TW583475B

TW583475B - Liquid crystal device, projection type display device, and electronic machine

Info

Publication number: TW583475B
Application number: TW090109071A
Authority: TW
Inventors: Kinya Ozawa; Tsuyoshi Maeda
Original assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2004-04-11
Also published as: JP2002006321A; KR100447375B1; CN1344964A; US20020012088A1; CN1161649C; KR20010098656A

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583475 A7 B7 五、發明説明（彳）【發明所屬之技術領域】：本發明爲關於將定向膜之液晶定向角，並進而將畫素電極們之間的空隙，以及液晶層的厚度規定於具有特定關係之液晶裝置，以及採用上述液晶裝置之投射型顯示裝置與電子機器，尤其是關於抑制起因於液晶分子轉傾之顯示缺陷之發生的技術。【先前技術】：從以前開始，液晶顯示裝置不僅做爲直視型，做爲投射型電視等等之投射型顯示元件，其需求亦一直增加。於此’將液晶顯不裝置做爲投射型顯示元件來使用的情況時 ’ 一旦以以往水準的畫素來提高其擴大率時，畫面的粗糙感便變的極爲明顯。因此，即使於較高擴大率時爲了得到精細的畫像，有必要增加畫素的數目。【發明所欲解決之課題】：然而，將液晶顯示裝置的面積維持固定而增加畫像數之際，尤其是於主動式矩陣型之液晶顯示裝置中，因爲畫素以外之配線部分與切換元件所佔的面積變得相對較大，因此覆蓋隱藏住此部份之黑色矩陣面積亦變大。更甚者，於此情況所產生的問題是，因爲畫素與畫素之間的距離，亦即，畫素電極與畫素電極之間的空隙必然變得更狹窄’所以一旦仔細注視著一個畫素電極時，由於受到鄰接之其他畫素電極之周圍所產生之電場的影響，變本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）4

583475 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（2 ) 得容易產生液晶分子轉傾（）的情形。若是產生液晶分子轉傾的話，發生該情形之部分，以及該配線部分與切換元件部分均必須以黑色矩陣加以覆蓋。如上所述，將液晶顯示裝置的面積維持固定而增加畫像數之際，因爲不僅是配線部分與切換元件部分，關於液晶分子轉傾之發生部分亦必須以黑色矩陣加以覆蓋，因此相對於顯示區域，其黑色矩陣之面積變得極端的大。因此，在此情況下，顯示區域大小所依據之畫素開口部的面積減少且其開口率低下的結果，顯示畫面變暗使畫像品質降低。在此詳細說明關於液晶分子轉傾所造成之顯示上的缺陷。於目前採用投射型顯示元件之液晶顯示裝置當中，做爲高精密構造之製品，配列成多數矩陣狀之矩陣型的畫素電極之幅寬被極度細化至20xl(T6m(20 # m)的程度。再者，於高精密化之液晶顯示裝置當中，若是採用反射型之構造的話，將形成於基板上之切換元件以絕緣膜覆蓋之外，還可將畫素電極以近乎無空隙的方式來配置。因此，於反射型之液晶顯示裝置當中，變得可以將畫素電極們之間的空隙縮小至僅僅爲1 X 1 (Γ6 m (// m)的程度。於如上所述之畫素電極的空隙被縮小之液晶顯示裝置當中，如第11圖所示，被設置於一邊的基板側之畫素電極 100，101之間隔爲lxl0_6m(// m)的程度，因爲設置於與此互爲對向之基板側之共通電極102 ，與畫素電極100以及 102之間的間隔d爲2xl(T6m~4xlO_6m，因此，在存在於相本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） -5 -

583475 A7 B7 五、發明説明（3 ) 鄰接之畫素電極100，101之間的境界部分之液晶當中，有強大的橫電場產生作用。在此舉例而言，將共通電極102 接地線並固定於0V，畫素電極100則加上5V，畫素電極 1〇1則降至-5V並加以定向控制的情況下，藉由將電壓加以改變並採用對基板會產生直立現象的形式之液晶的話，如第12圖所示，位於對應在畫素電極100區域並靠近畫素電極101區域的附近之液晶當中，產生了+5V與-5V之電位差爲1 0V之橫向電場，受此橫向電場影響之液晶極有可能產生與原來不同方向之定向。亦即，在應以畫素電極1〇〇加以定向控制之區域中的液晶當中，有一部分的液晶其方向與其他液晶的方向產生微妙的不同。其結果爲，於定向方向產生微妙不同之液晶的境界區域（第1 2圖中沿著以符號 DR所顯示之境界線的區域）中，產生了所謂的液晶分子轉傾之線狀顯示缺陷。而對此線狀顯示缺陷的幅度實際加以測定之際，可得知其平均幅度爲3xl(T6m(// m)的程度。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製於此，第14圖爲，於先前形式的液晶顯示裝置中計算畫素部當中之光的反射狀態並顯示其明亮度之圖示。如此圖所示，由於液晶分子轉傾之發生，畫素內的亮度，特別是畫素兩側的亮度降低。然而，從儘可能消除液晶分子轉傾所帶來的顯示缺陷的目的來看，採用可以將互相鄰接之畫素電極的極性儘可能加以同一化之面反轉驅動方式’雖然於顯示之際之每隔幀上將同一極性的電壓加上全畫素電極來驅動液晶’但於面反轉驅動方式上問題並無法完全消除。亦即’雖然於將本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - 583475 A7 ______B7_ 五、發明説明（4 ) 顯示區域全體以白色或黑色之中的一個顏色來表示的情況下面反轉驅動方式是有效的，但是在顯示區域中白色與黑色混合在一起顯示時之顯示型態下，白色顯示與黑色顯示的交界區域會變成近似灰色顯示，交界區域會變成模糊狀態。例如，如第1 3圖所示，欲於白色顯示之背景上以黑色顯示將「A」的文字顯示出來之際，黑色顯示的「A」的輪廓部分之周圍的白色顯示部分上，產生了起因於液晶分子轉傾之灰色顯示區域，「A」文字的輪廓變得不鮮明，成爲對比極低的顯示型態。尤其是於投射型顯示元件中，正因爲其爲擴大投射顯示使得事態變得更嚴重。另一方面，於液晶的驅動方式中，除了面反轉驅動方式之屋面反轉驅動方式之外，於每隔縱的一行或是橫的一行上將驅動電壓的極性加以入替之行反轉驅動方式，以及於每隔鄰接之畫素電極上將驅動電壓的極性加以入替之點反轉驅動方式亦爲人知曉，因爲各種驅動方式各有其長處，因此於投射用之液晶面板上能夠選擇各種不同的驅動方式是被希求的。然而，從上述液晶分子轉傾所帶來的問題來看，做爲高精密之液晶面板的驅動方式，鄰接之畫素電極間的電位差極大之行反轉驅動方式以及點反轉驅動方式是無法採用的。再者，現今投射器所要求的性能首先爲明亮度，關於這點，藉由對應於畫素來設置微視鏡並於畫素開口部分將光線收束，即可以提高實效開口率。然而，一旦設置微視鏡的話，射入於畫素之光束密度變高’其結果爲可能產生本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）•飞一 (請先閲讀背面之注意事項 I -- 馬本頁) 訂--Γ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（5 ) 定向膜損傷並於液晶上會產生定向異常。以上的說明爲爲了簡化說明而將通常設置於液晶顯示裝置之彩色濾光片與偏光板加以排除，而單僅說明面板的開口率的問題。本發明是以上述情形爲背景來形成，其目的爲：藉由界定定向膜之液晶定向角與畫素電極們之間的空隙以及液晶層的厚度之特定關係，抑制起因於液晶的異常定向之顯示缺陷之發生，以提供具有明亮顯示之液晶裝置，投射型顯示裝置及電子機器。【用以解決課題之手段】：爲了達成上述目的，於本發明相關之液晶裝置中，在互爲對向的平面上各自設置了定向膜，於其所形成之一對基板之間，液晶被夾於其中，如此的液晶裝置具有多數的掃描線與多數的資料線，以及被設置於由這些掃描線與資料線加以區隔之每個畫素區域中之切換元件以及畫素電極，其特徵爲上述定向膜所形成之液晶定向角爲2(T以上30q 以下。根據如此構成，因爲起因於液晶分子轉傾所帶來的顯示缺陷處於畫素之外，爲了將液晶分子轉傾的發生部分加以遮光而設置的黑色矩陣即使不加以設置亦無影響，所以將黑色矩陣去除所多增加的亮度亦對更明亮的顯示有所貢獻。在此，於本發明中，上述定向膜最好是以氧化矽或是氮化矽來構成。例如將此材料以斜面蒸著法來形成定向膜的話，比較容易達成20°以上30°以下之液晶定向角，再加本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " ' ' (請先閱讀背面之注意事項系

、1-τ

583475 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（6 ) 上是因爲藉由光來形成定向膜使其可以防止分解，因此可以防止定向異常的發生。此外，於本發明中，夾於上述一對基板之間的液晶層的厚度（晶粒厚度）令其爲d，而畫素電極間的空隙令其爲L 之際，最好是滿足d/L ^ 1的關係。隨著晶粒厚度d愈來愈小，此外或是隨著畫素電極間的空隙L愈來愈小，雖然液晶分子轉傾的的現象仍極爲顯著，但是若是滿足d/L 2 1的關係，則橫向電場的影響變少且可以擴大其開口率。此外，於本發明中，即使上述畫素電極爲光反射性之金屬電極的構成亦可。若是畫素電極由光反射性之金屬電極來構成的話，切換元件以及配線即可以形成於畫素電極的下層。因此，畫素電極即可以與切換元件以及配線的配置毫無關係的來加以設置。因爲關於本發明之投射型液晶裝置具備有上述液晶裝置，可以達成防止起因於液晶分子轉傾所帶來的顯示缺陷之明亮顯示。具體而言，本發明之投射型液晶裝置具有光源，以及將從上述光源傳來的光加以調製之光調製裝置，以及將因上述光調製裝置被調製的光加以投射之投射鏡，並將做爲上述光調製裝置之上述液晶裝置加以構成的話，於擴大投射之際，可以達成防止起因於液晶分子轉傾所帶來的顯示缺陷之明壳顯不。同樣的，本發明之投射型液晶裝置具有光源，以及將從上述光源傳來的光加以調製之光調製裝置，以及將因上本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐1 '

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583475 A7 B7 五、發明説明（7 ) 述光調製裝置被調製的光加以投射之投射鏡，並將做爲上述光調製裝置之上述液晶裝置用於藍色系的顯示部加以構成的話，亦可以增加藍色純度之顯示。此外，因爲關於本發明之電子機器具備有上述液晶裝置，可以達成防止起因於液晶分子轉傾所帶來的顯示缺陷之明売顯不。【發明之實施型態】：以下，雖然是基於圖面說明本發明之實施型態，但是本發明並不限定於以下的實施型態。 <液晶裝置之畫素部>: 首先說明關於本發明之第1實施型態之液晶裝置。首先關於此液晶顯示裝置的畫素部爲參照第1圖與第2圖來加以說明。第1圖爲構成液晶裝置的畫像顯示區域之矩陣形狀上的多數的畫素之各種元件以及配線等等的等效電路。第2圖爲第1圖所示的一個TFT之TFT陣列基板加以擴大之放大剖面圖。此外，於此剖面圖中，因爲是欲在圖面上以可以辨識的程度來顯示出各層與各零件，所以各層與各零件的縮尺比例是有所不同的。於第1圖中，在本實施型態之液晶裝置之畫像顯示區域上，有m條的掃描線3 a沿著行方向排列以及有n條的資料線6 a沿者列方向排列’而封應於追些掃描線3 a與資料線 6a之交叉部分，配列著以矩陣狀排列的TFT30與畫素電極本紙張尺度適用中國國家榡準（CNs ) A4規格（box297公釐）~_ 1〇 _ ' '~ (請先閱讀背面之注意事項再^r本頁，> -訂 583475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7___五、發明説明（8 ) 9a。在此，TFT30的柵電極接續於掃描線3a，而其供給電極接續於資料線6a，其漏極接續於畫素電極9a。此外，於各條m條的掃描線3a上，於固定的時機中按照順序將主動水準的掃描訊號Gl、G2、....、Gm個別加上來加以構成，此外，於各條η條的資料線6a上，於掃描訊號爲主動水準的期間，畫像訊號S1、S2、…、Sn是按照線的順序，或是，以每個互相鄰接之多數資料線6a之群組來被加以供給〇因此，若有某個掃描訊號爲主動水準的話，提供該掃描訊號之掃描線3a的一整行的TFT30則變爲一齊啓動，於此一齊啓動的期間中，被供給之畫像訊號SI、S2、…、Sn 會被寫入該一整行中各個畫素電極9a ，並與形成於之後所述的對向基板之定向電極之間保持一定期間。在此，藉由因被加上之電壓水準來改變分子集合的定向與秩序，液晶將通過此處的光加以調製，並使階調顯示變得可能。液晶若處於正常白色的模式之下，因應於加上之電壓，使得入射光變得無法通過該液晶部分，若處於正常黑色的模式之下，因應於加上之電壓，使得入射光變得可以通過該液晶部分，全體而言，因應於畫像訊號，將會從液晶裝置中發射出具有強度的光線。在此，爲了防止被保持的畫像訊號產生遺漏，蓄積容量70被附加於形成於畫素電極9a與定向電極之間的液晶容量上。藉由此蓄積容量 70，因爲可以將畫素電極9a的電壓，保持在比供給電壓被加上的時間還要早3個位數的時間，可以改善其保持特性本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）_ ^ j _ (請先閱讀背面之注意事項再_寫本頁) Ψ. 通寫太

1T 583475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（9 ) 並實現高對比比例的液晶裝置。接下來，如第2圖所示，於TFT陣列基板1 〇上，在鄰接於各個畫素電極9a的位置上，設置了畫素切換用TFT(切換元件）30。另一方面，於畫素電極9a中，於與TFT30相反方向的一邊上設置了定向膜16。而TFT陣列基板10，則與形成之後所述的定向電極與定向膜之對向基板保持一定的空隙被加以貼合，於此空隙中液晶被加以封入並形成液晶層50。此外，在畫素電極9a與定向電極之間無電位差的狀態下，液晶層5 0藉由形成於兩基板間的定向膜，來形成所定之定向狀態並被加以構成。於TFT陣列基板10中，與畫素切換用TFT30互爲對向之位置上設置了第1遮光膜11a。第1遮光膜11a最好是由，包含不透明之高熔點金屬Ti，Cr，W，Ta，Mo以及Pd當中最少一個之金屬單體、合金、金屬矽化物等來加以構成。從如此材料中來構成第1遮光膜1 1 a的話，就可以防止之後所進行之高溫處理所造成的第1遮光膜11 a被加以破壞與熔融。此外，藉由第1遮光膜1 1 a，可以未然防止從TFT陣列基板10射回的光射入畫素切換用TFT30的通道區域la’與 LDD區域lb、lc的事態，並防止因光電流的發生使畫素切換用TFT30的特性產生劣化。接下來，於第1遮光膜11a與多數的畫素切換用TFT30 之間設置了第1層間絕緣膜12。第1層間絕緣膜12是爲了將構成畫素切換用TFT30之半導體層la ，與第1遮光膜 11 a保持電氣上的絕緣而加以設置的。再者，藉由全面形成本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12- 583475 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（10 ) 於TFT陣列基板1 0，第1層間絕緣膜1 2亦具有畫素切換用 TFT30的保護膜之機能。亦即，可以防止於TFT陣列基板 1 0硏磨之際所產生之磨損與淸洗後所殘留之污垢所導致之畫素切換用TFT30的劣化。在此，第1層間絕緣膜12是由例如NSG(非摻雜矽酸鹽玻璃）、PSG(磷化矽酸鹽玻璃）、 BSG(硼化矽酸鹽玻璃）、BPSG(磷化硼矽酸鹽玻璃）等等的高絕緣性之玻璃，或者是氧化矽膜，氮化矽膜來加以構成的。藉由如此的第1層間絕緣膜1 2，可以未然防止第1遮光膜11a污染畫素切換用TFT30的事態發生。而在TFT陣列基板1 0上採用不透明的矽基板之際，第1遮光膜1 1 a則變得不需要。接下來，於構成畫素切換用TFT30之半導體層la的表面上，形成了由熱氧化處理所得之柵絕緣膜2 ，再加上形成了由矽聚合物膜所構成之掃描線3a。因此，於掃描線3a 當中，與半導體層la互相交錯之部分亦具有做爲TFT30的柵電極的功能，此外，於半導體層la中，該掃描線3a的直接下方部分亦具有做爲通道區域1 a’的功能。再加上，半導體層la當中與通道區域la’鄰接的兩側上，個別設置有低濃度供給區域（供給側LDD區域）lb，以及同樣低濃度排出區域（排出側LDD區域）1 c，再加上於外側上，個別設置有高濃度供給區域1 d，以及同樣高濃度排出區域1 e ，TFT30 具有所謂的 LDD(Lightly Doped Drain)結構。而關於各區域lb、lc、Id、le，其針對半導體層la，藉由因應於其形成η型或p型通道來以η型用或p型用之所定濃度 (請先閲讀背面之注意事項再

1Τ 丨％本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -13- 583475 A7 B7 五、發明説明（11 ) 請先閲讀背之注意事項再的ί参雑劑來加以ί参雜’以形成各區域。而η型通道之TFT 具有作動速度快的優點，多用於爲畫素的切換元件之畫素切換用TFT30上。此外，關於畫素電極9a的材料，若是爲透過型的話，則最好是例如像IT〇（Indium Tin Oxide)般的透明導電膜，另一方面，若是爲反射型的話，則最好是例如像A1或Ag般的反射性高的導電膜來加以形成。構成TFT30之半導體層la當中，藉由將柵絕緣膜2以及第2層間絕緣膜4加以開孔之接觸孔5，將高濃度供給區域1 d接續於，由A1等的低阻抗之金屬膜及金屬矽化物等的合金膜之遮光性薄膜所構成之資料線6a ，另一方面，藉由將柵絕緣膜2以及第2層間絕緣膜4以及第3層間絕緣膜7 加以開孔之接觸孔8 ，將高濃度排出區域1 e接續於相對應之畫素電極9a。而關於高濃度排出區域le與畫素電極9a 之間，可以經由與資料線6a相同之A1膜以及與掃描線3a 相同之矽聚合物膜來加以電氣上的接續。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 TFT3 0雖然最好是具有上述LDD之結構，但是亦可以具有防止將不純物離子打入低濃度供給區域lb以及低濃度排出區域lc之抵銷（Offset)結構，亦可以是將柵電極3a做爲罩以高濃度將不純物離子打入，並使其自動統合性的形成高濃度供給區域以及高濃度排出區域之自動排列型的 TFT。另一方面，TFT30的半導體層3a當中，鄰接於高濃度排出區域1 e之高濃度區域1 f被延長設置至與掃描線3a略爲本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 583475 A7 B7 五、發明説明（12 ) 平行之容量線3b爲止並施加以低電阻化。因此，蓄積容量 70藉由高濃度區域1 f與容量線3b的一部分將絕緣膜2做爲介電體並加以夾住並加以構成。在此因爲蓄積容量7 0的介電體爲，藉由高溫氧化而形成於矽聚合物膜之TFT30的柵絕緣膜2 ，所以可以變得較薄且成爲高耐壓之絕緣膜。因此，蓄積容量70可以以小面積形成大容量。其結果爲，可以有效利用資料線6a下的區域與沿著掃描線3a的空間之開口區域外的空間，並可以增加畫素電極 9a的蓄積容量。此外，將畫素電極9a介在著絕緣膜以形成於資料線6a與掃描線3a上亦可。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製雖然於本實施型態中，爲將僅僅一個畫素切換用TFT30 之柵電極（資料線6a )配置於供給-排出區域lb以及le之單柵極結構，但亦可以在此之間配置兩個柵電極。此時，於各個柵電極中加上相同的訊號。以如此的雙柵極（Dual Gate or Double Gate)或是三柵極（Triple Gate )以上來構成 TFT的話，可以防止通道與供給-排出區域的接合部的漏電流的產生，亦可以降低關閉時的電流。這些柵電極當中若是至少一個爲LDD結構或是抵銷（Offset)結構的話，可更加降低關閉電流，並得到更安定的切換元件。接下來，於上述結構之液晶顯示裝置中，討論關於定向膜所定的液晶定向角，以及畫素電極9a的空隙，以及液晶層的厚度的關係。首先，因說明的方便，如第3 .圖所示 ’將畫素電極9a的本體部9al們的空隙當做L ( X l〇_6m ) ，畫素電極9a的配列間距當做P ( X i〇_6m )，再將液晶層本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 583475 A7 B7 五、發明説明（13 ) 的厚度（基板10旁邊的定向膜16與基板20旁邊的定向膜 22之間的間距之晶粒厚度）當做d ( X 10_6m )。此外’將液晶分子的長軸與基板（定向膜）板面所形成的角度（液晶定向角）當做0 P。首先，於如第1圖或第2圖所示的構成中，配列間距P 設爲25xl(T6m，畫素電極9a設爲15xl(T6m的大小（因此，空隙L爲設爲l〇xl(T6m，）。此外，晶粒厚度d設爲5χ10_ 6m。再加上，於定向膜16、22採用無機材料之Si〇2 ’除了藉由斜面蒸著法將液晶定向角0 P設爲25°之外，將兩基板之間設定爲45°的扭轉向列定向模式。此時，負向型之向列液晶之屈折異方性△ η與晶粒厚度d的乘積△ nxd之値爲 0 ·48 X 1 0-6m 〇再者，以下爲圖中省略，於對向基板20中，於基板背面（上側）上形成感光性樹脂所形成之微視鏡，以及包覆住微視鏡之壓克力系的接著層，以及覆蓋玻璃。在這樣的條件之下，一方面考慮從相鄰接之畫素電極所產生之橫向電場，計算液晶定向狀態，並模擬於畫素電極中之光的反射率爲多少，將結果顯示於第8圖中。於此圖中，與第14圖所示之以往例子相比較可得知，起因於液晶分子轉傾之顯示缺陷很明顯的降低。接下來，將液晶定向角0 P加以變化的情況下，將 △ nxd之値固定於0.48 xl 0_6m之下，將必要之晶粒厚度d顯示於次表（第1表）。此外，在此表當中，做爲驅動方式所採用之點反轉驅動方式之反射率以及其應答速度之計算本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16 - 請先聞讀背面之注意事項頁經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583475 A7 B7 五、發明説明〇4 ) 結果亦顯示於表上【第1表】液晶定向角（度） Δη 晶粒厚度反射率（％) 應答時間（ms) 0.15 3.2 42 46 5 0.148 3.24 47 10 0.145 3.31 45 50 20 0.13 3.7 56 62.7 30 0.108 4.4 60 72 40 0.008 62 165 50 0.057 8.4 63 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製從第1表得知在液晶定向角Θ P於3 以上的情況下晶粒厚度d會逐漸變大。此外，因爲應答時間依晶粒厚度d的 2次方的比例變大，因此在此並不希望晶粒厚度d變大。此外，液晶定向角0 P於20°以下的情況下雖然反射率會降低，但這是因爲液晶分子轉傾發生的結果。因此’最好是將液晶定向角0 P設定在200以上30°以下。如上所述，因爲橫向電場的影響在晶粒厚度d愈小或畫素電極間的空隙L愈小愈容易受影響，若是於高精密的面板上其影響愈顯著。此外，如第1表所述之晶粒厚度d愈大，雖然應答時間變大，但是關於明亮度，若是△ nxd之値保持固定的情況下，晶粒厚度d愈小，則必須具有大△ η 値的液晶材料。然而，大△ η値的液晶材料中具信賴性的較少，製程上較爲不利。接下來，將畫素電極9a的配列間距Ρ固定於1 0 β m且晶粒厚度d固定於3.2 // m的情況下，將畫素電極間的空隙 L加以變化之際，將其開口率的變化顯示於第2表中。請先閱 % 背面之注意事項頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -17- 583475 A7 B7 五、發明説明（15 【第2表] L ( //m) d ( ^m) d[L_mam (%) 3.2 3.2 81 3.2 1.6 3.2 L06 49 3.2 36 最大對比 300 200 180 在此，將液晶定向角Θ p設定在200以上30°以下。爲了使橫向電場的影響降低且得到較大開口率以及較高對比，有必要將晶粒厚度d與畫素電極間的空隙L之間的關係滿足於d/L ^ 1。於正常白色顯示模式下，即使可以將畫素電極間的空隙變小且增加開口率，但是會因橫向電場的影響而於黑色顯示之際產生光線喪失。因光線喪失，即使得到較大開口率亦無法得到明亮的高對比顯示。目前的投射型裝置中之液晶顯示裝置其對比要求在200以上。爲了實現此，必須滿足上述條件。因此，除了將液晶定向角0 P設定在20°以上30°以下之外，若是亦滿足晶粒厚度d與畫素電極間的空隙L之間的關係爲d/L - 1的話，即使受到鄰接的其他畫素之橫向電場的影響，液晶分子轉傾產生於畫素內的疑慮即會變小，即使是高精密的顯示構成亦可得到高對比高品質的顯示。請先閲讀背之注意事項頁經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 <液晶裝置的全體構成>: 接下來，參照第4圖與第5圖來說明本實施型態之液晶裝置的全體構成。於第4圖中，在TFT陣列基板1 〇上，沿著其邊緣設置了封材52，而做爲其周圍且並行於其內側之遮光膜53亦被加以設置。於封材52之外側區域上，沿著本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-18 - 583475 A7 B7__ 五、發明説明（16 ) TFT陣列基板10的一邊設置了資料線驅動電路101以及實裝端子1 02 ，而沿著鄰接此邊之兩側設置了掃描線驅動電路104。供給於掃描線3a之掃描訊號的延遲若是不成問題的話，當然僅於一邊設置掃描線驅動電路1 04亦可。此外，將資料線驅動電路101沿著畫像顯示區域的一邊配置於兩側亦可。再加上，TFT陣列基板10的另一邊上，爲了連結配置於畫像顯示區域的兩側之掃描線驅動電路1 04 ，設置了配線105。如第5圖所示，與封材52的輪廓幾乎相同之對向基板20，藉由該封材52保持了一定的間距d並固定於TFT陣列基板1 0，並且，於此空間封入液晶並形成液晶層50。封材52是由例如光硬化性樹脂與熱硬化性樹脂等所構成之接著劑，於此當中，混在著棒狀與球形的空間（圖面中省略），保持著一定的間距d來加以構成。此外，在對向基板20入射光所射入的一邊以及TFT陣列基板1 0射出光所射出的一邊中，各自適切的配置著例如 TN (扭轉向列式）模式之外，還適切的配置著STN (超級扭轉向列式）模式、強介電性液晶（FLC )模式等的作動模式，並因應著正常白色模式/正常黑色模式之區別，以所定的方向適切的配置著偏光薄膜，位向對比薄膜，以及偏光板。以上所說明之本實施型態之液晶裝置，爲了適用於彩色液晶投射器，做爲RGB用的白熱燈泡（白熱電球）採用了 3 枚的液晶裝置，並且經由之後所述之各個RGB分解用兩向色鏡（Dichroic Mirror)被加以分解的各種顏色的光，做爲投本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~~" (請先閲讀背面之注意事項再

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583475 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明〇7 ) 射光被射入於各個液晶裝置中。因此，於本實施型態中，在對向基板20的一邊，並未設置彩色濾光片。然而’將位於對向基板20且定向於畫素電極9a的區域中之：RGB彩色濾光片語其保護膜一同形成亦可。若是如此做的話，各本實施型態中的液晶裝置均適用於，液晶投射之外的直視型與反射型的彩色液晶電視等等的彩色液晶裝置。再者，於對向基板20上，亦可以以堆積幾層具有不同曲折率的干涉層，利用光的干涉原理，以形成創造出RGB色彩之兩向色濾片（Dichroic Filter )。藉由此附有兩向色濾片之對向基板，更能夠實現明亮的彩色液晶裝置。此外，做爲設置於各個畫素之切換元件是以正相扭構形之矽聚合物TFT來加以說明，但是對於逆相扭構形之TFT 與非晶質TFT等其他型之TFT，實施型態亦爲有效。此外，於本實施型態中，雖是採用TFT並驅動畫素電極畫素電極的方式來加以構成，但是亦可採用TFT以外，例如TFD(Thin Film Diode :薄膜二極體）等的主動式矩陣型元件來加以構成，再者，亦可以將液晶裝置做爲被動式矩陣型元件來加以構成。第6圖爲關於驅動本實施型態之液晶裝置之際可加以適用之驅動方式之說明。第1 ，如第6圖（a)所示，將以框線圍住之區隔狀區域視爲一個畫素的話，關於全部畫素於每一個框以相同極性之電壓加以驅動的方式，換言之，於第6圖（a)所示之框上在全部畫素上加上+的電位，於圖中未本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20 - 583475 A7 B7 五、發明説明（18 ) 出現之另一框上在全部畫素上加上-的電位，如此在不同框上反覆加上不同極性的電壓之框反轉驅動方式便可加以採用。第2 ，如第6圖（b)所示，亦可以採用於上下左右所鄰接的畫素上加上與該畫素極性不同之電壓之點反轉驅動方式。第3 ，如第6圖（c)所示，可採用於每個橫向的一行之電壓互爲逆極性，或是如第6圖（d)所示之可採用於每個縱向的一行之電壓互爲逆極性之線反轉驅動方式。在此，於既有之高精密液晶裝置中，在將多數的畫素電極間之間隔縮爲1 5 X 1 0_6m程度的構造中，因爲橫向電場的影響所以只能採用框反轉驅動方式。這是因爲一旦採用點反轉驅動方式或是線反轉驅動方式，則有產生液晶分子轉傾並發生顯示缺陷之虞。相對於此，若採用本實施型態之結構的話，即使採用鄰接畫素之間的附加電壓之極性爲不同之驅動方式，因爲於顯示區域中產生液晶分子轉傾的機會較少，即使採用如第6圖（b)所示之點反轉驅動方式或是如第6圖（c)或（d)所示之線反轉驅動方式，都可以抑制液晶分子轉傾的發生。因此，於本實施型態中，因爲即使採用哪個驅動方式均可，可提高其廣泛使用性。 <第2實施型態> : 接下來說明關於本發明之第2實施型態之液晶裝置。此液晶裝置除了將第1實施型態之TFT陣列基板1 〇當做半導體基板之外，還將畫素切換用主動元件加入於此半導體基板。此際，因爲半導體基板不具有透光性，液晶裝置是本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）請先閲 % 背之注意事項

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 21 - 583475 A7 ______B7__ 五、發明説明（19 ) 做爲反射型被加以使用。第7圖顯示出，在關於同實施型態之反射型液晶裝置當中畫素切換用之電場效果電晶體1個之構成的剖面圖，此外，就等效電路而言，與第1圖顯示之第1實施型態並無不同。於第7圖中，符號1 0 1爲單結晶矽的P型或N型的半導體基板，符號1 02爲形成於半導體基板1 〇 1的表面並且其不純物濃度比基板高的P型或N型的來源區域。來源區域1 02 並不被加以特定，例如在具有縱768個X 1024個或以上的畫素之高精密的液晶面板的情況下，將這些畫素之來源區域做爲共通來源區域而加以構成，但是在構成其他的資料線驅動電路與掃描線驅動電路，輸入電路，時效電路等之周邊電路之元件被形成的部分之來源區域則爲分開加以構成的。接下來，符號1 03爲形成於半導體基板1 0 1的元件分離用之場氧化膜（亦即所謂的LOCOS )。場氧化膜103 ，例如是藉由選擇熱氧化來形成。於場氧化膜103上，形成開口部，並經由藉著矽基板表面的熱氧化而形成於此開口部之內側中央之柵氧化膜11 4 ，砂聚合物或是金屬砂酸鹽所構成之柵電極105a以及掃描線被形成，於柵電極l〇5a之兩側之基板表面的一邊上，其不純物濃度比來源區域1 02還要高之N型不純物層（摻雜層）所形成之供給區域l〇6a，排出區域106b被加以形成，藉由這些，電場效果電晶體（FET :切換元件）105被加以構成。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)~一 (請先閱讀背面之注意事項再_舄本頁)

1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583475 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7_五、發明説明（2〇 ) 於上述供給區域106a ，排出區域106b上方，經由如 BPSG(B〇r〇n Phosphorus Silica Glass :磷化硼矽酸鹽）膜一般之第1層間絕緣膜104，第1層的鋁金屬層所形成之第1 導電層107a ， 107b被加以形成。在這當中，第1導電層 107a經由形成於第1層間絕緣膜104之接觸孔與供給區域 1 06a形成電氣上的接續，並構成了將資料訊號的電壓供給至供給區域106a之供給電極（相當於資料線）。此外，第1 導電層107b則構成了形成於第1層間絕緣膜104之排出電極。接下來，於上述的第1導電層107a，107b上，形成了如二氧化矽般的絕緣層所構成之第2層間絕緣膜1 08，然後於其上方形成了由鋁金屬層或鉬金屬層所構成之第2導電層 109。於第2導電層1 09的上方，形成了由二氧化矽與氮化矽，氧化鉅等的高介電率之材料所構成之絕緣層11 0 ，於其上方形成了由接續於排出電極1 07b之光反射性的金屬材料所構成之畫素電極1 1 2。如此的畫素電極11 2與第2導電層 1 09 —同將絕緣層110夾住。因此，在此保持容量1 1 3被加以形成。因此第2導電層109之表面最好是平坦化。而在第 2導電層109上，給予液晶面板中之共通電極電位Vcom或是於其旁邊，或是上述畫素電極（反射電極）112之電壓（資料訊號電壓）之振幅中心電位或是於其旁邊，或是上述共通電極電位與上述電壓之振幅中心電壓之中間的電位，的當中之任一所定之電位之配線，被施加以電氣上的接續。而所本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23- 583475 A7 B7 五、發明説明（21 ) 謂的共通電極電位Vcom，相當於將液晶層進行極性反轉驅動之際的反轉中心電位。如第7圖所顯示出之畫素電極112，其平面上來看與第 1實施型態同樣都是被配置爲矩陣狀，於這些畫素電極11 2 上形成了圖面上所省略之定向膜，並且在與半導體基板1〇1 互爲對向之一側上，配置了與第1實施型態相同之對向基板，並於兩基板間夾著液晶層，構成了反射型之液晶顯示裝置。於此第2實施型態之液晶顯示裝置之半導體基板ιοί上，與先前的實施型態的結構相同，將液晶定向角0 ρ設定爲200以上30°以下，晶粒厚度d與間距L之間若是滿足1 S d/L的話，即使受到其他鄰接之畫素電極所帶來之橫向電場之影響，液晶分子轉傾發生於畫素內的情形亦會變少，即使是高精密之顯示構成，亦可獲得高對比高品質之顯示。 <投射器> : 接下來，使用上述的實施型態之液晶裝置來說明幾個應用例。首先，說明關於將液晶裝置用於白熱燈泡（白熱電球）之投射型顯示裝置（液晶投射器）。第9圖爲顯示液晶投射器之構成之圖示。此液晶投射器由以下部分所構成：沿著系統光軸L配置之光源部710 ，以及集光鏡720 ，以及由偏光變換元件 730加以槪略構成之偏光照明裝置700，以及藉由S偏光光束反射面741將由偏光照明裝置700射出之偏光光束加以反 (請先閱讀背面之注意事項再_舄本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24- 583475 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（22 ) 射之偏光光束分離器740，以及在偏光光束分離器740之S 偏光光束反射面74 1所反射出來的光當中將藍色光（B )的成分分離出來之兩向色鏡742 ，以及調製分離後之藍色光 (B )的反射型液晶白熱燈泡745B，以及於藍色光被分離後的光當中，將紅色光（R )的成分加以反射分離出來之兩向色鏡743，以及調製分離後之紅色光（R )的反射型液晶白熱燈泡745R，以及將通過兩向色鏡743之剩餘的綠色光（G )加以調製之反射型液晶白熱燈泡745G，以及於3 個反射型液晶白熱燈泡745R、745G、745G中被調製的光於兩向色鏡743、742和偏光光束分離器740中加以合成，並將此合成光投射於螢幕760之投射光學系列750。在此，於3個反射型液晶白熱燈泡745R、745G、745G的各個當中，採用了與實施型態相關之反射型液晶顯示裝置。在此構成當中，藉由集光鏡720，從光源部710射出之隨機偏光光束被分割成多數的中間光束後，藉由在光射入的一邊具有第2個集光鏡之偏光變換元件730，偏光光束被變換成幾乎爲一種種類之偏光光束（S偏光光束）並到達偏光光束分離器740。由偏光變換元件730所射出之S偏光光束，藉由偏光光束分離器740之S偏光光束反射面741被加以反射，於被反射之光束當中，藍色光（B )的光束於兩向色鏡742的藍色光反射層被加以反射，並由反射型液晶白熱燈泡745B加以調製。此外，通過兩向色鏡742的藍色光反射層的光當中，紅色光（R )的光束於兩向色鏡743 的紅色光反射層被加以反射，並由反射型液晶白熱燈泡本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -25- 583475 A7 B7 五、發明説明（23 ) 745R加以調製。另一方面，通過兩向色鏡743的紅色光反射層的綠色光（G )的光束由反射型液晶白熱燈泡7 4 5 G力口以調製。從這些液晶面板的畫素中反射的有色光線當中，S偏光成分並不通過反射S偏光之偏光光束分離器740，而Pf扁光成分則通過偏光光束分離器740。藉由通過偏光光束分離器740的光線，畫像被加以形成。因此，在採用TN型液晶之液晶面板的情況下，被投射的影像中，OFF畫素的反射光到達投影光學系列750，因爲不到達ON畫素的反射光鏡，所以呈現正常白色顯示。此外，將關於實施型態之液晶裝置用於特別是藍色系白熱燈泡745B，將藍色的遮斷波長設定爲400nm的情況下，可以達到提高色純度的顯示。與於玻璃基板上形成TFT陣列的形式比較，因爲反射型液晶面板是利用半導體技術來形成畫素，所以可形成較多畫素且面板尺寸亦可降低，不僅可得到高精密的畫像，亦可達到投射器的小型化目的。 <電子機器> : 接下來說明具備有任一個實施型態之液晶裝置之電子機器的具體例子。第10圖（a )爲顯示行動電話的一個例子之斜視圖。於第10圖（a )中，符號1 0 0 0爲行動電話的本體，符號1001爲採用關於實施型態之液晶裝置之液晶顯示部。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再^T本頁} 、可 -g·- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26- 583475 A7 B7 五、發明説明（24 ) 此外’第10圖（b )爲顯示手錶型電子機器的一個例子之斜視圖。於第10圖（b )中，符號1100爲手錶的本體，符號11 0 1爲採用關於任一實施型態之液晶裝置之液晶顯示部。第10圖（c )爲顯示文書處理器與個人電腦等之可攜帶型資訊處理裝置的一個例子之斜視圖。於第1 〇圖（C ) 中，符號1 200爲資訊處理裝置，符號1202爲鍵盤等輸入裝置，符號1 204爲資訊處理裝置的本體，符號丨2〇6爲採用關於實施型態之液晶裝置之液晶顯示部。這些電子機器因爲各自具備第1或第2實施型態之液晶裝置爲其液晶顯示部，可得到高對比高精密的顯示。【發明之效果】：如以上之說明，根據本發明，可以抑制起因於液晶的異常定向之顯示缺陷之發生，並得到明亮的顯示。【圖面之簡單說明】：第1圖係爲位於本發明第1實施型態之液晶裝置中，並顯示出TFT陣列基板之顯示區域的構成之等效電路。第2圖係爲顯示同TFT陣列基板之1個TFT的構成之擴大剖面圖。第3圖係爲說明同液晶裝置的畫素間距與畫素電極間隔與液晶層厚度之關係之槪略說明圖。第4圖係爲顯示同液晶裝置的全體構成之圖示。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) -訂丨％經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 27- 583475 A7 B7 五、發明説明（25 ) 第5圖係爲沿著第4圖之H-H’線之剖面圖。第6圖係顯示，（a)〜（d)爲各自可以適用於同液晶裝置之驅動方式之每個畫素之電壓分布之圖示。第7圖係爲顯示於同液晶裝置中，採用作爲基板加以採用之矽基板的情況下的構成之剖面圖。第8圖係爲顯示於同液晶裝置中，計算光的反射狀態並顯示其明亮度之圖示。第9圖係爲顯示具備有關於本發明之液晶裝置之液晶投射器的一個實施型態之構成圖。第1 0圖係爲，（a )爲顯示行動電話之斜視圖，（b ) 爲顯示手錶之斜視圖，（c )爲顯示可攜帶式資訊處理裝置之斜視圖。第11圖係爲，於以往之液晶裝置中所具備之元件基板側之畫素電極與雙向基板側之共通電極之間的位置關係之圖示。第1 2圖係爲於以往之液晶裝置中，因橫向電場之影響而於液晶之定向狀態上產生液晶分子之轉傾的狀態之圖示〇第1 3圖係爲顯示於以往之液晶裝置中，於白色顯示下以黑色顯示來顯示「A」的文字之狀態之圖示。第14圖係爲於以往之液晶裝置中，針對因橫向電場之影響而使液晶定向上產生液晶分子之轉傾的定向狀態下之光的反射加以計算，以顯示其明亮之圖示。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣. 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28- 583475 A7 B7五、發明説明（26 ) 【圖號說明】： 8 :接觸孔 9a :畫素電極 1 0 :基板 1 6 :絕緣層 20 ·•第2基板 3〇 : TFT 5 0 :液晶層 101 :半導體基板 105 :電場效果電晶體 1 1 2 :畫素電極 700 :投射型顯示裝置 1000 :行動電話 1100 :手錶 1 200 :資訊處理裝置經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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Claims

583475 A8 B8 C8 D8 公告本六、申請專利範圍第9010907 1號專利申請案中文申請專利範圍修正本 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國90年10肖修正 1、一種液晶裝置，其特徵爲：在互爲對向的平面上各自設置了定向膜，其所形成之一對基板之間，液晶被夾於其中，如此的液晶裝置具有多數的掃描線與多數的資料線，以及被設置於由這些掃描線與資料線加以區隔之每個畫素區域中之切換元件以及畫素電極，而上述定向膜所形成之液晶定向角爲20°以上30°以下。 2、如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置，其中上述定向膜是由氧化砂或是氮化砂所構成。 3、如申請專利範圍第2項所述之液晶裝置，其中將被夾於上述一對基板之間的液晶之厚度當做d，將上述各畫素電極之間的空隙當做L之際，則滿足d/L - 1的關係。 4、如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之液晶裝置，其中上述畫素電極爲光反射性的金屬電極。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5、一種投射型顯示裝置，其特徵包含如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之液晶裝置。 6、一種投射型顯示裝置，其特徵包含··光源，以及將從上述光源傳來的光加以調製之光調製裝置，以及將藉由上述光調製裝置被調製的光加以投射之投射鏡，並採用如第1請求項至第5請求項中的任一項所記載之液晶裝置做爲其光調製裝置。 7、一種投射型顯示裝置，其特徵包含：光源，以及將本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 583475 A8 B8 C8 D8 ^、申請專利範圍從上述光源傳來的光加以調製之光調製裝置，以及將藉由上述光調製裝置被調製的光加以投射之投射鏡，並採用如申請專利範圍第1項至第5項所述之液晶裝置至其藍色系的顯示部以做爲其光調製裝置。 8、一種電子機器，其特徵包含如申請專利範圍第丨項至4項中任一項所述之液晶裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製