特許 5774160 液晶表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5774160

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】液晶表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/1343 20060101AFI20150813BHJP

   G02F 1/1337 20060101ALI20150813BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/1343

   G02F1/1337 505

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-106765(P2014-106765)

(22)【出願日】2014年5月23日

(62)【分割の表示】特願2010-85162(P2010-85162)の分割

【原出願日】2010年4月1日

(65)【公開番号】特開2014-194569(P2014-194569A)

(43)【公開日】2014年10月9日

【審査請求日】2014年5月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001184

【氏名又は名称】特許業務法人むつきパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】岩本 宜久

【審査官】 森江 健蔵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１５５３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７５９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２９０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１１２５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３３７

Ｇ０２Ｆ １／１３４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一面側に第１電極を有する第１基板と、
一面側に第２電極を有し、当該第２電極と前記第１基板の前記第１電極とが向かい合うようにして前記第１基板と対向配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向液晶層と、
前記第１基板と前記第２基板の各々の外側に配置されており、互いの吸収軸が略直交し、かつ当該各吸収軸がそれぞれ第１方向に対して略４５°の角度をなすように配置された一対の偏光板と、
を含み、
前記第１電極は、各々が前記第１方向に延びた形状であり、規則的な市松状に設けられた複数の第１開口部を有し、
前記第２電極は、各々が前記第１方向に延びた形状であり、規則的な市松状に設けられた複数の第２開口部を有し、
前記複数の第１開口部のそれぞれが前記第１方向と当該第１方向に直交する第２方向のいずれにおいても前記複数の第２開口部のうちの平面視において隣り合う２つの第２開口部の間に位置するように、前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部とが相対的に配置されており、
前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部の各々は、平面視において前記第１方向に隣接する各々の一端側を部分的に重ねて配置されており、
前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部の各々は、前記第２方向における長さが０．００７ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下であり、
前記第１電極と前記第２電極の間に電圧が印加されたとき、前記液晶層において、前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部の存在する位置に対応する各領域には電圧が印加されず、当該各領域は、前記一対の偏光板のいずれかの外側から見たときに暗領域として観察される、
液晶表示装置。

【請求項2】

平面視において前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域によって略矩形状の画素部が画定されており、
前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部は、平面視において各々の他端側を前記画素領域のエッジ部と重ねて配置され、かつ、各々の長手方向が前記画素部の各エッジ部の延在方向に対して直交以外の角度をなすように配置されている、
請求項１に記載の液晶表示装置。

【請求項3】

平面視において前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域ごとに１つの表示部が画定されており、
前記１つの表示部内が複数の領域に分割されており、当該分割された領域ごとに前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部の各々の配置を規定するための前記第１方向が異なる方向に設定されている、
請求項１に記載の液晶表示装置。

【請求項4】

前記第１基板と前記第２基板の重なる領域内に画定される有効表示領域内が複数の領域に分割されており、当該分割された領域ごとに前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部の各々の配置を規定するための前記第１方向が異なる方向に設定されている、
請求項１に記載の液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

上記のような垂直配向型の液晶表示装置において、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、上記のマルチドメイン配向を実現する電極構造が開示されている。こ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られており、上電極の開口部と下電極の開口部と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している。それにより、各開口部周辺に斜め電界を発生させることができるので、開口部を境界として液晶分子の配向方向を１８０°回転させることができる。特許文献１においては、主にキャラクタ（セグメント）表示パターンを行うときにおいて任意の表示パターンに対しても有効な電極構造として、対向する上下基板に、互い違いに矩形状の開口部を配置する液晶表示装置が開示されている。

【0004】

上述した矩形状の開口部を多数設ける液晶表示装置においては、開口部のレイアウトによっては液晶分子の配向が不均一となり、実効的な開口率の低下や電圧印加時の応答速度の低下等の不具合が生じる場合がある。それらに対する解決策の１つとして、特開２００９−１２２２７１号公報（特許文献２）には、基板上に設けられる複数の矩形状の開口部について、長辺方向に隣接する２つの開口部の相互間距離をそれぞれの開口部の短辺方向の長さ（スリット幅）よりも短くするという技術が開示されている。これによれば、電極に対してパターニング処理をして各開口部を形成する際における面内エッチングムラ等による不具合を解消することが可能である。

【0005】

ところで、上記特許文献２で提案される手法においては、開口部の短辺方向の長さをより短くしたい場合には、それに伴って、上記した開口部の長辺方向における相互間距離も短くする必要がある。ところが、開口部の長辺方向の相互間距離をより短く設定した場合には、パターニング処理条件によっては、たとえばオーバーエッチング条件において、隣接する開口部同士が結合してしまう場合がある。このような開口部同士の結合が多く発生すると、電極の抵抗値の上昇を招き、表示品位を低下する懸念がある。また、長辺方向に隣接する開口部が全て結合してしまうと、電極の断線を招くため、表示不良が発生し、表示品位を低下する懸念がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４１０７９７８号公報

【特許文献2】特開２００９−１２２２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明に係る具体的態様は、電極に複数の開口部を設ける液晶表示装置における表示品位の低下を回避することが可能な技術を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る一態様の液晶表示装置は、（ａ）一面側に第１電極を有する第１基板と、（ｂ）一面側に第２電極を有し、当該第２電極と第１基板の第１電極とが向かい合うようにして第１基板と対向配置された第２基板と、（ｃ）第１基板と第２基板との間に設けられた垂直配向液晶層と、（ｄ）第１基板と第２基板の各々の外側に配置されており、互いの吸収軸が略直交し、かつ当該各吸収軸がそれぞれ第１方向に対して略４５°の角度をなすように配置された一対の偏光板と、を含み、（ｅ）第１電極は、各々が前記第１方向に延びた形状であり、規則的な市松状に設けられた複数の第１開口部を有し、（ｆ）第２電極は、各々が第１方向に延びた形状であり、規則的な市松状に設けられた複数の第２開口部を有し、（ｇ）複数の第１開口部のそれぞれが第１方向と当該第１方向に直交する第２方向のいずれにおいても複数の第２開口部のうちの平面視において隣り合う２つの第２開口部の間に位置するように、複数の第１開口部と複数の第２開口部とが相対的に配置されており、（ｈ）複数の第１開口部と複数の第２開口部の各々は、平面視において第１方向に隣接する各々の一端部同士を部分的に重ねて配置されており、（ｉ）複数の第１開口部と複数の第２開口部の各々は、第２方向における長さが０．００７ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下であり、（ｊ）第１電極と第２電極の間に電圧が印加されたとき、液晶層において、複数の第１開口部と複数の第２開口部の存在する位置に対応する各領域には電圧が印加されず、当該各領域は、一対の偏光板のいずれかの外側から見たときに暗領域として観察される、液晶表示装置である。

【0009】

上記の液晶表示装置によれば、第１電極と第２電極のそれぞれにおいて、隣り合う開口部間の距離を大幅に拡大することができる。それにより、開口部同士の結合による電極の抵抗値上昇や断線を回避し、表示品位の低下を回避することができる。

【0010】

上記の液晶表示装置においては、平面視において第１電極と第２電極とが重なる領域によって略矩形状の画素部が画定されており、複数の第１開口部と複数の第２開口部は、平面視において各々の他端部を画素領域のエッジ部と重ねて配置され、かつ、各々の長手方向が画素部の各エッジ部の延在方向に対して直交以外の角度をなすように配置されていることも好ましい。

【0011】

また、上記の液晶表示装置においては、平面視において第１電極と第２電極とが重なる領域ごとに１つの表示部が画定されており、１つの表示部内が複数の領域に分割されており、当該分割された領域ごとに複数の第１開口部と複数の第２開口部の各々の配置を規定するための第１方向が異なる方向に設定されていてもよい。

【0012】

また、上記の液晶表示装置においては、第１基板と第２基板の重なる領域内に画定される有効表示領域内が複数の領域に分割されており、当該分割された領域ごとに複数の第１開口部と複数の第２開口部の各々の配置を規定するための前記第１方向が異なる方向に設定されていてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態の液晶表示装置の外観模式図および部分拡大図である。

【図2】図１に示した液晶表示装置のII−II’線における部分断面図である。

【図3】第１開口部および第２開口部の構造を示す模式的な平面図である。

【図4】シミュレーション解析に用いた各開口部の条件設定について説明するための図である。

【図5】シミュレーション解析結果（面内透過率分布）を示す図である。

【図6】液晶層内の液晶分子のダイレクター分布を示す図である。

【図7】Ｌｓを０に設定した場合の第１開口部および第２開口部の構造を示す模式的な平面図である。

【図8】Ｌｓを０に設定した場合のシミュレーション解析結果（面内透過率分布）を示す図である。

【図9】Ｌｓを負の値に設定した場合の第１開口部および第２開口部の構造を示す模式的な平面図である。

【図10】Ｌｓを負の値に設定した場合のシミュレーション解析結果（面内透過率分布）を示す図である。

【図11】液晶層のカイラルピッチｐを１０μｍに設定したシミュレーション解析結果（面内透過率分布）を示す図である。

【図12】液晶表示装置の有効表示部を複数の領域に分割する場合について説明するための模式的な平面図である。

【図13】比較的に表示面積が大きいセグメント表示を行う液晶表示装置において、１つのセグメント表示部を複数の領域に分割する場合について説明するための模式的な平面図である。

【図14】ドットマトリクス型の電極構造を採用する場合において、１つの画素部において各開口部の長手方向の長さＬが等しくない設定とする場合について説明するための模式的な平面図である。

【図15】図１４に示した構造の各開口部を有する液晶表示装置を実際に作製し、その１つの画素部１を反射顕微鏡観察して得られた像を示す図である。

【図16】図１５に示した液晶表示装置を作製した場合の電圧印加時の画素部の偏光顕微鏡観察像を示す図である。

【図17】各開口部の形状を変更した実施態様について説明するための図である。

【図18】図１７に示した構造の各開口部を有する液晶表示装置のシミュレーション解析結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

図１は、一実施形態の液晶表示装置の外観模式図および部分拡大図である。また、図２は、図１に示した液晶表示装置のII−II’線における部分断面図である。各図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、複数の上側電極（第１電極）２、配向膜３、下側基板（第２基板）４、複数の下側電極（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。

【0016】

図１の部分拡大図に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、上側電極２と下側電極５とが平面視において重なる箇所（交差領域）のそれぞれが画素部１１となる。すなわち本実施形態の液晶表示装置は、当該画素部１１が行方向および列方向の二方向に配列されてなるドットマトリクス型の液晶表示装置である。なお、図１中では１つの画素部１１のみが着色をして示されている。本実施形態では、上側電極２と下側電極５のそれぞれの幅は等しく、例えば０．４２ｍｍに設定されている。したがって、本実施形態における画素部１１は、０．４２ｍｍ四方の正方形状である。また、隣り合う２つの上側電極２の相互間距離は、例えば０．０３ｍｍに設定されている。同様に、隣り合う２つの下側電極５の相互間距離は、例えば０．０３ｍｍに設定されている。

【0017】

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４．０μｍ程度）に保たれる。

【0018】

複数の上側電極２は、上側基板１の一面上に設けられている。各上側電極２は、帯状（ストライプ状）に形成されており、上側基板１の一面上において一方向に延在している。本実施形態では、各上側電極２は、図１中においては上下方向（第１方向）に延在している。各上側電極２は、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。

【0019】

複数の下側電極５は、下側基板４の一面上に設けられている。各下側電極５は、帯状に形成されており、下側基板４の一面上において一方向に延在している。本実施形態では、各下側電極５は、図１中においては左右方向（第２方向）に延在している。各下側電極５は、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。

【0020】

ここで、図２に示すように、上側電極２は、一方向に延びた形状を有する複数の第１開口部（スリット）２１を有する。各第１開口部２１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ている。同様に、下側電極５は、一方向に延びた形状を有する複数の第２開口部（スリット）２２を有する。各第２開口部２２は、下側電極５を部分的に除去することによって形成されている。このような電極構造を採用することにより、各第１開口部２１および各第２開口部２２が配向制御要素として作用するので、各第１開口部２１および各第２開口部２２を境界に隣接する２つの領域における液晶層７の配向方位が異なる状態（マルチドメイン配向）が得られる。各第１開口部２１および各第２開口部２２の形状の詳細については更に後述する。

【0021】

配向膜３は、上側基板１の一面側に、各上側電極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、各下側電極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垂直配向状態に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。

【0022】

液晶層７は、上側基板１の各上側電極２と下側基板４の各下側電極５と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１０は、電圧印加時における液晶分子の配向方向（ダイレクター）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。

【0023】

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。上側偏光板８と下側偏光板９とは、例えばクロスニコル配置とされる。図１に示すように本実施形態では、上側偏光板８の吸収軸は３時−９時方向（下側電極５の延在方向）から４５°の角度に設定され、下側偏光板９の吸収軸は上側偏光板８の吸収軸と略直交する方向に設定されている。

【0024】

次に、液晶表示装置の製造方法の一例について詳細に説明する。

【0025】

まず、一面上に透明電極を有する基板を用意する。基板としては、例えばサイズが３００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、シート抵抗３０Ω□のＩＴＯ透明導電膜付きのガラス基板を用いることができる。この基板の一面上に、ポジ型のフォトレジストをロールコーターで塗布し、その後、所定のフォトマスクを用いてフォトレジストを露光する。フォトマスクとしては、クロム金属膜によって所定の開口パターンが形成されたフォトマスクが用いられる。ここで用いられるフォトマスクには、各第１開口部２１または各第２開口部２２に対応する開口パターンが設けられている。

【0026】

上記のようなフォトマスクを基板上のフォトレジスト面に密着した後に、紫外線を照射することにより、フォトマスク上の開口パターンがフォトレジストに焼き付けられる。次いで、フォトレジストを所定条件（例えば、１２０℃、１０分間）にて焼成する。焼成後のフォトレジストに対して、ＫＯＨ水溶液を用いてウェット現像処理を行うことにより、紫外線照射された部分のフォトレジストを除去する。次いで、さらにフォトレジストを焼成（例えば、１２０℃、３０分間）することにより、レジストパターンの強度を向上させる。このようにして形成したレジストパターンをエッチングマスクとして用いて透明電極をエッチングする。具体的には、例えば、４０℃の塩酸と硫酸の混合水溶液を用いたウェットエッチングを行う。最後に、ＮａＯＨ水溶液によってフォトレジストを完全に除去する。以上により、基板上の透明電極がパターニングされる。すなわち、複数の第１開口部２１を有する上側基板１、複数の第２開口部２２を有する下側基板４がそれぞれ得られる。

【0027】

次いで、上側基板１の一面上に配向膜３が形成され、下側基板４の一面上に配向膜６が形成される。具体的には、垂直配向膜の材料液を上側基板１の一面上、下側基板４の一面上にそれぞれパターン印刷した後に、これを焼成する（例えば、１８０℃、３０分間）。次いで、一方の基板上（例えば、上側基板１の一面上）にシール材を形成する。シール材は、例えば数μｍの粒径のシリカ製スペーサーが混入されたものをスクリーン印刷等の方法によって塗布することによって形成される。また、他方の基板上（例えば、下側基板４の一面上）に数μｍの粒径のスペーサーが散布される。プラスティックスペーサーの散布は、例えば乾式散布法によって行われる。次いで、上側基板１と下側基板４の各一面が対向するようにして両者を貼り合わせ、一定の加圧状態にて焼成することにより両者を固定する。その後、真空注入法等の方法によって、上側基板１と下側基板４の間隙に液晶材料（誘電率異方性Δε＜０のもの）を注入し、当該注入に用いた注入口を封止した後に、焼成する（例えば１２０℃、６０分間）。これにより液晶層７が形成される。その後、上側基板１の外側に第１偏光板８を貼り合わせ、かつ下側基板４の外側に第２偏光板９を貼り合わせる。また、リードフレーム等を適宜に取り付ける。以上により、液晶表示装置が完成する。

【0028】

次に、図３に示す模式的な平面図を参照しながら、第１開口部２１および第２開口部２２の構造を説明する。図３においては、上側基板１側から観察した場合の各第１開口部２１および各第２開口部２２の一部が平面的に示されている。図中において、各第１開口部２１が実線で示され、各第２開口部２２が点線で示されている。なお、以下において、第１開口部２１と第２開口部２２を総称して単に「開口部」という場合もある。図３において、Ｓは各開口部の短手方向の長さ（短辺長さ）、Ｌは各開口部の長手方向の長さ（長辺長さ）、Ｌｓは隣り合う開口部間の距離（開口部間隔）、Ａは短手方向において隣り合う開口部のエッジ間隔、をそれぞれ表す。

【0029】

図３に示すように、各第１開口部２１は、一方向（図示のｘ方向）へ延びた長方形状に形成されており、図示のｘ方向およびｙ方向に市松状に規則的に配列されている。同様に、各第２開口部２２は、一方向（図示のｘ方向）へ延びた長方形状に形成されており、図示のｘ方向およびｙ方向に市松状に規則的に配列されている。すなわち、各第１開口部２１および各第２開口部２２は、各々の長手方位を略同一方向（図示のｘ方向）に揃えて配列されており、より詳細には互いの長辺がほぼ平行となるように配置されている。本例では、各開口部の長手方向は、液晶表示装置の左右方位に対して平行に配置されている。

【0030】

図示のように本実施形態においては、各第１開口部２１、各第２開口部２２ともに規則的な市松状に設けられている。また、各第１開口部２１と各第２開口部２２とは、各第１開口部２１のそれぞれが各第２開口部２２のうちの平面視において隣り合う２つの第２開口部２２の間に位置するように相対的に配置されている。別言すると、各第１開口部２１、各第２開口部２２は、ともにｘ方向とｙ方向のそれぞれに沿って所定ピッチで配置されており、かつ互いに半ピッチだけずらして配置されている。それにより、長手方向において隣り合う２つの第１開口部２１の相互間距離、長手方向において隣り合う２つの第２開口部２２の相互間距離はともにＬ＋Ｌｓ×２となる。これを上記した特許文献２に開示の液晶表示装置と比較すると、隣り合う開口部の相互間距離を大幅に拡大できる。また、最も近い２つの第１開口部２１の相互間距離Ｘ、最も近い２つの第２開口部２２の相互間距離Ｘは、ともにＡ／ｃｏｓ（ｔａｎ^−１Ｌｓ／Ａ）と表せる。このとき、仮にＬｓ＝０としてもＸ＝Ａとなり、その距離は特許文献２に開示の液晶表示装置の場合と比較して大幅に拡大できる。

【0031】

次に、図３に示したような各開口部を有する液晶表示装置について、電圧印加時に良好な配向状態が得られるかをシミュレーション解析した結果を説明する。

【0032】

図４は、シミュレーション解析に用いた各開口部の条件設定について説明するための図である。図４（ａ）は各第１開口部２１が設けられた上側電極２の構造を示し、図４（ｂ）は各第２開口部２２が設けられた下側電極５の構造を示す。なお、図中において色づけして塗りつぶした部分が導電膜の存在する領域である。各開口部のサイズについてはＬ＝０．０７３６ｍｍ、Ｌｓ＝０．００９７ｍｍ、Ａ＝０．０２８８ｍｍ、Ｓ＝０．００９７ｍｍと設定した。また、液晶層７の層厚を４μｍ、液晶材料の屈折率異方性Δｎを約０．０９、誘電率異方性Δεを約−５とし、液晶分子のプレティルト角を９０°と設定した。上側偏光板８および下側偏光板９の配置については上記した通りに設定した。このような条件下、下側電極５の電位を０Ｖ、上側電極２の電位を＋４Ｖとしたときに、液晶層７の液晶分子の再配向が安定した定常状態における液晶分子の配向分布をシミュレーションによって求め、液晶表示装置を法線方向から観察したときの面内透過率分布を評価した。なお、シミュレーション解析時の要素数については、液晶表示装置の面内を６０×６０とし、厚さ方向は３０分割とした。

【0033】

図５は、シミュレーション解析結果（面内透過率分布）を示す図である。各開口部が存在する部分においては、電極間に電圧が印加されないことから暗領域となっている。そのほか、平面視において長手方向に隣り合う第１開口部２１と第２開口部２２の相互間に相当する領域とその上下の領域においてクロス状の暗領域が観察されている。この暗領域は液晶分子の配向方向が１８０°異なる配向ドメインの境界領域と考えられ、電圧印加時に液晶分子の配向方向が回転していることに起因すると考えられる。これについて以下に説明する。

【0034】

図６は、液晶層内の液晶分子のダイレクター分布を示す図である。詳細には、図６（ａ）が図５に示したVI−VI’線方向の断面におけるダイレクター分布を示し、図６（ｂ）が図５に示したVII−VII’線方向の断面におけるダイレクター分布を示す。各図において上下方向は液晶層７の層厚方向を示しており、ダイレクター分布は棒線によって表記されている。液晶層７の中央部より上側基板１または下側基板４の近い領域に着目すると、液晶分子の傾斜方向が図中左から右へ向かって周期的に１８０°反転する様子が観察される。ダイレクターが反転する部分には上側電極２または下側電極５に開口部が存在する。各開口部周辺に発生した電極間の斜め電界により液晶分子の配向が制御され、良好な２ドメイン配向制御が実現できている。図６（ａ）、図６（ｂ）の各ダイレクター分布を比較すると、左右方向の同じ位置において、各開口部が配置されている部分を除くと、液晶分子の傾斜方向が１８０°反転していることがわかる。すなわち、各開口部の長手方向において隣接する配向ドメインはその配向方向が互いに１８０°反転している従来構造とは異なる配向状態であり、同じ配向方向を示す配向ドメインが市松状に配置されることがわかる。

【0035】

次に、隣り合う開口部間の距離Ｌｓを０にした場合についてのシミュレーション解析を説明する。図７に、Ｌｓを０に設定した場合の第１開口部２１および第２開口部２２の構造を模式的な平面図により示す。図示のように、Ｌｓ＝０とした場合には、各第１開口部２１は、それぞれ、平面視において長手方向に隣り合う１つの第２開口部２２と、互いの長手方向の一端部を揃えて配置される。すなわち、開口部同士のエッジ（短辺エッジ）が重なり合う。このときのシミュレーション解析結果（面内透過率分布）を図８に示す。なお、シミュレーション条件については、Ｌｓを０とした以外は上記図４に基づいて説明した条件と同様である。図示のように、配向ドメインが１８０°反転する境界部における暗領域の面積はいくぶん減少することがわかった。

【0036】

次に、隣り合う開口部間の距離Ｌｓを負の値（Ｌｓ＜０）にした場合についてのシミュレーション解析を説明する。図９に、Ｌｓを負の値に設定した場合の第１開口部２１および第２開口部２２の構造を模式的な平面図により示す。図示のように、Ｌｓ＜０とした場合には、各第１開口部２１は、それぞれ、平面視において長手方向に隣り合う１つの第２開口部２２と、互いの長手方向の一端部を部分的に重ねて配置される。このときのシミュレーション解析結果（面内透過率分布）を図１０に示す。なお、シミュレーション条件については、Ｌｓを−０．００９７ｍｍ（−９．７μｍ）とした以外は上記図４に基づいて説明した条件と同様である。図示のように、配向ドメインが１８０°反転する境界部における暗領域の面積はＬｓ＝０の場合に比べてさほど大きく変化していない。いずれにしても、Ｌｓの大きさは各開口部の短手方向の長さＳの大きさと同程度にすれば、配向ドメインの境界部分に発生する暗領域の面積を比較的に小さくできると考えられる。

【0037】

次に、配向ドメインが１８０°回転する境界領域の暗領域の透過率をより上昇させるために、液晶層７にカイラル材を添加した場合について説明する。一例として、Ｌｓを−０．００９７ｍｍ（−９．７μｍ）とした上記の実施態様において、液晶層７のカイラルピッチｐを１０μｍに設定してシミュレーション解析を行った。このシミュレーション解析結果（面内透過率分布）を図１１に示す。図示のように、配向ドメインの境界部分の暗領域を完全には消去できないが、透過率をより上昇させることが可能であることがわかった。しかし、液晶層７にカイラル材を添加すると、配向ドメインの境界部分以外の配向ドメイン内部の透過率がいくぶん低下する傾向も見られる。これに対しては、液晶層７の層厚ｄや液晶材料のΔｎを比較的に大きく設定することが望ましい。暗領域の透過率を上昇させるには、ｄ／ｐを０．２５より大きく、好ましくは０．８以下、特に０．７４以下に設定することが好適である。

【0038】

なお、上記したいくつかの実施態様においては、各開口部のＬ、Ａ、Ｓの各パラメータを固定値にしていたが、この限りではない。Ｓは０．００５ｍｍ〜０．０３ｍｍ程度、Ａは０．０１ｍｍ〜０．０６ｍｍ程度が好ましい。Ｌに関しては、下限としてはＡより大きいことが好ましく、かつ０．０４ｍｍより大きいことが好ましい。Ｌの上限としては、上側電極２または下側電極５のパターン形状、すなわち表示サイズの１／２程度が好ましいが、概ね５ｍｍ以下程度が好ましいと考えられる。

【0039】

次に、上記した液晶表示装置の更なる実施態様について説明する。

【0040】

上記した実施形態では液晶表示装置の有効表示部の全面で各開口部が規則的に市松状に配置される場合を説明していたがその限りではない。例えば、図１２に示す模式平面図のように、液晶表示装置の有効表示部を複数の領域に分割し、それぞれの領域において各開口部の配置パラメータを異なる設定にしてもよい。例えば、有効表示領域を「ＥＬＥＣＴＲＩＣ」を表示するキャラクタ表示領域５１と５桁の７セグメント表示領域５２とに分割し、キャラクタ表示領域５１では各開口部の長手方向を右上がり（左下がり）に設定し、７セグメント表示領域５２では各開口部の長手方向を左上がり（右下がり）に設定してもよい。また、図１３に示すように、比較的に表示面積が大きいセグメント表示を行う場合において、１つのセグメント表示部を複数の領域に分割し、それぞれの領域において各開口部の配置パラメータを異なる設定にしてもよい。図示の例においては、ハート型のキャラクタ表示部が左側領域６１と右側領域６２に分割されている。

【0041】

また、図１４に示すように、ドットマトリクス型の電極構造を採用する場合においては、１つの画素部１１において各開口部の長手方向の長さＬが等しくない設定としてもよい。すなわち、第１開口部２１あるいは第２開口部２２の各端部が画素部１１のエッジにかかる場合には、長手方向の長さＬを短くしてもよい。ただし、隣り合う開口部が存在する短辺の位置は短辺方向の一直線上にほぼ存在することが好ましい。この場合は、配向ドメインの境界領域が右上がり方向（左下がり方向）に延在しているが、この領域に配置される各開口部の長辺はそれぞれ左上がり方向（右下がり方向）に延在する直線上にほぼ沿って配置されていることがわかる。

【0042】

図１５は、上記した図１４に示した構造の各開口部を有する液晶表示装置を実際に作製し、その１つの画素部１１を反射顕微鏡観察して得られた像を示す図である。上記のように、液晶表示装置の上下方向に帯状の上側電極２を設け、左右方向に帯状の下側電極５を設けた（図１参照）。そして、液晶表示装置の９時方位を基準に時計回りに略４５°および３時方位を基準に時計回りに略４５°回転した市松状の２ドメイン配向制御を実現するための各開口部を上側電極２および下側電極５に設けた。図示の１つの画素部は０．４５ｍｍ角であり、隣り合う画素部１１の相互間隔は０．０３ｍｍである。この画素部１１を対角線方向に２分割して、上側電極２および下側電極５のそれぞれに各開口部が市松状に配置されている。各開口部のパラメータについては、Ｓが略０．００７ｍｍ、Ａが略０．０３ｍｍ、Ｌｓが略０．００７ｍｍである。上側偏光板８および下側偏光板９の各吸収軸については、各開口部の長手方向に対して略４５°に光軸が配置されるようにした。すなわち、下側偏光板９は画素部１１の左右方位、上側偏光板８は画素部１１の上下方位に吸収軸が配置されるようにした。なお、液晶材料にはΔｎが０．１５のものを用い、液晶層７の層厚は略３．８μｍとした。

【0043】

図１６（ａ）は、カイラル材が添加されていない液晶材料を用いて図１５に示した液晶表示装置を作製した場合の電圧印加時の画素部１１の偏光顕微鏡観察像を示す図である。本観察像においては、液晶表示装置の偏光板配置は上側偏光板（第１偏光板）８の吸収軸が９時−３時方位、下側偏光板（第２偏光板）９の吸収軸が６時−１２時方位に設定された。配向ドメインの境界領域および画素部１１のエッジ付近以外では暗領域が観察されず良好な配向状態が得られていることがわかる。外観観察により均一かつ良好な２ドメイン配向制御が実現できていることが確認された。このことから、配向ドメインは上記したシミュレーション解析の場合と同様に市松状に配置されていると考えられる。一方、配向ドメインの境界領域には暗領域が観察されるがその面積は比較的小さく、配向パターンは比較的に均一である。他の画素部１１についてもほぼ同様な暗領域のパターンが観察された。

【0044】

図１６（ｂ）は、ｄ／ｐが略０．６となるようにカイラル材が添加された液晶材料を用いて図１５に示した液晶表示装置を作製した場合の電圧印加時の画素部１１の偏光顕微鏡観察像を示す図である。図１６（ａ）の場合と同様に、各配向ドメインは非常に均一な配向状態が得られており、配向ドメインの境界部分ではカイラル材を添加しない場合と比べて透過率が上昇していることが確認された。

【0045】

上記においては隣り合う開口部同士の長辺方位がほぼ同じ直線上にある場合について検討したが、実際の製造時には位置ずれが生じる場合も考えられる。そこで、隣り合う開口部同士の長辺方位が同じ直線上にない場合についても配向組織を観察した。その偏光顕微鏡観察像を図１６（ｃ）に示す。この例では、左斜め上側に配置された開口部とこれに隣り合って右斜め下側に配置された開口部とは、各開口部の短辺に等しい程度ずれている。図示のように、配向ドメインの境界領域についてもパターンの規則性が比較的保持されており、外観上は２ドメイン配向制御が実現できていることが確認された。しかし、実際に視角特性を観察すると電圧印加時の等輝度曲線に若干の変形が認められる。開口部の配置ずれはＡの距離により許容値に変動がある。Ａは概ね０．０２〜０．０６程度が最適である。したがって、この範囲未満で開口部同士の配置ずれが生じることは許容されると考えられる。

【0046】

図１７は、各開口部の形状を変更した実施態様について説明するための図である。図１７（ａ）に示すように、上側電極２に設けられる各第１開口部２１ａは、一方向へ延びた矩形形状に形成されており市松状に規則的に配列されている。各第１開口部２１ａは、長手方向の辺（外縁）と短手方向の辺（外縁）が９０°ではない角度で斜めに交差しており、この点が上記した各実施態様における各第１開口部２１と異なっている。また、図１７（ｂ）に示すように、下側電極５に設けられる各第２開口部２２ａは、一方向へ延びた矩形形状に形成されており市松状に規則的に配列されている。各第２開口部２２ａは、長手方向の辺（外縁）と短手方向の辺（外縁）が９０°ではない角度で斜めに交差しており、この点が上記した各実施態様における各第２開口部２２と異なっている。このような構造を採用することで、配向ドメインの境界領域を各開口部の短手方向の辺とほぼ同じ方向に制御することができる。図１７では、各第１開口部２１ａと各第２開口部２２ａは、各々の短辺がほぼ平行であり、かつほぼ一直線上に存在する。また、平面視において長手方向に隣り合う第１開口部２１ａと第２開口部２２ａとが互いの長手方向の一端部を揃えて配置されている。

【0047】

図１８は、図１７に示した構造の各開口部を有する液晶表示装置のシミュレーション解析結果を示す図である。なお、各パラメータについては図示の通り、Ａを０．０３２ｍｍ、Ｓを０．００９ｍｍ、Ｌを０．１１３ｍｍとした。それ以外の計算条件は上記した各実施態様と同様である。図１８（ａ）に、液晶表示装置を法線方向から観察したときの透過率分布を示す。各解析結果においては、液晶表示装置の偏光板配置は上側偏光板（第１偏光板）８の吸収軸が９時−３時方位、下側偏光板（第２偏光板）９の吸収軸が６時−１２時方位に設定された。各開口部間に存在する配向ドメインについては良好な配向均一性が得られている。また、配向ドメインの境界領域は、若干波状となっているがほぼ上下方向に沿って暗領域が発生しており、そのパターンは規則的であるから、外観上の表示不具合は生じないと考えられる。この結果から、各開口部の短手方位の辺の方向により配向ドメインの境界部分の方向を制御できることが確認された。図１８（ｂ）に、カイラルピッチｐが１０μｍとなるようにカイラル材を添加した液晶材料を用いて液晶層７を形成した液晶表示装置を法線方向から観察したときの透過率分布を示す。カイラル材の添加により、配向ドメインの境界部分における暗領域の透過率を上昇できることが確認された。

【0048】

なお、本シミュレーション解析では上下方向に配向ドメインの境界部分が配置されるようにしたが、各開口部の配置を左右回りに９０°回転させることにより配向ドメインの境界部分を左右方向に変更できるのは明らかである。さらに、配向ドメインの境界部分に存在する各開口部の短手方向の外縁と長手方向の外縁とのなす角度を変化させることにより、配向ドメインの境界部分の延在方向を任意に設定できることも明らかである。配向ドメインの境界部分は外観上視認される場合もあるが、上記構造を用いて当該境界部分を、例えば液晶表示装置の左右方向や上下方向に制御することで外観上目立たない状態を確保することが可能となる。

【0049】

以上のような本実施形態によれば、上側電極と下側電極のそれぞれにおいて、隣り合う開口部間の距離を大幅に拡大することができる。それにより、開口部同士の結合による電極の抵抗値上昇や断線を回避し、表示品位の低下を回避することができる。

【0050】

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、上述した実施形態においては、第１開口部と第２開口部とをほぼ同じ大きさとしていたが大きさは異なっていてもよい。また、各第１開口部および各第２開口部の長手方向と液晶表示装置の左右方向との相対的関係については任意に設定することができる。また、上記した各実施形態では垂直配向型の液晶層を有する液晶表示装置について説明したが、液晶層の配向状態についてはこれに限定されず、プレティルト角が０°に近い水平配向モード、例えばＥＣＢモード、ＴＮモード、ＳＴＮモードにおいても上記と同様な２ドメイン配向制御が可能である。

【符号の説明】

【0051】

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） １１…画素部 ２１…第１開口部 ２２…第２開口部 ５１…キャラクタ表示領域 ５２…７セグメント表示領域 ６１…キャラクタ表示部の左側領域 ６２…キャラクタ表示部の右側領域

【図3】

【図6】

【図7】

【図9】

【図13】

【図14】

【図1】

【図2】

【図4】

【図5】

【図8】

【図10】

【図11】

【図12】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】