(57)【要約】【課題】反射性画素電極と対向電極の仕事関数差により発生するフリッカー現象、液晶内部イオンによる焼付現象が発生する。さらに仕事関数差により発生する内部電池電圧が時間により変化することにより液晶表示装置の表示品質の低下が発生する。【解決手段】液晶表示装置は、複数の反射性画素電極を有する第一電極基板と該第一電極基板に相対する透明導電膜間に液晶を封入するとともに、反射性画素電極と透明導電膜間に、反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を設ける。【選択図】図１
2007286368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反射性画素電極を有する第一電極基板と該第一電極基板に相対する透明導電膜からなる対向電極を有する第二電極基板間に液晶を封入して形成する液晶表示装置であって、
前記反射性画素電極と対向電極との間に、該反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
複数の反射性画素電極を有する第一電極基板と該第一電極基板に相対する透明導電膜からなる対向電極を有する第二電極基板間に液晶を封入して形成する液晶表示装置であって、
前記反射性画素電極と液晶との間に、該反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
前記電荷トラップ素子は、前記反射性画素電極上で、かつ反射性画素電極と液晶との間に設け、反射性画素電極側より、
電荷トンネル層、電荷トラップ層、トップ層からなることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記電荷トラップ素子は、前記反射性画素電極上で、かつ反射性画素電極と液晶との間に設け、反射性画素電極側より、
電荷トンネル層として薄いトンネルシリコン酸化膜、電荷トラップ層として薄いシリコン窒化膜、トップ層としてトップシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記電荷トラップ素子は、電荷トンネル層と電荷トラップ層が一体で有ることを特徴とする請求項３または４項記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記電荷トラップ素子は、前記反射性画素電極上で、かつ反射性画素電極と液晶との間に設け、反射性画素電極側より、
電荷トンネル層と電荷トラップ層を兼用する薄いシリコン窒化膜、トップ層としてトップシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項２または５項記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記電荷トラップ素子と液晶との間、および、対向電極と液晶との間には、シリコン酸化膜からなる液晶配向膜を有することを特徴とする請求項１乃至６項の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記電荷トラップ素子を構成するトップ層は、液晶配向膜と同一膜であ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】
前記電荷トラップ素子は、反射性画素電極毎に分離することなく、複数の反射性画素電極のマトリクス配置からなる表示領域上の全面に形成してなることを特徴とする請求項２乃至８項の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記反射性画素電極は、アルミニウムを含む金属膜からなることを特徴とする請求項１乃至９項の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記対向電極を構成する透明導電膜は、酸化インジウムを含む膜からなることを特徴とする請求項１乃至１０項の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第一電極基板上に設ける反射性画素電極は、スイッチング素子に電気的接続されることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至１１項の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第一電極基板は、シリコン基板であることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至１２項の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１つに記載の液晶表示装置と、光源と偏光手段とレンズとを有することを特徴とするプロジェクション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射性画素電極を有する液晶表示装置とプロジェクション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の高精細化、小型化、および高輝度化が進み、液晶表示装置を構成するシリコン素子基板上に反射性画素電極を設け、小型、高精細であり、かつ高い光利用効率を有するシリコン素子基板型液晶表示装置が注目されている。ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）と呼ばれている。
【０００３】
図８は、本発明に係わる反射型液晶表示装置の断面を模式的に示す断面模式図である。図９は、従来技術による反射型液晶表示装置の素子部の一部を示す断面図である、図１０は、従来技術による反射型液晶表示装置の反射性画素電極と対向電極間の構成を示すブロック図である。図１１は、従来の反射型液晶表示装置の反射性画素電極と対向電極間にグランド電位基準に対称な電圧を印加する印加電圧波形と、その際に反射型液晶表示装置からの光出射強度を示す光出射波形を示す波形図である。図１２は、従来の反射型液晶表示装置の反射性画素電極と対向電極間に光出射波形が正フィールドと負フィールドで対称となるために、グランド電位に対してオフセット電圧を付加した印加電圧波形とその際に反射型液晶表示装置からの光出射強度を示す光出射波形を示す波形図である。以下に図８、図９、図１０、図１１と図１２とを交互に用いて従来例を説明する。
【０００４】
第一電極基板１は、例えばアクティブ型の第一電極基板１の最上層の電極に、反射性画素電極４として銅を数％含むアルミニウム膜を用いた構造となっている。第一電極基板１は、例えば、シリコン基板１−１上に、Ｃ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ−Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の半導体スイッチング回路を形成した構成となっている。より詳しくは、シリコン基板１−１上に、拡散層（図示せず）、ゲート電極（図示せず）、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ  Ｓｉ）電極（図示せず）、およびアルミニウム電極（図示せず）などが積層されている。アルミニウム電極とポリシリコン電極は、それぞれ層間絶縁膜（図示せず）によって覆われている。この第一電極基板１は、通常、Ｃ−ＭＯＳのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）プロセスにより作製され、シリコン基板１−１上にＬＳＩ回路部２を有する構成からなる。
【０００５】
図９に示す反射性画素電極４は、密着層（図示せず）を介して層間絶縁膜の上に積層されている。反射性画素電極４は、例えばモリブデン（Ｍｏ）を埋め込んだコンタクトホール（図示せず）によって層間絶縁膜の下層に形成された電極に導通されている。さらに、第一電極基板１には、反射性画素電極４の間を埋め平面を平坦にするための平坦化絶縁膜５と液晶２１を配向するシリコン酸化（ＳｉＯｘ）からなる液晶配向膜３を有する。
【０００６】
第一電極基板１とシール材２２により所定の間隙を設けて対向する第二電極基板１１は、例えばガラス基板１１−１の液晶２１側には、透明導電膜からなる対向電極１２と液晶２１を配向するシリコン酸化（ＳｉＯｘ）からなる液晶配向膜１３を有する。ガラス基板１１−１の対向電極１２と反対の面には、液晶表示装置へ入射する光の反射を防止するための反射防止層（図示せず）を有し、ガラス基板１１−１と対向電極１２との間には、ガラス基板と対向電極１２との屈折率差を低減し、界面での反射を防止するための屈折率差防止層（図示せず）を有する。
【０００７】
図１０に示すブロック図を用いて説明すれば、液晶２１に対向する電極間は、対向電極１２を構成する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる透明導電膜、シリコン酸化膜からなる液晶配向膜１３、液晶２１、シリコン酸化膜からなる液晶配向膜３と銅等を数％含むアルミニウム膜等からなる反射性画素電極４から構成される。
【０００８】
第一電極基板１と第二電極基板１１との間には、誘電率異方性が負のｎ型液晶からなる液晶２１を封入する。ｎ型液晶は、反射性画素電極４と対向電極１２との電圧差が小さい場合には各基板１１、１２に対してほぼ垂直に分子が配列し、電圧差が大きくなると各基板１１、１２に対して分子が寝る液晶であり、ＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃｌａ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶表示装置に利用する液晶である。
【０００９】
前記反射型液晶表示装置では、反射性画素電極４と対向電極１２との間に印加電圧により電位差を生じさせることで、両電極間に挟まれた液晶２１が、印加電圧に応じた光学的な特性変化をし、これにより、入射光が変調される。例えば、直線偏光で入射してきた光が、これと垂直な成分を持つように変調される。この変調光を、検光子（図示せず）を介して黒白あるいは、階調表現を行うことで、映像表示を行う。
【００１０】
ところで、液晶表示装置の駆動方式では、液晶内に存在するイオンが、液晶表示装置駆動中に片方の基板に焼き付く問題がある。これを防ぐために、通常、所定期間毎に駆動電圧の極性を反転させることで、液晶に常時一方向の電圧を印加しないようにしている。
【００１１】
図１１に、この駆動方式の概念図を示し、横軸は時間軸４０、縦軸は電圧軸である。グランド電位に対して両電極間に印加される電位差の絶対値が同じ（対称電圧）で、これを一定間隔で反転させる。正フィールド４１の期間には、Ｖａ（＋）を印加し、負フィールド４２には、Ｖａ（−）を印加する。しかしながら、実際の液晶表示装置、特に反射型液晶表示装置の場合、印加電圧４３がプラスとマイナスの場合とで液晶２１にかかる実効的な電圧に差が生じることがある。これは、反射型液晶表示装置では、反射性画素電極４と対向電極１２の電極材料が異なることに起因している。
【００１２】
すなわち、上述したように反射性画素電極４としては、一般に銅等がわずかに混合されたアルミニウム金属膜などが使用されることが多いのに対して、対向電極１２を構成する透明電極には、一般に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜が用いられている。この場合、ＩＴＯとアルミニウムの仕事関数（ワークファンクション）は各材料に固有のものであり、同じではない。すなわち、アルミニウムの仕事関数は、一般的に４．２ｅＶ〜４．３ｅＶであるのに対し、ＩＴＯの仕事関数は、一般的に４．７ｅＶ〜４．９ｅＶとなっている。
【００１３】
このため、反射型液晶表示装置のように両電極を対向させた構成の場合には、両電極間の仕事関数差（ワークファンクションディファレンス）がビルトインポテンシャルとして発生することとなる。この電位差は、両電極に固有の仕事関数差により決まるため、常時、液晶表示装置に一定の電圧が印加されていることになる。このため、絶対値の等しいＶａ（＋）とＶａ（−）を印加しても、実際に液晶２１に印加される電圧（実効電圧）がＶａ（＋）とＶａ（−）と異なることになり、ちょうど交流駆動に直流が重畳された状態となる。その結果、正フィールド４１と負フィールド４２で反射型液晶表示装置からの反射強度、すなわち光出射強度が異なることになり、フリッカー現象が発生して、反射型液晶表示装置の品質を落とすと共に、反射型液晶表示装置内に電池効果による内部電圧が蓄積されて焼き付きを発生させる等の問題を起こすこととなる。この様子は、図１１に示す正フィールド４１のオフセット電圧なしの正フィールドの光出射波形４８と、負フィールド４２のオフセット電圧なしの負フィールドの光出射波形４９となる。
【００１４】
対向電極１２を構成する透明電極の材料を反射性画素電極４と同じアルミニウムにすることで、仕事関数差はなくなり、このような問題は起こらない。しかしながら、これでは液晶表示装置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表示装置では、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装置が持つ本質的な問題と言える。
【００１５】
反射型液晶表示装置では、前記した反転駆動時の非対称性をなくすために、図１２に示したように、駆動電圧に直流的なオフセット電圧（Ｖoffset）５０を印加電圧Ｖａ（＋）とＶａ（−）に付加し、オフセット電圧印加後の正フィールドの印加波形５１とオフセット電圧印加後の負フィールドの印加波形５２の印加波形を用い、各フィールド４１，４２における反射型液晶表示装置からの光出射強度をオフセット電圧印加後の正フィールドの光出射波形５３とオフセット電圧印加後の正フィールドの光出射波形５４のように、ほぼ同一にすることが必要になる。例えば、反射性画素電極４にアルミニウム、対向電極１２にＩＴＯを用いた場合、オフセット電圧（Ｖoffset）５０は、約０．７Ｖになる。
【００１６】
しかしながら、このオフセット電圧５０の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５０が初期の設定値から徐々に変化し、結果的に、再び反射型液晶表示装置内にイオンの焼き付きを発生させることも知られている。このため、反射型液晶表示装置の長期駆動時の信頼性が低下する。
【００１７】
一方、以下の特許公報では、反射性画素電極４の材料として、アルミニウムとは異なる材料、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、オフセット電圧を低減できることが示されている。あるいは、アルミニウム膜からなる反射性画素電極４上に前記膜を直接あるいは、絶縁膜を介して形成し、絶縁膜を介して形成する場合は絶縁膜にコンタクトホールを形成して電気的に接続することにより、オフセット電圧を低減できることが記載されている。（特許文献１、特許文献２、特許文献３）
【００１８】
他の方法としては、アルミニウム膜を反射性画素電極４とすることで、液晶２１へのイオン的な影響が発生するため、反射性画素電極４上に不動態膜を形成することにより、アルミニウム膜から液晶２１への悪影響を防止する手法が開示されている。（特許文献４）
【００１９】
次に電荷トラップ素子を半導体メモリーに利用した従来例を説明する。図１３はＭＯＮＯＳメモリー素子の断面模式図であり、図１４はＭＯＮＯＳメモリー素子のエネルギーバンド図である。電荷トラップ素子は、ＭＯＮＯＳメモリー素子と呼ばれ、低電圧で書き込み、消去が可能である。図１３に示すように、シリコン基板５５には、不純物イオンをドーピングしてなるソース５６とドレイン５７とを有し、該ソース５６とドレイン５７との間がチャネル領域５８となる。チャネル領域５８と、ソース５６とドレイン５７上には、トンネルシリコン酸化膜５９、電荷をトラップする薄いシリコン窒化膜６０とトップシリコン酸化膜６１とを有し、該トップシリコン酸化膜上にゲート６２を有する。
【００２０】
図１４紙面右側がシリコン基板５５であり、左側がゲート６２である。フェルミレベル７１からシリコンのコンダクションバンド７６とシリコンのバレンスバンド７７が離れ、コンダクションバンド７６とバレンスバンドとの差がシリコンバンドギャップ７２となる。真空準位７５とシリコンのコンダクションバンド７６との差が、シリコン電子親和力７３となる。シリコン基板５５上には、各バンドギャップを有する２２Åのシリコン酸化膜からなるトンネルシリコン酸化膜５９、３０Åのシリコン窒化膜からなる電荷をトラップする薄いシリコン窒化膜６０と３３Åのシリコン酸化膜からなるトップシリコン酸化膜６１とを有し、該トップシリコン酸化膜６１上にアルミニウム膜からなるゲート６２を有する。７９は金属の仕事関数である。ＭＯＮＯＳメモリー素子は、ＭＯＳ構造を有する素子のゲート部にトンネルシリコン酸化膜５９、電荷をトラップする薄いシリコン窒化膜６０とトップシリコン酸化膜６１の３層構造を採用し、ゲート部に電荷を蓄積して、ＭＯＳ構造を有する素子のチャネル領域の電流の流れ易さを制御することにより、データーをメモリーする素子であり、液晶表示装置に利用する構造の開示ではない。
【００２１】
【特許文献１】特開平９−２４４０６８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０６０４号公報
【特許文献３】特開２００５−４９８１７号公報
【特許文献４】特開平１０−２０６８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、反射性画素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、適切な材料とは言えない。特に強力は光源を有するプロジェクター用途には、光の吸収があるため、反射性画素電極により温度が上昇し、液晶あるいは、液晶配向膜への悪影響が発生する。
【００２３】
また、反射性画素電極上に不動態層を形成するだけでは、仕事関数によるオフセット電圧の補償には十分ではなく、また、反射性画素電極上に対向電極と同様の透明導電膜を形成する場合には、反射性画素電極との電気的接続、さらには、画素電極形状にパターン形成する必要が発生する。
【００２４】
また、電荷トラップ素子をＭＯＮＯＳメモリー素子として利用する場合はあるが、反射型液晶表示素子の表示画素部に利用する、さらには、反射性画素電極と対向電極との間に利用することは考えられていない。
【００２５】
そこで、反射性画素電極と対向電極との間の内部電圧を低減するために、反射特性を低下させることなく、さらに、パターン形成により反射性画素電極への影響を生じることなく、容易にしかも簡単で確実に内部電圧（必要なオフセット電圧）を小さくする方法が求められている。
【００２６】
本発明の目的は前記問題に鑑みなされたもので、反射性画素電極と対向電極との間に発生する内部電圧（必要なオフセット電圧）を簡単な構造を付与することで低減し、液晶応答の非対称性の要因となる電池効果をなくし、印加電圧波形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る反射型液晶表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
複数の反射性画素電極を有する第一電極基板と該第一電極基板に相対する透明導電膜からなる対向電極を有する第二電極基板間に液晶を封入して形成する液晶表示装置であって、前記反射性画素電極と対向電極との間に、該反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を具備する液晶表示装置とする。
【００２８】
複数の反射性画素電極を有する第一電極基板と該第一電極基板に相対する透明導電膜からなる対向電極を有する第二電極基板間に液晶を封入して形成する液晶表示装置であって、前記反射性画素電極と液晶との間に、該反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を具備する液晶表示装置とする。
【００２９】
前記電荷トラップ素子は、前記反射性画素電極上で、かつ反射性画素電極と液晶との間に設け、反射性画素電極側より、電荷トンネル層、電荷トラップ層、トップ層からなる液晶表示装置とする。
【００３０】
前記電荷トラップ素子は、前記反射性画素電極上で、かつ反射性画素電極と液晶との間に設け、反射性画素電極側より、電荷トンネル層として薄いトンネルシリコン酸化膜、電荷トラップ層として薄いシリコン窒化膜、トップ層としてトップシリコン酸化膜からなる液晶表示装置とする。
【００３１】
前記電荷トラップ素子は、電荷トンネル層と電荷トラップ層が一体で有る液晶表示装置とする。
【００３２】
前記電荷トラップ素子は、前記反射性画素電極上で、かつ反射性画素電極と液晶との間に設け、反射性画素電極側より、電荷トンネル層と電荷トラップ層を兼用する薄いシリコン窒化膜、トップ層としてトップシリコン酸化膜からなる液晶表示装置とする。
【００３３】
前記電荷トラップ素子と液晶との間、および、対向電極と液晶との間には、シリコン酸化膜からなる液晶配向膜を有する液晶表示装置とする。
【００３４】
前記電荷トラップ素子を構成するトップ層は、液晶配向膜と同一膜である液晶表示装置とする。
【００３５】
前記電荷トラップ素子は、反射性画素電極毎に分離することなく、複数の反射性画素電極のマトリクス配置からなる表示領域上の全面に形成してなる液晶表示装置とする。
【００３６】
前記反射性画素電極は、アルミニウムを含む金属膜からなる液晶表示装置とする。
【００３７】
前記対向電極を構成する透明導電膜は、酸化インジウムを含む膜からなるこ液晶表示装置とする。
【００３８】
前記第一電極基板上に設ける反射性画素電極は、スイッチング素子に電気的接続される液晶表示装置とする。
【００３９】
前記第一電極基板は、シリコン基板である液晶表示装置とする。
【００４０】
前記液晶表示装置と、光源と偏光手段とレンズとを有するプロジェクション装置とする。
【発明の効果】
【００４１】
前記反射性画素電極と対向電極に、反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を設けることで、電荷トラップ素子の電荷のトラップ量により、反射性画素電極と対向電極との仕事関数の差による発生するオフセット電圧を低減することが可能となる。
【００４２】
本発明においては、反射性画素電極と液晶間に、反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を設けることで、電荷トラップ素子の電荷のトラップ量により、反射性画素電極と対向電極との仕事関数の差による発生するオフセット電圧を低減することが可能となり、ＬＳＩ製造工程で、電荷トラップ素子を形成できるため、反射性画素電極上に電荷トラップ素子を設けることは有効である。
【００４３】
前記電荷トラップ素子を、反射性画素電極側より、電荷トンネル層、電荷トラップ層、トップ層とすることにより、電荷トラップ層に確実に電荷を蓄積することが可能となる。
【００４４】
前記電荷トラップ素子を、電荷トンネル層として、薄いトンネルシリコン酸化膜、電荷トラップ層として、薄いシリコン窒化膜、トップ層として、トップシリコン酸化膜とすることにより、低電圧で電荷をトラップ層に蓄積でき、さらに、電荷を抜けづらくすることが可能となる。
【００４５】
前記電荷トラップ素子を、電荷トンネル層と電荷トラップ層が一体とすることにより、電荷トラップ層に直接電荷を注入できるため非常に低電圧で電荷を蓄積することが可能となる。また、反射型液晶表示装置の場合には、表示を行う場合に、液晶へ電圧を印加し、反射性画素電極と対向電極の間のビルトインポテンシャルにより発生する電圧は、液晶に電圧を印加し、表示を行う場合に問題となるため、電圧を印加していない間に、電荷トラップ層から電荷がなくなることは大きな問題とならないため、電荷トンネル層と電荷トラップ層を一体にして低電圧で電荷トラップ層へ電荷を注入できる構成とすることは液晶表示装置としては有効である。
【００４６】
前記電荷トラップ素子を、電荷トンネル層と電荷トラップ層を兼用する薄いシリコン窒化膜、トップ層としてトップシリコン酸化膜とすることにより、シリコン窒化膜中に多くの電荷捕獲トラップを形成できるとともに、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜より誘電率が大きいため、厚めにしても液晶に印加される電圧のロスを小さくできるとともに、電荷捕獲トラップ数を大きくでき、さらに、反射性画素電極上に、形成するシリコン窒化膜を最初は、窒素（Ｎ）とシリコン（Ｓｉ）との比率を化学量論的に４対３に（Ｓｉ３Ｎ４）として、その後窒素（Ｎ）を多くして電荷トラップ数を大きくすることも可能となるため、好都合である。さらに、ＬＳＩ製造工程で使用している成膜方法で形成できるため、簡単に作成することができる。
【００４７】
前記電荷トラップ素子と液晶との間、および、対向電極と液晶との間には、シリコン酸化膜からなる液晶配向膜を形成し、液晶層を配向させることにより、光に強い配向処理が可能となる。さらに、有機配向膜を形成しラビング処理によりシリコン基板に設けるＬＳＩ回路部を静電気、あるいは機械的衝撃により破損することを防止することができるため、シリコン素子基板を用いる反射型液晶表示装置には都合が良い。
【００４８】
前記電荷トラップ素子を構成するトップ層を、液晶配向膜と同一膜とすることでトップ層を別体で形成する場合に比較して簡便となる。しかし、液晶を配向させる液晶配向膜は、第一電極基板に対して斜めの方向から真空蒸着することによりシリコン酸化膜を形成する所謂斜め蒸着方法を利用するため、比較的密度の疎な膜になるため、電荷を電荷トラップ層に効率良く蓄積するためには、電荷トラップ層上に設ける液晶配向膜を、最初は、斜め方向ではなく、第一電極基板に対して蒸着源を垂直方向にしてできるだけ密な膜を形成し、その後、斜め方向よりシリコン酸化膜を形成して液晶の配向能力を増加する膜とすることが望ましい。
【００４９】
前記電荷トラップ素子は、反射性画素電極毎に分離することなく、複数の反射性画素電極のマトリクス配置からなる表示領域上の全面に形成することにより、エッチング処理の必要がなく、レジスト露光、現像、エッチングと剥離工程で電荷トラップ素子上を汚すことがないため、信頼性の高い反射型液晶表示装置を形成することができる。
【００５０】
前記反射性画素電極は、アルミニウムを含む金属膜とすることにより反射効率が良く、さらに、ＬＳＩ製造工程で一般的に利用される金属材料のため、製造構成を汚染することなく好都合である。さらに、アルミニウムを利用してもアルミニウム上を電荷トラップ素子が覆うため、液晶への悪影響を防止でき、本構造は非常に好都合である。
【００５１】
前記対向電極を構成する透明導電膜は、酸化インジウムを含む膜とすることにより、透過率が良く、安定な反射型液晶表示装置と形成することができるとともに、比較的安定な仕事関数の透明導電膜を再現性良く製造することができる。
【００５２】
前記第一電極基板上に設ける反射性画素電極は、スイッチング素子に電気的接続を有する構成とすることで、数多くの反射性画素電極を縦横にマトリクス状に配置する構成を利用しても、高表示品質の反射型液晶表示装置を達成することができる。特に、高品質を達成するためには、電荷トラップ素子を用いてオフセット電圧を小さくすることが重要である。
【００５３】
前記第一電極基板をシリコン基板とし、シリコン基板にＬＳＩ回路部を設けることにより、非常に多くの反射性画素電極を縦横にマトリクス状に配置することが可能となり、さらに、高密度で、さらに、近接する反射性画素電極の間隙を非常に小さくすることができるため、開口率を大きくすることができ、明るく、エネルギー効率の良い反射型液晶表示装置を達成できる。
【００５４】
前記反射型液晶表示装置をプロジェクション装置に利用することにより、簡単な製造方法で、高精細、高反射、高信頼性のプロジェクション装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明においては、複数の反射性画素電極を有する第一電極基板と第一電極基板に相対する透明導電膜からなる対向電極を有する第二電極基板間に液晶を封入して形成する液晶表示装置であって、前記反射性画素電極と液晶間に設け、反射性画素電極と対向電極との仕事関数差を補正するための電荷トラップ素子を具備する液晶表示装置とする。
【実施例１】
【００５６】
以下図面により本発明の実施形態を説明する。図１、図２、図３は本発明による液晶表示装置の第１実施形態を示すもので、図１は反射型液晶表示装置の一部を示す断面図、図２は図１の構造を概念的に示すブロック図、図３は反射型液晶表示装置の反射性画素電極と対向電極間に印加する印加電圧波形を示す図である。以下に図１，２，３を交互に用いて実施例１を説明する。
【００５７】
図１に示す液晶表示装置は、反射型液晶表示装置であり、例えばシリコン基板１−１とガラス基板１１−１で構成されている。反射性画素電極４は、密着層（図示せず）を介して層間絶縁膜の上に積層されている。反射性画素電極４は、例えばモリブデン（Ｍｏ）を埋め込んだコンタクトホール（図示せず）によって層間絶縁膜膜の下層に形成された電極に導通されている。さらに、第一電極基板１は、反射性画素電極４の間を埋め平面を平坦にするための平坦化絶縁膜５と本発明の特徴である電荷トラップ素子１５を具備する。電化トラップ素子１５は電荷トンネル層６、電荷トラップ層７、トップ層８の積層構造を有し、電荷トラップ素子１５上には、液晶２１を配向するシリコン酸化（ＳｉＯｘ）からなる液晶配向膜３を有する。
【００５８】
次に電荷トラップ素子１５の構成を詳細に説明する。電荷トンネル層６は２から５ｎｍ（ナノメーター）のシリコン酸化膜をＣＶＤ（化学気相成長）法あるいは、プラズマＣＶＤ法で形成する。電荷トンネル層６上に連続的に、電荷トラップ層７として、３から７ｎｍのシリコーン窒化膜を窒素（Ｎ）対シリコン（Ｓｉ）の比が、化学量論的比率より窒素（Ｎ）の比率を多くしてＣＶＤ法あるいは、プラズマＣＶＤ法にて形成する。電荷トラップ層７上に連続的に、トップ層８として、３から７ｎｍのシリコン酸化膜をＣＶＤ（化学気相成長）法あるいは、プラズマＣＶＤ法で形成する。
【００５９】
電荷トンネル層６の膜厚を厚くすると電荷トラップ層７のトラップレベルに電荷を注入するためのエネルギー（電圧）が大きくなるため、注入が難しくなり、逆に薄いと電荷が反射性画素電極４側に漏れてしまうことになる。また、厚くすると液晶２１を駆動するために反射性画素電極４と対向電極１２に印加すべき電圧を大きくする必要があるため、エネルギーの損失となる。そのため、２から１０ｎｍ程度までは可能であるが、より好ましくは、２から５ｎｍである。
【００６０】
電荷トラップ層７の膜厚は厚くすると電荷のトラップ量を増加することができるが、反射性画素電極４と対向電極１２との仕事関数差によるｏｆｆｓｅｔ電圧（内部電池電圧）は、１Ｖ（ｖｏｌｔ）程度であるため、多くの電荷を蓄積する必要がない。しかし、薄過ぎると電荷を蓄積できなくなり、均一な膜を形成することも難しくなる。また、厚くすると液晶２１を駆動するために反射性画素電極４と対向電極１２に印加すべき電圧を大きくする必要があるため、エネルギーの損失となる。そのため、３から１０ｎｍ程度までは可能であるが、より好ましくは、３から７ｎｍである。
【００６１】
トップ層８の膜厚を薄くすると液晶配向膜３を形成するときに電荷トラップ層７へのダメージが発生しやすく、均一な膜の形成も難しくなる。また、厚くすると液晶２１を駆動するために反射性画素電極４と対向電極１２に印加すべき電圧を大きくする必要があるため、エネルギーの損失となる。そのため、３から１０ｎｍ程度までは可能であるが、より好ましくは、３から７ｎｍである。
【００６２】
次に、第一電極基板１とシール材２２により所定の間隙を設けて対向する第二電極基板１１は、液晶２１側には、透明導電膜からなる対向電極１２と液晶２１を配向するシリコン酸化（ＳｉＯｘ）からなる液晶配向膜３を具備する。第二電極基板１１の対向電極１２と反対の面には、液晶表示装置へ入射する光の反射を防止するための反射防止層（図示せず）を有し、ガラス基板１１−１と対向電極１２との間には、ガラス基板１１−１と対向電極１２との屈折率差を低減し、界面での反射を防止するための屈折率差防止層（図示せず）を有する。
【００６３】
図１に示すように、液晶に対向する電極間は、対向電極１２を構成する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる透明導電膜、シリコン酸化膜からなる液晶配向膜１３、液晶２１、シリコン酸化膜からなる液晶配向膜３と銅等を数％含むアルミニウム膜等からなる反射性画素電極４となら構成される。
【００６４】
第一電極基板１と第二電極基板１１との間には、誘電率異方性が負のｎ型液晶からなる液晶２１を有する。ｎ型液晶は、反射性画素電極４と対向電極１２との電圧差が小さい場合には、各基板に対してほぼ垂直に分子が配列し、電圧差が大きくなると各基板に対して分子が寝る液晶である。
【００６５】
図２に示すように、模式的には、反射性画素電極４と対向電極１２との間には、反射性画素電極４側から、電荷トラップ素子１５を構成する電荷トンネル層６、電荷トラップ層７とトップ層８、および液晶配向膜３、液晶２１、液晶配向膜１３と対向電極１２の構造になる。電荷トラップ層７には、トラップされた電荷９が蓄積されている状態を示している。
【００６６】
本発明の実施例１に示す反射型液晶表示装置では、反射性画素電極４と対向電極１２との間に電荷トラップ素子１５を設けることにより、反射性画素電極４と対向電極１２のｏｆｆｓｅｔ電圧に相当する直流成分の電荷は、電荷トラップ素子１５の電荷トラップ層７に蓄積されｏｆｆｓｅｔ電圧は、殆ど必要なくなる。
【００６７】
図３は、横軸は時間軸４０、縦軸は、反射性画素電極４と対向電極１２との間に印加する電圧あるいは反射型液晶表示装置の素子部からの反射（出射）光強度を光センサーで測定した際のセンサー出力電圧に相当する電圧軸を示し、反射性画素電極４と対向電極１２との間に印加する電圧の時間変化と反射型液晶表示装置の素子部からの光出射強度の時間変化を示す波形図である。反射性画素電極４と対向電極１２との間には、印加電圧４３として、グランドに対して、正フィールド４１には、Ｖａ（＋）電圧を印加し、負フィールド４２には、Ｖａ（−）電圧を印加する。本発明の正フィールドの光出射波形４４と本発明の負フィールドの光出射波形４５とは殆ど等しく、液晶２１にｏｆｆｓｅｔ電圧が印加されていないことが分かる。
【００６８】
以上の説明から明らかなように、反射性画素電極４と対向電極１２の仕事関数差による内部電池効果で発生する電圧差を電荷トラップ素子１５を設けることで、打ち消すことが出来る。前記電圧差分は直流であるため、電荷トラップ素子１５の電荷トラップ層７に蓄積することができるわけである。そのため、前記電圧差と電荷トラップ素子１５の打ち消し合いにより、外部からのｏｆｆｓｅｔ電圧の印加は必要なくなり、非常に安定な反射型液晶表示装置を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００６９】
図４は本発明の第２実施形態を示す液晶表示装置の一部を示す断面図である。図５は、第２の実施形態を模式的に示すブロック図である。図４と図５において第１の実施形態に示す液晶表示装置と同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図４に示す液晶表示装置が図１に示す液晶表示装置と異なるところは、電荷トラップ素子を構成する電荷トンネル層と電荷トラップ層とを一体としたところである。
【００７０】
図４に示す液晶表示装置は、反射型液晶表示装置であり、図１と同様に第一電極基板１はＬＳＩ回路部２を有し、反射性画素電極４と近接する反射性画素電極４間を埋め、基板表面の平坦化を行うための平坦化絶縁膜５を有する。反射性画素電極４と平坦化絶縁膜５上には、第２の実施形態の特徴である電荷トンネル層と電荷トラップ層とを一体化した薄いシリコン窒化膜７−１とトップ層８とを有する。電荷トラップ素子１５−１上には、液晶２１を配向するシリコン酸化（ＳｉＯｘ）からなる液晶配向膜３を有する。
【００７１】
次に電荷トラップ素子１５−１の構成を詳細に説明する。電荷トンネル層と電荷トラップ層を一体とした薄いシリコン窒化膜７−１の膜厚を厚くすると電荷のトラップ量を増加することができるが、反射性画素電極４と対向電極１２との仕事関数差によるｏｆｆｓｅｔ電圧（内部電池電圧）は、１Ｖ（ｖｏｌｔ）程度であるため、多くの電荷を蓄積する必要がない。しかし、薄過ぎると電荷を蓄積できなくなり、均一な膜を形成することも難しくなる。また、厚くすると液晶２１を駆動するために反射性画素電極４と対向電極１２に印加すべき電圧を大きくする必要があるため、エネルギーの損失となる。
【００７２】
電荷トンネル層と電荷トラップ層を一体にするため、反射性画素電極４側では、シリコン窒化膜の窒素（Ｎ）とシリコン（Ｓｉ）との比率を化学量論的に近いＳｉ：Ｎを３：４に近い膜にする。この膜厚は、２から３ｎｍとする。次に電荷トラップ準位を形成するために、シリコン窒化膜の窒素（Ｎ）とシリコン（Ｓｉ）との比率を化学量論的値からずらし、Ｓｉ：Ｎを３：４に比較して、窒素（Ｎ）を多くする。この膜厚は、３から７ｎｍとする。そのため、電荷トンネル層と電荷トラップ層を一体とする薄いシリコン窒化膜７−１の膜厚は、５から１０ｎｍとした。
【００７３】
トップ層８の膜厚を薄くすると液晶配向膜３を形成するときに電荷トラップ層へのダメージが発生しやすく、均一な膜の形成も難しくなる。また、厚くすると液晶２１を駆動するために反射性画素電極４と対向電極１２に印加すべき電圧を大きくする必要があるため、エネルギーの損失となる。そのため、３から１０ｎｍ程度までは可能であるが、より好ましくは、３から７ｎｍである。
【００７４】
前記第２の実施形態の構成を模式的に示すと、図５に示すように、反射性画素電極４と対向電極１２との間には、反射性画素電極４側から、電荷トラップ素子１５−１を構成するトンネル層と電荷トラップ層を一体とする薄いシリコン窒化膜７−１、トップ層８、および液晶配向膜３、液晶２１、液晶配向膜１３と対向電極１２の構造になる。
【００７５】
本発明の実施例２に示す反射型液晶表示装置では、反射性画素電極４と対向電極１２との間に電荷トラップ素子１５−１を設けることにより、反射性画素電極４と対向電極１２のｏｆｆｓｅｔ電圧に相当する直流成分の電荷は、電荷トラップ素子１５−１の電荷トラップ層に蓄積されｏｆｆｓｅｔ電圧は、殆ど必要なくなる。また、製造工程が簡単になり、低電圧で電荷トラップ素子１５−１にトラップされた電荷９を注入できる。反射性画素電極４と対向電極１２との間に印加する電圧を無くすとトラップされた電荷９は徐々に消滅するが、再度反射型液晶表示装置を表示するために電圧を印加すれば電荷トラップ素子１５−１の電荷トラップ層に電荷がトラップされるため反射型液晶表示装置に使用するには適する構造である。
【実施例３】
【００７６】
図６は本発明の第３実施形態を示す液晶表示装置の一部を示す断面図である。図７は、第３の実施形態を模式的に示すブロック図である。図６と図７において第１の実施形態に示す液晶表示装置と同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図６に示す液晶表示装置が図１に示す液晶表示装置と異なるところは、電荷トラップ素子を構成する電荷トンネル層と電荷トラップ層とを一体としたこと、さらに、トップ層を液晶配向膜と一体化したことである。
【００７７】
図６に示す液晶表示装置は、反射型液晶表示装置であり、図１と同様に第一電極基板１にＬＳＩ回路部２を有し、反射性画素電極４と近接する反射性画素電極４間を埋め、基板表面の平坦化を行うための平坦化絶縁膜５を有する。反射性画素電極４と平坦化絶縁膜５上には、第３の実施形態の特徴である電荷トンネル層と電荷トラップ層とを一体化した薄いシリコン窒化膜７−１と、トップ層と一体化した液晶配向膜３−１を有する。
【００７８】
電荷トンネル層と電荷トラップ層を一体にするため、反射性画素電極４側では、シリコン窒化膜の窒素（Ｎ）とシリコン（Ｓｉ）との比率を化学量論的に近いＳｉ：Ｎを３：４に近い膜にする。この膜厚は、２から３ｎｍとする。次に電荷トラップ準位を形成するために、シリコン窒化膜の窒素（Ｎ）とシリコン（Ｓｉ）との比率を化学量論的値からずらし、Ｓｉ：Ｎを３：４に比較して、窒素（Ｎ）を多くする。この膜厚は、３から７ｎｍとする。そのため、電荷トンネル層と電荷トラップ層を一体とする薄いシリコン窒化膜７−１の膜厚は、５から１０ｎｍとする。
【００７９】
トップ層と液晶配向膜を一体にするため、電荷トラップ層側では、液晶配向膜を形成する真空蒸着の方向を第一電極基板１（シリコン基板１１−１）に対して垂直方向に近い方向から蒸着すると同時に蒸着スピードを小さくすると良い。さらには、蒸着源と第一電極基板間にプラズマアシスト、イオン化アシスト装置を設置し第一電極基板１上に形成する膜を密にすると良いが、第一電極基板１に対してエネルギーが強すぎるとＬＳＩ回路部のチャージアップによる素子変化が発生するため注意が必要である。本第３の実施形態では、電荷トラップ層側では、０．５Å／秒の蒸着スピードで蒸発源に対して第一電極基板１を垂直にして２から５ｎｍ蒸着し、次に、１．０から２．０Å／秒の蒸着スピードで蒸発源に対して第一電極基板１を所定の方向に傾斜して、液晶を配向するための液晶配向膜３−１を２から５ｎｍ形成する。
【００８０】
前記第３の実施形態の構成を模式的に示すと、図７に示すように、反射性画素電極４と対向電極１２との間には、反射性画素電極４側から、電荷トラップ素子１５−２を構成するトンネル層と電荷トラップ層を一体とする薄いシリコン窒化膜７−１、トップ層８と液晶配向膜を一体とする液晶配向膜３−１、液晶２１、液晶配向膜１３と対向電極１２の構造になる。
【００８１】
本発明の実施例３に示す反射型液晶表示装置では、反射性画素電極４と対向電極１２との間に電荷トラップ素子１５−２を設けることにより、反射性画素電極４と対向電極１２のｏｆｆｓｅｔ電圧に相当する直流成分の電荷は、電荷トラップ素子１５−２の電荷トラップ層に蓄積されｏｆｆｓｅｔ電圧は、殆ど必要なくなる。また、製造工程が簡単になり、低電圧で電荷トラップ素子１５−２にトラップされた電荷９を注入できる。しかし、反射性画素電極４と対向電極１２との間に印加する電圧を無くすとトラップされた電荷９は徐々に消滅する。さらに、トップ層と液晶配向膜が一体のため、電荷トラップ層とトップ層との界面が多少綺麗にならないため、トラップ準位が多少バラツキ易い傾向になるが、再度反射型液晶表示装置を表示するために電圧を印加すれば電荷トラップ素子１５−２の電荷トラップ層に電荷がトラップされるため反射型液晶表示装置に使用するには利用可能な構造である。
【００８２】
以上に示すように、反射性画素電極４と対向電極１２の仕事関数が異なる構成を有する反射型液晶表示装置において、電荷トラップ素子（１５、１５−１、１５−２）を反射性画素電極４と対向電極１２の間に設けることで仕事関数差により発生する内部電荷を低減あるいは消滅するための電荷をトラップ（蓄積）することが可能となり、実効的には、反射性画素電極４と対向電極１２にｏｆｆｓｅｔ電圧を印加する必要がなくなるとともに、ｏｆｆｓｅｔ量の経時変化、温度変化の発生を防止することができる。
【００８３】
さらに、電荷トラップ素子１５の構成を簡単に、さらに表示領域全面にパターン形成することなく電荷トラップ素子１５を構成する膜を積層することにより、液晶表示装置の表示品質、信頼性を向上することができる。
【００８４】
本実施形態では、電荷トラップ素子１５を反射性画素電極４を設ける第一電極基板１に設ける方式を採用したが、第二電極基板１１の対向電極１２と液晶２１との間に設けることも可能である。
【００８５】
本実施形態では、反射性画素電極４として銅を数％含むアルミニウムに関して説明したが、銅以外に、シリコン等を含むアルミニウムに関しても同様な効果が得られ、さらに、対向電極１２と仕事関数が異なる金属材料を用いる場合には、当然有効である。
【００８６】
本実施形態では、第一電極基板１としてシリコン基板を利用し、ＬＳＩ回路部２をと反射性画素電極４とを有する構成に電荷トラップ素子１５を設ける方式を採用したが、第一電極基板が透明基板、例えばサファイヤ基板で、ＬＳＩ回路部２として薄膜トランジスター（ＴＦＴ）他を形成し、反射性画素電極４を利用する反射型液晶表示装置、あるいは、反射性画素電極に開口部を有し、開口部には透明電極を設け、一部の光は開口部を利用して透過する半透過反射型液晶表示装置にも、反射性画素電極４が透明導電膜より液晶層側に配置される場合には、反射性画素電極４と対向電極１２との仕事関数差が発生するため本発明は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す液晶表示装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の印加電圧と光出射強度と示す波形図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す液晶表示装置の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す液晶表示装置の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を模式的に示すブロック図である。
【図８】従来技術および本発明における液晶表示装置の断面模式図である。
【図９】従来例における液晶表示装置の断面図である。
【図１０】従来例における液晶表示装置を模式的に示すブロック図である。
【図１１】従来例における液晶表示装置のグランド電位から対称な電圧を印加する印加電圧波形と光出射波形とを示す波形図である。
【図１２】従来例における液晶表示装置のグランド電位に対してオフセット電圧印加後の印加電圧波形と光出射波形とを示す波形図である。
【図１３】従来例におけるＭＯＮＯＳメモリー素子の断面模式図である。
【図１４】従来例におけるＭＯＮＯＳメモリー素子のエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
【００８８】
１        第一電極基板
１−１    シリコン基板
２        ＬＳＩ回路部
３        液晶配向膜
３−１    液晶配向膜
４        反射性画素電極
５        平坦化絶縁膜
６        電荷トンネル層
７        電荷トラップ層
７−１    シリコン窒化膜
８        トップ層
９        トラップされた電荷
１１      第二電極基板
１１−１  ガラス意気版
１２      対向電極
１３      液晶配向膜
１５      電荷トラップ素子
１５−１  電荷トラップ素子
１５−２  電荷トラップ素子
２１      液晶
２２      シール材
４０      時間軸
４１      正フィールド
４２      負フィールド
４３      印加電圧
４８      正フィールドの光出射波形
４９      負フィールドの光出射波形
５０      オフセット電圧
５１      オフセット電圧印加後の正フィールドの印加波形
５２      オフセット電圧印加後の負フィールドの印加波形
５３      オフセット電圧印加後の正フィールドの光出射波形
５４      オフセット電圧印加後の正フィールドの光出射波形
５５      シリコン基板
５６      ソース５６
５７      ドレイン
５８      チャネル領域
５９      トンネルシリコン酸化膜
６０      シリコン窒化膜
６１      トップシリコン酸化膜
６２      ゲート  ７１      フェルミレベル
７２      シリコンバンドギャップ
７３      シリコン電子親和力
７５      真空準位
７６      コンダクションバンド
７７      バレンスバンド
７９      金属の仕事関数
【図１】
2007286368.tif 000003
【図２】
2007286368.tif 000004
【図３】
2007286368.tif 000005
【図４】
2007286368.tif 000006
【図５】
2007286368.tif 000007
【図６】
2007286368.tif 000008
【図７】
2007286368.tif 000009
【図８】
2007286368.tif 000010
【図９】
2007286368.tif 000011
【図１０】
2007286368.tif 000012
【図１１】
2007286368.tif 000013
【図１２】
2007286368.tif 000014
【図１３】
2007286368.tif 000015
【図１４】
2007286368.tif 000016