(57)【要約】【課題】  反射型液晶表示素子の分光反射特性を改善する。【解決手段】  液晶表示素子１は、ガラス基板２ａの一主面上に、透明電極６と、この透明電極６を被覆する配向膜１８とが形成された透明基板２と、透明基板２と対向配置されたシリコン基板３ａの透明電極６と対向する主面に、各画素１２ａに対応した複数のスイッチング駆動回路９及び反射画素電極１５と、これら複数の反射画素電極１５を被覆する保護膜１６と、この保護膜１６を被覆する配向膜１９とが形成された駆動回路基板３と、透明基板２側の配向膜１８と駆動回路基板３側の配向膜１９との間に介在される液晶層４とを備え、保護膜１６は、屈折率の異なる誘電体膜１６ａ，１６ｂが少なくとも２層以上積層されてなり、反射画素電極１５における反射率の波長依存性に応じて、積層された各誘電体膜１６ａ，１６ｂの膜厚の割合が設定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面上に透明電極と、この透明電極を被覆する配向膜とが形成された透明基板と、
上記透明基板と対向配置され、上記透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の駆動回路及び反射画素電極と、これら複数の反射画素電極を被覆する保護膜と、この保護層を被覆する配向膜とが形成された駆動回路基板と、
上記透明基板側の配向膜と上記駆動回路基板側の配向膜との間に介在される液晶層とを備え、
上記保護膜は、屈折率の異なる誘電体膜が少なくとも２層以上積層されてなり、上記反射画素電極における反射率の波長依存性に応じて、積層された各誘電体膜の膜厚の割合が設定されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
上記保護膜は、第１の誘電体膜と、この第１の誘電体膜よりも屈折率の大きい第２の誘電体膜とが交互に積層された構造を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
上記反射画素電極は、アルミニウム膜又はアルミニウムを主成分とする金属膜からなり、
上記保護膜は、酸化珪素膜と窒化珪素膜とがこの順で積層されてなることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
上記酸化珪素膜の膜厚と上記窒化珪素膜の膜厚とが、それぞれ３０〜１００ｎｍであり、上記酸化珪素膜の膜厚と上記窒化珪素膜の膜厚との総和が、１１５〜１７５ｎｍであることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項５】
上記駆動回路基板側の配向膜は、斜方蒸着された酸化珪素膜からなることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
【請求項６】
上記液晶層は、負の誘電異方性を有し、上記配向膜によって液晶分子を所定の方向にプレティルトを与えて垂直配向させた垂直配向液晶からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項７】
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液晶表示装置において、
上記液晶表示素子は、一主面上に透明電極と、この透明電極を被覆する配向膜とが形成された透明基板と、
上記透明基板と対向配置され、上記透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の駆動回路及び反射画素電極と、これら複数の反射画素電極を被覆する保護膜と、この保護層を被覆する配向膜とが形成された駆動回路基板と、
上記透明基板側の配向膜と上記駆動回路基板側の配向膜との間に介在される液晶層とを備え、
上記保護膜は、屈折率の異なる誘電体膜が少なくとも２層以上積層されてなり、上記反射画素電極における反射率の波長依存性に応じて、積層された各誘電体膜の膜厚の割合が設定されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
上記保護膜は、第１の誘電体膜と、この第１の誘電体膜よりも屈折率の大きい第２の誘電体膜とが交互に積層された構造を有することを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
上記反射画素電極は、アルミニウム膜又はアルミニウムを主成分とする金属膜からなり、
上記保護膜は、酸化珪素膜と窒化珪素膜とがこの順で積層されてなることを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
上記酸化珪素膜の膜厚と上記窒化珪素膜の膜厚とが、それぞれ３０〜１００ｎｍであり、上記酸化珪素膜の膜厚と上記窒化珪素膜の膜厚との総和が、１１５〜１７５ｎｍであることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
上記駆動回路基板側の配向膜は、斜方蒸着された酸化珪素膜からなることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
上記液晶層は、負の誘電異方性を有し、上記配向膜によって液晶分子を所定の方向にプレティルトを与えて垂直配向させた垂直配向液晶からなることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
光源と、この光源から出射され、上記液晶表示素子により変調された光をスクリーンに投射する投射手段とを備えることで、液晶プロジェクタとして構成されることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
上記光源は、高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項１３記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を変調して出射する液晶表示素子、並びにそのような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液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プロジェクションディスプレイ（プロジェクタ）等の各種表示装置、並びに各種携帯型電子機器及び各種情報処理端末等の表示部には、液晶パネルや液晶セル等と呼ばれる液晶表示素子が利用されている。この液晶表示素子には、大別して透過型と反射型とがある。透過型液晶表示素子は、背面に配置されたバックライトからの光を変調し透過光として出射する。一方、反射型液晶表示素子は、入射した光を変調し反射光として出射するものであり、近年、プロジェクタの高精細化、小型化及び高輝度化が進むにつれて、高精細化及び小型化が可能であり且つ高い光利用効率が期待できる表示デバイスとして注目され、実際に実用化されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
例えば図７に示す反射型液晶表示素子２００は、ＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)等の透明な導電材料からなる透明電極２０１が設けられたガラス基板２０２と、アルミニウムを主成分とする金属材料からなる反射画素電極２０３が設けられた駆動回路基板２０４とが互いに対向配置され且つその端縁部がシール材２０５によって封止されると共に、内部に液晶２０６を封入することで液晶層２０６が形成された構造を有している。また、ガラス基板２０２及び駆動回路基板２０４の対向面には、それぞれ液晶分子２０６ａを所定の方向に配向させるための配向膜２０７が設けられている。駆動回路基板２０４は、例えばＣ−ＭＯＳ(Complementary-Metal Oxide Semiconductor)型の半導体スイッチング駆動回路をシリコン基板上に形成したものであり、この上に形成される反射画素電極は、ガラス基板２０２側から入射した光を反射する機能及び液晶層２０６に対して電圧を印加する機能を有している。
【０００４】
この反射型液晶表示素子２００では、互いに対向するガラス基板２０２の透明電極２０１と駆動回路基板２０４の反射画素電極２０３との間に電圧を印加することで、液晶層２０６に対して電圧が印加される。このとき、液晶層４では、電極間の電位差に応じて光学的な特性が変化し、通過する光を変調させる。これにより、反射型液晶表示素子２００では、光変調による階調表示が可能となっている。
【０００５】
このような液晶表示素子に用いられる液晶には、誘電異方性（液晶分子の長軸に平行な誘電率ε(‖)と垂直な誘電率ε(⊥)との差Δε（＝ε(‖)―ε(⊥)））が正となるツイストネマティック液晶（以下、ＴＮ液晶という。）等の水平配向液晶がある。このＴＮ液晶は、駆動電圧がゼロとなるとき、液晶分子が基板に対して略水平にツイストした状態で配向し、いわゆるノーマリーホワイト表示モードと呼ばれる白表示を行う。一方、駆動電圧が印加されると、液晶分子が基板対して垂直方向に立ち上がることで、黒レベルを与える。また、このＴＮ液晶では、駆動電圧を印加した際に、液晶分子がどの方向に立ち上がるかを予め設定しておく必要があるため、実際には一定の方向に数°〜１０゜程度のプレティルトを与えている。
【０００６】
また、最近では、負の誘電異方性を有するネマティック液晶を垂直配向させた垂直配向液晶を用いる液晶表示素子が、コントラストが高く、応答速度が速いため、注目されている。この垂直配向液晶は、駆動電圧がゼロとなるとき、液晶分子が基板に対して略垂直に配向し、いわゆるノーマリブラック表示モードと呼ばれる黒表示を行う。一方、駆動電圧が印加されると、液晶分子が所定の方向にティルトし、そのとき生じる複屈折により光の透過率を変化させる。
【０００７】
また、この垂直配向液晶では、図８及び図９に示すように、液晶分子２０６ａの傾斜する方向が一様でないと明暗のムラが生じてしまうため、液晶分子２０６ａの長軸を画素電極２０３が形成された駆動回路基板２０４の法線に対して傾けるプレティルト角θを一定の方向Ｘに僅かに与えて垂直配向させる必要がある。このプレティルトを与える方向Ｘ、すなわち液晶分子２０６ａの配向方向は、一般的に偏光板等の光学系との組合せにより透過率が最大となるデバイスの略対角方向、すなわち略正方形状の反射画素電極２０３の略対角方向である略４５゜方向に設定されている。また、プレティルト角θがあまり大きいと、垂直配向性が劣化し、黒レベルが上昇してコントラストを低下させたり、Ｖ−Ｔ（駆動電圧−透過率）曲線に影響を与えることなる。したがって、一般的には、プレティルト角θを１゜〜５゜の角度範囲で制御している。
【０００８】
この垂直配向液晶にプレティルトを与える配向膜としては、酸化珪素等の無機材料を基板に対して斜め方向から蒸着させた斜方蒸着膜や、表面にラビング処理が施されたポリイミド等の高分子膜が用いられる。そして、プレティルトを与える方向及びその角度制御は、前者の斜方蒸着膜の場合には、その斜め蒸着の入射方向及び蒸着角度を制御し、後者の高分子膜の場合、そのラビング方向及びその条件を制御することで行われる。通常、その実用的な角度は、基板法線方向に対して４５゜〜６５゜程度である。
【０００９】
ところで、これら配向膜のうち、有機材料であるポリイミド膜は、入射する光の強度が増加するに従って、光による劣化が発生し、このことが近年問題となっている。これに対して、無機材料である酸化珪素膜は、光に対する安定性が高く、長期の駆動によっても特性が劣化しないため、長期信頼性の観点から優れており、注目され始めている。
【００１０】
また、上述した反射型液晶表示素子２００では、アルミニウム膜からなる反射画素電極２０３を腐食や傷等から守るために、この反射画素電極２０３の表面を酸化物や窒化物等からなる保護膜で覆ってからシリコン基板を出荷するのが一般的である。従来、このような保護膜としては、ＬＳＩプロセスで容易に形成可能な酸化珪素膜が用いられている。
【００１１】
ここで、膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜によって反射画素電極２０３が被覆されたシリコン基板における反射率の波長依存性を測定した測定結果を図１０に示す。また、その素子形成後における反射率の波長依存性を測定した測定結果を図１１に示す。
【００１２】
図１０に示すように、通常、液晶プロジェクタで用いられる光の波長帯域は、４３０〜７００ｎｍ程度であるが、酸化珪素膜で被覆された反射画素電極の反射率は、波長全域に亘って一定とはならずに、青色の波長帯域から赤色の波長帯域に向けて徐々に低下することがわかる。
【００１３】
また、図１１に示すように、液晶表示素子の形成後においても、酸化珪素膜で被覆された反射画素電極の反射率は、セルギャップ間の干渉によるうねりが加わっているものの、図１０に示すグラフとほぼ同様に、赤色の波長帯域で低くなっている。
【００１４】
すなわち、この赤色の波長帯域における反射率の低下は、反射画素電極を形成するアルミニウムの本質的な反射率の波長依存性によるものである。
【００１５】
また、上記反射型液晶表示素子２００を使用する反射型液晶プロジェクタでは、光源から出射された照明光を反射型液晶表示素子２００に入射させ、この反射型液晶表示素子２００によって変調された反射光を投射光学系がスクリーンに投射することで映像表示を行う。
【００１６】
ここで、反射型液晶プロジェクタの光源として主に使用される高圧水銀（ＵＨＰ）ランプの発光スペクトル特性を図１２に示す。
【００１７】
図１２に示すように、このＵＨＰランプの発光スペクトル特性は、波長の全域に亘って光量が一定とはならずに、赤色の波長帯域において光量が少なくなることがわかる。したがって、上述した反射画素電極における反射率の波長依存性は、高圧水銀（ＵＨＰ）ランプとの組み合わせによって、赤色の波長帯域における光量を益々低下させることになる。
【００１８】
このため、従来の液晶プロジェクタでは、明るさを重視した場合に、通常の使用において赤の足りない色作りを余儀なくされることとなり、結果として色バランスの悪化を招くといった問題が発生してしまう。逆に、色のバランス（例えばホワイトバランス）を重視した場合には、緑色と青色の波長帯域における反射率が高くても、光量の少ない赤色の波長帯域の光に合わせて、緑色や青色の波長成分の光を弱めて使用しなければならなず、結果として明るさの低下を招くといった問題が発生してしまう。
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−５７６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、反射画素電極における反射率の波長依存性の違いによる色バランスの悪化を改善しながら、高い反射率を維持することを可能とした液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００２１】
また、本発明は、そのような液晶表示素子を備えることによって、輝度レベルが高く且つ色バランスのよい高画質表示を行うことを可能とした液晶表示装置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】
【００２２】
この目的を達成するために、本発明に係る液晶表示素子は、一主面上に透明電極と、この透明電極を被覆する配向膜とが形成された透明基板と、透明基板と対向配置され、透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の駆動回路及び反射画素電極と、これら複数の反射画素電極を被覆する保護膜と、この保護層を被覆する配向膜とが形成された駆動回路基板と、透明基板側の配向膜と駆動回路基板側の配向膜との間に介在される液晶層とを備え、保護膜は、屈折率の異なる誘電体膜が少なくとも２層以上積層されてなり、反射画素電極における反射率の波長依存性に応じて、積層された各誘電体膜の膜厚の割合が設定されることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明に係る液晶表示装置は、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ものであり、液晶表示素子は、一主面上に透明電極と、この透明電極を被覆する配向膜とが形成された透明基板と、透明基板と対向配置され、透明電極と対向する主面に各画素に対応した複数の駆動回路及び反射画素電極と、これら複数の反射画素電極を被覆する保護膜と、この保護層を被覆する配向膜とが形成された駆動回路基板と、透明基板側の配向膜と駆動回路基板側の配向膜との間に介在される液晶層とを備え、保護膜は、屈折率の異なる誘電体膜が少なくとも２層以上積層されてなり、反射画素電極における反射率の波長依存性に応じて、積層された各誘電体膜の膜厚の割合が設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明に係る液晶表示素子では、屈折率の異なる誘電体膜が少なくとも２層以上積層されてなる保護膜によって反射画素電極が被覆されると共に、当該反射画素電極における反射率の波長依存性に応じて、積層された各誘電体膜の膜厚の割合が設定されることから、高い反射率を維持しながら、その分光反射特性を改善することが可能である。
【００２５】
また、上記保護膜は、第１の誘電体膜と、この第１の誘電体膜よりも屈折率の大きい第２の誘電体膜とが交互に積層された構造を有することが好ましい。
【００２６】
この場合、積層された各誘電体膜の境界面からの多重反射光が互いに干渉し合って増反射することから、更なる反射率の向上が可能である。
【００２７】
また、上記反射画素電極は、アルミニウム膜又はアルミニウムを主成分とする金属膜からなり、上記保護膜は、酸化珪素膜と窒化珪素膜とがこの順で積層されてなる構成であってもよい。
【００２８】
この場合、上記反射画素電極がアルミニウム膜又はアルミニウムを主成分とする金属膜からなることで、青色の波長帯域から赤色の波長帯域に向けて反射率が低下するものの、酸化珪素膜と窒化珪素膜とがこの順で積層されてなる保護膜によって、緑色から赤色の波長領域に亘って反射率を増加させることが可能である。これにより、高い反射率を維持しながら、液晶表示素子の分光反射特性を改善することが可能である。
【００２９】
特に、上記酸化珪素膜の膜厚と上記窒化珪素膜の膜厚とを、それぞれ３０〜１００ｎｍとし、上記酸化珪素膜の膜厚と上記窒化珪素膜の膜厚との総和を、１１５〜１７５ｎｍとした場合には、高い反射率を維持しながら、最適な色バランスを得ることが可能である。
【００３０】
また、上記駆動回路基板側の配向膜は、斜方蒸着された酸化珪素膜からなる構成であってもよい。
【００３１】
この場合、反射画素電極上に、低屈折率の酸化珪素膜と、高屈折率の窒化珪素膜と、低屈折率の酸化珪素膜とが、この順に積層された構造となることで、積層された各層の境界面からの多重反射光が互いに干渉し合って増反射することから、更なる反射率の向上が可能である。
【００３２】
また、本発明に係る液晶表示装置では、そのような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ことで、輝度レベルが高く且つ色バランスのよい高画質表示が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を適用した液晶表示素子及び液晶表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
先ず、図１に示す本発明を適用したアクティブ型の反射型液晶表示素子１について説明する。なお、図１に示す反射型液晶表示素子１では、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、図１中の寸法比率が実際と同じであるとは限らない。
【００３５】
この反射型液晶表示素子１は、互いに対向配置された透明基板２及び駆動回路基板３と、これら透明基板２と駆動回路基板３との間に介在される液晶層４と、これら透明基板２と駆動回路基板３との端縁部を封止するシール材５とを備えている。
【００３６】
透明基板２は、駆動回路基板３と対向する主面上に、光透過性を有する透明電極６が全面に亘って形成されたガラス基板２ａからなる。この透明電極６は、例えば酸化すず（ＳｎＯ２）と酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）との固溶体物質であるＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)等の透明な導電材料からなり、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。
【００３７】
駆動回路基板３は、図１，図２及び図３に示すように、例えばＣ−ＭＯＳ(Complementary-Metal Oxide Semiconductor)型やｎチャンネルＭＯＳ型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)７と、液晶層４に電圧を供給する補助容量であるコンデンサ８とからなるスイッチング駆動回路９を、シリコン基板３ａ上に各画素毎にマトリクス状に複数配列して形成したものである。また、このシリコン基板３ａ上には、各ＦＥＴ７のソース電極と電気的に接続された信号線１０と、各ＦＥＴ７のゲート電極と電気的に接続された走査線１１とが互いに直交する方向に複数並んで形成されている。そして、これら信号線１０と走査線１１との交差位置が各画素１２ａに対応しており、各画素１２ａがマトリクス状に配列されたることによって、矩形状の表示領域１２が形成されている。さらに、表示領域１２の外側の領域には、各信号線１０に表示電圧を印加する信号ドライバ１３と、各走査線１１に選択パルスを印加する走査ドライバ１４とがロジック部として形成されている。なお、スイッチング駆動回路９は、液晶層４の駆動電圧に対応した耐圧がトランジスタに要求されるため、一般的にロジック部よりも高い耐圧プロセスで作製される。
【００３８】
また、シリコン基板３ａ上には、各ＦＥＴ７のドレイン電極と電気的に接続された略矩形状の反射画素電極１５が、各画素１２ａ毎にマトリクス状に複数配列して形成されている。この反射画素電極１５は、可視領域で高い反射率を有する、例えばアルミニウム膜又はアルミニウムを主成分とする金属膜からなり、透明基板２側から入射した光を反射する機能及び液晶層４に対して電圧を印加する機能とを有している。
【００３９】
なお、ここでは、反射画素電極１５として、略正方形状のアルミニウム膜が形成されている。また、この反射画素電極１５の一辺の長さは、約８．４μｍであり、隣接する反射画素電極１５の間に設けられた隙間、いわゆる画素スペースは、約０．６μｍ（一般的には、０．３〜０．７μｍ程度）である。したがって、隣接する反射画素電極１５の画素ピッチは、約９（＝８．４＋０．６）μｍである（一般的には７〜１５μｍ程度）。また、この反射画素電極１５の厚みは、約１５０〜２５０ｎｍである。
【００４０】
また、この駆動回路基板３の透明基板２と対向する主面上には、反射画素電極１５を被覆する保護膜１６が形成されている。この保護膜１６は、第１の誘電体膜となる酸化珪素膜１６ａと、この第１の誘電体膜よりも屈折率の大きい第２の誘電体膜となる窒化珪素膜１６ｂとが、この順で積層された２層構造を有している。なお、保護膜１６のうち、酸化珪素膜１６ａの屈折率は約１．５であり、窒化珪素膜１６ｂの屈折率は、約１．９である。また、これら酸化珪素膜１６ａ及び窒化珪素膜１６ｂは、反射画素電極１５の表面全体を覆うように、例えばプラズマＣＶＤ等のＬＳＩプロセスで使用される薄膜形成技術によって順次成膜されている。
【００４１】
また、これら透明基板２と駆動回路基板３との互いに対向する対向面には、それぞれ透明電極６と保護膜１６とを被覆する配向膜１８，１９が形成されている。これら配向膜１８，１９は、後述する液晶層４の液晶分子４ａを所定の方向に配向させるため、例えば酸化珪素等の無機材料を基板に対して斜め方向から蒸着させた斜方蒸着膜や、表面にラビング処理が施されたポリイミド等の高分子膜からなる。なお、液晶層４のプレティルトを与える方向及びその角度制御は、前者の斜方蒸着膜の場合には、その斜め蒸着の入射方向及び蒸着角度を制御し、後者の高分子膜の場合、そのラビング方向及びその条件を制御することで行われる。通常、その実用的な角度は、基板法線方向に対して４５゜〜６５゜程度である。なお、ここでは、配向膜１８，１９として、例えば厚さ約５０ｎｍの酸化珪素膜が斜方蒸着により形成されている。
【００４２】
液晶層４は、透明電極６側の配向膜１８と反射画素電極１５側の配向膜１９との間に液晶を注入することにより形成されている。この液晶層４は、負の誘電異方性を有するネマティック液晶を上述した配向膜１８，１９によって垂直配向させた垂直配向液晶からなる。この垂直配向液晶は、駆動電圧がゼロとなるとき、液晶分子４ａがシリコン基板３ａに対して略垂直に配向し、いわゆるノーマリブラック表示モードと呼ばれる黒表示を行う。一方、駆動電圧が印加されると、液晶分子４ａが所定の方向にティルトし、そのとき生じる複屈折により光の透過率を変化させる。また、この垂直配向液晶では、上述した図８及び図９に示す場合と同様に、液晶分子４ａの傾斜する方向が一様でないと明暗のムラが生じてしまうため、液晶分子４ａの長軸を反射画素電極１５が形成された駆動回路基板３の法線に対して傾けるプレティルト角θを一定の方向Ｘに僅かに与えて垂直配向させている。このプレティルトを与える方向Ｘ、すなわち液晶分子４ａの配向方向は、偏光板等の光学系との組合せにより透過率が最大となる表示領域１２の略対角方向、すなわち反射画素電極１５の略対角方向である略４５゜方向に設定されている。また、プレティルト角θがあまり大きいと、垂直配向性が劣化し、黒レベルが上昇してコントラストを低下させたり、Ｖ−Ｔ（駆動電圧−透過率）曲線に影響を与えることなる。したがって、プレティルト角θを１゜〜７゜の角度範囲で制御している。
【００４３】
シール材５は、エポキシ系樹脂等からなり、透明基板２と駆動回路基板３との間にガラスビーズ（図示せず。）を適当な数だけ分散させた後に、数μｍ程度の厚みで配向膜１８，１９の間を封止する。また、このシール材５により封止された内部に液晶を封入することで上記液晶層４が形成されている。なお、シール材５は、これら配向膜１８，１９の側面を覆うように形成することも可能である。
【００４４】
以上のように構成される反射型液晶表示素子１では、透明基板２側から入射した入射光が、液晶層４を通過しながら、駆動回路基板３側の反射画素電極１５で反射された後に、反射光として入射光とは逆向きに、液晶層４及び透明基板２を通過して出射される。このとき、液晶層４は、透明電極６と反射画素電極１５との間に印加される駆動電圧の電位差に応じて、その光学的な特性が変化し、通過する光を変調させることになる。したがって、この反射型液晶表示素子１では、上述した光変調による階調表現が可能となり、その変調された反射光を映像表示に利用することが可能となっている。
【００４５】
ところで、この反射型液晶表示素子１では、反射画素電極１５における反射率の波長依存性に応じて、反射画素電極１５を被覆する保護膜１６の酸化珪素膜１６ａと窒化珪素膜１６ｂとの膜厚の割合が設定されている。
【００４６】
これにより、反射型液晶表示素子１では、高い反射率を維持しながら、その分光反射特性を改善することが可能である。
【００４７】
すなわち、この反射型液晶表示素子１では、酸化珪素膜１６ａの膜厚と窒化珪素膜１６ｂとの比率及び総和を最適化することによって、反射画素電極１５における反射率の波長依存性を補正し、色バランスの調整を行うことが可能である。
【００４８】
具体的に、この反射型液晶表示素子１において、反射画素電極１５は、アルミニウム膜又はアルミニウムを主成分とする金属膜からなることで、上述した図１０及び図１１に示す測定結果のように、青色の波長帯域から赤色の波長帯域に向けて徐々に反射率が低下する。一方、酸化珪素膜１６ａと窒化珪素膜１６ｂとがこの順で積層されてなる保護膜１６によって、緑色から赤色の波長領域に亘って反射率を増加させることができる。
【００４９】
したがって、この反射型液晶表示素子１では、反射率を低下させることなく、緑色の波長領域を中心に青色から赤色の広い波長領域に亘って反射率を略均等化することが可能であり、良好な色バランスを得ることが可能である。
【００５０】
ここで、反射画素電極１５を被覆する保護膜１６の酸化珪素膜１６ａと窒化珪素膜１６ｂとの膜厚の割合を変化させた試料を作製し、その反射率の波長依存性について測定した。また、比較のため、従来のように反射画素電極１６が酸化珪素膜１６ａの単層のみで被覆された試料についても、その反射率の波長依存性について測定した。以下、実際に作製した試料１〜６の保護膜の厚みをまとめたものを表１に示す。
【００５１】
【表１】
2005156717.tif 000003
【００５２】
なお、試料１〜６を作製する際は、ＩＴＯ膜からなる透明電極が成膜されたガラス基板と、アルミニウム膜からなる正方形の反射画素電極上に、プラズマＣＶＤにより膜厚が制御された保護膜を成膜したシリコン基板とを作製し、洗浄を行った後に、蒸着装置を用いて酸化珪素からなる配向膜を斜め蒸着により成膜した。なお、反射画素電極の画素ピッチは９μｍとし、画素スペースＣは０．６μｍとした。配向膜の厚みは、５０ｎｍとし、液晶のプレティルト角が約２．５゜となるように配向膜の蒸着角度を５５゜となる範囲で制御する。また、プレティルトを与える方向（液晶分子の配向方向）は、反射画素電極の略対角方向とする。次に、配向膜が形成された両基板の間に直径２μｍのガラスビーズを適当な数だけ散布し、エポキシ樹脂からなるシール材を用いて両基板を対向配置させた状態で端縁部を封止する。次に、メルク社製の負の誘電異方性を有するネマティック液晶材料を内部に注入し、セル厚が２μｍとなる反射型液晶表示素子を作製した。
【００５３】
そして、これら試料１〜６の保護膜によって反射画素電極が被覆されたシリコン基板における反射率の波長依存性を測定した。その測定結果を図４に示す。また、このうち、試料１〜４の素子形成後における反射率の波長依存性を測定した。その測定結果を図５に示す。
【００５４】
図４及び図５に示す測定結果から、試料１のように、反射画素電極１５を酸化珪素膜１６ａの単層のみで被覆した場合には、反射率が波長全域に亘って一定とはならず、青色の波長帯域から赤色の波長帯域に向けて反射率が低下することがわかる。
【００５５】
一方、試料２〜６では、酸化珪素膜１６ａの膜厚と窒化珪素膜１６ｂの膜厚との総和が反射率の波長依存性に影響しており、その総和が大きくなるに従って、反射率のピークが短波長側から長波長側へとシフトすることがわかる。
【００５６】
また、試料５のように、酸化珪素膜１６ａの膜厚と窒化珪素膜１６ｂの膜厚との総和が１８０ｎｍ程度まで増加すると、赤色よりも青色の波長領域における反射率が低下してしまう。逆に、試料６のように、酸化珪素膜１６ａの膜厚と窒化珪素膜１６ｂの膜厚との総和が１１０ｎｍ程度まで減少すると、青色よりも赤色の波長領域における反射率が低下してしまうことがわかる。
【００５７】
したがって、試料２〜４のように、酸化珪素膜１６ａの膜厚と窒化珪素膜１６ｂの膜厚との総和が１１５〜１７５ｎｍの範囲内にあるとき、緑色の波長領域を緩やかなピークとして、青色から赤色の広い波長領域に亘って略均一な反射率が得られることがわかる。
【００５８】
また、酸化珪素膜１６ａ及び窒化珪素膜１６ｂは、余り膜厚が厚くなり過ぎると、それぞれの界面での誘電分極により焼付きが発生してしまう。例えば１０００時間を超える長期駆動によって焼付きの発生が認められたことから、酸化珪素膜１６ａ及び窒化珪素膜１６ｂは、安定化のため、それぞれの膜厚を１００ｎｍ以下とすることが望ましい。逆に、酸化珪素膜１６ａ及び窒化珪素膜１６ｂは、余り膜厚が薄くなり過ぎると、膜質の低下を招くことになる。したがって、膜質を良好とするためには、酸化珪素膜１６ａの膜厚及び窒化珪素膜１６ｂの膜厚をそれぞれ３０ｎｍ以上とすることでが望ましい。
【００５９】
以上のことから、保護膜１６は、酸化珪素膜１６ａの膜厚と窒化珪素膜１６ｂの膜厚とを、それぞれ３０〜１００ｎｍとし、酸化珪素膜１６ａの膜厚と窒化珪素膜１６ｂの膜厚との総和を、１１５〜１７５ｎｍとすることが好ましいことが明らかとなった。
【００６０】
これにより、反射型液晶表示素子１では、高い反射率を維持しながら、その分光反射特性を改善することが可能であり、その結果、最適な色バランスを得ることが可能である。
【００６１】
なお、窒化珪素膜１６ｂは、酸化珪素膜１６ａよりの緻密で耐湿性に富むため、保護膜１６を酸化珪素膜１６ａの単層で形成する場合よりも、酸化珪素膜１６ａと窒化珪素膜１６ｂとを積層することで、この保護膜１６の耐湿性及び保存特性を向上させることが可能である。
【００６２】
また、上記保護膜１６は、第１の誘電体膜となる酸化珪素膜１６ａと、この第１の誘電体膜よりも屈折率の大きい第２の誘電体膜となる窒化珪素膜１６ｂとが積層された構造を有している。この場合、積層された各層の境界面からの多重反射光が互いに干渉し合って増反射することから、反射率を高めることが可能である。
【００６３】
さらに、この反射型液晶表示素子１では、上記駆動回路基板３側の配向膜１９が酸化珪素膜からなることで、反射画素電極１５上に、低屈折率の酸化珪素膜１６ａと、高屈折率の窒化珪素膜１６ｂと、低屈折率の酸化珪素膜とが交互に積層された、いわゆる誘電体ミラー構造となっている。これにより、反射型液晶表示素子１では、層の数が増加するほど、上述した増反射効果が増すことになることから、更なる反射率の向上が可能である。
【００６４】
なお、上記保護膜１６は、酸化珪素膜１６ａと窒化珪素膜１６ｂとがこの順に積層されたものに必ずしも限定されるものではなく、屈折率の異なる誘電体膜を少なくとも２層以上積層し、上記反射画素電極１５における反射率の波長依存性に応じて、積層された各誘電体膜の膜厚の割合を設定することによって、高い反射率を維持しながら、上記反射型液晶表示素子１の分光反射特性を改善することが可能である。
【００６５】
次に、本発明を適用した液晶表示装置として、例えば図６に示す反射型液晶プロジェクタ１００について説明する。
【００６６】
この反射型液晶プロジェクタ１００は、いわゆる３板方式として、赤，緑，青の３原色に対応した３つの液晶表示パネルに上記反射型液晶表示素子１を使用し、スクリーンＳ上に拡大投影されたカラー映像を表示する投射型の液晶表示装置である。
【００６７】
具体的に、この反射型液晶プロジェクタ１００は、照明光を出射する光源であるランプ１０１と、ランプからの照明光を赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）に分離する光分離手段であるダイクロイック色分離フィルタ１０２及びダイクロイックミラー１０３と、これら分離された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）を映像データに基づいて変調する各色に対応した液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと、変調された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）を１つの映像となるように合成する光合成手段である合成プリズム１０５と、合成された照明光をスクリーンＳに投射する投射手段である投射レンズ１０６とを備えている。
【００６８】
ランプ１０１は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）を含む白色光を照射するものであり、例えばハロゲンランプや、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀（ＵＨＰ）ランプ等の高輝度な放電ランプ等が用いられる。
【００６９】
また、ランプ１０１とダイクロイック色分離フィルタ１０２との間の光路中には、ランプ１０１から出射された照明光の照度分布を均一化するフライアイレンズ１０７や、照明光のＰ，Ｓ偏光成分を一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）に変換する偏光変換素子１０８、照明光を集光させるコンデンサレンズ１０９等が配置されている。
【００７０】
ダイクロイック色分離フィルタ１０２は、ランプ１０１から照射された白色光を青色光（Ｂ）とその他の色光（Ｒ，Ｇ）とに分離する機能を有し、分離された青色光（Ｂ）とその他の色光（Ｒ，Ｇ）とを互いに逆向きに反射させる。
【００７１】
また、ダイクロイック色分離フィルタ１０２と液晶表示パネル１０４Ｂとの間には、分離された青色光（Ｂ）を液晶表示パネル１０４Ｂに向けて反射させる全反射ミラー１１０が配置され、ダイクロイック色分離フィルタ１０２とダイクロイックミラー１０３との間には、分離されたその他の色光（Ｒ，Ｇ）をダイクロイックミラー１０３に向けて反射させる全反射ミラー１１１が配置されている。
【００７２】
ダイクロイックミラー１０３は、その他の色光（Ｒ，Ｇ）を赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）とに分離する機能を有し、分離された赤色光（Ｒ）を液晶表示パネル１０４Ｒに向かって透過させ、分離された緑色光（Ｇ）を液晶表示パネル１０４Ｇに向かって反射させる。
【００７３】
また、各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂと合成プリズム１０５との間には、それぞれ分離された各色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに導く偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂが配置されている。
【００７４】
各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂは、入射した各色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離する機能を有し、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに向かって反射させ、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）を合成プリズム１０５に向かって透過させる。
【００７５】
各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂは、上記反射型液晶表示素子１からなり、各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂによって導かれた一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）の光を映像信号に応じて偏光変調させながら、その偏光変調された光を各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂに向かって反射させる。
【００７６】
合成プリズム１０５は、いわゆるクロスキューブプリズムであり、各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂを通過した他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）の各色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を合成する機能を有し、合成された光を投射レンズ１０６に向かって出射する。具体的に、この合成プリズム１０５は、４つの直角プリズムを貼り合わせてなるものであり、それぞれの貼り合わせ面には、特定の波長の光を反射させるダイクロイック層が形成されている。そして、この合成プリズム１０５は、液晶表示パネル１０４Ｒによって変調された赤色光（Ｒ）を投射レンズ１０６側に反射させ、液晶表示パネル１０４Ｇによって変調された緑色光（Ｇ）を投射レンズ１０６側に透過させ、液晶表示パネル１０４Ｂによって変調された青色光（Ｂ）を投射レンズ１０６側に反射させることによって、これらの色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を１つの映像となるように合成する。
【００７７】
なお、この反射型液晶プロジェクタ１００は、合成プリズム１０５によって合成された映像がスクリーンＳ上で一致するように、液晶表示パネル１０４Ｒ，１４Ｂによる赤，青の映像に対して、液晶表示パネル１０４Ｇによる緑の映像を左右反転させて表示する。
【００７８】
投射レンズ１０６は、合成プリズム１０５からの光をスクリーンＳに向かって拡大投影する機能を有している。
【００７９】
なお、この反射型液晶プロジェクタ１００では、各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ、合成プリズム１０５及び各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂが一体化されることによって、１つの光学ブロックを構成しており、このような光学ブロックを備えることで、更なる小型化が図られている。
【００８０】
以上のように構成される反射型液晶プロジェクタ１００では、ランプ１０１から出射された照明光がダイクロイック色分離フィルタ１０２及びダイクロイックミラー１０３によって赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）に分離される。これら分離された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）は、Ｓ偏光成分の光であり、各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂを通って各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂへと入射される。各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに入射された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）は、映像データに基づいて、各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの各画素に印加される駆動電圧に応じて偏光変調された後、各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂに向かって反射される。そして、これら変調された赤色光（Ｒ），緑色光（Ｇ），青色光（Ｂ）は、Ｐ偏光成分の光のみが各偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂを透過し、合成プリズム１０５によって１つの映像となるように合成され、この合成された光が投射レンズ１０６によってスクリーンＳ上に拡大投射される。そして、このスクリーンＳ上に拡大投影されたカラー映像を表示する。
【００８１】
上述したように、この反射型液晶プロジェクタ１００では、各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂに上記反射型液晶表示素子１を用いることで、各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの反射率を低下させることなく、緑色の波長領域を中心に青色から赤色の広い波長領域に亘って反射率を略均等化することが可能である。したがって、この反射型液晶プロジェクタ１００では、輝度レベルが高く且つ色バランス（特に、ホワイトバランス）のよい高画質表示が可能である。
【００８２】
また、上記反射型液晶プロジェクタ１００では、ランプ１０１としてＵＨＰランプを使用した場合に、上述した図１２に示すＵＨＰランプの発光スペクトル特性から赤色の波長帯域における光量が少なくなるものの、このＵＨＰランプの発光スペクトル特性に応じた各液晶表示パネル１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂの反射分光特性の改善を行うことで、輝度レベル（明るさ）の向上及び色バランスの最適化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
なお、本発明は、上述した垂直配向液晶を用いた反射型液晶表示素子１に限定されるものではなく、上述した液晶の種類によらず、入射した光を変調し反射光として出射する反射型の液晶表示素子（液晶電気光学素子）、並びにそのような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液晶表示装置に対して適用可能である。
【００８４】
また、本発明は、上述した反射型液晶プロジェクタ１００のような液晶表示素子によって変調された光をスクリーンに投射して映像表示を行う投射型の液晶表示装置に限定されるものではなく、本発明を適用した液晶表示素子を直接見るような直視型の液晶表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明を適用した反射型液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図２】上記反射型液晶表示素子の駆動回路基板の構成を示す模式図である。
【図３】上記反射型液晶表示素子のスイッチング駆動回路の構成を示す回路図である。
【図４】試料１〜６の反射画素電極が保護膜で被覆されたシリコン基板における反射率の波長依存性を示す特性図である。
【図５】試料１〜４の素子形成後における反射率の波長依存性を示す特性図である。
【図６】本発明を適用した反射型液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図７】従来の反射型液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図８】垂直配向液晶に与えるプレティルトの方向を示す駆動回路基板の平面図である。
【図９】液晶分子の配向方向を示し、Ａは、その平面図であり、Ｂは、その側面図である。
【図１０】反射画素電極が酸化珪素膜で被覆されたシリコン基板における反射率の波長依存性を示す特性図である。
【図１１】素子形成後における反射率の波長依存性を示す特性図である。
【図１２】ＵＨＰランプの発光スペクトル特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  反射型液晶表示素子、  ２  透明基板、  ３  駆動回路基板、  ４  液晶層、  ５  シール材、  ６  透明電極、  ９  スイッチング駆動回路、  １５  反射画素電極、１６  保護膜、  １６ａ  酸化珪素膜（第１の誘電体膜）、  １６ｂ  窒化珪素膜（第２の誘電体膜）、  １７，１８  配向膜、  １００  反射型液晶プロジェクタ、  １０１  ランプ、  １０２  ダイクロイック色分離フィルタ、  １０３  ダイクロイックミラー、  １０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ  液晶表示パネル、  １０５  合成プリズム、  １０６  投射レンズ、  １１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ  偏光ビームスプリッタ
【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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【図８】
2005156717.tif 000011
【図９】
2005156717.tif 000012
【図１０】
2005156717.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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