液晶显示元件及液晶显示设备.pdf

提供了一种液晶显示元件(1)，包括透明衬底(2)，在其玻璃衬底(2a)表面上形成有透明电极(6)以及覆盖所述透明电极(6)的调整层(18)；驱动电路板(3)，其相对于所述透明衬底(2)设置，并且在其硅衬底(3a)表面上形成有与所述透明电极(6)相对的多个切换驱动电路(9)和分别对应于像素(12a)的多个反射像素电极(15)，保护层(16)覆盖所述多个反射像素电极(15)，调整层(19)覆盖所述保护层(16)；以及液晶层(4)，设置于所述透明衬底(2)上的所述调整层(18)与所述驱动电路板(3)上的所述调整层(19)之间，所述保护层(16)是折射率彼此不同的至少两个介电层(16a，16b)的堆叠；并且所述堆叠的介电层(16a，16b)中的每一个的厚度被设定为补偿所述反射像素电极(15)的反射率对波长的依赖。这样，反射型液晶显示元件(1)具有改进的光谱反射性能。

权利要求书
1.  一种液晶显示元件，包括：
透明衬底，在其表面上形成有透明电极以及覆盖所述透明电极的调整层；
驱动电路板，其相对于所述透明衬底设置，并且在其表面上形成有与所述透明电极相对的多个驱动电路和分别对应于像素的多个反射像素电极，覆盖所述多个反射像素电极的保护层，覆盖所述保护层的调整层；以及
液晶层，设置于所述透明衬底上的所述调整层与所述驱动电路板上的所述调整层之间，
所述保护层是折射率彼此不同的至少两个介电层的堆叠；并且
所述堆叠的介电层中的每一个的厚度被设定为补偿所述反射像素电极的反射率对波长的依赖。

2.  根据权利要求1所述的元件，其中，所述保护层是第一介电层和第二介电层的交替堆叠，所述第二介电层的折射率比所述第一介电层的折射率大。

3.  根据权利要求2所述的元件，其中：
所述反射像素电极由铝膜或者基于铝的膜形成；并且
所述保护层由二氧化硅层和氮化硅层以此顺序形成。

4.  根据权利要求3所述的元件，其中，所述二氧化硅层和氮化硅层中每一个的厚度都在30至100nm的范围内，并且这些硅氧化物和氮化物层的总厚度在115至175nm的范围内。

5.  根据权利要求3所述的元件，其中，所述驱动电路板上的所述调整层由斜向蒸发的二氧化硅层形成。

6.  根据权利要求1所述的元件，其中，所述液晶层是具有负介电各向异性的竖直排列液晶，其液晶分子被预倾斜到预定的方向用于所述竖直排列。

7.  一种使用由液晶显示元件调制的光来显示图像的液晶显示设备，所述液晶显示元件包括：
透明衬底，在其表面上形成有透明电极以及覆盖所述透明电极的调整层；
驱动电路板，其相对于所述透明衬底设置，并且在其表面上形成有与所述透明电极相对的多个驱动电路和分别对应于像素的多个反射像素电极，覆盖所述多个反射像素电极的保护层，覆盖所述保护层的调整层；以及
液晶层，设置于所述透明衬底上的所述调整层与所述驱动电路板上的所述调整层之间，
所述保护层是折射率彼此不同的至少两个介电层的堆叠；并且
所述堆叠的介电层中的每一个的厚度被设定为补偿所述反射像素电极的反射率对波长的依赖。

8.  根据权利要求7所述的设备，其中，所述保护层是第一介电层和第二介电层的交替堆叠，所述第二介电层的折射率比所述第一介电层的折射率大。

9.  根据权利要求8所述的设备，其中：
所述反射像素电极由铝膜或者基于铝的膜形成；并且
所述保护层由二氧化硅层和氮化硅层以此顺序形成。

10.  根据权利要求9所述的设备，其中，所述二氧化硅层和氮化硅层中每一个的厚度都在30至100nm的范围内，并且这些硅氧化物和氮化物层的总厚度在115至175nm的范围内。

11.  根据权利要求7所述的设备，其中，所述驱动电路板上的所述调整层由斜向蒸发的二氧化硅层形成。

12.  根据权利要求7所述的设备，其中，所述液晶层是具有负介电各向异性的竖直排列液晶，其液晶分子被预倾斜到预定的方向用于所述竖直排列。

13.  根据权利要求7所述的设备，还包括光源和投影装置，所述投影装置用于将由所述光源发射并由所述液晶显示元件调制的光投影到屏幕上，从而用于形成液晶投影机。

14.  根据权利要求13所述的设备，其中，所述光源是高压汞灯。

说明书液晶显示元件及液晶显示设备
技术领域
本发明涉及调制和发射入射光的液晶显示元件以及使用由这种液晶显示元件调制的光来显示图形的液晶显示设备。
背景技术
现在有例如投影显示器(投影机)的各种类型的显示设备，各种类型的便携式电子设备以及各种信息处理终端。这种设备中的每一个都使用称为“液晶显示板”、“液晶显示单元”等的液晶显示元件。液晶显示元件一般包括透射型和反射型。透射型液晶显示元件调制来自设置在该元件后面的后灯的光，并将其作为透射光发射出去。另一方面，反射型液晶显示元件调制入射光，并将其作为反射光发射出去。近来，为了获得更高清晰度的图像显示、更小型化的设计以及更高的光强的投影机，反射型液晶显示元件作为一种能够实现更高图像清晰度、更小型化设计以及更高光利用效率的显示设备，已经吸引了人们的注意，并且实际上已被商业化(如日本专利申请早期公开No.2003-57674)。
这里参照图1以示例的方式来图示和解释传统的反射型液晶显示元件。一般地，以标号200来指示反射型液晶显示元件。如所示出的，它包括彼此相对设置的玻璃衬底202和驱动电路板。玻璃衬底202在其上具有由例如ITO(铟锡氧化物)的导电材料形成的透明电极201，驱动电路板204在其上具有由基于铝的金属材料形成的反射像素电极203。通过给在在他们的端部用密封部件205密封的玻璃衬底202与驱动电路板204之间的液晶充电来形成液晶显示层206。此外，彼此相对的玻璃衬底202和驱动电路板204的每一个表面在其上具有调整层207，用于将液晶分子206a调整到预定的方向上。驱动电路板204是在硅衬底上形成的C-MOS(互补金属氧化物半导体)类型的半导体切换驱动电路。形成在驱动电路板204上的反射像素电极203反射来自玻璃衬底202的入射光，并对液晶层206施加电压。
在反射型液晶显示元件200中，在彼此相对的玻璃衬底202的透明电极201与驱动电路板204的反射像素电极203之间施加电压，从而给液晶层206施加电压。然后，液晶层206的光学特性随着电极之间的电势差而相应地变化，来调制通过液晶层206的光。这样，反射型液晶显示元件200可以通过光调制来分配强度水平。
被用作这种液晶显示元件的液晶包括水平排列的液晶，例如介电各向异性(平行于液晶分子长轴的介电常数ε(‖)与垂直于液晶分子长轴的介电常数ε()之间的差Δε(＝ε(‖)-ε()))为正的扭曲向列液晶(下面称之为“TN液晶”)。在TN液晶中，在没有被施加驱动电压时，液晶分子被调整为相对于衬底几乎水平扭曲，以提供在所谓的“通常白色显示模式”下提供白色的显示。另一方面，当被施加驱动电压时，液晶分子被直立起来垂直于衬底，以提供黑色的水平。同样，在TN液晶中，由于预置当液晶分子被施加驱动电压而将被直立起来所在的方向是必需的，所以在实际中的恒定方向上使液晶分子预倾斜几度到10度。
同样也是最近，使用竖直排列液晶的液晶显示元件由于其较高的对比度和响应速度已经吸引了人们的注意，在所述竖直排列液晶中具有负介电各向异性的向列液晶竖直排列。在这种竖直排列液晶中，在没有被施加驱动电压时，液晶分子被调整几乎垂直于衬底，以提供在所谓的“通常黑色显示模式”下提供黑色的显示。另一方面，当被施加驱动电压时，液晶分子在预定的方向上被倾斜，以使得其光发射由于倾斜时发生的双折射而改变。
此外，在竖直排列的液晶中，因为除非液晶分子206a在相同的方向上倾斜否则将如图2和图3所示对比度不均匀，所以必需通过使液晶分子206a的长轴在恒定方向X上倾斜一个小预倾斜角θ，来相对于垂直于在其上形成有像素电极203的驱动电路板204的线来竖直得排列液晶分子206a。预倾斜方向X，即液晶分子206a的排列方向，被设定为几乎沿设备的对角，即在以近似方形矩阵形式设置的像素电极203的近似为对角方向的约45度方向上，其中所述设备地透射率通过与例如极化板等的光学系统的结合而被最大化。此外，如果预倾斜角θ过大，将会破坏竖直排列，黑色水平将增加，会降低对比度并且对V-T(驱动电压-透射率)曲线有不利的影响。因此，预倾斜角θ通常被控制在从1度到5度的范围内。
预倾斜竖直排列的液晶的调整层是通过在衬底上沉积例如二氧化硅(SiO2)等的无机材料形成的斜向蒸发层，或者是具有摩擦表面的聚酰亚胺等的聚合物层。通过控制斜向蒸发层的入射方向和蒸发角，或者通过控制聚合物层的摩擦方向以及条件，来控制预倾斜和预倾斜角。通常，实际的预倾斜角相对于垂直于衬底的光约为45度到65度。
这里要注意，调整层的为有机材料的聚酰亚胺层在被较高强度的光照射时，聚酰亚胺层会被光破坏，这是近来本领域中的一个问题。相反地，聚酰亚胺层即使在已经驱动液晶显示元件之后对光也有很高的稳定性而且性能不可变，所以作为有机材料的聚酰亚胺层长期高度可靠，因此现在已经吸引了相关领域人们的注意。
此外，上述的反射型液晶显示元件200通常在用氧化物、氮化物等的保护层覆盖硅衬底上反射像素电极203的表面之后运输，以防止由铝膜形成的反射像素电极被腐蚀或毁坏。传统上，使用在LSI工艺中易于形成的二氧化硅层作为这样的保护层。
图4示出了波长与硅衬底的反射率对波长的依赖的测量结果，所述硅衬底具有被50nm厚二氧化硅层覆盖的反射像素电极203，图5示出了在形成液晶显示元件之后波长与硅衬底的反射率对波长的依赖的测量结果。
通常，在液晶投影机中使用的光的波段一般在430到700nm的量级上。但是，如图4所示，被二氧化硅层覆盖的反射像素电极的反射率在整个波段上不一致，而是从蓝波段到红波段逐渐减小。
此外，在形成液晶显示元件之后，被二氧化硅层覆盖的反射像素电极的反射率由于单元间隙之间的干扰仍旧波动，如图5中所示，但是所述反射率从蓝波段到红波段以与图4所示的大体相同的方式逐渐减小。
即，红波段反射率的退化是由对铝反射率对波长的依赖引起的，反射像素电极由所述铝形成。
此外，在使用上述反射型液晶显示元件200的反射型液晶投影机中，从光源向反射型液晶显示元件200发射照射光，并且由反射型液晶显示元件200调制的光由投影光学系统投影到屏幕上，在其上将以图像显示。
图6示出了在反射型液晶投影机中主要用作光源的高压汞(UHP)灯的发射谱的特征曲线。
如将从图6中所得知的，UHP灯的发射谱的特征在于，光的量在整个波段上不是不变的，而是在红波段减小。因此，在结合UHP灯时，上述反射像素电极的反射率的波长依赖将更多地降低在红波段的光的量。
这样，在传统液晶投影机的正常使用中，当图像亮度更加重要时，通过不充分的红色来彩色化就是不可避免的，这就导致颜色平衡的下降。相反地，在特别强调颜色平衡(例如白平衡)的情况下，尽管绿色和蓝色波长的反射率更高，但是必须将绿色和蓝色波长的光减少到其光的量更少的红色波长的光，以相应地使用，这导致图像亮度的降低。
发明内容
因此，本发明的目的是通过提供一种投影型液晶显示元件来克服相关领域的上述缺点，该种元件能够保持高反射率，同时能防止由于对反射像素电极的反射率的波长依赖的改变而引起的颜色平衡的降低。
此外，本发明有另一个目的，即提供一种包括这种液晶显示元件、从而能够显示具有高亮度水平和良好颜色平衡的图像质量的液晶显示设备。
上述目的可以通过提供根据本发明的液晶显示元件来实现，所述液晶显示元件包括：
透明衬底，在其表面上形成有透明电极以及覆盖所述透明电极的调整层；
驱动电路板，其相对于所述透明衬底设置，并且在其表面上形成有与所述透明电极相对的多个驱动电路和分别对应于像素的多个反射像素电极，覆盖所述多个反射像素电极的保护层，覆盖所述保护层的调整层；以及
液晶层，设置于所述透明衬底上的所述调整层与所述驱动电路板上的所述调整层之间，
所述保护层是折射率彼此不同的至少两个介电层的堆叠；并且
所述堆叠的介电层中的每一个的厚度被设定为补偿所述反射像素电极的反射率对波长的依赖。
此外，通过提供一种使用由液晶显示元件调制的光来显示图像的液晶显示设备可以获得上述目的，所述液晶显示元件根据本发明包括：
透明衬底，在其表面上形成有透明电极以及覆盖所述透明电极的调整层；
驱动电路板，其相对于所述透明衬底设置，并且在其表面上形成有与所述透明电极相对的多个驱动电路和分别对应于像素的多个反射像素电极，覆盖所述多个反射像素电极的保护层，覆盖所述保护层的调整层；以及
液晶层，设置于所述透明衬底上的所述调整层与所述驱动电路板上的所述调整层之间，
所述保护层是折射率彼此不同的至少两个介电层的堆叠；并且
所述堆叠的介电层中的每一个的厚度被设定为补偿所述反射像素电极的反射率对波长的依赖。
在上述根据本发明的液晶显示元件中，因为反射像素元件被由折射率彼此不同的至少两个介电层堆叠形成的保护层覆盖，并且堆叠的介电层之间的厚度比被设定用于补偿反射像素电极的折射率对波长的依赖，所以可以改进光谱反射性能，同时保持高的反射率。
此外，保护层应该优选地具有这种结构，其中，第一介电层和折射率比第一介电层大的第二介电层彼此交替堆叠。
在这种情况下，因为来自堆叠介电层边界的多次反射光束被进一步反射，彼此干扰，所以可以进一步增大反射率。
此外，反射像素电极可以由铝膜或者基于铝的金属膜形成，并且所述保护层可以由二氧化硅层和氮化硅层以此顺序形成。
在这种情况下，因为反射像素电极由铝膜或基于铝的金属膜形成，其中二氧化硅层和氮化硅层以此顺序堆叠的保护层可以增加包括绿和红波长的整个波段上的反射率，同时从蓝波段到红波段反射率逐渐减小。这样，可能改进液晶显示元件的光谱反射的性能，同时保持高的反射率。
更具体地说，当二氧化硅和氮化硅层中的每一个为30至100nm厚，并且二氧化硅和氮化物层的总厚度为115至175nm时，可以获得最佳的颜色平衡，同时保持高的反射率。
此外，在所述驱动衬底上的所述调整层可以由斜向蒸发的二氧化硅层形成。
在这种情况下，在反射像素电极上，堆叠有低折射率的二氧化硅层，高折射率的氮化硅层，和所述低折射率的二氧化硅层。因此，因为来自堆叠层边界的多次反射光束被进一步反射，彼此干扰，所以可以进一步增大反射率。
此外，使用由上述液晶显示元件调制的光，根据本发明的液晶显示设备可以提供具有高亮度水平和良好颜色平衡的高质量图像显示。
从下面结合附图对本发明优选实施例的具体描述种，本发明的这些目的和其他目的、特征和优点将变得更清楚，在附图中：
图1是传统的反射型液晶显示元件的横截面图；
图2是驱动电路板的平面视图，示出了竖直排列的液晶被预倾斜的方向；
图3示出了液晶分子排列的方向，其中图3A是由液晶分子组成的液晶的平面视图，而图3B是液晶的侧视图；
图4示出了特性曲线，示出了其中反射像素电极被二氧化硅层覆盖的硅衬底的反射率对波长的依赖；
图5示出了特性曲线，示出了在形成反射型液晶显示元件之后的反射率对波长的依赖；
图6示出了特性曲线，示出了UHP灯的发射谱；
图7是根据本发明的反射型液晶元件的横截面图；
图8是包含在图7的反射型液晶元件中的驱动电路板的示意图；
图9是包含在图7的反射型液晶元件中的切换驱动电路的电路图；
图10示出了特性曲线，示出硅衬底的反射率与波形的相互关系，在所述衬底中从实例1至6中形成的反射像素电极每一个都被保护层覆盖；
图11示出了特性曲线，示出了在从实例1至6中形成反射型液晶单元之后反射率对波长的依赖；以及
图12是根据本发明的液晶显示投影机的主要部件的框图。
下面将参照附图详细描述关于液晶显示元件和液晶显示设备的本发明。
现在参照图7，以横截面视图的形式示意地图示了根据本发明的有源类型的反射型液晶元件。反射型液晶显示元件一般由标号1指示。应该注意，为了更容易地理解反射型液晶显示元件1的特征，以放大的比例示出了特征部分，所以在图7中没有以与实际元件中所用的比例相同的比率来示出所有的部分。
如所示出的，反射型液晶显示元件1包括彼此相对设置的透明衬底2和驱动电路板3，位于透明衬底2与驱动电路板3之间的液晶层4，以及密封透明衬底2和驱动电路板3两端的密封部件5。
透明衬底2包括玻璃衬底2a，在其表面上形成有与驱动电路板3相对的透光电极6。透光电极6由例如ITO(铟锡氧化物)等的导电透明材料形成，例如ITO是二氧化锡(SnO2)和二氧化铟(In2O3)的固溶体，并且在其整个像素面积上都被施加公共电势(例如接地电势)。
如图7、8和9所示，驱动电路板3包括硅衬底3a，在其上形成有对于多个像素中每一个的切换驱动电路9，该电路9包括C-MOS(互补型金属氧化物半导体)或n通道MOS类型的FET(场效应晶体管)7以及用于向液晶层4施加电压的辅助电容器8。即，切换驱动电路9的行和列一起形成了一个矩阵。此外，在硅衬底3a上，形成有电连接到FET 7的源极的多个信号线10，以及电连接到FET 7的栅极的多个信号线11。信号线延伸的方向垂直于扫描线11延伸的方向。每一个信号线10与扫描线11的交点对应于像素12a中的一个，并且像素12a以矩阵的形式设置以限定矩形的显示区域12。此外，在显示区域12外，形成有包括信号驱动器13和扫描驱动器14的逻辑部分，信号驱动器13用于向每一个信号线10施加显示电压，扫描驱动器14用于向每一个扫描线11施加选择脉冲。应该注意，切换驱动电路9通常在要求比逻辑电路的介电强度更高的介电强度的工艺中产生，因为晶体管必须具有与施加给液晶层4的驱动电压相对应的介电强度。
此外，在硅衬底3a上，形成有多个电连接到FET 7的漏极的一般为矩形的反射像素电极15，形成用于像素12a中每一个的矩阵。反射像素电极15由铝(Al)的金属膜或者包含铝(Al)作为基底的金属膜形成，每一个在可见区都具有很高的反射率。反射像素电极15的功能是反射来自透明衬底2的入射光，并对液晶层4施加电压。
注意在该实施例中，反射像素电极15由一般为矩形的铝层形成。此外，作为示例，反射像素电极15的侧边长约为8.4μm，相邻反射像素电极15之间的距离即所谓的像素间距为约0.6μm(通常为0.3到0.7μm)。因此，在相邻反射像素电极15之间限定的像素间隔为约9(＝8.4+0.6)μm(通常为7到15μm)。此外，反射像素电极15约为150到250nm厚。
此外，在驱动电路板3的表面上，与透明衬底2相对，形成有覆盖反射像素电极15的保护层16。保护层16具有两层结构，其中，二氧化硅层16a作为第一介电层，氮化硅层16b作为第二介电层并且其折射率比第一介电层的大。应该注意，在保护层16中，二氧化硅层16a具有约1.5的折射率，而氮化硅层16b具有约1.9的折射率。此外，二氧化硅层16a和氮化硅层16b通过在用于等离子体CVD等的LSI工艺中使用的薄膜沉积技术被顺序形成，例如用于覆盖反射像素电极15的整个表面。
此外，在彼此相对的透明衬底2和驱动电路板3的表面上，分别形成有调整层18和19，它们分别覆盖透明电极6和保护层16。为了将在后面会进一步描述的液晶层4的液晶分子4a调整到预定方向上，调整层18和19中的每一个都是通过在衬底2和3上沉积例如二氧化硅等的无机材料形成的斜向蒸发层，或者是具有摩擦表面的聚酰亚胺等的聚合物层。应该注意，液晶层4将要被倾斜到的方向和角度是通过控制斜向蒸发层的斜向蒸发的入射方向和蒸发角，或者通过控制聚合物层的摩擦方向以及条件来控制的。通常，实际的预倾斜角度相对于垂直于衬底的线为约45度。应该注意，调整层18和19中的每一个都是例如通过斜向蒸发形成的约为50nm厚的二氧化硅层。
液晶层4是通过向在透明电极6处的调整层18与在反射像素电极15处的调整层19之间注入液晶而形成的。液晶层4由竖直排列的液晶形成，其中，具有负介电各向异性的向列液晶通过上述的调整层18和19被竖直排列。在该竖直排列的液晶中，当没有施加驱动电压时，液晶分子4a几乎垂直于硅衬底3a排列，以“通常黑色的显示模式”提供黑色的显示。另一方面，当被施加驱动电压时，液晶分子4a被倾斜到预定方向上，以使其光透射率随着在倾斜时发生的双折射而改变。此外，在竖直排列的液晶中，由于除非液晶分子4a在相同方向上倾斜否则亮暗图案将如图2所示地不一致，所以通过给出在恒定方向X上的小预倾斜角θ以相对于垂直于驱动电路板3的线来倾斜液晶分子4a的长轴，来竖直地排列液晶，其中所述驱动电路板3在其上形成有反射像素电极15。预倾斜方向X，即液晶分子4a将要被排列的方向，被设定为大致是显示区域12的对角，即几乎为反射像素电极15的对角方向的约45度方向，在显示区域12中通过结合例如极化板等的光学系统来使透射率最大化。此外，如果预倾斜角θ过大，将会破坏竖直排列，黑色水平将增加，会降低对比度并且对V-T(驱动电压-透射率)曲线有不利的影响。因此，预倾斜角θ通常被控制在从1度到7度的范围内。
密封部件5由环氧树脂等形成，用于通过分散在透明衬底2与驱动电路板3之间的适当数量的玻璃珠(未示出)，来在调整层18和19之间形成几微米厚的密封。向这一由密封部件5密封的组合系统中注入液晶，以形成液晶层4。应该注意，密封部件5可以被形成以覆盖调整层18和19的侧面。
在如上构造的反射型液晶显示元件1中，进入的入射光在通过液晶层4时被处于驱动电路板3处的反射像素电极15反射。然后，被反射的光以与其入射方向相反的方向传播，通过液晶层4和透明衬底2，并离开透明衬底2。这时，液晶层4使其光学特性对应于施加给透明电极6和反射像素电极15的驱动电压的电势差而变化，从而调制通过的光。因此，反射型液晶显示元件1可以通过上述的光调制来分配强度水平，并利用被调制的反射光来显示图像。
这里注意，在反射型液晶显示元件1中，覆盖反射像素电极15的保护层16中二氧化硅层16a与氮化硅层16b的厚度比，被设定用于补偿反射像素电极15的反射率的波长依赖。
这样，反射型液晶显示元件1可以被改进用于补偿光谱反射的性能，同时保持高的反射率。
即，在这种反射型液晶显示元件1中，通过最佳化二氧化硅层16a与氮化硅层16b的厚度比以及层16a和16b的总厚度，反射像素电极15的反射率的波长依赖可以被补偿，因此颜色平衡可以被调节。
更具体地说，因为在这种反射型液晶显示元件1中的反射像素电极15由铝膜或基于铝的金属膜形成，所以反射率从蓝波段到红波段逐渐减小，如示出测量结果的图4和图5所示。另一方面，由二氧化硅层16a和氮化硅层16b以此顺序堆叠而形成的保护层16允许增加在绿和红波段上的反射率。
因此，在这种反射型液晶显示元件1中，可以均一化在从红波段、经过绿波段到蓝波段的很广范围中的反射率，从而可以很好地平衡颜色。
本发明的发明人准备了覆盖反射像素电极15的保护层16中二氧化硅层16a与氮化硅层16b的厚度比是各不相同的示例，并测量了反射像素电极15的反射率对波长的依赖。此外，他们准备了如在传统液晶显示元件中一样地反射像素电极15仅由二氧化硅层16a覆盖的示例，并测量了反射率对波长的依赖。在示例1至6中保护层16的厚度在表1中示出。
表1示例二氧化硅层厚度(nm)氮化硅层厚度(nm)二氧化硅和氮化硅层的总厚度(nm)    1    50    -    50    2    3    4    5    6    75    50    100    80    50    75    100    50    100    60    150    150    150    180    110
注意，为了准备上述示例1至6，准备了通过沉积ITO(铟锡氧化物)在其上形成有透明电极的玻璃衬底，通过等离子体CVD技术在其上形成有厚度可控保护层的硅衬底，并且清洗这些衬底。之后，使用蒸发装置通过斜向蒸发技术在衬底中的每一个上形成二氧化硅的调整层。应该注意，在反射像素电极上的像素间距是9μm，并且像素之间的间隔C是0.6μm。定向层厚50nm，并且对于将要被预倾斜约2.5度的液晶来说，将调整层的蒸发角控制在55度的范围内。此外，液晶被预倾斜到几乎是反射像素电极的对角线上，即液晶分子排列的方向上。接下来，在其上形成有调整层的衬底之间分散直径为2μm的玻璃珠，并且彼此相对放置的衬底在它们的端部被例如环氧树脂的密封材料密封。此外，在这样密封的衬底之间注入可从Merck & Co公司购得的具有负介电各向异性的向列液晶材料，从而使得反射型液晶元件在单元厚度上为2μm。
对示例1至6中的每一个进行了硅衬底的反射率对波长的依赖的测试，其中硅衬底的反射像素电极被保护层覆盖。在图10中示出了测试结果。此外，对如上准备的示例1至4中的每一个进行反射像素电极的反射率对波长的依赖的测试。在图11中示出了测试结果。
如可从图10和图11中看出的，在反射像素电极15仅由二氧化硅层16a覆盖的情况下，如在示例1中，反射率在整个波段上不是一致的，而是在从蓝波段到红波段时会降低。
另一方面，在示例2至6中，二氧化硅层16a和氮化物层16b的总厚度对反射率与波长的相互关系有影响。当总厚度更大时，反射率峰值从更小的波长向更大的波长移动。
此外，在二氧化硅层16a和氮化物层16b的总厚度在示例5中被增加到约180nm的情况下，在蓝波段的反射率将低于在红波段的反射率。相反，在二氧化硅层16a和氮化物层16b的总厚度在示例6中被减小到约110nm的情况下，在红波段的反射率将低于在蓝波段的反射率。
因此，当二氧化硅层16a和氮化物层16b的总厚度如在示例2至4中在115到175nm的范围内时，反射率在绿波段具有中间峰，并且在从蓝到红波段的广大范围中有大体均一的反射率。
此外，如果二氧化硅层16a和氮化物层16b的总厚度过大，那么在每一个层边界处的介电极化将会导致烧毁(bum)。例如，在驱动液晶显示元件超过1000小时的时间后发现烧毁。考虑到这一点，为了这些层的稳定，二氧化硅层16a和氮化物层16b中的每一个应该优选为100nm或者更小。相反地，如果二氧化硅层16a和氮化物层16b过薄，那么它们的质量就会很差。因此，为了更高的质量，二氧化硅层16a和氮化物层16b中的每一个应该优选为30nm厚或更多。
发明人测量的结果已经揭示了，在保护层16中，二氧化硅层16a和氮化物层16b中的每一个应该优选为30至100nm厚，并且这些层的总厚度应该优选为115至175nm。
这样，反射型液晶显示元件1可以具有光谱反射的改进的性能，同时保持高的反射率，并且可以获得最佳的颜色平衡。
注意，氮化硅层16b更加致密，并且比二氧化硅层16a具有更高的耐湿性，与使用二氧化硅层16a来形成保护层16相比，通过二氧化硅层16a和氮化硅层16b的堆叠来形成保护层16可以保证改进的耐湿性以及对保护层16的更长时间的保护。
此外，保护层16是由作为第一介电层的二氧化硅层16a和作为第二介电层的氮化硅层16b的堆叠形成的结构，第二介电层比第一介电层具有更大的折射率。在这种情况下，因为来自堆叠层边界的多次反射光束被进一步反射，彼此干扰，所以可以进一步增大反射率。
此外，在这种反射型液晶显示元件1中，由于在上述驱动电路板3处的调整层19是由二氧化硅层形成的，所以低折射率的二氧化硅层16a、高折射率的氮化硅层16b以及具有所述低折射率的二氧化硅层交替堆叠在反射像素电极15上。这种结构就是所谓的镜子结构(mirror structure)。这样，在反射型液晶显示元件1中，将从堆叠层的边界被如上反射的多次反射光束越多，就会导致反射率的进一步改进。
注意，保护层16不一定限于上述的二氧化硅层16a和氮化硅层16b以此顺序的堆叠，而可以是彼此折射率不同的至少两个介电层的堆叠。通过设定这些堆叠介电层之间的厚度比来补偿反射像素电极15的反射率对波长的依赖，反射型液晶显示元件1可以具有改进的光谱反射性能，同时保持高的反射率。
接下来，将图示和解释有关液晶显示设备的本发明。液晶显示设备被实现为反射型液晶投影机。一般用如在图12中示出的标号100指示。
反射型液晶投影机100是一种所谓的三板类型。它是使用上述反射型液晶显示元件1作为三个液晶显示板中的每一个的反射型液晶显示设备，用于以更大的比例将彩色图像投影到屏幕S上，所述三个液晶显示板对应于三原色(红、绿和蓝)。
如所示出的，反射型液晶投影机100包括灯101，被设置为光源用于发射照射光；二向色分色滤色片102和分色镜103，被设置作为用于将来自灯101的照射光分离成红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的分光装置；液晶显示板104R、104G和104B，被设置为分别对应于彩色光束(R、G和B)，用于基于视频数据调制被分开的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)；合成棱镜105，用于将被调制的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)合成一个图像；以及投影透镜106，用于将合成照射光投影到屏幕S上。
灯101发射包括红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的白光。它是高强度放电灯(UHP)，例如卤素灯、金属卤化物灯、氙灯、高压水银灯等。
此外，在光101与二向色分色滤色片102之间的光路上，设置有：蝇眼透镜107，用于均一地分布从灯101发射的照射光；极化改变单元108，用于将照射光的P-和S-极化的光分量转变成极化光分量中的一个(例如S-极化的光分量)；聚集透镜109，用于聚集照射光，等等。
二向色分色滤色片102的功能为将从灯101发射的白光分成蓝光(B)和其他彩色光(R和G)，并且它将被分开的蓝光(B)和其他彩色光(R和G)分别以相反的方向反射。
此外，在二向色分色滤色片102与液晶显示板104B之间，设置有总反射镜110，用于将被分开的蓝光(B)朝向液晶显示板104B反射。此外，在二向色分色滤色片102与分色镜103之间，设置有总反射镜111，用于将被分开的其他彩色光(R和G)朝向分色镜103反射。
分色镜103的功能是将其他彩色光(R和G)分成红光(R)和绿光(G)，它允许被分开的红光(R)通过并射向液晶显示板104R，而将被分开的绿光(G)朝向液晶显示板104G反射。
此外，在液晶显示板104R、104G和104B中的每一个与合成棱镜105之间，设置有极化分束器112R、112G和112B，用于将被分开的彩色光束(R、G和B)引导到液晶显示板104R、104G和104B中的每一个。
极化分束器112R、112G和112B的功能是将入射的彩色光束(R、G和B)分成P-和S-极化的光分量，并且它们将极化的光分量中的一个(例如S-极化的光分量)朝向液晶显示板104R、104G和104B中的每一个反射，并允许其他极化的光分量(例如P-极化的光分量)通过并射向合成棱镜105。
液晶显示板104R、104G和104B中的每一个包括上述的反射型液晶显示元件1。它们基于视频信号对由极化分束器112R、112G和112B引导的极化光分量中的一个(例如S-极化的光分量)进行极化调制，并将极化调制得到的光朝向极化分束器112R、112G和112B反射。
合成棱镜105是所谓的截立方(cross-cube)棱镜。它的功能是合成已经通过极化分束器112R、112G和112B的其他已调制的光分量(例如P-极化的光分量)的彩色光束(R、G和B)，并且它使得合成光束离开并射向投影透镜106。更具体地说，合成棱镜105由四个固定在一起的直角棱镜组成，并且在其彼此连接的分量棱镜的每一个表面上形成分光层，其将反射具有特定波长的光。合成棱镜105通过将已被液晶显示板104R调制的红光(R)反射朝向投影透镜106，允许已被液晶显示板104G调制的绿光(G)通过并射向投影透镜106，以及将已被液晶显示板104B调制的蓝光(B)反射朝向投影透镜106，而将三个彩色光束(R、G和B)合成为一个图像。
注意，在反射型液晶投影机100中，相对于来自液晶显示板104R的红色图像和来自液晶显示板104B的蓝色图像，来自液晶显示板104G的绿色图像被变换为水平地显示，使得由合成棱镜105合成的图像将与屏幕S上的绿色图像相符。
投影透镜106的功能是将来自合成棱镜105的光以更大的比例投影到屏幕S上。
注意，在该反射型液晶投影机100中，液晶显示元件104R、104G和104B，合成棱镜105，以及极化分束器112R、112G和112B，被集成在一起以形成一个光学块。由于这个集成的光学块，反射型液晶投影机100可以被设计得更加小型化。
在如上构造的反射型液晶投影机100中，二向色分色滤色片102与分色镜103将从灯101发射的白光分成红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)。被这样分开的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)是S-极化分量，通过极化分束器112R、112G和112B，并分别入射到液晶显示板104R、104G和104B上。分别入射到液晶显示板104R、104G和104B上的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)，基于视频数据、对应于施加给液晶显示板104R、104G和104B中每一个像素的驱动电压进行极化调制，然后被朝向极化分束器112R、112G和112B反射。只有这样调制的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的P-极化光分量才将被允许分别通过极化分束器112R、112G和112B，由合成棱镜105合成为一个图像，并且这样合成的光将通过投影透镜106而被投影到屏幕S上。这样，将在屏幕S上以更大的比例显示彩色图像。
如上面已经描述的，使用上述的反射型液晶显示元件1作为液晶显示板104R、104G和104B的反射型液晶投影机100，可能使得从蓝波段、经过绿波段到红波段的广泛范围内的反射率一致，而液晶显示板104R、104G和104B的反射率没有任何减少。因此，这种反射型液晶投影机100可以以高强度水平和极好的颜色平衡(特别是白平衡)来提供高质量的显示。
此外，在上述的反射型液晶投影机100中，在使用UHP灯作为灯101的情况下，在红波段中的光的量由于图1中示出的UHP灯的发射谱将更小，但是有可能通过对应于UHP灯的发射谱来改进液晶显示板104R、104G和104B的光谱反射性能，来改进强度水平(亮度)并最佳化颜色平衡。
注意，本发明不限于上述的使用竖直排列液晶的反射型液晶显示元件1，而是可以应用于调制入射光并将其作为反射光发射出去的反射型液晶显示元件(液晶光电元件)，也可以应用于使用这种液晶显示设备来显示图像的液晶显示设备，而与上述的液晶类型无关。
此外，本发明不限于例如上述的其中由液晶显示元件调制的光被投影到屏幕上以显示图像的反射型液晶投影机100的反射型液晶显示设备，而是可以应用于使用根据本发明的液晶显示元件的直接可视型液晶显示设备，其中，用户可以直接观看液晶显示元件。
本申请要求在2003年10月21日提交的日本专利申请No.2003-392364的优先权，这里通过引用将其内容包含在内。