JP2001166322A

JP2001166322A - 液晶装置及び電子機器

Info

Publication number: JP2001166322A
Application number: JP34765899A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Higuchi; 聡樋口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】フレデリクス転移を経て双安定状態を有する
カイラルネマティック液晶を用いた液晶表示装置の表示
領域の周縁部における表示品質の悪化を防止し、表示品
質の優れた液晶表示装置及びそれを備えた電子機器を提
供する。【解決手段】基板１１と１２とがシール材１４を介し
て所定間隔で貼着され、基板間にカイラルネマティック
液晶層１３が封入されている。基板１２の内表面上には
カラーフィルター層１７が設けられ、基板１１、対向基
板１２の内表面上の表示領域１８の範囲内にはストライ
プ状の透明電極１１ａ、１２ａが形成され、最端部の透
明電極１１ａ、１２ａの外側にはダミー電極１１Ａ、１
２Ａが形成されている。カラーフィルター層１７はカラ
ー画素１７ａとブラックマトリックス１７ｂとから構成
され、ダミー電極領域１９の範囲内におけるカラーフィ
ルター層１７にはブラックマトリックス１７ｂを形成
し、遮光膜１７Ｂを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカイラルネマティッ
ク液晶を用いた双安定性を有する液晶装置とそれを備え
る電子機器に関し、特にその双安定性を用いてスイッチ
ングを行い、単純マトリックス駆動が可能な液晶装置と
それを備える電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、特開平６−２３５９２０号や特開
平６−２３０７５１号により、カイラルネマティック液
晶を用いた双安定性を有する液晶表示装置が開示されて
いる。この液晶表示装置は、初期状態においてツイスト
角φでねじれている液晶が、フレデリクス転移を超える
電圧を印加した後に、初期状態とは異なる準安定な２つ
の状態へ緩和し、この２つの準安定状態間で双安定性ス
イッチングを行うことを特徴としている。

【０００３】この液晶表示装置の例として、単純マトリ
ックスタイプの液晶表示装置１００の構造を示す概略断
面図を図５に示す。

【０００４】図５に示すように、液晶表示装置１００に
おいて、基板１０１と対向基板１０２とがそれぞれの基
板の周縁部においてシール材１０４を介して所定間隔で
貼着され、基板１０１、対向基板１０２間にカイラルネ
マティック液晶層１０３が封入されている。

【０００５】基板１０１と対向基板１０２の内面上には
それぞれストライプ状に透明電極１０１ａ、１０２ａが
形成されている。また、透明電極１０１ａ、１０２ａを
形成した基板１０１、１０２の内面上には液晶を配向さ
せるための配向膜１０１ｂ、１０２ｂが形成されてい
る。また、液晶表示装置１００の裏表には偏光板１０
５、１０６が取り付けられている。

【０００６】なお、図示では省略しているが、基板１０
１及び対向基板１０２の間の距離（セル厚）を一定に保
つためのガラスやプラスチック、セラミックなどから形
成される球状のスペーサーが基板１０１、対向基板１０
２間に配置されている。

【０００７】配向膜１０１ｂ、１０２ｂには、初期状態
において、液晶のツイスト角がφになるように、また、
液晶分子がプレティルト角θ１１、θ１２で配向膜１０
１ｂ、１０２ｂに接するように配向処理が施されてい
る。

【０００８】液晶表示装置１００では、初期状態におい
て、配向膜１０１ｂ、１０２ｂに接している液晶分子の
ダイレクターベクトルと基板１０１、１０２とのなす角
度θ１１、θ１２が互いに逆符号の関係にあることが特
徴である。例えば、初期状態において、液晶のツイスト
角φが１８０゜である場合には、図５に示すように配向
膜１０１ｂ、１０２ｂに接している液晶分子のダイレク
ターベクトルと基板１０１、１０２とのなす角度θ１
１、θ１２は互いに反平行となる。また、このとき、配
向膜１０１ｂ、１０２ｂにはそれぞれ矢印Ｒ１１方向
（図示右向き方向）、矢印Ｒ１２方向（図示左向き方
向）にラビング処理が施されている。

【０００９】この液晶表示装置１００のカイラルネマテ
ィック液晶は、フレデリクス転移を生じさせるのに十分
な電圧を印加した場合、緩和状態として初期状態とは異
なる２つの準安定状態を持つものであり、この２つの準
安定状態における液晶のツイスト角はそれぞれφ−１８
０゜、φ＋１８０゜であることが特徴である。例えば、
初期状態の液晶のツイスト角φが１８０゜であるとき、
準安定状態における液晶のツイスト角は、一方は０゜
（ユニフォーム状態）で他方は３６０゜となる。フレデ
リクス転移後にいずれの準安定状態に移行するかは、そ
の後に印加する電圧の波形及び絶対値に依存し、準安定
状態はいずれも自発的に初期状態へ緩和する性質を有す
る。

【００１０】液晶表示装置１００は、印加電圧に依存し
て生じるこの２つの準安定状態間を選択的にスイッチン
グ（双安定性スイッチング）し、この２つの準安定状態
が偏光板１０５、１０６によって、光学的に識別される
ことを利用して表示を行うものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】一般に、双安定性ある
いは複数の安定状態を有する動作モードでは、表示に使
用する配向状態がエネルギー的に十分安定でない場合が
多く、基板の表面状態や形状の局所的な変位を原因とし
て複数の配向状態が混在し、表示品質を悪化するという
問題があり、上記の液晶表示装置１００においては、透
明電極パターンの周縁部、すなわち表示領域の周縁部に
おける透明電極パターンの形状効果に起因する特異的な
液晶の挙動が発生し、この領域での表示品質が悪化する
という問題点を有している。

【００１２】図６に上記の液晶表示装置１００の平面図
を示す。図５と同じ構成要素については同じ参照番号を
付し、その説明は省略する。図６において、基板１０
１、１０２上に形成される透明電極１０１ａ、１０２ａ
が交差する箇所が画素となり、表示が可能となる。すな
わち、シール材１０４の内部に透明電極パターンが形成
され、表示領域１０７が形成される。

【００１３】図６の表示領域１０７の最端部に配置され
る透明電極を１０１ａ１、１０２ａ１とすると、表示領
域１０７の内部において、透明電極１０１ａ１、１０２
ａ１の近傍、すなわち透明電極パターンの周縁部では一
方又は二方がシール材１０４に隣接し、四方に透明電極
が隣接する表示領域１０７の中心部付近とは異なるパタ
ーンが形成されているため、形状効果に起因する上記の
問題が生じ、表示品質が悪化する。この問題は表示領域
１０７の外周部から３００μｍ程度の範囲内の単数若し
くは複数の透明電極の領域で生じることが本発明者の研
究により明らかになった。また、上記の問題は特に、駆
動電圧波形を印加して準安定状態の液晶のツイスト角に
φ＋１８０゜を選択した場合に顕著であり、このとき、
透明電極パターンの周縁部において液晶のツイスト角φ
−１８０゜がドメイン状に発現して電圧マージンを低下
させ、表示品質が悪化することを本発明者は知見した。
さらに、この現象は透明電極１０１ａ、１０２ａが交差
する箇所、すなわち画素の任意の一辺と配向膜１０１
ｂ、１０２ｂ上になされたラビング処理の方向が一致す
る場合に最も顕著となることも本発明者は知見した。

【００１４】そこで、本発明は上記問題点を解決し、表
示領域の周縁部における表示品質の悪化を防止し、表示
品質に優れた液晶表示装置及びそれを備える電子機器を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、内表面上に透明電極と液晶を
配向するための配向膜が形成された一対の基板間にカイ
ラルネマティック液晶を挟持し、該カイラルネマティッ
ク液晶は初期状態において、ツイスト角φのねじれ構造
を有し、該初期状態にフレデリクス転移を生じさせる電
圧を印加した後の緩和状態として該初期状態とは異なる
２つの準安定状態を有する液晶装置において、前記基板
上において、表示領域の最端部に配置される前記透明電
極の外側に少なくとも１つのダミー電極を形成したこと
を特徴とする。

【００１６】また、前記ダミー電極と前記液晶装置の最
表面との間に、該ダミー電極を覆う遮光膜を形成するこ
とが望ましい。

【００１７】前記液晶装置は前記配向膜と接している液
晶分子のダイレクターベクトルと前記基板面とのなす角
度が、初期状態において逆符号の関係にあることを特徴
とする。

【００１８】また、前記２つの準安定状態における液晶
のツイスト角は、一方はφ−１８０゜、他方はφ＋１８
０゜であることを特徴とする。以上の手段によれば、表
示領域の最端部に配置される透明電極の外側に少なくと
も１つのダミー電極を形成することにより、表示領域内
の周縁部においても四方に透明電極が隣接し、表示領域
の中心部と同様のパターンとなるため、表示領域内にお
いて、透明電極パターンの形状効果に起因する特異的な
液晶の挙動を防止できるので、表示品質に優れた液晶表
示装置を提供することができる。また、ダミー電極と液
晶表示装置の最表面との間にダミー電極を覆う遮光膜を
形成することにより、ダミー電極による表示は外部から
認識されないので、表示に悪影響を与えることはない。

【００１９】また、この液晶表示装置を表示面の前面側
に備えることにより、表示品質の優れた電子機器を提供
することができる。この液晶表示装置を備える電子機器
において、ダミー電極を覆う遮光膜は液晶装置内部に形
成する必要はなく、ダミー電極と電子機器の最表面との
間にダミー電極を覆うように形成すればよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る実施形態につ
いて詳細に説明する。

【００２１】第１実施形態図１、図２にはそれぞれ本発明に係る第１実施形態のカ
ラー表示用の単純マトリックスタイプの液晶表示装置１
０の概略断面図、概略平面図を示す。図１、図２におい
て、同じ構成要素には同じ参照符号を付す。

【００２２】図１に示すように、液晶表示装置１０にお
いては、基板（下側の基板）１１と対向基板（上側の基
板）１２とがそれぞれの基板の周縁部においてシール材
１４を介して所定間隔で貼着され、基板１１、対向基板
１２間にカイラルネマティック液晶からなる液晶層１３
が封入されている。また、図１において、対向基板１２
の内表面上にはカラーフィルター層１７が設けられてい
る。図１、図２に示すように、基板１１、対向基板１２
の内表面上にはストライプ状の複数の透明電極１１ａ、
１２ａとダミー電極１１Ａ、１２Ａが形成されている。
表示領域を１８とすると、透明電極１１ａ、１２ａは表
示領域１８の範囲内に形成され、表示領域１８において
最端部に配置される透明電極１１ａ、１２ａの外側に少
なくとも１つのダミー電極１１Ａ、１２Ａが形成されて
いる。図面上は、例として、ダミー電極１１Ａ、１２Ａ
を２本ずつ形成している。ダミー電極１１Ａ、１２Ａは
表示には関係がない電極であり、電流を流しても流さな
くてもよい。また、形成されるダミー電極１１Ａ、１２
Ａの数は従来技術において、表示品質の悪化する範囲に
属する透明電極の数に相当する。ダミー電極１１Ａ、１
２Ａが形成される領域をダミー電極領域１９とする。カ
ラーフィルター層１７は赤、緑、青を表示するためにそ
れぞれＲ、Ｇ、Ｂのカラー画素１７ａとカラー画素間に
形成される光を透過しないブラックマトリックスなどか
らなる遮光層１７ｂとから構成されている。本実施形態
において、ダミー電極１１Ａ、１２Ａによる表示を外部
から認識されないようにするために、図１に示すよう
に、ダミー電極領域１９の範囲内におけるカラーフィル
ター層１７にはブラックマトリックス１７ｂのみを形成
し、遮光膜１７Ｂを形成する。

【００２３】また、図１に示すように、透明電極１１
ａ、１２ａとダミー電極１１Ａ、１２Ａを形成した基板
１１、１２の内表面上には液晶を配向させるための配向
膜１１ｂ、１２ｂが形成されている。また、液晶表示装
置１０の裏表には偏光板１５、１６が取り付けられてい
る。

【００２４】なお、図示は省略しているが、基板１１及
び対向基板１２の間の距離（セル厚）を一定に保つため
のガラスやプラスチック、セラミックなどから形成され
る球状のスペーサーが基板１１、対向基板１２間に配置
される。

【００２５】配向膜１１ｂ、１２ｂには、初期状態にお
いて、液晶がツイスト角φになるように、また、液晶分
子がプレティルト角θ１、θ２で配向膜１１ｂ、１２ｂ
に接するように、配向処理が施されている。

【００２６】本実施形態においては、初期状態におい
て、配向膜１１ｂ、１２ｂに接している液晶分子のダイ
レクターベクトルと基板１１、１２とのなす角度θ１、
θ２が互いに逆符号の関係にある。例えば、初期状態に
おいて、液晶のツイスト角φが１８０゜である場合に
は、図１に示すように配向膜１１ｂ、１２ｂに接してい
る液晶分子のダイレクターベクトルと基板１１、１２と
のなす角度θ１、θ２は互いに反平行となる。また、こ
のとき、配向膜１１ｂ、１２ｂにはそれぞれ矢印Ｒ１方
向（図示右向き方向）、矢印Ｒ２方向（図示左向き方
向）にラビング処理が施されている。

【００２７】この液晶表示装置１０のカイラルネマティ
ック液晶は、フレデリクス転移を生じさせるのに十分な
電圧を印加した場合、緩和状態として初期状態とは異な
る２つの準安定状態を持つものであり、この２つの準安
定状態における液晶のツイスト角はそれぞれφ−１８０
゜、φ＋１８０゜である。例えば、初期状態の液晶のツ
イスト角φが１８０゜であるとき、準安定状態における
液晶のツイスト角は、一方は０゜（ユニフォーム状態）
で他方は３６０゜となる。フレデリクス転移後にいずれ
の準安定状態に移行するかは、その後に印加する電圧の
波形及び絶対値に依存し、準安定状態はいずれも自発的
に初期状態へ緩和する性質を有する。

【００２８】液晶表示装置１０は、印加電圧に依存して
生じるこの２つの準安定状態間を選択的にスイッチング
（双安定性スイッチング）し、この２つの準安定状態が
偏光板１５、１６によって、光学的に識別されることを
利用して表示を行う。

【００２９】本実施形態の液晶表示装置１０の面積は、
図面上は図６に示した従来の液晶表示装置１００に比較
して大きく構成されているが、透明電極１１ａ、１２ａ
及びダミー電極１１Ａ、１２Ａの１本の太さは数１０μ
ｍ程度であり、ダミー電極領域１９はシール材１４の内
側から３００μｍ程度であるので、従来の液晶表示装置
１００と同等の面積を有するものである。

【００３０】本実施形態によれば、表示領域１８の範囲
内において、最端部に配置される透明電極１１ａ、１２
ａの外側に少なくとも１つのダミー電極１１Ａ、１２Ａ
を形成することにより、表示領域１８の周縁部において
も四方に透明電極が隣接し、表示領域１８の中心部と同
様のパターンとなるため、表示領域１８の範囲内で形状
効果に起因する特異的な液晶の挙動は発生しないので、
表示品質に優れた液晶表示装置を提供することができ
る。

【００３１】また、本実施形態においてダミー電極領域
１９の範囲内に遮光膜１７Ｂを形成することにより、ダ
ミー電極１１Ａ、１２Ａによる表示は外部から認識され
ないので、ダミー電極を形成しても表示に悪影響を与え
ることはない。

【００３２】さらに、この液晶表示装置を表示面の前面
側に備えることにより、表示品質の優れた電子機器を提
供することができる。

【００３３】本実施形態において、遮光膜１７Ｂをカラ
ーフィルター層１７に形成したが、これに限らず、ダミ
ー電極１１Ａ、１２Ａによる表示を外部から認識されな
いように遮光膜１７Ｂを形成すればよいので、液晶表示
装置１０又はそれを備える電子機器の内部において、ダ
ミー電極１２Ａと液晶表示装置１０の最表面又は電子機
器の最表面との間のいずれかの箇所にダミー電極１１
Ａ、１２Ａを覆うように遮光膜１７Ｂを形成すればよ
い。また、遮光膜１７Ｂを設けなくても液晶表示装置１
０を備える電子機器において、ダミー電極１１Ａ、１２
Ａを覆うようにカバー等が配置されていれば遮光膜１７
Ｂの代用とすることができ、同様の効果を得ることがで
きる。

【００３４】第２実施形態図３には本発明に係る第２実施形態の白黒表示用の単純
マトリックスタイプの液晶表示装置２０の概略断面図を
示す。

【００３５】液晶表示装置２０において、液晶表示装置
１０と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明は省
略する。

【００３６】図３に示すように、液晶表示装置２０にお
いては、液晶表示装置１０と同様に基板１１と対向基板
１２とがそれぞれの基板の周縁部においてシール材１４
を介して所定間隔で貼着され、基板１１、対向基板１２
間にカイラルネマティック液晶層１３が封入されてい
る。また、液晶表示装置２０において、液晶表示装置１
０と同様に透明電極１１ａ、１２ａとダミー電極１１
Ａ、１２Ａが形成されている。

【００３７】本実施形態において、ダミー電極１１Ａ、
１２Ａによる表示を外部から認識されないようにするた
めに、偏光板１６の外表面上において、ダミー電極領域
１９の範囲内に遮光膜２１を形成する。

【００３８】本実施形態によれば、第１実施形態と同様
に表示領域１８の範囲内において最端部に配置される透
明電極１１ａ、１２ａの外側に少なくとも１つのダミー
電極１１Ａ、１２Ａを形成することにより、表示領域１
８の周縁部においても四方に透明電極が隣接し、表示領
域１８の中心部と同様のパターンとなるため、表示領域
１８の範囲内で形状効果に起因する特異的な液晶の挙動
は発生しないので、表示品質に優れた液晶表示装置を提
供することができる。

【００３９】また、本実施形態においては偏光板１６の
外表面上のダミー電極領域１９の範囲内に遮光膜２１を
形成することにより、ダミー電極１１Ａ、１２Ａによる
表示は外部から認識されないので、ダミー電極１１Ａ、
１２Ａを形成しても表示に悪影響を与えることはない。

【００４０】さらに、この液晶表示装置を表示面の前面
側に備えることにより、表示品質の優れた電子機器を提
供することができる。

【００４１】本実施形態において、遮光膜２１を偏光板
１６の外表面上に形成したが、これに限らず、ダミー電
極１１Ａ、１２Ａによる表示を外部から認識されないよ
うに遮光膜２１を形成すればよいので、液晶表示装置２
０又はそれを備える電子機器の内部において、ダミー電
極１２Ａと液晶表示装置２０の最表面又は電子機器の最
表面との間のいずれかの箇所にダミー電極１１Ａ、１２
Ａを覆うように遮光膜２１形成すればよい。また、遮光
膜２１を設けなくても液晶表示装置２０を備える電子機
器において、ダミー電極１１Ａ、１２Ａを覆うようにカ
バー等が配置されていれば遮光膜の代用とすることがで
き、同様の効果を得ることができる。

【００４２】次に、前記の第１、第２実施形態の液晶表
示装置１０、２０のいずれかを備えた電子機器の具体例
について説明する。

【００４３】図４(a)は携帯電話の一例を示した斜視図
である。図４(a)において、２００は携帯電話本体を示
し、２０１は前記の液晶表示装置１０又は２０を備えた
液晶表示部を示している。

【００４４】図４(b)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４(b)
において、３００は情報処理装置、３０１はキーボード
などの入力部、３０３は情報処理本体、３０２は前記の
液晶表示装置１０又は２０を備えた液晶表示部を示して
いる。

【００４５】図４(c)は腕時計型電子機器の一例を示し
た斜視図である。図４(c)において、４００は時計本体
を示し、４０１は前記の液晶表示装置１０又は２０を備
えた液晶表示部を示している。

【００４６】図４(a)〜(c)に示すそれぞれの電子機器
は、前記の液晶表示装置１０又は２０を備えたものであ
るので、表示品質の優れたものとなる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
示領域内において最端部に配置される透明電極の外側に
少なくとも１つのダミー電極を形成することにより、表
示領域の周縁部においても四方に透明電極が隣接し、表
示領域の中心部と同様のパターンとなるため、表示領域
内において、形状効果に起因する特異的な液晶の挙動を
防止できるので、表示品質に優れた液晶表示装置を提供
することができる。また、この液晶表示装置を表示面の
前面側に備えることにより、表示品質の優れた電子機器
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る実施形態の液晶表示装置
の構造を示す概略断面図である。

【図２】図２は本発明に係る実施形態の液晶表示装置
の構造を示す概略平面図である。

【図３】図３は本発明に係る実施形態の液晶表示装置
の構造を示す概略断面図である。

【図４】図４(a)は上記実施形態を備えた携帯電話の
一例を示す図、図４(b)は上記実施形態を備えた携帯型
情報処理装置の一例を示す図、図４(c)は上記実施形態
を備えた腕時計型電子機器の一例を示す図である。

【図５】図５は従来の液晶表示装置の構造を示す概略
断面図である。

【図６】図６は従来の液晶表示装置の構造を示す概略
平面図である。

【符号の説明】

１０、２０液晶表示装置１１基板１２対向基板１１ａ、１２ａ透明電極１１Ａ、１２Ａダミー電極１１ｂ、１２ｂ配向膜１３液晶層１４シール材１５、１６偏光板１７カラーフィルター層１７ａカラー画素１７ｂ遮光層（ブラックマトリックス）１７Ｂ遮光膜（ブラックマトリックス）１８表示領域１９ダミー電極領域２１遮光膜Ｒ１、Ｒ２ラビング方向 θ１、θ２配向膜に接する液晶のダイレクターベ
クトルと基板とのなす角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 EA03 GA02 HA02 HA04 JA28 LA06 MA04 2H092 GA05 GA61 JB52 NA04 NA29 NA30 PA03 QA18 5C006 AF59 BA11 BB12 FA22 5C080 AA10 BB05 DD05 DD09 JJ06 5C094 AA02 BA43 CA19 CA24 DA14 EA01 EA04 EB02 EC03 ED02 ED14 ED15 ED20 HA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内表面上に透明電極と液晶を配向するた
めの配向膜が形成された一対の基板間にカイラルネマテ
ィック液晶を挟持し、該カイラルネマティック液晶は初
期状態において、ツイスト角φのねじれ構造を有し、該
初期状態にフレデリクス転移を生じさせる電圧を印加し
た後の緩和状態として該初期状態とは異なる２つの準安
定状態を有する液晶装置において、前記基板上におい
て、表示領域の最端部に配置される前記透明電極の外側
に少なくとも１つのダミー電極を形成したことを特徴と
する液晶装置。
【請求項２】請求項１記載の液晶装置において、前記
ダミー電極と前記液晶装置の最表面との間に、該ダミー
電極を覆う遮光膜を形成したことを特徴とする液晶装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の液晶装置に
おいて、前記配向膜と接している液晶分子のダイレクタ
ーベクトルと前記基板面とのなす角度が、初期状態にお
いて逆符号の関係にあることを特徴とする液晶装置。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１
項記載の液晶装置において、前記２つの準安定状態にお
ける液晶のツイスト角は、一方はφ−１８０゜、他方は
φ＋１８０゜であることを特徴とする液晶装置。
【請求項５】請求項１、請求項３又は請求項４のいず
れか１項に記載された液晶装置を表示面の前面側に備え
る電子機器において、前記ダミー電極と前記電子機器の
最表面との間に、該ダミー電極を覆う遮光膜を形成した
ことを特徴とする電子機器。