JP3974217B2 - 液晶表示パネルおよび液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルおよびそれを用いた液晶表示装置に関し、特に負の誘電率異方性を有する液晶を、液晶に電界を印加しない状態で、液晶表示パネルを構成する基板面に対して略垂直方向に配向させるモード(Vertical Aligned モード:以下、VAモードと呼ぶ)で動作する液晶表示パネルおよび液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、コンピュータをはじめとする様々な情報処理装置の表示装置や、テレビジョン等の表示装置として広く使われている。
ところで、従来の液晶表示装置では、正の誘電率異方性を有するp型の液晶を、液晶に電界を印加しない状態で、互いに対向する基板間に水平に配向するモード(例えば、TN型, STN型, TFT型等)の液晶表示パネルが主として使われてきた。
【0003】
例えば、TNモードの液晶表示パネルでは、一般的に、一方の基板面に隣接する液晶分子の配向方向(液晶分子の長軸方向)が、他方の基板面に隣接する液晶分子の配向方向に対して90°ツイストしている。そして、パネルの外側に設けられる一対の偏光板の透過軸を直交させて配設した場合(クロスニコル)には、非駆動状態において白色表示を、駆動状態において黒色表示を行い、逆に、一対の偏光板の透過軸を平行にして配設した場合(パラレルニコル)には、非駆動状態において黒色表示を、駆動状態において白色表示を行うように構成されている。
【0004】
このような構成のTNモードの液晶表示パネルでは、非駆動状態において液晶分子がパネルの基板面に平行に配向し、駆動状態において液晶分子の配向方向がパネルの基板面に略垂直になるように変化するものと理解されている。しかしながら、実際には、駆動状態においてもパネルの基板面に隣接する液晶分子は水平配向を維持し、この水平配向をした液晶分子が形成する複屈折により、駆動状態においても光がパネルをある程度通過してしまう。したがって、従来のTNモードの液晶表示パネルでは、高いコントラストを実現することが困難であった。
【0005】
これに対し、負の誘電率異方性を有する液晶を、液晶表示パネルを構成する一対の基板間に略垂直に配向するようにしたVAモードの液晶表示パネルが、例えば特開平8−43825号公報等に見られるように、実用化へ向けて研究・開発が進められている。
このVAモードの液晶表示パネルでは、非駆動状態において液晶分子が基板面に対して略垂直な配向を有するため、入射した光は偏光面をほとんど変化させることなく液晶層を通過し、基板を挟むように設けられた一対の偏光板の透過軸を直交させて配設した場合(クロスニコル)、非駆動状態においてはほぼ完全な黒色表示が可能である。また、駆動状態では、液晶分子はパネル中で基板面に対して平行に近づくように配向し、このように配向した液晶分子は、一方の基板と他方の基板の間において90°ツイストするため、入射した光は偏光面を回転させて白色表示を行う。
【0006】
よって、VAモードの液晶パネルでは、TNモードの液晶表示パネルでは得られない、非常に高いコントラストを容易に実現することが可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このVAモードの液晶表示パネルにおいては、斜め方向から見た場合に黄色に着色するという問題がある。
この問題点を、以下、図を用いながら説明する。
図14は、従来のVAモード液晶表示パネルを示す図である。
【0008】
図14において、光は紙面裏側から入射し、表示は紙面表側から観るものとする。同図において、1および2は液晶表示パネルを構成する一対の基板であり、1が光の入射側、2が光の出射側の基板である。矢印RiおよびRoは基板1、2の対向面側に設けられた配向膜の配向方向であり、Riは入射側基板1の配向膜の配向方向、Roは出射側基板2の配向膜の配向方向である。これら配向方向RiおよびRoが成す角度θ3 は45°である。矢印Pは、入射側基板1の外側に配設された偏光板の透過軸の方向、矢印Aは、出射側基板2の外側に配設された偏光板の透過軸の方向であり、2つの偏光板の透過軸方向は直交している。また、矢印Sは黄色の着色が生じる方向である。
【0009】
図15は、図14のX−X′線における断面矢視図であり、(a)は電圧無印加時(非駆動状態)、また、(b)は電圧印加時(駆動状態)である。
図15において、10は入射側基板となる第1のガラス基板、11は出射側基板となる第2のガラス基板であり、これらで一対の基板をなしている。12は第1のガラス基板10の第2のガラス基板11と対向する側の内面に設けられた第1の電極、13は第2のガラス基板11の第1のガラス基板10と対向する側の内面に設けられた第2の電極であり、これらの電極に電圧を印加することにより電界を生じさせ液晶を駆動する。14は第1の電極12を覆って基板上に設けられた第1の配向膜、15は第2の電極13を覆って基板上に設けられた第2の配向膜であり、これらは液晶分子を基板に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜である。16は液晶層であり、負の誘電率異方性を有する液晶分子17からなっている。18は第1のガラス基板の外面に配設され、透過軸方向Pが紙面に垂直方向である第1の偏光板、19は第2のガラス基板の外面に配設され、透過軸方向Aが紙面に平行方向である第2の偏光板であり、これら2つの偏光板の透過軸方向は直交している。
【0010】
図14および図15に示す従来のVAモード液晶表示パネルでは、図15(a)に示すように、第1および第2の電極12、13に電圧を印加しない場合には、液晶分子17は基板10、11に略垂直に配向し、第1の偏光板18を透過して入射した光(図においては下方から)は、その偏光面を変えずに進むので、透過軸が第1の偏光板18に対して直交している第2の偏光板19を透過せず、よって、良好な黒色表示が行える。これは、パネルの斜め上方(矢印S方向)から観ても同様で良好な黒色表示となる。
【0011】
しかし、図15(b)に示すように、白色表示を行うための電圧を第1および第2の電極12、13に印加すると、電圧無印加時に略垂直に配向していた液晶分子17は印加電圧に応じて配向方向を変え、基板10、11に対して45°程度の角度となる。この時、パネルの正面(矢印S′方向)から観た場合には所望の白色表示が得られるが、パネルの斜め上方(矢印S方向)から観た場合には白色表示が黄色がかって見えてしまう。
【0012】
図16は、この従来のVAモード液晶表示パネルの着色特性を示す図であり、パネル正面から斜め上方40°まで視野角を変化させた時に観測された色変化を、CIE(1931)標準表色系にプロットしたものである。図中、中央付近の×印は標準白色を示し、450から625までの数値は光の波長(nm)を示している。つまり、450の点の近傍では光が青色であることを示し、525の点の近傍では光が緑色であることを示し、625の点の近傍では光が赤色であることを示している。同図から分かるように、視野角が斜め上方に移動するに従い、観測される色の点は波長が575nmの点に近づいていき、観測される色が黄色がかっていくことが分かる。
【0013】
次に、この理由について考察する。
図17は、液晶のリタデーションΔn・d(Δnは液晶の屈折率異方性、dは液晶層の厚さ)による光の波長と透過率との関係を示す図である。同図において、横軸は波長λを、縦軸は光の透過率Tをそれぞれ示す。光の透過率Tは、
T=sin2(Δn・d・π/λ)
で示され、例えば、Δn・dが200nm、275nm、350nmの場合、それぞれ図に示すような曲線となり、Δn・dが大きくなるにつれて、曲線のピークが長波長側に移動していくことが分かる。
【0014】
ここで、図15を参照すると、図15(a)の電圧を印加していない場合において、パネルの正面方向(矢印S′方向:(b)参照)では、液晶層16を通過してくる光に対して液晶分子17は略平行(すなわち、光の進行方向と液晶分子の長軸が略平行)である。この場合のパネル正面での実効的なΔn・dは220nmとなっている。そして、図15(a)においては、電圧を印加していない状態(すなわち、非駆動時)であるので、良好な黒表示が行える。
【0015】
次に、図15(b)の電圧を印加した場合において、パネルの正面方向(矢印S′方向)では、液晶層16を通過してくる光に対して液晶分子17は約45°の角度をもっている。液晶の屈折率異方性Δnは、液晶分子に入射する光の角度によって変化し、また、液晶層の厚さdも液晶層に入射する角度によって実質的な厚さdも変化する。これらの点を考慮すると、図15(b)のS′方向におけるΔnとdから与えられる実効的なΔn・dは275nmとなる。すると、図17より、Δn・dが275nmの場合には、各波長において平均的に光が透過しており良好な白色表示が行える。
【0016】
次に、パネルの斜め上方(矢印S方向)から観る場合では、液晶層16を通過してくる光に対して液晶分子17は約90°の角度をもっており、この場合には、Δnは液晶分子17が光に対して45°の場合よりも大きな値を示し、さらに、dも光が液晶層を通過する実質的な距離が長くなり大きな値となるため、実効的なΔn・dは400nm近い値となる。
【0017】
したがって、図17より、Δn・dが400nm近くになると、その曲線はΔn・dが350nmのものよりも更に長波長側にずれているので、青の波長領域の光の透過率が極めて低くなり、色表示が黄色がかることになる。実用上では、パネルの斜め方向から見る場合を含めて、実効的なΔn・dが350nmを超えると黄色の着色が目立ってくる。つまり、斜め視角方向から観た場合に、液晶層を通過してくる光が液晶分子に対して大きな角度(例えば90°近く)をもつような方向であると、表示が黄色がかるという問題が生じてくる。
【0018】
また、電圧を印加していない状態の正面での実効的なΔn・dが220nm以上になると、電圧を印加した状態では、正面においてさえ表示が黄色がかる可能性があった。
ここで、斜め視角方向から観た場合の実効的なΔn・dの値を考慮して、正面から観た場合のΔn・dの値を予め小さくしておくことが考えられるが、Δn・dを小さくすると正面から観た場合に表示が暗くなり、輝度が低くなってしまう。よって、VAモード液晶の優れた点である高コントラストが得られなくなってしまう。
【0019】
すなわち、高コントラストを得るためには、正面でも明るい表示を得られるようにΔn・dを大きな値にする必要があるが、上述のように視角方向によって表示が黄色がかってしまう。逆に、Δn・dを小さな値にして視角方向に依存した色付きを抑えようとすると、コントラストが低くなってしまう。
そこで、本発明は、高コントラストで、かつ、色付きのない液晶表示パネルおよび液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を、
請求項1に記載したように、
互いに略平行に配置される一対の基板と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層とを備える液晶表示パネルであって、前記液晶層に青色の二色性色素が添加されていることを特徴とする液晶表示パネルにより、または、
請求項2に記載したように、
互いに略平行に配置される一対の基板と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層と、前記一対の基板の少なくとも一方の基板の対向面側とは反対面側に設けられる、青色の二色性色素が添加された色補償層とを備えることを特徴とする液晶表示パネルにより、または、
請求項3に記載したように、
前記液晶分子は、前記電極に電圧が印加されていない時に、前記液晶層中で前記基板に対して略垂直に配向していることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項4に記載したように、
前記液晶分子は、液晶分子の長軸が、前記一対の基板の少なくとも一方に対して75°以上、90°未満のプレチルト角を有することを特徴とする請求項3記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項5に記載したように、
前記プレチルト角は、87°以上であることを特徴とする請求項4記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項6に記載したように、
前記青色の二色性色素は、その分子の長軸方向での吸収が大きいものであることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項7に記載したように、
前記青色の二色性色素は、アントラキノン系の色素であることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項8に記載したように、
前記色補償層は、前記液晶層とは異なる、前記基板に対して略垂直に配向している液晶層中に前記青色の二色性色素が添加されたものであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項9に記載したように、
前記色補償層を構成する液晶層は液晶ポリマーからなり、紫外線照射により硬化されたものであることを特徴とする請求項8記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項10に記載したように、
前記青色の二色性色素の添加量が、前記液晶層の0.5〜5重量パーセントであることを特徴とする請求項1記載の液晶パネルにより、または、
請求項11に記載のように、
前記青色の二色性色素の添加量が、前記液晶層の1〜3重量パーセントであることを特徴とする請求項10記載の液晶パネルにより、または、
請求項12に記載のように、
前記青色の二色性色素の添加量が、前記色補償層を構成する液晶層の0.5〜5重量パーセントであることを特徴とする請求項8記載の液晶パネルにより、または、
請求項13に記載のように、
前記青色の二色性色素の添加量が、前記色補償層を構成する液晶層の1〜3重量パーセントであることを特徴とする請求項12記載の液晶パネルにより、または、
請求項14に記載のように、
前記色補償層は、前記基板の対向面側とは反対面側に配設される偏光板と、前記基板との間に設けられることを特徴とする請求項2記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項15に記載のように、
前記色補償層は、前記基板の対向面側とは反対面側に配設される偏光板の外側に設けられることを特徴とする請求項2記載の液晶表示パネルにより、または、
請求項16に記載のように、
互いに略平行に配置される一対の基板と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなり、青色の二色性色素が添加された液晶層とを備える液晶表示パネルと、前記電極に駆動電圧を印加する駆動回路とを備えることを特徴とする液晶表示装置により、または、
請求項17に記載のように、
互いに略平行に配置される一対の基板と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層と、前記一対の基板の少なくとも一方の基板の対向面側とは反対面側に設けられる、青色の二色性色素が添加された色補償層とを備える液晶表示パネルと、前記電極に駆動電圧を印加する駆動回路とを備えることを特徴とする液晶表示装置により解決する。
【0021】
以下、本発明の原理を説明する。
図1は、本発明のVAモード液晶表示パネルを示す図である。
図1において、光は紙面裏側から入射し、表示は紙面表側から観るものとする。同図において、21および22は液晶表示パネルを構成する一対の基板であり、21が光の入射側、22が光の出射側の基板である。矢印RiおよびRoは基板21、22の対向面側に設けられた配向膜の配向方向であり、Riは入射側基板21の配向膜の配向方向、Roは出射側基板22の配向膜の配向方向である。これら配向方向RiおよびRoが成す角度θ0 は45°である。矢印Pは、入射側基板21の外側に配設された偏光板の透過軸の方向、矢印Aは、出射側基板22の外側に配設された偏光板の透過軸の方向であり、2つの偏光板の透過軸方向は直交している。また、矢印Sは、このような配向状態において黄色の着色が生じる方向であり、斜め上方からの視角を示している。
【0022】
図2は、本発明の第1の原理図であり、図1のY−Y′線における断面矢視図を示し、(a)は電圧無印加時(非駆動状態)、また、(b)は電圧印加時(駆動状態)である。
図2において、20は入射側基板となる第1のガラス基板、21は出射側基板となる第2のガラス基板であり、これらで一対の基板をなしている。22は第1のガラス基板20の第2のガラス基板21と対向する側の内面に設けられた第1の電極、23は第2のガラス基板21の第1のガラス基板20と対向する側の内面に設けられた第2の電極であり、これらの電極に電圧を印加することにより電界を生じさせ液晶を駆動する。24は第1の電極22を覆って基板上に設けられた第1の配向膜、25は第2の電極23を覆って基板上に設けられた第2の配向膜であり、これらは液晶分子を基板に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜である。26は液晶層であり、負の誘電率異方性を有する液晶分子27からなっている。29は第1のガラス基板20の外面に配設され、透過軸方向Pが紙面に垂直方向である第1の偏光板、30は第2のガラス基板21の外面に配設され、透過軸方向Aが紙面に平行方向である第2の偏光板であり、これら2つの偏光板の透過軸方向は互いに直交している。
【0023】
そして、28は青色の二色性色素であり、本発明では、この二色性色素28を液晶層26に添加している点に特徴がある。
この色素28の分子は、液晶分子と同様に細長い形状をしており、分子の長軸方向での吸収が強いものである。また、電極22、23に電圧が印加された時に、液晶分子と平行な方向になるように配列する。そして、色素28の分子は、入射する光の黄色の色を吸収し、入射する光の偏光方向が分子の長軸方向と平行に近くなるほど吸収の割合が大きくなる特性を有するものである。
【0024】
図1および図2に示す本発明のVAモード液晶表示パネルでは、図2(a)に示すように、第1および第2の電極22、23に電圧を印加しない場合には、液晶分子27は基板20、21に略垂直に配向し、第1の偏光板29を透過して入射した光(図においては下方から)は、その偏光面を変えずに進むので、透過軸が第1の偏光板29に対して直交している第2の偏光板30を透過せず、よって、良好な黒色表示が行える。これは、パネルの斜め上方(矢印S方向)から観ても同様で良好な黒色表示となる。
【0025】
さらに、図2(b)に示すように、白色表示を行うための電圧を第1および第2の電極22、23に印加すると、電圧無印加時に略垂直に配向していた液晶分子27は印加電圧に応じて配向方向を変え、基板20、21に対して45°程度の角度となる。この時、本発明の液晶表示パネルでは、パネルの正面(矢印S′方向)から観た場合に所望の白色表示が得られるとともに、パネルの斜め上方(矢印S方向)から観た場合にも、黄色の色付きが抑えられた良好な表示が得られるものである。これは、色素28の分子が液晶分子27と平行な方向に配列しているため、入射する光との角度が90°に近くなり、黄色の色を特に吸収するためである。
【0026】
この図2の構成において、本発明の作用・効果を確認するために評価を行った。ガラス基板20、21として厚さ1.1mmのホウケイ酸ガラスを、配向膜24、25として厚さ800Åの垂直配向膜(日産化学社製;RN722)を、液晶材料27として図3の構造式で示される、ビフェニール系液晶(メルク・ジャパン社製;ZLI−4318:Δε=−2.0, ΔN=0.1243)を用いた。また、液晶層26には、カイラル剤(チッソ社製;CN)を1%添加し、液晶層の厚みは約4μmとした。また、二色性色素としてはアントラキノン系の色素(三井東圧社製;SI−497)を1%添加した。図4は、この二色性色素の吸収率特性を示す図であり、縦軸は吸収率を、横軸は吸収される光の波長を示している。同図より分かるように、本評価に用いた二色性色素は、波長650nm付近に吸収率のピークがあり、黄色の色を良く吸収する特性を有するものであることが分かる。
【0027】
図5は、本発明のVAモード液晶表示パネルの着色特性を示す図であり、パネル正面から斜め上方40°まで視野角を変化させたときに観測された色変化を、CIE(1931)標準表色系にプロットしたものである。図中、×印は標準白色を示している。また、本評価においては、上記構成により作成したモノクロの液晶セルにより評価を行った。
【0028】
同図から分かるように、視野角が斜め上方40°まで変化しても、黄色の色付きが少なくなっている。これは、色素を添加しない以外、同様な構成で評価を行った、図16に示す従来の液晶表示パネルの着色特性と比較すると、更に明らかである。
このように、青色の二色性色素を添加することにより、黄色の色付きを抑えることが可能となる。
【0029】
特に、図14および図15を用いて説明した従来のVAモード液晶表示パネルでは、電圧を印加していない状態で正面での実効的なΔn・dが220nmを超えると、斜め方向から観た場合だけでなく正面においてさえ黄色の色付きが発生する可能性があったが、上述した本発明の構成による評価では、電圧を印加していない状態で正面での実効的なΔn・dを275nmとしても、正面から観た場合に黄色の色付きが発生せず、また、斜め方向から観た場合でも実用上問題となる黄色の色付きが発生しないことが確認された。
【0030】
また、色素を添加した場合に黄色の着色が目立ってくる実効的なΔn・dは、色素を添加しない場合の350nmよりも大きくなるが、これは色素の材料・添加量などが要因で変わるものである。
図6は、本発明の第2の原理図であり、図1のY−Y′線における断面矢視図を示し、電圧印加時(駆動状態)を示している。
【0031】
図6において、31は入射側基板となる第1のガラス基板、32は出射側基板となる第2のガラス基板であり、これらで一対の基板をなしている。33は第1のガラス基板31の第2のガラス基板32と対向する側の内面に設けられた第1の電極、34は第2のガラス基板32の第1のガラス基板31と対向する側の内面に設けられた第2の電極であり、これらの電極に電圧を印加することにより電界を生じさせ液晶を駆動する。35は第1の電極33を覆って基板上に設けられた第1の配向膜、36は第2の電極34を覆って基板上に設けられた第2の配向膜であり、これらは液晶分子を基板に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜である。37は液晶層であり、負の誘電率異方性を有する液晶分子38からなっている。39は第1のガラス基板31の外面に配設され、透過軸方向Pが紙面に垂直方向である第1の偏光板、40は第2のガラス基板21の外側に配設され、透過軸方向Aが紙面に平行方向である第2の偏光板であり、これら2つの偏光板の透過軸方向は互いに直交している。
【0032】
そして、41は青色の二色性色素を添加した色補償層であり、本発明の新規な特徴となるものである。同図の場合では、この色補償層41は第2のガラス基板32と第2の偏光板40の間に配設されている。この色補償層41により、斜め視角方向での、色付きを補償して良好な表示を得る。
図7は、色補償層の構成を示す図である。同図(a)は色補償層の一構成例であり、色補償層41は、PETフィルムからなる支持体41a、紫外線照射により硬化された液晶ポリマー41b、青色の二色性色素41cからなり、青色の二色性色素41cは支持体41aに対して垂直となるように配列している。また、同図(b)は色補償層の別の構成例であり、色補償層41′は、PETフィルムからなる表面層41dと支持体41aにより液晶ポリマー41bを挟持する構成となっている。また、青色の二色性色素41cは図2で示した色素28と同様な特性を有するものである。さらに、同図(c)は色補償層のさらに別の構成例であり、色補償層41″は、(b)と類似した構成であるが、青色の二色性色素41cが支持体41aに対して斜めになるように配列しているものである。
【0033】
図6および図7に示す本発明のVAモード液晶表示パネルでは、図6に示すように、白色表示を行うための電圧を第1および第2の電極33、34に印加すると、電圧無印加時に略垂直に配向していた液晶分子38は印加電圧に応じて配向方向を変え、基板31、32に対して45°程度の角度となる。この時、本発明の液晶表示パネルでは、パネルの正面(矢印S′方向)から観た場合に所望の白色表示が得られる。さらに、パネルの斜め上方(矢印S方向)から観た場合にも、斜め方向に入射する光は色補償層41あるいは41′の色素41cにも斜めに入射するため、色素41cが入射する光の黄色成分を吸収し、よって、黄色の色付きが抑えられた良好な表示が得られる。
【0034】
さらに、色補償層として図7(c)の色補償層41″を用いた本発明の液晶表示パネルでは、パネルの正面(矢印S′方向)から観た場合には、多少青味がかるものの、パネルの斜め上方(矢印S方向)から観た場合には、色補償層として同図(a)および(b)の色補償層41または41′を用いるよりも、黄色の色付きをより抑える効果があり、よって、さらに黄色の色付きが抑えられた良好な表示が得られる。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
図8は、本発明の液晶表示装置を示す図である。
図8において、50は本発明の液晶表示装置であり、液晶表示装置50は、本発明にかかる液晶表示パネル51と、駆動回路52、53を備える。
【0036】
液晶表示パネル51は、後述するように、アクティブマトリクス型の液晶表示パネルであり、よって、駆動回路52はデータ側駆動回路、駆動回路53は走査側駆動回路である。
図9は、図8の液晶表示パネル51を説明する図であり、本発明の液晶表示パネルを示す図である。同図においては、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(以下、TFTという)を用いたアクティブマトリクス型液晶表示パネルを構成する、TFT基板側を示している。
【0037】
図9において、54はガラス基板、55はゲートバスライン、56はドレインバスライン、57はTFT、58は画素電極である。ゲートバスライン55とドレインバスライン56は電気的に絶縁され、互いに交差してマトリクスを形成している。ゲートバスライン55とドレインバスライン56が交差する部分には、TFT57および画素電極58が形成され、TFT57のゲート電極がゲートバスライン55に、ドレイン電極がドレインバスライン56にそれぞれ接続され、TFT57のソース電極が画素電極58に接続されている。
【0038】
そして、図9には図示していないが、共通電極やカラーフィルタ等が形成されたコモン基板が対向して配置され、その間に液晶層が封入される。
図10〜図13は、図8および図9に示した本発明の液晶表示パネルの一画素を示す図であり、図10および図11は第1の実施の形態を示し、図12および図13は第2の実施の形態を示す。
【0039】
〔第1の実施の形態〕
図10および図11は、本発明をアクティブマトリクス型の液晶表示パネルに適用した第1の実施の形態を示し、液晶表示パネルの1つの画素部分を図示したものであり、図11は図10のI−I′線の断面矢視図である。
図10において、61はゲートバスライン、62はドレインバスラインであり、これらは交差部において絶縁膜を介して絶縁されている。63はTFTであり、ゲートバスライン61とドレインバスライン62の交差部に設けられている。64は画素電極である。TFT63は、ゲート電極63a、ドレイン電極63b、ソース電極63cからなり、ゲート電極63aはゲートバスライン61と、ドレイン電極63bはドレインバスライン62と、それぞれ一体に形成されており、ソース電極63cは画素電極64と電気的に接続されている。これらは、TFT基板(図11参照)に設けられており、TFT基板には、これらの素子を覆うようにして配向膜(図11参照)が形成されている。RiはこのTFT基板上の配向膜のラビング方向を示し、RoはTFT基板と対向するコモン基板(図11参照)に設けられた配向膜のラビング方向を示している。そして、これらラビング方向RiおよびRoが成す角度θ1 は45°である。
【0040】
図11は、図10におけるI−I′線における断面矢視図であり、(a)は電圧無印加時(非駆動状態)を示し、(b)は電圧印加時(駆動状態)を示す。
図11において、78はTFT基板、79はコモン基板である。
TFT基板78は、第1のガラス基板65と、第1のガラス基板65のコモン基板79と対向する側に形成された絶縁膜67、絶縁膜67上に形成された画素電極64、画素電極64を覆うように形成された第1の垂直配向膜68と、第1のガラス基板65の外側に配設され透過軸方向が紙面に垂直なP方向である偏光板69からなる。
【0041】
コモン基板79は、第2のガラス基板66と、第2のガラス基板66のTFT基板78と対向する側に形成されたカラーフィルタ層70、カラーフィルタ層70を覆って形成されたカラーフィルタ層の保護膜71、保護膜71上に形成されたコモン電極72、コモン電極72を覆って形成された第2の垂直配向膜73と、第2のガラス基板66の外側に配設され透過軸方向が紙面に平行なA方向である偏光板74からなる。
【0042】
75は液晶層であり、TFT基板78とコモン基板79に挟持されている。液晶層75は負の誘電率異方性を有する液晶分子76からなり、また、液晶層75には青の二色性色素77が添加されている。液晶分子76の内、TFT基板78とコモン基板79の近傍のものは、それぞれの基板に対してプレチルト角が89°となっている。
【0043】
VAモードの液晶表示パネルにおいては、視角特性、応答特性あるいはコントラスト等のパネル特性を考慮すると、液晶分子76のプレチルト角は75°以上、90°未満とすることが好ましく、より好ましくは87°以上とするのが望ましい。
同図(a)に示すように、電圧無印加時では、液晶分子76および色素77ともに基板78, 79に対して略垂直に配向しており、2枚の偏光板69, 74の偏光軸が直交するように配設されているので、良好な黒表示が行われる。
【0044】
また、同図(b)に示すように、電圧印加時では、液晶分子76は基板78, 79に平行に近づくように変化し、色素77も液晶分子76と平行に配列するようになるので、基板78, 79と平行に近づくように変化する。
したがって、斜め視角方向でも、色素77が光の黄色の成分を吸収し、黄色の色付きを抑えるようになり、良好なカラー表示が可能となる。
【0045】
〔第2の実施の形態〕
図12および図13は、本発明をアクティブマトリクス型の液晶表示パネルに適用した第2の実施の形態を示し、液晶表示パネルの1つの画素部分を図示したものであり、図13は図12のII−II′線の断面矢視図である。
図12において、図10と同じ符号が付されているものは同一のものを示し、図10と異なるのは、TFT基板(図13参照)およびコモン基板(図13参照)に設けられた配向膜のラビング処理の方法である。
【0046】
図12においては、1つの画素を配向方向の異なる2つの領域(i)および(ii)に分ける、いわゆる配向分割を行っている。配向分割の方法には公知の様々な方法があるが、本実施の形態では、ラビング方向を変えることで2つの領域を形成する方法を示している。
すなわち、TFT基板側の配向膜では、画素領域を第1の領域(i)および第2の(ii)に分け、ラビング方向をRiaとRibのように反対方向にラビングを行っている。また、コモン基板側の配向膜では、TFT基板側に対応して画素領域を第1の領域(i)および第2の領域(ii)に分け、ラビング方向をRoaとRobのように反対方向にラビングを行っている。そして、第1の領域(i)のラビング方向RiaおよびRoaが成す角度θ2a、また、第2の領域(ii)のラビング方向RibおよびRobが成す角度θ2bは、それぞれ45°である。
【0047】
このように配向処理を行うと、液晶分子の配向方向を2つの領域で異ならせることができる。この結果、1つの画素で異なる視角特性を有する領域が形成されることにより(本実施の形態の場合、視角特性が反対の2つの領域)、視角特性が平均化されてパネル全体で見ると視角特性を向上することが可能になる。
図13は、図12におけるII−II′線における断面矢視図であり、(a)は電圧無印加時(非駆動状態)を示し、(b)は電圧印加時(駆動状態)を示す。
【0048】
図13において、図11と同じ符号が付されているものは同一のものを示し、図11と異なるのは、TFT基板86において、配向膜81が第1の領域(i)および第2の領域(ii)に対応して、ラビング処理の方向が異なる領域81aと81bからなる点、また、コモン基板87において、配向膜82が第1の領域(i)および第2の領域(ii)に対応して、ラビング処理の方向が異なる領域82aと82bからなる点と、ガラス基板66と偏光板74との間に色補償層85が配設されている点、さらに、液晶層83が液晶分子84だけからなる点である。
【0049】
色補償層85は、図7に示すものが使用でき、基本的な構成は青色の二色性色素が垂直あるいは所定の角度を持って斜めに配列されている部材である。
具体的には、図7を参照して説明すると、図7(a)、(b)および(c)に示される色補償層41〜41″が図13の色補償層85に相当し、図7(a)において、41aはPETフィルム、41bは紫外線照射により硬化された液晶ポリマー、41cは青色の二色性色素である。
【0050】
図7(a)に示される構成の色補償層41の形成工程としては、まず、支持体となるPETフィルム41a上に青色の二色性色素41cを添加した高分子液晶のプレポリマー41bを塗布する。この時、PETフィルム41aは液晶分子を垂直配向をさせるように表面が処理されたものを用いることができ、表面の処理としては、例えば、液晶パネルで一般的に使用される垂直配向膜、シランカップリング剤の膜あるいは一塩基性カルボン酸クロム錯体の膜などの液晶分子を垂直配向させる特性を有する膜を、PETフィルム41aの表面に塗布する等の処理がある。
【0051】
このような処理がされていると高分子液晶41bの液晶分子はPETフィルム41aに対して略垂直に配向する。液晶分子が略垂直に配向するのに伴い、青色の二色性色素41cもPETフィルム41aに対して略垂直となるように配列する。この状態で紫外線を照射することにより、高分子液晶41bをポリマー化して硬化させる。このようにして、青色の二色性色素41cが略垂直方向に配列した色補償層85(41)を形成することができる。 図7(b)に示される色補償層41′は、図7(a)の構成PETフィルム41dを付加した構成であるが、このような構成は、青色の二色性色素41cを添加した高分子液晶のプレポリマー41bをPETフィルム41aに塗布したのち、PETフィルム41dを重ねて高分子液晶のプレポリマー41bを挟み、その後、紫外線による硬化を行うことなどで形成できる。
【0052】
同様に、図7(c)に示される色補償層41″は、青色の二色性色素41cを添加した高分子液晶のプレポリマー41bを形成する際に、高分子液晶の液晶分子および青色の二色性色素41cを所定の角度で斜めに配向させておき、その状態で紫外線により硬化を行うことで形成できる。
色補償層85としては、図7(a)、(b)および(c)の何れの構成でも適用することができる。
【0053】
ここで、図13を参照すると、同図(a)に示すように、電圧無印加時では、液晶分子84は基板86, 87に対して略垂直に配向しており、2枚の偏光板69, 74の偏光軸が直交するように配設されているので、良好な黒表示が行われる。
また、同図(b)に示すように、電圧印加時では、液晶分子84は基板86, 87に平行に近づくように変化するが、配向膜81, 82は、領域(i), (ii)においてラビング方向が異なるので、液晶分子84の傾く方向が領域(i), (ii)において異なるようになる。
【0054】
この時、図12において斜め上方から観た場合には、領域(i)の液晶分子84の影響により黄色の色付きが生じ、図12において斜め下方から観た場合には、領域(ii)の液晶分子84の影響により黄色の色付きが生じることが考えられるが、本実施の形態では、色補償層85を有しているので、色補償層85内の青色の二色性色素により両方の領域を通過する光の黄色の成分を吸収する。
【0055】
したがって、斜め視角方向でも、黄色の色付きを抑えることができ、良好なカラー表示が可能となる。
ここで、液晶層に添加する青色の二色性色素の添加量であるが、0.5%から5%の範囲がよい。0.5%より少ないと、色素を添加した効果がほとんど得られないためであり、5%を超えると、色素が析出してきてしまう可能性があるからである。また、液晶層に対して色素は不純物と考えることもできるため、余り多くの量を添加するのは得策ではない。したがって、効果との兼ね合いを考慮すると、1%から3%の範囲がより好適である。
【0056】
また、色補償層を配設する位置は、上述の実施の形態では光が出射する側のガラス基板と偏光板との間に配設しているが、この位置に限定されるものではなく、偏光板の外側に設けることも可能であり、液晶層に対して光が入射する側に配設してもよい。そして、この色補償層は、新たな部材として作成し、液晶表示パネルの構成部材として追加すること以外に、従来ある構成部材を色補償層として兼用させても良い。要は、液晶層に色素を添加するのではなく、色素を有する色補償層が液晶層とは別に設けられていることである。
【0057】
さらに、本発明は、液晶層に青色の二色性色素を添加するという第1の基本構成と、青色の二色性色素を有する色補償層を液晶層とは別に設けるという第2の基本構成がある。
この第1の構成においては、予め液晶材料に色素を添加しておくだけで良いため工数を特に増やすことがなく、簡便に製作できるという利点があるが、一方で、前述のように色素は液晶層に対して不純物と考えられるため、添加する量によっては信頼性を低下させてしまう場合もある。
【0058】
これに対し、第2の構成においては、液晶層には何も添加しないため信頼性は高いが、色補償層という部材を別に形成する必要があり、工数が増えてしまう。このように、本発明の2つの基本構成には、それぞれ一長一短があり、これらの構成は液晶材料や色素材料などの構成部材に応じ、適宜選択されることができるものである。
【0059】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【0060】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、電圧印加時にパネルを斜め方向から観た場合にも、色付きを抑制することが可能である。したがって、高コントラストで、かつ、色付きのない液晶表示パネルおよび液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のVAモード液晶表示パネルを示す図である。
【図2】本発明の第1の原理図である。
【図3】本発明に適用される液晶材料の構造式の例である。
【図4】二色性色素の特性を示す図である。
【図5】本発明のVAモード液晶表示パネルの着色特性を示す図である。
【図6】本発明の第2の原理図である。
【図7】色補償層を示す図である。
【図8】本発明の液晶表示装置を示す図である。
【図9】本発明の液晶表示パネルを示す図である。
【図10】本発明の液晶表示パネルの第1の実施の形態を示す図である。
【図11】図10のI−I′線における断面図である。
【図12】本発明の液晶表示パネルの第2の実施の形態を示す図である。
【図13】図12のII−II′線における断面図である。
【図14】従来のVAモード液晶表示パネルを示す図である。
【図15】図14のX−X′線における断面図である。
【図16】従来のVAモード液晶表示パネルの着色特性を示す図である。
【図17】液晶のリタデーションによる光の波長と透過率との関係を示す図である。
【符号の説明】
20, 31…第1のガラス基板
21, 32…第2のガラス基板
22, 33…第1の電極
23, 34…第2の電極
24, 35…第1の配向膜
25, 36…第2の配向膜
26, 37…液晶層
27, 38…液晶分子
28…二色性色素
29, 30, 39, 40…偏光板
41…色補償層
Claims (16)
- 互いに略平行に配置される一対の基板と、
前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、
前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、
前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層とを備える液晶表示パネルであって、
前記液晶分子は、前記電極に電圧が印加されていない時に、前記液晶層中で前記一対の基板に対して略垂直に配向しており、白色表示を行うための電圧が前記電極に印加されると、前記一対の基板に対して45°程度の角度となり、
前記液晶層に色補償用の青色の二色性色素が添加され、
前記二色性色素は、斜め上方から観た場合の黄色の色付きを抑えること
を特徴とする液晶表示パネル。 - 互いに略平行に配置される一対の基板と、
前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、
前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、
前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層と、
前記一対の基板の少なくとも一方に設けられる、色補償用の青色の二色性色素が添加された色補償層とを備え、
前記液晶分子は、前記電極に電圧が印加されていない時に、前記液晶層中で前記一対の基板に対して略垂直に配向し、白色表示を行うための電圧が前記電極に印加されると、前記一対の基板に対して45°程度の角度となり、
前記二色性色素は、斜め上方から観た場合の黄色の色付きを抑えること
を特徴とする液晶表示パネル。 - 前記液晶分子は、液晶分子の長軸が、前記一対の基板の少なくとも一方に対して75°以上、90°未満のプレチルト角を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示パネル。
- 前記プレチルト角は、87°以上であることを特徴とする請求項3記載の液晶表示パネル。
- 前記二色性色素は、その分子の長軸方向での吸収が大きいものであることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示パネル。
- 前記二色性色素は、アントラキノン系の色素であることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示パネル。
- 前記色補償層は、前記基板に対して略垂直に配向している液晶層中に前記二色性色素が添加されたものであり、前記液晶層とは異なるものであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示パネル。
- 前記色補償層を構成する液晶層は液晶ポリマーからなり、紫外線照射により硬化されたものであることを特徴とする請求項7記載の液晶表示パネル。
- 前記二色性色素の添加量が、前記液晶層の0.5〜5重量パーセントであることを特徴とする請求項1記載の液晶パネル。
- 前記青色の二色性色素の添加量が、前記液晶層の1〜3重量パーセントであることを特徴とする請求項9記載の液晶パネル。
- 前記二色性色素の添加量が、前記色補償層を構成する液晶層の0.5〜5重量パーセントであることを特徴とする請求項7記載の液晶パネル。
- 前記青色の二色性色素の添加量が、前記色補償層を構成する液晶層の1〜3重量パーセントであることを特徴とする請求項11記載の液晶パネル。
- 前記色補償層は、前記基板の対向面側とは反対面側に配設される偏光板と、前記基板との間に設けられることを特徴とする請求項2記載の液晶表示パネル。
- 前記色補償層は、前記基板の対向面側とは反対面側に配設される偏光板の外側に設けられることを特徴とする請求項2記載の液晶表示パネル。
- 互いに略平行に配置される一対の基板と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなり、色補償用の青色の二色性色素が添加された液晶層とを備え、前記液晶分子は、前記電極に電圧が印加されていない時に、前記液晶層中で前記一対の基板に対して略垂直に配向しており、白色表示を行うための電圧が前記電極に印加されると、前記一対の基板に対して45°程度の角度となり、前記二色性色素は、斜め上方から観た場合の黄色の色付きを抑える液晶表示パネルと、
前記電極に駆動電圧を印加する駆動回路とを備えることを特徴とする液晶表示装置。 - 互いに略平行に配置される一対の基板と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられる電極と、前記一対の基板のそれぞれの対向面側に設けられ、前記電極より内側に設けられる配向膜と、前記配向膜に接し、前記一対の基板により挟持される負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層と、前記一対の基板の少なくとも一方に設けられる、色補償用の青色の二色性色素が添加された色補償層とを備え、前記液晶分子は、前記電極に電圧が印加されていない時に、前記液晶層中で前記一対の基板に対して略垂直に配向しており、白色表示を行うための電圧が前記電極に印加されると、前記一対の基板に対して45°程度の角度となり、前記二色性色素は、斜め上方から観た場合の黄色の色付きを抑える液晶表示パネルと、
前記電極に駆動電圧を印加する駆動回路とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
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