JP2009036890A - Liquid crystal display device - Google Patents

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Takashi Sugiyama
貴 杉山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an STN-LCD which has a high contrast ratio and excellent viewing angle characteristics. <P>SOLUTION: The liquid crystal display device includes: a backlight using a light source having a monochromatic light emission peak; a pair of substrates placed opposite to each other; a nematic liquid crystal layer interposed between the substrates; electrode patterns formed on the nematic liquid crystal layer side of the respective substrates; and polarizing plates disposed on the upper and lower sides with respect to the normal direction of the substrates, and has an STN mode liquid crystal display section of which the twist angle of the liquid crystal is 15-210°, wherein the aligning directions of liquid crystal molecules of the nematic liquid crystal layer at positions on which the liquid crystal molecules are in contact with the respective upper and lower substrates of the pair of substrates and the axis directions of the polarizing plates are not identical to one another, and with respect to a smaller angle out of angles which they form, the sum of the upper substrate side angle and the lower substrate side angle is 90±7°. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶を用いた装置に関し、特に液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a device using liquid crystal, and more particularly to a liquid crystal display device.

高デューティーの液晶表示素子として、STN(超捩れネマティック)−LCDが用いられてきた。STN−LCDの一形態として、青色モード表示を説明する。液晶セルの上下に配置された偏光板のうち、検光子の偏光軸が出射光側の液晶分子長軸方向に対して左回りに30度になるように配置し、偏光子の偏光軸が入射光側の液晶分子長軸方向に対して右回りに30度に配置することにより、電圧無印加時に青色に呈色し、電圧印加時に白色になる、いわゆる青色モード表示が可能である。   STN (super twisted nematic) -LCD has been used as a high duty liquid crystal display element. A blue mode display will be described as an embodiment of the STN-LCD. Among the polarizing plates arranged above and below the liquid crystal cell, the analyzer is arranged so that the polarization axis of the analyzer is 30 degrees counterclockwise with respect to the liquid crystal molecule long axis direction on the outgoing light side, and the polarization axis of the polarizer is incident By disposing 30 degrees clockwise with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecule on the light side, so-called blue mode display is possible in which the color is blue when no voltage is applied and white when voltage is applied.

特開2004−62021号公報に、青色モードのSTN−LCDの液晶組成物に二色性色素を含有させ、遮断状態での遮光性を高める提案がなされている。また、遮光性を高める他の手段として、補償板を用いる方法もある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-62021 proposes that a liquid crystal composition of a blue-mode STN-LCD contains a dichroic dye to improve the light-shielding property in a blocked state. As another means for improving the light shielding property, there is a method using a compensation plate.

青色モードは、通常バックライトとして白色バックライトを用いているが、発光ダイオード(LED)のような単色光源を用いることがある。この場合、バックライトの発光波長における電圧無印加時の透過率を下げ、電圧印加時にその波長を表示させるのに適当な透過率で透過させれば、ノーマリブラックで表示色がバックライト色となるモードを得ることが出来る。   In the blue mode, a white backlight is usually used as a backlight, but a monochromatic light source such as a light emitting diode (LED) may be used. In this case, if the transmittance at the light emission wavelength of the backlight is lowered when no voltage is applied, and the light is transmitted at an appropriate transmittance for displaying the wavelength when the voltage is applied, the display color is normally black. The following mode can be obtained.

特開2004−62021号公報JP 2004-62021 A

STN−LCDは、ある波長に極小値を持つ透過率曲線を持つ。ノーマリブラックで単色表示を行うモードの場合、電圧無印加時と電圧印加時とのコントラス比を大きくすることが求められる。   The STN-LCD has a transmittance curve having a minimum value at a certain wavelength. In the mode of performing monochrome display with normally black, it is required to increase the contrast ratio between when no voltage is applied and when voltage is applied.

また、特に車載用の液晶表示装置の場合、視角特性の向上も望まれる。   In particular, in the case of an in-vehicle liquid crystal display device, improvement in viewing angle characteristics is also desired.

本発明の目的は、ノーマリブラックモードにおけるコントラス比および視角特性を向上させたSTN型の液晶表示素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide an STN type liquid crystal display element with improved contrast ratio and viewing angle characteristics in a normally black mode.

本発明の一観点によれば、単波長発光ピークを有する光源を用いたバックライトと、一対の対向する基板と、該基板間に挟持されたネマチック液晶層と、該基板の各々において該ネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が155°〜210°のSTN型の液晶表示部とを有し、前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記ネマチック液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側角度と下基板側角度の和が90°±7°である液晶表示装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, a backlight using a light source having a single wavelength emission peak, a pair of opposing substrates, a nematic liquid crystal layer sandwiched between the substrates, and the nematic liquid crystal in each of the substrates An STN-type liquid crystal display unit having a liquid crystal twist angle of 155 ° to 210 °, including an electrode pattern formed on the layer side and a polarizing plate disposed vertically with respect to the normal direction of the substrate; The liquid crystal molecule alignment direction of the nematic liquid crystal layer and the axial direction of the polarizing plate are not the same at the position of the pair of substrates in contact with each of the upper substrate and the lower substrate, and a smaller angle formed by these directions. A liquid crystal display device in which the sum of the upper substrate side angle and the lower substrate side angle is 90 ° ± 7 ° is provided.

ノーマリブラック表示のSTN−LCDにおいて、コントラスト比が大きく、視角特性が良好な表示を得ることができる。   In a normally black display STN-LCD, a display with a high contrast ratio and good viewing angle characteristics can be obtained.

図1に、液晶表示装置における液晶表示部101およびバックライト102の断面図を示す。実施例における液晶表示装置は、主な構成要素として液晶表示部101とバックライト102を有する。液晶表示部101が、バックライト102からの光を透過したり、遮光したりして電極2のパターンの表示を行う。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display unit 101 and a backlight 102 in a liquid crystal display device. The liquid crystal display device in the embodiment includes a liquid crystal display unit 101 and a backlight 102 as main components. The liquid crystal display unit 101 displays the pattern of the electrode 2 by transmitting or blocking light from the backlight 102.

液晶表示部101の作成方法について説明する。2つのガラス基板1A、1Bの各々の上に透明であるITO膜をCVD、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィーにて所望のITO電極パターン2および外部取出し配線2lを形成する。ITO電極パターン2が付いたガラス基板上にフレキソ印刷にて絶縁膜4を形成する。この絶縁膜4は必須では無いが、上下基板間の短絡防止のため形成することが望ましい。絶縁膜形成は、フレキソ印刷の他に、メタルマスクを用い、蒸着やスパッタなどで行っても良い。   A method for creating the liquid crystal display unit 101 will be described. A transparent ITO film is formed on each of the two glass substrates 1A and 1B by CVD, vapor deposition, sputtering, or the like, and a desired ITO electrode pattern 2 and external extraction wiring 21 are formed by photolithography. An insulating film 4 is formed on the glass substrate with the ITO electrode pattern 2 by flexographic printing. The insulating film 4 is not essential, but is desirably formed to prevent a short circuit between the upper and lower substrates. In addition to flexographic printing, the insulating film may be formed by vapor deposition or sputtering using a metal mask.

次に、絶縁膜4の上に絶縁膜4とほぼ同じパターンの配向膜5をフレキソ印刷で形成する。   Next, an alignment film 5 having substantially the same pattern as the insulating film 4 is formed on the insulating film 4 by flexographic printing.

次に、配向膜5にラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、配向膜5上を擦る工程である。   Next, the alignment film 5 is rubbed. The rubbing is a process in which a cylindrical roll wound with a cloth is rotated at high speed and rubbed on the alignment film 5.

所定のパターンのシール材6をスクリーン印刷する。シール材6はスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いて形成しても良い。シール材として熱硬化性のES−7500(三井化学製)を用いる。他の材料として、光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でも良い。このシール材6は径6μmのグラスファイバーを数%含んでいる。   A seal material 6 having a predetermined pattern is screen-printed. The sealing material 6 may be formed using a dispenser instead of screen printing. Thermosetting ES-7500 (Mitsui Chemicals) is used as the sealing material. As other materials, a photo-curable material or a light / heat combination type sealing material may be used. This sealing material 6 contains several percent of glass fiber having a diameter of 6 μm.

次に、シール材ES−7500に6.5μmのAuボールを数%含んだものを導通材7としてスクリーン印刷する。   Next, a material containing several percent of 6.5 μm Au balls in the sealing material ES-7500 is screen printed as the conductive material 7.

シール材パターン6及び導通材パターン7は基板1Bにのみ形成し、基板1Aにはギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する。ギャップコントロール材として6μmのプラスチックボールを用いる。   The sealing material pattern 6 and the conductive material pattern 7 are formed only on the substrate 1B, and a gap control material is sprayed on the substrate 1A by a dry spraying method. A plastic ball of 6 μm is used as a gap control material.

2つの基板1A、1Bを、配向膜5が内側になるよう所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材6を硬化する。   The two substrates 1A and 1B are overlapped at predetermined positions so that the alignment film 5 is on the inside to form cells, and the sealing material 6 is cured by heat treatment in a pressed state.

次にスクライバー装置によりガラス基板に傷をつけ、ブレイキングにより所定の大きさ、形に分割して空セルを作成する。   Next, the glass substrate is scratched with a scriber device, and is divided into a predetermined size and shape by breaking to create empty cells.

上記の空セルに真空注入法で液晶3を注入し、その後エンドシール材で注入口を封止する。その後ガラス基板の面取りと洗浄を行い、液晶セルを作成する。   The liquid crystal 3 is injected into the above empty cell by a vacuum injection method, and then the injection port is sealed with an end seal material. Thereafter, the glass substrate is chamfered and washed to form a liquid crystal cell.

さらに、液晶セルの上下に偏光板8を貼り付けSTNモードの液晶表示部101を完成する。   Further, polarizing plates 8 are attached to the top and bottom of the liquid crystal cell to complete the STN mode liquid crystal display unit 101.

参考例として、青色モードのSTN−LCDについて説明する。   As a reference example, a blue mode STN-LCD will be described.

図2Aに、青色モードSTN−LCDの平面概略図を示す。図2Aは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向に関する図である。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板(前面基板)に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度a)は30°であり、下基板(背面基板)に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度b)も30°である。なお、偏光板軸方向に関する図においては、角度を絶対値で表現する。   FIG. 2A shows a schematic plan view of a blue mode STN-LCD. FIG. 2A is a diagram regarding a liquid crystal molecule alignment direction and a polarizing plate axis direction on each side of the upper and lower substrates. As shown in the figure, the twist angle of the liquid crystal is 270 °. The smaller angle (angle a) between the liquid crystal molecule alignment direction closest to the upper substrate (front substrate) and the upper polarizing plate axis direction is 30 °, and the closest position to the lower substrate (back substrate). The smaller angle (angle b) formed by the liquid crystal molecule alignment direction and the lower polarizing plate axis direction is also 30 °. In the drawing relating to the polarizing plate axis direction, the angle is expressed as an absolute value.

上記の構成の青色モードSTN−LCDの持つ透過率特性について説明する。   The transmittance characteristic of the blue mode STN-LCD having the above configuration will be described.

図2Bに、液晶表示部のほぼ可視領域の透過率曲線を示す。なお、明細書中で示す透過率曲線は、自作のシミュレーションソフトにより算出した。図示のように、参考例における液晶表示部の透過率は、電圧無印加時に極大値と極小値を持つ。極大値は青色の波長であり、電圧無印加時において約50%の透過率である。このような液晶表示装置は背景色が青色を示す。電圧印加時には、青色領域の透過率が若干他の可視領域に比べて低いものの、可視領域全体にわたり約50%の透過率を有しており、白色バックライトの光を透過して白色表示を行う。   FIG. 2B shows a transmittance curve in a substantially visible region of the liquid crystal display unit. In addition, the transmittance curve shown in the specification was calculated by a self-made simulation software. As shown in the figure, the transmittance of the liquid crystal display unit in the reference example has a maximum value and a minimum value when no voltage is applied. The maximum value is the blue wavelength, and the transmittance is about 50% when no voltage is applied. Such a liquid crystal display device has a blue background color. When voltage is applied, the transmittance in the blue region is slightly lower than in other visible regions, but has a transmittance of about 50% over the entire visible region, and the white backlight transmits light to display white. .

一方、LCDのバックライトとして、単波長の発光ピークを有する発光装置を用いることがある。発明者らは、バックライトの波長領域に電圧無印加時の透過率が極小値となる波長を合わせてノーマリブラックの単色表示を行うことを検討した。   On the other hand, a light emitting device having a single wavelength emission peak may be used as a backlight of an LCD. The inventors studied to perform normally black monochromatic display by matching the wavelength in which the transmittance when no voltage is applied to the backlight in the wavelength region of the backlight.

はじめに、上記の青色STN−LCDと同様の構成の液晶表示部に対してノーマリブラックの単色表示が可能か否かを検討した。液晶表示部の透過率が極小値をとる波長は540nmである。波長540nmにおける電圧無印加時の液晶表示部の透過率は約6%であり、同波長における電圧印加時の液晶表示部の透過率は約48%である。この液晶表示部101に発光波長領域540nm付近のバックライトを用いて単色表示のSTN−LCDを作製した場合、少なくとも約6%の光り抜けが生じるため、ノーマリブラックが実現できず、単色の濃淡表示となってしまう。また、コントラスト比は最大でも約8程度しかない。そのため、電圧無印加時の透過率の極小値を0%に近づけて、遮光性やコントラスト比を高めることが望まれる。   First, it was examined whether or not normally black single color display is possible for a liquid crystal display unit having the same configuration as the blue STN-LCD. The wavelength at which the transmittance of the liquid crystal display takes the minimum value is 540 nm. The transmittance of the liquid crystal display when no voltage is applied at a wavelength of 540 nm is about 6%, and the transmittance of the liquid crystal display when a voltage at the same wavelength is applied is about 48%. When a single color display STN-LCD is manufactured using a backlight having a light emission wavelength region near 540 nm for the liquid crystal display unit 101, at least about 6% of light is lost, so normally black cannot be realized, and a single color shading is not achieved. It becomes display. The contrast ratio is only about 8 at the maximum. For this reason, it is desired that the minimum value of the transmittance when no voltage is applied is close to 0% to improve the light shielding property and the contrast ratio.

発明者らは、電圧無印加時における透過率の極小値を0%に近づけるために、様々な偏光板配置を検討した。その結果、液晶表示素子を形成する上下基板にそれぞれ最も近い位置の液晶配向方向と、上下それぞれの基板側の偏光板軸方向とのなす角度(小さい方)の、上基板側角度(角度aとする)と下基板側角度(角度bとする)との和(角度a+bとする)が90°となる配置において優れた特性が発揮されることを見出した。その条件を満たせば、電圧無印加時の透過率−波長特性において透過率がほぼ0%となる波長が存在する。   Inventors examined various polarizing plate arrangement | positioning in order to make the minimum value of the transmittance | permeability at the time of no voltage application close to 0%. As a result, the upper substrate side angle (angle a and the angle between the liquid crystal alignment direction closest to the upper and lower substrates forming the liquid crystal display element and the polarizing plate axis direction on each of the upper and lower substrates side is smaller. And the lower substrate side angle (assumed to be angle b) have been found to exhibit excellent characteristics in an arrangement in which the sum (assumed to be angle a + b) is 90 °. If the condition is satisfied, there is a wavelength at which the transmittance is almost 0% in the transmittance-wavelength characteristics when no voltage is applied.

発光波長の中心値が630nmの赤色バックライトに組み合わせることを想定する。液晶セル作成のポイントは、透過率が0%もしくはそれに近い(ノーマリブラックを実現できる程度に低い)極小値をとる波長を、バックライトの発光波長領域に合わせるようにセルのリタデーションを制御することである。セルのリタデーションはセル厚を変えるか、複屈折率を変える(具体的には液晶材料を変える。通常液晶表示装置として用いられる範囲であれば、特性の違う液晶材料同士を混合することによりリタデーションを調整可能である)ことにより制御できる。   It is assumed that the center value of the emission wavelength is combined with a red backlight having a wavelength of 630 nm. The key to creating a liquid crystal cell is to control the retardation of the cell so that the wavelength at which the transmittance is 0% or close to it (low enough to realize normally black) matches the emission wavelength region of the backlight. It is. Cell retardation can be changed by changing the cell thickness or birefringence (specifically, changing the liquid crystal material. In the range normally used for liquid crystal display devices, retardation can be achieved by mixing liquid crystal materials having different characteristics. Can be controlled).

図3Aに、STN−LCDの平面概略図を示す。図3Aは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向に関する図である。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度a)は45°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度b)は45°である。   FIG. 3A shows a schematic plan view of the STN-LCD. FIG. 3A is a diagram regarding a liquid crystal molecule alignment direction and a polarizing plate axis direction on each of the upper and lower substrates. As shown in the figure, the twist angle of the liquid crystal is 270 °. The smaller angle (angle a) between the liquid crystal molecule alignment direction closest to the upper substrate and the upper polarizing plate axis direction is 45 °, and the liquid crystal molecule alignment direction closest to the lower substrate is The smaller angle (angle b) to the polarizing plate axis direction is 45 °.

図3Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約42%あるので、高コントラスト比を実現できる。   FIG. 3B shows a transmittance curve in a substantially visible region of the liquid crystal display unit. As shown in the figure, the transmittance when no voltage is applied has a minimum value of 0% at a wavelength of 630 nm. By using the LED of this wavelength as a backlight, the light of the backlight can be shielded when no voltage is applied, so that normally black can be realized. When a voltage is applied, the transmittance at a wavelength of 630 nm is about 42%, so that a high contrast ratio can be realized.

液晶セルのリタデーションは0.847μmである。   The retardation of the liquid crystal cell is 0.847 μm.

なお、角度a+bは、必ずしも90°でなくとも良い。発明者らは、好ましい角度a+bについて検討した。   Note that the angle a + b is not necessarily 90 °. The inventors examined a preferred angle a + b.

図4に、角度a+bに対する、波長630nmにおける液晶表示部の電圧無印加時の透過率のグラフを示す。偏光板角度の異なる様々なサンプルを作製し表示を観察したところ、電圧無印加時の透過率が0.3%以下のサンプルが液晶表示素子として好ましいことが分かった。この条件を満足するには、図示のグラフから、角度a+bが90°±7°であれば良い。   FIG. 4 shows a graph of the transmittance when no voltage is applied to the liquid crystal display unit at a wavelength of 630 nm with respect to the angle a + b. When various samples having different polarizing plate angles were prepared and the display was observed, it was found that a sample having a transmittance of 0.3% or less when no voltage was applied is preferable as a liquid crystal display element. In order to satisfy this condition, the angle a + b should be 90 ° ± 7 ° from the graph shown in the figure.

上記のような条件で作製したSTN−LCDは、正面観察時に高コントラスト比を得られる。さらに発明者らは、視角を上下左右方向に振った場合においても良好な表示を得られる条件を調べた。視角特性、特に左右方向の視角特性は車載などの用途では重要だからである。   The STN-LCD manufactured under the above conditions can obtain a high contrast ratio during frontal observation. Furthermore, the inventors investigated the conditions under which a good display can be obtained even when the viewing angle is swung vertically and horizontally. This is because the viewing angle characteristics, particularly the viewing angle characteristics in the left-right direction, are important for in-vehicle applications.

図5Aに、図3Aに示した270°STN−LCDの波長630nmにおける左右方向の透過率−視角特性を示す。横軸が正面に対する右方向を正とする角度である。図示のように、左右の角度が大きくなればなるほど、電圧印加時と無印加時での透過率の差は縮まり、コントラスト比が小さくなる。また、左右とも約60°を超えたあたりで透過率が逆転する。   FIG. 5A shows the transmissivity-viewing angle characteristic in the left-right direction at a wavelength of 630 nm of the 270 ° STN-LCD shown in FIG. 3A. The horizontal axis is an angle in which the right direction with respect to the front is positive. As shown in the figure, the larger the left and right angles, the smaller the difference in transmittance between when a voltage is applied and when no voltage is applied, resulting in a smaller contrast ratio. Further, the transmittance is reversed when the angle exceeds about 60 ° on both the left and right sides.

図5Bに、図3Aに示した270°STN−LCDの波長630nmにおける上下方向の透過率−視角特性を示す。横軸が正面に対する上方向を正とする角度である。図示のように、電圧印加時の透過率は上下方向の視角で非対称である。一方、電圧無印加時の透過率は、視角30°程度までは上下ほぼ対称で、かつ十分な遮光性を持つ。   FIG. 5B shows the transmittance-viewing angle characteristic in the vertical direction at a wavelength of 630 nm of the 270 ° STN-LCD shown in FIG. 3A. The horizontal axis is an angle with the upward direction with respect to the front as positive. As shown in the figure, the transmittance when a voltage is applied is asymmetrical in the viewing angle in the vertical direction. On the other hand, the transmittance when no voltage is applied is almost symmetrical up and down up to a viewing angle of about 30 ° and has a sufficient light shielding property.

LCDのコントラスト比は遮光性が大きな役割を果たす。実施例においては電圧無印加状態の透過率が0%に近ければ近いほど良い。発明者らは、電圧無印加状態の透過率に着目した。そして、電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を、視角をパラメータとしてまとめた。   The light shielding property plays a major role in the contrast ratio of the LCD. In the embodiment, it is better that the transmittance in a state where no voltage is applied is closer to 0%. The inventors paid attention to the transmittance in a state in which no voltage was applied. Then, the transmittance-wavelength characteristics in a substantially visible range when no voltage is applied are summarized with the viewing angle as a parameter.

図6に、図3Aに示した270°STN−LCDの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。図は、視角を正面に対して右(right)もしくは下(down)に振った場合の透過率−波長特性を、視角をパラメータとして20°毎にそれぞれ60°まで示している。normalとは視角0°のことである。   FIG. 6 shows the transmittance-wavelength characteristics in a substantially visible range when no voltage is applied to the 270 ° STN-LCD shown in FIG. 3A. The figure shows the transmittance-wavelength characteristics when the viewing angle is swung to the right (down) or down (down) with respect to the front, up to 60 ° for each 20 °, using the viewing angle as a parameter. “Normal” means a viewing angle of 0 °.

図示のように、視角が20°程度の場合は、右方向、下方向とも視角0°の場合に比べて透過率曲線に大きな差は無いが、視角を40°、60°と大きく振ることにより透過率曲線が次第にずれてくる。また、視角が40°の場合は透過率の極小値が約2%、60°の場合は約8〜9%程度となり、当該角度から液晶表示装置を見ると、光り抜けが起こってしまう。   As shown in the figure, when the viewing angle is about 20 °, there is no big difference in the transmittance curve compared to the case where the viewing angle is 0 ° in both the right direction and the downward direction, but the viewing angle is greatly swung to 40 ° and 60 °. The transmittance curve gradually shifts. Further, the minimum value of the transmittance is about 2% when the viewing angle is 40 °, and about 8 to 9% when the viewing angle is 60 °. If the liquid crystal display device is viewed from this angle, the light is lost.

図6に示されていない左方向、上方向に視角を振った場合の透過率−波長特性について述べる。左方向に視角を振った場合の透過率−波長特性は、図5Aに示した結果から、右方向に視角を振った場合とほぼ同様とみなせる。一方、上方向に視角を振った場合の透過率−波長特性は、図5Bに示した結果から、少なくとも視角30°程度までは下方向に視角を振った場合とほぼ同様とみなせる。30°以降の視角における透過率−波長特性は、下方向に視角を振った場合と異なる場合もあるし、ほぼ対称の場合もある(液晶層のツイスト角によって異なる)。   The transmittance-wavelength characteristics when the viewing angle is swung leftward and upward, not shown in FIG. 6, will be described. From the result shown in FIG. 5A, the transmittance-wavelength characteristic when the viewing angle is moved in the left direction can be regarded as almost the same as that when the viewing angle is moved in the right direction. On the other hand, the transmittance-wavelength characteristic when the viewing angle is swung upward can be regarded as substantially the same as the case where the viewing angle is swung downward at least up to a viewing angle of about 30 ° from the result shown in FIG. 5B. The transmittance-wavelength characteristic at a viewing angle of 30 ° or later may be different from the case where the viewing angle is shifted downward or may be substantially symmetric (depending on the twist angle of the liquid crystal layer).

発明者らは、液晶層のツイスト角を変えることで電圧無印加時の透過率−視角特性がどう変化するかについて調べた。その過程で、STN−LCDだけでなく、90°ツイストのTN−LCDの透過率−視角特性についても調べた。   The inventors investigated how the transmittance-viewing angle characteristic when no voltage is applied is changed by changing the twist angle of the liquid crystal layer. In the process, not only the STN-LCD but also the transmittance-viewing angle characteristics of the 90 ° twisted TN-LCD were examined.

図7Aに、90°TN−LCDの平面概略図を示す。図7Aは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向に関する図である。図示の90°TN−LCDは、液晶分子は90°ツイストし、偏光板の軸方向は平行である。   FIG. 7A shows a schematic plan view of a 90 ° TN-LCD. FIG. 7A is a diagram relating to a liquid crystal molecule alignment direction and a polarizing plate axis direction on each side of the upper and lower substrates. In the illustrated 90 ° TN-LCD, the liquid crystal molecules are twisted by 90 ° and the axial directions of the polarizing plates are parallel.

図7Bに、90°TN−LCDの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。図7Bの見方は図6と同様である。図7A、図7Bに示す例では、90°ツイストでセルのリタデーションΔndが約0.555μmのTNセルに図7Aに示すような軸方位で偏光板を配置し、発光波長の中心値が630nmの赤色バックライトを組み合わせることにより、正面観察時(視角0°)に黒地に赤色の表示を実現している。   FIG. 7B shows transmittance-wavelength characteristics in a substantially visible range when no voltage is applied to the 90 ° TN-LCD. The view of FIG. 7B is the same as that of FIG. In the example shown in FIGS. 7A and 7B, a polarizing plate is disposed in a TN cell with a 90 ° twist and a cell retardation Δnd of about 0.555 μm with an axial orientation as shown in FIG. 7A, and the center value of the emission wavelength is 630 nm. By combining a red backlight, a red display is realized on a black background during frontal observation (viewing angle 0 °).

しかし、図7Bに示すように、視角を40°、60と振ることにより、透過率曲線が大きくずれることが分かる。波長630nmでの電圧無印加時の透過率が約2%(視角40°の場合)、もしくは約8%(視角60°の場合)である。従って良好な視角特性の実現が困難である。   However, as shown in FIG. 7B, it can be seen that the transmittance curve is greatly shifted by swinging the viewing angle to 40 ° and 60 °. The transmittance when no voltage is applied at a wavelength of 630 nm is about 2% (when the viewing angle is 40 °) or about 8% (when the viewing angle is 60 °). Therefore, it is difficult to realize good viewing angle characteristics.

図8に、180°STN−LCDの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。液晶セルのリタデーションは0.847μmである。図示のように、視角をパラメータとして見た場合、180°ツイストの場合には、視角40°までは透過率曲線のずれが少なく、極小値がほぼ0%を保っている。   FIG. 8 shows transmittance-wavelength characteristics in a substantially visible range when no voltage is applied to the 180 ° STN-LCD. The retardation of the liquid crystal cell is 0.847 μm. As shown in the figure, when the viewing angle is viewed as a parameter, in the case of 180 ° twist, there is little deviation of the transmittance curve up to a viewing angle of 40 °, and the minimum value is maintained at almost 0%.

発明者らは上記の結果から、電圧無印加時の透過率−視角特性と液晶層のツイスト角には最適範囲が存在すると考え、STN−LCDにおいて好ましいツイスト角度を検討した。   Based on the above results, the inventors considered that there is an optimum range for the transmittance-viewing angle characteristics when no voltage is applied and the twist angle of the liquid crystal layer, and studied a preferred twist angle in the STN-LCD.

図9に、波長630nmにおける、視角をパラメータとしたSTN−LCDの透過率−ツイスト角特性を示す。   FIG. 9 shows the transmittance-twist angle characteristics of the STN-LCD using the viewing angle as a parameter at a wavelength of 630 nm.

視角特性が広いと感じられるディスプレイを実現するためには下、右方向それぞれ40°以内の視角において電圧無印加時の透過率の低さを実現することが好ましい。作製した様々な条件のディスプレイを観察したところ、40°視角範囲内において透過率1%以下が実現できれば、表示が良好であることが分かった。図9によれば、下、右方向の視角40°における透過率が1%以下であるツイスト角度は155°〜210°である。   In order to realize a display having a wide viewing angle characteristic, it is preferable to realize a low transmittance when no voltage is applied at a viewing angle of 40 ° or less in the right direction. When the produced display of various conditions was observed, when the transmittance | permeability 1% or less was implement | achieved within 40 degree viewing angle range, it turned out that a display is favorable. According to FIG. 9, the twist angle at which the transmittance at a viewing angle of 40 ° in the lower and right direction is 1% or less is 155 ° to 210 °.

発明者らは、さらに好ましいツイスト角度を限定する。車載ディスプレイにおいては、より左右方向の視角特性が重視されるため、左右方向40°視角範囲内において、電圧無印加時の透過率が可能な限り低いことが望ましい。この観点から作製した様々な条件のディスプレイを観察したところ、40°視角範囲内において透過率0.3%以下が実現できれば車載用ディスプレイの視角特性として更に良好であることが判った。図9において、左右方向(図では右方向。既述のように、左右方向の視角特性はほぼ対応するであろう)40°の視角における透過率が0.3%以下であるツイスト角度は170°〜200°である。   The inventors further limit the preferred twist angle. In an in-vehicle display, since the viewing angle characteristic in the left-right direction is more important, it is desirable that the transmittance when no voltage is applied is as low as possible within the viewing angle range of 40 ° in the left-right direction. When a display with various conditions manufactured from this viewpoint was observed, it was found that if the transmittance of 0.3% or less was realized within the 40 ° viewing angle range, the viewing angle characteristics of the in-vehicle display were further improved. In FIG. 9, the twist angle at which the transmittance at a viewing angle of 40 ° is 0.3% or less is 170 in the left-right direction (right direction in the figure. As described above, the viewing angle characteristics in the left-right direction will substantially correspond). ° to 200 °.

以下、上記条件を満たした実施例を説明する。   Examples that satisfy the above conditions will be described below.

(実施例1)
波長630nmの赤色バックライトと液晶セルを組み合わせた実施例を説明する。
Example 1
An embodiment in which a red backlight having a wavelength of 630 nm and a liquid crystal cell are combined will be described.

図10Aに、STN−LCDの平面概略図を示す。図10Aは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向に関する図である。図示のように、液晶のツイスト角は180°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度a)は45°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度b)は45°である。   FIG. 10A shows a schematic plan view of an STN-LCD. FIG. 10A is a diagram relating to a liquid crystal molecule alignment direction and a polarizing plate axis direction on each side of the upper and lower substrates. As shown in the figure, the twist angle of the liquid crystal is 180 °. The smaller angle (angle a) between the liquid crystal molecule alignment direction closest to the upper substrate and the upper polarizing plate axis direction is 45 °, and the liquid crystal molecule alignment direction closest to the lower substrate is The smaller angle (angle b) to the polarizing plate axis direction is 45 °.

図10Bに、波長630nmにおける液晶表示部の透過率−視角特性を示す。図示のように、上下方向、左右方向共に、40°視角範囲内において透過率1%以下を保っている。また、左右方向については、60°視角範囲内において透過率1%以下を保っており、より良好な視角特性を有することが分かる。   FIG. 10B shows the transmittance-viewing angle characteristics of the liquid crystal display unit at a wavelength of 630 nm. As shown in the figure, the transmissivity is 1% or less in the 40 ° viewing angle range in both the vertical and horizontal directions. Further, in the left-right direction, the transmittance is kept at 1% or less within the 60 ° viewing angle range, and it can be seen that the viewing angle characteristics are better.

(実施例2)
波長630nmの赤色バックライトと液晶セルを組み合わせた他の実施例を説明する。
(Example 2)
Another embodiment in which a red backlight having a wavelength of 630 nm and a liquid crystal cell are combined will be described.

図11Aに、STN−LCDの平面概略図を示す。図11Aは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向に関する図である。図示のように、液晶のツイスト角は190°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度a)は50°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度b)は40°である。   FIG. 11A shows a schematic plan view of an STN-LCD. FIG. 11A is a diagram relating to the liquid crystal molecule alignment direction and the polarizing plate axis direction on each side of the upper and lower substrates. As shown in the figure, the twist angle of the liquid crystal is 190 °. The smaller angle (angle a) between the liquid crystal molecule alignment direction closest to the upper substrate and the upper polarizing plate axis direction is 50 °, and the liquid crystal molecule alignment direction closest to the lower substrate is The smaller angle (angle b) formed with the polarizing plate axis direction is 40 °.

図11Bに、波長630nmにおける液晶表示部の透過率−視角特性を示す。図示のように、上下方向、左右方向共に、40°視角範囲内において良好な透過率を保っている。また、左右方向については、80°視角範囲内においても透過率1%以下を保っており、より良好な視角特性を有することが分かる。   FIG. 11B shows transmittance-viewing angle characteristics of the liquid crystal display unit at a wavelength of 630 nm. As shown in the figure, good transmittance is maintained in the 40 ° viewing angle range in both the vertical and horizontal directions. Further, in the left-right direction, the transmittance is kept at 1% or less even in the 80 ° viewing angle range, and it can be seen that the viewing angle characteristics are better.

(実施例3)
波長550nmの緑色バックライトと液晶セルを組み合わせた実施例を説明する。STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の組み合わせ、及び液晶のツイスト角は実施例2と同様である。セルのリタデーションを0.614μmにすることにより、電圧無印加時の透過率の極小値が波長550nmにおいて現れるように調整した。
(Example 3)
An embodiment in which a green backlight having a wavelength of 550 nm and a liquid crystal cell are combined will be described. The combination of the alignment direction of the liquid crystal molecules and the polarizing plate axis direction of the STN-LCD and the twist angle of the liquid crystal are the same as in the second embodiment. By adjusting the cell retardation to 0.614 μm, the minimum value of the transmittance when no voltage was applied was adjusted to appear at a wavelength of 550 nm.

図12に、波長550nmにおける液晶表示部の透過率−視角特性を示す。図示のように、上下方向、左右方向共に、40°視角範囲内において良好な透過率を保っている。また、左右方向については、約75°視角範囲内において透過率1%以下を保っており、より良好な視角特性を有することが分かる。   FIG. 12 shows the transmittance-viewing angle characteristics of the liquid crystal display unit at a wavelength of 550 nm. As shown in the figure, good transmittance is maintained in the 40 ° viewing angle range in both the vertical and horizontal directions. Further, in the left-right direction, the transmittance is kept at 1% or less within the range of about 75 ° viewing angle, and it can be seen that the viewing angle characteristic is better.

なお、次の条件を満たせば他の発光ピークを有する光源をバックライトとして用いても良いであろう。
・液晶のツイスト角が155°〜210°のSTN型の液晶表示部を用いる。
・液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側角度(角度a)と下基板側角度(角度b)の和が90°±7°である。
・電圧無印加時の透過率が極小値となる波長がバックライトの発光波長領域に存在するためにセルのリタデーションを調整できる。
Note that a light source having another emission peak may be used as the backlight if the following conditions are satisfied.
An STN liquid crystal display unit having a liquid crystal twist angle of 155 ° to 210 ° is used.
The liquid crystal molecule alignment direction of the liquid crystal layer and the axial direction of the polarizing plate are not the same, and the smaller angle formed by these directions is the upper substrate side angle (angle a) and the lower substrate side angle (angle b). The sum is 90 ° ± 7 °.
The retardation of the cell can be adjusted because the wavelength at which the transmittance when no voltage is applied is a minimum value exists in the emission wavelength region of the backlight.

なお、上記実施例は、液晶セル内に選択電圧印加部、非選択電圧印加部、電圧無印加部が存在するマルチプレックス駆動方式の液晶表示部においても適用することができるであろう。その際は、非選択電圧印加部の液晶配向状態と電圧無印加部の液晶配向状態とを極力近づけることが高コントラスト化もしくは低クロストーク化のために好ましい。   The above-described embodiment may be applied to a multiplex drive type liquid crystal display unit in which a selection voltage application unit, a non-selection voltage application unit, and a no-voltage application unit exist in the liquid crystal cell. In that case, it is preferable to make the liquid crystal alignment state of the non-selection voltage application part and the liquid crystal alignment state of the voltage non-application part as close as possible for high contrast or low crosstalk.

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、単波長の光源としてLEDの他に、レーザを用いても良い。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, a laser may be used as the single wavelength light source in addition to the LED.

その他、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。   It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

図1は、液晶表示装置における液晶表示部101の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display unit 101 in a liquid crystal display device. 図2Aは、青色モードSTN−LCDの平面概略図であり、図2Bは、液晶表示部のほぼ可視領域の透過率曲線である。FIG. 2A is a schematic plan view of a blue mode STN-LCD, and FIG. 2B is a transmittance curve in a substantially visible region of the liquid crystal display unit. 図3Aは、STN−LCDの平面概略図であり、図3Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。FIG. 3A is a schematic plan view of an STN-LCD, and FIG. 3B is a transmittance curve in a substantially visible region of the liquid crystal display unit. 図4は、波長630nmにおける、液晶表示部の電圧無印加時の透過率−角度特性である。FIG. 4 shows transmittance-angle characteristics when no voltage is applied to the liquid crystal display unit at a wavelength of 630 nm. 図5Aは、図3Aに示した270°STN−LCDの波長630nmにおける左右の透過率−視角特性であり、図5Bは、図3Aに示した270°STN−LCDの波長630nmにおける上下の透過率−視角特性である。5A shows left-right transmittance-viewing angle characteristics at a wavelength of 630 nm of the 270 ° STN-LCD shown in FIG. 3A, and FIG. 5B shows upper and lower transmittances at a wavelength of 630 nm of the 270 ° STN-LCD shown in FIG. 3A. -Visual angle characteristics. 図6は、図3Aに示した270°STN−LCDの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。FIG. 6 shows a transmittance-wavelength characteristic in a substantially visible range when no voltage is applied to the 270 ° STN-LCD shown in FIG. 3A. 図7Aは、90°TN−LCDの平面概略図であり、図7Bは、90°TN−LCDの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。FIG. 7A is a schematic plan view of a 90 ° TN-LCD, and FIG. 7B shows transmittance-wavelength characteristics in a substantially visible region when no voltage is applied to the 90 ° TN-LCD. 図8は、180°STN−LCDの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。FIG. 8 shows transmittance-wavelength characteristics in a substantially visible range when no voltage is applied to the 180 ° STN-LCD. 図9は、STN−LCDの波長630nmにおける、視角をパラメータとした透過率−ツイスト角特性である。FIG. 9 shows transmittance-twist angle characteristics with the viewing angle as a parameter at an STN-LCD wavelength of 630 nm. 図10Aは、STN−LCDの平面概略図であり、図10Bは、波長630nmにおける液晶表示部の透過率−視角特性である。FIG. 10A is a schematic plan view of an STN-LCD, and FIG. 10B is a transmittance-viewing angle characteristic of a liquid crystal display unit at a wavelength of 630 nm. 図11Aは、STN−LCDの平面概略図であり、図11Bは、波長630nmにおける液晶表示部の透過率−視角特性である。FIG. 11A is a schematic plan view of an STN-LCD, and FIG. 11B is a transmittance-viewing angle characteristic of a liquid crystal display unit at a wavelength of 630 nm. 波長550nmにおける液晶表示部の透過率−視角特性である。It is the transmittance | permeability-viewing angle characteristic of the liquid crystal display part in wavelength 550nm.

符号の説明Explanation of symbols

1A、1B 基板
2 電極
2l 配線
3 液晶
4 絶縁膜
5 配向膜
6 シール材
7 導通材
8 偏光板
101 液晶表示部
102 バックライト
1A, 1B Substrate 2 Electrode 2l Wiring 3 Liquid crystal 4 Insulating film 5 Alignment film 6 Sealing material 7 Conductive material 8 Polarizing plate 101 Liquid crystal display unit 102 Backlight

Claims (3)

単波長発光ピークを有する光源を用いたバックライトと、
一対の対向する基板と、該基板間に挟持されたネマチック液晶層と、該基板の各々において該ネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が155°〜210°のSTN型の液晶表示部と
を有し、
前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記ネマチック液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側角度と下基板側角度の和が90°±7°である液晶表示装置。
A backlight using a light source having a single wavelength emission peak;
A pair of opposing substrates, a nematic liquid crystal layer sandwiched between the substrates, an electrode pattern formed on the nematic liquid crystal layer side of each of the substrates, and polarized light disposed vertically with respect to the normal direction of the substrate And a STN type liquid crystal display unit having a liquid crystal twist angle of 155 ° to 210 °,
The liquid crystal molecule alignment direction of the nematic liquid crystal layer and the axial direction of the polarizing plate are not the same at the position of the pair of substrates in contact with each of the upper substrate and the lower substrate, and a smaller angle formed by these directions. A liquid crystal display device in which the sum of the upper substrate side angle and the lower substrate side angle is 90 ° ± 7 °.
前記液晶のツイスト角が170°〜200°である請求項1記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a twist angle of the liquid crystal is 170 ° to 200 °. 前記バックライトの発光波長領域に、前記液晶表示部の電圧無印加状態の透過率が極小値をとる波長を合わせたノーマリブラック表示の請求項1または2記載の液晶表示装置。   3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device has a normally black display in which a wavelength at which the transmittance of the liquid crystal display unit is not applied is a minimum value in the emission wavelength region of the backlight.
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