JP3584934B2

JP3584934B2 - 電気光学装置

Info

Publication number: JP3584934B2
Application number: JP2003103300A
Authority: JP
Inventors: 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP2004029741A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は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。
【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】
本発明は、一対の基板間に液晶層が配置され、前記液晶層を挟んで反射体及び偏光素子が配置されてなり、前記液晶層に電圧を印加しないときには、前記偏光素子を透過した光は、前記液晶層を透過し、前記反射体で反射された後、前記液晶層を透過することにより、前記偏光素子を透過した際とは９０度その偏光面が回転して前記偏光素子に入射して当該偏光素子で阻止されるように構成されてなる電気光学装置であって、前記偏光素子側に位置する前記基板には、遮光マスクが前記電気光学装置の画素間に配置され、当該遮光膜は光吸収によって遮光するマスクであることを特徴とする。
また、上記電気光学装置において、前記液晶層には前記偏光素子を通過して直線偏光となった光が入射し、前記液晶層を透過することによって円偏光となって前記反射体に反射されることを特徴とする。
また、上記電気光学装置において、前記反射体は金属薄膜からなり、前記反射体及びスイッチング素子に接続された画素電極によって前記液晶層に電圧が印加されることを特徴とする。
また、上記電気光学装置において、前記液晶層は、ツイストしたネマチック液晶を含むことを特徴とする。
【０００６】
さらに液晶層は、直線偏光した入射光が、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。
【０００７】
またツイストしたネマチック液晶の入射面の分子軸に平行、または垂直に直線偏光した入射光が入り、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ツイストしたネマチック液晶層を挟持したことを特徴とする。
【０００８】
またスイッチング素子アレイは、各画素に配置された薄膜トランジスタアレイであることを特徴とする。
【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ＥＣＢ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（１９８１）ｐ．２１１，ＳＩＤ′８３ＤＩＧＥＳＴｐ．１５６（１９８３）、ＳＩＤ′，８５ＤＩＧＥＳＴｐ．２７８（１９８５）、ＪａｐａｎＤｉｓｐｌａｙ′８９ｐ．１９２に記載のものに準じている。
【００１２】
【表１】

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）。
【００１３】
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。
【００１４】
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△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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、６０５は画素電極、６０６は偏光板である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
より具体的な構成を第２表に示す。
【００２７】
【表２】

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。
【００２８】
【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電気光学装置が構成できる。
【００２９】
また、無電界時に非透過状態（黒）と設定できることからセルフアライン型の遮光マスクとすることができる。
【００３０】
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（５５０ｎｍ）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

一対の基板間に液晶層が配置され、前記液晶層を挟んで反射体及び偏光素子が配置されてなり、
前記液晶層に電圧を印加しないときには、前記偏光素子を透過した光は、前記液晶層を透過し、前記反射体で反射された後、前記液晶層を透過することにより、前記偏光素子を透過した際とは９０度その偏光面が回転して前記偏光素子に入射して当該偏光素子で阻止されるように構成されてなる電気光学装置であって、
前記偏光素子側に位置する前記基板には、遮光マスクが前記電気光学装置の画素間に配置され、当該遮光膜は光吸収によって遮光するマスクであることを特徴とする電気光学装置。
請求項１に記載の電気光学装置において、
前記液晶層には前記偏光素子を通過して直線偏光となった光が入射し、前記液晶層を透過することによって円偏光となって前記反射体に反射されることを特徴とする電気光学装置。
請求項１又は請求項２に記載の電気光学装置において、
前記反射体は金属薄膜からなり、前記反射体及びスイッチング素子に接続された画素電極によって前記液晶層に電圧が印加されることを特徴とする電気光学装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電気光学装置において、
前記液晶層は、ツイストしたネマチック液晶を含むことを特徴とする電気光学装置。