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JP4101341B2 - Electro-optical device and projection device - Google Patents
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JP4101341B2 - Electro-optical device and projection device - Google Patents

Electro-optical device and projection device Download PDF

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、液晶等の表示体を用いた液晶電気光学装置に関し、特に、その構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の表示装置としては、CRTが最も一般的である。しかし、CRTは装置の容積、重量、消費電力が大きく、特に、大面積の表示装置には適していなかった。そこで、近年、CRTに比べ軽量化及び低消費電力化及び大画面化が容易に実現できる液晶電気光学装置(直視型または投影型)が注目されている。
【0003】
液晶電気光学装置は液晶物質が分子軸に対して平行方向と垂直方向で誘電率が異なることを利用し、光の偏光や透過光量、さらには散乱量を制御することでON/OFFすなわち明暗を表示する。液晶材料としてはネマティック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶が一般的である。
【0004】
特に、液晶電気光学装置のなかでも、ガラス等の絶縁基板上にTFTを有する半導体装置、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)を画素の駆動に用いるアクティブマトリクス型の液晶電気光学装置が盛んに開発されている。
【0005】
このアクティブマトリクス型の液晶電気光学装置の表示方式としては、透過型、反射型、半透過型が挙げられる。このうち、反射型の液晶電気光学装置は、特に、サイズが2.5インチ対角以下というような小型のものに関して、透過型よりも画素の開口率を高くできるという利点があるため、投影型のプロジェクターに利用することが適している。
【0006】
図16に従来の電気光学装置の一例として、反射型液晶パネルを用いた投影型のプロジェクターの簡略図を示した。図16は簡略化のため、光学系(集光レンズ、全反射ミラー等)を図示しておらず、光源11、液晶パネル13、PBS(偏光ビームスプリッター)12、スクリーン14のみを明示した。以下に従来の構成を示す。
【0007】
図16において、光源11としては強力な白色光のものを用い、メタルハライドランプが主に使用されている。
【0008】
液晶パネル13は、ガラス基板上に信号線と走査線をマトリクス状に組み合わせ、その交点部分近傍にTFTを配置した構成を有するアクティブマトリクス型の反射型の液晶パネルである。この構成において、TFTのソース電極は信号線に接続され、ゲート電極は走査線に接続されている。また、ドレイン電極は保持容量と画素領域の液晶に対応して配置された画素反射電極に接続されている。液晶は対向電極と画素反射電極の間に挟まれて駆動される。この液晶パネルは、液晶の複屈折効果を利用したECBモード(電界制御型複屈折モード)を用いる。また、この対向電極は、対向基板上に作り込まれる。
【0009】
PBS(偏光ビームスプリッター)12は、偏光板とビームスプリッターとの機能を合わせもった偏光子である。PBSは、一対の直角プリズムの斜面同士を接着したキューブ形状を有している。なお、接着される斜面には、通常誘電多層膜がコーティングされている。
【0010】
また、PBS12は、図18に示すように、貼り合わせ面において、偏光面が互いに直交する2つの直線偏光の光線(P−偏光、S−偏光)に分岐され、正確に90°の分岐角を持ってキューブの隣接する2つの外表面から出射する。分岐される2つの光線のうち、入射光線の入射方向に対して0°の方向から出射される光線は、誘電体多層膜コーティング層で規定された入射面に対して電界ベクトルが平行となる偏光面(P−偏光)をもつ直線偏光の光線として出射される。一方、入射光線の入射方向に対して90°の方向から出射される光線は、誘電体多層膜コーティング層で規定された入射面に対して電界ベクトルが垂直となる偏光面(S−偏光)をもつ直線偏光の光線として出射される。
【0011】
スクリーン14は、通常のプロジェクションの場合、白色の平坦な面を有するものであればよい。しかし、リアプロジェクション(光源と反対側のスクリーン面側から映像を観察可能にしたもの)とする場合は、透過型の拡散用スクリーンを用いる。
【0012】
以下に従来のプロジェクション装置(図16及び図17)の表示原理を示す。図16及び図17は簡略図であり、赤外線または紫外線カットフィルター、均一化光学処理を行うフライアイ、RGBに分ける単色化光学系、偏光板、ミラー等は間略化のため図示していない。
【0013】
まず、無偏光の単一波長の光線からなる光が光源11から出射され、無偏光または事前に偏光処理された光線をPBS12の外表面(貼り合わせ面の誘電体多層膜コーティング層に対して45°)に入射する。
【0014】
次に、PBSの外表面に入射された上記光線は、入射面に対して正確に90°の分岐角をもって分岐され、PBSからP−偏光成分を有する光線と、S−偏光成分を有する光線とが出射される。
【0015】
その後、PBSから出射されるS−偏光の光線のみが、反射型液晶パネル13に入射する。液晶パネルに入射された光線は、液晶によって光学的に変調され、且つ、反射電極により反射され再びPBSに入射する。この時、液晶を配向させる配向処理方向またはラビング方向は、複屈折効果を最大限に利用するために、S−偏光の光線軸に対して45°の方向を有している。
【0016】
再びPBS12に入射された変調光線は、再度P−偏光成分を有する光線及びS−偏光成分を有する光線に分岐され、PBSに入射された光線のP−偏光成分を有する光線のみがスクリーン14に向けて照射され、光学系や偏光板により調節されてスクリーン14に像を形成する。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
従来の反射型液晶パネルを想定したシミュレーション結果〔シンテック株式会社のソフトウェア「LCD MASTER」中におけるプログラム「3DBENCH」、「2DBENCH」を使用〕を図19〜22に示す。シミュレーションでは、データとして液晶のデータ(液晶材料の物性値;常光屈折率、異常光屈折率、プレチルト角、弾性定数、回転粘性係数、誘電率等)、偏光子角度、検光子角度等を入力し、モデルとして2つ並列して配置した画素(28μm×28μm)を交流駆動(印加電圧:±5V)させた。
【0018】
図6にシミュレーションにおける固定条件及びシミュレーションパラメーターを示した。図6に基づいて3次元シミュレーションを行った結果である図19では、並列した2つ分の画素(縦30μm×横60μm:画素電極間距離=2μm、画素電極サイズ〔縦28μm×横28μm〕)が示されており、濃淡が反射光の輝度を示している。図19に示すように、画素電極の端部に近づくにつれて反射光の輝度、即ち反射率が低減している。
【0019】
このように従来の構成においては、図19に示すように、画素電極の反射率、即ち、明るさの特性が低下するという問題点を有していた。
【0020】
図4(1)〜(3)及び図5に示すように、画素に印加された紙面に垂直方向の有効電界(正または負)に対して、ライン反転駆動により隣接画素間で電界が生じ、この部分で液晶配向のドメインすなわちディスクリネーションが発生するため、明るさの特性が低下している。
【0021】
また、図20(2次元シミュレーション結果)において、横軸は距離(画素の横幅)であり、縦軸は液晶パネルの入射光の輝度に対する反射光の輝度(即ち、反射率)である。図8にシミュレーションにおける固定条件及びシミュレーションパラメーターを示した。図8における画素電極1、2は図4(1)及び図4()中の画素電極1、2に対応している。図20は、プレチルト角=85°、図21は、プレチルト角=87°、図22は、プレチルト角=89°である。図20〜22に示すように、プレチルト角が大きくなるにつれて反射光の輝度、即ち明るさが低減している。
【0022】
このように、従来の構成においては、反射光の輝度、即ち明るさがプレチルト角に左右されていた。
【0023】
本発明は、上記問題点を解決する手段を提供するものである。より具体的には、特に、液晶パネルの反射率(または透過率)が良好で明るい表示特性を得る手段を開示するとともに、その手段を用いてディスクリネーションが低減した電気光学装置を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する本発明の第1の構成は、
各行毎に設けられた複数の走査線と各列毎に設けられた複数の信号線との交差部に薄膜トランジスタが接続され、
液晶分子は、前記信号線が延在する方向に対して平行または概略平行な方向に配向処理されていることを特徴としている電気光学装置である。
【0025】
上記第1の構成において、前記電気光学装置はゲートライン反転駆動を行っていることを特徴としている。
【0026】
また、本発明の第2の構成は、
各行毎に設けられた複数の走査線と各列毎に設けられた複数の信号線との交差部に薄膜トランジスタが接続され、
液晶分子は、前記走査線が延在する方向に対して平行または概略平行な方向に配向処理されていることを特徴としている電気光学装置である。
【0027】
上記第2の構成において、前記電気光学装置はソースライン反転駆動を行っていることを特徴としている。
【0028】
上記構成において、前記液晶分子の長軸は、電圧無印加時において、基板に対して垂直または概略垂直であることを特徴としている。
【0029】
上記構成において、前記電気光学装置は反射型液晶表示素子を具備して構成されていることを特徴としている。
【0030】
上記構成において、前記電気光学装置は透過型液晶表示素子を具備して構成されていることを特徴としている。
【0031】
また、本発明の第3の構成は、
各行毎に設けられた複数の走査線と各列毎に設けられた複数の信号線との交差部に薄膜トランジスタが接続され、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを備えた第1の基板と、
前記第1の基板に対向して配置された第2の基板と、
第1の基板と第2の基板との間に配置された液晶材料からなる液晶層でなる液晶表示素子を具備した電気光学装置において、
前記第1の基板に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向は、
一定期間毎に画素電極に印加する電圧が極性反転するライン反転方式によって液晶材料を駆動する方法を用いることにより隣接する画素電極間で生じる電気力線方向に対して、平行または概略平行であることを特徴とする電気光学装置である。
【0032】
また、本発明の第4の構成は、
各行毎に設けられた複数の走査線と各列毎に設けられた複数の信号線との交差部に薄膜トランジスタが接続され、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを備えた第1の基板と、
前記第1の基板に対向して配置された第2の基板と、
第1の基板と第2の基板との間に配置された液晶材料からなる液晶層でなる液晶表示素子を具備した電気光学装置において、
前記液晶層の配向処理方向は、一定期間毎に画素電極に印加する電圧が極性反転するライン反転方式によって液晶材料を駆動する方法を用いることにより隣接する画素電極間で生じる電気力線方向に対して、平行または概略平行であることを特徴とする電気光学装置である。
【0033】
また、本発明の第5の構成は、
各行毎に設けられた複数の走査線と各列毎に設けられた複数の信号線との交差部に薄膜トランジスタが接続され、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、配向膜とを備えた第1の基板と、
前記第1の基板に対向して配置され、且つ、配向膜を備えた第2の基板と、
第1の基板と第2の基板との間に配置された液晶材料からなる液晶層でなる液晶表示素子を具備した電気光学装置において、
前記第1の基板の配向膜に施されたラビング方向は、一定期間毎に画素電極に印加する電圧が極性反転するライン反転方式によって液晶材料を駆動する方法を用いることにより隣接する画素電極間で生じる電気力線方向に対して、平行または概略平行であることを特徴とする電気光学装置である。
【0034】
また、本発明の第6の構成は、
各行毎に設けられた複数の走査線と各列毎に設けられた複数の信号線との交差部に薄膜トランジスタが接続され、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、配向膜とを備えた第1の基板と、
前記第1の基板に対向して配置され、且つ、配向膜を備えた第2の基板と、
第1の基板と第2の基板との間に配置された液晶材料からなる液晶層でなる液晶表示素子を具備した電気光学装置において、
前記第2の基板の配向膜に施されたラビング方向は、一定期間毎に画素電極に印加する電圧が極性反転するライン反転方式によって液晶材料を駆動する方法を用いることにより隣接する画素電極間で生じる電気力線方向に対して、平行または概略平行であることを特徴とする電気光学装置である。
【0035】
上記構成3乃至6において、前記画素電極は、反射性を有する金属膜または誘電体多層膜、またはそれらの積層からなることを特徴としている。
【0036】
上記構成3乃至6において、前記液晶表示素子は透過型であることを特徴としている。
【0037】
上記構成3乃至6において、前記画素電極が反射性を有している液晶表示素子と、光源と、偏光ビームスプリッターと、スクリーンと、
前記液晶表示素子によって変調した光を前記スクリーンに投射する光学手段と、を備えた電気光学装置において、
前記光源からの光を前記液晶表示素子側に出射する前記偏光ビームスプリッターの出射面の辺方向と、前記液晶表示素子の走査線が延在する方向とがなす角の絶対値は、45度または概略45度であることを特徴としている。
【0038】
【発明の実施の形態】
本発明の液晶電気光学装置は、図1及び図2に示すような液晶パネル103の配向処理方向またはラビング方向110と交流化駆動方式により発生する電気力線方向111との関係を特徴としている。
【0039】
まず、ディスクリネーションの発生原因となる、交流化駆動方式により発生する横方向の電気力線方向111について、以下に説明する。
【0040】
一般的に、TFTを用いた液晶ディスプレイでは、液晶材料の劣化を防ぎ、表示ムラをなくし、表示品位を保つため、各画素への印加電圧は、1フレームまたは一定期間毎に正負を反転した電圧を印加(交流化)している。
【0041】
正負を反転する周期(極性反転周期)が長いと、人間の目に視認できる周波数域(約30Hz程度)となるため、映像信号の極性が正の時の表示と映像信号の極性が負の時の表示とが微妙に異なっていることが、ちらつきとして観察者に視認されてしまっていた。
【0042】
従来における液晶ディスプレイパネル表示の代表的な交流化駆動方法の一つ(ソースライン反転)を以下に説明する。ここでは、簡略化の為に、液晶パネルの表示領域の1部である表示画素4行×5列のモデル画面(図4(3)(a)及び図4(3)(b))を用いて例示した。また、画素電極1、2に印加された紙面に垂直方向の有効電界(正または負)に対して、2つの画素電極1、2の間で生じる電気力線の状態図の上面図を図4(1)、断面図を図4(2)に示した。ただし、便宜上、図4(1)は、横方向に生じる画素電極1、2の間で生じる電気力線のみを示し、図4(2)は、垂直配向されている液晶分子が電界の印加に反応する直前の電気力線の状態図を示した。
【0043】
ちらつきを低減した液晶ディスプレイパネル表示の交流駆動方法として、図4(3)(a)及び図4(3)(b)にその表示パターン図を示したように、隣合う1信号線を書き込む度に映像信号の極性を反転させ画素に印加する交流化方法(ソースライン反転方法)が提案されている。この方法においては、各画素は横(水平)方向で隣接している画素と逆の極性を有する映像信号が印加される。そして、次の画面(フレーム)は前画面(フレーム)と逆の極性を有する映像信号が各画素に印加される。この動作を繰り返すことにより交流化駆動を行っている。
【0044】
上記ソースライン反転方法による交流化駆動を行った場合、図4(3)(c)に示すように、隣合う画素間で電位差が生じるため横(水平)方向の電気力線方向(電界方向)111が形成される。
【0045】
従来では、上記横(水平)方向の電界を考慮にいれておらず、液晶の複屈折効果を最大限利用するため、図16及び図17に示すように、S−偏光の光線軸方向15に対してラビング方向16は、45度もしくは−45度の角度に設定され、ラビング処理または配向処理が施されていた。
【0046】
また、他の反転方法として、図5(a)及び図5(b)に示すように、隣合う1走査線を書き込む度に映像信号の極性を反転させ画素に印加する交流化方法(ゲートライン反転方法)が提案されている。ゲートライン反転方法による交流化駆動を行った場合、図5(c)に示すように、同様に、隣合う画素間で電位差が生じるため縦(垂直)方向の電気力線方向(電界方向)が形成される。従来では、ゲートライン反転による交流化駆動を行った場合においても、上記縦(垂直)方向の電界を考慮にいれておらず、S−偏光の光線軸に対してラビング方向は、45度もしくは−45度の角度に設定され、ラビング処理または配向処理が施されていた。
【0047】
本発明者らは、この交流化駆動方式(ソースライン反転、ゲートライン反転)により生じる電気力線の方向111と液晶の配向処理方向または配向膜のラビング方向110が平行である時、ディスクリネーションが生じにくく、液晶パネルの表示特性(透過率、反射率、明るさ等)が改善することを見出した。
【0048】
そこで、本発明の構成は、図2(1)に示すように、この電気力線方向111と配向処理方向またはラビング方向110を一致させる液晶パネル構成、即ち、電気力線方向111に対して配向処理方向またはラビング方向110が平行または概略平行である液晶パネル構成とした。このような本発明の構成とすることで、基板平面に投影した無電界時(電圧無印加時)の液晶分子の長軸成分方向は、ライン反転駆動した時の横方向電界により生じる電気力線方向111と平行または概略平行となる。加えて、基板平面に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向は、配向処理方向またはラビング方向110と平行または概略平行となる。
【0049】
ここで、液晶パネルは、ラビング処理を行わないラビングレスとして、ラビング傷のない液晶パネル構造とすると、より良好な表示を得ることができる。ただし、ラビングレスとする場合は、配向処理によって、基板平面に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向を電気力線方向111と平行または概略平行とする。
【0050】
本発明の構成を用いて、図6に示す固定条件、シミュレーションパラメーターによる3次元シミュレーションの結果を図7に示す。また、図8に示す固定条件、シミュレーションパラメーターによる2次元シミュレーションの結果を図9〜図11に示す。横軸は距離(画素の横幅)であり、縦軸は液晶パネルの入射光の輝度に対する反射光の輝度(即ち、反射率)である。この結果から本発明の構成により、液晶材料に関わらず、反射率の高い良好な表示を得ることが示されている。
【0051】
加えて、本発明の構成は、液晶パネル103の構成(電気力線方向111に対して配向処理方向またはラビング方向110が平行または概略平行である構成)に対応させて、PBS102及び光源101の配置を図1及び図2(2)に示すような装置構成とした。スクリーン側の液晶パネルの面を表面とした時、液晶パネルの裏面から透過してPBSを見た場合の図が図2(2)である。
【0052】
本発明は、従来と同様に液晶の複屈折効果を最大限利用するため、S−偏光の光線軸方向に対してラビング方向を45度もしくは−45度の角度になるように、光源101及びPBS102の配置を適宜変更した。
【0053】
即ち、本発明の構成は、光源からの光を液晶パネル側に出射するPBS102の出射面の辺方向と、液晶パネル102の行方向(液晶パネルの走査線が延在する方向)とがなす角を45度または概略45度とした。この角度は43〜47度以内であればよい。また、光源から出射された光が、PBSの外表面(貼り合わせ面の誘電体多層膜コーティング面に対して45°)に入射するように光源101の配置も適宜変更した。また、このように配置を変更しなくとも、位相板を用いる構成としてもよい。
【0054】
加えて、図8に示す固定条件(ただし、透過型のため、セル厚は4.8μmとした)、シミュレーションパラメーター(プレチルト角=85度)で、本発明の構成を用いて透過型液晶パネルを想定した2次元シミュレーションの結果を図24に示す。横軸は距離(画素の横幅)であり、縦軸は液晶パネルの入射光の輝度に対する透過光の輝度(即ち、透過率)である。この結果(図24)は、本発明の構成を透過型液晶パネルに適用しても、液晶材料に関わらず、透過率の高い良好な表示を得ることが示されている。
【0055】
また、図8に示す固定条件(ただし、透過型のため、セル厚は4.8μmとした)、シミュレーションパラメーター(プレチルト角=85度)で、従来の透過型液晶パネルを想定した2次元シミュレーションの結果を図25に示す。従来の反射型液晶パネルの結果(図20〜図22)と同様に、図25においても、画素の端部に近づくにつれて透過光の輝度、即ち透過率が低減している。
【0056】
本明細書におけるシミュレーション結果は、明るさ(反射率または透過率)の傾向を確認するために行った簡略モデルであり、実際には様々な要因により決定される表示特性数値とは異なる。
【0057】
言うまでもなく、本発明は、液晶パネルの明るさ改善方法として反射型LCD、透過型LCDいずれに適用することが可能である。
【0058】
また、本発明において、電圧無印加時に液晶分子の長軸は、基板に対して垂直または概略垂直、即ち垂直配向である。また、本明細書においては、図23に示すように、基板平面2300に対して電圧無印加時の液晶分子の長軸2303がなす角をプレチルト角2302とする。加えて、基板平面に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向2304を図23に示した。ここで、2301は液晶分子、2305は基板平面の法線である。
【0059】
本明細書においては、図1中の液晶パネル103の外周縁の長辺方向を行方向(横方向)、短辺方向を列方向(縦方向)とする。具体的には、走査線が延在している方向が行方向、信号線が延在している方向が列方向である。つまり、本発明の液晶パネルは、ソースライン反転駆動の場合、配向処理方向またはラビング方向は行方向であり、ゲートライン反転駆動の場合、配向処理方向またはラビング方向は列方向であると言える。
【0060】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、この実施例に限定されないことは勿論である。
〔実施例1〕
本実施例は、液晶パネルの作製工程の概略を示すものである。本実施例を図12を用いて説明する。
【0061】
〔液晶パネルの作製工程1〕
図12に結晶性を有する珪素半導体(ポリシリコン)を用いた、代表的なトップゲート型の薄膜トランジスタの作製工程を示した。
【0062】
まず、基板は耐熱性の高い基板800(本実施例では石英基板)を用意し、その基板上には、図示しないが、下地膜として300nm厚の絶縁性珪素膜を形成する。絶縁性珪素膜とは、酸化珪素膜(SiOx)、窒化珪素膜(SixNy)、酸化窒化珪素膜(SiOxNy)のいずれか若しくはそれらの積層膜である。
【0063】
また、歪点が750℃以上であればガラス基板(代表的には結晶化ガラス、ガラスセラミクス等と呼ばれる材料)を利用することもできる。その場合には下地膜を減圧熱CVD法で設けて基板全面を絶縁性珪素膜で囲む様にするとガラス基板からの成分物質の流出を抑えられて効果的である。また、基板全面を非晶質珪素膜で覆い、それを完全に熱酸化膜に変成させる手段もとれる。
【0064】
そして、公知の方法により、結晶性を有する珪素膜からなる島状半導体領域(シリコン・アイランド)を形成した。〔図12(A)〕この結晶性を有する珪素膜803の厚さは、必要とする半導体回路の特性を大きく左右するが、20〜100nm、好ましくは15〜45nmとすればよい。本実施例では45nmとした。本実施例においては、駆動部分のTFTの半導体材料として結晶性を有する珪素半導体(ポリシリコン)を用いることが好ましい。即ち、アモルファスシリコンよりも、導電率等の物性が優れ、高速駆動の可能な、結晶性を有する珪素半導体を駆動部分のTFTの半導体材料として用いることが好ましい。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素等が知られている。
【0065】
本実施例においては、公知の如何なる手段を用いて結晶性を有する珪素膜を形成してもよいが、できるだけ基板の収縮を抑え、配線パターンの位置ずれを最小限にとどめることが望ましいため、ニッケル等を触媒元素として添加すると結晶化温度を下げ、アニール時間が短縮できる特開平8−78329号公報記載の技術を用いた。
【0066】
また、本実施例では、さらに同公報記載の技術で結晶性を有する珪素膜を得た後、リンを用いたゲッタリング手段〔500〜700℃の加熱処理〕(特願平9−65406号)で結晶化に利用した触媒元素を低減している。他にもハロゲン元素を含む雰囲気中で〔700℃〜1000℃の〕加熱処理を(特願平8−301249号)を行って触媒元素を低減してもよい。
【0067】
その後、プラズマCVD法もしくは熱CVD法によって、ゲート絶縁層を形成した後、さらに熱酸化工程を行って、酸化珪素膜を得る構成としてもよい。さらに、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料(本実施例では2wt%のスカンジウムを含有したアルミニウム膜)を成膜し、パターニングしてゲート電極801・配線を形成した。ゲート配線は、シリコンや、タングステン、チタン等の金属や、あるいはそれらの珪化物でもよい。ゲート電極801をどのような材料で構成するかは、必要とされる半導体回路の特性や基板の耐熱温度等によって決定すればよい。
【0068】
次に、特開平7−135318号公報記載の技術により多孔性の陽極酸化膜及び無孔性の陽極酸化膜809を形成する。そして、これらの陽極酸化膜およびゲート電極801をマスクとして、ゲート絶縁層をエッチングし、ゲート絶縁膜802を形成する。その後、多孔性の陽極酸化膜を除去する。〔図12(B)〕
【0069】
その後、セルフアライン的に、イオンドーピング法等の手段によりN型またはP型の不純物をシリコン・アイランドに導入し、チャネル形成領域810、低濃度不純物領域811、そしてソース領域812、ドレイン領域813を形成した。〔図12(C)〕
【0070】
そして、公知の手段で、層間絶縁膜808を堆積した。そして、これにコンタクトホールを開孔し、アルミニウム合金配線を形成してソース電極805及びドレイン電極806を得た。〔図12(D)〕
【0071】
さらに、これらの上に、保護膜(パッシベーション膜)として、厚さ10〜50nmの窒化珪素膜等をプラズマCVD法によって堆積し、これに、出力端子の配線に通じるコンタクトホールを開孔し、配線を形成する構成としてもよい。保護膜として、窒化珪素膜の他に酸化珪素膜、有機性樹脂膜、またはそれらの積層膜で構成してもよい。
【0072】
この後、図示しないが、画素電極としてAlやTi等を主成分とした材料を用い、スパッタ法等により形成する。本実施例においては、画素電極としてAlを用いた反射型の液晶表示装置を作製したが、画素電極にITOを用いて透過型の液晶表示装置を作製することも可能である。
【0073】
このようにして、基板上に薄膜トランジスタを形成し、パネルアレイ基板を作製した。この薄膜トランジスタは主に、駆動回路または画素のスイッチング素子として用いる。
【0074】
次に、パネルアレイ基板および/または対向基板(対向電極が作り込まれた基板)に配向膜を成膜して、加熱・硬化(ベーク)させる。その次に、配向膜の付着した基板表面を毛足の長さ2〜3mmのバフ布(レイヨン・ナイロン等の繊維)で一定方向に擦り、微細な溝を作るラビング工程を行う。布等で擦るラビング処理の他に斜方蒸着法、温度勾配法、光配向法等でも配向処理は実施可能である。パネルアレイ基板、もしくは対向基板のいずれかに、ラビング工程を行う。TFT素子へのダメージを避け、且つ、工程を簡略化するため、本実施例では対向基板のみにラビング処理を施した。
【0075】
TFT素子へのダメージを避け、且つ、工程を簡略化するには、上記ラビング工程を行わず、斜方蒸着法、温度勾配法、光配向法等の配向処理のみによって液晶を配向させることが好ましい。
【0076】
また、パネルアレイ基板と対向基板の両方にラビング工程を行う場合、貼り合わせた時に反平行(アンチパラレル)になるようにラビングを行う。
【0077】
この工程において、ラビング方向は、交流駆動する際に隣合う画素間で生じる電気力線方向(行方向)と同じ方向とした。即ち、ラビング方向と画素間で生じる電気力線方向とを一致させ、ラビング方向と電気力線方向がなす角を概略0°とした。こうすることにより、反射光の輝度の低下を防ぎ、プレチルト角に関係なく、常に反射光の輝度を一定に保つことができる。
【0078】
その後、パネルアレイ基板、もしくは対向基板のいずれかに、ポリマー系・ガラス系・シリカ系等の球のスペーサを散布する。
【0079】
その次に、パネルアレイ基板、もしくは対向基板のいずれかに、基板の外枠に設けられるシール材となる樹脂を塗布する。
【0080】
シール材が設けられたのち、対向基板とパネルアレイ基板を貼り合わせる。このようにして、パネルアレイ基板と対向基板を貼り合わせて形成されたパネルの液晶注入口より液晶材料を注入し、その後、エポキシ系樹脂で液晶注入口を封止する。以上のようにして、パネルが作製される。この時、液晶は垂直配向される。また、ラビングを行わない(ラビングレス)場合は、液晶は配向処理方向に従って垂直配向される。
【0081】
本実施例では駆動回路または、画素のスイッチング素子として、トップゲート構造(代表的にはプレーナ型TFT)を作製する場合を例にとったが、ボトム型ゲート型TFT(代表的には逆スタガ型TFT)を用いても構わない。実施例2に代表的なボトム型ゲート型TFTの作製工程を示す。
【0082】
〔実施例2〕
本実施例は、実施例1と同様に液晶パネルの作製工程の概略を示すものである。本実施例を図13を用いて説明する。
【0083】
〔液晶パネルの作製工程2〕
画素マトリクスに用いられるスイッチング素子として用いられる、結晶性を有する珪素半導体(ポリシリコン)を用いた代表的なボトムゲート型の薄膜トランジスタの作製工程を図13に示した。
【0084】
まず、ガラス基板900(または石英、シリコン基板)上に珪素を主成分とする絶縁膜でなる下地膜を形成する。その上に導電性膜でなるゲート電極901(第1配線)を形成する。ここで、一回目のパターニング工程(ゲート電極形成)が行われる。
【0085】
ゲート電極901の膜厚としては、200〜500nmが好ましい。本実施例では、300nm厚のTa膜を用いて形成した。このゲート電極901としては、少なくとも600℃程度の温度に耐えうる耐熱性を有する材料(タンタル、タングステン、チタン、クロム、モリブデン、導電性シリコン等)を用いることが可能である。
【0086】
次に、窒化珪素膜、SiOxNyで示される酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜からなるゲート絶縁層902(膜厚としては、10〜200nmが好ましく、本実施例では、有機シランであるTEOSと酸素を混合してプラズマCVD法を利用して125nm厚の酸化窒化珪素膜を用いる)を形成した。(図13(A))
【0087】
次に、上記方法により炭素汚染物が除去されたゲート絶縁層表面に、活性層としてアモルファスをシリコン成膜した。アモルファスシリコンは、厚み5〜300nm程度であり、典型的には40〜100nmを成膜した。成膜方法としては、プラズマCVD法、減圧熱CVD法、スパッタ法等を用いることが可能であった。本実施例では、プラズマCVD法によって50nm成膜した。
【0088】
その後、このままアモルファスシリコンを活性層として用いてもよいが、電界効果移動度(モビリティ)の高い結晶性を有する珪素膜にすることが望ましい。如何なる公知の方法(熱処理による固相成長等)を用いてアモルファスシリコンを結晶化させてもよいが、本実施例においては、アモルファスシリコンをレーザにより結晶化させて、多結晶化(ポリシリコン化)させた。
【0089】
レーザの条件は、レーザ源としてArF、ArCl、KrF、KrCl、XeF、XeClなどのいわゆるエキシマレーザを用いる。照射エネルギーとしては、レーザ本体からの出口エネルギーで400〜1000mJで、レーザを光学系にて加工して、基板301表面にて、150〜500mJ/cm2程度にして照射する。エネルギーはレーザの1回当たりのエネルギーである。基板温度は、室温〜300℃に加熱する。照射の繰り返し周波数は、20〜100Hz程度であり、レーザの基板301上での移動速度は1〜5mm/秒で、ビームをスキャンさせるか、基板301を移動するステージに配置してステージを移動させる。
【0090】
本実施例では、KrFエキシマレーザを用いて、本体出口出力550〜650mJで、基板上で、180〜230mJ/cm2で、照射の繰り返し周波数35〜45Hzで、基板を乗せているステージを2.0〜3.0mm/秒の速度で移動させた。
【0091】
また、結晶化する前に、アモルファスシリコン中の、水素をある程度取り除いておかなけば、加熱によって、水素が急激にアモルファスの中から外にでるためひどい場合は、穴があくことがある。そのために、結晶化する前に、400〜500℃で0.5〜5時間窒素中での水素出し工程を入れることは有効である。典型的には400℃で1〜2時間、窒素中にて行った。
【0092】
その後、公知のフォトリソグラフィー法を用いて、レジストをパターニングしてマスクを形成し、ポリシリコンをCF4+O2を用いたドライエッチングを用いてエッチングし、その後レジストをアルカリ系の剥離液を用いて剥離してアイランドを形成した。(図13(B))ここで、903はポリシリコンアイランド(結晶性を有する珪素膜からなる)である。
【0093】
次に、ポリシリコンアイランド903を覆って、酸化珪素膜(好ましくは膜厚100〜300nm、本実施例では、膜厚150nmとした)を成膜した後、パターニングを行い、チャネル形成領域を保護するエッチングストッパー909を形成した。(図13(C))
【0094】
エッチングストッパー形成後に、ソース・ドレイン領域となる第1の導電性膜907としてAl、ドープドポリシリコン、Cr、Ta、等を積層し、その上に、ドレイン電極905・ソース電極906となる第2の導電性膜904としてAl、Ti、Cr、Ta等を連続積層した。本実施例では第1の導電性膜907として、アモルファスシリコンにドーピングが行われたドープドポリシリコンを用いた。このドーピングは、Pをイオン注入によって5×1014cm-2のドーズ量になるように、ソース・ドレイン領域を形成した。注入はイオン注入に限らず、プラズマドープによってPHxを注入してもよい。また、第2の導電性膜904としてTiとAlの積層膜を用いた。
【0095】
この後に、フォトリソグラフィー工程によってレジストをパターニングして、これらの導電性膜を所望の形にエッチングしてソース・ドレイン領域及びドレイン電極905・ソース電極906を作製した。(図13(D))
【0096】
その後、保護膜908(層間絶縁膜)を形成し、ゲート電極の取り出し配線電極とソース・ドレインの取り出し配線電極を形成して、(Nチャネル型)ボトムゲート型ポリシリコン薄膜トランジスタが完成した。(図13(E))また、この保護膜908は窒化珪素膜、酸化珪素膜、有機性樹脂膜、またはそれらの積層膜で構成してもよい。
【0097】
このようにして、基板上に薄膜トランジスタを形成し、パネルアレイ基板を作製した。この薄膜トランジスタは主に、駆動回路または画素のスイッチング素子として用いる。
【0098】
この後、図示しないが、画素電極としてAlやTi等を主成分とした材料を用い、スパッタ法等により形成する。本実施例においては、画素電極としてAlを用いた反射型の液晶表示装置を作製したが、画素電極にITOを用いて透過型の液晶表示装置を作製することも可能である。
【0099】
次に、パネルアレイ基板および/または対向基板(対向電極が作り込まれた基板)に配向膜を成膜して、加熱・硬化(ベーク)させる。その次に、配向膜の付着した基板表面を毛足の長さ2〜3mmのバフ布(レイヨン・ナイロン等の繊維)で一定方向に擦り、微細な溝を作るラビング工程を行う。布等で擦るラビング処理の他に斜方蒸着法、温度勾配法、光配向法等でも配向処理は実施可能である。パネルアレイ基板、もしくは対向基板のいずれかに、ラビング工程を行う。均一な液晶の配向を得るために本実施例ではパネルアレイ基板および対向基板にラビング処理を施した。この場合、貼り合わせた時に反平行(アンチパラレル)になるようにラビング処理を行う。
【0100】
本実施例のパネルアレイ基板を用いた液晶パネルは、ソースライン反転駆動、またはゲートライン反転駆動を行う。パネルアレイ基板上には、各行毎に設けられた複数の走査線と各列毎に設けられた複数の信号線との交差部に薄膜トランジスタが接続されている。ソースライン反転駆動する場合、ラビング方向を反転駆動する際に隣合う画素間で横方向(行方向)の電界が生じるため、基板に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向を走査線が延在する方向に対して平行または概略平行な方向にラビング処理した。こうすることにより、反射光の輝度の低下を防ぎ、プレチルト角にほとんど関係なく、常に反射率を一定に保つことができる。
【0101】
また、ゲートライン反転駆動する場合、ラビング方向を反転駆動する際に隣合う画素間で縦方向(列方向)の電界が生じるため、基板に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向を信号線が延在する方向に対して平行または概略平行な方向にラビング処理する。こうすることにより、同様に反射光の輝度の低下を防ぎ、プレチルト角にほとんど関係なく、常に反射率を一定に保つことができる。
【0102】
TFT素子へのダメージを避け、且つ、工程を簡略化するには、上記ラビング工程を行わず、斜方蒸着法、温度勾配法、光配向法等の配向処理のみによって液晶を配向させることが好ましい。この配向処理工程において、ソースライン反転駆動する場合、基板に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向を信号線が延在する方向に対して平行または概略平行な方向に配向処理することが重要である。こうすることでより反射光の輝度の低下を防ぎ、プレチルト角に大きく依存せず、常に反射率を一定に保つことができる。
【0103】
このようにして得られたパネルアレイ基板に実施例1と同様のスペーサ散布工程、シール材形成工程、対向基板貼り合わせ工程、液晶注入・封止工程を施し、パネルを作製する。
【0104】
〔実施例3〕
本実施例では、上記各実施例1〜2で説明したTFTにおいて、図12(D)のTFT上に保護膜を設ける場合や、保護膜908(図13(E)参照)を設ける場合に、保護膜として、窒化珪素膜または有機性樹脂膜を用いた場合、保護膜の上にDLC(Diamond Like Carbon )膜を積層する場合の例について説明する。
【0105】
DLCとは、ダイヤモンドの如き物性を示す炭素または炭素を主成分とする硬度の高い材料である。また、i−カーボンとも呼ばれ、sp3結合を主体として構成されている。
【0106】
ダイヤモンドは室温において最も熱伝導率の高い材料(室温で約10〜20W/cm・k)であり、それと同等の物性を示すDLC膜も高い熱伝導率を示す。本実施例ではその熱伝導率の高さを利用してヒートシンクとして機能させている。
【0107】
また、DLC膜は有機性樹脂膜との密着性に優れているため、保護として有機性樹脂膜を用い、その上にヒートシンクを設ける場合には非常に有効な材料である。
【0108】
本実施例ではプラズマCVD装置の反応空間に原料ガスとしてメタンガスを50sccm、水素ガスを50sccmを導入し、成膜圧力は10mTorr、RF電力は100W、反応空間の温度は室温とする。また、基板バイアスとして 200Vの直流バイアスを加え、プラズマ中の粒子(イオン)が被形成面上に入射する様な電界を形成することで膜質の緻密化と硬度の向上を図っている。
【0109】
また、DLC膜は膜厚が10nm程度でも非常に高い耐摩耗性を持っている。そのため、保護膜およびTFTを機械的な衝撃から保護する効果が得られる。これは、ラビング工程等による摩擦工程に対して非常に効果的である。
【0110】
なお、摩擦係数はDLC膜厚に依存性を有し、DLC膜厚が厚くなる程小さくなる。従って、DLC膜の膜厚は10nm以上あれば良いことになるが、厚すぎると液晶に印加される電界が弱くなるので10〜30nm程度が良い。
【0111】
なお、DLC膜のさらに詳細な成膜方法および成膜装置等については、本発明者らによる特公平3-72711号公報、同4-27690号公報、同4-27691号公報を参考にすると良い。
【0112】
以上の様な構成で得られた構造は、TFTで発生した熱が高い効率で逃がされるので、蓄熱による動作不良を防ぐことができる。特に、プロジェクションタイプの電子機器に用いる液晶表示装置には、この様な耐熱構造を利用した方が好ましい。
【0113】
〔実施例4〕
本実施例では、実施例1〜3中に示したTFTを有するアクティブマトリクス基板を用い、液晶表示素子を構成した例を図14に示す。図14は液晶表示素子の本体に相当する部位であり、液晶モジュールとも呼ばれる。
【0114】
実施例1〜3に示したTFTを用いて、透明性を有する画素電極を用いたものを透過型液晶表示素子と呼び、反射性を有する画素電極を用いたものを反射型液晶表示素子と呼んでいる。本発明は、どちらの液晶表示素子にも適用可能であり、優れた表示特性を得ることができる。
【0115】
図14において、501はアクティブマトリクス基板である。この基板上にシリコン薄膜でもって複数のTFTが形成されている。これらのTFTは基板上に画素マトリクス回路502、ゲイト側駆動回路503、ソース側駆動回路504、ロジック回路505を構成する。そして、その様なアクティブマトリクス基板に対して対向基板506が貼り合わされる。アクティブマトリクス基板と対向基板506との間には液晶層(図示せず)が挟持される。
【0116】
また、図14に示す構成では、アクティブマトリクス基板の側面と対向基板の側面とをある一辺を除いて全て揃えることが望ましい。こうすることで大版基板からの多面取り数を効率良く増やすことができる。また、前述の一辺では、対向基板の一部を除去してアクティブマトリクス基板の一部を露出させ、そこにFPC(フレキシブル・プリント・サーキット)507を取り付ける。ここには必要に応じてICチップ(単結晶シリコン上に形成されたMOSFETで構成される半導体回路)を搭載しても構わない。
【0117】
本実施例の回路を構成するTFTは極めて高い動作速度を有しているため、数百MHz〜数GHzの高周波数で駆動する信号処理回路を画素マトリクス回路と同一の基板上に一体形成することが可能である。即ち、図14に示す液晶モジュールはシステム・オン・パネルを具現化したものである。
【0118】
なお、本実施例では本願発明を液晶表示装置に適用した場合について記載しているが、光電変換層を具備したイメージセンサ等を同一基板上に形成することも可能である。
【0119】
〔実施例5〕
本実施例では、本発明を液晶プロジェクターに応用した場合、光学系を含む装置全体の簡略図を図3に示した。本実施例においては、実施例1〜3を用いて作製された液晶パネル、または実施例4の液晶モジュールを用いた。従って、装置構成図(図3)は従来のものとほぼ同様の構成を用いているが、液晶パネル303が従来のものと異なるため、光源301、PBS302の配置が従来の構成(図16及び図17)と異なっている。本実施例での光源301とPBS302の配置は、図1及び図2中の光源101とPBS102の配置に対応している。光源101からの光を液晶パネル(液晶表示素子)103側に出射するPBS102の出射面の辺方向と、液晶パネルの走査線が延在する方向とがなす角の絶対値が、45度または概略45度となるように配置した。こうすることで、明るい表示特性を有する表示を得ることができる。
【0120】
301aはメタルハライドランプ、301bはリフレクターである。メタルハライドランプ301a及び301bによって光源301が構成されている。305は、IRフィルターであり、光源301から出射された光線の赤外線成分を除去する。306は光源301から出射された光を均一にするホモジナイザーである。307、309は、偏光板である。302は、偏光ビームスプリッター(PBS)であり、本実施例では、一対の直角プリズムの斜面同士が貼り合わされている。PBS302の一対の直角プリズムの斜面には誘電多層膜が形成されている。308はクロスダイクロイックプリズムであり、赤のスペクトルを反射するクロスダイクロイックミラー及び緑のスペクトルを反射するクロスダイクロイックミラーを内部に有している。
【0121】
本実施例において、303a、303b、303cは、反射型液晶パネルであり、実施例1乃至4により作製されたものを用いる。これらの反射型液晶パネルは、それぞれ赤、青、緑に対応する映像を提供する。312は投射レンズであり、304はスクリーンである。
【0122】
図3を用いて本実施例による反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクターの動作を説明する。
【0123】
まず、光源301から出射された光は、IRフィルター305を通過し、その赤外線成分が除去される。IRフィルター305を通過した光線は、次にホモジナイザー306を通過することによって出射面に対して均一にされ、偏光板307に入射する。偏光板307に入射された光線は偏光され、本実施例ではS偏光成分のみを有する直線偏光の光線が出射される。
【0124】
次に、偏光板307から出射されたS偏光の光は、PBS302に入射する。PBS302に入射する光線は、その貼り合わせ面で偏光面が互いに直交する2つの直線偏光の成分に分岐され、正確に90°の分岐角を持って隣接する2つの外表面から出射される。本実施例では、PBS302に入射する光線はS−偏光成分のみであり、入射光線はPBSの入射面に対して垂直に入射するように配置されている。従って、入射光線は、入射面に対して正確に90°の分岐角をもってS偏光を有する光線としてPBSから出射され、P−偏光成分を有する光はほとんど出射されない。
【0125】
そして、PBSから出射されたS偏光を有する光線は、クロスダイクロイックプリズム308に入射する。この入射光線のうち、赤のスペクトル成分を有する光線は液晶パネル303aへ、青のスペクトル成分を有する光線は液晶パネル303bへ、緑のスペクトル成分を有する光線は液晶パネル303cへそれぞれ入射する。液晶パネルに入射したそれぞれの光線は、それぞれの液晶パネルによって変調され、その偏光状態および強度が変化する。例えば、S偏光を有する直線偏光が液晶パネルに入射し変調されることによって、直線偏光、円偏光、及び楕円偏光の混在した光線となる。
【0126】
液晶パネルによって変調された赤、青、緑のスペクトル成分を有する光線は、クロスダイクロイックプリズム308に入射し、PBS302に再び入射する。その後これらの光線は、PBSを通過する際にS偏光成分及びP偏光成分に分離され、P偏光成分のみが偏光板309に入射する。
【0127】
偏光板に入射されたP偏光を有する光線は、偏光板309を通過することによって更にP−偏光成分の純度が高まる。偏光板309を通過した光線は、投射レンズ312へ入射する。投射レンズを出射した光はスクリーン304上に映像を結像する。
【0128】
なお、本実施例では、偏光板307、309の両方、あるいはいずれか一方を省略してもよい。
【0129】
また、本実施例において図3に示した配置(液晶パネル303、光源301、PBS302、スクリーン304、光学系等)は、一例であって同様な機能を有する配置であれば適宜変更可能であることはいうまでもない。
【0130】
加えて、本実施例において図3に示した各構成(液晶パネル303、光源301、PBS302、スクリーン304、光学系等)は、一例であって同様な機能を有するものであれば適宜変更可能であることはいうまでもない。
【0131】
本実施例においては、液晶表示素子として、反射型液晶表示素子を用いたが、透過型液晶表示素子を用いることも可能である。実施例1〜3で作製された透過型液晶表示素子を用いてプロジェクターを作製する場合は、従来の透過型のプロジェクター構成を用いて、偏光板の配置方向を適宜変更すればよい。
【0132】
〔実施例6〕
本実施例では、実施例1〜4に示された電気光学装置や半導体回路を搭載した電子機器(応用製品)の一例を図15に示す。なお、電子機器とは半導体回路および/または電気光学装置を搭載した製品と定義する。
【0133】
本願発明を適用しうる電子機器としてはビデオカメラ、電子スチルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、PHS等)などが挙げられる。
【0134】
図15(A)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2001、カメラ部2002、受像部2003、操作スイッチ2004、表示装置2005で構成される。本願発明はカメラ部2002、受像部2003、表示装置2005等に適用できる。
【0135】
図15(B)はヘッドマウントディスプレイであり、本体2101、表示装置2102、バンド部2103で構成される。本発明は表示装置2102に適用することができる。
【0136】
図15(C)は携帯電話であり、本体2201、音声出力部2202、音声入力部2203、表示装置2204、操作スイッチ2205、アンテナ2206で構成される。本願発明は音声出力部2202、音声出力部2203、表示装置2204等に適用することができる。
【0137】
図15(D)はビデオカメラであり、本体2301、表示装置2302、音声入力部2303、操作スイッチ2304、バッテリー2305、受像部2306で構成される。本願発明は表示装置2302、音声入力部2303、受像部2306等に適用することができる。
【0138】
図15(E)はリア型プロジェクターであり、本体2401、光源2402、表示装置2403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター2405、2406、スクリーン2407で構成される。本発明は表示装置2403に適用することができる。
【0139】
図15(F)はフロント型プロジェクターであり、本体2501、光源2502、表示装置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は表示装置2503に適用することができる。
【0140】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、電気光学装置や半導体回路を必要とする製品であれば全てに適用できる。
【0141】
なお、本発明においては、液晶パネルとしてアクティブマトリクス型のものを用いたが、種類の異なる他の液晶パネルを用いることも可能である。
【0142】
また、上記実施例1〜3において示したTFT構成、実施例4及び5において示した、液晶パネル、光源、PBS、スクリーン、光学系等の配置は一例であって、同様な機能を有するものであれば適宜変形可能であることはいうまでもない。
【0143】
【発明の効果】
本発明の液晶電気光学装置においては、ライン反転駆動により生じる電気力線方向と液晶分子の配向処理方向またはラビング処理方向を一致させる液晶パネル構成とした。即ち、隣接する画素電極間で生じる電気力線方向に対して、基板平面に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向が平行または概略平行である液晶パネル構成とした。このような構成とすることにより、反射型、透過型、いずれの液晶表示素子においても従来と比較して、より明るい表示特性を得ることができた。
【0144】
また、本発明の液晶電気光学装置をプロジェクターに適用した場合、光源からの光を液晶パネル側に出射するPBSの出射面の辺方向と、液晶パネルの行方向(液晶パネルの走査線が延在する方向)とがなす角を45度とし、また、光源から出射された光が、PBSの外表面(貼り合わせ面の誘電体多層膜コーティング層に対して45°)に入射するように光源の配置も変更した。
【0145】
上記本発明の構成とすることにより、従来問題となっていた光の輝度の低下、即ち明るさの特性の低下(図19〜図22、図25参照)、ラビングによる傷が発生し表示品位が低下するという問題点を解決することができる。
【0146】
即ち、本発明の技術を用いれば、明るさ特性が良好である表示特性を得るとともに、ディスクリネーションが低減した電気光学装置を得ることができる。
【0147】
加えて、本発明の構成としたことにより、プレチルト角に大きく依存せず反射光の輝度数値の高い良好な表示を得ることができる。また、黒表示に有利な(90度に近い)プレチルト角を有する場合でも良好な明るさを維持することができるため、コントラストの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す全体の簡略図である。
【図2】 本発明の一実施例を示す全体の簡略図である。
【図3】 実施例4における液晶プロジェクターに適用した場合の一実施例を示す全体の概略図である。
【図4】 本発明の電気力線方向の状態図(ソースライン反転駆動)である。
【図5】 本発明の電気力線方向の状態図(ゲートライン反転駆動)である
【図6】 3次元シミュレーションにおける固定条件及びシミュレーションパラメーター
【図7】 本発明(反射型液晶パネル)の3次元シミュレーションにおける結果図の一例である。(プレチルト角=85°)
【図8】 2次元シミュレーションにおける固定条件及びシミュレーションパラメーター
【図9】 本発明の構成(反射型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=85°)
【図10】 本発明の構成(反射型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=87°)
【図11】 本発明の構成(反射型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=89°)
【図12】 実施例1におけるパネルアレイ基板のTFT作製工程図である。
【図13】 実施例2におけるパネルアレイ基板のTFT作製工程図である。
【図14】 実施例4における液晶表示素子の一例を示す図である。
【図15】 本発明の応用例を示す図である。
【図16】 従来例を示す全体の簡略図である。
【図17】 従来例を示す全体の簡略図である。
【図18】 PBSを示す図である。
【図19】 従来の構成(反射型液晶パネル)における3次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=85°)
【図20】 従来の構成(反射型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=85°)
【図21】 従来の構成(反射型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=87°)
【図22】 従来の構成(反射型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=89°)
【図23】 液晶分子のプレチルト角及び基板平面に投影した無電界時の液晶分子の長軸成分方向を示した図
【図24】 本発明の構成(透過型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=85°)
【図25】 従来の構成(透過型液晶パネル)における2次元シミュレーション結果図の一例である。(プレチルト角=85°)
【符号の説明】
11 光源
12 PBS
13 液晶パネル
14 スクリーン
15 S偏光の光線軸方向
16 ラビング方向
101 光源
102 PBS
103 液晶パネル
104 スクリーン
110 電気力線方向
111 ラビング方向
301 光源
301a ランプ
301b リフレクタ
302 PBS
303a 液晶パネル(R)
303b 液晶パネル(G)
303c 液晶パネル(B)
304 スクリーン
305 IRフィルター
306 ホモジナイザ
307、309 偏光板
308 クロスダイクロイックプリズム
800 基板
801 ゲート電極
802 ゲート絶縁膜
803 結晶性を有する珪素膜
805 ソース電極
806 ドレイン電極
808 層間絶縁膜
809 陽極酸化膜
810 チャネル領域
811 低濃度不純物領域
812 ソース領域
813 ドレイン領域
900 基板
901 ゲート電極
902 ゲート絶縁膜
903 ポリシリコンアイランド
905 ソース電極
906 ドレイン電極
908 保護膜
909 エッチングストッパー
2300 基板平面
2301 液晶分子
2302 プレチルト角
2303 液晶分子の長軸(無電界時)
2304 基板平面に投影した(無電界時の)液晶分子の長軸成分方向
2305 基板平面の法線
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
  The present invention relates to a liquid crystal electro-optical device using a display body such as a liquid crystal, and more particularly to its configuration.
[0002]
[Prior art]
  A CRT is the most common display device. However, the CRT has a large volume, weight, and power consumption, and is not particularly suitable for a display device with a large area. Therefore, in recent years, attention has been paid to a liquid crystal electro-optical device (direct-view type or projection type) that can easily realize lighter weight, lower power consumption, and larger screen than CRT.
[0003]
  The liquid crystal electro-optical device utilizes the fact that the liquid crystal substance has different dielectric constants in the direction parallel to and perpendicular to the molecular axis, and controls on / off, that is, light and dark by controlling the polarization of light, the amount of transmitted light, and the amount of scattering. indicate. As the liquid crystal material, nematic liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, and anti-ferroelectric liquid crystal are generally used.
[0004]
  In particular, among liquid crystal electro-optical devices, semiconductor devices having TFTs on an insulating substrate such as glass, for example, active matrix liquid crystal electro-optical devices using thin film transistors (TFTs) for driving pixels have been actively developed. .
[0005]
  Examples of the display method of the active matrix type liquid crystal electro-optical device include a transmission type, a reflection type, and a transflective type. Among these, the reflective liquid crystal electro-optical device has an advantage that the aperture ratio of the pixel can be made higher than that of the transmissive type, particularly for a small type having a size of 2.5 inches diagonal or less. Suitable for use with other projectors.
[0006]
  FIG. 16 shows a simplified diagram of a projection type projector using a reflective liquid crystal panel as an example of a conventional electro-optical device. For simplicity, FIG. 16 does not show an optical system (condensing lens, total reflection mirror, etc.), and only the light source 11, the liquid crystal panel 13, the PBS (polarization beam splitter) 12, and the screen 14 are clearly shown. A conventional configuration is shown below.
[0007]
  In FIG. 16, a light source 11 having a strong white light is used, and a metal halide lamp is mainly used.
[0008]
  The liquid crystal panel 13 is an active matrix reflective liquid crystal panel having a configuration in which signal lines and scanning lines are combined in a matrix on a glass substrate and TFTs are arranged in the vicinity of the intersections. In this configuration, the source electrode of the TFT is connected to the signal line, and the gate electrode is connected to the scanning line. The drain electrode is connected to a pixel reflection electrode arranged corresponding to the storage capacitor and the liquid crystal in the pixel region. The liquid crystal is driven while being sandwiched between the counter electrode and the pixel reflection electrode. This liquid crystal panel uses an ECB mode (electric field control type birefringence mode) utilizing the birefringence effect of liquid crystal. The counter electrode is formed on the counter substrate.
[0009]
  The PBS (polarized beam splitter) 12 is a polarizer having the functions of a polarizing plate and a beam splitter. The PBS has a cube shape in which the inclined surfaces of a pair of right-angle prisms are bonded together. The slope to be bonded is usually coated with a dielectric multilayer film.
[0010]
  Further, as shown in FIG. 18, the PBS 12 is branched into two linearly polarized light beams (P-polarized light and S-polarized light) whose polarization planes are orthogonal to each other on the bonding surface, and has a branch angle of exactly 90 °. Hold and exit from two adjacent outer surfaces of the cube. Of the two branched light beams, a light beam emitted from a direction of 0 ° with respect to the incident direction of the incident light beam is polarized light whose electric field vector is parallel to the incident surface defined by the dielectric multilayer coating layer. The light is emitted as a linearly polarized light having a plane (P-polarized light). On the other hand, a light beam emitted from a direction of 90 ° with respect to the incident direction of the incident light beam has a polarization plane (S-polarized light) whose electric field vector is perpendicular to the incident surface defined by the dielectric multilayer coating layer. It is emitted as a linearly polarized light.
[0011]
  In the case of normal projection, the screen 14 may have a white flat surface. However, in the case of rear projection (where the image can be observed from the screen surface opposite to the light source), a transmissive diffusion screen is used.
[0012]
  The display principle of the conventional projection apparatus (FIGS. 16 and 17) will be described below. FIGS. 16 and 17 are simplified diagrams, and an infrared ray or ultraviolet ray cut filter, a fly eye that performs uniforming optical processing, a monochromating optical system that divides into RGB, a polarizing plate, a mirror, and the like are not shown for simplification.
[0013]
  First, light composed of unpolarized light having a single wavelength is emitted from the light source 11, and the unpolarized or previously polarized light is applied to the outer surface of the PBS 12 (45 with respect to the dielectric multilayer coating layer on the bonding surface). Incident to °).
[0014]
  Next, the light beam incident on the outer surface of the PBS is branched with a branch angle of exactly 90 ° with respect to the incident surface, and the light beam having the P-polarized component and the light beam having the S-polarized component from the PBS. Is emitted.
[0015]
  Thereafter, only the S-polarized light beam emitted from the PBS enters the reflective liquid crystal panel 13. The light beam incident on the liquid crystal panel is optically modulated by the liquid crystal, reflected by the reflective electrode, and again incident on the PBS. At this time, the alignment processing direction or rubbing direction for aligning the liquid crystal has a direction of 45 ° with respect to the S-polarized light axis in order to make the best use of the birefringence effect.
[0016]
  The modulated light beam incident on the PBS 12 again is branched into the light beam having the P-polarized component and the light beam having the S-polarized component, and only the light beam having the P-polarized component of the light beam incident on the PBS is directed to the screen 14. And is adjusted by an optical system or a polarizing plate to form an image on the screen 14.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
  A scenario assuming a conventional reflective LCD panelMu19 to 22 show the results of the simulation (using the programs “3DBENCH” and “2DBENCH” in the software “LCD MASTER” of Shintech Co., Ltd.). ShiMuData, liquid crystal data (physical properties of liquid crystal materials: ordinary light refractive index, extraordinary light refractive index, pretilt angle, elastic constant, rotational viscosity coefficient, dielectric constant, etc.), polarizer angle, analyzer angle, etc. are input. As a model, two pixels (28 μm × 28 μm) arranged in parallel were driven by alternating current (applied voltage: ± 5 V).
[0018]
  Figure 6MuFixed conditions andMuThe parameters are shown. Based on FIG.MuIn FIG. 19, which is the result of the adjustment, two parallel pixels (vertical 30 μm × horizontal 60 μm: distance between pixel electrodes = 2 μm, pixel electrode size [vertical 28 μm × horizontal 28 μm]) are shown. Indicates the brightness of the reflected light. As shown in FIG. 19, the brightness of the reflected light, that is, the reflectance decreases as it approaches the end of the pixel electrode.
[0019]
  As described above, the conventional configuration has a problem in that the reflectance of the pixel electrode, that is, the brightness characteristic is deteriorated, as shown in FIG.
[0020]
  As shown in FIGS. 4 (1) to (3) and FIG. 5, with respect to an effective electric field (positive or negative) perpendicular to the paper surface applied to the pixel, an electric field is generated between adjacent pixels by line inversion driving. Since the domain of liquid crystal alignment, that is, disclination occurs in this portion, the brightness characteristic is deteriorated.
[0021]
  In addition, FIG.MuThe horizontal axis is the distance (horizontal width of the pixel), and the vertical axis is the brightness of the reflected light (that is, the reflectance) with respect to the brightness of the incident light of the liquid crystal panel. Figure 8MuFixed conditions andMuThe parameters are shown. The pixel electrodes 1 and 2 in FIG. 8 are the same as those shown in FIGS.2The pixel electrodes 1 and 2 in FIG. 20 shows a pretilt angle = 85 °, FIG. 21 shows a pretilt angle = 87 °, and FIG. 22 shows a pretilt angle = 89 °. As shown in FIGS. 20-22, the brightness | luminance of reflected light, ie, the brightness, is reducing as the pretilt angle becomes large.
[0022]
  As described above, in the conventional configuration, the brightness, that is, the brightness of the reflected light depends on the pretilt angle.
[0023]
  The present invention provides means for solving the above problems. More specifically, in particular, a means for obtaining bright display characteristics with good reflectivity (or transmittance) of a liquid crystal panel is disclosed, and an electro-optical device with reduced disclination using the means is disclosed. With the goal.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
  The first configuration of the present invention disclosed in this specification is:
  A thin film transistor is connected to an intersection of a plurality of scanning lines provided for each row and a plurality of signal lines provided for each column,
In the electro-optical device, the liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel or substantially parallel to a direction in which the signal lines extend.
[0025]
  In the first configuration, the electro-optical device includes:GateIt is characterized by line inversion drive.
[0026]
  The second configuration of the present invention is as follows.
  A thin film transistor is connected to an intersection of a plurality of scanning lines provided for each row and a plurality of signal lines provided for each column,
In the electro-optical device, the liquid crystal molecules are aligned in a direction parallel or substantially parallel to a direction in which the scanning lines extend.
[0027]
  In the second configuration, the electro-optical device includes:SourceIt is characterized by line inversion drive.
[0028]
  In the above structure, the major axis of the liquid crystal molecule is characterized by being perpendicular or substantially perpendicular to the substrate when no voltage is applied.
[0029]
  In the above configuration, the electro-optical device includes a reflective liquid crystal display element.
[0030]
  In the above-described configuration, the electro-optical device includes a transmissive liquid crystal display element.
[0031]
  The third configuration of the present invention is as follows.
  A first substrate having a pixel electrode connected to a thin film transistor connected to the intersection of a plurality of scanning lines provided for each row and a plurality of signal lines provided for each column;
A second substrate disposed opposite the first substrate;
An electro-optical device including a liquid crystal display element including a liquid crystal layer made of a liquid crystal material disposed between a first substrate and a second substrate.
  The major axis component direction of the liquid crystal molecules without an electric field projected onto the first substrate is:
By using a method of driving the liquid crystal material by a line inversion method in which the voltage applied to the pixel electrode is inverted in polarity every certain period, it is parallel or substantially parallel to the direction of the lines of electric force generated between adjacent pixel electrodes. Is an electro-optical device.
[0032]
  The fourth configuration of the present invention is as follows.
  A first substrate having a pixel electrode connected to a thin film transistor connected to the intersection of a plurality of scanning lines provided for each row and a plurality of signal lines provided for each column;
A second substrate disposed opposite the first substrate;
An electro-optical device including a liquid crystal display element including a liquid crystal layer made of a liquid crystal material disposed between a first substrate and a second substrate.
  The alignment processing direction of the liquid crystal layer is in a direction of electric lines of force generated between adjacent pixel electrodes by using a method of driving a liquid crystal material by a line inversion method in which the polarity of a voltage applied to the pixel electrode is inverted every certain period. The electro-optical device is parallel or substantially parallel.
[0033]
  The fifth configuration of the present invention is as follows.
  A thin film transistor is connected to an intersection of a plurality of scanning lines provided for each row and a plurality of signal lines provided for each column, and a first electrode including a pixel electrode connected to the thin film transistor and an alignment film. A substrate of
A second substrate disposed opposite to the first substrate and provided with an alignment film;
An electro-optical device including a liquid crystal display element including a liquid crystal layer made of a liquid crystal material disposed between a first substrate and a second substrate.
  The rubbing direction applied to the alignment film of the first substrate is set between adjacent pixel electrodes by using a method of driving a liquid crystal material by a line inversion method in which a voltage applied to the pixel electrodes is inverted in polarity every predetermined period. An electro-optical device that is parallel or substantially parallel to a direction of a generated electric force line.
[0034]
  The sixth configuration of the present invention is as follows.
  A thin film transistor is connected to an intersection of a plurality of scanning lines provided for each row and a plurality of signal lines provided for each column, and a first electrode including a pixel electrode connected to the thin film transistor and an alignment film. A substrate of
A second substrate disposed opposite to the first substrate and provided with an alignment film;
An electro-optical device including a liquid crystal display element including a liquid crystal layer made of a liquid crystal material disposed between a first substrate and a second substrate.
  The rubbing direction applied to the alignment film of the second substrate is determined between the adjacent pixel electrodes by using a method of driving the liquid crystal material by a line inversion method in which the voltage applied to the pixel electrodes is inverted in polarity every certain period. An electro-optical device that is parallel or substantially parallel to a direction of a generated electric force line.
[0035]
  In any of the above configurations 3 to 6, the pixel electrode is formed of a reflective metal film or dielectric multilayer film, or a laminate thereof.
[0036]
  In the above structures 3 to 6, the liquid crystal display element is a transmissive type.
[0037]
  In the above configurations 3 to 6, the pixel electrode has a reflective liquid crystal display element, a light source, a polarizing beam splitter, a screen,
In an electro-optical device comprising: optical means for projecting light modulated by the liquid crystal display element onto the screen;
The absolute value of the angle formed by the side direction of the exit surface of the polarizing beam splitter that emits the light from the light source to the liquid crystal display element side and the direction in which the scanning line of the liquid crystal display element extends is 45 degrees or It is approximately 45 degrees.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The liquid crystal electro-optical device of the present invention is characterized by the relationship between the alignment processing direction or rubbing direction 110 of the liquid crystal panel 103 as shown in FIGS. 1 and 2 and the electric force line direction 111 generated by the alternating drive method.
[0039]
  First, the electric field line direction 111 in the horizontal direction generated by the AC drive method, which causes disclination, will be described below.
[0040]
  In general, in a liquid crystal display using TFT, in order to prevent deterioration of liquid crystal material, eliminate display unevenness, and maintain display quality, the voltage applied to each pixel is a voltage obtained by reversing the positive / negative for every frame or every fixed period. Is applied (alternating current).
[0041]
  When the cycle of reversing positive and negative (polarity reversal cycle) is long, it becomes a frequency range (about 30 Hz) that can be visually recognized by human eyes. Therefore, when the polarity of the video signal is positive and the polarity of the video signal is negative The slight difference from the display of was seen by the observer as flickering.
[0042]
  One of the conventional AC driving methods (source line inversion) in the conventional liquid crystal display panel display will be described below. Here, for simplification, a model screen (FIGS. 4 (3) (a) and 4 (3) (b)) of 4 rows × 5 columns of display pixels, which is a part of the display area of the liquid crystal panel, is used. Illustrated. 4 is a top view of a state diagram of electric lines of force generated between the two pixel electrodes 1 and 2 with respect to an effective electric field (positive or negative) perpendicular to the paper surface applied to the pixel electrodes 1 and 2. (1) and sectional view are shown in FIG. However, for the sake of convenience, FIG. 4 (1) shows only the electric lines of force generated between the pixel electrodes 1 and 2 generated in the horizontal direction, and FIG. 4 (2) shows that the vertically aligned liquid crystal molecules are applied to the application of an electric field. The phase diagram of the electric field lines immediately before the reaction is shown.
[0043]
  As an AC driving method for liquid crystal display panel display with reduced flickering, as shown in the display pattern diagrams in FIGS. 4 (3) (a) and 4 (3) (b), every time one adjacent signal line is written. In addition, an alternating method (source line inversion method) in which the polarity of a video signal is inverted and applied to a pixel has been proposed. In this method, a video signal having a polarity opposite to that of pixels adjacent in the horizontal (horizontal) direction is applied to each pixel. In the next screen (frame), a video signal having a polarity opposite to that of the previous screen (frame) is applied to each pixel. The alternating drive is performed by repeating this operation.
[0044]
  When AC driving by the above source line inversion method is performed, as shown in FIGS. 4C and 4C, a potential difference is generated between adjacent pixels, so that the direction of electric lines of force (electric field direction) is in the horizontal (horizontal) direction. 111 is formed.
[0045]
  Conventionally, the electric field in the horizontal (horizontal) direction is not taken into consideration, and in order to make the best use of the birefringence effect of the liquid crystal, as shown in FIGS. On the other hand, the rubbing direction 16 was set to an angle of 45 degrees or -45 degrees, and the rubbing process or the orientation process was performed.
[0046]
  As another inversion method, as shown in FIGS. 5A and 5B, an alternating method (gate line) in which the polarity of a video signal is inverted and applied to a pixel every time one adjacent scanning line is written. Inversion method) has been proposed. When AC driving is performed by the gate line inversion method, as shown in FIG. 5C, similarly, a potential difference is generated between adjacent pixels, so that the direction of electric force lines (electric field direction) in the vertical (vertical) direction is the same. It is formed. Conventionally, even when AC driving is performed by gate line inversion, the electric field in the vertical (vertical) direction is not taken into consideration, and the rubbing direction with respect to the S-polarized light axis is 45 degrees or − The angle was set to 45 degrees, and rubbing treatment or orientation treatment was performed.
[0047]
  The present inventors have disclination when the direction 111 of the electric lines of force generated by this AC drive system (source line inversion, gate line inversion) and the alignment processing direction of the liquid crystal or the rubbing direction 110 of the alignment film are parallel. It has been found that the display characteristics (transmittance, reflectance, brightness, etc.) of the liquid crystal panel are improved.
[0048]
  Therefore, as shown in FIG. 2 (1), the configuration of the present invention is a liquid crystal panel configuration in which the electric force line direction 111 and the alignment treatment direction or rubbing direction 110 coincide, that is, the alignment with respect to the electric force line direction 111. The liquid crystal panel configuration was such that the processing direction or rubbing direction 110 was parallel or substantially parallel. With such a configuration of the present invention, the major axis component direction of liquid crystal molecules projected on the substrate plane when no electric field is applied (when no voltage is applied) is the lines of electric force generated by the lateral electric field when line inversion driving is performed. Parallel to or substantially parallel to the direction 111. In addition, the major axis component direction of the liquid crystal molecules projected onto the substrate plane when no electric field is parallel or substantially parallel to the alignment treatment direction or the rubbing direction 110.
[0049]
  Here, if the liquid crystal panel has a liquid crystal panel structure with no rubbing scratches as a rubbing-less without rubbing treatment, better display can be obtained. However, in the case of rubbing-less, the major axis component direction of the liquid crystal molecules projected on the substrate plane when no electric field is applied is parallel or substantially parallel to the electric force line direction 111 by alignment treatment.
[0050]
  By using the configuration of the present invention, the fixing condition shown in FIG.Mu3DMuFIG. 7 shows the result of the calibration. In addition, the fixed condition shown in FIG.MuTwo-dimensionalMuThe results of the calibration are shown in FIGS. The horizontal axis is the distance (horizontal width of the pixel), and the vertical axis is the brightness of the reflected light (that is, the reflectance) with respect to the brightness of the incident light of the liquid crystal panel. From this result, it is shown that a good display with high reflectance can be obtained by the configuration of the present invention regardless of the liquid crystal material.
[0051]
  In addition, the configuration of the present invention corresponds to the configuration of the liquid crystal panel 103 (the configuration in which the alignment processing direction or the rubbing direction 110 is parallel or substantially parallel to the electric force line direction 111), and the arrangement of the PBS 102 and the light source 101. Was configured as shown in FIG. 1 and FIG. 2 (2). FIG. 2 (2) shows a case where the PBS is seen from the back surface of the liquid crystal panel when the screen side liquid crystal panel surface is the front surface.
[0052]
  In the present invention, the light source 101 and the PBS 102 are set so that the rubbing direction is at an angle of 45 degrees or −45 degrees with respect to the light axis direction of the S-polarized light in order to make maximum use of the birefringence effect of the liquid crystal as in the conventional case. The arrangement of was appropriately changed.
[0053]
  That is, in the configuration of the present invention, the angle formed by the side direction of the exit surface of the PBS 102 that emits light from the light source to the liquid crystal panel side and the row direction of the liquid crystal panel 102 (direction in which the scanning lines of the liquid crystal panel extend) is formed. Was 45 degrees or approximately 45 degrees. This angle may be within 43 to 47 degrees. In addition, the arrangement of the light source 101 was appropriately changed so that the light emitted from the light source was incident on the outer surface of PBS (45 ° with respect to the dielectric multilayer coating surface of the bonding surface). In addition, the phase plate may be used without changing the arrangement in this way.
[0054]
  In addition, the fixing conditions shown in FIG. 8 (however, because of the transmission type, the cell thickness was 4.8 μm),MuThe two-dimensional system assuming a transmission type liquid crystal panel using the configuration of the present invention with the adjustment parameter (pretilt angle = 85 degrees).MuFIG. 24 shows the result of the measurement. The horizontal axis is the distance (horizontal width of the pixel), and the vertical axis is the brightness of the transmitted light (that is, the transmittance) relative to the brightness of the incident light of the liquid crystal panel. This result (FIG. 24) shows that even when the structure of the present invention is applied to a transmissive liquid crystal panel, a good display with high transmittance is obtained regardless of the liquid crystal material.
[0055]
  In addition, the fixing conditions shown in FIG. 8 (however, because of the transmission type, the cell thickness was 4.8 μm),MuTwo-dimensional display assuming a conventional transmissive liquid crystal panel with a calibration parameter (pretilt angle = 85 degrees).MuFIG. 25 shows the result of the measurement. Similar to the results of the conventional reflection type liquid crystal panel (FIGS. 20 to 22), also in FIG. 25, the brightness of the transmitted light, that is, the transmittance, decreases as it approaches the end of the pixel.
[0056]
  In this specificationMuThe simulation result is a simplified model used to confirm the tendency of brightness (reflectance or transmittance), and actually differs from the display characteristic value determined by various factors.
[0057]
  Needless to say, the present invention can be applied to either a reflective LCD or a transmissive LCD as a method for improving the brightness of a liquid crystal panel.
[0058]
  Further, in the present invention, when no voltage is applied, the major axis of the liquid crystal molecules is perpendicular or substantially perpendicular to the substrate, that is, vertical alignment. Further, in this specification, as shown in FIG. 23, an angle formed by the major axis 2303 of the liquid crystal molecules when no voltage is applied to the substrate plane 2300 is a pretilt angle 2302. In addition, FIG. 23 shows the major axis component direction 2304 of the liquid crystal molecules when no electric field is projected onto the substrate plane. Here, 2301 is a liquid crystal molecule, and 2305 is a normal line of the substrate plane.
[0059]
  In this specification, the long side direction of the outer peripheral edge of the liquid crystal panel 103 in FIG. 1 is a row direction (horizontal direction), and the short side direction is a column direction (vertical direction). Specifically, the direction in which the scanning lines extend is the row direction, and the direction in which the signal lines extend is the column direction. That is, in the liquid crystal panel of the present invention, the alignment process direction or rubbing direction is the row direction in the case of source line inversion driving, and the alignment processing direction or rubbing direction is the column direction in the case of gate line inversion driving.
[0060]
【Example】
  Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
  [Example 1]
  This example shows an outline of a manufacturing process of a liquid crystal panel. This embodiment will be described with reference to FIG.
[0061]
[Liquid crystal panel manufacturing process 1]
  FIG. 12 shows a manufacturing process of a typical top-gate thin film transistor using a crystalline silicon semiconductor (polysilicon).
[0062]
  First, a substrate 800 having high heat resistance (a quartz substrate in this embodiment) is prepared, and an insulating silicon film having a thickness of 300 nm is formed on the substrate as a base film (not shown). The insulating silicon film is any one of a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SixNy), a silicon oxynitride film (SiOxNy), or a laminated film thereof.
[0063]
  Alternatively, a glass substrate (typically a material called crystallized glass, glass ceramics, or the like) can be used if the strain point is 750 ° C. or higher. In that case, it is effective to provide a base film by a low pressure thermal CVD method and surround the entire surface of the substrate with an insulating silicon film to suppress outflow of component substances from the glass substrate. Also, it is possible to cover the entire surface of the substrate with an amorphous silicon film and completely transform it into a thermal oxide film.
[0064]
  Then, an island-shaped semiconductor region (silicon island) made of a crystalline silicon film was formed by a known method. [FIG. 12A] The thickness of the crystalline silicon film 803 greatly affects the characteristics of the required semiconductor circuit, but may be 20 to 100 nm, preferably 15 to 45 nm. In this example, it was 45 nm. In this embodiment, it is preferable to use a crystalline silicon semiconductor (polysilicon) as the semiconductor material of the TFT of the driving portion. That is, it is preferable to use a silicon semiconductor having crystallinity, which has excellent physical properties such as conductivity and can be driven at high speed as compared with amorphous silicon, as a semiconductor material of the TFT of the driving portion. As silicon semiconductors having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing crystal components, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous are known. .
[0065]
  In this embodiment, the silicon film having crystallinity may be formed by using any known means. However, since it is desirable to suppress the shrinkage of the substrate as much as possible and minimize the displacement of the wiring pattern, the nickel film The technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-78329, which can lower the crystallization temperature and shorten the annealing time by adding, for example, as a catalyst element.
[0066]
  In this example, after obtaining a silicon film having crystallinity by the technique described in the publication, gettering means using phosphorus [heat treatment at 500 to 700 ° C.] (Japanese Patent Application No. 9-65406) The catalyst elements used for crystallization are reduced. In addition, the catalytic element may be reduced by performing heat treatment (at 700 ° C. to 1000 ° C.) in an atmosphere containing a halogen element (Japanese Patent Application No. 8-301249).
[0067]
  Then, after forming a gate insulating layer by plasma CVD method or thermal CVD method, it is good also as a structure which performs a thermal oxidation process and obtains a silicon oxide film. Further, aluminum or a material containing aluminum as a main component (in this embodiment, an aluminum film containing 2 wt% scandium) was formed and patterned to form a gate electrode 801 and a wiring. The gate wiring may be silicon, a metal such as tungsten or titanium, or a silicide thereof. What kind of material is used for the gate electrode 801 may be determined depending on the required characteristics of the semiconductor circuit, the heat-resistant temperature of the substrate, and the like.
[0068]
  Next, a porous anodic oxide film and a non-porous anodic oxide film 809 are formed by the technique described in JP-A-7-135318. Then, using the anodic oxide film and the gate electrode 801 as a mask, the gate insulating layer is etched to form a gate insulating film 802. Thereafter, the porous anodic oxide film is removed. [FIG. 12 (B)]
[0069]
  After that, an N-type or P-type impurity is introduced into the silicon island by means of ion doping or the like in a self-aligned manner to form a channel formation region 810, a low concentration impurity region 811, and a source region 812 and a drain region 813. did. [FIG. 12 (C)]
[0070]
  Then, an interlayer insulating film 808 was deposited by a known means. Then, a contact hole was opened in this, and an aluminum alloy wiring was formed to obtain a source electrode 805 and a drain electrode 806. [FIG. 12D]
[0071]
  Further, a silicon nitride film or the like having a thickness of 10 to 50 nm is deposited thereon as a protective film (passivation film) by a plasma CVD method, and a contact hole that leads to the wiring of the output terminal is formed in the silicon nitride film. It is good also as a structure which forms. As the protective film, a silicon oxide film, an organic resin film, or a laminated film thereof may be used in addition to the silicon nitride film.
[0072]
  Thereafter, although not shown, the pixel electrode is formed by a sputtering method or the like using a material mainly composed of Al, Ti, or the like. In this embodiment, a reflective liquid crystal display device using Al as a pixel electrode is manufactured. However, a transmissive liquid crystal display device can also be manufactured using ITO as a pixel electrode.
[0073]
  In this way, a thin film transistor was formed on the substrate to produce a panel array substrate. This thin film transistor is mainly used as a driving circuit or a switching element of a pixel.
[0074]
  Next, an alignment film is formed on the panel array substrate and / or the counter substrate (the substrate on which the counter electrode is formed), and is heated and cured (baked). Next, a rubbing process is performed in which the substrate surface to which the alignment film is attached is rubbed in a certain direction with a buff cloth (fibers such as rayon and nylon) having a length of 2 to 3 mm to create fine grooves. In addition to rubbing treatment with a cloth or the like, the orientation treatment can be performed by an oblique vapor deposition method, a temperature gradient method, a photo-alignment method, or the like. A rubbing process is performed on either the panel array substrate or the counter substrate. In order to avoid damage to the TFT element and simplify the process, in this embodiment, only the counter substrate was rubbed.
[0075]
  In order to avoid damage to the TFT element and simplify the process, it is preferable to align the liquid crystal only by alignment treatment such as oblique vapor deposition, temperature gradient method, and photo-alignment method without performing the rubbing step. .
[0076]
  Further, when the rubbing process is performed on both the panel array substrate and the counter substrate, the rubbing is performed so as to be anti-parallel (anti-parallel) when bonded.
[0077]
  In this step, the rubbing direction was set to the same direction as the direction of electric lines of force (row direction) generated between adjacent pixels when AC driving was performed. That is, the rubbing direction and the direction of the electric lines of force generated between the pixels are matched, and the angle formed by the rubbing direction and the direction of the electric lines of force is approximately 0 °. By doing so, it is possible to prevent the brightness of the reflected light from being lowered and to keep the brightness of the reflected light constant regardless of the pretilt angle.
[0078]
  Thereafter, spherical spacers such as polymer, glass, and silica are dispersed on either the panel array substrate or the counter substrate.
[0079]
  Next, a resin serving as a sealing material provided on the outer frame of the substrate is applied to either the panel array substrate or the counter substrate.
[0080]
  After the sealing material is provided, the counter substrate and the panel array substrate are bonded together. In this way, the liquid crystal material is injected from the liquid crystal injection port of the panel formed by bonding the panel array substrate and the counter substrate, and then the liquid crystal injection port is sealed with an epoxy resin. A panel is produced as described above. At this time, the liquid crystal is vertically aligned. When rubbing is not performed (rubbing-less), the liquid crystal is vertically aligned according to the alignment processing direction.
[0081]
  In this embodiment, a top gate structure (typically a planar TFT) is manufactured as a driver circuit or a pixel switching element. However, a bottom gate TFT (typically an inverted stagger type) is used. TFT) may be used. Example 2 shows a manufacturing process of a typical bottom-type gate TFT.
[0082]
  [Example 2]
  This example shows an outline of a manufacturing process of a liquid crystal panel as in Example 1. This embodiment will be described with reference to FIG.
[0083]
[Liquid crystal panel manufacturing process 2]
  FIG. 13 shows a manufacturing process of a typical bottom-gate thin film transistor using a crystalline silicon semiconductor (polysilicon) used as a switching element used in a pixel matrix.
[0084]
  First, a base film made of an insulating film containing silicon as a main component is formed on a glass substrate 900 (or quartz or silicon substrate). A gate electrode 901 (first wiring) made of a conductive film is formed thereon. Here, the first patterning step (gate electrode formation) is performed.
[0085]
  The thickness of the gate electrode 901 is preferably 200 to 500 nm. In this embodiment, a Ta film having a thickness of 300 nm is used. As the gate electrode 901, a heat-resistant material (tantalum, tungsten, titanium, chromium, molybdenum, conductive silicon, or the like) that can withstand a temperature of at least about 600 ° C. can be used.
[0086]
  Next, a gate insulating layer 902 made of a silicon nitride film, a silicon oxynitride film represented by SiOxNy or a silicon oxide film (thickness is preferably 10 to 200 nm. In this embodiment, TEOS and oxygen which are organosilanes are used. And a silicon oxynitride film having a thickness of 125 nm is used by plasma CVD. (FIG. 13 (A))
[0087]
  Next, an amorphous silicon film was formed as an active layer on the surface of the gate insulating layer from which the carbon contaminants were removed by the above method. The amorphous silicon has a thickness of about 5 to 300 nm, and typically has a thickness of 40 to 100 nm. As a film forming method, a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, a sputtering method or the like could be used. In this example, a 50 nm film was formed by plasma CVD.
[0088]
  Thereafter, amorphous silicon may be used as the active layer as it is, but it is desirable to use a silicon film having high field effect mobility (mobility) and crystallinity. Amorphous silicon may be crystallized by any known method (solid phase growth by heat treatment, etc.).To theIt was further crystallized to be polycrystallized (polysiliconized).
[0089]
  As a laser condition, a so-called excimer laser such as ArF, ArCl, KrF, KrCl, XeF, or XeCl is used as a laser source. As the irradiation energy, the exit energy from the laser body is 400 to 1000 mJ, the laser is processed by an optical system, and the surface of the substrate 301 is 150 to 500 mJ / cm.2Irradiate to the extent. The energy is the energy per one time of the laser. The substrate temperature is heated to room temperature to 300 ° C. The repetition frequency of irradiation is about 20 to 100 Hz, the moving speed of the laser on the substrate 301 is 1 to 5 mm / second, and the stage is moved by scanning the beam or placing the substrate 301 on the moving stage. .
[0090]
  In this example, a KrF excimer laser is used, and the main body outlet output is 550 to 650 mJ, and 180 to 230 mJ / cm on the substrate.2Then, the stage on which the substrate was placed was moved at a speed of 2.0 to 3.0 mm / sec at an irradiation repetition frequency of 35 to 45 Hz.
[0091]
  Further, if the hydrogen in the amorphous silicon is not removed to some extent before crystallization, there is a case where a hole is formed in a severe case because hydrogen suddenly goes out of the amorphous by heating. Therefore, it is effective to put a hydrogen desorption step in nitrogen at 400 to 500 ° C. for 0.5 to 5 hours before crystallization. Typically performed at 400 ° C. for 1-2 hours in nitrogen.
[0092]
  Then, using a known photolithography method, the resist is patterned to form a mask, and the polysilicon is CFFour+ O2Etching was performed using dry etching using, and then the resist was stripped using an alkaline stripping solution to form islands. Here, 903 is a polysilicon island (made of a crystalline silicon film).
[0093]
  Next, a silicon oxide film (preferably with a thickness of 100 to 300 nm, in this embodiment, with a thickness of 150 nm) is formed to cover the polysilicon island 903, and then patterned to protect the channel formation region. An etching stopper 909 was formed. (Fig. 13 (C))
[0094]
  After forming the etching stopper, Al, doped polysilicon, Cr, Ta, etc. are laminated as the first conductive film 907 to be the source / drain region, and the second electrode to become the drain electrode 905 and the source electrode 906 is formed thereon. As the conductive film 904, Al, Ti, Cr, Ta, etc. were continuously laminated. In this embodiment, doped polysilicon obtained by doping amorphous silicon is used as the first conductive film 907. This doping is performed by ion implantation of P by 5 × 10 5.14cm-2The source / drain regions were formed so as to obtain a dose amount of. Implantation is not limited to ion implantation, but by plasma dopingxMay be injected. In addition, a stacked film of Ti and Al is used as the second conductive film 904.
[0095]
  Thereafter, the resist was patterned by a photolithography process, and these conductive films were etched into a desired shape, so that a source / drain region and a drain electrode 905 / source electrode 906 were produced. (Fig. 13D)
[0096]
  Thereafter, a protective film 908 (interlayer insulating film) was formed, and a gate electrode lead-out wiring electrode and source / drain lead-out wiring electrodes were formed, thereby completing an (N-channel) bottom gate type polysilicon thin film transistor. (FIG. 13E) Further, the protective film 908 may be formed of a silicon nitride film, a silicon oxide film, an organic resin film, or a laminated film thereof.
[0097]
  In this way, a thin film transistor was formed on the substrate to produce a panel array substrate. This thin film transistor is mainly used as a driving circuit or a switching element of a pixel.
[0098]
  Thereafter, although not shown, the pixel electrode is formed by a sputtering method or the like using a material mainly composed of Al, Ti, or the like. In this embodiment, a reflective liquid crystal display device using Al as a pixel electrode is manufactured. However, a transmissive liquid crystal display device can also be manufactured using ITO as a pixel electrode.
[0099]
  Next, an alignment film is formed on the panel array substrate and / or the counter substrate (the substrate on which the counter electrode is formed), and is heated and cured (baked). Next, a rubbing process is performed in which the substrate surface to which the alignment film is attached is rubbed in a certain direction with a buff cloth (fibers such as rayon and nylon) having a length of 2 to 3 mm to create fine grooves. In addition to rubbing treatment with a cloth or the like, the orientation treatment can be performed by an oblique vapor deposition method, a temperature gradient method, a photo-alignment method, or the like. A rubbing process is performed on either the panel array substrate or the counter substrate. In this example, the panel array substrate and the counter substrate were rubbed in order to obtain uniform liquid crystal alignment. In this case, the rubbing process is performed so as to be anti-parallel (anti-parallel) when bonded.
[0100]
  The liquid crystal panel using the panel array substrate of this embodiment performs source line inversion driving or gate line inversion driving. On the panel array substrate, thin film transistors are connected to intersections of a plurality of scanning lines provided for each row and a plurality of signal lines provided for each column. In the case of source line inversion driving, an electric field in the horizontal direction (row direction) is generated between adjacent pixels when the rubbing direction is inversion driven, so the major axis component direction of the liquid crystal molecules projected on the substrate when no electric field is applied to the scanning line Was rubbed in a direction parallel to or substantially parallel to the extending direction of. By doing so, it is possible to prevent the brightness of the reflected light from being lowered and to keep the reflectance constant regardless of the pretilt angle.
[0101]
  In addition, in the case of gate line inversion driving, an electric field in the vertical direction (column direction) is generated between adjacent pixels when the rubbing direction is inversion driven, so that the major axis component direction of liquid crystal molecules projected on the substrate when no electric field is applied The rubbing process is performed in a direction parallel or substantially parallel to the direction in which the signal line extends. By so doing, it is possible to similarly prevent a decrease in the brightness of the reflected light and to keep the reflectance constant at all times regardless of the pretilt angle.
[0102]
  In order to avoid damage to the TFT element and simplify the process, it is preferable to align the liquid crystal only by alignment treatment such as oblique vapor deposition, temperature gradient method, and photo-alignment method without performing the rubbing step. . In this alignment processing step, when source line inversion drive is performed, the alignment processing is performed so that the major axis component direction of liquid crystal molecules projected onto the substrate is parallel or substantially parallel to the direction in which the signal line extends. is important. By doing so, it is possible to prevent the brightness of reflected light from being lowered and to keep the reflectance constant at all times without depending largely on the pretilt angle.
[0103]
  The panel array substrate thus obtained is subjected to the same spacer spraying process, sealing material forming process, counter substrate bonding process, and liquid crystal injection / sealing process as in Example 1 to produce a panel.
[0104]
  Example 3
  In this embodiment, in the case of providing a protective film on the TFT of FIG. 12D in the TFT described in each of the embodiments 1 and 2 or when providing a protective film 908 (see FIG. 13E), When a silicon nitride film or an organic resin film is used as the protective film, DLC (Diamond Like C) is formed on the protective film.arbon) An example of stacking films will be described.
[0105]
  DLC is carbon having a physical property such as diamond or a material having high hardness mainly composed of carbon. Also called i-carbon, spThreeIt is composed mainly of bonds.
[0106]
  Diamond is a material having the highest thermal conductivity at room temperature (about 10 to 20 W / cm · k at room temperature), and a DLC film having the same physical properties also shows a high thermal conductivity. In this embodiment, the high heat conductivity is used to function as a heat sink.
[0107]
  In addition, since the DLC film is excellent in adhesion to the organic resin film, it is a very effective material when an organic resin film is used as a protection and a heat sink is provided thereon.
[0108]
  In this embodiment, 50 sccm of methane gas and 50 sccm of hydrogen gas are introduced into the reaction space of the plasma CVD apparatus, the deposition pressure is 10 mTorr, the RF power is 100 W, and the temperature of the reaction space is room temperature. Further, a DC bias of 200 V is applied as a substrate bias, and an electric field is formed so that particles (ions) in the plasma are incident on the surface to be formed, thereby improving the film quality and improving the hardness.
[0109]
  The DLC film has very high wear resistance even when the film thickness is about 10 nm. Therefore, an effect of protecting the protective film and the TFT from mechanical impact can be obtained. This is very effective for a friction process such as a rubbing process.
[0110]
  The friction coefficient depends on the DLC film thickness, and becomes smaller as the DLC film thickness increases. Accordingly, it is sufficient that the DLC film has a thickness of 10 nm or more, but if it is too thick, the electric field applied to the liquid crystal becomes weak, so about 10 to 30 nm is preferable.
[0111]
  In addition, for more detailed film forming method and film forming apparatus of the DLC film, it is preferable to refer to Japanese Patent Publication Nos. 3-72711, 44-26900, and 42-27691 by the present inventors. .
[0112]
  In the structure obtained with the above-described structure, heat generated in the TFT is released with high efficiency, so that malfunction due to heat storage can be prevented. In particular, it is preferable to use such a heat-resistant structure for a liquid crystal display device used in a projection type electronic device.
[0113]
  Example 4
  In this embodiment, an example in which a liquid crystal display element is formed using the active matrix substrate having the TFT shown in Embodiments 1 to 3 is shown in FIG. FIG. 14 shows a portion corresponding to the main body of the liquid crystal display element, which is also called a liquid crystal module.
[0114]
  A TFT using the TFT shown in Examples 1 to 3 and using a transparent pixel electrode is called a transmissive liquid crystal display element, and a TFT using a reflective pixel electrode is called a reflective liquid crystal display element. It is out. The present invention can be applied to both liquid crystal display elements, and excellent display characteristics can be obtained.
[0115]
  In FIG. 14, reference numeral 501 denotes an active matrix substrate. A plurality of TFTs are formed on this substrate with a silicon thin film. These TFTs constitute a pixel matrix circuit 502, a gate side driving circuit 503, a source side driving circuit 504, and a logic circuit 505 on a substrate. Then, the counter substrate 506 is bonded to such an active matrix substrate. A liquid crystal layer (not shown) is sandwiched between the active matrix substrate and the counter substrate 506.
[0116]
  In the configuration shown in FIG. 14, it is desirable that the side surfaces of the active matrix substrate and the side surface of the counter substrate are all aligned except for one side. By doing so, the number of multiple chamfers from the large substrate can be increased efficiently. On the one side, a part of the counter substrate is removed to expose a part of the active matrix substrate, and an FPC (flexible printed circuit) 507 is attached thereto. Here, an IC chip (semiconductor circuit composed of MOSFETs formed on single crystal silicon) may be mounted as necessary.
[0117]
  Since the TFT constituting the circuit of this embodiment has an extremely high operation speed, a signal processing circuit driven at a high frequency of several hundred MHz to several GHz is integrally formed on the same substrate as the pixel matrix circuit. Is possible. That is, the liquid crystal module shown in FIG. 14 embodies a system-on-panel.
[0118]
  Although the present embodiment describes the case where the present invention is applied to a liquid crystal display device, an image sensor or the like provided with a photoelectric conversion layer can also be formed on the same substrate.
[0119]
  Example 5
  In this embodiment, when the present invention is applied to a liquid crystal projector, a simplified diagram of the entire apparatus including an optical system is shown in FIG. In this example, the liquid crystal panel produced using Examples 1 to 3 or the liquid crystal module of Example 4 was used. Accordingly, the apparatus configuration diagram (FIG. 3) uses a configuration substantially similar to the conventional one, but the liquid crystal panel 303 is different from the conventional one, and therefore the arrangement of the light source 301 and PBS 302 is the conventional configuration (FIG. 16 and FIG. 17). The arrangement of the light source 301 and the PBS 302 in this embodiment corresponds to the arrangement of the light source 101 and the PBS 102 in FIGS. The absolute value of the angle formed by the side direction of the exit surface of the PBS 102 that emits light from the light source 101 to the liquid crystal panel (liquid crystal display element) 103 side and the direction in which the scanning line of the liquid crystal panel extends is 45 degrees or approximately It arrange | positioned so that it might become 45 degree | times. In this way, a display having bright display characteristics can be obtained.
[0120]
  301a is a metal halide lamp and 301b is a reflector. The light source 301 is constituted by the metal halide lamps 301a and 301b. Reference numeral 305 denotes an IR filter that removes the infrared component of the light emitted from the light source 301. Reference numeral 306 denotes a homogenizer that uniformizes the light emitted from the light source 301. Reference numerals 307 and 309 denote polarizing plates. Reference numeral 302 denotes a polarization beam splitter (PBS). In this embodiment, the inclined surfaces of a pair of right-angle prisms are bonded together. A dielectric multilayer film is formed on the inclined surfaces of the pair of right-angle prisms of the PBS 302. A cross dichroic prism 308 includes a cross dichroic mirror that reflects a red spectrum and a cross dichroic mirror that reflects a green spectrum.
[0121]
  In this embodiment, reference numerals 303a, 303b, and 303c are reflection type liquid crystal panels, and those manufactured in Embodiments 1 to 4 are used. These reflective liquid crystal panels provide images corresponding to red, blue, and green, respectively. 312 is a projection lens, and 304 is a screen.
[0122]
  The operation of the liquid crystal projector using the reflective liquid crystal element according to this embodiment will be described with reference to FIG.
[0123]
  First, the light emitted from the light source 301 passes through the IR filter 305 and its infrared component is removed. The light beam that has passed through the IR filter 305 is then made uniform with respect to the exit surface by passing through the homogenizer 306 and is incident on the polarizing plate 307. The light beam incident on the polarizing plate 307 is polarized, and in this embodiment, SLinearly polarized light having only a polarization component is emitted.
[0124]
  Next, S emitted from the polarizing plate 307The polarized light is incident on the PBS 302. A light beam incident on the PBS 302 is branched into two linearly polarized light components whose polarization planes are orthogonal to each other at the bonding surface, and are emitted from two adjacent outer surfaces with a branch angle of exactly 90 °. In this embodiment, the light beam incident on the PBS 302 is only the S-polarized component, and the incident light beam is disposed so as to be perpendicular to the incident surface of the PBS. Therefore, the incident light beam has a branch angle of exactly 90 ° with respect to the incident surface.The light having the polarization is emitted from the PBS, and the light having the P-polarized component is hardly emitted.
[0125]
  And S emitted from PBSA light beam having polarized light enters the cross dichroic prism 308. Of the incident light, a light beam having a red spectral component is incident on the liquid crystal panel 303a, a light beam having a blue spectral component is incident on the liquid crystal panel 303b, and a light beam having a green spectral component is incident on the liquid crystal panel 303c. Each light beam incident on the liquid crystal panel is modulated by each liquid crystal panel, and its polarization state and intensity change. For example, SWhen linearly polarized light having polarized light is incident on the liquid crystal panel and modulated, it becomes a light beam in which linearly polarized light, circularly polarized light, and elliptically polarized light are mixed.
[0126]
  Light rays having red, blue, and green spectral components modulated by the liquid crystal panel enter the cross dichroic prism 308 and enter the PBS 302 again. These rays then pass through the PBS as they pass through the PBS.Polarization component and PSeparated into polarization components, POnly the polarization component is incident on the polarizing plate 309.
[0127]
  P incident on the polarizing plateThe light having polarized light passes through the polarizing plate 309, and the purity of the P-polarized component is further increased. The light beam that has passed through the polarizing plate 309 enters the projection lens 312. The light emitted from the projection lens forms an image on the screen 304.
[0128]
  In this embodiment, both or one of the polarizing plates 307 and 309 may be omitted.
[0129]
  Further, the arrangement (liquid crystal panel 303, light source 301, PBS 302, screen 304, optical system, etc.) shown in FIG. 3 in this embodiment is an example, and can be appropriately changed as long as the arrangement has similar functions. Needless to say.
[0130]
  In addition, each configuration (the liquid crystal panel 303, the light source 301, the PBS 302, the screen 304, the optical system, etc.) shown in FIG. 3 in this embodiment is an example and can be appropriately changed as long as it has similar functions. Needless to say.
[0131]
  In this embodiment, a reflective liquid crystal display element is used as the liquid crystal display element, but a transmissive liquid crystal display element can also be used. When a projector is manufactured using the transmissive liquid crystal display elements manufactured in Examples 1 to 3, the arrangement direction of the polarizing plates may be appropriately changed using a conventional transmissive projector configuration.
[0132]
  Example 6
  In this embodiment, an example of an electronic apparatus (applied product) on which the electro-optical device or the semiconductor circuit shown in Embodiments 1 to 4 is mounted is shown in FIG. An electronic device is defined as a product on which a semiconductor circuit and / or an electro-optical device is mounted.
[0133]
  Electronic devices to which the present invention can be applied include video cameras, electronic still cameras, projectors, head mounted displays, car navigation systems, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, PHS, etc.) and the like.
[0134]
  FIG. 15A shows a mobile computer, which includes a main body 2001, a camera portion 2002, an image receiving portion 2003, operation switches 2004, and a display device 2005. The present invention can be applied to the camera unit 2002, the image receiving unit 2003, the display device 2005, and the like.
[0135]
  FIG. 15B shows a head mounted display, which includes a main body 2101, a display device 2102, and a band portion 2103. The present invention can be applied to the display device 2102.
[0136]
  FIG. 15C illustrates a mobile phone, which includes a main body 2201, an audio output unit 2202, an audio input unit 2203, a display device 2204, operation switches 2205, and an antenna 2206. The present invention can be applied to the audio output unit 2202, the audio output unit 2203, the display device 2204, and the like.
[0137]
  FIG. 15D illustrates a video camera which includes a main body 2301, a display device 2302, an audio input portion 2303, operation switches 2304, a battery 2305, and an image receiving portion 2306. The present invention can be applied to the display device 2302, the audio input unit 2303, the image receiving unit 2306, and the like.
[0138]
  FIG. 15E illustrates a rear projector, which includes a main body 2401, a light source 2402, a display device 2403, and a polarization beam splitter.-2404, reflectors 2405 and 2406, and a screen 2407. The present invention can be applied to the display device 2403.
[0139]
  FIG. 15F illustrates a front type projector which includes a main body 2501, a light source 2502, a display device 2503, an optical system 2504, and a screen 2505. The present invention can be applied to the display device 2503.
[0140]
  As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the present invention can be applied to any product that requires an electro-optical device or a semiconductor circuit.
[0141]
  In the present invention, an active matrix type liquid crystal panel is used, but other types of liquid crystal panels may be used.
[0142]
  Moreover, the arrangement of the liquid crystal panel, the light source, the PBS, the screen, the optical system, etc., shown in the TFT configurations shown in the above Examples 1 to 3 and Examples 4 and 5, is an example and has the same function. Needless to say, it can be appropriately modified.
[0143]
【The invention's effect】
  The liquid crystal electro-optical device of the present invention has a liquid crystal panel configuration in which the direction of electric lines of force generated by line inversion driving matches the alignment processing direction or rubbing processing direction of liquid crystal molecules. That is, a liquid crystal panel configuration in which the major axis component direction of the liquid crystal molecules in the absence of an electric field projected on the substrate plane is parallel or substantially parallel to the direction of the lines of electric force generated between adjacent pixel electrodes. By adopting such a configuration, it is possible to obtain brighter display characteristics than any of the conventional liquid crystal display elements of the reflective type and the transmissive type.
[0144]
  Further, when the liquid crystal electro-optical device of the present invention is applied to a projector, the side direction of the exit surface of the PBS that emits light from the light source to the liquid crystal panel side, and the row direction of the liquid crystal panel (the scanning lines of the liquid crystal panel extend) The angle between the light source and the light source is such that the light emitted from the light source is incident on the outer surface of the PBS (45 ° with respect to the dielectric multilayer coating layer on the bonding surface). The arrangement was also changed.
[0145]
  By adopting the configuration of the present invention described above, the brightness of the light, which has been a problem in the past, that is, the brightness characteristic is lowered (see FIGS. 19 to 22 and 25), the rubbing is caused, and the display quality is improved. The problem of lowering can be solved.
[0146]
  In other words, by using the technique of the present invention, it is possible to obtain an electro-optical device with good brightness characteristics and reduced disclination.
[0147]
  In addition, with the configuration of the present invention, it is possible to obtain a good display with a high luminance value of the reflected light without greatly depending on the pretilt angle. Further, even when a pretilt angle advantageous for black display (close to 90 degrees) is obtained, good brightness can be maintained, so that contrast can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall simplified diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall simplified diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an overall schematic diagram illustrating an embodiment when applied to a liquid crystal projector according to an embodiment 4;
FIG. 4 is a state diagram (source line inversion drive) in the direction of the lines of electric force according to the present invention.
FIG. 5 is a state diagram (gate line inversion drive) in the direction of the electric lines of force of the present invention.
[Figure 6] Three-dimensionalMuFixed conditions andMuParameters
FIG. 7 shows a three-dimensional display of the present invention (reflection type liquid crystal panel).MuIt is an example of the result figure in an evaluation. (Pretilt angle = 85 °)
[Fig. 8] Two-dimensionalMuFixed conditions andMuParameters
FIG. 9 shows a two-dimensional display in the configuration (reflection type liquid crystal panel) of the present invention.MuFIG. (Pretilt angle = 85 °)
FIG. 10 shows a two-dimensional display in the configuration (reflection type liquid crystal panel) of the present invention.MuFIG. (Pretilt angle = 87 °)
FIG. 11 shows a two-dimensional display in the configuration (reflection type liquid crystal panel) of the present invention.MuFIG. (Pretilt angle = 89 °)
12 is a drawing showing a TFT manufacturing process of the panel array substrate in Example 1. FIG.
13 is a drawing showing a TFT manufacturing process of the panel array substrate in Example 2. FIG.
14 is a diagram showing an example of a liquid crystal display element in Example 4. FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating an application example of the present invention.
FIG. 16 is an overall simplified view showing a conventional example.
FIG. 17 is an overall simplified view showing a conventional example.
FIG. 18 shows PBS.
FIG. 19 shows a three-dimensional display in a conventional configuration (reflection type liquid crystal panel).MuFIG. (Pretilt angle = 85 °)
FIG. 20 shows a two-dimensional display in a conventional configuration (reflection type liquid crystal panel).MuFIG. (Pretilt angle = 85 °)
FIG. 21 shows a two-dimensional display in a conventional configuration (reflection type liquid crystal panel).MuFIG. (Pretilt angle = 87 °)
FIG. 22 shows a two-dimensional display in a conventional configuration (reflection type liquid crystal panel).MuFIG. (Pretilt angle = 89 °)
FIG. 23 is a diagram showing the pretilt angle of the liquid crystal molecules and the direction of the major axis component of the liquid crystal molecules when no electric field is projected onto the substrate plane.
FIG. 24 shows a two-dimensional display in the configuration (transmission type liquid crystal panel) of the present invention.MuFIG. (Pretilt angle = 85 °)
FIG. 25 shows a two-dimensional display in a conventional configuration (transmission type liquid crystal panel).MuFIG. (Pretilt angle = 85 °)
[Explanation of symbols]
11 Light source
12 PBS
13 LCD panel
14 screens
15 SDirection of the ray axis of polarized light
16 Rubbing direction
101 Light source
102 PBS
103 LCD panel
104 screen
110 Electric field line direction
111 rubbing direction
301 Light source
301a lamp
301b reflector-
302 PBS
303a Liquid crystal panel (R)
303b Liquid crystal panel (G)
303c Liquid crystal panel (B)
304 screens
305 IR filter
306 Homogenizer-
307, 309 Polarizing plate
308 Cross Dichroic Prism
800 substrates
801 Gate electrode
802 Gate insulating film
803 Silicon film having crystallinity
805 Source electrode
806 Drain electrode
808 Interlayer insulating film
809 Anodized film
810 channel region
811 Low concentration impurity region
812 Source region
813 Drain region
900 substrate
901 Gate electrode
902 Gate insulating film
903 Polysilicon Island
905 source electrode
906 Drain electrode
908 Protective film
909 Etching stopper
2300 substrate plane
2301 Liquid crystal molecules
2302 Pretilt angle
2303 Long axis of liquid crystal molecules (no electric field)
2304 Long-axis component direction of liquid crystal molecules projected onto a substrate plane (no electric field)
2305 Normal of substrate plane

Claims (9)

複数の走査線と、複数の信号線と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、第1の配向膜とを備えた第1のガラス基板と、
前記第1のガラス基板に対向して配置され、且つ第2の配向膜を備えた第2のガラス基板と、
前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に配置された垂直配向の液晶材料からなる液晶層とを有し、
前記第1の配向膜に施されたラビング方向は、前記信号線の延在する方向に対して平行または概略平行であり
ートライン反転駆動を行うことを特徴とする電気光学装置。
A first glass substrate comprising a plurality of scanning lines, a plurality of signal lines, a thin film transistor, a pixel electrode connected to the thin film transistor, and a first alignment film;
A second glass substrate disposed opposite to the first glass substrate and provided with a second alignment film;
A liquid crystal layer made of a vertically aligned liquid crystal material disposed between the first glass substrate and the second glass substrate;
The rubbing direction applied to the first alignment film is parallel or substantially parallel to the extending direction of the signal line ,
Electro-optical device and performs the gain Torain inversion driving.
複数の走査線と、複数の信号線と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、第1の配向膜とを備えた第1のガラス基板と、
前記第1のガラス基板に対向して配置され、且つ第2の配向膜を備えた第2のガラス基板と、
前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に配置された垂直配向の液晶材料からなる液晶層とを有し、
前記第1の配向膜に施されたラビング方向は、前記走査線の延在する方向に対して平行または概略平行であり
ースライン反転駆動を行うことを特徴とする電気光学装置。
A first glass substrate comprising a plurality of scanning lines, a plurality of signal lines, a thin film transistor, a pixel electrode connected to the thin film transistor, and a first alignment film;
A second glass substrate disposed opposite to the first glass substrate and provided with a second alignment film;
A liquid crystal layer made of a vertically aligned liquid crystal material disposed between the first glass substrate and the second glass substrate;
The rubbing direction applied to the first alignment film is parallel or substantially parallel to the direction in which the scanning lines extend ,
Electro-optical device and performs Seo baselines inversion driving.
複数の走査線と、複数の信号線と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、第1の配向膜とを備えた第1のガラス基板と、
前記第1のガラス基板に対向して配置され、且つ第2の配向膜を備えた第2のガラス基板と、
前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に配置された垂直配向の液晶材料からなる液晶層とを有し、
前記第2の配向膜に施されたラビング方向は、前記信号線の延在する方向に対して平行または概略平行であり
ートライン反転駆動を行うことを特徴とする電気光学装置。
A first glass substrate comprising a plurality of scanning lines, a plurality of signal lines, a thin film transistor, a pixel electrode connected to the thin film transistor, and a first alignment film;
A second glass substrate disposed opposite to the first glass substrate and provided with a second alignment film;
A liquid crystal layer made of a vertically aligned liquid crystal material disposed between the first glass substrate and the second glass substrate;
The rubbing direction applied to the second alignment film is parallel or substantially parallel to the direction in which the signal line extends ,
Electro-optical device and performs the gain Torain inversion driving.
複数の走査線と、複数の信号線と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、第1の配向膜とを備えた第1のガラス基板と、
前記第1のガラス基板に対向して配置され、且つ第2の配向膜を備えた第2のガラス基板と、
前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に配置された垂直配向の液晶材料からなる液晶層とを有し、
前記第2の配向膜に施されたラビング方向は、前記走査線の延在する方向に対して平行または概略平行であり
ースライン反転駆動を行うことを特徴とする電気光学装置。
A first glass substrate comprising a plurality of scanning lines, a plurality of signal lines, a thin film transistor, a pixel electrode connected to the thin film transistor, and a first alignment film;
A second glass substrate disposed opposite to the first glass substrate and provided with a second alignment film;
A liquid crystal layer made of a vertically aligned liquid crystal material disposed between the first glass substrate and the second glass substrate;
The rubbing direction applied to the second alignment film is parallel or substantially parallel to the direction in which the scanning line extends ,
Electro-optical device and performs Seo baselines inversion driving.
請求項1乃至4のいずれか一項において、前記画素電極は、反射性を有する金属膜または誘電体多層膜、またはそれらの積層からなることを特徴とする電気光学装置。  5. The electro-optical device according to claim 1, wherein the pixel electrode includes a reflective metal film, a dielectric multilayer film, or a laminate thereof. 請求項1乃至4のいずれか一項において、前記電気光学装置は反射型液晶電気光学装置であることを特徴とする電気光学装置。  5. The electro-optical device according to claim 1, wherein the electro-optical device is a reflective liquid crystal electro-optical device. 請求項6に記載の反射型液晶電気光学装置と、
前記反射型液晶電気光学装置へ光を出射する光源と、
前記光源からの光を分離する偏光ビームスプリッターと、
前記反射型液晶電気光学装置と、前記偏光ビームスプリッターとの間に配置されたクロスダイクロイックプリズムと、
スクリーンと、
前記反射型液晶電気光学装置によって変調した光を前記スクリーンに投射する光学手段と、を備えたプロジェクション装置において、
前記光源からの光を前記反射型液晶電気光学装置側に出射する前記偏光ビームスプリッターの出射面の辺方向と、前記反射型液晶電気光学装置の走査線が延在する方向とがなす角の角度は、43〜47度であることを特徴とするプロジェクション装置。
The reflective liquid crystal electro-optical device according to claim 6;
A light source that emits light to the reflective liquid crystal electro-optical device;
A polarizing beam splitter that separates light from the light source;
A cross dichroic prism disposed between the reflective liquid crystal electro-optical device and the polarization beam splitter;
Screen,
An optical unit that projects the light modulated by the reflective liquid crystal electro-optical device onto the screen;
The angle formed by the side direction of the exit surface of the polarization beam splitter that emits light from the light source to the reflective liquid crystal electro-optical device side and the direction in which the scanning line of the reflective liquid crystal electro-optical device extends Is a projection device characterized by being 43 to 47 degrees.
請求項7において、
前記プロジェクション装置は、リア型のプロジェクション装置であること特徴とするプロジェクション装置。
In claim 7,
The projection apparatus is a rear type projection apparatus.
請求項1乃至4のいずれか一項において、前記電気光学装置は透過型液晶電気光学装置であることを特徴としている電気光学装置。  5. The electro-optical device according to claim 1, wherein the electro-optical device is a transmissive liquid crystal electro-optical device.
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