JPH0980424A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】横電界方式において、斜め方向からみても色付
きのない広視野角なアクティブマトリクス型液晶表示装
置を得る。 【構成】少なくとも一方が透明な一対の基板と、該基板
上にマトリクス状の画素を形成する電極群と、該基板間
に挟持された液晶層と、該基板を挟むように配置した偏
光板とを有し、電界が該電極群により該基板に平行に印
加され、該基板と該偏光板の間に傾斜時の液晶層のリタ
ーデーションの増減を補償する複屈折媒体を備えたアク
ティブマトリクス型液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス型
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶に印加する電界の方向を基板に対し
て平行な方向にする方式（以下、横電界方式と称する）
として、１枚の基板上に設けた櫛歯電極を用いた方式
が、特公昭63−21907 号により提案されている。この場
合、電極は透明である必要はなく、導電性が高く不透明
な金属電極が用いられる。しかしながら、特公昭63−21
907 号において、斜め方向から直視しても色付きがなく
なるための具体的手段は記載されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】横電界方式ではネマチ
ック液晶を用いるが、液晶分子が基板に平行な面内に保
持された状態で表示するため視野角が格段に拡大する。
しかし、直視する方向によって表示される色が均一でな
いという問題があることが判明した。すなわち、ある斜
め方向では黄色く、またある方向からは青色に色付くと
いう欠点がある。横電界方式では基本的に一組の偏光板
をクロスニコルに配置し、電圧オフ状態で液晶層の光軸
が偏光板の偏光軸方向に一致するようにすることによっ
て黒状態を得る。そして、電圧オン状態では液晶層の光
軸は偏光板の偏光軸に対して４５°の角度をなすとき白
状態が形成される。この状態においては液晶層の光軸を
含み、パネルに垂直な面内でパネルを斜め方向から直視
することによって青色に着色する。一方、この方向に対
して９０°の方向では黄色に着色して見える。このよう
に横電界方式では視野角によって階調の反転現象やコン
トラストの低下が起こらないにもかかわらず、直視する
方向によって黄色や青色に色付くという問題がある。す
なわち、視野角における色の均一性に乏しい。

【０００４】本発明の目的は、斜め方向から直視しても
色付きのない広視野角のアクティブマトリクス型液晶表
示装置を実現することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶層の傾斜
時のリターデーションの増減を補償する位相差をもつ複
屈折媒体を基板と偏光板の間に配置した横電界方式の液
晶表示装置である。横電界方式においては液晶に印加す
る電界の方向を基板に対して平行な方向にするが、基板
に対しておよそ４５度以下のものを横電界と称する。こ
の際、例えば二つの複屈折媒体を用いる場合、正面では
互いの位相差を消去するよう光軸を交差させる。また、
それぞれの複屈折媒体は傾斜時のリターデーションの増
減が異なるようにする。そして、この異なるリターデー
ションの増減の差を利用して液晶層の傾斜時のリターデ
ーションの増減を補償する。この複屈折媒体による補償
は明状態の液晶配向に対しても中間調表示時の液晶配向
に対しても行うことが可能である。ここで明状態とは、
必ずしも最大透過率を意味するものではなく、主に正面
から見た透過率Ｔと最大透過率Ｔ₀ の比Ｔ／Ｔ₀ が０.
９〜１.０の間であるものをいう。また、中間調表示時
とは主にＴ／Ｔ₀ が０.５〜０.９の間であるものをい
う。

【０００６】

【作用】横電界方式においてノーマリークローズ方式を
採用すれば、電圧無印加状態で液晶の光軸方向は一方の
偏光板の偏光軸方向と一致している。電圧を印加すると
液晶の光軸は面内を回転し、偏光軸に対して液晶の光軸
が４５°をなしたとき最も明るい状態となる。このこと
を表した式が次式である。

【０００７】 Ｔ／Ｔ₀＝sin²（２α）・sin²（πｄ・Δｎ／λ） …（１） ここで、αは液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸のなす
角、ｄはセルギャップ、Δｎは液晶の屈折率異方性、λ
は光の波長を表す。すなわち、式（１）において第２番
目のsin 項を最適化するため最も視感度の高い５５０ｎ
ｍの光を想定すると、適切な液晶層のリターデーション
ｄ・Δｎは界面の強いアンカリングも考慮にいれて約
０.２７から０.３５μｍほどになる。しかし、このリタ
ーデーションをパネル正面にて設定しても斜め方向から
パネルを直視する場合、光路長の変化と液晶の複屈折効
果の変化により液晶層のリターデーションが視野角によ
って変化する。

【０００８】図１に屈折率楕円体のモデル図を示した。
図１（ａ）は全体図を、図１（ｂ）には視角方向の定義
を示した。複屈折は屈折率楕円体を視角方向に垂直な平
面で切った断面図である楕円の長軸と短軸の差に対応す
る。したがって、屈折率楕円体の先端側（ＭＤ方向）か
らみれば複屈折効果は真正面に比べ小さくなる。つま
り、斜めからパネルをみたとき光路長が長くなっても複
屈折率の減少によってリターデーションｄ・Δｎが小さ
くなったとき、青色に色付いてみえる。逆に、楕円体の
幅方向（ＴＤ方向）は同じ斜方向であっても液晶の複屈
折率が変わらない視角方向であり、光路長の増大が直接
リターデーションｄ・Δｎの増大につながる。このと
き、リターデーションｄ・Δｎの増大によって黄色に色
付く。したがって、液晶のリターデーションｄ・Δｎが
増大する方向ではその増加分を、リターデーションｄ・
Δｎが減少する方向ではその減少する分を補償すれば視
野角によって色が変化しないようにすることができる。

【０００９】図２にこの光学補償を達成するために必要
な液晶層と複屈折媒体に要求されるリターデーションの
視角特性の関係を示す。Ｒ_LCは液晶層のリターデーショ
ンを表す。Δはリターデーションの正面での値の差を表
し、Ｒ₁及びＲ₂は複屈折媒体１及び２を示し、添字ＭＤ
及びＴＤは図１（ｂ）にて定義した視角の方向を意味す
る。

【００１０】ここで、以下の式（２）及び式（３）を満
足するようなリターデーションの視角特性をもつ複屈折
媒体を、図３のように組合せれば視角によってリターデ
ーションが変化することによる色付きは解消できる。

【００１１】 (Ｒ_LC)_MD＋Δ(Ｒ1)_MD＋Δ(Ｒ2)_TD＝０.２５〜０.３３μｍ …（２） (Ｒ_LC)_TD＋Δ(Ｒ1)_TD＋Δ(Ｒ2)_TD＝０.２５〜０.３３μｍ …（３） ここで、少なくとも仰角±０°以上±４０°以下の範囲
で上式が成立すれば、良好な表示特性が得られる。偏光
板の偏光軸と明状態時の液晶の光軸の方向とのなす角β
は理論上４５°であるが、光学補償上は必ずしも４５°
である必要はなく、２０°≦β≦６０°の範囲、望まし
くは３０°≦β≦５０°であればよい。また、図３では
複屈折媒体１の遅相軸方向が明状態時の液晶の光軸方向
と同じ方向であるとして描いてあるが、±５°前後のず
れがあってもよい。ただし、複屈折媒体１と２の遅相軸
は交差させることが必要である。

【００１２】

【実施例】

〔実施例１〕横電界方式においては、共通電極１と画素
電極４の間で電界がかかる。電界９に対する、偏光板の
偏光透過軸１１のなす角φ_P 、界面近傍でのラビング方
向１０のなす角φ_LC、位相差板の進相軸のなす角φ_R の
定義を示す（図４）。偏光板及び液晶界面はそれぞれ上
下にあるので必要に応じてφ_P1，φ_P2，φ_LC1 ，φ_LC2
と表記する。また、位相差板も２枚あるときはφ_R1，φ
_R2と記す。

【００１３】図５（ａ)，(ｂ）は本発明の液晶パネル内
での液晶の動作を示す側断面を、図５（ｃ)，(ｄ）はそ
の正面図を表す。電圧無印加時のセル側断面を図５
（ａ）に、その時の正面図を図５（ｃ）に示す。基板７
の内側に共通電極１，信号電極３，画素電極４が形成さ
れ、その上に配向膜５が塗布及び配向処理されている。
配向制御膜間には液晶組成物が挟持されている。液晶組
成物の誘電異方性が正の場合、棒状の液晶分子６は、電
界無印加時には共通電極１の長手方向に対して若干の角
度、即ち４５度＜｜φ_LC｜≦９０度をもつように配向す
る。

【００１４】次に、電界を印加すると図５（ｂ)，(ｄ）
に示したように電界方向に液晶分子がその向きを変え
る。偏光板８を所定角度（図５では１１の方向）に配置
することで電界印加によって光透過率を変えることが可
能となる。

【００１５】図６に本発明の液晶表示装置を示す。一方
の基板の上に薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジ
スタの電極には走査電極駆動用回路１８，信号電極駆動
用回路１９及び共通電極駆動用回路２０が接続されてい
る。もう一方の基板にはブラックマトリクス２２が付い
たカラーフィルター２３を形成した。

【００１６】ブラックマトリクス（ＢＭ）付きカラーフ
ィルター基板の構造を図７に示す。基板上に絶縁性のＢ
Ｍ材料を塗布した後、パターニング露光，現像処理によ
り走査電極に平行に配置された絶縁性ブラックマトリク
ス２２を形成した。その後、感光性樹脂に顔料を分散し
Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれコーティング，パターニング露光，
現像によりカラーマトリクス２３を形成した。

【００１７】上下界面上のラビング方向は互いにほぼ平
行で、かつ印加電界方向とのなす角度を７５度とした。
基板間に誘電率異方性Δεが７.３ であり、屈折率異方
性Δｎが０.０７４(５８９ｎｍ，２０℃）のネマチック
液晶組成物を挟んだ。ギャップｄは液晶封入状態で４.
０μｍとした。よってΔｎ・ｄは０.２９６μｍであ
る。２枚の偏光板８でパネルを挾み、一方の偏光板の偏
光透過軸をφ_P1＝７５°に設定し、他方をそれに直交と
した。

【００１８】複屈折媒体(位相差板)１及び２を図３及び
図６のように配置した。位相差板１はφ_R1＝３０°，位
相差板２はφ_R2＝−６０°とした。したがって、β＝４
５°である。位相差板は厚さ０.１mm のポリカーボネー
トである。位相差板１の屈折率は、ｎ_MD(流れ方向)：
１.５８９０，ｎ_TD（幅方向）：１.５８２０，ｎ_ZD（厚
み方向）：１.５８１０ である。位相差板２の屈折率
は、ｎ_MD（流れ方向）：１.５８８３，ｎ_TD(幅方向)：
１.５８２２，ｎ_ZD（厚み方向)：１.５７９５である。
この位相差板１及び２のリターデーションの視角特性を
図８（ａ）に示した。その結果、これら位相差板を液晶
パネルと組み合わせることにより図８（ｂ）のようなリ
ターデーションの視角特性を得た。

【００１９】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右６０度以上階調反転が生
じない広視野角を達成し、傾斜時の色付きが改善され
た。図９に液晶層のＴＤ方向に傾斜時の透過スペクトル
を示した。３０度の傾斜時に従来の黄色の色付きが解消
できた。

【００２０】〔実施例２〕本実施例は以下を除いて実施
例１と同じ構成である。

【００２１】位相差板１はφ_R1＝４０°、位相差板２は
φ_R2＝−５０°となるよう配置した。したがって、β＝
５５°となった。その結果、これら位相差板を液晶パネ
ルと組み合わせることにより図８（ｃ）のようなリター
デーションの視角特性を得た。

【００２２】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右６０度以上階調反転が生
じない広視野角を達成し、傾斜時の色付きが実施例１と
ほぼ同等に改善された。

【００２３】〔実施例３〕本実施例は以下を除いて実施
例１と同じ構成である。

【００２４】位相差板１の厚さは約０.１mm、位相差板
２の厚さは約０.２mmとした。位相差板１の屈折率を、
ｎ_MD(流れ方向）：１.５８５０、ｎ_TD(幅方向）：１.５
８００，ｎ_ZD（厚み方向）：１.５８００とした。位相
差板２の屈折率を、ｎ_MD(流れ方向）：１.５８４５，ｎ
_TD（幅方向）：１.５８２０，ｎ_ZD（厚み方向）：1.581
0とした。この位相差板１及び２のリターデーションの
視角特性を図１０（ａ）に示した。その結果、これら位
相差板を液晶パネルと組み合わせることにより図１０
（ｂ）のようなリターデーションの視角特性を得た。

【００２５】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右６０度以上階調反転が生
じない広視野角を達成し、４０度の傾斜まで色付きが全
くなかった。

【００２６】〔実施例４〕本実施例は以下を除いて実施
例３と同じ構成である。

【００２７】位相差板１はφ_R1＝３３°，位相差板２は
φ_R2＝−５７°となるよう配置した。その結果、これら
位相差板を液晶パネルと組み合わせることにより図１０
(ｃ)のようなリターデーションの視角特性を得た。

【００２８】このようにして得られたアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は上下左右６０度以上階調反転が生
じない広視野角を達成し、傾斜時の色付きが実施例３と
ほぼ同等に改善された。

【００２９】〔比較例〕実施例１の液晶表示装置から位
相差板をはずした液晶表示装置の明状態のリターデーシ
ョンの視角特性は図１１であった。４０度に傾斜すると
リターデーションが３３０ｎｍを超えて大きくなる方向
と２５０ｎｍを下回って小さくなる方向があり、これは
斜め方向からみると黄色や青色に色付くことを意味して
いる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、横電界方式において斜
め方向からみても色付きのない広視野角のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複屈折効果を表す屈折率楕円体の模式図と視角
方向の定義。

【図２】本発明における位相差板と液晶層のリターデー
ションの視角依存性の関係を示す概念図。

【図３】本発明における位相差板の遅相軸とラビング方
向偏光板の偏光軸の配置の関係を示す図。

【図４】ラビング方向，偏光板，位相差板の軸方向の定
義を示す図。

【図５】横電界方式における液晶の動作を示す図。

【図６】本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装
置。

【図７】カラーフィルターの構造の典型例を示す図。

【図８】実施例１及び２の位相差板のリターデーション
の視角依存性を表す図と位相差板配置後のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置のリターデーションの視角依存
性を表す図。

【図９】本発明及び従来のアクティブマトリクス型液晶
表示装置の透過スペクトルの比較を表す図。

【図１０】実施例３及び４の位相差板のリターデーショ
ンの視角依存性を表す図と位相差板配置後のアクティブ
マトリクス型液晶表示装置のリターデーションの視角依
存性を表す図。

【図１１】比較例における従来のアクティブマトリクス
型液晶表示装置のリターデーションの視角依存性を表す
図。

【符号の説明】

１…共通電極（コモン電極）、２…ゲート絶縁膜、３…
信号電極（ドレイン電極）、４…画素電極（ソース電
極）、５…配向膜、６…液晶分子、７…基板、８…偏光
板、９…電界、１０…ラビング方向、１１…偏光板透過
軸、１８…走査電極駆動用回路、１９…信号電極駆動用
回路、２０…共通電極駆動用回路、２２…ブラックマト
リクス、２３…カラーフィルター、２４…保護膜兼平坦
化膜、２６…位相差板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 克己 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の基板と、 該基板上にマトリクス状の画素を形成する電極群と、 該基板間に挟持された液晶層と、 該基板を挟むように配置した偏光板とを有し、 電界が該電極群により該基板に平行に印加され、 該基板と該偏光板の間に傾斜時の液晶層のリタデーショ
   ンの増減を補償する複屈折媒体を備えたことを特徴とす
   るアクティブマトリクス型液晶表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記複屈折媒体はその
   光軸を互いに交差させた２つから構成されることを特徴
   とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項２において、２つの前記複屈折媒体
   の傾斜時のリターデーションの増減が互いに異なること
   を特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記偏光板のうちの１
   つの偏光板の偏光軸は前記液晶層の液晶分子のダイレク
   ター方向と一致し、 前記偏光板のうちのもう一方の偏光板を互いに偏光軸が
   交差するように配置し、前記複屈折媒体を該基板と該偏
   光板の間の少なくとも一方に２つ配置したことを特徴と
   するアクティブマトリクス型液晶表示装置。
5. 【請求項５】請求項１において、正面から見た透過率Ｔ
   と最大透過率Ｔ₀ の比Ｔ／Ｔ₀ が０.５ 以上で傾斜時の
   液晶層のリターデーションの増減を補償する位相差をも
   つ複屈折媒体を備えたことを特徴とするアクティブマト
   リクス型液晶表示装置。
6. 【請求項６】請求項４において、前記複屈折媒体のうち
   の１つは遅相軸が最大駆動電圧印加時の前記液晶層の光
   軸方向と合致し、 前記複屈折媒体のうちもう一方は１つの複屈折媒体と遅
   相軸が交差するように配置し、 これら２つの複屈折媒体のリターデーションＲ1，Ｒ2と
   液晶層のリターデーションＲ_LCとの関係が次式で表され
   ることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装
   置。 (Ｒ_LC)_MD＋Δ(Ｒ1)_MD＋Δ(Ｒ2)_TD＝０.２５〜０.３３μｍ (Ｒ_LC)_TD＋Δ(Ｒ1)_TD＋Δ(Ｒ2)_TD＝０.２５〜０.３３μｍ
7. 【請求項７】請求項６において、少なくとも仰角±０°
   以上±４０°以下の範囲で前記式で表されることを特徴
   とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
8. 【請求項８】請求項７において、正面から見た透過率Ｔ
   と最大透過率Ｔ₀ の比Ｔ／Ｔ₀ が０.５ 以上であること
   を特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
9. 【請求項９】請求項２において、前記２つの複屈折媒体
   の正面のリターデーションは同一で厚みが異なることを
   特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。