JP6180125B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチプレックス駆動される液晶表示装置に関する。

文字や図柄等の任意形状の表示部を有するセグメント表示型の液晶表示装置が広く知られている。このセグメント表示型の液晶表示装置は、対向配置された基板のそれぞれに予めパターニングされた電極が設けられ、基板間に液晶層が設けられ、各基板の外側にそれぞれ偏光板が設けられる。そして、各電極の重畳した領域が表示部として画定され、電極間に電圧を与えて液晶層内の液晶分子の配向状態を変化させることにより、出射光の明暗状態を制御することができる。しかし、このような液晶表示装置では、液晶層の液晶分子は基板面を基準に面外へその傾斜角度を変化させることから、電圧無印加時における液晶層内の分子配向状態が均一な方向にプレティルト角を有する場合には、液晶分子の傾斜方向が一方位に偏る。それにより、外観観察上、出射光の明暗状態に視角依存性を生じる。

これに対して、視角特性に優れた液晶表示装置の一例として、例えば特開昭５６−９１２７７号公報には、櫛歯状に形成された表示電極と共通電極を一方の基板に設けておき、両電極間に電圧を与えることにより基板面内方向に液晶層内の液晶分子の配向方向を変化させるインプレーンスイッチング型の液晶表示装置が提案されている。この特許文献１に開示される液晶表示装置は、薄膜トランジスタ等の能動素子を用いて各画素をスイッチングするアクティブマトリクス型の液晶表示装置である。また、特開平７−７２４９１号公報には、インプレーンスイッチング型の液晶表示装置の他の一例として、単純マトリクス駆動により各画素をスイッチングする液晶表示装置が開示されている。これらの液晶表示装置によれば、基板面内で液晶分子の配向方向を制御することから、視角補償板を用いなくとも広い視野角が実現される。

ところで、上記した各先行例の液晶表示装置は、マトリクス状に配列された各画素を個別にスイッチングするタイプのものであり、例えば任意形状の複数の表示部を有するセグメント表示型の液晶表示装置を時分割駆動するタイプのものについては開示されていない。ここで、アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、各画素に対して選択的に電圧が与えられるため、電気光学特性における急峻特性（急峻性）は特に重要ではない。しかしながら、時分割駆動するタイプの液晶表示装置においては、オフ表示部に対しても非選択電圧が与えられるため、急峻特性が良好でないといわゆるオフセグメント見え（クロストーク）が発生してしまい、視野角特性が著しく低下し、コントラスト特性も低下する。したがって、時分割駆動するタイプの液晶表示装置においては急峻特性が非常に重要となる。これに対して、従来から提案されるインプレーンスイッチング型の液晶表示装置においては、表示電極と共通電極がそれぞれ櫛歯状として互いに噛み合うように配置されている場合に、これら櫛歯状の各電極の延在方向に対して液晶層の液晶分子の初期配向方向を比較的大きな角度（例えば４５°程度）で傾けることにより応答特性を向上させている（例えば、特開平１０−２６７６７号公報）。しかし、このようにした場合には、液晶分子の初期配向方向に角度を付けるほど急峻特性が悪化するため、時分割駆動する場合には不向きである。

特開昭５６−９１２７７号公報 特開平７−７２４９１号公報 特開平１０−２６７６７号公報

本発明に係る具体的態様は、時分割駆動に適したインプレーンスイッチング型の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、（ａ）１／Ｎ（Ｎは８以下の整数）のデューティ比で時分割駆動される液晶表示装置であって、（ｂ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｃ）前記第１基板の一面側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、（ｄ）前記第１基板の一面側に前記第１電極及び前記第２電極を覆って設けられた第１配向膜と、（ｅ）前記第２基板の一面側に設けられた第２配向膜と、（ｆ）誘電率異方性が負の液晶材料を含み前記第１基板と前記第２基板の間に設けられており、屈折率異方性が０．０８であり、層厚が５μｍの液晶層と、（ｇ）前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置された一対の偏光板と、を含み、（ｈ）前記第１電極と前記第２電極は、各々、平面視において第１方向に延在する複数の電極枝を有し、当該各電極枝は前記第１方向と直交する第２方向に沿って交互に配置されており、（ｉ）前記液晶層は、液晶分子の初期配向方向が前記第１方向に対して８８°以上８９°以下の角度をなすように前記第１配向膜及び前記第２配向膜によって配向制御されており、（ｊ）前記第１配向膜と前記第２配向膜の各々と前記液晶層との界面付近において前記液晶分子に付与されるプレティルト角が１°以下であり、（ｋ）前記一対の偏光板は、その一方の偏光板の透過軸方向が前記液晶分子の初期配向方向と略一致し、他方の偏光板の透過軸が前記液晶分子の初期配向方向と略直交するように配置されており、（ｌ）前記液晶層に電圧を与えた際の電圧−透過率特性から求められる急峻特性が１．３６以下である、液晶表示装置である。

本発明に係る他の態様の液晶表示装置は、（ａ）１／Ｎ（Ｎは８以下の整数）のデューティ比で時分割駆動される液晶表示装置であって、（ｂ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｃ）前記第１基板の一面側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、（ｄ）前記第１基板の一面側に前記第１電極及び前記第２電極を覆って設けられた第１配向膜と、（ｅ）前記第２基板の一面側に設けられた第２配向膜と、（ｆ）誘電率異方性が負の液晶材料を含み前記第１基板と前記第２基板の間に設けられており、屈折率異方性が０．１であり、層厚が４μｍ〜６μｍの液晶層と、（ｇ）前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置された一対の偏光板と、を含み、（ｈ）前記第１電極と前記第２電極は、各々、平面視において第１方向に延在する複数の電極枝を有し、当該各電極枝は前記第１方向と直交する第２方向に沿って交互に配置されており、（ｉ）前記液晶層は、液晶分子の初期配向方向が前記第１方向に対して８９°の角度をなすように前記第１配向膜及び前記第２配向膜によって配向制御されており、（ｊ）前記第１配向膜と前記第２配向膜の各々と前記液晶層との界面付近において前記液晶分子に付与されるプレティルト角が１°以下であり、（ｋ）前記一対の偏光板は、その一方の偏光板の透過軸方向が前記液晶分子の初期配向方向と略一致し、他方の偏光板の透過軸が前記液晶分子の初期配向方向と略直交するように配置されており、（ｌ）前記液晶層に電圧を与えた際の電圧−透過率特性から求められる急峻特性が１．３６以下である、液晶表示装置である。

上記構成によれば、時分割駆動に適したインプレーンスイッチング型の液晶表示装置が得られる。

図１は、一実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図２は、第１電極および第２電極の構造を模式的に示す平面図である。 図３は、液晶表示装置の電気光学特性の一例を示すグラフである。 図４は、θ＝８９°に設定した場合の液晶表示装置の配向組織の観察像を示す図である。 図５は、液晶表示装置の電圧−透過率特性のリターデーション依存性を示すグラフである。 図６は、液晶表示装置の電圧−透過率特性のリターデーション依存性を示すグラフである。 図７は、液晶表示装置の電圧−透過率特性のリターデーション依存性を示すグラフである。 図８は、液晶表示装置の電圧−透過率特性のリターデーション依存性を示すグラフである。 図９は、実施例１の液晶表示装置の電圧−透過率特性を示す図である。 図１０は、実施例２の液晶表示装置の電圧−透過率特性を示す図である。 図１１は、比較例の液晶表示装置の電圧−透過率特性を示す図である。

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の構成を示す断面図である。この液晶表示装置は、対向配置された第１基板１１および第２基板１２と、第１基板１１と第２基板１２の間に配置された液晶層１８を基本構成として備える。

第１基板１１および第２基板１２は、それぞれ例えばガラス基板、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１２は、所定の間隙（例えば３μｍ程度）を設けて貼り合わされている。第１基板１１と第２基板１２の間隙は、図示しない枠状のシール材に含有するロット状又は球状のスペーサーと、基板面内に均一に分散配置される球状スペーサーにより保持される。

第１電極１３および第２電極１４は、それぞれ第１基板１１の一面側に設けられている。第１電極１３および第２電極１４は、それぞれ複数の電極枝を連ねた櫛歯状に形成されており、互いの電極枝が１つずつ交互に噛み合うようにして配置されている（後述する図２参照）。

第１配向膜１５は、第１基板１１の一面側に第１電極１３および第２電極１４を覆うようにして設けられている。第２配向膜１６は、第２基板１２の一面側に設けられている。これらの第１配向膜１５、第２配向膜１６としては、液晶層１８の配向状態を水平配向に規制する水平配向膜が用いられている。各配向膜にはラビング処理や光配向処理等の一軸配向処理が施されている。なお、いずれか一方の配向膜にのみ配向処理を施すようにしてもよい。

液晶層１８は、第１基板１１と第２基板１２の間に設けられている。液晶層１８を構成する液晶材料は、例えば誘電率異方性Δεが負のものである。本実施形態の液晶層１８は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が第１基板１１および第２基板１２の各基板面に対してほぼ水平となる水平配向に設定されている。

第１偏光板２１は、第１基板１１の外側に配置されている。同様に、第２偏光板２２は、第２基板１２の外側に配置されている。第１偏光板２１は、例えばその吸収軸が液晶層１８の液晶分子の電圧無印加時における配向方向に対して略平行に配置される。また、第２偏光板２２は、例えばその吸収軸が第１偏光板２１の吸収軸に対して略直交に配置される。

図２は、第１電極および第２電極の構造を模式的に示す平面図である。図示のように第１電極１３は、平面視において、図中の左右方向に延在する複数の電極枝を連ねた櫛歯状に形成されている。同様に第２電極１４は、平面視において、図中の左右方向に延在する複数の電極枝を連ねた櫛歯状に形成されている。第１電極１３の各電極枝と第２電極１４の各電極枝は、図中の上下方向に沿って１つずつ交互に配列されており、全体として互いの電極枝が平面視において噛み合うように配置されている。このような第１電極１３および第２電極１４の間に電圧を与えることにより、基板面に略水平であり各電極枝に略直交する方向（図中、白抜き矢印で示す）に電界を発生させることができる。時分割駆動によるセグメント表示型の液晶表示装置を考えた場合、各電極枝は図示のように直線状（帯状）に形成されていることが望ましい。先行例においてはオン表示部の色付きを解消するために屈曲させた電極枝を用いることが提案されているが、この場合、液晶分子のスイッチング方向と電界方向とが逆方向になってしまう領域では透過率が低下してしまうためである。

ここで、各電極枝の延在方向３１に対して液晶層１８の液晶分子の初期配向方向３２のなす角度をθと定義する。液晶分子の初期配向方向３２は、例えば、各配向膜１５、１６に対して施される一軸配向処理の方向とほぼ一致する。このとき、各電極枝の延在方向３１と初期配向方向３２のなす角度θは、８８°以上８９°以下に設定される（８８°≦θ≦８９°）。角度θをこのような条件とすべき理由について以下に説明する。

図３は、液晶表示装置の電気光学特性の一例を示すグラフである。図示のように、各電極枝の延在方向３１と液晶分子の初期配向方向３２のなす角度θを９０°〜７０°の間でそれぞれ設定した場合の電圧−透過率特性が示されている。図示のように、θ＝９０°とした場合には、ある電圧（本例では７．２Ｖ程度）から急激に透過率が上昇する特性が得られ、これは理想的な特性といえる。しかし、実際の液晶表示装置でこの条件を用いると、電界方向に対して液晶分子の回転する方向が２方向で等しくなるため、配向方向の異なるドメインが発生してそれらの境界線が外観上視認し得る状態となり、表示ムラとなる。このような境界線は、θ＝８９°に設定した場合でも発生し得る。図４は、θ＝９０°に設定した場合の液晶表示装置の配向組織の観察像を示す図である。図中に明状態として表された領域が電界により液晶層の配向方向が変化した領域である。この明状態の領域をよく見ると、所々に暗色の境界線が発生していることが分かる。本願発明者がさらに検証したところ、角度θを８９°以下とすることで境界線の発生をほぼ抑制できることが分かった。一方で、図３に示すように、角度θを小さくするほど急峻特性が低下するため、角度θは８８°以上とする必要がある。

図５〜図８は、それぞれ、液晶表示装置の電圧−透過率特性のリターデーション依存性を示すグラフである。詳細には、図５はセル厚（液晶層厚）を３μｍに設定した場合、図６はセル厚を４μｍに設定した場合、図７はセル厚を５μｍに設定した場合、図８はセル厚を６μｍに設定した場合における電圧−透過率特性を示しており、それぞれ液晶材料の屈折率異方性Δｎが０．０７〜０．１５の間で設定されている。図５〜図８に示した結果から、セル厚を３μｍに設定した場合にはΔｎを０．０７〜０．１７に設定した場合に良好な急峻特性を得られることが分かり、セル厚を４μｍに設定した場合にはΔｎを０．０７〜０．１２に設定した場合に良好な急峻特性を得られることが分かり、セル厚を５μｍに設定した場合にはΔｎを０．０７〜０．１に設定した場合に良好な急峻特性を得られることが分かり、セル厚を６μｍに設定した場合にはΔｎを０．０７に設定した場合に良好な急峻特性を得られることが分かった。

図９は、実施例１の液晶表示装置の電圧−透過率特性を示す図である。なお、実施例１の液晶表示装置は、角度θを８９°、８８°のいずれかに設定し、各配向膜へのラビング処理がアンチパラレル（もしくはパラレル）となるようにし、かつ各配向膜により液晶層との界面付近で液晶分子に付与されるプレティルト角が１°以下となるように作製した。また、セル厚は５μｍとし、Δｎを０．０８とし、表側偏光板の透過軸方向を液晶分子の初期配向方向と略一致させ、裏側偏光板の透過軸方向を表側偏光板の透過軸方向に対して略直交するように配置した。

図１０は、実施例２の液晶表示装置の電圧−透過率特性を示す図である。なお、実施例２の液晶表示装置は、角度θを８９°に設定し、各配向膜へのラビング処理がアンチパラレル（もしくはパラレル）となるようにし、かつ各配向膜により液晶層との界面付近で液晶分子に付与されるプレティルト角が１°以下となるように作製した。また、セル厚は４，５，６μｍのいずれかとし、Δｎを０．１とし、表側偏光板の透過軸方向を液晶分子の初期配向方向と略一致させ、裏側偏光板の透過軸方向を表側偏光板の透過軸方向に対して略直交するように配置した。

図１１は、比較例の液晶表示装置の電圧−透過率特性を示す図である。比較例の液晶表示装置は、角度θを４５°に設定し、各配向膜へのラビング処理がアンチパラレル（もしくはパラレル）となるようにし、かつ各配向膜により液晶層との界面付近で液晶分子に付与されるプレティルト角が１°以下となるように作製した。また、セル厚は４μｍとし、Δｎを０．０９とし、表側偏光板の透過軸方向を液晶分子の初期配向方向と略一致させ、裏側偏光板の透過軸方向を表側偏光板の透過軸方向に対して略直交するように配置した。

実施例１の液晶表示装置は、図９に示した電圧−透過率特性から求められる急峻特性（Ｖ９０／Ｖ１０）がθ＝８９°の場合には１．２６、θ＝８８°の場合には１．３１であった。また、実施例２の液晶表示装置は、図１０に示した電圧−透過率特性から求められる急峻特性（Ｖ９０／Ｖ１０）がセル厚４μｍの場合には１．２５、セル厚５μｍの場合には１．２３、セル厚６μｍの場合には１．２２であった。これらに対して、比較例の液晶表示装置は、図１１に示した電圧−透過率特性から求められる急峻特性が３．０１であった。通常、時分割駆動する場合において急峻特性が１．３６以下であれば、１／８デューティで十分に駆動可能である。このため、実施例１，２のいずれの液晶表示装置でも１／８デューティで十分に駆動可能であることが分かる。

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。

１１：第１基板
１２：第２基板
１３：第１電極
１４：第２電極
１５、１６：配向膜
１８：液晶層
２１：第１偏光板
２２：第２偏光板
３１：各電極枝の延在方向
３２：液晶分子の初期配向方向

Claims (2)

1. １／Ｎ（Ｎは８以下の整数）のデューティ比で時分割駆動される液晶表示装置であって、
   対向配置された第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の一面側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、
   前記第１基板の一面側に前記第１電極及び前記第２電極を覆って設けられた第１配向膜と、
   前記第２基板の一面側に設けられた第２配向膜と、
   誘電率異方性が負の液晶材料を含み前記第１基板と前記第２基板の間に設けられており、屈折率異方性が０．０８であり、層厚が５μｍの液晶層と、
   前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置された一対の偏光板と、
   を含み、
   前記第１電極と前記第２電極は、各々、平面視において第１方向に延在する複数の電極枝を有し、当該各電極枝は前記第１方向と直交する第２方向に沿って交互に配置されており、
   前記液晶層は、液晶分子の初期配向方向が前記第１方向に対して８８°以上８９°以下の角度をなすように前記第１配向膜及び前記第２配向膜によって配向制御されており、
   前記第１配向膜と前記第２配向膜の各々と前記液晶層との界面付近において前記液晶分子に付与されるプレティルト角が１°以下であり、
   前記一対の偏光板は、その一方の偏光板の透過軸方向が前記液晶分子の初期配向方向と略一致し、他方の偏光板の透過軸が前記液晶分子の初期配向方向と略直交するように配置されており、
   前記液晶層に電圧を与えた際の電圧−透過率特性から求められる急峻特性が１．３６以下である、
   液晶表示装置。
2. １／Ｎ（Ｎは８以下の整数）のデューティ比で時分割駆動される液晶表示装置であって、
   対向配置された第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の一面側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と、
   前記第１基板の一面側に前記第１電極及び前記第２電極を覆って設けられた第１配向膜と、
   前記第２基板の一面側に設けられた第２配向膜と、
   誘電率異方性が負の液晶材料を含み前記第１基板と前記第２基板の間に設けられており、屈折率異方性が０．１であり、層厚が４μｍ〜６μｍの液晶層と、
   前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置された一対の偏光板と、
   を含み、
   前記第１電極と前記第２電極は、各々、平面視において第１方向に延在する複数の電極枝を有し、当該各電極枝は前記第１方向と直交する第２方向に沿って交互に配置されており、
   前記液晶層は、液晶分子の初期配向方向が前記第１方向に対して８９°の角度をなすように前記第１配向膜及び前記第２配向膜によって配向制御されており、
   前記第１配向膜と前記第２配向膜の各々と前記液晶層との界面付近において前記液晶分子に付与されるプレティルト角が１°以下であり、
   前記一対の偏光板は、その一方の偏光板の透過軸方向が前記液晶分子の初期配向方向と略一致し、他方の偏光板の透過軸が前記液晶分子の初期配向方向と略直交するように配置されており、
   前記液晶層に電圧を与えた際の電圧−透過率特性から求められる急峻特性が１．３６以下である
   液晶表示装置。