JP2006317840A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 配向制御及び応答速度を従来よりも向上させることができる液晶表示装置および電子機器を提供する。
【解決手段】 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、画素電極を備えた複数のドット領域がマトリクス状に配置された液晶装置であって、前記液晶層は、誘電率異方性が負の液晶分子からなるとともに、該液晶分子は、非選択電圧印加時に、前記基板の垂直方向に対して０度から１０度の範囲のプレチルト角を有する垂直配向モードとなるものであり、前記画素電極１０ａは、一、又は二以上の切り欠き部１１ａを有するとともに、該切り欠き部１１ａが形成された画素電極１０ａを線対称形状とする中心線Ｃ上に、前記画素電極１０ａを駆動させるコンタクトホール２０が配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶装置および電子機器に関するものである。

成膜面に対して斜め方向から真空蒸着（斜方蒸着法）やスパッタリングを行うと、セルフシャドーイング効果により基板への蒸発物質の入射方向に傾斜した微細な柱状構造が形成される。この形状を利用して液晶を配向させる斜方蒸着膜を液晶配向膜として用いることが広く知られている。
この時、蒸着材料やその形状、液晶材料が異なる事で、前記蒸着膜に対して液晶分子が、垂直配向することが知られている。（非特許文献１参照。）

フッ素系液晶で、誘電率異方性が負の液晶を用いた場合、蒸着角度が小さい場合（等方性の膜に近い場合）、配向のチルト角は、基板の垂直方向に対してほぼ０度であるが、蒸着角度が大きくなると、基板の垂直方向に対して、チルト角がつくことが分かっている。
上記性質を利用し、斜方蒸着膜を利用して、非選択電圧印加時には、液晶が垂直配向し、選択電圧印加時には、液晶をチルトを有した方向に水平配向させる液晶モードが開示されている。（特許文献１、２参照。）

また、近年、高コントラストを実現するため、誘電率異方性が負の液晶を一対の基板間に挟持し、画素電極にスリットや切り欠きを設け、ラビングレスで、マルチドメイン化によって選択電圧印加時の配向制御を行う構成が広く開発されている。（例えば、特許文献３から５参照）。
しかしながら、これらの技術は、いずれも直視型液晶パネル用途として、開発されているものであり、画素ピッチについては、アモルファスシリコンもしくは低温ポリシリコンを前提としており、画素ピッチは、ほとんどの場合、３０μｍ以上で想定されている。
特開平１０−１６１１２７号公報 特開２００４−１６３９２１号公報 特開２００４−２５２４８０号公報 特開２００４−２０６０８０号公報 特開２００４−２５２２９８号公報 ＳＩＤ ２０００ Ｎｏ．２９．４ ｐ４４６

しかしながら、上記技術を高温ポリシリコン透過型ライトバルブ（Ｌ／Ｖ）用の液晶表示装置、又はＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）技術を使った液晶表示装置など超高精細な液晶表示装置に応用しようとすると、画素ピッチが約２０μｍ以下となるため、駆動時において、非選択電圧が印加されている画素と選択電圧が印加されている画素が隣接した場合、強い横電界が発生する。また、画素ピッチが微小になるにつれ、画素電極のエッジ部に発生する電界の歪みが画素内の配向に及ぼす影響が大きくなる。これらの影響をうけると、画素電極内の液晶分子の配向方向が、特に選択電圧印加時において本来設計した方向からずれてしまう。そのため、垂直配向モードでは、透過率が充分得られない上に、ドメインが発生するという問題が生じる。また、応答速度にも悪影響を及ぼす。

このような問題は、従来のポリイミド配向膜を使用したときも、もちろん発生するが、特に、液晶分子を配向させるアンカリング力がポリイミドよりも弱いとされている無機物を用いた配向膜（無機配向膜）で深刻である。

ここで、無機配向膜とは、成膜面に対して真空蒸着（斜方蒸着法）又はスパッタリングを施し、セルフシャドーイング効果により基板への蒸着物質の入射方向に傾斜した微細な柱状構造が形成されたもの全般を指す。
また、等方相蒸着又は等方相スパッタリングにおいて、柱状構造を形成しない場合も配向膜として利用できる場合があり、これらも無機配向膜に含められる。このとき、蒸着材料、その材料の形状、液晶材料の種類により、蒸着膜に対して液晶分子が、水平配向又は垂直配向することが知られている。

上記の方法で作成した配向膜は、形状と界面の表面エネルギーによって配向制御を行うため、従来の水平配向有機ポリイミド配向膜に匹敵する配向能が得られない場合がある。特にラビング処理を行わないために、極角方向と方位角方向とを同時に確実に制御することが難しい場合があり、表示及び応答速度に悪影響を及ぼす。

特に、上記のような無機配向膜において、垂直配向モードを採用した場合では、チルト角が小さい条件で成膜した場合、液晶分子の倒れる方向が規定されにくい。このために、画素内でディスクリネーションが発生したり、画素間の横電界の影響などで、最大の透過率を得られる方向に液晶分子が倒れず、著しい透過率の減少を引き起こす。

一方、液晶分子の倒れる方向を規定するために、プレチルト角を大きく設定すると、垂直配向モードを利用しようとした場合は、液晶分子の複屈折によって黒表示時に充分に暗い黒を得ることができないという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、配向制御及び応答速度を従来よりも向上させることができる液晶装置および電子機器の提供を目的とする。
また、本発明は、超高精細な表示構造を有しながら、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる液晶装置および電子機器の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、画素電極を備えた複数のドット領域がマトリクス状に配置された液晶装置であって、前記液晶層は、誘電率異方性が負の液晶分子からなるとともに、該液晶分子は、非選択電圧印加時に、前記基板の垂直方向に対して０度から１０度の範囲のプレチルト角を有する垂直配向モードとなるものであり、前記画素電極は、一、又は二以上の切り欠き部を有するとともに、該切り欠き部が形成された画素電極を線対称形状とする中心線上に、前記画素電極を駆動させるコンタクトホールが配置されていることを特徴とする。
これにより、切り欠き部およびコンタクトホールが存在する事によって発生する画素電極内の電界強度分布により、所望の同一方向に、液晶分子が配向するような電気力線を発生することとなる。
したがって、本発明によれば、超高精細な液晶装置としながら、画素内の液晶分子の配向制御能を高め、ディスクリネ―ションを発生することなく配向制御を行うことができ、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置は、前記複数のドット領域の画素ピッチが、３０μｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、超高精細な液晶装置としながら、画素内の液晶分子の配向制御能を高め、ディスクリネ―ションを発生することなく配向制御を行うことができ、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる。また、発生した電気力線を任意の位置に固定することができる。

また、本発明の液晶装置は、前記コンタクトホールが平面形状における縦又は横方向の大きさが前記画素ピッチの１／３０以上あることが好ましい。
本発明によれば、コンタクトホールの平面形状の大きさを画素ピッチの１／３０以上とすることにより、配向の核を任意の位置に固定する特に高い効果を得ることができる。これは、実験により確認されたものである。ここで、配向の核とは、コンタクトホールを介して画素電極に電圧が印加されたときに、画素電極の切り欠きおよびコンタクトホール部による電界の歪みによって、最も強い電気力線が生じ、画素内の液晶の配向が最も強く影響される場所を言う。したがって、本発明によれば、画素毎に、液晶分子の配向制御を確実な制御能をもって行うことが出来、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置は、前記コンタクトホールの平面形状が、円形、楕円形、多角形のいずれかであることが好ましい。
また、本発明の液晶装置は、前記コンタクトホールの平面形状が楕円形又は線対称形状の多角形であり、前記コンタクトホールの平面形状における線対称形状の中心線は前記画素電極の形状の中心線と一致又は平行していることが好ましい。
本発明によれば、前記配向の核を画素電極の線対称形状の中心線上に発生させることができ、画素毎に、液晶分子の配向制御を確実な制御能をもって行うことが出来、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置は、前記基板は、該基板の垂直方向に対して０度から１０度の範囲のプレチルト角を有する垂直配向モードを構成する配向膜であって、有機ポリイミドからなる配向手段と比較して、方位角もしくは極角方向のアンカリングが相対的に弱い配向膜を有している場合、より高い効果を発現する。
本発明によれば、特に、わずかなチルト角を有した垂直配向モードを形成する配向膜を備えた際に、配向制御能を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置は、前記配向膜が、被蒸着面に対して無機物を斜め方向から蒸着する斜方蒸着法、又は無機物をスパッタリング法によって基板に対して斜め方向から成膜する方法で作製されたものであることが好ましい。
本発明によれば、上記のような無機物で形成された配向膜を用いた際、高い耐光性を確保すると同時に、応答速度及び表示画像品質の高い液晶装置を提供することができる。ここで、前記配向膜を製造するときに用いられる無機物は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２などが適用できる。

また、本発明の液晶装置は、前記配向膜が、有機薄膜に偏光を照射して形成されたもの、又は有機物からなる表面処理剤（シランカップリング剤など）の薄膜からなることが好ましい。
本発明によれば、斜めから偏光を照射する光配向膜法又は表面処理剤などを用いて前記配向膜を製造でき、製造コストの低減を図りながら、応答速度及び表示画像品質の高い液晶装置を提供することができる。

また、本発明の液晶装置は、前記画素電極が前記一対の基板における一方にのみ配置されていることが好ましい。
切り欠きが存在する事によって発生する画素電極内の電界強度分布がより強く発生し、所望の同一方向に、液晶分子が配向するような電気力線が強く発生することとなる。

また、本発明の液晶装置は、前記誘電率異方性が負の液晶分子はカイラル剤を含有してなるものであっても効果を得ることが出来る。
本発明によれば、カイラル剤が添加された液晶層を有する超高精細な液晶装置としながら、画素内の液晶分子の配向制御能を高め、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる。

液晶層にカイラル剤が添加されている場合、上記画素電極を線対称形状とする中心線の方向が、選択電圧印加時に誘電率異方性が負である液晶分子が水平配向した際に、液晶層内の液晶分子のダイレクタの配向方向以外であると特に高い効果を得ることができる。
本発明によれば、カイラル剤が添加された液晶層を有する超高精細な液晶装置としながら、選択電圧印加時、水平配向している際に、液晶層内で、カイラル剤によって与えられる液晶のダイレクタと、切り欠き部およびコンタクトホール位置によって与えられる液晶分子の配向制御の方向が揃うため、より高い配向制御能を得ることが出来、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置は、前記コンタクトホールが存在する部分での液晶層の厚みｄ１と、コンタクトホールが存在しない部分の液晶層の厚みｄ２とが、異なっていることが好ましい。
本発明によれば、コンタクトホール部の液晶層の厚みｄ１がコンタクトホール部が存在しない部分の液晶層の厚みｄ２と異なっていることによって、コンタクトホール部での電界の歪みが効果的に発生し、配向の核を所望位置に発生させる効果を高めることができる。これは、実験により確認されたものである。したがって、本発明は、画素毎に、液晶分子の配向制御を確実な制御能をもって行うことが出来、応答速度及び表示画像品質を向上させることができる。

また、本発明の液晶装置は、前記コンタクトホールにおいて、コンタクトホールが存在する部分での液晶層の厚みｄ１が、コンタクトホールが存在しない部分の液晶層の厚みｄ２よりも大きく、前記凹形状に樹脂材料が充填されているとき、前記樹脂材料の誘電率が前記液晶層の誘電率とは異なることが好ましい。
本発明によれば、画素電極におけるコンタクトホール部位の凹形状を、液晶層の誘電率ε２とは異なる誘電率ε１の樹脂材料で埋めた構成とすることにより、ε１＝ε２のときよりも、上記本発明の作用効果を良好に得ることができる。これは、実験により確認されたものである。

上記目的を達成するために、本発明の電子機器は、前記液晶装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器によれば、応答速度の速い表示ができ、かつ、高品質な動画及び静止画を表示することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下で参照する各図面においては、図面を見易くするために、各構成要素の寸法等を適宜変更して表示している。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の主要部の一例を示す部分平面図である。すなわち、図１は、液晶表示装置の構成要素をなす画素電極１０ａと、画素電極１０ａに配置されたコンタクトホール２０とを示している。本実施形態の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、複数のドット領域がマトリクス状に配置された構成を有する。

そして、本液晶表示装置は、複数のドット領域のピッチである画素ピッチが３０μｍ以下である超高精細な表示構造を有するものとする。そして、画素電極１０ａは上記一対の基板の一方に配置されているとともに、上記ドット領域毎に配置されている。したがって画素電極１０ａのピッチも３０μｍ以下である。例えば画素電極１０ａのピッチは、２０μｍとする。また、上記一対の基板における他方の基板には、その基板平面の全体に対向電極が設けられているものとする。この対向電極は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）等の透明導電膜で構成する。

液晶層は、誘電率異方性が負の液晶分子で構成されている。なお、本液晶表示装置においてドット領域は多数設けられており、画素電極１０ａも多数配置されているが、図１ではその一部である４つの画素電極１０ａを抜き出して示している。

画素電極１０ａは、例えばＩＴＯ等の透明導電膜からなる。画素電極１０ａの平面形状は、矩形における１辺に三角形の切り欠き部１１ａを設けた５角形となっている。また、画素電極１０ａの平面形状は、太い点線を中心線Ｃとした線対称の形状となっている。ここで、中心線Ｃは画素電極１０ａの平面形状の中心を通っている。

また、画素電極１０ａ上には配向膜（図示せず）が形成されている。この配向膜は、斜方蒸着法を用いて形成されたものであり、形成材料をＳｉＯ_２として蒸着方向５０度で１０００オームストロング蒸着したものとした。この配向膜により、液晶層の液晶分子の配向は、約４度のプレチルト角を有した垂直配向となる。換言すれば、画素電極１０ａに非選択電圧を印加したとき、その画素電極１０ａ上の液晶は基板の界面の垂直方向に対して４度チルト角を有した垂直配向モードとなる。ここで、プレチルト角の傾斜方向が、画素電極１０ａの線対称形状の中心線Ｃに直交するように、上記配向膜が形成されている。また、画素電極１０ａ上の配向膜は、有機ポリイミドからなる配向手段に比べてアンカリングが弱い配向膜となっている。

また、各画素電極１０ａには、その画素電極１０ａを選択し、駆動させるためのコンタクトホール２０が配置されている。そして、コンタクトホール２０は、画素電極１０ａにおける線対称形状の中心線Ｃの上に配置されている。また、コンタクトホール２０は、中心線Ｃ上であって、画素電極１０ａの平面形状における切り欠き部１１ａの対辺の近傍に配置されている。また、コンタクトホール２０の断面形状は、画素電極１０ａの配向膜界面から凹んだ形状を有するものとする。さらに、コンタクトホール２０の平面形状は概ね円形であり、その直径は１μｍとした。したがって、コンタクトホール２０の直径は、画素ピッチ（２０μｍ）の１／３０以上あることとなる。

次に、上記画素電極１０ａ及びコンタクトホール２０の構成からなる作用・効果について説明する。本実施形態によれば、画素電極１０ａが図１に示すように切り欠き部１１ａを有するとともに中心線Ｃを基準として線対称な形状であり、かつ、中心線Ｃ上にコンタクトホール２０を配置している。これにより、コンタクトホール２０を介して画素電極１０ａに電圧を印加した際に、画素電極１０ａ内で電界強度分布を発生させることができ、液晶分子の配向の核Ｋ（図１参照）を所定位置に確実に発生させることができる。ここで、核Ｋは、画素電極の切り欠き部およびコンタクトホール部による電界の歪みによって、画素電極１０ａで最も強い電気力線が生じ、画素内の液晶の配向が最も強く影響される場所を言う。

画素内の液晶分子において、液晶の配向に最も強く影響される場所は、核Ｋの付近であり、液晶分子が配向する方向は、液晶分子が負の誘電率異方性を有する場合、核Ｋの付近の電気力線に垂直な方向である。すなわち、核Ｋ付近の液晶分子の平面方向の配向方向は、図１に示すような方向となる。この楕円形は、核Ｋ付近で配向した液晶分子の一つをモデル化して示したものである。液晶層は液晶分子の連続体であるために、核Ｋの周囲の液晶分子も核Ｋの液晶分子の応答に従って配向し、これが伝播する。このため、核Ｋの発生は、画素全体の液晶層の配向の方位角方向の決定の一助となる。

また、図１において、細い点線は、コンタクトホール２０を介して画素電極１０ａに電圧を印加したときの等電位面を示している。すなわち、細い点線同士の間隔が狭い所ほど電界強度が高く、その間隔が広い所ほど電界強度が低い。したがって、画素電極１０ａの平面方向を考えた時、切り欠き部１１ａの近傍に最も強い電気力線が発生する。

このとき、核Ｋが発生する部分の電気力線の方向は、切り欠き部１１ａに直交する方向であり、図１における中心線Ｃの方向である。

そして、核Ｋの部分が画素内で最も液晶分子の配向に強い影響を及ぼすので、液晶分子の配向に液晶層が負の誘電率異方性の液晶分子で構成されている場合は電気力線と直交する方向に液晶分子の配向が面内に伝播していく。このため、初めの核Ｋの発生点での液晶分子の配向方向が、画素全体についての方位角方向の配向制御の一助となり、正確かつ迅速な配向制御をすることができる。

このとき、画素が小さいものほど、核Ｋの発生点における液晶分子の配向方向が画素全体の配向方向をアシストする効果を高めることができる。特に、かかる効果が得られるのは、画素ピッチが３０μｍ以下であることを、実験により確認した。

また、コンタクトホール２０は、局所的に液晶層の厚みが変わる部分である。そのため上記と同様の理由で、画素電極１０ａの面内において、コンタクトホール２０の部位は、他の部位とは電界強度が異なる。したがって、コンタクトホール２０は、切り欠き部１１ａの形状による上記の作用・効果と同様のメカニズムにより、等電位面に直交するように電気力線が生じ、配向のアシストとなる。

したがって、コンタクトホール２０を画素電極１０ａの中心線Ｃ上に配置すると、核Ｋの発生部分の電気力線の方向と、コンタクトホール２０による電界強度分布によって面内に生じる電気力線の方向とが揃うため、より大きな効果が得られる。この効果は実験により確認した。

図２から図６は、本実施形態の他の構成例を示す部分平面図である。図２から図６において、図１の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。図２から図６に示す画素電極１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、それぞれ、図１の切り欠き部１１ａとは異なる形状の切り欠き部１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆを有した形状となっている。

また、画素電極１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、それぞれ、中心線Ｃを基準とした線対称の形状をしている。また、画素電極１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、中心線Ｃ上にコンタクトホール２０が配置されている。図２から図６の構成における上記以外の構成は、図１の構成と同じである。

いずれの画素電極１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆも、中心線Ｃ上に核Ｋが発生する。特に、画素電極１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅでは、切り欠き部１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅの近傍に核Ｋが発生する。

このような図２から図６に示す構成は、図１に示す構成と同様の効果を得ることができる。これは実験により確認された。すなわち、画素電極１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、切り欠き部１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆが２カ所以上あるが、図１の構成と同様の上記効果を得ることができる。また、画素電極１０ｄ，１０ｅのように核Ｋの発生位置の近傍にコンタクトホール２０が配置されている場合でも、図１の構成と同様の上記効果を得ることができる。

図７は、本実施形態の液晶表示装置の効果を確認するために製造された比較例をなす液晶表示装置の一部分を示す部分平面図である。すなわち、本比較例は、切り欠き部の無い矩形の画素電極１０Ｒと、画素電極１０Ｒの中心軸に配置されたコンタクトホール２０とを有する。その他の構成は、図１から図６に示す構成と同じである。

図８は、図１から図３に示す本実施形態の液晶表示装置の効果を示す図である。すなわち、図８は、図１から図３に示す液晶表示装置と図７の比較例の液晶表示装置とについて応答速度及び透過率を測定した結果を示すものである。

本測定では、偏光板を画素辺（図１から図７に示す構造）に対して４５度の方向に設定して、クロスニコルに配置し、各画素辺の透過率及び応答速度を測定した。図８において図１の構成の測定結果Ａ、図２の構成の測定結果Ｂ及び図３の構成の測定結果Ｃは、共に比較例の測定結果ＲＥＦよりも、応答速度が速くなり、透過率も増加している。したがって、本実施形態の構成は、従来の液晶表示装置の構成に比べて、液晶層の配向能を高めることができ、応答速度及び透過率を向上させることができる。

図９は、図１に示す構成において画素ピッチとコンタクトホールの大きさを変えた場合の実験結果を示す図である。すなわち、図９は、図１に示す構成において画素ピッチとコンタクトホール２０の直径（径）とを様々に変えた画素辺を作成し、その画素辺の特性を測定した結果を示している。

この特性の測定では、上記のように作成された各画素辺について駆動させて、クロスニコル下で観察することで、配向の核Ｋが任意の位置に固定できているかを確認した。図９において、「丸」印は、核Ｋが完全に固定できている画素辺を示している。「三角」印は、若干配向が乱れ気味だが、核Ｋは固定できている画素辺を示している。「バツ」印は、配向も核Ｋも固定できていない画素辺を示している。

図９の実験結果より、画素ピッチが３０μｍ以上になると、（コンタクトホール径／画素ピッチ）の値がどのような値になっても、核Ｋがほぼ固定されない画素辺となる。一方画素ピッチが３０μｍ以上になると、本発明の効果が得られにくいことが分かる。そこで本実施形態では、画素ピッチが３０μｍ以下の液晶表示装置であることを構成要件としている。

図１０は、図９の実験で作成した各種の画素辺のうちで、コンタクトホール径が１μｍであって画素ピッチが異なる画素辺について、透過率を測定したときの結果を示す図である。図１１は図１０の実験結果をグラフとして表した図である。図９及び図１０に示すように、画素ピッチが３０μｍ以上になると、急激に透過率が減少し、本発明の効果が得られにくくなる。したがって、コンタクトホール径が画素ピッチの１／３０以上あるとき、本発明の効果が得られる。そこで本実施形態では、コンタクトホール径が画素ピッチの１／３０以上ある構成に限定している。

（第２実施形態）
図１２から図２０は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の主要部の一例を示す部分平面図である。すなわち、図１２から図２０は、それぞれ、第１実施形態の画素辺についての変形例であり、図１の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態における第１実施形態との相違点は、コンタクトホール２０の平面形状とその配置である。その他の構成は、第１実施形態の画素辺のいずれかと同一である。

具体的には、図１２から図１６の画素電極１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｋ−２，１０ｍは、図２の画素電極１０ｂと同一である。図１７の画素電極１０ｎは、図１の画素電極１０ａと同一である。図１８から図２０の画素電極１０ｐ，１０ｑ，１０ｒは、図２の画素電極１０ｂと同一である。

図１２から図２０のコンタクトホール２０ｉ，２０ｊ，２０ｋ，２０ｋ−２，２０ｍ，２０ｎ，２０ｐ，２０ｑ，２０ｒにおいて、円形であるコンタクトホール２０ｎの直径は１μｍとした。楕円形であるコンタクトホール２０ｉ，２０ｊ，２０ｑについては、その楕円形を長軸が１．５μｍ、短軸が０．８μｍのものとした。三角形であるコンタクトホール２０ｍ，２０ｒについては、その三角形の一辺を約０．８μｍとした。四角形又は菱形であるコンタクトホール２０ｋ，２０ｋ−２，２０ｐについては、その四角形又は菱形の一辺を約０．７μｍのものとした。このように、各コンタクトホール２０ｉ，２０ｊ，２０ｋ，２０ｋ−２，２０ｍ，２０ｎ，２０ｐ，２０ｑ，２０ｒは、平面形状が異なっても、その面積がほぼ同じになるようにした。

また、図１２から図１６のコンタクトホール２０ｉ，２０ｊ，２０ｋ，２０ｋ−２，２０ｍは、中心軸Ｃ上に配置されている。一方、図１７から図２０のコンタクトホール２０ｎ，２０ｐ，２０ｑ，２０ｒは、中心軸Ｃからずれた位置に配置されている。

図２１は、図１２から図１４及び図１６から図２０の各画素辺（液晶表示装置）の応答速度及び透過率の測定結果を示す図である。すなわち、図２１は、図１２から図１４及び図１６から図２０の各画素辺の応答速度及び透過率について、第１実施形態と同様にして測定した結果を示している。

図２１において、図１２の構成の測定結果Ｉ、図１３の構成の測定結果Ｊ、図１４の構成の測定結果Ｋ及び図１６の構成の測定結果Ｍは、共に、図７の比較例の測定結果ＲＥＦに比べて、応答速度及び透過率が格段に向上している。そこで、これらの画素辺は、第１実施形態の図２の画素辺と同様な効果（図８の測定結果Ｂを参照）があるが確認できた。換言すれば、コンタクトホール２０ｉ，２０ｊ，２０ｋ，２０ｋ−２，２０ｍが中心軸Ｃ上に配置されている画素辺は、そのコンタクトホール２０の形状が異なっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

一方、図２１において、図１７の構成の測定結果Ｎ、図１８の構成の測定結果Ｐ、図１９の構成の測定結果Ｑ及び図２０の構成の測定結果Ｒは、共に、応答速度及び透過率が図７の比較例と同じ位である。したがって、コンタクトホール２０ｎ，２０ｐ，２０ｑ，２０ｒが中心軸Ｃ上とはずれた位置に配置されている画素辺は、そのコンタクトホール２０の形状が異なっても、本発明の効果を得ることができないことがわかる。

（第３実施形態）
図２２は、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を示す説明図である。本実施形態の液晶表示装置は、第１実施形態における図１の液晶表示装置の構成において、液晶層にカイラル剤を添加したことを特徴としている。また、本実施形態の液晶表示装置では、液晶層を挟持する一対の基板それぞれに配向膜を蒸着で形成するときに、一方基板（上基板）の蒸着方向と他方基板（下基板）の蒸着方向とを異なる方向としている。これにより、電圧印加時の水平配向をしたときに、液晶層がツイストする構成となる。

図２２において、上基板の蒸着方向Ｓ３と下基板の蒸着方向Ｓ４とが異なることが示されている。さらに、上下基板の蒸着方向Ｓ３，Ｓ４は、水平配向時の液晶の明視方向（最大のコントラストが得られる方向）Ｓ５と、画素電極１０の線対称の中心線Ｃである画素形状の線対称線Ｓ１とに対して、図２２に示す関係になるように、設定した。すなわち、上下基板の蒸着方向Ｓ３，Ｓ４は、水平配向時の液晶の明視方向Ｓ５と線対称線Ｓ１とに対して、およそプラス・マイナス１０度の範囲内で交わっている、すなわち、大体同じ方向を向いている構成とした。そして、画素形状の線対称線Ｓ１に直交する線Ｓ２が液晶の明視方向Ｓ５にほぼ一致する構成とした。液晶層添加したカイラル剤の濃度（ｄ／ｐ）は０．０５、０．２５、０．４０の３パターンとした。

図２３は、本実施形態の液晶表示装置についての応答速度の測定結果を示す図である。図２３においては、図７の比較例の測定結果ＲＥＦと、本実施形態の液晶表示装置の測定結果（画素構造（Ａ））とを示している。また、比較例及び本実施形態のそれぞれにつき、カイラル剤の添加なし、カイラル剤の濃度（ｄ／ｐ）が０．０５、０．２５、０．４０の合計４パターンについて測定した。

本発明に係る構成ではない比較例の測定結果ＲＥＦでは、電界による方位角方向の配向アシストが無いため、カイラル剤の濃度が低いと、ディスクリネーションが発生してしまった。また、比較例の測定結果ＲＥＦでは、カイラル剤の濃度を上げ、配向できたときでも、本実施形態の構成の測定結果（画素構造（Ａ））と比べ、応答速度が遅い。したがって、本実施形態の液晶表示装置は、カイラル剤を液晶層に添加したネガ液晶の構成としながら、従来の液晶表示装置よりも応答速度が速いという効果を奏することができる。

（第４実施形態）
図２４及び図２５は、本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置の主要部を示す部分断面図である。すなわち、図２４及び図２５では、液晶層３０と、液晶層３０を挟持する一対の基板における下基板に配置された画素電極１０と、上記の一対の基板における上基板４０とを示している。そして、本実施形態の液晶表示装置におけるコンタクトホール部２１，２２以外の構成は、第１実施形態の図１の構成と同一とする。したがって、本実施形態の液晶表示装置の特徴は、コンタクトホール部２１，２２の断面形状である。

ここで、コンタクトホール部２１，２２は、図１のコンタクトホール２０の露出部をなすものである。図２４の液晶表示装置のコンタクトホール部２１は凹形状となっている。したがって、コンタクトホール部２１における液晶層３０の厚みｄ１は、液晶層３０における他の部位の厚みｄ２よりも大きい。

一方、図２５の液晶表示装置のコンタクトホール部２２は凸形状となっている。したがって、コンタクトホール部２２における液晶層３０の厚みｄ１は、液晶層３０における他の部位の厚みｄ２よりも小さい。

図２６は、本実施形態の液晶表示装置の効果を示す図である。すなわち、図２６では、コンタクトホール部（２１，２２）の断面形状が異なる３つの液晶表示装置を作成し、それについて配向の核Ｋの固定が生じるか否かを実験した結果を示している。

液晶層３０の厚みが（ｄ１＞ｄ２）の場合、すなわち図２４の構成の場合は、配向の核Ｋの固定が生じる。また、液晶層３０の厚みが（ｄ１＜ｄ２）の場合、すなわち図２５の構成の場合も、配向の核Ｋの固定がほぼ生じる。一方、液晶層３０の厚みが（ｄ１＝ｄ２）の場合は、配向の核Ｋを固定することができない。したがって、本実施形態の液晶表示装置は、配向の核Ｋを固定することができるので、配向制御及び応答速度が向上するという本発明の効果を奏することができる。

図２７は、本実施形態の変形例に係る液晶表示装置の主要部を示す部分断面図である。本液晶表示装置では、凹形状のコンタクトホール部２３に、樹脂又は無機物などを充填した構成を有している。その他の構成は、図２４に示す液晶表示装置と同一である。そして液晶層３０の誘電率ε２と樹脂又は無機物などの充填材料の誘電率ε１とは異なるものとしている。

図２８は、図２７の液晶表示装置の効果を示す図である。すなわち、図２８では、誘電率ε１が異なる樹脂又は無機物などをコンタクトホール部２３の凹形状に充填した各種の液晶表示装置を作成し、それについて配向の核Ｋの固定が生じるか否かを実験した結果を示している。なお、液晶層３０の誘電率ε２は、電圧無印加時に上基板４０に対して垂直方向の誘電率を示している。

図２８において、誘電率ε１と誘電率ε２とが異なる構成の場合、すなわち本実施形態の構成の場合は、配向の核Ｋの固定ができている。一方、誘電率ε１と誘電率ε２と同一の場合は、配向の核Ｋの固定ができていない。したがって、本実施形態の液晶表示装置は誘電率ε１と誘電率ε２とが異なる構成としたので、配向の核Ｋを固定することができ、配向制御及び応答速度が向上するという本発明の効果を奏することができる。

上記第１から第４実施形態の液晶表示装置において、配向手段（配向膜）は、ポリイミドに偏光を照射して配向能を発現させたもの（光配向）、レシチン、シランカップリング剤、又はラビングを行った垂直配向ポリイミド、ラビングを行わなかった垂直配向ポリイミドなどで実現することができる。このようにして実現した液晶表示装置についても、上記第１から第４実施形態の液晶表示装置の効果を発揮することができることを、実験により確認した。

（回路構成例）
図２９は、上記第１から第４実施形態に係る液晶表示装置の回路構成例を示す回路図である。
本実施形態の液晶表示装置１００は、スイッチング素子としてのＴＦＴを備えるアクティブマトリクス方式の透過型液晶表示装置である。本実施形態の液晶表示装置１００において、図２９に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極１０（図１の画素電極１０ａなどに相当）と当該画素電極１０を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ５０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線（電極配線）６ａが当該ＴＦＴ５０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは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される。また、走査線（電極配線）３ａがＴＦＴ５０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極１０はコンタクトホール２０を介してＴＦＴ５０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ５０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

画素電極１０を介して液晶（液晶層３０）に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、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。ここで、保持された画像信号がリークするのを防止するために、画素電極１０と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。尚、符号３ｂは容量線である。

（電子機器）
図１４は、上記各実施形態の液晶表示装置を備えた電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、上記実施形態の液晶表示装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。本電子機器によれば、応答速度の速い表示ができ、かつ、高品質な動画及び静止画を表示することができる。

本発明に係る液晶表示装置は、上記携帯電話に限らず、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々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、応答速度が速く、かつ、高品質な動画及び静止画を表示することができる。
本発明に係る液晶表示装置は、直視型及び投影型の液晶表示装置に適用することができる。特に、本発明に係る液晶表示装置は、耐光性が重視されるライトバルブ用途であって垂直配向モードを利用した液晶表示装置に好適である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 比較例に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 第１実施形態の液晶表示装置の効果を示す図である。 第１実施形態の液晶表示装置の効果を示す図である。 同上液晶表示装置のコンタクトホール径に関する特性を示す図である。 同上液晶表示装置のコンタクトホール径に関する特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分平面図である。 第２実施形態の液晶表示装置の効果を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す説明図である。 第３実施形態の液晶表示装置の効果を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。 本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。 第４実施形態の液晶表示装置の効果を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。 同上の液晶表示装置の効果を示す図である。 第１から第４実施形態の液晶表示装置の回路構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｋ−２，１０ｍ，１０ｎ，１０ｐ，１０ｑ，１０ｒ…画素電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｎ，１１ｐ，１１ｑ，１１ｒ…切り欠き部、２０，２０ｉ，２０ｊ，２０ｋ，２０ｋ−２，２０ｍ，２０ｎ，２０ｐ，２０ｑ，２０ｒ…コンタクトホール、２１，２２，２３…コンタクトホール部、３０…液晶層、４０…上基板、Ｃ…中心線、Ｋ…核

Claims (14)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、
   画素電極を備えた複数のドット領域がマトリクス状に配置された液晶装置であって、
   前記液晶層は、誘電率異方性が負の液晶分子からなるとともに、
   該液晶分子は、非選択電圧印加時に、前記基板の垂直方向に対して０度から１０度の範囲のプレチルト角を有する垂直配向モードとなるものであり、
   前記画素電極は、
   一、又は二以上の切り欠き部を有するとともに、
   該切り欠き部が形成された画素電極を線対称形状とする中心線上に、
   前記画素電極を駆動させるコンタクトホールが配置されている
   ことを特徴とする液晶装置。
2. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、
   画素電極を備えた複数のドット領域がマトリクス状に配置された液晶装置であって、
   前記液晶層は、誘電率異方性が負の液晶分子からなるとともに、
   該液晶分子は、非選択電圧印加時に、前記基板の垂直方向に対して０度から１０度の範囲のプレチルト角を有する垂直配向モードとなるものであり、
   前記複数のドット領域の画素ピッチは、３０μｍ以下であり、
   前記画素電極は、
   一、又は二以上の切り欠き部を有するとともに、
   該切り欠き部が形成された画素電極を線対称形状とする中心線上に、
   前記画素電極を駆動させるコンタクトホールが配置されている
   ことを特徴とする液晶装置。
3. 前記コンタクトホールは、
   平面形状における縦又は横方向の大きさが前記画素ピッチの１／３０以上である
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の液晶装置。
4. 前記コンタクトホールの平面形状は、
   円形、楕円形、多角形のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶装置。
5. 前記コンタクトホールの平面形状は、
   楕円形又は線対称形状の多角形であり、
   該コンタクトホールの平面形状における線対称形状の中心線は、
   前記画素電極の形状の中心線と一致又は平行している
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶装置において、
   前記基板は、
   該基板の垂直方向に対して０度から１０度の範囲のプレチルト角を有する垂直配向モードを構成する配向膜であって、有機ポリイミドからなる配向手段と比較して、方位角もしくは極角方向のアンカリングが相対的に弱い配向膜を有している
   ことを特徴とする液晶装置。
7. 前記配向膜は、
   被蒸着面に対して無機物を斜め方向から蒸着する斜方蒸着法、又は無機物を基板に対して、斜め方向からスパッタリングすることによって成膜される
   ことを特徴とする請求項６に記載の液晶装置。
8. 前記配向膜は、
   有機薄膜に偏光を照射して形成されたもの、又は有機物からなる表面処理による薄膜および薄層からなる
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の液晶装置において、
   前記画素電極は、
   前記一対の基板における一方にのみ配置されている
   ことを特徴とする液晶装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の液晶装置において、
    前記誘電率異方性が負の液晶分子は、
    カイラル剤を含有してなる
    ことを特徴とする液晶装置。
11. 請求項１０に記載の液晶装置において、
    前記画素電極を線対称形状とする中心線の方向が、
    選択電圧印加時に誘電率異方性が負である液晶分子が水平配向した際に、
    液晶層内の液晶分子のダイレクタの配向方向以外である
    ことを特徴とする液晶装置。
12. 前記コンタクトホールが存在する部分の液晶層の厚みｄ１と、
    該コンタクトホールが存在しない部分の液晶層の厚みｄ２とは、異なっている
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の液晶装置。
13. 請求項１２に記載の液晶装置において、
    前記コンタクトホールが存在する部分の液晶層の厚みｄ１が、
    該コンタクトホールが存在しない部分の液晶層の厚みｄ２よりも大きく、
    該コンタクトホールに樹脂材料が充填されているとき、
    前記樹脂材料の誘電率ε１と、前記液晶層の誘電率ε２とは、異なる
    ことを特徴とする液晶装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一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。
    

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