JPH06194645A

JPH06194645A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH06194645A
Application number: JP4331541A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takatori; 憲一高取
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の領域に分割し広視野な表示を得る液晶
表示素子の視角を傾けた時の白っぽい表示を防ぐ。【構成】異なった配向方向を持つ領域を有する液晶素
子２に対し、少なくとも一枚の補償板あるいは組み合わ
せ補償板１を加える。この補償板１は、補償板面と平行
な方向の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、補償
板面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べて小さ
いため、負の屈折率異方性を有し、液晶素子２部が電圧
印加時に有する性の屈折率異方性を補償することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の複数の領域に分割し、隣合う領域
同士で異なる配向方向に配向規制力を与えることにより
広視野角を実現する液晶表示素子として、例えば、特開
６３−１０６６２４号公報に示されているものがある。
ここではこれを例にとって説明する。図６にこの液晶表
示素子の平面図を示す。図７にこの液晶表示素子の断面
図（図６のＣ−Ｃ’線断面図）を示す。更に、ラビング
方向の模式図を図８に示す。一方のガラス基板２３上に
は画素単位の表示用透明電極２５、配向膜１０と、この
透明電極２５を駆動する薄膜トランジスタ１３とが形成
されている。他方のガラス基板２２上には表示用透明電
極２４、配向膜１０が形成されている。配向膜１０は、
ポリイミドで形成されている。対向する透明電極２４、
２５間に形成される画素Ｂは、例えば縦横２００μｍの
正方形であり、マトリックス上に複数配列されている。
この画素Ｂを形成する表示用の透明電極の中央部に、ポ
リイミドからなる帯状スペーサ２１が設けられている。
この結果、各画素Ｂは、帯状スペーサ２１によって、領
域ＩとＩＩに分割される。この分割された領域ＩとＩＩ
は、模式的には図８に示すように形成される。即ち、一
方のガラス基板２３と対向する他方のガラス基板２２に
それぞれ上記した領域分割を行う。このガラス基板２
３、２２の液晶面の配向膜はそれぞれ図８に示す矢印方
向にラビング処理する。

【０００３】この従来例以前の液晶表示素子、例えば、
液晶の配向が上下基板間で９０°螺旋形に捻れたＴＮ
（ツイステッドネマティック）型液晶表示素子において
は、表示素子の基板鉛直方向から視角方向、即ち、観察
方向が傾くと表示の視角依存性が現れていた。そして、
特に階調表示時に視角方向を傾けると、各階調の透過率
の大小が反転する階調反転と呼ばれる現象が起きてい
た。この従来例では、分割された各々の領域での液晶配
向は螺旋型の捻れの向きは同じであるが基板表面に対す
る角度が異なっている。基板表面に対する角度の違いに
より、電圧印加時には液晶分子の立ち上がる方向が異な
るため、光が基板に対する鉛直方向から傾いた斜め方向
より入射する場合に各々の領域が光学特性を補償し合
う。その結果、電圧印加時における視角依存性は上下基
板間の配向の異なる領域同士で相殺され、視角依存性の
少ない光学特性が得られる。特に、階調表示時に視角を
変化しても階調反転の現象が見られなくなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構造の液晶表示素子において視角方向を変化した時、階
調反転現象は視角±４０度程度まで見られないが、その
視角範囲内においても表示全体の透過率が変化し表示が
白く浮いたような現象が発生する欠点がある。この白浮
きの現象は次のような原因で発生する。従来の構造の液
晶表示素子においては、配向方向の異なった配向を共存
させることにより、互いの特性を補償しあう。その結
果、上下の視角方向で特性が平均化されるが、通常のＴ
Ｎ型液晶表示素子における黒表示の透過率の視角依存性
が大きすぎるため、平均化しても黒表示の透過率の変化
が大きくなる。つまり、白浮き現象を抑えるには、黒表
示の透過率の変化、特に、透過率の上昇を抑えなければ
ならない。この透過率の上昇の原因は、電圧印加により
立ちあがった液晶配向が有する正の光学的異方性の発生
にある。

【０００５】本発明の目的は、視角変化による階調の反
転、及び、白浮きの現象が無い、広域な視角特性を持つ
液晶表示素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の支持基
板間に液晶物質を挟持してあり、且つ、光学的な特性を
補償する一枚以上の補償板を有する液晶表示素子におい
て、前記支持基板間に液晶の配向方向が異なる領域を複
数持ち、且つ、少なくとも一枚の補償板の屈折率に関し
て、補償板面と平行な方向の面内の屈折率の異方性がほ
ぼなく、且つ、補償板面と垂直な方向の屈折率が面内の
屈折率に比べて小さい補償板を少なくとも一枚有する
か、あるいはまた、補償板の組み合わせにより、組み合
せ補償板面と垂直な方向の面内の屈折率がほぼなく、且
つ、組み合せ補償板面と垂直な方向の屈折率が面内の屈
折率に比べ小さくなるように構成された少なくとも一組
の組み合せ補償板を有することを特徴とする。

【０００７】

【作用】図１に本発明の液晶表示素子の断面図を示す。
本発明の液晶表示素子においては、２枚の支持基板４間
に液晶物質５を狭持させ、支持基板間に液晶の配向方向
が異なる領域を複数設ける。この液晶素子２部における
液晶の配向方向により、互いの領域の特性を平均化しあ
う。更に、このような構造は電圧印加時に正の屈折率異
方性を持つ。本発明による補償板あるいは組み合せ補償
板１は、補償板面８と平行な方向の面内の屈折率の異方
性がほぼなく、且つ、補償板面と垂直な方向の屈折率が
面内の屈折率に比べて小さいため、補償板面に垂直な方
向に負の屈折率異方性を持つ。電圧印加時の補償板１・
液晶素子２の屈折率楕円体の模式図を図２に示す。液晶
素子２の屈折率楕円体６において、互いの領域の楕円体
が補償しあうことがわかる。更に、基板面に垂直な方向
に発生した正の光学的異方性を補償するように、補償板
あるいは組み合せ補償板１は負の屈折率異方性を有す
る。その結果、視角をどの斜め方向に傾けても、良好な
視覚特性が得られる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図３から図５を参照して説
明する。図３は本発明の第１の実施例を示す断面図であ
る。この実施例においては、能動素子としてアモルファ
スシリコンによる薄膜トランジスタを用い、一単位画素
の大きさを１００μｍ角とした。走査電極線、信号電極
線は、スパッタ法で形成されたクロミウム（Ｃｒ）を用
い、太さは１０μｍとした。ゲート絶縁膜１１には窒化
シリコン（ＳｉＮｘ）を用いた。画素電極１２は透明電
極であるＩＴＯ（酸化インジウム錫）を用い、スパッタ
法により形成した。このように薄膜トランジスタをアレ
イ状に形成したガラス基板を第一の支持基板とした。ま
た、対向側の第二の支持基板上には、カラーフィルタを
染色法によりアレイ状に形成しその上面にシリカを用い
た保護層を設け、更にＩＴＯを用いた透明電極を形成し
た。

【０００９】この第一の支持基板上にポリイミドによる
配向膜１０を塗布した。その配向膜表面にポジ型レジス
トを塗布し、ストライプ上のマスクを用い、その隣合う
画素同士の中心線間をマスクする領域と露光する領域に
分けた。露光部のレジストを現像した後、ラビング処理
を施した。更に、もう一度レジストを塗布し、前回とマ
スク領域を反転し、露光し現像することによりラビング
未処理領域の配向膜表面のレジストを除去し、その表面
に前回のラビング処理方向と１８０°異なった方向にラ
ビング処理を施す。第二の支持基板も第一の支持基板と
同様に配向処理を施したが、ラビングの方向は９０°捻
れた方向とした。この両基板をシリカ粒子によるスペー
サを介して接着剤で接着し、図のようにネマティック液
晶を注入した。

【００１０】液晶材料としては、主屈折率、即ち、常光
に対する屈折率が１．４８６で屈折率異方性が０．０７
６のものを用い、液晶セルのギャップは６．２μｍとし
た。この時の液晶素子部の屈折率異方性と厚みの積（Δ
ｎ・ｄ）は、４７１ｎｍであった。

【００１１】補償板１は、材料としてポリカーバネイト
を使用し、２軸延伸によりフィルム面内での屈折率異方
性がほぼなく、フィルム面に垂直な方向の屈折率が面内
の屈折率よりも小さいものを作製した。この時、補償板
の屈折率異方性とセルギャップの積（Δｎ・ｄ）が約３
５０ｎｍとなるようにした。この条件は６０°視角から
観察した時の黒表示の透過率が最も低い、即ち、黒の白
浮きが最も少ないように設定したものである。この実施
例による液晶表示素子と補償版を使用しない従来の液晶
表示素子の透過率とコントラスト比の上下方向の視角依
存性を、それぞれ図４と図９に示す。正面での透過率が
１００％、５０％、０％の透過率と、１００％と０％の
コントラスト比と５０％と０％のコントラスト比を示し
た。従来の液晶表示素子では、透過率が左右対称の形で
あり、視角依存性が少ないが、０％の透過率が大きく上
昇している。一方、本発明の液晶表示素子では、０％の
透過率の上昇の割合が従来に比べてはるかに小さい。ま
た、コントラスト比は全体に高くなり、広い視角範囲に
わたって、コントラストが取れていることがわかる。

【００１２】更に、本発明の第２の実施例として、液晶
パネル部は第一の実施例と同様に作製し、補償板の屈折
率異方性とセルギャップの積（Δｎ・ｄ）が約２３５ｎ
ｍとなるようにしたものを作製した。本実施例において
は、黒表示の透過率の上昇は第一の実施例より大きくな
るが、階調間の透過率の差の比が保たれるような条件と
した。図５と図１０に、本実施例と従来の素子のコント
ラスト比と、階調間の透過率の差の視角による変化の様
子を示す。階調間の透過率の差の比としては、１００％
の透過率から５０％の透過率をひいたものを、５０％の
透過率から０％の透過率をひいたもので割った値を示し
た。従来の素子では、この階調間の比は視角３０°程度
までしか保たれていない。一方、本実施例の素子では、
視角を６０°まで傾けても、この階調間の透過率の比が
正面での値に保たれており、階調が正しく認識できるこ
とを示している。このように、補償板の条件の設定によ
り、広い視角範囲に渡って、階調が正しく認識できるよ
うにすることが可能である。

【００１３】更に、本発明の第３の実施例として、液晶
パネル部は第１の実施例と同様に作製し、組み合せ補償
板を用いた例を示す。組み合せ補償板は、光学的に二軸
を有する補償板を２枚組み合せることにより、全体とし
て、組み合せ補償板面内で屈折率異方性がほぼなく、組
み合せ補償板面に垂直な方向の屈折率が面内の屈折率よ
り小さくなるようにした。この時、補償板の屈折率異方
性とセルギャップの積（Δｎ・ｄ）は第１の実施例と同
様に約３５０ｎｍとなるようにした。この実施例による
組み合せ補償板は第一の実施例による補償板とほぼ同様
の特性を示した。更に、本発明の第４の実施例とし
て、液晶パネル部は第一の実施例と同様に作製し、組み
合せ補償板として、２枚の一軸性フィルムを配置し、各
一軸性フィルム等の光軸を９０°の角度を成す方向に配
置した組み合わせ補償板を使用した例を示す。この時、
補償板の屈折率異方性とセルギャップの積（Δｎ・ｄ）
は第１の実施例と同様に約３５０ｎｍとなるようにし
た。この実施例による組み合せ補償板は第１の実施例に
よる補償板とほぼ同様の特性を示した。組み合わせ補償
板としては、上記の第３及び第４の実施例の他に、３枚
以上の補償板で、一組の組み合わせ補償板を作製するこ
とも可能である。

【００１４】更に、他の実施例として液晶材を変え、実
施例１、及び、実施例２と同様な条件を持つようにした
時の補償板の屈折率異方性と厚みの積の値を以下の表１
に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】いずれの条件においても、それぞれの条件
で意図した良好な表示が得られた。

【００１７】上記全ての実施例において、補償板あるい
は組み合せ補償板の厚みと屈折率異方性の積をここで示
した値の約５倍から８倍程度にしても同様の効果が得ら
れる条件が存在したが、補償板の厚みが著しく増し、実
用上において若干の支障を来した。また、補償板あるい
は組み合せ補償板の厚みと屈折率異方性の積（Δｎ・
ｄ）が、液晶層の厚みとその屈折率異方性の積と同じか
２倍程度の範囲であると、１００％の透過率の著しい減
少が発生し、１００％の透過率と５０％の透過率の値が
逆転するなどの現象が発生し、良好な視角特性が得られ
なかった。そこで、補償板の厚みと屈折率異方性の積
（Δｎ・ｄ）は、上記の実施例で使用したように液晶層
の厚みと屈折率異方性の積より小さいことが望まれる。

【００１８】更に、本実施例においては、補償板を液晶
素子部の上部に配置したが、これは液晶素子部の下部で
も、あるいは、複数の補償板に分割し液晶素子部の上下
に配置しても同様の効果が得られた。但し、補償板ある
いは組み合せ補償板の厚みと屈折率異方性の積の値につ
いてはそれぞれの構成で最適値が存在するので若干の変
更が必要となった。

【００１９】また、上記実施例においては外部に配置す
る偏光板の吸収軸を直交させるノーマリホワイトの構成
としたが、偏光板の吸収軸を平行とするノーマリブラッ
クの構成においても同様の効果が得られた。

【００２０】

【発明の効果】本発明を適用するならば、電圧の印加の
強弱により液晶の配向方向を変化させたときは画素内で
光学的に補償しあい、また、電圧印加により生じた正の
屈折率異方性は、垂直方向に負の異方性を持つ補償板が
補償するため、白黒表示・階調表示共に視角依存性の無
い広域な視角特性を持つ液晶表示素子を得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の断面図である。

【図２】本発明の液晶表示素子の電圧印加時の構成要素
の屈折率楕円体の様子を示す模式図である。

【図３】本発明による液晶表示素子の実施例を示す断面
図である。

【図４】本発明による液晶表示素子の第一の実施例の階
調表示時の上下方向での透過率及びコントラスト比の視
角依存性の測定結果を示す図である。

【図５】本発明による液晶表示素子の第二の実施例の階
調表示時の上下方向での階調間の透過率の差の比、及
び、コントラスト比の視角依存性の測定結果を示す図で
ある。

【図６】従来の液晶表示素子の平面図である。

【図７】図６のＣーＣ’線に添って切断した断面図であ
る。

【図８】従来の液晶表示素子のラビング方向の模式図で
ある。

【図９】従来の液晶表示素子の階調表示時の上下方向で
の透過率及びコントラスト比の視角依存性の測定結果を
示す図である。

【図１０】従来の液晶表示素子の階調表示時の上下方向
での階調間の透過率の差の比、及び、コントラスト比の
視角依存性の測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１補償板あるいは、組み合せ補償板２異なった配向方向を持った領域を有する液晶素子３偏光板４支持基板５液晶物質６異なった配向方向を持つ領域を有する液晶素子の電
圧印加時の屈折率楕円体７補償板あるいは組み合わせ補償板の屈折率楕円体８補償板面９対向電極１０配向膜１１絶縁膜１２画素電極１３薄膜トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の支持基板間に液晶物質を挟持して
あり、且つ、光学的な特性を補償する一枚以上の補償板
を有する液晶表示素子において、前記支持基板間に液晶の配向方向が異なる領域を複数持
ち、且つ、少なくとも一枚の補償板の屈折率に関して、補償板面と
平行な方向の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、
補償板面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べて
小さい補償板を少なくとも一枚有するか、あるいはま
た、補償板の組み合わせにより、組み合せ補償板面と垂直な
方向の面内の屈折率がほぼなく、且つ、組み合せ補償板
面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べ小さくな
るように構成された少なくとも一組の組み合せ補償板を
有するような液晶表示素子。