JPH06273772A

JPH06273772A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06273772A
Application number: JP32830593A
Authority: JP
Inventors: Kan Okazaki; 敢岡崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】プロジェクションに必要な光安定性を向上さ
せることができ、更に、高コントラスト化がはかれ、高
い表示性能を備えた投射型液晶表示装置を提供する。【構成】対向した基板構成と液晶層を備え、更に配向
膜として垂直配向性のポリイミド膜を用い、この膜をラ
ビングすることにより所要のプレティルト角を持たせた
るようにした反射型液晶素子を製造し、このようにして
製造した反射型液晶素子を使用して投射型液晶表示装置
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光安定性に優れた投射
型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型液晶パネルを用いた反射型液晶表
示装置としては例えば、高密度反射型ＴＦＴ−ＬＣＤを
用いたものが報告されている（Ｙ．Ｔａｋｕｂｏｅｔ
ａｌ．，：ＪａｐａｎＤｉｓｐｌａｙ ’８９
ｐ．５８４（１９８９））。これは、ＴＦＴの画素電極
を絶縁性材料を介し、ＴＦＴ素子上に形成し開口率を向
上すると共に反射板としての機能を持たせ反射型液晶パ
ネルを作成している。

【０００３】投射型液晶表示装置には、光書込型液晶ラ
イトバルブを用いたものがある。光書込型液晶ライトバ
ルブは、読み出し光を電圧変化によって変調する液晶
層、読み出し光を反射させる光反射層、光反射層からの
透過光を遮断する遮光層、入射光の強度によりインピー
ダンスを変化させ液晶層にかかる電圧を制御する光導電
体層から成り、これらの基板をガラス等の透過性基板で
挟んだサンドイッチ構造をしている。

【０００４】前記デバイスを駆動するには、まず前記デ
バイスに交流電圧を印加しておく。光導電体層に透過性
基板方向からの光（書き込み光）が入力されない場合、
バイアス電圧は主に光導電体層に印加されてる。

【０００５】また、書き込み光が入力された場合、光導
電体層からインピーダンスは減少し、ほとんどのバイア
ス電圧が液晶層に印加され読み出し光は変調される。

【０００６】従来液晶ライトバルブに用いられている動
作モードは、正の誘電異方性をもつネマティック液晶を
４５°にねじったハイブリッドフィールドエフェクトモ
ード（以下ＨＦＥモードと略記）である。

【０００７】液晶層に電圧が印加されている場合、液晶
分子は電界応答し基板法線方向にティルトして行く。

【０００８】入射した光は液晶分子のティルトとツイス
トからくる複屈折効果と反射により偏光方向が回転す
る。この回転を受けた光が偏光ビームスプリッターを透
過しスクリーンは明状態になる。

【０００９】電圧が印加されない場合、液晶の旋光性に
より反射されても入射時の偏光方向と変化しないのでス
クリーン上は暗状態である。

【００１０】すなわち、液晶の屈折率異方性をΔｎ、液
晶層の層厚をｄ、入射光波長をλとすると、ＨＦＥモー
ドのＯＦＦ時の反射率特性はｃｏｓ（２πΔｎ・ｄ／
λ）＝１のときゼロになる（Ｗｉｌｌｉａｍ．Ｐ．Ｂｌ
ｅｈａ，ＪａｎＧｒｉｎｂｅｒｇ，Ａｌｅｘａｎｄｅ
ｒＤ．ＪａｃｏｂｓｏｎａｎｄＧａｒｙＤ．Ｍ
ｙｅｒＨｕｇｈｅｓＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒ
ａｔｏｒｉｅｓ，Ｍａｌｉｂｕ，ＣＡ：ＳＩＤ ’７７
ＤｉｇｅｓｔＰ．１０４）。つまり、ＯＦＦ時の反
射率特性は波長依存性をもつのである。

【００１１】このことから、パネルを設計する際（Δｎ
・ｄ／λ）＝Ｋ（Ｋは整数）になるようΔｎ、ｄ、λを
選択する必要がある。

【００１２】また、液晶ディスプレイの動作モードとし
て、ネマティック液晶を用いたツイスティッドネマティ
ック（ＴＮ）モード、スーパーツイスティッドネマティ
ック（ＳＴＮ）モード、エレクトリカリ−コントロール
ドバイリフリンジェンス（ＥＣＢ）モード、更に強誘電
性液晶を用いたサーフィススタビライズドフェロリキッ
ドクリスタル（ＳＳＦＬＣ）モードなどがある。

【００１３】さて、ＥＣＢモードは初期状態における分
子配向によって３つに分けることができる。

【００１４】中でもディフォーメーションオブヴァーテ
ィカルアラインドフェーズ（ＤＡＰ）型ＥＣＢモード
は、負の誘電異方性をもつネマティック液晶を用いるの
で初期状態では垂直に配向しており、電界によって液晶
分子をティルトさせそのとき生じる複屈折により明暗の
表示を行うものである。

【００１５】しかし、液晶分子が完全な垂直配向をして
いる場合、電圧が印加されると液晶分子はランダムな方
向に倒れてしまい表示品位を著しく低下させることにな
る。

【００１６】従って、液晶分子をガラス基板に対して均
一なプレティルト角を持たせながら広範囲に配向させる
技術が必要となってくる。

【００１７】また、前記プレティルト角が大きい場合、
初期状態において複屈折により光が抜けてくるためコン
トラストを低下させる。従って、前記プレティルト角は
微小でなければならない。ただし、プレティルト角とは
基板法線方向液晶分子の長軸とがなす角度のことであ
る。

【００１８】傾斜垂直配向を得るための技術が幾つかの
文献より報告されている。

【００１９】文献１（Ｊ．Ｌ．Ｊａｎｎｉｎｇ．Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｉｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ２１ｐ．
１７３１９７２）では、基板を水平に置いた状態の基
板の法線方向から８５°（蒸着角度φ＝８５°）傾け、
酸化シリコン（ＳｉＯx ）を真空蒸着している（斜方蒸
着法）。膜厚はおよそ７０オングストロームである。こ
の方法で作成した液晶セルはラビングを行ったセルと同
等の配向が得られている。

【００２０】文献２（Ｗ．Ｕｒｂａｃｈｅｔ，ａｌ．
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｉｓｉｃｓｌｅｔｔｅｒ２５
ｐ．４７９１９７４）では、斜方蒸着法により作成し
た液晶注入前後のセルを熱サイクル試験（室温→２５０
℃→室温のサイクルを１００回繰り返す信頼性試験）に
かけたところ安定した配向が得られている。しかし、光
安定性に関しては記述されていない。

【００２１】また、ＳｉＯx 斜方蒸着により基板上に無
機膜を作成後、表面処理を行う方法がある。この方法で
は、表面処理剤にＣＴＡＢ（Ｃｅｔｈｙｌｔｒｉｍｅｔ
ｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｂｒｏｍｉｄｅ）を用いてい
る。ＣＴＡＢ膜はＣＴＡＢ溶液の液面から垂直方向にゆ
っくり引き上げる事により作成される。ＣＴＡＢ溶液中
のＣＴＡＢ濃度が十分高いときφ＜４０°で垂直配向が
得られている（Ｗ．Ｕｒｂａｃｈｅｔ，ａｌ．Ａｐｐ
ｌｉｅｄＰｈｉｓｉｃｓｌｅｔｔｅｒ２５ｐ．
４７９１９７４）。

【００２２】しかし、文献３（公表特許公報公開番号平
２−５０３４８２出願人ヒューズエアクラフトカンパ
ニー）によると、ＣＴＡＢは化学的にＳｉＯx 表面に接
着されていないので、その幾つかあるいはすべてが液晶
構造、層厚、温度に依存して液晶中に溶解されることが
知られている。

【００２３】従って、表面あるいは溶解されたＣＴＡＢ
のいずれも高照度下における光安定性は期待できない。

【００２４】更に、文献４（Ｋ．ｆａｈｒｅｍｓｃｈｏ
ｎａｎｄＭ．Ｆ．ＳｃｈｉｅｋｅｌＪｏｕｒｎａ
ｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｅＳｏ
ｃｉｅｔｙ１２４ｐ．９５３１９７７）では、表
面処理剤ではなく液晶へのドーパントとしてレチシンあ
るいは“Ｔ”酸の使用が知られている。ガラス基板にＳ
ｉＯあるいはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂ ）を蒸着角
度を６０°〜８５°で真空蒸着しセル化したところ、プ
レティルト角（θｐ）１２°〜１６°が得られている。
しかし、光安定性に関する記述はない。

【００２５】文献５（Ｗ．Ｒ．Ｈｅｆｆｎｅｒｅｔ，
ａｌ．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｉｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ
３６ｐ．１４４１９８０）では、φ＝８５°で蒸
着したＳｉＯ表面にＤＭＯＡＰ（Ｎ，Ｎｄｉｍｅｔｈ
ｙｌ−Ｎ−ｏｃｔａｄｅｃｙｌ−３−ａｍｉｎｏｐｒｏ
ｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｉｌｃｈｌｏｒｉ
ｄｅ）及びＵＴＰＦＥ（Ｕｌｔｒａｔｈｉｎｐｏｌｙ
ｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）フィルムを用いて表面
処理をしている。ＤＭＯＡＰは濃度０．００３〜０．０
３％のＤＭＯＡＰ溶液をＳｉＯ蒸着基板にディッピング
し、その後、８０℃で焼成することにより得ることがで
きる。

【００２６】また、ＵＴＰＦＥフィルムは、ガス状態の
モノマーを真空装置に導入し、真空装置内に設けられた
平板電極間のＲＦ（ＲＡＤＩＯＦＲＥＱＵＥＮＣＹ）
プラズマ放電によりＳｉＯ蒸着基板上にフィルムを形成
することができる。ＤＭＯＡＰ処理を行った蒸着基板を
セル化しシアノビフェニル系液晶であるＣＢ７を封入し
たところθｐ＝１６°〜２６°が得られた。また、Ｓｉ
Ｏ上にＵＴＰＦＥフィルムを作成した基板をセル化しＣ
Ｂ７を封入したところθｐ＝２２°〜３０°が得られ
た。

【００２７】更に、同セルにアゾキシ系液晶であるＨＸ
ＡＢを封入したところ傾斜垂直配向は発生せず完全な垂
直に配向したものの、その配向は時間と共に変化した。
この文献にも光安定性に関する記述はなかった。

【００２８】文献６（Ｌ．Ｒｏｕｓｉｌｌｅａｎｄ
Ｊ．ＲｏｂｅｒｔＡｐｐｌｉｅｄＰｈｉｓｉｃｓＬ
ｅｔｔｅｒ５０ｐ．３９７５１９７９）では、φ
＝６０°で蒸着したＳｉＯ表面をＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔ
ｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）フィルムでコ
ーティングしプレティルトを得ている。θｐにＰＴＦＥ
フィルムの膜厚依存性があるので膜厚の最適化を行った
ところ膜厚が２０オングストロームのときθｐ＝３°が
得られた。このセルを室温で数ヵ月放置しておいたが配
向に変化はなかった。この文献でも光安定性における記
述はなかった。その他の傾斜垂直配向を得る方法とし
て文献７（ＲｏｂｅｒｔＷ．Ｆｉｌａｓａｎｄ
Ｊ．Ｓ．ＰａｔｅｌＡｐｐｉｅｄＰｈｉｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒ５０ｐ．１４２６１９８７）では２
種類のシランカップリング剤ＭＡＰ（Ｎｍｅｔｈｙｌ
ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａ
ｎｅ：平行配向を得ることができる）とＯＴＳ（ｏｃｔ
ａｄｅｃｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：垂直配
向を得ることができる）をある比率で混合しＩＰＡ（ｉ
ｓｏｐｒｏｐｙｌａｒｃｈｏｌ）で希釈した溶液でガ
ラス基板上を配向処理しその後ラビングを行う方法が報
告されている。この方法ではラビング強度の最適化を行
うことによりθｐ＝３°〜４°を得ることができる。

【００２９】しかし、シランカップリング剤溶液を放置
すると時間的に変化が生じること、高温において配向が
不安定であることなどが問題点として上げられている。
この文献においても光安定性に関する報告はなかった。

【００３０】また、文献８（ＳｈｏｉｃｈｉＭａｔｕ
ｍｏｔｏｅｔ，ａｌ．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｉｓｉｃ
ｓＬｅｔｔｅｒ２７ｐ．２６８１９７５）で
は、垂直配向を得る方法としてクロム鎖体（ｔｅｔｒａ
ｃｈｌｏｒｏ−μ−ｈｙｄｒｏｘｏ−μ−ｃａｒｂｏｘ
ｙｌａｔｏｄｉｃｈｒｏｍｉｕｎ（ＩＩＩ）ｃｏｍｐｌ
ｅｘ）を用いて配向処理を行う方法が紹介されている。

【００３１】この方法で作成した動的散乱モードの液晶
セルは通電エージング（６０℃で液晶セルに５０Ｈｚ３
０ＶｒｍｓＡ．Ｃを印加する信頼性試験）で１５００時
間まで安定した配向が得られている。しかし、この文献
においても光安定性における報告はなされていない。

【００３２】また、文献３（公開特許公報公開番号平２
−５０３４８２出願人ヒューズエアクラフトカンパニ
ー）では、ＳｉＯx （ｘ＝１，２）を斜方蒸着しアルコ
ールによる表面処理を行うことにより傾斜垂直配向を得
ることが報告されている。

【００３３】ＳｉＯx の斜方蒸着は２段階に分けて行わ
れる。第１段階はφ＝２０°〜４０°（好ましくは３０
°）でＳｉＯx を蒸着する。第２段階として基板を９０
°回転させφ＝２°〜１０°（好ましくは５°）で蒸着
を行う。続いて、表面水酸基を伴う長鎖アルコールの反
応により基板に表面アルコキシを形成することにより傾
斜垂直配向を得ている。この方法で得られた傾斜垂直配
向は高度の傾斜光安定性を示すと記述されている。

【００３４】しかし、本文献に用いられている液晶の誘
電異方性は正であるので、得られるθｐはθｐ＝６°〜
４５°と非常に大きい値となっている。従って、本方法
では微小なプレティルト角を得ることは困難である。

【００３５】また、文献９（特開平３−１０７９２５
出願人スタンレー電気）では、垂直配向性ポリイミド膜
にラビングを施しプレティルト角を得る方法がカイラル
剤混合の液晶と二色性色素を封入した液晶表示素子に応
用されている。なお、この文献では、液晶層の表示モー
ドがゲストホストモードに限定されている。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】プロジェクション投射
型液晶表示装置においてフルカラー表示を行う場合、白
色光を赤青緑の３色に分光しそれぞれの色において画像
を形成後再び合成し光学系で拡大投射する。前述のよう
にＨＦＥモードはＯＦＦ時の反射率特性に波長依存性を
もつ。パネルを設計する際先に述べた条件となるように
パラメータの決定を行ってもそれは単一波長に限り満た
される条件である。分光された光の波長帯域はおよそ１
００ｎｍと広域なので先に述べた条件に適合しない波長
が支配的となってくる。

【００３７】従って、実際のＯＦＦ時の反射率はゼロに
はならないという問題が生じる。この問題によりＨＦＥ
モードで高コントラストを得るには限界がある。

【００３８】また、ＨＦＥモードでは図４に示すように
しきい電圧に著しい温度依存性がある。もともとプロジ
ェクション内においてパネルは読み出し光源によりかな
りの温度まで上昇する。しかしプロジェクションシステ
ムを連続的に使用するに従い光源の照度劣化が発生す
る。それに伴いパネルの温度が低下して行くので液晶の
しきい電圧も高電圧側にシフトする。従って最適化した
駆動電圧からのずれが生じ、表示品位を著しく低下させ
る問題が生じる。

【００３９】図５、図６にＨＦＥモードの液晶ライトバ
ルブにおける電圧−反射率（Ｖ−Ｒ）特性を示す。図５
はオンオフ比が大きい場合、図６はオンオフ比が小さい
場合Ｖ−Ｒ特性を示している。

【００４０】ここでオンオフ比というパラメータについ
て説明する。Ｖ−Ｒ特性のピークは、光導電体層に書き
込み光が入射しない場合（ダーク状態）高印加電圧側
に、逆に書き込み光が入射した場合（フォト状態）低印
加電圧側に存在する。オンオフ比は以下の式で定義され
る。

【００４１】ｏｎ／ｏｆｆ＝ＶRmax dark ／ＶRmax photo ただし、ＶRmax dark ：ダーク状態において最大反射率
が得られた時の印加電圧ＶRmax photo：フォト状態において最大反射率から得ら
れた時の印加電圧ＨＦＥモードは反射率特性の急峻性がわるいので図６に
示すようにパネルのオンオフ比が低い場合明るい表示が
得られないという問題が生じる。先に述べたＤＡＰ型Ｅ
ＣＢモードはＨＦＥモードと比べ電圧−反射率特性の急
峻性に優れ、クロスニコル下で電圧無印加時に完全な黒
を表示できる等の特徴をもっている。

【００４２】しかしながら、ＤＡＰ型ＥＣＢモードに必
要な傾斜垂直配向を実現するために提案されている従来
の方法は以下のような欠点を有している。

【００４３】斜方蒸着法は蒸着角、蒸着速度、真空度、
基板温度、膜厚などの蒸着条件や液晶物質、蒸着物質が
異なると液晶のプレティルト角も大きく変化する。ま
た、基板が大きい場合、該諸条件を面内で等しくするこ
とは非常に困難である。

【００４４】従って、大面積で均一な傾斜垂直配向を再
現性よく得るのは困難である。

【００４５】また、これまでに述べて来た従来配向方法
をプロジェクションに応用する場合配向の高照度下にお
ける光安定性が必要となってくる。しかし、今までに光
安定性のデータは報告されていない。

【００４６】

【課題を解決するための手段】対向した基板間に液晶層
を有す構成を持つ反射型液晶素子を備え、前記液晶素子
により生成された光画像を投射する投射型液晶表示装置
において、前記反射型液晶素子の液晶分子は、ラビング
処理された垂直配向性のポリイミド膜配向手段により所
定の傾斜角度（プレティルト角）を持つように配向され
ている。

【００４７】

【作用】液晶分子配向手段に垂直配向性のポリイミド膜
を用いているので、配向安定性、塗工性、化学的安定
性、特にプロジェクションに必要な耐熱性、光安定性が
増し、信頼性の向上がはかれる。

【００４８】また、液晶分子を配向させるのに前記膜を
ラビングする方法を使用しているので、容易に広範囲に
わたって再現性よく所要の微小プレティルト角を得る事
ができる。さらに後述するラビング密度を変化させるこ
とにより、プレティルト角を自在に制御することができ
る。

【００４９】以上に示すように本発明に係る投射型液晶
表示装置では、この様な配向方法を用いた反射型液晶素
子を用いているので投射型液晶表示装置に必要な光安定
性を向上させることができ、更に、先に示すような動作
モードを採用しているので高コントラスト化がはかれ、
故に高い表示性能を備えた投射型液晶表示装置を提供す
ることが出来る。

【００５０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００５１】本実施例では、本発明の投射型液晶表示装
置に備える反射型液晶素子の作成方法を以下にしめす。
具体的には、実施例１には光書き込み型ライトバルブ、
実施例２には、光入射側基板に対向する基板として単結
晶シリコンを用いた反射型ＴＦＴＬＣＤ、実施例３に
は、光入射側基板に対向する基板としてガラス等の透過
性基板を用いた反射型ＴＦＴＬＣＤの作成方法を示す。

【００５２】実施例１図１は本発明にかかわる実施例の光書込型液晶ライトバ
ルブの構成を示す断面図である。

【００５３】同図に示すようにこの実施例の液晶ライト
バルブ１００はガラス基板１０１及び１０２、反射防止
膜１０３、透明電極１０４、対向電極１０５、光導電体
層１０６、遮光層１０７、配向膜１０８ａ，１０８ｂ、
スペーサ１０９、液晶層１１０、及び、誘電体ミラー１
１１を備えている。この液晶ライトバルブ１００は以下
のようにして製造される。

【００５４】まず、ガラス基板１０１上全面に二酸化錫
（ＳｎＯ₂ ）からなる透明導電膜をスパッタリング法に
より形成し透明電極１０４とする。次に透明電極１０４
上に光導電体層１０６として非晶質水素化ケイ素（ａ−
Ｓｉ：Ｈ）膜を形成する。光導電体層１０６をなすａ−
Ｓｉ：Ｈ膜はシラン（ＳｉＨ₄ ）ガス及び水素（Ｈ₂）
ガスを原料とし、プラズマＣＶＤ（化学気相成長法）を
もちいて形成する。このａ−Ｓｉ：Ｈ膜の膜厚はおよそ
６μｍである。

【００５５】ついで光導電体層１０６上に後述する液晶
層１１０側から光導電体層１０６へ入射する光を遮るた
めの遮光層１０７としてカーボン分散型アクリル樹脂を
スピンコートして形成する。膜厚はおよそ１μｍとす
る。

【００５６】その後、遮光層１０７上に、液晶層１１０
側から光導電体層１０６へ入射する光を反射するための
誘電体ミラー１１１として酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）と酸
化シリコン（ＳｉＯ₂ ）とからなる多層膜を電子ビーム
蒸着法によって形成する。ガラス基板の読み出し光１１
３が入射する側にはガラスの表面反射を防止するための
反射防止膜１０３を形成する。

【００５７】なお、ガラス基板１０１のファイバープレ
ートを用いることも可能である。ガラス基板１０１に対
向するガラス基板１０２上には、錫をドープした酸化イ
ンジウム（ＩＴＯ）からなる透明導電膜をスパッタ法を
用いて蒸着することによって、対向電極１０５を形成す
る。次いで対向電極１０５及び誘電体ミラー１１１上に
垂直配向性のポリイミド膜（日本合成ゴム社製）をスピ
ンコートにより薄膜化し３００℃で焼成することにより
配向膜１０８ａ，ｂを形成する。膜厚はおよそ１０００
オングストロームである。

【００５８】その後前記配向膜１０８ａ及び１０８ｂに
ラビングによる配向処理を施す。

【００５９】ところで、ラビングの強度は一般的に以下
の式に示されるようなパラメータでラビング密度として
定義されている。（第１３回液晶討論会予稿、’８７年
Ｐ．２０８）Ｌ＝Ｎ・ｌ・｛１＋（２πｒｎ／
６０Ｖ）｝ただし、Ｌ：ラビング密度Ｎ：ラビング回数ｌ：毛の接触長
さｎ：ローラ回転数Ｖ：ステージ速度ｒ：ローラ半径ただし、ローラ半径には、ラビング布の厚さを含む。

【００６０】プレティルト角は先に述べたラビング密度
Ｌを変化させることにより容易に制御できる。

【００６１】一例として前記配向膜をラビングした場合
のラビング密度とプレティルト角の関係を図２に示す。

【００６２】また、図３に用いたラビング装置を示す。
ここで１は基板、２はステージ、３はラビング布であ
り、ローラを矢印Ａ方向に回転させると共に、ステージ
を矢印Ｂ方向に進行させることにより、ラビング布の基
板に対する毛の接触長さｌを持つようにしてラビング処
理を行う。

【００６３】ところで、図１６に本実施例に採用された
ラビング密度でのプレティルト角θｐとコントラスト比
の関係を示す。図１６からも分かるように、コントラス
ト比が例えば２００：１を超えるような高コントラスト
比を得るためには、プレティルト角が５°以下であるこ
とが望ましい。

【００６４】本実施例ではプレティルト角がおよそ１°
となるようなラビング密度でラビングを行った。ラビン
グ方向はアンチパラレルにした。その後各基板をシール
としての役割も兼用するスペーサー１０９を介し貼り合
わせ、各基板間に負の誘電異方性をもつ液晶を真空注入
した。続いて封止することにより本実施例の液晶ライト
バルブ１００が構成される。

【００６５】図１２に本実施例における液晶ライトバル
ブ１００により構成されたプロジェクションシステムの
一例を示す。このシステムにおいて読み出し光源１２０
からの光は偏光ビームスプリッター１２１を介し液晶ラ
イトバルブ１００に入射する。投射したい画像は、書き
込み光源１２５からの光をＴＦＴパネル１２４を介する
ことにより形成され、液晶ライトバルブ１００に書き込
まれる。液晶ライトバルブ１００内で変調された読み出
し光は再び偏光ビームスプリッター１２１を介しレンズ
系１２２を通しスクリーン１２３上に投射される。この
システムで投射された画像は大変良好であった。

【００６６】上述のような方法でプレティルト角を持た
せることにより対向する基板間に電圧を印加し書き込み
情報が透過性基板に入射した場合液晶分子が一定方向に
揃って倒れるようになる。また、プロジェクションに必
要な配向の光安定性、耐熱性が増し、信頼性を向上する
ことができる。

【００６７】図７は本実施例におけるＤＡＰモードの液
晶ライトバルブのＶ−Ｒ特性を示したグラフである。ま
た、表１はＨＦＥモードの液晶ライトバルブとＤＡＰモ
ードの液晶ライトバルブにおいて同程度のオンオフ比が
得られた場合の表示特性の一例を示したものである。Ｄ
ＡＰモードの液晶ライトバルブの方がＨＦＥモードの液
晶ライトバルブより急峻性が優れているので最大反射率
付近で最大コントラストを得ることが出来る。故に本実
施例では前記の特徴をもつＤＡＰモードを採用している
ので高コントラストな投射画像を実現できる。

【００６８】

【表１】

【００６９】ところで図４に本実施例で得たＤＡＰモー
ドの液晶ライトバルブと従来のＨＦＥモードの液晶ライ
トバルブとのしきい電圧Ｖ_THの温度依存性を示す。それ
ぞれの液晶ライトバルブは液晶層以外は同条件で作成し
たものである。本実施例とＨＦＥモードの液晶のネマテ
ィック相からアイソトロピック相への転移温度Ｔ_NIはそ
れぞれ８３℃と１００℃である。Ｖ_THはＨＦＥモードで
は温度が上昇するに従い低電圧側にシフトしている。そ
れに比べ本実施例ではＴ_NIの付近までほぼ安定してい
る。故に本実施例では、従来よりしきい電圧の温度依存
性も大幅に改善できる。

【００７０】実施例２本実施例では、光の入射する基板とは反対側の基板に単
結晶シリコンを用いた場合の例を示す。

【００７１】図９に本発明を適用した反射型液晶素子２
００を示す。この実施例では、基板上にシリコンゲート
ＮＭＯＳのスイッチング回路を搭載した場合である。こ
の素子は、最下部に単結晶シリコン基板２０７を備え、
この単結晶シリコン基板２０７の上にフィールドシリコ
ン酸化膜２０６が形成されている。フィールドシリコン
酸化膜２０６には一部、この図示例では２箇所に貫通孔
２０６ａ、２０６ｂが開設され、これら貫通孔２０６
ａ、２０６ｂの内部と貫通孔２０６ａ、２０６ｂの上縁
部周りのフィールドシリコン酸化膜２０６の上表面部分
には、単結晶シリコン基板２０７に底部が達する状態で
それぞれアルミニウム電極２０４ｂ、２０４ｃが形成さ
れている。なお、このアルミニウム電極２０４ｂ、２０
４ｃの下の単結晶シリコン基板２０７部分は、ソース領
域２０８とドレイン電極２０９となっている。上記２つ
の貫通孔２０６ａ、２０６ｂとの間にはゲート絶縁膜２
１１とゲート電極２１０が配設されている。ゲート電極
２１０は、アルミニウム電極２０４ｃ、２０４ｂと短絡
しないように、その表面をシリコン酸化膜等で被覆して
いる。このゲート電極２１０は、本実施例ではポリシリ
コンを使用しているが、これに限定するものではない。

【００７２】上記アルミニウム電極２０４ｃ、２０４ｂ
及びフィールドシリコン酸化膜２０６の上には、保護膜
２０５が形成されている。保護膜２０５は、単結晶シリ
コン基板２０７上に作成したスイッチング用ＭＯＳ回路
を保護するためのものである。この保護膜２０５のアル
ミニウム電極２０４ｂの上の部分には貫通孔２０５ａが
開設され、保護膜２０５の上と貫通孔２０５ａには底部
がアルミニウム電極２０４ｂに達する状態で電極兼反射
膜２０４ａが形成されている。この電極兼反射膜２０４
ａは、本実施例では反射率の高いアルミニウムを用いて
いるが、これに限定するものではない。また、電極兼反
射膜２０４ａは、下部電極２０４ｂとのコンタクト抵抗
を低くするために、電極兼反射膜２０４ａ形成後に熱処
理が必要だが、この時に電極兼反射膜２０４ａの表面に
凹凸が生じ、反射率の低下をきたす。本実施例では、電
極兼反射膜２０４ａの表面を平滑にし、反射率を高める
目的で保護膜２０５の形成後と、電極兼反射膜２０４ａ
を形成した後に行う熱処理後とに、それぞれ表面を研磨
し、平滑となる処理を行っている。

【００７３】この電極兼反射膜２０４ａの上には、下面
全面に透明対向電極２０２が形成された透明ガラス基板
２０１が対向配置されている。透明ガラス基板２０１
は、光入射側として使用される。液晶層２０３は、以下
のような方法で作成される。対向透明電極２０２及び電
極兼反射膜２０４ａ上に垂直配向性のポリイミド膜（日
本合成ゴム社製）をスピンコートにより薄膜化し３００
℃で焼成することにより配向膜２１８ａ，ｂを形成す
る。膜厚はおよそ１０００オングストロームである。そ
の後前記配向膜２１８ａ及び２１８ｂにラビングによる
配向処理を施す。本実施例ではプレティルト角がおよそ
１°となるようなラビング密度でラビングを行った。ラ
ビング方向をアンチパラレルとなるようにした。その後
各基板を貼り合わせ、基板間に負の誘電異方性をもつ液
晶を真空注入した。続いて封止することにより本実施例
の反射型液晶表示素子２００が構成される。

【００７４】本発明にあっては、単結晶シリコン基板２
０７を用いているので、ＩＣの技術をそのまま液晶表示
素子に適用可能である。つまり、微細加工技術、高品質
薄膜形成技術、高精度不純物導入技術、結晶欠陥制御技
術、製造技術と装置、回路設計技術、ＣＡＤ技術など高
度に発達した先端技術が適用できることになる。

【００７５】よって、ＩＣの微細加工技術の採用により
画素の微細化が可能であり、従来に無い高精細表示が可
能となる。

【００７６】また、従来のスイッチング回路は１個また
は複数のＴＦＴを補償コンデンサとで構成していたた
め、低抵抗液晶を使えない欠点があったが、本発明では
液晶の抵抗値やスイッチング電圧など個々の液晶の特性
に応じたスイッチング回路を構成できるため、幅広く液
晶の選択が可能となった。このとき、スイッチング回路
は画素の反射板の下部シリコン基板に作れるため、表示
素子の実効表示面積の低下が招来されない。

【００７７】更に、スイッチング回路に加えて駆動回路
のみならず、論理回路、記憶回路等が同一基板上に形成
できるために、表示装置の論理機能の付加が可能となっ
た。加えて、既設のＩＣ工場のクリーンルームで他の設
備投資が殆ど要せず、製造コストを低くできる利点があ
る。

【００７８】具体例１本発明の特徴の一つであるＩＣの微細加工技術を使って
画素の縮小を行うと、小型のハイビジョン対応の反射型
液晶素子を作成できる。例えば画素ピッチを（縦×横
＝）２０×２５μｍ² とし、画素数を１０００×１４０
０個とすると表示寸法２０×３５ｍｍ² 、対角１．６イ
ンチの表示素子を構成できる。実際には、駆動回路を表
示面の周辺基板上に一体化して形成することを要するた
め、表示素子用の単結晶シリコン基板２０７の寸法は３
０×４５ｍｍ² である。なお、液晶は実施例１の液晶層
１１０と同様な方法で作成される。

【００７９】このようにして作成した液晶表示素子を３
枚用いてカラープロジェクト型ＴＶを構成したが、表示
が明るく、液晶表示素子が小さいため光学系を小さくで
き、プロジェクションＴＶ自体をコンパクトにすること
ができる。

【００８０】具体例２上述した具体例１で説明した画素を３分割し、それぞれ
にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルターを
取り付けると１枚の表示素子で反射型カラー液晶表示装
置が構成できる。図１０に簡単な断面図を示す。単結晶
シリコン基板２０７の上層部には液晶のスイッチング回
路領域２１２が３個１組として形成している。各スイッ
チング回路領域２１２の上に各々電極兼反射膜２０４ａ
が形成された状態で、単結晶シリコン基板２０７の上に
は全面にわたってゼラチン膜が形成されている。このゼ
ラチン膜は、１組を構成するうちの１つのスイッチング
回路領域２１２の上の部分が赤に染色されてなるカラー
フィルター赤２１３ａとなっており、他の２つのスイッ
チング回路領域２１２の上の部分が緑、青に染色されて
なるカラーフィルター緑２１３ｂ、カラーフィルター青
２１３ｃとなり、残りの部分は染色されていないゼラチ
ン無染色領域２１３ｄとなっている。ゼラチン膜の形成
と染色技術はすでにＣＣＤ用として開発が行われてお
り、従来の設備、技術がそのまま使える。なお、図１０
の液晶層２０３において配向膜、液晶は省略されてい
る。

【００８１】図１３に本実施例における反射型液晶素子
により構成されたプロジェクションシステムの一例を示
す。このシステムにおいて光源２２０からの光は偏光ビ
ームスプリッター２２１を通し反射型液晶素子２００に
入射する。反射型液晶素子２００内で投射したい画像情
報に応じて変調された光は再び偏光ビームスプリッター
２２１を介し、レンズ系２２２を通りスクリーン２２３
上に投射される。このシステムにより投射された画像は
とても良好であった。

【００８２】このように構成した表示装置を用いると、
超小型化のプロジェクション型カラーＴＶが実現でき
る。また、ＴＶのみならず、他のＯＡ機器等にも利用可
能である。

【００８３】具体例３本発明の特徴の１つは単結晶シリコン基板を使用するの
で論理回路、記憶回路等を同一基板上に作れることであ
る。図１１は画像処理機能部を搭載した例を示してい
る。

【００８４】図１１において、２１４は単結晶シリコン
基板である。この基板２１４の中央部には液晶表示部２
１７が形成され、その周りに液晶駆動回路部２１６と記
憶回路、画像処理回路等２１５が形成されている。入力
信号は、記憶回路、画像処理回路等２１５にて処理さ
れ、処理された信号は液晶駆動回路部２１６へ転送さ
れ、液晶表示部２１７を表示させる。

【００８５】このように構成した場合には、本発明によ
り表示装置と画像処理機能部とを一体化できる。この例
では画像処理機能部を搭載した表示装置を示したが、画
像処理機能部に限定するものではなく、他の機能部との
一体化も可能である。

【００８６】なお、上記実施例ではシリコンゲートＮＭ
ＯＳ搭載を例にとったが、本実施例はこれに限定するも
のではなく、単結晶のＭＯＳ構造及びバイポーラ構造、
ダイオード、抵抗、コンデンコンデンサなど従来より単
結晶シリコン基板を使用するＩＣで使用されている全て
の構成素子の１種類又は複数種類の素子を搭載した場合
を含む。

【００８７】実施例３本実施例では、両方の基板にガラスなどの透明基板を用
いた場合の例を示す。図１４は本発明の一実施例である
反射型液晶素子３００の断面図であり、図１５は図１４
に示される基板３０１の平面図である。ガラスなどから
成る絶縁性の基板３０１上にスパッタリング法により３
０００オングストロームの厚さのタンタル金属層を形成
し、この金属層をフォトリソグラフ法及びエッチング法
によりパターニングを行い、ゲートバス配線３０２及び
などから成る複数のゲートバス配線３０２が互いに平行
に設けられ、ゲートバス配線３０２からはゲート電極３
０３が分岐している。ゲートバス配線３０２は走査線と
して機能している。ゲート電極３０３及びゲートバス配
線３０２にはクロムなどを用いることも可能である。
ゲート電極３０３を覆って基板３０１上の全面に、プラ
ズマＣＶＤ法により４０００オングストロームの厚さの
窒化シリコン（ＳｉＮx ）から成るゲート絶縁膜３０４
が形成されている。ゲート絶縁膜３０４には酸化シリコ
ン（ＳｉＯx）などを用いることも可能である。ゲート
電極３０３の上方のゲート絶縁膜３０４上には、半導体
層３０５となる厚さ１０００オングストロームの非晶質
シリコン（以下ａ−Ｓｉ）層が形成される。この半導体
層３０５には多結晶シリコン、ＣｄＳｅなどを用いるこ
とも可能である。半導体層３０５の両端部には、厚さ４
００オングストロームのｎ+ 型ａ−Ｓｉ層から成るコン
タクト電極４０１が形成される。形成されたａ−Ｓｉ層
及びｎ+ 型ａ−Ｓｉ層はパターニングされる。一方のコ
ンタクト電極４０１上には厚さ２０００オングストロー
ムのモリブデン金属を基板３０１にスパッタリング法に
より形成し、このモリブデン金属層のパターニングを行
ってソース電極３０６を形成する。他方のコンタクト電
極４０１上には、ソース電極３０６と同様にモリブデン
金属からなるドレイン電極３０７が重畳形成されてい
る。ソース電極３０６及びドレイン電極３０７にはチタ
ン、モリブデンなどを用いることも可能である。

【００８８】図１５に示すようにソース電極３０６に
は、ゲートバス配線３０２に前述のゲート絶縁膜３０４
を挟んで交差するソースバス配線３０９が接続されてい
る。ソースバス電極３０９は、信号腺として機能してい
る。ソース電極３０９も、ソース電極３０６と同様の金
属で形成されている。ゲート電極３０３、ゲート絶縁膜
３０４、半導体層３０５、ソース電極３０６及びドレイ
ン電極３０７は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記
す）４００を構成し、該ＴＦＴ４００はスイッチング素
子の機能を有する。

【００８９】ゲートバス配線３０２、ソースバス電極３
０９及びＴＦＴ４００を覆って、基板３０１上全面に厚
さ２μｍのポリイミド樹脂からなる有機絶縁膜４０２が
形成されている。有機絶縁膜４０２のドレイン電極３０
７部分にはフォトリソグラフ法及びドライエッチング法
を用いてコンタクトホール４０３が形成されている。有
機絶縁膜４０２上にはアルミニウムからなる反射電極３
０８が形成され、反射電極３０８はコンタクトホール４
０３においてドレイン電極３０７に接続されている。反
射電極３０８には銀を用いることも可能である。

【００９０】基板４０５上には、カラーフィルター４０
６が形成される。カラーフィルター４０６の基板３０１
の反射電極３０８に対向する位置にはマゼンタまたはグ
リーンのフィルター４０６ａが形成され、反射電極３０
８に対向しない位置にはブラックのフィルター４０６ｂ
が形成されている。カラーフィルター４０６上の全面に
は厚さ１０００オングストロームのＩＴＯからなる透明
な電極４０７が形成される。

【００９１】次いで反射電極３０８及び透明電極４０７
上に垂直配向性のポリイミド膜（日本合成ゴム社製）を
スピンコートにより薄膜化し３００℃で焼成することに
より配向膜４０４、４０８を形成する。膜厚はおよそ１
０００オングストロームである。その後前記配向膜４０
４、４０８に実施例１と同様にラビングによる配向処理
を施す。本実施例では実施例１と同様なラビング密度で
ラビングを行った。基板３０１、４０５間に例えば直径
７μｍのスペーサーを混入した図示しない接着性シール
剤をスクリーン印刷することによって負の誘電異方性を
有する液晶４０９を封入する空間が形成され、前記空間
を真空脱気することによって負の誘電異方性を有する液
晶４０９が封入される。以上により反射型液晶素子３０
０を得ることができる。本実施例で得られた反射型液晶
素子３００を実施例２の図１３で示したプロジェクショ
ンシステムに適応したところ、とても良好な画像をえる
ことが出来た。

【００９２】上述の様な方法でプレティルト角を持たせ
ることにより、液晶層に電圧を印加した場合、液晶分子
が一定方向に倒れるようになる。実施例１〜３では、ラ
ビング処理を両方の基板に施したが、片方のみラビング
処理を施した反射型液晶素子を作成した結果、両方の基
板にラビング処理を施した素子と同様の表示を得ること
ができた。従って、ラビング処理を施すのは少なくとも
片方の基板でよい。

【００９３】図８に本発明における高照度下におけるプ
レティルト角の経時変化（光エージング）を示す。これ
は、本発明における反射型液晶素子に常に１００万Ｌｘ
以上の光を照射し、更に最大反射率の得られる電圧を印
加し１ＫＨｚで駆動したものである。液晶素子に高照度
の光が照射されているため、液晶素子の温度は６０℃前
後になっている。光エージングにかける液晶素子のプレ
ティルト角は光照射による減少を予測し、およそ４°と
大きめのものを用意した。この素子を光エージングにか
けるとプレティルト角は、はじめの１００時間に４°か
ら２°に減少した。しかし１００時間から１０００時間
の９００時間は２°のまま安定であった。このティルト
角の減少は表示に影響がないレベルのものである。従っ
て、本発明により配向の光安定性が改善できたといえ
る。

【００９４】また、本実施例で負の誘電異方性を有する
ネマティック液晶を用いているが、本発明に使用される
液晶は前記液晶に限定されるものではない。

【００９５】

【発明の効果】本発明では液晶層の配向膜に垂直配向性
のポリイミド膜を用いているので、配向安定性、塗工
性、化学的安定性、特に反射型プロジェクションに必要
な配向の耐熱性及び光安定性が増し、信頼性の向上がは
かれる。また、液晶分子を配向させるのに前記配向膜を
ラビングする方法を使用しているので、容易に広範囲に
わたって再現性よく所定の微小プレティルト角を得る事
ができる。さらにラビング密度を変化させることによ
り、プレティルト角を自在に制御することができる。ま
た、本発明では前記特徴をもつＤＡＰ型ＥＣＢモードを
動作モードとして採用しているのでコントラストをさら
に上げることができる。更に上述のようにしきい電圧の
温度依存性も改善できる。

【００９６】以上に示すように本発明に係わる反射型液
晶素子では、このような配向方法を用いているのでプロ
ジェクションに必要な光安定性を向上させることがで
き、更に、先に示すような動作モードを採用しているの
で高コントラスト化がはかれ、故に高い表示性能を備え
た反射型液晶素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１による光書込型液晶ライトバルブの簡
潔化された断面図である。

【図２】ラビング密度とプレティルト角の関係を表した
グラフである。

【図３】本発明に用いたラビング装置の簡略化した断面
図である。

【図４】本発明によるＤＡＰモードの液晶ライトバルブ
とＨＦＥモードの光書込型液晶ライトバルブのしきい電
圧の温度依存性を比較したグラフである。

【図５】ＨＦＥモードのオンオフ比が大きい場合の、電
圧反射率特性を示す図である。

【図６】オンオフ比が小さい場合の電圧反射率特性を示
す図である。

【図７】ＤＡＰモードの液晶ライトバルブにおける電
圧反射率特性を示す図である。

【図８】高照度下におけるプレティルト角の経時変化を
示した図である。

【図９】本発明を適用した実施例２の構造を示す構成説
明図である。

【図１０】具体例２の構成説明図である。

【図１１】具体例３の構成説明図である。

【図１２】本発明を用いて作成した実施例１の反射型液
晶素子により構成されるプロジェクションシステムを示
した図である。

【図１３】本発明を用いて作成した実施例２の反射型液
晶素子により構成されるプロジェクションシステムを示
した図である。

【図１４】実施例３による反射型液晶素子の断面図であ
る。

【図１５】実施例３による反射型液晶素子の平面図であ
る。

【図１６】実施例に採用したラビング密度でのプレティ
ルト角θｐとコントラスト比ＣＲの関係を示した図であ
る。

【符号の説明】

１００実施例１の液晶ライトバルブ１０１ガラス基板１０２対向基板１０３反射防止膜１０４透明電極１０５対向電極１０６光導電体層１０７遮光層１０８ａ、ｂ配向膜１０９スペーサ１１０液晶層１１１誘電体ミラー１１２書き込み光１１３読み出し光１２０読み出し光源１２１偏光ビームスプリッター１２２レンズ系１２３スクリーン１２４ＴＦＴパネル１２５書き込み光源２００実施例２の反射型液晶素子２０１透明ガラス基板２０２透明対向電極２０３液晶層２０４ａ電極兼反射膜２０４ｂアルミ電極２０５保護膜２０６フィールドシリコン酸化膜２０７単結晶シリコン基板２０８ソース領域２０９ドレイン領域２１０ゲート領域２１１ゲート絶縁膜２１２液晶スイッチング回路領域２１３ａカラーフィルター赤２１３ｂカラーフィルター緑２１３ｃカラーフィルター青２１３ｄゼラチン無染色領域２１４単結晶シリコン基板２１５記憶回路、画像処理回路領域２１６液晶駆動回路領域２１７液晶表示領域２１８ａ、ｂ配向膜２２０光源２２１偏光ビームスプリッター２２２レンズ系２２３スクリーン３００実施例３の反射型液晶素子３０１基板３０２ゲートバス配線３０３ゲート電極３０４ゲート絶縁膜３０５半導体層３０６ソース電極３０７ドレイン電極３０８反射電極３０９ソースバス配線４００ＴＦＴ素子４０１コンタクト電極４０２有機絶縁膜４０３コンタクトホール４０４配向膜４０５基板４０６カラーフィルタ４０７透明電極４０８配向膜４０９液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向した基板間に液晶層を有す構成を持
つ反射型液晶素子を備え、前記液晶素子により生成され
た光画像を投射する投射型液晶表示装置において、前記反射型液晶素子の液晶分子は、配向手段により、所
定の傾斜角度（プレティルト角）を持つように配向され
ており、前記配向手段がラビング処理された垂直配向性
のポリイミド膜であることを特徴とする投射型液晶表示
装置。
【請求項２】前記対向した基板の少なくとも一方の基
板が透明基板である反射型液晶素子を備えたことを特徴
とする請求項１に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項３】前記対向した基板の少なくとも一方の基
板が単結晶シリコンである前記反射型液晶素子を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型液晶表示装
置。
【請求項４】前記反射型液晶素子が光書込型液晶ライ
トバルブであることを特徴とする請求項１に記載の投射
型液晶表示装置。
【請求項５】前記プレティルト角が基板法線方向から
５゜以下である前記反射型液晶素子を備えたことを特徴
とする請求項１に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項６】前記対向した基板の少なくとも一方の基
板にラビングを行った前記反射型液晶素子を備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の投射型液晶表示装置。