JPH10268251A

JPH10268251A - 液晶表示装置の制御方法

Info

Publication number: JPH10268251A
Application number: JP9076311A
Authority: JP
Inventors: Moriyoshi Takahashi; 盛毅高橋
Original assignee: Advanced Display Inc
Current assignee: Advanced Display Inc
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】使用目的に応じて視野角依存性を変化させる
ことのできる液晶表示装置の制御方法を提供する。【解決手段】第１の基板と、第２の基板と、第１の液
晶層と、第１の電極と、第２の電極とを含んでなる表示
用液晶パネルを有しており、第１の電極および第２の電
極間に電圧を印加することにより、第１の液晶層中の液
晶分子の配列状態を制御する液晶表示装置の制御方法で
あって、前記表示用液晶パネル上部に、さらに、第３の
基板と、第４の基板と、第２の液晶層と、第３の電極
と、第４の電極とを含んでなる補償用液晶パネルが設け
られており、前記表示用液晶パネルおよび補償用液晶パ
ネルが、第１の偏光板および第２の偏光板間に挟持され
ており、前記補償用液晶パネル側に補償用電気信号を入
力し、表示用液晶パネルおよび補償用液晶パネルを透過
する光の視野角依存性を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の視
野角依存性を外部から制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来のツイステッドネマティッ
ク（以下、「ＴＮ」という）液晶方式の液晶表示装置の
一例を示す説明図である。なお、ＴＮ液晶方式の液晶表
示装置とは、一方の基板から他方の基板に向けて液晶分
子が螺旋状にねじれた状態に配設されているネマティッ
ク型液晶を用いて制御される液晶表示装置をいう。図９
において、１は第１の透明電極基板、２は、第１の透明
電極基板１に対向する第２の透明電極基板、３は液晶層
中の液晶分子、４は、第１の透明電極基板１の上面に配
設された第１の配向膜、５は、第２の透明電極基板２の
下面に配設された第２の配向膜、６は、第１の透明電極
基板１の下面に配設された第１の偏光板、７は、第２の
透明電極基板２の上面に配設された第２の偏光板を示
す。なお、図９には、一画素分の液晶表示装置のみが示
されている。さらに、液晶分子の長軸方向をより明確に
示すために、第１の透明電極基板１および第２の透明電
極基板２間に５個の液晶分子のみが示されており、液晶
分子の形状も概略的に円柱となっている。また、第１の
透明電極基板１および第１の配向膜４と、第１の透明電
極基板１および第１の偏光板６と、第２の透明電極基板
２および第２の配向膜５と、第２の透明電極基板２およ
び第２の偏光板７とはそれぞれ互いに離間された状態で
示されているが、実際はそれぞれ互いに密着している。

【０００３】前記第１の透明電極基板１および第２の透
明電極基板２は、ガラス基板などの透明基板と、該透明
基板表面に設けられた透明電極とからなる。第１の透明
電極基板１は上面に透明電極が設けられており、第２の
透明電極基板２は下面に透明電極が設けられている。

【０００４】従来の液晶表示装置は、互いに対向する第
１の透明電極基板１および第２の透明電極基板２と、第
１の透明電極基板１および第２の透明電極基板２間に挟
持された液晶層と、互いに対向する第１の透明電極基板
１および第２の透明電極基板２の内側に設けられた、液
晶分子の配向状態を制御するための、第１の配向膜４お
よび第２の配向膜５と、第１の透明電極基板１および第
２の透明電極基板２を挟持する第１の偏光板および第２
の偏光板とからなる。第１の偏光板の偏光軸方向（図
中、「Ｂ」で示される方向）は、第２の偏光板の偏光軸
方向（図中、「Ｄ」で示される方向）に対して垂直であ
る。一般的に、伝搬方向に対して垂直に振動する光の振
動方向が１つの方向に偏った状態を偏光状態といい、該
偏光状態は偏光板などによって実現できる。ある偏光板
によって実現できる偏光状態における振動方向を偏光板
の偏光軸方向という。

【０００５】まず、図９において左側に示されている状
態、すなわち第１の透明電極基板１および第２の透明電
極基板２間に電圧が印加されていない状態（電圧無印加
状態）について説明する。電圧無印加状態では、液晶分
子３の長軸方向は第１の透明電極基板１および第２の透
明電極基板２表面に対してほぼ平行である。さらに、第
１の透明電極基板１の下側から液晶分子を見たとき、第
１の透明電極基板１から第２の透明電極基板２にかけて
液晶分子の長軸方向が所定の角度づつ変化し、液晶分子
の配列が時計回りに９０°ねじれた状態となっている。
したがって、第１の透明電極基板１の最も近くに存在す
る液晶分子の長軸方向は、第２の透明電極基板２の最も
近くに存在する液晶分子の長軸方向に対して直交してい
る。さらに、液晶層中の液晶分子のねじれた状態を安定
させるために、液晶層中にはカイラル剤が添加されてい
る。なお、カイラル剤とは、ネマティック型液晶にねじ
れを誘起する物質である。

【０００６】つぎに、図９において右側に示されている
状態、すなわち第１の透明電極基板１および第２の透明
電極基板２間に、表示用電気信号を入力することにより
電圧が印加されている状態（電圧印加状態）について説
明する。電圧印加状態では、液晶分子３が立上がる（液
晶分子３の長軸方向が第１の透明電極基板１および第２
の透明電極基板２表面に対して平行でなくなる）。液晶
分子は液晶層の中心部に近くなるほど大きく立上がる
（図９に示される液晶表示装置において、液晶分子３は
奥側の端部が立上がる）。したがって、第１の透明電極
基板１および第２の透明電極基板２の最も近くに存在す
る液晶分子の長軸方向は、第１の透明電極基板１および
第２の透明電極基板２表面に対してほぼ平行であり、液
晶層の中心部の液晶分子の長軸方向は、第１の透明電極
基板１および第２の透明電極基板２表面に対してほぼ垂
直である。

【０００７】電圧無印加状態で、バックライト（図示せ
ず）などを用いて、第１の透明電極基板１の下側（図
中、「Ａ」を用いて示される方向）から、複数の偏光面
を有する光を入射したばあい、図中「Ｂ」で示される方
向に対して平行な偏光面を有する光のみが第１の偏光板
６および第１の透明電極基板１を透過する。透過した光
の偏光面は、液晶層中で液晶分子の配列状態にしたがっ
て９０°旋回する。したがって、第２の透明電極基板２
を透過した光は、偏光面が図中「Ｃ_１」で示される方向
に対して平行になり、第２の偏光板７を透過する。した
がって、電圧無印加状態では、液晶表示装置は白表示と
なる。なお、図中、実線を用いて示された矢印Ｅ_１は第
２の偏光板７を光が透過していることを示す。

【０００８】さらに、電圧印加状態で、第１の透明電極
基板１の下側から、複数の偏光面を有する光を入射した
ばあい、図中「Ｂ」で示される方向に対して平行な偏光
面を有する光のみが第１の偏光板６および第１の透明電
極基板１を透過する。透過した光は、液晶層に入射され
た状態の偏光面を維持したまま液晶層を透過する。した
がって、第２の透明電極基板２を透過した光は、偏光面
が図中「Ｃ_２」で示される方向に対して平行になり、第
２の偏光板７で遮断される。したがって、電圧印加状態
では、液晶表示装置は黒表示となる。なお、図中、破線
を用いて示された矢印Ｅ_２は第２の偏光板７で光が遮断
されていることを示す。

【０００９】したがって、図９に示される従来の液晶表
示装置は、電圧無印加時に白表示となり、電圧印加時に
黒表示となる。かかる液晶表示装置を、ノーマリーホワ
イト（ＮＷ）モードの液晶表示装置という。なお、第１
の偏光板６の偏光軸方向を第２の偏光板７の偏光軸方向
に対して平行にしたばあいは、液晶表示装置は、電圧印
加時に白表示となり、電圧無印加時に黒表示となる。か
かる液晶表示装置を、ノーマリーブラック（ＮＢ）モー
ドの液晶表示装置という。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、液晶分子
と、液晶表示装置に入射された光の進行方向とを示す説
明図である。図１０には、第１の透明電極基板１と、第
２の透明電極２と、液晶層中の４つの液晶分子３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄのみが示されている。また、矢印Ｈ
_１は、第１の透明電極基板１表面に対して入射光角度θ
_１を呈する方向から入射された光の進行方向を示し、矢
印Ｈ_２は、第１の透明電極基板１表面に対して入射光角
度θ_２を呈する方向から入射された光の進行方向を示
す。なお、図１０に示される液晶分子は、プレティルト
角のみを考慮して示されており、ねじれのない状態で示
されている。

【００１１】ＴＮ液晶方式の液晶表示装置においては、
第１の透明電極基板１表面に対する、第１の透明電極基
板１または第２の透明電極２付近に存在する液晶分子３
ａ、３ｄの長軸方向の角度、すなわちプレティルト角θ
_ＰＴは、第１の透明電極基板１表面および第２の透明電
極２表面の配向の性質によって決まる。該配向の性質
は、たとえば、第１の透明電極基板１および第２の透明
電極２と、液晶層との接触界面に設けられる配向膜の性
質により調整される。さらに、外部から第１の透明電極
基板１および第２の透明電極２間に電圧を印加すること
によって、液晶層中心部の液晶分子が立上がり、液晶分
子の配列状態が変化する。かかる配列状態の変化によっ
て液晶層を通過する光の透過率を制御できる。

【００１２】一般的に、液晶分子は長軸方向と短軸方向
とで光学的特性が異なる。ここで、長軸方向（「Ｇ_１」
で示される紙面に対して垂直な方向）に沿って液晶分子
を透過する光に対する液晶分子の屈折率（以下、「長軸
方向の屈折率」という）をｎ‖、短軸方向（「Ｇ_２」で
示される紙面に対して垂直な方向）に沿って液晶分子を
透過する光に対する液晶分子の屈折率（以下、「短軸方
向の屈折率」という）をｎ⊥とする。液晶分子は、長軸
方向の屈折率ｎ‖と短軸方向の屈折率ｎ⊥とが異なる。
長軸方向の屈折率ｎ‖と短軸方向の屈折率ｎ⊥との差を
Δｎとし、式（１）に示す。

【００１３】Δｎ＝ｎ‖−ｎ⊥ （１）その結果、図１０にＧ_３〜Ｇ_６を用いて示される屈折率
ｎ_ｉｏ、ｎ_ｉｅ（ｉ＝１、２）は、それぞれ液晶パネル
を透過する光の伝播方向と、該伝播方向に対して垂直な
方向の屈折率を示し、第１の透明電極基板および第２の
透明電極基板に対する液晶分子の長軸方向が変化するこ
とにより値が変わる。これを屈折率の異方性という。す
なわち、液晶表示装置に入射された光の第１の透明電極
基板１表面に対する入射光角度θ_ｉ（ｉ＝１、２）によ
って、液晶分子の屈折率は異なる。その結果、液晶層を
透過した光の光学的な特性が光の入射光角度によって変
化し、ＴＮ液晶方式の液晶表示装置固有の視野角による
コントラスト比（白表示時の輝度と黒表示時の輝度との
比）の変動、階調の反転といった視野角依存性が発生す
る。

【００１４】たとえば、「Ｈ_１」で示される光に対する
長軸方向（図中、矢印Ｇ_３で示される方向）の屈折率ｎ
_１ｅと、「Ｈ_２」で示される光に対する長軸方向（図
中、矢印Ｇ_５で示される方向）の屈折率Ｎ_２ｅとは異な
り、また、「Ｈ_１」で示される光に対する短軸方向（図
中、「Ｇ_４」で示される紙面に対して垂直な方向）の屈
折率ｎ_１ｏと、「Ｈ_２」で示される光に対する短軸方向
（図中、「Ｇ_６」で示される紙面に対して垂直な方向）
の屈折率ｎ_２ｏとは異なる。

【００１５】図１１は、従来のＴＮ液晶方式の液晶表示
装置の視野角依存性を示すグラフである。図１１におい
て、横軸は測定角度θ_Ｖ（°）を示し、縦軸は相対輝度
（％）を示す。測定は、第２の透明電極基板２上方の所
定の位置から第２の透明電極基板２表面の所定の箇所の
輝度を測定して行われた。前記測定角度θ_Ｖとは、前記
第２の透明電極基板２上方の所定の位置から前記第２の
透明電極基板２表面の所定の箇所を結ぶ直線（以下、
「測定線」という）と、第２の透明電極基板２表面との
なす角度をいう。また、測定角度θ_Ｖの極性は図９の上
側に示される。すなわち、測定線が第２の透明電極基板
２表面に対して垂直なときを測定角度θ_Ｖ＝０°とし、
測定線が図９において奥側に傾いているときの極性をプ
ラスとし、測定線が図９において手前側に傾いていると
きの極性をマイナスとする。なお、測定角度θ_Ｖと、第
１の透明電極基板１および第２の透明電極基板２表面付
近に存在する液晶分子のプレティルト角θ_ＰＴとが一致
したとき、視野角依存性が最も顕著にあらわれる。ま
た、前記相対輝度とは、正面（θ_Ｖ＝０°）の最大輝度
（ＮＷモードでは電圧無印加時の輝度）を１００％とし
たときの輝度をいう。

【００１６】図１１には、相対輝度が１００％（白表
示）のときの視野角依存性（図中、白抜きの円形で示さ
れる）、相対輝度が７５％のときの視野角依存性（図
中、バツで示される）、相対輝度が５０％のときの視野
角依存性（図中、黒塗りの三角形で示される）、相対輝
度が２５％のときの視野角依存性（図中、黒塗りの四角
形で示される）、相対輝度が０％（黒表示）のときの視
野角依存性（図中、黒塗りのひし形で示される）が示さ
れてる。

【００１７】さらに、表１に視野角依存性を評価する際
の指標を示す。表１には、上から、コントラスト比（Ｃ
Ｒ）が１０以上となる範囲の視野角（θ_{ＶＣＲ１０}）
と、相対輝度が２５％であり、階調反転の発生しない範
囲の視野角（θ_{ＶＮＲ２５}）と、相対輝度が７５％であ
り、階調反転の発生しない範囲の視野角
（θ_{ＶＮＲ７５}）とが占めされている。なお、視野角
は、それぞれマイナス方向およびプラス方向（図９参
照）に分けて示されている。

【００１８】

【表１】

【００１９】前記コントラスト比（ＣＲ）は式（２）で
示される。

【００２０】ＣＲ＝相対輝度が１００％（白表示）のときの輝度／相対輝度が０％（黒表示）のときの輝度（２）さらに、θ_{ＶＮＲ２５}とは、正面から液晶表示装置を見
たときに相対輝度が２５％となる階調における輝度特性
（図１１において、黒塗りの四角形を用いて示される特
性）が、正面から液晶表示装置を見たときに相対輝度が
０％となる階調（黒表示）における輝度特性（図１１に
おいて、黒塗りのひし形で示される特性）に交わらない
範囲の測定角度をいう。また、θ_{ＶＮＲ７５}とは、正面
から液晶表示装置を見たときに相対輝度が７５％となる
階調における輝度特性（図１１において、バツで示され
る特性）が、正面から液晶表示装置を見たときに相対輝
度が１００％となる階調（白表示）における輝度特性
（図１１において、白抜きの円形で示される特性）に交
わらない範囲の測定角度をいう。なお、θ_{ＶＣＲ１０}、
θ_{ＶＮＲ２５}およびθ_{ＶＮＲ７５}が大きいばあいは視野
角依存性が小さいことを意味し、θ_{ＶＣＲ１０}、θ
_{ＶＮＲ２５}およびθ_{ＶＮＲ７５}が小さいばあいは視野角
依存性が大きいことを意味する。

【００２１】表１に示されるように、マイナス方向にお
いてはθ_{ＶＮＲ２５}の絶対値およびθ_{ＶＮＲ７５}の絶対
値のうち、θ_{ＶＮＲ２５}の絶対値が最も小さく、プラス
方向においてはθ_{ＶＮＲ２５}およびθ_{ＶＮＲ７５}のう
ち、θ_{ＶＮＲ７５}が最も小さい。

【００２２】前記視野角依存性は、式（１）に示される
Δｎで表される液晶分子の光学的な特性、または液晶層
の厚さ（ｄＬＣ）などによって決まる。したがって、従
来の液晶表示装置においては、液晶表示装置を駆動させ
る際に、実際の使用目的に応じて視野角依存性を液晶表
示装置の外部から変化させることが不可能であるという
問題がある。たとえば、同一の液晶表示装置において複
数の使用者によって同時に１つの表示を正確に見る必要
があるばあいには視野角依存性を小さくし、液晶表示装
置の正面にいる使用者のみが表示を正確に視認でき他者
に見られないようにするばあいには視野角依存性を大き
くするといった制御が不可能である。

【００２３】本発明はかかる問題を解決するためになさ
れたものであり、液晶表示装置を駆動させる際に、使用
目的に応じて視野角依存性を液晶表示装置の外部から入
力する電気信号により変化させることのできる液晶表示
装置の制御方法を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置の
制御方法は、第１の基板と、該第１の基板の上方に設け
られた第２の基板と、第１の基板および第２の基板間に
挟持された、ツイステッドネマティック液晶からなる第
１の液晶層と、第１の基板および第１の液晶層間に形成
された第１の電極と、第２の基板および第１の液晶層間
に形成された第２の電極とを含んでなる表示用液晶パネ
ルを有しており、第１の電極および第２の電極間に電圧
を印加することにより、第１の液晶層中の液晶分子の配
列状態を制御する液晶表示装置の制御方法であって、前
記表示用液晶パネル上部に、さらに、第３の基板と、該
第３の基板の上方に設けられた第４の基板と、第３の基
板および第４の基板間に挟持された、ツイステッドネマ
ティック液晶からなる第２の液晶層と、第３の基板およ
び第２の液晶層間に形成された第３の電極と、第４の基
板および第２の液晶層間に形成された第４の電極とを含
んでなる補償用液晶パネルが設けられており、前記表示
用液晶パネルおよび前記補償用液晶パネルが、第１の偏
光板および第２の偏光板間に挟持されており、前記表示
用液晶パネル側に表示用電気信号を入力し、前記補償用
液晶パネル側に補償用電気信号を入力し、表示用液晶パ
ネルおよび補償用液晶パネルを透過する光の視野角依存
性を調整するものである。

【００２５】また、前記第１の電極および前記第２の電
極が、それぞれ互いに直交する２種類の電極線からな
り、前記表示用液晶パネルが、マトリクス状に配列され
た複数の画素からなるマトリクス型液晶パネルであるも
のである。

【００２６】さらに、前記表示用液晶パネルの各画素に
は、薄膜トランジスタが設けられるものである。

【００２７】また、前記第１の偏光板の偏光軸方向が、
第２の偏光板の偏光軸方向に対して垂直である。

【００２８】また、前記第１の偏光板の偏光軸方向が、
第２の偏光板の偏光軸方向に対して平行である。

【００２９】また、前記第２の基板および前記第３の基
板が１つの共通基板からなり、該共通基板の下面に第２
の電極が設けられ、共通基板の上面に第３の電極が設け
られるものである。

【００３０】また、前記第２の液晶層中の液晶分子のプ
レティルト角の極性が、第１の液晶層中の液晶分子のプ
レティルト角の極性と同じである。

【００３１】また、前記第２の液晶層中の液晶分子のプ
レティルト角の極性が、第１の液晶層中の液晶分子のプ
レティルト角の極性と異なる。

【００３２】また、前記第３の電極および前記第４の電
極間に電圧を印加していないとき、第３の基板の最も近
くに存在する液晶分子の長軸方向が、第４の基板の最も
近くに存在する液晶分子の長軸方向に対して直交しな
い。

【００３３】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の液晶表示装置の
制御方法の実施の形態を説明する。

【００３４】本発明の液晶表示装置の制御方法は、表示
用液晶パネルと、表示用液晶パネル上に設けられた補償
用液晶パネルとからなる液晶表示装置に対して、表示用
液晶パネル側に表示用電気信号を入力し、補償用液晶パ
ネル側に補償用電気信号を入力して、液晶表示装置の視
野角依存性を調整するものである。

【００３５】実施の形態１．図面を参照しつつ、本発明
の液晶表示装置の制御方法の実施の形態１について説明
する。

【００３６】図１は本発明の液晶表示装置の制御方法の
実施の形態１によって制御される液晶表示装置を示す構
造説明図である。図１において、図９と同一の部分につ
いては同じ符号を用いて示した。さらに、８は第３の透
明電極基板、９は第４の透明電極基板、１０は第３の配
向膜、１１は第４の配向膜を示す。前記第３の透明電極
基板８は、第３の基板と、該第３の基板上面に形成され
た第３の電極とからなり、第４の透明電極基板９は、第
４の基板と、該第４の基板上面に形成された第４の電極
とからなる。

【００３７】液晶表示装置は、表示用液晶パネル（図
中、符号２１を用いて示される部分）１と、表示用液晶
パネル上部に設けられた補償用液晶パネル（図中、符号
２２を用いて示される部分）と、表示用液晶パネル下面
に設けられた第１の偏光板６と、補償用液晶パネル上面
に設けられた第２の偏光板７とからなる。前記第１の偏
光板６の偏光軸方向は、液晶表示装置がＮＷモードにな
るように、第２の偏光板７の偏光軸方向に対して直交し
ている。また、表示用液晶パネルおよび補償用液晶パネ
ル間には偏光板は配置されない。なお、図１において
は、表示用液晶パネルおよび補償用液晶パネルが互いに
離間された状態で示されているが、実際は互いに接触し
ている。

【００３８】前記表示用液晶パネルは、第１の透明電極
基板１と、該第１の透明電極基板１上方に設けられた第
２の透明電極基板２と、第１の透明電極基板１および第
２の透明電極基板２間に挟持された、ツイステッドネマ
ティック液晶からなる第１の液晶層（図１においては、
液晶層中の液晶分子３が５個のみ示されている）と、第
１の透明電極基板１および液晶層間に設けられた第１の
配向膜４と、第２の透明電極基板２および液晶層間に設
けられた第２の配向膜５とからなる。

【００３９】また、補償用液晶パネルは、第３の透明電
極基板８と、該第３の透明電極基板８上方に設けられた
第４の透明電極基板９と、第３の透明電極基板８および
第４の透明電極基板９間に挟持された、ツイステッドネ
マティック液晶からなる第２の液晶層（図１において
は、液晶層中の液晶分子３が５個のみ示されている）
と、第３の透明電極基板８および液晶層間に設けられた
第３の配向膜１０と、第４の透明電極基板９および液晶
層間に設けられた第４の配向膜１１とからなる。

【００４０】表示用液晶パネルおよび補償用液晶パネル
は、構造は同一であるが、液晶層中の液晶分子の配列状
態が異なる。表示用液晶パネルの液晶層中の液晶分子の
配列状態は、図９に示される従来の液晶表示装置の液晶
層中の液晶分子の配列状態と同じである。これに対し、
補償用液晶パネルの液晶層は、表示用液晶パネルの液晶
層と同じツイステッドネマティック液晶からなるが、補
償用液晶パネルの液晶層中の液晶分子のプレティルト角
は、表示用液晶パネルの液晶層中の液晶分子のプレティ
ルト角と極性が異なる。

【００４１】つぎに、本発明の液晶表示装置の制御方法
について詳しく説明する。

【００４２】ここで、電圧印加状態および電圧無印加状
態とは、表示用液晶パネルに対する状態を意味する。

【００４３】補償用液晶パネルは、図１において左側に
示される電圧無印加状態および図１において右側に示さ
れる電圧印加状態においても、第１の電極および第２の
電極間に液晶層中の液晶分子３がある程度立ち上がる大
きさの電圧が印加された状態となっている。かかる状態
では、表示用液晶パネルを介して補償用液晶パネルに入
射された光の偏光面は、補償用液晶パネル内を透過して
もほとんど変化しない。

【００４４】まず、図１において左側に示される電圧無
印加状態においては、表示用液晶パネルを透過した光の
偏光面は、図中「Ｃ_１」で示される方向に対して平行に
なる。表示用液晶パネルから補償用液晶パネルに入射し
た光の偏光面は、補償用液晶パネル内を透過しても変化
せず、図中「Ｆ_１」で示される方向に対して平行にな
る。したがって、液晶表示装置は白表示となる。また、
図１において右側に示される電圧印加状態においては、
表示用液晶パネルを透過した光の偏光面は、図中
「Ｃ_２」で示される方向に対して平行になる。表示用液
晶パネルから補償用液晶パネルに入射した光の偏光面
は、補償用液晶パネル内を透過しても変化せず、図中
「Ｆ_２」で示される方向に対して平行になる。したがっ
て、液晶表示装置は黒表示となる。したがって、液晶表
示装置がＮＷモードになるように制御できる。

【００４５】つぎに、液晶分子と、液晶表示装置に入射
された光の進行方向とを示す説明図である図２を用い
て、視野角依存性がどのように制御されているのかを説
明する。図２には、表示用液晶パネルとして、第１の透
明電極基板１、第２の透明電極基板２、および液晶層中
の４個の液晶分子のみが示され、補償用液晶パネルとし
て、第３の透明電極基板８、第４の透明電極基板９、お
よび液晶層中の８個の液晶分子のみが示されている。な
お、図２に示される液晶分子は、プレティルト角のみを
考慮して示されており、ねじれのない状態で示されてい
る。また、表示用液晶パネル中の液晶層において、屈折
率ｎ_１ｅｄは、「Ｈ_１」で示される光に対する長軸方向
（図中、矢印Ｇ_３で示される方向）の屈折率を示し、屈
折率ｎ_１ｏｄは、「Ｈ_１」で示される光に対する短軸方
向（図中、「Ｇ_４」で示される紙面に対して垂直な方
向）の屈折率を示し、屈折率ｎ_２ｅｄは、「Ｈ_２」で示
される光に対する長軸方向（図中、矢印Ｇ_５で示される
方向）の屈折率を示し、屈折率ｎ_２ｏｄは、「Ｈ_２」で
示される光に対する短軸方向（図中、矢印「Ｇ_６」で示
される紙面に対して垂直な方向）の屈折率を示す。さら
に、補償用液晶パネル中の液晶層において、屈折率ｎ
_１ｅｃは、「Ｈ_１」で示される光に対する長軸方向（図
中、矢印Ｇ_３で示される方向）の屈折率を示し、屈折率
ｎ_１ｏｃは、「Ｈ_１」で示される光に対する短軸方向
（図中、「Ｇ_４」で示される紙面に対して垂直な方向）
の屈折率を示し、屈折率ｎ_２ｅｃは、「Ｈ_２」で示され
る光に対する長軸方向（図中、矢印Ｇ_５で示される方
向）の屈折率を示し、屈折率ｎ_２ｏｃは、「Ｈ_２」で示
される光に対する短軸方向（図中、矢印「Ｇ_６」で示さ
れる紙面に対して垂直な方向）の屈折率を示す。

【００４６】表示用液晶パネル中の液晶分子は、第１の
電極（図示せず）および第２の電極（図示せず）間に電
圧を印加することにより、ある程度立ち上がった状態と
なっている。なお、液晶層中央部の液晶分子のほうがよ
り大きく立ち上がっている。さらに、補償用液晶パネル
中の液晶分子は、第３の電極（図示せず）および第４の
電極（図示せず）間に電圧を印加することにより、表示
用液晶パネル中の液晶分子とは逆の向きに、ある程度立
ち上がった状態となっている。なお、液晶層中央部の液
晶分子のほうがより大きく立ち上がっている。とくに、
前記第３の電極および第４の電極に印加される電圧を補
助電圧（Ｖｃ）という。

【００４７】図２に示されるように、補償用液晶パネル
中の液晶分子のプレティルト角（θ_ＰＴｃ）の向きが、
表示用液晶パネル中の液晶分子のプレティルト角（θ
_ＰＴｄ）の向きに対して逆になっているため、表示用液
晶パネルを透過する光に対する表示用液晶パネル中の液
晶層の屈折率の異方性は、光が補償用液晶パネルを透過
する際に、補償用液晶パネル中の液晶層の屈折率の異方
性によって補償される。さらに、補償用液晶パネルの第
３の電極および第４の電極に印加される補助電圧（Ｖ
ｃ）を変化させると、第３の透明電極基板８および第４
の透明電極基板９表面付近の液晶分子のプレティルト角
（θ_ＰＴｃ）が変化する。その結果、表示用液晶パネル
中の液晶層の屈折率の異方性に対する補償用液晶パネル
の補償効果が変化し、液晶表示装置の視野角依存性が制
御できる。

【００４８】図１２は、前記補償用液晶パネルの上下に
互いに偏光軸方向が直交する２枚の偏光板が配置されて
なる液晶表示装置、すなわち従来のＴＮ液晶方式の液晶
表示装置における電圧透過率特性を示すグラフである。
図１２において、縦軸は液晶表示装置の光の透過率
（％）、横軸は前記補助電圧にあたる印加電圧（Ｖ）を
示す。

【００４９】図示されているように、印加電圧が１．１
Ｖのとき透過率は約９５％であり、印加電圧が２．３Ｖ
のとき透過率は約５％となる。したがって、液晶分子が
ある程度立ち上がるために必要な電圧は２．５Ｖ以上で
あり、液晶分子がほとんど立ち上がらないような電圧は
１Ｖ以下である。

【００５０】図３は、本発明の液晶表示装置の制御方法
の実施の形態１を適用して液晶表示装置を制御したばあ
いの視野角依存性の一例を示すグラフである。図３にお
いて、縦軸は視野角θ_Ｖ（°）、横軸は補助電圧Ｖｃ
（Ｖ）を示す。なお、ここでは、表示用液晶パネルおよ
び補償用液晶パネルの液晶層は、ともに同一の液晶から
なり、液晶分子の長軸方向の屈折率ｎ‖と短軸方向の屈
折率ｎ⊥との差（Δｎ）は０．０８８、液晶層の厚さ
（ｄＬＣ）は４．５μｍである。前記差（Δｎ）が０．
０８８である液晶分子の一例としては、ＭＬＣ−６００
２（商品名。メルク社製の液晶分子）がある。なお、測
定の際の視野角の極性はマイナス（図９参照）である。

【００５１】図３には、視野角依存性を評価する指標と
して前述の視野角θ_{ＶＣＲ１０}（図中、黒塗りの四角形
で示されている）および視野角θ_{ＶＮＲ２５}（図中、黒
塗りのひし形で示されている）を用いた。さらに、図３
には、補償用液晶パネルのない従来の液晶表示装置の視
野角依存性も示す。なお、従来のＴＮ液晶方式の液晶表
示装置には、補償用液晶パネルがないので、縦軸（視野
角）のみを考慮して示した。従来のＴＮ液晶方式の液晶
表示装置において、視野角θ_{ＶＣＲ１０}（図中、白抜き
の四角形で示されている）は−４８°、視野角θ
_{ＶＮＲ２５}（図中、白抜きのひし形で示されている）は
−２３°である。これに対して、本発明の液晶表示装置
の制御方法を適用して制御される液晶表示装置において
は、補償電圧（Ｖｃ）が２．５Ｖのとき、視野角θ
_{ＶＣＲ１０}は−６°、視野角θ_{ＶＣＲ２５}は−３７°で
あるが、補償電圧（Ｖｃ）が５Ｖのとき、視野角θ
_{ＶＣＲ１０}は−３２°、視野角θ_{ＶＣＲ２５}は−４０°
になる。

【００５２】したがって、補償電圧（Ｖｃ）を充分に大
きくすることにより、第３の透明電極基板または第４の
透明電極基板表面付近に存在する液晶分子のプレティル
ト角が大きくなり、補償用液晶パネルの補償効果が大き
くなり、視野角依存性を低減できる。前述のようにし
て、液晶表示装置の視野角依存性を外部から入力される
補償用電気信号（補償電圧を供給する信号）によって制
御できる。

【００５３】実施の形態２．つぎに、図面を参照しつつ
本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態２につい
て説明する。

【００５４】図４は、本発明の液晶表示装置の制御方法
の実施の形態２によって制御される液晶表示装置を示す
構造説明図である。図４において、図１と同じ部分は同
じ符号を用いて示した。

【００５５】図４に示される液晶表示装置は、補償用液
晶パネルの液晶層中の液晶分子のプレティルト角の向き
が、電圧印加状態の表示用液晶パネルの液晶層中の液晶
分子のプレティルト角の向きと同一になっている。図４
に示される液晶表示装置の構造は、プレティルト角が同
一になっている以外は、図１に示される液晶表示装置の
構造と同じである。補償用液晶パネルの第３の電極（図
示せず）および第４の電極（図示せず）には、電圧印加
状態および電圧無印加状態ともに、液晶分子３がある程
度立ち上がる大きさの電圧が印加されている。

【００５６】本実施の形態においては、補償電圧（Ｖ
ｃ）を増加させることにより、補償用液晶パネル中の液
晶分子のプレティルト角（θ_ＰＴｃ）が大きくなる。し
たがって、補償用液晶パネルを透過する光に対する屈折
率の異方性は大きくなり、視野角依存性が大きくなる。

【００５７】本実施の形態においては、液晶表示装置の
視野角依存性を外部から入力される補償用電気信号によ
って制御できる。

【００５８】実施の形態３．つぎに、図面を参照しつつ
本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態３につい
て説明する。

【００５９】図５は、本発明の液晶表示装置の制御方法
の実施の形態３によって制御される液晶表示装置を示す
構造説明図である。図５において、図１と同じ部分は同
じ符号を用いて示した。

【００６０】図５に示される液晶表示装置は、第１の偏
光板６の偏光軸方向（図中、「Ｂ」で示される方向に対
して平行な方向）が第２の偏光板７の偏光軸方向（図
中、「Ｄ」で示される方向に対して平行な方向）に対し
て平行となっている。図５に示される液晶表示装置の構
造は、平行となっている以外は、図１に示される液晶表
示装置の構造と同一である。図５に示される液晶表示装
置は、補償用液晶パネルの液晶層中の液晶分子のプレテ
ィルト角の向きが、電圧印加状態の表示用液晶パネルの
液晶層中の液晶分子のプレティルト角の向きと逆方向に
なっている。

【００６１】また、補償用液晶パネルの第３の電極（図
示せず）および第４の電極（図示せず）には、電圧印加
状態および電圧無印加状態ともに、液晶分子３がほとん
ど立ち上がらない大きさの電圧が印加されている。した
がって、補償用液晶パネルに入射した光の偏光面は、９
０°旋回する。その結果、電圧無印加状態には白表示に
なり、電圧印加状態には黒表示になる。すなわち、ＮＷ
モードの液晶表示装置をうることができる。

【００６２】本実施の形態においても、補償電圧（Ｖ
ｃ）の大きさを変化させると、補償用液晶パネル中の液
晶分子の配列状態が変化し、補償用液晶パネルを透過す
る光に対する液晶層の屈折率の異方性が変化し、視野角
依存性が変化する。

【００６３】図６は、本発明の液晶表示装置の制御方法
の実施の形態３を適用して液晶表示装置を制御したばあ
いの視野角依存性の一例を示すグラフである。図６にお
いて、縦軸は視野角θ_Ｖ（°）、横軸は補助電圧Ｖｃ
（Ｖ）を示す。

【００６４】なお、ここでは、表示用液晶パネル中の液
晶分子の長軸方向の屈折率ｎ‖と短軸方向の屈折率ｎ⊥
との差（Δｎ）は０．０８８、液晶層の厚さ（ｄＬＣ）
は４．５μｍであり、補償用液晶パネル中の液晶分子の
差（Δｎ）は０．０８８、液晶層の厚さ（ｄＬＣ）は
５．５μｍである。補償用液晶パネル中の液晶層の厚さ
（ｄＬＣ）を５．５μｍとしたのは、従来のＮＢモード
のＴＮ液晶方式の液晶表示装置においてコントラスト比
を高くするためにする条件である、いわゆるファースト
ミニマム点（Δｎ×ｄＬＣ＝０．４８μｍとなる条件）
に設定するためである。なお、視野角の極性は、プラス
（図９参照）である。

【００６５】図６には、視野角依存性を評価する指標と
して前述の視野角θ_{ＶＣＲ１０}（図中、黒塗りの四角形
で示されている）および視野角θ_{ＶＮＲ７５}（図中、黒
塗りのひし形で示されている）を用いた。さらに、図６
には、補償用液晶パネルのない従来の液晶表示装置の視
野角依存性も示す。なお、従来のＴＮ液晶方式の液晶表
示装置には、補償用液晶パネルがないので、縦軸（視野
角）のみを考慮して示した。従来のＴＮ液晶方式の液晶
表示装置において、視野角θ_{ＶＣＲ１０}（図中、白抜き
の四角形で示されている）は１７°、視野角θ
_{ＶＮＲ７５}（図中、白抜きのひし形で示されている）は
２０°である。これに対して、本発明の液晶表示装置の
制御方法を適用して制御される液晶表示装置において
は、補償電圧（Ｖｃ）が０Ｖのとき、視野角θ
_{ＶＣＲ１０}は５０°、視野角θ_{ＶＣＲ７５}は２４°であ
るが、補償電圧（Ｖｃ）が１．５Ｖのとき、視野角θ
_{ＶＣＲ１０}は４°、視野角θ_{ＶＣＲ７５}は２５°にな
る。したがって、液晶表示装置の視野角依存性を外部か
ら入力される補償用電気信号によって制御できる。

【００６６】したがって、補償電圧が０≦Ｖｃ≦１
（Ｖ）となる範囲においては、従来のＴＮ液晶方式の液
晶表示装置に比べて視野角依存性を低減できる。しか
し、補償電圧（Ｖｃ）を大きくしすぎると、補償用液晶
パネルの液晶層中央部付近の液晶分子が立ち上がる。そ
の結果、補償用液晶パネルを透過する光の偏光面の旋回
する角度が小さくなり、コントラスト比の低下と階調反
転が発生する。したがって、視野角はθ_{ＶＣＲ１０}およ
びθ_{ＶＣＲ２５}ともに小さくなる。

【００６７】実施の形態４．つぎに、図面を参照しつつ
本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態４につい
て説明する。

【００６８】図７は、本発明の液晶表示装置の制御方法
の実施の形態４によって制御される液晶表示装置を示す
構造説明図である。図７において、図５と同じ部分は同
じ符号を用いて示した。図７に示される液晶表示装置
は、補償用液晶パネルの液晶層中の液晶分子のプレティ
ルト角の向きが、電圧印加状態の表示用液晶パネルの液
晶層中の液晶分子のプレティルト角の向きと同一になっ
ている。図７に示される液晶表示装置の構造は、プレテ
ィルト角が同一になっている以外は、図５に示される液
晶表示装置の構造と同じである。また、補償用液晶パネ
ルの第３の電極（図示せず）および第４の電極（図示せ
ず）には、電圧印加状態および電圧無印加状態ともに、
液晶分子３がほとんど立ち上がらない大きさの電圧が印
加されている。

【００６９】したがって、補償電圧（Ｖｃ）を変化させ
ることにより、補償用液晶パネルを透過する光に対する
屈折率の異方性が変化し、視野角依存性が変化する。こ
のようにして、液晶表示装置の視野角依存性を外部から
入力される補償用電気信号によって制御できる。

【００７０】実施の形態５．前述の実施の形態１〜４に
おいては、電圧無印加時には白表示となり、電圧印加時
には黒表示となる、ＮＷモードの液晶表示装置について
のみ述べてきた。しかし、つぎのようにして、ＮＢモー
ドの液晶表示装置を実現することもできる。本実施の形
態においては、図１および図４に示される液晶表示装置
の第１の偏光板の偏光軸方向が、第２の偏光板の偏光軸
方向に対して、平行になるように、第１の偏光板および
第２の偏光板を配置し、図５および図７に示される液晶
表示装置の第１の偏光板の偏光軸方向が、第２の偏光板
の偏光軸方向に対して、直交するように、第１の偏光板
および第２の偏光板を配置する。したがって、電圧無印
加時には黒表示となり、電圧印加時には白表示となる、
ＮＢモードの液晶表示装置を実現することもできる。

【００７１】実施の形態６．前述の実施の形態１〜４に
おいては、２枚の液晶パネル（表示用液晶パネルおよび
補償用液晶パネル）を重ね合わせた構造を有する液晶表
示装置について説明した。しかし、表示用液晶パネルの
第２の基板と、補償用液晶パネルの第３の基板の代わり
に１枚の基板を用いてもよい。図８は、本発明の液晶表
示装置の制御方法の実施の形態６によって制御される液
晶表示装置を示す構造説明図である。図８において、図
４と同じ部分は同じ符号を用いて示した。さらに、１２
は透明基板、１３は、表示用液晶パネルの第２の電極た
る下側透明電極、１４は、補償用液晶パネルの第３の電
極たる上側透明電極を示す。透明基板１２は、表示用液
晶パネルの第２の基板と、補償用液晶パネルの第３の基
板の代わりに設けられる。透明基板１２の下面には下側
透明電極１３が設けられ、透明基板１２の上面には上側
透明電極１４が設けられる。また、補償用液晶パネルの
液晶層中の液晶分子のプレティルト角の向きが、電圧印
加状態の表示用液晶パネルの液晶層中の液晶分子のプレ
ティルト角の向きと同一になっている。

【００７２】本実施の形態においても、上側透明電極１
４および第４の電極（図示せず）間に印加する補償電圧
を変化させることにより、視野角依存性を変化できる。

【００７３】実施の形態７．前述の実施の形態１〜６に
おいては、補償用液晶パネルの液晶層の液晶分子が、表
示用液晶パネルの液晶層中の液晶分子と同様に一方の基
板から他方の基板に向けて螺旋状に９０°ねじれた状態
で配設されているものについて述べた。しかし、本発明
においては視野角依存性は液晶分子のプレティルト角で
制御するので、液晶分子のねじれの大きさ（以下、「ね
じれ角度」という）が９０°である必要はない。したが
って、補償用液晶パネルの液晶層の液晶分子のねじれ角
度を９０°以外に設定したばあいも、視野角依存性を外
部から入力される補助電気信号によって制御できる。

【００７４】たとえば、液晶分子のねじれ角度を０°ま
たは２７０°に設定してもよく、カイラル剤を添加する
必要がないので低コスト化が図れるという点で０°に設
定することが好ましい。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、従来のＴＮ液晶方式の
液晶表示装置の上部にもう１枚補償用液晶パネルを設
け、補償用液晶パネル中の液晶分子の配列状態を補償用
液晶パネルに入力する外部からの電気信号によって制御
することにより、同一の液晶表示装置において使用目的
に応じた視野角依存性の設定を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態
１によって制御される液晶表示装置を示す構造説明図で
ある。

【図２】液晶分子と、液晶表示装置に入射された光の進
行方向とを示す説明図である。

【図３】本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態
１を適用して液晶表示装置を制御したばあいの視野角依
存性の一例を示すグラフである。

【図４】本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態
２によって制御される液晶表示装置を示す構造説明図で
ある。

【図５】本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態
３によって制御される液晶表示装置を示す構造説明図で
ある。

【図６】本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態
３を適用して液晶表示装置を制御したばあいの視野角依
存性の一例を示すグラフである。

【図７】本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態
４によって制御される液晶表示装置を示す構造説明図で
ある。

【図８】本発明の液晶表示装置の制御方法の実施の形態
６によって制御される液晶表示装置を示す構造説明図で
ある。

【図９】従来のＴＮ液晶方式の液晶表示装置の一例を示
す説明図である。

【図１０】液晶分子と、液晶表示装置に入射された光の
進行方向とを示す説明図である。

【図１１】従来のＴＮ液晶方式の液晶表示装置の視野角
依存性を示すグラフである。

【図１２】従来のＴＮ液晶方式の液晶表示装置における
電圧透過率特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１第１の透明電極基板２第２の透明電極基板３液晶分子４第１の配向膜５第２の配向膜６第１の偏光板７第２の偏光板８第３の透明電極基板９第４の透明電極基板１０第３の配向膜１１第４の配向膜１２透明基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と、該第１の基板の上方に設
けられた第２の基板と、第１の基板および第２の基板間
に挟持された、ツイステッドネマティック液晶からなる
第１の液晶層と、第１の基板および第１の液晶層間に形
成された第１の電極と、第２の基板および第１の液晶層
間に形成された第２の電極とを含んでなる表示用液晶パ
ネルを有しており、第１の電極および第２の電極間に電
圧を印加することにより、第１の液晶層中の液晶分子の
配列状態を制御する液晶表示装置の制御方法であって、
前記表示用液晶パネル上部に、さらに、第３の基板と、
該第３の基板の上方に設けられた第４の基板と、第３の
基板および第４の基板間に挟持された、ツイステッドネ
マティック液晶からなる第２の液晶層と、第３の基板お
よび第２の液晶層間に形成された第３の電極と、第４の
基板および第２の液晶層間に形成された第４の電極とを
含んでなる補償用液晶パネルが設けられており、前記表
示用液晶パネルおよび前記補償用液晶パネルが、第１の
偏光板および第２の偏光板間に挟持されており、前記表
示用液晶パネル側に表示用電気信号を入力し、前記補償
用液晶パネル側に補償用電気信号を入力し、表示用液晶
パネルおよび補償用液晶パネルを透過する光の視野角依
存性を調整する液晶表示装置の制御方法。
【請求項２】前記第１の電極および前記第２の電極
が、それぞれ互いに直交する２種類の電極線からなり、
前記表示用液晶パネルが、マトリクス状に配列された複
数の画素からなるマトリクス型液晶パネルである請求項
１記載の液晶表示装置の制御方法。
【請求項３】前記表示用液晶パネルの各画素には、薄
膜トランジスタが設けられる請求項２記載の液晶表示装
置の制御方法。
【請求項４】前記第１の偏光板の偏光軸方向が、第２
の偏光板の偏光軸方向に対して垂直である請求項１記載
の液晶表示装置の制御方法。
【請求項５】前記第１の偏光板の偏光軸方向が、第２
の偏光板の偏光軸方向に対して平行である請求項１記載
の液晶表示装置の制御方法。
【請求項６】前記第２の基板および前記第３の基板が
１つの共通基板からなり、該共通基板の下面に第２の電
極が設けられ、共通基板の上面に第３の電極が設けられ
る請求項１記載の液晶表示装置の制御方法。
【請求項７】前記第２の液晶層中の液晶分子のプレテ
ィルト角の極性が、第１の液晶層中の液晶分子のプレテ
ィルト角の極性と同じである請求項１記載の液晶表示装
置の制御方法。
【請求項８】前記第２の液晶層中の液晶分子のプレテ
ィルト角の極性が、第１の液晶層中の液晶分子のプレテ
ィルト角の極性と異なる請求項１記載の液晶表示装置の
制御方法。
【請求項９】前記第３の電極および前記第４の電極間
に電圧を印加していないとき、第３の基板の最も近くに
存在する液晶分子の長軸方向が、第４の基板の最も近く
に存在する液晶分子の長軸方向に対して直交しない請求
項１記載の液晶表示装置の制御方法。