JP2003228068A

JP2003228068A - 液晶表示素子およびそれを備える投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003228068A
Application number: JP2002025230A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Tamai; 和彦玉井; Yasuhito Kume; 康仁久米; Noriaki Onishi; 憲明大西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】スペーサに起因するコントラスト比の低下や
表示むらが抑制されて表示品位が高く、且つ、高開口率
で明るい表示が可能な液晶表示素子およびそれを備えた
投射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】一対の基板と、一対の基板の間隔を保持
する複数のスペーサと、一対の基板の間に設けられた水
平配向型の液晶層と、複数の絵素領域とを有する液晶セ
ルと、液晶セルの外側に配置された一対の偏光板と、液
晶セルと一対の偏光板との間に設けられた相差補償素子
とを有し、ノーマリホワイトモードで表示を行う液晶表
示素子である。位相差補償素子は、液晶層に平行な面内
に遅相軸を有し、且つ、遅相軸は、液晶層の厚さ方向に
おける中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定さ
れる配向軸方向と略直交するように配置されており、そ
れによって、複数のスペーサ近傍における液晶層の液晶
分子の配向乱れに起因して生じる光漏れの発生が抑制さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子およ
びそれを備えた投射型液晶表示装置に関し、特に、一対
の基板間にスペーサを備えた液晶表示素子およびそれを
備えた投射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子は、薄型で低消費電
力であるという特徴を生かし、パーソナルコンピュータ
などのＯＡ機器やビデオカメラなどのＡＶ機器に広く利
用されている。

【０００３】液晶表示素子は、一般的に、電極を備える
一対の基板が貼り合わされ、その間隙に液晶材料が封入
された構成を有している。このような液晶表示素子にお
いて、外圧による基板変形等によって基板間の距離が表
示面内でばらつくと、閾値電圧のばらつき、基板間での
電極のショート、あるいは液晶分子の配向の乱れなどが
発生し、良好な表示が不可能となる。そのため、一対の
基板の間隔（セル厚あるいはセルギャップともよぶ）を
一定に保つためのスペーサ（支持体）を基板間に配置す
る手法が提案されている。

【０００４】スペーサを基板間に配置する手法として
は、例えば、基板上に有機系または無機系膜を形成し、
その上にレジストを塗布した後にマスク露光、現像およ
びエッチングすることによってスペーサを形成する方法
が挙げられる。また、フォトレジストに代えて、感光性
ポリイミドや感光性アクリル樹脂などの感光性有機樹脂
を用いることもできる。

【０００５】この方法によると、スペーサを任意の場所
（例えば絵素領域外）に形成することができ、また、基
板とスペーサとの接触面を任意のパターンに形成するこ
とができるので、この方法は、セル厚の均一性、外圧に
対する強度および表示品位の点において優れている。こ
の方法においては、スペーサの形成、配向層（配向制御
層）の形成および一軸配向処理（例えばラビング処理）
の工程が、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの
ような順序で実行される。（ａ）まず、基板上に配向層を形成し、次に配向層に一
軸配向処理を施し、その後配向層上にスペーサを形成す
る。（ｂ）まず、基板上に配向層を形成し、次に配向層上に
スペーサを形成し、その後配向層に一軸配向処理を施
す。（ｃ）まず、基板上にスペーサを形成し、次に配向層を
形成し、その後配向層に一軸配向処理を施す。

【０００６】上述した（ａ）〜（ｃ）の順序のうち、配
向層上にスペーサを形成する（ａ）および（ｂ）より
も、スペーサを形成後に配向層を形成する（ｃ）が好ま
しい。この理由は、（ａ）や（ｂ）では、例えば、フォ
トレジストや感光性有機樹脂を用いてスペーサを形成す
る場合、これらを塗布する際の希釈溶媒、現像液および
剥離液などが配向層の配向規制力を低下させるおそれが
あり、良好な表示品位を得ることが難しいからである。

【０００７】上述した方法によれば、スペーサを任意の
形状で任意の位置に形成できるので、ビーズスペーサを
散布する場合のように散布むらによる表示むらが発生す
ることもなく、また、スペーサを絵素外の遮光層（ブラ
ックマトリクス）に重なるように配置することによっ
て、スペーサ自体が表示されることによる表示品位の低
下が防止できるが、スペーサ近傍においては液晶分子の
配向乱れが発生するので、スペーサ近傍の配向不良領域
に起因する光漏れが発生し、その結果、コントラスト比
が低下してしまう。

【０００８】上述したような表示品位の低下は、液晶表
示素子を投射型液晶表示装置に用いる場合に特に顕著と
なる。投射型液晶表示装置においては、光源から出射さ
れて液晶表示素子を経た光が投影レンズによりスクリー
ンに拡大投影されるからである。

【０００９】上述した問題を解決する手法として、特開
平１１−２１２０４８号公報には、フォトリソグラフィ
プロセスによって、島状のスペーサと、このスペーサを
覆って絵素領域の一部に重なるように形成された遮光層
とを設ける手法が開示されている。この手法によると、
スペーサ周辺の液晶層の配向乱れが発生する領域が遮光
層で覆われるので、コントラスト比の低下が抑制され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１１−２１２０４８号公報に開示されているよう
に、絵素領域の一部に重なるような遮光層を形成する
と、開口率が低下するので、明るい表示を行うことが困
難であるという問題がある。

【００１１】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、スペーサに起因するコントラス
ト比の低下や表示むらが抑制されて表示品位が高く、且
つ、高開口率で明るい表示が可能な液晶表示素子および
それを備えた投射型液晶表示装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示素
子は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられ、
前記一対の基板の間隔を保持する複数のスペーサと、前
記一対の基板の間に設けられ、正の誘電異方性を有する
液晶分子を含む水平配向型の液晶層とを備え、前記液晶
層を介して互いに対向する一対の電極でそれぞれが規定
される複数の絵素領域を有する液晶セルと、前記液晶セ
ルを介して互いに対向するように配置された一対の偏光
板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板との間に設けら
れた少なくとも１つの相差補償素子とを有し、ノーマリ
ホワイトモードで表示を行う液晶表示素子であって、前
記少なくとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に平
行な面内に遅相軸を有し、且つ、前記遅相軸は、前記液
晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向
の方位角で規定される配向軸方向と略直交するように配
置されており、そのことによって上記目的が達成され
る。

【００１３】あるいは、本発明による液晶表示素子は、
一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられ、前記一
対の基板の間隔を保持する複数のスペーサと、前記一対
の基板の間に設けられ、正の誘電異方性を有する液晶分
子を含む水平配向型の液晶層とを備え、前記液晶層を介
して互いに対向する一対の電極でそれぞれが規定される
複数の絵素領域を有する液晶セルと、前記液晶セルを介
して互いに対向するように配置された一対の偏光板と、
前記液晶セルと前記一対の偏光板との間に設けられた少
なくとも１つの相差補償素子とを有し、ノーマリホワイ
トモードで表示を行う液晶表示素子であって、前記少な
くとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に平行な面
内に遅相軸を有し、且つ、前記遅相軸は、前記液晶層の
厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位
角で規定される配向軸方向と略直交するように配置され
ており、それによって、前記複数のスペーサ近傍におけ
る前記液晶層の液晶分子の配向乱れに起因して生じる光
漏れの発生が抑制されており、そのことによって上記目
的が達成される。

【００１４】あるいは、本発明による液晶表示素子は、
一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられ、前記一
対の基板の間隔を保持する複数のスペーサと、前記一対
の基板の間に設けられた液晶層とを備え、前記液晶層を
介して互いに対向する一対の電極でそれぞれが規定され
る複数の絵素領域を有する液晶セルと、前記液晶セルを
介して互いに対向するように配置された一対の偏光板
と、前記液晶セルと前記一対の偏光板との間に設けられ
た少なくとも１つの相差補償素子とを有し、ノーマリホ
ワイトモードで表示を行う液晶表示素子であって、前記
少なくとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に平行
な面内に遅相軸を有し、且つ、前記遅相軸は、黒表示時
の前記液晶層の遅相軸方向と略直交するように配置され
ており、それによって、前記複数のスペーサ近傍におけ
る前記液晶層の液晶分子の配向乱れに起因して生じる光
漏れの発生が抑制されており、そのことによって上記目
的が達成される。

【００１５】前記一対の偏光板は、偏光軸が互いに直交
するように配置されていてもよい。

【００１６】前記複数のスペーサは、前記複数の絵素領
域の１つの絵素領域に対してほぼ１つの割合で設けられ
ていることが好ましい。

【００１７】前記複数のスペーサは、前記複数の絵素領
域の４つの絵素領域に対してほぼ１つの割合で設けられ
ていてもよい。

【００１８】前記複数のスペーサは、前記複数の絵素領
域外に設けられていることが好ましい。

【００１９】前記複数のスペーサのそれぞれの近傍に、
前記複数の絵素領域の一部に重なるように形成された遮
光層を有し、前記複数の絵素領域は、黒表示時の前記液
晶層のリタデーションが互いに異なる第１領域および第
２領域を前記複数のスペーサのそれぞれの近傍に有し、
前記第１領域における黒表示時の前記液晶層のリタデー
ションは、前記複数の絵素領域の前記第１および第２領
域以外の領域における黒表示時の前記液晶層のリタデー
ションよりも大きく、前記第２領域における黒表示時の
前記液晶層のリタデーションは、前記複数の絵素領域の
前記第１および第２領域以外の領域における黒表示時の
前記液晶層のリタデーションよりも小さく、前記遮光層
は、前記第１領域の少なくとも一部に重なるように形成
された第１遮光層のみを有するか、または、前記第１遮
光層と、前記第２領域の少なくとも一部に重なるように
形成され、前記第１遮光層よりも面積が小さい第２遮光
層とを有する構成としてもよい。

【００２０】本発明による投射型液晶表示装置は、光源
と、前記光源からの光束を互いに異なる色の複数の色光
束に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によっ
て分離された複数の色光束のそれぞれに対応して配置さ
れた複数の液晶表示素子と、前記複数の液晶表示素子の
それぞれによって変調された前記複数の色光束を合成す
る色合成光学系と、前記色合成光学系によって合成され
た前記複数の色光束を投影する投影光学系とを備える投
射型液晶表示装置であって、前記複数の液晶表示素子の
それぞれは、上記の構成を有する液晶表示素子であり、
そのことによって上記目的が達成される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による実施形態を説明する。以下では、薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型液晶表示
素子およびそれを備えた投射型液晶表示装置について、
本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限られ
ず、ＭＩＭを用いたアクティブマトリクス型液晶表示素
子や単純マトリクス型液晶表示素子に適用することがで
きる。

【００２２】なお、本願明細書においては、表示の最小
単位である「絵素」に対応する液晶表示素子の領域を
「絵素領域」と呼ぶ。カラー液晶表示素子においては、
Ｒ，Ｇ，Ｂの「絵素」が１つの「画素」に対応する。ア
クティブマトリクス型液晶表示素子においては、絵素電
極と絵素電極に対向する対向電極とが絵素領域を規定す
る。なお、ブラックマトリクスが設けられる構成におい
ては、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加さ
れる領域のうち、ブラックマトリクスの開口部に対応す
る領域が絵素領域に対応することになる。

【００２３】本発明による実施形態の液晶表示素子１０
０の構成を、図１および図２を参照しながら説明する。
液晶表示素子１００は、ノーマリホワイトモードで表示
を行うＴＮ（ツイストネマチック）型の液晶表示素子で
ある。図１は、本発明による実施形態の液晶表示素子１
００を模式的に示す斜視図であり、図２は、液晶表示素
子１００の１つの絵素領域の構造を模式的に示す上面図
である。

【００２４】液晶表示素子１００は、図１に示すよう
に、液晶セル１０２と、液晶セル１０２を介して互いに
対向するように配置された一対の偏光板１０４ａおよび
１０４ｂと、液晶セル１０２と偏光板１０４ｂとの間に
設けられた位相差補償素子１０６とを有している。

【００２５】液晶セル１０２は、アクティブマトリクス
基板（以下「ＴＦＴ基板」と呼ぶ。）１０２ａと、対向
基板（以下「カラーフィルタ基板」とも呼ぶ。）１０２
ｂと、これらの間に設けられ、正の誘電異方性を有する
液晶分子を含む水平配向型の液晶層３０とを有してい
る。水平配向型の液晶層とは、電圧無印加時に、液晶分
子がその分子長軸を基板面（典型的には配向膜が設けら
れている）に対して平行に配向している液晶層を指す。
ただし、この液晶層の液晶分子は、厳密には基板に平行
ではなく、液晶分子の立ち上がり方向を規定する目的で
プレチルトが設けられていることもある。

【００２６】また、ＴＦＴ基板１０２ａと対向基板１０
２ｂとの間には、これらの間隔を保持する複数のスペー
サ（支持体）４０が設けられており、液晶層３０の厚さ
は、スペーサ４０によって規定されている。スペーサ４
０は、後述するようにフォトリソグラフィプロセスなど
によって所定の位置に形成されている。

【００２７】ＴＦＴ基板１０２ａは、図２に示すよう
に、絶縁性を有する透明基板（例えばガラス基板；不図
示）と、透明基板の液晶層３０側の表面に絵素領域ごと
に設けられたスイッチング素子としてのＴＦＴ１４と、
ＴＦＴ１４のゲート電極に電気的に接続された走査配線
（ゲートバスライン）１１と、ＴＦＴ１４のソース電極
に電気的に接続された信号配線（ソースバスライン）１
２と、ＴＦＴ１４のドレイン電極に電気的に接続された
絵素電極１６とを有している。

【００２８】走査配線１１と、信号配線１２とは、互い
に交差するように（典型的には直交するように）設けら
れている。絵素領域外、より具体的には走査配線１１と
信号配線１２との交差部上に、液晶層３０の厚さを規定
するスペーサ４０が形成されている。本実施形態では、
スペーサ４０は、図３に示すように、走査配線１１と信
号配線１２との交差部ごとに形成されており、スペーサ
４０は、１つの絵素領域に対してほぼ１つの割合で設け
られている。

【００２９】ＴＦＴ基板１０２ａに対向する対向基板１
０２ｂは、透明基板（例えばガラス基板；不図示）と、
透明基板の液晶層３０側の表面に設けられた対向電極２
６とを有している。対向電極２６は、例えば、すべての
絵素に共通に設けられた単一のべた電極である。

【００３０】上述したＴＦＴ基板１０２ａおよび対向基
板１０２ｂの液晶層３０側の表面には、配向層として、
一対の配向膜（不図示）が設けられている。本実施形態
では、これらの配向膜は、水平配向膜であり、図１中に
矢印ＡおよびＢで示すように、互いに略直交する方向に
ラビング処理が施されている。

【００３１】上述のようにラビング処理が施された配向
膜間に設けられた液晶層３０は、液晶分子が電圧無印加
時にツイスト角が９０°となるように配向（すなわち左
ツイスト配向）するよう設定されているので、液晶層３
０の配向軸方向は、図１中に矢印Ｃで示すように、配向
膜のラビング方向に対して略４５°の角度をなしてい
る。本願明細書においては、配向軸方向は、液晶層３０
の厚さ方向における中央付近の液晶分子３１の配向方向
の方位角で規定される。あるいは、配向軸方向は、液晶
層３０の厚さ方向における中央付近の液晶分子３１が電
圧印加によって立ち上がる方向の方位角方向としても規
定される。言い換えると、液晶層３０の配向軸方向は、
電圧無印加時の液晶層３０の遅相軸の方向である。な
お、上述した配向軸方向の定義は、例示したような、ツ
イスト角が９０°の左ツイスト配向の場合だけでなく、
ツイスト角が４５°の場合や、右ツイスト配向の場合、
あるいは、平行配向（反平行配向を含む）の場合にも適
用される。

【００３２】液晶セル１０２を介して互いに対向するよ
うに配置された一対の偏光板１０４ａおよび１０４ｂ
は、液晶表示装置１００がノーマリホワイトモードで表
示を行うように配置されており、典型的には、それぞれ
の偏光軸（透過軸）ＤおよびＥが、互いに直交するよう
に配置（いわゆるクロスニコル配置）されている。

【００３３】液晶セル１０２と偏光板１０４ｂとの間に
設けられた位相差補償素子１０６は、液晶層３０に平行
な面内に遅相軸（図１中に矢印Ｆで示す。）を有し、こ
の遅相軸が液晶層３０の配向軸方向（図１中の矢印Ｃ）
と略直交するように配置されている。

【００３４】ここで、液晶表示素子１００における位相
差補償素子１０６の機能を詳細に説明する。位相差補償
素子１０６は、スペーサ近傍における液晶層３０の配向
乱れに起因して生じる光漏れの発生を抑制・防止するた
めに設けられている。本願発明者は、スペーサ近傍にお
ける光漏れの発生について詳細な検討を行った結果、以
下の知見を得た。まず、その知見について図４を参照し
ながら説明する。図４は、位相差補償素子を有していな
い点以外は、本実施形態の液晶表示素子１００と同じ構
成を有する液晶表示素子６００のスペーサ４０近傍を模
式的に示す上面図である。なお、図４においては、液晶
表示素子１００の構成要素とほぼ同じ機能を有する構成
要素を同じ参照符号を用いて示している。

【００３５】位相差補償素子を備えていない液晶表示素
子６００においては、複数の絵素領域（絵素電極と絵素
電極に対向する対向電極とによってそれぞれが規定され
る）は、図４に模式的に示したように、複数のスペーサ
４０のそれぞれの近傍に、高輝度領域ＨＲと低輝度領域
ＬＲとを有している。高輝度領域ＨＲは、黒表示時の表
示輝度が他の領域よりも高い領域であり、低輝度領域Ｌ
Ｒは、黒表示時の表示輝度が他の領域よりも低い領域で
ある。なお、図４においては、高輝度領域ＨＲおよび低
輝度領域ＬＲを概念的に示しているが、高輝度領域ＨＲ
および低輝度領域ＬＲは、実際には、必ずしも図４に示
したように明瞭な輪郭を有する領域として視認されるわ
けではない。

【００３６】正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む
液晶層を備え、ノーマリホワイトモードで表示を行う液
晶表示素子では、液晶層に所定の電圧を印加し、液晶分
子を基板面に対して垂直に配向させることによって黒表
示を行う。黒表示時の液晶層のリタデーションは、ゼロ
であることが好ましいが、実際には、ゼロにならず、少
ないながらもリタデーションが発生する。本願明細書で
は、これを、「液晶層の残留リタデーション」と呼ぶこ
とにする。残留リタデーションは下記の原因によって発
生する。

【００３７】正の誘電率異方性を有する液晶分子を含む
液晶層を用いたノーマリホワイトモードにおいては、液
晶層に電圧を印加してリタデーションが十分小さくなっ
た場合でも、基板界面付近の液晶分子は、配向処理され
た表面との相互作用が大きく、電界の影響を受け難いた
め、初期配向の状態を維持しようとする。そのため、十
分に電圧を印加した状態でも、液晶層にはリタデーショ
ンが残留する。

【００３８】残留リタデーションの方向、すなわち、中
間調表示時および黒表示時の液晶層の遅相軸は、水平配
向型の液晶層を備える液晶表示素子では、液晶層の配向
軸方向（すなわち電圧無印加時の液晶層の遅相軸の方
向）とほぼ一致する。液晶表示素子１００および６００
においては、液晶層３０の両側に配置された一対の配向
膜は、それぞれ矢印ＡおよびＢの方向にラビング処理が
施されており、液晶層３０の液晶分子は、電圧無印加時
にツイスト角が９０°となるように配向（すなわち左ツ
イスト配向）するので、中間調表示時および黒表示時の
液晶層３０の遅相軸は、図１および図４中に矢印Ｃで示
す方向（すなわち配向軸方向）である。

【００３９】一方、スペーサ４０近傍の液晶層では、ス
ペーサ４０の表面の配向規制力によって液晶層の配向乱
れが生じている。液晶層に十分大きな電圧を印加する
と、絵素領域の中央付近の液晶分子は、基板面に対して
ほぼ垂直に配向するが、スペーサ４０近傍の液晶分子
は、スペーサ４０の表面による配向規制力を受けるため
に、基板面に対して垂直には配向せず、基板面法線方向
に対して傾斜している。従って、スペーサ４０の近傍の
液晶分子は、十分に大きな電圧を印加されたときにもリ
タデーションを有している。また、スペーサ４０近傍の
液晶分子の配向方向の方位角方向は、スペーサ４０の断
面形状に依存し、例えば、スペーサ４０の断面が略円形
の場合には、図４に示すように、スペーサ４０近傍の液
晶層の液晶分子３１は、同心円状に配向する。

【００４０】そのため、黒表示時の液晶層の遅相軸（矢
印Ｃ）とほぼ平行に配向している液晶分子３１の存在確
率が高い領域は、スペーサ４０近傍の液晶分子３１に起
因するリタデーションが残留リタデーションに加算され
るので、残留リタデーションよりも大きなリタデーショ
ンを有し、その結果、高輝度領域ＨＲとなる。これに対
して、黒表示時の液晶層の遅相軸（矢印Ｃ）とほぼ直交
するように配向している液晶分子３１の存在確率が高い
領域は、スペーサ４０近傍の液晶分子３１に起因するリ
タデーションによって残留リタデーションの少なくとも
一部が相殺されるので、残留リタデーションよりも小さ
なリタデーションを有し、その結果、低輝度領域ＬＲと
なる。

【００４１】より具体的には、液晶表示素子６００で
は、図４に示したように、スペーサ４０に対して、液晶
層の遅相軸（矢印Ｃ）に直交する方向の絵素領域Ｐｘ１
およびＰｘ３に高輝度領域ＨＲが生じ、スペーサ４０に
対して、液晶層の遅相軸（矢印Ｃ）に平行な方向の絵素
領域Ｐｘ２およびＰｘ４に低輝度領域ＬＲが生じる。

【００４２】これに対して、本実施形態の液晶表示素子
１００では、図１に示したように、位相差補償素子１０
６が、その遅相軸が液晶層３０の配向軸方向に略直交す
るように設けられているので、高輝度領域ＨＲに相当す
る位置の液晶層３０のリタデーションの少なくとも一部
が相殺される。従って、光漏れの発生が抑制・防止さ
れ、その結果、コントラスト比の低下が抑制・防止され
る。

【００４３】また、低輝度領域ＬＲでは、上述のように
配置された位相差補償素子１０６によるリタデーション
が液晶層３０のリタデーションに加算されるので、低輝
度領域ＬＲの輝度は若干高くなる。従って、高輝度領域
ＨＲと低輝度領域ＬＲとの表示輝度の差が小さくなり、
そのため、コントラスト比のばらつきが低減され、スペ
ーサ４０に起因する表示むらの発生が抑制・防止され
る。

【００４４】位相差補償素子１０６は、リタデーション
が面内で均一であって、透明な素子であることが好まし
い。位相差補償素子１０６としては、例えば、高分子の
延伸フィルムや液晶性フィルムなどの位相差フィルム
（位相差板）を用いることができる。

【００４５】位相差補償素子１０６のリタデーションの
値は、液晶表示素子１００の各構成要素の材料・仕様な
どに応じて、光漏れの発生が効果的に抑制されるように
適宜設定される。具体的には、例えば、リタデーション
の値が異なる複数の位相差補償素子を用意し、実際に液
晶パネルに設置して、目視（あるいは顕微鏡観察や投影
観察）により黒表示時の輝度がもっとも低くなるリタデ
ーションの値を選択すればよい。

【００４６】なお、本実施形態では、液晶セル１０２に
対し、観察者側（図面の上側）に位相差補償素子１０６
を配置した構成を説明したが、図５に示すように、位相
差補償素子１０６を光源側（図面の下側）に配置しても
よい。

【００４７】また、図６に示すように、遅相軸が液晶層
３０の配向軸方向に略直交する複数の位相差補償素子１
０６ａおよび１０６ｂを、液晶セル１０２を介して互い
に対向するように配置してもよい。

【００４８】上述したように、本発明による液晶表示素
子１００では、位相差補償素子１０６が、その遅相軸が
液晶層３０の配向軸方向に略直交するように設けられて
いるので、高輝度領域ＨＲに相当する位置の液晶層３０
のリタデーションの少なくとも一部が相殺される。従っ
て、光漏れの発生が抑制・防止され、その結果、コント
ラスト比の低下が抑制・防止される。また、光漏れが発
生する領域を遮光する遮光層を設ける必要がないので、
開口率が低下することもなく、明るい表示が実現され
る。さらに、所定の位置（ここでは、走査配線配線と信
号配線の交差部）にスペーサ４０が形成されているの
で、スペーサ４０の位置のばらつきによる表示むらが発
生することもない。

【００４９】また、本実施形態では、スペーサ４０は、
絵素領域外に形成されているので、スペーサが表示領域
内（絵素領域内）に位置することに起因する表示品位の
低下が防止される。スペーサが絵素領域内に形成されて
いると、具体的には以下のような表示品位の低下が発生
することがある。まず、スペーサが透明なスペーサであ
る場合には、スペーサを透過する光は、位相差補償素子
１０６により屈折率に異方性を有する光路を通過するた
め、常時ある程度の光を透過した状態となる。そのた
め、黒表示状態において光漏れが発生し、コントラスト
が低下する。また、スペーサが遮光性のスペーサである
場合には、光漏れは発生しないものの、開口率が低下し
てしまう。

【００５０】また、本実施形態の液晶表示素子１００に
おいては、図３に示したように、スペーサ４０が、１つ
の絵素領域に対してほぼ１つの割合で設けられている。
すなわち、各絵素領域に隣接するスペーサ４０の数が表
示領域内でほぼ一定である。従って、スペーサ４０が表
示に与える影響が各絵素領域でほぼ均一となるので、表
示領域全体で均一な表示が可能となる。勿論、図３に示
したように１つの絵素領域に対してほぼ１つの割合でス
ペーサ４０が設けられている構成に限定されず、各絵素
領域に隣接する（あるいは各絵素領域内に位置する）ス
ペーサ４０の数が表示領域内でほぼ一定であるような構
成を採用すると、同様の効果が得られる。例えば、図７
や図８に示すように、スペーサ４０を、４つの絵素領域
に対してほぼ１つの割合で設けてもよい。これに対し
て、例えば、スペーサが隣接する絵素領域と、スペーサ
が隣接していない絵素領域とが混在していると、表示領
域内での表示の均一性が損なわれることがある。

【００５１】さらに、本実施形態では、液晶表示素子１
００は、水平配向型の液晶層３０を備えているが、本発
明はこれに限定されず、垂直配向型の液晶層を備える液
晶表示素子にも用いられる。垂直配向型の液晶層を備え
る液晶表示素子においても、位相差補償素子の遅相軸
を、中間調表示時および黒表示時の液晶層の遅相軸方向
（この場合には、液晶層の配向軸方向、すなわち液晶層
の厚さ方向の中央付近における液晶分子の配向方向の方
位角方向とは一致しない。）と略直交するように配置す
ることによって、光漏れの発生が抑制される。

【００５２】また、図９に示すように、スペーサ４０の
近傍に遮光層５０をさらに設けてもよい。本実施形態に
よる液晶表示素子１００は、位相差補償素子１０６を備
えているので、比較的面積が小さな遮光層を設けても効
果的に光漏れの発生を抑制・防止でき、開口率をそれほ
ど低下させることなくコントラスト比の高い表示が実現
される。これに対して、位相差補償素子を備えていない
液晶表示素子において、遮光層を設けて光漏れの発生を
防止する場合、比較的面積が大きな遮光層を設ける必要
があり、開口率が著しく低下してしまう。

【００５３】位相差補償素子１０６と遮光層５０とを併
用する構成において、より開口率を高くする観点から
は、高輝度領域ＨＲおよび低輝度領域ＬＲに相当する領
域（位相差補償素子１０６および遮光層５０がない場合
に高輝度領域ＨＲおよび低輝度領域となる領域）のう
ち、高輝度領域ＨＲに相当する領域を重点的に遮光する
ことが好ましい。例えば、図１０に示すように、遮光層
５０が、高輝度領域ＨＲに相当する領域に形成された第
一遮光層５０’と、低輝度領域ＬＲに相当する領域に形
成され、第一遮光層５０’よりも面積が小さな第２遮光
層５０’’とを有している構成としてもよい。また、図
１１に示すように、遮光層５０が、高輝度領域ＨＲに相
当する領域に形成された第一遮光層５０’のみを有して
いる構成としてもよい。

【００５４】上述した本発明による液晶表示素子１００
は、例えば以下のようにして製造することができる。

【００５５】まず、マトリクス状に配列されたスイッチ
ング素子としてのＴＦＴ１４、このＴＦＴ１４に電気的
に接続された走査配線１１、信号配線１２および絵素電
極１６などが形成された透明基板（例えばガラス基板）
を用意する。ＴＦＴ１４などを透明基板上に形成する工
程は、公知の方法を用いて実行することができる。

【００５６】次に、ＴＦＴ１４などが形成された透明基
板上に、スピンナを用いて感光性樹脂を塗布する。続い
て、紫外線を用いて露光し、その後現像することによっ
て、感光性樹脂をスペーサ４０となる部分のみが残るよ
うにパターニングする。そして、残った感光性樹脂を加
熱により硬化させ、スペーサ４０を形成する。

【００５７】本実施形態では、感光性樹脂として、ネガ
型感光性アクリル樹脂を用いる。勿論、ポジ型感光性ア
クリル性樹脂や、ネガ型あるいはポジ型の感光性ポリイ
ミド樹脂を用いてもよい。また、スペーサ４０の材料と
しては、感光性ではない有機樹脂やＣｒ、Ｍｏ、Ａｌな
どの金属を用いることもできるが、この場合には、基板
に塗布されたこれらの層上にフォトレジスト層を形成し
てから露光、現像、エッチングおよび剥離を行う必要が
ある。従って、製造プロセスの簡略化およびコスト削減
の観点からは、感光性樹脂を用いることが好ましい。

【００５８】また、本実施形態では、図４に示したよう
に、絵素領域外、より具体的には走査配線１１と信号配
線１２との交差部にスペーサ４０を形成するが、スペー
サ４０の位置はこれに限定されない。スペーサ４０を、
交差部以外の場所に形成してもよいし、絵素領域内に形
成してもよく、また、対向基板１００ｂ側に形成しても
よい。

【００５９】さらに、本実施形態では、図２に示したよ
うに、略円柱状のスペーサ４０を形成するが、スペーサ
４０の形状はこれに限定されない。スペーサ４０の基板
面法線方向からみたときの断面形状は、図示したような
略円形の他に、略三角形、略四角形および略多角形など
とすることができる。また、スペーサ４０の基板面内方
向からみたときの断面形状は、略四角形の他に、テーパ
形状を制御して台形状、逆台形状などとすることができ
る。さらに、スペーサ４０を柱状でなく、壁状やストラ
イプ状としてもよい。

【００６０】上述のようにしてスペーサ４０が形成され
た透明基板上に、配向膜材料（例えばポリイミド）をス
ピンコートにより塗布し、続いて、焼成する（例えば１
８０℃で一時間焼成する）ことによって配向層としての
配向膜を形成する。その後、配向膜にラビング処理を施
すことによって一軸配向処理を行う。このようにして、
ＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板）１００ａが得
られる。

【００６１】次に、対向電極および配向膜が形成された
対向基板１００ｂを用意する。対向電極や配向膜を形成
する工程は、公知の方法を用いて実行される。

【００６２】続いて、ＴＦＴ基板１００ａと、対向基板
１００ｂとを、表示領域の周辺に設けられたシール部を
介して貼り合わせる。なお、シール部は、セルギャップ
を保持するためのスペーサ球が混入されたエポキシ接着
剤から形成されている。

【００６３】次に、ＴＦＴ基板１００ａと対向基板１０
０ｂとの間隙に液晶材料を注入・封止する。

【００６４】次に、位相差補償素子１０６、一対の偏光
板１０４ａおよび１０４ｂなどを、図１に示したように
配置することによって、液晶表示素子１００が得られ
る。

【００６５】上述した本発明による液晶表示素子１００
は、スペーサ４０に起因するコントラスト比の低下や表
示むらが抑制されており、表示品位が高く、且つ、高開
口率で明るい表示が可能であるので、投射型液晶表示装
置が備える液晶表示素子として好適に用いられる。

【００６６】図１２に、本発明による液晶表示素子１０
０を備えた投射型液晶表示素子２００を模式的に示す。

【００６７】投射型液晶表示素子２００は、ランプ光源
２１２を含む照明光学系２１０と、色分離光学系２３０
と、３つの液晶表示素子１００Ｒ、１００Ｇおよび１０
０Ｂと、色合成光学系２４０と、投影光学系２５０とを
備えている。投射型液晶表示素子２００は、さらに、反
射ミラー２０６を含むリレー光学系２２０を備えてい
る。

【００６８】ランプ光源２１２から出射された光（白色
光束）は、ダイクロイックミラー２３２を含む色分離光
学系２３０によって、光の３原色である赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）および青（Ｂ）の３つの色光束に分離される。色
分離光学系２３０によって分離された色光束は、色光束
のそれぞれに対応して設けられた液晶表示素子１００
Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂに入射する。液晶表示素子
１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂは、上述した本発明
による液晶表示素子１００である。液晶表示素子１００
Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂによって変調された色光束
は、クロスダイクロイックプリズム２４２を含む色合成
光学系２４０によって合成され、その後、投影レンズ２
５２を含む投影光学系２５０によってスクリーン５００
に投影される。

【００６９】

【実施例】以下に、具体的な実施例、比較例１および比
較例２を示す。

【００７０】（実施例）上述した製造方法に基づいて、
ツイスト角が略９０°のネマチック液晶層を備え、ノー
マリホワイトモードで表示を行う液晶表示素子を製造し
た。本実施例で製造した液晶表示素子は、上述した液晶
表示素子１００と同じ構成を有している。本実施例の液
晶表示素子を模式的に図１３に示す。図１３に示したよ
うに、スペーサ４０は、絵素領域Ｐｘ間の遮光領域８０
（ブラックマトリクスが形成されている領域）内に形成
されている。また、図１３中の矢印ＡはＴＦＴ基板１０
０ａ側の配向膜のラビング方向（一軸配向処理方向）、
矢印Ｂは対向基板１００ｂ側の配向膜のラビング方向
（一軸配向処理方向）、矢印Ｃは液晶層３０の配向軸方
向、矢印Ｄは位相差補償素子１０６の遅相軸をそれぞれ
示している。図１３に示したように、位相差補償素子１
０６の遅相軸は、液晶層３０の配向軸方向と略直交して
いる。

【００７１】本実施例の液晶表示素子では、電圧を印加
して中間調表示状態や黒表示状態としても絵素領域Ｐｘ
内で光漏れが発生することはなかった。このように、本
実施例の液晶表示素子では、光漏れの発生が防止される
ので、コントラスト比が低下することがなく、また、絵
素領域Ｐｘ内に遮光層を設ける必要がないので、高い開
口率が実現され、明るい表示が可能となった。

【００７２】（比較例１）位相差補償素子を配置しない
こと以外は、実施例と同様にして液晶表示素子を形成し
た。比較例１の液晶表示素子では、図１４に示すよう
に、絵素領域Ｐｘのスペーサ４０近傍に光漏れが生じる
領域（高輝度領域ＨＲ）が発生した。

【００７３】（比較例２）位相差補償素子の遅相軸が液
晶層の配向軸方向と平行である点以外は実施例と同様に
して液晶表示素子を形成した。比較例２の液晶表示素子
では、スペーサ近傍で発生する光漏れはさらに明るく、
広範囲なものとなり、光漏れの発生を抑制する効果は得
られなかった。

【００７４】

【発明の効果】本発明によると、スペーサに起因するコ
ントラスト比の低下や表示むらが抑制されて表示品位が
高く、且つ、高開口率で明るい表示が可能な液晶表示素
子が提供される。

【００７５】本発明による液晶表示素子は、表示品位が
高く、且つ、明るい表示が可能なので、投射型液晶表示
装置に好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態の液晶表示素子１００を
模式的に示す斜視図である。

【図２】液晶表示素子１００の１つの絵素領域の構造を
模式的に示す上面図である。

【図３】本発明による実施形態の液晶表示素子１００を
模式的に示す上面図である。

【図４】位相差補償素子を備えていない液晶表示素子６
００において発生する高輝度領域および低輝度領域を模
式的に示す図である。

【図５】本発明による実施形態の液晶表示素子１００が
備える位相差補償素子の他の配置を示す斜視図である。

【図６】本発明による実施形態の液晶表示素子１００が
備える位相差補償素子のさらに他の配置を示す斜視図で
ある。

【図７】本発明による実施形態の液晶表示素子１００が
備えるスペーサ４０の他の配置を示す上面図である。

【図８】本発明による実施形態の液晶表示素子１００が
備えるスペーサ４０のさらに他の配置を示す上面図であ
る。

【図９】液晶表示素子１００のスペーサ近傍に設けられ
る遮光層を模式的に示す上面図である。

【図１０】液晶表示素子１００のスペーサ近傍に設けら
れる遮光層を模式的に示す上面図である。

【図１１】液晶表示素子１００のスペーサ近傍に設けら
れる遮光層を模式的に示す上面図である。

【図１２】本発明による実施形態の投射型液晶表示装置
２００を模式的に示す上面図である。

【図１３】実施例の液晶表示素子を模式的に示す上面図
である。

【図１４】比較例１の液晶表示素子を模式的に示す上面
図である。

【符号の説明】

１１走査配線１２信号配線１４ＴＦＴ１６絵素電極３０液晶層３１液晶分子４０スペーサ５０遮光層５０’ 第１遮光層５０’’ 第２遮光層１００液晶表示素子１０２液晶セル１０２ａＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板）１０２ｂ対向基板（カラーフィルタ基板）１０４、１０４ａ、１０４ｂ偏光板１０６、１０６ａ、１０６ｂ位相差補償素子２００投射型液晶表示装置２０６反射ミラー２１０照明光学系２１２ランプ光源２２０リレー光学系２３０色分離光学系２３２ダイクロイックミラー２４０色合成光学系２４２クロスダイクロイックプリズム２５０投影光学系２５２投影レンズ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０２Ｆ 1/1339 ５００Ｇ０２Ｆ 1/1339 ５００２Ｋ１０３ 1/1343 1/1343 ５Ｃ０５８Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 ＥＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｂ (72)発明者大西憲明大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 BA06 BB03 BB62 BC22 2H088 EA12 EA15 FA02 HA01 HA02 HA08 HA12 HA16 JA05 KA06 KA07 KA26 MA01 MA02 MA04 MA06 MA17 MA20 2H089 HA24 LA01 LA07 NA06 NA37 NA38 NA45 QA11 QA14 QA16 RA04 RA05 SA01 SA04 TA01 TA02 TA04 TA09 TA12 TA14 TA17 UA05 2H091 FA14Z FA41Z FC22 FC26 GA01 GA02 GA08 GA13 HA06 HA07 KA01 KA02 LA11 LA16 LA17 LA18 LA30 MA07 MA10 2H092 GA05 JA03 JA24 MA10 MA16 MA29 NA01 NA07 NA26 PA01 PA02 PA03 PA07 PA08 PA10 PA12 QA06 QA07 RA05 2K103 AA05 AB01 BB02 BB03 BC11 CA18 5C058 AB01 AB06 BA05 BA08 BA23 EA01 EA02 EA11 EA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板と、前記一対の基板の間に設
けられ、前記一対の基板の間隔を保持する複数のスペー
サと、前記一対の基板の間に設けられ、正の誘電異方性
を有する液晶分子を含む水平配向型の液晶層とを備え、
前記液晶層を介して互いに対向する一対の電極でそれぞ
れが規定される複数の絵素領域を有する液晶セルと、前記液晶セルを介して互いに対向するように配置された
一対の偏光板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板との間に設けられた少
なくとも１つの相差補償素子とを有し、ノーマリホワイ
トモードで表示を行う液晶表示素子であって、前記少なくとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に
平行な面内に遅相軸を有し、且つ、前記遅相軸は、前記
液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方
向の方位角で規定される配向軸方向と略直交するように
配置されている、液晶表示素子。
【請求項２】一対の基板と、前記一対の基板の間に設
けられ、前記一対の基板の間隔を保持する複数のスペー
サと、前記一対の基板の間に設けられ、正の誘電異方性
を有する液晶分子を含む水平配向型の液晶層とを備え、
前記液晶層を介して互いに対向する一対の電極でそれぞ
れが規定される複数の絵素領域を有する液晶セルと、前記液晶セルを介して互いに対向するように配置された
一対の偏光板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板との間に設けられた少
なくとも１つの相差補償素子とを有し、ノーマリホワイ
トモードで表示を行う液晶表示素子であって、前記少なくとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に
平行な面内に遅相軸を有し、且つ、前記遅相軸は、前記
液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方
向の方位角で規定される配向軸方向と略直交するように
配置されており、それによって、前記複数のスペーサ近
傍における前記液晶層の液晶分子の配向乱れに起因して
生じる光漏れの発生が抑制されている、液晶表示素子。
【請求項３】一対の基板と、前記一対の基板の間に設
けられ、前記一対の基板の間隔を保持する複数のスペー
サと、前記一対の基板の間に設けられた液晶層とを備
え、前記液晶層を介して互いに対向する一対の電極でそ
れぞれが規定される複数の絵素領域を有する液晶セル
と、前記液晶セルを介して互いに対向するように配置された
一対の偏光板と、前記液晶セルと前記一対の偏光板との間に設けられた少
なくとも１つの相差補償素子とを有し、ノーマリホワイ
トモードで表示を行う液晶表示素子であって、前記少なくとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に
平行な面内に遅相軸を有し、且つ、前記遅相軸は、黒表
示時の前記液晶層の遅相軸方向と略直交するように配置
されており、それによって、前記複数のスペーサ近傍に
おける前記液晶層の液晶分子の配向乱れに起因して生じ
る光漏れの発生が抑制されている、液晶表示素子。
【請求項４】前記一対の偏光板は、偏光軸が互いに直
交するように配置されている請求項１から３のいずれか
に記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記複数のスペーサは、前記複数の絵素
領域の１つの絵素領域に対してほぼ１つの割合で設けら
れている、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示
素子。
【請求項６】前記複数のスペーサは、前記複数の絵素
領域の４つの絵素領域に対してほぼ１つの割合で設けら
れている、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示
素子。
【請求項７】前記複数のスペーサは、前記複数の絵素
領域外に設けられている、請求項１から６のいずれかに
記載の液晶表示素子。
【請求項８】前記複数のスペーサのそれぞれの近傍
に、前記複数の絵素領域の一部に重なるように形成され
た遮光層を有し、前記複数の絵素領域は、黒表示時の前記液晶層のリタデ
ーションが互いに異なる第１領域および第２領域を前記
複数のスペーサのそれぞれの近傍に有し、前記第１領域における黒表示時の前記液晶層のリタデー
ションは、前記複数の絵素領域の前記第１および第２領
域以外の領域における黒表示時の前記液晶層のリタデー
ションよりも大きく、前記第２領域における黒表示時の前記液晶層のリタデー
ションは、前記複数の絵素領域の前記第１および第２領
域以外の領域における黒表示時の前記液晶層のリタデー
ションよりも小さく、前記遮光層は、前記第１領域の少なくとも一部に重なる
ように形成された第１遮光層のみを有するか、または、
前記第１遮光層と、前記第２領域の少なくとも一部に重
なるように形成され、前記第１遮光層よりも面積が小さ
い第２遮光層とを有する、請求項１から７のいずれかに
記載の液晶表示素子。
【請求項９】光源と、前記光源からの光束を互いに異なる色の複数の色光束に
分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された複数の色光束のそ
れぞれに対応して配置された複数の液晶表示素子と、前記複数の液晶表示素子のそれぞれによって変調された
前記複数の色光束を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって合成された前記複数の色光束
を投影する投影光学系とを備える投射型液晶表示装置で
あって、前記複数の液晶表示素子のそれぞれは、請求項１から８
のいずれかに記載の液晶表示素子である、投射型液晶表
示装置。