JP2013105031A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広視野角での高コントラストを実現することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一対の透明電極１３で液晶層１１を挟んで構成される垂直配向型の液晶表示装置は、一対の透明電極１３が第１透明電極１３Ａと第２透明電極１３Ｂとで構成され、第１透明電極１３Ａに、第１スリット２１で６方向が囲まれた単位領域Ｓが複数並設されると共に、隣接する単位領域Ｓどうしが少なくとも一箇所の接続部で連接されるよう第１スリット２１に不連続部２２を設けてなる連続パターンを形成し、第２透明電極１３Ｂには、液晶層１１の厚み方向に沿う方向視で第１スリット２１と重複しない位置に第２スリット３１を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一対の透明電極で液晶層を挟んで構成される垂直配向型の液晶表示装置に関する。

従来、表示装置として視野角を広げると共にコントラストを高めるべく、ＶＡ（Vertical Alignment：垂直配向）型の液晶ディスプレイが利用されてきた。中でも、更に視野角を広げる技術として、ＰＭＶＡ（Pattern Multi Vertical Alignment)型も利用されている。この種の技術として下記に出典を示す特許文献１及び２に記載のものがある。

特許文献１に記載の液晶表示素子は、一対の透明電極に、互いに直交するＸ軸及びＹ軸で規定された表示領域に対して、Ｘ軸に対し傾斜した方向に長手の第１スリット部と、Ｘ軸に対し第１スリット部とは反対方向に傾斜した方向に長手の第２スリット部とを備えて構成される。一方の透明電極の第１スリット部と他方の透明電極の第１スリット部とがＹ軸方向に交互に配置されると共に、一方の透明電極の第２スリット部と他方の透明電極の第２スリット部とがＹ軸方向に交互に配置される。

また、特許文献２に記載の広視野角液晶表示装置は、互いに対向して配置される第１電極及び第２電極に、それぞれ複数の第１開口部及び複数の第２開口部が形成される。この第１開口部及び第２開口部は、厚み方向に見た場合、閉じた閉曲線を形成するように構成される。

特開２００７−２５６３００号公報 特開平１１−３５２４９０号公報

特許文献１及び２に記載の技術では、透明電極の通電時の開口率が低いのでコントラストを高くすることができない。更には、効率も悪くなり省エネルギー化にも反する。また、配向安定性も悪く、更に視野角を広げることは容易ではない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、視野角が広く、コントラストが高い液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示装置の特徴構成は、
一対の透明電極で液晶層を挟んで構成される垂直配向型であり、
前記一対の透明電極が第１透明電極と第２透明電極とで構成され、
前記第１透明電極に、第１スリットで６方向が囲まれた単位領域が複数並設されると共に、隣接する前記単位領域どうしが少なくとも一箇所の接続部で連接されるよう前記第１スリットに不連続部を設けてなる連続パターンを形成し、
前記第２透明電極には、前記液晶層の厚み方向に沿う方向視で前記第１スリットと重複しない位置に第２スリットを備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、液晶分子を単位領域に起因して主に６方向に配向させることができるので、視野角を広げることができる。更には、開口率を高くすることができるので、コントラストも高めることが可能となる。

また、前記単位領域の形状が多角形形状を呈すると好適である。

単位領域の形状が多角形であれば、液晶分子を多くの方向に沿って配向させることが可能となる。

また、前記単位領域につき前記不連続部を二箇所設けてあり、所定方向に隣接する一対の前記単位領域をみたとき、当該一対の単位領域が有する全ての前記不連続部が直線状に配置されていると好適である。

このような構成とすれば、単位領域の形状を同一のものとすることができる。したがって、製造工程を簡素化することができるので、製造コストを低減できる。また、各単位領域を横断する状態に通電できるので、各単位領域の通電状態を一様にすることができる。

また、前記第２スリットが、前記液晶層の厚み方向に沿う方向視で前記単位領域の夫々の中央に設けた点状領域であると好適である。

このような構成とすれば、第１透明電極と第２透明電極とが対向する領域の面積を広くすることができると共に、第１透明電極と第２透明電極との間に生じる電界の強度が著しく弱い部分が生じなくすることができる。したがって、液晶分子の配向を適切に変更することできる。

或いは、前記不連続部を直線状に配置することで前記単位領域を形成する前記第１スリットを分割し、前記直線状の不連続部に対して一方側にある前記分割された一方の第１スリットどうしを連接して構成した第１連続スリットを並設しても良い。

このような構成であっても、単位領域の形状を同一のものとすることができる。したがって、製造工程を簡素化することができるので、製造コストを低減できる。また、各単位領域を横断する状態に通電できるので、各単位領域の通電状態を一様にすることができる。

また、前記第２スリットが、前記第１連続スリットと同じ形状であり、前記液晶層の厚み方向視において、前記第１連続スリットと重複しない状態で並設されてあると好適である。

このような構成であっても、第１透明電極と第２透明電極とが対向する領域の面積を広くすることができるので、第１透明電極と第２透明電極との間に生じる電界の強度が著しく弱い部分が生じなくすることができる。したがって、液晶分子の配向を適切に変更することできる。

液晶表示装置を模式的に示した斜視図である。 第１の実施形態に係る透明電極を模式的に示した図である。 液晶分子の配向について模式的に示した図である。 等コントラスト曲線の見方について示した図である。 第１の実施形態に係る透明電極を備えた液晶表示装置の評価結果を示した図である。 比較対照の透明電極を備えた液晶表示装置の評価結果を示した図である。 第２の実施形態に係る透明電極を模式的に示した図である。 第２の実施形態に係る透明電極を備えた液晶表示装置の評価結果を示した図である。 その他の実施形態に係る透明電極を模式的に示した図である。 その他の実施形態に係る透明電極を備えた液晶表示装置の評価結果を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る液晶表示装置１００の構成を模式的に示した図である。本液晶表示装置１００は一対の透明電極で液晶層を挟んで構成される垂直配向型であり、視野角が広く、コントラストが高い特性を有するように構成される。

１．液晶表示装置の全体構成
図１に示されるように、液晶表示装置１００は、液晶層１１、配向膜１２、透明電極１３、ガラス基板１５、偏光板１６、バックライト１７を備えて構成される。

液晶層１１は有機物の一種の液体である液晶材料からなる。この液晶材料は、棒状又は円盤状等の液晶分子を含んで構成される。液晶分子は、当該液晶分子の長軸方向に対して長距離秩序を有する。これにより、液晶材料は、液体でありながら固体と同様の規則正しい分子配列を有することができる。配向膜１２は一対の配向膜１２Ａ、１２Ｂからなり、液晶層１１を挟持する。配向膜１２は、液晶分子の長軸方向が無通電状態において配向膜１２Ａ及び配向膜１２Ｂの対向方向に沿うように配列させる。

透明電極１３は一対の透明電極１３Ａ、１３Ｂからなり、上述の液晶層１１を挟持している状態の配向膜１２を更に外側から挟持する。透明電極１３は、液晶表示装置１００を駆動させる電極に相当する。透明電極１３に通電されることにより電界が生じ、液晶分子の配向が変更される。透明電極１３は、液晶表示装置１００としての表示の妨げとならないように、透明度の高い材料で構成される。

このような構造で構成される構造体の両側には、一対のガラス基板１５（１５Ａ、１５Ｂ）が設けられる。これにより、透明電極１３を他の導電物から絶縁する。更に外側には、偏光板１６が設けられる。したがって、偏光板１６も一対の偏光板１６Ａ、１６Ｂからなる。偏光板１６は、入射光に対して特定の光のみを透過させるように所定の吸収軸が設定される。本実施形態では、偏光板１６Ａの吸収軸は、ｘ方向の画素エッジ９１（図２参照）及びｙ方向の画素エッジ９２（図２参照）で規定された１画素における一対の対角線のうちの一方向に平行に設定される。また、偏光板１６Ｂの吸収軸は、前記一対の対角線のうちの他方向に平行に設定される。

偏光板１６Ｂの外側には、バックライト１７が設けられる。バックライト１７は、表示面を背面から均一に照射する。本発明に係る液晶表示装置１００はこのような構造で構成される。

２．透明電極の構成
２−１．第１の実施形態
次に、透明電極１３の構成について説明する。図２には、透明電極１３の模式図が示される。特に、（ａ）は液晶表示装置１００の１画素に対応する透明電極１３の展開図が示され、（ｂ）はその一部を拡大した正面視が示される。理解を容易にするために、図２においては配向膜１２は省略し、一対の透明電極１３Ａ，１３Ｂと液晶層１１が示される。本実施形態では、透明電極１３Ａを第１透明電極１３Ａとし、透明電極１３Ｂを第２透明電極１３Ｂとして説明する。

第１透明電極１３Ａには、第１スリット２１で６方向が囲まれた単位領域Ｓが複数並設される。第１スリット２１とは、所定の幅からなる第１透明電極１３Ａを開口する開口部である。したがって、第１スリット２１は、第１透明電極１３Ａとしては作用しない。６方向が囲まれた単位領域Ｓとは、本実施形態では正六角形で形成される領域が相当する。したがって、６方向とは正六角形が有する辺に直交する方向が相当する。これにより、単位領域Ｓの形状は、多角形形状を呈することになる。ここで、単位領域Ｓを形成する第１スリット２１のうち、対向する２つのスリット部分が、１画素を規定するｙ方向に平行な画素エッジ９２に対して平行に設けられる。

第１透明電極１３Ａには、このような正六角形の形状からなる単位領域Ｓが複数構成される。この際、互いに隣接する単位領域Ｓは、スリットの一部を共有して構成される。したがって、本実施形態に係る単位領域Ｓは、ハニカム状に構成される。なお、１画素を規定するｘ方向の画素エッジ９１及びｙ方向の画素エッジ９２の近傍においては、単位領域Ｓは正六角形を維持せず一部が切り欠かれた形状とされる。

また、このような第１スリット２１には、隣接する単位領域Ｓどうしが少なくとも一箇所の接続部で連接されるよう不連続部２２が設けられる。上述のように、互いに隣接する単位領域Ｓは、スリットの一部を共有して構成される。不連続部２２は、共有される一部のスリットに設けられる。したがって、不連続部２２が設けられるスリットは、他のスリットよりも短く構成される。このように構成されることにより、第１透明電極１３Ａには、不連続部２２が設けられた第１スリット２１を連続して配置した連続パターンが形成される。

また、図２に示されるように、単位領域Ｓが並設されることから、単位領域Ｓにつき不連続部２２が二箇所設けられる。このような不連続部２２は、所定方向に隣接する一対の単位領域Ｓをみたとき、１画素分の第１透明電極１３Ａにおいて、一対の単位領域Ｓが有する全ての不連続部２２が直線状に配置される。すなわち、１画素分の第１透明電極１３Ａが、図２（ａ）に示されるように正方形からなる場合には、所定方向とは一方の対角線の方向が相当する。したがって、１画素分における全ての単位領域Ｓの不連続部２２が、一方の対角線の方向に平行に配置される。このように構成することにより、１画素分における第１スリット２１を同一形状で構成することができるので、第１スリット２１を容易に形成することができる。したがって、第１透明電極１３Ａの製造コストを低減できる。

第２透明電極１３Ｂには、液晶層１１の厚み方向に沿う方向視で第１スリット２１と重複しない位置に第２スリット３１が備えられる。液晶層１１の厚み方向とは、第１透明電極１３Ａ及び第２透明電極１３Ｂに直交するｚ方向である。第２スリット３１は、第１透明電極１３Ａ及び第２透明電極１３Ｂをｚ方向から見て重複しないように設けられる。

本実施形態では、第２スリット３１は、液晶層１１の厚み方向に沿う方向視で単位領域Ｓの夫々の中央に設けた点状領域で構成される。第２スリット３１は、単位領域Ｓに相似する形状で構成すると好適である。係る場合、第２スリット３１は正六角形の形状で構成される。このように構成することにより、ｚ方向視において、第１スリット２１と第２スリット３１との間隔を全方位に亘って、不連続部２２を除いて略均等にすることができる。

このように構成することにより、第１透明電極１３Ａと第２透明電極１３Ｂとに電圧を印加した場合には、液晶層１１内に一様に電界を生じさせることができる。したがって、第１透明電極１３Ａと第２透明電極１３Ｂとに電圧を印加する前には、図３（ａ）に示されるような液晶層１１内の液晶分子が垂直配向していたものが、電圧を印加した場合には、図３（ｂ）に示されるように、第２スリット３１を中心として放射状に配向させることができる。このため、視野角を広くすることができると共に、コントラストも高めることが可能となる。

上記のように構成した液晶表示装置１００について、視覚特性の評価を行った。以下では、視覚特性の評価結果について等コントラスト曲線を用いて説明する。等コントラスト曲線とは、画面（ディスプレイ）の視覚特性を示す手法の一つであり、画面を様々な角度から観察した時のコントラストをプロットし、同一のコントラスト値を線で結んだグラフである。ここで、コントラストは、Ｔｏｎ（ＯＮ表示の透過率）／Ｔｏｆｆ（ＯＦＦ表示の透過率）で示される。

等コントラスト曲線は、図４に示されるような、観察位置と画面の法線とのなす角θと、画面のｘｙ平面とした際に、観察位置とｙ軸とがｘｙ平面上でなす角φとで規定された円グラフで示される。円グラフの外周に規定された角度がなす角φに対応し、円グラフの内部に規定された角度がなす角θに対応する。今回は、θは０°≦θ＜８０°とし、φは０°≦φ≦３６０°として評価した。また、評価条件としては、画面の１ラインの書き込み周期を１／６４周期とした。

本実施形態に係る等コントラスト曲線が、図５（ａ）に示される。一方、参考として単位領域を正方形で構成した第１スリットと、液晶層１１の厚み方向に沿う方向視で第１スリットと重複しない位置に単位領域を正方形で構成した第２スリットと、有する液晶表示装置（図６（ａ）の等コントラスト曲線が図６（ｂ）に示される。図５及び図６から明らかなように、本実施形態における液晶表示装置１００の方が、等コントラスト曲線が略同心円状であることから、視野角が広く、コントラストも一様であり、良好な視野角特性であることが理解される。また、正面視における透過率Ｔｏｎは、図６に係るものでは１．６％であったものが、本実施形態のものでは３．７％と大きく改善されていることがわかった。

また、ＯＮ画素を確認したところ、本実施形態に係る第１透明電極１３Ａ及び第２透明電極１３Ｂでも、適切に配向していることがわかった。更に、図６（ｃ）に係るものよりも、本実施形態のもの（図５（ｂ））の方が効率良く配向されており、明るい表示となっていることがわかった。

２−２．第２の実施形態
上述の第１の実施形態では、第１透明電極１３Ａの単位領域Ｓがハニカム状に形成され、第２スリット３１が点状領域で形成されるとして説明した。本実施形態に係る単位領域Ｓ及び第２スリット３１は、第１の実施形態の形状とは異なる形状で形成される。以下、図面を用いて説明する。

図７には、透明電極１３の模式図が示される。特に、（ａ）は液晶表示装置１００の１画素に対応する透明電極１の展開図が示され、（ｂ）はその一部を拡大した正面視が示される。理解を容易にするために、図７においては配向膜１２は省略し、一対の透明電極１３Ａ，１３Ｂのみが示される。本実施形態では、透明電極１３Ａを第１透明電極１３Ａとし、透明電極１３Ｂを第２透明電極１３Ｂとして説明する。

本実施形態に係る第１透明電極１３Ａには、不連続部２２を直線状に配置することで単位領域Ｓを形成する第１スリット２１を分割し、直線状の不連続部２２に対して一方側にある分割された一方の第１スリット２１どうしを連接して構成した第１連続スリット４１が並設されている。不連続部２２を直線状に配置するとは、不連続部２２を１画素分におけるｘ方向に沿って直線状に配置することを意味する。したがって、第１透明電極１３Ａをｘ方向の一端側からｘ方向に見た場合、ｘ方向の一端と他端との間には第１スリット２１が形成されていない。このように構成することにより、第１スリット２１がｙ方向に沿って２つに分割され、隣接する第１スリット２１どうしを互いに連接して第１連続スリット４１が構成される。ここで、本実施形態では、第１スリット２１は、正六角形を２つに分割したものが相当する。

また、第２スリット３１は、第１連続スリット４１と同じ形状であり、液晶層１１の厚み方向視において、第１連続スリット４１と重複しない状態で並設されている。液晶層１１の厚み方向視とは、ｚ方向から見た状態を示す。第２スリット３１も、また、第１スリット２１と同様に、直線状の不連続部３３が形成され、当該不連続部３３により分割された一方の第２スリット３１どうしを連接して第２連続スリット４２が形成される。この第２連続スリット４２は、ｚ方向視において、第１連続スリット４１と重複しないように配置される。すなわち、第２スリット３１は、第１スリット２１に対して当該第１スリット２１のｘ方向の半分だけ位置をずらして配置される。したがって、ｚ方向視において第１連続スリット４１と不連続部３３とが重複するように配置され、第２連続スリット４２と不連続部２２とが重複するように配置される。

このように構成することにより、上記第１の実施形態と同様に、ｚ方向視において、第１スリット２１と第２スリット３１との距離を略均等にすることができるので、第１透明電極１３Ａと第２透明電極１３Ｂとに電圧を印加した場合、第１透明電極１３Ａと第２透明電極１３Ｂとの間に生じる電界強度を一様にすることができる。したがって、液晶層１１内の液晶分子が一様に配向するので、視野角を広くすることができ、またコントラストも高くすることができる。

本実施形態に係る等コントラスト曲線が、図８に示される。図８（ａ）から明らかなように、本実施形態における液晶表示装置１００であっても、等コントラスト曲線が略同心円状であることから、視野角が広く、コントラストも一様であり、良好な視野角特性であることが理解される。また、正面視における透過率Ｔｏｎは、３．２％と大きく改善されていることがわかった。

また、ＯＮ画素を確認したところ、図８（ｂ）に示されるように、本実施形態に係る第１透明電極１３Ａ及び第２透明電極１３Ｂでも、適切に配向していることがわかった。更に、効率良く配向されており、明るい表示となっていることがわかった。

３．その他の実施形態
上記実施形態では、単位領域Ｓが正六角形の形状であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。六角形など正六角形以外の形状で構成することも当然に可能である。

上記第１の実施形態では、第２スリット３１が正六角形の形状で構成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第２スリット３１を例えば六角形や円形、他の多角形のような正六角形以外の形状で構成することも可能である。

上記第２の実施形態では、第１スリット２１及び第２スリット３１が、正六角形の単位領域Ｓを２つに分割して形状で構成されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示されるように、第１スリット２１及び第２スリット３１が、ｙ方向に平行な一対の辺が延長された六角形を２つに分割して構成することも可能である。このように延長した場合でも、第１透明電極１３Ａ及び第２透明電極１３Ｂのｚ方向視において、第１スリット２１と第２スリット３１とが重複しないように構成すると好適である。また、図９（ｂ）に示されるように、第１スリット２１と第２スリット３１との夫々のｙ方向に平行なスリットの長さが互いに等しく、且つ、当該平行なスリットが、ｙ方向における全長に亘って重複するように構成すると好適である。このように構成した場合でも、視野角を広くすることができると共に、コントラストも高めることが可能となる。

このように第１スリット２１及び第２スリット３１を形成した場合の液晶表示装置１００に係る等コントラスト曲線が、図１０（ａ）に示される。図１０（ａ）から明らかなように、このような第１スリット２１及び第２スリット３１であっても、図７（ａ）の等コントラスト曲線に比べて同芯円状であるので、良好な視野角特性であることが理解される。また、正面視における透過率Ｔｏｎは、３．０％と大きく改善されていることがわかった。

また、ＯＮ画素を確認したところ、図１０（ｂ）に示されるように、本実施形態に係る第１透明電極１３Ａ及び第２透明電極１３Ｂでも、適切に配向していることがわかった。更に、効率良く配向されており、明るい表示となっていることがわかった。

上記実施形態では、単位領域Ｓに不連続部２２が二箇所設けられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。不連続部２２を一箇所とすることも可能であるし、三箇所以上とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、不連続部２２が直線状に配置されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。複数の不連続部２２を非直線状に配置することも当然に可能である。

上記第１の実施形態では、第２スリット３１がｚ方向視において単位領域Ｓの中央に設けられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第２スリット３１を単位領域Ｓの中央以外の位置に配置することも当然に可能である。

上記実施形態では、偏光板１６Ａの吸収軸は、ｘ方向の画素エッジ９１及びｙ方向の画素エッジ９２で規定された１画素における一対の対角線のうちの一方向に平行に設定され、偏光板１６Ｂの吸収軸は、前記一対の対角線のうちの他方向に平行に設定されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。偏光板１６Ａ、１６Ｂの吸収軸は、対角線に対して平行でない方向に沿って設定することも当然に可能である。

本発明は、一対の透明電極で液晶層を挟んで構成される垂直配向型の液晶表示装置に利用することが可能である。

１１：液晶層
１３：透明電極
１３Ａ：第１透明電極
１３Ｂ：第２透明電極
２１：第１スリット
２２：不連続部
３１：第２スリット
１００：液晶表示装置
Ｓ：単位領域

Claims (6)

1. 一対の透明電極で液晶層を挟んで構成される垂直配向型の液晶表示装置であって、
   前記一対の透明電極が第１透明電極と第２透明電極とで構成され、
   前記第１透明電極に、第１スリットで６方向が囲まれた単位領域が複数並設されると共に、隣接する前記単位領域どうしが少なくとも一箇所の接続部で連接されるよう前記第１スリットに不連続部を設けてなる連続パターンを形成し、
   前記第２透明電極には、前記液晶層の厚み方向に沿う方向視で前記第１スリットと重複しない位置に第２スリットを備えている液晶表示装置。
2. 前記単位領域の形状が多角形形状を呈する請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記単位領域につき前記不連続部を二箇所設けてあり、
   所定方向に隣接する一対の前記単位領域をみたとき、当該一対の単位領域が有する全ての前記不連続部が直線状に配置されている請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２スリットが、前記液晶層の厚み方向に沿う方向視で前記単位領域の夫々の中央に設けた点状領域である請求項１から３の何れか一項に記載の液晶表示装置。
5. 前記不連続部を直線状に配置することで前記単位領域を形成する前記第１スリットを分割し、前記直線状の不連続部に対して一方側にある前記分割された一方の第１スリットどうしを連接して構成した第１連続スリットを並設してある請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 前記第２スリットが、前記第１連続スリットと同じ形状であり、前記液晶層の厚み方向視において、前記第１連続スリットと重複しない状態で並設されてある請求項５に記載の液晶表示装置。