專利名稱：反射液晶顯示裝置、顯示設(shè)備、投影光學系統(tǒng)和投影顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于投影顯示系統(tǒng)等的反射液晶(光電(electro-optical))顯示裝置，并且也涉及一種與該顯示裝置相結(jié)合的顯示設(shè)備、投影光學系統(tǒng)和投影顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著最近對具有高清晰度、小尺寸和高亮度的投影顯示改進的實現(xiàn)，存在突出的和實際使用的反射顯示裝置，該裝置適用于在提高清晰度的條件下獲得空間的減小，并且能夠獲得高的光學效率。
在各種這樣的顯示裝置中，報道了一種有源反射液晶顯示裝置，其中在硅襯底上提供驅(qū)動元件，將該硅襯底置于玻璃襯底的對面，在該玻璃襯底中形成透明的電極，并且該硅襯底由例如，CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)電路構(gòu)成，并且將具有鋁光學反射電極的驅(qū)動電路襯底置于該硅襯底之上，并且在這樣的襯底對之間注入垂直排列(vertically-aligned)的液晶材料。(論文(1)H.Kurogane等，Digests of SID1998，p.33-36(1998)；論文(2)S.Uchiyaa等，Proceedings of IDW2000，p.1183-1184(2000))。該種類型的裝置已經(jīng)由一些廠商實際投入了市場。
這里，垂直排列的液晶材料是一種具有負介電常數(shù)各向異性(negativepermittivity anisotropy)的材料(即，對于液晶分子的主軸(major axis)來說，Δε＝ε(‖)-ε(⊥)是平行介電常數(shù)(parallel permittivity)ε(‖)和垂直介電常數(shù)(vertical permittivity)ε(⊥)之差，Δε是負值)。當施加在它的透明電極和光反射電極之間的電壓為零時，液晶分子隨后被定向到與襯底平面垂直，并且由此以正常黑模式顯示。
具上述論文報道，在傳統(tǒng)的反射裝置中的垂直排列的液晶層的厚度(單元間隙(cell gap))是3μm到4μm，并且液晶透射系數(shù)相對于施加到液晶上的電壓的曲線(這里稱為V-T曲線，相當于在反射裝置中實際測量的該裝置的反射率；這里假設(shè)例如，通過該裝置將入射光線，例如s-偏振光線，調(diào)制為p-偏振反射光線，這將在下面說明)具有如下特性，在大約2V的閾值電壓處該曲線升高，并且在所施加的電壓為4或6V時該曲線達到最大值。通過改變在電極之間的電壓來模擬地改變液晶的透射率，由此實現(xiàn)灰度的表示。作為范例，圖14用圖表表示從上面所引用的論文(1)摘取的數(shù)據(jù)。根據(jù)報告的數(shù)據(jù)，液晶層具有3μm的厚度，驅(qū)動電壓大約±4V，并且響應(yīng)速度(上升時間+下降時間)大約為17msec。
通常驅(qū)動液晶的同時按照每幀或者場將電壓反向為正或者負，以便最大程度地以±4V到6V的電壓來實際驅(qū)動上述的裝置。(因為在原理上正和負V-T曲線相互對稱，所以通常V-T曲線僅表示為正)。也限定如下液晶驅(qū)動電壓±4V到6V需要高于作為驅(qū)動晶體管的有效耐壓值±8V到12V。
因為該電壓明顯地高于在一般MOS工藝中的耐壓值，所以對液晶驅(qū)動晶體管施加對于LDD(輕摻雜濃度源/漏極)結(jié)構(gòu)等的高耐壓處理，該液晶驅(qū)動晶體管在位于硅驅(qū)動電路襯底上的每個像素中形成?？紤]到生產(chǎn)成本、功耗等，耐壓值通常在8V到12V范圍內(nèi)。這就是將已知裝置設(shè)計為最大具有±4V到6V的V-T曲線的原因。
在已知裝置中所使用的垂直排列的液晶材料中，折射率各向異性Δn(＝n(‖)-n(⊥)，其為在沿液晶分子的主軸的折射率n(‖)和與其垂直的折射率n(⊥)之差)具有小于0.1的值(典型0.08左右)，并且典型的像素間距是13.5μm(像素尺寸13μm)。
目前，與其低響應(yīng)速度相關(guān)的液晶顯示器的一個缺點作為問題得到關(guān)注，并且提高響應(yīng)速度是一個迫切的需要。通常，液晶的響應(yīng)速度(上升時間和下降時間)與液晶層的厚度d的平方成比例，如下面的等式(1)和等式(2)所示。所以，減小液晶層的厚度可有效地獲得較高的響應(yīng)速度。
上升時間τon=γ·d2ϵ(0)Δ(V2-Vc2)---(1)]]>下降時間τoff=γ·d2K·π2---(2)]]>
(其中γ液晶粘度，d液晶層厚度，Δε液晶介電常數(shù)各向異性，ε(0)空間介電常數(shù)，K液晶彈性常數(shù)，V施加到液晶上的電壓(液晶驅(qū)動電壓)，Vc閾值)然而，在此前所知的垂直排列的液晶顯示裝置中，盡管根據(jù)等式(1)和(2)在減小液晶層的條件下其響應(yīng)速度獲得提高，仍然存在另外的問題使透射系數(shù)飽和所需的驅(qū)動電壓變得較高。圖15圖示了在采用液晶材料(其中Δn＝0.082)系統(tǒng)中，該液晶材料應(yīng)用在傳統(tǒng)的裝置中，通過減小液晶層的厚度所獲得的V-T曲線，并且圖16圖示了液晶層的厚度d引起的飽和電壓的變化。
如圖15和16所示，在液晶層厚度d減到小于2.5μm之后，裝置的飽和電壓在6V以上急劇變高，并且當厚度d小于2μm時，飽和電壓達到約10V。即，驅(qū)動晶體管所需的耐壓值需要大于20V。而且，當厚度d小于1.5μm時，透射系數(shù)的絕對值達到100％。當厚度d等于1μm時，可達到的透射系數(shù)僅為約30％，同時閾值被提升的較高。
這種現(xiàn)象的原因被認為是隨著在垂直排列液晶中的厚度d(單元間隙)的減小，施加到在液晶分子和定向薄膜(orientation film)之間的界面上的相互作用比所施加電壓在液晶分子的導(dǎo)向器(dirctor)中所引起的方向變化強。相反，當液晶層具有足夠的厚度時，由于厚度大的特性使得導(dǎo)向器的移動性變得更強，由此在界面上的相互作用顯著地降低。
如上所述，假如在液晶顯示裝置中驅(qū)動電壓變得較高，則在一般的驅(qū)動裝置硅襯底中不能執(zhí)行適當?shù)尿?qū)動。理所當然可通過提高像素驅(qū)動晶體管的耐壓值來解決該問題，但是由于其它的不利條件(增加生產(chǎn)成本和功耗)該處理一般會變得復(fù)雜。而且由于耐壓值的上升，晶體管的尺寸不可避免地要加大。由此，特別是，在小像素尺寸(或節(jié)距(pitch))小于約10μm的條件下，制造高耐壓值的晶體管變得十分地困難。
由于上述原因，實際上在任何已知的采用傳統(tǒng)的垂直排列液晶的反射顯示裝置中，將液晶層的厚度減少到小于2.5μm是困難的。
所述的液晶層的厚度的減小將相對于所施加的電壓減小上升時間(響應(yīng)速度)，并且降低該裝置的成品率。
此外，在任何裝備有該已知顯示裝置的投影光學系統(tǒng)中，光學單元的焦距比數(shù)(F數(shù))需要等于或者大于3.5，以保持如下所述的高對比度，由此帶來另外一個問題不能得到高亮度。
在任何帶有反射液晶顯示裝置的投影系統(tǒng)中，如圖17所示，需要一種光學單元，其中將從燈光源發(fā)射出的光通量通過偏振光分裂器2R、2G、2B分別照射到反射液晶顯示裝置3R、3G、3B(每個采用垂直排列液晶)上，該偏振光分裂器2R、2G、2B作為對紅(R)、綠(G)和藍(B)來說的偏振光分裂裝置，并且棱鏡(X-棱棱鏡)4采集由該裝置所調(diào)制的反射光束，該棱鏡(X-棱棱鏡)4合成各個顏色的光束，然后將合成的光束作為投影光10(p)通過投影透鏡5投影到未示出的屏幕上。
這里，在用于照射反射液晶裝置3R、3G、3B照明光學單元中，將來自白燈光源1的白光(10(p，s)，由p偏振成分和s偏振成分)通過蠅眼透鏡6、偏振器/轉(zhuǎn)換器7、聚光鏡8等處理為s偏振光10(s)。隨后，s偏振光10(s)被引入二向色分裂濾光器(dichroic color separation filter)9，并且將通過該二向色分裂濾光器9分裂的光發(fā)送到全反射鏡11、12和二向色鏡13，以便隨后形成單色光10R(s)、10G(s)和10B(s)。隨后，通過偏振光束分裂器2R、2G、2B光分別入射到反射液晶顯示裝置3R、3G、3B，并且根據(jù)施加到反射液晶顯示裝置3R、3G、3B上的電壓對該反射光進行偏振和調(diào)制。在再次入射到偏振光束分裂器2R、2G、2B之后，僅傳播該光的p偏振成分10R(p)、10G(p)和10B(p)，然后由棱鏡4合成該p偏振成分10R(p)、10G(p)和10B(p)。隨后，當在反射液晶顯示裝置中所施加的電壓是零時，入射光線直接作為s偏振光反射，而不通過偏振光束分裂器，并且由此該系統(tǒng)進入正常黑模式，其中在施加電壓上升的條件下，對光進行偏振和調(diào)制，以便增加p偏振反射光來最終提高透射系數(shù)(參照圖14)。
在論文(1)和(2)中報道的用于已知垂直排列液晶顯示裝置的光學單元中，焦距比數(shù)等于或者大于3.5(例如，在論文(1)中為3.8到4.8，或者在論文(2)中為3.5)。光學單元的焦距比數(shù)是光入射在裝置上的入射角(反射光的出射角)θ的函數(shù)，并且如下表示。
F＝1/(2×sinθ) ...(3)F＝3.5的表達指出裝置表面被光照射，該光相對于該裝置表面的垂線具有角度θ＝±8.2°，并且從此處獲得反射光。
從等式(3)可以看出，焦距比數(shù)越小，則光的入射和出射角θ越大，由此增加了總光通量，結(jié)果提高了亮度。然而，在反射液晶裝置中，通常隨著入射角的增加，黑色電平值(在黑色狀態(tài)中的透射系數(shù))變大，并且偏振光束分裂器的偏振光束分裂特性依賴于角θ，由此隨著角θ的增加該特性變壞是不可避免的，并且當該角度分量大時，分裂成p偏振光成分和s偏振光成分的程度降低。由于上述原因，存在一種現(xiàn)象黑色電平上升的同時對比度顯著地下降。
所以，在實際應(yīng)用中，存在在亮度和對比度之間折中(協(xié)調(diào)很難)的問題。因為該問題，在帶有該已知裝置的任何傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)中，采用光學單元，其中焦距比數(shù)大于3.5(更具體地說，投影透鏡5的焦距比數(shù)或者照明光學單元的焦距比數(shù))。即，在任何具有已知裝置的投影光學系統(tǒng)中，不可將焦距比數(shù)設(shè)為小于3.5，其原因是實際上需要使高的對比度達到一定的程度，而由此引起不能提高亮度的失敗。
因此，本發(fā)明的第一目的是提供垂直排列液晶顯示裝置中的改進，該垂直排列液晶顯示裝置由本發(fā)明的具有高響應(yīng)速度的反射液晶顯示裝置表示，其中液晶透射系數(shù)在低電壓時達到飽和，而不管液晶層厚度如何。并且該裝置能夠借助于可通過普通耐壓工藝制造的驅(qū)動電路襯底而被驅(qū)動，即使在小像素尺寸也如此。上述改進還涉及使用本發(fā)明的反射液晶顯示裝置的顯示設(shè)備、投影光學系統(tǒng)和投影顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二目的在于提供投影光學系統(tǒng)和投影顯示系統(tǒng)，其中即使在具有小焦距比數(shù)的高亮度光學單元中，除了上述實現(xiàn)外，還能夠保持足夠低的黑色電平。因此獲得實際高的對比度(即，與任何傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，能夠滿足更高的亮度和更高的對比度)。

發(fā)明內(nèi)容
更具體地說，本發(fā)明的反射液晶顯示裝置是這樣的裝置將具有光透射電極的第一襯底和具有光反射電極的第二襯底彼此相對地放置，所述光透射電極和所述光反射電極彼此相對，同時將垂直排列液晶材料層置于其間。在該顯示裝置中，所述垂直排列液晶層厚度大于等于0.8μm、小于2μm，并且所述垂直排列液晶材料的折射率各向異性Δn大于0.1、小于0.25。這里，“光反射電極”的定義表示其自身對于光具有反射性的電極，其上具有光反射層的電極，并且也表示自身對于光來講具有透射性的電極，卻具有底涂層薄膜(undercoat film)，其先決條件是在電極和底涂層薄膜之間分界面中實現(xiàn)光反射性。
本發(fā)明也涉及一種具有本發(fā)明的反射液晶顯示裝置的顯示設(shè)備，也涉及一種在其光徑中放置有反射液晶顯示裝置的投影光學系統(tǒng)，和采用該光學系統(tǒng)的投影顯示系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，盡管垂直排列液晶層的厚度小于2μm，但是將垂直排列液晶材料的Δn值調(diào)節(jié)為大于0.1，這與傳統(tǒng)的技術(shù)不同，以便通過借助于低于5V到6V的電壓來使液晶的透射系數(shù)飽和，由此在實際可用的低電壓的條件下達到滿意的驅(qū)動，同時改進透射系數(shù)本身。因此，在反射垂直排列液晶顯示裝置中獲得改進成為可能，在該反射垂直排列液晶顯示裝置中具有充分的透射系數(shù)、極佳的低電壓驅(qū)動特性(所需的耐壓值是低的)以及保持快的響應(yīng)，并且在采用該改進的顯示裝置的顯示設(shè)備、投影光學系統(tǒng)和投影顯示系統(tǒng)中也可實現(xiàn)改進。
具體地說，由于選擇性地使用具有Δn值大于0.1的垂直排列液晶材料，可獲得上述顯著有利的功能和效果。當液晶層厚度被減小到小于2μm以獲得高的響應(yīng)速度時，因為Δn大于0.1，所以假如由在定向薄膜和液晶分子之間的相互作用而影響導(dǎo)向器使之方向改變，則在液晶中根據(jù)所施加的電壓易于使入射光偏振和調(diào)制該入射光，最終實現(xiàn)偏振光的分裂，由此在低電壓時可獲得期望的透射系數(shù)。
本發(fā)明也提供一種投影光學系統(tǒng)，其中將本發(fā)明的反射液晶顯示裝置和具有焦距比數(shù)小于3的光學單元置于其光徑之中，并且也提供采用該光學系統(tǒng)的投影顯示系統(tǒng)。
根據(jù)上述系統(tǒng)，盡管將垂直排列液晶層的厚度設(shè)為小于2μm，仍可將黑色電平的值控制為低，假設(shè)該黑色電平與液晶層的厚度的平方成比例，由此即使光學單元的焦距比數(shù)小于3，則仍獲得高對比度，并且在該低的焦距比數(shù)的情況下也可獲得高的亮度。所以，具有本發(fā)明的反射液晶裝置和焦距比數(shù)小于3的光學單元的投影光學和顯示系統(tǒng)中的每一個，相對于那些采用已知裝置和光學單元的傳統(tǒng)系統(tǒng)，滿足對較高對比度和較高亮度的需要。按照其中所使用的透鏡的焦距等，光學單元的焦距比數(shù)是可控的。


圖1示出(在液晶層厚度d是2μm的條件下)通過改變在反射液晶顯示裝置中的垂直排列液晶材料的折射率各向異性Δn而獲得的V-T曲線；圖2示出(在液晶層厚度d是1.5μm的條件下)通過改變在反射液晶顯示裝置中的垂直排列液晶材料的折射率各向異性Δn而獲得的V-T曲線；圖3示出(在液晶層厚度d是1μm的條件下)通過改變在反射液晶顯示裝置中的垂直排列液晶材料的折射率各向異性Δn而獲得的V-T曲線；圖4示出反射垂直排列液晶顯示裝置的響應(yīng)速度(其中3μm和3.5μm厚的樣本表示已知裝置的值)；圖5是表示所獲得的每個樣本的飽和電壓、透射系數(shù)和響應(yīng)時間與在反射液晶顯示裝置中的垂直排列液晶材料的厚度d、折射率各向異性Δn和介電常數(shù)各向異性Δε之間的關(guān)系的表。
圖6示出根據(jù)液晶層厚度d，相對于相同的液晶的折射率各向異性Δn的飽和電壓的相對改變。
圖7示出當相同的液晶層厚度為3.5μm并且液晶的折射率各向異性Δn是0.13時，所獲得的V-T曲線。
圖8示出黑色狀態(tài)透射系數(shù)依賴于相同的液晶層的厚度(與黑色狀態(tài)值比較，該黑色狀態(tài)值以在已知裝置中的層厚度為3.5μm的液晶層作為100％)；圖9示出相對于在已知裝置中的與測量光學單元焦距比數(shù)相關(guān)的黑色電平的變化，在本發(fā)明的反射垂直排列液晶裝置中所引起的黑色電平的改變；圖10示出在與焦距比數(shù)相關(guān)的相同液晶裝置中所引起的亮度改變；圖11示出本發(fā)明的反射垂直排列液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)截面圖；圖12是在本發(fā)明顯示裝置的硅驅(qū)動電路襯底上的主要部分的截面圖；圖13示出本發(fā)明的顯示裝置布局的等效電路圖；圖14示出(在液晶層厚度大約是3μm的條件下)已知裝置的V-T曲線；圖15示出(在Δn＝0.082的條件下)在已知裝置中，當液晶層的厚度減小時所獲得的V-T曲線；圖16示出根據(jù)相同的液晶層的厚度，在飽和電壓中所引起的變化；和圖17是采用已知反射液晶顯示裝置的投影光學系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的反射液晶顯示裝置中，垂直排列液晶層的厚度需要等于或者小于2μm，以達到上述的功效。最好，該厚度在0.8μm到2μm的范圍內(nèi)，并且也在1μm到2μm的范圍內(nèi)。盡管隨著層厚度的降低響應(yīng)時間上升，但是厚度的下限最好是0.8μm，并且為了抑制至定向薄膜的相互作用，以及也為了層厚度的可控性，該下限最好為1μm。盡管液晶層厚度可以小，Δn需要比0.1大，以便提高偏振光分裂，但是過度的提高Δn對于提高效率來講不是十分有效，或者也不實用。所以，Δn最好小于0.25。
在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，在ITO(銦錫氧化物)等的透明電極的對面以及也在鋁等的光反射電極的對面，形成液晶定向薄膜，作為前面所述的光透射電極，并且將光反射電極連接到單晶硅半導(dǎo)體驅(qū)動電路等上，該半導(dǎo)體驅(qū)動電路設(shè)在前面所述的第二襯底上，由此構(gòu)成有源驅(qū)動類型。假如采用硅的驅(qū)動電路襯底作為第二襯底，則該襯底本身是不透明的并且適用于反射類型。而且，作為驅(qū)動元件的MOS(金屬-氧化物半導(dǎo)體)晶體管和用于提供電源的輔助電容適于通過半導(dǎo)體處理技術(shù)的小模式所獲得的高度集成，以便使實現(xiàn)高的孔徑比(aperture rate)、由于像素密度的提高而帶來的高分辨率、單元尺寸的減小以及載波傳輸率的提高成為可能。
實際上，驅(qū)動電路包括驅(qū)動晶體管，該驅(qū)動晶體管如在硅襯底上為每個像素所提供的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，并且光反射電極連接到驅(qū)動晶體管的輸出端。由于采用低耐壓值的晶體管，該晶體管可由低電壓驅(qū)動，像素尺寸可以減小為等于或者小于10μm。并且，液晶顯示裝置在對角尺寸上也可以減小到等于或者小于2英寸。
對垂直定向液晶材料的定向控制最好可采用由硅氧化薄膜所構(gòu)成的液晶定向薄膜的方式來執(zhí)行。該定向薄膜可通過具有方向性的真空蒸發(fā)等方式來形成(即，能夠容易地控制液晶分子的預(yù)傾角)。
在帶有本發(fā)明的反射液晶顯示裝置的顯示設(shè)備中，并且也在將該液晶顯示裝置置于其光徑中的投影光學顯示系統(tǒng)中(也帶有具有焦距比數(shù)小于3的光學單元)，光源和能夠使來自光源的光入射到反射液晶顯示裝置上的光學單元與反射液晶顯示裝置和其它光學單元一同最好被置于該光徑中，以便將來自反射液晶顯示裝置的反射光引入。
在這種情況下，從光源發(fā)出的光最好通過偏振器/轉(zhuǎn)換器和偏振光束分裂器入射到反射液晶顯示裝置上，并且將從反射液晶顯示裝置反射的光再次通過偏振光束分裂器或者也通過投影透鏡向屏幕引入。
最好，反射液晶顯示裝置和偏振光束分裂器為每種顏色配置(dispose)，并且對來自各個反射液晶顯示裝置的反射光成分進行合成或者進一步引入到投影透鏡。更具體地說，從白光源所發(fā)出的白光通過偏振器/轉(zhuǎn)換器被引入二向色分裂濾光器，然后該二向色分裂濾光器將光分裂為各個單色光成分。隨后，將該光成分通過偏振光束分裂器分別入射到反射液晶顯示裝置，并且從該處采用棱鏡合成反射的光成分。
這里，與本發(fā)明的反射液晶顯示裝置一同使用的光學單元的焦距比數(shù)是小于3的較小的值，用于獲得高對比度和高亮度的協(xié)調(diào)。然而，焦距比數(shù)最好期望為不大于3.0并且不小于1.5(也不小于2.0)，以便增強效果。
現(xiàn)在，在下面將參照附圖詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
首先，圖11示出構(gòu)成顯示設(shè)備的液晶光電裝置的基本配置，該顯示設(shè)備由優(yōu)選實施例表明。
作為反射液晶顯示裝置23工作的該裝置包括硅驅(qū)動電路襯底31和透明襯底33，該硅驅(qū)動電路襯底31包括單晶硅等并且具有像素結(jié)構(gòu)的光反射電極30，該由玻璃等構(gòu)成的透明襯底33具有透明電極32并且被放置在硅驅(qū)動電路襯底31的對面，其中垂直排列液晶36被密封在兩個襯底之間(實際上在液晶定向薄膜34和35之間)。如圖12所示，作為驅(qū)動電路襯底工作的反射電極襯底是這樣的驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括CMOS，并且n溝道MOS晶體管Tr和電容C在單晶硅襯底37上形成，并且在其上形成具有鋁、銀等金屬薄膜的像素結(jié)構(gòu)的光反射電極30。在光反射電極由如鋁一樣的金屬構(gòu)成的光反射電極的情況下，該光反射電極即可以作為光反射薄膜和也可以作為電極工作，來將電壓施加到液晶上。也為了提高光反射性的目的，也可在鋁電極上形成具有如介質(zhì)鏡一樣的多層薄膜的光反射層。
在圖12中，晶體管Tr包括，例如，n型源區(qū)域38，漏區(qū)域39，門極絕緣薄膜40和門極41，其中電極42和43從有源區(qū)域分別引出。在該結(jié)構(gòu)中，電極43通過內(nèi)層絕緣薄膜47連接到電容電極46，該電容電極46與在n型區(qū)域44上的絕緣薄膜(介電薄膜)45連接，并構(gòu)成電容C。電極43也通過內(nèi)層絕緣薄膜48、49連接到金屬絲50并且進一步連接到光反射電極30。在該裝置中，在垂直排列液晶36的層中根據(jù)施加的電壓轉(zhuǎn)換圖17所示的s偏振入射光10(s)，由此獲得包括p偏置光的反射光10(p)，然后將光10(p)引入上述偏振光束分裂器2中。
在本發(fā)明的反射液晶顯示裝置中，將垂直排列液晶36的層厚度d(單元間隙)設(shè)為等于或者小于2μm，并且這里采用的垂直排列液晶36的折射率各向異性Δn大于0.1。
圖13示出顯示裝置的基本布局和其像素部分的等效電路。硅驅(qū)動電路襯底31包括在每個像素中所形成的像素驅(qū)動電路，和置入顯示區(qū)域外圍的邏輯驅(qū)動電路(數(shù)據(jù)驅(qū)動器，掃描驅(qū)動器等)。在每個光反射(像素)電極30之下形成的像素驅(qū)動電路包括開關(guān)晶體管Tr和輔助電容C，用于向垂直排列液晶36提供電壓。晶體管Tr需要承受與垂直排列液晶的驅(qū)動電壓相對應(yīng)的預(yù)定電壓，并且相對于邏輯，這通?？梢酝ㄟ^具有較高的耐壓值工藝而獲得。因為晶體管的大小隨著耐壓值的增大而增大，所以考慮到生產(chǎn)成本和功耗，通常采用具有大約8到12V的耐壓值的晶體管。所以，期望將液晶驅(qū)動電壓設(shè)計在±6V之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，該需求獲得滿足。
在該顯示裝置所采用的垂直排列液晶36中，為每個分子定向，以便當沒有加電壓時使得其主軸基本上與襯底垂直，并且當加電壓時，主軸向內(nèi)平面(in-plane)傾斜，由此改變透射系數(shù)。假如當驅(qū)動液晶時液晶分子不是以相同方向傾斜，則發(fā)生明暗不均。為了防止這樣的缺點，需要通過事先以固定方向給出微小的預(yù)傾角度(通常在裝置的對角方向上)，來垂直定向液晶，如圖11所示。
假如預(yù)傾角度過大，則隨著黑色電平的上升，垂直定向特性變壞，以至于最終降低對比度并且同時影響V-T曲線。所以，通常將預(yù)傾角控制在1°到7°的范圍之內(nèi)。每個被提供了該預(yù)傾角的液晶定向薄膜34和35由用SiO2來表示的二氧化硅薄膜構(gòu)成，諸如斜向蒸發(fā)薄膜，或者聚酰亞胺薄膜。在前者中，斜向蒸發(fā)時的蒸發(fā)角在45°到55°的范圍之內(nèi)；同時，在后者中，通過改變摩擦條件，將預(yù)傾角控制在1°到7°的范圍之內(nèi)。
在已知的裝置中，在圖11的裝置結(jié)構(gòu)中的垂直排列液晶層的厚度d大約為3μm到4μm，并且采用所選的液晶材料，其中折射率各向異性Δn小于0.1(一般大約0.08)。然而，假如將已知裝置中的液晶層的厚度d減小到小于2.5μm，則使得如上所述響應(yīng)速度得以提高而且驅(qū)動電壓得以提高，這使得不能滿足實際使用所需的要求。該現(xiàn)象的機制，即驅(qū)動電壓隨著液晶層厚度的降低而提高不是十分精確的，該現(xiàn)象被認為是從如下所述中推出雖然液晶的厚層性質(zhì)(bulk property)主要隨著層的厚度的增加而出現(xiàn)，但是在定向薄膜和液晶之間的分界面上的相互作用的影響不可忽略(即，認為施加該相互作用，卻不使液晶分子傾斜)。
作為重復(fù)許多試驗以便克服上述提到的問題的結(jié)果，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該問題能夠通過選擇性地控制垂直排列液晶材料的折射率各向異性Δn以使之大于0.1獲得解決。圖1和2示出在液晶層厚度d分別是2μm和1.5μm的條件下，通過改變液晶各向異性Δn而獲得的V-T曲線。從這些曲線圖中可以看出，盡管特別地將液晶層厚度d減小到小于2μm，假如將各向異性Δn保持在0.1值之上，在低電壓4V到6V或者更小時透射率仍然容易飽和，由此可獲得實際可行的驅(qū)動。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明，盡管在該顯示裝置中該液晶層厚度d非常地小到1μm，假如將各向異性Δn保持在0.1值之上，在大約6V的低驅(qū)動電壓時，透射率仍然飽和。也可以看出相對于任何傳統(tǒng)的裝置，其中通過使用已知材料組成所獲得透射率僅為大約30％，可以獲得顯著的改進。具體地說，由于使用所選擇的具有Δn＝0.13的高值的液晶材料，盡管具有厚度1μm，仍然可以實現(xiàn)良好的反射顯示裝置，該反射顯示裝置使用硅垂直排列液晶并且表現(xiàn)出具有卓越驅(qū)動特性的充分的透射系數(shù)。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的反射液晶顯示裝置的響應(yīng)速度(上升時間+下降時間)。如圖所示，該響應(yīng)相對于在任何傳統(tǒng)的裝置中更快，諸如當d＝2μm時為7msec到9msec，或者當d＝1.5μm或更小時在若干msec以下。(然而，當d＝2.5μm時，響應(yīng)速度降至13-14msec)。在具有d＝1.5μm或更少的裝置中，盡管在半色調(diào)中(half tone)，仍然將該快速的響應(yīng)保持在8msec以下。盡管在電影或者電視畫面的移動畫面中，其中伴隨許多移動圖像頻繁地采用半色調(diào)顯示，該裝置仍可以實現(xiàn)滿意的圖象質(zhì)量。
圖5是顯示本發(fā)明的顯示裝置特性(樣本No.7-15)和比較例子的顯示裝置特性(樣本No.1-6，16-19)的表。圖6示出根據(jù)液晶層厚度d的飽和電壓的改變。就驅(qū)動特性而言，實際使用的透射系數(shù)和響應(yīng)時間的適當值如下。液晶層厚度d最好小于2μm，并且具體地說1μm到2μm；在d＝2μm的條件下的液晶的Δn最好為Δn≥0.1(更好的是Δn≥0.103，最好Δn≥0.114)；在d＝1.5μm的條件下，Δn≥0.106(更好的是Δn≥0.11，最好Δn≥0.114)；并且在d＝1μm的條件下，Δn≥0.104(更好的是Δn≥0.114，最好Δn≥0.12)。
曲線圖7示出當通過使用垂直排列液晶材料在已知的裝置中的液晶層厚度為3.5μm時，獲得V-T曲線，該垂直排列液晶具大于0.1的高的折射率各向異性Δn，即，例如在Δn＝0.13的情況下。從該曲線圖中可以看出，將閾值顯著地降低，并且在驅(qū)動電壓大約為2V處獲得飽和。然而，從前面的等式(1)中可以看出，響應(yīng)速度與驅(qū)動電壓的平方成反比，同時根據(jù)液晶層厚度d而改變，由此低的驅(qū)動電壓極度地使響應(yīng)速度變壞。根據(jù)實際的測量值的結(jié)果，該裝置的黑-和-白響應(yīng)速度是46msec(大約50msec)，并且在半色調(diào)中，由于驅(qū)動電壓進一步地下降，將響應(yīng)速度降低為大約100msec，由此引起實際使用中的明顯的困難。這樣，在已知裝置中，考慮到響應(yīng)速度，有必要將Δn的值減小到0.1之下。
如上所述，通過重新找到所需的液晶材料的Δn值，完成本發(fā)明，以便實現(xiàn)改進的反射垂直排列液晶裝置，其中該液晶層厚度d小于2μm。因此，盡管液晶層厚度d小于2μm，通過選擇性地將折射率各向異性調(diào)整為Δn大于0.1，能夠降低飽和電壓，由此也提高響應(yīng)速度。
下面示出的表給出垂直排列液晶材料的Δn的值(也給出Δε)(由Merch Ltd.，給出)。

下面，將給出對于其優(yōu)點的說明與任何已知的裝置相比，本發(fā)明的垂直排列液晶顯示裝置就較小的焦距比數(shù)的光學單元來說更加有效。
首先，如下被發(fā)現(xiàn)可將在本發(fā)明的具有較薄液晶層的裝置中的黑色電平降低到在已知裝置中(其中液晶層具有3μm到4μm的厚度)所獲得黑色電平以下。在圖8中，將在本發(fā)明的垂直排列液晶顯示裝置中的每個黑色電平值(在零電壓時的黑色狀態(tài)透射系數(shù))作為液晶層厚度的函數(shù)以曲線的形式示出。在各個材料中，將使用3.5μm層厚度所獲得的數(shù)值表示為100％(其中橫坐標表示液晶層厚度)。
當所施加的電壓為零時，液晶分子被定位為與襯底平面大致垂直，以便在原則上在偏振狀態(tài)沒有任何改變的情況下反射入射光，然后通過偏振光束分裂器將其返回到入射側(cè)。然而，在實際裝置中，液晶分子以預(yù)傾角傾斜，并且因此使得該液晶分子略微橢圓，并且偏振光束分裂器的光分裂特性依賴于上述的入射角，由此提高黑色狀態(tài)透射系數(shù)，進而對比度變壞。
同時，在本發(fā)明的顯示裝置中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)隨著液晶層厚度的降低黑色狀態(tài)透射系數(shù)也降低，如圖8所示，相對于已知裝置的值，使用層厚度2μm所獲得的黑色電平值為20-30％，或者使用層厚度1.5μm所獲得的黑色電平值為10-20％，或者使用層厚度1.0μm所獲得的黑色電平值為5-15％。(但是，當層厚度為2.5μm時，黑色電平值達到40-50％那樣高)。關(guān)于由白色和黑色電平的比率所表示的對比度，因為保持白色電平基本不變，所以圖8中所示的結(jié)果說明在具有例如1.5μm層厚度的本發(fā)明的裝置中所獲得的對比度變高5到10倍或者更多。
主要基于如下原因，考慮隨著液晶層厚度的降低而帶來的上述黑色電平值的降低。通過等式(4)表達在本發(fā)明的裝置中的液晶的透射系數(shù)T。
T∝sin2(2d·Δn(eff)·π/λ) ...(4)在上式中，λ表示光的波長，并且Δn(eff)表示相應(yīng)于偏離液晶分子垂直方向的傾角θ的有效折射率各向異性。該各向異性表示為等式(5)。
Δn(eff)=n(||)n(⊥)[n(||)2·cos2(θ)+n(⊥)2·sin2(θ)]-n(⊥)---(5)]]>液晶分子的傾斜角θ隨著液晶驅(qū)動電壓的升高而變大，并且Δn(eff)隨之相應(yīng)的增加，所以提高透射系數(shù)?？梢钥闯?，原則上當θ＝90°時，Δn(eff)變得與液晶材料的Δn的值相同。根據(jù)等式(4)，當滿足條件2d·Δn(eff)·π/λ＝π/2時，透射系數(shù)T為100％。
假如將液晶分子定向為完全垂直(θ＝0)，則黑色電平值，即在黑色狀態(tài)中的透射系數(shù)，變?yōu)榱?，由此Δn(eff)＝0。然而，實際上采用如上所述的預(yù)傾角度1到7°將液晶分子定位，由此使得Δn(eff)的值為有限的，以便提供黑色狀態(tài)透射系數(shù)。隨著該預(yù)傾角度的增加，黑色狀態(tài)透射系數(shù)增加，最好可將該預(yù)傾角度控制為小于5°。因為當黑色電平時2d·Δn(eff)·π/λ具有小的值，所以等式(4)可大致重寫為T∝sin2(2d·Δn(eff)·π/λ)≈(2d·Δn(eff)·π/λ)2。所以，T原理上可認為與液晶層厚度d的平方成比例。根據(jù)上述關(guān)系，可以對從實測值所獲得的圖8的數(shù)據(jù)作出解釋。
這樣，設(shè)計在該裝置中的液晶層厚度d使之小于2μm，由此相對于層厚度為3μm到4μm的已知裝置，可將黑色電平抑制為低，由此實現(xiàn)高的對比度。
假如在已知裝置中光學單元的焦距比數(shù)被降低，則黑色電平被提高，最終導(dǎo)致不能保證所期望的對比度，因此如上所述，不可避免地要將焦距比數(shù)強制地設(shè)定為高于3.5。然而，在本發(fā)明的裝置中，在將該裝置自身中的黑色電平如上面解釋的那樣保持非常的低，由此即便在具有小的焦距比數(shù)的光學單元中可保證足夠高的對比度。
曲線圖9示出在黑色狀態(tài)透射系數(shù)中，通過改變由圖17中的投影透鏡5的焦距比數(shù)以及相應(yīng)于照明光學單元的測量光學單元的焦距比數(shù)所引起的變化。黑色電平隨著焦距比數(shù)的降低而升高，但是，在本發(fā)明的裝置中，在任何的焦距比數(shù)處，將黑色電平保持為比已知裝置中的低，由此盡管在具有小于3的焦距比數(shù)的光學單元中，仍然可得到足夠高的對比度。此外，在焦距比數(shù)小于3的條件下，仍然可以獲得令人滿意的亮度，如圖10所示。(然而，在焦距比數(shù)小于2的條件下，亮度發(fā)生飽和)。并且，假如焦距比數(shù)大于3，則亮度顯著地變低。
關(guān)于亮度，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)例如，在實際的具有光學單元的投影系統(tǒng)中，該光學單元使用在對角為0.7英寸的裝置中的、120W照明器，當焦距比數(shù)從3.85變到2時，則亮度大致增強60％。
如上所述，由于本發(fā)明的顯示裝置的原因，也因為采用具有低于3的焦距比數(shù)的光學單元的投影光學系統(tǒng)和投影顯示系統(tǒng)的原因，可提供高級投影系統(tǒng)，相對于任何已知的采用傳統(tǒng)裝置和光學單元的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠滿足較高對比度和較高亮度的需要。
下面，根據(jù)一些對比例子，將更加詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
如下制造每個傳統(tǒng)的已知裝置。首先，帶有透明電極的玻璃襯底和帶有鋁電極的驅(qū)動電路硅襯底被侵蝕(wash)，然后被置入蒸發(fā)器(evaporator)中，其中通過以范圍為45°到55°的角度斜向蒸發(fā)來形成二氧化硅的液晶定向薄膜。將液晶定向薄膜的厚度設(shè)為50nm，并且將液晶的預(yù)傾角度控制為大約2.5°。
由此，將足夠數(shù)目的直徑為1μm到3.5μm的玻璃珠散布在形成液晶定向薄膜的兩層襯底之間，并且將兩層襯底相連接。隨后，將具有負介電常數(shù)各向異性Δε和值為0.082的折射率各向異性Δn的垂直排列液晶材料(由Merch Ltd.，制造)注入兩層襯底之間，由此產(chǎn)生六種反射液晶顯示裝置(圖5中樣本No.1-6)，其中液晶層厚度(單元間隙)分別是3.5μm、2.9μm、2.5μm、2μm、1.5μm和1μm。
在由此生成的每個裝置中，測量在透明電極和鋁電極之間所施加的電壓以及通過改變所施加的電壓而引起的液晶的透射系數(shù)的改變。(因為該裝置屬于反射類型，所以實際測量的是其反射率。然而，測量反射率等同于測量液晶的透射系數(shù)，這將在下面說明。)在室溫下進行測量。
曲線圖15示出該裝置的液晶驅(qū)動特性。如圖15和16所示，當液晶層厚度小于2.5μm時，飽和驅(qū)動電壓快速升至6V以上。
在與上述對比例子1中所采用的方法相同的方法中，二氧化硅液晶定向薄膜形成于具有透明電極的襯底和具有鋁電極的驅(qū)動電路硅襯底的每個之上，并且將具有負介電常數(shù)各向異性Δε和值為0.103、0.114和0.13的折射率各向異性Δn的三種垂直排列液晶材料(由Merch Ltd.，制造)注入兩層襯底之間，由此產(chǎn)生九種反射液晶顯示裝置(圖5中樣本No.7-15)，其中液晶層厚度(單元間隙)分別是2μm、1.5μm和1μm。由此，將液晶的預(yù)傾角度控制為大約2.5°。
與對比例子1相似，由此制造的裝置的液晶驅(qū)動特性在室溫下測量。曲線圖1、2和3示出在三種情況下(液晶層厚度分別是2μm、1.5μm和1μm)所獲得的驅(qū)動特性。圖5是示出當透明度基本飽和時單個裝置的驅(qū)動電壓的表，并且也示出透射系數(shù)的各個值。
從該結(jié)果可以看出，由于將Δn控制為大于0.1，盡管將液晶層厚度d降為低于2μm，在低電壓4V到6V時的透射系數(shù)仍然容易飽和，由此能夠完成實際的驅(qū)動。此外，因為相對于任何傳統(tǒng)的裝置，透射系數(shù)獲得大的改進，所以可能實現(xiàn)改進的具有足夠透射系數(shù)和極佳的驅(qū)動特性的硅反射型垂直排列液晶顯示裝置。
也通過將聚酰亞胺而非二氧化硅薄膜形成液晶定型薄膜并且通過摩擦來控制定向，來制造其它裝置。其結(jié)果與上述相同。
在實施例1中所制造的每一個反射液晶顯示裝置中，測量關(guān)于上升時間(從黑色變?yōu)榘咨?和下降時間(從白色變?yōu)楹谏?的響應(yīng)時間。將其總和視為每個裝置的響應(yīng)速度，并且結(jié)果在圖5中示出。在室溫下執(zhí)行測量。作為例子(在圖5中，在d＝2.5μm的條件下，樣本No.9，12，15)，圖4用圖表示液晶層厚度d作為具有Δn＝0.13的裝置的函數(shù)。為了比較，圖4也示出已知樣本No.1和在d＝3μm(在每個樣本中Δn＝0.082)的條件下的樣本的響應(yīng)速度。
根據(jù)等式(1)和(2)，響應(yīng)速度的改變基本上與液晶層厚度成比例。在本發(fā)明的裝置中，其中液晶層厚度d小于2μm并且Δn大于0.1，實現(xiàn)快于9msec的高速響應(yīng)獲得了證明。
在與實施例1中所采用的相同方法的方法中，通過使用具有層厚度3.5μm的Δn＝0.13的液晶材料，制造反射液晶裝置(樣本No.16)，并且測量液晶驅(qū)動特性。
曲線圖7示出與在Δn＝0.082條件下的樣本No.1的特性比較結(jié)果。如圖所示，在裝置(樣本No.16)中的驅(qū)動電壓非常低。使用與實施例2相同的方式，在室溫下測得的響應(yīng)速度為46msec。因為在半色調(diào)中的驅(qū)動電壓低到大約1V，所以使得響應(yīng)速度降低，并且在灰度等級為25％中，響應(yīng)速度更加低到100msec附近。
在實施例1中制造的反射液晶顯示裝置中，測量在施加零電壓(黑色狀態(tài))時的透射系數(shù)(黑色電平)。為了系統(tǒng)地檢驗由于液晶層的厚度引起的黑色電平的改變，在前面所述樣本Δn的條件下，制造具有層厚度3.5μm的裝置(樣本No.17-19)，并且也相似地制造具有層厚度2.5μm的裝置，并且每個裝置的黑色電平透射系數(shù)與實施例1的樣本(No.7-15)一同測量。在圖8中使用圖表示各個黑色電平值，其中將在具有層厚度3.5μm的裝置中所獲得的數(shù)值相對于Δn的各個樣本表示為100％。
如圖8所示，在任何Δn的樣本中，當液晶層變得比2μm薄時，黑色電平是極低的。例如，在層厚度為1.5μm的裝置中，表示出的黑色電平比在層厚度為3.5μm的任何裝置中所獲得的值低10到20％。即，該裝置的對比度變高5到10倍。在具有焦距比數(shù)3.85的圖7所示的測量光學單元中，盡管焦距比數(shù)有變化，該趨勢仍然基本上保持相同。
實施例1中，將具有Δn＝0.13并且液晶層厚度為1.5μm和2.0μm的裝置(樣本No.12，9)結(jié)合到具有焦距比數(shù)3.85、3和2的光學單元中，并且將每個裝置的黑色電平(黑色狀態(tài)透射系數(shù))與已知裝置(樣本No.1)的黑色電平比較。
圖9用圖示出該比較結(jié)果。黑色電平隨著焦距比數(shù)的降低而升高。然而，在本發(fā)明的裝置中，盡管焦距比數(shù)發(fā)生變化，仍然相對于傳統(tǒng)裝置中保持較低的黑色電平。每個裝置中的白色電平透射系數(shù)在大約0.6處基本保持不變。因此，黑色電平比率直接給出裝置的對比率。根據(jù)本發(fā)明的裝置，可見在任何具有小于3的焦距比數(shù)的光學單元中，相對于已知裝置可實現(xiàn)相同或者更高的對比度。焦距比數(shù)的下限最好可設(shè)為1.5，更好為2.0。
根據(jù)上述說明，制造對角長為0.7英寸硅反射型垂直排列液晶，并且將通過使用120W的照明器作為光源所獲得的照明與實際使用的具有焦距比數(shù)3.85、3.5、3、2.5和2的投影光學單元作比較。在圖10中使用圖示出結(jié)果，與在焦距比數(shù)3.85的光學單元中所獲得的亮度作比較，相對于在焦距比數(shù)＝2時的值，在焦距比數(shù)＝3時亮度大約提高32％，在焦距比數(shù)＝2.5時大約44％，在焦距比數(shù)＝2時大約60％，并且在焦距比數(shù)≤3時明顯地提高。然而，在焦距比數(shù)＝3.5時亮度大約僅提高15％，或者在焦距比數(shù)＝1.5時改變不顯著。關(guān)于上述對比，如上所述，盡管在焦距比數(shù)≤3的光學單元中，所獲得的對比度仍然比在已知裝置中的值高。即，實現(xiàn)極佳的投影系統(tǒng)以便滿足相對于已知裝置具有更高的亮度和更高的對比度的需求。
應(yīng)當清楚的是基于本發(fā)明的技術(shù)概念，可以對上述的本發(fā)明的實施例和例子進行不同的改進。
例如，反射液晶顯示裝置或者帶有該顯示裝置的光學或投影系統(tǒng)的元件的結(jié)構(gòu)、材料等不僅僅局限于上面所述的結(jié)構(gòu)、材料等，并且可以根據(jù)不同的改進而改變。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，其中將垂直排列液晶材料的Δn控制為大于0.1，盡管將垂直排列液晶層的厚度減到小于2μm，仍然通過借助于低于4V到6V的低電壓來使液晶材料的透射系數(shù)飽和，由此在實際可用的低電壓的條件下達到滿意的驅(qū)動，同時在透射系數(shù)本身中獲得顯著進步，該顯著進步是另一個優(yōu)勢。因此，實現(xiàn)極佳的反射型垂直排列液晶顯示裝置成為可能，該裝置顯示充分的透射系數(shù)、極佳的低電壓驅(qū)動特性(所需的閥值電壓的值是低的)以及快的響應(yīng)。通過使用該顯示裝置，在顯示設(shè)備、投影光學系統(tǒng)和投影顯示系統(tǒng)中可進一步實現(xiàn)改進。
在該系統(tǒng)中，其中將垂直排列液晶層的厚度減到小于2μm，可將黑色電平的值控制為低由此盡管當光學單元的焦距比數(shù)小于3時仍獲得高對比度，該黑色電平與液晶層的厚度的平方成比例，并且在低的焦距比數(shù)的情況下也可獲得高的亮度。所以，可以提供極佳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足對高亮度和高對比度的需求。
權(quán)利要求
1.一種反射液晶顯示裝置，包括具有光透射電極的第一襯底；具有光反射電極的第二襯底；和垂直排列液晶材料層，該垂直排列液晶材料層被插入在彼此相對放置的所述第一和第二襯底之間，所述光透射電極和所述光反射電極具有彼此相對的表面，其中在所述光透射電極和所述光反射電極的彼此相對的每個表面上形成定向膜，并且所述垂直排列液晶層厚度大于或等于0.8μm并且小于2μm，并且所述液晶材料的折射率各向異性Δn大于0.1或小于0.25，并且所述垂直排列液晶層包括多個液晶分子，每個液晶分子具有被控制在1°到7°范圍內(nèi)的預(yù)傾角。
2.如權(quán)利要求1所述的反射液晶顯示裝置，其中將所述光反射電極連接到形成在所述第二襯底上的單晶硅半導(dǎo)體驅(qū)動電路等上，由此構(gòu)成有源驅(qū)動類型反射液晶顯示裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的反射液晶顯示裝置，其中所述單晶硅半導(dǎo)體驅(qū)動電路包括在作為所述第二襯底的硅襯底上為每個像素所提供的驅(qū)動晶體管，并且所述光反射電極連接到所述驅(qū)動晶體管的輸出端。
4.如權(quán)利要求1所述的反射液晶顯示裝置，其中像素尺寸小于10μm。
5.如權(quán)利要求2所述的反射液晶顯示裝置，其中硅氧化薄膜作為所述液晶定向薄膜形成。
6.一種顯示設(shè)備，包括反射液晶顯示裝置以及驅(qū)動所述反射液晶顯示裝置的驅(qū)動電路，所述反射液晶顯示裝置包括具有光透射電極的第一襯底；具有光反射電極的第二襯底；和垂直排列液晶材料層，該垂直排列液晶材料層被插入在彼此相對放置的所述第一和第二襯底之間，所述光透射電極和所述光反射電極具有彼此相對的表面，其中在所述光透射電極和所述光反射電極的彼此相對的每個表面上形成定向膜，并且所述垂直排列液晶層厚度大于或等于0.8μm并且等于或小于2μm，并且所述液晶材料的折射率各向異性Δn大于0.1或小于0.25，并且所述垂直排列液晶層包括多個液晶分子，每個液晶分子具有被控制在1°到7°范圍內(nèi)的預(yù)傾角。
7.如權(quán)利要求6所述的顯示設(shè)備，包括光源、用于使從光源所發(fā)射的光入射到反射液晶顯示裝置上的光學單元、所述反射液晶顯示裝置和用于將來自所述反射液晶顯示裝置的反射光引入的光學單元，其中全部所述部件被置于所述設(shè)備的光徑中。
8.如權(quán)利要求7所述的顯示設(shè)備，其中從所述光源發(fā)出的光通過偏振器/轉(zhuǎn)換器和偏振光束分裂器入射到所述反射液晶顯示裝置上，并且將從所述反射液晶顯示裝置反射的光再次通過所述偏振光束分裂器引入。
9.如權(quán)利要求8所述的顯示設(shè)備，其中所述反射液晶顯示裝置和所述偏振光束分裂器分別為每種顏色配置，并且對來自各個反射液晶顯示裝置的反射光束進行合成。
10.如權(quán)利要求9所述的顯示設(shè)備，其中從白光源所發(fā)出的白光通過所述偏振器/轉(zhuǎn)換器被引入二向色分裂濾光器，然后該經(jīng)分裂的光束進一步分裂為各個單色光束，隨后將該單色光束通過所述偏振光束分裂器分別入射到所述反射液晶顯示裝置，并且采用棱鏡合成所反射的光束。
11.一種投影顯示系統(tǒng)，其中反射液晶顯示裝置置于其光徑之中，所述反射液晶顯示裝置包括具有光透射電極的第一襯底；具有光反射電極的第二襯底；和垂直排列液晶材料層，該垂直排列液晶材料層被插入在彼此相對放置的所述第一和第二襯底之間，所述光透射電極和所述光反射電極具有彼此相對的表面，其中在所述光透射電極和所述光反射電極的彼此相對的每個表面上形成定向膜，并且所述垂直排列液晶層厚度大于或等于0.8μm并且等于或小于2μm，并且所述液晶材料的折射率各向異性Δn大于0.1或小于0.25，并且所述垂直排列液晶層包括多個液晶分子，每個液晶分子具有被控制在1°到7°范圍內(nèi)的預(yù)傾角。
12.如權(quán)利要求11所述的投影顯示系統(tǒng)，包括光源、用于使從光源所發(fā)射的光入射到反射液晶顯示裝置上的光學單元、所述反射液晶顯示裝置和用于將來自所述反射液晶顯示裝置的反射光引入的光學單元，其中全部所述部件被置于所述系統(tǒng)的光徑中。
13.如權(quán)利要求12所述的投影顯示系統(tǒng)，其中從所述光源發(fā)出的光通過偏振器/轉(zhuǎn)換器和偏振光束分裂器入射到所述反射液晶顯示裝置上，并且將從所述反射液晶顯示裝置反射的光再次通過所述偏振光束分裂器引入到投影透鏡，并且也引入到屏幕上。
14.如權(quán)利要求13所述的投影顯示系統(tǒng)，其中所述反射液晶顯示裝置和所述偏振光束分裂器分別為每種顏色配置，并且對來自各個反射液晶顯示裝置的反射光束進行合成并且引入到所述投影透鏡。
15.如權(quán)利要求14所述的投影顯示系統(tǒng)，其中從白光源所發(fā)出的白光通過所述偏振器/轉(zhuǎn)換器被引入二向色分裂濾光器，然后該經(jīng)分裂的光束進一步分裂為各個單色光束，隨后將該單色光束通過所述偏振光束分裂器分別入射到所述反射液晶顯示裝置，并且采用棱鏡合成所反射的光束。
16.一種投影光學系統(tǒng)，其中反射液晶顯示裝置和具有F數(shù)小于3的光學單元置于其光徑之中，所述反射液晶顯示裝置包括具有光透射電極的第一襯底；具有光反射電極的第二襯底；和垂直排列液晶材料層，該垂直排列液晶材料層被插入在彼此相對放置的所述第一和第二襯底之間，所述光透射電極和所述光反射電極具有彼此相對的表面，其中在所述光透射電極和所述光反射電極的彼此相對的每個表面上形成定向膜，并且所述垂直排列液晶層厚度大于或等于0.8μm并且等于或小于2μm，并且所述液晶材料的折射率各向異性Δn大于0.1或小于0.25，并且所述垂直排列液晶層包括多個液晶分子，每個液晶分子具有被控制在1°到7°范圍內(nèi)的預(yù)傾角。
17.如權(quán)利要求16所述的投影光學系統(tǒng)，包括光源、用于使從光源所發(fā)射的光入射到反射液晶顯示裝置上的光學單元、所述反射液晶顯示裝置和用于將來自所述反射液晶顯示裝置的反射光引入的光學單元，其中全部所述部件被置于所述系統(tǒng)的光徑中。
18.如權(quán)利要求17所述的投影光學系統(tǒng)，其中從所述光源發(fā)出的光通過偏振器/轉(zhuǎn)換器和偏振光束分裂器入射到所述反射液晶顯示裝置上，并且將從所述反射液晶顯示裝置反射的光再次通過所述偏振光束分裂器引入到投影透鏡。
19.如權(quán)利要求18所述的投影光學系統(tǒng)，其中所述反射液晶顯示裝置和所述偏振光束分裂器分別為每種顏色配置，并且對來自各個反射液晶顯示裝置的反射光束進行合成并且引入所述投影透鏡。
20.如權(quán)利要求19所述的投影光學系統(tǒng)，其中從白光源所發(fā)出的白光通過所述偏振器/轉(zhuǎn)換器被引入二向色分裂濾光器，然后該經(jīng)分裂的光束進一步分裂為各個單色光束，隨后將該單色光束通過所述偏振光束分裂器分別入射到所述反射液晶顯示裝置，并且采用棱鏡合成所反射的光束。
21.一種投影顯示系統(tǒng)，其中反射液晶顯示裝置和具有F數(shù)小于3的光學單元置于其光徑之中，所述反射液晶顯示裝置包括具有光透射電極的第一襯底；具有光反射電極的第二襯底；和垂直排列液晶材料層，該垂直排列液晶材料層被插入在彼此相對放置的所述第一和第二襯底之間，所述光透射電極和所述光反射電極具有彼此相對的表面，其中在所述光透射電極和所述光反射電極的彼此相對的每個表面上形成定向膜，并且所述垂直排列液晶層厚度大于或等于0.8μm并且等于或小于2μm，并且所述液晶材料的折射率各向異性Δn大于0.1或小于0.25，并且所述垂直排列液晶層包括多個液晶分子，每個液晶分子具有被控制在1°到7°范圍內(nèi)的預(yù)傾角。
22.如權(quán)利要求21所述的投影顯示系統(tǒng)，包括光源、用于使從光源所發(fā)射的光入射到反射液晶顯示裝置上的光學單元、所述反射液晶顯示裝置和用于將來自所述反射液晶顯示裝置的反射光引入的光學單元，其中全部所述部件被置于所述系統(tǒng)的光徑中。
23.如權(quán)利要求22所述的投影顯示系統(tǒng)，其中從所述光源發(fā)出的光通過偏振器/轉(zhuǎn)換器和偏振光束分裂器入射到所述反射液晶顯示裝置上，并且將從所述反射液晶顯示裝置反射的光再次通過所述偏振光束分裂器引入到投影透鏡，并且進一步引入屏幕。
24.如權(quán)利要求23所述的投影顯示系統(tǒng)，其中所述反射液晶顯示裝置和所述偏振光束分裂器分別為每種顏色配置，并且對來自各個反射液晶顯示裝置的反射光束進行合成并且引入所述投影透鏡。
25.如權(quán)利要求24所述的投影顯示系統(tǒng)，其中從白光源所發(fā)出的白光通過所述偏振器/轉(zhuǎn)換器被引入二向色分裂濾光器，然后該經(jīng)分裂的光束進一步分裂為各個單色光束，隨后將該單色光束通過所述偏振光束分裂器分別入射到所述反射液晶顯示裝置，并且采用棱鏡合成所反射的光束。
26.如權(quán)利要求1所述的反射液晶顯示裝置，其中在所述層中的液晶分子以固定方向垂直排列。
27.如權(quán)利要求1所述的反射液晶顯示裝置，其中使至所述層的光輸出相對于光輸入飽和的電壓在6V范圍內(nèi)。
28.如權(quán)利要求1所述的反射液晶顯示裝置，其中所述垂直排列液晶層包括多個液晶分子，每個液晶分子具有被控制在1°到5°范圍內(nèi)的預(yù)傾角。
29.如權(quán)利要求28所述的反射液晶顯示裝置，其中像素尺寸小于10μm。
全文摘要
在電壓升至5到6V時，盡管垂面(homeotropic)液晶層的厚度為2μm或更小，通過將垂面液晶材料的Δn值調(diào)節(jié)到0.1或者更大，液晶的透射性仍然容易飽和，由此允許在實際可用的低電壓驅(qū)動并且顯著地改善自身的透射性。由此，可實現(xiàn)具有充分的透射性、低電壓驅(qū)動特性和極佳的高的響應(yīng)速度的反射型垂面液晶裝置，并且可實現(xiàn)采用該裝置的顯示單元、投影光學和顯示系統(tǒng)。
文檔編號G02F1/1337GK1862326SQ20061008787
公開日2006年11月15日 申請日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者橋本俊一, 磯崎忠昭, 杉浦美奈子 申請人:索尼公司