(57)【要約】【課題】プロジェクター等のディスプレイに用いる垂直配向型の反射型液晶表示素子の配向方法に関する。【解決手段】共通電極３３上に第１配向膜２４が積層された第１基板３１と、前記第１基板と所定の間隙をもって対向しており、能動要素基板１１上に能動要素部１２、反射電極１８及び第２配向膜２２が積層された第２基板２１と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層４０とからなり、前記第２基板を構成する前記能動要素部、反射電極、及び第２配向膜は１の画素単位を構成し、前記能動要素基板上に多数の前記画素が縦横に配置されてなる垂直配向型の反射型液晶表示素子において、前記各画素を構成する能動要素部より入力信号に応じた電圧が供給される前記各反射電極面を、平坦であり、前記能動要素基板面に対し同一角度に傾斜させて形成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通電極上に第１配向膜が積層された第１基板と、
前記第１基板と所定の間隙をもって対向しており、能動要素基板上に能動要素部、反射画素電極、及び第２配向膜が順次積層された第２基板と、
前記第１配向膜と前記第２配向膜との間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層とからなり、前記第２基板を構成する前記能動要素部、前記反射画素電極、及び前記第２配向膜は１の画素単位を構成し、前記能動要素基板上に多数の前記画素がマトリクス状に配置されてなる垂直配向型の反射型液晶表示素子において、
前記各画素を構成する能動要素部より入力画像信号に応じた電圧が夫々供給される前記各反射画素電極面を、平坦であり、且つ前記能動要素基板面に対し同一角度に夫々傾斜させて形成したことを特徴とする垂直配向型の反射型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオプロジェクター等の大画面ディスプレイに用いる垂直配向型の反射型液晶表示素子に係り、特に、液晶に良好なプレチルト角を付与するのに好適な垂直配向型の反射型液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子を用いて映像を大画面に表示する装置として液晶プロジェクターがある。プロジェクターにおいては投射画像が高解像度で高輝度であることが性能上重要であるが、それらを両立させることが出来る液晶表示素子として反射型液晶表示素子がある。
【０００３】
次に反射型液晶プロジェクターに用いられる垂直配向型の反射型液晶表示素子の一例（特許文献１参照）について図と共に説明する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０‐１６１１２７号公報（第４頁、第１図）
【０００５】
図７は従来の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一例の断面図である。
同図の垂直配向型の反射型液晶表示素子は、Ｓｉ基板５１、絶縁体層５４、反射画素電極５８、配向膜６２よりなる能動素子基板６１と、ガラス基板７２、共通電極７３、配向膜７４よりなる透明基板７１と、前記両配向膜６２，７４間に封入した液晶層８０とより構成されている。
図７に示されるように、垂直配向型の反射型液晶表示素子においては、共通電極７３と反射画素電極５８との間に入力画像信号に応じた電圧が印加され、これにより両電極間に封入した液晶層８０の各液晶分子の分子が向く方向が制御される。
【０００６】
前記両配向膜６２，７４としてはポリイミド系高分子膜を用い、プレチルト角の設定に用いている。
なお、プレチルト角はディレクタ（液晶分子の長軸方向の向き）と液晶表示素子の液晶を封入している基板面に立てた法線のなす角度として定義する。
電圧の無印加時でプレチルト角が０度であると、電圧印加時に、液晶分子の傾斜方向が２通りに別れるため、ディレクタが相互に反対方向になるリバースチルトが発生してディスクネーションによる明暗の顕著なムラが現れ、表示特性の悪化の大きな原因となる。
【０００７】
なお、垂直配向型の反射型液晶表示素子においては、液晶は初期状態においてはディレクタが基板面に垂直で、基板間に電圧を印加することにより、その方向を変えるものである。
垂直配向型の反射型液晶表示素子の液晶は完全に垂直ではなく、僅かに傾斜させる（プレチルト角をもたせる）必要があることからプレチルト角の制御が必要となる。
【０００８】
液晶表示素子の封入されている液晶のプレチルト角には画質を決める上での適正値があり、プレチルト角が適正値より小さ過ぎる場合は配向規制力が小さいため、反射電極基板近傍で発生する基板面と平行な電界の影響でディスクリネーションが発生しやすい。反対にプレチルト角が適正値より大き過ぎる場合はコントラスト比が低下する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、配向膜としては、一般にラビング法により表面を配向したポリイミド系高分子膜が用いられているが、ポリイミド系高分子膜では、ラビング処理によっては、プレチルト角を自由に変えられないという課題があった。
【００１０】
また、図７に示されるように表面の形状が平坦な透明基板７１側に形成された配向膜７４に対しては、全面に均一なラビング処理が可能であるが、透明基板７１側と対向する能動素子基板６１側に形成された配向膜６２に対しては、同図に示されるように反射画素電極５８と反射画素電極５８との間の画素間部には微小な段差があり、反射画素電極５８表面には凹凸があり、ラビング処理を行った場合に、この段差や凹凸の影響で後に封入する液晶のプレチルト角が一定となるような均一に配向した配向膜を得ることは出来ないという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、ラビング処理により得られるプレチルト角より大きな所望の大きさで反射画素電極面上で均一な液晶のプレチルト角を有する垂直配向型の反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、
請求項１に記載された発明は、
共通電極３３上に第１配向膜２４が積層された第１基板３１と、
前記第１基板３１と所定の間隙をもって対向しており、能動要素基板１１上に能動要素部１２、反射画素電極１８、及び第２配向膜２２が順次積層された第２基板２１と、
前記第１配向膜２４と前記第２配向膜２２との間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層４０とからなり、前記第２基板を構成する前記能動要素部１２、前記反射画素電極１８、及び前記第２配向膜２２は１の画素単位を構成し、前記能動要素基板１１上に多数の前記画素がマトリクス状に配置されてなる垂直配向型の反射型液晶表示素子において、
前記各画素を構成する能動要素部１２より入力画像信号に応じた電圧が夫々供給される前記各反射画素電極１８面を、平坦であり、且つ前記能動要素基板面１１Ａに対し同一角度に夫々傾斜させて形成したことを特徴とする垂直配向型の反射型液晶表示素子を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子の実施の形態につき、好ましい実施態様により、以下に図１乃至図３と共に説明する。
【００１４】
図１は本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一実施態様の断面図である。
図２は本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一実施態様の平面図であり、図３は図２のＡ‐Ａ’部分の断面図で、液晶の初期配向状態を模式的に示した図である。
【００１５】
図１は、垂直配向型の反射型液晶表示素子を構成するマトリクス状に縦横に配設される複数個の画素表示部の内の一つを示したものである。
図１において、１１は能動要素基板（Ｓｉ基板）であり、その上に半導体プロセスによってＭＯＳ‐ＦＥＴ（１２）と電荷蓄積容量１３が形成されている。１４は絶縁体層、１５は能動素子であるＭＯＳ‐ＦＥＴ（１２）のドレイン、１６はＭＯＳ‐ＦＥＴ（１２）のゲート、１７はＭＯＳ‐ＦＥＴ（１２）のソースである。
【００１６】
また、１８は絶縁体層１４の上に形成した表面が能動要素基板の表面１１Ａに対して傾斜しているＡlからなる反射画素電極である。
各反射画素電極１８表面の能動要素基板１１の表面１１Ａに対する傾斜角度θは、次のようになっている。
図２のＡ-Ａ’に示したように、矩形状の表面を有する反射画素電極１８の表面において、その矩形の一方の対角線と、この対角線を含み、能動要素基板１１面に垂直な面が能動要素基板１１と交差する直線とのなす角をθとする。
【００１７】
その反射画素電極１８下側の一部がＭＯＳ-ＦＥＴ（１２）のソース１７に接続されていると共に、その接続部分から板状の信号検出部１９を側方へ延在せしめ、信号検出部１９と能動要素基板１１の間にＳｉＯ2の絶縁膜２０を介在させることで電荷蓄積容量１３を構成している。
【００１８】
従って、能動要素基板１１上に、一画素単位でスイッチング素子であるＭＯＳ-ＦＥＴ（１２）と電荷蓄積容量部１３と反射画素電極１８とが形成されて、全体として能動素子基板２１側が構成されている。
また、３１は透明基板であり、ガラス基板３２の片面に透明なＩＴＯを用いた共通電極膜３３を形成した構造になっている。
【００１９】
そして、能動素子基板２１側の傾斜処理して形成した反射画素電極１８と絶縁体層１４が現れた表面と、透明基板３１側の共通電極膜３３の表面にはそれぞれポリイミド系高分子膜から出来ている配向膜２２,２４が覆設され、各基板３１,２１の配向膜２２,２４の間に負の誘電異方性を有する液晶層４０を封入して、本実施態様の垂直配向型の反射型液晶表示素子１０を構成している。
【００２０】
液晶表示素子（デバイス）には種々の駆動方式が存在しているが、初期配向状態が配向膜２２,２４の表面に対してほぼ垂直（プレチルト角が略０°）で、電界をかけることで液晶を液晶基板配向膜２２,２４の表面に平行に寝かせる方式はコントラスト比や応答速度に優れ、反射型液晶プロジェクター用に最適な方式であると考えられている。
【００２１】
透明基板３１の配向膜２４へのチルト角を決める配向の付与は、配向膜２４面を一定方向にラビングすることによりなされる。
これに対して、能動素子基板２１の配向膜２２にはラビング処理を行っていないが、この結果、液晶配向膜２２に対し、ほぼ０°プレチルト角を有するようになるが、反射画素電極１８上の配向膜が、能動要素基板１１に対して角度θ傾斜しているため、これによって、ディレクタは能動要素基板１１に対して角度θ傾斜し、プレチルト角として角度θが得られる。
【００２２】
次に能動素子基板２１の反射画素電極１８の形成方法について図４と共に述べる。
図４は、反射型液晶表示素子を構成する傾斜した反射画素電極１８の形成方法の一実施態様の各工程を示した図であり、同図（ａ）はレジスト塗布工程１、（ｂ）は電子線照射工程２、（ｃ）はレジスト傾斜形成工程３、（ｄ）はドライエッチング工程４、（ｅ）は傾斜画素電極形成工程５を夫々示した図である。
【００２３】
（レジスト塗布工程１）
まず、同図（ａ）に示すように、従来の方法で形成されたフラットな面を有する反射画素電極（Ａｌ電極）１８Ａ上に、レジスト１８ａを塗布する。
【００２４】
（電子線照射工程２）
次に、同図（ｂ）に示すように、矩形状の各画素電極１８Ａ面がＡｌからなる反射画素電極１８に対して所定の傾斜θをさせる方向（矩形の対角線に沿った方向）に電子線の強度を変化させながら、その方向に垂直に走査しながら、電子線をレジスト１８ａ上に照射して露光する。
【００２５】
（レジスト傾斜形成工程３）
次に、それを現像し、同図（ｃ）に示すように、レジスト１８ａに傾斜角θの傾斜をつけたレジストパターン１８ｂを形成する。
【００２６】
（ドライエッチング工程４）
ここで、レジストパターン１８ｂのレジスト１８a材料としてはＡｌ電極１８Ａと同様のイオンエッチング速度をもつものを選択してある。
そして、同図（ｄ）に示すように、レジストパターン１８ｂ及びＡｌ電極１８Ａに対して一様なエッチング速度で、ドライエッチング（イオン・ミーリング）を行う。
【００２７】
（傾斜画素電極形成工程５）
これにより、同図（ｅ）に示すように、反射画素電極１８表面は、図示しない能動素子基板に対して角度θ傾斜して形成される。次に電極間に一部残ったレジストパターン１８ｂを除去する。
以上により能動要素基板面１１Ａに対して傾斜角θの付与された表面を有する反射画素電極層１８が形成される。
【００２８】
次に、図３と共に液晶素子の液晶分子の配向状態について説明する。
図３は本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一実施態様の液晶の配向状態（チルト角）を模式的に示した図である。
【００２９】
負の誘電異方性液晶４０をポリイミド系高分子膜よりなるラビング処理のなされていない配向膜２２，２４間に封入した場合、ディレクタ（液晶分子の長軸方向の向き）はこの配向膜２２，２４に対して垂直となる。
【００３０】
反射画素電極１８の表面が能動要素基板面１１Ａに対して傾斜角度θの傾斜をつけた場合には、ディレクタは、反射画素電極１８の表面に対しほぼ垂直になる。
従って、液晶のディレクタが、能動要素基板面１１Ａに対してプレチルト角（ａ１）を有することとなる。
【００３１】
一方、透明共通電極（ＩＴＯ）３３側の液晶に対するのプレチルトの付与は、従来通り配向膜をラビング法によって行われる。
ポリイミド系高分子膜からなる配向膜２４に対するラビングではこの配向膜２４側に配する液晶のプレチルト角（ａ２）は自由に変えられず２°以下程度にしか出来ないが、反射画素電極１８近傍の液晶のプレチルト角（ａ1）を前述のように能動要素基板１１面に対して所定傾斜角度θに設定することにより全体として反射型液晶表示素子１０のプレチルト角を設定した。
ここで、全体のプレチルト角としてはプレチルト角(ａ１)とプレチルト角(ａ２)のほぼ加算平均の値になる。
【００３２】
なお、このプレチルト角としては３〜１０°が解像度とコントラストの点を考慮すると好ましいことは発明者等の実験により既に判っている。
【００３３】
プレチルト角と画質との関係について発明者等の実験結果を述べる。
図５のデータは、図示しない評価用光学システムを用いてスクリーン上で白色ラインを種々な角度に表示した時の画像品位（色付き度合い）を目視で画像を評価した画像評価結果を、画素サイズ１３．５μｍ角のデバイスと７．６μｍ角のデバイスの場合について、プレチルト角（度）に対してそれぞれ示したものである。
【００３４】
図５に示されるように、画像評価の結果は、画素サイズ１３．５μｍ角のデバイスの場合においてはラインの色付きがプレチルト角が１度以下では明確に観察され、２度〜３度で色付きは改善がみられ、３度以上では色付きは実用上問題のないレベルまで減少している。
【００３５】
また、画素サイズ７．６μｍ角のデバイスの場合においては６度以上では色付きは実用上問題のないレベルまで減少している。
プレチルト角が大きくなるにしたがってディスクリネーションラインは画素の端に移動し、強度も小さくなる。
【００３６】
次に、図６にプレチルト（角）とコントラスト比の関係を示す。
コントラスト比の測定は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源から出た光を、偏光板を通して測定サンプルの液晶表示素子に入射させる。
変調を受けた反射光はビームスプリッタにより分離され、偏光板を通過後、光パワーメータに入射される。
【００３７】
サンプルの液晶表示素子のコントラスト比の測定は、入力画像信号駆動回路により液晶表示素子への入力画像信号のレベルを変化させ、その入力画像信号をゼロから最大レベルまで変化させ、そのときの光強度を光パワーメータで測定してコントラスト比の測定を行った。
【００３８】
図６に示される取得データのグラフは、プレチルト角が増大するとコントラスト比は低下する傾向を示す。
例えばプレチルト角が３度ではコントラスト比は略１００００：１で、６度ではコントラスト比は略１０００：１で、プレチルト角が１０度を超えるとコントラスト比は略１００：１以下となり、画像表示素子（デバイス）としてはコントラスト比は十分でなくなる。
【００３９】
よって、高画質を得るためにはプレチルト角は大きいほどよく、コントラストの良好な画質点を得るにはプレチルト角は小さいほどよく、例えばプレチルト角６度でコントラスト比１０００、プレチルト角３度でコントラスト比１００００を確保出来ることが判っている。
よって、高画質を得るための反射型液晶表示素子としては、そのプレチルト角は３〜１０°とすることが好ましい。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明によれば、共通電極上に第１配向膜が積層された第１基板と、前記第１基板と所定の間隙をもって対向しており、能動要素基板上に能動要素部１、反射画素電極、及び第２配向膜が順次積層された第２基板と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間隙に封入された負の誘電異方性を有する液晶層とからなり、前記第２基板を構成する前記能動要素部、前記反射画素電極、及び前記第２配向膜は１の画素単位を構成し、前記能動要素基板上に多数の前記画素がマトリクス状に配置されてなる垂直配向型の反射型液晶表示素子において、前記各画素を構成する能動要素部より入力画像信号に応じた電圧が夫々供給される前記各反射画素電極面を、平坦であり、且つ前記能動要素基板面に対し同一角度に夫々傾斜させて形成したので、反射電極基板の画素電極の傾斜により大きなプレチルト角が得られ、且つ、均一な配向膜が得られるので、この垂直配向型の反射型液晶表示素子を搭載することにより、表示品質に優れた垂直配向型の反射型液晶表示装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一実施態様の断面図である。
【図２】本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一実施態様の平面図である。
【図３】本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一実施態様の液晶の配向状態を模式的に示した図である。
【図４】本発明の垂直配向型の反射型液晶表示素子を構成する傾斜した反射画素電極の形成方法の一実施態様の各工程を示した図であり、同図（ａ）はレジスト塗布工程１、（ｂ）は電子線照射工程２、（ｃ）はレジスト傾斜形成工程３、（ｄ）はドライエッチング工程４、（ｅ）は傾斜画素電極形成工程５を夫々示した図である。
【図５】プレチルト角と画像評価の結果を示した図である。
【図６】プレチルト角とコントラスト比の関係を示したグラフである。
【図７】従来の垂直配向型の反射型液晶表示素子の一例の断面図である。
【符号の説明】
１０  垂直配向型の反射型液晶表示素子
１１  能動要素基板（Ｓｉ基板）
１１Ａ  能動要素基板面
１２  ＭＯＳ‐ＦＥＴ（能動要素部）
１３  電荷蓄積容量
１４  絶縁体層
１５  ＭＯＳ‐ＦＥＴ（１２）のドレイン
１６  ＭＯＳ‐ＦＥＴ（１２）のゲート
１７  ＭＯＳ‐ＦＥＴ（１２）のソース
１８  反射画素電極（Ａｌ電極）
１８Ａ  フラットな反射画素電極（Ａｌ電極）
１８ａ  レジスト
１８ｂ  レジストパターン
１９  信号検出部
２０  ＳｉＯ2の絶縁膜
２１  能動素子基板（第２基板）
２２  配向膜（第２配向膜）
２４  配向膜（第１配向膜)
３１  透明基板（第１基板）
３２  ガラス基板
３３  透明共通電極（ＩＴＯ）
４０  液晶層
ａ１  能動素子基板２１近傍のプレチルト角
ａ２  透明基板３１近傍のプレチルト角
θ  反射画素電極１８の能動要素基板１１に対する傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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