JP2005201961A - 液晶装置および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 逆ティルトディスクリネーションの発生を防止することが可能な液晶装置を提供する。
【解決手段】 ＴＦＴアレイ基板１０および対向基板２０により液晶層５０が挟持され、ツイステッドネマチックモードで動作する液晶パネル６０を備えた液晶装置であって、ＴＦＴアレイ基板１０に複数の画素電極９１ａ，９１ｂがマトリクス状に配置され、各画素電極９１ａ，９１ｂはライン反転駆動されるようになっており、画素電極９１ａに対する選択電圧無印加時において、ＴＦＴアレイ基板１０の内面付近における液晶分子５１が、ライン反転駆動のライン方向（６８）と略平行に配向規制されていることを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、液晶装置および投射型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における光変調手段として、液晶装置が用いられている。液晶装置は、一対の基板により液晶層を挟持して構成されている。その一対の基板の内側には、液晶層に対して電界を印加する電極が形成されている。その電極の内側には、非選択電圧印加時における液晶分子の配向状態を規制する配向膜が形成されている。そして、非選択電圧印加時と選択電圧印加時との液晶分子の配向変化に基づいて、画像光が形成されるようになっている。

近年、プロジェクタに用いられる液晶装置は、その精細度が急速に高まりつつある。これは、プロジェクタの筐体の小型化およびコスト低減のための液晶装置に対する小型化要求(対角１.３”→０.９”→０.７”→０.５”)と、より滑らかな表示を求める表示容量増大要求(ＶＧＡ→ＳＶＧＡ→ＸＧＡ→ハイビジョン)とに応えたものである。ところが、液晶装置が小型化および大容量化するとともに、以下のように画素ピッチが小さくなり、開口率が低下するという問題が生じてきた。
１.３”ＶＧＡ ：４２μｍピッチ、開口率８５％
１.３”ＳＶＧＡ：３３μｍピッチ、開口率８２％
１.３”ＸＧＡ ：２６μｍピッチ、開口率７６％
０.９”ＳＶＧＡ：２３μｍピッチ、開口率７２％
０.７”ＳＶＧＡ：１８μｍピッチ、開口率６３％
０.７”ＸＧＡ ：１４μｍピッチ、開口率５１％
画素ピッチが小さくなると開口率が低下する理由は、横電界による液晶配向の乱れを隠すために、画素と画素との間の領域に、一定幅のブラックマスクを備えているためである。

そこで特許文献１では、ソース線またはゲート線に対して液晶分子の配向方向を平行にすることによって、この問題を一部解決した。特許文献１の図１０において、ソース線（２）と画素電極（３）が同極性である場合には、液晶分子（２０）は、ソース線と画素電極の間の領域においても画素電極内の領域と同様に動作する。ところが、特許文献１の図１１に示すように、ソース線と画素電極が逆極性である場合は、ソース線と画素電極の間で電気力線が横を向く(横電界がかかる)ため、液晶の配向が乱れる。そこで、特許文献１の図１６に示すように、液晶分子の配向方向をソース線（２）と平行にすることによって、少なくともティルトディスクリネーション(逆側にティルトを持つ不良領域)を回避している。なお、ゲート線と画素電極間の横電界が問題になる場合には、液晶分子の配向方向をゲート線と平行にすればよいことが開示されている。しかし実際には、ソース線との間の横電界が強いため、ソース線と平行に液晶を配向していた。

ところが、最近の高精細のプロジェクタ用液晶表示装置では、ソース線やゲート線が画素電極の下に埋め込まれるケースが増えている。例えば、特許文献２の図４および図５における画素電極（９ａ）は、ゲート線（３ａ）、ソース線（６ａ）および容量線（３ｂ）の一部に被っている。これにより、ソース線およびゲート線と画素電極との間の横電界はもはや間題ではなくなっている。

その代わりに浮上した問題は、隣接する画素電極間に生じる横電界である。特に、画素電極群をライン反転駆動する場合に、極性が異なる隣接画素間の横電界は液晶分子の配向を乱す原因となっている。そこで特許文献２では、同じ極性の電圧が印加される画素電極群の配列方向と略直交した方向に液晶分子を配向させることによって、隣接する画素電極間に生じる横電界による液晶分子のツイスト変化を防止している。
特開平７−２５３５９７号公報 特開２００１−１９４６７２号公報

しかしながら、特許文献２の液晶装置は垂直配向型の液晶を前提にしたものであり、ツイステッドネマチックモードで動作する液晶装置では以下のような問題が生じる。
図１３は、従来の配向を採用した液晶装置の作用の説明図である。ツイステッドネマチック（ＴＮ）モードの液晶装置には、正の誘電率異方性を示す液晶分子５１が採用されている。この液晶分子５１は、選択電圧無印加時には基板に沿って水平配向し、選択電圧印加時には電界方向に沿って垂直配向するものである。また、隣接する画素電極９１ａ，９２ａには異なる極性の電圧が印加されて、ライン反転駆動されるようになっている。さらに、各画素電極９１ａ，９２ａを覆うように配向膜１６が形成され、その表面にラビング処理が施されて、液晶分子５１が配向規制されるとともに、液晶分子５１にプレティルトが付与されている。

ここで、特許文献２に記載されているように、同じ極性の電圧が印加される画素電極群の配列方向と略直交した方向に液晶分子が配向規制されている場合を考える。まず、画素電極９１ａと共通電極２１との間に選択電圧が印加されて縦電界５２が発生すると、プレティルトの付与された液晶分子５１は矢印５３の方向に起立しようとする。一方、ライン反転駆動により画素電極９１ａと画素電極９２ａとの間に横電界５４が発生すると、液晶分子５１は矢印５５の方向に傾倒しようとする。すなわち、液晶分子５１は、縦電界５２および横電界５４によって、それぞれ逆方向に力を受けることになる。これにより、液晶分子５１の配向が乱され、逆ティルトディスクリネーションが発生するという問題がある。そして、液晶装置に発生した逆ティルトディスクリネーションにより、プロジェクタからの投影画像に表示ムラが発生することになる。また、黒表示において光漏れが発生し、投影画像のコントラストを低下させることになる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、逆ティルトディスクリネーションの発生を防止することが可能な、液晶装置の提供を目的とする。また、表示品質に優れた投射型表示装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持され、ツイステッドネマチックモードで動作する液晶パネルを備えた液晶装置であって、前記一対の基板のうち一方の前記基板に、複数の画素電極がマトリクス状に配置され、前記各画素電極はライン反転駆動されるようになっており、前記画素電極に対する選択電圧無印加時において、前記一方の基板の内面付近における前記液晶層の液晶分子が、前記ライン反転駆動のライン方向と略平行に配向規制されていることを特徴とする。
ここで、ライン反転駆動のライン方向とは、ライン反転駆動により同じ極性の電圧が印加される画素電極の配列方向である。一般に、ライン反転駆動による横電界はライン方向と略垂直に発生するので、ライン反転駆動のライン方向と略平行に液晶分子を配向規制することにより、縦電界による液晶分子の起立方向と横電界による液晶分子の傾倒方向とが逆方向とはならなくなる。したがって、逆ティルトディスクリネーションの発生を抑制することができる。

また、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側に、負の屈折率異方性を示す液晶分子をハイブリッド配向させてなる光学補償板が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、液晶パネルを斜め方向から観察した場合の位相差を補償することが可能になる。したがって、黒表示における光漏れが減少し、投影画像のコントラストを向上させることができる。

一方、本発明の他の液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持され、ツイステッドネマチックモードで動作する液晶パネルを備えた液晶装置であって、前記一対の基板のうち一方の前記基板に、複数の画素電極がマトリクス状に配置され、前記各画素電極はライン反転駆動されるようになっており、前記画素電極に対する選択電圧無印加時において、前記一方の基板の内面付近における前記液晶層の液晶分子が、前記ライン反転駆動のライン方向と略±４５°で交差する方向に配向規制されているとともに、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側に、負の屈折率異方性を示す液晶分子をハイブリッド配向させてなる光学補償板が配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、ライン反転駆動のライン方向と略±４５°で交差する方向に液晶分子を配向することにより、ツイステッドネマチックモード本来の旋光効果はなくなるが、負の屈折率異方性を示す液晶分子をハイブリッド配向させてなる光学補償板を配置することにより、液晶パネルの位相差が補償されるので、投影画像のコントラストを向上させることができる。

また、前記一方の基板の内面に、前記画素電極を駆動するための配線が設けられ、前記画素電極が、前記配線の少なくとも一部を覆って設けられていることが望ましい。
この構成によれば、画素電極と配線との間に横電界が発生することはない。そして上記のように配向規制することにより、画素電極間の横電界による逆ティルトディスクリネーションの発生を抑制することができる。

また、前記一方の基板の内面に、前記一方の基板の内面付近における前記液晶層の液晶分子を所定方向に配向規制する配向膜が形成されていることが望ましい。
この構成によれば、一方の基板の内面に形成された配向膜により、一方の基板の内面付近における液晶層の液晶分子を所定方向に配向させることができる。

また、前記一対の基板のうち一方の前記基板の外側に第１の前記光学補償板が配置されるとともに、前記一対の基板のうち他方の前記基板の外側に第２の前記光学補償板が配置されていることが望ましい。
この構成によれば、液晶パネルにおける一方の基板側の液晶層の位相差が第１の光学補償板によって補償され、他方の基板側の液晶層の位相差が第２の光学補償板によって補償される。したがって、黒表示における光漏れが減少し、液晶パネルのコントラスト比を向上させることができる。

また、前記一対の基板のうち一方の前記基板の外側に第２の前記光学補償板が配置されるとともに、前記第２の光学補償板の外側に第１の前記光学補償板が配置されていることが望ましい。
この構成によっても、液晶パネルにおける一方の基板側の液晶層の位相差が第１の光学補償板によって補償され、他方の基板側の液晶層の位相差が第２の光学補償板によって補償される。加えて、第１の光学補償板および第２の光学補償板を、１個の支持基板に積層配置することが可能になる。これにより、支持基板の位相差の影響を低減することが可能になり、液晶パネルのコントラスト比を向上させることができる。

前記第１の光学補償板および前記第２の光学補償板は、前記一対の基板のうち光出射側の前記基板の外側に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、第１の光学補償板および第２の光学補償板が光源から離間配置されるので、光源から遠くなる分と液晶装置の開口率により光量が減ずる分だけ、光源からの熱影響による劣化を抑制することができる。

一方、本発明の投射型表示装置は、上述した液晶装置を、光変調手段として備えたことを特徴とする。
上述した液晶装置により、逆ティルトディスクリネーションの発生を抑制することが可能である。そして、その液晶装置を光変調手段として備えることにより、投影画像の表示ムラを抑制することができる。また、黒表示における光漏れを抑制して、投影画像のコントラストを向上させることができる。したがって、表示品質に優れた投射型表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。なお本明細書では、液晶装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。

［第１実施形態］
最初に、本発明の第１実施形態に係る液晶装置につき、図１ないし図７を用いて説明する。第１実施形態に係る液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネルと、その液晶パネルの外側にそれぞれ配置された光学補償板と、その光学補償板の外側にそれぞれ配置された偏光板とを有するものである。なお本実施形態では、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴという）素子を用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを例にして説明する。

（等価回路）
図１は、液晶パネルの等価回路図である。透過型液晶パネルの画像表示領域を構成すべくマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９が形成されている。また、その画素電極９の側方には、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が形成されている。このＴＦＴ素子３０のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａには画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが供給される。なお画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、各データ線６ａに対してこの順に線順次で供給してもよく、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してもよい。

また、ＴＦＴ素子３０のゲートには、走査線３ａが電気的に接続されている。走査線３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが供給される。なお走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線３ａに対してこの順に線順次で印加する。また、ＴＦＴ素子３０のドレインには、画素電極９が電気的に接続されている。そして、走査線３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、保持された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極９と容量線３ｂとの間に蓄積容量１７が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このように、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。

（平面構造）
図２は、液晶パネルの平面構造の説明図である。本実施形態の液晶パネルでは、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、以下ＩＴＯという）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９（破線９ａによりその輪郭を示す）が、マトリクス状に配列形成されている。また、画素電極９の縦横の境界に沿って、データ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施形態では、各画素電極９の形成された矩形領域がドットであり、マトリクス状に配置されたドットごとに表示を行うことが可能な構造になっている。

ＴＦＴ素子３０は、ポリシリコン膜等からなる半導体層１ａを中心として形成されている。半導体層１ａのソース領域（後述）には、コンタクトホール５を介して、データ線６ａが電気的に接続されている。また、半導体層１ａのドレイン領域（後述）には、コンタクトホール８を介して、画素電極９が電気的に接続されている。一方、半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分には、チャネル領域１ａ’が形成されている。なお走査線３ａは、チャネル領域１ａ’との対向部分においてゲート電極として機能する。

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との交点からデータ線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）とによって構成されている。また、図２中に右上がりの斜線で示した領域には、第１遮光膜１１ａが形成されている。そして、容量線３ｂの突出部と第１遮光膜１１ａとがコンタクトホール１３を介して電気的に接続され、後述する蓄積容量が形成されている。

（断面構造）
図３は、液晶パネルの断面構造の説明図であり、図２のＡ−Ａ’線における側面断面図である。図３に示すように、本実施形態の液晶パネル６０は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置された対向基板２０と、これらの間に挟持された液晶層５０とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａ、およびその内側に形成されたＴＦＴ素子３０や画素電極９、配向膜１６などを主体として構成されている。一方の対向基板２０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａ、およびその内側に形成された共通電極２１や配向膜２２などを主体として構成されている。

ＴＦＴアレイ基板１０の表面には、後述する第１遮光膜１１ａおよび第１層間絶縁膜１２が形成されている。そして、第１層間絶縁膜１２の表面に半導体層１ａが形成され、この半導体層１ａを中心としてＴＦＴ素子３０が形成されている。半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分にはチャネル領域１ａ’が形成され、その両側にソース領域およびドレイン領域が形成されている。なお、このＴＦＴ素子３０はＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用しているため、ソース領域およびドレイン領域に、それぞれ不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と、相対的に低い低濃度領域（ＬＤＤ領域）とが形成されている。すなわち、ソース領域には低濃度ソース領域１ｂと高濃度ソース領域１ｄとが形成され、ドレイン領域には低濃度ドレイン領域１ｃと高濃度ドレイン領域１ｅとが形成されている。

半導体層１ａの表面には、ゲート絶縁膜２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜２の表面に走査線３ａが形成されて、その一部がゲート電極を構成している。また、ゲート絶縁膜２および走査線３ａの表面には、第２層間絶縁膜４が形成されている。そして、第２層間絶縁膜４の表面にデータ線６ａが形成され、第２層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール５を介して、データ線６ａが高濃度ソース領域１ｄと電気的に接続されている。さらに、第２層間絶縁膜４およびデータ線６ａの表面には、第３層間絶縁膜７が形成されている。そして、第３層間絶縁膜７の表面に画素電極９が形成され、第２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール８を介して、画素電極９が高濃度ドレイン領域１ｅと電気的に接続されている。このように画素電極９は、少なくとも配線（走査線やデータ線、容量線等）の一部を覆って設けられている。さらに、画素電極９を覆うように、ポリイミド等からなる配向膜１６が形成されている。配向膜１６の表面にはラビング等が施され、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制しうるようになっている。

なお、本実施形態では、半導体層１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆが形成されている。また、ゲート絶縁膜２を延設して誘電体膜が形成され、その表面に容量線３ｂが配置されて第２蓄積容量電極が形成されている。これらにより、上述した蓄積容量１７が構成されている。

また、ＴＦＴ素子３０の形成領域に対応するＴＦＴアレイ基板１０の表面に、第１遮光膜１１ａが形成されている。第１遮光膜１１ａは、液晶パネルに入射した光が、半導体層１ａのチャネル領域１ａ'、低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止するものである。なお、第１遮光膜１１ａは、第１層間絶縁膜１２に形成されたコンタクトホール１３を介して、前段あるいは後段の容量線３ｂと電気的に接続されている。これにより、第１遮光膜１１ａは第３蓄積容量電極として機能し、第１層間絶縁膜１２を誘電体膜として、第１蓄積容量電極１ｆとの間に新たな蓄積容量が形成されている。

一方、データ線６ａ、走査線３ａおよびＴＦＴ素子３０の形成領域に対応する対向基板２０の表面には、第２遮光膜２３が形成されている。第２遮光膜２３は、液晶パネルに入射した光が、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に侵入するのを防止するものである。また、対向基板２０および第２遮光膜２３の表面には、ほぼ全面にわたってＩＴＯ等の導電体からなる共通電極２１が形成されている。さらに、共通電極２１の表面には、ポリイミド等からなる配向膜２２が形成されている。配向膜２２の表面にはラビング等が施され、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制しうるようになっている。

そして、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、ネマチック液晶からなる液晶層５０が挟持されている。このネマチック液晶分子は、正の誘電率異方性を示すものであり、非選択電圧印加時には基板に沿って水平配向し、選択電圧印加時には電界方向に沿って垂直配向するようになっている。またネマチック液晶分子は、正の屈折率異方性を示すものであり、その複屈折と液晶層厚との積（リタデーション）Δｎｄは、例えば約０．４０μｍ（６０℃）となっている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０の配向膜１６による配向規制方向と、対向基板２０の配向膜２２による配向規制方向とは、図４の矢印６７，６８で示すように、約９０°ねじれた状態で配置されている。これにより、本実施形態の液晶パネル６０は、ツイステッドネマチックモードで動作するようになっている。

図４は、第１実施形態の液晶装置の斜視図である。本実施形態の液晶装置１００は、上述した液晶パネル６０と、液晶パネル６０の外側に配置された偏光板６２，６４とによって構成されている。液晶パネル６０は、ＴＦＴアレイ基板を光出射側に向け、対向基板を光入射側に向けて配置されている。また各偏光板６２，６４は、サファイヤガラスや水晶等の熱伝導率が高い光透過性材料で構成された支持基板に装着されて、液晶パネル６０から離間配置されている。

図４に示すように、液晶パネル６０の光入射側には偏光板６２が配置され、光出射側には偏光板６４が配置されている。各偏光板６２，６４は、その吸収軸方向の直線偏光を吸収し、透過軸方向の直線偏光を透過する機能を有する。そして、光入射側偏光板６２の透過軸６３は、液晶パネル６０に形成されたデータ線と略平行に配置されている。また、光出射側偏光板６４の透過軸６５は、液晶パネル６０に形成された走査線と略平行に配置されている。このような偏光板配置は、プロジェクタの光変調手段として液晶装置を適用する場合に、最も光利用効率がよい構成である。なぜなら、液晶パネルの前後に置かれるダイクロイックミラーやクロスダイクロイックプリズム等は偏光依存性を有するからである。

そして、液晶装置１００に対して偏光板６２の下方から光が入射すると、偏光板６２の透過軸と一致する直線偏光のみが偏光板６２を透過する。非選択電圧印加時の液晶パネル６０では、液晶分子がらせん状に水平配向している。そのため、液晶パネル６０に入射した直線偏光は、約９０°旋光されて液晶パネル６０から出射する。この直線偏光は、偏光板６４の透過軸と一致するため、偏光板６４を透過する。したがって、非選択電圧印加時の液晶パネル６０では白表示が行われる（ノーマリーホワイトモード）。また、選択電圧印加時の液晶パネル６０では、液晶分子が垂直配向している。そのため、液晶パネル６０に入射した直線偏光は、旋光されることなく液晶パネル６０から出射する。そして、この直線偏光は、偏光板６４の透過軸と直交するため、その偏光板６４を透過しない。したがって、選択電圧印加時の液晶パネル６０では黒表示が行われる。

図５（ｅ）は、ライン反転駆動の説明図である。上述した画素電極９には、画像信号に相当する電圧が印加される。ここで、マトリクス状に配置された複数の画素電極９は、ライン反転駆動されるようになっている。ライン反転駆動とは、同じライン９１に属する画素電極９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄには同じ極性の電圧を印加し、隣接するライン９１，９２には異なる極性の電圧を印加して、液晶を駆動するものである。なお、各画素電極９に印加される電圧は、単位期間毎に極性が反転するようになっている。この場合でも、同じライン９１に属する画素電極９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄには同じ極性の電圧が印加され、隣接するライン９１，９２には異なる極性の電圧が印加されることになる。

（配向規制方向）
ところで、図１３に示すように、画素電極９１ａに選択電圧が印加されると、画素電極９１ａと共通電極２１との間に縦電界が発生する。これにより、プレティルトの付与された液晶分子５１は矢印５３の方向に起立しようとする。一方、ライン反転駆動により異なる極性の電圧が印加されると、画素電極９１ａと画素電極９２ａとの間に横電界５４が発生する。この場合、液晶分子５１は矢印５５の方向に傾倒しようとする。そして、矢印５３と矢印５５とが逆方向となる場合には、液晶分子の配向が区々となって、逆ティルトディスクリネーションが発生することになる。

このように、逆ティルトディスクリネーションは、選択電圧無印加時における液晶分子の配向規制方向と、ライン反転駆動による横電界の発生方向とが、密接に関連して発生するものと考えられる。そこで発明者は、選択電圧無印加時における液晶分子の配向規制方向を横電界の発生方向に対して様々に変化させた液晶装置を試作した。なお、配向規制方向を変化させた場合でも、偏光板における吸収軸方向は固定した。そして、各液晶装置の光透過率を測定するとともに、各液晶装置を光変調手段に採用したプロジェクタの投影コントラストを測定した。

図５（ａ）ないし図５（ｄ）は、液晶分子の配向規制方向の説明図である。図５（ｅ）に示すようにライン反転駆動される画素電極に対して、図５（ａ）ないし図５（ｄ）に示すように液晶分子の配向規制方向を設定した。液晶分子の配向規制は、配向膜をラビング処理することによって行った。なお、図５（ａ）ないし図５（ｄ）において、実線の矢印６８はＴＦＴアレイ基板側の配向膜における配向規制方向であり、破線の矢印６７は対向基板側の配向膜における配向規制方向である。図５（ａ）では、ＴＦＴアレイ基板側の配向膜における配向規制方向が、ライン反転駆動のライン方向と略垂直になっている。ここで、ライン反転駆動のライン方向とは、ライン反転駆動により同じ極性の電圧が印加される画素電極の配列方向である。一方、図５（ｃ）では、配向規制方向がライン方向と略平行になっている。また、図５（ｂ）および図５（ｄ）では、配向規制方向がライン方向に対して略±４５°の方向になっている。

図６は、各液晶装置の黒表示における光透過率の測定結果を示すグラフである。光透過率の測定は、図５（ｅ）のＡ−Ａ′間において、ライン反転駆動のライン方向と略垂直方向に画素電極９を横断するように行った。また、図６における曲線（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ図５（ａ）ないし図５（ｄ）の配向を採用した場合に対応している。図６に示すように、図５（ｃ）の配向を採用した場合には、画素電極の端部における光透過率が最小限に抑えられている。これは、図５（ｃ）の配向を採用することにより、逆ティルトディスクリネーションが発生しにくくなっていることが原因と考えられる。以下にその作用を説明する。

図７は、図５（ｃ）の配向を採用した場合における液晶装置の作用の説明図である。図７では、ＴＦＴアレイ基板側の配向膜１６における配向規制方向１６ａが、ライン反転駆動におけるライン方向（すなわち、ライン反転駆動により同じ極性の電圧が印加される画素電極９１ａ，９１ｂの配列方向）と略平行になっている。ここで、画素電極９１ａに選択電圧が印加されると、画素電極９１ａと共通電極２１との間に縦電界５２が発生する。これにより、液晶分子５１は矢印５３の方向に起立しようとする。これに対して、ライン反転駆動により発生する横電界は、図７の紙面に対して垂直方向に発生する。この場合、液晶分子５１は図７の紙面に対して垂直方向に傾倒しようとする。すなわち、縦電界５２および横電界によって液晶分子５１が受ける配向規制力は、相互に逆方向とならない。これにより、逆ティルトディスクリネーションが発生しにくくなっていると考えられるのである。

表１に、各液晶装置を光変調手段に採用したプロジェクタの投影コントラストを示す。なお、表１における配向（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ図５（ａ）ないし図５（ｄ）の配向を採用した場合に対応している。図５（ｃ）の配向を採用した場合には、上記のように画素電極の端部における光透過率が最小限に抑えられるので、投影コントラストが最も高くなっている。従来では、特許文献１の考え方を引きずって図５（ａ）の配向を採用していたが、図５（ｃ）の配向を採用することにより投影コントラストが約４割向上する。また、同じ投影コントラストになるように開口率を広げると、０.７”ＸＧＡで約１割明るくなる。一方、配向（ｂ）および配向（ｄ）の投影コントラストが低くなっているが、これは偏光板の配置を固定したために、ＴＮモード本来の旋光モードではなく、複屈折モードになったためである。

以上に詳述したように、本実施形態の液晶装置では、画素電極に対する選択電圧無印加時において、ＴＦＴアレイ基板付近の液晶分子が、ライン反転駆動のライン方向と略平行に配向規制されている構成とした。一般に、ライン反転駆動による横電界はライン方向と略垂直に発生するので、ライン反転駆動のライン方向と略平行に液晶分子を配向規制することにより、縦電界による液晶分子の起立方向と横電界による液晶分子の傾倒方向とが逆方向とはならなくなる。したがって、逆ティルトディスクリネーションの発生を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る液晶装置につき、図８ないし図１１を用いて説明する。図８に示すように、第２実施形態に係る液晶装置では、液晶パネル６０における光出射側の基板の外側に第２光学補償板８０が配置され、その第２光学補償板８０の外側に第１光学補償板７０が配置されている。すなわち、液晶パネル６０と出射側偏光板６４との間に第１光学補償板７０および第２光学補償板８０が配置されている点で、第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

（光学補償板）
図９は、光学補償板の側面断面図である。第１光学補償板７０は、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等からなる支持体７２上に配向膜（不図示）を設け、その配向膜上にトリフェニレン誘導体等のディスコティック化合物層７４を形成したものである。なお、配向膜はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等からなり、その表面にはラビング等が施されて、液晶分子の配向方向を規制しうるようになっている。一方、ディスコティック化合物層７４は、負の一軸性を示す屈折率楕円体の光軸の傾斜角度が膜厚方向に連続的に変化した光学的構造を有するものである。このようなハイブリッド配向構造は、支持体７２上に液晶性ディスコティック化合物を塗布し、一定温度で配向・硬化させることによって得ることができる。なおディスコティック化合物は、支持体７２側で０〜１５°のティルト角を示し、その反対側で２０〜６０°のティルト角を示す。なお、ディスコティック液晶の配向規制方向をＸ軸方向と定義する。このＸ軸方向は、光学補償板を法線方向から見た場合の進相軸方向である。このような第１光学補償板７０として、具体的には富士写真フィルム製のＷＶフィルムを採用することが可能である。なお、第２光学補償板８０についても、上述した第１光学補償板７０と同様に構成されている。
そして、支持基板７８の表面に第１光学補償板７０が装着され、さらに第１光学補償板７０の表面に第２光学補償板８０が配置されている。このように、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０は、１個の支持基板７８に装着された状態で液晶装置に配設されている。

図１０は、光学補償の説明図である。液晶パネル６０に封入されたネマチック液晶は、光学的に正の一軸性を示すものである。すなわち、光軸６６方向の屈折率が他の方向の屈折率より大きく、屈折率楕円体ではラグビーボール型となる。そして、液晶パネル６０のネマチック液晶に選択電圧を印加すると、液晶層の厚さ方向中央部から端部にかけて液晶分子が垂直配向する。ここで、ラグビーボール型の屈折率楕円体は、斜め方向から観察すると楕円になり、その長軸と短軸との差が複屈折となる。この斜め方向から観察した場合の位相差が、黒表示における光漏れの原因となり、液晶パネルのコントラスト比を低下させて、視角特性を悪化させることになる。

これに対して、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０を構成するディスコティック液晶は、光学的に負の一軸性を示すものである。すなわち、光軸８６方向の屈折率が他の方向の屈折率より小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。ここで、第２光学補償板８０における円盤型の屈折率楕円体８５の光軸８６を、液晶パネル６０におけるラグビーボール型の屈折率楕円体６５の光軸６６と平行に配置すれば、光学的な正負が逆になって、屈折率楕円体６５の複屈折効果を打ち消すことができる。

そこで、図８に示すように、第２光学補償板８０における配向膜の配向規制方向（進相軸方向）８１が、液晶パネル６０における光出射側の基板における配向膜の配向規制方向６８と略一致するように、第２光学補償板８０を配置する。なおかつ、図１０に示すように、第２光学補償板８０における液晶分子８５の光軸８６と第２光学補償板８０の法線とのなす角度が大きい方の面８０ａが、液晶パネル６０と対向するように、第２光学補償板８０を配置する。一方、図８に示すように、第１光学補償板７０における配向膜の配向規制方向（進相軸方向）７１が、液晶パネル６０における光入射側の基板における配向膜の配向規制方向６７と略一致するように、第１光学補償板７０を配置する。なおかつ、図１０に示すように、第１光学補償板７０における液晶分子７５の光軸７６と第１光学補償板７０の法線とのなす角度が小さい方の面７０ｂが、第２光学補償板８０と対向するように、第１光学補償板７０を配置する。

これにより、図１０に矢印で示すように、液晶パネル６０を構成する正の屈折率楕円体の光軸に対して、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０を構成する負の屈折率楕円体の光軸が平行に配置される。そのため、液晶パネル６０の光出射側に配置された液晶分子の複屈折効果が第２光学補償板８０によって補償されるとともに、液晶パネル６０の光入射側に配置された液晶分子の複屈折効果が第１光学補償板７０によって補償される。これにより、あらゆる方向から観察した場合の位相差をほぼ完全に補償することが可能になる。したがって、黒表示における光漏れを防止することが可能となり、液晶パネルのコントラスト比が向上して、視角特性を改善することができる。なお、投射型表示装置の光変調手段に対する光源光の入射角度は最大でも極角１２°程度であり、その入射光によって投影画像が構成されることになる。したがって、本実施形態の液晶装置を用いて投射型表示装置を構成することにより、投影画像のコントラスト比を向上させることができる。

ところで、液晶パネル６０を構成する一対の基板の外側にそれぞれ第１光学補償板および第１光学補償板を配置した場合には、各光学補償板を別個の支持基板で指示する必要がある。この支持基板は、サファイヤや無アルカリガラス等の熱伝導率の大きい透光性材料で構成されているが、サファイヤは位相差が大きく、また無アルカリガラスも熱により位相差を生じるという問題がある。しかしながら、第２実施形態では、図９に示すように、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０を１個の支持基板７８に装着した状態で液晶装置に配設するので、支持基板７８の使用個数を削減することができる。これにより、支持基板７８の位相差による影響を低減することが可能になり、黒表示における光漏れが減少して、液晶装置のコントラスト比を向上させることができる。また、支持基板７８による光の減衰を低減することも可能になり、出射光の明るさを確保することができる。さらに、省スペース化が可能になり、液晶装置の製造コストを低減することも可能になる。

また第２実施形態では、図８に示すように、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０を液晶パネル６０の光出射側のみに配置するので、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０が光源（不図示）から離間配置されるとともに、液晶パネルによって光量が減衰するために熱影響を受け難くなる。したがって、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０を液晶パネル６０の光入射側のみに配置した場合に比べて、第１光学補償板７０および第２光学補償板８０の熱劣化を抑制することができる。

（配向規制方向）
第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、選択電圧無印加時における液晶分子の配向方向を横電界の発生方向に対して様々に変化させた液晶装置を試作し、各液晶装置の光透過率を測定するとともに、各液晶装置を光変調手段に採用したプロジェクタの投影コントラストを測定した。具体的には、図５（ｅ）に示すようにライン反転駆動される画素電極に対して、図５（ａ）ないし図５（ｄ）に示すように液晶分子の配向規制方向を設定した。なお、液晶パネルにおける配向規制方向を変化させた場合でも、偏光板における吸収軸方向は固定した。ただし、第１光学補償板の進相軸と第２光学補償板の進相軸との交差角度は、投影コントラストが最大となるように最適化した。

図１１は、各液晶装置の黒表示における光透過率の測定結果を示すグラフである。光透過率の測定は、図５（ｅ）のＡ−Ａ′間において、ライン反転駆動のライン方向と略垂直方向に画素電極９を横断するように行った。図１１における曲線（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ図５（ａ）ないし図５（ｄ）の配向を採用した場合に対応している。いずれの配向を採用した場合でも、第２実施形態に係る液晶装置の光透過率は、第１実施形態に係る液晶装置の光透過率（図６参照）と比べて、大幅に減少している。これは、光学補償板を採用することにより液晶パネルの位相差が補償されて、光漏れが減少したからであると考えられる。その中でも、図５（ｃ）の配向を採用した場合には、画素電極の端部における光透過率が最小限に抑えられている。これは、第１実施形態と同様の図５（ｃ）の配向を採用することにより、逆ティルトディスクリネーションが発生しにくく、配向が均一になっているためであると考えられる。

表２に、各液晶装置を光変調手段に採用したプロジェクタの投影コントラストを示す。なお、表２における配向（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ図５（ａ）ないし図５（ｄ）の配向を採用した場合に対応している。いずれの配向を採用した場合でも、第２実施形態に係る液晶装置を採用したプロジェクタの投影コントラストは、第１実施形態に係る液晶装置を採用したプロジェクタの投影コントラスト（表１参照）と比べて、大幅に増加している。これは、光学補償板を採用することにより液晶パネルの位相差が補償されて、黒表示における光漏れが減少したからであると考えられる。その中でも、図５（ｃ）の配向を採用した場合には、上記のように画素電極の端部における光透過率が最小限に抑えられるので、投影コントラストが最も高くなっている。従来では、特許文献１の考え方を引きずって図５（ａ）の配向を採用していたが、図５（ｃ）の配向を採用することにより投影コントラストが倍増する。また、同じ投影コントラストになるように開口率を広げると、０.７”ＸＧＡで約２割明るくなる。一方、配向（ｂ）および配向（ｄ）を採用した場合も相当に投影コントラストが高くなっている。配向（ｂ）および配向（ｄ）では、偏光板の配置を固定したためにＴＮモード本来の旋光効果がなくなっているが、光学補償板を採用することにより液晶パネルの位相差が補償されて投影コントラストが高くなったものと考えられる。

以上に詳述した第２実施形態の液晶装置では、画素電極に対する選択電圧無印加時において、ＴＦＴアレイ基板付近の液晶分子が、ライン反転駆動のライン方向と略平行に配向規制されている構成とした。加えて、液晶パネルにおける光出射側の基板の外側に第２光学補償板が配置され、その第２光学補償板の外側に第１光学補償板が配置されている構成とした。この構成によれば、第１実施形態と同様に逆ティルトディスクリネーションの発生を抑制することができる。加えて、光学補償板を採用することにより、投影コントラストを向上させることができる。なお、画素電極に対する選択電圧無印加時において、ＴＦＴアレイ基板付近の液晶分子が、ライン反転駆動のライン方向に対して略±４５°に配向規制されている場合でも、光学補償板を併用することにより液晶パネルの位相差が補償されるので、投影コントラストを向上させることができる。

［投射型表示装置］
次に、本発明の電子機器の具体例である投射型表示装置につき、図１２を用いて説明する。図１２は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。この投射型表示装置は、上述した各実施形態に係る液晶装置を、光変調手段として備えたものである。

図１２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は本発明の液晶装置からなる光変調手段、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投射レンズである。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。

ダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの白色光に含まれる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、赤色光用光変調手段８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、緑色光用光変調手段８２３に入射される。さらに、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９および出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられている。この導光手段８２１を介して、青色光が青色光用光変調手段８２４に入射される。

各光変調手段により変調された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。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には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Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により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、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投影され、画像が拡大されて表示される。

なお、光源８１０におけるランプ８１１からの光は、リフレクタ８１２により略平行光に変換されるので、光変調手段８２２，８２３，８２４に対する光源光の入射角度は、最大でも１２°程度である。そして、その入射光により投影画像が構成されることになる。ここで、光変調手段８２２，８２３，８２４として、上述した各実施形態に係る液晶装置を使用すれば、逆ティルトディスクリネーションの発生を抑制することが可能になる。したがって、その液晶装置を光変調手段として備えることにより、スクリーン８２７上に投影された画像の表示ムラを抑制することができる。また、黒表示における光漏れを抑制して、投影画像のコントラストを向上させることができる。

また、本発明の電子機器の他の具体例として、携帯電話を挙げることができる。この携帯電話は、上述した各実施形態またはその変形例に係る液晶装置を表示部に備えたものである。また、その他の電子機器としては、たとえばＩＣカード、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに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、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が挙げられる。

なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。たとえば、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode）等の二端子型素子を採用してもよい。また、実施形態では透過型液晶装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を反射型や半透過型の液晶装置に適用することも可能である。さらに、電子機器として３板式の投射型表示装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に適用することも可能である。

液晶パネルの等価回路図である。 液晶パネルの平面構造の説明図である。 液晶パネルの断面構造の説明図である。 第１実施形態の液晶装置の斜視図である。 （ａ）ないし（ｄ）は液晶分子の配向規制方向の説明図であり、（ｅ）はライン反転駆動の説明図である。 液晶装置の黒表示における光透過率の測定結果を示すグラフである。 第１実施形態の配向を採用した液晶装置の作用の説明図である。 第２実施形態の液晶装置の斜視図である。 光学補償板の側面断面図である。 光学補償の説明図である。 液晶装置の黒表示における光透過率の測定結果を示すグラフである。 投射型表示装置の要部を示す構成図である。 従来の配向を採用した液晶装置の作用の説明図である。

符号の説明

１０ＴＦＴアレイ基板 ２０対向基板 ５０液晶層 ５１液晶分子 ６０液晶パネル ９１ａ画素電極 ９１ｂ画素電極

Claims (9)

1. 一対の基板により液晶層が挟持され、ツイステッドネマチックモードで動作する液晶パネルを備えた液晶装置であって、
   前記一対の基板のうち一方の前記基板に、複数の画素電極がマトリクス状に配置され、前記各画素電極はライン反転駆動されるようになっており、
   前記画素電極に対する選択電圧無印加時において、前記一方の基板の内面付近における前記液晶層の液晶分子が、前記ライン反転駆動のライン方向と略平行に配向規制されていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側に、負の屈折率異方性を示す液晶分子をハイブリッド配向させてなる光学補償板が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. 一対の基板により液晶層が挟持され、ツイステッドネマチックモードで動作する液晶パネルを備えた液晶装置であって、
   前記一対の基板のうち一方の前記基板に、複数の画素電極がマトリクス状に配置され、前記各画素電極はライン反転駆動されるようになっており、
   前記画素電極に対する選択電圧無印加時において、前記一方の基板の内面付近における前記液晶層の液晶分子が、前記ライン反転駆動のライン方向と略±４５°で交差する方向に配向規制されているとともに、
   前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側に、負の屈折率異方性を示す液晶分子をハイブリッド配向させてなる光学補償板が配置されていることを特徴とする液晶装置。
4. 前記一方の基板の内面に、前記画素電極を駆動するための配線が設けられ、
   前記画素電極が、前記配線の少なくとも一部を覆って設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液晶装置。
5. 前記一方の基板の内面に、前記一方の基板の内面付近における前記液晶層の液晶分子を所定方向に配向規制する配向膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の液晶装置。
6. 前記一対の基板のうち一方の前記基板の外側に第１の前記光学補償板が配置されるとともに、前記一対の基板のうち他方の前記基板の外側に第２の前記光学補償板が配置されていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の液晶装置。
7. 前記一対の基板のうち一方の前記基板の外側に第２の前記光学補償板が配置されるとともに、前記第２の光学補償板の外側に第１の前記光学補償板が配置されていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の液晶装置。
8. 前記第１の光学補償板および前記第２の光学補償板は、前記一対の基板のうち光出射側の前記基板の外側に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の液晶装置を、光変調手段として備えたことを特徴とする投射型表示装置。

Images