(57)【要約】【課題】垂直配向型の液晶装置において、ザラツキ感のない鮮明な画層表示を実現する。【解決手段】共通電極２１の非画素領域に対応する位置にスリット状の開口部２１ａを設け、非画素領域の液晶分子Ｌが、電圧印加によって生じる画素電極１１−共通電極２１間の電界の影響を全く受けないようにする。画素周縁部の液晶分子Ｌの配向をこのように強固に固定することで、１画素内に生じたディスクリネーションの核が非画素領域を越えて他の画素領域に移動しないようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極が配列形成されたアレイ基板と、
共通電極が形成された対向基板と、
上記両基板に挟持され、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液晶層とを備え、
上記共通電極は、各画素電極に対応して配列形成された複数の電極部が互いに導電接続されてなることを特徴とする、液晶装置。
【請求項２】
各画素電極又は各電極部の中央に突起又は開口部が設けられたことを特徴とする、請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
上記液晶層にカイラル剤が添加されたことを特徴とする、請求項１又は２記載の液晶装置。
【請求項４】
上記画素電極の形状は鋭角部を有しない多角形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の液晶装置。
【請求項５】
上記画素電極の形状は回転対称性を有することを特徴とする、請求項４記載の液晶装置。
【請求項６】
画素ピッチが３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかの項に記載の液晶装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置及びこれを備えた電子機器に関し、詳しくは、プロジェクタのライトバルブや、携帯電話，ＰＤＡ等の表示部に用いて好適な垂直配向型液晶装置の配向制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶装置には高コントラスト且つ広視野角な表示が求められており、このような表示を実現するために、垂直配向モードの研究が盛んに行なわれている（例えば、特許文献１参照）。
この垂直配向型の液晶装置では、液晶分子の初期配向状態（電圧無印加時の配向状態）が垂直配向膜によって基板面に対して略完全に垂直に立った状態とされ、この状態を黒表示として用いていることで、ＴＮ型の液晶装置に比べて黒浮きが少なく高コントラストな表示を実現できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０２５１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この垂直配向型の液晶装置ではもともと配向規制力が弱く、電圧印加時に液晶分子が様々な配向状態をとることで不安定なドメイン構造が形成され易い。そして、これら隣接するドメインの境界には液晶分子の倒れない領域（ディスクリネーション）が生じ、基板上の配向処理の僅かな乱れや電圧印加状態のバラツキ等によって、このディスクリネーション領域がふらつくことがある。このディスクリネーション領域は常に同じ箇所に生じている限りあまり大きな問題にならないが、これがパネル全体にわたって動くと画像表示にザラツキ感が生じる。
本発明は、上記課題に鑑み創案されたものであり、ザラツキのない画像表示を得られるようにした液晶装置及びこれを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液晶装置は、複数の画素電極が配列形成されたアレイ基板と、共通電極が形成された対向基板と、上記両基板に挟持され、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液晶層とを備え、上記共通電極は、各画素電極に対応して配列形成された複数の電極部が互いに導電接続されてなることを特徴とする。
【０００６】
本構成は、共通電極に対して、非画素領域（画素電極間の領域）に対応する位置に、平面視で各画素電極の外周を囲む形で開口部を設け、電圧印加状態において非画素領域に位置する液晶の配向を安定的に保持できるようにしたものである。すなわち、本構成では、画素電極と共通電極の電極部とが共に島状に配列形成されているため、電圧印加状態において非画素領域に位置する液晶分子は、電圧印加によって生じる画素電極−共通電極間の電界の影響を全く受けず、当初の垂直配向状態を安定的に維持される。このように本構成では非画素領域の液晶の配向状態が強固に規定されるため、１画素内に生じたディスクリネーションはこの非画素領域を越えて他の画素に移動できなくなる。このため、ザラツキのない鮮明な画像表示を実現できる。特に、本発明者らは、画素ピッチが３０μｍ以下の場合にディスクリネーションの発生位置が画素中央部に固定されることを確認している。このため、本構成をこのような高精細の液晶パネルに適用することで表示品質を一層高めることが可能となる。
【０００７】
なお、上述の構成では、ディスクリネーションの発生位置を確実に固定するために、各画素電極又は共通電極の各電極部の中央に突起又は開口部を設けてもよい。この構成では、ディスクリネーションの発生位置が上記突起又は開口部の形成領域内に確実に固定され、一層ザラツキ感の少ない画像表示が得られる。
また、上記液晶層にカイラル剤を添加してもよい。これにより、電圧印加時の液晶分子の配向が安定し、明るい表示が得られる。
【０００８】
また、上記画素電極の形状は鋭角部を有しない多角形であることが好ましい。また、直線部（鋭角を有しない屈曲部を含む）と曲線部とからなる形状でもよい。このように鋭角部のない形状とすることでディスクリネーションが生じにくくなり、高速，広視野角，高コントラストな表示を実現できる。特に、画素形状を正多角形や円形等、回転対称性を有する形状とすれば、液晶分子の配向が軸対称配向となり、視野角特性が向上する。
【０００９】
また、本発明の電子機器は、上述の液晶装置を備えたことを特徴としている。この構成によれば、ザラツキ感のない表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図１〜図４を参照しながら本発明の第１実施形態に係る液晶装置について説明する。図１は本実施形態の液晶装置の概略構成を示す断面図、図２はその要部構造を対向基板側から見た平面図、図３は電圧印加時における液晶の配向状態を説明するための図、図４はその１画素内の液晶の配向状態を示す平面図である。なお、以下の各図においては、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。また、本明細書では、液晶装置を構成する各部材において液晶層側に配置された面を「内面」、それと反対側の面を「外面」といい、更に、画素電極の形成された領域を画素領域、画素電極間の領域を非画素領域という。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の液晶装置は、対向する一対の基板１０，２０の間に誘電異方性が負の液晶が封入されてなり、上記封入された液晶により光変調層としての液晶層３０が構成されている。
石英，ガラス，プラスチック等の透光性材料からなる下基板１０の内面側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる略矩形の画素電極１１がマトリクス状に複数配列形成されており、この画素電極１１を覆うように垂直配向膜１２が形成されている。なお、本実施形態では、下基板１０は、ＴＦＴ等のスイッチング素子や、データ線，走査線等の各種配線が形成されたＴＦＴアレイ基板として構成されているが、図１では、それらの素子及び配線の図示を省略している。
【００１２】
一方、石英，ガラス，プラスチック等の透光性材料からなる上基板２０の内面側には、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極２１が形成されており、この共通電極２１を覆うように垂直配向膜２２が形成されている。
【００１３】
図２に示すように、共通電極２１には、非画素領域に対応する位置に平面視で各画素電極１１の外周を囲む形で複数の開口部２１ａが設けられている。具体的には、画素電極１１の各端辺に沿ってスリット状の開口部２１ａが設けられており、共通電極２１はこれらの開口部２１ａによって複数の導電領域に区画されている。１つの画素電極１１を囲むように配置された４つの開口部２１ａは互いに連結されておらず、これらの開口部２１ａに囲まれた導電領域は他の導電領域と電気的に接続された状態となっている。本実施形態では、画素領域に対向する位置において４つの開口部２１ａに囲まれた導電領域を電極部２１０とし、非画素領域に対向する位置において４つの開口部２１ａに囲まれた導電領域を接続部２１１とする。すなわち、共通電極２１は、各画素電極１１に対向して配列形成された複数の島状の電極部２１０からなり、各電極部２１０は接続部２１１を介して互いに導電接続されている。
また、下基板１０及び上基板２０の外面側にはそれぞれ偏光板１５，２５が設けられている。
【００１４】
このような構成において画素電極１１と共通電極２１との間に電圧を印加すると、画素領域に位置する液晶分子Ｌは、画素電極１１のエッジ部に生じる斜め電界の作用により、図４に示すように、画素周縁部から画素中心部Ｅ１に向かって放射状に倒れ、画素中心部Ｅ１にはディスクリネーションの核が安定的に形成される。つまり、画素中心部Ｅ１では周囲の液晶分子Ｌの傾倒方向がこの領域Ｅ１に集中するため、領域Ｅ１に位置する液晶分子Ｌは倒れることができず、当初の垂直配向状態を安定的に維持される。また、この際、液晶分子Ｌの配向方向は画素電極１１の各端辺に垂直な４方向Ｄ１〜Ｄ４に規定され、画素内に４つの異なる配向方向を持つ領域ができる。この結果、配向分割が実現され、良好な視角特性が得られる。
【００１５】
一方、非画素領域Ｅ２では画素電極１１，電極部２１０がいずれも形成されないため、図３に示すように、この領域Ｅ２に位置する液晶分子Ｌは電圧印加によって生じる電極１１，２１０間の電界の影響を全く受けず、当初の垂直配向状態を安定的に維持される。このため、仮に１画素内で印加電圧にバラツキが生じてディスクリネーションの位置がふらついたとしても、画素周縁部の配向状態が強固に規定されているため、この非画素領域を越えて他の画素に移動することはない。
【００１６】
したがって、本実施形態の液晶装置によれば、１画素領域内に生じたディスクリネーションの移動範囲を該画素領域内に制限でき、これにより、ザラツキ感のない鮮明な画像表示を実現できる。特に、本発明者等は、画素ピッチを２０μｍ以下とした液晶装置において、上記ディスクリネーションの発生位置が画素中心部の狭い範囲に確実に固定されることを確認しており、本構成をこのような高精細の液晶パネルに適用することで表示品質を一層高めることができる。
【００１７】
［第２実施形態］
次に、図５，図６を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る液晶装置について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００１８】
本実施形態では、液晶層３０′にカイラル剤が添加されており、液晶分子Ｌの配向をより安定に制御可能となっている。つまり、液晶分子Ｌの配向状態は単純な放射状傾斜配向よりも図６に示すような渦巻状の放射状傾斜配向の方が安定であるため、上記第１実施形態のように液晶層にカイラル剤を添加しない構成であっても、電圧印加状態において液晶分子Ｌは液晶層厚方向に沿って螺旋状に捩れた状態で倒れる。この捩れ方向は常に一定ではなく不安定であり、又、１画素内の液晶分子Ｌに関しては上記捩れ方向は一致するが、画素同士の間では上記捩れ方向はランダムである。このように捩れ方向の異なるドメインが表示領域に複数形成されると、その境界領域でディスクリネーションが発生しやすくなり、応答速度や透過率の低下につながる。このため、液晶層３０′にカイラル剤を添加して上記捩れ方向を全ての画素で同一方向とすることで、上記画素間でのディスクリネーションの発生を防止することができる。
【００１９】
また、単純な放射状傾斜配向では、偏光板１５，２５の偏光軸に対して垂直方向又は水平方向に配向している液晶分子Ｌは入射光に対して位相差を与えないため、このような配向状態の領域を通過する入射光は透過率に寄与しない。これに対して、本実施形態のように液晶層３０′にカイラル剤を添加して液晶分子Ｌを液晶層厚方向に沿って螺旋状に変化させた場合には、偏光板１５，２５の偏光軸に垂直方向または平行方向に配向している液晶分子Ｌも入射光に対して位相差を与えることができる。したがって、この様な配向状態の領域を通過する入射光も透過率に寄与するので、明るい表示が可能となる。
【００２０】
また、本実施形態では、電極部２１０′の中央（即ち、画素中心部Ｅ１）に開口部２１ｂが設けられている。このような開口部２１ｂを設けることで、電圧印加時にこの部分Ｅ１の等電位面が歪み、ディスクリネーションの発生位置をこの開口領域内に確実に固定することが可能となる。
したがって、本実施形態によれば、上記第１実施形態に比べてザラツキ感をより低減できるとともに、応答速度が速く且つ明るい表示が可能となる。
【００２１】
［第３実施形態］
次に、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る液晶装置について説明する。なお、本実施形態において、上記実施形態１と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２２】
本実施形態は、上記第１実施形態の構成において画素電極及び電極部の形状を変形したものである。すなわち、本実施形態の画素電極１１′は、図７に示すように、円形形状を有しており、共通電極２１′′の電極部２１０′′もそれに合わせて円形形状とされている。なお、図７において符号２１１′は接続部を示しており、各導電部２１０′′は接続部２１１′を介して互いに導電接続されている。
また、電極部２１０′′の中央（即ち、画素中心部Ｅ１）には、上記第２実施形態と同様に、開口部２１ｂ′が設けられており、ディスクリネーションの発生位置を画素中心部Ｅ１に確実に固定できるようになっている。
そして、これ以外は上記第１実施形態と同様である。
【００２３】
したがって、本実施形態では画素形状及び遮光膜の開口形状を円形形状としたため、画素領域内の液晶分子Ｌが画素中心部Ｅ１を中心として放射状に連続的に傾斜配向される結果、よりザラツキ感の少ない表示が可能となる。
【００２４】
なお、画素電極１１′及び電極部２１０′′の形状は、円形以外にも、例えば鋭角部を有しない多角形とすることができる。また、直線部（鋭角を有しない屈曲部を含む）と曲線部とにより構成される形状であってもよい。例えば上記形状を８角形とすると、電圧印加時に１画素内には、液晶分子の傾倒方向の異なる８つのドメインが形成される。この際、画素形状に鋭角部があると、この鋭角部において隣接する２つのドメインでは、液晶分子Ｌは互いに略逆向きに倒れようとするため、この境界部にディスクリネーションが発生しやすくなる。これに対して、画素形状に鋭角部を有しない構成とした場合、隣接するドメイン同士の間では液晶分子の配向方向は平行に近くなり、ディスクリネーションの発生が抑えられる。これにより、高速，広視野角，高コントラストな表示が可能となる。
【００２５】
とりわけ上記形状を回転対称性を有する形状（即ち、正多角形又は円形）とした場合には、液晶分子Ｌの配向が軸対称配向となり視野角特性が向上する。特に、本実施形態のように上記形状を円形とした場合には、最も視角特性がよく且つ安定な配向状態が得られる。
【００２６】
なお、本発明は上述の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で種々変形して実施することができる。
例えば、上記第１，第２実施形態では、１つの画素電極１１を囲むように設けられた４つの開口部２１ａは互いに連結されない構成とした。しかし、本発明では、これら開口部の内外に配置される導電領域が互いに電気的に接続され、共通電極内に電気的に孤立した領域が生じなければよく、これら４つの開口部２１ａの内、２つ又は３つの開口部は互いに連結されてもよい。また、上記実施形態では、接続部２１１を電極部２１０の隅角部としたが、この位置は電極部２１０の端辺でもよく、任意に設定することができる。
【００２７】
また、上記第２，第３実施形態ではディスクリネーションの発生位置をより確実に固定するために、共通電極２１に開口部２１ｂを設けたが、このような開口部は画素電極に設けてもよい。また、開口部を設ける代わりに画素電極又は電極部に対して突起を設けてもよく、これによっても開口部を設けたのと同様の効果が得られる。
【００２８】
また、上記各実施形態では、本発明の液晶装置として透過型の構造を採用したが、反射型若しくは半透過反射型の構造としてもよい。反射型液晶装置とした場合、画素電極にはＡｌやＡｇ等の高反射率の金属反射膜、若しくは、これら金属反射膜と透明導電膜の積層膜を用いることができる。また、下基板１０には、ガラス等の透光性材料以外にも、半導体基板等の不透明な材料を用いることができる。
【００２９】
（電子機器）
次に、本発明の電子機器の一例である投射型表示装置について説明する。
図８は、上記実施の形態の液晶装置を３つの液晶ライトバルブ（光変調手段）として用いた、いわゆる３板式の液晶プロジェクタの一例を示す概略構成図である。図中、符号５１０は光源、５１３，５１４はダイクロイックミラー、５１５，５１６，５１７は反射ミラー、５１８，５１９，５２０はリレーレンズ、５２２，５２３，５２４は液晶ライトバルブ、５２５はクロスダイクロイックプリズム（色合成手段）、５２６は投射レンズ系（投射手段）を示す。
【００３０】
光源５１０は、メタルハライド等のランプ５１１とランプ５１１の光を反射するリフレクタ５１２とから構成されている。ダイクロイックミラー５１３，５１４は、光源から出射された光を互いに異なる複数の色光に分離する色分離手段であり、青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー５１３は、光源５１０からの白色光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５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射される。
【００３１】
一方、ダイクロイックミラー５１３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５１４によって反射され、緑色用液晶ライトバルブ５２３に入射される。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー５１４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５１８、リレーレンズ５１９、出射レンズ５２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段５２１が設けられ、これを介して青色光が青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射される。
【００３２】
そして、各ライトバルブ５２２〜５２４は、入射された色光を変調して対応する色の画像光を形成し、クロスダイクロイックプリズム５２５に出力する。このプリズム５２５は、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたものである。
３つの画像光は、これらの誘電体多層膜によって合成されて、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は、投射レンズ系５２６によってスクリーン５２７上に投射され、画像が拡大表示される。
【００３３】
上記構成の投射型表示装置では、上記実施の形態の液晶装置をライトバルブとして用いているため、ザラツキ感のない鮮明な画像表示を実現できる。
なお、本発明の電子機器としては、上述の投射型表示装置以外にも、携帯電話やＰＤＡ、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型ある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機器等を例として挙げることができ、これら電子機器の直視型の表示部に本発明の液晶装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の液晶装置の断面図である。
【図２】同、液晶装置の要部構造を示す平面図である。
【図３】同、液晶装置の電圧印加時における配向状態を示す断面図。
【図４】同、液晶装置の電圧印加時における配向状態を示す平面図。
【図５】本発明の第２実施形態の液晶装置の断面図である。
【図６】同、液晶装置の電圧印加時における配向状態を示す平面図。
【図７】本発明の第３実施形態の液晶装置の要部構造を示す平面図。
【図８】本発明の電子機器の一例としての投射型表示装置を示す図。
【符号の説明】
１０…アレイ基板、１１，１１′…画素電極、２０…対向基板、２１，２１′，２１′′…共通電極、２１ａ，２１ａ′…開口部、２１ｂ，２１ｂ′…開口部、３０，３０′…液晶層、２１０，２１０′，２１０′′…電極部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004333756.tif 000009
【図８】
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