JP3598009B2

JP3598009B2 - Liquid crystal display device and liquid crystal projector display device using the same

Info

Publication number: JP3598009B2
Application number: JP37172098A
Authority: JP
Inventors: 幹裕梅原; 健一渡辺; 芳男上田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000193927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルの画像を投影するようにした液晶プロジェクタ装置に関し、特に効率良い冷却構造を有して、極めて耐熱信頼性に優れた液晶プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶プロジェクタの液晶表示装置の駆動回路として、ポリシリコン薄膜トランジスターを用いたものがあった（例えば、特開昭６１−１４０２９６号、６２−２９９１８２号公報等参照）。これは、石英基板上にマトリックス状に画素を配列し、この画素にポリシリコンで形成した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）スイッチを備えたものであった。そして上記薄膜トランジスタスイッチの読み出しゲートを駆動するための垂直走査回路、またビデオ信号を各信号線に転送するための水平走査回路を同一の石英基板上に設けたものであった。
【０００３】
上記のようにして作成された液晶パネルは、従来はホームシアター用途を中心に使用される液晶プロジェクタ装置に組み込まれ使用されてきた。また、その後の発展により、液晶パネルが高精細化し、また、ランプが高輝度化することにより映写画像が飛躍的に向上し、パソコン映像をそのまま投影して使用するプレゼンツールへと発展を遂げて来た。
【０００４】
この液晶プロジェクタ装置は、例えば図１に示すように構成されている。光源１は、メタルハライドランプ・キセノンランプ・ＵＨＰ等の高輝度ランプ光源であり、これから投射された光は、球面反射鏡２により反射され、赤外線や紫外線等をカットするフィルタ３を透過させ、不要な赤外線・紫外線を除去する。その後、インテグレータレンズ４、集光レンズ５を透過させて集光させた後、入射側偏光板６を通し、液晶パネル８に入射する。液晶パネル８から出射させた光は、出射側偏光板７を透過後、投影レンズ９により拡大投影され、前方のスクリーン等に画像が映し出される。
【０００５】
この構造は、カラーフィルタを備えた液晶パネル１枚を用いた単板式のものであるが、この単板式に加え、ＲＧＢ３原色の光源分解光に対応して、３枚の液晶パネルを組み込んだ３枚式も一般的に知られている。
【０００６】
この場合、図２に示すような、光の波長に応じて透過・反射を行うダイクロイックミラー１０、及び光を合成する合成プリズム１１、また、全反射ミラー１２が使用される。そして、ダイクロイックミラー１０によって、光源からの光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分解し、それぞれ個別の液晶パネル８に透過させ、合成プリズム１１で合成して投影するようになっている。
【０００７】
これらの液晶プロジェクタ装置の場合、その液晶画像形成部に偏光板６、７を用いるために、光が大幅に吸収されてしまうこと、また、装置の小型化を図るため、１インチ近傍のサイズにまで面積の小型化が図られた液晶パネル８の画像を数十インチから数百インチまで拡大し投影すること、などにより投影された映像の明るさの低減が避けられない。
【０００８】
そこで、光源１としては高輝度のメタルハライドランプ、ＵＨＰランプ、キセノンランプなどの高出力のランプが使用されている。しかも、使用用途が、パソコン映像をそのまま投影して使用するプレゼンツールへと拡大するにつれ、更に小型化、高精細化、高輝度化が要求が強くなり、ますます高出力のランプが選択されるようになってきている。
【０００９】
そのため、液晶プロジェクタ装置においては、熱による不都合が重要な課題となっている。
【００１０】
例えば、一般に液晶表示部を構成する偏光板としては沃素系偏光板を用いるが、これでは耐光性・耐熱性・耐湿熱性が十分ではないため、特に液晶プロジェクタには、耐光性・耐熱性・耐湿熱性により優れる染料系偏光板が使用されている（特開平９−２２００８号、特開平９−２２００９号公報等参照）。
【００１１】
しかし、特に入射側の偏光板６の場合、光の透過率が４０％程度しかなく、大半の光を吸収し発熱してしまい、７０℃以上になると特性が維持できないという問題がある。また、液晶パネル８自体も熱には弱く、６０℃以上になると特性に支障を来すという問題がある。そこで、液晶プロジェクタ装置では、以下に示すように数々の冷却方式が考案されてきた。
【００１２】
（１）冷却ファンを発熱部に取り付ける空冷方式
入射側の偏光板６、液晶パネル８、出射側の偏光板７等の発熱部、及び光源１、電源部を冷却ファンにより冷却し、熱を帯びた空気を排気する。
【００１３】
（２）図１に示すように、入射側の偏光板６を液晶パネル８から１〜５ｍｍ程度離して設置し、液晶パネル８に偏光板６の熱が直接伝わるのを防止し、その間に冷却風を流すことにより冷却効率を高める。
【００１４】
（３）液晶パネル８の外面に密閉空間を介して、熱伝導率１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の放熱用ガラス板を設置し、液晶パネル８の発熱に対する放熱効果を高めるとともに、冷却風によりゴミが液晶パネル８に付着することを防止する。
【００１５】
（４）液冷方式
熱交換媒体として液体を封入し、冷却効率を高める（特公平６−５８４７４号公報参照）。
【００１６】
（５）ペルチェ素子等の電子冷却方式
ペルチェ素子等による電子冷却装置を取り付け、強制冷却をする。
【００１７】
（６）偏光変換器を光源直後に設置する
光源１からの光を偏光板６に入射する前に、変換器により偏光方向を揃え、偏光板６に吸収される光の量を減らす。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した各冷却方法に於いては以下のような課題があった。
【００１９】
例えば、液晶パネル８を構成する、入射側に位置する画素電極及びスイッチング素子を形成する透明基板は、現状では熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低い石英ガラスを用いて構成しているため、液晶パネル８内に蓄積される熱を効率良く逃がすことができないという問題があった。また、最近は、パネルサイズが小さくなることにより、単位面積当たりの光量が増加し、更に、開口率を向上させるために画素毎に入射光を集光して透過させるようにマイクロレンズが使用されるようになったことから、液晶自体に掛かる熱的負荷は更に大きなものとなって来ている。
【００２０】
また駆動回路については、従来のようなポリシリコン薄膜トランジスターを用いた液晶表示装置は、ポリシリコン中の移動度（モビリティ）が遅いことから動作スピードが遅く、またポリシリコン中の欠陥によりリーク電流が大きいため、消費電力が大きいという問題点があった。
【００２１】
また、液晶プロジェクタを冷却する方式については、以下に示すような問題がある。
【００２２】
（１）冷却ファンによる空冷方式の場合、騒音とゴミの付着の問題がある。十分な冷却効果を得るため、送風量を増やしていくとファンの高速回転、及び大型化により騒音の問題が生じ、静かな室内でプレゼンテーションを行ったり、ホームシアターとして使用する場合には不適当である。
【００２３】
（２）のように発熱体である入射側の偏光板６を分離独立させることで、液晶パネル８への影響を低減し、放熱効果を高めることはできるが、やはり効果には限界がある。また、偏光板６における偏光体の保持板として使用している青板ガラスまたは白板ガラスも熱伝導性が悪く、放熱効果が不十分となり、（１）の場合と同様に、結局冷却ファンの出力アップに頼らざるを得ず、上記のごとく騒音とゴミ付着の問題を解消することは出来なかった。
【００２４】
（３）液晶パネル８の外面に放熱用ガラス板を設置した場合、ゴミが付着した時の焦点を外し、映写面に影響を与えないという効果は得られるが、ガラス板は熱伝導率が良いものでも２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の物しかなく、十分な放熱効果は得られなかった。
【００２５】
（４）液冷式については、温度上昇に伴い、圧力抜き、気泡発生、混入異物及び冷却媒体漏れ等が生じ、信頼性の点で問題がある。また、液冷機構についても大掛かりなものが必要となり装置全体が大きくなってしまうという問題がある。
【００２６】
（５）ペルチェ素子等の電子冷却装置を付加した固体冷却方式の場合、液晶プロジェクタ装置全体のコストが大幅に上昇してしまうだけなく、十分な冷却効果を得られるには至っていない。
【００２７】
（６）偏光変換器を通し、今まで全て偏光板６で吸収されていた偏光成分を偏光板６の透過偏光軸に予め変換しておくことにより、発熱量を低減しようというものであるが、やはり約２０％の光は吸収され発熱するため、液晶パネル８が小型化し、単位面積あたりのランプの強度が上がれば、冷却効果としては不十分であった。
【００２８】
以上のように、いずれの冷却方法でも、簡単な構造で充分な冷却効果を得ることはできなかった。
【００２９】
そこで本発明では、動作スピードが早く、消費電力が少なく、しかも放熱性に優れ、小型化、高精細化に適した液晶表示装置を得ると共にこれを利用した液晶プロジェクタ装置を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、液晶表示装置における透明板として熱伝導性の高いサファイア基板を用いることによって、放熱性を高めるようにしたものである。
【００３１】
具体的には、主面をＲ面、Ａ面、Ｍ面、Ｃ面のうちのいずれかとした第１のサファイア基板上に、該サファイア基板の特定結晶軸方向に合わせてマトリクス状に配列させた画素と、該画素にビデオ信号を送る垂直走査回路及び水平走査回路とを、それぞれエピタキシャル成長させたシリコンからなる薄膜トランジスタで構成し、主面をＲ面、Ａ面、Ｍ面、Ｃ面のうちのいずれかとした第２のサファイア基板に透明電極を形成し、これらの２枚のサファイア基板をそれぞれの特定結晶軸が透過すべき偏光の偏光透過軸とほぼ一致するように対向させたことを特徴とする。
【００３２】
特に、上記第１のサファイア基板における特定結晶軸方向と、ほぼ平行又は垂直となるようにマトリックス状に画素を配列したことを特徴とする。
【００３３】
さらに、上記第１及び第２のサファイア基板を、それぞれの特定結晶軸方向と透過すべき偏光の偏光透過軸との成す角度が±２°以内となるように配置したことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、上記の液晶表示装置に光を透過し、拡大投影するようにして成る液晶プロジェクタ装置を特徴とする。
【００３５】
なお、本発明において、特定結晶軸方向とは、主面がＲ面の場合はＡ軸若しくはＣ軸投影線方向、主面がＡ面の場合はＣ軸若しくはＭ軸方向、主面がＭ面の場合はＣ軸若しくはＡ軸方向、主面がＣ面の場合はＡ軸若しくはＭ軸方向をそれぞれ特定結晶軸方向とする。
【００３６】
そして、この特定結晶軸方向と平行又は直角になるようにマトリクス状に画素そを配列し、またこの特定結晶軸方向と透過すべき偏光の偏光透過軸との成す角度が±２°以内となるようにサファイア基板を配置して液晶表示装置を構成したことを特徴とする。
【００３７】
液晶表示装置はパネルの両側に偏光板を偏光方向が直角に交差するように組み合わせ、その間に液晶を挟み込む構造となっており、電源オンで液晶材料が立ち、オフの場合は捻れるという特性を利用し、光を遮断したり通すというスイッチのような働きをし、画像が構成される仕組みになっている。上記に説明した本発明の構成は、サファイア基板の特定軸方位と、画素の配列方向及び透過すべき偏光の偏光方向とを一致させておくことによって、偏光特性に悪影響を及ぼすことを防止できるようにしたものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図によって説明する。
【００３９】
図３に示すように、透過型の液晶パネル８を構成する入射側の画素電極及びスイッチング素子を形成する第１のサファイア基板１３、及び出射側の対向電極を形成する第２のサファイア基板１４を対向して配置し、パネル面の両側に偏光板１５を配置し、液晶パネル８を構成した。
【００４０】
図４には液晶パネル８の構造を示す。第１のサファイア基板１３には、内側に画素電極及びスイッチング素子等の画素１６がマトリックスパターンに形成してあり、外側にはマトリックスパターンに合わせて偏光体１５が貼り合わせてある。また、対向側の第２のサファイア基板１４の内側には、透明対向電極１７を形成し、外側には透明基板１３の外側に貼った偏光体とは直交するように偏光体１５を貼り付けてある。そのように対向させた第１、第２のサファイア基板１３，１４の間に液晶を封入し、液晶パネルを形成する。
【００４１】
いま、第１のサファイア基板１３の外側から偏光方向１８に整えた偏光２０を入射すると、電源がオンの場合は液晶が直立するため、そのままの偏光方向で直進するため、出射側の偏光板１５で吸収されることになりブラック表示となる。電源がオフの場合は、液晶が捻れた状態となるため、偏光方向が９０°回転して偏光方向１９となり、出射側の偏光体１５を透過するため液晶表示されることになる。
【００４２】
この第１、第２のサファイア基板１３、１４は、その主面をＲ面、Ａ面、Ｍ面、Ｃ面のうちのいずれかとしている。そして、角サファイア基板１３、１４の特定結晶軸方向（主面がＲ面の場合はＡ軸又はＣ軸投影線方向、主面がＡ面の場合はＣ軸又はＭ軸方向、主面がＭ面の場合はＣ軸又はＡ軸方向、主面がＣ面の場合はＡ軸又はＭ軸方向）と画素１６の配列方向、及び透過すべき偏光の偏光軸方向とをほぼ一致させてある。
【００４３】
具体的には、第１のサファイア基板１３の特定結晶軸方向と画素１６の配列方向をほぼ平行又は直角とし、さらに第１、第２のサファイア基板１３、１４の特定結晶軸方向と透過すべき偏光の偏光軸方向との成す角度が±２°好ましくは±０．５゜以内となるように構成する。なお、第１のサファイア基板１３と第２のサファイア基板１４はそれぞれ透過すべき偏光の向きが異なるため、それぞれに合わせた方向に配置する。
【００４４】
この理由は、偏光体１５により整えた偏光が、サファイア結晶内の複屈折を起因とした旋光を発生させないようにするためである。例えば、上記範囲以上の角度となった場合、液晶の表示が乱れ、プロジェクタ装置から投影する映像に乱れ等の影響が生じる。
【００４５】
また、サファイア基板１３、１４の主面をＲ面にした場合、シリコン膜をエピタキシャル成長させた場合に単結晶膜（ＳＯＳ＝ＳｉＯＮＳＡＰＰＨＩＲＥ）となり、これを用いた薄膜トランジスタの特性が大きく向上するという長所が得られる。これにより液晶の表示速度がめざましく向上すると共に、消費電力が減少する。
【００４６】
このようにして液晶パネルを作成した場合、液晶パネル８を構成する第１、第２のサファイア基板１３、１４自体が十分な放熱特性を持つため、偏光板を別に備える必要がなく、上記第１、第２のサファイア基板１３、１４の外面側に直接偏光体１５を接合すればよい。このようにすれば、第１、第２のサファイア基板１３、１４が偏光体１５の保持板を兼用することができ、光路をコンパクトに出来、低コストの構造とすることができる。
【００４７】
更に液晶パネルから、偏光体１５を分離した構造を取れば更に冷却効果は大きくなる。また、第１、第２のサファイア基板１３、１４の厚みを２ｍｍ以上の厚みに設定することにより、パネル面の表面に付いたゴミによる映像品位の低下を、デフォーカスの効果により向上させることも出来る。
【００４８】
次に液晶プロジェクタにこの液晶パネルを組み込んだ例を説明する。図１に示すように、光源１は、メタルハライドランプ・キセノンランプ・ＵＨＰ等の高輝度ランプ光源であり、これから投射された光は、球面反射鏡２により反射され、赤外線や紫外線等をカットするフィルタ３を透過させ、不要な赤外線・紫外線を除去する。その後、インテグレータレンズ４、集光レンズ５を透過させて集光させた後、入射側偏光板６を通し、液晶パネル８に入射する。液晶パネル８から出射させた光は、出射側偏光板７を透過後、投影レンズ９により拡大投影され、前方のスクリーン等に画像が映し出される。
【００４９】
また、この構造は、１枚の液晶パネル８を用いた単板式のものであるが、他の実施形態としてＲＧＢ３原色の光源分解光に対応して、３枚の液晶パネル８を組み込んだ３枚式もある。
【００５０】
これは、図２に示すように、光の波長に応じて透過・反射を行うダイクロイックミラー１０、及び光を合成する合成プリズム１１、また、全反射ミラー１２が使用される。そして、ダイクロイックミラー１０によって、光源からの光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分解し、それぞれ個別の液晶パネル８に透過させ、合成プリズム１１で合成して投影するようになっている。
【００５１】
そして、本発明では、上記の図１、２に示す液晶プロジェクタ装置において、液晶パネル８を構成する２枚の透明基板を第１、第２のサファイア基板１３、１４で形成したことを特徴とする。そのため、サファイア基板は熱伝導性が高いことから、液晶パネル部での発熱を効率よく放熱することができる。
【００５２】
例えば図２に示す構造で、冷却ファンと組み合わせた冷却構造を取った場合、石英基板で同構造を形成した場合と比較して、本発明の液晶プロジェクタ装置は約１０〜１５℃の温度低減効果が実現でき、光学系の光路も約５％の短縮が可能となった。
【００５３】
次に本発明におけるＲ面を主面とした第１のサファイア基板１３を用いた場合の、液晶表示パネルの回路構成を示す。図５に示すように、第１のサファイア基板１３上にマトリクス状に画素２１を配列し、各画素２１には、サファイア基板１３上にエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成したＳＯＳＭＯＳトランジスタスイッチ２２を備えている。さらに、このＳＯＳＭＯＳトランジスタスイッチ２２のゲートを駆動するための垂直走査回路２３、およびビデオ信号を順番に各信号線２５に転送するための水平走査回路２４を同一サファイア基板１３上に形成している。そして、これら垂直走査回路２３および水平走査回路２４において必要なＭＯＳトランジスターも、ＳＯＳＭＯＳトランジスターで形成されている。
【００５４】
次に、図５に示した液晶表示装置の単位画素２１およびＳＯＳＭＯＳトランジスタースイッチ２２部分の模式的断面を図６に示す。
【００５５】
第１のサファイア基板１３の主面を結晶方位がＲ面となるようにして、この主面上にエピタキシャル成長させた単結晶シリコン層２６を形成し、この単結晶シリコン層２６に不純物をドープさせて薄膜トランジスターを構成する。そして、この上にＳｉＯ_２層２７で絶縁したゲート２８を備え、全体としてＳＯＳＭＯＳトランジスタースイッチ２２を構成している。
【００５６】
このＳＯＳＭＯＳトランジスタースイッチ２２の一方は、水平走査回路２４よりビデオ信号を転送される信号線２５に接続されている。また、他方はＩＴＯ等で形成された透明電極１７（２１）に接続されて画素２１を構成している。また、これらの画素２１、ＳＯＳＭＯＳトランジスタースイッチ２２を形成したサファイア基板１３に対向するサファイア基板１４には透明電極１７を形成し、その間に液晶配向膜２９を介在させて液晶３０を挟んだ構造となっている。
【００５７】
そして、前記垂直走査回路２３によって各ＳＯＳＭＯＳトランジスタースイッチ２２のゲートが駆動されると、信号線２５から透明電極１７（画素２１）にビデオ信号が流れこの画素２１が点灯することになる。
【００５８】
さらに、図示していないが、水平走査回路２４、垂直走査回路２３に用いるＭＯＳトランジスターも、上記と同様にサファイア基板１３上にエピタキシャル成長させた単結晶シリコン層を薄膜トランジスターとし、ＳＯＳＭＯＳトランジスタースイッチとしてある。
【００５９】
このような本発明の液晶表示装置によれば、単結晶シリコン層２６を薄膜トランジスターとしているため、単結晶シリコン層２６に欠陥がほとんどないことからリーク電流が小さく、電力消費量を小さくできる。また、単結晶シリコン層２６は電流速度が速いことから、動作スピードを速くすることができ、液晶表示装置としての画像のズレなどをなくすことができる。例えば、電子の移動度（モビリティ）を比較したところ、表１に示すように、単結晶シリコンはポリシリコンに比べ３倍程度のモビリティを示した。
【００６０】
【表１】

【００６１】
しかも本発明の液晶表示装置は、サファイア基板１３を使用しているため、従来の単結晶シリコンのＣ−ＭＯＳプロセス技術で簡単に製造することができ、さらに１０００℃以上の高温プロセスを使うことも可能であり、半導体の量産ラインが使用できる。
【００６２】
尚、今回は単結晶シリコンを成膜し、液晶パネルを構成するプロセス、構成を述べたが、多結晶シリコン（ｐ−ｓｉ）ＴＦＴの製造工程の高温プロセスに対しても、全く問題なく使用が可能であり、液晶パネルを問題なく構成することが可能である。
【００６３】
次に、本発明のサファイアの製作過程について説明する。
【００６４】
単結晶サファイアは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の単結晶体であり、Ａｌ原子・Ｏ原子が配置し結晶を形成している。また、サファイアは、図７に示すように六方晶系であり、その中心軸がＣ軸、これに垂直な面がＣ面（０００１）である。そして、Ｃ軸から放射状にのびるＡ軸（ａ１，ａ２，ａ３）とそれに垂直な面がＡ面（１１−２０）となる。Ｒ面は、図のように、Ｃ軸と一定の角度（約３２．３８３゜）を有して存在し、これに垂直な軸がＲ軸である。また、六方晶の側面がＭ面であり、これに垂直な軸がＭ軸である。尚、これらの軸及び面については、Ｘ線回折により分析が可能である。
【００６５】
本発明の単結晶サファイアは、ＥＦＧ法（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄＦｉｌｍ−ｆｅｄＧｒｏｗｔｈ法）により製造した。即ち、高純度のアルミナを不活性雰囲気中で溶融し、このアルミナ融液と接するように内部にスリットを備えたリボン状のサファイア単結晶育成用のモリブデンダイを位置させ、アルミナ融液を毛細管作用によりモリブデンダイ上端部までアルミナ融液を誘導し、そこで種結晶（シード）と接触させ、次いでシードを上方に引き上げて単結晶アルミナであるサファイアの育成を行った。この基板素材を引上育成するに当たっては、シードの主面を育成したい面方位とし、その成長軸を引き上げ軸としてセットし、引き上げれば良い。このように引き上げることにより、主面の面方位を容易に狙った面方位、軸方位として精度良く育成出来るのである。尚、単結晶サファイアの育成方法は、ＥＦＧ法に限らず、チョクラルスキー法等他の方法によってでも良いが、今回のような角形状の結晶を得たい場合は、円柱状の結晶形状では効率が悪いため、板状の結晶を精度良く得られるＥＦＧ法が適している。
【００６６】
このようにして得られた単結晶サファイアを、ダイヤモンドホイール等により所定の形状に研削加工を行った後、ダイヤモンド砥粒を用いラッピング加工を行う。
【００６７】
次に、粒径５０ｎｍ以下のＳｉＯ_２の球状コロイド粒子（コロイダルシリカ）を分散させた液を研磨液として供給しながら、単結晶サファイアと研磨布を相対的に摺動させて精密研磨（ＣＭＰ）を行う。このようにして研磨を行うことにより、新たに歪を生じさせずに上記研削及びラッピング加工で生じた破壊層を除去することができ、透過性に優れ、基板として用いる場合でも良好な平滑な面が出来上がる。
【００６８】
次に、サファイアと現状使用されている透明材料である石英ガラス・ＢＫ−７（ホヤガラス（株）商品名）・青板ガラス（フロートガラス）との特性値の比較を表２に示す。
【００６９】
この表２から明らかなように、サファイアが圧倒的に熱伝導率に優れ、放熱性に優れることが解る。また、高強度であるため、他の材料と比較して薄く設計することが可能となり、全体としてコンパクトな光学系の設計が可能となる。
【００７０】
【表２】

【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、主面をＲ面、Ａ面、Ｍ面、Ｃ面のうちのいずれかとした第１のサファイア基板上に、該サファイア基板の特定結晶軸方向に合わせてマトリクス状に配列させた画素と、該画素にビデオ信号を送る垂直走査回路及び水平走査回路とを、それぞれエピタキシャル成長させたシリコンからなる薄膜トランジスタで構成し、主面をＲ面、Ａ面、Ｍ面、Ｃ面のうちのいずれかとした第２のサファイア基板に透明電極を形成し、これらの２枚のサファイア基板をそれぞれの特定結晶軸が透過すべき偏光の偏光透過軸とほぼ一致するように対向させて液晶表示装置を構成したことによって、放熱効果が向上し、高輝度で小型化した液晶表示装置を発熱による特性劣化という問題なしに実現することが出来る。
【００７２】
また、サファイア基板の軸方位、面方位を上記のように制御する事で、偏光特性を忠実に透過し、投影できるプロジェクタ装置が実現できる。
【００７３】
さらに、サファイア基板にマトリックス状に配列した画素、および垂直、水平走査回路をＳＯＳ（シリコン・オン・サファイア）薄膜トランジスタで形成してアクティブマトリクス方式の液晶表示装置を構成したことによって、動作スピードが速く、消費電力を低くでき、しかも通常の半導体プロセスが使えることから量産が可能であるなど、さまざまな効果を持った液晶表示装置を得ることができる。
【００７４】
また本発明により、液晶プロジェクタ装置による投影画像の大幅な高輝度化・高精細化が可能となり、更に装置の小型化にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な透過型液晶単板式プロジェクタ装置の概略図である。
【図２】一般的な透過型液晶３枚式プロジェクタ装置の概略図である。
【図３】本発明の液晶表示装置を示す図である。
【図４】本発明の液晶表示装置を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の回路構成を示す図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の単位画素及びＳＯＳＭＯＳトランジスタースイッチ部分の模式的断面図である。
【図７】サファイアの結晶構造を示す図である。
【符号の説明】
１・・・光源
２・・・反射鏡
３・・・フィルタ
４・・・インテグレータレンズ
５・・・レンズ
６・・・偏光板
７・・・偏光板
８・・・液晶パネル
９・・・投影レンズ
１０・・・ダイクロイックミラー
１１・・・合成プリズム
１２・・・全反射ミラー
１３・・・偏光体
１４・・・偏光軸
１５・・・偏光体（偏光フィルム）
１６・・・画素
１７・・・透明電極（ＩＴＯ等）
１８・・・入射側偏光体の偏光方向
１９・・・出射側偏光体の偏光方向
２０・・・光の偏光方向
２１・・・画素
２２・・・ＳＯＳＭＯＳトランジスタスイッチ
２３・・・垂直走査回路
２４・・・水平走査回路
２５・・・各信号線
２６・・・単結晶シリコン層
２７・・・ＳｉＯ_２層
２８・・・ゲート
２９・・・液晶配向膜
３０・・・液晶[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal projector device for projecting an image on a liquid crystal panel, and more particularly to a liquid crystal projector device having an efficient cooling structure and extremely excellent heat resistance reliability.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a driving circuit for a liquid crystal display device of a liquid crystal projector using a polysilicon thin film transistor (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 61-140296 and 62-299182). In this method, pixels were arranged in a matrix on a quartz substrate, and the pixels were provided with a thin film transistor (TFT) switch formed of polysilicon. A vertical scanning circuit for driving the read gate of the thin film transistor switch and a horizontal scanning circuit for transferring a video signal to each signal line are provided on the same quartz substrate.
[0003]
The liquid crystal panel prepared as described above has conventionally been incorporated and used in a liquid crystal projector used mainly for home theater applications. In addition, with the subsequent development, the LCD panel has become higher definition, and the higher brightness of the lamp has led to a dramatic improvement in projected images. Came.
[0004]
This liquid crystal projector device is configured, for example, as shown in FIG. The light source 1 is a high-intensity lamp light source such as a metal halide lamp, a xenon lamp, and a UHP. Light projected from the light source 1 is reflected by a spherical reflecting mirror 2 and passes through a filter 3 that cuts infrared rays, ultraviolet rays, and the like. Removes infrared and ultraviolet light. Thereafter, the light passes through the integrator lens 4 and the condenser lens 5 to be condensed, and then enters the liquid crystal panel 8 through the incident-side polarizing plate 6. The light emitted from the liquid crystal panel 8 is transmitted through the emission-side polarizing plate 7 and is enlarged and projected by the projection lens 9 so that an image is projected on a screen or the like in front.
[0005]
This structure is a single-panel type using one liquid crystal panel having a color filter. In addition to this single-panel type, three liquid crystal panels are incorporated in correspondence with light source decomposition light of three primary colors RGB. The sheet type is also generally known.
[0006]
In this case, as shown in FIG. 2, a dichroic mirror 10 that transmits and reflects light according to the wavelength of light, a combining prism 11 that combines light, and a total reflection mirror 12 are used. Then, the light from the light source is decomposed into red (R), green (G), and blue (B) by the dichroic mirror 10, transmitted through the individual liquid crystal panels 8, and synthesized and projected by the synthesis prism 11. It has become.
[0007]
In the case of these liquid crystal projector devices, since the polarizing plates 6 and 7 are used in the liquid crystal image forming portion, light is largely absorbed, and in order to reduce the size of the device, the size is reduced to about 1 inch. It is inevitable to reduce the brightness of the projected image by enlarging and projecting the image of the liquid crystal panel 8 whose area has been reduced from several tens of inches to several hundreds of inches.
[0008]
Therefore, as the light source 1, a high-output lamp such as a high-luminance metal halide lamp, a UHP lamp, or a xenon lamp is used. In addition, as the application of use expands to presentation tools that use PC images as they are, demands for further miniaturization, higher definition, and higher brightness will increase, and lamps with higher and higher output will be selected. It is becoming.
[0009]
Therefore, inconvenience due to heat has become an important issue in the liquid crystal projector device.
[0010]
For example, in general, an iodine-based polarizing plate is used as a polarizing plate constituting a liquid crystal display unit. However, this method does not have sufficient light resistance, heat resistance, and moisture-heat resistance. A dye-based polarizing plate having better heat property is used (see JP-A-9-22008, JP-A-9-22009, etc.).
[0011]
However, in particular, in the case of the polarizing plate 6 on the incident side, the light transmittance is only about 40%, and most of the light is absorbed to generate heat. Further, the liquid crystal panel 8 itself is weak to heat, and there is a problem that the characteristics are hindered when the temperature exceeds 60 ° C. Therefore, in the liquid crystal projector device, various cooling methods have been devised as described below.
[0012]
(1) Air cooling system with a cooling fan attached to the heating section
The heat generating parts such as the incident side polarizing plate 6, the liquid crystal panel 8, the emitting side polarizing plate 7, etc., the light source 1, and the power supply are cooled by a cooling fan, and the heated air is exhausted.
[0013]
(2) As shown in FIG. 1, the polarizing plate 6 on the incident side is installed at a distance of about 1 to 5 mm from the liquid crystal panel 8 to prevent the heat of the polarizing plate 6 from being directly transmitted to the liquid crystal panel 8, and to cool during that time. Increase the cooling efficiency by flowing air.
[0014]
(3) A heat-dissipating glass plate having a thermal conductivity of 1 W / m · K or more is installed on the outer surface of the liquid crystal panel 8 through a closed space to enhance the heat-dissipating effect on the heat generated by the liquid crystal panel 8 and generate dust by the cooling wind. It prevents adhesion to the liquid crystal panel 8.
[0015]
(4) Liquid cooling system
A liquid is sealed as a heat exchange medium to enhance the cooling efficiency (see Japanese Patent Publication No. 6-58474).
[0016]
(5) Electronic cooling system such as Peltier device
Attach an electronic cooling device such as a Peltier element and perform forced cooling.
[0017]
(6) Install the polarization converter immediately after the light source
Before the light from the light source 1 is incident on the polarizing plate 6, the polarization direction is adjusted by the converter to reduce the amount of light absorbed by the polarizing plate 6.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the cooling methods described above has the following problems.
[0019]
For example, the transparent substrate forming the pixel electrode and the switching element located on the incident side, which constitutes the liquid crystal panel 8, is made of quartz glass having a thermal conductivity as low as about 1.2 W / m · K at present. Therefore, there is a problem that heat accumulated in the liquid crystal panel 8 cannot be efficiently released. Also, recently, as the panel size has become smaller, the amount of light per unit area has increased, and microlenses have been used to collect and transmit incident light for each pixel in order to improve the aperture ratio. As a result, the thermal load on the liquid crystal itself has become even greater.
[0020]
Regarding the driving circuit, a liquid crystal display device using a conventional polysilicon thin film transistor has a low operation speed due to a low mobility in the polysilicon and a leakage current due to a defect in the polysilicon. Because of the large size, there is a problem that the power consumption is large.
[0021]
Further, the method for cooling the liquid crystal projector has the following problems.
[0022]
(1) In the case of an air cooling system using a cooling fan, there are problems of noise and adhesion of dust. In order to obtain a sufficient cooling effect, increasing the air volume increases the speed of the fan and increases the size of the fan, which causes noise problems, making it unsuitable for presentations in a quiet room or for use as a home theater. .
[0023]
As shown in (2), the influence on the liquid crystal panel 8 can be reduced and the heat radiation effect can be enhanced by separating and independent the incident side polarizing plate 6 as a heating element, but the effect is still limited. Further, the blue plate glass or the white plate glass used as a holding plate for the polarizer in the polarizing plate 6 also has poor thermal conductivity, and the heat radiation effect becomes insufficient. As in the case of (1), the output of the cooling fan eventually increases. However, as described above, the problems of noise and dust adhesion could not be solved.
[0024]
(3) When a heat-dissipating glass plate is provided on the outer surface of the liquid crystal panel 8, the effect of removing the focus when dust adheres and not affecting the projection surface can be obtained, but the glass plate has good thermal conductivity. There was only 2 W / m · K or less, and a sufficient heat radiation effect could not be obtained.
[0025]
(4) The liquid-cooled type has a problem in reliability due to pressure release, generation of air bubbles, foreign substances mixed therein, leakage of a cooling medium, and the like as the temperature rises. Further, there is a problem that a large-scale liquid cooling mechanism is required and the entire apparatus becomes large.
[0026]
(5) In the case of a solid-state cooling system to which an electronic cooling device such as a Peltier element is added, not only does the cost of the entire liquid crystal projector device rise significantly, but it has not been possible to obtain a sufficient cooling effect.
[0027]
(6) It is intended to reduce the amount of heat generated by previously converting the polarized light components, which have all been absorbed by the polarizing plate 6 through the polarization converter, to the transmission polarization axis of the polarizing plate 6 in advance. Again, since about 20% of the light is absorbed and generates heat, if the size of the liquid crystal panel 8 is reduced and the intensity of the lamp per unit area is increased, the cooling effect is insufficient.
[0028]
As described above, with any of the cooling methods, a sufficient cooling effect could not be obtained with a simple structure.
[0029]
Accordingly, an object of the present invention is to obtain a liquid crystal display device which is fast in operation speed, consumes little power, has excellent heat dissipation, is suitable for miniaturization and high definition, and also obtains a liquid crystal projector device using the same. .
[0030]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention is to improve the heat dissipation by using a sapphire substrate having high thermal conductivity as a transparent plate in a liquid crystal display device.
[0031]
Specifically, on a first sapphire substrate whose main surface is any one of the R-plane, A-plane, M-plane, and C-plane, they are arranged in a matrix in accordance with the specific crystal axis direction of the sapphire substrate. A pixel and a vertical scanning circuit and a horizontal scanning circuit for sending a video signal to the pixel are each formed of a thin film transistor made of epitaxially grown silicon, and the main surface is any one of an R surface, an A surface, an M surface, and a C surface. A transparent electrode is formed on the second sapphire substrate, and these two sapphire substrates are opposed to each other so that each specific crystal axis substantially coincides with the polarization transmission axis of the polarized light to be transmitted. .
[0032]
In particular, the present invention is characterized in that pixels are arranged in a matrix so as to be substantially parallel or perpendicular to the specific crystal axis direction of the first sapphire substrate.
[0033]
Further, the first and second sapphire substrates are arranged so that an angle formed between each specific crystal axis direction and a polarization transmission axis of polarized light to be transmitted is within ± 2 °.
[0034]
According to the present invention, there is provided a liquid crystal projector device configured to transmit light to the above-described liquid crystal display device and perform enlarged projection.
[0035]
In the present invention, the specific crystal axis direction refers to the direction of the A-axis or C-axis projection line when the main surface is R-plane, the C-axis or M-axis direction when the main surface is A-plane, and the main surface is M-plane. In this case, the specific crystal axis direction is the C-axis or A-axis direction, and when the main surface is the C-plane, the A-axis or M-axis direction is the respective crystal axis direction.
[0036]
Then, the pixels are arranged in a matrix so as to be parallel or perpendicular to the direction of the specific crystal axis, and the angle between the direction of the specific crystal axis and the polarization transmission axis of the polarized light to be transmitted is within ± 2 °. The liquid crystal display device is configured by arranging a sapphire substrate as described above.
[0037]
The liquid crystal display device has a structure in which polarizing plates are combined on both sides of the panel so that the polarization directions intersect at right angles, and the liquid crystal is sandwiched between them.The liquid crystal material stands up when the power is turned on and twists when turned off. It works like a switch to block or pass light by using it, and the image is structured. The configuration of the present invention described above allows the specific axis direction of the sapphire substrate to be aligned with the arrangement direction of the pixels and the polarization direction of the polarized light to be transmitted, thereby preventing the polarization characteristics from being adversely affected. It was made.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
As shown in FIG. 3, a first sapphire substrate 13 forming a pixel electrode and a switching element on the incident side and a second sapphire substrate 14 forming a counter electrode on the emitting side which constitute the transmissive liquid crystal panel 8 are formed. The liquid crystal panel 8 was configured by disposing the polarizing plates 15 on both sides of the panel surface.
[0040]
FIG. 4 shows the structure of the liquid crystal panel 8. On the first sapphire substrate 13, pixels 16 such as pixel electrodes and switching elements are formed in a matrix pattern on the inner side, and a polarizer 15 is bonded on the outer side in accordance with the matrix pattern. Also, a transparent counter electrode 17 is formed inside the second sapphire substrate 14 on the opposite side, and a polarizer 15 is attached to the outside so as to be orthogonal to the polarizer attached to the outside of the transparent substrate 13. is there. Liquid crystal is sealed between the first and

second sapphire substrates

13 and 14 facing each other to form a liquid crystal panel.
[0041]
Now, when the polarized light 20 arranged in the polarization direction 18 from the outside of the first sapphire substrate 13 is incident, the liquid crystal stands upright when the power is on, and goes straight in the same polarization direction. And a black display is obtained. When the power is off, the liquid crystal is in a twisted state, so that the polarization direction is rotated by 90 ° to become the polarization direction 19, and transmitted through the polarizer 15 on the emission side, so that liquid crystal display is performed.
[0042]
Each of the first and

second sapphire substrates

13 and 14 has one of the principal planes of the R plane, the A plane, the M plane, and the C plane. Then, the specific crystal axis direction of the angular sapphire substrates 13 and 14 (the direction of the A-axis or C-axis projection line when the main surface is R-plane, the C-axis or M-axis direction when the main surface is A-plane, and the main surface is M In the case of a plane, the direction of the C-axis or the A-axis, and in the case where the principal plane is the C-plane, the direction of the A-axis or the M-axis), the arrangement direction of the pixels 16 and the direction of the polarization axis of the polarized light to be transmitted are almost the same.
[0043]
Specifically, the specific crystal axis direction of the first sapphire substrate 13 and the arrangement direction of the pixels 16 should be substantially parallel or perpendicular to each other, and furthermore, the specific crystal axis direction of the first and

second sapphire substrates

13 and 14 should be transmitted. The angle between the polarized light and the direction of the polarization axis is set to ± 2 °, preferably ± 0.5 °. Since the first sapphire substrate 13 and the second sapphire substrate 14 have different directions of polarized light to be transmitted, they are arranged in directions corresponding to the respective directions.
[0044]
The reason for this is to prevent the polarized light adjusted by the polarizer 15 from generating optical rotation due to birefringence in the sapphire crystal. For example, when the angle exceeds the above range, the display of the liquid crystal is disturbed, and the image projected from the projector device is disturbed.
[0045]
Further, when the main surfaces of the

sapphire substrates

13 and 14 are R-planes, a single crystal film (SOS = Si ON SAPPHIRE) is obtained when a silicon film is epitaxially grown, and the characteristics of a thin film transistor using the same are greatly improved. Is obtained. Thereby, the display speed of the liquid crystal is remarkably improved, and the power consumption is reduced.
[0046]
When the liquid crystal panel is manufactured in this manner, the first and

second sapphire substrates

13 and 14 constituting the liquid crystal panel 8 themselves have sufficient heat radiation characteristics, so that it is not necessary to separately provide a polarizing plate, and the first The polarizer 15 may be directly bonded to the outer surfaces of the

second sapphire substrates

13 and 14. By doing so, the first and

second sapphire substrates

13 and 14 can also serve as a holding plate for the polarizer 15, so that the optical path can be made compact and a low-cost structure can be achieved.
[0047]
Further, if the polarizer 15 is separated from the liquid crystal panel, the cooling effect is further increased. Further, by setting the thickness of the first and

second sapphire substrates

13 and 14 to a thickness of 2 mm or more, it is possible to improve the deterioration of the image quality due to dust attached to the surface of the panel surface by the defocus effect. I can do it.
[0048]
Next, an example in which this liquid crystal panel is incorporated in a liquid crystal projector will be described. As shown in FIG. 1, a light source 1 is a high-intensity lamp light source such as a metal halide lamp, a xenon lamp, and a UHP. Light projected from the light source 1 is reflected by a spherical reflecting mirror 2 to cut off infrared rays, ultraviolet rays, and the like. 3 to remove unnecessary infrared rays and ultraviolet rays. Thereafter, the light passes through the integrator lens 4 and the condenser lens 5 to be condensed, and then enters the liquid crystal panel 8 through the incident-side polarizing plate 6. The light emitted from the liquid crystal panel 8 is transmitted through the emission-side polarizing plate 7 and is enlarged and projected by the projection lens 9 so that an image is projected on a screen or the like in front.
[0049]
Further, this structure is a single-panel type using one liquid crystal panel 8, but as another embodiment, three liquid crystal panels 8 in which three liquid crystal panels 8 are incorporated corresponding to the three primary colors of RGB. There is also a formula.
[0050]
As shown in FIG. 2, a dichroic mirror 10 that transmits and reflects light according to the wavelength of light, a combining prism 11 that combines light, and a total reflection mirror 12 are used. Then, the light from the light source is decomposed into red (R), green (G), and blue (B) by the dichroic mirror 10, transmitted through the individual liquid crystal panels 8, and synthesized and projected by the synthesis prism 11. It has become.
[0051]
According to the present invention, in the liquid crystal projector shown in FIGS. 1 and 2, two transparent substrates constituting the liquid crystal panel 8 are formed by the first and

second sapphire substrates

13 and 14. . Therefore, since the sapphire substrate has high thermal conductivity, heat generated in the liquid crystal panel can be efficiently radiated.
[0052]
For example, in the structure shown in FIG. 2, when the cooling structure combined with the cooling fan is employed, the liquid crystal projector of the present invention has a temperature reduction effect of about 10 to 15 ° C. as compared with the case where the same structure is formed using a quartz substrate. And the optical path of the optical system can be reduced by about 5%.
[0053]
Next, a circuit configuration of the liquid crystal display panel when the first sapphire substrate 13 having the R-plane as a main surface in the present invention is used will be described. As shown in FIG. 5, pixels 21 are arranged in a matrix on a first sapphire substrate 13, and each pixel 21 includes an SOSMOS transistor switch 22 formed of single-crystal silicon epitaxially grown on the sapphire substrate 13. ing. Further, a vertical scanning circuit 23 for driving the gate of the SOSMOS transistor switch 22 and a horizontal scanning circuit 24 for sequentially transferring video signals to each signal line 25 are formed on the same sapphire substrate 13. MOS transistors required in the vertical scanning circuit 23 and the horizontal scanning circuit 24 are also formed of SOSMOS transistors.
[0054]
Next, FIG. 6 shows a schematic cross section of the unit pixel 21 and the SOSMOS transistor switch 22 of the liquid crystal display device shown in FIG.
[0055]
The single crystal silicon layer 26 epitaxially grown is formed on the main surface of the first sapphire substrate 13 such that the crystal orientation is the R plane, and the single crystal silicon layer 26 is doped with impurities. A thin film transistor is formed. Then, on top of this, SiO ₂ The SOSMOS transistor switch 22 is provided as a whole with a gate 28 insulated by the layer 27.
[0056]
One of the SOSMOS transistor switches 22 is connected to a signal line 25 to which a video signal is transferred from a horizontal scanning circuit 24. The other is connected to a transparent electrode 17 (21) made of ITO or the like to form a pixel 21. Further, a transparent electrode 17 is formed on a sapphire substrate 14 facing the sapphire substrate 13 on which the pixels 21 and the SOSMOS transistor switches 22 are formed, and a liquid crystal 30 is interposed therebetween with a liquid crystal alignment film 29 interposed therebetween. ing.
[0057]
When the gate of each SOSMOS transistor switch 22 is driven by the vertical scanning circuit 23, a video signal flows from the signal line 25 to the transparent electrode 17 (pixel 21), and the pixel 21 is turned on.
[0058]
Further, although not shown, the MOS transistors used in the horizontal scanning circuit 24 and the vertical scanning circuit 23 are also SOSMOS transistor switches in which a single crystal silicon layer epitaxially grown on the sapphire substrate 13 is a thin film transistor as described above.
[0059]
According to such a liquid crystal display device of the present invention, since the single crystal silicon layer 26 is a thin film transistor, the single crystal silicon layer 26 has almost no defects, so that leakage current is small and power consumption can be reduced. In addition, since the single crystal silicon layer 26 has a high current speed, the operation speed can be increased, and an image shift as a liquid crystal display device can be eliminated. For example, when the mobility of electrons was compared, as shown in Table 1, single crystal silicon showed about three times the mobility of polysilicon.
[0060]
[Table 1]

[0061]
Moreover, since the liquid crystal display device of the present invention uses the sapphire substrate 13, it can be easily manufactured by the conventional single-crystal silicon C-MOS process technology, and can use a high-temperature process of 1000 ° C. or more. It is possible and a semiconductor mass production line can be used.
[0062]
Although the process and structure for forming a single crystal silicon film to form a liquid crystal panel have been described this time, it can be used without any problem even in a high temperature process of a polycrystalline silicon (p-si) TFT manufacturing process. It is possible to configure the liquid crystal panel without any problem.
[0063]
Next, the manufacturing process of the sapphire of the present invention will be described.
[0064]
Single crystal sapphire is made of alumina (Al ₂ O ₃ ), In which Al atoms and O atoms are arranged to form a crystal. Sapphire is hexagonal, as shown in FIG. 7, and its central axis is the C-axis, and the plane perpendicular thereto is the C-plane (0001). The A-axis (a1, a2, a3) extending radially from the C-axis and a plane perpendicular to the A-axis become the A-plane (11-20). The R plane exists at a certain angle (about 32.383 °) with the C axis as shown in the figure, and the axis perpendicular to this is the R axis. The side surface of the hexagonal crystal is the M plane, and the axis perpendicular to the M plane is the M axis. Note that these axes and planes can be analyzed by X-ray diffraction.
[0065]
The single-crystal sapphire of the present invention was manufactured by an EFG method (Edge-defined Film-fed Growth method). That is, a high-purity alumina is melted in an inert atmosphere, and a molybdenum die for growing a sapphire single crystal in a ribbon shape having a slit therein is positioned so as to be in contact with the alumina melt, and the alumina melt is subjected to a capillary action. Alumina melt was guided to the upper end of the molybdenum die, and brought into contact with a seed crystal (seed) there. Then, the seed was pulled upward to grow sapphire, which is single-crystal alumina. In raising and growing the substrate material, the main surface of the seed may be set to a desired plane orientation, the growth axis may be set as a pulling axis, and the seed material may be pulled up. By pulling up in this manner, it is possible to accurately grow the plane orientation of the main surface as the plane orientation and the axis orientation. The method of growing single-crystal sapphire is not limited to the EFG method, but may be other methods such as the Czochralski method. Therefore, the EFG method that can obtain plate-like crystals with high accuracy is suitable.
[0066]
The single crystal sapphire thus obtained is ground into a predetermined shape using a diamond wheel or the like, and then lapping is performed using diamond abrasive grains.
[0067]
Next, a SiO 2 having a particle size of 50 nm or less is used. ₂ While the liquid in which the spherical colloid particles (colloidal silica) are dispersed is supplied as a polishing liquid, the single crystal sapphire and the polishing cloth are relatively slid to perform precision polishing (CMP). By performing the polishing in this manner, the destruction layer generated by the above-described grinding and lapping can be removed without generating a new strain, and has excellent transparency and a good smooth surface even when used as a substrate. Is completed.
[0068]
Next, Table 2 shows a comparison of characteristic values between sapphire and quartz glass / BK-7 (trade name of Hoya Glass Co., Ltd.) / Blue plate glass (float glass) which is a transparent material currently used.
[0069]
As is clear from Table 2, it can be seen that sapphire has overwhelmingly excellent thermal conductivity and excellent heat dissipation. Further, since the material has high strength, it can be designed to be thinner than other materials, and a compact optical system can be designed as a whole.
[0070]
[Table 2]

[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a matrix is formed on a first sapphire substrate whose principal surface is any one of R-plane, A-plane, M-plane, and C-plane according to a specific crystal axis direction of the sapphire substrate. The pixels arranged in a matrix and the vertical scanning circuit and the horizontal scanning circuit for sending a video signal to the pixels are each constituted by a thin film transistor made of epitaxially grown silicon, and the main surfaces are R-plane, A-plane, M-plane, and C-plane. A transparent electrode is formed on a second sapphire substrate on one of the surfaces, and these two sapphire substrates are opposed to each other so that each specific crystal axis substantially coincides with the polarization transmission axis of polarized light to be transmitted. With the configuration of the liquid crystal display device, the heat radiation effect is improved, and a small-sized liquid crystal display device with high luminance can be realized without a problem of characteristic deterioration due to heat generation.
[0072]
Further, by controlling the axis direction and plane direction of the sapphire substrate as described above, it is possible to realize a projector device that can transmit and project the polarization characteristics faithfully.
[0073]
Further, by forming pixels arranged in a matrix on a sapphire substrate and vertical and horizontal scanning circuits by SOS (silicon-on-sapphire) thin film transistors to constitute an active matrix type liquid crystal display device, the operation speed is high, It is possible to obtain a liquid crystal display device having various effects such as low power consumption and mass production because a normal semiconductor process can be used.
[0074]
Further, according to the present invention, it is possible to greatly increase the brightness and definition of the image projected by the liquid crystal projector device, and it is also possible to contribute to the miniaturization of the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a general transmissive liquid crystal single-panel type projector device.
FIG. 2 is a schematic view of a general transmissive liquid crystal three-panel projector device.
FIG. 3 is a diagram showing a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a unit pixel and an SOSMOS transistor switch portion of the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a crystal structure of sapphire.
[Explanation of symbols]
1. Light source
2 ... Reflector
3 ... Filter
4 ・・・ Integrator lens
5 Lens
6 ... Polarizing plate
7 ... Polarizing plate
8 LCD panel
9 Projection lens
10 ・・・ Dichroic mirror
11 Synthetic prism
12 ... Total reflection mirror
13 ... Polarizer
14 ... Polarization axis
15 ... Polarizer (Polarizing film)
16 pixels
17 ... Transparent electrode (ITO etc.)
18 ... Polarization direction of incident side polarizer
19 ··· Polarization direction of output side polarizer
20 ... Light polarization direction
21 ... pixel
22 ... SOSMOS transistor switch
23 ・・・ Vertical scanning circuit
24 ... horizontal scanning circuit
25 ... each signal line
26 ... Single-crystal silicon layer
27 ... SiO ₂ layer
28 ... Gate
29 ・・・ Liquid crystal alignment film
30 ・・・ Liquid crystal

Claims

On a first sapphire substrate whose main surface is any one of R-plane, A-plane, M-plane, and C-plane, they are arranged in a matrix so as to be substantially parallel or perpendicular to the specific crystal axis direction of the sapphire substrate. Pixel and a vertical scanning circuit and a horizontal scanning circuit for sending a video signal to the pixel are each formed of a thin film transistor made of epitaxially grown silicon, and the main surface is one of the R surface, A surface, M surface, and C surface. forming a transparent electrode on the second of the sapphire substrate that either, these two sapphire substrates are opposed to each particular crystal axis substantially coincides with the polarization transmission axis of the polarized light to be transmitted, between them A liquid crystal display device characterized by sealing liquid crystal .

2. The sapphire substrate according to claim 1, wherein the first and second sapphire substrates are arranged such that an angle formed between a direction of each specific crystal axis and a polarization transmission axis of polarized light to be transmitted is within ± 2 °. Liquid crystal display device.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a polarizer is bonded outside the first and second sapphire substrates.

A liquid crystal projector device configured to transmit light to the liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3 and perform enlarged projection.