(57)【特許請求の範囲】
【請求項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および所定方向へのラビング処理が施された配向膜を形成し、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を封入し、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を配設したネガ型液晶表示装置において、
同一品質の製品を安定的に製造するために、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を２．３乃至２．５μｍにし、かつ、前記偏光板を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にまたはほぼ直交するように配置し、前記ネマチック液晶の液晶材料中に青色系の二色性色素を含有させたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記ネマチック液晶の０℃における粘度が５０乃至１０５ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記青色系の二色性色素が０．２乃至５．０重量％含有されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【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を封入し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１２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、前記透明基板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１２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】
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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、背景黒化度は、前述したΔｎｄの値に依存していることが経験上知られている。
【００１４】
しかし、従来は、Δｎｄの値が小さかったため、背景黒化度を向上させることが困難であった。例えば、背景黒化度が高いとされているサードミニマム（Δｎｄが１．９μｍ付近）においても、なお背景領域に深緑色の着色が生じてしまうため、特に白色光源をバックライトとして用いる場合においては背景黒化度が十分とは言えなかった。
【００１５】
さらに、屈折率異方性Δｎは、一般に温度依存性を有することが知られており、
温度上昇にともなってΔｎが低下するようになっている。このため、液晶表示装置１を高温度下で駆動する場合は、Δｎの低下にともなうΔｎｄの低下により、背景領域に赤色の着色が生じてしまっていた。
【００１６】
従って、前述した背景黒化度の向上を、高温下における液晶表示装置１の駆動の際にも実現させることが、他の重要な課題の一つとなっていた。
【００１７】
また、透明電極３，４をマトリクス電極にする場合、セグメント電極に比して複雑かつ細密な液晶表示を行うことができる一方で、電極本数が増えることにより、電圧の印加を予定していない画素間にまでわずかな電圧が印加されてしまうことがあった。このため、表示不良としてのいわゆるクロストークの問題が生じてしまっていた。
【００１８】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、背景黒化度を向上しつつクロストークを低減することの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。
【００１９】
前記目的を達成するため本発明の請求項１に係る液晶表示装置の特徴は、同一品質の製品を安定的に製造するために、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を２．３乃至２．５μｍとし、かつ、偏光板をその偏光軸が一方の配向膜のラビング方向に対して平行にまたはほぼ直交するように配置し、前記ネマチック液晶の液晶材料中に青色系の二色性色素を含有させた点にある。
【００２０】
そして、このような構成を採用したことにより、Δｎｄの値を、背景黒化度を向上させるために好適な値にすることができるとともに、クロストークを低減することができ、また、背景黒化度の変化が少ないΔｎｄの範囲を選択することにより、同一寸法のセルギャップの製造が困難な場合においても、大量生産に適した同一品質の製品を安定的に製造することができる。
【００２１】
請求項２に係る液晶表示装置の特徴は、請求項１において、前記ネマチック液晶の０℃における粘性を５０乃至１０５ｍＰａ・ｓとした点にある。
【００２２】
そして、このような構成を採用したことにより、Δｎｄを２．３乃至２．５μｍにしても実用上問題のない応答速度が得られる。
【００２３】
請求項３に係る液晶表示装置の特徴は、請求項１または請求項２において、前記青色系の二色性色素が０．２乃至５．０重量％含有されている点にある。
【００２４】
そして、このような構成を採用したことにより、高温度下における液晶表示装置の駆動の際に、Δｎｄが赤色の着色を生じる値に低下したとしても、青色系の二色性色素によって赤色の着色を防止することができ、高温下における液晶表示装置の駆動の際にも良好な背景黒化度を実現することができる。
【００２５】
【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１１を参照して説明する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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等の透明電極３，４が形成されている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、図３に示すように、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。
【００３４】
さらに、本実施形態における液晶表示装置は、Δｎｄの値が２．３乃至２．５μｍとされている。
【００３５】
従って、セルギャップｄの偏差にともなう背景領域の着色や視角に対する色変化を防止することができるようになっている。
【００３６】
ここで、図４は、一般的な液晶表示装置についてのΔｎｄ、背景領域の色および透過率Ｔ０ｖの相関関係の一例を示したものであり、図５は、これを色度図上に表したものである。
【００３７】
なお、透過率Ｔ０ｖは、透明電極の全画素間の印加電圧を０（Ｖ）とした場合における背景領域の光の透過率を示しており、この透過率Ｔ０ｖが小さいほど背景黒化度が優れているということができる。
【００３８】
また、図４中のｘ、ｙは、色度を示す刺激値である。さらに、ｕ*、ｖ*などは、色彩や彩度に関する指数としてのクロマチックネス指数であり、Ｌ*はメトリック明度である。
【００３９】
図５に示すように、Δｎｄが１．４乃至１．６μｍの領域付近においては背景領域に赤色の着色が発生し、１．８μｍの領域付近においては緑色の着色が生じるようになっている。一方で、Δｎｄを３．０μｍ以上の値にする場合は、背景領域は、有彩色による着色のない黒色に近くなる。
【００４０】
すなわち、Δｎｄが３．０μｍ以上においては、有彩色による着色が極めて少なく、優れた背景黒化度を発揮し得ることが推定できる。
【００４１】
しかし、かかる背景黒化度をあまり大きくすると、液晶１８の応答速度が遅くなる傾向があるため、適度なΔｎｄの値を選択する必要がある。
【００４２】
また、一般に、セルギャップｄを一定の値に設計することは困難な場合が多いため、セルギャップｄが多少異なっても背景黒化度の変化が少ないΔｎｄを選択することが、同一品質の製品を安定的に製造する観点からも好ましい。
【００４３】
ところで、図６は、図４に基づいてΔｎｄと透過率Ｔ０ｖとの相関関係を示したものであるが、同図において、Δｎｄが２．３乃至２．５μｍの範囲においては、透過率がサードミニマム（Δｎｄ≒１．９μｍ）の約１／２となっており、優れた背景黒化度を発揮することが分かる。
【００４４】
さらに、Δｎｄが２．３乃至２．５μｍの範囲においては、透過率すなわち背景黒化度が一定の値を維持することができる。
【００４５】
従って、本実施形態によれば、Δｎｄを２．３乃至２．５μｍにすることにより、背景黒化度を向上することができるとともに、かかる背景黒化度に優れた同一品質の液晶表示装置１０を安定的に製造することができるようになっている。
【００４６】
図７は、画素間にＯＦＦ電圧が印加されている場合の透過率Ｔｏｆｆ、色およびΔｎｄの相関関係を示したものである。ここで、ＯＦＦ電圧は、１／４デューティ、１／３バイアス駆動において、ＯＮ透過率が５０％変化する電圧を選んだ。
【００４７】
図８は、図４乃至図７に基づいて、クロストーク、色差（ΔＥ*）およびΔｎｄの相関関係を示したものである。なお、クロストークは、全画素間の印加電圧を０（Ｖ）とした場合の透過率Ｔ０ｖと、図７におけるＯＦＦ電圧を印加した場合の透過率Ｔｏｆｆとの減算Ｔ０ｖ−Ｔｏｆｆによって算出された値である。
【００４８】
図９は、図８に基づいてΔｎｄとクロストークとの相関関係を示したグラフであり、図１０は、図８に基づいてΔｎｄと色差（ΔＥ*）との相関関係を示したグラフである。なお、図１０における色差（ΔＥ*）は、図９におけるクロストークに、さらに明度等の要素を含んだ概念であるため、背景領域の態様をより詳細に表したものということができる。このため、図１０においては、便宜上、色差（ΔＥ*）を、クロストーク（ΔＥ*）として扱う。
【００４９】
そして、図９および図１０に示すように、Δｎｄを２．３乃至２．５μｍにした場合、クロストークの発生率を例えばサードミニマム（Δｎｄ≒１．９μｍ）の場合の半分以下に低減することができることが分かる。また、Δｎｄが２．３乃至２．５μｍの範囲においては、クロストークの変化がほぼ一定の値をとることができる。
【００５０】
従って、本実施形態によれば、クロストークを低減することができるとともに、かかるクロストークが低く低減された同一品質の液晶表示装置１０を安定的に製造することができるようになっている。
【００５１】
本実施形態における液晶表示装置１０は、高温度下における駆動の際に、背景領域に赤色の着色が生じることを防止する観点から、前記ツイステッドネマチック液晶１８の液晶材料中に、青色系の二色性色素を含有している。この二色性色素の含有率は、０．２乃至５．０重量％とされており、より好ましくは０．５乃至１．５重量％とされている。
【００５２】
すなわち、本実施形態を車載用に適用する場合等においては、液晶表示装置１０を高温下で駆動する場合が多くなるが、屈折率異方性Δｎは温度上昇にともなって低下するようになっているため、Δｎｄの値が、背景領域に赤色の着色を生じさせる値に低下してしまう虞がある。
【００５３】
しかし、前記青系の二色性色素によって赤みを除去することができるため、Δｎｄの低下が生じたとしても良好な背景黒化度を保持することができるようになっている。なお、前記青系の二色性色素として、林原生物化学研究所製のＧ−２４１，三菱化学製ＬＳＢ−３３５、ＬＳＢ−２７８等を例示することができる。
【００５４】
従って、本実施形態においては、高温度下における駆動の際にも背景黒化度を良好に保持することができるようになっている。
【００５５】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００５６】
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。
【００５７】
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、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。
【００５８】
前記リヤ側偏光板２１によって透過された透過光は、９０°の捻れ配向したネマチック液晶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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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１１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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
このとき、Δｎｄの値が２．３乃至２．５μｍに設計されており、これによって背景黒化度が向上されているため、電圧が印加されていない画素部や非表示領域等の背景領域に着色が生じることを防ぐことができ、良好な液晶表示を行うことができる。
【００６５】
また、液晶材料中には、青色系の二色性色素が０．２乃至５．０重量％含有されているため、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。
【００６６】
従って、本実施形態によれば、背景黒化度を向上し、クロストークを低減することによって、背景領域の着色や表示不良の少ない高品位の液晶表示を行うことができるとともに、かかる高品位の液晶表示を行う同一品質の液晶表示装置１０を安定的に製造することができる。
【００６７】
さらに、液晶表示装置１０を高温度下で駆動する場合においても背景黒化度を良好に保持することができる。
【００６８】
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。
【００６９】
【実施例１】
９０°捻れで、セルギャップｄが１１．５μｍのセルに、Δｎが０．２０７で、０℃での粘性が９６ｍＰａ・ｓの液晶に、青系二色性色素を０．５ｗｔ％添加したものを注入した。Δｎｄは２．３８となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【００７０】
−３０℃にて、１／４デューティ、１／３バイアス、５Ｖ駆動で応答速度を測定した結果を表１に示す。実用上問題のない応答速度と言える。
【００７１】
【表１】
0004603141.tif 000002
【００７２】
【比較例１】
９０°捻れで、セルギャップｄが１１．５μｍのセルに、Δｎが０．２０７で、０℃での粘性が１１６ｍＰａ・ｓの液晶に、青系二色性色素を０．５ｗｔ％添加したものを注入した。Δｎｄは２．３８となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【００７３】
−３０℃にて、１／４デューティ、１／３バイアス、５Ｖ駆動で応答速度を測定した結果を表２に示す。立ち上がり時間、立ち下がり時間がそれぞれ１０秒以上になると、表示の切り換え信号に追従せず、何も表示しない場合があり、応答速度性能としては、立ち上がり時間と立ち下がり時間との合計時間を２０秒以下とするものが求められる。よって、比較例１の場合、立ち上がり時間と立ち下がり時間との合計時間が２７秒であり、実用上問題がある。
【００７４】
【表２】
0004603141.tif 000003
【００７５】
【実施例２】
９０°捻れで、セルギャップｄが１１．５μｍのセルに、Δｎが０．２０７の液晶に、青系二色性色素を０．５ｗｔ％添加したものを注入した。Δｎｄは２．３８となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【００７６】
２５℃、５０℃、８０℃にて、０Ｖ背景色の観察を行った結果、８０℃にて多少赤みが見られたが、実用上問題のないレベルであった。
【００７７】
【比較例２】
９０°捻れで、セルギャップｄが１１．５μｍのセルに、Δｎが０．２０７の液晶を注入した。Δｎｄは２．３８となる。さらに、フロント側基板に偏光板の偏光軸を配向膜のラビング方向に平行になるように設置し、リア側基板に偏光板の偏光軸をフロント側の偏光軸と平行になるように設置した。
【００７８】
２５℃、５０℃、８０℃にて、０Ｖ背景色の観察を行った結果、５０℃にて多少赤みが見られ、８０℃では許容できないレベルであった。
【００７９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１に係る液晶表示装置によれば、背景黒化度を向上し、クロストークを低減することによって高品位の液晶表示を行うことができるとともに、大量生産に適した同一品質の液晶表示装置を安定的に製造することができる。
【００８０】
請求項２に係る液晶表示装置によれば、請求項１に係る液晶表示装置の効果に加えて、さらに表示品位を向上することができる。
【００８１】
請求項３に係る液晶表示装置によれば、請求項１または請求項２に係る液晶表示装置の効果に加えて、高温度下における駆動の際にも背景黒化度を良好に保持することができる。
【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、透明基板に配設された偏光板の偏光軸ならびに配向膜のラビング方向の関係を示した平面図
【図４】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、Δｎｄ、背景領域の色および透過率Ｔ０ｖの相関関係を示した図
【図５】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、図４の相関関係を示す色度図
【図６】本発明に係る液晶表示装置の実施形態において、図４に基づいてΔｎｄと透過率Ｔ０ｖとの相関関係を示したグラフ
【図７】ΔｎｄとＯＦＦ電圧を印加した場合の透過率Ｔｏｆｆの相関関係を示した図
【図８】図４乃至図７に基づいて、クロストーク、色差（ΔＥ*）、Δｎｄおよび基板領域の色の相関関係を示した図
【図９】図８に基づいてΔｎｄとクロストークとの相関関係を示したグラフ
【図１０】図８に基づいてΔｎｄとクロストーク（ΔＥ*）との相関関係を示したグラフ
【図１１】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１２】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
【図１】
0004603141.tif 000004
【図２】
0004603141.tif 000005
【図３】
0004603141.tif 000006
【図４】
0004603141.tif 000007
【図５】
0004603141.tif 000008
【図６】
0004603141.tif 000009
【図７】
0004603141.tif 000010
【図８】
0004603141.tif 000011
【図９】
0004603141.tif 000012
【図１０】
0004603141.tif 000013
【図１１】
0004603141.tif 000014
【図１２】
0004603141.tif 000015