JP4356286B2 - 液晶表示装置および液晶プロジェクタ装置 - Google Patents
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Description
【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 (4)
- 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。
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