JP3589190B2 - 液晶装置および電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置および電子機器に関し、特に透過モードにおける光透過用開口部を有する半透過反射膜が画素電極を兼ねるタイプの半透過反射型液晶装置に好適な構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置はバックライト等の光源を持たないために消費電力が小さく、従来から種々の携帯電子機器や装置の付属的な表示部等に多用されている。ところが、自然光や照明光などの外光を利用して表示するため、暗い場所では表示を視認することが難しいという問題があった。そこで、明るい場所では通常の反射型液晶表示装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形態の液晶表示装置が提案されている。つまり、この液晶表示装置は反射型と透過型を兼ね備えた表示方式を採用しており、周囲の明るさに応じて反射モード、透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示が行えるようにしたものである。以下、本明細書ではこの種の液晶表示装置のことを「半透過反射型液晶表示装置」という。
【0003】
半透過反射型液晶表示装置の形態としては、半透過反射膜、いわゆるハーフミラーを備えたものが知られている。半透過反射膜は通常、反射膜として用いられるアルミニウム等の金属膜の膜厚を最適化することによって光をある程度透過すると同時にある程度反射するようにしたものである。しかしながら、半透過反射膜を形成するにはマスクスパッタ等の成膜技術が必要であり、工程が複雑化することに加えて、膜厚ばらつきが大きいことに起因して透過率、反射率のばらつきが大きくなる、といった欠点がある。
【0004】
そこで、上記半透過反射膜の欠点を克服するために、光透過用のスリット(開口部)を形成した半透過反射膜を備えた液晶表示装置が提案された。この液晶表示装置を明るい場所で反射モードで使用する際には、上基板の上方から入射した外光が液晶層を透過して下基板上の半透過反射膜のスリット以外の部分の表面で反射した後、再度液晶層を透過し、上基板側に出射される。暗い場所で透過モードで使用する際には、下基板の下方に設置したバックライトから出射された光がスリットの部分で半透過反射膜を透過し、その後、液晶層を透過して上基板側に出射される。これらの光が各モードでの表示に寄与する。上記の半透過反射膜は下基板上に単独に設けてもよいが、通常、アルミニウム等の金属膜で形成されるので、液晶を駆動するための画素電極を兼ねることができる。そうすると、半透過反射型液晶表示装置としての構成がより簡単になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶表示装置は、パッシブマトリクス型、アクティブマトリクス型のいずれの場合においても、下基板上には液晶を駆動するための複数の電極(一般にパッシブマトリクス型ではセグメント電極、アクティブマトリクス型では画素電極などと呼ぶ)が数μm程度の間隔をおいて設けられている。電極上、特に電極の中央部に位置する液晶分子は上基板上の電極との間で発生する通常の縦電界で正常に駆動されるが、電極間の間隙もしくは電極の縁部近傍の液晶分子は隣接する電極間で発生する横電界の影響を受け、配向の乱れ(ディスクリネーション)が生じる。特に、隣接する電極の各々に互いに異なる極性の画像信号を供給する反転駆動方式を採用した場合、横電界によるディスクリネーションは顕著に表れる。その結果、本来黒表示になるべきところで光漏れが生じたり、逆に白表示のときに明るさが低下するなどしてコントラストが大きく低下していた。そこで、ディスクリネーションの発生領域を遮光膜(ブラックマトリクス)で隠すなどして対策しているが、その場合、画素内の開口率が低下し、表示が暗くなるという問題があった。
【0006】
また、半透過反射型液晶表示装置の場合、上記のようにスリットを設けた電極が半透過反射膜を兼ねる構成が採用されることがある。その場合、上記の電極間の間隙にある液晶分子の場合と同様、スリットの上方にある液晶分子も周囲の電極から発生する横電界の影響を受け、ディスクリネーションが生じるため、コントラストが低下する領域がスリットの部分にも発生しており、さらに表示品位を低下させる要因となっていた。さらに、このようなディスクリネーションの発生が高精細化の障害にもなっている。
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、画素間の間隙もしくは半透過反射型における電極のスリット近傍での横電界に起因するディスクリネーションを抑制し、明るく、表示品位の高い画像が得られる液晶装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層が挟持され、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板上に、前記液晶層を駆動する複数の電極が設けられた液晶装置であって、前記一対の基板間に挟持された液晶層はツイスト角θを有しているとともに該ツイスト角θがθ≦90°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で隣接する前記電極間の間隙の延在する方向に対して垂直な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする。
【0009】
また、前記一対の基板間に挟持された液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で隣接する前記電極間の間隙の延在する方向に対して平行な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする。
【0010】
上記2つの特徴点を有する液晶装置は、主に画素間もしくは画素周縁部でのディスクリネーションの抑制を目的とするものであり、隣接する電極の各々に、互いに極性の異なる画像信号が供給される、すなわち駆動方式として反転駆動が採用される液晶装置にも好適なものである。
【0011】
一方、一対の基板間に液晶層が挟持され、前記一対の基板のうちの一方の基板上に、他方の基板側から前記液晶層を通して入射する光を反射させる一方、前記一方の基板の外面側から入射する光を開口部を通して前記液晶層側に透過させる半透過反射層を兼ねる複数の電極が設けられた液晶装置、すなわち半透過反射型液晶装置において、開口部(スリット)でのディスクリネーションの抑制を目的とするものとしては、前記一対の基板間に挟持された液晶層はツイスト角θを有しているとともに該ツイスト角θがθ≦90°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で前記開口部の延在する方向に対して垂直な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする。
【0012】
また、前記一対の基板間に挟持された液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で前記開口部の延在する方向に対して平行な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする。
【0013】
上述したように、半透過反射型液晶装置を含む液晶装置全般においては、電圧印加時に発生する横電界によるディスクリネーションの発生は大きな問題となっている。その一方、装置の設計時には、電圧印加時に液晶分子が立ち上がる方向であり、表示が最も明るく見える方向である「明視方向」を、ディスクリネーションの発生が最小になるように設定する必要がある。ディスクリネーションの発生状況は液晶分子のツイスト角、開口幅、印加電圧などの各種パラメータにより変わるため、従来はパラメータが変わるたびに実験を行い、最適な明視方向を求めていた。しかしながら、装置条件が変わるたびに実験的に明視方向を求めるという作業は大きな負担となっていた。
【0014】
そこで、本発明者は、各種装置パラメータのうちのどのパラメータが、明視方向、すなわちディスクリネーションの発生に大きな影響を及ぼしているのかをシミュレーションにより検討した。その結果、画素間の間隙もしくは開口部の方向に対する液晶の初期配向方向(電圧無印加時の配向方向)が大きく関係していることを突き止めた。また、電圧印加時の液晶分子のツイスト角変化がチルト角変化よりも大きい領域と推定される液晶層のツイスト角θがθ≦90°の領域と、電圧印加時の液晶分子のチルト角変化がツイスト角変化よりも大きい領域と推定される液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の領域とでは、画素間の間隙もしくは開口部の方向と液晶の初期配向方向との最適な角度関係が異なる傾向を示すことを見い出した。
【0015】
すなわち、液晶層はツイスト角θを有しているとともに該ツイスト角θがθ≦90°の範囲にあるときは、一方の基板の表面から(1/4)d(d:液晶層の層厚)の高さに位置する液晶分子の長軸方向が前記一方の基板上で画素間の間隙もしくは開口部の延在方向に対して垂直な方向を向くように各基板に配向処理を行い、ツイスト角θが180°≦θ≦270°の範囲にあるときは、一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が前記一方の基板上で画素間の間隙もしくは開口部の延在方向に対して平行な方向を向くように各基板に配向処理を行えば、ディスクリネーションによる開口率の低下を最小限に抑えられることがわかった。本発明の上記特徴点はシミュレーション結果から導かれたものであり、詳細な説明は後述する。なお、ここで言う「一方の基板」とは、画像信号が供給される複数の電極が設けられた側の基板であり、通常は下基板である。
【0016】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、明るく、表示品位の高い画像を持つ液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図4を参照して説明する。
図1は本実施の形態の液晶表示装置の全体構成を示す平面図、図2は同、液晶表示装置の表示領域の拡大図、図3は図2のA−A’線に沿う断面図、図4は各基板上のラビング方向を示す平面図である。本実施の形態では、パッシブマトリクス方式の半透過反射型液晶表示装置の例を挙げて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【0018】
本実施の形態の液晶表示装置1は、図1に示すように、平面視矩形状の下基板2(一方の基板)と上基板3(他方の基板)とがシール材4を介して対向配置されている。シール材4の一部は各基板2,3の一辺(図1における上辺)側で開口して液晶注入口5となっており、双方の基板2,3とシール材4とに囲まれた空間内に液晶が封入され、液晶注入口5が封止材6によって封止されている。本実施の形態では、上基板3よりも下基板2の外形寸法の方が大きく、上基板3と下基板2の1辺(図1における上辺)では縁が揃っているが、上基板3の残りの3辺(図1における下辺、右辺、左辺)からは下基板2の周縁部がはみ出すように配置されている。そして、下基板2の下辺側の端部に上基板3、下基板2双方の電極を駆動するための駆動用半導体素子7が実装されている。なお、符号8は有効表示領域の周囲を遮光するための遮光層(周辺見切り)である。
【0019】
本実施の形態の場合、図1および図2に示すように、下基板2上に、図中縦方向に延在する複数のセグメント電極10がストライプ状に形成されている。一方、上基板3上には、セグメント電極10と直交するように図中横方向に延在する複数のコモン電極11がストライプ状に形成されている。セグメント電極10は例えばアルミニウム等の光反射率の高い金属で形成されており、コモン電極11との間で液晶に電界を印加するための電極として機能するとともに、半透過反射膜としても機能する。したがって、セグメント電極10には各画素の中央部に1個ずつ光透過用のスリット12が設けられている。なお、ここで言う「画素」とは、図2に示すように、セグメント電極10とコモン電極11とが平面的に見て重なり合った各領域のことである。
【0020】
図1に示すように、複数のコモン電極11のうち、図1の上側半分のコモン電極11については、引き回し配線14がコモン電極11の右端からシール材4に向けて引き出され、シール材4中に混入させた異方性導電粒子等の上下導通材41を介して上基板3から下基板2上に電気的な接続がなされ、下基板2上の周縁部に引き回され、駆動用半導体素子7の出力端子に接続されている。同様に、図1の下側半分のコモン電極11はその左端からシール材4に向けて引き回し配線14が引き出され、シール材4中に混入させた異方性導電粒子等の上下導通材41を介して下基板2上に電気的な接続がなされ、下基板2上の周縁部に引き回され、駆動用半導体素子7の出力端子に接続されている。一方、セグメント電極10については、引き回し配線15がセグメント電極10の下端からシール材4に向けて引き出され、そのまま駆動用半導体素子7の出力端子に接続されている。また、駆動用半導体素子7に各種信号を供給するための入力用配線16が下基板2の下辺から駆動用半導体素子7の入力端子に向けて設けられている。
【0021】
断面構造を見ると、図3に示すように、ガラス、プラスチック等の透明基板からなる下基板2上に、アルミニウム等の金属膜からなり、スリット12を有するセグメント電極10が紙面を貫通する方向にストライプ状に形成されており、その上に例えば表面にラビング処理が施されたポリイミド等からなる配向膜20が形成されている。一方、ガラス、プラスチック等の透明基板からなる上基板3上に、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)からなるコモン電極11が紙面に平行な方向にストライプ状に形成されており、その上に例えば表面にラビング処理が施されたポリイミド等からなる配向膜22が形成されている。上基板3と下基板2との間には誘電異方性が正の液晶からなる液晶層23が挟持されている。また、バックライト(図示略)が下基板2の下面側に配置されている。
【0022】
図4は、下基板2上の隣接する2本のセグメント電極10を平面視した図である。各セグメント電極10は図における縦方向に延在しており、したがって、隣接するセグメント電極10間の間隙Sも図における縦方向に延在している。本実施の形態の特徴として、下基板2上の配向膜20のラビング方向(実線の矢印で示す)と上基板3上の配向膜22のラビング方向(破線の矢印で示す)が図4に示す方向に設定され、液晶層23のツイスト角が左回りに60°となっている。すなわち、セグメント電極10の延在方向に対する垂線を基準線(1点鎖線で示す)として反時計回りを正、時計回りを負の角度で表すと、下基板2上の配向膜20のラビング方向が+15°、上基板3上の配向膜22のラビング方向が−45°に設定され、液晶のツイスト角が60°となっている。このようなラビング方向の設定により、例えば液晶層23の層厚dをd=4μmとすると、下基板2の表面から高さ1μm((1/4)d)の位置での液晶分子の長軸方向がセグメント電極間の間隙の延在方向に垂直な方向を向くことになる(図4で液晶分子をMで示す)。
【0023】
本実施の形態の液晶表示装置1においては、液晶層23のツイスト角θが60°(θ≦90°の範囲)であり、上、下基板2,3上の配向膜20,22のラビング方向を上記のように設定したことによって、液晶層23に電界が印加されない状態で下基板2の配向膜表面から高さ(1/4)dの位置での液晶分子の長軸方向がセグメント電極10間の間隙Sの延在方向に垂直な方向を向いているため、セグメント電極10間で発生する横電界に起因するディスクリネーションを効果的に抑制することができる。その結果、ディスクリネーションによる表示不良領域を隠す遮光膜の幅を最小限に小さくすることができるので開口率が向上し、明るい表示が可能であると同時に高精細化にも対応し得る液晶装置を提供することができる。
【0024】
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態を図5を参照して説明する。
図5は本実施の形態の液晶表示装置を構成する各基板上のラビング方向を示す平面図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第1の実施の形態と全く同じであり、液晶層のツイスト角とそれに伴う各基板上のラビング方向が異なるのみである。よって、本実施の形態では全体的な装置構成の説明は省略し、液晶層のツイスト角と各基板上のラビング方向との関係についてのみ説明する。
【0025】
本実施の形態においては、図5に示すように、液晶層のツイスト角θが左回り240°(180°≦θ≦270°の範囲)であり、下基板上の配向膜のラビング方向が−30°、上基板上の配向膜のラビング方向が+90°に設定されている。このラビング方向の設定により、例えば液晶層の層厚dをd=4μmとすると、下基板の配向膜表面から高さ1μm((1/4)d)の位置での液晶分子の長軸方向がセグメント電極間の間隙の延在方向に平行な方向を向くことになる(図5で液晶分子をMで示す)。
【0026】
本実施の形態の場合、液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の範囲にあるものに対して、上、下基板上の配向膜のラビング方向を上記のように設定したことにより、液晶層に電界が印加されない状態で下基板の配向膜表面から高さ(1/4)dの位置での液晶分子の長軸方向がセグメント電極間の間隙の延在方向に平行な方向を向いているため、セグメント電極間で発生する横電界に起因するディスクリネーションを効果的に抑制することができる。その結果、ディスクリネーションによる表示不良領域を隠す遮光膜の幅を最小限に小さくすることができ、開口率が向上し、明るい表示が可能であると同時に高精細化にも対応し得る液晶装置を提供できる、という第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0027】
[第3の実施の形態]
以下、本発明の第3の実施の形態を図6を参照して説明する。
図6は本実施の形態の液晶表示装置を構成する各基板上のラビング方向を示す平面図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成も第1の実施の形態と全く同じであり、液晶層のツイスト角とそれに伴う各基板上のラビング方向が異なるのみである。よって、本実施の形態では全体的な装置構成の説明は省略し、液晶層のツイスト角と各基板上のラビング方向との関係についてのみ説明する。
【0028】
第1、第2の実施の形態においては、隣接するセグメント電極間のディスクリネーション対策の例を挙げたが、本実施の形態では、セグメント電極上のスリット部分に着目し、この部分のディスクリネーション対策の例を挙げて説明する。よって、図5では、1本のセグメント電極において図中の縦方向に延在するスリットを考える。本実施の形態の場合、液晶層のツイスト角θが左回り70°(θ≦90°の範囲)であり、下基板上の配向膜のラビング方向が+17.5°、上基板上の配向膜のラビング方向が−52.5°に設定されている。このラビング方向の設定により、例えば液晶層の層厚dをd=4μmとすると、下基板の配向膜表面から高さ1μm((1/4)d)の位置での液晶分子の長軸方向がスリットの長手方向(延在方向)に垂直な方向を向くことになる(図6で液晶分子をMで示す)。
【0029】
本実施の形態の場合、液晶層のツイスト角θがθ≦90°の範囲にあるものに対して、上、下基板上の配向膜のラビング方向を上記のように設定したことにより、液晶層に電界が印加されない状態で下基板の配向膜表面から高さ(1/4)dの位置での液晶分子の長軸方向がスリットの延在方向に垂直な方向を向いているため、スリット部分で発生する横電界に起因するディスクリネーションを効果的に抑制することができる。その結果、ディスクリネーションによる表示不良領域を隠す遮光膜の幅を最小限に小さくすることができ、開口率が向上し、明るい表示が可能であると同時に高精細化にも対応し得る液晶装置を提供できる、という第1、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0030】
[電子機器]
上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。
図13は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図13において、符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【0031】
図14は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図14において、符号1100は時計本体を示し、符号1101は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【0032】
図15は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図15において、符号1200は情報処理装置、符号1202はキーボードなどの入力部、符号1204は情報処理装置本体、符号1206は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【0033】
図13〜図15に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶装置を用いた液晶表示部を備えているので、明るく、表示品位の高い画像を実現することができる。
【0034】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではパッシブマトリクス方式の半透過反射型液晶表示装置の例を挙げて説明したが、本発明はアクティブマトリクス方式にも適用可能であるし、また、画素間の間隙によるディスクリネーションについては透過型、反射型にも適用が可能である。また、本発明において、電極間の間隙や開口部の延在方向という表現を用いたが、例えば開口部の形状が正方形である場合には延在方向という概念が不明確である。その場合には、所望の明視方向が得られるような方向に設計者が適宜いずれかの方向を開口部の延在方向と考えればよい。
【0035】
【実施例】
以下、本発明者は、液晶層のツイスト角と下基板のラビング方向との関係についてシミュレーションを行った。その結果について報告する。
シミュレーションのモデルとした液晶セルは図7に示した通りであり、隣接する2つの画素電極50a,50bと対向電極51を想定している。セルの横方向の位置(座標)を表すために、横方向の寸法をある単位長さの格子で分割した格子点で示し、左側の画素電極50aの左端を格子点「0」、右端を格子点「40」、右側の画素電極50bの左端を格子点「50」、右端を格子点「90」とした。よって、格子点40〜50の間が画素電極間の間隙Sに相当し、この間隙Sは紙面に垂直な方向に延在しており、紙面の横方向に横電界が発生するものとする。また、セルの縦方向(液晶層の層厚方向)の位置(座標)を表すために、画素電極50aの表面を格子点「0」、対向電極51の表面を格子点「80」とした。
【0036】
その他、シミュレーション条件としては、画素電極に印加する電圧を5V、対向電極に印加する電圧を0V、セル厚dを5μmとした。
【0037】
[実施例1]
まず、実施例1では液晶層のツイスト角θがθ=60°(θ≦90°)の場合を考える。
図7では間隔をおいて隣接する2つの画素電極50a,50bを想定しているが、仮にこれが一つの画素電極であって横方向に無限大の長さを持っていたとすると、液晶層中に横電界は全く発生しないことになり、対向電極との間の縦電界のみによる液晶分子の挙動を考えればよいことになる。この場合を理想的な状態と呼ぶ。ここで画素電極に電界を印加すると、液晶層の各液晶分子がねじれる(この動きをツイストと呼ぶ)とともに電界に沿うように立ち上がる(この動きをチルトと呼ぶ)。理想状態における電界印加時のセル厚方向の各位置での液晶分子のツイスト角とチルト角の分布を示したのが図8である。図8の横軸は各液晶分子のセル厚方向の位置(格子点で表した位置)、左縦軸はツイスト角(°)、右縦軸はチルト角(°)である。
【0038】
図8に示すように、ツイスト角分布曲線を見ると、上下基板のラビング方向により格子点0で60°、格子点80で0°に規制されており、その間でなだらかに変化する傾向がわかる。チルト角分布曲線を見ると、上下基板に付与されたプレチルトにより基板表面、すなわち格子点0および80で5°に規制されており、その間で70°近傍を頂点とする放物線状の曲線となる。
【0039】
次に、図7に示した通り、間隔をおいて配置された2つの画素電極を想定し、横電界が発生する場合を考える。この時、図4〜図6で示したのと同様にラビング方向の角度を表すこととし、下基板のラビング方向を0°、30°、45°、90°と変化させた場合のツイスト角分布、チルト角分布をそれぞれ計算した結果を表したが図9である。これらツイスト角分布曲線、チルト角分布曲線が図8に示した理想状態における分布曲線の形に近い程、横電界の影響が少ない、ひいてはディスクリネーションが発生しにくいと判断することができる。
【0040】
その観点から見ると、放物線状のチルト角分布曲線に関しては下基板のラビング方向を変化させてもそれ程大きな違いがなく、理想状態との違いも明確ではない。それに対して、ツイスト角分布曲線に関しては下基板のラビング方向を変化させると分布曲線に大きな違いが表れる。例えば下基板のラビング方向が90°の場合、格子点1〜40の間(下基板に近い側)でツイスト角が一旦60°以上にまで大きくなり、その後で小さくなる傾向を示しており、理想状態から大きくずれている。下基板のラビング方向が0°と30°の分布曲線の間に理想状態の分布曲線が位置している。下基板のラビング方向が15°のとき、理想状態の分布曲線とほぼ一致することがわかった。
【0041】
以上、液晶層全体のツイスト角が60°の場合のシミュレーション結果について詳細に説明したが、本発明者は、ツイスト角を60°以外の値(45°、90°)に変えて同様のシミュレーションを行い、最も理想状態に近い液晶層のツイスト角と下基板のラビング方向との組み合わせを求めた。これをまとめたものが表1である。
【0042】
【表1】
【0043】
表1に示すように、ツイスト角が45°では下基板ラビング方向が11°、ツイスト角が60°では下基板ラビング方向が15°、ツイスト角が90°では下基板ラビング方向が22.5°という結果が得られ、ツイスト角が下基板ラビング方向の角度の4倍という関係になっている。言い換えると、画素電極間の間隙の延在方向も考え合わせれば、下基板の表面から液晶層の1/4の高さに位置する液晶分子の長軸方向が前記間隙の延在方向に対して垂直な方向を向くように配向させ、そのツイスト角に応じて逆算して上下の各基板のラビング方向を設定すれば、横電界に起因するディスクリネーションを抑制することができる。以上、電極間の間隙で議論したが、両側の電極が逆極性になることがないだけでスリットの場合も同様に考えることができる。
【0044】
[実施例2]
次に、実施例2では液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の場合を考える。θ≦90°の場合の実施例1では、ツイスト角分布曲線を理想状態のそれと比較して最適な下基板ラビング方向を求める手法を採用した。ところが、液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の場合には上記の手法を採って理想状態と比較することが難しいため、下基板ラビング方向を変えたときの透過率曲線同士を比較する手法を採用した。
【0045】
図10は、液晶層のツイスト角が270°の場合であって、黒表示の際の透過率分布を示したものである。横軸の格子点が40〜50の領域が画素電極の間隙Sであり、この領域Sでは横電界によるディスクリネーションが発生し、本来は黒表示であるはずが光漏れにより透過率が上昇していることを示している。理想的にはこの領域Sで透過率分布曲線の山が全くなくなればよいが、実際には難しい。そこで、横電界発生時に透過率分布曲線の山が格子点45の位置を中心として左右対称に表れるものを最適な下基板ラビング方向と考えることにする。その理由は、ディスクリネーションによる光漏れを遮光層で隠すことを考えると、左右非対称であった場合、製造プロセス上のパターンずれを配慮すれば光漏れの領域が左右で広い側に合わせて遮光層を設計する必要があり、開口率の低下が著しくなってしまう。左右対称の場合が遮光層の幅を最も狭くでき、開口率が稼げるからである。
【0046】
図10では下基板ラビング方向を−90°〜+90°の範囲で変えているが、上記の観点から図10を見ると、下基板のラビング方向が−22.5°(実線で示す)の場合、透過率分布曲線の山が最も低く、かつ格子点45の位置を中心として左右対称に近い形状となっている。よって、液晶層のツイスト角270°に対しては下基板ラビング方向−22.5°が最も良い組み合わせと言える。
【0047】
同様に、図11は液晶層のツイスト角が240°の場合の透過率分布曲線、図12は液晶層のツイスト角が180°の場合の透過率分布曲線を示している。液晶層のツイスト角240°に対しては下基板ラビング方向−30°(図11中に実線で示す)、液晶層のツイスト角180°に対しては下基板ラビング方向−45°(図12中に実線で示す)が最も良い組み合わせと言える。
【0048】
その他、液晶層のツイスト角が210°の場合も合わせて、最適な組み合わせをまとめたものが表2である。
【0049】
【表2】
【0050】
表2の結果から、画素電極間の間隙の延在方向も考え合わせれば、液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の実施例2においては、下基板の表面から液晶層の1/4の高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記間隙の延在方向に対して平行な方向を向くように、そのツイスト角に応じて逆算して上下の各基板のラビング方向を設定することにより、横電界に起因するディスクリネーションを最も効率的に抑制することができる。以上、電極間の間隙について議論したが、スリットの場合も同様である。
【0051】
なお、本発明者の検討では、現在のところ、ツイスト角θが90°<θ<180°の範囲ではラビング方向との明確な相関は得られていないのが現状である。ところが、この範囲では実際に液晶表示装置として使われることはなく、本発明の対象としない。
【0052】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、液晶層のツイスト角に応じて電極間の間隙もしくは開口部の延在方向に対応して液晶層の初期配向方向を最適化したことにより、横電界に起因するディスクリネーションを抑制することができ、開口率が向上することで明るい表示が可能であると同時に高精細化にも対応し得る液晶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の液晶表示装置の全体構成を示す平面図である。
【図2】同、液晶表示装置の表示領域を拡大視した平面図である。
【図3】図2のA−A’線に沿う断面図である。
【図4】同、液晶表示装置の各基板上のラビング方向を示す図である。
【図5】第2の実施の形態の液晶表示装置の各基板上のラビング方向を示す図である。
【図6】第3の実施の形態の液晶表示装置の各基板上のラビング方向を示す図である。
【図7】実施例のシミュレーションで用いた液晶装置のモデルを表す図である。
【図8】実施例1のシミュレーション結果を示す図であって、ツイスト角60°で理想状態における電界印加時のセル厚方向のツイスト角分布曲線とチルト角分布曲線を示す図である。
【図9】ツイスト角60°で下基板ラビング方向を変えたときの電界印加時のセル厚方向のツイスト角分布曲線とチルト角分布曲線を示す図である。
【図10】実施例2のシミュレーション結果を示す図であって、ツイスト角270°において下基板ラビング方向を変えたときの黒表示時の透過率分布曲線を示す図である。
【図11】ツイスト角240°において下基板ラビング方向を変えたときの黒表示時の透過率分布曲線を示す図である。
【図12】ツイスト角180°において下基板ラビング方向を変えたときの黒表示時の透過率分布曲線を示す図である。
【図13】本発明の液晶装置を備えた電子機器の一例を示す図である。
【図14】同、電子機器の他の例を示す図である。
【図15】同、電子機器のさらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置
2 下基板
3 上基板
10 セグメント電極
11 コモン電極
12 スリット(開口部)
20,22 配向膜
23 液晶層
S 電極間の間隙
Claims (6)
- 一対の基板間に液晶層が挟持され、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板上に、前記液晶層を駆動する複数の電極が設けられた液晶装置であって、
前記一対の基板間に挟持された液晶層はツイスト角θを有しているとともに該ツイスト角θがθ≦90°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で隣接する前記電極間の間隙の延在する方向に対して垂直な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする液晶装置。 - 一対の基板間に液晶層が挟持され、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板上に、前記液晶層を駆動する複数の電極が設けられた液晶装置であって、
前記一対の基板間に挟持された液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で隣接する前記電極間の間隙の延在する方向に対して平行な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする液晶装置。 - 前記隣接する電極の各々に、互いに極性の異なる画像信号が供給されることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶装置。
- 一対の基板間に液晶層が挟持され、前記一対の基板のうちの一方の基板上に、他方の基板側から前記液晶層を通して入射する光を反射させる一方、前記一方の基板の外面側から入射する光を開口部を通して前記液晶層側に透過させる半透過反射層を兼ねる複数の電極が設けられた液晶装置であって、
前記一対の基板間に挟持された液晶層はツイスト角θを有しているとともに該ツイスト角θがθ≦90°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で前記開口部の延在する方向に対して垂直な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする液晶装置。 - 一対の基板間に液晶層が挟持され、前記一対の基板のうちの一方の基板上に、他方の基板側から前記液晶層を通して入射する光を反射させる一方、前記一方の基板の外面側から入射する光を開口部を通して前記液晶層側に透過させる半透過反射層を兼ねる複数の電極が設けられた液晶装置であって、
前記一対の基板間に挟持された液晶層のツイスト角θが180°≦θ≦270°の範囲にあり、前記液晶層の層厚をdとしたときに、電圧無印加状態において、前記一方の基板の表面から(1/4)dの高さに位置する液晶分子の長軸方向が、前記一方の基板上で前記開口部の延在する方向に対して平行な方向を向くように、前記一対の基板の各々に前記ツイスト角に応じた方向の配向処理がなされていることを特徴とする液晶装置。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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