(57)【要約】【課題】垂直配向モードであって、ディスクリネーションの発生を回避するためにプレチルト角を付与した場合であっても、黒表示状態においては光の漏れを抑制して、高いコントラスト比を得ることができるようにする。【解決手段】互いに対向するＴＦＴ基板１０及び対向基板２０と、両基板１０，２０の外側面に各々設けられてクロスニコル配置された第１偏光板及び第２偏光板と、両基板１０，２０の対向面に形成された配向膜１６，２２間に保持される誘電率異方性が負の液晶５０とを有し、黒表示状態における液晶５０のプレチルト角ψｐを８０〜８２°の範囲に設定し、且つツイスト角ψｔを６０〜９０°の範囲であって、好ましくは、７０〜８０°の範囲に設定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１の基板及び第２の基板と、該両基板の外側面に各々設けられてクロスニコル配置された第１偏光板及び第２偏光板と、前記両基板の対向面に形成された配向膜間に保持される誘電率異方性が負の液晶とを有する液晶装置において、
黒表示状態における前記液晶の、前記配向膜の界面と液晶分子の長軸方向との間のプレチルト角が８０〜８２°の範囲に設定されており、且つ前記各配向膜の界面に位置する液晶分子間の長軸方向を基板に投影したときの両長軸間のツイスト角が６０〜９０°の範囲に設定されている
ことを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記ツイスト角は７０〜８０°の範囲に設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記ツイスト角は、前記第１偏光板と前記第２偏光板との一方の偏光軸を挟んで略線対称な角度に設定されている
ことを特徴とする請求項１或いは２記載の液晶装置。
【請求項４】
前記配向膜は垂直配向膜であり、電圧無印加で黒表示状態となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶装置。
【請求項５】
前記配向膜は前記各基板に配向材料を斜方蒸着することで形成され、前記プレチルト角は該配向材料の蒸着角度で設定される
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶装置。
【請求項６】
前記配向膜は配向材料を塗布することで形成され、前記プレチルト角はラビング密度で設定される
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶装置。
【請求項７】
前記請求項１〜６の何れか１項に記載の液晶装置を備えて構成されている
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒表示状態における液晶のプレチルト角及びツイスト角を調整することで、良好なコントラスト比を得ることができるようにした液晶装置、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に液晶装置の配向モードには、電圧無印加状態で液晶分子の長軸方向が基板面に略平行で基板面に垂直な方向に沿ってねじれた配向を持つツイステッド・ネマティック（ＴＮ：Twisted Nematic）モードと、液晶分子が垂直に配向した垂直配向モードとがある。
【０００３】
垂直配向モードは、液晶分子が基板面に対して略垂直に配列した状態（基板の法線方向から見た光学的リターデーションが無い状態）を黒表示として用いるため、黒表示の質が良く、高いコントラスト比が得られる。この観点から、垂直配向モードの液晶装置が投射型カラー表示装置等の映像向けの用途において注目されている。
【０００４】
ところで、最近の液晶装置では、画像の解像度を上げるために画素電極のピッチを狭くする傾向があるが、画素電極のピッチを狭くすると隣接した画素電極間に生じる横方向電界の液晶に与える影響が大きくなり、特に垂直配向モードでは配向の乱れが生じやすく、配向が乱れによりディスクリネーションが発生してしまう。そのため、配向膜処理によって液晶分子を基板の法線に対して傾け、配向規制力を強くしてディスクリネーションの発生を防止する対策が取られている。尚、以下の説明では、電圧無印加状態における基板面と液晶分子の平均的な長軸方向とのなす角度を「プレチルト角」と称する。
【０００５】
しかし、プレチルト角を大きくしてしまうとコントラスト比が低下してしまい、垂直配向モードの特徴を充分に生かせなくなってしまう。
【０００６】
この対策として、例えば特許文献１（特開平１０−１６１１２７号公報）には、コントラスト比を確保し、且つディスクリネーションによる画質低下を抑制するために、対向する２枚の基板の界面でのプレチルト角を同一とせず、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)基板側のプレチルト角を対向基板側のプレチルト角よりも大きく設定することで、コントラスト比の低下を抑制しながら充分な配向規制力を与えることができるようにした技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１６１１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ディスクリネーションを誘発させる横方向電界は主にＴＦＴ基板の界面付近で発生する。そのため、上述した文献に開示されている技術では、ＴＦＴ基板側のプレチルト角を大きくしている。
【０００８】
しかし、ＴＦＴ基板側のプレチルト角を大きくすると、少なくともプレチルト側では、電圧無印加状態においても、液晶分子で比較的大きなリタデーションが発生し易くなり、理想的には直線偏光であるべき出射光が楕円偏光に変換されてしまい、黒表示状態でも光が漏れやすくなり、コントラスト比が低下してしまう問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、垂直配向モードであって、ディスクリネーションの発生を回避するためにプレチルト角を付与した場合であっても、黒表示状態においては光の漏れを抑制して、高いコントラスト比を得ることのできる液晶装置、及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明による第１の液晶装置は、互いに対向する第１の基板及び第２の基板と、該両基板の外側面に各々設けられてクロスニコル配置された第１偏光板及び第２偏光板と、前記両基板の対向面に形成された配向膜間に保持される誘電率異方性が負の液晶とを有する液晶装置において、黒表示状態における前記液晶の、前記配向膜の界面と液晶分子の長軸方向との間のプレチルト角が８０〜８２°の範囲に設定されており、且つ前記各配向膜の界面に位置する液晶分子間の長軸方向を基板に投影したときの両長軸間のツイスト角が６０〜９０°の範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成では、黒表示状態における液晶のプレチルト角を８０〜８２°の範囲に設定すると共に、ツイスト角を６０〜９０°の範囲に設定したので、一方の偏光板から入射した光が液晶を通過する際にリタデーションが発生し、入射光が楕円偏光となるが、他方の偏光板付近では、直線偏光に収束されるため、当該偏光板を通過することができずに遮断されて、黒表示状態となる。従って、黒表示状態において光の漏れが抑制されるため、高いコントラスト比を得ることができる。
【００１２】
第２の液晶装置は、第１の液晶装置において、前記ツイスト角は７０〜８０°の範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成では、ツイスト角を７０〜８０°の範囲に設定することで、光の漏れがより少なくなり、より高いコントラスト比を得ることができる。
【００１４】
第３の液晶装置は、第１、或いは第２の液晶装置において、前記ツイスト角は、前記第１偏光板と前記第２偏光板との一方の偏光軸を挟んで略線対称な角度に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成では、ツイスト角を両偏光板の一方の偏光軸を挟んで略線対称な角度に設定されているので、光の漏れが少なくなり、より高いコントラスト比を得ることができる。
【００１６】
第４の液晶装置は、第１〜第３の液晶装置において、前記配向膜は垂直配向膜であり、電圧無印加で黒表示状態となるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成では、配向膜を垂直配向膜とし、電圧無印加で黒表示状態となるように設定することで、垂直配向モードにおけるコントラスト比をより高く設定することができる。
【００１８】
第５の液晶装置は、第１〜第４の液晶装置において、前記配向膜は前記各基板に配向材料を斜方蒸着することで形成され、前記プレチルト角は該配向材料の蒸着角度で設定されることを特徴とする。
【００１９】
このような構成では、配向膜を斜方蒸着で形成し、プレチルト角を蒸着角度で設定するようにしたので、配向膜を従来と同様の製造プロセスで製造することができ、製造が複雑化することがない。
【００２０】
第６の液晶装置は、第１〜第４の液晶装置において、前記配向膜は配向材料を塗布することで形成され、前記プレチルト角はラビング密度で設定されることを特徴とする。
【００２１】
このような構成では、配向膜を配向材料を塗布することで形成し、プレチルト角をラビング密度で設定するようにしたので、配向膜を従来と同様の製造プロセスで製造することができ、製造が複雑化することがない。
【００２２】
本発明による電子機器は、第１〜第６の何れかの液晶装置を備えて構成されていることを特徴とする。このような構成では、本発明による電子機器が、第１〜第６の液晶装置の何れか１つを備えているので、良好なコントラスト比の映像を表示させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１〜図５に本発明の第１実施形態を示す。先ず、図１、図２を参照して、本実施形態で採用する液晶装置の全体構成について説明する。図１は液晶装置をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側からみた平面図、図２は、図１のＨ−Ｈ’断面図である。尚、本実施形態では、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例示して説明する。
【００２５】
図１、図２に示す液晶装置１は、第１の基板としてのＴＦＴ基板１０と、第２の基板としての対向基板２０との間に、負の誘電率異方性を有する垂直配向モード用液晶（以下、単に「液晶」と称する）５０が挟持されている。ＴＦＴ基板１０と対向基板２０とは、画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に固着されている。
【００２６】
このシール材５２は、両基板１０，２０を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなる接着剤であり、その製造プロセスにおいてＴＦＴ基板１０上に塗布し、両基板１０，２０を所定に貼り合わせた後、紫外線照射、或いは加熱等により硬化させて接着する。又、シール材５２中には、両基板１０，２０間の距離（ギャップ）を所定に維持させるためのギャップ材（スペーサ）が散布されている。又、対向基板２０の、シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁を規定する遮光膜５３が設けられている。
【００２７】
又、シール材５２が配置されたシール領域の外側の周辺領域には、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基板１０の残る一辺には、両走査線駆動回路１０４間を電気的に接続する複数の配線１０５が設けられている。又、対向基板２０の四隅には、上下導通材１０６が設けられており、ＴＦＴ基板１０に設けられた上下導通端子１０７と対向基板２０に設けられた対向電極２１との間で電気的に導通されている。又、外部回路接続端子１０２には、図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）が接続されており、このフレキシブル基板から外部回路接続端子１０２を介して供給される画像信号に基づいて画像表示領域１０ａに画像が表示される。
【００２８】
データ線駆動回路１０１及び走査線駆動回路１０４は、ＴＦＴ基板１０の各画素に設けられた、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等の透明導電性薄膜からなる画素電極９ａ（図２参照）に対し各画素スイッチング用ＴＦＴを介して画像信号を選択的に供給するためのデータ線（ソース電極）及び走査線（ゲート電極）に各々電気的に接続されている。データ線駆動回路１０１には、図示しない制御回路から即時表示可能な形式に変換された画像信号が入力され、走査線駆動回路１０４がパルス的に走査線に順番に走査信号（ゲート電圧）を送るのに合わせて、データ線駆動回路１０１は画像信号（ソース電圧）をデータ線に送る。
【００２９】
図２に示すように、ＴＦＴ基板１０上には、マトリクス状に配置された複数の画素電極９ａと共に、これを駆動するための画素スイッチング用ＴＦＴ及び走査線、データ線、容量線等の配線が形成されており、その最上層（図２の上側の面上）に垂直配向用の配向膜１６が形成されている。又、対向基板２０はシール材５２とほぼ同じ輪郭を有しており、この対向基板２０の、ＴＦＴ基板１０に対向する面の全体に渡って、ＩＴＯ膜等の透明導電性薄膜からなる対向電極２１が設けられており、その上層（ＴＦＴ基板１０との対向面）に垂直配向用の配向膜２２が形成されている。
【００３０】
本実施形態では、液晶５０の動作モードとして傾斜垂直配向モードを採用している。従って、配向膜１６，２２は垂直配向膜であり、ポリイミド等の有機配向膜、ＳｉＯ2等の無機配向膜の何れであっても良い。又、有機配向膜を採用する場合、ポリイミド等の材料を基板１０，２０の表面に塗布して配向膜１６，２２を形成した後、ラビング処理により、後述するプレチルト角を調整する。又、無機配向膜を採用する場合、ＳｉＯ2等の材料を斜方蒸着法により基板１０，２０の表面に蒸着して配向膜１６，２２を形成し、後述するプレチルト角は、材料の蒸着角度により調整する。尚、配向膜１６，２２の成膜は、塗布、或いは蒸着以外に、スパッタ法により行っても良い。
【００３１】
液晶５０は、配向膜１６，２２の配向規制力により、所定プレチルト角（基板面と液晶分子の平均的な長軸方向とのなす角度）ψｐ［deg］の傾斜垂直配向状態で、且つ所定ツイスト角（配向膜１６，２２の界面に位置する液晶分子５０’の長軸を基板に投影したときの両長軸間の捻れ角）ψｔ［deg］に維持されている（図２、図４参照）。
【００３２】
尚、このプレチルト角ψｐ、及びツイスト角ψｔは、暗状態、すなわち、黒表示状態のときの値を示している。従って、本実施形態の液晶装置１は、ノーマリブラック表示モードの場合の電圧無印加時の値であるが、電圧印加時にこのような値に設定することも可能で、従って、本実施形態はノーマリホワイト表示モードの場合の電圧印加時の値に適用することも可能である。
【００３３】
又、図２、図３に示すように、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との両外側面に、第１偏光板２と第２偏光板３が、各偏光板２，３の偏光軸２ａ，３ａを直交させたクロスニコル配置で貼り付けられている。図３に示すように、第１偏光板２の偏光軸２ａは、ＴＦＴ基板１０の前後方向（図１の上下方向）を基準とした基準線Ｌに対して、入射方向（本実施形態では、対向基板２０側）から見て、反時計回り方向へ角度θｐだけ位相がずれた方向に設定されている。又、第２偏光板３の偏光軸３ａは、第１偏光板２の偏光軸２ａに対して直交する角度（θｐ＋９０°）に設定されている。
【００３４】
又、図４に示すように、ＴＦＴ基板１０の配向膜１６の界面に位置する液晶分子５０’の長軸５０ａと対向基板２０の配向膜２２の界面に位置する液晶分子５０’の長軸５０ｂとのなすツイスト角ψｔは、偏光軸２ａを挟んで略線対称な配列となっている。
【００３５】
図５は、縦軸に透過率、横軸にツイスト角を取り、かかる液晶装置１のプレチルト角ψｐとして、ψｐ＝８０，８１，８２，８３，８４，８５の６種類を設定し、それらについて、液晶５０に与えるツイスト角ψｔを様々に変化させた際の光透過率（コントラスト比）の変化をシミュレーションした結果を示したものである。ここで、シミュレーションに際して入力した液晶装置１の基本データは以下の通りである。
【００３６】
（液晶材料データ）
・液晶組成物：ネマティック液晶、
・液晶の屈折率：
常光屈折率ｎｏ＝1.50、
異常光屈折率ｎｅ＝1．65、
・負の誘電率異方性Δε＝−5.5、
・液晶にカイラルドーパントを添加して、
ｄ（液晶層厚）／ｐ（液晶螺旋ピッチ）＝0.05に調整
（液晶装置仕様）
・セルギャップｄ＝2．7ミクロン
・垂直配向は以下の何れか
(i)基板に対してＳｉＯ2を４０〜１００ｎｍの膜厚に斜方蒸着し、蒸着時の傾斜角度でプレチルト角ψｐを調整する。
【００３７】
(ii)基板に垂直配向膜を塗布し、ラビング密度でプレチルト角ψｐを調整する。
【００３８】
図５を参照するに、プレチルト角ψｐ［deg］がψｐ＝８３〜８５の付近では、元々、液晶分子５０’の配向が垂直に近いため、ツイスト角ψｔを変化させても光透過率に大きな変化は見られない。しかし、ψｐ＝８３〜８５は配向が垂直に近いため、配向に乱れが生じやすい。
【００３９】
一方、ψｐ＝８０〜８２では、ツイスト角ψｔ［deg］がψｔ＝０〜６０の間では、リタデーションが大きくなり、黒表示状態であっても光が漏れやすく、光透過率が高くなっている。しかし、ψｔ＝６０〜９０の範囲では、光透過率が急激に低下しており、この中でも特に、ψｔ＝７０〜８０の領域では、ψｐ＝８３〜８５とほぼ同等の光透過率が得られている。
【００４０】
この現象を、本実施形態に示す液晶装置１に対応させて検討する、第２偏光板３から入射した光が、液晶層を通過する際に、プレチルト角ψｐがψｐ＝８０〜８２と比較的大きく傾斜しているのでリタデーションも大きくなり、入射光は楕円偏光となるが、出射側の第１偏光板２付近では、直線偏光に収束されて、第１偏光板２を通過することができず、遮断されるものと考えられる。
【００４１】
従って、この領域では、配向に乱れを生じさせないプレチルト角ψｐを確保してディスクリネーションの発生を回避する場合であっても、黒表示状態においては光の漏れが抑制されて、高いコントラスト比を得ることができる。
【００４２】
この結果から、本実施形態で採用する液晶装置１では、配向モードとして傾斜垂直配向モードを採用し、液晶分子５０’のプレチルト角ψｐ［deg］をψｐ＝８０〜８２に設定し、且つツイスト角ψｔ［deg］をψｔ＝６０〜９０に設定する。この場合、好ましくは、ψｔ＝７０〜８０に設定する。
【００４３】
尚、上述したように、本実施形態で設定したプレチルト角ψｐ［deg］（及びツイスト角ψｔ［deg］）を、電圧印加時の値として設定すれば、ノーマリホワイト表示モードの液晶装置に適用することも可能である。
【００４４】
［電子機器の実施形態］
次に、図６に示す投射型カラー表示装置の図式的断面図を参照して、上述した液晶装置１をライトバルブとして用いた電子機器の一例である投射型カラー表示装置の実施形態について、その全体構成、特に光学的な構成について説明する。
【００４５】
本実施形態における投射型カラー表示装置の一例である液晶プロジェクタ１１００は、駆動回路がＴＦＴ基板１０上に搭載された液晶装置を含む液晶モジュールを３個用意し、夫々ＲＧＢ用のライトバルブ１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂとして用いたプロジェクタとして構成されている。
【００４６】
液晶プロジェクタ１１００では、メタルハライドランプ等の白色光源のランプユニット１１０２から投射光が発せられると、３枚のミラー１１０６及び２枚のダイクロイックミラー１１０８によって、ＲＧＢの３原色に対応する光成分Ｒ、Ｇ、Ｂに分けられ、各色に対応するライトバルブ１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂに夫々導かれる。その際、特にＢ光は、長い光路による光損失を防ぐために、入射レンズ１１２２、リレーレンズ１１２３及び出射レンズ１１２４からなるリレーレンズ系１１２１を介して導かれる。そして、ライトバルブ１００Ｒ，１００Ｇ及び１００Ｂにより夫々変調された３原色に対応する光成分は、ダイクロイックプリズム１１１２により再度合成された後、投射レンズ１１１４を介してスクリーン１１２０にカラー画像として投射される。
【００４７】
上述したように、ライトバルブ１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂとして採用する液晶装置１は、傾斜垂直配向モードを採用しており、この場合、液晶５０のプレチルト角ψｐがψｐ＝８０〜８２に設定されているため配向乱れが発生し難く、しかもツイスト角ψｔを、光透過率が急激に低下するψｔ＝６０〜９０であって、好ましくは、ψｔ＝７０〜８０に設定されているので、スクリーン１１２０に表示される映像のコントラスト比が高くなり、製品の品質を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明による電気光学装置は、ＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置に限らず、パッシブマトリックス型の液晶装置、ＴＦＤ（薄型ダイオード）をスイッチング素子として備えた液晶装置に適用することができる。
【００４９】
又、電子機器は、本発明による液晶装置１を備えて実現できるものであれば、上述した液晶プロジェクタ１１００に限らず、テレビジョン受像機、ビューファインダ型或いはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の各種の電子機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】液晶装置をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側からみた平面図
【図２】図１のＨ−Ｈ’断面図
【図３】偏光板と液晶分子の配列との関係示す斜視図
【図４】ツイスト角を示す説明図
【図５】縦軸に光透過率、横軸にツイスト角を取り、液晶に与えるツイスト角を変化させたときの光透過率の変化を示す特性図
【図６】投射型カラー表示装置の図式的断面図
【符号の説明】
【００５１】
１…液晶装置、２，３…偏光板、２ａ，３ａ…偏光軸、１０…ＴＦＴ基板、１６，２２…配向膜、２０…対向基板、５０…液晶、５０’…液晶分子、５０ａ，５０ｂ…長軸、Δε…誘電率異方性、ψｐ…プレチルト角、ψｔ…ツイスト角
【図１】
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【図２】
2008083326.tif 000004
【図３】
2008083326.tif 000005
【図４】
2008083326.tif 000006
【図５】
2008083326.tif 000007
【図６】
2008083326.tif 000008