JP2008233860A - 液晶装置とその製造方法、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なコントラスト特性であり、かつ表示不良が防止された液晶装置とその製造方法、電子機器を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置（透過型液晶装置）１は、第１基板１０と、これに対向する第２基板２０と、これら基板間に液晶層５０とを備え、液晶層５０は初期配向状態が垂直配向でありかつ誘電体異方性が負の液晶によって形成されている。また、画素電極９と対応する位置に表示領域Ｐと、この表示領域Ｐ間に非表示領域ＢＭとを有し、画素電極９の周縁部９ｂは、非表示領域ＢＭに張り出している。表示領域Ｐ全体を含み、かつ画素電極９上をこえない範囲に、液晶５１を垂直配向させた第１のエリアＡ１が形成され、非表示領域ＢＭには、液晶５２を水平配向させた第２のエリアＡ２が形成され、この第２のエリアＡ２は、画素電極９の非表示領域ＢＭに張り出した周縁部９ｂ上に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶装置とその製造方法、電子機器に関する。

液晶装置を用いて映像を大画面に表示する装置として液晶プロジェクタがある。プロジェクタにおいては高輝度、高コントラストが要求されており、その点、垂直配向方式の液晶装置は高コントラストの表示が可能で、近年、プロジェクタ用の液晶装置の液晶配向方式として採用されつつある。

しかし、垂直配向方式では液晶が基板表面に対して垂直に立っており、電圧印加時に倒れる方位方向での相互作用が弱い。画素電極および対向電極に画素電位を印加すると、画素電極端から発生する電界は画素電極近傍では横方向に傾斜しているそのため、この横方向の電界に起因して、液晶分子が倒れてしまい、液晶分子の対立に起因するディスクリネーションを生じることがあった。ディスクリネーションが生じると、明暗のムラやコントラストの低下、残像等の表示欠陥が視認されてしまう。

そのため、通常の垂直配向方式では予め液晶分子を基板面に対して数度傾けておく方法が採られている。しかし、この方法では液晶分子を数度傾けておくことにより、その際に生じる液晶分子の複屈折に起因する光漏れによりコントラストが低下していた。この課題を解決するために画素領域では液晶を垂直配向させて、良好なコントラスト特性を確保し、画素領域周辺の、主に非表示領域では液晶を水平配向させ、液晶の配向を規制することでディスクリネーションを防止することが考えられる。このような構成の液晶装置は、例えば特許文献１，２に開示されており、特許文献１の液晶装置では、無機配向膜を斜方蒸着法によって形成し、その厚さを変化させることで無機配向膜の配向角を制御し、配向膜上の液晶の方位角を制御している。特許文献２の液晶装置では、絵素領域内に垂直配向規制領域を、絵素領域外に配向規制領域を持たせることで絵素内部の液晶分子を電圧印加時に一方向に配向させている。
特開２００５−１０７３７３号公報 特開２００１−３４３６５１号公報

しかしながら、特許文献１では「表示領域と非表示領域のプレチルト角が基板法線方向から４０〜６０°であり、非表示領域のプレチルト角が表示領域のそれよりも大きい角度に設定する」となっているため、基板面に対して９０°垂直配向に起因する高コントラスト表示が出来ていない。特許文献２では「表示領域における、配向膜の表面に対するプレチルト角は８８〜９０°、配向規制領域のそれは０〜８７°」と非常に広範囲になっているが、実際にはその状況により配向制御できないことが多くあるため、ディスクリが発生する等、実使用できないことがある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、良好なコントラスト特性であり、かつディスクリネーション等の表示不良が防止された液晶装置とその製造方法、電子機器を提供することを目的とする。

本発明の液晶装置は、第１基板と、該第１基板に対向して配置される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板間に挟持され、初期配向状態が垂直配向を呈しかつ誘電体異方性が負の液晶からなる液晶層と、前記第１基板上の前記液晶層側に形成され、非表示領域に対応するとともに表示領域を区画する遮光膜と、を備え、前記第１基板上には、前記表示領域から前記遮光膜上に周辺部を張り出して画素電極が設けられ、該画素電極上に、前記表示領域のみ、または前記表示領域から前記非表示領域に周辺部を張り出して、垂直配向膜が設けられ、前記遮光膜上の前記垂直配向膜のない領域には、前記画素電極上に周辺部を張り出して、水平配向膜が設けられていることを特徴とする。
なお、本発明において、周縁とはある領域の内部であって、この領域内部と外部との境界近傍を意味するものとし、周辺とはある領域の外部であって、この領域内部と外部との境界近傍を意味するものとする。

このようにすれば、表示領域側から非表示領域側に張り出した画素電極の周縁部上では、液晶を所定の方位角で配向させているので、表示領域内の液晶は、電圧が印加されていない状態ではチルト角がほぼ９０°に垂直配向された場合にも、前記周縁部上の液晶によって倒れる方向が規制され、画素電極端から発生する横電界に影響を抑えて一定の方向に配向するようになる。よって良好なコントラスト特性を有し、表示領域での液晶の配向不良（ディスクリネーション）が防止される。

また、液晶を所定の方位角で配向させる水平配向膜は表示領域の外部のみに形成しているので水平配向された液晶が表示領域内に配置されることに起因する光漏れが防止されて、各画素の表示コントラスト低下が防止される。

また、水平配向膜上の液晶のプレチルト角ＬＰが、ＬＰ≦Ａ×ＬＰＷ＋Ｂの範囲を満たすことが好ましい。（但し、ＬＰＷは前記周縁部上の第２のエリアの幅、Ａ＝（９７−６．５×ｄ）×ＥＧ^{（−０．５８）}、Ｂ＝２２×ｌｏｇｅ（ＥＧ）＋（５６．７−１２×ｄ）、ＥＧは画素電極間の距離、ｄはセルギャップ）
上式を満たすように各構成要件を設定することで、表示領域での液晶の配向不良が防止され、ディスクリネーションが防止された液晶装置を得ることができる。

また、前記Ａが７２．６４以上２２１．９以下、前記Ｂが−８．７以上４２．７以下の範囲内であることが好ましい。
このようにすれば、より効果的に表示領域での液晶の配向不良（ディスクリネーション）が防止された液晶装置を得ることができる。

また、前記水平配向膜は、感光性樹脂からなっていることが好ましい。
このようにすれば、前記水平配向膜を形成する際に、光を用いたパターニング方法を用いることができる。具体的には、前記水平配光膜は非表示領域内に位置しており、基板には前記非表示領域を規定する遮光膜が形成されている。そこで、前記感光性樹脂としてポジ型のものを用い、前記遮光膜をマスクにして前記感光性樹脂を露光、現像することによって、配向膜パターンを形成することができる。このようにして形成された配向膜パターンは、遮光膜に覆われた領域、すなわち非表示領域の内側のみに位置するものとなる。

また、前記第１基板及び前記第２基板の外側に互いの遅相軸が直交するように配置された配置された一対の１／４波長板と、前記一対の１／４波長板の外側に前記一対の１／４波長板の遅相軸に対して偏光板の透過軸が略４５°の角度をなすように、かつ互いの透過軸が直交するように配置された偏光板と、を有することが好ましい。
このようにすれば、白表示時における液晶分子の方位方向（方位角）によらず複屈折効果が得られるので、液晶装置の輝度を大幅に向上させることができる。

本発明の液晶装置の製造方法は、第１基板と、該第１基板に対向して配置される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板間に挟持され、初期配向状態が垂直配向を呈しかつ誘電体異方性が負の液晶からなる液晶層と、前記第１基板上の前記液晶層側に形成され、非表示領域に対応するとともに表示領域を区画する遮光膜と、を備える液晶表示装置の製造方法であって、前記第１基板上には、前記表示領域から前記遮光膜上に周辺部を張り出して画素電極を形成する工程と、該画素電極上に、前記表示領域のみ、または前記表示領域から前記非表示領域に周辺部を張り出して、垂直配向膜を形成する工程と、前記遮光膜上の前記垂直配向膜のない領域に、前記画素電極上に周辺部を張り出して、水平配向膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

このようにすれば、表示領域側から非表示領域側に張り出した画素電極の周縁部上には、液晶を所定の方位角で配向させる水平配向膜を形成しているので、前記周縁部上の液晶はほぼ単一方向に配向している。表示領域内の液晶は電圧が印加されていない状態で基板面に対する液層のプレチルト角を９０°に垂直配向させた場合にも、前記周縁部配向領域上の液晶によって配向する方向が規制され、画素電極端から発生する横電界の影響を抑えて、一定の方向に配向するようになる。よって、表示領域での液晶の配向不良（ディスクリネーション）が防止された液晶装置を製造することができる。

また、液晶を所定の方位角で配向させる水平配向膜は、非表示領域内に形成されているので、水平配向された液晶が表示領域内に配置されることによる光漏れが防止され、表示コントラスト低下が防止された液晶装置を製造することができる。

また、前記水平配向膜を形成する工程は、感光性樹脂を塗布して樹脂膜を形成する工程と、前記遮光膜をマスクにして前記第１基板上の遮光膜と反対側から露光、現像し、該遮光膜に対応した配向膜パターンを形成する工程と、該配向膜パターンをラビング処理して前記水平配向膜とする工程とを有することが好ましい。

このようにすれば、水平配向膜を形成するためのマスク等を用いる必要がなく、製造工程を簡略化することができる。また、水平配向膜のパターニングを高精度で行うことができ、遮光膜に覆われた領域、すなわち非表示領域の内側のみに水平配向膜を形成することができる。したがって、水平配向膜によって所定の方位角で配向された液晶は、非表示領域内のみに配置され、よって、垂直配向された液晶のみが表示領域に配置されるようになる。

本発明の電子機器は、上記液晶装置を備えたことを特徴とする。
このようにすれば、例えば液晶テレビや携帯電話等の電子機器の表示画面、パソコンのモニタ、液晶プロジェクタの光変調装置として用いることができる。このような用途に用いることで表示特性に優れた電子機器を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について、ＴＦＴ（Thin-Film Transistor）素子を用いたアクティブマトリクス型の透過型液晶装置を例に説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態における液晶装置について説明する。
図１は、本実施形態における透過型液晶装置１のマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。
図１に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極９と当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。

また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通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、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通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。

図２は、透過型液晶装置１の表示部を示す図であって、画素電極９が配された第１基板の、配向膜（図示せず）が形成された面側から平面視した模式図である。液晶装置の表示部は、画素電極９（外周９ａとする）に対応してその内側に設けられた表示領域Ｐとそれ以外の非表示領域ＢＭとから構成されており、前記画素電極９は、その周縁部が非表示領域ＢＭに張り出して配置されている。また、少なくとも表示領域Ｐ全体を含んで、第１のエリアＡ１が形成されており、非表示領域ＢＭには第２のエリアＡ２が形成されている。

図３は、図２のＸ−Ｘ線断面の模式図である。図３に示すように、透過型液晶装置１は、第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層５０を挟持してなる液晶パネル５８を有している。液晶パネル５８の両側には、一対の偏光板７１，７２がクロスニコル状態で設けられており、互いの偏光軸が略直交している。そして、偏光板７１の下方には不図示の光源ユニットが配置され、このようにして本実施形態の透過型液晶装置が構成されている。

第１基板１０は、ガラス等の透明な基板１０Ａと、この基板１０Ａ上に形成された画素電極９や遮光膜１３、および第１の配向膜（垂直配向膜）４１、第２の配向膜（水平配向膜）４２等から構成されている。前記ＴＦＴ素子（図示せず）や配線（図示せず）等は遮光膜１３上に形成されており、前記基板１０Ａ側から入射する光によって劣化することが防止されている。また、前記遮光膜１３が形成されていることにより、非表示領域ＢＭが規定され、非表示領域ＢＭ間の画素開口部として表示領域Ｐが規定されている。

また、第１基板１０上には、少なくとも前記表示領域Ｐを含んで、第１のエリアＡ１が形成されており、前記非表示領域ＢＭには、少なくとも前記画素電極９の前記非表示領域に張り出してなる周縁部９ｂ上を含んで第２のエリアＡ２が形成されている。図３に示すように第１のエリアＡ１と第２のエリアＡ２とは連続して設けられている。また、前記第１のエリアＡ１に対応する画素電極９上には、第１の配向膜（垂直配向膜）４１が形成されており、前記第２のエリアＡ２に対応する画素電極９上および遮光膜１３上には、第２の配向膜４２（水平配向膜）が形成されている。すなわち、前記非表示領域ＢＭの幅をａとし、前記第２のエリアＡ２の幅をｂとし、画素電極間領域Ｇの幅をｃとすると、ａ≧ｂ＞ｃとなっている。

第２基板２０は、ガラス等からなる透明な基板２０Ａと、第１の配向膜（垂直配向膜）６１と、共通電極２１等から構成されている。
なお、第２基板２０側にも前記遮光膜１３および第２の配向膜４２（水平配向膜）を形成してもよい。

第１基板１０と第２基板２０との間には液晶層５０が封止されており、図３に示した初期状態（電圧無印加状態）では、垂直配向膜（第１の配向膜）４１、６１間の液晶５１は、基板面に対して略９０°に配向させられており、水平配向膜（第２の配向膜）４２上の液晶５２は所定のプレチルト角ＬＰで配向させられている。

図４は、画素電極９と共通電極２１との間に電圧を印加したときの液晶の配向を模式的に示す図である。前記画素電極９と前記共通電極２１との間に電圧を印加すると、その電圧に応じて液晶層５０の液晶が配向し、透過型液晶装置１の厚さ方向に透過する光が変調され、透過型液晶装置１は階調表示が可能なものとなる。このとき、本発明の透過型液晶装置１では、第２のエリアＡ２に位置する液晶５２については、電圧無印加状態において所定のプレチルト角で配向させているので、電圧を印加した場合に、揃った方向へ倒れて配向する。したがって、第１のエリアＡ１に位置する液晶５１は、電圧を印加された場合に倒れる方向が前記液晶５２に規制され、揃った方向に配向するようになる。すなわち、第１のエリアＡ１の、第２のエリアＡ２近傍に位置する液晶は、第２のエリアＡ２の外周部となる前記画素電極９の周縁部９ｂ上の液晶５２の動作に大きく影響を受け、特にその倒れる方向が周縁部９ｂ上の液晶５２の倒れる方向に規制される。これにより、第１のエリアＡ１の液晶５１は、全て揃った方向に倒れ、均一に配向するようになる。よって、画素電極９の端部から第１基板１０に平行な方向に横方向電界が生じても、表示領域Ｐの液晶５１は、配向不良を生じることが防止される。

ここで、前記液晶５２のプレチルト角ＬＰは、下記の式（１）〜（３）で規定することができる。
ＬＰ≦Ａ×ＬＰＷ＋Ｂ （１）
Ａ＝（９７−６．５×ｄ）×ＥＧ^{（−０．５８）} （２）
Ｂ＝２２×ｌｏｇｅ（ＥＧ）＋（５６．７−１２×ｄ） （３）
但し、７２．６４≦Ａ≦２２１．９、−８．７≦Ｂ≦４２．７とする。
ここで、ＬＰＷは、第２のエリアＡ２の上記周縁部９ｂ上に張り出してなる重畳幅、ＥＧは画素電極間の距離（画素電極間領域Ｇの幅ｃ）、ｄは液晶パネルのセルギャップである。

例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に、図３，４に示す非表示領域ＢＭの幅ａが１．２μｍ、画素電極間領域Ｇの幅ｃが０．２μｍであって、重畳幅ＬＰＷがそれぞれ０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍとされた複数の液晶装置に対して透過シミュレーションを行った結果を示す。なお、図５においては、電圧印加状態での一画素における光の透過状態を示している。

図５（ａ）に示すように、重畳幅ＬＰＷが０．１μｍの場合、画素の略中央にディスクリネーションが発生してしまっている。一方、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、重畳幅ＬＰＷが０．２μｍ以上の場合にはディスクリネーションは発生していない。
したがって、上記した構成条件の場合には、重畳幅ＬＰＷを０．２μｍ以上とすることでディスクリネーションの発生を防止することができる。

さらに、非表示領域ＢＭの幅ａと第２のエリアＡ２の幅ｂの大きさの相関について光漏れの分布具合から算出したところ、第２のエリアＡ２の幅ｂ（μｍ）は、ｂ≦ａ−０．４、より好ましくはｂ≦ａ−０．８であり、後者の方が光漏れ防止効果が高いことが分かった。したがって、第２のエリアＡ２の幅ｂを以下に示す範囲内で規定する。

（画素電極間領域Ｇの幅ｃ）＋０．４≦（第２のエリアＡ２の幅ｂ）≦（非表示領域ＢＭの幅ａ）−０．４

液晶装置１の構成が上記条件の場合、第２のエリアＡ２の幅ｂが、０．６〜０．８μｍの範囲内であればよいことになる。

なお、プレチルト角ＬＰの上限値は、液晶装置１の非表示領域ＢＭの幅ａ、画素電極間領域Ｇの幅ｃ（電極間距離ＥＧ）、重畳幅ＬＰＷ、セルギャップｄなど、各々の関係から異なってくる。詳しくは後述する。

このようにすれば、電圧が印加された際に、液晶５２が倒れる方向は十分に規制されるので、液晶５１の配向不良がより確実に防止される。また、液晶５２に上記の範囲でプレチルト角を付与するには、水平配向膜４２による公知の方法を用いることができる。

また、表示領域Ｐに対応する液晶５１と異なる配向となる液晶５２は、非表示領域ＢＭ内のみに配置しているので、表示領域（画素開口部）Ｐに対応する画素の透過率は液晶５１のみに規定され、均一なものとなる。したがって、前記画素の透過率を所望のものとすることができる。また、表示領域Ｐに対応する液晶５１は、電圧無印加状態で略垂直に配向させることができる。

［製造方法］
次に本発明に係る液晶装置の製造方法の一実施形態を説明する。本実施形態では、前記水平配向膜４２の材料として感光性樹脂を用い、前記遮光膜１３をマスクにしてパターニングし、前記水平配向膜４２を形成する方法を例に説明を行う。

図６と図７は、第１基板１０を形成する工程の説明図である。まず、図６（ａ）に示すように、ガラス等からなる透明な基板１０Ａ上にＣｒ（クロム）等からなる遮光膜１３を格子状に形成し、この遮光膜１３によって非表示領域ＢＭを規定するとともに、この非表示領域ＢＭに囲まれた領域を表示領域（画素開口部）Ｐとする。続いて、遮光膜１３上に図１に示したＴＦＴ素子３０やデータ線６ａ、走査線３ａ等の配線を形成する。次に、前記表示領域Ｐから非表示領域ＢＭに張り出して、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電体を用いて画素電極９を形成し、第１基板１０となる前駆体を形成する。これらの工程は、公知の方法を用いることができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１基板１０の画素電極９側に、例えばスピンコート法等の方法を用いて、後述する水平配向膜（第２の配向膜）の材料を塗布し、感光性樹脂膜４２ａを形成する。この水平配向膜の材料としては、例えば紫外線可溶化型ポリイミド（ポジ型ＰＩ）等を用いる。また、前記感光性樹脂膜４２ａの厚さについては、例えば１００ｎｍ程度とする。なお、本発明で第１基板とは、便宜上、前駆体の状態も含むものとする。

続いて、図６（ｃ）に示すように、基板１０Ａの裏面側（前記ポジ型ＰＩ塗布面の反対の面側）からＵＶを照射し、所定量の露光を行う。このとき、前記基板１０Ａと画素電極９とは透明な材料からなっているため、これらに対応する表示領域ＰではＵＶが透過し、表示領域Ｐ上の紫外線可溶化型ポリイミドが露光され、可溶化される。一方、遮光膜１３に対応する非表示領域ＢＭでは、ＵＶが透過しないので、非表示領域ＢＭと対応した位置の感光性樹脂膜４２ａは露光されない。

上記のような工程後、感光性樹脂膜４２ａの可溶化（露光）された部分をウエットエッチングで除去（現像）し、例えば２００℃程度の温度で１時間程度加熱処理する。これにより、図７（ａ）に示すように、非表示領域ＢＭに対応した感光性樹脂膜４２ｂが形成される。感光性樹脂膜４２ｂの大きさ（幅）については、ＵＶを第１基板１０Ａに対して入射させる角度や、露光時間、現像時間等によって制御可能であるが、前記遮光膜１３をマスクにして露光（セルフパターニング）されているため、少なくとも非表示領域ＢＭの範囲内に収まるように形成される。

次に、図７（ｂ）に示すように、ラビング布をローラに巻きつけたラビング処理装置５５により、前記感光性樹脂膜４２ｂにラビング処理を行い、前記感光性樹脂膜４２ｂに配向性を付与することで、非表示領域ＢＭに対応した水平配向膜（第２の配向膜）４２を形成する。水平配向膜４２が形成されたことにより、水平配向膜４２上に第２のエリアＡ２が形成可能となる。また、第２のエリアＡ２間が第１のエリアＡ１として規定される。

上記のように水平配向膜４２を形成した後、前記水平配向膜４２を形成した基板１０Ａに垂直配向膜（第１の配向膜）４１を形成する。垂直配向膜４１を形成するには、例えば長鎖アルキル基や剛直な平面構造を有する官能基を、前記水平配向膜４２間に露出した画素電極９上に、選択的に付与する方法がある。具体的には、前記水平配向膜４２が形成された第１基板１０に、例えばＮ２雰囲気にて１５０〜１８０℃程度の温度で３時間程度乾燥処理を行い、その後、前記水平配向膜４２を備えた前記基板１０Ａを例えばＯＤＳ（Ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）溶液を有した容器とともに密閉容器内に放置する。そして、この容器を例えば１５０℃の温度で一時間程度加熱することによって、前記ＯＤＳ溶液の蒸気を前記基板１０Ａの画素電極９配置面に接触させる。このようにすれば、ＯＤＳ分子の長鎖アルキル基は、無機系の反応基を有していることにより、前記水平配向膜４２の有機材料とは結合することなく、無機材料であるＩＴＯからなる画素電極９上に選択的に結合する。したがって、前記垂直配向膜４１を前記水平配向膜４２間に露出した画素電極９上に、選択的に形成することができる。

以上のようにして、図７（ｃ）に示すように、第１のエリアＡ１に垂直配向膜４１を、第２のエリアＡ２に水平配向膜４２を、それぞれ備えた第１基板１０が得られる。

また、第１基板１０とは別に、図８（ａ）に示すように第２基板２０を形成する。この第２基板２０は、ガラス等の透明な材料からなる基板２０Ａ上に、ＩＴＯ等の透明導電体を用いて共通電極２１を形成し、この共通電極２１上に、垂直配向膜６１を形成する。これらの工程は公知の手法を用いることができ、例えば共通電極２１の形成には蒸着法等が、垂直配向膜６１の形成にはスピンコート法等が好適に用いられる。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１基板１０と第２基板とを、第１の配向膜４１、６１および第２の配向膜４２が内側になるように貼り合わせ、図８（ｃ）に示すように、第１基板１０と第２基板２０との間に、液晶層５０を封入することで、透過型液晶装置１を形成する。

以上のような製造方法によれば、遮光膜１３をマスクにしたセルフアライメントによって水平配向膜を形成しているので、別途レジストマスク等を用いる必要がなく、製造工程を簡略化することができる。
また、前記水平配向膜４２は、遮光膜１３に規定される非表示領域ＢＭ内に形成されるようにしているため、表示領域Ｐにはみ出して形成されることがない。したがって、表示領域Ｐには、垂直配向膜４１、６１のみが配置された透過型液晶装置１を製造できる。

上記の製造方法によって得られた本発明の液晶装置（透過型液晶装置）１にあっては、表示領域Ｐの液晶５１の配向不良を防止しているので、ディスクリネーション等の表示不良が防止されたものになっている。また、表示領域Ｐに対応する液晶５１は電圧無印加状態で略垂直に配向させることができるので、良好なコントラスト特性のものとなっている。また、表示領域に水平配向された液晶が配置されることを防止しているので、表示コントラスト低下が防止されたものとなっている。

なお、本実施形態では遮光膜１３をＣｒ等によって独立して形成したが、例えば配線電極等を遮光膜１３として機能させても良い。
また、垂直配向膜４１を形成する方法としては、水平配向膜４２を形成した後に、例えばポリシロキサンを含有する溶剤をスピンコート法等の液相法によって、第１基板の前記水平配向膜４２を形成した面側に塗布し、２００℃程度の温度で硬化させることによって形成してもよい。
また、垂直配向膜４１を、例えば前記ポリシロキサンのように無機系の材料からなる剛直な構造のものとした場合、垂直配向膜４１はラビング処理によって配向性を付与されなくなるので、図７（ｂ）に示した感光性樹脂膜４２ｂにラビング処理を行う工程は、垂直配向膜４１を形成した後に、垂直配向膜４１上と感光性樹脂膜４２ｂ上とを一括して行うようにしてもよい。

以下、各実施例について図９〜図１７を用いて説明するとともに、上記実施形態における図３及び図４を適宜参照するものとする。
（実施例１）
本実施例では、画素電極間距離ＥＧが０．２μｍ、第２のエリアＡ２の、上記周縁部９ｂ上に張り出してなる重畳幅ＬＰＷが０．１μｍ、液晶パネルのセルギャップｄが２．５μｍであって、プレチルト角ＬＰが１２°〜１５°の間でそれぞれ異なる複数の液晶装置に対して透過シミュレーションを行った。図９〜図１２に、各液晶装置の透過シミュレーション結果を示す。

図９に示すように、プレチルト角ＬＰが１２°の場合、画素（表示領域Ｐ）内でディスクリネーションは発生しておらず、画素内において充分な透過率が得られている。しかしながら図１０〜図１２に示すように、液晶５２のプレチルト角ＬＰが１２°を越えると画素端部からディスクリネーションが発生していることが分かる。

また、ディスクリネーションが発生する場所はプレチルト角ＬＰによって異なっており、プレチルト角ＬＰが大きくなるほど画素内へと移動して配向不良領域が増加することが判明した。図１０に示すように、プレチルト角ＬＰが１３°の場合では画素端部近傍においてディスクリネーションが発生しているが、図１１及び図１２に示すようにプレチルト角ＬＰが大きくなるにつれてディスクリネーションの発生場所が画素の内側へと移動するとともに、画素端部における漏れ光の透過率も高まることが判明した。

（実施例２）
本実施例では、画素電極間距離ＥＧを１．２μｍにして透過シミュレーションを行った。図１３に、プレチルト角ＬＰが１４°の液晶装置に対して透過シミュレーションを行った結果を示す。
上記実施例１の構成では、プレチルト角ＬＰが１２°を越えるとディスクリネーションが発生してしまっていた。しかしながら、図１３に示すように画素電極間距離ＥＧを１．２μｍにすると、プレチルト角ＬＰが１４°の場合でもディスクリネーションが発生しないことが分かった。さらに、プレチルト角ＬＰが１４°よりも大きい液晶装置に対して透過シミュレーションを行っていくと、図１４に示すように、プレチルト角ＬＰが３５°の場合にディスクリネーションが発生した。つまり、画素電極間距離ＥＧが大きくなると、所望とするプレチルト角ＬＰの上限も大きくなることが分かった。

（実施例３）
次に、より高精細な液晶装置に対して透過シミュレーションを行った。
本実施例では、画素電極間距離ＥＧが０．０５μｍ、重畳幅ＬＰＷが０．２μｍ、プレチルト角ＬＰが１２°であって、セルギャップｄがそれぞれ異なる複数の液晶装置（ｄ＝１．５μｍ、２．０μｍ、２．５μｍ）に対して透過シミュレーションを行った。図１５〜図１７に、各液晶装置の透過シミュレーション結果を示す。

図１５に示すように、セルギャップｄが１．５μｍの場合にはディスクリネーションは発生しない。しかしながら、図１６及び図１７に示すように、セルギャップｄが２．０μｍ以上になると画素の略中央にディスクリネーションが発生することが分かった。

図１５では、図１６及び図１７に示すようなセルギャップｄが大きい液晶装置に比べて縦電界強度が増すために、液晶５２の倒れる方向が十分に規制され、液晶５１の配向不良が防止されている。これはつまり、液晶５２が一軸配向しない構成（例えば、プレチルト角ＬＰが大きい場合など）であっても、セルギャップｄを小さく設定することによって液晶５２を一軸配向することになる。

（各構成の最適値）
液晶装置における各構成部材の最適値について、図１８（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
上記式（１）〜（３）は、各構成部材の数値を代えて透過シミュレーションを複数例行った結果をもとに導出した式であって、図１８（ａ）〜（ｃ）は、上記式（１）を用いて算出したプレチルト角ＬＰの上限値を各構成ごとに示すグラフである。（ａ）はセルギャップｄが１．５μｍ、（ｂ）はセルギャップｄが２．０μｍ、（ｃ）はセルギャップｄが２．５μｍの液晶装置を対象とし、それぞれ、画素電極間距離ＥＧが異なる（ＥＧ＝０．２、０．４、０．８、１．２）場合の重畳幅Ｗとプレチルト角ＬＰとの関係を示す。
ここで、プレチルト角ＬＰの上限値とは、ディスクリネーションが生じないプレチルト角の限界値である。

図１８（ａ）〜（ｃ）に示すように、プレチルト角ＬＰの上限値は構成によって異なっている。各図において、どのセルギャップｄにおいても、画素電極間距離ＥＧが広くなるほどプレチルト角ＬＰの上限値が高まっている。さらに、重畳幅ＬＰＷに着目すると、重畳幅ＬＰＷが広くなるにつれてプレチルト角ＬＰの上限値が高まっている。そのため、セルギャップｄ及び画素電極間距離ＥＧに応じて重畳幅ＬＰＷを設定することにより、表示領域内の液晶の配向方向の規制が十分に行われる。

また、図１８（ａ）〜（ｃ）に示すように、画素電極間距離ＥＧ及び重畳幅ＬＰに関わらず、セルギャップｄが狭いほどプレチルト角ＬＰの上限値が高まっている。図（ａ），（ｃ）から、セルギャップｄが２．５μｍの場合よりもセルギャップｄが１．５μｍのときの方が、プレチルト角ＬＰの許容範囲が広まっていることが明らかである。すなわち、画素電極間距離ＥＧに対する重畳幅ＬＰＷの値が大きすぎるなど、適正でない場合（プレチルト角ＬＰの上限値を越えた場合）は、セルギャップｄを狭くしてプレチルト角ＬＰを許容範囲内に収めるようにすることで液晶の配向不良が解消される。

以上、本発明に係る液晶装置の各構成（画素電極間距離ＥＧ、重畳幅ＬＰＷ、セルギャップｄ等）は、図１８（ａ）〜（ｃ）に基づくプレチルト角ＬＰの許容範囲内において適宜設定することで、表示領域にディスクリネーションが生じることが防止されることが分かった。これにより、良好なコントラスト特性を有し、かつ表示不良が防止された液晶装置を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態における透過型液晶装置について説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。ここで、図１９は本実施形態の透過型液晶装置を模式的に示す断面図である。

本発明の第２実施形態における透過型液晶装置２００は、液晶パネル５８の両側に一対の１／４波長板８１，８２が配置され、一対の１／４波長板８１，８２の外側に一対の偏光板７１，７２が配置されている点において上記実施形態１と相違している。

図１９に示すように、液晶パネル５８を挟持するようにして、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の外側に透過軸が互いに直交する直線偏光の光の間にほぼ１／４波長の光路差を生じさせる１／４波長板８１，８２がそれぞれ配置されている。また、１／４波長板８１，８２の両外側には、偏光板７１，７２がクロスニコル状態でそれぞれ配置されている。

図２０（ａ），（ｂ）は、１／４波長板８１，８２及び偏光板７１，７２の光学軸の配置を示している。図２０（ｂ）に示すように、基板面に垂直に見ると、偏光板７１の偏光軸７１ａと、偏光板７２の偏光軸７２ａとが略直交している。また、１／４波長板８１の光学軸（遅相軸）８１ａと、１／４波長板８２の光学軸８２ａとが略直交している。偏光軸７１ａと光学軸８１ａとのなす角、偏光軸７２ａと光学軸８２ａとのなす角はともに略４５°である。すなわち、偏光板７１及び１／４波長板８１、偏光板７２及び１／４波長板８２は、それぞれ円偏光板を構成している。

（第１実施形態の透過シミュレーション）
以下に、第１実施形態における透過型液晶装置の透過シミュレーション結果について述べる。ここで、図２１は、画素電極上における液晶分子のダイレクタ分布を示す斜視図である。また、図２２に、電圧印加状態での一画素における光透過の様子を示す。
図４に示すように、光源から出射され、偏光板７１、液晶パネル５８をこの順で透過した光は、液晶パネル５８によってλ／２の位相差が付与された直線偏光と同一の偏光状態で偏光板７２から出射するが、電圧印加時における液晶分子の配向は、画素電極９（画素部Ｘ）の端部での電界と水平配向膜４２とで決められる方位角アンカリングの相関により、所定の配向方向とは異なり、方位角方向で回転してしまっている領域が一部に存在する（図２１参照）。このような液晶分子の配向（方位角方向）は、偏光板７１，７２のいずれかの透過軸と一致したとき、この部分での透過率が図２２に示すように低下してしまう。

上記第１の実施形態における透過型液晶装置１では、電圧無印加状態において、ＨＡＮ配向領域で水平配向する液晶分子が、これに隣接する垂直配向領域内の液晶分子の配向に影響を与えることを防止することができた。しかしながら、電圧印加時に上記課題が生じることが分かった。以下に示す第２実施形態は、このような課題を解決するため、液晶分子の方位方向に起因する光透過率の低下を防止することを目的としたものである。

（第２実施形態の透過シミュレーション）
以下に、第２実施形態における透過型液晶装置の透過シミュレーション結果について述べる。ここで、図２３に、電圧印加状態での一画素における光透過の様子を示す。なお、以下の説明において図１９，２０（ａ）を適宜参照する。
図１９，２０（ａ）に示すように、光源から出射され、偏光板７１を透過した直線偏光は、１／４波長板８１によってλ／４の位相差を付与されて円偏光に変換される。円偏光は、液晶パネル５８において実質λ／２の位相差が付与されて逆回転の円偏光となり、さらに１／４波長板８２によって入射した直線偏光に対して直交した直線偏光となり偏光板７２を透過する。

このように、液晶パネル５８の両側に、１／４波長板８１，８２及び偏光板７１，７２を備えることにより、液晶分子の方位方向（方位角）によらず複屈折効果が得られるので、透過型液晶装置２００の輝度を大幅に向上させることができる。電圧無印加状態では液晶は垂直配向状態であり、上述したように偏光板７１を透過した直線偏光は、１／４波長板８１によってλ／４の位相差を付与されて円偏光に変換される。液晶層では位相差変化を受けずに、そのまま１／４波長板８２によってもとの直線偏光に変換されて偏光板７２において透過軸に直交するため透過できずに黒として表示される。

以上、本発明の一実施形態としての液晶装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、且つ当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。

例えば、本実施形態では、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＴＦＤ（Thin-Film Diode）素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置やパッシブマトリクス型液晶装置等にも適用可能である。また、本実施形態では、透過型液晶装置についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、反射型や半透過反射型の液晶装置にも適用可能である。このように、本発明は、いかなる構造の液晶装置にも適用することができる。

［電子機器］
上記実施の形態の液晶装置を備えた電子機器の例について説明する。
図２４（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図８（ａ）において、符号５００は携帯電話本体を示し、符号５０１は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。

図２４（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図２４（ｂ）において、符号６００は情報処理装置、符号６０１はキーボードなどの入力部、符号６０３は情報処理装置本体、符号６０２は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。

図２４（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図２４（ｃ）において、符号７００は時計本体を示し、符号７０１は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。

このように図２４に示す電子機器は、表示部に上述の本発明の一例たる液晶装置を適用したものであるので、高コントラストで、かつ表示品質が高い表示装置となる。

［投射型表示装置］
次に、上記実施形態の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置（プロジェクタ）の構成について、図２５を参照して説明する。図２５は、上記実施形態の液晶装置を光変調装置として用いた投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。図２５において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は液晶光変調装置、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投写レンズを示す。

光源８１０はメタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。青色光、緑色光反射のダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの光束のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた赤色光用液晶光変調装置８２２に入射される。

一方、ダイクロイックミラー８１３で反射された色光のうち緑色光は緑色光反射のダイクロイックミラー８１４によって反射され、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた緑色光用液晶光変調装置８２３に入射される。なお、青色光は第２のダイクロイックミラー８１４も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するために、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９、出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられ、これを介して青色光が上述の本発明の一例たる液晶装置を備えた青色光用液晶光変調装置８２４に入射される。

各光変調装置により変調された３つの色光はクロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。

上記構造を有する投射型表示装置は、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えたものであるので、例えばラビング処理を施したときのようなラビング筋が表示される不具合がなく、高コントラストで、かつ表示品質が高い表示装置となる。

本発明の一実施形態たる透過型液晶装置１の等価回路図。 透過型液晶装置１の表示部要部を平面視した模式図。 図２のＸ−Ｘ線断面図。 電圧を印加したときの液晶の配向を模式的に示す図。 重畳幅が異なる各液晶装置の透過シミュレーションの結果を示す図。 本発明に係る液晶装置の製造方法の説明図。 本発明に係る液晶装置の製造方法の説明図。 本発明に係る液晶装置の製造方法の説明図。 液晶装置（プレチルト角１２°）の透過シミュレーションの結果を示す図。 液晶装置（プレチルト角１３°）の透過シミュレーションの結果を示す図。 液晶装置（プレチルト角１４°）の透過シミュレーションの結果を示す図。 液晶装置（プレチルト角１５°）の透過シミュレーションの結果を示す図。 図１１の液晶装置とは画素電極間距離のみが異なる液晶装置の透過シミュレーションの結果を示す図。 液晶装置（プレチルト角３５°）の透過シミュレーションの結果を示す図。 液晶装置（セルギャップｄが１．５μｍ）の透過シミュレーションの結果を示す図。 液晶装置（セルギャップｄが２．０μｍ）の透過シミュレーションの結果を示す図。 液晶装置（セルギャップｄが２．５μｍ）の透過シミュレーションの結果を示す図。 （ａ）〜（ｃ）はプレチルト角ＬＰの上限値を各構成ごとに示すグラフ。 第２実施形態における透過型液晶装置を模式的に示す断面図。 １／４波長板及び偏光板の光学軸の配置を示す図。 １画素だけに電圧を印加したときの画素電極上における液晶分子のダイレクタ分布を示す斜視図（シミュレーション）。 １/４波長板を液晶表示素子の両側に挿入しない場合の電圧印加状態での一画素における光の透過状態を示す図。 １/４波長板を液晶表示素子の両側に挿入した場合の電圧印加状態での一画素における光の透過状態を示す図。 本発明に係る電子機器について幾つかの例を示す斜視図。 本発明に係る投射型表示装置についての一例を示す図。

符号の説明

１…透過型液晶装置（第１実施形態の液晶装置）、９…画素電極、１０…第１基板、１３…遮光膜、２０…第２基板、２１…共通電極、４１、６１…第１の配向膜（垂直配向膜）、４２…第２の配向膜（水平配向膜）、Ａ１…第１のエリア、Ａ２…第２のエリア、Ｐ…表示領域（画素開口部）、ＢＭ…非表示領域、ａ…非表示領域ＢＭの幅、ｂ…第２のエリアＡ２の幅、ｃ…画素電極間の幅、Ｇ…画素電極間、ＬＰＷ…重畳幅、ＥＧ…画素電極間距離、ＬＰ…プレチルト角、ｄ…セルギャップ、ＵＶ…紫外線、２００…透過型液晶装置（第２実施形態の液晶装置）、７１，７２…偏光板、７１ａ，７２ａ…偏光軸、８１，８２…波長板、８１ａ，８２ａ…光学軸、

Claims (7)

1. 第１基板と、
   該第１基板に対向して配置される第２基板と、
   前記第１基板および前記第２基板間に挟持され、初期配向状態が垂直配向を呈しかつ誘電体異方性が負の液晶からなる液晶層と、
   前記第１基板上の前記液晶層側に形成され、非表示領域に対応するとともに表示領域を区画する遮光膜と、を備え、
   前記第１基板上には、前記表示領域から前記遮光膜上に周辺部を張り出して画素電極が設けられ、
   該画素電極上に、前記表示領域のみ、または前記表示領域から前記非表示領域に周辺部を張り出して、垂直配向膜が設けられ、
   前記遮光膜上の前記垂直配向膜のない領域には、前記画素電極上に周辺部を張り出して、水平配向膜が設けられていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記水平配向膜上の前記液晶のプレチルト角（ＬＰ）が、ＬＰ≦Ａ×ＬＰＷ＋Ｂの範囲を満たすことを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
   （但し、ＬＰＷは前記水平配向膜が前記画素電極上に周辺部を張り出している幅、Ａ＝（９７−６．５×ｄ）×ＥＧ^{（−０．５８）}、Ｂ＝２２×ｌｏｇe（ＥＧ）＋（５６．７−１２×ｄ）、ＥＧは画素電極間の距離、ｄはセルギャップ、さらに、前記Ａが７２．６４以上２２１．９以下、前記Ｂが−８．７以上４２．７以下の範囲内とする。）
3. 前記水平配向膜は、感光性樹脂からなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
4. 前記第１基板及び前記第２基板の外側に配置された互いの遅相軸が直交するように配置された一対の１／４波長板と、
   前記一対の１／４波長板の外側に前記一対の１／４波長板の遅相軸に対して偏光板の透過軸が略４５°の角度をなすように、かつ互いの透過軸が直交するように配置された偏光板と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶装置。
5. 第１基板と、該第１基板に対向して配置される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板間に挟持され、初期配向状態が垂直配向を呈しかつ誘電体異方性が負の液晶からなる液晶層と、前記第１基板上の前記液晶層側に形成され、非表示領域に対応するとともに表示領域を区画する遮光膜と、を備える液晶表示装置の製造方法であって、
   前記第１基板上には、前記表示領域から前記遮光膜上に周辺部を張り出して画素電極を形成する工程と、
   該画素電極上に、前記表示領域のみ、または前記表示領域から前記非表示領域に周辺部を張り出して、垂直配向膜を形成する工程と、
   前記遮光膜上の前記垂直配向膜のない領域に、前記画素電極上に周辺部張り出して、水平配向膜を形成する工程と、を有することを特徴とする液晶装置の製造方法。
6. 前記水平配向膜を形成する工程は、
   感光性樹脂を塗布して樹脂膜を形成する工程と、
   前記遮光膜をマスクにして前記第１基板上の遮光膜と反対側から露光、現像し、該遮光膜に対応した配向膜パターンを形成する工程と、
   該配向膜パターンをラビング処理して前記水平配向膜とする工程とを有することを特徴とする請求項５に記載の液晶装置の製造方法。
7. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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