JP3950687B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶を利用したディスプレイに使用される液晶表示素子に係り、特に、側鎖型液晶性高分子フィルムからなる位相差板を配設した液晶表示素子の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示素子には、ＴＮ (Twisted Nematic)型液晶表示素子、ＳＴＮ(Super Twisted Nematic)型液晶表示素子、ＴＦＴ (Thin Film Transistor)方式を用いた液晶表示素子等が知られている。特に、これら液晶表示素子のうち、ＳＴＮ型液晶表示素子は、高密度表示に適しているため自動車のインスツルメントパネルにおけるスピードメータ、タコメータ、オドメータ、トリップメータなどの各種の車載用機器のディスプレイに広く使用されている。
【０００３】
例えば、カラー液晶表示素子は、間隔を隔ててほぼ平行に配置された２枚のガラスのような材質からなる透明基板を有しており、これらの両透明基板間の外周は周辺シール材により密閉されている。このうち、上方に位置する一方の透明基板の下面には、透明共通電極が密着するように配設されており、また、この透明共通電極の下方には、非視野領域を覆うように遮光膜が配置されている。
【０００４】
また、前記遮光膜の下方には、電極間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向を制御する配向膜が密着するように配設されている。
【０００５】
一方、下方に位置する前記透明基板の上面には、透明セグメント電極が配置されており、この透明セグメント電極の上方にはカラーフィルタ膜が配置されている。このカラーフィルタ膜の形成法としては、印刷法、電着法、染色法、顔料分散法など各種の方法が従来から知られている。また、このカラーフィルタ膜の上方には配向膜が密着するように配設されている。
【０００６】
そして、前記両透明基板および周辺シール材により囲繞された密閉空間内には前記配向膜によって配向制御された液晶が封入されており、さらに、両透明基板間の間隔を正確に一定に保持するため、前記両配向膜間には複数の球状あるいは柱状のスペーサが介装されている。
【０００７】
図５に示すように、このように構成された表示セル１の前記上方に位置する透明基板の上面には、楕円偏光板２が配設されており、前記下方に位置する透明基板の下面には、偏光板３が配設されている。
【０００８】
ここで、前記楕円偏光板２は、図５に示すように、偏光板３と位相差板４とを積層して構成されている。このうち、前記偏光板３は、光の振動方向を規制する役割を果たすものである。また、前記位相差板４は、液晶層を通過するときに生じる干渉色を補償するものであり、この位相差板４に必要とされる基本特性は、液晶ディスプレイの電気光学特性に合わせた位相差値（Δｎ・ｄ）を有することである。ここにおけるΔｎは縦方向と横方向の屈折率の差である複屈折量であり、また、ｄは位相差板４の膜厚である。
【０００９】
このような構成のカラー液晶表示素子によれば、表示すべき画像に対応するように特定の透明セグメント電極と透明共通電極との間に電圧を印加させ、両電極間に位置する配向膜により液晶の分子の配向を制御して、バックライトからの光のうち特定波長の光のみをカラーフィルタ膜を介して透明基板および楕円偏光板２に通過させることにより、カラー画像を目視できることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記位相差板４としては、従来から、ポリカーボネートなどの高分子フィルムを一軸延伸して形成した位相差板４や、液晶性高分子フィルム５からなる位相差板４が使用されている。
【００１１】
前記ポリカーボネートなどの高分子フィルムを一軸延伸して形成した位相差板４は、温度によって位相差値を異ならせない、つまり、位相差値に関して温度依存性がないという特性を有している。
【００１２】
また、液晶性高分子フィルム５からなる前記位相差板４のうち、液晶高分子が主鎖型である主鎖型液晶性高分子フィルムからなる位相差板４も位相差値の温度依存性はないが、液晶性高分子が側鎖型である側鎖型液晶性高分子フィルムを用いた位相差板４の場合は、ガラス転移温度以上の温度領域（以下、高温領域）においては温度依存性があることが解っている。
【００１３】
一方、透明基板および周辺シール材により囲繞された密閉空間内に封入される液晶は温度によって位相差値を異ならせる特性を有する。
【００１４】
そのため、前述の位相差値の温度依存性のない特性を有する位相差板４との関係においては、高温になるに従って液晶と位相差板４との位相差値がかけ離れてしまい、例えば、コントラスト比が低下するなど、液晶ディスプレイとしての見栄えを悪くすることがあった。その点、側鎖型液晶性高分子フィルムを用いた位相差板４は、図４に示すように、高温領域で液晶と同じような挙動を示す特性があるため、その温度領域においては良好な視認性を得ることができる。つまり、この側鎖型液晶性高分子フィルムからなる位相差板４を液晶表示素子に用いる場合、当該液晶表示素子に用いられる液晶の位相差値との関係において、高温領域では側鎖型液晶性高分子フィルムと液晶の位相差値を同じように変化させることが可能となり、その場合には良好な視認性を得ることができる。よって、側鎖型液晶高分子フィルムからなる位相差板４が多用される傾向にある。
【００１５】
しかし、そのように側鎖型液晶性高分子フィルムと液晶８の位相差値とを同じように変化させることができる温度領域は、前述したように高温領域に限られており、液晶の温度が低温領域にある場合には良好な視認性の確保は保障されていない。
【００１６】
また、前記液晶は、固体と液体との性質を兼ね備えているため、温度による粘度の変化が顕著に現れ、この影響は電界に対する応答時間として表出する。特に、前述のように構成される液晶表示素子が車載用の液晶ディスプレイ等として利用される場合においては、低温環境下におけるその応答時間の改良ということが常に懸案事項として掲げられている。
【００１７】
そして、液晶表示素子の低温環境下における応答時間を短縮させる解決方法の１つとして、前記表示セル１を構成する一対の透明基板間に封止される液晶に対し、前記透明基板の面方向から加熱可能とする板状のヒータを配設し、前記液晶の温度を所定範囲に保ち、応答時間の遅速を防止することが考えられている。
【００１８】
そして、発明者は、前述したように、前記液晶の温度が低温領域にある場合に、良好な視認性を得るという課題の解決方法として、前記電界の応答時間の遅速防止のために配設されるヒータを用いることに想到した。
【００１９】
そこで、本発明は、このような点に鑑み、側鎖型液晶性高分子フィルムからなる位相差板を用いた液晶表示素子において、広温度域において良好な視認性を得ることができる液晶表示素子を改良し、提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明の液晶表示素子の特徴は、一対の透明基板間に液晶を封入した表示セルの片面側に、側鎖型液晶性高分子層を有する位相差板が配設され、他面側に、前記表示セルを介して前記側鎖型高分子層を加熱しうるヒータが配設されており、前記ヒータは、ガラス基板の上面略全面に形成された透明抵抗膜に通電することで、前記表示セルを介して前記側鎖型液晶性高分子層を加熱可能とされ、前記ヒータは、当該液晶表示素子の温度を検出可能とされた温度センサの検出結果により通電のＯＮ・ＯＦＦを制御する制御手段によって制御され、前記制御手段は、前記ヒータのＯＦＦ状態にあっては、前記側鎖型液晶性高分子層のガラス転移温度＋１０℃以下であることを前記温度センサが検出したときに通電をＯＮとする制御を行い、また、前記ヒータのＯＮ状態にあっては、前記側鎖型液晶性高分子層のガラス転移温度−１０℃以上であることを前記温度センサが検出したときに、通電をＯＦＦとする制御を行なう点にある。
【００２４】
このような構成を採用したことによりヒータに通電し、表示セルを介して側鎖型液晶高分子層を加熱して、温度依存性を示す温度領域内に保持することで、広温度域において良好な視認性を得ることができ、従って、液晶ディスプレイとしても良好なコントラストを得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示素子の実施形態について、図１乃至図４を以て説明する。なお、前記表示セルの基本構成は、前述の従来例の表示セルと同様とし、その説明を省略する。
【００２６】
本実施形態の液晶表示素子は、図１に示すように、一対の透明基板間に１８０°ツイストされた液晶を封入した表示セル１の片面側に、側鎖型液晶性高分子層８を有する側鎖型液晶性高分子フィルム６からなる位相差板４が配設されており、他面側には前記表示セル１を介して位相差板４の側鎖型高分子層８を加熱しうるヒータ５が配設されている。
【００２７】
詳しくは、表示セル１の上方（表面側）に位置する透明基板の上面には、図２に示すように、偏光板３と側鎖型液晶性高分子フィルム６からなる位相差板４とを貼付して構成された楕円偏光板２が配設されている。
【００２８】
本実施形態において、前記位相差板４を構成する前記側鎖型液晶性高分子フィルム６は、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）などの等方性透明フィルム７上に側鎖型液晶性高分子層８を積層して形成されている。この側鎖型液晶性高分子層８は、直線偏光を円偏光に変換させることもできるし、カイラル分子を適量添加することにより液晶性高分子にツイスト構造をとらせ、ＳＴＮ型液晶表示素子の色補償をも行うことができるものである。前記色補償を行う場合、液晶セルの液晶のツイスト角と同じ角度になるように制御し、液晶のツイスト方向とは逆の方向にねじることが好ましい。また、表示セル１の液晶層と側鎖型液晶高分子層８の相対向する配向軸は直交方向に配置されることが好ましい。
【００２９】
また、下方に位置する透明基板の下面には偏光板３が配設されており、さらにその下面側には、板状のヒータ５が配設されている。
【００３０】
前記ヒータ５は、図３に示すように、薄板状のガラス基板９の上面略全面に透明抵抗膜１０が形成されて構成されている。本実施形態においては、前記透明抵抗膜１０はＩＴＯ（酸化インジウム錫）により形成されている。なお、透明抵抗膜１０はＩＴＯにかぎるものではなく、酸化錫であってもよい。
【００３１】
このように、本実施形態の液晶表示素子において、前記側鎖型液晶性高分子層８とヒータ５とを、表示セル１を介して配置させた構成としたのは、ヒータ５の加熱を表示セル１内に封入された液晶に対して、より直接的に作用させる構成とした方が、ヒータ５の加熱を側鎖型液晶性高分子層８に、より直接的に作用させる場合よりも、図４のグラフに示すところの、液晶の位相差値と側鎖型液晶性高分子フィルム６からなる位相差板４の位相差値との格差が小さくなるためであり、より良好な視認性を得られるためである。
【００３２】
そして、当該液晶表示素子の温度を測定可能とされた温度センサ１１が液晶表示素子に配設されている。この温度センサ１１の測定結果により、前記透明抵抗膜１０としてのＩＴＯに対する通電のＯＮ・ＯＦＦが、図示しない制御手段により制御されるように構成されている。
【００３３】
前記制御手段は、前記ヒータ５のＯＦＦ状態にあっては、前記側鎖型液晶性高分子フィルム６を構成する側鎖型液晶性高分子層８のガラス転移温度（以下、Ｔｇ）よりも一定の高温度以下であることを前記温度センサ１１により検出したときに、通電をＯＮとする制御を行う。また、前記ヒータ５のＯＮ状態にあっては、前記側鎖型液晶性高分子層８のＴｇよりも一定の低温度以上であることを前記温度センサ１１により検出したときに、通電をＯＦＦとする制御を行なう。
【００３４】
前記一定の高温度、一定の低温度とは、具体的には、側鎖型液晶性高分子層８のＴｇ＋１０℃、側鎖型液晶性高分子層８のＴｇ−１０℃とし、望ましくは、それぞれＴｇ＋５℃、Ｔｇ−５℃とする。
【００３５】
より具体的には、前記温度センサ１１により、液晶表示素子の温度が検出されると、制御手段は、この検出温度が前記側鎖型液晶性高分子フィルム６を構成する側鎖型液晶性高分子層８のＴｇ＋１０℃以下であるかどうかを判断する。その結果、前記側鎖型液晶性高分子フィルム６を構成する側鎖型液晶性高分子層８のＴｇ＋１０℃以下であると判断されたときは、通電をＯＮとする制御を行う。
【００３６】
前記透明抵抗膜に通電され、ヒータが加熱されると、その熱は偏光板３を介して、表示セル１、つまりはその表示セル１に封入された液晶に至る。この結果、液晶は加熱されて位相差値を低く変化させる。さらに、前記熱はこの表示セル１を介して、前記楕円偏光板２の位相差板４を構成する側鎖型液晶性高分子層８に至る。この結果、側鎖型液晶性高分子層８も加熱され、位相差値を低く変化させる。
【００３７】
このように、液晶と楕円偏光板２の側鎖型液晶性高分子層８の位相差値を、前記側鎖型液晶性高分子層８の温度依存性を示す高温の温度領域近傍で等しく変化させることにより、良好な表示品位を得ることができるものとなる。
【００３８】
また、前記ヒータ５がＯＮ状態にあるとき、前記温度センサ１１により検出した液晶表示素子の温度が前記側鎖型液晶性高分子層８のＴｇ−１０℃以上であることを検出し、判断した場合には、通電をＯＦＦとする制御を行なう。
【００３９】
この制御を繰り返し行うことで、液晶表示素子の検出温度について、広温度域で良好な視認性を得ることが可能となった。
【００４０】
つぎに、前述した本発明の実施形態の具体的な実施例について説明する。
【００４１】
本実施例においては、側鎖型液晶性高分子層８が１８０°の左ツイストで、Ｔｃが１０５℃、Ｔｇが２５℃、位相差値が９５０ｎｍとなるように調整された側鎖型液晶性高分子フィルム（ポラテクノ製Ｔｗｉｓｔａｒ）６を位相差板４として用いる。この位相差板４の位相差値の温度依存性は８０℃／３０℃で０．８とする。
【００４２】
また、表示セル１は１８０°の右ツイストで、位相差値が９５０ｎｍ、液晶のＴｃが１０５℃となるものを選択する。
【００４３】
そして、この表示セル１の上方に位置する透明基板に前記側鎖型液晶性高分子フィルム６からなる位相差板４を有する楕円偏光板４を貼付し、前記表示セル１の下方に位置する透明基板に偏光板３を貼付する。さらにその偏光板３の下面に前記構成のヒータ５を配設する。
【００４４】
そして、このようにして形成された液晶表示素子を環境温度が−４０〜９０℃に可変可能な炉内に放置し、前記制御を行ったところ、環境温度が−３０〜８５℃の広温度域で良好な視認性を得ることができた。
【００４５】
比較例として、表示セル１の上方に位置する透明基板に偏光板３を貼付し、前記表示セル１の下方に位置する透明基板に前記側鎖型液晶性高分子フィルム６からなる位相差板４を有する楕円偏光板２を貼付し、さらにその楕円偏光板２の下面側に前記構成のヒータ５を配設した液晶表示素子を形成した。
【００４６】
このようにして形成された液晶表示素子について、前記制御を行ったところ、環境温度が−１０〜８５℃の温度域で良好な視認性を得ることができたが、−３０〜−１０℃の温度域においては、視認性は良くないものであった。
【００４７】
なお、本発明は、前述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、液晶表示素子はカラー液晶表示素子に限ることなく、モノクロの液晶表示素子であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、側鎖型液晶性高分子層の温度依存性を有する温度領域内温度まで、側鎖型液晶性高分子層と液晶とを加熱することにより、その位相差値を近似させるように沿わせつつ、低い数値に変化させることができ、ＳＴＮ液晶を用いた液晶表示素子においても、広温度域において、良好な視認性を確保することができる。しかも、前記ヒータが液晶をも加熱することにより、低温環境下における応答時間の遅速の問題も解消することができる。そして前記ヒータは、従来の応答時間の遅速の問題を解消すべく配設されていたヒータを兼用することができるので、コスト的にも低廉な液晶表示素子となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の液晶表示素子の構造を示す縦断面図
【図２】 図１の側鎖型液晶性高分子フィルムを有する楕円偏光板の構造を示す縦断面
【図３】 図１のヒータの構造を示す縦断面図
【図４】 本実施形態に使用するＳＴＮ液晶および側鎖型液晶性高分子層からなる位相差板に関する、位相差値と温度の関係を示すグラフ
【図５】 従来の液晶表示素子の構造を示す縦断面図
【符号の説明】
１ 表示セル
２ 楕円偏光板
３ 偏光板
４ 位相差板
５ ヒータ
６ 側鎖型液晶性高分子フィルム
７ 等方性透明フィルム
８ 側鎖型液晶性高分子層
９ ガラス基板
１０ 透明抵抗膜（ＩＴＯ）
１１ 温度センサ

Claims (1)

1. 一対の透明基板間に液晶を封入した表示セルの片面側に、側鎖型液晶性高分子層を有する位相差板が配設され、他面側に、前記表示セルを介して前記側鎖型高分子層を加熱しうるヒータが配設されており、
   前記ヒータは、ガラス基板の上面略全面に形成された透明抵抗膜に通電することで、前記表示セルを介して前記側鎖型液晶性高分子層を加熱可能とされ、
   前記ヒータは、当該液晶表示素子の温度を検出可能とされた温度センサの検出結果により通電のＯＮ・ＯＦＦを制御する制御手段によって制御され、
   前記制御手段は、前記ヒータのＯＦＦ状態にあっては、前記側鎖型液晶性高分子層のガラス転移温度＋１０℃以下であることを前記温度センサが検出したときに通電をＯＮとする制御を行い、また、前記ヒータのＯＮ状態にあっては、前記側鎖型液晶性高分子層のガラス転移温度−１０℃以上であることを前記温度センサが検出したときに、通電をＯＦＦとする制御を行なうことを特徴とする液晶表示素子。

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