JPH06186527A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カラー液晶表示装置の構成部材の設定条件を
最適化し、温度変化に対する色度変化が小さく、安定か
つ均一なカラー表示を得る。 【構成】 基板２，３間に介在される液晶層４の厚みｄ
と屈折率異方性Δｎとの積ｄ・Δｎは０．８５μｍであ
る。基板２表面２ａ上のカラーフィルタ９表面９ａと基
板３表面３ａとには、透明電極５，６と配向膜７，８と
がこの順に積層される。基板２，３表面２ｂ，３ｂに
は、レターデーション値Ｒが３９０ｎｍである位相差板
１０，１１と偏光板１２，１３とがこの順に積層され
る。液晶層４の基板２側配向軸と偏光板１２の吸収軸と
の角は４５°であり、液晶層４の基板２側配向軸と位相
差板１０の光軸との角は７５°である。液晶層４の基板
３側配向軸と偏光板１３の吸収軸との角は４５°であ
り、液晶層４の基板３側配向軸と位相差板１１の光軸と
の角は１０５°である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示装置に
関し、特に位相差板を設けて色補償を行うスーパーツイ
ステッドネマティック型のカラー液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】スーパーツイステッドネマティック（Ｓ
ＴＮ）型の液晶表示装置は、液晶分子の基板間における
ツイスト角を１８０°〜２７０°としたものであり、電
圧印加時における急峻な透過率曲線の傾きを利用してマ
ルチプレクス駆動による大型画面表示に用いられてい
る。しかしながら、このようなＳＴＮ型液晶表示装置で
は、高ツイスト角に基づく複屈折効果によって色付現象
が生じる。すなわち、ＳＴＮ型液晶表示装置では、ＴＮ
（ツイステッドネマティック）型に比べて、液晶分子の
螺旋ピッチが１／２〜１／３となるために、入射した直
線偏光が液晶分子のツイスト角に追随できなくなり、さ
らにその程度が波長で異なるために、出射側で楕円偏光
状態となり色付現象を生じる。このような色付現象が生
じると、カラー表示を行った際に良好なカラー表示がで
きないという問題が生じる。したがって、色付現象をな
くすために、前記ＳＴＮ型液晶表示装置に色補償を行う
位相差板が設けられる。該位相差板は、液晶層通過時に
生じた楕円偏光を位相差板の補償作用によって液晶層へ
の入射時とほぼ同じ直線偏光に復元させて、着色をなく
すものである。

【０００３】位相差板を設けたＳＴＮ型液晶表示装置に
おいて、ネガ表示型のカラー表示を実施する際には、Ｓ
ＴＮ型液晶表示装置の液晶層の厚みｄと液晶分子の屈折
率異方性Δｎとの積ｄ・Δｎは、たとえば経験的に０．
９２μｍに選ばれる。さらに、前記位相差板のレターデ
ーション値Ｒは、たとえば４００ｎｍ〜４４０ｎｍに選
ばれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したようなカラー
表示を行うＳＴＮ型液晶表示装置では、液晶分子の配向
状態が温度変化に対して不安定であるため、光源として
設けられるバックライトや外気などからの熱の影響を受
けて表示色にムラが生じ、表示の均一性が低下するとい
う問題が生じる。

【０００５】本発明の目的は、液晶表示装置の設定条件
を最適化して、温度変化に対する色度変化が小さく、安
定かつ均一な表示色が得られるカラー液晶表示装置を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１偏光板、
第１位相差板、液晶素子、第２位相差板、第２偏光板を
この順に積層し、前記液晶素子はカラーフィルタを有
し、一対の透光性基板間で液晶分子が２１０°〜２６０
°ねじれるスーパーツイステッドネマティック液晶層を
介在し、該液晶層の厚みｄと屈折率異方性Δｎとの積ｄ
・Δｎが０．８２μｍ〜０．８６μｍであり、前記第１
位相差板および第２位相差板のレターデーション値Ｒが
３６０ｎｍ〜４００ｎｍであり、前記液晶層の第１偏光
板側液晶分子の配向軸と、前記第１偏光板の吸収軸との
成す角が４０°〜５０°であり、前記液晶層の第１偏光
板側液晶分子の配向軸と、前記第１位相差板の光軸との
成す角が７０°〜８０°であり、前記液晶層の第２偏光
板側液晶分子の配向軸と、前記第２偏光板の吸収軸との
成す角が４０°〜５０°であり、前記液晶層の第２偏光
板側液晶分子の配向軸と、前記第２位相差板の光軸との
成す角が１００°〜１１０°であることを特徴とするカ
ラー液晶表示装置である。

【０００７】

【作用】本発明に従えば、カラーフィルタを有する液晶
素子の透光性基板間には、スーパーツイステッドネマテ
ィック液晶層が介在され、該液晶層の液晶分子のねじれ
角は２１０°〜２６０°とされる。また、液晶層の厚み
ｄと屈折率異方性Δｎとの積ｄ・Δｎは０．８２μｍ〜
０．８６μｍとされ、前記基板の液晶層とは反対側に配
置される第１位相差板および第２位相差板のレターデー
ション値Ｒは３６０ｎｍ〜４００ｎｍとされる。

【０００８】さらに、液晶層の第１偏光板側液晶分子の
配向軸と、第１偏光板の吸収軸との成す角は４０°〜５
０°とされ、液晶層の第１偏光板側液晶分子の配向軸
と、第１位相差板の光軸との成す角は７０°〜８０°と
される。また、液晶層の第２偏光板側液晶分子の配向軸
と、第２偏光板の吸収軸との成す角は４０°〜５０°と
され、液晶層の第２偏光板側液晶分子の配向軸と、第２
位相差板の光軸との成す角は１００°〜１１０°とされ
る。

【０００９】したがって、温度変化に対する色度変化を
小さくして、安定かつ均一な表示色を得ることが可能と
なる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の第一の実施例であるネガ表
示型のスーパーツイステッドネマティック型液晶表示装
置１の構成を示す断面図である。液晶表示装置１は、透
光性基板２，３、液晶層４、透明電極５，６、配向膜
７，８、カラーフィルタ９、位相差板１０，１１、およ
び偏光板１２，１３を含んで構成される。

【００１１】透光性基板２，３は、たとえば厚みが０．
７〜１．１ｍｍのソーダガラスで実現され、基板２，３
間には、液晶層４が介在される。前記液晶層４は、たと
えば約２０種類の物質を混合したもので実現され、フェ
ニルシクロヘキサン系液晶が８２％、シクロヘキサン系
液晶が８％、フェニルピリミジン系液晶が１０％とされ
る。前記液晶層４の液晶分子４ａの屈折率異方性Δｎは
０．１４１とされ、液晶層４の厚さｄは６．０μｍとさ
れる。したがって、液晶層４の厚さｄと屈折率異方性Δ
ｎとの積ｄ・Δｎは、０．８５μｍとされる。また、液
晶層４の液晶分子４ａのねじれ角φは２４０°とされ
る。

【００１２】透光性基板２の液晶層４側表面２ａには、
カラーフィルタ９が形成される。カラーフィルタ９は、
たとえば、電着法、顔料分散法、印刷法で形成され、厚
みは１．０μｍ〜２．０μｍとされる。カラーフィルタ
９の表面９ａおよび透光性基板３の液晶層４側表面３ａ
には、透明電極５，６と配向膜７，８とがこの順にそれ
ぞれ積層される。透明電極５，６は、たとえばＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）で実現され、単純マトリクス駆動
を実施するための電極パターンが形成される。配向膜
７，８は、たとえばポリイミド樹脂で実現され、厚みは
５００Åとされる。配向膜７，８には、前記液晶層４の
液晶分子４ａを配向させるためにラビング処理などの配
向処理が施される。

【００１３】透光性基板２，３の液晶層４とは反対側表
面２ｂ，３ｂには、位相差板１０，１１と偏光板１２，
１３とがこの順にそれぞれ配置される。位相差板１０，
１１は、たとえばポリカーボネートの一軸性高分子フィ
ルムで実現され、厚みは５０μｍ、レターデーション値
Ｒは後述する分光法による測定結果から３９０ｎｍとさ
れる。偏光板１２，１３は、たとえば単体透過率が４２
％、偏光度が９９．９９％とされ、厚みは１８０μｍと
される。

【００１４】本実施例では、前記液晶層４の厚さｄと屈
折率異方性Δｎとの積ｄ・Δｎは０．８５μｍとし、前
記位相差板１０，１１のレターデーション値Ｒは３９０
ｎｍとしたが、これらの設定値はコントラストの極端な
低下が生じない範囲で適宜決定される。すなわち、前者
は０．８２μｍ〜０．８６μｍの範囲で、後者は３６０
ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で決定される。

【００１５】図２は、液晶表示装置１の各構成部材の位
置関係を説明するための図である。実線Ｌ１は、液晶層
４の基板２側液晶分子４ａの配向軸を示し、点線Ｌ２は
液晶層４の基板３側液晶分子４ａの配向軸を示す。実線
Ｌ３は偏光板１２の吸収軸を示し、点線Ｌ４は偏光板１
３の吸収軸を示す。実線Ｌ５は位相差板１０の光軸（延
伸方向）を示し、点線Ｌ６は位相差板１１の光軸（延伸
方向）を示す。

【００１６】また、角度αは、液晶層４の基板２側液晶
分子４ａの配向軸と、偏光板１２の吸収軸とが成す角を
示し、角度βは、液晶層４の基板２側液晶分子４ａの配
向軸と、位相差板１０の光軸（延伸方向）とが成す角を
示す。角度γは、液晶層４の基板３側液晶分子４ａの配
向軸と、偏光板１３の吸収軸とが成す角を示し、角度θ
は、液晶層４の基板３側液晶分子４ａの配向軸と、位相
差板１１の光軸（延伸方向）とが成す角を示す。角度φ
は、液晶層４の基板２側液晶分子４ａの配向軸と、液晶
層４の基板３側液晶分子４ａの配向軸との成す角、すな
わち液晶層４の液晶分子４ａのねじれ角を示す。

【００１７】前記液晶表示装置１におけるそれぞれの角
度は、以下の表１に示されるように設定される。表１に
は、本実施例の液晶表示装置１の比較例として作成した
液晶表示装置の設定値も記載した。

【００１８】

【表１】

【００１９】続いて、作成した液晶表示装置１と比較例
である液晶表示装置とにおける色度の温度依存性を評価
した結果を説明する。評価温度は、０℃〜５０℃とし
た。

【００２０】図３は、電圧無印加時のＣＩＥ色度図であ
る。実線２１は、液晶表示装置１の結果であり、点線２
２は比較例の結果である。点２１ａ，２２ａは、０℃の
ときの色度を示し、以下線に沿って温度が上昇し、点２
１ｂ，２２ｂは５０℃のときの色度を示す。また、点Ｗ
はホワイトポイント（ｘ＝０．３１７、ｙ＝０．３２
９）を表す。以下に示すＣＩＥ色度図についても同じよ
うに０℃〜５０℃の色度を示した。図３から本実施例の
液晶表示装置１と比較例である液晶表示装置とを比べる
と、本実施例の液晶表示装置１の方が温度変化に対する
色度変化が小さいことがわかる。

【００２１】次に、電圧を印加したときの結果を説明す
る。図４は、印加した電圧の波形図である。図４（１）
は選択波形を示し、図４（２）は非選択波形を示す。こ
のように、本実施例では、電圧平均化法に基づいて電圧
波形を設定し、１／４８０デューティ、１／１７バイア
スでの駆動を実施した。

【００２２】図５は、図４（２）に示される非選択波形
を印加したときのＣＩＥ色度図である。実線２３は、液
晶表示装置１の結果であり、点線２４は比較例の結果で
ある。本実施例の液晶表示装置１と、比較例である液晶
表示装置とを比較すると、本実施例の液晶表示装置１の
方が温度変化に対する色度変化が小さいことがわかる。

【００２３】図６は、図４（１）に示される選択波形を
印加したときのＣＩＥ色度図である。実線２５は、液晶
表示装置１の結果であり、点線２６は比較例の結果であ
る。本実施例の液晶表示装置１と、比較例である液晶表
示装置とを比較すると、本実施例の液晶表示装置１の方
が温度変化に対する色度変化が小さいことがわかる。

【００２４】図７は、本実施例の液晶表示装置１にバッ
クライトとして用いた冷陰極管の発光スペクトルを表す
グラフである。一般に、カラー表示を行う液晶表示装置
のバックライトとして、ＣＩＥ色度座標がｘ＝０．３
３、ｙ＝０．３５であるものを用いると良好な色調が得
られることが知られており、本実施例では図７に示され
る発光スペクトルを有する冷陰極管を使用した。

【００２５】続いて、分光法による位相差板のレターデ
ーション値Ｒの測定方法を簡単に説明する。まず、吸収
軸が互いに直交するクロスニコル状態に配置された一対
の偏光板間に、２枚の位相差板の光軸が互いに一致する
ように重ね合わせ、かつ位相差板の光軸が偏光板の吸収
軸と４５°の角度を成すように配置する。この配置状態
における分光透過率Ｔは、数式（１）によって表され
る。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、Ｉは出射光強度を表し、Ｉ０は入
射光強度を表す。また、δは位相差板の光軸と偏光板の
吸収軸との成す角を表し、Ｒ１は２枚の位相差板のレタ
ーデーション値を表し、λは光の波長を表す。δは、前
述したように４５°とされるので、前記分光透過率Ｔ
は、数式（２）のように表される。

【００２８】

【数２】

【００２９】また、分光透過率Ｔが最大値をとるときに
は、数式（３）のように表される。

【００３０】

【数３】

【００３１】したがって、２枚の位相差板のレターデー
ション値Ｒ１は、数式（４）で表される。

【００３２】

【数４】

【００３３】さらに、１枚の位相差板のレターデーショ
ン値をＲ２とすると、数式（５）の関係が成立する。

【００３４】 Ｒ１＝２Ｒ２ …（５） したがって、１枚の位相差板のレターデーション値Ｒ２
は、数式（６）で表される。

【００３５】

【数５】

【００３６】干渉色から求められるｎ値を２とすると、
レターデーション値Ｒ２は数式（７）で表される。

【００３７】

【数６】

【００３８】ここで、λは分光透過率Ｔが最大値をとる
ときの光の波長である。

【００３９】以上のように本実施例によれば、液晶表示
装置１の液晶層４の厚みｄと屈折率異方性Δｎとの積ｄ
・Δｎが０．８５μｍとされ、位相差板１０，１１のレ
ターデーション値Ｒが３９０ｎｍとされる。さらに、各
構成部材の位置関係（α，β，γ，θ）が最適化され
る。したがって、温度変化に対する色度変化を小さくす
ることができ、安定かつ均一なカラー表示を得ることが
可能となる。

【００４０】続いて、本発明の第２の実施例について説
明する。第２の実施例である液晶表示装置は、第１の実
施例の液晶表示装置１の液晶層４の組成を変えたもので
あり、これ以外は第１の実施例と同様にして作成した。
第２の実施例の液晶表示装置では、液晶層４として、ト
ラン系液晶２３％、フェニルシクロヘキサン系液晶６５
％、シクロヘキサン系液晶１２％の混合物を用いた。

【００４１】図８は、電圧無印加時のＣＩＥ色度図であ
る。実線２７は、第２の実施例の液晶表示装置の結果で
あり、点線２２は、図３に示したものと同じ比較例の結
果である。第２の実施例である液晶表示装置と比較例で
ある液晶表示装置とを比べると、第２の実施例の液晶表
示装置の方が温度変化に対する色度変化が小さいことが
わかる。

【００４２】図９は、図４（２）に示される選択波形を
印加したときのＣＩＥ色度図である。実線２８は、第２
の実施例の液晶表示装置の結果であり、点線２４は、図
５に示したものと同じ比較例の結果である。第２の実施
例である液晶表示装置と比較例である液晶表示装置とを
比べると、第２の実施例である液晶表示装置の方が温度
変化に対する色度変化が小さいことがわかる。

【００４３】図１０は、図４（１）に示される選択波形
を印加したときのＣＩＥ色度図である。実線２９は、第
２の実施例の液晶表示装置の結果であり、点線２６は、
図６に示したものと同じ比較例の結果である。第２の実
施例の液晶表示装置と比較例である液晶表示装置とを比
べると、第２の実施例の液晶表示装置の方が温度変化に
対する色度変化が小さいことがわかる。

【００４４】以上のように本実施例によれば、第１の実
施例と同様に温度変化に対する色度変化を小さくするこ
とができ、安定かつ均一なカラー表示を得ることが可能
となる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、カラー液
晶表示装置の液晶層の厚みｄと屈折率異方性Δｎとの積
ｄ・Δｎが０．８２μｍ〜０．８６μｍとされ、位相差
板のレターデーション値Ｒが３６０ｎｍ〜４００ｎｍと
される。また、各構成部材の位置関係が最適化される。
したがって、温度変化に対する色度変化を小さくするこ
とができ、安定かつ均一な表示色を得ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である液晶表示装置１の
構成を示す断面図である。

【図２】液晶表示装置１の各構成部材の位置関係を説明
するための図である。

【図３】液晶表示装置１および比較例として作成した液
晶表示装置の電圧無印加時のＣＩＥ色度図である。

【図４】液晶表示装置１および比較例として作成した液
晶表示装置に印加した電圧の波形図である。

【図５】非選択波形を印加したときのＣＩＥ色度図であ
る。

【図６】選択波形を印加したときのＣＩＥ色度図であ
る。

【図７】液晶表示装置１にバックライトとして用いた冷
陰極管の発光スペクトルを表すグラフである。

【図８】本発明の第２の実施例である液晶表示装置およ
び比較例として作成した液晶表示装置の電圧無印加時の
ＣＩＥ色度図である。

【図９】非選択波形を印加したときのＣＩＥ色度図であ
る。

【図１０】選択波形を印加したときのＣＩＥ色度図であ
る。

【符号の説明】

１ 液晶表示装置 ２，３ 透光性基板 ４ 液晶層 ４ａ 液晶分子 ５，６ 透明電極 ７，８ 配向膜 ９ カラーフィルタ １０，１１ 位相差板 １２，１３ 偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲益 靖浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 高梨 宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１偏光板、第１位相差板、液晶素子、
   第２位相差板、第２偏光板をこの順に積層し、 前記液晶素子はカラーフィルタを有し、一対の透光性基
   板間で液晶分子が２１０°〜２６０°ねじれるスーパー
   ツイステッドネマティック液晶層を介在し、該液晶層の
   厚みｄと屈折率異方性Δｎとの積ｄ・Δｎが０．８２μ
   ｍ〜０．８６μｍであり、 前記第１位相差板および第２位相差板のレターデーショ
   ン値Ｒが３６０ｎｍ〜４００ｎｍであり、 前記液晶層の第１偏光板側液晶分子の配向軸と、前記第
   １偏光板の吸収軸との成す角が４０°〜５０°であり、 前記液晶層の第１偏光板側液晶分子の配向軸と、前記第
   １位相差板の光軸との成す角が７０°〜８０°であり、 前記液晶層の第２偏光板側液晶分子の配向軸と、前記第
   ２偏光板の吸収軸との成す角が４０°〜５０°であり、 前記液晶層の第２偏光板側液晶分子の配向軸と、前記第
   ２位相差板の光軸との成す角が１００°〜１１０°であ
   ることを特徴とするカラー液晶表示装置。