JP2009122271A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な視角特性および透過率を可能とした液晶表示素子を提供する。
【解決手段】
液晶表示素子は、対向配置される一対の基板と、両基板上に設けられ、液晶層を挟んで互いに重なり合って表示領域を形成する一対の透明電極と、一対の透明電極の各々に設けられた複数の長方形のスリットからなるスリット群とを有し、スリット群は、一対の透明電極の一方に設けられた複数の第１のスリットと、他方に設けられた複数の第２のスリットを含み、第１のスリットと第２のスリットとが、一対の透明電極が画定する表示面内においてスリットの短手（列）方向に交互に並ぶ配置であり、スリット群の各々において、表示面内長手方向で隣り合うスリット同士の間隔が、スリット幅より短い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電極パターンを工夫した液晶表示素子に関する。

液晶表示素子（ＬＣＤ）においては、表示品位をより高めることが求められている。良好な表示品位を得るためには、液晶分子の配向を制御することが求められる。配向制御のために基板をラビングする方法が知られている。ラビング処理をした液晶表示素子の場合、液晶層中央分子の配向方向は面内同一方向となる（モノドメイン配向）。モノドメイン配向の場合、ある方向からは良好な表示が得られるが、別の方向からは良好とは言えない表示となる視角特性上の問題がある。

セグメントタイプ、ドットマトリクスタイプまたはセグメントとドットマトリクスを組み合わせたタイプの液晶表示装置において、いわゆるマルチドメイン配向制御を行う方法が開示もしくは提案されている。マルチドメイン配向制御は、いくつかの方式がある。スリットを利用する方式では、素子内部の電極部分にスリット状開口部を設け、表示部の上下電極間で開口部近傍に斜め電界を発生させ、この電界により液晶配向を制御して液晶層中央分子の配向方位を複数にする。それにより、視角特性を向上させることを企図する。

その中でも、１画素、又は１セグメント内において液晶分子が互いに１８０°異なる２つの方向のどちらかに配向している、いわゆる２ドメイン配向の液晶表示素子が提案されている。

ＴＮ（ツイストネマチック）−ＬＣＤに関しては特許３１０８７６８号に開示され、垂直配向ＬＣＤに関しては特開２００４−２５２２９８号公報に提案されている。これらの特許文献によると、電圧印加時にスリット状開口部の短辺方向に２種類の斜め電界が生じ、液晶分子がその２種類の斜め電界のどちらかの方向に合わせて傾く２ドメイン配向が得られる。

特許３１０８７６８号 特開２００４−２５２２９８号公報

視角特性の向上や、表示ムラの抑制など、表示品質のさらなる向上が求められている。本発明の目的は、表示品質の向上した液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、対向配置される一対の基板と、両基板上に設けられ、液晶層を挟んで互いに重なり合って表示領域を形成する一対の透明電極と、前記一対の透明電極の各々に設けられた複数の長方形のスリットからなるスリット群とを有し、前記スリット群は、前記一対の透明電極の一方に設けられた複数の第１のスリットと、他方に設けられた複数の第２のスリットを含み、前記第１のスリットと前記第２のスリットとが、前記一対の透明電極が画定する表示面内においてスリットの短手（列）方向に交互に並ぶ配置であり、前記スリット群の各々において、前記表示面内長手方向で隣り合うスリット同士の間隔が、スリット幅より短い液晶表示素子が提供される。

マルチドメインの液晶表示素子の表示品位が向上する。

図１Ａは、以下に示す実施例による液晶表示素子、及び参考例による液晶表示素子に共通する構造を示す概略的な断面図である。また、図１Ｂ及び１Ｃは、実施例及び参考例による液晶表示素子のうち、それぞれＴＮ型及び垂直配向型の液晶表示素子に共通する構造を示す概略的な断面図である。

図１Ａを参照する。液晶表示素子は、上側基板１、上側基板１と略平行に配置された下側基板２、及び両基板１、２間に挟持された液晶層３を含んで構成される。上側基板１は、たとえば透明なガラス基板である上側透明基板１ａ、上側透明基板１ａ上に、たとえばＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）で形成された上側透明電極１ｂ、上側透明電極１ｂを覆うように、上側透明基板１ａ上に形成された上側配向膜１ｄを含んで構成される。上側透明電極１ｂは、一方向（本図においては、図面手前―奥方向）に長いスリット１ｃを備える。

下側基板２も同様である。下側基板２は、下側透明基板２ａ、下側透明基板２ａ上に形成された下側透明電極２ｂ、下側透明電極２ｂを覆うように、下側透明基板２ａ上に形成された下側配向膜２ｄを含んで構成される。上側基板１と下側基板２の対応する各構成要素は、同一の材料で形成される。下側透明電極２ｂも、一方向に長いスリット２ｃを備える。

上側透明電極１ｂ及び下側透明電極２ｂは、液晶層３を挟んで互いに重なり合い、表示領域を画定する。

スリット１ｃ及び２ｃを、上記のように、それぞれ上側及び下側透明電極１ｂ及び２ｂに設けることにより、電圧印加時には、スリット部に斜め電界（電界の方向が基板法線方向から傾いた電界）が発生するとともに、スリットの両側では斜め電界の方向が逆になる。一対の電極で画定される表示領域において、電圧印加時には液晶分子の立ち上がり方向がそれぞれ逆方向の小領域（例えば図中領域Ｒ、Ｓもしくは領域Ｔ、Ｕ。）が同時に形成されるので、互いの小領域の視角依存性が補完されて、表示領域全体として視角依存性が低減し、視認性が良好となって、表示品質が向上する。

図１Ｂを参照する。ＴＮ型の液晶表示素子においては、液晶層がツイストを示すネマチック液晶であり、図１Ａに示す構造の液晶セルの上側基板１外側に、上側偏光板４が配置され、下側基板２外側に、下側偏光板５が配置される。上側及び下側偏光板４、５は、それぞれ偏光板の面内方向に透過軸を有し、透過軸方向に偏光する光のみを透過させる。

図１Ｃを参照する。垂直配向型の液晶表示素子においては、液晶分子の配向方向が垂直である。図１Ｂに示す構造の上側基板１と上側偏光板４との間に、視角補償板６が配置される。視角補償板６は、視角による視認性の変化を補償する機能を有する。

発明者らは、上記の構成の液晶表示素子において、電極に図２に示すようなスリットを設けたサンプル（参考例）を作製し、そのときの表示状態について調べた。ここでは、垂直配向モードの液晶表示素子のサンプルを作製した。なお、液晶層内の液晶材料として誘電率異方性が負であるものを用いた。液晶層厚は４μｍである。

図２は、作製したサンプルのスリット配列を示した平面図である。図示のように、透明電極に設けられたスリットが行列状に配置されている。図中実線部分はコモン電極側スリット開口部１ｃ、点線部はセグメント電極側スリット開口部２ｃである。行列の方向はコモン電極とセグメント電極とが画定する表示平面において、行方向が液晶表示素子を通常の状態で見たときの左右方向に合致し、列方向が上下方向に合致する。

スリット１ｃ、２ｃに関して説明すると、コモン電極１ｂにおいて、ある行ではスリット１ｃが表示面内行方向に並ぶと共に、表示面内列方向に隣接する行ではセグメント電極２ｂにおいてスリット２ｃが行方向のスリットピッチの略１／２ずれて行方向に並ぶ。ここでは、全ての行において、スリット間の行方向の間隔は同じである。また、列方向に関してスリット間の最短距離は同じである。

スリットの寸法について説明する。コモン電極におけるスリット１ｃの短手方向長さ（幅）をＣｗ、長手方向長さをＣｌ、スリット１ｃ同士の間隔をＣｐとする。また、セグメント電極におけるスリット２ｃの短手方向長さ（幅）をＳｗ、長手方向長さをＳｌ、スリット２ｃ同士の間隔をＳｐとする。列方向（面内短手方向）に隣り合うスリット１ｃと２ｃの最短距離をＰとする。本参考例では、スリット１ｃと２ｃのサイズが同じであり、Ｃｗ＝Ｓｗ＝１０μｍ、Ｃｌ＝Ｓｌ＝１００μｍ、Ｃｐ＝Ｓｐ＝１０μｍ、Ｐ＝５０μｍである。

スリットは、上記のスリット形状の開口を有するフォトレジストパターンをガラス基板上に形成し、フォトレジストをエッチングマスクとした酸溶液によるエッチングを行うことによって形成した。その後、レジストパターンを除去した。

液晶表示素子１つあたりの大きさは、例えば縦２３ｍｍ×横１１０ｍｍである。縦３００ｍｍ×横２００ｍｍの一対のガラス基板につき、多面取りにより１６個分の液晶表示素子サンプルを作製した。

図３は、上記スリットを設けた液晶表示素子サンプルを顕微鏡で観察した部分画像である。なお、偏光板はスリット長手方向に対して吸収軸が略４５°をなすクロスニコル配置である。一対の基板から作製できる１６個のサンプルのうち、サンプルによっては外観表示においてざらつきが感じられた。また、そのざらつきはサンプル毎、もしくは製造ロット毎に異なるものであった。図示の写真を参照すると、スリット１ｃ（暗部）同士の間のギャップ１ｇとスリット２ｃ（暗部）同士の間のギャップ２ｇにおいて、ループ上の暗部（ディスクリネーション）が観察される。さらに、ディスクリネーションを基点としてその周辺に暗領域が広がっているエリアがあることが確認できる（配向欠陥）。観察時のざらつきはこの暗部が原因と考えられる。

発明者らは、作製したサンプルのスリットサイズを測定した。すると、スリット毎に大きさにばらつきがあることが分かった。スリット幅Ｃｗ、Ｓｗは７μｍ〜１２μｍ、スリット長手方向間隔Ｃｐ、Ｓｐは８μｍ〜１３μｍであった。

このスリットサイズのばらつきはエッチングの面内ムラによるものと考えられる。スリットの大きさのばらつきによる表示欠陥は、スリット幅が３０μｍ以下で生じやすい。

また、表示欠陥が生じている部分をさらに調べたところ、スリット幅よりもスリット長手方向間隔が大きくなればなるほど、表示欠陥が顕著に現れる傾向が見られた。

発明者らは、上記の検討に基づき、スリット幅Ｃｗ、Ｓｗとスリット長手方向間隔Ｃｐ、Ｓｐとの関係を

Ｃｗ＞Ｃｐ ａｎｄ Ｓｗ＞Ｓｐ −式１

と設定することにより表示欠陥を減少させる液晶表示素子を発案した。

そして、スリットサイズをＣｗ＝Ｓｗ＝２０μｍ、Ｃｐ＝Ｓｐ＝１５μｍ ｏｒ １０μｍに設定し、Ｃｐ＝Ｓｐ＝１５μｍの場合と１０μｍの場合のそれぞれについて、１６個の液晶表示素子サンプルを作製した。なお、面内列方向で隣り合うスリット間の最短距離Ｐは４０μｍとした。

上記のサンプルを外観観察したところ、どのサンプルについても表示のざらつきは確認されなかった。また、Ｃｐ＝Ｓｐ＝２０μｍのサンプルを作製したところ、多少のざらつきが確認されたが、参考例によるサンプルよりはざらつきが少なかった。

図４は、Ｃｐ＝Ｓｐ＝１０μｍの場合のサンプルを顕微鏡で外観観察した部分画像である。図示のように、スリット以外の暗部はほぼ見られなかった。特に、スリット１ｃ、２ｃ間のギャップ１ｇ、２ｇにおけるループ状のディスクリネーションによる暗部はほぼ確認されなかった。

このように、スリット幅をスリット同士の長手方向の間隔よりも大きくした液晶表示素子のサンプルでは、ディスクリネーションによる表示欠陥が生じなかった。液晶分子の配向が安定したために、ディスクリネーションが生じなかったものと考えられる。

なお、製造の際は、エッチングのムラによりスリットサイズにばらつきが生じることが考えられる。従って、レジストパターンの開口を形成する場合、開口幅（短手方向長さ）を設定サイズより大きめに、開口の長手方向の間隔を予定サイズより短めに形成すると、確実にスリット幅をスリット同士の長手方向の間隔よりも大きくすることができるであろう。

また、ＣｐおよびＳｐの大きさは０に近いほど好ましい。検討の結果、Ｃｗ、Ｓｗとの関係は

Ｃｗ×０．７５≧Ｃｐ ａｎｄ Ｓｗ×０．７５≧Ｓｐ −式２

を満たすことがより好ましいことが分かった。

上記のように、スリット同士の長手方向の間隔を、スリット幅よりも短く設定することにより、表示品位を向上させることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、ＣｗとＳｗは等しい必要は無く、１０μｍ〜３０μｍであれば良い。また、列方向（面内短手方向）に隣り合うスリット１ｃと２ｃの最短距離Ｐの範囲は１０μｍ〜６０μｍが表示品質の観点から妥当で、好ましくはスリット幅〜６０μｍが良い。

図５は、スリットの他の配列例１である。図示のように、このスリット配列例では、コモン電極とセグメント電極に設けられたスリットが表示面において行列状に並ぶ。

図６は、スリットの他の配列例２である。図示のように、このスリット配列例では、図５に示したスリット配列で、スリット長辺方向を、液晶表示素子の左右又は上下方向に対して略４５°に配置する。

さらに、セグメント又はコモンのどちらか一方のスリット長手方向間隔が０であっても良いし、Ｃｐ（Ｓｐ＞０の部分とＣｐ（Ｓｐ）＝０の部分が混在していても良い。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１Ａは、以下に示す実施例による液晶表示素子、及び比較例による液晶表示素子に共通する構造を示す概略的な断面図であり、図１Ｂ及び１Ｃは、実施例及び比較例による液晶表示素子のうち、それぞれＴＮ型及び垂直配向型の液晶表示素子に共通する構造を示す概略的な断面図である。 図２は、比較例１によるスリット配列を示した平面図である。 図３は、比較例１による液晶表示素子を顕微鏡で外観観察した部分画像である。 図４は、実施例１による、Ｃｐ＝Ｓｐ＝１０μｍの場合のサンプルを顕微鏡で外観観察した部分画像である。 図５は、スリットの他の配列例１である。 図６は、スリットの他の配列例２である。

符号の説明

１、２ 基板
１ａ、２ａ 透明基板
１ｂ、２ｂ 透明電極
１ｃ、２ｃ スリット
１ｄ、２ｄ 配向膜
１ｇ、２ｇ ギャップ
３ 液晶層
４、５ 偏光板
６ 視角補償板

Claims (5)

1. 対向配置される一対の基板と、
   両基板上に設けられ、液晶層を挟んで互いに重なり合って表示領域を形成する一対の透明電極と、
   前記一対の透明電極の各々に設けられた複数の長方形のスリットからなるスリット群と
   を有し、
   前記スリット群は、前記一対の透明電極の一方に設けられた複数の第１のスリットと、他方に設けられた複数の第２のスリットを含み、前記第１のスリットと前記第２のスリットとが、前記一対の透明電極が画定する表示面内においてスリットの短手（列）方向に交互に並ぶ配置であり、
   前記スリット群の各々において、前記表示面内長手方向で隣り合うスリット同士の間隔が、スリット幅より短い液晶表示素子。
2. 前記一対の透明電極がコモン電極とセグメント電極であり、
   前記コモン電極側に設けられたスリットのスリット幅をＣｗとし、前記セグメント電極側に設けられたスリットのスリット幅をＳｗとすると、ＣｗおよびＳｗが１０μｍ以上３０μｍ以下である請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記コモン電極側に設けられたスリットの面内長手方向で隣り合うスリット同士の間隔をＣｐ、前記セグメント電極側に設けられたスリットの面内長手方向で隣り合うスリット同士の間隔をＳｐとすると、Ｃｗ×０．７５≧ＣｐかつＳｗ×０．７５≧Ｓｐを満たす請求項２記載の液晶表示素子。
4. 前記スリット群において、スリットの前記表示面内短手方向に隣り合うスリット同士の最短距離Ｐが１０μｍ〜６０μｍである請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示素子。
5. 前記最短距離Ｐがスリット幅〜６０μｍである請求項１〜４のいずれか１項記載の液晶表示素子。