JP2009223137A - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクリネーション等の表示不良を防止して良好なコントラスト特性を有し、且つコスト削減を可能とする液晶装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】回路基板１０と、該回路基板１０に対向して配置される対向基板２０と、回路基板１０及び対向基板２０間に挟持され、液晶分子を垂直配向させてなる液晶層５８と、対向基板２０の液晶層５８側に塗布プロセスにより形成された垂直配向能を有する第１の配向膜２２と、回路基板１０の液晶層５８側に真空プロセスにより形成されプレチルトを有する第２の配向膜１１とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶装置及び電子機器に関するものである。

近年、プロジェクタ用の液晶装置の液晶配向方式として垂直配向方式が採用されつつある。しかし、垂直配向方式では液晶が基板表面に対して垂直に立っており、電圧印加時に倒れる方位方向での相互作用が弱い。そのため、電圧を印加すると電極端から発生する横電界により様々な方向に倒れてしまい、方位によっては表示に寄与しないので（クロスニコル下でいずれかの偏光板の透過軸に平行な液晶分子は位相差を生じないため）、透過率が平行配向のそれより低くなってしまうという問題が生じてしまう。

そこで、横電界に配向が阻害されないように、強い配向規制力が必要な画素電極側のプレチルト角を対向基板側のプレチルト角よりも小さくして光漏れを少なくしようとする方法が特許文献１に開示されている。しかしながら、横電界に配向が規制されないようにするための実質的な平均チルト角は、量産条件のそれとほとんど変わらず、コントラスト向上の効果はほとんどないことが分かった。また、両基板の対向面に設けられる配向膜を斜方蒸着によって形成しており、液晶装置を量産する場合には真空成膜装置などの高価な装置が複数必要となることから、大規模な初期投資が必要となる。

そこで、特許文献２では、アクティブマトリクス基板側に斜方蒸着によって無機配向膜を形成し、対向基板側には従来の量産方式である印刷或いは塗布プロセスにより有機配向膜を形成する手法を用いて、液晶表示方式がＴＮモードで横電界による配向不良を抑制する方法が開示されている。
特開平１０−１６１１２７号公報 特開２００２−２９６５９７号公報

特許文献２では、対向基板側の配向膜を従来の量産方式である印刷あるいは塗布プロセスによって形成しているため設備投資を抑えることは可能である。ところが、塗布できる垂直配向用のポリイミドはラビングによって完全垂直から傾斜させることが困難であり、直視型の中小型あるいは大型の液晶装置の場合には、画素電極端部に生じる横電界や電極表面に設けた突起（表面形状）により電圧印加時のチルト（傾斜）する方位を決定している。この方法では、必ずと言っていいほど、画素内において液晶分子の対立に起因するディスクリネーションが発生するが、画素の大きさが数十μｍのためディスクリネーションが目立たない。ところが、ＨＴＰＳやＬＣＯＳなど、プロジェクタのライトバルブに用いられる画素の大きさが１０μｍ前後の液晶パネルの場合には、投影したときにディスクリネーションが目視で認識できてしまい、表示品位を低下させてしまうという問題があった。

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、ディスクリネーション等の表示不良を防止して良好なコントラスト特性を有し、且つコスト削減を可能とする液晶装置及び電子機器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、回路基板と、該回路基板に対向して配置される対向基板と、前記回路基板及び前記対向基板間に挟持され初期配向状態が垂直配向を呈する液晶層と、前記対向基板の前記液晶層側に塗布プロセスにより形成された垂直配向能を有する第１の配向膜と、前記回路基板の前記液晶層側に真空プロセスにより形成されプレチルトを有する第２の配向膜と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、一対の基板のうち、対向基板側に塗布型（塗布プロセス）の第１の配向膜を備えているので、液晶装置を量産する場合に両基板の配向膜を真空プロセス（斜方蒸着）で形成する必要がなく高価な真空成膜装置の数を減らすことができ、初期投資費用を大幅に削減することが可能となる。また、回路基板側に斜方蒸着膜からなる第２の配向膜を設けることにより、選択電圧印加（電圧ＯＮ）時に液晶分子の倒れる配向方向が規制されるため、横電界の影響による液晶分子の配向不良が防止されてディスクリネーションの発生を効果的に抑制することができる。
したがって、高品位の表示品質を有する液晶表示装置を低コストで製造できる。

また、前記第２の配向膜のプレチルト角を８１．０°〜８６．５°の範囲とすることが好ましい。
本発明によれば、プレチルト角を８１．０°〜８６．５°の範囲とすることで横電界の影響が防止され、ディスクリネーションの発生を抑えつつ、高コントラスト特性を維持することができる。第２の配向膜の与えるプレチルト角が８１．０°よりも小さい場合、非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）時に液晶分子が必要以上にチルトしてしまい、コントラスト低下を招く。また、第２の配向膜の与えるプレチルト角が８６．５°よりも大きい場合には選択電圧印加時に液晶分子の配向方向を規定することが困難であると思われる。

本発明の電子機器は、上記した液晶装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、表示品質が高品位で低コストで製造可能な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透過型液晶装置である。

図１は液晶装置の断面構造を模式的に示したもので、非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）時における液晶分子の配向状態を示す。図１に基づいて、本実施形態における液晶装置の断面構造（画素構造）について説明する。

液晶パネル５０は、回路基板１０とこれに対向配置された対向基板２０との間に、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材料からなる液晶層５８が挟持されている。回路基板１０は、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの内面に、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矩形状の画素電極９が形成されている。また、回路基板１０は、画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子、画像信号が供給されるデータ線、走査線（いずれも図示略）等を備えており、遮光膜の機能を有する場合もある。

対向基板２０側は、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２０Ａの内面に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる共通電極２１が形成されている。この共通電極２１は画素領域毎に分割されておらず、基板本体２０Ａ上に全面ベタ状に形成されている。また、対向基板２０はカラーフィルタや遮光膜を備えている場合もある。

そして、対向基板２０側には共通電極２１を覆うようにして垂直配向能を有する第１の配向膜２２が形成され、回路基板１０側には複数の画素電極９を覆うようにしてプレチルトを有する第２の配向膜１１が形成されている。これら対向基板２０及び回路基板１０に挟持される液晶層５８は、その間で液晶分子５２の初期配向状態（非選択電圧印加時の状態）が垂直配向を呈している。

第１の配向膜２２は、プレチルト角を発現しない配向膜であって、界面の液晶分子５２を基板面に対して実質的に垂直配向させる（図中Ｊ参照）。第２の配向膜１１は、界面の液晶分子５２を基板面に対して８１．０°〜８６．５°の範囲内で配向させる機能（プレチルト）を有している（図中Ｋ参照）。該プレチルト角が８１．０°よりも小さい場合には、非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）時に液晶分子が必要以上にチルトしてしまい、コントラスト低下を招く。該プレチルト角が８６．５°よりも大きい場合には、選択電圧印加時に液晶分子の配向方向を単一方向に規定することができないため、液晶分子の対立に起因するディスクリネーションが発生しない臨界プレチルト角を上記範囲として規定している。詳しくは後述するが、この臨界プレチルト角は、画素電極間ギャップＧやセルギャップｄなどによって異なってくる。

第１の配向膜２２は、配向膜形成材料をスピンコートやフレキソ印刷などの塗布プロセスを用いて基板本体２０Ａ上に塗布、焼成することによって得られる。
第１の配向膜２２の材料としては、ポリイミドの前躯体であるポリアミック酸、又はポリイミドが好適に用いられ、その側鎖に長鎖アルキル基や剛直な平面構造を有する官能基が導入されたものが用いられる。

例えば、下記の（化１）で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸及び該ポリアミック酸を部分的に脱水閉環して得られるイミド化重合体よりなる重合体や、下記の（化２）で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸を少なくとも部分的に脱水閉環して得られるイミド化率が４０％以上であるイミド化重合体を含有する材料が好適に用いられる。

・・・（化１）
（Ｒ１：４価の有機基、Ｒ２：２価の有機基）

・・・（化２）
（Ｒ３：４価の有機基）
（Ｒ４：２価の環式化合物に炭素原子数１０〜２０のアルキル基、炭素原子数４〜４０の脂環式骨格を有する１価の有機基）

第２の配向膜１１は、斜方蒸着法を用いて配向膜形成材料を基板本体１０Ａ上に蒸着させることによって得られる。
第２の配向膜１１の材料としては、ＳｉＯ_２もしくはＳｉＯの珪素酸化物、またはＡｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｇＦもしくはＩＴＯ等の金属酸化物が挙げられる。

液晶パネル５０の両側には、一対の偏光板６１，６２がクロスニコル状態で設けられており、互いの偏光軸が略直交している。また、偏光板６１の下方には、不図示の光源ユニットが配置されている。このようにして本実施形態の液晶装置１００が構成されている。

上記構成の液晶装置１００においては、対向基板２０側に設けられた第１の配向膜２２及び回路基板１０側に設けられた第２の配向膜１１によって、非選択電圧印加時に垂直配向を呈する液晶層５８を有する（図１参照）。そして、共通電極２１と画素電極９との間に電圧を印加することにより液晶層５８の液晶分子５２を基板面に略平行に倒すことができる（図２参照）。

次に、プレチルト角とディスクリネーションの発生との関係について述べる。
図３は、画素電極間ギャップＧ及びセルギャップｄ（ｄ１：２．０μｍ、ｄ２：２．３μｍ、ｄ３：２．５μｍ）におけるディスクリネーションの発生状況分布を示すグラフである。
ここでは、対向基板２０側をプレチルトが発現しない略９０°に限定した場合、回路基板１０側のプレチルト角を変化させていき、プレチルト角とディスクリネーションの発生有無の関係を検討した。

図３では、選択電圧印加（電圧ＯＮ）時にディスクリネーションが発生しない臨界のプレチルト角を各構成毎にプロットした。同図によれば、いずれのセルギャップｄの場合においても画素電極間ギャップＧと臨界プレチルト角とが略比例関係にあり、画素電極間ギャップＧが大きくなるにしたがって臨界プレチルト角が大きくなっている。また、画素電極間ギャップＧが一定の場合にはセルギャップｄが大きいほど臨界プレチルト角が大きくなっている。

表１は、図３のグラフを表にしたものである。

図３及び表１に示すように、画素電極間ギャップＧが０．２μｍでセルギャップｄが２．５μｍの場合に臨界プレチルトが８２．５°となり、画素電極間ギャップＧが等しい他のセルギャップｄのときと比べて最も小さい。そして、液晶分子５２のプレチルト角が８２．５°よりも小さくなると、非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）時に光漏れが生じ、コントラストが低下してしまうことが分かった。

一方、画素電極間ギャップＧが１．２μｍでセルギャップｄが２．０μｍの場合に臨界プレチルト角が８６．５°となり、画素電極間ギャップＧが等しい他のセルギャップｄのときと比べて最も大きい。そして、液晶分子５２のプレチルト角が８６．５°よりも大きくなると、選択電圧印加（電圧ＯＮ）時に配向方向を規定することができず、横電界の影響を受けて液晶分子５２同士が対立しディスクリネーションが発生してしまうことがわかった。

このような結果から、回路基板１０側の第２の配向膜１１によって付与される液晶分子５２のプレチルト角が８１．０°〜８６．５°の範囲内でディスクリネーションが発生せず、高コントラスト特性を維持できることが分かった。したがって、各液晶パネルの構成に応じて、回路基板１０上の液晶分子５２のプレチルト角が８１．０°〜８６．５°の範囲内となるように第２の配向膜１１を形成するようにする。

本実施形態の液晶装置１００は、表示領域の配向が実質的に垂直配向の液晶装置である。そして、スピンコート法あるいはフレキソ印刷法などの塗布プロセスにより得た第１の配向膜２２によって対向基板２０側の液晶分子５２が基板面に対して略垂直に配向するようにし、斜方蒸着やスパッタ等の真空プロセスにより得た第２の配向膜１１によって強い配向規制力が必要な回路基板１０側のプレチルト及び方位角を設定し、これによって、初期配向が垂直配向を呈する液晶装置１００とした。本実施形態では、回路基板１０側のプレチルト角が８１．０°〜８６．５°となっているため、必要以上にコントラストを下げることなく、かつ電圧印加時にディスクリレスとなる表示品位の高い液晶装置１００を得ることができる。
また、対向基板２０側の第１の配向膜２２（垂直配向膜）を塗布プロセスを用いて形成することにより、高価な真空成膜装置の数を削減できるので大規模な設備投資をすることなく、従来の配向膜塗布装置で高い生産効率にて配向膜を形成することが可能である。その結果、表示品位の優れた垂直配向型ライトバルブを低コストで提供できるようになる。

［実施例１］
回路基板１０側に、斜方蒸着のような既知の手法により形成した第２の配向膜１１によってプレチルトを付与する。本実施例の場合、蒸着源に対して基板をある角度θだけ傾斜させてセットし、ＳｉＯ_２を蒸着させた。この第２の配向膜１１は、液晶分子５２を基板面に対して８２．０°に配向させる機能（プレチルト）を有する。
一方、対向基板２０側には、共通電極２１の表面にスピンコート法あるいはフレキソ印刷などの手法を用いて有機ＰＩ材を塗布し、第１の配向膜２２を形成した。この第１の配向膜２２は、液晶分子５２を基板面に対して略９０度に垂直配向させるものである。

このように製造された回路基板１０及び対向基板２０をシール材を介して貼り合わせ、ネガ型の液晶材料を注入し、注入口を封止して液晶パネルを作製した（この液晶パネルの方位角を０°とする）。液晶パネルの両側には、斜方蒸着によって設定された液晶の方位角０°に対して偏光板６１，６２の透過軸を４５°，１３５°となるように貼り付けて液晶装置を完成させた。

この液晶装置に電気信号を入力して、画素電極９への選択電圧印加（電圧ＯＮ）あるいは非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）を行ったところ、選択電圧印加時には画素毎で均一な明るい白表示を、非選択電圧印加時には垂直配向に基づく光漏れの少ない黒表示を、それぞれ得ることができた。

［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４（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図４（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４（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４（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４（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図４（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４に示す電子機器は、表示部に上述の本発明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、高コントラストで品質の高い表示を長期に亘って維持することが可能な表示装置となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、塗布プロセスとしては、特に限定されることなく上記以外の種々の方法が採用可能であって、浸漬法（ディップコート法）、スプレーコート法、各種印刷法、さらにはインクジェット法等が好適に用いられる。

非選択電圧印加（電圧ＯＦＦ）時における液晶分子の配向状態を示す断面図。 選択電圧印加（電圧ＯＮ）時における液晶分子の配向状態を模式的に示す断面図。 プレチルト角に対してディスクリネーション発生の有無分布とを示すグラフ。 本発明の電子機器の幾つかの例を示す斜視図。

符号の説明

１００…液晶装置、１０…回路基板、１１…第２の配向膜、２０…対向基板、２２…第１の配向膜、５８…液晶層、５００…携帯電話（電子機器）、６００…携帯型情報処理装置（電子機器）、７００…腕時計型電子機器（電子機器）

Claims (3)

1. 回路基板と、
   該回路基板に対向して配置される対向基板と、
   前記回路基板及び前記対向基板間に挟持され初期配向状態が垂直配向を呈する液晶層と、
   前記対向基板の前記液晶層側に塗布プロセスにより形成された垂直配向能を有する第１の配向膜と、
   前記回路基板の前記液晶層側に真空プロセスにより形成されプレチルトを有する第２の配向膜と、を備えたことを特徴とする液晶装置。
2. 前記第２の配向膜のプレチルト角を８１．０°〜８６．５°の範囲内とすることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. 請求項１乃至２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。

Images