(57)【要約】【課題】  ノーマリブラックモードにおけるコントラス比を向上させたＳＴＮ型の液晶表示素子を提供する。【解決手段】    １つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、一対の対向する基板と、基板間に挟持された液晶層と、基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が９５°〜１７０°または２００°〜２８０°のＳＴＮ型の液晶表示部とを有し、一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が９０°±７°である液晶表示装置を提供する。【選択図】  図３
2008304785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、
一対の対向する基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が９５°〜１７０°または２００°〜２８０°のＳＴＮ型の液晶表示部と
を有し、
前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が９０°±７°である液晶表示装置。
【請求項２】
さらに、透過率スペクトルの極小値が前記光源の発光波長である請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を用いた装置に関し、特に液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高デューティーの液晶表示素子として、ＳＴＮ（超捩れネマティック）−ＬＣＤが用いられてきた。ＳＴＮ−ＬＣＤの一形態として、青色モード表示を説明する。液晶セルの上下に配置された偏光板のうち、検光子の偏光軸が出射光側の液晶分子長軸方向に対して左回りに３０度になるように配置し、偏光子の偏光軸が入射光側の液晶分子長軸方向に対して右回りに３０度に配置することにより、電圧無印加時に青色に呈色し、電圧印加時に白色になる、いわゆる青色モード表示が可能である。
【０００３】
特開２００４−６２０２１号公報に、青色モードのＳＴＮ−ＬＣＤの液晶組成物に二色性色素を含有させ、遮断状態での遮光性を高める提案がなされている。また、遮光性を高める他の手段として、補償板を用いる方法もある。
【０００４】
青色モードは、通常バックライトとして白色バックライトを用いているが、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような単色光源を用いることがある。この場合、バックライトの発光波長における電圧無印加時の透過率を下げ、電圧印加時にその波長を表示させるのに適当な透過率で透過させれば、ノーマリブラックで表示色がバックライト色となるモードを得ることが出来る。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６２０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＴＮ−ＬＣＤは、ある波長に極小値を持つ透過率曲線を持つ。ノーマリブラックで単色表示を行うモードの場合、電圧無印加時と電圧印加時とのコントラスト比を大きくすることが求められる。
【０００７】
本発明の目的は、ノーマリブラックモードにおけるコントラス比を向上させたＳＴＮ型の液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、１つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、一対の対向する基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が９５°〜１７０°または２００°〜２８０°のＳＴＮ型の液晶表示部とを有し、前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が９０°±７°である液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
コントラスト比の大きな、ノーマリブラックで表示色が単色のＳＴＮ−ＬＣＤを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に、液晶表示装置における液晶表示部１０１の断面図を示し、その作成方法について説明する。
【００１１】
２つのガラス基板１Ａ、１Ｂの各々の上に透明であるＩＴＯ膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィーにて所望のＩＴＯ電極パターン２および外部取出し配線２ｌを形成する。ＩＴＯ電極パターン２が付いたガラス基板上にフレキソ印刷にて絶縁膜４を形成する。この絶縁膜４は必須では無いが、上下基板間の短絡防止のため形成することが望ましい。絶縁膜形成方法としてフレキソ印刷の他に、メタルマスクを用い、蒸着やスパッタなどの方法を行っても良い。
【００１２】
次に、絶縁膜４の上に絶縁膜４とほぼ同じパターンの配向膜５をフレキソ印刷で形成する。
【００１３】
次にラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、配向膜５上を擦る工程である。
【００１４】
シール材６を所定のパターンにスクリーン印刷する。シール材６の形成にはスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いても良い。シール材には熱硬化性のＥＳ−７５００（三井化学製）を用いるが、光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でも良い。このシール材６には径６μｍのグラスファイバーを数％含んでいる。
【００１５】
導通材７を所定の位置に印刷する。ここではシール材ＥＳ−７５００に６．５μｍのＡｕボールを数％含んだものを導通材７として所定の位置にスクリーン印刷する。
【００１６】
シール材パターン６及び導通材パターン７は上側の基板１Ｂにのみ形成し、下側の基板１Ａにはギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する。ギャップコントロール材には６μｍのプラスチックボールを用いる。
【００１７】
２つの基板１Ａ、１Ｂを、配向膜５が内側になるよう所定の位置で重ね合わせセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材６を硬化する。
【００１８】
次にスクライバー装置によりガラス基板に傷をつけ、ブレイキングにより所定の大きさ、形に分割して空セルを作成する。
【００１９】
上記の空セルに真空注入法で液晶３を注入し、その後エンドシール材で注入口を封止する。その後ガラス基板の面取りと洗浄を行い、液晶セルを作成する。
【００２０】
さらに、液晶セルの上下に偏光板８を貼り付けＳＴＮモードの液晶表示部１０１を完成する。
【００２１】
実施例を説明するための参考例として、青色モードのＳＴＮ−ＬＣＤについて補足する。
【００２２】
図２Ａに、青色モードＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は２７０°である。上基板（前面基板）に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度（角度ａ）は３０°であり、下基板（背面基板）に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度（角度ｂ）も３０°である。
【００２３】
上記の構成の青色モードＳＴＮ−ＬＣＤの持つ透過率特性について説明する。
【００２４】
図２Ｂに、ほぼ可視領域の透過率曲線を示す。なお、明細書中で示す透過率曲線は、自作のシミュレーションソフトにより算出した。図示のように、電圧無印加時に、ほぼ可視領域において、透過率が極大値と極小値を持つ。極大値は青色の波長であり、電圧無印加時において約５０％の透過率である。このような液晶表示装置は背景色が青色を示す。電圧印加時には、青色領域の透過率が若干他の可視領域に比べて低いものの、ほぼ可視領域において約５０％程度の透過率を有しており、白色バックライトの光を透過して白色表示を行う。一方、電圧無印加時の透過率の極小値は波長５４０ｎｍで約６％である。極小値においても透過率が０％でないことから、電圧無印加時においても光り抜けが生じることが分かる。波長５４０ｎｍでの電圧印加時における透過率は約４８％であり、コントラスト比は最大でも約８程度である。このように、コントラスト比を大きく取ることが困難である。
【００２５】
発明者らは、電圧無印加時における透過率の極小値に着目した。極小値を持つ波長に合わせた単色の光を発する光源をバックライトとして用い、電圧無印加時の極小値の透過率を０に近づけることが出来れば、電圧無印加時には単色光を遮光し、電圧印加時には透過させることで、コントラスト比が大きな、ノーマリブラック表示の液晶表示装置が作製できると考えた。
【００２６】
上記課題を解決するために、様々な偏光板配置を検討し、液晶表示素子を形成する上下基板にそれぞれ最も近い位置の液晶配向方向とそれぞれの基板側の偏光板軸方向のなす角度（小さい方）の和が９０度となる配置において優れた特性が発揮されることを見出した。その条件を満たせば、電圧無印加時の透過率−波長特性において透過率がほぼ０％となる波長が存在する。
【００２７】
発光波長の中心値が６３０ｎｍの赤色バックライト、もしくは５５０ｎｍの緑色バックライトに組み合わせることを想定した場合の実施例を以下に示す。液晶セル作成のポイントは、透過率が０％もしくはそれに近い（ノーマリブラックを実現できる程度に低い）極小値をとる波長を、バックライトの発光波長に合わせるようにセルのリタデーションを制御することである。セルのリタデーションはセル厚を変えるか、複屈折率を変える（具体的には液晶材料を変える。特性の違う液晶材料同士を混合することにより、通常液晶表示装置として用いられる範囲であれば任意に調整可能である）ことにより制御できる。
【００２８】
（実施例１−１）
図３Ａに、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は２７０°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は６０°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は３０°である。なお、偏光板軸方向に関する図においては、右回り左回りの違いはあるが、角度を絶対値で表現する。
【００２９】
図３Ｂに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長６３０ｎｍで０％の極小値を持つ。この波長のＬＥＤをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長６３０ｎｍでの透過率が約３８％あるので、高コントラスト比を実現できる。
【００３０】
本実施例における液晶セルのリタデーションは０．８４７μｍである。
【００３１】
（実施例１−２）
図４Ａに、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は２７０°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は４５°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は４５°である。
【００３２】
図４Ｂに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長６３０ｎｍで０％の極小値を持つ。この波長のＬＥＤをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長６３０ｎｍでの透過率が約４２％あるので、高コントラスト比を実現できる。
【００３３】
本実施例における液晶セルのリタデーションは０．８４７μｍである。
【００３４】
（比較例１）
図５Ａに、比較例によるＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は２７０°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は３０°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は３０°である。
【００３５】
図５Ｂに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長６３０ｎｍで約６％の極小値を持つ。この波長のＬＥＤをバックライトとしても、電圧無印加時にはバックライトの光の一部が透過してしまうのでノーマリブラックが実現できない。また、波長６３０ｎｍにおける電圧印加時の透過率は約５０％であり、コントラスト比は約８と低くなる。
【００３６】
なお、本実施例における液晶セルのリタデーションは０．９５２μｍである。
【００３７】
（実施例２−１）
図６Ａに、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は１５０°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は７０°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は２０°である。
【００３８】
図６Ｂに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長６３０ｎｍで０％の極小値を持つ。この波長のＬＥＤをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長６３０ｎｍでの透過率が約３３％あるので、高コントラスト比を実現できる。
【００３９】
本実施例における液晶セルのリタデーションは０．６２５μｍである。
【００４０】
（実施例２−２）
図７Ａに、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は１５０°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は６０°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は３０°である。
【００４１】
図７Ｂに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長６３０ｎｍで０％の極小値を持つ。この波長のＬＥＤをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長６３０ｎｍでの透過率が約３３％あるので、高コントラスト比を実現できる。
【００４２】
本実施例における液晶セルのリタデーションは０．７１３μｍである。
【００４３】
（実施例３）  
図８Ａに、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は２７０°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は６０°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は３０°である。
【００４４】
図８Ｂに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長５５０ｎｍで０％の極小値を持つ。この波長のＬＥＤ(緑）をバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長５５０ｎｍでの透過率が約３８％あるので、高コントラスト比を実現できる。
【００４５】
本実施例における液晶セルのリタデーションは０．７２４μｍである。
【００４６】
上記において、種々の実施形態について述べたが、角度ａと角度ｂとの和が９０°であっても実用的に電圧印加時の透過率特性が比較的低い角度の組み合わせが存在する。
【００４７】
図９に、パラメーラを角度ａとした場合の、電圧印加時における波長６３０ｎｍでのツイスト角−透過率特性を示す。特性はシミュレータにより算出した。なお、角度ａが６０°の時は３０°の時の特性と、７５°の時は１５°の時の特性と同じである。図示のように、ツイスト角−透過率特性は、それぞれツイスト角１８０°〜１９０°付近で極小値を持つ。また、角度ａが小さく（その分、角度ｂは大きく）なればなるほど透過率は低く、特にツイスト角が大きい場合その傾向は顕著である。特に角度ａが０°になるような偏光板の配置はなるべく避けたい。１８％以上を製品化に妥当な透過率とすると、好ましいツイスト角度の範囲は、９５°〜１７０°または２００°〜２８０°と言えよう。
【００４８】
図１０に、角度ａ＋ｂに対する、波長６３０ｎｍでの液晶表示部の電圧無印加時における透過率のグラフを示す。偏光板角度の異なる様々なサンプルを作製し表示を観察したところ、電圧無印加時の透過率が０．３％以下の物が好ましいことが分かった。この条件を満足するには、図示のグラフから、角度ａ＋ｂが９０°±７°であれば良い。
【００４９】
図１１に、本発明を適用した液晶表示装置の例を示す。本発明は車載における単純マトリクス型やセグメント型、単純マトリクス＋セグメント型の液晶表示装置に適用することができる。例えば図示のように車載のエアコンの表示（ノーマリブラック＋赤表示）に用いることができる。
【００５０】
図中１１Ａと１１Ｂを比較する。１１Ａは比較例１を適用した場合の液晶表示装置の表示例であり、１１Ｂは実施例１−１を適用した場合の液晶表示装置の表示例である。図示のように、実施例を適用した表示例の方が背景が黒く、見た目にもコントラスト比の大きな表示が出来ていることが分かる。
【００５１】
以上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るものではない。例えば、単波長の光源としてＬＥＤの他に、レーザを用いても良い。
【００５２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、液晶表示部の概略断面図である。
【図２】図２Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図２Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図３】図３Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図３Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図４】図４Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図４Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図５】図５Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図５Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図６】図６Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図６Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図７】図７Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図７Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図８】図８Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図８Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図９】図９は、パラメータを角度ａとした場合の、電圧印加時における波長６３０ｎｍでのツイスト角−透過率特性である。
【図１０】図１０は、角度ａ＋ｂに対する、波長６３０ｎｍでの液晶表示部の透過率のグラフである。
【図１１】図１１は、本発明を適用した液晶表示装置の例である。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ、１Ｂ  基板
２  電極
２ｌ  配線
３  液晶
４  絶縁膜
５  配向膜
６  シール材
７  導通材
８  偏光板
【図１】
2008304785.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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