JP2010026536A

JP2010026536A - 液晶表示素子

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Publication number: JP2010026536A
Application number: JP2009252927A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Iwamoto; 宜久岩本; Takashi Sugiyama; 貴杉山
Original assignee: Sharp Corp; Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】安価、簡易な構造で簡便に視角特性を比較的任意に制御することができる液晶表示素子を提供する。
【解決手段】液晶層５を挟持する上下の基板１ａ、１ｂの対向する面に電極２ａ、２ｂを設け、上側の電極２ａは透明電極、下側の電極２ｂは透明電極もしくは金属電極とし、また各々の電極２ａ、２ｂには開口部（スリット）３ａ、３ｂを設ける。そして、この開口部３ａ、３ｂの配置は、一方の基板上の開口部と他方の基板上の隣接する複数の開口部との間隔が等しくないように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に表示のコントラスト特性を改善した液晶表示素子に関するものである。

液晶表示素子は、基本的には基板表面の一様な配向処理により均一な表示を実現している。このため、素子を観察する方向によって表示の見え方が変化する、いわゆる視角依存性を有する場合が多い。この傾向は、ＴＮモードに代表される液晶分子を上下の基板間でスイッチングして光学変化を与えるタイプのものがほとんどである。

上記の視角依存性を除去する方法として、液晶素子内部の液晶分子配向を複数の方位に設定する「マルチドメイン配向法」が提案されている。この配向制御法を実現する具体的手法としては様々な方法が提案されているが、最も簡便な方法として上下の基板間に斜め電界を発生させ、この電界により配向制御を行う方法が提案されている。

図７に液晶素子内に二つの配向方向を形成する場合の素子構造例を示す。図中、１ａ、１ｂはガラスやプラスチックからなる上下の基板で、対向する面に電極２ａ、２ｂを有しており、各々の電極２ａ、２ｂには開口部３ａ、３ｂが設けられている。４ａ、４ｂは配向膜、５は液晶層、６ａ、６ｂは偏光板である。

電極２ａ、２ｂの一部に開口部３ａ、３ｂを設け、ある一定間隔で上下交互にこの開口部２ａ、２ｂを配置すると、良好な２分割配向が得られる。この場合、特に液晶動作モードとして、垂直配向モードを用いることが有効である。

このような視角改善の例として、電極にスリット（開口部）を設けることで発生する斜め電界を利用して視角範囲を広げることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許第３１０８７６８号公報特許第３３２４９２６号公報

ところで、上記のマルチドメイン法は、どの方向から素子を観察しても良好な表示状態が得られることが特徴であるが、用途によってはある方向だけ観察できれば良い場合もある。このような用途の場合には、上述の電極開口部を一定間隔に配置した素子構造では対応できない。

また、従来の基板表面処理によるモノドメイン配向処理でも、すでに特定の視角特性しか形成することができず、任意な視角特性を形成することは原理的に困難であると考えられる。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、安価、簡易な構造で簡便に視角特性を比較的任意に制御することができる液晶表示素子を提供することを目的としている。

前記課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）対向する面に電極を備えた上下の基板と、この上下の基板に挟持された液晶層を有する液晶表示素子であって、前記電極は上下の基板間で互い違いに配置されたスリットが設けられ、該スリットの配置は、一方の基板上のスリットは、他方の基板上の隣接する二つのスリットをＡ：Ｂの比率で分割する位置に配置され、前記比率Ａ：Ｂは５：５から１０：０、好ましくは６：４から９：１であり、一方の基板上の隣接するスリットの間隔は、１８０μｍ以下で、好ましくは１２０μｍ以下であり、前記液晶表示素子の第１の領域における前記比率Ａ：Ｂと、前記第１の領域と異なる第２の領域における前記比率Ａ：Ｂとが異なる値であることを特徴とする液晶表示素子。

（２）前記第１の領域における前記比率Ａ：Ｂと前記第２の領域における前記比率Ａ：Ｂの比率の比が、１：２．３以上または２．３：１以下であることを特徴とする前記（１）に記載の液晶表示素子。

（３）液晶動作モードは、液晶の中央層のプレティルト角が９０°の垂直配向モードであることを特徴とする前記（１）または（２）記載の液晶表示素子。

（４）液晶動作モードは、液晶の中央層のプレティルト角が０°のＴＮモードであることを特徴とする前記（１）または（２）記載の液晶表示素子。

本発明によれば、安価、簡易な構造で簡便に視角特性を比較的任意に制御することができる液晶表示素子を実現できる。

すなわち、電極構造の工夫のみで他の構造は全く変えることなく、非常に簡便に視角特性を比較的任意に制御することが可能となる。

また、液晶表示素子内で視角特性が異なる複数のエリアを電極構造の工夫のみで簡単に実現可能である。

本発明に係る液晶表示素子の基本構造を示す断面図垂直配向モードの場合の素子構造を示す断面図垂直配向モード時の等輝度曲線を示す図ＴＮモードの場合の素子構造を示す断面図ＴＮモード時の等コントラスト曲線を示す図実施例の他の素子構造を示す断面図従来例の構造を示す断面図

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

本発明は、比較的任意な視角特性が得られ、かつ自由度が高く、簡便に実現可能な液晶表示素子の構造を提供するものである。従来例においては、上下の電極に形成する開口部は一定間隔に配置していたが、本発明ではこの間隔を一定でない偏った間隔にて配置することにより視角特性を任意に制御することを可能にしている。

図１は本発明に係る液晶表示素子の基本構造を示す断面図であり、図７と同一構成要素には同一符号を付して説明する。

同図において、１ａ、１ｂはガラスやプラスチックからなる上下の基板で、対向する面に電極２ａ、２ｂを有しており、上側の電極２ａは透明電極、下側の電極２ｂは透明電極もしくは金属電極となっている。また、各々の電極２ａ、２ｂには開口部（スリット）３ａ、３ｂが設けられている。この開口部３ａ、３ｂの配置は、一方の基板上のスリットと他方の基板上の隣接する複数のスリットとの間隔が等しくないように構成されている。４ａ、４ｂは配向膜、５は上下の基板１ａ、１ｂに挟持された液晶層、６ａ、６ｂは偏光板である。

本実施例の液晶表示素子は、前述の図７の構成に比べて上下の電極２ａ、２ｂの開口部３ａ、３ｂが一定間隔ではなく偏った配置になっている。そして、図に示す間隔ＡとＢの比率により視角特性を任意に制御することができる。

ここで、一方の基板上の隣接する開口部の間隔は、１８０μｍ以下、好ましくは１２０μｍ以下とする。また、一方の基板上の開口部は、他方の基板上の隣接する二つの開口部をＡ：Ｂの比率で分割する位置に配置し、その比率Ａ：Ｂは５：５から１０：０、好ましくは６：４から９：１とする。

また、液晶動作モードは、液晶の中央層のプレティルト角が９０°の垂直配向モード、あるいは液晶の中央層のプレティルト角が０°の水平配向モードであるようにする。

更に、上記Ａ：Ｂの比率は、面内で均一であるか、あるいは面内で均一でないようにする。

以下に、具体的に上記の視角特性の制御が可能かどうかを検証したシミュレーション結果について説明する。このシミュレーションは、シンテック社製液晶光学素子シミュレータＬＣＤＭＡＳＴＥＲ５にて行ったものである。

［１］垂直配向モード
初めに、液晶動作モードを垂直配向モードとした場合のシミュレーション結果について説明する。液晶表示素子の構造は、図２に示すとおりとした。上側の基板１ａと偏光板６ａとの間に４５°の補償視角フィルム（ＶＡＣ−Ｃ１８０）７が挿入されている。この視角補償フィルム７は、住友化学製ＶＡＣ−Ｃ１８０を想定している。

上下の基板１ａ、１ｂはガラス基板、電極２ａ、２ｂは透明電極、開口部３ａ、３ｂの開口方位は９０°から２７０°方向、配向膜４ａ、４ｂは垂直配向膜（中央分子プレティルト角９０°）で、垂直配向の液晶層５の液晶は、Δε＜０のものを用いた。この液晶のΔｎとセル厚の積Δｎｄは、０．６μｍに設定した。また、上側の偏光板６ａは４５°の偏光板（Ｇ１２２０ＤＵ）、下側の偏光板６ｂは１３５°の偏光板（Ｇ１２２０ＤＵ）で、日東電工製Ｇ１２２０ＤＵを想定している。

図３は垂直配向モード時の等輝度曲線を示す図で、１／８ｄｕｔｙマルチプレックス駆動を想定したときに最大コントラストが得られる印加電圧を与えた場合の、間隔Ａ：Ｂが変化したときにおける明表示時の等輝度曲線を示している。（ａ）のＡ：Ｂが５：５の場合が正面における輝度が最も高く、左右方向の対称性が良好であった。これを（ｂ）、（ｃ）のように７：３、９：１に変化させるに従って、図の左方位に最大輝度視認角が移動することが分かる。

［２］ＴＮモード
次に、液晶動作モードをＴＮモードとした場合のシミュレーション結果について説明する。液晶表示素子の構造は、図４に示すとおりとした。

液晶層５の液晶は９０°のＴＮ液晶で、この液晶材料はメルク製ＺＬＩ−４７９２を想定し、Δｎｄは約０．４９μｍに設定した。またプレティルト角は、液晶層５の中央分子が０°になるように設定している。その他は図２と同様の構成である。

図５はＴＮモード時の等コントラスト曲線を示す図で、１／３ｄｕｔｙマルチプレックス駆動を想定したとき、正面観察ＯＦＦ時の透過率が最大透過率に対して９５％以上になるように電圧設定した場合の、間隔Ａ：Ｂが変化したときにおける等コントラスト曲線を示している。（ａ）のＡ：Ｂが５：５の場合が正面近傍におけるコントラストが最も高く、左右方向の対称性が良好であった。これを（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように７：３、９：１、１０：０に変化させるに従って、特定の方位にコントラスト分布が移動することが分かる。

以上のように、良好な視認方向がスリット間隔Ａ：Ｂの比によって変化可能であることが明らかである。

なお、上記では垂直配向モードとＴＮモードを取り上げたが、液晶層中央分子のプレティルト角が９０°あるいは０°になる動作モード全てに本手法は適用可能である。

ここで、実際の垂直配向モードとＴＮモードの液晶表示素子を上記の手法で実現する場合には、電極２ａ、２ｂの開口部３ａ、３ｂの間隔をどのように設定するかが重要となる。すなわち、分割の比率Ａ：Ｂが５：５の場合は前述の文献で既に提案されているとおり、上下スリット周期は９０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下であることが必要である。これについては、Ａ：Ｂの比率が変化した場合はＡ＋Ｂが１８０μｍ以下、好ましくは１２０μｍ以下に設定すれば外観的にも良好な表示状態が得られることを確認している。スリット幅についても同様であり、電極開口率を考慮して３０μｍ以下、好ましくは１０〜２０μｍ程度に設定することが望ましい。

なお、スリット幅を１０μｍに設定した場合の開口率は約８０％であったため、従来のスリット構造を用いないモノドメイン構造の場合と比べて著しい透過率低下は招かないことを確認した。

また、一つの液晶表示素子内において、図６に示すような素子構造で、領域ＦではＡ：Ｂを５：５に設定し、領域Ｇでは７：３に設定することも電極構造の形成により非常に簡便に実現可能であることは明らかである。

このように、従来では、視角特性を比較的任意に制御することは液晶セル側で検討せず、バックライトの照明角度を制御するなどによって行われてきた。この方法では、構造が複雑で、その光を制御するフィルム（３ＭＢＥＦなど）は高価であった。しかし、本実施例のように、電極構造の工夫のみで他の構造は全く変えることなく、非常に簡便に視角特性を比較的任意に制御することが可能となる。

また、液晶表示素子内で視角特性が異なる複数のエリアを電極構造の工夫のみで簡単に実現可能である。従来手法でも可能であるが、本発明の方式が最も低コストにこのような素子を実現可能であることは当業者から見ても明らかである。

なお本発明は、液晶表示素子全般（セグメント表示、単純マトリクス駆動ドットマトリクス、及びＴＦＴ駆動を含むアクティブマトリクス液晶表示素子など）に適用可能である。

１ａ基板
１ｂ基板
２ａ電極
２ｂ電極
３ａ開口部
３ｂ開口部
４ａ配向膜
４ｂ配向膜
５液晶層
６ａ偏光板
６ｂ偏光板
７視角補償フィルム

Claims

対向する面に電極を備えた上下の基板と、この上下の基板に挟持された液晶層を有する液晶表示素子であって、前記電極は上下の基板間で互い違いに配置されたスリットが設けられ、該スリットの配置は、
一方の基板上のスリットは、他方の基板上の隣接する二つのスリットをＡ：Ｂの比率で分割する位置に配置され、前記比率Ａ：Ｂは５：５から１０：０、好ましくは６：４から９：１であり、
一方の基板上の隣接するスリットの間隔は、１８０μｍ以下で、好ましくは１２０μｍ以下であり、
前記液晶表示素子の第１の領域における前記比率Ａ：Ｂと、前記第１の領域と異なる第２の領域における前記比率Ａ：Ｂとが異なる値であることを特徴とする液晶表示素子。
前記第１の領域における前記比率Ａ：Ｂと前記第２の領域における前記比率Ａ：Ｂの比率の比が、１：２．３以上または２．３：１以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
液晶動作モードは、液晶の中央層のプレティルト角が９０°の垂直配向モードであることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。
液晶動作モードは、液晶の中央層のプレティルト角が０°のＴＮモードであることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。