CN101251684B - 液晶装置及其制造方法、以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有良好的对比度特性,并且防止显示不良的液晶装置及其制造方法和电子设备。液晶装置(透过式液晶装置)(1)包括:第一基板(10);与第一基板对置的第二基板(20);位于两个基板之间的液晶层(50),液晶层由其初始取向状态呈垂直取向且介质各向异性为负的液晶形成。在与像素电极(9)对应的位置上具有显示区域P和位于该显示区域之间的非显示区域BM,像素电极的周缘部(9b)在非显示区域BM上伸出,在包含显示区域P整体且不超过像素电极(9)的范围内形成有使液晶(51)垂直取向的第一区域A1,在非显示区域BM上形成有使液晶水平取向的第二区域A2,该第二区域A2形成于在像素电极(9)的非显示区域BM上伸出的周缘部(9b)上。
Description
技术领域
本发明涉及液晶装置及其制造方法、以及电子设备。
背景技术
作为用液晶装置将视频显示于大画面的装置有液晶投影仪。要求投影仪高亮度及高对比度,在这点上,因垂直取向方式的液晶装置可以高对比度的显示,所以近年来被采用作为投影仪用的液晶装置的液晶取向方式。
不过,在垂直取向方式中液晶相对于基板表面垂直设置(立着),当施加电压时在倾倒的方位方向上的相互作用弱。在像素电极及对置电极上施加像素电位时,从像素电极端发生的电场在像素电极附近在横方向上倾斜,由于该横向的电场导致液晶分子倾倒,因液晶分子的对立往往产生旋转位移(Disclination)。当产生旋转位移时可视认明暗的不均和对比度的降低、余像等的显示缺陷。
为此,在通常的垂直取向方式中预先数次使液晶分子向基板面倾斜的方法被采用。不过,该方法因数次使液晶分子倾斜,这时产生的液晶分子的多折射导致光泄漏,从而降低对比度。为了解决该问题考虑在像素区域使液晶垂直取向以确保良好的对比度特性,使像素区域周边的、主要在非显示区域使液晶水平取向,通过限制液晶的取向防止旋转位移。例如、专利文献1、2所公开的这种结构的液晶装置,专利文献1的液晶装置通过斜方蒸镀法形成无机取向膜,通过使其厚度变化控制无机取向膜的取向角,控制取向膜上的液晶的方位角。专利文献2的液晶装置通过在绘素区域内设置垂直取向限制区域、在绘素区域外设置取向限制区域,在电压施加时使绘素内部的液晶分子向一个方向取向。
【专利文献1】日本特开2005-107373号公报
【专利文献2】日本特开2001-343651号公报
不过,在专利文献1中,因为记载有“显示区域和非显示区域的倾角是从基板法线方向开始的40°~60°,非显示区域的倾角设定成比显示区域的倾角大”,所以不能因相对于基板面90°垂直取向而带来高对比度显示。在专利文献2中,记载有“显示区域中的、相对于取向膜的表面的倾角为88°~90°,取向限制区域的倾角为0°~87°”这样的非常大的范围,所以实际上大多不能通过那样的状况进行取向控制,所以往往产生旋转等,不能实际使用。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种具有良好的对比度并且能够防止旋转位移等的显示不良的液晶装置及其制造方法、以及电子设备。
本发明的液晶显示装置,包括:第一基板;第二基板,与所述第一基板相对配置;液晶层,被夹在所述第一基板和所述第二基板之间,由初始取向状态呈垂直取向且介质各向异性为负的液晶构成;以及遮光膜,形成在所述第一基板上的所述液晶层一侧,在与非显示区域对应的同时区划显示区域,其中,在所述第一基板上从所述显示区域开始在所述遮光膜上伸出周边部而设置有像素电极,在所述像素电极上,仅在所述显示区域设置有垂直取向膜,或者从所述显示区域开始在所述非显示区域上伸出周边部而设置有所述垂直取向膜,在所述遮光膜上的没有所述垂直取向膜的区域上通过在所述像素电极上伸出周边部而设置有水平取向膜。
而且,在本发明中,所谓的周缘是指位于某区域的内部,且靠近该区域内部和外部的边界的部位,所谓的周边是指位于某区域的外部,且靠近该区域内部和外部的边界。
根据上述构成,在从显示区域侧开始在非显示区域侧上伸出的像素电极的周缘部上,以规定的方位角使液晶取向,所以显示区域的液晶在没有施加电压的状态下倾角被垂直取向为大致90°的时候,由于所述周边部上的液晶而倾倒的方向被限制,通过抑制从像素电极端产生的横电场的影响而配置成一定的方向。因此,具有良好的对比度特性,防止显示区域中的液晶的取向不良(Disclination,旋转位移)。
此外,使液晶以规定的方位角取向的水平取向膜仅形成在显示区域的外部,所以能够防止被水平取向的液晶被配置在显示区域内而引起的光漏,防止各像素的显示对比度降低。
此外,水平取向膜上的液晶的倾角LP优选满足:LP≤A×LPW+B。(其中,LPW表示所述周缘部上的第二区域的宽度,A=(97-6.5×d)×EG(-0.58)、B=22×log e(EG)+(56.7-12×d)、EG表示像素电极间的距离,d表示单元间隙)。
而且,优选72.64≤A≤221.9,-8.7≤B≤42.7。
根据上述结构,能够获得更加有效地防止显示区域中的液晶取向不良(旋转位移)的液晶装置。
所述水平优选取向膜由感光树脂构成。
根据上述构成,在形成所述水平取向膜时,能够使用利用光的图案制造方法。具体的说,所述水平取向膜位于非显示区域内,在基板上形成有用于规定所述非显示区域的遮光膜。因此,作为所述感光树脂使用正型的树脂,将所述遮光膜作为掩膜曝光、显影所述感光树脂,从而能够形成取向膜图案。这样形成的取向膜图案成为被遮光膜覆盖、也就是说仅位于非显示区域的内侧的图案。
此外,上述液晶装置优选还包括:一对1/4波长板,被配置成:配置在所述第一基板和所述第二基板外侧的所述一对1/4波长板的各自的延迟轴正交;以及偏光板,被配置成:在所述一对1/4波长板的外侧,所述偏光板的透光轴相对于所述一对1/4波长板的延迟轴成大致45°,且彼此的透光轴正交。
根据上述结构,不必依赖于白显示时的液晶分子的方位方向(方位角)就能够获得多折射效果,所以能够大幅度提高液晶装置的亮度。
根据本发明的液晶装置的制造方法,所述液晶装置包括:第一基板;第二基板,与所述第一基板相对配置;液晶层,被夹在所述第一基板和所述第二基板之间,由初始取向状态呈垂直取向且介质各向异性为负的液晶构成;以及遮光膜,形成在所述第一基板上的所述液晶层一侧,在与非显示区域对应的同时区划显示区域,所述液晶装置的制造方法包括以下步骤:在所述第一基板上从所述显示区域开始在所述遮光膜上伸出周边部而形成像素电极,在所述像素电极上,仅在所述显示区域上形成垂直取向膜,或者从所述显示区域开始在所述非显示区域上伸出周边部而形成所述垂直取向膜,在所述遮光膜上的没有所述垂直取向膜的区域上通过在所述像素电极上伸出周边部而形成水平取向膜。
根据上述的液晶装置的制造方法,从显示区域侧开始在非显示区域上伸出的像素电极的周缘部上形成有以规定的方位角使液晶水平取向的水平取向膜,所以所述周缘部上的液晶几乎在单一方向上取向。显示区域内的液晶在没有施加电压的状态下,将相对于基板面的液晶层的倾角垂直取向为90°时,通过所述周缘部取向区域伤得液晶而取向的方向被限制,能够抑制从像素电极端产生的横电场的影响,在一定的方向上取向。因此,能够制造出防止在显示区域中的液晶的取向不良(旋转位移)的液晶装置。
此外,以规定的方位角使液晶取向的水平取向膜形成在非显示区域内,所以能够制造出防止被水平取向的液晶配置在显示区域内导致的光漏、防止显示对比度降低的液晶装置。
此外,形成所述水平取向膜的步骤优选包括以下过程:涂敷感光树脂形成树脂膜;将所述遮光膜作为掩膜,从所述第一基板上的遮光膜相反侧开始曝光、显影,并形成与所述遮光膜对应的取向膜图案;对所述取向膜进行摩擦处理形成所述水平取向膜。
这样一来,不需要使用形成水平取向膜的掩膜等,能够使制造工序简略化。此外,能够以高精度进行水平取向膜的图案制造,能够仅在被遮光膜覆盖的区域、即非显示区域内侧形成水平取向膜。从而,通过水平取向膜以规定的方位角取向的液晶仅被配置在非显示区域内,因此,仅被垂直取向的液晶能够被配置在显示区域上。
本发明的电子设备包括上述的液晶装置。
这样一来,本发明能够作为诸如液晶电视或手机等的电子设备的显示画面、计算机的监视器、液晶投影仪的光调制装置使用。通过用于这种用途从而能够提供显示特性优良的电子设备。
附图说明
图1是作为本发明的第一实施例的透过式液晶装置1的等效电路图。
图2是透过式液晶装置1的显示部要部的俯视模式图。
图3是图2的X-X线截面图。
图4是模式地示出施加电压时的液晶的取向的图。
图5是表示重叠宽度不同的各个液晶装置的透过模拟结果的图。
图6是本发明涉及的液晶装置的制造方法的说明图。
图7是本发明涉及的液晶装置的制造方法的说明图。
图8是本发明涉及的液晶装置的制造方法的说明图。
图9是表示液晶装置(倾角12°)的透过模拟结果的图。
图10是表示液晶装置(倾角13°)的透过模拟结果的图。
图11是表示液晶装置(倾角14°)的透过模拟结果的图。
图12是表示液晶装置(倾角15°)的透过模拟结果的图。
图13是表示图11的液晶装置只是像素电极间距离不同的液晶装置的透过模拟结果的图。
图14是表示液晶装置(倾角35°)的透过模拟结果的图。
图15是表示液晶装置(单元间隙d为1.5μm)的透过模拟结果的图。
图16是表示液晶装置(单元间隙d为2.0μm)的透过模拟结果的图。
图17是表示液晶装置(单元间隙d为2.5μm)的透过模拟结果的图。
图18(a)~(c)是对应各个构成表示倾角LP的上限值的图形。
图19是模式地示出第二实施例的透过式液晶装置的截面图。
图20是表示1/4波长板及偏光板的光轴的配置的图。
图21是表示仅在一个像素上施加电压时的像素电极上的液晶分子的导向分布的立体图。
图22是表示在液晶显示元件的两侧不装入1/4波长板时的电压施加状态下的一个像素的光的透过状态的图。
图23是表示在液晶显示元件的两侧装入1/4波长板时的电压施加状态下的一个像素的光的透过状态的图。
图24是表示本发明涉及的电子设备的几个例子的立体图。
图25是表示本发明涉及投影式显示装置的一例的图。
具体实施方式
以下,参照附图举例对本发明的一实施例、用TFT(Thin-FilmTransistor)元件的有源矩阵型的透过式液晶装置进行说明,但本发明的技术范围并不限于以下的实施例。此外,用于以下说明的各个附图为了更好理解各个元件,适当变更各个元件的比例。
(第一实施例)
首先,对本发明的第一实施例的液晶装置进行说明。
图1是本实施例的透过式液晶装置1的矩阵状配置的多个像素的开关元件、信号线等的等效电路图。
如图1所示,在矩阵状配置的多个像素中,分别形成像素电极9和用于进行向该像素电极9的通电控制的开关元件、即TFT元件30,供给有像素信号的数据线6a与该TFT元件30的源极电气连接。写入到数据线6a的像素信号S1、S2......Sn根据这个顺序按照线顺序被供给,或对应各个组向相邻接的多个数据线6a供给。
此外,扫描线3a与TFT元件30的栅极电气连接,以规定的定时以脉冲形式按照线顺序向多个扫描线3a施加扫描信号G1、G2......Gn。此外,像素电极9与TFT元件30的漏极电气连接,通过只在规定期间接通开关元件、即TFT元件30,从而以规定的定时写入由数据线6a供给的像素信号S1、S2......Sn。
通过像素电极9写入到液晶的规定电平的像素信号S1、S2......Sn在与后述的公共电极之间被保持规定期间。液晶通过根据施加的电压电平改变分子集合的取向和次序,从而能够调制光,进行灰度显示。在这里,为了防止泄漏被保持的像素信号,与形成在像素电极9和公共电极之间的液晶电容并联附加有存储电容70。
图2是表示透过式液晶装置1的显示部的图,且从形成取向膜(未图示)的一面侧俯视配置像素电极9的第一基板的模式图。液晶装置的显示部由对应像素电极9(视为外周9a)设置在其内侧的显示区域P和其以外的非显示区域BM构成,所述像素电极9的周缘部伸出到非显示区域BM而配置。此外,形成有第一区域A1,至少包含全部显示区域P,在非显示区BM中形成第二区域A2。
图3是图2的X-X线剖面的模式图。如图3所示,透过式液晶装置1包括在第一基板10和第二基板20之间挟持液晶层50而形成的液晶面板58。在液晶面板58的两侧以交叉尼科耳(crossedNichol)垂直状设置一对偏光板71、72,彼此的偏光轴大致正交。而且,在偏光板71的下方设置未图示的光源单元,这样构成本实施例的透过式液晶装置。
第一基板10由玻璃等的透明的基板10A、形成在该基板10A上的像素电极9和遮光膜13、及第一取向膜(垂直取向膜)41、第二取向膜(水平取向膜)42等构成。所述TFT元件(未图示)和配线(未图示)等形成在遮光膜13上,防止从所述基板10A侧射入的光而发生劣化。此外,通过形成所述遮光膜13,规定非显示区域BM,规定显示区域P作为非显示区域BM之间的像素开口部。
此外,在第一基板10上形成有至少包括所述显示区域P的第一区域A 1,在所述非显示区BM中形成至少包括在所述像素电极9的所述非显示区域上伸出而形成的周缘部9b上的第二区域A2。如图3所示,连续设置有第一区域A1和第二区域A2。此外,在对应所述第一区域A1的像素电极9上形成有第一取向膜(垂直取向膜)41,在对应第二区域A2的像素电极9上及遮光膜13上形成有第二取向膜42(水平取向膜)。也就是说,将所述非显示区域BM的宽度视为a,将所述第二区域A2的宽度视为b,将像素电极间区域G的宽度视为c,此时满足a≥b>c。
第二基板20由玻璃等形成的透明基板20A、第一取向膜(垂直取向膜)61、以及公共电极21等构成。
此外,在第二基板20侧也可以形成所述遮光膜13及第二取向膜42(水平取向膜)。
在第一基板10和第二基板20之间密封有液晶层50,在图3示出的初始状态(电压无施加状态)下,垂直取向膜(第一取向膜)41、61之间的液晶51相对于基板面大致成90°被取向,水平取向膜(第二取向膜)42上的液晶52以规定的倾角LP被取向。
图4是模式地示出在像素电极9和公共电极21之间施加电压时的液晶的取向的图。在所述像素电极9和所述公共电极21之间施加电压时,根据其电压使液晶层50的液晶取向,调制在透过式液晶装置1的厚度方向上透过的光,透过式液晶装置1可以进行灰度显示。这时,在本发明的透过式液晶装置1中,因为在电压无施加状态下以规定的倾角取向位于第二区域A2的液晶52,所以在施加电压时,向一致的方向倾倒取向。因此,位于第一区域A1的液晶51在施加电压时倾倒的方向被所述液晶52限制,向一致的方向取向。也就是说,位于第二区域A2附近的第一区域A1的液晶受成为第二区域A2的外周部的所述像素电极9的周缘部9b上的液晶52的动作影响大,特别其倒向的方向被周缘部9b上的液晶52的倒向的方向限制。基于此,第一区域A1的液晶51全部倒向一致的方向,均匀地取向。因此,即使从像素电极9的端部产生与第一基板10平行的方向的横方向电场,也能够防止显示区域P的液晶51产生不良取向。
在此,所述液晶52的倾角LP能够以下列的公式进行规定。
LP≤A×LPW+B (1)
A=(97-6.5×d)×EG(-0.58)(2)
B=22×loge(EG)+(56.7-12×d)(3)
不过,视为72.64≤A≤221.9、-8.7≤B≤42.7。
在这里,LPW是在第二区域A2的上述周缘部9b上伸出的重叠宽度,EG是像素电极间的距离(像素电极间区域G的宽度),d是液晶面板的单元间隙。
例如、图5(a)~(c)表示对图3、图4示出的非显示区BM的宽度a为1.2μm、像素电极间区域G的宽度c为0.2μm、重叠宽度LPW分别视为0.1μm、0.2μm、0.3μm的多个液晶装置进行透过模拟的结果。即,在图5中示出在电压施加状态下的一个像素的光的透过状态。
如图5(a)所示,当重叠宽度LPW为0.1μm时,在像素的大致中央发生旋转位移。另一方面,如图5(b)及图5(c)所示,当重叠宽度LPW为大于等于0.2μm时,不发生旋转位移。
因此,在上述的构成条件下,通过将重叠宽度LPW视为大于等于0.2μm能够防止旋转位移的发生。
而且,根据光泄的分布情况计算出非显示区BM的宽度a和第二区域A2的宽度b的大小的相关,其结果第二区域A2的宽度b(μm)为b≤a-0.4,优选b≤a-0.8,后者一方光漏防止效果更好。因此,将第二区域A2的宽度b在以下示出的范围内规定。
(像素电极间区域G的宽度c)+0.4≤(第二区域A2的宽度b)≤(非显示区BM的宽度a)-0.4。
当液晶装置1的构成为上述条件时,第二区域A2的宽度b优选在0.6~0.8μm的范围内。
就是说,倾角LP的上限值根据液晶装置1的非显示区域BM的宽度a、像素电极间区域G的宽度c(电极间距离EG)、重叠宽度LPW、单元间隔d等各个的关系而不同。其详细后面进行描述。
根据该构成,当电压施加时,因充分限制液晶52倾倒的方向,所以更可靠地防止液晶51的取向不良。此外,当对液晶52在上述范围给予倾角时,通过水平取向膜42能够使用公知的方法。
此外,因与对应于显示区域P的液晶51不同取向的液晶52只在非显示区BM内配置,所以对应显示区域(像素开口部)P的像素的透过率只被液晶51规定,能够均匀的取向。因此,能够将所述像素的透过率视为所期望的。此外,在电压无施加状态下能够大致垂直取向对应于显示区域P的液晶51。
(制造方法)
接着,对本发明涉及的液晶装置的制造方法的一实施例进行说明。在本实施例中,使用感光树脂作为所述水平取向膜42的材料,将所述遮光膜13作为掩膜制作图案,举例进行说明形成所述水平取向膜42的方法。
图6和图7是形成第一基板10的工序的说明图。首先,如图6(a)所示,在玻璃等形成的透明的基板10A上格子状形成由Cr(铬)等构成的遮光膜13,通过遮光膜13规定非显示区域BM的同时,将被该非显示区域BM围绕的区域视为显示区域(像素开口部)P。接着,在遮光膜13上形成图1所示的TFT元件30、数据线6a、以及扫描线3a等的配线。接着,从所示显示区域P伸出到非显示区域BM、用ITO(铟锡氧化物)等的透明导电体形成像素电极9,形成成为第一基板10的前驱体。这些工序能够使用公知的方法。
接着,如图6(b)所示,在第一基板10的像素电极9一侧,例如、使用旋涂法等的方法涂敷后述的水平取向膜(第二取向膜)的材料,形成感光树脂膜42a。例如、使用紫外线易溶化型聚酰亚胺(正型PI)等作为该水平取向膜的材料。此外,所述感光树脂膜42a的厚度诸如视为100nm。就是说,为了方便起见,在本发明中第一基板也包括前躯体的状态。
接着,如图6(c)所示,从基板10A的里面一侧(所述正型PI涂敷面的相反侧)射入UV,进行规定量的曝光。这时,由于所述基板10A和像素电极9由透明材料构成,所以UV透过对应这些的显示区域P,使显示区域P上的紫外线易溶化型聚酰亚胺曝光、易溶化。另一方面,因为UV不透过对应遮光膜13的非显示区域BM,所以与非显示区域BM对应的位置的感光树脂膜42a不被曝光。
在上述工序后,用湿蚀法除去(显影)感光树脂膜42a易溶化(曝光)的部分,例如、在200℃左右的温度下进行一小时的加热处理。基于此,如图7(a)所示,形成对应非显示区域BM的感光树脂膜42b。形成感光树脂膜42b的大小(宽度)可以根据向第一基板10A入射UV的角度、曝光时间、以及显影时间等控制,但因为将所述遮光膜13作为掩膜曝光(自形成),所以形成为至少容纳在非显示区域BM的范围内。
接着,如图7(b)所示,根据将摩擦布缠绕在滚筒上的摩擦处理装置55在所述感光树脂膜42b上进行摩擦处理,通过在感光树脂膜42b上给予取向性,形成对应非显示区域BM的水平取向膜(第二取向膜)42。通过形成有水平取向膜42,可以在水平取向膜42上形成第二区域A2。此外,规定第二区域A2之间作为第一区域A1。
如上述形成水平取向膜42之后,在形成所述水平取向膜42的基板10A上形成垂直取向膜(第一取向膜)41。要形成垂直取向膜41例如、有选择地将具有长锁链烷基或刚性的平面结构的官能团有选择地给予到在所述水平取向膜42之间露出的像素电极9上的方法。具体地说,在形成有所述水平取向膜42的第一基板10上,例如、在N2环境150~180℃的温度下进行三小时的干燥处理,之后,将包括所述水平取向膜42的所述基板10A与具有ODS(Octadecyltrimethoxysi lane)溶液的容器一起放置到密封容器内。而且,通过将该容器诸如在150℃的温度下进行一小时加热,使所述ODS溶液的蒸汽接触到所述基板10A的像素电极9配置面。根据上述,ODS分子的长锁链烷基能够根据具有无机系的反应机,不结合所述水平取向膜42的有机材料,有选择地结合在由作为无机材料的ITO构成的像素电极9上。因此,能够将所述垂直取向膜41有选择地形成在所述水平取向膜42之间露出的像素电极9上。
通过以上工序,如图7(c)所示,得到分别在第一区域A1中包括垂直取向膜41、在第二区域A2中包括水平取向膜42的第一基板10。
此外,除第一基板10外如图8(a)所示形成第二基板20。该第二基板20在由玻璃等的透明的材料构成的基板20A上,用ITO等的透明导电体形成公共电极21,在该公共电极21上形成垂直取向膜61。这些工序能够用公知的方法,例如、优选使用蒸镀法等形成公共电极21、旋涂法等形成垂直取向膜61。
接着,如图8(b)所示,将第一基板10和第二基板20粘合以使第一取向膜41、61、及第二取向膜42成为内侧,如图8(c)所示,通过在第一基板10和第二基板20之间密封液晶层50,从而形成透过式液晶装置1。
根据以上的制作方法,因通过将遮光膜13作为掩膜的自对准形成水平取向膜,所以不需用其他记录层作为掩膜等,能够简化制作工序。
此外,由于所述水平取向膜42形成在遮光膜13所规定的非显示区域BM内,所以不超出显示区域P形成。因此,能够制作在显示区域P只配置垂直取向膜41、61的透过式液晶装置1。
根据上述的制作方法得到本发明的液晶装置(透过式液晶装置)1,因为防止显示区域P的液晶51的取向不良,所以能够防止旋转位移等的显示不良。此外,因为能够在电压无施加状态下大致垂直取向对应显示区域P的液晶51,所以具有良好的对比度的特点。此外,因为防止在显示区域配置水平取向的液晶,所以防止显示对比度降低。
进一步,在本实施例中,通过Cr等独立形成遮光膜13,但也可以将配线电极等作为遮光膜13起功能。
此外,也可以在形成了水平取向膜42之后,例如、通过旋涂法等的液相法将含有聚硅氧烷(polysiloxane)的溶剂在形成了第一基板的所述水平取向膜42的一面侧涂敷,通过在200℃下使其固化作为形成垂直取向膜41的方法。
此外,例如、在由如所述聚硅氧烷的无机系的材料构成的刚性结构作为垂直取向膜41的情况下,因为垂直取向膜41通过摩擦处理没给予取向性,所以,也可以在图7(b)所示的感光树脂膜42b进行摩擦处理的工序在形成垂直取向膜41之后,总括在垂直取向膜41上和感光树脂膜42b上进行。
以下,在对各个实施例用图9~图17进行说明的同时,适当参照上述实施例的图3和图4。
(实施例1)
在本实施例中,对像素电极之间距离EG为0.2μm、第二区域A2的伸出上述周缘部9b上的重叠宽度LPW为0.1μm、液晶面板的单元间隙d为2.5μm、倾角LP在12°~15°之间分别不同的多个液晶装置进行了透过模拟。在图9~图12中,示出各个液晶装置的透过模拟结果。
如图9所示,在倾角LP为12°时,在像素(显示区域P)内不发生旋转位移,得到像素内的良好地透过率。但是,如图10~12所示,当液晶52的倾角LP超过12°时从像素端部发生旋转位移。
此外,在发生旋转位移时根据倾角不同而不同,判明倾角LP越大向像素内移动而取向不良区域越增加。如图10所示,在倾角LP为13°的情况下,像素端部附近发生旋转位移,但如图11及12所示,判明随着倾角LP变大旋转位移发生地点向像素的内侧移动的同时,像素端部的漏光的透过率也越高。
(实施例2)
在本实施例中,将像素电极之间距离EG设为1.2μm而进行了透过模拟。图13示出对倾角LP为14°的液晶装置进行模拟的结果。
在上述实施例1的结构中可知,当倾角LP超过12°发生了旋转位移。但是,如图13所示,当像素电极之间距离EG设为1.2μm时,即使倾角LP为14°的情况下也不发生旋转位移。而且,对比倾角为LP14°更大的液晶装置进行透过模拟,如图14所示,在倾角LP为35°时发生了旋转位移。也就是说,像素电极之间距离EG大,所需倾角LP的上限越大。
(实施例3)
接着,对更高精度的液晶装置进行了模拟。
在本实施例中,对像素电极之间距离EG为0.05μm、重叠宽度LPW为0.2μm、倾角LP为12°,单元间隙d各不相同的多个液晶装置(d=1.5μm、2.0μm、2.5μm)进行了透过模拟。在图15~图17中,示出各个液晶装置的透过模拟结果。
如图15所示,在单元间隙d为15μm时,不发生旋转位移。但是,如图16及17所示,判明当单元间隙d大于等于2.0μm时在像素的大致中央处发生旋转位移。
在图15中,因为相比如图16及图17所示的单元间隙d大的液晶装置纵电场强度增加,所以充分限制液晶52的倒向方向,防止液晶51的取向不良。这就是说,即使液晶52不是一轴取向(例如、倾角LP大的情况等),通过将单元间隙d设定得小而一轴取向液晶52。
(各构成的最适合值)
对液晶装置的各构成部件的最适合值用图18(a)~(c)进行说明。
上述公式(1)~(3)是替换各个构成部件的数值在多次进行透过模拟的结果下导出的公式,图18(a)~(c)是表示对应各个构成用上述公式(1)计算出的倾角LP的上限值的图。(a)是将单元间隙d为1.5μm、(b)是将单元间隙d为2.0μm、(c)是将单元间隙d为2.5μm的液晶装置作为对象,分别示出像素电极之间距离EG不同(EG=0.2、0.4、0.8、0.12)时的重叠宽度W和倾角LP之间的关系。
在这里,倾角LP的上限值就是不发生旋转位移的倾角的界限值。
如图18(a)~(c)所示,倾角LP的上限值因构成不同而不同。在各图中,无论哪个单元间隙d,都是随着像素电极之间距离EG变宽倾角LP的上限值提高。而且,关注重叠宽度LPW时,随着重叠宽度LPW变宽倾角LP的上限值提高。因此,通过根据单元间隙d及像素电极之间距离EG设定重叠宽度LPW,充分地进行显示区域内的液晶的取向方向的控制。
此外,如图18(a)~(c)所示,不涉及像素电极之间宽度EG及重叠宽度LP,单元间隙d越小倾角LP的上限值越提高。根据图18(a)、18(c),明显单元间隙d为1.5μm时比单元间隙d为2.5μm时倾角LP的容许范围广。也就是说,相对像素电极之间距离EG的重叠宽度LPW过大等的不适当时(超过倾角LP的上限值时),通过缩小单元间隙d将倾角LP容纳在容许范围内,从而消除液晶的取向不良。
以上,本发明涉及的液晶装置的各个构成(像素电极之间距离EG、重叠宽度LPW、单元间隙d等)基于图18(a)~(c)通过在倾角LP的容许范围内适当设定,防止在显示区域发生旋转位移。基于此,能够获得具有良好对比度特性,且防止显示不良的液晶装置。
(第二实施例)
接着,对本发明的第二实施例的透过式液晶装置进行说明。在本实施例中,与第一实施例相同结构标注相同符号并省略其说明。在这里,图19是模拟地示出本实施例的透过式液晶装置的截面图。
本发明的第二实施例的透过式液晶装置200与上述实施例1不同点是在液晶面板58的两侧配置有一对1/4波长板81、82,在一对1/4波长板81、82的外侧配置有一对偏光板71、72。
如图19所示,挟持液晶面板58、并在TFT阵列基板10及对置基板20的外侧分别配置1/4波长板81、82,使两者的透光轴(透过轴)在相互正交的直线偏光的光之间产生大致1/4波长的光路差。此外,在1/4波长板81、82的两侧分别以交叉尼科耳(crossed Nichol)状配置偏光板71、72。(偏光板71、72呈直角配置)
图20(a)、(b)示出1/4波长板81、82及偏光板71、72的光轴的配置。如图20(b)所示,垂直看基板面,偏光板71的偏光轴71a和偏光板72的偏光轴72a大致正交。此外,1/4波长板81的光轴(滞后相轴)81a和1/4波长板82的光轴82a大致正交。偏光轴71a和光轴81a的夹角为大致45度,偏光轴72a和光轴82a的夹角为大致45度。也就是说,偏光板71及1/4波长板81、偏光板72及1/4波长板82分别构成圆偏光板。
(第一实施例的透过模拟)
以下,对第一实施例的透过式液晶装置的透过模拟结果进行讲述。在这里,图21是表示像素电极上的液晶分子的导向分布的立体图。此外,图22示出在电压施加状态下的一个像素的光透过的情况。
如图4所示,从光源射出并以依次透过偏光板71、液晶面板58的光在与通过液晶面板58给予λ/2的相位差的直线偏光相同的偏光状态下从偏光板72射出,但电压施加时的液晶分子的取向根据由在像素电极9(像素部X)的端部的电场和水平取向膜42决定的方位角锚定(方位角锚环,方位角锚定)的相关,所以规定的取向方向不同,以方位角方向旋转的区域部分存在(参照图21)。这种液晶分子的取向(方位角方向)在与偏光轴71、72的任一个透过轴一致时,在该部分的透过率如图22所示降低。
上述第一实施例的透过式液晶装置1在电压无施加状态下,能够防止在HAN取向区域水平取向的液晶分子对与其邻接的垂直取向区域内的液晶分子的取向产生影响。但是,在电压施加时产生上述问题。以下所示的第二实施例目的在于解决上述问题,防止由于液晶分子的方位方向导致的透过率下降。
(第二实施例的透过模拟)
以下,对第二实施例的透过式液晶装置的透过模拟结果进行讲述。在这里,图23示出在电压施加状态下的一个像素的光透过的情况。而且,在以下说明中适当参照图19、20(a)。
如图19、20(a)所示,从光源射出透过偏光板71的直线偏光通过1/4波长板81被给予λ/4的相位差,并转换为圆偏光。圆偏光在液晶面板58中被给予本质λ/2的相位差成为反旋转的圆偏光,并且通过1/4波长板82成为对射入的直线偏光正交的直线偏光透过偏光板72。
这样,根据在液晶面板58的两侧具备1/4波长板81、82及偏光板71、72,由于不根据液晶分子的方位方向(方向角)取得多折射效果,能够大幅提高透过式液晶装置200的亮度。在电压无施加状态下液晶为垂直取向状态,透过如上所述的偏光板71的直线偏光通过1/4波长板81被给予λ/4的相位差并转换成圆偏光。在液晶层不受相位差变化的影响,即使一直由1/4波长板82转换为原来的直线偏光,由于正交偏光板72的透过轴所以不透过作为黑显示。
以上,对作为本发明的实施例的液晶装置进行了说明,但本发明并不限于此,只要不脱离各个权利要求所述的范围,则不限定各权利要求的所述文字,也包括本领域的技术人员从这些很容易想到的被替换的范围、及本领域的技术人员基于普通技术知识能够加以改良的技术方案。
例如、在本实施例中只对用TFT元件的有源矩阵型液晶装置进行了说明,但本发明并不限于此,使用TFD(Thin Film Diode)元件的有源矩阵型液晶装置及无源矩阵型液晶装置等都适用于本发明。此外,在本实施例中只对透过式液晶装置进行了说明,但本发明并不限于此,反射型和半通过反射型的液晶装置也适用于本发明。如上所述,本发明能够适用于各样构成的液晶装置。
(电子设备)
对具备上述实施例的液晶装置的电子设备的一例进行说明。
图24(a)是表示便携式电话机的一例的立体图。在图24(a)中,符号500表示便携式电话机主体,符号501示出用上述实施例的液晶装置的液晶显示部。
图24(b)是表示文字处理机、个人电脑等的便携式信息处理装置的一例的立体图。在图24(b)中,符号600为信息处理装置、符号601为键盘等输入部、符号603为信息处理装置主体、符号602表示用上述实施例的液晶装置的液晶显示部。
图24(c)是表示手表式电子设备的一例的立体图。在图24(c)中,符号700表示手表主体、符号701示出用上述实施例的液晶装置的液晶显示部。
如图24所示电子设备由于显示部采用作为上述本发明的一例的液晶装置,所以成为高对比度、且显示质量高的显示装置。
(投影式显示装置)
接着,对具备上述实施例的液晶装置作为光调制方法的投影式显示装置(投影器)的构成,参照图25进行说明。图25是表示用上述实施例的液晶装置作为光调制装置的投影式显示装置的主要部件的概略构成图。图25中,810为光源,813、814为分色镜,815、816、817为反射镜,818为射入透镜,819为转像透镜,820为射出透镜,822、823、824为液晶光调制装置,825为交叉分色棱镜,826表示投影透镜。
光源810由金属卤化物等的灯811和反射灯的光的反射镜812构成。蓝色光、绿色光反射的分色镜813使来自光源810的光束中的红色光透过的同时,反射蓝色光和绿色光。透过的红色光由反射镜817反射,射入具备作为上述本发明的一例的液晶装置的红色光用液晶光调制装置822。
另一方面,由分色镜813反射的有色光中的绿色光通过绿色光反射的分色镜814反射,射入具备作为上述本发明的一例的液晶装置的绿色光用液晶光调制装置823。就是说,蓝色光也透过第二个分色镜814。对于蓝色光为了补偿其光路长度与绿色光、红色光的不同,设置由包含有射入透镜818、转像透镜819射出透镜820的转像系构成的导光单元821,通过该设置蓝色光射入具备作为上述本发明的一例的液晶装置的蓝色光用液晶光调制装置824。
通过各个光调制装置调制的三个有色光射入到交叉分色棱镜825。该棱镜粘合4个直角棱镜,十字状形成将红光反射到其里面的电介质多层膜和反射蓝光的电介质多层膜。根据这些电介质多层膜合成三个有色光,形成表示彩色图像的光。合成的光通过投影光学系统的投影透镜826投影到屏幕827放大显示图像。
具有上述结构的投影式显示装置由于具备作为上述本发明的一例的液晶装置,例如、没有显示有像施加摩擦处理时的摩擦条的不良情况,所以成为高对比度、且高显示质量的显示装置。
附图标记说明
1透过式液晶装置(第一实施例的液晶装置)9像素电极
10第一基板 13遮光膜
20第二基板 21公共电极
41、46第一取向膜(垂直取向膜)42第二取向膜(水平取向膜)
A1第一区域 A2第二区域
P显示区域(像素开口部) BM非显示区域
a非显示区域BM的宽度 b第二区域A2的宽度
c像素电极间的宽度 G像素电极间隔
LPW重叠宽度 EG像素电极间区域
LP倾角 d单元间隙
UV紫外线 200透过式液晶装置(第二实施例的液晶装置)
71、72偏光板 71a、72a偏光轴
81、82波长板 81a、82a光轴
Claims (6)
1.一种液晶装置,其特征在于,包括:
第一基板;
第二基板,与所述第一基板相对配置;
液晶层,被夹在所述第一基板和所述第二基板之间,由初始取向状态呈垂直取向且介质各向异性为负的液晶构成;以及
遮光膜,形成在所述第一基板上的所述液晶层一侧,在与非显示区域对应的同时区划显示区域,
其中,在所述第一基板上从所述显示区域开始在所述遮光膜上伸出像素电极的周缘部而设置有像素电极,
在所述像素电极上,仅在所述显示区域设置有垂直取向膜,或者从所述显示区域开始在所述非显示区域上伸出垂直取向膜的周缘部而设置有所述垂直取向膜,
在所述遮光膜上的没有所述垂直取向膜的区域上通过在所述像素电极上伸出水平取向膜的周缘部而设置有水平取向膜,
所述水平取向膜上的所述液晶的倾角LP满足:LP≤A×LPW+B,
其中,LPW表示所述水平取向膜在所述像素电极上伸出周缘部的宽度,A=(97-6.5×d)×EG(-0.58)、B=22×loge(EG)+(56.7-12×d)、EG表示像素电极间的距离,d表示液晶面板的单元间隙,而且,72.64≤A≤221.9,-8.7≤B≤42.7。
2.根据权利要求1所述的液晶装置,其特征在于:
所述水平取向膜由感光树脂构成。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的液晶装置,其特征在于,还包括:
一对1/4波长板,被配置成:配置在所述第一基板和所述第二基板外侧的所述一对1/4波长板的彼此的延迟轴正交;以及
一对偏光板,被配置成:在所述一对1/4波长板的外侧,各个所述偏光板的透光轴与相应侧的1/4波长板的延迟轴成大致45°,且各自的透光轴正交。
4.一种液晶装置的制造方法,所述液晶装置包括:第一基板;第二基板,与所述第一基板相对配置;液晶层,被夹在所述第一基板和所述第二基板之间,由初始取向状态呈垂直取向且介质各向异性为负的液晶构成;以及遮光膜,形成在所述第一基板上的所述液晶层一侧,在与非显示区域对应的同时区划显示区域,
所述液晶装置的制造方法的特征在于,包括以下步骤:
在所述第一基板上从所述显示区域开始在所述遮光膜上伸出像素电极的周缘部而形成像素电极,
在所述像素电极上,仅在所述显示区域上形成垂直取向膜,或者从所述显示区域开始在所述非显示区域上伸出垂直取向膜的周缘部而形成所述垂直取向膜,
在所述遮光膜上的没有所述垂直取向膜的区域上通过在所述像素电极上伸出水平取向膜的周缘部而形成水平取向膜,
所述水平取向膜上的所述液晶的倾角LP满足:LP≤A×LPW+B,
其中,LPW表示所述水平取向膜在所述像素电极上伸出周缘部的宽度,A=(97-6.5×d)×EG(-0.58)、B=22×loge(EG)+(56.7-12×d)、EG表示像素电极间的距离,d表示液晶面板的单元间隙,而且,72.64≤A≤221.9,-8.7≤B≤42.7。
5.根据权利要求4所述的液晶装置的制造方法,其特征在于:形成所述水平取向膜的步骤包括以下过程:
在所述第一基板的像素电极侧,涂敷感光树脂形成树脂膜;
将所述遮光膜作为掩膜,从所述第一基板上的遮光膜相反侧开始曝光、显影,并形成与所述遮光膜对应的取向膜图案;
对所述取向膜图案进行摩擦处理形成所述水平取向膜。
6.一种电子设备,包括根据权利要求1至3中任一项所述的液晶装置。
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