JP4902287B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関し、特に、遮光マスクを有する液晶表示素子に関する。

液晶セルに、遮光マスクが設けられる場合がある。そして、そのような遮光マスクとして、遮光マスクの層を薄くするために金属を用いた遮光マスクが用いられることがある。以下、金属を用いた遮光マスク（金属製の遮光マスク）をメタルマスクと記す。

また、フルドット表示を行うとともにキャラクタ等の特定の形状の表示も行うことが要求される場合がある。例えば、携帯電話機では、フルドット表示を行うとともに、アンテナマークやバッテリマークの形状も表示することが要求される場合があった。また、例えば、車載用ディスプレイ装置では、フルドット表示を行うインフォメーションゾーンを設けるとともに、ガソリンやシートベルトを示すマークの形状を表示することが要求される場合があった。なお、フルドット表示とは、互いに直交するように配置された行電極と列電極間に液晶を配置してマトリクス駆動によって実現される表示態様である。

フルドット表示とキャラクタ等の特定の形状の表示とを行う場合、例えば、行電極および列電極が配置された領域でマトリクス駆動を行うとともに、コモン電極およびセグメント電極が配置された領域でスタティック駆動を行えばよい。あるいは、一部が特定の形状になるように形成された電極を行電極と同様に走査して特定の形状を表示してもよい。図１０は、一部が特定の形状になるように形成された電極および行電極の配置例を示す説明図である。図１０に例示する各行電極１０１と同様に、一部が特定の形状になるように形成された電極１０２も走査することによって、フルドット表示および特定の形状の表示を実現することができる。なお、図１０では、列電極の図示を省略している。列電極は、行電極１０１と直交し、三角形等の特定の形状に形成された箇所と重なるように配置される。

ただし、マトリクス駆動とスタティック駆動の双方を行う場合には、専用の駆動ＩＣを作製しなければならない。専用の駆動ＩＣの開発には多くの時間および費用がかかり、また、専用の駆動ＩＣには汎用性がない。また、図１０に示すような電極１０２を行電極１０１と同様に走査する場合、行電極１０１の配置部における静電容量と電極１０２の配置部における静電容量との差に起因して、走査時における負荷の差が生じ、良好な表示品位が得られないという問題がある。

なお、特許文献１には、各単位画素からなるドット表示部と、単位画素の集合体からなる固定表示部とを含み、ドット表示部では各単位画素を個別に表示し、固定表示部では固定表示部内の全ての単位画素を協同して表示する表示装置が記載されている。

また、パッシブマトリクス型のＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）液晶セルでは、白色および黒色の２色で画像を表示しようとする場合であっても、白色および黒色以外の色が現れてしまう。このような着色を解消するために、ＳＴＮ型の液晶セルと補償層とを組み合わせた液晶表示素子が知られている。補償層のツイスト角（配向方向のねじれの角度）は、液晶セルのツイスト角と同一であり、また、液晶セルにおけるねじれの方向（観察者側の配向方向に対する背面側の配向方向のねじれの方向）と、補償層におけるねじれの方向とが逆になるように定められる。

２枚の偏光板の間にＳＴＮ型の液晶セルと補償層を配置するように構成された液晶表示素子が特許文献２に記載されている。

特開２００５−４０１９号公報（段落００１８−００４２） 特開２００６−７１７４９号公報（図１）

マトリクス駆動とスタティック駆動の双方を行う場合の問題点や、図１０に示すような電極１０２を行電極１０１と同様に走査する場合の問題点を解消する液晶表示素子の構成として、表示させるべき特定の形状に合わせて開口部が設けられた遮光マスク（ここではメタルマスクとする。）で、フルドット表示を行う液晶セルの画素の一部を覆う構成が考えられる。メタルマスクで画素の一部が覆われる液晶セルは、透明電極が設けられた一対の透明基板と、その一対の透明基板間に挟持される液晶とを有し、一方の透明基板上の透明電極ともう一方の透明基板上の透明電極とが交差する箇所を画素とする液晶セルである。このような液晶セルでは、画素はマトリクス状に配置される。この液晶セルの画素の一部を、特定の形状に合わせて開口部が設けられたメタルマスクで覆い、メタルマスクで覆われていない部分の画素をそれぞれ光透過状態または遮光状態に制御すれば、メタルマスクで覆われていない部分でフルドット表示を行うことができる。そして、メタルマスクの開口部に相当する領域の画素を光透過状態にすれば、特定の形状を表示することができ、メタルマスクの開口部に相当する領域の画素を遮光状態にすれば、特定の形状の表示を行わないようにすることができる。

図１１は、このような構成の液晶表示素子を示す説明図である。図１１（ａ）は、マトリクス状に配置された画素１４０を有する液晶表示素子を示している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す液晶表示素子の画素１４０のうちの一部を、特定の形状に合わせて開口部が設けられたメタルマスクで覆った液晶表示素子を示す。図１１（ｂ）に示す液晶表示素子では、メタルマスク１３３で覆われていない画素によって様々な表示を行うことができる。また、特定の形状（図１１（ｂ）に示す例では、進入禁止マークの形状、三日月型の形状、略円形の形状）を表示する場合には、その特定の形状の開口部に相当する領域の画素を光透過状態にすることで、特定の形状を表示することができる。なお、メタルマスク１３３を設けずに、フルドット表示によって三日月型等の特定の形状を表示した場合には、特定の形状を矩形の画素１４０で表示することになるので、特定の形状の外形を滑らかに表示できない。よって、特定の形状の外形が滑らかに表示されるようにするには、メタルマスクを用いて特定の形状を表示することが好ましい。

ただし、特定の形状の開口部に相当する画素や、メタルマスク１３３で覆われていない画素を遮光状態（黒表示）とした場合であっても、それらの画素は、液晶表示素子の背面に存在するバックライト（図示せず。）からの光を完全に遮光することはできず、わずかながら光を透過させる。一方、メタルマスク１３３が存在する領域では、メタルマスク１３３が存在することによって、バックライトからの光は遮光される。

従って、各画素１４０を全て遮光状態（黒表示）とした場合であっても、メタルマスク１３３が存在する領域とそうでない領域とで、光の透過率に差が生じる。その結果、メタルマスク１３３が存在する領域の黒色と、メタルマスク１３３が存在しない領域における黒色との違いが観察者に認識され、特定の形状の表示を行わない場合であっても、観察者にその形状が認識されてしまうという問題が生じる。図１２は、各画素を全て遮光状態にした場合の液晶表示装置の状態の例を示している。図１２に示すように、メタルマスク１３３が存在する領域は光を十分に遮光し、暗い黒色となる。一方、メタルマスク１３３が存在しない領域の画素は遮光状態に制御されても、わずかながら光を透過させるので、明るい黒色となる。従って、図１２に示すように、三日月型等の特定の形状の表示を行わない場合であっても、その特定の形状が認識されてしまう。

また、各画素１４０を全て遮光状態にした場合に、暗い黒色と明るい黒色の違いが認識されて、表示していない特定の形状が認識されることは、外観上の一体感を損なうことになるので、外観上好ましくない。

そこで、本発明は、特定の形状を表示しない場合に、その特定の形状が観察者に認識されにくく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する。

本発明の態様１は、透明電極が設けられた一対の透明基板と、一対の透明基板間に挟持される液晶とを有し、一方の透明基板上の透明電極ともう一方の透明基板上の透明電極とが交差する箇所を画素としてマトリクス駆動によって制御される液晶セルを備えた液晶表示素子であって、液晶セルが、複数の画素のうち一部の領域を覆う遮光マスクを備え、遮光マスクが、表示される特定の形状に合わせた開口部である特定形状表示開口部を有し、遮光マスクが、１画素の面積よりも小さな面積の開口部である微小開口部を複数個有し、特定形状表示開口部を除いた遮光マスクの面積に対する微小開口部の総面積の割合である開口率が１％以上８０％以下であり、画像の観察者側から観察した場合に遮光マスクによって隠される画素は、駆動ドライバによって、遮光マスクが存在しないと仮定したときに白色を呈する光透過状態の輝度と黒色を呈する遮光状態の輝度との間の輝度を呈する中間調表示状態または遮光マスクが存在しないと仮定したときに白色を呈する光透過状態に常時制御されることを特徴とする液晶表示素子を提供する。

本発明の態様２は、態様１において、開口率が１％以上５０％以下である液晶表示素子を提供する。

本発明の態様３は、態様１または態様２において、液晶セルで生じる着色を解消する補償層を備え、液晶セルのツイスト角が、１８０°以上であり、補償層のツイスト角が、液晶セルのツイスト角と等しく、液晶セルにおける配向方向のねじれの向きと、補償層における配向方向のねじれの向きとが逆向きである液晶表示素子を提供する。

本発明による態様４は、態様１から態様３のいずれかにおいて、遮光マスクが、金属製のメタルマスクである液晶表示素子を提供する。

本発明によれば、液晶セルが、複数の画素のうち一部の領域を覆う遮光マスクを備え、遮光マスクが、１画素の面積よりも小さな面積の開口部である微小開口部を複数個有するので、遮光マスク全体の透過率を上げることにより、特定の形状を表示しない場合に、その特定の形状が観察者に認識されにくくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液晶表示素子を示す模式的断面図である。本発明の液晶表示素子は、図１に示すように、第１偏光板１と、液晶セル３と、補償層４と、第２偏光板６とを備える。図１に示す例では、液晶表示素子の背面側から、第２偏光板６、補償層４、液晶セル３、第１偏光板１の順に積層される場合を示している。ただし、液晶セル３と補償層４の配置を入れ替えてもよい。すなわち、液晶表示素子の背面側から、第２偏光板６、液晶セル３、補償層４、第１偏光板１の順に積層した構成としてもよい。

第１偏光板１は、画像の観察者（以下、単に観察者と記す。）側に配置される偏光板であり、第２偏光板６は、液晶表示素子の背面側に配置される偏光板である。

液晶セル３は、ＳＴＮ型の液晶セルであり、透明電極（図１において図示せず。）が設けられた第１透明基板３１と第２透明基板３２との間に液晶を挟持する。各透明基板３１，３２は、例えば、ガラス基板である。第１透明基板３１は、観察者側に配置される透明基板であり、第２透明基板３２は背面側に配置される透明基板である。図１に示す例では、第１透明基板３１は第１偏光板１に隣接し、第２透明基板３２は補償層４に隣接する。

液晶セル３は、ＳＴＮ型であり、液晶セル３のツイスト角は１８０°以上である。すなわち、第１透明基板３１側における液晶分子の配向方向と、第２透明基板３２側における液晶分子の配向方向のとのねじれの角度は、１８０°以上である。

液晶セル３には、メタルマスク（金属を用いた遮光マスク）３３が配置される。メタルマスク３３は、液晶セルの内面に設けられる。具体的には、図１に示すように、第１透明基板３１の液晶側の面にメタルマスク３３が設けられる。第１透明基板３１にメタルマスク３３が形成され、その後、透明電極（図１において図示せず。）が形成される。液晶セル３の構成例については後述する。

メタルマスク３３は、液晶セル３の複数の画素のうちの一部の領域を覆う。すなわち、メタルマスク３３は、液晶セル３の複数の画素が存在する領域のうちの一部の領域を覆うように設けられる。

メタルマスク３３は、表示させるべき特定の形状に合わせた開口部７２を有する。以下、表示対象となる特定の形状に合わせた開口部を、特定形状表示開口部と記す。また、メタルマスク３３は、特定形状表示開口部７２とは別に、１画素の面積よりも小さな面積の開口部７１を複数有する。以下、この開口部を微小開口部と記し、特定形状表示開口部と区別する。一つの微小開口部の面積は、１画素の面積よりも小さい。

図２は、特定形状表示開口部７２および微小開口部７１を有するメタルマスク３３を示す説明図である。図２に例示するメタルマスク３３は、特定形状表示開口部７２として、進入禁止マークの形状の特定形状表示開口部７２、三日月型の特定形状表示開口部７２、および略円形の特定形状表示開口部７２を有する。また、メタルマスク３３は、多数の微小開口部７１を有する。

特定形状表示開口部７２を除いたメタルマスク３３の面積に対する微小開口部７１の総面積の割合を開口率と記す。ここで、「特定形状表示開口部７２を除いたメタルマスク３３の面積」には、微小開口部７１の面積も含まれる。複数の微小開口部７１は、開口率が１％以上８０％以下となるようにメタルマスク３３に設けられる。特に、開口率が１％以上５０以下となるように微小開口部７１がメタルマスク３３に設けられることが好ましい。

また、複数の微小開口部７１の大きさは揃っていることが好ましい。

さらに、複数の微小開口部７１は、均等に分散して設けられていることが好ましい。例えば、微小開口部７１同士の間隔がそれぞれ等しいことが好ましい。

補償層４は、ＳＴＮ型の液晶セル３が有する複屈折に起因する着色を解消して、白色および黒色の２色表示を実現するための複屈折補償層である。補償層４は、ねじれ位相差板（液晶性高分子を含む位相差板であって、一方の面の配向方向ともう一方の面の配向方向とがねじれている位相差板）であってもよい。あるいは、補償層４は、配向膜が設けられた透明基板間に液晶を配置した液晶セルであって、それぞれの透明基板側の液晶分子の配向方向がねじれている液晶セルであってもよい。ＳＴＮ型の液晶セル３における着色を補償層４が解消することによって、液晶表示素子は白色および黒色を表示する。

補償層４のツイスト角は、１８０°以上である。また、補償層４として、ツイスト角が液晶セル３のツイスト角と等しい補償層が選択される。

ただし、液晶セル３における配向方向のねじれの向きと、補償層４における配向方向のねじれの向きとは逆向きとなるようにする。すなわち、液晶セル３における配向方向のねじれの向きが時計回りであれば、補償層４における配向方向のねじれの向きが反時計回りになるようにする。また、液晶セル４における配向方向のねじれの向きが反時計回りであれば、補償層４における配向方向のねじれの向きが時計回りになるようにする。なお、補償層４として、液晶セルであってもよいし、ねじれ位相差板であってもよい。

また、第２偏光板６の背面側には、液晶表示素子に光を照射するバックライトが設けられる。

以下、第１偏光板１、液晶セル３、補償層４、および第２偏光板６の軸角の関係について説明する。

第１偏光板１は、第１偏光板１の偏光軸と、液晶セル３の観察者側の面の配向方向（第１透明基板３１側における液晶分子の配向方向）とのなす角度が４５°になるように配置される。また、第２偏光板６は、第２偏光板６の偏光軸と、補償層６の背面側の面の配向方向とのなす角度が４５°になるように配置される。ここでは、図１に示すように、液晶セル３が観察者側に配置され、補償層４が背面側に配置される場合について説明した。補償層４が観察者側に配置され、液晶セル３が背面側に配置される場合、第１偏光板１は、第１偏光板１の偏光軸と、補償層６の観察者側の面の配向方向とのなす角度が４５°になるように配置される。また、第２偏光板６は、第２偏光板６の偏光軸と、液晶セル３の背面側の面の配向方向（第２透明基板３２側における液晶分子の配向方向）とのなす角度が４５°になるように配置される。

また、液晶セル３の観察者側の面の配向方向（以下、液晶セル３の正面側配向方向と記す。）と液晶セル３の背面側の面の配向方向（以下、液晶セル３の背面側配向方向と記す。）とがなす角度のうち小さい方の角度を二等分する軸を、第１二等分軸と記す。同様に、補償層４の観察者側の面の配向方向（以下、補償層４の正面側配向方向と記す。）と補償層４の背面側の面の配向方向（以下、補償層４の背面側配向方向と記す。）とがなす角度のうち小さい方の角度を二等分する軸を、第２二等分軸と記す。

液晶セル３の正面側配向方向、液晶セル３の背面側配向方向、補償層４の正面側配向方向、および補償層４の背面側配向方向は、第１二等分軸と第２二等分軸とのなす角度が９０°であるという条件を満足するように定められる。なお、第１二等分軸と第２二等分軸とのなす角度が０°であるという条件を満足するように、液晶セル３の正面側配向方向、液晶セル３の背面側配向方向、補償層４の正面側配向方向、および補償層４の背面側配向方向を定めてもよい。ただし、第１二等分軸と第２二等分軸とのなす角度が９０°であるという条件を満足するように定めることが好ましい。

次に、液晶セル３の構成について説明する。図３は、ＳＴＮ型の液晶セル３の模式的断面図である。液晶セル３は、透明電極がストライプ状に設けられた第１透明基板３１および第２透明基板３２と、液晶３６と、シール材３７とを備える。液晶３６は、第１透明基板３１、第２透明基板３２、およびシール材３７によって封止される。

第１透明基板３１の液晶３６側の面には、微小開口部７１および特定形状表示開口部７２を有するメタルマスク３３が形成され、その後、絶縁膜（図示せず。）を介して複数の透明電極３４が設けられる。第２透明基板３２上には、複数の透明電極３５が設けられる。

また、第１透明基板３１の液晶側の面には、透明電極３４を覆う配向膜（図示せず。）が設けられている。同様に、第２透明基板３２の液晶側の面にも、透明電極３５を覆う配向膜（図示せず。）が設けられている。ラビングされた配向膜によって、液晶３６の液晶分子が１８０°以上ねじった状態に配向される。

液晶３６は、旋光性物質を含有したネマチック液晶である。液晶３６は、液晶分子が持つ誘電異方性によって配向状態が電界に応答して変化する。従って、透明電極３４，３５間の液晶に対して駆動電圧を印加するか否かによって各画素を遮光状態または光透過状態に変化させることができる。遮光状態の画素は黒色を呈し、光透過状態の画素は白色を呈する。このように、画素を遮光状態または光透過状態に変化させることで、黒色表示や白色表示を行う。なお、液晶セル３における着色は、補償層４によって解消される。

透明電極３４，３５のうち、一方は行電極であり、もう一方は列電極である。以下、第１透明基板３１上の透明電極３４が行電極であり、第２透明基板３２上の透明電極３５が列電極である場合を例にして説明する。また、行電極３４と列電極３５とは互いに直交するように配置される。行電極３４と列電極３５とが交差する箇所が画素となる。そして、液晶セル３は、パッシブマトリクス駆動方式によって駆動される。駆動ドライバ（図示せず。）が、ＳＴＮ型の液晶セル３をパッシブマトリクス駆動方式で駆動することによって、各画素を白色とするか黒色とするかを制御する。すなわち、駆動ドライバ（図示せず。）は、行電極３４を一本ずつ順番に選択していき、選択した行電極の電位を選択時電位に設定し、他の行電極の電位を非選択時電位に設定する。そして、選択した行電極における個々の画素を光透過状態にするか遮光状態にするかに応じて、個々の列電極３５の電位を設定する。

光透過状態に制御された画素は白色を呈し、遮光状態に制御された画素は黒色を呈する。なお、本発明の液晶表示素子は、例えば、ノーマリブラック（ネガ表示）であるが、ノーマリホワイト（ポジ表示）であってもよい。

また、駆動ドライバ（図示せず。）は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を常時、中間調表示状態または白色表示状態とする。ここで、中間調表示状態とは、メタルマスク３３が存在しないと仮定した場合に光透過状態の輝度と遮光状態の輝度との間の輝度を呈する画素の状態である。また、白色表示状態とは、メタルマスク３３が存在しないと仮定した場合に、メタルマスク３３が設けられていない領域における白色と同じ白色を呈する画素の状態である。

駆動ドライバ（図示せず。）は、メタルマスク３３が存在しないと仮定した場合に光透過状態の輝度と遮光状態の輝度との間の輝度を呈するように、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素に対して階調信号を印加すればよい。すなわち、メタルマスク３３が存在しなければ光透過状態の輝度と遮光状態の輝度との間の輝度を画素に生じさせる電圧を印加すればよい。

あるいは、駆動ドライバ（図示せず。）は、メタルマスク３３が存在しないと仮定した場合に白色を呈するように、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素に対して電圧を印加してもよい。すなわち、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素以外の画素を光透過状態（白色）に制御する場合と同じの電圧を、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素に印加してもよい。メタルマスク３３が存在するために、白色表示状態に制御された画素は観察者に白色として認識されることはない。しかし、白色表示状態の画素は、メタルマスク３３が存在しない領域の画素を白色にする光透過状態と同一の状態である。

図４、図５は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を示す説明図である。観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素とは、メタルマスク３３と重なる画素のうち、画素全体がメタルマスク３３によって覆われる画素または微小開口部のみによって一部が露出する画素である。特定形状表示開口部７２によって一部または全体が露出する画素は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素に該当しない。

図４に示す例では、画素８２は、特定形状表示開口部７２によって画素の一部または画素全体が露出することはない。従って、図４に示す画素８２は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素に該当し、駆動ドライバ（図示せず。）は、常時、画素８２を中間調表示状態または白色表示状態に制御する。

一方、図４に例示する画素８１は、特定形状表示開口部７２によって画素の一部が露出する。従って、図４に示す画素８１は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素に該当しない。駆動ドライバ（図示せず。）は、特定の形状（本例では三日月型形状）を表示するときには、画素８１を白色（光透過状態）とし、特定の形状を表示しないときには、画素８１を黒色（遮光状態）とする。画素全体が特定形状表示開口部７２によって露出する画素についても同様である。

図５は、メタルマスク３３による特定の形状の表示を示す説明図である。既に述べたように、メタルマスク３３は、表示させるべき特定の形状に合わせた特定形状表示開口部７２を有する。図５に示す例では、進入禁止マークの形状、三日月型の形状、および略円形の形状の特定形状表示開口部７２を有するメタルマスク３３を示している。それぞれの形状の特定形状表示開口部７２によって一部または全体が露出する各画素は、マトリクス駆動を行う駆動ドライバ（図示せず。）によって、一斉に遮光状態または光透過状態に制御される。例えば、図５に例示する進入禁止マークの形状の特定形状表示開口部７２によって一部または全体が露出する各画素は、駆動ドライバ（図示せず。）によって、一斉に遮光状態に制御されるか、あるいは一斉に光透過状態に制御される。同様に、図５に例示する三日月型形状の特定形状表示開口部７２によって一部または全体が露出する各画素も、駆動ドライバ（図示せず。）によって、一斉に遮光状態に制御されるか、あるいは一斉に光透過状態に制御される。また、図５に例示する略円形の形状の特定形状表示開口部７２によって一部または全体が露出する各画素も、駆動ドライバ（図示せず。）によって、一斉に遮光状態に制御されるか、あるいは一斉に光透過状態に制御される。

駆動ドライバ（図示せず。）は、複数個の特定の形状のうち、一部の特定の形状のみを表示するように液晶表示素子を駆動してもよい。例えば、図５に例示する進入禁止マークの形状、三日月型形状、略円形形状のうち、１つまたは２つだけを表示するように液晶表示素子を駆動してもよい。

観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素は、駆動ドライバ（図示せず。）によって、常時、中間調表示状態または白色表示状態（光透過状態）に制御される。

また、メタルマスク３３が配置されていない領域の画素４０は、所望の表示に合わせて、駆動ドライバ（図示せず。）によって、個別に遮光状態または光透過状態に制御される。すなわち、メタルマスク３３が配置されていない領域ではフルドット表示が行われ、任意の画像を表示することができる。

図６は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素以外の各画素を遮光状態にしたときの光の透過状況を示す説明図である。なお、既に説明した構成要素と同様の構成要素については、図１および図３と同一の符号を付し、説明を省略する。また、図６では、行電極３４、列電極３５、メタルマスク３３における特定形状表示開口部７２の図示を省略している。

また、図６では、補償層４が、配向膜が設けられた透明基板間に液晶を配置した液晶セル（干渉セル）である場合を例に示している。補償層４は、観察者側に配置される第３透明基板４１と、背面側に配置される第４透明基板４２と、液晶３６（液晶セル３に封止される液晶３６と同じ液晶）とを備える。第３透明基板４１および第４透明基板４２の液晶側の面には配向膜が設けられ、液晶３６の液晶分子が１８０°以上ねじった状態に配向される。

観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素以外の各画素を遮光状態にしたときであっても、遮光状態にされたそれらの各画素は、バックライト（図示せず。）からの光９１を完全に遮光するのではなく、その光の一部９２を透過させる。

また、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素は、駆動ドライバ（図示せず。）によって、中間調表示状態または白色表示状態に制御される。従って、バックライト（図示せず。）からの光９１は、液晶セル３のメタルマスク３３までは到達する。バックライトからの光９１の大部分はメタルマスク３３で遮光されるが、メタルマスク３３は微小開口部７１を有するので、バックライトからの光９１の一部９３は、微小開口部７１を通過することにより、液晶表示素子を通過する。また、１つの微小開口部７１の面積は１画素分の面積よりも小さく、メタルマスク３３は微小開口部７１を多数有しているので、メタルマスク３３が配置された領域では、微小開口部７１だけが明るく認識されることはない。メタルマスク３３が配置された領域全体が、同程度の明るさの黒色として認識される。

従って、メタルマスク３３で画素が隠された領域であっても、それ以外の領域であっても、バックライトからの光９１の一部を透過させ、各領域における黒色の明るさの差を小さくすることができる。本発明では、メタルマスク３３で画素が隠された領域における黒色の明るさと、それ以外の領域における黒色の明るさとの差を小さくすることができるので、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素以外の画素を遮光状態にしたときに、表示させるべき特定の形状（図５に示す例では、進入禁止マークの形状、三日月型形状、略円形形状）の外形を観察者に認識されにくくすることができ、画面の黒色の明るさをほぼ揃えて外観上の一体感を保つことができる。

図７は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を駆動ドライバ（図示せず。）が中間調表示状態に制御し、その他の画素を遮光状態に制御したときの液晶表示素子の画面の例を示す説明図である。この場合、図６を用いて説明したように、メタルマスク３３で画素が隠された領域における黒色の明るさと、それ以外の領域における黒色の明るさとの差が小さくなり、メタルマスク３３に設けられた特定形状表示開口部７２の形状が認識されにくくなる。よって、図７に示すように、画面全体が同程度の明るさの黒色となり、外観の一体性を保つことができる。

また、図８は、特定の形状を表示するとともに、メタルマスク３３が配置されていない領域においても表示を行う場合の画面の例を示す説明図である。この場合、それぞれの形状の特定形状表示開口部７２によって一部または全体が露出する各画素は、マトリクス駆動を行う駆動ドライバ（図示せず。）によって、一斉に光透過状態に制御される。三日月型形状等の特定の形状の部分が光透過状態になることによって、特定の形状が表示される。また、メタルマスク３３が配置されていない領域の画素４０は、所望の表示に合わせて、駆動ドライバ（図示せず。）によって、個別に遮光状態または光透過状態に制御され、所望の画像が表示される。図８に示す例では、「ＡＢＣ」という文字列が表示されている場合を例示している。

次に、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素の輝度について説明する。これらの画素は、駆動ドライバ（図示せず。）によって中間調表示状態または白色表示状態に制御される。駆動ドライバは、これらの画素を中間調表示状態に制御することが好ましいが、白色表示状態としてもよい。特に、開口率が低いときに、メタルマスク３３の微小開口部７１を通過する光を明るくすることによって、メタルマスク３３で画素が隠された領域における黒色の明るさと、それ以外の領域における黒色の明るさとの差を小さくする場合には、白色表示状態としてもよい。

開口率は１％以上８０以下であり、特に１％以上５０％以下であることが好ましい。すなわち、開口率の下限は１％である。この場合、メタルマスク３３における１００μｍ^２（マイクロ平方メートル）当たり、１μｍ^２の微小開口部７１が一つ設けられることになる。このように開口率１％となるように微小開口部７１を有するメタルマスク３３が液晶セル３に設けられているとする。また、液晶表示素子のコントラスト比が１００であるとする。この場合、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を白色表示状態（光透過状態）に制御すると、メタルマスク３３が設けられた領域の黒色の明るさは、他の領域の画素を遮光状態にしたときの黒色の明るさとほぼ一致する。

開口率を高くする場合には、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を白色表示状態に制御すると、メタルマスク３３が設けられた領域の黒色が明るくなりすぎる場合が生じる。この場合、駆動ドライバ（図示せず。）が、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を中間調表示状態に制御すればよい。

また、駆動ドライバ（図示せず。）は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を遮光状態に制御してもよい。画素を遮光状態にしても、バックライトからの光の一部は液晶を透過する。そして、その光の一部は、メタルマスク３３の微小開口部７１を透過する。従って、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を遮光状態にしたとしても、メタルマスクが微小開口部７１を有さない場合よりも、メタルマスクが設けられた領域における黒色は明るい黒色となる。従って、メタルマスク３３で画素が隠された領域における黒色の明るさと、それ以外の領域における黒色の明るさとの差は、微小開口部７１有さないメタルマスクを液晶セル３に配置した場合よりも小さくなり、特定の形状の外形を観察者に認識させにくくする効果を得ることができる。

図９は、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を遮光状態に制御し、その他の画素も遮光状態に制御したときの液晶表示素子の画面の例を示す説明図である。観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を遮光状態に制御する場合であっても、メタルマスクが微小開口部７１を有していない場合（例えば、図１２に示す場合）と比較すると、メタルマスク３３が配置された領域の黒色の明るさと、特定形状表示開口部７２における黒色の明るさとの差は小さくなり、特定の形状の外形を観察者に認識させにくくする効果を得ることができる。

発明者は、液晶表示素子の画面の状態がどのように観察されるかを計算によって導いた。この計算において、ツイスト角は１８０°である液晶セルに、ツイスト角が１８０°である補償層（図６に示す構成の干渉セル）４を積層した液晶表示素子（ＤＳＴＮ）であり、コントラスト比が１００程度の特性を有する液晶表示素子を想定した。この液晶表示素子において、液晶セル３における配向方向のねじれの向きと、補償層４における配向方向のねじれの向きとは逆向きである。

この液晶表示素子の液晶セル３が開口率８０％のメタルマスク３３を備え、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を遮光状態に制御し、その他の画素も遮光状態に制御したときの液晶表示素子の画面の状態を計算により導いた。この結果、メタルマスク３３が配置された領域の黒色の明るさと、特定形状表示開口部７２における黒色の明るさとの差は小さく、特定の形状の外形がほぼ認識されないことを確認した。

また、液晶表示素子の液晶セル３が開口率２０％のメタルマスク３３を備え、観察者側から観察した場合にメタルマスク３３によって隠される画素を中間調表示状態（具体的には、１６階調の表示における２番目に暗い表示状態）に制御し、その他の画素を遮光状態に制御したときの液晶表示素子の画面の状態を計算により導いた。この結果、メタルマスク３３が配置された領域の黒色の明るさと、特定形状表示開口部７２における黒色の明るさとの差は小さく、特定の形状の外形がほぼ認識されないことを確認した。

また、液晶表示素子の液晶セル３が、微小開口部７１を有していないメタルマスクを備え、全画素を遮光状態（黒色表示）に制御したときの液晶表示素子の画面の状態を確認した。この結果、メタルマスク３３が配置された領域の黒色の明るさと、特定形状表示開口部７２における黒色の明るさとの差が大きく、特定の形状を表示させないように各画素を黒色（遮光状態）に制御した場合であっても、特定の形状の外形が観察者にはっきりと認識されてしまうことを確認した。

本発明において、メタルマスク３３の特定形状表示開口部７２は、図２等に例示した形状に限定されない。例えば、メタルマスク３３は、キャラクタ等を表す形状の特定形状表示開口部７２を有していてもよい。

また、本発明は、ＳＴＮ型の液晶セルを備える液晶表示素子以外の液晶表示素子にも適用可能である。例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶表示素子に適用してもよい。

本発明は、遮光マスクを備える液晶表示素子として好適に適用される。

本発明の液晶表示素子を示す模式的断面図。 特定形状表示開口部および微小開口部を有するメタルマスクを示す説明図。 ＳＴＮ型の液晶セルの模式的断面図。 観察者側から観察した場合にメタルマスクによって隠される画素を示す説明図。 メタルマスクによる特定の形状の表示を示す説明図。 観察者側から観察した場合にメタルマスクによって隠される画素以外の各画素を遮光状態にしたときの光の透過状況を示す説明図。 観察者側から観察した場合にメタルマスクによって隠される画素を駆動ドライバが中間調表示状態に制御し、その他の画素を遮光状態に制御したときの液晶表示素子の画面の例を示す説明図。 特定の形状を表示するとともに、メタルマスクが配置されていない領域においても表示を行う場合の画面の例を示す説明図。 観察者側から観察した場合にメタルマスクによって隠される画素を遮光状態に制御し、その他の画素も遮光状態に制御したときの液晶表示素子の画面の例を示す説明図。 一部が特定の形状になるように形成された電極および行電極の配置例を示す説明図。 フルドット表示を行う液晶セルの画素の一部を、開口部が設けられた遮光マスクで覆う構成の例を示す説明図。 各画素を全て遮光状態にした場合の液晶表示装置の状態の例を示す説明図。

符号の説明

１ 第１偏光板
３ 液晶セル
４ 補償層
６ 第２偏光板
３１ 第１透明基板
３２ 第２透明基板
３３ メタルマスク
７１ 微小開口部
７２ 特定形状表示開口部

Claims (4)

1. 透明電極が設けられた一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に挟持される液晶とを有し、一方の透明基板上の透明電極ともう一方の透明基板上の透明電極とが交差する箇所を画素としてマトリクス駆動によって制御される液晶セルを備えた液晶表示素子であって、
   前記液晶セルは、複数の画素のうち一部の領域を覆う遮光マスクを備え、
   前記遮光マスクは、表示される特定の形状に合わせた開口部である特定形状表示開口部を有し、
   前記遮光マスクは、１画素の面積よりも小さな面積の開口部である微小開口部を複数個有し、
   特定形状表示開口部を除いた前記遮光マスクの面積に対する微小開口部の総面積の割合である開口率が１％以上８０％以下であり、
   画像の観察者側から観察した場合に遮光マスクによって隠される画素は、駆動ドライバによって、遮光マスクが存在しないと仮定したときに白色を呈する光透過状態の輝度と黒色を呈する遮光状態の輝度との間の輝度を呈する中間調表示状態または遮光マスクが存在しないと仮定したときに白色を呈する前記光透過状態に常時制御される
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 開口率が１％以上５０％以下である請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 液晶セルで生じる着色を解消する補償層を備え、
   前記液晶セルのツイスト角は、１８０°以上であり、
   補償層のツイスト角は、前記液晶セルのツイスト角と等しく、
   前記液晶セルにおける配向方向のねじれの向きと、補償層における配向方向のねじれの向きとが逆向きである
   請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 前記遮光マスクは、金属製のメタルマスクである請求項１、２、または３に記載の液晶表示素子。