JP5322726B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関する。

液晶層内の液晶分子が基板に対して垂直に配向している垂直配向型液晶表示素子は、電圧無印加時における黒レベルが非常に良好で、液晶セルの片側、又は両側の上下偏光板間に、適切なパラメータを持つ負の光学異方性を有する光学補償板を導入することにより、非常に良好な視角特性を有する（例えば、特許文献１参照）。

近年、垂直配向型液晶表示素子において、暗表示時の視角特性だけでなく明表示においても良好な視角特性を獲得するために、液晶の配向方向が１つの画素内で複数の方向に向く「マルチドメイン配向」が多く用いられている。例えば、画素電極内に開口部を設けて斜め電界を発生させて配向を制御するマルチドメイン配向（例えば、特許文献２参照）や、画素電極内に突起構造を設けて傾斜面により配向を制御するマルチドメイン配向（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。しかし、上記した斜め電界を発生させるための電極構造や基板表面に突起構造を設けると、例えば、ドットマトリクス表示部の１画素内において開口率が低下して液晶表示素子の透過率が低下する。

一方、液晶表示装置の左右方位の視角特性だけを重視する場合は、上記したようなマルチドメイン配向ではなく、液晶表示素子全面で均一な配向処理を施すモノドメイン配向であっても良い。均一な配向処理は、いわゆる垂直配向膜に対する光配向処理（例えば、特許文献４参照）や、特定の表面自由エネルギーを有する垂直配向膜に対するラビング処理方法（例えば、特許文献１参照）により可能である。

モノドメイン垂直配向型液晶表示素子は、電圧印加の有無に関わらず液晶層内における配向状態が一様になるように配向制御される。電気光学特性における急峻性は液晶層内におけるプレチルト角にも大きく依存し、９０度に近いほど良好になる傾向が見られる。この時、電圧印加時の配向欠陥を防止するため、電圧無印加時においても液晶分子が基板に対して垂直から僅かに傾斜するようにプレチルト角を付与する必要がある。

また、垂直配向型液晶表示素子においては、１／３２以上の高Ｄｕｔｙ駆動条件で、良好なＯｎ表示時透過率を実現しつつ、高いコントラストを実現するには、電気光学特性における急峻性を良好にするため液晶層におけるリタデーションΔｎｄ（Δｎ：液晶材料の複屈折率、ｄ：液晶層厚）を、１／４以下の低Ｄｕｔｙ駆動条件に比べて、大きく設定するように調整することが有効である。

また、駆動方法は、ＴＦＴなどの能動素子を用いたアクティブマトリクスと、単純マトリクスに分けられる。単純マトリクスには、７セグメントや任意のマークなどを表示するキャラクターディスプレイや、縦と横の電極でドット表示するドットマトリクスディスプレイがある。ドットマトリクスディスプレイでは、横方向の走査電極と縦方向の信号電極に電圧波形を印加することでオンオフ表示を行っている。マルチプレックス駆動又はｄｕｔｙ駆動とも呼ばれるこの時の電圧波形は、任意のｄｕｔｙ比とバイアス比により決定され、最適バイアス法や全走査電極を選択するアクティブアドレッシング法や複数走査電極を選択するマルチラインセレクション法もしくはマルチラインアドレッシング法が用いられている。なお、走査電極は一方向に順次選択されることが一般的である。表示の内容は駆動回路内の表示データＲＡＭから読み込まれ、信号電極に接続されたセグメントドライバ及び走査電極に接続されたコモンドライバを経由して１画面分ずつ順次駆動される。

図１１は、従来の垂直配向型液晶表示素子の一例を表す概略断面図である。なお、図７の直線Ｘ−Ｙ間の断面図である。

第１の基板（上側基板）１と第２の基板（下側基板）２が対向し、その間に液晶層３を挟持する。第１の基板１は、透明基板１３の対向表面上に透明電極（セグメント電極）１４を形成し、その上に垂直配向膜１５を塗布し、その表面を１８で示す方向にラビング処理したものであり、外側表面上には視角補償板１２と偏光板１１が配置されている。第２の基板２は、第１の基板１同様、透明基板２３の対向表面上に透明電極（コモン電極）２４を形成し、その表面を垂直配向膜２５で覆い、矢印２８の方向にラビング処理したものである。外側表面上には視角補償板２２と偏光板２１が配置されている。液晶層３は、基板１、２の面に垂直に配向する性質を有する液晶分子を含み、ラビング処理１８、２８により、基板の法線方向から一定の角度（この例では、略８９．９°）のプレチルトを有する。下側基板２の下方にはバックライト４及び光源５が配置されている。

図１２は、図１１の透明電極（セグメント電極）１４及び透明電極（コモン電極）２４の電極パターンを表す概略平面図である。この平面図は、図１１の液晶表示素子を法線方向から見たものである。なお、図１１と同じ参照番号は、同一の部材を表すので、その説明は省略する。

図１２では、上側電極が６時から１２時方位に短冊状電極形状を有するセグメント電極１４であり、下側電極がその直交方向に短冊状電極形状を有するコモン電極２４である。セグメント電極１４とコモン電極２４とが交差する四角形の領域が１画素を構成する。

最良視認方向は、液晶層中央分子が電圧印加時に倒れこむ方位の関係から、６時方位となる。一方その逆の方位（反視認方向）は素子法線方向を基準とした観察極角角度を変化させると明表示が暗くなり視認しにくくなる角度が存在する。

特開２００６−２４３１０２号公報 特開２００４−２１２５８２号公報 特開２００６−２４３１０２号公報 特開２００４−２１２５８２号公報

図１１に示す従来の垂直配向型液晶表示素子を、リタデーション値Δｎｄが約９００ｎｍに設定された液晶材料を用いて作製し、１／６４Ｄｕｔｙ、１／９ｂｉａｓ駆動条件で、最大コントラストが得られる駆動電圧において液晶表示素子の外観を観察すると、最良視認方位や素子左右方位では観察極角角度を変化させてもドットマトリックス表示部全体が均一な表示状態を実現しているのに対して、反視認方位を中心に時計、反時計回りで７０°方位程度においては、表示均一性が不十分であり、特に反視認方位から観察した場合はざらつき状に感じられ、表示品位が著しく低下する場合がある。

発明の目的は、表示均一性を実現する垂直配向型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、所定の間隔で対向して配置された一対の透明基板と、前記透明基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の透明電極と、前記透明基板の他方の対向面側に、前記第１の透明電極と直交して交差するように短冊状に形成された複数本の第２の透明電極と、前記透明基板のそれぞれの対向面側に形成され、少なくとも一方に対しては前記第１の透明電極の長手方向と平行に液晶層中央分子が配向するようモノドメイン垂直配向処理を行ったモノドメイン垂直配向膜と、前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有する液晶表示素子は、前記第１及び第２の透明電極の各交差部分で各一画素を形成し、前記液晶層中央分子の配向方向と前記第２の透明電極のエッジ部分の斜め電界による液晶分子が傾斜する方向とが反転する前記画素の１辺を構成する前記第１の透明電極の一部において、前記第２の透明電極の線間中央より画素エッジから画素内側の領域にかけて矩形状開口部が形成されていることを特徴とする。

本発明の他の観点によれば、所定の間隔で対向して配置された一対の透明基板と、前記透明基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の透明電極と、前記透明基板の他方の対向面側に、前記第１の透明電極と直交して交差するように短冊状に形成された複数本の第２の透明電極と、前記透明基板のそれぞれの対向面側に形成され、少なくとも一方に対しては前記第１の透明電極の長手方向と平行に液晶層中央分子が配向するようモノドメイン垂直配向処理を行ったモノドメイン垂直配向膜と、前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有する液晶表示素子は、前記第１及び第２の透明電極の各交差部分で各一画素を形成し、前記第２の透明電極の線間に対向する前記第１の透明電極の領域に、矩形状開口部が形成され、前記開口部は、前記開口部に隣接する２つの画素のエッジを跨いで設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、垂直配向型液晶表示素子において表示均一性を実現することができる。

本発明の第１の実施例による液晶表示素子１００の構成を表す概略断面図である。 図１のセグメント電極３４及びコモン電極２４の電極パターンを表す概略平面図である。 本発明の第１の実施例による開口部３４ａを有する電極パターンを表す概略平面図である。 本発明の第１の実施例による電極パターンＡ１〜Ａ４を表す概略平面図である。 本発明の第１の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。 本発明の第１の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。 本発明の第２の実施例による開口部３４ｂを有する電極パターンを表す概略平面図である。 本発明の第２の実施例による電極パターンＢ１〜Ｂ４を表す概略平面図である。 本発明の第２の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。 本発明の第２の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。 従来の垂直配向型液晶表示素子の一例を表す概略断面図である。 従来の垂直配向型液晶表示素子のドットマトリックス電極パターンを表す概略平面図である。 図１２に示す電極パターン及び電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の配向状態を示す正面観察写真である。 図１２に示す電極パターン及び電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の１画素内の液晶ダイレクタ分布を表す概念図である。

本発明者は、従来技術において液晶表示素子を反視認方位から観察した時に表示不均一性が発生する原因を解析したところ、電極間に発生する斜め電界が原因であることが判った。

図１１に示すように、通常、２枚の基板間にある電極パターンのエッジには斜め電界が発生することが知られているが、特に垂直配向型液晶表示素子の場合、その影響を受けやすいことが分かっている。

垂直配向型液晶表示素子に用いられるネガ型液晶は、電界の電気力線に対して垂直になる方向に倒れる。電極パターンのエッジに生じる斜め電界においても同様に倒れる。セグメント電極１４の側辺には上拡がりの電界が生じるので液晶分子（ダイレクタ）は、内側に向かうように倒れる。同様に、コモン電極２４の側辺には、下拡がりの電界が生じ、液晶分子（ダイレクタ）は、外側に向かうように倒れる。そのため、電極パターンのエッジに生じる斜め電界による液晶ダイレクタが、配向処理による液晶ダイレクタと異なる方向にあるとき、その境界部では黒い線状のドメイン境界が認識される。

図１３は、図１２に示す電極パターン及び電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の正面観察写真である。白い領域は、垂直配向していた液晶分子が配向方向に倒れ、クロスニコル配置の偏光板を通過して光が透過するようになった領域を示すと考えられる。白い領域周辺の黒い領域は未だ光が透過しない領域を示すと考えられ、液晶分子の配向が乱されていると考えられる。

図１３に示すように、四角の画素形状に沿って、画素内側に「コ」の字を左９０度回転させた時のような黒い線が観察された。図１４を参照して、この黒い線が発生する原因を説明する。

図１４は、図１２に示す電極パターン及び電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の１画素内の液晶ダイレクタ分布を表す概念図である。

画素中央部においては、上下方向の配向処理に従って液晶分子が図中上方向に倒れ、偏光解消が生じ、光が透過するようになると考えられる。左右側辺においては、横方向のフリンジ電界と上下方向の配向処理との相乗効果により液晶分子が斜め方向に倒れこみ、偏光板の偏光軸方向と一致する成分が生じ、偏光解消が妨げられ、遮光状態が維持されていると考えられる。

ハッチングを施した矢印で示す画素中心部の液晶ダイレクタは、斜め電界が存在しないため上側基板１と下側基板２の両基板のラビング方向によって１２時方向に決定される。白抜きの矢印で示す画素エッジ部の液晶ダイレクタは斜め電界の影響によって決定される。液晶層３は、連続体の性質を示すため、中心部から左右エッジ部にかけて、液晶ダイレクタは、連続して９０度回転する。図中、これを簡略化して中間部分を黒塗りの矢印で４５度傾いた液晶ダイレクタとして示す。また、画素の上部分（図中上部分）の辺７においては、画素中心部の液晶ダイレクタと画素エッジ部の液晶ダイレクタとが、反転する関係にあるため、両液晶ダイレクタが１８０度回転する領域（境界領域）と不連続領域が存在する。

このような状態で、下側及び上側偏光板吸収軸が図に示すように、両基板のラビング方向に対して±４５度傾いた配置になっている時、黒塗りの矢印で示す液晶ダイレクタ領域及び画素上部分の中心部とエッジ部の液晶ダイレクタが反転する境界領域は、偏光板吸収軸と平行もしくは略平行となっているため、明状態が得られず黒い線となって観察される。

不連続領域は、電圧印加しても液晶が垂直に維持していると推測される。不連続領域は、上記黒い線の交点であり、ここでは液晶分子が電圧印加にもかかわらず傾斜しないため、点状の暗領域が形成されると考えられる。本明細書では、この黒い線領域を「ブラッククロス」と呼ぶ。

ブラッククロスの発生原因は、液晶分子の配向方位が偏光板吸収軸に対して平行及び平行に近くなっているか、または、電圧印加しているにもかかわらず基板に対して液晶分子が略垂直になっているためと考えられる。

図１３において、上側エッジ付近のブラッククロスを観察すると、交点が見られるが、画素ごとに交点の数や位置が異なる現象が観察される。画素ごとのブラッククロスの交点の位置や数の違いにより、エッジ付近における配向方位が違う領域の面積比が変化すると考えられ、これが液晶表示の反視認方向から観察した場合の表示不均一性の原因と特定できると考えられる。

反視認方向では、画素中心部の透過率は低く、画素エッジ部のみ透過することがわかる。このエッジ部の透過部分は正面から見た時（例えば、図１３）のブラッククロス領域であり、反視認方向から時計回り及び反時計回りに視認方向を変えたときには、ブラッククロス領域の液晶ダイレクタ分布が影響する。上述したように、ブラッククロスの交点位置及び個数は画素ごとに異なるため、ブラッククロス領域の液晶ダイレクタ分布は画素ごとに異なっていると考えられる。ここで、ブラッククロス領域の液晶ダイレクタ分布を概略右４５度と左４５度で構成されていると仮定すると、画素ごとに交点が異なるため右４５度領域と左４５度領域の大きさ（面積）も異なることが予想される。この場合、反視認方向から時計回りに視角を変えた時の透過率と反時計回りに視角を変えた時の透過率が異なることになり、複数画素もしくは画面全体を観察した時、ざらつき状に観察され、表示均一性に劣り、表示品位の低い液晶表示素子となってしまう。

図１は、本発明の第１の実施例による液晶表示素子１００の構成を表す概略断面図である。液晶表示素子１００は、行列状のドットマトリクス電極パターンを有するモノドメイン垂直配向型液晶表示素子である。

セグメント電極基板（上側基板）１とコモン電極基板（下側基板）２が対向し、その間に液晶層３を挟持する。セグメント電極基板１は、透明基板１３の対向表面上に透明電極（セグメント電極）３４を形成し、その上に垂直配向膜１５を塗布し、その表面を１８で示す方向にラビング処理したものであり、外側表面上には視角補償板１２と偏光板１１が配置されている。

コモン電極基板２は、セグメント電極基板１同様、透明基板２３の対向表面上に透明電極（コモン電極）２４を形成し、その表面を垂直配向膜２５で覆い、矢印２８の方向にラビング処理したものである。外側表面上には視角補償板２２と偏光板２１が配置されている。

液晶層３は、基板１、２の面に垂直に配向する性質を有する液晶分子を含み、配向処理により、基板の法線方向から一定の角度のプレチルトを有する。下側基板２の下方にはバックライト４及び光源５が配置されている。なお、基板１における透明電極３４と垂直配向膜１５の間、及び基板２における透明電極２４と垂直配向膜２５の間に、基板間ショート防止の絶縁膜等を形成しても良い。

セグメント電極３４は、透明電極のＩＴＯで形成し、線幅は４６０μｍ、線間は１５μｍで、１２８本の線状の電極で構成した。

コモン電極２４は、透明電極のＩＴＯで形成し、線幅は４６０μｍ、線間は１５μｍで、６４本の線状の電極で構成した。

例えば、各基板上に透明膜であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどにより５００Åの厚さで形成し、フォトリソグラフィーにて整形する。なお、セグメント電極３４には、後述する図３に示すような開口部３４ａを設けた。なお、第1の実施例としては、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す電極パターンＡ１〜Ａ４を用いて開口部３４ａ１〜ａ４を設けて、実際に液晶表示素子を作製した。それぞれの電極パターンＡ１〜Ａ４については、後に図４を参照して詳述する。

透明電極２４及び３４を形成した基板１及び２上に垂直配向膜をフレキソ印刷で成膜後、焼成し、その膜をラビング等の処理でプレチルト角を付与した。なお、第１の実施例では、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す電極パターンＡ１〜Ａ４についてそれぞれ、プレチルト角を８９．９５°と８９．９°とに設定して、計８種類の液晶表示素子１００を作製した。

セグメント電極基板（上側基板）１のプレチルトの方位角は方向は６時方向（右を０度とした場合、反時計回りに９０度の位置、図１では左方向）、コモン電極基板（下側基板）１のプレチルトの方位角は方向は１２時方向（右を０度とした場合、時計回りに９０度の位置、図１では右方向）のアンチパラレル配向とした。なお、画素内に一様な配向処理を実現するものであればラビング処理の手法は問わない。例えば、垂直配向膜に対する紫外線照射や金属酸化物の斜め蒸着、スパッタ膜を用いた配向法等を用いることができる。また、ラビング処理は、基板１及び２のいずれか一方にのみ施しても良い。

セル厚ｄは、スペーサーを散布し、４．０μｍとした。液晶材料は、Δε＜０、Δｎ＜０．２３のネガティブ液晶を用いた。なお、液晶材料は、Δεが負のネガティブ用材料であれば、Δｎ等の物性値には制限はない。

偏光板１１及び２１の吸収軸角度は、上側偏光板１１が４５度、下側偏光板２１が１３５度のクロスニコル配置とした。偏光板角度は、交差角度が９０度とすることで、良好な黒状態が得られるため望ましいが、数度程度ずらすことも可能である。また、偏光板材料は、ヨウ素系偏光板、染料系偏光板のいずれも使用可能である。

光学補償板１２及び２２には、Ｃプレート（Ｒｅ＝０ｎｍ、Ｒｔｈ＝２２０ｎｍ）を片側の偏光板と基板間に２枚積層した。なお、両側の偏光板と基板間に光学補償板（Ａプレート、Ｃプレート、Ｂプレート：２軸位相差板）を挿入することも可能である。

図２は、図１のセグメント電極３４及びコモン電極２４の電極パターンを表す概略平面図である。この平面図は、図１の液晶表示素子を法線方向から見たものである。この例では、コモン電極３４は、後述する図４（Ｃ）に示す第３の電極パターンを採用している。

図２では、上側電極が６時から１２時方位に短冊状電極形状を有するセグメント電極３４であり、破線で示す下側電極がその直交方向に短冊状電極形状を有するコモン電極２４である。セグメント電極３４とコモン電極２４とが交差する四角形の領域が１画素を構成する。

最良視認方向は、液晶層中央分子が電圧印加時に倒れこむ方位の関係から、６時方位となる。一方その逆の方位は素子法線方向を基準とした観察極角角度を変化させると明表示が暗くなり視認しにくくなる角度が存在する。

図３は、本発明の第１の実施例による開口部３４ａを有する電極パターンを表す概略平面図である。

上述したように、表示不均一性の原因は、ブラッククロスの発生位置が固定されていないことであると考えられるので、これを解決する方法として、画素上側エッジ７付近でブラッククロス自体が発生しないようにするか、又はブラッククロスが各画素で均一になるようにすることが考えられる。

そこで、第１の実施例では、図３に示すように画素上側エッジ（配向処理による画素中心部の液晶ダイレクタ（液晶分子の傾く方向）と斜め電界による画素エッジ部の液晶ダイレクタ（液晶分子の傾く方向）とが反転する（逆方向の）関係にある画素辺）７付近のセグメント電極３４に矩形状開口部３４ａを配置する構造とした。

図３において、左右方向に配置されるコモン電極２４の線間部の対向するセグメント電極３４に、矩形状開口部３４ａを設ける。開口部３４ａの上側エッジ位置は、コモン電極２４の線間部の垂直方向の中心より画素上側エッジ７に近い位置とする。開口部３４ａの下側エッジ位置は、画素上側エッジ７より画素内面の位置とする。開口部３４ａの上下エッジ間距離Ｗは、少なくともコモン電極２４の線間距離ｄの半分以上（Ｗ≧１／２ｄ）とする。なお、少なくとも開口部３４ａの一部とコモン電極２４の線間部の一部とは平面視上重なりあるように、開口部３４ａを配置する。

複数の開口部３４ａが、高さＷ、幅ｓの大きさで、隣接する開口部３４ａと間隔ｓをあけて周期的に配置される。なお、開口部３４ａは、図３に示すように、１画素あたりに複数個設けることが好ましいが、１つのみを設けるようにしても良い。また、図では、セグメント電極３４の左右のエッジ部に開口部３４ａを設けているが、エッジ部から一定の間隔をあけて開口部３４ａを設けても良い。

図４は、第１の実施例による電極パターンＡ１〜Ａ４を表す概略平面図である。この平面図は、図１の液晶表示素子を法線方向から見たものである。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、以下の表１に示す４種類の寸法による開口部３４ａを有するパターンＡ１〜Ａ４に対応する。表１には、図３で示した各部位の寸法を示す。なお、表１においてｎは、開口部３４ａの１画素あたりの数を示す。セグメント電極３４の電極幅Ｐは、各パラメータに対してＰ＝ｎ×ｓ＋ｅ×（ｎ−１）の関係にある。本実施例では、Ｐは、０．４６ｍｍとし、電極間隔は０．０１５ｍｍとした。

図４（Ａ）は、第１の実施例による電極パターンＡ１を示す概略平面図である。パターンＡ１は、開口部３４ａ１を１画素につき五つ配置した例である。開口部３４ａ１の寸法は、表１に示すように、高さＷ＝２５μｍ、幅ｓ＝０．０５１１ｍｍに設定され、各開口部３４ａ１の間隔ｅは、開口部３４ａ１の幅ｓと同じ０．０５１１ｍｍである。

図４（Ｂ）は、第１の実施例による電極パターンＡ２を示す概略平面図である。パターンＡ２は、開口部３４ａ２を１画素につき三つ配置した例である。開口部３４ａ２の寸法は、表１に示すように、高さＷ＝２５μｍ、幅ｓ＝０．０９２ｍｍに設定され、各開口部３４ａ２の間隔ｅは、開口部３４ａ２の幅ｓと同じ０．０９２ｍｍである。

図４（Ｃ）は、第１の実施例による電極パターンＡ３を示す概略平面図である。パターンＡ３は、開口部３４ａ３を１画素につき五つ配置した例である。開口部３４ａ３の寸法は、表１に示すように、高さＷ＝２５μｍ、幅ｓ＝０．０３５４ｍｍに設定され、各開口部３４ａ３の間隔ｅは、開口部３４ａ３の幅ｓの２倍である０．０７０８ｍｍに設定される。

図４（Ｄ）は、第１の実施例による電極パターンＡ４を示す概略平面図である。パターンＡ４は、開口部３４ａ４を１画素につき三つ配置した例である。開口部３４ａ４の寸法は、表１に示すように、高さＷ＝２５μｍ、幅ｓ＝０．０６５７ｍｍに設定され、各開口部３４ａ４の間隔ｅは、開口部３４ａ４の幅ｓの２倍である０．１３１４ｍｍに設定される。

図５は、本発明の第１の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す電極パターンＡ１〜Ａ４を用いて液晶表示素子１００を作製して、撮影したものである。この例では、コモン基板２のみを１２時方位にラビング処理し、プレチルト角を約８９．９５°に設定した。

図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、１画素の上側部分（上側エッジ７付近）を観察すると、電極パターンＡ１〜Ａ４のいずれを用いた場合でも、ブラッククロスのパターンが各画素において均一に発生しており、ブラッククロスを固定化できたのがわかる。

また、開口部３４ａのエッジ付近では、ブラッククロスが発生していないことがわかる。ブラッククロスが発生しない原因は、開口部３４ａを設けることにより、当該開口部３４ａの斜め電界発生方位が逆方位となり、画素下側エッジ部近辺と液晶ダイレクタの方位が同一になったためと考えられる。すなわち、開口部３４ａのエッジ付近においては、液晶ダイレクタの反転が起こらなくなったと考えられる。

このように、開口部３４ａを設けることにより、電極開口率は低下するものの、開口部３４ａのエッジ付近ではブラッククロスが発生しないため、１画素における実効的な開口率が上昇する傾向が見られる。

なお、外観上は、反視認方向から観察しても配向不均一性はどのパターンにおいても著しく改善され、全く問題がない状態であった。

図６は、本発明の第１の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す電極パターンＡ１〜Ａ４を用いて液晶表示素子１００を作製して、撮影したものである。この例では、コモン基板２を１２時方位に、セグメント基板１を６時方位にラビング処理したアンチパラレル配向で、プレチルト角を約８９．９°に設定した。

図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、プレチルト角を図５に示す例よりも低く設定したため、ブラッククロスの発生位置が画素中心部からエッジ部によっており、実効開効率が上昇していることが観察できる。

また、図５に示す例と同様に、開口部３４ａのエッジ付近では、ブラッククロスが発生していないことがわかる。

また、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、電極パターンＡ１〜Ａ３を用いた場合は、ブラッククロスのパターンが各画素において均一に発生しており、ブラッククロスを固定化できたのがわかる。しかし、図６（Ｄ）に示すように、開口部３４ａの幅ｓが小さく、個数が少ない電極パターンＡ４を用いた場合は、開口部３４ａ間において、一部のブラッククロスパターンが乱れている箇所が観察される。このことから、電極パターンＡ４で採用した開口部３４ａ間の間隔ｅ＝０．１３１４ｍｍは、ブラッククロスを固定化するには広すぎることが分かる。したがって、ブラッククロスを固定化するには、パターンＡ２のように、開口部３４ａ間の間隔ｅを０．０９２ｍｍ以下に設定することが好ましいと考えられる。また、開口部３４ａの幅ｓは、電極幅Ｐ未満に設定することが好ましいと考えられる。

なお、この例でも、外観上は、反視認方向から観察しても表示不均一性はどのパターンにおいても観察されなかった。

以上、本発明の第１の実施例によれば、ドットマトリックス電極パターンを用いた液晶表示素子において、コモン電極２４とセグメント電極３４にとが交差する部分を１画素とした場合に、当該画素の配向処理による画素中心部の液晶ダイレクタ（液晶分子の傾く方向）と斜め電界による画素エッジ部の液晶ダイレクタ（液晶分子の傾く方向）とが反転する（逆方向の）関係にある辺７を構成するセグメント電極３４に、コモン電極２４の電極間中央部より画素エッジから画素内側の領域に矩形状開口部３４ａを設けることにより、当該開口部３４ａのエッジ付近におけるブラッククロスの発生を抑制するとともに、開口部３４ａ間の領域においてブラッククロスを固定化することができる。よって、反視認方向及びそれを中心にした時計回り及び反時計回りで７０度方位程度において発生する表示不均一性を解消し、最良視認方位と同等な表示均一性を得ることができる。

図７は、本発明の第２の実施例による開口部３４ｂを有する電極パターンを表す概略平面図である。この第２の実施例と第１の実施例との違いは、電極パターンのみであり、その他の構成は同一である。

第２の実施例では、図７に示すように画素上側エッジ（配向処理による画素中心部の液晶ダイレクタ（液晶分子の傾く方向）と斜め電界による画素エッジ部の液晶ダイレクタ（液晶分子の傾く方向）とが反転する（逆方向の）関係にある画素辺）７付近のセグメント電極３４に矩形状開口部３４ｂを配置する構造とした。

図７において、左右方向に配置されるコモン電極２４の線間部の対向するセグメント電極３４に、矩形状開口部３４ｂを設ける。第１の実施例との違いは、第２の実施例による開口部３４ｂの上下エッジ間距離Ｗがコモン電極２４の線間距離ｄよりも大きく（Ｗ＞ｄ）、上下に隣接する２つの画素にまたがって開口部３４ｂが形成されているところにある。また、開口部３４ｂの上側エッジ位置は、上方向に隣接する画素の下側エッジ８より当該上方向に隣接する画素内面となり、開口部３４ｂの下側エッジ位置は、画素上側エッジ７より画素内面の位置となる。

複数の開口部３４ｂが、高さＷ、幅ｓの大きさで、隣接する開口部３４ｂと間隔ｓをあけて周期的に配置される。なお、開口部３４ｂは、図７に示すように、１画素あたりに複数個設けることが好ましいが、１つのみを設けるようにしても良い。また、図では、セグメント電極３４の左右のエッジ部に開口部３４ｂを設けているが、エッジ部から一定の間隔をあけて開口部３４ｂを設けても良い。

図８は、本発明の第２の実施例による電極パターンＢ１〜Ｂ４を表す概略平面図である。この平面図は、図１の液晶表示素子を法線方向から見たものである。図８（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、以下の表２に示す４種類の寸法による開口部３４ｂを有するパターンＢ１〜Ｂ４に対応する。表２には、図７で示した各部位の寸法を示す。なお、表２においてｎは、開口部３４ｂの１画素あたりの数を示す。セグメント電極３４の電極幅Ｐは、各パラメータに対してＰ＝ｎ×ｓ＋ｅ×（ｎ−１）の関係にある。本実施例では、Ｐは、０．４６ｍｍとし、電極間隔は０．０１５ｍｍとした。

図８（Ａ）は、第２の実施例による電極パターンＢ１を示す概略平面図である。パターンＢ１は、開口部３４ｂ１を１画素につき五つ配置した例である。開口部３４ｂ１の寸法は、表２に示すように、高さＷ＝４５μｍ、幅ｓ＝０．０５１１ｍｍに設定され、各開口部３４ｂ１の間隔ｅは、開口部３４ｂ１の幅ｓと同じ０．０５１１ｍｍである。

図８（Ｂ）は、第２の実施例による電極パターンＢ２を示す概略平面図である。パターンＢ２は、開口部３４ｂ２を１画素につき三つ配置した例である。開口部３４ｂ２の寸法は、表２に示すように、高さＷ＝４５μｍ、幅ｓ＝０．０９２ｍｍに設定され、各開口部３４ｂ２の間隔ｅは、開口部３４ｂ２の幅ｓと同じ０．０９２ｍｍである。

図８（Ｃ）は、第２実施例による電極パターンＢ３を示す概略平面図である。パターンＢ３は、開口部３４ｂ３を１画素につき五つ配置した例である。開口部３４ｂ３の寸法は、表１に示すように、高さＷ＝４５μｍ、幅ｓ＝０．０３５４ｍｍに設定され、各開口部３４ｂ３の間隔ｅは、開口部３４ｂ３の幅ｓの２倍である０．０７０８ｍｍに設定される。

図８（Ｄ）は、第２の実施例による電極パターンＢ４を示す概略平面図である。パターンＡＢは、開口部３４ｂ４を１画素につき三つ配置した例である。開口部３４ｂ４の寸法は、表２に示すように、高さＷ＝４５μｍ、幅ｓ＝０．０６５７ｍｍに設定され、各開口部３４ｂ４の間隔ｅは、開口部３４ｂ４の幅ｓの２倍である０．１３１４ｍｍに設定される。

図９は、本発明の第２の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。図９（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す電極パターンＢ１〜Ｂ４を用いて液晶表示素子１００を作製して、撮影したものである。この例では、コモン基板２のみを１２時方位にラビング処理し、プレチルト角を約８９．９５°に設定した。

図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、１画素の上側部分（上側エッジ７付近）を観察すると、電極パターンＢ１〜Ｂ４のいずれを用いた場合でも、ブラッククロスのパターンが各画素において均一に発生しており、ブラッククロスを固定化できたのがわかる。開口部３４ｂと開口部３４ｂ間の画素エッジ付近でブラッククロスの発生部位が上下互い違いになる特徴的なパターンが観察された。この原因は、開口部３４ｂ及びその間の領域で斜め電界発生方位及び基板上での配向容易軸が逆転しているためである。従来例や第１の実施例に比べると、画素下側にもブラッククロスが発生して実効開効率が若干下がるものの、開口部３４ｂの高さを大きく設定しているため、セグメント基板１とコモン基板２間の位置ずれを許容できるマージンを大きく取れるメリットがある。

なお、外観上は、反視認方向から観察しても配向不均一性はどのパターンにおいても著しく改善され、全く問題がない状態であった。また、位置合わせ精度は±２０μｍ程度で、ずれが発生しても反視認方位から観察した時に配向不均一性は発生しないことを確認した。

図１１は、本発明の第２の実施例による液晶表示素子１００の正面観察写真である。図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す電極パターンＢ１〜Ｂ４を用いて液晶表示素子１００を作製して、撮影したものである。この例では、コモン基板２を１２時方位に、セグメント基板１を６時方位にラビング処理したアンチパラレル配向で、プレチルト角を約８９．９°に設定した。

図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、プレチルト角を図９に示す例よりも低く設定したため、ブラッククロスの発生位置が画素中心部からエッジ部によっており、実効開効率が上昇していることが観察できる。

また、図９に示す例と同様に、画素上部の開口部３４ｂのエッジ付近では、ブラッククロスが発生していないことがわかる。一部のパターンでは、画素ごとにブラッククロスのパターンが微妙に異なる部分があるが、外観上は、反視認方向から観察しても表示不均一性はどのパターンにおいても観察されなかった。

以上、本発明の第２の実施例によれば、第１の実施例と同様に、反視認方向及びそれを中心にした時計回り及び反時計回りで７０度方位程度において発生する表示不均一性を解消し、最良視認方位と同等な表示均一性を得ることができる。また、開口部３４ｂの高さを大きく設定したので、上下基板の位置ずれの許容範囲を大きくすることができる。

なお、ブラッククロスの発生状態は、プレチルト角により大きく依存する。本発明者の検討においては、プレチルト角が８９．５度未満であれば、反視認方位からの表示不均一性は観察されなかった。したがって、本発明の第１及び第２の実施例は、プレチルト角が８９．５度以上の液晶表示素子に好適である。

また、上述した第１及び第２の実施例においては、画素下側エッジに対して直交方向にラビング処理を行った場合についてのみ説明したが、これに限るものではない。例えば、液晶層中央分子がその方位に向く、ねじれ配向条件においても有効であることを外観観察により確認した。

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、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。

１、２…基板、３…液晶層、４…バックライト、５…光源、１１、１２…偏光板、１３、２３…視角補償板、１４、２４、３４…透明電極、１５、２５…垂直配向膜、１８、２８…ラビング方向

Claims (10)

1. 所定の間隔で対向して配置された一対の透明基板と、
   前記透明基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の透明電極と、
   前記透明基板の他方の対向面側に、前記第１の透明電極と直交して交差するように短冊状に形成された複数本の第２の透明電極と、
   前記透明基板のそれぞれの対向面側に形成され、少なくとも一方に対しては前記第１の透明電極の長手方向と平行に液晶層中央分子が配向するようモノドメイン垂直配向処理を行ったモノドメイン垂直配向膜と、
   前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、
   前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板と
   を有する液晶表示素子であって、
   前記第１及び第２の透明電極の各交差部分で各一画素を形成し、
   前記液晶層中央分子の配向方向と前記第２の透明電極のエッジ部分の斜め電界による液晶分子が傾斜する方向とが反転する前記画素の１辺を構成する前記第１の透明電極の一部において、前記第２の透明電極の線間中央より画素エッジから画素内側の領域にかけて矩形状開口部が形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記矩形状開口部の前記第１透明電極の長手方向の寸法は、前記第２の透明電極の線間距離の１／２以上である請求項１記載の液晶表示素子。
3. 少なくとも３つの前記矩形状開口部が、前記第１の透明電極の幅方向に平行に配置されている請求項１又は２記載の液晶表示素子。
4. 前記第１の透明電極の幅方向に隣接する前記矩形状開口部の間隔は９２μｍ以下である請求項３記載の液晶表示素子。
5. 所定の間隔で対向して配置された一対の透明基板と、
   前記透明基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の透明電極と、
   前記透明基板の他方の対向面側に、前記第１の透明電極と直交して交差するように短冊状に形成された複数本の第２の透明電極と、
   前記透明基板のそれぞれの対向面側に形成され、少なくとも一方に対しては前記第１の透明電極の長手方向と平行に液晶層中央分子が配向するようモノドメイン垂直配向処理を行ったモノドメイン垂直配向膜と、
   前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、
   前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板と
   を有する液晶表示素子であって、
   前記第１及び第２の透明電極の各交差部分で各一画素を形成し、
   前記第２の透明電極の線間に対向する前記第１の透明電極の領域に、矩形状開口部が形成され、
   前記開口部は、前記開口部に隣接する２つの画素のエッジを跨いで設けられていることを特徴とする液晶表示素子。
6. 少なくとも３つの前記矩形状開口部が、前記第１の透明電極の幅方向に平行に配置されている請求項５記載の液晶表示素子。
7. 前記第１の透明電極の幅方向に隣接する前記矩形状開口部の間隔は９２μｍ以下である請求項６記載の液晶表示素子。
8. 前記配向膜に対する配向膜はラビング処理により施された請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
9. 前記垂直配向膜の配向容易軸がアンチパラレル配向になるように配置された請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
10. 前記液晶層のプレチルト角は８９．５°以上である請求項１〜９のいずれか１項に記載の液晶表示素子。