JPH02124532A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、各種情報表示端末機器および画像表示機器等
に用いられる液晶表示装置に関し、さらに詳し・くは、
コントラスト 加時と非印加時との単位面積当たりの透過光量の比）が
高く、かつ、色付きの無い白黒表示用およびカラー表示
用液晶表示装置に関する。

従来の技術 液晶表示装置は、時計、電卓、コンピュータの端末、ワ
ードプロセッサのデイスプレィ、テレビジョン等の広い
分野に亘って利用されている。さらに最近、液晶表示装
置のマルチカラー化、フルカラー化に対して大きな要求
があり、既にグラフィック表示、画像表示の分野で実用
化されている。

現在広く一般的に実用化されているカラー表示は、液晶
セルの内側にカラーフィルタ層を設け、液晶セルによっ
て光のスイッチングを行い各色を出す方法である。その
際の表示モードとしてはコントラスト等の点で液晶分子
の軸方向を９０度捩ったツィステッド・ネマティフク（
　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅ餉ａＬｉｃ以下、ｒＴＮ．と略
す）表示モードが主流である。

ＴＮ表示モードの液晶を用いる液晶セルにおいては、液
晶セルの透過光の波長依存性が大きく、可視光全域に亘
って均等に光をスイッチングすることができない。ずな
わち、たとえばカラー表示を行う液晶表示装置において
、液晶セルの一方側の基板にたとえば赤色、緑色、青色
のカラーフィルタがマトリクス状にパターン形成されて
いるものでは、各カラーフィルタを透過する透過光の光
強度が一様にならないため、良好なカラー表示を行うこ
とができない。特に、２枚の偏光板の吸収軸を平行とし
、液晶層に電圧を印加しない場きにおいて光が遮断され
るようにした、いわゆるノーマリクローズタイプの液晶
セルでは、電圧非印加時の光の漏れ、色ｆすきが顕著と
なる。

このようなカラーフィルタ層を設け、ＴＮ表示モードを
用いて光のスイッチングを行うカラー液晶表示装置の場
６、その液晶駆動方法は２−）の方法に大別される。一
つは、液晶セルの各画素にダイオード等の非線形素子や
ｙｉ膜トランジスタ等のスイッチング素子を設けた、い
わゆるアクティブマトリックス駆動方式である。他の−
−）は、液晶層を挟む２枚の基板上に透明電極を交差対
向するようにマトリクス状にパターン形成し、各電極に
時分割的に電圧を印加して表示駆動を行うマルチプレッ
クス駆動方式である。

前者の方式、すなわちアクティブマ■・リックス駆動方
式では、液晶セルにダイオードや薄膜ト・ランジスタ等
の非線形素子やスイッチング素子を形成しなければなら
ないため、液晶セルの生産工程が複雑になり、コスト高
にな−）でしまう問題点がある。

後者の方式、すなわちマルチブレックス方式では、液晶
の光学特性の変化の印加電圧の閾値付近における急峻性
がコンＩ・ラスト比を左右するため、ＴＮ表示モードの
液晶セルでは特にこの点が重要となる。この閾値特性を
改善するために、液晶層における液晶分子のツイスト角
が１８０度から２７０度でラビング配向処理を施したＳ
ＴＮ　（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｕ＋１ｑｔｅｄ　ＮｅＩＩａｔ
ｉｃ　）　液晶や、ツイスト角が２７０度で斜方蒸着処
理を施したＳＢＥ　（ＳｕｐｅｒｔｗｉＳｔ、ｅｄ　Ｂ
ｉｒｅｆｒｉｎＨｅｎｃｅ　Ｅｆｆｅｃｔ）液晶を用い
る液晶セルが提案されている。このＳＴＮ液晶やＳＲＥ
液晶を用いる液晶セルは印加電圧の閾値付近における光
透過率の変化が急峻であり、透明電極の数を多くして高
時分割駆動を行う場合にも高いコントラスト比を得るこ
とができる。

しかも視覚に対するコントラスト比特性がＴＮ表示モー
ドに比較して軸対称に近いという特徴を有している。し
かしながらこのＳＴＮ液晶やＳＢＥ液晶を用いる液晶セ
ルでは、液晶の複屈折効果を利用しているために、光透
過率の波長依存性がＴＮ表示モードの液晶セルよりもさ
らに大きく、フルカラー表示に適用する場外には前述の
光漏れや色付きなどの問題がさらに顕著になる。

従来では、液晶の表示特性の波長依存性を改善する方式
として、前記ＳＴＮ液晶やＳＢＥ液晶における複屈折度
（液晶分子の軸方向と平行方向の屈折率と直角方向の屈
折率との差）、液晶のツイスト角、液晶層の厚み、液晶
層の螺旋ピッチ、プレティルト角、偏光板の偏光軸方向
と近接液晶分子長軸との角度などの相互の関係において
光学条件の最適化を行うＯＭ　Ｉ　（０ｐｔｉｃａｌ　
ＮｏｄｅＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　）方式、あるいは
液晶に特定の波長の光を吸収する２色性色素を添加する
ことによって、液晶の遮光時にも液晶層を透過する光を
吸収して光の漏れ、色付きを防止するいわゆるゲスト・
ホスト方式などが試みられている。

しかし、上述のいずれの方式によっても表示が暗くなり
、コントラスト比が充分ではないといった問題点がある
。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、上述した技術的課題を解決して、表示
明度を従来の水準に保ったままコントラスト比を高め、
かつ、液晶の遮光時に光の漏れや色付きが生じないよう
にした液晶表示装置を提供する。二とである。

また本発明は、上記目的達成が比較的省スペース、低コ
ストの技術によって達成でき、液晶表示装置の重量が重
くなったり、厚みが増したりすることによって液晶表示
装置の可搬性に対する障害が発生することを防止するこ
とをも目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は、相互に対向する表面に電極がそれぞれ形成さ
れた一対の透光性基板間に液晶を封入し一方側め透光性
基板の液晶層と反対側に配置された偏光部材と、他方側
の透光性基板の液晶層と反対側に配置された光学補償部
材と偏光部材とを含む液晶表示装置であって、 該光学補償部材は光学的異方性を有する材料から形成さ
れ、その厚み方向に沿−）て光学的特性が変化すること
を特徴とする液晶表示装置である。

作　　用 本発明に従えば、液晶表示装置は、ねじれ配向をさせた
液晶層を含む液晶表示パネルに光学的異方性を有する材
料から形成された光学補償板が積層されて構成される。

前記液晶層のツイスト角は、たとえば１８０度以上に選
ばれ、これによって液晶表示装置の表示コントラスト・
比の向上が図られる。また前記光学補償板の、たとえば
分子長軸方向が基本的に揃えられていて、その厚み方向
に液晶層のツイスト角とは逆方向に捩られている。

液晶分子のツイスト角を上記１８０度以上に選んだ場合
には液晶表示パネルの透過光の波長依存性が大きいこと
が知られており、このような液晶表示バネ、ルだけでは
可視光の全波長域に亘って光を均等にスイッチングする
ことができない。したがって、本発明では、このような
液晶表示パネルに光学補償板を組りわせることによって
波長依存性の問題を解決して、可視光の全波長域に亘る
光のスイッチングをほぼ同等に行えるようにしている。

これによって、表示コントラスト比の高い液晶表示装置
が得られる。また、軽量かつ小形に構成することができ
る液晶表示パネルの可搬性を損う二となく、本発明の液
晶表示装置を小形かつ軽量に構成することができる。さ
らに、液晶分子のツイスト角を１８０度口上として液晶
表示が実現されるため、液晶表示装置をマルチプレック
ス方式で駆動して高い表示コントラスト比を得ることが
でき、したがって液晶表示装置の生産コストを比較的低
く抑えることができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例である液晶表示装置の液晶
表示パネル１の基本的構成を示す断面図である。液晶表
示パネル１は液晶層２および光学補償板３を有しており
、たとえば矢符Ｐ方向に入射した光は液晶層２で光学的
変調を受け、さらに光学補償板３を透過することによ−
）て前記光学的変調の波長依存性が解消される。

液晶層２を挟む第１および第２の透明基板４ａ４ｂのそ
れぞれの表面に透明電極５ａ、５ｂがパターン形成され
た状態で、その表面を被覆して配向膜６　ａ、　６　ｂ
がそれぞれ形成され、この配向膜６　ａ　、　６　ｂが
互いに向き６うように予め定められる距離だけ隔てて透
明基板４ａ、４ｂを配設し、互いに固定するためのシー
ル材７によって形成される間隙に液晶が充填されて構成
されている。さらに透明基板４　ａの液晶層２とは反対
側の表面には偏光子８ａが配設され、透明基板４ｂの液
晶層２とは反対側の表面には光学補償板３を介在して検
光子８ｂが配設される。

液晶表示パネル１は駆動回路（図示せず）によって透明
電極５ａ、５ｂに選択的に電圧が印加さすており、これ
によって液晶表示パネル１にたとえば矢ｒｆＰ方向に入
射する光は表示内容に対応して該液晶表示パネル１を選
択的に透過することになる。すなわち、たとえば透明電
極５ａ、５ｂの組会わせによって規定される複数の表示
画素のうち、電圧が印加された表示画素は透光性となり
、電圧が印加されない画素が遮光性となることによって
、液晶表示パネル１の表示が遂行される。

液晶表示パネル１において、液晶層２としては光学活性
物質を添加した本マチイック液晶が用いられ、透明基板
４　ａ、　、　４．　ｂとしては、たとえばガラスやア
クリルなどの材料が用いられ、透明電極５ａ、５ｂとし
ては、Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　−ＴｉｎＯに１ｄｅ
）やネ・す膜などグ）透明導電性膜が用いられ、配向膜
６ａ、、６ｔ＋としては、５ｉ０２．ＳｉＯなどの無機
質膜、またはポリイミド、ポリビニルアルコール、尿素
樹脂膜、ナイロン、アクリルなどの有機質膜が用いられ
る。

本発明の液晶表示パネル１の特徴的な構成要素である光
学補償板３に′）いて以下説明する。−軸延伸した熱可
塑フィルムとして、たとえばバイラミン（商品名、三井
・デュポンボリゲミカル株式会社製〉を６枚用いて、そ
の延伸方向をたとえば４０度ずつ右ねじれ方向にずらし
ながら重ね音わす。この重ねなわせた熱可塑フィルム（
以下、「積層フィルム」という〉を一対のガラス基板も
しくは透明有機フィルムに挾み込み、この積層フィルム
の軟化温度よりも約４０℃高い温度く約１２０℃）で約
１時間に亘り、たとえば約３　ｋ　ｇ、７　ｃｍ２の圧
力を印加しながら溶融形成する。このようにして厚さ約
１００μｍの光学補償板３がイヤ成される。

予め液晶材料として、たとえばＺＬＩ−２２９３（メル
ク社製）を用いて２４０度の左ねじれ配向をした液晶層
２を有するＳ　Ｔ　Ｎ　（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄ　
Ｎｅ＋５ａｔｉｃ）液晶表示セルに、前述のようにして
作成した光学補償板３を重ね６わせ、さらに、その外表
面に一組の偏光子８　ａ、検光子８ｂを貼り自わぜて液
晶表示パネル１が作成される。

ここで注意すべきは、積層フィルムの各フィルムの延伸
方向が全体として右ねじれ方向にすらされて貼音される
のに対して、液晶層２のツイスト方向は左ねしれ方向と
される点である。また、透明基板４　Ｌ＋の付近におけ
る、液晶層２の液晶分子の配向方向と、光学補償板３の
積層フィルム面内の最大屈折率を与える方向とは±２０
度、好ましくは±１０度の交差角範囲でほぼ垂直に揃え
られろ。ここで積層フィルムおよび液晶層２の層厚を（
１［μｒｒｌ　］　、屈折率異方性をΔ■１として、（
Δ［１ｃｌ）ｆ、（Δｎ　ｄ　）　ｓで与えられる積層
フィルムおよび液晶層２の各リタデージョン値は、本実
施例では（Δｒｒ　ｄ　）　ｓ　＝　０　、９　μｍ、
（Δｎ　ｄ　）　ｆ″＝０．８５μｒｌ’ｌにそれぞれ
設定される。

第２図は、本発明の一実施例の一具体例として上述のよ
うにして作成された液晶表示パネル１の光透過率の入射
光の波長に対する依存性を示すグラフである。第２１２
１において、直線ｌｌ、ｆ２は、液晶層２に２５〜３．
０■の閾値を越えろ電圧が印加された場６、および印加
されない場芹の、光透過率−波長特性をそれぞれ示して
いる。第２図から判るように、液晶表示八本ル１は可視
光の波長（約３８０〜８００　ｎ　ｍ　）のぼ全域で良
好な白黒表示が可能である。

第３図は、液晶のツイスト方向が左ねじれ方向である液
晶層２に対して、光学補償板３の積層フィルムのフィル
ム貼合わせ方向を全体として右、および左ねじれ方向と
した液晶表示パネル１の光透過率−電圧特性それぞれを
比較して示すグラフである。第３図において、直線１３
．１４は、積層フィルノ＼のフィルム貼合ぜ方向が全体
として右ねじれ方向の場合の、およびフィルム貼６せ方
向が全体として左ねじれ方向の場合の、光透過率−電圧
特性をれぞれ示している。用いられた光の波長は５５０
　ｎ　ｍである。

第３図から明らかなように直線１３は、電圧の閾値付近
での光透過率の変化が急峻であるのに対して、直線１４
ではそれほど急峻でない。これから、液晶層２のツイス
ト方向が左ねじれの場合、光学補償板３の積層フィルム
のフィルム貼合せ方向は全体として右ねじれ方向が有効
であることが・卵る・また対称性力゛ら容易（°類推可
能であるように、液晶層２のツイスト方向が右ねじれ方
向の場きには、積層フィルムのフィルム貼会せ方向は全
体として左ねじれ方向が液晶表示パネル１の表示特性と
して有効であり、優れていることが本件発明者の研究に
よ−）て確認されている。

第４図は、液晶表示バネ・ル１が、ノーマリクローズタ
イプとして構成される場りの、積層フィルムの各フィル
ムとフィルムの貼芹せ角度に対する電圧非印加時の液晶
表示パネル１の光透過率の関係を示ずグラフである。用
いられた光の波長は５５０　ｒｒ　ｍである。第４図の
曲線１１０（実線）から判るように、フィルム同士の貼
外せ角度が大きくなるに従って光透過率も増大している
。ノーマリクローズタイプの液晶表示パオ・ルの場きに
は、電圧が液晶層に印加されない場きの光の漏れ、色付
きがあってはならないから、積層フィルムの各フィルム
とフィルムの貼きせ角度は大きくとも５０度以下が好ま
しいことが第４図から判る。

第５図は、液晶層２のツイスト角θ１と積層フィルムの
フィルム貼きせ角の総和であるねじれ角θ２　（ただし
、θ、−θ２−θに設定した場６）に対する液晶表示バ
ネ・ル１のコントラスト比の関係を示すグラフである。

第５図では、２〜７枚の軸延伸フィルムを用いて積層フ
ィルムを構成し、各ねじれ角θ２を設定した。第５図の
関係、およびツイスト・角θ、が３６０瓜以１−である
場りに、電圧印加時においてドメインが発生してコント
ラスト比が得られなくなることを考慮して、走査ライン
数の極めて多い単純マ■−リンクス型液晶表示パ木ルの
場６には、ライス■・角および積層フィルムのねじれ角
θは１８０〜３６０度に設定されることが好ましいこと
が判る。また、走査ライ〉・数がたとえば約１００ライ
ン以下と比較的少ない単純マ［・リックス数液晶表示パ
ネル、もしくはアクティブマトリックス型液晶表示バネ
・ルの場りには、ツイスト角および積層フィルノ＼のね
じれ角θはほぼ９０度であっても充分なコントラスト比
が得られることが本件発明者の研究によ−）で確認され
ている。

また本件発明者の研究によれば、積層フィルノ、と液晶
層２の各リタデーション値の比（△ｎ　ｄ　）ｆ　、／
’　（Δｎ　ｄ　）　ｓは、 ０　、　７１ｔ　ｍ　≦　（Δｎ　ｄ　）　　ｆ　、／
　（Δｎｄ）ｓ　≦１．．　　Ｏ）ｔｍ　　　　　＝１
１）が、コ〉′トラスト比の観点から好ましいことが確
認されている。特に好ましくは、 ０．８５　μｍ　≦　（△ｎ　ｄ　）　　ｔ　７’　Δ
ｎｄ）ｓ　≦１．０　μｍ　　　　＝値２）の範囲に顕
著な効果を得ることができる。

液晶表示パネル１の他の具体例として、光学補償板３に
用いられる一軸延伸した熱可塑フィルムに、−軸延伸し
たポリカーボネートフィルムを使用した場自に−）いて
説明する。前記ポリカーボネート・フィルム６枚の延伸
方向を４０度ず−）右ねじれ方向にずらしながら重ねぎ
わして積層フィルムを構成する。この積層フィルムを一
対の透明基板に挾み込み、積層フィルムの軟化温度より
も高温に約１９０℃で約１時間圧力を印加しながら溶融
形成して、厚さ約１００μ川の光学補償板３を作成する
。このようにして作成した光学補償板３を、前述の一見
体例の液晶表示パネル１に用いたと同じ２４０度の左ね
しれ配向をした液晶層２を有するＳＴＮ液晶表示セルに
重ねきわぜ、さらに、その外表面に一組の偏光子８　ａ
　、検光子８［）をノーマリクローズタイプとなるよう
に貼６わせて本発明の他の具体例としての液晶表示パネ
ル１を作成する。

第６図は、上述のようにして作成された他の具体例とし
ての液晶表示パネル１の光透過率−電圧特性を示すグラ
フである。第６図から明らかなように、電圧の閾値付近
での光透過率の変化は急峻であるから、高いコントラス
ト比を得ることができる。

本発明の一実施例の液晶表示パネル１に用いられる一軸
延伸した熱可塑フィルムとしては、前記したハイラミン
、ポリカーボネートフィルノ、以外番こ、−軸延伸した
ポリエチレンフィルｌ＼、−軸延伸したセルローズアセ
テ−１へフィルム等でもよく、それらエチレン系ポリマ
やニスデル系ポリマを用いて光学補償板３を作成するこ
とによって、本発明の一実施例の一具体例および他グ）
具体例と同様な効果が得られることが本発明の研究によ
−）て確認されている。

また前記実施例においては、積層高分子フイルノ＼を溶
融形成することにより補償板を形成したが、溶融形成を
施さず、積層のみによ−）ても光学補償効果が発揮され
ることが本件発明者によって確認された。第４図曲線１
１１にこの一例を示すが、二の場６でもフィルノー間の
貼６わせ角度は、大きくとも５０度以下が望ましいこと
が分かる。

さらに本発明の他の実施例として、液晶層に電圧を印加
する透明電極を有しない液晶セルを光学補償板３として
用いることも可能である。すなわち、たとえば第１図に
関して説明した２４０度のねじれ配向した液晶層を有す
るＳＴＮ液晶セルを、液晶層に電圧を印加する透明電極
を取除いて光学補償板３として別に構成する。この電極
を有しないＳＴＮ液晶セルの液晶層のツイスト方向は、
他の表示用のＳＴＮ液晶表示セルの液晶層のツイスト方
向と逆向きに設定される。また、この電極を有しないＳ
ＴＮ液晶セルを表示用のＳＴＮ液晶表示セルに重ね６わ
す際には、この２′）の液晶セルの互いに向き会う側の
液晶分子の配向方向は１２０度、好ましくは１１０度の
交差角範囲でほぼ垂直に揃えられる。

このような電極を有しないＳＴＮ液晶セルを光学補償板
３として用いて液晶表示パネル１を構成することによっ
て、表示用のＳＴＮ液晶セルの波長依存性や、それに基
づく光漏れ、色付きを解消することができる。

発明の効果 本発明によれば、液晶セルの透過光の波長依存性が解消
されて、可視光全域に亘って均等に光をスイッチングす
ることができる。また、透過光の波長依存性を解消する
ための光学補償部材は比較的省スペース、低コストに作
成でき、小形かつ軽量といった従来の液晶表示装置の可
搬性などの利点を損なうことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である液晶表示装置の液晶表
示パネル１の基本的構成を示す断面図、第、２図は本発
明の一実施例の一具体例として作成されだ液晶表示パネ
ル１の光透過率の入射光の波長に対する依存性を示すグ
ラフ、第３（２Ｉは液晶のツイスト方向が左ねじれ方向
である液晶層２に対して光学補償板３の積層フィルムの
フィルム貼６ぜ方向を全体として右ねじれ方向および左
ねじれ方向とした液晶表示パネル１の光透過率−電圧特
性を示すグラフ、第４図は液晶表示パネル１がノーマリ
ローズタイプとして構成される場６の積層フィルムの各
フィルノ、とフィルムの貼６せ角度に対する電圧印加時
の液晶表示パネル１の光透過率の関係を示すグラフ（実
線；溶融成形した場き、破線：溶融形成しない場６）、
第５図は液晶層２のツイスト角θ１と積層フィルノ＼の
フィルム貼合せ角の総和であるねじれ角θ２（ただし、
θ、−θ−θに設定した場な）に対する液晶表示バネ・
ル１のコントラスト比の関係を示すグラフ、第６図は本
発明の他の具体例としての液晶表示パネル１の光透過率
−電圧特性を示すグラフである。 １・液晶表示パネル、２−・液晶層、３・・・光学補償
板、４ａ、４ｂ・透明基板、５ａ、５１：＋−透明電極
、 ６ｔｔ　　。 ［）・・・配向膜、 ７・・・シール材、 ・・・偏光子、 ｂ・・・検光子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 相互に対向する表面に電極がそれぞれ形成された一対の
   透光性基板間に液晶を封入し、一方側の透光性基板の液
   晶層と反対側に配置された偏光部材と、他方側の透光性
   基板の液晶層と反対側に配置された光学補償部材と偏光
   部材とを含む液晶表示装置であって、 該光学補償部材は光学的異方性を有する材料から形成さ
   れ、その厚み方向に沿って光学的特性が変化することを
   特徴とする液晶表示装置。