JPH0961810A

JPH0961810A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0961810A
Application number: JP22067995A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Nakamura; 村弘喜中; Hiroyuki Kimura; 村裕之木; Takafumi Nakamura; 村貴文中; Yoshihiro Watanabe; 邉好浩渡; Yoshitaka Yamada; 田義孝山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-29
Also published as: JP3792277B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子分散型液晶表示素子やマイクロアレイ
レンズ搭載のＴＮ型液晶表示素子と、光源光として強力
なランプを組み合わせた、例えば投射形液晶パネルにお
いて、液晶表示パネル面内の温度分布を均一にし、表示
むらを低減する。【解決手段】ガラス基板１ａの上にｐ−ＳｉＴＦＴ９
を配置したアレイ基板１と、ガラス基板１０ａの上の、
ｐ−ＳｉＴＦＴ９に対向する位置に、Ａｌからなる第１
遮光層１１と、Ｃｒ／ＣｒＯからなり第１遮光層１１に
かぶさるように配置された第２遮光層１２とを形成した
対向基板１０と、アレイ基板１と対向基板１０の間に配
置される液晶層２０とで構成され、光反射率の高い第１
遮光層１１により液晶層２０およびその他の部分の温度
上昇と２次元的な温度むらを低減させ、光反射率の低い
第２遮光層１２によりｐ−ＳｉＴＦＴ９への入射光を遮
光し、更に第２遮光層１２により第１遮光層１１を保護
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射型液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＲＴ表示装置よりも小型で軽量
なフラットパネルディスプレイ装置として、液晶表示装
置やプラズマ発光表示装置などが注目されている。

【０００３】これらの表示装置には、自ら表示映像に対
応した光を発生して表示する自己発光型と、別の光源
（自然光を含む）を持ち、表示素子に光の透過率の制御
機能を持たせて表示を行う透過率制御型とに大別され
る。そして、次世代表示装置として、各種の分野で実用
化が進んでいる液晶表示装置は、現在のところ、透過率
制御型の代表的なものである。

【０００４】一方、液晶表示装置としては、液晶表示パ
ネルを直接見るタイプ（直視型）と、液晶表示パネルで
変調された光をスクリーン上に投射し、この映像を見る
タイプ（投射型）が知られている。前者はコンパクトな
表示装置を構成できるというメリットがある。一方、後
者は投射型液晶表示装置として知られており、ランプの
光を液晶表示パネルに集光して入射させ、二次元的に変
調された透過光または反射光を、投射レンズを通じて、
スクリーンに拡大投射するように構成されるもので、大
きなサイズの画面表示を行わせることができるというメ
リットがある。

【０００５】このような液晶表示装置を構成する重要な
要素が液晶であるが、この液晶には多くの種類のものが
知られており、ツィステッドネマティック型液晶が代表
的なものとして用いられている。その動作原理は、液晶
層における光の複屈折性または旋光性と偏光板の偏光性
とを用いることにより、表示パネルの観察面側に出射さ
れる光を制御して表示を行うというものである。

【０００６】上記のような方式では、偏光板を用いるた
めに、原理的に、光源からの光の約２分の１が損失し、
光源光の利用効率が低い。その結果、画面の輝度が低く
なるという問題がある。

【０００７】これに対して、強力な光源を用いると、高
輝度の表示を行うことが可能であるが、消費電力の増大
や、発熱の問題が発生する。

【０００８】一方、投射型の液晶表示装置の場合、装置
全体を小型化するためには、液晶表示パネルのサイズを
小型化する必要があるが、拡大投射で精細な映像を得よ
うとすると画素数は増やす必要がある。ところが、液晶
表示パネルの開口率は画素数が増えれば増えるほど低下
する傾向があり、光源光の利用率が低下してしまい、高
輝度化が困難になってしまう。そこで、一般には、液晶
表示パネルの開口率低下を補うために、液晶表示パネル
の光入射側にマイクロレンズアレイを配置して、実効的
な透過率の改善を計る方法が採用されている。

【０００９】これに対して、出射光線の方向、あるいは
錯乱／透過を制御する方式の液晶表示装置は、偏光板が
不要であることから、光源からの光の利用効率を上げる
ことが可能である。このような方式の液晶表示装置の中
でも、高分子分散型液晶表示装置は、高分子樹脂と液晶
とを、それぞれ別の相として混在させたものである。つ
まり、高分子樹脂と液晶とを混合した場合に、いずれか
が他方に溶解されるような形ではなく、いずれか一方の
中に他方が分散的に保持された構造であり、例えば高分
子樹脂相における連続状または多数のカプセル状の空隙
中に液晶相としてＴＮ液晶のような液晶組成物が分散保
持されているような形態である。

【００１０】このような高分子分散型液晶表示装置にお
いては、２枚の透明電極間に電圧を印加しない状態で
は、透過光を散乱させるので、画面は乳透明に観察さ
れ、電圧を印加した状態では、印加電圧に応じて、液晶
層が透明化して透過光を散乱させずに透過させるように
なり、画面は透明に観察されるようになる。

【００１１】このように高分子分散型液晶は、光の散乱
と非散乱を制御できるので、散乱光のみを取り出す光学
系、または非散乱光のみを取り出す光学系を組み合わせ
ることにより、液晶層での光の散乱性の制御を光強度、
つまり画面輝度の制御に変換することができる。そし
て、この動作原理を用いることにより、偏光板が不要に
なり、光源光の利用効率も高くなり、高輝度の表示を実
現できる。このため、現在では、アクティブマトリクス
型の投射形液晶表示装置に適用して、明るい液晶プロジ
ェクタを開発する動きが活発である。

【００１２】しかしながら、アクティブマトリックス型
の液晶表示装置は、一般に対向電極を有する対向基板
と、薄膜トランジスタなどのスイッチ素子に接続された
画素電極を有するアレイ基板で構成されている。この薄
膜トランジスタとしては、アモルファスシリコンや多結
晶シリコンなどの半導体層が用いられているが、これら
は光の入射によって光リーク電流が発生し、表示特性を
劣化させる。このため、通常、薄膜トランジスタに対向
する対向基板の位置に遮光層を配置し、対向基板からの
光入射による光が薄膜トランジスタに到達しないように
工夫してある。

【００１３】しかしながら、高分子分散型液晶は、偏光
板が不要になる分、光源光のロスがなくなるため、表示
パネルへの光の入射強度は、偏光板がある場合に比べて
約２．５倍にも達する。

【００１４】さらに、液晶表示装置の高輝度化のため
に、光源からの光入射強度を高める方向の動きもあいま
って、画素スイッチを構成する薄膜トランジスタへの光
入射を抑制するための遮光層（ブラックマトリックスＢ
Ｍ）の必要性はますます重要になってくる。

【００１５】このような遮光層は、一般には、Ｃｒ層が
用いられる。このＣｒ層は薄膜トランジスタへの光入射
を抑制するための光学濃度（ＯｐｔｉｃａｌＤｅｎｓ
ｉｔｙ）が４．０〜５．０以上あり、厚膜で形成され
る。

【００１６】図１０は、かかる従来の液晶表示装置の断
面図である。図において示すように、液晶表示パネル
は、アレイ基板１と対向基板１０の間に、高分子分散型
の液晶層２０を挟んだサンドイッチ状の構造となってい
る。アレイ基板１は、ガラス基板１ａの上にゲート絶縁
層３、更にその上に第１層間絶縁膜５、第２層間絶縁膜
７を積層し、液晶層２０と対向する面にＩＴＯ透明電極
層（画素電極層）８を配置した構造となっている。一
方、対向基板１０は、ガラス基板１０ａに絶縁層１４を
積層し、液晶層２０と対向する面に対向電極１３を配置
した構造となっている。

【００１７】なお、ガラス基板１ａの上の多結晶シリコ
ン層２の上に、ゲート絶縁膜３を介して、ゲート電極４
を配置したポリシリコン薄膜トランジスタ（以下、ｐ−
ＳｉＴＦＴと称する）９が形成されている。ｐ−ＳｉＴ
ＦＴ９の一端には、金属配線６を介して、映像信号電圧
が印加される。また、ｐ−ＳｉＴＦＴ９のゲート電極４
には、走査線を選択するための信号が印加される。ま
た、ｐ−ＳｉＴＦＴ９の他端は、金属配線６を介して、
液晶層２０に対向した透明電極８に接続される。

【００１８】ちなみに、ｐ−ＳｉＴＦＴ９は、ガラス基
板１ａ上にアモルファスシリコン膜をＣＶＤ法で成膜
後、レーザーアニール法で多結晶シリコン膜を形成し、
島状にパターンニングして多結晶シリコン層２を形成す
る。その上に、ゲート絶縁層３をパターンニングして形
成する。次に、ソース、ドレイン領域にセルフアライン
メントで不純物を注入する。そして、ゲート電極４の上
に第１層間絶縁膜５をかぶせ、ソース、ドレイン部との
コンタクトホールを形成し、ここに金属配線６，６を形
成する。次に、その上に第２層間絶縁膜７を形成し、透
明電極８とのコンタクトをとるためのコンタクトホール
を形成する。透明電極８は第２層間絶縁膜７の上にエッ
チングによりパターンニングして形成される。パネルサ
イズとしては、対角３．１インチ、画素数は６４０Ｘ４
８０、開口率４０％である。

【００１９】一方、対向基板１０は、ガラス基板１０ａ
の上に、Ｃｒから成る遮光のための第１遮光層１５をパ
ターンニングし、次にＣｒＯからなる第２遮光層１６を
形成し、これを第１遮光層１１のパターン幅と同じ幅に
形成し、更に絶縁層１４を形成し、その後にＩＴＯ透明
対向電極１３を形成して構成する。

【００２０】なお、このようにして構成された液晶表示
装置の動作については、周知のことであるので、説明を
省略する。

【００２１】以上のような構成において、対向基板１０
のガラス基板１０ａ側からの光入射に対しては、Ｃｒ層
部分からなる第１遮光層１５と、ＣｒＯ層からなる第２
遮光層１６との２種類の反射率の異なる層で形成された
遮光層によって、ｐ−ＳｉＴＦＴ９に光が入射するのを
防止している。

【００２２】さて、表示画面の高輝度化のための、偏光
板不要の材料の採用や、光源光のパワーアップ、そして
入射光の増加に伴う、薄膜トランジスタへの光入射の抑
制策としての遮光層の強化などの性能向上を計った結果
として、今度は液晶表示パネルの温度上昇が問題となっ
てくる。

【００２３】この対策として、特開平１−１０２４３０
号公報には、通常のＣｒ膜等、光反射率が５０〜６０％
程度しかない遮光膜を用いた構造に対して、熱吸収によ
る温度上昇の防止を行うために、Ａｌ等の高反射率膜を
用いる方式が開示されている。また、ＩＴＯからなる対
向電極層の上にＡｌからなる遮光層を形成し、その上に
Ｃｒ等から構成される低反射層を形成する方式も示され
ている。しかし、Ａｌ薄膜はスパッタ法で成膜中のスプ
ラッシュ等による凹凸が発生しやすく、またピンホール
も発生しやすく、加えてエッチング液等に対する耐薬品
性が低い等の問題点がある。

【００２４】このため、特開平５−４５６４３号公報、
特開平５−１１２４１号公報、特開平６−２１４２５８
号公報には、遮光層をＡｌ膜と、Ｔｉ膜等の高融点金属
膜との２層構造で形成したり、Ａｌと、Ｔａ等の高融点
金属との合金膜で形成したり、Ａｌと高融点金属の合金
膜と、Ｍｏ等の低反射金属膜との２層構造とするものが
開示されている。これらは、いずれも、遮光層の光入射
側の反射率を向上させるために、Ａｌ系の金属を用い、
遮光層での光エネルギーの吸収による温度上昇を低減さ
せることが目的である。

【００２５】しかし、Ａｌ系金属の上にＩＴＯ透明電極
を直接形成する場合は、ＩＴＯ膜がＡｌ膜との接触面で
還元されて透過率が低下するという問題が生じたり、ま
たＩＴＯ膜をウエットエッチングする際にＡｌ膜にエッ
チング液がしみ込むことによりＡｌ膜が、あるいは電池
反応によりＡｌ膜が、それぞれエッチングされてしまう
という問題が生じる。

【００２６】一方、Ａｌ膜と高融点金属膜の２層構造で
あって、Ａｌ膜と高融点金属膜のパターンが同一の場
合、１つのマスクで、高融点金属と、Ａｌ膜を続けてエ
ッチングすることになる。この場合、下側のＡｌ膜にオ
ーバーエッチングが生じやすく、高融点金属膜のパター
ンよりもＡｌ膜のパターンが細くなってしまうことが多
い。つまり、高融点金属膜の軒の下に、それよりも狭幅
のＡｌ膜のパターンが存在するような形になってしま
う。このような形状になってしまうと、その上にＩＴＯ
透明電極を形成しても、遮光層パターンの端部でＩＴＯ
透明電極に段切れが生じると共に、高融点金属膜の下に
空洞部が形成されてしまい、ＩＴＯ透明電極に剥れが生
じ易くなり、信頼性を低下させてしまう。

【００２７】さて、投射形の液晶表示装置の場合、メタ
ルハライドランプ等の強力な光源が用いられるが、光源
からの光は光学系を介して液晶表示パネルに入射され
る。しかし、この時に液晶表示パネルに入射する光束
は、中心面で最も強く、周辺部に行くほど弱くなる、と
いう光強度分布の傾向を有する。このため、液晶表示パ
ネル内の温度分布も、中心部程温度が高く、周辺部に行
く程温度が低くなるという傾向を有している。このよう
な温度分布は、電圧対透過率（Ｖ−Ｔ）特性の温度依存
性が低いＴＮ型液晶ではほとんど問題とはされなかっ
た。

【００２８】しかしながら、高分子分散型液晶は、ＴＮ
液晶のように偏光板がいらない分、光入射強度が大き
く、Ｖ−Ｔ特性の温度依存性が高いという特性の相乗効
果によって、液晶表示パネル内の温度分布により、表示
むらが発生するという問題点がある。

【００２９】さて、高分子分散型液晶で、Ｖ−Ｔ特性が
温度と共に変化するという特性は、図９の特性図に示す
とおりである。図９において、横軸は温度であり、縦軸
は透過率変化量である。一方、Ｖ１０、Ｖ５０、Ｖ９０
はそれぞれ、透過率１０％、５０％、９０％を与える電
圧であり、それぞれの印加電圧で、摂氏４５度を中心
に、透過率の変化量を示している。

【００３０】このような温度特性により、同じ駆動電圧
を与えても、液晶表示パネル面内で温度分布むらがある
場合、液晶表示パネル面内の各部の透過率にむらを生
じ、結果として表示むらを発生する。つまり、中心部程
光強度が強く、周辺部程光強度の弱い光強度分布を有す
る光源光を用いた場合、液晶表示パネルの中心部と周辺
部で温度が異なり、これに伴い、表示輝度が異なるとい
うことになる。

【００３１】実際に、２５０Ｗのメタルハライドランプ
を用い、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ等を通した後で、液
晶表示パネルに中心温度１００万ｌｘの光を入射した場
合、同心円状の輝度むらを生じた。一方、これに合わせ
て、液晶表示パネル面内の温度分布をサーモビュアを用
いて評価した結果、中心温度約４５℃に対して、周辺領
域では約３５℃と、約１０℃程度の温度むらが生じてい
ることが観測された。つまり、温度むらに対応して、表
示むらが発生していることが判明した。

【００３２】一方、ＴＮ型液晶を用いた液晶表示パネル
の場合でも、マイクロレンズアレイ基板を用いた構成の
ものでは、液晶表示パネル面内の温度むらによる熱歪
が、マイクロレンズアレイ基板にも及ぶ。この場合、マ
イクロレンズアレイ基板に用いられるソーダガラスの光
弾性特性により、入射側の偏光板により直線偏光化され
た光がマイクロレンズアレイ基板を通過する間に楕円偏
光化されるため、コントラストむらを生じる。つまり、
このような表示むらは、全体の温度上昇というよりも、
温度むらによる熱歪が原因となっている。上記コントラ
ストむらの発生及びその原因は、本発明者らによる独自
の実験により見出したことがらである。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】従来の液晶表示装置
は、以上のように、光源光の強力化による液晶表示パネ
ル面内の温度上昇、液晶表示パネル面内における光源光
の強度分布による温度むらを発生するため、高分子分散
型液晶の場合にはＶ−Ｔ特性の温度依存性により、ＴＮ
型液晶の場合にはマイクロレンズアレイ基板の熱歪によ
り、それぞれ表示むらを生じるという問題点があった。

【００３４】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解消し、高分子分散型液晶表示素子やマイクロレンズ
アレイ搭載のＴＮ型液晶表示素子と、光源光として強力
なランプを組み合わせた、例えば投射形液晶パネルにお
いて、液晶表示パネル面内の温度分布を均一にし、表示
むらを低減した液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、二次元状に配置された画素電極と、この画素電極に
印加される駆動電極をスイッチングする画素スイッチと
を配置してなるアレイ基板と、この画素電極に対向して
配置された対向電極が形成してなる対向基板と、前記ア
レイ基板と前記対向基板との間に介在された液晶層とを
備え、前記アレイ基板と前記対向基板との少なくとも一
方の基板の前記電極形成面には、光源からの入射光が前
記画素スイッチへ入射することを防止する遮光領域が配
置され、且つこの遮光領域は、前記入射光に対する反射
率が異なる少なくとも２層以上から構成され、最下層の
遮光層により上層の遮光層の一部が直接前記基板の前記
電極形成面に接して配置されているものとして構成され
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施例を説明する。実施例１．図１は、本発明の実施例１の液晶表示装置の
断面図である。図１において示すように、液晶表示パネ
ルは、アレイ基板１と対向基板１０の間に、高分子分散
型の液晶層２０を挟んだサンドイッチ状の構造となって
いる。アレイ基板１は、ガラス基板１ａの上にゲート絶
縁層３、更にその上に第１層間絶縁膜５、第２層間絶縁
膜７を積層し、液晶層２０と対向する面にＩＴＯ透明電
極８を配置した構造となっている。一方、対向基板１０
は、ガラス基板１０ａに絶縁層１４を積層し、液晶層２
０と対向する面に対向電極１３を配置した構造となって
いる。

【００３７】なお、ガラス基板１ａの上には、多結晶シ
リコン層２の上にゲート電極４を配置したｐ−ＳｉＴＦ
Ｔ９が形成されている。これらの構造は、従来例と同様
である。

【００３８】一方、対向基板１０は、ガラス基板１０ａ
の上に、Ａｌから成る遮光のための第１遮光層１１を膜
厚１５００オングストローム形成しパターンニングし、
次に、Ｃｒ／ＣｒＯからなる第２遮光層１２を膜厚１５
００オングストローム形成し、これを第１遮光層１１の
パターン幅よりも幅広に形成し、第２遮光層１２により
第１遮光層１１を覆った構造としている。その後、ＩＴ
Ｏ透明対向電極１３を形成し、パターンニングする。上
記第１遮光層１１の図中両端面は、図示の如く、テーパ
面１１ａ，１１ａとなっている。

【００３９】なお、このようにして構成された液晶表示
装置の動作については、周知のことであるので、説明を
省略する。

【００４０】以上のような構成において、対向基板１０
のガラス基板１０ａ側からの光入射に対しては、Ａｌ層
部分からなる第１遮光層１１と、Ｃｒ／ＣｒＯ層からな
る第２遮光層１２の２種類の反射率の異なる層で形成さ
れた遮光層で、ｐ−ＳｉＴＦＴ９に光が入射するのを防
止している。

【００４１】さて、Ａｌから構成される第１遮光層１１
の反射率は４００〜８００ｎｍの可視光領域で８０％以
上の反射率が得られ、第２遮光層１２は同様に６０％程
度の反射率が得られる。このような２層構造を用いるこ
とにより、Ａｌ成膜時の問題である、ピンホールが発生
し易い、接着強度が弱い、Ｃｒ膜と比較してエッチング
精度が劣る等の欠点に対する解決を計ることができる。

【００４２】更に、サイドエッチングが生じ易い、Ａｌ
膜の薬品に対する安定性が低い等の問題を、マスク用の
遮光材料として実績のあるＣｒ／ＣｒＯ層のパターンで
開口部を規定することで、パターン精度が向上する。更
に、第２遮光層１２のＣｒ／ＣｒＯ膜で第１遮光層１１
のＡｌを覆うことで、Ａｌ膜の信頼性を確保することが
できる。

【００４３】ちなみに、第２遮光層１２のパターン端
は、第１遮光層１１のパターン端から両側に３μｍはみ
出るように形成した。この３μｍの幅は、マスク合わせ
精度および信頼性を考慮しても、十分であり、遮光層の
全体の幅の一番狭いところでも２０μｍ程度であるた
め、問題はない。更に、上述のように第１遮光層（Ａ
ｌ）１１の両端をテーパ面１１ａ，１１ａとしている。
これらのテーパ面１１ａ，１１ａによって、そこを被う
第２遮光層１２の表面がなだらかなものとなり、この第
２遮光層１２を被う対向電極（ＩＴＯ膜）１３の段切れ
が防がれる。

【００４４】ここで、Ａｌ膜の信頼性を更に確保する方
法としては、陽極酸化法によって、Ａｌ膜表面に酸化膜
を形成するか、第１遮光層１１上に、無機または有機の
絶縁膜を介して、第２遮光層１２を形成するようにして
もよい。また、第２遮光層１２の上に成膜するＩＴＯパ
ターン膜（１３）の段切れを生じさせないためにも、Ａ
ｌ膜（１１）をそのエッチング時に、上記のようなテー
パ面１１ａを有するように形成することが望ましい。

【００４５】実施例２．図２は、本発明の実施例２の液
晶表示装置の断面図である。図２において示すように、
第２遮光層１２とＩＴＯ対向電極１３の間に、透明な絶
縁層１４を形成している。絶縁層１４は、遮光領域端で
の段差部で、対向電極１３のＩＴＯ膜の段切れを生じさ
せないようにする役割を果たす。更に、この絶縁層１４
を介在させることにより、Ａｌで形成される第１遮光層
１１の信頼性を向上させることが可能になる。

【００４６】なお、絶縁層１４の膜厚は、その材料の屈
折率および対向電極１３の屈折率と膜厚を考慮して、反
射防止となるような膜厚に設定することが望ましい。ま
た、第２遮光層１２は第１遮光層１１の全体を覆うよう
にするのが望ましいが、第１遮光層１１のパターン端で
少なくとも一部が重なるように形成してもよい。

【００４７】実施例３．図３は、本発明の実施例３の液
晶表示装置の説明図であり、同図（Ａ）は液晶表示装置
の一部における断面図、同図（Ｂ）は液晶表示装置面内
の幅方向の光強度分布、同図（Ｃ）は液晶表示装置面内
の光強度分布の平面図、図４（Ａ）は液晶表示装置面内
の中央部付近の遮光層の配置を示す部分平面図、同図
（Ｂ）は液晶表示装置面内の周辺部付近の遮光層の配置
を示す部分平面図である。図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すよ
うに、投射形表示において液晶表示パネルに光源光を入
射させた場合、中央部で光強度が強く、周辺部で光強度
が弱いという、いわゆるパネル中心から同心円状に広が
る光強度分布むらがある。

【００４８】これに対して、図３（Ａ）、図４（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、第１遮光層１１、第２遮光層１２
の２層構造において、第２遮光層１２のＣｒ／ＣｒＯ層
のパターンで開口部を規定し、第１遮光層１１のＡｌ層
のパターン幅を表示パネル内部で入射強度分布と反比例
するように形成することで、パネル中央部での入射光に
対する反射率を上げ、周辺部で入射光に対する反射率を
下げるように配置する。その結果、パネル面内の入射光
の吸収を中央部で低減でき、パネル中央部での温度上昇
を低減することにより、パネル中央部とパネル周辺部の
間の温度分布むらを低減することが可能になる。

【００４９】その結果、液晶層２０の温度がパネル中央
と周辺とで均一化されるため、中央部と周辺部の間の表
示むらを低減することができる。

【００５０】なお、パネル中央部から周辺部に向かって
の、第１遮光層１１ないしは第２遮光層１２のパターン
幅の変化は連続的であることが望ましいが、段階的であ
ってもよい。また、入射光の分布によっては、同心円状
でなくてもよい。

【００５１】更に、入射光強度の低い、例えばパネル周
辺部では、第１遮光層１１と第２遮光層１２の２層構造
でなく、第２遮光層１２の１層構造であってもよい。

【００５２】更に、極端には、入射光強度の強いパネル
中央部では、光反射率の高い第１遮光層１１の１層構造
とし、入射光強度の低いパネル周辺部では、光反射率の
低い第２遮光層１２の１層構造としてもよい。もちろ
ん、更に、反射率の異なる複数の材料を用いて、入射光
強度の強い部分と、入射光強度の弱い部分で、段階的に
材料を変えて行くような方法でもよい。更に、材料とそ
のパターン幅を両方調整することにより、更にきめ細か
く入射光に対する反射率を設定することが可能である。

【００５３】なお、第１遮光層１１としては、Ａｌ以外
にも、Ａｇ、Ｐｔ等の高反射率の金属を用いてもよい。
一方、第２遮光層１２としては、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔ
ｉ等を主成分とする低反射金属もしくは低反射有機層で
あってもよい。

【００５４】なお、実施例のように第２遮光層１２をＣ
ｒ／ＣｒＯで形成することで、液晶パネル内での乱反射
光が、遮光層の液晶層側面で反射してｐ−ＳｉＴＦＴ９
に入射して起こる光リークを低減できる。このような観
点から、第２遮光層１２としては、Ｃｒ単独よりも、Ｃ
ｒ／ＣｒＯ膜構造を用いることにより、１０％以下の低
反射化が計れ、より望ましい。また、液晶面側の低反射
化のためには、ＣｒＯ以外にも、金属層と低反射有機層
との２層構造が適用可能である。

【００５５】さて、図１〜図４に示すような構造の高分
子分散型液晶を用いた液晶表示パネルの組み立て、およ
び液晶層２０の形成は、以下のようにして行う。

【００５６】アレイ基板１の表示部の周囲に、液晶注入
を行うための対角位置に幅３ｍｍの注入口、排出口を配
置し、この部分を除いて、スクリーン印刷法により接着
用シール剤を印刷形成する。この接着用シール剤は、熱
硬化型のエポキシ系接着剤中に、直径１４μｍのガラス
ファイバーを９重量％混入したものを用い、他に表示領
域にも非透明スペーサを静電散布法により散布すること
によって、ガラスファイバーと非透明スペーサによりセ
ル厚を制御する。

【００５７】そして、アレイ基板１と対向基板１０をそ
れぞれ対向させ加熱することによって、エポキシ系接着
剤を硬化させ、空セル状態の液晶表示パネルを作成す
る。

【００５８】次に、液晶（ＢＨＤ社製）と光硬化性組成
物としてアクリル系モノマー及び、光硬化開始剤（メル
ク社製）とを重量比６５：３５の割合で混合した混合物
を空セル内に注入する。注入方法としては、減圧、加圧
もしくは遠心注入法のいずれでもよい。液晶と光硬化性
組成物の注入が完了した後に、紫外線ランプにより硬化
させ、高分子分散型の液晶層２０を形成する。液晶層２
０は、高分子相と液晶相とで構成されている。

【００５９】次に、上記各実施例で例示したような、Ｃ
ｒ／ＣｒＯ層を第２遮光層１２として、これに絶縁層１
４と透明電極層（画素電極層）８を組み合わせて形成し
た対向基板１０を作製し、高反射率ブラックマトリクス
層を用いたものと比較してみた。比較は、液晶表示パネ
ルを投射形光学系にセットして、液晶表示パネル内の温
度むらをサーモビュアを用いて測定して行った。光源光
としては、パネル中心照度１００万ｌｘである。

【００６０】ブラックマトリクス層の反射率が低下する
と、これに伴い中心温度および温度むらが大きくなる。
もちろん、液晶表示パネルは、通常は、冷却ファン等で
冷却されているが、完全に温度むらをなくすことはでき
ない。冷却能力を高めることにより、中心温度および温
度むらは多少低減される方向ではあっても、根本的な解
決策とはなりえない。もちろん、液冷式にして、更に冷
却能力を高める方法も考えられるが、液晶表示パネルの
構造が複雑になりコストアップとなるばかりでなく、冷
却液の循環系の保守、管理や、故障の発生可能性を考え
ると、民生用の電子機器に採用するのは難しい。

【００６１】これに対して、図１０の従来例で例示し
た、ＣｒとＣｒＯを用いた構造では、パネル中心温度は
５５℃と高く、温度むらも１０℃と高い。一方、Ａｌの
第１遮光層１１と、Ｃｒ／ＣｒＯの第２遮光層１２を用
いた構造で、第１遮光層１１のパターン幅変化を行わな
かった実施例１、２の場合には、中心温度が４４℃で、
温度むらは３℃となった。更に、Ａｌのによる第１遮光
層１１のパターン幅を、入射光強度分布に対応して、最
適化した実施例３の構造では、中心温度が４５℃に対し
て、周辺の温度むらは１℃以下と、温度むらをほとんど
低減させることができた。つまり、温度むらはほとんど
視認されなくなった。

【００６２】実施例４〜６．なお、上記各実施例では、
薄膜トランジスタに入射する光を遮光する遮光層、つま
り第１遮光層１１や第２遮光層１２を、対向基板１０側
に形成した場合について例示してきたが、高反射率を有
する遮光層がアレイ基板１側のｐ−ＳｉＴＦＴ９の上ま
たは下、または両方に配置されるような構造においても
有効であることは言うまでもない。つまり、液晶表示パ
ネルの使い方として、光の入射方向をアレイ基板１側か
らとした場合、ｐ−ＳｉＴＦＴ９の下からの入射光に対
して、光の反射率を高めてやればよい。アレイ基板１に
おいてｐ−ＳｉＴＦＴ９の下に、第１遮光層１１や第２
遮光層１２を形成する場合、これらの上に第１層間絶縁
膜５や第２層間絶縁膜７を形成することになるが、その
後のプロセス温度が高いため、絶縁膜としては有機層を
用いることができない。そこで、層間絶縁膜としては、
例えば酸化シリコン、窒化シリコン等の無機膜を形成し
なければならないが、その際の成膜温度も高いため、Ａ
ｌ単層では酸化が生じるため、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ等を主
成分とする低反射膜を形成することが望ましい。この場
合も、第１遮光層１１のパターン幅よりも第２遮光層１
２のパターン幅が広いことが望ましい。そして、ガラス
基板１ａの上に形成した第１遮光層１１、第２遮光層１
２の上に、層間絶縁層を形成し、その後は従来と同様の
方法でｐ−ＳｉＴＦＴ９を形成すればよい。

【００６３】なお、遮光層を対向基板１０やアレイ基板
１の上に形成する場合において、更に望ましくは、ｐ−
ＳｉＴＦＴ９の上下両側に遮光層を形成して、光リーク
を確実に低減させるような構造とするのが効果的であ
る。

【００６４】以上のような観点に基づいてなされた実施
例４〜６がそれぞれ図５〜図７に示される。

【００６５】即ち、図５は、ＴＦＴ９の図中下方に遮光
層（ＢＭ）を形成した、ＴＦＴ下ＢＭ構造にして且つ
対向ＢＭの有りの場合の、実施例４を示す。つまり、ガ
ラス基板１ａ上に、図中左右の側面をテーパ面１１ａ，
１１ｂとした第１遮光層１１と、それを十分に被う第２
遮光層１２とが形成されている。これらの第１、第２遮
光層１１，１２は、図１の第１、第２遮光層１１，１２
と同様の形状、材質のものである。さらに、ガラス基板
１０ａ上の、ＴＦＴ９と対応する位置に、第１遮光層１
１と同様の形状、材質の第３遮光層３１を形設してい
る。ただし、この第３遮光層３１は、対向ＢＭなしのも
のにおいては、省略される。その他の構成は図１と同じ
である。ただし、図中、３０，５，７は、それぞれ、第
１、第２、第３層間絶縁層を示す。

【００６６】図６は、ＴＦＴの上下にＢＭを形成した、
ＴＦＴ上下ＢＭ構造にして且つ対向ＢＭ有りの場合
の、実施例５を示す。つまり、図６の実施例５は、図５
の実施例４において且つＴＦＴ９の上方に第４層間絶縁
層３２を介して第４遮光層３３を形成したものである。
第３遮光層３１は、図５のときと同様に、省略すること
もできる。

【００６７】図７は、ＴＦＴの上下にＢＭを形成した、
ＴＦＴ上下ＢＭ構造にして且つ対向ＢＭ有りの場合
の、実施例６を示す。つまり、図７の実施例６は、図５
の実施例４において且つＴＦＴ９の上方の第２層間絶縁
層５を介して第４遮光層３４を形成したものである。つ
まり、第２層間絶縁層２上に載せられる信号線（金属配
線６）と同じ材料を用いて一体にこの第４遮光層３４を
形成、遮光領域としたものである。第３遮光層３１は、
図５のときと同様に、省略することもできる。

【００６８】実施例７．図８は、本発明の実施例７の液
晶表示装置の断面図であり、マイクロレンズアレイを用
いたＴＮ型液晶表示パネルの場合を例示している。この
図においては、図中の上、下に偏光板を省略している。
図８において示すように、液晶表示パネルは、アレイ基
板１と対向基板１０の間に、ＴＮ型の液晶層２１を挟ん
だサンドイッチ状の構造となっている。アレイ基板１
は、ガラス基板１ａの上にゲート絶縁層３、更にその上
に第１層間絶縁膜５、第２層間絶縁膜７を積層し、液晶
層２１と対向する面にＩＴＯ透明電極層８を配置した構
造となっている。なお、アレイ基板１内部にはｐ−Ｓｉ
ＴＦＴ９が形成される。

【００６９】一方、対向基板１０は、ガラス基板１０ａ
の上に、Ａｌで構成される第１遮光層１１と、ＭｏＴａ
膜で構成される第２遮光層１２を重ねて配置した遮光層
を有し、その上から絶縁層１４を積層し、液晶層２１と
対向する面に対向電極１３を配置した構造となってい
る。

【００７０】もちろん、第１遮光層１１のパターン幅に
対して、第２遮光層１２のパターン幅は広く取られ、第
１遮光層１１は第２遮光層１２によって覆われている。

【００７１】対向基板１０の上には、マイクロレンズ３
１を画素毎に対応させて配置したマイクロレンズアレイ
基板３０が接着層３２を介して接着されている。

【００７２】なお、ＭｏＴａ層を第２遮光層１２として
用いたため、エッチング方法はウエットエッチング法で
はなく、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）法を用い
ることになる。この場合、Ａｌの第１遮光層１１は第２
遮光層１２に完全に覆われているので、Ａｌの腐食耐性
は高いが、ＣＤＥ法を用いることが可能なＭｏＴａ膜を
第２遮光層１２に採用することで、より信頼性を高める
ことができる。

【００７３】さて、ＴＮ型液晶表示パネルの製造方法で
あるが、アレイ基板１と対向基板１０の間に空セルを形
成し、液晶層２１としてＴＮ型の液晶を注入し、液晶セ
ルを完成させる。次に、画素サイズと同じピッチを有す
るイオン交換法で形成したマイクロレンズ３１を有する
マイクロレンズアレイ基板３０（厚さ２ｍｍ）をＵＶ硬
化型の接着層３２を介して張り合せ、位置合わせを行っ
た後に、ＵＶ光を照射して硬化、固定する。以上のよう
にして構成される投射型液晶表示装置は、マイクロレン
ズ３１により入射光を効率よく液晶表示パネルの開口部
に集めることができるので、実効的な開口率（透過率）
を改善し、高輝度プロジェクタを実現するものである。

【００７４】以上のようなＴＮ型液晶表示パネルにおい
ても、従来例のようにＣｒ／ＣｒＯ膜を用いた場合に
は、光吸収と入射光強度分布により温度むらを生じ、そ
の温度むらにより発生する熱歪によりコントラストむら
が発生するが、本実施例のように、Ａｌを用いた第１遮
光層１１とＭｏＴａを用いた第２遮光層１２の２層構造
の遮光層を用いることにより、コントラストむらは解消
される。

【００７５】ちなみに、液晶表示パネルの中心温度およ
び温度むらは、偏光板により入射光が６０％吸収され、
パネル入射照度が低下しても、従来例の構造の場合は、
中心温度４４℃では、温度むらは７．５℃にも達する。
しかし、本実施例のように、ＡｌとＣｒ／ＣｒＯの２層
構造の遮光層を適用することにより、中心温度を３８℃
まで、温度むらを２．５℃にまで改善することが可能に
なった。温度むらを３℃程度まで改善できればコントラ
ストむらは解消されるので、本実施例の場合は、コント
ラストむらはほとんど視認されなくなる。

【００７６】更に、Ａｌによる第１遮光層１１のパター
ンを、入射光強度分布に応じて、変化させ、適合化する
ことにより、温度むらを１．５℃以下にすることが可能
であるので、コントラストむらをほとんど完全に解消で
きる。

【００７７】以上述べたように、本発明によれば、液晶
プロジェクタの世界で、今後ますます進展する高輝度
化、高パワーランプ化や、更には、カラーフィルタ付の
液晶表示パネルによる単板化に対応して、液晶表示パネ
ル表面の温度むらを解消できるので、液晶表示パネルの
性能を飛躍的に向上させることができる。また、カラー
フィルタとして顔料分散等の有機系のものを用いる場合
は、なるべくカラーフィルターの透過率を向上させたも
のを用いることが望ましい。

【００７８】特に、液晶表示パネル面内の光強度分布を
考慮して、高反射率の遮光層と低反射率の遮光層のパタ
ーンを最適化することにより、液晶表示パネルの表示性
能を大幅に向上できる。一方、今後、アスペクト比１
６：９のワイド画面のテレビ方式が一般化してくると、
液晶表示パネルの面内の光強度分布の変化が更に顕著に
なる傾向があるが、本発明によれば、広い範囲で液晶表
示パネル面内の温度むらを低減することが可能である。

【００７９】また、光学的な手法で、液晶表示パネルに
入射する光の強度分布に手が加えられたようなシステム
においても、遮光層のパターンをこれに合わせて最適化
することにより、同様の効果を得ることが可能である。

【００８０】また、上記各実施例では、画素スイッチに
ポリシリコンタイプの薄膜トランジスタを用いているた
めに、表示部領域の外側の他の部分に駆動回路が存在し
ている。この駆動回路をアレイ基板１の上に形成するこ
ともできるが、この場合、ポリシリコン薄膜トランジス
タからなる駆動回路での発熱はそれほど大きくないの
で、入射光強度分布のみを考慮しただけでも十分であ
る。しかし、例えば駆動周波数が上り、消費電力が増大
した場合や、画素スイッチにアモルファスシリコン薄膜
トランジスタを用いて、外付けの集積回路で駆動する場
合、駆動回路部分での発熱により、液晶表示パネルの温
度分布に影響が生じる可能性がある。このような場合、
駆動回路部の配置構造まで考慮した遮光部のパターン形
状の最適化を行うことにより、液晶表示パネル内部の温
度分布を均一に保つことが可能であることは言うまでも
ない。

【００８１】投射型液晶装置において、ＣＲＴ型投射装
置や直視型ＣＲＴと比較して今後民生用製品レベルの表
示品位として問題となる特性としては液晶材料の応答速
度が遅いことによる残像現象の解消である。この問題に
対しては、最近セル中央部でベント配向を有するＯＣＢ
（Optically Compensated Birefringence ）液晶が応答
速度が速いという特徴から最近注目され始めている。し
かし、このＯＣＢ液晶もまた黒表示レベルが温度変化に
より大きく変化する。これはリタデーションの温度変化
によるものであり、上記のような投射型表示装置に用い
る場合は温度むらを小さくすることが重要であり、本発
明はＯＣＢ液晶を用いたものにも有効であることは言う
までもない。

【００８２】なお、本発明の実施例と従来例の説明及び
それらを示す断面図では、ＴＦＴのみについてしか触れ
ていないが、実際には補助容量が形成される。この補助
容量の説明、図示は省略している。即ち、この補助容量
は、ＴＦＴの活性層であるｐ−Ｓｉ膜を延長したパター
ンを、それにＴＦＴソース・ドレイン部形成と同時に不
純物を注入して下電極としたものと、ＴＦＴのゲート絶
縁膜と同じ絶縁膜と、ＴＦＴのゲート絶縁材料と同じ材
料で上電極を形成することで、形成される。

【００８３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の液晶表示装
置は、画素スイッチ用のトランジスタに入射光が入らな
いようにするための遮光層を、高反射率の反射層と、こ
れを覆うように配置した低反射率の反射層の２層構造と
したので、液晶表示パネルの温度上昇および温度むらを
低減でき、結果として表示むらを低減でき、更に、遮光
層のパターンを入射光強度分布に対応して最適化するよ
うに構成したので、液晶表示パネルの温度むらを更に低
減して、表示むらを解消することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の液晶表示装置の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例２の液晶表示装置の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例３の液晶表示装置の一部の断面
図及び光強度分布の説明図である。

【図４】本発明の実施例３の平面的説明図である。

【図５】本発明の実施例４の液晶表示装置の断面図であ
る。

【図６】本発明の実施例５の液晶表示装置の断面図であ
る。

【図７】本発明の実施例６の液晶表示装置の断面図であ
る。

【図８】本発明の実施例７の液晶表示装置の断面図であ
る。

【図９】高分子分散型液晶のＶ−Ｔ特性の温度依存性の
説明図である。

【図１０】従来の液晶表示装置の断面図である。

【符号の説明】

１アレイ基板１ａ、１０ａガラス基板２多結晶シリコン層３ゲート絶縁層４ゲート電極５第１層間絶縁膜６金属配線７第２層間絶縁膜８透明電極９ｐ−ＳｉＴＦＴ１０対向基板１１、１５第１遮光層１２、１６第２遮光層１３対向電極１４絶縁層３０マイクロレンズアレイ基板３１マイクロレンズ３２接着層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡邉好浩神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者山田義孝神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次元状に配置された画素電極と、この画
素電極に印加される駆動電極をスイッチングする画素ス
イッチとを配置してなるアレイ基板と、この画素電極に対向して配置された対向電極が形成して
なる対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に介在された液晶
層とを備え、前記アレイ基板と前記対向基板との少なくとも一方の基
板の前記電極形成面には、光源からの入射光が前記画素
スイッチへ入射することを防止する遮光領域が配置さ
れ、且つこの遮光領域は、前記入射光に対する反射率が異な
る少なくとも２層以上から構成され、最下層の遮光層に
より上層の遮光層の一部が直接前記基板の前記電極形成
面に接して配置されていることを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項２】前記遮光領域は、前記入射光に対する反射
率が大きな第１の遮光層と小さな第２の遮光層との少な
くとも２層を有し、前記入射光に対して前記第１の遮光
層が中心側に位置し、前記第２の遮光層が前記第１の遮
光層の周辺に位置するように前記第１，２の遮光層を配
置したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記遮光領域は、前記対向基板の前記電極
形成面に突き出た形に設けられており、前記第１の遮光
層の両側面は逆ハの字状に向かい合うように立ち下がる
一対のテーパ面となっており、前記対向電極は前記第１
の遮光層を前記第２の遮光層を介して覆っており、前記
対向基板の段切れが前記テーパ面によって防止されるも
のであることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装
置。
【請求項４】前記第１の遮光層の幅と前記第２の遮光層
の幅とは、入射光の平面強度分布に応じて変化しており
当該装置における入射光による光吸収量が平均化されて
なることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記アレイ基板上には、前記画素電極と前
記遮光領域との間に絶縁層が介在していることを特徴と
する請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記対向基板上には、前記対向電極と前記
遮光領域との間に絶縁層が介在していることを特徴とす
る請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記絶縁層は、少なくとも２層以上から構
成されていることを特徴とする請求項５または６記載の
液晶表示装置。
【請求項８】前記遮光領域は、前記アレイ基板上に配置
され、且つ前記画素スイッチは前記ら絶縁層を介し前記
遮光領域上に光を入射することを遮光する遮光層が配置
されていることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装
置。
【請求項９】前記対向基板上には、前記画素スイッチに
光を入射することを遮光する遮光層が配置されているこ
とを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記液晶非層は、高分子分散型液晶また
は微粒子分散液晶等の光散乱表示モードの表示モードの
液晶層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか
に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記液晶層は、ＴＮ型液晶もしくは中央
部でねじれ配向が存在するベンド配向液晶の層からなっ
ていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記
載の液晶表示装置。
【請求項１２】前記第１の遮光層はＡｌ，Ａｇ，Ｐｔの
うち少なくとも１つを主成分とする高反射金属層で形成
され、前記第２の遮光層はＣｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａのう
ち少なくとも１つを主成分とする低反射率の金属層か有
機層のうちいずれかで形成されていることを特徴とする
請求項１〜１１のいずれかに記載の液晶表示装置。