JP2005128083A - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 垂直配向タイプの液晶表示装置において、特定の視角方向の特性を改善し、且つ応答速度を向上する手法を提供する。
【解決手段】 本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に垂直配向タイプの液晶層５０を挟持してなり、所定のドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３毎に表示を行う液晶表示装置であって、一つのドット領域Ｄ１には複数のサブドット領域（島状部）が構成され、該複数のサブドット領域が一つのドット領域Ｄ１内において連結部３９にて連結されてなる。各サブドット領域には、該サブドット領域毎に垂直配向状態にある液晶分子の傾倒方向を、自身の周りに略放射状に傾倒するように規制する凸状部２８が形成され、該凸状部２８は、サブドット領域の中心から離れて配設されてなることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関し、特に垂直配向型の液晶を用いた液晶表示装置において、特定の視角方向の表示特性を向上させる技術に関するものである。

従来のＴＮモードを採用した液晶表示装置には、視角が狭いという課題があったため、近年は視角が広いＶＡ（垂直配向）モードが採用されている。このＶＡモードでは、液晶が電圧によって倒れる方向を何らかの方法で制御する必要がある。つまり、ＶＡモードを採用した場合には一般にネガ型液晶を用いるが、初期配向状態で液晶分子が基板面に対して垂直に立っているものを、電圧印加により倒すわけであるから、何も工夫をしなければ液晶分子の倒れる方向を制御できず、配向の乱れ（ディスクリネーション）が生じて光抜け等の表示不良が生じ、表示特性を落としてしまう。そこで、垂直配向した液晶分子の倒れる方向を規制する技術として、例えば特許文献１のような技術が開示されている。
特開２００３−４３５２５号公報

上記特許文献１では、表示を構成する最小単位である１ドットを、さらに複数のサブドットに分割して互いを連結し、各サブドットの中心部に突起を形成している。このように構成することによって、液晶分子は電圧印加時に突起を中心に放射状に配向することとなり、３６０°全方位にわたってコントラストが高い広視角な表示を実現している。しかしながら、このような構成を採用したとしても、ＣＲＴやＰＤＰ等の発光型の表示装置と比べると決して十分なものではなかった。例えば、上述のような突起を形成した液晶表示装置の視角依存性について、極角（パネル法線方向からの傾き角）４０°で透過率が２割、６０°で同じく透過率が４割も損なわれる場合がある。その一方で、全く利用されない視角方向にも光が分配されていることは大きな無駄であった。さらに、ＶＡモードに限らず液晶表示装置全体に共通する課題であるが、動画を表示するには応答速度が十分ではなく、表示に尾引きが生じるという問題もある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、垂直配向タイプの液晶表示装置において、特定の視角方向の特性を改善し、且つ応答速度を向上させる手法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持してなり、所定のドット領域毎に表示を行う液晶表示装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶にて構成され、一つのドット領域には複数のサブドット領域が構成され、該複数のサブドット領域が一つのドット領域内においてそれぞれ連結部にて電気的に接続されてなる一方、前記各サブドット領域には、垂直配向状態にある液晶分子の傾倒方向を自身の周りに略放射状に傾倒するように規制する配向規制手段が形成されて、各サブドット領域毎に液晶分子の配向規制が行われるとともに、前記配向規制手段は、そのサブドット領域の中心から離れて配設されてなることを特徴とする。

本発明は、垂直配向タイプの液晶表示装置、つまり初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶にて構成された液晶層を備える液晶表示装置において、液晶分子の電圧印加により倒れる方向を好適に規制し、且つ所定の視角方向の表示特性を向上させる手法を提供するものである。つまり、表示単位であるドット領域をさらに複数のサブドット領域に分割して互いを連結し、各サブドット領域に上記配向規制手段を形成することで、液晶分子の傾倒方向をサブドット領域単位で配向規制手段を中心に放射状に規制可能とするとともに、その配向規制手段をサブドット領域の中心から離れた位置に配設（偏心）することで、サブドット領域内で傾倒方向毎に液晶分子の割合を異ならしめることを可能とした。したがって、例えば特定の視角方向に指向する液晶分子の割合が増えるように配向規制手段を偏心させることで、その視角方向の表示の明るさを向上させることが可能となる。

さらに、本発明では配向規制手段を偏心させているため、該配向規制手段とサブドット領域の外端との距離が小さい領域と、該距離が大きい領域とが形成されることとなる。ここで、液晶分子は配向規制手段を起点として順々に傾倒していくため、該距離が小さい領域では液晶分子の応答速度は早くなる一方、該距離が大きい領域では液晶分子の応答速度は遅くなる。この応答特性をドット全体で平均して見ると、サブドットの中心に配向規制手段を配設した場合に比して、入射光に対する出射光の割合（光出射率）が０％から９０％となる応答速度は遅くなるものの、０％から６０％となる応答速度は速くなる結果が得られた。つまり、配向規制手段を偏心させることで、６０％程度の光出射率が得られるまでの応答速度を速めることが可能となり、これは動画表示に際して非常に有利となり、例えば高速で動く物体のコントラストを向上させることが可能となる。

このような本発明の液晶表示装置は、例えばナビゲーションシステム用やパソコン用等に好適な表示装置となる。つまり、これら表示装置では動画表示が採用される場合が多く、またナビゲーションシステム用の表示装置では、２時方向視角（運転席）と１０時方向視角（助手席）から観察することが多い為、その視角方向に液晶分子が指向するべく配向規制手段を偏心するものとすれば良い。また、パソコン用の表示装置では、主に正面から観察し、１０時方向、１２時方向、２時方向から覗き込む場合もあるが、殆ど６時方向から覗き込むことがないため、該６時方向に液晶分子が指向しないように配向規制手段を偏心するものとすれば良い。

本発明の液晶表示装置において、前記配向規制手段として、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板の液晶層側に形成された凸状部が具備されてなるものとすることができる。この場合、凸状部の凸形状に沿って液晶分子の傾倒方向を規制することが可能となり、このようなる凸状部は、垂直配向した液晶分子について、電界（電極間の電界）変化に基づいて倒れる方向を規制する構成を具備しているものとすることができる。具体的には、基板内面から液晶層に突出する形にて、基板面に対して所定の傾斜面を備えた凸状部、例えば円錐状、多角錘状の突起物として構成することが好ましく、凸形状の表面（傾斜面）を液晶分子の垂直配向方向に対して所定の角度だけ傾斜するように構成することが好ましい。凸状部の傾斜面については、その最大傾斜角が２°〜２０°であることが好ましい。この場合の傾斜角とは、基板と凸状部の傾斜面とのなす角度で、凸形状が曲表面を有している場合には、その曲表面に接する面と基板とのなす角度を指すものとする。この場合の最大傾斜角が２°未満の場合、液晶分子の倒れる方向を規制するのが困難となる場合があり、また最大傾斜角が２０°を超えると、その部分から光漏れ等が生じコントラスト低下等の不具合が生じる場合がある。

また、前記一対の基板の液晶層側にはそれぞれ電極が配設されてなり、前記配向規制手段として、前記電極のうちの少なくとも一方を部分的に切り欠いてなる電極スリットが具備されてなるものとすることができる。このような電極へのスリット形成により液晶分子の傾倒方向が規制されるのは、電極の一部を切り欠いてスリットを形成することで、該スリットから対向側の電極に対して斜め電界が生じ、該斜め電界に応じて、初期状態で垂直配向した液晶分子の電圧印加時の傾倒方向が規制されることに基づくものである。

前記配向規制手段の平面形状は、中心点に対して点対称若しくは概ね点対称な形状を有するものとすることができる。このような配向規制手段を配設することにより、液晶分子の傾倒方向が配向規制手段を中心として放射状に一層確実に規制されることとなる。なお、配向規制手段の平面形状は、具体的には円形又は正多角形若しくは略円形又は略正多角形とすることができる。

また、前記サブドット領域の平面形状は、中心点に対して点対称若しくは概ね点対称な形状を有するものとすることができる。この場合、サブドット領域内での液晶分子の傾倒方向を一層確実に放射状に指向させることが可能となる。なお、サブドット領域の平面形状は、具体的には円形又は正多角形若しくは略円形又は略正多角形とすることができる。

さらに、前記配向規制手段の平面形状と、前記サブドット領域の平面形状とが概ね相似の関係にあるものとすることができる。この場合、配向規制手段を中心として傾倒した液晶分子が、サブドット領域内で配向の乱れを生じることなく一層確実に放射状に傾倒することとなる。また、配向規制手段の平面形状とサブドット領域の平面形状とが多角形で構成されている場合、該配向規制手段の各辺とサブドット領域の各辺が互いに平行となるように配設されていれば、液晶分子の配向乱れが一層生じ難いものとなる。

次に、前記複数のサブドット領域のうち少なくとも２以上のサブドット領域において、各配向規制手段を、各サブドット領域の中心から離間する方向及び／又は離間する距離が異なるように構成することができる。この場合、各サブドット領域毎に異なる視角特性を得ることが可能となる。そこで、例えば各サブドット領域が透過表示用サブドット領域と反射表示用サブドット領域とを含み、該透過表示用サブドット領域と反射表示用サブドット領域とにおいて、各配向規制手段を、各サブドット領域の中心から離間する方向及び／又は離間する距離が異なるように構成することで、透過表示と反射表示の視角特性を異ならしめることが可能となる。

前記配向規制手段は、当該液晶表示装置の表示において視角を広げる方向に対応して、前記サブドット領域の中心から離れて配設されてなるものとすることができる。つまり、サブドット領域内の配向規制手段の位置と視角を広げる方向とには相関があり、例えば一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側にバックライトが設けられ、前記上基板の外面側から表示が視認される液晶表示装置においては、前記配向規制手段を前記上基板の内面側に配設する場合、該配向規制手段は、前記サブドット領域の中心から当該液晶表示装置の表示において視角を広げる方向とは反対側の方向に離れて配設されてなるものとすることができる。一方、前記配向規制手段を前記下基板の内面側に配設する場合、該配向規制手段は、前記サブドット領域の中心から当該液晶表示装置の表示において視角を広げる方向と同一の方向に離れて配設されてなるものとすることができる。

本発明の配向規制手段は、液晶分子が自身の周りに略放射状に傾倒するように規制するものであるため、これを上基板と下基板のいずれに配設するかによって液晶分子の傾倒方向が逆向きとなる。したがって、配向規制手段を上基板に配設する場合には、サブドット領域の中心から視角を広げる方向とは反対側の方向に離れて配設すればよく、下基板に配設する場合には、サブドット領域の中心から視角を広げる方向と同一の方向に離れて配設すればよい。なお、視角を広げる方向と反対側の方向に配設するか、或いは同一の方向に配設するかは、液晶分子の倒れる方向に拠り、特に配向規制手段として、液晶分子を自身の周りに略放射状に傾倒させるような、さらに具体的には液晶分子を自身の外側に向けて放射状に傾倒するような凸状部や電極スリットを適用する場合には、上述のような態様でサブドット領域の中心から離れて配設すればよい。

また、前記サブドット領域の中心から前記配向規制手段の中心を通って該サブドット領域の外端に至るまでの距離をｙとしたときに、前記配向規制手段の中心は、前記サブドット領域の中心から０．０５ｙ〜０．７ｙだけ離間して配設されてなるものとすることができる。このような距離だけ配向規制手段の中心をサブドット領域の中心から離間させることで、一層確実に特定の視角方向の表示特性を向上させることが可能となる。上記距離が０．０５ｙ未満の場合、明るさ（透過率）が最大となるところが正面からずれていることが認識できない場合があり、また、０．７ｙを超えると、偏心が大きくなりすぎて、液晶分子の配向乱れが生じる場合がある。

また、前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層側には反射層が設けられ、前記上基板の外面側から表示が視認されるものとすることができる。このように本発明の配向規制手段の構成は、透過型の液晶表示装置のみならず、反射型の液晶表示装置にも適用することができる。このような反射型の液晶表示装置においては、前記サブドット領域の中心から前記配向規制手段の中心を通って該サブドット領域の外端に至るまでの距離をｙとしたときに、前記配向規制手段の中心は、前記サブドット領域の中心から０．５ｙ〜０．７ｙだけ離間して配設されてなるものとするのが良い。反射型の液晶表示装置では、光の入射時と出射時の双方において、液晶分子の配向が視角特性に影響するため、上記のように偏心する距離をできるだけ大きくすることが好ましく、０．５ｙ未満の場合は、明るさ（入射光に対する出射光の割合）の最大となるところが正面からずれていることを認識できない場合がある。

また、半透過反射型の液晶表示装置に本発明の構成を採用することも可能である。つまり、１つのドット領域内に透過表示を行う透過表示領域と、反射表示を行う反射表示領域とを具備してなる液晶表示装置、具体的には前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側にバックライトを設けるとともに、該下基板の液晶層側に所定領域のみに選択的に形成された反射層を設け、該反射層が形成された領域を反射表示領域として、該反射層が形成されていない領域を透過表示領域として含む液晶表示装置に本発明の構成を適用することができる。

なお、半透過反射型の液晶表示装置においては、前記反射表示領域であって、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板と前記液晶層との間に、前記反射表示領域と前記透過表示領域とで前記液晶層の層厚を異ならせる液晶層厚調整層を設けるものとすることができる。このように反射表示領域に対して選択的に液晶層厚調整層を設けることによって、反射表示領域におけるリタデーションと透過表示領域におけるリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上を図ることが可能となる。

本発明の配向規制手段として凸状部を採用する場合、その突出高さが０．０５μｍ〜１．５μｍ程度であることが好ましい。突出の高さが０．０５μｍよりも小さいと液晶分子の倒れる方向を規制することが困難となる場合があり、また突出の高さが１．５μｍよりも大きいと凸状部の頂部分と底部分とで液晶層のリタデーション差が大きくなりすぎて表示特性を損なう惧れがある。

次に、本発明の電子機器は、上記記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器によると、残像やしみ状のむら等の表示不良が抑えられ、さらには特定の視野方向において高い表示特性を示す表示部を備えた電子機器を提供することが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

［第１の実施の形態］
以下に示す本実施の形態の液晶表示装置は、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode, 以下、ＴＦＤと略記する）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例であり、特に垂直配向タイプの液晶を用いた透過型の液晶表示装置である。
図１は、本実施の形態の液晶表示装置１００についての等価回路を示している。この液晶表示装置１００は、走査信号駆動回路１１０及びデータ信号駆動回路１２０を含んでいる。液晶表示装置１００には、信号線、すなわち複数の走査線１３と、該走査線１３と交差する複数のデータ線９とが設けられ、走査線１３は走査信号駆動回路１１０により、データ線９はデータ信号駆動回路１２０により駆動される。そして、各画素領域１５０において、走査線１３とデータ線９との間にＴＦＤ素子４０と液晶表示要素１６０（液晶層）とが直列に接続されている。なお、図１では、ＴＦＤ素子４０が走査線１３側に接続され、液晶表示要素１６０がデータ線９側に接続されているが、これとは逆にＴＦＤ素子４０をデータ線９側に、液晶表示要素１６０を走査線１３側に設ける構成としても良い。

次に、図２に基づいて、本実施の形態の液晶表示装置１００に具備された電極の平面構造（画素構造）について説明する。図２に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１００では、走査線１３にＴＦＤ素子４０を介して接続された平面視矩形状の画素電極３１がマトリクス状に設けられており、該画素電極３１と紙面垂直方向に対向して共通電極９が短冊状（ストライプ状）に設けられている。共通電極９はデータ線からなり走査線１３と交差する形のストライプ形状を有している。本実施の形態において、各画素電極３１が形成された個々の領域が１つのドット領域であり、マトリクス状に配置された各ドット領域毎にＴＦＤ素子４０が具備され、該ドット領域毎に表示が可能な構造になっている。

ここでＴＦＤ素子４０は走査線１３と画素電極３１とを接続するスイッチング素子であって、ＴＦＤ素子４０は、Ｔａを主成分とする第１導電膜と、第１導電膜の表面に形成され、Ｔａ_２Ｏ_３を主成分とする絶縁膜と、絶縁膜の表面に形成され、Ｃｒを主成分とする第２導電膜とを含むＭＩＭ構造を具備して構成されている。そして、ＴＦＤ素子４０の第１導電膜が走査線１３に接続され、第２導電膜が画素電極３１に接続されている。

次に、図３に基づいて本実施の形態の液晶表示装置１００の画素構成について説明する。図３（ａ）は、液晶表示装置１００の画素構成、特に画素電極３１の平面構成を示す模式図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す模式図である。本実施の形態の液晶表示装置１００は、図２に示したようにデータ線９と走査線１３とが交差する領域付近に画素電極３１を備えてなるドット領域を有している。このドット領域内には、図３（ａ）に示すように一のドット領域に対応して３原色のうちの一の着色層が配設され、３つのドット領域（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）で各着色層２２Ｂ（青色），２２Ｇ（緑色），２２Ｒ（赤色）を含む画素を形成している。

一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１００は、下基板（素子基板）１０と、これに対向配置された上基板（対向基板）２５との間に初期配向状態が垂直配向をとる液晶、すなわち誘電異方性が負の液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。なお、透過率向上のために、液晶材料にカイラル剤を添加するものとしても良い。

下基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａの表面に、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）からなる画素電極３１が形成され、画素電極３１上にはポリイミド等からなる配向膜２７が形成されている。配向膜２７は液晶分子を膜面に対して垂直に配向させる垂直配向膜として機能するものであって、ラビングなどの配向処理は施されていない。

ここで、画素電極３１は、図３（ａ）に示すように１つのドット領域（例えばＤ３）内において複数（本実施形態では３つ）の島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃを含んで構成されており、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは連結部３９，３９にて電気的に接続されている。つまり、本実施形態では、下基板１０側の画素電極３１が、複数の島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、隣接する各島状部を互いに電気的に接続する連結部３９，３９とを含んで構成されており、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃがそれぞれサブドット領域を構成しているのである。

このように各ドット領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、それぞれ略同じ形状（相似形状）の複数のサブドット領域を有してなり、各サブドット領域（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の形状は図３では正八角形状であるが、これに限らず、例えば円形状、その他多角形状、好ましくは正多角形状のものとすることができ、すなわち中心点に対して点対称若しくは略点対称な形状を採用することができる。また、１ドット領域中のサブドット領域の数は、３つに限定されるものではない。サブドット領域には応答速度と透過率の観点で最適な大きさがあり、それは概ね直径４０μｍ〜５０μｍ程度の大きさであるため、ドット領域の大きさによっては、１ドット領域の中にサブドット領域を２個乃至１２個並べた方が良い場合もある。

なお、画素電極３１において、各島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間には、該画素電極３１を部分的に切り欠いた形状のスリット３２（連結部３９，３９を除いた部分）が形成されることとなる。このようなスリット３２を形成することで、該スリット形成領域において各電極９，３１間に斜め電界が生じることとなる。その結果、該斜め電界に応じて、初期状態で垂直配向した液晶分子の電圧印加に基づく傾倒方向が規制されることとなる。

次に、上基板２５側においては、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２５Ａの内面側（基板本体２５Ａの液晶層側）に、カラーフィルタ２２（図３（ｂ）では赤色着色層２２Ｒ）が設けられている。ここで、着色層２２Ｒの周縁は金属クロム等からなるブラックマトリクスＢＭにて囲まれ、ブラックマトリクスＢＭにより各ドット領域Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３の境界が形成されている（図３（ａ）参照）。

また、カラーフィルタ２２の内面側には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）からなるストライプ状の共通電極９が形成されている。なお、共通電極９は図３（ｂ）において紙面垂直方向に延びる形のストライプ状に形成されており、該紙面垂直方向に並んで形成されたドット領域の各々に共通の電極として構成されている。

さらに、共通電極９の内面側には、該共通電極９（下基板２５）の内面から液晶層５０に突出してなる凸状部２８が形成され、該凸状部２８及び共通電極９の内面側を覆う形にて配向膜３３が形成されている。なお、配向膜３３は液晶分子を膜面に対して垂直に配向させる垂直配向膜として機能するものであって、ラビングなどの配向処理は施されていない。

ここで、凸状部２８は、アクリル樹脂等の透光性の誘電体から構成されてなり、上基板２５の内面から液晶層５０に凸形状を付与する挟持面凸形状付与手段として機能しており、具体的には共通電極９上から液晶層５０に所定の高さ（例えば０．０５μｍ〜１．５μｍ程度）突出して構成されている。さらに詳しくは、凸状部２８は共通電極９の内面に対して所定の傾斜面を備える正八角錘状の突起物として構成され、その傾斜面は最大傾斜角が２°〜２０°となるように設計されている。なお、この場合の傾斜角とは、共通電極９の内面と凸状部２８の傾斜面とのなす角度で、凸形状が曲表面を有している場合には、その曲表面に接する面と共通電極９の内面とのなす角度を指すものとする。なお、凸状部２８は正八角錘状に限らず、例えば円錘状、円錐台状、多角錘台状、半球状の突起物として構成することもできる。

また、凸状部２８は各サブドット領域（島状部３ａ１，３１ｂ，３１ｃ）に１つ配設され、各サブドット領域毎に液晶分子の配向分割が行われている。凸状部２８の平面形状は、図３（ａ）に示すように正八角形とされており、つまりサブドット領域（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の平面形状と相似若しくは略相似に構成されている。そして、凸状部２８を平面視した場合に、その外形の各辺がサブドット領域の外形の各辺と平行若しくは略平行となるように配設されている。なお、凸状部２８の平面形状も正八角形に限らず、例えば円形状、その他多角形状、好ましくは正多角形状のものとすることができ、すなわち中心点に対して点対称若しくは略点対称な形状を採用することができる。

さらに、凸状部２８は、自身の属するサブドット領域（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の中心から離れて位置するよう偏心して配設されており、詳しくは図６に示すように、サブドット領域の中心Ｏから距離ｘだけ離れて配設されている。ここで、距離ｘは、サブドット領域の中心Ｏから凸状部２８の中心を通って該サブドット領域の外端に至るまでの距離をｙとしたときに、０．０５ｙ≦ｘ≦０．７ｙ（本実施の形態ではｘ＝０．３ｙ）を満たすものとされている。また、この凸状部２８は、サブドット領域の中心Ｏから表示画面において６時の方向にずれた構成とされている。

このような構成の凸状部２８を配設したことにより、該凸状部２８の傾斜面に沿って、初期状態で垂直配向した液晶分子の電圧印加に基づく傾倒方向が規制されることとなる。なお、凸状部２８は、下基板１０側に形成された電極スリット３２，３２の間に平面的に位置するように配設されており、つまり凸状部２８と電極スリット３２とは一つのドット領域内において互い違いの位置に配設されている。

次に、図３に示すように、下基板１０の外面側（液晶層５０を挟持する面とは異なる側）には位相差板１８及び偏光板１９が、上基板２５の外面側にも位相差板１６及び偏光板１７が形成されており、基板内面側（液晶層５０側）に円偏光を入射可能に構成されており、これら位相差板１８及び偏光板１９、位相差板１６及び偏光板１７が、それぞれ円偏光板を構成している。偏光板１７（１９）は、所定方向の偏光軸を備えた直線偏光のみを透過させる構成とされ、位相差板１６（１８）としてはλ／４位相差板が採用されている。このような円偏光板としては、その他にも偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板を組み合わせた構成のもの（広帯域円偏光板）を用いることが可能で、この場合、黒表示をより無彩色にすることができるようになる。また、偏光板とλ／２位相差板とλ／４位相差板、及びｃプレート（膜厚方向に光軸を有する位相差板）を組み合わせた構成のものを用いることも可能である。なお、下基板１０に形成された偏光板１９の外側には透過表示用の光源たるバックライト１５が設けられている。

ここで、本実施の形態の液晶表示装置１００においては、液晶層５０の液晶分子を配向規制するために、つまり初期状態において垂直配向にある液晶分子について、電極間に電圧を印加した際の傾倒方向を規制する手段として、上述の通り上基板２５の内面側（液晶層側）に凸状部２８が形成され、下基板１０の内面側（液晶層側）に電極スリット３２が形成されている。凸状部２８は自身の傾斜面に沿って液晶分子の傾倒方向を規制し、電極スリット３２は対向する電極との間で斜め電界を生じさせ、該斜め電界に基づいて液晶分子の傾倒方向を規制している。なお、共通電極９に形成した凸状部２８は、画素電極３１に形成したスリット３２との間で平面視した場合に交互の位置関係となるように構成されており、その結果、該凸状部２８とスリット３２との間において同一方向に液晶分子の傾倒方向を規制することが可能となる。

そして、本実施の形態の液晶表示装置１００では、特に凸状部２８が、そのサブドット領域内で液晶分子を自身の周りに略放射状に傾倒することができるように、その縦断面が略左右対称の形をなしている。つまり電圧印加時に液晶分子を略３６０°全方向に倒すことが可能なように、その縦断面が略左右対称な形状であって、その平面形状が中心点に対して略点対称な形状を有する配向規制手段として構成されている。なお、このようにサブドット領域内で液晶分子の傾倒方向を略放射状に規制するためには、凸状部２８のような誘電体突起を基板内面に形成する他、該凸状部２８と同一の平面形状を有する電極スリットを形成するものとしても良い。つまり、サブドット領域（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）毎に、画素電極３１に対して正多角形や円形等の開口部を形成するものとしても、液晶分子を開口部周りに略放射状に傾倒させることが可能となる。

一方、本実施の形態では、配向規制手段たる凸状部２８をサブドット領域の中心Ｏから偏心して配設しているため、特定の視角方向において透過率が高くなる特性を有している。つまり、本実施の形態では、凸状部２８をサブドット領域の中心Ｏから表示画面において６時方向に、ｘ＝０．３ｙ（図６参照）を満たすようにずらして配設しているため、表示画面上において高透過率のピークが１２時方向にずれて観察されることとなる。

図８は本実施の形態の液晶表示装置１００において、透過率の視角依存性を示す説明図であって、極角（パネル法線方向からの傾き角）毎に等透過率となる範囲を示したものである。このように、高透過率のピークが正面から１２時方向に移動しており、その結果、１２時方向を中心に１０時から２時方向の透過率が高くなっていることが分かる。これは、液晶分子が凸状部２８を中心に放射状に傾倒するとともに、６時方向に凸状部２８を偏心させることで、液晶分子のうち、バックライト１５側から表示画面側に向かう方向が６時方向となる光に対して、平行になるように傾倒する液晶分子が相対的に多くなることに拠るものである。

なお、上基板２５側に島状部を備えた画素電極を配設し、下基板１０側に凸状部を備えたストライプ状の共通電極を配設する場合にも、該凸状部を偏心させることで特定の視角方向の透過率を高めることが可能である。この場合、下基板１０側の凸状部の偏心方向を１２時方向とすれば、表示画面上の高透過率のピークが１２時方向に移動することとなる。これは、液晶分子の傾倒方向が、凸状部を上基板２５側或いは下基板１０のいずれに形成するかによって異なるためである。

さらに、本実施の形態では、凸状部２８を偏心させて配設しているため、凸状部２８と画素電極３１の周縁（島状部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの周縁）との距離が狭くなった領域の応答速度が速くなり、逆に広くなった領域の応答速度が遅くなる。これは、垂直配向した液晶分子が、凸状部２８を起点として順々に動作するためである。そこで、本実施の形態の液晶表示装置１００の応答速度を測定したところ、図９に示すような結果が得られた。図９は、時間と透過率の関係を示すグラフであり、実線は本実施の形態の液晶表示装置であって凸状部２８を偏心させたもの、破線は比較例の液晶表示装置であって凸状部を偏心させずサブドット領域の中心に配設したものの結果を示している。

図９に示すように、本実施の形態の液晶表示装置では、サブドット領域の中心に凸状部を配設した比較例に比して、透過率が０％から９０％となる応答速度は遅くなるものの、０％から６０％となる応答速度は速くなる結果が得られた。つまり、配向規制手段たる凸状部を偏心させることで、中間の透過率（例えば６０％程度）に至るまでの応答速度を速めることが可能となり、これは動画表示に際して非常に有利となり、例えば高速で動く物体のコントラストを向上させることが可能となる。

このように応答速度が速く、１２時方向において透過率が高くなる視角特性を示す本実施の形態の液晶表示装置１００は、例えばナビゲーションシステム用やパソコン用等に好適な表示装置となる。これら表示装置では動画表示が採用される場合が多く、またナビゲーションシステム用の表示装置では、２時方向視角（運転席）と１０時方向視角（助手席）から観察することが多いためである。また、パソコン用の表示装置では、主に正面から観察し、１０時方向、１２時方向、２時方向から覗き込む場合もあるが、殆ど６時方向から覗き込むことがないため、本実施の形態の液晶表示装置１００を採用することが好ましい。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図４は、第２の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、画素電極を反射膜にて構成した点が主に異なっている。したがって、図４においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、第２の実施の形態の液晶表示装置２００は反射型の液晶表示装置であって、下基板１０の内面に形成された画素電極３１０がアルミニウム等の金属反射膜にて構成してなり、その表面には凹凸形状が付与されている。このような凹凸により反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止される。なお、反射型の液晶表示装置のため、下基板１０の外面側（液晶層５０を挟持する面とは異なる側）には位相差板、偏光板、及びバックライトは設けられていない。

また、上基板２５の内面に形成された共通電極９のさらに内面側には、第１の実施の形態と同様に誘電体からなる凸状部２８ａが形成されている。ここで、本実施の形態の凸状部２８ａは、図４（ａ）及び図７に示すように、サブドット領域の中心Ｏから離間して配設されており、その離間距離ｘ’が、サブドット領域の中心Ｏから凸状部２８ａの中心を通って該サブドット領域の外端に至るまでの距離をｙ’としたときに、０．５ｙ’≦ｘ’≦０．７ｙ’（本実施の形態ではｘ’＝０．５ｙ’）を満たすものとされている。なお、この凸状部２８ａは、サブドット領域の中心Ｏから表示画面において６時の方向にずれた構成とされている。

このような第２の実施の形態の液晶表示装置２００においても、配向規制手段たる凸状部２８ａをサブドット領域の中心Ｏから偏心して配設したため、特定の視角方向の光反射率が高くなる表示特性を示すこととなる。特に、凸状部２８ａを６時方向にずらしているため、高透過率のピークが１２時方向に移動し、該１２時方向を中心に１０時から２時方向の透過率が高くなる。

また、本実施の形態の液晶表示装置２００は反射型であるため、光の入射時と出射時の双方において、液晶分子の配向が視角特性に影響するため、上記のように凸状部２８ａの偏心する距離をできるだけ大きくしている。なお、偏心距離ｘ’が０．５ｙ’未満の場合は、明るさ（入射光に対する出射光の割合）の最大となるところが正面からずれていることが認識できない惧れがある。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図５は、第３の実施の形態の液晶表示装置について、平面図及び断面図を示すもので第１の実施の形態の図３に相当する模式図である。本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、画素電極を反射膜にて構成した点が主に異なっている。したがって、図５においては図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、第３の実施の形態の液晶表示装置３００は半透過反射型の液晶表示装置であって、下基板１０の内面に形成される画素電極が、アルミニウム等の金属反射膜３１０と、ＩＴＯ等の透明電極膜３２にて構成されている。これら金属反射膜３１０と透明電極膜３２は、それぞれサブドット領域を構成する島状部を形成し、具体的には金属反射膜３１０が島状部３１ａを構成し、透明電極膜３２が島状部３１ｂ，３１ｃを構成している。そして、金属反射膜３１０と透明電極３１とは連結部３９にてそれぞれ電気的に接続されている。金属反射板と透明電極が、例えばアルミニウムとＩＴＯのように仕事関数差が大きな組み合わせの場合は、その起電力が表示と信頼性に悪影響を及ぼすため、金属反射板全体を覆って透明電極を設ける構成が好ましい。なお、金属反射膜３１０の表面には凹凸形状が付与されており、これにより反射光が散乱されるため、外部からの映り込みが防止される。ここで、金属反射膜３１０の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、透明電極３１の形成領域が透過表示領域Ｔとなる。

また、上基板２５の内面側に形成されたカラーフィルタ２２の内面側には、反射表示領域Ｒに対応する位置に絶縁膜２６が選択的に形成されている。すなわち、反射膜２０の上方に位置するように選択的に絶縁膜２６が形成され、該絶縁膜２６の形成に伴って液晶層５０の層厚を反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで異ならしめている。絶縁膜２６は例えば膜厚が０．５〜２．５μｍ程度のアクリル樹脂等の有機膜からなり、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、自身の層厚が連続的に変化するべく傾斜面を備えている。絶縁膜２６が存在しない部分の液晶層５０の厚みが２〜５μｍ程度とされ、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚みは透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚みの約半分とされている。このように絶縁膜２６は、自身の膜厚によって反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの液晶層５０の層厚を異ならせる液晶層厚調整層（液晶層厚制御層）として機能するものである。そして、このような絶縁膜２６を設けたことによって反射表示領域Ｒの液晶層５０の厚みを透過表示領域Ｔの液晶層５０の厚みの略半分と小さくすることができるので、反射表示に寄与するリタデーションと透過表示に寄与するリタデーションを略等しくすることができ、これによりコントラストの向上が図られている。

さらに、絶縁膜２６を含むカラーフィルタ２２の内面側には共通電極９が形成され、さらに該共通電極９の内面側には、配向規制手段たる凸状部２８ａ，２８が形成されている。これら凸状部２８ａ，２８は、サブドット領域の中心から離れて配設されるとともに、その偏心位置（サブドット領域の中心からの離間距離）が、透過表示領域Ｔに形成された凸状部２８と、反射表示領域Ｒに形成された凸状部２８ａとで異なるものとされている。

具体的には図６に示すように透過表示領域Ｔに配設した凸状部２８の離間距離ｘは、０．０５ｙ≦ｘ≦０．７ｙ（本実施の形態ではｘ＝０．３ｙ）を満たすものとされており、反射表示領域Ｒに配設した凸状部２８ａの離間距離ｘ’は、図７に示すように０．５ｙ’≦ｘ’≦０．７ｙ’（本実施の形態ではｘ’＝０．５ｙ’）を満たすものとされている。なお、本実施の形態では、ｙ＝ｙ’である。さらに、凸状部２８，２８ａは、それぞれサブドット領域の中心Ｏから表示画面において６時の方向にずれた構成とされている。

このような第３の実施の形態の液晶表示装置３００においても、配向規制手段たる凸状部２８，２８ａをサブドット領域の中心Ｏから偏心して配設したため、特定の視角方向の光透過率又は光反射率が高くなる表示特性を示すこととなる。特に、凸状部２８，２８ａを６時方向にずらしているため、高透過率のピークが１２時方向に移動し、該１２時方向を中心に１０時から２時方向の透過率が高くなる。

また、本実施の形態の液晶表示装置３００は半透過反射型であるため、透過表示用サブドット領域（島状部３１ｂ，３１ｃ）と、反射表示用サブドット領域（島状部３１ａ）とにおいて、それぞれの凸状部２８，２８ａを、各サブドット領域の中心から離間する距離が異なるように構成している。つまり、透過表示用サブドット領域においては、バックライト１５から出射した光は液晶層５０を１回のみ通過する一方、上基板２５の外面から入射した光は液晶層５０を２回通過するため、上述の通り、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとで各凸状部２８，２８ａの離間する距離を異ならせ、液晶分子の倒れる方向の割合を異ならしめるものとしている。例えば、反射表示領域では観察者の上方から照射される光を有効利用するために透過率のピークが１２時方向になるように構成し、透過表示領域では透過率のピークが正面（パネル法線方向）になるように構成することができる。

なお、第１〜第３の実施の形態の液晶表示装置において、サブドット領域毎に、凸状部のサブドット領域の中心から離間する方向を異ならしめることも可能である。この場合、サブドット領域毎に視角特性が異なり、例えば３時方向と９時方向の双方に光出射率の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。

［実施例］
以下、第１の実施の形態の液晶表示装置１００について、凸状部２８の偏心位置を幾つか異ならせ、透過率の視角依存性の違いを検討した。図１０〜図１２は、その結果を示すものであって、第１の実施の形態で検討した図８と同様、透過率の視角依存性を示す説明図である。図１０は凸状部２８の離間距離ｘを０．０５ｙとした場合の透過率の視角依存性を示し、図１１は凸状部２８の離間距離ｘを０．５ｙとした場合の透過率の視角依存性を、図１２は凸状部２８の離間距離ｘを０．７ｙとした場合の透過率の視角依存性を示したものである。

図１０に示すように偏心させる距離が小さいと、視角と応答速度の改善効果が小さくなり、特にｘ＜０．０５ｙの条件では、高透過率のピークが正面からずれていることを認識できない場合があった。

一方、図１１や図１２に示すように偏心させる距離を大きくすると、高透過率のピークが正面からずれていることが明確に認識できるようになるが、サブドット領域のうち、凸状部２８に対して該凸状部２８の偏心方向とは反対側の領域において、液晶分子の配向乱れが生じる惧れが高くなる。しかしながら、凸状部２８の偏心方向側の領域では液晶分子の配向規制力が高まるため、その正常な配向が反対側の領域にも波及し、凸状部２８の偏心させる距離を比較的大きくした場合にも液晶分子の配向乱れは生じ難いものとなる。

なお、偏心距離が極端に大きくなって、サブドット領域のうち上記偏心方向側の領域が狭くなると、正常な配向の波及も生じ難くなり、液晶層５０のスペーサーやゴミの存在、温度変化、隣接画素の電位等の僅かな要因で液晶分子の配向乱れが生じ易くなる。特にｘ＞０．７ｙを超えて偏心させた場合には、液晶分子の配向乱れが一層生じ易くなる。

以上のような結果より、第１の実施の形態の透過型液晶表示装置１００においては、配向規制手段たる凸状部２８の離間距離ｘは、０．０５ｙ≦ｘ≦０．７ｙとするのが好ましいことが分かる。

一方、第１の実施の形態では、凸状部２８の離間方向（偏心方向）を６時方向としたが、この離間方向（偏心方向）を８時方向とした場合について透過率の視角依存性を検討した。図１３はその結果を示す説明図である。図１３に示すように、凸状部２８の離間方向（偏心方向）を８時方向とすることで、高透過率のピークが２時方向に移動しており、その結果、２時方向を中心に１２時方向から４時方向の透過率が高くなっていることが分かる。このような視角特性を示す液晶表示装置は、２時方向視角（運転席）から観察することの多いナビゲーションシステムの表示装置として好適である。

［電子機器］
次に、本発明の上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図１４は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１４において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記液晶表示装置を用いた表示部を示している。このような携帯電話等の電子機器の表示部に、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた場合、特定の視角方向において表示特性の高い液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではＴＦＤをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した例を示したが、スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置にも本発明の構成を適用することが可能である。なお、スイッチング素子としてＴＦＴを用いる場合、上記実施の形態において、下基板１０の内面側に配設された画素電極にＴＦＴ素子を接続する一方、上基板２５の内面側に配設された共通電極９を全面ベタ状に構成するものとすれば良い。

本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の等価回路図。 同、液晶表示装置のドットの構造を示す平面図。 同、液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。 第２の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。 第３の実施の形態の液晶表示装置の要部を示す平面模式図及び断面模式図。 第１の実施の形態の液晶表示装置における凸状部の偏心態様を示す説明図。 第２の実施の形態の液晶表示装置における凸状部の偏心態様を示す説明図。 第１の実施の形態の液晶表示装置における透過率の視角依存性を示す説明図。 第１の実施の形態の液晶表示装置と比較例の液晶表示装置における応答速度の違いを示す説明図。 凸状部の偏心距離を変化させた実施例における透過率の視角依存性を示す説明図。 凸状部の偏心距離を変化させたその他の実施例における透過率の視角依存性を示す説明図。 凸状部の偏心距離を変化させたその他の実施例における透過率の視角依存性を示す説明図。 凸状部の偏心方向を変化させた実施例における透過率の視角依存性を示す説明図。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。

符号の説明

９…共通電極、２８…凸状部、３１…画素電極、３２…電極スリット、５０…液晶層、ＢＭ…ブラックマトリクス、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ドット領域

Claims (17)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなり、所定のドット領域毎に表示を行う液晶表示装置であって、
   前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶にて構成され、
   一つのドット領域には複数のサブドット領域が構成され、該複数のサブドット領域が一つのドット領域内においてそれぞれ連結部にて電気的に接続されてなる一方、
   前記各サブドット領域には、垂直配向状態にある液晶分子の傾倒方向を自身の周りに略放射状に傾倒するように規制する配向規制手段が形成されて、各サブドット領域毎に液晶分子の配向規制が行われるとともに、
   前記配向規制手段は、そのサブドット領域の中心から離れて配設されてなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記配向規制手段は、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板の液晶層側に形成された凸状部であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記一対の基板の液晶層側にはそれぞれ電極が配設されてなり、
   前記配向規制手段は、前記電極のうちの少なくとも一方を部分的に切り欠いてなる電極スリットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記配向規制手段の平面形状が、中心点に対して点対称若しくは略点対称な形状を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記配向規制手段の平面形状が、円形又は正多角形若しくは略円形又は略正多角形であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記サブドット領域の平面形状が、中心点に対して点対称若しくは概ね点対称な形状を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記サブドット領域の平面形状が、円形若しくは正多角形若しくは略円形又は略正多角形であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記配向規制手段の平面形状と、前記サブドット領域の平面形状とが相似若しくは概ね相似の関係にあることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記配向規制手段は、当該液晶表示装置の表示において視角を広げる方向に対応して、前記サブドット領域の中心から離れて配設されてなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側にはバックライトが設けられ、前記上基板の外面側から表示が視認されるとともに、
    前記配向規制手段は、前記上基板の内面側であって、且つ前記サブドット領域の中心から当該液晶表示装置の表示において視角を広げる方向とは反対側の方向に離れて配設されてなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層と反対側にはバックライトが設けられ、前記上基板の外面側から表示が視認されるとともに、
    前記配向規制手段は、前記下基板の内面側であって、且つ前記サブドット領域の中心から当該液晶表示装置の表示において視角を広げる方向と同一の方向に離れて配設されてなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
12. 前記サブドット領域の中心から前記配向規制手段の中心を通って該サブドット領域の外端に至るまでの距離をｙとしたときに、前記配向規制手段の中心が、前記サブドット領域の中心から０．０５ｙ〜０．７ｙだけ離間して配設されてなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
13. 前記一対の基板として上基板と下基板とを含み、前記下基板の液晶層側には反射層が設けられ、前記上基板の外面側から前記反射層にて反射された光に基づく表示が視認されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
14. 前記サブドット領域の中心から前記配向規制手段の中心を通って該サブドット領域の外端に至るまでの距離をｙとしたときに、前記配向規制手段の中心が、前記サブドット領域の中心から０．５ｙ〜０．７ｙだけ離間して配設されてなることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 前記複数のサブドット領域のうち少なくとも２以上のサブドット領域において、各配向規制手段は、各サブドット領域の中心から離間する距離及び／又は離間する方向が異なることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
16. 前記複数のサブドット領域は、透過表示を行う透過表示用サブドット領域と、反射表示を行う反射表示用サブドット領域とを含み、該透過表示用サブドット領域と反射表示用サブドット領域とにおいて、各配向規制手段は、各サブドット領域の中心から離間する距離及び／又は離間する方向が異なることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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