【手続補正書】
【提出日】平成15年10月10日(2003.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】液晶表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】ほぼ平行に配置された配向制御膜を有する一対の透明電極付きの基板と、その間に挟持された旋光性物質を含有する誘電異方性が正のネマチック液晶層と、この液晶層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段と、この液晶層の外側にそれぞれ設置された第１および第２の複屈折板と一対の偏光板とを有する液晶表示装置において、液晶層のねじれ角が２２０〜２６０°、厚みが４〜５．５μｍであり、液晶層での液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄＬ）との積△ｎ・ｄＬが０．７〜０．９μｍであり、第１の複屈折板の△ｎ・ｄの波長分散が１．０８≦｛△ｎ・ｄ（４５０ｎｍ）／△ｎ・ｄ（５９０ｎｍ）｝＜１．１２で、主屈折率の関係がｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙであり、第２の複屈折板の△ｎ・ｄの波長分散が１．１１≦｛△ｎ・ｄ（４５０ｎｍ）／△ｎ・ｄ（５９０ｎｍ）｝＜１．１８であり、かつ、前記駆動手段による駆動方式が、マルチプレックス駆動であり、複数の選択ラインを同時に選択し選択パルスが表示フレーム中に分散された複数ライン同時選択法であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記第２の複屈折板の主屈折率の関係がｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙである請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】液晶層の上側の液晶分子の長軸方向からみた上側の偏光板の吸収軸の方向を時計回りに計ったものをθ１、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向からみた第１の複屈折板の主屈折率ｎｘ方向を時計回りに計ったものをθ２、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向からみた下側の偏光板の吸収軸の方向を時計回りに計ったものをθ３、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向からみた第２の複屈折板の主屈折率ｎｘ方向を時計回りに計ったものをθ４としたときに、前記第１および第２の複屈折板が、６０°≦θ２≦１００°かつ、８０°≦θ４≦１２０°で、１２０°≦θ１≦１６０°かつ１１０°≦θ３≦１５０°、あるいは、６０°≦θ２≦１００°かつ、８０°≦θ４≦１２０°で、３０°≦θ１≦７０°かつ、２０°≦θ３≦６０°となるように配置された請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】駆動電圧ゼロＶ時の透過率をＴ０Ｖ、非選択電圧時の透過率をＴｏｆｆ、選択電圧時の透過率をＴｏｎとしたときに、各透過率の関係が１．５≦Ｔ０Ｖ／Ｔｏｆｆ≦５、かつ、１０≦Ｔｏｎ／Ｔ０Ｖ≦５０である請求項１、２または３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記液晶層がスチルベン構造を有する液晶を２０％以上含有している請求項１、２、３または４に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、データ端末等の表示端末のような高密度表示に適した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ほぼ平行に配置された配向制御膜を有する一対の透明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６０〜３００°の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有し、この液晶層の外側に少なくとも一枚の複屈折板と一対の偏光板を設置した液晶表示素子が提案されている。
これによれば、従来の二層式スーパーツイスト液晶表示素子と比べてより薄く軽くてコンパクトな白黒表示液晶素子が得られる。
【０００３】
また、応答速度を高速化にするためには、液晶の低粘性化や液晶層の厚みを小さくする方法があり、これは液晶層の厚みを小さくした方が高速化に効果があることが知られている。しかし、液晶層の厚みを小さくする場合、液晶層の△ｎ・ｄＬはほぼ一定で、液晶の△ｎを大きくする必要がある。そこで、応答速度が２５０ｍｓ以下の高速応答性と高コントラストを両立させるために、使用する複屈折板の波長分散を規定することが提案された（特開平８−１６６５８４号公報）。
【０００４】
このような、高速で応答する液晶に適した液晶表示装置を駆動する方法に関しては、ＭＬＡ法（複数ライン同時選択法、特開平６−２７９０７号公報、ＵＳ５２６２８８１特許明細書を参照）でマルチプレックス駆動を行うことが提案されており、こうした駆動技術との組み合わせにより高速、高コントラストの表示が得ることが可能とされている。
【０００５】
駆動方式としては従来から用いられている線順次駆動法もある。この駆動法では、表示容量が大きくなるにつれてまた応答が早くなるにつれ、フレーム応答と呼ばれる問題が起こることが知られている。線順次駆動法では、選択時には比較的大きく、非選択時には比較的小さい電圧が画素に印加される。この電圧比は一般に行ライン数が大きくなるほど（高デューティ駆動となるほど）大きくなる。このため、電圧比が小さいときには電圧実効値に応答していた液晶が印加波形に応答するようになる。すなわち、フレーム応答は選択パルスでの振幅が大きいためオフ時の透過率が上昇し、選択パルスの周期が長いためオン時の透過率が減少し、結果としてコントラストの低下を引き起こす現象である。
【０００６】
フレーム応答の発生を抑制するためにフレーム周波数を高くし、これにより選択パルスの周期を短くする方法が知られているが、これには重大な欠点がある。つまり、フレーム周波数を増やすと、印加波形の周波数スペクトルが高くなるので、表示の不均一を引き起こし、消費電力が上昇する。したがって選択パルス幅が狭くなりすぎるのを防ぐためにフレーム周波数を高くするには制限がある。すなわち、この高周波化の方式は小面積の表示素子などに限定して使うことが可能となる。
【０００７】
周波数スペクトルを高くせずにこの問題を解決するために、最近、新駆動法が提案された。複数の行電極（選択電極）を同時に選択するＭＬＡ（複数ライン同時選択）法などの方法である。この方法は複数の行電極を同時に選択し、かつ、列方向の表示パターンを独立に制御できる方法であり、選択幅を一定に保ったままフレーム周期を短くすることができる。すなわちフレーム応答を抑制した高コントラスト表示ができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法で用いられる液晶表示装置では、応答速度が１２０ｍｓのときにコントラスト比が１５：１で、また、応答速度が１４０ｍｓのときにコントラスト比が２２：１であり、十分なコントラストが得られていなかった。
【０００９】
本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解消して、高速応答で高コントラストの白黒に近い表示を広視野角で実現することである。
【００１０】
新規な駆動方式を導入することによりこれらのコントラストと応答の関係は改善できる。しかしながら、これまでの素子において単に駆動方式のみを新規にしても表示品位上の課題が依然として残っていた。
【００１１】
これは、このような高速セルでは、色調変化が起きやすく特に黒表示時の色均一性（角度依存性などを含む）が損なわれ、ビデオ表示などの高品位表示は困難であった。さらに、角度依存性により大面積の表示装置においては、場所によって色が変化して見えることにより、大きな表示ムラを引き起こすことにもなっていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであり、ほぼ平行に配置された配向制御膜を有する一対の透明電極付きの基板と、その間に挟持された旋光性物質を含有する誘電異方性が正のネマチック液晶層と、この液晶層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段と、この液晶層の外側にそれぞれ設置された第１および第２の複屈折板と一対の偏光板とを有する液晶表示装置において、液晶層のねじれ角が２２０〜２６０°、厚みが４〜５．５μｍであり、液晶層での液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄＬ）との積△ｎ・ｄＬが０．７〜０．９μｍであり、第１の複屈折板の△ｎ・ｄの波長分散が１．０８≦｛△ｎ・ｄ（４５０ｎｍ）／△ｎ・ｄ（５９０ｎｍ）｝＜１．１２で、主屈折率の関係がｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙであり、第２の複屈折板の△ｎ・ｄの波長分散が１．１１≦｛△ｎ・ｄ（４５０ｎｍ）／△ｎ・ｄ（５９０ｎｍ）｝＜１．１８であり、かつ、前記駆動手段による駆動方式が、マルチプレックス駆動であり、複数の選択ラインを同時に選択し選択パルスが表示フレーム中に分散された複数ライン同時選択法であることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１３】
以下図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明による液晶表示装置を模式的に表した斜視図である。図２は、それぞれ上から見た図１の上側の偏光板の吸収軸方向、複屈折板の主屈折率ｎｘ方向および液晶層の上側の液晶分子の長軸方向の相対位置を示した平面図である。図３は、それぞれ上から見た図１の下側の偏光板の吸収軸方向、複屈折板の主屈折率ｎｘ方向および液晶層の下側の液晶分子の長軸方向の相対位置を示した平面図である。
【００１４】
図１において、１、２は一対の偏光板、３は文字や図形を表示するための△ｎ・ｄＬが０．７〜０．９μｍの誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が２２０〜２６０°で厚みが４〜５．５μｍの液晶層、４Ａ，４Ｂは液晶層に積層された複屈折板、５は上側の偏光板の吸収軸、６は下側の偏光板の吸収軸、７は液晶層の上側の液晶分子の長軸方向、８は液晶層の下側の液晶分子の長軸方向、９Ａは積層された第１の複屈折板の主屈折率ｎｘ方向、９Ｂは積層された第２の複屈折板の主屈折率ｎｘ方向を示している。
【００１５】
本発明では、液晶層のねじれ角は２２０〜２６０°とされる。これは、２２０°未満では急峻な透過率変化が必要とされる高デューティでの時分割駆動をした際のコントラストの向上が少なく、逆に２６０°を超えるとヒステリシスや光を散乱するドメインを生じやすいためである。
【００１６】
また、液晶層の厚さは４〜５．５μｍとされる。これは、４μｍ未満では均一な液晶層を作成することが難しく、歩留まり低下となり、逆に５．５μｍを超えると高速応答になりにくいためである。
【００１７】
さらに、液晶層での液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄＬ）との積△ｎ・ｄＬが０．７〜０．９μｍとされる。これは、０．７μｍ未満では選択電圧時の透過率が低く、逆に０．９μｍを超えると表示色の無彩色化が難しくなるためである。
【００１８】
図２，３において、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向７からみた上側の偏光板の吸収軸５の方向を時計回りに計ったものをθ１、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向７からみた第１の複屈折板４Ａの主屈折率ｎｘ方向９Ａを時計回りに計ったものをθ２、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向８からみた下側の偏光板の吸収軸６の方向を時計回りに計ったものをθ３、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向８からみた第２の複屈折板４Ｂの主屈折率ｎｘ方向９Ｂを時計回りに計ったものをθ４とする。
【００１９】
本発明では、このθ１、θ２、θ３、θ４を白黒表示となるように最適化すればよく、前記第１および第２の複屈折板が、６０°≦θ２≦１００°かつ、８０°≦θ４≦１２０°で、１２０°≦θ１≦１６０°かつ１１０°≦θ３≦１５０°、あるいは、６０°≦θ２≦１００°かつ、８０°≦θ４≦１２０°で、３０°≦θ１≦７０°かつ、２０°≦θ３≦６０°、特に７０°≦θ２≦９０°かつ、９０°≦θ４≦１１０°で、１３０°≦θ１≦１５０°かつ、１２０°≦θ３≦１４０°、あるいは、７０°≦θ２≦９０°かつ、９０°≦θ４≦１１０°で、４０°≦θ１≦６０°かつ、３０°≦θ３≦５０°、なるように配置することが好ましい。これにより、この液晶表示装置は視角特性に優れた高コントラストの白黒表示が可能となる。
【００２０】
本発明で用いる複屈折板の主屈折率の定義を、図４を参照して説明する。
本発明の複屈折板は、ｘ，ｙ，ｚの３方向で屈折率が異なっている。このため、複屈折板の面内方向で屈折率の大きい方向をｘ軸方向とし、屈折率の小さい方向をｙ軸方向とする。
【００２１】
このそれぞれの方向の屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとする。この場合、ｎｘ＞ｎｙであり、△ｎ＝ｎｘ−ｎｙであり、本発明では、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙとされる。なお、ｄは複屈折板の厚みである。
【００２２】
本発明では、第１の複屈折板の△ｎ・ｄの波長分散が１．０８≦｛△ｎ・ｄ（４５０ｎｍ）／△ｎ・ｄ（５９０ｎｍ）｝＜１．１２で、主屈折率の関係がｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙであり、第２の複屈折板の△ｎ・ｄの波長分散が１．１１≦｛△ｎ・ｄ（４５０ｎｍ）／△ｎ・ｄ（５９０ｎｍ）｝＜１．１８とすることにより、液晶層の△ｎ・ｄＬの波長分散とマッチングがよく、非選択電圧時の黒状態の角度依存性がよく、高コントラストで広視野角の液晶表示装置が得られる。
【００２３】
図５は、駆動電圧と透過率の関係を示すグラフである。
図５において、非選択電圧および選択電圧と透過率の関係を示しており、駆動電圧がゼロＶの時の透過率をＴ０Ｖ、非選択電圧時の透過率をＴｏｆｆ、選択電圧時の透過率をＴｏｎとする。
【００２４】
本発明では、各透過率の関係が１．５≦Ｔ０Ｖ／Ｔｏｆｆ≦５、かつ、１０≦Ｔｏｎ／Ｔ０Ｖ≦５０となるように、液晶層の△ｎ・ｄＬと第１および第２の複屈折板の△ｎ・ｄの値を調整することにより、高コントラストの液晶表示装置が得られる。
【００２５】
なお、本発明では、白黒表示に近い表示が得られるため、カラーフィルタを併用してカラフルな表示が可能となる。特に高デューティ駆動でも、コントラスト比が高くとれるため、フルカラーによる階調表示も可能であり、液晶テレビにも使用できる。
【００２６】
このカラーフィルタは、セル内面に形成することにより、視角によるズレを生じなく、より精密なカラー表示が可能となる。具体的には、電極の下側に形成してもよいし、電極の上側に形成してもよい。
【００２７】
また、より色を完全に白黒化する必要がある場合には、色を補正するためのカラーフィルタや、カラー偏光板を併用したり、液晶中に色素を添加したり、あるいは特定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。
【００２８】
本発明は、このような構成の液晶セルの電極に電圧を印加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。
特に、本発明では明るい表示が可能なため、その応用範囲が広い。
なお、透過型で使用する場合には裏側に光源を配置する。もちろん、これにも導光体、カラーフィルタを併用してもよい。
【００２９】
本発明の液晶表示装置は透過型で使用する場合、画素以外の背景部分を印刷等による遮光膜で覆うこともできる。また、遮光膜を用いるとともに、表示したくない部分に選択電圧を印加するように、逆の駆動をすることもできる。
【００３０】
駆動法としては、複数ライン同時選択法（ＭＬＡ法）が用いられる。この方法ではフレーム応答の抑制効果が大きいので、フレーム周波数は６０Ｈｚ以上であればその表示装置の特徴（サイズ、解像度など）に応じて決めることが可能である。同時に選択するライン数としては、２〜８、特に２〜４が好ましく採用される。
【００３１】
本発明では、高速応答の液晶表示装置において高品位、均一な画像を提供する構成を提供している。応答時間としては、２５０ｍｓ（立ち上がり＋立ち下がり）以下の範囲、特に２００ｍｓ以下の範囲の表示素子に対し特に効果的である。
【００３２】
複数ライン同時選択法（ＭＬＡ法）によりフレーム応答抑制が達成されるが、この場合注意すべき点は、特定の電圧状態（オン、オフ電圧など）に対し、揺らぎの少ない特定の液晶状態で光学的状態が達成できる点である。
【００３３】
従来の駆動方式の場合、フレーム応答の存在により、オン波形、オフ波形のいずれにおいても液晶状態の大きな時間的揺らぎが存在し、そのため、それらの揺らぎの平均としての光学状態が達成される。したがって、コントラストは低下するものの、光学的には逆に一様に近い状態が達成されるのである。
【００３４】
しかしながら、ＭＬＡ法で駆動する場合には、特定の電圧状態に対し特定の液晶状態が規定されその光学特性により液晶セル全体の光学特性が決定される。従って、高品位な画像の提供には厳密な光学設計が要求され、本発明のような構成が必要とされる。本発明においては、ＭＬＡ法の、駆動状態の特徴を光学状態として最適に反映する液晶構成を提示するものである。
【００３５】
本発明は、この外、本発明の効果を損じない範囲内で、通常の液晶表示装置で使用されている種々の技術が適用可能である。
本発明では、時分割特性がスーパーツイスト液晶表示装置と同等であるうえ、前述したように明るく鮮明な白黒表示が可能なため、赤、緑、青の三原色の微細カラーフィルターをセル内面等に配置することにより、高密度のマルチカラー液晶表示装置とすることも可能である。
【００３６】
本発明の液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ワークステーション等の表示素子として好適であるが、この外液晶テレビ、魚群探知機、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドットマトリックス表示装置等の白黒表示、カラー表示を問わず各種の用途に使用可能である。
【００３７】
【実施例】
［実施例１〜３および比較例１〜３］
第１の基板として、ＲＧＢのカラーフィルタ付ガラス基板上に設けられたＩＴＯの透明電極をストライプ状にパターニングし、蒸着法によりＳｉＯ２による短絡防止用の絶縁膜を形成し、その上にポリイミドのオーバーコートをスピンコートし、これをラビングして配向制御膜を形成した基板を作成した。
【００３８】
第２の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯの透明電極を第１の基板と直交するようにストライプ状にパターニングし、蒸着法によりＳｉＯ２による短絡防止用の絶縁膜を形成した後、ポリイミドのオーバーコートをスピンコートし、これをラビングして配向制御膜を形成した基板を作成した。
【００３９】
この２枚の基板の周辺をシ−ル材でシ−ルして、液晶セルを注入する間隙を形成し、この間隙に誘電異方性が正のネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。この液晶セルの両外側に、第１および第２の複屈折板を積層し、さらに両側に偏光板を配置して、ネガ型の液晶表示装置を形成した。液晶層は２４０°ねじれの左らせんとし、液晶層に配置された複屈折板の主屈折率ｎｘ方向と、この液晶表示装置の液晶分子の長軸方向、および偏光板の吸収軸方向との相対的な関係は、θ１＝１３５°、θ２＝８０°、θ３＝１３５°、θ４＝１００°とした。
【００４０】
また、液晶層、第１の複屈折板および第２の複屈折板の設定仕様は、表１（実施例１〜３）および表３（比較例１〜３）に、それらに対応する表示特性は、表２（実施例１〜３）および表４（比較例１〜３）に、それぞれまとめて示す。
【００４１】
この液晶表示装置の裏側に冷陰極管付のバックライトを配置して、解像度４００×６４０×ＲＧＢの表示装置を組みあげた。
【００４２】
この液晶表示装置をＭＬＡ法で２画面駆動で駆動した。同時選択ライン数は４とし、フレーム周波数は１２０Ｈｚとした。色均一性の高い表示が得られ，コントラスト比６０：１で、応答時間１２０ｍｓ（実施例１および２）、同比５０：１で１１０ｍｓ（実施例３）であった。
【００４３】
また、実施例１〜３で示した仕様は、比較例１〜３に比べ、非選択電圧時の黒状態の角度依存性（黒色マージン）がよく、高コントラストで広視野角の液晶表示装置となった。
【００４４】
［比較例４］
駆動方式を線順次駆動法（ＡＰＴ法：フレーム周波数１２０Ｈｚ）とする以外は実施例１と同様とした。この場合には、コントラストが３０：１に低下し、視野角、黒色マージンが狭まり、クロストークが目立つようになった。
【００４５】
【表１】
1998186305.tif 000001
【００４６】
【表２】
1998186305.tif 000002
【００４７】
【表３】
1998186305.tif 000003
【００４８】
【表４】
1998186305.tif 000004
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大画面に適用した場合にも高速応答で優れたコントラスト比や視野角特性を持つ白黒表示が可能となり、鮮明で表示品位の高いネガ型の表示が得られる。
【００５０】
また、表示が白黒に近いということから、カラーフィルタと組み合わせることにより、カラフルな表示が可能となり、特に赤、緑、青のカラーフィルタを画素ごとに配置することにより、マルチカラーやフルカラーの表示も実現できるという効果も認められ、より多様性のある応用が開ける。
【００５１】
特に、本発明の表示装置は白黒表示が可能であるにもかかわらず、明るい表示が可能であり、透過型のみならず、反射型の表示も可能であり、その応用範囲が広いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置を模式的に表した斜視図。
【図２】それぞれ上からみた上側の液晶分子の長軸方向、偏光板の吸収軸方向および複屈折板の主屈折率ｎｘ方向の相対位置を示した平面図。
【図３】それぞれ上からみた下側の液晶分子の長軸方向、偏光板の吸収軸方向および複屈折板の主屈折率ｎｘ方向の相対位置を示した平面図。
【図４】複屈折板の主屈折率の定義を示す斜視図。
【図５】駆動電圧と透過率の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１、２：偏光板
３：液晶層
４Ａ、４Ｂ：複屈折板
５、６：吸収軸
７、８：液晶分子の長軸方向
９Ａ、９Ｂ：複屈折板の主屈折率ｎｘ方向