JP4487486B2 - Liquid crystal device, projection display device, electronic device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置および投射型表示装置、電子機器に関し、特に垂直配向モードの液晶装置において、高輝度、高コントラストの表示が得られる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶装置は、例えば直視型のディスプレイや投射型表示装置における光変調手段(ライトバルブ)として広く用いられている。液晶の配向モードには、電圧無印加状態で液晶分子が基板面に略平行で基板に垂直な方向にねじれた配向を持つツイステッド・ネマティック(Twisted Nematic,以下、TNと略記する)モードと、電圧無印加時に液晶分子が垂直に配向した垂直配向モードとがある。信頼性等の面から従来はTNモードが主流であったが、垂直配向モードがいくつかの優れた特性を持っていることから、垂直配向モードの液晶装置が注目されてきた。例えば、垂直配向モードでは、液晶分子が基板面に対して垂直に配列された状態(法線方向から見た光学的リタデーションが無い)を黒表示として用いるため、黒表示の質が良く、高いコントラストが得られる。また、正面コントラストに優れる垂直配向型液晶装置では、一定のコントラストが得られる視角範囲は水平配向モードのTN液晶に比較して広くなる。さらに、画素内の液晶の配向方向を分割する配向分割(マルチドメイン)の技術を採用すれば、極めて広い視野角を得ることができる。
【0003】
垂直配向モードにおける液晶分子は、電圧印加時の配向ベクトルが電界方向に対する角度のみで束縛され、電界方向を軸とした方位角は開放されている。したがって、液晶セルを構成する基板上の凹凸や隣接画素間に生じる横電界などの状況によって、電圧印加時に画素領域内の全領域で液晶分子がいずれかの方位角方向に倒れれば良いが、例えば周囲の液晶分子が異なる方向に倒れた結果、その境界に存在する液晶分子はいずれの方向にも倒れないという状況が生じる場合がある。この境界部分では液晶の透過率が他と比べて低下するため、本来は白表示であってもその部分が黒く見える不良となる。この種の現象をディスクリネーションと呼ぶ。ディスクリネーションの発生は表示品位を著しく低下させるものである。
【0004】
そこで、垂直配向モードにおいてディスクリネーションを抑制する手段が、下記の特許文献1,2に開示されている。特許文献1には、TFT(Thin Film Transistor)基板上に画素電極とは別に配向制御電極を設け、配向制御電極の電位を適切に設定することで配向ベクトルの方位角を制御し、ディスクリネーションを防止することが記載されている。一方、特許文献2には、基板間隔、液晶の螺旋ピッチ、駆動時のフレーム周波数等のパラメータの相互の関係を限定することでディスクリネーションを防止することが記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−230097号公報
【特許文献2】
特開平3−122615号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、液晶装置の用途の一つに投射型表示装置用のライトバルブが挙げられ、近年、投射型液晶表示装置(液晶プロジェクタ)の普及が進んでいる。特に液晶ライトバルブへの応用を意識した場合、画素のサイズは直視型ディスプレイの場合と比べてはるかに小さいものである。また、直視型ディスプレイでも、近年、高精細化の要求が強くなっており、画素のサイズは小さくなる傾向にある。ところが、画素のサイズが小さくなればなるほど、画素に対して上記のディスクリネーションによる表示不良の占める面積割合が大きくなり、表示品位の低下が顕著になる。
【0007】
そこで、上記2つの特許文献にはディスクリネーションの防止手段が記載されているが、これらの手段はいずれも画素の微細化、表示の高精細化等の目的に適したものではなく、それぞれ問題点を有している。
例えば、特許文献1の場合、TFT基板上に配向制御電極を形成しなければならないため、配線構造が複雑になり、製造プロセスの制約が生じたり、歩留りが低下する恐れがある。また、画素の中央を横切るように配向制御電極を配置する必要があるため、開口率が低下し、明るい表示が得られないという問題もある。一方、特許文献2の場合、基板間隔、液晶の螺旋ピッチ、駆動時のフレーム周波数等の数値が限定されるため、セル構造や使用する液晶材料、駆動方法等が制限され、設計の自由度が極めて小さいものとなってしまう。
【0008】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、基板構造を複雑にしたり、設計の自由度を損なうことなく、ディスクリネーションによる表示品位の低下を抑制し得る液晶装置、およびこれを用いた投射型表示装置、電子機器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、対向配置された一対の基板の互いに対向する面に電極がそれぞれ設けられるとともに、前記一対の基板間に液晶層が挟持され、複数の画素領域がマトリクス状に配置された液晶セルを備えた液晶装置であって、前記液晶層は、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り、各画素領域内に、電界印加時に前記液晶層にディスクリネーションの発生する位置を固定するディスクリネーション固定手段が設けられ、前記ディスクリネーション固定手段によるディスクリネーションの発生個所以外の個所に入射光を集光させる集光手段が設けられたことを特徴とする。
【0010】
本発明は、上記特許文献のようにディスクリネーションの防止、抑制手段を提供するものではなく、ディスクリネーションを特定の位置に意図的に発生させた上でディスクリネーションの発生個所を避けて表示に利用し、結果的に表示不良をなくそうとするものである。ところが、従来の液晶装置におけるディスクリネーションの発生は、必ずしも決まった画素の決まった個所に発生するものではなく、基板の状況やその時の各画素の電界印加状況によって発生個所がまちまちであった。そこで、本発明においては、電界印加時に液晶層にディスクリネーションを発生させる位置を固定するディスクリネーション固定手段を各画素領域内に設ける構成とした。つまり、従来のように発生個所がまちまちではなく、常に画素内の決まった個所にディスクリネーションが発生するようにした。そこで、適切な集光手段を設けることによってディスクリネーションの発生個所以外の個所に入射光を集光させることができ、画素領域内で液晶が正常に配向した部分を表示に利用することができる。その結果、基板構造を複雑にしたり、装置設計の自由度を低下させることなく、ディスクリネーションによる表示品位の低下を抑制することができる。
【0011】
具体的には、前記ディスクリネーション固定手段を、一対の基板上の少なくとも一方の電極に設けられた開口部、一対の基板上の少なくとも一方の電極に設けられた凹部、前記一対の基板の少なくとも一方から前記液晶層に向けて突出する凸部のいずれかで構成することができる。
例えば電極に開口部を設けた場合、液晶層中で開口部に相当する領域には電界が加わらないため、その領域の液晶分子は電界印加時でも倒れることがなく、ディスクリネーションとなる。電極に凹部を設けた場合、凹部の近傍で電界が歪み、歪んだ電界に応じて凹部周囲の液晶分子を異なる方向に配向させる規制力が働く結果、凹部に相当する領域では液晶分子が倒れず、ディスクリネーションとなる。また、基板上に凸部を設けた場合、液晶層中に突出する凸部の形状効果で凸部周囲の液晶分子を異なる方向に配向させる規制力が働く結果、凸部に相当する領域では液晶分子が倒れず、ディスクリネーションとなる。
【0012】
前記集光手段を、前記一対の基板の光入射側に設けられたマイクロレンズアレイで構成することができる。
この構成によれば、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズと各画素領域との位置関係を調節したり、マイクロレンズの形状を工夫する(例えば入射光軸に対して非対称とする等)ことによって、ディスクリネーション発生個所を避けた所望の位置に入射光を集光させることができる。
【0013】
また、ディスクリネーション固定手段によるディスクリネーションの発生個所が一つの画素領域内の一端側になるよう設定され、前記集光手段による入射光の集光位置が他端側になるよう設定されていることが望ましい。
例えば画素領域の中央にディスクリネーションを発生させるようにした場合、必然的に画素領域の周縁部に入射光を集光させなければならず、集光スポット径にも限界があることから、特に画素が微細化すると対応が難しくなる。そこで、ディスクリネーションの発生個所を画素領域の片側に寄せ、その反対側に集光させるようにすると、画素が微細化しても対応が容易になり、集光手段の設計の自由度が向上する。
【0014】
本発明の投射型表示装置は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、本発明の液晶装置を備えたことにより高輝度、高コントラスト、高精細の表示が可能な投射型表示装置を提供することができる。
【0015】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、本発明の液晶装置を備えたことにより高輝度、高コントラスト、高精細の液晶表示部を有する電子機器を提供することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図3を参照して説明する。
本実施の形態の液晶装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)を用いたアクティブマトリクス型の液晶装置の例である。
図1は本実施の形態の液晶装置の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の等価回路図、図2はTFTアレイ基板の相隣接する複数のドットの構造を示す平面図、図3は同、液晶装置の構造を示す断面図である。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。
【0017】
本実施の形態の液晶装置において、図1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画素には、画素電極9と当該画素電極9を制御するためのスイッチング素子であるTFT30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6aが当該TFT30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3aがTFT30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9はTFT30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TFT30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。
【0018】
画素電極9を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、後述する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ことを防止するために、画素電極9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。なお、符号3bは容量線である。
【0019】
次に、図2に基づいて、本実施の形態の液晶装置を構成するTFTアレイ基板の平面構造について説明する。
図2に示すように、TFTアレイ基板上に、複数の矩形状の画素電極9(点線部9Aにより輪郭を示す)がマトリクス状に設けられており、画素電極9の縦横の境界に各々沿ってデータ線6a、走査線3aおよび容量線3bが設けられている。本実施の形態において、各画素電極9および各画素電極9を囲むように配設されたデータ線6a、走査線3a、容量線3b等が形成された領域の内側が一つの画素領域であり、マトリクス状に配置された各画素領域毎に表示が可能な構造になっている。
【0020】
データ線6aは、TFT30を構成する、例えばポリシリコン膜からなる半導体層1aのうち、後述のソース領域にコンタクトホール5を介して電気的に接続されており、画素電極9は、半導体層1aのうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール8を介して電気的に接続されている。また、半導体層1aのうち、チャネル領域(図中左上がりの斜線の領域)に対向するように走査線3aが配置されており、走査線3aはチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能する。
【0021】
容量線3bは、走査線3aに沿って略直線状に延びる本線部(すなわち、平面的に見て、走査線3aに沿って形成された第1領域)と、データ線6aと交差する箇所からデータ線6aに沿って前段側(図中上向き)に突出した突出部(すなわち、平面的に見て、データ線6aに沿って延設された第2領域)とを有する。そして、図2中、右上がりの斜線で示した領域には、複数の遮光膜11aが設けられている。
【0022】
より具体的には、遮光膜11aは、各々、半導体層1aのチャネル領域を含むTFT30をTFTアレイ基板側から見て覆う位置に設けられており、さらに、容量線3bの本線部に対向して走査線3aに沿って直線状に延びる本線部と、データ線6aと交差する箇所からデータ線6aに沿って隣接する後段側(すなわち、図中下向き)に突出した突出部とを有する。遮光膜11aの各段(画素行)における下向きの突出部の先端は、データ線6a下において次段における容量線3bの上向きの突出部の先端と重なっている。この重なった箇所には、遮光膜11aと容量線3bとを相互に電気的に接続するコンタクトホール13が設けられている。すなわち、本実施の形態では、遮光膜11aは、コンタクトホール13によって前段あるいは後段の容量線3bに電気的に接続されている。
【0023】
次に、図3に基づいて本実施形態の液晶装置の断面構造について説明する。本実施形態は電極およびマイクロレンズアレイの構成に特徴があり、TFT、蓄積容量やその他の配線、遮光膜等の断面構造は従来のものと変わらないため、これらの図示および説明は省略する。
【0024】
図3に示すように、TFTアレイ基板10と対向基板25とが対向配置されており、これら基板10,25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からなる液晶層50が挟持されている。TFTアレイ基板10は、石英、ガラス等の透光性材料からなり、その内面(液晶層と接する面)上にTFT30が形成されている。TFT30は、走査線3aに接続されたゲート電極12、ソース領域1s、ドレイン領域1dを有する半導体層1a等を有しており、ドレイン領域1dにはインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide,以下、ITOと略記する)等の透明導電膜からなる画素電極9が接続されている。TFTアレイ基板10の最表面には、垂直配向処理が施された配向膜14が形成されている。一方、対向基板25は、石英、ガラス等の透光性材料からなり、その内面(液晶層50と接する面)上にITO等の透明導電膜からなる共通電極16が形成されている。対向基板25の最表面には、TFTアレイ基板10と同様、垂直配向処理が施された配向膜18が形成されている。
【0025】
アクティブマトリクス型の液晶装置の場合、通常は対向基板側の全面にベタ状の共通電極が形成されるが、本実施の形態の場合、共通電極16には、各画素領域毎に1つの開口部16c(ITO膜が存在しない部分、ディスクリネーション固定手段)が形成されている。ここで、画素電極9の存在する領域を画素領域Gと定義すると、開口部16cの位置は画素領域Gの中央Gcから外れた位置に形成されており、図3においては画素領域Gの中央Gcよりも左寄りの位置に形成されている。開口部16cの平面形状は特に限定されないが、例えば図2に示すように、矩形状に形成することができる。
【0026】
また、対向基板25の外面(液晶層と接する面と反対側の面)側には、対向基板25から所定距離離間した位置にマイクロレンズアレイ21(集光手段)が設置されている。マイクロレンズアレイ21は、複数のマイクロレンズ22をマトリクス状に配置したものである。本実施の形態においては、各マイクロレンズ22のピッチと画素のピッチは同一であるが、各マイクロレンズ22の中心Rcが、画素領域Gの中心Gcになく、図3においては画素領域Gの中央Gcよりも右寄りに位置するように液晶セル24に対するマイクロレンズアレイ21の位置合わせがなされている。マイクロレンズアレイ21は最適な位置に位置合わせされた後、任意の固定手段によって液晶セル24に対して固定することが望ましい。入射光Lは、マイクロレンズアレイ21、対向基板25、液晶層50、TFTアレイ基板10という順で透過する構成となっており、マイクロレンズアレイ21に入射した光Lは、画素領域Gの右寄りの位置に所定のスポット径で集光される。
【0027】
上記構成の液晶装置においては、対向基板25上の共通電極16に開口部16cが形成されており、液晶層50中で開口部16cに相当する領域には電界が加わらないため、その近傍の液晶分子は電界印加時でも倒れることがなく、常にディスクリネーションが発生する個所(図3において符号Dで示す)となる。そして、液晶セル24の光入射側にマイクロレンズアレイ21が適切な位置に配置されていることにより、ディスクリネーションの発生個所以外の個所に入射光Lを集光できるので、画素領域G内で液晶分子が正常に配向した部分を表示に利用することができる。その結果、従来のように配向制御電極を別途設けたり、装置設計の自由度を低下させることなく、ディスクリネーションによる表示品位の低下を抑制することができる。
【0028】
特に本実施の形態の場合、ディスクリネーションの発生個所Dが一つの画素領域G内の一端側(図3における左側)になるよう設定され、入射光Lの集光位置が他端側(図3における右側)になるよう設定されている。仮に、図4(a)に示すように、画素領域Gの中央にディスクリネーションDを発生させるようにした場合、必然的に画素領域Gの周縁部に入射光Lを集光させなければならず、マイクロレンズアレイ21による集光が難しくなる。それに対して、図4(b)に示すように、共通電極16の開口部16cの位置によりディスクリネーションDの発生個所を画素領域の片側に寄せ、集光位置Lsをその反対側にしたことによって、画素が微細化しても対応が容易になり、マイクロレンズアレイ21の設計の自由度が向上する、という効果が得られる。また本実施の形態では、画素領域G内においてTFT30からの距離が遠い側に集光する構成としているので、入射光Lからの漏れ光がTFT30に侵入しにくく、TFT30の光リーク電流を抑制できるという効果も得られる。
【0029】
[投射型液晶装置]
図6は、光変調手段(ライトバルブ)として上記実施形態の液晶装置を3個用いた、いわゆる3板式の投射型液晶表示装置(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1100は光源、1108はダイクロイックミラー、1106は反射ミラー、1122,1123,1124はリレーレンズ、100R,100G,100Bは液晶ライトバルブ、1112はクロスダイクロイックプリズム、1114は投射レンズ系を示す。
【0030】
光源1100は、メタルハライド等のランプ1102とランプ1102の光を反射するリフレクタ1101とから構成されている。青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー1108は、光源1100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1106で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ100Rに入射される。
【0031】
一方、ダイクロイックミラー1108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1108によって反射され、緑色用液晶ライトバルブ100G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1108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1122、リレーレンズ1123、出射レンズ1124を含むリレーレンズ系からなる導光手段1121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100Bに入射される。なお、図示は省略するが、各色光用液晶ライトバルブ100R,100G,100Bの入射側には、上記実施の形態の液晶装置におけるマイクロレンズアレイが設けられている。
【0032】
各ライトバルブ100R,100G,100Bにより変調された3つの色光はクロスダイクロイックプリズム1112に入射する。このプリズムは、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。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ系1114によってスクリーン1120上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【0033】
上記構成の投射型液晶表示装置においては、上記実施の形態の液晶装置を用いたことにより、高輝度、高コントラスト、高精細の表示品位に優れた投射型液晶表示装置を実現することができる。
【0034】
[電子機器]
次に、本発明の上記実施の形態の液晶装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図5は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図5において、符号500は携帯電話本体を示し、符号501は上記液晶装置を用いた液晶表示部を示している。なお、上記液晶装置をこの種の電子機器に搭載する際には、液晶装置の光源となるバックライトと液晶セルとの間にマイクロレンズアレイが位置する構成とすればよい。
【0035】
図5に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶装置を用いた液晶表示部を備えているので、高輝度、高コントラスト、高精細の液晶表示部を備えた電子機器をを実現することができる。
【0036】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、ディスクリネーション固定手段として共通電極に開口部を設けた例を挙げたが、その他、基板自体やその上に積層する任意の膜に凹部を形成し、その形状を反映させることによって電極に凹部を形成する構成としてもよい。電極に凹部を設けた場合、凹部の近傍で電界が歪み、凹部周囲の液晶分子を異なる方向に配向させる規制力が働く結果、凹部に相当する領域では液晶分子が倒れず、ディスクリネーションを意図的に発生させることができる。もしくは、基板上に例えば樹脂材料等からなる凸部を形成する構成としても良い。基板上に凸部を設けた場合、凸部周囲の液晶分子を異なる方向に配向させる規制力が働く結果、凸部に相当する領域では液晶分子が倒れず、ディスクリネーションを意図的に発生させることができる。また、開口部、凹部、凸部を設ける位置は、対向基板側のみならず、素子基板側でも良く、さらに双方の基板に設けても良い。開口部、凹部、凸部は適宜組み合わせて用いても良い。
【0037】
また、上記実施の形態ではTFTをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶装置に本発明を適用した例を示したが、薄膜ダイオード(Thin Film Diode,TFD)スイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶装置、パッシブマトリクス型液晶表示装置などに本発明を適用することも可能である。その他、各種構成要素の材料、形状等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の液晶装置の等価回路図である。
【図2】 同、液晶装置の複数の画素の構造を示す平面図である。
【図3】 同、液晶装置の構造を示す断面図である。
【図4】 ディスクリネーション発生個所と集光個所との関係を示す模式図である。
【図5】 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。
【図6】 本発明の投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
9…画素電極、10…TFTアレイ基板、16…共通電極、16c…開口部(ディスクリネーション固定手段)、25…対向基板、50…液晶層、D…ディスクリネーション発生個所、L…入射光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal device, a projection display device, and an electronic apparatus, and more particularly to a technique for obtaining high brightness and high contrast display in a vertical alignment mode liquid crystal device.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal devices are widely used as light modulation means (light valves) in, for example, direct view displays and projection display devices. The alignment mode of the liquid crystal includes a twisted nematic (hereinafter abbreviated as TN) mode in which the liquid crystal molecules are twisted in a direction substantially parallel to the substrate surface and perpendicular to the substrate when no voltage is applied. There is a vertical alignment mode in which liquid crystal molecules are aligned vertically when no voltage is applied. Conventionally, the TN mode has been the mainstream from the viewpoint of reliability and the like, but the vertical alignment mode liquid crystal device has attracted attention because the vertical alignment mode has some excellent characteristics. For example, in the vertical alignment mode, the state in which liquid crystal molecules are aligned perpendicular to the substrate surface (no optical retardation as viewed from the normal direction) is used as black display, so the quality of black display is good and high contrast is achieved. Is obtained. Further, in the vertical alignment type liquid crystal device having excellent front contrast, the viewing angle range in which a constant contrast can be obtained is wider than that of the TN liquid crystal in the horizontal alignment mode. Furthermore, if an alignment division (multi-domain) technique for dividing the alignment direction of the liquid crystal in the pixel is employed, a very wide viewing angle can be obtained.
[0003]
In the liquid crystal molecules in the vertical alignment mode, the alignment vector at the time of voltage application is restricted only by the angle with respect to the electric field direction, and the azimuth angle about the electric field direction is open. Therefore, depending on the situation such as unevenness on the substrate constituting the liquid crystal cell and the lateral electric field generated between adjacent pixels, the liquid crystal molecules may fall in any azimuth direction in the entire region within the pixel region when a voltage is applied. For example, as a result of surrounding liquid crystal molecules falling in different directions, a situation may occur in which liquid crystal molecules existing at the boundary do not fall in any direction. At this boundary portion, the transmittance of the liquid crystal is lower than the others, so that even if the display is originally white, the portion appears to be black. This kind of phenomenon is called disclination. The occurrence of disclination significantly reduces the display quality.
[0004]
Therefore, means for suppressing disclination in the vertical alignment mode are disclosed in
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-230097 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-122615
[Problems to be solved by the invention]
As described above, one application of the liquid crystal device is a light valve for a projection display device, and in recent years, a projection liquid crystal display device (liquid crystal projector) has been widely used. In particular, when considering application to a liquid crystal light valve, the pixel size is much smaller than that of a direct-view display. In direct-view displays as well, in recent years, the demand for higher definition has become stronger, and the pixel size tends to be smaller. However, the smaller the pixel size, the larger the area ratio of display defects due to the above-mentioned disclination with respect to the pixel, and the deterioration of the display quality becomes remarkable.
[0007]
Thus, the above two patent documents describe means for preventing disclination, but none of these means is suitable for purposes such as pixel miniaturization and display high definition. Has a point.
For example, in the case of
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a liquid crystal device capable of suppressing a reduction in display quality due to disclination without complicating the substrate structure or impairing the degree of freedom in design, It is another object of the present invention to provide a projection display device and an electronic apparatus using the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the liquid crystal device of the present invention, electrodes are provided on surfaces of a pair of substrates arranged opposite to each other, and a liquid crystal layer is sandwiched between the pair of substrates, and a plurality of substrates are provided. A liquid crystal device including a liquid crystal cell in which pixel regions are arranged in a matrix, wherein the liquid crystal layer is made of a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy in which an initial alignment state is vertical alignment, Disclination fixing means for fixing the position where the disclination occurs in the liquid crystal layer when an electric field is applied is provided, and the incident light is collected at a location other than the location where the disclination is generated by the disclination fixing means. A light means is provided.
[0010]
The present invention does not provide a means for preventing or suppressing disclination as in the above-mentioned patent document, and avoids the occurrence of disclination after intentionally generating disclination at a specific position. It is used for display, and as a result, it tries to eliminate display defects. However, the occurrence of disclination in the conventional liquid crystal device does not necessarily occur at a predetermined location of a predetermined pixel, and the generation location varies depending on the state of the substrate and the electric field application state of each pixel at that time. Therefore, in the present invention, the disclination fixing means for fixing the position where the disclination is generated in the liquid crystal layer when an electric field is applied is provided in each pixel region. That is, the occurrence location is not different as in the past, but disclination always occurs at a fixed location in the pixel. Therefore, by providing an appropriate condensing means, incident light can be condensed at a location other than the location where the disclination occurs, and a portion where the liquid crystal is normally oriented in the pixel region can be used for display. . As a result, it is possible to suppress deterioration in display quality due to disclination without complicating the substrate structure and reducing the degree of freedom in device design.
[0011]
Specifically, the disclination fixing means includes an opening provided in at least one electrode on the pair of substrates, a recess provided in at least one electrode on the pair of substrates, and at least of the pair of substrates. One of the convex portions projecting from one side toward the liquid crystal layer can be used.
For example, when an opening is provided in the electrode, an electric field is not applied to a region corresponding to the opening in the liquid crystal layer, so that the liquid crystal molecules in that region are not tilted even when an electric field is applied, resulting in disclination. When the electrode is provided with a recess, the electric field is distorted in the vicinity of the recess, and a regulating force that orients the liquid crystal molecules around the recess in different directions according to the distorted electric field acts. As a result, the liquid crystal molecules do not fall in the region corresponding to the recess. It becomes disclination. In addition, when a convex portion is provided on the substrate, a regulating force that orients liquid crystal molecules around the convex portion in a different direction due to the shape effect of the convex portion protruding into the liquid crystal layer works, and as a result, liquid crystal is produced in the region corresponding to the convex portion. The molecules do not fall and become disclinations.
[0012]
The condensing means may be constituted by a microlens array provided on the light incident side of the pair of substrates.
According to this configuration, by adjusting the positional relationship between each microlens and each pixel region constituting the microlens array, or by devising the shape of the microlens (for example, making it asymmetric with respect to the incident optical axis). The incident light can be condensed at a desired position avoiding the disclination occurrence place.
[0013]
Also, the disclination occurrence position by the disclination fixing means is set to be one end side in one pixel region, and the condensing position of incident light by the condensing means is set to be the other end side. It is desirable that
For example, when disclination is generated in the center of the pixel area, incident light must be condensed on the peripheral edge of the pixel area, and the condensing spot diameter is limited. When pixels become finer, it becomes difficult to cope with them. Therefore, if the location where the disclination occurs is brought to one side of the pixel area and the light is condensed on the opposite side, it becomes easy to handle even if the pixel is miniaturized, and the degree of freedom in designing the light condensing means is improved. .
[0014]
A projection display device according to the present invention includes the above-described liquid crystal device according to the present invention.
According to this configuration, by providing the liquid crystal device of the present invention, it is possible to provide a projection display device capable of high brightness, high contrast, and high definition display.
[0015]
An electronic apparatus according to the present invention includes the liquid crystal device according to the present invention.
According to this configuration, it is possible to provide an electronic apparatus having a high-brightness, high-contrast, high-definition liquid crystal display unit by including the liquid crystal device of the present invention.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
The liquid crystal device of this embodiment is an example of an active matrix liquid crystal device using a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) as a switching element.
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a plurality of dots arranged in a matrix constituting the image display area of the liquid crystal device of the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view showing the structure of a plurality of adjacent dots on the TFT array substrate. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal device. In each of the following drawings, the scale of each layer and each member is different in order to make each layer and each member recognizable on the drawing.
[0017]
In the liquid crystal device according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of pixels arranged in a matrix that forms an image display region are provided with a
[0018]
A predetermined level of image signals S1, S2,..., Sn written to the liquid crystal via the
[0019]
Next, the planar structure of the TFT array substrate constituting the liquid crystal device of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, on the TFT array substrate, a plurality of rectangular pixel electrodes 9 (contours are indicated by
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
More specifically, each of the
[0023]
Next, a cross-sectional structure of the liquid crystal device of the present embodiment will be described based on FIG. This embodiment is characterized by the configuration of the electrode and the microlens array, and the cross-sectional structure of the TFT, storage capacitor, other wiring, light shielding film, and the like is not different from the conventional one, and illustration and description thereof are omitted.
[0024]
As shown in FIG. 3, the
[0025]
In the case of an active matrix liquid crystal device, a solid common electrode is usually formed on the entire surface on the counter substrate side. In the present embodiment, the
[0026]
On the outer surface (surface opposite to the surface in contact with the liquid crystal layer) side of the
[0027]
In the liquid crystal device having the above configuration, the
[0028]
In particular, in the case of the present embodiment, the disclination occurrence point D is set to be one end side (left side in FIG. 3) in one pixel region G, and the condensing position of the incident light L is the other end side (see FIG. 3 (right side). As shown in FIG. 4A, when the disclination D is generated in the center of the pixel region G, the incident light L must be condensed on the periphery of the pixel region G. Therefore, it is difficult to collect light by the
[0029]
[Projection type liquid crystal device]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a so-called three-plate projection type liquid crystal display device (liquid crystal projector) using three liquid crystal devices of the above embodiment as light modulation means (light valves). In the figure,
[0030]
The
[0031]
On the other hand, of the color light reflected by the
[0032]
The three color lights modulated by the
[0033]
In the projection type liquid crystal display device having the above configuration, by using the liquid crystal device of the above embodiment, it is possible to realize a projection type liquid crystal display device excellent in display quality of high brightness, high contrast, and high definition.
[0034]
[Electronics]
Next, specific examples of the electronic apparatus including the liquid crystal device according to the above embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a mobile phone. In FIG. 5,
[0035]
Since the electronic device illustrated in FIG. 5 includes the liquid crystal display portion using the liquid crystal device of the above embodiment, an electronic device including a high-luminance, high contrast, high-definition liquid crystal display portion can be realized. it can.
[0036]
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, an example was given in which an opening was provided in the common electrode as a disclination fixing means, but other than that, a recess was formed in the substrate itself or an arbitrary film laminated thereon, and its shape was reflected. It is good also as a structure which forms a recessed part in an electrode by making it. When the electrode is provided with a recess, the electric field is distorted in the vicinity of the recess, and the regulating force that orients the liquid crystal molecules around the recess in different directions acts. As a result, the liquid crystal molecules do not fall in the region corresponding to the recess, and disclination is intended. Can be generated automatically. Or it is good also as a structure which forms the convex part which consists of resin materials etc. on a board | substrate. When a convex portion is provided on the substrate, a regulating force that orients liquid crystal molecules around the convex portion in different directions acts, and as a result, liquid crystal molecules do not fall in the region corresponding to the convex portion, and disclination is intentionally generated. be able to. Further, the position where the opening, the concave portion, and the convex portion are provided may be provided not only on the counter substrate side but also on the element substrate side, and may be provided on both substrates. You may use combining an opening part, a recessed part, and a convex part suitably.
[0037]
In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to an active matrix liquid crystal device using TFT as a switching element has been described. However, an active matrix liquid crystal device using a thin film diode (TFD) switching element, passive The present invention can also be applied to a matrix type liquid crystal display device or the like. In addition, specific descriptions regarding materials, shapes, and the like of various components can be appropriately changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a liquid crystal device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the structure of a plurality of pixels of the liquid crystal device.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal device.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between a disclination occurrence location and a light collection location.
FIG. 5 is a perspective view illustrating an example of an electronic apparatus according to the invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a projection display device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記液晶層は、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り、電界印加時に前記液晶層にディスクリネーションの発生する位置を固定するディスクリネーション固定手段が各画素領域内に設けられ、前記ディスクリネーション固定手段によるディスクリネーションの発生個所以外の個所に入射光を集光させる集光手段が設けられ、
前記集光手段が、前記一対の基板の光入射側に設けられた複数のマイクロレンズをマトリクス状に配置してなるマイクロレンズアレイで構成され、前記マイクロレンズのピッチが前記画素領域のピッチと同一であり、
前記ディスクリネーション固定手段によるディスクリネーションの発生個所が各々の前記画素領域において前記画素領域内の中心位置から一端側にずらされて配置される一方、前記マイクロレンズの各々の中心が前記中心位置から他端側にずらされて配置されていることを特徴とする液晶装置。A liquid crystal device comprising a liquid crystal cell in which electrodes are provided on opposite surfaces of a pair of substrates arranged opposite to each other, a liquid crystal layer is sandwiched between the pair of substrates, and a plurality of pixel regions are arranged in a matrix. Because
The liquid crystal layer is made of a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy in which the initial alignment state is vertical alignment, and a disclination fixing means for fixing a position where the disclination occurs in the liquid crystal layer when an electric field is applied A condensing means for condensing incident light at a place other than the place where the disclination is generated by the disclination fixing means is provided,
The condensing means is composed of a microlens array in which a plurality of microlenses provided on the light incident side of the pair of substrates are arranged in a matrix, and the pitch of the microlenses is the same as the pitch of the pixel regions And
The location where the disclination is generated by the disclination fixing means is arranged to be shifted from the center position in the pixel area to one end side in each pixel area, while the center of each of the microlenses is the center position A liquid crystal device, wherein the liquid crystal device is displaced from the other end side .
前記液晶層は、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り、電界印加時に前記液晶層にディスクリネーションの発生する位置を固定するディスクリネーション固定手段が各画素領域内に設けられ、前記ディスクリネーション固定手段によるディスクリネーションの発生個所以外の個所に入射光を集光させる集光手段が設けられ、The liquid crystal layer is made of a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy in which the initial alignment state is vertical alignment, and a disclination fixing means for fixing a position where the disclination occurs in the liquid crystal layer when an electric field is applied A condensing means for condensing incident light at a place other than the place where the disclination is generated by the disclination fixing means is provided,
前記集光手段が、前記一対の基板の光入射側に設けられた複数のマイクロレンズをマトリクス状に配置してなるマイクロレンズアレイで構成され、前記マイクロレンズのピッチが前記画素領域のピッチと同一であり、The condensing means is composed of a microlens array in which a plurality of microlenses provided on the light incident side of the pair of substrates are arranged in a matrix, and the pitch of the microlenses is the same as the pitch of the pixel regions And
前記ディスクリネーション固定手段が、前記共通電極に設けられた開口部又は凹部であるとともに、前記画素電極の辺端よりも内側かつ前記画素領域の中心位置からずれた位置に設けられており、The disclination fixing means is an opening or a recess provided in the common electrode, and is provided at a position inside the side edge of the pixel electrode and shifted from the center position of the pixel region,
各々の前記マイクロレンズの中心が、前記画素領域内において中心位置から前記ディスクリネーション固定手段とは異なる方向にずらされた位置に配置されていることを特徴とする液晶装置。The center of each said microlens is arrange | positioned in the position shifted in the direction different from the said disclination fixing means from the center position in the said pixel area.
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