液晶表示装置
【課題】 ノーマリブラックモードにおけるコントラス比を向上させたSTN型の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】
1つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、一対の対向する基板と、基板間に挟持された液晶層と、基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が95°〜170°または200°〜280°のSTN型の液晶表示部とを有し、一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が90°±7°である液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
1つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、一対の対向する基板と、基板間に挟持された液晶層と、基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が95°〜170°または200°〜280°のSTN型の液晶表示部とを有し、一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が90°±7°である液晶表示装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶を用いた装置に関し、特に液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高デューティーの液晶表示素子として、STN(超捩れネマティック)−LCDが用いられてきた。STN−LCDの一形態として、青色モード表示を説明する。液晶セルの上下に配置された偏光板のうち、検光子の偏光軸が出射光側の液晶分子長軸方向に対して左回りに30度になるように配置し、偏光子の偏光軸が入射光側の液晶分子長軸方向に対して右回りに30度に配置することにより、電圧無印加時に青色に呈色し、電圧印加時に白色になる、いわゆる青色モード表示が可能である。
【0003】
特開2004−62021号公報に、青色モードのSTN−LCDの液晶組成物に二色性色素を含有させ、遮断状態での遮光性を高める提案がなされている。また、遮光性を高める他の手段として、補償板を用いる方法もある。
【0004】
青色モードは、通常バックライトとして白色バックライトを用いているが、発光ダイオード(LED)のような単色光源を用いることがある。この場合、バックライトの発光波長における電圧無印加時の透過率を下げ、電圧印加時にその波長を表示させるのに適当な透過率で透過させれば、ノーマリブラックで表示色がバックライト色となるモードを得ることが出来る。
【0005】
【特許文献1】特開2004−62021号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
STN−LCDは、ある波長に極小値を持つ透過率曲線を持つ。ノーマリブラックで単色表示を行うモードの場合、電圧無印加時と電圧印加時とのコントラスト比を大きくすることが求められる。
【0007】
本発明の目的は、ノーマリブラックモードにおけるコントラス比を向上させたSTN型の液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一観点によれば、1つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、一対の対向する基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が95°〜170°または200°〜280°のSTN型の液晶表示部とを有し、前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が90°±7°である液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【0009】
コントラスト比の大きな、ノーマリブラックで表示色が単色のSTN−LCDを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1に、液晶表示装置における液晶表示部101の断面図を示し、その作成方法について説明する。
【0011】
2つのガラス基板1A、1Bの各々の上に透明であるITO膜をCVD、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィーにて所望のITO電極パターン2および外部取出し配線2lを形成する。ITO電極パターン2が付いたガラス基板上にフレキソ印刷にて絶縁膜4を形成する。この絶縁膜4は必須では無いが、上下基板間の短絡防止のため形成することが望ましい。絶縁膜形成方法としてフレキソ印刷の他に、メタルマスクを用い、蒸着やスパッタなどの方法を行っても良い。
【0012】
次に、絶縁膜4の上に絶縁膜4とほぼ同じパターンの配向膜5をフレキソ印刷で形成する。
【0013】
次にラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、配向膜5上を擦る工程である。
【0014】
シール材6を所定のパターンにスクリーン印刷する。シール材6の形成にはスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いても良い。シール材には熱硬化性のES−7500(三井化学製)を用いるが、光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でも良い。このシール材6には径6μmのグラスファイバーを数%含んでいる。
【0015】
導通材7を所定の位置に印刷する。ここではシール材ES−7500に6.5μmのAuボールを数%含んだものを導通材7として所定の位置にスクリーン印刷する。
【0016】
シール材パターン6及び導通材パターン7は上側の基板1Bにのみ形成し、下側の基板1Aにはギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する。ギャップコントロール材には6μmのプラスチックボールを用いる。
【0017】
2つの基板1A、1Bを、配向膜5が内側になるよう所定の位置で重ね合わせセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材6を硬化する。
【0018】
次にスクライバー装置によりガラス基板に傷をつけ、ブレイキングにより所定の大きさ、形に分割して空セルを作成する。
【0019】
上記の空セルに真空注入法で液晶3を注入し、その後エンドシール材で注入口を封止する。その後ガラス基板の面取りと洗浄を行い、液晶セルを作成する。
【0020】
さらに、液晶セルの上下に偏光板8を貼り付けSTNモードの液晶表示部101を完成する。
【0021】
実施例を説明するための参考例として、青色モードのSTN−LCDについて補足する。
【0022】
図2Aに、青色モードSTN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板(前面基板)に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度a)は30°であり、下基板(背面基板)に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度b)も30°である。
【0023】
上記の構成の青色モードSTN−LCDの持つ透過率特性について説明する。
【0024】
図2Bに、ほぼ可視領域の透過率曲線を示す。なお、明細書中で示す透過率曲線は、自作のシミュレーションソフトにより算出した。図示のように、電圧無印加時に、ほぼ可視領域において、透過率が極大値と極小値を持つ。極大値は青色の波長であり、電圧無印加時において約50%の透過率である。このような液晶表示装置は背景色が青色を示す。電圧印加時には、青色領域の透過率が若干他の可視領域に比べて低いものの、ほぼ可視領域において約50%程度の透過率を有しており、白色バックライトの光を透過して白色表示を行う。一方、電圧無印加時の透過率の極小値は波長540nmで約6%である。極小値においても透過率が0%でないことから、電圧無印加時においても光り抜けが生じることが分かる。波長540nmでの電圧印加時における透過率は約48%であり、コントラスト比は最大でも約8程度である。このように、コントラスト比を大きく取ることが困難である。
【0025】
発明者らは、電圧無印加時における透過率の極小値に着目した。極小値を持つ波長に合わせた単色の光を発する光源をバックライトとして用い、電圧無印加時の極小値の透過率を0に近づけることが出来れば、電圧無印加時には単色光を遮光し、電圧印加時には透過させることで、コントラスト比が大きな、ノーマリブラック表示の液晶表示装置が作製できると考えた。
【0026】
上記課題を解決するために、様々な偏光板配置を検討し、液晶表示素子を形成する上下基板にそれぞれ最も近い位置の液晶配向方向とそれぞれの基板側の偏光板軸方向のなす角度(小さい方)の和が90度となる配置において優れた特性が発揮されることを見出した。その条件を満たせば、電圧無印加時の透過率−波長特性において透過率がほぼ0%となる波長が存在する。
【0027】
発光波長の中心値が630nmの赤色バックライト、もしくは550nmの緑色バックライトに組み合わせることを想定した場合の実施例を以下に示す。液晶セル作成のポイントは、透過率が0%もしくはそれに近い(ノーマリブラックを実現できる程度に低い)極小値をとる波長を、バックライトの発光波長に合わせるようにセルのリタデーションを制御することである。セルのリタデーションはセル厚を変えるか、複屈折率を変える(具体的には液晶材料を変える。特性の違う液晶材料同士を混合することにより、通常液晶表示装置として用いられる範囲であれば任意に調整可能である)ことにより制御できる。
【0028】
(実施例1−1)
図3Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は60°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。なお、偏光板軸方向に関する図においては、右回り左回りの違いはあるが、角度を絶対値で表現する。
【0029】
図3Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約38%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0030】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.847μmである。
【0031】
(実施例1−2)
図4Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は45°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は45°である。
【0032】
図4Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約42%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0033】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.847μmである。
【0034】
(比較例1)
図5Aに、比較例によるSTN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。
【0035】
図5Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで約6%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとしても、電圧無印加時にはバックライトの光の一部が透過してしまうのでノーマリブラックが実現できない。また、波長630nmにおける電圧印加時の透過率は約50%であり、コントラスト比は約8と低くなる。
【0036】
なお、本実施例における液晶セルのリタデーションは0.952μmである。
【0037】
(実施例2−1)
図6Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は150°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は70°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は20°である。
【0038】
図6Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約33%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0039】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.625μmである。
【0040】
(実施例2−2)
図7Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は150°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は60°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。
【0041】
図7Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約33%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0042】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.713μmである。
【0043】
(実施例3)
図8Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は60°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。
【0044】
図8Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長550nmで0%の極小値を持つ。この波長のLED(緑)をバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長550nmでの透過率が約38%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0045】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.724μmである。
【0046】
上記において、種々の実施形態について述べたが、角度aと角度bとの和が90°であっても実用的に電圧印加時の透過率特性が比較的低い角度の組み合わせが存在する。
【0047】
図9に、パラメーラを角度aとした場合の、電圧印加時における波長630nmでのツイスト角−透過率特性を示す。特性はシミュレータにより算出した。なお、角度aが60°の時は30°の時の特性と、75°の時は15°の時の特性と同じである。図示のように、ツイスト角−透過率特性は、それぞれツイスト角180°〜190°付近で極小値を持つ。また、角度aが小さく(その分、角度bは大きく)なればなるほど透過率は低く、特にツイスト角が大きい場合その傾向は顕著である。特に角度aが0°になるような偏光板の配置はなるべく避けたい。18%以上を製品化に妥当な透過率とすると、好ましいツイスト角度の範囲は、95°〜170°または200°〜280°と言えよう。
【0048】
図10に、角度a+bに対する、波長630nmでの液晶表示部の電圧無印加時における透過率のグラフを示す。偏光板角度の異なる様々なサンプルを作製し表示を観察したところ、電圧無印加時の透過率が0.3%以下の物が好ましいことが分かった。この条件を満足するには、図示のグラフから、角度a+bが90°±7°であれば良い。
【0049】
図11に、本発明を適用した液晶表示装置の例を示す。本発明は車載における単純マトリクス型やセグメント型、単純マトリクス+セグメント型の液晶表示装置に適用することができる。例えば図示のように車載のエアコンの表示(ノーマリブラック+赤表示)に用いることができる。
【0050】
図中11Aと11Bを比較する。11Aは比較例1を適用した場合の液晶表示装置の表示例であり、11Bは実施例1−1を適用した場合の液晶表示装置の表示例である。図示のように、実施例を適用した表示例の方が背景が黒く、見た目にもコントラスト比の大きな表示が出来ていることが分かる。
【0051】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、単波長の光源としてLEDの他に、レーザを用いても良い。
【0052】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】図1は、液晶表示部の概略断面図である。
【図2】図2Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図2Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図3】図3Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図3Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図4】図4Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図4Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図5】図5Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図5Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図6】図6Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図6Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図7】図7Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図7Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図8】図8Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図8Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図9】図9は、パラメータを角度aとした場合の、電圧印加時における波長630nmでのツイスト角−透過率特性である。
【図10】図10は、角度a+bに対する、波長630nmでの液晶表示部の透過率のグラフである。
【図11】図11は、本発明を適用した液晶表示装置の例である。
【符号の説明】
【0054】
1A、1B 基板
2 電極
2l 配線
3 液晶
4 絶縁膜
5 配向膜
6 シール材
7 導通材
8 偏光板
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶を用いた装置に関し、特に液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高デューティーの液晶表示素子として、STN(超捩れネマティック)−LCDが用いられてきた。STN−LCDの一形態として、青色モード表示を説明する。液晶セルの上下に配置された偏光板のうち、検光子の偏光軸が出射光側の液晶分子長軸方向に対して左回りに30度になるように配置し、偏光子の偏光軸が入射光側の液晶分子長軸方向に対して右回りに30度に配置することにより、電圧無印加時に青色に呈色し、電圧印加時に白色になる、いわゆる青色モード表示が可能である。
【0003】
特開2004−62021号公報に、青色モードのSTN−LCDの液晶組成物に二色性色素を含有させ、遮断状態での遮光性を高める提案がなされている。また、遮光性を高める他の手段として、補償板を用いる方法もある。
【0004】
青色モードは、通常バックライトとして白色バックライトを用いているが、発光ダイオード(LED)のような単色光源を用いることがある。この場合、バックライトの発光波長における電圧無印加時の透過率を下げ、電圧印加時にその波長を表示させるのに適当な透過率で透過させれば、ノーマリブラックで表示色がバックライト色となるモードを得ることが出来る。
【0005】
【特許文献1】特開2004−62021号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
STN−LCDは、ある波長に極小値を持つ透過率曲線を持つ。ノーマリブラックで単色表示を行うモードの場合、電圧無印加時と電圧印加時とのコントラスト比を大きくすることが求められる。
【0007】
本発明の目的は、ノーマリブラックモードにおけるコントラス比を向上させたSTN型の液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一観点によれば、1つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、一対の対向する基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が95°〜170°または200°〜280°のSTN型の液晶表示部とを有し、前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が90°±7°である液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【0009】
コントラスト比の大きな、ノーマリブラックで表示色が単色のSTN−LCDを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1に、液晶表示装置における液晶表示部101の断面図を示し、その作成方法について説明する。
【0011】
2つのガラス基板1A、1Bの各々の上に透明であるITO膜をCVD、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィーにて所望のITO電極パターン2および外部取出し配線2lを形成する。ITO電極パターン2が付いたガラス基板上にフレキソ印刷にて絶縁膜4を形成する。この絶縁膜4は必須では無いが、上下基板間の短絡防止のため形成することが望ましい。絶縁膜形成方法としてフレキソ印刷の他に、メタルマスクを用い、蒸着やスパッタなどの方法を行っても良い。
【0012】
次に、絶縁膜4の上に絶縁膜4とほぼ同じパターンの配向膜5をフレキソ印刷で形成する。
【0013】
次にラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、配向膜5上を擦る工程である。
【0014】
シール材6を所定のパターンにスクリーン印刷する。シール材6の形成にはスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いても良い。シール材には熱硬化性のES−7500(三井化学製)を用いるが、光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でも良い。このシール材6には径6μmのグラスファイバーを数%含んでいる。
【0015】
導通材7を所定の位置に印刷する。ここではシール材ES−7500に6.5μmのAuボールを数%含んだものを導通材7として所定の位置にスクリーン印刷する。
【0016】
シール材パターン6及び導通材パターン7は上側の基板1Bにのみ形成し、下側の基板1Aにはギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する。ギャップコントロール材には6μmのプラスチックボールを用いる。
【0017】
2つの基板1A、1Bを、配向膜5が内側になるよう所定の位置で重ね合わせセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材6を硬化する。
【0018】
次にスクライバー装置によりガラス基板に傷をつけ、ブレイキングにより所定の大きさ、形に分割して空セルを作成する。
【0019】
上記の空セルに真空注入法で液晶3を注入し、その後エンドシール材で注入口を封止する。その後ガラス基板の面取りと洗浄を行い、液晶セルを作成する。
【0020】
さらに、液晶セルの上下に偏光板8を貼り付けSTNモードの液晶表示部101を完成する。
【0021】
実施例を説明するための参考例として、青色モードのSTN−LCDについて補足する。
【0022】
図2Aに、青色モードSTN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板(前面基板)に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度a)は30°であり、下基板(背面基板)に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度(角度b)も30°である。
【0023】
上記の構成の青色モードSTN−LCDの持つ透過率特性について説明する。
【0024】
図2Bに、ほぼ可視領域の透過率曲線を示す。なお、明細書中で示す透過率曲線は、自作のシミュレーションソフトにより算出した。図示のように、電圧無印加時に、ほぼ可視領域において、透過率が極大値と極小値を持つ。極大値は青色の波長であり、電圧無印加時において約50%の透過率である。このような液晶表示装置は背景色が青色を示す。電圧印加時には、青色領域の透過率が若干他の可視領域に比べて低いものの、ほぼ可視領域において約50%程度の透過率を有しており、白色バックライトの光を透過して白色表示を行う。一方、電圧無印加時の透過率の極小値は波長540nmで約6%である。極小値においても透過率が0%でないことから、電圧無印加時においても光り抜けが生じることが分かる。波長540nmでの電圧印加時における透過率は約48%であり、コントラスト比は最大でも約8程度である。このように、コントラスト比を大きく取ることが困難である。
【0025】
発明者らは、電圧無印加時における透過率の極小値に着目した。極小値を持つ波長に合わせた単色の光を発する光源をバックライトとして用い、電圧無印加時の極小値の透過率を0に近づけることが出来れば、電圧無印加時には単色光を遮光し、電圧印加時には透過させることで、コントラスト比が大きな、ノーマリブラック表示の液晶表示装置が作製できると考えた。
【0026】
上記課題を解決するために、様々な偏光板配置を検討し、液晶表示素子を形成する上下基板にそれぞれ最も近い位置の液晶配向方向とそれぞれの基板側の偏光板軸方向のなす角度(小さい方)の和が90度となる配置において優れた特性が発揮されることを見出した。その条件を満たせば、電圧無印加時の透過率−波長特性において透過率がほぼ0%となる波長が存在する。
【0027】
発光波長の中心値が630nmの赤色バックライト、もしくは550nmの緑色バックライトに組み合わせることを想定した場合の実施例を以下に示す。液晶セル作成のポイントは、透過率が0%もしくはそれに近い(ノーマリブラックを実現できる程度に低い)極小値をとる波長を、バックライトの発光波長に合わせるようにセルのリタデーションを制御することである。セルのリタデーションはセル厚を変えるか、複屈折率を変える(具体的には液晶材料を変える。特性の違う液晶材料同士を混合することにより、通常液晶表示装置として用いられる範囲であれば任意に調整可能である)ことにより制御できる。
【0028】
(実施例1−1)
図3Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は60°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。なお、偏光板軸方向に関する図においては、右回り左回りの違いはあるが、角度を絶対値で表現する。
【0029】
図3Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約38%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0030】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.847μmである。
【0031】
(実施例1−2)
図4Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は45°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は45°である。
【0032】
図4Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約42%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0033】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.847μmである。
【0034】
(比較例1)
図5Aに、比較例によるSTN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。
【0035】
図5Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで約6%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとしても、電圧無印加時にはバックライトの光の一部が透過してしまうのでノーマリブラックが実現できない。また、波長630nmにおける電圧印加時の透過率は約50%であり、コントラスト比は約8と低くなる。
【0036】
なお、本実施例における液晶セルのリタデーションは0.952μmである。
【0037】
(実施例2−1)
図6Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は150°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は70°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は20°である。
【0038】
図6Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約33%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0039】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.625μmである。
【0040】
(実施例2−2)
図7Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は150°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は60°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。
【0041】
図7Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長630nmで0%の極小値を持つ。この波長のLEDをバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長630nmでの透過率が約33%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0042】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.713μmである。
【0043】
(実施例3)
図8Aに、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図を示す。図示のように、液晶のツイスト角は270°である。上基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、上側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は60°であり、下基板に最も近い位置の液晶分子配向方向と、下側偏光板軸方向との為す小さい方の角度は30°である。
【0044】
図8Bに、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線を示す。図示のように、無印加時の透過率は、波長550nmで0%の極小値を持つ。この波長のLED(緑)をバックライトとすることにより、電圧無印加時にはバックライトの光を遮光することができるので、ノーマリブラックを実現できる。一方、電圧印加時には、波長550nmでの透過率が約38%あるので、高コントラスト比を実現できる。
【0045】
本実施例における液晶セルのリタデーションは0.724μmである。
【0046】
上記において、種々の実施形態について述べたが、角度aと角度bとの和が90°であっても実用的に電圧印加時の透過率特性が比較的低い角度の組み合わせが存在する。
【0047】
図9に、パラメーラを角度aとした場合の、電圧印加時における波長630nmでのツイスト角−透過率特性を示す。特性はシミュレータにより算出した。なお、角度aが60°の時は30°の時の特性と、75°の時は15°の時の特性と同じである。図示のように、ツイスト角−透過率特性は、それぞれツイスト角180°〜190°付近で極小値を持つ。また、角度aが小さく(その分、角度bは大きく)なればなるほど透過率は低く、特にツイスト角が大きい場合その傾向は顕著である。特に角度aが0°になるような偏光板の配置はなるべく避けたい。18%以上を製品化に妥当な透過率とすると、好ましいツイスト角度の範囲は、95°〜170°または200°〜280°と言えよう。
【0048】
図10に、角度a+bに対する、波長630nmでの液晶表示部の電圧無印加時における透過率のグラフを示す。偏光板角度の異なる様々なサンプルを作製し表示を観察したところ、電圧無印加時の透過率が0.3%以下の物が好ましいことが分かった。この条件を満足するには、図示のグラフから、角度a+bが90°±7°であれば良い。
【0049】
図11に、本発明を適用した液晶表示装置の例を示す。本発明は車載における単純マトリクス型やセグメント型、単純マトリクス+セグメント型の液晶表示装置に適用することができる。例えば図示のように車載のエアコンの表示(ノーマリブラック+赤表示)に用いることができる。
【0050】
図中11Aと11Bを比較する。11Aは比較例1を適用した場合の液晶表示装置の表示例であり、11Bは実施例1−1を適用した場合の液晶表示装置の表示例である。図示のように、実施例を適用した表示例の方が背景が黒く、見た目にもコントラスト比の大きな表示が出来ていることが分かる。
【0051】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、単波長の光源としてLEDの他に、レーザを用いても良い。
【0052】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】図1は、液晶表示部の概略断面図である。
【図2】図2Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図2Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図3】図3Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図3Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図4】図4Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図4Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図5】図5Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図5Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図6】図6Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図6Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図7】図7Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図7Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図8】図8Aは、STN−LCDの液晶分子の配向方向と偏光板軸方向の平面図であり、図8Bは、液晶表示部のほぼ可視領域における透過率曲線である。
【図9】図9は、パラメータを角度aとした場合の、電圧印加時における波長630nmでのツイスト角−透過率特性である。
【図10】図10は、角度a+bに対する、波長630nmでの液晶表示部の透過率のグラフである。
【図11】図11は、本発明を適用した液晶表示装置の例である。
【符号の説明】
【0054】
1A、1B 基板
2 電極
2l 配線
3 液晶
4 絶縁膜
5 配向膜
6 シール材
7 導通材
8 偏光板
【特許請求の範囲】
【請求項1】
1つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、
一対の対向する基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が95°〜170°または200°〜280°のSTN型の液晶表示部と
を有し、
前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が90°±7°である液晶表示装置。
【請求項2】
さらに、透過率スペクトルの極小値が前記光源の発光波長である請求項1記載の液晶表示装置。
【請求項1】
1つの波長にのみ発光ピークを有する光源を用いた単波長バックライトと、
一対の対向する基板と、該基板間に挟持された液晶層と、該基板の法線方向に関して上下に配置された偏光板とを含み、液晶のツイスト角が95°〜170°または200°〜280°のSTN型の液晶表示部と
を有し、
前記一対の基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、前記液晶層の液晶分子配向方向と偏光板の軸方向とが同じでなく、かつそれらの方向が為す小さい方の角度の、上基板側と下基板側との和が90°±7°である液晶表示装置。
【請求項2】
さらに、透過率スペクトルの極小値が前記光源の発光波長である請求項1記載の液晶表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2008−304785(P2008−304785A)
【公開日】平成20年12月18日(2008.12.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−152982(P2007−152982)
【出願日】平成19年6月8日(2007.6.8)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年12月18日(2008.12.18)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年6月8日(2007.6.8)
【出願人】(000002303)スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Fターム(参考)】
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