液晶表示装置
【課題】 高コントラスト比で視角特性が良好なＳＴＮ−ＬＣＤを提供する。
【解決手段】
液晶表示装置は、単波長発光ピークを有する光源を用いたバックライトと、基板と、基板間に挟持されたネマチック液晶層と、基板の各々においてネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、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１５５°〜２１０°のＳＴＮ型である液晶表示部とを有し、基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、ネマチック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、上基板側角度と下基板側角度の和が９０°±７°であり、さらに、単波長発光ピークをλ（ｎｍ）、ネマチック液晶のツイスト角をＴ（°）すると、液晶表示部のリタデーションＲ（ｎｍ）が式Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７を満たし、±１０％が許容範囲である。
【解決手段】
液晶表示装置は、単波長発光ピークを有する光源を用いたバックライトと、基板と、基板間に挟持されたネマチック液晶層と、基板の各々においてネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、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１５５°〜２１０°のＳＴＮ型である液晶表示部とを有し、基板の、上基板と下基板の各々と接する位置において、ネマチック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、上基板側角度と下基板側角度の和が９０°±７°であり、さらに、単波長発光ピークをλ（ｎｍ）、ネマチック液晶のツイスト角をＴ（°）すると、液晶表示部のリタデーションＲ（ｎｍ）が式Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７を満たし、±１０％が許容範囲である。
【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（超捩れネマチック）−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右回りに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左回りに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比を大きくすることが求められる。
【０００７】
また、特に車載用の液晶表示装置の場合、視角特性の向上も望まれる。
【０００８】
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および視角特性を向上させた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】
【０００９】
本発明の一観点によれば、単波長発光ピークを有する光源を用いたバックライトと、一対の対向する基板と、該基板間に挟持されたネマチック液晶層と、該基板の各々において該ネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、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１５５°〜２１０°のＳＴＮ型である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、前記ネマチック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、上基板側角度と下基板側角度の和が９０°±７°であり、さらに、前記単波長発光ピークをλ（ｎｍ）、ネマチック液晶のツイスト角をＴ（°）すると、前記液晶表示部のリタデーションＲ（ｎｍ）が式Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７ （１５５≦Ｔ≦２１０）を満たし、±１０％が許容範囲である液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
ノーマリブラック表示のＳＴＮ−ＬＣＤにおいて、コントラスト比が大きく、視角特性が良好な表示を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、液晶表示装置における液晶表示部１０１およびバックライト１０２の断面図を示す。実施例における液晶表示装置は、主な構成要素として液晶表示部１０１とバックライト１０２を有する。液晶表示部１０１が、バックライト１０２からの光を透過したり、遮光したりして電極２のパターンの表示を行う。
【００１２】
液晶表示部１０１の作成方法について説明する。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。絶縁膜形成は、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で行っても良い。
【００１３】
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。
【００１４】
次に、配向膜５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。
【００１５】
所定のパターンのシール材６をスクリーン印刷する。シール材６はスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いて形成しても良い。シール材として熱硬化性のＥＳ−７５００（三井化学製）を用いる。他の材料として、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は径６μｍのグラスファイバーを数％含んでいる。
【００１６】
次に、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としてスクリーン印刷する。
【００１７】
シール材パターン６及び導通材パターン７は基板１Ｂにのみ形成し、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として６μｍのプラスチックボールを用いる。
【００１８】
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てセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材６を硬化する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
参考例１として、青色モードのＳＴＮ−ＬＣＤについて説明する。
【００２３】
図２Ａに、青色モードＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図２Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。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とする）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とする）も３０°である。
【００２４】
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。
【００２５】
図２Ｂに、液晶表示部の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、参考例における液晶表示部の透過率は、電圧無印加時に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、可視領域全体にわたり約５０％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。
【００２６】
一方、ＬＣＤのバックライトとして、単波長の発光ピークを有する発光装置を用いることがある。発明者らは、バックライトの波長領域に電圧無印加時の透過率が極小値となる波長を合わせてノーマリブラックの単色表示を行うことを検討した。
【００２７】
はじめに、上記の青色ＳＴＮ−ＬＣＤと同様の構成の液晶表示部に対してノーマリブラックの単色表示が可能か否かを検討した。液晶表示部の透過率が極小値をとる波長は５４０ｎｍである。波長５４０ｎｍにおける電圧無印加時の液晶表示部の透過率は約６％であり、同波長における電圧印加時の液晶表示部の透過率は約４８％である。この液晶表示部１０１に発光波長領域５４０ｎｍ付近のバックライトを用いて単色表示のＳＴＮ−ＬＣＤを作製した場合、少なくとも約６％の光り抜けが生じるため、ノーマリブラックが実現できず、単色の濃淡表示となってしまう。また、コントラスト比は最大でも約８程度しかない。そのため、電圧無印加時の透過率の極小値を０％に近づけて、遮光性やコントラスト比を高めることが望まれる。
【００２８】
発明者らは、電圧無印加時における透過率の極小値を０％に近づけるために、様々な偏光板配置を検討した。その結果、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、上下それぞれの基板側の偏光板軸方向とのなす角度（小さい方）の、上基板側角度（角度ａ）と下基板側角度（角度ｂ）との和（角度ａ＋ｂとする）が９０°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。
【００２９】
発光波長の中心値が６３０ｎｍの赤色バックライトに組み合わせることを想定する。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領域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。通常液晶表示装置として用いられる範囲であれば、特性の違う液晶材料同士を混合することによりリタデーションを調整可能である）ことにより制御できる。
【００３０】
図３Ａに、ＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図３Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。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（角度ａ）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（角度ｂ）は４５°である。
【００３１】
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。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。
【００３２】
液晶セルのリタデーションは８４７ｎｍである。
【００３３】
なお、角度ａ＋ｂは、必ずしも９０°でなくとも良い。発明者らは、好ましい角度ａ＋ｂについて検討した。
【００３４】
図４に、角度ａ＋ｂに対する、波長６３０ｎｍにおける液晶表示部の電圧無印加時の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％以下のサンプルが液晶表示素子として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（条件１）。
【００３５】
上記のような条件で作製したＳＴＮ−ＬＣＤは、正面観察時に高コントラスト比を得られる。さらに発明者らは、視角を上下左右方向に振った場合においても良好な表示を得られる条件を調べた。視角特性、特に左右方向の視角特性は車載などの用途では重要だからである。
【００３６】
図５Ａに、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける左右方向の透過率−視角特性を示す。横軸が正面に対する右方向を正とする角度である。図示のように、左右の角度が大きくなればなるほど、電圧印加時と無印加時での透過率の差は縮まり、コントラスト比が小さくなる。また、左右とも約６０°を超えたあたりで透過率が逆転する。
【００３７】
図５Ｂに、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける上下方向の透過率−視角特性を示す。横軸が正面に対する上方向を正とする角度である。図示のように、電圧印加時の透過率は上下方向の視角で非対称である。一方、電圧無印加時の透過率は、視角３０°程度までは上下ほぼ対称で、かつ十分な遮光性を持つ。
【００３８】
ＬＣＤのコントラスト比は遮光性が大きな役割を果たす。実施例においては電圧無印加状態の透過率が０％に近ければ近いほど良い。発明者らは、電圧無印加状態の透過率に着目した。そして、電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を、視角をパラメータとしてまとめた。
【００３９】
図６に、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。図は、視角を正面に対して右（ｒｉｇｈｔ）もしくは下（ｄｏｗｎ）に振った場合の透過率−波長特性を、視角をパラメータとして２０°毎にそれぞれ６０°まで示している。ｎｏｒｍａｌとは視角０°のことである。
【００４０】
図示のように、視角が２０°程度の場合は、右方向、下方向とも視角０°の場合に比べて透過率曲線に大きな差は無いが、視角を４０°、６０°と大きく振ることにより透過率曲線が次第にずれてくる。また、視角が４０°の場合は透過率の極小値が約２％、６０°の場合は約８〜９％程度となり、当該角度から液晶表示装置を見ると、光り抜けが起こってしまう。
【００４１】
図６に示されていない左方向、上方向に視角を振った場合の透過率−波長特性について述べる。左方向に視角を振った場合の透過率−波長特性は、図５Ａに示した結果から、右方向に視角を振った場合とほぼ同様とみなせる。一方、上方向に視角を振った場合の透過率−波長特性は、図５Ｂに示した結果から、少なくとも視角３０°程度までは下方向に視角を振った場合とほぼ同様とみなせる。３０°以降の視角における透過率−波長特性は、下方向に視角を振った場合と異なる場合もあるし、ほぼ対称の場合もある（液晶層のプレティルト角によって異なる）。
【００４２】
発明者らは、液晶層のツイスト角を変えることで電圧無印加時の透過率−視角特性がどう変化するかについて調べた。その過程で、ＳＴＮ−ＬＣＤだけでなく、９０°ツイストのＴＮ−ＬＣＤの透過率−視角特性についても調べた。
【００４３】
図７Ａに、９０°ＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図７Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。図示の９０°ＴＮ−ＬＣＤは、液晶分子は９０°ツイストし、偏光板の軸方向は平行である。
【００４４】
図７Ｂに、９０°ＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。図７Ｂの見方は図６と同様である。図７Ａ、図７Ｂに示す例では、９０°ツイストでセルのリタデーションΔｎｄが約０．５５５μｍのＴＮセルに図７Ａに示すような軸方位で偏光板を配置し、発光波長の中心値が６３０ｎｍの赤色バックライトを組み合わせることにより、正面観察時（視角０°）に黒地に赤色の表示を実現している。
【００４５】
しかし、図７Ｂに示すように、視角を４０°、６０と振ることにより、透過率曲線が大きくずれることが分かる。波長６３０ｎｍでの電圧無印加時の透過率が約２％（視角４０°の場合）、もしくは約８％（視角６０°の場合）である。従って良好な視角特性の実現が困難である。
【００４６】
図８に、１８０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。液晶セルのリタデーションは０．８４７μｍである。図示のように、視角をパラメータとして見た場合、１８０°ツイストの場合には、視角４０°までは透過率曲線のずれが少なく、極小値がほぼ０％を保っている。
【００４７】
発明者らは上記の結果から、電圧無印加時の透過率−視角特性と液晶層のツイスト角には最適範囲が存在すると考え、ＳＴＮ−ＬＣＤにおいて好ましいツイスト角度を検討した。
【００４８】
図９に、波長６３０ｎｍにおける、視角をパラメータとしたＳＴＮ−ＬＣＤの透過率−ツイスト角特性を示す。
【００４９】
視角特性が広いと感じられるディスプレイを実現するためには下、右方向それぞれ４０°以内の視角において電圧無印加時の透過率の低さを実現することが好ましい。作製した様々な条件のディスプレイを観察したところ、４０°視角範囲内において透過率１％以下が実現できれば、表示が良好であることが分かった。図９によれば、下、右方向の視角４０°における透過率が１％以下であるツイスト角度は１５５°〜２１０°である（条件２）。
【００５０】
発明者らは、さらに好ましいツイスト角度を限定する。車載ディスプレイにおいては、より左右方向の視角特性が重視されるため、左右方向４０°視角範囲内において、電圧無印加時の透過率が可能な限り低いことが望ましい。この観点から作製した様々な条件のディスプレイを観察したところ、４０°視角範囲内において透過率０．３％以下が実現できれば車載用ディスプレイの視角特性として更に良好であることが判った。図９において、左右方向（図では右方向。既述のように、左右方向の視角特性はほぼ対応するであろう）４０°の視角における透過率が０．３％以下であるツイスト角度は１７０°〜２００°である。
【００５１】
条件１および条件２を満たし、波長６３０ｎｍの赤色バックライトと液晶セルを組み合わせた液晶表示装置（参考例２）についてさらに検討する。
【００５２】
図１０Ａに、参考例２によるＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図１０Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。図示のように、液晶のツイスト角は１８０°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（角度ａ）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（角度ｂ）は４５°である。液晶セルのリタデーションは７１３ｎｍである。
【００５３】
図１０Ｂに、波長６３０ｎｍにおける液晶表示部の透過率−視角特性を示す。図示のように、上下方向、左右方向共に、４０°視角範囲内において透過率は１％以下を保っている。また、左右方向に関しては、６０°視角範囲内において透過率が１％以下を保っており、より良好な視角特性を有することが分かる。
【００５４】
図１１に、電圧印加時および無印加時における透過率−波長特性を示す。図中の波長６３０ｎｍにおける電圧無印加時の透過率はほぼ０％であり、高コントラスト比が実現できる。一方、電圧印加時の透過率は約１４％と低い値を示しており、この値を高くすることが出来れば液晶表示装置としてさらに良好なものを提供できる。
【００５５】
発明者らは、条件１および条件２の他に、さらに電圧印加時における透過率を向上させる条件（条件３）について検討した。
【００５６】
図１２に、発光ピーク波長に対する最適リタデーションの範囲を示す。図中３本の直線は、液晶のツイスト角が１５５°、１８０°、２１０°の場合において、それぞれのツイスト角で電圧印加時に高い透過率を得られるような最適なリタデーションをプロットし、それらを直線で結んだものである。なお、ここでいう最適なリタデーションとは、発明者らが判断した、液晶セルの動作に支障の無い範囲内で極力電圧印加時の透過率が高くなるようなリタデーションを指す。
【００５７】
同一波長に対しては、ツイスト角１５５°における最適リタデーションが最も大きく、ツイスト角２１０°における最適リタデーションが最も小さい。ツイスト角１８０°における最適リタデーションは両最適リタデーションの間にある。１５５°〜２１０°の範囲内のツイスト角における最適リタデーションも、両最適リタデーション直線の間にある。
【００５８】
上記の結果から、条件３となるリタデーションＲの範囲は、単波長光源の発光ピーク波長をλとすると、
１．９５λ−２００≦Ｒ≦２．１３λ−１８５ （式１）
となる。これは、電圧印加時に単波長光源の発光ピーク波長付近で高透過率を得るための必要条件である。
【００５９】
なお、参考例２による液晶表示装置のリタデーションは、図中×印で示されており、式１の範囲から外れている。
【００６０】
発明者らは、式１（１．９５λ−２００≦Ｒ≦２．１３λ−１８５）について一般化した式を導出することを試みた。波長λの関数として表されたリタデーションの関数が、ツイスト角Ｔ（°）の一時関数
ｆ（Ｔ）＝ａＴ＋ｂ
ｇ（Ｔ）＝ｃＴ＋ｄ
を用いて
Ｒ＝ｆ（Ｔ）λ＋ｇ（Ｔ）−（式２）と近似されるとする。
（式１）を、ツイスト角１５５°および２１０°におけるリタデーションの式
Ｒ＝２．１３λ−１８５ −（式３）
Ｒ＝１．９５λ−２００ −（式４）
にそれぞれ当てはめて連立方程式を立てると
ｆ（１５５）＝１５５ａ＋ｂ＝２．１３ − （式５−１）
ｆ（２１０）＝２１０ａ＋ｂ＝１．９５ − （式５−２）
ｇ（１５５）＝１５５ｃ＋ｄ＝−１８５ − （式６−１）
ｇ（２１０）＝２１０ｃ＋ｄ＝−２００ − （式６−２）
となる。これらを解くと
Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７ （１５５≦Ｔ≦２１０）−（式７）
となる。
【００６１】
なお、この式はリタデーションの最適値を示す式であり、±１０％程度であれば、電圧印加時の透過率を高くする必要条件（条件３）として認めることができるであろう。
【００６２】
ツイスト角１８０°で角度ａ＝４５°、ｂ＝４５°、単波長光源の発光ピーク波長が６３０ｎｍの液晶表示装置について上記の条件３を踏まえて再検討する。ここまで、液晶分子配向方向と偏光板軸方向の為す角の方向については述べなかったが、ここから、上下それぞれの基板側の偏光板軸方向とのなす角度（小さい方）の、上基板側角度をｃとし、下基板側角度をｄとして、角度のプラスマイナスを検討に加えることとする（｜ｃ｜＝ａ、｜ｄ｜＝ｂである）。角度のプラスマイナスが液晶セルのリタデーションに影響するからである。角度は液晶分子配向方向から偏光板軸方向に向かって左回りを＋とする。
【００６３】
図１３Ａ〜図１３Ｄに、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す（但し、図１３Ｄと図１０Ａは同じ）。角度ｃおよびｄのプラスマイナスを考えたとき、角度の組み合わせは次の（１３−１）〜（１３−４）（それぞれ図１３Ａ〜図１３Ｄに対応する）となる。
（１３−１）ｃ＝＋４５°、ｄ＝＋４５°
（１３−２）ｃ＝＋４５°、ｄ＝−４５°
（１３−３）ｃ＝−４５°、ｄ＝＋４５°
（１３−４）ｃ＝−４５°、ｄ＝−４５°
上記の４つの角度の組み合わせは、条件１、条件２を満たしている。さらに、液晶セルのリタデーションが条件３を満たしているか検討する。
【００６４】
組み合わせ（１３−１）および（１３−４）のリタデーションは７１３ｎｍであり、これは条件３を満たしていない。
【００６５】
一方、組み合わせ（１３−２）および（１３−３）のリタデーションは１１１０ｎｍであり、条件３を満たしている。従って、この２つの組み合わせを実施例１として採用する。
【００６６】
なお、実施例１において、角度ｃとｄとは互いに逆向きである。
【００６７】
図１４に、実施例１における透過率−波長曲線を示す。図示のように、波長６３０ｎｍ
において電圧無印加時の透過率はほぼ０％の極小値を持つ。一方、同波長の電圧無印加時の透過率は約５０％と高い値を示している。従って、電圧無印加時の遮光性が高く、コントラスト比も高いといえる。
【００６８】
図１５Ａに、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線を示し、図１５Ｂに、視角を左右に振った場合の透過率曲線を示す。
【００６９】
図１５Ａを参照する。視角を上下方向に振った場合、視角−４０°〜４０°の範囲において電圧無印加時の透過率が１％以下（条件２において視角特性が良好であると判断した透過率である）を保っている。電圧印加時の透過率は視角−４０°〜４０°の範囲では３０％以上であり、対称性についてもそれほど悪くない。この結果から、上下方向の視角特性は良好であるといえる。
【００７０】
図１５Ｂを参照する。視角を左右方向に振った場合、電圧無印加時の透過率はほぼ左右対称であり、視角−５０°〜５０°の範囲において透過率２％以下である。電圧印加時の透過率は視角−８０°〜８０の範囲ではほぼ対称である。この結果から、左右方向の視角特性も良好であるといえる。
【００７１】
このように、条件１〜条件３を満たすことにより、実施例１は、電圧無印加時の遮光性およびコントラスト比が高く、視角特性が良好な液晶表示装置を提供できる。
【００７２】
なお、角度ａ＋ｂ＝９０となる種々の角度の組み合わせを検討した結果、ａ＝ｂ＝４５°となる組み合わせの場合に最も電圧印加時の透過率が高くなることが判った。
【００７３】
ツイスト角１９０°で角度ａ＝４５°、ｂ＝４５°、単波長光源の発光ピーク波長が６３０ｎｍの液晶表示装置について検討する。
【００７４】
図１６Ａ〜図１６Ｄに、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す。実施例１の場合と同様に、角度のプラスマイナスを考えたとき、角度ｃとｄの組み合わせは次の（１６−１）〜（１６−４）（それぞれ図１６Ａ〜図１６Ｄに対応する）となる。
（１６−１）ｃ＝＋４５°、ｄ＝＋４５°
（１６−２）ｃ＝＋４５°、ｄ＝−４５°
（１６−３）ｃ＝−４５°、ｄ＝＋４５°
（１６−４）ｃ＝−４５°、ｄ＝−４５°
上記の４つの角度の組み合わせは、条件１、条件２を満たしている。さらに、液晶セルのリタデーションが条件３を満たしているか検討する。
【００７５】
組み合わせ（１６−１）および（１６−４）のリタデーションは６８３ｎｍであり、これは条件３を満たしていない。
【００７６】
一方、組み合わせ（１３−２）および（１３−３）のリタデーションは１０８６ｎｍであり、条件３を満たしている。従って、この２つの組み合わせを実施例２として採用する。
【００７７】
実施例２についても、実施例１と同様、角度ｃとｄとは互いに逆向きである。
【００７８】
図１７に、実施例２における透過率−波長曲線を示す。図示のように、波長６３０ｎｍ
において電圧無印加時の透過率はほぼ０％の極小値を持つ。一方、同波長の電圧無印加時の透過率は約４９％と高い値を示している。従って、電圧無印加時の遮光性が高く、コントラスト比も高いといえる。
【００７９】
図１８Ａに、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線を示し、図１８Ｂに、視角を左右に振った場合の透過率曲線を示す。
【００８０】
図１８Ａを参照する。視角を上下方向に振った場合、視角−８０°〜７０°の範囲において電圧無印加時の透過率が１％を保っている。電圧印加時の透過率は若干対称性が崩れてはいるが、視角−４０°〜４０の範囲では透過率約３２％以上を保っている。この結果から、上下方向の視角特性は良好であるといえる。
【００８１】
図１８Ｂを参照する。視角を左右方向に振った場合、電圧無印加時の透過率はほぼ左右対称であり、視角−５０°〜５０°の範囲において透過率１％以下である。電圧印加時の透過率は視角−８０°〜８０の範囲ではほぼ対称である。この結果から、左右方向の視角特性も良好であるといえる。
【００８２】
なお、単波長光源の発光ピーク波長は６３０ｎｍに限らない。実施例３として、波長５５０ｎｍの発光ピークを持つ単波長光源を用いた液晶表示装置を説明する。
【００８３】
実施例３は、実施例２と液晶セル構成および角度ｃとｄの組み合わせは同様で、リタデーションを変更したものである。発光ピーク波長５５０ｎｍに電圧無印加時の透過率の極小値を合わせるために、セルのリタデーションを９１７ｎｍとする。
【００８４】
図１９に、実施例３における透過率−波長曲線を示す。図示のように、波長５５０ｎｍ
において電圧無印加時の透過率はほぼ０％の極小値を持つ。一方、同波長の電圧無印加時の透過率は約５０％と高い値を示している。従って、電圧無印加時の遮光性が高く、コントラスト比も高いといえる。
【００８５】
上記の実施例は、液晶セル内に選択電圧印加部、非選択電圧印加部、電圧無印加部が存在するマルチプレックス駆動方式の液晶表示部においても適用することができるであろう。その際は、非選択電圧印加部の液晶配向状態と電圧無印加部の液晶配向状態とを極力近づけることが高コントラスト化もしくは低クロストーク化のために好ましい。
【００８６】
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。
【００８７】
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】
【００８８】
【図１】図１は、液晶表示装置における液晶表示部１０１の断面図である。
【図２】図２Ａは、青色モードＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、図２Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域の透過率曲線である。
【図３】図３Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、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４は、波長６３０ｎｍにおける、液晶表示部の電圧無印加時の透過率−角度特性である。
【図５】図５Ａは、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける左右の透過率−視角特性であり、図５Ｂは、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける上下の透過率−視角特性である。
【図６】図６は、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。
【図７】図７Ａは、９０°ＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、図７Ｂは、９０°ＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。
【図８】図８は、１８０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。
【図９】図９は、ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける、視角をパラメータとした透過率−ツイスト角特性である。
【図１０】図１０Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、図１０Ｂは、波長６３０ｎｍにおける液晶表示部の透過率−視角特性である。
【図１１】図１１は、電圧印加時および無印加時における透過率−波長特性である。
【図１２】図１２は、発光ピーク波長に対する最適リタデーションの範囲である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｄは、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向である。
【図１４】図１４は、実施例１における透過率−波長曲線である。
【図１５】図１５Ａは、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線であり、図１５Ｂは、視角を左右に振った場合の透過率曲線である。
【図１６】図１６Ａ〜図１６Ｄは、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向である。
【図１７】図１７は、実施例２における透過率−波長曲線である。
【図１８】図１８Ａは、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線であり、図１８Ｂは、視角を左右に振った場合の透過率曲線である。
【図１９】図１９は、実施例３における透過率−波長曲線である。
【符号の説明】
【００８９】
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
１０１ 液晶表示部
１０２ バックライト
【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（超捩れネマチック）−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右回りに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左回りに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比を大きくすることが求められる。
【０００７】
また、特に車載用の液晶表示装置の場合、視角特性の向上も望まれる。
【０００８】
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および視角特性を向上させた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】
【０００９】
本発明の一観点によれば、単波長発光ピークを有する光源を用いたバックライトと、一対の対向する基板と、該基板間に挟持されたネマチック液晶層と、該基板の各々において該ネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、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１５５°〜２１０°のＳＴＮ型である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、前記ネマチック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、上基板側角度と下基板側角度の和が９０°±７°であり、さらに、前記単波長発光ピークをλ（ｎｍ）、ネマチック液晶のツイスト角をＴ（°）すると、前記液晶表示部のリタデーションＲ（ｎｍ）が式Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７ （１５５≦Ｔ≦２１０）を満たし、±１０％が許容範囲である液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
ノーマリブラック表示のＳＴＮ−ＬＣＤにおいて、コントラスト比が大きく、視角特性が良好な表示を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、液晶表示装置における液晶表示部１０１およびバックライト１０２の断面図を示す。実施例における液晶表示装置は、主な構成要素として液晶表示部１０１とバックライト１０２を有する。液晶表示部１０１が、バックライト１０２からの光を透過したり、遮光したりして電極２のパターンの表示を行う。
【００１２】
液晶表示部１０１の作成方法について説明する。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。絶縁膜形成は、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で行っても良い。
【００１３】
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。
【００１４】
次に、配向膜５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。
【００１５】
所定のパターンのシール材６をスクリーン印刷する。シール材６はスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いて形成しても良い。シール材として熱硬化性のＥＳ−７５００（三井化学製）を用いる。他の材料として、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は径６μｍのグラスファイバーを数％含んでいる。
【００１６】
次に、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としてスクリーン印刷する。
【００１７】
シール材パターン６及び導通材パターン７は基板１Ｂにのみ形成し、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として６μｍのプラスチックボールを用いる。
【００１８】
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てセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材６を硬化する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
参考例１として、青色モードのＳＴＮ−ＬＣＤについて説明する。
【００２３】
図２Ａに、青色モードＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図２Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。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とする）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とする）も３０°である。
【００２４】
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。
【００２５】
図２Ｂに、液晶表示部の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、参考例における液晶表示部の透過率は、電圧無印加時に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、可視領域全体にわたり約５０％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。
【００２６】
一方、ＬＣＤのバックライトとして、単波長の発光ピークを有する発光装置を用いることがある。発明者らは、バックライトの波長領域に電圧無印加時の透過率が極小値となる波長を合わせてノーマリブラックの単色表示を行うことを検討した。
【００２７】
はじめに、上記の青色ＳＴＮ−ＬＣＤと同様の構成の液晶表示部に対してノーマリブラックの単色表示が可能か否かを検討した。液晶表示部の透過率が極小値をとる波長は５４０ｎｍである。波長５４０ｎｍにおける電圧無印加時の液晶表示部の透過率は約６％であり、同波長における電圧印加時の液晶表示部の透過率は約４８％である。この液晶表示部１０１に発光波長領域５４０ｎｍ付近のバックライトを用いて単色表示のＳＴＮ−ＬＣＤを作製した場合、少なくとも約６％の光り抜けが生じるため、ノーマリブラックが実現できず、単色の濃淡表示となってしまう。また、コントラスト比は最大でも約８程度しかない。そのため、電圧無印加時の透過率の極小値を０％に近づけて、遮光性やコントラスト比を高めることが望まれる。
【００２８】
発明者らは、電圧無印加時における透過率の極小値を０％に近づけるために、様々な偏光板配置を検討した。その結果、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、上下それぞれの基板側の偏光板軸方向とのなす角度（小さい方）の、上基板側角度（角度ａ）と下基板側角度（角度ｂ）との和（角度ａ＋ｂとする）が９０°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。
【００２９】
発光波長の中心値が６３０ｎｍの赤色バックライトに組み合わせることを想定する。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領域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。通常液晶表示装置として用いられる範囲であれば、特性の違う液晶材料同士を混合することによりリタデーションを調整可能である）ことにより制御できる。
【００３０】
図３Ａに、ＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図３Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。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（角度ａ）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（角度ｂ）は４５°である。
【００３１】
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。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。
【００３２】
液晶セルのリタデーションは８４７ｎｍである。
【００３３】
なお、角度ａ＋ｂは、必ずしも９０°でなくとも良い。発明者らは、好ましい角度ａ＋ｂについて検討した。
【００３４】
図４に、角度ａ＋ｂに対する、波長６３０ｎｍにおける液晶表示部の電圧無印加時の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％以下のサンプルが液晶表示素子として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（条件１）。
【００３５】
上記のような条件で作製したＳＴＮ−ＬＣＤは、正面観察時に高コントラスト比を得られる。さらに発明者らは、視角を上下左右方向に振った場合においても良好な表示を得られる条件を調べた。視角特性、特に左右方向の視角特性は車載などの用途では重要だからである。
【００３６】
図５Ａに、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける左右方向の透過率−視角特性を示す。横軸が正面に対する右方向を正とする角度である。図示のように、左右の角度が大きくなればなるほど、電圧印加時と無印加時での透過率の差は縮まり、コントラスト比が小さくなる。また、左右とも約６０°を超えたあたりで透過率が逆転する。
【００３７】
図５Ｂに、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける上下方向の透過率−視角特性を示す。横軸が正面に対する上方向を正とする角度である。図示のように、電圧印加時の透過率は上下方向の視角で非対称である。一方、電圧無印加時の透過率は、視角３０°程度までは上下ほぼ対称で、かつ十分な遮光性を持つ。
【００３８】
ＬＣＤのコントラスト比は遮光性が大きな役割を果たす。実施例においては電圧無印加状態の透過率が０％に近ければ近いほど良い。発明者らは、電圧無印加状態の透過率に着目した。そして、電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を、視角をパラメータとしてまとめた。
【００３９】
図６に、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。図は、視角を正面に対して右（ｒｉｇｈｔ）もしくは下（ｄｏｗｎ）に振った場合の透過率−波長特性を、視角をパラメータとして２０°毎にそれぞれ６０°まで示している。ｎｏｒｍａｌとは視角０°のことである。
【００４０】
図示のように、視角が２０°程度の場合は、右方向、下方向とも視角０°の場合に比べて透過率曲線に大きな差は無いが、視角を４０°、６０°と大きく振ることにより透過率曲線が次第にずれてくる。また、視角が４０°の場合は透過率の極小値が約２％、６０°の場合は約８〜９％程度となり、当該角度から液晶表示装置を見ると、光り抜けが起こってしまう。
【００４１】
図６に示されていない左方向、上方向に視角を振った場合の透過率−波長特性について述べる。左方向に視角を振った場合の透過率−波長特性は、図５Ａに示した結果から、右方向に視角を振った場合とほぼ同様とみなせる。一方、上方向に視角を振った場合の透過率−波長特性は、図５Ｂに示した結果から、少なくとも視角３０°程度までは下方向に視角を振った場合とほぼ同様とみなせる。３０°以降の視角における透過率−波長特性は、下方向に視角を振った場合と異なる場合もあるし、ほぼ対称の場合もある（液晶層のプレティルト角によって異なる）。
【００４２】
発明者らは、液晶層のツイスト角を変えることで電圧無印加時の透過率−視角特性がどう変化するかについて調べた。その過程で、ＳＴＮ−ＬＣＤだけでなく、９０°ツイストのＴＮ−ＬＣＤの透過率−視角特性についても調べた。
【００４３】
図７Ａに、９０°ＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図７Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。図示の９０°ＴＮ−ＬＣＤは、液晶分子は９０°ツイストし、偏光板の軸方向は平行である。
【００４４】
図７Ｂに、９０°ＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。図７Ｂの見方は図６と同様である。図７Ａ、図７Ｂに示す例では、９０°ツイストでセルのリタデーションΔｎｄが約０．５５５μｍのＴＮセルに図７Ａに示すような軸方位で偏光板を配置し、発光波長の中心値が６３０ｎｍの赤色バックライトを組み合わせることにより、正面観察時（視角０°）に黒地に赤色の表示を実現している。
【００４５】
しかし、図７Ｂに示すように、視角を４０°、６０と振ることにより、透過率曲線が大きくずれることが分かる。波長６３０ｎｍでの電圧無印加時の透過率が約２％（視角４０°の場合）、もしくは約８％（視角６０°の場合）である。従って良好な視角特性の実現が困難である。
【００４６】
図８に、１８０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性を示す。液晶セルのリタデーションは０．８４７μｍである。図示のように、視角をパラメータとして見た場合、１８０°ツイストの場合には、視角４０°までは透過率曲線のずれが少なく、極小値がほぼ０％を保っている。
【００４７】
発明者らは上記の結果から、電圧無印加時の透過率−視角特性と液晶層のツイスト角には最適範囲が存在すると考え、ＳＴＮ−ＬＣＤにおいて好ましいツイスト角度を検討した。
【００４８】
図９に、波長６３０ｎｍにおける、視角をパラメータとしたＳＴＮ−ＬＣＤの透過率−ツイスト角特性を示す。
【００４９】
視角特性が広いと感じられるディスプレイを実現するためには下、右方向それぞれ４０°以内の視角において電圧無印加時の透過率の低さを実現することが好ましい。作製した様々な条件のディスプレイを観察したところ、４０°視角範囲内において透過率１％以下が実現できれば、表示が良好であることが分かった。図９によれば、下、右方向の視角４０°における透過率が１％以下であるツイスト角度は１５５°〜２１０°である（条件２）。
【００５０】
発明者らは、さらに好ましいツイスト角度を限定する。車載ディスプレイにおいては、より左右方向の視角特性が重視されるため、左右方向４０°視角範囲内において、電圧無印加時の透過率が可能な限り低いことが望ましい。この観点から作製した様々な条件のディスプレイを観察したところ、４０°視角範囲内において透過率０．３％以下が実現できれば車載用ディスプレイの視角特性として更に良好であることが判った。図９において、左右方向（図では右方向。既述のように、左右方向の視角特性はほぼ対応するであろう）４０°の視角における透過率が０．３％以下であるツイスト角度は１７０°〜２００°である。
【００５１】
条件１および条件２を満たし、波長６３０ｎｍの赤色バックライトと液晶セルを組み合わせた液晶表示装置（参考例２）についてさらに検討する。
【００５２】
図１０Ａに、参考例２によるＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図を示す。図１０Ａは、上下基板各々の側の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す図である。図示のように、液晶のツイスト角は１８０°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（角度ａ）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（角度ｂ）は４５°である。液晶セルのリタデーションは７１３ｎｍである。
【００５３】
図１０Ｂに、波長６３０ｎｍにおける液晶表示部の透過率−視角特性を示す。図示のように、上下方向、左右方向共に、４０°視角範囲内において透過率は１％以下を保っている。また、左右方向に関しては、６０°視角範囲内において透過率が１％以下を保っており、より良好な視角特性を有することが分かる。
【００５４】
図１１に、電圧印加時および無印加時における透過率−波長特性を示す。図中の波長６３０ｎｍにおける電圧無印加時の透過率はほぼ０％であり、高コントラスト比が実現できる。一方、電圧印加時の透過率は約１４％と低い値を示しており、この値を高くすることが出来れば液晶表示装置としてさらに良好なものを提供できる。
【００５５】
発明者らは、条件１および条件２の他に、さらに電圧印加時における透過率を向上させる条件（条件３）について検討した。
【００５６】
図１２に、発光ピーク波長に対する最適リタデーションの範囲を示す。図中３本の直線は、液晶のツイスト角が１５５°、１８０°、２１０°の場合において、それぞれのツイスト角で電圧印加時に高い透過率を得られるような最適なリタデーションをプロットし、それらを直線で結んだものである。なお、ここでいう最適なリタデーションとは、発明者らが判断した、液晶セルの動作に支障の無い範囲内で極力電圧印加時の透過率が高くなるようなリタデーションを指す。
【００５７】
同一波長に対しては、ツイスト角１５５°における最適リタデーションが最も大きく、ツイスト角２１０°における最適リタデーションが最も小さい。ツイスト角１８０°における最適リタデーションは両最適リタデーションの間にある。１５５°〜２１０°の範囲内のツイスト角における最適リタデーションも、両最適リタデーション直線の間にある。
【００５８】
上記の結果から、条件３となるリタデーションＲの範囲は、単波長光源の発光ピーク波長をλとすると、
１．９５λ−２００≦Ｒ≦２．１３λ−１８５ （式１）
となる。これは、電圧印加時に単波長光源の発光ピーク波長付近で高透過率を得るための必要条件である。
【００５９】
なお、参考例２による液晶表示装置のリタデーションは、図中×印で示されており、式１の範囲から外れている。
【００６０】
発明者らは、式１（１．９５λ−２００≦Ｒ≦２．１３λ−１８５）について一般化した式を導出することを試みた。波長λの関数として表されたリタデーションの関数が、ツイスト角Ｔ（°）の一時関数
ｆ（Ｔ）＝ａＴ＋ｂ
ｇ（Ｔ）＝ｃＴ＋ｄ
を用いて
Ｒ＝ｆ（Ｔ）λ＋ｇ（Ｔ）−（式２）と近似されるとする。
（式１）を、ツイスト角１５５°および２１０°におけるリタデーションの式
Ｒ＝２．１３λ−１８５ −（式３）
Ｒ＝１．９５λ−２００ −（式４）
にそれぞれ当てはめて連立方程式を立てると
ｆ（１５５）＝１５５ａ＋ｂ＝２．１３ − （式５−１）
ｆ（２１０）＝２１０ａ＋ｂ＝１．９５ − （式５−２）
ｇ（１５５）＝１５５ｃ＋ｄ＝−１８５ − （式６−１）
ｇ（２１０）＝２１０ｃ＋ｄ＝−２００ − （式６−２）
となる。これらを解くと
Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７ （１５５≦Ｔ≦２１０）−（式７）
となる。
【００６１】
なお、この式はリタデーションの最適値を示す式であり、±１０％程度であれば、電圧印加時の透過率を高くする必要条件（条件３）として認めることができるであろう。
【００６２】
ツイスト角１８０°で角度ａ＝４５°、ｂ＝４５°、単波長光源の発光ピーク波長が６３０ｎｍの液晶表示装置について上記の条件３を踏まえて再検討する。ここまで、液晶分子配向方向と偏光板軸方向の為す角の方向については述べなかったが、ここから、上下それぞれの基板側の偏光板軸方向とのなす角度（小さい方）の、上基板側角度をｃとし、下基板側角度をｄとして、角度のプラスマイナスを検討に加えることとする（｜ｃ｜＝ａ、｜ｄ｜＝ｂである）。角度のプラスマイナスが液晶セルのリタデーションに影響するからである。角度は液晶分子配向方向から偏光板軸方向に向かって左回りを＋とする。
【００６３】
図１３Ａ〜図１３Ｄに、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す（但し、図１３Ｄと図１０Ａは同じ）。角度ｃおよびｄのプラスマイナスを考えたとき、角度の組み合わせは次の（１３−１）〜（１３−４）（それぞれ図１３Ａ〜図１３Ｄに対応する）となる。
（１３−１）ｃ＝＋４５°、ｄ＝＋４５°
（１３−２）ｃ＝＋４５°、ｄ＝−４５°
（１３−３）ｃ＝−４５°、ｄ＝＋４５°
（１３−４）ｃ＝−４５°、ｄ＝−４５°
上記の４つの角度の組み合わせは、条件１、条件２を満たしている。さらに、液晶セルのリタデーションが条件３を満たしているか検討する。
【００６４】
組み合わせ（１３−１）および（１３−４）のリタデーションは７１３ｎｍであり、これは条件３を満たしていない。
【００６５】
一方、組み合わせ（１３−２）および（１３−３）のリタデーションは１１１０ｎｍであり、条件３を満たしている。従って、この２つの組み合わせを実施例１として採用する。
【００６６】
なお、実施例１において、角度ｃとｄとは互いに逆向きである。
【００６７】
図１４に、実施例１における透過率−波長曲線を示す。図示のように、波長６３０ｎｍ
において電圧無印加時の透過率はほぼ０％の極小値を持つ。一方、同波長の電圧無印加時の透過率は約５０％と高い値を示している。従って、電圧無印加時の遮光性が高く、コントラスト比も高いといえる。
【００６８】
図１５Ａに、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線を示し、図１５Ｂに、視角を左右に振った場合の透過率曲線を示す。
【００６９】
図１５Ａを参照する。視角を上下方向に振った場合、視角−４０°〜４０°の範囲において電圧無印加時の透過率が１％以下（条件２において視角特性が良好であると判断した透過率である）を保っている。電圧印加時の透過率は視角−４０°〜４０°の範囲では３０％以上であり、対称性についてもそれほど悪くない。この結果から、上下方向の視角特性は良好であるといえる。
【００７０】
図１５Ｂを参照する。視角を左右方向に振った場合、電圧無印加時の透過率はほぼ左右対称であり、視角−５０°〜５０°の範囲において透過率２％以下である。電圧印加時の透過率は視角−８０°〜８０の範囲ではほぼ対称である。この結果から、左右方向の視角特性も良好であるといえる。
【００７１】
このように、条件１〜条件３を満たすことにより、実施例１は、電圧無印加時の遮光性およびコントラスト比が高く、視角特性が良好な液晶表示装置を提供できる。
【００７２】
なお、角度ａ＋ｂ＝９０となる種々の角度の組み合わせを検討した結果、ａ＝ｂ＝４５°となる組み合わせの場合に最も電圧印加時の透過率が高くなることが判った。
【００７３】
ツイスト角１９０°で角度ａ＝４５°、ｂ＝４５°、単波長光源の発光ピーク波長が６３０ｎｍの液晶表示装置について検討する。
【００７４】
図１６Ａ〜図１６Ｄに、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向を示す。実施例１の場合と同様に、角度のプラスマイナスを考えたとき、角度ｃとｄの組み合わせは次の（１６−１）〜（１６−４）（それぞれ図１６Ａ〜図１６Ｄに対応する）となる。
（１６−１）ｃ＝＋４５°、ｄ＝＋４５°
（１６−２）ｃ＝＋４５°、ｄ＝−４５°
（１６−３）ｃ＝−４５°、ｄ＝＋４５°
（１６−４）ｃ＝−４５°、ｄ＝−４５°
上記の４つの角度の組み合わせは、条件１、条件２を満たしている。さらに、液晶セルのリタデーションが条件３を満たしているか検討する。
【００７５】
組み合わせ（１６−１）および（１６−４）のリタデーションは６８３ｎｍであり、これは条件３を満たしていない。
【００７６】
一方、組み合わせ（１３−２）および（１３−３）のリタデーションは１０８６ｎｍであり、条件３を満たしている。従って、この２つの組み合わせを実施例２として採用する。
【００７７】
実施例２についても、実施例１と同様、角度ｃとｄとは互いに逆向きである。
【００７８】
図１７に、実施例２における透過率−波長曲線を示す。図示のように、波長６３０ｎｍ
において電圧無印加時の透過率はほぼ０％の極小値を持つ。一方、同波長の電圧無印加時の透過率は約４９％と高い値を示している。従って、電圧無印加時の遮光性が高く、コントラスト比も高いといえる。
【００７９】
図１８Ａに、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線を示し、図１８Ｂに、視角を左右に振った場合の透過率曲線を示す。
【００８０】
図１８Ａを参照する。視角を上下方向に振った場合、視角−８０°〜７０°の範囲において電圧無印加時の透過率が１％を保っている。電圧印加時の透過率は若干対称性が崩れてはいるが、視角−４０°〜４０の範囲では透過率約３２％以上を保っている。この結果から、上下方向の視角特性は良好であるといえる。
【００８１】
図１８Ｂを参照する。視角を左右方向に振った場合、電圧無印加時の透過率はほぼ左右対称であり、視角−５０°〜５０°の範囲において透過率１％以下である。電圧印加時の透過率は視角−８０°〜８０の範囲ではほぼ対称である。この結果から、左右方向の視角特性も良好であるといえる。
【００８２】
なお、単波長光源の発光ピーク波長は６３０ｎｍに限らない。実施例３として、波長５５０ｎｍの発光ピークを持つ単波長光源を用いた液晶表示装置を説明する。
【００８３】
実施例３は、実施例２と液晶セル構成および角度ｃとｄの組み合わせは同様で、リタデーションを変更したものである。発光ピーク波長５５０ｎｍに電圧無印加時の透過率の極小値を合わせるために、セルのリタデーションを９１７ｎｍとする。
【００８４】
図１９に、実施例３における透過率−波長曲線を示す。図示のように、波長５５０ｎｍ
において電圧無印加時の透過率はほぼ０％の極小値を持つ。一方、同波長の電圧無印加時の透過率は約５０％と高い値を示している。従って、電圧無印加時の遮光性が高く、コントラスト比も高いといえる。
【００８５】
上記の実施例は、液晶セル内に選択電圧印加部、非選択電圧印加部、電圧無印加部が存在するマルチプレックス駆動方式の液晶表示部においても適用することができるであろう。その際は、非選択電圧印加部の液晶配向状態と電圧無印加部の液晶配向状態とを極力近づけることが高コントラスト化もしくは低クロストーク化のために好ましい。
【００８６】
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。
【００８７】
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】
【００８８】
【図１】図１は、液晶表示装置における液晶表示部１０１の断面図である。
【図２】図２Ａは、青色モードＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、図２Ｂは、液晶表示部のほぼ可視領域の透過率曲線である。
【図３】図３Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、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４は、波長６３０ｎｍにおける、液晶表示部の電圧無印加時の透過率−角度特性である。
【図５】図５Ａは、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける左右の透過率−視角特性であり、図５Ｂは、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける上下の透過率−視角特性である。
【図６】図６は、図３Ａに示した２７０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。
【図７】図７Ａは、９０°ＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、図７Ｂは、９０°ＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。
【図８】図８は、１８０°ＳＴＮ−ＬＣＤの電圧無印加時におけるほぼ可視域の透過率−波長特性である。
【図９】図９は、ＳＴＮ−ＬＣＤの波長６３０ｎｍにおける、視角をパラメータとした透過率−ツイスト角特性である。
【図１０】図１０Ａは、ＳＴＮ−ＬＣＤの概略平面図であり、図１０Ｂは、波長６３０ｎｍにおける液晶表示部の透過率−視角特性である。
【図１１】図１１は、電圧印加時および無印加時における透過率−波長特性である。
【図１２】図１２は、発光ピーク波長に対する最適リタデーションの範囲である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｄは、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向である。
【図１４】図１４は、実施例１における透過率−波長曲線である。
【図１５】図１５Ａは、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線であり、図１５Ｂは、視角を左右に振った場合の透過率曲線である。
【図１６】図１６Ａ〜図１６Ｄは、液晶表示部の液晶分子配向方向と偏光板軸方向である。
【図１７】図１７は、実施例２における透過率−波長曲線である。
【図１８】図１８Ａは、視角を上下方向に振った場合の透過率曲線であり、図１８Ｂは、視角を左右に振った場合の透過率曲線である。
【図１９】図１９は、実施例３における透過率−波長曲線である。
【符号の説明】
【００８９】
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
１０１ 液晶表示部
１０２ バックライト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単波長を出力するバックライトと、
一対の対向する基板と、該基板間に挟持されたネマチック液晶層と、該基板の各々において該ネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、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１５５°〜２１０°のＳＴＮ型である液晶表示部と
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、前記ネマチック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、上基板側角度と下基板側角度の和が９０°±７°であり、
さらに、前記単波長発光ピークをλ（ｎｍ）、ネマチック液晶のツイスト角をＴ（°）すると、前記液晶表示部のリタデーションＲ（ｎｍ）が式
Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７ （１５５≦Ｔ≦２１０）
を満たし、±１０％が許容範囲である液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶のツイスト角が１７０°〜２００°である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記バックライトの発光波長領域に、前記液晶表示部の電圧無印加状態の透過率が極小値をとる波長を合わせたノーマリブラック表示の請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
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為す小さい方の角度の、上基板側角度と下基板側角度が共に略４５°である請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
【請求項５】
さらに、
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為す小さい方の角度の、上基板側角度と下基板側角度が逆向きである請求項１〜４のいずれか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１】
単波長を出力するバックライトと、
一対の対向する基板と、該基板間に挟持されたネマチック液晶層と、該基板の各々において該ネマチック液晶層側に形成された電極パターンと、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１５５°〜２１０°のＳＴＮ型である液晶表示部と
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、前記ネマチック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、上基板側角度と下基板側角度の和が９０°±７°であり、
さらに、前記単波長発光ピークをλ（ｎｍ）、ネマチック液晶のツイスト角をＴ（°）すると、前記液晶表示部のリタデーションＲ（ｎｍ）が式
Ｒ＝（−０．００３２７Ｔ＋２．６３７）λ−０．２７２７Ｔ−１４２．７ （１５５≦Ｔ≦２１０）
を満たし、±１０％が許容範囲である液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶のツイスト角が１７０°〜２００°である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記バックライトの発光波長領域に、前記液晶表示部の電圧無印加状態の透過率が極小値をとる波長を合わせたノーマリブラック表示の請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
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為す小さい方の角度の、上基板側角度と下基板側角度が共に略４５°である請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
【請求項５】
さらに、
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為す小さい方の角度の、上基板側角度と下基板側角度が逆向きである請求項１〜４のいずれか１項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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−５３４１３（Ｐ２００９−５３４１３Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１９６３８（Ｐ２００７−２１９６３８）
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【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２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【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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