JP5007643B2 - 液晶装置およびプロジェクタ - Google Patents
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液晶装置において、データ線や走査線が配置された領域は、もともと表示に寄与しない非開口領域(遮光領域)である。したがって、第1電極および第2電極の各連結部の少なくとも一部をデータ線や走査線と重なる位置に配置することによって、開口率の低下を最小限に抑えることができる。
第1、第2電極の電極部をデータ線や走査線に対して斜めに交差させることによって、第1、第2電極の連結部を交互に配置し、各連結部の少なくとも一部を直線上に並べるように配置する設計を実現しやすくなる。電極部は各画素に対応して配置する必要がある一方、連結部は隣り合う2つの画素の間に嵌め込む必要があるからである。
この構成によれば、隣り合う2つの画素に跨って配置された第1電極の電極部が、これら2つの画素に共通の電極(共通電極)として機能する。これにより、むやみに第1電極の電極部を増やすことがないばかりか、画素の周縁部も表示に有効利用でき、開口率の更なる向上を図ることができる。
液晶装置において、データ線や走査線が配置された領域は、もともと表示に寄与しない非開口領域(遮光領域)である。したがって、第1電極および第2電極の各連結部の幅方向の少なくとも一部をデータ線や走査線と重なる位置に配置することによって、開口率の低下を最小限に抑えることができる。
本発明の第3の液晶装置の構成によれば、複数の画素をずらして配置しているため、それだけでは表示領域の水平方向に延在する直線を表示する場合、あるいは表示領域の垂直方向に延在する直線を表示する場合に直線が斜めになってしまう欠点を持っている。そこで、走査線の延在方向に沿って並ぶ複数の画素を表示領域の水平方向に対して傾けて配置すれば、上記の直線が斜めになることを抑制できる。
前記第1電極の連結部もしくは前記第2電極の連結部の少なくともいずれか一方の一部が、前記電極部側から窄まった形状をなしていることが望ましい。
第1電極(もしくは第2電極)の連結部の一部を電極部側から窄まった形状とすることによって、第1電極、第2電極のいずれか一方の電極の連結部を他方の電極の隣り合う2つの連結部の間に嵌め込みやすくなり、本発明特有の設計が容易になる。また、透過率低下領域の面積をより小さくでき、開口率をさらに向上させることができる。
この構成によれば、複数の第1電極に共通電位を安定して供給することができる。
この構成によれば、第1電極が画素毎に孤立していたとしても、引き回し配線等を要することなく、共通電位配線を通じて第1電極に共通電位を供給することができる。また、もともと共通電位が供給される配線(例えば容量線等)を有効利用しており、第1電極に共通電位を供給するための他の配線を形成しなくて済むので、開口率の向上を図ることができる。
この構成によれば、第1電極、第2電極の直上も表示に寄与させることができ、開口率をさらに高めることができる。
上記本発明の液晶装置を光変調手段として備えたことによって、明るい画像表示が可能なプロジェクタを実現することができる。
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図6を参照しつつ説明する。
本実施形態の液晶装置は、プロジェクタの液晶ライトバルブ用途を想定したIPS方式の透過型液晶装置の例である。
図1は、本実施形態の液晶装置を各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図である。図2は、図1のH−H’線に沿う断面図である。図3は、同液晶装置の等価回路図である。図4、図5は、同液晶装置を構成するTFTアレイ基板の隣り合う複数の画素の平面図である。ただし、各構成要素を見やすくするため、図4は画素電極および共通電極が形成された層よりも下層側の構成要素のみを示し、図5は画素電極および共通電極のパターンを中心に示している。また、図6は、図4と図5を重ねた状態におけるA−A’線に沿う断面図である。なお、各図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
なお、表示領域Rの水平方向を矢印H、表示領域Rの垂直方向を矢印Vで表す。水平方向Hは矩形状の表示領域Rの一辺(図1における横方向の辺)に沿う方向であり、垂直方向Vは前記一辺に隣り合う一辺(図1における縦方向の辺)に沿う方向である。
第1層には、例えば、Ti、Cr、W、Ta、Mo等の高融点金属のうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらの積層体、あるいは導電性ポリシリコン等からなる走査線16が設けられている。この走査線16は、平面的に見て、図4の水平方向に沿うように、ストライプ状にパターニングされている。より詳しく見ると、ストライプ状の走査線16は、図4の水平方向に沿うように延びる本線部と、データ線15が延在する図4の垂直方向に延びる突出部とを備えている。なお、隣り合う走査線16から延びる突出部は相互に接続されることはなく、したがって、走査線16は1本ずつ分断された形となっている。
第2層として、ゲート電極23を含むTFT14が設けられている。TFT14は、例えばnチャネル型TFTとして形成され、図6に示すように、チャネル領域22a、低濃度ソース領域22b、高濃度ソース領域22c、低濃度ドレイン領域22d、高濃度ドレイン領域22eからなるLDD構造を有している。TFT14の半導体層22は、例えばポリシリコン膜により形成されている。なお、TFT14は、図6に示したようなLDD構造を持つことが好ましいが、低濃度ソース領域22bおよび低濃度ドレイン領域22dに不純物の打ち込みを行わないオフセット構造であってもよい。もしくは、ゲート電極23をマスクとして高濃度で不純物を打ち込み、自己整合的に高濃度ソース領域および高濃度ドレイン領域を形成するセルフアライン型のTFTであってもよい。
以上説明した走査線16の上層側、かつ、TFT14の下層側には、例えばシリコン酸化膜等からなる下地絶縁膜31が設けられている。下地絶縁膜31は、走査線16からTFT14を絶縁する機能の他、基板26の全面に形成されることにより、基板26の表面研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等によるTFT14の特性変動を防止する機能を有している。
第3層には、蓄積容量18が設けられている。蓄積容量18は、TFT14の高濃度ドレイン領域22eと画素電極13とに電気的に接続された下部電極41と容量電極42とが、誘電体膜43を介して対向配置されて構成されている。蓄積容量18によって、画素電極13における電位保持特性を顕著に高めることが可能となる。また、本実施形態の蓄積容量18は、図4の平面図に示すように、表示領域にかからないように形成されているため(換言すれば、画素20間の遮光領域内に収まるように形成されているため)、画素開口率を低下させることがなく、明るい画像を表示することが可能となる。
以上説明したTFT14、ゲート電極23、および第1中継電極37の上層側で、かつ、蓄積容量18の下層側には、例えばNSG(ノンシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)等のシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜からなる第1層間絶縁膜32が形成されている。
第4層には、第2層間絶縁膜33の表面から、コンタクトホール39の側壁、およびコンタクトホール39の底部に露出したTFT14の半導体層22の表面に連続的に形成されたデータ線15が設けられている。データ線15は、図6に示すように、下層より順に、アルミニウム層15a、窒化チタン層15b、窒化シリコン層15cの3層構造で形成されている。窒化シリコン層15cは、その下層のアルミニウム層15aと窒化チタン層15bを覆うように少し大きなサイズにパターニングされている。また、第4層には、データ線15と同一の材料の3層構造で容量配線用中継層49と第2中継電極47とが形成されている。
以上説明した蓄積容量18の上層側、かつ、データ線15の下層側には、例えばNSG、PSG、BSG、BPSG等のシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等、からなる第2層間絶縁膜33が形成されている。第2層間絶縁膜33には、TFT14の高濃度ソース領域22cとデータ線15とを電気的に接続するコンタクトホール39が開孔されているとともに、容量配線用中継層49と蓄積容量18の容量電極42とを電気的に接続するコンタクトホール50が開孔されている。さらに、第2層間絶縁膜33には、第2中継電極47と第1中継電極37とを電気的に接続するコンタクトホール48が形成されている。
第5層には、容量配線17が形成されている。容量配線17は、複数の画素が配置された液晶装置1の画像表示領域からその周囲に延設され、所定の定電位源と電気的に接続されることで固定電位とされている。また、第5層には、このような容量配線17と同一の材料で第3中継電極52が形成されている。第3中継電極52は、後述のコンタクトホール53,54を介して第2中継電極47と画素電極13との間の電気的接続を中継する。容量配線17および第3中継電極52は、下層にアルミニウム層、上層に窒化チタン層の2層構造を有している。
データ線15の上層側、かつ、容量配線17の下層側には、NSG、PSG、BSG、BPSG等のシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第3層間絶縁膜34が形成されている。第3層間絶縁膜34には、容量配線17と容量配線用中継層49とを電気的に接続するコンタクトホール55、および、第3中継電極52と第2中継電極47とを電気的に接続するコンタクトホール53がそれぞれ開孔されている。
第6層には、画素電極13と共通電極21とが形成され、これら画素電極13上および共通電極21上に配向膜28が形成されている。画素電極13、共通電極21の下層側には、NSG、PSG、BSG、BPSG等のシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第4層間絶縁膜35が形成されている。第4層間絶縁膜35には、画素電極13と第3中継電極52との間を電気的に接続するコンタクトホール54が開孔されている。すなわち、図5に示すコンタクトホール54は、画素電極13と第3中継電極52とが重なる領域に形成されている。画素電極13とTFT14とは、コンタクトホール54、第3中継電極52、コンタクトホール53、第2中継電極47、コンタクトホール48、第1中継電極37、コンタクトホール46、下部電極41、コンタクトホール45を介して電気的に接続される。
次に、本実施形態の最大の特徴点である画素電極13と共通電極21の構成について、図5を用いて説明する。
図5に示すように、画素電極13は、2本の帯状電極部13a(電極部)と、2本の帯状電極部13a間を連結する連結部13bとを有し、いわゆるU字状に形成されている。ここでは、画素電極13の各部を帯状電極部、連結部と分けて呼ぶが、実際には一体の電極パターンであり、例えばインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)等の透明導電材料で形成されている。2本の帯状電極部13aは、データ線15(図5では図示略)および走査線16に対して斜めに交差する方向に延在し、互いに平行に配置されている。本実施形態の場合、帯状電極部13aの延在方向と走査線16の延在方向とのなす角度は70°に設定されている。画素電極13は、図5における各帯状電極部13aの下端側で連結部13bと連結されており、各帯状電極部13aの上端側が開放端となっている。
以下、本発明の第2の実施の形態を図7を参照しつつ説明する。
本実施形態の液晶装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、共通電極の構成が異なるのみである。よって、以下では、図7の平面図を用いて第1実施形態と異なる部分のみを説明し、それ以外の共通部分の説明は省略する。なお、図7において図1と共通の構成要素には同一の符号を付す。
以下、本発明の第3の実施の形態を図10、図11を参照しつつ説明する。
本実施形態の液晶装置の基本構成は第1実施形態と同様であるが、画素の配置とそれに伴う各電極の形状が異なっている。
図10、図11は、本実施形態の液晶装置を構成するTFTアレイ基板の隣り合う複数の画素の平面図である。ただし、各構成要素を見やすくするため、図10は画素電極および共通電極が形成された層よりも下層側の構成要素のみを示し、図11は画素電極および共通電極のパターンを中心に示している。
以下では、図10、図11の平面図を用いて第1実施形態と異なる部分のみを説明し、それ以外の共通部分の説明は省略する。液晶装置の断面構造についても第1実施形態と同様である。なお、図10、図11において図4、図5と共通の構成要素には同一の符号を付す。
次に、本実施形態の最大の特徴点である画素電極13と共通電極21の構成について、図11を用いて説明する。
図11に示すように、画素電極13は、2本の帯状電極部13a(電極部)と、2本の帯状電極部13a間を連結する連結部13bとを有し、いわゆるU字状に形成されている。本明細書では、画素電極13の各部を帯状電極部、連結部と分けて呼ぶが、実際には一体の電極パターンであり、例えばインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)等の透明導電材料で形成されている。2本の帯状電極部13aは、データ線15(図11では図示略)に対して平行に延在し、互いに平行に配置されている。画素電極13は、図11における各帯状電極部13aの下端側で連結部13bと連結されており、各帯状電極部13aの上端側が開放端となっている。
以下、本発明の第2の実施の形態を図12を参照しつつ説明する。
本実施形態の液晶装置の基本構成は第3実施形態と同様であり、第3実施形態とは共通電極の構成が異なるのみである。よって、以下では、図12の平面図を用いて第3実施形態と異なる部分のみを説明し、それ以外の共通部分の説明は省略する。なお、図12において図11と共通の構成要素には同一の符号を付す。
以下、本発明の第5の実施の形態を図13を参照しつつ説明する。
本実施形態の液晶装置の基本構成は第3実施形態と同様であり、画素の配置のみが異なっている。よって、以下では、図13の平面図を用いて第3実施形態と異なる部分のみを説明し、それ以外の共通部分の説明は省略する。なお、図13において図11と共通の構成要素には同一の符号を付す。
上記実施形態の液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。図14は、プロジェクタの構成例を示す平面配置図である。図14に示すように、プロジェクタ1100の内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106、および2枚のダイクロイックミラー1108によって赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110B、1110Gに入射される。
本実施形態によれば、高い画素開口率を有する上記実施形態の液晶装置をライトバルブとして備えたことにより、明るい表示が可能なプロジェクタを実現することができる。
実施例1として、誘電率異方性Δε=−5.5、屈折率異方性Δn=0.14のネガ液晶を用い、電極の構成については、図8(a)に示すように、個々に独立したパターンの画素電極61と、連結したパターンの共通電極62とを有する第2実施形態と同様の構成とした。画素のピッチを12μm×12μm、帯状電極部61a,62aの幅を1μm、帯状電極部61a,62aのピッチを3μmとした。
一方、比較例1として、電極の構成を図9(a)に示すように変えた以外は、実施例1と同様の条件とした。図9(a)中の符号63が画素電極、符号64が共通電極である。
Claims (13)
- 対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、を備え、前記一対の基板のうちの一方の基板にデータ線と走査線とが互いに交差して設けられるとともに、複数の画素がマトリクス状に配置された液晶装置であって、
前記一方の基板上に、第1電極と、前記第1電極との間に生じる電界を前記液晶層に印加する第2電極と、が設けられ、
前記第1電極および前記第2電極が、複数の電極部と、前記複数の電極部間を連結する連結部と、をそれぞれ有し、
前記第1電極の連結部の少なくとも一部および前記第2電極の連結部の少なくとも一部が、前記データ線または前記走査線の少なくともいずれか一方の配線と重なるとともに、前記一方の配線に沿った直線上に並ぶように配置されたことを特徴とする液晶装置。 - 対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、を備え、前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられたデータ線および走査線と、列状に配置された複数の画素からなる第1画素群と、前記第1画素群と隣り合うとともに列状に配置された複数の画素からなる第2画素群と、を備え、
前記一方の基板上に、複数の第1電極と、前記第1電極との間に生じる電界を前記液晶層に印加する複数の第2電極と、が設けられ、
前記第1電極および前記第2電極が、複数の電極部と、前記複数の電極部間を連結する連結部と、をそれぞれ有し、
前記第2画素群に対応する1つの第2電極の連結部の少なくとも一部が、前記第1画素群に対応する2つの第1電極の連結部の間に配置されたことを特徴とする液晶装置。 - 前記第1電極および前記第2電極の各連結部の少なくとも一部が、前記データ線もしくは前記走査線と重なることを特徴とする請求項2に記載の液晶装置。
- 前記第1電極の電極部および前記第2電極の電極部が、前記データ線もしくは前記走査線に対して斜めに交差することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記第1電極の電極部が、隣り合う2つの画素に跨って配置されたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、を備え、前記一対の基板のうちの一方の基板にデータ線と走査線とが互いに交差して設けられるとともに、複数の画素がマトリクス状に配置された液晶装置であって、
前記一方の基板上に、第1電極と、前記第1電極との間に生じる電界を前記液晶層に印加する第2電極と、が設けられ、
前記第1電極および前記第2電極が、複数の電極部と、前記複数の電極部間を連結する連結部と、をそれぞれ有し、
列状に配置された複数の画素からなる第1画素群と、前記第1画素群と隣り合うとともに列状に配置された複数の画素からなる第2画素群と、を備え、
前記第1画素群と前記第2画素群とを、前記複数の画素が配列する方向にずらして配置し、
前記第1画素群に対応する複数の第1電極および第2電極と、前記第2画素群に対応する複数の第1電極および第2電極とを、前記複数の画素が配列する方向にずらして配置し、
前記複数の画素が配列する方向に沿って隣り合う前記第1電極の前記連結部と、前記第2電極の前記連結部とを、交互に配置したことを特徴とする液晶装置。 - 前記第1電極および前記第2電極の各連結部の少なくとも一部が、前記データ線もしくは前記走査線と重なることを特徴とする請求項6に記載の液晶装置。
- 複数の前記画素によって表示領域が構成されており、
前記第1画素群および前記第2画素群を、前記表示領域の水平方向に対して傾けて配置したことを特徴とする請求項6または7に記載の液晶装置。 - 前記第1電極の連結部もしくは前記第2電極の前記連結部の少なくともいずれか一方の一部が、前記電極部側から窄まった形状をなしていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記データ線もしくは前記走査線のいずれか一方の配線の延在方向に沿って隣り合う複数の前記第1電極が、連続した電極パターンで構成されたことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記一方の基板上に、共通電位が供給される共通電位配線が設けられ、
前記第1電極と前記共通電位配線とが、各前記画素毎に対応して設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続されたことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか一項に記載の液晶装置。 - 前記第1電極、前記第2電極の少なくとも一方が透明導電材料で構成されたことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 光源と、
前記光源から射出された光を変調する請求項1ないし12のいずれか一項に記載の液晶装置を含む光変調手段と、
前記光変調手段によって変調された光を投射する投射手段と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
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