JP2946563B2 - 反射型液晶電気光学装置 - Google Patents

反射型液晶電気光学装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はスイッチング素子アレイを配された反射型液
晶電気光学装置に関する。
[従来の技術] 従来のスイッチング素子アレイを配された反射型液晶
電気光学装置は日経エレクトロニクス1981.2/16号P.164
に記載のように対向電極には透明基板、スイッチング素
子アレイを配された基板にはSi等の不透明基板を用いる
ものであった。
また、透明基板に薄膜トランジスタ(以下、TFTと称
する)、非線形スイッチング素子を設置したものでは透
過型として用いるため対向する基板は透明な基板を用い
ていた。
[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、スイッチ
ング素子アレイを配された基板の画素部分に反射体を設
置する必要があり、製作工数の増加や、透明電極で確立
された工程の変更を必要とした。さらに透過型では、対
向基板上の画素周辺を覆う遮光マスクと、スイッチング
素子アレイの位置合わせを行なわなければならない課題
があった。そこで本発明では、従来のスイッチング素子
アレイをそのままで用いることができ、さらに遮光マス
クとの位置合わせが要らな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。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上述の課題を解決するために、一対の基板
間に液晶層が挟持されてなり、前記一対の基板内の画素
部分に反射体を有する反射型液晶電気光学装置におい
て、前記一対の基板の一方の基板にマトリックス状に配
置された画素電極と、前記画素電極に接続されたスイッ
チング素子と有し、前記反射体は絶縁性を有するととも
に、前記他方の基板の液晶層側の内面に前記画素電極に
重なるように配置されてなることを特徴とする。
本発明は、前記反射体は誘電体多層膜からなることを
特徴とする。
本発明は、対向電極が形成された他方の基板表面に前
記反射体が形成されてなることを特徴とする。
本発明は、一対の基板間に液晶層が挟持されてなり、
前記一対の基板の一方の基板にマトリックス状に配置さ
れた画素電極と、前記画素電極に接続されたスイッチン
グ素子とが形成されてなる反射型液晶電気光学装置にお
いて、前記他方の基板の液晶層側の内面に絶縁性反射体
が形成されてなり、前記液晶層の入射面の分子軸に対し
平行又は垂直に前記一方の直線偏光の入射光を入射させ
る手段を有してなり、前記液晶層を透過後の反射面では
ほぼ円偏光となり、前記反射面で反射後前記液晶層を透
過した出射面では、前記入射光とほぼ90度その偏光面が
回転した直線偏光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。
[実施例] 実施例1. 第1図は本発明の反射型電気光学装置の断面図であ
る。スイッチング素子アレイ基板103に対向した反射体1
01が設置された対向基板102との間に液晶104がはさまれ
た基本構造をとっている。ここでは液晶層にツイストし
たネマチック液晶(以下TNと称する)を用いた。105は
画素電極、106は偏光板、107はスイッチング素子であ
る。電界印加のためのもう一方の電極は、金属薄膜で形
成された反射体101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が施され、不要な光線
反射を抑制している。
次に本実施例で用いた反射型の液晶表示モードについ
て説明する。一般的な電界効果複屈折型の表示モード
(以下ECBと称する)の使用は可能であるが本実施例で
はツイストしたネマチック液晶を用いたECBモードを用
いた。
本実施例ではスイッチング素子基板に第1表に示すTF
Tアクティブマトリックス方式、液晶層に上述したTN−E
CBモードを用いている。詳細な駆動法及び構成は、日経
エレクトロニクスNo.351(1981)p.211,SID'83 DIGEST
p.156(1983)、SID'85DIGEST p.278(1985)、Japa
n Display'89 p.192に記載のものに準じている。 第1表 駆動方法 TFTアクティブマトリクス 画素数 480×440 表示有効面積 96×88 mm 表示モード TN−ECB (電界効果複屈折) 液晶層厚 2.4μm Δnd 0.2 ツイスト角 63゜ 反射体 Al−Si金属膜(対向基板上) 第2図は第1図の装置のビデオ印加電圧と反射率(55
0nm)の特性である。初めに電圧が零の時を説明する。
直線偏光302が入射すると、第3図に示すように楕円偏
光の軌跡が回転する。反射体面ではほぼ円偏光301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303
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)。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)。
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。
第4図(a)、(b)はΔnd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、Δnd=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、第3図に示すように、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、複屈折を感受しに
くく、同じ位相の変化を受けるためには大きなΔndを必
要とすること、Δnd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。
また、Δn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Δn
には正負が無いためである。
第5図(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、Δnd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第4図と同じように反射面で円
偏光になっている。
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Δndに設定する必要があ
り、さらに極端に小さなΔnd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Δnd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Δnd=0.2の条件でみると、
Δnが小さな液晶の典型的な値、Δn=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。
また、このような液晶モードは無電界時に非透過状態
(黒)と設定できることから、画素電極のない部分の遮
光マスクが不要となる。
実施例2 第6図はスイッチング素子アレイ基板側に遮光マスク
を設置した場合の断面図である。基本的な構造は実施例
1と同様である。601は対向基板上に設けられた反射
体、602はスイッチング素子アレイ基板603上に設置され
た遮光マスクである。本実施例ではアルミ−シリコン合
金薄膜をTFT領域607と画素の境界領域608に設置し、TFT
の光電流リークと光のもれを同時に防止している。604
は液晶、605は画素電極、606は偏光板である。
金属薄膜では入射光を反射によって遮光するものであ
るが、光吸収によって遮光するマスクであっても同様な
効果を発揮する。
これによると対向基板との張り合わせ時に位置合わせ
の必要がなく、製造が簡単になるばかりか、マスク合わ
せ工程を含むスイッチング素子アレイの製作時に設置で
きるため、合わせ精度の向上が図れる。
実施例3. 第7図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。
701がPBSであり、光源光703を直線偏光し液晶パネル7
02を入射させる。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PB
Sでは入射時と90度ずれている。このため反射出力光704
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の第3図と縦軸に対し対称なものとなる。
実施例4. 本発明はここでダイオード等をアレイ化したアクティ
ブマトリクスにも適用することができる。
第8図はダイオード素子に金属−絶縁体−金属素子
(以下MIMと称する)を用いたMIM液晶電気光学装置の断
面図である。基本構造は画素電極を設置されたMIM基板8
02と反射体801を有する対向基板803の間に液晶804がは
さまれたものである。805は電界を液晶層に印加するた
めの対向基板上の電極であり、画素サイズに対応したス
トライプ電極である。この対向電極は絶縁性反射体801
の上に設置されている。本実施例では絶縁性反射体とし
て誘電体多層膜によるミラーを用いた。この誘電体多層
膜によるミラーは対向電極の上下を問わず設置が可能で
ある。基板806上にライン状の信号伝送配線807、その一
部に作られた薄い絶縁体からなるMIM素子808、それに電
気的に接続された画素電極812からなっている。810は減
反射コーティング、811は偏光素子である。
より具体的な構成を第2表に示す。 第2表 画素数 220×320 画素ピッチ 80×90μm MIM基板 MIM素子 Ta−Ta2O5−Cr Ta2O5 500Å 酸化方法 湿式陽極酸化 信号伝送配線 Ta 画素電極 ITO透明電極 反射体 誘電体多層膜 表示モード TN−ECB(電界効果複屈折) 液晶層厚 2.4μm Δnd 0.2 ツイスト角 63゜ 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。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば以下のような効果
を奏することができる。
(a)反射体を絶縁性反射体により形成することによっ
て、液晶層に入射した光を効率よく反射することがで
き、明るい画像の反射型液晶電気光学装置が得られる。
(b)反射体が対向基板の液晶層側の内面に形成されて
いるため、反射体と液晶層との距離による視差が生ずる
ことがない。したがって、二重画像や影を防ぐことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の反射型電気光学装置の断面図である。 第2図は第1図の装置の印加電圧と反射率(550nm)の
特性図である。 第3図は第2図の楕円偏光の軌道を示す図である。 第4図(a),(b)はΔndと反射率の関係を示すグラ
フである。 第5図(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、Δndと反射率の
関係を示すものである。 第6図はスイッチング素子アレイ基板側に遮光マスクを
設置した場合の断面図である。 第7図は偏光素子にPBSを用いた反射型液晶電気光学装
置の構成図である。 第8図はMIMダイオード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。 101……反射体 102……対向基板 103……スイッチング素子アレイ基板 104……液晶層 301……反射面での円偏光 701……PBS 801……反射体 802……MIM基板 803……対向基板 804……液晶 805……対向電極 806……基板 807……信号伝送配線 808……MIM素子

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の基板間に液晶層が挟持されてなり、
    前記一対の基板内の画素部分に反射体を有する反射型液
    晶電気光学装置において、前記一対の基板の一方の基板
    にマトリックス状に配置された画素電極と、前記画素電
    極に接続されたスイッチング素子と有し、前記反射体は
    絶縁性を有するとともに、前記他方の基板の液晶層側の
    内面に前記画素電極に重なるように配置されてなること
    を特徴とする反射型液晶電気光学装置。
  2. 【請求項2】前記反射体は誘電体多層膜からなることを
    特徴とする請求項1に記載の反射型液晶電気光学装置。
  3. 【請求項3】対向電極が形成された他方の基板表面に前
    記反射体が形成されてなることを特徴とする請求項1又
    は請求項2に記載の反射型液晶電気光学装置。
  4. 【請求項4】一対の基板間に液晶層が挟持されてなり、
    前記一対の基板の一方の基板にマトリックス状に配置さ
    れた画素電極と、前記画素電極に接続されたスイッチン
    グ素子とが形成されてなる反射型液晶電気光学装置にお
    いて、 前記他方の基板の液晶層側の内面に絶縁性反射体が形成
    されてなり、 前記液晶層の入射面の分子軸に対し平行又は垂直に前記
    一方の直線偏光の入射光を入射させる手段を有してな
    り、前記液晶層を透過後の反射面ではほぼ円偏光とな
    り、前記反射面で反射後前記液晶層を透過した出射面で
    は、前記入射光とほぼ90度その偏光面が回転した直線偏
    光となるように前記液晶層が設定されてなることを特徴
    とする反射型液晶電気光学装置。
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