JP4510213B2

JP4510213B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4510213B2
Application number: JP2000075669A
Authority: JP
Inventors: 浩具志堅
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP2001264760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位相差板を用いた液晶表示装置に関し、さらに詳しくは高温度域で用いても表示むらが生じにくいスーパーツイステッドネマチック型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、データ端末、自動車の計器類等の表示機器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、大容量の表示を行なうために、高デューティ比でのマルチプレックス駆動が可能なスーパーツイステッドネマチック（以下ＳＴＮということがある）素子を用いている。
【０００３】
ＳＴＮ素子は複屈折効果を利用しているために表示が着色していたが、この複屈折による着色を補償して白黒表示が行なえる補償型ＳＴＮ素子も知られている。この補償型ＳＴＮ素子としては、補償セルを用いた２層パネルのＳＴＮ素子（ＤＳＴＮ）、高分子フィルムを用いたフィルム型ＳＴＮ素子（ＦＳＴＮ）等がある。
【０００４】
ＤＳＴＮは、表示パネルの液晶とほぼ同等の屈折率異方性を有する液晶パネルを用いるために、液晶表示装置自体が重くなり、かつ厚みも厚くなるという形態上の問題があることと、２つの液晶パネルを製造しなければならず、パネル製造コストが上昇することおよび補償セルと表示パネルとのマッチングが難しく製造歩留まりが低下するという生産性の問題があった。
【０００５】
一方、ＦＳＴＮにおいては、表示パネルの光学補償をフィルムにて行なうため、薄く、軽い液晶表示装置を得ることができるが、液晶の屈折率は温度が変わると大きく変化するのに対して、フィルムの屈折率の温度依存性は液晶の屈折率温度依存性に比べて小さいために、両者の屈折率にずれが生じ、特定の温度以外での補償関係が成り立たたなくなり、高温度域では使用できにくいという問題があった。
【０００６】
また、近年、通信技術の発達にともない、例えば携帯用途や車載用途において、高密度表示と広温度域動作とが両立することが望まれており、光学補償のフィルムにおいても、温度により位相差値が変化するものも開発されてきている（特開平９−１０１５１７号公報）。このような光学補償フィルムは温度補償型位相差板と呼ばれることもある。
【０００７】
また、ＦＳＴＮは、位相差板の枚数および液晶セルに対する配置位置によって表示特性が大きく異なることが知られている。例えば、（ａ）液晶セルと、その両側に配置された一対の偏光板との間のどちらか一方に１枚の位相差板を配置した片側１枚型のＦＳＴＮ、（ｂ）液晶セルと、その両側に配置された一対の偏光板との間のどちらか一方に２枚の位相差板を配置した片側２枚型のＦＳＴＮ、（ｃ）液晶セルと、その両側に配置された一対の偏光板との間にそれぞれ１枚の位相差板を配置した両側１枚型のＦＳＴＮがある。
【０００８】
これらの位相差板の配置形態は、液晶の表示モード、コスト、液晶表示装置の用途等によって使い分けがなされている。特に、背景部分が暗く、表示部分が明るいネガ型の液晶表示においては、コントラスト特性が強く望まれることより、両側１枚型のＦＳＴＮ（ｃ）がよく採用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車載用途等に用いられる液晶セルに温度補償型の位相差板を用いたとしても、約６０℃以上の温度になると、図４に示されているように、表示領域内の特定部分（Ａ、Ｃ）にむらが発生するといった問題があった。すなわち、温度によって屈折率異方性（位相差値）が変化する位相差板を用いてもこのままでは高温度域で使用することができなかった。
【００１０】
このむらは、位相差板として異方性が少なくとも一軸性をもつ場合に発生し、特にネガ表示で両側１枚型のＦＳＴＮにおいて顕著である。勿論、ポジ表示の液晶表示装置においても前記むらは発生するが、コントラストが低いために目立たなくなり、大きな問題とはならない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、ネガ型の液晶表示装置において、温度補償型位相差板を液晶セルの両側に配置させた構成を用い、高温度域での使用でもむらが発生しないような液晶表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に係る液晶表示装置は、一対の透明電極付きの基板でねじれ角が１８０〜３００°である液晶層を挟持してなる液晶セルと、前記液晶セルの両側に配置された一対の偏光板と、前記液晶セルと前記偏光板との間に各１枚配置された計２枚の位相差板と、前記透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有するネガ型の液晶表示装置において、前記位相差板の２５℃における位相差値に対する８０℃における位相差値の変化率が１０％以上であり、前記位相差板のアスペクト比が１：１．５〜１：２．５の範囲内であることを特徴としている。このような構成を採用したことで、高温度域においても位相差板起因のむらが発生しにくくなり、車載用途等の広温度範囲で動作させるものに適用することができるようになる。
【００１３】
請求項２に係る液晶表示装置は、前記位相差板の長辺に対する前記位相差板の延伸軸のなす角が６０〜８０°であることを特徴としている。このような構成を採用したことで、背景部分がより黒くなり、コントラストの高い表示が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明について説明する。図１に本発明に係る液晶表示装置の一実施例の模式的断面図を示す。
【００１５】
液晶セルは、ガラス、プラスチック等からなる透明基板２、３上にそれぞれインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等からなる透明電極４、５、配向制御膜６、７が積層形成され、配向制御膜６、７が対向するように配置されている。また、これら２枚の基板２、３の周辺には周辺シール材９が形成され、２枚の基板２、３と周辺シール材９とからなる空間に液晶層１０が挟持密封されている。
【００１６】
このとき、前記配向制御膜６、７は、ポリイミド膜等からなる配向膜材料を形成した後、両透明基板２、３間での液晶分子のツイスト角が１８０〜３００°となるようにラビングされている。これは、１８０°未満では急峻な透過率変化が必要とされる高デューティ比での時分割駆動をした際の液晶の状態変化が少なく、３００°超では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。
【００１７】
また、前記液晶セルの液晶層１０での液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚みｄとの積Δｎ・ｄが０．４〜１．５μｍ、好ましくは０．６〜１．０μｍとされる。上記範囲を外れると、背景部分の透過率が高くなり、かつ表示部分の白表示が色を呈し、十分なコントラストが得られなくなる。
【００１８】
さらに、液晶層１０を構成する液晶としては、ネマチック−アイソトロピック相転移点（Ｔｎｉ）が１００℃以上のものを使用することが好ましい。本発明の液晶表示装置の使用温度範囲としては−３０〜＋９０℃となることがあり、Ｔｎｉが低い液晶を使用すると液晶表示装置の動作中に液晶がアイソトロピック相状態となり、表示できなくなることがあるからである。
【００１９】
前記液晶セルの両側に一対の偏光板１１、１２を配置する。本発明の液晶表示装置はネガ型であることより、一対の偏光板１１、１２は吸収軸がほぼ９０°の交差角となるように配置される。また、前記一対の偏光板１１、１２と液晶セルとの間にそれぞれ１枚の位相差板１３、１４を配置する。なお、本実施形態に用いた位相差板１３、１４の形状は長方形である。
【００２０】
一般に、液晶表示装置に用いられる位相差板の形状は長方形のものが多いが、本発明は位相差板の形状を問わず効果があり、台形であってもよいし、楕円形であってもよい。楕円形の場合、アスペクト比は短軸・長軸の比で表され、長辺は長軸と置き換えることができる。
【００２１】
位相差板としては異方性が少なくとも一軸性のものであれば、前記高温時でのむらは発生するのでほとんどの位相差板に対して効果は認められるが、高温時での使用を考えると、前記むらの問題が解決されたとしても液晶セルの屈折率と位相差板の屈折率との差が大きくなり全体的な光り抜けが生じるという課題が残るために、前記位相差板は温度により位相差値が変化するものであり、前記位相差板の２５℃における位相差値に対する８０℃における位相差値の変化率が１０％以上のものであることが重要である。
【００２２】
本実施形態においては、液晶パネルの主視野角方向を６時方向とし、液晶セルの液晶層のねじれ角を２４０°とするように、図３（ａ）に示すように、位相差板の長辺に対する上側基板２のラビング方向のなす角θ１が３０°、位相差板の長辺に対する下側基板３のラビング方向のなす角θ２が３０°となるように重ね合わされている。
【００２３】
また、前記偏光板１１、１２および前記位相差板１３、１４を配置する関係図を図３（ｂ）に示す。これも前記ラビング方向と同じく位相差板の長辺を基準にしており、位相差板の長辺に対する上側偏光板１１の吸収軸角度をθ３、以下同様に、下側偏光板１２の吸収軸角度をθ４、上側位相差板１３の延伸軸角度をθ５、下側位相差板１４の延伸軸角度をθ６とされている。
【００２４】
ここで、位相差板１３、１４の角度θ５、θ６は６０〜８０°とすることが好ましい。この角度範囲を外れるとネガ型表示の黒レベルが達成できなくなり、コントラストの低下を招くおそれがある。
【００２５】
また、前記位相差板１３、１４のアスペクト比としては、１：１．５〜１：２．５の範囲内とすることが重要である。図２は、８０℃の環境下において、高温時のむら発生状況を示すものであり、むらが発生しやすい部分と中央部（図４におけるＡ部分とＢ部分）の透過率比を縦軸に、位相差板のアスペクト比を横軸に示している。この図からも判るように、上記範囲を外れると透過率比が１からずれていく、すなわち、むらが発生しやすくなる。
【００２６】
位相差板のアスペクト比を特定の範囲にすることによりむらが改善される理由は明確でないが、以下のように推測される。位相差板は、延伸等により光学異方性を持たせているが、温度変化に伴う弾性変形も異方性を有している。つまり、位相差板の延伸軸方向（高分子の分子鎖が連なっている方向）では光学的な特性は一致しているが、その垂直方向では弾性的にも光学的にも特性が大きく異なっている。
【００２７】
この弾性変形の異方性により、縦方向と横方向の弾性変形量が異なり、位相差板自体に内部応力が生じる。この内部応力が光学特性を左右する一因となり、位相差板の位相差値変化を引き起こしていると推測される。したがって、位相差板のアスペクト比（縦・横比）を特定の範囲にすることが、弾性変形に伴う内部応力の緩和に寄与していることによるものと考えられる。
【００２８】
下側基板３は上側基板２より外方に延出されており、この延出部には、下側の透明電極５と連なる端子電極および周辺シール材９中の図示しない導電部材を介して電気的に接続された上側の透明電極４の端子電極が形成されている。これら端子電極は図示しないフレキシブル配線基板等を介して図示しない駆動手段と電気的な接続がなされている。さらに、下側偏光板の下方には図示しないバックライトユニットが配置されている。
【００２９】
【実施例】
（例１）
ガラス基板上に設けられたＩＴＯからなる透明導電膜をパターニングし所定の透明電極を形成し、次いで、前記透明電極上にＳｉＯ_２からなる短絡防止用の絶縁膜を形成し、さらに、ポリイミドからなる膜を塗布、焼成し、この膜をラビングして配向制御膜を形成した基板を作成した。
【００３０】
このようにして作成した２枚の基板の配向制御膜を対向するように重ね合わせ、周辺を導電部材入りの周辺シ−ル材でシ−ルし、２枚の基板と周辺シール材で形成された空間に誘電異方性が正のネマチック液晶を挟持密封し、液晶セルを作成した。この液晶セルは、液晶層のねじれ角が２４０゜になるように、図３（ａ）のように、上側基板のラビング方向θ１および下側基板のラビング方向θ２がそれぞれ３０°となるように配向制御膜の配向処理がなされている。
【００３１】
このようにして作成した液晶セルの主視野角方向は液晶セルを正面から見て６時方向となる。また、この液晶層のΔｎ・ｄは０．８７μｍであり、封入された液晶のＴｎｉは１０５℃である。
【００３２】
液晶セルの両側に一対の偏光板を配置し、液晶セルと一対の偏光板との間に位相差値が２５℃で４４０ｎｍ、８０℃で３５２ｎｍ（変化率２０％）である位相差板をそれぞれ１枚配置した。また、位相差板の形状は長方形で、アスペクト比が１：２である。
【００３３】
このとき、上側偏光板の吸収軸をθ３が１０°、下側偏光板の吸収軸をθ４が８０°、上側位相差板の延伸軸をθ５が７０°および下側位相差板の延伸軸をθ６が７０°となるように配置した。このような偏光板の設置角度を採用したことで偏光板の吸収軸の交差角は９０°となり、液晶表示装置をネガ表示とすることができる。
【００３４】
偏光板および位相差板を液晶セルに貼り付けた後、各透明電極に電圧を印加するための駆動回路をフレキシブル回路基板を介して電気的に接続し、下側偏光板の下方側にバックライトユニットを設置して液晶表示装置を作成した。
【００３５】
この液晶表示装置を１／６４デューティ、１／９バイアス、７０Ｈｚで時分割駆動を行なったところ、−２０℃でのコントラストは５０：１、２５℃でのコントラストは８０：１、８０℃でのコントラストは３０：１となった。また、８０℃での表示状態は、表示部全体においてむらのない表示品位の高いものであった。
【００３６】
（例２〜７）
位相差板のアスペクト比を表１のように変更した以外はすべて例１と同様にして液晶表示装置を作成した。表１は、これら液晶表示装置を８０℃の環境下でｏｆｆ電圧を印加し、図４に示される中央部Ｂと左側辺近傍のＡ部とにおける透過率比を示している。なお、この表において、例１、例４および例５は実施例であり、例２、例３、例６および例７は比較例である。また、この結果を図２にも示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
例１、例４および例５においては、中央部Ｂと左辺側Ａ部との透過率の差が小さく、むらの発生がないものであった。それに対して、例２、例３、例６および例７はむらの程度に差はあるものの実用上使用できないむらが発生した。
【００３９】
なお、本発明に係る液晶表示装置は本実施形態に限らず、種々変更できる。例えば、位相差板として異方性が一軸性のものを例示したが、二軸性のものであっても高温時のむらを解消することができ、本発明の範囲内に含まれる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、高温度域に発生していたむらを抑制し、均一な表示とともに広い温度範囲での動作が達成される。また、ネガ表示で重要な背景部の黒レベルが上昇し、コントラストの高い表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る液晶表示装置の模式的断面図。
【図２】位相差板のアスペクト比とむらの関係を示した図。
【図３】本発明の一実施例に係る液晶表示装置の各光学軸の関係図。
【図４】従来の液晶表示装置において高温時に発生するむらの部分を示した図。
【符号の説明】
１液晶表示装置
２、３基板
４、５透明電極
６、７配向制御膜
９周辺シール材
１０液晶層
１１、１２偏光板
１３、１４位相差板

Claims

一対の透明電極付きの基板でねじれ角が１８０〜３００°である液晶層を挟持してなる液晶セルと、前記液晶セルの両側に配置された一対の偏光板と、前記液晶セルと前記偏光板との間に各１枚配置された計２枚の位相差板と、前記透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有するネガ型の液晶表示装置において、前記位相差板の２５℃における位相差値に対する８０℃における位相差値の変化率が１０％以上であり、前記位相差板のアスペクト比が１：１．５〜１：２．５の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
前記位相差板の長辺に対する前記位相差板の延伸軸のなす角が６０〜８０°であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。