JP2009128401A - 液晶表示素子および投射型液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示素子および投射型液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】横電界の影響による画品位の低下を防止することが可能で、表示性能の良好な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、マトリクス状に配列される画素５１，５２，５３の形成間隔が異なる。
【選択図】図９

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の方式は、大きく３板式と単板式の２つに分けることができる。
３板式のプロジェクタは、たとえば特許文献１に開示されているように光源から出射される光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）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、投射面に拡大投射する。この方式は、３枚のＬＣＤを用いる等部品点数が多くなってしまうことから、高コストとなるという課題がある。
この課題に対し、単板式のプロジェクタは、１枚のＬＣＤしか必要ないことから、低コストが実現できるといった利点がある。
一般的な単板式のプロジェクタにおいては、たとえば特許文献２に開示されているカラーフィルタを用いてスクリーンに拡大投射する方法がある。
この方法は、光学系構成も簡易で低コストかつシステムもコンパクトになるといった利点がある。
しかしながら、この技術では、カラーフィルタの光吸収や反射により、光利用効率が悪いため高輝度の実現が困難であること、樹脂等のカラーフィルタは耐光性が悪いため画質劣化が懸念されるといった問題がある。
これらを解決するために、特許文献３に開示されているような光源をダイクロイックミラーにより赤、緑、青の各光束に分離し、マイクロレンズアレイに異なった角度で入射させ、それぞれに対応されるような表示画素に分配させるといった単板式の表示方式が提案されている。
この表示方式を用いることで、光利用効率は格段に向上し、高輝度の表示装置を得ることができる。
また、耐光性に関しては、カラーフィルタを用いずに、配向膜には、光に強いポリイミド膜や無機膜を用いることにより、長寿命の表示装置を得ることができる。
上記の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、表示方式としては、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）液晶があげられる。
なお、近年においては、液晶プロジェクタ装置の高輝度化、高コントラスト化、高精細化、高寿命化を図るべく、垂直配向型（ＶＡ型）の液晶素子が検討されている。
この垂直配向型の液晶表示素子は、透過型および反射型いずれにも用いられ、高寿命化を目的とした配向膜の無機化とともに、今後、液晶プロジェクタの主流となっていくと思われる。
配向膜が形成された２枚の基板は、各基板の配向膜が対向して配置され、実際に画像が表示される表示領域の周囲において、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を形成し、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。
特開昭６０-１６９８２７号公報 特開昭５９-２３０３８３号公報 特開平４-３１６２９６号公報
ところで、近年では、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置の小型化にともなって液晶ライトバルブも小型化され、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る。ゆえに遮光部が形成される範囲もどんどん狭くなっている。
たとえば、基板サイズが２２．９ｍｍ（０．９９インチ）ＸＧＡ（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｒｒａｙ）タイプの場合、画素数は１０２４×７６８であり、ピクセルピッチは各単色画素において６．６μｍ以下となっている。
このような高精細化デバイスの場合、隣り合う２つの画素電極間には、非常に大きな横電界が生じる。この横電界の影響により液晶分子の配向不良が発生するといった問題は避けられず、画品位上大きな問題となっていた。
特に、横電界の影響が大きい表示を行った場合、たとえば、図１に示すような画素配列でシアン色の表示を行ったとする。シアン色の表示は、ノーマリーホワイトモードの場合、赤が５Ｖ固定で黒表示固定として、緑と青の電圧を変化させる。
その結果、図２に示すように、緑画素の輝度が大きく浮いてしまい、所望の色が出ず、画品位を大きく低下させていた。
本課題の発生現象をシミュレーションにおいて考察する。
図３は、１０μｍ以下の非常に狭いピッチをもつＴＮ（Twisted Nematic）モード液晶パネルを想定したシミュレーション結果を示す図である。
図３中の＜１＞は、赤、緑、青画素にそれぞれ２Ｖを印加したときのラスター表示時の液晶分子配列と透過率の結果、図３の＜２＞は、赤画素（Ｒ）で５Ｖ、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）に２Ｖ印加したときのシアン色表示時の液晶分子配列と透過率の結果を示す。
シアン色表示したときに、緑画素の液晶分子は、ラスター表示時の液晶分子に比べて、十分に立っておらず、結果的に輝度レベルが浮いてしまっている様子が観察される。
これは、赤画素に印加する電圧を５Ｖに固定したときの横電界の影響によるものと考察される。
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を用いて、画素を並列して設置し、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、アンカリングおよび偏光子角度、検光子角度を設定し、交流駆動させている。
本発明は、横電界の影響による画品位の低下を防止することが可能で、表示性能の良好な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つの基板上に形成された配向膜と、を有し、前記マトリクス状に配置される画素と画素の形成間隔が異なる。
本発明の第２の観点の投射型液晶表示装置は、光源と、液晶表示素子と、前記光源から出射された光を互いに異なる主波長を有する赤色光、緑色光、青色光の色光に分離し、前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つの基板上に形成された配向膜と、を有し、前記マトリクス状に配置される画素と画素の形成間隔が異なる。
好適には、前記マトリクス状に配置される画素単位は、赤緑青で形成する第一画素、第二画素、第三画素の三画素単位であり、前記第一画素と前記第二画素と前記第三画素の各々の形成間隔が異なる。
好適には、緑表示に該当する画素に対して、配向方向側の隣接画素との画素電極間隔が他の画素電極間隔に比べて最大である。
好適には、前記第二画素は緑色画素であり、赤色画素と緑色画素の間隔をＲＧ、緑色画素と青色画素の間隔をＧＢ、青色画素と赤色画素の間隔をＢＲとしたときに、ＲＧの間隔が最も広い。
好適には、前記液晶層に用いる液晶は室温での屈折率異方性が０．１０以上であり、液晶層の厚みが４μｍ以下である。
好適には、前記画素電極が設けられた液晶パネルは透過型である。
好適には、前記単色１画素の画素ピッチは２０μｍ以下である。
また、好適には、前記配向膜は無機配向膜により形成されている。
本発明によれば、画素と画素の形成間隔を最適化することにより、画素内に発生する配向異常等が視認されにくくなり、高品位な画質を得ることができる。
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。
以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る液晶表示素子を採用した投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。
本投射型表示装置ＰＲＪは、図４に示すように、液晶表示素子１、光源部２、コンデンサレンズ３、ダイクロイックミラー４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ、投射レンズ（投射光学系）５、および投射スクリーン６を主構成要素として構成されている。
液晶表示素子１は、図５（Ａ），（Ｂ）に示すよう、透明なＴＦＴアレイ基板１１と透明なマイクロレンズアレイ基板である対向基板１２との間に液晶層１３が挟持されている（封入されている）。対向基板１２においては、液晶層１３側のカバーガラス１３１と光入射側のベースガラス１３２に挟持されるようにマイクロレンズアレイ１３３が形成されている。
この液晶表示素子１の構成については、後でさらに詳述する。
本実施形態の光源部２の光源２ａとしては、高圧水銀ランプを用いるが、他のランプである、メタルハライドランプやハロゲンランプやキセノンランプを用いることもできる。
白色光源２ａの背面には、球面鏡２ｂが配置され、前面には白色光源を平行光にするためにコンデンサレンズ３が配置されている。
コンデンサレンズ３の前方（光出射側）には、光束を赤、緑、青に分離する色分離手段である色分離光学系であるダイクロイックミラー４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが備え付けられている。各色分離光学系であるダイクロイックミラー４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、赤、緑、青の各波長帯の光を選択的に反射し他は透過する特性を有する。
赤のダイクロイックミラー４Ｇは約６００ｎｍ以上の波長、青のダイクロイックミラー４Ｂは５００ｎｍ未満の短波長の可視光を反射する。緑のダイクロイックミラー４Ｇはおよそ５７０−５００ｎｍの範囲を反射する。
ダイクロイックミラーの配置により、赤の波長域の光は赤のダイクロイックミラー４Ｒに反射されて液晶表示素子１のマイクロレンズアレイ１３３に入射し、緑の波長域の光は赤のダイクロイックミラー４Ｒを透過後、緑のダイクロイックミラー４Ｇによって反射され、再び赤のダイクロイックミラー４Ｒを透過して同様にマイクロレンズアレイ１３３に異なる角度で入射する。
青の波長域の光は赤および緑のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇを透過後、青のダイクロイックミラー４Ｂによって反射され、再び赤および緑のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇを透過して同様にマイクロレンズアレイ１３３に異なる角度で入射する。
このように、単一の白色光源２ａの光は３色の色光に分離され、３方向からマイクロレンズアレイ１３３に入射される。
以下に、本実施形態に係る液晶表示素子１の構成についてさらに詳細に説明する。
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１は、図６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マイクロレンズアレイ基板としての対向基板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、画素電極１４が設けられている。画素電極１４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。
対向基板で１２には、前述した全面ＩＴＯ膜（対向電極）１５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１６で貼り合わせた一対の基板間に、たとえば液晶層１３が挟持されている（封入されている）。
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７に示すように、液晶表示素子１Ａ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１Ａ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１４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１４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８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８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（本実施形態では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１，１Ａは、以下に示すように、マトリクス状に配列される画素の形成間隔が異なるように工夫することにより、横電界の影響による画品位の低下を防止している。これにより、液晶表示素子１，１Ａは、画素内に発生する画素内に発生する配向異常等が視認されにくくなり、高品位な画質を得ることができるようになっている。
以下に、本実施形態の液晶表示素子１，１Ａの画素の形成間隔について説明する。
本実施形態の液晶表示素子１，１Ａは、たとえば図９に示すように、画素単位５０は、赤緑青で形成する第一画素５１、第二画素５２、および第三画素５３の三画素単位であり、第一画素５１と第二画素５２と第三画素５３の各々の形成間隔が異なる。
たとえば、図１０に示すように、緑表示に該当する画素（第二画素５２）に対して、配向方向側の隣接画素との画素電極間隔が他の画素電極間隔に比べて最大である。
より具体的には、第二画素は緑色画素Ｇであり、赤色画素Ｒと緑色画素Ｇの間隔をＲＧ、緑色画素Ｇと青色画素Ｂの間隔をＧＢ、青色画素Ｂと赤色画素Ｒの間隔をＢＲとしたときに、ＲＧの間隔が最も広い（ＲＧ≧ＲＢ≧ＢＲ）。
画素の形成間隔についてさらに考察する。
横電界による配向不良に対する設計パラメータとしては、対策としては、セルギャップを薄くしたり、隣り合う画素電極間の間隔を広げることが効果的である。
図１１は、画素が、赤緑青の配列で、シアン、マゼンダ、イエローを表示させたときの、本来表示したい色と液晶分子の配向不良の影響を受けてしまったときの色の見え方を示す図である。
図１１に示すように、シアン色のみ画質への影響が大きかった。
この理由は、電界をかけたときの隣の画素の輝度が浮いてしまい、結果的に本来表示したい色を得ることができなくなってしまうためである。
図１２は、緑画素輝度の浮きを定量化するために、指標＝｜1-（シアン色を出したときの緑画素の輝度／緑画素の理想輝度）｜を設定し、０〜５Ｖにおける各電圧で測定し、プロットした結果を示す図である。
図１２から中間調付近で緑の輝度が大きく浮いていることが明らかとなったので、２Ｖにおける緑画素輝度の浮きの指標値および同電圧での画質評価の関係を、図１３に示した。なお、画質評価は、被験者２０名における平均値である。緑輝度の浮きと画質評価は大きな相関があることがわかる。
一方で、マゼンダとイエローに関しては、画質にはほとんど影響が見られないことがわかった。
この理由は、人間の視感度に関係する。赤色、緑色、青色画素の中では、緑色の画素での視認が圧倒的に目立つのである。この理由は、人間の目は、光の波長によって、明るさの感じ方が異なるからである。
一般的に、明るさの感じ方は、視感度といわれるが、図１４（CIE測光標準観測者の明所視の比視感度）に示すように、人の目は５５５ｎｍの波長の光を最も感じる。
したがって、重要なことは、緑画素の横電界による輝度への影響を制御することにある。
ＩＴＯ間隔を広げたり、セルギャップを狭くすることで、横電界制御は可能となる。
しかしながら、ＩＴＯ間隔を拡大するといくつかのリスクが生じる。
一つ目は、遮光領域を広げる必要があるため、開口率が低下し、明るさが低下すること、二つ目は、ＩＴＯ間隔の拡大により、液晶分子の配向制御が悪化し、光漏れなどによるコントラストの低下である。
本検討から、緑画素Ｇの輝度が浮いたときのみに限って、画質へ大きく影響するといったことから、特に緑画素Ｇに隣接する画素間隔を広げてやれば、リスクを最小限にして、本課題による画質不良を防止できる。
なお、本実施形態では、第二画素５２を緑色画素Ｇにしているが、以下の理由からである。
まず、第二画素５２が赤色（Ｒ）の場合は、一般的には赤領域帯の光強度は他色に比べ弱いため、混色がおこりやすい。混色とは、投射型液晶表示装置の構成において、各光束が所望の表示画素内から外れて入射してしまう、すなわち第二画素５２を除く第一画素５１、第三画素５３の光束が第二画素の一部に入射してしまい色が混ざってしまう現象のことである。
また、第二画素５２が青色（Ｂ）の場合は、シール端の画質不良が認識されやすくなる。画素端（シール端最短画素）は、画質不良が発生しやすいため、不良が認識されやすい青色を配置することにより、歩留まりや品質が向上するのである。
以上説明したような特徴的な画素間隔をもつ本実施形態に係る液晶表示素子１，１Ａ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。
特に、液晶プロジェクタは、狭ピッチ高精細デバイスであり、更に拡大投影するため画質異常が目立ちやすい。
上述した横電界によるリバースチルトドメインによる配向乱れには非常に厳しい方向にある。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。
狭ギャップ化については、特に遮光部などに選択式のスペーサを作成することがギャップ制御に非常に有効である。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。
以下に、本発明の実施例を示す。
＜実施例１＞
図１５は、一般的なＩＴＯパターン形状を示す図である。
図１６は、実施例１の実験条件を示す図である。
また、図１７は、実施例１の評価結果を示す図である。
一般的なＩＴＯパターン形状を、図１５に示すように、エッチングによりパターニングした。
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う。
その後、現像し、焼成を行って、直径約１．５μｍの柱状スペーサ４６を形成した。ＩＴＯ形状については、図１５に示すとおりである。
ＩＴＯは、図１６に示すＩＴＯ間隔1μｍ、２μｍの２条件に対し、＜１＞ＲＧ間、＜２＞ＧＢ間、＜３＞ＢＲ間の３条件に対する全ての組み合わせについて形成した。
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。膜厚画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、以下の評価を行った。
［１］画質評価
評価結果を図１７に関連付けて説明する。
各々の条件の液晶表示素子に対し、シアン、マゼンダ、イエロー色を表示させた。
画質評価を行い、本来出したい色（理想色）とほぼ同等な見え方をするものを「ＯＫ」、異なるものを「ＮＧ（×）」とした。
比較例＜１＞においては、ＩＴＯ間隔２μｍのものは、全てＯＫであり、1μｍのものは、シアン色のみＮＧであった。
発明の実施例である＜１＞〜＜３＞においては全てＲＧ間が２μｍの条件のものであるが、全てＯＫであった。
その他の比較例では、シアン色のみＮＧであった。
緑画素輝度の浮きが大きく画質に依存することがわかったので、それを定量化するために、図１８に示すように、指標＝｜1-（シアン色を出したときの緑画素の輝度／緑画素の理想輝度）｜の割合を緑の浮きを表現する指標とし、０〜５Ｖにおける各電圧で測定し、プロットした。
その結果、中間調付近で緑の輝度が大きく浮いていることが明らかとなった。各々の条件に対する０〜５Ｖの指標最大値を記載したところ、発明実施例においては、比較例に比べて約９０％近くの輝度浮き改善を達成することができた。
［２］コントラスト評価
図１７の比較例＜１＞を見るとわかるように、ＩＴＯ間隔が大きいほど、コントラストは低下することがわかる。
画質悪化を防止し、かつ、コントラストリスクを低減するには本発明の実施例＜１＞が最も、最適であることがわかる。
＜実施例２＞・・・無機材料
図１９は、実施例２の評価結果を示す図である。
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、ＳｉＯ２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。
作製した液晶表示素子に対して、画質評価、コントラスト評価を行った。
無機配向膜は、アンカリングエネルギーが小さいために、一般的にポリイミドと比較して、配向制御が弱いと言われている。
評価結果も、コントラストや配向不良による画質劣化は更に酷かったが、本発明の実施例である配置を採用することにより、高品質、高画質の液晶パネルを得ることができた。
以上説明したように、本実施形態によれば、ＩＴＯ配置設計を最適化することにより、画素内に発生する配向異常等が視認されにくくなり、高品位な画質を得ることができる。
より具体的には、マトリクス状に配列される画素の形成間隔が異なるように工夫することにより、横電界の影響による画品位の低下を防止している。これにより、液晶表示素子１，１Ａは、画素内に発生する画素内に発生する配向異常等が視認されにくくなり、高品位な画質を得ることができる。
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。
また、レーザー光源を用いた投射型表示装置システムについても本発明を適用することが可能で、その場合も本実施形態と同様の効果を得ることができる。
シアン色表示の一例を示す図である。 緑の画素輝度が浮いた様子を示す図である。 結晶分子シミュレーションの結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示素子を採用した投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態の液晶表示素子のマイクロレンズアレイを含む概略構成を示す図である。 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。 本実施形態の画素単位の構成を説明するための図である。 配向方向と画素の形成間隔との関係を説明するための図である。 各色の見え方と画質への影響度を示す図である。 緑画素輝度の浮きの電圧依存性を示す図である。 緑画素輝度の浮きと画素評価の関係を示す図である。 CIE測光標準観測者の明所視の比視感度を示す図である。 一般的なＩＴＯパターン形状を示す図である。 実施例１の実験条件を示す図である。 実施例１の評価結果を示す図である。 印加電圧と緑画素の浮きを表す指標との関係を示す図である。 実施例２の評価結果を示す図である。
符号の説明
ＰＲＪ・・・投射型表示装置、１・・・液晶表示素子、２・・・光源部、３・・・コンデンサレンズ、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ・・・ダイクロイックミラー、５・・・投射レンズ（投射光学系）、１１・・・ＴＦＴアレイ基板、１２・・・対向基板、１３・・・液晶層、１４・・・画素電極、１５・・・対向電極、１６・・・シール材、４６・・・スペーサ、５０・・・単位画素、５１・・・第一画素（Ｒ）、５２・・・第二画素（Ｇ）、５３・・・第三画素（Ｂ）。

Claims (16)

  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つの基板上に形成された配向膜と、を有し、
    前記マトリクス状に配置される画素と画素の形成間隔が異なる
    液晶表示素子。
  2. 前記マトリクス状に配置される画素単位は、赤緑青で形成する第一画素、第二画素、第三画素の三画素単位であり、
    前記第一画素と前記第二画素と前記第三画素の各々の形成間隔が異なる
    請求項１記載の液晶表示素子。
  3. 緑表示に該当する画素に対して、配向方向側の隣接画素との画素電極間隔が他の画素電極間隔に比べて最大である
    請求項１記載の液晶表示素子。
  4. 前記第二画素は緑色画素であり、赤色画素と緑色画素の間隔をＲＧ、緑色画素と青色画素の間隔をＧＢ、青色画素と赤色画素の間隔をＢＲとしたときに、ＲＧの間隔が最も広い
    請求項１記載の液晶表示素子。
  5. 前記液晶層に用いる液晶は室温での屈折率異方性が０．１０以上であり、液晶層の厚みが４μｍ以下である
    請求項４記載の液晶表示素子。
  6. 前記画素電極が設けられた液晶パネルは透過型である
    請求項４記載の液晶表示素子。
  7. 前記単色１画素の画素ピッチは２０μｍ以下である
    請求項４記載の液晶表示素子。
  8. 前記配向膜は無機配向膜により形成されている
    請求項４記載の液晶表示素子。
  9. 光源と、
    液晶表示素子と、
    前記光源から出射された光を互いに異なる主波長を有する赤色光、緑色光、青色光の色光に分離し、前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つの基板上に形成された配向膜と、を有し、
    前記マトリクス状に配置される画素と画素の形成間隔が異なる
    投射型液晶表示装置。
  10. 前記マトリクス状に配置される画素単位は、赤緑青で形成する第一画素、第二画素、第三画素の三画素単位であり、
    前記第一画素と前記第二画素と前記第三画素の各々の形成間隔が異なる
    請求項９記載の投射型液晶表示装置。
  11. 前記緑表示に該当する画素に対して、配向方向側の隣接画素との画素電極間隔が他の画素電極間隔に比べて最大である
    請求項９記載の投射型液晶表示装置。
  12. 前記第二画素は緑色画素であり、赤色画素と緑色画素の間隔をＲＧ、緑色画素と青色画素の間隔をＧＢ、青色画素と赤色画素の間隔をＢＲとしたときに、ＲＧの間隔が最も広い
    請求項９記載の投射型液晶表示装置。
  13. 前記液晶層に用いる液晶は室温での屈折率異方性が０．１０以上であり、液晶層の厚みが４μｍ以下である
    請求項１２記載の投射型液晶表示装置。
  14. 前記画素電極が設けられた液晶パネルは透過型である
    請求項１２記載の投射型液晶表示装置。
  15. 前記単色１画素の画素ピッチは２０μｍ以下である
    請求項１２記載の投射型液晶表示装置。
  16. 前記配向膜は無機配向膜により形成されている
    請求項１２記載の投射型液晶表示装置。
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