JPH11149071A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投射型表示のように、高温下にさらされる液
晶パネルで起こりがちなコントラストむらを抑制し、高
品位の液晶表示を得る。 【解決手段】 ２枚の基板間３２、３３に液晶層３７を
挟持した液晶セル３０に近接または接触して、液晶セル
の基板のもつ光弾性係数の温度に対する変化特性と反対
の変化特性の光弾性係数をもつコントラストむら補償板
７２を配置し、基板の温度むらによる光応力むらの変化
をコントラストむら補償板７２により補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は液晶表示装置に係わ
り、特に高温下にさらされる例えば投射型に適した液晶
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高密度且つ大容量でありながら高
機能さらに高精細を得る液晶表示装置の実用化が図られ
いている。これらの液晶表示装置のうち、連接する画索
電極間のクロストークがなく、高コントラスト表示が得
られると共に、透過型表示が可能であり且つ、大画面化
も容易である等の理由から、ＴＦＴを制御装置として備
えたアクティブマトリクス型液晶表示装置が多用され、
とくにポリシリコン薄膜トランジスタ（以下ｐ−ＳｉＴ
ＦＴと称する）を用いたものは、ｐ−ＳｉＴＦＴ中の電
子の移動度が高く他の駆動素子を用いたものに比べ駆動
素子のサイズを小型化でき、画素電極の開口率向上を計
れると共に、その駆動回路がアクティブマトリクス基板
上に一体的に形成されるという利点をもっている。

【０００３】従って、駆動用のＩＣ等が不要となり、そ
の実装工程も省力化でき、ひいては装置の低コスト化が
実現でき、その開発が促進されている。そして、このよ
うなＴＦＴ技術を用いて高精細な液晶表示装置を作成
し、投射レンズを用いて拡大投影することで容易に大画
面デイスブレイが達成できることから、フロント型のデ
ータブロジェクタやリア型のブロジェクシヨンＴＶなど
が開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、投射型液
晶表示装置ではブロジェクタ装置のサイズ・重量、コス
トを低減するために、液晶表示装置の小型化が望まれ
る。一方で、画面を明るくするために液晶表示装置の開
口率の改善に加えて、高輝度・高出力の光源を用いたり
光学系効率を向上させることが行われている。このため
に、液晶表示装置には非常に高い照度の光が入射するよ
うになり、液晶表示装置の温度上昇に加え、面内の温度
むらが生じるようになってきた。これは、特に４：３の
アスペクト比表示画面よりも横長の１６：９アスペクト
比の場合に顕著になり、図３（ａ）に示す液晶表示装置
１０を構成するガラス基板１１、１２や単板式投射に用
いられるマイクロレンズアレイ１３の光弾性特性によ
り、面内の温度むらにより生じる応力分布から投射画面
にコントラストむら生じるという問題があった。

【０００５】入射照度は中心が強く周辺ほど低くなるこ
とが多く、図３（ｂ）に示すように表示領域１６の中心
部１７および側辺部１８のコントラスト比が低下し、対
角十字状コントラスト比が高い部分１９が生じる。これ
は、現在主流のＴＮ液晶では液晶表示装置の前後に偏光
板１４、１５を配置するために、物体の光弾性による応
力分布を観測する装置と同じ構造となっていることによ
るものである。

【０００６】加えて、液晶表示装置を小型化かつ高精細
化するにつれて、開口率が小さくなることを補う目的で
マイクロレンズアレイ基板１３を用いて実効的な開口率
を向上させるために液晶セルの前面基板１２上にマイク
ロレンズアレイ基板を接着する場合に、上記の光弾性効
果はガラス基板の厚さに比例するためにマイクロレンズ
基板厚分だけさらにコントラストむらが生じやすくなる
という問題があった。

【０００７】そこで、本発明は上記課題を除去するもの
で、面内の温度むらによる応力むらによるコストラスト
むらが抑制できる液晶表示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】本発明は、２枚の基板間
に液晶層を挟持した液晶セルと、この液晶セルに近接ま
たは接触して配置され、前記液晶セルの前記基板のもつ
光弾性係数の温度に対する変化特性と反対の変化特性の
光弾性係数をもつコントラストむら補償板とからなる液
晶表示装置を得るものである。

【０００９】さらに、マトリクス状に配列された画素電
極を有する第１の電極基板と、対向電極を有し前記第１
の電極基板に間隙を隔てて対向配置されこの間隙に液晶
層を配置した第２の電極基板とを有する液晶表示装置に
おいて、前記第１および第２の電極基板の光弾性係数と
符号が異なるコントラストむら補償板が第１の電極基板
と第２の電極基板の少なくとも一方に接着層を介して張
り合わされていることを特徴とする液晶表示装置を得る
ものである。

【００１０】さらに、第１または第２の電極基板に接着
層を介してマイクロレンズアレイが接着されていること
を特徴とする液晶表示装置を得るものである。

【００１１】さらに、コントラストむら補償板に偏光板
もしくは偏光板と位相差板が一体に張り付けられている
ことを特徴とする液晶表示装置を得るものである。

【００１２】さらに、上記偏光板もしくは偏光板と位相
差板が一体となったものの光出射界面に反射防止膜が形
成されているを特徴とする液晶表示装置を得るものであ
る。

【００１３】さらに、コントラストむら補償板がマイク
ロレンズアレイであることを特徴とする液晶表示装置を
得るものである。

【００１４】以上のように本発明は液晶セルの基板のも
つ光弾性係数と符号を異にする光弾性係数をもつコント
ラストむら補償板を組合わせることによって、高輝度光
源照射により発生する液晶表示装置内の温度むらによる
応力むらを打ち消すように作用させることができる。

【００１５】基板を透過する光に対する光弾性効果は基
板の応力ひずみによって顕著に現れる。したがって基板
の温度むらにより基板内に応力ひずみが発生すると、ひ
ずみに応じた応力むらとなる。ところがこの基板に近接
または接触して基板の光弾性係数と異なる符号の光弾性
係数をもつ板状体を配置すると、相互に光弾性効果を相
殺する。したがって、この板状体をコントラストむら補
償板として用いることにより、応力むらを改善し、表示
のコントラストを向上することができる。

【００１６】発生する光弾性効果は板状体の光弾性係数
と厚みの積できまる。例えば液晶セルを構成する液晶層
を挟持する２枚のガラス液晶基板は正の光弾性係数をも
ち、一方、液晶層は数μｍと非常に薄いので温度に対す
る応力むらはこれらの２枚のガラス基板に依存する。基
板厚は０．５mmから２mmであり、これにガラスのマイク
ロレンズアレイが組合わされるとその分、総合的な厚み
が増える。コントラストむら補償板は例えばアクリル系
樹脂のような負の光弾性係数をもつ材料で構成し、厚み
を選択することで光弾性効果を相殺することができる。

【００１７】また、本発明は前面基板である第２の電極
基板上にマイクロレンズアレイ基板を張り合わせること
で実効開口率を高めるとともに、コントラストむら補償
を行う第３の基板を背面基板である第１の電極基板側に
接着することで、液晶表示装置にほこりやゴミが付着し
ても投射像に影響しにくくなるという効果も達成でき、
表示画質を向上するものである。

【００１８】そして、第１の電極基板側に接着された第
３の基板に偏光板もしくは偏光板と位相差板が一体とな
ったものを張り合わせ、さらに出射界面に反射防止膜を
形成することで反射ロス軽減による透過率向上に加え界
面反射光による画素スイッチング素子のリーク電流増大
を回避できる。

【００１９】さらに、マイクロレンズアレイ板を液晶基
板の光弾性係数と異なる符号の光弾性係数をもつ材料で
形成することによって、コントラストむら補償板を兼ね
させることができ、この場合、別個のコントラストむら
補償板を設置することを省くことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
および図２を参照して説明する。

【００２１】図１は液晶表示パネルの概略断面図、図２
は液晶セルの要部の概略断面図である。図において、ア
クティブマトリクス型の液晶表示パネル２０は液晶セル
３０前面にマイクロレンズアレイ基板７１、背面にコン
トラストむら補償板７２を配置し、さらにその両外面に
偏光板７０、７４を配置している。

【００２２】液晶セル３０は駆動素子としてｐ−ＳｉＴ
ＦＴ３１を用いる第１の電極基板であるアクティブマト
リクス基板３２および第２の電極基板である対向基板３
３の間に、ポリイミドからなる配向膜（図示せず）を介
して、液晶組成物であるネマチック型液晶３７が保持さ
れている。

【００２３】ここで、アクティブマトリクス基板３２
は、ガラス基板３８上に、ｐ−ＳｉＴＦＴ３１を有する
が、このｐ−ＳｉＴＦＴ３１は次のように形成される。
即ちガラス基板３８の上にＣＶＤ法によりアモルファス
シリコン（以下ａ−Ｓｉと称する）膜を成膜後、このａ
−Ｓｉ膜をレーザーアニール法により多結晶シリコン
（以下ｐ−Ｓｉと称する）膜に形成し、さらにパターン
形成して、マトリクス状にになるように島状に半導体層
４０を形成する。ついで、半導体層４０の上にゲート絶
縁膜となる第１の絶縁層４１を被覆し、さらにｐ−Ｓｉ
ＴＦＴ３１に走査信号を印加する走査線（図示せず）お
よびその一部であり、ゲート電圧を印加するためのゲー
ト電極４２と補助容量電極４３を形成した後、半導体層
にセルフアラインにより不純物を注入してソース領域４
０ｓおよびドレイン領域４０ｄを形成した後、第２の絶
縁層４５を被覆する。

【００２４】但し、ここでｐ−ＳｉＴＦＴ３１はｎ−ｃ
ｈのトランジスタで構成し場合によっては活性層とソー
ス・ドレイン領域との間に低不純物濃度領域（ｎ⁻領
域）を形成してＬＬＤ（Lightly Doped Drain ）構造と
する方が望ましいためｎ⁻領域の不純物注入はソース・
ドレイン領域とは別工程で行った。

【００２５】また、後述する走査線駆動回路および信号
線駆動回路はｎ−ｃｈおよびｐ−ｃｈのＣＭＯＳ構造で
あることが望ましいため、ソース領域４０ｓおよびドレ
イン領域４０ｄ形成のためには不純物の注入は、ｎ−ｃ
ｈおよびｐ−ｃｈとに分けて行つた。さらにｐ−ＳｉＴ
ＦＴ３１に映像信号を印加するための信号線４４をパタ
ーン形成し第１のコンタクトホール４６を介してドレイ
ン領域４０ｄに接続し、信号線４４と同一の材料でソー
ス領域４０ｓにも第１のコンタクトホール４８で接続す
る。

【００２６】その上に第３の絶縁層５１を形成し、第２
のコンタクトホール４９を形成し、さらに第４の絶縁層
５２を形成して第２のコンタクトホール４９と同じ位置
にコンタクトホール形成してそのコンタクトホール４９
を介して、前記ソース領域４０ｓとインジウム錫酸化物
（以下ＩＴＯと称する）からなる画素電極４７を接続し
た。また、アクティブマトリクス基板３２上の画素電極
４７がマトリクス状に配列されるに表示領域の隣接する
２辺には、走査線４２の引き出し線に接続される走査線
駆動回路（図示せず）、および信号線４４の引き出し線
に接続される信号線駆動回路（図示せず）が形成されて
いる。

【００２７】ー方、対向基板３３は、ガラス基板６０上
にクロム（Ｃｒ）等の遮光部材を成膜し、アクテイブマ
トリクス基板３２上のｐ−ＳｉＴＦＴ３１と対向するよ
うにマトリクス状にパターン形成し、遮光層６１を形成
し、スパッタ法によりＩＴＯからなる対向電極６２を前
面に形成する。続いて、アクティブマトリクス基板３２
および対向基板３３の画素電極４７側および対向電極６
２側全面にポリイミドからなる配向膜６３、６４を印刷
塗布し、ラビング処理を行う。アクテイブマトリクス基
板３２にあっては、液晶注入口を除き表示領域の周囲の
接着領域にディスペンサを用いて紫外線硬化型のシール
剤６５を印刷塗布した後、アクティブマトリクス基板３
２に対向基板３３を積み重ねて位置合わせをし、両基板
３２，３３間の間隙が均一となるように加圧した後に、
紫外線を照射してシール剤６５を硬化して空液晶セルを
形成する。

【００２８】次いで、液晶注入口より空液晶セルの間隙
にネマチック型液晶３７を注入し液晶注入口を封止して
液晶セルを完成する。

【００２９】そして、次に対向基板３３の上に２mm厚の
イオン交換型のガラス製マイクロレンズアレイ基板７１
を紫外線硬化型接着剤を介して画素と一致するように合
わせた後に紫外線を照射して固定した。マイクロレンズ
アレイ基板７１は凸レンズのマイクロレンズ７１ａを一
表面に多数配置しており、基板がガラスの場合は、この
凸レンズ部分をイオン交換により形成している。 この
各凸レンズは液晶セルの画素に対応して配置されて単板
式カラー表示では赤、緑、青各画素に１つのレンズが対
応する。

【００３０】さらに、アクティブマトリクス基板３２に
紫外線硬化型接着剤を介して１〜２ｍｍ厚のアクリル樹
脂基板７２をコントラストむら補償板として張り合わせ
紫外線を照射して固定した。さらにアクリル樹脂基板７
２に表面側に反射防止層７５が形成された偏光板７４を
粘着層を介して張り合わせた。

【００３１】このようにガラス製アクティブマトリクス
基板３２、対向基板３３、そしてガラス製マイクロレン
ズアレイ基板７１のような正の光弾性係数（使用温度範
囲で２．６〜３．７cm² ／dyne）を有するガラス基板で
構成されている液晶パネルに、負の光弾性係数を有する
アクリル樹脂製コントラストむら補償板７２（−６cm²
／dyne）を張り合わせるようにすれば、マイクロレンズ
アレイ基板７１側から高照度の光の入射によって発生す
る温度むら起因のコントラストむらの原因である入射側
偏光板７０後の直線偏向光が液晶パネル通過時に楕円偏
光化されることが抑制される。

【００３２】コントラストむらとは、黒表示した時に温
度むらによる応力発生がなければＴＮ液晶では入射側の
偏光板で直線偏光となった光は出射側偏光板７４で遮ら
れるだけでコントラストはほぼ一様であるが、温度むら
が発生すると液晶パネル（ガラス基板）を通過する際に
位相差を生じてしまいコントラストの小さい部分とコン
トラストの高い帯状部分ができるコントラストむらが生
じてしまうものである。例えば、図３のように上下対称
に発生し、この現象は液晶パネル内の温度むらが２℃
（中央と周辺の温度差）を越えると顕著に視認されるよ
うになってくるものである。

【００３３】この光弾性効果による互いに直交する偏光
面を持つ２偏光の角位相差δは、基板厚をｔとし、厚さ
方向での応力状態が一様で変化のない場合はに２偏光に
対する光路長がそれぞれ σ1 方向の偏光に対してはｎ1 ｔ σ2 方向の偏光に対してはｎ2 ｔ （ｎ1 、ｎ2 は直交するそれぞれの偏光に対する屈折
率） であるからδ＝（２π／λ）（ｎ1 −ｎ2 ）・ｔ ここで、上記ｎ1 ，ｎ2 と主応力との間には ｎ1 −ｎ0 ＝Ａσ1 ＋Ｂσ2 ｎ2 −ｎ0 ＝Ｂσ1 ＋Ａσ2 ｎ0 ：無応力状態の屈折率 Ａ：直接応力光定数 Ｂ：横応力光定数 の関係があるから、 δ＝（２π／λ）・（Ａ−Ｂ）・（σ1 −σ2 ）・ｔ Ｃ＝Ａ−Ｂ δ＝（２π／λ）・Ｃ・（σ1 −σ2 ）・ｔ Ｃ：光弾性係数 のような関係になる。

【００３４】このため、液晶パネルの温度むらにより発
生した面内応力で生じた角位相差を打ち消すようにする
には正の光弾性係数を有する部材の総合厚さと光弾性係
数の積と等しくなるように、負の光弾性係数を有する部
材厚と光弾性係数との積を設定すればよいことが分か
る。

【００３５】また、図２のようなポリシリコンＴＦＴ３
１を用いた液晶パネルではアクティブマトリクス基板３
２の出射界面での反射光が画素ＴＦＴの裏面から入射し
てリーク電流が発生しやすい。このため、出射側界面に
偏光板７３を張り付け、かつ、この出射界面に反射防止
膜７５を形成することでリーク電流低減できるために反
射防止膜付き偏光板をアクリル樹脂基板７２の上に張り
付けた方が望ましい。

【００３６】もちろん、出射側偏光板７３を液晶パネル
に張り付けずに離して配置して、アクリル樹脂基板７２
の上に反射防止膜を付けてもよいことはいうまでもな
い。

【００３７】さらに、反射防止膜の分光特性としてはｐ
−Ｓｉの吸収係数の高い青側の反射率を低くすることが
望ましい。

【００３８】また、偏光スクリーンとの組み合わせを考
慮すると液晶の配向が４５度ラビングである場合に偏光
軸を４５度回転させて偏光スクリーンと一致させるよう
な位相差板を偏光板とラミネートしたものに反射防止膜
を付けて張り合わせてもよいことはいうまでもない。

【００３９】また、投射型表示装置では投射レンズで大
きく拡大投影するために表示装置の上に積もったゴミや
埃により表示品位が劣化するという問題が生じるが、図
１のように入射側にはマイクロレンズアレイ基板が、そ
して出射側にはアクリル樹脂基板が配置されていること
からゴミや埃の位置がフォーカス位置からずれることか
ら表示品位の劣化が抑制されるという利点もある。

【００４０】本発明の他の実施の形態はマイクロレンズ
アレイ基板をコントラストむら補償板を兼ねる構成とす
ることである。図４に示すように、多数の凸レンズ８１
を一表面に形成したマイクロレンズアレイ基板８０をア
クリル樹脂で形成する場合、屈折率は１．５４であるか
ら液晶セルのガラス基板にレンズ側を接着しても接着剤
に屈折率が１．３４のフッ素系樹脂を用いると、レンズ
作用を損なうことがない。上記したように、アクリル樹
脂はガラスに対して光弾性係数の温度に対する変化特性
が反対であるから、適切な厚さを選ぶことにより、コン
トラストむらを十分に取り除くことができる。

【００４１】なお、本発明はマイクロレンズを用いない
ものにも有効であることは言うまでもない。もし、マイ
クロレンズを用いない液晶パネルの場合のゴミや埃の影
響を抑制するためにコントラストむら補償板となるアク
リル樹脂基板を入射側と出射側の両方に張り合わせても
よいことは言うまでもなく、その場合は前後のアクリル
樹脂の厚さを上記の関係式に基づき実験的に最適化を計
ればよい。また、アクリル樹脂以外の材料でコントラス
トむら補償板を形成することができ、本発明を逸脱しな
い範囲で種々の変形が可能であることはいうまでもな
い。

【００４２】図５は本発明の他の実施の形態を示すもの
で、コントラストむら補償板７２に視野角の拡大や色付
き防止のために設ける位相差板７６、偏光板７４および
反射防止膜７５を一体形成したものを示しており、これ
を液晶パネルに接着することで、製造の簡素化をはかる
ことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、投
射型液晶パネルでの高照度光の入射に伴う温度むらに起
因するコントラストむらを抑制することができ高品位の
投射型表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の液晶パネルの概略断面
図、

【図２】本発明の実施の形態の液晶セルの概略断面図、

【図３】従来例を説明するもので、（ａ）は概略断面
図、（ｂ）は投射画像のコントラストむらを説明する概
略平面図。

【図４】本発明の他の実施の形態のコントラストむら補
償板の概略断面図。

【図５】本発明の他の実施の形態のコントラストむら補
償板の概略断面図。

【符号の説明】

２０：液晶パネル ３０：液晶セル ３１：ＴＦＴ ３２：アクティブマトリクス基板 ３３：対向基板 ７０、７４：偏光板 ７１：マイクロレンズアレイ基板 ７２：コントラストむら補償板 ７５：反射防止膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｇ０２Ｂ 5/30 Ｇ０２Ｂ 5/30

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の基板間に液晶層を挟持した液晶セ
   ルと、この液晶セルに近接または接触して配置され、前
   記液晶セルの前記基板のもつ光弾性係数の温度に対する
   変化特性と反対の変化特性の光弾性係数をもつコントラ
   ストむら補償板とからなる液晶表示装置。
2. 【請求項２】 マトリクス状に配列された画素電極を有
   する第１の電極基板と、対向電極を有し前記第１の電極
   基板に間隙を隔てて対向配置されこの間隙に液晶層を配
   置した第２の電極基板とを有する液晶表示装置におい
   て、前記第１および第２の電極基板の光弾性係数と符号
   が異なるコントラストむら補償板が第１の電極基板と第
   ２の電極基板の少なくとも一方に接着層を介して張り合
   わされていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 第１または第２の電極基板に接着層を介
   してマイクロレンズアレイが接着されていることを特徴
   とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 コントラストむら補償板に偏光板もしく
   は偏光板と位相差板が一体に張り付けられていることを
   特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 上記偏光板もしくは偏光板と位相差板が
   一体となったものの光出射面に反射防止膜が形成されて
   いるを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 コントラストむら補償板がマイクロレン
   ズアレイであることを特徴とする請求項１または２記載
   の液晶表示装置。