JP2015206917A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】見やすい表示装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、第1基板部と第2基板部と液晶層とを含む液晶表示装置が提供される。前記第1基板部は、第1主面を有し、前記第1主面内に配置された第1画素電極と、前記第1主面内に配置され前記第1画素電極と第1方向において隣合って並ぶ光反射性の第2画素電極と、を含む。前記第2基板部は、前記第1主面と対向する第2主面を有し、前記第2主面内に設けられた光透過性の対向電極を含む。前記液晶層は、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられる。前記第1画素電極は、光反射性の第1電極部と、少なくとも一部が前記第1電極部と前記第2画素電極との間に設けられた第2電極部と、を含む。前記第2電極部の光の反射率は、前記第1電極部の光の反射率よりも低い。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態によれば、第1基板部と第2基板部と液晶層とを含む液晶表示装置が提供される。前記第1基板部は、第1主面を有し、前記第1主面内に配置された第1画素電極と、前記第1主面内に配置され前記第1画素電極と第1方向において隣合って並ぶ光反射性の第2画素電極と、を含む。前記第2基板部は、前記第1主面と対向する第2主面を有し、前記第2主面内に設けられた光透過性の対向電極を含む。前記液晶層は、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられる。前記第1画素電極は、光反射性の第1電極部と、少なくとも一部が前記第1電極部と前記第2画素電極との間に設けられた第2電極部と、を含む。前記第2電極部の光の反射率は、前記第1電極部の光の反射率よりも低い。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
液晶表示装置が種々の用途に用いられている。外光を用いて表示を行う反射型表示装置においては、消費電力を小さくすることができる。反射型の液晶表示装置において、見易さを向上することが求められている。
本発明の実施形態は、見やすい表示装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、第1基板部と第2基板部と液晶層とを含む液晶表示装置が提供される。前記第1基板部は、第1主面を有し、前記第1主面内に配置された第1画素電極と、前記第1主面内に配置され前記第1画素電極と第1方向において隣合って並ぶ光反射性の第2画素電極と、を含む。前記第2基板部は、前記第1主面と対向する第2主面を有し、前記第2主面に設けられた光透過性の対向電極を含む。前記液晶層は、前記第1主面と前記第2主面との間に設けられる。前記第1画素電極は、光反射性の第1電極部と、少なくとも一部が前記第1電極部と前記第2画素電極との間に設けられた第2電極部と、を含む。前記第2電極部の光の反射率は、前記第1電極部の光の反射率よりも低い。
本発明の実施形態によれば、見易い液晶表示装置が提供される。
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る液晶表示装置を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本実施形態に係る液晶表示装置110は、第1基板部10uと、第2基板部20uと、液晶層30と、を含む。
図1は、第1の実施形態に係る液晶表示装置を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本実施形態に係る液晶表示装置110は、第1基板部10uと、第2基板部20uと、液晶層30と、を含む。
第1基板部10uから第2基板部20uに向かう方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。
なお、X軸とY軸は少なくとも交差していれば、これらの間のなす角は90度以下であっても構わない。
なお、X軸とY軸は少なくとも交差していれば、これらの間のなす角は90度以下であっても構わない。
第1基板部10u及び第2基板部20uのそれぞれは、X−Y平面に沿って延在する。
第1基板部10uは、第1主面10aを有する。第1主面10aは、Z軸方向に対して交差する。この例では、第1主面10aは、X−Y平面に対して平行である。第1基板部10uは、複数の画素電極10e(後述する第1画素電極11及び第2画素電極12など)を含む。複数の画素電極10eは、第1主面10a内に配置される。複数の画素電極10eは、主として光反射性である。
第2画素電極12は、第1画素電極と第1方向D1において並ぶ。第1方向D1は、X軸方向と平行である。第2画素電極12は光反射性である。第1画素電極11は、第1電極部13と第2電極部14と、を含む。第2電極部14の少なくとも一部は、第1電極部13と第2画素電極12との間に設けられる。第1電極部13は、光反射性である。第2電極部14の光の反射率は、第1電極部13の光の反射率よりも低い。この例では、第2電極部14は、光透過性である。実施形態は、第2電極部14が光吸収性である場合も含む。
第1基板部10uは、画素間領域15を含む。画素間領域15は、第1画素電極11と第2画素電極12との間の領域である。画素間領域15は、複数の画素電極10eどうしの間の領域である。
第2基板部20uは、第2主面20aを有する。第2主面20aは、第1主面10aに対向する。第2基板部20uは、対向電極21(コモン電極)を含む。対向電極21は、第2主面20aに設けられる(第2主面20a内に配置される)。対向電極21は、光透過性である。
この例では、第2基板部20uは、第2基板20sをさらに含む。第2基板20sは、光透過性である。第2基板20sと液晶層30との間に、対向電極21が配置される。
第2基板20sと対向電極21との間には、カラーフィルタ23が設けられている。さらに、第2基板20sの上に偏光層52(後述する第2偏光層52)が設けられている。
一方、第1基板部10uは、第1基板10sと、配線16(第1配線16a及び第2配線16bなど)と、第1スイッチング素子17aと、第2スイッチング素子17bと、絶縁層18と、をさらに含む。
複数の画素電極10eは、第1基板10s上に設けられる。第1基板10sは、光透過性である。
第1スイッチング素子17aは、第1画素電極11と電気的に接続される。第1配線16aは、第1スイッチング素子17aと、電気的に接続される。第1配線16aは、信号線である。この信号線は、第1画素電極11に電荷を供給する。電荷の供給が、第1スイッチング素子17aを介して行われる。また、第1配線16aは、走査線(ゲート線)でも良い。走査線には、第1スイッチング素子17aの動作を制御する信号が入力される。
第2スイッチング素子17b(トランジスタまたは非線形抵抗素子など)は、第2画素電極12と電気的に接続される。第2配線16bは、第2スイッチング素子17bと、電気的に接続される。第2配線16bは、信号線、または、走査線(ゲート線)である。
絶縁層18は、第1配線16aと第1画素電極11との間に設けられる。絶縁層18は、第2配線16bと第2画素電極12との間にさらに設けられる。
第1配線16aは、第1画素電極11と第1基板10sとの間に位置する。第2配線16bは、第2画素電極12と第1基板10sとの間に位置する。
第1基板部10uにおいては、配線16(及びスイッチング素子)が、絶縁層18により覆われる。絶縁層18の上に、画素電極10eが設けられる。
実施形態において、光(第1光L1、第2光L2及び第3光L3など)は、可視光を含む。可視光の波長は、380ナノメートル(nm)以上700nmである。以下の説明においては、説明を簡単にするために、光の波長が550nmである場合の特性について説明する。以下の説明は、可視光の他の波長の光に対しても適用できる。
実施形態において、第1基板10s及び第2基板20sには、ガラス基板または樹脂基板が用いられる。
対向電極21には、光透過性の導電材料が用いられる。対向電極21には、In、Sn、Zn及びTiよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物が用いられ、本実施形態では対向電極21としてITO(Indium Tin Oxide)を採用している。対向電極21には、光透過性の薄い金属層を用いても良い。
なお、本実施形態の光透過性の部材(第1基板10s、第2基板20s及び対向電極21など)においては、透過率が、反射率よりも高い。光透過性の部材においては、透過率は、吸収率よりも高い。
画素電極10eには、主として光反射性の導電材料(アルミニウムなど)が用いられる。具体的には、第1画素電極11の第1電極部13、及び、第2画素電極12には、光反射性の導電材料が用いられる。光反射性の部材においては、反射率が透過率よりも高い。光反射性の部材においては、反射率は、吸収率よりも高い。
これら第1電極部13及び第2画素電極12は、鏡面反射性であることが好ましい。第1電極部13に入射して反射する光の偏光特性は、反射により実質的に変化しない。例えば、第1電極部13において、拡散反射性が高い場合は、反射光の偏光特性は、入射光の偏光特性から変化する場合がある。また、反射により偏光性が劣化すると、表示のコントラスト比が低下する場合がある。第1電極部13及び第2画素電極12が鏡面反射性の場合に、高いコントラスト比を得やすい。第1電極部13の表面及び第2画素電極12の表面は、比較的平坦である。これにより、鏡面反射性が得やすい。
第1画素電極11の第2電極部14には、光透過性の導電材料が用いられる。第2電極部14の光透過率は、第2電極部14の光反射率よりも高く、第2電極部14の光吸収率よりも高い。本実施形態では、第2電極部14としてITO(Indium Tin Oxide)を用いている。第2電極部14には、光透過性の薄い金属層を用いても良い。
第2電極部14には、光吸収性の導電材料を用いても良い。この場合には、第2電極部14の光吸収率は、第2電極部14の光反射率よりも高く、第2電極部14光透過率よりも高い。
第1基板部10uに設けられる配線16(第1配線16a及び第2配線16b)には、金属膜が用いられる。
第1スイッチング素子17a及び第2スイッチング素子17bに含まれる半導体層には、ポリシリコン、アモルファスシリコン、または、酸化物半導体が用いられる。酸化物半導体には、インジウム(In)、ガリウム(Ga)及び亜鉛(Zn)の少なくともいずれかを含む酸化物が用いられる。
絶縁層18には、樹脂材料を用いることができる。樹脂材料として、アクリル樹脂及びポリイミド樹脂の少なくともいずれかが用いられる。絶縁層18は、光吸収性を有していても良い。これにより、画素間領域15における光の透過が抑制される。一方、絶縁層18の光透過性が高い場合、絶縁層18において、高い加工精度を得易い。絶縁層18は、樹脂層と、無機層と、の積層膜を用いても良い。無機層として、窒化シリコン、酸窒化シリコン、及び、酸化シリコンの少なくともいずれかが用いられる。
第1基板部10u及び第2基板部20uには、配向膜(図示しない)がさらに設けられている。配向膜は、画素電極10e及び対向電極21のそれぞれを覆う。配向膜は、液晶層30の液晶分子を配向させる。配向膜には、ポリイミドなどの有機膜が用いられる。配向膜の特性(異方性)により、液晶層30の配向(初期配向状態)が定まる。かかる配向膜の配向特性は、有機膜にラビング処理を施すことによって得られる。また、配向膜には、光配向処理などにより、異方性が設けられても良い。
液晶層30は、第1主面10aと第2主面20aとの間に設けられる。これにより、液晶層30は、複数の画素電極10eと対向電極21との間、及び、第1基板部10uの画素間領域15と対向電極21との間にも配置されるものとなっている。
液晶層30は、画素部30d(第1画素部31及び第2画素部32など)を有する。第1画素部31は、第1画素電極11と第2基板部20uとの間に配置される。第2画素部32は、第2画素電極12と第2基板部20uとの間に配置される。液晶層30は、非画素部30nをさらに含む。非画素部30nは、画素間領域15と第2基板部20uとの間に配置される。
液晶層30には、ネマティック液晶が用いられる。液晶層30は、カイラル剤を含んでも良い。液晶層30の厚さtLCは、画素電極10eを覆う配向膜と、対向電極21を覆う配向膜と、の間のZ軸方向に沿った距離である。
液晶層30は、第1液晶部LCaと、第2液晶部LCbと、第3液晶部LCcと、を含む。対向電極21と第1液晶部LCaとの間に、第2液晶部LCbが配置される。第1液晶部LCaと第2液晶部LCbとの間に第3液晶部LCcが配置される。第1液晶部LCaは、液晶層30のうちの、第1基板部10uの側の部分である。第2液晶部LCbは、液晶層30のうちの、第2基板部20uの側の部分である。第3液晶部LCcは、中央部分である。
液晶層30に含まれる液晶分子35は、長軸方向35Dの向きとなるダイレクタを有する。液晶分子35のダイレクタの向きは、液晶層30に印加される電圧に応じて変化する。すなわち、電圧に応じて液晶層30の液晶配向が変化する。かかる液晶配向の変化に伴って、液晶層30の実効的な複屈折率(リタデーション)が変化する。実効的な複屈折率の変化により、かかる液晶層を通過する透過光の偏光状態が変化するものとなる。これにより、当該透過光が偏光層52を通過するものとなり、表示が行われる。液晶配向の変化に伴って、旋光性(光学活性)が変化しても良い。
液晶層30の誘電率異方性は、正でも負でも良い。以下では、説明を簡単にするために、液晶層30の誘電率異方性が正である例について説明する。
画素電極10eに電圧が印加されない場合(初期状態)において、液晶層30の液晶分子35の長軸方向35Dは、X−Y平面に実質的に沿っている。液晶分子35のプレチルト角(長軸方向35DとX−Y平面との間の角度)は、10度以下であり、約5度である。
画素電極10eに電圧を印加(信号を入力する)すると、画素電極10eから対向電極21に向けて電界が発生し、当該電界の発生によって液晶分子35は、その位置に応じて電界の強さと配向膜によるアンカリング力がバランスする方向にダイレクタの向きにツイストされる。これによって、液晶分子のチルト角が大きくなる。電圧印加時に、液晶層30のうちの第3液晶部LCcにおいては、チルト角は約90度になる。
なお、液晶層30の誘電率異方性が負のときは、プレチルト角は、70度以上90度以下である。
画素電極10eに電圧を印加(信号を入力する)すると、画素電極10eから対向電極21に向けて電界が発生し、当該電界の発生によって液晶分子35は、その位置に応じて電界の強さと配向膜によるアンカリング力がバランスする方向にダイレクタの向きにツイストされる。これによって、液晶分子のチルト角が大きくなる。電圧印加時に、液晶層30のうちの第3液晶部LCcにおいては、チルト角は約90度になる。
なお、液晶層30の誘電率異方性が負のときは、プレチルト角は、70度以上90度以下である。
第1液晶部LCaにおける液晶の配向方向(長軸方向35D、液晶ダイレクタ方向)は、第1基板部10uの配向膜の配向処理方向(ラビング方向)によって定まる。第2液晶部LCbにおける液晶の配向処理方向(長軸方向35D、液晶ダイレクタ方向)は、第2基板部20uの配向膜の配向方向(ラビング方向)によって定まる。
配向膜の配向処理方向(ラビング方向)に関する情報は、偏光を用いて配向膜を解析することで得られる。より具体的には配向膜の配向処理方向に関する情報は、配向処理の不均一性(ラビング傷など)を観察することで得られる。また、画素電極10eと対向電極21との間に直流を含む電圧を印加することで、配向処理の不均一に基づく筋が見易くなる場合がある。この筋に基づいて、配向処理方向(及び長軸方向35D)を求めることができる。
第1基板部10uにおける配向処理方向を求めることで、第1液晶部LCaにおける液晶の配向方向(長軸方向35D)が求められる。第1液晶部LCaにおける液晶の配向方向は、第1基板部10uにおける配向処理方向に沿う。同様に、第2基板部20uにおける配向処理方向を求めることで、第2液晶部LCbにおける液晶の配向方向(長軸方向35D)が求められる。
図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る液晶表示装置を例示する模式図である。
図2(a)は、液晶表示装置110の液晶層30における液晶の配向方向を例示している。
図2(a)は、液晶表示装置110の液晶層30における液晶の配向方向を例示している。
液晶層30の第1液晶部LCaにおける配向方向(第1配向方向LC1a)とX軸方向(第1方向D1)との間の角度を第1配向角θLCaとする。第1配向方向LC1aは、第1主面10aに対して平行で第1方向D1に対して垂直な第2方向D2と交差する方向である。
第1配向方向LC1aの第1方向D1に対して平行な成分は、第1配向方向LC1aの第2方向と平行な成分よりも大きい。第1配向角θLCaは、140度以上180度以下の所定の角度である。
液晶層30の第2液晶部LCbにおける配向方向(第2配向方向LC1b)とX軸方向との間の角度を第2配向角θLCbとする。第1配向方向LC1aと、第2配向方向LC1bと、の間の角度の絶対値(ツイスト角θLCt)は、60度以上80度以下である。この例では、ツイスト角θLCtは、70度である。ツイスト角θLCtは、液晶層30中における液晶分子35の長軸方向35Dのツイスト角に相当する。
液晶層30において、電圧を印加していない場合のリタデーション(プレチルト角は小さく無視する)は、180nm以上300nm以下である。すなわち、液晶層30に含まれる液晶の屈折率異方性と、液晶層30の厚さtLC(nm)との積は、180nm以上260nm以下である。
図2(b)は、液晶表示装置110の画素電極に印加される電圧の極性を例示している。図2(b)に表したように、第1画素電極11は、対向電極21を基準とした第1極性の電位に設定される。この例では、第1極性は、プラスである。第1画素電極11には、プラスの電圧が印加される。
第2画素電極12は、対向電極21を基準とした第2極性の電位に設定される。第2極性は、第1極性とは異なる極性である。この例では、第2極性は、マイナスである。第2画素電極12には、マイナスの電圧が印加される。
このように第1画素電極11と第2画素電極12との間に、異なる極性の電圧が印加されると、第1画素電極11と第2画素電極12との間に横方向(X軸方向)に沿った電界が発生する場合がある。また、図2(a)に表したように、第1配向方向LC1aのX軸方向に沿った成分は、Y軸方向に沿った成分よりも大きい。
このように、第1配向方向LC1aの成分うち、液晶において生じる電界の方向に沿った成分が大きい場合に、液晶分子は比較的当該横方向の電界の作用を受けやすい。これらの要因が重なる第1画素電極11と第2画素電極12との間において、他の部位と比較した場合にディスクリネーションが比較的発生しやすいものとなっている。
詳述すると、電圧の極性と液晶の配向方向との関係が、図2(a)及び図2(b)に例示したような関係である場合には、第1画素電極11の第2画素電極12側の端部に位置する液晶において、ディスクリネーションが発生しやすい。すなわち、第2電極部14の上に位置する液晶層の一部(画素端部30f)の液晶に配向不良が生じやすい。
隣接する画素電極10eに印加される電圧の極性が、互いに同じである場合には、隣接する画素電極10eの間に対応した液晶には、配向不良が生じにくい。
複数の画素電極10eは、画素電極10fをさらに含む。液晶層30は、画素電極10fに対応した画素部33をさらに含む。画素電極10fは、第1画素電極11と隣接する画素電極である。第1画素電極11は、画素電極10fと、第2画素電極12との間に設けられる。画素電極10fに印加される電圧の極性は、第1画素電極に印加される電圧の極性と同じである。この場合、第1画素電極11と画素電極10fとの間の位置に対応した液晶には、ディスクリネーションが生じにくい。
複数の画素電極10eは、画素電極10fをさらに含む。液晶層30は、画素電極10fに対応した画素部33をさらに含む。画素電極10fは、第1画素電極11と隣接する画素電極である。第1画素電極11は、画素電極10fと、第2画素電極12との間に設けられる。画素電極10fに印加される電圧の極性は、第1画素電極に印加される電圧の極性と同じである。この場合、第1画素電極11と画素電極10fとの間の位置に対応した液晶には、ディスクリネーションが生じにくい。
実施形態においては、第2電極部14は、光透過性である。これにより、第2電極部14に入射した光は、液晶表示装置の表側から外部へ出射しない。これにより、見やすい表示が可能となる。
図3(a)及び図3(b)は、第1の実施形態に係る液晶表示装置を例示する模式的平面図である。
図3(a)及び図3(b)は、液晶表示装置110の第1画素電極11を例示する模式的平面図である。
図3(a)及び図3(b)は、液晶表示装置110の第1画素電極11を例示する模式的平面図である。
図3(a)に表したように、第1画素電極11の第1電極部13は、X−Y平面(第1主面10a)に投影した平面視で見た場合、矩形状を呈して第1〜第4辺l1〜l4を有する。
第1辺l1と第2辺l2とは第2方向に互いに平行な状態で延在して設けられており、第2辺l2は、第1辺l1と離間する。第2辺l2は、第1辺l1と第2画素電極12との間に設けられる。
第1辺l1と第2辺l2とは第2方向に互いに平行な状態で延在して設けられており、第2辺l2は、第1辺l1と離間する。第2辺l2は、第1辺l1と第2画素電極12との間に設けられる。
第3辺l3は、第1辺l1の一端と第2辺l2の一端とを接続する。第4辺l4は、第3辺l3と離間する。第4辺l4は、第1辺l1の他端と第2辺l2の他端とを接続する。
第2電極部14は、第1電極部13の少なくとも一辺に沿って設けられる。第2電極部14は、第1部分14aを有し、図3(a)に表した例では、第2電極部14は、第1部分14aからなる。第1部分14aは、X−Y平面に投影したときに、第2辺l2に接する矩形状を呈している。より具体的には、第1部分14aは、矩形状を呈しており、第1電極部13の第2辺l2側の一辺が、第2辺l2の一端と、第2辺l2の他端と、の間の領域において第1電極部13の第2辺l2と接する。
液晶表示装置110においては、観視者80は、第2基板部20uの側から、液晶表示装置110の表示を観視する。観視者80によって観視されることとなる第2基板部20uの側が、表側に対応する。第1基板部10uの側が、裏側に対応する。
また、実施形態に係る液晶表示装置110は、反射型の表示装置である。
表側から液晶表示装置110に入射した光(第2光L2)は、第2基板部20u、液晶層30を通過して、画素電極10e(第1画素電極11の第1電極部13)に入射する。画素電極10eに入射した第2光L2は、画素電極10eで反射する。反射した第2光L2が、再び液晶層30及び第2基板部20uを通過して、表側から外部に出射する。
表側から液晶表示装置110に入射した光(第2光L2)は、第2基板部20u、液晶層30を通過して、画素電極10e(第1画素電極11の第1電極部13)に入射する。画素電極10eに入射した第2光L2は、画素電極10eで反射する。反射した第2光L2が、再び液晶層30及び第2基板部20uを通過して、表側から外部に出射する。
画素電極10eに印加される電圧に応じて、画素部30d(第1画素部31)において、液晶配向が変化し、画素部30dにおける光学特性(実効的な複屈折率、リタデーション)が変化する。光学特性の変化に応じて、第2基板部20uを通過して外部に出射する第2光L2の明るさが変化する。画素部30dにおける明るさが、電圧に応じて変化し、表示が行われる。
電圧を印加していない状態において、画素部30dは、暗状態である。所定の電圧を印加した状態において、画素部30dは、明状態である。すなわち、画素部30dにおいて、ノーマリダーク(ノーマリブラック)の構成が適用される。
非画素部30nを通過する光(第1光L1)は、第1基板部10uを通過可能である。第2基板部20u、液晶層30(非画素部30n)、及び、画素間領域15を通過した第1光L1の少なくとも一部は、第1基板部10uを通過可能である。非画素部30n(画素間領域15)においては、液晶層30には、実質的には電圧が印加されない。すなわち、非画素部30nにおいては、液晶配向は、初期配向が維持される。
第2基板部20u及び液晶層30を通過した光の一部(第3光L3)は、第2電極部14に入射する。この例では、第2電極部14は、光透過性である。第3光L3の少なくとも一部は、第2電極部14を通過する。第2基板部20u、液晶層30及び第2電極部14を通過した光の少なくとも一部は、第1基板部10uを通過可能である。これにより、第3光L3の少なくとも一部は、表側から外部に出射しない。
第2電極部14が光吸収性である場合には、第2電極部14に入射した光の少なくとも一部は、第2電極部14に吸収される。第2電極部14に入射した光は、実質的に表側から外部に出射しない。
第1画素電極11に印加される電圧の極性と、第2画素電極12に印加される電圧の極性とは、異なる。また、これらの画素電極10eに印加される電圧の極性は、表示装置の駆動において反転する。このような電圧によって、第1画素電極11と第2画素電極12との間に電界が生じる。この電界によって、第1画素電極11と第2画素電極12との間に位置する液晶層30の液晶に配向不良(ディスクリネーション)が生じる場合がある。第2電極部14の上(第2電極部14と対向電極21との間)に位置する液晶層30の一部(画素端部30f)の液晶に配向不良が生じる場合がある。ディスクリネーションが発生すると、画質が低下する。具体的には、画素上にディスクリネーションが発生することにより、残像、ぼやけ、または、コントラストの低下などが発生する。
実施形態においては、第2電極部14は、光透過性である。これにより、液晶層30の画素端部30fを通過する光は、反射されず、観視者80へ向けて表側から出射されない。液晶層30の画素端部30fの液晶に配向不良が生じていても、観視者80は、画質の低下を認識しない。これにより、見やすい表示が可能となる。
第2基板部20uに遮光層(ブラックマトリクス)を設ける参考例がある。遮光層は、画素間領域15の位置、及び、画素電極10eの端部の位置、に対応させて設けられる。すなわち、遮光層は、液晶層30のうち、ディスクリネーションが生じやすい部分の上に設けられる。これにより、遮光層に入射した光は、吸収される。ディスクリネーションの影響を受けた光が、表側から外部に出射されない。参考例においても、ディスクリネーションによる画質の低下が抑制される。
しかし、遮光層の形成において、遮光層の幅の加工精度などには限界がある。また、液晶表示装置の製造プロセスにおいて、第2基板部20uに設けられた遮光層と、第1基板部10uに設けられた画素電極10eと、の位置合わせの精度にも限界がある。このような、加工精度及び位置合わせ精度を考慮すると、遮光層のX−Y面内における面積が大きくなってしまう。遮光層の面積が大きくなると、X−Y面内において、光を反射する面積の割合が小さくなる。液晶表示装置において、表示の明るさが低下してしまう。
実施形態においては、第1画素電極11に光透過性の第2電極部14を設ける。当該第2電極部14は、透明であり、当該第2電極部14の下層に入射光を反射させるものが存在しないため、当該入射光は、そのまま第1基板10s内に向けて透過することとなって反射することはなく、これにより、ディスクリネーションによる画質の低下は、観視されないものとなる。そして、導電性の第2電極部14を第1電極部13と連続して設けることにより、参考例のような位置合わせ精度などを考慮して遮光層を形成する必要は無く、ひいては反射領域(開口部)の面積割合を低下させる必要をなくすることができる。これにより、表示の明るさを維持することができる。
図3(b)に表した例は、本実施形態の変形例である。この例のように、第2電極部14は、X−Y平面に投影したときに、第3辺l3と接していても良い。第2電極部14は、第1辺l1、または、第4辺l4と接していても良い。
光透過性の第2電極部14は、X−Y平面内において、ディスクリネーションの発生する場所に対応して、設けられることが望ましい。この例では、X−Y平面内において、第1辺l1に沿って設けられることが望ましい。X−Y平面に投影したときに、第1辺l1(または第3辺l3、第4辺l4)と接する位置に、第2電極部14を設けないことが望ましい。
図4、図5及び図6は、第1の実施形態に係る別の液晶表示装置を例示する模式的断面図である。
図4は、実施形態に係る液晶表示装置111を例示している。図5は、実施形態に係る液晶表示装置112を例示している。図6は、実施形態に係る液晶表示装置113を例示している。
図4、図5及び図6は、第1の実施形態に係る別の液晶表示装置を例示する模式的断面図である。
図4は、実施形態に係る液晶表示装置111を例示している。図5は、実施形態に係る液晶表示装置112を例示している。図6は、実施形態に係る液晶表示装置113を例示している。
液晶表示装置111〜113においても、第1基板部10u、第2基板部20u及び液晶層30が設けられる。これらには、液晶表示装置110について説明した構成と同様の構成を適用することができる。
図4に表したように、液晶表示装置111の第2電極部14は、第2部分14bをさらに含む。第2部分14bは、第1電極部13と液晶層30との間に設けられる。この例では、第2部分14bは、少なくとも第1電極部13の第1辺l1を覆う。第1部分14aと第2部分14bとは、連続して設けられる。第2電極部14は、第1電極部13の画素間領域15側の側面を覆うようにして設けられる。
図5に表したように、液晶表示装置112の第2電極部14は、第3部分14cをさらに含む。第3部分14cは、第1主面10aと第1電極部13との間に介在する。第1電極部13は、第3部分14cと、液晶層30と、の間に設けられる。
図6に表したように、液晶表示装置113の第2電極部14は、第1部分14a、第2部分14b、及び第3部分14cを含む。
液晶表示装置111〜113において例示したように、第2電極部14の構成は、種々の変更が可能である。第1電極部13または第2電極部14に用いられる材料や画素電極10eを形成するプロセスなどを考慮して、第2電極部14の構成を適宜変更することが可能である。
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態に係る液晶表示装置を例示する模式的断面図である。
図7は、液晶表示装置114を例示している。図7に表したように、液晶表示装置114においても第1基板部10uと、第2基板部20uと、液晶層30と、が設けられる。これらには、液晶表示装置110について説明した構成と同様の構成を適用することができる。
図7は、第2の実施形態に係る液晶表示装置を例示する模式的断面図である。
図7は、液晶表示装置114を例示している。図7に表したように、液晶表示装置114においても第1基板部10uと、第2基板部20uと、液晶層30と、が設けられる。これらには、液晶表示装置110について説明した構成と同様の構成を適用することができる。
液晶表示装置114は、第1偏光層51と、第2偏光層52と、第1位相差層61と、第2位相差層62と、がさらに設けられている。
第1偏光層51と液晶層30との間に第1基板部10uが設けられる。第2偏光層52と液晶層30との間に第2基板部20uが設けられる。第2偏光層52、第2基板部20u、液晶層30及び第1基板部10u(第2電極部14)を通過し、第1偏光層51に入射した第4光L4の少なくとも一部は、第1偏光層51に吸収される。
液晶層30の画素端部30f、及び、第2電極部14を通過し、ディスクリネーションの影響を受けた光は、第1偏光層51に入射し、吸収される。このように、ディスクリネーションの影響を受けた光は、反射されず、液晶表示装置114の表側から観視者80に向けて出射されない。これにより、見やすい表示が可能となる。
第1偏光層51及び第2偏光層52には、偏光膜、または、偏光板などが用いられる。第1偏光層51及び第2偏光層52のそれぞれは、粘着層を含んでも良い。粘着層により、第1偏光層51が第1基板部10uに固定される。粘着層により、第2偏光層52が第2基板部20uに固定される。
第1偏光層51及び第2偏光層52には、偏光膜、または、偏光板などが用いられる。第1偏光層51及び第2偏光層52のそれぞれは、粘着層を含んでも良い。粘着層により、第1偏光層51が第1基板部10uに固定される。粘着層により、第2偏光層52が第2基板部20uに固定される。
第1位相差層61は、第2位相差層62と、第2基板部20uとの間に設けられる。第2偏光層52と、第1位相差層61と、の間に第2位相差層62が設けられる。
第1位相差層61として、1/4波長板が用いられる。第1位相差層61のリタデーションは、100ナノメートル以上150ナノメートル以下である。
第2位相差層62として、1/2波長板が用いられる。第2位相差層62のリタデーションは、240ナノメートル以上290ナノメートル以下である。
第1位相差層61及び第2位相差層62には、延伸フィルムなどが用いられる。位相差層において、位相差層の複屈折率と、位相差層の厚さと、の積がリタデーションに対応する。リタデーションは、偏光を用いた解析により求めることができる。
第1位相差層61は、入射する直線偏光を、実質的に円偏光に変化させる。第2位相差層62は、入射する直線偏光の偏光方向を90度変化させる。
これらの位相差層を用いることで、液晶層30における光学特性(実効的な複屈折率)の変化を、光の明るさの変化に変化することが、効率的に行われる。すなわち、明るさを向上し、高いコントラスト比が得られる。波長依存性が小さくなる。
実施形態において、これらの位相差層は、必要に応じて設けられ、省略しても良い。第1位相差層61を用いることで、高い明るさと、高いコントラスト比と、が得易くなる。第2位相差層62を用いることで、光学特性の波長依存性が改善され、色づきが抑制される。
この例では、液晶表示装置114は、光学層65をさらに含む。対向電極21(第2基板部20u)は、液晶層30と、光学層65と、の間に設けられる。光学層65は、第2偏光層52と対向電極21との間に設けられる。
光学層65は、光学層65に入射する光の進行方向を変更する。光学層65は、光学層65に入射する光を拡散(散乱)する。光学層65は、光学層65に入射する光の拡散光(散乱光)の強度を、光学層65に入射する光の方向(X−Y平面内の方向)に応じて変化させる。光学層65の構成及び特性の例は、後述する。
光学層65において、入射する光の偏光特性は、実質的に維持される。光学層65を用いることで、画素電極10eが比較的高い鏡面反射性を有していた場合においても、画素電極10eにおける像の写り込みが抑制され、見易い表示が可能になる。
光学層65のヘイズは、70%以上95%以下である。これにより、良好な散乱性が得られ、良好なコントラスト比の表示が提供できる。
図8(a)〜図8(d)は、第2の実施形態に係る液晶表示装置の一部を例示する模式図である。
これらの図は、光学層65を例示している。図8(a)は、光学層65を例示する模式的断面図である。図8(b)は、光学層65を例示する模式的平面図である。図8(c)は、別の例の光学層65を示す模式的平面図である。図8(d)は、光学層65の別の例を示す模式的断面図である。
これらの図は、光学層65を例示している。図8(a)は、光学層65を例示する模式的断面図である。図8(b)は、光学層65を例示する模式的平面図である。図8(c)は、別の例の光学層65を示す模式的平面図である。図8(d)は、光学層65の別の例を示す模式的断面図である。
図8(a)に例示したように、光学層65は、複数の第1光学部66と、第2光学部67と、を含む。複数の第1光学部66は、X−Y平面内(第1主面10aに対して平行な平面内)に配置される。複数の第1光学部66は、光透過性である。第2光学部67は、複数の第1光学部66のうちの任意の2つ間に設けられる。第2光学部67も光透過性である。この例では、複数の第2光学部67が設けられている。複数の第1光学部66と、複数の第2光学部67と、が交互に配置されている。複数の第1光学部66の少なくともいずれかと、第2光学部67との間の境界68は、X−Y平面に対して傾斜している。第2光学部67の屈折率は、第1光学部66の屈折率よりも高い、または、低い。
光学層65に第1入射方向から入射する光(第1入射光Li1)の光学層65における散乱光の強度は、光学層65に第2入射方向から入射する光(第2入射光Li2)の光学層65における散乱光の強度とは異なる。ここで、第1入射方向の、X−Y平面内の方向は、第2入射方向の、X−Y平面内の方向とは異なる。
第1入射光Li1の光学層65における散乱光の強度は、第2入射光Li2の光学層65における散乱光の強度よりも高い。第1入射光Li1は光学層65で散乱されて拡散する。一方、第2入射光Li2においては、光学層65における散乱(拡散)の程度が低く、透過性が高い。境界68がX−Y平面に対して傾斜していることで、このような散乱特性が得られる。光学層65は、異方性散乱層である。光学層65は、異方性前方散乱フィルムである。
光学層65においては、屈折率が高い領域と、低い領域と、が設けられている。光学層65は、透明フィルムである。光学層65においては、光の入射方向によって、散乱の程度が異なる。光学層65は、「散乱中心軸」を有する。散乱中心軸は、図8(a)に例示した第1入射光Li1の光軸に対応する。散乱中心軸は、最も散乱する光の入射方向に対応する。
図8(b)に例示したように、複数の第1光学部66は、帯状である。第1光学部66及び第2光学部67のそれぞれは、Z軸方向に対して交差(直交)する1つの方向に沿って延在する。この例では、光学層65は、ルーバ構造タイプである。
図8(c)に例示した別の例では、複数の第1光学部66は、互いに離間した島状である。この例では、光学層65は、柱状構造タイプである。
図8(d)に例示した例では、光学層65は、複数の層(第1層65a及び第2層65bなど)を含む。これらの層は、Z軸方向に沿って積層されている。第1層65aは、X−Y平面内に配置された光透過性の複数の第1光学部66aと、複数の第1光学部66aのうちの2つの間に設けられた光透過性の第2光学部67aと、を含む。第2光学部67aの屈折率は、複数の第1光学部66aのそれぞれの屈折率とは異なる。この場合も、複数の第1光学部66aの少なくともいずれかと第2光学部67aとの間の境界68aは、X−Y面に対して傾斜している。
第2層65bは、X−Y平面内に配置された光透過性の複数の第3光学部66bと、複数の第3光学部66bのうちの2つの間に設けられた光透過性の第4光学部67bと、を含む。第4光学部67bの屈折率は、複数の第3光学部66bのそれぞれの屈折率とは異なる。複数の第3光学部66bの少なくともいずれかと第4光学部67bとの間の境界68bは、X−Y面に対して傾斜している。境界68bの延在方向は、境界68aの延在方向に沿っている。境界68bを含む平面と、境界68aを含む平面と、の間の角度は、30度以下でも良い。光学層65に複数の層を設けることで、拡散範囲が拡大する。光学層65に複数の層を設けることで、着色(虹色の発生)などが抑制できる。光学層65に設けられる層の数は、3以上でも良い。
図9(a)及び図9(b)は、第2の実施形態に係る液晶表示装置の特性を例示する模式的平面図である。
これらの図は、光学層65の特性を例示する模式図であり、光学層65に光が入射したときの光学層65を通過する光の強度を模式的に例示している。図9(a)は、第1入射光Li1が入射したときに対応する。この例では、第1入射光Li1は、Y−Z平面に沿って光学層65に入射している。第1入射光Li1の入射角(Z軸方向と第1入射光Li1との間の角度)は、30度である。図9(a)は、散乱中心軸に対して平行な方向から光が入射する場合に対応する。図9(b)は、第3入射光Li3が入射したときに対応する。この例では、第3入射光Li1は、X−Z平面に沿って光学層65に入射している。第3入射光Li3の入射角(Z軸方向と第3入射光Li3との間の角度)は、30度である。図9(b)は、散乱中心軸に対して垂直な方向から光が入射する場合に対応する。
これらの図は、光学層65の特性を例示する模式図であり、光学層65に光が入射したときの光学層65を通過する光の強度を模式的に例示している。図9(a)は、第1入射光Li1が入射したときに対応する。この例では、第1入射光Li1は、Y−Z平面に沿って光学層65に入射している。第1入射光Li1の入射角(Z軸方向と第1入射光Li1との間の角度)は、30度である。図9(a)は、散乱中心軸に対して平行な方向から光が入射する場合に対応する。図9(b)は、第3入射光Li3が入射したときに対応する。この例では、第3入射光Li1は、X−Z平面に沿って光学層65に入射している。第3入射光Li3の入射角(Z軸方向と第3入射光Li3との間の角度)は、30度である。図9(b)は、散乱中心軸に対して垂直な方向から光が入射する場合に対応する。
これらの図に描かれている同心円は、Z軸方向を基準にした角度(等角度線)に対応する。同心円の中心は、光学層65から、実質的にZ軸方向に沿って出射する透過光(垂直出射光)に対応する。これらの図に描かれている明るい領域B1及びB2は、透過光の強度が高い領域である。
図9(a)に表したように、Y軸方向に沿った第1入射光Li1においては、垂直出射光の強度が高い。そして、Y−Z平面内で傾斜する方向に出射する透過光の強度も高い。
図9(b)に表したように、X軸方向に沿った第3入射光Li3においては、垂直出射光の強度が低い。そして、X−Z平面内で傾斜する方向(垂直方向から傾斜した方向)において、透過光の強度が高い。
このように、光学層65においては、光学層65に第1入射方向から入射する光(第1入射光Li1)の光学層65における光の強度は、光学層65に第2入射方向から入射する光(第2入射光Li2または第3入射光Li3など)の光学層65における光の強度とは異なる。
実施形態によれば、見やすい表示装置が提供できる。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。第1基板部、第1画素電極、第2画素電極、対向電極、第2基板部、第1電極部、第2電極部、液晶層、第1〜第3液晶部、第1配向方向、第2配向方向、第1スイッチング素子、第1配線、絶縁層、偏光層、及び光学層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した液晶表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての液晶表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10a…主面、 10e、10f…画素電極、 10s…第1基板、 10u…第1基板部、 11…第1画素電極、 12…第2画素電極、 13…第1電極部、 14…第2電極部、 14a…第1部分、 14b…第2部分、 14c…第3部分、 15…画素間領域、 16…配線、 16a…第1配線、 16b…第2配線、 17a…第1スイッチング素子、 17b…第2スイッチング素子、 18…絶縁層、 20a…第2主面、 20s…第2基板、 20u…第2基板部、 21…対向電極、 23…カラーフィルタ、 30…液晶層、 30d…画素部、 30f…画素端部、 30n…非画素部、 31…第1画素部、 32…第2画素部、 33…画素部、 35…液晶、 35D…長軸方向、 51…第1偏光層、 52…第2偏光層、 61…第1位相差層、 62…第2位相差層、 65…光学層、 65a…第1層、 65b…第2層、 66、66a…第1光学部、 66b…第3光学部、 67、67a…第2光学部、 67b…第4光学部、 68、68a、68b…境界、 80…観視者、 θLCa…第1配向角、 θLCb…第2配向角、 θLCt…ツイスト角、 110〜114…液晶表示装置、 B1、B2…領域、 D1…第1方向、 D2…第2方向、 E1…第1端部、 E2…第2端部、 L1〜L4…第1光〜第4光、 LC1a…第1配向方向、 LC1b…第2配向方向、 LCa…第1液晶部、 LCb…第2液晶部、 LCc…第3液晶部、 Li1…第1入射光、 Li2…第2入射光、 Li3…第3入射光、 l1〜l4…第1〜第4辺、 tLC…厚さ
Claims (15)
- 第1主面を有する第1基板部であって、
前記第1主面内に配置された第1画素電極と、
前記第1主面内に配置され前記第1画素電極と第1方向において隣合って並ぶ光反射性の第2画素電極と、
を含む第1基板部と、
前記第1主面と対向する第2主面を有し、前記第2主面内に設けられた光透過性の対向電極を含む第2基板部と、
前記第1主面と前記第2主面との間に設けられた液晶層と、
を備え、
前記第1画素電極は、
光反射性の第1電極部と、
少なくとも一部が前記第1電極部と前記第2画素電極との間に設けられた第2電極部と、
を含み、
前記第2電極部の光の反射率は、前記第1電極部の光の反射率よりも低い液晶表示装置。 - 前記第1電極部は、前記第1主面に投影したときに、
第1辺と、
前記第1辺と離間し、前記第1辺と前記第2画素電極との間に設けられた第2辺と、
を有し、
前記第2電極部は、前記第1主面に投影したときに、前記第2辺に接する第1部分を含む請求項1記載の液晶表示装置。 - 前記第2電極部の光透過率は、前記第2電極部の光反射率よりも高く、前記第2電極部の光吸収率よりも高い請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板部は、
光透過性の第1基板と、
前記第1画素電極と電気的に接続された第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と電気的に接続された第1配線と、
をさらに含み、
前記第1配線の少なくとも一部は、前記第1電極部と前記第1基板との間に位置する請求項1〜3のいずれか1つに記載の液晶表示装置。 - 前記第2電極部は、少なくとも前記第1電極部の第1辺を覆う第2部分をさらに含む請求項3または4に記載の液晶表示装置。
- 前記第2電極部の光吸収率は、前記第2電極部の光反射率よりも高く、前記第2電極部の光透過率よりも高い請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記第2電極部は、前記第1主面と第1電極部との間に介在する第3部分をさらに備えている請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記第1画素電極は、前記対向電極を基準とした第1極性の電位に設定され、
前記第2画素電極は、前記対向電極を基準とした前記第1極性とは異なる第2極性の電位に設定される請求項1〜7のいずれか1つに記載の液晶表示装置。 - 前記液晶層は、
第1液晶部と、
前記第1液晶部と前記第2主面との間に設けられた第2液晶部と、
前記第1液晶部と前記第2液晶部との間に設けられた第3液晶部と、
を含み、
前記第1液晶部の前記液晶の長軸方向は、第1配向方向であり、
前記第1配向方向は、前記第1主面に対して平行で前記第1方向に対して垂直な第2方向と交差する請求項1〜8のいずれか1つに記載の液晶表示装置。 - 前記第1配向方向の前記第1方向に対して平行な成分は、前記第1配向方向の前記第2方向と平行な成分よりも大きい請求項9記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向方向と前記第1方向との間の角度は、140度以上180度以下である請求項9または10記載の液晶表示装置。
- 前記第2液晶部の前記液晶層の長軸方向は、第2配向方向であり、
前記第1配向方向と前記第2配向方向との間の角度は、60度以上80度以下である請求項9〜11のいずれか1つに記載の液晶表示装置。 - 光学層をさらに備え、
前記第2基板部は、前記液晶層と前記光学層との間に設けられ、
前記光学層に第1入射方向から入射する光の前記光学層における散乱光の強度は、前記光学層に第2入射方向から入射する光の前記光学層における散乱光の強度とは異なり、
前記第1入射方向の、前記第1主面内に平行な平面上での方向成分の向きは、前記第2入射方向の、前記平面上での方向成分とは異なる請求項1〜12のいずれか1つに記載の液晶表示装置。 - 前記光学層は、前記平面内に配置された光透過性の複数の第1光学部と、前記複数の第1光学部のうちの2つの間に設けられた光透過性の第2光学部と、を含み、前記第2光学部の屈折率は、前記複数の第1光学部の屈折率とは異なり、
前記第1光学部と前記第2光学部との間の境界は、前記平面に対して傾斜している請求項13記載の液晶表示装置。 - 前記第1電極部及び前記第2画素電極は、鏡面反射性である請求項1〜14のいずれか1つに記載の液晶表示装置。
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