JP2007272094A - 液晶表示パネル - Google Patents

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Abstract

【課題】温度や湿度に関する環境に依存して生じる表示ムラを低減する。
【解決手段】アレイ基板および対向基板と、アレイ基板および対向基板間に挟持され液晶分子の配向状態が表示動作のためにベンド配向に転移される液晶層と、少なくとも対向基板上に配置される位相差板と、位相差板上に配置される偏光板とを備える。アレイ基板および対向基板は配向膜ALでそれぞれ覆われて矩形の表示領域DAを規定するように対向した一対の電極を有し、偏光板PLは表示領域DAの各辺に対して略平行または略直角な吸収軸を有する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、例えば液晶テレビ、カーナビゲーションシステム、情報機器のモニタとして用いられるOCB(Optically Compensated Bend)モードの液晶表示パネルに関し、特に車載等によって特殊な環境に置かれることがあるOCBモードの液晶表示パネルに関する。
従来の液晶表示パネルは、TNモードであることが一般的であった。近年では、OCBモードの液晶表示パネルがTNモードよりも高速な液晶応答性を有することから動画表示に適した液晶表示素子として注目されている(非特許文献1を参照)。
典型的なOCBモードの液晶表示パネルは第1および第2電極基板間に液晶層を挟持し第1および第2電極基板にそれぞれ光学位相差板を介して一対の偏光板を貼り付けた構造にある。第1および第2電極基板は、それぞれ液晶層側において配向膜で覆われた電極を有する。液晶層内の液晶分子の配向状態は電源投入前において図11に示すスプレイ配向にあり、電源投入後の初期化により予め表示動作可能なベンド配向に転移させる必要がある。この初期化では、比較的大きな25V程度の液晶駆動電圧がスプレイ配向をベンド配向に転移させる転移電圧として第1および第2電極基板の電極間に印加される。
第1電極基板上および第2電極基板上の配向膜のラビング方向と一対の偏光板の吸収軸とは、従来において図12に示す関係にある。すなわち、これら配向膜のラビング方向は矩形表示領域の縦(上下)方向に一致し、一対の偏光板の吸収軸はこのラビング方向に対してそれぞれ45度の角度をなして互いにクロスニコルに設定される(特許文献1を参照)。これにより、図13に示すような白表示時の輝度分布特性を得ることができ、この輝度分布特性は特に表示領域の横(左右)方向において良好な明るさを要求される液晶テレビに適したものとして好まれている。これに対して、一対の電極基板上の配向膜のラビング方向を表示領域の横方向に一致させた例もある(特許文献2を参照)。図12に示すラビング方向と吸収軸との関係では、黒表示の非対称性がラビング方向に直角な表示領域の横方向において発生する。このため、ラビング方向を表示領域の横方向に一致させることにより、黒表示の非対称性を表示領域の縦方向に発生させて、表示領域の横方向において黒表示の対称性を得ようとするものである。ちなみに、黒表示の非対称性は特許文献2よりも後で提案された技術でも解消することができる(特許文献3を参照)。
社団法人電気通信学会 信学技報 EDI98−144 199頁 特開2002−116444号公報 特開平07−084254号公報 特開平11−271759号公報
ところで、図12に示すラビング方向と吸収軸との関係にあるOCBモードの液晶表示パネルを高温度の環境で100時間程度放置すると、表示ムラが発生することが本願発明者の考察により明らかになった。黒表示を行った場合には、図14に示すように表示領域が上下左右の4辺近傍で白っぽくなる。また、グレー表示を行った場合には、図15に示すように表示領域が上下の2辺近傍で黒っぽくなり、左右の2辺近傍で白っぽくなる。このような表示ムラは、OCBモードの液晶表示パネルを長時間に渡って高温度の環境に放置するだけでなく、長時間に渡って高湿度の環境に放置したり、急激な温度変化を生じる環境に置くことによっても生じる。
本発明の目的は、温度や湿度に関する環境に依存して生じる表示ムラを低減できる液晶表示パネルを提供することにある。
本発明によれば、第1および第2電極基板と、第1および第2電極基板間に挟持され液晶分子の配向状態が表示動作のためにベンド配向に転移される液晶層と、少なくとも第1電極基板上に配置される位相差板と、位相差板上に配置される偏光板とを備え、第1および第2電極基板は配向膜でそれぞれ覆われて矩形の表示領域を規定するように対向した一対の電極を有し、偏光板は表示領域の各辺に対して略平行または略直角な吸収軸を有する液晶表示パネルが提供される。
本願発明者の考察によれば、偏光板の吸収軸が図12に示す方向にある場合、図15に矢印で示す位相差板のリタデーションが温度や湿度に関する環境に依存して生じる表示ムラの原因となる。液晶表示パネルを長時間高温にさらすと、偏光板中の水分が離脱して、偏光板に収縮応力を発生させる。他方、偏光板は第1および第2電極基板の各々に位相差板と一緒に接着されているため、簡単に変形できない規制力が偏光板に作用する。ただし、この規制力は電極基板の外縁寄りにおいて比較的小さいため応力を緩和できる。従って、偏光板に生じる応力は図16に示すように分布する。中央部では、応力が緩和されず等方的となる。コーナでは、応力が緩和されている。辺の中央部では、辺に直角な方向の応力が緩和されるものの、辺に平行な方向の応力が緩和されない。このような応力のために複屈折およびリタデーションが発生する。リタデーションは、応力が等方的であると発生しないが、応力に異方性があると発生し、図17に示すように分布する。リタデーションの発生部分では、偏光板の収縮応力によってTAC層(トリアセチルセルロース)が延伸されて複屈折を生じる。本願発明者はリタデーションの分布パターンは偏光板の切り出し形状に依存することを見出した。
このようにリタデーションが発生した場合、偏光板の吸収軸が図12に示す方向に設定されていると、この吸収軸に対して45度の角度をなす方向のリタデーションに対して透過率が上昇して、表示領域の4辺近傍に生じる表示ムラとなる。
また、リタデーションは、高温度の環境で長時間放置された場合に限らず、例えば急激な温度変化を与えた場合にも発生する。すなわち、偏光板は第1および第2電極基板において電極を支持する部材として一般に用いられるガラス基板によりも大きな膨張係数を持つため、急激な温度変化に伴う膨張または収縮で内部応力が発生し、これが同様の表示ムラを招くことになる。グレー表示を行った場合を例にすると、膨張時には、図15に示すように表示領域が上下の2辺近傍で黒っぽくなり、左右の2辺近傍で白っぽくなる。これに対して、収縮時には、表示領域が上下の2辺近傍で白っぽくなり、左右の2辺近傍で黒っぽくなる。
さらに、高湿度の環境で放置された場合にも、偏光板がこの湿度のために膨張するため、同様な表示ムラを招く。この場合、表示領域が上下の2辺近傍で白っぽくなり、左右の2辺近傍で黒っぽくなる。
ちなみに、表示ムラが発生しても、応力がさらなる放置によって全面的に緩和されて消失することも多い。しかし、この緩和には、数時間から数週間を要してしまう。
本発明の液晶表示パネルでは、偏光板がこの偏光板の切り出し辺に平行な表示領域の辺に対して45度ではなく、略平行または略直角な吸収軸を有する。一般にクロスニコル下では、吸収軸方向のリタデーションは光学的に現れない。このため、不均一なリタデーション分布が温度や湿度に関する環境に依存して存在したとしても、偏光板の吸収軸をこのリタデーション方向にあわせることで、表示ムラを低減できる。
以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。
図1は液晶表示装置の回路構成を示し、図2は図1に示すOCBモードの液晶表示パネルDPの概観を概略的に示し、図3は図2に示す液晶表示パネルDPの断面構造を示す。この液晶表示装置は例えば液晶テレビ、カーナビゲーションシステム、情報機器のモニタとして用いられる。液晶表示装置は、図1に示すように複数のOCB液晶画素PXが略マトリクス状に配置されるOCBモードの液晶表示パネルDP、液晶表示パネルDPを照明するバックライトBL、および液晶表示パネルDPを制御する表示制御回路CNTを備える。
液晶表示パネルDPは図2に示すようにアレイ基板AR、対向基板CT、アレイ基板および対向基板間に挟持される液晶層LQ、アレイ基板ARおよび対向基板CT上にそれぞれ配置される一対の位相差板RT、並びにこれら位相差板RT上に配置される一対の偏光板PLを有する。アレイ基板ARおよび対向基板CTは液晶層LQを介して互いに対向する電極基板である。
図3に示すように、アレイ基板ARは、透明絶縁基板として設けられたガラス板GL、このガラス板GL上に形成される複数の画素電極PE、およびこれら画素電極PEを覆う配向膜ALを含む。対向基板CTは透明絶縁基板として設けられたガラス板GL上に形成されるカラーフィルタ層CF、このカラーフィルタ層CF上に形成される共通電極CE、およびこの共通電極CEを覆う配向膜ALを含む。液晶層LQは対向基板CTとアレイ基板ARの間隙に液晶を充填することにより得られる。カラーフィルタ層CFは赤画素用の赤着色層、緑画素用の緑着色層、青画素用の青着色層、およびブラックマトリクス用の黒着色(遮光)層を含む。バックライトBLは、光源としてアレイ基板AR側の偏光板PLの外側に配置される。
アレイ基板ARでは、複数の画素電極PEがガラス板GL上において略マトリクス状に配置され、矩形の表示領域(表示画面)DAを規定するように共通電極CEに対向する。また、図1に示すように、複数のゲート線Y(Y1〜Ym)および複数の補助容量線Cst(C1〜Cm)が複数の画素電極PEの行に沿って配置され、複数のソース線Y(X1〜Xn)が複数の画素電極PEの列に沿って配置される。これらゲート線Yおよびソース線Xの交差位置近傍には、複数の画素スイッチング素子Wが配置される。各画素スイッチング素子Wは、例えばゲート線Yに接続されるゲートおよびソース線Xおよび画素電極PE間に接続されるソース−ドレインパスを有する薄膜トランジスタからなり、対応ゲート線Yを介して駆動されたときに対応ソース線Xおよび対応画素電極PE間で導通する。
複数のOCB液晶画素PXの各々は、対応画素電極PEおよび共通電極CE、並びにこれら電極PE,CE間に位置する液晶層LQの一部である画素領域からなり、画素電極PEおよび共通電極CE間の電位差を液晶駆動電圧として保持する液晶容量Clcを持つ。複数の補助容量線Cst(C1〜Cm)の各々は例えば共通電極CEと等電位に設定され、対応行の液晶画素PXの画素電極PEに容量結合して補助容量Csを構成する。各OCB液晶画素PXでは、液晶分子の配向状態が電源投入前において表示動作不能であるスプレイ配向にあり、電源投入後において表示動作のためにベンド配向に転移される。
表示制御回路CNTは、複数のスイッチング素子Wを行単位に導通させるように複数のゲート線Yを順次駆動するゲートドライバYD、各行のスイッチング素子Wが対応ゲート線Yの駆動によって導通する期間において画素電圧Vsを複数のソース線Xにそれぞれ出力するソースドライバXD、並びにゲートドライバYDおよびソースドライバXDを制御するコントローラTCを備える。表示制御回路CNTは、電源投入直後に液晶分子の配向状態をスプレイ配向から表示動作可能なベンド配向へ予め転移させるように各OCB液晶画素PXを初期化し、この初期化後にこれらOCB液晶画素PXに表示動作を行わせるように構成されている。各OCB液晶画素PXの初期化では、所定遷移パターンの転移電圧が例えば共通電極CEにコモン電圧Vcomとして出力され、これにより画素電極PEおよび共通電極CE間の液晶駆動電圧を通常表示時よりも大きく設定して、液晶分子の配向状態をベンド配向へ転移させる。この転移後、各OCB液晶画素PXの透過率は複数の画素電極PEおよび共通電極CE間の液晶駆動電圧により制御される。
コントローラTCは、外部からの表示信号および同期信号が電源投入後安定するまでに各OCB液晶画素PXの初期化を行うために垂直タイミング制御信号、水平タイミング制御信号、および画素データを内部的に生成し、この初期化後に表示動作を行うために同期信号に基いて垂直タイミング制御信号および水平タイミング制御信号を生成すると共に表示信号に基いて画素データを生成する。垂直タイミング制御信号はゲートドライバYDに出力され、水平タイミング制御信号および画素データはソースドライバXDに出力される。ゲートドライバYDは垂直タイミング制御信号の制御により順次複数のゲート線Yを選択し、1行分の画素スイッチング素子Wを導通させるゲート駆動電圧を選択ゲート線Yに出力する。ソースドライバXDは水平タイミング制御信号の制御によりゲート駆動電圧が選択ゲート線Yに出力される間に1行分の画素データを画素電圧Vsにそれぞれ変換して複数のソース線Xに並列的に出力する。
上述のような液晶表示パネルDPでは、アレイ基板AR側(下側)の配向膜ALおよび対向基板CT側(上側)の配向膜ALが図4に示すように互いに平行にラビング処理される。これら配向膜ALのラビング方向は表示領域DAの各辺に対して45度の角度をなす方向にある。他方、アレイ基板AR側(下側)の偏光板PLおよび対向基板CT側(上側)の偏光板PLの各々は表示領域DAの4辺にそれぞれ平行な4辺(切り出し辺)を持つ矩形であり、これら偏光板PLの吸収軸は各配向膜ARのラビング方向に対してそれぞれ45度の角度をなして互いにクロスニコルに設定される。すなわち、上側の偏光板PLおよび下側の偏光板PLは表示領域DAの各辺に対して略平行または略直角な吸収軸を有する。さらに、アレイ基板AR側(下側)および対向基板側(上側)において、位相差板RTは偏光板PLをガラス板GLに接着する応力緩和性接着層を含むように構成されている。
本実施形態では、各偏光板PLがこの偏光板PLの切り出し辺に平行な表示領域DAの辺に対して略平行または略直角な吸収軸を有する。一般にクロスニコル下では、吸収軸方向のリタデーションは光学的に現れないため、不均一なリタデーション分布が温度や湿度に関する環境に依存して存在したとしても、偏光板PLの吸収軸をこのリタデーション方向にあわせることで、表示ムラを低減できる。また、表示ムラが発生しても、図5に示すように、表示領域DAのコーナ付近にしか現れないため、比較的な良好な印象を与える。
実際に検証してみると、液晶表示パネルDPを85℃の温度環境で放置しても、表示ムラは発生しなかった。ちなみに、図12に示すように構成された従来の液晶表示パネルは60℃の温度環境で放置しただけで、大きな表示ムラが発生する。
また、液晶表示パネルDPは常温から−40℃への急激な冷却を行っても問題となるような表示ムラが発生しない。従って、液晶表示パネルDPは広い温度範囲で正常に動作することが要求される車載用ディスプレイとして最適である。
尚、液晶表示パネルDPでは、白表示時に例えば図6に示すように表示領域DAの斜め方向において明るくなり、明るさの非対称性が左右の横方向において発生する。この結果、表示領域DAが右上側から見たときに暗い印象になり、左上側から見たときに明るい印象になる。右上側および左上側の一方から見た明るさの印象と他方から見た明るさの印象との差異が顕著になることは、全ての場合にデメリットであるとは限らない。液晶表示パネルDPが例えば運転者に対する漏れ光を問題とする車載用ディスプレイとして用いる場合、安全運転の確保に役立てることができる。すなわち、液晶表示パネルDPは通常図7に示すようにダッシュボードの中央付近に取り付けられ、正面を見て運転する運転者の視界に入る。このため、表示ムラによる表示領域DAからの漏れ光が運転の妨げになり易いが、白表示において運転席の位置に適合する右上側および左上側の一方から暗く見えるような輝度分布特性を採用することによって漏れ光の明るさを低減できる。これは、広い視野角を有するOCBモードの液晶表示パネルDPに対して特に有効である。
また、各偏光板PLは表示領域DAの4辺にそれぞれ平行な4辺を持つ矩形であるが、
アレイ基板ARおよび対向基板CTの各々が表示領域DAの4辺にそれぞれ平行な4辺を持つ矩形であることも重要な意味を持つ。これら基板AR,CTはいずれもガラス板GL(透明絶縁基板)を電極支持部材として用いている。偏光板PLは表示領域DPの各辺に対して略平行または略直角な吸収軸を有するため、偏光板PLの吸収軸はガラス板GLの4辺(切り出し辺)に対しても略平行または略直角に設定されている。このため、液晶表示パネルDPは偏光板PLの膨張や収縮応力による表示ムラを低減するだけでなく、ガラス板GLに固有なリタデーションによる表示ムラについても低減できる。
図8はガラス板GLの製造方法を概略的に示す。図8に示すように、ガラスを溶融させた状態で容器の両側からオーバーフローさせ、この容器の下部テーパー先端で合流させて下方に流す。溶融ガラスはフロー方向に移動する間に冷却されて、容器の幅に対応した幅の板状ガラスとなる。ここで、溶融ガラスが不均一に冷却されたり、容器表面に付着した異物等による僅かな凹凸が生じると、これによって内部応力が発生し、板状ガラスがこの内部応力に依存したリタデーションを持つことになる。リタデーションは溶融ガラスのフロー方向に平行または直角な方向の成分が多い。
ガラス板GLは通常矩形、具体的には長方形で使用するため、フロー方向に平行または直角に板状ガラスから切り出される。従って、リタデーションが切り出したガラス板GLの辺に平行または直角な方向に多く発生している。もし、偏光板PLの吸収軸が図12に示すように設定されていると、この吸収軸に対して45度の角度をなす方向のガラス板GLのリタデーションに対して透過率が上昇して、表示領域DPの4辺近傍に生じる表示ムラとなる。
図9は、2枚の偏光板PLの吸収軸がそれぞれガラス板GLの4辺に対して45度になるように設定し、且つクロスニコルに配置し、この2枚の偏光板PL間にガラス板GLを配置した場合の透過光のムラ状態を概念的に示す図である。他方、本実施形態では、偏光板PLの吸収軸が図4に示すようにガラス板GLの4辺(切り出し辺)に対しても略平行または略直角に設定されているため、ガラス板GLに固有なリタデーションによる表示ムラについても低減できる。図10は2枚の偏光板PLの吸収軸がそれぞれガラス板GLの辺に対して平行・垂直となるように設定し且つクロスニコルに配置し、この2枚の偏光板PL間にガラス板GLを配置した場合の透過光のムラ状態を概念的に示す図である。
さらに、各偏光板PLは表示領域DAの4辺にそれぞれ平行な4辺を持つ矩形であるが、アレイ基板ARおよび対向基板CTが表示動作によって表示領域DAの4辺のいずれかに平行な方向において傾斜した温度分布に設定されることも重要な意味を持つ。例えばガラス板GLに温度差を与えたとき、リタデーションが温度分布の傾斜方向に発生する。この温度差は液晶表示パネルDPの表示動作において点灯されるバックライトBLに大きく依存し、温度分布の傾斜方向は直下型またはサイドライト型のいずれのバックライドBLであってもガラス板GLの4辺(切り出し辺)のいずれかに対して平行に設定される。偏光板PLは表示領域DPの各辺に対して略平行または略直角な吸収軸を有するため、偏光板PLの吸収軸はアレイ基板ARおよび対向基板CTに共通に設定される温度分布の傾斜方向に対しても略平行または略直角に設定されている。このため、液晶表示パネルDPはガラス板GLに固有なリタデーションによる表示ムラに加えて、温度分布の傾斜による表示ムラについても低減できる。
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
本発明は表示領域DAの大きさに関係なく液晶表示パネルDPに適用できるが、表示領域DAが大きいほど良好な効果を期待できる。液晶表示パネルDPが大型であれば、応力の緩和が遅いために、表示ムラが非常に長い時間残り易い。これに対して、液晶表示パネルDPが小型であれば、応力の緩和が早く動作上の問題となり難い。従って、実用上は、表示領域DAが各対角線方向において9インチ以上のサイズを有する液晶表示パネルDPに本発明を適用することが好ましい。また、表示領域DAが各対角線方向において15インチ以上のサイズを有する液晶表示パネルDPに本発明を適用すれば、本発明の効果が顕著となる。
本発明は上述の実施形態においては透過型である液晶表示パネルDPに適用されたが、周囲光を用いて表示を行う反射型あるいは半透過型の液晶表示パネルに適用されてもよい。
本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成を示す図である。 図1に示す液晶表示パネルの概観を概略的に示す図である。 図1および図2に示す液晶表示パネルの断面構造を示す図である。 図3に示す上側および下側偏光板の吸収軸の配置を示す図である。 図1に示す表示領域のコーナ付近に発生した表示ムラを示す図である。 図4に示す吸収軸の設定によって白表示時に得られる輝度分布特性を示す図である。 図1に示す液晶表示パネルを車載した場合に左上側および右上側から見たときの明るさの印象を説明するための図である。 図2に示すガラス板の製造方法を概略的に示す図である。 偏光板の吸収軸がガラスの辺に対して45°に配置され、その間にガラス板を配置した場合の透過光のムラ状態を概念的に示す図である。 偏光板の吸収軸がガラス板の辺に対して略平行・略直角に配置され、その間にガラス板を配置した場合の透過光のムラ状態を概念的に示す図である。 OCBモードの液晶表示パネルにおいて表示動作のためにスプレイ配向からベンド配向に転移される液晶分子の配向状態を示す図である。 従来のOCBモードの液晶表示パネルにおいて採用されている配向膜のラビング方向と偏光板の吸収軸との関係を示す図である。 図12を用いて説明した液晶表示パネルの白表示時において得られる輝度分布特性を示す図である。 図12を用いて説明した液晶表示パネルを長時間高温度の環境に放置した場合に黒表示時に発生する表示ムラを示す図である。 図12を用いて説明した液晶表示パネルを長時間高温度の環境に放置した場合に白表示時に発生する表示ムラを示す図である。 図12を用いて説明した液晶表示パネルを長時間高温度の環境に放置した場合に偏光板に生じる応力の分布を示す図である。 図16に示す応力の分布により生じるリタデーションの分布を示す図である。
符号の説明
AL…配向膜、AR…アレイ基板、BL…バックライト、CE…共通電極、CNT…表示制御回路、CT…対向基板、DA…表示領域、DP…液晶表示パネル、GL…ガラス板、LQ…液晶層、PX…液晶画素、PE…画素電極、PL…偏光板、RT…位相差板。

Claims (8)

  1. 第1および第2電極基板と、前記第1および第2電極基板間に挟持され液晶分子の配向状態が表示動作のためにベンド配向に転移される液晶層と、少なくとも前記第1電極基板上に配置される位相差板と、前記位相差板上に配置される偏光板とを備え、前記第1および第2電極基板は前記配向膜でそれぞれ覆われて矩形の表示領域を規定するように対向した一対の電極を有し、前記偏光板は前記表示領域の各辺に対して略平行または略直角な吸収軸を有することを特徴とする液晶表示パネル。
  2. 前記偏光板は前記表示領域の4辺にそれぞれ平行な4辺を持つ矩形であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
  3. 前記第1電極基板は前記表示領域の4辺にそれぞれ平行な4辺を持つ矩形であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
  4. 前記第1電極基板は表示動作によって前記表示領域の4辺のいずれかに平行な方向において傾斜した温度分布に設定されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
  5. 前記表示領域は白表示において右上側および左上側の一方から暗く見えるような輝度分布特性を有すること特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
  6. 前記表示領域は各対角線方向において9インチ以上のサイズを有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
  7. 前記表示領域は各対角線方向において15インチ以上のサイズを有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
  8. 前記位相差板は前記偏光板を前記第1電極基板に接着する応力緩和性接着層を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
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