JP2007121505A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強い読み出し光が入射しても、表示画像の均一性を維持し、高品位の表示品質を維持することが可能な反射型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】反射型の画素電極４Ａが表面にマトリクス状に複数形成された半導体基板４と、透明な共通電極６Ａが表面に形成された透明基板６とを、画素電極と共通電極とが所定の間隙を有して対向するように配置し、間隙に液晶８を封入してなる液晶表示セル２と、液晶表示セルの透明基板側に設けられた透明な防塵基板３６と、を有する反射型液晶表示装置において、液晶表示セルの少なくとも周囲を囲むようにして熱伝導性のセルハウジング２２を設け、動作時に防塵基板に放射状に遅相軸が生ずるように前記セルハウジングが、防塵基板の周辺部を支持する構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プロジェクタ、プロジェクションＴＶ等の基幹部品として用いられる反射型液晶表示装置に係り、特に使用時の温度上昇による輝度ムラなどの発生を防止して表示品質を高く維持することが可能な反射型液晶表示装置に関するものである。

一般に、プロジェクタやプロジェクションＴＶ等の基幹部品として、液晶表示装置が広く用いられている。近年、特に、マトリクス状に配置された反射型の画素電極とそれに電圧を供給するためのＣＭＯＳトランジスタ駆動回路とをシリコン基板上に形成し、このシリコン基板と、共通電極の形成された透明ガラス基板とを対向して貼り合わせ、その間に液晶を封止してなるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子と呼ばれる液晶表示セルを用いた反射型液晶表示装置が、その表示画像の品質の高さで注目されている。

このような反射型液晶表示装置は、上記した液晶表示セルを、金属製又は樹脂製のパッケージにフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）と共に収納して構成される。そして、上記した反射型液晶表示装置は、プロジェクタ内やプロジェクションＴＶ内に設置されて、液晶表示セルに表示された画像が拡大投影されるが、この時、光源からの強い光によって液晶表示セルの温度が上昇し、表示品質の低下が起きる。

すなわち、反射型液晶表示装置が、プロジェクタ等に組み込まれて、光源より読み出し光が照射されると、その光の一部を吸収して温度が上昇する。上記液晶表示セルの温度上昇が大きくなると、透明基板に大きな熱応力が発生して複屈折を生じ、表示品質が低下する。この熱応力の発生は、透明基板に温度分布が生じた場合に引き起こされる。具体的には、光源からの読み出し光は画像表示部分に照射され、この光の一部を吸収するシリコン基板の温度を上昇させる。そして、シリコン基板と貼り合わされた透明基板の温度も上昇するが、この温度上昇は画像表示エリアのある中央部分が大きく、周辺部分は小さい。その結果、上記したように、温度分布が生じて透明基板に熱応力による複屈折が生じる。この複屈折は、液晶の複屈折を利用した読み出し光の制御を妨げ、正しい表示輝度レベルからのズレを生じさせ、表示品質を低下させる。

そこで、特許文献１では、防塵ガラス付きの液晶表示セルを用いる液晶表示装置において、温度変化による表示品質、特に液晶表示セルの位置ずれに対する対策が、素子構成部材の線膨張係数を合わせることで採られている。
また特許文献２では、投射型の液晶表示装置において、表示品質を低下させる複屈折の発生を防ぐため、第２の透明基板について、線膨張係数、或いは光弾性定数を一定値以下にする点が開示されている。

特開２００１−１９５００６号公報 特開２００１−２９０１２０号公報

上述した従来の液晶表示装置は、前述したような温度上昇による表示品質の低下を考慮したものであったが、表示画像の高密度化、高輝度化が求められ、高出力の光源が使用されるに至っては、良好な画像品質を保持するのが困難となっている。
特に特許文献１の液晶表示装置においては、温度上昇により発生する透明基板及び防塵ガラスの複屈折に起因する表示品質の低下については十分な対策が施されていない。
また、特許文献２の液晶表示装置においては、ここで規定される線膨張係数や光弾性定数を満たす透明基板は少なく、且つ価格も高価である。更には、この特許文献２の液晶表示装置においても、液晶表示セルに使われる透明基板の温度上昇により発生する複屈折に起因する表示品質の低下については十分な対策が施されていない。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、強い読み出し光が入射しても、表示画像の均一性を維持し、高品位の表示品質を維持することが可能な反射型液晶表示装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、反射型の画素電極が表面にマトリクス状に複数形成された半導体基板と、透明な共通電極が表面に形成された透明基板とを、前記画素電極と前記共通電極とが所定の間隙を有して対向するように配置し、前記間隙に液晶を封入してなる液晶表示セルと、該液晶表示セルの前記透明基板側に設けられた透明な防塵基板と、を有する反射型液晶表示装置において、前記液晶表示セルの少なくとも周囲を囲むようにして熱伝導性のセルハウジングを設け、動作時に前記防塵基板に放射状に遅相軸が生ずるように前記セルハウジングが、前記防塵基板の周辺部を支持する構成としたことを特徴とする反射型液晶表示装置である。

この場合、請求項２に規定するように、前記防塵基板の周辺部側に、可視光を吸収するための可視光吸収膜を形成するようにしてもよい。
また請求項３に規定するように、前記防塵基板と前記透明基板とを透明な接着剤により貼り合わせるように構成してもよい。

本発明に係る反射型液晶表示装置によれば、液晶表示セルの少なくとも周囲を囲むようにしてセルハウジングを設け、該セルハウジングに、動作時に防塵基板に放射状に遅相軸が生ずるような状態で、防塵基板の周辺部を支持させるように構成したので、透明基板の温度分布によって発生する応力による複屈折を、これに対向して設けられる透明な防塵基板で発生させる複屈折で光学的に打ち消すことができるので、強い読み出し光が入射しても、表示画像の均一性を維持し、高品位の表示品質を維持することができる。

以下に、本発明に係る反射型液晶表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る反射型液晶表示装置に用いる液晶表示セルを示す概略断面図、図２は本発明に係る反射型液晶表示装置の第１実施例を示す断面図、図３は防塵基板に生ずる遅相軸の状態を示す模式図である。
まず、図１を参照して反射型液晶表示装置に用いる液晶表示セルについて説明する。この液晶表示セル２は、例えばシリコン基板よりなる半導体基板４と、これに対向して配置される透明な例えばガラス基板よりなる透明基板６と、上記半導体基板４と透明基板６との間に封入された液晶８とにより主に構成されている。

具体的には、上記半導体基板４の液晶８側の表面には、例えばアルミニウム合金よりなる反射型の複数の画素電極４Ａがマトリクス状に配置されており、各画素電極４Ａに対応して上記画素電極４Ａを駆動するためのスイッチングトランジスタを含む駆動回路４Ｂが形成されている。この駆動回路４Ｂにより対応する画素電極４Ａに信号電圧が印加される。

また上記透明基板６の液晶８側の表面には、例えばＩＴＯよりなる透明な共通電極６Ａが形成されており、その反対側の面には反射防止膜６Ｂが形成されている。そして、上記画素電極４Ａと共通電極６Ａとが対向するように半導体基板４と透明基板６とが所定の間隙を介して対向配置され、その間隙に液晶８を封入するように接合される。上記両基板４、６の周辺部は、スペーサの機能を兼ねるシール接着剤１０により液密に接合される。このシール接着剤１０の厚さは例えば５μｍ程度である。そして、読み出し光Ｌ１は、上記透明基板６側から入射されることになる。

また、上記半導体基板４の側部には、フレキシブル配線板１２が接続されており、上記駆動回路４Ｂ及び共通電極６Ａに対して必要な電気信号をそれぞれ供給するようになっている。
上記液晶セル２の画像の表示動作は、半導体基板４上に形成した駆動回路４Ｂに接続する画素電極４Ａと、透明基板６上に形成した共通電極６Ａ間に、画像に対応した信号電圧を印加し、液晶８の偏光方向を変えることによって行う。すなわち、読み出し光Ｌは、透明基板６を通して液晶８に入射した後、画素電極４Ａで反射して出射するが、この光の偏光方向を変えることによって画像表示が行われる。この液晶表示セル２においては、画素電極４Ａが２次元のマトリクス状に配置されているので、この画素電極４Ａを選択的に駆動することにより、上記のように２次元の画像表示を行うことができる。

＜第１実施例＞
次に、図２を参照して上記液晶表示セル２が組み込まれた第１実施例の液晶表示装置について説明する。図２においては、液晶表示セル２の構造を簡略化して示している。
図２に示すように、この第１実施例に係る液晶表示装置２０Ａは、上記液晶表示セル２の周囲を囲むようにして設けた例えばステンレスよりなる熱伝導性の良好な金属製のセルハウジング２２を有している。具体的には、上記セルハウジング２２の底部には板状のセルベース２４が接続して取り付けられている。このセルベース２４上に、周辺部にスペーサ２６を介在させた状態で熱伝導性の良好な接着剤２８により上記液晶表示セル２の半導体基板４側を固着して取り付けている。上記接着剤２８としては、例えばシリコーンゲル剤を用いることができる。

上記セルベース２４の下面には、放熱シート３０を介して例えばアルミニウムよりなるヒートシンク３２が接合されており、このヒートシンク３２には、放熱を促進させるための多数の放熱フィン３２Ａが設けられている。

一方、上記セルハウジング２２の上方は開口されており、この開口部の内側には、取付段部３４が形成されている。そして、この開口に、例えばガラス板よりなる透明な防塵基板３６が、上記透明基板６に対向するように設けられる。具体的には、この防塵基板３６は、その周辺部を上記取付段部３４に支持させると共に、その間に柔らかい熱伝導性が良好な熱伝導性接着剤３８を介在させて接着し、上記セルハウジング２２に取り付けている。これにより、接着時には、上記防塵基板３６に応力が発生しないようにしていると共に、上記セルハウジング２２との熱接触面積を増大させて（熱抵抗を低減させて）、光照射時にセルハウジング２２と接する防塵基板３６の周辺部の温度が高くなるような温度分布を持たせ、遅相軸が放射状に生ずるようにしている。また上記防塵基板３６の上下面には、反射防止膜３６Ａ、３６Ｂがそれぞれ設けられている。

上記防塵基板３６の材料としては、好ましくは上記透明基板６と同じ材料、例えば同じガラス板を用いる。これにより、液晶表示セル２の動作時には、この液晶表示セル２の全体がジュール熱等による発熱体になっており、しかも、透明基板６は液晶８を介して発熱源であるシリコン基板よりなる半導体基板４に面で接しているので、発熱体の中心部分となる透明基板６の中心部分は、その周辺部よりも温度が高くなる。

一方、防塵基板３６は、透明なので多くの光は透過され、しかし、防塵基板３６の周辺部は、液晶表示セル２側からの熱で加熱状態になっているセルハウジング２２の取付段部３４に熱伝導性が良好な熱伝導性接着剤３８を介して接合して支持されているので、セルハウジング２２からの熱により加熱され、その結果、上記透明基板６の温度分布とは逆に、周辺部の温度が中央部よりも高くなるような温度分布となる。

また板状の上記セルベース２４は、コバール（鉄、ニッケル、コバルトの合金であって、熱膨張率がガラスやシリコンに近い材料）より構成するのが好ましい。コバールの熱膨張率は４９×１０^−７／℃である。またコバールの熱伝導度は１７Ｗ／ｍ℃である。ちなみに、シリコン基板よりなる半導体基板４の熱膨張率は３２×１０^−７／℃である。また、ガラス基板よりなる透明基板６は、コーニング社製の＃１７３７（商品名）を用いることができ、この熱膨張率は３８×１０^−７／℃である。

上述したように、防塵基板３６には液晶表示セル２の透明基板６と同じガラス板を用い、この防塵基板３６の両側には反射防止膜３６Ａ、３６Ｂが形成されているが、可視光域の吸収はほとんどなく、読み出し光Ｌの照射時でも防塵基板単体の温度上昇はほとんど生じない。また上述のように、防塵基板３６のセルハウジング２２への接着は柔らかい熱伝導性接着剤３８を用いたので、これにより、接着時の応力は発生せず、またセルハウジング２２との熱接触面積が増し、液晶表示セル２の透明基板６とは逆に、光照射時にはセルハウジング２２と接する周辺部の温度が高くなるような温度分布を持たせることができる。

換言すれば、上述したように液晶表示セル２の透明基板６は、その特性上、透明基板６の中心部側（中央部側）がその周辺部よりも高温になる温度分布となるが、上記防塵基板３６は逆の温度分布、すなわち中央部よも周辺部が高温となる温度分布となり、これにより、透明基板６の温度分布によって発生する応力による複屈折を、これに対向して設けられる透明な防塵基板３６で発生させる複屈折で光学的に打ち消すことができるので、強い読み出し光が入射しても、表示画像の均一性を維持し、高品位の表示品質を維持することができる。

上述したように構成された反射型液晶表示装置２０Ａは、プロジェクタ（図示しない）等の色分解合成光学系（図示しない）に組み込まれる。この色分解合成光学系は、光源（図示しない）から出射される読み出し光Ｌを、反射型液晶表示装置２０Ａの液晶表示セル２に導き、この液晶表示セル２から出射される、画像信号で変調された読み出し光を、スクリーン（図示しない）に投影して画像が表示される。
上述のように作製した液晶表示装置２０Ａを用いてプロジェクタを構成し、実際に動作させて表示画像の品質を評価した。

第１実施例の反射型液晶表示装置２０Ａにおける液晶表示セル２のサイズは対角１．３インチ（アスペクト比４：３）である。用いた光学系は、スクリーン上で８０００ｌｍ（ルーメン）の明るさを有するものであり、反射型液晶表示装置２０Ａへの入射光量は１５Ｗである。
表示品質として、投影画像の均一性を評価した。スクリーン上の四隅及び中央の５点の照度を測定し、画像の均一性を”（最大照度−最小照度）／中央照度”として評価した。その結果を、表１に示す。

上記表１に示すように、熱伝導性の高い熱伝導性接着剤３８で防塵基板３６をセルハウジング２２に取り付けた場合には、最も画像の均一性が優れていた。この結果は、防塵基板３６の取り付け方及びそれによる温度分布で発生する複屈折によるものである。
防塵基板３６が無い場合に画像の均一性が悪いのは、強い光照射時に液晶表示セル２の透明基板６の中心部の温度が高くなるような温度分布が生じ、それによる複屈折が原因である。この液晶表示セル２の透明基板６が温度分布によって発生する応力は引っ張り応力であり、屈折率の大きい方向（遅相軸）が円形状に分布する。この時の状態は、図３（Ａ）に示されている。尚、図３中における矢印は屈折率の大きい方向を示している。

一方、防塵基板３６は周辺部の温度が高くなるような温度分布となるため、それによる応力は圧縮応力となり、遅相軸は放射状に分布する。この時の状態は、図３（Ｂ）に示されている。その結果、複屈折によって生じる位相差が液晶表示セル２の透明基板６と防塵基板３６とで逆方向に発生し、この位相差が光学的に打ち消し合うことによって、画像均一性を改善することができる。すなわち、入射偏光は水平または垂直方向に配置されるので、その入射偏光と平行もしくは直交する部分では位相差ゼロで暗くなり、入射偏光と角度が４５度となる部分で最大の位相差が生じ、明るくなる。上記図３（Ａ）と図３（Ｂ）とでは位相差が逆になっているので、足し合わせるとキャンセルされる。
従って、液晶表示セル２の透明基板６と防塵基板３６の各複屈折が光学的に常に打ち消し合うので、読み出し光Ｌの強度が上がって高輝度化されたプロジェクタ等でも、画像の均一性を高く維持することができる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。
図４は本発明に係る反射型液晶表示装置の第２実施例を示す断面図である。尚、図４において、図２に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してある。
この第２実施例の反射型液晶表示装置２０Ｂでは、防塵基板３６の周辺部側に、反射防止膜３６Ｂに加えて可視光を吸収する可視光吸収膜４０を形成している。他の構成は、第１実施例と同一である。ここでは上記可視光吸収膜４０を防塵基板３６の下側（液晶表示セル２側）の外周側に沿って所定の幅で形成している。

上記可視光吸収膜４０は、金属Ｃｒを真空成膜プロセスで形成した後、エッチングによりパターン加工することにより形成できる。この可視光吸収膜４０を形成する部分は、シリコン基板の画素エリア２６．４×１９．８ｍｍ部分から左右上下０．５ｍｍづつ外周の２７．４×２０．８ｍｍより外周部とするのがよい。
ここで上記反射型液晶表示装置２０Ｂを用いて第１実施例と同様のプロジェクタを構成し、同じく投影画像の均一性を評価した。その結果を表２に示す。

上記表２に示すように、可視光吸収膜４０であるＣｒ膜によって防塵基板３６の周辺部での熱吸収が増加し、温度分布による防塵基板３６の複屈折は増加しているが、第１実施例と同じく液晶表示セル２の透明基板６の複屈折と打ち消し合い、画像均一性をより改善することができた。
また、Ｃｒ膜が画像表示枠として機能するため、画素エリアの周辺部の遮光の役目も果たす。従って、可視光吸収膜４０を形成する部分は、光学系からの読み出し光Ｌの入射角度によって決まり、それに応じて最適な吸収率となるＣｒ膜厚を決める。

＜第３実施例＞
次に本発明の第３実施例について説明する。
図５は本発明に係る反射型液晶表示装置の第３実施例を示す断面図である。尚、図５中において、図２及び図４に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してある。
この第３実施例の反射型液晶表示装置２０Ｃでは、防塵基板３６と液晶表示セル２の透明基板６との間に光学的に透明な接着剤４２が介在されて両部材が貼り合わされている。この場合、上記接着剤４０で貼り合わされる防塵基板３６のセル側の反射防止膜３６Ｂ（図２参照）と液晶表示セル２の透明基板６の上面の反射型防止膜６Ｂ（図１参照）は省略することができる。他の構成は第２実施例と同一である。

この液晶表示装置２０Ｃを用いて第１実施例と同様のプロジェクタを構成し、同じく投影画像の画像均一性を評価した。この場合の画像均一性は２１％と良好であった。防塵基板３６と液晶表示セル２の透明基板６とが貼り合わされることで、熱のやり取りが行われるが、第１及び第２実施例と同様に、複屈折を相殺することができる。

本発明に係る反射型液晶表示装置に用いる液晶表示セルを示す概略断面図である。 本発明に係る反射型液晶表示装置の第１実施例を示す断面図である。 防塵基板に生ずる遅相軸の状態を示す模式図である。 本発明に係る反射型液晶表示装置の第２実施例を示す断面図である。 本発明に係る反射型液晶表示装置の第３実施例を示す断面図である。

符号の説明

２…液晶表示セル、４…半導体基板、４Ａ…画素電極、６…透明基板、６Ａ…共通電極、８…液晶、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…液晶表示装置、２２…セルハウジング、２４…セルベース、３６…防塵基板、３８…熱伝導性接着剤、４０…可視光吸収膜、４２…透明な接着剤、Ｌ…読み出し光。

Claims (3)

1. 反射型の画素電極が表面にマトリクス状に複数形成された半導体基板と、透明な共通電極が表面に形成された透明基板とを、前記画素電極と前記共通電極とが所定の間隙を有して対向するように配置し、前記間隙に液晶を封入してなる液晶表示セルと、
   該液晶表示セルの前記透明基板側に設けられた透明な防塵基板と、を有する反射型液晶表示装置において、
   前記液晶表示セルの少なくとも周囲を囲むようにして熱伝導性のセルハウジングを設け、動作時に前記防塵基板に放射状に遅相軸が生ずるように前記セルハウジングが、前記防塵基板の周辺部を支持する構成としたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 前記防塵基板の周辺部側に、可視光を吸収するための可視光吸収膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。
3. 前記防塵基板と前記透明基板とを透明な接着剤により貼り合わせたことを特徴とする請求項１または２記載の反射型液晶表示装置。
   
   

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