JPH04214535A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】近年、液晶を用いた表示装置が、
ＯＡ機器を初めとするディスプレイ装置に用いられるま
でになっている。本発明は、液晶表示装置におけるコン
トラストおよび視角特性の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置では、ＴＮ方式が広
く用いられてきたが、これは液晶がねじれて配向してお
り、電圧を印加するとねじれがほどけて液晶分子が起き
上がることを利用して表示を行なっている。

【０００３】図８は液晶分子と入射光との角度による効
果を示す図である。（ａ）に示すように、液晶分子１の
長軸に対し入射光２が平行な場合は、液晶による光学的
な効果が最小で、（ｃ）のように液晶分子１の長軸に対
し入射光２が垂直な場合は、液晶による光学的な効果が
最大となる。（ｂ）のように、液晶分子１の長軸に対し
入射光２が斜めな場合は、液晶による光学的な効果は、
前記（ａ）（ｂ）の中間の状態となる。

【０００４】図９はＴＮ型液晶パネルの作用を示す図で
、　（ａ）は印加電圧が０の状態、（ｂ）　は印加電圧
が中の状態、（ｃ）は印加電圧が大の状態である。この
液晶表示パネルは、２枚のガラス基板３、４間に液晶が
封入されており、背面に光源を設け、透過光が最大の場
合に明状態、透過光が最小の場合に暗状態となることで
、表示が行なわれる。いま、（ａ）に示すように、印加
電圧が０の場合は、液晶表示パネルの正面から見た場合
、液晶分子１が入射光２と直角になるため、液晶の光学
的効果が最大となる。これに対し、斜めから見ると、５
、６で示すように、液晶分子１に対し入射光が斜めにな
るため、液晶の光学的効果は中の状態となる。

【０００５】 （ｂ）に示すように、印加電圧が中の状態では、ほとん
どの液晶分子１がガラス基板３、４に対し斜めになるた
め、正面から見た場合、入射光２に対する液晶の光学的
効果は中となる。ところが、Ａ位置で斜めから見ると、
入射光５が液晶分子１と平行になるため、液晶の光学的
効果は最小となり、逆にＢ位置で斜めから見ると、入射
光６が液晶分子１と直角になるため、液晶の光学的効果
は最大となる。したがって、見る位置によって、明状態
となったり、暗状態となったり、中間状態となったりす
る。

【０００６】 （ｃ）に示すように、印加電圧が大の場合は、液晶分子
１がガラス基板３、４と垂直になり、正面から見た場合
、液晶分子１と入射光２とが平行となるため、液晶の光
学的効果は最小となる。ところが、斜めから見ると、入
射光５、６が液晶分子１に対し斜めになるため、液晶の
光学的効果は中となる。

【０００７】電圧を（ａ）（ｂ）（ｃ）　の順でかけた
とき、パネルを正面から見ると、光学的効果は大、中、
小の順となり、表示は明、灰、黒の順になるのに対し、
斜め位置Ｂから見た場合は中、大、中となって表示がう
すくなり、反対側の斜め位置Ａから見た場合には、光学
的効果は中、小、中、つまり表示は灰、黒、灰となって
明暗の順が逆転するため、表示は反転したように見えて
しまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＴ
Ｎ型の液晶表示装置では、見る角度によって表示状態が
変化し、視角特性が悪いため、見づらいといった欠点が
ある。また、コントラストも不十分であった。

【０００９】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、コントラストおよび視角特性にすぐれた液晶表
示装置を実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）一対の偏光板７と８の間において、ツイスト方向
が逆のＴＮ型液晶パネルを２枚積層して、光の入射側を
駆動パネル９とし、光の出射側を補償パネル１０とする
。 また、前記の二枚の液晶パネル９と１０間の液晶分子の
最近接分子９ｏと１０ｉの長軸方向が直交するように構
成する。そして、駆動パネル９の液晶にはｐ型の二色性
色素が添加され、補償パネル１０の液晶にはｎ型の二色
性色素が添加されている。

【００１１】 （２）前記の一対の偏光板７と８は、偏光方向が直交し
ている。しかも駆動パネル９の入射偏光板７に近接する
液晶分子９ｉの配向方向と入射偏光板７の透過軸７ａと
が平行で、かつ補償パネル１０の出射偏光板８に近接す
る液晶分子１０ｏの配向方向と出射偏光板８の透過軸８
ａとが平行となるように構成されている。

【００１２】 （３）前記（１）に記載の液晶表示装置と異なり、駆動
パネル９の液晶には二色性色素を添加せず、補償パネル
１０の液晶にｐ型の二色性色素を添加した構成とする。

【００１３】 （４）前記（３）の構成において、一対の偏光板７と８
は、偏光方向が直交している。そして、駆動パネル９の
入射偏光板７に近接する液晶分子９ｉの配向方向と入射
偏光板７の透過軸７ａとが直交し、かつ補償パネル１０
の出射偏光板８に近接する液晶分子１０ｏの配向方向と
出射偏光板８の透過軸８ａとが直交するように構成され
ている。

【００１４】

【作用】請求項１、２は、駆動パネル９にｐ型の二色性
色素を添加し、補償パネル１０にｎ型の二色性色素を添
加する構成であるのに対し、請求項３、４は、駆動パネ
ル９には二色性色素を添加せず、補償パネル１０にｐ型
の二色性色素を添加する構成である。

【００１５】請求項１、２の構成においては、駆動パネ
ル９に添加した二色性色素は、電圧ＯＦＦでは光を吸収
するように働くが、電圧ＯＮでは光を吸収しない。

【００１６】そして、元々、電圧ＯＦＦでは、色素がな
い場合においても、一対の偏光板７と８がクロスニコル
なため暗状態となるが、２枚の液晶パネル９、１０に二
色性色素を添加して透過光を吸収する構成としたことで
、液晶パネルのコントラストがさらに向上する。

【００１７】しかも、この液晶パネルを斜めから見た場
合は、暗状態にもかかわらず透過してきてしまうような
光が二色性色素で吸収されるため、斜めから見た場合で
も、コントラストは低下せず、視角範囲が拡がる。

【００１８】請求項３、４の構成においても、同様に二
色性色素は、コントラストを向上させ、かつ視角範囲を
拡げるように作用するが、二色性色素は補償パネル１０
にしか添加されていないため、その効果は請求項１、２
の構成ほどではない。しかしながら、駆動パネル９の液
晶に二色性色素を添加すると、その不純物イオンによっ
て、液晶セルの電圧保持性が低下するおそれがあること
、またｎ型の二色性色素がそれほど一般的ではないこと
を考慮すると、この第二の手段もかなり有効である。

【００１９】

【実施例】次に本発明による液晶表示装置が実際上どの
ように具体化されるかを実施例で説明する。図２、図３
は、駆動パネルおよび補償パネルの双方に二色性色素を
添加した液晶表示装置の実施例を示す分解斜視図、図４
はｎ型およびｐ型の二色性色素の作用を説明する斜視図
である。

【００２０】７は入射側の偏光板、８は出射側の偏光板
であり、それぞれ偏光方向が直交するようにクロスニコ
ルに配置されている。この一対の偏光板７と８の間にお
いて、ツイスト方向が逆の２枚のＴＮ型液晶パネル９、
１０が積層され、入射偏光板７側が駆動パネル９で、電
源に接続され、出射偏光板８側が補償パネル１０となっ
ている。

【００２１】前記の二枚の液晶パネル９と１０間の液晶
分子の最近接分子９ｏと１０ｉの長軸方向が直交するよ
うに構成する。しかも駆動パネル９の入射偏光板７に近
接する液晶分子９ｉの配向方向と入射偏光板７の透過軸
７ａとが平行で、かつ補償パネル１０の出射偏光板８に
近接する液晶分子１０ｏの配向方向と出射偏光板８の透
過軸８ａとが平行となるように構成されている。これは
、液晶の組成や配向膜によって実現できる。

【００２２】そして、駆動パネル９の液晶にはｐ型の二
色性色素１１が添加され、補償パネル１０の液晶にはｎ
型の二色性色素１２が添加されている。

【００２３】二色性色素は、図４に示すように、ｎ型と
ｐ型とでは、作用が全く逆になる。図４の（ａ）（ｂ）
はｎ型の二色性色素の作用を示す図で、（ａ）　のよう
に入射光の偏光面Ｌとｎ型の二色性色素分子の長軸１２
方向（　色素の透過軸　）が直交している場合は、ｎ型
の二色性色素１２は入射光を吸収し、透過光は発生しな
い。これに対し、（ｂ）　のように、入射光の偏光面Ｌ
がｎ型の二色性色素分子の長軸１２方向と平行している
場合は、ｎ型の二色性色素１２は入射光を吸収せず、光
は透過する。

【００２４】一方、ｐ型の二色性色素の場合は、（ｃ）
　のように入射光の偏光面Ｌがｐ型の二色性色素分子の
長軸１１方向と直交している場合は、ｐ型の二色性色素
１１は入射光を吸収せず、光は透過する。これに対し、
（ｄ）　のように、入射光の偏光面Ｌがｐ型の二色性色
素分子の長軸１１方向と平行している場合は、ｐ型の二
色性色素１１は入射光を吸収し、透過光は発生しない。

【００２５】このような二色性色素が液晶中に添加され
ると、二色性色素の分子１１、１２は液晶分子の方向に
配向される。すなわち、駆動パネル９においては、液晶
分子が左ねじれ（進行するにつれて左回転する）となる
ため、ｐ型の二色性色素の分子１１も左ねじれに配向し
、入射光も１３で示すように左に回転しながら進行する
。補償パネル１０においては、液晶分子が右ねじれ（進
行するにつれて右回転する）となるため、ｎ型の二色性
色素の分子１２も右ねじれに配向し、入射光も１４で示
すように右に回転しながら進行する。

【００２６】いま、図２のように駆動パネル９が電圧無
印加状態において、液晶表示装置の背面に光が照射され
ると、入射側の偏光板７の透過軸７ａと同じ偏光方向の
光のみが該偏光板７を透過し、１３で示すように、駆動
パネル９の液晶分子によって左回転しながら進行して、
丁度９０°回転した状態で、駆動パネル９から出射する
。このとき、図４（ｄ）　に示すように、入射光Ｌとｐ
型の二色性色素の分子１１が平行なため、光が吸収され
る。ところが、総ての光が確実に吸収されるとは限らず
、残余の透過した光は、次の補償パネル１０によってほ
ぼ確実に吸収される。すなわち、二枚の液晶パネル９と
１０間の液晶分子の最近接分子９ｏ、１０ｉの長軸方向
が直交するように構成されているため、駆動パネル９か
ら出射した光の偏光面Ｌが、補償パネル１０の最近接液
晶分子１０ｉと直交することになる。したがって、補償
パネル１０中では、入射光Ｌはｎ型の二色性色素の分子
１２と直交した状態で進行することになり、図４（ａ）
　で説明したように、入射光が吸収され、透過光が発し
ない。

【００２７】このように、電圧無印加時には、入射光は
、駆動パネル９においてもまた補償パネル１０において
も、二色性色素によって吸収される。偏光板７、８がク
ロスニコルなため、電圧無印加状態では、二色性色素が
添加されていない場合でも暗状態となるが、２枚の液晶
パネルに二色性色素を添加したことで、透過光を確実に
遮断でき、コントラストがさらに向上する。

【００２８】また、液晶パネルを斜めから見た場合にも
、二色性色素によって透過光が吸収遮断されるため、斜
めから見た場合でもコントラストは低下せず、視角範囲
が拡がる。

【００２９】次に、図３に示すように、駆動パネル９に
電圧を印加した場合は、駆動パネル９中の液晶分子９ｖ
が液晶パネルと垂直方向に配向され、その結果ｐ型二色
性色素１１も液晶パネルと垂直方向に配向される。その
ために、入射側偏光板７を透過した光Ｌは、ｎ型の二色
性色素の分子１１と直交することになり、図４（ｃ）　
で説明したように二色性色素に吸収されず、透過する。 しかも、透過中に回転しないため、補償パネル１０にお
ける駆動パネル９側の液晶分子１０ｉと平行となり、ｎ
型の二色性色素の分子１２と平行状態で、かつ右回転し
ながら進行する。 この間では、入射光Ｌとｎ型の二色性色素の分子１２と
は平行で、図４の（ｂ）　で説明したように、透過可能
となる。このように、電圧印加状態では、駆動パネル９
においても補償パネル１０においても、入射光が透過可
能となり、明状態となる。

【００３０】ところで、駆動パネル９中の液晶に二色性
色素などを添加すると、抵抗値が低下し、電圧印加状態
を維持することが困難となる。また、二色性色素は、ア
ド系およびアントラキノン系と、ナフトキノン系ペリレ
ンキノフタロン系とが知られている。ｎ型、ｐ型の区別
は、これらの材料を処理することで行なうが、ｎ型に処
理することが困難で、良質のｎ型二色性色素は入手しに
くい。

【００３１】そこで、ｐ型の二色性色素のみを用い、し
かも駆動パネル９には二色性色素を添加不要な構成とし
たのが、図５、図６である。この構成が、図２、３の構
成と異なるのは、駆動パネル９中には二色性色素を添加
してないこと、補償パネル１０の液晶中にｐ型の二色性
色素を添加したこと、駆動パネル９の入射偏光板７に近
接する液晶分子９ｉの配向方向と入射偏光板７の透過軸
７ａとが直交し、かつ補償パネル１０の出射偏光板８に
近接する液晶分子１０ｏの配向方向と出射偏光板８の透
過軸８ａとが直交するように構成されている点である。

【００３２】いま、図５のように、駆動パネル９が電圧
無印加の状態では、入射側の偏光板７を透過した光Ｌは
、駆動パネル９の液晶分子と直交した状態で左回転しな
がら進行し、９０°回転した状態で補償パネル１０に入
射するため、補償パネル１０中では、入射光Ｌがｐ型の
二色性色素の分子１１と平行した状態で右回転しながら
進行する。入射光Ｌがｐ型の二色性色素の分子と平行す
ると、図４の（ｄ）　に示すように、ｐ型の二色性色素
に吸収され、透過不能となる。

【００３３】このように、駆動パネル９には二色性色素
を添加しないで、しかもｎ型の二色性色素を使用しなく
ても、透過光を吸収可能な構成を実現できる。

【００３４】駆動パネル９に電圧を印加した状態では、
図６に示すように、駆動パネル９中の液晶分子９ｖが液
晶パネルに垂直に配向するため、入射光Ｌは回転せず、
そのまま進行し、補償パネル１０中のｐ型の二色性色素
の分子１１と直交することになる。その結果、補償パネ
ル１０中では、入射光Ｌがｐ型の二色性色素の分子１１
と直交した状態で、右回転して進行するため、図４（ｃ
）　に示すように入射光は透過し、明状態となる。

【００３５】図７は駆動パネル９および補償パネル１０
の断面構造を例示する図で、内面に透明電極１５を形成
し（補償パネル１０では透明電極１５を省くことも可能
）、その上に配向膜１６を形成したガラス基板１７と、
同様にして内面に透明電極１８を形成し、その上に配向
膜１９を形成したガラス基板２０とを対向させ、周囲を
シール材２１で封止した構造になっている。そして、両
ガラス基板１７、２０間に、液晶２２が封入されている
。このような液晶パネルを２組用意し、図２、図３の構
成の場合は、駆動パネル９の液晶中にｐ型の二色性色素
を添加し、補償パネル１０の液晶中にｎ型の二色性色素
を添加する。このとき、各液晶パネルとも、黒の二色性
色素を約２ｗｔ％添加し、また液晶のツイスト角として
９０°を採用したところ、従来のＴＮ液晶パネルに比べ
て、コントラストは１００程度から１５０へ、視角特性
は、コントラスト１０以上の範囲が上下左右とも±３０
°から約１０°拡がり、±４０°以上とすることができ
た。なお、ツイスト角が４５°から１８０°程度の範囲
においても良好な効果が認められた。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、駆動パネ
ル９にはｐ型の二色性色素を添加し、補償パネル１０に
はｎ型の二色性色素を添加し、両液晶パネルを重ねた構
成とすることで、透過光の吸収特性にすぐれ、コントラ
ストが格段と向上する。しかも、液晶パネルを斜めから
見た場合も、コントラストは低下せず視角範囲が拡がる
。

【００３７】請求項３、４に記載のように、駆動パネル
９には二色性色素を添加せず、補償パネル１０にｐ型の
二色性色素を添加することで、液晶セルの電圧保持性を
低下させることなしに、しかも製造が困難なｎ型の二色
性色素を使用せずに、コントラストおよび視角特性にす
ぐれた液晶表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の基本原理を説明す
る分解斜視図である。

【図２】駆動パネルおよび補償パネルの双方に二色性色
素を添加した実施例における電圧無印加状態の分解斜視
図である。

【図３】駆動パネルおよび補償パネルの双方に二色性色
素を添加した実施例における電圧印加状態の分解斜視図
である。

【図４】ｎ型およびｐ型の二色性色素の作用を説明する
斜視図である。

【図５】ｐ型の二色性色素のみを用い、しかも駆動パネ
ルには二色性色素を添加不要な実施例における電圧無印
加状態の分解斜視図である。

【図６】ｐ型の二色性色素のみを用い、しかも駆動パネ
ルには二色性色素を添加不要な実施例における電圧印加
状態の分解斜視図である。

【図７】駆動パネルおよび補償パネルの断面構造を例示
する断面図である。

【図８】液晶分子と入射光との角度による効果を示す図
である。

【図９】従来のＴＮ型液晶パネルの作用を示す図で、（
ａ）は印加電圧が０の状態、（ｂ）は印加電圧が中の状
態、（ｃ）は印加電圧が大の状態である。

【符号の説明】

１　　液晶分子 ２　　入射光 ３、４　　ガラス基板 ５、６　　斜め入射光 Ｌ　　入射／透過光（の偏光面） ７　　入射（側の）偏光板 ７ａ　　入射偏光板の透過軸 ８　　出射（側の）偏光板 ８ａ　　出射偏光板の透過軸 ９　　駆動パネル ９ｉ　　駆動パネルにおける入射偏光板側の液晶分子９
ｏ　　駆動パネルにおける補償パネル側の液晶分子１０
　　補償パネル １０ｉ　補償パネルにおける駆動パネル側の液晶分子１
０ｏ　補償パネルにおける出射偏光板側の液晶分子１１
　　ｐ型の二色性色素（の分子） １２　　ｎ型の二色性色素（の分子） １３　　駆動パネル中における透過光の進行状態１４　
　補償パネル中における透過光の進行状態

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の偏光板（７）（８）の間におい
   て、ツイスト方向が逆のＴＮ型液晶パネルを２枚積層し
   て、光の入射側を駆動パネル（９）　とし、光の出射側
   を補償パネル（１０）とし、前記の二枚の液晶パネル（
   ９）（１０）間の液晶分子の最近接分子（９ｏ）　（１
   ０ｉ）の長軸方向が直交するように構成し、駆動パネル
   （９）　の液晶にはｐ型の二色性色素を添加し、補償パ
   ネル（１０）の液晶にはｎ型の二色性色素を添加してな
   ることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】　　前記の一対の偏光板（７）（８）の偏
   光方向が直交しており、しかも駆動パネル（９）　の入
   射偏光板（７）　に近接する液晶分子（９ｉ）の配向方
   向と入射偏光板（７）　の透過軸（７ａ）とが平行で、
   かつ補償パネル（１０）の出射偏光板（８）　に近接す
   る液晶分子（１０ｏ）　の配向方向と出射偏光板（８）
   　の透過軸（８ａ）とが平行となるように構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】　　一対の偏光板（７）（８）の間におい
   て、ツイスト方向が逆のＴＮ型液晶パネルを２枚積層し
   て、光の入射側を駆動パネル（９）　とし、光の出射側
   を補償パネル（１０）とし、前記の二枚の液晶パネル（
   ９）（１０）間の液晶分子の最近接分子（９ｏ）　（１
   ０ｉ）の長軸方向が直交するように構成し、駆動パネル
   （９）　の液晶には二色性色素を添加せず、補償パネル
   （１０）の液晶にｐ型の二色性色素を添加してなること
   を特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】　　前記の一対の偏光板（７）（８）の偏
   光方向が直交しており、しかも駆動パネル（９）　の入
   射偏光板（７）　に近接する液晶分子（９ｉ）の配向方
   向と入射偏光板（７）　の透過軸（７ａ）とが直交し、
   かつ補償パネル（１０）の出射偏光板（８）　に近接す
   る液晶分子（１０ｏ）　の配向方向と出射偏光板（８）
   　の透過軸（８ａ）とが直交するように構成されている
   ことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。