JP2010271427A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線抵抗をさほど増加することなく、配線の交差部分における点灯状態を視認しにくくすることが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第１電極と当該第１電極に接続した第１配線31とを一方面上に有する第１基板と、第２電極と当該第２電極に接続した第２配線32とを一方面上に有する第２基板と、前記第１基板の一方面と前記第２基板の一方面との間に挟まれた液晶層と、を含み、前記第１配線と前記第２配線とが平面視において重なる交差領域において前記第１配線に１つ以上の第１開口部33が設けられた、液晶表示装置である。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置における表示品質の改良技術に関する。

特開昭６３−９２９２７号公報（特許文献１）には、液晶表示素子の裏面に遮光用の印刷を施し、同時に字形パターンを白ぬけ形成しその部分を平行配向処理により常時表示する部分を有する透過型ネガ液晶表示素子において、セグメント配線の一部を平行配向処理領域中でコモン配線と交差させたことを特徴とする液晶表示素子が開示されている。この従来例の液晶表示素子によれば、液晶表示素子の周波数特性に影響を及ぼすコモン配線を太くできることにより配線抵抗を下げることができ、かつ交差部分での点灯が目に感知されないため、周波数特性が良く高品位な液晶表示素子が実現される。

ところで、上述した従来技術は特定の構造の液晶表示素子を前提としたものであり、種々の液晶表示素子への適用という観点からは汎用性に欠けると考えられる。例えば、設計上の制約等により、セグメント配線とコモン配線とが交差する部分を有効表示エリア内に配置する必要が生じた場合には、上述した従来技術では配線の交差部分における点灯状態が視認されにくくすることは難しい。これに対して、配線の交差部分において配線の線幅を細くすることによって、交差部分での点灯状態を目立たなくすることも考えられる。しかしながら、配線の線幅を狭めた場合には、配線抵抗が高くなるという別の不都合が生じる。

特開昭６３−９２９２７号公報

本発明に係る具体的態様は、配線抵抗をさほど増加することなく、配線の交差部分における点灯状態を視認しにくくすることが可能な液晶表示装置を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の液晶表示装置は、第１電極と当該第１電極に接続した第１配線とを一方面上に有する第１基板と、第２電極と当該第２電極に接続した第２配線とを一方面上に有する第２基板と、前記第１基板の一方面と前記第２基板の一方面との間に挟まれた液晶層と、を含み、前記第１配線と前記第２配線とが平面視において重なる交差領域において前記第１配線に１つ以上の第１開口部が設けられたことを特徴とする。

上記の液晶表示装置によれば、第１配線と第２配線との交差領域が第１開口部を挟んだ複数に分割されるので、このような第１開口部を設けない場合に比較して、第１配線と第２配線との交差箇所の面積をより小さくすることができる。また、各配線の線幅を特段に狭くする必要もなく、また詳細を後述するように第１開口部を設けたことによる配線抵抗の増加もそれほど生じない。したがって、配線抵抗をさほど増加することなく、配線の交差部分における点灯状態を視認しにくくすることが可能な液晶表示装置を提供することができる。特にネガ表示型の液晶表示装置において有効である。

上記の液晶表示装置において、好ましくは、前記第１配線の前記第１開口部を挟んだ両側の配線幅がそれぞれ１００μｍ以下となるように、前記第１配線の線幅及び前記第１開口部の幅が設定される。

一般的に人間の目の最小分解能が１００μｍ程度であることを勘案すると、上記のように線幅および開口部幅を設定することにより、第１配線と第２配線との交差箇所をより視認されにくくすることができる。

また、上記の液晶表示装置においては、前記第１開口部の幅が１００μｍ以上に設定されていることも好ましい。

それにより、第１配線と第２配線との交差箇所の相互間距離を１００μｍ以上離すことができるため、上記の人間の目の特性を勘案すれば、第１配線と第２配線との交差箇所をより視認されにくくすることができる。

なお、液晶表示装置（液晶表示素子）がネガ表示を行うものであって、特に高いコントラストを得る形式である場合は、交差箇所の線幅が１００μｍ程度であっても透過する光が観察される場合がある。この場合には交差箇所の線幅を５０μｍ程度以下に制限することで、交差箇所をより視認されにくくすることができる。
前記した高いコントラストを得る形式の液晶表示素子の例としては、各種の形式のうち液晶層の旋光性や複屈折性などを光学補償板で補償した上でクロスニコルの偏光板で挟持した液晶表示素子や、非点灯時に旋光性や複屈折性が生じにくいネガ表示タイプの垂直配向モード液晶表示素子などが挙げられる。
一般にセグメントタイプの液晶表示素子の製造工程においては、さほど高精度でないパターニング工程を用いる場合が多い。この場合、線幅が極端に狭い配線部を形成すると、断線を生じたり、例えば熱処理工程を経ることによる電極材質の変質に伴うシート抵抗値の異常な上昇などを生じるため好ましくない。この不都合を避けるためには線幅が概ね３０μｍ程度を下回らないように配線部を形成することが好ましい。

また、上記の液晶表示装置においては、前記交差領域において前記第２配線に１つ以上の第２開口部が設けられていることも好ましい。

それにより、第１配線と第２配線との交差箇所をより多い数に分割することができるので、交差箇所の被視認性をさらに低下させることができる。

上記の液晶表示装置においては、前記第２配線の前記第２開口部を挟んだ両側の配線幅がそれぞれ１００μｍ以下となるように、前記第２配線の線幅及び前記第２開口部の幅が設定されることも好ましい。

人間の目の特性を勘案すれば、上記のように線幅および開口部幅を設定することにより、第１配線と第２配線との交差箇所をより一層視認されにくくすることができる。

上記の液晶表示装置においては、前記第２開口部の幅が１００μｍ以上に設定されていることも好ましい。

それにより、第１配線と第２配線との交差箇所の相互間距離を１００μｍ以上離すことができるため、上記の人間の目の特性を勘案すれば、第１配線と第２配線との交差箇所をより視認されにくくすることができる。

図１は、一実施形態の液晶表示装置を模式的に示す平面図である。 図２は、図１に示すII-II線に対応する断面構造を示した部分断面図である。 図３は、図１に示す端子部の一部の拡大図である。 図４は、図３に示した交差領域ｂを拡大して示した平面図である。 図５は、第１配線と第２配線との交差領域における構造例を示す模式的な平面図である。 図６は、第１配線と第２配線との交差領域における構造例を示した模式的な平面図である。 図７は、配線抵抗値を検証するためのシミュレーションモデルを説明する図である。 図８は、複数の開口部を設ける変形実施例を説明する図である。

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。

図１は、一実施形態の液晶表示装置を模式的に示す平面図である。図１に示す本実施形態の液晶表示装置１は、表示部２と、この表示部２へ外部から駆動信号を供給するための複数の外部接続端子を有する端子部３と、を備えている。本実施形態においては、表示部２として、セグメント型の表示部を考える。この液晶表示装置１は、例えば車載用や民生用などの各種電子機器における情報表示部として用いられる。

図２は、図１に示すII-II線に対応する断面構造を示した部分断面図である。図２に示すように、本実施形態の液晶表示装置１は、対向配置された第１基板１１および第２基板１５と、両基板の間に配置された液晶層１４と、を備える。第１基板１１の外側には第１偏光板２１が配置され、第２基板１５の外側には第２偏光板２２が配置されている。以下、さらに詳細に液晶表示装置１の構造を説明する。なお、液晶層１４の周囲を封止するシール材等の部材については図示および説明を省略する。

第１基板（ＣＯＭ側基板）１１は、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。第２基板（ＳＥＧ側基板）１５は、第１基板１１と同様に、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１５とは、第１電極１２と第２電極１６とが対向するようにして、所定の間隙（例えば数μｍ）を設けて貼り合わされている。

第１電極（ＣＯＭ電極）１２は、第１基板１１の一面側に設けられている。第１電極１２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。この第１電極１２には、後述するように第１配線が接続されている。

配向膜１３は、第１基板１１の一面側に、第１電極１２を覆うようにして設けられている。この配向膜１３は、液晶層１４の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を規制するものである。

第２電極（ＳＥＧ電極）１６は、第２基板１５の一面側に設けられている。第２電極１６は、第１電極１２と同様に、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明な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。この第２電極１６には、後述するように第２配線が接続されている。

配向膜１７は、第２基板１５の一面側に、第２電極１６を覆うようにして設けられている。この配向膜１７は、上述の配向膜１３と同様に液晶層１４の初期状態における配向状態を規制するものである。

液晶層１４は、第１基板１１の第１電極１２と第２基板１５の第２電極１６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が正（Δε＞０）の液晶材料を用いて液晶層１４が構成されている。液晶層１４に図示された太線は、液晶層１４に電圧が印加されていない初期状態における液晶分子の配向方位を模式的に示したものである。本実施形態の液晶層１４は、電圧無印加時における液晶分子の配向方位が第１基板１１側から第２基板１５側へ向かって略９０°捻れるＴＮ配向モードに設定されている。

図３は、図１に示す端子部３の一部（図中、符号ａとして示した部分）の拡大図である。図３に示すように、第１基板１１は、第１電極１２と接続された第１配線３１を一方面上に有する。また、第２基板１５は、第２電極１６と接続された第２配線３２を一方面上に有する。第１配線３１と第２配線３２とは、基本的には互いに重ならないようにレイアウトされている。これは、不必要な電圧が液晶層１４に印加され、意図しない表示（点灯状態）が発生することを避けるためである。しかし、第１配線３１と第２配線３２が交差することを回避できず、またこの交差部分をシールエリア４などに配置することも難しく、両者が交差する箇所を表示部（有効表示エリア）２に配置せざるを得ない場合がある。例えば、本実施形態の液晶表示装置１では、図３において符号ｂで示すように第１配線３１と第２配線３２とが表示部２の内部で平面視において交差している。次に、この交差領域ｂの構造をさらに詳細に説明する。

図４は、図３に示した交差領域ｂを拡大して示した平面図である。図４に示すように、本実施形態の液晶表示装置１では、第１配線３１と第２配線３２とが平面視において重なる交差領域ｂにおいて、第１配線３１に第１開口部（スリット）３３が設けられている。第１配線３１の第１開口部３３が設けられた部分での線幅Ｌ１は、例えば１００μｍである。第１開口部３３の幅Ｌ４は、例えば２０μｍである。第１配線３１の第１開口部３３を挟んだ両側の配線幅Ｌ２、Ｌ３は、本例ではそれぞれ４０μｍである。なお、本例では配線幅Ｌ２、Ｌ３を等しくしているが、両者が異なっていてもよい。

図４に基づいて、第１配線３１、第２配線３２、第１開口部３３のサイズの相互関係についてより定性的に説明する。第１配線３１の線幅Ｌ１および第１開口部３３の幅Ｌ２は、第１配線３１の第１開口部３３を挟んだ両側の配線幅Ｌ２、Ｌ３がそれぞれ１００μｍ以下となるように設定されることが好適である。これは、一般に人間の目の分解能が１００μｍ程度であるとの理由に基づいている。これによれば、配線幅Ｌ２、Ｌ３をそれぞれ１００μｍ以下とすることで、交差領域ｂにおける交差箇所３４、３５は、それぞれ少なくとも１辺が１００μｍ以下となるので、各交差箇所３４、３５における点灯状態を目立たなくする、すなわち人間の目に視認されにくくすることができる。さらに、交差領域ｂにおける第２配線３２の線幅Ｌ５についても１００μｍ以下とすることで各交差箇所３４、３５の他の１辺についても１００μｍ以下とすることができるので、各交差箇所３４、３５が１００μｍ角よりも小さい面積となる。それにより、各交差箇所３４、３５のそれぞれにおける点灯状態をより一層目立たなくすることができる。なお、ここで説明した第１配線３１、第２配線３２、第１開口部３３の相互関係についての好適条件は、後述する第２開口部３６においても共通である。

図５は、第１配線と第２配線との交差領域における構造例を示した模式的な平面図である。図５（Ａ）は上記した図４でも示した構造を改めて示した図であり、第１基板１１側の第１配線３１にのみ開口部が設けられた例を示している。この構造例のように、第１配線３１に第１開口部３３を設けることにより、第１配線３１と第２配線３２との交差領域を２つの交差箇所３４、３５に分けることができる。図５（Ｄ）に示した開口部が設けられていない比較例では、第１配線３１と第２配線３２との交差領域には１つの交差箇所４１が存在する。第１配線３１、第２配線３２の形状、サイズが同一であるとすれば、図５（Ａ）に示す構造では各交差箇所３４、３５の面積は比較例の交差箇所４１と比べて１／２以下となる。これにより、各交差箇所３４、３５における点灯状態の被視認性は比較例の交差箇所４１に比べて低くなる。

図５（Ｂ）は、第１基板１１側の第１配線３１と第２基板１５側の第２配線３２のいずれにも開口部が設けられた例を示している。この構造例のように、第１配線３１に第１開口部３３を設けるとともに第２配線３２に第２開口部３６を設けることもできる。この場合には、第１配線３１と第２配線３２との交差領域を図示のように４つの交差箇所３７、３８、３９、４０に分けることができる。図５（Ｄ）に示した比較例と対比すると、第１配線３１、第２配線３２の形状、サイズが同一であるとすれば、図５（Ａ）に示す構造では各交差箇所３７〜４０の面積は、比較例の交差箇所４１と比べて１／４以下となる。これにより、各交差箇所３７〜４０における点灯状態の被視認性は、上記図５（Ａ）に示した構造例と比べても低く、図５（Ｄ）に示した比較例の交差箇所４１に比べると一層低くなる。

図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）と同様に第１基板１１側の第１配線３１と第２基板１５側の第２配線３２のいずれにも開口部が設けられた場合において、各開口部の幅をより大きく（太く）した例を示している。具体的には、図５（Ｃ）に示した例の第１開口部３３ａは、図５（Ｂ）に示した例の第１開口部３３に比べて数倍（例えば５倍）の幅に形成されている。これにより、交差箇所３７、３８と交差箇所３９、４０との間隔（相互間距離）をより拡げ、各交差箇所３７〜４０における点灯状態の被視認性をより一層低くすることが可能となる。より詳細には、第１開口部３３ａの幅は１００μｍ以上であることが望ましい。それにより、交差箇所３７、３８と交差箇所３９、４０との相互間距離を１００μｍ以上離すことができるため、上述した人間の目の特性により、各交差箇所の被視認性を低下させる効果がより顕著となる。

また、図５（Ｃ）に示した例の第２開口部３６ａは、図５（Ｂ）に示した例の第２開口部３６に比べて数倍（例えば５倍）の幅に形成されている。これにより、交差箇所３７、３９と交差箇所３８、４０との間隔（相互間距離）をより拡げ、各交差箇所３７〜４０における点灯状態の被視認性をより一層低くすることが可能となる。より詳細には、第２開口部３６ａの幅は１００μｍ以上であることが望ましい。それにより、交差箇所３７、３９と交差箇所３８、４０との相互間距離を１００μｍ以上離すことができるため、上述した人間の目の特性により、各交差箇所の被視認性を低下させる効果がより顕著となる。

以上のような幅広の第１開口部３３ａと幅広の第２開口部３６ａとを組み合わせることにより、各交差箇所３７〜４０の相互間距離が拡がり、被視認性を低下させることが可能となる。なお、第１開口部３３ａまたは第２開口部３６のいずれか一方のみ幅を広くしてもよく、その場合でも各交差箇所３７〜４０における点灯状態の被視認性を低下させる効果が得られる。

図６は、第１配線と第２配線との交差領域における構造例を示した模式的な平面図である。図６（Ａ）に示した例では、第２配線３２がその途中で線幅を狭く形成されており、この線幅を狭めた部分において第１配線３１と第２配線とが交差している。このように一方の配線（本例では第２配線３２）の線幅を部分的に狭くできる場合には、他方の配線（本例では第１配線３１）にのみ開口部（本例では第１開口部３３）を設けるだけでも、各交差箇所３４、３５の面積を小さくし、点灯状態の被視認性を十分に低下させることができる。このような構成例は、一方の配線の線幅を狭く設計することが可能な場合に特に適している。なお、両方の配線に開口部を設けてもよい。

一方、図６（Ｂ）に示した例では、第２配線３２は、第１配線３１と交差する部分においても線幅を特に狭めていない。その代わりに、第２配線３２は、幅を広めて形成された第２開口部３６ｂを有する。このように、幅を広めた開口部を設けることで、各交差箇所３７、３８、３９、４０の面積を小さくし、また各交差箇所の相互間距離を大きくすることができる。それにより、各交差箇所での点灯状態の被視認性を十分に低下させることができる。このような構成例は、第１配線３１と第２配線３２とが交差する部分においても線幅を狭くする必要がないという点で好ましい。設計の自由度が高まるという利点や、断線の確率をより低くできるという利点が得られるからである。なお、本例では一方の配線にのみ幅広の開口部を設けていたが、両方の配線に幅広の開口部を設けてもよい。

次に、図７に示したシミュレーションモデルを用いて、第１開口部または第２開口部を設けることにより、配線抵抗の値にどの程度の影響を与えるかを検証した結果を説明する。図７（Ａ）は開口部を有しない直線状のパターン（ベタパターン）の配線モデルを示した平面図であり、図７（Ｂ）は開口部を有する直線状のパターン（スリットパターン）の配線モデルを示した平面図である。以下、これらのモデルを用いて配線抵抗値の差を検討する。なお、シミュレーションの前提として、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した各配線モデルのシート抵抗値は１００Ω／□であり、配線長さは２ｍｍ、配線幅は０．１ｍｍとする。

図７（Ａ）に示す配線モデルでは、始点（START）から終点（FINISH）までの間の配線抵抗値Ｒａは以下のように算出できる。
Ｒａ＝シート抵抗値×配線長さ×（１／配線幅） ・・・（１）
この計算式（１）によれば、図７（Ａ）に示す配線モデルにおける配線抵抗値Ｒは以下のように計算される。
Ｒａ＝１００Ω×２ｍｍ×（１／０．１ｍｍ）＝２ｋΩ

図７（Ｂ）に示す配線モデルでは、始点から終点までの間の配線抵抗値Ｒｂは、始点からａ点までの間の抵抗値Ｒ１と、ａ点からｂ点までの間の抵抗値Ｒ２と、ｂ点から終点までの抵抗値Ｒ３の和で表せると考えられる。このうち、抵抗値Ｒ１およびＲ３については上述した計算式（１）と同様にして表せるため、以下のように計算される。
Ｒ１＝１００Ω×０．９５ｍｍ×（１／０．１ｍｍ）＝０．９５ｋΩ
Ｒ３＝１００Ω×０．９５ｍｍ×（１／０．１ｍｍ）＝０．９５ｋΩ
また、抵抗値Ｒ２については、開口部を挟んだ一方の配線枝の抵抗値Ｒ４と他方の配線枝の抵抗値Ｒ５とを並列接続したときの抵抗値として表せると考えられる。
１／Ｒ２＝１／Ｒ４＋１／Ｒ５ ・・・（２）
したがって、抵抗値Ｒ２は以下のように計算される。
Ｒ４＝１００Ω×０．１ｍｍ×（１／０．０４ｍｍ）＝０．２５ｋΩ
Ｒ５＝１００Ω×０．１ｍｍ×（１／０．０４ｍｍ）＝０．２５ｋΩ
∴ Ｒ２＝０．１２５ｋΩ
以上から、Ｒｂは以下のように計算される。
Ｒｂ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＝２．０２５ｋΩ

以上に示した各配線モデルの配線抵抗値を比較すると、開口部の有無による抵抗値の差は０．０２５ｋΩ、すなわち２５Ωである。この結果から、配線中に開口部を設けたとしても抵抗値はそれほど上昇しないことが分かる。

以上のように、本実施形態によれば、配線抵抗をさほど増加することなく、配線の交差部分における点灯状態を視認しにくくすることが可能な液晶表示装置が得られる。

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セグメント型の液晶表示装置に対して本発明を適用した一例を示したが、他のタイプの液晶表示装置に対しても同様に本発明を適用することが可能である。

また、上述した実施形態では各配線に１つだけ開口部を設けていたが、図８に例示する変形実施例のように、複数の開口部を設けてもよい。具体的には、図８（Ａ）に示す変形実施例では、第１配線３１は、並列的に配置された２つの第１開口部１３３、１３４を有する。この例においては、２つの第１開口部１３３、１３４の相互間距離Ｌ６を１００μｍ以下とすることも好ましい。２つの第１開口部１３３、１３４の間の配線部分の幅が１００μｍ以下となることにより、配線部分が視認されにくくなるからである。また、図８（Ｂ）に示す変形実施例では、第１配線３１は、直列的に配置された２つの第１開口部１３５、１３６を有する。このような態様であっても上記と同様の効果を得られる。この例においては、２つの第１開口部１３５、１３６の相互間距離Ｌ７を１００μｍ以下とすることも好ましい。２つの第１開口部１３５、１３６の間の配線部分の幅が１００μｍ以下となることにより、この配線部分が視認されにくくなるからである。なお、第２配線３２にも同様にして複数の第２開口部を設けてもよい。また、いずれか一方の配線には１つの開口部を設け、他方の配線には複数の開口部を設けてもよい。

１…液晶表示装置、２…表示部、３…端子部、４…シールエリア、１１…第１基板、１２…第１電極、１３…配向膜、１４…液晶層、１５…第２基板、１６…第２電極、１７…配向膜、２１…第１偏光板、２２…第２偏光板、３１…第１配線、３２…第２配線、３３、３３ａ…第１開口部（スリット）、３６、３６ａ、３６ｂ…第２開口部（スリット）、３４、３５、３７、３８、３９、４０、４１…交差箇所

Claims (4)

1. 第１電極と当該第１電極に接続した第１配線とを一方面上に有する第１基板と、
   第２電極と当該第２電極に接続した第２配線とを一方面上に有する第２基板と、
   前記第１基板の一方面と前記第２基板の一方面との間に挟まれた液晶層と、
   を含み、
   前記第１配線と前記第２配線とが平面視において重なる交差領域において前記第１配線に１つ以上の第１開口部が設けられた、液晶表示装置。
2. 前記第１配線の前記第１開口部を挟んだ両側の配線幅がそれぞれ１００μｍ以下となるように、前記第１配線の線幅及び前記第１開口部の幅が設定された、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１開口部の幅が１００μｍ以上に設定された、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 更に、前記交差領域において前記第２配線に１つ以上の第２開口部が設けられた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。