液晶装置、及び電子機器
【課題】ディスクリネーションの発生が少なく、表示が明るい上、垂直配向に基づく高コントラストの液晶装置を提供する。
【解決手段】ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に、初期配向状態が垂直配向を呈し且つ誘電異方性が負の液晶からなる液晶層５０が挟持されてなる液晶装置１００であって、ＴＦＴアレイ基板１０上に、複数の画素電極９と、画素電極９上に形成された垂直配向膜６０と、画素電極９上及びＴＦＴアレイ基板１０上で画素電極９が存在しない領域に形成された水平配向膜４２と、からなる配向膜４０と、を有し、対向基板２０上に、共通電極２１と、水平配向膜４２に対面して設けられる凸部５５と、共通電極２１及び凸部５５上に形成された垂直配向膜からなる配向膜６０と、を有する。
【解決手段】ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に、初期配向状態が垂直配向を呈し且つ誘電異方性が負の液晶からなる液晶層５０が挟持されてなる液晶装置１００であって、ＴＦＴアレイ基板１０上に、複数の画素電極９と、画素電極９上に形成された垂直配向膜６０と、画素電極９上及びＴＦＴアレイ基板１０上で画素電極９が存在しない領域に形成された水平配向膜４２と、からなる配向膜４０と、を有し、対向基板２０上に、共通電極２１と、水平配向膜４２に対面して設けられる凸部５５と、共通電極２１及び凸部５５上に形成された垂直配向膜からなる配向膜６０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置、及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置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がある。プロジェクタにおいては高輝度、高コントラストが要求されており、その点、垂直配向方式の液晶装置は高コントラスト表示が可能で、近年、プロジェクタ用の液晶装置の液晶配向方式として採用されつつある。
【０００３】
しかし、垂直配向方式では液晶が基板表面に対して垂直に立っており、電圧印加時に倒れる方位方向での相互作用が弱い。しかも、電圧を印加すると、画素電極端から基板面に平行な方向に、横方向の電界が発生する。この横方向の電界に起因して液晶が様々な方向に倒れてしまい、ディスクリネーションを生じてしまっていた。ディスクリネーションが生じると、明暗のムラやコントラストの低下、残像等の表示欠陥が視認されてしまう。
【０００４】
垂直配向の液晶表示素子において、電圧印加時の液晶の配向を一軸に揃えるために以下のような方法が開示されてきている。例えば、特許文献１の液晶装置では、絵素領域内に垂直配向規制領域を、絵素領域外に配向規制領域を持たせることで絵素内部の液晶分子を電圧印加時に一方向に配向させる方法を提案している。これと同様に特許文献２の液晶装置では、無機配向膜を斜方蒸着法によって形成し、その厚さを表示領域および非表示領域で変化させることで無機配向膜のプレチルト角を制御し、表示領域の垂直配向している液晶が電圧印加に伴い、一方向に揃って倒れるとしている。
【特許文献１】特開２００１−３４３６５１号公報
【特許文献２】特開２００５−１０７３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような方法において、例えば図１４に示すように、画素電極９の周囲にＨＡＮ（Hybrid Alignment Nematic）配向領域が存在する垂直配向方式の液晶装置では、電圧無印加状態のとき、ＨＡＮ配向領域において水平配向する液晶分子の影響で垂直配向領域（画素電極９上）の液晶分子が傾いてしまい、黒表示時に光漏れが生じてコントラストが低くなる場合がある。
そこで、本発明は、電圧無印加時において、ＨＡＮ配向領域に隣接する垂直配向領域への影響を抑えて液晶分子の配向不良を防止し、光漏れのない黒表示を実現するとともに高コントラストの液晶装置を提供することを目的としている。また、当該液晶装置を備えた電子機器について提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液晶装置は、上記課題を解決するために、第１の基板と第２の基板との間に、初期配向状態が垂直配向を呈し且つ誘電異方性が負の液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、第１の基板上に、複数の画素電極と、該画素電極上に形成された垂直配向膜と、画素電極上及び第１の基板上で画素電極が存在しない領域に形成された水平配向膜と、からなる第１の配向膜と、を有し、第２の基板上に、電極と、水平配向膜に対面して設けられる凸部と、電極及び凸部上に形成された垂直配向膜からなる第２の配向膜と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の液晶装置では、表示を行う画素電極上の領域（画素部）において液晶が垂直配向を呈し、画素電極の周辺の領域（周辺部）において、液晶がＨＡＮ（Hybrid Alignment Nematic）配向を呈する。
本発明によれば、第２の基板側において、ＨＡＮ配向領域に凸部を設けることにより、凸部を設けない場合よりもＨＡＮ配向領域の液晶層の厚さが薄くなるため、ＨＡＮ配向領域の液晶層が隣接する垂直配向している液晶分子に対しての影響を抑えることができる。すなわち、垂直配向領域（画素部）とＨＡＮ配向領域（周辺部）との境界部分における液晶の配向不良を低減することにより電圧無印加時に垂直配向領域（画素部）内での光漏れが殆どない黒表示が可能となる。これにより垂直配向領域及びＨＡＮ配向領域を有する液晶装置において、黒が引き締まった高コントラストの表示を実現することができる。
【０００８】
また、該凸部は液晶層の厚さの４０％より小さいことが好ましい。
このような構成によれば、凸部の高さが液晶層の厚さの４０％以上である場合、凸部の側壁の形状に依存して液晶分子が配向してしまう傾向があるため、本発明では凸部の高さをセルギャップの４０％より小さくしておく必要がある。
【０００９】
また、凸部の先端面の幅が、水平配向膜の幅と一致しているか、あるいは水平配向膜の幅よりも広いことが好ましい。
このような構成によれば、ＨＡＮ配向領域全体の液晶層の厚みを薄くすることができ、ＨＡＮ配向領域で水平配向する液晶分子が、隣接する垂直配向領域の液晶分子の配向に影響を与えることを抑えることができる。
【００１０】
また、凸部は、前記画素電極の周縁部に形成される遮光領域内に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、黒表示時における光漏れをより確実に低減することができる。
【００１１】
また、凸部は、レジストで形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、第２の基板に設けられる遮光膜のパターン形成に用いたレジストマスクを凸部として用いることができ、簡単且つ低コストで形成することができる。
【００１２】
また、第１及び第２の基板の外側に配置された一対の１／４波長板と、一対の１／４波長板の外側に配置された偏光板と、を有することが好ましい。
このような構成によれば、液晶分子の方位方向（方位角）によらず複屈折効果が得られるので、液晶装置の輝度を大幅に向上させることができる。
【００１３】
本発明は、上記した液晶装置を備えたことを特徴とする。
また、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、液晶プロジェクタ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特性に優れた電子機器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、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、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１５】
「液晶装置の第１実施形態」
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透過型液晶装置である。
【００１６】
図１は本実施形態の透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。図２はデータ線、走査線、画素電極等が形成された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３は本実施形態の透過型液晶装置について素子領域の断面図であって、図２のＡ−Ａ’線断面図である。また、図４は本実施形態の透過型液晶装置について複数の画素を模式的に示す断面図である。なお、図３及び図４においては、図示上側が光入射側、図示下側が視認側（観察者側）である場合について図示している。
【００１７】
本実施形態の透過型液晶装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極９と当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。
【００１８】
また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子３０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ＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００１９】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、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。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。
【００２０】
次に、図２に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の平面構造について説明する。図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、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矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）が複数、マトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａ及び容量線３ｂが設けられている。本実施形態において、各画素電極９及び各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域が画素であり、マトリクス状に配置された各画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
本実施形態では、特に、画素のうち表示光が透過する画素電極９上の領域を「画素部」、画素部の周辺の遮光された領域を「周辺部」と規定して区別する。
【００２１】
データ線６ａは、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、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、後述のチャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００２２】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００２３】
次に、図３及び図４に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の断面構造について説明する。なお、図４ではスイッチング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及び図４に示すように、本実施形態の透過型液晶装置１００においては、ＴＦＴアレイ基板（第１の基板）１０と、これに対向配置される対向基板（第２の基板）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異方性が負の液晶からなるもので、当該透過型液晶装置１００は、画素領域の周辺にＨＡＮ配向領域が存在する垂直配向モードの表示装置である。
【００２４】
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側表面に形成された画素電極９、配向膜４０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側表面に形成された共通電極２１、配向膜６０と、共通電極２１上に配置された凸部５５と、を主体として構成されている。
【００２５】
また、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側表面には画素電極９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用のＴＦＴ素子３０が設けられている。
【００２６】
ＴＦＴ素子３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａ、当該走査線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’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。
【００２７】
また、走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２上を含む基板本体１０Ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール５、及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８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を介して高濃度ソース領域１ｄ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、高濃度ドレイン領域１ｅ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、高濃度ドレイン領域１ｅ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を介して画素電極９に電気的に接続されている。
【００２８】
また、本実施形態では、ゲート絶縁膜２を走査線３ａに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体層１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆとし、さらにこれらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されている。
【００２９】
ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側表面において、ＴＦＴ素子３０が形成された領域には、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側に戻る戻り光が、少なくとも半導体層１ａのチャネル領域１ａ’及び低濃度ソース、ドレイン領域１ｂ、１ｃに入射することを防止するための第１遮光膜１１ａが設けられている。また、第１遮光膜１１ａとＴＦＴ素子３０との間には、ＴＦＴ素子３０を構成する半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的に絶縁するための第１層間絶縁膜１２が形成されている。さらに、図２に示したように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、コンタクトホール１３を介して第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続するように構成されている。
【００３０】
また、図４に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側、すなわち、画素電極９及び第３層間絶縁膜７上には配向膜４０（第１の配向膜）が形成されている。配向膜４０は、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御するものであって、ここでは図４に示すように、所定領域毎に異なる配向機能を具備した構成となっている。
【００３１】
具体的には、配向膜４０は、画素電極９が主に形成された領域である画素部Ｘに形成された垂直配向膜４１と、画素部Ｘの境界を形成する周辺部Ｙに形成された水平配向膜４２とから構成されている。さらに詳細には、水平配向膜４２は、周辺部Ｙ（画素電極９が形成されていない領域と画素電極９の周縁とからなる遮光領域(非表示領域)）に対して形成されており、垂直配向膜４１は、画素部Ｘ（水平配向膜４２が形成された遮光領域によって囲まれる透過領域(表示領域)）に対して形成されている。
【００３２】
このような構成により、画素部Ｘの液晶は主に垂直配向膜４１に基づいて基板１０に対して垂直に配向する一方、周辺部Ｙの液晶は主に水平配向膜４２に基づいて基板１０に対してほぼ水平に一軸配向する。なお、水平配向膜４２は所定の方位角に液晶を配向させる機能（プレチルト）を有しており、ポリイミド膜をラビング処理したものから構成されている。
【００３３】
垂直配向膜４１は、例えばＯＤＳ（Ｏｃｔａｄｅｎｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）溶液の蒸気をＴＦＴアレイ基板１０の画素電極９露出面に接触させることによって形成される。ＯＤＳ分子の長鎖アルキル基は、無機系の反応基を有していることにより、水平配向膜４２の有機材料とは結合することなく、無機材料であるＩＴＯからなる画素電極９上に選択的に結合する。したがって、垂直配向膜４１は水平配向膜４２間に露出した画素電極９上に選択的に形成されることになる。
【００３４】
他方、対向基板２０には、基板本体２０Ａの液晶層５０側表面には、その略全面に渡って、ＩＴＯ等からなる共通電極２１が形成されている。
さらに、第２遮光膜２３が形成された基板本体２０Ａの液晶層５０側には、データ線６ａ、走査線３ａ、ＴＦＴ素子３０の形成領域に対向する領域、すなわち各周辺部Ｙに、入射光がＴＦＴ素子３０の半導体層１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止するための第２遮光膜２３が設けられている。
【００３５】
また、凸部５５は、セルギャップの４０％以下の高さで形成されている。凸部５５の高さがセルギャップの４０％を越えると、凸部５５の側面に対して液晶分子が配向するようになり、図５（ｂ）に示すように、凸部５５の周囲に液晶分子が画素平面内において凸部を中心として放射状に配向してしまう。したがって、凸部５５の高さはセルギャップの４０％以下にすることが好ましい。
【００３６】
共通電極２１の液晶層５０側には、共通電極２１の露出面及び凸部５５表面を覆うようにして配向膜６０（第２の配向膜）が形成されている。配向膜６０は、ＴＦＴアレイ基板１０側に形成された配向膜４０とは異なり、垂直配向膜のみで構成されている。具体的に、配向膜６０（以下、垂直配向膜６０と呼ぶこともある。）は、垂直配向膜４１と同様に、オクタデシルトリメトキシシラン（ＯＤＳ）分子の長鎖アルキル基が、共通電極２１や凸部５５上に結合することによって形成されており、ラビング処理は施されていない。ＯＤＳ分子の長鎖アルキル基は、無機材料であるＩＴＯからなる共通電極２１や、レジストからなる凸部５５に結合するため、共通電極２１の露出面全体と、凸部５５の表面全体に垂直配向膜６０が形成されることになる。
【００３７】
このような構成のＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とがシール材を介して貼り合わされており、両基板１０，２０間に誘電異方性が負の液晶（ネガ型液晶材料）からなる液晶層５０を介在してなる液晶パネル５８となっている。また、液晶パネル５８の両側には一対の偏光板６１，６２がクロスニコル状態で設けられており、互いの偏光軸６１ａ，６２ａが略直交している。また、偏光板６２の下方には、不図示の光源ユニットが配置されている。このようにして本実施形態の透過型液晶装置１００が構成されている。
【００３８】
上述したように、対向基板２０側に、水平配向膜４２（第２遮光膜２３）に対応して凸部５５を設けることで、垂直配向領域よりもＨＡＮ配向領域におけるセルギャップの方が小さくなり、電圧無印加時において、ＨＡＮ配向領域と隣接する垂直配向領域への影響が小さくなる。すなわち、図５（ａ）に示すように、液晶層５０の厚さ方向において、水平配向膜４２によって液晶分子が水平配向している領域が凸部５５によって圧縮された状態となる。その結果、電圧無印加時に、水平配向膜４２によって水平配向する液晶分子が、垂直配向膜４１によって垂直配向する液晶分子の配向に影響を与えることを抑えることができる。よって、ＨＡＮ配向領域において水平配向する液晶分子の影響を受けて垂直配向領域の液晶分子が傾く（配向不良となる）ことが防止されて、電圧無印加時において略垂直な配向を達成することができる。したがって、黒表示の時に、垂直配向領域（画素部）で光漏れが発生することがなく、液晶装置１００の輝度及びコントラストを向上させることが可能となる。
【００３９】
図６に、電圧無印加状態における液晶装置内での光透過率をグラフで示す。
ここでは、凸部なし、凸部あり（高さ：低）、凸部あり（高さ：高）の構成をなす３つの液晶装置により比較した。
このグラフによると、凸部が設けられていない液晶装置では、垂直配向領域（画素部Ｘ）内に光漏れが生じていることが分かる。また、画素部Ｘ内での光の漏れ具合は、凸部の高さが高くなるにつれて低下することが判明した。よって、上記条件の下、凸部を所定の高さで設けることにより、画素部Ｘ内の光漏れ防止に効果があることが明らかとなった。
【００４０】
「液層装置の第２実施形態」
次に、本発明の第２実施形態における液晶装置について説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。ここで、図７は本実施形態の液晶装置を模式的に示す断面図である。
【００４１】
本発明の第２実施形態における液晶装置２００は、液晶パネル５８の両側に一対の１／４波長板８１，８２が配置され、一対の１／４波長板８１，８２の外側に一対の偏光板６１，６２が配置されている点において上記実施形態１と相違している。
【００４２】
図７に示すように、液晶パネル５８を挟持するようにして、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の外側に透過軸が互いに直交する直線偏光の光の間にほぼ４／１波長の光路差を生じさせる１／４波長板８１，８２がそれぞれ配置されている。また、１／４波長板８１，８２の両外側には、偏光板６１，６２がクロスニコル状態でそれぞれ配置されている。
【００４３】
図８（ａ），（ｂ）は、１／４波長板８１，８２及び偏光板６１，６２の光学軸の配置を示している。図８（ｂ）に示すように、基板面に垂直に見ると、偏光板６１の偏光軸６１ａと、偏光板６２の偏光軸６２ａとが略直交している。また、１／４波長板８１の光学軸（遅相軸）８１ａと、１／４波長板８２の光学軸８２ａとが略直交している。偏光軸６１ａと光学軸８１ａとのなす角、偏光軸６２ａと光学軸８２ａとのなす角はともに約４５°である。すなわち、偏光板６１及び１／４波長板８１、偏光板６２及び１／４波長板８２は、それぞれ円偏光板を構成している。
【００４４】
（第１実施形態の透過シミュレーション）
以下に、第１実施形態における液晶装置１００の透過シミュレーション結果について述べる。ここで、図９は、画素電極上における液晶分子のダイレクタ分布を示す斜視図である。また、図１０に、電圧印加状態での一画素における光透過の様子を示す。
図４に示すように、光源から出射され、偏光板６１、液晶パネル５８をこの順で透過した光は、液晶パネル５８によってλ／２の位相差が付与された直線偏光と同一の偏光状態で偏光板６２から出射するが、電圧印加時における液晶分子の配向は、画素電極９（画素部Ｘ）の端部での電界と垂直配向膜６０とで決められる方位角アンカリングの相関により、所定の配向方向とは異なり、方位角方向で回転してしまっている領域が一部に存在する（図９参照）。このような液晶分子の配向（方位角方向）は、偏光板６１，６２のいずれかの透過軸と一致したとき、この部分での透過率が図１０に示すように低下してしまう。
【００４５】
上記第１の実施形態における液晶装置１００では、電圧無印加状態において、ＨＡＮ配向領域で水平配向する液晶分子が、これに隣接する垂直配向領域内の液晶分子の配向に影響を与えることを防止することができた。しかしながら、電圧印加時に上記課題が生じることが分かった。以下に示す第２実施形態は、このような課題を解決するため、液晶分子の方位方向に起因する光透過率の低下を防止することを目的としたものである。
【００４６】
（第２実施形態の透過シミュレーション）
以下に、第２実施形態における液晶装置の透過シミュレーション結果について述べる。ここで、図１１に、電圧印加状態での一画素における光透過の様子を示す。なお、以下の説明において図７，８（ａ）を適宜参照する。
図７，８（ａ）に示すように、光源から出射され、偏光板６１を透過した直線偏光は、１／４波長板８１によってλ／４の位相差を付与されて円偏光に変換される。円偏光は、液晶パネル５８において実質λ／２の位相差が付与されて逆回転の円偏光となり、さらに１／４波長板８２によって入射した直線偏光に対して直交した直線偏光となり偏光板６２を透過する。
【００４７】
このように、液晶パネル５８の両側に、１／４波長板８１，８２及び偏光板６１，６２を備えることにより、液晶分子の方位方向（方位角）によらず複屈折効果が得られるので、液晶装置２００の輝度を大幅に向上させることができる。
【００４８】
また、第１及び第２実施形態では、水平配向膜４２に対して方位角を備えたプレチルトを具備させるために、ポリイミド膜にラビング処理を施したものを水平配向膜４２としているが、例えばＳｉＯ２に代表される無機材料（無機酸化物）を斜方蒸着により形成した斜方蒸着膜や、同じく無機材料（無機酸化物）をイオンビームスパッタ（ＩＢＳ）法により形成した無機配向膜を水平配向膜４２とすることも可能である。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態としての液晶装置を説明したが、本発明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。
【００５０】
例えば、本実施形態では、ＴＦＴ素子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、本発明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やパッシブマトリクス型液晶装置等にも適用可能である。また、本実施形態では、透過型液晶装置についてのみ説明したが、本発明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。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。
【００５１】
また、カラーフィルタを備える液晶装置において、各着色材を区切るようにして設けられるブラックマスクに上記凸部５５の機能を付与してもよい。
【００５２】
［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１２（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１２（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。
【００５３】
図１２（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１２（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。
【００５４】
図１２（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１２（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。
【００５５】
このように図１２に示す電子機器は、表示部に上述の本発明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、高コントラストで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。
【００５６】
［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１３を参照して説明する。図１３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１３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。
【００５７】
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、上述の本発明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。
【００５８】
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、上述の本発明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発明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。
【００５９】
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。
【００６０】
上記構造を有する投射型表示装置は、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えたものであるので、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、高コントラストで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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態の液晶装置におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図。
【図２】図１の液晶装置について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。
【図３】図１の液晶装置についてその素子構造を示す断面図。
【図４】図１の液晶装置についてその画素部と周辺部の構成を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態の液晶装置において電圧無印加時における液晶の配向状態を模式的に示す説明図。
【図６】電圧無印加状態における液晶装置内(画素周辺部)での光透過率を示すグラフ。
【図７】第２実施形態の液晶装置を模式的に示す断面図。
【図８】１／４波長板及び偏光板の光学軸の配置を示す図。
【図９】本圧発明の液晶表示素子において、１画素だけに電圧を印加したときの、該画素電極上における液晶分子のダイレクタ分布を示す斜視図(シミュレーション)。
【図１０】１/４板を液晶表示素子の両側に挿入しない場合の電圧印加状態での一画素における光の透過状態を示す図。
【図１１】１/４板を液晶表示素子の両側に挿入した場合の電圧印加状態での一画素における光の透過状態を示す図。
【図１２】本発明に係る電子機器について幾つかの例を示す斜視図。
【図１３】本発明に係る投射型表示装置についての一例を示す図。
【図１４】従来の液晶装置において電圧無印加時における液晶の配向状態を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
【００６２】
１００…液晶装置、９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板（第１の基板）、２０…対向基板（第２の基板）、５０…液晶層、４０…配向膜（第１の配向膜）、６０…垂直配向膜（第２の配向膜）、４２…水平配向膜、５５…凸部、５５Ａ…先端面、Ｘ…画素部（垂直配向領域）、Ｙ…周辺部（ＨＡＮ配向領域）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置、及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置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がある。プロジェクタにおいては高輝度、高コントラストが要求されており、その点、垂直配向方式の液晶装置は高コントラスト表示が可能で、近年、プロジェクタ用の液晶装置の液晶配向方式として採用されつつある。
【０００３】
しかし、垂直配向方式では液晶が基板表面に対して垂直に立っており、電圧印加時に倒れる方位方向での相互作用が弱い。しかも、電圧を印加すると、画素電極端から基板面に平行な方向に、横方向の電界が発生する。この横方向の電界に起因して液晶が様々な方向に倒れてしまい、ディスクリネーションを生じてしまっていた。ディスクリネーションが生じると、明暗のムラやコントラストの低下、残像等の表示欠陥が視認されてしまう。
【０００４】
垂直配向の液晶表示素子において、電圧印加時の液晶の配向を一軸に揃えるために以下のような方法が開示されてきている。例えば、特許文献１の液晶装置では、絵素領域内に垂直配向規制領域を、絵素領域外に配向規制領域を持たせることで絵素内部の液晶分子を電圧印加時に一方向に配向させる方法を提案している。これと同様に特許文献２の液晶装置では、無機配向膜を斜方蒸着法によって形成し、その厚さを表示領域および非表示領域で変化させることで無機配向膜のプレチルト角を制御し、表示領域の垂直配向している液晶が電圧印加に伴い、一方向に揃って倒れるとしている。
【特許文献１】特開２００１−３４３６５１号公報
【特許文献２】特開２００５−１０７３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような方法において、例えば図１４に示すように、画素電極９の周囲にＨＡＮ（Hybrid Alignment Nematic）配向領域が存在する垂直配向方式の液晶装置では、電圧無印加状態のとき、ＨＡＮ配向領域において水平配向する液晶分子の影響で垂直配向領域（画素電極９上）の液晶分子が傾いてしまい、黒表示時に光漏れが生じてコントラストが低くなる場合がある。
そこで、本発明は、電圧無印加時において、ＨＡＮ配向領域に隣接する垂直配向領域への影響を抑えて液晶分子の配向不良を防止し、光漏れのない黒表示を実現するとともに高コントラストの液晶装置を提供することを目的としている。また、当該液晶装置を備えた電子機器について提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液晶装置は、上記課題を解決するために、第１の基板と第２の基板との間に、初期配向状態が垂直配向を呈し且つ誘電異方性が負の液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、第１の基板上に、複数の画素電極と、該画素電極上に形成された垂直配向膜と、画素電極上及び第１の基板上で画素電極が存在しない領域に形成された水平配向膜と、からなる第１の配向膜と、を有し、第２の基板上に、電極と、水平配向膜に対面して設けられる凸部と、電極及び凸部上に形成された垂直配向膜からなる第２の配向膜と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の液晶装置では、表示を行う画素電極上の領域（画素部）において液晶が垂直配向を呈し、画素電極の周辺の領域（周辺部）において、液晶がＨＡＮ（Hybrid Alignment Nematic）配向を呈する。
本発明によれば、第２の基板側において、ＨＡＮ配向領域に凸部を設けることにより、凸部を設けない場合よりもＨＡＮ配向領域の液晶層の厚さが薄くなるため、ＨＡＮ配向領域の液晶層が隣接する垂直配向している液晶分子に対しての影響を抑えることができる。すなわち、垂直配向領域（画素部）とＨＡＮ配向領域（周辺部）との境界部分における液晶の配向不良を低減することにより電圧無印加時に垂直配向領域（画素部）内での光漏れが殆どない黒表示が可能となる。これにより垂直配向領域及びＨＡＮ配向領域を有する液晶装置において、黒が引き締まった高コントラストの表示を実現することができる。
【０００８】
また、該凸部は液晶層の厚さの４０％より小さいことが好ましい。
このような構成によれば、凸部の高さが液晶層の厚さの４０％以上である場合、凸部の側壁の形状に依存して液晶分子が配向してしまう傾向があるため、本発明では凸部の高さをセルギャップの４０％より小さくしておく必要がある。
【０００９】
また、凸部の先端面の幅が、水平配向膜の幅と一致しているか、あるいは水平配向膜の幅よりも広いことが好ましい。
このような構成によれば、ＨＡＮ配向領域全体の液晶層の厚みを薄くすることができ、ＨＡＮ配向領域で水平配向する液晶分子が、隣接する垂直配向領域の液晶分子の配向に影響を与えることを抑えることができる。
【００１０】
また、凸部は、前記画素電極の周縁部に形成される遮光領域内に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、黒表示時における光漏れをより確実に低減することができる。
【００１１】
また、凸部は、レジストで形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、第２の基板に設けられる遮光膜のパターン形成に用いたレジストマスクを凸部として用いることができ、簡単且つ低コストで形成することができる。
【００１２】
また、第１及び第２の基板の外側に配置された一対の１／４波長板と、一対の１／４波長板の外側に配置された偏光板と、を有することが好ましい。
このような構成によれば、液晶分子の方位方向（方位角）によらず複屈折効果が得られるので、液晶装置の輝度を大幅に向上させることができる。
【００１３】
本発明は、上記した液晶装置を備えたことを特徴とする。
また、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、液晶プロジェクタ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特性に優れた電子機器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、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、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１５】
「液晶装置の第１実施形態」
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透過型液晶装置である。
【００１６】
図１は本実施形態の透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。図２はデータ線、走査線、画素電極等が形成された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３は本実施形態の透過型液晶装置について素子領域の断面図であって、図２のＡ−Ａ’線断面図である。また、図４は本実施形態の透過型液晶装置について複数の画素を模式的に示す断面図である。なお、図３及び図４においては、図示上側が光入射側、図示下側が視認側（観察者側）である場合について図示している。
【００１７】
本実施形態の透過型液晶装置において、図１に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極９と当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。
【００１８】
また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子３０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ＴＦＴ素子３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００１９】
画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、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。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。
【００２０】
次に、図２に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の平面構造について説明する。図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、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矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪郭を示す）が複数、マトリクス状に設けられており、画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査線３ａ及び容量線３ｂが設けられている。本実施形態において、各画素電極９及び各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形成された領域が画素であり、マトリクス状に配置された各画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
本実施形態では、特に、画素のうち表示光が透過する画素電極９上の領域を「画素部」、画素部の周辺の遮光された領域を「周辺部」と規定して区別する。
【００２１】
データ線６ａは、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、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、後述のチャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【００２２】
容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そして、図２中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００２３】
次に、図３及び図４に基づいて、本実施形態の透過型液晶装置の断面構造について説明する。なお、図４ではスイッチング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及び図４に示すように、本実施形態の透過型液晶装置１００においては、ＴＦＴアレイ基板（第１の基板）１０と、これに対向配置される対向基板（第２の基板）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異方性が負の液晶からなるもので、当該透過型液晶装置１００は、画素領域の周辺にＨＡＮ配向領域が存在する垂直配向モードの表示装置である。
【００２４】
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側表面に形成された画素電極９、配向膜４０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側表面に形成された共通電極２１、配向膜６０と、共通電極２１上に配置された凸部５５と、を主体として構成されている。
【００２５】
また、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側表面には画素電極９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用のＴＦＴ素子３０が設けられている。
【００２６】
ＴＦＴ素子３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａ、当該走査線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’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。
【００２７】
また、走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２上を含む基板本体１０Ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール５、及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８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を介して高濃度ソース領域１ｄ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、高濃度ドレイン領域１ｅ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、高濃度ドレイン領域１ｅ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を介して画素電極９に電気的に接続されている。
【００２８】
また、本実施形態では、ゲート絶縁膜２を走査線３ａに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体層１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆとし、さらにこれらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されている。
【００２９】
ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａの液晶層５０側表面において、ＴＦＴ素子３０が形成された領域には、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側に戻る戻り光が、少なくとも半導体層１ａのチャネル領域１ａ’及び低濃度ソース、ドレイン領域１ｂ、１ｃに入射することを防止するための第１遮光膜１１ａが設けられている。また、第１遮光膜１１ａとＴＦＴ素子３０との間には、ＴＦＴ素子３０を構成する半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的に絶縁するための第１層間絶縁膜１２が形成されている。さらに、図２に示したように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、コンタクトホール１３を介して第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続するように構成されている。
【００３０】
また、図４に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側、すなわち、画素電極９及び第３層間絶縁膜７上には配向膜４０（第１の配向膜）が形成されている。配向膜４０は、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御するものであって、ここでは図４に示すように、所定領域毎に異なる配向機能を具備した構成となっている。
【００３１】
具体的には、配向膜４０は、画素電極９が主に形成された領域である画素部Ｘに形成された垂直配向膜４１と、画素部Ｘの境界を形成する周辺部Ｙに形成された水平配向膜４２とから構成されている。さらに詳細には、水平配向膜４２は、周辺部Ｙ（画素電極９が形成されていない領域と画素電極９の周縁とからなる遮光領域(非表示領域)）に対して形成されており、垂直配向膜４１は、画素部Ｘ（水平配向膜４２が形成された遮光領域によって囲まれる透過領域(表示領域)）に対して形成されている。
【００３２】
このような構成により、画素部Ｘの液晶は主に垂直配向膜４１に基づいて基板１０に対して垂直に配向する一方、周辺部Ｙの液晶は主に水平配向膜４２に基づいて基板１０に対してほぼ水平に一軸配向する。なお、水平配向膜４２は所定の方位角に液晶を配向させる機能（プレチルト）を有しており、ポリイミド膜をラビング処理したものから構成されている。
【００３３】
垂直配向膜４１は、例えばＯＤＳ（Ｏｃｔａｄｅｎｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）溶液の蒸気をＴＦＴアレイ基板１０の画素電極９露出面に接触させることによって形成される。ＯＤＳ分子の長鎖アルキル基は、無機系の反応基を有していることにより、水平配向膜４２の有機材料とは結合することなく、無機材料であるＩＴＯからなる画素電極９上に選択的に結合する。したがって、垂直配向膜４１は水平配向膜４２間に露出した画素電極９上に選択的に形成されることになる。
【００３４】
他方、対向基板２０には、基板本体２０Ａの液晶層５０側表面には、その略全面に渡って、ＩＴＯ等からなる共通電極２１が形成されている。
さらに、第２遮光膜２３が形成された基板本体２０Ａの液晶層５０側には、データ線６ａ、走査線３ａ、ＴＦＴ素子３０の形成領域に対向する領域、すなわち各周辺部Ｙに、入射光がＴＦＴ素子３０の半導体層１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止するための第２遮光膜２３が設けられている。
【００３５】
また、凸部５５は、セルギャップの４０％以下の高さで形成されている。凸部５５の高さがセルギャップの４０％を越えると、凸部５５の側面に対して液晶分子が配向するようになり、図５（ｂ）に示すように、凸部５５の周囲に液晶分子が画素平面内において凸部を中心として放射状に配向してしまう。したがって、凸部５５の高さはセルギャップの４０％以下にすることが好ましい。
【００３６】
共通電極２１の液晶層５０側には、共通電極２１の露出面及び凸部５５表面を覆うようにして配向膜６０（第２の配向膜）が形成されている。配向膜６０は、ＴＦＴアレイ基板１０側に形成された配向膜４０とは異なり、垂直配向膜のみで構成されている。具体的に、配向膜６０（以下、垂直配向膜６０と呼ぶこともある。）は、垂直配向膜４１と同様に、オクタデシルトリメトキシシラン（ＯＤＳ）分子の長鎖アルキル基が、共通電極２１や凸部５５上に結合することによって形成されており、ラビング処理は施されていない。ＯＤＳ分子の長鎖アルキル基は、無機材料であるＩＴＯからなる共通電極２１や、レジストからなる凸部５５に結合するため、共通電極２１の露出面全体と、凸部５５の表面全体に垂直配向膜６０が形成されることになる。
【００３７】
このような構成のＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とがシール材を介して貼り合わされており、両基板１０，２０間に誘電異方性が負の液晶（ネガ型液晶材料）からなる液晶層５０を介在してなる液晶パネル５８となっている。また、液晶パネル５８の両側には一対の偏光板６１，６２がクロスニコル状態で設けられており、互いの偏光軸６１ａ，６２ａが略直交している。また、偏光板６２の下方には、不図示の光源ユニットが配置されている。このようにして本実施形態の透過型液晶装置１００が構成されている。
【００３８】
上述したように、対向基板２０側に、水平配向膜４２（第２遮光膜２３）に対応して凸部５５を設けることで、垂直配向領域よりもＨＡＮ配向領域におけるセルギャップの方が小さくなり、電圧無印加時において、ＨＡＮ配向領域と隣接する垂直配向領域への影響が小さくなる。すなわち、図５（ａ）に示すように、液晶層５０の厚さ方向において、水平配向膜４２によって液晶分子が水平配向している領域が凸部５５によって圧縮された状態となる。その結果、電圧無印加時に、水平配向膜４２によって水平配向する液晶分子が、垂直配向膜４１によって垂直配向する液晶分子の配向に影響を与えることを抑えることができる。よって、ＨＡＮ配向領域において水平配向する液晶分子の影響を受けて垂直配向領域の液晶分子が傾く（配向不良となる）ことが防止されて、電圧無印加時において略垂直な配向を達成することができる。したがって、黒表示の時に、垂直配向領域（画素部）で光漏れが発生することがなく、液晶装置１００の輝度及びコントラストを向上させることが可能となる。
【００３９】
図６に、電圧無印加状態における液晶装置内での光透過率をグラフで示す。
ここでは、凸部なし、凸部あり（高さ：低）、凸部あり（高さ：高）の構成をなす３つの液晶装置により比較した。
このグラフによると、凸部が設けられていない液晶装置では、垂直配向領域（画素部Ｘ）内に光漏れが生じていることが分かる。また、画素部Ｘ内での光の漏れ具合は、凸部の高さが高くなるにつれて低下することが判明した。よって、上記条件の下、凸部を所定の高さで設けることにより、画素部Ｘ内の光漏れ防止に効果があることが明らかとなった。
【００４０】
「液層装置の第２実施形態」
次に、本発明の第２実施形態における液晶装置について説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。ここで、図７は本実施形態の液晶装置を模式的に示す断面図である。
【００４１】
本発明の第２実施形態における液晶装置２００は、液晶パネル５８の両側に一対の１／４波長板８１，８２が配置され、一対の１／４波長板８１，８２の外側に一対の偏光板６１，６２が配置されている点において上記実施形態１と相違している。
【００４２】
図７に示すように、液晶パネル５８を挟持するようにして、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の外側に透過軸が互いに直交する直線偏光の光の間にほぼ４／１波長の光路差を生じさせる１／４波長板８１，８２がそれぞれ配置されている。また、１／４波長板８１，８２の両外側には、偏光板６１，６２がクロスニコル状態でそれぞれ配置されている。
【００４３】
図８（ａ），（ｂ）は、１／４波長板８１，８２及び偏光板６１，６２の光学軸の配置を示している。図８（ｂ）に示すように、基板面に垂直に見ると、偏光板６１の偏光軸６１ａと、偏光板６２の偏光軸６２ａとが略直交している。また、１／４波長板８１の光学軸（遅相軸）８１ａと、１／４波長板８２の光学軸８２ａとが略直交している。偏光軸６１ａと光学軸８１ａとのなす角、偏光軸６２ａと光学軸８２ａとのなす角はともに約４５°である。すなわち、偏光板６１及び１／４波長板８１、偏光板６２及び１／４波長板８２は、それぞれ円偏光板を構成している。
【００４４】
（第１実施形態の透過シミュレーション）
以下に、第１実施形態における液晶装置１００の透過シミュレーション結果について述べる。ここで、図９は、画素電極上における液晶分子のダイレクタ分布を示す斜視図である。また、図１０に、電圧印加状態での一画素における光透過の様子を示す。
図４に示すように、光源から出射され、偏光板６１、液晶パネル５８をこの順で透過した光は、液晶パネル５８によってλ／２の位相差が付与された直線偏光と同一の偏光状態で偏光板６２から出射するが、電圧印加時における液晶分子の配向は、画素電極９（画素部Ｘ）の端部での電界と垂直配向膜６０とで決められる方位角アンカリングの相関により、所定の配向方向とは異なり、方位角方向で回転してしまっている領域が一部に存在する（図９参照）。このような液晶分子の配向（方位角方向）は、偏光板６１，６２のいずれかの透過軸と一致したとき、この部分での透過率が図１０に示すように低下してしまう。
【００４５】
上記第１の実施形態における液晶装置１００では、電圧無印加状態において、ＨＡＮ配向領域で水平配向する液晶分子が、これに隣接する垂直配向領域内の液晶分子の配向に影響を与えることを防止することができた。しかしながら、電圧印加時に上記課題が生じることが分かった。以下に示す第２実施形態は、このような課題を解決するため、液晶分子の方位方向に起因する光透過率の低下を防止することを目的としたものである。
【００４６】
（第２実施形態の透過シミュレーション）
以下に、第２実施形態における液晶装置の透過シミュレーション結果について述べる。ここで、図１１に、電圧印加状態での一画素における光透過の様子を示す。なお、以下の説明において図７，８（ａ）を適宜参照する。
図７，８（ａ）に示すように、光源から出射され、偏光板６１を透過した直線偏光は、１／４波長板８１によってλ／４の位相差を付与されて円偏光に変換される。円偏光は、液晶パネル５８において実質λ／２の位相差が付与されて逆回転の円偏光となり、さらに１／４波長板８２によって入射した直線偏光に対して直交した直線偏光となり偏光板６２を透過する。
【００４７】
このように、液晶パネル５８の両側に、１／４波長板８１，８２及び偏光板６１，６２を備えることにより、液晶分子の方位方向（方位角）によらず複屈折効果が得られるので、液晶装置２００の輝度を大幅に向上させることができる。
【００４８】
また、第１及び第２実施形態では、水平配向膜４２に対して方位角を備えたプレチルトを具備させるために、ポリイミド膜にラビング処理を施したものを水平配向膜４２としているが、例えばＳｉＯ２に代表される無機材料（無機酸化物）を斜方蒸着により形成した斜方蒸着膜や、同じく無機材料（無機酸化物）をイオンビームスパッタ（ＩＢＳ）法により形成した無機配向膜を水平配向膜４２とすることも可能である。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態としての液晶装置を説明したが、本発明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。
【００５０】
例えば、本実施形態では、ＴＦＴ素子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、本発明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やパッシブマトリクス型液晶装置等にも適用可能である。また、本実施形態では、透過型液晶装置についてのみ説明したが、本発明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。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。
【００５１】
また、カラーフィルタを備える液晶装置において、各着色材を区切るようにして設けられるブラックマスクに上記凸部５５の機能を付与してもよい。
【００５２】
［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１２（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１２（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。
【００５３】
図１２（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１２（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。
【００５４】
図１２（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１２（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。
【００５５】
このように図１２に示す電子機器は、表示部に上述の本発明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、高コントラストで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。
【００５６】
［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１３を参照して説明する。図１３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１３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。
【００５７】
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、上述の本発明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。
【００５８】
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、上述の本発明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発明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。
【００５９】
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。
【００６０】
上記構造を有する投射型表示装置は、上述の本発明の一例たる液晶装置を備えたものであるので、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、高コントラストで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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態の液晶装置におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図。
【図２】図１の液晶装置について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。
【図３】図１の液晶装置についてその素子構造を示す断面図。
【図４】図１の液晶装置についてその画素部と周辺部の構成を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態の液晶装置において電圧無印加時における液晶の配向状態を模式的に示す説明図。
【図６】電圧無印加状態における液晶装置内(画素周辺部)での光透過率を示すグラフ。
【図７】第２実施形態の液晶装置を模式的に示す断面図。
【図８】１／４波長板及び偏光板の光学軸の配置を示す図。
【図９】本圧発明の液晶表示素子において、１画素だけに電圧を印加したときの、該画素電極上における液晶分子のダイレクタ分布を示す斜視図(シミュレーション)。
【図１０】１/４板を液晶表示素子の両側に挿入しない場合の電圧印加状態での一画素における光の透過状態を示す図。
【図１１】１/４板を液晶表示素子の両側に挿入した場合の電圧印加状態での一画素における光の透過状態を示す図。
【図１２】本発明に係る電子機器について幾つかの例を示す斜視図。
【図１３】本発明に係る投射型表示装置についての一例を示す図。
【図１４】従来の液晶装置において電圧無印加時における液晶の配向状態を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
【００６２】
１００…液晶装置、９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板（第１の基板）、２０…対向基板（第２の基板）、５０…液晶層、４０…配向膜（第１の配向膜）、６０…垂直配向膜（第２の配向膜）、４２…水平配向膜、５５…凸部、５５Ａ…先端面、Ｘ…画素部（垂直配向領域）、Ｙ…周辺部（ＨＡＮ配向領域）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と第２の基板との間に、初期配向状態が垂直配向を呈し且つ誘電異方性が負の液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、
前記第１の基板上に、複数の画素電極と、
該画素電極上に形成された垂直配向膜と、前記画素電極上及び前記第１の基板上で前記画素電極が存在しない領域に形成された水平配向膜と、からなる第１の配向膜と、を有し、
前記第２の基板上に、
電極と、
前記水平配向膜に対面して設けられる凸部と、
前記電極及び前記凸部上に形成された垂直配向膜からなる第２の配向膜と、を有することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記凸部の高さは前記画素電極上での液晶層の厚さの４０％以内であることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記凸部の先端面の幅が、前記水平配向膜の幅と一致しているか、あるいは前記水平配向膜の幅よりも広いことを特徴とする請求項１または２記載の液晶装置。
【請求項４】
前記凸部は、前記画素電極の周縁部に形成される遮光領域内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項５】
前記凸部は、レジストで形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項６】
前記第１及び前記第２の基板の外側に配置された一対の１／４波長板と、
前記一対の１／４波長板の外側に配置された偏光板と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
第１の基板と第２の基板との間に、初期配向状態が垂直配向を呈し且つ誘電異方性が負の液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、
前記第１の基板上に、複数の画素電極と、
該画素電極上に形成された垂直配向膜と、前記画素電極上及び前記第１の基板上で前記画素電極が存在しない領域に形成された水平配向膜と、からなる第１の配向膜と、を有し、
前記第２の基板上に、
電極と、
前記水平配向膜に対面して設けられる凸部と、
前記電極及び前記凸部上に形成された垂直配向膜からなる第２の配向膜と、を有することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記凸部の高さは前記画素電極上での液晶層の厚さの４０％以内であることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記凸部の先端面の幅が、前記水平配向膜の幅と一致しているか、あるいは前記水平配向膜の幅よりも広いことを特徴とする請求項１または２記載の液晶装置。
【請求項４】
前記凸部は、前記画素電極の周縁部に形成される遮光領域内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項５】
前記凸部は、レジストで形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項６】
前記第１及び前記第２の基板の外側に配置された一対の１／４波長板と、
前記一対の１／４波長板の外側に配置された偏光板と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−６９７８１（Ｐ２００９−６９７８１Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４１０１９（Ｐ２００７−２４１０１９）
【出願日】平成１９年９月１８日（２００７．９．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１８日（２００７．９．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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