JP4356286B2

JP4356286B2 - 液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置

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Publication number: JP4356286B2
Application number: JP2002203438A
Authority: JP
Inventors: 真赤木; 一典片岡; 真悟牧村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004045783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置に関し、特には画素電極駆動用の素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin film transistor）を用いたアクティブマトリックス型の液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ装置の液晶ライトバルブとして、画素電極駆動用素子にＴＦＴ（画素ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス型の液晶表示装置が用いられている。このよう液晶表示装置を液晶ライトバルブとして用いた液晶プロジェクタ装置においては、液晶表示装置の液晶パネルに対して照明光学系から入射される強力な光が画素ＴＦＴに入射することによって光リーク電流が発生し、フリッカやコントラストの低下など、画質上の不具合を起こす原因になっている。
【０００３】
そこで、液晶ライトバルブ用の液晶表示装置においては、画素開口領域の周辺に画素ＴＦＴを覆う状態で遮光膜を設けることで画素ＴＦＴへの外光入射を防止している。図４には、このような液晶表示装置を構成する液晶パネルの一構成例を示す。この図に示す液晶パネル１は、画素ＴＦＴが設けられたＴＦＴ基板３と対向基板５との間に液晶層７を充填保持してなる。ＴＦＴ基板３は、透明基板３１の一主面上に、下層側から順に、第１遮光膜３２、第１層間膜３３、画素ＴＦＴ３４、第２層間膜３５、データ線３６、第３層間膜３７、第２遮光膜３８、および第４層間膜３９を設けてなる。第１遮光膜３２と第２遮光膜３８とは、画素開口領域ａを開口する状態で、かつ画素ＴＦＴ３４を完全に覆うように設けられている。
【０００４】
そして、画素ＴＦＴ３４よりも対向基板５側に配置された第２遮光膜３８によって、対向基板５側から入射した光ｈ１が画素ＴＦＴ３４に照射されることを防止している。また、画素ＴＦＴ３４よりも透明基板３１側に配置された第１遮光膜３２によって、対向基板５側から入射してＴＦＴ基板３を透過し液晶プロジェクタ装置のレンズ等の投影光学系で反射して再び透明基板３１側から入射する戻り光ｈ２が、画素ＴＦＴ３４に照射されることを防止している。また、このような構成の液晶パネル１においては、データ線３６が遮光膜を兼ねる場合もあり、このデータ線３６によっても、画素ＴＦＴ３４への光ｈ１の入射が防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した構成の液晶表示装置では、遮光膜が光照射によって発熱することを防止するために、遮光膜には光反射性を有する材料が用いられている。このため、図４を用いて説明したようにに、対向基板５側から直接入射する光ｈ１や透明基板３１側から入射する戻り光ｈ２の画素ＴＦＴ３４への入射を防止することのみを考慮した構成の液晶表示装置では、液晶パネル１の内部に入射した光ｈ１が、液晶パネル１の内部において第１遮光膜３２、第２遮光膜３８およびデータ線３６で乱反射して画素ＴＦＴ３４に達することを防止できない。このうち特に、対向基板５側からは強い光ｈ１が入射されるため、この光ｈ１が上述した乱反射によって画素ＴＦＴ３４に達した場合であっても、光ｈ１が直接画素ＴＦＴ３４に入射した場合と同様に光リーク電流が発生するため、これに起因する画質の劣化を防止する効果が低い。
【０００６】
また、図５に示すように、アクティブマトリックス型の液晶表示装置においては、各画素に画素ＴＦＴ３４の他に容量素子４０が設けられ、この容量素子４０も画素開口領域ａの周辺領域に配置されている。この容量素子４０は、例えば画素ＴＦＴ３４と同一レイヤで構成され、この場合、画素ＴＦＴ３４のゲート電極３４ａを構成するポリシリコンと同一のポリシリコンが上部電極として用いられる。このため、この上部電極４０ａ表面も光反射面となり、上述した乱反射を引き起こす要因になる。
【０００７】
そこで本発明は、液晶パネル内に入射した光の液晶パネル内においての乱反射を防止し、画質の向上を図ることが可能な液晶表示装置およびこの液晶表示装置を用いた液晶プロジェクタ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は、画素開口領域の周囲に画素電極駆動用の薄膜トランジスタを設けてなる光透過性の第１基板と、光透過性の第２基板の間に液晶層が充填保持され、さらに、第１基板側から薄膜トランジスタを覆う第１遮光膜と、第２基板側から薄膜トランジスタを覆う第２遮光膜とを備えてなる液晶表示装置において、第１遮光膜の端縁は、薄膜トランジスタの端部よりも画素開口領域側に延設され、第２遮光膜の端縁は、第１遮光膜の端縁よりも画素開口領域側に延設されていることを特徴としている。またさらに、第１遮光膜と第２遮光膜との間の層には、当該第２遮光膜の外側となる位置に容量素子が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また本発明は、上述した構成の液晶表示装置を液晶ライトバルブとして用いた液晶プロジェクタ装置でもあり、第２基板側から光を照射する照明光学系を備えている。
【００１０】
上述した構成の液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置では、第１基板側に設けられた第１遮光膜よりも、第２基板側に設けられた第２遮光膜が画素開口領域側に張り出しているため、第２基板側から画素開口領域に入射した光が第１遮光膜に照射され難くなる。このため、上述した光が、第１遮光膜と第２遮光膜との間で乱反射することが抑えられる。したがって、この乱反射による光が、これらの遮光膜間に配置された薄膜トランジスタに達することが防止される。
【００１１】
そして特に、第２遮光膜が前記画素開口領域の周辺領域のみに配置される範囲で、第１基板と第２基板との重なり方向に対しての第１遮光膜の端縁から第２遮光膜の端縁に掛けての傾斜を１０°以上とすることで、第２基板の法線に対して斜め方向から照射された光の乱反射を防止することができる。つまり、液晶プロジェクタ装置の照明光学系のように直進性を保って第２基板の法線方向から入射された光に、ある程度の角度成分が含まれていても、その角度成分を有する光の乱反射をも充分に防止可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明の液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置を構成する液晶パネルの一構成例を示す要部断面図（その１）、（その２）である。このうち、図１は容量素子が配置されていない部分の断面図であり、図２は容量素子が配置されている部分の断面図である。尚、従来の技術において図４および図５を用いて説明したと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
【００１３】
これらの図に示す液晶パネル１００は、画素ＴＦＴが設けられたＴＦＴ基板３００と対向基板５との間に液晶層７を充填保持してなり、図４、図５を用いて説明した液晶パネル（１）との異なることころは、ＴＦＴ基板３００に設けられた第１遮光膜３０２、第２遮光膜３０８および容量素子４００の配置状態にあり、他の構成は同様であることとする。
【００１４】
すなわち、ＴＦＴ基板３００は、ガラスや石英などの光透過性を有する透明基板（請求項に示す第１基板）３１の一主面上に、下層側から順に、第１遮光膜３０２、第１層間膜３３、画素ＴＦＴ３４および容量素子４００、第２層間膜３５、データ線３６、第３層間膜３７、第２遮光膜３０８、第４層間膜３９を設けてなる。
【００１５】
このうち、第１遮光膜３０２は、光照射による発熱を防止するために光反射性を有する材料を用いて構成されることが好ましく、液晶プロジェクタ装置で利用する可視光領域の波長範囲（４００〜８００ｎｍ）の光に対して反射率が９０％以上の材料、例えばＷＳｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、またはこれら金属材料の合金を用いて構成されることとする。この第１遮光膜３０２は、第１基板３１の画素開口領域ａの周辺領域ｂに配置され、後に詳しく説明する画素ＴＦＴ３４（薄膜トランジスタ）を第１基板３１側から覆い、その端縁が、画素ＴＦＴ３４の端縁よりも画素開口領域ａ側に延設された形状にパターン形成されていることとする。尚、この第１遮光膜３０２は、その材料にもよるが、例えば２００ｎｍ程度の膜厚を有していることとする。
【００１６】
また、第１遮光膜３０２上の第１層間膜３３は、絶縁性材料膜からなり、第１遮光膜３０２を覆う状態で第１基板３１上に成膜されている。この第１層間膜３３は、例えば膜厚６００〜８００ｎｍの酸化シリコンからなる。
【００１７】
そして、この第１層間膜３３上に形成された画素ＴＦＴ３４は、第１層間膜３３上にパターン形成された第１ポリシリコン層３４ａ中のソース／ドレイン３４ａ-1、この上部のゲート酸化膜３４ｂ、および第２ポリシリコン層をパターニングしてなるゲート電極３４ｃからなる。尚、ここでの図示は省略したが、ソース／ドレイン３４ａ-1のゲート電極４３ｃ側の第１ポリシリコン層３４ａ部分には、不純物濃度の薄いＬＤＤ拡散層が設けられていても良い。
【００１８】
そして、この画素ＴＦＴ３４は、第１遮光膜３０２によって完全に覆われる位置に配置されていることとする。ここで、完全に覆われる位置とは、透明基板３１側から平面視的に見た場合に、第１遮光膜３０２で覆われて画素ＴＦＴ３４が見えない状態であることする。このため、例えば画素ＴＦＴ３４のゲート電極３４ｃの端縁から第１遮光膜３０２の端縁までの間隔ｄ１を、２．０μｍ以上に設定することで、ソース／ドレイン３４ａ-1までを含む画素ＴＦＴ３４を第１遮光膜３０２によって完全に覆う構成とする。
【００１９】
一方、図２のみに示されている容量素子４００は、画素ＴＦＴ３４と同一レイヤーで構成されたものであり、第１ポリシリコン層３４ａを下部電極とし、ゲート電極３４ｃと同様の第２ポリシリコン層をパターニングして上部電極３４ｄとしている。この容量素子４００は、第１遮光膜３０２および、以降に詳しく説明する第２遮光膜３０８の外側となる位置に配置されていることとする。ここで、第１遮光膜３０２および第２遮光膜３０８の外側となる位置とは、透明基板３１側および対向基板５側から平面視的に見た場合に、容量素子４００の上部電極３４ｄが第１遮光膜３０２および第２遮光膜３０８と重ならず、これらから完全に露出している状態であることする。ただし、上部電極３４ｄの端縁は、第２遮光膜３０８の端縁と重なっていても良い。尚、この容量素子４００は、周辺領域ｂ内または画素開口領域ａ内に配置されることとする。
【００２０】
そして、これらの画素ＴＦＴ３４および容量素子４００を覆う第２層間膜３５は、絶縁性材料からなり、例えば膜厚５００ｎｍの酸化シリコンで構成されていることとする。
【００２１】
また、この第２層間膜３５上に形成されたデータ線３６は、例えばスパッタ成膜したＡｌのような導電性材料をパターニングしてなる。このデータ線３６は、画素ＴＦＴ３４に対しての遮光膜を兼ねるように形成されても良い。尚、このデータ線３６を遮光膜として用いる場合、後に詳しく説明する第２遮光膜３０８の端縁と第１遮光膜３０２の端縁とを結ぶ線から、データ線３６が画素開口領域ａ側にはみ出すことのないように、パターニングされていることとする。
【００２２】
そして、このデータ線３６を覆う第３層間膜３７は、第２層間膜３５上に成膜された絶縁性材料膜からなる。この第３絶縁膜３７は、例えば酸化シリコンからなり、上述した第１遮光膜３０２から第３層間絶縁膜３７の表面までの厚みｔが、例えば２３００ｎｍ程度になるように調整された膜厚を備えていることとする。
【００２３】
このような第３層間膜３７上に形成された第２遮光膜３０８は、光照射による発熱を防止するために光反射性を有する材料を用いて構成されることとし、例えばＴｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｌまたはこれら金属材料の合金を用いて構成されることとする。この第２遮光膜３０８は、第１基板３１の画素開口領域ａの周辺領域ｂに配置され、画素ＴＦＴ３４を第２基板（請求項に示す第２基板）３１側から覆い、その端縁が、第１遮光膜３０２の端縁よりも画素開口領域ａ側に延設された形状にパターン形成されていることとする。
【００２４】
特に、この第２遮光膜３０８の端縁は、この第２遮光膜３０８が周辺領域ｂのみに配置される範囲で、透明基板（第１基板）３１と対向基板（第２基板）５との重なり方向に対しての、第１遮光膜３０２の端縁から第２遮光膜３０８の端縁に向けての傾斜角度θが１０°以上であることが好ましい。このため、上述したように、第１遮光膜３０２から第３層間絶縁膜３７の表面までの厚みｔが、２３００ｎｍ程度になるように調整されている場合には、第１遮光膜３０２の端縁から第２遮光膜３０８の端縁までの間隔ｄ２を、０．４μｍ以上に設定することで、上述した傾斜角度θが１０°以上になる。ただし、第２遮光膜３０８の端縁は、画素開口領域ａ内に配置されることなく、例えば上述した各設計値の場合には、画素ＴＦＴ３４のゲート電極３４ｃの端縁から３．５μｍ以内に配置されていることとする。したがって、この場合、第２遮光膜３０８の端縁から画素ＴＦＴ３４のゲート電極３４ｃの端縁までの距離ｄ１＋ｄ２は、例えば２．４μｍ〜３．５μｍの範囲に設定される。
【００２５】
また、この第２遮光膜３０８を覆う第４層間膜３９は、例えば酸化シリコンのような絶縁性材料膜からなることとする。
【００２６】
そして、以上のような各構成要素で構成されたＴＦＴ基板３００における画素ＴＦＴ３４形成面側に、ガラスや石英などの光透過性を有する対向基板（請求項に示す第２基板）５を配置し、このＴＦＴ基板３００と対向基板５との間に液晶層７を充填保持させて、液晶表示装置の液晶パネル１００が構成されている。
【００２７】
尚、この液晶パネル１００においては、第２遮光膜３０８をブラックマトリックスとして対向基板５側にパターン形成しても良く、この場合であっても、上述したような第１遮光膜３０２、画素ＴＦＴ３４、およびデータ線３６との配置関係は同様であることとする。ただし、このようなブラックマトリックスとして第２遮光膜３０８を設ける場合、この第２遮光膜３０８は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒなどを用いて構成されることとする。
【００２８】
また、このような構成の液晶パネル１００は、液晶プロジェクタ装置の液晶ライトバルブとして用いられる。この場合、ここでの図示を省略した液晶プロジェクタ装置は、照明光学系からの光ｈ１が、上記構成の液晶パネル１００の対向基板５に対して法線方向から照射され、また液晶パネル１００を通過して透明基板３１から射出される光の射出方向に投影光学系が配置される構成であることとする。
【００２９】
上述した構成の液晶パネル１００を有する液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置では、画素ＴＦＴ３４に対して透明基板（第１基板）３１側に設けられた第１遮光膜３０２よりも、画素ＴＦＴ３４に対して対向基板（第２基板）５側に設けられた第２遮光膜３０８の端縁が、画素開口領域ａ側に張り出した構成となっている。このため、図３に示すように、対向基板５側から入射した光ｈ１が、第１遮光膜３０２に照射され難くなる。また、遮光膜を兼ねるデータ線３６も、第１遮光膜３０２の端縁と第２遮光膜３０８の端縁とを結ぶ線よりも内側に配置されているため、対向基板５側から画素開口領域ａに入射した光ｈ１は、データ線３６に対しても照射され難くなる。
【００３０】
このため、光ｈ１が、第１遮光膜３０２と第２遮光膜３０８との間において乱反射することが防止される。したがって、上述した乱反射による光ｈ１が、これらの遮光膜３０２，３０８間に配置された画素ＴＦＴ３４に達することを防止できる。
【００３１】
特に、透明基板（第１基板）３１と対向基板（第２基板）５との重なり方向に対して、第１遮光膜３０２の端縁から第２遮光膜３０８の端縁に掛けての傾斜角度θが１０°以上となるように設定されているため、対向基板（第２基板）５の法線に対して１０°程度の角度で斜め照射された光ｈ１の乱反射を防止することができる。つまり、液晶プロジェクタ装置の照明光学系から直進性を保って対向基板（第２基板）５の法線方向から入射される光ｈ１には、ある程度の角度成分を有する光ｈ１’が含まれているが、この光ｈ１’、さらにはこの光ｈ’が第２遮光膜３０８の端縁で回折した光ｈ１’が、第１遮光膜３０２と第２遮光膜３０８との間において乱反射することをも防止できる。
【００３２】
また、容量素子４００を第２遮光膜３０８の外側に配置したことで、この容量素子４００の上部電極で反射した光ｈ、ｈ１’が、さらに第２遮光膜３０８で反射しても、これが画素ＴＦＴ３４に入射され難くなる。
【００３３】
さらに、第１遮光膜３０２は、画素ＴＦＴ３４を覆う状態で配置されるため、透明基板３１側から入射される光（戻り光ｈ２）が、画素ＴＦＴ３４に入射されることも防止できる。
【００３４】
以上の結果、画素ＴＦＴ３４に光ｈ１，ｈ２が照射されることによって生じる光リーク電流を防止することが可能になり、フリッカやコントラストの低下などのない高画質な液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置を得ることが可能になる。
【００３５】
しかも、上述した構成においては、第１遮光膜３０２の端縁よりも第２遮光膜３０８の端縁を画素開口領域ａ側に張り出させた構成とし、第２遮光膜３０８は画素ＴＦＴ３４を覆っていれば良い。このため、第１遮光膜３０２および第２遮光膜の両方を、画素ＴＦＴ３４を充分に覆う状態に張り出させた構成から、第１遮光膜３０２の端縁をｄ２の分だけ後退させれば良いことになる。したがって、画素開口領域ａを縮小する必要がなく、開口率を確保することも可能である。
【００３６】
さらに、上記の構成は、プロセスを変更することなく実施可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置によれば、遮光膜の配置面積を広げることなく、つまり画素開口率を狭めることなく、第１遮光膜と第２遮光膜との間に配置された薄膜トランジスタに対して、遮光膜間で乱反射した光が照射されることを防止でき、リーク電流による画質の低下を防止した高画質な表示が可能になる。
特に、第２基板に対して法線方向から光が照射される液晶プロジェクタ装置においては、この光に含まれる角度成分を有する光が第１遮光膜と第２遮光膜との間での乱反射することをも確実に防止することができるため、画質を向上させる効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の液晶表示装置における液晶パネルの構成を示す要部断面図（その１）である。
【図２】実施形態の液晶表示装置における液晶パネルの構成を示す要部断面図（その２）である。
【図３】実施形態の液晶表示装置における光の透過を説明する要部断面図である。
【図４】従来の液晶表示装置における液晶パネルの構成を示す要部断面図（その１）である。
【図５】従来の液晶表示装置における液晶パネルの構成を示す要部断面図（その２）である。
【符号の説明】
５…対向基板（第２基板）、７…液晶層、３１…透明基板（第１基板）、３４…画素ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１００…液晶パネル、３０２…第１遮光膜、第２遮光膜、４００…容量素子、ａ…画素開口領域、ｂ…周辺領域、ｈ１…光、θ…傾斜角度

Claims

一主面側における画素開口領域の周囲に画素電極駆動用の薄膜トランジスタを設けてなる光透過性の第１基板と、
前記第１基板の一主面側に対向配置される光透過性の第２基板と、
前記第１基板と第２基板との間に狭持される液晶層と、
前記画素開口領域の周囲において前記第１基板側から前記薄膜トランジスタを覆う第１遮光膜と、
前記画素開口領域の周囲において前記第２基板側から前記薄膜トランジスタを覆う第２遮光膜とを備えてなる液晶表示装置において、
前記第１遮光膜の端縁は、前記薄膜トランジスタの端部よりも前記画素開口領域側に延設され、
前記第２遮光膜の端縁は、前記第１遮光膜の端縁よりも前記画素開口領域側に延設されており、
前記第１遮光膜と第２遮光膜との間の層には、当該第２遮光膜の外側となる位置に容量素子が設けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記第２遮光膜が前記画素開口領域の周辺領域のみに配置される範囲で、前記第１基板と第２基板との重なり方向に対しての前記第１遮光膜の端縁から前記第２遮光膜の端縁に向かう傾斜角度が１０°以上である
ことを特徴とする液晶表示装置。
一主面側における画素開口領域の周囲に画素電極駆動用の薄膜トランジスタを設けてなる光透過性の第１基板と、前記第１基板の一主面側に配置される光透過性の第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に狭持される液晶層と、前記画素開口領域の周囲において前記第１基板側から前記薄膜トランジスタを覆う第１遮光膜と、前記画素開口領域の周囲において前記第２基板側から前記薄膜トランジスタを覆う第２遮光膜とを備えてなる液晶パネルと、
前記液晶パネルに対して前記第２基板側から光を照射する照明光学系とを備えた液晶プロジェクタ装置において、
前記第１遮光膜の端縁は、前記薄膜トランジスタの端部よりも前記画素開口領域側に延設され、
前記第２遮光膜の端縁は、前記第１遮光膜の端縁よりも前記画素開口領域側に延設されており、
前記第１遮光膜と第２遮光膜との間の層には、当該第２遮光膜の外側となる位置に容量素子が設けられている
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
請求項３記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記第２遮光膜が前記画素開口領域の周辺領域のみに配置される範囲で、前記第１基板と第２基板との重なり方向に対しての前記第１遮光膜の端縁から前記第２遮光膜の端縁に向かう傾斜角度が１０°以上である
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。