JP2012083455A - 液晶装置、液晶装置の製造方法、及び電子機器 - Google Patents

液晶装置、液晶装置の製造方法、及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】隣り合う画素電極に黒表示と白表示を行わせる電圧が印加された場合、黒表示と白表示を行う画素電極間の隙間の長手方向と交差する方向に横方向電界が生じる。横方向電界はどちらかの偏光板の吸収軸と略平行な方向に発生するため、本来白表示がなされる画素電極に、黒領域が発生し、コントラストが低下するという課題がある。
【解決手段】第1方向と前記第1方向に交差する第2方向とに複数の画素電極15が配置された基板10と、液晶層と、を備えた液晶装置であって、前記基板10は、前記第1方向または前記第2方向の少なくとも一方において前記画素電極15間の隙間に設けられ、前記液晶層中の液晶分子を前記隙間の長手方向に沿って水平配向させる第1配向膜と、少なくとも前記画素電極を覆う、前記液晶分子を前記基板の法線に沿って垂直配向させる第2配向膜と、を有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、液晶装置、液晶装置の製造方法、及び電子機器に関する。
液晶表示パネル等の液晶装置において、液晶分子を配向規制するための配向膜として、斜方物理蒸着法を用いた無機配向膜の開発が進められてきている。特に、垂直配向(VA)モードでノーマリーブラックの特性を備える液晶装置は、コントラスト比を高く取れることから有望視されている。VAモードの液晶装置には、例えば誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層が用いられる。
液晶層は、通常マトリックス状に配置された画素電極を備える第1基板と、対向電極を備える第2基板とによって挟持されている。画素電極と対向電極は、それぞれ液晶分子を基板の法線方向に配向させる配向膜を備えている。なお、以降この法線方向を縦方向とも記載する。
配向膜の形成に斜方物理蒸着法を用いる場合、第1基板に段差(凸部)があると、その影となる場所には配向膜が形成されない領域が生じてしまう。そこで、特許文献1に示すように2方向から斜方蒸着を行い、影となる領域にも蒸着を行い、表示むら等を抑制する技術が知られている。
そして、液晶層を第1、第2基板で挟持したパネル体は、クロスニコルに配置された一対の偏光板に挟まれている。両偏光板の吸収軸は第1基板の平面視で、液晶分子が傾く方向に対して45°の角度をとるよう配置されている。画素電極と対向電極とを同電位(縦方向電界がない)にした場合、黒表示がなされる。
画素電極と対向電極との間に電圧を掛けた(縦方向電界がある)場合、白表示がなされる。中間階調の表示は当該電位差の調整により、液晶分子の配向方向を変えることでなされる。
隣り合う画素電極に黒表示と白表示を行わせる電圧が印加された場合、黒表示と白表示を行う画素電極間の隙間に、平面視で当該隙間の長手方向と交差(直交)する電界(横方向電界)が生じる。横方向電界はどちらかの偏光板の吸収軸と略平行な方向に発生するため、本来白表示がなされる画素電極に、黒領域が発生してしまう。そして、当該黒領域は画素電極間だけでなく、白表示部分内に、ストライプ状の黒領域を発生させてしまうため、白表示部の輝度が低下し、コントラストが低下する。そのため、表示品位が劣化してしまうという課題がある。特許文献2は、対向電極(共通電極)に共通電極欠如部を形成することで、横方向電界を緩和する方法について説明がなされている。また、ブラックマトリックスを用いて、この領域を隠す方法も公知である。
特開2010−26274号公報 特開2009−168924号公報
しかしながら、特許文献1では、横方向電界に対して発生する課題を解決する記載はなされていない。また、特許文献2では、共通電極欠如部を形成することで、横方向電界を緩和しているが、共通電極欠如部を備えるパターンを有する第2基板を形成する必要があり、製造工程が多くなるという課題があった。加えて、特許文献2に記載の技術を用いる場合、共通電極欠如部を備えるパターンを有する第2基板と、画素電極を備える第1基板との位置合わせをすることが必要となるが、第1、第2基板が大型化した場合、位置合わせが困難となる。そのため、基板の大型化に対応することが困難となる課題があった。また、ブラックマトリックスを用いた場合、開口率そのものが低下するという課題があった。
本発明は、上記した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかる液晶装置は、基板と、誘電率異方性が負の液晶層と、を備えた液晶装置であって、前記基板は、第1画素電極と、前記第1画素電極と第1方向において隣り合う第2画素電極と、前記第1画素電極と前記第1方向に交差する第2方向において隣り合う第3画素電極と、前記第1画素電極と前記第2画素電極との間の第1隙間に設けられ、前記液晶層中の液晶分子を前記第2方向に沿って配向させる第1配向膜と、前記第1画素電極と前記第3画素電極との間の第2隙間に設けられ、前記液晶層中の液晶分子を前記第1方向に沿って配向させる第2配向膜と、前記画素電極を覆うと共に前記第1隙間及び前記第2隙間に設けられ、前記液晶分子を前記基板の法線に沿って配向させる第3配向膜と、を備え、前記第1隙間において、前記第1配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを備えると共に、前記第2隙間において、前記第2配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを備えることを特徴とする。
これによれば、第1及び第2画素電極間の第1隙間に、液晶分子を隙間の長手方向である第2方向に沿って配向(水平配向)させる第1配向膜と、第1及び第3画素電極間の第2隙間に、液晶分子を隙間の長手方向である第1方向に沿って配向(水平配向)させる第2配向膜とを備え、画素電極上に液晶分子を基板の法線に沿って配向(垂直配向)させる第3配向膜を備えている。
このように、第1配向膜と第2配向膜及び第3配向膜の3つの配向膜を備えることにより、第1及び第2隙間において、平面的に見てもれなく配向膜を備えることで液晶分子を配向させる力の働かない領域をなくすことが可能になる。
隣り合う画素電極間の電位差が大きい(例えば、ある画素電極が電源電位、隣り合う画素電極が接地電位)場合に画素電極間の隙間の長手方向と交差する方向に電界(横方向電界)が生じる。液晶分子を隙間の長手方向に沿って水平配向させる第1配向膜または第2配向膜を備えることで、横方向電界により液晶分子が隙間の長手方向と交差して配向するディスクリネーションが抑えられる。そのため、コントラストが高く、かつシャープな輪郭が得られるので、表示品質に優れた液晶装置を提供できる。ここで、「上」とは第1基板から液晶層に向かう方向と定義する。
[適用例2]上記適用例にかかる液晶装置であって、前記第1配向膜は、前記第2方向からの斜方物理蒸着法を用いた第1無機配向膜であり、前記第2配向膜は、前記第1方向からの斜方物理蒸着法を用いた第2無機配向膜であり、前記第3配向膜は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する方向からの斜方物理蒸着法を用いた第3無機配向膜であることを特徴とする。
上記した適用例によれば、液晶分子を隣り合う画素電極間の隙間の長手方向に沿って水平配向させる第1無機配向膜と第2無機配向膜とをそれぞれ画素電極間に配置することができる。そして第1方向と第2方向と交差する方向から斜方物理蒸着法を用いて、画素電極の間(影)に、自己整合で第1無機配向膜(水平配向膜)あるいは第2無機配向膜(水平配向膜)を露出させることが可能となる。そのため、横電界に起因するディスクリネーションの発生を抑えることができる。ここで、物理蒸着法としては、電子ビーム蒸着法や、抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の方法を例示できる。
[適用例3]上記適用例にかかる液晶装置であって、前記第3配向膜は、前記画素電極上において、前記第1配向膜及び第2配向膜を覆って設けられていることを特徴とする。
上記した適用例によれば、画素電極上では、液晶分子を基板の法線に沿って垂直配向させる第2配向膜が第1配向膜を覆う。即ち、画素電極上では、液晶分子が基板の法線に沿って垂直配向する。一方、画素電極間の少なくとも一部の領域では、液晶分子を隙間の長手方向に沿って水平配向させる第1配向膜が露出している。そのため、隣り合う画素電極間の電界(横電界)により液晶分子が隙間の長手方向と交差して配向するディスクリネーションの発生を抑えることができる。
[適用例4]本適用例にかかる液晶装置の製造方法は、第1画素電極と、前記第1画素電極と第1方向において隣り合う第2画素電極と、前記第1画素電極と前記第1方向に交差する第2方向において隣り合う第3画素電極とが配置された基板と、誘電率異方性が負の液晶層とを備えた液晶装置の製造方法であって、第1画素電極と前記第2画素電極との間の第1隙間に、前記液晶層中の液晶分子を前記第2方向に沿って配向させる第1配向膜を形成する工程と、前記第1画素電極と前記第3画素電極との間の第2隙間に、前記液晶層中の液晶分子を前記第1方向に沿って配向させる第2配向膜を形成する工程と、前記第1隙間と前記第2隙間及び前記画素電極上に前記液晶分子を前記基板の法線に沿って配向させる第3配向膜を形成する工程と、を備え、前記第1隙間において、前記第1配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを備えると共に、前記第2隙間において、前記第2配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを形成することを特徴とする。
これによれば、第1及び第2画素電極間に液晶分子を隙間の長手方向である第2方向に沿って配向(水平配向)させる第1配向膜を形成する工程(第1配向膜形成工程)と、第1及び第3画素電極間に液晶分子を隙間の長手方向である第1方向に沿って配向(水平配向)させる第2配向膜を形成する工程(第2配向膜形成工程)と、画素電極上に液晶分子を基板の法線に沿って配向(垂直配向)させる第3配向膜を形成する工程(第3配向膜形成工程)を備えている。
第1配向膜、第2配向膜及び第3配向膜の3つの配向膜を形成する工程を備えることにより、第1及び第2隙間において、平面的に見てもれなく配向膜を備えることで液晶分子を配向させる力の働かない領域をなくすことが可能になる。
隣り合う画素電極間の電位差が大きい(例えば、ある画素電極が電源電位、隣り合う画素電極が接地電位)場合に液晶分子を隙間の長手方向と交差する方向に配向させる電界(横電界)が発生する。
液晶分子を隙間の長手方向に沿って水平配向させる第1配向膜または第2配向膜を形成する工程を用いることで、横方向電界により液晶分子が隙間の長手方向と交差して配向するディスクリネーションを抑えることを可能とする液晶装置の製造方法を提供できる。
[適用例5]上記適用例にかかる液晶装置の製造方法であって、前記第1配向膜は、前記第2方向からの斜方物理蒸着法を用いて形成され、前記第2配向膜は、前記第1方向からの斜方物理蒸着法を用いて形成され、前記第3配向膜は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する方向からの斜方物理蒸着法を用いて形成されていることを特徴とする。
上記した適用例によれば、液晶分子を隣り合う画素電極間の隙間の長手方向に沿って水平配向させる第1配向膜と第2無機配向膜とをそれぞれ画素電極間に配置することができる。第1配向膜は、第2方向からの斜方物理蒸着法により、画素電極の間に形成される。第2配向膜は、第1方向からの斜方物理蒸着法により、画素電極の間に形成される。そして、第1方向からの斜方物理蒸着法では、画素電極が自己整合マスクとして機能することで、画素電極の影となる第2方向に沿った部分は、第1方向からの斜方物理蒸着法を行った後にも第2方向に沿って配向した配向膜が露出した状態を保つ。
そして、液晶分子を基板の法線に沿って垂直配向させる第2配向膜を第1方向及び第2方向と交差する方向から斜方物理蒸着法を用いて形成することで、第1隙間である画素電極の間(影)に第1配向膜を、第2隙間である画素電極の間(影)に第2配向膜を露出させた状態で、第1隙間、第2隙間及び画素電極上に第3配向膜を形成することができる。
[適用例6]本適用例にかかる電子機器は、上記に記載の液晶装置を含むことを特徴とする。
これによれば、当該電子機器は、シャープな輪郭を再現し得る液晶装置を含むことから、画質に優れた電子機器を提供することが可能となる。
[適用例7]本適用例にかかる電子機器は、上記に記載の液晶装置の製造方法を用いて形成された液晶装置を含むことを特徴とする。
これによれば、当該電子機器は、画素電極間の光漏れが抑制された液晶装置を得るための製造工程を用いた液晶装置を含むことから、シャープな輪郭を再現し得る電子機器を提供することが可能となる。
(a)は液晶装置の平面図、(b)は図1(a)のH−H'線断面図。 液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 (a)は画素の構成を示す平面図、(b)は、図3(a)のA−A'線断面図。 (a)は、画素電極と配向膜との対応関係を示した平面図、(b)は、図4(a)におけるA−A’線断面図、(c)は、図4(a)におけるA−A’線と直交するB−B’線断面図。 (a)は電界を掛けない場合についての液晶分子の配向を示す斜視図、図5(b)は電界を掛けた場合についての液晶分子の配向を示す斜視図。 (a)は、ディスクリネーションが発生した状態を示すための平面図、(b)はディスクリネーションを抑制した状態を示すための平面図。 図6(a)の構造を持つ画素電極が隣り合う場合に白表示と黒表示を行った場合の光透過率と座標との関係と、図6(b)の構造を持つ画素電極が隣り合う場合に白表示と黒表示を行った場合の光透過率と座標との関係と、を示すグラフ。 (a)〜(e)は液晶装置の製造方法を説明するための工程断面図及び平面図。 (a)〜(d)は液晶装置の製造方法を説明するための工程断面図及び平面図。 (a)〜(f)は電子機器について説明するための模式図。
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
<液晶装置の構成>
本実施形態にかかる液晶装置の構成について、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor:TFT)を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置について図1、図2、図3を用いて説明する。
図1は液晶装置の構成を示す概略図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のH−H'線断面図である。図2は、液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図3(a)は画素の構成を示す平面図、図3(b)は、図3(a)のA−A'線断面図である。
図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態の液晶装置100は、基板としての素子基板10と、対向基板20と、素子基板10と対向基板20によって挟持された液晶層50と、を有する。ここで、「上」(Z方向)とは素子基板10から液晶層50に向かう方向と定義する。
そして、第1方向としてのX方向とは、第1画素電極としての画素電極15aから第2画素電極としての画素電極15bへ向かう方向、第2方向としてのY方向とは、画素電極15aから第3画素電極としての画素電極15cへ向かう方向と定義する。
画素電極15aと画素電極15cとの間の第1隙間としての隙間の長手方向には、液晶分子115をX方向に水平配向させるためのX方向に延在する第1配向膜としての第1方向配向膜40Xが形成されている。
画素電極15aと画素電極15bとの間の第2隙間としての隙間の長手方向には、液晶分子115をY方向に水平配向させるためのY方向に延在する第1配向膜としての第2方向配向膜40Yが形成されている。
第1方向配向膜40X、第2方向配向膜40Yの詳細については後述する。なお、画素電極(15a,15b,15c)は、画素電極15の相対的位置関係を示すために便宜的に設けた符号であり、相対的位置関係を示していること以外は、画素電極15と等価である。
素子基板10は対向基板20よりも一回り大きく、両基板は、シール材52を介して接合されている。そして、その隙間には、負の誘電異方性を有する液晶分子115を含む液晶が封入され、液晶層50が構成されている。
図1(a)に示すように、素子基板10は、その1辺に沿ってデータ線駆動回路101が備えられている。そして、これに電気的に接続された複数の端子部102が配列している。素子基板10の当該1辺と交差(直交)する2つの辺には、それぞれの辺に沿って、走査線駆動回路104が設けられている。そして、平面視にて、対向基板20を挟む位置にあり、当該1辺と平行な辺には、2つの走査線駆動回路104を繋ぐ複数の配線105が設けられている。
額縁状に配置されたシール材52の内側には、同じく額縁状に見切り部53が設けられている。見切り部53は、遮光性を有する金属材料あるいは樹脂材料が用いられている。
図1(b)に示すように、素子基板10の液晶層50側の表面には、画素ごとに設けられた画素電極15及びスイッチング素子としてのTFT30と、信号配線と、これらを覆う配向膜18とが配置されている。
対向基板20の液晶層50側の表面には、見切り部53と、これを覆うように配置された共通電極23と、共通電極23を覆うように配置された配向膜29とが備えられている。
配向膜18は、後述する無機配向膜である。そして、配向膜29は、例えば画素電極15上の配向膜18(後述する垂直配向膜42)とアンチパラレルに配向させた垂直配向膜であり、例えば二酸化シリコン(SiO2)を対向基板20の基板法線に対して45〜65°程度の傾きを持った斜方物理蒸着法により蒸着させて形成されている。
なお、配向膜18についての詳細は後述する。配向膜18は、例えば複数種の配向膜を組み合わせたものである。
対向基板20に設けられた共通電極23は、図1(a)に示すように対向基板20の四隅に設けられた上下導通部106により素子基板10側の配線に電気的に接続している。
図2は、液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図2に示すように、液晶装置100は、互いに絶縁されて直交する信号線としての複数の走査線3aと複数のデータ線6aとを有する。また、走査線3aに対して一定の間隔を置いて平行するように配置された容量線3bを有する。
走査線3aとデータ線6aならびに容量線3bにより格子状に区画された領域に、画素電極15と、画素電極15をスイッチング制御するスイッチング素子としてのTFT30と、保持容量36とが設けられ、これらが画素を構成している。即ち、画素は、マトリックス状に配置されている。
走査線3aはTFT30のゲートに電気的に接続され、データ線6aはTFT30のソースに電気的に接続されている。画素電極15はTFT30のドレインに電気的に接続されている。
データ線6aはデータ線駆動回路101(図1参照)に接続されており、データ線駆動回路101から供給される画像信号D1,D2,…,Dnを画素に供給する。走査線3aは走査線駆動回路104(図1参照)に接続されており、走査線駆動回路104から供給される走査信号SC1,SC2,…,SCmを各画素に供給する。データ線駆動回路101からデータ線6aに供給される画像信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線6a同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路104は、走査線3aに対して、走査信号SC1〜SCmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
液晶装置100は、スイッチング素子であるTFT30が走査信号SC1〜SCmの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線6aから供給される画像信号D1〜Dnが所定のタイミングで画素電極15に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極15を介して液晶層50に書き込まれた所定レベルの画像信号D1〜Dnは、画素電極15と液晶層50を介して対向配置された共通電極23との間で一定期間保持される。
保持された画像信号D1〜Dnがリークにより変動するのを抑制するため、画素電極15と共通電極23との間に、液晶容量と並列に保持容量36が接続されている。保持容量36は、TFT30のドレインと容量線3bとの間に設けられている。
図3(a)は画素の構成を示す平面図、図3(b)は、図3(a)をA−A'線断面図である。
図3(a)に示すように、画素G1は、互いに絶縁された状態で交差する走査線3aとデータ線6aとにより区画された領域に設けられた矩形状の画素電極15と、画素電極15の電位をスイッチング制御するTFT30とを有している。
TFT30は、走査線3aとデータ線6aの交差点付近の走査線3a上に設けられている。TFT30はゲートを挟んで配置されたソース、ドレイン、そしてソース、ドレインに挟まれたチャネルの3つの領域を有する半導体層30aを備え、ソースにはデータ線6aから延出されたソース電極30sが設けられている。また、ドレインには平面視で略四角形のドレイン電極30dが設けられている。ドレイン電極30dは画素電極15側に拡張された拡張部30eを有する。画素電極15にはドレイン電極30dと電気的な接続をとるための平面視で略円形のコンタクトホール16がドレイン電極30dと重なる位置に設けられている。
容量線3bは半導体層30aのドレイン側近傍において走査線3aと平行するように設けられている。また、ドレイン電極30dの拡張部30eと重なる拡幅部を有している。
図3(b)に示すように、基板本体10a上には、まず、アルミニウム等の金属配線材料を用いた走査線3a、容量線3bが配置されている。これらの走査線3a、容量線3bを覆うように、酸化シリコン等の絶縁体を用いたゲート絶縁膜11が設けられている。
走査線3aを覆ったゲート絶縁膜11上には、半導体層30aが設けられている。半導体層30aの厚みはおよそ50nmである。走査線3aを覆った部分がゲートであって、これに対向する走査線3aがゲート電極30gの役目を果たしている。即ち、TFT30はボトムゲート構造となっている。
前述したように、半導体層30aのソースに重なるようにソース電極30sが設けられ、同じくドレインに重なるようにドレイン電極30dが設けられている。アルミニウム等の金属配線材料を用いたソース電極30s、ドレイン電極30dが配置されている。
これらの金属配線材料を用いた走査線3a、容量線3b、ソース電極30s(データ線6a)、ドレイン電極30dの厚みはおよそ500〜600nmである。
これらの半導体層30a、ソース電極30s、ドレイン電極30dを覆うように層間絶縁膜12が設けられている。層間絶縁膜12は、半導体層30a、ソース電極30s、ドレイン電極30dが設けられてできた表面の段差を緩和するためにおよそ1〜2μm程度の厚みで設けられている。
ドレイン電極30dを覆う層間絶縁膜12には、ドレイン電極30dと画素電極15とを導通させるコンタクトホール16が備えられている。画素電極15は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜により構成されている。
以上、図1に示す液晶装置100として、透過型の液晶装置を用いた例について説明したが、これは反射層を設けて反射型の液晶装置としても良い。反射型の液晶装置を用いることで、例えばTFT30を覆う領域の光も制御することが可能となることから、開口率を向上させることが可能となる。また、図3(b)に示すTFT30として、ボトムゲート型のTFTについて説明したが、これはトップゲート型のTFTを用いても良い。トップゲート型のTFTを用いることで、TFT30に用いる半導体層を他の構成要素に先んじて熱処理ができる、即ち、他の構成要素を高温に晒すことなくポリシリコンを高温で形成できることから、移動度に優れたポリシリコンを半導体層に用いることが可能となる。
また、カラーフィルターを加えることで、カラー表示が可能となる。具体的には、サブ画素形状を長方形とし、RGB3色分のサブ画素を一つの画素として扱うことで実現できる。
<配向膜の構成>
以下、配向膜の構成について説明する。ここで、TFT30等については上記していることから説明を省略し、主として配向膜と画素電極との対応関係について説明する。図4(a)は、本実施形態にかかる画素電極と配向膜との対応関係を示した平面図、図4(b)は、図4(a)におけるA−A’線断面図、図4(c)は、A−A’線と直交するB−B’線断面図である。ここで、基板本体10a上に形成されたTFT30(図3(b)参照)等は図示を省略している。配向膜18は、隣り合う2つの画素電極(15a,15c)との隙間の長手方向(X方向)に沿って形成された第1方向配向膜40Xを備えている。第1方向配向膜40Xは、液晶分子115をX方向に水平配向させる性質を備えている。そして、第1方向配向膜40Xの一部は露出領域40Xaとして、直接液晶層50(図1参照)に触れることとなる。
また、素子基板10上で隣り合う、2つの画素電極15aと画素電極15bとの隙間に形成された第2方向配向膜40Yを備えている。第2方向配向膜40Yは、液晶分子115をY方向に水平配向させる性質を備えている。そして、第2方向配向膜40Yの一部は露出領域40Yaとして、直接液晶層50(図1参照)に触れることとなる。
即ち、画素電極15は、その一辺に沿う第1方向配向膜40Xを備え、この一辺と別方向(この場合は直交)する辺に沿う第2方向配向膜40Yを備えることとなる。
画素電極15a上には、第3配向膜としての垂直配向膜42が備えられている。垂直配向膜42は、対向基板20に設けられた共通電極23との間に電圧が掛けられた場合に、第1方向配向膜40Xと第2方向配向膜40Yと交差(本実施形態では第1方向配向膜40Xと第2方向配向膜40Yとが為す角を2等分する45°としている)し、液晶分子115を素子基板10に倣うよう水平配向させる性質を備えている。なお、電界が掛けられていない場合は、液晶分子115を基板本体10aの法線に沿って略垂直(プレチルト角分のずれ)に配向させる性質を備えている。
このような配向性を備える第1方向配向膜40X、第2方向配向膜40Y、垂直配向膜42は、例えば隣り合う2つの画素電極(15a,15c)との隙間の長手方向が見通せる方向から斜方物理蒸着法を用いて配向膜材料となる無機物を飛来させて、第1無機配向膜としての第1方向配向膜40Xを形成する。
そして、同様に2つの画素電極(15a,15b)との隙間の長手方向が見通せる方向から斜方物理蒸着法を用いて配向膜材料となる無機物を飛来させて、画素電極(15a,15b)との隙間に別方向に配向した第1無機配向膜としての第2方向配向膜40Yを形成する。
そして、第1方向配向膜40Xと第2方向配向膜40Yとが、画素電極15によって隠れる方向(例えば、第1方向配向膜40Xと第2方向配向膜40Yとが為す角の2等分線方向)から斜方物理蒸着法により無機物を飛来させて第2無機配向膜としての垂直配向膜42を形成する方法が挙げられる。詳細な製造方法については後述する。
配向膜18は、第1方向配向膜40X、第2方向配向膜40Y、垂直配向膜42の3層により構成されている。なお、作図の都合上、画素電極15間の隙間を拡大して図に示している。また、画素電極15は、第1方向配向膜40X、第2方向配向膜40Y、垂直配向膜42に覆われている。
上記したように、素子基板10には、斜方物理蒸着法を用いて画素電極15の影となる領域に第1方向配向膜40Xが露出した露出領域40Xaが形成される。同様に、第2方向配向膜40Yが露出した露出領域40Yaが形成される。そして、画素電極15上には、上記した垂直配向膜42が形成されている。
<光の制御>
以下、上記した液晶装置100(図1参照)を用いて、透過光の強度を制御する機構について説明する。図5(a)は電界を掛けない場合についての液晶分子の配向を示す斜視図、図5(b)は電界を掛けた場合についての液晶分子の配向を示す斜視図である。図5(a),(b)に示すように、液晶装置100は、クロスニコルに配置された偏光板110,111により挟まれている。
図4(a)における画素電極15aと画素電極15bとの隙間の長手方向(Y方向)に沿うよう偏光板110の吸収軸が揃えられている。また、図4(a)における画素電極15aと画素電極15cとの隙間の長手方向(X方向)に沿うよう偏光板111の吸収軸が揃えられている。
画素電極15上には、画素電極15と、共通電極23との間に電圧を掛けた(縦方向電界を掛けた)際に、素子基板10の平面視で偏光板110,111の吸収軸に対し45°の角度を持つ平面に倣って液晶分子115が縦方向電界により配向するよう、垂直配向膜42が形成されている。
画素電極15と共通電極23との間に電圧を掛けない(縦方向電界を掛けない)状態では、図5(a)に示すように液晶分子115は、液晶層50の内部で、基板本体10aの法線に沿って略垂直(プレチルト角分だけずれて)に配向する。
そのため、入射側の偏光板110に入射した光Lは液晶層50によるリタデーションを殆ど生ずることなく出射側の偏光板111に達し、偏光板111に吸収されるため、黒表示がなされる。
画素電極15と共通電極23との間に電圧を掛けた(縦方向電界を掛けた)状態では、図5(b)に示すように液晶分子115は、液晶層50内で、偏光板110,111の吸収軸に対し45°の角度をもって、素子基板10に倣うよう配向する。
即ち、十分強い縦方向電界、換言すれば、液晶分子115が、素子基板10と略平行に配向する程度の電圧を画素電極15と共通電極23との間に掛けた場合、液晶層50は1/2波長板と同等の動作を行うこととなり、偏光方向が90°回転した状態で光Lは偏光板111に達する。そのため、光Lは偏光板111を透過する。そのため、白表示(W)がなされる。中間階調の表示は当該電界の加減により、液晶分子の配向方向を変えることで行う。
<ディスクリネーションの抑制>
次に、ディスクリネーションの抑制を可能とする構造について、図6を用いて説明する。
図6(a)は、画素電極間の横方向電界によりディスクリネーションが発生した状態を示すための平面図である。図6(b)は本実施形態を適用することでディスクリネーションを抑制できることを示す平面図である。構造の詳細、光の制御については上述したので、ここでは簡潔化した図面を用いて説明する。
画素電極15aと、共通電極23との間に白用の電圧(例えば、最大電圧)を掛け、画素電極15b、画素電極15cは共通電極23と同電位(電圧を掛けない、例えば接地電位)場合、正方形の画素電極15aは、その対角線方向(45°)に液晶分子115を水平配向させる。そして、画素電極15b、画素電極15cは、液晶分子115を垂直配向させる(◎で示す)。この場合、画素電極15aと、画素電極15b及び画素電極15cとの間には横方向電界が発生する。
横方向電界が発生した場合、この横方向電界により、本来の配向方向と異なる方向に液晶分子115が配向する(ディスクリネーション)。そして、本来白表示すべき画素電極15a上には、この場合、画素電極15a,15bと倣う方向と、画素電極15a,15cと倣う方向に輝度が低い低輝度領域117が発生し、コントラストが低下する上、輪郭の表現も甘くなる。
一方、図6(b)に示す構造では、画素電極15aと画素電極15cの間の隙間(図1には、液晶分子115をX方向(図1(a)参照)に水平配向する露出領域40Xaが露出している。また、画素電極15aと画素電極15cの間の隙間には、液晶分子115をY方向に水平配向する露出領域40Yaが露出している。そのため、画素電極15aと15bとの隙間に位置する液晶分子115は、当該隙間の長手方向に沿って水平配向する。同様に、画素電極15aと15cとの隙間に位置する液晶分子115も、当該隙間の長手方向に沿って水平配向する。即ち、露出領域40Xaと露出領域40Yaを設けることによって、ディスクリネーションによるコントラストの低下を防ぎ、シャープな輪郭の表現が可能となる。
図7は、図6(a)の構造を持ち、隣り合う画素電極が白表示と黒表示を行った場合の光透過率と座標との関係と、図6(b)の構造を持ち、隣り合う画素電極が白表示と黒表示を行った場合の光透過率と座標との関係と、を示すグラフである。このグラフはX軸を各々の座標として用いており、図6(b)に示した矢印方向をX方向としている。
また、透過率の絶対値は、例えば偏光板の透過率や液晶層の厚さ等により変化するため、ここでは条件を揃えた場合の相対透過率を用いて光透過率(Transmissivity)をY軸をとして用いており、Y軸の単位には任意目盛(a.u.)を用いている。
図7に示すように、図6(a)の構造(Reference)を用いた場合、点線で示されるように、画素電極15a領域(白表示領域)には、ディスクリネーションが生じ、白表示区域の一部が、画素電極15c(黒表示区域)に近い位置で、透過率の低下が生じている(点線)。対して、図6(b)の構造(This work)を用いた場合には、液晶分子115は露出領域40Xaの配向性により、当該隙間の長手方向に沿って強制的に水平配向させられている。そのため、当該隙間の長手方向と交差する方向に生じるディスクリネーションの発生が抑えられる。よって、実線で示されるように、画素電極15a領域(白表示領域)での低輝度領域117(図6(a)参照)の発生が抑えられ、画素電極15a領域の輝度が向上する。
ここで、画素電極15a領域(白表示領域)での輝度向上率を、図7のグラフを用いて、図6(a)の構造と図6(b)の構造とで示される、画素電極15a領域(白表示領域)の面積で比較した。この場合、最大輝度の白と最小輝度の黒とが隣り合う場合では、透過率が約25%向上した。そのため、従来技術を用いた場合と比べ、高いコントラストと、シャープな輪郭の表現が可能となった。
<液晶装置の製造方法>
次に、液晶装置の製造方法について図面を用いて説明する。図8、図9は、上記した液晶装置の製造方法を説明するための工程断面図及び平面図である。
まず、基板本体10a上に、通常の製造方法を用いて、TFT30、層間絶縁膜12、コンタクトホール16等を形成する。ここまでの工程は、一般的なCVD法や、フォトリソグラフ法を用いて形成することができる。ここまでの工程を終えた工程断面図を図8(a)に示す。なお、以降の工程断面図や平面図ではTFT30、コンタクトホール16等は既に説明しているため記載を省く。また、電気的な配線構造についても既に説明しているため記載を省く。
次に、画素電極15を形成する。画素電極15は、ITO(インジウム・錫・酸化物)が他の透明電極と比べ、高い光透過率と低い電気抵抗を持つことから好適な材料となるが、例えば酸化錫や酸化亜鉛を用いても良い。また、画素電極15の成膜方法としては反応性マグネトロンスパッタ法や、真空蒸着法等を例示することができる。また、ゾル・ゲル法等も開発が進められている。
画素電極15は、上記した方法で成膜した後、例えばフォトリソグラフ法を用いて定められたパターンに区分され、層間絶縁膜12上に形成される。ここまでの製造工程を終えた平面図を図8(b)、図8(b)のA−A’線工程断面図を図8(c)に示す。図8(b)では、図8(a)と以降の図面との対応関係についても示している。画素電極15は、層間絶縁膜12上に形成されている。そして、この画素電極15が、画素電極15を9個マトリックス状に並べて図示した画素電極15の一つと対応している。
なお、上述したように、図8(c)ではTFT30、コンタクトホール16等については記載を省いている。
次に、第1方向配向膜40Xを形成する(第1配向膜形成工程)。第1方向配向膜40Xは、酸化アルミニウム(Al23)や、酸化チタン(TiO2)、一酸化シリコン(SiO)等の無機材料を、斜方物理蒸着法を用いて形成している。隣り合う2つの画素電極(15a,15c)とX方向(図1参照)と平行で、素子基板10の基板法線に対して所定の角度(例えば80°〜85°)で無機材料を飛来させて成長させた柱状結晶を含む、第1方向配向膜40Xが形成される。斜方物理蒸着法としては、電子ビーム蒸着や、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の方法を用いることができる。上記した物質を斜方物理蒸着法し、露出した状態とすることで、基板本体10aに倣い、X方向に沿って配向性を持つ第1方向配向膜40Xを得ることができる。
斜方物理蒸着法を用いて素子基板10に第1方向配向膜40Xを形成している状態での平面図を図8(d)、図8(d)のB−B’線工程断面図を図8(e)に示す。
次に、第2方向配向膜40Yを形成する(第2配向膜形成工程)。第2方向配向膜40Yは、基板本体10aを90°回転させ、Y方向と平行になるよう行う。この工程で、基板本体10aに倣い、Y方向に沿って配向性を持つ第2方向配向膜40Yを得ることができる。
斜方物理蒸着法を用いて基板本体10aに第2方向配向膜40Yを形成している状態での平面図を図9(a)、図9(a)のC−C’線工程断面図を図9(b)に示す。
次に、垂直配向膜42を形成する(第3配向膜形成工程)。垂直配向膜42は基板本体10aの平面視で、隣り合う2つの画素電極(15a,15b)の隙間と、隣り合う2つの画素電極(15a,15c)の隙間との間の角度(各々の隙間に対して45°)の角度から、二酸化シリコン(SiO2)を素子基板10の基板法線に対して45〜65°程度の傾きを持って斜方物理蒸着法により垂直配向膜42を形成する。
斜方物理蒸着法を用いて基板本体10aに垂直配向膜42を形成している状態での平面図を図9(c)、図9(c)のD−D’線工程断面図を図9(d)に示す。
斜方物理蒸着法を用いることで、画素電極15の影になる領域には、垂直配向膜42は形成されない。換言すれば、画素電極15に近い、あるいは接する領域に第1方向配向膜40Xと第2方向配向膜40Yが露出することとなる。即ち、画素電極15間に位置する隙間に対して、長手方向と平行に水平配向膜を自己整合的に形成することが可能となる。
そして、別途形成された、共通電極23を覆う、垂直配向膜42とアンチパラレルに垂直配向させる配向膜29により覆われた共通電極23を備える対向基板20を用い、液晶層50を挟持させることで液晶装置100が形成される(図1参照)。
<電子機器>
以下、本実施形態の構成を備えた液晶装置100を含む、あるいは本実施形態の製造方法で作られた液晶装置を含む電子機器について説明する。
図10に上記した液晶装置、または上記した液晶装置の製造方法を用いて形成された液晶装置を含む電子機器の例を挙げる。図10(a)は携帯電話への適用例を示す模式図であり、携帯電話230は、アンテナ部231、音声出力部232、音声入力部233、操作部234、及び液晶装置100を備えている。このように本発明の液晶装置を携帯電話230の表示部として利用可能である。図10(b)はビデオカメラへの適用例を示す模式図であり、ビデオカメラ240は、受像部240Y、操作部242、音声入力部243、及び液晶装置100を備えている。このように本発明の液晶装置は、電子ビューファインダーや表示部として利用可能である。図10(c)は携帯型パーソナルコンピューターへの適用例を示す模式図であり、コンピューター250は、カメラ部251、操作部252、及び液晶装置100を備えている。このように本発明の液晶装置は、表示部として利用可能である。
図10(d)はヘッドマウントディスプレイへの適用例を示す模式図であり、ヘッドマウントディスプレイ260は、バンド261、光学系収納部262及び液晶装置100を備えている。このように本発明の液晶装置は画像表示器として利用可能である。図10(e)はリア型プロジェクターへの適用例を示す模式図であり、プロジェクター270は、筐体271に、光源272、合成光学系273、ミラー274、ミラー275、スクリーン276、及び液晶装置100を備えている。このように本発明の液晶装置は画像表示器として利用可能である。図10(f)はフロント型プロジェクター(モバイルミニプロジェクター)への適用例を示す模式図であり、プロジェクター280は、筐体282に光学系281及び液晶装置100を備え、画像をスクリーン283に表示可能になっている。なお、モバイルミニプロジェクターとして扱う場合、スクリーン283に代えて白い壁に映すようにすると、スクリーン283を省略することが可能となり、より持ち運び易いモバイルミニプロジェクターを提供することが可能となる。このように本発明の液晶装置は画像表示器として利用可能である。
上記例に限らず本発明の液晶装置は、種々の電子機器に適用可能である。例えば、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダー、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示板、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
上記した液晶装置、液晶装置の製造方法、及び電子機器は、以下の効果を奏する。
図6(b)に示す構造を用いた場合、画素電極15aと画素電極15bの間の隙間には当該隙間と倣う方向に液晶分子115を水平配向する露出領域40Xaが露出することとなる。また、画素電極15aと画素電極15cの間の隙間には当該隙間と倣う方向に液晶分子115を水平配向する露出領域40Yaが露出することとなる。そのため、画素電極15aと15bとの隙間に位置する液晶分子115は、当該隙間の長手方向に沿って水平配向する。同様に、画素電極15aと15cとの隙間に位置する液晶分子115も、当該隙間の長手方向に沿って水平配向する。そのため、横方向電界により液晶分子115の配向方向が当該隙間の長手方向と逸脱した方向へ配向してしまう現象の発生を抑制することが可能となる。即ち、露出領域40Xaと露出領域40Yaを設けることによって、ディスクリネーションによるコントラストの低下を防ぎ、シャープな輪郭の表現が可能となる。
図7のグラフに示すように、従来技術と本実施形態とを画素電極15a領域(白表示領域)の面積で比較した場合、最大輝度の白と最小輝度の黒とが隣り合う場合では、透過率が約25%向上した。そのため、従来技術を用いた場合と比べ、高いコントラストと、シャープな輪郭の表現が可能となる。
図8(d),(e)に示すように、隣り合う2つの画素電極(15a,15c)との隙間の長手方向と基板本体10aの平面視にて平行で、素子基板10の基板法線に対して所定の角度(例えば80°〜85°)で無機材料を飛来させて結晶成長させることで、自己整合的に当該隙間の長手方向に配向性を持つ第1方向配向膜40Xを得ることができる。
図9(a),(b)に示すように、隣り合う2つの画素電極(15a,15b)との隙間と基板本体10aの平面視にて平行で、素子基板10の基板法線に対して所定の角度(例えば80°〜85°)で無機材料を飛来させて結晶成長させることで、自己整合的に当該隙間の長手方向に配向性を持つ第2方向配向膜40Yを得ることができる。加えて、画素電極15が自己整合的マスクとして機能するため、画素電極(15a,15c)との隙間の長手方向に配向した第1方向配向膜40Xを残して画素電極(15a,15b)との隙間の長手方向に第2方向配向膜40Yを得ることができるため、画素電極15間の長手方向に配向した第1方向配向膜40X、第2方向配向膜40Yを形成することが可能となる。
図9(c),(d)に示すように、斜方物理蒸着法を用いることで、画素電極15の影になる領域には、垂直配向膜42は形成されない。換言すれば、画素電極15に近い、あるいは接する領域に第1方向配向膜40Xと第2方向配向膜40Yが露出することとなる。即ち、画素電極15間に位置する隙間に対して、長手方向と平行に水平配向膜を自己整合的に形成することが可能となる。
対向基板20(図1参照)が備える共通電極23と、共通電極23を覆う配向膜29は、パターンを持たない(ベタ)構造を用いることができるため、素子基板10と対向基板20との貼り合わせを容易に行うことができる。特に、素子基板10や対向基板20が大きくなった場合に、精密な位置合わせ(アライメント)を必要としないことから、容易に製造でき、かつコントラストが高く取れる液晶装置100を提供することが可能となる。
<液晶装置の製造方法>に示されるように、第1方向配向膜40Xと第2方向配向膜40Yとは、ほぼ同じ条件で形成することが可能であるため、新たな設備投資を必要としない。そのため製造コストを低減することが可能となる。
<液晶装置の製造方法>に示されるように、第1方向配向膜40X、第2方向配向膜40Y、垂直配向膜42は、画素電極15を自己整合的マスクとして斜方物理蒸着法を用いて製造するため、フォトリソグラフ工程を増やすことなく製造が可能となる。そのため、高額なフォトマスクを使用することなく製造することができる。また、素子基板10が大型化した場合、フォトマスクと素子基板10とのアライメントは困難となるが、自己整合的に製造することでアライメントが不要となる。
また、駆動回路や駆動条件が従来の技術と同じ条件で扱えることから、新たな駆動回路等を設計し、適用する必要がない。そのため、新たな製造方法や製造装置を追加することなく、容易に液晶装置100を形成することが可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
[変形例]
図4を引用して説明する。
ここでは画素電極15の2辺に第1方向配向膜40X、第2方向配向膜40Yを配置した例について説明したが、これは、どちらか片方のみを配置しても良い。この場合、製造工程を短縮することができるため、製造に掛る時間とコストを圧縮することが可能となる。
3a…走査線、3b…容量線、6a…データ線、10…素子基板、10a…基板本体、11…ゲート絶縁膜、12…層間絶縁膜、15…画素電極、15a…画素電極、15b…画素電極、15c…画素電極、16…コンタクトホール、18…配向膜、20…対向基板、23…共通電極、29…配向膜、30…TFT、30…薄膜トランジスター、30a…半導体層、30d…ドレイン電極、30e…拡張部、30g…ゲート電極、30s…ソース電極、36…保持容量、40X…第1方向配向膜、40Xa…露出領域、40Y…第2方向配向膜、40Ya…露出領域、42…垂直配向膜、50…液晶層、52…シール材、53…見切り部、100…液晶装置、101…データ線駆動回路、102…端子部、104…走査線駆動回路、105…配線、106…上下導通部、110…偏光板、111…偏光板、115…液晶分子、117…低輝度領域、230…携帯電話、231…アンテナ部、232…音声出力部、233…音声入力部、234…操作部、240…ビデオカメラ、240Y…受像部、242…操作部、243…音声入力部、250…コンピューター、251…カメラ部、252…操作部、260…ヘッドマウントディスプレイ、261…バンド、262…光学系収納部、270…プロジェクター、271…筐体、272…光源、273…合成光学系、274…ミラー、275…ミラー、276…スクリーン、280…プロジェクター、281…光学系、282…筐体、283…スクリーン、G1…画素。

Claims (7)

  1. 基板と、誘電率異方性が負の液晶層と、を備えた液晶装置であって、
    前記基板は、
    第1画素電極と、
    前記第1画素電極と第1方向において隣り合う第2画素電極と、
    前記第1画素電極と前記第1方向に交差する第2方向において隣り合う第3画素電極と、
    前記第1画素電極と前記第2画素電極との間の第1隙間に設けられ、前記液晶層中の液晶分子を前記第2方向に沿って配向させる第1配向膜と、
    前記第1画素電極と前記第3画素電極との間の第2隙間に設けられ、前記液晶層中の液晶分子を前記第1方向に沿って配向させる第2配向膜と、
    前記画素電極を覆うと共に前記第1隙間及び前記第2隙間に設けられ、前記液晶分子を前記基板の法線に沿って配向させる第3配向膜と、を備え、
    前記第1隙間において、前記第1配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを備えると共に、前記第2隙間において、前記第2配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを備える
    ことを特徴とする液晶装置。
  2. 請求項1に記載の液晶装置であって、
    前記第1配向膜は、前記第2方向からの斜方物理蒸着法を用いた第1無機配向膜であり、
    前記第2配向膜は、前記第1方向からの斜方物理蒸着法を用いた第2無機配向膜であり、
    前記第3配向膜は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する方向からの斜方物理蒸着法を用いた第3無機配向膜であることを特徴とする液晶装置。
  3. 請求項1または2に記載の液晶装置であって、
    前記第3配向膜は、前記画素電極上において、前記第1配向膜及び第2配向膜を覆って設けられていることを特徴とする液晶装置。
  4. 第1画素電極と、前記第1画素電極と第1方向において隣り合う第2画素電極と、前記第1画素電極と前記第1方向に交差する第2方向において隣り合う第3画素電極とが配置された基板と、誘電率異方性が負の液晶層とを備えた液晶装置の製造方法であって、
    前記第1画素電極と前記第2画素電極との間の第1隙間に、前記液晶層中の液晶分子を前記第2方向に沿って配向させる第1配向膜を形成する工程と、
    前記第1画素電極と前記第3画素電極との間の第2隙間に、前記液晶層中の液晶分子を前記第1方向に沿って配向させる第2配向膜を形成する工程と、 前記第1隙間と前記第2隙間及び前記画素電極上に前記液晶分子を前記基板の法線に沿って配向させる第3配向膜を形成する工程と、を備え、
    前記第1隙間において、前記第1配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを備えると共に、前記第2隙間において、前記第2配向膜が前記液晶と接する部分と前記第3配向膜が前記液晶と接する部分とを形成する
    ことを特徴とする液晶装置の製造方法。
  5. 請求項4に記載の液晶装置の製造方法であって、
    前記第1配向膜は、前記第2方向からの斜方物理蒸着法を用いて形成され、
    前記第2配向膜は、前記第1方向からの斜方物理蒸着法を用いて形成され、
    前記第3配向膜は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する方向からの斜方物理蒸着法を用いて形成されていることを特徴とする液晶装置の製造方法。
  6. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶装置を含むことを特徴とする電子機器。
  7. 請求項4または5に記載の液晶装置の製造方法を用いて形成された液晶装置を含むことを特徴とする電子機器。
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