JP2007010870A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】観察側からの静電気の影響を受けない安定し、タッチ入力の影響が残らない表示を行なうことができるタッチ入力機能液晶表示素子を提供する。
【解決手段】基板面と実質的に平行な方向の横電界を生成する第１と第２の表示用電極１４，１５と、観察側基板１１の外面に液晶層１３の全域に対応させて設けられた静電気遮断用導電膜３１と、フィルム基板３３とその一方の面に設けられた第２の導電膜３４とからなり、観察側基板１１の外面側に、第２の導電膜３４を静電気遮断用導電膜３１に間隙をおいて対向させて配置され、前記静電気遮断用導電膜３１とにより、観察側からの局部的タッチにより撓み変形して第２の導電膜３４を局部的に静電気遮断用導電膜３１に接触させるタッチ入力部を形成するタッチフィルム３２とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、横電界制御型の液晶表示素子に関する。

液晶表示素子として、間隙を存して対向する観察側とその反対側の一対の基板間に液晶を封入し、前記一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、互いに絶縁して、それぞれの間への表示駆動電圧の供給によりその間に前記基板面と実質的に平行な方向の横電界を生成する第１と第２の表示用電極を設けた横電界制御型のものがある（特許文献１、２参照）。

この横電界制御型液晶表示素子は、前記一方の基板の内面の第１と第２の表示用電極間に画像データに対応する表示駆動電圧を供給し、これらの表示用電極間に生成した横電界により液晶分子の配向方位（分子長軸の向き）を前記基板面と実質的に平行な面内で制御して画像を表示するものであり、広い視野角を有している。
特開平 ９―１５９９９６号公報 特開平１１―２０２３５６号公報

しかし、前記横電界制御型の液晶表示素子は、観察側から加わる静電気が、横電界による液晶分子の配向方位の制御に大きく影響するため、観察側の面に指等の帯電物を触れたり近付けたりしたときに、表示が不安定になるという問題をもっている。

この発明は、観察側からの静電気の影響を受けない安定した表示を行なうことができ、しかも、構造をほとんど複雑化及び厚型化させることなくタッチ入力機能を備えさせ、さらに、タッチ入力の影響が残らない表示を行なうことができる液晶表示素子を提供することを目的としたものである。

この発明の液晶表示素子は、間隙を存して対向する観察側とその反対側の一対の基板と、前記一対の基板間に封入された液晶層と、前記一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に互いに絶縁して設けられ、それぞれの間への表示駆動電圧の供給によりその間に前記基板面と実質的に平行な方向の横電界を生成する第１と第２の表示用電極と、前記観察側の基板の外面に、前記液晶層の全域に対応させて設けられた第１の導電膜と、フィルム基板とその一方の面に設けられた第２の導電膜とからなり、前記観察側の基板の外面側に、前記第２の導電膜を前記第１の導電膜に間隙をおいて対向させて配置され、前記第１の導電膜とにより、前記観察側からの前記フイルム基板への押圧位置を検出するタッチ入力部を形成するタッチフィルムとを備えたことを特徴とする。

この発明の液晶表示素子において、前記第１の導電膜と、前記第２の導電膜を設けたフィルム基板とにより形成されるタッチ入力部は、観察側からの局部的タッチにより前記フィルム基板が撓み変形して前記第２の導電膜を局部的に前記第１導電膜に接触させる接触型入力部とするのが好ましい。

また、この液晶表示素子においては、他方の基板の内面に、少なくとも前記第１と第２の表示用電極間に生成された横電界により液晶分子の配向方位が制御される領域からなる画素の全域に対応させて、前記第１と第２の表示用電極のいずれか一方との間に、前記第１と第２の表示用電極間に供給する表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給され、前記一方の表示用電極との間に、前記液晶層の厚さ方向と実質的に平行な方向の縦電界を生成する視野角制御用電極を設けるのが望ましい。

この発明の液晶表示素子は、観察側とその反対側の一対の基板の一方の内面に互いに絶縁して設けられた第１と第２の表示用電極間への表示駆動電圧の供給により、前記第１と第２の表示用電極間に前記基板面と実質的に平行な方向の横電界を生成させ、その横電界により前記一対の基板間に封入された液晶層の液晶分子の配向方位（分子長軸の向き）を前記基板面と実質的に平行な面内で制御して画像を表示するものであり、この液晶表示素子では、前記観察側の基板の外面に、前記液晶層の全域に対応する第１の導電膜を設けているため、観察側から加わる静電気が、前記横電界による液晶分子の配向方位の制御に影響することはなく、したがって、前記静電気の影響を受けない安定した表示を行なうことができる。

しかも、この液晶表示素子は、前記観察側の基板の外面側に、フィルム基板とその一方の面に設けられた第２の導電膜とからなるタッチフィルムを、前記第２の導電膜を前記第１の導電膜に間隙をおいて対向させて配置し、このタッチフィルムと前記第１の導電膜とにより、前記観察側からの前記フィルム基板への押圧位置を検出するタッチ入力部を形成しているため、構造をほとんど複雑化及び厚型化させることなくタッチ入力機能を備えさせることができる。

この液晶表示素子において、前記タッチ入力部は、前記観察側からの局部的タッチにより前記フィルム基板が撓み変形して前記第２の導電膜を局部的に前記第１導電膜に接触させる接触型入力部とするのが好ましい。

そして、この液晶表示素子は、前記横電界により液晶分子の配向方位を制御して画像を表示するものであるため、前記タッチフィルムのタッチにより前記観察側の基板が内側に反り変形してその部分の表示が乱れても、タッチ解除による前記観察側の基板の復元後、速やかに前記表示の乱れを解消することができ、したがって、タッチ入力の影響が残らない表示を行なうことができる。

この発明の液晶表示素子においては、他方の基板の内面に、少なくとも前記第１と第２の表示用電極間に生成された横電界により液晶分子の配向方位が制御される領域からなる画素の全域に対応させて、前記第１と第２の表示用電極のいずれか一方との間に、前記第１と第２の表示用電極間に供給する表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給され、前記一方の表示用電極との間に、前記液晶層の厚さ方向と実質的に平行な方向の縦電界を生成する視野角制御用電極を設けるのが望ましく、このようにすることにより、横電界制御型液晶表示素子の特性である広視野角表示と、前記縦電界により前記液晶分子を前記基板面に対して斜めに立上がり配向させて視野角を狭くした狭視野角表示とを行なうとともに、その視野角を十分に広い角度範囲にわたって安定に制御することができる。

（第１の実施形態）
図１〜図８はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示素子の一部分の断面図、図２は前記液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図である。

この実施例の液晶表示素子は、図１及び図２に示したように、間隙を存して対向する観察側（図１において上側）とその反対側の一対の透明基板１１，１２と、前記一対の基板１１，１２間に封入された正の誘電異方性を有するネマティック液晶からなる液晶層１３と、前記一対の基板１１，１２の互いに対向する内面のうち、一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板１２の内面に互いに絶縁して設けられ、それぞれの間への表示駆動電圧の供給によりその間に前記液晶層１３に前記基板１２面と実質的に平行な方向の横電界を生成する第１と第２の透明な表示用電極１４，１５と、前記一対の基板１１，１２を挟んで配置された一対の偏光板２９，３０とを備えている。

すなわち、この液晶表示素子は、前記一方の基板（以下、反対側基板という）１２の内面に互いに絶縁して設けられた前記第１と第２の表示用電極１４，１５間への画像データに対応する表示駆動電圧の供給により、前記第１と第２の表示用電極間１４，１５に前記基板１２面と実質的に平行な方向の横電界を生成させ、その横電界により前記一対の基板１１，１２間に封入された液晶層１３の液晶分子の配向方位（分子長軸の向き）を前記基板１２面と実質的に平行な面内で制御して画像を表示するものであり、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成する横電界により液晶分子の配向方位が制御される領域により、画像を表示するための最小単位である画素Ａが形成されている。

前記画素Ａは、行方向（液晶表示素子の画面の左右方向）及び列方向（画面の上下方向）にマトリックス状に配列されており、前記反対側基板１２の内面にけられた第１と第２の表示用電極１４，１５のうち、第１の表示用電極１４は、少なくとも前記画素Ａの全域に対応させて形成され、第２の表示用電極１５は、前記第１の表示用電極１４を覆って設けられた層間絶縁膜２４の上に、前記画素Ａよりも小さい面積を有する形状に形成され、その縁部において前記第１の表示用電極１４と対向している。

この液晶表示素子は、前記マトリックス状に配列した複数の画素ＡをＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１６からなるアクティブ素子により選択して駆動するアクティブマトリックス液晶表示素子であり、前記第１の表示用電極１４は、各画素行毎に、その行の複数の画素Ａに対応させて設けられ、前記第２の表示用電極１５は、各画素Ａにそれぞれ対応させて設けられ、前記反対側基板１２の内面に形成された複数のＴＦＴ１６にそれぞれ接続されている。

前記ＴＦＴ１６は、前記反対側基板１２の上に形成されたゲート表示用電極１７と、前記ゲート表示用電極１７を覆って反対側基板１２の略全面に形成されたゲート絶縁膜１８と、このゲート絶縁膜１８の上に前記ゲート表示用電極１７と対向させて形成されたｉ型半導体膜１９と、前記ｉ型半導体膜１９の両側部の上にｎ型半導体膜（図示せず）を介して設けられたソース電極２０およびドレイン電極２１とからなっている。

さらに、前記反対側基板１２の内面には、各行のＴＦＴ１６にゲート信号を供給する複数本のゲート配線２２と、各列のＴＦＴ１６にデータ信号を供給する複数本のデータ配線２３とが設けられており、前記ゲート配線２２は、前記反対側基板１２の上に前記ＴＦＴ１６のゲート表示用電極１７と一体に形成され、前記データ配線２３は、前記ゲート絶縁膜１８の上に形成され、前記ＴＦＴ１６のドレイン電極２１に接続されている。

そして、前記第１の表示用電極１４は、前記ゲート絶縁膜１８の上に、各画素行にそれぞれ対応させて、前記画素Ａの全域に対応する形状に形成されたＩＴＯ膜１４ａからなっており、これらのＩＴＯ膜１４ａは、その端部において共通接続されている。

なお、この実施例では、前記ＩＴＯ膜１４ａの各画素Ａに対応する領域の間の部分の幅を小さくしているが、このＩＴＯ膜１４ａは、その全長にわたって前記画素Ａの全域に対応する幅に形成してもよい。

また、前記第２の表示用電極１５は、前記第１の表示用電極１４を覆う前記層間絶縁膜２４の上に各画素Ａにそれぞれ対応させて設けられ、複数の櫛歯部を有する櫛形形状にパターニングされた櫛形ＩＴＯ膜１５ａからなっており、この櫛形ＩＴＯ膜１５ａの各櫛歯部をつなぐ基部の一端において前記ＴＦＴ１６のソース電極２０に接続されている。

なお、前記層間絶縁膜２４は、前記反対側基板１２の略全面に、前記第１の表示用電極１４とＴＦＴ１６及びデータ配線２３を覆って設けられており、前記櫛形ＩＴＯ膜１５ａは、前記層間絶縁膜２４に設けられたコンタクト孔（図示せず）において前記ＴＦＴ１６のソース電極２０に接続されている。

前記櫛形ＩＴＯ膜１５ａは、例えば等間隔で形成された４本の櫛歯部を有しており、１つの画素（第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成された横電界により液晶分子の配向方位が制御される領域）Ａは、前記画素Ａの全域に対応する形状のＩＴＯ膜１４ａと、前記櫛形ＩＴＯ膜１５ａの前記ＩＴＯ膜１４ａに対応する４つの櫛歯部とにより形成されている。

また、前記櫛形ＩＴＯ膜１５ａの各櫛歯部は、液晶表示素子の画面の上下方向、つまり前記画面の縦軸Ｏに対して、左右いずれか一方の方向に、５°〜１５°の角度θで傾いた方向に沿う細長形状に形成されており、これらの櫛歯部の幅ａと、隣合う櫛歯部間の間隔ｂとの比ｂ／ａは、１／３〜３／１、好ましくは１／１に設定されている。

さらに、この液晶表示素子は、前記一対の基板１１，１２の他方、つまり観察側基板１１の内面に、少なくとも前記画素（第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成された横電界により液晶分子の配向方位が制御される領域）Ａの全域に対応させて設けられた透明な視野角制御用電極２５を備えている。

この視野角制御用電極２５は、前記第１と第２の表示用電極１４，１５のいずれか一方との間に、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に供給する前記表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給され、前記一方の表示用電極１４または１５との間に、前記液晶層１３の厚さ方向と実質的に平行な方向の縦電界を生成する表示用電極であり、前記複数の画素Ａの配列領域全体に対向する一枚膜状のＩＴＯ膜からなっている。

なお、この液晶表示素子は、前記複数の画素Ａ毎にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂを備えたカラー画像表示素子であり、前記カラーフィルタ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂは前記観察側基板１１の上に形成され、その上に前記視野角制御用電極２５が形成されている。

また、前記観察側基板１１と反対側基板１２の内面にはそれぞれ、前記第１と第２の表示用電極１４，１５及び視野角制御用電極２５を覆って、水平配向膜２７，２８が設けられており、これらの配向膜２７，２８はそれぞれ、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成される横電界の方向に対して予め定めた角度で斜めに交差する方向に沿って互いに逆方向にラビングすることにより配向処理されている。

すなわち、前記配向膜２７，２８はそれぞれ、前記第２の表示用電極１５の縁部、つまり前記櫛形ＩＴＯ膜１５ａの各櫛歯部の縁部の長さ方向に対して予め定めた角度で斜めに交差する方向に沿って互いに逆方向に配向処理されている。

前記観察側基板１１と反対側基板１２は、前記複数の画素Ａの配列領域、画面領域を囲む枠状のシール材（図示せず）を介して接合されており、前記液晶層１３は、前記観察側基板１１と反対側基板１２との間の前記シール材で囲まれた領域に封入されている。

前記液晶層１３の液晶分子は、前記配向膜２７，２８の配向処理方向に分子長軸を揃えて、前記基板１１，１２面と実質的に平行に配向している。

そして、この液晶表示素子の液晶分子が前記配向膜２７，２８の配向処理方向に分子長軸を揃えて基板１１，１２面と実質的に平行に配向した状態におけるΔｎｄ（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄの積）の値は、可視光帯域の中間波長の１／２の値である略２７５ｎｍ付近に設定されている。

図３は、前記液晶表示素子の観察側基板１１と反対側基板１２の配向膜２７，２８の配向処理方向（ラビング方向）１１ａ，１２ａと前記一対の偏光板２９，３０の透過軸２９ａ，３０ａの向きを示している。

図３のように、前記観察側基板１１と反対側基板１２の配向膜２７，２８は、液晶表示素子の画面の上下方向（画面の縦軸Ｏ）と実質的に平行な方向、つまり、画面の縦軸Ｏに対して左右いずれか一方の方向に５°〜１５°の角度θで傾いた方向に沿う細長形状に形成された櫛歯部を有する櫛形ＩＴＯ膜１５ａからなる第２の表示用電極１５に対してその傾き方向とは反対方向に前記角度θで傾いた方向に沿って、互いに逆方向に配向処理されており、前記一対の偏光板２９，３０のうち、観察側の偏光板２９は、その透過軸２９ａを前記配向処理方向１１ａ，１２ａと実質的に平行にして配置され、反対側の偏光板３０は、その透過軸３０ａを観察側偏光板２９の透過軸２９ａと実質的に直交または平行にして配置されている。

すなわち、この液晶表示素子は、前記観察側基板１１と反対側基板１２の配向膜２７，２８の配向処理方向１１ａ，１２ａを、前記画面の上下方向（画面の縦軸Ｏ）に対して実質的に平行な方向とし、この配向処理方向１１ａ，１２ａに対して前記櫛形ＩＴＯ膜１５ａの櫛歯部の長手方向を５°〜１５°の角度θで傾いた方向に形成し、且つ前記一対の偏光板２９，３０のうち、観察側偏光板２９の透過軸２９ａを前記配向処理方向１１ａ，１２ａに対して実質的に平行に配置している。

そして、この実施例では、前記観察側偏光板２９の透過軸２９ａと反対側偏光板３０の透過軸３０ａとを互いに直交させ、ノーマーリーブラックモードの液晶表示素子を構成している。

また、この液晶表示素子は、前記観察側基板１１の外面に前記液晶層１３の全域に対応させて設けられたＩＴＯ等からなる一枚膜状の透明な静電気遮断用の第１の導電膜３１（以下、静電気遮断用導電膜という）と、前記観察側基板１１の外面側に間隙をおいて対向配置された透明なタッチフィルム３２とをさらに備えている。

なお、前記観察側偏光板２９は、前記タッチフィルム３２の外面（観察側の面）に貼付けられており、さらに前記観察側偏光板２９の外面には、タッチペン５１（図８参照）等によるタッチ入力に対して前記観察側偏光板２９を保護する透明な表面フィルム（図示せず）が貼付けられている。

前記タッチフィルム３２は、前記観察側基板１１と略同じ外形を有する透明なフィルム基板３３と、このフィルム基板３３の一方の面に設けられたＩＴＯ等からなる透明な第２の導電膜３４とからなっており、この第２の導電膜（以下、タッチ側導電膜という）３４は、前記静電気遮断用導電膜３１と略同じ外形の一枚膜状に形成されている。

そして、前記タッチフィルム３２は、前記観察側基板１１の外面側に、前記画面領域を囲む枠状のスペーサ（図示せず）を介して、前記タッチ側導電膜３４を前記静電気遮断用導電膜３１に適度な間隙をおいて対向させて配置され、前記静電気遮断用導電膜３１とにより、前記観察側からの前記フィルム基板３３への押圧位置を検出するタッチ入力部を形成している。

この実施例では、前記タッチ入力部を、前記観察側からの局部的タッチにより前記フィルム基板３３が撓み変形して前記タッチ側導電膜３４を局部的に前記静電気遮断用導電膜３１に接触させる接触型入力部としている。

この液晶表示素子は、観察側とその反対側の一対の基板１１，１２の一方、例えば反対側基板１２の内面に互いに絶縁して設けられた第１と第２の表示用電極１４，１５間への画像データに対応する表示駆動電圧の供給により、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に前記基板１２面と実質的に平行な方向の横電界を生成させ、その横電界により前記一対の基板１１，１２間に封入された液晶層１３の液晶分子の配向方位（分子長軸の向き）を前記基板１２面と実質的に平行な面内で制御して画像を表示するものであり、この液晶表示素子では、観察側基板１１の外面に、前記液晶層１３の全域に対応する静電気遮断用導電膜３１を設けているため、観察側から加わる静電気が、前記横電界による液晶分子の配向方位の制御に影響することはなく、したがって、前記静電気の影響を受けない安定した表示を行なうことができる。

また、この液晶表示素子は、他方の基板、つまり観察側基板１１の内面に、少なくとも前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成された横電界により液晶分子の配向方位が制御される領域からなる画素Ａの全域に対応させて、前記第１と第２の表示用電極１４，１５のいずれか一方との間に、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に供給する表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給され、前記一方の表示用電極１４または１５との間に、前記液晶層１３の厚さ方向と実質的に平行な方向の縦電界を生成する視野角制御用電極２５を設けているため、横電界制御型液晶表示素子の特性である広視野角表示と、前記縦電界により前記液晶分子を基板１１，１２面に対して斜めに立上がり配向させて視野角を狭くした狭視野角表示とを行なうとともに、その視野角を十分に広い角度範囲にわたって安定に制御することができる。

すなわち、この液晶表示素子は、図４〜図７に示したように、画像データに対応する表示駆動電圧を発生する信号源３６と、前記信号源３６からの表示駆動電圧を前記液晶表示素子の各画素Ａの第１と第２の表示用電極１４，１５間に供給するための駆動制御スイッチ３４とを有する画像表示駆動手段３５により表示駆動される。

この画像表示駆動手段３５は、前記書込みスイッチ３７のＯＮにより、前記液晶表示素子の各画素Ａの第１と第２の表示用電極１４，１５間に前記画像データに対応する表示駆動電圧を供給し、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に前記表示駆動電圧に応じた横電界（基板１２面と実質的に平行な方向の電界）を生成させる。

さらに、この液晶表示素子は、図４〜図７に示したように、予め定めた値の視野角制御電圧を発生する信号源３９と、前記信号源３６からの視野角制御電圧を、前記液晶表示素子の各画素Ａの第１と第２の表示用電極１４，１５の一方、例えば第１の表示用電極１４と前記視野角制御用電極２５との間にスタティック的に供給するための視野角制御スイッチ４０とを有する視野角制御駆動手段３８により駆動され、表示の視野角を広視野角から狭視野角に制御する。

この視野角制御駆動手段３８は、前記視野角制御スイッチ３９のＯＮにより、前記液晶表示素子の各画素Ａの第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に、前記画像表示駆動手段３５から前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に供給される前記表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給し、前記第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に前記液晶層１３の厚さ方向と実質的に平行な方向の縦電界を生成させるものであり、前記視野角制御電圧は、前記第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に、液晶分子を基板１１，１２面に対して例えば４５°〜７０°の範囲内の予め設定された角度で斜めに立上がり配向させる縦電界を生成させる値に設定されている。

なお、前記視野角制御スイッチ３９は、前記液晶表示素子を備えた携帯電話機等の電子機器に設けられた視野角選択キーによる広視野角の選択に連動してＯＦＦし、前記視野角選択キーによる狭視野角の選択に連動してＯＮする自動切換スイッチであり、前記視野角制御駆動手段３８は、前記視野角選択キーにより広視野角が選択されたとき、つまり前記視野角制御スイッチ３９のＯＦＦ時は前記第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に視野角制御電圧を供給せず、前記視野角選択キーにより狭視野角が選択されたときに、前記視野角制御スイッチ３９のＯＮにより前記第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に前記視野角制御電圧を供給する。

このように、前記液晶表示素子は、前記画像表示駆動手段３５により、前記反対側基板１２の内面の第１と第２の表示用電極１４，１５間に画像データに対応する表示駆動電圧を供給され、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に前記表示駆動電圧に応じた横電界を生成して画像を表示し、前記視野角制御駆動手段３８により、前記反対側基板１２の内面の第１の表示用電極１４と、観察側基板１１の内面に少なくとも前記画素（第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成された横電界により液晶分子が配向方位を変える領域）Ａの全域に対応させて設けられた視野角制御用電極２５との間に、前記表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給され、前記第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に前記視野角制御電圧に応じた縦電界を生成して表示の視野角を狭くするものであり、前記縦電界を生成しないときは広い視野角が得られ、前記縦電界を生成すると視野角が狭くなる。

図４及び図５は、前記液晶表示素子の１つの画素Ａの縦電界を生成しない状態における液晶分子の配向の変化を模式的に示した図であり、図４は前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界を生成されていないときの配向方位、図５は前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界が生成されたときの配向方位を示している。

前記縦電界を生成しない加状態では、前記液晶分子１３ａが基板１１，１２面と実質的に平行に配向しており、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界が生成されていないときは、図４のように一対の基板１１，１２の配向膜２７，２８の配向処理方向１１ａ，１２ａに分子長軸を揃えて配向し、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界が生成されたときに、図５のように前記横電界の方向に分子長軸を揃えて配向する。

すなわち、前記第１の表示用電極１４は、少なくとも前記画素Ａの全域に対応させて形成されており、前記第２の表示用電極１５は、前記第１の表示用電極１４を覆う層間絶縁膜２４の上に、前記画素Ａよりも小さい面積を有する形状に形成され、その縁部において前記第１の表示用電極１４と対向しているため、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に表示駆動電圧を供給すると、前記第１の表示用電極１４の第２の表示用電極１５の縁部に対応する部分と前記第２の表示用電極１５の縁部との間に、前記反対側基板１２面と実質的に平行な方向の横電界が生成され、その横電界により、液晶分子１３ａが前記横電界の方向に分子長軸を揃えて配向し、その液晶分子の挙動の影響を受けて、前記画素Ａ内の他の領域（櫛形ＩＴＯ膜１５ａからなる第２の表示用電極１５の各櫛歯部の中央及び隣合う櫛歯部の間の中央に対応する領域）の液晶分子１３ａも同様に配向する。

そして、前記縦電界を生成しない状態では、液晶分子１３ａが、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成された横電界により前記基板１１，１２面と実質的に平行な面内で配向方位（分子長軸の向き）を変えるため、液晶表示素子のΔｎｄの視角依存性が小さく、したがって、横電界制御型液晶表示素子の特性である広い視野角が得られる。

図６及び図７は、前記液晶表示素子の１つの画素Ａの縦電界を生成した状態における液晶分子の配向方位を模式的に示した図であり、図６は前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界が生成されていないときの配向方位、図７は前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界が生成されたときの配向方位を示している。

前記画素Ａの第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に前記視野角制御電圧を供給すると、画素Ａの全域に対応する形状のＩＴＯ膜１４ａからなる第１の表示用電極１４の前記視野角制御用電極２５と対向する部分（櫛形ＩＴＯ膜１５ａからなる第２の表示用電極１５の各櫛歯部の間に対応する部分）と、前記画素Ａの全域に対応する前記視野角制御用電極２５との間に、前記液晶層１３の実質的に平行な方向の縦電界が生成され、その縦電界により、液晶分子１３ａが基板１１，１２面に対して斜めに立上がり配向する。

なお、前記縦電界は、前記第１の表示用電極１４の視野角制御用電極２５と対向する部分から前記視野角制御用電極２５に向って幅が大きくなる略逆台形状の領域に生成し、その領域の液晶分子１３ａが前記縦電界により斜めに立上がり配向し、その液晶分子の挙動により、前記画素Ａ内の縦電界が弱い領域の液晶分子１３ａも同様に立上がり配向する。

そして、縦電界を生成した状態では、液晶分子１３ａが上記のように基板１１，１２面に対して斜めに立上がり配向した状態で、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成された横電界により配向方位を変える。

すなわち、縦電界を生成した状態では、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界を生成しないときは、前記液晶分子１３ａが前記立上がり配向方位で図６のように一対の基板１１，１２の配向膜２７，２８の配向処理方向１１ａ，１２ａに分子長軸を揃えて配向し、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に横電界が生成されたときに、図７のように前記横電界の方向に分子長軸を揃えて配向する。

そして、縦電界を生成した状態では、液晶分子１３ａの斜め方向の立上がり配向により液晶表示素子のΔｎｄの視角依存性が大きくなるため、液晶表示素子の正面方向（液晶表示素子の法線付近の方向）から見た表示は前記縦電界を生成しない状態での表示とほとんど変わらないコントラストの良い表示であるが、前記正面方向に対して斜めに傾いた方向から見ると、前記Δｎｄの視角依存性により、正面方向から見たときとは異なる位相差が生じ、表示をほとんど視認することができなくなる。

したがって、このときは、表示を十分なコントラストで視認できる視野角が正面方向の狭い範囲になり、斜め方向から他人に覗き見される心配の無い、セキュリティ性の高い狭視野角表示を行なうことができる。

なお、この実施例の液晶表示素子は、一対の偏光板２９，３０の透過軸２９ａ，３０ａを実質的に直交させたノーマリーブラックモードの表示素子であり、前記縦電界を生成しない状態及び縦電界を生成した状態のいずれでも、前記横電界を生成しないときの表示は暗表示、前記横電界を生成したときの表示は明表示である。

この液晶表示素子は、その一方の基板（反対側基板）１２の内面に、それぞれの間への表示駆動電圧の供給によりその間に前記基板１２面と実質的に平行な方向の横電界を生成する第１と第２の表示用電極１４，１５を互いに絶縁して設け、他方の基板（観察側基板）１１の内面に、少なくとも前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に生成された横電界により液晶分子１３ａの配向方位が制御される領域からなる画素Ａの全域に対応させて、前記第１と第２の表示用電極１４，１５のいずれか一方、例えば第１の表示用電極１４との間に、前記第１と第２の表示用電極１４，１５間に供給する表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給され、前記第１の表示用電極１４との間に、前記液晶層１３の厚さ方向と実質的に平行な方向の縦電界を生成する視野角制御用電極２５を設けているため、上述したように、横電界制御型液晶表示素子の特性である広視野角表示と、前記縦電界により前記液晶分子１３ａを前記基板１１，１２面に対して斜めに立上がり配向させて視野角を狭くした狭視野角表示とを行なうとともに、その視野角を十分に広い角度範囲にわたって安定に制御することができる。

なお、この実施例では、前記第１の表示用電極１４と視野角制御用電極２５との間に視野角制御電圧を供給しているが、前記視野角制御電圧を前記第２の表示用電極１５と視野角制御用電極２５との間に供給し、この第２の表示用電極１５と視野角制御用電極２５との間に縦電界を生成させるようにしてもよく、その場合も同様な広視野角表示と狭視野角表示を行なうことができる。

また、この液晶表示素子は、一対の基板１１，１２の内面に形成された配向膜２７，２８をそれぞれ、画面の上下方向（画面の縦軸Ｏ）と実質的に平行な方向に沿って互いに逆方向に配向処理し、前記一対の偏光板２９，３０のうち、観察側の偏光板２９を、その透過軸２９ａを前記配向処理方向１１ａ，１２ａと実質的に平行にして配置し、反対側の偏光板３０を、その透過軸３０ａを前記観察側の偏光板２９の透過軸２９ａと実質的に直交させて配置しているため、前記液晶表示素子の法線に対して左右方向にそれぞれ略同じ角度傾いた角度範囲の広視野角と、その角度範囲を左右方向から略同じ角度ずつ狭めた狭視野角とを得ることができる。

そして、この液晶表示素子は、前記観察側基板１１の外面に、前記液晶層１３の全域に対応する静電気遮断用導電膜３１を設けているため、観察側の面（観察側偏光板２９の外面）に指等の帯電物を触れたり近付けたりしたときに観察側から加わる静電気が、前記横電界による液晶分子１３ａの配向方位の制御に影響することはなく、したがって、前記静電気の影響を受けない安定した表示を行なうことができる。

しかも、この液晶表示素子は、前記観察側基板１１の外面側に、フィルム基板３３とその一方の面に設けられたタッチ側導電膜３４とからなるタッチフィルム３２を、前記タッチ側導電膜３４を前記静電気遮断用導電膜３１に間隙をおいて対向させて配置し、このタッチフィルム３２と前記静電気遮断用導電膜３１とにより、前記観察側からの前記タッチフィルム３２の局部的タッチにより前記タッチ側導電膜３４を局部的に前記静電気遮断用導電膜３１に接触させるタッチ入力部を形成しているため、一対の基板間に液晶層を封入した液晶素子の観察側に、一方の面に導電膜を設けた一対の基板を対向配置したタッチ入力パネルを積層した構成のタッチパネル付き液晶表示素子に比べて、構造をほとんど複雑化及び厚型化させることなくタッチ入力機能を備えさせることができる。

図８は、前記液晶表示素子のタッチ入力部に接続するタッチ位置座標検出手段を示している。

このタッチ位置座標検出手段は、前記液晶表示素子の画面の左右方向をＸ軸、前記画面の上下方向をＹ軸とし、前記タッチフィルム３２のタッチペン５１等によるタッチ位置、つまり、前記静電気遮断用導電膜３１に対するタッチ側導電膜３４の接触位置のＸ軸座標とＹ軸座標とを交互に検出するものであり、前記静電気遮断用導電膜３１とタッチ側導電膜３４の一方、例えば静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の両端縁間に一定値のＸ軸方向電圧を一定周期で間欠的に供給するＸ軸電源系４１と、他方の導電膜、つまりタッチ側導電膜３４のＹ軸方向の両端縁間に一定値のＹ軸方向電圧を前記Ｘ軸方向電圧の供給周期に対してずれた周期で間欠的に供給するＹ軸電源系４５と、前記静電気遮断用導電膜３１に前記Ｘ軸方向電圧を供給したときの前記タッチ側導電膜３４のＹ軸方向の一端縁の電圧値に基づいて前記タッチ位置のＸ軸座標を検出するＸ軸座標検出部４９と、前記タッチ側導電膜３４に前記Ｙ軸方向電圧を供給したときの前記静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の一端縁の電圧値に基づいて前記タッチ位置のＹ軸座標を検出するＹ軸座標検出部５０とにより構成されている。

前記Ｘ軸電源系４１は、定電圧のＸ軸電源４２と、前記静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の一端縁と前記Ｘ軸電源４２の一方の極との接続、或いは前記静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の一端縁と前記Ｙ軸座標検出部５０との接続を、予め定めた周期で切り換える電源／検出部切換スイッチ４３と、前記電源／検出部切換スイッチ４３と同期して前記Ｘ軸電源４２の他方の極と前記静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の他端縁との接続をＯＮ／ＯＦＦする開閉スイッチ４４とからなっている。

また、前記Ｙ軸電源系４５は、定電圧のＹ軸電源４６と、前記タッチ側導電膜３４のＹ軸方向の一端縁と前記Ｙ軸電源４６の一方の極との接続、或いは前記タッチ側導電膜３４のＹ軸方向の一端縁と前記Ｘ軸座標検出部４９との接続を、前記Ｘ軸電源系４１の電源／検出部切換スイッチ４３と逆のタイミングで交互に切り換える電源／検出部切換スイッチ４７と、前記電源／検出部切換スイッチ４７と同期して前記Ｙ軸電源４６の他方の極と前記タッチ側導電膜３４のＹ軸方向の他端縁との接続をＯＮ／ＯＦＦする開閉スイッチ４８とからなっている。

なお、前記静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の両端縁と、前記タッチ側導電膜３４のＹ軸方向の両端縁にはそれぞれ、前記Ｘ軸方向電圧を前記静電気遮断用導電膜３１の全体に均等に印加し、前記Ｙ軸方向電圧を前記タッチ側導電膜３４の全体に均等に印加するために、前記端縁の全長に重ねて形成された低抵抗金属膜からなる線状電極３１ａ，３４ａが設けられており、これらの線状電極３１ａ，３４ａに、前記Ｘ軸電源系４１及びＹ軸電源系４５の接続端子（図示せず）が形成されている。

前記タッチ位置座標検出手段は、前記静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の両端縁間と前記タッチ側導電膜３４のＹ軸方向の両端縁間とに前記Ｘ軸方向電圧とＹ軸方向電圧とを交互に供給し、前記静電気遮断用導電膜３１へのＸ軸方向電圧の供給時に、前記静電気遮断用導電膜３１とタッチ側導電膜３４との接触部を経て前記タッチ側導電膜３４のＹ軸方向の端縁に伝わる前記接触部の位置に対応したＸ軸方向電圧値に基づいて前記Ｘ軸座標検出部４９によりタッチ位置のＸ軸座標を検出し、前記タッチ側導電膜３４へのＹ軸方向電圧の供給時に、前記静電気遮断用導電膜３１とタッチ側導電膜３４との接触部を経て前記静電気遮断用導電膜３１のＸ軸方向の端縁に伝わる前記接触部の位置に対応したＹ軸方向電圧値に基づいて前記Ｙ軸座標検出部５０により前記タッチ位置のＹ軸座標を検出する。

なお、図８に示したタッチ位置座標検出手段では、Ｘ軸電源系４１とＹ軸電源系４５にそれぞれ定電圧電源４２，４６を備えさせているが、これらの電源系４１，４５は、１つの定電圧電源を共用する構成としてもよい。

前記液晶表示素子は、観察側基板１１の外面側に前記タッチフィルム３２を配置して接触型のタッチ入力部を形成しているため、前記タッチフィルム３２を強くタッチすると、前記観察側基板１１が内側に押されて変形する。

しかし、この液晶表示素子は、前記横電界により液晶分子１３ａの配向方位を制御して画像を表示するものであるため、前記タッチフィルム３２のタッチにより観察側基板１１が内側に変形し、液晶層厚の変化によってその部分の表示が乱れても、前記液晶層厚が変化した部分には大きな電界の乱れが生じないので、局部的な電荷の蓄積等が生じることはない。

そのため、前記タッチフィルム３２のタッチ解除による前記観察側基板１１の復元後、速やかに前記表示の乱れを解消することができ、したがって、タッチ入力の影響が残らない表示を行なうことができる。

なお、上記実施例の液晶表示素子は、ノーマリーブラックモードのものであるが、前記観察側と反対側の偏光板２９，３０を、それぞれの透過軸２９ａ，３０ａを実質的に互いに平行にして配置したノーマリーホワイトモードとしてもよい。

（第２の実施形態）
図９及び図１０はこの発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図及び前記液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図である。なお、この実施例において、上述した第１の実施例に対応するものには図に同符号を付し、同じものについてはその説明を省略する。

この実施例の液晶表示素子は、反対側基板１２の内面の第１と第２の表示用電極１４，１５の両方を、複数の櫛歯部を有する櫛形形状にパターニングされた櫛形ＩＴＯ膜１４ｂ，１５ｂにより形成し、これらの表示用電極１４，１５を、前記基板１２面に沿った方向に間隔を隔てて設けたものであり、他の構成は第１の実施例と同じである。

なお、この実施例において、前記第１の表示用電極１４を形成する第１の櫛形ＩＴＯ膜１４ｂは、各画素行毎に、その行の複数の画素Ａに対応する櫛形ＩＴＯ膜１４ｂ同士を一体につないだ形状に形成され、これらの各行の櫛形ＩＴＯ膜１４ｂは、その端部において共通接続されており、前記第２の表示用電極１５を形成する第２の櫛形ＩＴＯ膜１５ｂは、各画素Ａにそれぞれ対応させて設けられ、前記反対側基板１２の内面に形成された複数のＴＦＴ１６にそれぞれ接続されている。

また、前記第１の櫛形ＩＴＯ膜１４ｂ及び第２の櫛形ＩＴＯ膜１５ｂの各櫛歯部は、液晶表示素子の画面の上下方向、つまり前記画面の縦軸Ｏに対して、左右いずれか一方の方向に、５°〜１５°の角度θで傾いた方向に沿う細長形状に形成されており、これらの櫛歯部の幅ａ１，ａ２と、前記第１の櫛形ＩＴＯ膜１４ｂの櫛歯部と前記第２の櫛形ＩＴＯ膜１５ｃの櫛歯部との間隔ｃの比ｃ／ａ１及びｃ／ａは、１／３〜３／１、好ましくは１／１に設定されている。

さらに、前記液晶表示素子の一対の基板１１，１２の内面に形成された配向膜２７，２８は、前記画面の上下方向（画面の縦軸Ｏ）と実質的に平行な方向に沿って互いに逆方向に配向処理されており、一対の偏光板２９，３０のうち、観察側の偏光板２８は、その透過軸を前記配向処理と実質的に平行にして配置され、反対側の偏光板３０は、その透過軸を前記観察側の偏光板２９の透過軸と実質的に直交または平行にして配置されている。

この実施例の液晶表示素子においても、観察側基板１１の外面に、液晶層１３の全域に対応する静電気遮断用導電膜３１を設けているため、観察側から加わる静電気が、横電界による液晶分子の配向方位の制御に影響することはなく、したがって、前記静電気の影響を受けない安定した表示を行なうことができる。

しかも、この液晶表示素子は、前記観察側基板１１の外面側に、フィルム基板３３とその一方の面に設けられたタッチ側導電膜（第２の導電膜）３４とからなるタッチフィルム３２を、前記タッチ側導電膜３４を前記静電気遮断用導電膜３１に間隙をおいて対向させて配置し、このタッチフィルム３２と前記静電気遮断用導電膜３１とにより、観察側からの前記タッチフィルム３２の局部的タッチにより前記タッチ側導電膜３４を局部的に前記静電気遮断用導電膜３１に接触させるタッチ入力部を形成しているため、構造をほとんど複雑化及び厚型化させることなくタッチ入力機能を備えさせることができる。

そして、この液晶表示素子は、前記横電界により液晶分子の配向方位を制御して画像を表示するものであるため、前記タッチフィルム３２のタッチにより観察側基板１１が内側に反り変形してその部分の表示が乱れても、タッチ解除による前記観察側基板１１の復元と同時に前記表示の乱れを解消することができ、したがって、タッチ入力の影響が残らない表示を行なうことができる。

また、この液晶表示素子は、上述した第１の実施例の液晶表示素子と同様に、観察側基板１１の内面に視野角制御用電極２５を設けているため、広視野角表示と狭視野角表示とを行なうとともに、その視野角を十分に広い角度範囲にわたって安定に制御することができる。

（他の実施形態）
なお、上記第１及び第２の実施例の液晶表示素子では、観察側とは反対側の基板１２の内面に横電界を生成する第１と第２の表示用電極１４，１５を設け、観察側基板１１の内面に視野角制御用電極２５を設けているが、それと逆に、前記第１と第２の表示用電極１４，１５を観察側基板１１の内面に設け、前記視野角制御用電極２５を反対側基板１２の内面に設けてもよい。

また、この発明は、視野角制御を行なわない液晶表示素子にも適用することができ、その場合は前記視野角制御用電極２５は不要である。

この発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。 前記液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図。 前記液晶表示素子の一対の基板の内面にそれぞれ設けられた配向膜の配向処理方向と偏光板の透過軸の向きを示す図。 前記液晶表示素子の１つの画素の縦電界を生成しない状態における液晶分子の配向の変化を模式的に示す、横電界を生成しないときの配向方位図。 前記１つの画素の縦電界を生成しない状態における液晶分子の配向の変化を模式的に示す、横電界を生成したときの配向方位図。 前記１つの画素の縦電界を生成した状態における液晶分子の配向の変化を模式的に示す、横電界を生成しないときの配向方位図。 前記１つの画素の縦電界を生成した状態における液晶分子の配向の変化を模式的に示す、横電界を生成したときの配向方位図。 前記液晶表示素子のタッチ入力部に接続するタッチ位置座標検出手段の構成図。 この発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。 第２の実施例の液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図。

符号の説明

１１，１２…基板、１３…液晶層、１３ａ…液晶分子、１４…第１の表示用電極、１５…第２の表示用電極、１６…ＴＦＴ、２２…ゲート配線、２３…データ配線、２４…層間絶縁膜、２５…視野角制御用電極、２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ…カラーフィルタ、２７，２８…配向膜、２９，３０…偏光板、３１…静電気遮断導電膜（第１の導電膜）、３２…タッチフィルム、３３…フィルム基板、３４…タッチ側導電膜（第２の導電膜）。

Claims (3)

1. 間隙を存して対向する観察側とその反対側の一対の基板と、
   前記一対の基板間に封入された液晶層と、
   前記一対の基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に互いに絶縁して設けられ、それぞれの間への表示駆動電圧の供給によりその間に前記基板面と実質的に平行な方向の横電界を生成する第１と第２の表示用電極と、
   前記観察側の基板の外面に、前記液晶層の全域に対応させて設けられた第１の導電膜と、
   フィルム基板とその一方の面に設けられた第２の導電膜とからなり、前記観察側の基板の外面側に、前記第２の導電膜を前記第１の導電膜と間隙をおいて対向させて配置され、前記第１の導電膜とにより、前記観察側からの前記フイルム基板への押圧位置を検出するタッチ入力部を形成するタッチフィルムとを備えたことを特徴とする液晶表示素子。
2. 第１の導電膜と、第２の導電膜を設けたフィルム基板とにより形成されるタッチ入力部は、観察側からの局部的タッチにより前記フィルム基板が撓み変形して前記第２の導電膜を局部的に前記第１導電膜に接触させる接触型入力部であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 他方の基板の内面に、少なくとも第１と第２の表示用電極間に生成された横電界により液晶分子の配向方位が制御される領域からなる画素の全域に対応させて、前記第１と第２の表示用電極のいずれか一方との間に、前記第１と第２の表示用電極間に供給する表示駆動電圧に対して独立した視野角制御電圧を供給され、前記一方の表示用電極との間に、前記液晶層の厚さ方向と実質的に平行な方向の縦電界を生成する視野角制御用電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。

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