(57)【要約】【課題】ディスプレイを構成する液晶表示素子の左右いずれの方向からであっても、その視角からの最適なコントラストの表示を可能とし、良好な視認性を得ることができる液晶表示素子を提供する。【解決手段】液晶表示素子を構成する液晶表示パネル１は、その視角方向を、当該液晶表示素子の表示画面の１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１９０°〜２１０°の範囲内に位置させて形成し、２枚の偏光板６Ａ，６Ｂは、それぞれの吸収軸の交差角が８０°〜８８°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板６Ａの吸収軸角を前記１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１２０°〜１４５°となるように配置する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向膜がそれぞれ配設された２枚の透明基板間に２２０°〜２６０°のツイスト角を有する液晶を封入した液晶表示パネルと、液晶表示パネルの上下面に配設され偏光板と、前記いずれか一方の偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配設され、前記液晶のツイスト角と同じ角度で、かつ、前記液晶とは逆の方向にツイストする構造を有する側鎖型液晶性高分子からなる層を有し、前記液晶表示パネルと側鎖型液晶高分子からなる層との相対向する配向軸が直交するように配置される補償板とを有する液晶表示素子であって、
前記液晶表示パネルは、視角方向を、
前記液晶表示素子の表示画面の１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１０°〜３０°の範囲内、
若しくは、
前記液晶表示素子の表示画面の１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１９０°〜２１０°の範囲内
に位置させて形成されており、
前記２枚の偏光板は、上面側に配設した偏光板の吸収軸と下面側に配設した偏光板の吸収軸との時計回り方向の交差角が７４°〜８４°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板の吸収軸角を前記１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの３５°〜６０°、
若しくは、
前記２枚の偏光板は、上面側に配設した偏光板の吸収軸と下面側に配設した偏光板の吸収軸との時計回り方向の交差角が８０°〜８８°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板の吸収軸角を前記１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１２０°〜１４５°
に形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶を利用したディスプレイに使用される液晶表示素子に係り、特に、液晶表示素子の左右両方向からの視認に対し良好なコントラストを示すことのできる液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示素子には、ＴＮ　（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶表示素子、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶表示素子、ＴＦＴ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）方式を用いた液晶表示素子等が知られている。特に、これら液晶表示素子のうち、ＳＴＮ型液晶表示素子は、高密度表示に適しているため、インスツルメントパネルやナビゲーションシステム等の各種の車載用機器のディスプレイに広く使用されている。
【０００３】
そして、従来においては、これらのいずれの車載用機器のディスプレイにおいても、視認者の正面からの視認に対し、最も良好な表示を行なうようにコントラスト調整がなされた液晶表示素子が使用されている。
【０００４】
図９には、このように正面からの視認を最も良好なコントラストとする仕様の前記ＳＴＮ型のカラー液晶表示素子の積層構成を示す。
【０００５】
前記カラー液晶表示素子を構成する液晶表示パネル１は、間隔を隔ててほぼ平行に配置された２枚のガラスのような材質からなる透明基板２Ａ，２Ｂを有しており、これらの両透明基板２Ａ，２Ｂ間の外周は周辺シール材３により密閉されている。このうち、上方に位置する一方の透明基板２Ａの下面には、透明共通電極（図示せず）が密着するように配設されており、また、この透明共通電極の下方には、非視野領域を覆うように遮光膜（図示せず）が配設されている。
【０００６】
また、前記遮光膜の下方には、電極間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向を制御する配向膜（図示せず）が密着するように配設されている。
【０００７】
一方、下方に位置する前記透明基板２Ｂの上面には、カラーフィルタ膜（図示せず）が配設されている。また、このカラーフィルタ膜の上方には透明セグメント電極（図示せず）が配設されており、この透明セグメント電極の上方には配向膜（図示せず）が密着するように配設されている。そして、前記両透明基板２Ａ，２Ｂは各電極を対向させ、当該両透明基板２Ａ，２Ｂと前記周辺シール材により囲繞された密閉空間部４に封入する液晶分子のツイスト角が１８０°〜２６０°、好適には２３０°〜２５０°となるように配置して位置合わせされており、前記密閉空間部４には、ＳＴＮ型の液晶（図示せず）が封入されている。さらに、両透明基板２Ａ，２Ｂ間の間隔を正確に一定に保持するため、前記両配向膜間には複数の球状あるいは柱状のスペーサ（図示せず）が介装されている。この液晶表示パネル１の視角方向は、前記液晶表示素子の表示画面の１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの０°または１８０°に設定されている。ここで、前記視角方向とは、当該液晶表示パネル１において、その視角特性を最良なものとするべく設計された視角の方角を意味する。
【０００８】
このように構成された液晶表示パネル１の上方に位置する透明基板２Ａの上面には、側鎖型液晶性高分子フィルム９からなり、液晶の層を通過するときに生じる干渉色を補償する位相差板７が配設されている。
【０００９】
ここで、位相差板７について説明する。前記位相差板７は、光が液晶の層を通過するときに生じる干渉色を補償するものであり、この位相差板７に必要とされる基本特性は、液晶ディスプレイの電気光学特性に合わせた位相差値（Δｎ・ｄ）を有することである。ここにおけるΔｎは縦方向と横方向の屈折率の差である複屈折量であり、ｄは位相差板７の膜厚である。そして、前記側鎖型液晶性高分子フィルム９は、図１０に示すように、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）などの等方性透明フィルム８上に側鎖型液晶性高分子層１０を積層して形成されている。この側鎖型液晶性高分子層１０は、直線偏光を円偏光に変換させることもできるし、カイラル分子を適量添加することにより液晶性高分子にツイスト構造をとらせ、ＳＴＮ型液晶表示素子の色補償をも行うことができるものである。
【００１０】
そして、この位相差板７の上面には、光の振動方向を規制する偏光板６Ａが積層して配設されている。また、前記下方に位置する透明基板２Ｂの下面には、偏光板６Ｂが配設されている。このとき、前記両偏光板６Ａ，６Ｂの吸収軸の交差角は９０°とされており、例えば、各偏光板６Ａ，６Ｂの有する吸収軸角は、それぞれ当該液晶表示パネルの表示画面の１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの角度（以下、φと示す）でφ１０５°とφ１５°に形成されている。
【００１１】
このような構成を有する液晶表示素子は、表示すべき画像に対応するように特定の透明セグメント電極と透明共通電極との間に電圧を印加させ、両電極間に位置する配向膜により液晶の分子の配向を制御して、バックライト１１からの光のうち特定波長の光のみをカラーフィルタ膜を介して透明基板および楕円偏光板に通過させることにより、特に、カラー液晶表示素子の画面をその表面に対し正面から視認した場合に良好なコントラストの表示品位を得ることができる構成とされている。
【００１２】
そして、前記車載用の機器のディスプレイのうち、スピードメータ、タコメータ、オドメータ、トリップメータなどを有するインスツルメントパネルはドライバー席の正面に配置されるため、前記ディスプレイが前述の構成の液晶表示素子を用いるものであれば、運転中のドライバーは、最も良好な表示品位でこれらのメータの表示を視認することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ナビゲーションシステムは、その車内スペースの都合などから、ドライバー席と助手席との間に配置されており、運転中のドライバーの視角をこのナビゲーションシステムのディスプレイの正面に位置させることは困難である。そして、ナビゲーションシステムの場合にあっては、そのディスプレイの液晶表示素子において、前述のように、正面からの視認に対し最も良好な表示を行なうようにコントラスト調整がなされていたのでは、ディスプレイの左右いずれかの方向にドライバー席が配置され、当該方向に視角を位置させるドライバーは、その運転中に、液晶表示素子の良好な表示品位を得ることはできなかった。
【００１４】
また、前述のように構成された、正面からの視認に対するコントラストを最大にする軸角配置がなされたＳＴＮ型の液晶表示素子においては、その左方向からの視角に対するコントラストを良好にすることができる電圧と、右方向からの視角に対するコントラストを良好にすることができる電圧とが一致していないため、ある一つの値の電圧を印加した場合に、左右いずれの方向からの視角に対しても常に最良コントラストで表示するということができなかった。
【００１５】
図１１は、前述のように構成され、最良の視認方向を正面としてコントラスト調整がなされた液晶表示素子において、表示面の法線から右方向への傾き（以下、右θと示す）を３０°とする視角からの表示品位を最も良好なものとすることのできる電圧値と、同じく左方向への傾き（以下、左θと示す）を３０°とする視角からの表示品位を最も良好なものとすることのできる電圧値とを求めたグラフである。
【００１６】
このグラフからもわかるように、右θ３０°の視角からの表示品位を最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ１は１３．８Ｖであり、左θ３０°の視角からの表示品位を最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ２は１４．６Ｖであって、その差ΔＶは０．８Ｖであった。
【００１７】
この結果から、従来の構成のカラー液晶表示素子において、最良視認方向を左右いずれか一方に定め、その印加電圧を調整すると、他の方向からのコントラストは著しく劣るものとなることがわかる。つまり、仮に、ディスプレイの右方向からの視角に対するコントラストを最良にする（コントラスト：１７）とすれば、その場合の印加電圧は１３．８Ｖとなるが、その場合、左方向からの視角に対するコントラストはかなり劣る（コントラスト：１０）ものとなる。また逆に、ディスプレイの左方向からの視角に対するコントラストを最良にする（コントラスト：４５）とすれば、その場合の印加電圧は１４．６Ｖとなるが、やはり、逆側の右方向からの視角に対するコントラストは著しく劣る（コントラスト：４）ものとなるのである。
【００１８】
また、特に、ナビゲーションシステムにおいては、ＴＶ機能等の他の機能を備えており、このディスプレイの液晶表示素子を視認する者は前述のインスツルメントパネルのようにドライバーに限ることができない。例えば、ナビゲーションシステムのディスプレイを挟んで前記ドライバー席と並んで位置することとなる助手席の同乗者が、このディスプレイを構成する液晶表示素子を視認する場合の表示品位をも良好とすることが望ましい。
【００１９】
そこで、本発明はこのような点に鑑み、ディスプレイを構成する液晶表示素子の左右いずれの方向からであっても、その視角からの最適なコントラストの表示を可能とし、良好な視認性を得ることができる液晶表示素子を提供することを目的としている。
【００２０】
【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、本発明の液晶表示素子の特徴は、配向膜がそれぞれ配設された２枚の透明基板間に２２０°〜２６０°のツイスト角を有する液晶を封入した液晶表示パネルと、液晶表示パネルの上下面に配設され偏光板と、前記いずれか一方の偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配設され、前記液晶のツイスト角と同じ角度で、かつ、前記液晶とは逆の方向にツイストする構造を有する側鎖型液晶性高分子からなる層を有し、前記液晶表示パネルと側鎖型液晶高分子からなる層との相対向する配向軸が直交するように配置される補償板とを有する液晶表示素子であって、前記液晶表示パネルは、視角方向を、前記液晶表示素子の表示画面の１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１０°〜３０°の範囲内、若しくは、前記液晶表示素子の表示画面の１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１９０°〜２１０°の範囲内に位置させて形成されており、前記２枚の偏光板は、上面側に配設した偏光板の吸収軸と下面側に配設した偏光板の吸収軸との時計回り方向の交差角が７４°〜８４°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板の吸収軸角を前記１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの３５°〜６０°、若しくは、前記２枚の偏光板は、上面側に配設した偏光板の吸収軸と下面側に配設した偏光板の吸収軸との時計回り方向の交差角が８０°〜８８°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板の吸収軸角を前記１２時方向を０°と仮定した場合における時計回りの１２０°〜１４５°に形成されている点にある。
【００２１】
このような構成を採用することにより、液晶表示素子の左方向からの視角に対する最良のコントラストを得ることができる電圧と、右方向からの視角に対する最良のコントラストを得ることができる電圧とを略一致させることができ、この略一致する電圧値を印加した場合に、左右いずれの方向からの視角に対しても常に最良のコントラスト、かつ、優れた階調表現で表示することが可能となり、極めて良好な視認性を得ることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本実施形態の液晶表示素子は、配向膜がそれぞれ配設された２枚の透明基板間に２４０°のツイスト角を有する液晶を封入した液晶表示パネルと、液晶表示パネルの上下面に配設され偏光板と、前記いずれか一方の偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配設され、前記液晶のツイスト角と同じ角度で、かつ、前記液晶とは逆の方向にツイストする構造を有する側鎖型液晶性高分子からなる層を有し、前記液晶表示パネルと側鎖型液晶高分子からなる層との相対向する配向軸が直交するように配置される補償板とを有している。
【００２３】
この液晶表示素子の基本的な構造については、前記従来例に示す液晶表示素子と略同一であるので、詳細な説明は省略し、以下においては、同一の部材に関しては同一の符号を付して、本発明の液晶表示素子の実施形態について、その特徴を説明する。
【００２４】
本実施形態の液晶表示素子においては、前記液晶表示パネル１は、図１に示すように、視角方向をφ１９５°に位置させて形成されている。この視角方向は、φ１０°〜φ３０°、若しくはφ１９０°〜φ２１０°の範囲内の任意の角度に形成されていることを要する。また、当該液晶表示パネルの位相差値（Δｎ・ｄ）は、８４０ｎｍとされている。
【００２５】
さらに、本実施形態において、前記２枚の偏光板６Ａ，６Ｂは、それぞれの吸収軸の交差角が８０°〜８８°となるように配置され、かつ、上面側の偏光板６Ａの吸収軸角は、φ１２０°〜φ１４５°に形成されている。
【００２６】
図２は、本実施形態の上方に配設された偏光板６Ａのφ１３０°の吸収軸を示す説明図であり、図３は、下方の偏光板６Ｂのφ３８°の吸収軸を示す説明図である。また、図４は、前記２枚の偏光板６Ａ，６Ｂを重ねた場合の、前記吸収軸の交差角を示す説明図であり、この場合の交差角は８８°となる。
【００２７】
なお、前記２枚の偏光板６Ａ，６Ｂは、交差角が７４°〜８４°となるように配置され、かつ、上面側の偏光板６Ａの吸収軸角は、φ３５°〜φ６０°に形成されていてもよい。なお、偏光板６Ａ，６Ｂの交差角が８０°〜８４°となるように設置する場合は、前記いずれか一方の偏光板６の吸収軸角は、前記いずれの条件の吸収軸角をも採用することが可能である。
【００２８】
なお、前述の条件中にあっては、前記視角方向をφ１９５°〜φ２０５°の範囲内に位置させ、前記交差角は８４°〜８８°、上面側の偏光板の吸収軸角はφ１２８°〜φ１４１°とするか、あるいは、前記視角方向をφ１９５°〜φ２０５°の範囲内に位置させ、前記交差角は７８°〜８２°、上面側の偏光板の吸収軸角はφ４２°〜φ５３°として構成することがより好ましい。
【００２９】
そして、本実施形態の液晶表示素子における、前記補償板５としての位相差板７は、液晶表示パネル１の液晶のツイスト角と同じ角度になるように制御され、液晶のツイスト方向とは逆の方向にねじられたツイスト構造とされており、その位相差値を８３０ｎｍに調整された側鎖型液晶性高分子層１０を有するものを用いて、前記色補償を効果的に行うことのできる構成とされている。
【００３０】
図５は、この補償板５の配向軸とねじり角を示しており、図６は、液晶表示パネル１の配向軸とねじり角を示している。図５および図６中、実線で示す矢印はそれぞれ、上面側の配向軸の方向を示し、破線で示す矢印は、下面側の配向軸の方向を示している。
【００３１】
本実施形態においては、図６に示すように、前記液晶が２４０°のツイスト角を示すことから、前記補償板５の配向軸のねじり角も２４０°に調整されている。そして、本実施形態においても、液晶表示パネル１と補償板５との相対向する配向軸、つまり、図６において実線の矢印で示される液晶表示パネル１の上面側の配向軸と、図５において破線の矢印で示される補償板５の下面側の配向軸とが直交するようにして、積層配置されている。
【００３２】
以下には、このような条件を充足して構成された２種の液晶表示素子と、従来の構成の液晶表示素子とについて、右θ３０°と、左θ３０°とで得られるコントラストと電圧との関係の試験結果を示す。なお、コントラストと電圧との関係を、右θ３０°と、左θ３０°とについて試験した理由は、車載のナビゲーションシステムのディスプレイを視認するドライバー、助手席同乗者の視認位置を考慮してのことである。
【００３３】
［実施例１］
試料として、前記視角方向をφ１５°に位置させ、前記２枚の偏光板はそれぞれの吸収軸の交差角が８８°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板の吸収軸角は、φ１３０°に形成されている液晶表示素子を用いた。
【００３４】
この場合、図７のグラフに示すように、右θ３０°φ０°の視角からのコントラストを最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ１は１４．０Ｖであり、また、左３０°φ０°の視角からのコントラストを最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ２は１４．１Ｖであった。このように、本実施例の液晶表示素子の場合、前記両電圧値Ｖ１，Ｖ２の差ΔＶは０．１程度と、僅差であった。
【００３５】
［実施例２］
試料として、前記視角方向をφ２０°に位置させ、前記２枚の偏光板はそれぞれの吸収軸の交差角が７８°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板の吸収軸角は、φ４９°に形成されている液晶表示素子を用いた。
【００３６】
この場合、図８のグラフに示すように、右θ３０°、φ０°の視角からのコントラストを最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ１は１４．１Ｖであり、また、左３０°、φ０°の視角からのコントラストを最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ２は１４．２Ｖであった。このように、本実施例の液晶表示素子の場合、前記両電圧値Ｖ１，Ｖ２の差ΔＶは０．１程度と、僅差であった。
【００３７】
［比較例］
試料として、前記視角方向をφ４５°に位置させ、前記２枚の偏光板は交差角が９０°となるように配置し、かつ、上面側の偏光板の吸収軸角は、φ１０５°に形成されている液晶表示素子を用いた。
【００３８】
この場合、図１１のグラフに示すように、右θ３０°、φ０°の視角からのコントラストを最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ１は１３．８Ｖであり、また、左３０°、φ０°の視角からのコントラストを最も良好なものとすることのできる電圧値Ｖ２は１４．６Ｖであった。このように、本比較例の液晶表示素子の場合、前記両電圧値Ｖ１，Ｖ２の差ΔＶは０．８であった。
【００３９】
この実験から、前述の条件を充足して構成された液晶表示素子については、左右の視角からのコントラストを最も良好なものとすることのできる電圧値を略一致させることができることがわかった。よって、この電圧を印加することで、液晶表示素子の左右両方向からの視認に対し良好な表示品位を示す液晶表示素子を提供することができる。そして、このように、左右両方向からの視認に対し良好なコントラストを示す電圧が略一致する光学仕様を採用することで、車載用の機器としてのナビゲーションシステムのディスプレイにおいても、ドライバー側、助手席側の両方で、表示品位の良好な視認を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００４１】
例えば、本実施形態においては、ツイスト角を２４０°とする液晶を用いたが、前記２４０°に限ることなく、いわゆるスーパーツイストの範疇に収まる２２０〜２６０°のツイスト角を有する液晶であれば、本発明の効果を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ディスプレイを構成する液晶表示素子の左右いずれの方向からであっても、その視角からの最適なコントラストの表示を可能とし、良好な視認性を得ることができ、しかも、低消費電力化を図ってコスト的にも低廉な液晶表示素子となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の液晶表示素子の視角方向を示す説明図
【図２】本実施形態の液晶表示素子を構成する液晶表示パネルの上方に配置される偏光板の吸収軸の軸配置を示す説明図
【図３】本実施形態の液晶表示素子を構成する液晶表示パネルの下方に配置される偏光板の吸収軸の軸配置を示す説明図
【図４】本実施形態の液晶表示素子の偏光板の吸収軸の交差角を示す説明図
【図５】本実施形態の液晶表示素子の補償板５の配向軸の軸配置を示す説明図
【図６】本実施形態の液晶表示素子の液晶表示パネルを構成する配向膜の配向軸の軸配置を示す説明図
【図７】本実施形態の液晶表示素子の実施例における、右θ３０°と、左θ３０°とで得られるコントラストと電圧の関係を示すグラフ
【図８】本実施形態の液晶表示素子の別の実施例における、右θ３０°と、左θ３０°とで得られるコントラストと電圧の関係を示すグラフ
【図９】一般的な液晶表示素子を構成する部材の積層を示す断面図
【図１０】液晶表示素子を構成する位相差板の構成を示す断面図
【図１１】従来（比較例）の液晶表示素子における、右θ３０°と、左θ３０°とで得られるコントラストと電圧の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１　液晶表示パネル
２　透明基板
３　シール材
４　液晶
５　補償板
６　偏光板
７　位相差板
８　側鎖型液晶高分子層
９　側鎖型液晶高分子フィルム
１０等方性透明フィルム
１１　バックライト
【図１】
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【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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