(57)【要約】【課題】  照明光の吸収による温度上昇を抑えることのできる液晶装置、及びこの液晶装置を備えた投射型表示装置を提供する。【解決手段】  液晶装置に形成される遮光層１１ａ，２３を、当該液晶装置に入射される光の波長域に対応した反射波長域を有する誘電体多層膜によって形成する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に対向する一対の基板間に液晶層を挟持してなり、
少なくとも一方の基板に、該基板に入射される光の波長域に対応した反射波長域を有する誘電体多層膜からなる遮光層を備えたことを特徴とする、液晶装置。
【請求項２】
上記遮光層が、表示領域を構成する各画素の間の領域、及び各画素をスイッチングするためのスイッチング素子の形成された領域に設けられたことを特徴とする、請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
上記遮光層が、照明光の入射側の基板に設けられたことを特徴とする、請求項１又は２記載の液晶装置。
【請求項４】
上記遮光層が両方の基板に設けられたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の液晶装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする、投射型表示装置。
【請求項６】
白色光源と、該白色光源から射出された白色光を互いに異なる複数の色光に分離する色分離手段と、分離された各色光に対応して設けられた複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段によって合成された光を投射する投射レンズとを備え、
上記光変調装置は、相互に対向する一対の基板と該基板間に挟持された液晶層とを有し、少なくとも一方の基板に、当該光変調装置に入射される色光の波長域に対応した反射波長域を有する誘電体多層膜からなる遮光層を備えたことを特徴とする、投射型表示装置。
【請求項７】
互いに異なる色光を射出可能な複数の色光源と、各色光源に対応して設けられた複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段によって合成された光を投射する投射レンズとを備え、
上記光変調装置は、相互に対向する一対の基板と該基板間に挟持された液晶層とを有し、少なくとも一方の基板に、当該光変調装置に入射される色光の波長域に対応した反射波長域を有する誘電体多層膜からなる遮光層を備えたことを特徴とする、投射型表示装置。
【請求項８】
上記色光源が固体光源からなることを特徴とする、請求項７記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置、投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶プロジェクタ（投射型表示装置）のライトバルブには、画素間の領域やＴＦＴ等の素子の形成された領域にブラックマトリクスと呼ばれる遮光層が設けられている。通常、このような遮光層にはＣｒやＡｌ等の金属膜が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−５４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このような液晶プロジェクタでは、高輝度化に伴って、ライトバルブの耐光寿命が問題となっている。つまり、従来用いられている金属製の遮光層は遮光性に優れる一方、光を吸収する性質も持っているため、吸収された光が熱に変わり、ライトバルブの温度上昇を招いてしまう。このような温度上昇が生じると、液晶材料や配向膜等の光反応が促進され、表示不良や装置寿命の低下の原因となる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、照明光の吸収による温度上昇を抑えることのできる液晶装置、及びこの液晶装置を備えた投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置は、相互に対向する一対の基板間に液晶層を挟持してなり、少なくとも一方の基板に、該基板に入射される光の波長域に対応した反射波長域を有する誘電体多層膜からなる遮光層を備えたことを特徴とする。
本構成では、遮光層が誘電体多層膜からなるため、従来のように遮光層をＣｒやＡｌ等の金属膜によって構成したものよりも光の吸収量を小さくすることができ、装置の温度上昇を極力抑えることができる。例えば、Ａｌ等の金属反射膜では光の反射率が９７％程度（即ち、光の吸収量が３％程度）であるのに対して、誘電体多層膜では、その誘電体多層膜の反射波長域の光であれば略１００％の光を反射可能（即ち、光の吸収量は略０％）である。
【０００５】
なお、上記遮光層は、装置の耐光性を高める観点から、照明光の入射側の基板に設けられることが望ましい。また、反射等により光が裏面側から入射されることを防止するために、上記遮光層を両方の基板に設けてもよい。
また本構成では、上記遮光層を、表示領域を構成する各画素の間の領域、及び各画素をスイッチングするためのスイッチング素子の形成された領域に設けることが好ましい。これにより、装置の耐久性が向上するとともに、光リーク電流の発生も防止できる。
【０００６】
また、本発明の投射型表示装置は、上述の液晶装置を備えたことを特徴とする。
具体的には、本発明の投射型表示装置は、白色光源と、該白色光源から射出された白色光を互いに異なる複数の色光に分離する色分離手段と、分離された各色光に対応して設けられた複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段によって合成された光を投射する投射レンズとを備え、上記光変調装置は、相互に対向する一対の基板と該基板間に挟持された液晶層とを有し、少なくとも一方の基板に、当該光変調装置に入射される色光の波長域に対応した反射波長域を有する誘電体多層膜からなる遮光層を備えたことを特徴とする。或いは、本発明の投射型表示装置は、互いに異なる色光を射出可能な複数の色光源と、各色光源に対応して設けられた複数の光変調装置と、各光変調装置で変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段によって合成された光を投射する投射レンズとを備え、上記光変調装置は、相互に対向する一対の基板と該基板間に挟持された液晶層とを有し、少なくとも一方の基板に、当該光変調装置に入射される色光の波長域に対応した反射波長域を有する誘電体多層膜からなる遮光層を備えたことを特徴とする。
本構成では、光変調装置の遮光層を誘電体多層膜によって構成しているため、不要な光の吸収が抑えられ、装置の耐久性が向上する。また、光変調装置の耐光性が向上することで、高輝度化を図ることも可能となる。
【０００７】
なお、照明用の光源に色光源を用いた場合には、この色光源をＬＥＤ等の固体光源とすることが望ましい。このような固体光源は発光スペクトルに急峻なピークを持つため、これを本構成のように反射波長域の狭い（即ち、遮光可能な波長域が狭い）遮光層を有する系に適用することで、不要光の透過又は吸収を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
［液晶装置］
以下に示す本実施形態の液晶装置は、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin-Film Transistor）素子を用いたアクティブマトリクス型の透過型液晶装置であり、例えば３板式プロジェクタのライトバルブのように、単一のピーク波長を有する色光を変調する光変調装置として利用されるものである。
【０００９】
図１は本実施形態の透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。図２はデータ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。図３は本実施形態の透過型液晶装置の構造を示す断面図であって、図２のＡ−Ａ’線断面図である。なお、図３においては、図示上側が光入射側（即ち、光源からの照明光の入射側）、図示下側が視認側（観察者側）である場合について図示している。また、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１０】
本実施形態の透過型液晶装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極９と当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。
【００１１】
また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００１２】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。
【００１３】
次に、図２に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の平面構造について説明する。図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（以下、「ＩＴＯ」と略す。）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）が複数、マトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａ及び容量線３ｂが設けられている。本実施形態において、各画素電極９及び各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域が画素であり、マトリクス状に配置された各画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
【００１４】
データ線６ａは、ＴＦＴ素子３０を構成する例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、後述のチャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００１５】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００１６】
次に、図３に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の断面構造について説明する。図３に示すように、本実施形態の透過型液晶装置においては、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａとその液晶層５０側表面に形成されたＴＦＴ素子３０、画素電極９、配向膜４０を主体として構成されており、対向基板２０はガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａとその液晶層５０側表面に形成された共通電極２１と配向膜６０とを主体として構成されている。
【００１７】
ＴＦＴアレイ基板１０において、基板本体１０Ａの液晶層５０側表面には画素電極９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０が設けられている。画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａ、当該走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。
【００１８】
また、上記走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２上を含む基板本体１０Ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール５、及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第２層間絶縁膜４が形成されている。つまり、データ線６ａは、第２層間絶縁膜４を貫通するコンタクトホール５を介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。さらに、データ線６ａ上及び第２層間絶縁膜４上には、高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第３層間絶縁膜７が形成されている。つまり、高濃度ドレイン領域１ｅは、第２層間絶縁膜４及び第３層間絶縁膜７を貫通するコンタクトホール８を介して画素電極９に電気的に接続されている。
【００１９】
また、本実施形態では、ゲート絶縁膜２を走査線３ａに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆとし、更にこれらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されている。
【００２０】
また、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側表面において、各画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０が形成された領域には、ＴＦＴアレイ基板１０を透過し、ＴＦＴアレイ基板１０の図示下面（ＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面）で反射されて、液晶層５０側に戻る戻り光が、少なくとも半導体層１ａのチャネル領域１ａ’及び低濃度ソース、ドレイン領域１ｂ、１ｃに入射することを防止するための第１遮光膜１１ａが設けられている。また、第１遮光膜１１ａと画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０との間には、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０を構成する半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的に絶縁するための第１層間絶縁膜１２が形成されている。さらに、図２に示したように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、コンタクトホール１３を介して第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続するように構成されている。
【００２１】
また、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側最表面、すなわち、画素電極９及び第３層間絶縁膜７上には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜４０が形成されている。
【００２２】
他方、対向基板２０には、基板本体２０Ａの液晶層５０側表面であって、データ線６ａ、走査線３ａ、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の形成領域に対向する領域、すなわち各画素部の開口領域以外の領域に、入射光が画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の半導体層１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止するための第２遮光膜２３が設けられている。さらに、第２遮光膜２３が形成された基板本体２０Ａの液晶層５０側には、そのほぼ全面に渡って、ＩＴＯ等からなる共通電極２１が形成され、その液晶層５０側には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜６０が形成されている。
【００２３】
ところで、本実施形態では、第１遮光層１１ａ及び第２遮光層２３は、本液晶装置に入射される光の波長域に対応した反射波長域を有する反射型の遮光層であり、例えば、二酸化チタン／二酸化珪素、或いは、硫化亜鉛／フッ化マグネシウムといった、屈折率の異なる複数の無機膜を積層した誘電体多層膜からなる。このような誘電体多層膜は特定の波長域の光を選択的に反射する性質を持っており、その反射波長域は膜構造（積層される各無機膜の材料や膜厚等）を変えることによって調節することができる。本実施形態では、この反射波長域を本液晶装置に入射される色光のピーク波長を含む波長域とし、遮光層１１ａ，２３に入射された上記色光が略１００％反射されるようにしている。なお、誘電体多層膜は、マスク蒸着やフォトレジストを用いたリフトオフ法等、公知の方法によって、画素間の領域や、画素スイッチング素子であるＴＦＴ３０の形成領域にパターン形成されている。
【００２４】
このように、本実施形態では遮光層１１ａ，２３を誘電体多層膜としたため、従来のように遮光層をＣｒやＡｌ等の金属膜によって構成したものよりも光の吸収量が一段と少ない構成となっている。例えば、Ａｌ等の金属反射膜では光の反射率が９７％程度（即ち、光の吸収量が３％程度）であるのに対して、誘電体多層膜では、その誘電体多層膜の反射波長域の光であれば略１００％の光を反射可能（即ち、光の吸収量は略０％）であり、その分、液晶装置の温度上昇を抑えることができる。実際に本発明者が比較実験を行なったところ、遮光層に金属膜を用いたものでは基板の温度上昇が６０℃になったのに対し、誘電体多層膜を用いたものでは基板の温度上昇が４０℃となり、不要光の吸収が十分に抑えられることがわかった。また、遮光層による光吸収量が少なくなることから、表示のコントラストも１０００以上の高い値が得られた。
また、本実施形態では、このような誘電多層膜からなる遮光層を、光入射側となる対向基板２０だけでなく、対向側となるＴＦＴアレイ基板１０にも設けたため、装置の耐久性が更に向上するとともに、戻り光による光リーク電流の発生も確実に防止することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＴＦＤ（Thin-Film Diode）素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置やパッシブマトリクス型液晶装置等にも適用可能である。また本実施形態では本発明の液晶装置を透過型の液晶装置として説明したが、本発明を反射型や半透過反射型の液晶装置に適用することも可能である。
【００２６】
［投射型表示装置］
次に、図４を参照しながら、上記実施形態の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置（プロジェクタ）の構成について説明する。図４は、上記実施形態の液晶装置をライトバルブとして用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図４において、８１０は白色光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は液晶光変調装置、８２５はクロスダイクロイックプリズム（色合成手段）、８２６は投写レンズを示す。
【００２７】
光源８１０はメタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。青色光、緑色光反射のダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの光束のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。
【００２８】
一方、ダイクロイックミラー８１３で反射された色光のうち緑色光は緑色光反射のダイクロイックミラー８１４によって反射され、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。なお、青色光は第２のダイクロイックミラー８１４も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するために、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９、出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられ、これを介して青色光が上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。すなわち、ダイクロイックミラー８１３，８１４、反射ミラー８１５，８１６，８１７、レンズ８１８，８１９，８２０は、白色光源８１０から射出された白色光を、それぞれ単一の発光ピークを持ち、且つ、互いに発光ピークの異なる複数の色光（赤色光，緑色光，青色光）に分離する色分離手段として機能する。
【００２９】
各光変調装置８２２，８２３，８２４によって変調された３つの色光はクロスダイクロイックプリズム８２５に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ８２６によってスクリーン８２７上に拡大投射される。
【００３０】
本実施形態の投射型表示装置は、その光変調装置に上述の液晶装置を備えているため、不要な光の吸収が抑えられ、装置の耐久性が向上する。実際に本発明者が動作試験を行なったところ、動作寿命が従来比で約４倍に延びることがわかった。
また、このようにライトバルブの耐光性が向上することで、高輝度化を図ることも可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態では、光源８１０を白色光源とし、この光源８１０から射出された白色光を複数の色光に分離したが、この代わりに、互いに異なる色光を射出可能な複数の色光源を各ライトバルブに対応して設けてもよい。この場合、このような色光源としてはＬＥＤ等の固体光源を用いることが望ましい。このような固体光源は発光スペクトルに急峻なピークを持つため、これを本実施形態のように反射波長域の狭い（即ち、遮光可能な波長域が狭い）遮光層を有する系に適用することで、不要光の透過又は吸収を確実に防止することができる。
また本実施形態では、本発明の投射型表示装置を透過型のプロジェクタとして説明したが、ライトバルブに反射型の液晶装置を用いることで、反射型のプロジェクタとすることもできる。
【００３２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態たる液晶装置におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図。
【図２】図１の液晶装置のＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図。
【図３】図１の液晶装置についてその要部の構造を示す断面図。
【図４】本発明に係る投射型表示装置についての一例を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・ＴＦＴアレイ基板、１０Ａ，２０Ａ・・・基板本体、１１ａ・・・第１遮光層、２０・・・対向基板、２３・・・第２遮光層、５０・・・液晶層、８１０・・・白色光源、８２２，８２３，８２４・・・光変調装置、８２５・・・クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）、８２６・・・投射レンズ
【図１】
2005181532.tif 000003
【図２】
2005181532.tif 000004
【図３】
2005181532.tif 000005
【図４】
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