(57)【要約】【課題】ブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子を使用したＳＴＮ液晶表示装置において、遮断状態の遮光性を向上させる。【解決手段】表示モードがブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子とバックライトとを有する液晶表示装置において、ＳＴＮ液晶表示素子は、２枚の基板と、前記２枚の基板の間に封入されたＳＴＮ液晶組成物と、前記２枚の基板の外側表面にそれぞれ設けられた偏光板とを備え、ＳＴＮ液晶組成物中には光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素を含有させる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示モードがブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子とバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記ＳＴＮ液晶表示素子は、配向膜が形成された２枚の基板と、前記２枚の基板の間に封入されたＳＴＮ液晶組成物と、前記２枚の基板の外側表面にそれぞれ設けられた偏光板とを備え、
前記２枚の基板のうち視認側の基板に形成された配向膜の配向軸方向に平行な線を基準線として、基準線から時計回りで視認側の偏光板の偏光軸までの角度θ１　は２５〜５５°であり、基準線から時計回りでバックライト側の偏光板の偏光軸までの角度θ２　は１５〜４５°であり、
前記ＳＴＮ液晶組成物中には光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素が含有されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記２色性色素は、前記ＳＴＮ液晶組成物中に０．５〜２．０重量％の割合で含有されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記バックライトからＳＴＮ液晶表示素子に照射される光は、５５０〜６３０ｎｍの範囲にピークを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記ＳＴＮ液晶表示素子は、電圧が印加されない部分をブラックマトリクスで遮光していることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子とバックライトとを有する液晶表示装置に係り、特に、表示モードがブルーモードのＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶表示素子を使用した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示モードがブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子は、オフ駆動電圧印加時（遮断状態）に青、オン駆動電圧印加時（透過状態）に白表示になる。これは、ＳＴＮ液晶表示素子を透過した光が、波長によって偏光状態が異なるので、偏光板によって全ての波長の光を遮断することができず、透過した光によって色が表示されてしまうためである。偏光板の配置等を調節することによって、ＳＴＮ液晶表示素子の表示モードをブルーモードとすることができる。
【０００３】
図３の曲線３１は、２５℃、駆動電圧を印加しない状態で従来のブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を測定した結果である。このように従来のブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子は、６２０ｎｍ付近の光しか遮断することができなかった。
【０００４】
ところで、液晶表示装置は、様々な用途において利用されているが、その一つとして車載用テレビやカーナビゲーションがある。これらの用途では、使用温度が７０℃近くになる場合がある。このような環境下で液晶表示装置を使用すると、液晶組成物の位相差値Δｎ・ｄ（複屈折Δｎ×セルギャップｄ）が変化するため、表示品質も変化していた。
【０００５】
図４の曲線４１は、７０℃、駆動電圧を印加しない状態で従来のブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を測定した結果である。図３の曲線３１と比較すると、７０℃という高温下においては、液晶表示素子の光透過率の波長分布が低波長側にシフトしていることがわかる。このため、通常の動作温度での表示の色合いと高温での表示の色合いとは異なるものになっていた。更に、図３の曲線３１に比べて、図４の曲線４１では透過率も増しているため、遮断状態の遮光性も低下していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子は、特定の波長の光であれば遮断状態で遮光することができるので、バックライトから照射する光を特定の波長にピークを有する光とすることで、遮光性を高めることができる。図３の曲線３１の液晶表示素子の場合は、６２０ｎｍ付近にピークを有する光を使用すれば、遮断状態での透過光が殆ど無くなる。従って、ブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子と特定の波長にピークを有する光を照射するバックライトとを組み合わせて、遮断状態の遮光性を高めた液晶表示装置を得ることができる。
【０００７】
しかしながら、このような液晶表示装置は、特定の波長の光に対しては高い遮光性を得ることができるが、この特定の波長から外れると表示品質が著しく低下してしまう。図４から明らかなように、液晶表示素子の光透過率の波長分布は使用温度によって変化するため、温度変化を伴う使用環境においては、液晶表示装置の表示品質が変動するという問題があった。
【０００８】
本発明は、ブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子を使用したＳＴＮ液晶表示装置において、遮断状態の表示品質を向上させることを根本的な目的とし、広い波長範囲で遮断状態の遮光性を高めること及び広い温度範囲で遮断状態の遮光性を維持することを派生的な目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために本発明の液晶表示装置は、表示モードがブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子とバックライトとを有し、前記ＳＴＮ液晶表示素子は、配向膜が形成された２枚の基板と、前記２枚の基板の間に封入されたＳＴＮ液晶組成物と、前記２枚の基板の外側表面にそれぞれ設けられた偏光板とを備え、前記２枚の基板のうち視認側の基板に形成された配向膜の配向軸方向に平行な線を基準線として、基準線から時計回りで視認側の偏光板の偏光軸までの角度θ１　は２５〜５５°であり、基準線から時計回りでバックライト側の偏光板の偏光軸までの角度θ２　は１５〜４５°であり、前記ＳＴＮ液晶組成物中には光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素が含有されていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成を採用したことにより、本発明の液晶表示装置は、広い波長範囲において遮光性を高めることができ、また、高温においても遮光性を保つことができる。
【００１１】
また、上記液晶表示装置において、前記２色性色素は、前記ＳＴＮ液晶組成物中に０．５〜２．０重量％の割合で含有されていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成を採用したことにより、透過状態における光透過率の低下を緩和することができる。
【００１３】
更に、上記液晶表示装置において、前記バックライトからＳＴＮ液晶表示素子に照射される光は、５５０〜６３０ｎｍの範囲にピークを有することを特徴とする。
【００１４】
上記液晶表示装置は、広い波長範囲において遮光性を高めることができるため、使用できるバックライトの種類を広げることができる。そして、これらの特定の波長にピークを有する光をＳＴＮ液晶表示素子に照射することにより、遮断状態の遮光性を高めることができる。
【００１５】
加えて、上記液晶表示装置において、前記ＳＴＮ液晶表示素子は、電圧が印加されない部分をブラックマトリクスで遮光していることを特徴とする。
【００１６】
上記液晶表示装置は、駆動電圧を印加しない状態よりもオフ駆動電圧印加時（遮断状態）の方が遮光性が高くなっているため、遮断状態において、電圧が印加されない部分（例えば、ドットとドットの間の部分）がオフ駆動電圧が印加されるドットに比べて目立って表示される。そこで、電圧が印加されない部分にブラックマトリクスを設けることで、ドットと同じく電圧が印加されない部分も遮光されるので、遮断状態の表示品質を向上することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、液晶表示素子１とバックライト１３とを有する液晶表示装置の断面構造の概略図である。
【００１８】
液晶表示素子１は、表示モードがブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子である。液晶表示素子１を構成する２枚の基板２、３は、それぞれ、その内側表面に電極４、５および配向膜６、７が形成されている。
【００１９】
基板２と基板３は、互いの電極４、５が向き合うように対向させ、その間にセルギャップを一定の距離に保つためのスペーサ８を散布した状態で両基板２、３の周囲をシール材９により囲繞している。更に、両基板２、３およびシール材９によってできた空間にＳＴＮ液晶組成物１０を封入している。そして、両基板２、３の外側表面に偏光板１１、１２をそれぞれ備えている。
【００２０】
図１は、基板２の外側が視認側であり、基板３の外側に配置されたバックライト１３から照射された光が基板３、ＳＴＮ液晶組成物１０、基板２の順に透過して、観察者が表示を看取する構成である。
【００２１】
基板２、３としては、透光性の材料、例えばガラス、合成樹脂等が使用される。電極４、５としても透光性の導電膜、例えばＩＴＯ等が使用される。配向膜６、７は、高分子膜からなり、基板近傍の液晶組成物１０を配向させるためにラビング処理が施されている。このため、ＳＴＮ液晶組成物１０のツイスト角は、配向膜６のラビング方向と配向膜７のラビング方向によって決定される。
【００２２】
ＳＴＮ液晶組成物１０は、ツイスト角が１８０〜２７０°であり、その転移温度は１２０〜１３５℃であることが好ましい。また、位相差値Δｎ・ｄ（複屈折Δｎ×セルギャップｄ）が０．８〜０．９となるように設計することが好ましい。
【００２３】
そして、ＳＴＮ液晶組成物１０には、光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素をＳＴＮ液晶材料中に含有させている。光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素としては、日本感光色素研究所のＤｙｅＮｏ．Ｇ−２４１が使用できる。
【００２４】
図２は、偏光板を設ける前の液晶表示素子の光透過率の波長分布を測定した結果であり、液晶組成物自体の光透過率の波長分布がわかる。図２において、曲線２１はＳＴＮ液晶材料だけの光透過率の波長分布であり、曲線２２はＳＴＮ液晶材料中に光透過率の最小値が５６０ｎｍ付近にある２色性色素を１．０重量％含有させた液晶組成物の光透過率の波長分布であり、曲線２３はＳＴＮ液晶材料中に光透過率の最小値が６４０ｎｍ付近にある２色性色素を１．０重量％含有させた液晶組成物の光透過率の波長分布である。
【００２５】
図２から、ＳＴＮ液晶材料（曲線２１）は、全ての波長範囲においてかなりの割合で光を透過していること、及び２色性色素を含有させた液晶組成物（曲線２２、２３）は、全体的に光透過率が低下しており、特に、２色性色素の光透過率の最小値付近の光透過率が低下しており、２色性色素の影響を受けていることがわかる。
【００２６】
２色性色素の影響により、ＳＴＮ液晶組成物の光透過率が低下してしまうため、ＳＴＮ液晶組成物中に２色性色素を多量に含有させると、透過状態における光透過率が低下してしまう。このため、２色性色素は、ＳＴＮ液晶組成物中に０．５〜２．０重量％の割合として、光透過率の低下を緩和することが好ましい。
【００２７】
光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素を含有させた図２の曲線２２のような液晶組成物を使用すると、遮断状態における液晶表示素子の遮光性を広い波長範囲において高めることができ、また、高温においても遮光性を保つことができる。しかしながら、光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲外の２色性色素を含有させた図２の曲線２３のような液晶組成物を使用しても、高温時の遮光性は悪くなり、コントラストが低下して実用に耐えうるものとはならない。
【００２８】
偏光板１１、１２は、それぞれの偏光軸方向を図６に示すように調節する。図６において、視認側の偏光板１１、基準線（配向軸）６１及び偏光軸６２については実線で示し、バックライト側の偏光板１２及び偏光軸６３については点線で示し、液晶表示素子１のその他の構成については省略している。視認側の偏光板１１は、視認側の基板２に形成された配向膜６のラビング方向である配向軸方向に平行な線を基準線６１として、基準線６１から時計回りで偏光板１１の偏光軸６２までの角度θ１　が２５〜５５°となるように配置する。また、バックライト側の偏光板１２は、基準線６１から時計回りで偏光板１２の偏光軸６３までの角度θ２　が１５〜４５°となるように配置する。角度θ１　及び角度θ２　を上記所定の範囲とすることで、液晶表示素子の遮光性が非常に良くなり、コントラストの優れた表示を得ることができる。
【００２９】
液晶表示素子１は、２枚の基板２、３の内側表面または外側表面に、電圧が印加されない部分（電極４及び電極５によって挟まれていない部分）を遮光するようにブラックマトリクスを設けてもよい。ブラックマトリクスは、基板２、３の一方だけに設けてもよいし、両方に設けてもよい。ブラックマトリクスとしては、金属膜、遮光性のある樹脂膜等が使用される。
【００３０】
ブラックマトリクスを設けると、遮断状態の表示品質を向上することができる。この効果は、図５及び図３によって説明できる。図５は、２５℃、オフ駆動電圧印加時（遮断状態）におけるＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を示すものである。図５の曲線５１は、従来のブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子の測定結果であり、曲線５２は、本発明のＳＴＮ液晶表示素子（光透過率の最小値が５６０ｎｍ付近にある２色性色素を１．０重量％含有させた液晶組成物を使用したもの）の測定結果である。
【００３１】
図３は、２５℃、駆動電圧を印加しない状態におけるＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を示すものであり、その曲線３２は本発明のＳＴＮ液晶表示素子の測定結果である。
【００３２】
遮断状態（図５の曲線５２）と駆動電圧を印加しない状態（図３の曲線３２）における本発明のＳＴＮ液晶表示素子の測定結果を比較すると、遮断状態の方が遮光性が高いことがわかる。ＳＴＮ液晶表示素子は、遮断状態としても、オフ駆動電圧が印加されるのは電極２と電極３に挟まれたドットだけであり、ドットとドットの間等の電圧が印加されない部分では駆動電圧を印加しない状態のままである。このため、遮断状態とした時に、電圧が印加されない部分は、ドットに比べて明るくなり目立ってしまうのである。従って、電圧が印加されない部分にブラックマトリクスを設けると、遮断状態の表示品質を向上することができるのである。
【００３３】
なお、従来のブルーモードのＳＴＮ液晶表示素子においては、遮断状態（図５の曲線５１）と駆動電圧を印加しない状態（図３の曲線３１）の遮光性は殆ど変わらないため、遮断状態とした時に、電圧が印加されない部分がドットに比べて明るくなり目立ってしまうことはないのである。
【００３４】
バックライト１３としては、タングステン球、ハロゲン球、ＬＥＤ、蛍光管、ＥＬ等の光源を使用することが可能である。バックライト１３は、５５０〜６３０ｎｍの範囲にピークを有する光をＳＴＮ液晶表示素子１に照射する構成としてもよい。この場合、５５０〜６３０ｎｍの範囲にピークを有する光を照射するＬＥＤ、ＥＬ等を光源として使用してもよいし、５５０〜６３０ｎｍの範囲にピークを有する光のみを選択的に反射するダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを利用して、バックライトからの特定の波長の光だけをＳＴＮ液晶表示素子に照射する構成としてもよい。
【００３５】
図３の曲線３２及び図５の曲線５２から、本発明のＳＴＮ液晶表示素子は、５５０〜６３０ｎｍの範囲において遮光されているので、５５０〜６３０ｎｍの範囲にピークを有する光をＳＴＮ液晶表示素子に照射する構成とすることで、遮断状態の遮光性を高めることができる。
【００３６】
【実施例】
［実施例］　本実施例のＳＴＮ液晶表示装置は、図１に示す構造であり、ＳＴＮ液晶材料中に光透過率の最小値が５６０ｎｍ付近にある２色性色素を１．０重量％含有させたＳＴＮ液晶組成物を使用している。本実施例では２色性色素として日本感光色素研究所のＤｙｅＮｏ．Ｇ−２４１を使用した。ＳＴＮ液晶組成物のツイスト角は２４０°であり、転移温度は１３０．９℃であり、位相差値Δｎ・ｄは０．８６であった。偏光板は、基準線と視認側の偏光板の偏光軸との角度θ１　が４０°、基準線とバックライト側の偏光板の偏光軸との角度θ２　が３０°となるように配置した。更に、ＳＴＮ液晶表示素子は、ドットとドットの間にブラックマトリクスを設けている。
【００３７】
偏光板を設ける前の本実施例のＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を図２の曲線２２（２５℃）に示す。また、偏光板を設けた後、駆動電圧を印加しない状態における本実施例のＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を図３の曲線３２（２５℃）及び図４の曲線４２（７０℃）にそれぞれ示す。更に、オフ駆動電圧印加時（遮断状態）における本実施例のＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を図５の曲線５２（２５℃）に示す。
【００３８】
本実施例のＳＴＮ液晶表示素子にバックライトとして６２５ｎｍに波長のピークがあるＬＥＤを組み合わせたＳＴＮ液晶表示装置の温度毎の光学特性を測定した。デューティ比が１／６４、バイアス比が１／９の測定条件で、透過状態及び遮断状態の光透過率、並びにコントラストを測定した結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2004062021.tif 000003
【００４０】
表１から、本実施例の液晶表示装置は、７０℃という高温環境下においても、遮断状態の光透過率は０．２０％と低くコントラストも４０であり、十分実用可能なものとなっていることがわかる。
【００４１】
［比較例１］　比較例１のＳＴＮ液晶表示装置は、実施例と同様に図１に示す構造であるが、従来のブルーモードのＳＴＮ液晶表示装置であり、２色性色素を含有しないＳＴＮ液晶組成物を使用している。ＳＴＮ液晶組成物のツイスト角は２４０°であり、転移温度は１２９．６℃であり、位相差値Δｎ・ｄは０．８６であった。偏光板は、基準線と視認側の偏光板の偏光軸との角度θ１　が１３０°、基準線とバックライト側の偏光板の偏光軸との角度θ２　が１１０°となるように配置した。更に、ＳＴＮ液晶表示素子は、ドットとドットの間にブラックマトリクスを設けている。
【００４２】
偏光板を設ける前の比較例１のＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を図２の曲線２１（２５℃）に示す。また、偏光板を設けた後、駆動電圧を印加しない状態における比較例１のＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を図３の曲線３１（２５℃）及び図４の曲線４１（７０℃）にそれぞれ示す。更に、オフ駆動電圧印加時（遮断状態）における比較例１のＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を図５の曲線５１（２５℃）に示す。
【００４３】
図３及び図５から、比較例１のＳＴＮ液晶表示素子は６２０ｎｍ付近の光しか遮断することができないが、本実施例のＳＴＮ液晶表示素子は５５０〜６３０ｎｍの範囲において光を遮断することができていることがわかる。また、図５から、本実施例のＳＴＮ液晶表示素子は、比較例１のＳＴＮ液晶表示素子に比べて全波長範囲において光透過率が低下しており、遮断状態の遮光性が向上していることがわかる。更に、図３及び図４から、７０℃になると、比較例１のＳＴＮ液晶表示素子は光透過率が全体的に増加し、且つ低波長側にシフトしているが、本実施例のＳＴＮ液晶表示素子は光透過率が４６０ｎｍ付近では増加しているが、５５０〜６３０ｎｍの範囲においては変わらないことがわかる。
【００４４】
［比較例２］　比較例２のＳＴＮ液晶表示装置は、実施例と同様に図１に示す構造であり、ＳＴＮ液晶材料中に光透過率の最小値が６４０ｎｍ付近にある２色性色素を１．０重量％含有させたＳＴＮ液晶組成物を使用している。ＳＴＮ液晶組成物のツイスト角は２４０°であり、転移温度は１２９．９℃であり、位相差値Δｎ・ｄは０．８６であった。偏光板の配置は、実施例と同じである。更に、ＳＴＮ液晶表示素子は、ドットとドットの間にブラックマトリクスを設けている。
【００４５】
偏光板を設ける前の比較例２のＳＴＮ液晶表示素子の光透過率の波長分布を図２の曲線２３（２５℃）に示す。
【００４６】
比較例２のＳＴＮ液晶表示素子にバックライトとして６２５ｎｍに波長のピークがあるＬＥＤを組み合わせたＳＴＮ液晶表示装置の温度毎の光学特性を測定した。デューティ比が１／６４、バイアス比が１／９の測定条件で、透過状態及び遮断状態の光透過率、並びにコントラストを測定した結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
表２から、比較例２のＳＴＮ液晶表示装置は、遮断状態の光透過率が高くコントラストが小さいことがわかる。特に、７０℃という高温環境下では光透過率が１．４５％と著しく上昇しており、コントラストも６しかないので実質的に表示装置として使用することができない。
【００４９】
表１及び表２から、光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素を使用することで、遮断状態の遮光性、特に、７０℃という高温環境下における遮断状態の遮光性を高くできることがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の液晶表示装置は、一対の偏光板の偏光軸を特定角度とし、ＳＴＮ液晶組成物中に光透過率の最小値が５５０〜５８０ｎｍの範囲にある２色性色素を含有させることにより、広い波長範囲において遮光性を高めることができ、また、高温においても遮光性を保つことができる。
【００５１】
また、２色性色素を０．５〜２．０重量％の割合で含有させることにより、透過状態における光透過率の低下を緩和することができる。
【００５２】
更に、バックライトからＳＴＮ液晶表示素子に５５０〜６３０ｎｍの範囲にピークを有する光を照射することにより遮断状態の遮光性を高めることができる。
【００５３】
加えて、ＳＴＮ液晶表示素子にブラックマトリクスを備えることにより、電圧が印加されない部分（例えば、ドットとドットの間の部分）がオフ駆動電圧が印加されるドットに比べて目立って表示されることを防止でき、遮断状態の表示品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置の断面構造の概略図
【図２】偏光板を設ける前の液晶表示素子の光透過率の波長分布を示す図
【図３】２５℃、駆動電圧を印加しない状態における液晶表示素子の光透過率の波長分布を示す図
【図４】７０℃、駆動電圧を印加しない状態における液晶表示素子の光透過率の波長分布を示す図
【図５】２５℃、オフ駆動電圧印加時（遮断状態）における液晶表示素子の光透過率の波長分布を示す図
【図６】液晶表示素子の軸関係を示す概念図
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　液晶表示素子
２、３　　　　　　　　基板
４、５　　　　　　　　電極
６、７　　　　　　　　配向膜
８　　　　　　　　　　　　スペーサ
９　　　　　　　　　　　　シール材
１０　　　　　　　　　　ＳＴＮ液晶組成物
１１、１２　　　　偏光板
１３　　　　　バックライト
【図１】
2004062021.tif 000005
【図２】
2004062021.tif 000006
【図３】
2004062021.tif 000007
【図４】
2004062021.tif 000008
【図５】
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【図６】
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