JP4370561B2 - 反射型液晶表示素子 - Google Patents
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Description
本発明は、画像表示に用いられ、ちらつきや焼き付きに原因する表示品質を向上させる反射型液晶表示素子に関するものである。
従来の反射型液晶表示素子としては特許文献１に開示されているものがある。
即ち、特許文献１には、表面に駆動回路を有する基板上に形成されたＡｌ、Ａｇ或いはこれらの合金からなる反射電極と、ＩＴＯからなる透明電極層が形成されたガラス保護基板と、前記透明電極層側が前記反射電極に対向配置されて前記基板と前記ガラス保護基板との間に挿入された液晶材料とを有し、全体のちらつきを防止するために前記反射電極の前記透明電極層側に前記透明電極層と同じ仕事関数のＩＴＯが形成され、前記ガラス保護基板側から光を入射させて前記液晶層で前記駆動回路の変調信号に応じて光変調した後、前記透明電極層側から情報光を取り出す反射型液晶表示素子が開示されている。
特開平１０−２０６８４５号公報
即ち、特許文献１には、表面に駆動回路を有する基板上に形成されたＡｌ、Ａｇ或いはこれらの合金からなる反射電極と、ＩＴＯからなる透明電極層が形成されたガラス保護基板と、前記透明電極層側が前記反射電極に対向配置されて前記基板と前記ガラス保護基板との間に挿入された液晶材料とを有し、全体のちらつきを防止するために前記反射電極の前記透明電極層側に前記透明電極層と同じ仕事関数のＩＴＯが形成され、前記ガラス保護基板側から光を入射させて前記液晶層で前記駆動回路の変調信号に応じて光変調した後、前記透明電極層側から情報光を取り出す反射型液晶表示素子が開示されている。
しかしながら、透明電極層側と反射電極側との仕事関数を同じにするために、反射電極上にＩＴＯ（酸化インジウム）を形成する必要があるので、反射率の低下、直列負荷抵抗の増大といった問題があった。
一方、透明電極層と反射電極との仕事関数差が０．２ｅＶ以内の場合には、ちらつきや焼き付き現象といった表示品質の低下が生じないことは、実験的に確認されている。
そこで、上記問題を解決すべく、反射率の低下及び直列負荷抵抗の増加を生じることなく、ちらつきや焼き付きのない表示品質の良好な反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。
一方、透明電極層と反射電極との仕事関数差が０．２ｅＶ以内の場合には、ちらつきや焼き付き現象といった表示品質の低下が生じないことは、実験的に確認されている。
そこで、上記問題を解決すべく、反射率の低下及び直列負荷抵抗の増加を生じることなく、ちらつきや焼き付きのない表示品質の良好な反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。
本発明における第１の発明は、基板表面に形成されたＡｌからなる反射電極と、ＩＴＯからなる透明電極が形成された透明基板と、前記透明電極側が前記反射電極に対向配置された前記基板と前記透明基板との間に挿入された液晶層と、からなる反射型液晶表示素子において、前記反射電極は、前記透明電極の仕事関数に対して０．２ｅＶ以内になるように前記Ａｌ表面近傍にＡｌ酸化物を有する金属酸化物からなることを特徴とする反射型液晶表示素子を提供する。
第２の発明は、前記Ａｌ酸化物は、Ａｌ中に１５％のＦｅ、４％のＮｉ、１％のＣｒを含む酸化物、又はＡｌ中に２０％のＷを含む酸化物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を提供する。
第２の発明は、前記Ａｌ酸化物は、Ａｌ中に１５％のＦｅ、４％のＮｉ、１％のＣｒを含む酸化物、又はＡｌ中に２０％のＷを含む酸化物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を提供する。
本発明によれば、反射電極は、前記透明電極の仕事関数に対して０．２ｅＶ以内になるように前記Ａｌ表面近傍にＡｌ酸化物を有する金属酸化物からなるので、反射率の低下やちらつき、焼き付きの表示品質低下のない良好な反射型液晶表示素子を得ることができる。
本発明の実施の形態について図１乃至図５を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施例を示す断面図である。図２は、第１実施例における反射電極の仕事関数とプラズマ酸化処理時間との関係を示す図である。図３は、反射電極の反射率と波長との関係を示す図である。図４は、第２実施例における反射電極の仕事関数とプラズマ酸化処理時間との関係を示す図である。図５は、第３実施例における反射電極の仕事関数とイオン処理時間との関係を示す図である。
図１は、本発明の第１実施例を示す断面図である。図２は、第１実施例における反射電極の仕事関数とプラズマ酸化処理時間との関係を示す図である。図３は、反射電極の反射率と波長との関係を示す図である。図４は、第２実施例における反射電極の仕事関数とプラズマ酸化処理時間との関係を示す図である。図５は、第３実施例における反射電極の仕事関数とイオン処理時間との関係を示す図である。
図１に示すように、各実施例に共通する反射型表示素子１は、表面に駆動素子を有する基板２上に形成されたＡｌからなる反射電極３と、ＩＴＯからなる透明電極４が形成されたガラス基板５と、を所定の間隙を有し、かつ透明電極４が反射電極３に対向配置するようにされた基板１とガラス基板５との間に挿入された液晶層６と、からなる。
互いに対向する透明電極４及び反射電極３には、配向膜７１、７２が形成されている。
前記した配向膜７２は、基板２及び反射電極３表面を覆うようにして形成されている。
更に、基板２とガラス基板５との両端間は、反射電極３〜透明電極４の各層を密封するようにシール剤８で封止されている。
互いに対向する透明電極４及び反射電極３には、配向膜７１、７２が形成されている。
前記した配向膜７２は、基板２及び反射電極３表面を覆うようにして形成されている。
更に、基板２とガラス基板５との両端間は、反射電極３〜透明電極４の各層を密封するようにシール剤８で封止されている。
第１実施例は、反射電極３をＡｌ表面近傍にＡｌ酸化物を有する金属酸化物にしたものであり、かつこの金属酸化物の仕事関数をＩＴＯの仕事関数（４．８~５．２ｅＶ）に近い４．７ｅＶ〜４．８ｅＶにしたものである。
この反射電極３は、プラズマ酸化により形成される。
即ち、プラズマ酸化装置内にＡｌからなる反射電極３が形成された基板２を導入し、５×１０-6Ｔｏｒｒに真空引きした後、酸素を導入して酸素の分圧を２×１０-4Ｔｏｒｒにする。この後、２００℃に加熱し、４００ＷのＲＦ電力を所定時間印加して、反射電極３のプラズマ酸化処理を行う。この際、プラズマ電極としては、Ａｌ電極を用いる。
この反射電極３は、プラズマ酸化により形成される。
即ち、プラズマ酸化装置内にＡｌからなる反射電極３が形成された基板２を導入し、５×１０-6Ｔｏｒｒに真空引きした後、酸素を導入して酸素の分圧を２×１０-4Ｔｏｒｒにする。この後、２００℃に加熱し、４００ＷのＲＦ電力を所定時間印加して、反射電極３のプラズマ酸化処理を行う。この際、プラズマ電極としては、Ａｌ電極を用いる。
ここで、反射電極３のプラズマ酸化処理時間を変化させて、反射電極３の仕事関数が変化する様子を調べた。また、反射電極３のプラズマ酸化処理前と比較した場合における４０分間のプラズマ酸化処理の場合におけるその反射率の波長依存性についても調べた。
図２に示すように、プラズマ酸化処理時間の増加と共に反射電極３の仕事関数は増加し、プラズマ酸化処理時間を２０分以上にすると、４．７ｅＶ〜４．８ｅＶの安定した仕事関数が得られることがわかる。また、図３に示すように、反射電極３の反射率は、プラズマ酸化処理前と変わらず、プラズマ酸化処理前の状態が維持されていることがわかる。
図２に示すように、プラズマ酸化処理時間の増加と共に反射電極３の仕事関数は増加し、プラズマ酸化処理時間を２０分以上にすると、４．７ｅＶ〜４．８ｅＶの安定した仕事関数が得られることがわかる。また、図３に示すように、反射電極３の反射率は、プラズマ酸化処理前と変わらず、プラズマ酸化処理前の状態が維持されていることがわかる。
即ち、プラズマ酸化処理を行っても反射率には影響を与えずに、反射電極３と透明電極４の仕事関数の差を０．２ｅＶ以内に抑えることができる。このことは、プラズマ酸化処理時間が２０分、３０分の場合も同様である。
図２中、Ａｌの仕事関数は、３．０ｅＶであるのに対して、プラズマ酸化処理時間が０の時において、３．９ｅＶとなっているのは、大気中でＡｌ表面の自然酸化が行われるためと考えられる。
Ａｌは酸化されてＡｌ2Ｏ3に近づいて行くが、その途中のＡｌ酸化物の仕事関数は、Ａｌの仕事関数３．０とＡｌ2Ｏ3の仕事関数７．０との間の値をとるようになるため、Ａｌ酸化物の増加に従って仕事関数が増して行くのである。
この際、反射電極３の仕事関数が４．８ｅＶで処理時間に係らず飽和してしまうのは、反射電極３のＡｌ表面が不動態化して酸化がそれ以上進まないことによると考えられる。
図２中、Ａｌの仕事関数は、３．０ｅＶであるのに対して、プラズマ酸化処理時間が０の時において、３．９ｅＶとなっているのは、大気中でＡｌ表面の自然酸化が行われるためと考えられる。
Ａｌは酸化されてＡｌ2Ｏ3に近づいて行くが、その途中のＡｌ酸化物の仕事関数は、Ａｌの仕事関数３．０とＡｌ2Ｏ3の仕事関数７．０との間の値をとるようになるため、Ａｌ酸化物の増加に従って仕事関数が増して行くのである。
この際、反射電極３の仕事関数が４．８ｅＶで処理時間に係らず飽和してしまうのは、反射電極３のＡｌ表面が不動態化して酸化がそれ以上進まないことによると考えられる。
以上のように、第１実施例によれば、反射電極３をＡｌ表面近傍にＡｌ酸化物を有する金属酸化物にし、かつその仕事関数をｅＶ４．７〜４．８ｅＶと透明電極４に対して０．２ｅＶ以内に抑えるようにしたので、反射率の低下及び直列負荷抵抗の増加を生じることがないため、ちらつきや焼き付きのない表示品質の良好な反射型液晶表示素子１を得ることができる。
第２実施例は、反射電極３をＡｌ表面から２０ｎｍの位置までにＦｅ含有酸化物を有する金属酸化物にしたものであり、かつ、その仕事関数を４．６ｅＶ〜５．０ｅＶにしたものである。
反射電極３は、プラズマ酸化装置に用いるプラズマ電極をステンレスにして第１実施例と同様にしてＡｌ表面近傍に分散するようにして形成される。
ここで、プラズマ酸化処理時間と反射電極３の仕事関数との関係について調べた。
図４に示すように、反射電極３の仕事関数は、プラズマ酸化処理時間と共に増加し、第１実施例の場合よりも仕事関数を短時間で大きくすることができる。そして、反射電極３の反射率は、第１実施例と同様に、プラズマ処理前と略同じである。
図４において、反射電極３の仕事関数が５．３ｅＶで飽和傾向を示すのは、Ａｌ酸化物或いはＡｌ（仕事関数３．９ｅＶ）との相乗効果によると考えられる。
反射電極３は、プラズマ酸化装置に用いるプラズマ電極をステンレスにして第１実施例と同様にしてＡｌ表面近傍に分散するようにして形成される。
ここで、プラズマ酸化処理時間と反射電極３の仕事関数との関係について調べた。
図４に示すように、反射電極３の仕事関数は、プラズマ酸化処理時間と共に増加し、第１実施例の場合よりも仕事関数を短時間で大きくすることができる。そして、反射電極３の反射率は、第１実施例と同様に、プラズマ処理前と略同じである。
図４において、反射電極３の仕事関数が５．３ｅＶで飽和傾向を示すのは、Ａｌ酸化物或いはＡｌ（仕事関数３．９ｅＶ）との相乗効果によると考えられる。
更に、プラズマ処理を２分間行った場合の反射電極３表面をＥＳＣＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）分析を行った結果、反射電極３表面から２０ｎｍまでの深さにＡｌに対して１５％Ｆｅ、４％のＮｉ、１％のＣｒ及びＯが含有された金属酸化物が形成されていることがわかった。
このように、Ａｌに対して１５％Ｆｅ、４％のＮｉ、１％のＣｒが含有された金属酸化物であっても第１実施例と同様な効果が得られることがわかる。
このように、Ａｌに対して１５％Ｆｅ、４％のＮｉ、１％のＣｒが含有された金属酸化物であっても第１実施例と同様な効果が得られることがわかる。
第３実施例は、反射電極３をＡｌ表面から２０ｎｍの位置までにＷ（タングステン）を含有する金属酸化物にしたものであり、かつその仕事関数を４．７ｅＶ〜５．０ｅＶにしたものである。
この場合の反射電極３は、第１実施例のプラズマ酸化を３０分間行った後、イオンガンを用いてＷをＡｌ表面近傍に分散するようにして形成されたものである。
この場合の反射電極３は、第１実施例のプラズマ酸化を３０分間行った後、イオンガンを用いてＷをＡｌ表面近傍に分散するようにして形成されたものである。
ここで、反射電極３のイオン処理時間とその仕事関数との関係について調べた。
図５に示すように、反射電極３の仕事関数は、イオン処理時間と共に増加し、第２実施例と同様な傾向を示した。また、反射電極３の反射率も第２実施例と同様であった。
更に、反射電極３にＷを２分間注入した場合の反射電極３のＥＳＣＡ分析を行った結果、反射電極３表面から２０ｎｍまでの深さにＷ酸化物がＡｌ表面近傍に含有されていることがわかった。このときのＷ酸化物は、ＷがＡｌに対して２０％含有されたものである。このように、Ｗ酸化物であっても第１、第２実施例と同様な効果が得られることがわかる。
図５に示すように、反射電極３の仕事関数は、イオン処理時間と共に増加し、第２実施例と同様な傾向を示した。また、反射電極３の反射率も第２実施例と同様であった。
更に、反射電極３にＷを２分間注入した場合の反射電極３のＥＳＣＡ分析を行った結果、反射電極３表面から２０ｎｍまでの深さにＷ酸化物がＡｌ表面近傍に含有されていることがわかった。このときのＷ酸化物は、ＷがＡｌに対して２０％含有されたものである。このように、Ｗ酸化物であっても第１、第２実施例と同様な効果が得られることがわかる。
第２、３実施例においても各金属の酸化物が形成されるが、第２、３実施例が第１実施例よりも大きな仕事関数で飽和する傾向にあるのは、Ｆｅ含有の金属酸化物の仕事関数５．７ｅＶやＷ含有の金属酸化物の仕事関数５．４ｅＶがＡｌ酸化物の仕事関数４．８ｅＶよりも大きいところで飽和することによると考えられる。
第１〜第３実施例では、Ａｌ表面近傍にＦｅ等の金属酸化物が形成された場合について説明したが、これに限定されず、Ａｌ表面近傍に含有される金属化合物の仕事関数が３．９ｅＶ〜５．７ｅＶの範囲にある材料であれば同様の効果が得られる。
ちらつきや焼き付きのない良好な反射型液晶表示素子を用いた大画面や高輝度の液晶表示装置に適用できる。
１ 反射型液晶表示素子
２ 基板
３ 反射電極
４ 透明電極
５ ガラス基板
６ 液晶層
７１、７２ 配向膜
８ シール剤
２ 基板
３ 反射電極
４ 透明電極
５ ガラス基板
６ 液晶層
７１、７２ 配向膜
８ シール剤
Claims (2)
- 基板表面に形成されたＡｌからなる反射電極と、ＩＴＯからなる透明電極が形成された透明基板と、前記透明電極側が前記反射電極に対向配置された前記基板と前記透明基板との間に挿入された液晶層と、からなる反射型液晶表示素子において、
前記反射電極は、前記透明電極の仕事関数に対して０．２ｅＶ以内になるように前記Ａｌ表面近傍にＡｌ酸化物を有する金属酸化物からなることを特徴とする反射型液晶表示素子。 - 前記Ａｌ酸化物は、Ａｌ中に１５％のＦｅ、４％のＮｉ、１％のＣｒを含む酸化物、又はＡｌ中に２０％のＷを含む酸化物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。
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