JP4010007B2 - 反射型液晶表示素子および液晶表示装置 - Google Patents

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、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 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。
【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、画素電極と透明電極との間に所定期間ごとに極性が反転する駆動電圧が印加される反射型液晶表示素子であって、画素電極の透明電極に対向する面側に、標準電極電位の符号が、画素電極を構成する金属材料とは反対であり、かつ、透明電極と同じである異種金属膜が被覆されているものである。特に、透明電極がインジウム・すず酸化膜（ＩＴＯ）からなる電極、画素電極がその主成分が、アルミニウムであり、異種金属膜が、その主成分が白金、パラジウム、もしくはイリジウムであるか、または、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】
また、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（ＳｎＯ₂）と酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）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。
【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５０ｎｍ〜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（Ｐｔ）、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（Ｐｄ）、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Ｌ２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４２Ａ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（Ｂ）および緑色光（Ｇ）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，１６Ｂ，１７Ｃ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，１６Ａ，１７Ａ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，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１５，１６，１７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、液晶ライトバルブ２１Ｒ，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、ＩＴＯ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５０：５０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１２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、１ｎｍ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７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８もしくは９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り、かつ透明電極の符号と同じ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，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…反射電極、４３…異種金属膜。

Claims (9)

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、前記画素電極と前記透明電極との間に所定期間ごとに極性が反転する駆動電圧が印加される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、標準電極電位の符号が、前記画素電極を構成する金属材料とは反対であり、かつ、前記透明電極と同じである異種金属膜が被覆されており、
   前記透明電極はインジウム・すず酸化膜（ＩＴＯ）からなる電極、前記画素電極はその主成分が、アルミニウムであり、
   前記異種金属膜は、その主成分が白金、パラジウム、もしくはイリジウムであるか、または、銀とパラジウムの合金もしくは銀と白金の合金である
   ことを特徴とする反射型液晶表示素子。
2. 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り、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１記載の反射型液晶表示素子。
3. 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４０％〜６０％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. 前記異種金属膜の厚さが、１ｎｍ以上１００ｎｍ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。
5. 前記異種金属膜の厚さが、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である
   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. 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。
7. 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。
8. 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、前記画素電極と前記透明電極との間に所定期間ごとに極性が反転する駆動電圧が印加されるように構成され、
   前記画素電極の前記透明電極に対向する面側に、標準電極電位の符号が、前記画素電極を構成する金属材料とは反対であり、かつ、前記透明電極と同じである異種金属膜が被覆されており、
   前記透明電極はインジウム・すず酸化膜（ＩＴＯ）からなる電極、前記画素電極はその主成分が、アルミニウムであり、
   前記異種金属膜は、その主成分が白金、パラジウム、もしくはイリジウムであるか、または、銀とパラジウムの合金もしくは銀と白金の合金である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 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８記載の液晶表示装置。

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