JP3329306B2 - 反射型液晶電気光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【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１９
８１．２／１６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。

【０００３】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。

【０００４】

【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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型液晶電気
光学装置は、対向する二枚の基板間に液晶層を挟持し、
一方の基板には、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薄膜トランジスタのスイ
ッチング素子を設置した反射型液晶電気光学装置におい
て、前記一方の基板の液晶の反対側に偏光板を設け、対
向するもう一方の基板の液晶側に反射体を設け、前記液
晶層は、前記偏光板により直線偏光した入射光が入り、
該入射光が透過後円偏光となって上記反射体で反射さ
れ、反射後液晶層を逆に透過し出射面では入射光とほぼ
９０度偏光面が回転した直線偏光となるツイストしたネ
マチック液晶層であることを特徴とする。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【発明の実施の形態】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１０１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一万の電極は、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。

【００１０】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ＥＣ
Ｂモードを用いた。

【００１１】本実施例ではスイッチング素子基板に第１
表に示すＴＦＴアクティブマトリックス方式、液晶層に
上述したＴＮ−ＥＣＢ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（１
９８１）ｐ．２１１，ＳＩＤ′８３ＤＩＧＥＳＴｐ．１
５６（１９８３）、 ＳＩＤ′，８５ＤＩＧＥＳＴｐ．
２７８（１９８５）、Ｊａｐａｎ Ｄｉｓｐｌａｙ′８
９ｐ．１９２に記載のものに準じている。

【００１２】

【表１】

【００１３】第２図は第１図の装置のビデオ印加電圧と
反射率（５５０ｎｍ）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
に電圧が印如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）。

【００１４】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。

【００１５】第４図（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、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９
０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△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。

【００１６】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。

【００１７】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、△
ｎｄ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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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
施例ではアルミー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、６
０５は画素電極、６０６は偏光板である。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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８０２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。８
０５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。

【００２８】より具体的な構成を第２表に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】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。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、スイ
ッチング素子アレイと対向する基板に反射体を設置する
だけで反射型のライトバルブが構成できる。

【００３２】また、スイッチング素子の領域及び画素電
極間の境界領域に対応して遮光マスクが配置されていれ
ば、スイッチング素子の光電流リークと光のもれを同時
に防止することができる。

【００３３】さらにスイッチング素子アレイ側に遮光マ
スクを設置できることから正確なマスク位置合わせがで
きる効果がある。

【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】第１図の装置の印加電圧と反射率（５５０ｎ
ｍ）の特性図である。

【図３】第２図の楕円偏光の軌道を示す図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は△ｎｄと反射率の関係を示す
グラフである。

【図５】（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、△ｎｄと反射
率の関係を示すものである。

【図６】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。

【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】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。

【符号の説明】

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 (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する二枚の基板間に液晶層を挟持
   し、一方の基板には、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薄膜トランジスタの
   スイッチング素子を設置した反射型液晶電気光学装置に
   おいて、 前記一方の基板の液晶の反対側に偏光板を設け、 対向するもう一方の基板の液晶側に反射体を設け、 前記液晶層は、前記偏光板により直線偏光した入射光が
   入り、該入射光が透過後円偏光となって上記反射体で反
   射され、反射後液晶層を逆に透過し出射面では入射光と
   ほぼ９０度偏光面が回転した直線偏光となるツイストし
   たネマチック液晶層であることを特徴とする反射型液晶
   電気光学装置。