JPH03228016A - 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〉 本発明はツイストネマティック型液晶において色補償を
施した液晶表示装置に関する。

〈従来の技術〉 一般に液晶表示装置において、電圧を印加した場合の液
晶層への印加電圧かしきい値（スレンヨルド電圧）以下
または又は無印加である時に、光の透過を閉じる（黒表
示）ように偏光板等の光学条件を設定した、いわゆるノ
ーマリ−ブラックモードのＴＮ−ＦＥＭ（ツイストネマ
ティック電界効果）型液晶表示装置において、コントラ
ストの高い良好な表示品位を得るためには、電圧無印加
（しきい値電圧以下）の状態の光透過率を十分低い値に
することか重要である。

しかし、ＴＮ−ＦＥＭ液晶表示装置において、ノーマリ
−ブラックモードの電圧無印加時の光透過率は、よく知
られているＧＯＯＣＨ−ＴＡＲＲＹの式で近似でき、横
軸に液晶表示パネルのレターデーション値ｄ・△ｎを、
縦軸に光の透過率を取ると、各波長λ−４５０ｎｍ、５
５０ｎｍ、６５０ｎｍに対して第１０図のように示され
る。

光の透過率はｄ・△ｎの値により太き（変化し、また光
の波長により異なる。実際の液晶表示装置では、視角特
性などの各種表示特性の点や作成上の問題から、ｄ・△
ｎの設定に制約があり、透過率の高い値に設定される場
合か多い。また、ある波長において最適値に設定された
としても、他の波長の光が高い透過率を示すため、人間
の目には明るく感じたり、着色して見えることがある。

特に、高い色純度と高いコントラストが要求されるＴＶ
やビテオ画像表示などの場合、この問題の影響は大きい
。ＴＮ　　ＦＥＭ液晶を用いたＴＰＴ　−Ｌ　ＣＤ　（
Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒを用いた液
晶表示装置）では、ｄ・△ｎの値が０．　５μｍ前後が
用いられる場合か多いが、この時ノーマリ−ホワイトモ
ードてはコントラストが１００：１程度得られるのに対
し、／−マリ−ブラックモードでは３０：１程度の低い
値となり、これが表示品位の差となっている。この差は
視角特性が優れている、より低いｄ・△ｎの値では更に
大きな差となる。従って、今日多くのＴＰＴ−ＬＣＤの
カラー表示装置では、ノーマリ−ホワイトモードが採用
されている。しかし、ノーマリ−ホワイトモードでは、
ＴＦＴ素子の絵素欠陥が輝点となり目立つため、歩留り
などの点て生産上大きな問題となっている。

また、液晶表示パネルの背面やセルの中に形成された絵
や文字、色フィルターなどの表示を、ノーマリーブラ／
クモードの液晶セルで光の透過を制御して表示するよう
な方式が多く用いられている。例えば、自動車や飛行機
などの警告表示や、オーディオのレベルメーターなどが
ある。これらの表示では、光を閉じるシャッター状態の
透過率が十分低くないと、背面の表示パターンが浮き出
して見えるため、著しく品位が低下する。

この問題点を解消するために、２層型の液晶表示装置が
開発されている（特公昭６３−５３５２８号等）。この
表示装置は液晶分子をツイストネマティック配向させた
２つの液晶セルを有し、方は表示動作を行うための表示
用セルであり、もう一方は楕円偏光を直線偏光に戻すた
めの補償用液晶セルである。この光学補償用として液晶
セルを重ね合わせた、いわゆるダブルＴＮ構造（ＤＴＮ
）の液晶表示装置では、液晶パネルが２層になるため、
厚くなることや、重くなるなとの弊害かあった。

〈発明か解決しようとする課題〉 そこで、光学補償用として光学位相差板（フィルム）を
用いることが検討されており、スーパーツイストモード
（Ｓ　Ｔ　Ｎ）の場合を中心に種々の提案がなされてい
る。しかし、ツイスト角が９０度前後のＴＮモードでは
、その位相差板の軸の設定や、リターデーション値の設
定などに対する条件か５ＴＮ−ＬＣＤの場合と大きく異
なり、有効な提案は無い。

本発明は、上記の問題点を解決したものであり、従来の
２層型ＴＮ−ＬＣＤ及びＴＮ−ＴＦＴ−ＬＣＤと比較し
て薄型・軽量化が可能であり、かつ鮮明な白／黒表示か
得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上側偏光板−９０°ツイストのネマティック
型液晶表示セル−上記上側偏向板と平行な透過軸を有す
る下側偏光板の順に積層した、いわゆるノーマリ−ブラ
ックモードのツイストネマティック型の液晶表示装置に
おいて、上記液晶表示セルの両側の少なくとも一方に光
学位相差板を設け、該位相差板の最大屈折率を示す軸方
向を、上記位相差板に近接する液晶表示セル基板表面の
液晶分子長軸方向と垂直な方向から０〜３０度の正の角
度にずらして配設するとともに、上記位相差板のリタデ
ーションの総和（Ｒｅ）を、上記液晶表示セルの液晶層
の厚さ（ｄ）と液晶材料の屈折率の異方性（△ｎ）の積
（ｄ・△ｎ）に対して、ｄ−△ｎ−０，０５μｍ≦Ｒｅ ≦ｄ・△ｎ十〇、１μｍ としたことを特徴とする。

〈作　用〉 液晶表示装置において、下側の偏光板を通過した直線偏
光は、９０度ツイストされた液晶層を通過後楕円偏光性
を有しその長軸方向は約９０旋回回しているが、波長に
よりばらついている。しかし上記本発明のおける光学位
相差板の作用により、この楕円偏光性の補償と長軸方向
の補正（直線偏光で９０度旋回か理想）を行い、ノーマ
リ−ブラックモードの電圧無印加時の光透過率を小さ（
しコントラスト比を改善できる。

〈実施例〉 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第１
図に本発明の液晶表示装置の基本構成例を示す。１は上
側偏光板、２は光学補償用に配置された位相差板である
。３，１０はカラス基板、４．９は透明導電膜電極（Ｉ
ＴＯ）、５．８は配向膜、６は液晶組成物、７は／−ル
材で、いわゆるツイストネマチック型の液晶表示セルを
構成している。１１は上側偏向板ｌと平行な透過軸を有
する下側偏向板である。上記位相差板２としては、ポリ
ビニールアルコールの複屈折フィルムやポリカーボネイ
トフィルム等が使用できる。

第２図は本発明の一実施例の各光学軸を説明する図であ
る。第１図の構成の場合、Ｐｌは上基板く位相差仮に最
近接する基板３）近傍の液晶分子の長軸配向方向（タイ
レクタの方向）、Ｐ、は液晶層中央部の液晶分子の長軸
配向方向（ダイレクタの方向）、Ｐ３はＰｌと直交する
方向であり、９０度ツイストの場合は下基板（位相差板
に最遠液する基板１０）近傍の液晶分子の長軸配向方向
となる。Ｐ４は位相差板２の最大屈折率軸（位相差板軸
）の設定方向を示している。本構造はノーマリ−ブラッ
クモードであるので、ここでは下側偏光板１１の透過軸
はＰ３方向と一致し、上側偏光板１の透過軸は下側偏向
板２の透過軸と平行、すなわちＰｌの軸と直交する軸に
その透過軸を一致させて配設している。

実施例１ ＴＮ−ＦＥＭ液晶表示装置において、位相差板２の配置
は上側偏光板１と液晶セルの間とし、回転させることで
軸方向を変化させた。以後、位相差板２の軸設定は、第
２図のＰ３方向を０度とし、Ｐ４方向に向かって正方向
の角度〈θ）として表現する。

上記において次のセルパラメーターをもつＴＮＦＥ〜１
液晶表示装置を作成した。

■）セルキャップ（液晶層の厚み）ｄ ４５μｍと５５μｍ ２）′ｔａ、晶組成材料： △ｎ（左旋性）；０．０９と０．１２ 組成、フェニルシクロヘキサン系混合液晶３）セル構造
　　　：第１図参照。

この液晶セルにＰＶＡ　（ポリビニールアルコル）系位
相差板２（例えば株式会社カヤポーラ製の製品）を用い
、リタデーションの総和Ｒｅの値を３２０％ｍから７０
０％ｍまでの間で、約１０〜２Ｏｎｍ間隔てを変化させ
て、試作を行った。

（最適設定軸角度） 第３図に上記液晶表示装置の評価結果を示す。

横軸にＰ３からの角度を取り、縦軸に位相差板２を用い
ない場合の光透過度を１００％とした透過率を取ると、
図に明示されるように、その角度は位相差板２のリタデ
ーンヨン値（Ｒｅ）の大きさや液晶層のｄ・△ｎにより
多少異なるが、位相差板２の設定軸との角度の間におい
て、位相差板２を用いない場合よりも低い透過率を持つ
角度があり、また最小値が存在することがわかった。

第４図は、ＴＮ−ＴＦＴ−ＬＣＤにおいて一般的な液晶
であるｄ・△ｎ値−０５μｍの場合で、位相差板２のリ
タデーション値（Ｒｅ）を同じく０．５μｍとした場合
を示すもので、Ｐ３からの角度θが０度から３０度の範
囲で位相差板２を用いない場合よりも低い透過率となり
、また約１５度近傍において透過率は最小値を得た。

（最適リタデーション） 第５図は、位相差板２の軸の設定角度１０度の場合の位
相差板２のリタテーション値（Ｒｅ）と透過率の実測値
である。横軸に位相差板２のレタデーション値（Ｒｅ）
を、縦軸に位相差板２を用いない時の光の透過率を１０
０％とする透過率を取っている。第５図は、液晶層のｄ
・△ｎ値を０．４μｍ、偏光板１２１１の設定角度を平
行とした場合で、位相差板２のリタデーンヨン値（Ｒｅ
）が０．３５μｍ〜０．５μｍにおいて、位相差板２を
用いない場合より低い透過率を示し、リターデーション
値（Ｒｅ）か約０．４５μｍ付近において透過率の最小
値を取った。

また液晶層のｄ・△ｎ値を０．５μｍに設定し、偏光板
１．１１の設定角度を平行とすると、第６図に示される
ように、位相差板２のリタデー／ヨン値（Ｒｅ）が０．
４５μｍ〜０．６ａｍにおいて低い透過率を示し、位相
差板２のリタデーション値（Ｒｅ）か約０．５５μｍ付
近において透過率か最小値となった。

またその他のセルキャップｄと液晶材料の△ｎの組み自
わせを実施した。第７図は横軸に液晶層のリタデーノヨ
ンｄ・△ｎ、縦軸に位相差板２のりやテーンヨン値（Ｒ
ｅ）を取り、位相差板２を用いない場合に比べ電圧無印
加の透過率が低くなる範囲を図示するもので、・印は上
限のとる範囲、○印は下限のとる範囲を示している。な
お、位相差板２の軸角度θの設定は１０度、１５度、２
０度の３種としている。

液晶層のりタープ−ジョン値ｄ・△ｎが０．　６６μｍ
、０６５４μｍの場合などを含む上記結果より、位相差
板２を用いない場合に比べ、良いコントラスト特性（オ
フ時の低い透過率）を得るためには、 ｄ・△ｎ−０，０５μｍ≦Ｒｅ ≦ｄ・△ｎ十Ｑ、１μｍ を満たすリターデーション値Ｒｅに設定するのが好まし
い。

実施例２ 上記実施例の条件をみたすＴＮ−ＴＦＴ−ＬＣＤの場合
ｗｏ確認するため、ＴＦＴ−ＬＣＤカラー液晶表示装置
を作成した。ＴＰＴ構造は、従来よりよく知られた第７
図の構造（逆スタガー型）とし、カラーフィルターはゼ
ラチン染色法により作成したものを用いた。

第７図はＴＮ−ＴＦＴ−ＬＣＤのカラー液晶表示装置の
構成図、第８図は同逆スタガー型ＴＦＴＬＣＤの平面図
である。液晶表示セル部分が異なるだけで他の構成は第
１図及び第２図と同様である。この場合も、前述した「
（最適設定角度）」及び「（最適レタデーション）」の
関係は同様であることが確かめられた。

第７図、第８図を裂照して以下さらに詳しく説明する。

透明性基板２２上にケートバス配線】１が形成され、ゲ
ートバス配線１１の一部かＴＰＴのゲート電極として機
能している。ゲートバス配線１１上には陽極酸化膜１２
が形成され、陽極酸化膜１２上の全面にゲート絶縁膜１
３が堆積されている。

ゲートバス配線１１のゲート電極として機能する部分の
上には上述の陽極酸化膜１２及びゲート絶縁膜１３を介
して半導体層１４が形成されている。

半導体層１４上には半導体層１４を保護するため半導体
層保護膜１５が形成されている。

また、半導体層１４上に２つのコンタクト層１６．１６
が設けられ、それぞれのコンタクト層１６．１６上にソ
ース電極１７及びドレイン電極１８が形成されている。

ソース電極１７はソースバス配線１７′に接続され、ド
レイン電極１８は絵素電極２０に接続されている。この
ように形成されたＴＦＴ上に保護膜１９が形成され、保
護膜１９上の全面に配向膜２０が形成されている。

その他の作成した表示装置のパラメータや特性を第１表
に示す。画素数は２４０Ｘ３８４＝９２゜１６０１カラ
ーフイルターの配置方法はＲＧＢのテルタ配列、ツイス
ト角度９０度、階調表示特性は１６階調である。用いた
液晶材料は、フェニルシクロヘキサン系混合液晶であり
、△ｎは０．０９μｍのものである。セルギャップｄは
、４．５μｍと５．５μｍの２種類のものを作成した。

従って液晶層のりタープ−ジョン値ｄ・△ｎは０．　４
μｍと０．５μｍとなる。

用いた位相差板２は、ＰＶＡ系フィルム位相差板（株式
会社カヤポーラ製）のりタテー／ヨン（Ｒｅ）か４５０
ｎｍと５５０ｎｍのものである。

第１図及び第２図と同様に上側に位相差板２を配し、位
相差板２の設定角度θはＰｌに対し１０度に設定した。

このようにして作成したノーマ１ノーブラ、クモートの
Ｔ　Ｎ　−Ｔ　Ｐ　Ｔ液晶表示装置を位相差板を用いな
いノーマリーブラ、り及びノーマリ−ホワイトモートの
ものと比較した。第２表にビテオ画像表示品位の比較を
示す。

コントラスト比を見ると、従来のノーマリ−ブラックモ
ートか７２ｏ〜３０−□であったものか０〜６０．と約
２倍の値に改善されている。色特性は従来のノーマリ−
ブラックモートか「赤色傾向二または、やや赤色傾向」
であったものか良好な結果に改善されている。総合品位
として、ニー非常に劣る。または−劣る。結果であった
ものか、良好な結果となり、量産しにくい７−マリーホ
ワイドモードに近い表示品位を達成することか出来た。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、従来の２層型ＴＮ−ＬＣＤと比較
して薄型・軽量化が可能であり、かつノーマリ−ホワイ
トモートに近い鮮明な白／黒表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す液晶表示装置の構造説
明図、第２図は同実施例の各光学軸の相対関係を示す図
、第３図は位相差板の設定角度と透過Ｉの関係を示す図
、第４図は同地のパラメーターにおける位相差板の設定
角度と透過率の関係を示す図、第５図は位相差板のリタ
ーデーンヨン値（Ｒｅ）と透過率の関係を示す図、第６
図は同だのパラメーターにおける位相差板のリターテシ
ョン値（Ｒｅ）と透過率の関係を示す図、第７図は液晶
層のリタテーンヨンｄ・△ｎと位相差板のワタデージョ
ン値（Ｒｅ）の関係を示す図、第８図はＴＮ−ＴＰＴ−
ＬＣＤのカラー液晶表示装置の構成図、第９図は同逆ス
タガー型ＴＰＴ−ＬＣＤの平面図、第１０図はＧＯＯｃ
Ｈ−ＴＡＲＲＹの式て近似されたノーマリ−ブラックモ
ードの電圧無印加時の光透過率とｄ・△ｎとの関係を示
す図である。 １．１１：偏光板、２　位相差板、３，１０ニガラス基
板、４，９　透明導電膜電極（ＩＴ○）、５．８・配向
膜、６・液晶組成物、７：シール材、Ｐｌ：上基板（位
相差板に最近接する基板）近傍の液晶分子の長軸配向方
向、Ｐ、二液晶層中央部の液晶分子の長軸配向方向、Ｐ
、：　Ｐ、と直交する方向、 Ｐ４：位相差板の最大屈折率軸 （位相差板 軸） の設定方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上側偏光板−９０度ツイストのネマティック型液晶
   表示セル−上記上側偏向板と平行な透過軸を有する下側
   偏光板の順に積層したツイストネマティック型の液晶表
   示装置において、上記液晶表示セルの両側の少なくとも
   一方に光学位相差板を設け、該位相差板の最大屈折率を
   示す軸方向を、上記位相差板に近接する液晶表示セル基
   板表面の液晶分子長軸方向と垂直な方向から０〜３０度
   の正の角度にずらして配設するとともに、上記位相差板
   のリタデーションの総和（Ｒｅ）を、上記液晶表示セル
   の液晶層の厚さ（ｄ）と液晶材料の屈折率の異方性（△
   ｎ）の積（ｄ・△ｎ）に対して、ｄ・△ｎ−０．０５μ
   ｍ≦Ｒｅ ≦ｄ・△ｎ＋０．１μｍ としたことを特徴とする液晶表示装置。