液晶显示装置以及投影型显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置以及投影型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及在驱动侧基板与对向侧基4反之间填充有液晶的液 晶显示装置，并涉及采用该液晶显示装置的投影型显示装置。
背景技术：
采用液晶显示装置的投影型显示装置(投影机)具有在入射侧和出射侧
上的吸收性有机偏振器。就是说，图7是描述现有技术的液晶显示装置的示 意性截面图。在该液晶显示装置中，驱动晶体管5、像素电极6和取向膜形 成在驱动侧基板l上。在同一装置中，对向电极和取向膜形成在对向侧基板 2上。通过首先将驱动侧基板1和对向侧基板2以其间预定的间隙结合在一 起，并且然后在驱动侧基板1的像素电极6与对向侧基板2的对向电极之间 填充液晶4，来形成液晶显示装置。另一方面，入射侧有机偏振器11设置在 对向侧基板2的外面，并且出射侧偏振器12设置在驱动侧基板1的外面。
然而，设置在入射侧和出射侧的有机偏振器11和12随着光亮度的增加 而伴随有颜色褪色和图像质量下降的问题。颜色褪色由包含在有机偏振器中 的染料和石典分子的破坏(breaking)引起。图像质量的下降由保护层的烧伤 (burning)造成。因此，在日本专利申请公开No.平10-133196中公开的技 术中，有机预偏振器(pre-polarizer)提供来分散光学应力(optical stress ), 因此在出射侧偏振器上减轻了这样的应力。
某些液晶显示装置采用无机偏振器，以避免由有机材料制造的偏振器的 前述耐光性(light fastness )问题和其它问题。反射性无机偏振器可以用在入 射侧上。然而，如果反射性无机偏振器3设置在出射侧上或者在驱动侧基板 1的外面，则反射性无机偏振器3由于从偏振器返回的光照射驱动基板5而 不利地影响图像质量，如图8所示。
所考虑的避免返回光照射的可能方案是相对于驱动侧基板1倾斜地设置 出射侧反射性无机偏振器3，如图9所示。然而，该方案导致大的装置构造。
另一方面，吸收性无机偏振器由于其在可见光范围(特别是蓝光范围)
内的特性问题尚未达到实际应用的水平。

发明内容
根据前述问题已经设计了本发明的实施例。就是说，本发明的实施例是 这样的液晶显示装置，该液晶显示装置包括其上形成有驱动晶体管、像素电 极和取向膜的驱动侧基板。该液晶显示装置还包括其上形成有对向电极和取 向膜的对向侧基板。该液晶显示装置还包括填充在驱动侧基板的像素电极与 对向侧基板的对向电极之间的液晶。该液晶显示装置还包括形成在驱动侧基 板的驱动晶体管与像素电极之间的反射性无机偏振器。
在本发明的上述实施例中，反射性无机偏振器提供在驱动侧基板的驱动 晶体管与像素电极之间，因此消除了基板外面的任何偏振器的需求。此外，
如果反射性无机偏振器设置在驱动晶体管与像素电极之间，则其甚至可以防 止从偏振器返回的光进入驱动晶体管。
此外，本发明的实施例是投影型显示装置，该投影型显示装置包括光源、 聚光光学系统和投影光学系统。聚光光学系统将来自光源的光引入液晶显示 装置中。投影光学系统放大和投影由该液晶显示装置光学调制的光。为了形 成该液晶显示装置，驱动侧基板与对向侧基板彼此平行设置，从而适合于使 液晶取向的取向膜彼此相对。液晶填充在驱动侧基板与对向侧基板之间。液 晶显示装置的驱动侧基板具有驱动晶体管和像素电极。反射性无机偏振器形 成在驱动晶体管与像素电极之间。
此外，本发明的实施例是投影型显示装置，该投影型显示装置包括光源、 聚光光学系统和投影光学系统。聚光光学系统将来自光源的光分成多个颜色 的光束，并且将每个颜色的光束引入多个液晶显示装置与该颜色的光束相对 应的一个中。投影光学系统放大和投影由该液晶显示装置光学调制的光。为 了形成该多个液晶显示装置的每一个，驱动侧基板和对向侧基板彼此平行设 置，从而适合于使液晶取向的取向膜彼此相对。液晶填充在驱动侧基板与对 向侧基板之间。该多个液晶显示装置的每一个的驱动侧基板具有驱动晶体管 和像素电极。反射性无机偏振器形成在驱动晶体管与像素电极之间。
在本发明上述的实施例中，反射性无机偏振器提供在投影型显示装置中 液晶显示装置的驱动侧基板的驱动晶体管与像素电极之间。这就消除了基板 外面任何偏振器的需要，因此允许减少投影型显示装置的部件数量。此外，如果反射性无机偏振器设置在驱动晶体管与像素电极之间，则其甚至可以防 止从偏振器返回的光进入驱动晶体管，因此保证了改善投影型显示装置的图
像质量。
因此，本发明的实施例提供下面的效果。也就是说，在出射侧上可以采 用反射偏振器，而不引起任何图像质量的下降，因此允许实现更高水平的耐 光性，并且为面板提供更高水平的价值。此外，如果反射偏振器用在入射和 出射两侧上，则不需要任何单独的偏振器，允许显著地使装置小型化。


图1是描述根据本发明实施例的液晶显示装置的示意性截面图。
图2是描述根据本发明实施例的另 一个实例的液晶显示装置的示意性截面图。
图3是描述根据本发明实施例的液晶显示装置的制造方法的示意性截面 图(1)。
图4是描述根据本发明实施例的液晶显示装置的制造方法的示意性截面 图(2)。
图5是描述根据本发明实施例的液晶显示装置的制造方法的示意性截面 图(3)。
图6是描述根据本发明实施例的投影型显示装置的构造的示意图。 图7是描述现有技术(1 )的示意图。 图8是描述现有技术(2)的示意图。 图9是描述现有技术(3)的示意图。
具体实施例方式
下面，将参照附图描述本发明的优选实施例。图l是描述根据本发明实 施例的液晶显示装置的示意性截面图。就是说，根据本发明实施例的液晶显 示装置包括驱动侧基板1和对向侧基板2。驱动晶体管5、像素电极6和取 向膜形成在驱动侧基板1上。对向电极和取向膜形成在对向侧基板2上。该 液晶显示装置还包括液晶4。驱动侧基板1和对向侧基板2结合在一起，该 液晶4填充在像素电极6和对向电极之间。该液晶显示装置还包括反射性无 机偏振器3。该反射性无机偏振器3形成在驱动侧基板1的驱动晶体管5和
像素电极6之间。在如图l所示的液晶显示装置中，取向膜形成在驱动侧基 板1与对向侧基板2的相对表面的每一个上。然而，因为较易于理解而省略 了该取向膜的说明。
驱动侧基板1具有有源层和堆叠其上的绝缘层。这些层在玻璃基板上构
成驱动晶体管5。通过例如光刻和离子注入的预定技术为每个像素形成驱动 晶体管5。
与驱动晶体管5具有电连续性的像素电极6通过驱动晶体管5的导通/ 截止转换控制。这允许控制施加给液晶4的电压。此外，遮光膜61形成在 驱动晶体管5的上面，以防止不希望的光进入驱动晶体管5。
在现有技术的构造中，像素电极通过绝缘膜和遮光膜形成在驱动晶体管 的上面。在本发明的实施例中，反射性无机偏振器3形成在驱动晶体管5和 像素电极6之间。就是说，设置在出射侧上的偏振器由无机材料制造。而且， 偏振器与驱动侧基板1一体地制造。
其上设置有反射性无机偏振器3的层不做特别限定。然而，优选反射性 无机偏振器3应当设置在形成于驱动晶体管5的顶部上的平坦化层51上(入 射侧上)。此外，反射性无机偏振器3的层应当优选完全埋入保护层31中， 并且进行平坦化以避免对上层的任何影响。
为了制造反射性&机偏振器，在由玻璃、石英、聚合物或者其它材料制 造的透明基板上形成精细线条。该精细线条的宽度、高度和形状恰好根据各 种颜色(红、绿和蓝色光束)的波长进行最优化选择。
精细线条的材料应当在允许以100nm到500nm的微细节距进行图案化 的材料之中选择，以覆盖整个可见范围，并且用作反射偏振器。此外，考虑 到耐光性和其它因素，特别优选铝或者其它无机导电材料。
另一方面，考虑到易于制造以及可行性，应当尽可能采用低折射率的材 料作为适合于填充精细线条之间的间隙的介质(保护膜31 )。
如果可以不提供偏振器需要的足够的消光系数(extinction ratio),则例 如，由于用作反射性无机偏振器3的材料和适合于填充精细线条之间间隙的 介质(保护膜31)，反射性无机偏振器3可以用作预偏振器，并且可以单独 地提供入射和出射偏振器。如上所述，即使与驱动侧基板1一体制造的反射 性无机偏振器3用作预偏振器，反射性无机偏振器3也更靠近液晶4而不是 驱动晶体管5设置。这允许抑制图像质量的下降，因此保证显著减少分开设
置在出射侧上的有机偏振器上的光学应力。
同时，如果反射性无机偏振器3可以设计和制造为提供良好的消光系数
的特性，则反射性无机偏振器3可以用作主偏振器，因此消除对任何其它偏
振器的需求。
例如，图2是描述反射性无机偏振器7和3分别与入射侧和出射侧上的 基板一体制造的实例的示意性截面图。在该实例中，出射侧上的驱动侧基板 1具有设置在驱动晶体管5和像素电极6之间的反射性无机偏振器3。入射 侧上的对向侧基板2具有形成在液晶4侧的反射性无机偏振器7。
面与取向膜之间的层上。反射性无机偏振器7提供在均匀形成的基板表面上 或者对向电极的表面上。结果，可以附着单独形成的膜式反射性无机偏振器 7。作为选择，反射性无机偏振器7可以通过气相沉积和光刻形成。应当注 意的是，分别提供在驱动侧基板1和对向侧基板2上的反射性无机偏振器3 和7的精细线条实际上彼此垂直。然而，为了易于理解说明，这些线条在图 2中展示为在相同的方向上延伸。
如上所述，反射性无机偏振器3和7分别与驱动侧基板1和对向侧基板 2—体制造。结果，无需任何另外的偏振器，因此允许制造与面板完全一体 化的偏振器和液晶构件。
接下来，将参照图3至5描述根据本发明实施例的液晶显示装置的制造 方法。首先，如图3(a)所示，给定的膜形成在用作驱动侧基板的玻璃基板 10上。这些膜通过光刻、离子注入和其它技术制造成驱动晶体管5。
接下来，绝缘膜(例如，氧化硅膜)形成在驱动晶体管5上，如图3 ( b ) 所示。例如，通过CMP^f吏该膜平坦化，以形成平坦化层51。应当注意的是， 该步骤中的平坦化对于在接下来的步骤中精确形成反射性无机偏振器的精 细线条是重要的。
接下来，如图3(c)所示，用作反射性无机偏振器的精细线条30形成 在平坦化层51上。精细线条30以几个步骤形成。就是说，首先，预先涂敷 光敏材料。然后，制造精细线条的区域通过光刻去除。接下来，例如通过气 相沉积来沉积铝或者其它无机导电材料。最后，去除光敏材料以形成给定间 距的精细线条30。
接下来，例如氟化镁的光学薄膜材料填充在精细线条之间以形成如图4
8
(a)所示的保护膜31，因此平坦化了该表面。结果，形成反射性无机偏振 器3。
接下来，遮光膜61形成在如图4(b)所示的反射性无机偏振器3的平 坦化表面的一部分上。该部分与驱动晶体管5相对应。同时，形成与驱动晶 体管5具有电连续性的导电电极60。
接下来，例如由氧化硅制造的绝缘膜62形成在遮光膜61上，如图4( c ) 所示。然后，像素电极6形成在绝缘膜62上。像素电极6是透明电极(IT0: 铟锡氧化物)。像素电极6连接到较早形成的导电电极60，以与驱动晶体管 5具有电连续性。然后，形成必要时摩擦的未示出的取向膜。
接下来，对向电极和未示出的取向膜形成在用作对向侧基板2的玻璃基 板20上，如图5(a)所示。然后，驱动侧基板1和对向侧基板2以其间给 定的间隙彼此面对面设置。例如通过混合在用于将基板连接在一起的密封剂 中的间隔物来控制该给定间隙。作为选择，必要时可以通过形成片上间隔物 (OCS ， On Chip Spacer )来控制该间隙。
然后，将液晶4注入形成在驱动侧基板1与对向侧基板2之间的间隙中， 如图5 (b)所示。这就提供了完成的液晶显示装置。
应当注意的是，如果如图2所示反射性无机偏振器7与对向侧基板2 — 体制造，则反射性无机偏振器7在形成对向侧基板2时提供。然后，驱动侧 基板1与对向侧基板2在此条件下必须一个覆盖在另一个上，随后注入液晶。
此外，如果如图2所示反射性无机偏振器7与对向侧基板2 —体制造， 则可以留下没有去除的给定图案，而不制造这些精细线条，从而没有去除的 图案也可以用于要提供在对向侧基板2上的遮光膜的目的，该遮光膜用于针 对漫射光的保护。作为选择，某些精细线条可以旋转90度，以防止不希望 的光传播到屏幕。还可以作为选择的是，反射性无机偏振器3和7的图案可 以电接地以防止不希望电场的发展。
根据本发明实施例的液晶显示装置用于例如投影型液晶投影机的投影 型显示装置，如图6所示。
图6所示的液晶投影机100是所谓的三板投影机。液晶投影机100将来 自光源的光分成三原色即红、蓝和绿。液晶投影机100对三原色的每一个 采用LCD(液晶显示装置)来显示彩色图像。用于三原色之一的每一个液晶 灯泡对应于图1所示的LCD。在下面给出的描述中，适合于接收红光的LCD
用参考数字LCD 125R表示，适合于接收绿光的LCD用参考^:字LCD 125G 表示，而适合于接收蓝光的LCD用参考数字LCD 125B表示。
LCD 125R和125 B每一个都具有例如通过以无才几密封剂密封液晶形成 的液晶层。这些LCD没有适合于控制液晶层到给定厚度的片上间隔物(OCS, On Chip Spacer )。另一方面，用于高度可见颜色的绿光的LCD 125G具有例 如通过以有机密封剂密封液晶形成的液晶层，因此采用OCS精确控制该间 隙。
图6所示的液晶投影机100包括适合于发光的光源111以及设置在光源 111的发射侧上的第一透镜阵列112。液晶投影机100还包括镜114，该镜 114适合于反射从第一透镜阵列112发射的光，并且将所发射光的光路(光 路110)改变90度。液晶投影机100还包括第二透镜阵列113，该第二透镜 阵列113适合于接收从镜114反射的光。
这里，镜114优选为全反射镜。第一和第二透镜阵列112和113分别具 有多个微透镜112M和113M。这些孩i透镜112M和113M 二维地布置。
第一和第二透镜阵列112和113适合于提供亮度的均匀分布。这些阵列 可以将入射光束分束成多个小的光通量。应当注意的是，未示出的UV(紫 外线)/IR (红外线)截止滤光片(cut filter)可以提供在光源111和第一透 镜阵列112之间。
光源lll发射白光，该白光包含显示彩色图像所需的红、蓝和绿光束。 光源111包括适合于发射白光的未示出的发光体和适合于反射和聚集来自该 发光体的光的反射器。
例如，超高压汞灯、卣素灯、金属卣化物灯或者氙灯可以用作发光体。 反射器优选成型为提供高聚光效率。例如，反射器具有旋转对称凹面如球状 镜或者旋转抛物面。发光体的发光点定位在凹面反射器的焦点上。
从光源111的发光体发射的白光通过反射器形成为近似平行的光束，并 且通过第一透镜阵列112进入全反射镜114。在白光的光轴110通过全反射 镜114弯折90度后，其进入第二透镜阵列113。
图6所示的液晶投影机100在第二透镜阵列113的出射侧上具有PS转 换元件115、聚光透镜116和分色镜117。
PS转换元件115是偏振转换元件的实例。PS转换元件115具有多个相 差片115A，其提供在与第二透镜阵列113上的相邻微透镜之间的边界相对
应的位置上。半波片是相差片115A的实例。
PS转换元件115将入射光分成p-和s-偏振成分。PS转换元件115发射 两种偏振中的一种(例如，p-偏振成分)，而不改变其偏振方向。PS转换元 件115将另一种偏振(例如，s-偏振成分)通过半波片115A的作用转换成 其它偏振成分(例如，p-偏振成分)，并且发射所得到的偏振成分。
来自PS转换元件115的光通过聚光透镜116聚集，并且进入分色镜117。 分色镜117反射例如入射光中的红光束LR,并且透射其它颜色光束，因此 将入射光分成红光束LR和其它颜色光束。
液晶投影机100还有镜118、物镜124R、入射侧偏振器1301、 LCD 125R 和出射侧偏振器130S,它们沿着分色镜117分开的红光束LR的光路设置。
这里，全反射镜用作镜118。全反射镜118朝着入射侧偏振器1301和 LCD 125R反射通过分色镜117分开的红光束LR。
入射侧偏振器1301透射来自全反射镜118的入射红光束LR的部分，其 方向与偏振轴130a的方向匹配。
LCD 125R具有与前述液晶显示装置相同的结构。根据输入图像数据， LCD 125R空间上调制通过必要时提供的入射侧偏振器1301接收的红光束 LR。
另一方面，必要提供的出射侧偏振器130S透射从LCD 125R调制的红 光束LR的部分，其方向与偏振轴130b的方向匹配。
液晶投影机IOO具有分色镜119，其沿着分色镜117分开的其它颜色光 束的光路设置。分色镜119反射入射光的绿光束LG,并且透射其中的蓝光 束LB,因此将入射光分成绿光束LG和蓝光束LB。
物镜124G、入射侧偏振器1301、 LCD 125G和出射侧偏振器130S沿着 分色镜119分开的绿光束LG的光路提供。应当注意的是，必要时提供入射 侧偏振器130I和出射侧偏振器130S。
入射侧偏振器1301透射来自分色镜119的入射绿光束LG的部分，其方 向与偏振轴130a的方向匹配。根据输入图像数据，LCD 125G空间调制通过 入射侧偏振器130I接收的绿光束LG。出射侧偏振器130S透射从LCD 125G 调制的绿光束LG的部分，其方向与偏光轴130b的方向匹配。
此外，中继镜(relay lens) 120、镜121、中继镜122、镜123、物镜124B、 入射侧偏振器1301、LCD 125B和出射侧偏振器130S沿着分色镜119分开的
蓝光束LB的光路提供。应当注意的是，必要时提供入射侧偏振器1301和出 射侧偏振器130S。
镜121和123优选为全反射镜。全反射镜121朝着全反射镜123反射通 过中继镜120接收的蓝光束LB。全反射镜123朝着入射侧偏振器1301和LCD 125B反射由全反射镜121反射并且通过中继镜122接收的蓝光束LB。
入射侧偏振器1301透射来自全反射镜123的入射绿光束LG的部分，其 方向与偏振轴130a的方向匹配。根据输入图像数据，LCD 125B空间调制由 全反射镜123反射并且通过物镜124B接收的蓝光束LB。
出射侧偏振器130S透射从LCD 125B调制的蓝光束LB的部分，其方 向与偏振轴130b的方向匹配。正交棱镜126提供在红、绿和蓝光束LR、 LG 和LB的光路彼此相交的位置。正交棱镜126可以结合这些颜色的光束。
正交棱镜126包括例如结合在一起的四个直角棱镜。该棱镜的每一个具 有分别接收红、绿和蓝光束LR、 LG和LB的入射表面126R、 126G和126B。 该棱镜的每一个还具有出射红、绿和蓝光束LR、 LG和LB的结合光的出射 表面126T。
在液晶投影机100中，直角棱镜的每个的结合表面涂敷有分色膜。结果， 正交棱镜126朝着出射表面126T透射入射的绿光束LG，并且朝着出射表面 126T反射红和蓝光束LR和LB。这允许正交棱镜126结合进入入射表面 126R、 126G和126B的三种颜色的光束以从出射表面126T出射所结合的光束。
此外，液晶投影机100具有投影透镜127,其适合于朝着屏幕128投影 由正交棱镜126结合的光束。投影透镜127优选包括多个透镜，并且具有缩 放(zooming)和调焦功能。该缩放功能允许调整投影到屏幕128上的图像 尺寸。
反射性无机偏振器结合在根据本实施例的液晶显示装置中。因此，如果 该液晶显示装置用在如上所述的构造的液晶投影片几100中作为LCD,并且如 果反射性无机偏振器用作预偏振器，则可以显著减少入射侧偏振器1301和 出射侧偏振器130S上的光学应力。这总体上提供了液晶投影机100的改善 的耐久性。
同时，如果反射性无机偏振器3可以设计和制造为提供良好的消光系数 特性，则反射性无机偏振器3可以用作主偏振器，因此消除对入射侧偏振器
1301和出射侧偏振器130S的需求。这允许液晶投影机100减少部件数量并 小型化。
本发明的实施例已经参照透射式LCD及其对应的投影型显示装置的实 施例进行了描述。然而，反射式LCD可以与投影型显示装置结合。此外， 也可以采用其它投影型显示装置。这样的投影型显示装置包括其一对于 RGB的每种颜色使用液晶显示装置，以及其二只用一个液晶显示装置来显 示单色图像。
权利要求
1、一种液晶显示装置，包括:驱动侧基板，在所述驱动侧基板上形成有驱动晶体管、像素电极和取向膜；对向侧基板，在所述对向侧基板上形成有对向电极和取向膜；液晶，填充在所述驱动侧基板的像素电极与所述对向侧基板的对向电极之间；以及反射性无机偏振器，形成在所述驱动侧基板的驱动晶体管与像素电极之间。
2、 如权利要求1所述的液晶显示装置，其中 所述对向侧基板具有入射侧反射性无机偏振器。
3、 如权利要求2所述的液晶显示装置，其中
4、 如权利要求1所述的液晶显示装置，其中 目的。
5、 一种投影型显示装置，包括 光源；聚光光学系统，适合于将光从所述光源引入液晶显示装置中；以及 投影光学系统，适合于投影由所述液晶显示装置光学调制的光，其中 为了形成所述液晶显示装置，驱动侧基板与对向侧基板彼此平行设置， 从而适合于使液晶取向的取向膜彼此相对，液晶填充在所述驱动侧基板与对向侧基板之间， 所述液晶显示装置的驱动侧基板具有驱动晶体管和像素电极，并且 反射性无机偏振器形成在所述驱动晶体管与像素电极之间。
6、 一种投影型显示装置，包括 光源；聚光光学系统，适合于将来自所述光源的光分成多个颜色的光束，并且 将每个颜色的光束引入多个液晶显示装置与该颜色的光束相对应的 一个中； 以及投影光学系统，适合于放大和投影由所述液晶显示装置光学调制的光，为了形成所述多个液晶显示装置的每一个，驱动侧基板与对向侧基板彼 此平行设置，从而适合于使液晶取向的取向膜彼此相对， 液晶填充在所述驱动侧基板与对向侧基板之间，所述多个液晶显示装置的每一个的驱动侧基板具有驱动晶体管和像素 电极，并且反射性无机偏振器形成在所述驱动晶体管与像素电极之间。
全文摘要
由偏振器引起的图像质量下降被抑制，并且耐光性得到了改善。液晶显示装置提供有驱动侧基板(1)，在该驱动侧基板(1)上形成有驱动晶体管(5)、像素电极(6)和取向膜；对向基板(2)，在该对向基板(2)上形成有对向电极和取向膜；液晶层(4)，密封在驱动侧基板(1)的像素电极(6)与对向基板(2)的对向电极之间；以及反射性无机偏振器(3)，形成在驱动侧基板(1)上的驱动晶体管(5)与像素电极6之间。还提供了使用该液晶显示装置的投影显示装置。
文档编号G02F1/13GK101379428SQ200780004959
公开日2009年3月4日 申请日期2007年11月26日 优先权日2006年12月8日
发明者坪田浩嘉, 阿部文明, 馆森由美子 申请人:索尼株式会社