JP2004101998A

JP2004101998A - 液晶フィルムを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004101998A
Application number: JP2002265163A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Sugano; 菅野　哲史
Original assignee: Nanox Corp
Current assignee: Nanox Corp
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】コントラストが高く、白黒表示の鮮明な液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】表示側から（ａ）表偏光板１、（ｂ）液晶フィルム２、（ｃ）液晶セル３、（ｄ）裏偏光板４、及び（ｅ）バックライト５が順次配設された透過型液晶表示装置において、液晶セル３中の液晶と液晶フィルム２のねじれ角が相互に逆方向であり、表偏光板１の平面上の基準軸に対して、表偏光板１の吸収軸、液晶フィルム２の配向軸、液晶セル３に備えられた配向膜のラビング方向、及び裏偏光板４の吸収軸が特定の角度範囲を有し、かつ液晶セル３に封止されたＳＴＮ液晶の屈折率異方性Δｎ_１、液晶の層厚ｄ_１、液晶フィルム２に使用される液晶の屈折率異方性Δｎ_２、及び液晶フィルム２の液晶層の厚さｄ_２とが、０．９０≦（Δｎ_２×ｄ_２）／（Δｎ_１×ｄ_１）≦１．００の関係を有する透過型液晶表示装置である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示側から（ａ）表偏光板、（ｂ）液晶フィルム、（ｃ）電極及び配向膜を備える一対の透明基板間にＳＴＮ液晶を封止した液晶セル、（ｄ）裏偏光板、及び（ｅ）バックライトが順次配設されたコントラストが高く、白黒表示の鮮明な透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来液晶表示素子としては、ＴＮ（ツイステッドネマチック）方式、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）方式、ＴＦＴ（薄膜トランジスター）方式等のものが用いられており、ＳＴＮ方式の液晶表示装置は、一般的に液晶セルを一対の偏光板で挟んだ構造を有し、透過型ではバックライトが置かれ、その透過光で表示を行う。ＳＴＮ方式の液晶表示装置では、液晶セル内の液晶分子のねじれ角を９０度以上、通常は２３０度以上とし、液晶の複屈折現象を利用して表示を行うが、透過光が複屈折を受けて液晶を通過することにより生じる光の干渉によって黄緑色や青色に着色する。そこで複屈折による着色現象を改善するため、光学補償用液晶セルや液晶フィルム等のねじれ位相差フィルムを用い、液晶セルの液晶層のねじれ回転方向と逆方向のねじれを与えることによって、液晶セルの液晶層の複屈折を補償する色補償によって白黒表示を行っている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、コントラストの高い表示を得るためには、表示側の偏光板及びバックライト側の偏光板の吸収軸、液晶セルの基板に備えられる配向膜のラビング方向等を液晶の屈折率異方性、液晶の層厚、液晶フィルムに使用される液晶層の屈折率異方性及び層厚との相関において、これらを最適化することが必要である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８３５１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、表示側の偏光板及びバックライト側の偏光板の吸収軸、液晶セルの基板に備えられる配向膜のラビング方向、液晶フィルムの表示側配向軸及びバックライト側配向軸を液晶セルに使用されるＳＴＮ液晶の屈折率異方性、液晶の層厚、液晶フィルムに使用される液晶の屈折率異方性及び層厚との相関において、これらを最適化したものであり、コントラストが高く、白黒表示の鮮明な液晶表示装置の提供を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、表示側から（ａ）表偏光板、（ｂ）液晶フィルム、（ｃ）電極及び配向膜を備える一対の透明基板間にＳＴＮ液晶を封止した液晶セル、（ｄ）裏偏光板、及び（ｅ）バックライトが順次配設された透過型液晶表示装置において、表偏光板の吸収軸の方向、液晶フィルムの表示側の配向軸方向、該液晶フィルムの液晶セル側の配向軸方向、液晶セルの表示側基板に備えられた配向膜のラビング方向、該液晶セルのバックライト側基板に備えられた配向膜のラビング方向、前記裏偏光板の吸収軸の方向を特定し、かつ液晶セルに封止されたＳＴＮ液晶の屈折率異方性、液晶の層厚、液晶フィルムに使用される液晶の屈折率異方性、及び該液晶フィルムの液晶層の厚さに対して、一定の関係を持たせることでその目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、表示側から（ａ）表偏光板、（ｂ）液晶フィルム、（ｃ）電極及び配向膜を備える一対の透明基板間にＳＴＮ液晶を封止した液晶セル、（ｄ）裏偏光板、及び（ｅ）バックライトが順次配設された透過型液晶表示装置において、前記表偏光板の平面上の基準軸に対して、表偏光板の吸収軸が１６０±１０度であり、前記液晶フィルムの表示側の配向軸が１１５±１０度であり、該液晶フィルムのバックライト側の配向軸が５５±１０度であり、前記液晶セルの表示側基板に備えられた配向膜のラビング方向が１５０±５度であり、該液晶セルのバックライト側基板に備えられた配向膜のラビング方向が３０±５度であり、前記裏偏光板の吸収軸が７５±５度であり、かつ前記液晶セルに封止されたＳＴＮ液晶の屈折率異方性Δｎ_１、該液晶の層厚ｄ_１、前記液晶フィルムに使用される液晶の屈折率異方性Δｎ_２、及び該液晶フィルムの液晶層の厚さｄ_２とが、０．９０≦（Δｎ_２×ｄ_２）／（Δｎ_１×ｄ_１）≦１．００の関係を有することを特徴とする透過型液晶表示装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる液晶フィルムを用いた液晶表示装置は、表示側から（ａ）表偏光板、（ｂ）液晶フィルム、（ｃ）電極及び配向膜を備える一対の透明基板間にＳＴＮ液晶を封止した液晶セル、（ｄ）裏偏光板、及び（ｅ）バックライトが順次配設された透過型液晶表示装置である。
（ａ）表偏光板は表示側に配置された偏光板であり、その材料等は特に限定されず、吸収軸を有する一般的な各種のものを用いることができるが、可視光透過率の高い偏光板を用いるこがより好ましい。具体的には、一軸に延伸されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに偏光度の高いヨウ素分子を一定方向に配列させたハロゲン偏光フィルムや、直接染料で染色したＰＶＡフィルムを他の支持フィルムに挟持させたもの等が可視光の透過率が高く好適である。
本発明においては、表偏光板の吸収軸の方向を、表偏光板の平面上の基準軸に対して１６０±１０度とする点を特徴とする。本明細書における角度は、相対的な角度を意味し、表偏光板の平面上の基準軸とは任意の方向でよい。また角度は表示装置側からバックライト側に向かって反時計回り方向の角度をプラス、時計回り方向の角度をマイナスとする。
【０００８】
次に、（ｂ）液晶フィルムとは、光学異方軸を持った層が連続的にツイストする構造を有するフィルムであって、例えば高分子液晶からなる光学補償フィルムをいう。本発明では、該液晶フィルムと後述する液晶セルのＳＴＮ液晶物質のねじれ角が相互に逆方向であることが必要であり、前記基準軸に対して、該液晶フィルムの表示側の配向軸が１１５±１０度であり、バックライト側の配向軸が５５±１０度であることを必須とする。
液晶フィルムは、一般的には、ねじれ特性を有する液晶性物質をフィルム化することによって得られる。ねじれ特性を有する液晶性物質としては、光学的に一軸性を示す液晶性化合物又は液晶性組成物であれば特に制限されず、低分子からなるもの、高分子からなるもののいずれでもよい。具体的には液晶性を示すポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステルイミド等の主鎖型高分子液晶、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリマロネート、ポリシロキサン等の側鎖型高分子液晶等を使用することができる。これらのうち、合成の容易さ、配向性、ガラス転移点が適当である等の観点からポリエステルが好ましい。
ねじれを誘起する単位としては、光学活性なジオール及び該ジオールの誘導体から誘導される単位を利用することができ、具体的には２−メチル−１，４−ブタンジオール、２，４−ペンタンジオール、１，２−プロパンジオール、２−クロロ−１，４−ブタンジオール、２−フルオロ−１，４−ブタンジオール、２−ブロモ−１，４−ブタンジオール、２−エチル−１，４−ブタンジオール、２−プロピル−１，４−ブタンジオール及びこれらの誘導体を挙げることができる。尚、上記のジオール類はＲ体、Ｓ体のいずれであってもよく、またこれらの混合物であってもよい。
本発明でいう液晶フィルムは当該フィルム自体が液晶性を有するか否かを問わず、通常、液晶性物質が液晶状態において形成した配向状態を、光架橋、熱架橋、冷却等の方法で固定化することで得られる。
該液晶フィルムは通常上述した液晶層の他に保護層及び基板フィルムからなり、全体の厚みが１００μｍ程度であり、そのうちの液晶層の層厚は数μｍ以下である。
【０００９】
本発明における（ｃ）液晶セルは電極及び配向膜を備える一対の透明基板間にＳＴＮ液晶を封止したものであり、該透明基板をその配向方向がねじれた状態で保持し、その透明基板の間に液晶物質の層を形成することにより、該液晶物質の層に特定のねじれ角を与えることができる。また、液晶セルの電極は透明基板と配向膜の間に設けられ、ＩＴＯ（インジウム−すず酸化物）等の透明電極が通常用いられる。液晶物質としては、通常ＳＴＮ型液晶表示素子に使用することができる各種のものが使用できる。
本発明では、該液晶セルの表示側基板に備えられた配向膜のラビング方向を１５０±５度とし、該液晶セルのバックライト側基板に備えられた配向膜のラビング方向を３０±５度とする。従ってＳＴＮ液晶のねじれ角は２３０〜２５０度となる。
【００１０】
また、本発明では液晶セルに封止された液晶の屈折率異方性をΔｎ_１、該液晶の層厚をｄ_１、前記液晶フィルムに使用される液晶の屈折率異方性をΔｎ_２、該液晶フィルムの液晶層の厚さをｄ_２とした場合に、０．９０≦（Δｎ_２×ｄ_２）／（Δｎ_１×ｄ_１）≦１．００の関係を有することを特徴とする。
さらに本発明では、（Δｎ_１×ｄ_１）が７６０〜８００ｎｍの範囲であることが好ましい。７６０ｎｍ未満では、電圧を印加したときの液晶の状態変化が小さくなる場合があり、一方８００ｎｍを超えると、視野角特性や応答性が不十分となる場合がある。
また（Δｎ_２×ｄ_２）が温度によって変化する温度補償効果を有していることが好ましい。周囲温度が変化しても、発色性が変動せず、良好な白黒表示が可能だからである。この場合に、（Δｎ_２×ｄ_２）の温度による変化が（Δｎ_１×ｄ_１）の温度による変化にほぼ等しいことがさらに好ましい。
【００１１】
本発明の（ｄ）裏偏光板とは、液晶セルとバックライトの間に設けられる偏光板であり、その材料等は特に限定されず、表偏光板と同様、可視光透過率の高いものが好ましい。本発明では、表偏光板と裏偏光板は同一のものを使用してもよく、また異なるものを使用してもよい。
本発明では、裏偏光板の吸収軸の方向を前記基準軸に対して７５±５度とすることを必須とする。
【００１２】
本発明における（ｅ）バックライトとしては、通常透過型液晶表示装置に使用されるものを用いることができ、特に限定されない。例えば冷陰極管、ランプリフレクタ、導光板、拡散板、反射板等からなるバックライトが挙げられる。また液晶ディスプレイを薄型化する場合に使用されるサイドライト方式も本発明におけるバックライトに包含される。
【００１３】
本発明の透過型液晶表示装置には、表偏光板と裏偏光板の間に必要に応じて光拡散層を設けることができる。光拡散層は入射光を等方的又は異方的に拡散させる性質を有し、液晶の配向乱れに起因する特性劣化を抑制し、視野角依存性を小さくする。光拡散層の材質については特に制限はなく、光拡散性を示すプラスチックシート、プラスチックフィルム等を使用することができる。
また、粘着剤に有機微粒子又は無機微粒子を分散させた粘着性を有する光拡散膜を使用することもできる。粘着剤としては、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤、エチレン−酢酸ビニル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ビニルエーテル系粘着剤、ポリビニルアルコール系粘着剤、ポリアクリルアミド系粘着剤が挙げられ、これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。有機微粒子としては、ポリスチレン系、ポリメタクリル酸系微粒子等が挙げられ、無機微粒子としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化スズ、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン等の微粒子が挙げられ、いずれにおいてもその平均粒径は０．５〜５μｍである。
【００１４】
本発明の透過型液晶表示装置は、電圧無印加時に黒表示とする、いわゆるノーマリーブラックと電圧無印加時に白表示とする、いわゆるノーマリーホワイトのいずれにも使用することができるが、通常はノーマリーブラックのものとして使用する。この場合に、電圧無印加時の可視光透過率は０．１％以下であることが好ましい。
また、電圧印加時の透過色をｘｙ色度図で表したときに、色座標軸ｘの値が０．２１〜０．３０の範囲であることが好ましく、色座標軸ｙの値が０．２８〜０．３３の範囲であることが好ましい。ｘ及びｙがこの範囲内にあると、液晶表示の際に着色がなく、良好な表示ができる。
【００１５】
また、本発明の透過型液晶表示装置には、その他必要に応じて他の構成部材を備えていてもよく、例えば、カラーフィルターを備えることによってフルカラー表示が可能な透過型液晶表示装置を得ることができる。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
評価方法（表示特性）
１．表示コントラスト
実施例、比較例に従って作製される液晶表示装置に対して、ハロゲン光を垂直に入射し、パネル駆動を３００Ｈｚの矩形波、１．００〜１．８０Ｖの電圧で行い、電圧印加時及び電圧無印加時の該ハロゲン光の透過率をＴｏｐｃｏｎ社製「ＢＭ−５Ａ」にて測定した。１／１２０デューティー、バイアス１／１１とし、電圧印加時の透過率を電圧無印加時の透過率で除した値を表示コントラストとして評価した。
２．表示色
電圧印加時の表示色をＴｏｐｃｏｎ社製「ＢＭ−５Ａ」で測定し、ｘｙ色度図における色座標軸ｘ及び色座標軸ｙの値で評価した。
【００１７】
実施例１
図１に模式的に示されるＳＴＮ型の透過型液晶表示装置を作製した。液晶セル３は図２に示されるように、一対の透明基板３ａと、それらの内側に設けられた透明電極３ｂと、その上に印刷形成され、配向処理された配向膜３ｃと、液晶をシール材で封入した液晶層３ｄからなる。液晶材料として、チッソ石油化学（株）製のシアノ系ネマティック液晶を用い、液晶フィルムとしては新日本石油（株）製「日石ＬＣフィルム」を用いた。また、表偏光板１及び裏偏光板４としては、住友化学工業（株）製「ＳＱＷ８５２ＡＰ」を使用した。
基準軸に対して、それぞれ表偏光板の吸収軸方向（θ_１）を１７０度、液晶フィルムの表示側の配向軸（θ_２）を１２５度、液晶フィルムのバックライト側の配向軸（θ_３）を６０度、液晶セルの表示側基板に備えられた配向膜のラビング方向（θ_４）を１５０度、液晶セルのバックライト側基板に備えられた配向膜のラビング方向（θ_５）を３０度、裏偏光板の吸収軸（θ_６）を７５度とし、かつ液晶セルに封止されたＳＴＮ液晶の屈折率異方性Δｎ_１と液晶の層厚ｄ_１の積を７８０、液晶フィルムの液晶の屈折率異方性Δｎ_２と液晶フィルムの液晶層厚さｄ_２の積を７２５とした。これによって（Δｎ_２×ｄ_２）／（Δｎ_１×ｄ_１）は０．９３となった。表示特性について評価した結果を第１表に示す。
【００１８】
実施例２〜１３及び比較例１〜６
第１表に示す液晶材料を使用し、θ_１〜θ_６、Δｎ_１、ｄ_１、Δｎ_２及びｄ_２を第１表に示すものとした以外は実施例１と同様にＳＴＮ型の透過型液晶表示装置を作製し、表示特性について評価した。結果を第１表に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
【発明の効果】
本発明にかかる透過型液晶表示装置はコントラストが高く、白黒表示の鮮明な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例にて作製される透過型液晶表示装置を模式的に示す図である。
【図２】実施例及び比較例にて作製される透過型液晶表示装置の液晶セル部分を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　表偏光板
２　液晶フィルム
３　液晶セル
３ａ　ガラス基板
３ｂ　透明電極（ＩＴＯ）
３ｃ　配向膜
３ｄ　液晶層
４　裏偏光板
５　バックライト

Claims

表示側から（ａ）表偏光板、（ｂ）液晶フィルム、（ｃ）電極及び配向膜を備える一対の透明基板間にＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶物質を封止した液晶セル、（ｄ）裏偏光板、及び（ｅ）バックライトが順次配設された透過型液晶表示装置において、前記ＳＴＮ液晶物質と前記液晶フィルムのねじれ角が相互に逆方向であり、前記表偏光板の平面上の基準軸に対して、表偏光板の吸収軸が１６０±１０度であり、前記液晶フィルムの表示側の配向軸が１１５±１０度であり、該液晶フィルムのバックライト側の配向軸が５５±１０度であり、前記液晶セルの表示側基板に備えられた配向膜のラビング方向が１５０±５度であり、該液晶セルのバックライト側基板に備えられた配向膜のラビング方向が３０±５度であり、前記裏偏光板の吸収軸が７５±５度であり、かつ前記液晶セルに封止されたＳＴＮ液晶の屈折率異方性Δｎ_１、該液晶の層厚ｄ_１、前記液晶フィルムに使用される液晶の屈折率異方性Δｎ_２、及び該液晶フィルムの液晶層の厚さｄ_２とが、０．９０≦（Δｎ_２×ｄ_２）／（Δｎ_１×ｄ_１）≦１．００の関係を有することを特徴とする透過型液晶表示装置。
（Δｎ_１×ｄ_１）が７６０〜８００ｎｍである請求項１記載の透過型液晶表示装置。
前記透過型液晶表示装置がノーマリーブラックである請求項１又は２に記載の透過型液晶表示装置。
電圧無印加時の可視光線透過率が０．１％以下である請求項３記載の透過型液晶表示装置。
電圧印加時の透過色をｘｙ色度図で表したときに、ｘが０．２１〜０．３０の範囲であり、かつ、ｙが０．２８〜０．３３の範囲である請求項３又は４に記載の透過型液晶表示装置。