JP6315979B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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本発明は、電極に複数の開口部(スリット)を有する液晶表示装置に関する。
特開2004−252298号公報(特許文献1)には、液晶層を挟んで対向配置される透明電極のそれぞれに開口部(スリット)を設けた液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置においては、スリットの作用によって2つの異なる方向に斜め電界を発生させてこれを液晶層へ印加することにより液晶層に2ドメイン配向構造を生じさせる。それにより、視角依存性が改善され、表示領域全体として視角依存性を低減させることが可能となる。また、特開2009−122271号公報(特許文献2)には、上記のようなスリットを設けた液晶表示素子において、長手方向で隣り合うスリット同士の相互間隔を各スリットの幅(短手方向の長さ)よりも小さくすることにより、表示均一性の向上を図った液晶表示装置が開示されている。
ところで、上記のような液晶表示装置の製造時において多数のスリットをパターニングする際には、エッチング精度のバラツキにより、スリット同士が各々の長手方向において結合してしまうことにより電極の一部に断線を生じてしまうという不具合が生じ得る。この不具合を防ぐには、長手方向で隣り合うスリット同士の相互間隔をスリット幅の1/2以上とすることが好ましい。例えば、スリット幅20μmとしたとき、スリット同士の相互間隔を10μm以上確保することが、断線を除去したい場合に必要となる。しかし、スリット同士の相互間隔やスリット幅を大きくするほど液晶表示装置の表示部の実効開口率が低下する。このため、スリット同士の相互間隔を必要十分に確保しつつ、スリット幅を狭くできる技術が望まれている。
特開2004−252298号公報 特開2009−122271号公報
本発明に係る具体的態様は、複数の開口部を設ける液晶表示装置における表示均一性を確保しつつ、開口部間の断線を防ぎ、かつ開口率の低下も防ぐことが可能な技術を目的の1つとする。
本発明に係る一態様の液晶表示装置は、(a)対向配置される第1基板及び第2基板と、(b)複数の第1開口部を有しており前記第1基板の一面側に設けられる第1電極と、(c)複数の第2開口部を有しており前記第2基板の一面側に設けられる第2電極と、(d)前記第1基板と前記第2基板の各一面の間に設けられる液晶層を含み、(e)前記複数の第1開口部は、平面視において各々の長手方向長さが前記複数の第2開口部の各々の長手方向長さよりも大きく、平面視において各々の長手方向に沿った両側エッジが折線状であり、(f)前記複数の第2開口部は、平面視において各々の長手方向に沿った両側エッジの少なくとも一方に凹部を有する、液晶表示装置である。
上記構成によれば、複数の開口部を設ける液晶表示装置における表示均一性を確保しつつ、開口部間の断線を防ぎ、かつ開口率の低下も防ぐことが可能となる。
また、上記の液晶表示装置において、前記複数の第1開口部は、前記複数の第2開口部のうち、平面視において各々の短手方向に隣り合う第2開口部との近接するエッジ同士の相互間隔が略一定であることも好ましい。
また、上記の液晶表示装置において、前記複数の第1開口部の各々の短手方向長さが前記複数の第2開口部の各々の短手方向長さよりも小さいことも好ましい。
図1は、一実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。 図2は、構造例1の第1開口部および第2開口部の平面図である。 図3(A)は、構造例1の各開口部を有する液晶表示装置を実際に作製し、液晶層を形成する前の状態で観察した様子を示す図である。図3(B)は、構造例1の各開口部を有する液晶表示装置を液晶層形成後の状態(完成状態)で観察した様子を示す図である。 図4は、構造例2の第1開口部および第2開口部の平面図である。 図5は、構造例2の各開口部を有する液晶表示装置を液晶層形成後の状態(完成状態)で観察した様子を示す図である。 図6は、第1電極および第2電極の構造例を示す平面図である。 図7は、構造例3の第1開口部および第2開口部の平面図である。 図8は、構造例3の各開口部を有する液晶表示装置を液晶層形成後の状態(完成状態)で観察した様子を示す図である。 図9(A)および図9(B)は、構造例3の第1開口部および第2開口部の変形例を示す平面図である。 図10は、第1電極および第2電極の構造例を示す平面図である。 図11は、構造例4の第1開口部および第2開口部の平面図である。 図12は、構造例5の第1開口部および第2開口部の平面図である。 図13は、構造例6の第1開口部および第2開口部の平面図である。
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基本構造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に設けられた第1電極13と、第2基板12に設けられた第2電極14と、第1基板11と第2基板12の間に配置された液晶層17、を基本構成として備える。例えば、本実施形態の液晶表示装置は、電極同士の重なり合う領域が表示したい文字や図案を直接的に形作るように構成され、基本的に予め定めた文字等のみを表示可能であり、概ね、有効表示領域内における面積比で50%以下程度の領域が文字等の表示に寄与するものであるセグメント表示型の液晶表示装置である。なお、液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配列されたドットマトリクス表示型であってもよいし、セグメント表示型とドットマトリクス型が混合したものであってもよい。
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4μm程度)を設けて貼り合わされている。
第1電極(コモン電極)13は、第1基板11の一面側に設けられている。同様に、第2電極(セグメント電極)14は、第2基板12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。第1電極13には複数の第1開口部(第1スリット)18が設けられており、第2電極14には複数の第2開口部(第2スリット)19が設けられている。各第1開口部18と各第2開口部19は、各々が一方向に長い形状であり、互いが平面視において重ならずに互い違いとなるようにして規則的に配置されている。
第1配向膜15は、第1基板11の一面側に第1電極13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の一面側に第2電極14を覆うようにして設けられている。これらの第1配向膜15、第2配向膜16としては、液晶層17の配向状態を垂直配向に規制する垂直配向膜が用いられている。各配向膜にはラビング処理等の一軸配向処理は施されていない。
液晶層17は、第1基板11と第2基板12の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が負の液晶材料を用いて液晶層17が構成される。液晶材料の屈折率異方性Δnは、例えば0.09程度である。液晶層17に図示された太線は、液晶層17における液晶分子の配向方向を模式的に示したものである。本実施形態の液晶層17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垂直となる垂直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と第2偏光板22は、各々の吸収軸が互いに略直交するように配置されている。各偏光板の配置については、例えば、第1偏光板の吸収軸方向を第1開口部18および第2開口部19の各長手方向に対して時計回りに45°回転した方向に設定し、第2偏光板の吸収軸方向を第1開口部18および第2開口部19の各長手方向に対して反時計回りに45°回転した方向に設定することができる。また、各偏光板と各基板との間には適宜Cプレート等の光学補償板が配置されてもよい。例えば本実施形態では、第1基板11と第1偏光板21の間、第2基板12と第2偏光板22の間のそれぞれに光学補償板23、24が配置されている。
以下に、第1開口部18および第2開口部19のいくつかの構造例を説明する。
(構造例1)
図2は、構造例1の第1開口部および第2開口部の平面図である。各第1開口部18と各第2開口部19は、平面視において、それぞれの長手方向が図示のy方向に沿っており、短手方向が図示のx方向に沿って配置されている。各第1開口部18、各第2開口部19は、それぞれy方向において列をなし、x方向において行をなして規則的に配列されている。また、各第1開口部18と各第2開口部19は、x方向に沿って交互に(互い違いに)配置されており、かつy方向における位置をずらして配置されている。
各第1開口部18は、長手方向に沿って一端側と他端側のそれぞれにスリット幅が相対的に大きい部位18aを有し、これら2つの部位18aの間にスリット幅が相対的に小さい部位18bを有し、さらに、スリット幅が相対的に大きい部位18aとスリット幅が相対的に小さい部位18bとの間に配置されて両者をつなぐスロープ状の部位18cを有する。スリット幅が相対的に大きい部位18aとスリット幅が相対的に小さい部位18bは、それぞれのスリット幅が一定である。スロープ状の部位18cは、スリット幅が相対的に大きい部位18aからスリット幅が相対的に小さい部位18bへ向かってスリット幅が連続的に減少している。別言すると、各第1開口部18は、長手方向における中央付近のエッジに、平面視において略台形状の凹み(凹部)を有する。なお、各第2開口部19についても各第1開口部18と同様であり、それぞれが、スリット幅が相対的に大きい部位19a、スリット幅が相対的に小さい部位19bおよびスロープ状の部位19cを備えており、長手方向における中央付近の両側エッジに、平面視において略台形状の凹み(凹部)を有する。
図2に示すように、各第1開口部18において、スリット幅が相対的に大きい部位18aのy方向長さをLa、スリット幅が相対的に小さい部位18bのy方向長さをLb、スロープ状の部位18cのy方向長さをLcとする。また、各第1開口部18において、スリット幅が相対的に大きい部位18aのスリット幅(x方向長さ)をSw、スリット幅が相対的に小さい部位18bのスリット幅(x方向長さ)をSnとする。また、長手方向において隣り合う第1開口部18同士の相互間隔をLpとし、短手方向において隣り合う第1開口部18同士の相互間隔(配置ピッチ)をSpとし、x方向において隣り合う第1開口部18と第2開口部19の相互間隔をSとする。なお、図示を省略するがこれらのパラメータは各第2開口部19においても同様に定義される。
また、各第1開口部18と各第2開口部19は、それぞれの重心位置をy方向において略半ピッチずらして配置されており、スロープ状の部位18cとスロープ状の部位19cとが互いのエッジをほぼ平行にして配置されているため、スロープ状の部位18cと19cのエッジ同士の相互間隔は略均等である。各形状パラメータの一例を挙げると、La=0.01mm、Lb=0.02mm、Lc=0.05mm、S=0.035mm、Sw=0.02mm、Sn=0.01mm、Sp=0.10mm、Lp=0.01mmである(以下の各実施形態においても同様)。なお、上記した特許文献2の開示事項によればLp<Swとすることが好ましく、上記の数値例においてもこの関係が満たされている。
図3(A)は、構造例1の各開口部を有する液晶表示装置を実際に作製し、液晶層を形成する前の状態で観察した様子を示す図である。なお、各第1開口部と各第2開口部のy方向(上下方向)の位置が図2に示した構造例から若干ずれているが、これは第1基板と第2基板の位置あわせの問題であり、調整可能である。各第1開口部と各第2開口部をそれぞれ観察すると、それぞれの長手方向の両端の各エッジが丸まっているが、これはパターン形成時のエッチング精度によるものである。
図3(B)は、構造例1の各開口部を有する液晶表示装置を液晶層形成後の状態(完成状態)で観察した様子を示す図である。この図3(B)は、上記のように配向膜としては垂直配向膜を用い、第1基板と第2基板の間隔(セル厚)を略4μmとし、誘電率異方性が負の液晶材料を用いて液晶層を形成した液晶表示装置に対して、第1電極と第2電極の間に閾値電圧以上の電圧を印加したときの配向組織を偏光顕微鏡下で観察した写真である。長手方向において隣り合う第1開口部同士の間と長手方向において隣り合う第2開口部同士の間のそれぞれにはクロス状の暗領域が発生しているが、それらの暗領域はいずれもほぼ同一形状であり、表示均一性が得られている。また、短手方向において隣り合う第1開口部と第2開口部の間には一様な配向状態が得られており、良好な2ドメイン配向が得られている。
(構造例2)
図4は、構造例2の第1開口部および第2開口部の平面図である。各第1開口部18と各第2開口部19は、上記した構造例1の場合と同様に配置されている。構造例1との違いは、各第1開口部18と各第2開口部19のそれぞれの平面視形状である。具体的には、各第1開口部18は、構造例1におけるスリット幅が相対的に大きい部位18aを有しておらず、1つのスリット幅が相対的に小さい部位18bとそれを挟んで配置される2つのスロープ状の部位18cを有する。同様に、各第2開口部19は、構造例1におけるスリット幅が相対的に大きい部位19aを有しておらず、1つのスリット幅が相対的に小さい部位19bとそれを挟んで配置される2つのスロープ状の部位19cを有する。各第1開口部18および各第2開口部19は、それぞれ長手方向における中央付近の両側エッジに、平面視において略台形状の凹み(凹部)を有する。
なお、各第1開口部18と各第2開口部19の形状パラメータについては構造例1と同様に定義される(以下の各実施形態においても同様)。構造例2の各第1開口部18と各第2開口部19においては、スリット幅が相対的に大きい部位18a、19aが設けられないことで、スリット幅が相対的に小さい部位18b、19bのy方向長さLbをより長くすることができる。各形状パラメータの一例を挙げると、Lb=0.04mm、Lc=0.03mm、S=0.035mm、Sw=0.02mm、Sn=0.01mm、Sp=1.10mm、Lp=0.01mmである。
図5は、構造例2の各開口部を有する液晶表示装置を液晶層形成後の状態(完成状態)で観察した様子を示す図である。この図5は、上記のように配向膜としては垂直配向膜を用い、第1基板と第2基板の間隔(セル厚)を略4μmとし、誘電率異方性が負の液晶材料を用いて液晶層を形成した液晶表示装置に対して、第1電極と第2電極の間に閾値電圧以上の電圧を印加したときの配向組織を偏光顕微鏡下で観察した写真である。上記した構造例1の場合と同様に、長手方向において隣り合う第1開口部同士の間と長手方向において隣り合う第2開口部同士の間のそれぞれにはクロス状の暗領域が発生しているが、それらの暗領域はいずれもほぼ同一形状であり、表示均一性が得られている。また、短手方向において隣り合う第1開口部と第2開口部の間には一様な配向状態が得られており、良好な2ドメイン配向が得られている。
(構造例3)
上記のように本実施形態の液晶表示装置はセグメント表示型の液晶表示装置であり、電極同士の重なり合う領域が表示したい文字や図案を直接的に形作るように構成される。図6は、第1電極および第2電極の構造例を示す平面図である。ここでは文字「A」を表示するための各電極の構造例が示されている。図示の例においては第2電極14が文字「A」に対応する輪郭形状のほとんどの部分を担っており、第1電極13はx方向に延びる帯状(いわゆる全ベタ状)に形成されており文字「A」の輪郭形状の一部を担っている。この場合においては、上記した構造例1、2に示したように各第1開口部18と各第2開口部19とをほぼ等しい形状としなくても電極の断線や配向不良を抑制し、かつ開口率をより上昇し、または配向均一性を保持することが可能である。以下、構造例3の各開口部について詳細に説明する。
図7は、構造例3の第1開口部および第2開口部の平面図である。各第2開口部19は、上記した構造例1の場合と同様の構造を有している。構造例1の場合との違いは、各第1開口部18の平面視形状である。具体的には、各第1開口部18は、y方向(長手方向)において分断されておらず、構造例1と比較して長手方向に長く、かつ、スリット幅の異なる部位やスロープ状の部位を有さずにスリット幅が一定となっている。各第1開口部18のスリット幅Swは、例えば0.007mmである。なお、各第2開口部19については、スリット幅Swが0.015mm、Snが0.007mmであり、それ以外の形状パラメータは構造例1の場合に示した数値例と同様である。また、本例における各第1開口部18と各第2開口部19は、第1電極13と第2電極14の重畳する領域である表示部(図6参照)の内部にのみ配置されており、引き回し線には配置されていない。それにより、各第1開口部18が表示部の内部においてy方向に沿って延在しても、第1電極13のエッジに到達するのは各第1開口部18の長手方向の一端側のみであるため、第1電極13の一部が分断されて断線を生じることはない。
図8は、構造例3の各開口部を有する液晶表示装置を液晶層形成後の状態(完成状態)で観察した様子を示す図である。この図8は、上記のように配向膜としては垂直配向膜を用い、第1基板と第2基板の間隔(セル厚)を略4μmとし、誘電率異方性が負の液晶材料を用いて液晶層を形成した液晶表示装置に対して、第1電極と第2電極の間に閾値電圧以上の電圧を印加したときの配向組織を偏光顕微鏡下で観察した写真である。上記した構造例1の場合と同様に、長手方向において隣り合う第2開口部同士の間にはクロス状の暗領域が発生しているが、それらの暗領域はいずれもほぼ同一形状であり、表示均一性が得られている。また、短手方向において隣り合う第1開口部と第2開口部の間には一様な配向状態が得られており、良好な2ドメイン配向が得られている。また、各第1開口部18のスリット幅をより狭くすることができることにより開口率を上昇させることができている。
なお、図7に示した構造例3では、各第1開口部18のy方向に沿った両側エッジが直線状であるため、x方向において隣り合う第1開口部18と第2開口部19との相互間隔が一定とならない。これを解消するには、各第1開口部18の両側エッジを各第2開口部19のy方向に沿ったエッジ形状と略同一形状である折線状とすることで、隣り合う第1開口部18と第2開口部19のエッジ同士を略平行とすればよい。その構造例を図9(A)および図9(B)に示す。図9(A)では、各第2開口部19のうちx方向において隣り合う第2開口部19同士の位置(重心位置)が等しい場合における各第1開口部18の構造例が示されている。他方で、図9(B)では、各第2開口部19のうちx方向において隣り合う第2開口部19同士の位置(重心位置)が半ピッチずれている場合における各第1開口部18の構造例が示されている。この例では、各第1開口部18のスリット幅は一定である。
また、構造例3の各第1開口部18および各第2開口部19を適用する電極構造としてセグメント表示型の電極構造を示していたが(図6参照)、例えば、図10に例示するように第1電極13と第2電極14をそれぞれ一方向に延在する短冊状の電極として両者の延在方向を交差させたドットマトリクス型の電極構造においても構造例3の各第1開口部18および各第2開口部19を適用することができる。この場合には、一方の電極(例えば第1電極13)の延在方向を各第1開口部18の長手方向と略平行にすればよい。
(構造例4)
上記した構造例3では各第1開口部18がy方向において分断されずに形成されていたが、表示部自体の面積が比較的大きい場合、複数の表示部の相互間を接続する引き回し線の総距離が長い場合、または電極の線幅が狭い場合などに、電極抵抗が上昇する可能性がある。このような場合には、y方向において相互に分離された複数の第1開口部18を配置することが好ましいが、その場合には各第1開口部18は平面視において長手方向に凹部を有していなくてもよい。
図11は、構造例4の第1開口部および第2開口部の平面図である。各第2開口部19は、上記した構造例1の場合と同様の構造を有している。構造例1の場合との違いは、各第1開口部18の平面視形状である。具体的には、各第1開口部18は、y方向(長手方向)において相互に分離されて配置されており、かつスリット幅の異なる部位やスロープ状の部位を有さずにスリット幅が一定となっている。この場合にも、長手方向(y方向)において隣接する第1開口部18同士の相互間隔はスリット幅よりも小さく設定することが好ましい。図11に示す例では、各第1開口部18の長手方向長さ(スリット長)と各第2開口部19の長手方向長さを等しく設定しているが、これらは等しくなくてもよい。また、各第1開口部18の長手方向長さは異なっていてもよい。別言すれば、各第1開口部18の長手方向における相互間に設けられるつなぎ部分の配置間隔は等間隔でなくてもよい。
(構造例5)
上記した構造例1〜4では、第1電極13に設けられる複数の第1開口部18はすべて同一形状であったが、異なる形状を混在させてもよい。同様に、第2電極14に設けられる複数の第2開口部19はすべて同一形状であったが、異なる形状を混在させてもよい。
図12は、構造例5の第1開口部および第2開口部の平面図である。第1電極13に設けられる複数の第1開口部18には、上記した構造例1として説明した形状のものとスリット幅が一定の略矩形状のものとが混在しており、それらは長手方向(y方向)において交互に配置されている。同様に、第2電極14に設けられる複数の第2開口部19には、上記した構造例1として説明した形状のものとスリット幅が一定の略矩形状のものとが混在しており、それらは長手方向(y方向)において交互に配置されている。この場合にも、長手方向(y方向)において隣接する第1開口部18同士の相互間隔はスリット幅よりも小さく設定することが好ましい。なお、これらは一例であり、各第1開口部18、各第2開口部19には、構造例2のものとスリット幅が一定の略矩形状のものとが混在してもよいし、構造例1のものと構造例2のものとが混在してもよい。また、それらの場合における長手方向の配置については、必ずしも1つずつ交互としなくてもよい。また、各開口部のスリット長は等しくなくてもよい。さらに、各第1開口部18と各第2開口部19のy方向における重心位置は相互に半ピッチずれているが、これも一例であり、ずれのピッチは任意に設定可能であり、ずれがなくてもよい。
(構造例6)
上記した各構造例においては、各開口部に平面視で凹部を設ける場合には、長手方向に沿った両側エッジに凹部を設けていたが、いずれか片側エッジにのみ凹部を設けてもよい。
図13は、構造例6の第1開口部および第2開口部の平面図である。第1電極13に設けられる複数の第1開口部18には、上記した構造例1として説明した形状における凹部を片側エッジにのみ有するものと、スリット幅の等しいものとが混在している。第2電極14に設けられる複数の第2開口部19も同様である。なお、各第1開口部18と各第2開口部19のそれぞれにおいて凹部を有するエッジがいずれのエッジに設けられるかは任意であり、図中右側のエッジに設けられる場合と左側のエッジに設けられる場合とが混在してもよい。さらに、各第1開口部18は、分断されない長い形状であってもよい。
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、上記した構造例2〜6においては、各第1開口部および各第2開口部のスロープ状の部位のエッジは直線状であったが、当該エッジは必ずしも直線状である必要はなく曲線状であってもよいし、複数の線分を連結した屈曲線であってもよい。
また、複数の表示部が存在する場合に、各表示部ごとに異なる構造例の第1開口部18と各第2開口部19を設けてもよい。それにより、複雑な構造の表示部(例えば反転表示部など)においても開口率を高めつつ断線、配向不良などの不具合を生じることなく良好な表示均一性を得られる。
また、上記した実施形態では垂直配向した液晶層を用いる液晶表示装置を説明したがその限りではない。基板面において液晶分子が水平配向し、液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が各開口部の長手方向に対して略直交しており、液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の電圧無印加時におけるプレティルト角が略0°である液晶層を用いる液晶表示装置に対しても本発明を適用可能である。
11:第1基板
12:第2基板
13:第1電極
14:第2電極
15:第1配向膜
16:第2配向膜
17:液晶層
18:第1開口部
18a:スリット幅が相対的に大きい部位
18b:スリット幅が相対的に小さい部位
18c:スロープ状の部位
19:第2開口部
19a:スリット幅が相対的に大きい部位
19b:スリット幅が相対的に小さい部位
19c:スロープ状の部位
21:第1偏光板
22:第2偏光板
23、24:光学補償板

Claims (3)

  1. 対向配置される第1基板及び第2基板と、
    複数の第1開口部を有しており前記第1基板の一面側に設けられる第1電極と、
    複数の第2開口部を有しており前記第2基板の一面側に設けられる第2電極と、
    前記第1基板と前記第2基板の各一面の間に設けられる液晶層と、
    を含み、
    前記複数の第1開口部は、平面視において各々の長手方向長さが前記複数の第2開口部の各々の長手方向長さよりも大きく、平面視において各々の長手方向に沿った両側エッジが折線状であり、
    前記複数の第2開口部は、平面視において各々の長手方向に沿った両側エッジの少なくとも一方に凹部を有する、
    液晶表示装置。
  2. 前記複数の第1開口部は、前記複数の第2開口部のうち、平面視において各々の短手方向に隣り合う第2開口部との近接するエッジ同士の相互間隔が略一定である、
    請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記複数の第1開口部の各々の短手方向長さが前記複数の第2開口部の各々の短手方向長さよりも小さい、
    請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
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