JP2004038004A

JP2004038004A - Reflective liquid crystal display device and liquid crystal display device

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Publication number: JP2004038004A
Application number: JP2002197315A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Hashimoto; 橋本　俊一; Takehiro Togawa; 外川　剛広
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】液晶応答の非対称性の要因となる電池効果をなくし、駆動電圧に印加するオフセット電圧を不要にすると共に、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、さらに、製造プロセスを複雑化することなく容易に製造できるようにする。
【解決手段】画素電極４２Ａの透明電極に対向する面側に、対向する透明電極と同材料の導電性薄膜４３を、絶縁性薄膜４５を介して形成する。導電性薄膜４３を設けることにより、対向する電極間での電池効果が消滅する。従って、液晶応答の非対称性が解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要となる。結果的に、駆動時の長期信頼性の向上が図られる。また、導電性薄膜４３による被覆が、絶縁性薄膜４５を介して行われていることにより、隣接する画素電極４２Ａ間での通電が防止される。
【選択図】　　　図２An object of the present invention is to eliminate a battery effect that causes asymmetry of liquid crystal response, to eliminate the need for an offset voltage applied to a drive voltage, and to ensure high reliability even when a long-term drive is performed. To enable easy manufacturing without complicating the manufacturing process.
A conductive thin film of the same material as the transparent electrode facing the transparent electrode is formed on the surface of the pixel electrode facing the transparent electrode via an insulating thin film. The provision of the conductive thin film 43 eliminates the battery effect between the opposing electrodes. Therefore, the asymmetry of the liquid crystal response is eliminated, and the offset voltage conventionally required for the driving voltage becomes unnecessary. As a result, long-term reliability during driving is improved. In addition, since the coating with the conductive thin film 43 is performed via the insulating thin film 45, the conduction between the adjacent pixel electrodes 42A is prevented.
[Selection] Fig. 2

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り、いずれも、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利用されている。
【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ことを防ぐために、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１０に、この駆動方式による駆動電圧の概念図を示す。図中、太い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。なお、「標準電極電位」とは、電極反応に関与する物質がすべて標準状態にあるときの平衡電極電位のことをいう。
【０００７】
このため、図１０の太い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１０に太い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】
そこで、本願出願人は、先に、画素電極を対向透明電極と同じ材料の導電性薄膜によって被覆することにより、オフセット電圧の低減を図るようにした発明を提案している（特願２００２−１６５９５８号）。この発明によれば、事実上、オフセット電圧を不要にすることができるが、一方で、製造プロセスが複雑化するおそれがある。すなわち、画素電極上に直接導電性薄膜を被覆する場合、導電性薄膜を介して隣り合う画素電極同士が通電するおそれがあるので、その通電するおそれのある部分を画素電極の形状に合わせて切り取る必要がある。このため、例えばフォトリソグラフィ工程を新たに追加する必要がある。この工程を省略できれば、製造プロセスの点で有利になる。
【００１２】
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なくし、駆動電圧に印加するオフセット電圧を不要にすると共に、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、さらに、製造プロセスを複雑化することなく容易に製造できるようにした反射型液晶表示素子、およびその反射型液晶表示素子を用いた液晶表示装置を提供することにある。
【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、金属材料によって構成された複数の反射型の画素電極、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、複数の画素電極の透明電極に対向する面側が、絶縁性の薄膜を介して、透明電極と同材料の導電性薄膜によって被覆されているものである。
【００１４】
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。
【００１５】
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、画素電極の透明電極に対向する面側が、透明電極と同材料の導電性薄膜によって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消滅する。これにより、液晶応答の非対称性が解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要とされる。また、この導電性薄膜による被覆が、絶縁性の薄膜を介して行われていることにより、例えば、導電性薄膜を複数の画素電極全体に被覆したとしても、隣接する画素電極間での通電が防止される。このため、通電するおそれのある部分を切り取るプロセスも不要となる。
【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（ＳｉＯ_２）等の無機材料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（ＳｎＯ_２）と酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）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５０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５０の各画素電極４２Ａ（図２）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、二酸化ケイ素等の無機材料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５０は、図２に示したように、基板４１側から順に、少なくとも、反射型の画素電極４２Ａと、絶縁性薄膜４５と、導電性薄膜４３とが基板４１上に積層された構成となっている。
【００２３】
画素電極４２Ａは、金属材料で構成され、基板４１上にマトリクス状に複数配置されている。画素電極４２Ａの厚さは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍである。この画素電極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型またはＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））によって構成されている。
【００２４】
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ものが好ましく、一般にアルミニウム、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使用されている。ただし、十分な反射率が得られるものであれば、画素電極４２Ａの金属材料として、アルミニウム以外のものを用いても構わない。
【００２５】
絶縁性薄膜４５は、各画素電極４２Ａの透明電極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。この絶縁性薄膜４５の厚さは、例えば、５ｎｍ以上５００ｎｍ未満である。絶縁性薄膜４５としては、例えば、一般にＬＳＩプロセスで準備されている、（ＳｉＯ_２，ＳｉＯ膜（酸化シリコン膜）等の酸化薄膜、もしくはＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）等の窒化薄膜、またはそれらの多層膜を用いることができる。
【００２６】
導電性薄膜４３は、絶縁性薄膜４５を介して、各画素電極４２Ａの透明電極に対向する面側を全体的に覆うように、絶縁性薄膜４５上に被覆することにより成膜されている。この導電性薄膜４３の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上３００ｎｍ未満である。導電性薄膜４３は、対向する透明電極層３２と同様の材料、例えばＩＴＯによって形成されている。この導電性薄膜４３は、液晶応答の非対称性を解消するために設けられたものである。
【００２７】
導電性薄膜４３を絶縁性薄膜４５を介して被覆したのは、画素電極４２Ａ上に直接被覆すると、導電性薄膜４３を介して隣り合う画素電極４２Ａ同士が通電するおそれがあるので、その通電するおそれのある部分を絶縁するためである。図２の例では、隣り合う画素電極４２Ａ間の溝５１も含めて、画素構造全体を絶縁性薄膜４５によって被覆し、さらにその上全面に導電性薄膜４３を被覆している。ただし、必ずしも画素構造全体を被覆する必要はなく、例えば図３に示した反射電極層５０Ａのように、各画素電極４２Ａのそれぞれを独立して、絶縁性薄膜４５と導電性薄膜４３とによって全体的に被覆するようにしても良い。画素電極４２Ａ間の溝５１に一部被覆されていない領域があっても構わない。
【００２８】
なお、絶縁性薄膜４５は、例えば熱酸化法または気相成長法などにより形成することができる。また、導電性薄膜４３は、例えばスパッタリング法により形成することができる。
【００２９】
なお、反射電極層５０における各構成要素の材料の選定およびその層構造は、反射電極層５０全体としての反射率が低下しないような構成とすることが望ましい。すなわち、本来の反射機能を有する画素電極４２Ａの材料のみならず、導電性薄膜４３および絶縁性薄膜４５についても光学的な膜として活用し、トータルでの反射率が向上するような膜構成を選ぶことが望ましい。例えば、導電性薄膜４３をＩＴＯ薄膜とした場合、光学薄膜としては高屈折率であることを活用して、例えば絶縁性薄膜４５を屈折率の低いＳｉＯ_２膜とし、その膜厚を調整することで、それらの薄膜間での光学的な干渉が生じる。これにより、本来の画素電極４２Ａよりも反射率を向上させることが可能となる。
【００３０】
以上のように、画素電極４２Ａ上に、対向する透明電極と同じ材質の導電性薄膜４３が、絶縁性薄膜４５を介して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。
【００３１】
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。
【００３２】
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５０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５０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。
【００３３】
ところで、反射電極層５０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、対向する電極同士でその標準電極電位が大きく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。
【００３４】
一方、本反射型液晶表示素子２１では、導電性薄膜４３を設けて、画素電極４２Ａ上に（絶縁性薄膜４５を介して）、対向する透明電極と同じ材質の薄膜をオーバコートしていることにより、対向する透明電極との間で発生する電池効果が基本的に消滅する。導電性薄膜４３の材料としては、例えばＩＴＯを用いているので、入射光は導電性薄膜４３をそのまま透過し、素子の反射機能自体には影響を及ぼさない。従って、本反射型液晶表示素子２１では、その反射機能を維持しつつ、液晶応答の非対称性が解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要となる。これにより結果的に、長期駆動時に高い信頼性が得られる。
【００３５】
ここで、画素電極４２Ａ上に、対向する透明電極と同じ材質の薄膜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。電池効果は、対向する電極間に電位差があるときに、現れるものである。一般に、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。このため、対向するＩＴＯなどの透明電極との間に大きな電位差が発生し、これを起因として、液晶駆動が非対称になる。対向する電極同士が同じ材質で構成されていれば電池効果は原理的に発生しないが、ＩＴＯ透明電極同士で液晶セルを構成すれば、それは透過型パネルとなり、反射型デバイスにはならない。
【００３６】
本実施の形態では、反射型デバイスに要求される光の反射機能を、従来と同様にアルミニウム電極などを用いた画素電極４２Ａに持たせる一方、液晶への電圧印加は、対向する電極と同じ材質の透明な導電性薄膜４３を介して行っている。画素電極４２Ａは液晶セル内に存在するものの、セルを実質的に形成している液晶層３５の両端部分には、同じ材料の導電性薄膜４３が設置されることになる。これにより、液晶層３５の両端には電位差が発生しないことになり、電池効果が抑止される。
【００３７】
ところで、導電性薄膜４３を画素電極４２Ａ上に直接被覆すると、導電性薄膜４３を介して隣り合う画素電極４２Ａ同士が通電するおそれがある。画素電極４２Ａは基板４１上で所定形状に切断されているので、この通電を防止するためには、導電性薄膜４３を形成する際に画素電極４２Ａと同様な形で、例えばフォトリソグラフィ技術などを用いて、画素状に切る必要がある。このように加工することは、もちろん十分に可能であるが、この製造プロセスを新たに組み込む必要性がでてくる。
【００３８】
これに対し、本実施の形態では、絶縁性薄膜４５を介して導電性薄膜４３を形成していることにより、導電性薄膜４３を画素領域全面に形成したとしても、通電が防止され、隣り合う画素電極４２Ａ間の電位には影響しない。このため、プロセス的には上述のフォトリソグラフィ工程を新たに加えることが不要となり、容易に形成できる。また、導電性薄膜４３および絶縁性薄膜４５の膜厚・屈折率を最適化し、それらの薄膜間での光学的な干渉を利用することで、本来の画素電極４２Ａよりも反射率を向上させることが可能となる。
【００３９】
実際に、画素電極４２Ａ上に、絶縁性薄膜４５を介して導電性薄膜４３を設けた液晶セルを作製して起電力の測定を行った結果、本反射型液晶表示素子２１では、起電力が発生しないことを観測した。導電性薄膜４３を設けていない従来の液晶セルでは、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。
【００４０】
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の透明電極に対向する面側に、絶縁性薄膜４５を介して透明電極と同材料の導電性薄膜４３を設けるようにしたので、対向する電極間での電池効果を消滅させることができる。従って、液晶応答の非対称性が解消され、従来駆動電圧に必要とされていたオフセット電圧が不要となる。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不要になる。
【００４１】
また、導電性薄膜４３による被覆を、絶縁性薄膜４５を介して行うようにしたので、隣接する画素電極４２Ａ間での通電を防止することができる。このため、通電するおそれのある部分を切り取るフォトリソグラフィ工程などのプロセスが不要となる。このため、製造プロセスを複雑化することなく容易に製造することができる。さらに、導電性薄膜４３と絶縁性薄膜４５との膜厚および屈折率を最適化し、それらの薄膜間での光学的な干渉を利用することで、本来の画素電極４２Ａより反射率を向上させることもできる。
【００４２】
［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４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。
【００４３】
図４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。
【００４４】
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（Ｇ）および緑色光（Ｂ）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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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，１６Ａ，１７Ａ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、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。
【００５１】
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、オフセット電圧が不要とされ、対称性の良い駆動電圧によって良好に駆動される。
【００５２】
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。
【００５３】
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、その画素電極４２Ａ上に、対向する透明電極と同材料の導電性薄膜４３が設けられて構成された反射型液晶表示素子２１を、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとして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。また、導電性薄膜４３による被覆を、絶縁性薄膜４５を介して行うようにしたので、反射型液晶表示素子２１の製造が容易となり、それを用いた液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂも容易に製造できる。
【００５４】
【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、従来の反射型液晶表示素子の特性を比較例として示す。
【００５５】
［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アルミニウム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、アルミニウム電極（アルミニウム膜の厚さ１５０ｎｍ）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ＳｉＯ_２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。
【００５６】
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１０に示したような、６０Ｈｚの矩形波電圧（±Ｖ１）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、駆動特性として測定した。測定は、波長５２０ｎｍで、室温で行った。
【００５７】
図５に、この測定結果を横軸を印加電圧（Ｖ）、縦軸を透過率として示す（以下、この画素電極への印加電圧Ｖに対する反射率Ｒの変化を、Ｖ−Ｔ特性という）。図５において、黒塗りの○印のプロットは画素電極側にプラスの電圧を印加した場合の反射率Ｒ（＋）の変化を、白抜きの〇印のプロットはマイナスの電圧を印加した場合の反射率Ｒ（−）の変化を示している。なお、図５では、横軸の印加電圧を絶対値として、図を簡略化している。
【００５８】
このＶ−Ｔ特性を示す曲線（Ｖ−Ｔ曲線）から分かるように、印加電圧の極性に対してＶ−Ｔ曲線は非対称（Ｒ（＋），Ｒ（−）の曲線が重なっていないことは対称でないことを示す）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（絶対値）で比較すると、常にＲ（＋）＞Ｒ（−）となる特性が得られた。
【００５９】
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。この比較例の場合は、ΔＶ＝０．６Ｖであり、図１０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。
【００６０】
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。
【００６１】
ところで、以上の反射率Ｒ（＋），Ｒ（−）の非対称性は、画素電極として用いたアルミニウムの標準電極電位が、ＩＴＯ透明電極と大きく異なっていることに起因すると考えられる。従って、画素電極上に、ＩＴＯ透明電極と同材料の薄膜を被覆することにより、以下に示す実施例のように、非対称性の改善を行うことができる。
【００６２】
［実施例１］
本実施例では、画素電極４２Ａの金属材料として、上記比較例と同様、アルミニウム（膜厚１５０ｎｍ）を用いた。アルミニウム電極上には、絶縁性薄膜４５としてＳｉＯ_２膜を膜厚５０ｎｍで全面的に成膜した。さらに、そのＳｉＯ_２膜上に、対向するＩＴＯ透明電極と同じ材料の導電性薄膜４３（ＩＴＯ薄膜）をスパッタ成膜によって形成した。オーバコートされたＩＴＯ薄膜の膜厚は、１００ｎｍである。このようにして作製した液晶セルのＶ−Ｔ特性を調べた。液晶セルの作製は、画素電極４２Ａ上に絶縁性薄膜４５を介して導電性薄膜４３を設けている以外は、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。
【００６３】
図６に、そのＶ−Ｔ特性を示す。透過率（反射率Ｒ）の値は、アルミニウムの値に対する相対的な値を示している。また、図９に、その測定結果を、Ｒ（＋），Ｒ（−）の関係（非対称性の状況）およびオフセット電圧の値と共にまとめて示す。
【００６４】
この結果から分かるように、画素電極４２Ａを、ＳｉＯ_２膜を介してＩＴＯ薄膜によって被覆することで、比較例と比べてＶ−Ｔ曲線の状態は大きく変化し、Ｒ（＋）＝Ｒ（−）となり、各極性間での反射率Ｒ（＋），Ｒ（−）の非対称性は全く観察されず、オフセット電圧も全く観測されなくなった。すなわち、対称駆動となり、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。
【００６５】
なお、本実施例の効果は、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、同様に認められた。
【００６６】
［実施例２］
次に、画素電極４２Ａ上に、絶縁性薄膜４５としてＳｉＮ膜を膜厚５０ｎｍで成膜して作製した液晶セルのＶ−Ｔ特性を調べた。液晶セルの作製および測定条件は、ＳｉＮ膜を用いたことを除いて、実施例１と同様である。
【００６７】
図７に、そのＶ−Ｔ特性を示す。透過率の値は、アルミニウムの値に対する相対的な値を示している。また、図９に、その測定結果を、Ｒ（＋），Ｒ（−）の関係（非対称性の状況）およびオフセット電圧の値と共にまとめて示す。
【００６８】
この結果から分かるように、画素電極４２Ａを、ＳｉＮ膜を介してＩＴＯ薄膜によって被覆した場合にも、Ｒ（＋）＝Ｒ（−）となり、各極性間での反射率Ｒ（＋），Ｒ（−）の非対称性は全く観察されず、オフセット電圧も全く観測されなくなった。すなわち、対称駆動となり、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。
【００６９】
なお、本実施例の効果は、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、同様に認められた。
【００７０】
［実施例３］
次に、絶縁性薄膜４５の上に形成するＩＴＯ薄膜の膜厚を、１０ｎｍ，３０ｎｍ，３００ｎｍと変えて、実施例１と同様の液晶セルを作製し、評価を行った。評価用の液晶セルの作製および測定条件は、ＩＴＯ薄膜の膜厚を除いて実施例１と同様である。
【００７１】
その結果を図９に示す。この結果から、ＩＴＯ薄膜のオーバコートによる効果は、１０ｎｍ以上であれば十分であることが確認された。１０ｎｍ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、膜厚が３００ｎｍを超えると、結晶粒が急激に成長するため、表面形状が荒くなり光が散乱されるようになる。このため、例えば液晶プロジェクタに応用した場合には、そのプロジェクション光学系での光の集光効率が低下し、結果的にトータルの輝度、光量が低下する。従って、オーバコートするＩＴＯ薄膜の膜厚としては、１０ｎｍ以上３００ｎｍ未満が妥当といえる。
【００７２】
［実施例４］
次に、絶縁性薄膜４５の上に形成するＩＴＯ薄膜の膜厚を、１０ｎｍ〜３００ｎｍの間で種々変えて、実施例１と同様の液晶セルを作製し、その反射率を測定した。評価用の液晶セルの作製および測定条件は、ＩＴＯ薄膜の膜厚を除いて実施例１と同様である。
【００７３】
図８に、横軸を膜厚（ｎｍ）、縦軸を反射率（％）として、その測定結果を示す。図には、ＩＴＯ薄膜をオーバコートせずにアルミニウム画素電極のみで液晶セルを構成した場合を１００％として、その相対反射率を示した。この測定結果から、ＩＴＯ薄膜の膜厚を適当に選ぶことで、屈折率の高いＩＴＯ薄膜と低いＳｉＯ_２膜との２層膜の光学的な干渉効果により、本来のアルミニウム画素電極のみの場合よりも、反射率を高くすることが可能であることが分かる。
【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９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１０もしくは１１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を、透明電極と同材料の導電性薄膜によって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なくすことができる。これにより、液晶応答の非対称性をなくすことができるので、従来駆動電圧に印加していたオフセット電圧が不要となる。液晶応答を完全に対称にすることができるので、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、この導電性薄膜による被覆を、絶縁性の薄膜を介して行うようにしたので、例えば、導電性薄膜を複数の画素電極全体に被覆したとしても、隣接する画素電極間での通電を防止することができる。このため、通電するおそれのある部分を切り取るフォトリソグラフィ工程などのプロセスが不要となる。このため、製造プロセスを複雑化することなく容易に製造することができる。
【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】本発明の一実施の形態に係る反射型液晶表示素子の画素電極層の第１の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る反射型液晶表示素子の画素電極層の第２の構成例を示す断面図である。
【図４】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５】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）における、駆動電圧と透過率との関係を示す特性図である。
【図６】画素電極にＳｉＯ_２薄膜を介してＩＴＯ薄膜を被覆した場合における、駆動電圧と透過率との関係を示す特性図である。
【図７】画素電極にＳｉＮ薄膜を介してＩＴＯ薄膜を被覆した場合における、駆動電圧と透過率との関係を示す特性図である。
【図８】画素電極にＳｉＯ_２薄膜を介してＩＴＯ薄膜を被覆した場合における、ＩＴＯ薄膜の膜厚と反射率との関係を示す特性図である。
【図９】各実施例についての、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１０】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、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、４２Ａ…画素電極、４３…導電性薄膜、４５…絶縁性薄膜、５０，５０Ａ…反射電極層、５１…溝。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflective liquid crystal display device having a reflective pixel electrode and a liquid crystal display device such as a reflective liquid crystal projector using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, liquid crystal display elements have been used in various display devices such as projection displays (projectors). The liquid crystal display element is also called a liquid crystal panel or a liquid crystal cell. Liquid crystal display elements are roughly classified into a transmissive type and a reflective type. Both types have a configuration in which liquid crystal is sealed between a pixel electrode substrate and an opposing substrate facing the pixel electrode substrate. In the transmission type liquid crystal display device, a transparent electrode made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide) is provided on both the pixel electrode substrate and the counter substrate.
[0003]
On the other hand, in recent years, as liquid crystal projectors have been developed with higher definition, smaller size and higher brightness, reflection type liquid crystal display devices can be reduced in size and definition and can be expected to have high light use efficiency. It has been attracting attention and has actually been put to practical use. In this reflective liquid crystal display element, a transparent electrode made of, for example, ITO is provided on the counter substrate side, and a reflective pixel electrode (hereinafter, also simply referred to as “reflective electrode”) is provided on the pixel electrode substrate side. A reflection type liquid crystal display element used for a liquid crystal projector is generally of an active type, and for example, a pixel electrode substrate formed by forming a semiconductor switching circuit of a C-MOS (Complementary-Metal Oxide Semiconductor) type on a silicon substrate. Used. The reflection electrode is arranged on the silicon driving element substrate. The reflective electrode has a function of reflecting light incident from the counter substrate side and a function of applying a voltage to the liquid crystal. As a material of the reflective electrode, a metal material mainly containing aluminum (Al), which is generally used in an LSI (Large Scale Integrated) process, is used.
[0004]
In this reflective liquid crystal display device, a voltage is applied to the liquid crystal by the transparent electrode and the pixel electrode provided on each substrate. At this time, the liquid crystal changes its optical characteristics according to the potential difference between the opposing electrodes, and modulates the incident light. This light modulation enables gradation expression, and the modulated light is used for image display.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the liquid crystal display element, in order to prevent ions existing in the liquid crystal from burning on one of the substrates during driving, the polarity of the driving voltage is inverted ± every predetermined period, and a voltage is applied between the electrodes. A general driving method is generally used. FIG. 10 shows a conceptual diagram of a driving voltage according to this driving method. As shown by the thick solid line in the figure, if the absolute values of the voltages of the respective polarities applied between the counter electrodes are the same at V1, there is no difference in the effective voltage applied to the liquid crystal. No phenomenon such as burn-in occurs. However, in practice, especially in the case of a reflective liquid crystal display element, there is a difference in the effective voltage applied to the liquid crystal when the applied voltage is plus and minus. This is due to the fact that the electrode material used for each substrate is different in the reflective liquid crystal display element.
[0006]
That is, in the reflection type liquid crystal display element, as described above, ITO is generally used as the transparent electrode, and an aluminum metal film slightly mixed with copper or the like is used for the opposing pixel electrode. In this case, since the standard electrode potentials of the ITO and aluminum electrodes themselves are different, a battery effect occurs in an element using these dissimilar metal electrodes. The standard electrode potential of aluminum is -1.66 V. When this aluminum electrode and the ITO electrode are combined, a considerably large battery effect occurs between the electrodes. The "standard electrode potential" refers to the equilibrium electrode potential when all substances involved in the electrode reaction are in a standard state.
[0007]
For this reason, even when voltages having the same absolute value in each polarity are externally applied as shown by the thick solid line in FIG. 10, an electromotive force is generated due to the battery effect, and an asymmetric voltage is applied to the liquid crystal. As a result, the reflectivity of the device differs depending on the polarity of the applied voltage, causing flicker and accumulating an internal voltage in the device, causing problems such as image sticking. If an aluminum electrode is used in place of the ITO transparent electrode and the opposite electrode is the same aluminum electrode, the battery effect is canceled and the above-described asymmetry does not occur. However, this is not practical because light does not pass through the element. Naturally, in a normal transmissive liquid crystal device in which opposing electrodes are formed of ITOs, such an asymmetry problem does not occur because the electrodes are of the same kind. Therefore, this asymmetry is an essential problem of the reflection type liquid crystal element.
[0008]
In order to eliminate this asymmetry of the reflectivity, in the reflection type liquid crystal display element, the drive voltage is multiplied by a DC offset voltage ΔV, and as shown by a thick broken line in FIG. Must be applied. For example, when aluminum is used as the material of the reflective electrode and ITO is used as the transparent electrode, the effective voltage difference between the polarities of the liquid crystal becomes 1 V or more, and this is applied as the offset voltage ΔV. However, if the value of the offset voltage ΔV is too large, not only the asymmetry cannot be completely removed, but also the offset voltage ΔV gradually changes from the initial set value during long-term driving, and as a result, the The internal voltage is accumulated in the device and burn-in occurs. For this reason, the reliability during long-term driving decreases. Further, in order to apply the offset voltage ΔV, it is necessary to provide a circuit for the offset voltage ΔV, which complicates the electric circuit. Therefore, it is not preferable that a reflective liquid crystal display element has a battery effect.
[0009]
On the other hand, for example, in JP-A-9-244068 and JP-A-10-54995, as a reflective electrode material, a metal having a standard electrode potential sufficiently lower than that of aluminum, for example, tungsten (W), titanium (Ti), or titanium nitride ( It has been shown that the use of (TiN) can alleviate the above-mentioned problem of the voltage difference, avoid the battery effect, and reduce the offset voltage.
[0010]
However, when tungsten, titanium or titanium nitride is used as the reflective electrode material, a sufficient reflectivity cannot be obtained as compared with commonly used aluminum, and thus there is no suitable electrode material in this regard. Therefore, it is desired to develop a technique capable of reducing the offset voltage without impairing the light reflection function as a reflection electrode.
[0011]
Therefore, the applicant of the present application has previously proposed an invention in which the pixel electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the counter transparent electrode to reduce the offset voltage (Japanese Patent Application No. 2002-165958). issue). According to the present invention, the offset voltage can be virtually eliminated, but the manufacturing process may be complicated. That is, when a conductive thin film is directly coated on a pixel electrode, there is a possibility that adjacent pixel electrodes may be energized via the conductive thin film. Therefore, a portion that may be energized is cut out according to the shape of the pixel electrode. There is a need. Therefore, for example, a photolithography step needs to be newly added. If this step can be omitted, it is advantageous in terms of the manufacturing process.
[0012]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to eliminate a battery effect which causes asymmetry of liquid crystal response, to eliminate an offset voltage applied to a driving voltage, and to perform long-term driving. In such a case, a reflective liquid crystal display element which can ensure high reliability and can be easily manufactured without complicating the manufacturing process, and a liquid crystal display device using the reflective liquid crystal display element are provided. To provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A reflective liquid crystal display device according to the present invention includes a pixel electrode substrate having a plurality of reflective pixel electrodes made of a metal material, a counter substrate having a transparent electrode provided to face the pixel electrode, and a pixel. It comprises liquid crystal injected between the electrode substrate and the counter substrate, and the surface of the plurality of pixel electrodes facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode via an insulating thin film. Is what it is.
[0014]
The liquid crystal display device according to the present invention performs an image display using light modulated by the above-mentioned reflective liquid crystal display device according to the present invention.
[0015]
In the reflective liquid crystal display element and the liquid crystal display device according to the present invention, the surface of the pixel electrode facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode, so that the battery effect between the facing electrodes is obtained. Disappears. This eliminates the asymmetry of the liquid crystal response, and eliminates the need for the offset voltage conventionally required for the drive voltage. Further, since the coating with the conductive thin film is performed via the insulating thin film, even if the conductive thin film is coated over a plurality of pixel electrodes, for example, current is not supplied between adjacent pixel electrodes. Is prevented. For this reason, a process of cutting out a portion that may be energized is not required.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
[Description of reflective liquid crystal display device]
As shown in FIG. 1, the reflection type liquid crystal display element 21 according to the present embodiment is formed by injecting a liquid crystal material between the opposing substrate 30 and the pixel electrode substrate 40 which are arranged to face each other. Liquid crystal layer 35 provided.
[0018]
The liquid crystal material forming the liquid crystal layer 35 is, for example, a vertical alignment type nematic liquid crystal generally called a vertical alignment liquid crystal. Note that the vertical arrangement refers to a state in which the initial molecular orientation of the liquid crystal is arranged perpendicular to each substrate surface. Generally called vertical alignment liquid crystal.
[0019]
The counter substrate 30 includes a glass substrate 31, and at least a transparent electrode layer 32 and an alignment film 33 are laminated on a surface of the glass substrate 31 on the liquid crystal layer 35 side. As the alignment film 33, for example, a film obtained by rubbing (aligning) a polyimide-based organic compound or an obliquely deposited film of an inorganic material such as silicon dioxide (SiO ₂ ) is used. The surface of the alignment film 33 on the liquid crystal layer 35 side is subjected to a rubbing treatment in order to arrange the liquid crystal molecules in a predetermined arrangement state. The transparent electrode layer 32 is configured such that a transparent electrode having a light transmitting function is provided on the entire surface. As a material of the transparent electrode, generally, ITO which is a solid solution substance of tin oxide (SnO ₂ ) and indium oxide (In ₂ O ₃ ) is used. A common potential (for example, ground potential) is applied to the transparent electrode in all pixel regions.
[0020]
The pixel electrode substrate 40 includes a substrate 41 made of, for example, a silicon material, and at least a reflective electrode layer 50 and an alignment film 44 are laminated on a surface of the substrate 41 on the liquid crystal layer 35 side. On the substrate 41, a switching element (not shown) for selectively applying a voltage to each pixel electrode 42A (FIG. 2) of the reflective electrode layer 50 is provided.
[0021]
Like the alignment film 33 of the counter substrate 30, the alignment film 44 is, for example, a film of a polyimide-based organic compound or an obliquely deposited film of an inorganic material such as silicon dioxide, and its surface is subjected to a rubbing treatment. Have been.
[0022]
As shown in FIG. 2, the reflective electrode layer 50 has a configuration in which at least a reflective pixel electrode 42A, an insulating thin film 45, and a conductive thin film 43 are laminated on the substrate 41 in this order from the substrate 41 side. It has become.
[0023]
The pixel electrodes 42A are made of a metal material, and a plurality of the pixel electrodes 42 are arranged on the substrate 41 in a matrix. The thickness of the pixel electrode 42A is, for example, 50 nm to 500 nm. A drive voltage is applied to the pixel electrode 42A by a switching element (not shown) provided on the substrate 41. The switching element is provided corresponding to each pixel electrode 42A, and is configured by, for example, a C-MOS type or a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type field effect transistor (FET (Field Effect Transistor)).
[0024]
As the metal material of the pixel electrode 42A, a material having a high reflectance in the visible region is preferable. Generally, aluminum, more specifically, an aluminum metal used for wiring in an LSI process to which copper or silicon is added at several wt% or less. A membrane is used. However, a material other than aluminum may be used as the metal material of the pixel electrode 42A as long as sufficient reflectance can be obtained.
[0025]
The insulating thin film 45 is formed by overcoating (covering) the entire surface of each pixel electrode 42A facing the transparent electrode. The thickness of the insulating thin film 45 is, for example, not less than 5 nm and less than 500 nm. As the insulating thin film 45, for example, an oxide thin film such as (SiO ₂ , SiO film (silicon oxide film) or a nitride thin film such as SiN film (silicon nitride film), which is generally prepared by an LSI process, or a thin film thereof. A multilayer film can be used.
[0026]
The conductive thin film 43 is formed by covering the insulating thin film 45 so as to entirely cover the surface of each pixel electrode 42A facing the transparent electrode via the insulating thin film 45. The thickness of the conductive thin film 43 is, for example, not less than 10 nm and less than 300 nm. The conductive thin film 43 is formed of the same material as that of the opposing transparent electrode layer 32, for example, ITO. The conductive thin film 43 is provided to eliminate the asymmetry of the liquid crystal response.
[0027]
The reason why the conductive thin film 43 is covered with the insulating thin film 45 is that if the pixel electrode 42A is directly covered, there is a possibility that adjacent pixel electrodes 42A may conduct electricity through the conductive thin film 43, so This is to insulate the parts which may be in danger. In the example of FIG. 2, the entire pixel structure, including the groove 51 between the adjacent pixel electrodes 42A, is covered with an insulating thin film 45, and the entire surface thereof is further covered with a conductive thin film 43. However, it is not always necessary to cover the entire pixel structure. For example, like the reflective electrode layer 50A shown in FIG. 3, each of the pixel electrodes 42A is independently formed by the insulating thin film 45 and the conductive thin film 43. You may make it cover it. The groove 51 between the pixel electrodes 42A may have a region that is not partially covered.
[0028]
The insulating thin film 45 can be formed by, for example, a thermal oxidation method or a vapor deposition method. The conductive thin film 43 can be formed by, for example, a sputtering method.
[0029]
It is desirable that the material of each component in the reflective electrode layer 50 and the layer structure thereof be configured so that the reflectance of the reflective electrode layer 50 as a whole does not decrease. That is, not only the material of the pixel electrode 42A having the original reflection function but also the conductive thin film 43 and the insulating thin film 45 are used as optical films, and a film configuration that improves the total reflectance is selected. It is desirable. For example, when the conductive thin film 43 is an ITO thin film, for example, the insulating thin film 45 is made of a SiO ₂ film having a low refractive index by utilizing the high refractive index as the optical thin film, and the film thickness is adjusted. Therefore, optical interference occurs between the thin films. This makes it possible to improve the reflectance over the original pixel electrode 42A.
[0030]
As described above, the point that the conductive thin film 43 made of the same material as the transparent electrode facing the transparent electrode is overcoated on the pixel electrode 42A via the insulating thin film 45 is the largest in the present reflective liquid crystal display element 21. It is a characteristic part.
[0031]
Next, the operation and operation of the reflective liquid crystal display element 21 configured as described above will be described.
[0032]
In the reflection type liquid crystal display element 21, the incident light L <b> 1 incident from the counter substrate 30 side and passing through the liquid crystal layer 35 is reflected by the reflection function of the pixel electrode 42 </ b> A provided on the reflection electrode layer 50. The light L1 reflected by the reflective electrode layer 50 is emitted through the liquid crystal layer 35 and the counter substrate 30 in a direction opposite to that at the time of incidence. At this time, the liquid crystal layer 35 changes its optical characteristics according to the potential difference between the opposing electrodes, and modulates the passing light L1. This light modulation enables gradation expression, and the modulated light L2 is used for image display.
[0033]
By the way, to the pixel electrode 42A of the reflection electrode layer 50, for example, a drive voltage whose polarity is inverted ± is applied every predetermined period. At this time, in the conventional reflection type liquid crystal display device, the electrode material whose standard electrode potential is greatly different between the opposing electrodes is used. A voltage is generated, causing asymmetry in the response of the liquid crystal. For this reason, a DC voltage for correcting this is separately applied as an offset voltage and driven. If the magnitude of the offset voltage is large, not only is it difficult to completely correct the value, but the value also fluctuates or changes during long-term driving, which causes problems such as burn-in.
[0034]
On the other hand, in the present reflection type liquid crystal display element 21, a conductive thin film 43 is provided, and a thin film of the same material as that of the opposing transparent electrode is overcoated on the pixel electrode 42A (via the insulating thin film 45). Thereby, the battery effect generated between the transparent electrode and the opposing transparent electrode basically disappears. Since ITO is used as the material of the conductive thin film 43, for example, incident light passes through the conductive thin film 43 as it is, and does not affect the reflection function itself of the element. Therefore, in the present reflection type liquid crystal display element 21, the asymmetry of the liquid crystal response is eliminated while the reflection function is maintained, and the offset voltage conventionally required for the driving voltage is not required. As a result, high reliability can be obtained during long-term operation.
[0035]
Here, the reason why the battery effect is suppressed by overcoating the pixel electrode 42A with a thin film made of the same material as the transparent electrode facing the pixel electrode 42A will be described below. The battery effect appears when there is a potential difference between opposing electrodes. Generally, the standard electrode potential of aluminum is -1.66 V, the sign is minus and the value is very large. For this reason, a large potential difference is generated between the transparent electrode such as ITO and the like, and as a result, the liquid crystal driving becomes asymmetric. If the opposing electrodes are made of the same material, the battery effect does not occur in principle, but if a liquid crystal cell is made up of ITO transparent electrodes, it becomes a transmissive panel and does not become a reflective device.
[0036]
In the present embodiment, while the pixel electrode 42A using an aluminum electrode or the like has the light reflection function required for the reflection type device as in the related art, the voltage application to the liquid crystal uses the same material as that of the opposing electrode. Through the transparent conductive thin film 43. Although the pixel electrode 42A exists in the liquid crystal cell, conductive thin films 43 of the same material are provided on both ends of the liquid crystal layer 35 which substantially forms the cell. As a result, no potential difference occurs between both ends of the liquid crystal layer 35, and the battery effect is suppressed.
[0037]
However, if the conductive thin film 43 is directly covered on the pixel electrode 42A, there is a possibility that the adjacent pixel electrodes 42A conduct electricity through the conductive thin film 43. Since the pixel electrode 42A is cut into a predetermined shape on the substrate 41, in order to prevent this conduction, when forming the conductive thin film 43, for example, a photolithography technique or the like is used in the same manner as the pixel electrode 42A. It is necessary to cut it into pixels. Although such processing is, of course, fully possible, it is necessary to newly incorporate this manufacturing process.
[0038]
On the other hand, in the present embodiment, since the conductive thin film 43 is formed via the insulating thin film 45, even if the conductive thin film 43 is formed on the entire pixel region, the conduction is prevented and the adjacent thin films are formed. It does not affect the potential between the pixel electrodes 42A. For this reason, it is unnecessary to add the above-mentioned photolithography step in the process, and it can be easily formed. Further, by optimizing the film thickness and refractive index of the conductive thin film 43 and the insulating thin film 45 and utilizing the optical interference between the thin films, the reflectance is improved more than the original pixel electrode 42A. Becomes possible.
[0039]
Actually, a liquid crystal cell in which the conductive thin film 43 was provided on the pixel electrode 42A with the insulating thin film 45 interposed therebetween was prepared, and the electromotive force was measured. It did not occur. In a conventional liquid crystal cell without the conductive thin film 43, the electromotive force is measured by the battery effect.
[0040]
As described above, according to the reflective liquid crystal display element 21 of the present embodiment, the conductive material of the same material as the transparent electrode is provided on the surface of the pixel electrode 42A facing the transparent electrode via the insulating thin film 45. Since the thin film 43 is provided, the battery effect between the opposing electrodes can be eliminated. Therefore, the asymmetry of the liquid crystal response is eliminated, and the offset voltage conventionally required for the driving voltage becomes unnecessary. As a result, high reliability can be ensured even when long-term driving is performed. Further, a circuit for applying the offset voltage is not required.
[0041]
In addition, since the coating with the conductive thin film 43 is performed via the insulating thin film 45, it is possible to prevent the conduction between the adjacent pixel electrodes 42A. For this reason, a process such as a photolithography step of cutting out a portion that may be energized becomes unnecessary. Therefore, it can be easily manufactured without complicating the manufacturing process. Furthermore, by optimizing the film thickness and the refractive index of the conductive thin film 43 and the insulating thin film 45 and utilizing the optical interference between the thin films, the reflectance is improved more than the original pixel electrode 42A. You can also.
[0042]
[Description of liquid crystal display device]
Next, an example of a liquid crystal display device using the reflection type liquid crystal display element 21 will be described. Here, an example of a reflection type liquid crystal projector using the reflection type liquid crystal display element 21 as a light valve as shown in FIG. 4 will be described.
[0043]
The reflection type liquid crystal projector shown in FIG. 4 is a so-called three-panel type, which performs color image display using three liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B for each of red, blue, and green. This reflection type liquid crystal projector includes a light source 11, dichroic mirrors 12, 13 and a total reflection mirror 14 along an optical axis 10. The reflection type liquid crystal projector further includes polarization beam splitters 15, 16, 17, a combining prism 18, a projection lens 19, and a screen 20.
[0044]
The light source 11 emits white light including red light (R), blue light (G), and green light (B) required for displaying a color image, and is, for example, a halogen lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp. Etc.
[0045]
The dichroic mirror 12 has a function of separating light from the light source 11 into blue light and other color lights. The dichroic mirror 13 has a function of separating light that has passed through the dichroic mirror 12 into red light and green light. The total reflection mirror 14 reflects the blue light separated by the dichroic mirror 12 toward the polarization beam splitter 17.
[0046]
The polarization beam splitters 15, 16, and 17 are provided along the optical paths of red light, green light, and blue light, respectively. These polarization beam splitters 15, 16 and 17 have polarization separation surfaces 15A, 16A and 17A, respectively. The polarization separation surfaces 15A, 16A and 17A convert the incident color lights into two polarization components orthogonal to each other. It has the function of separating. The polarization separation surfaces 15A, 16A, and 17A reflect one polarization component (for example, an S-polarization component) and transmit the other polarization component (for example, a P-polarization component).
[0047]
The liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B are constituted by a reflective liquid crystal display element 21. Color light of a predetermined polarization component (for example, S-polarization component) separated by the polarization splitting surfaces 15A, 16A, and 17A of the polarization beam splitters 15, 16, and 17 is incident on these liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B. It has become. The liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are driven in accordance with a drive voltage given based on an image signal, modulate incident light, and direct the modulated light to the polarization beam splitters 15, 16, and 17. It has the function of reflecting.
[0048]
The synthesizing prism 18 has a function of synthesizing the color light of a predetermined polarization component (for example, a P-polarization component) emitted from the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B and having passed through the polarization beam splitters 15, 16, and 17. . The projection lens 19 has a function of projecting the combined light emitted from the combining prism 18 toward the screen 20.
[0049]
In the reflection type liquid crystal projector configured as described above, the white light emitted from the light source 11 is first separated into blue light and other color lights (red light and green light) by the function of the dichroic mirror 12. Among them, the blue light is reflected toward the polarization beam splitter 17 by the function of the total reflection mirror 14. On the other hand, the red light and the green light are further separated into red light and green light by the function of the dichroic mirror 13. The separated red light and green light enter the polarization beam splitters 15 and 16, respectively.
[0050]
The polarization beam splitters 15, 16, and 17 separate the incident color lights into two polarization components orthogonal to each other on the polarization separation surfaces 15A, 16A, and 17A. At this time, the polarization separation surfaces 15A, 16A, and 17A reflect one of the polarization components (for example, the S-polarization component) toward the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B.
[0051]
The liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are driven in accordance with a drive voltage given based on an image signal, and modulate the incident color light of a predetermined polarization component on a pixel basis. At this time, since the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are constituted by the above-mentioned reflective liquid crystal display element 21, an offset voltage is not required, and the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B are favorably driven by a drive voltage with good symmetry.
[0052]
The liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B reflect the modulated color lights toward the polarization beam splitters 15, 16, and 17, respectively. The polarization beam splitters 15, 16, 17 allow only a predetermined polarization component (for example, a P-polarization component) of the reflected light (modulated light) from the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B to pass therethrough, and travel toward the combining prism 18. Emit. The combining prism 18 combines the color lights of predetermined polarization components that have passed through the polarizing beam splitters 15, 16, and 17, and emits the light toward the projection lens 19. The projection lens 19 projects the combined light emitted from the combining prism 18 toward the screen 20. Thereby, an image corresponding to the light modulated by the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B is projected on the screen 20, and a desired image is displayed.
[0053]
As described above, according to the reflection-type liquid crystal projector of the present embodiment, the reflection-type liquid crystal display in which the conductive thin film 43 of the same material as the transparent electrode facing is provided on the pixel electrode 42A. Since the element 21 is used as the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B, the offset voltage conventionally required for driving the liquid crystal light valves 21R, 21G, and 21B is not required. This eliminates the need for a circuit for applying the offset voltage, and simplifies the drive circuit for the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B. Further, since the coating with the conductive thin film 43 is performed via the insulating thin film 45, the production of the reflection type liquid crystal display element 21 is facilitated, and the liquid crystal light valves 21R, 21G, 21B using the same are also easily formed. Can be manufactured.
[0054]
【Example】
Next, specific characteristics of the reflection type liquid crystal display element 21 will be described as examples. Before describing the examples, the characteristics of a conventional reflective liquid crystal display element will be described as a comparative example.
[0055]
[Comparative example]
As a reflective liquid crystal display element (liquid crystal cell) for evaluation as a comparative example, a reflective liquid crystal display element (liquid crystal cell) using ITO for a transparent electrode material on an opposite substrate and aluminum for a pixel electrode on a pixel electrode substrate was prepared. The device for evaluation was manufactured as follows. First, a glass substrate on which an ITO transparent electrode is formed as a counter substrate, and a silicon substrate on which an aluminum electrode (aluminum film having a thickness of 150 nm) is formed as a pixel electrode substrate are washed, and then each is deposited on a vapor deposition apparatus. Then, a SiO ₂ film was formed as an alignment film by oblique deposition at a deposition angle of 45 ° to 55 °. The thickness of the alignment film was 50 nm. The pretilt angle of the liquid crystal was controlled to be about 3 °. After that, an appropriate number of glass beads having a diameter of 2 μm are scattered between the substrates on which the alignment films are formed, the two are adhered to each other, a vertical liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy Δε is injected, and the reflection type liquid crystal is injected. A cell was prepared.
[0056]
In the device thus manufactured, the transmittance of the liquid crystal when a rectangular wave voltage (± V1) of 60 Hz as shown in FIG. 10 is applied as a driving voltage between the ITO transparent electrode and the pixel electrode. (Actually measuring the reflectance of the device because it is a reflection type, which is equivalent to measuring the transmittance of the liquid crystal) as the driving characteristics. The measurement was performed at a wavelength of 520 nm at room temperature.
[0057]
FIG. 5 shows the measurement results as the applied voltage (V) on the horizontal axis and the transmittance on the vertical axis (hereinafter, the change in the reflectance R with respect to the applied voltage V to the pixel electrode is referred to as VT characteristic). In FIG. 5, a black circle plot indicates a change in reflectance R (+) when a positive voltage is applied to the pixel electrode side, and a white triangle plot indicates a change when a negative voltage is applied. The change of the reflectance R (-) is shown. In FIG. 5, the applied voltage on the horizontal axis is an absolute value, and the drawing is simplified.
[0058]
As can be seen from the VT characteristic curve (VT curve), the VT curve is asymmetric (R (+), R (-) does not overlap with the polarity of the applied voltage. VT curve of the reflectance R (+) when the applied voltage is positive is lower than the VT curve of the reflectance R (-) when the applied voltage is negative. It is shifting. That is, when compared at the same applied voltage (absolute value), the characteristic that R (+)> R (-) was always obtained.
[0059]
Despite the same external voltage being applied to the liquid crystal cell in plus and minus, this asymmetric drive of the liquid crystal indicates that no symmetrical voltage is applied to the liquid crystal. However, this is due to a direct current battery effect generated between different electrodes of the ITO transparent electrode and the aluminum electrode. If the driving is continued in this state, the internal voltage is accumulated in the liquid crystal cell, thereby causing burn-in. Therefore, for practical use, it is necessary to apply the offset voltage ΔV by the voltage corresponding to the shift (for the effect of the battery) so that R (+) = R (−). In the case of this comparative example, ΔV = 0.6 V, and driving is performed by applying a DC offset voltage to the signal voltage by ΔV as shown in FIG. However, if the value of ΔV is not accurately set and applied, the above-described burn-in phenomenon is concerned in long-term driving, and the value of ΔV itself may change due to long driving, a change in environmental temperature, and the like. Therefore, it is essentially practically necessary to reduce or eliminate ΔV.
[0060]
Note that the above phenomenon similarly occurred when a polyimide film was used as the alignment film, and when a nematic liquid crystal material other than the vertically aligned liquid crystal was used.
[0061]
By the way, it is considered that the above asymmetry of the reflectances R (+) and R (−) is caused by the fact that the standard electrode potential of aluminum used as the pixel electrode is largely different from that of the ITO transparent electrode. Therefore, by covering the pixel electrode with a thin film of the same material as that of the ITO transparent electrode, asymmetry can be improved as in the following embodiments.
[0062]
[Example 1]
In the present embodiment, as the metal material of the pixel electrode 42A, aluminum (150 nm thick) was used as in the comparative example. On the aluminum electrode, an SiO ₂ film was entirely formed as an insulating thin film 45 with a thickness of 50 nm. Further, a conductive thin film 43 (ITO thin film) made of the same material as the ITO transparent electrode facing it was formed on the SiO ₂ film by sputtering. The thickness of the overcoated ITO thin film is 100 nm. The VT characteristics of the liquid crystal cell thus manufactured were examined. The production of the liquid crystal cell is the same as that of the above-described comparative example except that the conductive thin film 43 is provided on the pixel electrode 42A via the insulating thin film 45. The measurement conditions were the same as in the comparative example, and the change in the reflectance R of the liquid crystal when a rectangular wave voltage of 60 Hz was applied was measured. As in the comparative example, the VT curve is shown by simplifying the horizontal axis as the absolute value of the applied voltage.
[0063]
FIG. 6 shows the VT characteristics. The value of the transmittance (reflectance R) indicates a value relative to the value of aluminum. FIG. 9 shows the measurement results together with the relationship between R (+) and R (−) (asymmetry) and the value of the offset voltage.
[0064]
As can be seen from this result, by covering the pixel electrode 42A with the ITO thin film via the SiO ₂ film, the state of the VT curve changes greatly as compared with the comparative example, and R (+) = R (− ), No asymmetry of the reflectances R (+) and R (−) between the polarities was observed, and no offset voltage was observed. That is, symmetrical driving was performed, and no problem such as image sticking was observed at all even after long-term driving.
[0065]
The effect of this example was similarly observed when a polyimide film was used as the alignment film, and when a nematic liquid crystal material other than the vertically aligned liquid crystal was used.
[0066]
[Example 2]
Next, VT characteristics of a liquid crystal cell manufactured by forming a 50 nm-thick SiN film as the insulating thin film 45 on the pixel electrode 42A were examined. The conditions for manufacturing and measuring the liquid crystal cell are the same as those in Example 1 except that a SiN film was used.
[0067]
FIG. 7 shows the VT characteristics. The transmittance value indicates a value relative to the value of aluminum. FIG. 9 shows the measurement results together with the relationship between R (+) and R (−) (asymmetry) and the value of the offset voltage.
[0068]
As can be seen from the result, even when the pixel electrode 42A is covered with the ITO thin film via the SiN film, R (+) = R (-), and the reflectances R (+), R (+) between the respective polarities are obtained. No asymmetry of (-) was observed, and no offset voltage was observed. That is, symmetrical driving was performed, and no problem such as image sticking was observed at all even after long-term driving.
[0069]
The effect of this example was similarly observed when a polyimide film was used as the alignment film, and when a nematic liquid crystal material other than the vertically aligned liquid crystal was used.
[0070]
[Example 3]
Next, a liquid crystal cell similar to that of Example 1 was manufactured by changing the thickness of the ITO thin film formed on the insulating thin film 45 to 10 nm, 30 nm, and 300 nm, and was evaluated. The production and measurement conditions of the liquid crystal cell for evaluation are the same as in Example 1 except for the thickness of the ITO thin film.
[0071]
The result is shown in FIG. From these results, it was confirmed that the effect of the overcoating of the ITO thin film was sufficient if it was 10 nm or more. Although less than 10 nm seems to have the effect of suppressing asymmetry, in this case, it is difficult to form a uniform thin film. On the other hand, when the film thickness exceeds 300 nm, crystal grains grow rapidly, so that the surface shape becomes rough and light is scattered. Therefore, for example, when applied to a liquid crystal projector, the light collection efficiency of the projection optical system is reduced, and as a result, the total brightness and light amount are reduced. Therefore, it can be said that the thickness of the ITO thin film to be overcoated is appropriately 10 nm or more and less than 300 nm.
[0072]
[Example 4]
Next, by changing the thickness of the ITO thin film formed on the insulating thin film 45 variously between 10 nm and 300 nm, a liquid crystal cell similar to that of Example 1 was manufactured, and the reflectance thereof was measured. The production and measurement conditions of the liquid crystal cell for evaluation are the same as in Example 1 except for the thickness of the ITO thin film.
[0073]
FIG. 8 shows the measurement results, where the horizontal axis represents the film thickness (nm) and the vertical axis represents the reflectance (%). The figure shows the relative reflectance assuming that the case where the liquid crystal cell is composed of only the aluminum pixel electrode without overcoating the ITO thin film is 100%. From this measurement result, by appropriately selecting the thickness of the ITO thin film, the optical interference effect of the two-layer film of the ITO thin film having a high refractive index and the SiO ₂ film having a low refractive index makes it possible to obtain a better result than the case of using only the original aluminum pixel electrode. Also, it can be seen that the reflectance can be increased.
[0074]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the reflection type liquid crystal display element of the present invention is not limited to a liquid crystal projector, and can be widely applied to other display devices and video display units in various portable electronic devices and various information processing terminals.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the reflective liquid crystal display element of any one of claims 1 to 9, or the liquid crystal display device of claim 10 or 11, the surface side of the pixel electrode facing the transparent electrode. Is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode, so that the battery effect between the opposing electrodes can be eliminated. As a result, the asymmetry of the liquid crystal response can be eliminated, so that the offset voltage applied to the driving voltage in the related art becomes unnecessary. Since the liquid crystal response can be made completely symmetric, high reliability can be ensured even when driving for a long time. In addition, since the coating with the conductive thin film is performed via the insulating thin film, even if the conductive thin film is entirely coated with a plurality of pixel electrodes, for example, the conduction between adjacent pixel electrodes is prevented. can do. For this reason, a process such as a photolithography step of cutting out a portion that may be energized becomes unnecessary. Therefore, it can be easily manufactured without complicating the manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a reflective liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first configuration example of a pixel electrode layer of the reflective liquid crystal display element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a second configuration example of the pixel electrode layer of the reflective liquid crystal display element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of a liquid crystal display device configured using the reflective liquid crystal display element illustrated in FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a driving voltage and a transmittance when aluminum is used as a metal material of a pixel electrode (comparative example).
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between drive voltage and transmittance when a pixel electrode is coated with an ITO thin film via a SiO ₂ thin film.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between drive voltage and transmittance when a pixel electrode is coated with an ITO thin film via a SiN thin film.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the ITO thin film and the reflectance when the pixel electrode is coated with the ITO thin film via the SiO ₂ thin film.
FIG. 9 is an explanatory diagram collectively showing the asymmetry situation and the measurement result of the offset voltage in each example.
FIG. 10 is a waveform chart for explaining an example of a driving method in a liquid crystal display element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Light source, 19 ... Projection lens, 20 ... Screen, 21 ... Reflection type liquid crystal display element, 21R, 21G, 21B ... Liquid crystal light valve, 31 ... Glass substrate, 32 ... Transparent electrode layer, 33, 44 ... Alignment film, 35 ... Liquid crystal layer, 40 ... pixel electrode substrate, 41 ... substrate, 42A ... pixel electrode, 43 ... conductive thin film, 45 ... insulating thin film, 50, 50A ... reflecting electrode layer, 51 ... groove.

Claims

A pixel electrode substrate having a plurality of reflective pixel electrodes made of a metal material,
A counter substrate having a transparent electrode provided to face the pixel electrode,
A reflective liquid crystal display device including a liquid crystal injected between the pixel electrode substrate and the counter substrate,
A reflective liquid crystal display element, wherein a surface of the plurality of pixel electrodes facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode via an insulating thin film.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein the whole of the plurality of pixel electrodes including a groove between the adjacent pixel electrodes is covered with the insulating thin film.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein each of the plurality of pixel electrodes is independently covered with the insulating thin film.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein an oxide thin film, a nitride thin film, or a multilayer film thereof is used as the insulating thin film.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein an indium-tin oxide film (ITO) is used as a material of the transparent electrode and the conductive thin film.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein a main component of the pixel electrode is aluminum.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein the thickness of the conductive thin film is 10 nm or more and less than 300 nm.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein the pixel electrode is driven by a switching device provided on a silicon substrate.

2. The reflective liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal is a vertically aligned liquid crystal.

A liquid crystal display device comprising a reflective liquid crystal display element and displaying an image using light modulated by the reflective liquid crystal display element,
The reflective liquid crystal display element,
A pixel electrode substrate having a plurality of reflective pixel electrodes made of a metal material,
A counter substrate having a transparent electrode provided to face the pixel electrode,
Comprising a liquid crystal injected between the pixel electrode substrate and the counter substrate,
A liquid crystal display device, wherein a surface of the plurality of pixel electrodes facing the transparent electrode is covered with a conductive thin film of the same material as the transparent electrode via an insulating thin film.

A light source,
Projection means for projecting light emitted from the light source and modulated by the reflective liquid crystal display element onto a screen,
The liquid crystal display device according to claim 10, wherein the liquid crystal display device is configured as a reflection type liquid crystal projector.