JP2019148684A - 液晶装置、電子機器、および液晶装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学補償層を内蔵させた構成において、液晶分子のプレチルト角がばらつきに起因する表示品位の低下を抑制することのできる液晶装置、電子機器、および液晶装置の駆動方法を提供すること。【解決手段】液晶装置１００において、第２基板２０には、第１基板１０側に向いた面が傾斜面２５ａである光学補償層２５が設けられている。液晶層８０において、電圧の無印加時、負の誘電率異方性を備えた液晶分子８５の長軸方向８５ａを第１基板１０に対する法線方向Ｐから斜めに傾かせるプレチルトが付されており、プレチルト角θｐは、長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに対して９０°の角度を成すときの角度より小さく設定されている。液晶装置１００において、最低階調レベルに対応する最低駆動電圧は、０Ｖよりも高く、相対透過率が１０％となる閾値電圧より低い。【選択図】図７

Description

本発明は、光学補償素子を内蔵する液晶装置、電子機器、および液晶装置の駆動方法に関するものである。

液晶表示装置は、第１電極および第１配向膜が一方面側に設けられた第１基板と、第２電極および第２配向膜が設けられた第２基板との間に液晶層が設けられている。近年、高速駆動や高コントラストを実現するため、液晶層に負の誘電率異方性を備えた液晶材料（ＶＡ（Vertical Alignment）型の液晶材料が主に用いられている。かかる液晶装置では、第１配向膜および第２配向膜によって、液晶分子の長軸方向を第１基板および第２基板の法線方向に対して斜めに傾いたプレチルトを液晶分子に付すのが一般的である。

一方、ＶＡ型の液晶装置では、プレチルト角や、液晶材料が有する誘電率異方性、屈折率異方性によって液晶層を透過した光が楕円偏光となり、光漏れが発生してしまう。その結果、コントラストが低下してしまう。そこで、液晶パネルとは別に光学補償板を設置することにより、リタデーションを相殺する技術が採用されているが、光学補償板を設置する際、液晶装置を駆動しながら透過率を観察して光学補償板の角度を調整する必要があるため、調整に多大な手間がかかる。

そこで、第１基板および第２基板の一方に傾斜面を備えた光学補償層をネガティブＣプレートとして設けることにより、光学補償素子を液晶装置に内蔵させる技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−１７４６４９号公報

特許文献１に記載の構成では、図１２に、最適状態（ａ）を示すように、液晶層８０において、プレチルトが付された液晶分子８５の長軸方向８５ａが光学補償層２５の傾斜面２５ａに対して成す角度θａが９０°となるように構成される。

しかしながら、液晶装置を製造する際、液晶分子８５の長軸方向８５ａが第１基板１０に対する法線方向Ｐと成す角度（プレチルト角θｐ）がばらついて、液晶分子８５の長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに対して成す角度θａが９０°からずれることがある。例えば、図１２に、θａ＞９０°のばらつき状態（ｂ）を示すように、プレチルト角θｐが液晶分子８５の長軸方向８５ａが傾斜面に対して９０°の角度を成すときの角度より大きくなることがあり、この場合、リタデーションが増大してしまい、表示品位が低下するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光学補償層を内蔵させた構成において、液晶分子のプレチルト角がばらつきに起因する表示品位の低下を抑制することのできる液晶装置、電子機器、および液晶装置の駆動方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶装置の一態様は、第１電極および前記第１電極を覆う第１配向膜が一方面側に設けられた第１基板と、前記第１基板側に向いた面が傾斜面である光学補償層、前記光学補償層に対して前記第１基板側に設けられた第２電極、および前記第２電極を覆う第２配向膜が一方面側に設けられた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、負の誘電率異方性を備えた液晶分子を含む液晶層と、を有し、前記液晶層では、前記第１電極および前記第２電極に対する電圧の無印加時、前記液晶分子の長軸方向を前記第１基板に対する法線方向から斜めに傾かせるプレチルトが前記液晶分子に付されており、前記長軸方向が前記法線方向に対して成すプレチルト角は、前記長軸方向が前記傾斜面に対して９０°の角度を成すときの角度より小さく設定されていることを特徴とする。

本発明において、液晶層では、液晶分子にプレチルトが付されている一方、第２基板には、第１基板の第１電極側に向いた面が傾斜面である光学補償層が設けられており、光学補償層は、液晶分子の長軸方向が傾斜面に９０°の角度を成した状態で楕円偏光成分を補償する。従って、別体の光学補償板を設置する場合と違って、多大な手間をかけて、光学補償板の角度を調整する必要がない。ここで、本発明では、液晶分子のプレチルト角は、液晶分子の長軸方向が傾斜面に対して９０°の角度を成すときの角度より小さく設定されているため、第１電極および第２電極に対する電圧の無印加時では、光学補償層によって楕円偏光成分を補償することが十分にできない。この場合でも、液晶分子が負の誘電率異方性を備えているため、第１電極と第２電極とに電圧を印加すれば、液晶分子の長軸方向を傾斜面に対して９０°の角度を成す方向に向かせることができ、楕円偏光成分を補償することができる。それ故、光学補償層を内蔵させた構成において、液晶分子のプレチルト角がばらついて、リタデーションが増大することに起因する表示品位の低下を抑制することができる。

本発明に係る液晶装置および液晶装置の駆動方法において、前記液晶層は、ノーマリーブラックモードであり、最低階調レベルに対応する前記第１電極と前記第２電極との電圧差である最低駆動電圧は、０Ｖよりも高く、前記第１電極と前記第２電極との電圧差と相対透過率との関係を示す相対透過率−電圧特性において前記相対透過率が１０％となる閾値電圧より低い態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１電極と第２電極とに０Ｖより高い駆動電圧を印加して、液晶分子の長軸方向を傾斜面に対して９０°の角度を成す方向に向かせ、楕円偏光成分を補償した状態を最低階調レベルとすることができる。

本発明において、前記第１電極と前記第２電極との電圧差を０Ｖとしたときの前記相対透過率が、前記第１電極と前記第２電極との電圧差を前記最低駆動電圧としたときの前記相対透過率より高い態様を採用することができる。

本発明において、前記第１配向膜および第２配向膜は、前記第１基板の法線方向に対して斜めに傾いた柱状体を備えた柱状構造体からなる態様を採用することができる。

本発明に係る液晶装置は、携帯電話機やモバイルコンピューター、投射型表示装置等の電子機器に用いることができる。これらの電子機器のうち、投射型表示装置は、液晶装置に光を供給するための光源と、液晶装置によって光変調された光を投射する投射光学系とを備えている。

本発明を適用した液晶装置の液晶パネルの平面図。 図１に示す液晶パネル等の断面図。 図１に示す液晶装置の電気的構成を示す説明図。 図３に示す画素の電気的構成を示す説明図。 図１に示す液晶装置の液晶層に用いた液晶分子等の説明図。 図１に示す液晶装置の第１配向膜および第２配向膜の形成方法等の説明図。 図１に示す液晶装置の光学補償層等の説明図。 図７に示す光学補償層の形状を示す説明図。 図１に示す液晶装置における階調電圧等の説明図。 本発明の別の実施形態に係る液晶装置の説明図。 本発明を適用した液晶装置を用いた投射型表示装置（電子機器）の概略構成図。 光学補償層の説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、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しめてある。

［液晶装置の構成］
（全体構成）
図１は、本発明を適用した液晶装置１００の液晶パネル１００ｐの平面図である。図２は、図１に示す液晶パネル１００ｐ等の断面図である。図１および図２に示すように、液晶装置１００では、第１基板１０と第２基板２０とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされた液晶パネル１００ｐを有している。液晶パネル１００ｐにおいて、シール材１０７は第２基板２０の外縁に沿うように枠状に設けられており、第１基板１０と第２基板２０との間でシール材１０７によって囲まれた領域に液晶層８０が配置されている。シール材１０７は、光硬化性を備えた接着剤、あるいは光硬化性および熱硬化性を備えた接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。第１基板１０および第２基板２０はいずれも四角形であり、液晶装置１００の略中央には、後述する複数の画素が配列された表示領域１０ａが四角形の領域として設けられており、表示領域１０ａは、周辺領域１０ｃによって囲まれている。本実施形態では、周辺領域１０ｃのうち、表示領域１０ａと隣り合う領域には、第１電極９ａと同時形成されたダミー画素電極９ｂが形成されている。

第１基板１０は、石英基板やガラス基板等の透光性の基板からなる。第１基板１０の第２基板２０側の一方面１０ｓ側において、周辺領域１０ｃには、第１基板１０の一辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成され、この一辺に隣接する他の２つ辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。端子１０２には、フレキシブル配線基板（図示せず）が接続されており、第１基板１０には、フレキシブル配線基板を介して各種電位や各種信号が入力される。

第１基板１０の一方面１０ｓにおいて、表示領域１０ａには、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等からなる透光性の第１電極９ａと、第１電極９ａを覆う第１配向膜１６とが設けられている。本実施形態において、第１電極９ａは、各画素毎に設けられた複数の画素電極として構成されている。

第２基板２０は、石英基板やガラス基板等の透光性の基板からなる。第２基板２０において第１基板１０と対向する一方面２０ｓ側には、ＩＴＯ膜等からなる透光性の第２電極２１が形成されており、第２電極２１に対して第１基板１０側には第２配向膜２６が形成されている。第２電極２１は、第２基板２０の略全面に形成された共通電極であり、第２配向膜２６によって覆われている。第２基板２０の一方面２０ｓ側には、第２電極２１に対して第１基板１０とは反対側に、樹脂、金属または金属化合物からなる遮光性の遮光層２７が形成され、遮光層２７と第２電極２１との間に透光性の保護層２８が形成されている。遮光層２７は、表示領域１０ａの外周縁に沿って延在する見切りとして形成されており、遮光層２７の内縁によって、表示領域１０ａが規定されている。遮光層２７は、隣り合う第１電極９ａにより挟まれた領域と平面視で重なる領域にブラックマトリックスとしても形成されることもある。

第１配向膜１６および第２配向膜２６は、ポリイミド等からなる有機配向膜、あるいはＳｉＯ_ｘ（ｘ＜２）等からなる無機配向膜であり、液晶層８０に用いた負の誘電率異方性を備えた液晶分子を略垂直配向させている。このようにして、液晶装置１００は、ＶＡモードの液晶装置として構成されている。

第２基板２０は、複数の第１電極９ａの各々に対して平面視で１対１の関係をもって重なる複数のレンズ２３５が形成されたレンズアレイ基板５０として構成されており、レンズ２３５は、第１基板１０の各画素の開口領域に光を有効に導く役割を果たしている。レンズ２３５を構成するにあたって、第２基板２０の基板本体２９の一方面２９ｓ（第２基板２０の一方面２０ｓ）には、複数の第１電極９ａの各々と一対一で重なる位置に凹曲面２９０が形成されており、基板本体２９には、凹曲面２９０を覆うレンズ層２３が形成されている。レンズ層２３の基板本体２９と反対側の面２３０は平面になっており、面２３０と保護層２８との間に、後述する下地層２２、光学補償層２５、および透光層２４等が形成されている。レンズ層２３は、基板本体２９より屈折率が大きい。例えば、基板本体２９はガラス基板や石英基板（屈折率＝１．４８）からなり、レンズ層２３はシリコン酸窒化膜（屈折＝１．５８〜１．６８）等からなる。このため、レンズ２３５は、正のパワーを有している。

第１基板１０の周辺領域１０ｃには、第２基板２０の角部分と重なる領域に基板間導通用電極１０９が形成されている。基板間導通用電極１０９には、導電粒子を含んだ基板間導通材１０９ａが配置されており、第２基板２０の第２電極２１は、基板間導通材１０９ａおよび基板間導通用電極１０９を介して、第１基板１０側に電気的に接続されている。このため、第２電極２１は、第１基板１０の側から共通電位が印加されている。

本実施形態の液晶装置１００において、第１電極９ａおよび第２電極２１がＩＴＯ膜（透光性導電膜）により形成されており、液晶装置１００は、透過型液晶装置として構成されている。かかる液晶装置１００は、図２に矢印Ｌで示すように、第２基板２０から入射した光が第１基板１０を透過して出射される間に液晶層８０によって画素毎に変調されることにより、画像を表示する。かかる液晶装置１００を投射型表示装置等の電子機器に用いる際、第２基板２０側には第１偏光素子４１が配置され、第１基板１０側には第２偏光素子４２が配置される。第１偏光素子４１と第２偏光素子４２とは、互いの偏光軸が直交するようにクロスニコルに配置される。

（液晶装置１００等の電気的構成）
図３は、図１に示す液晶装置１００の電気的構成を示す説明図である。図４は、図３に示す画素の電気的構成を示す説明図である。

図３に示すように、本実施形態の液晶装置１００は、制御回路１１０と、液晶パネル１００ｐとを有しており、本実施形態において、走査線駆動回路１０４、およびデータ線駆動回路１０１は、液晶パネル１００ｐに一体に構成されている。制御回路１１０には、画像信号Ｖid-inが上位装置から同期信号Ｓyncに同期して供給される。画像信号Ｖid-inは、液晶パネル１００ｐにおける各画素の階調レベルをそれぞれ指定するデジタルデータであり、同期信号Ｓyncに含まれる垂直走査信号、水平走査信号およびドットクロック信号に従った走査の順番で供給される。画像信号Ｖid-inは階調レベルを指定するが、階調レベルに応じて、図２に示す第１電極９ａと第２電極２１との間に印加される印加電圧が定まるので、画像信号Ｖid-inは、印加電圧を指定するものといえる。制御回路１１０は、走査制御回路１２０と画像処理回路１３０とにより構成され、走査制御回路１２０は、各種の制御信号を生成して、同期信号Ｓyncに同期して各部を制御する。画像処理回路１３０は、第１電極９ａと第２電極２１との間に印加される印加電圧が、画像信号Ｖid-inが指定する階調レベルに対応する電圧になるように、デジタルの画像信号Ｖid-inを処理して、デジタルの画像信号Ｖid-inが指定する階調レベルに対応するアナログのデータ信号Ｖxを出力する。

液晶パネル１００ｐにおいて、第１基板１０のうち、第２基板２０との対向面には、複数ｍ行の走査線１１２がＸ方向（横）に沿って延在している一方、複数ｎ列のデータ線１１４が、Ｙ（縦）方向に沿って延在している。走査線１１２とデータ線１１４とは、電気的に絶縁を保つように設けられている。本実施形態では、走査線１１２を区別するために、図において上から順に１、２、３、…、（ｍ−１）、ｍ行目という呼び方をする場合がある。同様に、データ線１１４を区別するために、図において左から順に１、２、３、…、（ｎ−１）、ｎ列目という呼び方をする場合がある。

第１基板１０では、走査線１１２とデータ線１１４との交差のそれぞれに対応して、ｎチャネル型のＴＦＴ１１６（画素スイッチング素子）と第１電極９ａとの組が設けられている。ＴＦＴ１１６のゲート電極は走査線１１２に接続され、ソース電極はデータ線１１４に接続され、ドレイン電極が第１電極９ａに接続されている。第２基板２０の第２電極２１には、共通電位線１０８を介して共通電位ＬＣcomが印加される。

図４に示すように、走査線１１２とデータ線１１４との交差に対応して複数の画素１１が構成され、複数の画素の各々には、第１電極９ａと第２電極２１との間に液晶層８０が配置された液晶素子１２が設けられている。図３では、図示を省略したが、液晶パネル１００ｐには、液晶素子１２に対して並列に保持容量１２５が設けられる。保持容量１２５は、一端が第１電極９ａに接続され、他端が容量線１１５に共通接続されている。容量線１１５は、共通電位線１０８に接続されており、共通電位ＬＣcomが印加されている。

走査線１１２が制御信号Ｙctrに基づいてＨレベルになると、かかる走査線１１２にゲート電極が接続されたＴＦＴ１１６がオンとなり、第１電極９ａがデータ線１１４に接続される。このため、走査線１１２がＨレベルであるときに、データ線駆動回路１０１が、画像処理回路１３０から供給されるデータ信号Ｖxを走制御信号Ｘctrに基づいてデータ線１１４を供給すると、データ信号は、オンしたＴＦＴ１１６を介して第１電極９ａに印加される。走査線１１２がＬレベルになると、ＴＦＴ１１６はオフするが、第１電極９ａに印加された電圧は、液晶素子１２の容量性、および補助容量１２５によって保持される。

液晶素子１２では、第１電極９ａおよび第２電極２１によって生じる電界に応じて液晶分子８５の分子配向状態が変化する。このため、液晶素子１２は、透過型であれば、印加・保持電圧に応じた透過率となる。その際、液晶パネル１００ｐでは、液晶素子１２毎に透過率が変化するので、液晶素子１２が画素１１に相当する。そして、画素１１の配列領域が表示領域１０ａとなる。本実施形態において、液晶装置１００では、液晶素子１２が電圧無印加時において黒状態となるノーマリーブラックモードが採用されている。

（液晶層８０等の構成）
図５は、図１に示す液晶装置１００の液晶層８０に用いた液晶分子８５等の説明図である。図６は、図１に示す液晶装置１００の第１配向膜１６および第２配向膜２６の形成方法等の説明図である。

本実施形態において、図２に示す第１配向膜１６および第２配向膜２６は、ＳｉＯ_ｘ（ｘ＜２）、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の斜方蒸着膜（無機配向膜）である。従って、図５に示すように、第１配向膜１６および第２配向膜２６は、カラムと称せられる柱状体１６ａ、２６ａが第１基板１０および第２基板２０に対して斜めに形成された柱状構造体からなる。それ故、第１配向膜１６および第２配向膜２６は、液晶層８０に用いた負の誘電率異方性を備えた液晶分子８５を第１基板１０および第２基板２０に対して斜め傾斜配向させ、液晶分子８５にプレチルトを付している。第１電極９ａと第２電極２１との間に電圧を印加しない状態で、第１基板１０および第２基板２０に対する法線方向Ｐと液晶分子８５の長軸方向（配向方向）とがなす角度がプレチルト角θｐである。プレチルト角θｐは、例えば３°〜５°程度である。本実施形態においては、液晶分子８５が柱状体１６ａ、２６ａの傾きと同一方向の傾いた正チルトが付されている。

液晶分子８５のプレチルトの方位Ｄｐは、液晶分子８５の長軸方向８５ａの第１基板１０側の端部８５１に対して第２基板２０側の端部８５２が位置する方位である。かかる液晶装置１００では、第１電極９ａと第２電極２１との間に駆動電圧を印加すると、液晶分子８５がプレチルトの方位Ｄｐに倒れる。

液晶装置１００は、クロスニコルに配置された一対の偏光素子の間において、一対の偏光素子の透過軸または吸収軸に対して、プレチルトの方位Ｄｐが４５°の角度を成すように液晶装置１００が配置される。

本実施形態では、例えば、図１に示すように、第１配向膜１６を形成する際の蒸着方向の方位Ｄ１０は、例えば、時計の７時３０分から１時３０分に向かう方位であり、その際に、柱状体１６ａが成長する方向は、時計の１時３０分から７時３０分に向かう方位である。第２配向膜２６を形成する際の蒸着方向の方位Ｄ２０は、時計の１時３０分から７時３０分に向かう方位であり、その際に、柱状体２６ａが成長する方向は、時計の７時３０分から１時３０分に向かう方位である。従って、液晶分子８５のプレチルトの方位Ｄｐは、時計の１時３０分から７時３０分に向かう方位であり、プレチルトの方位Ｄｐは、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙの各々に４５°の角度で交差している。

図６に示すように、第１配向膜１６を形成するには、方位Ｄ１０から蒸着を行う。その際、第１基板１０に対する法線方向Ｐに対して角度θｄを成す斜め方向から蒸着を行う。その結果、第１配向膜１６では、第１基板１０に対する法線方向Ｐに対して角度θｃを成す方向に柱状体１６ａが形成される。その際、柱状体１６ａの角度θｃは、蒸着の角度θｄと同一とは限らないが、柱状体１６ａの角度θｃは、蒸着の角度θｄによって制御される。

また、液晶分子８５は、第１配向膜１６の配向規制力によってプレチルトが付される。その際、プレチルト角θｐは、柱状体１６ａの角度θｃと同一とは限らないが、プレチルト角θｐは、柱状体１６ａの角度θｃによって制御される。従って、プレチルト角θｐは、蒸着の角度θｄによって制御される。

なお、第２配向膜２６は、第１配向膜１６と同一の構成であるため、対応する符号を図６に括弧内に示し、それらの説明を省略する。

（光学補償層２５の構成）
図７は、図１に示す液晶装置１００の光学補償層２５等の説明図である。図８は、図７に示す光学補償層２５の形状を示す説明図である。図７に示すように、本実施形態の液晶装置１００の第２基板２０には、レンズ層２３と保護層２８との間に、透光性の下地層２２、透光性の光学補償層２５、および透光層２４が順に形成されている。

下地層２２の第１基板１０側の面には複数の傾斜面２２ａが形成されており、下地層２２の第１基板１０側の面には光学補償層２５が形成されている。光学補償層２５は、略一定の膜厚で形成されていることから、光学補償層２５の第１基板１０側の面には、下地層２２の複数の傾斜面２２ａの形状が反映された複数の傾斜面２５ａが形成されている。透光層２４は、光学補償層２５の第１基板１０側の面に積層されており、透光層２４の第１基板１０側の面は平面になっている。

かかる構造は、例えば、以下の方法によって実現することができる。まず、下地層２２を成膜した後、グレイスケールマスク等によりエッチングマスクを形成した状態で、エッチングを行い、傾斜面２２ａを形成する。その際、さらに、エッチング等を利用して、傾斜面２２ａの形状を整えることもある。次に、光学補償層２５をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法によって形成した後、透光層２４を形成する。次に、透光層２４の表面を平坦化する。

下地層２２および透光層２４はシリコン酸化膜からなる。光学補償層２５は、シリコン酸化膜等の低屈折率層と、タンタル酸化膜、ニオブ酸化膜、チタン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等の高屈折率層とを交互に積層した多層膜からなる。

本実施形態では、液晶分子８５のプレチルト角θｐは、長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに対して９０°の角度を成すときの角度より小さく設定されており、第１電極９ａおよび第２電極２１に電圧を印加しない状態で、液晶分子８５の長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに対して成す角度θａは９０°未満である。すなわち、液晶分子８５のプレチルト角θｐが角度αであるとき、液晶分子８５の長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに対して９０°の角度を成すとした場合、本実施形態の液晶装置１００において、プレチルト角θｐは、以下の範囲にある。かかる構成は、図６を参照して説明した蒸着の角度θｄを調整することによって実現される。
０°＜θｐ＜α

このように構成した液晶装置１００において、液晶層８０では、液晶分子８５にプレチルトが付されている一方、第２基板２０には、第１基板１０の側に向いた面が傾斜面２５ａである光学補償層２５が設けられており、光学補償層２５は、液晶分子８５の長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに９０°の角度を成した状態で楕円偏光成分を補償する。従って、別体の光学補償板を設置する場合と違って、投射型表示装置等の電子機器の組み立て途中に多大な手間をかけて、光学補償板の角度を調整する必要がないという利点がある。

但し、本実施形態では、製造時、液晶分子８５のプレチルト角θｐは、液晶分子８５の長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに対して９０°の角度を成すときの角度より小さく設定されているため、第１電極９ａおよび第２電極２１に対する電圧の無印加時では、光学補償層２５によって楕円偏光成分を補償することが十分にできない。その場合でも、液晶分子８５が負の誘電率異方性を備えているため、第１電極９ａと第２電極２１とに電圧を印加すれば、液晶分子８５の長軸方向８５ａを傾斜面２５ａに対して９０°の角度を成す方向に向かせることができ、楕円偏光成分を補償することができる。それ故、光学補償層２５を内蔵させた構成において、液晶分子８５のプレチルト角θｐがばらついて、リタデーションが増大することに起因する表示品位の低下を抑制することができる。

（液晶装置１００の駆動方法）
図９は、図１に示す液晶装置１００における階調電圧等の説明図である。図９は、液晶層８０への印加電圧（第１電極９ａと第２電極２１との電圧差）と、液晶パネル１００ｐから出射される光の相対透過率との関係（Ｖ−Ｔ特性：相対透過率−電圧特性）を示してある。本実施形態では、図９に示すＶ―Ｔ特性において、最高駆動電圧Ｖｗｔは、最も明るい白を表示する階調レベル（最高階調レベル）に対応する印加電圧である。最低駆動電圧Ｖｂｋは、最も暗い黒を表示する階調レベル（最低階調レベル）に対応する印加電圧である。従って、本実施形態の液晶装置１００では、最低駆動電圧Ｖｂｋと最高駆動電圧Ｖｗｔとその間の印加電圧が、図３に示す画像処理回路１３０から各画素に印加され、各画素からは階調に対応する強度の光が出射される。

本実施形態では、最低階調レベルに対応する第１電極９ａと第２電極２１との電圧差（印加電圧）である最低駆動電圧Ｖｂｋを０Ｖよりも高く、相対透過率が１０％となる第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低くしてある。従って、相対透過率が１０％になる電圧を第１閾値電圧Ｖｔｈ１とし、相対透過率が９０％になる電圧を第２閾値電圧Ｖｔｈ２としたとき、最低駆動電圧Ｖｂｋと第１閾値電圧Ｖｔｈ１との電圧差は、最高駆動電圧Ｖｗｔと第２閾値電圧Ｖｔｈ２との電圧差より小さい。

本実施形態では、印加電圧が０Ｖから最低駆動電圧Ｖｂｋ未満の電圧範囲は、通常の表示では、使われない印加電圧となっており、印加電圧を０Ｖから、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３・・と高めていくと、Ｖ−Ｔ特性は、相対透過率が、一旦、徐々に減少して、最低駆動電圧Ｖｂｋで最低値となり、その後、増大していくカーブを描く。また、電圧Ｖ４の周辺で、相対透過率の上昇率が急激に減少する領域が出現する。電圧Ｖ４は、相対透過率の上昇が飽和し始める電圧である。

図９に示すＶ―Ｔ特性において、印加電圧が０Ｖのときの相対透過率が、印加電圧が最低駆動電圧Ｖｂｋのときの相対透過率より高くなっているのは、液晶分子８５のプレチルト角θｐを、液晶分子８５の長軸方向８５ａが傾斜面２５ａに対して９０°の角度を成すときの角度より小さく設定したためである。

このように、本実施形態の液晶装置１００および駆動方法において、第１電極９ａと第２電極２１との電圧差が０Ｖのときには、光学補償層２５によって楕円偏光成分を補償することが十分にできないが、第１電極９ａと第２電極２１との電圧差を最低駆動電圧Ｖｂｋとすれば、液晶分子８５の長軸方向８５ａを傾斜面２５ａに対して９０°の角度を成す方向に向かせることができ、楕円偏光成分を補償することができる。従って、最低駆動電圧Ｖｂｋを印加したときの光漏れを防止することができるので、高いコントラストを得ることができる。

また、最低駆動電圧Ｖｂｋを０Ｖに固定した場合と違って、液晶装置１００を製造した後、液晶装置１００の光学特性を検査しながら最低駆動電圧Ｖｂｋ等を設定することができる。従って、光学補償層２５に起因する画像の歪みや、光源光の角度分布等を考慮し、最適な最低駆動電圧Ｖｂｋ等の設定を行うことができる。

また、最低駆動電圧Ｖｂｋを印加したときには、液晶分子８５には縦電界が加わるため、隣りの第１電極９ａからの横電界の影響を受けにくい。従って、最低駆動電圧Ｖｂｋを印加した第１電極９ａと隣り合う位置に第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い駆動電圧が印加された第１電極９ａが存在しても、リバースチルトドメインが発生させるという事態が発生しにくい。また、ディスクリネーションの発生を抑制することができるため、最高駆動電圧Ｖｗｔを高く設定することができ、透過率が向上する。さらに、プレチルト角θｐを小さい角度に設定したため、白表示から黒表示へ応答性が向上するという利点がある。

［別の実施形態］
図１０は、本発明の別の実施形態に係る液晶装置１００の説明図である。上記実施形態では、１つの第１電極９ａに対して１つの傾斜面２５ａが設けられていたが、第１電極９ａの配置やプレチルトの方位Ｄｐ等によっては、複数の第１電極９ａに対して１つの傾斜面２５ａが設けられている態様を採用してもよい。

例えば、図１０に示す液晶装置１００は、第２基板２０に赤色、緑色および青色のカラーフィルター２７０（Ｒ）、２７０（Ｇ）、２７０（Ｂ）が設けられた直視型の表示装置であり、１つの傾斜面２５ａに対して、赤色画素の第１電極９ａ（Ｒ）、緑色画素の第１電極９ａ（Ｇ）、および青色画素の第１電極９ａ（Ｂ）が設けられている。かかる液晶装置１００に対して本発明を適用してもよい。

［他の実施形態］
上記実施形態では、光学補償層２５が構成された第２基板２０において、第２電極２１が共通電極として構成され、第１基板１０の第１電極９ａが第１電極９ａであったが、光学補償層２５が構成された第２基板２０に画素電極が第２電極として設けられ、第１基板１０に第２電極２１が第１電極として構成されている場合に本発明を適用してもよい。上記実施形態では、液晶装置１００が透過型であったが、液晶装置１００が反射型である場合に本発明を適用してもよい。

［電子機器への搭載例］
図１１は、本発明を適用した液晶装置１００を用いた投射型表示装置（電子機器）の概略構成図である。なお、以下の説明では、互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶装置１００（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）が用いられているが、いずれの液晶装置１００（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）にも、本発明を適用した液晶装置１００が用いられている。

図１１に示す投射型表示装置２１０は、前方に設けられたスクリーン２１１に画像を投射する前方投影型のプロジェクターである。投射型表示装置２１０は、光源２１２と、ダイクロイックミラー２１３、２１４と、液晶装置１００（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）と、投射光学系２１８と、クロスダイクロイックプリズム２１９と、リレー系２２０とを備えている。液晶装置１００（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）は各々、第１偏光素子４１、液晶パネル１００ｐ、および第２偏光素子４２を有している。

光源２１２は、例えば、赤色光、緑色光および青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー２１３は、光源２１２からの赤色光ＬＲを透過させるとともに緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー２１４は、ダイクロイックミラー２１３で反射された緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢのうち青色光ＬＢを透過させるとともに緑色光ＬＧを反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー２１３、２１４は、光源２１２から射出された光を赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する色分離光学系を構成する。ダイクロイックミラー２１３と光源２１２との間には、インテグレーター２２１および偏光変換素子２２２が光源２１２から順に配置されている。インテグレーター２２１は、光源２１２から照射された光の照度分布を均一化する。偏光変換素子２２２は、光源２１２からの光を例えばｓ偏光のような特定の振動方向を有する偏光に変換する。

液晶装置１００（Ｒ）は、ダイクロイックミラー２１３を透過して反射ミラー２２３で反射した赤色光ＬＲを画像信号に応じて変調する。液晶装置１００（Ｒ）に入射した赤色光ＬＲは第１偏光素子４１を透過して例えばｓ偏光に変換される。液晶パネル１００ｐは、入射したｓ偏光を画像信号に応じた変調によってｐ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する。さらに、第２偏光素子４２は、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる。従って、液晶装置１００（Ｒ）は、画像信号に応じて赤色光ＬＲを変調し、変調した赤色光ＬＲをクロスダイクロイックプリズム２１９に向けて射出する。

液晶装置１００（Ｇ）は、ダイクロイックミラー２１３で反射した後にダイクロイックミラー２１４で反射した緑色光ＬＧを、画像信号に応じて緑色光ＬＧを変調し、変調した緑色光ＬＧをクロスダイクロイックプリズム２１９に向けて射出する。
液晶装置１００（Ｂ）は、ダイクロイックミラー２１３で反射し、ダイクロイックミラー２１４を透過した後でリレー系２２０を経た青色光ＬＢを画像信号に応じて変調し、変調した青色光ＬＢをクロスダイクロイックプリズム２１９に向けて射出する。

リレー系２２０は、リレーレンズ２２４ａ、２２４ｂと反射ミラー２２５ａ、２２５ｂとを備えている。リレーレンズ２２４ａ、２２４ｂは、青色光ＬＢの光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。リレーレンズ２２４ａは、ダイクロイックミラー２１４と反射ミラー２２５ａとの間に配置されている。

リレーレンズ２２４ｂは、反射ミラー２２５ａ、２２５ｂの間に配置されている。反射ミラー２２５ａは、ダイクロイックミラー２１４を透過してリレーレンズ２２４ａから出射した青色光ＬＢをリレーレンズ２２４ｂに向けて反射するように配置されている。反射ミラー２２５ｂは、リレーレンズ２２４ｂから出射した青色光ＬＢを液晶装置１００（Ｂ）に向けて反射するように配置されている。

クロスダイクロイックプリズム２１９は、２つのダイクロイック膜２１９ａ、２１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜２１９ａは青色光ＬＢを反射して緑色光ＬＧを透過する。ダイクロイック膜２１９ｂは赤色光ＬＲを反射して緑色光ＬＧを透過する。

従って、クロスダイクロイックプリズム２１９は、液晶装置１００（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）の各々で変調された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを合成し、投射光学系２１８に向けて射出するように構成されている。投射光学系２１８は、投影レンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム２１９で合成された光をスクリーン２１１に投射するように構成されている。

なお、赤色用および青色用の液晶装置１００（Ｒ）、（Ｂ）にλ／２位相差補償素子を設け、これらの液晶装置１００（Ｒ）、（Ｂ）からクロスダイクロイックプリズム２１９に入射する光をｓ偏光とし、液晶装置１００（Ｇ）にはλ／２位相差補償素子を設けない構成として液晶装置１００（Ｇ）からクロスダイクロイックプリズム２１９に入射する光をｐ偏光とする構成も採用できる。

クロスダイクロイックプリズム２１９に入射する光を異なる種類の偏光とすることで、ダイクロイック膜２１９ａ、２１９ｂの反射特性を考慮して最適化された色合成光学系を構成できる。一般に、ダイクロイック膜２１９ａ、２１９ｂはｓ偏光の反射特性に優れているので、上述したようにダイクロイック膜２１９ａ、２１９ｂで反射される赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢをｓ偏光とし、ダイクロイック膜２１９ａ、２１９ｂを透過する緑色光ＬＧをｐ偏光とするとよい。

［他の投射型表示装置］
投射型表示装置において、光源部として、各色の光を出射するＬＥＤ光源、レーザー光源等を用い、かかる光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。

本発明を適用した液晶装置については、上記の電子機器の他にも、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等、各種電子機器に用いてもよい。

９ａ…第１電極、１０…第１基板、１０ａ…表示領域、１１…画素、１２…液晶素子、１６…第１配向膜、１６ａ，２６ａ…柱状体、２０…第２基板、２１…第２電極、２２…下地層、２２ａ，２５ａ…傾斜面、２３…レンズ層、２４…透光層、２５…光学補償層、２６…第２配向膜、４１…第１偏光素子、４２…第２偏光素子、５０…レンズアレイ基板、８０…液晶層、８５…液晶分子、８５ａ…長軸方向、１００…液晶装置、１００ｐ…液晶パネル、１３０…画像処理回路、２１０…投射型表示装置、２１２…光源、２１８…投射光学系、２１９…クロスダイクロイックプリズム、Ｖｔｈ１…第１閾値電圧、Ｖｘ…データ信号、Ｖｂｋ…最低駆動電圧、Ｖｔｈ２…第２閾値電圧、Ｖｗｔ…最高駆動電圧。

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶装置の一態様は、第１電極および前記第１電極を覆う第１配向膜が一方面側に設けられた第１基板と、前記第１基板側が傾斜面である光学補償層、前記光学補償層に対して前記第１基板側に設けられた第２電極、および前記第２電極を覆う第２配向膜が一方面側に設けられた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、負の誘電率異方性を備えた液晶分子を含む液晶層と、を有し、前記液晶層に電圧が印加されていない状態で、前記液晶分子の長軸方向と前記傾斜面とがなす角度が、９０°よりも小さい角度に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る液晶装置および液晶装置の駆動方法において、前記液晶層は、ノーマリーブラックモードであり、最低階調レベルに対応する最低駆動電圧は、０Ｖよりも高く、前記液晶層に印加される電圧と相対透過率との関係を示す相対透過率−電圧特性において前記相対透過率が１０％となる閾値電圧より低い態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１電極と第２電極とに０Ｖより高い駆動電圧を印加して、液晶分子の長軸方向を傾斜面に対して９０°の角度を成す方向に向かせ、楕円偏光成分を補償した状態を最低階調レベルとすることができる。

本発明において、前記液晶層に印加される電圧を０Ｖとしたときの前記相対透過率が、前記液晶層に印加される電圧を前記最低駆動電圧としたときの前記相対透過率より高い態様を採用することができる。

Claims (7)

1. 第１電極および前記第１電極を覆う第１配向膜が一方面側に設けられた第１基板と、
   前記第１基板側に向いた面が傾斜面である光学補償層、前記光学補償層に対して前記第１基板側に設けられた第２電極、および前記第２電極を覆う第２配向膜が一方面側に設けられた第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、負の誘電率異方性を備えた液晶分子を含む液晶層と、
   を有し、
   前記液晶層では、前記第１電極および前記第２電極に対する電圧の無印加時、前記液晶分子の長軸方向を前記第１基板１０に対する法線方向から斜めに傾かせるプレチルトが前記液晶分子に付されており、
   前記長軸方向が前記法線方向に対して成すプレチルト角は、前記長軸方向が前記傾斜面に対して９０°の角度を成すときの角度より小さく設定されていることを特徴とする液晶装置。
2. 請求項１に記載の液晶装置において、
   前記液晶層は、ノーマリーブラックモードであり、
   最低階調レベルに対応する前記第１電極と前記第２電極との電圧差である最低駆動電圧は、０Ｖよりも高く、前記第１電極と前記第２電極との電圧差と相対透過率との関係を示す相対透過率−電圧特性において前記相対透過率が１０％となる閾値電圧より低いことを特徴とする液晶装置。
3. 請求項２に記載の液晶装置において、
   前記第１電極と前記第２電極との電圧差を０Ｖとしたときの前記相対透過率が、前記第１電極と前記第２電極との電圧差を前記最低駆動電圧としたときの前記相対透過率より高いことを特徴とする液晶装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記第１配向膜および第２配向膜は、前記第１基板の法線方向に対して斜めに傾いた柱状体を備えた柱状構造体からなることを特徴とする液晶装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の液晶装置を備えていることを特徴とする電子機器。
6. 請求項１に記載の液晶装置の駆動方法であって、
   前記液晶層は、ノーマリーブラックモードであり、
   最低階調レベルに対応する前記第１電極と前記第２電極との電圧差である最低駆動電圧を０Ｖよりも高く、前記第１電極と前記第２電極との電圧差と相対透過率との関係を示す相対透過率−電圧特性において前記相対透過率が１０％となる閾値電圧より低い電圧とすることを特徴とする液晶装置の駆動方法。
7. 請求項６に記載の液晶装置の駆動方法であって、
   前記第１電極と前記第２電極との電圧差を０Ｖとしたときの前記相対透過率が、前記第１電極と前記第２電極との電圧差を前記最低駆動電圧としたときの前記相対透過率より高いことを特徴とする液晶装置の駆動方法。