液晶裝置、投射型顯示裝置與電子設備的制作方法

專利名稱：液晶裝置、投射型顯示裝置與電子設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液晶裝置(其中定向膜的預傾角、像素電極的相互間隔和液晶層的厚度三者之間具有特定的關系)以及使用該液晶裝置的投射型顯示裝置與電子設備。本發明特別涉及一項抑制因旋錯線(disclination lines)導致的顯示缺陷的技術。
先有技術迄今，人們對液晶顯示裝置的需求在不斷增大，其應用范圍不只局限于直視型顯示設備，還包括投影電視等投射型顯示裝置。當液晶顯示裝置作為投射型顯示器件使用時，由于保持原來的像素數量不變而放大率卻提高了，致使顯示的畫面較為粗糙。因此，為了在高放大率的條件下獲得精細圖像，必須增加像素的數量。
但是，尤其對于有源矩陣液晶顯示裝置，當保持面積不變增加像素時，因像素以外的布線部分與開關元件部分所占的面積相對較大，將其覆蓋的黑色矩陣的面積也增大了。
此時存在的另一個問題是，由于像素與像素間的距離、即像素電極與像素電極之間的間隔必然要減小，就某一像素電極而言，因受到來自相鄰的其他像素電極周圍電場的影響，很容易發生旋錯(液晶分子的旋轉和傾斜)。如果發生旋錯，則需用黑色矩陣將發生旋錯的部分連同布線部分與開關元件部分一起覆蓋。
這樣，在保持液晶顯示裝置的面積不變的條件下增加像素數量時，需被黑色矩陣覆蓋的范圍不只限于布線部分與開關元件部分，還包括發生旋錯的部分，如此，相對顯示區域而言，顯著增加了黑色矩陣的面積。由于參與顯示的像素開口部分面積減小，孔徑比降低，從而導致了顯示畫面灰暗、圖像質量變差的問題。
以下詳細描述旋錯造成的顯示缺陷問題。在當前用作投射顯示器件的液晶顯示裝置的高精細結構部分上，矩陣狀排列多個矩形像素電極，其寬度被精細加工至20×20-6m(20μm)見方的程度。另外，如果采用反射型結構，高精細液晶顯示裝置上的像素電極可以幾乎毫無間隙地排列在覆蓋開關元件的絕緣膜上。在反射型結構的液晶顯示裝置上，像素電極之間的間隙可以小到1×10-6m(1μm)的程度。
如

圖11所示，在像素電極間隔精細化的液晶顯示裝置中，設置在一側基片上的像素電極100與101的間隔L為1×10-6m，設置在與其相對的基片上的公共電極102與像素電極100、102之間的間隔d為2×10-6～4×10-6m，從而使相鄰像素電極100于101之間的邊界部分受到很強的橫向電場作用。例如，將公共電極102接地置為0V、在像素電極100上加+5V電壓、在像素電極101上加-5V電壓進行液晶排列控制時，如果使用附加電壓后相對基片直立的液晶類型，如圖12所示，在像素電極100區域的液晶和像素電極101附近的液晶處存在+5V與-5V之間的電位差為10V的橫向電場。受此橫向電場影響的液晶，極有可能排列在與其自然排列不同的方向上。也就是說，位于像素電極100定向控制范圍的液晶中有一部分采取稍有不同的排列方向。結果，在排列方向稍有不同的分界區域(圖12中沿以DR標示的分界線的區域)產生了所謂旋錯線的線形顯示缺陷。對這種線形顯示缺陷所作的實際寬度測量表明，其平均寬度為3×10-6m(μm)。
圖14為根據普通液晶顯示裝置的像素部分的光反射狀態計算得到的亮度表示圖。從圖中可以看出，由于旋錯線的產生，像素內的輝度降低了，兩側尤其顯著。
但是，為了盡可能地消除旋錯線產生的缺陷，采用可能盡量使相鄰像素電極的極性一致的幀反轉驅動方式，如可以在顯示時將所有像素電極加上同一極性的電壓來驅動液晶顯示。但是，采用反轉驅動方式并不能完全解決上述問題。即當在顯示區域進行全白或全黑顯示時，幀反轉驅動是有效的，而當顯示區域黑、白兩種顯示并存時，黑色顯示和白色顯示之間的邊界部分便會呈現接近灰色而且模糊的狀態。例如，如圖13所示的在白色背景里顯示黑色字母“A”的情況，在黑色顯示的“A”的輪廓周邊的白色顯示區域，由于旋錯線的原因呈現灰色顯示，從而造成字母“A”的輪廓模糊、對比度降低。尤其對于投射型顯示裝置，這種情況更為嚴重。
就液晶驅動方式而言，除幀反轉驅動方式以外，還有線反轉驅動方式和點反轉驅動方式；在線反轉驅動方式中，顯示區域相鄰的豎線或橫線上的驅動電壓極性不同，在點反轉驅動方式中，則為相鄰的像素電極的驅動電壓極性均不相同。不同的驅動方式各有所長，對于投射型液晶顯示屏能有各種不同的驅動方式可供選用，正是人們所希望的。但是，由于存在上述的旋錯線問題，作為高精細液晶顯示屏的驅動方式，卻不能采用相鄰像素電極之間的電位差增大的線反向驅動方式或點反向驅動方式。
目前，人們對投影機提出的性能要求首先是亮度要求。這可以通過設置與像素對應的微透鏡來會聚開口部分的光束，由此可能使有效孔徑比提高。但是有人指出，由于設置的微透鏡增大了射入像素的光束密度，其結果會造成定向膜的損傷進而可能導致定向異常。為了簡化，在以上問題的討論中，沒有涉及到液晶顯示裝置通常包括的濾色片和偏光片，僅就顯示屏的孔徑比問題作了描述。
發明概述本發明是以上述情況為背景考慮形成的，目的是以特定的關系規定定向膜的預傾角、像素電極的相互間隔和液晶層的厚度，抑制因液晶異常定向造成的顯示缺陷的發生，以提供能夠明亮顯示的液晶裝置、投射型顯示裝置與電子設備。
為了達到上述目的，在本發明的液晶裝置中，液晶被夾持在一對定向膜位于其相對表面的基片之間，其中包括多條掃描線和多條數據線，位于掃描線與數據線劃分出的各像素區域的開關元件和像素電極，其特征在于上述定向膜的預傾角在20°～30°的范圍內。基于這種結構，旋錯導致的顯示缺陷被置于像素的外面，無需再另加黑色矩陣遮掩，由此可以確保上述部分取得明亮顯示的效果。
另外，在本發明中，上述定向膜最好用氧化硅或氮化硅形成，用例如傾斜沉積法經由上述材料形成定向膜，較容易實現20°～30°的預傾角，還可防止定向膜的光致分解，從而防止定向異常的發生。
此外，在本發明中，將夾持于上述一對基片中的液晶層厚度(單元間隙)設為d，將上述像素電極之間的間隔設為L，則最好能滿足d/L≥1的關系。旋錯現象隨單元間隙d的減小和像素電極之間的間隔L的減小而加強，但是當滿足d/L≥1的關系時，橫向電場的影響便會減小且可取較大的孔徑比。
還有，本發明的上述像素電極可以采用具有反光能力的金屬電極構成，這樣，可以在像素電極的下層布置開關單元與接線。由此，像素電極的設置可以不與開關元件和接線的設置發生關系。
由于與本發明有關的投射型液晶裝置采用了上述液晶裝置，從而有可能防止旋錯引起的顯示缺陷，實現明亮顯示。
具體地說，如果具備了光源、對該光源的光進行調制的光調制裝置、投射經該光調制裝置調制的光的投射透鏡，并將上述液晶裝置作為該光調制裝置使用進行放大投影，便可避免旋錯引起的顯示缺陷，實現明亮顯示。
同樣地，如果具備了光源、對該光源的光進行調制的光調制裝置、投射經該光調制裝置調制的光的投射透鏡，并將上述液晶裝置作為該光調制裝置用于藍色顯示部分，則可能實現藍色純度改善的顯示。
另外，由于本發明的電子設備配有上述液晶裝置，所以可以避免旋錯導致的顯示缺陷而獲得明亮顯示。
實施例描述以下將基于附圖就本發明的實施例進行說明，但本發明并不局限于以下這些實施例。
附圖簡介圖1為本發明第一實施例的液晶裝置中TFT陣列基片顯示區結構的等效電路；圖2為該TFT陣列基片上的一個TFT單元結構的放大截面圖；圖3為表示該液晶裝置中像素間距、像素電極間隔和液晶層厚度三者之間關系的概略說明圖；圖4為該液晶裝置的整體結構示圖；圖5為圖4中H-H′線處的截面圖；圖6的(a)～(d)為在適用該等液晶裝置的各種可能的驅動方式下各像素的電壓分布示圖；圖7為表示在該液晶裝置中充當基片的硅基片的結構截面圖；圖8表示通過計算光反射狀態得到的該液晶裝置的顯示亮度；圖9為采用本發明液晶裝置的液晶投影機的一種實施方案的結構圖；圖10(a)為移動電話機的斜透視圖，(b)為手表的斜透視圖，(c)是便攜式信息處理設備的透視圖；圖11表示普通液晶裝置中像素基片上的像素電極與對置基片上的公共電極之間的位置關系；圖12表示普通液晶裝置中橫向電場導致液晶排列出現旋錯的狀況；圖13表示在普通液晶裝置中以白底黑字方式顯示字母“A”的狀況；圖14表示通過計算在普通液晶裝置中受橫向電場影響液晶排列中產生旋錯時的光反射所得到的顯示亮度。
第一實施例<液晶裝置的像素部分>
下面描述本發明的第一實施例液晶裝置。首先參見圖1和圖2對該液晶裝置的像素部分進行說明。圖1為排列在構成液晶裝置的圖像顯示區的矩陣狀排列的許多像素的各種類型的元件和布線的等價電路。圖2為圖1所示TFT之一的TFT陣列基片的放大截面圖。在此截面圖中，為了能辨別清楚圖中的各分層和各構件，有意使各分層和各構件的縮小比例彼此不同。
在圖1所示的本實施例液晶裝置的圖像顯示區中，m根掃描線3a在行向延伸，n根數據線6a在列向延申，同時，TFT30和像素電極9a在對應掃描線3a和數據線6a交叉部分的位置排列成矩陣。TFT30的柵極連接掃描線3a，TFT30的源極連接數據線6a，漏極連接像素電極9a。另外，依次在預定時間達到信號傳送電平的掃描信號G1、G2至Gm被分別加到各m根掃描線3a上。同時，在某個掃描信號達到信號傳送電平期間，圖像信號S1、S2、…、Sn以此順序按線序送至n根數據線6a或送至由彼此相鄰的多個數據線6a構成的數據線組。
由此，當某個掃描信號達到信號傳送電平時，被施加該掃描信號的掃描線3a上的所有TFT都同時處于“開”狀態。在此“開”狀態期間，圖像信號S1、S2至Sn被分別寫入連接到上述掃描線的各個像素電極9a，并在該等像素電極與后述的形成在對置基片上的對置電極之間保留一段預定的時間。
因為液晶中的分子組織會因所加的電壓電平產生趨向和秩序的變化，使通過液晶的光被調制，并因而可以執行灰度顯示。當液晶采用常白模式時，基于所加的電壓入射光不能透過該液晶部分；當采用常黑模式時，入射光能夠根據所加的電壓透過液晶部分；由此，從液晶裝置發出具有與圖像信號相符強度的光。為了避免被保持圖像信號的泄漏，在像素電極9a和對置電極之間形成的液晶電容上并聯一個蓄積電容70。通過該蓄積電容70，像素電極9a的電壓可以保持得比源極電壓長大約三個量級的時間，保持特性的提高使具有高對比度的液晶裝置的實現成為可能。
接著，如2圖中的放大截面圖所示，在TFT陣列基片10上，把像素開關的TFT(開關元件)30設置在與各像素電極相鄰的位置上。另外，在像素電極9a的TFT30的對側設置定向膜16。再者，TFT陣列基片10，如后述，與由對置電極和定向膜形成的對置基片以預定的間隔件相粘合，在此間隔中填充液晶而形成液晶層50。另外，當像素電極和對置電極之間不存在壓差時，液晶層50由在兩個基片上形成的定向膜確定預定的排列狀態。
在TFT陣列基片10上與像素開關TFT30相對的位置處，設置第一遮擋膜11a。第一遮擋膜11a最好由至少包含鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎢(W)、鉭(Ta)、鉬(Mo)和鈀(Pd)等不透明高熔點金屬之一的金屬單體構成。如由這種材料構成遮擋膜11a，在后續的高溫處理中第一遮擋摸11a便不會受到損環或熔化。另外，第一遮擋摸11a可以防止來自TFT陣列基片10的返回光束進入像素開關TFT30的溝道區1a′與輕微摻雜漏極區(LDD)1b、1c，因此可以避免由于光電流的產生導致的像素開關TFT30性能的下降。
其次，在第一遮擋膜1a和多個像素開關TFT30之間設置第一層間絕緣膜12。設置第一層間絕緣膜12的目的，在于使構成像素開關TFT30的半導體層1a與第一遮擋膜11a電絕緣。另外，由于在TFT陣列基片10的整個表面上形成第一層間絕緣膜12，第一層間絕緣膜12還充當像素開關TFT30的底膜。即第一層間絕緣膜12具有防止像素開關TFT30的特性由于TFT陣列基片在研磨造成的粗糙表面及清洗殘留的污染而劣化。第一層間絕緣膜12經由如NSG(未摻雜硅玻璃)、PSG(硅化磷玻璃)、BSG(硅化硼玻璃)或BPSG(硼磷硅玻璃)，氧化硅膜或氮化硅膜等形成。通過第一層間絕緣膜12還可防止像素開關TFT30等被第一遮擋膜11a污染。當不透明的硅基片(Si)用作TFT陣列基片10時，則不需要第一遮擋摸11a。
隨后，在構成像素開關TFT30的半導體層1a表面上通過熱氧化處理形成柵極絕緣膜2，進而由多晶硅膜形成掃描線3a。為此，讓掃描線3a在半導體層1a上交叉的那部分充當柵電極，掃描線3a之下的半導體層1a的一部分充當溝道區1a′。另外，在半導體層1a上鄰接溝道區1a’的兩側分別設置低濃度源極區(源極側的LDD區)1b和低濃度漏極區(在漏極側的LDD區)1c，并且在LDD區的外側分別設置高濃度源極區1d和高濃度漏極區1e，TFT30由此具有一個所謂LDD(輕微摻雜漏極)的結構。1b、1c、1d和1e等各區，依據摻入的為n型還是p型預定濃度的摻雜劑分別相對于半導體層1a形成n型或p型溝道。n型溝道TFT的優點在于處理速度高，因此，在很多情況下用作像素的開關元件，即像素開關用TFT30。
用于投射顯示的像素電極9a最好采用如ITO(氧化銦錫)那樣的透明導電膜材料，而Al或Ag等高反射性的導電膜則適合制作用于反射顯示的像素電極9a。
構成TFT30的半導體層1a的高濃度源極區1d，經過一個穿透柵極絕緣膜2和第二層間絕緣膜4的接觸孔5，連接到由Al等低電阻金屬膜和金屬硅化物等遮光性薄膜形成的數據線6a；而高濃度漏極區1e經過一個穿透柵極絕緣膜2、第二層間絕緣膜4和第二層間絕緣膜7的接觸孔8，連接到與其對應的像素電極9a。還有，高濃度漏極區1e和像素電極9a，可通過數據線6a的鋁膜或掃描線3a的多晶硅在電氣上連接。
TFT30最好具有如上所述的LDD結構，但是，也可以采用在低濃度源極區1b與低濃度漏極區1c摻加雜質離子的偏移結構，或者可以采用自調整型TFT，這是一種通過以柵電極3a作掩膜高濃度摻入雜質離子自調整地形成高濃度源極區與漏極區的TFT。
另外，TFT30的半導體層1a中與高濃度漏極區1e鄰接的高濃度區1f延伸到形成電容線3b的位置，電容線3b大致平行于掃描線3a延伸，從而使高濃度區1f具有了低電阻。蓄積電容70是通過高濃度區1f和電容線3b的一部分，將柵極絕緣膜2作為介質材料夾持其間而形成的。因為蓄積電容70的電解質材料，是通過高溫氧化在多晶硅膜上形成的TFT30的柵極絕緣膜2本身，所以有可能形成很薄的且耐高壓的絕緣層。因此，較小面積的蓄積電容70便可有很大的電容量。
由此，通過有效利用孔徑區以外的區域，如數據線6a以下的區域以及沿掃描線3a的空區，可以增大像素電極9a的蓄積電容。另外，可以在數據線6a或掃描線3a之上形成其間夾有絕緣膜的像素電極9a。
本實施例中，僅在源-漏極區1b和1e之間設置一個開關TFT30用的柵電極(數據線3a)，形成一種單柵極結構；但是至少可在其間設置兩個以上的柵電極。這時，可以給各個柵電極施加相同的信號。如果以這種方式形成復柵極(雙柵極)或三柵極TFT結構，可以防止溝道與源-漏極區連接處的漏電流，并且可以降低截止電流。當至少一個上述的柵電極形成由LDD結構或偏離結構時，可以進一步降低補償電流，構成穩定的開關元件。
接著，就具有上述結構的液晶顯示裝置，研究了定向膜導致的液晶預傾角、像素電極9a的間隔和液晶層厚度之間的關系。為了描述簡便，如圖3所示，以L(×10-6m)表示像素電極9a的主體部分9a1的相互間隔，以P(×10-6m)表示像素電極9a的排列間距，以d(×10-6m)表示液晶層的厚度(單元間隙，即基片10的定向膜16和基片20的定向膜22之間的間距)。另外，液晶分子的長軸與基片表面(準直膜)之間形成的角度(預傾角)以θp表示。
在圖1和圖2所示的結構中，排列間距P設為25×10-6m，像素電極9a的大小設為15×10-6m見方。另外，單元間隙設為5×10-6m，定向膜16和22采用無機材料二氧化硅(SiO2)，通過傾斜沉積法把預傾角θp設置為25°，兩基片之間取45°的扭曲向列排列模式。這時，負型向列液晶的折射率各向異性Δn和單元間隙d的乘積Δn·d設為0.48×10-6m。
另外(雖然圖中省略了)，在對置基片20上的背面設置了光敏樹脂形成的微透鏡，覆蓋微透鏡的丙烯酸粘合劑以及在基片背面(上側)的蓋片玻璃。
在上述條件下，考慮到相鄰像素的橫向電場的影響，計算液晶排列的狀態以模擬光反射率在像素電極中可獲得的亮度，其結果如圖8所示。從該圖可以看出，與圖14所示的常規實例相比，由旋錯導致的顯示缺陷顯著減少了。
隨后，在改變預傾角θp同時將Δn·d固定為0.48×10-6m的條件下，計算必需的單元間隙d，其結果由下表(表1)給出。在此表中，還列出了當采用點式反轉驅動法獲得的反射率以及通過計算得出的響應速度。[表1]
從表1可以看出，當預傾角等于或大于30°時單元間隙d增大。另外，因為已知響應時間與單元間隙d的平方成正比，所以不希望單元間隙d增大。另外，當預傾角等于或小于20°時反射率下降。原因在于發生了旋錯。因此，預傾角最好設置在20～30°的范圍內。
如上所述，單元間隙d越小、像素電極之間的間隔L越小，就越容易受到橫向電場的影響，在高精細顯示屏中可明顯的觀察到這種影響。另外，如表1所示，響應時間隨著單元間隙d的增大而增大；至于亮度，在將Δn·d保持不變的條件下減小單元間隙d，則須采用Δn值較高的液晶材料。但是，由于Δn值大的液晶材料中很少具有高可靠性，這從工藝角度考慮是不利的。
如下，表2給出了在像素電極9a的排列間距P設為10μm、單元間隙d保持3.2μm不變的情況下，像素電極之間的間距L改變時，孔徑比的變化。
這里，預傾角設置在20～30°的范圍內。為了減小橫向電場的影響并通過增大孔徑比而獲得較高的對比度，在單元間隙d和間距L之間須保持d/L≥1的關系。即使在常白顯示模式下可以通過減小像素電極之間的間距而獲得較大的孔徑比，但是由于橫向電場的產生在黑色顯示中會發生光泄漏。如果存在光泄漏，即使加大孔徑比也不能獲得高對比度的明亮顯示。目前的投射型設備要求其液晶顯示裝置的對比度在200以上。為了實現該對比度，必需滿足上述條件。
因此，當預傾角設置在20～30°范圍內時，并將單元間隙d和間距L之間的關系設置成d/L≥1時，即使有相鄰的其他像素電極的橫向電場的影響，像素電極中也不太可能發生旋錯線，由此，即使具有高精細顯示結構，也可以實現高質量、高對比度的顯示。<液晶裝置的整體結構>
下面參照圖4和圖5就本實施例液晶裝置的整體結構作一說明。由圖4可見，在TFT陣列基片10上沿其邊緣設置密封材料52，并且沿密封材料52的內側設置遮擋膜53以劃出周邊。在密封材料52的外側區域，沿TFT陣列基片10的一邊設置數據線驅動電路101及裝配端子102，并且沿該邊的兩個相鄰邊設置掃描線驅動電路104。如供給掃描線3a的掃描信號不存在延遲問題時，掃描線驅動電路104自然可以只在一邊設置。另外，數據線驅動電路101也可沿圖像顯示區的邊沿設置于兩側。再進一步，在TFT陣列基片10的剩下的一邊設置多條導線105，以連接沿圖像顯示區兩側設置的掃描線驅動電路104。如圖5所示，其輪廓與密封材料52大致相同的對側基片20經該密封材料52粘接到TFT陣列基片10，其間保持預定的間隙d，在所形成的空間中封入液晶，形成液晶層50。密封材料52為一種含有如光固性樹脂或熱固性樹脂的粘合劑，其中加入條狀或球狀的襯墊物(圖中未畫出)，以保持預定的間隙d。
在對置基片20發出的投射光入射的一側以及TFT陣列基片10的出射光出射的一側，根據各自不同的工作模式，如TN(扭曲向列型)模式以外，STN(超TN)模式、FLC(強介電液晶)模式或常白/常黑模式，按預定方向適當設置偏光膜、相位延遲膜、偏光片等。
為讓上述實施方案的液晶裝置用于彩色液晶投影，用三個液晶裝置分別作為紅、綠、藍光的光閥(light valve)，同時如后文所述，用可將紅、綠、藍三色分解的分色鏡(dychroic mirror)分出的紅、綠、藍光作為投射光分別射入上述各液晶裝置。
因此，本實施例液晶裝置中，在對置基片20一側不設彩色濾光片。但是，在對置基片20上與像素電極9a相對的區域與保護膜共同形成紅、綠、藍濾光片是可行的。如此，上述液晶裝置便可適用于除液晶投影機以外的直視型或反射型彩色液晶電視等彩色液晶裝置。另外，通過在對置基片20上堆積不同折射率的干涉膜，利用光的干涉原理形成紅、綠、藍光的分色濾光層(dychroic filter)。通過帶有這種分色濾光層的對置基片，可以實現亮度更好的彩色液晶裝置。
另外，以上所述的各像素中設置的開關元件，均為正交錯型或共面型多晶硅TFT；但是，相對于其他類型的TFT，采用逆交錯型TFT或非晶硅TFT等的實施方案也是有效的。
在本實施例中，像素電極9a是用TFT驅動的；但是，除TFT外，還可采用如TFD(薄膜二極管)等有源矩陣元件；另外，液晶裝置也可以采取無源矩陣的結構。
圖6給出的示圖，是為了說明適用本實施例液晶裝置的驅動方式。首先，將圖6(a)中所示的邊線圍成的矩形區看作一個像素時，可以采用向每一幀內的所有像素施加相同極性電壓的方法，換言之，可以采用給一幀施加如圖6(a)所示的正(+)、給另一幀施加圖中未示出的負(-)電壓那樣的交替變換的幀反轉驅動法。其次，可以采用如圖6(b)所示的點反轉驅動方式，給上下左右每個相鄰像素施加互相各不相同的電壓極性。第三，還可以采用如圖6(c)和圖6(d)所示的線反轉驅動方式，向每一行或每一列施加與其相鄰的行或列極性相異的電壓。
在采用像素電極間隔小至1×10-6m的常規高精細液晶裝置中，由于橫向電場的影響，只能采用幀反轉驅動方式。原因在于當進行點反轉驅動或幀反轉驅動時，存在因旋錯線導致顯示缺陷的可能性。相反，當采用本實施例的結構時，即使采用給相鄰像素施加不同極性電壓的驅動方式，也很少有可能在顯示區產生旋錯線；當采用圖6(b)所示的點反轉驅動方式或圖6(c)或(d)所示的線反轉驅動方式時，旋錯的發生均可得到抑制。因此，這兩種驅動方式都可用于本實施例的液晶裝置，從而提高了該裝置的通用性。第二實施例下面就本發明第二實施例的液晶裝置進行描述。在該液晶裝置中，以半導體基片作為對應于第一實施例的TFT陣列基片10，在該半導體基片中形成用作像素開關的有源元件。在上述情況下，因為半導體基片不具備光透射性質，所以適合用作反射型液晶顯示裝置。
圖7為本實施例的反射型液晶裝置中，某個用作像素開關的場效應晶體管的結構截面圖。就等效電路而言，此液晶裝置與圖1所示的第一實施例的沒有不同之處。
在圖中，標號101表示一種類似于單晶硅的p型或n型半導體基片，標號102表示在半導體基片101表面形成的雜質濃度高于基片的p型或n型阱區。阱區102沒有特別的限制，但是，如在具有縱向768個×橫向1024個或更多像素的高精細液晶屏中，這些像素的阱區形成一個公共阱區，也有公共阱區與形成其他數據線驅動電路、掃描線驅動電路和包括輸入電路、定時電路的外圍電路等元件的阱區分離的結構。
標號103表示在半導體基片101表面形成的起元件分離作用的局部氧化膜(即所謂LOCOS)。局部氧化膜103是通過選擇性熱氧化等方法形成的。在局部氧化膜103中形成一個開口，通過在位于開口內中心部分的硅基片表面的熱氧化形成的柵極氧化膜114，形成由多晶硅、金屬硅化物組成的柵極105a和掃描線，進而在柵極105a的兩側和基片的表面側形成由摻雜濃度高于阱區102的n型摻雜層構成的源極區106a和漏極區106b，由此形成場效應晶體管(FET，開關元件)105。
在上述源極區106a和漏極區106b的上方，通過BPSG(硼磷硅玻璃)那樣的第一層間絕緣膜104，形成由第一鋁層組成的第一導電層107a、107b。其中，第一導體層107a通過在第一層間絕緣膜104上形成的接觸孔與源極區106a電氣上連接，并構成一個向源極區提供數據信號電壓的源極(與數據線相當)。另外，第一導電層107b構成形成于第一層間絕緣膜104的漏極。
其次，在上述導電層107a、107b上形成由類似二氧化硅的絕緣膜形成的第二層間絕緣膜108，進而在其上形成由鋁層或鉭層形成的第二導電層109。
另外，在第二導電層109上，由二氧化硅、氮化硅或氧化鉭等高介電常數材料形成絕緣層110，并在其上形成由連接到漏極107b的光反射性金屬構成的像素電極112。絕緣層110被夾在上述像素電極112和第二導電層109中間。結果，形成保持電容113；因此，第二導電層109的表面最好作平面化處理。在上述結構中，導線將如下任一規定電位連接到第二導電層109，其中包括液晶屏上的公共電極電位Vcom或其附近、或者上述像素電極(反射電極)112上所加的電壓(數據信號電壓)的振幅的中心電位或其附近、或者上述公共電極電位電勢與上述電壓振幅中心電壓之間的電位等任一規定電位。公共電極電位Vcom相當于對液晶層作極性反轉驅動時的反轉中心電位。
圖7中所示的像素電極112與第一實施例一樣作矩陣狀平面布置，在這些像素電極112上形成定向膜(圖中沒有示出)。與第一實施例相同，對置基片設在與半導體基片101的對側，液晶層被夾持在兩基片之間，由此形成反射型液晶顯示裝置。
與前述實施例的結構相同，在第二實施例的液晶顯示裝置的半導體基片101中，當預傾角θp設置在20～30°的范圍內時，如果單元間隙d和間隔L的關系滿足d/L≥1，則可以減少像素內受其他相鄰像素產生的橫向電場的影響而發生旋錯線可能性；這樣，即使為高精細顯示結構，也能實現高對比度的高品質顯示。<投影機>
接下來，就上述實施例的液晶裝置的某些應用實例作一說明。首先描述液晶裝置被用作光調制器的投射型顯示裝置(液晶投影機)。圖9為該液晶投影機的結構圖。
該液晶投影機包括一個沿系統光軸L設置的光源710、一個合成透鏡720；一個主要由偏振光變換元件730組成的偏振光照明裝置700；一個具有S偏振光束反射表面741的偏振光分光器740；用于從偏振光分光器740的S偏振光束反射表面741反射的光束中分出藍光(B)的分色鏡742；對分出的藍光(B)進行調制的反射型液晶光調制器745B；用于在藍光分離后的光束將紅光(R)反射分離的分光鏡743；對分出的紅光(R)進行調制的反射型液晶光調制器；通過分光鏡743對余下的綠光(G)進行調制的反射型液晶光調制器745G；將經三個反射型液晶光調制器754R、754G、745B調制的通過分色鏡743、742與偏振光分光器740合成的合成光投影到屏幕760的投影光學系統750。各種與實施例有關的反射型液晶裝置(液晶屏)均可用于這三種反射型液晶光調制器(745R、745G和745B)。
在上述結構中，光源710發出的隨機偏振光被合成透鏡720分割成許多中間光束，經由其入射側帶第二合成透鏡的偏振光變換器730中間光束被變換成一種偏振方向大體一致的偏振光束(S偏振光束)，然后到達偏振光分光鏡740。從偏振光變換器730出來的S偏振光光束，經偏振光分光器740的S偏振光光束反射面741反射后，反射光束中的藍光(B)光束又被分色鏡742的藍光反射層反射，進而被反射型液晶光調制器745B調制。另外，透過分色鏡742的藍光反射層的光束中的紅光(R)成分被分色鏡743的紅光反射層反射，然后被反射型液晶光調制器745R調制。再者，透過分色鏡743的紅光反射層的光束中的綠光(G)成分被反射型液晶光調制器745G調制。就這樣，彩色光分別被反射型液晶光調制器745R、745G和745B進行了調制。
被液晶屏的像素反射的色光中的S偏振光成分不能透過反射S偏振光的偏振光分光器740，而P偏振光成分可以透過。圖像由透過該偏振光分光器740的光形成。因此，在TN液晶用于液晶屏的情況下，由于OFF像素的反射光到達投影光學系統750，ON像素的反射光未到達透鏡，而形成常白顯示。
另外，若將本實施例的液晶顯示裝置特別用于藍光調制器745B，并將藍光的截至波長設為400nm，則可獲得高色純的顯示。
與在玻璃基片上形成TFT陣列的類型不同，反射型液晶屏利用半導體技術形成像素，所以可形成更多的像素，并可令顯示屏的尺寸減小，在投影顯示高精細圖像的同時，實現投影機本身的小型化。<電子設備>
下面介紹采用實施例中的任何一種液晶裝置的具體實例。圖10(a)為一例移動電話機的斜透視圖。圖中，標號1000指移動電話的殼體，標號1001指采用任一種實施例液晶裝置制作的液晶顯示部分。
圖10(b)為一例手表型電子設備的斜透視圖。圖中，標號1100指表體，標號1101指采用任一種實施例液晶裝置制作的液晶顯示部分。
圖10(c)為一例文字處理機、個人電腦等便攜式信息處理設備的斜透視圖。圖中，標號1200指一種信息處理設備，標號1202指如鍵盤等的輸入部件，標號1204指信息處理設備的本體，標號1206指采用實施例液晶裝置的液晶顯示部分。
上述電子設備采用第一或第二實施例的液晶顯示裝置，因此能夠以高對比度實現高精細顯示。
如上所述，根據本發明，可以通過抑制由液晶的異常定向導致的顯示缺陷的發生而獲得明亮顯示。
權利要求
1.一種液晶裝置，其一對基片相對的表面上分別設有定向膜，液晶夾持在兩基片之間，所述液晶裝置具有多條掃描線、多條數據線、分別設在被所述多條掃描線和數據線劃分成的像素領域中的開關元件和像素電極，所述液晶裝置的特征在于，由于所述定向膜引起的預傾斜角在20度以上30度以下的范圍。
2.如權利要求1所述的液晶裝置，其特征在于，所述定向膜由氧化硅或氮化硅制成。
3.如權利要求2所述的液晶裝置，其特征在于，假設夾持在所述一對基片之間液晶層的厚度為d，所述像素電極彼此之間的間隙為L，則d和L滿足d/L≥1的關系。
4.如權利要求1至3中任一項權利要求所述的液晶裝置，其特征在于，所述像素電極是個反光的金屬電極。
5.一種投射式顯示裝置，其特征在于，它配備有權利要求1至4中任一項所述的液晶裝置。
6.一種投射式顯示裝置，其特征在于，它配備有一個光源、一個將來自所述光源的光進行調制的光調制器和一個把通過所述光調制器調制過的光投射出去的投射透鏡，用權利要求1至5中任一項所述的液晶裝置作為所述光調制器。
7.一種投射式顯示裝置，其特征在于，它配備有一個光源、一個將來自所述光源的光進行調制的光調制器和一個把通過所述光調制器調制過的光投射出去的投射透鏡，如權利要求1至5中任一項所述的液晶裝置在藍系的顯示部分作為所述光調制器使用。
8.一種電子設備，其特征在于，它配備有權利要求1至4中任一項所述的液晶裝置。
全文摘要
本發明旨在提供一種通過抑制高精細投射型液晶屏中的旋錯導致的顯示缺陷的產生而令高對比度顯示成為可能的液晶裝置和投影型顯示設備。根據本發明,在基片10和其對側的基片20之間夾持液晶層50,在基片10上設置矩陣排列的像素電極9a和各自驅動該等像素電極的TFT30。在上述結構中,當基片之間的液晶層厚度與像素電極之間的間距分別用d與L表示時,基片上液晶的定向角(預傾角)用θ
文檔編號G02F1/1343GK1344964SQ0112491
公開日2002年4月17日 申請日期2001年4月12日 優先權日2000年4月17日
發明者小澤欣也, 前田強 申請人:精工愛普生株式會社