JP2008058690A - 液晶装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ツイストネマチック型の液晶において、横電界によるリバースツイストの発生をなくし、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。
【解決手段】本発明の画素電極９は、電圧無印加時での液晶の配向方向に対して垂直に突出する櫛歯形状部１５を有し、相隣接する画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５が液晶の配向方向で互いに対向するとともに櫛歯形状部１５，３５が液晶の配向方向に沿って交互に存在するように配置され、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂにおいて、液晶の配向に延在する辺の長さの総和を、液晶の配向方向に垂直な方向に延在する辺の長さの総和よりも小さくすることにより横電界よりも強い電界Ｇを発生させる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、液晶装置、及び電子機器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。近年、プロジェクターは高精細化が進んでいるが、その反面、表示素子である石英基板チップサイズはコストダウンのためどんどんそのサイズは小さくなり、画素の急激な狭ピッチ化が進行している。その結果、液晶表示素子で白黒を画素単位で切り替え表示した場合、相隣接する画素電極間で横電界が生じる。その横電界により対向基板間-画素電極間に生じていた液晶配向制御用の縦電界が影響を受けて、液晶の配向不良を引き起こすという問題があった。

このような配向不良が発生すると液晶層の正常配向部分と異常配向部分との間にディスクリネーション（線欠陥）が形成されてしまう虞があった。

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。
ＴＮ（Twist Nematic）−ＴＦＴ型液晶表示装置でこの現象を防止し、安定な配向を得る技術として、特許文献１，２には、相隣接する画素電極間の間隙に凸部が形成されてなる電気光学装置が開示されている。これにより、相隣接する画素電極間において印加電圧の極性が異なるものの間で発生する横電界によって、液晶の配向状態が乱れることを低減することができるとしている。
特開２００２−４０４５５号公報 特開２００５−１２１８０５号公報

近年では、プロジェクターでも高開口率、高精細化が進み、画素間距離がどんどん小さくなってきている。その結果、上記したように、隣接する画素間の電位差により発生する横電界の影響が深刻な配向不良を誘発するようになってきた。液晶プロジェクターの配向方式としては、現在、ＴＮ型（ツイストネマチック型）の液晶装置が多用されている。しかし、相隣接する画素電極同士に異なる電圧を印加した際に発生する横電界によってツイストネマチック配向モードの液晶が本来のツイスト方向と異なった方向（逆方向）に配向してしまう配向欠陥が生じてしまうことが問題となっている。このような問題に対して、上記した特許文献１，２の手法では解決することができない。つまり、特許文献１，２の構成は、横電界が生じる画素電極間に凸形状を配設し、電極端を凸部平面上に設定することにより電極端と対向電極間距離を相対的に小さくすることにより横電界の影響を少なくしようとしているが、依然として横電界は存在する。また、電極面を凸部面上に積層させるため、面形状を反映して黒表示時の光漏れが大きくなる虞がある。また、配向不良部分を隠すためにブラックマスクを大きくする必要生じ、ブラックマスクを設ける領域が増えてしまうと、開口率が低下してしまうという問題もある。

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、ツイストネマチック型の液晶において、横電界による配向不良の発生をなくし、高透過率で配向欠陥（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、誘電率異方性が正の液晶からなる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設けられる複数の画素電極と、一対の基板のうち他方の基板の液晶層側に設けられる対向電極と、を備え、画素電極は、一方の基板上における電圧無印加時での液晶の配向方向に対して画素電極形状のうち、平行な方向の辺を櫛歯状にすることを特徴とする。

このような構成によれば、相隣接する画素電極のうち、画素電極面近傍の液晶配向方向に対して垂直な方向に隣接する画素電極同士に異なる電圧を印加すると、各画素電極が有する突出部間に液晶の配向方向に平行な電界を生じさせることができる。そのとき、隣接する画素電極の櫛歯状の形状で、液晶の配向方向に延在する辺の長さの総和を、液晶の配向方向に対して垂直な方向に延在する辺の長さの総和よりも小さくすることで、液晶の配向方向に対して垂直な方向に生じる電界よりも液晶の配向方向に沿って生じる電界のほうが強くなる。この電界が発生することにより画素間に発生する本来の横電界を弱くすることができるため、電圧印加時に液晶を本来と異なる方向に回転（リバースツイスト）させることなく所望の方向に配向させることができる。その結果、電圧印加時における液晶の配向不良が防止され、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。上述したように、液晶の初期配向方向とは電圧無印加時での液晶の配向方向のことであり、以下単に液晶の配向方向ということもある。

このようにして、液晶のリバースツイストの発生を防止することができるので、液晶の配向不良に起因する表示上の不具合を解消することができる。したがって、本実施形態によれば、表示不良のない、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。

電極の櫛歯形状部は、その櫛歯の長さ寸法が幅寸法よりも長く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、櫛歯形状における長さ寸法が幅寸法よりも長く形成された櫛歯形状部同士が液晶の配向方向と平行な辺部で対向しているため、隣接する画素電極間に異なる電圧を印加した際に、各画素電極の櫛歯形状部同士の間に液晶の配向方向に沿った（平行な）電界を確実に生じさせることができる。上記したように、相隣接する画素電極の櫛歯形状部同士は液晶の配向方向に沿って交互に存在することから、これら櫛歯形状部同士の間に発生する電界は液晶の配向方向に一致したものとなる。つまり、液晶の配向方向に垂直な方向に隣接する画素電極間に生じる電界による作用よりも、液晶の配向方向に沿って隣接する画素電極間に生じる電界による作用の方が強くなる。これにより不本意な横電界の影響を抑制および防止することが出来るようになるため、液晶のリバースツイストをより確実に防ぐことができる。

画素電極には、複数の櫛歯形状部が互いに一定の間隔をおいて設けられていることも好ましい。
このような構成によれば、櫛歯形状部が互いに一定の間隔をおいて複数設けることで、液晶配向方向に対して垂直方向の辺の長さを大きくすることが出来、その結果、液晶配向方向に対して平行な電界を互いの電極間で全体に均一に生じさせることができ、液晶の配向不良が生じにくくなる。

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装置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１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は液晶装置の概略構成を説明するためのＴＦＴアレイ基板の平面図、図２は図１のＨ−Ｈ’断面図、図３，４は形態の異なる画素電極を示す平面図、図５はＴＦＴアレイ基板上における画素電極の配設状態を示す平面図である。
そして、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１，２に示すように、シール材５２を介して貼り合わせられるＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間に、配向膜１３，１４を介して誘電率異方性が正のネマチック液晶分子２１（以下、単に液晶と呼ぶときもある。）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に設けられる配向膜１３及び対向基板２０に設けられる配向膜１４によって、ネマチック液晶は分子長軸方向が９０°前後ねじれた配向をとっており、ＴＮ（ツイストネマチック）型の液晶装置１を構成している。配向膜１３，１４は、ネマチック液晶分子２１の長軸方向を基板面に対して所定角度だけ傾斜配向（プレチルト）させている。

次に、ＴＦＴアレイ基板１０上に形成された各構成要素について詳しく説明する。
図１において、ＴＦＴアレイ基板１０の上には、シール材５２が対向基板２０の縁に沿って設けられており、その内側に並行して第２遮光膜５３が設けられている。この第２遮光膜５３に囲まれた領域が液晶装置１の画像表示領域Ａとなっている。また、シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路１０４が、この一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。

更に、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺には、画像表示領域Ａの両側に設けられた走査線駆動回路１０４間を接続するための複数の配線１０５が設けられており、ここで、第２遮光膜５３の下に隠れてプリチャージ回路を設けてもよい。また、対向基板２０の４つのコーナー部の少なくとも１箇所においては、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための導通材１０６が設けられている。本実施形態では４箇所全てに設けられている。

また、ＴＦＴアレイ基板１０の内側には画素電極９がマトリクス状に複数形成されている。このようなＴＦＴアレイ基板１０に対向配置された対向基板２０の内側には、図２に示すように、複数の画素電極９に共通な対向電極２８が形成されている。

次に、本実施形態の画素電極について述べる。
本実施形態では、画素電極９として、図３，４に示すような形状の異なる２形態の画素電極９Ａ，９Ｂが用いられている。
図３に示すように、画素電極９Ａは、平面視矩形状の画素電極本体１６と、該画素電極本体１６の四辺のうち対向する一組の辺１６ａ，１６ａそれぞれから外方へと垂直に突出する複数の櫛歯形状部１５とから構成されている。平面視矩形状を呈する櫛歯形状部１５は、各辺１６ａに一対ずつ設けられ、辺１６ａに沿って互いに所定間隔をおいて櫛歯状に設けられている。また、櫛歯形状部１５の突出方向寸法（以下、長辺１５ａとする。）は、幅寸法（以下、短辺１５ｂとする。）よりも長く形成されている。

図４に示すように、画素電極９Ｂは、平面視矩形状の画素電極本体３６と、該画素電極本体３６の四辺のうち対向する一組の辺３６ｂ，３６ｂから外方へと垂直に突出する複数の櫛歯形状部３５とから構成されている。平面視矩形状を呈する櫛歯形状部３５は、各辺３６ｂに３つずつ設けられ、辺３６に沿って互いに所定間隔をおいて櫛歯状に設けられている。また、櫛歯形状部３５の突出方向寸法（以下、長辺３５ａとする。）は、幅寸法（以下、短辺３５ｂとする。）よりも長く形成されている。
本実施形態において、画素電極本体１６，３６及び突出部１５，３５の大きさは同等のものとする。

このような画素電極９Ａ，９Ｂは、ＴＦＴアレイ基板１０上にマトリクス状に配置される。その際、各画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５の突出方向が液晶の初期配向方向（電圧無印加時における液晶の配向方向）に対して垂直となるようにする。そして、電圧無印加時における液晶の配向方向に対して垂直となる方向に隣接する各画素電極９Ａ，９Ｂは、図５に示すように、互いの櫛歯形状部１５，３５同士が組み合うように配置される。

つまり、画素電極９Ａの櫛歯形状部１５同士の各間隔Ｓ内に、隣接する画素電極９Ｂの櫛歯形状部３５がそれぞれ存在するようになっている。そのため、各画素電極９Ａ，９Ｂにおける櫛歯形状部１５，３５同士の配置間隔は、例えば、画素電極９Ａの櫛歯形状部１５同士の間に、隣接する画素電極９Ｂの櫛歯形状部３５を配置可能とする間隔にしておく。そして、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂは、互いの隙間Ｓ内に櫛歯形状部１５，３５をそれぞれ位置させた状態でＴＦＴアレイ基板１０上に配置される。これにより、ＴＦＴアレイ基板１０上では、各画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５が液晶の配向方向に沿って交互に存在することになる。

詳細には、図５に示すように、櫛歯形状部１５の長辺１５ａと櫛歯形状部３５の長辺３５ａとが液晶の配向方向（図中の実線矢印Ｔで示す）で対向している。これら長辺１５ａ，３５ａ同士の対向量（液晶の配向方向で長辺１５ａ，３５ａ同士が対向している長さ）は、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂに異なる電圧が印加された際に、櫛歯形状部１５，３５同士の間で液晶の配向方向に沿った電界を生じさせることができる範囲とする。長辺１５ａ，３５ａの長さが短辺１５ｂ，３５ｂより長くても、液晶の配向方向における長辺１５ａ，３５ａ同士の対向量が十分でない（言い換えれば、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５同士が隙間Ｓの奥の方にまで組み合わせられておらず互いのかみ合い方が浅い状態のこと）と、この方向に電界を生じさせることができない虞がある。

そのため、例えば、液晶の配向方向における長辺１５ａ，３５ａ同士の対向量の総和が、液晶の対向方向に垂直な方向において対向する短辺１５ｂ，３５ｂ及び辺１６ａ，３６ａ同士の対向量（短辺１５ｂ，辺３６ｂ同士及び短辺３５ｂ，辺１６ａ同士が対向している長さ）の総和よりも大きくなるように設定しておくことが必要である。このようにして、櫛歯形状部１５，３５同士の間に液晶の配向方向に沿う電界を確実に生じさせることができるような構成にする。なお、上述した対向量の総和が上述した関係になる理由については後述する。

本実施形態においては、図６に示すように、櫛歯形状部１５，３５の長辺１５ａ，３５ａの長さｃは２．５μｍ、対向する長辺１５ａ，３５ａ同士の間隔ｄは０．５μｍ、対向していない長辺１５ａ，３５ａ同士の間隔ｆは２μｍとする。

このようなＴＦＴアレイ基板上の画素構成により、液晶の配向方向に垂直な方向に隣接する画素電極９Ａ，９Ｂに異なる電圧が印加された場合に、各画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，１６同士の間に液晶の配向方向に垂直な方向に生じる電界よりも強い電界を液晶の配列方向に沿って生じさせることができる。

なお、櫛歯形状部の数、櫛歯形状部同士の配置間隔、櫛歯形状部の寸法形状、対向する長辺同士の対向量、及びその他諸条件は、画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５間に、液晶の配向方向に沿った電界を確実に生じさせることができるように、適宜設定されるものとする。

（平面構造）
次に、ＴＦＴアレイ基板の画像表示領域内の平面構造について図７に基づいて詳細に説明する。図７（ａ）はＴＦＴアレイ基板側から見た平面図であって、図７（ｂ）は画素スイッチング用ＴＦＴ素子の拡大図である。
図７（ａ）に示すように、液晶装置１のＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域Ａ（図１参照）内には、複数の透明な画素電極９（上記した形状の異なる画素電極９Ａ，９Ｂ）がマトリクス状に設けられている。これら各画素電極９Ａ，９Ｂの画素電極本体１６，３６の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ及び走査線３ａが設けられている。

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画素領域Ｃ（図中の一点差線９’で示す領域）となっている。このような画素領域Ｃ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、各画素領域Ｃ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画素電極９Ａ，９Ｂのうち、平面視略正方形状の画素電極本体１６，３６が位置することになる。この各画素領域Ｃ内の画素電極本体１６，３６が画像表示部として機能する。

画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０は、図７（ａ）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ている。より詳しくは、図７（ｂ）に示すように、例えば、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いる。

画素電極９Ａ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。

櫛歯形状部１５，３５は、図７（ａ）に示すように、平面視においてデータ線６ａ上に位置するよう形成されており、該データ線６ａの延在方向（ｙ方向）に沿って各櫛歯形状部１５，３５が交互に存在している。なお、これら櫛歯形状部１５，３５は、後述する第１遮光膜１１ａの遮蔽領域内に位置する。

（断面構造）
次に、図８に基づいて、本実施形態の液晶装置の断面構造について詳しく説明する。図８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。

本実施形態の液晶装置１においては、図８に示すように、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、電界に沿って配向する誘電率異方性が正のネマチック液晶分子２１からなるもので、液晶装置１はツイストネマチック型の表示装置である。ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０は、ガラスや石英、プラスチック等の透光性材料から形成されている。

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（９Ａ）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、ゲート電極２６、データ線６ａとを備えている。半導体層１ａは、ゲート電極２６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によりゲート電極２６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’に対向するようにゲート電極２６が配置されている。

上記ゲート電極２６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９Ａと電気的に接続されている。

基板本体１０Ａ上には、画素電極９を覆うようにして、ポリイミド等からなる配向膜１３が形成されている。この配向膜１３には、図中ｙ方向に沿ってラビング処理が施されている。ラビング法としては、レーヨン、ナイロン、ポリエステルなどからなる布をローラーに貼り付けたラビングマシンによって擦る手法が多く用いられている。なお、ＳｉＯ２等を用いて配向膜１３を形成してもよい。

一方、対向基板２０は、その内面側（液晶層５０側）に、データ線６ａ、走査線３ａ（不図示）、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に入射光が侵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の表面（液晶層５０側の面）の略全面には、ＴＦＴアレイ基板１０に設けられている全ての画素電極９に共通した対向電極２８が設けられている。対向電極２８は、画素電極９に対向してネマチック液晶分子２１を駆動する機能を果たす。

さらに、対向電極２８が設けられた基板本体２０Ａの液晶層５０側には、対向電極２８を覆って配向膜１４が形成されている。配向膜１４には、図中ｘ方向に沿ってラビング処理が施されている。

配向膜１３，１４は、各々に形成されたラビングにより、電圧無印加時において、膜面に対してネマチック液晶分子２１をツイストネマチック配向させるものである。各配向膜１３，１４のラビング方向は互いに直交しており、平面視において９０°ずれている。また、本実施形態においては、配向膜１３，１４がネマチック液晶分子２１に与えるプレチルト角は８°である。プレチルト角を付与し基板面に対してネマチック液晶分子２１を若干傾斜させることにより、ネマチック液晶分子２１が立ち上がる方向（ネマチック液晶分子２１の配向方向）を一方向に安定化させることができる。

配向膜１３，１４を形成する際、ポリイミドまたはＳｉＯ２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、表面に斜めに起立する柱状微細構造体を有したものであってもよい。

上記したＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０は、図８には図示されていないが、互いに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ネマチック液晶分子２１（ポジ型ネマチック液晶材料）を注入して液晶パネル４０を得るものとする。

ネマチック液晶分子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ネマチック液晶分子２１の他にも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、図７（ａ）に示すように互いの光透過軸Ｌ，Ｎが直交するように配置されている。偏光板２２，２３は、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、光透過軸Ｌ，Ｎがそれぞれ走査線３ａ及びデータ線６ａに沿う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の両外側にこれら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９は、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９（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、第２層間絶縁膜、半導体層、各種配線（以上、図示略）を形成する。そして、データ線を含む第２層間絶縁膜上に第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。

次に、図９（ｂ）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８として円筒形状の微細な孔を形成する。このコンタクトホール８は、不図示のドレイン領域に通じる孔である。なお、コンタクトホール８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９（ｃ）に示すように、第３層間絶縁膜上に画素電極９を公知の方法で形成する。このとき、画素電極９の画素電極本体１６，３６と各々の櫛歯形状部１５（不図示），３５とが同時に且つ一体的に形成される。画素電極９Ａ，９Ｂは、互いに所定の間隔をおいて形成される。そして、同図においては、画素電極９Ａがコンタクトホール８を介して不図示の画素スイッチング用ＴＦＴ素子のドレイン領域と繋がっている。

次に、図９（ｄ）に示すように、画素電極９Ａ，９Ｂを覆うようにして、基板本体１０Ａ上に配向膜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ＳｉＯ２等を成膜することにより配向膜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１０は、電圧印加時における液晶の配列状態を示す説明図である。

図１０の実線矢印Ｔは、ＴＦＴアレイ基板１０上におけるネマチック液晶分子の配向方向を示している。
図１０に示すように、ネマチック液晶分子２１の配向方向に対して垂直な方向に異なる形状の画素電極９が連設している。各画素電極９Ａ，９Ｂは、櫛歯形状部１５，３５の長手方向を、液晶の初期配向方向（電圧無印加時における液晶の配向方向）に対して垂直な方向に沿わせた状態で配置されており、平面視において、櫛歯形状部１５，３５同士が液晶の配向方向に沿って交互に存在している。

ここで、液晶の配向方向に対して垂直な方向に隣接する画素電極９Ａ，９Ｂに異なる電圧を印加する。本実施形態においては、画素電極９Ａに０Ｖ、画素電極９Ｂに５Ｖを印加するものとする。すると、図１０に示すように、互いに異なる電圧が印加された画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５間には、液晶の配向方向に沿った電界Ｇ（図中の破線矢印で示す）が発生する。

画素電極９Ａに印加される電圧は０Ｖ、つまり電圧が印加されないから、画素電極９Ａ上に位置するネマチック液晶分子２１の配向は、電圧無印加時における初期配向状態（すなわち、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間で略均一にねじれた状態）と変わらない。一方、画素電極９Ｂに印加される電圧は５Ｖであるため、対向電極２８との間に生じる電界により、基板面に対してネマチック液晶分子２１が垂直に配向する。

本実施形態の液晶装置１は、上述したように誘電率異方性が正のネマチック液晶分子２１を用いている。誘電率異方性が正のネマチック液晶分子２１は、その長軸方向を電界の方向に沿って配向しようとする性質を有している。

誘電率異方性が正のネマチック液晶分子を用いた従来のＴＮ型液晶装置では、図１１，１２に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０に設けられた相隣接する画素電極９に異なる電圧を印加した際、各電極端で発生する電界（特に、液晶の配向方向に垂直な方向に発生する横電界Ｅ）によって、不本意な方向に液晶分子が配向してしまう配向不良が発生していた。

このように配向不良となる液晶分子２１の多くは画素領域Ｃの端部で生じる傾向にある。ネマチック液晶分子２１の配向不良が生じると、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）が発生してしまう。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。

所望とする配向状態でないネマチック液晶分子２１の配向不良は、図７（ａ）に示したように、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、配向膜１３のラビング方向に対して偏光板２２の光透過軸Ｌが平行をなすように配置するとともに、配向膜１４のラビング方向に対して偏光板２３の光透過軸Ｎが平行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てしまう。

しかしながら、本実施形態によれば、図１０（ａ）に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０における画素領域Ｃの境界に位置するネマチック液晶分子２１の配向を、画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５間に発生する電界Ｇによって制御することができる。詳しくは以下に述べる。

本実施形態の液晶装置１は、液晶の配向方向に隣接する画素領域Ｃ同士の境界となる画素間領域Ｄに、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂの櫛歯形状部１５，３５同士が液晶の配向方向に沿って交互に存在する構成となっている。そのため、図１０（ｂ）に示すように、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂに異なる電圧を印加した際、櫛歯形状部１５，３５の長辺１５ａ，３５ａ間には、液晶の配向方向に沿う電界Ｇが発生する。また、画素電極９Ａの櫛歯形状部１５の短辺１５ｂと、画素電極９Ｂの画素電極本体３６の辺３６ｂとの間には、液晶の配向方向に垂直な方向に横電界Ｅが発生する。さらに、画素電極９Ａの画素電極本体１６の辺１６ａと、画素電極９Ｂの櫛歯形状部３５の短辺３５ｂとの間には、液晶の配向方向に垂直な方向に横電界Ｅが発生する。

既に述べたように、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂは、液晶の配向方向で対向する辺の長さ（対向量）の総和が、液晶の配向方向に垂直な方向で対向する辺の長さ（対向量）の総和よりも大きくなるよう構成されている。そのため、液晶の配向方向に垂直な方向に発生する横電界Ｅの大きさの総和よりも、液晶の配向方向に沿って発生する電界Ｇの大きさの総和の方が大きくなる。すなわちこれは、液晶の配向方向に垂直な方向に発生する横電界Ｅよりも、液晶の配向方向に沿って発生する電界Ｇの方が強い電界であることを意味する。したがって、電圧印加時に画素間領域Ｄに発生する電界を液晶の配向方向に平行な電界Ｇとすることができる。

以上によれば、電界Ｇの作用による配向規制力によって、ネマチック液晶分子２１を横電界による配向不良を生じることなく配向させることができる。よって、画素領域Ｃ間及び画素電極９の端部上に生じていた液晶の配向不良を防止することができる。

また、図１４に示すように、櫛歯形状部１５，３５の上方は、画素電極９Ａ上で初期配向状態の液晶群と、画素電極９Ｂ上で垂直配向する液晶群との境目となるのでネマチック液晶分子２１の配向に乱れが生じてしまう。しかしながら、本実施形態では、ネマチック液晶分子２１の配向不良が画素電極９ａ，９ｂ上では発生していない。そのため、画素領域Ｃ全体を十分に表示に活用することができる。

さらに、配向不良が生じる画素間領域Ｄは画素間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、櫛歯形状部１５，３５の上方で発生するノイズ光がシャットアウトされる。よって、画素間領域Ｄの光透過率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。また、従来の液晶装置に比べて液晶分子の配向不良が遼に少ないため、第１遮光膜１１ａ及び第２遮光膜１９を設ける領域を削減することができる。これにより、開口率を向上させることができる。

このように、ネマチック液晶分子２１の配向方向を制御することによって配向不良の発生が防止され、画素領域Ｃ内における略全てのネマチック液晶分子２１をノーマル配向させることができる。よって、画素領域Ｃにおけるネマチック液晶分子２１の配列が安定して液晶分子同士の干渉が防止され、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。したがって、高透過率が実現され、高コントラストで明るく均一な表示品質を有する液晶装置１とすることができる。

また、ネマチック液晶分子２１のリバースツイストを防止することでネマチック液晶分子２１の配向制御が迅速に行われ、これにより、ネマチック液晶分子２１の応答時間が向上するので画像の残像発生を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ができる。

なお、図１３に示すように、上述した櫛歯形状部１５，３５の寸法における条件を満たしていても、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂにおいて、図中の実線矢印Ｔで示す、液晶の配向方向に沿って交互に存在する櫛歯形状部１５，３５同士の間隔が一定で場合には、画素間に液晶の配向方向に沿った電界を発生させることができない虞がある。

つまり、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂにおいて、液晶の配向方向で対向する辺（長辺１５ａ,３５ａ）の長さの総和が、液晶の配向方向に垂直な方向で対向する辺（短辺１５ｂ，辺３６、及び短辺３５ｂ，辺１６ａ）の長さの総和よりも小さい構成であると、液晶の配向方向に垂直な方向に発生する電界Ｇよりも、液晶の配向方向に垂直な方向に発生する横電界Ｅの方が強い電界となってしまう。図１３に示すように、電界Ｇと横電界Ｅとが直交するようにして生じる箇所（二点差線の丸印Ｏ，Ｐで示す）においては、対向する辺同士の対向距離が短い方の電界が強くなる。丸印Ｏで示す箇所では、対向する辺１６ａ，３６ｂ同士の対向距離よりも、長辺１５ａ,３５ａ同士の対向距離の方が短いため、電界Ｇが発生する。丸印Ｐで示す箇所では、対向する長辺１５ａ,３５ａ同士の対向距離よりも、辺１６ａ，３６ｂ同士の対向距離の方が短いため、横電界Ｅが発生してしまう。
なお、図中では、実線矢印で示す電界Ｇ，Ｅのうち、強い電界の方を太線矢印で示してある。

そのため、画素電極９の形状及びＴＦＴアレイ基板上への配置条件等は、画素領域間に、液晶の配向方向に沿う電界Ｇを確実に生じさせることができるように、隣接する画素電極９Ａ，９Ｂにおいて、液晶の配向方向で対向する辺（長辺１５ａ,３５ａ）の長さの総和が、液晶の配向方向に垂直な方向で対向する辺（短辺１５ｂ，辺３６、及び短辺３５ｂ，辺１６ａ）の長さの総和よりも大きい構成にしなければならない。また、画素領域間に、液晶の配向方向に沿う電界Ｇを確実に生じさせることができる構成であれば、櫛歯形状部の数、櫛歯形状部同士の配置間隔、櫛歯形状部の寸法形状等は、上述した実施形態に限定されるものではない。

以上、本発明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。このように、本実施形態はいかなる構造の液晶装置にも適用することができる。

また、液晶装置の構造において、ツイスト角が９０°前後のＴＮ型でなくてもよく、ねじれを有する構造であればツイスト角に規定はない。

［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１４（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１４（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１４（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１４（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１４（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１４（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１４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１５を参照して説明する。図１５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１５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。

液晶装置の概略構成を示す平面図である。 図１のＨ−Ｈ’断面図である。 画素電極の形態を示す平面図である。 画素電極の他の形態を示す平面図である。 形態の異なる画素電極の配置状態を示す平面図である。 画素電極の櫛歯形状部の寸法及び隣接する画素電極の配置間隔を説明する説明図である。 ＴＦＴアレイ基板上における相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。 図７のＤ−Ｄ’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傾倒状態を示す説明図である。 横電界の影響を受けた液晶の配向方向を示す説明図である。 図１１のｍ−ｍ’断面図である。 ＴＦＴアレイ基板上における画素電極構成の好ましくない例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、９…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１３…配向膜、１４…配向膜、１５，３５…櫛歯形状部、２８…対向電極、２０…対向基板、２１…ネマチック液晶、ネマチック液晶分子、５０…液晶層、Ａ…画像表示領域、Ｃ…画素領域、Ｄ…画素間領域、Ｅ…電界、Ｌ…透過軸、Ｎ…透過軸

Claims (4)

1. 一対の基板間に、誘電率異方性が正の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設けられる複数の画素電極と、前記一対の基板のうち他方の基板の前記液晶層側に設けられる対向電極と、を備え、
   前記画素電極は、画素電極上の液晶の配向方向に対して平行な方向の画素電極の一辺の形状が隣接する画素電極と互いに櫛歯状をなしていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記画素の櫛歯形状は、その長さ寸法が幅寸法よりも長く形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. ツイストネマチック型であることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶装置。
4. 請求項１乃至３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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