液晶表示素子
【課題】 垂直配向型液晶表示素子において表示均一性を実現する。
【解決手段】 液晶表示素子は、所定の間隔で対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の電極と、前記一対の基板の他方の対向面側に、前記第１の電極と交差するように短冊状に形成された複数本の第２の電極と、前記一対の基板のいずれか一方又は両方の対向面側に形成され、前記第２の電極の長手方向と直交しない方向に配向処理を行った配向膜と、前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差して複数の画素を構成し、前記配向処理により規定された配向方位とは異なる方位に前記液晶層の中央分子が配向する異配向領域が、隣接する画素において同じ画素エッジ付近に発現することを特徴とする。
【解決手段】 液晶表示素子は、所定の間隔で対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の電極と、前記一対の基板の他方の対向面側に、前記第１の電極と交差するように短冊状に形成された複数本の第２の電極と、前記一対の基板のいずれか一方又は両方の対向面側に形成され、前記第２の電極の長手方向と直交しない方向に配向処理を行った配向膜と、前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差して複数の画素を構成し、前記配向処理により規定された配向方位とは異なる方位に前記液晶層の中央分子が配向する異配向領域が、隣接する画素において同じ画素エッジ付近に発現することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶層内の液晶分子が基板に対して垂直に配向している垂直配向型液晶表示素子は、電圧無印加時における黒レベルが非常に良好で、液晶セルの片側、又は両側の上下偏光板間に、適切なパラメータを持つ負の光学異方性を有する光学補償板を導入することにより、非常に良好な視角特性を有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１７は、従来の垂直配向型液晶表示素子の一例を表す概略断面図である。
【０００４】
第１の基板（上側基板）１と第２の基板（下側基板）２が対向し、その間に液晶層３を挟持する。第１の基板１は、透明基板１３の対向表面上に透明電極（セグメント電極）１４を形成し、その上に垂直配向膜１５を塗布し、その表面を１８で示す方向にラビング処理したものであり、外側表面上には視角補償板１２と偏光板１１が配置されている。第２の基板２は、第１の基板１同様、透明基板２３の対向表面上に透明電極（コモン電極）２４を形成し、その表面を垂直配向膜２５で覆い、矢印２８の方向にラビング処理したものである。外側表面上には視角補償板２２と偏光板２１が配置されている。液晶層３は、基板１、２の面に垂直に配向する性質を有する液晶分子を含み、ラビング処理１８、２８により、基板の法線方向から一定の角度のプレチルトを有する。下側基板２の下方にはバックライト４が配置されている。
【０００５】
２枚の上下偏光板１１、２１は、その吸収軸が互いに略直交する様に配置され、一方の偏光板の吸収軸は液晶層中央分子の配向方位に対して略４５°に配置される。液晶表示素子の左右、または上下方位に対してその吸収軸は略４５°に配置される。視覚補償板１２、２２は負の一軸光学異方性または負の二軸光学異方性を有するフィルム状の材料を用いる。負の二軸光学異方性を有するフィルムの場合、その面内遅層軸は近接する偏光板吸収軸に対して略直交であることが好ましい。
【０００６】
図１７に示す液晶表示素子の場合、上下基板のラビング方位はそれぞれ１２時方位（矢印１８の方向）、６時方位（矢印２８の方向）に設定されたアンチパラレル配向状態に定義されている。液晶材料には、誘電率異方性が負のものを用い、上下基板面内の透明電極１４、２４間に電圧が印加されたときには、液晶層３の大部分の領域において、液晶分子がこの配向方位に向かって基板面に水平に再配向される。
【０００７】
図１８は、図１７の透明電極（セグメント電極）１４及び透明電極（コモン電極）２４の電極パターンを表す概略平面図である。この平面図は、図１７の液晶表示素子を法線方向から見たものである。なお、図１７と同じ参照番号は、同一の部材を表すので、その説明は省略する。
【０００８】
図１８では、上側電極が６時から１２時方位に短冊状電極形状を有するセグメント電極１４であり、下側電極がその直交方向に短冊状電極形状を有するコモン電極２４である。セグメント電極１４とコモン電極２４とが交差する四角形の領域が１画素を構成する。
【０００９】
以上のような液晶表示素子構成にすることにより液晶表示素子の６時方位に最も表示品位に優れる最良視認方位を配置することが出来る。一方、この最良視認方位を１８０°回転した方位においては液晶表示素子の法線方向を基準にある極角角度をつけて観察することにより明表示部が非常に暗くなり表示コントラストが低くなる反視認方位が存在する。最良視認方位及び反視認方位と直交する方位である液晶表示素子の左右方位は比較的良好な視角特性が得られる。
【００１０】
電圧印加時に液晶層３にねじれ配向は存在しないが、液晶材料にカイラル材を添加することによりねじれ配向を誘起できる。また、ラビング方位は上下基板で必ずアンチパラレル配向条件でなくても良い。ラビング処理を片側基板だけに施す方法も適用できるし、上下ラビング方向がねじれていても良い。但し、ラビング方向がねじれている場合には液晶中央分子配向が液晶表示素子の上下方位になるように設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２３４２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
最大コントラストが得られる駆動電圧において、図１７に示す従来の垂直配向型液晶表示素子の外観を観察すると、最良視認方位や素子左右方位では観察極角角度を変化させてもドットマトリックス表示部全体が均一な表示状態を実現しているのに対して、反視認方位を中心に時計、反時計回りで６０°方位程度においては、表示均一性が不十分であり、特に反視認方位から観察した場合はざらつき状に感じられ、表示品位が著しく低下する場合がある。
【００１３】
発明の目的は、表示均一性を実現する垂直配向型液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一観点によれば、液晶表示素子は、所定の間隔で対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の電極と、前記一対の基板の他方の対向面側に、前記第１の電極と交差するように短冊状に形成された複数本の第２の電極と、前記一対の基板のいずれか一方又は両方の対向面側に形成され、前記第２の電極の長手方向と直交しない方向に配向処理を行った配向膜と、前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差して複数の画素を構成し、前記配向処理により規定された配向方位とは異なる方位に前記液晶層の中央分子が配向する異配向領域が、隣接する画素において同じ画素エッジ付近に発現することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、垂直配向型液晶表示素子において表示均一性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例による液晶表示素子５０の平面図である。
【図２】透明電極（セグメント電極）１４及び透明電極（コモン電極）２４の電極パターンを表す概略平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例による液晶表示素子５０の構成を表す概略断面図である。
【図４】ラビング方位φ＝５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図５】ラビング方位φ＝１０°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図６】ラビング方位φ＝１５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図７】ラビング方位φ＝−５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図８】ラビング方位φ＝−１０°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図９】ラビング方位φ＝−１５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図１０】ブラッククロスの交点の出現位置の計測方法を説明するための図及び計測結果を表す表である。
【図１１】液晶セルを反視認方位から見たときのざらざら感を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【図１２】カイラル材入りの液晶セルを反視認方位から見たときのざらざら感を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【図１３】従来例による液晶表示素子のドットマトリクス表示部の液晶セルの観察写真である。
【図１４】本発明の実施例による液晶表示素子５０のドットマトリクス表示部５２の液晶セルの観察写真である。
【図１５】本発明の実施例の第１の変形例を表す平面図である。
【図１６】本発明の実施例の第２の変形例を表す平面図である。
【図１７】従来の垂直配向型液晶表示素子の一例を表す概略断面図である。
【図１８】従来の垂直配向型液晶表示素子のドットマトリックス電極パターンを表す概略平面図である。
【図１９】図１７及び図１８に示す電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の１画素内の液晶ダイレクタ分布を表す概念図である。
【図２０】図１７に示す従来の液晶表示素子における明表示時の配向組織を偏光顕微鏡にて観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１７に示す従来の垂直配向型液晶表示素子において上下電極間に電圧が印加された場合、セグメント電極１４、コモン電極２４が上下で重なる領域のほとんどにおいては各々の基板上のラビング方位によって規定された液晶層中央分子配向方位に従って液晶分子は傾斜しているが、短冊状コモン電極間のように一方の電極が存在しない領域においては図１７の点線で示されるように上下方位に対して斜めの電界が生じる。
【００１８】
この領域の液晶層中央分子はこの斜め電界に直交する方位に液晶分子の長軸方向が向くため、ラビング方位によって規定された配向方位とは異なる方位に液晶層中央分子が配向する領域が発現する。この領域はセグメント電極１４とコモン電極２４が交差する領域を画素とするとその画素のエッジ周辺に現れる。
【００１９】
図１９は、図１７及び図１８に示す電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の１画素内の液晶ダイレクタ分布を表す概念図である。図中、各領域の液晶層中央分子の配向方位は矢印であらわされている。
【００２０】
１画素の中央領域は図中のセグメント、コモン基板のラビング方位１８、２８に従って規定される方位に均一に配向しているが、画素の左右、および上エッジ近辺においてはラビング処理によって規定された配向方位とは異なる方位に配向する傾向が見られる。これは画素エッジ近辺に発生したセグメント、コモン電極間の斜め電界の影響によるものである。
【００２１】
エッジ周辺と中央領域間では中央分子は面内で連続的に回転して配向する傾向が見られる。図１９の画素に対して上下に配置されたクロスニコル偏光板１１、２１の偏光板吸収軸が液晶層中央分子の配向方位に対して略４５°傾けて配置された場合、液晶層中央分子が画素に対して上下方位、または左右方位に配向している領域は良好な明表示が得られるが、上記の連続的に回転している部分を始め、偏光板吸収軸に対して略４５°に配向していない領域では良好な明表示が得られず、透過率が低下する傾向が観察される。図示のように液晶層中央分子配向方位が上下偏光板吸収軸に平行又はそれに近い領域は暗領域（暗線）３１となる。本明細書では、この暗領域（暗線）３１を「ブラッククロス」と呼ぶ。画素の上部エッジ付近では、暗領域（暗線）３１が交差するブラッククロスの交点３２が存在する。本明細書では、この暗領域（暗線）３１を「ブラッククロス」と呼ぶ。「ブラッククロス」は、配向処理によって規定された配向方位とは異なる方位に液晶層中央分子が配向する領域が発現し、この異配向領域が連続した線状領域を示す。したがって、ブラッククロスは画素において良好な明表示を行った時に透過率が低下している暗線として観察される。
【００２２】
一方下側の画素エッジ付近においてはラビング方位によって規定された配向方位と画素エッジ付近の斜め電界により規定される配向方位が等しいため液晶分子配向状態は均一であり暗領域３１は発生しないと考えられる。
【００２３】
図２０は、図１７に示す従来の液晶表示素子における明表示時の配向組織を偏光顕微鏡にて観察した写真である。図中、縦横４つずつ、計１６個の画素の配向組織を示す。
【００２４】
いずれの画素においても上記図１９の配向状態の説明に従った配向状態が得られている。画素の左右および上エッジ近辺でブラッククロス３１が観察される。さらに、画素の上側エッジ付近では線状のブラッククロス３１が２本存在し、この２本が交差する点３２が観察されている。但しこの交点３２は画素の左右対称点に配置されていないことが観察された。
【００２５】
さらに複数の画素内のブラッククロス３１をよく観察するとその交差する点３２が各画素において異なる位置に観察された。ブラッククロスの交点３２は液晶分子が電圧印加状態にもかかわらず基板に対して垂直であるポイントディスクリネーションを形成しており、これを中心に液晶分子は放射状に配向していると考えられる。したがってこの交差点３２が画素ごとに異なる位置にあると、特に上側エッジ付近における視角特性が変化し、反視認方位を中心に時計、反時計回りに６０°程度で液晶表示素子の法線方位から極角方向に対して観察角度を傾けた場合、画素によって視角特性が異なることから外観観察上は表示のざらつきと認識され表示不均一性が顕在化すると考えられる。
【００２６】
したがって何らかの方法によりブラッククロスの交点３２をすべての画素でほぼ等しい位置に固定化することが表示不均一性を低減する手段になりえると予想される。
【００２７】
図１は、本発明の実施例による液晶表示素子５０の平面図である。本実施例による液晶表示素子５０は、ドットマトリクス表示部５２とセグメント表示部５１とを含んで構成され、マルチプレックス駆動法（単純マトリクス駆動法）によって電気的に動作する垂直配向型液晶表示素子である。
【００２８】
本実施例の液晶表示素子の各表示部５１、５２は表示部以外の領域が常に暗表示であるノーマリーブラックモードである。このモードの中では、電圧無印加時には、液晶層３（図３）内における液晶分子は、基板に対して略垂直に配向しており、液晶表示素子裏表面に配置されるクロスニコル偏光板１２、２２（図３）の暗状態をほぼ再現できる。
【００２９】
図２は、図１の透明電極（セグメント電極）１４及び透明電極（コモン電極）２４の電極パターンを表す概略平面図である。この平面図は、図１の液晶表示素子５０を法線方向から見たものである。
【００３０】
図２では、上側電極が６時から１２時方位に短冊状電極形状を有するセグメント電極１４であり、下側電極がその直交方向に短冊状電極形状を有するコモン電極２４である。セグメント電極１４とコモン電極２４とが交差する四角形の領域が１画素を構成する。
【００３１】
上下基板の液晶表示素子上下方位ＵＤ（セグメント電極１４の長手方向又はコモン電極２４と直交する方向）に対して角度φの方位１８Ｒ、２８Ｒにラビング処理を行う。本実施例では従来の液晶表示素子とは異なるラビング角度φを採用し、上下基板のラビング方位１８Ｒ、２８Ｒが短冊状コモン電極２４の延在方位と直交しないようにしている。なお、本明細書では、上下基板のラビング方位１８Ｒ、２８Ｒが短冊状コモン電極２４の延在方位と直交しないようにしたラビング処理を「斜めラビング」と呼ぶ。これは液晶層中央分子配向方位が矩形状画素の上下辺のエッジ部と直交しないことに相当する。なお、他の配向方法で配向処理しても液晶層中央分子配向方位がドットの上下辺のエッジ部と直交しないようにすれば同様な効果が得られると考えられる。また、ねじれ配向処理をした場合にも液晶層中央分子配向方位がドットの上下辺エッジ部と直交方向でなければ良いと考えられる。
【００３２】
図３は、本発明の第１の実施例による液晶表示素子５０の構成を表す概略断面図である。液晶表示素子５０は、行列状のドットマトリクス電極パターンを有するモノドメイン垂直配向型液晶表示素子である。
【００３３】
セグメント電極基板（上側基板）１とコモン電極基板（下側基板）２が対向し、その間に液晶層３を挟持する。セグメント電極基板１は、青板ガラス等からなる透明基板１３の対向表面上に透明電極（セグメント電極）１４を形成し、その上に垂直配向膜１５を塗布し、その表面を上側基板１の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位１８Ｒ（図２参照）にラビング処理（斜めラビング）したものであり、外側表面上には視角補償板１２と偏光板１１が配置されている。
【００３４】
コモン電極基板２は、セグメント電極基板１同様、青板ガラス等からなる透明基板２３の対向表面上に透明電極（コモン電極）２４を形成し、その表面を垂直配向膜２５で覆い、下側基板２の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位２８Ｒ（図２参照）にラビング処理（斜めラビング）したものである。外側表面上には視角補償板２２と偏光板２１が配置されている。
【００３５】
液晶層３は、基板１、２の面に垂直に配向する性質を有する液晶分子を含み、配向処理により、基板の法線方向から一定の角度のプレチルトを有する。下側基板２の下方にはバックライト４が配置されている。なお、基板１における透明電極３４と垂直配向膜１５の間、及び基板２における透明電極２４と垂直配向膜２５の間に、基板間ショート防止の絶縁膜（ＳｉＯ２層）等を形成しても良い。
【００３６】
セグメント電極１４及びコモン電極２４は、透明電極のＩＴＯで形成する。例えば、各基板の片面を研磨処理した後に、その表面にＳｉＯ２アンダーコートを施し、その上に透明膜であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程にて所望のパターンに整形した。
【００３７】
透明電極１４及び２４を形成した基板１及び２をアルカリ溶液等で洗浄後、チッソ石油化学製垂直配向膜１５、２５をフレキソ印刷法にて塗布し、クリーンオーブン内において１８０℃で３０分間加熱した。その後、綿製ラビング布を用いセグメント、コモン基板１、２共に基板面内方位１８Ｒ、２８Ｒにラビング処理（斜めラビング）を施した。
【００３８】
セグメント電極基板（上側基板）１のプレチルトの方位角は上側基板１の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位１８Ｒ（図２参照）、コモン電極基板（下側基板）１のプレチルトの方位角は方向は上側基板１の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位２８Ｒ（図２参照）のアンチパラレル配向とした。なお、画素内に一様な配向処理を実現するものであればラビング処理の手法は問わない。例えば、垂直配向膜に対する紫外線照射や金属酸化物の斜め蒸着、スパッタ膜を用いた配向法等を用いることができる。なお、配向処理は液晶層中央分子配向方位が各画素のエッジと直交以外の同一角度をなして交差するように行えばよく、上下基板のいずれか一方でもかまわない。また、上下両側の基板で配向処理を行う場合でも、液晶層中央分子配向方位が各画素のエッジと角度を成して交差すればアンチパラレルである必要もない。
【００３９】
ラビング処理後、セグメント電極基板１には乾式散布法にて粒径約４．５μｍの積水化学製プラスティックスペーサーを全面散布し、コモン電極基板２には約４μｍの日本電気硝子製ロッド状ガラススペーサーが混入した三井化学製熱硬化型シール材をディスペンサーにて所望のパターンに塗布した。その後、セグメント電極基板１とコモン電極基板２を電極面が対向し、ラビング方位がアンチパラレルになるようにして貼り合わせ、熱圧着にてシール材を硬化して空セルを完成させた。
【００４０】
その後、Δｎが０．２１４程度でΔε＜０のメルク製液晶材料を真空注入法にて作製した空セルに注入した後封止し、１２０℃にて１時間焼成した。次いで、上下ガラス基板表面に偏光板１１、２１を貼り合わせた。偏光板１１、２１には、ポラテクノ製偏光板ＳＨＣ１３Ｕを用いた。また、上下偏光板１１、２１は、クロスニコルになり、かつそれぞれの偏光板吸収軸がラビング処理により定義される液晶層中央分子の配向方位１８Ｒ、２８Ｒに対して略４５°となるよう貼り合わせた。偏光板角度は、交差角度を９０度とすることが、良好な黒状態が得られるため望ましいが、数度程度ずらすことも可能である。また、偏光板材料は、ヨウ素系偏光板、染料系偏光板のいずれも使用可能である。
【００４１】
なお、必要に応じて上下偏光板１１、２１と上下ガラス基板１３、２３間には視角補償板１２、２２を配置する。最後に液晶セルの電極取り出し端子（図示せず）にリードフレームを取り付け液晶表示素子５０を完成させた。セル厚の実測値は約４．０μｍ程度であった。また、液晶層のリタデーションは略８６０ｎｍである。なお、液晶材料は、Δεが負のネガティブ用材料であれば、Δｎ等の物性値には制限はない。
【００４２】
なお、本実施例では、プレチルト角を８９．８°と８９．９°とに設定し、それぞれについて、ラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させて、アンチパラレルになるように上下基板を貼り合わせて空セルを作製して液晶を注入し、計１４種類（プレチルト角が異なる２種類のφ＝０°の液晶表示素子を比較例として含む）の液晶表示素子５０を作製した。
【００４３】
ラビング方位φは、基準とする透明電極、ここではセグメント電極１４の長手方向をφ＝０°としている。ここから時計回りを＋、反時計回りを−とする。なお、基準とするのは対向する透明基板のうち長手方向とラビング方位との成す角度が小さいほうとしている。本実施例においては、ラビング方位と液晶層中央分子配向方位が一致しているため、ラビング方位として表すが、本質的には液晶層中央分子配向方位と基準となる透明電極の長手方向が成す角度がφである（図２参照）。
【００４４】
図４〜図９は、上述した条件で作製した１４種類の液晶表示素子５０のうちプレチルト角が８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。図４〜図９は、それぞれ、ラビング方位をφ＝−１５°、−１０°、−５°、５°、１０°、１５°としたものの観察写真である。なお、φ＝０°の液晶表示素子の観察写真は、従来例として図２０に示した。この観察では、室温下で、駆動条件を１／６４Ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、フレーム反転波形、透過率は略７％で、フレーム周波数は１０５Ｈｚとした場合の、ブラッククロスの交点の出現位置を計測した。
【００４５】
図１０は、ブラッククロスの交点の出現位置の計測方法を説明するための図及び計測結果を表す表である。
【００４６】
図１０（Ａ）に示すように、図４〜図９に示す液晶セルのドット６０をそれぞれＤ１〜Ｄ１６とした。図１０（Ｂ）に示すように、本実施例によるドット６０は、幅４２０μｍであり、各ドット６０の間隔は、３０μｍである。したがって、ドット６０間の中心から他方の中心までの距離は４５０μｍとなる。ここでは、ブラッククロスの交点の出現位置を、線間の中心位置から計測した。計測においては、上記のドット６０間の中心から他方の中心までの距離は４５０μｍが４１ｍｍの長さとなるようにＡ４用紙に観察写真を印刷し、それに対するブラッククロスの交点の出現位置を定規で計測した（最小０．５ｍｍで分解）。なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）にて示す符号ＵＤは、上下基板の液晶表示素子上下方位（セグメント電極の長手方位又はコモン電極と直交する方向）である。
【００４７】
図１０（Ｃ）は、ラビング方位をφ＝５°、１０°、１５°としたものの観察写真についてブラッククロスの位置の計測値を実際の大きさに換算した表である。表に示すように、ブラッククロスの交点の出現位置はいずれも左側の線間中心位置から概ね４０〜６０μｍ程度であり、ドット６０間の中心から他方の中心までの距離である４５０μｍを基準とすると、ブラッククロスの交点の出現位置がドット６０の左側端部近傍に固定されたといえる。
【００４８】
図１０（Ｄ）は、ラビング方位をφ＝−５°、−１０°、−１５°としたものの観察写真についてブラッククロスの位置の計測値を実際の大きさに換算した表である。表に示すように、ブラッククロスの交点の出現位置はいずれも右側の線間中心位置から概ね４０〜６０μｍ程度であり、ドット６０間の中心から他方の中心までの距離である４５０μｍを基準とすると、ブラッククロスの交点の出現位置がドット６０の右側端部近傍に固定されたといえる。
【００４９】
したがって、ラビング方位をずらすことにより、ほとんど全てのドット６０の端部近傍にブラッククロスの交点を揃える（固定する）ことができた。ブラッククロスの交点の位置を各ドット６０で同じ位置に揃えるということが、従来のノーマルラビングで問題であったある方位からドット表示部を見たときのザラザラ感を解消し、表示の均一性を向上させることに寄与すると考えられる。
【００５０】
ブラッククロスの交点が固定されるという現象はラビング方位を液晶表示素子上下方向からずらす角度φが０°より大きく、更にφを±５°〜１５°とすることにより液晶分子の中央分子配向方位がコモン電極と直交する方向から僅かにずれたことにより生じる効果と考えられる。
【００５１】
図１１は、上述のプレチルト角を８９．８°と８９．９°とに設定し、それぞれについて、ラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させて作製した１４種類の液晶セルのそれぞれにおいて、反視認方位から見たときのざらざら感（ブラッククロスの交点の位置が固定されていないことによる表示不均一性）を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【００５２】
本発明者らは、１／６４Ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、フレーム反転波形、図１０での観察における透過率（略７％）よりも高い透過率で、略４０℃下で駆動したときに、ある特定方位から液晶表示素子を見たときの表示均一性が維持できる最低フレーム周波数を外観観察により判別した。本観察はブラッククロスの交点が画素ごとに固定されていないことによる表示部のざらざら感とフレーム周波数が比較的低い駆動条件において表示部の一部に暗領域が現れる現象とを同時に観察した。
【００５３】
駆動波形のフレーム周波数はＭＡＸ３００Ｈｚに設定したが、φ＝０°の条件では、プレチルト角に関わらず、反視認方位から見たときのざらざら感は消えなかった。一方、φ＝０°以外の条件においては、フレーム周波数を２５０Ｈｚ以下に抑制できることが判明した。プレチルト角が８９．８°の場合は、８９．９°の場合に比べて、更に低いフレーム周波数においてもざらざら感をなくすことが可能であった。したがって、プレチルト角を低下させることによりフレーム周波数を低くすることが可能となると考えられる。フレーム周波数を低く抑制できることにより液晶表示素子のクロストークによる表示ムラを抑制することが可能となり、また、表示均一性及び表示品位を改善することができる。
【００５４】
図１２は、右回りのカイラル材入りの液晶を用い、プレチルト角を８９．８単位に設定し、それぞれについて、ラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させて作製した７種類の液晶セルのそれぞれにおいて、反視認方位から見たときのざらざら感（ブラッククロスの交点の位置が固定されていないことによる表示不均一性）を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【００５５】
本発明者らは、プレチルト角を８９．８°に設定してラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させた空セルに、Δｎが０．２１４程度でΔε＜０のメルク製液晶材料にメルク製カイラル材Ｒ−８１１を１．４ｗｔ％ほど添加した液晶を注入し、計７種類の液晶表示素子５０を作製した。駆動条件を１／６４Ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、フレーム反転波形、透過率は略７％として室温下で駆動したときに、ある特定方位から液晶表示素子を見たときの表示均一性が維持できる最低フレーム周波数を外観観察により判別した。図１１における観察と同様に、ブラッククロスの交点が画素ごとに固定されていないことによる表示部のざらざら感とフレーム周波数が比較的低い駆動条件において表示部の一部に暗領域が現れる現象とを同時に観察した。
【００５６】
ラビング方位をφ＝−１０°又は−１５°に設定した場合は、ざらざら感が緩和する方向に働いていることが観察されたが、それ以外のφ＝−５°、５°、１０°、１５°に設定した場合は、従来例と同等のφ＝０°と外観において差異がみられなかった、若しくは、ざらざら感が悪化する傾向が見て取れた。φ＝−１０°、−１５°以外はブラッククロスが途中で切れたりその形状が安定しなかったりすることから、肉眼で観察したときに配向不均一性を感じたと考えられる。
【００５７】
なお、図１１に示す観察と同様の条件での観察を、図１２に示す観察で用いたカイラル材入りの液晶セルでも行ったが、φ＝−１０°と−１５°ではフレーム周波数を抑制できる効果を確認できたが、それ以外では従来技術と同様に最大フレーム周波数においても表示均一性は得られなかった。
【００５８】
以上の観察結果より、カイラル材無添加の場合においては、ラビング方位を左右どちらにずらしてもブラッククロスの交点が固定され、ある特定方位から観察した際のざらざら感を、製造工程の追加をすることなく容易に解消出来ることがわかった。ラビング方位をずらす角度は、好ましくはφ＝±５°〜１５°である。
【００５９】
一方、右回りのカイラル材を添加した液晶の場合には、カイラル材無添加の場合とは異なり、液晶層中央分子配向方位から右ずらしではブラッククロスを固定する効果は見られず、表示均一性はなんら改善されないが、左ずらしの場合には液晶層中央分子配向方位からφ＝−１０°、−１５°ずらすことによりブラッククロスの線が安定することが観察された。したがって、好適には右回りのカイラル材を添加した場合には液晶層中央分子配向方位からφ＝−１０°〜−１５°ずらすことで、左回りのカイラル材を添加した場合には液晶層中央分子配向方位からφ＝１０°〜１５°ずらすことで、ブラッククロスの交点が安定すると推察される。
【００６０】
図１３は、従来例による液晶表示素子のドットマトリクス表示部の液晶セルの観察写真である。図１４は、本発明の実施例による液晶表示素子５０のドットマトリクス表示部５２の液晶セルの観察写真である。いずれの液晶セルも最良視認方位は１２時方位であり、反視認方位は６時方位である。また、いずれの液晶セルもカイラル材を添加しない液晶を用い、駆動条件を１／６４ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、ＷａｖｅＢ、２５０Ｈｚ、２４．９Ｖとして観察を行った。
【００６１】
図１４に示す斜めラビングの写真では、接触不良を原因とするクロストークが入ってしまってはいるが、図１３に示すノーマルラビングのように各ドットの淵の部分が不均一であるといった問題は生じていないことが見て取れる。なお、この時の液晶表示素子には上下基板とも補償板がついていないためある特定方位から見たときに表示部以外の領域で光り抜けが生じている。これは、液晶層中央分子配向方位と各画素のエッジが同じ角度で交差しているためブラッククロスの発生もほとんど同じ状況となり、画素ごとのブラッククロス発生位置の違いが減少したためである。
【００６２】
図１５は、本発明の実施例の第１の変形例を表す平面図である。図１５（Ａ）は、第１の変形例による液晶表示素子５０の平面図であり、図１５（Ｂ）はドットマトリクス表示部５２ｂの電極パターンの一部の拡大平面図である。
【００６３】
図１５（Ｂ）に示すように、短冊状のコモン電極２４ｂを液晶表示素子５０の左右方位と並行ではなく僅かに斜めにして配置し、ラビングなどの配向処理は、図１５（Ａ）に示すように、従来どおりのセグメント電極の長手方向と同じ６時・１２時方向（矢印１８及び２８で示す方位）で行う事によりφ=０°以外の斜めラビングの場合と同様な効果が得られる。なお、この変形例１の場合、コモン電極２４ｂの長手方向が、セグメント電極１４の長手方向に対して９０°±５〜１５°の方向であることが好ましい。すなわち、液晶表示素子５０の上下方向に直交する方向に対して±５〜１５°傾いた方向に延在するようにコモン電極２４ｂを形成する。
【００６４】
図１６は、本発明の実施例の第２の変形例を表す平面図である。図１６（Ａ）は、第１の変形例による液晶表示素子５０の平面図であり、図１６（Ｂ）はドットマトリクス表示部５２ｃの電極パターンの一部の拡大平面図である。
【００６５】
図１６（Ｂ）に示すように、短冊状のコモン電極２４ｂ及びセグメント電極１４ｃ自体を液晶表示素子５０の左右方位と並行ではなく僅かに斜めにして配置し、ラビングなどの配向処理は、図１６（Ａ）に示すように、従来どおりの６時・１２時方向（矢印１８及び２８で示す方位）で行う事によりφ=０°以外の斜めラビングの場合と同様な効果が得られる。なお、この変形例２の場合、コモン電極２４ｂの長手方向とセグメント電極１４ｃの長手方向とが直交するように設定される。コモン電極２４ｂの長手方向が、液晶表示素子５０の上下方向に直交する方向に対して±５〜１５°傾いた方向に延在するようにコモン電極２４ｂを形成する。また、セグメント電極１４ｃは、その長手方向が液晶表示素子５０の上下方向に対して±５〜１５°傾いた方向に延在するように形成する。
【００６６】
なお、ブラッククロスの位置は固定されるのであるから右回り・左回り部分の面積比は固定され、偏光板をどの様に貼ろうとも不均一さを感じることはない。したがってラビング方位がφ=０°でない場合（斜めラビングの場合）においても裏表偏光板吸収軸を液晶表示素子５０の左右上下方位に対して略４５°に配置しても表示の不均一性は生じない。
【００６７】
いずれの実施例においても液晶層中央分子配向方位がセグメント電極及びコモン電極と直交することはなく、セグメント電極の長手方向が直交する方向とは所定の角度を成すようにした。また、上下それぞれの基板で短冊状の電極は全て同じ幅で、平行となるように設けた。これにより、セグメント電極とコモン電極の交差によって、設けられる画素は全て同じ大きさ、形状となる。セグメント電極とコモン電極とを入れ替えても同じ効果が得られると考えられる。
【００６８】
また、いずれの実施例においても電極は全て透明電極を用いたが、これに限らず、上下基板のそれぞれの電極が交差するように短冊状に設けられていればよい。例えば、バックライトを使用せず、下側基板の電極を金属で形成し、外部からの反射光を利用する反射型であっても本発明の実施例を適用可能である。
【００６９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７０】
１、２…基板、３…液晶層、４…バックライト、１１、２１…偏光板、１２、２２…視角補償板、１３、２３…透明基板、１４、２４…透明電極、１５、２５…垂直配向膜、１８、２８…ラビング方向、３１…ブラッククロス、３２…ブラッククロスの交点、５０…液晶表示素子、５１…セグメント表示部、５２…ドットマトリクス表示部、６０…ドット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶層内の液晶分子が基板に対して垂直に配向している垂直配向型液晶表示素子は、電圧無印加時における黒レベルが非常に良好で、液晶セルの片側、又は両側の上下偏光板間に、適切なパラメータを持つ負の光学異方性を有する光学補償板を導入することにより、非常に良好な視角特性を有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１７は、従来の垂直配向型液晶表示素子の一例を表す概略断面図である。
【０００４】
第１の基板（上側基板）１と第２の基板（下側基板）２が対向し、その間に液晶層３を挟持する。第１の基板１は、透明基板１３の対向表面上に透明電極（セグメント電極）１４を形成し、その上に垂直配向膜１５を塗布し、その表面を１８で示す方向にラビング処理したものであり、外側表面上には視角補償板１２と偏光板１１が配置されている。第２の基板２は、第１の基板１同様、透明基板２３の対向表面上に透明電極（コモン電極）２４を形成し、その表面を垂直配向膜２５で覆い、矢印２８の方向にラビング処理したものである。外側表面上には視角補償板２２と偏光板２１が配置されている。液晶層３は、基板１、２の面に垂直に配向する性質を有する液晶分子を含み、ラビング処理１８、２８により、基板の法線方向から一定の角度のプレチルトを有する。下側基板２の下方にはバックライト４が配置されている。
【０００５】
２枚の上下偏光板１１、２１は、その吸収軸が互いに略直交する様に配置され、一方の偏光板の吸収軸は液晶層中央分子の配向方位に対して略４５°に配置される。液晶表示素子の左右、または上下方位に対してその吸収軸は略４５°に配置される。視覚補償板１２、２２は負の一軸光学異方性または負の二軸光学異方性を有するフィルム状の材料を用いる。負の二軸光学異方性を有するフィルムの場合、その面内遅層軸は近接する偏光板吸収軸に対して略直交であることが好ましい。
【０００６】
図１７に示す液晶表示素子の場合、上下基板のラビング方位はそれぞれ１２時方位（矢印１８の方向）、６時方位（矢印２８の方向）に設定されたアンチパラレル配向状態に定義されている。液晶材料には、誘電率異方性が負のものを用い、上下基板面内の透明電極１４、２４間に電圧が印加されたときには、液晶層３の大部分の領域において、液晶分子がこの配向方位に向かって基板面に水平に再配向される。
【０００７】
図１８は、図１７の透明電極（セグメント電極）１４及び透明電極（コモン電極）２４の電極パターンを表す概略平面図である。この平面図は、図１７の液晶表示素子を法線方向から見たものである。なお、図１７と同じ参照番号は、同一の部材を表すので、その説明は省略する。
【０００８】
図１８では、上側電極が６時から１２時方位に短冊状電極形状を有するセグメント電極１４であり、下側電極がその直交方向に短冊状電極形状を有するコモン電極２４である。セグメント電極１４とコモン電極２４とが交差する四角形の領域が１画素を構成する。
【０００９】
以上のような液晶表示素子構成にすることにより液晶表示素子の６時方位に最も表示品位に優れる最良視認方位を配置することが出来る。一方、この最良視認方位を１８０°回転した方位においては液晶表示素子の法線方向を基準にある極角角度をつけて観察することにより明表示部が非常に暗くなり表示コントラストが低くなる反視認方位が存在する。最良視認方位及び反視認方位と直交する方位である液晶表示素子の左右方位は比較的良好な視角特性が得られる。
【００１０】
電圧印加時に液晶層３にねじれ配向は存在しないが、液晶材料にカイラル材を添加することによりねじれ配向を誘起できる。また、ラビング方位は上下基板で必ずアンチパラレル配向条件でなくても良い。ラビング処理を片側基板だけに施す方法も適用できるし、上下ラビング方向がねじれていても良い。但し、ラビング方向がねじれている場合には液晶中央分子配向が液晶表示素子の上下方位になるように設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２３４２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
最大コントラストが得られる駆動電圧において、図１７に示す従来の垂直配向型液晶表示素子の外観を観察すると、最良視認方位や素子左右方位では観察極角角度を変化させてもドットマトリックス表示部全体が均一な表示状態を実現しているのに対して、反視認方位を中心に時計、反時計回りで６０°方位程度においては、表示均一性が不十分であり、特に反視認方位から観察した場合はざらつき状に感じられ、表示品位が著しく低下する場合がある。
【００１３】
発明の目的は、表示均一性を実現する垂直配向型液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一観点によれば、液晶表示素子は、所定の間隔で対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の電極と、前記一対の基板の他方の対向面側に、前記第１の電極と交差するように短冊状に形成された複数本の第２の電極と、前記一対の基板のいずれか一方又は両方の対向面側に形成され、前記第２の電極の長手方向と直交しない方向に配向処理を行った配向膜と、前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差して複数の画素を構成し、前記配向処理により規定された配向方位とは異なる方位に前記液晶層の中央分子が配向する異配向領域が、隣接する画素において同じ画素エッジ付近に発現することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、垂直配向型液晶表示素子において表示均一性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例による液晶表示素子５０の平面図である。
【図２】透明電極（セグメント電極）１４及び透明電極（コモン電極）２４の電極パターンを表す概略平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例による液晶表示素子５０の構成を表す概略断面図である。
【図４】ラビング方位φ＝５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図５】ラビング方位φ＝１０°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図６】ラビング方位φ＝１５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図７】ラビング方位φ＝−５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図８】ラビング方位φ＝−１０°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図９】ラビング方位φ＝−１５°、プレチルト角８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。
【図１０】ブラッククロスの交点の出現位置の計測方法を説明するための図及び計測結果を表す表である。
【図１１】液晶セルを反視認方位から見たときのざらざら感を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【図１２】カイラル材入りの液晶セルを反視認方位から見たときのざらざら感を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【図１３】従来例による液晶表示素子のドットマトリクス表示部の液晶セルの観察写真である。
【図１４】本発明の実施例による液晶表示素子５０のドットマトリクス表示部５２の液晶セルの観察写真である。
【図１５】本発明の実施例の第１の変形例を表す平面図である。
【図１６】本発明の実施例の第２の変形例を表す平面図である。
【図１７】従来の垂直配向型液晶表示素子の一例を表す概略断面図である。
【図１８】従来の垂直配向型液晶表示素子のドットマトリックス電極パターンを表す概略平面図である。
【図１９】図１７及び図１８に示す電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の１画素内の液晶ダイレクタ分布を表す概念図である。
【図２０】図１７に示す従来の液晶表示素子における明表示時の配向組織を偏光顕微鏡にて観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１７に示す従来の垂直配向型液晶表示素子において上下電極間に電圧が印加された場合、セグメント電極１４、コモン電極２４が上下で重なる領域のほとんどにおいては各々の基板上のラビング方位によって規定された液晶層中央分子配向方位に従って液晶分子は傾斜しているが、短冊状コモン電極間のように一方の電極が存在しない領域においては図１７の点線で示されるように上下方位に対して斜めの電界が生じる。
【００１８】
この領域の液晶層中央分子はこの斜め電界に直交する方位に液晶分子の長軸方向が向くため、ラビング方位によって規定された配向方位とは異なる方位に液晶層中央分子が配向する領域が発現する。この領域はセグメント電極１４とコモン電極２４が交差する領域を画素とするとその画素のエッジ周辺に現れる。
【００１９】
図１９は、図１７及び図１８に示す電極構造、配向方向においてＯＮ電圧印加時の１画素内の液晶ダイレクタ分布を表す概念図である。図中、各領域の液晶層中央分子の配向方位は矢印であらわされている。
【００２０】
１画素の中央領域は図中のセグメント、コモン基板のラビング方位１８、２８に従って規定される方位に均一に配向しているが、画素の左右、および上エッジ近辺においてはラビング処理によって規定された配向方位とは異なる方位に配向する傾向が見られる。これは画素エッジ近辺に発生したセグメント、コモン電極間の斜め電界の影響によるものである。
【００２１】
エッジ周辺と中央領域間では中央分子は面内で連続的に回転して配向する傾向が見られる。図１９の画素に対して上下に配置されたクロスニコル偏光板１１、２１の偏光板吸収軸が液晶層中央分子の配向方位に対して略４５°傾けて配置された場合、液晶層中央分子が画素に対して上下方位、または左右方位に配向している領域は良好な明表示が得られるが、上記の連続的に回転している部分を始め、偏光板吸収軸に対して略４５°に配向していない領域では良好な明表示が得られず、透過率が低下する傾向が観察される。図示のように液晶層中央分子配向方位が上下偏光板吸収軸に平行又はそれに近い領域は暗領域（暗線）３１となる。本明細書では、この暗領域（暗線）３１を「ブラッククロス」と呼ぶ。画素の上部エッジ付近では、暗領域（暗線）３１が交差するブラッククロスの交点３２が存在する。本明細書では、この暗領域（暗線）３１を「ブラッククロス」と呼ぶ。「ブラッククロス」は、配向処理によって規定された配向方位とは異なる方位に液晶層中央分子が配向する領域が発現し、この異配向領域が連続した線状領域を示す。したがって、ブラッククロスは画素において良好な明表示を行った時に透過率が低下している暗線として観察される。
【００２２】
一方下側の画素エッジ付近においてはラビング方位によって規定された配向方位と画素エッジ付近の斜め電界により規定される配向方位が等しいため液晶分子配向状態は均一であり暗領域３１は発生しないと考えられる。
【００２３】
図２０は、図１７に示す従来の液晶表示素子における明表示時の配向組織を偏光顕微鏡にて観察した写真である。図中、縦横４つずつ、計１６個の画素の配向組織を示す。
【００２４】
いずれの画素においても上記図１９の配向状態の説明に従った配向状態が得られている。画素の左右および上エッジ近辺でブラッククロス３１が観察される。さらに、画素の上側エッジ付近では線状のブラッククロス３１が２本存在し、この２本が交差する点３２が観察されている。但しこの交点３２は画素の左右対称点に配置されていないことが観察された。
【００２５】
さらに複数の画素内のブラッククロス３１をよく観察するとその交差する点３２が各画素において異なる位置に観察された。ブラッククロスの交点３２は液晶分子が電圧印加状態にもかかわらず基板に対して垂直であるポイントディスクリネーションを形成しており、これを中心に液晶分子は放射状に配向していると考えられる。したがってこの交差点３２が画素ごとに異なる位置にあると、特に上側エッジ付近における視角特性が変化し、反視認方位を中心に時計、反時計回りに６０°程度で液晶表示素子の法線方位から極角方向に対して観察角度を傾けた場合、画素によって視角特性が異なることから外観観察上は表示のざらつきと認識され表示不均一性が顕在化すると考えられる。
【００２６】
したがって何らかの方法によりブラッククロスの交点３２をすべての画素でほぼ等しい位置に固定化することが表示不均一性を低減する手段になりえると予想される。
【００２７】
図１は、本発明の実施例による液晶表示素子５０の平面図である。本実施例による液晶表示素子５０は、ドットマトリクス表示部５２とセグメント表示部５１とを含んで構成され、マルチプレックス駆動法（単純マトリクス駆動法）によって電気的に動作する垂直配向型液晶表示素子である。
【００２８】
本実施例の液晶表示素子の各表示部５１、５２は表示部以外の領域が常に暗表示であるノーマリーブラックモードである。このモードの中では、電圧無印加時には、液晶層３（図３）内における液晶分子は、基板に対して略垂直に配向しており、液晶表示素子裏表面に配置されるクロスニコル偏光板１２、２２（図３）の暗状態をほぼ再現できる。
【００２９】
図２は、図１の透明電極（セグメント電極）１４及び透明電極（コモン電極）２４の電極パターンを表す概略平面図である。この平面図は、図１の液晶表示素子５０を法線方向から見たものである。
【００３０】
図２では、上側電極が６時から１２時方位に短冊状電極形状を有するセグメント電極１４であり、下側電極がその直交方向に短冊状電極形状を有するコモン電極２４である。セグメント電極１４とコモン電極２４とが交差する四角形の領域が１画素を構成する。
【００３１】
上下基板の液晶表示素子上下方位ＵＤ（セグメント電極１４の長手方向又はコモン電極２４と直交する方向）に対して角度φの方位１８Ｒ、２８Ｒにラビング処理を行う。本実施例では従来の液晶表示素子とは異なるラビング角度φを採用し、上下基板のラビング方位１８Ｒ、２８Ｒが短冊状コモン電極２４の延在方位と直交しないようにしている。なお、本明細書では、上下基板のラビング方位１８Ｒ、２８Ｒが短冊状コモン電極２４の延在方位と直交しないようにしたラビング処理を「斜めラビング」と呼ぶ。これは液晶層中央分子配向方位が矩形状画素の上下辺のエッジ部と直交しないことに相当する。なお、他の配向方法で配向処理しても液晶層中央分子配向方位がドットの上下辺のエッジ部と直交しないようにすれば同様な効果が得られると考えられる。また、ねじれ配向処理をした場合にも液晶層中央分子配向方位がドットの上下辺エッジ部と直交方向でなければ良いと考えられる。
【００３２】
図３は、本発明の第１の実施例による液晶表示素子５０の構成を表す概略断面図である。液晶表示素子５０は、行列状のドットマトリクス電極パターンを有するモノドメイン垂直配向型液晶表示素子である。
【００３３】
セグメント電極基板（上側基板）１とコモン電極基板（下側基板）２が対向し、その間に液晶層３を挟持する。セグメント電極基板１は、青板ガラス等からなる透明基板１３の対向表面上に透明電極（セグメント電極）１４を形成し、その上に垂直配向膜１５を塗布し、その表面を上側基板１の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位１８Ｒ（図２参照）にラビング処理（斜めラビング）したものであり、外側表面上には視角補償板１２と偏光板１１が配置されている。
【００３４】
コモン電極基板２は、セグメント電極基板１同様、青板ガラス等からなる透明基板２３の対向表面上に透明電極（コモン電極）２４を形成し、その表面を垂直配向膜２５で覆い、下側基板２の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位２８Ｒ（図２参照）にラビング処理（斜めラビング）したものである。外側表面上には視角補償板２２と偏光板２１が配置されている。
【００３５】
液晶層３は、基板１、２の面に垂直に配向する性質を有する液晶分子を含み、配向処理により、基板の法線方向から一定の角度のプレチルトを有する。下側基板２の下方にはバックライト４が配置されている。なお、基板１における透明電極３４と垂直配向膜１５の間、及び基板２における透明電極２４と垂直配向膜２５の間に、基板間ショート防止の絶縁膜（ＳｉＯ２層）等を形成しても良い。
【００３６】
セグメント電極１４及びコモン電極２４は、透明電極のＩＴＯで形成する。例えば、各基板の片面を研磨処理した後に、その表面にＳｉＯ２アンダーコートを施し、その上に透明膜であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程にて所望のパターンに整形した。
【００３７】
透明電極１４及び２４を形成した基板１及び２をアルカリ溶液等で洗浄後、チッソ石油化学製垂直配向膜１５、２５をフレキソ印刷法にて塗布し、クリーンオーブン内において１８０℃で３０分間加熱した。その後、綿製ラビング布を用いセグメント、コモン基板１、２共に基板面内方位１８Ｒ、２８Ｒにラビング処理（斜めラビング）を施した。
【００３８】
セグメント電極基板（上側基板）１のプレチルトの方位角は上側基板１の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位１８Ｒ（図２参照）、コモン電極基板（下側基板）１のプレチルトの方位角は方向は上側基板１の液晶表示素子上下方位ＵＤに対して角度φの方位２８Ｒ（図２参照）のアンチパラレル配向とした。なお、画素内に一様な配向処理を実現するものであればラビング処理の手法は問わない。例えば、垂直配向膜に対する紫外線照射や金属酸化物の斜め蒸着、スパッタ膜を用いた配向法等を用いることができる。なお、配向処理は液晶層中央分子配向方位が各画素のエッジと直交以外の同一角度をなして交差するように行えばよく、上下基板のいずれか一方でもかまわない。また、上下両側の基板で配向処理を行う場合でも、液晶層中央分子配向方位が各画素のエッジと角度を成して交差すればアンチパラレルである必要もない。
【００３９】
ラビング処理後、セグメント電極基板１には乾式散布法にて粒径約４．５μｍの積水化学製プラスティックスペーサーを全面散布し、コモン電極基板２には約４μｍの日本電気硝子製ロッド状ガラススペーサーが混入した三井化学製熱硬化型シール材をディスペンサーにて所望のパターンに塗布した。その後、セグメント電極基板１とコモン電極基板２を電極面が対向し、ラビング方位がアンチパラレルになるようにして貼り合わせ、熱圧着にてシール材を硬化して空セルを完成させた。
【００４０】
その後、Δｎが０．２１４程度でΔε＜０のメルク製液晶材料を真空注入法にて作製した空セルに注入した後封止し、１２０℃にて１時間焼成した。次いで、上下ガラス基板表面に偏光板１１、２１を貼り合わせた。偏光板１１、２１には、ポラテクノ製偏光板ＳＨＣ１３Ｕを用いた。また、上下偏光板１１、２１は、クロスニコルになり、かつそれぞれの偏光板吸収軸がラビング処理により定義される液晶層中央分子の配向方位１８Ｒ、２８Ｒに対して略４５°となるよう貼り合わせた。偏光板角度は、交差角度を９０度とすることが、良好な黒状態が得られるため望ましいが、数度程度ずらすことも可能である。また、偏光板材料は、ヨウ素系偏光板、染料系偏光板のいずれも使用可能である。
【００４１】
なお、必要に応じて上下偏光板１１、２１と上下ガラス基板１３、２３間には視角補償板１２、２２を配置する。最後に液晶セルの電極取り出し端子（図示せず）にリードフレームを取り付け液晶表示素子５０を完成させた。セル厚の実測値は約４．０μｍ程度であった。また、液晶層のリタデーションは略８６０ｎｍである。なお、液晶材料は、Δεが負のネガティブ用材料であれば、Δｎ等の物性値には制限はない。
【００４２】
なお、本実施例では、プレチルト角を８９．８°と８９．９°とに設定し、それぞれについて、ラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させて、アンチパラレルになるように上下基板を貼り合わせて空セルを作製して液晶を注入し、計１４種類（プレチルト角が異なる２種類のφ＝０°の液晶表示素子を比較例として含む）の液晶表示素子５０を作製した。
【００４３】
ラビング方位φは、基準とする透明電極、ここではセグメント電極１４の長手方向をφ＝０°としている。ここから時計回りを＋、反時計回りを−とする。なお、基準とするのは対向する透明基板のうち長手方向とラビング方位との成す角度が小さいほうとしている。本実施例においては、ラビング方位と液晶層中央分子配向方位が一致しているため、ラビング方位として表すが、本質的には液晶層中央分子配向方位と基準となる透明電極の長手方向が成す角度がφである（図２参照）。
【００４４】
図４〜図９は、上述した条件で作製した１４種類の液晶表示素子５０のうちプレチルト角が８９．９°に設定された液晶セルの観察写真である。図４〜図９は、それぞれ、ラビング方位をφ＝−１５°、−１０°、−５°、５°、１０°、１５°としたものの観察写真である。なお、φ＝０°の液晶表示素子の観察写真は、従来例として図２０に示した。この観察では、室温下で、駆動条件を１／６４Ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、フレーム反転波形、透過率は略７％で、フレーム周波数は１０５Ｈｚとした場合の、ブラッククロスの交点の出現位置を計測した。
【００４５】
図１０は、ブラッククロスの交点の出現位置の計測方法を説明するための図及び計測結果を表す表である。
【００４６】
図１０（Ａ）に示すように、図４〜図９に示す液晶セルのドット６０をそれぞれＤ１〜Ｄ１６とした。図１０（Ｂ）に示すように、本実施例によるドット６０は、幅４２０μｍであり、各ドット６０の間隔は、３０μｍである。したがって、ドット６０間の中心から他方の中心までの距離は４５０μｍとなる。ここでは、ブラッククロスの交点の出現位置を、線間の中心位置から計測した。計測においては、上記のドット６０間の中心から他方の中心までの距離は４５０μｍが４１ｍｍの長さとなるようにＡ４用紙に観察写真を印刷し、それに対するブラッククロスの交点の出現位置を定規で計測した（最小０．５ｍｍで分解）。なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）にて示す符号ＵＤは、上下基板の液晶表示素子上下方位（セグメント電極の長手方位又はコモン電極と直交する方向）である。
【００４７】
図１０（Ｃ）は、ラビング方位をφ＝５°、１０°、１５°としたものの観察写真についてブラッククロスの位置の計測値を実際の大きさに換算した表である。表に示すように、ブラッククロスの交点の出現位置はいずれも左側の線間中心位置から概ね４０〜６０μｍ程度であり、ドット６０間の中心から他方の中心までの距離である４５０μｍを基準とすると、ブラッククロスの交点の出現位置がドット６０の左側端部近傍に固定されたといえる。
【００４８】
図１０（Ｄ）は、ラビング方位をφ＝−５°、−１０°、−１５°としたものの観察写真についてブラッククロスの位置の計測値を実際の大きさに換算した表である。表に示すように、ブラッククロスの交点の出現位置はいずれも右側の線間中心位置から概ね４０〜６０μｍ程度であり、ドット６０間の中心から他方の中心までの距離である４５０μｍを基準とすると、ブラッククロスの交点の出現位置がドット６０の右側端部近傍に固定されたといえる。
【００４９】
したがって、ラビング方位をずらすことにより、ほとんど全てのドット６０の端部近傍にブラッククロスの交点を揃える（固定する）ことができた。ブラッククロスの交点の位置を各ドット６０で同じ位置に揃えるということが、従来のノーマルラビングで問題であったある方位からドット表示部を見たときのザラザラ感を解消し、表示の均一性を向上させることに寄与すると考えられる。
【００５０】
ブラッククロスの交点が固定されるという現象はラビング方位を液晶表示素子上下方向からずらす角度φが０°より大きく、更にφを±５°〜１５°とすることにより液晶分子の中央分子配向方位がコモン電極と直交する方向から僅かにずれたことにより生じる効果と考えられる。
【００５１】
図１１は、上述のプレチルト角を８９．８°と８９．９°とに設定し、それぞれについて、ラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させて作製した１４種類の液晶セルのそれぞれにおいて、反視認方位から見たときのざらざら感（ブラッククロスの交点の位置が固定されていないことによる表示不均一性）を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【００５２】
本発明者らは、１／６４Ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、フレーム反転波形、図１０での観察における透過率（略７％）よりも高い透過率で、略４０℃下で駆動したときに、ある特定方位から液晶表示素子を見たときの表示均一性が維持できる最低フレーム周波数を外観観察により判別した。本観察はブラッククロスの交点が画素ごとに固定されていないことによる表示部のざらざら感とフレーム周波数が比較的低い駆動条件において表示部の一部に暗領域が現れる現象とを同時に観察した。
【００５３】
駆動波形のフレーム周波数はＭＡＸ３００Ｈｚに設定したが、φ＝０°の条件では、プレチルト角に関わらず、反視認方位から見たときのざらざら感は消えなかった。一方、φ＝０°以外の条件においては、フレーム周波数を２５０Ｈｚ以下に抑制できることが判明した。プレチルト角が８９．８°の場合は、８９．９°の場合に比べて、更に低いフレーム周波数においてもざらざら感をなくすことが可能であった。したがって、プレチルト角を低下させることによりフレーム周波数を低くすることが可能となると考えられる。フレーム周波数を低く抑制できることにより液晶表示素子のクロストークによる表示ムラを抑制することが可能となり、また、表示均一性及び表示品位を改善することができる。
【００５４】
図１２は、右回りのカイラル材入りの液晶を用い、プレチルト角を８９．８単位に設定し、それぞれについて、ラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させて作製した７種類の液晶セルのそれぞれにおいて、反視認方位から見たときのざらざら感（ブラッククロスの交点の位置が固定されていないことによる表示不均一性）を消すことのできたフレーム周波数を表すグラフである。
【００５５】
本発明者らは、プレチルト角を８９．８°に設定してラビング方位をφ＝−１５°〜１５°の範囲で５°ずつ変化させた空セルに、Δｎが０．２１４程度でΔε＜０のメルク製液晶材料にメルク製カイラル材Ｒ−８１１を１．４ｗｔ％ほど添加した液晶を注入し、計７種類の液晶表示素子５０を作製した。駆動条件を１／６４Ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、フレーム反転波形、透過率は略７％として室温下で駆動したときに、ある特定方位から液晶表示素子を見たときの表示均一性が維持できる最低フレーム周波数を外観観察により判別した。図１１における観察と同様に、ブラッククロスの交点が画素ごとに固定されていないことによる表示部のざらざら感とフレーム周波数が比較的低い駆動条件において表示部の一部に暗領域が現れる現象とを同時に観察した。
【００５６】
ラビング方位をφ＝−１０°又は−１５°に設定した場合は、ざらざら感が緩和する方向に働いていることが観察されたが、それ以外のφ＝−５°、５°、１０°、１５°に設定した場合は、従来例と同等のφ＝０°と外観において差異がみられなかった、若しくは、ざらざら感が悪化する傾向が見て取れた。φ＝−１０°、−１５°以外はブラッククロスが途中で切れたりその形状が安定しなかったりすることから、肉眼で観察したときに配向不均一性を感じたと考えられる。
【００５７】
なお、図１１に示す観察と同様の条件での観察を、図１２に示す観察で用いたカイラル材入りの液晶セルでも行ったが、φ＝−１０°と−１５°ではフレーム周波数を抑制できる効果を確認できたが、それ以外では従来技術と同様に最大フレーム周波数においても表示均一性は得られなかった。
【００５８】
以上の観察結果より、カイラル材無添加の場合においては、ラビング方位を左右どちらにずらしてもブラッククロスの交点が固定され、ある特定方位から観察した際のざらざら感を、製造工程の追加をすることなく容易に解消出来ることがわかった。ラビング方位をずらす角度は、好ましくはφ＝±５°〜１５°である。
【００５９】
一方、右回りのカイラル材を添加した液晶の場合には、カイラル材無添加の場合とは異なり、液晶層中央分子配向方位から右ずらしではブラッククロスを固定する効果は見られず、表示均一性はなんら改善されないが、左ずらしの場合には液晶層中央分子配向方位からφ＝−１０°、−１５°ずらすことによりブラッククロスの線が安定することが観察された。したがって、好適には右回りのカイラル材を添加した場合には液晶層中央分子配向方位からφ＝−１０°〜−１５°ずらすことで、左回りのカイラル材を添加した場合には液晶層中央分子配向方位からφ＝１０°〜１５°ずらすことで、ブラッククロスの交点が安定すると推察される。
【００６０】
図１３は、従来例による液晶表示素子のドットマトリクス表示部の液晶セルの観察写真である。図１４は、本発明の実施例による液晶表示素子５０のドットマトリクス表示部５２の液晶セルの観察写真である。いずれの液晶セルも最良視認方位は１２時方位であり、反視認方位は６時方位である。また、いずれの液晶セルもカイラル材を添加しない液晶を用い、駆動条件を１／６４ｄｕｔｙ、１／９Ｂｉａｓ、ＷａｖｅＢ、２５０Ｈｚ、２４．９Ｖとして観察を行った。
【００６１】
図１４に示す斜めラビングの写真では、接触不良を原因とするクロストークが入ってしまってはいるが、図１３に示すノーマルラビングのように各ドットの淵の部分が不均一であるといった問題は生じていないことが見て取れる。なお、この時の液晶表示素子には上下基板とも補償板がついていないためある特定方位から見たときに表示部以外の領域で光り抜けが生じている。これは、液晶層中央分子配向方位と各画素のエッジが同じ角度で交差しているためブラッククロスの発生もほとんど同じ状況となり、画素ごとのブラッククロス発生位置の違いが減少したためである。
【００６２】
図１５は、本発明の実施例の第１の変形例を表す平面図である。図１５（Ａ）は、第１の変形例による液晶表示素子５０の平面図であり、図１５（Ｂ）はドットマトリクス表示部５２ｂの電極パターンの一部の拡大平面図である。
【００６３】
図１５（Ｂ）に示すように、短冊状のコモン電極２４ｂを液晶表示素子５０の左右方位と並行ではなく僅かに斜めにして配置し、ラビングなどの配向処理は、図１５（Ａ）に示すように、従来どおりのセグメント電極の長手方向と同じ６時・１２時方向（矢印１８及び２８で示す方位）で行う事によりφ=０°以外の斜めラビングの場合と同様な効果が得られる。なお、この変形例１の場合、コモン電極２４ｂの長手方向が、セグメント電極１４の長手方向に対して９０°±５〜１５°の方向であることが好ましい。すなわち、液晶表示素子５０の上下方向に直交する方向に対して±５〜１５°傾いた方向に延在するようにコモン電極２４ｂを形成する。
【００６４】
図１６は、本発明の実施例の第２の変形例を表す平面図である。図１６（Ａ）は、第１の変形例による液晶表示素子５０の平面図であり、図１６（Ｂ）はドットマトリクス表示部５２ｃの電極パターンの一部の拡大平面図である。
【００６５】
図１６（Ｂ）に示すように、短冊状のコモン電極２４ｂ及びセグメント電極１４ｃ自体を液晶表示素子５０の左右方位と並行ではなく僅かに斜めにして配置し、ラビングなどの配向処理は、図１６（Ａ）に示すように、従来どおりの６時・１２時方向（矢印１８及び２８で示す方位）で行う事によりφ=０°以外の斜めラビングの場合と同様な効果が得られる。なお、この変形例２の場合、コモン電極２４ｂの長手方向とセグメント電極１４ｃの長手方向とが直交するように設定される。コモン電極２４ｂの長手方向が、液晶表示素子５０の上下方向に直交する方向に対して±５〜１５°傾いた方向に延在するようにコモン電極２４ｂを形成する。また、セグメント電極１４ｃは、その長手方向が液晶表示素子５０の上下方向に対して±５〜１５°傾いた方向に延在するように形成する。
【００６６】
なお、ブラッククロスの位置は固定されるのであるから右回り・左回り部分の面積比は固定され、偏光板をどの様に貼ろうとも不均一さを感じることはない。したがってラビング方位がφ=０°でない場合（斜めラビングの場合）においても裏表偏光板吸収軸を液晶表示素子５０の左右上下方位に対して略４５°に配置しても表示の不均一性は生じない。
【００６７】
いずれの実施例においても液晶層中央分子配向方位がセグメント電極及びコモン電極と直交することはなく、セグメント電極の長手方向が直交する方向とは所定の角度を成すようにした。また、上下それぞれの基板で短冊状の電極は全て同じ幅で、平行となるように設けた。これにより、セグメント電極とコモン電極の交差によって、設けられる画素は全て同じ大きさ、形状となる。セグメント電極とコモン電極とを入れ替えても同じ効果が得られると考えられる。
【００６８】
また、いずれの実施例においても電極は全て透明電極を用いたが、これに限らず、上下基板のそれぞれの電極が交差するように短冊状に設けられていればよい。例えば、バックライトを使用せず、下側基板の電極を金属で形成し、外部からの反射光を利用する反射型であっても本発明の実施例を適用可能である。
【００６９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７０】
１、２…基板、３…液晶層、４…バックライト、１１、２１…偏光板、１２、２２…視角補償板、１３、２３…透明基板、１４、２４…透明電極、１５、２５…垂直配向膜、１８、２８…ラビング方向、３１…ブラッククロス、３２…ブラッククロスの交点、５０…液晶表示素子、５１…セグメント表示部、５２…ドットマトリクス表示部、６０…ドット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で対向して配置された一対の基板と、
前記一対の基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の電極と、
前記一対の基板の他方の対向面側に、前記第１の電極と交差するように短冊状に形成された複数本の第２の電極と、
前記一対の基板のいずれか一方又は両方の対向面側に形成され、前記第２の電極の長手方向と直交しない方向に配向処理を行った配向膜と、
前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、
前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とが交差して複数の画素を構成し、
前記配向処理により規定された配向方位とは異なる方位に前記液晶層の中央分子が配向する異配向領域が、隣接する画素において同じ画素エッジ付近に発現することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極とが直交し、
前記配向膜は、前記第１の電極の長手方向に対して±５〜１５°の方向に配向処理が施されている請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第２の電極は、長手方向が、前記第１の電極の長手方向に対して９０°±５°〜１５°の方向となるように形成され、
前記配向膜は、前記第１の電極の長手方向と平行な方向に配向処理が施される請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項１】
所定の間隔で対向して配置された一対の基板と、
前記一対の基板の一方の対向面側に短冊状に形成された複数本の第１の電極と、
前記一対の基板の他方の対向面側に、前記第１の電極と交差するように短冊状に形成された複数本の第２の電極と、
前記一対の基板のいずれか一方又は両方の対向面側に形成され、前記第２の電極の長手方向と直交しない方向に配向処理を行った配向膜と、
前記一対の基板に挟持され、プレチルト角を有する垂直配向モードの液晶層と、
前記一対の基板を挟んで配置される一対の偏光板とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とが交差して複数の画素を構成し、
前記配向処理により規定された配向方位とは異なる方位に前記液晶層の中央分子が配向する異配向領域が、隣接する画素において同じ画素エッジ付近に発現することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極とが直交し、
前記配向膜は、前記第１の電極の長手方向に対して±５〜１５°の方向に配向処理が施されている請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第２の電極は、長手方向が、前記第１の電極の長手方向に対して９０°±５°〜１５°の方向となるように形成され、
前記配向膜は、前記第１の電極の長手方向と平行な方向に配向処理が施される請求項１記載の液晶表示素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図１４】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図１４】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−９８３３３（Ｐ２０１２−９８３３３Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３４６４（Ｐ２０１０−２４３４６４）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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