JP2000199896A - 電気光学装置 - Google Patents

電気光学装置

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JP2000199896A
JP2000199896A JP2000041720A JP2000041720A JP2000199896A JP 2000199896 A JP2000199896 A JP 2000199896A JP 2000041720 A JP2000041720 A JP 2000041720A JP 2000041720 A JP2000041720 A JP 2000041720A JP 2000199896 A JP2000199896 A JP 2000199896A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶を用いた表示の明るい反射型の電気光学
装置を得る。 【解決手段】 光入射側の基板内面に減反射コーティン
グを施してなることにより、反射面によって反射した光
の再反射を防止することにより、反射光率を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は液晶を用いた反射型
の電気光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のツイストした液晶を用いた反射型
液晶電気光学装置は一軸性の電気光学媒体を1/4λの
波長板として使うもの、USP.4019807、特開
昭56−43681号に記載のようにツイスト角を45
度とし、かつ直線偏光した入射光は分子軸に対し傾けて
入射するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の反射型
液晶電気光学装置には液晶層の厚みに対し余裕が少な
く、表示性能にむらが生じ易いという課題があった。更
に出力光が楕円偏光であるために、光量の損失が生じる
という課題もあった。そこで本発明では、ツイスト角と
入射偏光角の最適化をすることによって光量損失の少な
い、製作上のマージンの多い反射型電気光学装置を提供
することを目的とするものである。
【0004】さらに電界に対する液晶の光学特性のしき
い特性が急峻で、少ない実効値変化に対しても十分液晶
が応答し、ハイデューテイー駆動が可能な反射型液晶電
気光学装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の電気光学装置
は、対向する一対の基板間に液晶層を挟持した電気光学
装置において、前記一対の基板のうちの一方の基板の液
晶層側に反射面を有し、前記一対の基板のうちの他方の
基板の液晶層側には減反射コーティングを施してなるこ
とを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明の詳細
を示す。 (実施例1)図1は本発明の反射型電気光学装置の断面
図である。透明基板101と反射性膜102を設置され
た対向基板103の間にツイストしたネマチック液晶1
04がはさまれた構造となっている。105は電界を液
晶層に印加するための透明電極である。もう一方の電極
は金属薄膜で形成された反射性膜102が兼ねている。
さらに入出射面、透明電極面には減反射コーティング1
06が施され、不要な光線反射を抑制している。図2は
液晶の配向を示す斜視図である。図2はネマチック液晶
層のツイスト角201は63度、液晶の複屈折と液晶層
厚の積(μm単位、以下、△ndと称する)は0.2の
場合である。近接して設置された偏光素子により直線偏
光となった入射光は、入射側の液晶分子202のダイレ
クター203に電界振動面204が沿って入射するよう
に角度が設定されている。つまり分子の配列は、印加電
圧が零の時、図2のように基板界面で平行に配向し、上
下の基板間で63度をなすように配向処理されている。
この配向処理はラビング、射方蒸着等により行うことが
できる。同じように直線偏光した入射光が入り、反射面
では円偏光となり、反射後出射面では入射光と90度偏
光面が回転した直線偏光となる条件である193度のツ
イスト角、△nd=0.58の場合も同様な構造であ
る。
【0007】図3は図1の装置の印加電圧と反射率(5
50nm)の特性である。実線が63度ツイストの場
合、破線が193度ツイストの場合である。
【0008】初めに電圧が零の時を説明する。直線偏光
402が入射すると、図4に示すように楕円偏光の軌跡
が回転する。反射面ではほぼ円偏光401となり、位相
が180度回転し反射される。再び液晶層を透過し、出
射面ではほぼ90度偏光面が回転した直線偏光403と
なり出射する。このため偏光素子で阻止され、反射率が
低下する(オフ状態)。
【0009】次に電圧が印加された場合を説明する。液
晶分子は誘電率の異方性のために、電界方向に再配列す
る。これにより入射光に対する複屈折の異方性が消失
し、入射した直線偏光がそのまま維持されて反射し、出
射する。従って反射率の低下はない(オン状態)。
【0010】このような偏光の変化を生ずるのは限られ
た条件のもとであり、この条件を鋭意検討した結果本発
明にいたった。液晶層に求められる光学的な特性は、直
線偏光の入射に対し透過後円偏光となること、反射層で
位相が180度シフトし、液晶層を逆に透過したときに
90度偏光面が回転していることのふたつである。尚、
ここでは63度ツイストの場合を図示した。193度ツ
イストの場合は楕円偏光の回転が複雑になるが上に述べ
た二つの条件を満たし、基本的な動作は変わらない。
【0011】図5(a)、(b)は△ndとオフ時の反
射率を示すグラフである。なおパラメーターに液晶層の
ツイスト角をとり、入射光の偏光面は入射面の液晶分子
のダイレクターに合わせた。オン時の反射率は、偏光素
子の透過率によって決まり、ほぼ一定である。これによ
ると、約60度のツイスト角、△nd=0.2の時に反
射率がほぼ零となることが分かった。更に詳細に調べた
結果、63度のツイスト角が最適であることが分かっ
た。この時の楕円偏光の軌跡をみると、図4に示すよう
に、反射面では円偏光となり、出射面では入射時と90
度回転した直線偏光となる。これを1/4λ板の場合と
比べると、液晶のダイレクターに沿って偏光が入射する
ため、複屈析を感受しにくく、同じ位相の変化を受ける
ためには大きな△ndを必要とすること、△ndに対す
る周期性が少ないことが特徴である。これは液晶層の厚
みを比較的大きく設定でき、製造におけるマージンを確
保するものである。
【0012】また、△nの効果は液晶のダイレクターに
対し直線偏光が垂直に入射した場合も全く同様に働く。
これは△nには正負が無いためである。
【0013】図6(a),(b)はパラメーターに偏光
素子の液晶のダイレクターに対する配置角をとり、△n
dと反射率の関係を示すものである。これによると偏光
素子の方向が+30度の時にも反射率が零の条件があ
る。この場合の楕円偏光の軌跡を見ると図4と同じよう
に反射面で円偏光になっている。
【0014】パラメーターを振ることによってこの様な
条件を他にも見つけることができる。しかし、波長によ
る反射率変動を低く抑えるためには最小の△ndに設定
する必要があり、さらに極端に小さな△ndでは液晶厚
が小さくなりすぎるため、この間で選択する必要があ
る。光学長が2倍になる反射型では、透過型の液晶素子
では許容される液晶厚が製作上の問題となる。そこで△
ndが少しでも大きいことが求められる。これは素子製
作のマージンを大きくするためである。前述の△nd:
0.2の条件でみると、△nが小さな液晶の典型的な
値、△n=0.08では、dが2.5μmとなる。これ
に対し、従来例で述べた45度ツイストしたタイプで
は、最適な液晶厚が2μmを下まわり、素子の均一性や
歩留まりを低下させる要因になっている。
【0015】図1に示すような画素を作らない前面電極
タイプは、自動車の電気制御防絃ミラーや光シャッター
として用いることができる。特に電気制御防弦ミラーに
応用すると、従来の二色性色素タイプや、偏光板を表裏
に設置したTNタイプに比べ透明時の反射率が高い効果
が認められた。
【0016】また通常の液晶素子と同様XYマトリクス
によってアドレスし、反射型の液晶表示装置とすること
ももちろん可能である。
【0017】また193度のような大きなツイスト角で
は、図3破線のように電圧に対する光学応答が急峻とな
る。この場合、反射率が90%となる電界VTHと反射率
が10%となる電界VSATとの比VSAT/VTHは1.08
程度であった。従って、液晶層に印加される電界の実効
値変化が少なくとも液晶は十分応答することができ、高
コントラストな表示が可能となった。
【0018】尚、同調させる光の波長によって、本実施
例で述べた条件がシフトする。この割合はほぼλ(n
m)/550である。 (実施例2)図7は偏光素子に偏光ビームスプリッター
(以下、PBSと称する)を用いた反射型液晶電気光学
装置の構成図である。
【0019】701がPBSであり、光源光703を直
線偏光し液晶パネル702に入射させる。液晶パネルの
構成、出射までのプロセスは実施例1と同様である。出
射光を検光する手段がPBSでは入射時と90度ずれて
いる。このため反射出力光は無電界時に小さくなり、印
加電圧と反射率の特性は、実施例1の図3と縦軸に対し
対称なものとなる。 (実施例3)図8はアクテイブマトリクスによってアド
レスされた反射型電気光学装置の断面図である。図8は
MOSトランジスターを各画素に配置した例である。8
02は画素電極、803は層間絶縁層、804は液晶
層、805は対向する透明基板806に蒸着された透明
電極、807は偏光板である。ここで用いたデバイスは
日経エレクトロニクス(1981)2月16日号p.1
64に記載のものに準じている。詳細の仕様を第1表に
示す。 (表1) 画素数 220×320 画素ピッチ 80×90μm 駆動電圧 ±4V(X側) 12V(Y側) 表示モード TN〜ECB(電界効果複屈折) 液晶層厚 2.4μm △nd 0.2 ツイスト角 63° 制御基板 不透明半導体基板(Si) 反射面(電極) A1(Si02のオーバーコート付) フロセス CMOS 画素トランジスター NMOSトランジスター ゲート ポリシリコン シフトレジスター スタティック 他にもTFT、ダイオード等をアレイ化したアクティブ
マトリクスに適用することができる。
【0020】このような反射型の表示モードを用いる
と、図8に示すように配線やアクテイブ素子を画素電極
の下に設置することができる。この結果、画素面積に対
する実際の画素である画素電極の割合(開口率)を、配
線やアクテイブ素子に係わらず大きく確保でき、画素数
の増加にともなう開口率の低下を防ぐことができる。
【0021】さらに配線や画素のアクテイブ素子だけで
なく、シフトレジスター等の画素情報を分配するための
駆動周辺回路を同一のSi基板上に内蔵することができ
る。図10はその構成図である。X側は320段のシフ
トレジスター1001とサンプルホルダー1002、Y
側は220段の同じくシフトレジスター1003を表示
領域1004の周辺に形成されている。これらはCMO
Sプロセスで形成されている。
【0022】また透過型の構造では開口率を上げるため
に配線幅に制限があったが、本発明では低抵抗の金属配
線を、ルールの制限なく画素電極の下に設置できるた
め、配線抵抗による伝送帯域の低下も生じ難い。
【0023】またゲストホスト型と比較すると、光量の
損失が少ない。さらに従来のTN型反射液晶素子のよう
に下側に偏光板、拡散型の反射板を必要としないため表
示が明るく、カラーフィルターを用いることにより少な
い照明下でもカラー画像が得られる利点がある。
【0024】更に液晶厚が薄いため、液晶層の保持容量
が増加する利点もある。 (実施例4)図9は光によって書き込むタイプの反射型
電気光学装置の断面図である。901は光導電体層であ
り、光によってインピーダンスが変化し、液晶層902
にかかる電界を制御する。903は反射ミラー、904
は透明電極である。この様な装置は特開昭56−436
81や、J.opt.Soc.Am.,Vo1.70,
NO.3,287(1980)に開示されているが、本
実施例では、液晶層の構成を前述したように△ndを
0.2とし、約60度ツイストさせている。これにより
従来は△nd=0.18と小さく、液晶層厚が2μm以
下であったものが、本発明では2μm以上に液晶層厚を
増やすことができた。またPBSを用いて最適配置をし
た場合のオフ反射率が最大80%程度であったが、これ
もほぼ100%近くとれるようになった。
【0025】以上実施例を述べたが、本発明は以上の実
施例のみならず、広く反射型の光制御装置に応用が可能
である。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、光入
射側の基板内面に減反射コーティングが施されてなるた
めに、光反射側の基板から反射された光が、光入射側基
板内面で再度反射して、反射面側に戻ることを抑えるの
で、明るい表示を得ることができ、反射面にて反射して
液晶層を透過した光がそのまま光入射側基板を抜けるの
で、迷光を減らしてコントラストを向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の反射型電気光学装置の断面図である。
【図2】液晶の配向を示す斜視図である。
【図3】図1の装置の印加電圧と反射率(550nm)
の特性図である。
【図4】楕円偏光の軌跡図である。
【図5】(a)、(b)は△ndとオフ時の反射率を示
すグラフである。
【図6】(a)、(b)は△ndと反射率の関係を示す
グラフである。
【図7】偏光素子にPBSを用いた反射型液晶電気光学
装置の構成図である。
【図8】アクティブマトリクスによってアドレスされた
反射型電気光学装置の断面図である。
【図9】光によって書き込むタイプの反射型電子光学装
置の断面図である。
【図10】周辺回路を内蔵した反射型電気光学装置の構
成図である。
【符号の説明】
101・・・透明基板 102・・・反射性膜 103・・・対向基板 104・・・ツイストしたネマチック液晶 202・・・液晶分子 203・・・ダイレクター(分子軸) 204・・・偏光の電界振動面 401・・・反射面での円偏光 701・・・PBS 801・・・MOSトランジスター 901・・・光導電体 902・・・液晶層 903・・・反射ミラー 1001,1003・・・X、Yのシフトレジスター 1002・・・サンプルホールダー 1004・・・表示領域
【手続補正書】
【提出日】平成12年3月1日(2000.3.1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の反射型
液晶電気光学装置には、反射面で反射した光量の損失が
生じるという課題があった。そこで本発明では、光量損
失の少ない、製作上のマージンの多い反射型電気光学装
置を提供することを目的とするものである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】削除
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の電気光学装置
は、対向する一対の基板間に液晶層を挟持した電気光学
装置において、前記一対の基板のうちの一方の基板の液
晶層側に反射面を有し、前記一対の基板のうちの他方の
基板の液晶層側には減反射コーティングを施してなるこ
とを特徴とする。また、前記他方の基板の外側にも減反
射コーティングを施してなることを特徴とする。また、
前記他方の基板から入射した入射光が前記液晶層を透過
して前記反射面にてほぼ円偏光となり、前記反射面で反
射し前記液晶層を再び透過して出射する反射光が、前記
入射光とほぼ90度その偏光面が回転した直線偏光状態
となるように、前記液晶層が設定されてなることを特徴
とする。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】
【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明の詳細
を示す。 (実施例1)図1は本発明の反射型電気光学装置の断面
図である。透明基板101と反射性膜102を設置され
た対向基板103の間にツイストしたネマチック液晶1
04がはさまれた構造となっている。105は電界を液
晶層に印加するための透明電極である。もう一方の電極
は金属薄膜で形成された反射性膜102が兼ねている。
本発明では、透明基板101側から入射する光が液晶1
04を透過して対向基板103の反射性膜102で反射
し、再び液晶104を透過して透明基板101から出射
する工程における光量の損失を抑えるために、光入射側
に位置する透明基板101の入出射面、透明電極面に減
反射コーティング106施し、これにより不要な光線反
射を抑制している。図2は液晶の配向を示す斜視図であ
る。図2はネマチック液晶層のツイスト角201は63
度、液晶の複屈折と液晶層厚の積(μm単位、以下、△
ndと称する)は0.2の場合である。近接して設置さ
れた偏光素子により直線偏光となった入射光は、入射側
の液晶分子202のダイレクター203に電界振動面2
04が沿って入射するように角度が設定されている。つ
まり分子の配列は、印加電圧が零の時、図2のように基
板界面で平行に配向し、上下の基板間で63度をなすよ
うに配向処理されている。この配向処理はラビング、斜
方蒸着等により行うことができる。同じように直線偏光
した入射光が入り、反射面では円偏光となり、反射後出
射面では入射光と90度偏光面が回転した直線偏光とな
る条件である193度のツイスト角、△nd=0.58
の場合も同様な構造である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向する一対の基板間に液晶層を挟持し
    た電気光学装置において、 前記一対の基板のうちの一方の基板の液晶層側に反射面
    を有し、 前記一対の基板のうちの他方の基板の液晶層側には減反
    射コーティングを施してなることを特徴とする電気光学
    装置。
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