(57)【要約】【課題】  輝度の低下及び黒浮きの発生等の表示品位を低下させることなく、液晶を封止すべき一対の基板間の間隔を平行に保持して、安定に生産できる反射型液晶表示素子を提供する。【解決手段】  スイッチング素子とこれに接続する画素電極１０１を所定の画素電極間隙１０３を有してマトリクス状に配置して構成したアクティブマトリクス基板と、共通電極を一方の面上に形成したガラス基板とを対向させて、所定の基板間間隙になるように配置して、前記基板間間隙に液晶を封止して構成する反射型液晶表示素子において、画素電極間の画素電極間隙の交差部１０４に、前記基板間間隙を保持するためのフォトレジストからなる柱状スペーサ１０２を設けてあり、柱状スペーサ１０２の総面積Ｓ１と画素電極１０１及び画素電極間隙１０３からなる画素領域の面積Ｓ２との比を、０．００７（％）≦Ｓ１／Ｓ２≦０．０２７（％）とした。【選択図】図１
2006267415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板上に互いに直交する複数の選択線と複数のデータ線が形成されており、これら複数の選択線と複数のデータ線の交差する部分にそれぞれスイッチング素子とこれに接続する画素電極を所定の画素電極間隙を有してマトリクス状に配置して構成したアクティブマトリクス基板と、共通電極を一方の面上に形成したガラス基板とを、前記画素電極と前記共通電極とを対向させて所定の基板間間隙になるように配置して、前記基板間間隙に液晶を封止して構成する反射型液晶表示素子において、
前記画素電極間の画素電極間隙の交差部に、前記基板間間隙を保持するためのフォトレジストからなる柱状スペーサを設けてあり、前記柱状スペーサの総面積Ｓ１と前記画素電極及び前記画素電極間隙からなる画素領域の面積Ｓ２との比を、
０．００７（％）≦Ｓ１／Ｓ２≦０．０２７（％）
としたことを特徴とする反射型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタおよびプロジェクションＴＶに用いる反射型液晶表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶プロジェクタ及びプロジェクションＴＶに用いられる反射型液晶表示素子としては、アクティブマトリクス型の液晶表示素子が広範に普及している。
この反射型液晶表示素子は、Ｓｉ基板上に互いに直交する複数の選択線と複数のデータ線が形成されており、これら複数の選択線と複数のデータ線の交差する部分にそれぞれスイッチング素子とこれに接続する画素電極をマトリクス状に配置して構成したアクティブマトリクス基板と、共通電極を一方の面上に形成したガラス基板とを、画素電極と共通電極とを対向させて所定の間隙になるように配置して、その間隙に液晶を封止したものより構成されている。
【０００３】
この反射型液晶表示素子においては、一般に、アクティブマトリクス基板とガラス基板の間隙（以下、単に、一対の基板間隙、又は基板間隔ともいう）を、数μｍ（例えば３μｍ）一定に、かつ基板間隙の面内分布を可能な限り均一になるように保持することが必要である。このために、所定の直径を有する球状のスペーサビーズ（スペーサボールともいう）を画素領域となるアクティブマトリクス基板とガラス基板の間隙に散布しておき、これにより、間隙を平行に保持してそこに液晶を封止する方法（例えば、特許文献１参照。）が広く採用されている。
【特許文献１】特開平１１−２６４９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スペーサビーズを、液晶を封止すべき基板間に散布して、基板間隔を保持する方法においては、スペーサビーズは基板間隙に浮遊しているに過ぎないため、液晶注入時あるいは、パネルに組み立てた後にパネルに対する接触などによる外的圧力によりスペーサビーズが移動してしまい、基板間隔を良好に平行に保てなくなり液晶表示素子の光学特性の均一性を確保できないという問題点が生じる。また、スペーサビーズ散布時に微妙な位置制御が出来ないために、スペーサビーズの分布の不均一性やスペーサビーズの凝集により光学特性を確保できないという問題点が生じる。
【０００５】
また、反射型液晶表示素子においては、透過型液晶表示素子と異なり、画素領域は全て投影されるので、高輝度化に伴って、スペーサビーズの存在そのものが反射型液晶表示素子の表示品位を損ねてしまうという問題があった。すなわち、基板間の良好な間隙を維持するためにスペーサビーズの量を増加すると素子の輝度が低下してしまい、また、スペーサビーズ周辺の液晶の配向乱れに起因する、黒表示において輝度がわずかに上昇してしまう、いわゆる黒浮きが発生するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を解決して、輝度の低下及び黒浮きの発生等の反射型液晶表示素子の表示品位を低下させることなく、液晶を封止すべき一対の基板間の間隔を平行に保持して、安定に生産することが可能な反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する手段として、本発明は、Ｓｉ基板上に互いに直交する複数の選択線と複数のデータ線が形成されており、これら複数の選択線と複数のデータ線の交差する部分にそれぞれスイッチング素子とこれに接続する画素電極を所定の画素電極間隙を有してマトリクス状に配置して構成したアクティブマトリクス基板と、共通電極を一方の面上に形成したガラス基板とを、前記画素電極と前記共通電極とを対向させて所定の基板間間隙になるように配置して、前記基板間間隙に液晶を封止して構成する反射型液晶表示素子において、前記画素電極間の画素電極間隙の交差部に、前記基板間間隙を保持するためのフォトレジストからなる柱状スペーサを設けてあり、前記柱状スペーサの総面積Ｓ１と前記画素電極及び前記画素電極間隙からなる画素領域の面積Ｓ２との比を、０．００７（％）≦Ｓ１／Ｓ２≦０．０２７（％）としたことを特徴とする反射型液晶表示素子である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の反射型液晶表示素子は、請求項１記載によれば、画素電極間の画素電極間隙の交差部に、基板間間隙を保持するためのフォトレジストからなる柱状スペーサを設けてあり、前記柱状スペーサの総面積Ｓ１と前記画素電極及び前記画素電極間隙からなる画素領域の面積Ｓ２との比を、０．００７（％）≦Ｓ１／Ｓ２≦０．０２７（％）としたことにより、輝度の低下及び黒浮きの発生等の反射型液晶表示素子の表示品位を低下させることなく、液晶を封止すべき一対の基板間の間隔を平行に保持して、安定に生産することが可能な反射型液晶表示素子を提供出来るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、本発明に係る反射型液晶表示素子について説明する。
反射型液晶表示素子は、アクティブマトリクス基板とガラス基板とを対向配置した間隙に液晶を封止したものより構成される。
【００１１】
アクティブマトリクス基板は、Ｓｉ基板上に互いに直交する複数の選択線と複数のデータ線が形成されており、これら複数の選択線と複数のデータ線の交差する部分にそれぞれスイッチング素子とこれに接続する反射画素電極（以下、単に画素電極ともいう）をマトリクス状に配置して構成してある。データ線はスイッチング素子の入力部（ソース）に接続されており、選択線はスイッチング素子のゲートに接続され、画素電極はスイッチング素子の出力部（ドレイン）に接続されている、すなわちアクティブマトリクス回路が構成されている。
【００１２】
ガラス基板の一方の面上には共通電極が形成されている。
ここで、アクティブマトリクス基板とガラス基板を、画素電極と共通電極とを対向するように所定幅の間隙となるように配置して、その間隙に液晶を封止して反射型液晶表示素子を構成している。
画素電極は、矩形（正方形）状であり、所定の画素電極間隙を有して配置されている。画素電極間隙の複数の交差部には、以下に説明する所定の柱状スペーサが形成されている。
【００１３】
図１は、アクティブマトリクス基板上に形成した反射画素電極及び柱状スペーサの配置例を示す図である。
同図に示すように、画素電極１０１は一辺１２．８μｍの正方形であり、画素電極間隔１０３は０．７μｍで、マトリクス状に配置されている。画素電極間隙の交差部１０４には、円柱状の柱状スペーサ１０２が配置されている。
【００１４】
同図では、すべての画素電極間隙の交差部に配置した例を示してあるが、実施例１の反射型液晶表示装置を構成するアクティブマトリクス基板においては、図２に示すように、４画素電極１０１離れた画素電極間隙の交差部１０４に柱状スペーサ１０２を形成してある。
【００１５】
次に、本発明の反射型液晶表示素子の本実施例１について説明する。
まず、一辺１２．８μｍである反射画素電極１０１を画素電極間隔０．７μｍで配置し、アクティブマトリックス回路を形成したＳｉ基板（アクティブマトリクス基板）、およびＩＴＯ膜を形成したガラス基板を用意した。
【００１６】
図２は、本発明の反射型液晶表示素子の実施例１における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
同図に示すように、アクティブマトリクス基板にネガ型の感光性樹脂（ＪＳＲ製、型式ＢＰＲ−１０７）を塗布し、フォトリソグラフィーにより、縦（Ｙ）方向及び横（Ｘ）方向において４画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に、円柱状の柱状スペーサ１０２を形成した。
【００１７】
柱状スペーサ１０２は、直径２μｍであり、高さが液晶を封入するアクティブマトリクス基板とガラス基板との間隔（以下、単に、一対の基板間隔ともいう）の幅例えば３μｍで構成してある。
ここで、形成する柱状スペーサ１０２のサイズは一対の基板間隔を保持する点からは、面積が大きいほど有利であるが、あまり大きくすると柱状スペーサ１０２が画素電極１０１上にまで大きくはみ出して形成されてしまう。一方、あまり小さくすると必要な柱状スペーサ１０２のスペーサとしての強度が極端に低下し、一対の基板間隔保持が出来ずに、一対の基板を貼り合わせる際に、柱状スペーサ１０２が破壊されてしまう。これらの相反する点を考慮して直径２μｍとした。
【００１８】
次に、アクティブマトリクス基板の画素電極１０１及び柱状スペーサ１０２の形成面およびガラス基板のＩＴＯ形成面上に無機配向膜を成膜した。
次に、アクティブマトリクス基板の液晶注入窓領域を除き、エポキシ樹脂をアクティブマトリクス基板上の画素領域（すなわち、反射電極１０１が配置されている領域である）外に塗布した後、このエポキシ樹脂を介してガラス基板を張り合わせた。
【００１９】
次に、エポキシ樹脂を硬化させ、液晶パネル枠を形成した。ここで、画素領域に柱状スペーサ１０２を有するため、一対の基板間隔の均一化が容易であることはいうまでもない。
次に、この液晶パネル枠に液晶を注入し本実施例１の反射型液晶表示素子を作製した。
【００２０】
ここで、実施例１の反射型液晶表示素子において、画素のサイズ（反射画素電極サイズと画素電極間隔との和）は、１２．８μｍ＋０．７μｍ＝１３．５μｍである。画素数は１０００×１０００個である。従って、画素領域の面積Ｓ２は１８２２５００００μｍ2となる。
【００２１】
一方、一個の柱状スペーサ１０２の表面面積は、（２μｍ／２）2×３．１４＝３．１４μｍ2である。４画素電極１０１毎に１個の柱状スペーサを配置してあるので、画素領域の柱状スペーサ数は１２６×１２６個あり、画素領域の柱状スペーサの総面積Ｓ１は４９８５０．６４μｍ2となる。
従って、柱状スペーサ１０２の総面積Ｓ１と画素領域の面積Ｓ２との比は０．０２７％となる。
これを、図６において実施例１で示す。
図６は、柱状スペーサの反射画素電極領域に対する面積比を示すグラフ図である。
同図において、縦軸は面積比（Ｓ１／Ｓ２）を、横軸は、試料をそれぞれ示す。
【００２２】
一方、本実施例１の反射型液晶表示素子の単色でのピーク輝度、および黒表示における黒浮きを評価比較するために、柱状スペーサ１０２を形成しないアクティブマトリクス基板を作製し、画素領域に光学特性を確保できる所定量の直径３μｍのスペーサビーズを散布した以外は同様の工程で、アクティブマトリクス基板にガラス基板を貼り合わせて反射型液晶表示素子を作製し、基板間隔が３μｍとなっているものを比較試料として良品を選別した。これを柱状スペーサ無しの反射型液晶表示素子とする。
【００２３】
実施例１の反射型液晶表示素子と柱状スペーサ無しの反射型液晶表示素子について、単色でのピーク輝度、および黒表示における輝度を測定した。
前面投射の三板式反射型液晶用光学系を用いて、グリーンチャンネルに液晶表示素子を取り付け、単色でのピーク輝度、及び黒表示における輝度を測定した。なお、輝度測定には、カラーアナライザ（コニカミノルタ（株）製、型式ＣＡ１００−ＰＬＵＳ）を用いた。
【００２４】
単色でのピークおよび黒表示のそれぞれにおいて、柱状スペーサ無しの反射型液晶表示素子で得られる輝度を１００％とした場合、実施例１の反射型液晶表示素子においては、単色でのピークの輝度は９８．３％であり（図７の（Ａ）に示す）、この輝度低下は＜２％であり実用範囲である、また、黒表示の輝度は１００％であり（図７の（Ｂ）に示す）、黒浮き現象は生じていなかった。
【００２５】
なお、図７は、単色でのピーク輝度および黒表示における輝度の変化率を示すグラフ図である。図７の（Ａ）は、単色でのピーク輝度表示における輝度の変化率（縦軸）を試料毎（横軸）に、図７の（Ｂ）は、黒表示における輝度の変化率（縦軸）を試料毎（横軸）に、それぞれ示すものである。
【００２６】
ここで、柱状スペーサ１０２を画素領域に配置した場合、柱状スペーサ１０２が存在する場所では、液晶は存在しないので、この部分では変調をかけることができない。また、柱状スペーサ１０２の周辺（直近）部分においても、液晶は画素電極１０１上とは異なった挙動を示すことが知られており、これらのことから、例えば、黒表示のための電圧をかけているにもかかわらず上記の領域だけはぼんやりと光ってしまうとか、また、白表示のための電圧をかけているにもかかわらず柱状スペーサ１０２の部分では実際には反射がおこらない（部分的に反射画素電極１０１を覆っているので）為に、単色でのピーク輝度における明るさが、低下してしまう、といった現象が起こる。柱状スペーサ１０２の画素領域に占める割合が大きければ、当然明るさは大きく変化することになるが、その割合を所定値以下に抑えることで、明るさの変化を実用上問題ないレベルに抑える事ができる。
【００２７】
このように、実施例１の反射型液晶表示装置によれば、所定の柱状スペーサを画素電極間隙の交差部に設け、柱状スペーサの総面積Ｓ１と画素領域の面積Ｓ２との比が０．０２７％となるようにすることにより、輝度の低下及び黒浮きの発生等の反射型液晶表示素子の表示品位を低下させることなく、液晶を封止すべき一対の基板間の間隔を平行に保持して、安定に生産することが可能な反射型液晶表示素子を提供出来る。
【実施例２】
【００２８】
実施例２の反射型液晶表示素子は、実施例１の反射型液晶表示素子において、アクティブマトリクス基板上で縦横両方向に４画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を形成したのに代えて、縦横両方向に８画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を設けた以外は、実施例１と同様にして作製したものである。
【００２９】
図３は、本発明の反射型液晶表示素子の実施例２における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
同図に示すように、実施例２においては、アクティブマトリクス基板上に縦横両方向に８画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を形成してある。
ここで、実施例２の反射型液晶表示素子において、実施例１と同様に、画素領域の面積Ｓ２は１８２２５００００μｍ2となる。
【００３０】
一方、一個の柱状スペーサ１０２の表面面積は、（２μｍ／２）2×３．１４＝３．１４μｍ2である。８画素電極１０１毎に１個の柱状スペーサ１０２を配置してあるので、画素領域の柱状スペーサ数は６３×６３個あり、画素領域の柱状スペーサの総面積Ｓ１は１２４２６．６６μｍ2となる。
従って、柱状スペーサ１０２の総面積Ｓ１と画素領域の面積Ｓ２との比は０．００７％となる。
これを、図６において実施例２で示す。
【００３１】
次に、実施例１と同様にして実施例２の反射型液晶表示素子の単色でのピーク輝度、および黒表示における輝度を測定した。
白および黒表示のそれぞれにおいて、柱状スペーサ無しの反射型液晶表示素子で得られる輝度を１００％とした場合、実施例２の反射型液晶表示素子においては、白表示の輝度は９８．２％であり（図７の（Ａ）に示す）、この輝度低下は＜２％であり実用範囲である、また、黒表示の輝度は１００％であり（図７の（Ｂ）に示す）、黒浮き現象は生じていなかった。
【００３２】
（比較例１）
比較例１の反射型液晶表示素子は、実施例１の反射型液晶表示素子において、アクティブマトリクス基板上で縦横両方向に４画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を形成したのに代えて、縦横両方向に２画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を設けた以外は、実施例１と同様にして作製したものである。
【００３３】
図４は、本発明の反射型液晶表示素子の比較例１における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
同図に示すように、比較例１においては、アクティブマトリクス基板上に縦横両方向に２画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を形成してある。
ここで、比較例１の反射型液晶表示素子において、実施例１と同様に、画素領域の面積Ｓ２は１８２２５００００μｍ2となる。
【００３４】
一方、一個の柱状スペーサ１０２の表面面積は、（２μｍ／２）2×３．１４＝３．１４μｍ2である。２画素電極１０１毎に１個の柱状スペーサ１０２を配置してあるので、画素領域の柱状スペーサ数は２５１×２５１個あり、画素領域の柱状スペーサの総面積Ｓ１は１９７８２３．１４μｍ2となる。
従って、柱状スペーサ１０２の総面積Ｓ１と画素領域の面積Ｓ２との比は０．１０９％となる。
これを、図６において比較例１で示す。
【００３５】
次に、実施例１と同様にして比較例１の反射型液晶表示素子の単色でのピーク輝度、および黒表示における輝度を測定した。
白および黒表示のそれぞれにおいて、柱状スペーサ無しの反射型液晶表示素子で得られる輝度を１００％とした場合、比較例１の反射型液晶表示素子においては、白表示の輝度は９１．２％であり（図７の（Ａ）に示す）、この輝度低下は約９％であり、実用範囲には入らない、また、黒表示の輝度は１５７．１％であり（図７の（Ｂ）に示す）、黒浮き現象が顕著であり、実用範囲には入らない。
【００３６】
（比較例２）
比較例２の反射型液晶表示素子は、実施例１の反射型液晶表示素子において、アクティブマトリクス基板上で縦横両方向に４画素電極１０１離れた画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を形成したのに代えて、縦横両方向に各画素電極１０１毎の画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を設けた以外は、実施例１と同様にして作製したものである。
【００３７】
図５は、本発明の反射型液晶表示素子の比較例２における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
同図に示すように、比較例２においては、アクティブマトリクス基板上に縦横両方向に各画素電極１０１毎の画素電極間隙の各交差部１０４に柱状スペーサ１０２を形成してある。
ここで、比較例２の反射型液晶表示素子において、実施例１と同様に、画素領域の面積Ｓ２は１８２２５００００μｍ2となる。
【００３８】
一方、一個の柱状スペーサ１０２の表面面積は、（２μｍ／２）2×３．１４＝３．１４μｍ2である。２画素電極１０１毎に１個の柱状スペーサ１０２を配置してあるので、画素領域の柱状スペーサ数は１００１×１００１個あり、画素領域の柱状スペーサの総面積Ｓ１は３１４６２８３．１４μｍ2となる。
従って、柱状スペーサ１０２の総面積Ｓ１と画素領域の面積Ｓ２との比は１．７２６％となる。
これを、図６において比較例２で示す。
【００３９】
次に、実施例１と同様にして比較例２の反射型液晶表示素子の単色でのピーク輝度、および黒表示における輝度を測定した。
白および黒表示のそれぞれにおいて、柱状スペーサ無しの反射型液晶表示素子で得られる輝度を１００％とした場合、比較例２の反射型液晶表示素子においては、白表示の輝度は７２．１％であり（図７の（Ａ）に示す）、この輝度低下は約２８％であり、とても実用範囲には入らない、また、黒表示の輝度は３２８．６％であり（図７の（Ｂ）に示す）、黒浮き現象が極めて顕著であり、実用範囲には入らない。
【００４０】
このように、アクティブマトリクス基板上の画素領域に、アクティブマトリクス基板とガラス基板の間隔を正確・安定に保持するためのフォトレジストからなる柱状スペーサを設ける場合、画素領域に占める柱状スペーサの面積の割合（Ｓ１／Ｓ２）が大きくなると、柱状スペーサ部分での光の散乱による輝度低下が顕著になってくるが、４画素毎以上に柱状スペーサを配置する（Ｓ１／Ｓ２≦０．０２７）場合、輝度低下を実用上問題の無い２％以下にまで抑制することが出来、黒表示においても、実用上問題の無いレベルを保つことが出来ることがわかった。
【００４１】
なお、８より大きい値の画素毎に柱状スペーサを配置する場合は、アクティブマトリクス基板とガラス基板との間隔を安定に均一に保持することが困難となるので、Ｓ１／Ｓ２≧０．００７とすることが必要である。（Ｓ１／Ｓ２）が上記の数値に範囲になるように柱状スペーサを規則的に配置するのであれば、反射型液晶表示装置の光学特性を維持して、安定均一に基板間隔を保持し、安定した光学特性を得ることが出来る。また、柱状スペーサを容易に安定に製造できるので、反射型液晶表示素子を安定に生産することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】アクティブマトリクス基板上に形成した反射画素電極及び柱状スペーサの配置例を示す図である。
【図２】本発明の反射型液晶表示素子の実施例１における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
【図３】本発明の反射型液晶表示素子の実施例２における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
【図４】本発明の反射型液晶表示素子の実施例１における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
【図５】本発明の反射型液晶表示素子の実施例１における反射画素電極に対する柱状スペーサの配置を示す図である。
【図６】柱状スペーサの反射画素電極領域に対する面積比を示すグラフ図である。
【図７】単色でのピーク輝度および黒表示における輝度の変化率を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１    反射画素電極
１０２    柱状スペーサ
１０３    画素電極間隙
１０４    画素電極間隙の交差部
【図１】
2006267415.tif 000003
【図２】
2006267415.tif 000004
【図３】
2006267415.tif 000005
【図４】
2006267415.tif 000006
【図５】
2006267415.tif 000007
【図６】
2006267415.tif 000008
【図７】
2006267415.tif 000009