JPH07120744A - 反射型液晶表示素子及び投射型液晶表示装置 - Google Patents

反射型液晶表示素子及び投射型液晶表示装置

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JPH07120744A
JPH07120744A JP5266695A JP26669593A JPH07120744A JP H07120744 A JPH07120744 A JP H07120744A JP 5266695 A JP5266695 A JP 5266695A JP 26669593 A JP26669593 A JP 26669593A JP H07120744 A JPH07120744 A JP H07120744A
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light
crystal display
type liquid
display device
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Hiroyoshi Nakamura
弘喜 中村
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高分子分散型液晶を使用するアクティブマトリ
クスの反射型液晶表示素子に於いてリーク電流を防止す
ると共に画素の明確化を図る。又この反射型液晶表示素
子を投射型液晶表示装置に適用し、投射画像の画質向上
を図る。 【構成】反射型液晶表示素子30の第1の電極基板40
側に於いて、透過率及び表面反射率の低い遮光層56を
第2の層間絶縁層53を介しゲート44上面に設ける。
これによりゲート44への光入射を防止し、光リーク電
流の発生を防止すると共に、遮光層56に於ける多重反
射を防止し、画素電極間の画素分離を明確化する。従っ
てこの反射型液晶表示素子30を使用することにより投
射型液晶表示装置による投射画像のコントラスト比を向
上出来更には高密度、高精細な投射画像を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光散乱型の液晶を使用
した反射型液晶表示素子を用い、拡大投射画像を得る反
射型液晶表示素子及び投射型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、日本語ワードプロセッサやディス
クトップパーソナルコンピュータ等パーソナルOA機器
の表示装置の様に、液晶表示素子を用いた液晶表示装置
の画面をそのまま直視する直視型液晶表示装置と共に、
液晶表示素子により変調された光をスクリーンに拡大投
射する事により、ハイビジョンテレビ対応の大画面を容
易に得る事が出来る投射型液晶表示装置の実用化が図ら
れている。
【0003】従来、この様な各種液晶表示装置には、電
界効果型のTN(TwistedNematic)型液
晶表示素子やSTN(Super Twisted N
ematic)型液晶表示素子が一般に用いられてい
た。
【0004】しかしながらTN型液晶表示素子やSTN
型液晶表示素子等電界効果型の液晶表示素子にあって
は、画像表示のためには偏光板を必要とし、このため透
過光強度が40%程度と著しく落ちてしまい、特に高い
輝度を必要とする投射型液晶表示装置にあっては、投射
画面の明るさを確保出来ず、画質を著しく低下させると
いう問題を生じていた。
【0005】そこで投射画面の明るさを確保するため、
偏光板を必要としない光散乱型の液晶を用いてなる液晶
表示素子の開発が進められている。この光散乱型の液晶
としては、高分子分散型液晶、コレステリック・ネマテ
ィック相転移型液晶等があるが、このうち高分子分散型
液晶は、ポリマーマトリクス中に、カプセル化されたネ
マティック液晶のドロップレットを分散させ、あるいは
ネマティック液晶を三次元ネットワーク状に張り巡らせ
て形成した光散乱型液晶である。
【0006】そのため高分子分散型液晶は、電界無印加
時はドロップレット中の液晶分子の方向がランダムであ
り、入射光は散乱され透過率が低下される一方、電界を
印加した状態では液晶分子が電界方向に配列するため光
を透過する、ノーマリーブラックモードの表示動作を行
うものである。
【0007】この様な高分子分散型液晶は例えば、特開
昭61−502128号公報あるいは特開昭62−22
31号公報等に開示されている。
【0008】又、高分子分散型液晶素子を用い投射型液
晶表示装置を得る場合、良好な黒表示及びコントラスト
比を得るには、電界効果型の液晶に比し液晶層の厚さを
ある程度厚くする必要があり、しかも液晶層が厚くなる
に従い駆動電圧が増大されてしまうという事から、特開
平4−21818号公報あるいは特開平4−19492
1号公報に開示されるように、液晶層厚の低減を可能と
する反射型液晶表示素子の実用化が図られている。
【0009】そしてこの反射型液晶表示素子を用いて投
射型液晶表示を行う場合、画像の高密度、高精細、高機
能を実現するため、実際には、能動素子として薄膜トラ
ンジスタ(以下TFTと称する。)を用いるアクティブ
マトリクス型の装置が必要とされている。
【0010】しかしこの様な装置にあっては、TFTに
外光が照射されるとTFTは光による光リーク電流を生
じてしまい、表示画像のコントラストの低下を来す。こ
のため直視型の装置に比し、より大きい照射光量を必要
とする投射型の装置にあっては、画質が著しく低下され
るという問題を生じていた。
【0011】このため特開平3−269415号公報に
開示される様に、遮蔽板を設け、画素トランジスタへの
光の入射を防止するアクティブマトリクス光変調素子も
開発されている。
【0012】即ち従来は、図5に示すように、アレイ基
板10a上にマトリックス状の透明画素電極11a及び
画素トランジスタ12が形成される画素電極基板13a
と、これに対向し対向基板10b上に対向電極11bが
形成される対向電極基板13bとの間に、高分子分散型
液晶14を封入し、透過型の高分子分散型液晶素子16
を得、更に対向電極基板13b上の画素トランジスタ1
2と対向する部分に遮光板17を設け、画素トランジス
タ12への光の入射を防止し、光リーク電流を防止する
ことによりコントラストの低下を防止していた。
【0013】しかしながらこのアクティブマトリクス光
変調素子は透過型である一方、遮光板17が対向電極基
板13側に設けられており、光源からの直接光が画素ト
ランジスタ12に入射するのは防止出来るものの、液晶
層内で散乱された光が画素トランジスタ12に入射した
り、あるいは散乱後、更に遮光板17で反射されて入射
したり等、画素トランジスタ12への光の入射を完全に
防止出来ず、光リーク電流を生じてしまうという問題を
依然として有していた。
【0014】また、反射型の場合、通常画素電極間に配
置されている金属からなる信号線や走査線による不要な
反射光によるコントラストが低下するという問題も生じ
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】投射型液晶表示装置の
明るさを確保すると共に高精細、高機能を得るため従
来、アクティブマトリクス型の高分子分散型液晶表示素
子が使用されていた。
【0016】しかしながらアクティブマトリクス型の高
分子分散型液晶素子は、散乱光の入射によるTFTが光
リーク電流や信号線及び走査線による反射光による画像
のコントラストの低下が生じ、特に大量の照射光量を必
要とする投射型液晶表示装置にあっては画質が著しく低
下されるという問題を生じていた。
【0017】そこで本発明は上記課題を除去するもの
で、TFTへの光入射を確実に防止することにより、光
リーク電流を生じる事なく、また上記信号線や走査線の
反射光を抑制し良質の画像を得る事ができるとともに反
射型液晶表示素子及び投射型液晶表示装置を提供する事
を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、二次元マトリックス状に形成され高反射率
を有する画素電極及びこの画素電極毎に設けられる能動
素子を有する第1の電極基板と、対向電極を有する第2
の電極基板と、前記第1の電極基板及び前記第2の電極
基板の間に封入される光散乱型の液晶とを具備する反射
型液晶表示素子において、前記第1の電極基板に設けら
れ層間絶縁層を介し画素電極間隙部をふさぐように配置
され、液晶側の表面反射率が10%以下の遮光層を設け
るものである。
【0019】又本発明は上記課題を解決するために前述
の遮光層として窒化アルミニウム[AlNx]からなる
遮光層を設けるものである。
【0020】又本発明は上記課題を解決するために前述
の遮光層として、能動素子側の遮光性の高い第1の層
と、液晶側の表面反射率の低い第2の層とからなる遮光
層を設けるものである。
【0021】又本発明は上記課題を解決するために光源
と、二次元マトリックス状に形成され高反射率を有する
画素電極及びこの画素電極毎に設けられる能動素子を有
する第1の電極基板及び、対向電極を有する第2の電極
基板の間に光散乱型の液晶を封入して成り前記光源から
の光を光変調する反射型液晶表示素子と、この液晶表示
素子より出射される前記光源からの光を投射するスクリ
ーンとを具備する投射型液晶表示装置に於いて、前記第
1の電極基板に設けられ層間絶縁層を介し前記能動素子
の少なくとも半導体部分を被覆し前記半導体部分への入
射光を遮蔽する遮光層を設けるものである。
【0022】又本発明は上記課題を解決するために前述
の遮光層として液晶側に於ける表面反射率が10%以下
の遮光層を設けるものである。
【0023】又本発明は上記課題を解決するために前述
の遮光層として窒化アルミニウム[AlNx]からなる
遮光層を設けるものである。
【0024】又本発明は上記課題を解決するために前述
の遮光層として能動素子側の遮光性の高い第1の層と、
液晶側の表面反射率の低い第2の層とからなる遮光層を
設けるものである。
【0025】
【作用】本発明は上記の様に構成され、透過型液晶表示
素子に比し実質に光が通過する距離が2倍とされる反射
型液晶表示素子とする事により、光散乱型の液晶であっ
ても液晶層を厚くする事なく良好な黒表示及びコントラ
ストを得られ、駆動電圧の増加も抑える事が出来ると共
に、遮光層を画素電極間隙をふさぐように配置し、光源
からの直接光及び液晶層内で生じる散乱光のいずれもが
半導体部分に入射するのを確実に遮蔽し、能動素子に光
リーク電流が生じるのを確実に防止出来る。さらに信号
線や走査線による反射も生じないことから、コントラス
トの良い良質の画像を得られる。
【0026】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図4を参
照して説明する。図1は投射型液晶表示装置20の概略
構成図であり、光源21、反射鏡22、レンズ23から
なる光源部24と、赤色反射膜26及び青色反射膜27
が互いに直交するよう内部に設けられるクロスダイクロ
イックプリズム28と、クロスダイクロイックプリズム
28の3方の側面に夫々設けられる赤色用、青色用、緑
色様の反射型液晶表示素子30a〜30cと、クロスダ
イクロックプリズム28からの反射光をスクリーン31
に投射するための集光レンズ32及び投射レンズ33
と、集光レンズの集光点付近に設けられる第1の遮蔽マ
スク34及び、光源部24からの光を集光レンズ32に
反射させる反射鏡36と一体の第2の遮蔽マスク37を
具備している。
【0027】次に図2により、反射型液晶表示素子30
について詳述する。40は第1の電極基板であり、石英
基板41上に二次元マトリクス状にソース部及びドレイ
ン部となる多結晶シリコン42を形成し、ゲート絶縁膜
である酸化膜43を介し多結晶シリコンからなるゲート
44及び補助容量電極46を形成し、更にソース線4
7、ドレイン線48を設け、能動素子であるCMOSの
薄膜トランジスタ(以下CMOS−TFTと称す。)5
0及び補助容量部51を形成する。
【0028】次に酸化シリコンからなり約5000[オ
ングストローム]の厚さを有する第1の層間絶縁層52
によりCMOS−TFT50及び補助容量部51を被覆
し、更に同じ酸化シリコンからなりほぼ同じ厚さを有す
る第2の層間絶縁層53を形成し、CMOS−TFT5
0の上面を被覆するように、金属アルミニウム[Al]
ターゲットを用いて、アルゴン[Ar]/窒素[N
の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタリングを行い、窒
化アルミニウム[AlNx]からなる膜厚約2000
[オングストローム]の遮光層56を形成する。
【0029】尚この時、成膜条件をRFパワー3[k
W]で全圧0.5[Pa]、窒素[N]分圧0.05
[Pa]とすると、成膜開始時の膜組成は純アルミニウ
ム[Al]に近いが、膜厚増大と共に化学量論比からず
れた窒化アルミニウム[AlNx]膜となり、膜厚25
00[ オングストローム]以上では可視波長領域の表面
反射率が1〜3%程度となる。又遮光性に関しては、透
過率が0.01%以下となる。
【0030】次に遮光層56上に酸化シリコンからなり
厚さ約5000[オングストローム]の厚さを有する第
3の層間絶縁層54を形成し、更に厚さ約10000
[オングストローム]の高反射率のアルミニウム[A
l]画素電極57を形成し、ドレイン線48に接続し、
更に表面を研磨し第1の電極基板40を形成する。
【0031】次に60は第2の電極基板であり、石英基
板61上にITO(IndiumTin Oxide)
膜からなる透明の対向電極62を形成してなっている。
【0032】この後第1の電極基板40及び第2の電極
基板60の間隙に、透明なポリビニルアルコール中にド
ロップレット状に液晶63aを設けた高分子分散型の液
晶層63を挾持し、反射型液晶表示素子30を形成す
る。
【0033】次に投射型液晶表示装置20の作用につい
て説明する。光源21及び背面の反射鏡22からの白色
光21aは、レンズ23で集光された後、反射鏡34に
入射され、集光レンズ32側に反射される。これにより
白色光は集光レンズ32でほぼ平行光に変換され、クロ
スダイクロイックプリズム28に入射し、赤色、青色、
緑色の三色に分離される。すなわち赤色光は赤色反射膜
26で反射され赤色用反射型液晶表示素子30aに入射
し、青色光は青色反射膜27で反射され青色用反射型液
晶表示素子30bに入射し、緑色光は赤色反射膜26及
び青色反射膜27を通過し、緑色用反射型液晶表示素子
30cに入射し、画像の各色毎の成分に応じて変調され
る。
【0034】更に変調された3色の光は、赤色反射膜2
6、青色反射膜27を経て合成光21bとされ、クロス
ダイクロイックプリズム28から出射され、集光レンズ
32により集光され、第1の遮蔽マスク34及び第2の
遮蔽マスク37で形成される開口を通過し、投射レンズ
33を介してスクリーン31に拡大投射される。
【0035】そして各反射型液晶表示素子30a〜30
cに於ける各色毎の変調時、第2の電極基板60側より
各色の光が入光されるが、CMOS−TFT50のゲー
ト44上部が遮光層56により完全に覆われており、光
源からの直接光及び液晶層63で生じる散乱光のいずれ
もゲ−ト44に入射される事が無い。
【0036】この様に構成すれば、投射型液晶表示装置
20に於いて、光散乱効果による高分子分散型の液晶を
使用する反射型液晶表示素子30を用いる事により、偏
光板が不要となり従来に比し光量の損失が著しく低減さ
れ、十分な投射輝度を得られ、しかも液晶層63を厚く
すること無く良好な変調効果を得られ、駆動電圧の増大
を防止出来る。
【0037】一方、画素電極57がアルミニウム[A
l]で形成されることから、画素電極57で高い光反射
率を得られ光の損失が低減される。
【0038】又、第1の電極基板40側にて第2の層間
絶縁層53を介し遮光層56を設けているので、ゲート
44への光入射を確実に防止出来、リーク電流を生じる
ことがなくコントラストの良い投射画像を得られる。又
特に遮光層56が表面反射率の低い窒化アルミニウム
[AlNx]で形成される事から、能動素子を高密度化
しても画素電極57との分離が明確とされ、解像度の低
下が抑止され、画像の高精細化が図られる。
【0039】しかも反射型である事により画素電極57
の下に補助容量部51を形成出来るので、従来の様に画
素電極とは別に補助容量線を設ける必要が無く、反射型
液晶表示素子30の開口率を拡大でき、ひいては画素サ
イズの縮小が可能となり、より小型、高精細な投射型液
晶表示装置が可能となる。
【0040】尚上記実施例により作成された投射型液晶
表示装置20による投射画像を測定したところコントラ
スト比は100:1と極めて高い結果が得られた。
【0041】更に液晶層63厚も10[μm]と薄く出
来、駆動電圧も5V程度に抑えられた。
【0042】尚本発明は上記一実施例に限られるもので
なく、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であっ
て、例えば反射型の構造であることから、画素電極側の
基板も石英でなく、シリコン基板を用い、シリコン基板
上に高性能の画素スイッチ及び駆動回路用トランジスタ
一体型の反射型液晶表示素子を形成する等しても良い。
この様にすれば駆動回路及び影像信号の周波数の増大に
より、高速性、高性能性が必要とされるハイビジョンテ
レビ対応の投射型液晶表示装置への対応が容易となる。
更に高い駆動電圧を必要とする高分子分散型液晶に対応
可能な高耐圧トランジスタの形成も容易となる。
【0043】又遮光層は、透過率が低くしかも表面反射
率の低いものであればその材質は限定されないが、表面
反射率が10%以下であり、透過率が0.1%以下の材
質であることがより好ましい。窒化アルミニウム[Al
Nx]は、Ar+N2 雰囲気中で反応性スパッタで形成
する。この場合は、成膜直後はほとんどAlであるが膜
厚が増大するとともに黒色のAlNx膜となる。そして
成膜条件によっては表面反射率1%以下の達成も可能で
ある。
【0044】更に遮光層は、一層に限定されず例えば図
3に示す第1の他の実施例の様に、第2の層間絶縁層6
6を介し、遮光性を有する金属遮光層67の上にカーボ
ンもしくは顔料を含有する黒レジスト層68を設ける2
層構造としても良い。あるいは、図4に示す第2の他の
実施例の様に、第2の層間絶縁層70上に金属遮光層7
1を形成し、更に第3の層間絶縁層72、画素電極73
を形成した上に表面絶縁層74を介しレジストにカーボ
ンブラック、顔料を添加した黒レジスト層76を形成す
る様にしても良い。もちろん黒レジストのかわりにポリ
イミド等にカーボンブラック顔料を添加したものを用い
ても良い。
【0045】尚液晶の材質も限定されず、高分子分散型
液晶の高分子材料及びドロップレットされる液晶材料等
任意であるし、更には光散乱型の液晶であれば、コレス
テリック・ネマティック相転移型の液晶等であっても良
い。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
散乱型液晶を使用する反射型液晶表示素子に於いて、画
素電極を有する第1の電極基板側にて透過率及び表面反
射率の低い遮光層により、能動素子の半導体部分を確実
に遮蔽する事から、半導体部分への光入射を完全に防止
し、投射型液晶表示装置に適用した際、光リーク電流を
生じる事が無く、また信号線や走査線の反射の影響もな
く投射画像のコントラストの低下を防止出来る。又、遮
光層での多重反射を防止出来る事から画素電極の分離が
明確化され、解像度の劣化が防止され、投射画像の高密
度、高精細化が可能となり、ハイビジョンテレビ対応の
投射型液晶表示装置の実用化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の投射型液晶表示装置を示す
概略構成図である。
【図2】本発明の一実施例の反射型液晶表示素子の一部
を示す概略説明図である。
【図3】本発明の第1の他の実施例の反射型液晶表示素
子の一部を示す概略説明図である。
【図4】本発明の第2の他の実施例の反射型液晶表示素
子の一部を示す概略説明図である。
【図5】従来のアクティブマトリクス液晶表示素子の一
部を示す概略説明図である。
【符号の説明】
20…投射型液晶表示装置 30…反射型液晶表示素子 31…スクリーン 40…第1の電極基板 44…ゲート 50…CMOS−TFT 56…遮光層 60…第2の電極基板 63…液晶層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次元マトリクス状に形成された画素電
    極及びこの画素電極毎に設けられる能動素子を有して少
    なくとも前記画素電極領域で光反射する第1の電極基板
    と、対向電極を有する第2の電極基板と、前記第1の電
    極基板及び前記第2の電極基板の間に封入される光散乱
    型の液晶とを具備する反射型液晶表示素子において、前
    記第1の電極基板に設けられ層間絶縁層を介し画素電極
    間隙部をふさぐように配置され、液晶側に於ける表面反
    射率が10%以下である遮光層を具備する事を特徴とす
    る反射型液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 遮光層が窒化アルミニウム[AlNx]
    からなる事を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の
    反射型液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 遮光層が能動素子側の遮光性の高い第1
    の層と、液晶側の表面反射率の低い第2の層とからなる
    事を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の反射型液
    晶表示素子。
  4. 【請求項4】 光源と、二次元マトリックス状に形成さ
    れた画素電極及びこの画素電極毎に設けられる能動素子
    を有して少なくとも前記画素電極領域で光反射する第1
    の電極基板及び、対向電極を有する第2の電極基板の間
    に光散乱型の液晶を封入して成り前記光源からの光を光
    変調する反射型液晶表示素子と、この液晶表示素子より
    出射される前記光源からの光を投射するスクリーンとを
    具備する投射型液晶表示装置に於いて、前記第1の電極
    基板に設けられ層間絶縁層を介し前記能動素子の少なく
    とも半導体部分を被覆し前記半導体部分への入射光を遮
    蔽する遮光層を具備する事を特徴とする投射型液晶表示
    装置。
  5. 【請求項5】 遮光層の液晶側に於ける表面反射率が1
    0%以下であることを特徴とする請求項5に記載の投射
    型液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 遮光層が窒化アルミニウム[AlNx]
    からなる事を特徴とする請求項5又は請求項6に記載の
    投射型液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 遮光層が能動素子側の遮光性の高い第1
    の層と、液晶側の表面反射率の低い第2の層とからなる
    事を特徴とする請求項5又は請求項6に記載の投射型液
    晶表示装置。
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