JP2005215364A

JP2005215364A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005215364A
Application number: JP2004022438A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Mochiki; 一夫持木; Hiroshi Gushiken; 浩具志堅
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】
クロストークの発生を低減できる液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる液晶表示装置１０は、フロント側基板２０１と、フロント側基板２０１と対向するリヤ側基板２０２と、フロント側基板２０１とリヤ側基板２０２との間に封入されたネマチック液晶２０７と、を備え、ネマチック液晶２０７のリタデーションが２．３から２．５μｍであり、ネマチック液晶２０７のチルト角が、１．３°から１．７°のものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、周辺シール材を介して互いに貼り合わされた２枚の透明基板間にネマチック液晶を封入した液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置は、薄型、軽量であり、表示品質が良いことから、液晶ＴＶ、携帯型パソコン、携帯電話、携帯情報端末などの表示装置として急速に普及している。

液晶表示装置には、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチ素子を各画素に備えたアクティブマトリックス型、ＴＮ（Twisted Nematic）型やＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶等を用いた単純マトリックス型液晶表示装置がある。アクティブマトリックス型液晶表示装置は色彩、絵の動作速度、コントラストなど最も高品質の表示が可能であるが、透明基板上の各画素にＴＦＴやダイオードなどのスイッチ素子を形成するために、工程が複雑になり製造コストが高くなる。一方、単純マトリックス型液晶表示装置は、構造が簡単であるため製造コストは安い。

液晶表示装置は、一般に、表示用透明画素電極と配向膜等をそれぞれ積層した面が対向するように所定の間隙を隔てて２枚の透明ガラス基板を重ね合わせ、該両基板間の縁部に枠状に設けたシール材により、両基板を貼り合わせると共に、シール材の一部に設けた液晶封入口から両基板間のシール材の内側に液晶を封入、封止し、さらに両基板の外側に偏光板を設置または貼り付けて成る液晶表示パネルと、液晶表示パネルの下に配置され、液晶表示パネルに光を供給するバックライトと、液晶表示パネルの外周部の外側に配置された駆動回路基板（プリント基板）と、これらの各部材を保持するモールド成形品である枠状体と、これらの各部材を収納し、液晶表示窓があけられた金属製フレーム等を含んで構成されている。

図４は、従来の液晶表示装置の断面図の一例を示している。この液晶表示装置４００は、例えば、単純マトリックス駆動方式のＴＮ型液晶表示装置であり、ガラス基板等の互いに対向する２枚の透明基板４０１及び４０２を有している。透明基板４０１及び４０２の互いに対向する両内側表面には、例えば、マトリックス電極等の透明電極４０３及び４０４が形成されている。

透明電極４０３及び４０４は互いに直交するストライプ状に形成されており、透明電極４０３と４０４の交差部位によって複数個の画素が形成されるようになっている。

透明基板４０１及び４０２は、周辺シール材４０８を介して互いに貼り合わされており、透明基板４０１、４０２および周辺シール材４０８によって囲まれた空間内には、９０°の捻れ配向を有するネマチック液晶４０７が封入されている。すなわち、ネマチック液晶４０７を構成する液晶分子のうち、透明基板４０１及び４０２に近接する両端の液晶分子は、互いに直交する方向にラビング処理が施された配向膜４０５及び４０６によってそれぞれ初期配向を規制されており、これによって９０°の捻れ配向が形成されるようになっている。また、ネマチック液晶４０７のチルト角は、例えば２．２°である。

そして、ネマチック液晶４０７のうち、電圧が印加された画素間の液晶のみが、配向を部分的に変化させることによって、バックライト４１１の発する光を透過させて点灯表示を行うようになっている。一方、電圧が印加されない画素間の液晶は、遮光状態を維持するようになっている。このような印加電圧の制御は、駆動回路（不図示）によって行われる。駆動回路は、各画素に対応する透明電極４０３及び４０４に駆動電圧を印加し、所望の画像等を表示する。

このような液晶表示装置４００において、特に、透明電極４０３及び４０４の本数が多くなる場合には、駆動電圧を特定の画素に印加する際に、選択されていない他の画素までも、選択された特定の画素に印加された電圧の一部を受け取ってしまうことがある。これにより、選択されていない画素までも部分的に駆動されることによって、コントラストの低い画像を作り出してしまう。これは、いわゆるクロストークの問題として知られている。このクロストークは、液晶駆動電圧の駆動波形の歪みに起因する表示の不均一性を意味しており、表示パターンに依存していることが知られている。クロストークには、複数の種類があり、ゴーストや、横すじむら、オンむら、オフむら等が一般的に知られている。

特に、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置においては、駆動電圧を印加しない状態の輝度（背景輝度）と、オフ電圧印加し黒色表示している状態の輝度（オフ輝度）との差がむらとなって視認されるクロストークが問題となる。

このようなクロストークを低減するため、従来から、種々の対策が採られている。例えば、特許文献１では、リタデーションΔｎｄ（液晶層の厚さであるセルギャップｄと、液晶分子の屈折率異方性Δｎとの積）を大きくしている。
特開２００２−１０７７６５号公報

しかしながら、前述の手段のみでは、クロストークの問題を十分に解消することができなかった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、クロストークの発生を低減できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる液晶表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板と対向する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、を備え、前記液晶のリタデーションが２．３から２．５μｍであり、前記液晶のチルト角が１．３°から１．７°のものである。これにより、クロストークの発生を低減することができる。

上述の液晶表示装置において、前記液晶のチルト角が１．５°であるのが好ましい。これにより、クロストークの発生を効率よく低減することができる。

上述の液晶表示装置において、前記液晶の０℃における粘度が、５０から１０５ｍＰａ・ｓであってもよい。これにより、実用上問題のない応答速度が得られる。

上述の液晶表示装置において、前記液晶の材料中に、青色系の二色性色素を０．２から５．０重量％含有させていてもよい。これにより、高温度下においても、背景領域に赤色の着色が生じることを防ぐことができる。

上述の液晶表示装置は、ＴＮ型液晶表示装置であってもよい。これにより、ＴＮ型液晶表示装置における、クロストークの発生を低減することができる。

上述の液晶表示装置は、ノーマリーブラックモードであってもよい。これにより、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置における、クロストークの発生を低減することができる。

本発明にかかる液晶表示装置は、互いに対向する第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の対向する両内側表面に形成された配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、を備え、前記液晶は、チルト角が１．５°となる部材により形成され、前記配向膜により捻れ角が９０°となるように制御されているものである。これにより、クロストークの発生を低減することができる。

本発明にかかる液晶表示装置は、互いに対向する第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の対向する両内側表面に形成された配向膜と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、を備え、前記液晶は、前記配向膜により、捻れ角が９０°、チルト角が１．５°となるように制御されているものである。これにより、クロストークの発生を低減することができる。

本発明によれば、クロストークの発生を低減できる液晶表示装置を提供することができる。

まず、図１及び図２を用いて、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成について説明する。図１は液晶表示装置１０の上面図、図２は図１に示す液晶表示装置１０の断面図である。

図１に示すように、液晶表示装置１０は、画素１１が格子状に形成され、ブラックマトリックス１２が画素１１の間に形成されている。液晶表示装置１０において、複数の画素１１の部分が表示領域となり、画素１１のない液晶表示装置１０の外周の部分が非表示領域となる。尚、図１は、液晶表示装置１０の上面を模式的に示しており、画素１１の数は任意の数でもよい。

液晶表示装置１０は、例えば、単純マトリックス駆動方式のＴＮ型液晶表示装置である。後述するストライプ状の透明電極２０３と２０４が交差する部分が画素１１となる。液晶表示装置１０は、駆動電圧を印加しない状態で光を遮断し黒色を表示する、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置である。例えば、白黒表示をする場合、駆動回路（不図示）により、オフ電圧を画素１１に印加すると、光を遮断して黒色を表示し、オン電圧を画素１１に印加すると、光を透過して白色を表示する。尚、液晶表示装置１０は、白黒表示に限らず、カラー表示を行ってもよい。また、液晶表示装置１０は、単純マトリックス駆動方式として説明するが、アクティブマトリックス駆動方式としてもよい。

ブラックマトリックス１２は、黒色の遮光膜であり、液晶表示装置１０が光遮断となった時により黒く表示し、コントラストを向上する。ブラックマスク１２は、例えば、カーボン等を含む感光性樹脂や、金属クロムである。尚、ブラックマトリックス１２は、形成しなくてもよい。

図２に示すように、液晶表示装置１０は、例えばガラス基板等の、互いに平行とされた平面略長方形状の２枚のフロント側基板２０１及びリヤ側基板２０２を有している。フロント側基板２０１は、表示画面側となる透明基板であり、リヤ側基板２０２は、バックライト１４側となる透明基板である。

フロント側基板２０１およびリヤ側基板２０２の互いに対向する両内側表面には、例えばマトリックス電極等の透明電極２０３及び２０４が形成されている。

ここで、透明電極２０３及び２０４をマトリックス電極にする場合、透明電極２０３を、紙面垂直方向に所定間隔を設けてストライプ状にパターニングし、透明電極２０４を、透明電極２０３のストライプと直交するようにして同じくストライプ状にパターニングするようになっている。従って、図２における上下のストライプ状の透明電極２０３と２０４を重ね合わせると、重なった部位の平面形状は図１に示した格子状になる。

透明電極２０３のストライプの数をＸ本とし、透明電極２０４のストライプの数をＹ本とすると、透明電極２０３と２０４の交差する部分がＸ×Ｙ個存在することになる。そして、これら複数個の交差部位によって複数個の画素１１が形成されるようになっている。

さらに、各透明電極２０３及び２０４上には、フロント側配向膜２０５及びリヤ側配向膜２０６が形成されており、フロント側配向膜２０５及びリヤ側配向膜２０６には、互いに直交する方向にラビング処理が施されている。

フロント側基板２０１およびリヤ側基板２０２は、周辺シール材２０８を介して互いに貼り合わされており、フロント側基板１１、リヤ側基板１２および周辺シール材２０５によって囲まれた空間内には、９０°の捻れ配向を有するネマチック液晶２０７が封入されている。

すなわち、ネマチック液晶２０７の液晶分子のうち、フロント側基板２０１及びリヤ側基板２０２に近接する両端の液晶分子は、互いに直交する方向にラビング処理が施されたフロント側配向膜２０５およびリヤ側配向膜２０６によってそれぞれ初期配向を規制されている。このため、９０°の捻れ配向が形成されるようになっている。

さらに、基板界面の液晶分子は、所定のチルト角αで傾いている。チルト角αの傾斜している方向が、駆動電圧印加時に液晶分子が立ち上がる方向となる。本実施形態において、チルト角αは、１．３°から１．７°であり、１．４°から１．６°であることが好ましく、さらに、１．５°であることがより好ましい。チルト角αを従来のチルト角（例えば、２．２°）よりも小さくすることにより、クロストークの発生を抑制する。チルト角の大きさは、例えば、配向膜の材料やラビング条件（ラビングローラーの回転スピード、布の圧力など）により調整できる。

フロント側基板２０１およびリヤ側基板２０２の外側には、フロント側偏光板２０９およびリヤ側偏光板２１０が配設されており、フロント側偏光板２０９およびリヤ側偏光板２１０の偏光軸は互いに平行とされている。

また、フロント側偏光板２０９の偏光軸とフロント側配向膜２０５のラビング方向とは±５°の範囲で互いにほぼ直交しており、かつ、リヤ側偏光板２１０の偏光軸とリヤ側配向膜２０６のラビング方向とは、±５°の範囲で互いにほぼ平行になっている。

ネマチック液晶２０７のリタデーション（Δｎｄ）の値は、２．３乃至２．５μｍである。これにより、セルギャップｄの偏差にともなう背景領域の着色や視角に対する色変化を防止し、クロストークの発生を抑制することができる。また、ネマチック液晶２０７の０℃における粘度が５０乃至１０５ｍＰａ・ｓであることが好ましい。これにより、実用上問題のない応答速度が得られる。また、ネマチック液晶２０７の液晶材料中に、青色系の二色性色素が０．２乃至５．０重量％含有されていることが好ましい。これにより、液晶表示装置１０を高温度下で駆動する場合においても、Δｎｄの低下にかかわらず、背景領域に赤色の着色が生じることを防ぐことができる。

ここで、液晶表示装置１０の動作について説明する。まず、初期状態において、透明電極間２０３及び２０４に電圧は印加されておらず、ネマチック液晶２０７は９０°の捻れ配向し、かつ、例えば１．５°のチルト角を有している。この状態において、バックライト２１１を点灯させると、バックライト２１１から出た光は、リヤ側偏光板２１０の偏光軸の方向へ振動する光のみが透過光として透過され、他の光は吸収される。

リヤ側偏光板２１０によって透過された透過光は、９０°の捻れ配向したネマチック液晶２０７によって９０°旋光された後、フロント側偏光板２０９側に進行するが、このフロント側偏光板２０９の偏光軸と透過光の振動方向とは互いに直交するため、この透過光はすべてフロント側偏光板２０９に吸収される。このため、初期状態における液晶表示装置１０は、非表示状態となっている。このときの輝度を背景輝度という。

次に、初期状態から液晶表示装置１０の白色表示を行う場合は、バックライト２１１を点灯させた後、白色表示を行う領域に対応する画素間に、オン電圧を印加する。オン電圧が印加された画素間に位置するネマチック液晶２０７の液晶分子は、捻れ配向を有する状態からセルギャップｄ方向に配向を変化させ、透過光の旋光を解除する。

これにより、リヤ側偏光板２１０から液晶２０７側に透過された透過光は、ネマチック液晶２０７による旋光を受けずに同一の振動方向を維持した状態でフロント側偏光板２０９側に進行する。そして、フロント側偏光板２０９側に進行した透過光の振動方向とフロント側偏光板２０９の偏光軸とは互いに平行であるため、このフロント側偏光板２０９による光の透過によって白色表示が行われる。

次に、初期状態から液晶表示装置１０の黒色表示を行う場合は、バックライト２１１を点灯させた後、黒色表示を行う領域に対応する画素間に、オフ電圧を印加する。オフ電圧は、例えば、白色表示における液晶２０７の透過率に対し５％程度の透過率となる電圧である。オフ電圧が印加された画素間に位置するネマチック液晶２０７の液晶分子は、数％程度立ち上がった配向となり、５％程度の光を透過する。このときの輝度をオフ輝度という。

この背景輝度とオフ輝度との差により、クロストークが発生する。本実施形態では、チルト角αを従来のチルト角（例えば、２．２°）よりも小さくすることにより、オフ電圧を印加した場合の液晶分子の立ち上がりが抑えられることから、遮光性が向上し、クロストークの発生を抑制することができる。

このように、本実施形態によれば、黒色表示における、遮光性を向上し、クロストークの発生を低減することによって、表示不良の少ない高品位の液晶表示を行うことができる。

本実施例では、図１及び図２で示した本発明にかかる液晶表示装置と、図４で示した従来の液晶表示装置を製造し、クロストーク比を測定した。ここで、クロストーク比とは、オフ電圧印加時の輝度（オフ輝度）と駆動電圧を印加しない初期状態の輝度（背景輝度）との比である（＝オフ輝度／背景輝度×１００）。

図３は、測定したクロストーク比を模式的に示すビューコーンである。このビューコーンは、各方向から観察して測定したクロストーク比を示している。ビューコーンの接線方向は、液晶表示装置の表示面と平行な線との角度θである。ビューコーンの半径方向は、液晶表示装置の表示面からの法線とのなす角度φである。液晶表示装置を真上から見た場合がφ＝０°であり、ビューコーンの最外郭の円周部はφ＝５０°となる。

図３（ａ）は従来の液晶表示装置、図３（ｂ）は本発明にかかる液晶表示装置の測定結果である。例えば、クロストーク比１２０％以下をクロストークが視認し難い非クロストーク領域（図の斜線部）とすると、従来の液晶表示装置よりも本発明にかかる液晶表示装置の方が、非クロストーク領域が広がっていることがわかる。つまり、クロストークの発生が低減されたことを示している。

表１は、１．０°から２．２°のチルト角の液晶表示装置について、クロストークとリバースチルトの発生について測定した結果を示している。尚、配向膜として、２．２°では日立化成社製のＬＸ−５８００、１．５°ではチッソ社製のＡ−３７４４、１．０°では日立化成社製のＬＱ−５９００を用いた。液晶には、全ての液晶表示装置で、ＳＧ−５７０６ＨＬを用いた。

クロストークレベルは、クロストークの発生し難さを示しており、クロストーク比が低い方がクロストークレベルが高くなる。チルト角が大きいと、より光を透過することから、チルト角がより小さい方がクロストークレベルが高くなった。

リバースチルトレベルは、リバースチルトの発生し難さを示している。リバースチルトとは、駆動電圧印加時に、液晶分子が本来とは異なる方向に立ち上がり、光もれ等を発生させることである。クロストークとは逆に、チルト角が小さいと、液晶分子の立ち上がる方向が不定となることから、チルト角がより大きい方がリバースチルトレベルが高くなった。特に、チルト角１．０°では、リバースチルトが多発し、白色表示を行っても黒色の部分が生じるなど、実用上問題がある。

クロストークレベルとリバースチルトレベルを総合的に評価した結果、チルト角１．３°から１．７°が好ましい範囲となり、チルト角１．５°が最も好ましい値となった。

本発明にかかる液晶表示装置の上面図である。本発明にかかる液晶表示装置の断面図である。本発明にかかる液晶表示装置のクロストーク比を示すビューコーンである。従来の液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１０液晶表示装置
２０１フロント側基板
２０２リヤ側基板
２０３透明電極
２０４透明電極
２０５フロント側配向膜
２０６リヤ側配向膜
２０７ネマチック液晶
２０８周辺シール材

Claims

第１の基板と、
前記第１の基板と対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、を備え、
前記液晶のリタデーションが２．３から２．５μｍであり、
前記液晶のチルト角が１．３°から１．７°である、
液晶表示装置。
前記液晶の０℃における粘度が、５０から１０５ｍＰａ・ｓである、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶の材料中に、青色系の二色性色素を０．２から５．０重量％含有させている、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
ＴＮ型液晶表示装置である、請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
ノーマリーブラックモードである、請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。