JP2003107482A - 反射型液晶表示素子、表示装置、プロジェクション光学システム、及びプロジェクションディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直配向液晶表示デバイスにおいて、液晶層
の厚みが小さくても低電圧で液晶透過率が飽和し、小さ
い画素サイズでも通常の耐圧プロセスで作製可能な高速
応答性の反射型液晶表示素子、表示装置、プロジェクシ
ョン光学系、プロジェクションディスプレイシステムを
提供し、またＦナンバーが小さい高輝度の光学系でも十
分に低い黒レベルが維持され、高いコントラストを実現
すること。 【解決手段】 反射型液晶表示デバイス２３において、
垂直配向液晶層の厚さｄを２μｍ以下と小さくし、かつ
垂直配向液晶材料の屈折率異方性Δｎの値を０．１以上
と大きく調整することにより、液晶の透過率が５〜６Ｖ
以下の電圧で容易に飽和し、低電圧駆動が可能になり、
透過率自体も著しく向上し、更に液晶層厚の２乗に比例
すると考えられる黒レベルを低く抑え、光学系のＦナン
バーが３以下と小さくても、高コントラスト化、小さい
Ｆナンバーによる高輝度化も併せて実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロジェクション
ディスプレイシステム等に好適な反射型液晶（電気光
学）表示素子、及びその表示素子と組み合わせて用いら
れる表示装置、プロジェクション光学システム、プロジ
ェクションディスプレイシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プロジェクションディスプレイの
高精細化、小型化、高輝度化が進むにつれて、そのディ
スプレイデバイスとして、小型、高精細が可能であって
高い光利用効率が期待できる反射型デバイスが注目さ
れ、実用化されている。

【０００３】それらの中で、透明電極が形成されたガラ
ス基板に対向して、例えばＣＭＯＳ（Complementary Me
tal Oxide Semiconductor：相補型ＭＯＳ）半導体回路
からなるＳｉ基板に駆動素子を設けてその上にＡｌ光反
射電極を形成した駆動回路基板を配置し、これらの一対
の基板間に垂直配向液晶材料を注入したアクティブ型の
反射型液晶表示デバイス（素子）が報告されており（論
文：H.Kuroganeら、Digests of SID1998, P33-36(199
8)、及び論文：S. Uchiyamaら、Proceedingsof IDW20
00, P1183-1184(2000)）、一部のメーカーにより実際に
商品化されている。

【０００４】ここで、垂直配向液晶材料とは、負の誘電
率異方性を有する（即ち、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（⊥））が負である）液晶材料であり、上記
の透明電極−光反射電極間の印加電圧がゼロの時に基板
面にほぼ垂直に液晶分子が配向し、ノーマリ・ブラック
・モード（Normally black mode）の表示を与えるもの
である。

【０００５】上記で報告されている従来の反射型デバイ
スにおける垂直配向液晶層の厚さ（セルギャップ）は３
〜４μｍであり、駆動電圧（液晶への印加電圧）に対す
る液晶透過率の曲線（以下、Ｖ−Ｔ曲線と呼ぶが、反射
型デバイスであるために実測としてはデバイスの反射率
（但し、ここでは後述のようにデバイスにより入射光、
例えばｓ偏光が偏光変調されてｐ偏光の反射光が得られ
るものとする。）に相当する。）は、２Ｖ位のしきい値
電圧で立ち上がり、４〜６Ｖの印加電圧で最大値に達す
るような特性を有する。これらの間で電圧を変えること
により、液晶の透過率をアナログ的に変化させ、階調を
表現することができる。図１４には、一例として上記の
論文から抜粋したデータを示すが、液晶層の厚みは３
μｍ、駆動電圧は±約４Ｖ、応答速度（立ち上がり時間
＋立ち下がり時間）は１７ｍｓｅｃ程度と報告されてい
る。

【０００６】液晶は、通常、フレーム又はフィールド毎
に正負の電圧を反転させて駆動されるので、上記のデバ
イスは、実際には最大±４〜６Ｖの電圧で駆動されるこ
とを意味する（正と負のＶ−Ｔ曲線は原則的に対称であ
るから、Ｖ−Ｔ曲線は通常は正のみで表わされる）。±
４〜６Ｖの液晶駆動電圧は、駆動トランジスタの実効的
な耐圧として、８〜１２Ｖ以上を必要とすることを意味
する。

【０００７】これは、通常のＭＯＳプロセスにおける耐
圧に比べるとかなり高いため、Ｓｉ駆動回路基板におけ
る画素内に形成される液晶駆動トランジスタにはＬＤＤ
（Lightly doped drain-source）構造等の高耐圧プロセ
スが適用される。作製コストや消費電力等を考慮して、
その耐圧は一般に８〜１２Ｖである。これが、従来デバ
イスにおいて、最大±４〜６ＶのＶ−Ｔ曲線を有するよ
うにデバイス設計される理由である。

【０００８】また、従来デバイスで用いられる垂直配向
液晶材料の屈折率異方性Δｎ（即ち、液晶分子の長軸方
向の屈折率ｎ（‖）とそれに垂直な方向の屈折率ｎ
（⊥）との差：Δｎ＝ｎ（‖）−ｎ（⊥））は０．１よ
り小さい値（典型的には０．０８程度）であり、典型的
な画素ピッチは１３．５μｍ（画素サイズ１３μｍ）で
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、液晶表示デバイ
スの欠点である、応答速度が遅いという問題がクローズ
アップされ、その高速化が重要な課題になっていること
は周知の通りである。一般に、液晶の応答速度（立ち上
り時間及び立ち下り時間）は下記の式１及び式２で表わ
されるように、液晶層の厚みｄの２乗に比例するため、
液晶の層厚を減少させることが高速化に有効である。

【００１０】

【数１】 （ここで、γ：液晶の粘度、ｄ：液晶層の厚さ、Δε：
液晶の誘電率異方性、ε(0)：真空の誘電率、Ｋ：液晶
の弾性定数、Ｖ：液晶への印加電圧（液晶駆動電圧）、
Ｖｃ：しきい値電圧である。）

【００１１】しかしながら、従来の垂直配向液晶表示デ
バイスにおいて、液晶層の厚さを減少させていくと、応
答速度は式１及び２に基づけば高速化していくものの、
透過率を飽和させるために必要な駆動電圧が高くなると
いう問題がある。図１５には、従来デバイスで用いられ
ている液晶材料（Δｎ＝０．０８２）を用いた系におい
て、液晶の層厚を減少させた時のＶ−Ｔ曲線を示し、図
１６には、液晶層厚ｄによる飽和電圧の変化を示す。

【００１２】図１５、図１６に示すように、デバイスの
飽和電圧は、液晶層の厚みｄが２．５μｍを切るあたり
から急激に高くなって６Ｖを超えるようになり、ｄが２
μｍ以下になると１０Ｖにも達する。即ち、駆動トラン
ジスタの耐圧は２０Ｖ以上も必要になる。その上、ｄが
１．５μｍ厚以下では透過率の絶対値が１００％に到達
しなくなり、１μｍ厚では３０％程度の透過率しか得ら
れなくなるばかりか、しきい値電圧も高くなる。

【００１３】こうした現象は、垂直配向液晶では、ｄ
（セルギャップ）が小さくなるに従って、液晶分子と配
向膜との界面での相互作用（インタラクション）が、印
加電圧による液晶分子のダイレクタの方向変化に対し相
対的に大きくなるからであると考えられる。これに対
し、液晶層厚が大きいときには、バルクとしての性質が
出てくるために、ダイレクタが動き易くなり、上記の界
面での相互作用の影響が減少するものと考えられる。

【００１４】上記のように、液晶表示デバイスの駆動電
圧が高くなると、通常のＳｉ駆動素子基板では駆動する
ことが困難となる。もちろん、画素駆動トランジスタの
耐圧を上げることにより、これを解決することができる
が、一般にはプロセスが複雑になり、コスト高、高消費
電力になる上に、耐圧を上げると、トランジスタのサイ
ズが大きくなることが避けられない。このため、特に１
０μｍ程度以下の小さな画素サイズ（又はピッチ）で、
このような高耐圧トランジスタを作製することは極めて
難しくなる。

【００１５】上記の理由により、従来の垂直配向液晶を
用いた反射型表示デバイスにおいて、液晶層の厚さを
２．５μｍ以下にすることは、実用上難しいのが現状で
ある。また、液晶層厚をそのように小さくすることは、
印加電圧に対する立ち上り（応答性）も遅くなり、しか
もデバイスの作製上の歩留りも低下する。

【００１６】さらに、上記の従来デバイスを用いたプロ
ジェクション光学系では、以下に示すように、高いコン
トラストを保つために光学系のＦナンバー（Ｆ数）を
３．５以上にしなければならず、このために輝度を高く
することができない、という問題を有している。

【００１７】反射型液晶表示デバイスを用いたプロジェ
クションシステムでは、図１７に示すように、ランプ光
源１からの光束を、偏光分離デバイスである赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色用の偏光ビームスプリッタ２
Ｒ、２Ｇ、２Ｂを介して、垂直配向液晶を用いた反射型
液晶表示デバイス３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに照射し、これらの
デバイスで偏光変調された反射光を各色の光を合成する
プリズム（Ｘ−Ｃｕｂｅプリズム）４で集め、投射光１
０（ｐ）として投射レンズ５を介してスクリーン（図示
せず）に投射する光学系が必要である。

【００１８】ここでは、反射型液晶デバイス３Ｒ、３
Ｇ、３Ｂを照明する照明光学系として、白色ランプ光源
１からの白色光（ｐ偏光成分とｓ偏光成分の混じった光
１０（ｐ,ｓ））が、フライアイレンズ６、偏光変換デ
バイス７、コンデンサレンズ８等を通してｓ偏光１０
（ｓ）となり、更にダイクロイック色分離フィルタ９に
導かれ、ここで分離された光が全反射ミラー１１、１
２、ダイクロイックミラー１３を経て各色の光１０Ｒ
（ｓ）、１０Ｇ（ｓ）、１０Ｂ（ｓ）となる。そして偏
光ビームスプリッタ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを介して各反射型
液晶表示デバイス３Ｒ、３Ｇ、３Ｂにそれぞれ入射す
る。反射した各反射光が反射型液晶表示デバイス３Ｒ、
３Ｇ、３Ｂの印加電圧に応じて偏光変調され、偏光ビー
ムスプリッタ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂへの再入射後にｐ偏光成
分の光１０Ｒ（ｐ）、１０Ｇ（ｐ）、１０Ｂ（ｐ）のみ
が透過してプリズム４で集光される。従って、この反射
型液晶表示デバイスを用いた表示は、印加電圧がゼロの
ときには入射光がそのままｓ偏光として反射するので、
偏光ビームスプリッタを通過せず、いわゆるノーマリ・
ブラック・モードとなり、印加電圧の上昇と共に偏光変
調されて、ｐ偏光の反射光が増加して透過率が上昇する
（図１４参照）。

【００１９】上記の論文及びで報告されている、従
来の垂直配向液晶表示デバイスに用いられている光学系
のＦナンバーは３.５以上（論文では３．８から４．
８、論文では３．５）である。光学系のＦナンバー
は、デバイスへの光の入射角（＝反射光の取り出し角）
θの関数であり、 Ｆ＝１／（２×ｓｉｎθ） ・・・式３ で表わされる。Ｆ＝３．５は、デバイス面の鉛直方向を
中心にしてθ＝±８．２°の角度内の光で照明し、その
反射光を取り出すことを意味する。

【００２０】上記の式３から分るように、Ｆナンバーが
小さい方が、光の照射・取り出し角θが大きくなるため
にトータルの光束は多くなり、輝度は高くなる。しかし
ながら、一般に反射型液晶デバイスの黒レベルの数値
（黒状態での透過率）は、入射角が大きくなると高くな
ること、並びに偏光ビームスプリッタの偏光分離特性も
θに対して依存性を持ち、θが大きくなると劣化するこ
とが避けられず、角度成分の大きいところでｐ偏光成分
とｓ偏光成分の分離度が低下する。これらのために、黒
レベルが上昇してコントラストが大きく低下する現象が
起こる。

【００２１】このように、実用上、輝度とコントラスト
にはトレードオフ（両立困難性）があり、これを理由と
して、従来デバイスを用いたプロジェクションシステム
では、光学系のＦナンバー（具体的には投射レンズ５の
Ｆナンバーや照明光学系のＦナンバー：以下、同様）が
３．５以上の光学系が用いられている。つまり、従来の
デバイスを用いたプロジェクション光学系では、実用上
ある程度の高いコントラストを実現する要求から、Ｆナ
ンバーを３．５よりも小さくできず、このため、輝度を
より高くできないという問題を抱えている。

【００２２】そこで、本発明の第１の目的は、垂直配向
液晶表示デバイスにおいて、液晶層の厚みが小さくて
も、低電圧で液晶透過率が飽和に達し、小さい画素サイ
ズにおいても、通常の耐圧プロセスで作製可能な駆動回
路基板で容易に駆動できる高速応答性の反射型液晶表示
素子、この表示素子を用いた表示装置、プロジェクショ
ン光学システム及びプロジェクションディスプレイシス
テムを提供することにある。

【００２３】また、本発明の第２の目的は、上記第１の
目的に加えて、Ｆナンバーが小さい高輝度の光学系にお
いても、十分に低い黒レベルが維持され、実用上高いコ
ントラストを実現できる（即ち、従来のシステムに比べ
て高輝度、高コントラストの双方を持ち合わせた）プロ
ジェクション光学システム、及びプロジェクションディ
スプレイシステムを提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、光透過
性電極を有する第１の基体と、光反射電極を有する第２
の基体とが、前記光透過性電極及び前記光反射電極を互
いに対向させかつ垂直配向液晶層を介在させた状態で、
対向配置されている反射型液晶表示素子であって、前記
垂直配向液晶層の厚さが２μｍ以下であり、かつ垂直配
向液晶材料の屈折率異方性Δｎが、０．１以上である反
射型液晶表示素子（以下、本発明の反射型液晶表示素子
又はデバイスと称する。）に係るものである。ここで、
上記の「光反射電極」とは、電極自体が光反射性である
電極は勿論であるが、電極上に光反射層を設けた電極
や、電極は光透過性であっても下地膜との界面で光反射
性が生じるときにはそのような下地膜付きの電極も含む
意味である（以下、同様）。

【００２５】また、本発明は、本発明の反射型液晶表示
素子（又はデバイス）を具備する表示装置、この反射型
液晶表示素子が光路中に配置されているプロジェクショ
ン光学システム、及びこの光学システムを用いたプロジ
ェクションディスプレイシステムにも係るものである。

【００２６】本発明によれば、垂直配向液晶層の厚さを
２μｍ以下と小さくしても、従来の認識とは異なって、
垂直配向液晶材料のΔｎの値を０．１以上と大きく調整
することにより、液晶の透過率が５〜６Ｖ以下の電圧で
容易に飽和するようになり、実用的な低電圧での駆動が
可能になり、また透過率自体も著しく向上することが分
った。従って、十分な透過率と低電圧駆動（低耐圧）の
駆動特性とを併せ持ち、高速応答性に優れた反射型垂直
配向液晶表示デバイスと、これを用いた表示装置、プロ
ジェクション光学及びディスプレイシステムを実現する
ことができる。

【００２７】このような顕著な作用効果は、特に垂直配
向液晶材料としてΔｎが０．１以上と大きいものを用い
ることによって得ることができる。これは、高速応答の
ために液晶層の厚みを２μｍ以下と小さくした場合、配
向膜−液晶分子間の相互作用によってダイレクタの方向
変化に影響を与えようとしても、Δｎを０．１以上と大
きくしているために、入射光が印加電圧に追随して液晶
中で偏光変調され易くなり、偏光の分離が生じ易くな
り、低電圧でも目的とする透過率が得られるからである
と考えられる。

【００２８】更に、本発明は、本発明の反射型液晶表示
素子とＦナンバーが３以下の光学系とが光路中に配置さ
れているプロジェクション光学システム、及びこの光学
システムを用いたプロジェクションディスプレイシステ
ムも提供するものである。

【００２９】これらのシステムによれば、垂直配向液晶
層の厚さを２μｍ以下と小さくしているために、液晶層
厚の２乗に比例すると考えられる黒レベルを低く抑える
ことができ、光学系のＦナンバーが３以下であっても、
高コントラストの実現が可能となり、しかも小さいＦナ
ンバーによって高輝度も併せて実現できることになる。
従って、本発明の反射型液晶素子デバイスとＦナンバー
が３以下の光学系とを用いたプロジェクション光学及び
ディスプレイシステムは、従来デバイスと従来光学系と
を用いたシステムに比べて、高いコントラストと高輝度
の双方を満たすシステムを提供することができる。な
お、光学系のＦナンバーは、用いるレンズの焦点距離等
によって制御可能である。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の反射型液晶表示素子にお
いては、上記した作用効果を得る上で、垂直配向液晶の
層厚は２μｍ以下とすべきであるが、０．８〜２μｍ、
更には１〜２μｍとするのが好ましい。層厚は小さい方
が高速応答の点では望ましいが、配向膜との相互作用の
抑制や層厚の制御性の面から、その下限は０．８μｍが
よく、１μｍが更によい。また、液晶の層厚が小さくて
も偏光分離を向上させるためにΔｎは０．１以上とすべ
きであるが、あまり大きくしてもその効果が向上せず、
また実用的でもないので、０．２５以下とするのがよ
い。

【００３１】そして、前記光透過性電極としてのＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）等の透明電極及びＡｌ等の前記光
反射電極の対向面上にそれぞれ液晶配向膜が形成され、
前記光反射電極が前記第２の基体に設けられたシリコン
等の単結晶半導体駆動回路に接続され、アクティブ駆動
型に構成されているのがよい。第２の基体としてシリコ
ン駆動回路基板を用いると、それ自体が不透明であって
反射型に好適であると共に、駆動素子であるＭＯＳ（Me
tal Oxide Semiconductor）トランジスタや電圧供給用
の補助容量等を半導体加工技術によって微細パターンに
高集積化することができるため、高開口率や、画素密度
向上による高解像度化、セルサイズの縮小、更にはキャ
リア転送速度の向上が可能となる。

【００３２】実際には、駆動回路が、シリコン基板に画
素毎に設けられたＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semicondu
ctor Field Effect Transistor)等の駆動トランジスタ
を具備し、この駆動トランジスタの出力側に前記光反射
電極が接続される。また、画素サイズは、低電圧駆動に
よる低耐圧トランジスタの使用が可能となるために、１
０μｍ以下を実現できる。液晶表示デバイスのサイズも
対角２インチ以下にできる。

【００３３】なお、前記垂直配向液晶材料の配向制御
は、酸化珪素膜からなる液晶配向膜によって行うのがよ
い。こうした配向膜は、方向性を以った（即ち、液晶分
子のプレティルト角の制御容易な）真空蒸着法等により
形成することができる。

【００３４】また、本発明の反射型液晶表示素子を具備
する表示装置、及びその液晶表示素子（或いは、更にＦ
ナンバーが３以下の光学系）が光路中に配置されている
プロジェクション光学及びディスプレイシステムにおい
ては、光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示
素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表示素子
と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導く光学系
とが光路中に配置されていてよい。

【００３５】この場合、前記光源からの光が偏光変換素
子及び偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表
示素子に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光
が前記偏光ビームスプリッタを再び通して導かれ、或い
は更に投射レンズ、スクリーンに導かれるのがよい。

【００３６】また、各色毎に前記反射型液晶表示素子と
前記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反
射型液晶表示素子からの反射光が集光され、或いは更に
前記投射レンズに導かれてよい。具体的には、白色光源
からの白色光が前記偏光変換素子を通してダイクロイッ
ク色分離フィルタに導かれ、ここで分離された光が更に
各色の分離光とされた後に前記偏光ビームスプリッタを
介して前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、各反
射光がプリズムで集光される。

【００３７】ここで、本発明の反射型液晶表示素子と組
み合わせて用いられる光学系のＦナンバーは、高コント
ラストと高輝度を両立させる上で３以下と小さい値にす
べきであるが、その効果を更に向上させるには、３．０
以下、１．５以上（更には２．０以上）とするのが望ま
しい。

【００３８】次に、本発明の好ましい実施の形態を図面
参照下に説明する。

【００３９】まず、本実施の形態による表示装置を構成
する液晶電気光学素子の基本的な構造を図１１に示す。

【００４０】このデバイスは、反射型液晶表示素子２３
として、画素構造を有する光反射電極３０を設けたＳｉ
等の単結晶からなるＳｉ駆動回路基板３１と、これと対
向する透明電極３２付きのガラス基板等の透明基板３３
とからなり、これらの間に（実際には液晶配向膜３４−
３５間に）垂直配向液晶３６を封入してなる。図１２に
示すように、反射電極基板は、駆動回路基板として、単
結晶シリコン基板３７に、ＣＭＯＳやｎチャンネルＭＯ
ＳからなるトランジスタＴｒとキャパシタＣからなる駆
動回路が形成され、その上にＡｌやＡｇに代表される金
属膜で画素状の光反射電極３０を形成したものである。
Ａｌ等の金属光反射電極の場合は、光の反射膜と、液晶
に電圧を印加する電極との両方を兼ねているが、さらに
光反射率を上げるために誘電体ミラーのような多層膜に
よる光反射層をＡｌ電極の上に形成してもよい。

【００４１】図１２中、トランジスタＴｒは、例えば、
ｎ型ソース領域３８及びドレイン領域３９とゲート絶縁
膜４０及びゲート電極４１によって構成され、各能動領
域からはそれぞれ電極４２、４３が取り出されている。
このうち電極４３は、キャパシタＣを構成するｎ型領域
４４上の絶縁膜（誘電体膜）４５に接したキャパシタ電
極４６に層間絶縁膜４７を介して接続され、また層間絶
縁膜４８、４９を介して配線５０、更には光反射電極３
０に接続されている。そして、このデバイスには、図１
７で示した如きｓ偏光の入射光１０（ｓ）が垂直配向液
晶３６の層中で印加電圧に応じて偏光変換され、ｐ偏光
を含む反射光１０（ｐ）が得られ、これが上述した偏光
ビームスプリッタ２に導かれる。

【００４２】ここで、この反射型液晶表示素子は、本発
明に基づいて、垂直配向液晶３６の層厚ｄ（セルギャッ
プ）が２μｍ以下となされ、かつ垂直配向液晶３６とし
て屈折率異方性Δｎが０．１以上のものが用いられてい
る。

【００４３】図１３は、デバイスの基本的なレイアウト
及び画素部の等価回路を示す。Ｓｉ駆動回路基板３１
は、各画素内に形成される画素駆動回路と、表示領域の
周辺に内蔵されるロジック部ドライバ回路（データドラ
イバ、走査ドライバ等）とからなる。各光反射（画素）
電極３０の下に形成される画素駆動回路は、スイッチン
グトランジスタＴｒと、液晶３６に電圧を供給する補助
容量Ｃとから構成される。液晶３６の駆動電圧に対応し
た耐圧がトランジスタＴｒに要求され、一般にはロジッ
クよりも高い耐圧プロセスで作製される。高耐圧になる
につれてトランジスタのサイズが大きくなるため、また
コスト、消費電力の観点から、通常は８〜１２Ｖ程度の
耐圧のトランジスタが用いられ、従って液晶駆動電圧と
しては±６Ｖ以下になるように設計されることが望まし
いが、本発明によればそれが実現可能である。

【００４４】本デバイスで用いられる垂直配向液晶３６
は、その分子長軸が、印加電圧がゼロの時にほぼ基板に
垂直方向に配向し、電圧を印加すると面内方向に対し傾
くことにより、透過率が変化するものである。駆動時に
液晶分子の傾斜する方向が一様でないと、明暗のむらが
生じてしまうため、これを避けるために、図１１に示す
ように、予めわずかなプレティルト角を一定方向（一般
にはデバイスの対角方向）に与えて垂直配向させる必要
がある。

【００４５】プレティルト角があまり大きいと、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曲線に影響する。従って、一般には１
°から７°くらいの間にプレティルト角を制御する。こ
のプレティルト角を与える液晶配向膜３４、３５として
は、ＳｉＯ₂に代表される酸化珪素膜の斜め蒸着膜やポ
リイミド膜が用いられ、前者では、斜め蒸着時の蒸着角
度を例えば４５°〜５５°とし、また後者では、ラビン
グの条件を変えることにより、上記プレティルト角を例
えば１°〜７°にコントロールする。

【００４６】従来デバイスでは、図１１のデバイス構造
における垂直配向液晶層の厚さｄは３から４μｍくらい
であり、屈折率異方性Δｎは０．１より小さい値（典型
的には０．０８くらい）の垂直配向液晶材料を用いてい
る。ところが、従来デバイスで液晶層の厚さｄを２．５
μｍ以下にすると、応答速度は早くなるものの、上述し
たように駆動電圧が高くなり、実用デバイスとしては不
適当となる。液晶層厚の減少によって駆動電圧が上昇す
る現象のメカニズムは必ずしも明確ではないが、層厚が
大きい場合には液晶のバルク的性質が主に現れるのに対
して、液晶層が薄くなると、配向膜と液晶の界面におけ
る両者の相互作用の影響（液晶分子を傾斜させないよう
に働くと考えられる。）が無視できなくなることが要因
であると考えられる。

【００４７】本発明者は、このような問題を克服するた
めに、多くの実験を繰り返した結果、垂直配向液晶材料
の屈折率異方性Δｎの値を０．１以上に大きく調整する
ことにより、上記の問題を解決できることを見出した。
図１及び図２には、液晶層の厚みｄが２μｍ及び１．５
μｍの場合について、液晶のΔｎ値を変えた場合のＶ−
Ｔ曲線の変化を示している。これらの図から、液晶層の
厚みｄを特に２μｍ以下に減少させても、Δｎを０．１
以上にすることにより、透過率は４〜６Ｖ以下の電圧で
容易に飽和するようになり、実用的な駆動ができるよう
になることが分かる。

【００４８】しかも、ｄ＝１μｍと非常に薄い液晶層厚
のデバイスにおいてでさえ、本発明によれば、図３に示
すように、Δｎを０．１以上にすることにより、６Ｖ程
度の駆動電圧でほぼ飽和するようになり、さらに透過率
も従来デバイスの材料構成では３０％程度でしかなかっ
たものが著しく向上することも分る。特にΔｎ＝０．１
３の高いΔｎ値の液晶材料を用いることにより、１μｍ
厚でも十分な透過率と駆動特性を持つＳｉ反射型垂直配
向液晶表示デバイスを実現できる。

【００４９】図４は、本発明による反射型液晶表示デバ
イスの応答速度（立ち上がり時間＋立ち下がり時間）を
示している。従来のデバイスに比べて非常に高速にな
り、ｄ＝２μｍ厚で７〜９ｍｓｅｃ、１．５μｍ厚以下
になると数ｍｓｅｃ以下になった（但し、ｄ＝２．５μ
ｍ厚では１３〜１４ｍｓｅｃと応答速度が不十分とな
る）。さらに、ｄ＝１．５μｍ厚以下のデバイスでは、
中間調においても８ｍｓｅｃ以下の高速応答を保った。
本デバイスにより、中間調表示や動画像の多い映画やテ
レビ画像においても、遜色のない画質を実現できる。

【００５０】図５には、本発明によるデバイス（試料N
o.７〜１５）の諸特性を比較試料（試料No.１〜６、１
６〜１９）と共にまとめて示し、図６には、Δｎによる
飽和電圧の変化を液晶層厚ｄ毎に示す。駆動特性、透過
率及び応答速度の観点から、液晶層の厚みｄは２μｍ以
下、特に１〜２μｍが好ましく、液晶のΔｎは、２μｍ
厚ではΔｎ≧０．１（より好ましくはΔｎ≧０．１０
３、更にはΔｎ≧０．１１４）、１．５μｍ厚ではΔｎ
≧０．１０６（より好ましくはΔｎ≧０．１１、更には
Δｎ≧０．１１４）及び１μｍ厚ではΔｎ≧０．１０４
（より好ましくはΔｎ≧０．１１４、更にはΔｎ≧０．
１２）が、実用上、特に適している。

【００５１】ところで、従来デバイスの液晶層厚３．５
μｍの場合に、Δｎ＝０．１以上の高い屈折率異方性Δ
ｎを有する垂直配向液晶材料を用いた場合について、Δ
ｎ＝０．１３の場合を例として、そのＶ−Ｔ曲線を図７
に示す。この図から分るように、しきい値電圧がかなり
小さくなり、約２Ｖの駆動電圧で飽和するようになる。
しかしながら、上述した式１に示すように、応答速度は
液晶の層厚ｄ以外に駆動電圧の２乗に反比例するため、
このような低い駆動電圧は応答速度を非常に低下させる
要因となる。実際の測定によれば、このデバイスの白黒
応答速度は４６ｍｓｅｃ（約５０ｍｓｅｃ）になり、さ
らに中間調になると、駆動電圧がより下がることを反映
して１００ｍｓｅｃ近くにもなり、実用性に乏しいこと
は明らかである。このように、従来デバイスでは、応答
速度の観点から、Δｎの値はむしろ０．１より小さくす
る必要がある。

【００５２】以上のように、本発明は、液晶層の厚みｄ
が２μｍ以下の反射型垂直配向液晶表示デバイスを実現
するための、液晶材料のΔｎ値の必要条件を新たに見出
したものであり、液晶層厚ｄが２μｍ以下であってもΔ
ｎ≧０．１とすることにより、飽和電圧を低下させ、応
答速度も向上させることができたのである。

【００５３】なお、下記の表には、上記した各種Δｎ値
（更にはΔε値）の垂直配向液晶材料（これらはいずれ
もメルク社製）をまとめて示す。

【表１】

【００５４】次に、本発明による垂直配向液晶表示デバ
イスが、従来デバイスよりも小さいＦナンバーの光学系
に対しても有効であることを述べる。

【００５５】まず、本発明による液晶層厚の薄いデバイ
スの黒レベルが、従来の３〜４μｍ厚のデバイスよりも
低くなることを見出した結果を示す。図８は、本発明に
よる垂直配向液晶表示デバイスの黒レベルの数値（電圧
ゼロでの黒状態での透過率）を液晶層厚の関数として示
した。それぞれの材料系で、３．５μｍ厚での数値を１
００％として表している（横軸は液晶層の厚さであ
る。）。

【００５６】これによれば、印加電圧がゼロの時は液晶
分子はほぼ基板面に垂直に配向しているため、原理的に
は入射光は偏光状態を変えずに反射され、偏光ビームス
プリッタによって入射側に戻されることになるが、実際
のデバイスではプレティルト角分だけ液晶分子が傾斜し
ておりこれによりわずかに楕円化すること、また上述の
ように偏光ビームスプリッタの偏光分離特性に入射角依
存性があるため、これらにより黒状態での透過率が上昇
し、コントラストを劣化させる。

【００５７】しかしながら、本発明によるデバイスの黒
レベルの数値は、図８に示すように、液晶の層厚が薄く
なるほど低下し、２μｍ厚のデバイスでは従来デバイス
の厚みのものに比べ２０〜３０％、１．５μｍ厚では１
０〜２０％、１．０μｍ厚では５〜１５％になることが
見出された（但し、２．５μｍ厚では４０〜５０％と大
きい）。コントラストは白レベルと黒レベルの比で表わ
されるが、白レベルはほぼ同じであるため、図８に示す
結果は、本発明によるデバイスのコントラストが、例え
ば１．５μｍ厚のデバイスでは５〜１０倍以上高くなる
ことを示している。

【００５８】このように液晶層厚の減少により黒レベル
の数値が低下する主な理由は、以下に基づくものと考え
られる。本デバイス系の液晶の透過率Ｔは次の式４で表
わされる。 Ｔ∝ｓｉｎ²（２ｄ・Δｎ（ｅｆｆ）・π／λ） ・・・式４

【００５９】ここで、λは光の波長であり、Δｎ（ｅｆ
ｆ）は液晶分子の鉛直方向からの倒れ角θに応じた実効
的な屈折率異方性であり、次の式５で表わされる。

【数２】

【００６０】液晶の駆動電圧を上げていくと液晶分子の
倒れ角θが大きくなり、それに応じてΔｎ（ｅｆｆ）が
増し、透過率が増大する。原理的にθ＝９０°でΔｎ
（ｅｆｆ）は液晶材料のΔｎの値に等しくなることが分
かる。式４より、透過率は２ｄ・Δｎ（ｅｆｆ）・π／
λ＝π／２の条件を満たす場合にＴ＝１００％になる。

【００６１】黒レベル、すなわち黒状態の透過率は、液
晶分子が完全に垂直に配向すれば（θ＝０）、Δｎ（ｅ
ｆｆ）＝０となり、黒状態の透過率はゼロになるが、実
際には上述のように１〜７°くらいのプレティルト角を
付けて配向させるために、Δｎ（ｅｆｆ）は有限の値と
なり、これが黒状態の透過率を与える。プレティルト角
が大きくなるほど、黒状態での透過率が上昇するため、
より好ましくは５°以下に制御する。黒レベルにおいて
は、２ｄ・Δｎ（ｅｆｆ）・π／λは小さい値なので、
式４は近似的にＴ∝ｓｉｎ²（２ｄ・Δｎ（ｅｆｆ）・
π／λ）≒（２ｄ・Δｎ（ｅｆｆ）・π／λ）²とな
り、液晶層厚ｄの２乗に比例するものと理論的には考え
られる。図８に示した実測データは、おおよそ、この関
係で説明できることが分かる。

【００６２】このように、本デバイスは、液晶層の厚み
ｄが２μｍ以下と薄く設計されていることにより、従来
のような３〜４μｍ厚のデバイスに比べて、黒レベルが
本質的に低く抑えられ、高いコントラストを実現するこ
とが可能である。

【００６３】従来デバイスでは光学系のＦナンバーを小
さくしていくと、黒レベルが上昇してコントラストが確
保されなくなるために、Ｆナンバーを３．５以上に設定
せざるを得ないことを既述したが、本発明によるデバイ
スでは、上記したようにデバイス単体の黒レベルが非常
に低くなるため、小さいＦナンバーの光学系においても
十分なコントラストを確保することができる。

【００６４】図９は、本発明によるデバイスにおいて、
図１７に示した投射レンズ５や照明光学系に対応した構
成からなる測定光学系のＦナンバーを変えた時の黒状態
の透過率の変化を示す。Ｆナンバーを小さくしていく
と、黒レベルは上昇するものの、本発明によるデバイス
では、いずれのＦナンバーにおいても、従来デバイスよ
り低い黒レベルを維持しているので、Ｆナンバーが３以
下と小さい光学系においても十分なコントラストを実現
できる。しかも、図１０に示すように、Ｆナンバーが３
以下で、輝度も十分なものとなり（但し、２未満では輝
度が飽和する。）、Ｆナンバーが３を超えると輝度がか
なり低下する。

【００６５】輝度に関しては、実用のプロジェクション
システムにおいて、例えば対角０．７インチのデバイス
で１２０Ｗのランプを用いた光学系では、Ｆ＝３．８５
からＦ＝２にすると、その輝度は約６０％向上すること
が実験から分かっている。

【００６６】以上のように、本発明によるデバイスと、
Ｆナンバーが３以下の光学系とを用いたプロジェクショ
ン光学システム及びプロジェクションディスプレイシス
テムは、従来デバイスと従来光学系とを用いたシステム
に比べて、高いコントラストと高輝度の双方を満たすプ
ロジェクションシステムを提供することができる。

【００６７】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に説明する。

【００６８】〔比較例１〕従来デバイスを次のようにし
て作製した。まず、透明電極が成膜されたガラス基板
と、Ａｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基板とを洗浄
後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてＳｉＯ₂膜
を、蒸着角度４５〜５５°の範囲で斜め蒸着して形成し
た。液晶配向膜の膜厚は５０ｎｍとし、液晶のプレティ
ルト角は約２．５°になるように制御した。

【００６９】その後、液晶配向膜が形成された上記両基
板の間に１〜３．５μｍ径のガラスビーズを適当な数だ
け散布して、両者を貼り合わせ、メルク社製の、誘電率
異方性Δεが負で、Δｎ＝０．０８２を有する垂直配向
液晶材料を注入して、３．５μｍ、２．９μｍ、２．５
μｍ、２μｍ、１．５μｍ及び１μｍの液晶層厚（セル
ギャップ）を有する６種類の反射型液晶表示デバイス
（図５の試料No．１〜６）を作製した。

【００７０】これらのデバイスにおいて、透明電極とＡ
ｌ電極との間に電圧を加え、印加電圧を変えたときの液
晶の透過率の変化（反射型であるから、実際にはデバイ
スの反射率を測定しているが、液晶の透過率を測定して
いることと等価であるため、以下、このように記す。）
を測定した。測定は室温で行なった。

【００７１】その液晶駆動特性を図１５に示す。図１
５、更には図１６に示すように、液晶層の厚さが２．５
μｍより薄くなると、飽和駆動電圧が急上昇して６Ｖを
越すようになった。

【００７２】〔実施例１〕比較例１と同様の方法で、透
明電極付き基板とＡｌ電極が形成されたＳｉ駆動回路基
板とにそれぞれＳｉＯ₂膜からなる液晶配向膜を形成
し、それらの基板間に、メルク社製の、誘電率異方性Δ
εが負で、屈折率異方性Δｎが０．１０３、０．１１４
及び０．１３の３種類の垂直配向液晶材料を注入し、そ
れぞれの材料で、２μｍ、１．５μｍ及び１μｍの液晶
層の厚さを有する、計９種類の反射型液晶表示デバイス
（図５の試料No．７〜１５）を作製した。液晶のプレテ
ィルト角は約２．５°になるように制御した。

【００７３】これらのデバイスの液晶駆動特性を、比較
例１と同様にして、室温で測定した。図１、図２及び図
３はそれぞれ、液晶層の厚みが２μｍ、１．５μｍ及び
１μｍの場合についての駆動特性を示す。図５には、各
デバイスの、透過率がほぼ飽和する駆動電圧とその透過
率の値をまとめた。

【００７４】この結果から、液晶層の厚さｄを２μｍ以
下に減少させても、Δｎを０．１以上にすることによ
り、透過率は４〜６Ｖ以下の電圧で容易に飽和するよう
になり、実用的な駆動ができるようになることが分かっ
た。しかも、透過率も従来デバイスに比べて大きく向上
することから、十分な透過率と駆動特性を持つＳｉ反射
型垂直配向液晶表示デバイスを実現できた。

【００７５】液晶配向膜として、酸化珪素膜の代わり
に、ポリイミド膜を用いてラビングで配向制御したデバ
イスも作製したが、結果は上記と同様であった。

【００７６】〔実施例２〕実施例１で作製した反射型液
晶表示デバイスの立ち上がり（黒から白）及び立ち下が
り（白から黒）への応答速度を測定した。その総和をデ
バイスの応答速度とし、図５にその結果を示す。測定は
室温で行なった。図４には、代表例としてΔｎ＝０．１
３のデバイスの場合（図５の試料No．９、１２、１５、
及びｄ＝２．５μｍの試料）について、液晶層の厚さを
関数として示した。また比較として、従来例の試料No．
１と３μｍ厚で作製した試料（いずれもΔｎ＝０．０８
２）の応答速度も示した。

【００７７】応答速度は、上述した式１、２から推測さ
れるように、液晶層の厚みのほぼ２乗に比例して変化し
たが、本発明によるデバイスでは、液晶層厚ｄを２μｍ
以下、Δｎを０．１以上としているために、９ｍｓｅｃ
以下の高速の応答を実現できることが実証された。

【００７８】〔比較例２〕実施例１と同様な方法で、Δ
ｎ＝０．１３の液晶材料を用いて層厚３．５μｍの反射
型液晶表示デバイス（試料No．１６）を作製し、液晶駆
動特性を調べた。

【００７９】図７にはその結果を、Δｎ＝０．０８２の
場合（試料No．１）と比較して示すが、このデバイスの
駆動電圧は非常に低くなった。また、室温での応答速度
を、実施例２と同様に測定した結果、応答速度は４６ｍ
ｓｅｃであった。これは、中間調では駆動電圧が１Ｖ台
になるために、さらに遅くなり、２５％の階調での応答
速度は１００ｍｓｅｃ近くになった。

【００８０】〔実施例３〕実施例１で作製した反射型液
晶表示デバイスの、印加電圧がゼロ（黒状態）の時の透
過率（黒レベル）を測定した。液晶層の厚さに対する黒
レベルの変化を系統的に調べるために、各Δｎの試料
で、従来デバイスの層厚である３．５μｍのデバイス
（図５の試料No．１７〜１９）及び層厚２．５μｍのデ
バイスを作製し、実施例１の試料（試料No．７〜１５）
と共に測定した。それぞれのΔｎの試料で、３．５μｍ
厚のデバイスの数値を１００％として、黒レベルの数値
を示したのが図８である。

【００８１】図８に示すように、いずれのΔｎの試料で
も、液晶層の厚さを薄くし、２μｍ以下になると、黒レ
ベルは著しく低下し、例えば１．５μｍ厚のデバイスで
は、３．５μｍ厚のデバイスの数値に対して１０〜２０
％の低い黒レベルを示すことが見出された。即ち、デバ
イスのコントラストは５〜１０倍になることを示してい
る。図７の測定光学系のＦナンバーは３．８５である
が、Ｆナンバーを変えても、この傾向は概して同じであ
った。

【００８２】〔実施例４〕実施例１のΔｎ＝０．１３、
液晶層厚１．５μｍ、２．０μｍのデバイス（試料No．
１２、９）を、Ｆナンバーが３．８５、３及び２の測定
光学系に組み込み、デバイスの黒レベル（黒状態の透過
率）を従来デバイス（試料No．１）と比較した。

【００８３】図９は、その結果を示す。Ｆナンバーの低
下により、黒レベルは上昇するが、本発明によるデバイ
スでは、いずれのＦナンバーにおいても、従来デバイス
より低い黒レベルを維持している。各デバイスの白レベ
ルの透過率は約０．６でほぼ同じであった。従って、黒
レベルの比がそのままデバイスのコントラストの比を与
え、本発明によるデバイスでは、Ｆナンバーが３以下と
小さい光学系においても、従来デバイスと同等以上のコ
ントラストを実現できることが分かる。このＦナンバー
の下限は１．５、更には２．０とするのがよい。

【００８４】また、上記と同様の仕様で、対角０．７イ
ンチのＳｉ反射型垂直配向液晶表示デバイスを作製し、
１２０Ｗのランプ光源を用いて、Ｆナンバー＝３．８
５、３．５、３、２．５及び２の実用プロジェクション
光学系で輝度を比較したところ、図１０に示すようにＦ
ナンバー≦３で向上し、Ｆナンバー＝３．８５の光学系
の輝度値に対して、Ｆナンバー＝３では約３２％、Ｆナ
ンバー＝２．５では約４４％、Ｆナンバー＝２では約６
０％向上した。但し、Ｆナンバー＞３では輝度値が急激
に低下し、Ｆナンバー＝３．５では約１５％しか向上し
なかった。なお、Ｆナンバー＝１．５ではＦナンバー＝
２とあまり変らなかった。コントラストは、上述のよう
に、Ｆナンバー≦３の光学系においても、従来デバイス
のコントラストよりも高いコントラストが維持された。
即ち、従来デバイスよりも、輝度とコントラストの双方
が向上したプロジェクションシステムを実現できた。

【００８５】以上に述べた本発明の実施の形態及び実施
例は、本発明の技術的思想に基づいて様々に変形可能で
ある。

【００８６】例えば、上述した反射型液晶表示素子やこ
れを用いた光学又はプロジェクションシステムの構成部
分の構造、材質等は上述したものに限られることはな
く、種々に変更してよい。

【００８７】

【発明の作用効果】以上のように、本発明によれば、垂
直配向液晶層の厚さを２μｍ以下と小さくしても、垂直
配向液晶材料のΔｎの値を０．１以上と大きく調整する
ことにより、液晶の透過率が５〜６Ｖ以下の電圧で容易
に飽和するようになり、実用的な低電圧での駆動が可能
になり、また透過率自体も著しく向上する。従って、十
分な透過率と低電圧駆動（低耐圧）の駆動特性とを持
ち、高速応答に優れた反射型垂直配向液晶表示デバイス
と、これを用いた表示装置、プロジェクション光学及び
ディスプレイシステムを実現することができる。

【００８８】また、これらのシステムにおいて、垂直配
向液晶層の厚みを２μｍ以下と小さくしているために、
液晶層厚の２乗に比例すると考えられる黒レベルを低く
抑えることができ、光学系のＦナンバーが３以下と小さ
くても、高コントラストの実現が可能となり、しかも小
さいＦナンバーによって高輝度も併せて実現できること
になる。従って、高いコントラストと高輝度の双方を満
たすシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶
材料の屈折率異方性Δｎを変えた場合のＶ−Ｔ曲線図
（液晶層の厚さｄが２μｍの場合）である。

【図２】反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶
材料の屈折率異方性Δｎを変えた場合のＶ−Ｔ曲線図
（液晶層の厚さｄが１．５μｍの場合）である。

【図３】反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶
材料の屈折率異方性Δｎを変えた場合のＶ−Ｔ曲線図
（液晶層の厚さｄが１μｍの場合）である。

【図４】反射型垂直配向液晶表示デバイスの応答速度を
示すグラフ（３μｍ及び３．５μｍ厚の試料は従来デバ
イスの値）である。

【図５】反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶
材料の厚さｄ、屈折率異方性Δｎ及び誘電率異方性Δε
による飽和電圧、透過率及び応答速度を各試料について
まとめて示す表である。

【図６】同、液晶の屈折率異方性Δｎによる飽和電圧の
変化を液晶層厚ｄ毎に比較して示すグラフである。

【図７】同、液晶層の厚さが３．５μｍの場合に、液晶
の屈折率異方性Δｎを０．１３とした時のＶ−Ｔ曲線図
である。

【図８】同、黒状態透過率の液晶層の厚さ依存性（従来
デバイスの液晶層厚である３．５μｍ厚デバイスの黒状
態の値を１００％として示した）を比較して示すグラフ
である。

【図９】本発明による反射型垂直配向液晶デバイスと従
来デバイスの測定光学系のＦナンバーによる黒レベルの
変化を比較して示すグラフである。

【図１０】同、Ｆナンバーによるデバイスの輝度変化を
示すグラフである。

【図１１】本発明による反射型垂直配向液晶表示デバイ
スの概略断面図である。

【図１２】同、Ｓｉ駆動回路基板側の要部断面図であ
る。

【図１３】同、デバイスのレイアウト及び等価回路図で
ある。

【図１４】従来デバイスのＶ−Ｔ曲線図（液晶層の厚さ
は約３μｍ）である。

【図１５】従来デバイスで液晶層の厚さを減少させた時
のＶ−Ｔ曲線図（Δｎは０．０８２）である。

【図１６】同、液晶層厚による飽和電圧の変化を示すグ
ラフである。

【図１７】同、反射型液晶表示デバイスを用いたプロジ
ェクション光学系を示す概略図である。

【符号の説明】

１…ランプ光源、２Ｂ、２Ｇ、２Ｒ…偏光ビームスプリ
ッタ、３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ…反射型デバイス、４…Ｘ−Ｃ
ｕｂｅプリズム、６…フライアイレンズ、７…偏光変換
デバイス、８…コンデンサレンズ、９…ダイクロイック
色分離フィルタ、１０（ｐ,ｓ）…白色光、１０（ｓ）
…ｓ偏光の入射光、１０Ｒ（ｓ）、１０Ｇ（ｓ）、１０
Ｂ（ｓ）…ｓ偏光の入射光、１０Ｒ（ｐ）、１０Ｇ
（ｐ）、１０Ｂ（ｐ）…ｐ偏光の反射光、１０（ｐ）…
ｐ偏光の投射光、１１、１２…全反射ミラー、２３…反
射型液晶表示素子、３０…光反射電極、３１…Ｓｉ駆動
回路基板、３２…透明電極、３３…ガラス基板、３４、
３５…液晶配向膜、３６…垂直配向液晶、３７…単結晶
シリコン基板、３８、３９、４４…半導体領域、４１、
４６…電極、４２、４３、５０…電極又は配線、４７、
４８、４９…層間絶縁膜、ｄ…液晶層厚、Δｎ…液晶の
屈折率異方性、Δε…液晶の誘電率異方性

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ ５Ｃ０５８ Ｈ０４Ｎ 5/66 １０２ Ｈ０４Ｎ 5/66 １０２Ａ １０２Ｂ 5/74 5/74 Ｋ (72)発明者 杉浦 美奈子 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA14 EA15 EA16 HA03 HA08 HA13 HA20 HA21 HA23 HA24 2H090 HB03Y LA05 LA09 LA11 LA12 LA20 MA01 MB06 2H091 FA05X FA10X FA14X FA26X FA41X LA17 MA07 2H092 GA15 GA28 JB07 KA03 PA02 PA08 PA11 PA12 RA05 2K103 AA05 AA14 AB01 AB04 BB02 BC09 BC14 BC15 5C058 AA08 BA02 BA05 BA08 EA01 EA14 EA26

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過性電極を有する第１の基体と、光
   反射電極を有する第２の基体とが、前記光透過性電極及
   び前記光反射電極を互いに対向させかつ垂直配向液晶を
   介在させた状態で、対向配置されている反射型液晶表示
   素子であって、前記垂直配向液晶層の厚さが２μｍ以下
   であり、かつ垂直配向液晶材料の屈折率異方性Δｎが
   ０．１以上である反射型液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記光透過性電極としての透明電極及び
   前記光反射電極の対向面上にそれぞれ液晶配向膜が形成
   され、前記光反射電極が前記第２の基体に設けられたシ
   リコン等の単結晶半導体駆動回路に接続され、アクティ
   ブ駆動型に構成されている、請求項１に記載した反射型
   液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記単結晶半導体駆動回路が、前記第２
   の基体としてのシリコン基板に画素毎に設けられた駆動
   トランジスタを具備し、この駆動トランジスタの出力側
   に前記光反射電極が接続されている、請求項２に記載し
   た反射型液晶表示素子。
4. 【請求項４】 画素サイズが１０μｍ以下である、請求
   項１に記載した反射型液晶表示素子。
5. 【請求項５】 酸化珪素膜が前記液晶配向膜として形成
   されている、請求項２に記載した反射型液晶表示素子。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載した
   反射型液晶表示素子を具備する表示装置。
7. 【請求項７】 光源と、この光源からの光を前記反射型
   液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表
   示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導く
   光学系とが光路中に配置されている、請求項６に記載し
   た表示装置。
8. 【請求項８】 前記光源からの光が偏光変換素子及び偏
   光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子に
   入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記偏
   光ビームスプリッタを再び通して導かれる、請求項７に
   記載した表示装置。
9. 【請求項９】 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記
   偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射型
   液晶表示素子からの反射光が集光される、請求項８に記
   載した表示装置。
10. 【請求項１０】 白色光源からの白色光が前記偏光変換
    素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、
    ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前
    記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型液晶表示素
    子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光され
    る、請求項９に記載した表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜５のいずれか１項に記載し
    た反射型液晶表示素子が光路中に配置されているプロジ
    ェクション光学システム。
12. 【請求項１２】 光源と、この光源からの光を前記反射
    型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶
    表示装置と、この反射型液晶表示装置からの反射光を導
    く光学系とが前記光路中に配置されている、請求項１１
    に記載したプロジェクション光学システム。
13. 【請求項１３】 前記光源からの光が偏光変換素子及び
    偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子
    に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記
    偏光ビームスプリッタを再び通して投射レンズに導かれ
    る、請求項１２に記載したプロジェクション光学システ
    ム。
14. 【請求項１４】 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前
    記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射
    型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レン
    ズに導かれる、請求項１３に記載したプロジェクション
    光学システム。
15. 【請求項１５】 白色光源からの白色光が前記偏光変換
    素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、
    ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前
    記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型液晶表示素
    子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光され
    る、請求項１４に記載したプロジェクション光学システ
    ム。
16. 【請求項１６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載し
    た反射型液晶表示素子が光路中に配置されているプロジ
    ェクションディスプレイシステム。
17. 【請求項１７】 光源と、この光源からの光を前記反射
    型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶
    表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導
    く光学系とが前記光路中に配置されている、請求項１６
    に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
18. 【請求項１８】 前記光源からの光が偏光変換素子及び
    偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子
    に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記
    偏光ビームスプリッタを再び通して投射レンズ、更には
    スクリーンに導かれる、請求項１７に記載したプロジェ
    クションディスプレイシステム。
19. 【請求項１９】 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前
    記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射
    型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レン
    ズに導かれる、請求項１８に記載したプロジェクション
    ディスプレイシステム。
20. 【請求項２０】 白色光源からの白色光が前記偏光変換
    素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、
    ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前
    記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型液晶表示素
    子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光され
    る、請求項１９に記載したプロジェクションディスプレ
    イシステム。
21. 【請求項２１】 請求項１〜５のいずれか１項に記載し
    た反射型液晶表示素子と、Ｆナンバーが３以下の光学系
    とが光路中に配置されているプロジェクション光学シス
    テム。
22. 【請求項２２】 光源と、この光源からの光を前記反射
    型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶
    表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導
    く光学系とが前記光路中に配置されている、請求項２１
    に記載したプロジェクション光学システム。
23. 【請求項２３】 前記光源からの光が偏光変換素子及び
    偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子
    に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記
    偏光ビームスプリッタを再び通して投射レンズに導かれ
    る、請求項２２に記載したプロジェクション光学システ
    ム。
24. 【請求項２４】 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前
    記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射
    型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レン
    ズに導かれる、請求項２３に記載したプロジェクション
    光学システム。
25. 【請求項２５】 白色光源からの白色光が前記偏光変換
    素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、
    ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前
    記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型液晶表示素
    子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光され
    る、請求項２４に記載したプロジェクション光学システ
    ム。
26. 【請求項２６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載し
    た反射型液晶表示素子とＦナンバーが３以下の光学系と
    が光路中に配置されているプロジェクションディスプレ
    イシステム。
27. 【請求項２７】 光源と、この光源からの光を前記反射
    型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶
    表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導
    く光学系とが前記光路中に配置されている、請求項２６
    に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
28. 【請求項２８】 前記光源からの光が偏光変換素子及び
    偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子
    に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記
    偏光ビームスプリッタを再び通して投射レンズ、更には
    スクリーンに導かれる、請求項２７に記載したプロジェ
    クションディスプレイシステム。
29. 【請求項２９】 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前
    記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射
    型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レン
    ズに導かれる、請求項２８に記載したプロジェクション
    ディスプレイシステム。
30. 【請求項３０】 白色光源からの白色光が前記偏光変換
    素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、
    ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前
    記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型液晶表示素
    子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光され
    る、請求項２９に記載したプロジェクションディスプレ
    イシステム。