JP2008102559A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストライプドメインによる表示性能の低下を防止できるアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示素子を用いた投射型表示装置を提供する。
【解決手段】対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子は、この液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶が、室温（たとえば２０°Ｃ）において、
屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞６．０ｐＮを満し、また、屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子およびこの液晶表示素子を用いた投射型表示装置に関し、詳しくは液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶を用いた液晶表示素子およびこの液晶表示素子を用いた投射型表示装置に関する。

液晶プロジェクタ等の投射型表示装置では、光源から出射される光を赤、緑、青に分離し、各色光を液晶表示素子（以下ＬＣＤという）により構成される3つのライトバルブにより変調し、変調された後の色光束を再び合成して、投射面に拡大投射している。そして、液晶プロジェクタ等にライトバルブとしては、一般に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）駆動によるアクティブマトリクス駆動方式のＬＣＤが用いられる。

アクティブマトリクス駆動方式のＬＣＤのほとんどには、ネマティック液晶が用いられており、主な表示方式としては、旋光モードのＬＣＤがある。旋光モードのＬＣＤでは、９０度捩れた分子配列を持つツイステッドネマティック（ＴＮ型）液晶であり、原理的に白黒表示で、高いコントラスト比と良好な階調表示性を示す。

アクティブマトリクス駆動方式のＬＣＤの表示を均一に行うためには基板表面全面に液晶分子を均一に配向させることが必要である。
配向膜が形成された２枚の電極が形成された基板は、各基板の配向膜が対向して配置されており、実際に画像が表示される画素表示領域の周囲に位置するシール領域において、シール材により貼り合わされる。基板間隙を制御するために、前述した貼り合わせ前にミクロパールとよばれる球状のスペーサが用いられる、もしくは、レジストにより形成される柱状スペーサが用いられる。
これらの工程を経ることで、空セルが製造される、その後、この空セル内に液晶が封入されて、液晶セルが製造される。
なお、前述した液晶は、数種類の単体液晶材料からなり、液晶組成物ともよばれる。製造された液晶セルに偏光板が取り付けられて液晶表示素子が製造される。

ところで、マトリクス状に配置された画素電極に電圧を印加する場合、表示品質の向上のために各行毎に印加電圧を反転させるライン反転駆動方式や、各列毎に印加電圧を反転させるカラム反転駆動方式が広く採用されている。
これらの駆動方式においては、隣接する画素電極間で印加電圧を反転させるので、図１４に示すように、元来液晶に与えられたプレチルトの方向と逆のチルト方向を持つリバースチルトドメインＲＴＤＭが各画素電極ＰＸＬＥに対応した画素部内に生じるという不利益がある（特許文献１参照）。
特に、ノーマリホワイトモードの液晶表示では、正常な領域との境界のディスクリネーションラインＤＳＣＬが白抜けを起こしコントラストを低下させる。このため、リバースチルトドメインＲＴＤＭを小さくするためにチルト角が大きくすることが行われているが、製造時の歩留りが低下するという不利益がある。また、リバースチルトドメインＲＴＤＭの発生位置に応じて、遮光材を設けることにより光漏れを低減させるようにしているが、開口率が低下するという不利益がある。

そこで、ＴＮ型ＬＣＤにおいてコントラスト比を上げる手法の一つとして、対向する共通電極と画素電極との間に印加される実効電圧を高くする、すなわちダイナミックレンジを広くするという手法が有力視されている。
このように、対向する共通電極と画素電極との間に印加される実効電圧を高くした場合には、液晶分子の配向がより垂直となるだけでなく、ディスクリネーションラインＤＳＣＬの発生位置が画素部内の周縁方向（外側）へ移動するのでコントラスト比を向上させることが可能となる。

また、投射型表示装置のライトバルブとして用いられるアクティブマトリクス駆動方式のＣＣＤは、液晶プロジエクタ等の投射型表示装置の小型化にともなって小型化され、一方では画素の高精細化、高輝度化が進展している。高精細化に伴い、液晶表示素子の画素ピッチ間は小さくなっている。例えば、基板サイズが２２．９ｍｍ（０．９インチ）ＸＧＡ（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｒｒａｙ）タイプの場合、画素数は１０２４×７６８であり、ピクセルピッチは１８μｍとなっている。

しかしながら、高精細化が進むことで、各画素の透明電極（例えばＩＴＯ：インジウムスズオキサイド）間隔がますます狭くなり、各画素における電位が反転した場合において、横方向の電界が発生する。この横方向の電界の発生により、透明電極境界部の液晶分子の配向は乱れ、乱れた部分と正常な部分の境界に境界線（ディスクリネーションラインともいう）が表示欠陥として発生し、コントラストが低下するといった問題が起こる。さらに、高輝度化に伴い、この表示欠陥は目立つ方向に進んでいる。

この問題を解決するために、コンタクトホールの位置によって前述した境界線の位置を変化させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。またＴＦＴに段差をつけることにより、横方向の電界を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特許第２９３４８７５号公報、段落番号０００５〜０００６ 特開２００１−２６５２５５号公報（第８−１３頁、図２−３） 特開２００１−２６５２５５号公報（第１９頁、第１７図）

しかしながら、上述したように実効電圧を高くすると、一部の画素でリバースチルトドメインが消失し、この消失状態が準安定状態となるので、図１５に示すように、Ｖ（電圧）−Ｔ（光透過強度）特性にヒステリシスを生じ、黒表示から中間調表示にした際に、滅点状の画質不良や、特にリバースチルトドメインの表示不良が隣接するリバースチルトドメインに伝播して滅線状の重大な画質不良を生じる。
前述した画質不良を以下ストライプドメインとよぶ。
このため、対向する共通電極と画素電極との間にある値以上の電圧（実効電圧）を印加することができず、所期のコントラスト比を実現できないという問題がある。この問題は、高精細で高開口率の液晶表示素子を実現するために、隣接する画素電極間の距離を短縮した場合に著しく生じる。
したがって、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子を備えたマトリクス型液晶表示装置においては、高開口率と高コントラスト比とを両立させることが困難である。

しかしながら、特許文献２および３に記載された発明は、いずれも形状を変化させ、縦方向の電界を強め、横方向の電界を抑制する方法である。
そのため、（１）段差部を有することでラビングが十分に出来ない領域が発生し表示不良となる。（２）構造が複雑になることで歩留まりが低下し、製造コストが悪化するといった不利益がある。
また、最も効果的な対策として、セルギャップを薄くして、各上下基板の縦方向の電界を強め、前述した横方向の電界の影響を防止するといった方法がある。２枚の偏光板が直交配置で、非点灯時において白表示であるノーマリホワイト表示の場合、ｇｏｏｃｈ−ｔａｒｒｙの式により、液晶材料の屈折率異方性Δｎ×セルギャップ＝４８０ｎｍの時に最大の透過率が得られる設計となる。すなわち、最大透過率を得るには、前述したセルギャップを薄くするといった対策を施した場合、液晶の屈折率異方性Δｎを高くする必要がある。

このようなセルギャップを薄くするセル構成においては、近年採用されている柱状スペーサによる間隙制御が必須であるが、スペーサの形成により、さらにスペーサ周辺部のストライプドメインの乱れが発生するといった問題がある。また、高いΔｎを有する液晶材料の採用したものでは、現在、画素ピッチ１８μｍの基板サイズが２２．９ｍｍ（０．９インチ）ＸＧＡにおいて、Δｎが０．１６未満の液晶材料が用いられ、セルギャップは３．０μｍである。前述したセル設計において、ストライプドメインは、通常の駆動電圧５．０Ｖよりも低い４．０Ｖ以下の電圧で発生し、表示欠陥となって問題となっている。

本発明の目的は、高い屈折率異方性Δｎ（Δｎが０．１６以上）を有する液晶材料に対し、各物性パラメータとストライプドメインの関係を調べ、ストライプドメインが発生しない物性パラメータ範囲において液晶材料設計を実施することにより、前述した問題点を解決するものであり、表示不良が発生しはじめる印加電圧の値を高めることができ、高開口率と高コントラスト比とを両立させることができることはもとより、透過率などの特性が良好で、ストライプドメインによる表示性能の低下を防止できるアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示素子（ＬＣＤ）およびその液晶表示素子を用いた投射型表示装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされた液晶表示素子および投射型表示装置である。

本発明の液晶表示素子は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、前記液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶材料は、屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８の場合、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞６．０ｐＮを満たすものである。

誘電率異方性Δεは、液晶の長軸側の誘電率ε//と短軸側の誘電率ε⊥の差であり、その値が小さいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなる。すなわち、Δεが小さくなるほどストライプドメインが見えにくくなる。Δεは、その値が小さいほど、分子構造上バランスの取れた液晶分子状態となり、横電界の影響を受けにくいと考えられる。例えば、ストライプドメイン発生電圧を５Ｖ以上とすると、０．１６≦Δｎ＜０．１８では、実験によりΔεはΔε＜８であることが求められる。また、ＴＮ液晶では、Δε＞０である。

次に、ツイスト弾性率Ｋ２２は、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなる。すなわち、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインが見えにくくなる。例えば、ストライプドメイン発生電圧を５Ｖ以上とすると、０．１６≦Δｎ＜０．１８では、実験によりＫ２２はＫ２２＞６．０ｐＮであることが求められる。

ここで、液晶材料における弾性率を説明する。液晶材料における弾性率とは、分子の方位の変形に対する弾性で、分子の平均的な配向性を表すディレクタのＫ１１（スプレイ弾性率）、Ｋ２２（ツイスト弾性率）、Ｋ３３（ベンド弾性率）と呼ばれる３種類の変形がある。Ｋ１１は、ディレクタが広がる変形である。主にフレデリクス転移近傍の変形に大きく依存するパラメータである。Ｋ２２は、ディレクタが捩れる変形である。Ｋ２２は、その値が大きいほど外力（電界や磁界）に対し、各分子が捩れにくくなる。Ｋ３３は、ディレクタが曲がる変形である。液晶分子の集合体を弾性体と考えると、外力に対し弾性体が曲がる力で例えられる。Ｋ３３はその値が、大きくなると曲がりにくくなる。

透明電極近傍の横電界により、配向が乱れる力に該当するのはＫ２２と考えられ、Ｋ２２が大きい液晶材料ほど、捩れの力に対し、電界の影響を受けにくくなる。このメカニズムは、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインが起こりにくい現象を示唆する。

以上より、液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶材料は、屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８の場合、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞６．０ｐＮを満たすものであることが求められる。

本発明の液晶表示素子は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、前記液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶材料は、２０℃において、屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０の場合、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たすものである。

上記同様に、誘電率異方性Δεは、液晶の長軸側の誘電率ε//と短軸側の誘電率ε⊥の差であり、その値が小さいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなる。すなわち、Δεが小さくなるほどストライプドメインが見えにくくなる。Δεは、その値が小さいほど、分子構造上バランスの取れた液晶分子状態となり、横電界の影響を受けにくいと考えられる。例えば、ストライプドメイン電圧を５Ｖ以上とすると、０．１８≦Δｎ≦０．２０では、実験によりΔεはΔε＜１３であることが求められる。また、ＴＮ液晶では、Δε＞０である。

次に、ツイスト弾性率Ｋ２２は、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなる。すなわち、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインが見えにくくなる。例えば、ストライプドメイン発生電圧を５Ｖ以上とすると、０．１８≦Δｎ≦０．２０では、実験によりＫ２２はＫ２２＞３．０ｐＮであることが求められる。

以上より、液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶材料は、屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０の場合、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たすものであることが求められる。

本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源から出射された光を液晶表示素子に導く集光光学系と、前記液晶表示素子で光変調した光を拡大して投射する投射光学系とを有する投射型表示装置であって、前記液晶表示素子は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、前記液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶は、屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２が８ｐＮ＞Ｋ２２＞６．０ｐＮを満たすものである。

上記投射型表示装置では、液晶表示素子は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶は、屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞６．０ｐＮを満たすものであるから、ストライプドメインによる表示性能の低下が防止される。

本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源から出射された光を液晶表示素子に導く集光光学系と、前記液晶表示素子で光変調した光を拡大して投射する投射光学系とを有する投射型表示装置であって、前記液晶表示素子は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、前記液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶は、屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たすものである。

上記投射型表示装置では、液晶表示素子は、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶は、屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たすものであるから、ストライプドメインによる表示性能の低下が防止される。

本発明の液晶表示素子によれば、液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶は、屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞６．０ｐＮを満たすものである、および屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たすものである。
このように、ストライプドメインに対し、耐性の強い液晶材料を設計できたので、ストライプドメインを防止でき、良好な表示を得ることができる。

本発明の投射型表示装置によれば、本発明の液晶表示素子を用いるので、ストライプドメインによる表示性能の低下を防止される。

本発明の液晶表示素子に係る一実施の形態を、図１〜図８によって説明する。

図１に示すように、本発明の液晶表示素子１は、対向配置された一対の基板、すなわちＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とをシール材５２を介して貼り合わせた空の基板間に液晶層５０が封入されたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示素子である。

上記液晶表示素子１の液晶層５０は以下に説明する物性を有するものを用いる。上記液晶層５０に用いるツイステッドネマティック（以下ＴＮという）型液晶材料は、２０℃において、屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８の場合、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞６．０ｐＮを満たすものである。または上記液晶層５０に用いるツイステッドネマティック型液晶材料は、室温（本実施形態では２０℃）において、屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０の場合、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たすものである。

以下、液晶層５０について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施例での液晶材料の物性値測定の方法は、液晶材料研究の基礎と新展開（シグマ出版）ｐ．１６１−１９１を参考とした。
また、全ての測定値は、室温（本実施形態では２０°Ｃ）の温度管理下における測定条件におけるものである。

本実施例に採用した液晶は、表１に示すΔｎ＝０．１６のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５種類とΔｎ＝０．１８のＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊの５種類とΔｎ＝０．２０のＫ、Ｌ、Ｍの３種類である。これらＡ−Ｍの液晶を作製し、本実施例とした。
屈折率異方性Δｎ（ｎe −ｎo ）の測定は、２０°Ｃの温度管理下において、光源波長を５８９ｎｍとして行った。

Δｎ＝０．１６のＡ〜Ｅは以下のような物性になっている。Ａは、Δεが本発明の請求の範囲（Δε＜８）内であり、Ｋ２２が本発明の請求の範囲外にある。Ｂは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲（Δε＜８およびＫ２２＞６．０ｐＮ）内である。Ｃは、Δεが本発明の請求の範囲外であり、Ｋ２２が本発明の請求の範囲（Ｋ２２＞６．０ｐＮ）内である。Ｄは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲外である。Ｅは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲の臨界値を示した材料である。

Δｎ＝０．１８のＦ〜Ｊは以下のような物性になっている。Ｆは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲の臨界値を示した材料である。Ｇは、Δεが本発明の請求の範囲（Δε＜１３）内であり、Ｋ２２が本発明の請求の範囲外にある。Ｈは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲（Δε＜１３およびＫ２２＞３．０ｐＮ）内である。Ｉは、Δεが本発明の請求の範囲外であり、Ｋ２２が本発明の請求の範囲（Ｋ２２＞３．０ｐＮ）内である。Ｊは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲外である。

Δｎ＝０．２０のＫ〜Ｍは以下のような物性になっている。Ｋは、Δεが本発明の請求の範囲（Δε＜１３）内であり、Ｋ２２が本発明の請求の範囲外にある。Ｌは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲（Δε＜１３およびＫ２２＞３．０ｐＮ）内である。Ｍは、ΔεおよびＫ２２ともに本発明の請求の範囲外である。

上記測定値を基いて図２〜図４を作成した。例えば、Δｎ＝０．１６およびΔｎ＝０．１８の液晶材料を用い、Δεを変化させた場合のΔεとストライプドメイン発生電圧との関係で評価した。その結果を図２によって説明する。図２では、縦軸にストライプドメイン発生電圧を示し、横軸にΔεを示す。図２〜図７に説明する図面において、ストライプドメイン発生電圧は、ストライプドメインが発生した時点での電圧をストライプドメイン発生電圧と定義した。

図２に示すように、Δεが小さいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなった。すなわち、Δεが小さくなるほどストライプドメインが見えにくくなった。Δεとは、液晶の長軸側の誘電率ε//と短軸側の誘電率ε⊥の差である。Δεが小さいほど、分子構造上バランスの取れた液晶分子状態となり、横電界の影響を受けにくいと考えられる。例えば、ストライプドメイン発生電圧を５Ｖ以上とすると、０．１６≦Δｎ＜０．１８では、Δεは８以下であることが求められる。本発明ではＴＮモードに限定しているため、Δε＞０である。したがって、Δεは、０＜Δε＜８となる。

次に、例えば、Δｎ＝０．１６およびΔｎ＝０．１８の液晶材料を用い、ツイスト弾性率Ｋ２２を変化させた場合のＫ２２とストライプドメイン発生電圧との関係で評価した。その結果を図３によって説明する。図３では、縦軸にストライプドメイン発生電圧を示し、横軸にＫ２２を示す。

図３に示すように、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなった。すなわち、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインが見えにくくなった。例えば、ストライプドメイン発生電圧を５Ｖ以上とすると、０．１６≦Δｎ＜０．１８では、Ｋ２２は６．０ｐＮ以上であることが求められる。したがって、Ｋ２２は、Ｋ２２＞６．０となる。

液晶材料における弾性率とは、分子の方位の変形に対する弾性で、分子の平均的な配向性を表すディレクタのＫ１１（スプレイ弾性率）、Ｋ２２（ツイスト弾性率）、Ｋ３３（ベンド弾性率）と呼ばれる３種類の変形がある。Ｋ１１は、ディレクタが広がる変形である。主にフレデリクス転移近傍の変形に大きく依存するパラメータである。Ｋ２２は、ディレクタが捩れる変形である。Ｋ２２は、その値が大きいほど外力（電界や磁界）に対し、各分子が捩れにくくなる。Ｋ３３は、ディレクタが曲がる変形である。液晶分子の集合体を弾性体と考えると、外力に対し弾性体が曲がる力で例えられる。Ｋ３３はその値が、大きくなると曲がりにくくなる。

透明電極近傍の横電界により、配向が乱れる力に該当するのはＫ２２と考えられ、Ｋ２２が大きい液晶材料ほど、捩れの力に対し、電界の影響を受けにくくなる。このメカニズムは、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインが起こりにくい現象を示唆する。

したがって、図４のＫ２２（縦軸）とΔε(横軸)との関係図に示すように、液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶は、２０℃において、屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２が８ｐＮ＞Ｋ２２＞６．０ｐＮを満たすものであることが求められる。

上記測定値を基いて図５〜図７を作成した。例えば、Δｎ＝０．１８およびΔｎ＝０．２０の液晶材料を用い、Δεを変化させた場合のΔεとストライプドメイン発生電圧との関係で評価した。その結果を図５によって説明する。図５では、縦軸にストライプドメイン発生電圧を示し、横軸にΔεを示す。

図５に示すように、Δεが小さいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなった。すなわち、Δεが小さくなるほどストライプドメインが見えにくくなった。Δεとは、液晶の長軸側の誘電率ε//と短軸側の誘電率ε⊥の差である。Δεが小さいほど、分子構造上バランスの取れた液晶分子状態となり、横電界の影響を受けにくいと考えられる。例えば、ストライプドメイン発生電圧を５Ｖ以上とすると、０．１８≦Δｎ≦０．２０では、Δεは１３以下であることが求められる。また本発明ではＴＮモードに限定しているため、Δε＞０である。したがって、Δεは、０＜Δε＜１３となる。

次に、例えば、Δｎ＝０．１８およびΔｎ＝０．２０の液晶材料を用い、ツイスト弾性率Ｋ２２を変化させた場合のＫ２２とストライプドメイン発生電圧との関係で評価した。その結果を図６によって説明する。図６では、縦軸にストライプドメイン発生電圧を示し、横軸にＫ２２を示す。

図６に示すように、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインを発生する電圧が高くなった。すなわち、Ｋ２２が大きいほど、ストライプドメインが見えにくくなった。例えば、ストライプドメイン発生電圧を５Ｖ以上とすると、０．１８≦Δｎ≦０．２０では、Ｋ２２は３．０ｐＮ以上であることが求められる。したがって、Ｋ２２は、Ｋ２２＞３．０となる。

上記図５および図６に基いて、Ｋ２２（縦軸）とΔε(横軸)との関係図を図７によって説明する。図７に示すように、液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶は、２０℃において、屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０であり、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮを満たすものであることが求められる。

次に、上記アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示素子の一例を、以下に説明する。

図８は、本発明の一実施形態に係る液晶表示素子の画像形成領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。図９は、液晶表示素子の概略構成断面図である。

図８に示すように、液晶表示素子の画像表示領域は、複数の画素がマトリクス状に形成され、このマトリクス状に複数形成された画素電極９ａと画素電極９ａを制御するＴＦＴ３０とからなる。さらに、上記ＴＦＴ３０のソースには画素信号を供給するための信号線６ａが電気的に接続されている。
信号線６ａに書き込む画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎは、例えばこの順に信号線に対して順次供給される、もしくは、相隣接する複数の信号線６ａ同士に対して、グループ毎に供給される。上記ＴＦＴ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されている。この走査線３ａは、所定のタイミングで、例えばパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、・・・Ｇｎを、例えばこの順に走査線に対して順次印加するように構成されている。
画素電極９ａは、スイッチング素子として機能するＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されている。例えばＴＦＴ３０のスイッチを所定の時間だけ閉じることにより、信号線６ａから供給される画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・、Ｓｎは所定のタイミングで書き込まれる。画素電極９ａを介して液晶に書き込まれた画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・、Ｓｎは、対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。

液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調を表示することが可能になる。例えばノーマリホワイト表示であれば、印加された電圧に応じて入射光がこの液晶部分を通過可能とされ、全体として液晶表示素子から画素信号に応じたコントラストを持つ光が出射する。

ここで、保持された画素信号がリークされるのを防ぐため、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。例えば、画素電極９ａの電圧は、信号線に電圧が印加された時間よりも例えば３桁程度長い時間だけ蓄積容量７０に保持される。これにより、保持特性は更に改善され、コントラスト比の高い液晶表示素子が実現される。また、このような蓄積容量７０を形成するために、導電性の遮光膜を利用して、低抵抗化された容量線３ｂが設けられている。

次に、液晶表示素子を図９の断面図によって説明する。

図９に示すように、液晶表示素子は、ＴＦＴアレイ基板１０を備え、このＴＦＴアレイ基板に対向する位置に透明な対向基板２０を備えている。ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば石英基板を用い、対向基板２０は、例えばガラス基板や石英基板が用いられる。

ＴＦＴアレイ基板１０には、画素電極９ａが設けられており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜１６が設けられている。画素電極９ａは例えばＩＴＯ膜（インジウム・スズ・オキサイド膜）などの透明導電性薄膜からなる。

他方、対向基板２０には、全面にわたって対向電極（共通電極）２１が設けられており、その下側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜２２が設けられている。対向電極２１は例えば、ＩＴＯ膜などの透明導電性薄膜からなる。上記各配向膜１６，２２は、例えばポリイミド薄膜のような有機材料の薄膜からなる。

また、配向膜１６と配向膜２２との間には、紫外線硬化性を有する樹脂材料からなる柱状スペーサ（図示せず）が配置されている。上記柱状スペーサ（図示せず）の作製は、一例として以下のように行う。スピンナーを用いて、各画素電極９ａが形成された基板の表面に紫外線硬化性を有する樹脂材料を塗布した後、フォトリソグラフィー技術を用いて島状にパターニングし、柱状スペーサ（図示せず）を形成する。この柱状スペーサは、感光性樹脂のほかに酸化シリコンのような無機膜を例えばＣＶＤ法により形成した後、もしくは非感光性樹脂をスピンコート法もしくは印刷法により形成した後、パターニングして形成することもできる。柱状スペーサの断面積は、例えば１μｍ² 〜１００μｍ² とする。

ＴＦＴアレイ基板１０には、各画素電極９ａに隣接する位置に、各画素電極９ａをスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ３０が設けられている。

対向基板２０には、各画素部の開口領域以外の領域に第２の遮光膜２３が設けられている。このため、対向基板２０の側から入射光が画素スイッチング用ＴＦＴ３０の半導体層１ａのチャネル領域１ａ’やＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域１ｂおよび１ｃに侵入することはない。更に、第２の遮光膜２３はコントラストの向上、色材の混色防止などの機能も有する。

このように構成され、画素電極９ａと対向電極２１が対面するように配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、後に述べるシール材により囲まれた空間に液晶が封入されて、液晶層５０が形成される。この液晶層５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で配向膜１６および配向膜２２により所定の配向状態をとる。液晶層５０は、例えば１種または数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなる。本発明に用いた液晶層５０は前記図１〜図７によって説明した液晶を用いる。

シール材は、ＴＦＴアレイ基板１０および対向基板２０をそれらの周辺で貼りあわせるための、例えば光（例えば紫外線）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂からなる接着剤からなる。両基板間の距離を所定値とするためには、前述した紫外線硬化性樹脂による柱状スペーサの他にグラスファイバーあるいは、ガラスビーズなどのスペーサを用いることもできる。

画素スイッチング用ＴＦＴ３０に各々対向する位置においてＴＦＴアレイ基板１０と各画素スイッチング用ＴＦＴ３０との間には、第１遮光膜１１ａが各々設けられている。第１遮光膜１１ａは、好ましくは不透明な高融点金属であるチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）および鉛（Ｐｂ）のうち少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等から構成される。このような材料から構成すれば、ＴＦＴアレイ基板１０上の第１遮光膜１１ａの形成工程後に行われる画素スイッチング用ＴＦＴ３０の形成工程における高温処理により、第１遮光膜１１ａが破壊されないように、および溶融しないようにできる。第１遮光膜１１ａが形成されているので、ＴＦＴアレイ基板１０の側からの戻り光等が画素スイッチング用ＴＦＴ３０のチャネル領域１ａ’やＬＤＤ領域１ｂ、１ｃに入射する事態を未然に防ぐことができ、光電流の発生により画素スイッチング用ＴＦＴ３０の特性が劣化することはない。

さらに、第１遮光膜１１ａと複数の画素スイッチング用ＴＦＴ３０との間には、第１層間絶縁膜１２が設けられている。第１層間絶縁膜１２は、画素スイッチング用ＴＦＴ３０を構成する半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的絶縁するために設けられるものである。この第１層間絶縁膜１２は、ＴＦＴアレイ基板１０の全面に形成されることにより、画素スイッチング用ＴＦＴ３０のための下地膜としての機能も有する。すなわち、ＴＦＴアレイ基板１０の表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等で画素スイッチング用ＴＦＴ３０の特性の劣化を防止する機能も有する。

第１層間絶縁膜１２は、例えばＮＳＧ（ノンドープシリケートガラス）、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）、ＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）等の高絶縁性ガラス又は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等からなる。第１層間絶縁膜１２により、第１遮光膜１１ａが画素スイッチング用ＴＦＴ３０等を汚染する事態を未然に防ぐこともできる。

また、ゲート絶縁膜２を走査線３ａに対向する位置から延長設置して第１蓄積容量電極１ｆとし、更にこれらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されている。

より詳細には、半導体層１ａの高濃度ドレイン領域１ｅが、信号線６ａおよび走査線３ａの下に延長配置されて、同じく信号線６ａおよび走査線３ａに沿って伸びる容量線３ｂの部分に絶縁膜２を介して対向配置されて、第１蓄積容量電極（半導体層）１ｆとされている。特に蓄積容量７０の誘電体としての絶縁膜２は、高温酸化によりポリシリコン膜上に形成されるＴＦＴ３０のゲート絶縁膜２に他ならないので、薄くかつ高耐圧の絶縁膜とすることができ、蓄積容量７０は比較的小面積で大容量の蓄積容量として構成できる。

さらに、蓄積容量７０においては、第１遮光膜１１ａは、第２蓄積容量電極としての容量線３ｂの反対側において第１蓄積容量電極１ｆに第１層間絶縁膜１２を介して第３蓄積容量電極として対向配置されることにより（図９の右側の蓄積容量７０参照）、蓄積容量がさらに付与されるように構成されている。

また、画素スイッチング用ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａを絶縁するゲート絶縁膜２、信号線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域（ソース側ＬＤＤ領域）１ｂおよび低濃度ドレイン領域（ドレイン側ＬＤＤ領域）１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄならびに高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。

高濃度ドレイン領域１ｅには、複数の画素電極９ａのうちの対応する一つが接続されている。ソース領域１ｂおよび１ｄならびにドレイン領域１ｃおよび１ｅは、半導体層１ａに対し、ｎ型または、ｐ型のチャネルを形成するかに応じて、所定濃度のｎ型用、又はｐ型用ドーパントをドープすることにより形成されている。ｎ型チャネルのＴＦＴは、動作速度が速いという利点があり、画素のスイッチング素子である画素スイッチング用ＴＦＴ３０として用いられることが多い。信号線６ａは、例えばＡｌ等の金属膜や金属シリサイドなどの合金膜などの遮光性の薄膜から構成されている。

また、走査線３ａ、ゲート絶縁膜２および第１層間絶縁膜１２の上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール５および高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール５および高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が各々形成された第２層間絶縁膜４が形成されている。

このソース領域１ｂへのコンタクトホール５を介して、信号線６aは高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。更に信号線６ａおよび第２層間絶縁膜４の上には、高濃度ドレイン領域１ｅへのコンタクトホール８が形成された第３層間絶縁膜７が形成されている。この高濃度ドレイン領域１ｅへのコンタクトホール８を介して、画素電極９ａは、このように構成された第３層間絶縁膜７の上面に設けられている。尚、画素電極９ａと高濃度ドレイン領域１ｅとは、信号線６ａと同一のアルミニウム膜や走査線３ｂと同一のポリシリコン膜を中継しての電気的接続するようにしてもよい。

画素スイッチング用ＴＦＴ３０は、好ましくは上述のようにＬＤＤ構造をもつが、低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃに不純物イオンの打ち込みを行わないオフセット構造を持っても良いし、ゲート電極３ａをマスクとして高濃度で不純物イオンを打ち込み、自己整合的に高濃度ソースおよびドレイン領域を形成するセルフアライン型のＴＦＴであってもよい。

次に、図１０の（Ａ）は、ＴＦＴアレイ基板１０をその上に形成された各構成要素と共に対向基板２０の側から見た平面図であり、図１０の（Ｂ）は、対向基板２０を含めて示す図１０の（Ａ）のＨ−Ｈ’の断面図である。

図１０に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の上には、シール材５２がその縁に沿って設けられている。その内側には、シール材５２に並行して、例えば周辺見切りとしての遮光膜５３が第２の遮光膜２３と同一層もしくは別層で形成されている。

シール材５２の外側の領域には、信号線駆動回路１０１および実装端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一つの辺に沿って設けられている。さらに、信号線駆動回路１０１および実装端子１０２が設けられている一辺に隣接する二つの辺に沿って、走査線駆動回路１０４が、設けられている。この走査線駆動回路１０４は、走査線に供給される走査信号遅延が問題にならないのならば片側だけに設けることもできる。
また、上記信号線駆動回路１０１は、画面表示領域の辺に沿って両側に配列することもできる。例えば、奇数列のデータ線は、画面表示領域の一方の辺に沿って配設された信号線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列の信号線は、前記画面表示領域の反対側の辺に沿って配設された信号線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。このように信号線を櫛歯状に駆動するようにすれば、信号線駆動回路の占有面積を拡張することができるため、複雑な回路を構成することが可能となる。

更にＴＦＴアレイ基板１０の残る一つの辺には、画面表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１０４間をつなぐための複数の配線１０５が設けられており、更に、周辺見切りとしての遮光膜５３の下に隠れてプリチャージ回路（図示せず）を設けてもよい。

また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも１箇所においては、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との電気的導通をとるための導通材１０６が設けられている。

そして、シール材５２とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板２０がシール材５２によりＴＦＴアレイ基板１０に固着されている。

以上の実施の形態における液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板１０上には更に、製造途中や出荷時の液晶表示素子の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

また、信号線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４をＴＦＴアレイ基板１０の上に設ける代わりに、例えばＴＡＢ（テープオートメイテッドボンディング基板）上に実装された駆動用ＬＳＩに、ＴＦＴアレイ基板１０の周辺部に設けられた異方性導電フィルムを介して電気的および機械的に接続するようにしてもよい。

また、対向基板２０の投射光が出射する側には、各々、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モードにおいて、ノーマリホワイト表示もしくは、ノーマリブラック表示の別に応じて偏光フィルム、位相差フィルム、偏光手段などが所定の方向で配置される。

この実施の形態における液晶表示素子は、カラー液晶プロジェクタ（投射型表示装置）に適用される場合には、３枚の液晶装置がＲＧＢ用のライトバルブとして各々用いられ、各パネルには各々ＲＧＢ分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになる。したがって、対向基板２０にカラーフィルタは設けられていない。しかしながら、第２の遮光膜２３の形成されていない画素電極９ａに対向する所定領域にＲＧＢのカラーフィルタをその保護膜と共に、対向基板２０の上に形成してもよい。このようにすれば、液晶プロジェクタ以外の直視型や反射型のカラー液晶テレビなどのカラー液晶表示素子に各実施の形態における液晶表示素子を適用できる。

さらに、対向基板２０上に1画素1個対応するようにマイクロレンズを形成してもよい。このようにすれば、入射光の集光効率を向上することで、明るい液晶表示素子が実現可能となる。

更にまた、対向基板２０上に、何層もの屈折率の相違する干渉層を堆積することで、光の干渉を利用してＲＧＢ色を作り出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。このダイクロイックフィルタ付き対向基板によれば、より明るいカラー液晶表示素子が実現できる。

また、各画素に設けられるスイッチング素子としては、正スタガ型又はコプラナー型のポリシリコンＴＦＴであるとして説明したが、逆スタガ型ＴＦＴやアモルファスシリコン等の他形式のＴＦＴに対しても、上記の実施の形態は有効である。

次に、液晶表示素子の製造プロセスの一例を図１１によって説明する。

図１１に示すように、ＴＦＴアレイ基板側におけるプロセスと、対向基板側におけるプロセスと、両基板貼り合せ後のプロセスに分かれる。

ＴＦＴアレイ基板側のプロセスとしては、ステップＳ１で、石英などの基板上に画素電極、ＴＦＴ６素子、走査線、データ線の配線が形成された基板に付着した汚れを除去するために洗浄を行う。次に、ステップＳ２で、配向膜の形成を行う。具体的には、スピンコート、印刷、インクジェットなどの方法で基板上にポリイミド材料を形成した後に焼成処理を行うことで配向膜を形成する。

次に、ステップＳ３で、形成された配向膜に対する配向処理を、例えば一定方向に擦るラビング方法により実施する。この際、上記ポリイミド系材料の選択およびこのラビング処理におけるラビング条件により、液晶を所定方向に配向させること、および液晶に所定のプレチルト角を付与することが可能となる。

次に、ステップＳ４で、シール領域に対して、ギャップ材を含むシール材を印刷して形成する。さらに、ステップＳ５で、上下導通材をシール材の例えば４隅に塗布して形成する。

対向基板側のプロセスとしては、ステップＳ６で、ガラス基板上に対向電極や配線などが形成された対向基板に付着した汚れを除去するために洗浄を行う。次に、ステップＳ７で、配向膜の形成を行う。具体的には、スピンコート、印刷、インクジェットなどの方法で基板上にポリイミド材料を形成した後に焼成処理を行うことで配向膜を形成する。

次に、ステップＳ８で、形成された配向膜に対する配向処理を、例えば一定方向に擦るラビング方法により実施する。この際、上述のポリイミド系材料の選択およびこのラビング処理におけるラビング条件により、液晶を所定方向に配向させること、および液晶に所定のプレチルト角を付与することが可能となる。

次に、ステップＳ９で、上記ステップＳ１からＳ５を経たＴＦＴアレイ基板１とステップＳ６からＳ８を経た対向基板とをシール材により貼り合せる。その後、ステップＳ１０で、アライメントを行った後、ステップＳ１１で、基板間ギャップを所望の液晶セルギャップになるまで加圧する。シール材に含むギャップ材により所望の基板間ギャップが得られる。

次に、ステップＳ１３で、シール材に対して、紫外線照射または加熱、もしくは両方により、シール材を硬化させる。次に本発明の液晶材料を用いた液晶注入工程を行う。

まず、ステップＳ１４で、封止材により液晶注入口を封止し、ステップＳ１５で、再び洗浄を行う。更に、ステップＳ１６で、所定の表示むらや特性の検査を行った後、ステップＳ１７で、外部配線の接続や偏光板の貼り付けなどの実装処理を行い、液晶表示素子を完成させる。図２〜図７で説明した評価結果は、このようにして作製した液晶表示素子を用いて画質評価を行ったものである。

また、その他の物性値とストライプドメイン発生の関係についても調べたところ、Ｋ３３とＫ２２の比（Ｋ３３／Ｋ２２）やＫ２２とＫ１１の比（Ｋ２２／Ｋ１１）とストライプドメイン発生との関係にも傾向があることがわかった。ストライプドメインを良好にするには、Ｋ３３／Ｋ２２に関しては、値は小さい方がよいし、Ｋ２２／Ｋ１１に関しては、値が大きい方がよい。

上記説明した本発明の液晶表示装置は、セルのギャップが２．０μｍ以上３．０μｍ以下のものを用いた。上記図２〜図７に示したデータを測定した液晶表示装置のセルのギャップは３．０μｍであった。セルのギャップを２．０μｍ以上とした理由は、Δｎ＝０．２０の場合の最適なセルのギャップは２．４μｍである。これは、ｇｏｏｃｈ−ｔａｒｒｙの式により求めることができる。セルのギャップを狭くすることで、透過率は低下するが、縦電界が強く影響し、ストライプドメインがよりよくなる方向になるため、高コントラストのＬＣＤを得ることができる。一方、セルのギャップが２．０μｍよりも狭くなると塵埃の影響による歩留りが低下し、生産性が悪化する。そこで、セルのギャップは２．０μｍ異常とした。他方、Δｎ＝０．１６の場合、ｇｏｏｃｈ−ｔａｒｒｙの式により、最大透過率が得られるセルのギャップは３．０μｍとなる。そこで、セルのギャップの最大値を３．０μｍとした。よって、セルのギャップｄは、２．０μｍ≦ｄ≦３．０μｍに設定した。

例えば、ギャップが２．４μｍである液晶表示素子の空セルにΔｎ＝０．１８の液晶材料を封入して特性の評価を行った。ストライプドメイン発生電圧は、Δｎ＝０．１６の液晶材料を用いセルギャップｄ＝３．０μｍの構成よりも、Δｎ＝０．１８の液晶材料を用いセルギャップｄ＝２．４μｍの構成の方が、大きくなった。セルギャップを小さくするとストライプドメインの発生電圧は、高くなる。すなわち、Δｎ＝０．１８の液晶材料を用いセルギャップｄ＝２．４μｍとするように設計することにより、ストライプドメインに対して強くなるため、明るさは保ったまま、より高精細な表示を得ることが可能となる。

また、本発明の液晶表示素子における画素のピクセルサイズは１８μｍ以下とした。これは、高精細な液晶表示素子のピクセルサイズに適用することができるためであり、ピクセルサイズの下限は、現状では１４μｍであるが、今後の技術進展にともない、更なる微細化されたピクセルサイズ、例えばピクセルサイズが５μｍの液晶表示素子にも適用することができる。

上記の液晶表示素子を用いた電子機器の一例として、投射型表示装置の構成について、図１２の概略構成図によって説明する。

図１２に示すように、投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）３００は、光軸Ｃにそって光源３０１と透過型の液晶表示素子３０２と投影光学系３０３とが順に配設されて構成されている。
光源３０１を構成するランプ３０４から射出された光はリフレクタ３０５によって後方に放射される成分が前方に集光され、コンデンサレンズ３０６に入射される。コンデンサレンズ３０６は、光をさらに集中して、入射側偏光板３０７を介し液晶表示素子３０２へ導く。導かれた光は、シャッタもしくはライトバルブの機能を有する液晶表示素子３０２および射出がエア偏光板３０８により画像に変換される。表示された画像は、投影光学系３０３を介してスクリーン３１０上に拡大投影される。
なお、光源３０１とコンデンサレンズ３０６との間にはフィルタ３１４が挿入されており、光源に含まれる不用な波長の光、例えば赤外光および紫外光を除去する。

次に、上記の液晶表示素子を用いた電子機器の一例として、投射型表示装置の構成について、図１３により説明する。図１３に示す投射型表示装置５００は、上述した液晶表示素子を３個用意し、各々ＲＧＢ用の液晶表示素子５６２Ｒ、５６２Ｇおよび５６２Ｂとして用いた投射型液晶装置の光学系の概略構成図を示す。

投射型表示装置５００は、光学系として、光源装置５２０と、均一照明光学系５２３が用いられている。この均一照明光学系５２３から出射される光束Ｗを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分離する色分離手段である色分離光学系５２４と、各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを変調する変調手段である３つのライトバルブ５２５Ｒ、５２５Ｇ、５２５Ｂと、変調された後の色光束を再合成する色合成手段である色合成プリズム５１０と、合成された光束を投射面６００の表面に拡大投射する投射手段である投射レンズユニット５０６とを備えている。さらに、青色光束Ｂを対応するライトバルブ５２５Ｂに導く導光系５２７を備えている。

均一照明光学系５２３は、２つのレンズ板５２１、５２２と反射ミラー５３１を備えており、反射ミラー５３１を挟んで２つのレンズ板５２１、５２２が直交する状態に配置されている。均一照明光学系５２３の２つのレンズ板５２１、５２２は、それぞれマトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えている。
光源装置５２０から出射された光束は、第１のレンズ板５２１の矩形レンズによって複数の部分光束に分割される。そして、これらの部分光束は、第２のレンズ板５２２の矩形レンズによって３つのライトバルブ５２５Ｒ、５２５Ｇ、５２５Ｂ付近で重なる。
したがって、均一照明光学系５２３を用いることにより、光源装置５２０が出射光束の断面内で不均一な照度分布を有している場合でも、３つのライトバルブ５２５Ｒ、５２５Ｇ、５２５Ｂを均一な照明光で照明することが可能となる。

各色分離光学系５２４は、青緑反射ダイクロイックミラー５４１と、緑反射ダイクロイックミラー５４２と、反射ミラー５４３から構成される。まず、青緑反射ダイクロイックミラー５４１では、光束Ｗに含まれている青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇが直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー５４２の側に向かう。赤色光束Ｒは、この青緑反射ダイクロイックミラー５４１を通過して、後方の反射ミラー５４３で直角に反射されて、赤色光束Ｒの射出部５４４からプリズムユニット５１０の側に射出される。

次に、緑反射ダイクロイックミラー５４２では、青緑反射ダイクロイックミラー５４１で反射された青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇのうち、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束Ｇの射出部５４５から色合成光学系の側に射出される。緑反射ダイクロイックミラー５４２を通過した青色光束Ｂは、青色光束Ｂの射出部５４６から導光系５２７の側に射出される。ここでは、均一照明光学系５２３の光束Ｗの射出部から、色分離光学系５２４における各色光束の射出部５４４、５４５、５４６までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。

色分離光学系５２４の赤色光束Ｒの出射部５４４および緑色光束Ｇの出射部５４５の各射出側には、それぞれ集光レンズ５５１および集光レンズ５５２が配置されている。したがって、各射出部から射出した赤色光束Ｒ、緑色光束Ｇは、これらの集光レンズ５５１、集光レンズ５５２に入射して平行化される。このように平行化された赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇは、それぞれライトバルブ５２５Ｒおよびライトバルブ５２５Ｇに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。
すなわち、これらの液晶表示素子は、図示していない駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。一方、青色光束Ｂは、導光系５２７を介して対応するライトバルブ５２５Ｂに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。

なお、本例のライトバルブ５２５Ｒ、５２５Ｇ、５２５Ｂは、それぞれさらに入射側偏光手段５６１Ｒ、５６１Ｇ、５６１Ｂと、これらの間に配置された液晶表示素子５６２Ｒ、５６２Ｇ、５６２Ｂとからなる液晶ライトバルブである。

導光系５２７は、青色光束Ｂと射出部５４６の射出側に配置した集光レンズ５５４と、入射側反射ミラー５７１と、射出側反射ミラー５７２と、これらの反射ミラーの間に配置した中間レンズ５７３と、ライトバルブ５２５Ｂの手前側に配置した集光レンズ５５３とから構成されている。

集光レンズ５５４から射出された青色光束は、導光系５２７を介して液晶表示素子５６２Ｂに導かれて変調される。各色光束の光路長、すなわち、光束Ｗの射出部から各液晶表示素子５６２Ｒ、５６２Ｇ、５６２Ｂまでの距離は青色光束Ｂが最も長くなり、したがって、青色光束の光量損失が最も多くなる。しかし、導光系５２７を介在させることにより、光量損失を抑制することができる。

各ライトバルブ５２５Ｒ、５２５Ｇ、５２５Ｂを通って変調された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｇは、色合成プリズム５１０に入射され、ここで合成される。そして色合成プリズム５１０によって合成された光が投射レンズユニット５０６を介して所定の位置にある投射面６００の表面に拡大投射されるようになっている。

本発明の液晶表示素子を示す概略構成断面図である。 屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８の場合の誘電率異方性Δεとストライプドメイン発生電圧との関係図である。 屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８の場合のツイスト弾性率Ｋ２２とストライプドメイン発生電圧との関係図である。 屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８の場合の誘電率異方性Δεとツイスト弾性率Ｋ２２との関係図である。 屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０の場合の誘電率異方性Δεとストライプドメイン発生電圧との関係図である。 屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０の場合のツイスト弾性率Ｋ２２とストライプドメイン発生電圧との関係図である。 屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０の場合の誘電率異方性Δεとツイスト弾性率Ｋ２２との関係図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示素子における画像形成領域を構成するマトリクス状の複数の画素に設けられた各種素子、配線等の等価回路図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示素子の概略構成断面図である。 液晶表示素子の実施の形態におけるＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図およびＨ−Ｈ線断面図である。 本発明の液晶表示素子の製造プロセスを説明する製造工程図である。 液晶表示素子を用いた電子機器の一例である投射型表示装置を示す概略構成図である。 液晶表示素子を用いた電子機器の一例である投射型表示装置を示す概略構成図である。 従来の液晶セルにおいて発生したリバースチルトドメインを説明するための図である。 従来の液晶セルにおける光透過強度と駆動電圧との間にヒシステリシスが生じた場合の課題を説明するための図である。

符号の説明

１０・・・ＴＦＴアレイ基板、２０・・・対向基板、５０・・・液晶層

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光を液晶表示素子に導く集光光学系と、
   前記液晶表示素子で光変調した光を拡大して投射する投射光学系と
   を有する投射型表示装置であって、
   前記液晶表示素子は、
   対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、
   前記液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶材料は、
   屈折率異方性Δｎが０．１６≦Δｎ＜０．１８の場合、誘電率異方性Δεが０＜Δε＜
   ８であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞６．０ｐＮを満たす
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 光源と、
   前記光源から出射された光を液晶表示素子に導く集光光学系と、
   前記液晶表示素子で光変調した光を拡大して投射する投射光学系と
   を有する投射型表示装置であって、
   前記液晶表示素子は、
   対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示素子であって、
   前記液晶層に用いるツイステッドネマティック型液晶材料は、
   屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２０の場合、誘電
   率異方性Δεが０＜Δε＜１３であり、かつツイスト弾性率Ｋ２２がＫ２２＞３．０ｐＮ
   を満たす
   ことを特徴とする投射型表示装置。
3. 前記液晶表示素子の前記基板間の距離を表すセルギャップｄの範囲は２．０μｍ≦ｄ≦３．０μｍである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の投射型表示装置。
4. 前記液晶表示素子の画素のピクセルサイズの範囲は１８μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の投射型表示装置。

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