JP2005018053A

JP2005018053A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005018053A
Application number: JP2004164703A
Authority: JP
Inventors: Ryota Matsubara; 良太松原
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】高速応答性に優れ、且つ視野角特性にも優れた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一方に電極を有する対向配置された一対の基板と、該基板間に挟持される液晶層からなる液晶セルと、該液晶セルの外側に配置された第一の偏光板とを有する液晶表示装置において、液晶層に金属粒子が分散されており、液晶層の厚さｄ（μｍ）と屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄが０．１乃至１．０μｍであり、第一の偏光板の偏光膜を挟持する保護膜の少なくとも一枚が複屈折性を有する光学補償シートである液晶表示装置。
【選択図】なし

Description

本発明は液晶表示装置に関するものである。

時計、コンピューター、ワードプロセッサーなどに使用されている液晶表示素子は、その基本構造として、少なくとも一方の基板に電極を設け，かつ基板上に配向膜を設け配向膜を内側にして対抗配置され、その間に液晶が封入される構造をとっているものが普通である。このような液晶表示素子の透明電極は、一般に、基板上にストライプ状または格子状などの表示パターンの形で形成されており、また配向膜はこの透明電極及び露出した（表示パターン以外の）基板の全面に塗布または蒸着により設けられている。この二枚の透明電極基板はそれぞれ配向膜を内側にして配置され、その間に液晶材料を封入されることにより液晶表示素子が製造される。従って、封入された液晶は一般に配向膜のみに接している。一般に、上記配向膜は、液晶をある方向に揃えて配列させる、すなわち配向させる必要があるために設けられており、これにより液晶分子を配向させている。

液晶表示素子にはTN、VA、IPS、OCB等の各種モードが知られている。液晶表示装置は一般に視野角特性に問題があるが、各モードに最適な光学補償フィルムと組み合わせることで、大幅に視野角特性は改善してきた。ところが、これらの液晶表示素子は応答速度が遅く、現状では数ミリ秒が限度であるという欠点を有しており、高速応答性が要求されるテレビジョンパネルなどに利用する際の大きな問題となっている。これに対して、最近、金属粒子の保護剤に液晶分子を用いた全く新しいタイプの液晶材料が研究されている。（非特許文献１）しかし、このタイプの液晶材料を液晶中に注入すると、液晶の配向方向が乱れ、光漏れが発生し、視野角特性が悪化する問題があった。

高分子論文集,Vol.59,No.12,pp.753-759(Dec.,2002)

本発明の課題は、高速応答性に優れ、且つ視野角特性にも優れた液晶表示装置を提供することにある。

（１）少なくとも一方に電極を有する対向配置された一対の基板と、該基板間に挟持される液晶層からなる液晶セルと、該液晶セルの外側に配置された第一の偏光板とを有する液晶表示装置において、液晶層に金属粒子が分散されており、液晶層の厚さｄ（μｍ）と屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄが０．１乃至１．０μｍであり、第一の偏光板の偏光膜を挟持する保護膜の少なくとも一枚が複屈折性を有する光学補償シートであることを特徴とする液晶表示装置。
（２）光学補償シートのレタデーション値が10nm乃至70nmである上記（１）に記載の液晶表示装置。
（３）光学補償シートが透明支持体に液晶性化合物からなる光学異方性層が積層されてなる上記（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
（４）液晶セルが、TNモード、VAモード、IPSモード、またはOCBモードの液晶セルである上記（１）〜（３）に記載の液晶表示装置。

本発明は、液晶媒体に金属粒子を分散することで、動画表示特性の良好な液晶表示装置を得ることができ、さらに複屈折性を有する光学補償フィルムと組み合わせることで、動画特性と視野角特性が非常に高い液晶表示装置を得ることが可能である。

[セル液晶層]
液晶分子としては、従来公知の液晶分子が挙げられる。好ましくは棒状分子化合物が挙げられ、具体的にはアゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。TN、VA、IPS、OCBの液晶化合物としては、特開平11-302653号、特開平9-249881号、特開2002-193853号、特開2003-73670号に記載の液晶化合物が挙げられる。

[液晶に分散する金属粒子]
金属は2価以上の金属化合物、好ましくは遷移金属元素、例えばCo, Rh, Ir, Ni,Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Ti, Zr, V, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Ce, Smなどがあげられる。好ましくはPt, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Ti, Zr, V, Ta, Mo、より好ましくはPt, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Tlなどがあげられる。
粒子サイズは1μm以下が好ましい。0.001μm乃至0.5μmがより好ましい。0.001μm乃至0.01μmがさらに好ましい。形状はなんでもよいが球状が好ましい。金属粒子の濃度は、液晶層中の全組成物に対して10wt%未満が好ましい。0.01%乃至5%の範囲であるとさらに好ましい。
有機化合物を金属粒子に被覆させてもよい。液晶分子を金属粒子に被覆させるとさらに好ましい。有機化合物もしくは液晶分子を金属粒子に被覆させる量、金属粒子の表面積に対して30％以上であることが好ましい。60%であるとさらに好ましい。
金属粒子の分散および被覆は、「超微粒子ハンドブックフジ・テクノシステム」、「超微粒子の技術と応用における最新動向２住ベテクノリサーチ」、「無機系微粒子・超微粒子技術と応用の最新動向東レリサーチセンター」、高分子論文集,Vol.59,No.12,pp.753-759(Dec.,2002)等に記載された手段を用いることができる。

[光学補償シート]
本発明の複屈折性を有する光学補償シートとしては複屈折性を有すればいかなるものでも使用できる。そのような光学補償シートとしては、特開平６−２１４１１６号、特開２００１−２４９２２３号、同２００２−８２２２６号、同２００１−１０００３９号、米国特許第５５８３６７９号、同５６４６７０３号、特許第２６１２１９６号、同第２５８７３９８号、同第３１１８１９７号、西独特許公報第３９１１６２０Ａ１号等に記載があり、富士写真フイルム株式会社製ＷＶＦＩＬＭワイドビューＡＷＶＡ０３ＢおよびＷＶＡ１２Ｂなどもあげられる。

本発明においては、透明支持体上に棒状液晶性分子もしくはディスコティック液晶性分子から形成した光学異方性層を有する光学補償シートを好ましく使用することができる。光学異方性層は単層でもよいし、複数層でもよく、一方がディスコティック液晶性分子から形成した光学異方性層であって、他方が棒状液晶性分子から形成された光学異方性層であってもよいし、両方が棒状液晶性分子もしくはディスコティック液晶性分子であってもよい。より好ましい光学異方性層は、ディスコティック液晶性分子を配向させ、その配向状態を固定することにより形成する。ディスコティック液晶性分子は、一般に大きな複屈折率を有する。また、ディスコティック液晶性分子には、多様な配向形態がある。従って、ディスコティック液晶性分子を用いることで、従来の合成ポリマーフイルムでは得ることができない光学的性質を有する光学補償シートを製造することができる。

光学補償シートの透明支持体としては、光学等方性（低いレターデーション値）が要求される場合には、一般にセルロースアセテートフイルムが用いられている。逆に、光学異方性（高いレターデーション値）が要求される場合には、延伸した合成ポリマーフイルム（例、ポリカーボネートフイルム、ポリスルホンフイルム）が用いられている。光学補償シートのような光学材料の技術分野では、ポリマーフイルムに光学的異方性（高いレターデーション値）が要求される場合には合成ポリマーフイルムを使用し、光学的等方性（低いレターデーション値）が要求される場合にはセルロースアセテートブチレート、セルロースプロピオネート等のセルロースエステル類、ポリオレフィン等を使用することが一般的な原則であった。欧州特許０９１１６５６Ａ２号明細書には、従来の一般的な原則を覆して、光学的異方性が要求される用途にも使用できる高いレターデーション値を有するセルロースアセテートフイルムが開示されている。透明支持体の厚みは20μm乃至200μmであるのが好ましい。30μm乃至80μmであるとさらに好ましい。

レターデーション値は、面内の複屈折率にフイルムの厚みを乗じた値である。具体的な値は、測定光の入射方向をフイルム膜面に対して鉛直方向として、遅相軸を基準とする面内レターデーションの測定結果と、入射方向をフイルム膜面に対する鉛直方向に対して傾斜させた測定結果から外挿して求める。測定は、エリプソメーター（例えば、Ｍ−１５０：日本分光（株）製）を用いて実施できる。測定波長としては、５５０ｎｍを採用する。レターデーション値（Ｒｅ）は、下記に従って算出する。
レターデーション値（Ｒｅ）＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
式中、ｎｘは、フイルム面内の遅相軸方向の屈折率であり；ｎｙは、フイルム面内の進相軸方向の屈折率でありｄはフイルムの厚み（ｎｍ）である。

［偏光板］
偏光板は、偏光膜およびその両側に配置された二枚の透明保護膜からなる。一方の保護膜として、上記の光学補償シートを用いる。他方の保護膜は、通常のセルロースアセテートフイルム（たとえば、フジタックＴＤ８０ＵＦ（富士写真フイルム株式会社製など）を用いてもよいし、機能性層（たとえば、ハードコート層、防弦性層、反射防止層、前方散乱層など）を設けた偏光板保護フィルム（たとえば、富士写真フイルム株式会社製ＣＶフィルム）であってもよい。セルロースアセテートフイルム（光学補償シートおよび偏光板保護フィルムの支持体を含む）としては公開技報2001-1745（発行日2001.3.15）に記載の非塩素系溶媒で製造されたものであってもよい。光学補償シートは液晶セル側に用いることが好ましい。偏光膜には、ヨウ素系偏光膜、二色性染料を用いる染料系偏光膜やポリエン系偏光膜がある。ヨウ素系偏光膜および染料系偏光膜は、一般にポリビニルアルコール系フイルムを用いて製造する。このような偏光板としては特開２００２−８６５５４号、同２００２−１３１５４８号等に記載されている。

［液晶表示装置］
本発明の液晶表示装置は、透過型、反射型または半透過型でもよく、特に透過型液晶表示装置に有利に用いられる。透過型液晶表示装置は、液晶セルおよびその両側に配置された二枚の偏光板からなる。液晶セルは、二枚の電極基板の間に液晶を担持している。光学補償シートは、液晶セルと一方の偏光板との間に、一枚配置するか、あるいは液晶セルと双方の偏光板との間に二枚配置する。

液晶セルにはTN、VA、IPS、OCB等の各種モードが知られている。本発明においては、ＯＣＢモード、ＶＡモードまたはＴＮモードの液晶セルであることが好ましい。
本発明のシステムに用いる液晶表示装置において、２枚のガラス板間にスペーサーを有している。スペーサーは液晶層のギャップを一定に維持するためのものである。
セルギャップは１０μｍ以下とするのが好ましいが、２〜８μｍとするのがより好ましく、４〜６μｍとするのが更に好ましい。
液晶層分子の屈折率異方性Δｎの好ましい範囲は０．２以下であるが、０．０３〜０，１８とするのがより好ましく、０．０７〜０．１５とすることが更に好ましい。
Δｎ・ｄの好ましい範囲は０．１〜１μｍであり、０．３〜１μｍがより好ましく、０．４〜１μｍが更に好ましい。
ＯＣＢモードの液晶セルは、棒状液晶性分子を液晶セルの上部と下部とで実質的に逆の方向に（対称的に）配向させるベンド配向モードの液晶セルを用いた液晶表示装置であり、米国特許４５８３８２５号、同５４１０４２２号の各明細書に開示されている。棒状液晶分子が液晶セルの上部と下部とで対称的に配向しているため、ベンド配向モードの液晶セルは、自己光学補償機能を有する。そのため、この液晶モードは、ＯＣＢ（Optically Compensatory Bend）液晶モードとも呼ばれる。ベンド配向モードの液晶表示装置は、応答速度が速いとの利点がある。

ＶＡモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に垂直に配向している。ＶＡモードの液晶セルには、（１）棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直に配向させ、電圧印加時に実質的に水平に配向させる狭義のＶＡモードの液晶セル（特開平２−１７６６２５号公報記載）に加えて、（２）視野角拡大のため、ＶＡモードをマルチドメイン化した（ＭＶＡモードの）液晶セル（ＳＩＤ９７、Digest of tech. Papers（予稿集）２８（１９９７）８４５記載）、（３）棒状液晶性分子を電圧無印加時に実質的に垂直配向させ、電圧印加時にねじれマルチドメイン配向させるモード（ｎ−ＡＳＭモード）の液晶セル（日本液晶討論会の予稿集５８〜５９（１９９８）記載）および（４）ＳＵＲＶＡＩＶＡＬモードの液晶セル（ＬＣＤインターナショナル９８で発表）が含まれる。

ＴＮモードの液晶セルでは、電圧無印加時に棒状液晶性分子が実質的に水平配向し、さらに６０乃至１２０゜にねじれ配向している。ＴＮモードの液晶セルは、カラーＴＦＴ液晶表示装置として最も多く利用されており、多数の文献に記載がある。

以下に実施例をもって説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
[TN型液晶セルの作成]
ＩＴＯ透明電極が設けられたガラス基板の上に、ポリイミド配向膜を設け、ラビング処理を行った。５μｍのスペーサーを介して、二枚の基板を配向膜が向かい合うように重ねた。配向膜のラビング方向が直交するように、基板の向きを調節した。基板の間隙に、粒径5nmのＡｇ粒子が分散された棒状液晶性分子（ＺＬ４７９２、メルク社製）を注入し、液晶層を形成した。Ａｇ粒子の濃度は、液晶層中の全組成物に対して略１％であった。液晶性分子のΔｎは０．０９６９であった。以上のように作製したＴＮ液晶セルの両側に、特開2001-100039号実施例１で使用した光学補償シート付き楕円偏光板を、光学的異方性層が基板と対面するように貼り付けて液晶表示装置を作製した。光学的異方性層と透明支持体の積層体の遅相軸と、液晶セルのラビング方向は、直交するように配置した。液晶表示装置の液晶セルに、電圧を印加して表示画像を調べたところ、動画表示における残像や輪郭のにじみといった画像劣化が低減し、かつ偏光膜の両面をフジタックＴＤ８０Ｕで挟んだ偏光板（光学補償シートなし）に比べて視野角が広い表示特性が得られた。

実施例２
[ベンド配向液晶セルの作成]
ＩＴＯ電極付きのガラス基板に、ポリイミド膜を配向膜として設け、配向膜にラビング処理を行った。得られた二枚のガラス基板をラビング方向が平行となる配置で向かい合わせ、セルギャップを５μｍに設定した。基板間に粒径5nmのAg粒子が分散されたΔｎが０．１３９６の液晶性化合物（ＺＬ１１３２、メルク社製）を注入し、ベンド配向液晶セルを作製した。Ａｇ粒子の濃度は、液晶層中の全組成物に対して略１％であった。作製したベンド配向セルを挟むように、特開2002-82226号実施例１２で使用した偏光板を二枚貼り付けた。偏光板の光学異方性層がセル基板に対面し、液晶セルのラビング方向とそれに対面する光学異方性層のラビング方向とが反平行となるように配置した。液晶表示装置の液晶セルに、電圧を印加して表示画像を調べたところ、動画表示における残像や輪郭のにじみといった画像劣化が低減し、かつ偏光膜の両面をフジタックＴＤ８０Ｕで挟んだ偏光板（光学補償シートなし）に比べて視野角が広い表示特性が得られた。

実施例３
[VA液晶セルの作成]
ＩＴＯ電極付きのガラス基板を平行となる配置で向かい合わせ、セルギャップを５．５μｍに設定した。基板間に粒径5nmのAg粒子が分散されたΔｎが０．０８０４の液晶性化合物（ＭＬＣ6680、メルク社製）を注入し、VA液晶セルを作製した。Ａｇ粒子の濃度は、液晶層中の全組成物に対して略１％であった。作製したベンド配向セルを挟むように、特開2002-82226号実施例１０で使用した偏光板(Re=40nmの光学補償シート付)を二枚貼り付けた。液晶表示装置の液晶セルに、電圧を印加して表示画像を調べたところ、動画表示における残像や輪郭のにじみといった画像劣化が低減し、かつ、偏光膜の両面をフジタックＴＤ８０Ｕで挟んだ偏光板（光学補償シートなし）に比べて視野角が広い表示特性が得られた。

実施例４
[IPS液晶セルの作成]
ガラス基板を平行となる配置で向かい合わせ、セルギャップを５μｍに櫛歯電極間隔を10μｍに設定した。基板間に粒径4.5nmのAg粒子が分散されたΔｎが０．０９６９の棒状液晶性分子（ＺＬ４７９２、メルク社製）を注入し、IPS液晶セルを作製した。Ａｇ粒子の濃度は、液晶層中の全組成物に対して略１％であった。作製したIPS液晶セルを挟むように、特開2002-82226号実施例１０で作製した偏光板(Re=40nmの光学補償シート付)を二枚貼り付けた。液晶表示装置の液晶セルに、電圧を印加して表示画像を調べたところ、動画表示における残像や輪郭のにじみといった画像劣化が低減し、かつ偏光膜の両面をフジタックＴＤ８０Ｕで挟んだ偏光板（光学補償シートなし）に比べて視野角が広い表示特性が得られた。

実施例５
[TN型液晶セルの作成]
実施例１の注入した液晶分子のかわりに、液晶分子で被覆された粒径5nmのＡｇ粒子を液晶層中の全組成物に対して略１％となるように混合した棒状液晶性分子（ＺＬ４７９２、メルク社製）を注入した。液晶分子での被覆量はＡｇ粒子の表面積に対して７０％に設定した。液晶表示装置の液晶セルに、電圧を印加して表示画像を調べたところ、動画表示における尾ひきが低減し、かつ偏光膜の両面をフジタックＴＤ８０Ｕで挟んだ偏光板（光学補償シートなし）に比べて視野角が広い表示特性が得られた。

Claims

少なくとも一方に電極を有する対向配置された一対の基板と、該基板間に挟持される液晶層からなる液晶セルと、該液晶セルの外側に配置された第一の偏光板とを有する液晶表示装置において、液晶層に金属粒子が分散されており、液晶層の厚さｄ（μｍ）と屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄが０．１乃至１．０μｍであり、第一の偏光板の偏光膜を挟持する保護膜の少なくとも一枚が複屈折性を有する光学補償シートであることを特徴とする液晶表示装置。
光学補償シートのレタデーション値が10nm乃至70nmである請求項１に記載の液晶表示装置。
光学補償シートが透明支持体上に液晶性化合物からなる光学異方性層が積層されてなる請求項１または２に記載の液晶表示装置。
液晶セルが、TNモード、VAモード、IPSモード、またはOCBモードの液晶セルである請求項１、２または３に記載の液晶表示装置。