JP2003057674A - 反射型液晶表示素子および液晶表示装置 - Google Patents

反射型液晶表示素子および液晶表示装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶応答の非対称性の要因となる電池効果を
抑制し、駆動電圧に印加するオフセット電圧を低減する
ことができ、長期駆動を行った場合にも高い信頼性を確
保する。 【解決手段】 画素電極を構成する金属材料とは標準電
極電位の符号が反対である異種金属膜４３を画素電極上
に被覆する。異種金属膜４３を被覆していない従来の素
子に比べて、対向する電極間での電池効果が抑制され
る。これにより、従来に比べて、液晶応答の非対称性を
抑制することができ、駆動電圧に必要とされるオフセッ
ト電圧の低減を図ることができる。またこれにより、オ
フセット電圧を印加するための回路が簡素化または不要
とされると共に、駆動時の長期信頼性の向上を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射型の画素電極
を有する反射型液晶表示素子およびそれを利用した反射
型液晶プロジェクタ等の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、プロジェクションディスプレ
イ（プロジェクタ）などの各種表示装置、ならびに各種
携帯型電子機器および各種情報処理端末などにおける映
像表示部には、液晶表示素子が利用されている。液晶表
示素子は、液晶パネルまたは液晶セルなどとも呼ばれて
いる。液晶表示素子の種類には、大別して透過型と反射
型とがある。液晶表示素子は、画素電極基板とこれに対
向する対向基板との間に液晶を封入した構成となってい
る。透過型液晶表示素子では、画素電極基板と対向基板
との双方に、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる
透明電極が設けられている。
【０００３】一方、反射型液晶表示素子は、近年、液晶
プロジェクタの高精細化、小型化および高輝度化が進む
につれて、その表示デバイスとして、小型化および高精
細化が可能で高い光利用効率が期待できるものとして注
目され、実際に実用化されている。この反射型液晶表示
素子は、対向基板側に例えばＩＴＯからなる透明電極が
設けられ、画素電極基板側に反射型の画素電極（以下、
単に「反射電極」ともいう。）が設けられている。液晶
プロジェクタに使用される反射型液晶表示素子は、一般
にアクティブ型であり、画素電極基板として、例えば、
Ｃ−ＭＯＳ（Complementary-Metal Oxide Semiconducto
r）型の半導体スイッチング回路をシリコン基板上に形
成したものを用いている。反射電極は、このシリコン駆
動素子基板の上に配置される。反射電極は、対向基板側
から入射した光を反射する機能と、液晶に対して電圧を
印加する機能とを有している。反射電極の材料として
は、一般にＬＳＩ（Large Scale Integrated）プロセス
で用いられている、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とし
た金属材料が使用される。
【０００４】この反射型液晶表示素子では、各基板に設
けられた透明電極と画素電極とにより、液晶に対して電
圧が印加される。このとき、液晶は、対向する電極間の
電位差に応じて光学的な特性が変化し、入射した光を変
調させる。この光変調により階調表現が可能となり、そ
の変調された光が映像表示に利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示素
子では、液晶内に存在するイオンが、駆動中に片方の基
板に焼き付くのを防ぐために、所定期間ごとに駆動電圧
の極性を±反転させて、電極間に電圧を印加するような
駆動方式が一般的である。図１８に、この駆動方式によ
る駆動電圧の概念図を示す。図中、実線で示したよう
に、対向電極間に印加される各極性の電圧の絶対値がＶ
１で同じならば、本来、液晶にかかる実効的な電圧に差
は生じず、上記したような焼き付き等の現象が起こらな
い。しかしながら、実際には、特に反射型液晶表示素子
の場合、印加電圧がプラスとマイナスの場合とで液晶に
かかる実効的な電圧に差が生じる。これは、反射型液晶
表示素子では、各基板に用いられている電極材料が異な
っていることに起因している。
【０００６】すなわち、反射型液晶表示素子では、上述
したように透明電極として、一般にＩＴＯが用いられ、
対向する画素電極には銅等がわずかに混合されたアルミ
ニウム金属膜が用いられている。この場合、ＩＴＯとア
ルミニウムのそれぞれの電極自身が有する標準電極電位
が異なっているために、これらの異種金属電極を用いた
素子内に電池効果が発生する。アルミニウムの標準電極
電位は、−１．６６Ｖであり、このアルミニウム電極と
ＩＴＯ電極とを組み合わせた場合には、それらの電極間
でかなり大きな電池効果が発生する。
【０００７】このため、図１８の実線で示したような、
各極性で絶対値の同じ電圧を外部から印加したとして
も、電池効果により起電力が発生し、液晶には非対称な
電圧が加わる。その結果、印加電圧の極性によって素子
の反射率が異なることになり、フリッカーが生じたり、
素子内に内部電圧が蓄積されて焼き付き等の問題を起こ
す。ＩＴＯ透明電極に代えてアルミニウム電極を用い、
対向する電極を双方とも同じアルミニウム電極とすれ
ば、電池効果は相殺され上記のような非対称性は起こら
ない。しかしながら、これでは素子内に光が透過しなく
なるので、実用的ではない。また、当然のことながら、
対向する電極がＩＴＯ同士で構成される通常の透過型液
晶デバイスでは、同種電極のためこのような非対称性の
問題は起こらない。従って、この非対称性は反射型液晶
素子が持つ本質的な問題である。
【０００８】この反射率の非対称性をなくすために、反
射型液晶表示素子では、駆動電圧に直流的なオフセット
電圧ΔＶを掛け、図１８に破線で示したように、各極性
で絶対値の異なる駆動電圧を印加する必要がある。例え
ば、反射電極材料としてアルミニウム、対向する透明電
極にＩＴＯを用いた場合、液晶にかかる各極性間での実
効的な電圧差は１Ｖ以上になるが、この分をオフセット
電圧ΔＶとして印加する。しかしながら、オフセット電
圧ΔＶの数値があまり大きいと完全に非対称性を除去す
ることができないばかりか、長期駆動中に、オフセット
電圧ΔＶが初期の設定値から徐々に変化してしまい、結
果的に素子内に内部電圧が蓄積され、焼き付きが起こ
る。このため、長期駆動時の信頼性が低下する。また、
オフセット電圧ΔＶを印加するためには、それ用の回路
を設ける必要があり、電気回路が複雑化する。従って、
反射型液晶表示素子においては、本来、電池効果がある
ことは好ましくない。
【０００９】一方、例えば特開平９−２４４０６８号公
報および特開平１０−５４９９５号公報では、反射電極
材料として、アルミニウムより標準電極電位が十分に低
い金属、例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）ま
たは窒化チタン（ＴｉＮ）を用いることによって、上述
の電圧差の問題を緩和し、電池効果を回避してオフセッ
ト電圧を低減できることが示されている。
【００１０】しかしながら、反射電極材料としてタング
ステン、チタンまたは窒化チタンを用いた場合、一般的
に用いられているアルミニウムと比較すると十分な反射
率が得られないため、この点で、適切な電極材料とはい
ない。従って、反射電極としての光の反射機能を損なう
ことなく、かつ、オフセット電圧の低減を図ることがで
きる技術の開発が望まれる。
【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、液晶応答の非対称性の要因となる電
池効果を抑制し、駆動電圧に印加するオフセット電圧を
低減することができ、長期駆動を行った場合にも高い信
頼性を確保することができる反射型液晶表示素子および
液晶表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による反射型液晶
表示素子は、金属材料によって構成された反射型の画素
電極を有する画素電極基板と、画素電極に対向するよう
設けられた透明電極を有する対向基板と、画素電極基板
と対向基板との間に注入された液晶とを備え、画素電極
の透明電極に対向する面側に、画素電極を構成する金属
材料とは標準電極電位の符号が反対である異種金属膜が
被覆されているものである。
【００１３】本発明による液晶表示装置は、上記した本
発明による反射型液晶表示素子によって変調された光を
用いて映像表示を行うようにしたものである。
【００１４】本発明による反射型液晶表示素子および液
晶表示装置では、画素電極に、画素電極を構成する金属
材料とは標準電極電位の符号が反対である異種金属膜が
被覆されていることにより、対向する電極間での電池効
果が抑制される。これにより、液晶応答の非対称性が抑
制され、駆動電圧に必要とされるオフセット電圧の低減
が図られる。
【００１５】本発明による反射型液晶表示素子および液
晶表示装置において、画素電極の金属材料として、例え
ばアルミニウムを用いた場合、異種金属膜としては、そ
の主成分が、白金、銀、金、パラジウム、もしくはイリ
ジウム、またはそれらの金属材料の合金であることが望
ましい。これにより、画素電極の反射機能を損なうこと
なく、液晶応答の非対称性が抑制される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】［反射型液晶表示素子の説明］図１に示し
たように、本実施の形態に係る反射型液晶表示素子２１
は、互いに対向配置された対向基板３０および画素電極
基板４０と、これらの基板間に液晶材料を注入すること
によって形成された液晶層３５とを備えている。
【００１８】液晶層３５を形成する液晶材料は、例え
ば、一般に垂直配向液晶と呼ばれる、垂直配列タイプの
ネマチック液晶である。なお、垂直配列とは、液晶の初
期の分子配向が各基板面に対して垂直に配列されている
状態のことをいう。一般に垂直配向液晶と呼ばれる。
【００１９】対向基板３０は、ガラス基板３１を備え、
このガラス基板３１の液晶層３５側の面上に、少なくと
も、透明電極層３２と配向膜３３とが積層されて構成さ
れている。配向膜３３としては、例えばポリイミド系の
有機化合物をラビング（配向）処理した膜や、二酸化ケ
イ素（ＳｉＯ2）等の斜め蒸着膜が使われる。配向膜３
３の液晶層３５側の表面は、液晶分子を所定の配列状態
にするために、ラビング処理が施されている。透明電極
層３２は、光の透過作用のある透明電極が全面に設けら
れて構成されている。透明電極の材料としては、一般
に、酸化すず（ＳｎＯ2）と酸化インジウム（Ｉｎ
2Ｏ3）との固溶体物質であるＩＴＯが用いられる。透明
電極には、全画素領域で共通の電位（例えば接地電位）
が印加されるようになっている。
【００２０】画素電極基板４０は、例えばシリコン材料
からなる基板４１を備え、この基板４１の液晶層３５側
の面上に、少なくとも、反射電極層４２と異種金属膜４
３と配向膜４４とが積層されて構成されている。基板４
１上には、反射電極層４２の各画素電極４２Ａに選択的
に電圧を印加するためのスイッチング素子（図示せず）
が設けられている。
【００２１】配向膜４４は、対向基板３０の配向膜３３
と同様に、例えばポリイミド系の有機化合物の膜や、二
酸化ケイ素等の斜め蒸着膜が使われており、その表面に
はラビング処理が施されている。
【００２２】反射電極層４２は、金属材料からなる反射
型の画素電極４２Ａが、マトリクス状に複数配置されて
構成されている。反射電極層４２の厚さは、例えば５０
ｎｍ〜２００ｎｍである。画素電極４２Ａの金属材料と
しては、可視域で高い反射率を有する、アルミニウムを
用いるのが一般的である。より詳しくは、ＬＳＩプロセ
スで配線に用いられている、銅やシリコンを数ｗｔ％以
下添加したアルミニウム金属膜が一般に使用される。画
素電極４２Ａとしては、その他、例えば、白金（Ｐ
ｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、
またはチタン（Ｔｉ）などを用いることも可能である。
【００２３】画素電極４２Ａには、基板４１上に設けら
れた図示しないスイッチング素子によって、駆動電圧が
印加されるようになっている。スイッチング素子は、各
画素電極４２Ａに対応して設けられるものであり、例え
ばＣ−ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によ
って構成されている。
【００２４】異種金属膜４３は、反射電極層４２におけ
る各画素電極４２Ａの透明電極層３２に対向する面側を
全体的に覆うように、オーバコート（被覆）することに
より形成されたものである。この異種金属膜４３の厚さ
は、例えば１ｎｍ以上１００ｎｍ未満である。異種金属
膜４３には、画素電極４２Ａを構成する金属材料とは標
準電極電位の符号が反対である異種金属材料が用いられ
ている。具体的には、例えば、銀、パラジウム（Ｐ
ｄ）、白金、イリジウム（Ｉｒ）、もしくは金、または
それらの金属材料の合金を用いることが可能である。異
種金属膜４３としては、これらの金属材料を単体で用い
ても良いし、これらの金属材料を主成分として用いて、
それらに別の元素を添加、混合したものを用いてもよ
い。このように画素電極４２Ａに異種金属膜４３がオー
バコートされている点が、本反射型液晶表示素子２１に
おける最大の特徴部分である。
【００２５】次に、以上のように構成された反射型液晶
表示素子２１の作用、動作を説明する。
【００２６】この反射型液晶表示素子２１では、対向基
板３０側から入射し、液晶層３５を通過した入射光Ｌ１
を、反射電極層４２に設けられた画素電極４２Ａの反射
機能により反射させる。反射電極層４２において反射さ
れた光Ｌ１は、入射時とは逆方向に、液晶層３５および
対向基板３０を通過して出射される。このとき、液晶層
３５は、対向する電極間の電位差に応じて、その光学的
な特性が変化し、通過する光Ｌ１を変調させる。この光
変調により階調表現が可能となり、その変調された光Ｌ
２が映像表示に利用される。
【００２７】ところで、反射電極層４２の画素電極４２
Ａには、例えば所定期間ごとにその極性が±反転する駆
動電圧が印加される。このとき、従来の反射型液晶表示
素子では、対向する電極に異なる電極材料を用いている
ことにより、その極性に応じて、電極間でいわゆる電池
効果を要因とした内部電圧が発生し、液晶の応答に非対
称性を生じる。このため、これを補正するための直流電
圧を、別途オフセット電圧として印加して駆動させるこ
とになる。このオフセット電圧の大きさが大きくなる
と、完全な補正が難しくなるばかりか、長期の駆動にお
いては値がばらついたり変化したりするため、これを起
因として焼き付きなどの問題が生じる。
【００２８】一方、本反射型液晶表示素子２１では、画
素電極４２Ａを構成する金属材料とは標準電極電位の符
号が反対である異種金属膜４３が、画素電極４２Ａにオ
ーバコートされていることにより、対向する電極間に発
生する電池効果が抑制される。具体的には、画素電極４
２Ａを例えばアルミニウム電極とした場合、そのアルミ
ニウム電極上に、図７に示したように、標準電極電位が
アルミニウムとは反対の符号を有する金属である、銀、
パラジウム、白金、イリジウム、もしくは金、またはそ
れらの金属材料の合金膜が異種金属膜４３として被覆さ
れていることにより、例えばＩＴＯからなる透明電極層
３２との間で発生する電池効果が大幅に抑制される。こ
れにより、本反射型液晶表示素子２１では、液晶応答の
非対称性が抑制され、駆動電圧に必要とされるオフセッ
ト電圧が低減、もしくは不要とされ、ひいては長期駆動
時に高い信頼性が得られる。
【００２９】ここで、異種金属膜４３をオーバコートす
ることによって電池効果が抑制される理由を以下に述べ
る。図７に示したように、アルミニウムの標準電極電位
は−1．66Ｖであり、符号がマイナスで非常に値が大き
い。これに対して、銀、パラジウムおよび白金などの標
準電極電位は、いずれも、アルミニウムとは反対符号の
プラスで、１Ｖ前後の値を示すものである。また、これ
らの合金膜も同様にプラスで１Ｖ前後の値を示す。電池
効果は、対向電極間の電位差がある時に現れるものであ
ることを考えると、透明電極層３２を構成するＩＴＯ透
明電極の標準電極電位は、＋１Ｖ前後と考えられる。す
なわち、本実施の形態で、画素電極４２Ａにオーバコー
トする金属材料は、それが本来持つ電位が＋１Ｖ前後
で、ＩＴＯ透明電極の電位とほぼ同じと推測され、これ
を理由として、対向する電極間の電位差が無くなって電
池効果がなくなると考えられる。
【００３０】実際に、異種金属膜４３をオーバコートし
て作製した反射型液晶表示素子の起電力の測定を行った
結果、電位差による起電力がほとんど無いことを観測し
た。異種金属膜４３をオーバコートしていない従来の素
子では、電池効果により起電力が測定されることはいう
までもない。
【００３１】以上説明したように、本実施の形態に係る
反射型液晶表示素子２１によれば、画素電極４２Ａを構
成する金属材料とは標準電極電位の符号が反対である異
種金属膜４３を画素電極４２Ａ上に被覆するようにした
ので、異種金属膜４３を被覆していない従来の素子に比
べて、対向する電極間での電池効果を抑制することがで
きる。これにより、液晶応答の非対称性を抑制すること
ができるので、駆動電圧に印加するオフセット電圧の低
減を図ることができる。従って、オフセット電圧の印加
が不要となり、もしくは長期駆動を行った場合にもオフ
セット電圧の変化を少なくすることができ、結果的に、
長期駆動を行った場合にも高い信頼性を確保することが
できる。また、オフセット電圧を印加するための回路が
簡素化または不要とされる。
【００３２】［液晶表示装置の説明］次に、反射型液晶
表示素子２１を使用した液晶表示装置の例について説明
する。ここでは、図１７に示したように、反射型液晶表
示素子２１をライトバルブとして使用した反射型液晶プ
ロジェクタの例について説明する。
【００３３】図１７に示した反射型液晶プロジェクタ
は、赤、青および緑の各色用の液晶ライトバルブ２１
Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを３枚用いてカラー画像表示を行
う、いわゆる３板方式のものである。この反射型液晶プ
ロジェクタは、光軸１０に沿って、光源１１と、ダイク
ロイックミラー１２，１３と、全反射ミラー１４とを備
えている。この反射型液晶プロジェクタは、また、偏光
ビームスプリッタ１５，１６，１７と、合成プリズム１
８と、投射レンズ１９と、スクリーン２０とを備えてい
る。
【００３４】光源１１は、カラー画像表示に必要とされ
る、赤色光（Ｒ）、青色光（Ｇ）および緑色光（Ｂ）を
含んだ白色光を発するものであり、例えばハロゲンラン
プ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどに
より構成されている。
【００３５】ダイクロイックミラー１２は、光源１１か
らの光を、青色光とその他の色光とに分離する機能を有
している。ダイクロイックミラー１３は、ダイクロイッ
クミラー１２を通過した光を、赤色光と緑色光とに分離
する機能を有している。全反射ミラー１４は、ダイクロ
イックミラー１２によって分離された青色光を、偏光ビ
ームスプリッタ１７に向けて反射するようになってい
る。
【００３６】偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７
は、それぞれ、赤色光、緑色光および青色光の光路に沿
って設けられている。これらの偏光ビームスプリッタ１
５，１６，１７は、それぞれ、偏光分離面１５Ａ，１６
Ｂ，１７Ｃを有し、この偏光分離面１５Ａ，１６Ｂ，１
７Ｃにおいて、入射した各色光を互いに直交する２つの
偏光成分に分離する機能を有している。偏光分離面１５
Ａ，１６Ｂ，１７Ｃは、一方の偏光成分（例えばＳ偏光
成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）
は透過するようになっている。
【００３７】液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ
は、反射型液晶表示素子２１によって構成されている。
これらの液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに
は、偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７の偏光分離
面１５Ａ，１６Ｂ，１７Ｃによって分離された所定の偏
光成分（例えばＳ偏光成分）の色光が入射されるように
なっている。液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ
は、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆
動され、入射光を変調させると共に、その変調された光
を偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７に向けて反射
する機能を有している。
【００３８】合成プリズム１８は、液晶ライトバルブ２
１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂから出射され、偏光ビームスプリ
ッタ１５，１６，１７を通過した所定の偏光成分（例え
ばＰ偏光成分）の色光を、合成する機能を有している。
投射レンズ１９は、合成プリズム１８から出射された合
成光を、スクリーン２０に向けて投射する機能を有して
いる。
【００３９】以上のように構成された反射型液晶プロジ
ェクタにおいて、光源１１から出射された白色光は、ま
ず、ダイクロイックミラー１２の機能によって青色光と
その他の色光（赤色光および緑色光）とに分離される。
このうち青色光は、全反射ミラー１４の機能によって、
偏光ビームスプリッタ１７に向けて反射される。一方、
赤色光および緑色光は、ダイクロイックミラー１３の機
能によって、さらに、赤色光と緑色光とに分離される。
分離された赤色光および緑色光は、それぞれ、偏光ビー
ムスプリッタ１５，１６に入射される。
【００４０】偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７
は、入射した各色光を、偏光分離面１５Ａ，１６Ｂ，１
７Ｃにおいて、互いに直交する２つの偏光成分に分離す
る。このとき、偏光分離面１５Ａ，１６Ｂ，１７Ｃは、
一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を液晶ライトバル
ブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに向けて反射する。
【００４１】液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ
は、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆
動され、入射した所定の偏光成分の色光を画素単位で変
調させる。このとき、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１
Ｇ，２１Ｂは、上述の反射型液晶表示素子２１によって
構成されているので、オフセット電圧が低減され、従来
よりも対称性の良い駆動電圧によって良好に駆動され
る。
【００４２】液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ
は、変調した各色光を偏光ビームスプリッタ１５，１
６，１７に向けて反射する。偏光ビームスプリッタ１
５，１６，１７は、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，
２１Ｂからの反射光（変調光）のうち、所定の偏光成分
（例えばＰ偏光成分）のみを通過させ、合成プリズム１
８に向けて出射する。合成プリズム１８は、偏光ビーム
スプリッタ１５，１６，１７を通過した所定の偏光成分
の色光を合成し、投射レンズ１９に向けて出射する。投
射レンズ１９は、合成プリズム１８から出射された合成
光を、スクリーン２０に向けて投射する。これにより、
スクリーン２０に、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，
２１Ｂによって変調された光に応じた映像が投影され、
所望の映像表示がなされる。
【００４３】以上説明したように、本実施の形態に係る
反射型液晶プロジェクタによれば、液晶ライトバルブ２
１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとして、画素電極４２Ａに異種金
属膜４３がオーバコートされた反射型液晶表示素子２１
を用いるようにしたので、従来、液晶ライトバルブ２１
Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの駆動電圧に必要とされていたオフ
セット電圧が低減または不要とされる。これにより、オ
フセット電圧を印加するための回路が簡素化または不要
とされ、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの駆
動回路を簡素化することができる。
【００４４】
【実施例】次に、反射型液晶表示素子２１の具体的な特
性を実施例として示す。以下、実施例を説明する前に、
まず、異種金属膜４３を用いていない従来の反射型液晶
表示素子の特性を比較例として示す。
【００４５】［比較例］比較例となる評価用の反射型液
晶表示素子（液晶セル）として、対向基板における透明
電極材料にＩＴＯ、画素電極基板における画素電極に種
々の金属電極材料（アルミニウム、白金等）を用いたも
のを用意した。この評価用の素子は、次のようにした作
製した。まず、対向基板となる、ＩＴＯ透明電極が成膜
されたガラス基板と、画素電極基板となる、各種電極が
形成されたシリコン基板とを洗浄後、それぞれ蒸着装置
に導入し、それぞれに配向膜としてＳｉＯ2膜を、蒸着
角度４５°〜５５°の範囲で斜め蒸着して形成した。配
向膜の膜厚は５０ｎｍとした。液晶のプレティルト角は
約３°になるように制御した。その後、配向膜が形成さ
れた各基板の間に２μｍ径のガラスビーズを適当な数だ
け散布して、両者を張り合わせ、誘電異方性Δεが負の
垂直液晶材料を注入して、反射型液晶セルを作製した。
【００４６】このようにして作製した素子において、Ｉ
ＴＯ透明電極と画素電極との間に、駆動電圧として、図
１８に示したような、６０Ｈｚの矩形波電圧を印加した
ときの液晶の透過率の変化（反射型なので実際にはデバ
イスの反射率を測定している。これは液晶の透過率を測
定していることと等価である。）を、クロスニコル状態
での偏光顕微鏡によって測定した。リファレンスとして
標準Ａｌ反射膜を用いた。測定は、波長５２０ｎｍで、
室温で行った。
【００４７】以下では、画素電極側への印加電圧のプラ
ス・マイナスそれぞれに対する素子の反射率をそれぞれ
Ｒ（＋），Ｒ（−）と表記する。まず、各金属材料につ
いて、画素電極への印加電圧Ｖに対する反射率Ｒの変化
（以下、Ｖ−Ｔ特性という。）を比較した（図２〜図
５）。Ｖ−Ｔ特性の曲線（Ｖ−Ｔ曲線）を示す図におい
て、横軸は印加電圧（Ｖ）、縦軸は反射率（％）を示
す。なお、図３〜図５では、横軸を印加電圧の絶対値と
して、図を簡略化した。また、Ｖ−Ｔ曲線を示す図にお
いて、○印は、印加電圧をマイナスとした場合に得られ
た反射率Ｒ（−）の測定値をプロットしたものであり、
黒塗りの○印は、印加電圧をプラスとした場合に得られ
た反射率Ｒ（＋）の測定値をプロットしたものである。
【００４８】＜比較例１＞図２は、画素電極の金属材料
としてアルミニウム(膜厚１５０ｎｍ）を用いた場合の
Ｖ−Ｔ特性を示している。図２に示したように、印加電
圧の極性に対してＶ−Ｔ曲線は非対称となり、印加電圧
がプラスの場合の反射率Ｒ（＋）のＶ−Ｔ曲線が、マイ
ナスの場合の反射率Ｒ（−）のＶ−Ｔ曲線よりも、低電
圧側にシフトしている。すなわち、同じ印加電圧で比較
すると、常にＲ（＋）＞Ｒ（−）となる特性が得られ
た。
【００４９】プラス・マイナスで同じ外部電圧を液晶セ
ルに印加しているにも関わらず、このように液晶が非対
称な駆動をしていることは、液晶に対して対称の電圧が
印加されていないことを示しているが、これはＩＴＯ透
明電極とアルミニウム電極との異種電極間で発生する直
流的な電池効果による。この状態で駆動を続けると液晶
セル内に内部電圧が蓄積され、それにより焼き付きを起
こす。従って、実用のためにはＲ（＋）＝Ｒ（−）とな
るように、そのシフト分の電圧だけ（電池効果の分だ
け）オフセット電圧ΔＶを印加する必要がある。この比
較例１の場合は、ΔＶ＝０．６Ｖであり、図１８に示し
たように、ΔＶだけ信号電圧に直流的なオフセット電圧
を印加して駆動することになる。しかしながら、ΔＶの
数値を正確に設定し印加し続けないと上述の焼き付き現
象が長期駆動では懸念される上に、長い駆動や環境温度
の変化等によって、ΔＶの値そのものが変化する可能性
があるため、本質的にはΔＶを低減する、あるいはなく
すことが実用上必須である。
【００５０】なお、上記の現象は、配向膜にポリイミド
膜を用いた場合にも、また垂直配向液晶以外のネマチッ
ク液晶材料を用いた場合にも、同じように起こった。
【００５１】＜比較例２＞図３は、画素電極の金属材料
として白金(膜厚１００ｎｍ）を用いた場合のＶ−Ｔ特
性を示している。この比較例では、同じ印加電圧で比較
すると、比較例１とは逆にＲ（＋）＜Ｒ（−）となる特
性が得られた。
【００５２】＜比較例３＞図４は、画素電極の金属材料
として銀(膜厚１００ｎｍ）を用いた場合のＶ−Ｔ特性
を示している。この比較例では、比較例２と同様、同じ
印加電圧で比較すると、常にＲ（＋）＜Ｒ（−）となる
特性が得られた。
【００５３】＜比較例４＞図５は、画素電極の金属材料
として金(膜厚１９０ｎｍ）を用いた場合のＶ−Ｔ特性
を示している。この比較例では、比較例２と同様、同じ
印加電圧で比較すると、Ｒ（＋）＜Ｒ（−）となる特性
が得られた。
【００５４】図６は、上述の比較例１〜４の素子におい
て、その駆動電圧として６０Ｈｚの短形波を印加したと
きの反射率の分光特性を示している。図６において、横
軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）を示す。図中、
黒塗りの○印をプロットした曲線は、画素電極の金属材
料として白金(膜厚１００ｎｍ）を用いた場合（比較例
２）の測定結果を示し、▽印をプロットした曲線は、銀
(膜厚１００ｎｍ）を用いた場合（比較例３）、○印を
プロットした曲線は、金(膜厚１９０ｎｍ）を用いた場
合（比較例４）の測定結果を示す。また、アルミニウム
(膜厚１５０ｎｍ）を用いた場合（比較例１）の測定結
果を、プロット点を付さない実線で示す。ここでの測定
は、大塚電子社製マルチ測光システムＩＭＵＣ７０００
により行い、リファレンスとして標準Ａｌ反射膜を用い
た。図６の結果から分かるように、特に、画素電極とし
て金を用いた場合に、短波長側での反射率が著しく低下
している。従って、Ｖ−Ｔ曲線のみを比較すると、画素
電極として金を用いた場合（図５）では非対称性がほと
んどなく理想的な状態に近いといるが、図６の分光特性
を鑑みると反射機能が十分得られていないので、実用上
不適当な材料である。
【００５５】ところで、以上の結果において、比較例１
とその他の比較例２〜４とでは、各反射率Ｒ（＋），Ｒ
（−）の関係が逆転している。これは、図７に示したよ
うに、アルミニウム（比較例１）と、白金、銀および金
（比較例２〜４）とで、その標準電極電位の符号が反対
であることに起因する。従って、この標準電極電位の符
号の違いによって生ずる反射率Ｒ（＋），Ｒ（−）の関
係を考慮して、画素電極に異種金属膜４３をオーバコー
トすることにより、以下に示す実施例のように、反射率
Ｒ（＋），Ｒ（−）の非対称性の改善を行うことができ
る。
【００５６】［実施例１］※単体の金属材料を用いた場
合。本実施例では、画素電極４２Ａの金属材料としてア
ルミニウム（膜厚１５０ｎｍ）を用い、そのアルミニウ
ム電極上に、標準電極電位がアルミニウムとは反対の正
の値を持つ種々の単体の金属材料を異種金属膜４３とし
てオーバコートした場合のＶ−Ｔ特性を調べた。オーバ
ーコートは、蒸着またはスパッタ成膜によって行った。
対向基板３０における透明電極材料には、上述の比較例
と同様にＩＴＯを用いた。評価用の素子の作製は、異種
金属膜４３をオーバーコートする工程以外は、上述の比
較例と同様である。また、測定条件も比較例と同様であ
り、６０Ｈｚの矩形波電圧を印加したときの液晶の反射
率Ｒの変化を測定した。Ｖ−Ｔ曲線は、比較例と同様、
横軸を印加電圧の絶対値として簡略化して示す。
【００５７】＜実施例1-1＞図８は、膜厚２ｎｍの白金
を異種金属膜４３としてアルミニウム画素電極上にオー
バコートした場合のＶ−Ｔ特性を示している。図８に示
したように、わずか２ｎｍのオーバコートによって、Ｒ
（＋）＜Ｒ（−）で、各極性間での反射率Ｒ（＋），Ｒ
（−）の非対称性がほとんど観察されなくなった。オフ
セット電圧は０．５Ｖとなり、従来に比べ激減した。
【００５８】＜実施例1-2＞図９は、膜厚５ｎｍの銀を
異種金属膜４３としてアルミニウム画素電極上にオーバ
コートした場合のＶ−Ｔ特性を示している。この実施例
では、Ｒ（＋）＝Ｒ（−）であり、各極性間での反射率
Ｒ（＋），Ｒ（−）の非対称性は全く観察されなかっ
た。オフセット電圧は全く観測されなくなった。
【００５９】＜実施例1-3＞図１０は、膜厚５ｎｍの金
を異種金属膜４３としてアルミニウム画素電極上にオー
バコートした場合のＶ−Ｔ特性を示している。この実施
例では、実質的にＲ（＋）＝Ｒ（−）であり、各極性間
での反射率Ｒ（＋），Ｒ（−）の非対称性は実質的に全
く観察されなかった。オフセット電圧もほとんど観測さ
れなくなった。
【００６０】＜実施例1-4＞図１１は、膜厚５ｎｍのパ
ラジウムを異種金属膜４３としてアルミニウム画素電極
上にオーバコートした場合のＶ−Ｔ特性を示している。
この実施例では、Ｒ（＋）＝Ｒ（−）であり、各極性間
での反射率Ｒ（＋），Ｒ（−）の非対称性は全く観察さ
れなかった。オフセット電圧は全く観測されなくなっ
た。
【００６１】以上の実施例1-1〜1-4の結果から、アルミ
ニウム電極上に、標準電極電位がアルミニウムとは反対
の正の値を持つ、白金、銀、金およびパラジウムをオー
バコートすると、上述の各比較例に比べて、電池効果が
全く観測されなくなるか、あるいはその値が低減し、Ｖ
−Ｔ曲線の非対称性、すなわち液晶応答の非対称性が著
しく抑制され、その結果オフセット電圧がゼロまたは非
常に小さくなることが分かる。また、これらの実施例の
素子では、長期駆動を行っても、焼き付き等の問題は全
く観察されなかった。図示しないが、この効果は、イリ
ジウムなど、他の正の値の標準電極電位を持つ単体の金
属材料をオーバコートした場合においても同様であっ
た。
【００６２】［実施例２］※合金材料を用いた場合。次
に、画素電極４２Ａの金属材料としてアルミニウム（膜
厚１５０ｎｍ）を用い、そのアルミニウム電極上に、標
準電極電位がアルミニウムとは反対の正の値を持つ種々
の合金材料を異種金属膜４３としてオーバコートした場
合のＶ−Ｔ特性等を調べた。評価用の素子の作製および
測定条件は、上述の実施例１と同様である。
【００６３】まず、銀とパラジウムの原子比が５０：５
０のパラジウム・銀合金膜を、膜厚５ｎｍでアルミニウ
ム画素電極上に異種金属膜４３としてオーバーコートし
た液晶セルを作製し、Ｖ−Ｔ特性の測定を行った。図１
２に、その結果を示す。また図示しないが、同様にし
て、白金と銀の原子比が５０：５０の白金・銀合金膜を
オーバーコートした液晶セルを作製し、Ｖ−Ｔ特性の測
定を行った。いずれの合金膜をオーバーコートした場合
においても、Ｒ（＋）＝Ｒ（−）であり、電池効果は全
く観測されず、各極性間での反射率Ｒ（＋），Ｒ（−）
の非対称性は全く観察されなかった。オフセット電圧も
全く観測されなかった。
【００６４】次に、パラジウム・銀合金膜および白金・
銀合金膜の各合金膜（５ｎｍ）を、銀の混合濃度を種々
変化させてオーバーコートした場合の、反射率の変化を
測定した。図１３に、その測定結果を、反射率（％）を
縦軸、各合金中の銀の混合濃度を横軸にして示す。
【００６５】銀膜のみをオーバーコートした場合（図
中、銀の混合濃度１００％の試料）には、本来のアルミ
ニウム画素電極よりも反射率が向上する。しかしなが
ら、一般に銀の単体膜は、液晶プロセスでは必須となっ
ている紫外線オゾン洗浄処理によってその表面が黒化し
たり、また強い光の照射によって変色したりすることか
ら実用上注意が必要である。一方、パラジウムおよび白
金のみをオーバーコートした場合（図中、銀の混合濃度
０％の試料）には、反射率の低下を招く。
【００６６】本実施例から、上述の銀の化学的不安定性
とパラジウムおよび白金の低反射率の双方の問題を解消
する方法として、パラジウムと銀の合金膜、または白金
と銀の合金膜が効果的なことが見いだされた。すなわ
ち、銀の化学的不安定性は、化学的に極めて安定なパラ
ジウムもしくは白金を混合させることにより解消され
る。また、パラジウムまたは白金の被覆による反射率の
低下は、これらに銀を混合することで、本来のアルミニ
ウム画素電極と同等な値にまで向上する。化学的安定性
と反射率との両者の性能を満たす混合比率（銀の混合濃
度）は、原子比で、２０％〜８０％、好ましくは４０％
〜６０％であった。
【００６７】［実施例３］※膜厚による比較。次に、膜
厚を種々変化させて異種金属膜４３をオーバコートした
場合のＶ−Ｔ特性を調べた。評価用の素子の作製および
測定条件は、実施例１と同様である。異種金属膜４３の
材料としては、銀、パラジウムおよび白金を用いた。膜
厚は、銀、パラジウムおよび白金のそれぞれについて、
２ｎｍ，５ｎｍ，２０ｎｍの場合について測定した。
【００６８】図１４は、その測定結果を示すものであ
り、各材料、各膜厚について、反射率Ｒ（＋），Ｒ
（−）の関係（非対称性の状況）と、オフセット電圧と
を示している。図１４には、銀、パラジウムおよび白金
のほか、異種金属膜４３をオーバコートしていない場合
（アルミニウム電極のみの場合）と、実施例２のパラジ
ウム・銀合金膜および白金・銀合金膜をオーバコートし
た場合の特性についても同時に示している。
【００６９】図１４に示した結果から分かるように、各
材料、各膜厚について、異種金属膜４３をオーバコート
した場合の方が、電極材料がアルミニウムだけの場合と
比較して、非対称性およびオフセット電圧が低減されて
いる。
【００７０】ここで、図示していないが、アルミニウム
画素電極上にオーバコートする異種金属膜４３は、１ｎ
ｍ以上であれば非対称性の抑制に十分な効果があること
が確認された。１ｎｍ未満でも、非対称性の抑制の効果
があると思われるが、この場合、均一に薄膜を形成する
ことが困難になる。一方、オーバコートする異種金属膜
４３が１００ｎｍ以上になると、膜が厚すぎて光を透過
しなくなり、反射電極（画素電極４２Ａ）としての本来
の絶対反射率が反映されなくなる。従って、オーバコー
トする金属膜厚としては、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満が
妥当といる。
【００７１】［実施例４］※分光特性。上記実施例1-1
〜1-3で作製した、白金、金および銀をオーバコートし
た表示素子について、その駆動電圧として６０Ｈｚの短
形波を印加したときの反射率の分光特性を測定した（図
１５）。測定は、比較例（図６）の場合と同様に、大塚
電子社製マルチ測光システムＩＭＵＣ７０００により行
った。図１５において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反
射率（％）を示す。図中、黒塗りの○印をプロットした
曲線は、異種金属膜４３として白金（膜厚２ｎｍ）をオ
ーバコートした場合の測定結果を示し、○印をプロット
した曲線は、金（膜厚５ｎｍ）をオーバコートした場合
の測定結果を示し、▽印をプロットした曲線は、銀（膜
厚５ｎｍ）をオーバコートした場合の測定結果を示す。
また、参考として、異種金属膜４３をオーバコートして
いない場合（アルミニウム電極のみの場合）の測定結果
を、図中、プロット点を付さない実線で示す。
【００７２】また、図１６に示したように、白金の各膜
厚についての反射率の分光特性を測定した。測定条件
は、図１５に示した分光特性の場合と同様である。図
中、黒塗りの○印をプロットした曲線は、白金の膜厚が
２ｎｍの場合の測定結果を示し、○印をプロットした曲
線は、膜厚が５ｎｍの場合、◇印をプロットした曲線
は、膜厚が２０ｎｍの場合の測定結果を示す。また、参
考として、異種金属膜４３をオーバコートしていない場
合（アルミニウム電極のみの場合）の測定結果を、図
中、プロット点を付さない実線で示す。
【００７３】これらの結果から分かるように、各材料、
各膜厚について、全波長域にわたり、実用上問題ない程
度の良好な分光特性が得られた。
【００７４】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず種々の変形実施が可能である。例えば、本発明の反
射型液晶表示素子は、液晶プロジェクタに限らず、その
他の表示装置、ならびに各種携帯型電子機器および各種
情報処理端末などにおける映像表示部に広く適用するこ
とが可能である。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし９
のいずれか１項に記載の反射型液晶表示素子、または請
求項１０もしくは１１記載の液晶表示装置によれば、画
素電極の透明電極に対向する面側に、画素電極を構成す
る金属材料とは標準電極電位の符号が反対である異種金
属膜を被覆するようにしたので、対向する電極間での電
池効果を抑制することができる。これにより、液晶応答
の非対称性を抑制することができるので、駆動電圧に印
加するオフセット電圧の低減を図ることができる。従っ
て、オフセット電圧の印加が不要となり、もしくは長期
駆動を行った場合にもオフセット電圧の変化を少なくす
ることができ、結果的に、長期駆動を行った場合にも高
い信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る反射型液晶表示素
子の構成を示す断面図である。
【図２】画素電極の金属材料としてアルミニウムを用い
た場合（比較例１）における、印加電圧と反射率との関
係を示す特性図である。
【図３】画素電極の金属材料として白金を用いた場合
（比較例２）における、印加電圧と反射率との関係を示
す特性図である。
【図４】画素電極の金属材料として銀を用いた場合（比
較例３）における、印加電圧と反射率との関係を示す特
性図である。
【図５】画素電極の金属材料として金を用いた場合（比
較例４）における、印加電圧と反射率との関係を示す特
性図である。
【図６】各比較例の素子についての反射率の分光特性を
示す特性図である。
【図７】各種金属における標準電極電位について示す説
明図である。
【図８】白金を異種金属膜としてオーバコートした場合
（実施例1-1）における、印加電圧と反射率との関係を
示す特性図である。
【図９】銀を異種金属膜としてオーバコートした場合
（実施例1-2）における、印加電圧と反射率との関係を
示す特性図である。
【図１０】金を異種金属膜としてオーバコートした場合
（実施例1-3）における、印加電圧と反射率との関係を
示す特性図である。
【図１１】パラジウムを異種金属膜としてオーバコート
した場合（実施例1-4）における、印加電圧と反射率と
の関係を示す特性図である。
【図１２】パラジウム・銀合金膜を異種金属膜としてオ
ーバコートした場合（実施例２）における、印加電圧と
反射率との関係を示す特性図である。
【図１３】パラジウム・銀合金膜および白金・銀合金膜
の各合金膜を、銀の混合濃度を種々変化させてオーバー
コートした場合における、反射率の変化を示す特性図で
ある。
【図１４】各材料、各膜厚についての、非対称性の状況
とオフセット電圧との測定結果をまとめて示す説明図で
ある。
【図１５】異種金属膜として白金、金および銀を用いた
場合の反射率の分光特性を示す特性図である。
【図１６】異種金属膜として白金を用いた場合の各膜厚
での分光特性を示す特性図である。
【図１７】図１に示した反射型液晶表示素子を使用して
構成された液晶表示装置の一例を示す構成図である。
【図１８】液晶表示素子における駆動方式の一例を説明
するための波形図である。
【符号の説明】
１１…光源、１２，１３…ダイクロイックミラー、１４
…全反射ミラー、１５，１６，１７…偏光ビームスプリ
ッタ、１８…合成プリズム、１９…投射レンズ、２０…
スクリーン、２１…反射型液晶表示素子、２１Ｒ，２１
Ｇ，２１Ｂ…液晶ライトバルブ、３１…ガラス基板、３
２…透明電極層、３３，４４…配向膜、３５…液晶層、
４０…画素電極基板、４１…基板、４２…反射電極層、
４２Ａ…反射電極、４３…異種金属膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｚ (72)発明者 宮本 祥子 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA14 EA16 EA18 JA04 MA01 2H092 GA17 HA04 HA05 JA24 JB07 JB13 NA11 PA06 2K103 AA01 AA05 AA11 AA14 AA16 AB10 BB02 CA41 CA75

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属材料によって構成された反射型の画
    素電極、を有する画素電極基板と、 前記画素電極に対向するよう設けられた透明電極、を有
    する対向基板と、 前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液
    晶と を備えた反射型液晶表示素子であって、 前記画素電極の前記透明電極に対向する面側に、前記画
    素電極を構成する金属材料とは標準電極電位の符号が反
    対である異種金属膜が被覆されていることを特徴とする
    反射型液晶表示素子。
  2. 【請求項２】 前記画素電極は、その主成分が、アルミ
    ニウムであることを特徴とする請求項１記載の反射型液
    晶表示素子。
  3. 【請求項３】 前記異種金属膜は、その主成分が、白
    金、銀、金、パラジウム、もしくはイリジウム、または
    それらの金属材料の合金であることを特徴とする請求項
    ２記載の反射型液晶表示素子。
  4. 【請求項４】 前記異種金属膜は、その主成分が、銀と
    パラジウムの合金、もしくは銀と白金の合金であること
    を特徴とする請求項３記載の反射型液晶表示素子。
  5. 【請求項５】 前記銀とパラジウムの合金、または前記
    銀と白金の合金における銀の混合比率は、原子比で２０
    ％〜８０％であることを特徴とする請求項４記載の反射
    型液晶表示素子。
  6. 【請求項６】 前記透明電極は、インジウム・すず酸化
    膜（ＩＴＯ）からなる電極であることを特徴とする請求
    項１記載の反射型液晶表示素子。
  7. 【請求項７】 前記異種金属膜の厚さが、１ｎｍ以上１
    ００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の反
    射型液晶表示素子。
  8. 【請求項８】 前記画素電極は、シリコン基板上に設け
    られたスイッチング素子によって駆動されることを特徴
    とする請求項１記載の反射型液晶表示素子。
  9. 【請求項９】 前記液晶は、垂直配向液晶であることを
    特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子。
  10. 【請求項１０】 反射型液晶表示素子を備え、この反射
    型液晶表示素子によって変調された光を用いて映像表示
    を行う液晶表示装置であって、 前記反射型液晶表示素子が、 金属材料によって構成された反射型の画素電極、を有す
    る画素電極基板と、 前記画素電極に対向するよう設けられた透明電極、を有
    する対向基板と、 前記画素電極基板と前記対向基板との間に注入された液
    晶とを備えると共に、 前記画素電極の前記透明電極に対向する面側に、前記画
    素電極を構成する金属材料とは標準電極電位の符号が反
    対である異種金属膜が被覆されて構成されていることを
    特徴とする液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】 光源と、 前記光源から発せられ、前記反射型液晶表示素子によっ
    て変調された光をスクリーンに投射する投射手段とを備
    え、 反射型液晶プロジェクタとして構成されていることを特
    徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
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