JP2991304B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
液晶表示装置及びその製造方法Info
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Description
に液晶ライトバルブを用いた投射型液晶表示装置及びそ
の製造方法に関する。
る可能性を秘めている表示装置として、投射型の液晶表
示装置が脚光を浴びてきている。既にHDTVやOHPディス
プレイ等に投射型液晶表示装置が用いられるようになっ
てきている。
ルブ、スクリーン、及び光学フィルタ、投射レンズ等か
らなる。ライトバルブには液晶表示パネルが用いられ、
光源からの光を透過させてスクリーンに画像を映し出す
方式の透過型液晶ライトバルブと、光源からの光を反射
させてスクリーンに画像を映し出す反射型液晶ライトバ
ルブとがある。液晶ライトバルブは、一般に赤(R)、
緑(G)、青(B)の三原色の光をそれぞれ反射/透過
させるため、1台の投射型液晶表示装置に3個用いられ
ている。
表示装置は、スイッチング素子及びスイッチング素子に
接続された表示電極が形成されたアレイ基板と、アレイ
基板と所定の間隔(セルギャップ)を隔てて対向して設
けられた対向電極が形成された対向基板とからなり、ア
レイ基板と対向基板との間の領域に液晶が封入されてい
る。
定のセルギャップをパネルの表示面全体にわたって均一
に得る必要があり、そのため直径数ミクロンのガラス球
或はプラスチック球をスペーサとして多数散布して均一
のセルギャップを得るようにしているものがある。しか
し、このスペーサ球を用いる方法は、球の直径の均一性
やスペーサ球をパネルに均一に分散させるのが極めて困
難であるというプロセス上の問題を有し、また画素上に
位置したスペーサにより光のロスが生じるという問題を
有している。
て、セルギャップに絶縁膜等からなる柱を形成してスペ
ーサとして利用する方法が提案されている。これは主と
して、半導体装置の製造工程で一般に用いられるフォト
リソグラフィ工程を利用し、シリコン酸化膜の柱をスペ
ーサ(柱状スペーサ)としてセルギャップに形成するも
のであり、従来のスペーサ球を用いる場合と比較して高
い精度のセルギャップを得ることができるという利点を
有している。
にシリコン基板を用い、基板上にスイッチング素子とし
てMOSトランジスタ及びこれと接続されたアルミニウム
(Al)の光反射膜を素子毎に設け、光反射膜間の遮光領
域(ブラックマトリクス)に柱状スペーサを複数形成し
たものがある。
装置では、表示輝度等の表示品質を如何に向上させるか
が問題である。
セルの開口率を大きくさせることが考えられるが、例え
ば反射型液晶ライトバルブにおいては柱状スペーサが2
つの光反射膜の間に形成され、そしてスペーサ端部が光
反射膜上に乗り上げて光反射膜の光反射面積を減少させ
ているため、サブピクセルの開口率を下げる要因となっ
ている。
式では、たとえ上述のようなスペーサの光反射膜への乗
り上げを防止できて開口率に影響を与えないようにする
ことができたとしても、表示品質を低下させる要因がま
だ残されている。
成した後に配向膜を塗布してラビング処理をする際、配
向膜塗布時に突起物である柱状スペーサに影響されて配
向膜に塗布ムラを生じさせてしまう点が挙げられる。配
向膜の塗布ムラは、所定の面内均一性を持たすべきセル
ギャップを得ることができず場所によりセルギャップが
変化してしまうことになる。セルギャップが変化してし
まった領域は、本来のセルギャップで得られるコントラ
ストが得られず、画像の表示品質は劣化してしまう。
ペーサによりリバースチルトが生じて配向が乱れてしま
っている領域が存在する。この配向の乱れによりディス
クリネーションと呼ばれる、配向の不連続部分が一本の
線のように観察され、その部分のコントラストの低下
や、残像などの問題を発生させる。
液晶ライトバルブを赤(R)、緑(G)、青(B)の三
原色分で3個用いて大型スクリーン上に拡大表示させる
ので、上述の開口率の低下、セルギャップの変化による
コントラストの低下、ディスクリネーションラインの発
生等が極めて顕著に観察されてしまう。
スペーサが表示に寄与する画素領域上にある以上その部
分の画素の液晶の配向を乱すことについては如何ともし
がたいものがある。特に、高精細且つ大画面のプロジェ
クターにおいては、表示画面が大きくなればなるほど液
晶配向の乱れが拡大投射されて目立ってしまうという品
質の劣化が増大してしまう。
形成された液晶表示装置において、コントラストの劣化
或は残像の発生を防止して、表示品質を向上させた液晶
表示装置及びその製造方法を提供することにある。
複数の柱状スペーサが画素アレイ領域に形成され、赤
(R)、緑(G)、青(B)に対応する画像をそれぞれ
表示する3個の液晶ライトバルブを有する液晶表示装置
において、3個の液晶ライトバルブの各画素アレイ領域
に形成された複数の柱状スペーサは、スクリーン上に画
像を投影した際、少なくとも一部は重ならない位置に設
けられていることを特徴とする液晶表示装置によって達
成される。
の液晶ライトバルブの各画素アレイ領域に形成された複
数の柱状スペーサは、スクリーン上に画像を投影した
際、規則的にずれた位置に設けられていることを特徴と
する液晶表示装置によって達成される。
3個の液晶ライトバルブの各画素アレイ領域に形成され
た複数の柱状スペーサは、スクリーン上に画像を投影し
た際、夫々等間隔ずれた位置に設けられていることを特
徴とする液晶表示装置によって達成される。
板に設けられた基板側位置合わせマークと、基板側位置
合わせマークに対応して柱状スペーサ形成用マスクに形
成されたマスク側位置合わせマークとを、赤(R)、緑
(G)、青(B)用の各画素アレイ領域毎に相対的に所
定量ずらして画素アレイ領域上のレジスト層をパターニ
ングし、パターニングされたレジスト層をマスクとして
下地の絶縁膜をエッチングし、赤(R)、緑(G)、青
(B)用の各画素アレイ領域毎に夫々ずれて配置される
複数の柱状スペーサを形成することを特徴とする液晶表
示装置の製造方法によって達成される。
レイ領域に形成された複数の柱状スペーサの位置がスク
リーン上で重ならないようにして、柱状スペーサによる
表示上の影響を分散させるようにしているので、3個の
液晶ライトバルブにより拡大投射しても液晶配向の乱れ
を目立たなくすることができる。
バルブの隣り合う2画素分を示す部分断面図である。
図である。
図である。
図である。
いた投射型液晶表示装置の概略図である。
素アレイ領域4を重ねて透視的に観察した図である。
域4の一部を示す平面図である。
グ用マスク32を示す図である。
ターニングを示す図である。
ターニングを示す図である。
ターニングを示す図である。
法を図1乃至図11を用いて説明する。
り合う2画素分を示す部分断面図である。
スタ104が形成されている。シリコン基板100及びトラン
ジスタ104上に厚さ約2μmのシリコン酸化膜102が形成
され、シリコン酸化膜102上には光吸収層106が形成され
ている。光吸収層106上に厚さ5000Åのシリコン窒化膜1
08が形成され、その上にAlからなる厚さ1500Åの光反射
膜112が形成されている。
108に形成されたスルーホールに埋め込まれたタングス
テン(W)のスタッド110によりトランジスタ104のソー
ス電極(図示せず)に接続されて、液晶を駆動する表示
電極としても機能するようになっている。一つの光反射
膜112で一つの表示画素のサブピクセルが構成される。
形成されておらず、図示のように高さ約5μmのシリコ
ン酸化膜の柱状スペーサ118が所定の光反射膜112間に形
成されている。
12に約1μm程度乗り上げて形成されている。スペーサ
118を介して対向基板であるガラス保護基板116が形成さ
れている。ガラス保護基板116の光反射膜側には全面に
対向電極114が形成されている。スペーサ118により生じ
た厚さ約5μmのセルギャップに液晶が封入され液晶層
120が形成されている。
続されたドレイン電極、及び走査線に接続されたゲート
電極(以上、図示を省略)が形成されたFET(電界効果
型トランジスタ)であり、ゲートのオン状態でデータ線
に印加された電圧を表示電極である光反射膜112に印加
するスイッチング素子として機能する。
12と対向電極114との間に印加される電圧に応じて液晶
分子122の向きを変化させて光の透過率を変化させるこ
とにより、ガラス保護基板116側から入射した光を、光
反射膜112まで透過させ反射させてガラス保護基板116か
ら再出射させたり、或は透過させないようにして表示を
行う。
である。図2は赤色用の反射型液晶ライトバルブを、図
3は緑色用の反射型液晶ライトバルブを、図4は青色用
の反射型液晶ライトバルブをそれぞれ示している。
同一の一部領域を示している。反射型液晶ライトバルブ
のアレイ側基板2上に画素アレイ領域4が形成されてい
る。画素アレイ領域4は、図1で示したような画素が縦
横に例えば2000x2000個のマトリクス状に配置されたも
のである。本図においてはその一部の領域を示したもの
である。
ス8である。図2に示すように、赤色用反射型液晶ライ
トバルブの柱状スペーサ10は、ブラックマトリクス8の
交差する位置に、その交差点に隣接する4個の画素6に
一部乗り上げて形成されている。
画素6は、光反射膜の光反射面積が減少されて開口率が
低下している。また、この4個の画素6の配向膜に塗布
ムラが生じている可能性もある。さらに、この領域の配
向の乱れによるディスクリネーションが発生する可能性
もある。
行及び列方向にマトリクス状に形成されている。従って
画素アレイ領域4全体では、約50000個の柱状スペーサ1
0が形成されている。
色用の反射型液晶ライトバルブの画素アレイ領域に柱状
スペーサ12、14が形成されている。但し、緑色用ライト
バルブの柱状スペーサ12の配置は、例えば図2左下の赤
色用ライトバルブの柱状スペーサ10を基準とすると、赤
色用ライトバルブの柱状スペーサ10の配置に対して行
(+X)及び列(+Y)方向に3画素分の間隔をあけて
形成されている。
は、同様に赤色用ライトバルブの柱状スペーサ10の配置
に対して行(+X)及び列(+Y)方向に6画素分、従
って緑色用ライトバルブの柱状スペーサ12に対しては行
(+X)及び列(+Y)方向に3画素分の間隔をあけて
形成されている。
ルブを組み合わせた投射型液晶表示装置を図5を用いて
説明する。図5は本実施例による反射型液晶ライトバル
ブを用いた投射型液晶表示装置の概略図である。
リッタ44で反射されてカラーセパレーションプリズム46
に入射し、ここで赤(R)、緑(G)、青(B)の三原
色に分離されて赤(R)、緑(G)、青(B)用の反射
型液晶ライトバルブ48、50、52に夫々入射する。
輝度変調が行われた光は反射して再びカラーセパレーシ
ョンプリズム46に入射し、元の偏光とは90度ずれた直線
偏光の光となって偏光ビームスプリッタ44に入射する。
反射型液晶ライトバルブ48、50、52からの反射光は偏光
ビームスプリッタ44を透過して投影レンズ54に入射し、
拡大されてスクリーン56に投影される。
素アレイ領域4を重ねて透視的に観察した図である。上
述のように柱状スペーサ10、12、14を配置したことによ
り、いずれの柱状スペーサも重なることなく規則的にず
れて配置されている。つまり、図5に示した投射型液晶
表示装置で画像を映し出した場合、この図6に示すよう
な状態でスクリーン56に投影されることになる。
な配置にすることにより、柱状スペーサによる、各色に
おける開口率の低下や、配向膜の塗布ムラや、配向の乱
れによるディスクリネーションの発生等の影響は分散さ
れることになり、投影時のコントラストの低下や残像等
の問題は、実用上問題ない程度にすることができるよう
になる。
造方法を図7乃至図11を用いて説明する。
における最大の特徴は、柱状スペーサの形成方法にある
ので、以下この点を中心に説明することとし、アレイ基
板側の素子形成工程及び、柱状スペーサ形成後のアレイ
基板と対向基板との張り合わせ、液晶注入工程等、従来
の製造方法と同様のものについては説明を省略する。
4の一部を示す平面図である。画素アレイ領域4にはほ
ぼ正方形形状の光反射膜6がマトリクス状に形成され光
反射膜6間は遮光機能を有するブラックマトリクス8と
なっている。画素アレイ領域4の左側のY軸方向に基板
を後工程で切断する際のスクライブライン(図示せず)
が形成されており、そのスクライブライン中に、柱状ス
ペーサを形成する際に用いられるアレイ基板側位置合わ
せマーク(アラインメント・マーク)22が所定の位置に
パターニングされている。
(G)青(B)用のそれぞれの反射型液晶ライトバルブ
に所定の柱状スペーサを形成するための位置合わせサブ
・マーク16、18、20で構成されている。各サブ・マーク
の位置関係は、例えば本実施例の場合にあってはY方向
に下から青用、緑用、赤用の順に一列に、13画素分の間
隔で並んでいる。
グ用マスク32を示す。スペーサ・マスク32は、例えば透
明なガラス基板からなり、ガラス基板上には柱状スペー
サをパターニングするための、例えばクロムで形成され
た円形形状のパターン34がマトリクス状に配置されてい
る。パターン34は、本実施例においては9画素分の間隔
毎に設けられている。
の位置合わせマーク22に対応させて、柱状スペーサのパ
ターニングに用いるマスク側位置合わせマーク(アライ
ンメント・マーク)30が形成されている。
(B)用のそれぞれの反射型液晶ライトバルブに柱状ス
ペーサを形成する際に用いる位置合わせサブ・マーク2
4、26、28からなり、各サブ・マークは、左下から青
用、緑用、赤用の順にX方向に3画素分、Y方向に10画
素分の間隔で並んで設けられている。
形成するための例えば厚さ5μmのシリコン酸化膜をプ
ラズマCVD法により堆積する。次に、ポジ型フォトレジ
ストを例えば厚さ4μm全面に塗布してフォトレジスト
層を形成する。
シリコン基板2を、例えばマスク・アライナー等の露光
装置(図示せず)のX−Yステージ上に載置し、一方、
ステージと露光装置の光源との間には、上述の図8に示
したマスク32をセットする。
ターニングを示す図である。
合わせマーク22の赤色用位置合わせサブ・マーク16と、
マスク側位置合わせマーク30の赤色用位置合わせサブ・
マーク24とを一致させて位置決めしてから露光する。
エッチングマスクとしてのレジスト層を形成する。その
後、このレジスト層をマスクとしてシリコン酸化膜をエ
ッチングして所望の柱状スペーサ10が完成する。
ら、基板を露光装置から取り出し、シリコン酸化膜、フ
ォトレジスト層が形成された別のシリコン基板2を露光
装置のX−Yステージに載置して、図10に示すように緑
色用のライトバルブ形成用の基板の露光を行う。
合わせマーク22の緑色用位置合わせサブ・マーク18と、
マスク側位置合わせマーク30の緑色用位置合わせサブ・
マーク26とを一致させて位置決めしてから露光する。
エッチングマスクとしてのレジスト層を形成する。その
後、このレジスト層をマスクとしてシリコン酸化膜をエ
ッチングして所望の柱状12が完成する。
終了したら、基板を露光装置から取り出し、シリコン酸
化膜、フォトレジスト層が形成されたさらに別のシリコ
ン基板2を露光装置のX−Yステージに載置して、図11
に示すように青色用のライトバルブ形成用の基板の露光
を行う。
合わせマーク22の青色用位置合わせサブ・マーク20と、
マスク側位置合わせマーク30の青色用位置合わせサブ・
マーク28とを一致させて位置決めしてから露光する。
エッチングマスクとしてのレジスト層を形成する。その
後、このレジスト層をマスクとしてシリコン酸化膜をエ
ッチングして所望の柱状スペーサ14が完成する。
よれば、1枚のスペーサ・マスクを用いて、赤色、緑
色、青色用の液晶ライトバルブにおける柱状スペーサの
位置を画素アレイ領域内で所定量ずらして形成すること
ができる。本実施例の柱状スペーサの製造方法は、従来
と工程数の増加はほとんどなく、マスクを複数用意する
必要がないので経済的であるという利点も有している。
る。
の柱状スペーサの位置を所定の間隔だけずらして形成し
たが、要するに各色のライトバルブの柱状スペーサが重
ならない位置にあればよいので、例えば、ランダムな位
置に柱状スペーサを形成してももちろんよい。
説明の都合上十字形状としたが、現実にアラインメント
ができればどのような形状でもよいのはもちろんであ
る。
せマーク22のサブ・マークの間隔をY方向に13画素と
し、マスク側位置合わせマーク30のサブ・マークの間隔
をX方向に3画素分、Y方向に10画素分としたが、これ
に限定する必要はもちろんない。
Y方向でそれぞれ3画素分と決めたので、アレイ基板と
マスクとを相対的にX、Y方向でそれぞれ3画素分ずら
すことができるように位置合わせマークをそれぞれ形成
すればよい。すなわち、各色毎の柱状スペーサのずらし
量に応じて相対的にずらした位置合わせマークをそれぞ
れに設ければよい。
置合わせ(アラインメント)マークをシフトさせて柱状
スペーサをパターニングしたが、下地の位置合わせマー
クとスペーサマスク側の位置合わせマークとが相対的に
所定量シフトすればよいので、スペーサ・マスクをシフ
トさせるようにしても、また、双方をシフトさせるよう
にしてもよいのはもちろんである。
は残像の発生を防止して、表示品質を向上させた液晶表
示装置を実現できる。
Claims (5)
- 【請求項1】所定のセルギャップを維持させるための複
数の柱状スペーサが画素アレイ領域に形成され、赤
(R)、緑(G)、青(B)に対応する画像をそれぞれ
表示する3個の液晶ライトバルブを有する液晶表示装置
において、 前記3個の液晶ライトバルブの各画素アレイ領域に形成
された複数の柱状スペーサは、スクリーン上に画像を投
影した際、少なくとも一部は重ならない位置に設けられ
ていること を特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】請求の範囲第項1記載の液晶表示装置にお
いて、 前記3個の液晶ライトバルブの各画素アレイ領域に形成
された複数の柱状スペーサは、前記スクリーン上に画像
を投影した際、規則的にずれた位置に設けられているこ
と を特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項3】請求の範囲第項2記載の液晶表示装置にお
いて、 前記3個の液晶ライトバルブの各画素アレイ領域に形成
された複数の柱状スペーサは、前記スクリーン上に画像
を投影した際、夫々等間隔ずれた位置に設けられている
こと を特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項4】請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかに
記載の液晶表示装置において、 前記複数の柱状スペーサは、前記各画素アレイ領域内の
複数の画素間の遮光領域に形成されていること を特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項5】画素アレイ領域が形成された基板に設けら
れた基板側位置合わせマークと、前記基板側位置合わせ
マークに対応して柱状スペーサ形成用マスクに形成され
たマスク側位置合わせマークとを、赤(R)、緑
(G)、青(B)用の各画素アレイ領域毎に相対的に所
定量ずらして前記画素アレイ領域上のレジスト層をパタ
ーニングし、 パターニングされた前記レジスト層をマスクとして下地
の絶縁膜をエッチングし、 前記赤(R)、緑(G)、青(B)用の各画素アレイ領
域毎に夫々ずれて配置される複数の柱状スペーサを形成
すること を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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