(57)【要約】【課題】  広い温度範囲での中間調の表示が可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  液晶表示装置１０は、対向配置された基板１１、１２と、基板１１、１２間に挟持された高分子分散型液晶層１３と、基板１１上に設けられた第１表示電極１５と、第１表示電極１５上に設けられた絶縁層１８と、絶縁層１８上に設けられ、第１表示電極１５とともに共通のキャラクタを表示するための第２表示電極１９と、基板１２上に設けられた共通電極２１とを含む。第１表示電極１５は、平面投影において第２表示電極１９と重ならないように形成される。【選択図】  図１
2015132732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板間に挟持された高分子分散型液晶層と、
前記第１基板上に設けられた第１表示電極と、
前記第１表示電極上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１表示電極とともに共通のキャラクタを表示するための第２表示電極と、
前記第２基板上に設けられた共通電極と、
を具備し、
前記第１表示電極は、平面投影において前記第２表示電極と重ならないように形成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
対向配置された第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板間に挟持された高分子分散型液晶層と、
前記第１基板上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられた第１表示電極と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１表示電極と電気的に分離され、前記第１表示電極とともに共通のキャラクタを表示するための第２表示電極と、
前記第２基板上に設けられた共通電極と、
を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１及び第２表示電極の各々は、一様なパターンを有す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。
【請求項４】
前記第２表示電極は、複数の開口部を有した網状パターンからなり、
前記第１表示電極は、前記複数の開口部と同じ平面形状を有する複数の電極部分を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２表示電極の各々は、多角形からなる複数の電極部分を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１基板上に設けられ、前記第１表示電極に電気的に接続された第１配線と、
前記第１基板上に設けられ、前記第２表示電極に電気的に接続された第２配線と
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記共通電極及び前記第１表示電極間に第１電圧を印加する第１駆動回路と、
前記共通電極及び前記第２表示電極間に第２電圧を印加する第２駆動回路と
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第１及び第２電圧の各々は、２種類の電圧であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子分散型液晶は、三次元の網状に形成された高分子（高分子ネットワーク）内において液晶が相分離した構造を有し、高分子ネットワークの側壁に沿って液晶分子がランダムに配置している状態と、電界を印加して液晶分子が電界方向に配列した状態とで光の散乱状態と光の透過状態とをそれぞれ作り出す（例えば、特許文献１）。散乱度合いは、液晶に印加される電圧により決定され、液晶に印加される電圧は、高分子材料と液晶との分圧により決定される。
【０００３】
図１５は、従来の液晶表示装置の一例を示す断面図である。一方のガラス基板１０１に透明の表示電極１０２を形成し、他方のガラス基板１０３に透明の共通電極１０４を形成する。表示電極１０２が形成された領域がパターン表示可能な領域である。前述の２枚のガラス基板１０１及び１０３で高分子分散型液晶層１０５を挟み、高分子分散型液晶層１０５を封入するようにして２枚のガラス基板１０１、１０３をシール材１０６で貼り合わせる。図１５の液晶表示装置は、表示電極１０２及び共通電極１０４間に電圧を印加してパターン表示を行う。例えば、表示電極１０２及び共通電極１０４間に５Ｖを印加すると透明状態、表示電極１０２及び共通電極１０４間を０Ｖにすると散乱状態となる。
【０００４】
図１６は、散乱度合いを透過率に置き換えて、複数種類の温度（一例として、−１０℃、２５℃、及び５０℃）における電圧と透過率との関係を示すグラフである。図１６のグラフの最大透過率（９０％付近）が液晶層のしきい値に対応する。
【０００５】
図１６から理解できるように、同じ電圧での透過率が温度により大きく変化している。この原因は、液晶は、温度が高いと誘電率が小さくなり、逆に温度が低いと誘電率が大きくなるが、高分子材料は、数十℃の温度差では誘電率の変化は少ない。このため、液晶に実質印加される実効電圧は高分子材料によって分圧されるため、高温だと実効電圧が高く、低温だと実効電圧は低くなる。よって、高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置の特性は、図１６のように温度による変化が大きくなる。
【０００６】
散乱（０Ｖ）と透過（５Ｖ）との２値表示を行う場合は、温度が変化しても表示に影響しないが、電圧により中間調を表現しようとすると、温度により透過率が大きく変化する。例えば電圧２．２Ｖの場合、２５℃では透過率５０％であるが、５０℃では透過率８６％、−１０℃では透過率５％となり、５０℃及び−１０℃の場合には中間調が表現できず、２値表示並みになってしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２には、ディザリングにより中間調を表示する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１９５８３号公報
【特許文献２】特表２００３−５３３７５１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１２／１１１６２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、広い温度範囲での中間調表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に挟持された高分子分散型液晶層と、前記第１基板上に設けられた第１表示電極と、前記第１表示電極上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、前記第１表示電極とともに共通のキャラクタを表示するための第２表示電極と、前記第２基板上に設けられた共通電極とを具備する。前記第１表示電極は、平面投影において前記第２表示電極と重ならないように形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に挟持された高分子分散型液晶層と、前記第１基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた第１表示電極と、前記絶縁層上に設けられ、前記第１表示電極と電気的に分離され、前記第１表示電極とともに共通のキャラクタを表示するための第２表示電極と、前記第２基板上に設けられた共通電極とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、広い温度範囲での中間調の表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の断面図。
【図２】液晶表示装置が表示可能なキャラクタの一例を示す概略図。
【図３】第１パターン例における下部表示電極及び上部表示電極の平面図。
【図４】第２パターン例における下部表示電極及び上部表示電極の平面図。
【図５】電圧制御時における液晶層の状態を説明する概略図。
【図６】高分子分散型液晶層の透明状態における電圧波形。
【図７】高分子分散型液晶層の散乱状態における電圧波形。
【図８】高分子分散型液晶層の弱い散乱状態１における電圧波形。
【図９】高分子分散型液晶層の弱い散乱状態２における電圧波形。
【図１０】１つのキャラクタパターンを抽出して示した平面図。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の断面図。
【図１２】第１パターン例における第１表示電極及び第２表示電極の平面図。
【図１３】第２パターン例における第１表示電極及び第２表示電極の平面図。
【図１４】図１３に示したＡ−Ａ´線に沿った第１表示電極及び第２表示電極の断面図。
【図１５】従来の液晶表示装置の一例を示す断面図。
【図１６】従来の液晶表示装置の温度依存性を説明するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１５】
［第１実施形態］
［１．液晶表示装置の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置１０の断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置１０は、文字や図形などの複数のキャラクタを表示するパターン表示型の液晶表示装置である。
【００１６】
液晶表示装置１０は、表示電極が設けられる第１基板１１と、共通電極が設けられかつ第１基板１１に対向配置される第２基板１２と、第１基板１１及び第２基板１２間に挟持された液晶層１３とを備える。
【００１７】
液晶層１３は、表示領域（画面領域）を囲む枠状のシール材１４によって第１基板１１及び第２基板１２間に封止される。シール材１４は、第１基板１１及び第２基板１２を接着している。液晶層１３の厚さ（ギャップ）は、例えば７μｍ程度である。液晶層１３は、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）、又は高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Polymer Network Liquid Crystal）により構成される。ＰＤＬＣは、高分子層（高分子ネットワーク）内に液晶が分散された構造を有しており、すなわち高分子内において液晶が相分離した構造を有する。或いは、高分子ネットワーク中の液晶が連続相を有していてもよい。
【００１８】
高分子層としては光硬化樹脂を用いることができる。例えば、ＰＤＬＣは、光重合型の高分子前駆体（モノマー）に液晶を混合させた溶液に紫外線を照射し、モノマーを重合させてポリマーを形成し、そのポリマーのネットワーク中に液晶が分散される。液晶としては、例えば、誘電率異方性が正（ポジ型）のネマティック液晶が用いられる。すなわち、液晶層に電圧が印加されない場合は、液晶分子が高分子ネットワーク内にランダムに配置した状態となり、液晶層に電圧が印加される場合は、液晶分子が電界方向に立っている状態（液晶分子の長軸が電界方向に向いている状態）となる。
【００１９】
液晶層１３側の基板１１上には、下部表示電極１５と、この下部表示電極１５に電気的に接続された下部配線電極１６と、上部配線電極１７とが設けられる。また、基板１１上には、下部表示電極１５、下部配線電極１６、及び上部配線電極１７を覆うように、絶縁層１８が設けられる。絶縁層１８上には、上部表示電極１９が設けられる。上部表示電極１９の一端と上部配線電極１７とは、絶縁層１８を貫通するコンタクトプラグ２０によって電気的に接続される。下部配線電極１６及び上部配線電極１７はそれぞれ、下部表示電極１５及び上部表示電極１９に電圧を供給するための引き出し配線である。なお、図１では、複数の下部表示電極１５が図示されているが、これらは図示しない電極部分（又は配線）によって電気的に接続されて１つの下部表示電極１５を構成する。同様に、図１では、複数の上部表示電極１９が図示されているが、これらは図示しない電極部分（又は配線）によって電気的に接続されて１つの上部表示電極１９を構成する。
【００２０】
ここで、下部表示電極１５と上部表示電極１９とは、平面投影（平面視）において、重ならないように形成される。下部表示電極１５及び上部表示電極１９はそれぞれ、キャラクタの面積内に一様なパターンで形成される。下部表示電極１５及び上部表示電極１９のパターン例については後述する。下部表示電極１５及び上部表示電極１９は、ほぼ同じ外形を有しており、下部表示電極１５及び上部表示電極１９がキャラクタのパターンに加工されることで、キャラクタ表示が可能となる。
【００２１】
液晶層１３側の基板１２上には、共通電極２１が設けられる。基板１２の液晶層１３と反対面が液晶表示装置１０の画像表示面となる。
【００２２】
なお、図１には、１つのキャラクタを表示するための下部表示電極１５と上部表示電極１９とを抽出して示している。下部配線電極１６及び上部配線電極１７は、キャラクタごとに設けられる。一方、共通電極２１は、全てのキャラクタに共通して１つ設けられる。よって、共通電極２１は、液晶表示装置１０の画面のサイズとほぼ同じサイズを有している。
【００２３】
第１基板１１及び第２基板１２の各々は、ガラス、石英、及びプラスチック等からなる透明基板である。下部表示電極１５、下部配線電極１６、上部配線電極１７、上部表示電極１９、コンタクトプラグ２０、及び共通電極２１はそれぞれ、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。下部表示電極１５、上部表示電極１９、及び共通電極２１の膜厚はそれぞれ、例えば２５ｎｍ程度である。絶縁層１８は、透明な絶縁材料から構成され、例えばシリコン窒化物が用いられる。絶縁層１８の膜厚は、例えば５００ｎｍ程度である。
【００２４】
図２は、液晶表示装置１０が表示可能なキャラクタの一例を示す概略図である。図２（ａ）が平面図、図２（ｂ）が側面図である。シール材１４で囲まれた領域が液晶表示装置１０の表示領域ＤＡであり、この表示領域ＤＡに液晶層１３が設けられる。共通電極２１は、表示領域ＤＡと同じかそれ以上のサイズを有している。
【００２５】
表示領域ＤＡ内に示された複数のロの字のパターンが、液晶表示装置１０が表示可能な複数のキャラクタの一例である。図２に示した複数のキャラクタは、カメラのファインダなどに表示させるフォーカスポイントを表している。下部表示電極１５及び上部表示電極１９はそれぞれ、キャラクタのパターンと同じ形状に加工される。下部配線電極１６、上部配線電極１７、及び共通電極２１はそれぞれ、端子２３まで引き出されている。複数の端子２３は、駆動回路２１、２２に電気的に接続される。キャラクタパターンとしては、ロの字以外の様々な図形や文字を用いることができる。
【００２６】
［２．下部表示電極及び上部表示電極のパターン例］
次に、下部表示電極１５及び上部表示電極１９のパターン例について説明する。図３は、第１パターン例における下部表示電極１５及び上部表示電極１９の平面図である。
【００２７】
上部表示電極１９は、複数の開口部１９Ａを有する網状パターンである。開口部１９Ａの形状は、図３に示すように円であってもよいし、楕円、四角形又はその他の多角形であってもよい。開口部１９Ａの径Ｄは例えば５０μｍ程度、隣接する２つの開口部１９Ａ間の距離Ｓは例えば１８μｍ程度である。上部表示電極１９は、上部配線電極１７に電気的に接続される。
【００２８】
下部表示電極１５は、上部表示電極１９の複数の開口部１９Ａと同じ平面形状を有する複数の電極部分１５Ａと、複数の電極部分１５Ａを電気的に接続する複数の接続部分１５Ｂとから構成される。すなわち、下部表示電極１５の複数の電極部分１５Ａは、平面投影において上部表示電極１９と重ならないように配置される。下部表示電極１５は、下部配線電極１６に電気的に接続される。
【００２９】
本実施形態では、上部表示電極１９と共通電極２１とが直接向き合った第１領域Ａ１と、下部表示電極１５と共通電極２１とが直接向き合った第２領域Ａ２（すなわち上部表示電極１９の開口部１９Ａの領域）とのディザリングによって中間調を表示する。よって、中間調表示を一様にするために、上部表示電極１９に形成される複数の開口部１９Ａは、均一に配置されることが望ましい。本実施形態では、上部表示電極１９に形成される複数の開口部１９Ａは、千鳥配列を有する。千鳥配列とは、隣接する２つの開口部間の距離、又は隣接する２つの開口部の中心間の距離（ピッチという）の半分の位置に次の行の開口部を配置するようにして、複数の開口部が配列されたパターンである。上部表示電極１９に形成される開口部１９Ａのパターンとして千鳥配列を用いた場合、ディザリングによる中間調の表示にムラが生じるのを防ぐことができる。
【００３０】
図４は、第２パターン例における下部表示電極１５及び上部表示電極１９の平面図である。上部表示電極１９は、複数の電極部分１９Ｂと、複数の電極部分１９Ｂを電気的に接続する複数の接続部分１９Ｃとから構成される。各電極部分１９Ｂの平面形状は、多角形であり、例えば、図４に示すように八角形である。すなわち、上部表示電極１９は、複数の多角形が一様に並んだパターンを有する。複数の電極部分１９Ｂは、図示しない上部配線電極１７に電気的に接続される。
【００３１】
下部表示電極１５は、複数の電極部分１５Ａと、複数の電極部分１５Ａを電気的に接続する複数の接続部分１５Ｂとから構成される。各電極部分１５Ａの平面形状は、多角形であり、例えば、図４に示すように八角形である。下部表示電極１５の電極部分１５Ａの面積（サイズ）は、上部表示電極１９の電極部分１９Ｂの面積と同じあってもよいし、異なっていてもよい。上部表示電極１９と同様に、下部表示電極１５は、複数の多角形が一様に並んだパターンを有する。複数の電極部分１５Ａは、図示しない下部配線電極１６に電気的に接続される。
【００３２】
下部表示電極１５は、平面投影において上部表示電極１９と重ならないように配置される。下部表示電極１５の複数の電極部分１５Ａは、平面投影において、上部表示電極１９の複数の電極部分１９Ｂとギャップが最小になるように配置される。例えば、複数の電極部分１５Ａ及び複数の電極部分１９Ｂからなるパターンは、千鳥配列を有し、すなわち、電極部分１５Ａは、電極部分１９Ｂから半ピッチずらして配置される。
【００３３】
図４に示した第２パターン例においても、上部表示電極１９と共通電極２１とが直接向き合った第１領域Ａ１と、下部表示電極１５と共通電極２１とが直接向き合った第２領域Ａ２とのディザリングによって中間調を表示することができる。
【００３４】
［３．動作］
次に、液晶表示装置１０の動作について説明する。液晶表示装置１０の画像表示動作は、駆動回路２１、２２によって制御される。駆動回路２１は、下部配線電極１６及び共通電極２１に電気的に接続されており、下部配線電極１６及び共通電極２１間に２値の電圧（２種類の電圧）を印加する。駆動回路２２は、上部配線電極１７及び共通電極２１に電気的に接続されており、上部配線電極１７及び共通電極２１間に２値の電圧（２種類の電圧）を印加する。これにより、下部配線電極１６に接続された下部表示電極１５と、上部配線電極１７に接続された上部表示電極１９とは、独立して電圧制御が可能となる。
【００３５】
図５は、電圧制御時における液晶層１３の状態を説明する概略図である。図５（ａ）は、液晶層１３の散乱状態を説明する図であり、図５（ｂ）は、液晶層１３の透過状態を説明する図である。なお、図５には、共通電極２１と上部表示電極１９とに挟まれた液晶層１３の一部を抽出して示している。液晶分子は、光学的に回転楕円体（楕円の長軸で回転）で表わされ、短軸方向の径が正常光の屈折率ｎｏ、長軸方向の径が異常光の屈折率ｎｅとなる。
【００３６】
液晶層１３に電界を印加していない場合、液晶分子がランダムに配置される。この場合、液晶層１３に白色光を入射すると、入射光が散乱して外部からは白濁した状態として観察される（白表示）。
【００３７】
一方、液晶層１３に電界を印加した場合、液晶分子が電界方向（すなわち垂直方向）に配列する。この場合、液晶層１３に白色光を入射すると、光の振動方向（進行方向に垂直な方向）は屈折率ｎｏに揃うので入射光は液晶層１３を直進する。このため、入射光が透過して外部からは透明な状態として観察される（黒表示）。
【００３８】
本実施形態では、上部表示電極１９と下部表示電極１５とが重ならないように配置されるため、上部表示電極１９と共通電極２１とが直接向き合った第１領域Ａ１の液晶層１３の状態と、下部表示電極１５と共通電極２１とが直接向き合った第２領域Ａ２の液晶層１３の状態とを独立して制御することが可能となる。よって、１つのキャラクタを表示する場合、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とのディザリングにより、透明、中間調（弱い散乱１と２）、散乱の４通りの表示が可能となる。
【００３９】
図６は、透明状態における電圧波形である。透明状態では、駆動回路２２は、上部表示電極１９及び共通電極２１間に高電圧（例えば５Ｖ）を印加し、駆動回路２１は、下部表示電極１５及び共通電極２１間に５Ｖを印加する。これにより、キャラクタパターン全体に５Ｖが印加されるため、キャラクタパターン全体を透明状態にすることができる。なお、直流電圧を液晶層に印加し続けると液晶が劣化してしまうため、一定時間ごとに電圧の極性を反転させる反転駆動を採用している。反転駆動を行う周期は、液晶材料や電圧の大きさなどに応じて適宜設計可能であり、本実施形態では、例えば“１／３０”秒である。
【００４０】
図７は、散乱状態における電圧波形である。散乱状態では、駆動回路２２は、上部表示電極１９及び共通電極２１間に０Ｖを印加、すなわち上部表示電極１９及び共通電極２１を同電位にし、駆動回路２１は、下部表示電極１５及び共通電極２１間に０Ｖを印加、すなわち上部表示電極１９及び共通電極２１を同電位にする。これにより、キャラクタパターン全体に電界が印加されていないため、キャラクタパターン全体を散乱状態にすることができる。
【００４１】
図８は、弱い散乱状態１における電圧波形である。弱い散乱状態１では、駆動回路２２は、上部表示電極１９及び共通電極２１間に５Ｖを印加し、駆動回路２１は、下部表示電極１５及び共通電極２１間に０Ｖを印加する。これにより、キャラクタパターンの第１領域Ａ１には電界が印加され、キャラクタパターンの第２領域Ａ２には電界が印加されないので、第１領域Ａ１を透明状態、第２領域Ａ２を散乱状態にすることができる。従って、図８の電圧制御により、ディザリングによる第１の中間調が表示される。
【００４２】
図９は、弱い散乱状態２における電圧波形である。弱い散乱状態２では、駆動回路２２は、上部表示電極１９及び共通電極２１間に０Ｖを印加し、駆動回路２１は、下部表示電極１５及び共通電極２１間に５Ｖを印加する。これにより、キャラクタパターンの第１領域Ａ１には電界が印加されず、キャラクタパターンの第２領域Ａ２には電界が印加されるので、第１領域Ａ１を散乱状態、第２領域Ａ２を透明状態にすることができる。従って、図９の電圧制御により、第１の中間調と異なる第２の中間調が表示できている。
【００４３】
なお、第１の中間調と第２の中間調と透過率は、下部表示電極１５と上部表示電極１９との面積比を変えることで任意に設計可能である。このように、下部表示電極１５と上部表示電極１９との面積比を適宜設定することで、キャラクタを４値の階調で表示することが可能となる。
【００４４】
また、図３の第１パターン例において、上部表示電極１９の開口部１９Ａの径が２５μｍ以下と小さい場合は、光の回折により光が分光して虹が見えてしまうため、開口部１９Ａの径は２５μｍ以上であることが望ましい。また、開口部１９Ａの径が１００μｍ以上と大きい場合には、キャラクタ表示が均一に見えず、例えばドットが見えるなどの表示ムラが生じるため、開口部１９Ａの径は１００μｍ以下であることが望ましい。同様に、図４の第２パターン例において、下部表示電極１５の電極部分１５Ａの径、及び上部表示電極１９の電極部分１９Ｂの径はそれぞれ、２５μｍ以上かつ１００μｍ以下であることが望ましい。
【００４５】
［４．キャラクタパターンの具体例］
次に、１つのキャラクタパターンの具体例について説明する。図１０は、１つのキャラクタパターンを抽出して示した平面図である。キャラクタパターンは、例えば、図２に示したロの字である。
【００４６】
ロの字のキャラクタパターンは、このキャラクタパターンと同じ外形を有する下部表示電極１５及び上部表示電極１９によって表現される。ロの字の線幅は、例えば１２０μｍである。上部表示電極１９は、例えば５０μｍ径の開口部を有する網状パターンを有している。上部表示電極１９は、コンタクトプラグ２０及び上部配線電極１７を介して駆動回路２２に電気的に接続される。
【００４７】
下部表示電極１５は、円形を有する複数の電極部分１５Ａと、複数の電極部分１５を電気的に接続する複数の接続部分１５Ｂとから構成される。なお、図が煩雑になるのを避けるために、下部表示電極１５の接続部分１５Ｂの図示は省略している。下部表示電極１５は、下部配線電極１６を介して駆動回路２１に電気的に接続される。
【００４８】
ロの字のキャラクタパターンの内側の領域には、平面状に形成された上部表示電極３０が設けられる。ロの字のキャラクタパターンの外側の領域には、平面状に形成された上部表示電極３１が設けられる。上部表示電極３０及び上部表示電極３１は、上部表示電極１９と同じレベルの配線層で形成される。上部表示電極１９と、上部表示電極３０と、上部表示電極３１とは、ギャップによって互いに電気的に分離される。上部表示電極３０と上部表示電極３１とは、ジャンパ３２によって電気的に接続され、このジャンパ３２を介して駆動回路２２に電気的に接続される。ジャンパ３２は、下部表示電極１５と同じレベルの配線層で形成される。
【００４９】
ロの字のキャラクタパターンは、透明、第１の中間調、第２の中間調、及び散乱の４階調を表示することができる。ロの字の内側と外側の領域は、上部表示電極３０及び上部表示電極３１が平面状に形成されるため、透明及び散乱の２階調を表示することができる。
【００５０】
ここで、ロの字の線幅は１２０μｍ程度と細いため、ロの字のパターンエッジでは、上部表示電極１９の開口部が途切れる場合がある。この開口部が途切れた領域には上部表示電極１９が存在しないため、上部表示電極１９によって液晶層１３の配向が制御できず、パターンエッジの表示がボケやすい。このパターンエッジの表示ボケを抑制するために、上部表示電極１９をロの字のパターンエッジに沿って縁取りすることが望ましい。すなわち、ロの字のパターンエッジには、必ず上部表示電極１９の縁取り部１９−１が設けられる。これにより、パターンエッジの階調を正確に表示できるため、パターンエッジの表示ボケを抑制することができる。
【００５１】
［５．効果］
以上詳述したように第１実施形態に係る液晶表示装置１０は、下部表示電極１５及び上部表示電極１９が形成された基板１１と、共通電極２１が形成された基板１２と、基板１１及び基板１２間に挟持されかつＰＤＬＣ（又はＰＮＬＣ）からなる液晶層１３とを備える。下部表示電極１５及び上部表示電極１９は、互いに絶縁層１８で分離され、キャラクタパターンと同じ外形に加工される。また、下部表示電極１５と上部表示電極１９とは、互いに重ならないようにパターン加工される。そして、２値の電圧を用いて、透明、中間調（弱い散乱１と２）、及び散乱の４階調の表示を行うようにしている。
【００５２】
以下に、液晶表示装置で消費される電流値を見積もる。単位面積あたりの電流値Ｉは、式（１）で表される。ｆはオン波形の周波数、Ｃは単位面積当たりの容量値、Ｖ０はオン波形の波高値である。
【００５３】
Ｉ＝２ｆＣＶ０      ・・・（１）
Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３はそれぞれ、共通電極２１と上部表示電極１９との間、共通電極２１と下部表示電極１５との間、及び下部表示電極１５と上部表示電極１９との間の単位面積当たりの電流値（電流密度）である。ε１は液晶層１３の誘電率、ε２は絶縁層１８の誘電率、ｄ１は液晶層１３の厚さ、ｄ２は絶縁層１８の厚さである。Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３はそれぞれ、式（２）、式（３）、及び式（４）で表される。
【００５４】
Ｉ１＝２ｆε１Ｖ０／ｄ１      ・・・（２）
Ｉ２＝２ｆε１ε２Ｖ０／（ε１ｄ２＋ε２ｄ１）  ・・・（３）
Ｉ３＝２ｆε２Ｖ０／ｄ２      ・・・（４）
ここで、ε１及びε２が４ε０（ε０：真空の誘電率）近辺で等しく、ｄ１＝１０μｍ、ｄ２＝０.４μｍとすると、Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３は式（５）の関係を有する。
【００５５】
Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３＝ｄ１−１：（ｄ１＋ｄ２）−１：ｄ２−１≒１：１：２５    ・・・（５）
式（５）から、下部表示電極１５と上部表示電極１９との間の電流値Ｉ３が最も大きくなる。しかし、本実施形態では、下部表示電極１５と上部表示電極１９とが重ならないように配置されるため、下部表示電極１５と上部表示電極１９との間の電流値Ｉ３を削減できる。これにより、液晶表示装置１０の消費電流を低減できる。
【００５６】
また、従来のネマティック液晶では、中間電圧（例えば２．１Ｖ）を印加して液晶分子を傾いた状態にすることで、中間調を表示している。このような従来例では、中間調を表示するための応答速度が長くなる。これに対して、本実施形態では、中間調を表示するために中間電圧を使用していない。これにより、広い温度範囲での中間調表示が可能となる。また、中間調を表示する応答速度を速くすることができる。
【００５７】
また、ＰＤＬＣ又はＰＮＬＣからなる液晶層１３を用いているため、偏光板や配向膜を使用せずに複数の階調が表現できる。これにより、製造コストの低減、及び微細化が可能な液晶表示装置１０を実現することができる。
【００５８】
また、上部表示電極１９の開口部１９Ａを千鳥配列にしているため、上部表示電極１９が均一な網状パターンを有している。これにより、中間調の表示ムラを抑制することができる。
【００５９】
［第２実施形態］
第２実施形態は、ディザリングを行うための２種類の表示電極を同じレベルの配線層で構成するようにしている。図１１は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置１０の断面図である。
【００６０】
第１表示電極１５及び第２表示電極１９は、絶縁層１８上に設けられる。第１表示電極１５と第２表示電極１９とは、平面投影（平面視）において、重ならないように形成され、また、互いに電気的に分離される。第１表示電極１５は、基板１１上に形成された第１配線電極１６にコンタクトプラグ４０を介して電気的に接続される。第２表示電極１９は、基板１１上に形成された第２配線電極１７にコンタクトプラグ２０を介して電気的に接続される。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００６１】
次に、第１表示電極１５及び第２表示電極１９のパターン例について説明する。図１２は、第１パターン例における第１表示電極１５及び第２表示電極１９の平面図である。
【００６２】
第１表示電極１５は、複数の電極部分１５Ａと、複数の電極部分１５Ａを電気的に接続する複数の接続部分１５Ｂとから構成される。各電極部分１５Ａの平面形状は、多角形であり、例えば、図１２に示すように八角形である。すなわち、第１表示電極１５は、複数の多角形が一様に並んだパターンを有する。複数の電極部分１５Ａは、図示しない第１配線電極１６に電気的に接続される。
【００６３】
第２表示電極１９は、複数の電極部分１９Ｂと、複数の電極部分１９Ｂを電気的に接続する複数の接続部分１９Ｃとから構成される。各電極部分１９Ｂの平面形状は、多角形であり、例えば、図１２に示すように八角形である。第２表示電極１９の電極部分１９Ｂの面積（サイズ）は、第１表示電極１５の電極部分１５Ａの面積と同じあってもよいし、異なっていてもよい。第１表示電極１５と同様に、第２表示電極１９は、複数の多角形が一様に並んだパターンを有する。複数の電極部分１９Ｂは、図示しない第２配線電極１７に電気的に接続される。
【００６４】
第２表示電極１９は、平面投影において第１表示電極１５と重ならないように配置され、所定のギャップを開けて電気的に分離される。例えば、第１表示電極１５の複数の電極部分１５Ａ、及び第２表示電極１９の複数の電極部分１９Ｂからなるパターンは、千鳥配列を有する。
【００６５】
第１実施形態と同様に、図１２に示した第１パターン例においても、第１表示電極１５と共通電極２１とが直接向き合った第１領域Ａ１と、第２表示電極１９と共通電極２１とが直接向き合った第２領域Ａ２とのディザリングによって中間調を表示することができる。
【００６６】
図１３は、第２パターン例における第１表示電極１５及び第２表示電極１９の平面図である。図１４は、図１３に示したＡ−Ａ´線に沿った第１表示電極１５及び第２表示電極１９の断面図である。
【００６７】
第２表示電極１９は、複数の開口部１９Ａを有する網状パターンである。例えば、第２表示電極１９に形成される複数の開口部１９Ａは、千鳥配列を有する。開口部１９Ａの形状は、図１３に示すように円であってもよいし、楕円、四角形又はその他の多角形であってもよい。開口部１９Ａの径Ｄは例えば５０μｍ程度、隣接する２つの開口部１９Ａ間の距離Ｓは例えば１８μｍ程度である。第２表示電極１９は、第２配線電極１７に電気的に接続される。
【００６８】
第１表示電極１５は、第２表示電極１９の複数の開口部１９Ａと同じ平面形状を有する複数の電極部分から構成される。複数の電極部分１５は、複数のコンタクトプラグ４０を介して第１配線電極１６に電気的に接続される。円形の複数の電極部分からなる第１表示電極１５は、平面投影において第２表示電極１９と重ならないように配置される。
【００６９】
図１３に示した第２パターン例においても、第１表示電極１５と共通電極２１とが直接向き合った第１領域Ａ１と、第２表示電極１９と共通電極２１とが直接向き合った第２領域Ａ２とのディザリングによって中間調を表示することができる。中間調表示を一様にするために、第２表示電極１９に形成される開口部１９Ａは、均一に配置されることが望ましい。第２実施形態においても、第２表示電極１９に形成される開口部１９Ａは、千鳥配列を有している。第２表示電極１９に形成される開口部１９Ａのパターンとして千鳥配列を用いた場合、ディザリングによる中間調の表示にムラが生じるのを防ぐことができる。
【００７０】
以上詳述したように第２実施形態によれば、第１表示電極１５と第２表示電極１９とが重ならないように配置されるため、液晶表示装置１０の消費電流を低減することができる。また、第１表示電極１５と第２表示電極１９とが同じレベルの配線層で構成されるので、第１表示電極１５と第２表示電極１９とを一回の加工工程（フォトリソグラフィ及びエッチング）で形成できる。これにより、製造コストが低減できるとともに、第１表示電極１５と第２表示電極１９との合わせずれを考慮する必要がない。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
【００７１】
上記第１及び第２実施形態の液晶表示装置１０は、カメラなどのファインダに文字や図形を重ねて表示するパターン表示型の液晶表示装置に適用することができる。その他、上記第１及び第２実施形態の液晶表示装置１０は、デジタル時計、調光ガラス、セグメント表示が可能な液晶表示装置、マトリクス表示が可能な液晶表示装置などに適用することも可能である。
【００７２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。
【符号の説明】
【００７３】
１０…液晶表示装置、１１，１２…基板、１３…液晶層、１４…シール材、１５，１９…表示電極、１６，１７…配線電極、１８…絶縁層、２０，４０…コンタクトプラグ、２１…共通電極、２１，２２…駆動回路、２３…端子、３０，３１…上部表示電極、３２…ジャンパ、１０１，１０３…基板、１０２…表示電極、１０４…共通電極、１０５…高分子分散型液晶層、１０６…シール材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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