JP4605110B2 - 液晶装置、及びそれを備えた画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶装置、及びそれを備えた画像表示装置に関するものである。

液晶表示素子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ーがある。プロジェクターにおいては高輝度、高コントラストであることが重要である。垂直配向は高コントラスト表示が可能であり、最近、プロジェクター用の液晶表示素子の液晶配向方式として採用されつつある。

しかし、垂直配向方式は、電圧無印加時において液晶が基板表面に対して垂直に立っており、電圧をかけたときの液晶の傾く方向を規定することが難しい。つまり、電圧印加時に倒れる方位方向での相互作用が弱いため、電圧を印加すると電極端から発生する横電界により、様々な方向に液晶が倒れてしまっていた。すると、方位によっては表示に寄与しない（クロスニコル下でいずれかの偏光板の透過軸に平行な液晶は位相差を生じないため）ので、光透過率が平行配向の場合より低くなってしまうという問題があった。また、液晶の配向が乱れると光の偏向が生じてしまい、ディスクリネーション（線欠陥）の発生を招く虞があった。

このような課題を解決するため、下記の技術が開示されている。
特許文献１には、配向方向を一方向に揃えるようにするため配向膜にプレチルト角を付与する手法が記載されている。
特開２００４−１６３９２１号公報

しかしながら、上記特許文献１の手法では、プレチルト角を大きくすると電圧無印加状態で液晶に位相差が発生してしまい、黒表示でも光漏れが生じてコントラストが低くなってしまうという問題が生じていた。液晶にプレチルト角を付与することによって、液晶の配向方向を一方向に揃えることは可能となるが、同時に光漏れが生じてしまっていた。そのため、分子配向を制御するとともに光漏れを防止することが今後の課題となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、垂直配向型の液晶の配向状態を一方向に揃えて、且つ高透過率でディスクリネーションなしの高品位表示を可能とする液晶装置及びそれを備えた画像表示装置を提供することにある。

本発明の液晶装置は、上記課題を解決するために、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、一対の基板のうち一方の基板の液晶層側に、画素電極と、共通電極と、画素電極或いは共通電極のいずれか一方と同電位をなす配向制御電極と、が設けられ、配向制御電極は、画素電極及び共通電極のうち配向制御電極と異なる電位をなす電極側の下層に配置されることを特徴とする。本発明は、前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向である誘電率異方性が正の液晶からなる場合に有効な技術である。しかしながら、必ずしも誘電率異方性が正の液晶に限定されるものではなく、誘電率異方性が負の液晶であっても良い。

このような構成によれば、配向制御電極により、画素電極と配向制御電極との間、或いは共通電極と配向制御電極との間に、基板面に対して斜めに電界を発生させることができる。ここでは、例えば、配向制御電極が画素電極と同電位をなすものとして述べる。画素電極と同電位をなす配向制御電極を共通電極側の下層に配置させて液晶層に電圧を印加させると、共通電極及び配向制御電極間にこの配置方向に沿う電界を生じさせることができる。本発明の液晶は、誘電率異方性が正である場合は電界に沿って液晶が傾倒することになり、誘電率異方性が負である場合は電界と垂直な方向に向けて液晶が傾倒することになる。

このような構成をなす場合、配向制御電極は、共通電極及び画素電極に対して絶縁膜により絶縁される。絶縁膜は、例えば１μｍ以下の非常に薄い膜厚で形成されることが一般的である。これに対して、共通電極及び画素電極は、互いに数μｍ程度の間隔をおいて形成される。そのため、配向制御電極は、同電位をなす画素電極よりも、異なる電位をなす共通電極の近傍に位置することになる。そのため、液晶層に電圧をかけると、近距離配置となっている配向制御電極と共通電極との間で生じる電界密度は、画素内における他の部分、つまり画素電極側の電界密度よりも非常に高いものとなる。そのため、配向制御電極及び共通電極の上方にある液晶は、画素内における他の液晶よりも電界の影響を非常に受け易くなる。

これにより、配向制御電極及び共通電極上の液晶層において、液晶の電界印加に伴う傾倒が優先的に生じ、画素内では、このような共通電極及び配向制御電極上における液晶の傾倒に倣って液晶が同方向に傾倒することになる。その結果、電界印加時の液晶の傾倒方向を一方向に揃えることが可能となり、同一方向に傾倒する液晶に起因する高透過率を実現できるとともに、ディスクリネーションの発生を防止及び抑制することができる。

なお、共通電極と同電位をなす配向制御電極を画素電極の近傍に配置した場合にも同様に、配向制御電極及び画素電極上の液晶層において生じる電界密度の強度により、配向制御電極及び画素電極上の液晶の電界印加に伴う傾倒が優先的に生じることになる。

また、このような構成によると、配向膜によるプレチルト角を余り大きくしなくても液晶の傾倒方向を制御することが可能となるため、プレチルト角に起因する漏光の発生を防止及び抑制することもできる。

したがって、本発明によれば、共通電極及び配向制御電極間に発生する斜めの電界によって、液晶の傾倒を一方向へ揃えることができるので、高コントラストで且つ明るく均一な表示品質を有する液晶装置を提供することが可能となる。

また、液晶が初期配向において垂直方向をなしており、そのプレチルト角が０°であることも好ましい。
このような構成によれば、初期配向でのプレチルト角が０°であることから、液晶によって光の偏光状態が変化しないので、より鮮明な黒表示が可能となる。これにより、コントラストの向上を実現することができる。

また、同一層上に配置される画素電極及び共通電極上を覆うようにして垂直配向膜が形成されることも好ましい。
このような構成によれば、同一層上に配置される画素電極及び共通電極上に形成する垂直配向膜により、基板上に段差を形成することなく平坦面とすることができる。これにより、液晶層の挟持面が平坦となるので、光漏れの発生等が防止及び抑制され、コントラスト向上に寄与することが可能となる。なお、平坦化のためには、配向膜を構成する有機材料或いは無機材料をスピンコート法等の液相法により成膜する手法を採用することができる。

また、垂直配向膜には、ラビング処理が施されていないことが好ましい。
このような構成によれば、垂直配向膜にラビング処理を施さないことで、電圧無印加状態（初期配向状態）でプレチルト角が０°の垂直配向を好適に実現することが可能となり、コントラスト向上を図ることができる。また、ラビング処理を施さないことで、処理工程数が減るとともに、ラビング処理において使用する布等の繊維が液晶層内に残存して表示品位の低下を引き起こす心配もなくなる。

上記した本発明の液晶装置は、例えば、液晶テレビや携帯電話等の電子機器の表示画面、パソコンのモニター、液晶プロジェクタ（投射型表示装置）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性能に優れた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

[液晶装置]
以下に示す本実施形態の液晶装置は、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin-Film Transistor）素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶装置である。なお、本実施形態では、液晶に対して所望の方向の電界を生じさせて液晶の配向を制御することにより画像表示を行う表示方式のうち透過型の液晶装置を例に挙げて説明する。

以下に、本実施形態の液晶装置の構造について、図面を用いてさらに詳しく説明する。図１は、本実施形態の液晶装置におけるＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。図２は、ＴＦＴアレイ基板の一画素の構造を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
なお、以下の説明においては、ｘｙｚ直交座標系を設定し、このｘｙｚ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をｘ方向、水平面内においてｘ方向と直交する方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれに直交する方向をｚ方向とする。

液晶装置１は、図１〜３に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間に垂直配向膜１３，１４を介して、誘電率異方性が正の液晶２１からなる液晶層５０を挟持して構成されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、液晶層５０側の表面上に互いに所定間隔をおいて形成された画素電極９及び共通電極１７と、これら画素電極９及び共通電極１７の下層に形成され且つ画素電極９と同電位の配向制御電極１８とを有している。

本実施形態においては、詳しくは後述するが、配向制御電極１８は、画素内における共通電極１７の近傍の下層（図３では右斜め下）に設けられ、その電位が画素電極９の電位と等しくなるよう制御されている。液晶装置１は、このように配置された共通電極１７及び配向制御電極１８間に電圧を印加し、基板面に対して斜め方向に電界を発生させることにより、液晶２１を一方向に傾倒させて光学特性を制御することを可能としている。

まず、図１，２に基づいて、ＴＦＴアレイ基板１０の画素構造について詳述する。
図１に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０上には、ｙ方向に延在する複数本のデータ線６ａがｘ方向に所定間隔をおいて設けられている。また、これらデータ線６ａに交差してｘ方向に延在する複数本の走査線３ａがｙ方向に所定間隔をおいて設けられている。そして、隣り合う２本のデータ線６ａ及び走査線３ａにより囲まれた領域が図２の二点差線で示す画素領域９’となっており、このような画素領域９’がＴＦＴアレイ基板１０上にマトリクス状に形成されている。

そして、図２に示すように、各画素領域９’内には、例えばインジウム錫酸化物（以下、「ＩＴＯ」と略す）等の透明導電性材料からなる平面視略矩形状の画素電極９及び共通電極１７が、その長手方向をｙ方向に沿わせた状態でデータ線６ａと平行に設けられ、互いに一定の間隔をおいて配置されている。本実施形態における画素電極９及び共通電極１７間の配置ピッチは８μｍ程度となっている。また、画素電極９は、同図に示すように、画素領域９’を構成している２本のデータ線６ａのうち一方のデータ線６ａ側（図中右側）に設けられ、共通電極１７は他方のデータ線６ａ（図中左側）側に設けられている。

また、図１，２に示すように、ｘ方向で隣り合う画素領域９に設けられる共通電極１７は、画素領域９’を構成している一方の走査線３ａ（図中下側）に沿ってｘ方向に延在する共通電極配線１６によって互いに連結されている。

画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０は、図２に示すように、データ線６ａ及び走査線３ａとの交差部の近傍に設けられ、画素電極９と、走査線３ａからｙ方向に分岐して形成したゲート電極２６と、アモルファスシリコンからなる半導体層１ａと、半導体層１ａと走査線３ａの平面領域内において一部平面的に重なって形成されたソース電極２５と、を備えて構成されている。ソース電極２５は、データ線６ａからｘ方向に分岐して形成されており、後述の配向制御電極１８と同一層上に形成される。

そして、図３に示すように、画素電極９は、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０を構成する例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域１ｄにコンタクトホール８を介して電気的に接続されており、データ線６ａは、半導体層１ａのうち、後述のソース領域１ｅにコンタクトホール５を介して電気的に接続されている。

図１，２に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０側には、第３の電極として、共通電極１７あるいは画素電極９のいずれかと同電位をなす配向制御電極１８が複数設けられている。本実施形態においては、画素電極９と同電位をなす配向制御電極１８とする。この配向制御電極１８は、平面視略矩形状を呈し、共通電極１７の幅方向長さと同等の長さ或いはそれ以上の長さを有して形成され、例えば、共通電極１７の幅方向長さが１μｍ程度だとすると、配向制御電極１８の幅方向長さを２μｍ程度に設定してもよい。

そして、この配向制御電極１８は、共通電極１７側の近傍の下層（図３では斜め下）、つまり平面視において共通電極１７の図示右側に、ｙ方向に沿ってそれぞれ配置され、その長手方向一端側がコンタクトホール２４及びＴＦＴアレイ基板１０上のパターン配線９ａを介して画素電極９と電気的に接続されている。パターン配線９ａは、画素電極９の端部からｘ方向へと延在し、配向制御電極１８上に形成されたコンタクトホール２４と繋がっている。これにより、配向制御電極１８は画素電極９と同電位をなすものとなり、その電位は任意である。

配向制御電極１８をＴＦＴアレイ基板１０に設ける場合、上述したように、各画素領域９’内における共通電極１７の近傍の下層に設けられるのであるが、そのとき図２に示すように、共通電極１７の幅方向における中心線Ｏと配向制御電極１８の幅方向における中心線Ｐとを、平面視（基板の厚さ方向）において一致させないようにする。

また、例えば、配向制御電極１８と共通電極１７との幅方向長さが同等である場合には、少なくとも共通電極１７の中心線Ｏに対して配向制御電極１８の中心線Ｐを画素電極９側にシフトさせて配置する。或いは、配向制御電極１８の幅方向長さが、共通電極１７の幅方向長さよりも長い場合には、配向制御電極１８の端部１８ａが共通電極１７の端部１７ａよりもデータ線６ａ側に突出しないように配置させる。
このように、配向制御電極１８を、同電位をなす画素電極９よりも、異なる電位をなす共通電極１７の近傍に配置した構成とすることにより、共通電極１７及び配向制御電極１８間にこの方向、つまり、基板面に対して斜め方向の電界を効率的に発生させるようにする。

そして図２に示すように、データ線６ａ、走査線３ａによって区画された画素領域９’内には、画素電極９、共通電極１７及び配向制御電極１８が配置され、本実施形態における一画素というのは、これら画素電極９、共通電極１７及び配向制御電極１８の３電極から構成されている。このように、液晶装置１は、ＴＦＴアレイ基板１０上にマトリクス状に配置された各画素領域９’毎に表示を行うことが可能になっている。

次に、図３に基づいて、本実施形態の液晶装置の断面構造について説明する。なお、図３では画素スイッチング用ＴＦＴ素子等の一部の構成要素を図面の視認性を考慮して省略してある。

図３に示すように、本実施形態の液晶装置１においては、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されている。液晶層５０は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電率異方性が正の液晶２１からなるもので、液晶装置１は垂直配向モードの表示装置である。

ＴＦＴアレイ基板１０は、石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａとその液晶層５０側の表面に形成された画素電極９、共通電極１７、これら画素電極９及び共通電極１７を覆うようにして、基板本体１０Ａの略全面に形成される垂直配向膜１３を主体として構成されており、対向基板２０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａとその液晶層５０側の表面に形成された垂直配向膜１４とを主体として構成されている。

図３に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０において、基板本体１０Ａの液晶層５０側の表面上には、ＴＦＴアレイ基板１０を透過し、ＴＦＴアレイ基板１０の図示下面（ＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面）で反射されて、液晶層５０側に戻る戻り光を部分的に遮蔽するための第１遮光膜１１ａが設けられている。この第１遮光膜１１ａは、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０に上記した戻り光が入射することを防止するために備えられ、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０への遮光効果が得られる範囲に設けられる。

また、基板本体１０Ａの表面上には、第１遮光膜１１ａを覆うようにして略全面に形成される第１層間絶縁膜１２を介して、画素電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０が配設されている。第１層間絶縁膜１２は、酸化シリコン等からなり、第１遮光膜１１ａと画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０との間に介在させることによって双方を電気的に絶縁している。

画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０は、第１層間絶縁膜１２上に形成される半導体層１ａ、走査線３ａ、データ線６ａ、画素電極９とを備えている。半導体層１ａは、走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、半導体層１ａのドレイン領域１ｄ及びソース領域１ｅとから構成され、表面を覆うゲート絶縁膜２により走査線３ａと絶縁されている。

また、半導体層１ａのうち、チャネル領域１ａ’に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域１ａ’に対向する部分でゲート電極として機能する。

上記走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２上を含む基板本体１０Ａ上には、ドレイン領域１ｄへ通じるコンタクトホール８、及びソース領域１ｅへ通じるコンタクトホール５が開孔した第２層間絶縁膜４が形成されている。つまり、データ線６ａは、第２層間絶縁膜４を貫通するコンタクトホール５を介してソース領域１ｅに電気的に接続されている。

さらに、データ線６ａ上及び第２層間絶縁膜４上には、ドレイン領域１ｄへ通じるコンタクトホール８が開孔した第３層間絶縁膜７が形成されている。つまり、ドレイン領域１ｄは、第２層間絶縁膜４及び第３層間絶縁膜７を貫通するコンタクトホール８を介して、第３層間絶縁膜７上に形成された画素電極９と電気的に接続されている。

第２層間絶縁膜４上には、データ線６ａと同層を成すようにして配向制御電極１８が形成されている。配向制御電極１８は、画素電極９からｘ方向に所定の間隔をおいて配置され、第３層間絶縁膜７に開孔したコンタクトホール２４及び第３層間絶縁膜７上に形成されるパターン配線９ａ（図１，２参照）により、画素電極９と電気的に接続されている。これにより、画素電極９と同電位をなす電極として機能する。

第３層間絶縁膜７上には、画素電極９と同層を成すようにして共通電極１７が形成されている。共通電極１７は、全ての画素に共通する電極であって、ここでは、共通電極１７の端部１７ａが配向制御電極１８の端部１８ａとｘ方向において略一致するように配置されている。基板本体１０Ａ上には、このような共通電極１７及び画素電極９を覆って、ポリイミドまたはＳｉＯ_２等からなる垂直配向膜１３が形成されている。

一方、対向基板２０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性の基板本体２０Ａを基体としてなり、基板本体２０Ａの内面側（液晶層５０側）には、データ線６ａ、走査線３ａ、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の半導体層１ａのチャネル領域１ａ’やドレイン領域１ｄ、ソース領域１ｅに入射光が浸入することを防止するための第２遮光膜１９が設けられている。

さらに、第２遮光膜１９が設けられた基板本体２０Ａの液晶層５０側には、第２遮光膜１９を覆って垂直配向膜１４が形成されている。これら垂直配向膜１３，１４は、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶２１を、ＴＦＴアレイ基板１０に対して垂直方向に配向させるものであればよく、ポリイミドやＳｉＯ_２等からなっている。なお、ポリイミドやＳｉＯ_２のほか、液晶２１に対して垂直配向性を示す材料であれば、いかなるものを採用しても良い。

垂直配向膜１３，１４は、電圧無印加時において、膜面に対して液晶２１を垂直に配向させるものであって、これらの垂直配向膜１３，１４には、ラビング処理等の配向処理は施されていない。また、垂直配向膜１３，１４を形成することによって、各基板本体１０Ａ，２０Ａの内面（対向面）上に段差を形成することなく平坦面とすることができる。これにより、液晶層５０の挟持面が平坦となるので、光漏れの発生等が防止及び抑制され、コントラスト向上に寄与することが可能となる。なお、垂直配向膜１３，１４を形成する際、ポリイミドまたはＳｉＯ_２等の材料をスピンコート法等の液相法により成膜する手法を採用することができる。また、材料によっては公知の蒸着法を用いて成膜し、表面に垂直な柱状微細構造体を有したものとする。

上記したＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０は、互いに不図示のシール材を介して貼り合わせられ、さらにシール材に形成した液晶注入口から誘電率異方性が正の液晶２１（ポジ型液晶材料）を注入して液晶パネル４０を得るものとする。

なお、液晶２１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。正の誘電率異方性を有する液晶２１としては、例えば、ネマチック液晶材料またはキラルネマチック液晶材料等が挙げられる。

液晶パネル４０には、対向基板２０及びＴＦＴアレイ基板１０の外面側に、それぞれ偏光板２２，２３が設けられており、互いの光透過軸が直交するように配置されている。図３に示すように、これらの透過軸はそれぞれ、電圧無印加状態における液晶装置１の光透過率が０％、電圧印加時における液晶装置１の光透過率が１００％となるように、共通電極１７及び配向制御電極１８の配置方向（すなわち液晶２１の配向される方向）に対して４５°をなす方向に配置されている。このように、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の外両側にこれらＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０を挟みこむようにして、偏光板２２，２３をクロスニコル状態で貼り合せ、所定の配線を接続して、本実施形態の液晶装置１としている。

次に、本実施形態のＴＦＴアレイ基板の作成方法について説明する。
図４は、特に、配向制御電極の形成方法について（ＴＦＴアレイ基板の作成方法）について模式的に示した説明図である。

まず、図４（ａ）に示すように、ガラス等からなる透光性の基板本体１０Ａを用意し、これに第１層間絶縁膜１２、半導体層１ａ、各種配線３ａ，６ａ、絶縁膜４，７（以上、図示略）を形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、基板本体１０Ａの表面に形成される不図示の第２層間絶縁膜上に、配向制御電極１８を所定間隔をおいてアレイ状に複数形成する。続いて、図４（ｃ）に示すように、配向制御電極１８を含む第２層間絶縁膜４上に第３層間絶縁膜７を形成する。第３層間絶縁膜７は、例えば、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）、スパッタリング法などの成膜法によって形成することができる。そして、図４（ｄ）に示すように、この第３層間絶縁膜７に、コンタクトホール２４として円筒形状の微細な孔を配向制御電極１８上に形成する。なお、コンタクトホール２４の微細孔は、所定の孔径で形成されるとともに円筒形状以外の形状（例えば角柱状など）としても良い。

次に、図４（ｅ）に示すように、第３層間絶縁膜上に共通電極１７及び画素電極９を公知の方法で形成する。本実施形態においては、まず、第３層間絶縁膜７上にＩＴＯを成膜する。このときコンタクトホール２４内にＩＴＯが充填された状態となる。その後、ＩＴＯを所定形状にパターニングすることによって、画素電極９及びパターン配線９ａが一体形成され、同時に、共通電極１７及び共通電極配線１６が一体形成される。このようにして、第３層間絶縁膜７上にコンタクトホール２４及び画素電極９を繋ぐ図示略のパターン配線９ａ（図１，２参照）を形成するとともに各画素に共通する共通電極１７及び共通電極配線１６を形成する。
そして、コンタクトホール２４及びパターン配線９ａによって、配向制御電極１８が第３層間絶縁膜７上の画素電極９と電気的に接続されるように構成する。

次に、図４（ｆ）に示すように、画素電極９及び共通電極１７を含む基板本体１０Ａ上に、垂直配向膜１３を形成する。スピンコート法を用いて、ポリイミド或いはＳｉＯ_２等を成膜することにより垂直配向膜１３としている。以上のような工程を経て、ＴＦＴアレイ基板１０が作成される。

次に、本実施形態の液晶装置に表示用電気信号を入れた際、液晶の配向状態が如何なる配向の仕方を示すのか以下に詳しく説明する。図５は、電圧印加時における液晶の配向状態、等電位線、光透過率を示す説明図である。図６は、液晶の傾倒方向を示す説明図である。

本実施形態の液晶装置１では、上述の通り、配向制御電極１８の電位を画素電極９と同等としている。そして、共通電極１７の近傍に、当該共通電極１７とは異なる電位を有する配向制御電極１８を配置することによって、共通電極１７及び画素電極９間に生じる電界強度よりも相対的に強い電界を共通電極１７及び配向制御電極１８間に生じさせることができるものとしている。

配向制御電極１８と、共通電極１７及び画素電極９との間に介在する第３層間絶縁膜７は、例えば１μｍ以下の非常に薄い膜厚で形成されることが一般的である。これに対して、共通電極１７及び画素電極９は、互いに数十μｍ程度の間隔をおいて形成される。そのため、配向制御電極１８は、同電位をなす画素電極９よりも、異なる電位をなす共通電極１７の近傍に位置することはこれまで参照してきた図面からも明らかである。そのため、共通電極１７と配向制御電極１８との間に所定の電圧を印加させると同時に、画素電極９と配向制御電極１８とを等電位に保つよう制御しておけば、共通電極１７及び配向制御電極１８間にその配置方向に沿うようにして、基板面に対して斜め方向（共通電極１７及び配向制御電極１８の配置方向）の電界が発生することになる。

このとき、近距離配置となっている配向制御電極１８と共通電極１７との間で生じる電界密度は、画素内における他の部分、つまり画素電極９側の電界密度よりも非常に高いものとなる。したがって、配向制御電極１８及び共通電極１７の上方にある液晶２１は、画素内における他の液晶２１よりも電界の影響を非常に受け易くなる。

ここで、本実施形態の液晶装置１では、上述したように誘電率異方性が正の液晶２１を用いている。誘電率異方性が正の液晶２１は、液晶分子の長軸方向を電界の方向に沿うようにするとともに、等電位線に対して垂直になろうとする性質を有している。液晶２１の傾倒方向をより分かり易く説明するために、ここからは、電界に垂直な等電位線Ｔを示した図５に基づいて説明することにする。この図によれば、等電位線Ｔは、共通電極１７及び配向制御電極１８間で最も密となっており、共通電極１７及び配向制御電極１８上における液晶２１への影響が最も強いものとなる。

つまり、共通電極１７及び配向制御電極１８上における液晶２１の傾倒に伴い、図中に示す共通電極１７及び配向制御電極１８間における液晶２１の傾倒状態が変化することになる。このとき、液晶２１はより少ない傾倒でその状態を変化させることを可能にする液晶配向の仕方を示す。詳細には、図６に示すように、電圧無印加時において垂直配向をなす液晶２１に対して、図中の破線矢印で示す方向（共通電極１７及び配向制御電極１８の配置方向に対して垂直な方向）の等電位線に対し、実線矢印で示す方向への傾倒が許容されることになる。即ち、等電位線に対して分子長軸が一定角度θだけ傾倒し、等電位線に対して垂直姿勢に保持される。

そのため、図５に示すように、共通電極１７及び配向制御電極１８上の液晶層５０において電圧印加に伴う液晶２１の傾倒が優先的に生じ、画素内における画素電極９と配向制御電極１８との間では、共通電極１７及び配向制御電極１８上における液晶２１の傾倒に倣って他の液晶２１が同方向に傾倒することになる。

その結果、電界印加時の液晶２１の傾倒方向を一方向に揃えることが可能となり、同一方向に傾倒する液晶２１に起因する高透過率を実現できるとともに、ディスクリネーションの発生を防止及び抑制することができる。

また、図５には、画素内における光の透過度合のグラフを同時に記載してある。このグラフによれば、画素内、より詳細には配向制御電極１８及び画素電極９間において光透過率Ｇが高くなっていることが分かる。共通電極１７及び配向制御電極１８間の斜め電界による配向力によって配向変化が一方向へ規制されていることに基づいて、光が効率よく透過していることが良く分かり、今までの記載を実証したものと言える。この光透過率Ｇの良い配向制御電極１８及び画素電極９間が表示に寄与する表示領域Ａとなる。

一方、画素間（図中、Ｂで示す領域）においては、光透過率Ｇが急激に減少している部分と局所的に増加している部分とがあることが分かる。これは、画素間における電位分布が異なっていることが一因となっており、これは同図に示す等電位線Ｔからも明らかである。図５によれば、共通電極１７及び画素電極９上においてその表面に略平行にできる等電位線Ｔにより、配向状態を略垂直に示す液晶２１が一部で見受けられるが、画素間における殆どの液晶２１が、隣り合う画素の共通電極１７と画素電極９との対向端部において屈曲及び密集している等電位線Ｔにより、配向方向やプレチルト角が様々なものとなっている。

このように、所望とする配向状態でないときに生じる液晶２１の配向不良は、図２に示すように、液晶パネル４０に二枚の偏光板２２，２３（偏光板２２，２３をクロスニコルに配置して配向制御電極１８及び画素電極９間で発生する電界Ｅに対して、偏光板２２の透過軸Ｌと偏光板２３の透過軸Ｎとが４５°の角度をなすように配置した場合）を配置したときに局所的に透過率変化が著しく変化するように見える（図５における領域Ｂ）。

しかしながら、領域Ｂは、画素内における遮光部分に対応する。つまり、画素間に第１遮光膜１１ａ及び第２遮光膜１９を格子状に設けることによってノイズ光がシャットアウトされる。よって、領域Ｂの光透過率Ｇが表示に影響することはなく、これら第１遮光膜１１ａ及び第２遮光膜１９によってより画像のコントラストを向上させることができる。

配向制御電極１８を設けていない従来のＶＡ（Vertical Alignment）方式の液晶装置では、ＴＦＴアレイ基板に設けられた画素電極及び対向基板に設けられた共通電極間に電圧を印加した際、各電極端で発生する横電界により、本実施形態の画素間（本実施形態における領域Ｂ）で生じたような液晶配向のばらつきが表示領域（本実施形態における表示領域Ａ）内においても生じており、液晶同士の干渉に起因するディスクリネーション（線欠陥）が発生していた。このディスクリネーションの発生及びその消失にはヒステリシスを伴うため、例えば、残像等が発生して画像の表示品位が低下するという心配があった。

しかしながら、本実施形態のような構成によれば、共通電極１７及び配向制御電極１８上の液晶層５０に、基板面に対して斜め方向の電界を形成することができる。本実施形態では、誘電率異方性が正の液晶２１を用いていることから、電圧印加時には、液晶２１の長軸方向が電界と平行、つまり、等電位線Ｔに垂直であるような配向状態となる。

共通電極１７及び配向制御電極１８上の液晶層５０において電圧印加に伴う液晶２１の傾倒が優先的に生じることによってスイッチ機能が作用したものとなり、他の液晶２１が同方向に傾倒することになるため、液晶２１にプレチルト角を付与しなくても、表示領域Ａ内における略全ての液晶２１を同一方向へと一斉に傾倒させることができる。これにより、各液晶２１の配向方向を制御することによって液晶２１同士の干渉が防止されて、ディスクリネーションの発生をなくすことができる。

また、液晶２１の配向方向が一方向に規制されることで液晶２１の傾倒制御が迅速に行われ、これにより、液晶２１の応答時間が向上するので画像の残像発生が抑制することができる。これにより、残像等が発生することもなく光の透過率を高度に保つことができる。よって、画像の表示品位が向上し、視認性の良い画像を提供することのできる液晶装置１を得ることができる。

また、本実施形態の液晶装置１は、上述したように、初期配向において液晶２１が垂直方向をなし、そのプレチルト角は実質０°となっている。すなわち、垂直配向膜１３，１４にラビング処理を施さないことで、電圧無印加状態（初期配向状態）でプレチルト角が０°の垂直配向が好適に実現される。つまり、液晶２１のプレチルト角が０°であることから、液晶２１によって入射光の偏光状態が変化しないので、より鮮明な黒表示が可能となりコントラスト向上を図ることができるようになっている。なお、垂直配向膜１３，１４によるプレチルトが不要となることから、プレチルト角に起因した漏光の発生を防止及び抑制することもできる。

したがって、本実施形態によれば、共通電極１７及び配向制御電極１８間に発生する斜めの電界によって、液晶２１の傾倒を一方向へ揃えることができるので、高コントラストで且つ明るく均一な表示品質を有する液晶装置１を提供することが可能となる。

なお、垂直配向膜１３，１４にラビング処理を施さないことで、処理工程数が減るとともに、ラビング処理において使用する布等の繊維が液晶層５０内に残存して表示品位の低下を引き起こす心配もなくなる。

以上、本実施形態の一実施形態としての液晶装置１を説明したが、本実施形態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、画像表示用スイッチングＴＦＴ素子３０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、本実施形態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にも適用可能である。また、本実施形態では、透過型の液晶装置についてのみ説明したが、本実施形態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。また、本発明は、前記液晶層が、初期配向状態が垂直配向である誘電率異方性が正の液晶からなる場合に有効な技術であり、上記実施形態ではその例を挙げて説明した。しかしながら、必ずしも誘電率異方性が正の液晶に限定されるものではなく、誘電率異方性が負の液晶であっても良い。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７（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図７（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７（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７（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７（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図７（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７に示す電子機器は、表示部に上述の本実施形態の一例たる液晶装置を適用したものであるので、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、また高コントラストで明るく品質の高い表示を長期に渡って維持することが可能な表示装置となる。

［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８を参照して説明する。図８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８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、上述の本実施形態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、上述の本実施形態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実施形態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、上述の本実施形態の一例たる液晶装置を備えたものであるので、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、また高コントラストで明るく品質の高い表示を長期に渡って維持することが可能な表示装置となる。

液晶装置におけるＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。 液晶装置における画素領域の構成を模式的に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 液晶装置におけるＴＦＴアレイ基板の一製造工程を示す説明図である。 電圧印加時における液晶の配向状態、等電位線、光透過率を示す説明図である。 電圧印加時における液晶の傾倒状態を示す説明図である。 本実施形態に係る電子機器について幾つかの例を示す斜視図である。 本実施形態に係る投射型表示装置についての一例を示す図である。

符号の説明

１…液晶装置、３…電極、９…画素電極、１０…基板、１３…垂直配向膜、１４…垂直配向膜、１７…共通電極、１８…配向制御電極、２０…対向基板、２１…液晶、５０…液晶層

Claims (6)

1. 一対の基板間に初期配向状態が垂直配向である液晶からなる液晶層を挟持してなり、
   前記一対の基板のうち一方の基板の前記液晶層側に、画素電極と、
   共通電極と、
   前記画素電極或いは前記共通電極のいずれか一方と同電位をなす配向制御電極と、が設けられ、
   該配向制御電極は、前記画素電極及び前記共通電極のうち当該配向制御電極と異なる電位をなす電極側の下層に配置されることを特徴とする液晶装置。
2. 前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向である誘電率異方性が正の液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記液晶は、初期配向状態において垂直方向に配向しており、そのプレチルト角が０°であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
4. 同一層上に配置される前記画素電極及び前記共通電極上を覆うようにして垂直配向膜が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
5. 前記垂直配向膜には、ラビング処理が施されていないことを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
6. 請求項１乃至５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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