JPH10268284A - 反射型液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶層と、この液晶層と平行に層状に形成さ
れて、液晶層を通過して来た光を反射させる誘電体ミラ
ーと、液晶層の光学的特性を変化させる電圧印加手段と
を備えてなる反射型液晶表示素子において、光利用効率
を低下させることなく、低いプレティルト角で、高いコ
ントラスト比および急峻なしきい値特性を得る。 【解決手段】 液晶層11と平行に層状に形成されて、こ
の液晶層11を通過して来た光を反射させる誘電体ミラー
12として、光学的異方性を有し、特定電圧印加時の液晶
層11と光学軸がほぼ直交しかつレターデーションがほぼ
等しいものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に関
し、特に詳細には、液晶層を通過させて変調した光を誘
電体ミラーで反射させるようにした反射型液晶表示素子
に関するものである。

【０００２】また本発明は、そのような反射型液晶表示
素子を製造する方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、例えば特開平８−１２２８０
８号に開示されているように、高輝度と高解像度を両立
できるようにした反射型液晶表示素子として、光照射を
受けてインピーダンスが変化する光導電層と、この光導
電層と平行にして近接配置された液晶層と、この液晶層
と上記光導電層との間に層状に形成された誘電体ミラー
と、上記光導電層と液晶層との間に電圧を印加する手段
とを備えてなる反射型液晶表示素子が知られている。

【０００４】この反射型液晶表示素子において、例えば
ＣＲＴ等から出射させた画像情報を担う書込み光を光導
電層に照射すると、光導電層の光照射部分のインピーダ
ンスが低下し、その部分に対応する箇所において液晶層
の電圧が上昇し、液晶の分子配列が変化する。そこで、
直線偏光である読出し光を液晶層を通して誘電体ミラー
で反射させるようにしておくと、反射する読出し光は上
記液晶の分子配列変化に基づいて変調されるので、この
読出し光を検光して、上記書込み光が担う画像を表示さ
せることができる。

【０００５】上記構成の反射型液晶表示素子では、書込
み光は比較的弱くてもよいので、高解像度の画像情報を
担持させ、その一方で読出し光は強くすることにより、
高解像度と高輝度を両立できるようになる。そこでこの
反射型液晶表示素子については、投射型ディスプレイ
や、高精細画像露光用の空間光変調器等への適用が種々
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の反射型
液晶表示素子においては、液晶分子配向方式として、高
コントラスト比の必要性から、通常、誘電異方性Δεが
負の液晶を使用するティルテッドホメオトロピック配向
（傾斜垂直配向）が適用されている。ただしその場合、
高いコントラスト比や、十分に急峻なしきい値特性を得
るためには、素子表面となす角度が８８°程度の非常に
高いプレティルト角での液晶分子配向を、素子全域に亘
って実現する必要がある。

【０００７】しかし、液晶分子配向の耐久性や表示均一
性は一般にプレティルト角が大きいほど低いので、高い
コントラスト比や急峻なしきい値特性を得ようとする
と、液晶分子配向の耐久性や表示均一性が損なわれるこ
とになる。

【０００８】他方、例えば米国特許第４，４６６，７０
２号明細書に示されているように、液晶表示素子に位相
差フィルムや液晶セル等からなる位相補償板を導入する
ことによって、低いプレティルト角でも、高いコントラ
スト比および急峻なしきい値特性を得ようとする試みが
なされている。この手法は、液晶層を通過することによ
って生じる常光・異常光間の位相差（レターデーショ
ン）を、位相補償板によって補償することにより、しき
い値電圧近傍において光が楕円偏光化して液晶層から漏
れ出ることを無くして、高コントラスト比を得、また急
峻なしきい値特性を得ようとするものである。

【０００９】このような手法は、上述した反射型液晶表
示素子においても適用可能と考えられるが、そうした場
合は、挿入された位相補償板での表面反射等によって光
利用効率が低下するという新たな問題が生じる。

【００１０】以上、光導電層と、液晶層と、誘電体ミラ
ーと、光導電層と液晶層との間に電圧を印加する手段と
を備えてなる反射型液晶表示素子における問題について
説明したが、一般に液晶層と、この液晶層を通過して来
た光を反射させる誘電体ミラーと、液晶層の光学的特性
を変化させる電圧印加手段とを備えてなる反射型液晶表
示素子においては、同様の問題が生じ得る。

【００１１】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、光利用効率を低下させることなく、比較的低い
プレティルト角で、高いコントラスト比および急峻なし
きい値特性を得ることができる反射型液晶表示素子を提
供することを目的とする。

【００１２】また本発明は、そのような反射型液晶表示
素子を製造可能な方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【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、上述したように、液晶層と、この液晶層と
平行に層状に形成されて、液晶層を通過して来た光を反
射させる誘電体ミラーと、上記液晶層の光学的特性を変
化させる電圧印加手段とを備えてなる反射型液晶表示素
子において、誘電体ミラーとして、光学的異方性を有
し、特定電圧印加時の前記液晶層と光学軸がほぼ直交し
かつ、該特定電圧印加時の液晶層のレターデーションよ
りレターデーションが小さいものが用いられたことを特
徴とするものである。

【００１４】また本発明による別の反射型液晶表示素子
は、特に前述の光導電層を有する光書込みタイプの構成
を前提とするものであり、光照射を受けてインピーダン
スが変化する光導電層と、この光導電層と平行にして近
接配置された液晶層と、この液晶層と上記光導電層との
間に層状に形成されて、液晶層を通過して来た光を反射
させる誘電体ミラーと、上記光導電層と上記液晶層との
間に電圧を印加する手段とを備えてなる反射型液晶表示
素子において、誘電体ミラーとして、光学的異方性を有
し、特定電圧印加時の前記液晶層と光学軸がほぼ直交し
かつ、該特定電圧印加時の液晶層のレターデーションよ
りレターデーションが小さいものが用いられたことを特
徴とするものである。

【００１５】なお上記の誘電体ミラーとしては、上記特
定電圧印加時の液晶層のレターデーションとレターデー
ションがほぼ等しいものを用るのが望ましい。

【００１６】また本発明における液晶層は、電界制御複
屈折効果（ＥＣＢ）による動作モードを有するものであ
ることが望ましい。

【００１７】一方、本発明による反射型液晶表示素子の
製造方法は、上記構成の反射型液晶表示素子を製造する
方法において、誘電体ミラーに光学的異方性を付与させ
る点に特徴があるもので、具体的には、固定されたミラ
ー基板の表面に対して誘電体材料を斜め蒸着または斜め
スパッタすることによって、誘電体ミラーを形成するよ
うにしたものである。

【００１８】

【発明の効果】上述のように誘電体ミラーとして、光学
的異方性を有し、特定電圧印加時の前記液晶層と光学軸
がほぼ直交しかつ、該特定電圧印加時の液晶層のレター
デーションとレターデーションがほぼ等しいものが用い
られていると、液晶層に上記特定電圧が印加された時、
該液晶層を光が通過する際に生じるレターデーション
が、この誘電体ミラーによって補償されるので、しきい
値電圧近傍において光が楕円偏光化して液晶層から漏れ
出ることを防止できる。そこで、この反射型液晶表示素
子においては、プレティルト角が比較的低くても、高コ
ントラスト比を得、また急峻なしきい値特性を得ること
ができる。

【００１９】また誘電体ミラーのレターデーションが、
前記特定電圧印加時の液晶層のレターデーションとほぼ
等しくなくても、この特定電圧印加時の液晶層のレター
デーションより小さければ、液晶層を光が通過する際に
生じるレターデーションをある程度補償することができ
る。そこでこの場合も、上記より程度は低いものの、従
来技術に比べて高コントラスト比を得、また急峻なしき
い値特性を得ることができる。

【００２０】また上記構成の反射型液晶表示素子は、本
来必要な誘電体ミラーに光学的異方性を付与して位相補
償するものであって、位相補償板を別途設けたものでは
ないから、位相補償板での表面反射等によって光利用効
率が低下するという問題も生じない。

【００２１】一方、従来のこの種の反射型液晶表示素子
において、誘電体ミラーは、ＳｉＯ₂ やＴｉＯ₂ 等、互
いに屈折率が大きく異なる誘電体を蒸着やスパッタによ
って交互に製膜、積層して形成されている。その際、ミ
ラー基板はその法線がほぼソース方向（蒸着粒子やスパ
ッタ粒子の主たる進行方向）と一致するようにセットさ
れ、また、膜の厚みムラを小さくするためにミラー基板
は回転される。このようにして形成される誘電体ミラー
は、光学的に等方性である。

【００２２】それに対して、本発明者の研究によれば、
上記蒸着やスパッタを行なう際に、ミラー基板をその法
線がソース方向と角度をなすように傾け、またミラー基
板を回転させずに固定しておくと、形成された誘電体ミ
ラーに光学的異方性が発現することが分かった。上記構
成を有する本発明の反射型液晶表示素子は、この斜め蒸
着あるいは斜めスパッタを適用することによって、容易
に形成することができる。

【００２３】なお、上記の斜め蒸着あるいは斜めスパッ
タを行なう際、ミラー基板法線とソース方向とがなす角
度が大きいほど、また膜の厚みが大きいほど、誘電体ミ
ラーの光学的異方性は大となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一つの実
施形態による反射型液晶表示素子を示すものである。こ
の反射型液晶表示素子は、例えば光書込み型空間光変調
器等として適用され得るものであり、図示されるよう
に、光照射を受けてインピーダンスが変化する光導電層
10と、この光導電層10と平行にして近接配置された液晶
層11と、この液晶層11と光導電層10との間に層状に形成
されて、液晶層11を通過して来た読出し光31を反射させ
る誘電体ミラー12とを備えている。液晶層11の両側に
は、それぞれ配向膜13、14が配されている。

【００２５】また、光導電層10と誘電体ミラー12との間
には、読出し光31を遮断する光吸収層16が配されてい
る。一方、光導電層10の外側には透明電極17が、配向膜
14の外側には透明電極18がそれぞれ配されている。

【００２６】以上の要素10〜18は、低い熱膨張係数を有
する１対のガラス基板19、20の間に挟持されている。そ
して透明電極17、18には、該透明電極17、18とともに、
光導電層10と液晶層11との間に電圧を印加する手段を構
成する電源21が接続されている。

【００２７】一例として光導電層10はａ−Ｓｉ：Ｈ（水
素化アモルファスシリコン）からなり、厚さは１０μｍ
とされている。液晶層11は、誘電異方性Δεが負の液晶
を使用するティルテッドホメオトロピック配向が適用さ
れたもので、その厚さは６μｍ、また動作モードはＥＣ
Ｂモードである。誘電体ミラー12は、ＳｉＯ₂ およびＴ
ｉＯ₂ が交互に製膜、積層されてなる多層膜ミラーで、
厚さは２μｍとされている。

【００２８】一方配向膜13および14はＳｉＯの蒸着膜か
らなり、厚さはそれぞれ４０ｎｍである。光吸収層16は
カラーモザイクからなり、厚さは２μｍである。透明電
極17および18はＩＴＯベタ電極であり、厚さはそれぞれ
０．０５μｍである。

【００２９】また、この反射型液晶表示素子のサイズは
４０×４６ｍｍ、厚さは９ｍｍ、有効表示領域のサイズ
は３０×３０ｍｍである。

【００３０】次に、この反射型液晶表示素子の製造方法
について説明する。まず、一表面上に透明電極17が形成
された厚さ４ｍｍのガラス基板19に、ＣＶＤ法によりａ
−Ｓｉ：Ｈ膜を製膜して、光導電層10を形成した。さら
にその上に、富士ハントエレクトロテクノロジー社製の
黒のカラーモザイクをスピンコート、焼成して、光吸収
層16を形成した。

【００３１】次に、誘電体ミラーの基板となる上記ガラ
ス基板19を、基板法線がソース方向に対して１３°傾く
状態に配置、固定し、光吸収層16の上にＴｉＯ₂ および
ＳｉＯ₂ をＥＢ蒸着により交互に製膜、積層して、誘電
体ミラー12を形成した。ここでＴｉＯ₂ 膜は、それぞれ
の厚さが１３３ｎｍのものを合計１０層形成し、ＳｉＯ
₂ 膜は、それぞれの厚さが７８ｎｍのものを合計９層形
成した。

【００３２】以上のようにして形成された誘電体ミラー
12は、光学的異方性を有するものとなった。具体的に、
波長６３２．８ｎｍの光に対する膜厚方向のレターデー
ションは、４．２ｎｍであった。なおこのレターデーシ
ョンは、オーク製作所製の自動複屈折測定装置ＡＤＲ−
２００Ｂを用いて測定した。

【００３３】次にこのガラス基板19の誘電体ミラー12の
上に、真空度２．０×１０^-3Ｐａ、蒸着角度４５°、厚
さ４０ｎｍの条件でＳｉＯを斜め蒸着して、配向膜13を
形成した。なおこの蒸着は、誘電体ミラー12の蒸着方向
と直角な方向で行なった。また、一表面上に透明電極18
が形成された厚さ５ｍｍのガラス基板20にも、上記と同
様の条件でＳｉＯを斜め蒸着して、配向膜14を形成し
た。

【００３４】上記のガラス基板19および20を、配向膜1
3、14の蒸着方向が反平行になるように対面させ、また
スペーサを使用して６μｍのギャップが生じる状態に貼
り合わせた。このようにして形成されたセル内に、チッ
ソ株式会社製の屈折率異方性が０．０７５で誘電率異方
性が負の液晶（製品名：Ｎ−35）を真空注入後、注入口
を封止した。以上により、図１の反射型液晶表示素子が
得られた。

【００３５】この素子の配向条件における液晶Ｎ−35の
プレティルト角を測定するために、前述の配向膜14を形
成した厚さ５ｍｍのガラス基板20を２枚貼り合わせてな
るセルを形成し、そのセル内に液晶Ｎ−35を注入したも
ののプレティルト角を測定したところ、８５°であっ
た。

【００３６】図１の反射型液晶表示素子におけるプレテ
ィルト角も、本質的に上記の値と等しいと考えられ、そ
うであるとすれば、液晶層11の反射モードでのレターデ
ーションは約５ｎｍである。一方誘電体ミラー12のレタ
ーデーションは、入射光の往復で８．４ｎｍ（＝４．２
ｎｍ×２）になる。そこで、光導電層10と液晶層11との
間に印加する電圧を次第に高くしてゆけば、電圧変化に
より液晶層11のレターデーションが約５ｎｍから増大し
て、誘電体ミラー12のレターデーション８．４ｎｍと等
しくなる状態が生じると考えられる。

【００３７】実際に上記印加電圧を変化させたときの、
液晶層11からの反射光の強度を測定した結果を図２に細
い実線で示すが、ここに示されている通り、印加電圧対
反射光強度曲線に極小点（電圧が約６．７Ｖの点）が事
実存在する。つまり印加電圧が約６．７Ｖのときは、液
晶層11の光学軸と誘電体ミラー12の光学軸とが直交する
とともに、液晶層11を光が通過する際に生じるレターデ
ーションが誘電体ミラー12のそれと等しくなって補償さ
れるので、この電圧値近傍において光を直線偏光化して
（つまり楕円偏光化を防止して）、液晶層11から漏れ出
ることを無くすことができる。そこで、この反射型液晶
表示素子においては、プレティルト角が８５°と比較的
低くても、高コントラスト比を得、また急峻なしきい値
特性を得ることができる。

【００３８】なお、誘電体ミラー12の光学軸はＳｉ
Ｏ₂ 、ＴｉＯ₂ の蒸着方向となり、また液晶層11の光学
軸もＳｉＯの蒸着方向と一致するので、このＳｉＯの蒸
着時にその蒸着方向を誘電体ミラー12の蒸着方向と直交
させることにより、上述のように液晶層11と誘電体ミラ
ー12の各光学軸を直交させることができる。

【００３９】また上記の測定は、光導電層10に光が当た
らない状況下で液晶層11に光を照射するとともに、周波
数１ｋＨｚの矩形波電圧を印加し、その電圧値を変化さ
せながら、液晶層11からの反射光の強度を落射型偏光顕
微鏡を用いて測定することにより行なった。

【００４０】上記構成の反射型液晶表示素子において、
画像情報を担う書込み光30を光導電層10に照射すると、
光導電層10の光照射部分のインピーダンスが低下し、そ
の部分に対応する箇所において液晶層11の電圧が上昇
し、液晶の分子配列が変化する。そこで、直線偏光であ
る読出し光31を液晶層11を通して誘電体ミラー12で反射
させるようにしておくと、反射する読出し光31は液晶の
分子配列変化に基づいて変調されるので、この読出し光
31を検光して、書込み光30が担う画像を表示させること
ができる。

【００４１】（別の実施例）前述のガラス基板19と同様
のガラス基板上に、別の条件で誘電体ミラーを形成し
た。この場合もガラス基板は、基板法線がソース方向に
対して１３°傾く状態に配置、固定し、その上にＴｉＯ
₂ およびＳｉＯ₂ をＥＢ蒸着により交互に製膜、積層し
て、誘電体ミラーを形成した。なおＴｉＯ₂ 膜は、それ
ぞれの厚さが１３３ｎｍのものを合計５層形成し、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜は、それぞれの厚さが７８ｎｍのものを合計４層
形成した。

【００４２】以上のようにして形成された誘電体ミラー
も、光学的異方性を有するものとなった。具体的に、波
長６３２．８ｎｍの光に対する膜厚方向のレターデーシ
ョンは、前述の自動複屈折測定装置ＡＤＲ−２００Ｂを
用いて測定したところ、２．０ｎｍであった。

【００４３】（比較例）前述のガラス基板19に形成した
光吸収層16の上に、従来法により誘電体ミラーを形成
し、それ以外は前記実施形態におけるのと同様に構成し
て、比較例としての反射型液晶表示素子を作成した。す
なわちこの場合、ガラス基板19は基板法線がソース方向
と一致する状態に配置され、かつ回転されながらＴｉＯ
₂ およびＳｉＯ₂ のＥＢ蒸着を受ける。

【００４４】この比較例としての反射型液晶表示素子に
ついて、光導電層と液晶層との間に印加する電圧を変化
させて前述と同様の測定を行なった結果を、図２に太い
実線で示す。図示されている通りこの比較例の素子は、
本発明による反射型液晶表示素子と比べて、しきい値特
性が急峻でないことが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による反射型液晶表示素子
の概略側断面図

【図２】上記反射型液晶表示素子および従来の反射型液
晶表示素子の、印加電圧対反射光強度特性を示すグラフ

【符号の説明】

10 光導電層 11 液晶層 12 誘電体ミラー 13、14 配向膜 16 光吸収層 17、18 透明電極 19、20 ガラス基板 21 電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶層と、 この液晶層と平行に層状に形成されて、液晶層を通過し
   て来た光を反射させる誘電体ミラーと、 前記液晶層の光学的特性を変化させる電圧印加手段とを
   備えてなる反射型液晶表示素子において、 前記誘電体ミラーとして、光学的異方性を有し、特定電
   圧印加時の前記液晶層と光学軸がほぼ直交しかつ、該特
   定電圧印加時の液晶層のレターデーションよりレターデ
   ーションが小さいものが用いられたことを特徴とする反
   射型液晶表示素子。
2. 【請求項２】 光照射を受けてインピーダンスが変化す
   る光導電層と、 この光導電層と平行にして近接配置された液晶層と、 この液晶層と前記光導電層との間に層状に形成されて、
   液晶層を通過して来た光を反射させる誘電体ミラーと、 前記光導電層と前記液晶層との間に電圧を印加する手段
   とを備えてなる反射型液晶表示素子において、 前記誘電体ミラーとして、光学的異方性を有し、特定電
   圧印加時の前記液晶層と光学軸がほぼ直交しかつ、該特
   定電圧印加時の液晶層のレターデーションよりレターデ
   ーションが小さいものが用いられたことを特徴とする反
   射型液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記誘電体ミラーとして、前記特定電圧
   印加時の液晶層のレターデーションとレターデーション
   がほぼ等しいものが用いられたことを特徴とする請求項
   １または２記載の反射型液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記液晶層が、電界制御複屈折効果によ
   る動作モードを有するものであることを特徴とする請求
   項１から３いずれか１項記載の反射型液晶表示素子。
5. 【請求項５】 請求項１から４いずれか１項記載の反射
   型液晶表示素子を製造する方法であって、前記誘電体ミ
   ラーを、固定されたミラー基板の表面に対して誘電体材
   料を斜め蒸着または斜めスパッタすることによって形成
   することを特徴とする反射型液晶表示素子の製造方法。