JP5437210B2

JP5437210B2 - 液晶表示素子

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Publication number: JP5437210B2
Application number: JP2010211790A
Authority: JP
Inventors: 宜久岩本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-09-22
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Description

本発明は、マルチプレックス駆動される垂直配向型液晶表示素子に関する。

図１１は、従来の垂直配向型液晶表示素子の基本構成例を示す。従来の垂直配向型液晶表示素子は、透明な上側基板４と、それに対向する透明な下側基板５とを備えており、両基板間に誘電率異方性が負（Δε＜０）、複屈折率Δｎの液晶材料を含むモノドメイン液晶層３０が厚さｄで設けられる。上側基板４の液晶層３０側には上側透明電極１１が、下側基板５の液晶層３０側には下側透明電極１５が設けられる。透明電極１１，１５を覆うように垂直配向膜１２，１４が設けられ、モノドメイン垂直配向型液晶セル９を構成する。なお、垂直配向膜１２，１４の少なくとも一方には配向処理が施される。上下基板４，５の液晶層３０とは反対側に、それぞれ偏光板１０、２０がクロスニコルで配置される。

表示領域１８は、透明電極１１，１５が液晶層３０を挟んで重なり合う部分に画定される。電圧無印加時、液晶層３０の液晶分子は透明基板４，５に対してほぼ垂直に配向しており、面内方向で屈折率がほぼ等方的であるため、クロスニコル配置の偏光板１０，２０と組み合わせることにより表示領域１８の暗状態が実現される。液晶層３０に透明電極１１，１５を介して電圧が印加されると、液晶層３０の液晶分子が透明基板４，５に対して倒れて、面内方向で屈折率が異方的になるため、入射光がクロスニコル配置の偏光板１０，２０を透過して表示領域１８の明状態が実現される。

液晶表示素子の駆動に用いられる電極構成として、セグメント電極構成（７セグメント表示や固定パターン表示などを含む）や単純マトリクス型ドットマトリクス電極構成がある。セグメント電極構成の場合、一方の透明基板にはその基板を覆うコモン電極が形成され、他方の透明基板には表示領域を画定するセグメント電極が形成される。単純マトリクス型ドットマトリクス電極構成の場合、一方の透明基板に形成される走査（コモン）電極と、他方の透明基板に形成される信号（セグメント）電極とからなる任意の交点（画素）に選択的に電圧印加することで文字や数字などの表示を実現する。

上記構成を有する液晶表示素子は、法線方向から観察した時には良好な表示が得られるが、法線方向から傾いた方向から観察したときには光透過率や色相が著しく変化することが一般的に知られている。

特許文献１には、図１１における符号１０，２０に対応した上下偏光板と符号４，５に対応した上下透明基板間の一方または双方に、符号３ａ，３ｂに対応した負の一軸光学異方性を有する視角補償板（負の一軸フィルム）、または負の二軸光学異方性を有する視角補償板（負の二軸フィルム）を挿入した液晶表示素子が開示されている。この液晶表示素子によれば、斜め方向から観察した場合であっても、暗状態時の光透過率の上昇とコントラストの低下とが抑制され、良好な表示を実現することが可能である、と記載されている。

特許文献２，３には、液晶分子を複数の方向に配向させ、観察方向の違いによる屈折率変化を抑制するマルチドメイン垂直配向型液晶表示素子が開示されている。特許文献２には、特殊な形状の電極を形成し、液晶層内で斜め方向に電界を発生させ、その方向に液晶分子を配向制御する斜め電界配向制御法が記載され、特許文献３には、基板表面に形成した土手状突起により液晶分子の配向制御を行う方法が記載されている。

なお、特許文献４，５には、垂直配向膜に施す配向処理方法が開示されている。特許文献４には偏光した紫外線を垂直配向膜に所定の角度をもって照射する光配向処理法が記載され、特許文献５には特定の表面自由エネルギを有する垂直配向膜に対するラビング処理方法が記載されている。

特許２０４７８８０号公報特許３８３４３０４号公報特許２９４７３５０号公報特許２８７２６２８号公報特開２００５−２３４２５４号公報

本発明の目的は、良好な表示を実現することのできる液晶表示素子を提供することである。

本発明の１観点によれば、マルチプレックス駆動により動作する単純マトリクス型ドットマトリクス液晶表示素子であって、対向して配置される第１および第２の透明基板と、前記第１の透明基板の対向面側に配置され、全体として第１の方向に延在する複数の第１の透明電極と、前記第２の透明基板の対向面側に配置され、全体として前記第１の方向と直交する方向に延在する複数の第２の透明電極と、前記第１および第２の透明基板の対向面側に前記第１および第２の透明電極を覆うように配置される第１および第２の垂直配向膜と、前記第１および第２の透明基板の対向面側に狭持して配置され、誘電率異方性が負でリターデーションが４５０ｎｍより大きい液晶層と、前記第１および第２の透明基板の対向面側とは反対側に配置される第１および第２の視角補償板と、前記第１および第２の視角補償板の外側にクロスニコルで配置される第１および第２の偏光板と、を含み、前記第１および第２の垂直配向膜の少なくとも一方には、配向処理が施され、電圧無印加時における前記液晶層の厚み方向中央に位置する液晶分子の配向方向は、前記第１の方向成分を含む第２の方向であり、前記第１および第２の透明電極が前記液晶層を挟んで重なり合う画素は、前記第２の方向に直交する方向と交差する辺を２つ以上有し、前記第１の透明電極の前記画素に対応する領域には、前記第１の方向成分を含む方向に延在する開口部を備え、前記第１の偏光板または前記第２の偏光板のいずれかの吸収軸は、前記第２の方向に対して４５°の方向に配置される液晶表示素子、が提供される。

本発明によれば、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を提供することができる。

図１は、本発明者が提供する垂直配向型液晶表示素子の断面図である。図２Ａ〜２Ｃは、実施例１のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。図３Ａ〜３Ｃは、実施例２のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。図４Ａ〜４Ｃは、実施例３のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。図５Ａ〜５Ｃは、実施例４のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。図６Ａおよび６Ｂは、実施例１〜４の光透過率特性を示すグラフ、および色相変化を示すテーブルである。図７Ａ〜７Ｃは、１画素内の開口部数が異なる実施例５〜７のセグメント電極パターンを示す平面図である。図８Ａおよび８Ｂは、実施例５〜７の光透過率特性を示すグラフ、および色相変化を示すテーブルである。図９Ａおよび９Ｂは、電圧印加時の開口部エッジ付近における電界の様子を示す斜視図、および液晶層厚さ方向中央分子の配向状態を模式的に示す正面透視図である。図１０Ａおよび１０Ｂは、電圧印加時の画素エッジ付近における電界の様子を示す斜視図、および液晶層厚さ方向中央分子の配向状態を模式的に示す正面透視図である。図１１は、従来の垂直配向型液晶表示素子の断面図である。図１２Ａおよび１２Ｂは、従来の垂直配向型液晶表示素子における偏光板、視角補償板等の配置関係を示す概略斜視図である。図１３Ａおよび１３Ｂは、従来の垂直配向型液晶表示素子の光透過率特性を示すグラフ、および色相変化を示すテーブルである。

本発明者は、図１１に示す従来液晶表示素子において、観察方向の違いによる光透過率変化、および色相変化のシミュレーション解析を行った。シミュレーション解析には、（株）シンテック製「ＬＣＤＭＡＳＴＥＲ６．４」を使用した。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、シミュレーション解析を行った従来液晶表示素子のモデルを示す概略図である。

図１２Ａに示す第１の従来液晶表示素子は、クロスニコル配置された上側（または表側）偏光板１０と下側（または裏側）偏光板２０との間に、モノドメイン垂直配向型液晶セル９が配置される。モノドメイン垂直配向型液晶セル９は、上側基板（透明ガラス基板）４、下側基板（透明ガラス基板）５、及び両基板に挟持されたプレチルト角８９．５°のモノドメイン垂直配向液晶層３０を含んで構成される。なお、便宜上、上下基板４，５に配置される電極、および垂直配向膜は図示を省略しているが、実際には図１１に示す液晶セル９を想定する。また、電極の形状はセグメント電極、コモン電極ともにベタ電極を想定する。モノドメイン垂直配向液晶層３０は負の誘電率異方性Δεを有し、複屈折率Δｎは０．１５、厚さｄは４μｍ、つまりリターデーションΔｎｄは６００ｎｍとした。モノドメイン垂直配向液晶セル９の下側基板５と下側偏光板２０間に、視角補償板３として負の二軸フィルムが１枚配置される。負の二軸フィルム３の面内位相差は５０ｎｍ、厚さ方向の位相差は４４０ｎｍとした。

上下偏光板１０，２０はそれぞれ、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）ベースフィルム２上に偏光層１が配置された構成である。図示は省略したが、偏光層１上には、ＴＡＣで形成された表面保護フィルムが配置される。偏光板ＴＡＣ層の面内位相差は３ｎｍでその遅相軸は偏光板吸収軸に平行とし、厚さ方向位相差は５０ｎｍとした。

図中に示す座標系において、上側基板４の配向処理方向Ｒｕｂは２７０°、下側基板５の配向処理方向Ｒｕｂは９０°であり、液晶層３０の厚さ方向中央の液晶分子配向方向（液晶ダイレクタ）は９０°である。また、上側偏光板１０の偏光層１における吸収軸ａｂ、及びＴＡＣベースフィルム２の面内遅相軸ＴＡＣｓｌは１３５°方向、下側偏光板２０のそれらは４５°方向に配置する。負の二軸フィルム３の面内遅相軸Ｂｓｌは、近接する偏光板の吸収軸と略直交に配置するため、その方向は１３５°である。

図１２Ｂに示す第２の従来液晶表示素子は、下側基板５と下側偏光板２０との間に視角補償板３ａとして第１の負の二軸フィルムが、上側基板４と上側偏光板１０との間に視角補償板３ｂとして第２の負の二軸フィルムが配置される。その他の構成は第１の従来液晶表示素子と同様である。

第１の負の二軸フィルム３ａの面内遅相軸Ｂｓｌ１は、近接する偏光板２０の偏光層１の吸収軸ａｂに略直交とされるため、その方向は１３５°である。また、第２の負の二軸フィルム３ｂの面内遅相軸Ｂｓｌ２は、近接する偏光板１０の偏光層１の吸収軸ａｂに略直交とされるため、その方向は４５°である。第１および第２の負の二軸フィルム３ａ，３ｂの面内位相差はともに２５ｎｍ、厚さ方向位相差はともに２２０ｎｍとした。

また、第３の従来液晶表示素子として、図１２Ｂにおける視角補償板３ａを面内位相差５０ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸フィルムとし、視角補償板３ｂを面内位相差０ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の一軸フィルム（Ｃプレート）としたモデルを想定した。その他の構成は第２の従来液晶表示素子と同様である。

液晶表示素子の左右方向を１８０°−０°（９時−３時）方向とし、法線方向を０°とした左右への傾き角度（観察角度）に対する光透過率特性、および色相変化について説明する。

図１３Ａは、第１〜３の従来液晶表示素子における光透過率特性（−６０°〜＋６０°）を示すグラフである。グラフの横軸は左右への観察角度を単位「°」で表し、縦軸は明状態時の光透過率を単位「％」で表す。曲線αが第１の従来液晶表示素子（片面に負の二軸フィルム）の光透過率特性、曲線βが第２の従来液晶表示素子（両面に負の二軸フィルム）の光透過率特性、曲線γが第３の従来液晶表示素子（片面に負の二軸フィルム、片面にＣプレート）の光透過率特性を示す。駆動条件としては、マルチプレックス駆動１／１６ｄｕｔｙ、１／５ｂｉａｓで、最大コントラストが得られる電圧値とした。光源には標準光源Ｄ６５を用いた。

このグラフより、第１の従来液晶表示素子では、左右方向観察角度に対する光透過率特性の非対称性が確認できる。また、第２の従来液晶表示素子では、光透過率特性の対称性は良好であるものの、大きい観察角度で光透過率の低下が確認できる。さらに、第３の従来液晶表示素子では、第２の従来液晶表示素子と同様に大きい観察角度で光透過率の低下が見られるとともに、光透過率特性の非対称性も確認することができる。

図１３Ｂは、観察角度±５０°および±６０°における第１〜３の従来液晶表示素子のＸＹＺ表色系ｘｙ色度を示すテーブルである。このテーブルより、第２および第３の従来液晶表示素子において、観察角度±５０°でほぼ黄色である色相が、観察角度±６０°で紫〜青色の色相へ変化していることが確認される。

以上のシミュレーション解析から、第２および第３の従来液晶表示素子のような、液晶セルの両面に視角補償板が配置されている場合、左右方向への大きな観察角度で光透過率が著しく低下し、大きな色相変化が生じることがわかった。このような視角特性の劣化は改善されることが望ましい。なお、本発明者の検討によれば、このような視角特性の劣化は、液晶層のリターデーションが約４５０ｎｍより大きい場合で顕著に見られることが確認されている。本発明者は、液晶セルの両面に視角補償板が配置された垂直配向液晶表示素子の視角特性を改善する検討を行った。

図１は、本発明者が提供する垂直配向型液晶表示素子の構成例を示す断面図である。透明な上側基板４と、それに対向する透明な下側基板５とを備えており、両基板間にΔε＜０の液晶材料を含む液晶層３０がリターデーションΔｎｄ＞４５０ｎｍで設けられている。上側基板４の液晶層３０側には開口部１７を有する所定形状のセグメント電極１３が設けられている。また、下側基板５の液晶層３０側には所定形状のコモン電極１５が設けられている。さらに透明電極１３，１５を覆うように垂直配向膜１２，１４設けられている。また、垂直配向膜１２ないし１４には基板面内の一方向に配向処理が施され、電圧無印加時における液晶層３０の配向状態はモノドメイン配向に規制されている。上下基板４，５の液晶層３０とは反対側に、負の二軸フィルム３ａ，３ｂが配置され、さらにその外側に偏光板１０、２０がクロスニコルで配置されている。偏光板の吸収軸方向、視角補償板の遅相軸方向、垂直配向膜における配向方向ないし液晶ダイレクタの配置関係は、前述の第２の従来液晶表示素子と同等である。

なお、電圧印加初期におけるセグメント電極１３間、コモン電極１５間および開口部１７（電極非対向領域）近傍の光抜け防止のため、それらを塞ぐようにブラックマスク６を設けても構わない。図のように、透明基板上にブラックマスク６を形成して、その上に平滑な電極を形成するための樹脂層７を形成しても構わないし、透明基板上に電極を形成して、電極非対向領域に直接ブラックマスクを形成しても構わない。また、ブラックマスクは、上下基板のそれぞれの電極非対向領域に設けても構わないし、図のように、上下基板のどちらか一方の基板の電極非対向領域に対応する領域に設けても構わない（図では便宜上、下側電極間に対応して設けられるブラックマスクは図示していない）。

以下、図１を参照しながら、本発明者が提供する垂直配向型液晶表示素子の作製例について説明する。

基板サイズ３５０ｍｍ×３６０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、シート抵抗８０Ω／□のＩＴＯ（インジウム錫酸化物）透明電極付き青板ガラス基板に、ポジ型フォトレジスト（ロームアンドハース製）をロールコーターで塗布してフォトレジスト膜を形成する。石英ブランク上に所望形状のＣｒ（クロム）パターンを有するフォトマスクのＣｒパターンをフォトレジスト膜上に密着配置し、紫外線によりフォトレジスト膜を密着露光する。１２０℃、１０分間の焼成を行った後、ＫＯＨ水溶液にてウェット現像処理を行い、露光された部分のフォトレジストを除去する。４０℃の第２塩化鉄溶液でＩＴＯ透明電極にエッチング処理を行い、フォトレジスト膜開口部のＩＴＯ膜を除去する。最後に、ＮａＯＨ水溶液にて残ったフォトレジストを除去する。このようにして、適宜所望パターンのフォトマスクを用いて、上下基板４，５上にそれぞれ、所望パターンのコモン電極１５と、開口部１７を有するセグメント電極１３が形成される。なお、開口部１７の詳細については後述する。

次に、フレキソ印刷法により、垂直配向膜（チッソ石油化学製）の材料液をセグメント電極１３およびコモン電極１５上に塗布し、これらをクリーンオーブン内で１８０℃、３０分間焼成する。その後、各配向膜に対しラビング処理を施し、垂直配向膜１２，１４を完成させる。

次に、垂直配向膜１２，１４が形成された上側基板４または下側基板５の一方の基板に、粒径２〜６μｍのシリカスペーサーが混入されたシール材（三井化学製）をスクリーン印刷法により所望のパターンで塗布する。また、他方の基板に、粒径２〜６μｍのプラスチックスペーサーを乾式散布法により散布する。上下基板４，５を、垂直配向膜１２，１４が対向するように配置、かつ垂直配向膜１２，１４に施されたラビング方向がアンチパラレルになるように配置して張り合わせる。一定の加圧状態にて焼成した後、所望のサイズにカッティングして空セルを完成させる。なお実施例では、セル厚は約４μｍであった。

次に、空セルに、誘電率異方性ε＜０、複屈折率Δｎ＝０．２１（リターデーションΔｎｄはおよそ８４０ｎｍ）の液晶材料（メルク社製）を真空注入法にて注入、封止する。その後、１２０°、６０分間の焼成を行い、中性洗剤で洗浄して液晶セル９を完成させる。

最後に、液晶セル９の外側に、視角補償板３ａ，３ｂを配置し、さらにその外側に、吸収軸が略クロスニコルになるよう上下偏光板（ポラテクノ製ＳＨＣ１３Ｕ）１０，２０を配置する。実施例では、視角補償板３ａ，３ｂに面内位相差１２ｎｍ、厚さ方向位相差３５０ｎｍである負の二軸フィルムを用いた。

このようにして、電極に開口部を有する視角補償板付き垂直配向型液晶表示素子が完成する。なお、実施例では、上側基板４の電極非対向領域に対応する領域に、光抜け防止のためのブラックマスク６と、透明電極１３，１５の平滑形成および電気的絶縁のための樹脂層７とを設けた。ブラックマスクは、金属、顔料分散樹脂またはカーボン粒子分散樹脂等によって構成される。なお、ブラックマスクおよび樹脂層は形成しなくても構わない。

次に、図２〜５を用いて実施例１〜４の電極形状について説明する。

図２Ａ〜２Ｃは、実施例１による液晶表示素子のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。配向処理方向に沿って延在するセグメント電極１３ａ、およびそれと直交する方向に延在するコモン電極１５ａは短冊状であり、幅Ｓおよび幅Ｃが０．４２ｍｍ、間隔Ｓｓおよび間隔Ｃｓが０．０１ｍｍである。画素１８ａは、セグメント電極１３ａとコモン電極１５ａが液晶層を挟んで重なり合う領域に矩形状として画定される。各開口部１７ａは、各画素１８ａ内に配置されるようセグメント電極１３ａに形成される。各開口部１７ａは、セグメント電極１３ａの延在方向エッジと平行なエッジを有する矩形状であり、長手方向長さＡｌ０．３２ｍｍ、電極上に隣接する長手方向間距離Ａｓ０．１ｍｍ、短手方向長さＡｗ０．００７ｍｍである。なお、図面では便宜上、開口部が実際のスケールよりも誇張して描かれている。

図３Ａ〜３Ｃは、実施例２による液晶表示素子のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。配向処理方向に沿って延在するセグメント電極１３ｂは鋸状であり、折れ角９０°で折れピッチＳｗ０．４２ｍｍ、幅Ｓ０．４３ｍｍ、間隔Ｓｓ０．０１ｍｍである。セグメント電極１３ｂと直交する方向に延在するコモン電極１５ｂは短冊状であり、幅Ｃ０．４２ｍｍ、間隔Ｃｓ０．０１ｍｍである。画素１８ｂは、セグメント電極１３ｂとコモン電極１５ｂが液晶層を挟んで重なり合う領域に逆「く」の字形状として画定される。各開口部１７ｂは、各画素１８ｂ内に配置されるようセグメント電極１３ｂに形成される。各開口部１７ｂは、セグメント電極１３ｂの延在方向エッジと平行なエッジを有する逆「く」の字形状であり、長手方向長さＡｌ０．３２ｍｍ、電極上に隣接する長手方向間隔Ａｓ０．１ｍｍ、短手方向長さＡｗ０．００７ｍｍである。なお、図面では便宜上、開口部が実際のスケールよりも誇張して描かれている。また、画素および開口部の形状は、順「く」の字形状でもよく、本発明では順「く」の字形状および逆「く」の字形状を総称して「く」の字形状とする。

図４Ａ〜４Ｃは、実施例３による液晶表示素子のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。配向処理方向に沿って延在するセグメント電極１３ｃは短冊状であり、幅Ｓ０．４２ｍｍ、間隔Ｓｓ０．０１ｍｍである。セグメント電極１３ｃと直交する方向に延在するコモン電極１５ｃは鋸状であり、折れ角９０°で折れピッチＣｗ０．４２ｍｍ、幅Ｃ０．４３ｍｍ、間隔Ｃｓ０．０１ｍｍである。画素１８ｃは、セグメント電極１３ｃとコモン電極１５ｃが液晶層を挟んで重なり合う領域に逆Ｖ字形状として画定される。各開口部１７ｃは、各画素１８ｃ内に配置されるようセグメント電極１３ｃに形成される。各開口部１７ｃは、セグメント電極１３ｃの延在方向エッジと平行なエッジを有する矩形状であり、長手方向長さＡｌ０．３２ｍｍ、電極上に隣接する長手方向間距離Ａｓ０．１ｍｍ、短手方向長さＡｗ０．００７ｍｍである。なお、図面では便宜上、開口部が実際のスケールよりも誇張して描かれている。また、画素形状は、順Ｖ字形状でもよく、本発明では順Ｖ字形状および逆Ｖ字形状を総称してＶ字形状とする。

図５Ａ〜５Ｃは、実施例４による液晶表示素子のセグメント電極パターン、コモン電極パターン、およびそれらを重ね合わせたときの画素の一部を示す平面図である。配向処理方向に沿って延在するセグメント電極１３ｄ、およびそれと直交する方向に延在するコモン電極１５ｄは、折れ角９０°で折れピッチＳｗおよびＣｗが０．４２ｍｍ、幅ＳおよびＣが０．４３ｍｍ、間隔ＳｓおよびＣｓが０．０１ｍｍの鋸状である。画素１８ｄは、セグメント電極１３ｄとコモン電極１５ｄが液晶層を挟んで重なり合う領域に矩形状として画定される。各開口部１７ｄは、各画素１８ｄ内に配置されるようセグメント電極１３ｄに形成され、セグメント電極１３ｄの延在方向エッジと平行なエッジを有する逆Ｚ字形状である。なお、図面では便宜上、開口部が実際のスケールよりも誇張して描かれている。また、開口部の形状は、順Ｚ字形状でもよく、本発明では順Ｚ字形状および逆Ｚ字形状を総称してＺ字形状とする。

図６Ａおよび６Ｂは、実施例１〜４と比較例の左右方向観察角度に対する明状態時の光透過率特性を示すグラフと、観察角度０°、４０°および６０°のＸＹＺ表色系ｘｙ色度を示すテーブルである。ここで、比較例とは、前述第２の従来液晶表示素子と同様のサンプルである。実施例１〜４および比較例は、最大コントラストが得られる電圧値で、フレーム周波数２５０Ｈｚ、１／６４ｄｕｔｙ、１／１２ｂｉａｓのマルチプレックス駆動で動作させた。図６Ａにおいて、実施例１〜４は、比較例よりも正面観察時（観察角度０°）の光透過率が低下していることがわかる。これは、実施例１〜４がセグメント電極に開口部を備えているため、実効開口率が低下したためだと考えられる。しかし、実施例１〜４はいずれも、左右方向への大きな観察角度で光透過率が向上しており、光透過率特性が全体としてフラットに近づいていることがわかる。また、図６Ｂにおいて、比較例の色相は、観察角度０°から６０°にかけて白色から黄色、さらに青色と大きく変化している。一方、実施例１〜４はいずれも、明らかに色相変化が小さくなっていることがわかる。特に、観察角度４０°から６０°にかけての色相変化が、比較例よりも顕著に小さくなっていることがわかる。

以上より、液晶セルの両面に視角補償板を備えた垂直配向型液晶表示素子において、対向電極の一方にその電極の延在方向エッジと平行なエッジを有する開口部を設けることにより、左右方向観察角度に対する光透過率特性がフラットに近づき、色相変化が小さくなる、つまり視角特性が改善することがわかった。引き続き、本発明者は、電極に開口部を有する視角補償板付き垂直配向型液晶表示素子において、１画素内に配置される開口部数の影響について評価を行った。

図７Ａ〜７Ｃは、実施例５〜７のセグメント電極パターンを示す平面図である。実施例５〜７は、実施例１と同等の構成であって、開口部がセグメント電極の延在方向ないし配向処理方向と直交する方向（左右方向）に１〜３つ配列されるサンプルである。実施例５は、図７Ａに示すように開口部１７が画素中央部に配置されるようセグメント電極１３に形成される、つまり、実施例５は実施例１と同様のサンプルである。実施例６は、図７Ｂに示すように開口部を１画素内の左右方向に均等に２つ備えるサンプルであり、実施例７は、図７Ｃに示すように開口部を１画素内の左右方向に均等に３つ備えるサンプルである。なお、図面では便宜上、開口部が実際のスケールよりも誇張して描かれている。

図８Ａおよび８Ｂは、実施例５〜７と比較例における左右観察角度に対する明状態時の光透過率特性を示すグラフ、および観察角度０°、４０°および６０°のＸＹＺ表色系ｘｙ色度を示すテーブルである。これらのグラフから、実施例５〜７のいずれも、比較例よりも大きい観察角度で光透過率が向上し、色相変化が低減していることがわかる。また、１画素内に配置される開口部数の影響については、開口部数が多くなるにしたがって、左右方向への大きな観察角度で光透過率が向上し、色相変化が低減することがわかった。ただし、色相変化については、開口部数が多くなるにしたがい若干の黄ばみが視認された。

実施例における視角特性の改善は、次のようなメカニズムによるものと考えられる。

図９Ａおよび９Ｂは、電圧印加時の開口部エッジ付近における電界の様子を示す斜視図、および液晶層厚さ方向中央分子の配向状態を模式的に示す正面透視図である。電圧無印加時、誘電率異方性が負の液晶分子は、基板面に対しほぼ垂直に配向している。電極を介して電圧が印加されると、上下電極が対向する領域においては、液晶分子は配向処理方向に沿って再配向して明状態を実現する。ただし、電極が上下基板のどちらか一方にしか存在しない開口部の中央領域においては、液晶分子は再配向せず、明状態にはならない。そのため、電極に開口部を形成すると、実効開口率が低下し、正面観察時の光透過率が低下したと考えられる。一方、開口部エッジ領域においては、開口部に対向する電極領域から発する電気力線が開口部のエッジに向かうことになり、図９Ａに示すような斜め電界が発生することになる。開口部のエッジ付近に位置する液晶分子は、局所的にこの斜め電界に沿って再配向する。基板面において開口部エッジから離れるにしたがって、液晶分子の配向方向は徐々に配向処理方向に近づいていき、結果、電圧印加時の液晶層は、図９Ｂに示すように、マルチドメイン配向を構成すると考えられる。なお、図中では、開口部の長手方向エッジ付近の斜め電界および液晶分子配向方向について示しているが、実際には開口部の短手方向エッジ付近でも同様の現象が生じると考えられる。このように電極に開口部を形成すると、開口部のエッジ付近における斜め電界により、液晶層がマルチドメイン配向を構成するため、観察方向の違いによる屈折率変化が平均化し、比較例よりも視角特性が改善したと考えられる。特に、実施例３および４のような屈曲部を有する複雑な形状（「く」の字形状、Ｚ字形状）の開口部であったり、実施例７のような１画素内に複数の開口部が形成されている場合には、電圧印加時のマルチドメイン配向領域が広くなり、顕著な視角特性の向上が見られたと考えられる。

図１０Ａおよび１０Ｂは、電圧印加時の画素エッジ付近における電界の様子を示す斜視図、および液晶層厚さ方向中央分子の配向状態を模式的に示す正面透視図である。画素エッジ付近においても、開口部エッジ付近と同様の原理により、セグメント電極ないしコモン電極間領域に対向する電極領域から発する電気力線がそれぞれの電極エッジに向かって、図１０Ａに示すような斜め電界が発生すると考えられる。画素エッジ付近に位置する液晶分子は、局所的にこの斜め電界に沿って再配向し、図１０Ｂに示すようなマルチドメイン配向を構成すると考えられる。画素エッジ付近に形成されるこのようなマルチドメイン配向領域も視角特性改善に寄与するものと考えられる。特に、実施例２および３のような配向処理方向に直交する方向と交差する辺をより多く含む画素形状（Ｖ字形状、「く」の字形状）である場合には、マルチドメイン配向領域が広くなり、視角特性の向上に寄与するものと考えられる。

なお、以上の考察から、左右方向への大きな観察角度に対する視角特性向上を重視する場合には、液晶層のマルチドメイン配向領域を広くするため、開口部の長手方向長さを配向処理方向に沿って長くし、かつ、短手方向長さおよび短手方向ピッチを短くして開口部を密に配置することが好ましいと考えられる。このとき、開口部の長手方向間距離を０とし、電極の延在方向に延びる連続した一つの開口部を形成してもよいであろう。また、開口部の形状は、全体として開口部が形成された電極の延在方向に沿って延在し、屈曲部を含む形状、例えば、Ｘ，Ｕ，Ｓ，Ｏ字形状などであってもよいであろう。

以上、電極に開口部を有する視角補償板付き垂直配向型液晶表示素子の有効性が確認されたが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、開口部は、実施例で説明したようにセグメント電極に形成してもよいし、セグメント電極ではなくコモン電極に形成してもよい。また、画素ごとに異なる電極に開口部を形成しても良いし、コモン電極およびセグメント電極の両方に形成してもよい。ただし、これらの場合、上下基板の張り合わせ時に精確な位置合わせを行う必要がある。このため、開口部はコモン電極、またはセグメント電極のどちらか一方に形成することが望ましいであろう。

また、電極ないし開口部の延在方向、配向処理方向、偏光板吸収軸等の配置関係もこれらに限らない。

さらに、実施例では、視角補償板３ａ，３ｂに負の二軸フィルムを用いたが、本発明の構成はこの限りではない。視角補償板３ａ，３ｂのどちらか一方、または両方を負の一軸フィルムにしても良いし、面内位相差ないし厚さ方向位相差などの光学特性が異なる視角補償板を用いてもよい。また、一般的に視角補償板の厚さ方向位相差は、液晶層のリターデーションの０．５〜１倍程度が好ましいことが知られているが、リターデーションが大きくなるような場合には、視角補償板を複数用いて厚さ方向位相差を調整しても構わない。

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。

３視角補償板、
４ガラス基板、
９液晶セル、
１０偏光板、
１１セグメント電極、
１２垂直配向膜、
１５コモン電極、
１７開口部、
１８表示領域、
３０液晶層。

Claims

マルチプレックス駆動により動作する単純マトリクス型ドットマトリクス液晶表示素子であって、
対向して配置される第１および第２の透明基板と、
前記第１の透明基板の対向面側に配置され、全体として第１の方向に延在する複数の第１の透明電極と、
前記第２の透明基板の対向面側に配置され、全体として前記第１の方向と直交する方向に延在する複数の第２の透明電極と、
前記第１および第２の透明基板の対向面側に前記第１および第２の透明電極を覆うように配置される第１および第２の垂直配向膜と、
前記第１および第２の透明基板の対向面側に狭持して配置され、誘電率異方性が負でリターデーションが４５０ｎｍより大きい液晶層と、
前記第１および第２の透明基板の対向面側とは反対側に配置される第１および第２の視角補償板と、
前記第１および第２の視角補償板の外側にクロスニコルで配置される第１および第２の偏光板と、
を含み、
前記第１および第２の垂直配向膜の少なくとも一方には、配向処理が施され、
電圧無印加時における前記液晶層の厚み方向中央に位置する液晶分子の配向方向は、前記第１の方向成分を含む第２の方向であり、
前記第１および第２の透明電極が前記液晶層を挟んで重なり合う画素は、前記第２の方向に直交する方向と交差する辺を２つ以上有し、
前記第１の透明電極の前記画素に対応する領域には、前記第１の方向成分を含む方向に延在する開口部を備え、
前記第１の偏光板または前記第２の偏光板のいずれかの吸収軸は、前記第２の方向に対して４５°の方向に配置される液晶表示素子。
前記第１の方向は、前記第２の方向と同じ方向である請求項１記載の液晶表示素子。
前記第１および第２の透明電極の形状は短冊状または鋸状であり、前記画素の形状は矩形状、「く」の字状またはＶ字状である請求項１または２記載の液晶表示素子。
前記開口部の形状は、前記第１の透明電極の延在方向エッジと平行なエッジを有する矩形状、ないし「く」の字またはＺ字状である請求項３記載の液晶表示素子。
前記開口部の形状は、全体として前記第１の方向に延在し、屈曲部を１つ以上有する請求項１〜３いずれか１項記載の液晶表示素子。
前記第１の透明電極の前記画素に対応する領域毎に、同一形状の複数の前記開口部が配置される請求項１〜５いずれか１項記載の液晶表示素子。
前記第１の視角補償板は、負の二軸光学異方性を有する視角補償板であって、前記第１の視角補償板の遅相軸は、隣接する前記第１の偏光板の吸収軸と直交し、かつ、前記第２の方向と約４５°をなす請求項１〜６いずれか１項記載の液晶表示素子。
前記第１および第２の視角補償板は、負の二軸光学異方性を有する視角補償板であって、前記第１および第２の視角補償板の面内遅相軸は互いに直交し、隣接する前記第１および第２の偏光板の吸収軸とも直交し、かつ、前記第２の方向とそれぞれ約４５°をなす請求項１〜６いずれか１項記載の液晶表示素子。
前記第１および第２の視角補償板の厚さ方向位相差は、前記液晶層のリターデーションの０．５〜１倍である請求項１〜８いずれか１項記載の液晶表示素子。
さらに、前記第１および第２の透明基板の少なくとも一方には、前記第１の透明電極間、前記第２の透明電極間および前記開口部を塞ぐようにブラックマスクが形成される請求項１〜９いずれか１項記載の液晶表示素子。