーサーを介して貼り合
せてセルとし、液晶と光重合性アクリル樹脂を均一に溶
解したものをセル内に充填した。セルギャップは１２μ
ｍとした。これに紫外光を照射してアクリル樹脂を重合
し液晶を液滴状に析出させ、液晶樹脂複合体を得た。こ
の液晶樹脂複合体は画素表示電極と対向電極の間に電圧
が印加されているときには液晶が電圧方向に整列して液
滴の電圧方向の屈折率ｎ０と高分子樹脂の屈折率ｎＰが
等しくなって透明状態となり、電圧が印加されない時に
は液晶がランダムな方向を向くためにｎｏとｎｐが等し
くなくなって光が散乱されて白濁状態となる。

この実施例にかかる光変調素子を使用して以下の如く投
射型の表示装置を作製した。メタルハライドランプ光源
の光を集光し、平行光にしてグイクロイックミラーで３
色に分光して３個の実施例にかかる光変調素子を用いて
変調し、合成して投射したところ明るくコントラストの
よい投射画像が得られ、金属のみの遮光膜をもちいたと
きに見られるようなコントラストの低下はまったく見ら
れなかった。尚、この光変調素子にはこのとき１００万
ルツクスの光が照射されていた。

【発明の効果］ 以上のように本発明の光変調素子を投射型の表示装置に
使用した場合、該光変調素子が光散乱型の光変調素子で
あって、かつ強い光の照射下において該光変調素子を使
用してもクロストークの無い良好な画像を得ることがで
きるので、より明るい、コントラストのよい投射画像を
得ることができる。

また、画像を高密度化しても多重反射を防ぐことができ
るので、画像の高精細化を行なうことができるという効
果も認められ、投射型テレビ等の表示装置に対する利用
価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクティブマトリックス光変調素子の
１画素の典型的例の断面図。 第２図は従来のアクティブマトリックス光変調素子の１
画素の典型的例の断面図。 ｌ・・・ゲート線 ２・・・ソース線 ８・・・金属遮光膜 ８°・・・有機遮光膜 ２１３２′４５Ｇ　　’？１０ ｆ°５葎人賢　Ｉ！４　　馬　大

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明絶縁性基板上に行列状に電極を配列し、前記
   電極の交差部分近傍に能動素子を配した表示基板と、透
   明電極を有する対向基板との間に、液晶が樹脂に分散保
   持され、その樹脂マトリックスの屈折率が使用する液晶
   の常光屈折率とほぼ一致するようにされた液晶樹脂複合
   体を挟持し、前記対向基板上に少なくとも前記能動素子
   を形成する半導体部分と相対向する部分を含むように遮
   光膜を配してなるアクティブマトリックス光変調素子に
   おいて、前記遮光膜を金属膜と光吸収膜との２層構造と
   したことを特徴とするアクティブマトリックス光変調素
   子。
2. （２）請求項（１）液晶樹脂複合体に用いられる樹脂が
   、光硬化性ビニール系樹脂であり、液晶と前記樹脂とを
   均一に溶解した溶液に光照射し、樹脂を硬化させること
   により得られる液晶樹脂複合体を使用することを特徴と
   する請求項（１）記載のアクティブマトリックス光変調
   素子。
3. （３）請求項（１）又は請求項（２）記載のアクティブ
   マトリックス光変調素子を使用した投射型表示装置。