(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と配向膜とをそれぞれ有しほぼ平行に設けられた２つの基板間に誘電率異方性が正のネマチック液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの外側に一対の偏光板とを有するマルチプレックス駆動用液晶表示素子において、
透過率変化が１０％未満の範囲における液晶の立ち上がり特性が急峻になるように、前記基板界面での液晶分子のダイレクタと基板とのなす角であるプレチルト角が０．５°〜１．５°とされ、液晶の屈折率異方性をΔｎとし液晶層の厚みをｄとしたときその積Δｎｄが０．４５μｍ〜０．６μｍとされ、液晶分子のねじれ角が９４°〜１０６°とされていることを特徴とするマルチプレックス駆動用液晶表示素子。
【請求項２】
一方の基板側での液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸とのなす角β１（液晶分子の配向方向から偏光板の吸収軸方向に反時計回りに測定）が０°〜１５°とされ、他方の基板側での液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸とのなす角β２（液晶分子の配向方向から偏光板の吸収軸方向に反時計回りに測定）が−１５°〜０°とされている請求項１に記載のマルチプレックス駆動用液晶表示素子。
【請求項３】
一方の基板側での液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸とのなす角β１（液晶分子の配向方向から偏光板の吸収軸方向に反時計回りに測定）が９０°〜１００°とされ、他方の基板側での液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸とのなす角β２（液晶分子の配向方向から偏光板の吸収軸方向に反時計回りに測定）が０°〜１０°とされ、かつ一対の偏光板の吸収軸がほぼ平行とされている請求項１に記載のマルチプレックス駆動用液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子に関する。詳しくは液晶表示素子の視野角を向上させるために液晶の立ち上がり特性を改善したマルチプレックス駆動用液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示素子は車載用、携帯用、パソコン等のデスクトップ用の様々な分野で広範囲に使用されている。また、液晶表示素子の仕様に関しても、液晶分子のねじれ角を９０°程度にするツイステッドネマチック（ＴＮ）タイプのものからねじれ角を１８０°〜２７０°にするスーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）タイプのものが知られている。
【０００３】
液晶表示素子の一つの用途である車載用液晶表示素子の要求特性として、信頼性が高いこと、視野角が広いことが望まれている。特に、正面からずれて液晶表示を見たとき、例えばセグメント表示の場合、無電圧による背景輝度と非点灯電圧の輝度との差が大きく、不要な表示として見えてしまい、視認性を落とすことがあった。例えば、センターコンソールに時計やカーオーディオの表示を液晶表示素子にて行う場合、運転席や助手席から見栄え良く視認されることが必要である。
【０００４】
また最近は、表示の多様化、複雑化のために、多数のセグメント電極を共通に結線することで回路部や結線を簡素化できるマルチプレックス駆動を採用することが多い。このマルチプレックス駆動はＳＴＮタイプ、ＴＮタイプのどちらにも適用できるが、ＳＴＮタイプの液晶表示素子はＴＮタイプの液晶表示素子に較べ信頼性が低くなる。よって、特に信頼性が重視される車載用の液晶表示素子にはＴＮタイプの液晶表示素子が多く使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＴＮタイプの液晶表示素子にマルチプレックス駆動を行い、デューティ比を上げていくと電圧マージンが小さくなり、コントラストが低下する。これを改良するために、特公昭６０−２６４８号公報では、液晶分子のねじれ角を９０°より大きくして、シャープネスを向上させ、電圧マージンを大きくすることが示されている。しかし、同公報では本発明が目的の一つとする視野角の拡大については言及されてなく、これに繋がる具体的記載もない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決すべくなされたものであり、透明電極と配向膜とをそれぞれ有しほぼ平行に設けられた２つの基板間に誘電率異方性が正のネマチック液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの外側に一対の偏光板とを有するマルチプレックス駆動用液晶表示素子において、透過率変化が１０％未満の範囲における液晶の立ち上がり特性が急峻になるように、前記基板界面での液晶分子のダイレクタと基板とのなす角であるプレチルト角が０．５°〜１．５°とされ、液晶の屈折率異方性をΔｎとし液晶層の厚みをｄとしたときその積Δｎｄが０．４５μｍ〜０．６μｍとされ、液晶分子のねじれ角が９４°〜１０６°とされていることを特徴とするマルチプレックス駆動用液晶表示素子を提供する。このような構成にすることで、不良領域を小さく、低角度でも視認性が損なわれず、視野角を広くすることができる。ここで液晶の立ち上がり特性とは、透過率変化が１０％未満の範囲での透過率−電圧カーブのことをいう。
【０００７】
また、一方の基板側での液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸とのなす角β1 （液晶分子の配向方向から偏光板の吸収軸方向に反時計回りに測定）が０°〜１５°とされ、他方の基板側での液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸とのなす角β2 （液晶分子の配向方向から偏光板の吸収軸方向に反時計回りに測定）が−１５°〜０°とされている上記マルチプレックス駆動用液晶表示素子を提供する。
このような構成にすることで、ポジ仕様の液晶表示素子において、前記のような背景輝度と非点灯電圧の輝度との差がなくなり、視認性が向上できる。
【０００８】
また、前記角β1 が９０°〜１００°とされ、前記角β2 が０°〜１０°とされ、かつ一対の偏光板の吸収軸がほぼ平行とされている上記マルチプレックス駆動用液晶表示素子を提供する。
このような構成にすることで、ネガ仕様の液晶表示素子において、視認性向上とコントラスト向上とが達成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従い詳細に説明する。図１に本発明の液晶表示素子の断面概念図を示す。本発明に使用される基板２、３としては、通常の液晶表示素子に使用されるガラス、プラスチック等の基板が使用できる。この基板上にＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）等の透明電極４、５および配向膜６、７を形成している。
【００１０】
また、必要に応じてカラーフィルタを少なくとも一方の基板上に形成してもよい。このとき透明電極はカラーフィルタの上、下どちらに形成してもよいが、カラーフィルタの上に設けたほうが印加電圧を上げる必要がなく、特性的にも好ましい。
【００１１】
基板２、３上に形成された透明電極４、５および配向膜６、７を相対向させ周辺シール材８にて周囲を囲み、その中に液晶９を注入、封止して液晶セル１とされる。また、図示していないが、周辺シール材８の中には導電性を有するスペーサを混入し、基板間の導電接続を行っている。この導電接続手段としては、周辺シール材中に導電性スペーサを混入して周辺シール全域に導電性を有するもの、基板間の導電接続部のみに導電性スペーサを混入したシール材を点状に印刷しそれ以外の周辺シール材には導電性を有しないスペーサを混入させて周辺シールとするものがある。
【００１２】
液晶セル１の製造方法をさらに詳しく説明すると、配向膜を形成した後、ナイロン製やレーヨン製のラビング布と称する布で配向膜をこすり、液晶分子を一方向に並ばせるための処理を行う。この処理を行った２枚の基板を相対向させ液晶を封入することで、液晶分子が基板界面から徐々にねじられ他方の基板に達する。本発明ではこのねじれ角が９４°〜１０６°とされる。ねじれ角が小さいとシャープネスが悪くなり、マルチプレックス駆動ができにくくなる。また、大きすぎると駆動電圧が上昇する。
【００１３】
基板界面での液晶分子のダイレクタと基板のなす角をプレチルト角という。このプレチルト角は配向膜と上記配向処理とにて支配されており、本発明ではプレチルト角が０．５°〜１．５°とされる。これが小さいと液晶分子の配列を制御しにくくなり、ドメインが発生しやすくなる。逆に大きすぎると液晶の立ち上がり特性が悪くなる。
【００１４】
さらにまた、液晶の屈折率異方性をΔｎとし、液晶層の厚みをｄで表したときにΔｎｄが０．４５μｍ〜０．６μｍとされる。こうすることで液晶の立ち上がり特性を向上させやすくなり、かつ、視野角を広くできる。この範囲をはずれると、液晶の立ち上がり時の挙動が異なり本発明ほどの効果が得られない。例えばポジ仕様の液晶表示素子において、液晶パネルのΔｎｄを１．０μｍ〜１．３μｍとし、電圧を印加していくと非点灯電圧の輝度が背景輝度より高くなる（ネガ仕様の場合は背景輝度より低くなる）ことがあり、これが視野角が拡がらないが要因と推定される。
【００１５】
液晶セル１の外側にそれぞれ偏光板１０、１１を配置する。図２に液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸との関係を示し、説明する。上側の基板２の液晶分子の配向方向をＤ1 とし、下側の基板３の液晶分子の配向方向をＤ2 とすると、Ｄ1 とＤ2 とのなす角ωすなわち液晶分子のねじれ角は９４°〜１０６°とされる。また、上側の偏光板１０の吸収軸をＰ1 とし、下側の偏光板１１の吸収軸をＰ2 とすると、ポジ仕様の場合、Ｄ1 とＰ1 とのなす角β1 は０°〜１５°とされ、Ｄ2 とＰ2 とのなす角β2 は−１５°〜０°とされる。なお、ここで角β1 、β2 は各基板側の液晶分子の配向方向Ｄ1 、Ｄ2 から偏光板の吸収軸Ｐ1 、Ｐ2 に反時計回りを正とした角度である。これからずれると光漏れの発生によりコントラストが低下する。
【００１６】
また、ネガ仕様の場合、Ｄ1 とＰ1 とのなす角β1 は９０°〜１００°とされ、Ｄ2 とＰ2 とのなす角β2 は０°〜１０°とされ、かつＰ1 とＰ2 とはほぼ平行とされる。これからずれると光漏れが生じてコントラストが低下する。
【００１７】
また、本発明の効果を損じない範囲で、通常の液晶表示素子で使用されている公知の材料および公知の技術が適用できる。
【００１８】
【実施例】
例１（実施例）
ガラス基板にＩＴＯによる透明電極を形成し、その上に日立化成製配向膜ＬＱ−５９００を形成した基板を作成した。この基板にラビング処理を行い、その面を相対向させ、液晶を注入させるための開口部以外の部分を周辺シール材で囲み、開口部より屈折率異方性Δｎが０．０９４で誘電率異方性が正のネマチック液晶を注入し、開口部を封じ液晶セルを作成した。この液晶セルの液晶層の厚みは６μｍであり、Δｎｄは約０．５６μｍとなる。また、作成した液晶セルの液晶分子のねじれ角は１００°であり、プレチルト角は１°であった。
【００１９】
この後に、ガラス基板の外側に日東電工製偏光板ＮＰＦ−ＥＧ１４２５ＤＵを貼り付け液晶表示素子を得た。この偏光板の吸収軸と液晶セルの液晶分子の配向方向とのなす角β1 を１０°、β2 を−１０°とした。なお、本例はポジ仕様の液晶表示素子である。
【００２０】
得られた液晶表示素子に１／４デューティ、１／３バイアスのマルチプレックス駆動を行い点灯表示させたところ正面コントラストは１／２０であった。図３を参照しながらさらに効果を説明すると、図３は電圧印加時の液晶表示素子の光の透過率を表す図である。図中の実線が例１、破線が例２の液晶表示素子を示している。
【００２１】
この図で透過率９０％のときの印加電圧をＶ90とし、透過率１０％のときの印加電圧をＶ10としており、この電圧差（Ｖ10−Ｖ90）が小さいものが液晶のシャープネスが急峻であるという。また、透過率が１０％となった場合を点灯電圧ＶONとし、透過率が９０％となる非点灯電圧をＶOFF とすると、駆動電圧Ｖは（ＶON＋ＶOFF ）／２で定義される。また一般に、（ＶOFF −ＶON）を電圧マージンという。
【００２２】
特に、本例では透過率１０％未満の透過率変化が急峻になっていることが特徴の一つである。すなわち、液晶の立ち上がり特性が優れている。駆動電圧Ｖにおいて、ＯＦＦ波形の透過率はｂ％であり、液晶表示素子の背景部分（無印加部分）の透過率との差が小さいことがわかる。
【００２３】
これを別の数値で示すと図４のようになる。図４は背景輝度とＯＦＦ輝度との輝度比を示しており、４（ａ）は例１の液晶表示素子を２５℃の環境下で、４（ｂ）は８０℃の環境下で確認したものである。４（ｃ）、４（ｄ）は例２の液晶表示素子をそれぞれ２５℃、８０℃の環境下で確認したものであり、図５は角度の定義を示している。４（ａ）〜４（ｄ）の見方としては、背景輝度とＯＦＦ輝度との差がないほうが表示誤認を起こさなくて視認性が良いことになる。輝度比が９５％以下の領域（ハッチング部分）で悪くなると仮定すると、本発明は不良領域が小さく、低角度（θが大きい）でも視認性が損なわれず、視野角が広くなる。
【００２４】
例２（比較例）
ガラス基板にＩＴＯによる透明電極を形成し、その上に日立化成製配向膜ＬＸ−５８００を形成した基板を作成した。この基板にラビング処理を行い、その面を相対向させ、液晶を注入させるための開口部以外の部分を周辺シール材で囲み、開口部より屈折率異方性Δｎが０．０９４で誘電率異方性が正のネマチック液晶を注入し、開口部を封じ液晶セルを作成した。この液晶セルの液晶層の厚みは６μｍであり、Δｎｄは約０．５６μｍとなる。また、作成した液晶セルの液晶分子のねじれ角は１００°であり、プレチルト角は２．５°であった。
【００２５】
この後に、ガラス基板の外側に日東電工製偏光板ＮＰＦ−ＥＧ１４２５ＤＵを貼り付け液晶表示素子を得た。この偏光板の吸収軸と液晶セルの液晶分子の配向方向とのなす角β1 を１０°、β2 を−１０°とした。この液晶表示素子はポジ仕様となった。
【００２６】
得られた液晶表示素子に１／４デューティ、１／３バイアスのマルチプレックス駆動を行い点灯表示させたところ正面コントラストが１／１８であり、図４に示すように視野角の狭いものであった。
【００２７】
例３（実施例）
ネガ仕様となるように、偏光板の吸収軸と液晶セルの液晶分子の配向方向とのなす角β1 を９５°とし、β2 を５°とし、２枚の偏光板の吸収軸を平行とした以外は例１と同様に液晶表示素子を作成した。
これを例１のような評価を行ったところ、正面コントラストが１／５０と高い値を示すとともに視野角は例１と同様に広いものであった。
【００２８】
例４（比較例）
配向膜に日立化成製配向膜ＬＸ−５８００を用い、プレチルト角が２．５°とした以外は例３と同様な構成とした。
得られた液晶表示の正面コントラストは１／３０であり、視野角が狭いものであった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の構成により液晶の立ち上がり特性を急峻にすることができる。また、ポジ型の液晶表示素子において、背景輝度と非点灯電圧の輝度との差がなくなり、視認性が向上し、視野角が拡大できる。さらに、ネガ型の液晶表示素子において、視野角が拡大するとともにコントラストを向上させることができる。さらにまた、高温環境下でも特性が低下しにくいため、車載用の液晶表示素子にも適用でき、ディスプレイとしての応用範囲が拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の断面概念図。
【図２】本発明の一実施例における液晶分子の配向方向と偏光板の吸収軸との関係を示す図。
【図３】本発明の一実施例における電圧印加時の液晶表示素子の光の透過率を表す図。
【図４】本発明の一実施例における背景輝度に対するＯＦＦ輝度の輝度比を表す図。
【図５】図４の角度の定義を表す図。
【符号の説明】
１：液晶セル
２、３：基板
４、５：透明電極
６、７：配向膜
８：周辺シール材
９：液晶
１０、１１：偏光板
【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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