JPH11149095A - 液晶表示装置及びこれを用いたプロジェクタ装置 - Google Patents

液晶表示装置及びこれを用いたプロジェクタ装置

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JPH11149095A
JPH11149095A JP9317518A JP31751897A JPH11149095A JP H11149095 A JPH11149095 A JP H11149095A JP 9317518 A JP9317518 A JP 9317518A JP 31751897 A JP31751897 A JP 31751897A JP H11149095 A JPH11149095 A JP H11149095A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温多結晶シリコンＴＦＴを用いた液晶表示
装置をプロジェクタ装置に適用する。 【解決手段】 光源６０からの光を偏光分離フィルタ６
２、第１の偏光板６４により所定の直線偏光にし、液晶
表示装置５０に照射する。この液晶表示装置５０は、低
温多結晶シリコンＴＦＴを用いたものであり、広視野角
である。また、液晶表示装置５０は、画素電極にアルミ
ニウムを利用しており、これが反射層として機能する。
液晶表示装置５０の反射光は、第２の偏光板６６、プロ
ジェクタレンズ６８を介し、スクリーン７０に照射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、画素をそれぞれ
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Tin film Transistor）で
駆動して液晶表示を行う液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid
Crystal Display）、特に薄膜トランジスタに低温プロ
セスによって作成した多結晶シリコンを利用した反射型
の液晶表示装置及びこれを利用したプロジェクタ装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】一対の基板間に液晶を封入し、この液晶
に電圧を印加して所望の表示を行う液晶表示装置は、小
型、薄型であるという利点があり、また低消費電力化が
容易であるため、現在、各種ＯＡ機器、ＡＶ機器或いは
携帯用、車載用情報機器などのディスプレイ等として実
用化が進んでいる。また、液晶表示装置を透過型とし、
プロジェクタ装置として利用することも提案されてい
る。
【０００３】ここで、各液晶画素を駆動するためのスイ
ッチング素子として、薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと
いう）を用いたいわゆるアクティブマトリクス型液晶表
示装置は、ＴＦＴを選択的に駆動して液晶画素を選択す
ることができるためクロストークのないより高精細な画
像表示が可能である。
【０００４】液晶表示装置に用いられるＴＦＴとして
は、能動層に非晶質（アモルファス）シリコンを用いた
非晶質シリコンＴＦＴと、能動層により移動度の高い多
結晶シリコンを用いた多結晶シリコンＴＦＴが知られて
おり、非晶質シリコンＴＦＴは、低温プロセスによって
大面積にわたって形成が可能なことから、大型のディス
プレイ用等に多く用いられている。これに対し、多結晶
シリコンＴＦＴは、非晶質シリコンに比べてその移動度
が高く、また自己整合によって素子を形成することがで
きるため、非晶質シリコンＴＦＴよりもＴＦＴ面積及び
画素面積を小さくすることが容易で、高精細なディスプ
レイを製造できる。また、多結晶シリコンを用いると、
ＴＦＴをＣＭＯＳ構造とすることも容易であるため、表
示部ＴＦＴとほぼ同一工程によって、同一基板上に表示
部ＴＦＴを駆動するドライバＴＦＴを形成することがで
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように特性が優れ
ドライバを基板上に内蔵可能な多結晶シリコンＴＦＴ
は、高温プロセスによって非晶質シリコンを多結晶化し
て形成することはよく知られているが、プロセス中に高
温に曝されるため、基板に安価なガラス基板を用いるこ
とができず、コスト面で実用化には難があった。
【０００６】しかし、レーザアニールやランプアニール
などのアニール処理を用いた多結晶化技術の向上によ
り、低温プロセスによる多結晶シリコンの製造が可能と
なりつつある。
【０００７】このように、低温プロセスによって多結晶
シリコンＴＦＴを形成することにより、基板として安価
なガラス基板を用いることができるので、低コスト化、
さらには大面積化が達成され、低温プロセスによる多結
晶シリコンＴＦＴ（以下低温多結晶シリコンＴＦＴとい
う）の実用化には至っている。
【０００８】しかし、低温多結晶シリコンＴＦＴの実用
化が進みつつあるものの、液晶表示装置として低温多結
晶シリコンＴＦＴの特性を最大限発揮させ、またその特
性をより向上させるために最適な液晶材料や最適なパネ
ル構成などについては、依然、開発は進んでいない。こ
のため、例えば、従来の非晶質シリコンＴＦＴ用の液晶
表示装置に用いられていた材料や構成をそのまま転用し
ており、多結晶シリコンＴＦＴの特性を十分に発揮させ
ることができていないという問題があった。
【０００９】また、上述のように液晶表示装置は、プロ
ジェクタ装置としても利用される。すなわち、液晶表示
装置を通過または反射させる光を制御し、これをスクリ
ーンに投射することによって、スクリーン上に任意の画
像を得ることができる。そして、反射型の液晶表示装置
を利用すると、プロジェクタ装置を比較的小さくするこ
とができる。しかし、通常の液晶表示装置では、視野角
が狭いため、十分な反射光を得ることが難しいという問
題があった。
【００１０】上記課題を解決するために、この発明に係
る液晶表示装置では、低温多結晶シリコンＴＦＴの特性
を最大限活用することを可能した反射型の液晶表示装
置、及びこれを利用したプロジェクタ装置を得ることを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、以下のような特徴を有する。
【００１２】本発明は、第１基板上に、マトリクス状に
設けられた複数の画素電極と、対応する前記画素電極に
接続されるように形成された薄膜トランジスタと、を備
え、前記第１基板上の前記複数の画素電極と、該第１基
板に対向配置された第２基板上の共通電極との間に挟持
された液晶層を画素電極毎に駆動して表示を行うアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置であって、前記薄膜トラ
ンジスタとして、能動層に低温で形成された多結晶シリ
コン層を用いた多結晶シリコン薄膜トランジスタを用
い、前記第１及び第２基板間に挟持される前記液晶層の
各液晶分子の初期配向を前記画素電極に対してほぼ垂直
方向となるように制御し、前記液晶層に用いる液晶材料
として、側鎖にフッ素を備える分子構造を備えた液晶分
子を選択すると共に、前記画素電極を反射材料で構成し
反射層として機能させることを特徴とする。
【００１３】また、本発明に係るプロジェクタ装置は、
光源からの光を所定の偏光を透過させる第１の偏光板
と、この第１の偏光板を透過した光を斜め方向から受け
入れ、反射させる液晶表示装置と、液晶表示装置からの
反射光から第１の偏光板とは直交する方向の偏光を透過
させる第２の偏光板と、を有し、第２の偏光板の透過光
をスクリーンに投射するプロジェクタ装置であって、上
記液晶表示装置として、上述した構成の液晶表示装置を
使用することを特徴とする。
【００１４】また、本発明に係るプロジェクタ装置は、
ほぼ４５°方向から入射する光源からの光から所定方向
の偏光を透過し、これと直交する方向の偏光を反射する
偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを透過
した偏光を反射し、偏光ビームスプリッタに再度入射さ
せるミラーと、偏光ビームスプリッタで反射された光を
反射し、偏光ビームスプリッタに再度入射させる液晶表
示装置と、を有し、液晶表示装置で反射し、偏光ビーム
スプリッタを透過した光をスクリーンに投射するプロジ
ェクタ装置であって、上記液晶表示装置として、上述し
た構成の液晶表示装置を使用することを特徴とする。
【００１５】また、前記液晶層に用いる液晶材料とし
て、下記の化学式（１）〜化学式（７）で示される分子
構造を備えた材料から、側鎖にフッ素を備える分子構造
を備えた化学式（２）〜化学式（７）のうちの少なくと
もいずれか１種類の液晶分子を選択することが好まし
い。
【００１６】
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】 また、前記第２基板上の前記共通電極には、前記画素電
極と対向する所定対応領域内に前記液晶の配向を制御す
るための電極不在部を配向制御窓として設け、液晶分子
の配向を傾斜した垂直配向としながら、各画素電極領域
内に傾斜方角の異なる複数の垂直配向領域を作成するこ
とが好ましい。
【００１７】さらに、前記第１基板には、該第１基板上
に形成された薄膜トランジスタを覆うように平坦化層間
絶縁膜が形成され、前記平坦化層間絶縁膜上に、少なく
とも前記薄膜トランジスタの形成領域を覆うよう前記複
数の画素電極がそれぞれ形成されていることが好まし
い。
【００１８】また、前記液晶層に用いられる液晶材料
は、負の誘電異方性を備え、前記液晶層の垂直配向は、
ラビング工程を施すことなく、前記共通電極及び前記画
素電極をそれぞれ覆うように形成された垂直配向膜と、
前記共通電極に設けられた前記配向制御窓と、前記複数
の画素電極にそれぞれ印加される電圧によって制御され
ることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の好
適な実施の形態（以下実施形態という）について説明す
る。
【００２０】図１は、この発明の実施形態に係る反射形
式のアクティブマトリクス型液晶表示装置の１画素につ
いての平面構成の一例、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った
概略断面の一例を示している。この実施形態に係るアク
ティブマトリクス型液晶表示装置は、低温多結晶シリコ
ンＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板（第１基板）１０と、
このＴＦＴ基板１０と間に液晶層４０を挟持するように
対向配置された対向基板（第２基板）３０を備えてい
る。
【００２１】ガラスなどからなるＴＦＴ基板１０上に
は、図２に示す例では、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ等の金属をパ
ターニングして得られたゲート電極１２及びゲート電極
１２と一体のゲート電極配線１２Ｌを備え、これらゲー
ト電極１２、ゲート電極配線１２Ｌを覆うように、例え
ばＳｉＮｘ及びＳｉＯ2の積層構造又はいずれか一方よ
りなるゲート絶縁膜１４が形成されている。ゲート絶縁
膜１４上には、ＴＦＴの能動層として機能する多結晶シ
リコン薄膜２０が形成されている。この多結晶シリコン
薄膜２０は、非晶質シリコン薄膜にレーザアニール及び
ランプアニールの組み合わせ又はいずれか一方アニール
処理などを用いた低温アニール処理を施すことによって
多結晶化し、その後、島状にパターニングして得たもの
である。
【００２２】多結晶シリコン薄膜２０上には、ＳｉＯ2
等からなる注入ストッパ２３が形成されている。この注
入ストッパ２３は、ゲート電極１２をマスクとしてＴＦ
Ｔ基板１０の裏面（図２の下側）から露光することで、
自己整合的にゲート電極１２とほぼ同一形状にパターニ
ングして形成されている。そして、この注入ストッパ２
３を利用して多結晶シリコン薄膜２０にリン、砒素等の
不純物を低濃度に注入することにより、多結晶シリコン
薄膜２０の注入ストッパ２３の直下領域の両側には、自
己整合的にこれらの不純物を低濃度に含む低濃度ソース
領域２０ＬＳ及び低濃度ドレイン領域２０ＬＤがそれぞ
れ形成されている。また、注入ストッパ２３の直下領域
は、注入ストッパ２３がマスクとなって不純物が注入さ
れないため、実質的に不純物を含有しない真性領域とな
り、この真性領域がＴＦＴのチャネル領域２０ＣＨとし
て機能する。低濃度ソース領域２０ＬＳ、低濃度ドレイ
ン領域２０ＬＤの外側には、同じ不純物をさらに高濃度
に注入することによりソース領域２０Ｓ、ドレイン領域
２０Ｄが形成されている。
【００２３】各領域（２０ＣＨ、２０ＬＳ、２０ＬＤ、
２０Ｓ、２０Ｄ）が形成された多結晶シリコン薄膜２０
及び注入ストッパ２３上にはこれらを覆うようにＳｉＮ
ｘ等からなる層間絶縁膜２２が形成されている。この層
間絶縁膜２２上には、Ａｌ、Ｍｏ等からなるソース電極
１６、ドレイン電極１８及びドレイン電極１８と一体の
ドレイン電極配線１８Ｌが形成されている。また、ソー
ス電極１６及びドレイン電極１８は、層間絶縁膜２２に
設けられたコンタクトホールにおいて上記多結晶シリコ
ン薄膜２０に形成されたソース領域２０Ｓ、ドレイン領
域２０Ｄに接続されている。
【００２４】この実施形態における低温多結晶シリコン
ＴＦＴは、上記ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１４、多
結晶シリコン薄膜２０（２０ＣＨ、２０ＬＳ、２０Ｌ
Ｄ、２０Ｓ、２０Ｄ）、ソース電極１６、ドレイン電極
１８を備え、低温プロセスで形成された多結晶シリコン
薄膜２０を能動層として有し、またゲート電極１２が素
子下側に位置する逆スタガ型のＴＦＴによって構成され
ている。但し、ＴＦＴ形状は逆スタガ型に限定されるこ
とはなく、ゲート電極が多結晶シリコン薄膜よりも上層
に配置されるスタガ型の構成であってもよい。
【００２５】このような構成のＴＦＴ及び層間絶縁膜２
２を覆うようにＴＦＴ基板１０のほぼ全面には、さらに
平坦化のための平坦化層間絶縁膜２４が１μｍ程度或い
はそれ以上の厚さに形成されている。この平坦化層間絶
縁膜２４は、例えばＳＯＧ（Spin On Grass）、ＢＰＳ
Ｇ（Boro-phospho-Silicate Glass）、アクリル樹脂等
が用いられている。平坦化層間絶縁膜２４上には、Ａｌ
（アルミニウム）等反射機能を有する導電膜を用いた液
晶駆動用の画素電極２６がＴＦＴ形成領域上を覆うよう
に形成され、この画素電極２６は、平坦化層間絶縁膜２
４に設けられたコンタクトホールを介してソース電極１
６に接続されている。
【００２６】画素電極２６を覆うようにＴＦＴ基板１０
のほぼ全面には、ラビング工程なしで液晶分子を垂直方
向に配向させるための配向膜として、例えばポリイミド
（ＳｉＮｘ）等を用いた垂直配向膜２８が形成されてい
る。
【００２７】以上のような各素子が形成されたＴＦＴ基
板１０と液晶層４０を挟んで対向配置される対向基板
（第２基板）３０は、ＴＦＴ基板１０と同様にガラス等
から構成されており、ＴＦＴ基板１０との対向側表面に
はＲＧＢのカラーフィルタ３８が形成され、さらにその
上にはアクリル樹脂などの保護膜３６を介し、対向する
画素電極２６とで液晶を駆動するためのＩＴＯなどから
なる共通電極３２が形成されている。そして、本実施形
態では、後述するように、この共通電極３２にはその各
画素電極２６と対向する領域に配向制御窓３４として、
例えば図２に示すようなＸ字状の電極不在部が形成され
ている。また、共通電極３２及びこの配向制御窓３４上
にはこれらを覆うようにＴＦＴ基板１０側と同様の垂直
配向膜２８が形成されている。
【００２８】液晶層４０は、例えば３μｍ程度に設定さ
れた基板間の間隙に封入され、液晶材料としては、液晶
分子４２の長軸方向の誘電率よりも短軸方向の誘電率が
大きい、いわゆる負の誘電率異方性を有する液晶材料が
用いられている。本実施形態において液晶層４０に用い
られている液晶材料は、上記のような化学式（１）〜
（６）で示される構造を備えた液晶分子を所望の割合で
混合して作製したものであり、これら化学式（１）〜
（６）の内、側鎖にフッ素を有する化学式（１）〜
（６）のいずれかの少なくとも１種類の液晶分子を含む
ように混合されている。
【００２９】現在、負の誘電異方性を有する液晶材料と
しては、移動度の低い非晶質シリコンを能動層に利用し
たＴＦＴ液晶表示装置用として、側鎖にシアノ（ＣＮ
−）基を有する液晶分子が主に用いられている。しか
し、シアノ基を側鎖に備える液晶分子は、低電圧駆動で
は残留直流電圧が存在し、十分高い電圧で駆動する必要
があり、電圧保持率が低く、また液晶の焼き付きの可能
性がある。しかし、本実施形態ではＴＦＴとして低温プ
ロセスによって作製され、低電圧駆動可能な多結晶シリ
コンＴＦＴを用いている。従って、現在用いられている
シアノ基を側鎖に備えた液晶材料を用いたのでは、低電
圧駆動ができるという多結晶シリコンＴＦＴの特性を活
かすことができないこととなる。そこで、液晶材料とし
て上述のような化学式（１）〜（６）に示すように、側
鎖にフッ素を有する液晶分子を用いることにより、液晶
層４０は、例えば２Ｖ程度の低電圧での駆動が可能とな
り、さらに、多結晶シリコンＴＦＴによる低電圧駆動で
も十分高い電圧保持率を備え、焼き付きが防止されてい
る。また、液晶表示装置を低電圧で駆動することができ
るため、非晶質シリコンＴＦＴを用いた液晶表示装置と
比較してより低消費電力の装置とすることが可能であ
る。
【００３０】本実施形態では、上述のような負の誘電異
方性を有するフッ素系液晶分子を含有する液晶材料を用
い、かつ垂直配向膜２８を用いることにより、液晶分子
の初期配向を垂直方向に制御するＤＡＰ（deformation
of vertially aligned phase）型の配向制御を行ってい
る。ＤＡＰ型は、電圧制御複屈折（ＥＣＢ：elctricall
y controlled birefringence）方式の一種であり、液晶
分子の長軸と短軸における屈折率の差、つまり複屈折現
象を利用して、液晶層へ入射した光の透過率を制御する
ものである。
【００３１】液晶層４０への電圧印加時には、このＤＡ
Ｐ型の液晶表示装置は、液晶層４０へ入射した直線偏光
をその複屈折により楕円偏光として射出する。一方、液
晶層４０への電圧非印加時には、液晶分子は垂直配向膜
２８により垂直に配向しているので、液晶層４０へ入射
された直線偏光は、複屈折を受けず、そのまま射出され
る。従って、所定の方向の第１の偏光板によって、直線
偏光を生成して、液晶層４０に入射させ、反射光を第１
の偏光板とは直交する方向の第２の偏光板を介して取り
出すことによって、複屈折を受けて楕円偏光となった光
のみ第２の偏光板を透過する。
【００３２】つまり、このＤＡＰ型は、液晶層４０にお
ける電界強度に従ってその複屈折量、つまり入射直線偏
光の常光成分と異常光成分との位相差（リタデーション
量）が決定し、液晶層４０への印加電圧の上昇に伴って
表示が黒から白へと変化する。そして、液晶層４０への
印加電圧を各画素毎に制御することで、第２の偏光板か
らの射出光量、つまり透過率を画素毎に制御される。従
って、これをスクリーンに投射することによって、所望
のイメージ表示が可能となっている。
【００３３】さらに、本実施形態では、図１及び図２に
示すように共通電極３２に電極不在部としての配向制御
窓３４を設けることにより、配向制御窓３２を基準とし
て所定の方角に傾け、液晶分子の応答性の向上を図ると
共に、画素内で配向方向を分割することによって液晶表
示の視角依存性を緩和し、広い視野角の表示装置を実現
している。液晶層４０への電圧印加時において、図１に
示す画素電極２６の各辺のエッジ部分には、図２に点線
で示すように共通電極３２との間にそれぞれ異なる方角
に斜めの電界が発生するため、画素電極２６の辺のエッ
ジ部分では、液晶分子は垂直配向状態から斜め電界と反
対側に向かって傾く。液晶分子４２は連続体性を有して
いるため、画素電極２６のエッジ部分で斜め電界で液晶
分子の傾き方角が決定すると（傾き角度は電界強度によ
って決定）、画素電極２６の中央付近の液晶分子の傾く
方角は、該画素電極２６の各辺における液晶分子の傾き
方角に従うこととなり、１つの画素領域内には、液晶分
子の傾き方角の異なる複数の領域が発生することとな
る。
【００３４】一方、配向制御窓３４には常に液晶動作閾
値以下の電圧しか印加されないため、図２に示すように
配向制御窓３４に位置する液晶分子は、垂直配向したま
まとなる。このため、配向制御窓３４が、常に上記液晶
分子の傾き方角の異なる領域の境界となる。例えば、図
１に示すように配向制御窓３４をＸ字状とすれば、それ
ぞれ傾き方角の異なる領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの境界は、こ
のＸ字状の配向制御窓３４上に固定されることとなる。
【００３５】上述のようにＤＡＰ型液晶表示装置では、
入射光に対する液晶分子の傾きにより透過率が異なるた
め、一つの画素領域内における液晶分子の傾き方角が一
方向であると、優先視角方向も対応する一方向に限定さ
れてしまい、視角依存性が強くなってしまう。また、一
つの画素領域内で異なる複数の傾き方角の領域が存在す
る場合であっても、その傾きの領域の境界が各選択期間
毎に変化すると、表示にザラツキが発生して表示品質の
低下を招く。これに対し、本実施形態では、配向制御窓
３４を境界として、一つの画素領域内で配向分割が行わ
れて複数の異なる方角に傾く領域を決定することがで
き、優先視方向を複数設けることができ（本実施形態の
場合、上下左右の４つ）、広視野角の液晶表示装置とす
ることが可能となる。
【００３６】さらに、本実施形態では、上述のように画
素電極２６が層間絶縁膜２２及び２４を介してＴＦＴ及
びその電極配線（ゲート電極配線、ドレイン電極配線）
等の形成領域上を覆うように形成されているため、ＴＦ
Ｔ及び電極配線による電界が液晶層４０に漏れ、液晶分
子の配向に悪影響を与えることが防止でき、また、平坦
化層間絶縁膜２４により画素電極２６の表面の平坦性を
向上させることが可能であるため、画素電極２６の表面
の凹凸による液晶分子の配向の乱れも防止することが可
能となっている。さらに、このようにＴＦＴや電極配線
による電界の漏洩や画素電極２６表面の凹凸などを低減
することが可能な構成であるため、本実施形態では、画
素電極２６のエッジと配向制御窓３４における電界作用
により液晶分子の配向を制御することができ、垂直配向
膜に対するラビング工程は不要となっている。
【００３７】上述のように、本実施形態では、自己整合
によってチャネル、ソース、ドレインを作製可能な多結
晶シリコンＴＦＴを表示部のスイッチング素子として用
いており、液晶表示部の周辺にはこの表示部のＴＦＴと
ほぼ同一の工程で作製したＣＭＯＳ構造を多結晶シリコ
ンＴＦＴよりなるドライバを備えている。このため、本
実施形態のようにＴＦＴが密集したドライバ部の多結晶
シリコンＴＦＴに悪影響を与える可能性のあるラビング
工程を省略することで、液晶表示装置としての歩留まり
向上を図ることが可能となる。
【００３８】また、画素電極２６がＴＦＴ及び各電極配
線を覆うように形成することにより、反射型の液晶表示
装置として、従来、ＴＦＴや配線などによって開口率が
制限されることなく、非常に高くすることが可能とな
る。
【００３９】さらに、画素電極２６をＴＦＴ及び各電極
配線よりも上層とすることで、画素電極２６と液晶層４
０との距離が短くなるため、この画素電極２６によって
液晶層４０に効率的に駆動電圧を印加することが可能と
なる。
【００４０】「プロジェクタ装置の構成」図３は、上述
のような多結晶シリコンＴＦＴを用いた垂直配向型の反
射型液晶表示装置をプロジェクタ装置のライトバルブに
適用した場合の構成例を概念的に示している。光源６０
から射出された光は、偏光分離フィルタ６２に入射さ
れ、ここで、所定方向の偏光が分離され、分離された光
が第１の偏光板６４に入射される。この第１の偏光板６
４を所定の直線偏光のみが通過し、上述の反射型液晶表
示装置５０に入射する。なお、光源６０からの光を直接
第１の偏光板６４に入射させることも可能ではあるが、
偏光分離フィルタ６２は、分離して第１の偏光板６４に
射出されない他の方向の偏光を光源６０方向に戻すの
で、その光を光源光として再利用することができ光利用
率を高めることができる。
【００４１】反射型液晶表示装置５０は、第１の偏光板
６４を通過した直線偏光をその反射画素電極において反
射することで射出し、装置５０からの射出光は第２の偏
光板６６、プロジェクタレンズ６８を介し、スクリーン
７０に拡大投射される。よって、反射型液晶表示装置５
０の画素毎において液晶層への電圧印加を制御すること
で、液晶表示装置５０から射出され第２の偏光板６６を
通過する光量を画素毎に制御でき、スクリーン７０上に
任意のイメージを投射することができる。
【００４２】また、カラーフィルタ３８により画素毎に
反射光のＲＧＢが決定されている。従って、画素毎には
ＲＧＢのいずれかの色であるが、全体としてフルカラー
表示となっている。
【００４３】ここで、本実施形態においては、反射型液
晶表示装置５０として、上述したように配向制御窓３４
によって一画素領域内で配向方角を分割した広視野角の
液晶表示装置を利用している。従って、図３に示すよう
に液晶表示装置５０への入射角を斜め方向に設定して
も、十分な反射光を得ることができ、スクリーン７０上
に明るい映像を得ることができる。このため、液晶表示
装置５０、その他光学系の配置の自由度が高まり、配置
を工夫することで、全体を小型化することができる。
【００４４】また、液晶表示装置５０は、画素電極２６
がＴＦＴ上を覆うような構成を有しているため、反射型
とすることで開口率は、透過型のようにＴＦＴや電極配
線に制限されることなく、極めて高い値とすることがで
き、スクリーン７０により明るい映像を投射することが
可能となる。さらに、反射型とすることでレイアウト
上、光源６０をプロジェクタレンズ６８の近くに配置す
ることができ、プロジェクタ装置全体の厚みを薄くする
ことができる。従って、フロント投写型、つまりスクリ
ーン７０を大型の別体のものとして構成したシステムの
場合に、プロジェクタ装置自体を比較的小さくできる。
また、スクリーンの裏面から映像を映し出すシステム、
つまりいわゆるリア投写型の場合にも、装置全体を小型
のものにできる。
【００４５】図４は、カラー表示を行うプロジェクタ装
置の構成例である。この場合、液晶表示装置５０Ｒ、５
０Ｂ、５０Ｇは、入射光が所定の色に限定されているた
め、カラーフィルタ３８は不要である。光源６０からの
光は、偏光分離フィルタ６２、第１の偏光板６４によ
り、所定の直線偏光として第１のダイクロイックミラー
７２に入射する。この第１のダイクロイックミラー７２
は、Ｒ（赤）成分のみを反射し、Ｇ（緑）Ｂ（青）の光
を透過する。Ｒ成分の反射光は、Ｒ用の液晶表示装置５
０Ｒに照射され、ここで所定の変調を受けて反射され
る。そして、この液晶表示装置のＲ成分の反射光は再度
第１のダイクロイックミラー７２に入射され、光源６０
などと紙面垂直方向にずれた位置にあるプロジェクタレ
ンズ６８方向に反射される。
【００４６】また、第１のダイクロイックミラー７２を
透過したＧ成分及びＢ成分は、第２のダイクロイックミ
ラー７４に入射し、Ｂ成分が反射される。なお、Ｇ成分
は第２のダイクロイックミラー７４をそのまま透過す
る。反射されたＢ成分は、Ｂ成分用の液晶表示装置５０
Ｂに照射され、ここで所定の変調を受けた反射光が第２
のダイクロイックミラー７４に戻る。液晶表示装置５０
Ｂからの反射光は、第２のダイクロイックミラー７４に
おいて反射され、第１のダイクロイックミラー７２を介
し、プロジェクタレンズ６８の方向に進む。
【００４７】さらに、第２のダイクロイックミラー７４
を透過したＧ成分は、液晶表示装置５０Ｇに照射され、
ここで所定の変調を受けたＢ成分の反射光が第２のダイ
クロイックミラー７４の方向に戻り、第２のダイクロイ
ックミラー７４、第１のダイクロイックミラー７２を介
しプロジェクタレンズ６８の方向に進む。
【００４８】そして、プロジェクタレンズ６８の手前に
は、第１の偏光板６４と直交する方向の第２の偏光板６
６が配置されており、液晶表示装置５０Ｒ、５０Ｂ、５
０Ｇにより変調を受けた映像情報を持つＲＧＢ各成分の
光が所定の透過率に制御されてプロジェクタレンズ６８
に入射する。従って、このプロジェクタレンズ６８の射
出光をスクリーンに投射することで、スクリーン上にカ
ラーの映像が映し出される。
【００４９】なお、図及び上述の説明においては、偏光
分離フィルタ６２、第１の偏光板６４を光源６０の前方
に配置し、第２の偏光板６６をプロジェクタレンズ６８
の手前に配置したが、液晶表示装置５０Ｒ、５０Ｂ、５
０Ｇのそれぞれへの入射光路に偏光分離フィルタ６２、
第１の偏光板６４を配置し、それぞれの反射光経路に第
２の偏光板６６を配置してもよい。この場合も、入射光
路と、反射光路は紙面と垂直な方向にずれる。
【００５０】次に、図５に、他の実施形態に係るプロジ
ェクタ装置の構成を示す。この装置では、光源６０から
の光は、偏光ビームスプリッタ７６に入射する。この偏
光ビームスプリッタ７６は、所定の一方向の偏光を反射
し、この反射する偏光に直交する方向の偏光を通過させ
る。偏光ビームスプリッタ７６は、光源６０からの光線
の進行方向に対し、４５°傾けて配置されており、その
反射光は、入射方向と直交する方向に進み、液晶表示装
置５０に入射する。この液晶表示装置５０は、上述と同
様の構成を有しており、電圧の印加に応じて所定の変調
をした楕円偏光の反射光を得る。反射光は再び偏光ビー
ムスプリッタ７６に入射するが、液晶表示装置５０によ
り振動面が直交方向に変化された光は、偏光ビームスプ
リッタ７６を通過する。そこで、液晶表示装置５０の電
圧が印加された画素部分で反射された反射光が、所定の
透過率に制御されて偏光ビームスプリッタ７６を通過
し、プロジェクタレンズ６８を介してスクリーン７０に
投射されることになる。なお、ミラー７８を透過光をそ
のまま偏光ビームスプリッタ７６に戻すものであり、偏
光ビームスプリッタ７６を通過し、光源６０に戻る。光
源６０は、その背部に集光用の湾曲ミラーなどを有して
いるため、帰ってきた光は、再度光源からの射出光とし
て利用される。また、液晶表示装置５０からの反射光で
あって、偏光面が回転されなかったものについても同様
に光源６０に帰るようになっている。
【００５１】さらに、図５に示すシステムにおいて、Ｒ
ＧＢ毎に、液晶表示装置５０、偏光ビームスプリッタ７
６、ミラー７８、レンズ６８を空間的に並列配置し、各
成分毎に変調した反射光を個別に得、これをまとめてス
クリーン７０に投射することでカラー表示が行える。
【００５２】「Δｎ・ｄと電圧−透過率特性との関係」
次に、負の誘電異方性の液晶を垂直配向させたノーマリ
ブラックモードの液晶表示装置のΔｎ・ｄと電圧−透過
率特性との関係について図６を参照して説明する。但
し、透過率は反射率として表わす。まず、図２の画素電
極２６としてＩＴＯ（Indium Tin Oxid）等を用いた透
過型の液晶表示装置の場合には、Δｎ・ｄが０．３５の
場合、その電圧−透過率特性は良好である。具体的に
は、液晶層への印加電圧１Ｖ〜２Ｖ付近で透過率（図３
では反射率）は０から０．４７程度まで上昇し、電圧２
〜６Ｖの範囲において透過率はほぼそのまま維持され
る。
【００５３】一方、反射画素電極２６を用い、光が２回
液晶層４０を通る反射型の場合には、Δｎ・ｄが同じ
０．３５の場合でも、その電圧−透過率特性は透過型と
は全く異なり、１Ｖ付近に透過率の急峻なピークが発生
してしまう。そして、電圧３Ｖ付近で透過率は再び０と
なり、それ以上の電圧を印加しても透過率は殆ど上昇し
ない。従って、低温多結晶シリコンＴＦＴの採用によっ
て物理的には２Ｖ程度の低電圧駆動が可能となっても、
反射型の液晶表示装置とした場合には、液晶層の配向を
高い精度で制御することは困難であり、表示の着色の問
題が発生する。また、反射型でΔｎ・ｄ＝０．４３の場
合には、１Ｖ付近に存在する透過率のピークはさらに鋭
くなり、低電圧での制御はさらに困難となる。また、２
Ｖ付近では透過率は一旦０となり、その後２Ｖ以上で再
び上昇する。
【００５４】しかし、図３に示すように、反射型でΔｎ
・ｄ＝０．３０程度であれば、１Ｖ〜２Ｖの電圧領域に
おける透過率特性は緩やかである。また、６Ｖ程度とな
っても透過率は０より大きい値を示す。さらに、反射型
でΔｎ・ｄ＝０．２２の場合には、１Ｖ〜２Ｖの間でさ
らに緩やかな特性となる。また、０．４７程度に上昇し
た透過率は、電圧６Ｖになっても０．３５程度までしか
低下せず、使用上、透過型のΔｎ・ｄ＝０．３５に比較
して遜色ない程度の安定した制御が可能となる。
【００５５】以上のことから、Δｎ・ｄを０．３０程度
より小さく設定し、より好ましくは０．２２程度とする
ことで、多結晶シリコンＴＦＴを用いたノーマリブラッ
クモードの反射型液晶表示装置を低電圧で確実に制御す
ることが可能となる。
【００５６】本実施形態では、上述のように少なくとも
側鎖にフッ素を有する液晶分子（化学式（１）〜
（６））を含む液晶材料を液晶層４０に用いており、そ
の複屈折Δｎは０．０７程度、或いはそれ以下の低い値
とすることが可能となっている。従って、液晶層の厚み
ｄが一般的な例えば５μｍ程度の場合でも、上述のよう
な液晶材料を利用しその配合割合を調整することで、Δ
ｎ・ｄを０．３０以下とすることが可能となる。また、
液晶層の厚みｄを３μｍ程度とすれば、図３に示すΔｎ
・ｄ＝０．２２のような特性も容易に得られる。
【００５７】さらに、本実施形態ではＴＦＴ及び電極配
線上に平坦化層間絶縁膜２４を形成し、その上に画素電
極２６を形成する構造を有している。このような構成で
あるため、液晶層４０へ電圧印加効率を変えることな
く、平坦化層間絶縁膜２４の膜厚を調整することで液晶
層４０の厚さｄを簡単に変更することができ、Δｎ・ｄ
の調整が容易である。
【００５８】「その他の構成」本発明の液晶表示装置に
おいて、異常光の位相差Δｎ・ｄ／λ（Δｎ：屈折率変
化、ｄ：光路長、λ波長）は、波長λによって異なる。
従って、液晶表示装置５０Ｒ、５０Ｂ、５０Ｇにおける
液晶層のΔｎ・ｄをＲＧＢの波長に応じて調整設定する
ことが好適である。また、Δｎ・ｄではなく、各液晶表
示装置５０Ｒ、５０Ｂ、５０Ｇにおける共通電極及び画
素電極間に印加する印加電圧をＲＧＢに応じて変更する
ことも好適である。特に、カラーフィルタ３８により画
素毎にＲＧＢを決定する場合には、画素のＲＧＢの別に
応じて印加電圧を変更することが好ましい。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、液晶表示装置を広視野角のものにできる。そこで、
プロジェクタ用の反射型液晶表示装置として利用した場
合に、十分反射光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係るアクティブマトリクス型液
晶表示装置の平面構成の一例を示す概念図である。
【図２】 図１の液晶表示装置のＡ−Ａ線に沿った概略
断面を示す図である。
【図３】 プロジェクタ装置の一構成例を示す図であ
る。
【図４】 図３のプロジェクタ装置をカラー表示に適用
した場合の構成を示す図である。
【図５】 プロジェクタ装置の他の構成例を示す図であ
る。
【図６】 透過型及び反射型液晶表示装置における電圧
−反射率特性を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＴＦＴ基板（第１基板）、１２ ゲート電極、１
３，１４ ゲート絶縁膜、１６ ソース電極、１８ ド
レイン電極、２０ 多結晶シリコン薄膜、２０Ｓ ソー
ス領域、２０ＬＳ 低濃度ソース領域、２０ＣＨ チャ
ネル領域、２０Ｄ ドレイン領域、２０ＬＤ 低濃度ド
レイン領域、２２ 層間絶縁膜、２３注入ストッパ、２
４ 平坦化層間絶縁膜（ＳＯＧ）、２６ 画素電極、２
８ 配向膜、３０ 対向基板（第２基板）、３２ 共通
電極、３４ 配向制御窓、３６保護膜、３８ カラーフ
ィルタ、４０ 液晶層、４２ 液晶分子、５０ 液晶表
示装置、６０ 光源、６２ 偏光分離フィルタ、６４
第１の偏光板、６６第２の偏光板、６８ プロジェクタ
レンズ、７０ スクリーン。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１基板上に、マトリクス状に設けられ
    た複数の画素電極と、対応する前記画素電極に接続され
    るように形成された薄膜トランジスタと、を備え、 前記第１基板上の前記複数の画素電極と、該第１基板に
    対向配置された第２基板上の共通電極との間に挟持され
    た液晶層を画素電極毎に駆動して表示を行うアクティブ
    マトリクス型液晶表示装置であって、 前記薄膜トランジスタとして、能動層に低温で形成され
    た多結晶シリコン層を用いた多結晶シリコン薄膜トラン
    ジスタを用い、 前記第１及び第２基板間に挟持される前記液晶層の各液
    晶分子の初期配向を前記画素電極に対してほぼ垂直方向
    となるように制御し、 前記液晶層に用いる液晶材料として、側鎖にフッ素を備
    える分子構造を備えた液晶分子を選択すると共に、 前記画素電極を反射材料で構成し反射層として機能させ
    ることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の液晶表示装置におい
    て、 前記第２基板上の前記共通電極には、前記画素電極と対
    向する所定対応領域内に前記液晶の配向を制御するため
    の電極不在部を配向制御窓として設け、液晶分子の配向
    を垂直配向から変化させながら、各画素電極領域内に傾
    斜方角の異なる複数の配向領域を作成することを特徴と
    する反射型液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２のいずれかに記載
    の液晶表示装置において、 前記第１基板では、 該第１基板上に形成された薄膜トランジスタ及びその電
    極配線を覆うように平坦化層間絶縁膜が形成され、 前記平坦化層間絶縁膜上に、少なくとも前記薄膜トラン
    ジスタの形成領域を覆うよう前記複数の画素電極が形成
    されていることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の液晶表示装置におい
    て、 前記液晶層に用いられる液晶材料は、負の誘電異方性を
    備え、 前記液晶層の垂直配向は、ラビング工程を施すことな
    く、前記共通電極及び前記画素電極をそれぞれ覆うよう
    に形成された垂直配向膜と、前記共通電極に設けられた
    前記配向制御窓と、前記複数の画素電極にそれぞれ印加
    される電圧によって制御されることを特徴とする液晶表
    示装置。
  5. 【請求項５】 光源からの光を所定の偏光を透過させる
    第１の偏光板と、 この第１の偏光板を透過した光を斜め方向から受け入
    れ、反射させる液晶表示装置と、 液晶表示装置からの反射光から第１の偏光板とは直交す
    る方向の偏光を透過させる第２の偏光板と、 を有し、第２の偏光板の透過光をスクリーンに投射する
    プロジェクタ装置であって、 上記液晶表示装置として、請求項１〜請求項４のいずれ
    かに記載の液晶表示装置を使用することを特徴とするプ
    ロジェクタ装置。
  6. 【請求項６】 ほぼ４５°方向から入射する光源からの
    光から所定方向の偏光を透過し、これと直交する方向の
    偏光を反射する偏光ビームスプリッタと、 偏光ビームスプリッタを透過した偏光を反射し、偏光ビ
    ームスプリッタに再度入射させるミラーと、 偏光ビームスプリッタで反射された光を反射し、偏光ビ
    ームスプリッタに再度入射させる液晶表示装置と、 を有し、 液晶表示装置で反射し、偏光ビームスプリッタを透過し
    た光をスクリーンに投射するプロジェクタ装置であっ
    て、 上記液晶表示装置として、請求項１〜請求項４のいずれ
    かに記載の液晶表示装置を使用することを特徴とするプ
    ロジェクタ装置。
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