JPH0341420A - Ｍｉｍ液晶電気光学装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はメタル−インシュレーターメタル構造素子　（
以下Ｍ　　工　Ｍ素子と称する）を用いた液晶電気光学
装置に関する。

［従来の技術］ 従来のＭＩＭ素子を用いた液晶電気光学装置は特開昭５
２−１４９０９０、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｊ
ａｐａｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ’８３　Ｐ、４０４、特開昭
５５−１６１２７３、ＵＳＰ、４４１３８８３に示すよ
うに液晶電気光学装置としては光を透過し、原理的に透
過型の液晶表示モードを用いるものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の液晶電気光学装置にはＭＩＭ素子及び配
線が不透明であり、画素密度を増加させると実効的な画
素部分の比率が下がるという課題があった。たとえＵＳ
Ｐ、４４１３８８３のようにオーバーラツプ構造として
も、ＭＩＭ素子、配線が不透明であったり、その部分が
電気光学的な画素として機能しなければ同じ課題が生じ
ていた。そこで本発明では、画素電極を反射性とし、画
素電極の基板側にＭＩＭ素子、配線を配置することによ
って、高密度画素においても有効画素率（開口率）の高
いＭＩＭ液晶電気光学装置を提供することを目的とする
ものである。

さらに簡略なＭＩＭ液晶電気光学装置の製造方法を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の液晶電気光学装置は １、ＭＩＭ素子基板はＭＩＭ素子、信号伝送配線、反射
性画素電極からなることを特徴とする。

２、前記ＭＩＭ素子基板は基板」二にＭＩＭ素子、信号
伝送配線を配置し、その上に設置された層間絶縁体、更
にその上に設置された反射性画素電極から構成されるこ
とを特徴とする。

３、前記ＭＩＭ素子を構成する一方の金属は反射性画素
電極であることを特徴とする。

４、前記ＭＩＭ素子基板と対抗する透明基板間に液晶を
挟持したＨ工Ｍ液晶電気光学装置において、直線偏光し
た入射光が入り、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を挾持したことを特徴と
する。

５、前記ツイス、トシ′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挾持したこ
とを特徴とする。

６、前記ツイストしたネマチック層のツイスト角がほぼ
６３度であり、前記ツイストしたネマチック液晶層の層
厚と複屈折の積がほぼ０．２であることを特徴とする。

７、前記ツイストしたネマチック層のツイスト角がほぼ
１９３度であり、前記ツイストしたネマチック液晶層の
層厚と複屈折の積がほぼ０．５８であることを特徴とす
る。

８、前記ＭＩＭ素子基板は、 Ａ、ＭＩＭ素子の一方の金属薄膜を基板上にデポジショ
ンする工程。

Ｂ、金属薄膜をストライプ状に加工する工程。

Ｃ１層間絶縁体を設置する工程。

Ｄ、　　ＭＩＭ素子形成部分を露出させ選択的に酸化を
行なう工程。

Ｅ、ＭＩＭ素子のもう一方の金属を設置し、電気的接続
をされた画素電極を形成する工程。

からなることを特徴とする特 以下、実施例により本発明の詳細を示す。

［実施例］ 第１図は本発明のＭＩＭ液晶電気光学装置の断面図であ
る。反射性画素電極１０１を設置されたＭＩＭ基板１０
２と対向基板１０３の間に液晶１０４がはさまれた構造
となっている。１０５は電界を液晶層に印加するための
透明電極であり、画素サイズに対応したストライプ状で
ある。ＭＩＭ基板は基板１０６上にライン状の信号伝送
配線１０７、その一部に作られた薄い絶縁体からなるＭ
ＩＭ素子１０８、それに電気的に接続された画素電極１
０１からなっている。画素電極は層間絶縁体１０９によ
ってライン状の信号伝送配線と電気的に絶縁されている
。画素電極はＭＩＭを構成するもう一方の金属薄膜と電
気光学素子の反射性膜を兼ねることもできる。１１０は
減反射コーティング、１１１は偏光素子である。

より具体的な構成を第１表に示す。

第１表 概要 画素数 画素ピッチ ２２０Ｘ　３２０ ８０ｘ９０μｍ ＭＩＭ基板 ＭＩＭ素子 酸化方法 信号伝送配線 画素電極 層間絶縁体 Ｔａ−Ｔａ２’５−Ｃｒ Ｔａ２’５５００人 湿式陽極酸化 Ｔａ Ｃｒ反射膜 ポリイミド膜 表示モード 液晶層厚 ｎｄ ツイスト角 ＴＮ−ＥＣＢ（電界効果複屈折） ２．４μｍ ０．２ ６３゜ 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。−殻内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。

第２図は液晶の配向を示す斜視図である。第２図はネマ
チック液晶層のツイスト角２０１は６３度、液晶の複屈
折と液晶層厚の積（μｍ単位、以下、△ｎｄと称する）
は０．２の場合である。近接して設置された偏光素子に
より直線偏光となった入射光は、入射側の液晶分子２０
２のダイレクタ−２０３に電界振動面２０４が沿って入
射するように角度が設定されている。つまり分子の配列
は、印加電圧が零の時、第２図のように基板界面で平行
に配向し、上下の基板間で６３度をなすように配向処理
されている。この配向処理はラビング、射方蒸着等によ
り行うことができる。同じように直線偏光した入射光が
入り、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条件である
１９３度のツイスト角、Ａｎｄ＝０．５８の場合も同様
な構造である。

第３図は第１図の装置の画素にかかる実効電圧と反射率
（５５０ｎｍ）の特性である。実線が６３度ツイストの
場合、破線が１９３度ツイストの場合である。　　初め
に電圧が零の時を説明する。

直線偏光４０２が入射すると、第４図に示すように楕円
偏光の軌跡が回転する。反射面ではほぼ円偏光４０１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４０３となり出射する。このため入射時に通過した偏
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）・シ、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。尚、ここでは６３度ツイストの場合
を図示した。１９３度ツイストの場合は楕円偏光の回転
が複雑になるが上に述べた二つの条件を満たし、基本的
な動作は変わらない。

第５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１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、はぼ一定である。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、６
３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４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１− の場合と比べると、液晶のダイレクタ−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、△ｎ
ｄ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、△ｎの効果は液晶のダイレクタ−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には正負が照いためである。

第６図（ａ）、（ｂ）はパラメーターに偏光素子の液晶
のダイレクタ−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。

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△ｎ１２ ｄに設定する必要があり、さらに極端に小さな△ｎｄで
は液晶層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層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太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。

従来の二色性色素タイプや、偏光板を表裏に設置したＴ
Ｎタイプに比べ透明時の反射率が高い効果が認められた
。

また１９３度のような大きなツイスト角では、第３図破
線のように電圧に対する光学応答が急峻となる。この場
合、反射率が９０％となる電界■ＴＨと反射率が１０％
となる電界Ｖ　ＳＡＴとの比Ｖ　ＳＡＴ／ＶＴＨは１．
０８程度であった。従って、液晶層に印加される電界の
実効値変化が少なくとも液晶は十分応答することができ
、高コントラストな表示が可能となった。

尚、同調させる光の波長によって、本実施例で述べた条
件がシフトする。この割合はほぼλ（ｎｍ）１５５０で
ある。

第７図は偏光素子に偏光ビームスプリッタ−（以下、Ｐ
ＢＳと称する）を用いた投影型ＭＩＭ液晶電気光学装置
の構成図である。

７０１がＰＢＳであり、光源光７０２を直線偏光しＭＩ
Ｍ液晶電気光学装置７０３に入射させる。出射光を検光
する手段でもあるＰＢＳは入射時と９０度ずれた直線偏
光を透過する。透過光７０４は投影光学系７０５によっ
て投影される。この場合印加電圧と反射率の特性は第３
図と縦軸方向に反転する。

このような反射型の表示モードを用いると、第１図に示
すように配線やＭＩＭ素子を画素電極の下に設置するこ
とができる。この結果、画素面積に対する実際の画素で
ある画素電極の割合（開口率）を、配線やアクティブ素
子に係わらず大きく確保でき、画素数の増加にともなう
開口率の低下を防ぐことができる。

また透過型の構造では開口率を上げるために配線幅に制
限があったが、本発明では画素電極の下に、太めの金属
配線を設置できるため、配線抵抗による伝送帯域の低下
も生じ難い。

また素子側の基板に直交する２つ以上の配線があるＴＰ
Ｔ等の３端子素子と比べ、一方の配線だけで済み、直交
する配線間の短絡等による欠陥が生じにくい利点がある
。

さらに液晶層が薄いため、液晶層の保持容量が増加する
利点もある。

Ｓｉ等の一般的な半導体よりもバンドギャップの大きな
、絶縁体とも言える半導体を用いるため本質的に耐光性
に優れている。さらに反射型構造としたことで、素子の
半導体部分は入射光に対し完全に遮蔽され、さらに耐光
性が向上している。

また反射型では光の入射面と出射面が同一であるためそ
れと反対側の面にヒートシンクや温調装置を設置できる
利点がある。

またゲストホスト型と比較すると、光量の損失５− が少ない。さらに従来のＴＮ型反射液晶素子（原理的に
は透過型モードを用いている）のように下側に偏光板、
拡散型の反射板を必要としないため表示が明るく、カラ
ーフィルターを用いることにより少ない照明下でもカラ
ー画像が得られる利点がある。

次に製造方法について説明する。

第８図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）、　　（ｅ）は
製造の工程を示す図である。

Ａ、ＭＩＭ素子の一方の金属であるＴａ薄膜８０１を基
板８０２上にデポジションする。第８図（ａ）’　　Ｔ
　ａ　薄膜をスｌ−ライブ状にホトエツチングする。第
８図（ｂ） Ｃ１層間絶縁体８０３を塗布する。第８図（ｃ）ここで
は感光性ポリイミドをスピンコードしたが、無機系の絶
縁体であっても問題ない。

Ｄ、ＭＩＭ素子形成部分をホＩ・エツチングで露出させ
選択的に陽極酸化を行なう。ここでは湿式の方法により
、約５００人のＴａ２０ｓ８０４を形成した。

６− 第８図（ｄ） Ｅ、ＭＩＭ素子のもう一方の金属であるＣ　ｒ　８０５
を蒸着し、ホトエツチングで画素電極を形成する。第８
図（ｅ） 本実施例では、工程の簡単かの為にＭＩＭ素子の一方の
金属であるＣｒを画素電極に用いたが、より高い反射率
を必要とする場合、Ａｌ、Ａｇ等の薄膜を画素電極とす
ると効果的である。

信号伝送配線のパターニングのルールが緩和されること
からも工程の簡略かがなされる。

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、広くデイスプレィ装置、投影型デイスプレィ装置、
空間光変調器に応用が可能である。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、反射型の表示とする
ことで、高画素密度装置においても開口率を確保でき、
明るい表示を得ることが出来るという効果を有する。

さらに画素電極の下に信号伝送配線やＭＩＭ素子を設置
できるために、耐光性、熱伝導性の向上という効果を有
する。

またさらに配線のルール、簡略な製造工程を採用できる
効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＭＩＭ液晶電気光学装置の断面図であ
る。 第２図は液晶の配向を示す斜視図である。 第３図は第１図の装置の印加電圧と反射率の特性図であ
る。 第４図は楕円偏光の軌跡図である。 第５図（ａ）、（ｂ）は△ｎｄとオフ時の反射率を示す
グラフである。 第６図（ａ）、ｌ）はパラメーターに偏光素子の液晶の
ダイレクタ−に対する配置角をとり、△ｎａと反射率の
関係を示すグラフである。 第７図は偏光素子にＰＢＳを用いた投影型ＭＩＭ液晶電
気光学装置の構成図である。 第８図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）。 は製造の工程図である。 １０１・・・反射性画素電極 １０２・・　ＭＩＭ基板 １０３・・・対向基板 ｌ○４・・・液晶 １０５・・・透明電極 １０６・・・基板 １０７・・・信号伝送配線 １０８・・・ＭＩＭ素子 １０９・・・層間絶縁体 ２０１・・・ツイスト角 ２０２・・・液晶分子 ２０３・・・　ダイレクタ− ２０４・・・電界振動面 ４０１・・・円偏光 ４０２．４０３・・・直線偏光 ７０１・・・　ＰＢＳ ８０１・・・　Ｔａ薄膜 （ｅ） ９− ０２ ０３ ０４ ０５ 基板 層間絶縁体 Ｔａ２’ｓ ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＭＩＭ素子基板と対向する透明電極基板間に液晶を
   挟持したＭＩＭ液晶電気光学装置において、前記ＭＩＭ
   素子基板はＭＩＭ素子、信号伝送配線、反射性画素電極
   からなることを特徴とするＭＩＭ液晶電気光学装置。 ２、前記ＭＩＭ素子基板は基板上にＭＩＭ素子、信号伝
   送配線を配置し、その上に設置された層間絶縁体、更に
   その上に設置された反射性画素電極から構成されること
   を特徴とする請求項１記載のＭＩＭ液晶電気光学装置。 ３、前記ＭＩＭ素子を構成する一方の金属は反射性画素
   電極であることを特徴とする請求項１記載のＭＩＭ液晶
   電気光学装置。 ４、前記ＭＩＭ素子基板と対向する透明電極基板間に液
   晶を挾持したＭＩＭ液晶電気光学装置において、直線偏
   光した入射光が入り、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を挾持したことを特
   徴とするＭＩＭ液晶電気光学装置。 ５、前記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
   特徴とする請求項４記載のＭＩＭ液晶電気光学装置。 ６、前記ツイストしたネマチック層のツイスト角がほぼ
   ６３度であり、前記ツイストしたネマチック液晶層の層
   厚と複屈折の積がほぼ０．２であることを特徴とする請
   求項４記載のＭＩＭ液晶電気光学装置。 ７、前記ツイストしたネマチック層のツイスト角がほぼ
   １９３度であり、前記ツイストしたネマチック液晶層の
   層厚と複屈折の積がほぼ０．５８であることを特徴とす
   る請求項４記載のＭＩＭ液晶電気光学装置。 ８、前記ＭＩＭ素子基板は、 Ａ、ＭＩＭ素子の一方の金属薄膜を基板上にデポジショ
   ンする工程。 Ｂ、前記金属薄膜をストライプ状に加工する工程。 Ｃ、層間絶縁体を設置する工程。 Ｄ、ＭＩＭ素子形成部分を露出させ選択的に酸化を行な
   う工程。 Ｅ、ＭＩＭ素子のもう一方の金属を設置し、電気的接続
   をされた画素電極を形成する工程。 からなることを特徴とするＭＩＭ液晶電気光学装置の製
   造方法。