(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と、
前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、
前記第１の透明基板の、前記第２の透明基板との対向面上に配置され、第１の平面形状を有する第１の透明電極と、
前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板との対向面上に配置され、第２の平面形状を有する第２の透明電極と、
前記第１及び第２の透明基板の間に挟まれた液晶層と、
表示面内で前記第１及び第２の透明電極の重なり部分として画定される表示パターンと、
前記表示パターンのエッジに沿った帯状の遮光膜と、
前記表示面内で前記第１及び前記第２の透明電極のいずれかのみが存在し、前記遮光膜に覆われずに前記液晶層を露出する背景と、
前記表示面内で前記第１及び前記第２の透明電極のいずれも存在せず、前記遮光膜に覆われずに前記液晶層を露出する背景と
を有し、
前記遮光膜は、前記表示面内で、前記表示パターンのエッジから内側の領域及び外側の領域の双方に重なりを持ち、
前記遮光膜が、前記表示面内で、前記表示パターンのエッジから内側の領域に重なる幅、または、前記遮光膜が、前記表示面内で、前記表示パターンのエッジから外側の領域に重なる幅が、５μｍ以上であり、
前記表示面内で、前記遮光膜の全幅が５０μｍ以下である液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶層に、誘電率異方性が負の液晶材料を含み、垂直配向型である請求項１に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関し、特に、遮光膜を有する液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
７セグメントによる数字表示や特定の形状を有するマーク表示等を行うセグメント表示の液晶表示素子が用いられている。セグメント表示パターンの背景の全面に、遮光膜であるブラックマスクを形成する技術が、例えば特許文献１〜３に開示されている。なお、特許文献３には、ドットマトリクス表示の場合にも、ドット表示パターンの背景にブラックマスクを設けることが述べられている。
【０００３】
特許文献３に述べられているように、ブラックマスクの効果の１つは、表示パターンのエッジ付近に発生する斜め電界に起因する光抜けを抑制できることである。なお、この光抜けは、特に垂直配向型の液晶表示素子で生じやすい。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８１５５９号公報
【特許文献２】特開２０００−２５００２４号公報
【特許文献３】特開平５−２１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、背景全面にブラックマスクを形成した場合、表示パターンを黒表示としても、表示パターンがうっすらと表示されているように見えてしまう現象（これを、ブラックマスクに起因するクロストークと呼ぶこととする）が起こる。
【０００６】
ブラックマスクに起因するクロストークは、ツイステッドネマチック（ＴＮ）、スーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）、垂直配向（ＶＡ）等のいずれの表示モードを用いたとしても、表示パターンの透過率を、ブラックマスクの透過率に匹敵する低い透過率にはできないために起こる。なお、この透過率差は、視角を傾けた時に、さらに顕著になってしまう。
【０００７】
図８を参照して、ブラックマスクに起因するクロストークの模式的な例を説明する。図８は、３桁の７セグメント表示部の表示状態を示す概略平面図である。３桁の７セグメント表示部の背景は、全面にブラックマトリックスが形成され黒地であり、３桁の７セグメント表示部が、「３２１」という白表示をしている。７セグメント表示部のうち、黒表示となっているセグメント（斜線で示す）が、背景のブラックマスク形成領域に比べると高い透過率であり、うっすらと表示されているように見えてしまう。
【０００８】
本発明の一目的は、ブラックマスクのような遮光膜に起因するクロストークの抑制が図られた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】
【０００９】
本発明の一観点によれば、第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第１の透明基板の、前記第２の透明基板との対向面上に配置され、第１の平面形状を有する第１の透明電極と、前記第２の透明基板の、前記第１の透明基板との対向面上に配置され、第２の平面形状を有する第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板の間に挟まれた液晶層と、表示面内で前記第１及び第２の透明電極の重なり部分として画定される表示パターンと、前記表示パターンのエッジに沿った帯状の遮光膜と、前記表示面内で前記第１及び前記第２の透明電極のいずれかのみが存在し、前記遮光膜に覆われずに前記液晶層を露出する背景と、前記表示面内で前記第１及び前記第２の透明電極のいずれも存在せず、前記遮光膜に覆われずに前記液晶層を露出する背景とを有し、前記遮光膜は、前記表示面内で、前記表示パターンのエッジから内側の領域及び外側の領域の双方に重なりを持ち、前記遮光膜が、前記表示面内で、前記表示パターンのエッジから内側の領域に重なる幅、または、前記遮光膜が、前記表示面内で、前記表示パターンのエッジから外側の領域に重なる幅が、５μｍ以上であり、前記表示面内で、前記遮光膜の全幅が５０μｍ以下である液晶表示素子が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
表示パターンのエッジに沿った帯状の遮光膜を用いることにより、表示パターンの背景全面に遮光膜を形成する場合に比べて、背景と黒表示の表示パターンとの透過率差を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の第１の実施例による液晶表示素子について説明する。図１は、第１の実施例の液晶表示素子の概略断面図である。下側透明基板２上に、セグメント電極３とブラックマスク４とが形成され、セグメント電極３とブラックマスク４とを覆って、下側配向膜５が形成されている。
【００１２】
上側透明基板９上に、コモン電極８が形成され、コモン電極８を覆って、上側配向膜７が形成されている。上側及び下側配向膜７、５として、例えば、日産化学工業株式会社製の垂直配向膜ＳＥ−１２１１が用いられる。
【００１３】
レーヨン製のラビング布により、上側及び下側配向膜７、５をラビングすることにより、図２に示すように、ラビング方向Ｄに倒れ込むように、液晶分子Ｍにプレティルト角θを付与することができる。ここで、プレティルト角θは、配向膜下方の透明基板の法線方向からの傾きで定義している。
【００１４】
配向膜にラビングを施した上側透明基板９と下側透明基板２とを、ラビング方向がアンチパラレルとなるように配向膜同士対向させて、直径４μｍのギャップコントロール材を介して重ね合わせ、シール材１２で封止して、空セルを作製する。
【００１５】
空セルに、複屈折率Δｎが０．０９で、誘電率異方性が負の液晶材料を注入して液晶層６を形成することにより、液晶セル１３を作製する。液晶材料として、例えばメルク株式会社製のものを用いることができる。誘電率異方性が負なので、電圧印加により液晶分子Ｍが垂直配向から倒れ込む。
【００１６】
液晶セル１３の下側及び上側に、それぞれ、下側偏光板１及び上側偏光板１１が配置されている。下側偏光板１及び上側偏光板１１は、相互にクロスニコル配置される。本実施例の液晶表示素子は、ノーマリーブラック表示を行う垂直配向型の液晶表示素子となる。下側偏光板１の下に、バックライト１４が配置され、バックライト１４が、下側偏光板１に光を入射させる。なお、明表示を白表示と呼び、暗表示を黒表示と呼ぶこととする。
【００１７】
液晶セル２０と上側偏光板１１との間に、視角補償板として二軸プレート１０が挿入されている。二軸プレート１０は、面内リターデーションが５０ｎｍであり、厚さ方向（厚さ断面内）のリターデーションが２２０ｎｍである。二軸プレート１０の面内遅相軸が、近接する偏光板である上側偏光板１０の吸収軸と直交するように配置されている。なお、視角補償板は、液晶セル２０と下側偏光板１との間に配置することもできる。
【００１８】
セグメント電極３及びコモン電極８は、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材料で形成される。表示面内で、セグメント電極３とコモン電極８との重なり部分が、表示パターンを画定する。所望の表示パターンの形状に対応して、セグメント電極３及びコモン電極８が、それぞれの平面形状で形成されている。図１に示した例では、表示面内で、コモン電極８がセグメント電極３を含み、セグメント電極３のエッジが表示パターンのエッジを画定する。制御装置１５が、液晶表示素子を単純マトリクス駆動する。
【００１９】
ブラックマスク４が、表示面内で、表示パターンのエッジを覆うように（図１に示す例ではセグメント電極３のエッジを覆うように）形成されている。ブラックマスク４は、例えば、遮光性（例えば透過率２％以下）の樹脂や金属等の材料で形成され、バックライト１４からの光を遮蔽する。なお、ブラックマスク４の上側の表面は、液晶表示素子の上方から入射する外光を反射しないことが好ましい。
【００２０】
なお、図３（Ａ）に示すように、ブラックマスク４を導電性材料で形成する場合は、セグメント電極３とブラックマスク４との間に、絶縁層５０を形成する。
【００２１】
なお、図３（Ｂ）に示すように、基板２上に、表示パターンのエッジを覆うようにブラックマスク４を形成し、ブラックマスク４の上に部分的に掛かるように、基板２上にセグメント電極３を形成することもできる。なお、ブラックマスク４同士の間に、ブラックマスク４と高さ（厚さ）を揃えた平坦化膜を形成し、ブラックマスク４と平坦化膜からなる層の上に、セグメント電極３を形成するようにして、セグメント電極３の平坦性を向上させることもできる。
【００２２】
なお、図３（Ｃ）に示すように、ブラックマスク４は、セグメント電極３側でなく、コモン電極８側に配置しても、表示パターンのエッジを覆うようにできる。図３（Ｃ）に示す例では、表示面内で、セグメント電極３のエッジが画定する表示パターンのエッジＥを覆うように、コモン電極８上にブラックマスク４Ａが配置されている。
【００２３】
なお、セグメント電極３のエッジが表示パターンのエッジを画定する例を挙げているが、電極パターンの設計に応じて、コモン電極８のエッジが表示パターンのエッジを画定する場合もあるし、セグメント電極３及びコモン電極８の両方のエッジが一致するような場合には、両電極のエッジが表示パターンのエッジを画定する。
【００２４】
なお、必要に応じて、表示パターンのエッジの、ある部分に対してはセグメント電極３側にブラックマスクを形成し、他の部分に対してはコモン電極８側にブラックマスクを形成することもできる。
【００２５】
なお、下側基板側にセグメント電極を形成し、上側電極側にコモン電極を形成した液晶セルの例を挙げているが、必要に応じて、上側基板側にセグメント電極を形成し、下側基板側にコモン電極を形成した液晶セルとすることもできる。
【００２６】
なお、ブラックマスクの厚さに特に制限はないが、例えば３μｍ以上と非常に厚くする場合は、ブラックマスクのエッジに起因する液晶の配向乱れを抑制するために、例えば、エッジ形状をテーパー状にすることや、ブラックマスクを覆い表面を平坦化する平坦化層を設けること等が好ましいであろう。  
【００２７】
図４を参照して、ブラックマスク４の配置についてさらに説明する。図４は、液晶表示素子の表示面の例を示す概略平面図である。表示面２０内の、１桁の７セグメント表示部分を示す。７セグメント表示部が、７つのセグメント表示パターン２１ａ〜２１ｇから構成されている。セグメント表示パターン２１ａ〜２１ｇのエッジを覆うように、それぞれ、エッジに沿って帯状のブラックマスク２２ａ〜２２ｇが形成されている。ブラックマスク２２ａ〜２２ｇを斜線で示す。この例では、各ブラックマスク２２ａ〜２２ｇの幅が２０μｍである。
【００２８】
例えばブラックマスク２２ａが、その幅方向について、セグメント表示パターン２１ａのエッジから、セグメント表示パターン２１ａの内側の領域に１０μｍ重なって形成されるとともに、セグメント表示パターン２１ａの外側の領域にも１０μｍ重なって形成されている。他のブラックマスク２２ｂ〜２２ｇについても、それぞれ、セグメント表示パターン２２ａ〜２１ｇのエッジから内側及び外側の領域に１０μｍずつ重なって形成されている。
【００２９】
図５は、このようなブラックマスクを形成した７セグメント表示部を３桁並べた表示部分の表示状態を示す概略平面図である。「背景技術」の欄で図８を参照して説明した表示状態の例を、第１の比較例と呼ぶこととする。本実施例の表示状態も、第１の比較例と同様に、黒地の背景で、３桁の７セグメント表示部が「３２１」という白表示をしている。
【００３０】
本実施例では、各セグメント表示パターンのエッジ付近にのみブラックマスク２２が形成されている。それ以外の背景にはブラックマスクが形成されておらず、液晶層が露出する。背景の黒地（斜線で示す）の透過率は、ブラックマスクの透過率ではなく、液晶層の透過率となる。
【００３１】
従って、黒表示となっているセグメント（斜線で示す）の透過率と、背景の透過率とがほぼ等しくなる。これにより、黒表示のセグメントがうっすらと表示されているように見えてしまう現象が、背景全面にブラックマスクを形成した第１の比較例に比べて抑制される。すなわち、ブラックマスクに起因するクロストークが抑制される。
【００３２】
なお、ブラックマスクに起因するクロストークを解消するために、透過率を黒表示のセグメント表示パターンと同程度にしたブラックマスクを、背景全面に形成する方法も考えられよう。しかし、表示パターンの透過率は、視角変化に応じて変わるので、表示パターンと背景との透過率差を、広い視角範囲で抑制することは難しい。
【００３３】
本実施例では、セグメント表示パターンのエッジ付近にのみブラックマスクを形成し、それ以外の背景には、表示パターンと同様に液晶層が露出する。このため、背景全面にブラックマスクを形成する場合に比べて、表示パターン及び背景の透過率は、視角が変わっても同様に変化する。従って、表示パターンと背景との透過率差が、広い視角範囲で抑制される。
【００３４】
垂直配向型液晶表示素子の黒表示部は、一般に、広い視角範囲で低い透過率を保てるので、本実施例の液晶表示素子は、広い視角範囲で、黒表示パターン及び背景の透過率を低く保ちつつ、黒表示パターンと背景との透過率差を抑えることができる。
【００３５】
さらに、本実施例の液晶表示素子では、セグメント表示パターンのエッジ付近に形成されたブラックマスクにより、エッジ付近の光抜けが抑制される。
【００３６】
第１の実施例の液晶表示素子からブラックマスクを省いた第２の比較例の液晶表示素子について考える。第２の比較例の液晶表示素子で生じるエッジ付近の光抜けについて説明する。ノーマリーブラック表示の液晶表示素子を単純マトリクス駆動して、表示パターンを黒表示とするとき、表示パターンには、白表示を行うオン電圧よりは低いオフ電圧が印加されている。
【００３７】
図６（Ｃ）は、オフ電圧印加時の電界の方向を示す第２の比較例の液晶表示素子の概略断面図である。破線が、セグメント電極３及びコモン電極８間の電界の方向を示す。コモン電極８は、表示面内でセグメント電極３を含むように広く、セグメント電極３とコモン電極８のエッジが一致していない。セグメント電極３のエッジ３０が、表示パターンのエッジＥを画定している。
【００３８】
表示面内で、セグメント電極３のエッジ３０から充分に内側では、電界が基板（上側基板９または下側基板２）の法線方向と平行であるが、エッジ３０の付近では、基板法線方向から傾いた斜め電界が生じている。
【００３９】
オフ電圧が印加された状態で、電界が基板法線方向に平行な領域では、液晶分子は初期の垂直配向のまま動かないが、エッジ３０付近の領域３１では、斜め電界の影響により、液晶分子が動いてしまう。これに起因して、エッジ３０付近の領域３１で、光抜けが生じる。
【００４０】
図７（Ｃ）は、ブラックマスクを形成しない第２の比較例の液晶表示素子の、黒表示時の写真である。表示パターンのエッジに沿って、光抜けが生じている。
【００４１】
図６（Ａ）は、オフ電圧印加時の電界の方向を示す第１の実施例の液晶表示素子の概略断面図である。第２の比較例と同様に、セグメント電極３のエッジ３０付近に斜め電界が生じている。ただし、第１の実施例では、表示面内で、エッジ３０付近の光抜けが生じる領域３１を覆うように、ブラックマスク４が形成されている。ブラックマスク４が無ければ光抜けする光が、ブラックマスク４により遮蔽される。
【００４２】
図７（Ａ）は、表示パターンのエッジを覆うように、エッジに沿って帯状のブラックマスクを形成した第１の実施例の液晶表示素子の、黒表示時の写真である。ブラックマスクは、幅が２０μｍであり、表示パターンのエッジから表示パターンの内側及び外側の双方に１０μｍずつ重なって形成されている。表示パターンのエッジ付近の光抜けがほとんど観察されない。
【００４３】
次に、第２の実施例による液晶表示素子について説明する。第１の実施例では、表示パターンのエッジから表示パターンの内側及び外側の双方に重なりを持つようにブラックマスクを形成したが、第２の実施例では、表示パターンのエッジに沿って、表示パターンの内側の領域のみに重なりを持つようにブラックマスクを形成する。
【００４４】
図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ、第２の実施例の液晶表示素子の、オフ電圧印加時の電界の方向を示す概略断面図及び黒表示時の写真である。図６（Ｂ）に示すように、第２の実施例では、表示パターンのエッジ３０から内側に、エッジ３０を起点にしてブラックマスク４Ｂが形成されている。表示面内で、表示パターンのエッジＥとブラックマスク４Ｂの端とが重なる（表示面内で、表示パターンのエッジＥとブラックマスク４Ｂとが接する）。
【００４５】
図７（Ｂ）の写真の例では、ブラックマスクの幅を１０μｍとしている。表示パターンの内側及び外側にブラックマスクを形成した第１の実施例に比べると、エッジに沿った光抜けがある程度観察される。ただし、ブラックマスクを形成しない第２の実施例に比べると、光抜けは大幅に改善されている。
【００４６】
なお、もしもエッジから表示パターンの内側のみに光抜けが生じているならば、第２の実施例の図７（Ｂ）の写真の例でも、第１の実施例の図７（Ａ）の写真の例と同様に、光抜けがほとんど観察されないことになる。また、エッジから表示パターンの外側のみに光抜けが生じているならば、第２の実施例の図７（Ｂ）の写真の例でも、第２の比較例の図７（Ｃ）の写真の例と同様に、すべての光抜けが観察されることになる。
【００４７】
第２の実施例の図７（Ｂ）の写真の例で、第１の実施例の図７（Ａ）の写真の例よりは光抜けが増え、第２の比較例の図７（Ｃ）の写真の例よりは光抜けが改善された結果から、光抜けは表示パターンのエッジから内側の領域及び外側の領域の両方に生じていると考えられる。
【００４８】
以上より、表示パターンのエッジから内側または外側の一方だけにブラックマスクを形成しても、エッジ付近の光抜けは有効に遮蔽されることがわかる。さらに、表示パターンのエッジから内側及び外側の両側にブラックマスクを形成すれば、光抜けはさらに有効に遮蔽される。
【００４９】
なお、表示パターンのエッジから内側または外側へのブラックマスクの重なりの幅を５μｍとすると、幅１０μｍの場合ほどの遮光効果はなかったが、ブラックマスクなしの場合に比べれば明らかに光抜けが抑制された。従って、表示面内で、表示パターンのエッジから内側の領域または外側の領域へのブラックマスクの重なりの幅は、５μｍ以上とするのが好ましい。なお、表示パターンのエッジから内側または外側へのブラックマスクの重なりの幅を１０μｍより大きくしても、幅１０μｍの場合と同程度の遮光効果であった。
【００５０】
ブラックマスクの幅が広すぎると、ブラックマスク自身が視認されてしまうので好ましくない。様々な幅を検討したところ、表示面内のブラックマスクの全幅は、５０μｍ以下が好ましいことがわかった。
【００５１】
以上説明したように、表示パターンのエッジに沿う帯状の遮光膜を用いることにより、例えば背景全面に遮光膜を形成する場合に比べて、黒表示の表示パターンの透過率と黒地の背景の透過率とが異なって見える現象を抑制することができる。
【００５２】
さらに、表示パターンのエッジに沿う帯状の遮光膜により、黒表示時の表示パターンのエッジ付近に生じる光抜けを遮蔽できる。遮光膜の幅を充分に細く（例えば２０μｍ程度に）することにより、遮光膜自体が目視されないようにできる。
【００５３】
なお、垂直配向型液晶表示素子の実施例を説明したが、例えばＴＮやＳＴＮ等の水平配向型液晶表示素子等、他のタイプの液晶表示素子であっても、ノーマリーブラック表示で、単純マトリクス駆動のように、黒表示時に表示パターンに電圧を印加する液晶表示素子について、実施例の技術は有効である。
【００５４】
つまり、背景全面に形成された遮光膜に代えて、表示パターンのエッジに沿う帯状の遮光膜とすることにより、背景と黒表示パターンとの透過率差が低減する。また、表示パターンのエッジに沿う帯状の遮光膜により、黒表示パターンのエッジ付近の光抜けを遮蔽できる。なお、ＴＮやＳＴＮ等でも、斜め電界によるエッジ付近の配向の乱れに起因して、光抜けが起こり得る。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例の液晶表示素子の概略断面図である。
【図２】図２は、ラビング方向とプレティルト角との関係を示す概略断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、ブラックマスクの配置方法の様々な例を示す概略断面図である。
【図４】図４は、第１の実施例の液晶表示素子のブラックマスク配置を示す概略平面図である。
【図５】図５は、第１の実施例の液晶表示素子の表示状態を示す概略平面図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、それぞれ、オフ電圧印加時の電界の方向を示す第１の実施例、第２の実施例、及び第２の比較例の液晶表示素子の概略断面図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、それぞれ、第１の実施例、第２の実施例、及び第２の比較例の液晶表示素子の黒表示時の写真である。
【図８】図８は、第１の比較例の液晶表示素子の表示状態を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  下側偏光板
２  下側透明基板
３  セグメント電極
４  ブラックマスク
５  下側配向膜
６  液晶層
７  上側配向膜
８  コモン電極
９  上側透明基板
１０  二軸プレート
１１  上側偏光板
１２  シール材
１３  液晶セル
１４  バックライト
１５  制御装置
２０  表示面
２１ａ〜２１ｇ  セグメント表示パターン
２２ａ〜２２ｇ、２２  ブラックマスク
【図１】
0004477055.tif 000002
【図２】
0004477055.tif 000003
【図３】
0004477055.tif 000004
【図４】
0004477055.tif 000005
【図５】
0004477055.tif 000006
【図６】
0004477055.tif 000007
【図８】
0004477055.tif 000008
【図７】
0004477055.tif 000009