JP3720921B2

JP3720921B2 - Liquid crystal display device

Info

Publication number: JP3720921B2
Application number: JP19599496A
Authority: JP
Inventors: 光中川; 實赤塚; 敏博大西; 眞人桑原
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd; Kyocera Display Corp
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd; Kyocera Display Corp
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: JPH09101517A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学位相差板を用いた液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、ＳＴＮ液晶表示装置の色補償板として好適なフィルム光学位相差板を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の計器類、又はパーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、データ端末等の表示装置として液晶表示装置が多く採用されている。これらの多くは大容量表示を行うことから、コントラスト低下や視角特性が狭くなるのを防ぐため、スーパーツイストネマチック（以下、ＳＴＮということがある。）モードを主に使用している。しかし、ＳＴＮは複屈折効果を利用するため、着色表示となってしまう欠点があった。
【０００３】
そこで、複屈折による色付きを補償して白黒表示を行わせる高分子フイルム補償型液晶表示素子が開発された。補償用の高分子フィルムは特定の高分子成分を含み、延伸、配向を行うことにより、屈折率の異方性が生じるようにされたものである。
【０００４】
しかしながら、該表示素子はフィルム光学位相差板の高分子成分がもつΔｎと液晶表示装置中の液晶がもつΔｎとの温度特性の違いにより、高低温において液晶表示素子とフィルム光学位相差板のリタデーションの温度変化の違いから補償性能が落ち、コントラストや透過率、視角特性の低下及び背景色変化を起こす欠点があった。すなわち、通常、屈折率異方性Δｎをもつ高分子成分は、液晶表示装置に用いられる液晶に比べて複屈折の温度変化が著しく小さく、この特性の違いにより高温もしくは低温において補償性能が落ち、表示素子のコントラストや透過率、視角特性の低下及び背景色変化を起こす欠点がある。つまり、フィルム光学位相差板を用いて白黒表示を行う液晶表示装置は、フィルム光学位相差板の高分子成分と液晶表示装置中の液晶とのΔｎの温度特性の違いにより、液晶表示素子とフィルム光学位相差板のリタデーションの温度変化が異なるため、温度によりコントラスト比や透過率、視角特性の低下及び背景色変化を起こす問題点があった。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として、従来、アクリル系フィルム（ポリメタクリル酸メチル、ＰＭＭＡ）を使用したものは知られている（特開平６−２７４３３号公報）。しかし、ＰＭＭＡを使った位相差板には、材料的にリタデーションの温度特性が限られてしまう、ポリマー自身の複屈折が小さいためフィルム光学位相差板が厚くなる、液晶と分子構造が異なるため波長分散の影響によりコントラストが低下する等の問題点があった。また特開平５−２５７０１３号公報には、高分子フィルムに液晶分子を分散し、高分子フィルムごと延伸することにより位相差フィルムを得ることが記載されている。しかしながら、具体的にどのような特性を有する液晶化合物と高分子との組み合わせのときに優れた効果が得られるかの記載はない。また、液晶表示装置に実装されておらず、どのような特性を有する高分子−液晶分子分散フィルムが、液晶セルと組み合わせた場合に優れた効果が得られるかの記載もない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解消し、フィルム光学位相差板と液晶表示素子の複屈折率の温度変化を最適値に合わせ、液晶とほぼ同様の波長分散を有するフィルム光学位相差板により、広い温度領域で実質的な温度補償が可能な液晶表示装置を提供することを１つの目的とする。特に、フィルム光学位相差板に液晶と極めて近似した温度特性と波長分散を有させることにより、広範囲の温度でより表示品位の高い液晶表示装置を提供することを目的とする。また、フィルム光学位相差板が、フィルムとして安定な温度領域が広く、広範囲な温度条件で実用的な液晶表示装置を提供することを目的とする。さらに、フィルム光学位相差板として成型がしやすく、実用的な光学位相差板を提供することにより、実用価値を高めた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであり、フィルム補償型液晶表示装置において、色付きを補償して白黒表示を行わせるフィルム光学位相差板のもつリタデーション（Δｎ・ｄ）の温度変化を、液晶表示素子中の液晶組成物と同等の温度特性を持つ側鎖型高分子液晶を他の高分子中に分散させたフィルム（以下、高分子液晶分散フィルムということがある。）を用いて補償し、高低温において良好な表示を得ることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、液晶分子を両基板間において１００°〜３００°のツイスト角でツイスト配列させたＳＴＮ液晶セルと、該液晶セルの両側に配置された１対の偏光板と、液晶セルと偏光板の間の少なくとも片側に配置された１枚又は複数枚のフィルム光学位相差板とを有するフィルム補償型ＳＴＮ液晶表示装置において、フィルム光学位相差板は、主鎖がポリシロキサン系である側鎖型高分子液晶を他の高分子中に分散させてなるフィルムを延伸したものであることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００９】
ここで、フィルム光学位相差板のリタデーションの温度変化率は、高温で小さくなるようにするのが好ましい。また、フィルム光学位相差板のリタデーションの温度変化率は、液晶セルのそれ以下とすることができる。さらに、フィルム光学位相差板の２５℃におけるリタデーションに対する８０℃におけるリタデーションの変化率Ｒ_80/25 が、液晶セル中の液晶のＴｃ（透明点、単位℃）に対して、次の〔数１〕の関係、とりわけ〔数２〕の関係を満たすことが好ましい。
【００１０】
【数１】
０.００５Ｔｃ＋０.０６≦Ｒ_80/25 ≦０.００５Ｔｃ＋０.４６
かつＲ_80/25 ＜１
【数２】
０.００５Ｔｃ＋０.１５≦Ｒ_80/25 ≦０.００５Ｔｃ＋０.３３
かつＲ_80/25 ＜１
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。本発明の液晶表示素子における液晶層には、スーパーツイストネマッチック液晶表示素子が用いられる。この場合、具体的には、ほぼ平行に配置された１対の透明電極基板間に旋光性物質を含有した誘電率異方性が正のネマチック液晶を挟持し、両電極間での液晶分子のねじれ角を１００°〜３００°とすればよい。これは、１００°未満では急峻な透過率変化が必要とされる高Ｄｕｔｙでの時分割駆動をした際のコントラスト比の向上が少なく、逆に３００°を越えるとヒステリシスや光を散乱するドメインを生じやすいためである。
【００１２】
また、液晶層のリタデーションが特に０.４μm〜１.５μmとされるものが好ましい。干渉色の補償層を付加して、白黒表示とした場合、リタデーションが０.４μm未満ではＯＮ時の透過率が低く、青みがかった表示色になりやすく、また１.５μmを越えるとＯＮ時の色相が黄色から赤色となり、白黒表示となりにくいからである。特に、表示色の無彩色化が厳しく要求される用途では、リタデーションは０.５μm〜１.０μmとされることが好ましい。
【００１３】
上記液晶層を挟持した液晶セルの基本構成は以下のようになる。プラスチック、ガラス等の基板の表面に所望のパターンでパターニングされたＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透明電極が設けられて、電極付きの基板とされる。電極層は、表示に対応してパターニングされてもよいし、共通電極として用いられる場合などにはベタ電極とされてもよい。電極層の形成方法としては、特にこれに限るものではないが、層厚を均一にする見地からは、蒸着法、スパッタ法等が好ましく用いられる。
【００１４】
また、本発明においては、必要に応じて電極の上又は下にＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等の絶縁膜、位相差膜、偏光膜、反射膜、光導電膜等が形成されてもよい。透明電極形状の代表的な例として、一方の基板に６４０本のストライプ状の電極が形成され、他方の基板には、これに直交するように４００本のストライプ状の電極が形成され、６４０×４００ドットの表示がなされるものが挙げられる。さらに、この６４０本のストライプ状の電極を各々３本１組として１９２０本のストライプ状の電極とし、ＲＧＢのカラーフィルターを配置してフルカラーで６４０×４００ドットの表示をすることもできる。
【００１５】
この電極付き基板の表面には、表面をラビングされたポリイミド、ポリアミド等の膜や斜め蒸着されたＳｉＯ等の膜からなる配向制御膜が形成される。表示モードによっては垂直配向剤を塗布する必要がある場合もある。２枚の上記基板が準備されて、前記した液晶層を挟持するようになっている。この際、電極と配向制御膜との間に基板間短絡防止のためにＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂Ｏ₃等の絶縁膜を設けたり、透明電極にＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵抗のリード電極を併設したり、カラーフィルターを電極の上又は下に積層したりしてもよい。
【００１６】
通常はこの基板の外側の少なくとも一方に偏光板を配置する。この偏光板自体も、セルを構成する基板の外側に配置することが一般的であるが、性能が許せば、基板自体を偏光板で構成したり、基板と電極との間に偏光層として設けたりしてもよい。
【００１７】
本発明の液晶表示装置は、透過型でも反射型でも使用可能で、その応用範囲が広い。なお透過型で使用する場合は、裏側に光源を配置することが好ましい。また、光源にも導光体やカラーフィルターを併用してもよい。さらに、透過型で使用する場合、画素以外の背景部分を印刷等による遮光膜で覆うこともできる。また、遮光膜を用いるとともに表示したくない部分に選択波形を印加するように、逆の駆動をすることもできる。
【００１８】
さらに本発明では、カラーフィルターを併用することも可能である。このカラーフィルターは、セル内面に形成することにより、視角によるズレを生じなく、より精密なカラー表示が可能となる。具体的には、電極の下側に形成されてもよいし、電極の上側に形成されてもよい。また、色を補正するためのカラーフィルターやカラー偏光板を使用したり、液晶中に色素を添加したり、又は特定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。本発明ではこのような構成の液晶セルの電極に電圧を印加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。本発明はこのほか、その効果を損なわない範囲で、通常のスーパーツイストネマティック液晶表示装置で使用されている種々の技術が適用可能である。
【００１９】
図１は本発明の液晶表示装置の基本的な１例の断面図を示す。図において、１、２は一対の偏光板、３は電圧印加により具体的に表示を行う液晶セルである。ここで、液晶セルに好適に用いられる液晶としては、高分子液晶分散フィルムとリタデーションの温度特性を適合させるため、Ｔｃ（透明点）の比較的高い液晶がよく、具体的には、Ｔｃが８０℃〜１３０℃の範囲の液晶がよい。４はフィルム光学位相差板を示している。５、６は液晶セルを構成するガラス基板、７、８はその内面に形成されたＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透明電極、９、１０はポリイミド、ポリアミド等の膜をラビングしたり、ＳｉＯ等を斜め蒸着したりして形成した配向制御膜、１１、１２は透明電極と配向制御膜との間に基板間短絡防止のために必要により設けられるＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂Ｏ₃等の絶縁膜、１３はこれら２枚の基板１，２の周辺をシールするためのシール材、１４は液晶層を示している。
【００２０】
従来、フィルム補償型液晶表示装置は、フィルム光学位相差板にポリカーボネートのような主鎖に剛直な分子をもつ高分子を使用していたため、液晶表示素子中の液晶とフィルム光学位相差板の成分である高分子とのΔｎの温度特性の違いより、高温においてリタデーションの変化量の違いを生じ、コントラストの低下等が起こる欠点があった。そこで、本発明ではこれらの問題を解決するために、側鎖型高分子液晶を他の高分子フィルム中に分散させたフィルム光学位相差板を作成した。側鎖型高分子液晶は側鎖に液晶性を示すメソゲン基をもち、側鎖の熱挙動がほぼセル中の液晶と同様であることが知られている。
【００２１】
しかし、側鎖型高分子液晶単体でフィルム光学位相差板を作成すると、ポリマーの特性からフィルム光学位相差板の信頼性、成膜性等に問題があり、ガラス等の支持体で挟みこまなければならない等の問題点があった。そこで、本発明ではさらに、側鎖型高分子液晶をフィルム化や信頼性の安定した他のポリマー中に分散させることにより、フィルム光学位相差板の信頼性を高め、成膜性を良くし、支持体を無くしても安定したリタデーションを得ることができる位相差板を作成した。このときリタデーションは、フィルム光学位相差板自体がある程度の強度を持つため、配向制御膜や磁場法などにより分子を配向させなくても、フィルムを延伸することにより調節できる。また、これらの方法を使うことにより、高分子液晶を変えることでリタデーションの温度特性の異なるフィルム位相差板も容易に作成できる。
【００２２】
本発明で高分子液晶分散フィルムに用いられる高分子としては、液晶表示装置の使用温度範囲や液晶セルとの貼合工程の温度で光学的性質や形状の変化が起こらない高分子が好ましく、ガラス転移温度がある程度高い熱可塑性エンジニアリング高分子、又は可塑剤が添加されている高分子では流動温度がある程度高い高分子が、好ましく用いられる。マトリックスに求められるガラス転移温度又は軟化温度としては、８０℃〜２５０℃が好ましく、９０℃〜２００℃がさらに好ましい。
【００２３】
これらの条件を満たす高分子としては、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、２酢酸セルロース、３酢酸セルロース、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどが例示され、好ましくはポリカーボネート、ポリスルホン、３酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレートが例示される。
【００２４】
本発明で用いられる高分子液晶は、高分子フィルム中で良好な分散状態と屈折率異方性を示すものとして、メソゲン基を側鎖に有する側鎖型高分子液晶が好適である。これらの高分子液晶の重合度は４〜３０が好ましく、さらに好ましくは５〜２０である。高分子液晶における主鎖の構造としては、メタクリレート系、アクリレート系、ポリシロキサン系が例示されるが、本発明では、主鎖がポリシロキサン系のものを用いる。高分子液晶におけるメソゲン基は公知のものが使用でき、スペーサーと呼ばれる炭素数１から１０までのアルキレン基又はアルキレンエーテル等を介して高分子液晶の主鎖と結合されている。これらメソゲン基を側鎖に有する高分子液晶の合成方法としては、メソゲン基を有するモノマーを重合する方法や高分子にメソゲン基を付加する方法が例示される。また、これらの側鎖型高分子液晶は単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。さらに、側鎖型高分子液晶の側鎖基は単一である必要はなく、異なる側鎖よりなる共重合物であってもよい。
【００２５】
次に、高分子液晶が分散した高分子フィルムの作成方法について説明する。高分子液晶と高分子の混合方法としては、特に制限されないが、均一性の観点から溶液状態で混合することが好ましい。具体的には高分子を溶媒に溶解し、これに高分子液晶を溶解して混合する方法が挙げられる。用いる溶媒は、該高分子や高分子液晶に対する溶解度が大きい方が好ましい。高分子フィルムの成膜方法は、溶液からキャストする溶剤キャスト法、固体状態で混練しダイなどから押し出しフィルムにする押し出し成型法、固体状態で混練した後カレンダロールでフィルムにするカレンダー法、プレスなどでフィルムにするプレス成型法などが例示される。この中でも、膜厚精度に優れた溶剤キャスト法が好ましい。
【００２６】
成膜後フィルムを加熱しながら延伸するときの延伸方法としては、テンター延伸法、ロール間延伸法、ロール間圧縮延伸法などが例示される。フィルム面の均一性などの観点から、テンター延伸法、ロール間延伸法が好ましい。フィルムの加熱方法については、特に制限はない。加熱温度については、使用するマトリックスポリマーや液晶の転移温度、得られる高分子液晶分散フィルムのリタデーションの温度変化率により適宜選択されるが、９０℃以上が好ましい。
【００２７】
本発明によって、広い温度範囲において信頼性よく複屈折の補償が行える理由については、次のように考えられる。本発明においては、まず液晶表示素子とフィルム光学位相差板のリタデーションの温度変化の違う欠点を解消すべく、色付きを補償して白黒表示を行わせるフィルム光学位相差板を、高分子液晶分散フィルムとすることで、液晶表示素子中のリタデーションの温度特性と同様のΔｎの温度特性を持つフィルム光学位相差板とできる。このようにして、高低温時において液晶表示素子とフィルム光学位相差板のリタデーション差が変わらず、コントラスト比や背景色の変化を防ぐことが可能となる。特に精密な温度補償の観点から、液晶の透明点に応じてフィルム光学位相差板のリタデーションの温度変化率の幅を設定することが好ましく、両者の間に前記〔数１〕、特に〔数２〕の関係が成立するように設定することが好ましい。また、フィルム光学位相差板のリタデーションの温度変化率が液晶セルのそれを上回らないようにすることが、高温時のコントラスト比等の面から好ましい。なお、フィルム光学位相差板を２枚〜５枚重ねて用いることができる。こうすることにより、（１）フィルム１枚タイプより２枚以上使用した方が光学補償性が良くなる、（２）他の信頼性の高いフィルムと組み合わせることで高い信頼性が得られる等のメリットがある。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
比較例１
第１の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透明電極をストライプ状にパターニングし、転写法でＳｉＯ₂ による短絡防止用の絶縁膜を形成し、ポリイミドのオーバーコートをスピンコートし、これをラビングして、配向制御膜を形成した基板を作成した。第２の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透明電極を第１の基板と直交するようにストライプ状にパターニングし、ＳｉＯ₂ の絶縁膜を形成し、ポリイミドのオーバーコートを形成し、これを第１の基板のラビング方向と交差角６０°となるようにラビングして、配向制御膜を形成した基板を作成した。
【００３０】
この２枚の基板の周辺をシール材でシールして液晶セルを形成し、この液晶セル内に、誘電異方性が正のネマティック液晶（Ｔｃ＝１１０℃）を注入して、２４０°捻れの左らせんの液晶層となるようにし、注入口を封止した。この液晶層のリタデーションは２５℃で８８０nm（測定波長５９０nm）であった。別途、ポリカーボネート（帝人製、商品名パンライトＣ１４００）を塩化メチレンに２０wt％になるように溶解し、５００μm ギャップのアプリケーターよりキャストして、フィルムを得た。得られたフィルムを１８０℃で１.２倍に延伸したところ、２５℃でのリタデーションが３９７nm のフィルム光学位相差板を得た。得られたフィルム光学位相差板を８０℃に加熱しても、リタデーションの変化はなかった。
【００３１】
図１は、この例で使用した液晶表示素子を模式的に表した図である。１、２は１対の偏光板、３は液晶セル、４はフィルム光学位相差板である。図２の（Ａ）並びに（Ｂ）は、それぞれ上からみた場合の、上側偏光板の偏光軸方向１６、フィルム光学位相差板の光軸方向１７及び液晶層上側の液晶分子の長軸方向１５の相対位置、並びに、下側偏光板の偏光軸方向１９、下側のフィルム光学位相差板の光軸方向２０及び液晶層下側の液晶分子の長軸方向１８の相対位置を示した平面図である。ここで、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向１５からみた上側の偏光板の偏光軸１６の方向を反時計回りに計ったものをθ₁ 、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向１５からみた複屈折板の光軸方向１７を反時計回りに計ったものをθ₂ 、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向１８からみた下側の偏光板の偏光軸１９の方向を時計回りに計ったものをθ₃ 、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向１８からみた下側の複屈折板の光軸方向２０を時計回りに計ったものをθ₄ とする。比較例１でのθ₁、θ₂、θ₃、θ₄はそれぞれ、１３０°、１００°、４０°、１００°である。
【００３２】
実施例１
比較例１の液晶表示装置において、ポリカーボネートからなるフィルム光学位相差板の代わりに、側鎖型高分子液晶を高分子フィルムに分散させてなるフィルム光学位相差板を用いた。該フィルム光学位相差板は、以下のようにして得た。すなわち、メソゲン基を側鎖に有する直鎖状シロキサン系液晶オリゴマー（ネマティック相を示し、ネマティック／等方相転移温度が６６℃であった。）とポリカーボネート（帝人製、商品名パンライトＣ１４００）を重量比で７：９３になるよう混合し、混合物を塩化メチレンに２０wt％になるように溶解した。得られた溶液を５００μm ギャップのアプリケーターからキャストして、フィルムを得た。得られたフィルムを１８０℃で１.６倍に延伸したところ、２５℃と８０℃とにおけるリタデーションがそれぞれ３９７nmと３２７nmの高分子液晶分散フィルムを得た。
【００３３】
このフィルム光学位相差板を用いて、比較例１と同様に、θ₁、θ₂、θ₃、θ₄はそれぞれ１３０°、１００°、４０°、１００°とし、比較例１と同様の測定を行ったところ、表１のような結果となった。また、低温時においても、コントラスト比、背景色の変化は従来のフィルム補償型液晶表示素子と比べ少なくなった。ここで、駆動条件は、１／３２Ｄｕｔｙ−１／７Ｂｉａｓで測定を行った。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【発明の効果】
本発明は、従来のフィルム型液晶表示装置の欠点であった高温時におけるコントラスト比の低下や背景色の変化などを解消して、広い温度範囲でコントラスト比の低下や背景色の変化のない液晶表示装置が得られるという優れた効果を有する。また、この他に高温時での視角特性などにも効果があると思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示素子を模式的に表した断面図。
【図２】上からみた上側及び下側の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向及びフィルム位相差板の光軸方向の相対位置を示した平面図。
【符号の説明】
１‥‥‥偏光板
２‥‥‥偏光板
３‥‥‥液晶セル
４‥‥‥フィルム光学位相差板
５‥‥‥ガラス基板
６‥‥‥ガラス基板
７‥‥‥透明電極
８‥‥‥透明電極
９‥‥‥配向制御膜
１０‥‥‥配向制御膜
１１‥‥‥絶縁膜
１２‥‥‥絶縁膜
１３‥‥‥シール剤
１４‥‥‥液晶層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device using an optical retardation plate, and more particularly to a liquid crystal display device using a film optical retardation plate suitable as a color compensation plate for an STN liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices are widely used as display devices for automobile instruments, personal computers, word processors, data terminals, and the like. Since many of these perform large-capacity display, the super twist nematic (hereinafter sometimes referred to as STN) mode is mainly used to prevent a decrease in contrast and narrowing of the viewing angle characteristic. However, since STN uses the birefringence effect, it has a drawback of being colored.
[0003]
Therefore, a polymer film compensation type liquid crystal display element has been developed that compensates for coloring due to birefringence and performs black and white display. The compensation polymer film contains a specific polymer component, and is made to have refractive index anisotropy by stretching and orientation.
[0004]
However, the display element has a retardation between the liquid crystal display element and the film optical retardation plate at high and low temperatures due to a difference in temperature characteristic between Δn of the polymer component of the film optical retardation plate and Δn of the liquid crystal in the liquid crystal display device. Due to the difference in temperature change, the compensation performance was lowered, and there was a drawback that the contrast, the transmittance, the viewing angle characteristics were lowered and the background color was changed. That is, normally, a polymer component having a refractive index anisotropy Δn has a remarkably small change in birefringence temperature as compared with a liquid crystal used in a liquid crystal display device. There are drawbacks in that the contrast, transmittance and viewing angle characteristics of the display element are lowered and the background color is changed. In other words, a liquid crystal display device that performs black and white display using a film optical retardation plate has a liquid crystal display element and a film due to a difference in temperature characteristic of Δn between the polymer component of the film optical retardation plate and the liquid crystal in the liquid crystal display device. Since the temperature change of the retardation of the optical phase difference plate is different, there is a problem in that the contrast ratio, the transmittance, the viewing angle characteristic is lowered, and the background color is changed depending on the temperature.
[0005]
As a method for solving these problems, a method using an acrylic film (polymethyl methacrylate, PMMA) has been known (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-27433). However, for retardation plates using PMMA, the temperature characteristics of retardation are limited materially, the birefringence of the polymer itself is small, the film optical retardation plate is thick, and the molecular structure is different from the liquid crystal wavelength. There are problems such as a decrease in contrast due to the influence of dispersion. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-257013 describes that a retardation film is obtained by dispersing liquid crystal molecules in a polymer film and stretching the polymer film together. However, there is no description of what characteristics can be obtained when a liquid crystal compound having a specific property and a polymer are combined. In addition, there is no description of what characteristics are obtained when a polymer-liquid crystal molecule dispersed film having no characteristics is mounted on a liquid crystal display device and combined with a liquid crystal cell.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention eliminates such problems, adjusts the temperature change of the birefringence of the film optical phase difference plate and the liquid crystal display element to the optimum value, and uses the film optical phase difference plate having substantially the same wavelength dispersion as the liquid crystal. Another object is to provide a liquid crystal display device capable of substantial temperature compensation in a wide temperature range. In particular, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device with higher display quality over a wide range of temperatures by making the film optical retardation plate have temperature characteristics and wavelength dispersion that are very close to those of liquid crystal. It is another object of the present invention to provide a practical liquid crystal display device in which a film optical retardation plate has a wide stable temperature range as a film and can be used under a wide range of temperature conditions. It is another object of the present invention to provide a liquid crystal display device that can be easily molded as a film optical retardation plate and has a practical value by providing a practical optical retardation plate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In a film compensation type liquid crystal display device, the retardation (Δn · d) of a film optical retardation plate that compensates for coloring and performs black and white display is provided. temperature changes, a liquid crystal display and the side chain type polymer liquid crystal having the same temperature characteristics as the liquid crystal composition in the device is dispersed in the other high content child film (hereinafter sometimes referred to as polymer liquid crystal dispersion film. And a liquid crystal display device characterized in that a good display can be obtained at high and low temperatures.
[0008]
That is, the present invention relates to an STN liquid crystal cell in which liquid crystal molecules are twisted and arranged at a twist angle of 100 ° to 300 ° between both substrates, a pair of polarizing plates disposed on both sides of the liquid crystal cell, and a liquid crystal cell. In a film-compensated STN liquid crystal display device having one or a plurality of film optical phase difference plates arranged on at least one side between polarizing plates, the film optical phase difference plate is a side chain type whose main chain is a polysiloxane system there is provided a liquid crystal display device, characterized in that is obtained by stretching a film obtained by dispersing a polymer liquid crystal in other high content child.
[0009]
Here, it is preferable that the temperature change rate of retardation of the film optical retardation plate is reduced at a high temperature. Moreover, the temperature change rate of the retardation of a film optical phase difference plate can be made below that of a liquid crystal cell. Further, the retardation change rate R _{80/25 at} 80 ° C. with respect to the retardation at 25 ° C. of the film optical retardation plate is the following [ _Equation 1] with respect to Tc (clearing point, unit ° C.) of the liquid crystal in the liquid crystal cell. It is preferable to satisfy the relationship of [Equation 2].
[0010]
[Expression 1]
0.005Tc + 0.06 ≦ R _80/25 ≦ 0.005Tc + 0.46
And R _80/25 <1
[Expression 2]
0.005Tc + 0.15 ≦ R _80/25 ≦ 0.005Tc + 0.33
And R _80/25 <1
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings. A super twisted nematic liquid crystal display element is used for the liquid crystal layer in the liquid crystal display element of the present invention. In this case, specifically, a nematic liquid crystal having a positive optical anisotropy containing an optical rotatory substance is sandwiched between a pair of transparent electrode substrates arranged substantially in parallel, and the liquid crystal molecules between the two electrodes are sandwiched between them. The twist angle may be set to 100 ° to 300 °. This is because there is little improvement in the contrast ratio when time-division driving is performed at a high duty where a sharp change in transmittance is required when the angle is less than 100 °. This is because it is likely to occur.
[0012]
Further, it is particularly preferable that the retardation of the liquid crystal layer is 0.4 μm to 1.5 μm. When an interference color compensation layer is added for black and white display, when the retardation is less than 0.4 μm, the ON transmittance is low and the display color tends to be bluish. When the retardation is more than 1.5 μm, the hue when ON is set. This is because the color changes from yellow to red and is difficult to display in black and white. In particular, the retardation is preferably set to 0.5 μm to 1.0 μm in an application in which achromatic display color is strictly required.
[0013]
The basic configuration of the liquid crystal cell sandwiching the liquid crystal layer is as follows. A transparent electrode such as ITO (In ₂ O ₃ —SnO ₂ ) or SnO ₂ patterned in a desired pattern is provided on the surface of a substrate such as plastic or glass to form a substrate with an electrode. The electrode layer may be patterned corresponding to display, or may be a solid electrode when used as a common electrode. The method for forming the electrode layer is not particularly limited to this, but from the viewpoint of making the layer thickness uniform, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like is preferably used.
[0014]
In the present invention, if necessary, an insulating film such as SiO ₂ or TiO ₂ , a retardation film, a polarizing film, a reflective film, a photoconductive film, or the like may be formed on or below the electrode. As a typical example of the transparent electrode shape, 640 striped electrodes are formed on one substrate, and 400 striped electrodes are formed on the other substrate so as to be orthogonal to the 640 × One that displays 400 dots can be mentioned. Further, a set of three 640 stripe electrodes can be used to form 1920 stripe electrodes, and RGB color filters can be arranged to display 640 × 400 dots in full color.
[0015]
On the surface of the substrate with electrodes, an alignment control film made of a film such as polyimide or polyamide whose surface is rubbed or a film such as SiO which is obliquely deposited is formed. Depending on the display mode, it may be necessary to apply a vertical alignment agent. Two of the above substrates are prepared to sandwich the liquid crystal layer described above. At this time, an insulating film such as TiO ₂ , SiO ₂ , or Al ₂ O ₃ is provided between the electrode and the orientation control film to prevent a short circuit between the substrates, or the transparent electrode has a low resistance such as Al, Cr, or Ti. A lead electrode may be provided or a color filter may be laminated on or under the electrode.
[0016]
Usually, a polarizing plate is disposed on at least one of the outside of the substrate. This polarizing plate itself is also generally arranged outside the substrate constituting the cell. However, if the performance permits, the substrate itself can be constituted by a polarizing plate or provided as a polarizing layer between the substrate and the electrode. Or you may.
[0017]
The liquid crystal display device of the present invention can be used in both a transmissive type and a reflective type, and has a wide range of applications. In addition, when using with a transmission type, it is preferable to arrange | position a light source on the back side. Moreover, you may use a light guide and a color filter together also for a light source. Furthermore, in the case of using the transmission type, the background portion other than the pixels can be covered with a light shielding film by printing or the like. Further, the reverse driving can be performed so that the selection waveform is applied to a portion where the light shielding film is used and the display is not desired.
[0018]
Further, in the present invention, a color filter can be used in combination. By forming the color filter on the inner surface of the cell, a more precise color display is possible without causing a shift due to a viewing angle. Specifically, it may be formed below the electrode, or may be formed above the electrode. Further, a color filter or a color polarizing plate for correcting the color may be used, a pigment may be added to the liquid crystal, or illumination having a specific wavelength distribution may be used. In the present invention, driving is performed by connecting driving means for applying a voltage to the electrodes of the liquid crystal cell having such a configuration. In addition to the above, the present invention can be applied to various techniques used in a normal super twist nematic liquid crystal display device as long as the effect is not impaired.
[0019]
FIG. 1 is a sectional view of a basic example of a liquid crystal display device of the present invention. In the figure, 1 and 2 are a pair of polarizing plates, and 3 is a liquid crystal cell that specifically displays by applying a voltage. Here, the liquid crystal suitably used for the liquid crystal cell is preferably a liquid crystal having a relatively high Tc (clearing point) in order to match the temperature characteristics of the polymer liquid crystal dispersion film and the retardation. A liquid crystal in the range of from ° C to 130 ° C is preferred. Reference numeral 4 denotes a film optical retardation plate. 5 and 6 are glass substrates constituting the liquid crystal cell, 7 and 8 are transparent electrodes such as ITO (In ₂ O ₃ —SnO ₂ ) and SnO ₂ formed on the inner surface, and 9 and 10 are films such as polyimide and polyamide. The alignment control films 11 and 12 are formed by rubbing or obliquely depositing SiO or the like, and TiO ₂ and SiO ₂ provided as necessary to prevent short circuit between the transparent electrode and the alignment control film. Insulating film such as Al ₂ O ₃ , 13 is a sealing material for sealing the periphery of these two substrates 1 and 2, and 14 is a liquid crystal layer.
[0020]
Conventionally, a film-compensated liquid crystal display device uses a polymer having a rigid molecule in the main chain such as polycarbonate as a film optical phase difference plate. Therefore, the liquid crystal in the liquid crystal display element and the components of the film optical phase difference plate are used. Due to the difference in temperature characteristic of Δn with the polymer, the difference in retardation change occurs at a high temperature, resulting in a decrease in contrast. Therefore, in the present invention, in order to solve these problems, a film optical retardation plate in which a side chain type polymer liquid crystal is dispersed in another polymer film was prepared. It is known that the side chain type polymer liquid crystal has a mesogenic group exhibiting liquid crystallinity in the side chain, and the thermal behavior of the side chain is almost the same as the liquid crystal in the cell.
[0021]
However, if a film optical phase difference plate is made of a single side chain type polymer liquid crystal, there are problems in the reliability and film formability of the film optical phase difference plate due to the characteristics of the polymer, and it must be sandwiched between supports such as glass. There was a problem such as having to. Therefore, in the present invention, by further dispersing the side chain type polymer liquid crystal in another polymer having a stable film and reliability, the reliability of the film optical retardation plate is improved, and the film forming property is improved. A retardation plate capable of obtaining a stable retardation even without the support was prepared. At this time, the retardation can be adjusted by stretching the film without aligning the molecules by an orientation control film or a magnetic field method because the film optical retardation plate itself has a certain level of strength. Also, by using these methods, a film retardation plate having different retardation temperature characteristics can be easily prepared by changing the polymer liquid crystal.
[0022]
The polymer used in the polymer liquid crystal dispersion film in the present invention is preferably a polymer that does not change in optical properties or shape depending on the operating temperature range of the liquid crystal display device or the temperature of the bonding process with the liquid crystal cell. A thermoplastic engineering polymer having a relatively high transition temperature, or a polymer having a plasticizer added thereto, is preferably a polymer having a somewhat high flow temperature. The glass transition temperature or softening temperature required for the matrix is preferably 80 ° C to 250 ° C, more preferably 90 ° C to 200 ° C.
[0023]
Examples of the polymer satisfying these conditions include polycarbonate, polysulfone, polyarylate, polyethersulfone, cellulose acetate, cellulose acetate, cellulose acetate, ethylene vinyl alcohol copolymer, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and preferably polycarbonate. , Polysulfone, cellulose triacetate, and polyethylene terephthalate.
[0024]
As the polymer liquid crystal used in the present invention, a side chain type polymer liquid crystal having a mesogenic group in the side chain is preferable as a polymer film exhibiting a good dispersion state and refractive index anisotropy. The polymerization degree of these polymer liquid crystals is preferably 4 to 30, and more preferably 5 to 20. Examples of the structure of the main chain in the polymer liquid crystal include methacrylate, acrylate, and polysiloxane. In the present invention, a structure having a main chain of polysiloxane is used . A known mesogenic group in the polymer liquid crystal can be used, and is bonded to the main chain of the polymer liquid crystal via an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms or an alkylene ether called a spacer. Examples of a method for synthesizing a polymer liquid crystal having a mesogenic group in the side chain include a method of polymerizing a monomer having a mesogenic group and a method of adding a mesogenic group to a polymer. Moreover, these side chain type polymer liquid crystals may be used alone or in combination. Furthermore, the side chain group of the side chain type polymer liquid crystal need not be single, and may be a copolymer comprising different side chains.
[0025]
Next, a method for producing a polymer film in which a polymer liquid crystal is dispersed will be described. The mixing method of the polymer liquid crystal and the polymer is not particularly limited, but it is preferable to mix in a solution state from the viewpoint of uniformity. Specifically, there is a method in which a polymer is dissolved in a solvent, and a polymer liquid crystal is dissolved and mixed therewith. The solvent to be used preferably has a higher solubility in the polymer or polymer liquid crystal. The film forming method of the polymer film includes a solvent casting method for casting from a solution, an extrusion molding method for kneading in a solid state to be an extrusion film from a die, a calendar method for kneading in a solid state and then forming a film with a calender roll, a press, etc. A press molding method for forming a film is exemplified. Among these, the solvent casting method excellent in film thickness accuracy is preferable.
[0026]
Examples of the stretching method for stretching the film while heating after film formation include a tenter stretching method, an inter-roll stretching method, and an inter-roll compression stretching method. From the viewpoint of film surface uniformity, the tenter stretching method and the inter-roll stretching method are preferred. There is no restriction | limiting in particular about the heating method of a film. The heating temperature is appropriately selected depending on the matrix polymer to be used, the transition temperature of the liquid crystal, and the temperature change rate of the retardation of the resulting polymer liquid crystal dispersion film, but 90 ° C. or higher is preferable.
[0027]
The reason why birefringence can be reliably compensated in a wide temperature range according to the present invention is considered as follows. In the present invention, first, in order to eliminate the drawbacks of different temperature changes in the retardation of the liquid crystal display element and the film optical retardation plate, a film optical retardation plate that compensates for coloring and performs black and white display is provided. Thus, a film optical retardation plate having a temperature characteristic of Δn similar to the temperature characteristic of retardation in the liquid crystal display element can be obtained. In this way, the retardation difference between the liquid crystal display element and the film optical retardation plate does not change at high and low temperatures, and changes in contrast ratio and background color can be prevented. In particular, from the viewpoint of precise temperature compensation, it is preferable to set the range of the temperature change rate of the retardation of the film optical retardation plate according to the clearing point of the liquid crystal. It is preferable to set so that the relationship Moreover, it is preferable from the viewpoint of the contrast ratio at high temperature and the like that the temperature change rate of retardation of the film optical retardation plate does not exceed that of the liquid crystal cell. Two to five film optical retardation plates can be used in an overlapping manner. In this way, (1) the optical compensation is better when two or more films are used than the single-film type, and (2) the advantage that high reliability is obtained by combining with other highly reliable films. There is.
[0028]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.
[0029]
Comparative Example 1
As a first substrate, ITO transparent electrodes provided on a glass substrate are patterned in stripes, an insulating film for preventing short circuit by SiO ₂ is formed by a transfer method, a polyimide overcoat is spin-coated, By rubbing, a substrate on which an orientation control film was formed was prepared. As the second substrate, the ITO transparent electrode provided on the glass substrate is patterned in stripes so as to be orthogonal to the first substrate, an SiO ₂ insulating film is formed, and a polyimide overcoat is formed. Was rubbed so as to have an intersecting angle of 60 ° with the rubbing direction of the first substrate to produce a substrate on which an orientation control film was formed.
[0030]
A liquid crystal cell is formed by sealing the periphery of the two substrates with a sealing material, and a nematic liquid crystal (Tc = 110 ° C.) having a positive dielectric anisotropy is injected into the liquid crystal cell, so that a twist of 240 ° is obtained. The injection port was sealed so that the liquid crystal layer was a left spiral. The retardation of the liquid crystal layer was 880 nm (measurement wavelength: 590 nm) at 25 ° C. Separately, polycarbonate (manufactured by Teijin, trade name Panlite C1400) was dissolved in methylene chloride so as to be 20 wt%, and cast with an applicator having a gap of 500 μm to obtain a film. When the obtained film was stretched 1.2 times at 180 ° C., a film optical retardation plate having a retardation at 25 ° C. of 397 nm was obtained. Even when the obtained film optical retardation plate was heated to 80 ° C., there was no change in retardation.
[0031]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the liquid crystal display element used in this example. 1 and 2 are a pair of polarizing plates, 3 is a liquid crystal cell, and 4 is a film optical retardation plate. 2A and 2B show the polarization axis direction 16 of the upper polarizing plate, the optical axis direction 17 of the film optical phase difference plate, and the major axis direction 15 of the liquid crystal molecules on the upper side of the liquid crystal layer when viewed from above. And a plan view showing the relative position of the polarizing axis direction 19 of the lower polarizing plate, the optical axis direction 20 of the lower film optical phase difference plate, and the major axis direction 18 of the liquid crystal molecules below the liquid crystal layer It is. Here, θ ₁ is the direction of the polarization axis 16 of the upper polarizing plate as viewed from the major axis direction 15 of the liquid crystal molecules on the upper side of the liquid crystal layer, and the major axis direction of the liquid crystal molecules on the upper side of the liquid crystal layer. The direction of the polarization axis 19 of the lower polarizing plate as viewed from the major axis direction 18 of the liquid crystal molecules below the liquid crystal layer is θ ₂ when the optical axis direction 17 of the birefringent plate as viewed from 15 is measured counterclockwise. The clockwise measurement is θ ₃ , and the optical axis direction 20 of the lower birefringent plate as viewed from the major axis direction 18 of the liquid crystal molecules below the liquid crystal layer is θ ₄ . Θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ , and θ _{4 in} Comparative Example 1 are 130 °, 100 °, 40 °, and 100 °, respectively.
[0032]
Example 1
In the liquid crystal display device of Comparative Example 1, a film optical retardation plate in which a side chain polymer liquid crystal was dispersed in a polymer film was used instead of the film optical retardation plate made of polycarbonate. The film optical retardation plate was obtained as follows. That is, a linear siloxane-based liquid crystal oligomer having a mesogenic group in the side chain (showing a nematic phase and a nematic / isotropic phase transition temperature of 66 ° C.) and polycarbonate (trade name Panlite C1400, manufactured by Teijin) The mixture was mixed at a weight ratio of 7:93, and the mixture was dissolved in methylene chloride to 20 wt%. The resulting solution was cast from a 500 μm gap applicator to obtain a film. When the obtained film was stretched 1.6 times at 180 ° C., polymer liquid crystal dispersion films having retardations at 25 ° C. and 80 ° C. of 397 nm and 327 nm, respectively, were obtained.
[0033]
Using this film optical retardation plate, as in Comparative Example 1, θ ₁ , θ ₂ , θ ₃ , and θ ₄ were set to 130 °, 100 °, 40 °, and 100 °, respectively, and the same measurement as in Comparative Example 1 was performed. As a result, the results shown in Table 1 were obtained. Even at low temperatures, changes in contrast ratio and background color were less than in conventional film compensated liquid crystal display elements. Here, the measurement was performed under the driving condition of 1/32 Duty-1 / 7 Bias.
[0034]
[Table 1]

[0035]
【The invention's effect】
The present invention eliminates the decrease in contrast ratio and change in background color at high temperatures, which is a drawback of conventional film-type liquid crystal display devices, and does not cause a decrease in contrast ratio or change in background color over a wide temperature range. It has an excellent effect that a display device can be obtained. In addition, it seems to be effective for viewing angle characteristics at high temperatures.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display device according to the present invention.
[2] the long axis direction of liquid crystal molecules in the upper and lower as viewed from the top, plan view showing the relative position of the optical axis direction of the polarization axis direction and the film retardation of the polarizing plate.
[Explanation of symbols]
1... Polarizing plate 2... Polarizing plate 3... Liquid crystal cell 4... Film optical retardation plate 5 .. .. Glass substrate 6... Glass substrate 7 .. Transparent electrode 8. Electrode 9... Alignment control film 10... Alignment control film 11... Insulating film 12 ... Insulating film 13 ... Sealing agent 14 ... Liquid crystal layer

Claims

An STN liquid crystal cell in which liquid crystal molecules are twist-aligned at a twist angle of 100 ° to 300 ° between both substrates;
A pair of polarizing plates disposed on both sides of the liquid crystal cell;
In a film compensated STN liquid crystal display device having one or a plurality of film optical retardation plates disposed on at least one side between a liquid crystal cell and a polarizing plate,
Film optical phase difference plate, a liquid crystal display device, wherein the main chain is obtained by stretching a film formed by dispersing a side chain type polymer liquid crystal is a polysiloxane in other high content child.