JP6235781B2

JP6235781B2 - 液晶表示装置、及び、液晶表示装置搭載機器

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Publication number: JP6235781B2
Application number: JP2013012122A
Authority: JP
Inventors: 岩本　宜久; 宜久岩本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014142551A

Description

本発明は、液晶表示装置、及び、液晶表示装置を搭載した機器に関する。

一般的な垂直配向型液晶表示素子は、略クロスニコルに設定された偏光板間に、垂直配向モード液晶セルを配置することにより構成される。垂直配向モード液晶セルは、上下基板間に挟持される液晶層の液晶分子配向が、基板に対して略垂直となる液晶セルである。垂直配向型液晶表示素子においては、基板法線方向から観察したときの背景表示部（電圧無印加部）の光透過率が非常に低く、略クロスニコル配置された２枚の偏光板の光透過率とほぼ等しい。このため垂直配向型液晶表示素子は、高コントラストでの表示を比較的容易に実現することができる。

液晶分子を均一に配向させる幾つかの方法が知られている。基板内面となる面に、（ｉ）配向膜としてＳｉＯ_ｘなどの金属酸化物を斜方蒸着し、蒸着した表面に鋸形状を形成することで、表面形状効果による均一配向を実現する方法、（ｉｉ）ポリイミドなどで有機配向膜を形成し、配向膜に紫外線を、基板法線方向から傾いた方向より照射する、いわゆる光配向処理方法（たとえば特許文献１参照）、（ｉｉｉ）特定の表面自由エネルギーを有する配向膜を成膜した後、ラビング処理する方法（たとえば特許文献２参照）等である。これらは、電圧無印加時の垂直配向モード液晶セルの液晶層において、ある方位に液晶分子を配向可能なモノドメイン配向処理方法である。

モノドメイン垂直配向型液晶表示素子は、正面観察時の高コントラスト表示に加え、上下基板のうち少なくとも一方側の基板と偏光板との間に、負の一軸または／及び負の二軸光学異方性を有する視角補償板を配置することにより、背景表示部及び暗表示時の広い視角特性を獲得することができ、更に、明表示時においては最良視認方位及びその直交方位に対して、良好な視角特性を有することから、特に、左右方位と上方位、または左右方位と下方位の３方位の視角特性を重視する、たとえば車載用の液晶表示装置に広く用いられる。

特許第２８７２６２８号公報特開２００５−２３４２５４号公報

図１０は、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置の一例を示す概略的な断面図である。電極及び配向膜を備える表側基板（上側基板）５０ａ、裏側基板（下側基板）５０ｂ間の、枠状に形成されたシール部５４に囲まれる領域に、液晶層５５が配置されている。液晶層５５は、液晶分子が基板５０ａ、５０ｂに対し略垂直に配向する液晶層である。両基板５０ａ、５０ｂの配向膜には、それぞれ液晶分子を一方向に配向させる配向処理が施されている。基板５０ａ、５０ｂの液晶層５５とは反対側の面には、表側偏光板５６ａ、裏側偏光板５６ｂが、たとえばクロスニコルに配置される。基板５０ａ、５０ｂ、シール部５４、液晶層５５、及び、偏光板５６ａ、５６ｂを含んで、液晶表示装置の液晶素子部分が構成される。

液晶表示素子部分の裏面にバックライト５９が配置され、液晶表示素子部分とバックライト５９の間に、拡散板または／及び輝度向上フィルム等の光学フィルム５８が積層して配置される。液晶表示素子、光学フィルム５８、及び、バックライト５９は、ハウジング（筐体）６０内の適切な位置に固定されている。

モノドメイン垂直配向型液晶表示装置に振動が加わると、明表示部に暗領域が発生し、表示ムラが生じる場合がある。これは、たとえば数Ｈｚ以下の低周波数で明暗点滅表示を行う場合に生じる。

図１１Ａは、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置に振動を加えず、表示部を点滅動作させたときの、明表示状態を示す写真である。液晶分子の配向方位は写真の上下方位である。また、黒で記入した×印で、表側及び裏側偏光板の吸収軸方位を示す。表側、裏側偏光板の吸収軸方位は、液晶分子の配向方位に対して、時計回り方向、反時計回り方向に略４５°をなす方位である。矩形状の表示部面内で均一な明表示状態が得られている。なお、明暗表示の点滅は３Ｈｚで行った。

図１１Ｂは、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置に外部から５Ｈｚの正弦波振動を与えたときの表示部を示す写真である。表示部の一部に暗領域が現れ、液晶分子の配向方位に沿って筋状のムラ（ラビング筋）が観察される。

たとえば走行中の自動車、鉄道車両、航空機内、またプレス機等の機械装置が設置される工場内においては、振動の発生が顕著である。このためこれらの産業機器または環境に設置される垂直配向型液晶表示装置においては、表示部の一部に暗領域が出現する不具合が起きる可能性が高い。

本発明の目的は、良好な表示を行う液晶表示装置、及び、該液晶表示装置を搭載した機器を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ｉ）対向配置された第１及び第２の基板であって、対向する面に、対向して表示部を構成する電極、及び垂直配向膜を備え、該垂直配向膜の少なくとも一方は、液晶層にプレティルトを発現する配向処理が施された第１及び第２の基板と、（ｉｉ）前記第１及び第２の基板間に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料を含んでわずかに傾斜した垂直配向する液晶層と、（ｉｉｉ）前記第１及び第２の基板の前記液晶層とは反対側に、互いにクロスニコル、かつ、それぞれの吸収軸が、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して４５°となるように配置された第１及び第２の偏光板とを備える液晶表示素子と、前記液晶表示素子の、前記第２の偏光板側に配置された光源と、前記第１及び第２の基板の電極と電気的に接続された駆動回路とを有し、前記液晶表示素子は、液晶層内におけるプレティルト角が８７°以上８９．９１°以下のモノドメイン液晶表示素子であり、前記駆動回路は、前記液晶表示素子の対向する電極間に、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚで表示部を明暗表示させるための電圧を印加し、前記表示部は前記電圧による点滅動作を行い、２Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度１ｍ／ｓ ^２未満の振動が印加され、暗表示時に印加された前記振動により前記第１、第２の基板に変形が生じた場合にも、前記液晶層内の液晶分子配向方位は、明表示時にはプレティルト角発現方位に沿うことにより、前記表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、前記液晶表示装置と、前記液晶表示装置を搭載し、前記液晶表示装置に対し、２Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度１ｍ／ｓ ^２未満の振動の伝導を生じさせる外部装置とを有し、前記振動が印加された場合に、前記液晶表示装置の表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置搭載機器が提供される。

本発明によれば、良好な表示を行う液晶表示装置、及び、該液晶表示装置を搭載した機器を提供することができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、実験に用いたモノドメイン垂直配向型液晶表示装置の一部を示す概略的な断面図及び平面図であり、図１Ｃは、実験に用いたモノドメイン垂直配向型液晶表示装置を示す概略的な断面図である。図２は、各振動周波数における実現可能な最大加速度を示すグラフである。図３は、表示均一性が保持されなくなる加速度を、液晶表示装置に印加する振動の周波数ごとに調べた結果を示すグラフである。図４は、横軸をプレティルト角、縦軸を表示均一性が保持されなくなる加速度としたグラフである。図５は、プレティルト角が８９．５９°のサンプルの表示部を点滅周波数１Ｈｚ、２Ｈｚ、３Ｈｚ、４Ｈｚ、及び、５Ｈｚで点滅させ、表示の均一性が得られなくなる加速度を、液晶表示装置に印加する振動の周波数ごとに調べた結果を示すグラフである。図６Ａは、図１Ａに示すモノドメイン垂直配向型液晶表示素子の液晶層厚さ方向の中央における液晶分子１５ａの配向モデルを示す概略的な平面図であり、図６Ｂは、電極１２ａ、１２ｂ間に電圧を印加したときの、液晶層中央分子１５ａの配向状態を示す概略的な平面図である。図７Ａは、電圧無印加時に振動が与えられた液晶表示素子の液晶層中央分子１５ａの配向状態を示す概略的な平面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す状態にある液晶分子１５ａに、明表示のための電圧が印加されたときの液晶層１５の厚さ方向中央を示す概略的な平面図である。図８Ａは、実験に用いたモノドメイン垂直配向型液晶表示装置を示す概略的な断面図であり、図８Ｂは、振動が印加される液晶表示装置の液晶層中央分子１５ａの配向状態を示す概略的な平面図である。図９は、実施例による液晶表示装置搭載機器の一部を示す概略図である。図１０は、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置の一例を示す概略的な断面図である。図１１Ａは、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置に振動を加えず、表示部を点滅動作させたときの、明表示状態を示す写真であり、図１１Ｂは、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置に外部から５Ｈｚの正弦波振動を与えたときの表示部を示す写真である。

本願発明者は、垂直配向型液晶表示装置に外部から振動等を与えたときの表示に関し、種々の実験を行った。

図１Ａは、実験に用いたモノドメイン垂直配向型液晶表示装置の一部（液晶表示素子部分）を示す概略的な断面図である。まず、作製方法を説明する。

片面が研磨処理され、その表面にＳｉＯ_２アンダーコート及びシート抵抗値３０Ω□の透明導電膜（ＩＴＯ膜）が順に形成された厚さ０．７ｍｍの青板ガラス基板を２枚準備する。フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程でＩＴＯ膜をパターニングし、表側透明電極（セグメント電極）１２ａが形成された表側透明基板１１ａ、及び、裏側透明電極（コモン電極）１２ｂが形成された裏側透明基板１１ｂを作製する。必要に応じ、ＩＴＯ電極１２ａ、１２ｂの表面上の一部にＳｉＯ_２膜などの絶縁膜を形成してもよい。

電極１２ａ、１２ｂが形成された透明ガラス基板１１ａ、１１ｂをアルカリ溶液等で洗浄した後、基板１１ａ、１１ｂの電極１２ａ、１２ｂ形成面に、日産化学工業株式会社製の垂直配向膜材料をフレキソ印刷法で塗布し、クリーンオーブン内で１８０℃、３０分間の焼成を行う。続いて、綿製ラビング布を用い、各透明基板１１ａ、１１ｂ面内の一方位にラビング処理（配向処理）を実施し、電極１２ａ、１２ｂを覆う表側配向膜１３ａ、裏側配向膜１３ｂを形成する。こうして表側透明基板１１ａ、表側透明電極１２ａ、表側配向膜１３ａを含む表側基板１０ａと、裏側透明基板１１ｂ、裏側透明電極１２ｂ、裏側配向膜１３ｂを含む裏側基板１０ｂが作製される。

表側基板１０ａの配向膜１３ａ形成面に、粒径約４μｍの積水化学工業株式会社製プラスティックスペーサーを、乾式散布法で全面散布する。裏側基板１０ｂの配向膜１３ｂ形成面には、径約４μｍの日本電気硝子株式会社製ロッド状ガラススペーサーを含む、三井化学株式会社製熱硬化型シール材１４をディスペンサーで、所定のパターンに塗布する。その後、基板１０ａ、１０ｂを、電極１２ａ、１２ｂ及び配向膜１３ａ、１３ｂ形成面が対向し、ラビング方位がアンチパラレルとなるように貼り合わせ、熱圧着によりシール材１４を硬化させて空セルを完成させる。

ＤＩＣ株式会社製の、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を真空注入法で空セルに注入した後封止し、１２０℃で１時間焼成する。

基板１０ａ、１０ｂの液晶層１５とは反対面側に表側偏光板１６ａ、裏側偏光板１６ｂを、クロスニコルに、かつ、各々の吸収軸が、ラビング処理により規定される液晶層中央分子（液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子）の配向方位に対して４５°となるように貼り合わせる。偏光板１６ａ、１６ｂとして、たとえば株式会社ポラテクノ製の偏光板ＳＨＣ１３Ｕを使用することができる。必要に応じ、基板１０ａ、１０ｂと偏光板１６ａ、１６ｂの間に、視角補償板を配置することが可能である。図１Ａに示す液晶表示素子においては、基板１０ｂと偏光板１６ｂの間に、面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向の位相差２２０ｎｍの、負の二軸光学異方性を有する視角補償板１７を挿入した。

液晶層１５におけるプレティルト角は、ラビング条件を調整することにより、８９．１°〜８９．９５°程度に設定した。セル厚の実測値は３．６μｍ〜３．８μｍ程度であった。液晶層１５のリタデーションは、３３０ｎｍ〜３６０ｎｍ程度である。

図１Ａに示す液晶表示素子は、離間して略平行に対向配置された表側基板１０ａ、裏側基板１０ｂ、及び両基板１０ａ、１０ｂ間に挟持された液晶層１５を含んで構成される。

表側基板１０ａは、表側透明基板１１ａ、表側透明基板１１ａの対向面上に形成された表側透明電極１２ａ、及び、表側透明電極１２ａ上に形成された表側配向膜１３ａを含む。同様に、裏側基板１０ｂは、裏側透明基板１１ｂ、裏側透明基板１１ｂの対向面上に形成された裏側透明電極１２ｂ、及び、裏側透明電極１２ｂ上に形成された裏側配向膜１３ｂを含む。表側透明電極１２ａと裏側透明電極１２ｂは対向して表示部を構成する。

液晶層１５は、表側基板１０ａの配向膜１３ａと、裏側基板１０ｂの配向膜１３ｂの間の、シール部１４に囲まれた領域に配置される。液晶層１５は、わずかに傾斜した垂直配向する液晶層である。配向膜１３ａ、１３ｂには、液晶層１５内がモノドメイン垂直配向になるように配向処理が施されている。

表側基板１０ａ、裏側基板１０ｂの液晶層１５と反対面側に、表側偏光板１６ａ、裏側偏光板１６ｂが、略クロスニコルに、かつ、各々の吸収軸が液晶層中央分子の配向方位に対して略４５°となるように配置される。裏側基板１０ｂと偏光板１６ｂの間に、視角補償板１７が挿入されている。

実際の液晶表示素子に偏光板を貼り合わせる場合、裏表偏光板吸収軸を完全にクロスニコル、すなわち、互いの吸収軸を９０°に直交させて貼り合わせることは困難である。貼り合わせのばらつき範囲は９０°±２°以内であれば実現できる。本願においては、クロスニコル配置に関しては前記ばらつき範囲も含んだ貼り合わせ角度とする。また、偏光板吸収軸と液晶層中央分子配向方位間の角度を完全に４５°とすることも実際には困難であり、本願においては、４５°±２°も含み「４５°」と表記する。

図１Ｂは、実験に用いたモノドメイン垂直配向型液晶表示装置の一部を示す概略的な平面図である。液晶表示装置は、図１Ａに示した液晶表示素子、及び、回路２３を含んで構成される。

液晶表示素子部分を表側から見た外形は、横１７３ｍｍ、縦５５ｍｍの矩形状である。その中央付近に、横７０ｍｍ、縦２８ｍｍの矩形状表示部２１が画定されている。横方向の一辺に沿って、幅２．５ｍｍの端子部２２が形成されている。端子部２２には、電極１２ａ、１２ｂ取り出し端子（外部取り出し端子）が配置される。電極１２ａ、１２ｂ取り出し端子はリードフレームの端子と接続され、リードフレームを介して、回路２３と電気的に接続される。回路２３は、たとえば液晶表示素子を電気的に動作させる駆動回路、及び、駆動回路に接続され、意図したパターンを液晶表示素子に表示させる制御回路を含む。駆動回路は、電極１２ａ、１２ｂ間に、表示部２１を明暗表示させるための電圧を印加し、表示部２１は印加された電圧により点滅動作を行う。制御回路は、表示部２１の点灯消灯状態の制御等を行う。

図１Ｃに、実験に用いたモノドメイン垂直配向型液晶表示装置の概略的な断面図を示す。

液晶表示素子部分の裏面に、拡散板等の光学フィルム１８を装備したバックライト１９が配置される。液晶表示素子とバックライト１９は、ハウジング（筐体）２０内の所定位置に固定される。

バックライト１９には、たとえば直下型またはサイドライト型のバックライトが用いられる。直下型では、たとえば液晶表示素子の表示面と平行な面内に無機ＬＥＤなどの光源を配置し、光源と液晶表示素子の間に光を拡散させるフィルムを設置する。サイドライト型においては、樹脂などで形成される導光板の側面に光源を配置し、液晶表示素子の表示面と略平行となる導光板の面から光を出射する。ここではサイドライト型のバックライト１９とした。

なお、回路２３は、ハウジング２０の内部または外部に配置される。

本願発明者は、プレティルト角が８９．９１°、８９．５９°、８９．３８°、８９．２１°の４つの液晶表示素子のサンプルを作製し、表示の均一性に関して実験を行った。

表示面の最良視認方向（図１Ｂにおける６時方位）、極角０°〜４０°の範囲から液晶表示装置の明暗点滅状態を目視し、図１１Ａの写真に示した状態とは異なり、少しでも表示の均一性が損なわれた状態が現れたとき、たとえば図１１Ｂの写真に示したような暗領域が表示部２１の一部に認識されたときに、表示均一性が得られていないと評価した。なお、液晶表示装置の表示面の法線方向を極角０°と規定する。

実験においては、原則として１／４デューティ、１／３バイアスのマルチプレックス駆動で液晶表示装置を駆動した。駆動波形をフレーム反転波形、フレーム周波数を２５０Ｈｚ、駆動電圧を５Ｖとして動作させた。点滅周波数を５Ｈｚ以下で調整し、明暗点滅表示を行った。

また実験においては、液晶表示装置をＩＭＶ株式会社製の動電式振動試験装置ＶＳ‐１２０‐０６の振動ステージに設置し、所望の周波数及び加速度の正弦波振動を液晶表示装置の厚さ方向（表示面の法線方向）に印加した。振動周波数はたとえば２Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲で調整した。ただし、振動試験装置においては変位振幅に上限があり、したがって加速度の上限値（最大加速度）が制限される。

図２に、各振動周波数における実現可能な最大加速度を示す。グラフの横軸は振動周波数を単位「Ｈｚ」で示し、縦軸は、最大加速度を単位「ｍ／ｓ^２」で示す。たとえば振動周波数が２Ｈｚのとき、実現可能な最大加速度は約２ｍ／ｓ^２であり、振動周波数が６Ｈｚのとき、実現可能な最大加速度は約１５ｍ／ｓ^２である。振動周波数が低いほど実現できる最大加速度は小さい。実験においては、特に６Ｈｚ以下の振動周波数において、加速度の制限が問題となる可能性がある。なお、ＪＩＳＣ６００６８−２−６によると、正弦波振動の振幅加速度ａ（ｍ／ｓ^２）、変位振幅ｄ（ｍｍ）、及び、振動周波数ｆ（Ｈｚ）の間には以下の式（１）の関係がある。

式（１）を用いると、たとえば振動周波数が２Ｈｚのとき、変位振幅の上限値は約１２．７ｍｍとなり、振動周波数が６Ｈｚのとき、変位振幅の上限値は約１０．５ｍｍとなる。振動試験装置ＶＳ‐１２０‐０６において、たとえば印加する振動の周波数を２Ｈｚ〜６Ｈｚとするとき、変位振幅は１３ｍｍ以下に制限される。

実験は、このような装置上の制限のもとで行った。

本願発明者は、まず表示均一性のプレティルト角依存性について調べた。プレティルト角が相互に異なる４つのサンプルに対し、液晶表示装置の表示部点滅周波数を３Ｈｚに固定して、表示の均一性が得られなくなる加速度を、液晶表示装置に印加する振動の周波数ごとに調べた。

図３は、表示均一性が保持されなくなる加速度を示すグラフである。グラフの横軸は、印加した振動の周波数を単位「Ｈｚ」で示し、縦軸は、表示均一性が損なわれる加速度を単位「ｍ／ｓ^２」で示す。菱形のプロットでプレティルト角が８９．９１°のサンプルを表す。また正方形のプロット、円形のプロットで、それぞれプレティルト角が８９．５９°、８９．３８°のサンプルを表す。

菱形のプロットを参照すると、プレティルト角が８９．９１°のサンプルにおいては、振動周波数によらず、１ｍ／ｓ^２〜２ｍ／ｓ^２の加速度で表示均一性が損なわれている。すなわち１ｍ／ｓ^２〜２ｍ／ｓ^２未満の加速度範囲でしか表示の均一性が保持されない。

正方形のプロットを参照すると、プレティルト角が８９．５９°のサンプルにおいては、４Ｈｚ未満の振動周波数の範囲では、小さい加速度でも表示の均一性が損なわれる傾向が見られる。印加する振動の周波数が４Ｈｚ以上のときは、５ｍ／ｓ^２以上の加速度まで表示均一性が保たれる。また印加する振動の周波数が増加するにしたがって、表示均一性が保持されなくなる加速度も増加する（高い振動周波数に対しては表示の安定性が高い）傾向が認められ、その傾向は４Ｈｚ未満の範囲で顕著である。更に、表示均一性が損なわれる加速度は、すべての振動周波数において、プレティルト角が８９．９１°のサンプルの２倍以上である。

円形のプロットを参照する。プレティルト角が８９．３８°のサンプルにおいては、４Ｈｚ未満の振動周波数の範囲では、振動試験装置が印加可能な最大加速度の正弦波振動を与えても表示均一性は保持された。４Ｈｚ以上の振動周波数では表示均一性は損なわれるが、プレティルト角が８９．５９°のサンプルと同等な加速度６ｍ／ｓ^２か、より大きな加速度まで表示の均一性が保たれる傾向があることがわかる。また、プレティルト角が８９．３８°のサンプルにおいても、印加する振動の周波数が増加するにしたがって、表示均一性が保持されなくなる加速度も増加する（高い振動周波数に対しては表示の安定性が高い）傾向が認められる。

更に、プレティルト角が８９．２１°のサンプルについて実験を行った結果、２Ｈｚ〜３０Ｈｚの振動周波数の範囲で、振動試験装置が印加可能な最大加速度の正弦波振動を与えても表示均一性は保持された。すなわちプレティルト角が８９．２１°のサンプルは、振動に対する表示の安定性が４つのサンプルの中で最も高く、少なくとも６Ｈｚ以上の振動周波数においては、１５ｍ／ｓ^２（約１．５Ｇ）以上の加速度に対し表示均一性が保持されることがわかった（図２参照）。

図４は、横軸をプレティルト角、縦軸を表示均一性が保持されなくなる加速度としたグラフである。図４には、図３に示したデータの一部をあらためてプロットした。液晶表示装置に印加する振動の周波数が５Ｈｚの場合を菱形、１０Ｈｚの場合を円形、１５Ｈｚの場合を三角形、２０Ｈｚの場合を正方形で表した。

プレティルト角が低くなるにしたがい、各振動周波数において表示均一性が損なわれる加速度が増加する（プレティルト角が低いほど表示の安定性が高い）傾向が明確に認められる。また、プレティルト角が９０°に近い場合は、振動周波数に依存せず小さい加速度で表示均一性が損なわれるが、プレティルト角が低くなるにつれて、振動周波数による差が現れる傾向もみられる。この場合、図３を参照して説明したように、印加する振動の周波数が低いと、小さい加速度で表示均一性が保持されなくなる。印加する正弦波振動の変位振幅も、表示均一性が損なわれる加速度と関係していると考えられる。

表示の均一性はプレティルト角に依存する。プレティルト角が低いほど、大きい加速度に対しても表示均一性は保持される（振動に対する表示の安定性は高い）。また、プレティルト角が８９．２１°以下の場合は、２Ｈｚ〜３０Ｈｚの振動周波数の、たとえば正弦波振動が、液晶表示装置の厚さ方向（表示面の法線方向）に与えられても表示均一性は保持される。

なお、プレティルト角は、電圧無印加時における液晶表示素子の光抜けを防止する観点から、８７°以上であることが好ましく、８８°以上であることが一層好ましい。

次に本願発明者は、表示均一性の明暗点滅周波数依存性について調べた。

図５は、プレティルト角が８９．５９°のサンプルの表示部を点滅周波数１Ｈｚ、２Ｈｚ、３Ｈｚ、４Ｈｚ、及び、５Ｈｚで点滅させ、表示の均一性が得られなくなる加速度を、液晶表示装置に印加する振動の周波数ごとに調べた結果を示すグラフである。グラフの両軸の表す意味は、図３のグラフにおけるそれと等しい。菱形、正方形、三角形、円形の各プロットで、点滅周波数が１Ｈｚ、２Ｈｚ、３Ｈｚ、４Ｈｚの場合を示す。また、黒い正方形のプロットで点滅周波数が５Ｈｚの場合を示す。

印加する振動の周波数が５Ｈｚ〜７Ｈｚの範囲においては、低い点滅周波数で駆動した方が、大きい加速度まで表示の均一性が保持される傾向が認められるが、他の振動周波数範囲においては、点滅周波数による相違は特には認められない。図５に示す結果から、表示均一性の明暗点滅周波数依存性は小さいといえる。したがって点滅周波数が５Ｈｚ以下の範囲、実験は点滅周波数１Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲で行ったが、たとえば０．５Ｈｚ〜５Ｈｚの点滅周波数の範囲においては、一例としてプレティルト角が８９．２１°以下の液晶表示装置は、振動周波数が２Ｈｚ〜３０Ｈｚの振動に対して、表示均一性を保持することができる。

続いて、本願発明者は、表示均一性保持の駆動条件及び駆動方法依存性について調べた。この実験には、プレティルト角が８９．２１°のサンプルを使用した。

まずマルチプレックス駆動において、駆動波形をフレーム反転波形からライン反転波形に変えて振動を印加した。振動周波数３０Ｈｚ以下の範囲で、周波数と加速度を変化させて振動を印加し、外観観察を行ったところ、明暗点滅周波数が０．５Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲においては、表示の均一性が損なわれることはなかった。また、デューティ比を１／１６デューティ以下の範囲で変更し、正面観察時に最大コントラストが得られる駆動電圧で動作させたが、表示の均一性は保持された。更に、１／４デューティ、１／３バイアス時に５Ｖ駆動条件に相当する約２．９Ｖｒｍｓの駆動電圧でスタティック駆動を行ったが、表示均一性は保持されることが確認された。プレティルト角が８９．２１°以下の液晶表示装置を、振動周波数３０Ｈｚ以下の振動印加状況において、明暗点滅周波数０．５Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲で動作させた場合、駆動条件や駆動方法による特段の制限を受けず、表示の均一性が保持される。たとえば１／１６デューティ以下のデューティ比のマルチプレックス駆動で均一な表示を行うことができる。

なお、実験においては、液晶表示素子とバックライト１９をハウジング２０内に固定した液晶表示装置を用いたが、本願発明者は、液晶表示素子をバックライト１９の発光面に載置し、液晶表示素子の一部、たとえば表示部２１以外の部分に粘着テープを用いて、両者を好ましく密着、固定した状態（ハウジング２０を使用せず液晶表示素子とバックライト１９を密着、固定した状態）でも振動試験を実施した。この場合も、液晶表示素子とバックライト１９をハウジング２０内に固定した液晶表示装置について得られた結果と同様の結果が得られた。

本願発明者は、表示均一性が損なわれる理由を以下のように考察した。

図６Ａは、図１Ａに示すモノドメイン垂直配向型液晶表示素子の液晶層厚さ方向の中央における液晶分子１５ａの配向モデルを示す概略的な平面図である。本図に示すように、液晶分子１５ａは電圧無印加時、ラビング処理方向などの配向方位にしたがい、一様にわずかに傾斜した略垂直配向状態となる。図の左側に、液晶層中央分子１５ａの配向方位を矢印で表した。なお、図の右上には、クロスニコルに配置された表側及び裏側偏光板１６ａ、１６ｂの吸収軸方位を示した。

図６Ｂに、電極１２ａ、１２ｂ間に電圧を印加したときの、液晶層中央分子１５ａの配向状態を示す。電圧の印加により、液晶分子１５ａは配向方位にしたがって一様に大きく傾斜する。

たとえば回路２３を用い、閾値以上の電圧と閾値未満の電圧とを交互に印加して点滅動作（明暗表示）を行っている液晶表示素子に、外部から振動が与えられた場合を考える。

図７Ａは、閾値未満電圧の印加時（電圧無印加時）に、振動が与えられた液晶表示素子の液晶層中央分子１５ａの配向状態を示す概略的な平面図である。振動による応力で基板１０ａ、１０ｂが湾曲し、液晶分子１５ａが、配向処理によって規定される配向方位とは異なる方位に、わずかに傾斜する領域Ｓが形成される。

図７Ｂは、図７Ａに示す状態にある液晶分子１５ａに、閾値以上の電圧（明表示のための電圧）が印加されたときの液晶層１５の厚さ方向中央を示す概略的な平面図である。電圧の印加により、領域Ｓの液晶層中央分子１５ａは、配向処理によって規定される配向方位（偏光板１６ａ、１６ｂの吸収軸と４５°をなす方位）とは異なる方位に大きく傾斜する。このため領域Ｓは明表示時に暗領域化すると考えられる。

配向処理によって規定される方位とは異なる方位に液晶分子１５ａが傾斜するのは、プレティルト角が９０°に近い垂直配向型液晶表示素子においては、液晶層１５と接触する基板１０ａ、１０ｂ界面の配向規制力（基板１０ａ、１０ｂ面内方位の配向規制力）が微弱であるためであろう。プレティルト角が低いと、基板１０ａ、１０ｂ面内方位の配向規制力は大きい。プレティルト角が低い液晶表示素子ほど、大きい加速度に対しても表示均一性が保持され、プレティルト角が８９．２１°の液晶表示素子においては表示均一性が損なわれなかったという実験結果は、この点に理由を求めることができると思われる。小さい加速度で表示の不均一が発生しにくいのは、基板１０ａ、１０ｂの変形が小さいためであろう。なお、水平配向型の液晶表示素子においては、振動を印加しても暗領域は発生しない。

本願発明者は、上述した暗領域発生の理由を裏付ける実験を行った。

図８Ａは、実験に用いたモノドメイン垂直配向型液晶表示装置を示す概略的な断面図である。本図に示す液晶表示装置は、光学フィルム１８を装備したバックライト１９と液晶表示素子との間に、突起物２４を配置した点で図１Ｃの液晶表示装置と異なる。突起物２４は、高さ約１ｍｍの略円錐形状の硬質突起物である。突起物２４の頂点と液晶表示素子の裏面（裏側偏光板１６ｂ）が接触した状態で、明暗点滅周波数１Ｈｚで動作させた液晶表示装置に振動を加えた。すると、表示部２１の明表示内に、突起物２４の配置位置を中心とする、表側及び裏側偏光板１６ａ、１６ｂの吸収軸方位と略平行な暗領域が、略Ｘ字状に発現する現象が観察された。略Ｘ字状の暗領域は、液晶表示素子にプレティルト角８９．９１°のサンプルを用いたときには、２ｍ／ｓ^２の加速度で認められた。

図８Ｂは、振動が印加される液晶表示装置の液晶層中央分子１５ａの配向状態を示す概略的な平面図である。本図には、暗表示時（電圧無印加時）の配向状態を示した。基板１０ａ、１０ｂの突起物２４周辺は、突起物２４の配置位置を中心として大きく放射状に湾曲する。このため液晶層中央分子１５ａは、突起物２４配置位置を中心に放射状に傾斜配向する。液晶層中央分子１５ａがこの状態にあるときに、明表示のための電圧が印加されると、液晶分子１５ａは、放射状配向状態のまま更に傾斜する。この結果、偏光板１６ａ、１６ｂの吸収軸方位と略平行な方位に配向する領域が暗領域化し、略Ｘ字状に観察されたと考えられる。

本願発明者は、更に、明暗点滅表示を行っている液晶表示装置を、指で周期的に叩く、または、押す実験を行った。この実験においては、図１Ｃに示す液晶表示装置を用い、点滅周波数を１Ｈｚとした。表示部２１の電圧無印加領域を、液晶分子の略垂直配向状態（正面観察時における略クロスニコル偏光板の暗状態）が維持される程度の圧力で、叩いた、または、押した。叩く、または、押す周期は、振動数が０．５Ｈｚ〜３Ｈｚとなる範囲で調整した。叩く、または、押す際の圧力または周期により、指で叩く、または、押す動作を行う位置から１ｃｍ程度以上離れた明表示部内に、暗領域が観察される場合があった。

指で周期的に叩く、または、押す行為は、液晶表示素子の基板１０ａの表面に直接、周期的に外力を加え、基板１０ａを変形させる行為である。このため突起物２４を配置した実験の場合と同様に、叩かれた、または、押された部分とその周辺を中心として基板１０ａ、１０ｂの湾曲が生じ、この影響で、暗表示時の液晶層中央分子１５ａが、配向処理によって規定される配向方位とは異なる方位に配向する状態となる。そこに明表示のための電圧が印加され、液晶分子１５ａが配向ずれの状態のまま傾斜して、暗領域が形成されたものと考えられる。

突起物２４を配置する実験、及び、指で周期的に外力を加える実験を、点滅周波数０．５Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲で調整して行ったところ、どの点滅周波数でもほぼ等しく暗領域が発生した。また、プレティルト角が異なる複数のサンプルについて実験したところ、プレティルト角８９．２１°のサンプルにおいては、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲のいずれの点滅周波数でも暗領域の発生は認められなかった。０．５Ｈｚ〜３Ｈｚの周期的外力が加わる環境下で、プレティルト角が８９．２１°以下の液晶表示装置を、明暗点滅周波数０．５Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲で動作させても、表示の均一性は保持される。

本願発明者が行った種々の実験より、たとえば図１Ａ〜図１Ｃに示す液晶表示装置において、液晶層１５の液晶分子に８７°以上８９．２１°以下、一層好ましくは８８°以上８９．２１°以下のプレティルト角が発現するように、基板１０ａ、１０ｂ（配向膜１３ａ、１３ｂ）に配向処理をほどこせば、光抜けや暗領域の発生のない、均一で良好な表示を実現する液晶表示装置（実施例による液晶表示装置）の液晶素子部分とすることができる。実施例による液晶表示装置は、更に、液晶表示素子の裏面側に配置されるバックライト１９、及び、基板１０ａ、１０ｂ（電極１２ａ、１２ｂ）と電気的に接続され、液晶表示素子を点滅周波数０．５Ｈｚ〜５Ｈｚで点滅動作させる回路２３を含む。回路２３は、液晶表示素子を、たとえば１／１６デューティ以下のデューティ比のマルチプレックス駆動で動作させることができる。

実施例による液晶表示装置は、点滅周波数０．５Ｈｚ〜５Ｈｚで点滅動作を行い、振動周波数が３０Ｈｚ以下、たとえば２Ｈｚ〜３０Ｈｚの振動、または、０．５Ｈｚ〜３Ｈｚの周期的外力に対して、均一で良好な表示（表示部の明表示時の表示均一性）を維持することができる。振動は、たとえば正弦波振動であり、液晶表示装置の厚さ方向（表示面の法線方向）に加えられる。外力は、たとえば基板１０ａ、１０ｂを湾曲させる外力である。実施例による液晶表示装置は、たとえば６Ｈｚ以上の振動周波数の範囲においては、約１．５Ｇ以上の加速度の振動に対し、表示均一性を保持することができる。

図９は、実施例による液晶表示装置を搭載した機器（実施例による液晶表示装置搭載機器）の一部を示す概略図である。液晶表示装置を搭載する機器は、たとえば自動車、鉄道車両、航空機、または、プレス機等の機械装置である。液晶表示装置搭載機器は、液晶表示装置、及び、液晶表示装置を搭載し、液晶表示装置に対し、周波数が３０Ｈｚ以下、一例として２Ｈｚ〜３０Ｈｚの振動、または、０．５Ｈｚ〜３Ｈｚの外力の伝導を生じさせる外部装置を含む。振動は、たとえば正弦波振動であり、振幅方向は液晶表示装置の厚さ方向である。外力は、たとえば基板１０ａ、１０ｂを湾曲させる外力である。

実施例による液晶表示装置搭載機器は、たとえばその運転により、液晶表示装置部分に対して振動や外力が印加された場合であっても、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚの点滅周波数範囲の液晶表示を良好に行うことができる。

以上、実験及び実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されない。

たとえば実施例においては、基板１０ａ、１０ｂの双方に配向処理を施したが、液晶層にプレティルトを発現する配向処理は、基板１０ａ、１０ｂの少なくとも一方に行えばよい。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

たとえば高コントラストネガ型液晶表示装置として利用可能である。殊に、ＨＶＡＣの表示部やスピードメーター等の車載用情報表示装置に好適に利用可能である。

１０ａ表側基板
１０ｂ裏側基板
１１ａ表側透明基板
１１ｂ裏側透明基板
１２ａ表側透明電極（セグメント電極）
１２ｂ裏側透明電極（コモン電極）
１３ａ表側配向膜
１３ｂ裏側配向膜
１４シール部
１５液晶層
１５ａ液晶分子
１６ａ表側偏光板
１６ｂ裏側偏光板
１７視角補償板
１８光学フィルム
１９バックライト
２０ハウジング（筺体）
２１表示部
２２端子部
２３回路
２４突起物
５０ａ表側基板
５０ｂ裏側基板
５４シール部
５５液晶層
５６ａ表側偏光板
５６ｂ裏側偏光板
５８光学フィルム
５９バックライト
６０ハウジング（筺体）

Claims

（ｉ）対向配置された第１及び第２の基板であって、対向する面に、対向して表示部を構成する電極、及び垂直配向膜を備え、該垂直配向膜の少なくとも一方は、液晶層にプレティルトを発現する配向処理が施された第１及び第２の基板と、（ｉｉ）前記第１及び第２の基板間に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料を含んでわずかに傾斜した垂直配向する液晶層と、（ｉｉｉ）前記第１及び第２の基板の前記液晶層とは反対側に、互いにクロスニコル、かつ、それぞれの吸収軸が、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して４５°となるように配置された第１及び第２の偏光板とを備える液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の、前記第２の偏光板側に配置された光源と、
前記第１及び第２の基板の電極と電気的に接続された駆動回路と
を有し、
前記液晶表示素子は、液晶層内におけるプレティルト角が８７°以上８９．９１°以下のモノドメイン液晶表示素子であり、
前記駆動回路は、前記液晶表示素子の対向する電極間に、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚで表示部を明暗表示させるための電圧を印加し、
前記表示部は前記電圧による点滅動作を行い、
２Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度１ｍ／ｓ ^２未満の振動が印加され、暗表示時に印加された前記振動により前記第１、第２の基板に変形が生じた場合にも、前記液晶層内の液晶分子配向方位は、明表示時にはプレティルト角発現方位に沿うことにより、前記表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置と、
前記液晶表示装置を搭載し、前記液晶表示装置に対し、２Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度１ｍ／ｓ ^２未満の振動の伝導を生じさせる外部装置と
を有し、前記振動が印加された場合に、前記液晶表示装置の表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置搭載機器。
（ｉ）対向配置された第１及び第２の基板であって、対向する面に、対向して表示部を構成する電極、及び垂直配向膜を備え、該垂直配向膜の少なくとも一方は、液晶層にプレティルトを発現する配向処理が施された第１及び第２の基板と、（ｉｉ）前記第１及び第２の基板間に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料を含んでわずかに傾斜した垂直配向する液晶層と、（ｉｉｉ）前記第１及び第２の基板の前記液晶層とは反対側に、互いにクロスニコル、かつ、それぞれの吸収軸が、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して４５°となるように配置された第１及び第２の偏光板とを備える液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の、前記第２の偏光板側に配置された光源と、
前記第１及び第２の基板の電極と電気的に接続された駆動回路と
を有し、
前記液晶表示素子は、液晶層内におけるプレティルト角が８７°以上８９．５９°以下のモノドメイン液晶表示素子であり、
前記駆動回路は、前記液晶表示素子の対向する電極間に、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚで表示部を明暗表示させるための電圧を印加し、
前記表示部は前記電圧による点滅動作を行い、
４Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度５ｍ／ｓ ^２以下の振動が印加され、暗表示時に印加された前記振動により前記第１、第２の基板に変形が生じた場合にも、前記液晶層内の液晶分子配向方位は、明表示時にはプレティルト角発現方位に沿うことにより、前記表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置。
請求項３記載の液晶表示装置と、
前記液晶表示装置を搭載し、前記液晶表示装置に対し、４Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度５ｍ／ｓ ^２以下の振動の伝導を生じさせる外部装置と
を有し、前記振動が印加された場合に、前記液晶表示装置の表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置搭載機器。
（ｉ）対向配置された第１及び第２の基板であって、対向する面に、対向して表示部を構成する電極、及び垂直配向膜を備え、該垂直配向膜の少なくとも一方は、液晶層にプレティルトを発現する配向処理が施された第１及び第２の基板と、（ｉｉ）前記第１及び第２の基板間に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料を含んでわずかに傾斜した垂直配向する液晶層と、（ｉｉｉ）前記第１及び第２の基板の前記液晶層とは反対側に、互いにクロスニコル、かつ、それぞれの吸収軸が、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して４５°となるように配置された第１及び第２の偏光板とを備える液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の、前記第２の偏光板側に配置された光源と、
前記第１及び第２の基板の電極と電気的に接続された駆動回路と
を有し、
前記液晶表示素子は、液晶層内におけるプレティルト角が８７°以上８９．３８°以下のモノドメイン液晶表示素子であり、
前記駆動回路は、前記液晶表示素子の対向する電極間に、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚで表示部を明暗表示させるための電圧を印加し、
前記表示部は前記電圧による点滅動作を行い、
４Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度６ｍ／ｓ ^２以下の振動が印加され、暗表示時に印加された前記振動により前記第１、第２の基板に変形が生じた場合にも、前記液晶層内の液晶分子配向方位は、明表示時にはプレティルト角発現方位に沿うことにより、前記表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置。
請求項５記載の液晶表示装置と、
前記液晶表示装置を搭載し、前記液晶表示装置に対し、４Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度６ｍ／ｓ ^２以下の振動の伝導を生じさせる外部装置と
を有し、前記振動が印加された場合に、前記液晶表示装置の表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置搭載機器。
（ｉ）対向配置された第１及び第２の基板であって、対向する面に、対向して表示部を構成する電極、及び垂直配向膜を備え、該垂直配向膜の少なくとも一方は、液晶層にプレティルトを発現する配向処理が施された第１及び第２の基板と、（ｉｉ）前記第１及び第２の基板間に配置され、誘電率異方性が負の液晶材料を含んでわずかに傾斜した垂直配向する液晶層と、（ｉｉｉ）前記第１及び第２の基板の前記液晶層とは反対側に、互いにクロスニコル、かつ、それぞれの吸収軸が、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位に対して４５°となるように配置された第１及び第２の偏光板とを備える液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の、前記第２の偏光板側に配置された光源と、
前記第１及び第２の基板の電極と電気的に接続された駆動回路と
を有し、
前記液晶表示素子は、液晶層内におけるプレティルト角が８７°以上８９．５９°以下のモノドメイン液晶表示素子であり、
前記駆動回路は、前記液晶表示素子の対向する電極間に、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚで表示部を明暗表示させるための電圧を印加し、
前記表示部は前記電圧による点滅動作を行い、
４Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度５ｍ／ｓ^２の振動が印加され、暗表示時に印加された前記振動により前記第１、第２の基板に変形が生じた場合にも、前記液晶層内の液晶分子配向方位は、明表示時にはプレティルト角発現方位に沿うことにより、前記表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置。
請求項７記載の液晶表示装置と、
前記液晶表示装置を搭載し、前記液晶表示装置に対し、４Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数、加速度５ｍ／ｓ^２の振動の伝導を生じさせる外部装置と
を有し、前記振動が印加された場合に、前記液晶表示装置の表示部の明表示時の表示均一性が維持される液晶表示装置搭載機器。