(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置の視角特性を改善する技術の1つとして、液晶層を挟んで対向配置される上下電極のそれぞれに複数の開口部(スリット)を設けることにより、液晶層への電圧印加時に液晶層の液晶分子の配向ドメインが1つの画素内において複数の方向に分割されるようにしたマルチドメイン配向技術が知られている。例えば、特許第4107978号公報(特許文献1)には、上電極の各開口部と下電極の各開口部を平面視において各々の短辺方向で交互に配置することにより、電圧印加時の液晶層に互いの液晶分子の配向方向が180°異なる2つの配向ドメインが得られるようにした液晶表示装置(液晶表示素子)が開示されている。また、特許第4846402号公報(特許文献2)には、上電極の開口部と下電極の開口部のそれぞれについて異なる2方向へ各開口部の長手方向を設定して配置することにより、電圧印加時の液晶層に互いの液晶分子の配向方向が90°異なる4つの配向ドメインが得られるようにした液晶表示装置(液晶表示素子)が開示されている。
【0003】
さらに、特許第4884176号公報(特許文献3)には、上電極の開口部と下電極の開口部のそれぞれについて異なる2方向へ各開口部の長手方向を設定して配置する場合において、平面視において上電極の開口部と下電極の開口部とが互いに半ピッチずれて交互に配置されるようにすることにより、電圧印加時の液晶層に互いの液晶分子の配向方向が90°異なる4つの配向ドメインが得られるようにした液晶表示装置(液晶表示素子)が開示されている。このような構成によれば、特許文献2の液晶表示装置に比較して、隣接する開口部同士の相互間距離をより大きくすることができるため、電極の電気抵抗が高くなることや電極の断線が発生する確率を大幅に低下することが可能になる。
【0004】
ここで、予め定まった文字や絵柄などの表示部を有するセグメント表示型の液晶表示装置に上記のような配向制御技術を適用する場合を考える。この場合には、一方基板のセグメント電極と他方基板のコモン電極が重畳する領域が上記した文字等の表示部を形成するように各電極がパターン形成される。通常、複数の表示部が必要となることから各表示部に対応する複数のセグメント電極の相互間は引き回し線によって接続され、コモン電極は各セグメント電極と重畳するようにパターン形成される。
【0005】
ところで、上記したような配向制御技術によりマルチドメイン配向を実現する液晶表示装置においては、上下基板の各電極に対し、各開口部を表示部に対応する部分だけに設け、引き回し線や外部取出し電極部には設けないようにすることにより、各電極の断線を防止することができる。しかしながら、上記したようなセグメント表示型の液晶表示装置においては、セグメント電極(またはコモン電極)の形状を表示部の輪郭に近い形状にすることから、セグメント電極の断線が生じやすくなる。また、断線が生じないまでも電気抵抗が高くなりやすく、それにより、複数の表示部の相互間で明表示時の輝度が異なる表示ムラを引き起こす懸念がある。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】
図1は、第1実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。
【
図2】
図2(A)は第1電極(セグメント電極)の一例を示す平面図であり、
図2(B)は第2電極(コモン電極)の一例を示す平面図であり、
図2(C)は表示部の輪郭形状の一例を示す平面図であり、
図2(D)は第1電極と第2電極を重ねた状態を示す平面図である。
【
図3】
図3(A)は例示した表示部のX部(
図2(D)参照)の第1電極における各開口部の一例を示す平面図であり、
図3(B)は例示した表示部のX部(
図2(D)参照)の第2電極における各開口部の一例を示す平面図である。
【
図4】
図4は、
図3(A)に例示した第1電極と
図3(B)に例示した第2電極を重ね合わせて示した平面図である。
【
図5】
図5は、例示した表示部のX部(
図2(D)参照)の第2電極における各開口部の他の一例を示す平面図である。
【
図6】
図6(A)はシミュレーション解析に用いた第2電極の構造を示す図である。
図6(B)はシミュレーション解析に用いた第1電極の構造を示す図である。
図6(C)は、配向組織の計算結果を示す図である。
【
図7】
図7は、第2実施形態の第1電極と第2電極を重ね合わせて示した平面図である。
【
図8】
図8は、第2実施形態の第1電極と第2電極の変形例を示した平面図である。
【
図9】
図9は、第2実施形態の第1電極と第2電極の変形例を示した平面図である。
【
図10】
図10は、第2実施形態の第1電極と第2電極の変形例を示した平面図である。
【
図11】
図11(A)はシミュレーション解析に用いた第2電極の構造を示す図である。
図11(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。
【
図12】
図12(A)はシミュレーション解析に用いた第1電極の構造を示す図である。
図12(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。
【
図13】
図13(A)はシミュレーション解析に用いた第1電極の構造を示す図である。
図13(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。
【
図14】
図14(A)はシミュレーション解析に用いた第1電極の構造を示す図である。
図14(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。
【0019】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。この液晶表示装置は、対向配置された第1基板11および第2基板12と、第1基板11に設けられた第1電極13と、第2基板12に設けられた第2電極14と、第1基板11と第2基板12の間に配置された液晶層17、を基本構成として備える。例えば、本実施形態の液晶表示装置は、電極同士の重なり合う領域が表示したい文字や図案を形作るように構成され、基本的に予め定めた文字等のみを表示可能であり、概ね、有効表示領域内における面積比で50%以下程度の領域が文字等の表示に寄与するものであるセグメント表示型の液晶表示装置である。なお、液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配列されたドットマトリクス表示型であってもよいし、セグメント表示型とドットマトリクス型が混合したものであってもよい。
【0020】
第1基板11および第2基板12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。図示のように、第1基板11と第2基板12は、所定の間隙(例えば4μm程度)を設けて貼り合わされている。
【0021】
第1電極13は、第1基板11の一面側に設けられている。同様に、第2電極14は、第2基板12の一面側に設けられている。第1電極13および第2電極14は、それぞれ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。第1電極13には複数の第1開口部(第1スリット)18が設けられており、第2電極14には複数の第2開口部(第2スリット)19が設けられている。各第1開口部18と各第2開口部19の平面視形状については後述する。
【0022】
第1配向膜15は、第1基板11の一面側に第1電極13を覆うようにして設けられている。第2配向膜16は、第2基板12の一面側に第2電極14を覆うようにして設けられている。これらの第1配向膜15、第2配向膜16としては、液晶層17の配向状態を垂直配向に規制する垂直配向膜が用いられている。各配向膜にはラビング処理等の一軸配向処理は施されていない。
【0023】
液晶層17は、第1基板11と第2基板12の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が負の液晶材料を用いて液晶層17が構成される。液晶材料の屈折率異方性Δnは、例えば0.09程度である。液晶層17に図示された太線は、液晶層17における液晶分子の配向方向を模式的に示したものである。本実施形態の液晶層17は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が第1基板11および第2基板12の各基板面に対して垂直となる垂直配向に設定されている。
【0024】
第1偏光板21は、第1基板11の外側に配置されている。同様に、第2偏光板22は、第2基板12の外側に配置されている。第1偏光板21と第2偏光板22は、各々の吸収軸が互いに略直交するように配置されている。また、各偏光板と各基板との間には適宜Cプレート等の光学補償板が配置されてもよい。例えば本実施形態では、第1基板11と第1偏光板21の間、第2基板12と第2偏光板22の間のそれぞれに光学補償板23、24が配置されている。
【0025】
次に、一例として英文字「S」を表示するための表示部を構成する電極パターンについて説明する。
図2(A)は第1電極(セグメント電極)の一例を示す平面図であり、
図2(B)は第2電極(コモン電極)の一例を示す平面図であり、
図2(C)は表示部の輪郭形状の一例を示す平面図であり、
図2(D)は第1電極と第2電極を重ねた状態を示す平面図である。
図2(A)に示すように、第1電極13は英文字「S」にほぼ近い平面視形状を有している。そして、この第1電極13の上部には、引き回し線31と外部取り出し電極32が設けられている。外部取り出し電極32は、外部回路(図示せず)と結線するためのものである。また、引き回し線31は、外部取り出し電極32と第1電極13を結線するためのものである。なお、図示を省略しているが第1電極13の下部には、他の表示部の第1電極と結線するための引き回し線も設けられている。
図2(A)に示すように、第1電極13はその大部分が表示部(
図2(C)参照)の外形エッジ部分に対応していることがわかる。一方、
図2(B)に示すように、第2電極14は、表示部のほぼ全体をカバーする広い範囲に設けられており、かつ他の表示部の第2電極14と相互に結線するための引き回し線33が左右にそれぞれ設けられている。
図2(D)に示すように、第2電極14は、第1電極13の全体と重なり、かつ表示部の全体よりも外側へ張り出した構造を有しているが、部分的には表示部の外形エッジの一部を形成している。
【0026】
図3(A)は例示した表示部のX部(
図2(D)参照)の第1電極における各開口部の一例を示す平面図であり、
図3(B)は例示した表示部のX部(
図2(D)参照)の第2電極における各開口部の一例を示す平面図である。
図3(B)に示すように、各第2開口部19は、図中の上下方向に延びた部位と左右方向に延びた部位を結合して構成されており、T字状の外形エッジもしくはTを上下逆にした逆T字状の外形エッジを有している。そして、これらの第2開口部19は、第2電極14において表示部に対応する領域(点線で示す)にのみ設けられている。詳細には、各第2開口部19の配列には、T字状のものが上下方向に周期的に配置された列と逆T字状のものが上下方向に周期的に配置された列があり、それらが左右方向について交互に配置されている。また、各第2開口部19は、上下方向および左右方向のそれぞれで略1/2ピッチずれて周期的に配置されている。これにより、第2電極14には、1つのT字状の第2開口部19とこれに隣り合う逆T字状の第2開口部19によって囲まれた矩形領域34が上下左右の各方向に対して周期的に配列される。
【0027】
一方、
図3(A)に示すように、各第1開口部18は、それぞれ図中の上下方向に延びた略長方形状の外形エッジを有しており、第1電極13において表示部に対応する領域内にのみ設けられており、上下方向および左右方向のそれぞれに並んで周期的に配置されている。各第1開口部18は、それらの長手方向が各第2開口部19のT字または逆T字のそれぞれの上下方向に延びる部位(縦棒)の長手方向と略平行になるように配置されている。
【0028】
図4は、
図3(A)に例示した第1電極と
図3(B)に例示した第2電極を重ね合わせて示した平面図である。図示のように、各第1開口部18は、平面視において第2電極14の各矩形領域34の中央付近にそれぞれ位置するように配置されている。各第1開口部18、各第2開口部19は、いずれも表示部に対応する領域、すなわち第1電極13と第2電極14が重畳する領域にのみ配置されており、引き回し線などには配置されていない。上記のように、第1電極13は表示部の外形エッジにほぼ対応した形状を有することから第2電極14に比較して表示部に対応する領域の面積が小さいため、開口部を設けることによる断線や電気抵抗の上昇を招きやすい。しかし、本実施形態では、第2電極14の各第2開口部19に比較して第1電極13の各第1開口部18のほうがより単純な形状であり、開口面積が小さく、隣り合う第1開口部18同士の間隔が広く取られているため、断線の発生や電気抵抗の上昇を大幅に抑制することができる。
【0029】
図5は、例示した表示部のX部(
図2(D)参照)の第2電極における各開口部の他の一例を示す平面図である。
図5に示すように、各第2開口部19の一部は、表示部の外形エッジ(点線で示す)よりも外側にある程度の距離内ではみ出して配置されていてもよい。ただし、第2電極14の上下辺付近では、第1電極13の方が第2電極14よりも表示部の外形エッジより外側に張り出していることから、これに該当する領域では第2開口部19を表示部の輪郭より内側に配置している。
【0030】
ここで、
図4に示したY部に相当する領域(1つの矩形領域とその周辺領域)の配向組織をシミュレーション解析した結果を説明する。本解析はシンテック製液晶表示機3次元解析シミュレーター LCD MASTER 3D バージョン7により行った。シミュレーション解析時の条件は以下のとおりである(以下においても同様)。計算領域は160×160μm、面内分割数は50×50メッシュ、セル厚は4μmに設定し、厚さ方向の分割数は30とした。160×160の計算領域の第1電極(セグメント電極)および第2電極(コモン電極)の構造は上下左右方向とも周期的な構造と定義した。液晶層は電圧無印加時においてプレティルト角90°の完全垂直配向とし、液晶材料には屈折率異方性Δnが略0.09、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を想定した。表側基板の電極を第2電極、裏側基板の電極を第1電極とし、第2電極に4V、第1電極に0Vの電位を与え、液晶層の配向状態が定常状態になった後の配向組織像を計算した。表側偏光板は電極の左右方向に対して時計回りに45°、裏側偏光板は反時計回りに45°のクロスニコル配置とした。
【0031】
図6(A)はシミュレーション解析に用いた第2電極の構造を示す図である。T字状および逆T字状の各第2開口部が上記したY部と同様に配置される。各第2開口部のスリット幅は略10μmとし、T字および逆T字の各横棒部分の長さは略150μm、各縦棒部分の長さは略160μm、隣り合う開口部同士の配置間隔は略30μm、各横棒部分の端部と隣接する縦棒部分のエッジ間距離は略10μmに設定した。これにより、各第2開口部に囲まれた矩形領域は略90×150μmの面積
の長方形状となる。
図6(B)はシミュレーション解析に用いた第1電極の構造を示す図である。第1開口部は、長手方向の長さが略60μm、短手方向の長さ(スリット幅)が略10μmであり、平面視において第2電極の矩形領域の略中央に位置するように第1電極内に配置されている。この第1開口部の左右の各長辺エッジと第2電極の各第2開口部のエッジとの平面視における相互間距離はそれぞれ略35μmに設定され、上下の各短辺エッジと各第2開口部のエッジとの平面視における相互間距離は略40μmに設定されている。
【0032】
図6(C)は、配向組織の計算結果を示す図である。矩形領域の略中央に位置する第1開口部の短辺エッジと矩形領域の4角の角自身または角の周辺に配置された開口部エッジ間に暗領域が形成されたマルチドメイン配向が得られている。矩形領域の明領域では主に図中に示した矢印方向に液晶分子が配向している。すなわち、各配向領域は4つの方向へそれぞれ配向し、それらの間の暗領域は隣接する主配向領域内の配向方向の間を連続的に回転しながら配向している境界領域であると考えられる。
【0033】
(第2実施形態)
上記した第1実施形態と同等の効果が得られる構造として、各第2開口部を逆T字状のものだけとすることもできる。
【0034】
図7は、第2実施形態の第1電極と第2電極を重ね合わせて示した平面図である。なお、液晶表示装置の全体的な構成は第1実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する(以降の実施形態においても同様)。
図7に例示するように、第2電極14の各第2開口部19は、すべて逆T字状の開口部であり、上下方向および左右方向へそれぞれ周期的に配置されている。このとき、隣り合う列同士で各第2開口部19はいずれも逆T字状であり上下方向に周期的に配置されているが、それらの重心位置は列ごとに略1/2ピッチずれている。一方、第1電極13とこれに設けられる各第1開口部18の構造は第1実施形態と同様である。なお、他の一例として、
図8に示すように、第2電極14の各第2開口部19の形状を十字状としてもよい。
図8に例示した各第2開口部19は、上下方向および左右方向へそれぞれ周期的に配置され、それらの重心位置は列ごとに略1/2ピッチずれている。第1電極13とこれに設けられる各第1開口部18の構造は第1実施形態と同様である。さらに他の一例として、
図9に示すように、第2電極14の各第2開口部19は、上下方向及び、左右方向に延在する略矩形状開口部が互いに交差又は接続されることがなく所定の距離を有して規則的に配置される形状としてもよい。
図9に例示した各第2開口部19は、上下方向および左右方向に延在する略矩形状開口部の重心がそれぞれ列ごと、行ごとに略1/2ピッチずつ左右方向、上下方向にずれている。第1電極13とこれに設けられる各第1開口部18の構造は第1実施形態と同等である。また、
図10に示すように、第2開口部19は、上下方向および左右方向に延在する略矩形状開口部と、逆T字型の組み合わせによっても実現可能である。さらに
図4、
図7〜
図9に示した形状の開口部を複数種類組み合わせてもよい。
【0035】
ここで、
図9に示したZ部に相当する領域(1つの矩形領域とその周辺領域)の配向組織をシミュレーション解析した結果を説明する。シミュレーション解析時の条件は概ね第1実施形態と同様である。
図11(A)はシミュレーション解析に用いた第2電極の構造を示す図である。上下方向および左右方向に延在する矩形状開口部が上記したZ部と同様にそれぞれ列ごと、行ごとに略1/2ピッチずれて市松状に配置される。各第2開口部のスリット幅は略10μmとし、上下方向に延在する矩形状開口部の長手方向長さは略140μm、左右方向に隣接する上下方向に延在する矩形状開口部同士の近接エッジ間距離は80μm、左右方向に延在する矩形状開口部の長手方向長さは略110μm、上下方向に隣接する左右方向に延在する矩形状開口部同士の近接エッジ間距離は略140μm、上下方向に延在する矩形状開口部と左右方向に延在する矩形状開口部の隣接するエッジ間距離は略10μm、に設定した。これにより、各第2開口部に囲まれた矩形領域は略90×150μmの面積
の長方形状となる。なお、シミュレーション解析に用いた第1電極の構造は上記した
図6(B)と同様である。
図11(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。矩形領域の略中央に位置する第1開口部の短辺エッジと矩形領域の4角の近辺に配置される開口部の短辺エッジを結ぶ暗領域が形成されていることがわかる。本配向組織においても上下左右の各方向に配向する明領域である4つの主配向領域と隣接する主配向領域間の配向方向が回転して暗領域を形成していると考えられる。
【0036】
(第3実施形態)
上記した第1実施形態および第2実施形態では、4つの主配向領域が存在し、上下左右の各方向の主配向領域の面積がそれぞれ略等しい場合について示したが、特定の主配向方位を狭くしたり、広くしたりすることで視角特性を制御することもできる。
【0037】
図12(A)はシミュレーション解析に用いた第1電極の構造を示す図である。なお、第2電極と第2開口部の構造は上記した
図11(A)に示したものと同様である。ここで示す第1電極の第1開口部は、上方向に関して第2電極の第2開口部によって構成される矩形領域の上辺エッジまで長辺を延長した構造を有する。なお、シミュレーション解析の条件は上記と同様である。
図12(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。矩形領域の略中央に位置する第1開口部の短辺エッジと矩形領域の4角の近辺に配置される開口部の短辺エッジを結ぶ暗領域が形成されていることがわかる。本配向組織においても上下左右の各方向に配向する明領域である4つの主配向領域と隣接する主配向領域間の配向方向が回転して暗領域を形成していると考えられる。左右および下の各方向に配向方向を有する主配向領域は明確に存在するが上方向の配向方向を示す領域は2つに分割され、面積が著しく小さくなることがわかる。各主配向領域の境界領域には暗領域が観察されることから良好な配向組織が得られていると考えられ、主に3方位の視認性が良好な外観観察評価結果が得られる。
【0038】
なお、
図13(A)に示すように第1電極の第1開口部をさらに上方向に延ばし、第2電極の第2開口部により構成される矩形領域をほぼ2分割する構造をとることもできる。
図13(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。左右方向に配向方向を有する主配向領域は明確に存在するが上下方向の配向を示す領域はそれぞれ2つに分割され、面積が著しく小さくなることがわかる。各主配向領域の境界領域には暗領域が観察されることから良好な配向組織が得られていると考えられ、主に2方位の視認性が良好な外観観察評価結果が得られる。
【0039】
なお、上記した各シミュレーション解析においては第1電極の第1開口部を矩形領域の略中央へ配置したが、矩形領域の左右方向において略中央よりずらして配置してもよい。それにより、左右方向の主配向領域の面積を非対称にする効果が得られ左右方向の視角特性を非対称にすることができる。
【0040】
(第4実施形態)
上記した第3実施形態では、第1電極の第1開口部の形状を略長方形状としていたが、他の形状としても主配向領域の面積比を調整することができる。
【0041】
図14(A)はシミュレーション解析に用いた第1電極の構造を示す図である。なお、第2電極と第2開口部の構造は上記した
図11(A)に示したものと同様である。
図14(A)に示すように、第1開口部もT字状にし、これを矩形領域の中央に配置した。なお、図示を省略するが左右に隣接する他の矩形領域においては第1開口部を逆T字状にした。したがって、左右方向についてはT字状の第1開口部と逆T字状の第1開口部が交互に配置されることになる。各第1開口部は、第2電極に設けられるT字状、逆T字状の第2開口部よりもサイズを小さくし、あるいは縦棒部分と横棒部分のサイズ比率が異なった構造としており、両者が全く同じ形状になることはない。この例では、第1開口部の短辺長さ(スリット幅)を略10μm、横棒部分の長さを略85μm、縦棒部分の長さを略100μmとした。
図14(B)は、配向組織の計算結果を示す図である。左右方向および上方向に主配向方位を有する3つの配向領域が主に形成されていることがわかる。暗領域を介して小さい領域ではあるが主配向領域と略直交する配向領域を有するサブ領域が生成されるが面積自体は小さく視角特性に対して大きな影響を与えることはない。
【0042】
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、上記した各実施形態では第2電極に設けられる矩形領域が上下左右の各方向に対して周期的に配置される構造について示したがこの限りではない。例えば、行ごとに矩形領域の重心が隣接する行に対して略1/2ピッチずれた市松状の配置としてもよい。