JP4801479B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関し、特に表示不良を防止した液晶表示素子に関する。

近年、液晶表示素子の視角特性を改善するためにスリットを用いた方法が提案されている。液晶層を挟んで配置された上下の対向電極の一方にスリットを形成すると、他方の電極のスリットと対面する部分から発した電気力線はスリット両側の電極に終端せざるを得ず、傾いたフリンジ電界が発生する。上下電極に交互にスリットを形成すると、上下のスリット間の領域では揃った液晶分子の配向を実現できる。下記の特許文献に、スリットを用いた液晶表示素子が開示されている。

特許第３１０８７６８号公報 特開２００４−２５２２９８号公報 特開２００５−４３６９６号公報

特許第３１０８７６８号公報に開示された方法では、スリットで分けられた領域を表示領域の外側でつなぐ必要がある。

特開２００４−２５２２９８号公報に開示された方法では、スリットで分けられた領域が表示領域内でつながっているため、パターン設計が簡略化される。しかし、長手方向に分断されたスリットを用いることにより、表示不良を起こしやすくなる。

特開２００５−４３６９６号公報に開示された方法では、上下の透明電極に設けられたスリットを長手方向と直行する方向に交互に配置し、かつ上下のスリットを長手方向に半ピッチずらすことにより、表示不良の防止を図っている。しかし、この方法でも多少の表示不良が発生する。

本発明の目的は、スリット構造の長所を生かしつつ、表示不良を防止することのできる液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、平行に対向配置された一対の基板と、前記一対の基板上に形成され、表示をさせるために所定のパターンを形成した透明電極と、前記一対の基板に挟持される液晶層と、前記透明電極に形成される長方形型のスリットであって、一方の透明電極に設けられた第１のスリットと、他方の透明電極に設けられた第２のスリットとが該スリットの短手方向において交互に配置されると共に、該第１のスリットと該第２のスリットの単位長さ当たりの分割数が異なる構造のスリットとを有する液晶表示素子が提供される。

本発明の他の観点によれば、平行に対向配置された一対の基板と、前記一対の基板上に形成され、表示をさせるために所定のパターンを形成した透明電極と、前記一対の基板に挟持される液晶層と、前記透明電極に形成される長方形型のスリットであって、一方の透明電極に設けられた第１のスリットと、他方の透明電極に設けられた第２のスリットとが該スリットの短手方向において交互に配置されると共に、該第１のスリットと該第２のスリットのうち一方の単位長さ当たりの分割数が０である構造のスリットとを有する液晶表示素子が提供される。

上記のようなスリット構造の電極を持つことにより、視角特性の向上効果を維持しつつ、表示不良の発生を防止できる。

まず、本発明の実施例１を比較例１と比較しながら詳細に説明する。比較例１および実施例１では、セグメント表示の２ドメインＴＮ−ＬＣＤ（ツイストネマティック液晶ディスプレイ）の場合について説明する。

（比較例１）
図１に、セグメント構造の２ドメインＴＮ−ＬＣＤの一例を示す。図１（Ａ）に示すＴＮ−ＬＣＤは、数字の「１」を表した上部のセグメント電極１と、下部のコモン電極２が一対の電極として液晶を挟持している構造である。このセグメント電極１とコモン電極２には、一部が取り除かれた長方形のスリット１ｓ、２ｓが設けられている。そして、図１（Ｂ）に示すように、セグメント電極１に設けられたスリット１ｓと、コモン電極２に設けられたスリット１ｓと同一形状のスリット２ｓとが、スリットの短手方向において交互に配置されている。

図２に、図１に示したＴＮ−ＬＣＤの電極のスリット構造を表した平面図を示す。スリットは長方形で、その長手方向の寸法は１００μｍ、短手方向の寸法は２０μｍである。スリット同士の長手方向の間隔は２０μｍ、上から見て隣り合ったスリット１ｓとスリット２ｓとの短手方向の間隔は４０μｍである。

このようなＴＮ−ＬＣＤの作製要領は、次の通りである。図２に示すような所定のスリットパターンを持つ電極を含んだ基板上に低プレティルト角配向膜（日産化学工業製ＳＥ−５１０）を塗布焼成する。その後基板をレーヨン製のラビング布を用いてラビングする。液晶のツイスト方向は左巻きである。

図３に、基板のラビング方向を表した平面図を示す。実線の矢印の３Ａが上側基板のラビング方向であり、点線の矢印３Ｂが下側基板のラビング方向である。図３に示したラビング方向にすることにより液晶分子はスプレイ配向し、セル中央の液晶分子のティルト角は０度となる。

このように作製した２枚の基板にメインシール材を塗布し、さらに９μｍの直径を有するギャップコントロール材を散布した後重ね合わせ、メインシール材を硬化させる。出来上がった空セルに大日本インキ社製の複屈折率０．２５の液晶（カイラル剤含む）を注入し液晶セルを完成させる。この液晶セルに偏光板を貼り合わせる。

図４に偏光板の構造を示す。実線の矢印４Ａが上側偏光板の吸収軸であり、点線の矢印４Ｂが下側偏光板の吸収軸である。このようにしてノーマリブラック表示の２ドメインＴＮ−ＬＣＤが作製できる。

このセルに電圧を印加して表示させた所、表示不良が発生した。

図５および図６に、表示不良の例のスケッチを示す。縦方向に長いスリット５ｓが、縦方向、横方向に行列状に配置されている。横方向に並ぶスリット５ｓは、上下電極に交互に配置され、スリット５ｓ間の領域は液晶分子が一様な配向となるべき領域である。スリット５ｓの左右では配向が逆になる。縦方向に並ぶスリット５ｓ間にディスクリネーションライン５が見えるが、これは液晶分子の異なる配向の境界と考えられる。位置が安定していれば表示上の問題は少ない。縦方向に長い表示領域が横方向に並び、交互に配向を変えて２ドメイン配向を形成する。ところが、図５中の円で囲った部分ではスリット５ｓの長手方向に直交する方向にディスクリネーションライン５が移動している。縦方向に長い表示領域が途中で分断される形態となり、かつその位置が安定しないため、表示不良が発生する。

さらにこのセルを８５℃の雰囲気下で通電し続けた所、約５００時間経過後に図６に示すようにほとんどの場所でディスクリネーションライン５の移動が起こり、甚だ見難い表示となった。

（実施例１）
図７に、セグメント構造の２ドメインＴＮ−ＬＣＤの一例を示す。図７に示すＴＮ−ＬＣＤは、数字の「１」、「２」を表した上部のセグメント電極６と、下部のコモン電極７が一対の電極として液晶を挟持している構造である。この例では、セグメント電極６の導通範囲は狭くなり、コモン電極７の導通範囲は広くなる。

このセグメント電極６とコモン電極７には、一部が取り除かれた長方形のスリット６ｓ、７ｓが設けられている。そして、セグメント電極に設けられたスリット６ｓと、コモン電極に設けられたスリット７ｓとが、スリットの短手方向において交互に配置されている。加えて、一方の電極に設けられたスリットと他方の電極に設けられたスリットの単位長さ当たりの分割数が異なっている。ここで、分割数とは、スリットの長手方向に関する分かれ目の数のことを指し、分割数１の場合、スリット数は２となる。従って、分割数０（スリット数１）の場合もある。図７では、スリット６ｓの単位長さ当たりの分割数を多くし、スリット７ｓの単位長さ当たりの分割数を０としている。これにより、セグメント電極６とコモン電極７により画定される表示領域において、スリット短手方向に関し、いくつかに分割されたスリットの列と、表示領域の端から端まで繋がったスリットの列とが交互に配置される構造となっている。さらに、コモン電極７の端部にはスリット７ｓを設けずに電極を残すことにより、コモン電極７が電気的に繋がった一つの電極となるため、設計や接続が容易となる。

図８に、図７に示した液晶表示素子の電極のスリットパターンを示す。スリットの形状は長方形である。上部セグメント電極６に設けられた単位長さ当たりの分割数の多いスリット６ｓの長手方向の寸法は例えば４０μｍ、短手方向の寸法は例えば２０μｍである。スリット同士の長手方向の間隔は２０μｍ、上から見て隣り合ったスリット６ｓとスリット７ｓとの短手方向の間隔は４０μｍである。

このようなスリットパターンを持つ電極を含んだ基板上に低プレティルト角配向膜（日産化学工業製ＳＥ−５１０）を塗布焼成する。その後基板をレーヨン製のラビング布を用いてラビングする。液晶のツイスト方向は左巻きである。

図３に示したラビング方向にすることにより液晶分子はスプレイ配向し、セル中央の液晶分子のティルト角は０度となる。

このように作製した２枚の基板にメインシール材を塗布し、さらに９μｍの直径を有するギャップコントロール材を散布した後重ね合わせ、メインシール材を硬化させる。出来上がった空セルに大日本インキ社製の複屈折率０．２５の液晶（カイラル剤含む）を注入し液晶セルを完成させる。この液晶セルに図４で示したような構造の偏光板を貼り合わせる。このようにしてノーマリブラック表示の２ドメインＴＮ−ＬＣＤが作製できる。

この液晶セルに電圧を印加して表示させたところ、図５で見られるようなディスクリネーションライン５のスリット短手方向への移動はみられず、表示不良が発生しない表示が実現でき、セルを斜め方向から見てもざらつきを感じなかった。さらにこのセルを８５℃の雰囲気下で通電し続けたところ、１０００時間経過後においても表示に問題は生じなかった。

表示不良は、先述のように、スリット間のディスクリネーションラインの移動によって表示領域が不安定となり発生する。一方の電極に形成するスリットの分割数を０にするか少なくすることによって、ディスクリネーションラインの移動を防ぐことができ、表示不良が発生しないと考えられる。このため、一方の電極に形成するスリットの分割数は０であることがより好ましい。

実施例１で用いたスリットのサイズについて補足する。スリットの幅（スリットの短手方向の長さ）がある値以上に広い場合には、スリット中央部の電界が極端に弱くなり、電圧印加に対して液晶分子が反応しなくなる領域が生じ、その領域で表示不良が発生する。さらにスリット以外の部分すなわち液晶分子が電界に対して応答する領域の面積が小さくなり、いわゆる開口率が小さくなるために電圧印加時の透過率が小さくなってしまう。このようなことから考えてスリットの幅は３０μｍ以下が好ましい。逆にスリットの幅が余りに狭すぎると、十分な斜め電界が生じなくなってしまい、視角特性の効果が減少する。スリット幅を色々変えて実験を行ったところ、スリット幅が１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上で安定した２ドメイン配向となり、良好な表示が得られることが判った。なお、実施例１では、液晶を挟持している電極間のギャップが９μｍであり、上記の結果から計算すると、電極間のギャップを変えた場合でも、そのギャップに対して約１倍〜約３．３倍程度の幅のスリットを設ければよい。

単位長さ当たりの分割数が多いスリットの長手方向の長さであるが、図５に示した表示不良がスリットエッジを起点として発生していることから、出来る限りスリットを長くしてエッジ部分の数を少なくした方が好ましい。しかし、スリットが長くなればなるほどスリット間の透明電極の面積が小さくなってしまい、その部分の抵抗値が上昇することにより表示ムラが生じるという不都合がある。様々な長さのスリットを実験した結果２０μｍ〜３００μｍ程度の長さを有するものが適することが判った。従って、電極間のギャップを変える場合、そのギャップに対して約２倍〜約３３倍程度の長さのスリットを設ければよい。

スリット６ｓと７ｓとのスリット短手方向に関する間隔は、充分な表示領域を確保するためには大きいほうが良いが、２ドメインの安定性を確保するのと目視で２ドメインの模様が識別されるのを防ぐ目的からは狭い方が良い。この間隔を色々変えた実験を行ったところ、スリット短手方向の間隔は６０μｍ以下が好ましいことがわかった。最小値については、開口率を考えると広い方が好ましいので、１０μｍもしくはスリットの幅以上が好ましい。また、スリット長手方向のスリット間隔は１０μｍ〜５０μｍ程度が適することが判った。従って、上下電極のギャップを変える場合、スリット間隔がギャップに対して短手方向は約１倍〜約６．６倍、長手方向は約１倍〜５．５倍のスリットを設ければよい。

もう一方の電極に設けられた長手方向の分割数が少ないスリットの長さは、表示領域の長さとそれぞれの透明電極の形状によって決まる。

次に、比較例２と実施例２とを比較して、２セグメント表示の２ドメイン垂直配向型ＬＣＤの場合について述べる。

（比較例２）
図９（Ａ）に、比較例２による垂直配向型ＬＣＤの断面図を示す。図９（Ａ）に示すように、比較例１と同様のパターン及びスリット８Ａｓ、９Ａｓを持つ電極８Ａ、９Ａを含んだ上下の基板１０Ａにそれぞれ垂直配向膜１１Ａ（日産化学工業製ＳＥ−１２１１）を塗布焼成する。この２枚の基板にメインシール材を塗布し、さらに４μｍの直径を有するギャップコントロール材を散布した後重ね合わせ、メインシール材を硬化させる。出来上がった空セルにメルク社製の複屈折率０．１５の液晶（カイラル剤含む）を注入し液晶セルを完成させる。液晶分子１２Ａは基板平面に対して垂直に配向する。液晶セルに視角補償板１３Ａ（住友化学工業製ＶＡＣ−１８０フィルム）と偏光板１４Ａを図９（Ａ）に示すような構造で貼り合わせる。このようにして２ドメイン垂直配向型ＬＣＤが作製できる。

このセルに電圧を印加して表示させたところ図５に示すような表示不良が比較例１のＴＮ−ＬＣＤほどではないが発生し、液晶セルを斜め方向から見た場合表示に多少ざらつきがあった。

（実施例２）
図９（Ｂ）に、実施例２による垂直配向型ＬＣＤの断面図を示す。図９（Ｂ）に示すように、実施例１に示したようなパターン及びスリット８Ｂｓ、９Ｂｓを持つ電極８Ｂ、９Ｂを含んだ上下の基板１０Ｂ上に、垂直配向膜１１Ｂ（日産化学工業製ＳＥ−１２１１）を塗布焼成する。この２枚の基板にメインシール材を塗布し、さらに４μｍの直径を有するギャップコントロール材を散布した後重ね合わせ、メインシール材を硬化させる。出来上がった空セルにメルク社製の複屈折率０．１５の液晶（カイラル剤含む）を注入し液晶セルを完成させる。液晶分子１２Ｂは基板平面に対して垂直に配向する。液晶セルに視角補償板１３Ｂ（住友化学工業製ＶＡＣ−１８０フィルム）と偏光板１４Ｂを図９に示すような構造で貼り合わせる。このようにして２ドメイン垂直配向型ＬＣＤが作製できる。

このセルに電圧を印加して表示させたところ、液晶セルを斜め方向から見た場合でも表示ざらつきは見られなかった。さらに、このセルを８５℃の雰囲気下で通電し続けたところ、１０００時間経過後であっても表示不良は発生しなかった。

（実施例３）
図１０を参照して、単純マトリックスタイプの２ドメインＴＮ−ＬＣＤ及び２ドメイン垂直配向型ＬＣＤの場合について述べる。図１０に、本発明による単純マトリックスタイプの液晶表示素子の平面図を示す。

セグメント表示のときと同様に、実施例３で用いる液晶セルは、図１０に示すように、上部のセグメント電極１５と、下部のコモン電極１６が一対の電極として液晶を挟持している構造である。このセグメント電極１５とコモン電極１６には、一部が取り除かれた長方形のスリット１５ｓ、１６ｓが設けられている。そして、セグメント電極１５に設けられたスリット１５ｓと、コモン電極１６に設けられたスリット１６ｓとが、スリットの短手方向において交互に配置されている。加えて、一方の電極に設けられたスリットと他方の電極に設けられたスリットの単位長さ当たりの分割数が異なっており、分割数の少ないスリットを、スリットの長手方向に平行な電極（ここではコモン電極１６）側に設けている。これにより、コモン電極１６には寸法の長いスリット１６ｓを設けることができ、設計及び製作工程の簡素化が図れる。この電極を用いてそれぞれ２ドメインＴＮ−ＬＣＤ及び２ドメイン垂直配向型ＬＣＤを作製して、表示のざらつき具合を確認したところ、本発明の電極構造にすることによって表示のざらつきを大幅に低減できた。

なお、図１０では、横方向のセグメント電極１５と縦方向のコモン電極１６の交差している部分にスリットが設けられているが、コモン電極１６側に、複数のドットに渡るスリット１６ｓを設けることも可能である。但し、製造工程の簡便化のため、電極の端にはスリットを設けないように注意する。また、各々のドットにおいて、スリット短手方向の両端のスリットを、スリット短手方向に平行な電極（ここではセグメント電極１５）側に設けることに注意する。これにより、各々のドット中で、スリット短手方向の端におけるフリンジ電界の向きが平行になる。

スリットの寸法やスリット間隔の寸法の好ましい値は実施例１および２と同様である。

（実施例４）
図１１を参照して、ＴＦＴアクティブマトリックス液晶表示装置の場合について述べる。図１１にＴＦＴアクティブマトリックス液晶表示装置の数個の画素の領域を下から見た図を示す。図１１に示すように、透明ガラス基板上に複数のアモルファスシリコン等によるＴＦＴ素子１７と、インジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）等による画素電極１８と、さらに、ＴＦＴ素子１７のソース電極とゲート電極とにそれぞれ接続するソースライン（信号線）１９とゲートライン（走査線）２０とが形成され、ＴＦＴ素子１７によりドレイン電極を介して画素電極１８を駆動する。画素電極１８の上には垂直配向膜もしくは水平配向膜にラビング処理を施したものが形成される。上記画素電極１８の形成されたガラス基板の上に、その基板と対向して、液晶層を介してもう一つのガラス基板が配置され、その基板には、共通電極が形成される。また共通電極の液晶層と接する面上にも垂直配向膜もしくは水平配向膜にラビング処理を施したものが形成される。

画素電極１８には、電極の一部を取り除いた図１１中実線で示すスリット１８ｓが複数形成される。さらに、画素電極１８と対向する共通電極には破線で示すような画素電極１８に対応する表示領域の端から端まで繋がった細長いスリット２１ｓの列が形成される。上下の基板のスリット１８ｓと２１ｓは交互に並んだ状態で配置される。

ここで注意すべきは、実施例３の単純マトリックスタイプの液晶表示素子と同様に、各々のドットにおいて、スリット短手方向の両端のスリットを、共通電極側に設けることである。これにより、各々のドット中で、スリット短手方向の端におけるフリンジ電界の向きが平行になる。また、共通電極側に、複数のドットに渡るスリット２１ｓを形成することも可能である。但し、実施例３と同様に、電極の端にはスリットを設けないように注意する。

スリットの寸法やスリット間隔の寸法の好ましい値は実施例１〜３と同様である。

実施例４の構造の液晶表示装置についても実施例１〜３と同様の効果を得ることが出来る。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の透明電極の構造に適用できる。一例として、セグメントタイプと単純マトリクスタイプを組み合わせた液晶表示素子が挙げられる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、セグメント構造の２ドメインＴＮ−ＬＣＤの一例である。 図２は、図１に示したＴＮ−ＬＣＤの電極のスリット構造を表した平面図である。 図３は、基板のラビング方向を表した平面図である。 図４は、偏光板の構造を表した平面図である。 図５は、表示不良の例のスケッチである。 図６は、表示不良の他の例のスケッチである。 図７は、本発明の実施例１によるセグメント構造の２ドメインＴＮ−ＬＣＤの一例である。 図８は、図７に示した液晶表示素子の電極のスリットパターンである。 図９（Ａ）は、比較例２による垂直配向型ＬＣＤの構造を表した断面図であり、図９（Ｂ）は、実施例２による垂直配向型ＬＣＤの構造を表した断面図である。 図１０は、本発明による単純マトリックスタイプの液晶表示素子の平面図である。 図１１は、本発明の実施例４によるＴＦＴアクティブマトリックス液晶表示装置における数個の画素の領域を下から見た図である。

符号の説明

１、６、１５ セグメント電極
２、７、１６ コモン電極
５ ディスクリネーションライン
１７ ＴＦＴ素子
１８ 画素電極
１９ ソースライン
２０ ゲートライン
１ｓ、２ｓ、５ｓ、６ｓ、７ｓ、８Ａｓ、８Ｂｓ、９Ａｓ、９Ｂｓ、１５ｓ、１６ｓ、１８ｓ、２１ｓ スリット
３Ａ、３Ｂ ラビング方向
４Ａ、４Ｂ 偏光板の吸収軸
８Ａ、８Ｂ 上側電極
９Ａ、９Ｂ 下側電極
１０Ａ、１０Ｂ 基板
１１Ａ、１１Ｂ 垂直配向膜
１２Ａ、１２Ｂ 液晶分子
１３Ａ、１３Ｂ 視角補償板
１４Ａ、１４Ｂ 偏光板

Claims (8)

1. 平行に対向配置された一対の基板と、
   前記一対の基板上に形成され、表示をさせるために所定のパターンを形成した透明電極と、
   前記一対の基板に挟持される液晶層と、
   前記透明電極に形成される長方形型のスリットであって、一方の透明電極に設けられた第１のスリットと、他方の透明電極に設けられた第２のスリットとが該スリットの短手方向において交互に配置されると共に、該第１のスリットと該第２のスリットの単位長さ当たりの分割数が異なる構造のスリットと
   を有する液晶表示素子。
2. 平行に対向配置された一対の基板と、
   前記一対の基板上に形成され、表示をさせるために所定のパターンを形成した透明電極と、
   前記一対の基板に挟持される液晶層と、
   前記透明電極に形成される長方形型のスリットであって、一方の透明電極に設けられた第１のスリットと、他方の透明電極に設けられた第２のスリットとが該スリットの短手方向において交互に配置されると共に、該第１のスリットと該第２のスリットのうち一方の単位長さ当たりの分割数が０である構造のスリットと
   を有する液晶表示素子。
3. 前記単位長さ当たりの分割数が多いスリットの寸法は、前記透明電極間のギャップに対し長手方向が約２倍〜約３３倍、短手方向が約１倍〜約３．３倍である請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記単位長さ当たりの分割数が多いスリットの長手方向の間隔は、前記透明電極間のギャップに対し約１倍〜約５．５倍であり、前記第１のスリットと第２のスリットとのスリット短手方向の間隔は、該ギャップに対し約１倍〜約６．６倍である請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記透明電極は、前記一対の基板の一方に形成される導通範囲の広いコモン電極と、他方の基板に形成される導通範囲の狭いセグメント電極からなるセグメントタイプである請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 前記透明電極は、単純マトリックスタイプである請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 前記単純マトリックスタイプの透明電極において、前記単位長さ当たりの分割数が少ないスリットを、該スリット長手方向に平行な透明電極側に設ける請求項６に記載の液晶表示素子。
8. 前記単純マトリックスタイプの透明電極中の各々のドットにおいて、スリット短手方向の最端部のスリットを、該スリットの短手方向に平行な透明電極側に設ける請求項６または７に記載の液晶表示素子。

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