JP4634594B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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が封入され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７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、前記透明電極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７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】
また、前述した背景黒化度は、Δｎｄの値に依存していることが知られており、いわゆるサードミニマムにおいては、Δｎｄを１．９μｍ付近の値に設定することにより、ファーストミニマムやセカンドミニマムの場合よりも背景黒化度が大きくなるようになっている。さらに、サードミニマムよりもΔｎｄを大きい値に設定することができるが、かかる場合、背景黒化度をより大きくすることが可能である。
【００１３】
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。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来から、前記液晶表示装置においては、表示画面に対する視角の変化に応じて背景領域が色変化を起こすといった背景黒化度の角度依存性の問題が生じていた。
【００１５】
また、Δｎｄの値は、温度上昇にともなって減少することが知られており、このΔｎｄの減少によって高温度下における液晶表示の際に背景領域に赤色の着色が生じてしまうとった背景黒化度の温度依存性の問題が生じていた。
【００１６】
このような問題を解決するため、例えば液晶材料中に青系の二色性色素を添加することによって着色を除去することが考えられる。
【００１７】
しかし、かかる場合においても、特に、Δｎｄがサードミニマムに相当する値以上になると、背景黒化度が大きくなることによって黒色の部位と有彩色による着色が生じた部位との識別がつきやすくなり、却って背景領域の視角にともなう色変化や温度上昇にともなう着色が視認されやすくなってしまう。
【００１８】
また、例えば、車載用の液晶表示装置の場合、−２０℃以下の低温度環境下や、８０℃を超える高温度環境下といった広範囲の温度環境下における液晶表示を適正に行うことが必要とされている。このような液晶表示装置の場合、温度変化に対する液晶の耐候性が要求されるが、前述した二色性色素を液晶材料中に添加すると、液晶材料の粘性が高くなってしまため、特に低温度環境下における液晶の応答速度が遅くなってしまう。
【００１９】
さらに、二色性色素を添加すると、液晶の耐久性が低減してしまうため、液晶の劣化が促進され、ひいては液晶表示装置の製品寿命が短縮化するといった問題が生じてしまうことがあった。
【００２０】
このため、従来は、液晶の耐久性や応答特性に影響を与えることなく背景黒化度の角度依存性や温度依存性を抑制することができないといった問題が生じていた。
【００２１】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、液晶の耐久性や低温応答性に影響を与えることなく背景黒化度の角度依存性や温度依存性を抑制することができ、コントラストに優れた高品位の液晶表示を行うことが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。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に係る液晶表示装置の特徴は、偏光板が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またはほぼ直交するように配置され、光源と前記一方の偏光板との間に、視感度透過率が２５％以上であり、かつ色度がＣＩＥ色度図のｘ座標において０．１８≦ｘ≦０．２７、ｙ座標において０．２２≦ｙ≦０．３３で囲まれる範囲のカラー層が設けられている点にある。
【００２３】
そして、このような構成を採用したことにより、前記カラー層によって耐久性や低温応答性に影響を与えることなく背景黒化度の角度依存性や温度依存性を抑制することができる。
【００２４】
【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６を参照して説明する。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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を形成するための透明電極３，４が形成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、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。
【００３３】
また、前記ネマチック液晶１８の屈折率異方性Δｎと、液晶層の厚さであるセルギャップｄとの積算値Δｎｄは、１．８乃至２．５μｍとされている。
【００３４】
そして、本実施形態における液晶表示装置は、前記リヤ側偏光板とバックライトとの間に、カラー層としてのカラーフィルタ２２を有している。このカラーフィルタ２２は、視感度透過率が２５％以上とされ、かつ色度がＣＩＥ色度図のｘ座標において０．１８≦ｘ≦０．２７、ｙ座標において０．２２≦ｙ≦０．３３で囲まれる範囲とされている。
【００３５】
従って、背景領域の視角にともなう色変化や高温駆動下における赤色の着色の発生を防止することができるようになっている。
【００３６】
また、このような背景領域の色変化や着色の防止を、液晶材料中に二色性色素を添加することなく行うことができるため、液晶の応答速度を良好に保持することができるとともに、液晶の劣化を防止することができるようになっている。
【００３７】
さらに、通常、バックライトの光は、点灯領域において、わずかに黄色を帯びた白色として表示されるが、本実施形態においては、前記黄色を帯びた白色と補色の関係にある前記カラーフィルタ２２を透過して青色を帯びた光が点灯領域に出射されるので、点灯領域の色が純粋な白色になるようになっている。
【００３８】
このため、特に、白黒等の単一色による液晶表示を行う場合、白色を明瞭に表示することができるため、コントラストを向上することができるようになっている。
【００３９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
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、カラーフィルタ２２を透過した後、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。
【００４２】
前記リヤ側偏光板２１によって透過された透過光は、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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３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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
このとき、バックライトとリヤ側偏光板との間には、前記カラーフィルタ２２が配設されているため、背景領域の視角にともなう色変化を防止することができる。
【００４９】
また、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。
【００５０】
さらに、このような着色の防止を液晶材料中に二色性色素を添加することなく行うことができるため、液晶の応答速度を良好に保持することができるとともに、液晶の劣化を防ぐことができる。
【００５１】
また、黄色の補色となる前記カラーフィルタ２２を透過して青色を帯びた光が、点灯領域に出射されるので、点灯領域の色が純粋な白色になるため、良好なコントラストによる白黒表示を行うことができる。
【００５２】
次に、本実施形態における液晶表示装置１０の実施例について表１乃至表５を参照して説明する。
【００５３】
【実施例１】
本実施例１においては、試料Ｎｏ．１乃至４の液晶表示装置（以下、単に試料と称する）についての表示品位の試験を、背景色、ＯＮ表示色および高温における背景色について行った。
【００５４】
なお、背景色およびＯＮ表示色の測定では、明るさのパラメータが含まれるＣＩＥ１９７６（Ｌ*ｕ*ｖ*）空間座標を用いた。これは、ある色の座標空間距離が、どの色領域でも、ほぼ知覚的な色差に一致するように定められたものである。
【００５５】
すなわち、ｕ*、ｖ*が０に近くなるほどＣ光源色に近いことを表すものであり、暗い背景色や、明るいＯＮ表示色を同時に評価する場合に適するものである。
【００５６】
前記Ｎｏ．１乃至４の各試料は、それぞれ９０°の捻れ配向を有するようにラビング処理が施され、セルギャップｄが９．０μｍとされたセルに、屈折率異方性Δｎが０．２０７のネマチック液晶１８を封入したものである。なお、このときのΔｎｄは、１．８６μｍとなる。
【００５７】
また、フロント側偏光板２０の偏光軸２０ａとフロント側配向膜１５のラビング方向１５ａとは互いに直交しており、リヤ側偏光板２１の偏光軸２１ａとリヤ側配向膜１６のラビング方向１６ａとは互いに平行になっている。
【００５８】
さらに、各試料のリヤ側偏光板２１とバックライト１４との間に、カラーフィルタ２２が設置されている。
【００５９】
このカラーフィルタ２２には、ｘ＝０．２１１２から０．２５８４、ｙ＝０．２４２０から０．３１４８のものを用いた。
【００６０】
以下、本実施例１の試験結果を表１に示す。なお、表１において、角度特性目視評価とは、背景黒化度の角度依存性の評価を意味するものである。
【００６１】
【表１】

【００６２】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１乃至４の試料は、いずれも表示画面に対する視角を変化させても背景領域の色変化が生じなかったため、背景黒化度の角度依存性が抑制されていることが確認された。
【００６３】
また、高温度下においても背景領域に有彩色による着色が生じないため、高温度下においても優れた背景黒化度を発揮することが確認された。
【００６４】
さらに、点灯領域のＯＮ表示色が白色であるため、良好な液晶表示を行うことが確認された。
【００６５】
【比較例１】
前記実施例１の比較対象として、本比較例１においては、試料Ｎｏ．５乃至８の試料を用いて前記実施例１と同様の表示品位の試験を行った。
【００６６】
なお、試料Ｎｏ．５乃至８の試料は、液晶７の捻れ、セルギャップｄおよびΔｎｄ等の基本的構成は前記実施例１と同一とされている。
【００６７】
ただ、試料Ｎｏ．５乃至７については、カラーフィルタとして、ｘ＝０．２８５４、０．１５９２および０．１３３５、ｙ＝０．３１５１、０．２９１１および０．３３３９のものを用いた。
【００６８】
また、試料Ｎｏ．８については、リヤ側偏光板とバックライトとの間にカラーフィルタを有しないものを用いた。
【００６９】
以下、本比較例１の試験結果を表２および表３に示す。
【００７０】
【表２】

【００７１】
【表３】

【００７２】
表２に示すように、試料Ｎｏ．５の試料は、背景色の角度特性が悪く、表示画面に対する視角を直角から斜めに傾けると、赤色を帯びた赤抜けと称する着色状態が確認された。また、高温度においては、全体に赤抜けが確認された。
【００７３】
さらに、試料Ｎｏ．６および７の試料は、ＯＮ表示色すなわち点灯領域の色が青く着色してしまい、表示品位に問題のある見栄えであった。
【００７４】
また、表３に示すように、試料Ｎｏ．８の試料は、高温度下において背景領域にやや緑色の着色が生じてしまうことが確認された。また、表示画面に対して視角を変化させると背景領域の色が赤く変化することが確認された。さらに、点灯領域の表示色がやや黄色を帯びた白色であることが確認された。
【００７５】
以上、実施例１および比較例１に示したように、本実施形態を採用することによって表示品位を向上させることができるとともに、視角にともなう背景領域の色変化を防止することができることが分かる。
【００７６】
なお、図４は、試料Ｎｏ．１乃至７の試料に用いたカラーフィルタの色度グラフを示すものである。
【００７７】
図４の結果から、カラーフィルターの色度範囲として、前述した試料Ｎｏ．１乃至４の試料とほぼ同一の範囲内に属するｘ＝０．１８乃至０．２７、ｙ＝０．２２乃至０．３３の範囲を選択することによって良好な表示特性を得られることが推定される。
【００７８】
【実施例２】
次に、本実施例２においては、前述した試料Ｎｏ．２の試料についての表示品位の試験を、−３０℃の低温度下における液晶の応答特性、背景色、ＯＮ表示色および高温における背景色について行った。
【００７９】
以下、本実施例２の試験結果を表４に示す。
【００８０】
【表４】

【００８１】
表４に示すように、試料Ｎｏ．２の試料は、−３０℃において、液晶の立ち上がり時間が６１５０ｍｓ、立ち下がり時間が５９００ｍｓとなった。
【００８２】
これは、液晶の応答特性として、実用上問題のないレベルである。
【００８３】
【比較例２】
前記実施例２の比較対象として、本比較例２においては、配向、セルギャップｄおよびΔｎｄ等の基本的構成については実施例２と同様とされ、リヤ側偏光板とバックライトとの間にカラーフィルタを設置する替わりに、液晶材料中に青系の二色性色素を０．５重量％添加した試料を用いて前記実施例２と同様の試験を行った。
【００８４】
以下、本比較例２の試験結果を表５に示す。
【００８５】
【表５】

【００８６】
表５に示すように、本比較例２の試料は、表示色は良好であったが、−３０℃における応答特性が、立ち上がり時間と立ち下がり時間を足して１５秒を超えてしまった。
【００８７】
これは、実用上問題があるレベルといえる。
【００８８】
以上、実施例２および比較例２に示したように、本実施形態を採用することによって、低温度下における液晶の応答特性に影響を与えずに液晶表示装置の表示品位を向上させることができることが分かる。
【００８９】
なお、図５は、参考として、試料Ｎｏ．１乃至８の試料および比較例２の試料についての背景色の試験結果を色度図上に示したものである。
【００９０】
また、図６は、試料Ｎｏ．１乃至８の試料および比較例２の試料についての表示色の試験結果を色度図上に示したものである。
【００９１】
【実施例３】
本実施例３においては、前記実施例１の各試料を９５℃の高温度環境下に１０００時間放置し、画素間に流れる電流値の変化を調べた。
【００９２】
その結果、電流値は、初期値に対して１．３８倍ほどであり、実用上問題のないレベルであった。
【００９３】
【比較例３】
前記実施例３の比較対象として、配向、セルギャップｄおよびΔｎｄ等の基本的構成については実施例３と同様とされ、リヤ側偏光板とバックライトとの間にカラーフィルタを設置する替わりに、液晶材料中に青系の二色性色素を０．５重量％添加した試料を用いて前記実施例３と同様の試験を行った。
【００９４】
その結果、電流値は、初期値に対して３．１０倍であった。
【００９５】
これは、著しく表示品位を損なうものではないが、二色性色素によって液晶材料に劣化が生じていることが分かる。
【００９６】
以上、実施例３および比較例３に示したように、本実施形態を採用することによって液晶の耐久性を向上しつつ良好な表示特性を得られることが推定できる。
【００９７】
従って、本実施形態によれば、Δｎｄがサードミニマム以上の液晶表示装置１０によって背景黒化度を向上させることができるとともに、かかる背景黒化度の角度依存性や温度依存性を、ネマチック液晶１８の耐久性や低温応答性を良好に保持しつつ抑制することができる。
【００９８】
また、点灯領域の色を純粋な白色にすることができるため、特に白黒やモノクロカラーによる液晶表示を良好なコントラストで行うことができる。
【００９９】
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。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係る液晶表示装置によれば、低温応答特性や耐久性に影響を与える二色性色素を用いることなく背景黒化度の角度依存性や温度依存性を抑制することができ、コントラストに優れた高品位の液晶表示を行うことができる。
【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、光透過状態を示す分解斜視図
【図４】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、カラーフィルタの色度を異ならせた各試料についての表示品位の試験結果をＣＩＥ色度図上に表した図
【図５】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、カラーフィルタを搭載した図４の各試料およびカラーフィルタの替わりに液晶材料中に二色性色素を含有した試料についての背景色の試験結果を色度図上に示した図
【図６】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、カラーフィルタを搭載した図４の各試料およびカラーフィルタの替わりに液晶材料中に二色性色素を含有した試料についてのＯＮ表示色の試験結果を色度図上に示した図
【図７】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
２２ カラーフィルタ

Claims (1)

1. 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と所定方向へのラビング処理が施された配向膜とが形成され、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が封入され、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が配設されるとともに一方の偏光板の外側に光源が設置され、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が１．８乃至２．５μｍに設定されている液晶表示装置において、
   前記偏光板が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またはほぼ直交するように配置され、前記光源と前記一方の偏光板との間に、視感度透過率が２５％以上であり、かつ色度がＣＩＥ色度図のｘ座標において０．１８≦ｘ≦０．２７、ｙ座標において０．２２≦ｙ≦０．３３で囲まれる範囲のカラー層が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。

Images