JP2009025330A - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶装置において、コントラストを高め、且つ製造工程における加工を単純にする。
【解決手段】液晶装置（１）は、一対の基板（１０，２０）と、該一対の基板間に狭持され、電圧無印加時における配向状態が垂直配向であり、誘電異方性が正である液晶分子（５０ａ）を含んでなる液晶層（５０）と、一対の基板のうち一方の基板上に配置される第１及び第２電極（９ａ，９ｂ）と、該第１及び第２電極間に電圧を印加して、一方の基板の基板面に沿う方向に電界を画素毎に発生させる電圧印加手段（１５０）とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば液晶ライトバルブ、直視型の液晶表示装置等の液晶装置、及びこれを備えた液晶プロジェクタ等の電子機器の技術分野に関する。

この種の液晶装置では、表示画像の品質の向上が図られる。例えば、特許文献１には、垂直配向マトリクス液晶表示装置において、画素間に配向制御電極を設け、これに他の全ての透明電極より高い又は低い実効電圧を印加し、且つ透明電極に電極不在により形成された配向制御窓を設け、液晶層中の電界を調整して液晶分子の配向を制御する。これにより、ディスクリネーションの出現による表示品位の低下を防止すると共に、視角特性を向上する技術が記載されている。

また、特許文献２には、複数の画素間に渡って伸びたドレイン電極及びコモン電極、並びに、それらと同一方向に伸びたソース電極を有する薄膜トランジスタにより、液晶組成物に対して基板面に平行な電界（即ち「横電界」）を印加することによって、高コントラスト等が得られる技術が記載されている。

特開平７−６４０８９号公報 特開平６−１６０８７８号公報

しかしながら上述の特許文献１に記載の技術によれば、製造工程における加工が複雑になる可能性があるという技術的問題点がある。また、特許文献２に記載の技術によれば、垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：ＶＡ）型の液晶に比べて、高コントラストを得難い可能性があるという技術的問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、例えば高コントラスト、且つ製造工程における加工が単純である液晶装置、及びこれを備えた電子機器を提供することを課題とする。

本発明の液晶装置は、上記課題を解決するために、一対の基板と、該一対の基板間に狭持され、電圧無印加時における配向状態が垂直配向であり、誘電異方性が正である液晶分子を含んでなる液晶層と、前記一対の基板のうち一方の基板上に配置される第１及び第２電極と、該第１及び第２電極間に電圧を印加して、前記一方の基板の基板面に沿う方向に電界を画素毎に発生させる電圧印加手段とを備える。

本発明の液晶装置によれば、例えばガラス基板等である一対の基板は、液晶層を狭持している。液晶層に含まれる、例えばネマティック液晶である液晶分子は、正の誘電異方性を有すると共に、電圧が印加されていない場合の配向状態が基板面に対して垂直になるように配向されている。このような配向は例えば、一対の基板の各々上に設けられた垂直配向用の配向膜の間に、垂直配向用の液晶を挿入することにより実施可能となる。

一対の基板のうち一方の基板上には、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極である第１及び第２電極が配置されている。ここに、「一方の基板」とは、典型的には、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）アレイ基板又は素子基板である。

電圧印加手段は、第１及び第２電極間に電圧を印加して、一方の基板の基板面に沿う方向に電界を発生させる（即ち、「横電界」を発生させる）。

当該液晶装置において、電圧印加手段によって横電界が発生した際に、液晶分子は発生された横電界に沿うように、その方向が変化する。

本願発明者の研究によれば、一般に、ＶＡ型の液晶装置では、電圧を印加した際に、液晶装置における液晶分子が倒れる方向を制御するための凸部を基板に形成しなければならず、加工が複雑になる可能性がある。加えて、基板面と交わるように電界（即ち「縦電界」）を発生させるためには、例えばＴＦＴ基板及び対向基板の両方に電極を形成しなければならない。また、ＶＡ型の液晶装置に使用される負の誘電異方性を有する液晶分子は、その材料が限られており設計マージンが少ない。

他方、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）型の液晶装置では、横電界を発生させれば済むものの、高コントラストを得るためには、偏光板等を配置することに高い精度が要求される。すると、偏光板等の配置によっては目標とするコントラストを得られなかったり、配置失敗によりコストが増大したりする可能性があることが判明している。

しかるに本発明では、電圧無印加時における配向状態が垂直配向であり且つ誘電異方性が正である液晶分子の方向は、電圧印加手段によって発生された横電界に沿うように、変化する（即ち、倒れる）。

これにより、液晶分子が倒れる方向を制御するための凸部を基板に形成する必要がない。加えて、典型的には、横電界を印加するためには、一対の基板のうちの一方の基板のみに電極を形成すればよい。従って、当該液晶装置の製造工程における加工を単純にすることができる。

更に、正の誘電異方性を有する液晶材料は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶等にも使用されていることから設計マージンが広い。従って、材料の選択及び／又は組み合わせによっては、既存のＶＡ型液晶装置より応答速度を速くしたり、コストを低減したりすることができる。

また、電圧無印加時における配向状態が垂直配向であるので高コントラストを得るために、ＩＰＳ型液晶装置ほど偏光板等の配置に高い精度は要求されない。

以上の結果、本発明の液晶装置によれば、当該液晶装置のコントラストを高め、且つ製造工程における加工を単純にすることができる。

本発明の液晶装置の一態様では、前記第１電極は、前記一方の基板上において、第１方向に延びるように配置され、前記第２電極は、前記一方の基板上において、前記第１方向に沿って延びるように配置されている。

この態様によれば、例えば画素電極である第１電極は、一方の基板上において、第１方向に延びるように配置されている。ここに、「第１方向」とは、典型的には、基板面に沿った方向であって且つ基板の一辺に沿う方向である。例えば共通電極である第２電極は、一方の基板上において、第１方向に沿って（例えば、平行に）延びるように配置されている。

尚、第１及び第２電極は、典型的には、一方の基板上に夫々複数形成され、第１及び第２電極が相互に隣り合うように所定の間隔で配置されている。

本発明の液晶装置の他の態様では、前記一対の基板の各々上に、前記液晶分子を垂直配向させるための垂直配向膜を更に備える。

この態様によれば、比較的容易にして液晶分子の電圧無印加時における配向状態を垂直配向とすることができる。尚、垂直配向膜は、例えば、無機材料を斜方蒸着することにより形成してもよいし、塗布型垂直配向膜であってもよい。

本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上述した本発明の液晶装置（但し、その各種態様を含む）を備える。

本発明に係る電子機器によれば、上述した本発明に係る液晶装置を具備してなるので、高コントラストを実現することが可能である。この結果、高品質な画像表示を行うことに適した、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、本発明の液晶装置に係る実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。尚、以下で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。

先ず、図１及び図２を参照して本実施形態に係る液晶装置を構成する液晶パネルについて説明する。ここに図１は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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みた平面図であり、図２は、図１のＨ−Ｈ´線断面図である。

図１及び図２において、本実施形態の液晶パネル１００では、本発明に係る一対の基板の一例としてのＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０が対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば、石英基板、ガラス基板、シリコン基板等の透明基板からなり、対向基板２０は、例えば、石英基板、ガラス基板等の透明基板からなる。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が封入されており、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、複数の画素が設けられた領域に対応する画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（即ち、ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。尚、ギャップ材を、シール材５２に混入されるものに加えて若しくは代えて、画像表示領域１０ａ又は画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域に、配置するようにしてもよい。

図１において、シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。

周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。この一辺に沿ったシール領域よりも内側に、サンプリング回路７が額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿ったシール領域の内側に、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１０上には、対向基板２０の４つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材１０７で接続するための上下導通端子１０６が配置されている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。更に、外部回路接続端子１０２と、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４、上下導通端子１０６等とを電気的に接続するための引回配線９０が形成されている。

図２において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、駆動素子である画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成される。この積層構造の詳細な構成については図２では図示を省略してあるが、この積層構造の上に、ＩＴＯ等の透明材料からなる電極９が、画素毎に所定のパターンで櫛歯状に形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０における液晶層５０の面する側の表面、即ち電極９上には、垂直配向膜１６が電極９を覆うように形成されている。

対向基板２０におけるＴＦＴアレイ基板１０との対向面上に、遮光膜２３が形成されている。遮光膜２３は、例えば対向基板２０における対向面上に平面的に見て、格子状に形成されている。対向基板２０において、遮光膜２３によって非開口領域が規定され、遮光膜２３によって区切られた領域がバックライトから出射された光を透過させる開口領域となる。尚、遮光膜２３をストライプ状に形成し、該遮光膜２３と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたデータ線等の各種構成要素とによって、非開口領域を規定するようにしてもよい。

遮光膜２３上に、画像表示領域１０ａにおいてカラー表示を行うために、開口領域及び非開口領域の一部を含む領域に、図２には図示しないカラーフィルタが形成されるようにしてもよい。対向基板２０の対向面上には、垂直配向膜２２が形成されている。

液晶層５０は、誘電率異方性が正である液晶分子を含んで構成されており、一対の垂直配向膜１６及び２２によって、液晶分子は、その初期配向状態が垂直になるように配向される。

本発明に係る電圧印加手段の一例としての電源１５０は、外部回路接続端子１０２を介して、電極９に対し電圧を印加する。

尚、図１及び図２に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４、サンプリング回路７等に加えて、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る液晶装置の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す斜視図である。尚、以降の図においては、図１及び図２で示した、液晶パネル１００の詳細な部材については適宜省略し、直接関連のある部材のみを示す。

図３において、液晶装置１は、液晶パネル１００と、光の入射方向に沿って液晶パネル１００の両側の夫々に配置された偏光板２０１及び２０２と、図示しない電源１５０（図１参照）とを備えて構成されている。偏光板２０１における遅相軸２０１ａと、偏光板２０２における遅相軸２０２ａとは相互に直交している（即ち、クロスニコル状態である）。

液晶パネル１００は、ＴＦＴアレイ基板１０と、対向基板２０と、該ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間に狭持され、初期配向状態が垂直配向であり、誘電異方性が正である液晶分子５０ａを含んでなる液晶層５０と、ＴＦＴアレイ基板１０上に配置される画素電極９ａ及び共通電極９ｂとを備えて構成されている。

ここに、本実施形態に係る「画素電極９ａ」及び「共通電極９ｂ」は、夫々、本発明に係る「第１電極」及び「第２電極」の一例である。尚、上述した電極９は、画素電極９ａ及び共通電極９ｂを含んで構成されている。

次に、図４を参照して、液晶パネル１００に電圧を印加した場合の液晶分子５０ａの動作について説明する。図４は、本実施形態に係る液晶パネル１００における液晶分子の動作を示す概念図である。図４（ａ）は、電圧が印加されていない場合を示しており、図４（ｂ）は、電圧が印加されている場合を示している。

図４（ａ）に示すように、画素電極９ａ及び共通電極９ｂ間に電圧が印加されていない場合、液晶分子５０ａは、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間において、その長軸方向が基板面に対し垂直になるように配向される（即ち、垂直配向される）。この場合、液晶装置１に照射された光は、液晶分子５０ａの影響を受けないので、偏光板２０１及び２０２によって遮光される（即ち、黒表示となる）。

一方、図４（ｂ）に示すように、画素電極９ａ及び共通電極９ｂ間に電圧が印加されている場合、液晶分子５０ａは、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間において、その長軸方向が基板面に沿うように配向される。この場合、液晶装置１に照射された光は、横に倒れたことによる液晶分子５０ａの複屈折の変化によって、その偏光状態が変化されて、液晶パネル１００並びに偏光板２０１及び２０２を透過する（即ち、白表示となる）。尚、典型的には、電圧は、画素電極９ａが、正又は負電位となるように印加され、この際、共通電極９ｂは接地電位となっている。

厳密には、液晶分子５０ａの長軸方向は、電圧が印加されたことにより、画素電極９ａ及び共通電極９ｂ間に生じた電界Ｅに沿うように、変化する。このため、画素電極９ａ及び共通電極９ｂ近傍では、液晶分子５０ａの変化（即ち、傾き）が小さくなり、光の透過率が低下するが、液晶パネル１００に表示される画像に対する影響は小さいことが、本願発明者の研究により判明している。

逆に、そのような光の透過率が低下する共通電極９ｂの近傍については、ブラックマスク或いはブラックマトリクスといった開口領域を区分けする遮光膜で隠すように構成してもよい。

尚、液晶分子５０ａの倒れる方向を制御するために、対向基板２０に電極を形成してもよい。

＜電子機器＞
次に、図５を参照しながら、上述した液晶装置を電子機器の一例であるプロジェクタに適用した場合を説明する。上述した液晶装置１００は、プロジェクタのライトバルブとして用いられている。図５は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。

図５に示すように、プロジェクタ１１００内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット１１０２が設けられている。このランプユニット１１０２から射出された投射光は、ライトガイド１１０４内に配置された４枚のミラー１１０６および２枚のダイクロイックミラー１１０８によってＲＧＢの３原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇに入射される。

液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇの構成は、上述した液晶装置と同等の構成を有しており、画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１１２に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１１２においては、ＲおよびＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ１１１４を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。

ここで、各液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂによる表示像は、液晶パネル１１１０Ｇによる表示像に対して左右反転することが必要となる。

尚、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇには、ダイクロイックミラー１１０８によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設ける必要はない。

尚、図５を参照して説明した電子機器の他にも、モバイル型のパーソナルコンピュータや、携帯電話、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に適用可能なのは言うまでもない。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う液晶装置及びこれを備えた電子機器もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係る液晶パネルを各構成要素と共に対向基板側から見た平面図である。 図１のＨ−Ｈ´線断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る液晶パネルにおける液晶分子の動作を示す概念図である。 本発明に係る電子機器の一例としてのプロジェクタの構成例を示す平面図である。

符号の説明

１…液晶装置、９ａ…画素電極、９ｂ…共通電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…対向基板、５０…液晶層、５０ａ…液晶分子、１００…液晶パネル、１５０…電源、２０１、２０２…偏光板

Claims (4)

1. 一対の基板と、
   該一対の基板間に狭持され、電圧無印加時における配向状態が垂直配向であり、誘電異方性が正である液晶分子を含んでなる液晶層と、
   前記一対の基板のうち一方の基板上に配置される第１及び第２電極と、
   該第１及び第２電極間に電圧を印加して、前記一方の基板の基板面に沿う方向に電界を画素毎に発生させる電圧印加手段と
   を備えることを特徴とする液晶装置。
2. 前記第１電極は、前記一方の基板上において、第１方向に延びるように配置され、
   前記第２電極は、前記一方の基板上において、前記第１方向に沿って延びるように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記一対の基板の各々上に、前記液晶分子を垂直配向させるための垂直配向膜を更に備え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. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶装置を備えることを特徴とする電子機器。

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