JP2005241831A - Liquid crystal display element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子(Liquid Crystal Display,LCD)に関し、特にインプレーンスイッチング駆動動作を行う液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element (Liquid Crystal Display, LCD), and more particularly to a liquid crystal display element that performs an in-plane switching drive operation.
数字や絵柄を電極形状により表示する、いわゆるキャラクター(セグメント)表示の液晶表示素子が知られている。その液晶動作モードには、上下基板間で液晶分子の配向がねじれている、ツイストネマチック(Twisted Nematic,TN)モードが広く用いられている。TNモードの液晶表示素子においては、適切な設計条件を選択することにより、非常に良好な透過率を得ることができる。また、TNモードの液晶表示素子は、構造が簡単で、安価に製造が可能である。 2. Description of the Related Art A so-called character (segment) display liquid crystal display element that displays numbers and pictures by electrode shapes is known. As the liquid crystal operation mode, a twisted nematic (TN) mode in which the orientation of liquid crystal molecules is twisted between the upper and lower substrates is widely used. In a TN mode liquid crystal display element, a very good transmittance can be obtained by selecting an appropriate design condition. A TN mode liquid crystal display element has a simple structure and can be manufactured at low cost.
しかし、TNモードの液晶表示素子は、液晶分子を基板に対して水平方向から垂直方向へスイッチングするため、視角依存性が著しい。特に、基板表面に一様な配向処理を施した一般的なTNモードの液晶表示素子においては、表示視認可能な視角領域が著しく制限されるとともに、とりわけ電圧印加時において視角変化に対する色変化が顕著である。 However, the TN mode liquid crystal display element has a significant viewing angle dependency because the liquid crystal molecules are switched from the horizontal direction to the vertical direction with respect to the substrate. In particular, in a general TN mode liquid crystal display element in which a uniform alignment process is applied to the substrate surface, the viewing angle region in which display is visible is remarkably limited, and color change with respect to the viewing angle change is particularly significant when voltage is applied. It is.
視角依存性を改善するためには、水平方向に電界を加えることで液晶の配向状態をスイッチするインプレーンスイッチングモードが有効である。インプレーンスイッチングモードは、基板に対して水平方向に液晶分子をスイッチングし、液晶分子を基板に対して垂直方向に配向させないため、他の液晶表示モードにない優れた視角特性を有している。 In order to improve the viewing angle dependency, an in-plane switching mode that switches the alignment state of the liquid crystal by applying an electric field in the horizontal direction is effective. The in-plane switching mode has excellent viewing angle characteristics not found in other liquid crystal display modes because the liquid crystal molecules are switched in the horizontal direction with respect to the substrate and the liquid crystal molecules are not aligned in the vertical direction with respect to the substrate.
インプレーンスイッチングモードは、キャラクター(セグメント)表示の液晶表示素子に用いられることはなかった。その原因の1つは、インプレーンスイッチングモードの液晶表示素子においては駆動及び表示のための電極対を片側基板上にのみ配置するため、数字や絵柄を電極パタンにて直接表示するキャラクター(セグメント)表示の電極では、もともと単純でない形状が一層複雑化することであろう。 The in-plane switching mode has not been used for a liquid crystal display element for character (segment) display. One of the causes is that in the in-plane switching mode liquid crystal display element, electrode pairs for driving and display are arranged only on one side of the substrate, so characters (segments) that directly display numbers and pictures with electrode patterns In the display electrode, the originally non-simple shape would be more complicated.
図16(A)及び(B)は、それぞれセグメントタイプの液晶表示素子における表示パタンと電極パタンを表す概略的な平面図である。 FIGS. 16A and 16B are schematic plan views showing a display pattern and an electrode pattern in a segment type liquid crystal display element, respectively.
図16(A)は、「T」の文字を表示する表示パタンの一例を示す。 FIG. 16A shows an example of a display pattern for displaying the character “T”.
図16(B)を参照する。図16(A)の「T」の表示は、たとえば上下基板それぞれに配置される電極形状を利用して行われる。たとえば、セグメント電極(下側電極)39とコモン電極(上側電極)38とを図示したようなパタンに形成し、一定距離を隔てて重ね合わせることで「T」が表示可能となる。 Reference is made to FIG. The display of “T” in FIG. 16A is performed using, for example, electrode shapes arranged on the upper and lower substrates. For example, the segment electrode (lower electrode) 39 and the common electrode (upper electrode) 38 are formed in a pattern as shown in the figure, and “T” can be displayed by overlapping them with a predetermined distance.
また、上下基板の電極を複数のストライプ状や市松模様状に形成して、液晶層に斜め電界を印加し、液晶配向を制御する液晶表示素子の提案がなされている。(たとえば、特許文献1、特許文献2参照。)これらの液晶表示素子は、散乱性が高く、駆動電圧の低い、明るくコントラスト比の高い諧調性にすぐれた表示を可能とする。 In addition, a liquid crystal display element has been proposed in which electrodes on the upper and lower substrates are formed in a plurality of stripes or checkers, and an oblique electric field is applied to the liquid crystal layer to control liquid crystal alignment. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2.) These liquid crystal display elements have a high scattering property, a low driving voltage, a bright display with a high contrast ratio, and an excellent gradation.
本発明の目的は、液晶分子が基板面内スイッチング動作を行う、新規な構造の液晶表示素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element having a novel structure in which liquid crystal molecules perform in-plane switching operation.
本発明の一観点によれば、電圧供給部分と表示用部分とを含む第1の電極を備える第1の基板と、電圧供給部分と表示用部分とを含む第2の電極を備え、前記第1の基板と略平行に配置される第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持される液晶層とを有し、表示領域において表示を行う液晶表示素子であって、前記第1及び第2の基板の法線方向から見たとき、前記表示領域においては、前記第1の電極の表示用部分と前記第2の電極の表示用部分とが互い違いに配置されており、かつ、隣り合う前記第1の電極の表示用部分と前記第2の電極の表示用部分との距離が、前記第1の基板と前記第2の基板との距離以上である液晶表示素子を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode including a voltage supply portion and a display portion, a second electrode including a voltage supply portion and a display portion, A liquid crystal display element having a second substrate disposed substantially parallel to one substrate and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate and performing display in a display region And when viewed from the normal direction of the first and second substrates, the display portion of the first electrode and the display portion of the second electrode are staggered in the display region. The distance between the display portion of the first electrode and the display portion of the second electrode that are disposed adjacent to each other is equal to or greater than the distance between the first substrate and the second substrate. A liquid crystal display element can be provided.
この液晶表示素子は、上下電極間に液晶分子がスイッチングするのに十分な電圧(電位差)を加えたとき、液晶分子がおおむね基板面内にスイッチング動作する液晶表示素子である。 This liquid crystal display element is a liquid crystal display element in which the liquid crystal molecules generally switch in the substrate plane when a voltage (potential difference) sufficient to switch the liquid crystal molecules is applied between the upper and lower electrodes.
本発明によれば、液晶分子が基板面内スイッチング動作を行う、新規な構造の液晶表示素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display element having a novel structure in which liquid crystal molecules perform in-plane switching operation.
図1は、実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to an embodiment.
略平行配置された上側基板30と下側基板31との間に、液晶層37が挟持される。液晶層37の厚さはたとえば5μmである。液晶層37の液晶には、たとえば誘電率異方性が負(Δε<0)で、両基板に対して液晶は水平配向している。図にはTN配向の液晶層37を示したが、一軸平行配向であってもよい。
A
上側基板30は、透明なガラス基板32、ガラス基板32上にたとえばITO(Indium Tin Oxide)で形成された櫛歯形状部分を有するコモン電極38、コモン電極38上を含むガラス基板32上に形成された配向膜34を含んで構成される。
The
下側基板31は、透明なガラス基板33、ガラス基板33上にたとえばITOで形成された櫛歯形状部分を有するセグメント電極39、及びセグメント電極39上を含むガラス基板33上に形成された配向膜35を含んで構成される。両基板の配向膜34、35にはラビング処理などによる一様な液晶配向処理が施されている。
The
コモン電極38とセグメント電極39は、それぞれの櫛歯形状部分が上側基板30及び下側基板31の法線方向から見たとき、互い違いの配置を構成するように形成される。コモン電極38とセグメント電極39との間には電圧印加手段により電圧が印加され、液晶層37の液晶の配向状態を変化させることができる。コモン電極38及びセグメント電極39の形状及び配置については後に平面図を用いて詳述する。
The
なお、表示部以外でコモン電極38とセグメント電極39とが一部重なる領域を有していた場合も、光を遮蔽することのできる金属材料で電極を形成したり、負の誘電率異方性(Δε<0)を有する液晶材料を用いることで誤点灯などの表示への悪影響を防止することができる。
In addition, even when the
更に、コモン電極38及びセグメント電極39を形成する材料としては、液晶層37の液晶の誘電率異方性が正(Δε>0)の場合は、遮光性のある金属または導電材料を用いるのが有効である。不透明電極を採用することにより、電極上で液晶分子が立ち上がっても光りぬけを防止するためである。
Further, as a material for forming the
誘電率異方性が負(Δε<0)の場合は、それらに加え、半透明または透明な金属または導電材料を使用することができる。誘電率異方性が負(Δε<0)の液晶材料を用いた場合、電圧の印加により電極上の液晶が基板に対し水平方向への応答をするため、不透明電極を採用しなくても光りぬけ、誤点灯の発生を防止することが可能である。なお、液晶の応答については後に詳述する。 When the dielectric anisotropy is negative (Δε <0), in addition to these, a translucent or transparent metal or conductive material can be used. When a liquid crystal material with a negative dielectric anisotropy (Δε <0) is used, the liquid crystal on the electrode responds to the substrate in the horizontal direction when a voltage is applied. It is possible to prevent the occurrence of false lighting. The response of the liquid crystal will be described in detail later.
偏光板40,41はガラス基板32,33に対向配置される。2枚の偏光板は、たとえばクロスニコル配置され、それぞれ特定方向(吸収軸方向)の偏光を透過させる。なお、2枚の偏光板は平行ニコル配置してもよい。どちらの場合も、光導入側の基板に施されたラビング処理の方向と、その基板に対向配置される偏光板の吸収軸または透過軸方向とが一致していることが好ましい。
The polarizing
図2(A)は、両基板上に形成された電極(コモン電極38及びセグメント電極39)の形状及び配置の一例を表す平面図であり、図2(B)は、図2(A)の2B−2B線に沿った断面図である。
2A is a plan view showing an example of the shape and arrangement of electrodes (
図2(A)を参照する。コモン電極38及びセグメント電極39は、たとえばともに一部が櫛歯形状に形成され、基板の法線方向から見たとき、櫛の歯に相当する部分が交互に噛みあう(インターデジタル)ように配置される。
Reference is made to FIG. The
図2(B)を参照する。コモン電極38及びセグメント電極39が、上記のように形成されているため、両電極の櫛歯形状部分は互い違いの配置を構成している。
Reference is made to FIG. Since the
図3及び図4〜図6を参照して、櫛歯形状部分を有する電極を用いた表示を詳説する。 With reference to FIG. 3 and FIG. 4 to FIG. 6, the display using the electrode having the comb-shaped portion will be described in detail.
図3(A)は、液晶表示素子の表示領域の一例を示す概略的な平面図であり、(B)及び(C)は、それぞれコモン電極38及びセグメント電極39の一例を示す概略的な平面図である。また(D)は表示領域内におけるコモン電極38及びセグメント電極39の配置の一例を示す概略的な平面図である。
FIG. 3A is a schematic plan view showing an example of the display area of the liquid crystal display element, and FIGS. 3B and 3C are schematic plan views showing examples of the
図3(A)を参照する。液晶表示素子は、文字、図形等を表示することのできる表示領域45を備える。図3(A)においては、表示領域45とはたとえば「TITLE」の文字列の各文字を表示する、5つの分離した領域である。
Reference is made to FIG. The liquid crystal display element includes a
図3(B)を参照する。コモン電極38はその一部が櫛歯形状となるように形成される。
Reference is made to FIG. The
図3(C)を参照する。セグメント電極39もまたその一部が櫛歯形状となるように形成される。両電極の櫛歯部分が形成される位置や櫛歯の長さ等は、表示する文字等によって適宜決定される。図3(B)に示したコモン電極38及び図3(C)に示したセグメント電極39を用いて、図3(A)に示した5つの表示領域に、「T」「I」「T」「L」「E」の各文字を表示することができる。
Reference is made to FIG. The
図3(D)を参照する。基板の法線方向から見たときの「I」の文字を表示するための表示領域45におけるコモン電極38及びセグメント電極39の配置を示した。
Reference is made to FIG. The arrangement of the
コモン電極38、セグメント電極39のそれぞれについて、表示のための電界を生じさせる部分を表示用部分38a,39aと呼び、それ以外の部分を電圧供給部分38b,39bと呼ぶ。図3(D)においては、表示領域45内にある部分が表示用部分38,39aであり、表示領域45外にある部分が電圧供給部分38b,39bである。
With respect to each of the
表示領域45においては、コモン電極38の表示用部分38aと、セグメント電極39の表示用部分39aが、互い違いに配置されている。基板の法線方向から見たとき、隣り合うコモン電極38の表示用部分38aとセグメント電極39の表示用部分39aとの距離は、たとえば20μmである。また、コモン電極38の電圧供給部分38bとセグメント電極39の電圧供給部分39bとは近接しないように配置されている。
In the
後述するように、液晶層37の液晶分子をほぼ水平方向のみでスイッチングするために、上側基板30及び下側基板31の法線方向から見たとき、隣り合うコモン電極38の表示用部分とセグメント電極39の表示用部分との距離は、上側基板30と下側基板31との距離以上とする。なお、液晶分子をほぼ水平方向のみでスイッチングする確実性を高めるために、上側基板30及び下側基板31の法線方向から見たとき、隣り合うコモン電極38の表示用部分とセグメント電極39の表示用部分との距離は、上側基板30と下側基板31との距離の1.5倍以上とすることがより好ましい。
As will be described later, in order to switch the liquid crystal molecules of the
図4及び図5は、それぞれ図3(B)及び(C)に示したコモン電極38及びセグメント電極39の櫛歯形状部分の一部を拡大した概略的な平面図であり、図6は、これら2つの電極を上下基板上に配置し、対向するようにはり合わせた2枚の基板の法線方向から見たときの平面図である。3つの図面すべてについて、文字列「TITLE」の「E」の部分を構成する櫛歯形状電極部分について示してある。
4 and 5 are schematic plan views in which a part of the comb-tooth shaped portions of the
図4を参照する。たとえば「E」を表示するのにコモン電極38は、図の左右方向に複数の同じ長さの櫛歯状電極部分を備える。たとえばその1本の長さは2.15mm、幅は20μm、それらの間隔は60μmである。
Please refer to FIG. For example, to display “E”, the
図5を参照する。たとえば「E」の表示のために、セグメント電極39は、図の左右方向に長さの異なる3種類の櫛歯形状電極部分を備える。それらの長さは、たとえば2.15mm、1.9mm、0.65mmであり、幅と間隔は図4に示したコモン電極38の場合と同様である。
Please refer to FIG. For example, in order to display “E”, the
図6を参照する。図示のように、液晶表示素子において、基板の法線方向から見たとき、両電極の櫛歯形状部分を互い違いに配置することで、たとえば縦2mm、横2mmの範囲に収まる「E」の文字を表示することができる。 Please refer to FIG. As shown in the figure, in the liquid crystal display element, when viewed from the normal direction of the substrate, the letter “E” fits in a range of, for example, 2 mm in length and 2 mm in width by arranging the comb-shaped portions of both electrodes alternately. Can be displayed.
次に、本願発明者らは、上下電極(セグメント電極39及びコモン電極38)の櫛歯形状部分が互い違いに配置された場合の等電位分布、及び液晶分子ダイレクタ分布をシミュレートした。シミュレーションには、シンテック社製のLCDMASTER6 二次元LCDシミュレータを用いた。
Next, the inventors of the present application simulated the equipotential distribution and the liquid crystal molecule director distribution when the comb-shaped portions of the upper and lower electrodes (
図7(A)〜(C)にシミュレーションの結果を示す。 7A to 7C show the simulation results.
図7(A)は、シミュレーションに用いた液晶表示素子の電極及び液晶層の構造の概略を示す断面図である。液晶層37の厚さを5μmとし、セグメント電極39及びコモン電極38を櫛歯形状部分を有する電極と想定した。互い違いに配置された櫛歯形状電極部分の間隔(水平方向への距離)は10μmとした。また、上下電極ともに電極幅を10μmとした。
FIG. 7A is a cross-sectional view showing an outline of the structure of the electrodes and the liquid crystal layer of the liquid crystal display element used in the simulation. It was assumed that the thickness of the
液晶層37の液晶には誘電率異方性が正(Δε>0)のZLI−4792を用いるものとした。また、電圧無印加時の上側基板30、下側基板31の液晶配向方向はともに櫛歯形状電極部分が延びる方向に対して5°ずらした方位であって、一軸配向モードとし、両基板面のプレティルト角は0.5°、アンチパラレル配向条件とした。更に、コモン電極38に10Vを印加するものとし、セグメント電極39を0Vと設定した。
As the liquid crystal of the
図7(B)は、シミュレーションの結果得られた等電位分布を示す図である。櫛歯形状電極部分の端部付近においては電界が水平方向に対し斜め方向に発生しているが、上下電極間においては概ね水平方向の電界が支配的であることがわかる。 FIG. 7B is a diagram illustrating an equipotential distribution obtained as a result of the simulation. It can be seen that the electric field is generated obliquely with respect to the horizontal direction in the vicinity of the ends of the comb-shaped electrode portion, but the horizontal electric field is generally dominant between the upper and lower electrodes.
図7(C)は、上下電極間に電圧を印加後、十分時間が経過した定常状態における上下基板間の液晶分子ダイレクタ分布を示すシミュレーション結果である。電極部の領域においては液晶分子がそれぞれ基板(上側基板30及び下側基板31)に対して面外方向(基板に対して非水平方向)に配向変形している領域も見られるが、電極間の領域においては、概ね液晶配向変形が水平方向のみになっていることがわかる。
FIG. 7C is a simulation result showing the distribution of liquid crystal molecule directors between the upper and lower substrates in a steady state after a sufficient time has elapsed after applying a voltage between the upper and lower electrodes. In the region of the electrode part, there are also regions where the liquid crystal molecules are oriented and deformed in the out-of-plane direction (non-horizontal direction with respect to the substrate) with respect to the substrates (
図7(A)〜(C)に示す結果により、図1に示す液晶表示素子は、液晶分子をほぼ水平方向のみでスイッチングすることが可能である。上側基板30及び下側基板31上に互い違いに電極を形成した場合においても、片側基板上に電極を形成した従来の場合とほぼ同様の効果を得ることができるといえる。
According to the results shown in FIGS. 7A to 7C, the liquid crystal display element shown in FIG. 1 can switch liquid crystal molecules only in a substantially horizontal direction. Even when electrodes are alternately formed on the
なお、これらのことは液晶層37を誘電率異方性が負(Δε<0)の液晶材料を用いて形成するとしてシミュレートした場合においてもほぼ同様の計算結果を確認することができた。更に、一軸配向モードでなくTN配向モードとした場合も同様の効果を確認することができた。
Note that the same calculation results were confirmed in these cases even when the
誘電率異方性が負(Δε<0)の液晶材料及びITO等を材料とした透明電極を用いた場合、実施例による液晶セルの他の構成要素は、従来のTNモードの液晶セルのそれらと全く同様とすることが可能である。 In the case of using a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy (Δε <0) and a transparent electrode made of ITO or the like, other components of the liquid crystal cell according to the embodiment are those of a conventional TN mode liquid crystal cell. Can be exactly the same.
また、実施例による液晶表示素子は、上側基板30及び下側基板31のそれぞれが電極(セグメント電極39及びコモン電極38)を備える構造を有しているため、従来のインプレーンスイッチングモードでない液晶表示素子の製造工程と同様の製造工程によって、インプレーンスイッチングモードの液晶表示素子を製造することができる。
Further, the liquid crystal display element according to the embodiment has a structure in which each of the
図1に示したインプレーンスイッチングモードの液晶表示素子においては、上下基板の電極(セグメント電極39及びコモン電極38)をともに櫛歯形状部分を有する電極とし、櫛歯形状の電極部分が互い違いの配置を構成するように形成した。上下基板の電極対が、少なくとも一部に周期的間隔で設けられた開口部を有する形状の電極で構成されていてもよい。
In the in-plane switching mode liquid crystal display element shown in FIG. 1, the electrodes on the upper and lower substrates (
図8(A)及び(B)は、それぞれ実施例による液晶表示素子の上下基板上に形成する電極対として用いることのできるコモン電極及びセグメント電極の概略を示す平面図である。図16(A)に示した「T」の文字を表示可能なコモン電極及びセグメント電極の構成を示した。両者は、それぞれ上側基板30及び下側基板31上に、上側基板30及び下側基板31の法線方向から見たとき、図8(A)及び(B)における点線の範囲(有効表示エリア)どうしが重なるように配置される。
FIGS. 8A and 8B are plan views schematically showing common electrodes and segment electrodes that can be used as electrode pairs formed on the upper and lower substrates of the liquid crystal display element according to the embodiment. A configuration of the common electrode and the segment electrode capable of displaying the letter “T” illustrated in FIG. Both are on the
図8(A)に示したコモン電極、図8(B)に示したセグメント電極ともに、電極の一部が櫛歯形状に形成されているのではなく、有効表示エリア内に矩形の開口部が規則的に縦方向(図の上下方向)及び横方向(図の左右方向)に一定間隔(ピッチ)で)設けられている。両電極の開口部はたとえば合同である。 In both the common electrode shown in FIG. 8A and the segment electrode shown in FIG. 8B, a part of the electrode is not formed in a comb-tooth shape, but a rectangular opening is formed in the effective display area. They are regularly provided at regular intervals (pitch) in the vertical direction (vertical direction in the figure) and in the horizontal direction (horizontal direction in the figure). The openings of both electrodes are, for example, congruent.
コモン電極及びセグメント電極には、両電極の有効表示エリアを重ねたとき、互いの開口部がたとえば矩形の開口部の一対の平行な辺と平行な方向に沿って半ピッチずれるように、それぞれの有効表示エリア内に開口部が形成されている。図8(A)及び(B)には、互いに開口部が有効表示エリア内で、縦方向に半ピッチだけずれて形成されている2つの電極を示した。図示したようなセグメント電極及びコモン電極は、上側基板30及び下側基板31の法線方向から見たとき両電極の有効表示エリアが重なるように(両電極の開口部がずれるように)、それぞれ上下基板に形成される。
When the effective display areas of both electrodes are overlapped on the common electrode and the segment electrode, the respective openings are shifted by a half pitch along a direction parallel to a pair of parallel sides of the rectangular opening, for example. An opening is formed in the effective display area. FIGS. 8A and 8B show two electrodes in which openings are formed so as to be offset from each other by a half pitch in the effective display area. The segment electrode and the common electrode as shown in the figure are arranged so that the effective display areas of both electrodes overlap when viewed from the normal direction of the
有効表示エリア内において、縦方向に延在する電極部分は重なる。これらの電極部分によって水平方向の電界は発生しない。有効表示エリア内において、横方向に延在する電極部分は、縦方向に交互に配置される。これらの電極部分によって水平方向の電界を発生させ、表示の制御を行う。 In the effective display area, the electrode portions extending in the vertical direction overlap. These electrode portions do not generate a horizontal electric field. Within the effective display area, the electrode portions extending in the horizontal direction are alternately arranged in the vertical direction. These electrode portions generate a horizontal electric field to control display.
図9(A)〜(E)は、2つの開口部を有する電極の配置を説明するための図である。 FIGS. 9A to 9E are diagrams for explaining the arrangement of electrodes having two openings.
図9(A)は、開口部を有するコモン電極38の一部を示す概略的な平面図である。コモン電極38は縦方向に延びる電極部分と横方向に延びる電極部分を有し、これらにより矩形の開口部が一定間隔(ピッチ)で縦方向及び横方向に画定されている。
FIG. 9A is a schematic plan view showing a part of the
図9(B)は、開口部を有するセグメント電極39の一部を示す概略的な平面図である。セグメント電極39も縦方向に延びる電極部分と横方向に延びる電極部分を有し、これによって開口部が画定されている。開口部は、図9(A)に示したコモン電極38の開口部と同サイズ、同ピッチで、ただし縦方向に半ピッチずらして配置が可能なように形成されている。
FIG. 9B is a schematic plan view showing a part of the
図9(C)は、図9(A)及び(B)にそれぞれ示したコモン電極38及びセグメント電極39を基板上に形成し、基板の法線方向から見たときの平面図である。図示したのは、液晶表示素子の表示領域45の一部である。
FIG. 9C is a plan view when the
基板の法線方向から見たとき、両電極のうちの一方の横方向電極は他方の開口部の中央を通って、横方向に延びるように配置される。 When viewed from the normal direction of the substrate, one of the electrodes is disposed so as to extend laterally through the center of the other opening.
コモン電極38の横方向に延びる電極部分及びセグメント電極39の横方向に延びる電極部分によって、表示のための水平方向の電界が形成される。このため、これらはそれぞれの電極の表示用部分38a,39aとなる。また、コモン電極38及びセグメント電極39の縦方向に延びる電極部分は、表示のための水平方向の電界を発生させない。このため、これらはそれぞれの電極の電圧供給部分38b,39bとなる。基板の法線方向から見たとき、表示領域45内において、両電極の表示用部分38a,39aは互い違いに配置され、電圧供給部分38b,39bは重なるように配置されている。また、表示用部分38a,39aの延在方向と電圧供給部分38b,39bの延在方向とは交差している。
A horizontal electric field for display is formed by the electrode portion extending in the horizontal direction of the
開口部のサイズは、たとえば図の横方向に60μmであり、縦方向に30μmである。表示用部分38a、39aの幅はたとえば10μmであり、このとき開口部の縦方向ピッチは40μmとなる。電圧供給部分38b、39bの幅はたとえば20μmであり、このとき開口部の横方向ピッチは80μmとなる。縦方向に半ピッチずらしているため、基板の法線方向から見たとき、隣り合うコモン電極38の表示用部分38aとセグメント電極39の表示用部分39aの距離は10μmとなる。
The size of the opening is, for example, 60 μm in the horizontal direction and 30 μm in the vertical direction. The width of the
図9(D)は、図9(C)の9D−9D線に沿った断面図である。図に表されているのは、コモン電極38とセグメント電極39の表示用部分38a,39aである。これらは互い違いに一定の間隔で現れる。
FIG. 9D is a cross-sectional view taken along
図9(E)は、図9(C)の9E−9E線に沿った断面図である。図に表されているのは、コモン電極38とセグメント電極39の電圧供給部分38b,39bである。両者は一定距離を隔てて向き合っている。
FIG. 9E is a cross-sectional view taken along
図10及び図11〜図13を参照して、開口部を有する電極を用いた表示を詳説する。 The display using the electrode having the opening will be described in detail with reference to FIGS. 10 and 11 to 13.
図10(A)及び(B)は、それぞれコモン電極38及びセグメント電極39の一例を示す概略的な平面図である。
10A and 10B are schematic plan views showing examples of the
図10(A)を参照する。コモン電極38はその一部が矩形の開口部を有するように形成される。図においては、開口部が形成されている領域に斜線を付して示した。
Reference is made to FIG. The
図10(B)を参照する。セグメント電極39もまたその一部が矩形の開口部を有するように形成される。図10(A)と同様に、開口部が形成されている領域に斜線を付して示した。これら2つの電極を使用することによって、液晶表示素子に、図3(A)に示したような「TITLE」の文字列を表示することができる。
Reference is made to FIG. The
図11は図10(A)に示したコモン電極38の開口部が形成された一部を拡大した概略的な平面図である。文字列「TITLE」の「E」の部分を構成する開口部が形成された電極部分について示してある。たとえば「E」を表示するのにコモン電極38は「E」文字型の領域内に小さな矩形の開口部を多数備えている。開口部のサイズはたとえば「E」の文字の縦方向に40μm、横方向に60μmである。
FIG. 11 is an enlarged schematic plan view of a part where the opening of the
図12は図10(B)に示したセグメント電極39の開口部が形成された一部を拡大した概略的な平面図である。図11と同様に、文字列「TITLE」の「E」の部分を構成する開口部が形成された電極部分について示してある。たとえば「E」の表示のために、セグメント電極39もまた「E」文字型の領域内に小さな開口部を多数備えている。
FIG. 12 is a schematic plan view enlarging a part where the opening of the
図11に示したコモン電極、図12に示したセグメント電極ともに、矩形の開口部が規則的に縦方向及び横方向に一定間隔(ピッチ)で設けられている。両電極の開口部のサイズ及びピッチは等しい。 In both the common electrode shown in FIG. 11 and the segment electrode shown in FIG. 12, rectangular openings are regularly provided at regular intervals (pitch) in the vertical and horizontal directions. The size and pitch of the openings of both electrodes are the same.
図13は、図11及び図12にそれぞれ示したコモン電極38及びセグメント電極39を基板上に配置し、基板の法線方向から見たときの平面図である。図示のように、液晶表示素子において、基板の法線方向から見たとき、両電極の開口部が「E」の文字の縦方向に半ピッチずれるように配置することで、たとえば縦2mm、横2mmの範囲に収まる「E」の文字を表示することができる。両電極の開口部を縦方向に半ピッチずらして配置することで、「E」の文字を表示する表示領域45内において、両電極の表示用部分38a,39aは互い違いに配置され、電圧供給部分38b,39bは重なるように配置される。
FIG. 13 is a plan view when the
コモン電極及びセグメント電極に上記のように開口部を設けることで、上下基板に櫛歯形状部分を有する電極を形成し、基板の法線方向から見たとき、櫛歯形状部分を互い違いに配置したのと同様の効果を得ることができる。 By providing openings as described above in the common electrode and the segment electrode, electrodes having comb-shaped portions are formed on the upper and lower substrates, and the comb-shaped portions are alternately arranged when viewed from the normal direction of the substrate. The same effect as can be obtained.
任意の文字や絵柄のパタンの表示について、断線を生じさせず、また未表示領域をつくらず有効表示エリアをすべて表示可能にするために、矩形状の開口部のサイズは縦(一方の一対の平行な辺の長さ)40μm以下、横(他方の一対の平行な辺の長さ)50μm以上であることが好ましい。また、開口部のピッチは、縦方向に60μm以下、横方向に60μm以上であることが好ましい。矩形状の開口部のサイズが縦40μm以下、横60μm以上であることがより好ましく、また、開口部のピッチが、縦方向に40μm以下、横方向に60μm以上であることがより好ましい。なお、開口部をずらす方向を縦方向としたときの値である。 In order to display any effective display area without creating a disconnection area and displaying an effective display area for any character or design pattern display, the size of the rectangular opening is vertical (one pair of It is preferable that the length of parallel sides is 40 μm or less and the width (length of the other pair of parallel sides) is 50 μm or more. The pitch of the openings is preferably 60 μm or less in the vertical direction and 60 μm or more in the horizontal direction. The size of the rectangular openings is more preferably 40 μm or less and 60 μm or more in width, and the pitch of the openings is more preferably 40 μm or less in the vertical direction and 60 μm or more in the horizontal direction. In addition, it is a value when the direction which shifts an opening part is made into the vertical direction.
図14(A)〜(E)は、図9(A)及び(B)にそれぞれ示したコモン電極38及びセグメント電極39の変形例とそれらを用いた液晶表示素子を説明するための図である。
14A to 14E are views for explaining a modification of the
図14(A)は、開口部を有するコモン電極38の一部を示す概略的な平面図である。図9(A)に示したコモン電極38においては、開口部が矩形状に形成されており、このため横方向に延びる電極部分と縦方向に延びる電極部分がともに直線的に形成されていた。図14(A)に示したコモン電極38においては、横方向に延びる電極部分が周期的に屈曲部を有している。
FIG. 14A is a schematic plan view showing a part of the
図14(B)は、開口部を有するセグメント電極39の一部を示す概略的な平面図である。セグメント電極39も横方向に延びる電極部分が周期的に屈曲部を有している。開口部は、図14(A)に示したコモン電極38の開口部と同サイズ、同ピッチで、ただし縦方向に半ピッチずらして配置することが可能なように形成されている。なお、屈曲部が横方向から屈曲する角度は、たとえば5°である。
FIG. 14B is a schematic plan view showing a part of the
図14(C)は、図14(A)及び図14(B)にそれぞれ示したコモン電極38及びセグメント電極39を基板上に形成し、基板の法線方向から見たときの平面図である。図9(C)と同様、図示したのは、液晶表示素子の表示領域45の一部である。
FIG. 14C is a plan view when the
基板の法線方向から見たとき、両電極のうちの一方の横方向電極は他方の開口部の中央を通って、全体として横方向に延びるように配置される。コモン電極38及びセグメント電極39の横方向に延びる電極部分が表示用部分38a,39aとなり、縦方向に延びる電極部分が電圧供給部分38b,39bとなり、前者は互い違いに、後者は重なるように配置されることは、図9(C)を用いて行った説明と同様である。
When viewed from the normal direction of the substrate, one of the electrodes is disposed so as to extend in the lateral direction as a whole through the center of the other opening. The electrode portions extending in the horizontal direction of the
図14(D)は、図14(C)の14D−14D線に沿った断面図である。図に表されているのは、コモン電極38とセグメント電極39の表示用部分38a,39aである。これらは互い違いに一定の間隔で現れる。
FIG. 14D is a cross-sectional view taken along line 14D-14D of FIG. Shown are the
図14(E)は、図14(C)の14E−14E線に沿った断面図である。図に表されているのは、コモン電極38とセグメント電極39の電圧供給部分38b,39bである。両者は一定距離を隔てて向き合っている。
FIG. 14E is a cross-sectional view taken along
図14(A)及び図14(B)に示すような屈曲部を有するコモン電極38及びセグメント電極39を用いた場合も、図10及び図11〜図13を参照して説明したような開口部を有する電極を用いた表示が可能である。更に、屈曲部を有するコモン電極38及びセグメント電極39を用いることにより、液晶の配向方向の異なった領域(マルチドメイン)を形成することができるため、表示の視角依存性をさらに改善することができる。
Even when the
図8(A)、(B)、図9(A)、(B)及び図14(A)、(B)に示したような電極対は、従来のTNモードなどの電極パタンをベースにして容易に作製が可能である。また、簡便に電極のパタン設計を行うことができる。 The electrode pairs shown in FIGS. 8A, 8B, 9A, 9B, 14A, and 14B are based on an electrode pattern such as a conventional TN mode. It can be easily manufactured. In addition, the electrode pattern can be easily designed.
図15は、液晶層37の液晶の配向状態(応答状態)を概略的に示した図である。
FIG. 15 is a diagram schematically showing the alignment state (response state) of the liquid crystal in the
(1)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が正(Δε>0)のTN配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加したときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶層37を透過しない。
(1) uses a TN-aligned liquid crystal with a positive dielectric anisotropy (Δε> 0) as the liquid crystal of the
(2)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が正(Δε>0)のTN配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加しないときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶分子のダイレクタに沿って旋光し、液晶層37を透過する。
(2) uses a TN-aligned liquid crystal having a positive dielectric anisotropy (Δε> 0) as the liquid crystal of the
(3)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が正(Δε>0)の一軸平行配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加したときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶層37を透過しない。
(3) is a liquid crystal obtained by applying a uniaxial parallel alignment liquid crystal having a positive dielectric anisotropy (Δε> 0) as the liquid crystal of the
(4)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が正(Δε>0)の一軸平行配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加しないときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶層37を透過する。
(4) is a liquid crystal when liquid crystal of the
(5)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が負(Δε<0)のTN配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加したときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶層37を透過しない。
(5) uses a TN-aligned liquid crystal having a negative dielectric anisotropy (Δε <0) as the liquid crystal of the
(6)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が負(Δε<0)のTN配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加しないときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶分子のダイレクタに沿って旋光し、液晶層37を透過する。
(6) uses a TN-aligned liquid crystal having a negative dielectric anisotropy (Δε <0) as the liquid crystal of the
(7)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が負(Δε<0)の一軸平行配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加したときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶層37を透過しない。
(7) is a liquid crystal when a liquid crystal of the
(8)は、液晶層37の液晶として誘電率異方性が負(Δε<0)の一軸平行配向の液晶を用い、コモン電極38とセグメント電極39の間に電圧を印加しないときの、液晶の配向状態を示す。液晶が図示したような配向状態の場合、たとえば光は液晶層37を透過する。
(8) is a liquid crystal when a liquid crystal of the
TNモードを採用した場合、セル厚マージンが大きくなるというメリットがある。従来のインプレーンスイッチング駆動動作を行う液晶表示素子で採用されている平行配向は、電圧印加・無印加の切り替え時の変化がSTNと同様の複屈折の変化によるものであり、セルギャップに対する余裕が小さくなる。これに対して上述のTNモードのインプレーンスイッチング方式の液晶表示素子の場合は、電圧印加・無印加時の変化が旋光によるものであるため、セルギャップに対する余裕がより大きくなる。 When the TN mode is adopted, there is an advantage that the cell thickness margin is increased. The parallel orientation adopted in the conventional liquid crystal display element that performs the in-plane switching drive operation is due to the change in birefringence similar to STN when switching between voltage application and non-application, and there is a margin for the cell gap. Get smaller. On the other hand, in the case of the above-described TN mode in-plane switching type liquid crystal display element, the change in voltage application / non-application is due to optical rotation, so that the margin for the cell gap becomes larger.
なお、TNモードを採用した場合のセルの設定は、ノーマリホワイトの場合、リターデーションΔndが0.48〜0.49μmの範囲であることが好ましく、ツイスト角は90°に限らない。ノーマリブラックの場合、すなわち偏光板をパラレルニコル配置にしたときは、リターデーションΔndが1.5μmより大きいことが好ましく、ツイスト角は90°であることが最も好ましい。 The cell setting when the TN mode is adopted is preferably in the range of retardation Δnd of 0.48 to 0.49 μm in the case of normally white, and the twist angle is not limited to 90 °. In the case of normally black, that is, when the polarizing plate is arranged in a parallel Nicol arrangement, the retardation Δnd is preferably larger than 1.5 μm, and the twist angle is most preferably 90 °.
最後に、コモン電極38及びセグメント電極39の配置、形成について補足を行う。
Finally, supplementary explanation will be given on the arrangement and formation of the
まず、液晶層37が一軸平行配向の液晶材料で形成されている場合について述べる。両電極の一部がたとえば櫛歯形状に形成されており、上下基板間で両者が互い違いの配置を構成する場合における互い違いの配置構成が延びる方向(歯に垂直な方向)、及び両電極が一部に開口部を備える形状に形成されており、上下基板間で開口部がずれるように配置される場合におけるずれの方向は、液晶材料の誘電率異方性が負(Δε<0)のときには、液晶分子の長軸配向方向に略平行な方向であることが好ましく、液晶材料の誘電率異方性が正(Δε>0)のときには、液晶分子の長軸配向方向に略垂直であることが好ましい。
First, the case where the
次に、液晶層37がツイストネマチックの液晶材料で形成されている場合について述べる。両電極の一部がたとえば櫛歯形状に形成されており、上下基板間で両者が互い違いの配置を構成する場合における互い違いの配置構成が延びる方向(歯に垂直な方向)、及び両電極が一部に開口部を備える形状に形成されており、上下基板間で開口部がずれるように配置される場合におけるずれの方向は、液晶材料の誘電率異方性が負(Δε<0)のときには、基板面(上側基板30または下側基板31)表面における液晶分子の長軸配向方向に略平行な方向であることが好ましく、液晶材料の誘電率異方性が正(Δε>0)のときには、基板面表面における液晶分子の長軸配向方向に略垂直であることが好ましい。
Next, the case where the
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定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は自明であろう。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
セグメント液晶表示素子、キャラクタ表示を含む単純マトリクス駆動ドットマトリクス液晶表示素子、及び単純マトリクス駆動ドットマトリクス液晶表示素子等に適用することができる。 The present invention can be applied to segment liquid crystal display elements, simple matrix drive dot matrix liquid crystal display elements including character display, simple matrix drive dot matrix liquid crystal display elements, and the like.
30 上側基板
31 下側基板
32,33 ガラス基板
34,35 配向膜
37 液晶層
38 コモン電極
39 セグメント電極
38a,39a 表示用部分
38b,39b 電圧供給部分
40,41 偏光板
45 表示領域
30
Claims (7)
電圧供給部分と表示用部分とを含む第2の電極を備え、前記第1の基板と略平行に配置される第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持される液晶層と
を有し、表示領域において表示を行う液晶表示素子であって、
前記第1及び第2の基板の法線方向から見たとき、前記表示領域においては、前記第1の電極の表示用部分と前記第2の電極の表示用部分とが互い違いに配置されており、かつ、隣り合う前記第1の電極の表示用部分と前記第2の電極の表示用部分との距離が、前記第1の基板と前記第2の基板との距離以上である液晶表示素子。 A first substrate comprising a first electrode including a voltage supply portion and a display portion;
A second substrate comprising a second electrode including a voltage supply portion and a display portion, and disposed substantially parallel to the first substrate;
A liquid crystal display element having a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate and performing display in a display region,
When viewed from the normal direction of the first and second substrates, the display area of the first electrode and the display area of the second electrode are alternately arranged in the display area. A liquid crystal display element in which a distance between the display portion of the first electrode and the display portion of the second electrode adjacent to each other is equal to or greater than the distance between the first substrate and the second substrate.
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