專利名稱：反射型液晶顯示裝置和液晶顯示單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有反射型的像素電極的反射型液晶顯示裝置和利用該反射型液晶顯示裝置來顯示圖像的如反射型液晶投影器的液晶顯示單元。
背景技術(shù)：
近年來，隨著投影顯示器在清晰度、小型化和亮度方面的改進，作為投影顯示器的顯示裝置，這樣的反射型裝置引人注目并投入實際應(yīng)用其能夠減小其尺寸并以高清晰度顯示，并能夠期待較高的光利用效率。已知的反射型裝置是其中在彼此面對的一對襯底間注入液晶的活動型的反射型液晶裝置。在此情形中，使用了通過在玻璃襯底上層壓(laminate)透明電極而形成的襯片(facing)襯底，和使用包括例如CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)型的半導(dǎo)體電路的硅(Si)襯底的驅(qū)動襯底，作為一對襯底。在驅(qū)動襯底上，配置了金屬的反射型的像素電極，用來使光反射及在液晶上施加電壓，從而構(gòu)成像素電極襯底。反射型的像素電極由一般用于LSI(大規(guī)模集成電路)加工的、含鋁為主成份的金屬材料而構(gòu)成。
在像這樣的反射型液晶顯示裝置中，當將電壓施加于設(shè)在襯片襯底上的透明電極和設(shè)在驅(qū)動襯底上的反射型的像素電極時，對液晶施加了電壓。此時，液晶的光學(xué)特性取決于這些電極間的電位差而出現(xiàn)變化，因而液晶調(diào)制了入射光。反射型液晶顯示裝置可由該光的調(diào)制而顯示灰階圖像。
在像這樣的反射型液晶顯示裝置內(nèi)，特別地，其中注入了垂直對準(aligned)液晶的活動型的反射型液晶顯示裝置因為該活動型的反射型液晶顯示裝置的對比度高且響應(yīng)速度快，故作為投影裝置而在近年來引人注目。這里說的“垂直對準液晶材料”指的是帶有負的介電各向異性(與液晶分子的長軸平行的介電常數(shù)ε(∥)和與液晶分子的長軸垂直的介電常數(shù)ε(⊥)之間的差Δε(＝ε(∥)-ε(⊥))為負)的液晶材料，而在該垂直對準液晶材料中，當施加電壓為零時，液晶分子在與襯底表面基本垂直的方向上對準，因而該活動型的反射型液晶顯示裝置在正常黑模式下工作。
像這樣注入了垂直對準液晶的活動型的反射型液晶顯示裝置的現(xiàn)有實例公開于例如日本待審專利申請公報第2003-57674號。
然而，一般難以控制垂直對準液晶材料的對準。在驅(qū)動襯底上有由反射型像素電極造成的不均構(gòu)造的情形中，由該不均構(gòu)造造成的對準缺陷發(fā)生在像素電極周邊。該對準缺陷誘發(fā)了顯示表面內(nèi)特性一致性的降低、黑級別的上升(圖像的黑色部分呈現(xiàn)灰色而非黑色的現(xiàn)象)、以及由旋向(disclination)造成的圖像質(zhì)量劣化。特別地，在使用硅驅(qū)動裝置的反射型液晶顯示裝置中，因為一般地像素間距為10微米或以下，所以與數(shù)十微米或以上的像素間距的較大的直視(direct-view)型液晶裝置相比，像素周邊的缺陷區(qū)域容易影響圖像質(zhì)量，并且由于不像透射型液晶顯示裝置那樣，不能以黑色矩陣來遮蓋缺陷區(qū)域，故反射型液晶顯示裝置的基本實用要求是必須最小化或完全消除未對準區(qū)域。
以上的對準缺陷將參照附圖而具體地說明。首先，參照圖9A和圖9B來說明在現(xiàn)有的反射型液晶顯示裝置中像素電極的構(gòu)造。如圖中所示，反射型像素電極111以矩陣狀被配置在硅驅(qū)動襯底110上。在半導(dǎo)體加工中在硅驅(qū)動襯底110上形成例如鋁膜之后，使用光刻技術(shù)來加工鋁膜，從而形成反射型像素電極111為正方狀。在此情形中，由于獨立地電氣驅(qū)動各像素，故為了完全防止各反射型像素電極111電氣短路而將其在像素表面內(nèi)切斷。因此，各反射型像素電極111的側(cè)表面一般地如圖9B所示在厚度方向垂直。
盡管鄰接的反射型像素電極111間的寬度即像素間的寬W1(像素溝(groove)的寬W1)取決于刻蝕的分解度和設(shè)計規(guī)則，不過寬W1通常約是0.4～1微米左右。但是，由于制造技術(shù)的改進，將寬W1減至0.3微米也是完全可能的。于是，當像素間距W2是10微米時，作為反射型像素電極111，9.7～9.0微米的方電極被0.3～1微米寬的溝包圍。由于顯示像素面積占有率(開口(aperture)率)愈大則反射率愈增高，故當像素溝的寬W1盡可能地狹窄時，反射率特性得以最優(yōu)。
圖10A和圖10B示意地表示在圖9A和圖9B所示的像素構(gòu)造上對準了垂直對準液晶材料的狀態(tài)。對準膜112在整個像素平面上(包括像素溝和反射型像素電極111的表面)層壓，并且為了使液晶分子的長軸對準在前傾斜(pretilt)角的方向而由該對準膜作為基底(base)使液晶分子大致垂直對準。另一方面，從測量中觀察到對準膜112形成于反射型像素電極111的側(cè)面，從而在像素溝的側(cè)面的液晶分子趨向與對準膜112垂直地對準，因此像素溝周邊的液晶分子趨向于水平對準。當像素溝寬達例如1微米時(參照圖10A)，由形成于像素溝底的對準膜所成的垂直對準液晶分子的力的影響下的面積比很大，以致該力占優(yōu)勢，因此像素側(cè)面的影響減小了，從而近乎全體液晶分子都大致垂直對準。結(jié)果像素周邊就不發(fā)生缺陷了。然而，如圖10B所示，當像素溝寬W1是0.7微米或以下時，像素側(cè)面的影響很大，結(jié)果，觀察到在像素溝內(nèi)有很多液晶分子是水平對準的。
此像素溝內(nèi)的水平對準的液晶分子也影響了像素周邊區(qū)域，作為結(jié)果，像素表面內(nèi)的液晶分子是垂直對準的，但從像素周邊區(qū)域到像素溝的液晶分子則是水平對準的，即液晶分子是不一致地對準的?？梢杂^察到未對準擴至像素邊緣部分(圖10B的區(qū)域120)的現(xiàn)象，該現(xiàn)象特別地造成圖像質(zhì)量的劣化。在測量的結(jié)果中，像素溝的寬W1愈狹窄、或溝部分的深度愈深，這種趨向就愈是增大。在像這樣的狀態(tài)下，在整個顯示區(qū)域不能得到一致的對準，故招致各種特性的劣化。雖然當像素溝的寬W1足夠大時，不引起問題，但是由于孔徑比下降導(dǎo)致反射率下降，因此不切實際。上述現(xiàn)象是垂直對準液晶材料特有的問題。
經(jīng)驗表明上述現(xiàn)象在使用像氧化硅那樣的無機材料的斜向蒸發(fā)膜作為對準膜112的情況下特別地易于發(fā)生，而且液晶層的厚度愈薄，該現(xiàn)象就愈容易發(fā)生。為了防止該現(xiàn)象，考慮增大前傾斜角；但是一般很難穩(wěn)定地形成大的前傾斜角，故前傾斜角有限度，而且伴隨著前傾斜角的增加，有黑級別上升和對比度降低的問題。因而，需要這種技術(shù)其在使前傾斜角保持在適度的范圍內(nèi)并維持良好的對比度的狀態(tài)中，防止像素周邊區(qū)域發(fā)生未對準。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠消除或最小化由像素溝的構(gòu)造造成的垂直對準液晶特有的未對準的發(fā)生，從而可實現(xiàn)高對比度和良好的圖像質(zhì)量的反射型液晶顯示裝置和液晶顯示單元。
根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置包括含有多個反射型的像素電極的像素電極襯底；含有透明電極的襯片襯底，該透明電極面對反射型的像素電極；和注入像素電極襯底和襯片襯底之間的垂直對準液晶，其中每個反射型的像素電極的至少一個側(cè)面是傾斜的。
更具體地，每個反射型的像素電極的側(cè)面在厚度方向上的反射型的像素電極的橫截面內(nèi)傾斜，以使反射型的像素電極的寬度從頂側(cè)到底側(cè)增大，而反射型的像素電極的橫截面呈梯形。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示單元通過使用由上述根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置調(diào)制的光來顯示圖像。
在根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置和液晶顯示單元中，由于像素電極的側(cè)面是傾斜的，故與現(xiàn)有的像素電極即側(cè)面在橫截面內(nèi)垂直的情形相比，可消除在像素溝部分中沿水平方向?qū)手翗O限的液晶分子。即使液晶分子沿水平方向局部地略微對準，也可由在水平對準的液晶分子周圍的垂直對準的液晶分子的相互作用而在像素溝部分保持足夠的垂直性。結(jié)果，即使像素溝寬很狹小或液晶層很薄，也能實現(xiàn)全體液晶分子大致垂直對準的狀態(tài)。由此，可消除或最小化由像素溝的構(gòu)造造成的垂直對準液晶特有的未對準的發(fā)生，并可實現(xiàn)高對比度和良好的圖像質(zhì)量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的反射型液晶顯示裝置的截面圖；圖2是描述根據(jù)本發(fā)明的一實施例的反射型液晶顯示裝置的驅(qū)動電路的構(gòu)造的示意圖；圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的反射型液晶顯示裝置中像素電極的示意圖，圖3A是平面圖，而圖3B是截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的反射型液晶顯示裝置中液晶的對準狀態(tài)的示意圖；圖5是說明像素電極的厚度和像素電極傾斜部分之間的關(guān)系的示意圖；圖6是另一例像素電極襯底的截面圖；圖7是包括如圖1所示反射型液晶顯示裝置的液晶顯示單元的一例的示意圖；圖8是示出觀察在根據(jù)本發(fā)明的一實施例的反射型液晶顯示裝置和現(xiàn)有的反射型液晶顯示裝置中未對準的發(fā)生的結(jié)果的圖表；圖9A和圖9B是在像素電極襯底側(cè)上現(xiàn)有的反射型液晶顯示裝置的示意圖，圖9A是平面圖，而圖9B是截面圖；以及圖10A和圖10B是說明由于發(fā)生在現(xiàn)有的反射型液晶顯示裝置中的未對準而造成的問題的截面圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來詳細說明本發(fā)明的最佳實施例。
<反射型液晶顯示裝置的構(gòu)造>
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的反射型液晶顯示裝置的總體構(gòu)造。該反射型液晶顯示裝置包括互相面對的襯片襯底30和像素電極襯底40、以及注入這些襯底30和40間的垂直對準液晶45。
襯片襯底30包括玻璃襯底31和在該玻璃襯底31上層壓的透明電極32。對準膜33層壓在透明電極32的接近垂直對準液晶45一側(cè)的整個表面上。使用具有透射光功能的電極材料，一般是氧化錫(SnO2)和氧化銦(In2O3)的固溶體材料即ITO(氧化銦錫)，作為透明電極32。在整個像素區(qū)域?qū)⒐餐碾娢?例如接地電位)施加于透明電極32。
像素電極襯底40是通過例如在單晶體的硅襯底41上以矩陣狀形成反射型像素電極42而形成的。在硅襯底41處形成了包括諸如CMOS或NMOS的晶體管T1和電容(輔助電容)C1的活動型的驅(qū)動電路。對準膜43層壓在像素電極襯底40的接近垂直對準液晶45一側(cè)的整個表面上。
每個反射型像素電極42是由以鋁(Al)或銀(Ag)為代表的金屬膜而構(gòu)成的。在使用鋁電極等作為反射型像素電極42的情形中，反射型像素電極42具有作為光反射膜的功能和作為在液晶上施加電壓的電極的功能，而為了進而增加反射率，可在鋁電極上形成像介電鏡這樣的多層膜的反射層。本實施例的特征部分是該反射型像素電極42的形狀，對此將在后詳述。
在用于該反射型液晶顯示裝置的垂直對準液晶45中，當施加電壓為零時，垂直對準液晶45的分子長軸對準在相對于各襯底表面大致垂直的方向上，而當施加電壓時，長軸在面內(nèi)(in-plane)方向上傾斜，因而垂直對準液晶45的透射率有變化。若驅(qū)動時液晶分子的傾斜方向不一致，則對比度變得不均。為了避免對比度不均，有必要沿預(yù)定方向(一般地是裝置的對角方向)使液晶分子預(yù)先以很小的前傾斜角對準，再垂直對準它們。當前傾斜角太大時，垂直對準性劣化，故黑級別上升而對比度降低。因而，一般地將前傾斜角控制在約1°～7°范圍之間。
使用例如以二氧化硅(SiO2)為代表的氧化硅的斜向蒸發(fā)膜，作為對準膜33和43。在此情形中，當改變斜向蒸發(fā)的蒸發(fā)角度時，可控制上述垂直對準液晶45的前傾斜角。此外，也可使用通過磨擦(對準)例如基于聚酰亞胺的有機化合物而形成的膜，作為對準膜33和43。在此情形中，當改變磨擦條件時，可控制前傾斜角。
圖2表示該反射型液晶顯示裝置的驅(qū)動部分的構(gòu)造。驅(qū)動部分包括形成于各像素內(nèi)的像素驅(qū)動電路61和配置于顯示區(qū)域60周邊的諸如數(shù)據(jù)驅(qū)動器62和掃描驅(qū)動器63等的邏輯部分。來自外部的圖像信號D經(jīng)信號線64輸入數(shù)據(jù)驅(qū)動器62。像素驅(qū)動電路61形成于各反射型像素電極42之下，并包括開關(guān)晶體管T1和給液晶提供電壓的輔助電容C1。晶體管T1被要求具有與垂直對準液晶45的驅(qū)動電壓對應(yīng)的耐壓，故晶體管T1一般地是由比邏輯部分更高的耐壓加工而制成的。
在像素驅(qū)動電路61中，多條數(shù)據(jù)線71配置在列方向上，多條掃描線72配置在行方向上。各條數(shù)據(jù)線71和各條掃描線72的交叉點對應(yīng)于一個像素。各晶體管T1的源電極連接至數(shù)據(jù)線71，而各晶體管T1的柵電極連接至掃描線72。各晶體管T1的漏電極連接至各反射型像素電極42和輔助電容C1。各條數(shù)據(jù)線71連接至數(shù)據(jù)驅(qū)動器62，圖像信號從該數(shù)據(jù)驅(qū)動器62提供。各條掃描線72連接至掃描驅(qū)動器63，掃描信號從掃描驅(qū)動器63順次提供。
下面，詳細說明反射型像素電極42的構(gòu)造，即本實施例的特征部分。如圖3A和圖3B所示，反射型像素電極42中的外周部分是傾斜的。即側(cè)面50在厚度方向上的反射型像素電極42的橫截面是傾斜的(參見圖3B)。因此，反射型像素電極42呈現(xiàn)電極42的寬度從頂側(cè)(液晶側(cè))到底側(cè)(襯底側(cè))逐漸增大的梯形狀。對準膜43沿反射型像素電極42的形狀層壓，故含對準膜43的整個反射型像素電極42呈梯形狀。在此反射型像素電極42處，不僅頂表面，而且傾斜的側(cè)面50也起到像素電極的功能。即，側(cè)面50也具有反射光的功能和給垂直對準液晶45施加電壓的功能。
反射型像素電極42的厚度A考慮到成膜最好是至少50nm或以上，為了得到更好的反射率則最好是120nm或以上。一般地，厚度A為150nm左右。而且，盡管鄰接的反射型像素電極42間的寬度即像素間的寬W1(像素溝的寬W1)取決于刻蝕的分解度和設(shè)計規(guī)則，不過寬W1通常約是0.4～1微米左右。但是，由于制造技術(shù)的改進，將寬W1減至0.3微米也是完全可能的。于是，當像素間距W2是10微米時，從平面上看，作為反射型像素電極42，9.7～9.0微米的方電極被0.3～1微米寬的溝包圍?？紤]到反射率，由于顯示像素面積占有率(開口率)愈大則反射率愈增高，故當像素溝的寬W1盡可能地狹窄時，反射率特性得以最優(yōu)。
反射型像素電極42的側(cè)面50傾斜以抑制垂直對準液晶特有的未對準的發(fā)生，下文將對此進行說明。這里，如圖5所示，反射型像素電極42的厚度為A，從側(cè)面50的頂端部分51到底端部分52的水平方向的距離為B，而以B/A來表示側(cè)面50的傾斜度。如后述，考慮到抑制未對準的發(fā)生的效果和反射率之間的關(guān)系，側(cè)面50的傾斜度最好滿足以下條件1/4≤B/A≤3側(cè)面50的傾斜形狀沒有必要是完全線性的，當側(cè)面50大致線性傾斜時也能獲得足夠的效果。而且，作為反射型像素電極42的制造方法，首先，就像現(xiàn)有方法，例如在半導(dǎo)體加工中在硅襯底41上形成鋁等金屬膜之后，使用光刻技術(shù)來加工金屬膜，從而加工電極為正方狀。此后，執(zhí)行將氬離子施加在像素表面上以刻蝕像素的加工，以形成傾斜的側(cè)面50。側(cè)面50的加工方法不限于以上所述的加工。
下面，說明由上文描述的加工制成的反射型液晶顯示裝置的功能和作用。
在該反射型液晶顯示裝置中，如圖1所示，從襯片襯底30進入并通過垂直對準液晶45的入射光L1由反射型像素電極42的反射功能所反射。被反射型像素電極42反射的光L1通過垂直對準液晶45和襯片襯底30到達光進入方向的反方向，從而被發(fā)射。此時，垂直對準液晶45的光學(xué)特性根據(jù)襯片電極間的電位差而變化，以調(diào)制通過垂直對準液晶45的光L1。由此，通過光調(diào)制，可生成灰階，且經(jīng)調(diào)制的光L2可用于圖像顯示。
給垂直對準液晶45施加電壓是由圖2所示的像素驅(qū)動電路61進行的。數(shù)據(jù)驅(qū)動器62根據(jù)經(jīng)信號線64輸入的來自外部的圖像信號D而將圖像信號提供給數(shù)據(jù)線71。掃描驅(qū)動器63以預(yù)定的時序?qū)呙栊盘栱槾翁峁┙o各條掃描線72。因此，有選擇地驅(qū)動由來自掃描線72的掃描信號所掃描的、且施加了來自數(shù)據(jù)線71的圖像信號的部分中的像素。
如前述，在使用側(cè)面在厚度方向的橫截面內(nèi)垂直的現(xiàn)有的反射型像素電極111(參見圖9A和圖9B)的情形中，特別地，如圖10B所示，當像素溝寬W1為0.7微米或以下時，觀察到在像素溝內(nèi)有大量液晶分子是水平對準的。在這種情形中，出現(xiàn)未對準擴至像素的邊緣部分(圖10B的區(qū)域120)的現(xiàn)象，該現(xiàn)象特別地造成圖像質(zhì)量的劣化。
另一方面，在根據(jù)本實施例的反射型液晶顯示裝置中，由于反射型像素電極42的側(cè)面50傾斜，故如圖4所示，未對準的問題很容易解決。即，側(cè)面50傾斜，以消除反射型像素電極42的橫截面內(nèi)的垂直性，可消除在像素溝部分中水平對準至極限的液晶分子。即使液晶分子在水平方向局部地略微對準，也可由水平對準的液晶分子周圍的垂直對準的液晶分子的相互作用而在像素溝部分保持足夠的垂直性。結(jié)果，如后述的實施例所示，很明顯例如即使像素溝的寬W1減小至0.4微米，也能實現(xiàn)全體液晶分子大致垂直對準的狀態(tài)?？梢哉J為在像素溝寬W1減小至0.3微米的情形中也可實現(xiàn)同樣的效果。而且，在現(xiàn)有的構(gòu)造中，液晶層的厚度愈薄就愈容易產(chǎn)生未對準。而在根據(jù)本實施例的構(gòu)造中，即使液晶層的厚度薄至例如2.5微米或以下也可抑制未對準。液晶層的厚度最好在1微米或以上。當厚度比1微米更薄時，形成厚度一致的液晶層很困難。
抑制該未對準的效果在側(cè)面50的傾斜度B/A(參照圖5)為1/4左右或以上時可實現(xiàn)。由于當傾斜面在像素表面的比例增大時，導(dǎo)致光的反射率的損失，故B/A具有實用上的最適范圍。雖然反射率的降低可抵償像素溝寬W1的減小(開口率的改進)；但是假定像素溝寬W1限制在0.3～0.4微米左右。結(jié)果，依后述的實施例所示的測量結(jié)果，B/A在1/4～3的范圍可滿足各種特性。
像此反射型液晶顯示裝置這樣，在使用硅驅(qū)動裝置的反射型裝置中，為了反射型像素電極42的保護等目的，如圖6所示，反射型像素電極42的表面一般地覆蓋有由氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)構(gòu)成的鈍化膜44。對準膜43形成于鈍化膜44上。由于該鈍化膜44是在LSI加工中以如CVD(化學(xué)蒸發(fā)沉淀)等成膜技術(shù)制成的，故如圖6所示，鈍化膜44一致地覆蓋在反射型像素電極42和像素溝的側(cè)面及底面。在根據(jù)本實施例的反射型像素電極42的構(gòu)造中，在如鈍化膜44的另外的膜形成于對準膜43和反射型像素電極42之間的情形中，反映出了作為該膜的基底的像素形狀，故含該膜的整體構(gòu)造具有同樣的傾斜形狀。因此，在反射型像素電極42覆蓋了如鈍化膜44的另外的膜的情形中，以類似的方式也可實現(xiàn)抑制未對準的發(fā)生的效果。
如以上說明，在根據(jù)本實施例的反射型液晶顯示裝置中，由于反射型像素電極42的側(cè)面傾斜，故即使像素溝寬度和像素間距減小了，或即使液晶層的厚度減小了，在保持適度的前傾斜角的狀態(tài)中，也可消除或最小化由像素溝造成的垂直對準液晶特有的未對準，并可實現(xiàn)關(guān)于對比度和圖像質(zhì)量的良好的特性。特別地，由于像素間距可比現(xiàn)有的反射型液晶顯示裝置中的像素間距更狹窄，故可改進總反射率。而且，由于液晶層的厚度可比現(xiàn)有的反射型液晶顯示裝置的液晶層的厚度更薄，故可改進液晶的響應(yīng)速度。
<液晶顯示單元的說明>
其次，說明使用具有如圖1所示構(gòu)造的反射型液晶顯示裝置的液晶顯示單元的例子。如圖7所示，作為例子說明將反射型液晶顯示裝置作為光閥門使用的反射型液晶投影器。
圖7所示的反射型液晶投影器是所謂的三板系統(tǒng)，其使用關(guān)于紅、綠和藍的三個液晶光閥門21R、21G和21B，以顯示彩色圖像。該反射型液晶投影器包括沿光軸10的光源11、二色鏡12和13以及全反射鏡14。該反射型液晶投影器還包括偏振光束分光器15、16和17、合成棱鏡18、投影透鏡19和屏幕20。
光源11發(fā)射彩色圖像顯示所必要的含紅色光(R)、藍色光(B)和綠色光(G)的白色光，使用例如鹵素燈、金屬鹵化物燈或氙燈等作為光源11。
二色鏡12具有將來自光源11的光分離成藍色光和其它色光的功能。二色鏡13具有將通過二色鏡12的光分離成紅色光和綠色光的功能。全反射鏡14將由二色鏡12分離的藍色光向著偏振光束分光器17反射。
偏振光束分光器15、16和17分別沿著紅色光、綠色光和藍色光的光路設(shè)置。這些偏振光束分光器15、16和17具有偏振分光面15A、16A和17A，并具有在偏振分光面15A、16A和17A上將各入射的色光分成互相正交的兩個偏振成份的功能。偏振分光面15A、16A和17A反射一偏振成份(例如S偏振成份)而透過另一偏振成份(例如P偏振成份)。
使用具有上述構(gòu)造的反射型液晶顯示裝置(參見圖1)，作為液晶光閥門21R、21G和21B。由偏振光束分光器15、16和17的偏振分光面15A、16A和17A的每個分出的每色光的預(yù)定的偏振成份(例如S偏振成份)進入這些液晶光閥門21R、21G和21B的每個。當液晶光閥門21R、21G和21B被基于圖像信號而給出的驅(qū)動電壓所驅(qū)動時，液晶光閥門21R、21G和21B具有調(diào)制入射光和將該經(jīng)調(diào)制的光分別向偏振光束分光器15、16和17反射的功能。
合成棱鏡18具有合成從液晶光閥門21R、21G和21B的每個發(fā)射出并通過偏振光束分光器15、16和17的每個的各色光的預(yù)定的偏振成份(例如P偏振成份)的功能。投影透鏡19具有作為投影設(shè)備，將從合成棱鏡18發(fā)射出的合成光向屏幕20投影的功能。
在具有上述構(gòu)造的反射型液晶投影器中，從光源11發(fā)射出的白色光由二色鏡12的功能分離成藍色光和其它色光(紅色光和綠色光)。其中的藍色光由全反射鏡14的功能向偏振光束分光器17反射。其它色光則由二色鏡13的功能分離成紅色光和綠色光。分離出的紅色光和綠色光分別進入偏振光束分光器15和16。
偏振光束分光器15、16和17分別在偏振分光面15A、16A和17A上將每一入射的色光分成互相正交的兩個偏振成份。此時，偏振分光面15A、16A和17A將一偏振成份(例如S偏振成份)分別向液晶光閥門21R、21G和21B反射。
液晶光閥門21R、21G和21B被基于圖像信號而給出的驅(qū)動電壓所驅(qū)動，并在逐像素基礎(chǔ)上調(diào)制進入液晶光閥門21R、21G和21B的各色光的預(yù)定的偏振成份。此時，由于使用如圖1所示的反射型液晶顯示裝置作為液晶光閥門21R、21G和21B，故可實現(xiàn)關(guān)于對比度和圖像質(zhì)量的良好的特性。
液晶光閥門21R、21G和21B將各經(jīng)調(diào)制的色光分別向偏振光束分光器15、16和17反射。偏振光束分光器15、16和17分別僅通過在來自液晶光閥門21R、21G和21B的反射光(調(diào)制光)中預(yù)定的偏振成份(例如P偏振成份)，以將預(yù)定的偏振成份向合成棱鏡18發(fā)射。合成棱鏡18合成已通過偏振光束分光器15、16和17的各色光的預(yù)定成份，以將合成光向投影透鏡19發(fā)射。投影透鏡19將從合成棱鏡18發(fā)射的合成光向屏幕20投影。由此，按照經(jīng)液晶光閥門21R、21G和21B調(diào)制的光的圖像被投影至屏幕20，以顯示希望的圖像。
如以上說明，在根據(jù)本實施例的反射型液晶投影器中，使用包括帶有傾斜側(cè)面50的反射型像素電極42(參見圖3A和圖3B)的反射型液晶顯示裝置(參見圖1)作為液晶光閥門21R、21G和21B，于是可實現(xiàn)以高對比度和良好的圖像質(zhì)量來顯示圖像。
下面，參照實例來說明根據(jù)本實施例的反射型液晶顯示裝置的具體特征。以下，在說明實施例之前，首先說明現(xiàn)有的反射型液晶顯示裝置的特性，作為比較例。
作為比較例，反射型液晶顯示裝置的測試樣本是像以下這樣制作的。首先，其上有透明電極形成的玻璃襯底和其上有鋁電極作為反射型像素電極形成的硅驅(qū)動襯底被清潔后，它們被導(dǎo)入蒸發(fā)設(shè)備，通過以范圍在45～55°的蒸發(fā)角度斜向蒸發(fā)，從而形成SiO2膜作為對準膜。對準膜的膜厚為50nm。控制對準使液晶的前傾斜角約2.5°。此后，其上形成對準膜的襯底被互相面對面形成，其間分布了適當數(shù)量的2μm直徑的玻璃墊圈(bead)以將襯底結(jié)合在一起。進而，在襯底間注入默克(Merck)公司制造的介電各向異性Δε為負且折射率各向異性Δn為0.1的垂直液晶材料，以制作反射型液晶顯示裝置的測試樣本。制成了這樣的反射型液晶顯示裝置其中硅驅(qū)動襯底上的鋁電極的像素間距W2為9微米，像素間的寬W1變成0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米和0.8微米(如圖8的測試樣本編號1～5)。而且，以同樣的方法制作了這樣的反射型液晶顯示裝置其中，在鋁電極上以45nm的厚度覆蓋了SiO2的鈍化膜，以保護顯示像素區(qū)域(圖8的測試樣本編號6～10)。在該比較例的反射型液晶顯示裝置中的電極構(gòu)造與圖9A和圖9B所示的構(gòu)造相同，而鋁電極的側(cè)面在橫截面內(nèi)垂直。
在制作了反射型液晶顯示裝置后，以顯微鏡觀察黑級別處的液晶的對準狀態(tài)的結(jié)果與后述的實施例1和2的結(jié)果一同如圖8所示。在不含鈍化膜且像素溝寬W1為0.7微米或以下的反射型液晶顯示裝置(即測試樣本編號2～5)、和含鈍化膜的全部反射型液晶顯示裝置(即測試樣本編號6～10)中，在反射型像素電極的邊緣周邊區(qū)域和像素溝附近存在這樣的不一致對準的區(qū)域即，其黑級別比像素部分的黑級別更高，且具有明顯與其周圍不同的不均對準。當在旋轉(zhuǎn)偏振顯微鏡的偏振軸的同時以該偏振顯微鏡觀察該區(qū)域的液晶分子的對準時，發(fā)現(xiàn)在有效像素內(nèi)液晶分子很好地垂直對準，但像素周邊和像素溝內(nèi)的液晶含有很多希望的垂直成份以外的成份(即，沿溝的方向主要含有在水平方向傾斜一定程度的成份的隨機對準的成份)。而且，當給各測試樣本施加電壓以驅(qū)動液晶時，在像素頂表面，像通常那樣反射率根據(jù)電壓的幅度而增加，從而像素頂表面到達白級別，但另一方面，當施加相當大的電壓時，像素溝附近區(qū)域到達白級別；然而，施以灰階電壓時，明顯反應(yīng)變慢，因此當顯示灰階的圖像時，在像素周邊區(qū)域觀察到與像素中的亮度不同的亮度不均。
基本上，反射型液晶顯示裝置的測試樣本是按照與上述比較例相同的方法和相同的規(guī)格而制作的。即，其上形成透明電極的玻璃襯底和其上形成鋁電極作為反射型像素電極的硅驅(qū)動襯底被清潔后，它們被導(dǎo)入蒸發(fā)設(shè)備以形成SiO2膜作為對準膜，此后，在襯底間注入默克公司制造的介電各向異性Δε為負且折射率各向異性Δn為0.1的垂直液晶材料，以制作反射型液晶顯示裝置的各測試樣本。制成了這樣的反射型液晶顯示裝置其中硅驅(qū)動襯底的規(guī)格與上述比較例中的相同，像素間距W2為9微米，而像素間的寬W1(像素溝寬W1)變成0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米和0.8微米(圖8的測試樣本編號11～15)。在鋁電極上形成鈍化膜的反射型液晶顯示裝置是以類似的方式制作的(圖8的測試樣本編號16～20)。
但是在本實施例中，與上述比較例不同，當像素電極形成時引入了以下的工序，以形成如圖3A和圖3B所示的像素電極的構(gòu)造。即，導(dǎo)入了這樣的加工即在通過光刻在硅驅(qū)動襯底上形成正方形狀的像素電極后，在氬氣的放電環(huán)境中導(dǎo)入硅驅(qū)動襯底，以將像素電極表面暴露在氬離子中30秒，作為像素電極形成工序。發(fā)現(xiàn)當進行該加工時，電場集中的像素周圍四邊的邊緣部分比像素電極表面刻蝕得更嚴重，結(jié)果邊緣部分被蝕去了。因此作為結(jié)果，形成了這樣的構(gòu)造即其中從厚150nm(相當于圖5的A＝150nm)的鋁像素電極將邊緣部分(即外圍部分)傾斜地削去了37.5nm(相當于圖5的B＝37.5nm)。這相當于B/A＝1/4。而且，在包括鈍化膜的情形中，通過反映作為基底的像素電極的形狀，可實現(xiàn)大致同樣的梯形狀的含鈍化膜的像素電極的整體構(gòu)造。以與上述比較例相同的方法，在黑級別處可觀察具有該像素構(gòu)造的各測試樣本的液晶的對準狀態(tài)。
觀察結(jié)果如圖8所示。在本實施例中，在比較例中觀察到的由像素溝周邊的未對準導(dǎo)致的不一致性在全部測試樣本中都未觀察到。而且，即使當施加電壓時顯示灰階的圖像，也未觀察到不均。在本實施例的測試樣本中，反射率與比較例的測試樣本幾乎相同。即，發(fā)現(xiàn)這種程度的構(gòu)造變化不致影響反射率。
在觀察使用聚酰亞胺膜作為對準膜而代替氧化硅膜(SiO2膜)、并通過磨擦聚酰亞胺膜來控制對準的測試樣本的情形中，觀察結(jié)果是同樣的。
反射型液晶顯示裝置的測試樣本是以與實施例1相同的方法制作的(圖8的測試樣本編號21～25)。但是，導(dǎo)入了這樣的加工即將像素電極表面暴露在氬離子中比實施例1中更長的時間(100秒)，作為像素電極形成工序。作為結(jié)果，形成了這樣的構(gòu)造即其中從厚150nm(相當于圖5的A＝150nm)的鋁像素電極將外圍部分大致傾斜地削去了約200nm(相當于圖5的B＝200nm)。這相當于B/A＝1.33。使用與上述比較例和實施例1相同的方法，在黑級別處可觀察具有該像素構(gòu)造的各測試樣本的液晶的對準狀態(tài)。
觀察結(jié)果如圖8所示。在本實施例中，在比較例中觀察到的由像素溝周邊的未對準導(dǎo)致的不一致性在全部測試樣本中都未觀察到。而且，即使當施加電壓時顯示灰階的圖像，也未觀察到不均。
另一方面，當測量反射率時，與不進行傾斜削去像素周邊區(qū)域的處理的情形比較，觀察到1％～2％的反射率降低；但在此情形中像素溝寬W1進一步被縮小，例如從0.6微米變狹窄了0.1微米而至0.5微米，于是可抵償反射率損失。
而且，通過進一步延長施加氬離子的時間，像素電極側(cè)面的傾斜可變得緩和一些(即，傾斜部分的寬B可變長)；但當B/A超過3時，反射率的降低超過5％，故除非像素溝寬W1小于0.3微米，否則不能抵償反射率損失。因此在實用上不值得推薦。由以上實施例的結(jié)果，最好是滿足以下條件1/4≤B/A≤3此外，盡管未作為實施例而示出，但在像素溝寬W1為0.35微米的情形中，可得到同樣的效果。考慮到制造技術(shù)的改進，即使像素溝寬W1縮至0.3微米左右，容易類推也可得到同樣的效果。
本發(fā)明不限于上述實施例，并可以進行各種修改。例如，在上述實施例中，描述了三板系統(tǒng)投影器作為投影器的例子。然而，本發(fā)明可廣泛適用于如單板系統(tǒng)的任何其它的系統(tǒng)的投影器。而且，平面視圖中反射型像素電極42的形狀不限于矩形，也可以是如多邊形的任何其它形狀。
如以上說明，在本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置中，由于像素電極的側(cè)面是傾斜的，故即使像素溝寬很狹小或液晶層很薄，也能實現(xiàn)全體液晶分子大致垂直對準的狀態(tài)。由此，可消除或最小化由像素溝的構(gòu)造造成的垂直對準液晶特有的未對準的發(fā)生，以實現(xiàn)高對比度和良好的圖像質(zhì)量。
而且，本發(fā)明的液晶顯示單元使用本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置以顯示圖像，故可實現(xiàn)以高對比度和良好的圖像質(zhì)量來顯示圖像。
權(quán)利要求
1.一種反射型液晶顯示裝置，包括像素電極襯底，含有多個反射型的像素電極；襯片襯底，含有透明電極，該透明電極面對所述反射型的像素電極；以及垂直對準液晶，注入所述像素電極襯底和所述襯片襯底之間，其中每個所述反射型的像素電極的至少一個側(cè)面是傾斜的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示裝置，其中每個所述反射型的像素電極的側(cè)面在厚度方向上的所述反射型的像素電極的橫截面中傾斜，以使所述反射型的像素電極的寬度從頂側(cè)到底側(cè)增大，并且所述反射型的像素電極的橫截面呈梯形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示裝置，其中每個所述反射型像素電極的厚度為A，且從所述傾斜的側(cè)面的頂端部分到底端部分的水平方向的距離為B，滿足以下條件1/4≤B/A≤3
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示裝置，其中相鄰的所述反射型像素電極間的寬度在從0.3微米到0.7微米的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示裝置，其中至少一個膜層壓在每個所述反射型像素電極的接近所述垂直對準液晶一側(cè)的表面上，以及該層壓的膜沿所述反射型像素電極的傾斜側(cè)面傾斜，以反映所述反射型像素電極的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反射型液晶顯示裝置，其中層壓了對準膜，作為在每個所述反射型像素電極的接近所述垂直對準液晶一側(cè)的表面上的所述膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反射型液晶顯示裝置，其中在每個所述反射型像素電極和所述對準膜之間還層壓了鈍化膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反射型液晶顯示裝置，其中層壓通過斜向蒸發(fā)無機材料而形成的對準膜，作為在每個所述反射型像素電極的接近所述垂直對準液晶一側(cè)的表面上的所述膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示裝置，其中注入了所述垂直對準液晶的液晶層的厚度在從1.0微米到2.5微米的范圍內(nèi)。
10.一種液晶顯示單元，包括反射型液晶顯示裝置，其中所述液晶顯示單元通過使用由所述反射型液晶顯示裝置調(diào)制的光來顯示圖像，所述反射型液晶顯示裝置，包括像素電極襯底，含有多個反射型的像素電極；襯片襯底，含有透明電極，該透明電極面對所述反射型的像素電極；以及垂直對準液晶，注入所述像素電極襯底和所述襯片襯底之間，并且每個所述反射型的像素電極的至少一個側(cè)面是傾斜的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示單元，還包括光源；以及投影裝置，將從所述光源發(fā)射出并經(jīng)所述反射型液晶顯示裝置調(diào)制的光投影至屏幕，其中所述液晶顯示單元作為反射型液晶投影器而使用。
全文摘要
一種反射型液晶顯示裝置和液晶顯示單元，能夠消除或最小化由像素溝構(gòu)造引起的垂直對準液晶所特有的對準缺陷，并實現(xiàn)高對比度和良好的圖像質(zhì)量。反射型像素電極(42)具有在其外周的傾斜形狀，形成其電極寬度從上側(cè)到下側(cè)逐漸增大的末端寬的梯形狀。像素電極(42)的側(cè)面是傾斜的，以消除橫截面內(nèi)的垂直性，從而在像素溝部分，在電極的端消除水平對準的液晶分子。即使對準在水平方向局部地被略微擾動，周圍的垂直對準的液晶分子的相互作用甚至在像素溝部分仍可以提供足夠的垂直性。
文檔編號G02F1/1335GK1698004SQ20048000019
公開日2005年11月16日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者橋本俊一 申請人:索尼株式會社