CN1534331A - 液晶装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，在垂直取向型液晶装置中，将向错的发生位置固定，实现没有不顺滑感的清晰的图像显示。将设在对置基板(20)侧的导电性遮光膜(21)作为公用电极使用，利用阵列基板(10)的像素电极(11)和对置基板(20)的遮光膜(21)驱动液晶层(30)。

Description

液晶装置及电子设备

技术领域

本发明涉及液晶装置及配置有这种液晶装置的电子设备，更详细地说，涉及适合用于投影机的光阀、以及便携式电话、PDA等的显示部的高清晰垂直取向型液晶装置的取向控制技术。

背景技术

在液晶装置领域，要求高对比度并且广视角的显示，为了实现这种显示，正在广泛地进行对垂直取向模式的研究。这种垂直取向型的液晶装置，具有将电介质各向异性为负的液晶封入到对置的一对基板之间的结构。其中的一个基板，例如作为配备有多个排列形成矩阵状的像素电极和分别对各像素电极进行开关动作的TFT的阵列基板构成，在该基板表面上形成垂直取向膜。

此外，在与之对置的另一个基板上，在整个基板面上形成由ITO等透明膜构成的公用电极，在其上形成垂直取向膜。此外，在这种液晶装置中，为了防止由从对置基板侧入射的光源光引起的TFT的误动作，或者，在进行彩色显示的情况下，为了防止相邻的点之间的颜色渗透，在对置基板侧设置遮光膜。特别是，在将液晶装置作为投影机的光阀使用时，这种遮光膜是必须的。这种遮光膜对应于非像素区域，设置成栅格状，配置在基板主体和公用电极之间。

在这种垂直取向型液晶装置中，由于垂直取向膜的作用，使液晶分子的初始取向状态(未施加电压时的取向状态)相对于基板面呈大致完全垂直的状态，由于利用这种状态作为黑显示，所以，与TN型相比，黑浮色少，可以实现高对比度的显示。

但是，在这种垂直取向型液晶装置中，本来取向限制力就弱，施加电压时因液晶分子采取各种各样的取向状态而容易形成不稳定的畴结构。而且，在这些相邻的畴的交界处，生成液晶分子不倒伏的区域(向错)，由于基板上的取向处理的微小的紊乱及施加电压的状态的起伏等，这种向错区域有时会产生漂移现象。这种向错区域，只要总是在同一个部位产生，还不会造成太大的问题，但当向错区域在整个面板上运动时，对于图像的显示会产生不顺滑感。

为了抑制由于这种向错造成的画质的降低，例如，在下面的专利文献1中，提出了一种对于透明的公用电极，在与像素电极中央部对置的位置处设置开口部的结构。在这种结构中，位于开口区域的液晶分子，几乎不受由于施加电压而产生的像素电极-公用电极之间的电场的影响，开口区域内的液晶分子保持在当初的垂直取向的状态。因此，液晶分子的取向方向，例如以向像素中心取向的方式，以某一种规律取向，可以防止向错无序地发生，从而，能够进行没有不顺滑的清晰的图像显示。

【专利文献1】

特开平6-301036号公报

但是，在上述结构中，除对置基板的遮光膜的图案形成工序和公用电极的形成工序之外，还需要公用电极的图案形成等新的工序，成本增高。

发明内容

本发明是鉴于上述课题创立的，其目的是提供在简化结构的同时能够获得没有不顺滑的图像显示的液晶装置及配备这种液晶装置的电子设备。

为了达到上述目的，本发明的液晶装置的特征在于，它包括：多个像素电极排列成矩阵状的阵列基板、形成了在与上述像素电极对置的位置处具有开口部的导电性遮光膜的对置基板、以及被上述两个基板夹持的液晶层，其中，上述液晶层由初始取向状态呈垂直取向的电介质各向异性为负的液晶构成，上述液晶层由上述像素电极和上述遮光膜之间的电场进行取向控制。

即，在本结构中，将遮光膜作为公用电极使用，省略现有技术中的透明的公用电极。因此，无需现有的对置基板的制造工艺中的公用电极的形成工序和公用电极的图案形成工序，可以提高生产率，有利于成本的降低。

此外，在本结构中，为了获得开口率，需要将作为公用电极的遮光膜配置在像素的周缘部，但在这种情况下，当驱动电压过小时，只能使存在于遮光膜附近的狭小的区域的液晶分子取向。因此，本发明者等人，对像素间距与驱动电压的关系研究的结果，确认，当像素间距在20μm以下时，通过施加作为投影机的光阀及便携式设备的监视器的驱动电压采用的电压能够令像素中央的液晶分子取向。从而，在将本液晶装置应用于这种必须用低电压驱动的电子设备中的情况下，最好使像素间距在20μm以下。

此外，在上述结构中，也可以在像素电极上设置突起或开口部。借此，可以将向错的发生位置限定在上述像素电极的开口区域内，可以实现不顺滑感更少的图像显示。

此外，最好在上述液晶层中添加手性剂。在以包围像素电极的方式配置作为公用电极的遮光膜的上述结构中，在施加电压时，液晶分子向规定的方向扭转倒伏，但这种倾倒方向并不总是一定的，是不稳定的。对于一个像素内的液晶分子来说，上述扭转方向一致，但在像素彼此之间，上述扭转方向是随机的，在扭转方向不同的像素之间，会发生向错。因此，通过在液晶层添加手性剂，使上述扭转方向在所有像素中相同，能够进行明亮的显示。

此外，上述像素电极的形状，最好为没有锐角部的多角形。也可以是由没有锐角部的直线部(包括弯曲部)和曲线部构成的形状。这样，通过制成没有锐角部的形状，使向错难以生成，从而实现高速、广视角，高对比度的显示。特别是，如果制成正多角形或圆形的话，液晶分子在一个像素中，相对于各个方向均匀地分开取向。其结果是，对比度变得良好，可以将视角各向同性地扩大。

此外，在上述结构中，也可以设置向阵列基板及对置基板入射圆偏振光的圆偏振光入射装置。在这种结构中，不会产生因偏振板的透射轴与液晶分子的方向子的角度偏移而造成的亮度降低，从而能够获得明亮的显示。

此外，本发明的电子设备的特征在于配备有上述液晶装置。根据这种结构，可以廉价地提供能够进行不顺滑感少的高质量的显示的电子设备。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的液晶装置的剖面图。

图2是表示第一实施方式的液晶装置的主要部分的结构的平面图。

图3是表示第一实施方式的液晶装置在施加电压时的取向状态的剖面图。

图4是表示同一实施方式的液晶装置在施加电压时的取向状态的平面图。

图5是表示本发明的第二实施方式的液晶装置的主要结构的平面图。

图6是表示第二实施方式的液晶装置在施加电压时的取向状态的平面图。

图7是本发明的第三实施方式的液晶装置的剖面图。

图8是表示第三实施方式的液晶装置在施加电压时的取向状态的平面图。

图9、是表示作为本发明的电子设备的一个例子的投射式显示装置的图。

符号说明

10...阵列基板，11、11′...像素电极，14、24...相位差板(圆偏振光入射装置)，20...对置基板，21...遮光膜，21a、21a′...开口部，30、30′...液晶层

具体的实施方式

[第一实施方式]

下面参照图1～图4，对本发明的第一实施方式的液晶装置进行说明。图1是表示本实施方式的液晶装置的简略结构的剖面图，图2是从对置基板侧观察时看到的其主要部分的平面图，图3是用于说明在施加电压时液晶的取向状态的图，图4是表示在它的一个像素内的液晶取向状态的平面图。此外，在以下的各个图中，为了将各层及各个部件变成能够在图上看出的大小，使各层及各个构件的每一个的比例尺不同。此外，在本说明书中，在构成液晶装置的各个构件中，将配置在液晶层侧的面称之为“里面”，将与之相反侧的面称之为“外面”。

本实施方式的液晶装置是像素间距在20μm左右的高清晰透射式液晶面板，如图1所示，在对置的一对基板10、20之间封入电介质各向异性为负的液晶，通过上述封入的液晶，构成作为光调制层的液晶层30。

在由石英、玻璃、塑料等透光性材料构成的下基板10的里面侧，多个由ITO等透明导电膜构成的大致为矩形的像素电极11排列成矩阵状，以覆盖该像素电极11的方式形成垂直取向膜12。此外，在本实施方式中，下基板10，构成形成了TFT等开关元件及数据线、扫描线等各种布线的TFT阵列基板，但在图1中，省略了这些元件及布线的图示。

另一方面，在由石英、玻璃、塑料等透光性材料构成的上基板20的里面侧，形成由Al及Cr等遮光性导电膜构成的遮光膜21，以覆盖该遮光膜21的方式，形成垂直取向膜22。在遮光膜21上，在与像素电极11对置的位置上设置开口部21a，照明光经由该开口部21a从基板20侧入射到液晶层30上。

此外，为了提高遮光性，如图2所示，该遮光膜21以平面看与像素电极11一部分重叠的方式配置。此外，遮光膜21，构成被设定为公用电位(例如接地电位)、与像素电极一起向液晶层30上施加驱动电压的施加电压机构。即，在本实施方式的液晶装置中，遮光膜21作为现有技术中的公用电极使用，借此，可以不需要在上述文献1的结构中必需的公用电极及开口部的形成工序。

此外，在下基板10及上基板20的外面侧分别设置偏振板15、25。

在这种结构中，当向像素电极11与遮光膜21之间施加电压时，借助在这里产生的电场的作用，如图3所示，位于遮光膜21和像素电极11平面看重叠的区域和位于遮光膜21附近的区域的液晶分子L取向。这时，由于作为公用电极的遮光膜21以包围像素电极11的外周的方式配置，所以，如图4所示，液晶分子L从像素周边部向像素中央部呈放射状倒伏，在像素中央E1，稳定地形成向错的核。即，在像素中央部E1处，上述电场的影响小，而且，由于周围的液晶分子的倾倒方向集中到该区域E1，所以，位于区域E1处的液晶分子L不能倒伏，稳定地保持在最初的垂直取向状态。此外，在本实施方式中，由于像素间距小到20μm左右，所以，即使进行5V左右的低电压驱动的情况下，上述电场的影响一直达到像素中央部E1，在像素内的大致全部区域内控制液晶分子的取向。

此外，由于上述电场在像素电极11之间的区域E2内几乎不发生作用，所以，存在于该区域内的液晶分子L维持垂直取向的状态，由于向该区域E2内的照明光的入射被遮光膜21遮光，所以不会进行显示。

从而，由于根据本实施方式的液晶装置，省略现有技术中设于对置基板侧的公用电极，代替它，使用导电性遮光膜21作为公用电极，所以，与现有技术相比，简化了装置的结构，且制造更加容易。此外，在本结构中，由于作为公用电极的遮光膜21以平面看包围像素电极11的周围的方式配置，所以，液晶分子L的取向，被限定在与大致为矩形的像素电极11的各端边垂直的四个方向D1～D4，在像素内产生具有四个不同的取向方向的区域。其结果是，实现取向的分割，获得良好的视角特性。

此外，在本实施方式中，由于像素间距在20μm左右，所以，即使在采用低电压驱动的情况下，也可以使这里所产生的电场作用达到像素中央部E1。因此，将向错的发生位置可靠地固定在像素中央的狭窄的范围内，可以实现没有不顺滑感的明亮的图像显示。进而，在平面看遮光膜21以围绕像素电极11的周围的方式配置的本结构中，液晶分子L不容易受到相邻的像素电极11的横向电场的影响，有利于在施加电压时液晶分子L的倾倒方向的稳定性。

[第二实施方式]

其次，参照图5、图6，说明根据本发明的第二实施方式的液晶装置。此外，在本实施方式中，对于和上述实施方式1同样的部位，付与相同的标号，省略其说明。

本实施方式，是将上述第一实施方式中的结构中像素电极的形状及遮光膜的开口形状变形的方式。即，如图5所示，本实施方式的像素电极11′，呈将上述第一实施方式的像素电极11的角部削掉而构成的八角形的形状，在遮光膜上设置与之一致的八角形开口部21a′。此外，像素电极11′的形状及遮光膜的开口形状，除上述八角形之外，也可以是五角形，六角形，七角形或九角形以上的没有锐角部的多角形，也可以是由圆及椭圆等曲线构成的形状。进而，也可以是由直线部(包括弯曲部)和取曲线部构成的形状。除此之外，与上述第一实施方式相同。

从而，在本实施方式中，除能够利用简单的结构实现没有不顺滑感的明亮的显示之外，通过将像素形状及遮光膜开口形状制成没有锐角部的多角形的形状，可以防止向错本身的发生。即，像素电极的形状及遮光膜的开口形状为多角形时，液晶分子的取向方向被限定在垂直于该多角形的各个端边的方向，在一个像素内形成液晶分子的倾倒方向不同的多个畴(在本实施方式中，为在垂直于像素电极11′的八个端边的方向D1～D8具有取向方向的八个畴)。这时，当在像素形状中具有锐角部时，在该锐角部相邻的两个畴中，由于液晶分子L大致相互反向地倒伏，所以，在其交界处容易发生向错。与此相对，在本结构中，由于在像素的形状中没有锐角部，所以，在相邻的畴彼此之间，液晶分子的取向方向近于平行，从而抑制向错的发生。特别是，通过将像素电极11′的形状制成圆形，能够获得最稳定的取向状态。同时，通过防止这种向错的发生，可以实现高速、广视角、高对比度的显示。

[第三实施方式]

其次，参照图7说明本发明的第三实施方式的液晶装置。此外，在本实施方式中，对于和上述第一实施方式同样的部位，付与相同的标号，省略其说明。

在本实施方式中，在液晶层30′中添加手性剂(手性材料)，能够更稳定地控制液晶分子L的取向。即，在上述垂直取向型的液晶装置中，液晶分子L，在施加电压时，以向规定方向扭转的状态倒伏。该扭转方向并不总是一定，是不稳定的，在同一个像素内液晶分子的扭转方向一致，但不同的像素彼此之间，该扭转方向是随机的。这样，当在显示区域中配置多个扭转方向不同的畴时，在其交界处容易发生向错，导致透射率下降。与此相对，在本实施方式中，通过在液晶层30′内添加手性剂，使得对于全部像素而言，上述扭转方向相同，从而防止这种向错的发生。

此外，在本实施方式中，也可以在夹持液晶层30′对置的位置上，设置作为圆偏振光入射装置的相位差板。即，本液晶装置，在上述第一实施方式的结构中，在下基板10与下偏振板15之间，以及在上基板20与上偏振板25之间，分别配备1/4波长板14、24。在这种结构中，通过将透过液晶层30′的光变成圆偏振光，使得液晶装置的亮度不依赖于液晶分子的方向子与偏振板15、25的透射轴的角度。因此，可以防止因该角度的偏移而引起的亮度降低。

图8是在施加电压的状态下的像素的显微镜照片，图8(a)表示未设置相位差板14、24时的情况(即，线偏振光模式)，图8(b)表示设置相位差板14、24时(即圆偏振光模式)的情况。如图8(a)所示，在添加手性剂的液晶装置中，液晶分子的扭转方向对于任何一个像素都是一样的，消光花样更加稳定地发生在像素的中央部。此外，在采用圆偏振光模式的图8(b)所示的结构中，消光花样只在像素中央的一点上发生，与图8(a)的结构相比，其面积缩小。

从而，根据本实施方式，不顺滑感小，能够进行更明亮的显示。此外，通过采用圆偏振光模式，可以进一步提高透射率。

此外，本发明并不局限于上述实施方式，在不超出本发明的主旨的范围内可以进行各种变型后以实施。

例如，在上述各个实施方式中，通过使液晶分子L从像素周缘部向像素中央部取向，将向错的发生位置限制在像素内，但为了更准确地固定该位置，也可以在像素电极上设置突起和开口部。例如，在像素电极上设置开口部的情况下，通过使该部分的等电位面发生畸变，可以将向错的发生位置可靠地固定在该开口区域内。此外，在像素电极上设置突起的情况下，与设置开口部时的效果相同。

此外，在上述各实施方式中，作为本发明的液晶装置采用透射式结构，但也可以采用反射式或半透射半反射式的结构。在作为反射式液晶装置的情况下，在像素电极上，可以使用Al或Ag等的高反射率的金属反射膜、或这些金属反射膜和透明导电膜的叠层膜。此外，对于下基板10，除玻璃等透光性材料之外，也可以使用半导体基板等不透明材料。

(电子设备)

其次，对于作为本发明的电子设备的一个例子的投射式显示装置进行说明。

图8是表示将上述实施方式的液晶装置用作三个液晶光阀(光调制装置)的所谓三板式液晶投影机的一个例子的简略结构图。图中，标号510是光源，513、514是分色镜，515、516、517是反射镜，518、519、520是中继透镜，522、523、524是液晶光阀，525是十字分色棱镜(彩色合成装置)，526是透射透镜系统(投射装置)。

光源510由卤化金属灯等的灯511和反射灯511的光的反射镜512构成。分色镜513、514是将从光源出射的光分离成相互不同的多种色光的颜色分离装置，蓝色光、绿色光反射的分色镜513，使来自光源510的白色光中的红色光透射，同时，反射蓝色光和绿色光。透射的红色光被反射镜517反射，入射到红色光用液晶光阀522上。

另一方面，在被分色镜513反射的色光中，绿色光被反射绿色光的分色镜514反射，入射到绿色用液晶光阀523上。另一方面，蓝色光还透过第二个分色镜514。对于蓝色光，为了补偿光路长度与与绿色光、红色光的不同，设置由包括入射透镜518、中继透镜519、出射透镜520的中继透镜系统构成的导光装置521，蓝色光经该导光装置入射到蓝色光用液晶光阀524上。

其次，各光阀522～524，将入射的色光调制，形成对应的颜色的图像光，输出到十字分色棱镜525上。该棱镜525是一种将四个直角棱镜粘贴起来、在其内表面上形成十字形的反射红色光的电介质多层膜和反射蓝色光电介质多层膜而构成的。

三个图像光被这些电介质多层膜合成，形成表现彩色图像的光。其次，合成的光被投射透镜系统526投射到屏幕527上，放大地显示图像。

在上述结构的投射式显示装置中，由于使用上述实施方式的液晶装置作为光阀，所以，可以廉价地实现没有不顺滑感的鲜明的图像显示。

此外，作为本发明的电子设备，除上述投射式显示装置之外，作为例子，还可以列举出便携式电话及PDA，电子书籍，个人计算机，数字静物照相机，液晶电视，取景器型或者监视器直视型录相机，汽车驾驶导向装置，寻呼机，电子记事本，计算器，文字处理机，工作站，可视电话，POS终端，配备有触摸面板的设备等，可以将本发明的液晶装置应用于这些电子设备的直视型的显示部。

Claims (8)

1、一种液晶装置，其特征在于，包括：

矩阵状地排列形成有多个像素电极的阵列基板；

形成有在与上述像素电极相对的位置处具有开口部的导电性遮光膜的对置基板；以及

被上述两个基板夹持的液晶层；

其中，上述液晶层，由初始取向状态呈垂直取向的电介质各向异性为负的液晶构成，上述液晶由上述像素电极和上述遮光膜之间的电场进行取向控制。

2、如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于：上述像素电极在中央部具有突起或开口部。

3、如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于：在上述液晶层内添加有手性材料。

4、如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于：上述像素电极的形状为没有锐角部的多角形。

5、如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于：上述像素电极的形状为正多角形或圆形。

6、如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于：设置有用于相对于上述阵列基板及对置基板使圆偏振光入射的圆偏振光入射装置。

7、如权利要求1或2所述的液晶装置，其特征在于：像素间距小于等于20μm。

8、一种电子设备，其特征在于：具备权利要求1～7中任意一项所述的液晶装置。

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