JPH0695103A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽く、薄く、白／黒性が良い上に、視角特性
にも優れたＳＴＮ型液晶表示装置を提供する。 【構成】 ＳＴＮ型液晶の色補償板として、膜厚方向の
平均屈折率がこれに垂直な方向の平均屈折率より大きな
液晶性高分子フィルムを用いる。こうしたフィルムは、
液晶性高分子を液晶状態でねじれ配向させ固定すること
によって得られるが、その際に高分子の構造や配向を工
夫し膜厚方向の屈折率を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）として最初に成
功をおさめたツイステッドネマチック（ＴＮ）モード
は、今日では時計、電卓をはじめ、計測器、電話機、家
電製品等に広く普及している。しかしながらＴＮ−ＬＣ
Ｄは、電気光学特性のしきい値特性が急峻でないため
に、表示容量が増大するとコントラストが低下する問題
があった。

【０００３】この対策として、液晶のツイスト角をＴＮ
モードよりも大きくしたスーパーツイステッドネマチッ
ク（ＳＴＮ）モードが提案され、大表示容量でも高いコ
ントラストが得られるようになった。ところがその一方
で、ＳＴＮ−ＬＣＤは液晶の複屈折効果を利用している
ために、黄／黒あるいは青／白といった表示の着色が避
けられなかった。

【０００４】この着色を補償する手段として様々な工夫
が提案されたが、実用化に至ったのは逆ねじれ液晶セル
あるいは一軸延伸フィルムを用いる手段である。ところ
が前者には二枚の液晶セルを用いることによる重量や厚
みの問題があり、後者には白／黒性や視角特性といった
特性面で逆ねじれ液晶セルに及ばないという問題があ
る。

【０００５】こうした問題を全て解決する方法として、
特開平２−１６７５２７号や特開平１−２８２５１９
号、特開平３−８７７２０号には、逆ねじれ液晶セルと
同じ光学特性を一枚のフィルムに置き換える工夫が提案
されている。これは液晶性高分子を液晶状態でねじれ配
向させ、固定したフィルムを用いる方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記液晶性高分子で補
償したＳＴＮ−ＬＣＤは、単純マトリクス方式としては
現在最高水準の表示特性が得られている。しかしながら
アクティブマトリクス方式と比較した場合には課題も多
い。中でも視角特性は一番の課題であろう。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するもの
で、その目的とするところは、膜厚方向の平均屈折率が
これに垂直な方向の平均屈折率より大きな液晶性高分子
フィルムを用いることによって、軽く、薄く、白／黒性
が良い上に、視角特性にも優れた液晶表示装置を提供す
るところにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、電極を備えた一対の基板間にねじれ配向したネマチ
ック液晶を挟持してなる液晶セルと、少なくとも一層の
ねじれ配向した液晶性高分子からなる光学的異方体と、
これらを挟むように配置された一対の偏光板とを備えた
液晶表示装置において、前記光学的異方体の膜厚方向の
平均屈折率がこれに垂直な方向の平均屈折率にほぼ等し
いかあるいはそれよりも大きいことを特徴とする。

【０００９】

【作用】光学的異方体の膜厚方向の屈折率は、ＬＣＤ正
面の特性には何ら影響せず、視角特性だけを変化させ
る。例えば、ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ，ＸＸＩＩ，７３９
（１９９１）では、ＳＴＮ−ＬＣＤの色補償フィルムの
膜厚方向の屈折率を最適化して広視角化を図った事例が
報告されている。光学的異方体として用いる一軸延伸フ
ィルムの延伸方向の屈折率をｎ_x、面内でこれに直角な
方向の屈折率をｎ_y、膜厚方向の屈折率をｎ_zとして、Ｎ
ｚファクターをＮｚ≡（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）で定
義すると、通常の一軸延伸フィルムはＮｚ≧１である
が、膜厚方向の屈折率を大きくしてＮｚ≒０．５とする
と視角が広がった。

【００１０】ねじれ配向した液晶性高分子フィルムにお
いても、フィルムを多数の層に分割することによって、
Ｎｚファクターを同様に定義することができる。即ち各
層の面内で最も大きな屈折率をｎ_x、面内でこれに直角
な方向の屈折率をｎ_y、膜厚方向の屈折率をｎ_zとして、
Ｎｚ≡（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）とする。従来の逆ね
じれ液晶セルの場合は、液晶に長軸回りの回転自由度が
あるために必ずＮｚ＝１となったが、液晶性高分子では
高分子の構造や配向の具合によってＮｚファクターは様
々な値を取り得る。Ｎｚファクターが１より小さな液晶
性高分子を用いると、従来の逆ねじれ液晶セルを用いた
場合よりも視角が広がる。Ｎｚファクターが０．７より
も小さくなると視角による色変化が小さくなり、０．５
よりも小さくなると非選択電圧印加時の視角による光漏
れが小さくなり、０．０のときに最も広い視角特性が得
られることが、実験の結果明らかになった。請求項にあ
る「光学的異方体の膜厚方向の平均屈折率がこれに垂直
な方向の平均屈折率にほぼ等しいかあるいはそれよりも
大きい」という表現は、Ｎｚファクターが０．５以下の
値を取ることに相当する。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例１における液晶表示装置
は、図１に示すように、上側偏光板１、ねじれ配向した
液晶性高分子からなる光学的異方体２、液晶セル３、下
側偏光板４、液晶セルの上基板５、下基板６、透明電極
７、ネマチック液晶８で構成される。ネマチック液晶８
には、メルク社製の液晶ＺＬＩ−４６２０に同じくメル
ク社製のカイラルドーパントＳ−８１１を０．８ｗｔ％
添加して用いた。ＺＬＩ−４６２０の複屈折△ｎは０．
１３２７であり、セルギャップｄを６．５μｍとしたの
で、△ｎ×ｄは０．８６μｍになる。また液晶のツイス
ト角は上下基板のラビング方向によって左２４０度に設
定した。

【００１２】なお光学的異方体２は次のようにして作成
した。まず複屈折位相差を有さない透明プラスチック基
板上に、ポリイミドを塗布して加熱焼成し、レーヨン植
毛布によって回転ラビング処理を行う。この基板上に以
下に示したようなメタクリル骨格を有する側鎖型液晶性
高分子

【００１３】

【化１】

【００１４】と、ＢＤＨ社製カイラル・ドーパントＣＢ
−１５との９８：２混合物のトルエン溶液（固形分濃度
１９％）を滴下し、スピンコート法により６μｍ厚の薄
膜を得る。その後ガラス転移点以上に加熱し、２０ｋＧ
の磁場中で４時間保持した後、急冷することによって、
右２４０度ツイスト、Δｎ×ｄ＝０．８５μｍの光学的
異方体を得た。Ｎｚファクターは０．５であった。側鎖
型液晶性高分子は構造上、主鎖型液晶性高分子よりもＮ
ｚファクターが小さくなる性質があるが、磁場によって
それをさらに小さくすることが可能である。

【００１５】以上のようにして作成した本発明の実施例
１における液晶表示装置は、１／２４０デューテイのマ
ルチプレックス駆動で、透過率７５％、コントラスト比
１：３６という優れた特性を示し、表示色もオフ時が黒
色、オン時がクリーム色がかった白色という自然な表示
であった。なおここでいう透過率とは、偏光板の透過率
を１００％として規格化した値である。

【００１６】図２は実施例１における液晶表示装置の視
角特性を示す図である。ここで図の中心が基板法線方
向、それをとりまく６つの同心円は内から順に、基板法
線からの傾き角１０度、２０度、３０度、４０度、５０
度、６０度の方向を示している。また１１、１２、１
３、１４は、それぞれコントラスト比１：１、１：３、
１：１０、１：３０の等コントラスト曲線である。この
視角特性は、左右方向に非常に広い点に特徴がある。ま
たこの図からは読み取れないが、視角による色変化もほ
とんど解消されている。

【００１７】（実施例２）本発明の実施例２における液
晶表示装置の構造は実施例１と同様であるが、光学的異
方体を作成する際の磁場を大きくして、そのＮｚファク
ターを０．０にした点に特徴がある。

【００１８】図３は実施例２における液晶表示装置の視
角特性を示す図である。実施例１に比べて、コントラス
ト比が１：１を切る、いわゆる反転表示となる領域が狭
く、しかも全方向に視角が広がっている。これは非選択
電圧印加時の黒表示状態が視角によって変化しなくなっ
たためである。

【００１９】（比較例）比較例における液晶表示装置の
構造も実施例１と同様であるが、光学的異方体２を次の
ようにして作成した点が異なる。

【００２０】まず透明ガラス基板上に、実施例１同様配
向処理を行った後、以下に示したようなポリエステル系
の主鎖型液晶性高分子

【００２１】

【化２】

【００２２】を滴下し、スピンコート法により６．５μ
ｍ厚の薄膜を得た。その後２６０℃に加熱し１時間保持
した後、急冷することによって、右２４０度ツイスト、
Δｎ×ｄ＝０．８５μｍの光学的異方体を得た。Ｎｚフ
ァクターは０．８であった。

【００２３】図４は比較例における液晶表示装置の視角
特性を示す図である。この視角特性は、補償板に逆ねじ
れ液晶セルを用いる従来の液晶表示装置と比べて、さほ
ど大きくは改善されていない。全方向とも視角の広さは
十分でなく、しかも斜め方向から見るとシアン〜黄緑〜
ピンクといった激しい色変化を生じ、大変見苦しい。こ
の色付きは心理的にも視角が狭いと感じさせる大きな要
因となる。この構成は本発明の請求の範囲外であり、そ
の視角特性は満足できるものではない。

【００２４】以上の実施例においては、光学的異方体の
Ｎｚファクターを調整するために磁場を併用したが、液
晶性高分子の分子構造を工夫するだけでも充分に効果が
ある。またねじれ配向した液晶性高分子からなる光学的
異方体を複数層用いたり、あるいは通常の一軸延伸フィ
ルムと組み合わせても大きな効果が得られる。また、ね
じれ配向した液晶性高分子はプラスチック基板上に形成
したが、これを液晶セル基板上に直接設けても同様の効
果が得られることは云うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、膜厚
方向の平均屈折率がこれに垂直な方向の平均屈折率より
大きな液晶性高分子フィルムを用いることによって、軽
く、薄く、白／黒性が良い上に、視角特性にも優れた液
晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１〜２、および比較例におけ
る液晶表示装置の断面図である。

【図２】 本発明の実施例１における液晶表示装置の視
角特性を示す図である。

【図３】 本発明の実施例２における液晶表示装置の視
角特性を示す図である。

【図４】 本発明の比較例における液晶表示装置の視角
特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 上側偏光板 ２ ねじれ配向した液晶性高分子からなる光学的異方体 ３ 液晶セル ４ 下側偏光板 ５ 液晶セル３の上基板 ６ 液晶セル３の下基板 ７ 透明電極 ８ ネマチック液晶 １１ コントラスト比１：１の等コントラスト曲線 １２ コントラスト比１：３の等コントラスト曲線 １３ コントラスト比１：１０の等コントラスト曲線 １４ コントラスト比１：３０の等コントラスト曲線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極を備えた一対の基板間にねじれ配向
   したネマチック液晶を挟持してなる液晶セルと、少なく
   とも一層のねじれ配向した液晶性高分子からなる光学的
   異方体と、これらを挟むように配置された一対の偏光板
   とを備えた液晶表示装置において、前記光学的異方体の
   膜厚方向の平均屈折率がこれに垂直な方向の平均屈折率
   にほぼ等しいかあるいはそれよりも大きいことを特徴と
   する液晶表示装置。