专利名称：反射型液晶显示装置和液晶显示单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有反射型的像素电极的反射型液晶显示装置和利用该反射型液晶显示装置来显示图像的如反射型液晶投影器的液晶显示单元。
背景技术：
近年来，随着投影显示器在清晰度、小型化和亮度方面的改进，作为投影显示器的显示装置，这样的反射型装置引人注目并投入实际应用其能够减小其尺寸并以高清晰度显示，并能够期待较高的光利用效率。已知的反射型装置是其中在彼此面对的一对衬底间注入液晶的活动型的反射型液晶装置。在此情形中，使用了通过在玻璃衬底上层压(laminate)透明电极而形成的衬片(facing)衬底，和使用包括例如CMOS(互补金属氧化物半导体)型的半导体电路的硅(Si)衬底的驱动衬底，作为一对衬底。在驱动衬底上，配置了金属的反射型的像素电极，用来使光反射及在液晶上施加电压，从而构成像素电极衬底。反射型的像素电极由一般用于LSI(大规模集成电路)加工的、含铝为主成份的金属材料而构成。
在像这样的反射型液晶显示装置中，当将电压施加于设在衬片衬底上的透明电极和设在驱动衬底上的反射型的像素电极时，对液晶施加了电压。此时，液晶的光学特性取决于这些电极间的电位差而出现变化，因而液晶调制了入射光。反射型液晶显示装置可由该光的调制而显示灰阶图像。
在像这样的反射型液晶显示装置内，特别地，其中注入了垂直对准(aligned)液晶的活动型的反射型液晶显示装置因为该活动型的反射型液晶显示装置的对比度高且响应速度快，故作为投影装置而在近年来引人注目。这里说的“垂直对准液晶材料”指的是带有负的介电各向异性(与液晶分子的长轴平行的介电常数ε(∥)和与液晶分子的长轴垂直的介电常数ε(⊥)之间的差Δε(＝ε(∥)-ε(⊥))为负)的液晶材料，而在该垂直对准液晶材料中，当施加电压为零时，液晶分子在与衬底表面基本垂直的方向上对准，因而该活动型的反射型液晶显示装置在正常黑模式下工作。
像这样注入了垂直对准液晶的活动型的反射型液晶显示装置的现有实例公开于例如日本待审专利申请公报第2003-57674号。
然而，一般难以控制垂直对准液晶材料的对准。在驱动衬底上有由反射型像素电极造成的不均构造的情形中，由该不均构造造成的对准缺陷发生在像素电极周边。该对准缺陷诱发了显示表面内特性一致性的降低、黑级别的上升(图像的黑色部分呈现灰色而非黑色的现象)、以及由旋向(disclination)造成的图像质量劣化。特别地，在使用硅驱动装置的反射型液晶显示装置中，因为一般地像素间距为10微米或以下，所以与数十微米或以上的像素间距的较大的直视(direct-view)型液晶装置相比，像素周边的缺陷区域容易影响图像质量，并且由于不像透射型液晶显示装置那样，不能以黑色矩阵来遮盖缺陷区域，故反射型液晶显示装置的基本实用要求是必须最小化或完全消除未对准区域。
以上的对准缺陷将参照附图而具体地说明。首先，参照图9A和图9B来说明在现有的反射型液晶显示装置中像素电极的构造。如图中所示，反射型像素电极111以矩阵状被配置在硅驱动衬底110上。在半导体加工中在硅驱动衬底110上形成例如铝膜之后，使用光刻技术来加工铝膜，从而形成反射型像素电极111为正方状。在此情形中，由于独立地电气驱动各像素，故为了完全防止各反射型像素电极111电气短路而将其在像素表面内切断。因此，各反射型像素电极111的侧表面一般地如图9B所示在厚度方向垂直。
尽管邻接的反射型像素电极111间的宽度即像素间的宽W1(像素沟(groove)的宽W1)取决于刻蚀的分解度和设计规则，不过宽W1通常约是0.4～1微米左右。但是，由于制造技术的改进，将宽W1减至0.3微米也是完全可能的。于是，当像素间距W2是10微米时，作为反射型像素电极111，9.7～9.0微米的方电极被0.3～1微米宽的沟包围。由于显示像素面积占有率(开口(aperture)率)愈大则反射率愈增高，故当像素沟的宽W1尽可能地狭窄时，反射率特性得以最优。
图10A和图10B示意地表示在图9A和图9B所示的像素构造上对准了垂直对准液晶材料的状态。对准膜112在整个像素平面上(包括像素沟和反射型像素电极111的表面)层压，并且为了使液晶分子的长轴对准在前倾斜(pretilt)角的方向而由该对准膜作为基底(base)使液晶分子大致垂直对准。另一方面，从测量中观察到对准膜112形成于反射型像素电极111的侧面，从而在像素沟的侧面的液晶分子趋向与对准膜112垂直地对准，因此像素沟周边的液晶分子趋向于水平对准。当像素沟宽达例如1微米时(参照图10A)，由形成于像素沟底的对准膜所成的垂直对准液晶分子的力的影响下的面积比很大，以致该力占优势，因此像素侧面的影响减小了，从而近乎全体液晶分子都大致垂直对准。结果像素周边就不发生缺陷了。然而，如图10B所示，当像素沟宽W1是0.7微米或以下时，像素侧面的影响很大，结果，观察到在像素沟内有很多液晶分子是水平对准的。
此像素沟内的水平对准的液晶分子也影响了像素周边区域，作为结果，像素表面内的液晶分子是垂直对准的，但从像素周边区域到像素沟的液晶分子则是水平对准的，即液晶分子是不一致地对准的。可以观察到未对准扩至像素边缘部分(图10B的区域120)的现象，该现象特别地造成图像质量的劣化。在测量的结果中，像素沟的宽W1愈狭窄、或沟部分的深度愈深，这种趋向就愈是增大。在像这样的状态下，在整个显示区域不能得到一致的对准，故招致各种特性的劣化。虽然当像素沟的宽W1足够大时，不引起问题，但是由于孔径比下降导致反射率下降，因此不切实际。上述现象是垂直对准液晶材料特有的问题。
经验表明上述现象在使用像氧化硅那样的无机材料的斜向蒸发膜作为对准膜112的情况下特别地易于发生，而且液晶层的厚度愈薄，该现象就愈容易发生。为了防止该现象，考虑增大前倾斜角；但是一般很难稳定地形成大的前倾斜角，故前倾斜角有限度，而且伴随着前倾斜角的增加，有黑级别上升和对比度降低的问题。因而，需要这种技术其在使前倾斜角保持在适度的范围内并维持良好的对比度的状态中，防止像素周边区域发生未对准。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种能够消除或最小化由像素沟的构造造成的垂直对准液晶特有的未对准的发生，从而可实现高对比度和良好的图像质量的反射型液晶显示装置和液晶显示单元。
根据本发明的反射型液晶显示装置包括含有多个反射型的像素电极的像素电极衬底；含有透明电极的衬片衬底，该透明电极面对反射型的像素电极；和注入像素电极衬底和衬片衬底之间的垂直对准液晶，其中每个反射型的像素电极的至少一个侧面是倾斜的。
更具体地，每个反射型的像素电极的侧面在厚度方向上的反射型的像素电极的横截面内倾斜，以使反射型的像素电极的宽度从顶侧到底侧增大，而反射型的像素电极的横截面呈梯形。
根据本发明的液晶显示单元通过使用由上述根据本发明的反射型液晶显示装置调制的光来显示图像。
在根据本发明的反射型液晶显示装置和液晶显示单元中，由于像素电极的侧面是倾斜的，故与现有的像素电极即侧面在横截面内垂直的情形相比，可消除在像素沟部分中沿水平方向对准至极限的液晶分子。即使液晶分子沿水平方向局部地略微对准，也可由在水平对准的液晶分子周围的垂直对准的液晶分子的相互作用而在像素沟部分保持足够的垂直性。结果，即使像素沟宽很狭小或液晶层很薄，也能实现全体液晶分子大致垂直对准的状态。由此，可消除或最小化由像素沟的构造造成的垂直对准液晶特有的未对准的发生，并可实现高对比度和良好的图像质量。
图1是根据本发明的一实施例的反射型液晶显示装置的截面图；图2是描述根据本发明的一实施例的反射型液晶显示装置的驱动电路的构造的示意图；图3A和图3B是根据本发明的一实施例的反射型液晶显示装置中像素电极的示意图，图3A是平面图，而图3B是截面图；图4是示出根据本发明的一实施例的反射型液晶显示装置中液晶的对准状态的示意图；图5是说明像素电极的厚度和像素电极倾斜部分之间的关系的示意图；图6是另一例像素电极衬底的截面图；图7是包括如图1所示反射型液晶显示装置的液晶显示单元的一例的示意图；图8是示出观察在根据本发明的一实施例的反射型液晶显示装置和现有的反射型液晶显示装置中未对准的发生的结果的图表；图9A和图9B是在像素电极衬底侧上现有的反射型液晶显示装置的示意图，图9A是平面图，而图9B是截面图；以及图10A和图10B是说明由于发生在现有的反射型液晶显示装置中的未对准而造成的问题的截面图。
具体实施例方式
以下，参照附图来详细说明本发明的最佳实施例。
<反射型液晶显示装置的构造>
图1表示根据本发明的一实施例的反射型液晶显示装置的总体构造。该反射型液晶显示装置包括互相面对的衬片衬底30和像素电极衬底40、以及注入这些衬底30和40间的垂直对准液晶45。
衬片衬底30包括玻璃衬底31和在该玻璃衬底31上层压的透明电极32。对准膜33层压在透明电极32的接近垂直对准液晶45一侧的整个表面上。使用具有透射光功能的电极材料，一般是氧化锡(SnO2)和氧化铟(In2O3)的固溶体材料即ITO(氧化铟锡)，作为透明电极32。在整个像素区域将共同的电位(例如接地电位)施加于透明电极32。
像素电极衬底40是通过例如在单晶体的硅衬底41上以矩阵状形成反射型像素电极42而形成的。在硅衬底41处形成了包括诸如CMOS或NMOS的晶体管T1和电容(辅助电容)C1的活动型的驱动电路。对准膜43层压在像素电极衬底40的接近垂直对准液晶45一侧的整个表面上。
每个反射型像素电极42是由以铝(Al)或银(Ag)为代表的金属膜而构成的。在使用铝电极等作为反射型像素电极42的情形中，反射型像素电极42具有作为光反射膜的功能和作为在液晶上施加电压的电极的功能，而为了进而增加反射率，可在铝电极上形成像介电镜这样的多层膜的反射层。本实施例的特征部分是该反射型像素电极42的形状，对此将在后详述。
在用于该反射型液晶显示装置的垂直对准液晶45中，当施加电压为零时，垂直对准液晶45的分子长轴对准在相对于各衬底表面大致垂直的方向上，而当施加电压时，长轴在面内(in-plane)方向上倾斜，因而垂直对准液晶45的透射率有变化。若驱动时液晶分子的倾斜方向不一致，则对比度变得不均。为了避免对比度不均，有必要沿预定方向(一般地是装置的对角方向)使液晶分子预先以很小的前倾斜角对准，再垂直对准它们。当前倾斜角太大时，垂直对准性劣化，故黑级别上升而对比度降低。因而，一般地将前倾斜角控制在约1°～7°范围之间。
使用例如以二氧化硅(SiO2)为代表的氧化硅的斜向蒸发膜，作为对准膜33和43。在此情形中，当改变斜向蒸发的蒸发角度时，可控制上述垂直对准液晶45的前倾斜角。此外，也可使用通过磨擦(对准)例如基于聚酰亚胺的有机化合物而形成的膜，作为对准膜33和43。在此情形中，当改变磨擦条件时，可控制前倾斜角。
图2表示该反射型液晶显示装置的驱动部分的构造。驱动部分包括形成于各像素内的像素驱动电路61和配置于显示区域60周边的诸如数据驱动器62和扫描驱动器63等的逻辑部分。来自外部的图像信号D经信号线64输入数据驱动器62。像素驱动电路61形成于各反射型像素电极42之下，并包括开关晶体管T1和给液晶提供电压的辅助电容C1。晶体管T1被要求具有与垂直对准液晶45的驱动电压对应的耐压，故晶体管T1一般地是由比逻辑部分更高的耐压加工而制成的。
在像素驱动电路61中，多条数据线71配置在列方向上，多条扫描线72配置在行方向上。各条数据线71和各条扫描线72的交叉点对应于一个像素。各晶体管T1的源电极连接至数据线71，而各晶体管T1的栅电极连接至扫描线72。各晶体管T1的漏电极连接至各反射型像素电极42和辅助电容C1。各条数据线71连接至数据驱动器62，图像信号从该数据驱动器62提供。各条扫描线72连接至扫描驱动器63，扫描信号从扫描驱动器63顺次提供。
下面，详细说明反射型像素电极42的构造，即本实施例的特征部分。如图3A和图3B所示，反射型像素电极42中的外周部分是倾斜的。即侧面50在厚度方向上的反射型像素电极42的横截面是倾斜的(参见图3B)。因此，反射型像素电极42呈现电极42的宽度从顶侧(液晶侧)到底侧(衬底侧)逐渐增大的梯形状。对准膜43沿反射型像素电极42的形状层压，故含对准膜43的整个反射型像素电极42呈梯形状。在此反射型像素电极42处，不仅顶表面，而且倾斜的侧面50也起到像素电极的功能。即，侧面50也具有反射光的功能和给垂直对准液晶45施加电压的功能。
反射型像素电极42的厚度A考虑到成膜最好是至少50nm或以上，为了得到更好的反射率则最好是120nm或以上。一般地，厚度A为150nm左右。而且，尽管邻接的反射型像素电极42间的宽度即像素间的宽W1(像素沟的宽W1)取决于刻蚀的分解度和设计规则，不过宽W1通常约是0.4～1微米左右。但是，由于制造技术的改进，将宽W1减至0.3微米也是完全可能的。于是，当像素间距W2是10微米时，从平面上看，作为反射型像素电极42，9.7～9.0微米的方电极被0.3～1微米宽的沟包围。考虑到反射率，由于显示像素面积占有率(开口率)愈大则反射率愈增高，故当像素沟的宽W1尽可能地狭窄时，反射率特性得以最优。
反射型像素电极42的侧面50倾斜以抑制垂直对准液晶特有的未对准的发生，下文将对此进行说明。这里，如图5所示，反射型像素电极42的厚度为A，从侧面50的顶端部分51到底端部分52的水平方向的距离为B，而以B/A来表示侧面50的倾斜度。如后述，考虑到抑制未对准的发生的效果和反射率之间的关系，侧面50的倾斜度最好满足以下条件1/4≤B/A≤3侧面50的倾斜形状没有必要是完全线性的，当侧面50大致线性倾斜时也能获得足够的效果。而且，作为反射型像素电极42的制造方法，首先，就像现有方法，例如在半导体加工中在硅衬底41上形成铝等金属膜之后，使用光刻技术来加工金属膜，从而加工电极为正方状。此后，执行将氩离子施加在像素表面上以刻蚀像素的加工，以形成倾斜的侧面50。侧面50的加工方法不限于以上所述的加工。
下面，说明由上文描述的加工制成的反射型液晶显示装置的功能和作用。
在该反射型液晶显示装置中，如图1所示，从衬片衬底30进入并通过垂直对准液晶45的入射光L1由反射型像素电极42的反射功能所反射。被反射型像素电极42反射的光L1通过垂直对准液晶45和衬片衬底30到达光进入方向的反方向，从而被发射。此时，垂直对准液晶45的光学特性根据衬片电极间的电位差而变化，以调制通过垂直对准液晶45的光L1。由此，通过光调制，可生成灰阶，且经调制的光L2可用于图像显示。
给垂直对准液晶45施加电压是由图2所示的像素驱动电路61进行的。数据驱动器62根据经信号线64输入的来自外部的图像信号D而将图像信号提供给数据线71。扫描驱动器63以预定的时序将扫描信号顺次提供给各条扫描线72。因此，有选择地驱动由来自扫描线72的扫描信号所扫描的、且施加了来自数据线71的图像信号的部分中的像素。
如前述，在使用侧面在厚度方向的横截面内垂直的现有的反射型像素电极111(参见图9A和图9B)的情形中，特别地，如图10B所示，当像素沟宽W1为0.7微米或以下时，观察到在像素沟内有大量液晶分子是水平对准的。在这种情形中，出现未对准扩至像素的边缘部分(图10B的区域120)的现象，该现象特别地造成图像质量的劣化。
另一方面，在根据本实施例的反射型液晶显示装置中，由于反射型像素电极42的侧面50倾斜，故如图4所示，未对准的问题很容易解决。即，侧面50倾斜，以消除反射型像素电极42的横截面内的垂直性，可消除在像素沟部分中水平对准至极限的液晶分子。即使液晶分子在水平方向局部地略微对准，也可由水平对准的液晶分子周围的垂直对准的液晶分子的相互作用而在像素沟部分保持足够的垂直性。结果，如后述的实施例所示，很明显例如即使像素沟的宽W1减小至0.4微米，也能实现全体液晶分子大致垂直对准的状态。可以认为在像素沟宽W1减小至0.3微米的情形中也可实现同样的效果。而且，在现有的构造中，液晶层的厚度愈薄就愈容易产生未对准。而在根据本实施例的构造中，即使液晶层的厚度薄至例如2.5微米或以下也可抑制未对准。液晶层的厚度最好在1微米或以上。当厚度比1微米更薄时，形成厚度一致的液晶层很困难。
抑制该未对准的效果在侧面50的倾斜度B/A(参照图5)为1/4左右或以上时可实现。由于当倾斜面在像素表面的比例增大时，导致光的反射率的损失，故B/A具有实用上的最适范围。虽然反射率的降低可抵偿像素沟宽W1的减小(开口率的改进)；但是假定像素沟宽W1限制在0.3～0.4微米左右。结果，依后述的实施例所示的测量结果，B/A在1/4～3的范围可满足各种特性。
像此反射型液晶显示装置这样，在使用硅驱动装置的反射型装置中，为了反射型像素电极42的保护等目的，如图6所示，反射型像素电极42的表面一般地覆盖有由氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)构成的钝化膜44。对准膜43形成于钝化膜44上。由于该钝化膜44是在LSI加工中以如CVD(化学蒸发沉淀)等成膜技术制成的，故如图6所示，钝化膜44一致地覆盖在反射型像素电极42和像素沟的侧面及底面。在根据本实施例的反射型像素电极42的构造中，在如钝化膜44的另外的膜形成于对准膜43和反射型像素电极42之间的情形中，反映出了作为该膜的基底的像素形状，故含该膜的整体构造具有同样的倾斜形状。因此，在反射型像素电极42覆盖了如钝化膜44的另外的膜的情形中，以类似的方式也可实现抑制未对准的发生的效果。
如以上说明，在根据本实施例的反射型液晶显示装置中，由于反射型像素电极42的侧面倾斜，故即使像素沟宽度和像素间距减小了，或即使液晶层的厚度减小了，在保持适度的前倾斜角的状态中，也可消除或最小化由像素沟造成的垂直对准液晶特有的未对准，并可实现关于对比度和图像质量的良好的特性。特别地，由于像素间距可比现有的反射型液晶显示装置中的像素间距更狭窄，故可改进总反射率。而且，由于液晶层的厚度可比现有的反射型液晶显示装置的液晶层的厚度更薄，故可改进液晶的响应速度。
<液晶显示单元的说明>
其次，说明使用具有如图1所示构造的反射型液晶显示装置的液晶显示单元的例子。如图7所示，作为例子说明将反射型液晶显示装置作为光阀门使用的反射型液晶投影器。
图7所示的反射型液晶投影器是所谓的三板系统，其使用关于红、绿和蓝的三个液晶光阀门21R、21G和21B，以显示彩色图像。该反射型液晶投影器包括沿光轴10的光源11、二色镜12和13以及全反射镜14。该反射型液晶投影器还包括偏振光束分光器15、16和17、合成棱镜18、投影透镜19和屏幕20。
光源11发射彩色图像显示所必要的含红色光(R)、蓝色光(B)和绿色光(G)的白色光，使用例如卤素灯、金属卤化物灯或氙灯等作为光源11。
二色镜12具有将来自光源11的光分离成蓝色光和其它色光的功能。二色镜13具有将通过二色镜12的光分离成红色光和绿色光的功能。全反射镜14将由二色镜12分离的蓝色光向着偏振光束分光器17反射。
偏振光束分光器15、16和17分别沿着红色光、绿色光和蓝色光的光路设置。这些偏振光束分光器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上将各入射的色光分成互相正交的两个偏振成份的功能。偏振分光面15A、16A和17A反射一偏振成份(例如S偏振成份)而透过另一偏振成份(例如P偏振成份)。
使用具有上述构造的反射型液晶显示装置(参见图1)，作为液晶光阀门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的每个分出的每色光的预定的偏振成份(例如S偏振成份)进入这些液晶光阀门21R、21G和21B的每个。当液晶光阀门21R、21G和21B被基于图像信号而给出的驱动电压所驱动时，液晶光阀门21R、21G和21B具有调制入射光和将该经调制的光分别向偏振光束分光器15、16和17反射的功能。
合成棱镜18具有合成从液晶光阀门21R、21G和21B的每个发射出并通过偏振光束分光器15、16和17的每个的各色光的预定的偏振成份(例如P偏振成份)的功能。投影透镜19具有作为投影设备，将从合成棱镜18发射出的合成光向屏幕20投影的功能。
在具有上述构造的反射型液晶投影器中，从光源11发射出的白色光由二色镜12的功能分离成蓝色光和其它色光(红色光和绿色光)。其中的蓝色光由全反射镜14的功能向偏振光束分光器17反射。其它色光则由二色镜13的功能分离成红色光和绿色光。分离出的红色光和绿色光分别进入偏振光束分光器15和16。
偏振光束分光器15、16和17分别在偏振分光面15A、16A和17A上将每一入射的色光分成互相正交的两个偏振成份。此时，偏振分光面15A、16A和17A将一偏振成份(例如S偏振成份)分别向液晶光阀门21R、21G和21B反射。
液晶光阀门21R、21G和21B被基于图像信号而给出的驱动电压所驱动，并在逐像素基础上调制进入液晶光阀门21R、21G和21B的各色光的预定的偏振成份。此时，由于使用如图1所示的反射型液晶显示装置作为液晶光阀门21R、21G和21B，故可实现关于对比度和图像质量的良好的特性。
液晶光阀门21R、21G和21B将各经调制的色光分别向偏振光束分光器15、16和17反射。偏振光束分光器15、16和17分别仅通过在来自液晶光阀门21R、21G和21B的反射光(调制光)中预定的偏振成份(例如P偏振成份)，以将预定的偏振成份向合成棱镜18发射。合成棱镜18合成已通过偏振光束分光器15、16和17的各色光的预定成份，以将合成光向投影透镜19发射。投影透镜19将从合成棱镜18发射的合成光向屏幕20投影。由此，按照经液晶光阀门21R、21G和21B调制的光的图像被投影至屏幕20，以显示希望的图像。
如以上说明，在根据本实施例的反射型液晶投影器中，使用包括带有倾斜侧面50的反射型像素电极42(参见图3A和图3B)的反射型液晶显示装置(参见图1)作为液晶光阀门21R、21G和21B，于是可实现以高对比度和良好的图像质量来显示图像。
下面，参照实例来说明根据本实施例的反射型液晶显示装置的具体特征。以下，在说明实施例之前，首先说明现有的反射型液晶显示装置的特性，作为比较例。
作为比较例，反射型液晶显示装置的测试样本是像以下这样制作的。首先，其上有透明电极形成的玻璃衬底和其上有铝电极作为反射型像素电极形成的硅驱动衬底被清洁后，它们被导入蒸发设备，通过以范围在45～55°的蒸发角度斜向蒸发，从而形成SiO2膜作为对准膜。对准膜的膜厚为50nm。控制对准使液晶的前倾斜角约2.5°。此后，其上形成对准膜的衬底被互相面对面形成，其间分布了适当数量的2μm直径的玻璃垫圈(bead)以将衬底结合在一起。进而，在衬底间注入默克(Merck)公司制造的介电各向异性Δε为负且折射率各向异性Δn为0.1的垂直液晶材料，以制作反射型液晶显示装置的测试样本。制成了这样的反射型液晶显示装置其中硅驱动衬底上的铝电极的像素间距W2为9微米，像素间的宽W1变成0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米和0.8微米(如图8的测试样本编号1～5)。而且，以同样的方法制作了这样的反射型液晶显示装置其中，在铝电极上以45nm的厚度覆盖了SiO2的钝化膜，以保护显示像素区域(图8的测试样本编号6～10)。在该比较例的反射型液晶显示装置中的电极构造与图9A和图9B所示的构造相同，而铝电极的侧面在横截面内垂直。
在制作了反射型液晶显示装置后，以显微镜观察黑级别处的液晶的对准状态的结果与后述的实施例1和2的结果一同如图8所示。在不含钝化膜且像素沟宽W1为0.7微米或以下的反射型液晶显示装置(即测试样本编号2～5)、和含钝化膜的全部反射型液晶显示装置(即测试样本编号6～10)中，在反射型像素电极的边缘周边区域和像素沟附近存在这样的不一致对准的区域即，其黑级别比像素部分的黑级别更高，且具有明显与其周围不同的不均对准。当在旋转偏振显微镜的偏振轴的同时以该偏振显微镜观察该区域的液晶分子的对准时，发现在有效像素内液晶分子很好地垂直对准，但像素周边和像素沟内的液晶含有很多希望的垂直成份以外的成份(即，沿沟的方向主要含有在水平方向倾斜一定程度的成份的随机对准的成份)。而且，当给各测试样本施加电压以驱动液晶时，在像素顶表面，像通常那样反射率根据电压的幅度而增加，从而像素顶表面到达白级别，但另一方面，当施加相当大的电压时，像素沟附近区域到达白级别；然而，施以灰阶电压时，明显反应变慢，因此当显示灰阶的图像时，在像素周边区域观察到与像素中的亮度不同的亮度不均。
基本上，反射型液晶显示装置的测试样本是按照与上述比较例相同的方法和相同的规格而制作的。即，其上形成透明电极的玻璃衬底和其上形成铝电极作为反射型像素电极的硅驱动衬底被清洁后，它们被导入蒸发设备以形成SiO2膜作为对准膜，此后，在衬底间注入默克公司制造的介电各向异性Δε为负且折射率各向异性Δn为0.1的垂直液晶材料，以制作反射型液晶显示装置的各测试样本。制成了这样的反射型液晶显示装置其中硅驱动衬底的规格与上述比较例中的相同，像素间距W2为9微米，而像素间的宽W1(像素沟宽W1)变成0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米和0.8微米(图8的测试样本编号11～15)。在铝电极上形成钝化膜的反射型液晶显示装置是以类似的方式制作的(图8的测试样本编号16～20)。
但是在本实施例中，与上述比较例不同，当像素电极形成时引入了以下的工序，以形成如图3A和图3B所示的像素电极的构造。即，导入了这样的加工即在通过光刻在硅驱动衬底上形成正方形状的像素电极后，在氩气的放电环境中导入硅驱动衬底，以将像素电极表面暴露在氩离子中30秒，作为像素电极形成工序。发现当进行该加工时，电场集中的像素周围四边的边缘部分比像素电极表面刻蚀得更严重，结果边缘部分被蚀去了。因此作为结果，形成了这样的构造即其中从厚150nm(相当于图5的A＝150nm)的铝像素电极将边缘部分(即外围部分)倾斜地削去了37.5nm(相当于图5的B＝37.5nm)。这相当于B/A＝1/4。而且，在包括钝化膜的情形中，通过反映作为基底的像素电极的形状，可实现大致同样的梯形状的含钝化膜的像素电极的整体构造。以与上述比较例相同的方法，在黑级别处可观察具有该像素构造的各测试样本的液晶的对准状态。
观察结果如图8所示。在本实施例中，在比较例中观察到的由像素沟周边的未对准导致的不一致性在全部测试样本中都未观察到。而且，即使当施加电压时显示灰阶的图像，也未观察到不均。在本实施例的测试样本中，反射率与比较例的测试样本几乎相同。即，发现这种程度的构造变化不致影响反射率。
在观察使用聚酰亚胺膜作为对准膜而代替氧化硅膜(SiO2膜)、并通过磨擦聚酰亚胺膜来控制对准的测试样本的情形中，观察结果是同样的。
反射型液晶显示装置的测试样本是以与实施例1相同的方法制作的(图8的测试样本编号21～25)。但是，导入了这样的加工即将像素电极表面暴露在氩离子中比实施例1中更长的时间(100秒)，作为像素电极形成工序。作为结果，形成了这样的构造即其中从厚150nm(相当于图5的A＝150nm)的铝像素电极将外围部分大致倾斜地削去了约200nm(相当于图5的B＝200nm)。这相当于B/A＝1.33。使用与上述比较例和实施例1相同的方法，在黑级别处可观察具有该像素构造的各测试样本的液晶的对准状态。
观察结果如图8所示。在本实施例中，在比较例中观察到的由像素沟周边的未对准导致的不一致性在全部测试样本中都未观察到。而且，即使当施加电压时显示灰阶的图像，也未观察到不均。
另一方面，当测量反射率时，与不进行倾斜削去像素周边区域的处理的情形比较，观察到1％～2％的反射率降低；但在此情形中像素沟宽W1进一步被缩小，例如从0.6微米变狭窄了0.1微米而至0.5微米，于是可抵偿反射率损失。
而且，通过进一步延长施加氩离子的时间，像素电极侧面的倾斜可变得缓和一些(即，倾斜部分的宽B可变长)；但当B/A超过3时，反射率的降低超过5％，故除非像素沟宽W1小于0.3微米，否则不能抵偿反射率损失。因此在实用上不值得推荐。由以上实施例的结果，最好是满足以下条件1/4≤B/A≤3此外，尽管未作为实施例而示出，但在像素沟宽W1为0.35微米的情形中，可得到同样的效果。考虑到制造技术的改进，即使像素沟宽W1缩至0.3微米左右，容易类推也可得到同样的效果。
本发明不限于上述实施例，并可以进行各种修改。例如，在上述实施例中，描述了三板系统投影器作为投影器的例子。然而，本发明可广泛适用于如单板系统的任何其它的系统的投影器。而且，平面视图中反射型像素电极42的形状不限于矩形，也可以是如多边形的任何其它形状。
如以上说明，在本发明的反射型液晶显示装置中，由于像素电极的侧面是倾斜的，故即使像素沟宽很狭小或液晶层很薄，也能实现全体液晶分子大致垂直对准的状态。由此，可消除或最小化由像素沟的构造造成的垂直对准液晶特有的未对准的发生，以实现高对比度和良好的图像质量。
而且，本发明的液晶显示单元使用本发明的反射型液晶显示装置以显示图像，故可实现以高对比度和良好的图像质量来显示图像。
权利要求
1.一种反射型液晶显示装置，包括像素电极衬底，含有多个反射型的像素电极；衬片衬底，含有透明电极，该透明电极面对所述反射型的像素电极；以及垂直对准液晶，注入所述像素电极衬底和所述衬片衬底之间，其中每个所述反射型的像素电极的至少一个侧面是倾斜的。
2.根据权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其中每个所述反射型的像素电极的侧面在厚度方向上的所述反射型的像素电极的横截面中倾斜，以使所述反射型的像素电极的宽度从顶侧到底侧增大，并且所述反射型的像素电极的横截面呈梯形状。
3.根据权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其中每个所述反射型像素电极的厚度为A，且从所述倾斜的侧面的顶端部分到底端部分的水平方向的距离为B，满足以下条件1/4≤B/A≤3
4.根据权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其中相邻的所述反射型像素电极间的宽度在从0.3微米到0.7微米的范围内。
5.根据权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其中至少一个膜层压在每个所述反射型像素电极的接近所述垂直对准液晶一侧的表面上，以及该层压的膜沿所述反射型像素电极的倾斜侧面倾斜，以反映所述反射型像素电极的形状。
6.根据权利要求5所述的反射型液晶显示装置，其中层压了对准膜，作为在每个所述反射型像素电极的接近所述垂直对准液晶一侧的表面上的所述膜。
7.根据权利要求6所述的反射型液晶显示装置，其中在每个所述反射型像素电极和所述对准膜之间还层压了钝化膜。
8.根据权利要求5所述的反射型液晶显示装置，其中层压通过斜向蒸发无机材料而形成的对准膜，作为在每个所述反射型像素电极的接近所述垂直对准液晶一侧的表面上的所述膜。
9.根据权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其中注入了所述垂直对准液晶的液晶层的厚度在从1.0微米到2.5微米的范围内。
10.一种液晶显示单元，包括反射型液晶显示装置，其中所述液晶显示单元通过使用由所述反射型液晶显示装置调制的光来显示图像，所述反射型液晶显示装置，包括像素电极衬底，含有多个反射型的像素电极；衬片衬底，含有透明电极，该透明电极面对所述反射型的像素电极；以及垂直对准液晶，注入所述像素电极衬底和所述衬片衬底之间，并且每个所述反射型的像素电极的至少一个侧面是倾斜的。
11.根据权利要求10所述的液晶显示单元，还包括光源；以及投影装置，将从所述光源发射出并经所述反射型液晶显示装置调制的光投影至屏幕，其中所述液晶显示单元作为反射型液晶投影器而使用。
全文摘要
一种反射型液晶显示装置和液晶显示单元，能够消除或最小化由像素沟构造引起的垂直对准液晶所特有的对准缺陷，并实现高对比度和良好的图像质量。反射型像素电极(42)具有在其外周的倾斜形状，形成其电极宽度从上侧到下侧逐渐增大的末端宽的梯形状。像素电极(42)的侧面是倾斜的，以消除横截面内的垂直性，从而在像素沟部分，在电极的端消除水平对准的液晶分子。即使对准在水平方向局部地被略微扰动，周围的垂直对准的液晶分子的相互作用甚至在像素沟部分仍可以提供足够的垂直性。
文档编号G02F1/1335GK1698004SQ20048000019
公开日2005年11月16日 申请日期2004年3月5日 优先权日2003年3月7日
发明者桥本俊一 申请人:索尼株式会社