JP4603141B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、周辺シール材を介して互いに貼り合わされた2枚の透明基板間にネマチック液晶を封入したネガ型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、パソコンのディスプレイや車載用の表示装置として、液晶表示装置が使用されていた。
【0003】
図12は、このような液晶表示装置の一例を示したものであり、この液晶表示装置1は、例えばガラス基板等の互いに対向する2枚の透明基板2を有している。
【0004】
両透明基板2の互いに対峙する両内側表面には、例えばマトリクス電極等の透明電極3,4が形成されている。
【0005】
ここで、前記透明基板3,4をマトリクス電極にする場合、一方の透明電極3を、紙面垂直方向に所定間隔を設けて縞状にパターニングし、他方の透明電極4を、前記縞状に直交するようにして同じく縞状にパターニングするようになっている。従って、図12における上下の縞状の透明電極3,4を重ね合わせると、重なった部位の平面形状は格子状になる。
【0006】
前記一方の透明電極3の縞の数をX本とし、他方の縞の数をY本とすると、両透明電極3,4の交差する部分がX×Y個存在することになる。そして、これら複数個の交差部位によって複数個の画素が形成されるようになっている。
【0007】
前記両透明基板2は、周辺シール材5を介して互いに貼り合わされており、両透明基板2および前記周辺シール材5によって囲繞された空間内には、90°の捻れ配向を有するネマチック液晶7が封入されている。
【0008】
すなわち、前記ネマチック液晶7を構成する液晶分子のうち、両透明基板に近接する両端の液晶分子は、互いに直交する方向にラビング処理が施された一対の配向膜8によってそれぞれ初期配向を規制されており、これによって前記90°の捻れ配向が形成されるようになっている。
【0009】
そして、前記ネマチック液晶7のうち、電圧が印加された画素間の液晶のみが、配向を部分的に変化させることによって光を透過させて点灯表示を行うようになっている。一方、電圧が印加されない画素間の液晶は、遮光状態を維持するようになっている。
【0010】
液晶表示において、オフセグメントに対応する領域のように一時的に点灯表示が行われていない領域や、非表示領域のように点灯表示が全く行われない領域等のいわゆる背景領域は、液晶表示装置1の表示品位を向上させるため、良好な遮光度を有することが必要とされている。例えば、白黒の液晶表示を行う場合、前記背景領域は有彩色による着色のない黒色になっていることが必要とされる。以下、本明細書において、前記背景領域の遮光度を背景黒化度と称する。
【0011】
さらに、従来から、前記液晶表示装置1においては、良好なコントラストを得る等の観点から、前記ネマチック液晶7の液晶層の厚さであるセルギャップdと、液晶分子の屈折率異方性Δnとの積Δndを一定の範囲内に規制するようになっていた。すなわち、いわゆるファーストミニマムにおいてはΔndを0.6μm付近の値に設定し、セカンドミニマムにおいてはΔndを1.3μm付近の値に設定するようになっていた。
【0012】
以上のような構成を有する液晶表示装置1を用いて液晶表示を行う場合は、各画素間に選択的に電圧を印加して液晶の配向を部分的に変化させることにより、文字や画像等の所望の液晶表示を行うようになっていた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、背景黒化度は、前述したΔndの値に依存していることが経験上知られている。
【0014】
しかし、従来は、Δndの値が小さかったため、背景黒化度を向上させることが困難であった。例えば、背景黒化度が高いとされているサードミニマム(Δndが1.9μm付近)においても、なお背景領域に深緑色の着色が生じてしまうため、特に白色光源をバックライトとして用いる場合においては背景黒化度が十分とは言えなかった。
【0015】
さらに、屈折率異方性Δnは、一般に温度依存性を有することが知られており、
温度上昇にともなってΔnが低下するようになっている。このため、液晶表示装置1を高温度下で駆動する場合は、Δnの低下にともなうΔndの低下により、背景領域に赤色の着色が生じてしまっていた。
【0016】
従って、前述した背景黒化度の向上を、高温下における液晶表示装置1の駆動の際にも実現させることが、他の重要な課題の一つとなっていた。
【0017】
また、透明電極3,4をマトリクス電極にする場合、セグメント電極に比して複雑かつ細密な液晶表示を行うことができる一方で、電極本数が増えることにより、電圧の印加を予定していない画素間にまでわずかな電圧が印加されてしまうことがあった。このため、表示不良としてのいわゆるクロストークの問題が生じてしまっていた。
【0018】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、背景黒化度を向上しつつクロストークを低減することのできる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【0019】
前記目的を達成するため本発明の請求項1に係る液晶表示装置の特徴は、同一品質の製品を安定的に製造するために、前記ネマチック液晶の液晶層の厚さであるセルギャップdと、液晶分子の屈折率異方性Δnとの積Δndを2.3乃至2.5μmとし、かつ、偏光板をその偏光軸が一方の配向膜のラビング方向に対して平行にまたはほぼ直交するように配置し、前記ネマチック液晶の液晶材料中に青色系の二色性色素を含有させた点にある。
【0020】
そして、このような構成を採用したことにより、Δndの値を、背景黒化度を向上させるために好適な値にすることができるとともに、クロストークを低減することができ、また、背景黒化度の変化が少ないΔndの範囲を選択することにより、同一寸法のセルギャップの製造が困難な場合においても、大量生産に適した同一品質の製品を安定的に製造することができる。
【0021】
請求項2に係る液晶表示装置の特徴は、請求項1において、前記ネマチック液晶の0℃における粘性を50乃至105mPa・sとした点にある。
【0022】
そして、このような構成を採用したことにより、Δndを2.3乃至2.5μmにしても実用上問題のない応答速度が得られる。
【0023】
請求項3に係る液晶表示装置の特徴は、請求項1または請求項2において、前記青色系の二色性色素が0.2乃至5.0重量%含有されている点にある。
【0024】
そして、このような構成を採用したことにより、高温度下における液晶表示装置の駆動の際に、Δndが赤色の着色を生じる値に低下したとしても、青色系の二色性色素によって赤色の着色を防止することができ、高温下における液晶表示装置の駆動の際にも良好な背景黒化度を実現することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶表示装置の実施形態を図1乃至図11を参照して説明する。
【0026】
なお、従来と基本的構成の同一またはこれに類する箇所については同一の符号を用いて説明する。
【0027】
図1に示すように、本実施形態における液晶表示装置10は、例えばガラス基板等の、互いに平行とされた平面略長方形状の2枚の透明基板11,12を有しており、これらの透明基板11,12のうち、一方は、表示画面側となるフロント側基板11とされ、他方は、バックライト14側となるリヤ側基板12とされている。
【0028】
前記フロント側基板11および前記リヤ側基板12の互いに対峙する両内側表面には、例えばマトリクス電極等の透明電極3,4が形成されている。
【0029】
さらに、各透明電極3,4上には、フロント側配向膜15およびリヤ側配向膜16からなる一対の配向膜15,16が形成されており、各配向膜15,16には、図2に示すようにそれぞれ互いに直交する方向15a,16aにラビング処理が施されている。
【0030】
前記フロント側基板11および前記リヤ側基板12は、周辺シール材5を介して互いに貼り合わされており、両基板11,12および前記周辺シール材5によって囲繞された空間内には、図2に示すように90°の捻れ配向を有するネマチック液晶18が封入されている。
【0031】
すなわち、前記ネマチック液晶18の液晶分子18aのうち、両基板11,12に近接する両端の液晶分子18aは、互いに直交する方向にラビング処理が施された前記フロント側配向膜15および前記リヤ側配向膜16によってそれぞれ初期配向を規制されている。このため、前記90°の捻れ配向が形成されるようになっている。
【0032】
前記フロント側基板11および前記リヤ側基板12の外側には、フロント側偏光板20およびリヤ側偏光板21からなる一対の偏光板20,21が配設されており、両偏光板20,21の偏光軸20a,21aは互いに平行とされている。
【0033】
また、図3に示すように、前記偏光板20の偏光軸20aと配向膜15のラビング方向15aとは±5°の範囲で互いにほぼ直交しており、かつ、前記偏光板21の偏光軸21aと配向膜16のラビング方向16aとは、±5°の範囲で互いにほぼ平行になっている。
【0034】
さらに、本実施形態における液晶表示装置は、Δndの値が2.3乃至2.5μmとされている。
【0035】
従って、セルギャップdの偏差にともなう背景領域の着色や視角に対する色変化を防止することができるようになっている。
【0036】
ここで、図4は、一般的な液晶表示装置についてのΔnd、背景領域の色および透過率T0vの相関関係の一例を示したものであり、図5は、これを色度図上に表したものである。
【0037】
なお、透過率T0vは、透明電極の全画素間の印加電圧を0(V)とした場合における背景領域の光の透過率を示しており、この透過率T0vが小さいほど背景黒化度が優れているということができる。
【0038】
また、図4中のx、yは、色度を示す刺激値である。さらに、u*、v*などは、色彩や彩度に関する指数としてのクロマチックネス指数であり、L*はメトリック明度である。
【0039】
図5に示すように、Δndが1.4乃至1.6μmの領域付近においては背景領域に赤色の着色が発生し、1.8μmの領域付近においては緑色の着色が生じるようになっている。一方で、Δndを3.0μm以上の値にする場合は、背景領域は、有彩色による着色のない黒色に近くなる。
【0040】
すなわち、Δndが3.0μm以上においては、有彩色による着色が極めて少なく、優れた背景黒化度を発揮し得ることが推定できる。
【0041】
しかし、かかる背景黒化度をあまり大きくすると、液晶18の応答速度が遅くなる傾向があるため、適度なΔndの値を選択する必要がある。
【0042】
また、一般に、セルギャップdを一定の値に設計することは困難な場合が多いため、セルギャップdが多少異なっても背景黒化度の変化が少ないΔndを選択することが、同一品質の製品を安定的に製造する観点からも好ましい。
【0043】
ところで、図6は、図4に基づいてΔndと透過率T0vとの相関関係を示したものであるが、同図において、Δndが2.3乃至2.5μmの範囲においては、透過率がサードミニマム(Δnd≒1.9μm)の約1/2となっており、優れた背景黒化度を発揮することが分かる。
【0044】
さらに、Δndが2.3乃至2.5μmの範囲においては、透過率すなわち背景黒化度が一定の値を維持することができる。
【0045】
従って、本実施形態によれば、Δndを2.3乃至2.5μmにすることにより、背景黒化度を向上することができるとともに、かかる背景黒化度に優れた同一品質の液晶表示装置10を安定的に製造することができるようになっている。
【0046】
図7は、画素間にOFF電圧が印加されている場合の透過率Toff、色およびΔndの相関関係を示したものである。ここで、OFF電圧は、1/4デューティ、1/3バイアス駆動において、ON透過率が50%変化する電圧を選んだ。
【0047】
図8は、図4乃至図7に基づいて、クロストーク、色差(ΔE*)およびΔndの相関関係を示したものである。なお、クロストークは、全画素間の印加電圧を0(V)とした場合の透過率T0vと、図7におけるOFF電圧を印加した場合の透過率Toffとの減算T0v−Toffによって算出された値である。
【0048】
図9は、図8に基づいてΔndとクロストークとの相関関係を示したグラフであり、図10は、図8に基づいてΔndと色差(ΔE*)との相関関係を示したグラフである。なお、図10における色差(ΔE*)は、図9におけるクロストークに、さらに明度等の要素を含んだ概念であるため、背景領域の態様をより詳細に表したものということができる。このため、図10においては、便宜上、色差(ΔE*)を、クロストーク(ΔE*)として扱う。
【0049】
そして、図9および図10に示すように、Δndを2.3乃至2.5μmにした場合、クロストークの発生率を例えばサードミニマム(Δnd≒1.9μm)の場合の半分以下に低減することができることが分かる。また、Δndが2.3乃至2.5μmの範囲においては、クロストークの変化がほぼ一定の値をとることができる。
【0050】
従って、本実施形態によれば、クロストークを低減することができるとともに、かかるクロストークが低く低減された同一品質の液晶表示装置10を安定的に製造することができるようになっている。
【0051】
本実施形態における液晶表示装置10は、高温度下における駆動の際に、背景領域に赤色の着色が生じることを防止する観点から、前記ツイステッドネマチック液晶18の液晶材料中に、青色系の二色性色素を含有している。この二色性色素の含有率は、0.2乃至5.0重量%とされており、より好ましくは0.5乃至1.5重量%とされている。
【0052】
すなわち、本実施形態を車載用に適用する場合等においては、液晶表示装置10を高温下で駆動する場合が多くなるが、屈折率異方性Δnは温度上昇にともなって低下するようになっているため、Δndの値が、背景領域に赤色の着色を生じさせる値に低下してしまう虞がある。
【0053】
しかし、前記青系の二色性色素によって赤みを除去することができるため、Δndの低下が生じたとしても良好な背景黒化度を保持することができるようになっている。なお、前記青系の二色性色素として、林原生物化学研究所製のG−241,三菱化学製LSB−335、LSB−278等を例示することができる。
【0054】
従って、本実施形態においては、高温度下における駆動の際にも背景黒化度を良好に保持することができるようになっている。
【0055】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【0056】
まず、初期状態において、透明電極間3,4に電圧は印加されておらず、ネマチック液晶18は図2に示すように90°の捻れ配向を有している。
【0057】
この状態において、バックライト14を点灯させると、バックライト14から出た光は、リヤ側偏光板21によって図2における縦方向へ振動する光のみが透過光として透過され、他の光は吸収される。
【0058】
前記リヤ側偏光板21によって透過された透過光は、90°の捻れ配向したネマチック液晶18によって90°旋光された後、フロント側偏光板20側に進行するが、このフロント側偏光板20の偏光軸20aと前記透過光の振動方向とは互いに直交するため、この透過光はすべてフロント側偏光板20に吸収される。
【0059】
このため、初期状態における液晶表示装置10は、非表示状態となっている。
【0060】
次に、初期状態から液晶表示装置10の駆動を行う場合は、バックライト14を点灯させた後、点灯表示を行う領域に対応する画素間に、電圧を印加する。
【0061】
前記電圧が印加された画素間に位置するネマチック液晶18の液晶分子は、捻れ配向を有する状態から図11に示すようにセルギャップd方向に配向を変化させ、透過光の旋光を解除する。
【0062】
これにより、前記リヤ側偏光板21から液晶18側に透過された透過光は、ネマチック液晶18による旋光を受けずに同一の振動方向を維持した状態でフロント側偏光板20側に進行する。
【0063】
そして、フロント側偏光板20側に進行した透過光の振動方向と前記フロント側偏光板20の偏光軸20aとは互いに平行であるため、このフロント側偏光板20による光の透過によって点灯表示が行われる。
【0064】
このとき、Δndの値が2.3乃至2.5μmに設計されており、これによって背景黒化度が向上されているため、電圧が印加されていない画素部や非表示領域等の背景領域に着色が生じることを防ぐことができ、良好な液晶表示を行うことができる。
【0065】
また、液晶材料中には、青色系の二色性色素が0.2乃至5.0重量%含有されているため、液晶表示装置10を高温度下で駆動する場合においても、Δndの低下にかかわらず、背景領域に赤色の着色が生じることを防ぐことができる。
【0066】
従って、本実施形態によれば、背景黒化度を向上し、クロストークを低減することによって、背景領域の着色や表示不良の少ない高品位の液晶表示を行うことができるとともに、かかる高品位の液晶表示を行う同一品質の液晶表示装置10を安定的に製造することができる。
【0067】
さらに、液晶表示装置10を高温度下で駆動する場合においても背景黒化度を良好に保持することができる。
【0068】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【0069】
【実施例1】
90°捻れで、セルギャップdが11.5μmのセルに、Δnが0.207で、0℃での粘性が96mPa・sの液晶に、青系二色性色素を0.5wt%添加したものを注入した。Δndは2.38となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【0070】
−30℃にて、1/4デューティ、1/3バイアス、5V駆動で応答速度を測定した結果を表1に示す。実用上問題のない応答速度と言える。
【0071】
【表1】
【0072】
【比較例1】
90°捻れで、セルギャップdが11.5μmのセルに、Δnが0.207で、0℃での粘性が116mPa・sの液晶に、青系二色性色素を0.5wt%添加したものを注入した。Δndは2.38となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【0073】
−30℃にて、1/4デューティ、1/3バイアス、5V駆動で応答速度を測定した結果を表2に示す。立ち上がり時間、立ち下がり時間がそれぞれ10秒以上になると、表示の切り換え信号に追従せず、何も表示しない場合があり、応答速度性能としては、立ち上がり時間と立ち下がり時間との合計時間を20秒以下とするものが求められる。よって、比較例1の場合、立ち上がり時間と立ち下がり時間との合計時間が27秒であり、実用上問題がある。
【0074】
【表2】
【0075】
【実施例2】
90°捻れで、セルギャップdが11.5μmのセルに、Δnが0.207の液晶に、青系二色性色素を0.5wt%添加したものを注入した。Δndは2.38となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【0076】
25℃、50℃、80℃にて、0V背景色の観察を行った結果、80℃にて多少赤みが見られたが、実用上問題のないレベルであった。
【0077】
【比較例2】
90°捻れで、セルギャップdが11.5μmのセルに、Δnが0.207の液晶を注入した。Δndは2.38となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【0078】
25℃、50℃、80℃にて、0V背景色の観察を行った結果、50℃にて多少赤みが見られ、80℃では許容できないレベルであった。
【0079】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項1に係る液晶表示装置によれば、背景黒化度を向上し、クロストークを低減することによって高品位の液晶表示を行うことができるとともに、大量生産に適した同一品質の液晶表示装置を安定的に製造することができる。
【0080】
請求項2に係る液晶表示装置によれば、請求項1に係る液晶表示装置の効果に加えて、さらに表示品位を向上することができる。
【0081】
請求項3に係る液晶表示装置によれば、請求項1または請求項2に係る液晶表示装置の効果に加えて、高温度下における駆動の際にも背景黒化度を良好に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示装置の実施形態を示す断面図
【図2】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、遮光状態を示す分解斜視図
【図3】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、透明基板に配設された偏光板の偏光軸ならびに配向膜のラビング方向の関係を示した平面図
【図4】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、Δnd、背景領域の色および透過率T0vの相関関係を示した図
【図5】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、図4の相関関係を示す色度図
【図6】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、図4に基づいてΔndと透過率T0vとの相関関係を示したグラフ
【図7】ΔndとOFF電圧を印加した場合の透過率Toffの相関関係を示した図
【図8】図4乃至図7に基づいて、クロストーク、色差(ΔE*)、Δndおよび基板領域の色の相関関係を示した図
【図9】図8に基づいてΔndとクロストークとの相関関係を示したグラフ
【図10】図8に基づいてΔndとクロストーク(ΔE*)との相関関係を示したグラフ
【図11】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、光透過状態を示す分解斜視図
【図12】従来の液晶表示装置を示す概略断面図
【符号の説明】
3,4 透明電極
5 周辺シール材
10 液晶表示装置
11 フロント側基板
12 リヤ側基板
15 フロント側配向膜
16 リヤ側配向膜
18 ネマチック液晶
20 フロント側偏光板
21 リヤ側偏光板
Claims (3)
- 周辺シール材を介して貼り合わされた2枚の透明基板の互いに対峙する両内側表面に、少なくとも透明電極および所定方向へのラビング処理が施された配向膜を形成し、前記両透明基板および前記周辺シール材によって囲繞された空間内に、90°の捻れ配向を有するネマチック液晶を封入し、前記両透明基板の外側に、互いに平行な偏光軸を有する一対の偏光板を配設したネガ型液晶表示装置において、
同一品質の製品を安定的に製造するために、前記ネマチック液晶の液晶層の厚さであるセルギャップdと、液晶分子の屈折率異方性Δnとの積Δndを2.3乃至2.5μmにし、かつ、前記偏光板をその偏光軸が一方の配向膜のラビング方向に対してほぼ平行にまたはほぼ直交するように配置し、前記ネマチック液晶の液晶材料中に青色系の二色性色素を含有させたことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記ネマチック液晶の0℃における粘度が50乃至105mPa・s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。
- 前記青色系の二色性色素が0.2乃至5.0重量%含有されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶表示装置。
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