JP2012002903A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極に複数の開口部を設ける液晶表示装置の表示品位を向上させる。
【解決手段】液晶表示装置は、一面上に第１電極を有する第１基板と、一面上に第２電極を有する第２基板と、第１基板と第２基板の間に設けられ、９０°より小さいプレティルト角を有する略垂直配向に制御された液晶層を備える。第１電極は、液晶層の略中央における液晶分子の配向方向に対して略直交する方向に延びた矩形状の複数の開口部を有する。第１電極と第２電極が平面視において重なる有効表示領域内には、交互に配置された複数の第１領域及び複数の第２領域が設定され、当該複数の第２領域のうちの少なくとも一部に対して前記開口部の相対的位置が相互に一致せず、複数の第１領域には開口部が配置されない。
【選択図】図２

Description

本発明は、電極に複数の開口部（スリット）を有する液晶表示装置に関する。

情報表示装置として、背景表示部や暗表示部の表示輝度の非常に低い表示装置が求められており、これを実現し得るものの１つとして垂直配向型の液晶表示装置が知られている。垂直配向型の液晶表示装置は、初期配向状態における正面観察時の光学特性がクロスニコル配置の偏光板における光学特性とほぼ同等になるため、初期配向状態における透過率を非常に低くすることが可能となる。

垂直配向型の液晶表示装置において液晶層の液晶分子を一方向に配向した場合、すなわちモノドメイン配向とした場合には、液晶層に電圧を印加して明表示とした場合に、観察者の観察方位によって明表示が最も明るく見え、最良なコントラストが得られる最良視認方位が存在する。また、明表示が電圧無印加領域（背景領域）や暗表示における透過率と同等かそれ以下となる、すなわち表示が反転する反視認方位も存在する。このような表示状態では正面観察時に認識される表示状態とは全く異なった表示状態となったり、表示自体が外観から認識できない状態となる。

これに対して、電圧印加時にも良好な視角特性を獲得するためには、液晶分子の配向方向を１つの画素内において複数の方向へ分けること（マルチドメイン配向）が有効であり、これを実現するために種々の技術が提案されている。例えば、特許第４１０７９７８号公報（特許文献１）には、セグメント表示型の液晶表示装置において、電極形状を工夫することにより液晶層内で２つの１８０°異なる方向に斜め電界を発生させ、その方向に配向制御する技術（斜め電界配向制御法）が開示されている。

上記の先行例の液晶表示装置では、対向配置される上下電極のそれぞれに細長い矩形状の開口部が設け、上電極の開口部と下電極の開口部が平面視において互い違いに並ぶように上下電極を配置する必要がある。しかし、この先行例の液晶表示装置において液晶層の配向安定性を実現するには、数十μｍ程度の周期で開口部を配置する必要があるため、上下電極の位置合わせに高い精度が必要となる不都合がある。また、多数の開口部を設けることから表示部の開口率が低下し、明表示時の透過率の低下が懸念される。

これに対して、マスクラビング法、マスク露光を組み合わせた光配向処理法（例えば特許第４３７４１２６号公報参照）などの技術によってもマルチドメイン配向を実現することも考えられる。しかしながら、これらの技術を用いた場合には、配向処理工程が複雑化し、或いは処理時間が長くなるという不都合がある。

特許第４１０７９７８号公報 特許第４３７３１２６号公報

本発明に係る具体的態様は、液晶表示装置における表示品位を向上させることを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の液晶表示装置は、（ａ）一面上に第１電極を有する第１基板と、（ｂ）一面上に第２電極を有する第２基板と、（ｃ）前記第１基板と前記第２基板の間に設けられ、９０°より小さいプレティルト角を有する略垂直配向に制御された液晶層を備える。前記第１電極は、前記液晶層の略中央における液晶分子の配向方向に対して略直交する方向に延びた矩形状の複数の開口部を有する。そして、前記第１電極と前記第２電極が平面視において重なる有効表示領域内には、相互に互い違いに配置された複数の第１領域及び複数の第２領域が設定され、前記複数の第２領域のうちの少なくとも一部に対して前記開口部の相対的位置が相互に一致せず、前記複数の第１領域には前記開口部が配置されない。

上記の液晶表示装置によれば、反視認方位における最低透過率を上昇させ、反視認方位における明表示時の視角特性を改善することができる。従って、従来は表示視認性が良好ではなかった方位に対しても表示状態が認識できるようになり、液晶表示装置における表示品位を向上させることが可能となる。

上記液晶表示装置においては、例えば前記複数の第２領域の全てに対してそれぞれ２つ以上の前記開口部が配置されてもよい。

上記液晶表示装置において、好ましくは前記プレティルト角が８９．５°以下８８°以上である。

上記液晶表示装置は、前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、前記第２基板の外側に配置された第２偏光板を更に含んでいてもよい。この場合に、前記第１偏光板と前記第２偏光板は、例えば、各々の吸収軸が略直交し、かつ当該各吸収軸と前記液晶層の略中央における液晶分子の配向方向が略４５°の角度をなすように配置される。

一実施形態の液晶表示装置の部分断面図である。 上側電極に設けられた各開口部の構造を模式的な平面図である。 各領域の幅Ｐｈ、高さＰｖ、各開口部の短辺長さＳ、エッジ間隔Ｗの各パラメータの設定値の一例を示す図である。 構造１の液晶表示装置において、各配向膜により付与されるプレティルト角を略８９．９°、略８９．７°、略８９°のそれぞれに設定したときの配向組織観察像を示す図である。 各構造１〜３および各プレティルト角の設定値の液晶表示装置における明表示時の正面観察時透過率、最良視認方位最大透過率、反視認方位最低透過率の実測値を示す図である。 各領域２に１つの開口部を設けた場合の模式的な平面図である。 各領域２に１つの開口部を設ける場合における各パラメータの設定値の一例を示す図である。 各構造４〜６の液晶表示装置における明表示時の正面観察時透過率、最良視認方位最大透過率、反視認方位最低透過率の実測値を示す図である。 各領域２に１つの開口部を設けた場合の模式的な平面図である。 各領域２に異なる数の開口部を設けた場合の模式的な平面図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の液晶表示装置の部分断面図である。図１に示す本実施形態の液晶表示装置は、上側基板（第１基板）１、上側電極（第１電極）２、配向膜３、下側基板（第２基板）４、下側電極（第２電極）５、配向膜６、液晶層７、上側偏光板（第１偏光板）８、下側偏光板（第２偏光板）９を含んで構成されている。本実施形態の液晶表示装置は、例えばセグメント型の液晶表示装置、ドットマトリクス型の液晶表示装置或いはセグメント型とドットマトリクス型の混合したタイプの液晶表示装置であり、マルチプレックス駆動されるものである。

上側基板１および下側基板４は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。上側基板１と下側基板４との相互間には、スペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、上側基板１と下側基板４との間隙が所定距離（例えば３．８μｍ程度）に保たれる。

上側電極２は、上側基板１の一面上に設けられている。同様に、下側電極５は、下側基板４の一面上に設けられている。上側電極２および下側電極５は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。上側電極２は、一方向に延びた形状を有する複数の開口部（スリット）１２を有する。各開口部１２は、上側電極２を部分的に除去することによって形成される。開口部１２の詳細についてはさらに後述する。

配向膜３は、上側基板１の一面側に、上側電極２を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜６は、下側基板４の一面側に、下側電極５を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜３および配向膜６としては、液晶層７の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を略垂直配向に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。各配向膜３、６には配向処理（例えばラビング処理）が施されている。各配向膜３、６は、液晶層７の界面付近において当該液晶層７の液晶分子にプレティルト角を与える。本実施形態では８９°〜８９．９°程度のプレティルト角が与えられる。上側基板１と下側基板４は、各配向膜３、６に対する配向処理方向（例えばラビング方向）がアンチパラレル状態となるように位置合わせされる。これにより、液晶層７は略垂直配向に制御される。なお、各配向膜３、６のうちの何れか一方にのみ配向処理が施されていてもよい。

液晶層７は、上側基板１の上側電極２と下側基板４の下側電極５の相互間に設けられている。本実施形態においては誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層７が構成されている。液晶層７に図示された太線１１は、電圧印加時における液晶分子の配向方向（ダイレクタ）を模式的に示したものである。本実施形態の液晶表示装置においては、液晶層７の液晶分子の配向状態は初期状態（電圧無印加状態）において垂直配向しており、電圧印加により電界方向と交差するように液晶分子の配向状態が変化する。液晶層７のリターデーションは略３００ｎｍである。

上側偏光板８は、上側基板１の外側に配置されている。また、下側偏光板９は、下側基板４の外側に配置されている。本実施形態においては、上側偏光板８と下側偏光板９はクロスニコル配置とされる。また、上側偏光板８、下側偏光板９は、それぞれの吸収軸が上記した配向処理方向によって規定される液晶層７の層厚方向の中央付近における液晶分子の配向方向に対して略４５°の角度を有するように配置される。なお、必要に応じ、上側偏光板８と上側基板１の間、下側偏光板９と下側基板４の間のそれぞれに視角補償板が配置されてもよい。当該視角補償板は各偏光板と一体化されていてもよい。

次に、図２に示す模式的な平面図を参照しながら、上側電極２に設けられた各開口部１２の構造を説明する。図２においては、上側基板１側から観察した場合の各開口部１２の一部が平面的に示されている。図２において、Ｓは各開口部１２の短手方向の長さ（短辺長さ）、Ｗは短手方向において隣り合う開口部１２のエッジ間隔をそれぞれ表す。図示のように、各開口部１２は、一方向へ延びた矩形状に形成されており、規則的に配列されている。また、各開口部１２は、その長手方向が上記した各配向膜３、６の配向処理方向と略直交するように配置されている。

図２に示すように本実施形態の液晶表示装置は、上側電極２と下側電極５が平面視において重なる領域である有効表示領域内が２種類の領域（領域１、領域２）に分割されている。図示のようにこれらの領域１、領域２は、二方向において互い違いに（交互に）配置されている。すなわち、各領域１、２は、図示のように市松状に配置されている。図示のように本実施形態の各領域１、２は、幅Ｐｈ、高さＰｖの矩形状に設定されている。これらのうち、領域１には開口部１２が配置されておらず、領域２にはそれぞれ複数（本例では５つ）の開口部１２が配置されている。詳細には、各開口部１２は、それぞれの長手方向を領域２の幅方向と略平行にして配置され、かつ領域２の高さ方向に沿って配列されている。なお、図示の例では各開口部１２の長手方向の長さと領域２の幅Ｐｈとが等しく設定されているがこれに限定されない。各開口部１２の長手方向の長さが領域２の幅Ｐｈよりも短く設定されてもよい。領域１の電圧印加時における液晶層７の層厚方向の中央付近における液晶分子の配向方向は、領域２に配置された各開口部１２の長手方向と略直交する。

図３は、上記した各領域の幅Ｐｈ、高さＰｖ、各開口部１２の短辺長さＳ、エッジ間隔Ｗの各パラメータの設定値の一例を示す図である。いずれの設定値もその単位はミリメートル（ｍｍ）である。以下、説明の便宜上、Ｐｈ＝０．０５ｍｍ、Ｐｖ＝０．０５ｍｍ、Ｓ＝０．００７ｍｍ、Ｗ＝０．０１４ｍｍと設定した場合を「構造１」、Ｐｈ＝０．１ｍｍ、Ｐｖ＝０．１ｍｍ、Ｓ＝０．００７ｍｍ、Ｗ＝０．０１４ｍｍと設定した場合を「構造２」、Ｐｈ＝０．１５ｍｍ、Ｐｖ＝０．１５ｍｍ、Ｓ＝０．００７ｍｍ、Ｗ＝０．０１４ｍｍと設定した場合を「構造３」と称する。

図４は、上記した構造１の液晶表示装置において、各配向膜３、６により付与されるプレティルト角を略８９．９°、略８９．７°、略８９°のそれぞれに設定したときの配向組織観察像を示す図である。図４（ａ）はプレティルト角を略８９．９°とした場合の観察像であり、図４（ｂ）はプレティルト角を略８９．７°とした場合の観察像であり、図４（ａ）はプレティルト角を略８９°とした場合の観察像である。図４（ａ）中に示されるように、上側基板１および下側基板５の各配向方向はアンチパラレル状態であり、上側偏光板８と下側偏光板９の各吸収軸は直交ニコル状態であり、各配向方向と各吸収軸は略４５°の角度をなしている（図４（ｂ）、図４（ｃ）においても同様）。

図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、プレティルト角をいずれの値に設定した場合においても、領域１と領域２では配向組織が異なっていることが分かる。まず、領域１にはクロス状の暗領域が観察され、その交差点の位置がプレティルト角の大きさによって移動する様子が観察される。具体的には、プレティルト角が小さくなるに従って上記の交差点が領域１と領域２の境界に近い位置に発生することが分かる。領域２においては各開口部１２に対応する位置に暗領域が観察されており、さらに隣接する開口部１２の相互間に対応する位置においてクロス状の暗領域が観察された。さらに、プレティルト角が小さくなるに従って交差点の位置が一方の開口部１２の長辺に対応する位置へ偏る傾向が観察された。いずれにしてもクロス状の暗領域が観察されているが、これは液晶層内における配向方向がこの暗領域を境界にして９０°回転していることを示していると考えられる。すなわち、上側基板１と下側基板４における配向処理方向をアンチパラレルに設定しているにも関わらず、複数の方向に配向制御されていると考えられる。すなわち、マルチドメイン配向されていると考えられる。しかし、プレティルト角の設定の違いによりクロス状の暗領域における交差点の位置が領域１内で偏ることから、マルチドメイン配向における各ドメインの大きさ（面積）はプレティルト角の大きさにより制御可能と考えられる。そもそも、このクロス状の暗領域は各開口部１２が存在することに起因して発生している。

上記した図１を参照しつつ、電圧印加時における各開口部の付近の液晶層内の配向状態と上記の暗領域との関連性について説明する。図１に示したように、上側電極２には複数（図中では２つ）の開口部１２が設けられている。上側電極２と下側電極６の間に電圧を印加した際には、これらの開口部１２の付近においては、図中に破線１０で示すような斜め電界が発生する。これにより、液晶層７の層厚方向における略中央の液晶分子は斜め電界に直交する方向に傾斜して配向する。一方、上側基板１、下側基板４のそれぞれには各配向膜３、６の膜面に対して配向処理が施されているため、各配向膜３、６と液晶層７の界面においては一様なプレティルト角が発生している。このため、各開口部１２の付近においては、斜め電界によって規定される液晶分子の傾斜方向と配向処理方向により規定される液晶分子の傾斜方向とが異なる領域が各開口部１２の一方の辺に必ず発生する。それにより、配向傾斜方向が１８０°回転する領域が発生する。この境界線が配向組織上は暗領域として認識される。すなわち、マルチドメイン配向時における境界領域として認識される。このマルチドメイン配向を利用することにより、液晶表示装置の反視認方向における最低透過率を上昇させることができると考えられる。なお、この境界領域はプレティルト角の大きさに依存し、プレティルト角が小さく設定されるほうが各開口部１２のエッジ付近の斜め電界の影響を受けにくいと考えられる。実験によれば、プレティルト角を８８°よりも大きく設定した場合には、マルチドメイン配向を実現できることが確認された。一方で、特に領域１においては、クロス状の暗領域の交差点をできるだけ領域１の端部に位置させたほうが実効開口率を高められると考えられる。

図５は、上記した各構造１〜３および各プレティルト角の設定値の液晶表示装置における明表示時の正面観察時透過率、最良視認方位最大透過率、反視認方位最低透過率の実測値を示す図である。いずれの条件の液晶表示装置においても、反視認方位における最低透過率は１％以下であり、従来構造の液晶表示装置に比べて著しい透過率上昇が実現されていることが分かる。なお、ここでいう従来構造の液晶表示装置とは、上記した領域１、２を設定せず、開口部１２を設けないようにした点以外は上記の本実施形態の液晶表示装置と同様に構成された液晶表示装置である。構造１においては、プレティルト角が低下するに従って反視認方位における最低透過率が低下するとともに正面観察時透過率および最良視認方位透過率を上昇できることが分かった。プレティルト角を略８９°とした場合における各構造の違いに着目すると、領域１の面積が大きくなるに従って正面観察時および最良視認方位における最大透過率は上昇し、反視認方位における最低透過率は低下する傾向が見られる。外観観察では、反視認方位から観察したときの表示均一性は、プレティルト角の設置値により違いが見られた。表示均一性は、プレティルト角を８９．５°以下としたほうが良好であった。

なお、各構造１〜３の液晶表示装置における正面観察時の透過率をさらに高めるには、各領域１の面積の比率を増加することが有効と考えられる。具体的には、領域１と領域２２のそれぞれの幅Ｐｈおよび高さＰｖを異なる値とすることが挙げられる。また、領域２に配置される各開口部１２の短辺長さＳをより小さくし、エッジ間隔Ｗをより大きくすることも有効と考えられる。そこで、領域２に配置される開口部１２の数をより少なくした場合についても検討する。

図６は、各領域２に１つの開口部を設けた場合の模式的な平面図である。図６に示す実施形態の液晶表示装置においても、各領域１、２は、二方向において互い違いに配置されている。すなわち、各領域１、２は、図示のように市松状に配置されており、これらのうち、領域１には開口部１２が配置されておらず、領域２にはそれぞれ１つずつ開口部１２が配置されている。詳細には、各開口部１２は、それぞれの長手方向を領域２の幅方向と略平行にして配置され、かつ領域２の高さ方向に沿って配列されている。

図７は、各領域２に１つの開口部を設ける場合における各パラメータの設定値の一例を示す図である。いずれの設定値もその単位はミリメートル（ｍｍ）である。なお、パラメータＶとは、各開口部１２の長辺エッジと領域２の端部の相互間距離である。以下、説明の便宜上、Ｐｈ＝０．０８ｍｍ、Ｐｖ＝０．０５７ｍｍ、Ｓ＝０．００７ｍｍ、Ｖ＝０．０２８５ｍｍと設定した場合を「構造４」、Ｐｈ＝０．０８ｍｍ、Ｐｖ＝０．１０７ｍｍ、Ｓ＝０．００７ｍｍ、Ｖ＝０．０５３６ｍｍと設定した場合を「構造５」、Ｐｈ＝０．０８ｍｍ、Ｐｖ＝０．１５７ｍｍ、Ｓ＝０．００７ｍｍ、Ｖ＝０．０７８５ｍｍと設定した場合を「構造６」と称する。ここに明示した諸条件以外の条件については上記した実施形態の液晶表示装置と共通である。なお、構造４〜６のいずれの液晶表示装置においてもプレティルト角については略８９°とした。

図８は、上記した各構造４〜６の液晶表示装置における明表示時の正面観察時透過率、最良視認方位最大透過率、反視認方位最低透過率の実測値を示す図である。正面観察時における透過率は、Ｐｖが大きくなる、すなわち電極開口率が上昇するに従って著しく上昇する傾向が観察され、最も電極開口率の高い構造６の液晶表示装置においては上記した従来構造の液晶表示装置に比べて約１割の透過率低下に抑制できることが分かった。一方、反視認方位における最低透過率は、電極開口率が低下するに従って上昇する傾向が観察された。ただし、いずれの条件においても最低透過率は０．３％以上であり、構造５は０．５％、構造４は１％以上を実現できることが分かった。上記した図５に示した場合、すなわち領域２により多くの開口部１２が設けられる場合に比べ、正面観察時透過率と反視認方位の最低透過率の比は大幅に異なっているが、外観上、明表示が視認できる０．３％以上、好ましくは０．５％以上を実現できており、実際の外観観察より構造４〜６のいずれの液晶表示装置においても反視認方位の明表示時の視認性は従来構造の液晶表示装置に比べて改善されていることが確認できた。

なお、上記した図６に示した実施形態の液晶表示装置においては、各領域２に１つずつ設けられた開口部１２の全てについて、各開口部１２の長辺エッジと領域２の端部の相互間距離Ｖが同じ値に設定されていたが、このパラメータＶを各開口部１２において異なる値に設定してもよい。その一例を図９に示す。図９に例示する液晶表示装置においては、各領域２のうち、図中で上側および下側に位置する領域２の各開口部１２におけるパラメータＶの値と、図中で右側および左側に位置する領域２の各開口部１２におけるパラメータＶの値が相互に異なる。なお、これは一例に過ぎず、各領域２へ配置する開口部１２におけるパラメータＶの値は適宜に設定できる。

また、上記した図２、図６のそれぞれに示した実施形態の液晶表示装置では、各領域２に同じ数の開口部１２を設けていたが、図１０に一例を示すように、各領域２へ配置する開口部１２の数が異なるようにしてもよい。図１０に例示する液晶表示装置においては、各領域２のうち、図中で左側および下側に位置する領域２にはそれぞれ２つずつ開口部１２が設けられ、図中で右側および上側に位置する領域２にはそれぞれ１つずつ開口部１２が設けられている。なお、これは一例に過ぎず、各領域２へ配置する開口部１２の数は適宜に設定できる。また、上記の図２、図６、図１０に示した各実施形態の液晶表示素子においては、いずれの開口部１２も同じ形状であったが、これに限定されない。図２に示した実施形態の液晶表示装置においては、各領域２に配置された複数の開口部１２は各々の短手方向に沿って周期的に配置されていたが、各開口部１２が非周期的に配置されてもよい。図６に示した実施形態の液晶表示装置においては、各領域２における１つの開口部１２はそれぞれ各領域の幅方向および高さ方向に対して略中央に配置されていたが、この限りではない。

以上のような本実施形態の液晶表示装置によれば、反視認方位における最低透過率を上昇させ、反視認方位における明表示時の視角特性を改善することができる。従って、従来は表示視認性が良好ではなかった方位に対しても表示状態が認識できるようになり、液晶表示装置における表示品位を向上させることが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態では各領域１、２はそれぞれ矩形状に設定されていたが、各領域の形状はこれに限定されない。

１…上側基板（第１基板） ２…上側電極（第１電極） ３…配向膜 ４…下側基板（第２基板） ５…下側電極（第２電極） ６…配向膜 ７…液晶層 ８…上側偏光板（第１偏光板） ９…下側偏光板（第２偏光板） １０…斜め電界 １１…ダイレクタ １２…開口部

Claims (4)

1. 一面上に第１電極を有する第１基板と、
   一面上に第２電極を有する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に設けられ、９０°より小さいプレティルト角を有する略垂直配向に制御された液晶層、
   を含み、
   前記第１電極は、前記液晶層の略中央における液晶分子の配向方向に対して略直交する方向に延びた矩形状の複数の開口部を有し、
   前記第１電極と前記第２電極が平面視において重なる有効表示領域内には、相互に互い違いに配置された複数の第１領域及び複数の第２領域が設定され、
   前記複数の第２領域のうちの少なくとも一部に対して前記開口部の相対的位置が相互に一致せず、前記複数の第１領域には前記開口部が配置されない、液晶表示装置。
2. 前記複数の第２領域の全てに対してそれぞれ２つ以上の前記開口部が配置された、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記プレティルト角が８９．５°以下８８°以上である、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に配置された第２偏光板、
   を更に含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板は、各々の吸収軸が略直交し、かつ当該各吸収軸と前記液晶層の略中央における液晶分子の配向方向が略４５°の角度をなすように配置された、請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置。

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