JP2008298914A - 液晶表示素子および投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素内に発生するリバースチルトドメインと隣接する画素電極に対応する画素内に形成するリバースチルトとの相互作用を低減でき、横電解による画質不良を改善でき、より高品位な画質を得ることができる液晶表示素子および投射型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに対向する二つの基板と、二つの基板間に配置された液晶層と、マトリクス状の画素を形成すべく各基板の対向する面に配置される複数の画素電極と、液晶層の液晶を所定方向に配向させるために二枚の基板上に形成された配向膜と、を有し、二つの基板のうちアクティブ素子が形成された基板の配向方向の出口側に該当する複数の画素電極１３の少なくとも一つの端部形状は、隣接する画素電極の端部から離間するように切り欠いたような形状を有する。
【選択図】図１３

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液晶表示装置に関するものである。

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。

液晶プロジェクタ等に搭載される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で用いられるネマティック液晶は、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分子を均一に配向させることと、基板間隙の制御が重要である。
配向膜が形成され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のスペーサとしては、近年プラスチックビーズの代わりに基板上に直接パターニング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、図１に示すようなライン駆動方式またはフィールド反転駆動方式を用いる。

一般的に、各ラインごとに印加電圧を反転するライン反転駆動がよく使われていた。ライン反転駆動では、フリッカが視認されにくい、カップリング起因の縦クロストークが出ないなどメリットも多い一方で、隣接する画素間で印加電圧を反転させるため、図２に示すように、いわゆるリバースチルトドメインの発生が各画素に発生するといった問題があった。
リバースチルトドメインとは、もともと規定されたプレチルトの方向が逆になってしまう現象である（たとえば、特許文献１参照）。リバースチルトドメインは、正常領域との境界にディスクリネーションラインが発生すため、光りぬけとなり、コントラストを大きく低下させてしまう。
これらの問題を解決するために、発生位置に遮光部を設けて隠すといった対策が施されてきたが、開口率が低下してしまう。また、液晶設計においては、プレチルトを高くすることが一般的に有効であるとされているが、生産バラツキが大きくなるため歩留まりが低下するという問題が発生してしまう。

そこで、隣接する画素において、極性反転の無い駆動が有効であるとされ、近年、１フィールドごとに印加電圧を反転するフィールド反転駆動が提案されている。
本駆動法は、原理上、横電界が発生しないため、解決策のひとつになると考えられてきた。
特許第２９３４８７５号公報

しかしながら、フィールド反転駆動において、図３に示すような黒色背景下で、局所的な白色領域を移動させたところ、配向乱れが発生し、その乱れがなかなか消失しないために、視認されるといった異常が見受けられた。図３は、配向乱れの顕微鏡観察による画像であるが、特定の場所に固定的に発生するのではなく、異常部分は画素内においても移動しているようである。

フィールド反転駆動においては、全画面同一電圧であるラスタ画面においては、横電界は発生しないため、リバースチルトドメインなどの配向乱れは全く発生しない。
しかしながら、黒／白の電界差がある領域においては、黒領域のラビング出口側にリバースチルトドメインが存在することが計算結果からわかっている（図４）。
これらの配向乱れは、前述したリバースチルトドメインが戻りきらない現象により引き起こされるものと推定される。

図４は、フィード反転駆動の液晶パネルを想定したシミュレーション結果である。シミュレーションは、シンテック株式会社製、LCD MASTER 中の2D BENCH、3DBENCHを用いた。なお、シミュレーションにおいては、画素(18μm×18μm)を並列して設置し、液晶物性値（ne、no、弾性定数K11,K22,K33、回転粘性係数、誘電率）、プレチルト角、ツイスト角、アンカリング及び偏光子角度、検光子角度を設定し、交流駆動させている。
これらの課題の改善には、一般的なリバースチルトドメイン対策と同様、プレチルトを高くする方法が有効であるが生産バラツキの観点で懸念が多い。

本発明は、画素内に発生するリバースチルトドメインと隣接する画素電極に対応する画素内に形成するリバースチルトとの相互作用を低減でき、横電界による画質不良を改善でき、より高品位な画質を得ることができる液晶表示素子および投射型液晶表示装置を提供することにある。

本発明の第１の観点の液晶表示素子は、互いに対向する二つの基板と、前記二つの基板間に配置された液晶層と、マトリクス状の画素を形成すべく各基板の対向する面に配置される複数の画素電極と、前記液晶層の液晶を所定方向に配向させるために前記二枚の基板上に形成された配向膜と、を有し、前記二つの基板のうちアクティブ素子が形成された基板の配向方向の出口側に該当する複数の画素電極の少なくとも一つの端部形状は、隣接する画素電極の端部から離間するように切り欠いたような形状を有する。

好適には、前記液晶表示素子は、フレーム毎に各画素電極に印加する電圧を同一極性で反転させるフレーム反転駆動を行うアクティブマトリクス型液晶表示素子である。

本発明の第２の観点の投射型液晶表示装置は、光源と、少なくとも一つの液晶表示素子と、上記光源から出射された光を上記液晶表示素子に導く集光光学系と、上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、を有し、上記液晶表示素子は、互いに対向する二つの基板と、前記二つの基板間に配置された液晶層と、マトリクス状の画素を形成すべく各基板の対向する面に配置される複数の画素電極と、前記液晶層の液晶を所定方向に配向させるために前記二枚の基板上に形成された配向膜と、を有し、前記二つの基板のうちアクティブ素子が形成された基板の配向方向の出口側に該当する複数の画素電極の少なくとも一つの端部形状は、隣接する画素電極の端部から離間するように切り欠いたような形状を有する。

本発明によれば、画素電極の形状を工夫することにより、画素内に発生するリバースチルトドメインと隣接する画素電極に対応する画素内に形成するリバースチルトドメインとの相互作用を低減できる。その結果フィールド反転駆動にて発生する横電界起因の画質不良を改善することができ、かつ高コントラスト比を達成できる。
本発明を適用することにより、高画質の液晶表示素子を実現することが可能となる。
また、プロジェクタ等の投射型ＬＣＤにおいてはパネル小型化もしくは有効画素領域拡大による高開口率化も可能となり無機材料などの材料も画質を劣化させることなく適用できるので長寿命化も可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。

本実施形態においては、アクティブマトリクス型液晶表示素子の特徴的な構成および機能を説明した後、この液晶表示素子が適用される好適な電子機器である投射型液晶表示装置に概略構成および機能について説明する。

図５は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。

本実施形態に係る液晶表示素子１０は、図５に示すように、ＴＦＴアレイ基板（アクティブ素子が形成される基板）１１と、ＴＦＴアレイ基板１１に対向配置される透明な対向基板１２とを備えている。
ＴＦＴアレイ基板１１は、たとえば透過型の場合、石英基板、反射型の場合、たとえばシリコン材料に基板により形成される。対向基板１２は、たとえばガラス基板や石英基板により形成される。ＴＦＴアレイ基板１１には、透過型の場合、画素電極１３が設けられている。
画素電極１３は、たとえばIＴＯ膜（インジウム・ティン・オキサイド膜）などの透明導電性薄膜により形成される。反射型の場合、画素電極１３としては、たとえば金属材料からなる反射電極を用いる。金属材料としては、可視域で高い反射率を有するアルミニウムを用いるのが一般的である。より詳しくは、銅やシリコンを数ｗｔ％添加したアルミニウム金属膜が一般に使用される。その他に、たとえば、白金、銀、金、タングステン、チタンなどを用いることも可能である。対向基板１２には、前述した全面ＩＴＯ膜１４が前面に設けられている。
ＴＦＴアレイ基板１１と対向基板１２とには、液晶を所定方向に配向させるための図示しない配向膜が形成されており、配向膜が所定間隙で対向するようにシール材１５で貼り合わせた一対の基板間に、たとえば垂直配向液晶層１６が挟持されている（封入されている）。

図６は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子のアレイ基板（液晶パネル部）における配置例を示す図である。

図６に示すように、液晶表示素子１０Ａは、画素がアレイ状に配列された画素表示領域２１、水平転送回路２２、垂直転送回路２３−１，２３−２、プリチャージ回路２４、およびレベル変換回路２５を含んで形成されている。
画素表示領域２１には複数のデータ線２６と複数の走査線（ゲート配線）２７が格子状に配線され、各データ線２６の一端側は水平転送回路２２に接続され、他端側はプリチャージ回路２４に接続され、各走査線２７の端部が垂直転送回路２３−１，２３−２に接続されている。

液晶表示素子１０Ａの画素表示領域２１を構成するマトリクス状に複数形成された画素ＰＸには、スイッチング制御する画素スイッチング用トランジスタ２８、液晶２９、および補助容量（蓄積容量）３０が設けられている。
画素信号が供給されるデータ線２６がトランジスタ２８のソースに電気的に接続されており、書き込む画素信号を供給している。また、トランジスタ２８のゲートに走査線２７が電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線２７にパルス的に走査信号を印加するように構成されている。
画素電極１３は、トランジスタ２８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トランジスタ２８を一定期間だけそのスイッチをオンさせることにより、データ線２６から供給される画素信号を所定のタイミングで画素信号を書き込む。

画素電極１３を介して液晶２９に書き込まれた所定レベルの画素信号は、対向基板１２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２９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。
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に、画素電極と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に補助容量（蓄積容量）３０を付加してある。これにより、保持特性はさらに改善され、コントラスト比の高い液晶表示素子が実現できる。
また、このような保持容量（蓄積容量）３０を形成するために、抵抗化されたコモン配線３１が設けられている。

図７は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の具体的な構成例を示す断面図である。
この図７に関連付けて本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の製造方法を説明する。

まず、石英からなるＴＦＴアレイ基板１１上に、第一の遮光膜３２として、高融点の金属（本実施例ではWSi）を形成する。
その後、第一層間膜３３としてＳｉＯ₂を積層し、ＣＶＤ法を用いて、多結晶Si膜（p-Si）３４を形成し、エッチングによりパターン形成をする。
その後、ゲート絶縁膜３５を形成し、ゲート電極３６として、多結晶Si膜（p-Si）を形成し、エッチングによりパターン形成を行う。
その後、第二層間膜３７として、ＳｉＯ₂を積層し、ソース、ドレイン電極として第一のコンタクト３８を形成する。
第一の配線膜３９として金属材料（本実施例ではAl）をスパッタなどの成膜により形成し、エッチングによりパターニングを行う。
その後、第三の層間膜４０として、ＳｉＯ₂を積層し、第二のコンタクト４１を形成した後に、第２の遮光膜４２として、金属膜（本実施例ではＴi）を形成する。
第四の層間膜４３としてＳｉＯ₂を積層し、第三のコンタクト４４を形成し、透明電極４５としてＩＴＯを形成する。
次いで、柱状スペーサ４６となる透明レジスト層を形成する。
基板上にフォトレジストを所定厚さに塗布した後、フォトマスクを用いて紫外線照射による露光処理を行い、その後、現像し、焼成を行って、柱状スペーサ４６を形成する。柱状スペーサ４６は、隣接する画素電極の間の所望の位置に配置される。
次いで、作製したＴＦＴアレイ基板１１および対向基板１２を洗浄する。
次いで、各基板に配向膜を形成する。
次いで、所定の配向になるようにラビングを行い、注入口を除いて形成されるシールパターンを形成し、液晶組成物を注入する。

このようにして形成される本実施形態に係る液晶表示素子１０，１０Ａは、以下に示すように、画素電極の形状を工夫することにより、画素内に発生するリバースチルトドメインと隣接する画素電極に対応する画素内に形成されるリバースチルトドメインとの相互作用を低減している。これにより、液晶表示素子１０，１０Ａは、フィールド反転駆動にて発生する横電界起因の画質不良を改善している。
以下に、本実施形態の液晶表示素子１０，１０Ａの画素電極形状について説明する。

本実施形態の液晶表示素子１０，１０Ａは、図８に示すように、液晶分子が傾斜する方向を配向方向、画素電極に対して配向方向入り口側ＦＩＮ、出口側ＦＯＵＴとしたとき、ＴＦＴ基板１１の画素電極端部４隅のうち、ＴＦＴ基板又は対向基板のどちらか一方の配向方向出口側のみ、隣接する画素電極１３の端部と離間するように、切り欠いた形状、たとえば多角形の一辺をなすように切り欠いた形状を持つように構成される。
ここで、配向方向は画素の配列に沿った順方向または配向方向は画素の配列に沿った順方向とは異なる方向（斜め方向）を採用することが可能である。
たとえば順方向の場合、配向角度90°が適用され、斜め方向の場合、配向角度45°が適用される。

フィールド反転駆動において、配向乱れの消失時間が遅れる原因は画素内に発生するリバースチルトドメインと、隣接する画素に発生するリバースチルトドメインが連結することにより、発生範囲が拡大していくことが原因と推測される。

ＴＦＴなどのスイッチング素子を備えたマトリクス型の液晶表示素子１０，１０Ａにおいて、高開口率と高コントラストを両立させるためには、画素内に発生するリバースチルトドメインと隣接する画素電極１３に対応する画素内に形成するリバースチルトドメインとの相互作用を低減することが有効であり、具体的には、隣り合う画素電極の間隔をより広げることにより、隣接するリバースチルトドメイン同士を物理的に引き離せば良い。

この手法としては、
(1）画素電極間を単純に引き離す、という第１の方法、
(2）画素電極の端部を切り欠くことにより局所的に電極間隔を拡大する、という第２の方法
を採用することが可能である。

第１の方法については、プロジェクタのような高精細、高開口デバイスにおいては画素電極設計上大きく引き離すことは不可能である。
ゆえに、第２の方法が適している。また、画素電極端部の１部や画素端部４隅すべてを切り欠くやり方は、従来から検討されてきた（たとえば特開2005-24923号公報、特開平4-361232号公報）。
しかしながら、画素電極を切り欠いた部分において、電界制御不足により、別の配向不良が発生、その結果、光漏れによるコントラストの低下が著しくなる。

図９は、画素電極面積全体に対する切り欠き面積の割合とコントラストの関係を示す図である。
図９において、横軸が画素面積に対する切り欠き面積の割合を示し、縦軸がコントラストを示している。
図９からわかるように、切り欠き面積が大きくなればなるほどコントラストは悪化する。

したがって、配向乱れ消失時間の遅延の解決と新たな課題であるコントラストの悪化防止を両立させるには、画素設計の最適化が必要となる。

図１０は、画素電極の切り欠き箇所、配向方向、配向乱れ消失時間の関係を調査した結果を示す図である。図１１（Ａ）〜（Ｆ）は調査に用いた画素電極の各種形状を示す図でる。図中１３が画素電極を、１３１が切り欠きを示す。
図１０において、［０］の画素は画素電極端部切り欠き無しの図１１（Ａ）に示す画素であり、［１］の画素は方形を成す画素電極の４隅全てを切り欠いた図１１（Ｂ）に示す画素であり、［２］の画素はＴＦＴ側基板配向方向出口の画素電極端部を切り欠いた図１１（Ｃ）に示す画素であり、［３］の画素は対向側基板配向の出口側に当たるＴＦＴ画素電極を切り欠いた図１１（Ｄ）に示す画素であり、［４］の画素はＴＦＴ側基板配向方向入り口側の画素電極端部を切り欠いた図１１（Ｅ）に示す画素であり、［５］の画素は対向側基板配向方向の入り口側にあたるＴＦＴ画素電極端部を切り欠いた図１１（Ｆ）に示す画素である。

図１０からわかるように、その結果、配向方向入り口側の画素電極の端部の形状には全く相関がないことがわかった。配向方向入り口側の画素電極端部は、切り欠きがあろうと、無かろうと配向乱れの消失時間には全く関係ないものと考えられる。
すなわち、配向方向出口側の画素電極端部さえ切り欠けば、配向乱れ消失時間の遅延の課題は解決する。コントラストの悪化に関してもほとんど影響ないレベルとなる。また、特開平04-361232号公報においては、配向方向入り口側の画素電極端部を切り欠くことでリバースチルトドメインを解決する方法が提案されている。
しかしながら、図１０の実験結果からもわかるとおり、配向方向入り口側の画素電極端部のみ切り欠いても、隣接する画素に連結して発生する配向乱れを軽減することは困難である。
本実施形態は、たとえばＴＦＴ画素電極４隅の内、ＴＦＴ基板または対向基板のどちらか一方の配向方向出口側のみ切り欠くことで隣接する画素に連結して発生する配向乱れを軽減、そして、画素電極端部の切り欠きによるコントラストの悪化を防止する構成を実現することにある。

その他の対策としては、狭ギャップ化、すなわちセルギャップを薄くして、ＴＦＴアレイ基板と対向基板の上下方向の電界を強め、横方向の電界の影響を防止することも効果的である。なお、最大透過率特性を得るには、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。
たとえば、クロスニコル下にＴＮ配向セルを置いた場合（ＴＮ配向で電圧ＯＦＦ時の透過率）は、次のようになる。

［数１］
T＝1-［sin2 （（1+u2）1/2 ×π/2）］/ （1+u2）
u=2Δnd/λ

・（1+u2 ）1/2 =2nとなれば最大（Max）となる。
・Δnd=（4n2 -1 ）1/2 × （λ/2）のとき最大（Max）となる。
したがって、次の関係を得る

［数２］
１ｓｔΔnd＝√3×（λ/2）

上記式から、緑色光（550nm）における最大透過率設計は、Δnd＝0.48μmとなり、たとえば、セルギャップ4μm以下のときは、Δｎ＝０．１２以上が必要となる。
また近年では、プロジェクタに有利な光に強く高寿命化を狙える無機系の配向膜も検討されている。無機系の配向膜材料は、通常のポリイミド等の有機材料に比べ、配向規制力が小さいものが多く、電界の力をより受けやすい。ゆえに、本発明の有効性が発揮できる。

以上説明したような特徴的な切り欠き形状を持つ複数の画素電極を有する本実施形態に係る液晶表示素子１０，１０Ａは、たとえば透過型の液晶パネルに好適である。
また、特に配向制御にラビングを用いる場合は、スペーサ周辺の配向制御は段差の存在から、非常に困難である。本発明はラビングを用いた配向制御法に非常に効果が大きい。
また、液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が０．１０以上であり、セルギャップが４μｍ以下であることを特徴としている。
また、液晶表示素子の画素ピッチは２０μｍ以下であり、また、配向膜に無機配向膜を用いることも可能である。

以下に、本発明の実施例を示す。

＜実施例１＞画素電極（ＩＴＯ）形状変更
ＩＴＯパターンを図１２、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）、図１３（Ｄ）、図１３（Ｅ）に示すようなＩＴＯ形状をエッチングによりパターニングした。
図１２に示す画素は画素電極端部切り欠き無しの画素である。
図１３（Ａ）に示す画素はＴＦＴ側基板配向方向出口の画素電極端部を切り欠いた画素である。
図１３（Ｂ）に示す画素は対向側基板配向の出口側に当たるＴＦＴ画素電極を切り欠いた画素である。
図１３（Ｃ）に示す画素は対向側基板両方の配向方向入り口側の画素電極端部を切り欠いた画素である。
図１３（Ｄ）に示す画素はＴＦＴ側基板配向方向の入り口側にあたるＴＦＴ画素電極端部を切り欠いた画素である。
図１３（Ｅ）の画素は方形を成す画素電極の４隅全てを切り欠いた画素である。

次いで、柱状スペーサ４６となる透明レジスト層を形成した。基板上にフォトレジストとして、PMER（東京応化工業株式会社製）をスピンコート法により３μｍの厚さに塗布した後、フォトマスクを用いて紫外線照射による露光処理を行い、その後、現像し、焼成を行って、柱状スペーサ４６を形成した。

次いで、ＴＦＴアレイ基板１１および対向基板１２を洗浄する。
次いで各基板に配向膜を形成した。配向膜はポリイミドからなる有機材料を用いた。膜厚が50nmの厚さになるように、スピンコートにて塗布した。ホットプレートでプレベークを行い、その後ポストベークを行った。
次いで、ラビングを行い、注入口を除いて形成されるシールパターンを形成し、液晶組成物を注入した。液晶組成物は、ギャップ3μｍにおいて、緑色光の透過率が理論上最大となるように、室温での屈折率異方性Δｎが０．１６のものを用いた。

作製した液晶表示素子に対して、フィールド反転駆動において、画質評価、及びコントラスト評価を行った。
図１４は、実施例１における配向方向、切り欠き箇所と配向乱れ消失時間の評価結果を示す図である。

図１４は、図１２の画素（切り欠き無しの画素）の配向乱れ消失時間を１としたときの各実施例の消失時間を評価した結果を示す。
ＴＦＴ基板または対向基板のどちらか一方の配向方向出口側のみ切り欠くことで配向乱れ消失時間の大幅短縮が見られた。また前述した通り、配向方向入り口側の画素電極端部に切り欠きを設けても効果がないことを確認できた。

図１４に示す評価結果は以下のとおりである。
図１３（Ａ）に示すＴＦＴ側基板の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０．１以下、
図１３（Ｂ）に示す対向側基板の配向方向出口側にあたる画素電極端部を切り欠いた画素は０．２以下、
図１３（Ｃ）に示すＴＦＴ、対向側基板両方の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０.１以下、
図１３（Ｄ）に示すＴＦＴ側基板の配向方向入り口側の画素電極端部を切り欠いた画素）は１、
図１３（Ｅ）に示す画素電極の４隅全てを切り欠いた画素は０.１以下であった。

図１５は、実施例１におけるラビング方向、切り欠き箇所とコントラスト評価を行った結果を示す図である。
この場合も、図１２の画素のコントラストを１としたときの各実施例のコントラスを評価したところ以下のようにコントラストの低下を抑えられることが確認できた。

図１５に示す評価結果は以下のとおりである。
図１３（Ａ）のＴＦＴ側基板の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０．９以上、
図１３（Ｂ）の対向側基板の配向方向出口側にあたる画素電極端部を切り欠いた画素は０．９以上、
図１３（Ｃ）のＴＦＴ、対向側基板両方の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０．９以上、
図１３（Ｄ）のＴＦＴ側基板の配向方向入り口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０．９以上、
図１３（Ｅ）に示す画素電極の４隅全てを切り欠いた画素は０.８以上であった。

本実施例を適用することで、従来画素に比べ、配向乱れ消失時間を視認されないレベルにまで改善し、かつコントラストの低下も抑えることが確認できた。

＜実施例２＞・・・ITO形状変更＋無機材料
前述した配向膜形成を有機材料の代わりに無機配向膜を用いた。代表的に蒸着で形成されるシリコン等があげられるが、ゲルマニウムなどのＩＶ属元素の単体または混合物または化合物、蒸着によって成膜が可能なほとんどすべての物質が使用可能であると考えられる。
その他に、印刷やスピンコート、インクジェット法で形成されるシロキ酸骨格を有する材料などもあげられる。各基板の配向膜形成を行った。
それぞれの基板を蒸着装置に導入し、それぞれに配向膜として、ＳｉＯ_２を斜め蒸着して形成した。膜厚は、約５０nmの厚さに塗布した。次いで注入口を除いて形成されるシールパターンを形成した。液晶層に用いる液晶材料は、Δεが負の垂直型液晶材料で室温での屈折率異方性Δｎが０．０７以上に設定され、液晶層の厚みであるセルギャップｄが４μｍ以下に設定される。

この無機材料条件下においても有機材料と同様に、黒／白の電界差がある領域において、黒領域の配向方向出口側にリバースチルトドメインが存在することが計算結果からわかっている。
ここでは、実施例１の通常の配向方向を基準としたとき、その通常方向と異なる方向に配向する斜め方向の配向を行った。この場合、基準の方向に対して斜め４５度方向である。

本実施例２のために、図１２に示す切り欠きの無い画素、図１６（Ａ）に示す対向基板側、ＴＦＴ基板側、両方の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素、図１６（Ｂ）に示す対向基板側配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素、図１６（Ｃ）に示すＴＦＴ基板配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素のそれぞれのITO形状をエッチングによりパターニングし、作製を行った。

作製した液晶表示素子に対して、画質評価、及びコントラスト評価を行った。
図１７は、実施例２における配向方向、切り欠き箇所と配向乱れ消失時間の評価結果を示す図である。

図１７は、図１２の画素（切り欠き無しの画素）の配向乱れ消失時間を１としたときの各実施例の消失時間を評価した結果を示す。
図１２の画素（切り欠き無しの画素）の配向乱れ消失時間を１としたときの各実施例の消失時間を評価したところ以下のように消失時間の大幅短縮が見られた。

図１６（Ａ）のＴＦＴ、対向基板両方の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素）は０．１以下、
図１６（Ｂ）のＴＦＴ側基板の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０.４程度、
図１６（Ｃ）の対向側基板の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０.４程度であった。

図１８は、実施例１におけるラビング方向、切り欠き箇所とコントラスト評価を行った結果を示す図である。
この場合も、図１２の画素のコントラストを１としたときの各実施例のコントラスを評価したところ以下のようにコントラストの低下を抑えられることが確認できた。

図１８に示す評価結果は以下のとおりである。
図１６（Ａ）のＴＦＴ、対向基板両方の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０．９程度、
図１６（Ｂ）のＴＦＴ側基板の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０．９以上、
図１６（Ｃ）の対向側基板の配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素は０．９以上であった。

本実施例を用いることで、従来画素に比べ、配向乱れ消失時間を視認されないレベルにまで改善し、かつコントラストの低下も抑えることができた。
このように、本発明の液晶表示素子を用いることにより、より高品質の液晶表示素子を得ることができる。

次に、通常の配向角度90°と斜め配向角度45°について考察する。
本実施形態の構成を採用する目的は、ＬＣＤパネルを使った表示素子において高精細、
かつ、配向乱れ消失時間が問題の無い表示を可能とすることにある。
表1に配向角度90°の配向乱れ消失時間とコントラスト特性を、表2に配向角度45°の配向乱れ消失時間とコントラスト特性をそれぞれ示す。
また、図１９は、配向方向と光漏れの関係を示す図であり、図２０は配向方向と配向乱れ消失時間の関係を示す図である。

配向角度90°についてはコントラスト特性が良く、配向乱れ消失時間が遅延するといった特徴を持つ。前述したように配向乱れ消失時間の改善策としては配向方向出口側の画素電極端部を切り欠くことが有効である。

配向角度45°についてはコントラスト特性が悪いことが特徴である。この原因としては図１９に示すように45°の直線偏光光が遮光部端面で反射すると、位相ズレが生じ、光漏れとなってしまうためである。
以上より、高画品位の実現には配向角度90°でかつ配向方向出口側の画素電極端部を切り欠いた画素設計が最適である。

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２１の概略構成図に関連付けて説明する。

図２１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、たと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２２に関連付けて説明する。
図２２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の射出部５４４および緑色光束Ｇの射出部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板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５４６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、Ｂ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。

なお、本発明は、単純マトリクス方式、ＴＦＴアクティブマトリクス方式、ＴＦＤアクティブマトリクス方式など、旋光モード、複屈折モード、いずれの方式の液晶表示素子に適用しても、上述した効果が期待できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、画素電極の形状を工夫することにより、画素内に発生するリバースチルトドメインと隣接する画素電極に対応する画素内に形成するリバースチルトドメインとの相互作用を低減できる。その結果フィールド反転駆動にて発生する横電界起因の画質不良を改善することができ、かつ高コントラスト比を達成できる。

本発明を適用することにより、高画質の液晶表示素子を実現することが可能となる。また、プロジェクタ等の投射型ＬＣＤにおいてはパネル小型化もしくは有効画素領域拡大による高開口率化も可能となり、セルギャップ制御による高生産性、高歩留まり化も実現できる。無機材料などの材料も画質を劣化させることなく適用できるので長寿命化も可能となる。

ライン反転駆動方式とフィールド反転駆動方式を説明するための図である。 リバースチルトドメインの発生メカニズムを説明するための図である。 残像の顕微鏡による観察結果を示す画像である。 １フィールド反転駆動における白黒表示させたときの液晶分子配列を模式的に示す図である。 本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。 本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子のアレイ基板（液晶パネル部）における配置例を示す図である。 本実施形態に係るアクティブマトリクス型液晶表示素子の具体的な構成例を示す断面図である。 本実施形態の配向方向と電極切り欠きとの基本的な関係を説明するための図である。 画素電極面積全体に対する切り欠き面積の割合とコントラストの関係を示す図である。 画素電極の切り欠き箇所、配向方向、配向乱れ消失時間の関係を調査した結果を示す図である。 調査に用いた画素電極の各種形状を示す図である。 画素電極端部切り欠き無しの画素を示す図である。 画素電極の切り欠き形態例を説明するための図である。 図１２の画素（切り欠き無しの画素）の配向乱れ消失時間を１としたときの各実施例の消失時間を評価した結果を示す。 実施例１におけるラビング方向、切り欠き箇所とコントラスト評価を行った結果を示す図である。 実施例２における画素電極の切り欠き形態例を説明するための図である。 実施例２における配向方向、切り欠き箇所と配向乱れ消失時間の評価結果を示す図である。 実施例１におけるラビング方向、切り欠き箇所とコントラスト評価を行った結果を示す図である。 配向方向と光漏れの関係を示す図である。 配向方向と残像の関係を示す図である。 本実施形態に係る投射型液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る３板式投射型液晶表示装置のより具体的な一例を示す構成図である。

符号の説明

１０・・・液晶表示素子、１１・・・ＴＦＴアレイ基板、１２・・・対向基板、１３・・・画素電極、１４・・・対向電極、１５・・・シール材、１６・・・液晶層、４６・・・スペーサ、３００，５００・・・投射型液晶表示装置、３０１，５２０・・・光源、５２５Ｒ，５２５Ｇ，５２５Ｂ・・・ライトバルブ、３０３，５０６・・・投射光学系。

Claims (11)

1. 互いに対向する二つの基板と、
   前記二つの基板間に配置された液晶層と、
   マトリクス状の画素を形成すべく各基板の対向する面に配置される複数の画素電極と、
   前記液晶層の液晶を所定方向に配向させるために前記二枚の基板上に形成された配向膜と、を有し、
   前記二つの基板のうちアクティブ素子が形成された基板の配向方向の出口側に該当する複数の画素電極の少なくとも一つの端部形状は、隣接する画素電極の端部から離間するように切り欠いたような形状を有する
   液晶表示素子。
2. 前記液晶表示素子は、フレーム毎に各画素電極に印加する電圧を同一極性で反転させるフレーム反転駆動を行うアクティブマトリクス型液晶表示素子である
   請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記画素電極が設けられた液晶パネルは透過型の液晶パネルである
   請求項１記載の液晶表示素子。
4. 前記液晶表示素子の配向制御はラビングにより行われる
   請求項１記載の液晶表示素子。
5. 上記液晶層に用いる液晶材料は室温での屈折率異方性が0.10以上であり、セルギャップが4μm以下である
   請求項１記載の液晶表示素子。
6. 前記液晶表示素子の画素ピッチは20μm以下である
   請求項１記載の液晶表示素子。
7. 前記配向膜に無機配向膜を用いる
   請求項１記載の液晶表示素子。
8. 前記配向方向は画素の配列に沿った順方向である
   請求項１から７のいずれか一に記載の液晶表示素子。
9. 前記配向方向は画素の配列に沿った順方向とは異なる方向である
   請求項１から７のいずれか一に記載の液晶表示素子。
10. 光源と、
    少なくとも一つの液晶表示素子と、
    上記光源から出射された光を上記液晶表示素子に導く集光光学系と、
    上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、を有し、
    上記液晶表示素子は、
    互いに対向する二つの基板と、
    前記二つの基板間に配置された液晶層と、
    マトリクス状の画素を形成すべく各基板の対向する面に配置される複数の画素電極と、
    前記液晶層の液晶を所定方向に配向させるために前記二枚の基板上に形成された配向膜と、を有し、
    前記二つの基板のうちアクティブ素子が形成された基板の配向方向の出口側に該当する複数の画素電極の少なくとも一つの端部形状は、隣接する画素電極の端部から離間するように切り欠いたような形状を有する
    投射型液晶表示装置。
11. 前記液晶表示素子は、フレーム毎に各画素電極に印加する電圧を同一極性で反転させるフレーム反転駆動を行うアクティブマトリクス型液晶表示素子である
    請求項１０記載の投射型液晶表示装置。