JP2015022115A

JP2015022115A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2015022115A
Application number: JP2013149562A
Authority: JP
Inventors: 尚青木; Takashi Aoki; 博文若林; Hirofumi Wakabayashi; 中村　英樹; Hideki Nakamura; 英樹中村
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2015-02-02

Abstract

【課題】コントラスト比と応答速度とを両立する。【解決手段】液晶表示素子１０は、一対の基板４０，４２と、液晶層４６と、一対の偏光板２２，２４と、位相差板２６とを備える。一対の基板４０，４２は、それぞれ配向制御膜５２，６２を有する。一対の基板４０，４２は、それぞれ透明電極５０，６０を有する。液晶層４６は、一対の基板４０，４２の間に挟まれる。液晶層４６は、ネマティック液晶分子７０を含む。一対の偏光板２２，２４は、一対の基板４０，４２を挟むように配置される。位相差板２６は、基板４０と偏光板２２との間に配置される。液晶層４６の屈折率異方性△ｎが０．１７以上０．１９以下である。液晶層４６の厚さｄが４．６０マイクロメートル以上４．９０マイクロメートル以下である。液晶層４６の屈折率異方性と液晶層の厚さとの積△ｎ・ｄが８６１ナノメートル以上８７８ナノメートル以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子に関する。

特許文献１は液晶表示装置を開示する。この液晶表示装置は、一対の基板と、液晶層と、駆動手段と、第１の複屈折板と、第２の複屈折板と、偏光板とを有する。基板はほぼ平行に配置される。基板は配向制御膜を有する。基板には透明電極が取付けられている。液晶層は基板の間に挟まれている。液晶層はネマティック液晶を含む。液晶層の誘電異方性は「正」である。駆動部は、基板の透明電極間に電圧を印加する。液晶層のツイスト角が２２０°〜２６０°である。液晶層の厚さｄが４マイクロメートル〜５．５マイクロメートルである。液晶層の屈折率異方性△ｎと液晶層の厚さｄとの積△ｎ・ｄが０．７〜０．９マイクロメートルである。駆動方式はマルチプレックス駆動である。

特許文献１に開示された液晶表示装置によると、大画面でも高速応答できる。特許文献１に開示された液晶表示装置によると、優れたコントラスト比及び視野角特性を持つ白黒表示が可能となる。特許文献１に開示された液晶表示装置によると、鮮明で表示品位の高いネガ型の表示が得られる。

特開平１０−１８６３０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された液晶表示装置には、コントラスト比と応答速度との両立が困難という問題点がある。本発明は、このような問題を解決するものである。本発明の目的は、コントラスト比と応答速度との両立にある。

図面を参照し本発明の液晶表示素子を説明する。なおこの欄で図中の符号を使用したのは発明の内容の理解を助けるためである。この欄で図中の符号を使用することには発明の内容を図示した範囲に限定する意図がない。

上述した課題を解決するために、本発明のある局面に従うと、液晶表示素子１０は、一対の基板４０，４２と、液晶層４６と、一対の偏光板２２，２４と、位相差板２６とを備える。一対の基板４０，４２は、それぞれ配向制御膜５２，６２を有する。一対の基板４０，４２は、それぞれ透明電極５０，６０を有する。一対の基板４０，４２は、互いに対向する。液晶層４６は、一対の基板４０，４２の間に挟まれる。液晶層４６は、ネマティック液晶分子７０を含む。一対の偏光板２２，２４は、一対の基板４０，４２を挟むように配置される。位相差板２６は、基板４０と偏光板２２との間に配置される。液晶層４６の屈折率異方性△ｎが０．１７以上０．１９以下である。液晶層４６の厚さｄが４．６０マイクロメートル以上４．９０マイクロメートル以下である。液晶層４６の屈折率異方性と液晶層の厚さとの積△ｎ・ｄが８６１ナノメートル以上８７８ナノメートル以下である。液晶層４６の粘度ηが１４．０ミリポアズ以下である。

また、上述した液晶層４６の屈折率異方性が０．１８２以上０．１８４以下であることが望ましい。この場合、液晶層４６の厚さが４．７０マイクロメートル以上４．８０マイクロメートル以下であることが望ましい。この場合、液晶層４６の屈折率異方性と液晶層の厚さとの積△ｎ・ｄが８６８ナノメートル以上８７３ナノメートル以下であることが望ましい。

もしくは、上述した液晶層４６の厚さが４．７４マイクロメートル以上４．７６マイクロメートル以下であることが望ましい。

本発明によれば、コントラスト比と応答速度とを両立できる。

本発明の一実施形態にかかる液晶表示素子の基本構成を示す断面図である。本発明の一実施形態にかかる液晶表示素子の電極構造を示す平面図である。本発明の一実施形態にかかる液晶表示素子の偏光板を示す平面図である。本発明の一実施形態にかかる液晶表示素子の位相差板の光軸を示す概念図である。本発明の一実施形態にかかる液晶表示素子の液晶配向を示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

〈液晶表示素子の説明〉
本実施形態にかかる液晶表示素子１０は周知の表示装置に組み込まれる。その液晶表示素子１０は画像を表示する。

図１に示すように、液晶表示素子１０は、ＳＴＮ（Super-twisted nematic）パネル２０を備える。ＳＴＮパネル２０は、第１のガラス基板４０と、第２のガラス基板４２と、スペーサ材４４と、液晶層４６とを備える。第１のガラス基板４０と第２のガラス基板４２とはスペーサ材４４を挟む。スペーサ材４４は角柱状の部材である。スペーサ材４４は合成樹脂製である。液晶層４６は第１のガラス基板４０と第２のガラス基板４２との隙間（セルギャップ）に収容される。液晶層４６はネマティック液晶分子７０を含む。液晶層４６の厚さｄはセルギャップの幅に等しい。液晶層４６の厚さｄはスペーサ材４４の大きさにより決まる。液晶層４６の厚さｄは応答速度に影響する。液晶層４６が厚いものは、薄いものに比べ、応答速度が遅い。また、液晶層４６の厚さは液晶層４６の厚さ方向の位相差値Δｎ・ｄに影響を及ぼす。Δｎ・ｄはコントラストに影響を及ぼす。そのため、本発明の場合、液晶層４６の厚さｄは４．６０マイクロメートル以上４．９０マイクロメートル以下としている。なお、液晶層４６の厚さｄは、４．７０マイクロメートル以上４．８０マイクロメートル以下であることが好ましい。液晶層４６の厚さｄは、４．７４マイクロメートル以上４．７６マイクロメートル以下であることがより好ましい。液晶層４６の厚さ方向の位相差値Δｎ・ｄは後述される。液晶層４６を収容するための具体的な方法は周知なのでここではその詳細な説明は繰返されない。

第１のガラス基板４０の全面にはラビング処理が施されている。その第１のガラス基板４０の全面に第１の透明電極５０が形成されている。第１の透明電極５０は複数個形成されている。第１の透明電極５０の表面には第１の配向制御膜５２が形成されている。第２のガラス基板４２の全面にもラビング処理が施されている。その第２のガラス基板４２の全面には第２の透明電極６０が形成されている。第２の透明電極６０は複数個形成されている。第２の透明電極６０の表面には第２の配向制御膜６２が形成されている。第１の配向制御膜５２と第２の配向制御膜６２とは液晶層４６を挟んで対向している。すなわち、ＳＴＮパネル２０は、第１の透明電極５０と、第１の配向制御膜５２と、第２の透明電極６０と、第２の配向制御膜６２とをさらに備える。

第１のガラス基板４０のうち液晶層４６に接する側とは反対側の基板面（パネル背面）には、第１の偏光板２２が設けられている。第１のガラス基板４０と第１の偏光板２２との間には位相差板２６が挿入されている。位相差板２６は、液晶層４６の複屈折を補償する。本実施形態の場合、位相差板２６は、温度変化に伴うΔｎ・ｄの変化も補償する温度補償型位相差板（ＴＣＦ：Temperature Compensated Film）である。これにより、温度が変化しても液晶表示素子１０の表示性能が維持される。第２のガラス基板４２の液晶層４６に接する側とは反対側の基板面（パネル正面）には、第２の偏光板２４が設けられている。すなわち、液晶表示素子１０は、ＳＴＮパネル２０に加え、第１の偏光板２２と、第２の偏光板２４と、位相差板２６とをさらに備える。

図２に示すように、第１の透明電極５０は、第１のガラス基板４０の横方向（図２の左右方向）に互いに平行に形成されて、走査側駆動回路８０に接続される。第１の透明電極５０は走査電極である。第２の透明電極６０は、第２のガラス基板４２の縦方向（図２の上下方向）に互いに平行に形成されて、信号側駆動回路８２に接続される。第２の透明電極６０は信号電極である。液晶表示素子１０は、第１の透明電極５０と第２の透明電極６０との交点を１画素としている。駆動対象となる画素に応じた第１の透明電極５０と駆動対象となる画素に応じた第２の透明電極６０とに電圧が印加される。これにより、液晶層４６のうち、駆動対象となる画素の部分が駆動される。すなわち、液晶表示素子１０は、単純マトリックス方式で駆動される。ただし、表示画素数が多いので、駆動は時分割のマルチプレックス駆動となる。

図３に示すように、第１の偏光板２２は、矢印９０で示した方向に吸収軸を有する。第２の偏光板２４は矢印９２で示した方向に吸収軸を有する。すなわち、第１の偏光板２２と第２の偏光板２４とは、ツイスト角が２７０°となるように配置されている。

図４に示すように、位相差板２６は、温度補償型位相差板であり、位相差値は温度２５℃において５５２ナノメートル以上５５８ナノメートル以下の範囲に設定されることが好ましい。位相差板２６は、第１の偏光板２２に対向する面には矢印９６で示した方向に光軸を有し、ＳＴＮパネル２０に対向する面には矢印９４で示された光軸を有する。

液晶表示素子１０において、第１の透明電極５０と第２の透明電極６０との間に電圧が印加されていない非駆動状態では、図５（ａ）に示すように、液晶層４６中のネマティック液晶分子７０は、第１のガラス基板４０及び第２のガラス基板４２に対してほぼ平行に配向する。平行に配向することにより、液晶層４６中を通過する光の偏光状態は変化する。すなわち、液晶表示素子１０の入射側の第１の偏光板２２を透過した光は、偏光状態を変えて液晶層４６を透過する。偏光状態が変わるので、液晶層４６を透過した光において、液晶表示素子１０の出射側（正面側）の第２の偏光板２４に入射されて、そこで光のほとんどが吸収される。光が吸収されるので、液晶表示素子１０の表示は暗い表示（黒表示）となる。

これに対し、第１の透明電極５０と第２の透明電極６０とに電圧が印加されている駆動状態では、図５（ｂ）に示すように、液晶層４６中のネマティック液晶分子７０は、電界に対してほぼ垂直に配向する。すなわち、液晶層４６中のネマティック液晶分子７０は、第１のガラス基板４０及び第２のガラス基板４２に対してほぼ垂直に配向するので、ここを通過した光は、偏光状態はほとんど変化しなくなる。このため、液晶表示素子１０の入射側（背面側）の第１の偏光板２２を透過した光がほとんどそのまま液晶表示素子１０の出射側（正面側）の第２の偏光板２４の吸収軸と直交する透過軸の偏光成分が多くなる。透過軸の偏光成分は第２の偏光板２４を透過する。これにより液晶表示素子１０の表示は明るい表示（白表示）となる。

本発明の場合、液晶層４６の厚さ方向の位相差値は、８６１ナノメートル以上８７８ナノメートル以下の範囲に設定してある。なお、液晶層４６の厚さ方向の位相差値は、８６８ナノメートル以上８７３ナノメートル以下の範囲に設定してあることが好ましい。

ここで、液晶層４６の厚さ方向の位相差値は、Δｎ・ｄで与えられる。ただし、Δｎ＝ｎ_ｅ−ｎ_ｏであって、ｎ_ｅはネマティック液晶分子７０の長軸方向の屈折率（異常光の屈折率）、ｎ_ｏはネマティック液晶分子７０の短軸方向の屈折率（常光の屈折率）である。またｄは液晶層４６の厚さである。Δｎも、液晶層４６の厚さ方向の位相差値すなわちΔｎ・ｄも、コントラストに影響を及ぼす。

また、本発明の場合、Δｎは０．１７以上０．１９以下である。ただし、Δｎは０．１８２以上０．１８４以下であることが好ましい。液晶層４６の粘度ηが大きい場合、それが小さい場合に比べ、応答速度が遅くなるため、液晶層４６の粘度ηは低いことが望ましい。そのため、液晶層４６の粘度ηは１４．０ミリポアズ以下である。

〈液晶表示素子の製造方法〉
本発明にかかる液晶表示素子１０の製造方法は従来の液晶表示素子と同様である。したがって、その詳細な説明は繰返されない。

〈液晶表示素子の使用方法〉
本発明にかかる液晶表示素子１０の使用方法は従来の液晶表示素子と同様である。したがって、その詳細な説明は繰返されない。

なお、本発明の範囲は上述した説明の具体的内容に基づいて制限されるものではない。上述した説明の具体的内容は、種々に変更されてもよい。

〈実施例及び比較例の説明〉
以下、本発明の実施例及び比較例が説明される。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。

［実施例１］
上述した構造の液晶表示素子を製造した。液晶層４６の厚さ方向の位相差値Δｎ・ｄは８６１ナノメートルであった。液晶の粘度ηは１４．０ミリポアズであった。屈折率異方性Δｎは０．１８３であった。液晶層４６の厚さｄは４．７０マイクロメートルであった。完成した液晶表示素子のコントラスト比と応答速度とを測定した。応答速度（画面の色がいったん変化し始めてから元の色に戻り終わるまでの時間）は４３９５ミリ秒であった。コントラスト比は３１であった。

［実施例２］
上述した構造の液晶表示素子を製造した。液晶層４６の厚さ方向の位相差値Δｎ・ｄは８６９ナノメートルであった。液晶の粘度ηは１４．０ミリポアズであった。屈折率異方性Δｎは０．１８３であった。液晶層４６の厚さｄは４．７５マイクロメートルであった。完成した液晶表示素子の応答速度は４０９６ミリ秒であった。コントラスト比は４２であった。

［実施例３］
上述した構造の液晶表示素子を製造した。液晶層４６の厚さ方向の位相差値Δｎ・ｄは８７８ナノメートルであった。液晶の粘度ηは１４．０ミリポアズであった。屈折率異方性Δｎは０．１８３であった。液晶層４６の厚さｄは４．８０マイクロメートルであった。完成した液晶表示素子の応答速度は４０１２ミリ秒であった。コントラスト比は３１であった。

［比較例１］
上述した構造の液晶表示素子を製造した。液晶層４６の厚さ方向の位相差値Δｎ・ｄは８５５ナノメートルであった。液晶の粘度ηは２３．２ミリポアズであった。屈折率異方性Δｎは０．１３７であった。液晶層４６の厚さｄは６．２４マイクロメートルであった。完成した液晶表示素子の応答速度は１０１００ミリ秒であった。コントラスト比は６０であった。

［比較例２］
上述した構造の液晶表示素子を製造した。液晶層４６の厚さ方向の位相差値Δｎ・ｄは８５９ナノメートルであった。液晶の粘度ηは１５．１ミリポアズであった。屈折率異方性Δｎは０．１５５であった。液晶層４６の厚さｄは５．５４マイクロメートルであった。完成した液晶表示素子の応答速度は５７３４ミリ秒であった。コントラスト比は４１であった。

〈実施例及び比較例の性能〉
本発明にかかる液晶表示素子の性能が説明される。実施例１乃至実施例３にかかる液晶表示素子と比較例１及び比較例２にかかる液晶表示素子とを比較すると、実施例１乃至実施例３にかかる液晶表示素子は、コントラスト比の割りに応答速度が速い。

特に実施例２にかかる液晶表示素子と比較例２にかかる液晶表示素子とを比較すると、実施例２にかかる液晶表示素子は、コントラスト比が同等であり、かつ、応答速度が約３０％向上している。比較例１と比較例２とにおいては、コントラスト比と応答速度とがトレードオフの関係にある。すなわち、比較例にかかる液晶表示素子においては、コントラスト比が高い場合、応答速度が遅い。応答速度が高い場合、コントラスト比が低い。実施例２にかかる液晶表示素子は、同等のコントラスト比で、高い応答速度を実現できる。

１０…液晶表示素子、
２０…ＳＴＮパネル、
２２…第１の偏光板、
２４…第２の偏光板、
２６…位相差板、
４０…第１のガラス基板、
４２…第２のガラス基板、
４４…スペーサ材、
４６…液晶層、
５０…第１の透明電極、
５２…第１の配向制御膜、
６０…第２の透明電極、
６２…第２の配向制御膜、
７０…ネマティック液晶分子、
８０…走査側駆動回路、
８２…信号側駆動回路、
９０，９２…矢印（偏光板）、
９４，９６…矢印（位相差板）。

Claims

それぞれ配向制御膜を有し、それぞれ透明電極を有し、かつ、互いに対向する一対の基板と、
前記一対の基板の間に挟まれ、かつ、ネマティック液晶分子を含む、液晶層と、
前記一対の基板を挟むように配置される一対の偏光板と、
前記基板と前記偏光板との間に配置される位相差板とを備える液晶表示素子において、
前記液晶層の屈折率異方性が０．１７以上０．１９以下であり、
前記液晶層の厚さが４．６０マイクロメートル以上４．９０マイクロメートル以下であり、
前記液晶層の屈折率異方性と前記液晶層の厚さとの積が８６１ナノメートル以上８７８ナノメートル以下であり、
前記液晶層の粘度が１４．０ミリポアズ以下であることを特徴とする液晶表示素子。
前記液晶層の屈折率異方性が０．１８２以上０．１８４以下であり、
前記液晶層の厚さが４．７０マイクロメートル以上４．８０マイクロメートル以下であり、
前記液晶層の屈折率異方性と前記液晶層の厚さとの積が８６８ナノメートル以上８７３ナノメートル以下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。
前記液晶層の厚さが４．７４マイクロメートル以上４．７６マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。