JP4884176B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関し、特に電極パターンを工夫した液晶表示素子に関する。

液晶表示素子においては、視角特性や透過率を改善することが求められている。

セグメントタイプもしく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垂直配向型液晶表示素子において、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、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が１８０°異なる、いわゆる２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。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、出願によると、スリット状開口部の長辺が液晶表示素子の左右方向に配置している為、素子の上下方向に対して液晶分子の配向方位が異なる２ドメイン配向が得られ、良好な上下、左右対称性を有する視角特性を獲得することができる。

特許３１０８７６８号 特開２００４−２５２２９８号公報

上記の特許文献による方法では、液晶の長軸・短軸に屈折率の違いがある為に、上下方向と左右方向との視角特性を等しくすることは困難である。また、できるだけ配向を均一化して良好な透過率を保つことも求められている。

本発明の目的は、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、垂直配向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行列状に設けられたスリットとを有し、前記スリットは、行方向に対する角度が異なる第１、第２の種類のスリットを含み、ある行では第１の種類のスリットが行方向に並ぶと共に、列方向に隣接する行においては第２の種類のスリットが行方向に並び、一方の透明電極における第１の種類のスリットと、他方の透明電極における第１の種類のスリットとが前記列方向に交互に配置されて第１のスリット列を構成し、一方の透明電極における第２の種類のスリットと、他方の透明電極における第２の種類のスリットとが前記列方向に交互に配置されて第２のスリット列を構成し、前記第１のスリット列と前記第２のスリット列とが前記行方向に交互に配置されると共に、該第１のスリット列のスリット周期と該第２のスリット列のスリット周期とが半周期ずれている液晶表示素子が提供される。

・良好な視角特性および透過率を実現する。
・電極の電気抵抗の上昇を防ぐ。
・種々のセグメントパターン、アートワークに対して設計が比較的容易になる。

（実施例１）
図１に、本件における垂直配向型の液晶表示素子の概略断面図を示す。図示の液晶表示素子は、ガラス製の背面基板１と、それに対向するガラス製の前面基板２とを備えており、両基板１、２間に液晶層３が設けられている。背面基板１上にはセグメント電極となる背面透明電極４が設けられ、前面基板２の液晶層３側にはコモン電極となる前面透明電極５が設けられている。両透明電極４、５が液晶層３を挟んで重なり合い、この重なり合う部分で表示領域が形成される。また、両透明電極４、５の表示領域に当たる部分において、それぞれ後述する複数のスリット（矩形もしくは平行四辺形、図では平行四辺形）６、７が形成されている。さらに、両透明電極を覆うように、両基板１、２の液晶層３側に配向膜９ａ、９ｂが設けられている。なお、配向膜と透明電極との間に必要に応じて絶縁膜を設けても良い。

上記液晶表示素子の製造方法に関して説明する。両基板１、２上に主にインジウムスズオキサイドＩＴＯを用いて透明電極４、５を形成する。

透明電極４、５をそれぞれ覆うようにして垂直配向膜９ａ、９ｂを塗布焼成する。配向膜材料として、日産化学工業製ＳＥ１２１１を用いる。

次いで、各基板１、２にメインシール材を塗布し、更に、所定の直径のギャップコントロール材（ここでは４μｍ）を散布した後、両基板１、２を重ね合わせ、メインシール材を硬化させて基板１、２間に空セルを形成する。

形成された空セルに液晶を注入して液晶層３を形成する。液晶材料としてΔε＜０、Δｎが０．１５程度のものを用いる。液晶層３の液晶分子８は垂直配向膜の作用で垂直配向される。

その後、背面基板１の外側（図中下側）に背面偏光板１０を貼り合せると共に、前面基板２の外側（図中上側）に視角補償板１１と前面偏光板１２とを重ねて貼り合せる。視角補償板１１として住友化学工業製ＶＡＣ−１８０フィルムを用いる。

図２に、液晶表示素子の偏光板の透過軸の方向を表す平面図を示す。図示のように背面偏光板１０の透過軸１０ａと前面偏光板１２の偏光軸１２ａとは直交しており、ノーマリブラックの液晶表示素子となる。

図３に、液晶表示素子のスリットの配列を表す平面図を示す。図示のように、実施例１においては、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。行列の方向は表示平面において任意であるが、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（もしくは上下方向）に合致し、列方向が上下方向（もしくは左右方向）に合致する形態が好ましい。

背面透明電極４に形成する点線のスリット６および前面透明電極５に形成する実線のスリット７は、行方向に対しある角度を持った第１の種類のスリット６ａ、７ａと、行方向に対し第１の種類のスリットとは異なる角度を持った第２の種類のスリット６ｂ、７ｂとで構成されている。

スリット６（７）に関して説明すると、透明電極４、５のそれぞれ一方において、ある行では第１の種類のスリット６ａ（７ａ）が行方向に並ぶと共に、列方向に隣接する行では第２の種類のスリット６ｂ（７ｂ）が行方向のピッチの１／２ずれて行方向に並ぶ。

また、背面透明電極４における第１の種類のスリット６ａと、前面透明電極５における第１の種類のスリット７ａとが、列方向のピッチの１／２ずれて列方向に交互に配置され第１のスリット列Ｌａ１を構成し、背面透明電極４における第２の種類のスリット６ｂと、前面透明電極５における第２の種類のスリット７ｂとが、列方向のピッチの１／２ずれて列方向に交互に配置され第２のスリット列Ｌｂ１を構成する。

さらに、第１のスリット列Ｌａ１と第２のスリット列Ｌｂ１とが行方向に交互に配置されると共に、第１のスリット列Ｌａ１のスリット周期と第２のスリット列Ｌｂ１のスリット周期とが半周期ずれている。

実施例１においては、第１の種類のスリットの行方向に対する傾斜角を略＋４５°、第２の種類のスリットの行方向に対する傾斜角を略−４５°にしている。なお、これらの傾斜角を略±４５°以外の角度にすることも可能であるが、上下左右全ての方向に関して視角特性の対称性を良好に保つためには傾斜角を±４５°に設定するのが好ましい。

図４に、透明電極間に発生する電界の方向を表した概略断面図を示す。実施例１のスリット配列により、図示のように、背面電極４の縁部４ｅ（スリットとの境界）から、前面電極５のスリット中心線対応部５ｃに向けて、斜め電界Ｅａ１（Ｅｂ１）が発生する。この電界と平行な電界が、背面電極４のスリット中心線対応部４ｃから前面電極の縁部５ｅに向けても発生する。

一方、スリット中心線対応部４ｃを境にして、斜め電界Ｅａ１（Ｅｂ１）とは傾き方向が異なる斜め電界Ｅａ２（Ｅｂ２）が発生する。この電界と平行な電界が、縁部４ｅからスリット中心線対応部５ｃに向けても発生する。

なお、スリット中心線対応部とは、各スリットの幅方向（長手方向と直交する方向）に関する中心線ｃｌ１〜ｃｌ４のいずれか１つと表示平面上で合致する電極上の位置を指す。

また、ここでは電界が背面透明電極４から前面透明電極５に向かうものとしているが、電界の向きは逆でも良い。

図５に、透明電極間に発生する斜め電界のベクトルを表した概略平面図を示す。図示のように、斜め電界Ｅａ１、Ｅａ２のベクトルの水平方向成分（基板１、２に平行な成分）は、スリット６ａ、７ａの長手方向に直交し、斜め電界Ｅｂ１、Ｅｂ２のベクトルの水平方向成分はスリット６ｂ、７ｂの長手方向に直交する。

従って、第１（第２）のスリット列Ｌａ１（Ｌｂ１）において、スリット６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）の幅方向に関する中心線ｃｌ１、ｃｌ２（ｃｌ３、ｃｌ４）を境にして、斜め電界Ｅａ１、Ｅａ２（Ｅｂ１、Ｅｂ２）の水平方向成分に液晶分子の倒れ方向が反転する。

加えて、第１のスリット列Ｌａ１のスリット長手方向と第２のスリット列Ｌｂ１のスリット長手方向とが互いに９０°異なるため、４ドメイン配向構造が実現する。

（参考例）
後述する比較のための参考例として、実施例１と同様の構成で、スリット配列の異なる垂直配向型液晶表示素子を説明する。

図６に、参考例によるスリット配列を表した平面図を示す。図示のように、背面透明電極に形成された点線のスリット１３と前面透明電極に形成する実線のスリット１４は、行方向に対し＋４５°の角度を持った第１の種類のスリット１３ａ、１４ａと、行方向に対し−４５°の角度を持った第２の種類のスリット１３ｂ、１４ｂとで構成されている。

背面透明電極において、第１の種類のスリット１３ａと、第２の種類のスリット１３ｂとが、行方向のピッチの１／２ずれて行方向に交互に配置される。前面透明電極においても、第１の種類のスリット１４ａと、第２の種類のスリット１４ｂとが、行方向のピッチの１／２ずれて行方向に交互に配置される。

また、背面透明電極における第１の種類のスリット１３ａと、前面透明電極における第１の種類のスリット１４ａとが、列方向のピッチの１／２ずれて列方向に交互に配置され第１のスリット列Ｌａ２を構成し、背面透明電極における第２の種類のスリット１３ｂと、前面透明電極における第２の種類のスリット１４ｂとが、列方向のピッチの１／２ずれて列方向に交互に配置され第２のスリット列Ｌｂ２を構成する。

さらに、第１のスリット列Ｌａ２と第２のスリット列Ｌｂ２とが行方向に交互に配置されると共に、第１のスリット列Ｌａ２のスリット周期と第２のスリット列Ｌｂ２のスリット周期とが同じである。

（実施例１と参考例との比較）
図７Ａに、実施例１よるスリット配列を持つ垂直配向型液晶表示素子の電圧印加時における偏光顕微鏡観察写真を示し、図７Ｂに、参考例によるスリット配列を持つ垂直配向型液晶表示素子の電圧印加時における偏光顕微鏡観察写真を示す。

比較に用いた液晶表示素子のスリットサイズは長辺ｌ１が１００μｍ、短辺ｌ２が１４μｍである。また、スリットの行方向に関するギャップ（距離）ｇは２０μｍである。

図７Ａ、図７Ｂに示すように、実施例１による偏光顕微鏡観察写真の方が、参考例による偏光顕微鏡観察写真に比べ暗部Ｓの領域が少なく、表示が明るいことが分かる。

実施例１と参考例における最大透過率を測定した。最大透過率は、次のように求めた。液晶表示素子に用いる偏光板２枚を平行ニコルに配置した場合の透過率１００％のリファレンスをＴ１とする。一方、実施例１もしくは参考例による液晶表示素子に電圧を印加し、その液晶表示素子を通過した偏光の最大光強度をＴ２とする。そして、Ｔ１に対するＴ２の割合を％で算出した。なお、光強度は電気光学特性により算出した。

参考例の最大透過率が２３％だったのに対し、実施例１の最大透過率は３４％であり、約１．４８倍の透過率向上が確認できた。また、視角特性についても上下左右方位で対称かつ均質であった。

また、上記のようなスリット配列により、実施例１は参考例と比べて透明電極における狭窄部が少ないため、電気抵抗の上昇も防げるであろう。

上記測定における列方向のスリット重心間隔（表示平面上で見た、各スリットの重心間の距離）は６０μｍであった。次にこのスリット重心間隔を１２０μｍにした場合について最大透過率を測定した。参考例では最大透過率が２９％であったのに対し、実施例１では４１％であり、約１．４１倍の透過率向上が確認できた。

列方向のスリット重心間隔に関しては、測定の結果、１２０μｍ程度までであれば液晶の配向安定性や応答速度などに問題が生じないことが分かった。また、行方向のスリット重心間隔に関しては、列方向のスリット重心間隔の５倍以内が好ましい。

また、スリットのサイズは、大きすぎると４ドメインの模様が識別されてしまう。但し、短辺の長さはセル厚よりも大きいことが好ましい。スリットサイズは、長辺ｌが２０μｍ〜５００μｍ、短辺ｌが４μｍ〜３０μｍが好ましい。また、ギャップｇは２０μｍ以下が好ましい。

（実施例２）
図８に、実施例２によるスリットの配置を示す。図示のように、実施例１と配列の関係は同様で、行方向のギャップｇを無くし、スリット列Ｌａ１における各スリットの短辺と、スリット列Ｌｂ１における各スリットの短辺とが表示面上で重なるように各スリットを配置する。

上記の実施例は、セグメント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（そのうちのセグメント部分に実施例を適用する）の垂直配向型液晶表示素子に用いることができる。

実施例においてはスリットの形状を平行四辺形としているが、スリット形状を矩形とした場合でも、良好な視角特性と透過率を可能とするであろう。この場合、平行四辺形に比べてパターニングが容易となるメリットもある。

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、スリットの向きを上下反転させても良い。

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１は、垂直配向型の液晶表示素子の概略断面図である。 図２は、液晶表示素子の偏光板の透過軸の方向を表す平面図である。 図３は、液晶表示素子のスリットの配列を表す平面図である。 図４は、透明電極間に発生する電界の方向を表した概略断面図である。 図５は、透明電極間に発生する斜め電界のベクトルを表した概略平面図である。 図６は、参考例によるスリット配列を表した平面図である。 図７Ａは、実施例１によるスリット配列を持つ垂直配向型液晶表示素子の電圧印加時における偏光顕微鏡観察写真であり、図７Ｂは、参考例によるスリット配列を持つ垂直配向型液晶表示素子の電圧印加時における偏光顕微鏡観察写真である。 図８は、実施例２によるスリットの配置を表した平面図である。

符号の説明

１、２ 基板
３ 液晶層
４、５ 透明電極
４ｃ、５ｃ スリット中心線対応部
４ｅ、５ｅ 縁部
６、７、１３、１４ スリット
６ａ、７ａ、１３ａ、１４ａ 第１の種類のスリット
６ｂ、７ｂ、１３ｂ、１４ｂ 第２の種類のスリット
８ 液晶分子
９ａ、９ｂ 垂直配向膜
１０、１２ 偏光板
１０ａ、１２ａ 偏光板の透過軸
１１ 視角補償板
ｃｌ１、ｃｌ２、ｃｌ３、ｃｌ４ 中心線
Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅｂ１、Ｅｂ２ 斜め電界
ｇ ギャップ
Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌｂ１、Ｌｂ２ スリット列
Ｓ 暗部

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、垂直配向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行列状に設けられたスリットと
   を有し、
   前記スリットは、行方向に対する角度が異なる第１、第２の種類のスリットを含み、
   ある行では該第１の種類のスリットが行方向に並ぶと共に、列方向に隣接する行においては該第２の種類のスリットが行方向に並び、
   一方の透明電極における第１の種類のスリットと、他方の透明電極における第１の種類のスリットとが前記列方向に交互に配置されて第１のスリット列を構成し、
   一方の透明電極における第２の種類のスリットと、他方の透明電極における第２の種類のスリットとが前記列方向に交互に配置されて第２のスリット列を構成し、
   前記第１のスリット列と前記第２のスリット列とが前記行方向に交互に配置されると共に、該第１のスリット列のスリット周期と該第２のスリット列のスリット周期とが半周期ずれている液晶表示素子。
2. 前記行方向および列方向は、前記表示領域における視野の左右方向もしくは上下方向に対応し、
   前記第１、第２の種類のスリットの行方向に対する角度はそれぞれ略＋４５°、略−４５°であり、
   前記両基板の各々に沿わせて設ける偏光板の一方の透過軸と他方の透過軸がそれぞれ行方向と列方向に平行である請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記スリットの短手方向の長さが液晶セルのセル厚よりも大きい請求項１または２記載の液晶表示素子。
4. 前記スリットの前記列方向におけるスリット重心間隔が１２０μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示素子。
5. 前記スリットの前記行方向におけるスリット重心間隔が前記列方向におけるスリット重心間隔の５倍以内である請求項１〜４のいずれか１項記載の液晶表示素子。