專利名稱：反射型液晶顯示設備以及液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有反射型像素電極的反射型液晶顯示設備，以及例如反射型液晶投影儀這樣的使用該顯示設備的液晶顯示器。
背景技術(shù)：
液晶顯示設備通常被用于在例如投影顯示器(投影儀)、各種便攜式電子設備和各種信息處理終端等等這樣的各種顯示裝置中的圖像顯示部分。液晶顯示設備被稱為液晶面板或者液晶單元。液晶顯示設備的種類大體上被分為透射型和反射型。液晶顯示設備具有一種結(jié)構(gòu)，其中液晶被封閉在像素電極基片和面對像素電極基片的一個相對基片之間。在透射型液晶顯示設備中，ITO(銦錫氧化物)所制成的透明電極位于每個像素電極基片和相對基片上。
另一方面，對于液晶投影儀的精細度、小型化和亮度在最近幾年得到改進，該反射型液晶顯示設備非常有希望作為顯示設備而提供小型化、高精細度和高光使用效率，并且被實際使用。在反射型液晶顯示設備中，由ITO所制成的透明電極與相對基片相面對，并且反射像素電極(在下文中稱為“反射電極”)與像素電極基片相對。用于液晶投影儀的反射型液晶顯示設備通常是有源型的，并且具有形成在硅基片上的CMOS(互補金屬氧化物)型的半導體開關(guān)電路的對象被用作為像素電極基片。反射電極具有反射從面對相對基片的一側(cè)進入的光線的功能，以及把電壓施加到液晶上的功能。作為反射電極的材料，通常使用用于LSI(大規(guī)模集成)工藝中并且含鋁(Al)作為主要成份的金屬材料。
在反射型液晶顯示設備中，由分別位于基片上的透明電極和像素電極把電壓施加到液晶上。在此時，液晶根據(jù)相對電極之間的電勢差而改變而光特性，并且調(diào)制入射光。該光調(diào)制能夠進行灰度顯示，并且所調(diào)制的光線被用于顯示圖像。
另一方面，在液晶顯示設備中，對于每個預定周期反轉(zhuǎn)正負極性并且把電壓施加在電極之間的驅(qū)動方法通常被使用以防止存在于液晶中的離子造成在被操作基片的老化。圖18為示出使用該驅(qū)動方法的驅(qū)動電壓的示意圖。如圖中所示的實線表示，如果施加在相對電極之間的每個極性電壓的絕對值同樣為V1，則認為在施加到液晶上的實際電壓之間沒有差別，并且不會出現(xiàn)如上文所述的老化現(xiàn)象。但是，實際上，特別是在反射型液晶顯示設備中，在施加到液晶上的正負實際電壓之間存在差別。這由于分別用于反射型液晶顯示設備中的兩個基片的電極材料不同所造成的。
也就是說，在反射型液晶顯示設備中，如上文所述的ITO通常被用作為透明電極，并且含少量銅等等的鋁金屬膜被用作為相對像素電極。在這種情況中，分別由ITO和鋁所制成的兩個電極具有互不相同的標準電極電勢，從而在使用由不同金屬所制成的電極的設備中產(chǎn)生電池效應。鋁的標準電極電勢為-1.66V，并且鋁電極與ITO電極的組合在這些電極之間產(chǎn)生相當大的電池效應。
因此，即使如圖18中的實線所示具有相同絕對值的兩極性的電壓被從外部施加，則電池效應產(chǎn)生電動勢，并且不對稱電壓被施加到液晶上。從而，設備的反射率取決于所施加電壓的極性，則造成閃爍，并且在該設備中存儲內(nèi)部電壓，導致例如老化這樣的問題。如果使用鋁電極來取代ITO透明電極，也就是說，如果相對電極類似地由鋁所制成，則電池效應被消除，并且不會出現(xiàn)上述的不對稱性。但是，由于沒有光線通過該設備，因此這是不現(xiàn)實的。另外，顯然由于電極在具有由ITO所制成的相對電極的常規(guī)透射型液晶設備中的電極是同種類型的，因此不會出現(xiàn)不對稱的問題。因此，不對稱是反射型液晶設備中的本質(zhì)問題。
為了消除反射型液晶顯示設備中的不對稱性，通過把直流偏置電壓ΔV加到驅(qū)動電壓上而獲得的兩個極性具有不同絕對值的驅(qū)動電壓應當由圖18中的虛線來表示。例如，當鋁被用作為反射電極材料，并且ITO被用于相對透明電極時，在被施加到液晶上的極性之間的有效電壓差為1V或更大，并且該電壓差被作為偏置電壓ΔV而施加。但是，如果偏置電壓ΔV的數(shù)值太大，則不能夠完全消除不對稱性，另外，偏置電壓ΔV在長期驅(qū)動過程中從初始設置數(shù)值逐步變化，結(jié)果在該設備中的內(nèi)部電壓被存儲，從而出現(xiàn)老化。這降低在長期驅(qū)動過程中的可靠性。另外，為了施加偏置電壓ΔV，需要準備用于施加該電壓的電路，并且其電壓系統(tǒng)變得復雜。因此，在反射型液晶顯示設備中，電池效應是不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。
另一方面，日本專利公開No.9-244068和10-54995中公開例如鎢(W)、鈦(Ti)、以及氮化鈦(TiN)這樣具有比鋁低得多的標準電極電勢的金屬被用作為反射電極材料，以減輕上述電壓差的問題，避免電池效應，并且減小偏置電壓。
但是，使用鎢、鈦和氮化鈦作為反射電極材料與通常所用的鋁相比，所獲得的反射率不足，因此它們是不適合的電極材料。因此，需要開發(fā)用于減小偏置電壓而不降低反射電極的光反射功能的技術(shù)。
本發(fā)明考慮到上述問題而做出。本發(fā)明的一個目的是提供一種反射型液晶顯示設備和液晶顯示器，其避免在液晶響應中的不對稱的因素，減小施加到驅(qū)動電壓上的偏置電壓，并且即使在長期驅(qū)動過程中也保持高的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的反射式液晶顯示設備包括具有由金屬材料所制成的反射型像素電極的像素電極基片、具有被設置為與該像素電極相對的透明電極的相對基片、以及在像素電極基片和相對電極之間的間隙內(nèi)填充的液晶，其中與透明電極相對的像素電極的表面被與像素電極不同的材料所制成的金屬膜所覆蓋，該金屬膜的材料具有符號與像素電極的材料的標準電勢相反的標準電極電勢。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器使用由上述本發(fā)明的反射型液晶顯示設備所調(diào)制的光線來顯示圖像。
在根據(jù)本發(fā)明的該反射型液晶顯示設備和液晶顯示器中，避免電極之間的電池效應，由于像素電極被具有符號與構(gòu)成像素電極的金屬材料的標準電勢相反的標準電勢的金屬膜所覆蓋。這防止在液晶響應中的不對稱性并且實現(xiàn)驅(qū)動電壓所需的偏置電壓的減小。
在根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示設備和液晶顯示器中，當鋁被用作為像素電極的金屬材料時，該金屬膜的主要成份為鉑、銀、金、鈀、銥或者這些金屬材料的任何合金。這避免在液晶響應中的不對稱性，而不破壞像素電極的反射功能。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示設備的結(jié)構(gòu)的截面示圖。
圖2為示出當鋁被用作為像素電極的金屬材料時所施加電壓和反射率之間的關(guān)系的特性示圖(對比例1)。
圖3為示出當鉑被用作為像素電極的金屬材料時所施加電壓和反射率之間的關(guān)系的特性示圖(對比例2)。
圖4為示出當銀被用作為像素電極的金屬材料時所施加電壓和反射率之間的關(guān)系的特性示圖(對比例3)。
圖5為示出當金被用作為像素電極的金屬材料時所施加電壓和反射率之間的關(guān)系的特性示圖(對比例4)。
圖6為示出在對比例中的反射率的光譜特性的特性示圖。
圖7為示出各種金屬的標準電極電勢的示意圖。
圖8為示出當鉑被用作為覆蓋的金屬膜時所施加電壓與反射率之間的關(guān)系的特性示圖(實例1-1)。
圖9為示出當使用銀作為用于覆蓋的金屬膜時所施加電壓與反射率之間的關(guān)系的特性示圖(實例1-2)。
圖10為示出當使用金作為用于覆蓋的金屬膜時所施加電壓與反射率之間的關(guān)系的特性示圖(實例1-3)。
圖11為示出當使用鈀作為用于覆蓋的金屬膜時所施加電壓與反射率之間的關(guān)系的特性示圖(實例1-4)。
圖12為示出當使用鈀-銀合金作為用于覆蓋的金屬膜時所施加電壓與反射率之間的關(guān)系的特性示圖(實例2)。
圖13當使用用于覆蓋的具有各種銀的混合濃度的鈀-銀合金膜和鉑-銀合金膜時的反射率改變的特性示圖。
圖14為示出對于每種材料和厚度的不對稱狀態(tài)和偏置電壓的綜合測量結(jié)果的示意圖。
圖15為示出當鉑、金和銀被用作為金屬膜時反射率的光譜特性的特性示圖。
圖16為示出當具有各種厚度的鉑被用作為金屬膜時的光譜特性的特性示圖。
圖17為示出使用圖1中所示的反射型液晶顯示器件構(gòu)成液晶顯示器的一個例子的方框圖。
圖18為說明用于液晶顯示設備的一個例子的波形圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖具體描述本發(fā)明的實施例。
如圖1中所示，根據(jù)本實施例的反射型液晶顯示設備21包括相對設置的相對基片30和像素電極40，以及通過在這些基片之間的間隙內(nèi)填充液晶材料而形成的液晶層35。
用于形成液晶層35的液晶材料例如是通常被稱為垂直對齊液晶的垂直對齊型向列液晶。垂直對齊意味著在液晶的初始狀態(tài)中的分子方向與每個基片表面相垂直。通常，這稱為垂直對齊液晶。
相對基片30包括玻璃基片31，并且由疊加在與液晶層35相面對的玻璃基片31的一個表面上的至少一個透明電極層32和定向膜33。聚酰亞胺有機組合物的磨擦(定向)處理膜以及例如二氧化硅(SiO2)這樣的蒸鍍(oblique evaporate)膜被用作為定向膜33。通過磨擦而處理與液晶層35面對的定向膜33的表面，從而液晶分子可以被對齊為預定的狀態(tài)。透明電極層32由透光的透明電極所構(gòu)成，并且位于整個表面上。通常，作為氧化錫(SnO2)和氧化銦(In2O3)的固溶性物質(zhì)的ITO被用作為透明電極的材料。一個公共電勢被施加到透明電極的所有像素區(qū)域。
該像素電極40包括例如由硅材料所制成的基片41，并且包括疊加在與液晶層35面對的基片41的表面上的至少一個反射型電極層42、一個金屬膜43和一個定向膜44。用于把電壓有選擇地施加到反射型電極層42的像素電極42A的開關(guān)元件(未示出)位于該基片41上。
與相對基片30的定向膜33相同，例如二氧化硅這樣的聚酰亞胺組合物膜和蒸鍍膜被用作為定向膜44，并且表面通過摩擦而處理。
反射型電極層42包括被設置為矩陣形狀的金屬膜所制成的多個反射型像素電極42A。反射型電極層42的厚度為50nm-200nm。在可見區(qū)域具有高反射率的鋁通常被用作為像素電極42A的金屬材料。更加具體來說，通常使用被用于在LSI處理中的布線的包含幾個重量百分比的銅或硅的鋁金屬膜。例如鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、鎢(W)和鈦(Ti)這樣的其它金屬也可以被用作為像素電極42A。
驅(qū)動電壓通過位于基片42上并且未示出的開關(guān)元件而施加到像素電極42A上。開關(guān)元件被分別提供對應于像素電極42A，并且例如由CMOS型場效應晶體管(FET)所構(gòu)成。
金屬膜43被形成為使其整個覆蓋在反射型電極層42中像素電極42A的與透明電極層32相面對的表面上。金屬膜43的厚度不小于1nm并且小于100nm。具有與構(gòu)成像素電極42A的金屬材料的標準電極電勢符號相反的標準電極電勢的不同金屬材料被用作為金屬膜43。具體來說，可以使用銀、鈀(Pd)、鉑、銥(Ir)、金以及任何這些金屬材料的合金。這些金屬材料的基本物質(zhì)和通過把作為主要成份的一種或多種金屬材料添加或混合到其它元素中而獲得的材料可以被用作為金屬膜43。如上文所述，像素電極42A被金屬膜43所覆蓋，這是反射型液晶顯示設備21的重要特征。
接著，將描述具有上述結(jié)構(gòu)的基片41的作用和操作。
在反射型液晶顯示設備21中，入射光線L1首先進入相對基片30，通過液晶層35，并且被位于反射型電極層42中的像素電極42A的反射功能所反射。在反射型電極層42上反射的光線L1在與入射方向相反的方向通過液晶層35和相對基片30并且射出。在此時，液晶層35的光特性對應于相對電極之間的電勢差而改變，并且這調(diào)制通過液晶層35的光線L1。光調(diào)制允許進行灰度顯示，并且調(diào)制光線L2被用于顯示圖像。
另一方面，對于預定時間段的極性正負相反的驅(qū)動電壓被施加到反射型電極層42的像素電極42A上。在此時，在通常的反射型液晶顯示設備中，不同電極材料被用作為相對電極，以對應該極性，由于所謂的電池效應在電極之間產(chǎn)生內(nèi)部電壓，并且在液晶的響應中產(chǎn)生不對稱性。因此，用于補償?shù)闹绷麟妷簯敱环謩e施加作為用于驅(qū)動的偏置電壓。如果偏置電壓增加，則難以對其進行補償，另外在長時間驅(qū)動過程中其數(shù)值改變或變化，這造成例如老化這樣的問題。
另一方面，在反射型液晶顯示設備21中，像素電極42A被覆蓋有金屬膜43，其具有與構(gòu)成像素電極42A的金屬材料的標準電極電勢符號相反的標準電極電勢，其避免在相對電極之間產(chǎn)生電池效應。具體來說，例如當鋁電極被用作為像素電極42A時，鋁電極被覆蓋有具有與鋁的標準電極電勢符號相反的標準電極電勢的一種金屬，例如銀、鈀、鉑、銥或金或者任何這些金屬材料的合金膜，作為如圖7中所示的金屬膜43。這大大地減小在由TIO所制成的透明電極層32和反射電極層之間產(chǎn)生的電池效應。從而，在反射型液晶顯示設備21中，防止在液晶響應中的不對稱性，并且驅(qū)動電壓所需的偏置電壓被減小或者不必要，另外在長時間驅(qū)動過程中獲得高可靠性。
在此，下面將描述用反射型電極層42覆蓋防止電池效應的原因。如圖7中所示，鋁的標準電池電勢高達-1.66V，其符號為負。另一方面，銀、鈀、鉑等等的所有標準電極電勢具有與鋁相反的正號，并且大約為1V。另外，這些合金膜還表現(xiàn)出大約1V的正值。構(gòu)成透明電極層32的ITO透明電極的標準電極電勢假設為大約+1V，由于當在相對電極之間存在電勢差時出現(xiàn)電池效應。也就是說，在本實施例中，覆蓋像素電極42A的金屬材料通常具有大約+1V的電極電勢，其幾乎與ITO透明電極的電勢相同，因此認為在相對電極之間不出現(xiàn)電勢差，從而產(chǎn)生電池效應。
實際上，在測量具有金屬膜43的覆蓋而制成的反射型液晶顯示設備的電動勢的結(jié)果中，基本上沒有觀察到由該電勢差所產(chǎn)生的電動勢。不必說，在沒有金屬膜43的覆蓋的常規(guī)設備中觀察到由電池效應導致的電動勢。
如上文所述，根據(jù)本實施例的反射型液晶顯示設備21，像素電極42A被覆蓋有金屬膜43，其具有與構(gòu)成像素電極42A的金屬材料的標準電極電勢的符號相反的標準電極電勢，從而可以避免在相對電極之間的電池效應，這與沒有金屬膜43的覆蓋的常規(guī)設備不同。從而，可以避免在液晶響應中的不對稱性，從而可以實現(xiàn)減小用于驅(qū)動電壓的偏置電壓。因此，施加偏置電壓變得不必要，或者在長期驅(qū)動過程中可以減小偏置電壓的改變，結(jié)果，可以在長期驅(qū)動過程中保持高度可靠性。另外，用于施加偏置電壓的電路被簡化或省略。
下面將描述使用反射型液晶顯示設備21的液晶顯示器的一個例子。在此，如圖17中所示，將描述使用反射型液晶顯示設備21作為光閥的反射型液晶投影儀的一個例子。
圖17中所示的反射型液晶投影儀是所謂的三面板型投影儀，用于分別對紅色、藍色和綠色使用三個液晶光閥21R、21B和21G。反射型液晶投影儀包括沿著光軸10設置的光源11、分色鏡12和13以及全反射鏡14。另外，反射型液晶投影儀包括偏振分束器15、16和17、組合棱鏡18、投影透鏡19和屏幕20。
光源11發(fā)出包含用于顯示彩色圖像所需的紅光(R)、藍光(B)和綠光(G)，并且包括一個鹵素燈、金屬鹵化物燈或者氙氣燈。
分色鏡12具有把來自光源11的光線分離為藍光和包含其它顏色的光的功能。分色鏡13具有把通過分色鏡12的光線分離為紅光和綠光的功能。全反射鏡14把由分色鏡12所分離的藍光反射到偏振分束器17。
偏振分束器15、16和17分別沿著紅光、綠光和藍光的光路而設置。這些偏振分束器15、16和17分別具有用于分離偏振光15A、16A和17A的表面，并且具有在用于分離偏振光的表面15A、16A和17A上把入射彩色光分離為相互正交的偏振光成份。用于分離偏振光的表面15A、16A和17A反射一個偏振光成份(例如，S偏振光成份)，并且透過其它偏振光成份(例如，P偏振光成份)。
液晶光閥21R、21G和21B由反射型液晶顯示設備21所構(gòu)成。這些液晶光閥21R、21G和21B分別接收由偏振分束器15、16和17的用于分離偏振光的表面15A、16A和17A所分離預定偏振光成份(例如，S偏振光成份)的彩色光。液晶光閥21R、21G和21B具有對應根據(jù)圖像信號而施加的驅(qū)動電壓而被驅(qū)動、調(diào)制入射光、以及把調(diào)制的入射光反射到偏振分束器15、16和17的功能。
組合棱鏡18個有組合從液晶光閥21R、21G和21B發(fā)出并且通過偏振分束器15、16和17的預定偏振光成份的彩色光(例如，P偏振光成份)的功能。投影透鏡19具有把從組合棱鏡18發(fā)出合成光的投影到屏幕20上的功能。
在如上文所述構(gòu)成的反射型液晶投影儀中，首先利用分色鏡12的功能把來自光源11的白光分為藍光和包含其它顏色的光(紅光和綠光)。利用全反射鏡14的功能，把藍光反射到偏振分束器17。另一方面，利用分色鏡13的功能把紅光和綠光進一步分離。分離的紅光和綠光分別進入偏振分束器15和16。
每個偏振分束器15、16和17在用于分離偏振光15A、16A和17A的表面上把入射的彩色光分離為相互正交的偏振光成份。在此時，用于分離偏振光15A、16A和17A的表面把一個偏振光成份(例如，S偏振光成份)反射到液晶光閥21R、21G和21B。
對應于根據(jù)圖像信號而施加的驅(qū)動電壓來驅(qū)動液晶光閥21R、21G和21B，以調(diào)制每個像素的入射的預定偏振光成份的彩色光。在此，液晶光閥21R、21G和21B包括上述反射型液晶顯示設備21，從而減小偏置電壓，并且由與常規(guī)類型相比具有更加良好的對稱性的驅(qū)動電壓進行驅(qū)動。
液晶光閥21R、21G和21B把調(diào)制的彩色光反射到偏振分束器15、16和17。偏振分束器15、16和17僅僅透過來自液晶光閥21R、21G和21B的反射光(被調(diào)制光)的預定偏振光成份(例如，P偏振光成份)，并且把該成份發(fā)送到組合棱鏡18。組合棱鏡18組合通過偏振分束器15、16和17的預定偏振光成份的彩色光，并且把組合的光發(fā)送到投影透鏡19。投影透鏡19把從組合棱鏡18發(fā)出的組合光投影到屏幕20上。從而，對應于由液晶光閥21R、21G和21B所調(diào)制的光線的圖像被投影到屏幕20上，實現(xiàn)所需圖像的顯示。
如上文所述，根據(jù)本實施例的反射型液晶投影儀，像素電極42A被金屬膜43所覆蓋的反射型液晶顯示設備21被用作為液晶光閥21R、21G和21B，從而通常需要用于在液晶光閥21R、21G和21B中的驅(qū)動電壓的偏置電壓被減小或變?yōu)椴槐匾?。從而，用于施加偏置電壓的電路被簡化或者變?yōu)椴槐匾@使得液晶光閥21R、21G和21B的驅(qū)動電路被簡化。
接著，將示出反射型液晶顯示設備21的具體特性作為實例。在描述例子之前，沒有金屬膜43的常規(guī)反射型液晶顯示設備的特性首先被示出為對比例。
制備用于評估的一種反射型液晶顯示設備(液晶單元)，其被用作為對比例，使用ITO作為在相對基片中的透明電極材料，并且使用各種金屬電極材料(鋁、鉑等等)作為在像素電極基片中的像素電極。這些用于評估的設備如下制作。首先，形成有ITO透明電極的用作為相對基片的玻璃基片，以及其上具有由各種電極之一所制成的電極的用作為像素電極基片的硅基片被清理和導入到一個蒸鍍裝置中，并且作為定向膜的SiO2膜在45°至55°的蒸鍍角度范圍內(nèi)用傾斜蒸鍍方法而形成。定向膜的厚度為50nm。液晶的預傾斜角被控制為大約3°。然后，具有2微米的直徑的適當數(shù)目的玻璃珠被分散在形成有定向膜的基片之間，以接合這兩個基片，并且具有負電介各向異性Δε的垂直液晶材料被注入，以產(chǎn)生反射型液晶單元。
當如圖18中所示的60Hz的方波電壓被作為驅(qū)動電壓施加在ITO透明電極和像素電極之間時，在交叉尼科耳狀態(tài)下用偏振顯微鏡測量在用這種方式所制造的每個設備中的液晶的透射率的改變(實際上，測量該設備的反射率，因為該設備是反射型的，并且該測量等價于測量液晶的透射率)。一種標準的鋁反射膜被用作為參考。該測量在室溫下使用520nm波長的光來執(zhí)行。
在下文中，當把正負電壓分別施加到像素電極的兩側(cè)時，R(+)和R(-)表示該設備的反射率。首先，對于施加到像素電極的電極V的反射率R的改變特性(這在下文中稱為V-T特性)，比較所有金屬材料(圖2-5)。在示出V-T特性的曲線(V-T曲線)的圖中，水平軸表示所施加的電壓(V)，垂直軸表示反射率(％)。另外，在圖3-5中，水平軸表示所施加電壓的絕對值，以簡化該圖。另外，示出V-T曲線的圖中，當使用負號的所施加電壓時獲得的反射率R(-)的測量值被標注并且用圓圈表示，當使用正號的所施加電壓時獲得的反射率R(+)的測量值被標注并且用黑圓點表示。
<對比例1>
圖2示出當使用鋁(150nm厚)作為像素電極的金屬材料時的V-T特性。如圖2中所示，當施加不對稱的兩極性電壓時的V-T曲線，以及當把正電壓時的反射率的V-T曲線R(+)被偏移到比施加負電壓時的反射率R(-)的V-T曲線更低的電壓側(cè)。也就是說，把相同幅度的所施加電壓處的反射率相比總是獲得R(+)＞R(-)的特性。
按照這種方式盡管把相同幅度的正和負外部電壓施加到液晶單元，液晶被不對稱地驅(qū)動，這意味著不對稱電壓被施加到液晶上。這是由于ITO透明電極和鋁電極的不同電極之間產(chǎn)生的直流電池效應所造成的。如果在這種狀態(tài)下連續(xù)驅(qū)動，則內(nèi)部電壓被存儲在液晶單元中，并且這導致老化。因此，為了實用，應當施加與偏移電壓(對應于電池效應的電壓)相等的偏置電壓ΔV，以獲得R(+)＝R(-)。在對比例1中的ΔV為ΔV＝0.6V，并且僅僅直流偏置電壓的ΔV被施加到該信號電壓用于驅(qū)動，如圖18中所示。但是，在長期驅(qū)動過程中可能出現(xiàn)上述老化現(xiàn)象，除非ΔV的數(shù)值被正確地設置和連續(xù)地施加，另外ΔV本身可能由于長期驅(qū)動、環(huán)境溫度的改變等等而被改變，從而為了實用基本上不可避免地減小或消除ΔV。
另外，當聚酰亞胺膜被用作為定向膜時，以及當使用除了垂直對齊液晶之外的其它向列液晶材料時，類似地出現(xiàn)上述現(xiàn)象。
<對比例2>
圖3示出當使用鉑(100nm厚)作為像素電極的金屬材料時的V-T特性。在該對比例中，與相同幅度的所施加電壓處的反射率相比，獲得與對比例1不同的R(+)＜R(-)的特性。
<對比例3>
圖4示出當使用銀(100nm厚)作為像素電極的金屬材料時的V-T特性。在該對比例中，與相同幅度的所施加電壓處的反射率相比，總是獲得與對比例1相類似的R(+)＜R(-)的特性。
<對比例4>
圖5示出當使用金(190nm厚)作為像素電極的金屬材料時的V-T特性。在該對比例中，與相同幅度的所施加電壓處的反射率相比，獲得與對比例1類似的R(+)＜R(-)的特性。
圖6示出當60Hz方波被作為驅(qū)動電壓施加到對比例1至4的設備時的反射率的頻率特性。在圖6中，水平軸表示波長(nm)以及垂直軸表示反射率(％)。在該圖中，具有黑圓點的曲線表示當鉑(100nm厚)被用作為像素電極的金屬材料時的測量(對比例2)，以及具有倒三角和圓圈的曲線分別表示當使用銀(100nm厚)(對比例3)以及使用金(190nm厚)時的測量結(jié)果。另外，沒有測繪點的實線表示當使用鋁(150nm厚)時的測量結(jié)果(對比例1)。使用標準鋁反射膜作為參考，使用由Otsuka電子有限公司所制造的增強的多通道分光光度劑IMUC7000進行測量。如圖6的結(jié)果所示，在短波長側(cè)上的反射率被顯著地減小，特別是當金被用作為像素電極時尤其如此。因此，僅僅V-T曲線的比較表明使用金作為像素電極(圖5)基本上沒有產(chǎn)生不對稱性，并且是一個幾乎理想的狀態(tài)，但是不充分地獲得反射功能，如圖6的光譜特性所示，從而金是一種不實用的材料。
另一方面，在對比例1中的反射率R(+)和R(-)之間的關(guān)系與上述結(jié)果中的對比例2-4相反。這是由于鋁(對比例1)的標準電極電勢的符號與鉑、銀合金(對比例2-4)相反，如圖7中所示。因此，考慮到由于標準電極電勢的符號的不同所產(chǎn)生的反射率R(+)和R(-)之間的關(guān)系，像素電極被金屬膜43所覆蓋。這可以改善反射率R(+)和R(-)的不對稱性，如下文的實例中所述。
信號使用金屬單質(zhì)材料的情況在本例中，鋁(150nm厚)被用作為像素電極42A的金屬材料，具有與鋁相反的正值的標準電極電勢的金屬單質(zhì)材料被作為覆蓋鋁電極的金屬膜43，并且測量V-T特性。該覆蓋通過蒸鍍或濺射淀積而形成。與上述對比例相同，ITO被用作為在相對基片30中的透明電極材料。除了使用金屬膜43執(zhí)行覆蓋處理之外，用于評估的設備的制造與對比例相同。另外，測量條件與這些對比例相同，并且當施加60Hz的方波電壓時測量液晶的反射率R的改變。類似于對比例，為了簡化，在V-T曲線中的水平軸表示所施加電壓的絕對值。
<實例1-1>
圖8示出當用2nm厚的鉑作為金屬膜43覆蓋鋁像素電極時的V-T特性。圖8表現(xiàn)出R(+)＜R(-)，以及由于僅僅2nm的覆蓋層，觀察到在反射率R(+)和R(-)的兩極中的微小的不對稱性。偏置電壓為0.5V，并且比以前大大地減小。
<實例1-2>
圖9示出當用5nm厚的銀作為金屬膜43覆蓋鋁像素電極時的V-T特性。在本例中，觀察到R(+)＝R(-)，并且完全沒有觀察到反射率R(+)和R(-)的兩極中的不對稱性。沒有觀察到偏置電壓。
<實例1-3>
圖10示出當用5nm厚的金作為金屬膜43覆蓋鋁像素電極時的V-T特性。在本例中，觀察到R(+)＝R(-)，并且基本上沒有觀察到反射率R(+)和R(-)的兩極中的不對稱性。觀察到微小的偏置電壓。
<實例1-4>
圖11示出當用5nm厚的鈀作為金屬膜43覆蓋鋁像素電極時的V-T特性。在本例中，觀察到R(+)＝R(-)，并且完全沒有觀察到反射率R(+)和R(-)的兩極中的不對稱性。沒有觀察到偏置電壓。
實例1-1至1-4的結(jié)果表明當用鉑、銀、金或鈀覆蓋鋁電極時，其具有與鋁相反的標準電極電勢的正值，從而沒有觀察到電池效應，或者其數(shù)值被減小，以及大大地防止V-T曲線的不對稱性，即液晶響應的不對稱性，并且這把偏置電壓減小到零或者非常小的數(shù)值，這與每個對比例不同。另外，在這些例子的設備中，即使當執(zhí)行長期驅(qū)動時，完全沒有觀察到例如老化這樣的問題。當用例如未示出的銥這樣的具有正值的標準電極電勢的其它單質(zhì)金屬材料進行覆蓋時，觀察到類似的效果。
*使用合金材料的情況接著，鋁(150nm厚)被用作為像素電極42A的金屬材料，與鋁相反具有正值的標準電極電勢的各種合金材料被用作為覆蓋鋁電極的金屬膜43，并且測量V-T特性。用于評估和測量狀態(tài)的設備的制造與實例1相同。
首先，制造一個液晶單元，其中具有5nm厚的鋁像素電極被作為異金屬膜43的具有50∶50的銀和鈀的原子比的鈀-銀合金膜所覆蓋，并且測量V-T特性。結(jié)果如圖12中所示。另外，類似地制造用具有50∶50的鉑和銀的原子比的鉑銀合金的覆蓋一個液晶單元，測量V-T特性，該特性未示出。在合金膜的情況中，觀察到R(+)＝R(-)，沒有觀察到在反射率R(+)和R(-)的極性中的不對稱性。
接著，當用具有各種銀的混合濃度的鈀銀合金或鉑銀合金的合金膜(5nm)覆蓋時，測量反射率的改變。圖13示出該測量結(jié)果，垂直軸表示反射率(％)，以及水平軸表示在每種合金中的銀的混合濃度。
當僅僅用銀膜(在圖中為混合濃度為100％的樣本)覆蓋時，該反射率被增加為大于原始率像素電極的反射率。但是，通常鋁單質(zhì)膜需要在液晶處理中進行紫外臭氧清除處理。該處理加黑其表面，并且強光的照射導致褪色，從而需要小心地使用。另一方面，僅僅鈀或鉑的覆蓋(在圖中具有0％的銀混合濃度的樣本)減小反射率。
這些實例表現(xiàn)出鈀銀合金膜以及鉑銀合金膜有效地作為解決銀的化學不穩(wěn)定性以及鈀和鉑的低反射率問題的一種方法。也就是說，通過把化學性能非常穩(wěn)定的鈀和鉑混合而消除銀的化學不穩(wěn)定性。另外，通過與銀混合，由于鈀或鉑的覆蓋所導致的低反射率被升高到與原始的鋁像素電極相等的數(shù)值。滿足化學穩(wěn)定性和反射鋁的特性的混合比(銀的混合濃度)為20％至80％的原子比，最好為40％至60％。
*基于厚度的比較接著，測量當使用具有各種厚度的金屬膜進行覆蓋時的V-T特性。用于評估和測量狀態(tài)的設備的制造與實例1相同。銀、鈀和鉑被用作為金屬膜43的材料。測量當銀、鈀和鉑的厚度被設置為2nm、5nm和20nm時的情況。
圖14示出反射率R(+)和R(-)與在每種材料中的偏置電壓和厚度之間的關(guān)系的測量結(jié)果。并且，圖14示出當不使用金屬膜43進行覆蓋時(即，僅僅使用鋁電極)以及類似于例子2當使用鈀銀合金膜與鉑銀合金膜以及銀、鈀和鉑用于覆蓋時的特性。
從圖14中的結(jié)果可以看出，由具有每個厚度的每種材料所制成的金屬膜43的覆蓋減小不對稱性和偏置電壓，這與僅僅使用鋁作為電極材料的情況不同。
在此，確認覆蓋鋁電極的厚度為1nm或更大的金屬膜43被有效地用于防止未示出的不對稱性。小于1nm的厚度被認為有效地用于防止不對稱性，但是難以均勻地形成這種薄膜。另一方面，用于覆蓋的厚度為100nm或更多的金屬膜43太厚而不能透過光線，并且表現(xiàn)出反射電極(像素電極42A)的原始絕對反射率。因此，用于覆蓋的金屬膜的厚度最好不小于1nm并且小于100nm。
*光譜特性測量當把60Hz的方波作為驅(qū)動電壓施加到具有在實例1-1至1-3中產(chǎn)生的鉑、金和銀覆蓋層的設備上時的反射率的光譜特性(圖15)。與對比例(圖6)相同，利用由Otsuka電子有限公司所制造的增強多通道分光光度計IMUC7000執(zhí)行測量。在圖15中，水平軸表示波長(nm)，垂直軸表示反射率(％)。在該圖中，具有黑圓點的曲線表示當使用鉑(2nm厚)作為用于覆蓋的金屬膜43時的測量結(jié)果，以及具有圓圈和倒三角的曲線表示分別當使用金(5nm厚)和銀(5nm厚)用于覆蓋時的測量結(jié)果。另外，沒有繪圖點的實線表示當不使用金屬膜43進行覆蓋(僅僅使用鋁電極的情況)作為一個參考時的測量結(jié)果。
另外，如圖16中所示，測量具有各種厚度的鉑的反射率的光譜特性。測量條件與圖15中所示的光譜特性相同。在該圖中，具有黑圓點的曲線表示當使用具有2nm厚的鉑時的測量結(jié)果，以及具有圓圈和菱形的曲線分別表示當使用具有5nm和20nm厚的鉑時的測量結(jié)果。另外，沒有繪圖點的實線表示當不使用金屬膜43進行覆蓋(僅僅使用鋁電極的情況)作為一個參考時的測量結(jié)果。
從這些結(jié)果可以看出，在每種材料和厚度中，在全波長范圍內(nèi)獲得適合實用的良好光譜特性。
本發(fā)明不限于該實施例，而是可以有各種變形。例如，本發(fā)明的反射型液晶顯示設備不但可以廣泛地用于LCD投影儀，而且還用于其它顯示裝置和在各種便攜式電子設備以及在各種信息處理終端等等中的圖像顯示器。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示設備和液晶顯示器，面對透明電極的像素電極的表面被具有與構(gòu)成像素電極的金屬材料相反的標準電極電勢的金屬膜所覆蓋，從而可以避免相對電極之間的電池效應。從而，可以防止液晶響應的不對稱性，這實現(xiàn)施加到驅(qū)動電壓的偏置電壓的減小。因此，偏置電壓的施加變得不必要，或者即使在長期驅(qū)動過程中可以減小偏置電壓的改變，結(jié)果即使在長期驅(qū)動過程中也可以保證高度的可靠性。
顯然，根據(jù)上述思想，本發(fā)明可以有許多變形和改變。因此，應當知道在所應用的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，除了具體描述之外也可以實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種反射式液晶顯示設備包括具有由金屬材料所制成的反射型像素電極的像素電極基片；具有被設置為與該像素電極相對的透明電極的相對基片；以及在像素電極基片和相對電極之間的間隙內(nèi)填充的液晶，其中與透明電極相對的像素電極的表面被由與像素電極不同的材料所制成的金屬膜所覆蓋，該金屬膜的材料具有符號與像素電極的材料的標準電勢相反的標準電極電勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示設備，其中像素電極的主要成份為鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射型液晶顯示設備，其中金屬膜的主要成份為鉑、銀、金、鈀、銥或其合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反射型液晶顯示設備，其中金屬膜的主要成份為銀鈀合金或者銀鉑合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反射型液晶顯示設備，其中在銀鈀合金和銀鉑合金中的銀的混合比為20％至80％原子百分比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示設備，其中透明電極由銦錫氧化物(ITO)膜所制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示設備，其中金屬膜的厚度不小于1nm，并且小于100nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示設備，其中像素電極由提供在硅基片上的開關(guān)元件所驅(qū)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示設備，其中液晶為垂直對齊的液晶。
10.一種液晶顯示器，其中包括反射型液晶顯示設備，通過使用由反射型液晶顯示設備所調(diào)制的光線而顯示圖像，其中反射型液晶顯示設備包括像素電極基片，其具有由金屬材料所制成的反射型像素電極；相對基片，其具有與像素電極相對設置的透明電極；以及液晶，其填充在像素電極基片和相對基片之間的間隙內(nèi)，以及像素電極的表面，該面對透明電極的表面被與像素電極不同的材料所制成的金屬膜所覆蓋，該金屬膜的材料具有符號與像素電極的材料的標準電極電勢相反的標準電極電勢。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中進一步包括光源；以及投影裝置，用于把從光源發(fā)出并且由反射型液晶顯示設備所調(diào)制的光線投射在一個屏幕上，以及構(gòu)成一個反射型液晶投影儀。
全文摘要
防止在液晶響應中造成不對稱性的電池效應，減小施加到驅(qū)動電壓上的偏置電壓，并且即使在長期驅(qū)動過程中也可以保證高度可靠性。一個不同金屬膜(43)覆蓋在一個像素電極上，該金屬膜具有符號與構(gòu)成像素電極的金屬材料的標準電極電勢相反的標準電極電勢。與不具有金屬膜(43)的常規(guī)設備，這防止在相對電極之間的電池效應。從而，與常規(guī)設備相比，防止在液晶響應中的不對稱性，并且減小驅(qū)動電壓所需的偏置電壓。因此，用于施加偏置電壓的電路被簡化或者被消除，并且可以提高在驅(qū)動過程中的長期可靠性。
文檔編號G02F1/13GK1463381SQ02801959
公開日2003年12月24日 申請日期2002年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月5日
發(fā)明者橋本俊一, 磯崎忠昭, 宮本祥子 申請人:索尼株式會社