JP2004012795A - Reflection type liquid crystal display element and liquid crystal display device - Google Patents

Reflection type liquid crystal display element and liquid crystal display device Download PDF

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Shunichi Hashimoto
橋本 俊一
Takehiro Togawa
外川 剛広
Osamu Akimoto
秋元 修
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate a battery effect to be a cause of asymmetry of a liquid crystal response, to dispense with offset voltage to be applied to driving voltage and to secure high reliability even when long term driving is performed, in a reflection type liquid crystal display element. <P>SOLUTION: A coating layer 43 consisting of a conductive thin film of the same material as a transparent electrode is formed on the surface side opposed to the transparent electrode of a pixel electrode 42A. Thereby, the battery effect between electrodes opposed to each other is extinguished, asymmetry of the liquid crystal response is canceled and offset voltage conventionally needed is not needed. As a result, long term reliability when the reflection type liquid crystal display element is driven can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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り、いずれも、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 Semiconductor)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利用されている。
【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ことを防ぐために、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7に、この駆動方式による駆動電圧の概念図を示す。図中、太い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V1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。なお、標準電極電位とは、単純電極系において、電極と溶液との界面に電流が流れず、電極反応が平衡状態にある場合に、溶液相に対して電極相がもつ内部電位をいう。
【0007】
このため、図7の太い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7に太い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なくし、駆動電圧に印加するオフセット電圧を不要にすると共に、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が、透明電極と同材料の導電性薄膜によって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、画素電極の透明電極に対向する面側が、透明電極と同材料の導電性薄膜によって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消滅する。これにより、液晶応答の非対称性が解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要とされる。
【0015】
【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。
【0016】
[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。
【0017】
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。
【0018】
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(SiO)等の無機材料の斜め蒸着膜が使われる。配向膜33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(SnO)と酸化インジウム(In)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。
【0019】
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、被覆層43と、配向膜44とが積層されて構成されている。基板41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。
【0020】
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、二酸化ケイ素等の無機材料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。
【0021】
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50nm〜500nmである。この画素電極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型またはMIS(Metal Insulator Semiconductor)型の電界効果トランジスタ(FET(Field Effect Transistor))によって構成されている。
【0022】
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ものが好ましく、一般にアルミニウム、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使用されている。ただし、十分な反射率が得られるものであれば、画素電極42Aの金属材料として、アルミニウム以外のものを用いても構わない。
【0023】
被覆層43は、反射電極層42における各画素電極42の透明電極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。この被覆層43の厚さは、例えば、10nm以上300nm未満である。被覆層43は、対向する透明電極層32と同様の導電性薄膜、例えばITOによって形成されている。この被覆層43は、液晶応答の非対称性を解消するために設けられたものである。このように、画素電極42上に、対向する透明電極と同じ材質の導電性薄膜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。
【0024】
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。
【0025】
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L2が映像表示に利用される。
【0026】
ところで、反射電極層42の画素電極42A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、対向する電極同士でその標準電極電位が大きく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。
【0027】
一方、本反射型液晶表示素子21では、被覆層43を設けて、画素電極42上に、対向する透明電極と同じ材質の導電性薄膜をオーバコートしていることにより、対向する透明電極との間で発生する電池効果が基本的に消滅する。導電性薄膜としては、例えばITOを用いているので、入射光は被覆層43をそのまま透過し、素子の反射機能自体には影響を及ぼさない。従って、本反射型液晶表示素子21では、その反射機能を維持しつつ、液晶応答の非対称性が解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要となる。これにより結果的に、長期駆動時に高い信頼性が得られる。
【0028】
ここで、画素電極42上に、対向する透明電極と同じ材質の導電性薄膜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。電池効果は、対向する電極間に電位差があるときに、現れるものである。一般に、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。このため、対向するITOなどの透明電極との間に大きな電位差が発生し、これを起因として、液晶駆動が非対称になる。対向する電極同士が同じ材質で構成されていれば電池効果は原理的に発生しないが、ITO透明電極同士で液晶セルを構成すれば、それは透過型パネルとなり、反射型デバイスにはならない。
【0029】
本実施の形態では、反射型デバイスに要求される光の反射機能を、従来と同様にアルミニウム電極などを用いた画素電極42Aに持たせる一方、液晶への電圧印加は、対向する電極と同じ材質の透明な導電性薄膜を介して行っている。画素電極42Aは液晶セル内に存在するものの、セルを実質的に形成している液晶層35の両端部分には、同じ材料の導電膜が設置されることになる。これにより、液晶層35の両端には電位差が発生しないことになり、電池効果が抑止される。
【0030】
実際に、画素電極42上に被覆層43を設けた液晶セルを作製して起電力の測定を行った結果、本反射型液晶表示素子21では、起電力が発生しないことを観測した。被覆層43を設けていない従来の液晶セルでは、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の透明電極に対向する面側に、透明電極と同材料の導電性薄膜からなる被覆層43を設けるようにしたので、対向する電極間での電池効果を消滅させることができる。従って、液晶応答の非対称性が解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要となる。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不要になる。
【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2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2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21R,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18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15,16,17は、それぞれ、偏光分離面15A,16A,17Aを有し、この偏光分離面15A,16A,17A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15A,16A,17A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,16A,17A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21R,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,16A,17A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,16A,17A、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,21G,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、オフセット電圧が不要とされ、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15,16,17に向けて反射する。偏光ビームスプリッタ15,16,17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18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、その画素電極42A上に、対向する透明電極と同材料の導電性薄膜からなる被覆層43が設けられて構成された反射型液晶表示素子21を、液晶ライトバルブ21R,21G,21Bとして用いるようにしたので、従来、液晶ライトバルブ21R,21G,21Bの駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要とされる。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、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アルミニウム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、アルミニウム電極(アルミニウム膜の厚さ150nm)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SiO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、ITO透明電極と画素電極との間に、駆動電圧として、図7に示したような、60Hzの矩形波電圧(±V1)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、駆動特性として測定した。測定は、波長520nmで、室温で行った。
【0047】
図3に、この測定結果を横軸を印加電圧(V)、縦軸を透過率として示す(以下、この画素電極への印加電圧Vに対する反射率Rの変化を、V−T特性という)。図3において、黒塗りの○印のプロットは画素電極側にプラスの電圧を印加した場合の反射率R(+)の変化を、白抜きの〇印のプロットはマイナスの電圧を印加した場合の反射率R(−)の変化を示している。なお、図3では、横軸の印加電圧を絶対値として、図を簡略化している。
【0048】
このV−T特性を示す曲線(V−T曲線)から分かるように、印加電圧の極性に対してV−T曲線は非対称(R(+),R(−)の曲線が重なっていないことは対称でないことを示す)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(絶対値)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。この比較例の場合は、ΔV=0.6Vであり、図7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】
ところで、以上の反射率R(+),R(−)の非対称性は、画素電極として用いたアルミニウムの標準電極電位が、ITO透明電極と大きく異なっていることに起因すると考えられる。従って、画素電極上に、ITO透明電極と同材料の薄膜を被覆することにより、以下に示す実施例のように、非対称性の改善を行うことができる。
【0052】
[実施例1]
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、対向するITO透明電極と同じ材料の導電性薄膜(ITO薄膜)をスパッタ成膜によってオーバコートした場合のV−T特性を調べた。オーバコートされたITO薄膜の膜厚は、100nmである。評価用の素子の作製は、画素電極42A上に被覆層43を設けている以外は、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。
【0053】
図4に、そのV−T特性を示す。透過率の値は、アルミニウムの値に対する相対的な値を示している。また、図6に、その測定結果を、R(+),R(−)の関係(非対称性の状況)およびオフセット電圧の値と共にまとめて示す。
【0054】
この結果から分かるように、画素電極42AをITO薄膜で被覆することで、比較例と比べてV−T曲線の状態は大きく変化し、R(+)=R(−)となり、各極性間での反射率R(+),R(−)の非対称性は全く観察されず、オフセット電圧も全く観測されなくなった。すなわち、対称駆動となり、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。
【0055】
なお、本実施例の効果は、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、同様に認められた。
【0056】
[実施例2]
次に、その膜厚を、10nm,30nm,300nmと変えて、実施例1と同様にしてITO薄膜をオーバコートした液晶セルを作製し、評価を行った。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。
【0057】
その結果を図6に示す。この結果から、ITO薄膜のオーバコートによる効果は、10nm以上であれば、十分な効果があることが確認された。10nm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、膜厚が300nmを超えると、結晶粒が急激に成長するため、表面形状が荒くなり光が散乱されるようになる。このため、例えば液晶プロジェクタに応用した場合には、そのプロジェクション光学系での光の集光効率が低下し、結果的にトータルの輝度、光量が低下する。従って、オーバコートするITO薄膜の膜厚としては、10nm以上300nm未満が妥当といえる。
【0058】
[実施例3]
次に、その膜厚を、20nm〜300nmの間で種々変えて、実施例1と同様にしてITO薄膜をオーバコートした液晶セルを作製し、その反射率を測定した。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。
【0059】
図5に、横軸を膜厚(nm)、縦軸を反射率(%)として、その測定結果を示す。図には、薄膜をオーバコートせずにアルミニウム画素電極のみで液晶セルを構成した場合を100%として、その相対反射率を示した。この測定結果から、ITO薄膜のオーバコートは、液晶セルの反射率にほとんど影響しないことが分かった。
【0060】
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。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1ないし6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7もしくは8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を、透明電極と同材料の導電性薄膜によって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なくすことができる。これにより、液晶応答の非対称性をなくすことができるので、従来駆動電圧に印加していたオフセット電圧が不要となる。液晶応答を完全に対称にすることができるので、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】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3】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)における、駆動電圧と透過率との関係を示す特性図である。
【図4】画素電極にITOを被覆した場合における、駆動電圧と透過率との関係を示す特性図である。
【図5】被覆層の膜厚と反射率との関係を示す特性図である。
【図6】各実施例についての、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7】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,21G,21B…液晶ライトバルブ、31…ガラス基板、32…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…画素電極、43…被覆層。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflective liquid crystal display device having a reflective pixel electrode and a liquid crystal display device such as a reflective liquid crystal projector using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, liquid crystal display elements have been used in various display devices such as projection displays (projectors). The liquid crystal display element is also called a liquid crystal panel or a liquid crystal cell. Liquid crystal display elements are roughly classified into a transmissive type and a reflective type. Both types have a configuration in which liquid crystal is sealed between a pixel electrode substrate and an opposing substrate facing the pixel electrode substrate. In the transmission type liquid crystal display device, a transparent electrode made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide) is provided on both the pixel electrode substrate and the counter substrate.
[0003]
On the other hand, in recent years, as liquid crystal projectors have been developed with higher definition, smaller size and higher brightness, reflection type liquid crystal display devices can be reduced in size and definition and can be expected to have high light use efficiency. It has been attracting attention and has actually been put to practical use. In this reflective liquid crystal display element, a transparent electrode made of, for example, ITO is provided on the counter substrate side, and a reflective pixel electrode (hereinafter, also simply referred to as “reflective electrode”) is provided on the pixel electrode substrate side. A reflection type liquid crystal display element used for a liquid crystal projector is generally of an active type, and for example, a pixel electrode substrate formed by forming a semiconductor switching circuit of a C-MOS (Complementary-Metal Oxide Semiconductor) type on a silicon substrate. Used. The reflection electrode is arranged on the silicon driving element substrate. The reflective electrode has a function of reflecting light incident from the counter substrate side and a function of applying a voltage to the liquid crystal. As a material of the reflective electrode, a metal material mainly containing aluminum (Al), which is generally used in an LSI (Large Scale Integrated) process, is used.
[0004]
In this reflective liquid crystal display device, a voltage is applied to the liquid crystal by the transparent electrode and the pixel electrode provided on each substrate. At this time, the liquid crystal changes its optical characteristics according to the potential difference between the opposing electrodes, and modulates the incident light. This light modulation enables gradation expression, and the modulated light is used for image display.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the liquid crystal display element, in order to prevent ions existing in the liquid crystal from burning on one of the substrates during driving, the polarity of the driving voltage is inverted ± every predetermined period, and a voltage is applied between the electrodes. A general driving method is generally used. FIG. 7 shows a conceptual diagram of a driving voltage according to this driving method. As shown by the thick solid line in the figure, if the absolute values of the voltages of the respective polarities applied between the counter electrodes are the same at V1, there is no difference in the effective voltage applied to the liquid crystal. No phenomenon such as burn-in occurs. However, in practice, especially in the case of a reflective liquid crystal display element, there is a difference in the effective voltage applied to the liquid crystal when the applied voltage is plus and minus. This is due to the fact that the electrode material used for each substrate is different in the reflective liquid crystal display element.
[0006]
That is, in the reflection type liquid crystal display element, as described above, ITO is generally used as the transparent electrode, and an aluminum metal film slightly mixed with copper or the like is used for the opposing pixel electrode. In this case, since the standard electrode potentials of the ITO and aluminum electrodes themselves are different, a battery effect occurs in an element using these dissimilar metal electrodes. The standard electrode potential of aluminum is -1.66 V. When this aluminum electrode and the ITO electrode are combined, a considerably large battery effect occurs between the electrodes. In the simple electrode system, the standard electrode potential refers to the internal potential of the electrode phase with respect to the solution phase when no current flows at the interface between the electrode and the solution and the electrode reaction is in an equilibrium state.
[0007]
For this reason, even when voltages having the same absolute value in each polarity are externally applied as shown by a thick solid line in FIG. 7, an electromotive force is generated by a battery effect, and an asymmetric voltage is applied to the liquid crystal. As a result, the reflectivity of the device differs depending on the polarity of the applied voltage, causing flicker and accumulating an internal voltage in the device, causing problems such as image sticking. If an aluminum electrode is used in place of the ITO transparent electrode and the opposite electrode is the same aluminum electrode, the battery effect is canceled and the above-described asymmetry does not occur. However, this is not practical because light does not pass through the element. Naturally, in a normal transmissive liquid crystal device in which opposing electrodes are formed of ITOs, such an asymmetry problem does not occur because the electrodes are of the same kind. Therefore, this asymmetry is an essential problem of the reflection type liquid crystal element.
[0008]
In order to eliminate the asymmetry of the reflectivity, in the reflection type liquid crystal display element, a drive voltage is multiplied by a DC offset voltage ΔV, and as shown by a thick broken line in FIG. Must be applied. For example, when aluminum is used as the material of the reflective electrode and ITO is used as the transparent electrode, the effective voltage difference between the polarities of the liquid crystal becomes 1 V or more, and this is applied as the offset voltage ΔV. However, if the value of the offset voltage ΔV is too large, not only the asymmetry cannot be completely removed, but also the offset voltage ΔV gradually changes from the initial set value during long-term driving, and as a result, the The internal voltage is accumulated in the device and burn-in occurs. For this reason, the reliability during long-term driving decreases. Further, in order to apply the offset voltage ΔV, it is necessary to provide a circuit for the offset voltage ΔV, which complicates the electric circuit. Therefore, it is not preferable that a reflective liquid crystal display element has a battery effect.
[0009]
On the other hand, for example, in JP-A-9-244068 and JP-A-10-54995, as a reflective electrode material, a metal having a standard electrode potential sufficiently lower than that of aluminum, for example, tungsten (W), titanium (Ti), or titanium nitride ( It has been shown that the use of (TiN) can alleviate the above-mentioned problem of the voltage difference, avoid the battery effect, and reduce the offset voltage.
[0010]
However, when tungsten, titanium or titanium nitride is used as the reflective electrode material, a sufficient reflectivity cannot be obtained as compared with commonly used aluminum, and thus there is no suitable electrode material in this regard. Therefore, it is desired to develop a technique capable of reducing the offset voltage without impairing the light reflection function as a reflection electrode.
[0011]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to eliminate a battery effect which causes asymmetry of liquid crystal response, to eliminate an offset voltage applied to a driving voltage, and to perform long-term driving. It is an object of the present invention to provide a reflective liquid crystal display element and a liquid crystal display device that can ensure high reliability even in such cases.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A reflective liquid crystal display element according to the present invention includes a pixel electrode substrate having a reflective pixel electrode made of a metal material, a counter substrate having a transparent electrode provided to face the pixel electrode, and a pixel electrode substrate. And a liquid crystal injected between the substrate and the opposing substrate, and the surface of the pixel electrode facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode.
[0013]
The liquid crystal display device according to the present invention performs an image display using light modulated by the above-mentioned reflective liquid crystal display device according to the present invention.
[0014]
In the reflective liquid crystal display element and the liquid crystal display device according to the present invention, the surface of the pixel electrode facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode, so that the battery effect between the facing electrodes is obtained. Disappears. This eliminates the asymmetry of the liquid crystal response, and eliminates the need for the offset voltage conventionally required for the drive voltage.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
[Description of reflective liquid crystal display device]
As shown in FIG. 1, the reflection type liquid crystal display element 21 according to the present embodiment is formed by injecting a liquid crystal material between the opposing substrate 30 and the pixel electrode substrate 40 which are arranged to face each other. Liquid crystal layer 35 provided.
[0017]
The liquid crystal material forming the liquid crystal layer 35 is, for example, a vertical alignment type nematic liquid crystal generally called a vertical alignment liquid crystal. Note that the vertical arrangement refers to a state in which the initial molecular orientation of the liquid crystal is arranged perpendicular to each substrate surface. Generally called vertical alignment liquid crystal.
[0018]
The counter substrate 30 includes a glass substrate 31, and at least a transparent electrode layer 32 and an alignment film 33 are laminated on a surface of the glass substrate 31 on the liquid crystal layer 35 side. As the alignment film 33, for example, a film obtained by rubbing (aligning) a polyimide-based organic compound or an obliquely deposited film of an inorganic material such as silicon dioxide (SiO 2 ) is used. The surface of the alignment film 33 on the liquid crystal layer 35 side is subjected to a rubbing treatment in order to arrange the liquid crystal molecules in a predetermined arrangement state. The transparent electrode layer 32 is configured such that a transparent electrode having a light transmitting function is provided on the entire surface. As a material of the transparent electrode, generally, ITO which is a solid solution substance of tin oxide (SnO 2 ) and indium oxide (In 2 O 3 ) is used. A common potential (for example, ground potential) is applied to the transparent electrode in all pixel regions.
[0019]
The pixel electrode substrate 40 includes a substrate 41 made of, for example, a silicon material. On the surface of the substrate 41 on the liquid crystal layer 35 side, at least a reflective electrode layer 42, a covering layer 43, and an alignment film 44 are laminated. It is configured. On the substrate 41, a switching element (not shown) for selectively applying a voltage to each pixel electrode 42A of the reflective electrode layer 42 is provided.
[0020]
Like the alignment film 33 of the counter substrate 30, the alignment film 44 is, for example, a film of a polyimide-based organic compound or an obliquely deposited film of an inorganic material such as silicon dioxide, and its surface is subjected to a rubbing treatment. Have been.
[0021]
The reflective electrode layer 42 is configured by arranging a plurality of reflective pixel electrodes 42A made of a metal material in a matrix. The thickness of the reflective electrode layer 42 is, for example, 50 nm to 500 nm. A drive voltage is applied to the pixel electrode 42A by a switching element (not shown) provided on the substrate 41. The switching element is provided corresponding to each pixel electrode 42A, and is configured by, for example, a C-MOS type or a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type field effect transistor (FET (Field Effect Transistor)).
[0022]
As the metal material of the pixel electrode 42A, a material having a high reflectance in the visible region is preferable. Generally, aluminum, more specifically, an aluminum metal used for wiring in an LSI process to which copper or silicon is added at several wt% or less. A membrane is used. However, a material other than aluminum may be used as the metal material of the pixel electrode 42A as long as sufficient reflectance can be obtained.
[0023]
The covering layer 43 is formed by overcoating (covering) the entire surface of the reflective electrode layer 42 facing the transparent electrode of each pixel electrode 42. The thickness of the coating layer 43 is, for example, not less than 10 nm and less than 300 nm. The coating layer 43 is formed of the same conductive thin film as the opposing transparent electrode layer 32, for example, ITO. This coating layer 43 is provided to eliminate the asymmetry of the liquid crystal response. The most characteristic feature of the present reflection type liquid crystal display element 21 is that the conductive thin film of the same material as the transparent electrode facing the pixel electrode 42 is overcoated on the pixel electrode 42.
[0024]
Next, the operation and operation of the reflective liquid crystal display element 21 configured as described above will be described.
[0025]
In the reflection type liquid crystal display element 21, the incident light L <b> 1 incident from the counter substrate 30 side and passing through the liquid crystal layer 35 is reflected by the reflection function of the pixel electrode 42 </ b> A provided on the reflection electrode layer 42. The light L1 reflected by the reflective electrode layer 42 is emitted through the liquid crystal layer 35 and the counter substrate 30 in a direction opposite to that at the time of incidence. At this time, the liquid crystal layer 35 changes its optical characteristics according to the potential difference between the opposing electrodes, and modulates the passing light L1. This light modulation enables gradation expression, and the modulated light L2 is used for image display.
[0026]
By the way, to the pixel electrode 42A of the reflective electrode layer 42, for example, a drive voltage whose polarity is inverted ± is applied every predetermined period. At this time, in the conventional reflection type liquid crystal display device, the electrode material whose standard electrode potential is greatly different between the opposing electrodes is used. A voltage is generated, causing asymmetry in the response of the liquid crystal. For this reason, a DC voltage for correcting this is separately applied as an offset voltage and driven. If the magnitude of the offset voltage is large, not only is it difficult to completely correct the value, but the value also fluctuates or changes during long-term driving, which causes problems such as burn-in.
[0027]
On the other hand, in the present reflection type liquid crystal display element 21, the covering layer 43 is provided, and the pixel electrode 42 is overcoated with a conductive thin film of the same material as the opposing transparent electrode. The battery effect that occurs between them basically disappears. Since the conductive thin film is made of, for example, ITO, the incident light passes through the coating layer 43 as it is and does not affect the reflection function itself of the element. Therefore, in the present reflection type liquid crystal display element 21, the asymmetry of the liquid crystal response is eliminated while the reflection function is maintained, and the offset voltage conventionally required for the driving voltage is not required. As a result, high reliability can be obtained during long-term operation.
[0028]
Here, the reason why the battery effect is suppressed by overcoating the pixel electrode 42 with a conductive thin film of the same material as that of the opposing transparent electrode will be described below. The battery effect appears when there is a potential difference between opposing electrodes. Generally, the standard electrode potential of aluminum is -1.66 V, the sign is minus and the value is very large. For this reason, a large potential difference is generated between the transparent electrode such as ITO and the like, and as a result, the liquid crystal driving becomes asymmetric. If the opposing electrodes are made of the same material, the battery effect does not occur in principle, but if a liquid crystal cell is made up of ITO transparent electrodes, it becomes a transmissive panel and does not become a reflective device.
[0029]
In the present embodiment, while the pixel electrode 42A using an aluminum electrode or the like has the light reflection function required for the reflection type device as in the related art, the voltage application to the liquid crystal uses the same material as that of the opposing electrode. Through a transparent conductive thin film. Although the pixel electrode 42A exists in the liquid crystal cell, conductive films of the same material are provided at both ends of the liquid crystal layer 35 that substantially forms the cell. As a result, no potential difference occurs between both ends of the liquid crystal layer 35, and the battery effect is suppressed.
[0030]
Actually, a liquid crystal cell in which the coating layer 43 was provided on the pixel electrode 42 was manufactured, and the electromotive force was measured. As a result, it was observed that no electromotive force was generated in the reflective liquid crystal display element 21. It goes without saying that in a conventional liquid crystal cell without the covering layer 43, the electromotive force is measured by the battery effect.
[0031]
As described above, according to the reflective liquid crystal display element 21 of the present embodiment, the coating layer 43 made of the conductive thin film of the same material as the transparent electrode is provided on the surface of the pixel electrode 42A facing the transparent electrode. Since it is provided, the battery effect between the opposing electrodes can be eliminated. Therefore, the asymmetry of the liquid crystal response is eliminated, and the offset voltage conventionally required for the driving voltage becomes unnecessary. As a result, high reliability can be ensured even when long-term driving is performed. Further, a circuit for applying the offset voltage is not required.
[0032]
[Description of liquid crystal display device]
Next, an example of a liquid crystal display device using the reflection type liquid crystal display element 21 will be described. Here, an example of a reflection type liquid crystal projector using the reflection type liquid crystal display element 21 as a light valve as shown in FIG. 2 will be described.
[0033]
The reflection type liquid crystal projector shown in FIG. 2 is a so-called three-panel type which performs color image display using three liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B for each of red, blue, and green. This reflection type liquid crystal projector includes a light source 11, dichroic mirrors 12, 13 and a total reflection mirror 14 along an optical axis 10. The reflection type liquid crystal projector further includes polarization beam splitters 15, 16, 17, a combining prism 18, a projection lens 19, and a screen 20.
[0034]
The light source 11 emits white light including red light (R), blue light (G), and green light (B) required for displaying a color image, and is, for example, a halogen lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp. Etc.
[0035]
The dichroic mirror 12 has a function of separating light from the light source 11 into blue light and other color lights. The dichroic mirror 13 has a function of separating light that has passed through the dichroic mirror 12 into red light and green light. The total reflection mirror 14 reflects the blue light separated by the dichroic mirror 12 toward the polarization beam splitter 17.
[0036]
The polarization beam splitters 15, 16, and 17 are provided along the optical paths of red light, green light, and blue light, respectively. These polarization beam splitters 15, 16 and 17 have polarization separation surfaces 15A, 16A and 17A, respectively. The polarization separation surfaces 15A, 16A and 17A convert the incident color lights into two polarization components orthogonal to each other. It has the function of separating. The polarization separation surfaces 15A, 16A, and 17A reflect one polarization component (for example, an S-polarization component) and transmit the other polarization component (for example, a P-polarization component).
[0037]
The liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B are constituted by a reflective liquid crystal display element 21. Color light of a predetermined polarization component (for example, S-polarization component) separated by the polarization splitting surfaces 15A, 16A, and 17A of the polarization beam splitters 15, 16, and 17 is incident on these liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B. It has become. The liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are driven in accordance with a drive voltage given based on an image signal, modulate incident light, and direct the modulated light to the polarization beam splitters 15, 16, and 17. It has the function of reflecting.
[0038]
The synthesizing prism 18 has a function of synthesizing the color light of a predetermined polarization component (for example, a P-polarization component) emitted from the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B and having passed through the polarization beam splitters 15, 16, and 17. . The projection lens 19 has a function of projecting the combined light emitted from the combining prism 18 toward the screen 20.
[0039]
In the reflection type liquid crystal projector configured as described above, the white light emitted from the light source 11 is first separated into blue light and other color lights (red light and green light) by the function of the dichroic mirror 12. Among them, the blue light is reflected toward the polarization beam splitter 17 by the function of the total reflection mirror 14. On the other hand, the red light and the green light are further separated into red light and green light by the function of the dichroic mirror 13. The separated red light and green light enter the polarization beam splitters 15 and 16, respectively.
[0040]
The polarization beam splitters 15, 16, and 17 separate the incident color lights into two polarization components orthogonal to each other on the polarization separation surfaces 15A, 16A, and 17A. At this time, the polarization separation surfaces 15A, 16A, and 17A reflect one of the polarization components (for example, the S-polarization component) toward the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B.
[0041]
The liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are driven in accordance with a drive voltage given based on an image signal, and modulate the incident color light of a predetermined polarization component on a pixel basis. At this time, since the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are constituted by the above-mentioned reflective liquid crystal display element 21, an offset voltage is not required, and the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are favorably driven by a drive voltage with good symmetry.
[0042]
The liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B reflect the modulated color lights toward the polarization beam splitters 15, 16, and 17, respectively. The polarization beam splitters 15, 16, 17 allow only a predetermined polarization component (for example, a P-polarization component) of the reflected light (modulated light) from the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B to pass therethrough, and travel toward the combining prism 18. Emit. The combining prism 18 combines the color lights of predetermined polarization components that have passed through the polarizing beam splitters 15, 16, and 17, and emits the light toward the projection lens 19. The projection lens 19 projects the combined light emitted from the combining prism 18 toward the screen 20. Thereby, an image corresponding to the light modulated by the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B is projected on the screen 20, and a desired image is displayed.
[0043]
As described above, according to the reflective liquid crystal projector of the present embodiment, the covering layer 43 made of the conductive thin film of the same material as the transparent electrode facing the pixel electrode 42A is provided on the pixel electrode 42A. Since the reflective liquid crystal display element 21 is used as the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B, the offset voltage conventionally required for driving the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B is not required. This eliminates the need for a circuit for applying the offset voltage, and simplifies the drive circuit for the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B.
[0044]
【Example】
Next, specific characteristics of the reflection type liquid crystal display element 21 will be described as examples. Before describing the examples, the characteristics of a conventional reflective liquid crystal display element will be described as a comparative example.
[0045]
[Comparative example]
As a reflective liquid crystal display element (liquid crystal cell) for evaluation as a comparative example, a reflective liquid crystal display element (liquid crystal cell) using ITO for a transparent electrode material on an opposite substrate and aluminum for a pixel electrode on a pixel electrode substrate was prepared. The device for evaluation was manufactured as follows. First, a glass substrate on which an ITO transparent electrode is formed as a counter substrate, and a silicon substrate on which an aluminum electrode (aluminum film having a thickness of 150 nm) is formed as a pixel electrode substrate are washed, and then each is deposited on a vapor deposition apparatus. Then, a SiO 2 film was formed as an alignment film by oblique deposition at a deposition angle of 45 ° to 55 °. The thickness of the alignment film was 50 nm. The pretilt angle of the liquid crystal was controlled to be about 3 °. After that, an appropriate number of glass beads having a diameter of 2 μm are scattered between the substrates on which the alignment films are formed, the two are adhered to each other, a vertical liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy Δε is injected, and the reflection type liquid crystal is injected. A cell was prepared.
[0046]
In the device thus manufactured, the transmittance of the liquid crystal when a rectangular wave voltage (± V1) of 60 Hz as shown in FIG. 7 is applied as a driving voltage between the ITO transparent electrode and the pixel electrode. (Actually measuring the reflectance of the device because it is a reflection type, which is equivalent to measuring the transmittance of the liquid crystal) as the driving characteristics. The measurement was performed at a wavelength of 520 nm at room temperature.
[0047]
FIG. 3 shows the measurement results as the applied voltage (V) on the horizontal axis and the transmittance on the vertical axis (hereinafter, the change in the reflectance R with respect to the applied voltage V to the pixel electrode is referred to as VT characteristic). In FIG. 3, a black circle plot indicates a change in reflectance R (+) when a positive voltage is applied to the pixel electrode side, and a white triangle plot indicates a change when a negative voltage is applied. The change of the reflectance R (-) is shown. In FIG. 3, the figure is simplified by setting the applied voltage on the horizontal axis as an absolute value.
[0048]
As can be seen from the VT characteristic curve (VT curve), the VT curve is asymmetric (R (+), R (-) does not overlap with the polarity of the applied voltage. VT curve of the reflectance R (+) when the applied voltage is positive is lower than the VT curve of the reflectance R (-) when the applied voltage is negative. It is shifting. That is, when compared at the same applied voltage (absolute value), the characteristic that R (+)> R (-) was always obtained.
[0049]
Despite the same external voltage being applied to the liquid crystal cell in plus and minus, this asymmetric drive of the liquid crystal indicates that no symmetrical voltage is applied to the liquid crystal. However, this is due to a direct current battery effect generated between different electrodes of the ITO transparent electrode and the aluminum electrode. If the driving is continued in this state, the internal voltage is accumulated in the liquid crystal cell, thereby causing burn-in. Therefore, for practical use, it is necessary to apply the offset voltage ΔV by the voltage corresponding to the shift (for the effect of the battery) so that R (+) = R (−). In the case of this comparative example, ΔV = 0.6 V, and as shown in FIG. 7, driving is performed by applying a DC offset voltage to the signal voltage by ΔV. However, if the value of ΔV is not accurately set and applied, the above-described burn-in phenomenon is concerned in long-term driving, and the value of ΔV itself may change due to long driving, a change in environmental temperature, and the like. Therefore, it is essentially practically necessary to reduce or eliminate ΔV.
[0050]
Note that the above phenomenon similarly occurred when a polyimide film was used as the alignment film, and when a nematic liquid crystal material other than the vertically aligned liquid crystal was used.
[0051]
By the way, it is considered that the above asymmetry of the reflectances R (+) and R (−) is caused by the fact that the standard electrode potential of aluminum used as the pixel electrode is largely different from that of the ITO transparent electrode. Therefore, by covering the pixel electrode with a thin film of the same material as that of the ITO transparent electrode, asymmetry can be improved as in the following embodiments.
[0052]
[Example 1]
In this embodiment, aluminum (film thickness 150 nm) is used as the metal material of the pixel electrode 42A, and a conductive thin film (ITO thin film) of the same material as the opposite ITO transparent electrode is overcoated on the aluminum electrode by sputtering. The VT characteristic in the case of doing was examined. The thickness of the overcoated ITO thin film is 100 nm. The production of the element for evaluation is the same as that of the above-mentioned comparative example except that the covering layer 43 is provided on the pixel electrode 42A. The measurement conditions were the same as in the comparative example, and the change in the reflectance R of the liquid crystal when a rectangular wave voltage of 60 Hz was applied was measured. As in the comparative example, the VT curve is shown by simplifying the horizontal axis as the absolute value of the applied voltage.
[0053]
FIG. 4 shows the VT characteristics. The transmittance value indicates a value relative to the value of aluminum. FIG. 6 shows the measurement results together with the relationship between R (+) and R (−) (asymmetry) and the value of the offset voltage.
[0054]
As can be seen from this result, by covering the pixel electrode 42A with the ITO thin film, the state of the VT curve changes greatly as compared with the comparative example, and R (+) = R (-). No asymmetry of the reflectances R (+) and R (-) was observed, and no offset voltage was observed. That is, symmetrical driving was performed, and no problem such as image sticking was observed at all even after long-term driving.
[0055]
The effect of this example was similarly observed when a polyimide film was used as the alignment film, and when a nematic liquid crystal material other than the vertically aligned liquid crystal was used.
[0056]
[Example 2]
Next, the film thickness was changed to 10 nm, 30 nm, and 300 nm, and a liquid crystal cell overcoated with an ITO thin film was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The production and measurement conditions of the element for evaluation are the same as those in Example 1.
[0057]
FIG. 6 shows the result. From these results, it was confirmed that the effect of the overcoating of the ITO thin film had a sufficient effect if it was 10 nm or more. Although less than 10 nm seems to have the effect of suppressing asymmetry, in this case, it is difficult to form a uniform thin film. On the other hand, when the film thickness exceeds 300 nm, crystal grains grow rapidly, so that the surface shape becomes rough and light is scattered. Therefore, for example, when applied to a liquid crystal projector, the light collection efficiency of the projection optical system is reduced, and as a result, the total brightness and light amount are reduced. Therefore, it can be said that the thickness of the ITO thin film to be overcoated is appropriately 10 nm or more and less than 300 nm.
[0058]
[Example 3]
Next, a liquid crystal cell overcoated with an ITO thin film was prepared in the same manner as in Example 1 while changing the film thickness in a range from 20 nm to 300 nm, and the reflectance was measured. The production and measurement conditions of the element for evaluation are the same as those in Example 1.
[0059]
FIG. 5 shows the measurement results with the horizontal axis representing the film thickness (nm) and the vertical axis representing the reflectance (%). The figure shows the relative reflectance assuming that the liquid crystal cell is composed of only the aluminum pixel electrode without overcoating the thin film, as 100%. From this measurement result, it was found that the overcoat of the ITO thin film hardly affected the reflectance of the liquid crystal cell.
[0060]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the reflection type liquid crystal display element of the present invention is not limited to a liquid crystal projector, and can be widely applied to other display devices and video display units in various portable electronic devices and various information processing terminals.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the reflective liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 6, or the liquid crystal display device according to claim 7 or 8, the surface side of the pixel electrode facing the transparent electrode. Is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode, so that the battery effect between the opposing electrodes can be eliminated. As a result, the asymmetry of the liquid crystal response can be eliminated, so that the offset voltage applied to the driving voltage in the related art becomes unnecessary. Since the liquid crystal response can be made completely symmetric, high reliability can be ensured even when driving for a long time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a reflective liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a liquid crystal display device configured using the reflective liquid crystal display device illustrated in FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a driving voltage and a transmittance when aluminum is used as a metal material of a pixel electrode (comparative example).
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a drive voltage and a transmittance when a pixel electrode is coated with ITO.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a film thickness of a coating layer and reflectance.
FIG. 6 is an explanatory diagram collectively showing the asymmetry situation and the measurement results of the offset voltage in each example.
FIG. 7 is a waveform chart for explaining an example of a driving method in a liquid crystal display element.
[Explanation of symbols]
11 light source, 12, 13 dichroic mirror, 14 total reflection mirror, 15, 16, 17 polarizing beam splitter, 18 synthetic prism, 19 projection lens, 20 screen, 21 liquid crystal display element, 21R , 21G, 21B: liquid crystal light valve, 31: glass substrate, 32: transparent electrode layer, 33, 44: alignment film, 35: liquid crystal layer, 40: pixel electrode substrate, 41: substrate, 42: reflective electrode layer, 42A: Pixel electrode, 43 ... Coating layer.

Claims (8)

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が、前記透明電極と同材料の導電性薄膜によって被覆されている
ことを特徴とする反射型液晶表示素子。
A pixel electrode substrate having a reflective pixel electrode made of a metal material,
A counter substrate having a transparent electrode provided to face the pixel electrode,
A reflective liquid crystal display device including a liquid crystal injected between the pixel electrode substrate and the counter substrate,
A reflective liquid crystal display device, wherein a surface of the pixel electrode facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode.
前記透明電極が、インジウム・すず酸化膜(ITO)であり、
前記画素電極に、インジウム・すず酸化膜の薄膜が被覆されている
ことを特徴とする請求項1記載の反射型液晶表示素子。
The transparent electrode is an indium-tin oxide film (ITO);
2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein the pixel electrode is covered with a thin film of an indium tin oxide film.
前記画素電極の主成分が、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。
2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein a main component of the pixel electrode is aluminum.
前記画素電極に被覆された導電性薄膜の厚さが、10nm以上300nm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。
2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein a thickness of the conductive thin film coated on the pixel electrode is 10 nm or more and less than 300 nm.
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ものである
ことを特徴とする請求項1記載の反射型液晶表示素子。
2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein the pixel electrode is driven by a switching device provided on a silicon substrate.
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。
2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal is a vertically aligned liquid crystal.
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、
前記画素電極の前記透明電極に対向する面側が、前記透明電極と同材料の導電性薄膜によって被覆されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
A liquid crystal display device comprising a reflective liquid crystal display element and displaying an image using light modulated by the reflective liquid crystal display element,
The reflective liquid crystal display element,
A pixel electrode substrate having a reflective pixel electrode made of a metal material,
A counter substrate having a transparent electrode provided to face the pixel electrode,
Comprising a liquid crystal injected between the pixel electrode substrate and the counter substrate,
A liquid crystal display device, wherein a surface of the pixel electrode facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode.
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7記載の液晶表示装置。
A light source,
Projection means for projecting light emitted from the light source and modulated by the reflective liquid crystal display element onto a screen,
The liquid crystal display device according to claim 7, wherein the liquid crystal display device is configured as a reflective liquid crystal projector.
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