JPH11264976A

JPH11264976A - 液晶表示素子

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Publication number: JPH11264976A
Application number: JP11021625A
Authority: JP
Inventors: Osamu Okumura; 治奥村; Kazuki Karasawa; 和貴唐澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 1999-09-28
Anticipated expiration: 2019-01-29
Also published as: JP3357003B2

Abstract

(57)【要約】【課題】視角特性の改善。特に従来のＴＮ型液晶の視
角拡大。【解決手段】従来のＴＮ型液晶表示素子において、視
角補償を目的とした高分子フィルムを、液晶セルと偏光
板の間に備える。この高分子フィルムは光軸がほぼ膜厚
方向にあり、負の屈折率異方性を有するもので、△ｎ×
ｄの値と、△ｎの波長分散値が液晶セルのそれよりも小
さいことが望ましい。このような高分子フィルムを液晶
セルに対して所定の方向に傾けることや、液晶セルの上
下に１枚ずつ備えることも効果的である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＦＴやＭＩＭ素子を各画素に設けたア
クティブマトリックス型の液晶表示素子は、この数年の
技術進歩で１４〜１７インチといった大型ディスプレイ
も作成されるようになり、コンピュータ端末や壁掛けＴ
Ｖへの応用が期待されている。

【０００３】しかしながら画面の大型化とともに、その
表示性能、特に視角特性に対する不満も大きくなってい
る。その原因は、主として従来の液晶表示素子が採用し
てきたツイステッドネマチック（以下ＴＮと呼ぶ）とい
う液晶ディスプレイモード自体にある。

【０００４】従来のＴＮ型液晶表示素子は、図１４に示
すように、上側偏光板１、液晶セル３、下側偏光板５、
液晶セルの上基板６、下基板７、透明電極８、ネマチッ
ク液晶９で構成される。またその各軸の関係は、図９に
示すように上側偏光板１の偏光軸（以下偏光軸は透過軸
を指すことにする）方向を１１、液晶セルの上基板６の
液晶配向方向を１２、液晶セルの下基板７の液晶配向方
向を１３、下側偏光板５の偏光軸方向を１４、１１が１
２となす角度を２１、１２と１３から決まるネマチック
液晶９のねじれ角を２２、１４が１３となす角度を２３
とすると、角度２１と角度２３はそれぞれ約０度に、ま
た角度２２は約９０度に設定されていた。

【０００５】このとき従来のＴＮ型液晶表示素子は図４
に示すような電圧透過率特性を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記構成
を取る従来のＴＮ型液晶表示素子には、良好に表示が認
識できる視角範囲が狭いという課題があった。図１５に
従来のＴＮ型液晶表示素子に５ボルト印加した状態をオ
ン状態、１ボルト印加した状態をオフ状態として駆動し
たときの視角特性を示す。ここで図の中央が基板法線方
向、それをとりまく６つの同心円は内から順に、法線方
向からの傾き角１０度、２０度、３０度、４０度、５０
度、６０度の方向を示している。また４１、４２、４
３、４４、４５、４６はそれぞれコントラスト比１：
１、１：３、１：１０、１：３０、１：１００、１：３
００の等コントラスト曲線である。このように従来のＴ
Ｎ型液晶は、視角によってその特性が大きく変化する。
この図からは読み取れないが、上方向から見たときには
反転というやっかいな現象が生じる。反転現象とは、電
圧上昇に伴って透過率がいったん暗くなったのち再び明
るくなるため、中間調を表示した際、より暗く表示すべ
きところが明るくなってしまう現象である。

【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、高分子フィルムを視角補
償板として用いることによって、視角特性に優れた液晶
表示素子を提供するところにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶セルと、
高分子フィルム面の法線方向に対して光軸が傾いた少な
くとも一枚の高分子フィルムと、偏光板とを有してなる
液晶表示素子において、前記高分子フィルムの法線方向
の屈折率をｎｚ、前記法線方向に直交する２方向の屈折
率をｎｘ、ｎｙ、フィルム厚をｄとしたとき、前記高分
子フィルムの（ｎｘ−ｎｚ）×ｄの値の和が、前記液晶
のΔｎ×ｄの値と同じかよれよりも小さいことを特徴と
する。

【０００９】また、前記液晶セルの液晶のねじれ角が約
９０度であることを特徴とする。

【００１０】また、前記偏光板の透過軸が、隣接する、
あるいは高分子フィルムを挟んで隣接する液晶セル基板
の配向処理方向と直角になるように配置したことを特徴
とする。

【００１１】また、前記液晶セルの液晶のねじれ角が約
０度であることを特徴とする。

【００１２】また、前記液晶表示素子が、電圧無印加時
に明表示、電圧印加時に暗表示を行うことを特徴とす
る。

【００１３】また、前記液晶のプレチルト角が５度以上
であることを特徴とする。

【００１４】また、前記液晶セルの少なくとも一方の基
板と液晶とのアンカリング・エネルギーが、１×１０^-4
Ｊ／ｍ²以下であることを特徴とする。

【００１５】また、前記液晶セルを駆動する際に、オン
時の実効電圧を液晶セルのしきい値電圧の４倍以上に設
定したことを特徴とする。

【００１６】また、前記高分子フィルムの△ｎの波長分
散値νを、液晶のそれよりも小さくしたことを特徴とす
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の実施例１に
おける液晶表示素子は、図１に示すように、上側偏光板
１、高分子フィルム２、液晶セル３、下側偏光板５、液
晶セルの上基板６、下基板７、透明電極８、ネマチック
液晶９で構成される。またその各軸の関係は、図２に示
すように上側偏光板１の偏光軸（吸収軸）方向を１１、
液晶セルの上基板６の液晶配向方向を１２、液晶セルの
下基板７の液晶配向方向を１３、下側偏光板５の偏光軸
方向を１４、１１が１２となす角度を２１、１２と１３
から決まるネマチック液晶９のねじれ角を２２、１４が
１３となす角度を２３とすると、角度２１と角度２３は
それぞれ９０度に、また角度２２も９０度に設定する。

【００１８】ネマチック液晶９には、メルク社製の液晶
ＺＬＩ−４３９３にＢＤＨ社製のカイラルドーパントＣ
Ｂ−１５を０．１ｗｔ％添加して用いた。ＺＬＩ−４３
９３の複屈折△ｎは０．０８５１、セルギャップｄは
４．７μｍであるので、△ｎ×ｄは０．４０μｍにな
る。液晶はポリイミドの配向膜を用い、プレチルト角１
度以下でホモジニアス配向させた。一方高分子フィルム
２はポリカーボネート製の負の光学的異方体であり、図
３に模式的に示したような屈折率楕円体を持つ。即ちフ
ィルム面３２の法線方向の屈折率をｎ_z、これに垂直で
互いに直交する２方向の屈折率をｎ_x、ｎ_yとすると、ｎ
_z＜ｎ_x＝ｎ_yの関係にある碁石型の形状を有する。ここ
で用いたフィルムは、ｎ_x＝１．５８８、ｎ_y＝１．５８
８、ｎ_z＝１．５８５、フィルム厚ｄ＝１００μｍであ
り、（ｎ_x−ｎ_z）×ｄ＝０．３μｍと、液晶セルの△ｎ
×ｄよりも若干小さめに設定した。

【００１９】以上のようにして作成した本発明の実施例
１における液晶表示素子の電圧透過率特性を図４に示
す。電圧無印加時に白く、また電圧印加時に黒くなる、
いわゆるノーマリホワイト表示となっている。透過率が
１０％変化した電圧で定義されるしきい値電圧は、１．
４５ボルトである。

【００２０】この液晶セルに７ボルト印加した状態をオ
ン状態、１ボルト印加した状態をオフ状態として駆動し
たときの、視角特性を図５に示す。コントラストを取る
だけならば、５ボルトも印加すれば充分であるが、７ボ
ルト印加することによって液晶が基板にほぼ垂直に立ち
上がり、高分子フィルムによる視角補償がより効果的と
なる。この視角特性を図１５に示した従来のＴＮ型液晶
の視角特性と比較すると、１：３０の等コントラスト曲
線４４で左右に±２０度以上広がっていることがわか
る。上下方向も従来のように上に狭すぎるということ無
く、バランスの良い特性を示している。またこの図から
は読み取れないが、中間調の反転も起こりにくくなっ
た。

【００２１】（実施例２）実施例２のセル構成、軸関係
等は図１、図２に示した実施例１と同様であるが、液晶
分子のプレチルト角を１０度に設定した点だけが異な
る。プレチルト角が高くなった分、しきい値電圧が０．
３ボルト下がり、オン印加電圧を６ボルトにしても、実
施例１と同等の広視角が得られるようになった。

【００２２】ＴＮ型液晶のプレチルト角は従来５度以下
であったが、視角補償板を備える場合にはプレチルト角
を大きく設定した方が、視角を広げる点で有利である。

【００２３】（実施例３）実施例３のセル構成、軸関係
等は図１、図２に示した実施例１と同様であるが、配向
膜としてＳｉＯの斜方蒸着膜を用いた点だけが異なる。
これにより液晶分子と配向膜のアンカリング・エネルギ
ーが約４×１０^-5Ｊ／ｍ²となった。これは配向膜とし
て、通常のポリイミドやポリビニルアルコールを用いた
場合の１×１０^-3Ｊ／ｍ²以上という値と比べて非常に
小さな値である。基板近傍の液晶分子は、通常かなり高
い電圧を印加しないと動かないが、アンカリング・エネ
ルギーが４×１０^-5Ｊ／ｍ²程度だとわずか数ボルトで
動き出す。従って、実施例１ではオン印加電圧を７ボル
トに設定したが、実施例３ではわずか５．５ボルトで同
等の広視角が得られる。アンカリング・エネルギーを小
さくする方法としては、他にＬＢ膜を配向膜として用い
たり、透明電極表面を直接ラビングする方法が知られて
おり、これらもそのアンカリング・エネルギーに応じた
効果がある。

【００２４】（実施例４）実施例４のセル構成、軸関係
等は図１、図２に示した実施例１と同様であるが、高分
子フィルムとして図３のような形状の屈折率楕円体では
なく、図６のような形状のものを採用した点が異なる。
これはやはりポリカーボネート製の負の光学的異方体で
あり、ｎ_z＜ｎ_x＝ｎ_yの関係は同じであるが、光軸がフ
ィルム面３２の法線方向から５度傾き、電圧印加時の液
晶セルの液晶のダイレクターの平均方向とほぼ平行にな
っている。液晶セルの液晶はしきい値電圧の４倍程度の
電圧では完全に立ち上がっているわけではないので、こ
のように高分子フィルムの屈折率楕円体を液晶に合わせ
て傾ければ、より完全な視角補償ができる。

【００２５】なお図６のように屈折率楕円体３１をフィ
ルム面３２に対して傾ける方法以外に、図３のフィルム
を液晶セル基板に対して傾けてもよい。直視型のディス
プレイでは、スペースの関係でこのような配置は困難で
あるが、投写型のディスプレイでは有効な手段である。

【００２６】（実施例５）本発明の実施例５における液
晶表示素子は、図７に示すように、上側偏光板１、高分
子フィルム２、液晶セル３、高分子フィルム４、下側偏
光板５、液晶セルの上基板６、下基板７、透明電極８、
ネマチック液晶９で構成される。またその各軸の関係、
液晶セルの諸条件は、図２に示した実施例１の場合と同
様である。

【００２７】実施例５においては、上下２枚の高分子フ
ィルムを用いたが、いずれもポリカーボネート製の負の
光学的異方体で、ｎ_x＝１．５８８、ｎ_y＝１．５８８、
ｎ_z＝１．５８５、フィルム厚ｄ＝５０μｍで、（ｎ_x−
ｎ_z）×ｄの和は０．３μｍである。

【００２８】この液晶表示素子の電圧透過率特性も、図
４に示した実施例１の場合と同様である。この液晶セル
に７ボルト印加した状態をオン状態、１ボルト印加した
状態をオフ状態として駆動したときの、視角特性を図８
に示す。上下２枚の高分子フィルムを用いることによっ
て、１枚だけ用いた実施例１よりも広く、左右対称にな
視角特性が得られている。

【００２９】（実施例６）実施例６のセル構成、軸関係
等は図１、図２に示した実施例１と同様であるが、高分
子フィルム２にポリビニルアルコールを用いた点だけが
異なる。ポリビニルアルコールは、実施例１で用いたポ
リカーボネートに比べて複屈折△ｎの波長分散が小さ
い。ここで△ｎの波長分散値νを、波長４６０ｎｍの光
に対する△ｎと波長５９０ｎｍの光に対する△ｎを用い
て、ν≡△ｎ(460nm)／△ｎ(590nm)で定義する。ポリビ
ニルアルコールのν値は１．００５、ポリカーボネート
のν値は１．０９５である。ポリビニルアルコールを用
いたときの視角特性は、等コントラスト曲線で描くと、
図５に示した実施例１の場合とほぼ同様であるが、視角
による黄色い色付きが低減される点で、より優れてい
る。液晶ＺＬＩ−４３９３のν値が１．０８５である
が、液晶よりも小さな波長分散値を有する高分子を用い
れば、このように視角による色付きを減らす効果があ
る。

【００３０】（実施例７）実施例７のセル構成等は図１
に示した実施例１と同様であるが、軸関係だけが異な
る。実施例７の各軸の関係は、図９に示すように上側偏
光板１の偏光軸（吸収軸）方向を１１、液晶セルの上基
板６の液晶配向方向を１２、液晶セルの下基板７の液晶
配向方向を１３、下側偏光板５の偏光軸方向を１４、１
１が１２となす角度を２１、ネマチック液晶９のねじれ
角を２２、１４が１３となす角度を２３とすると、角度
２１と角度２３はそれぞれ０度に、また角度２２を９０
度に設定した。

【００３１】この液晶表示素子の電圧透過率特性も、図
４に示した実施例１の場合と同様である。この液晶セル
に７ボルト印加した状態をオン状態、１ボルト印加した
状態をオフ状態として駆動したときの、視角特性を図１
０に示す。偏光板の軸方向を隣接する液晶セル基板の配
向処理方向に平行にすることによって、垂直に設定した
実施例１の図５の視角特性よりも、若干狭くなった。し
かしながらそれでも従来の図１５の視角特性よりは広い
視角特性が得られている。

【００３２】（実施例８）実施例８のセル構成等は図１
に示した実施例１と同様であるが、上下の偏光板を平行
に配置した点だけが異なる。このように配置すると、電
圧無印加時に黒く、また電圧印加時に白くなる、いわゆ
るノーマリブラック表示となる。このような配置にして
も視角拡大の効果はあるが、それはノーマリホワイト表
示の場合ほど大きくない。なぜならば、本発明で用いる
視角補償板は、高電圧が印加されて液晶が立ち上がった
状態を補償するものであるから、電圧印加時に黒い方が
広い視角範囲で高コントラストが得られやすいからであ
る。

【００３３】（実施例９）実施例９のセル構成、軸関係
等は図１、図２に示した実施例１と同様であり、電圧透
過率特性も図４と同様であるが、液晶セルに５ボルト印
加した状態をオン状態とした点が異なる。このときの視
角特性を図１１に示す。実施例１のオン状態では７ボル
ト印加していたが、この電圧を下げることによって、実
施例１の図５の視角特性よりも、若干狭くなった。しか
しながらそれでも従来の図１５の視角特性より広い視角
特性が得られており、高い電圧を印加しなくとも、視角
拡大の効果がある。なお、高い電圧が印加できないとき
には高分子フィルムの（ｎ_x-n_z）×ｄの値を小さく設定
する方が望ましい。

【００３４】（実施例１０）実施例１０のセル構成、軸
関係等は図１、図２に示した実施例１と同様であるが、
高分子フィルムの（ｎ_x−ｎ_z）×ｄの値を０．５μｍ
と、液晶の△ｎ×ｄよりも大きく設定した点が異なる。
このようにしても、視角特性は改善されるが、その効果
は小さい。高分子フィルムの（ｎ_x−ｎ_z）×ｄ値は、液
晶の△ｎ×ｄ値と同等あるいは少し小さめに設定するの
が最も望ましく、液晶の△ｎ×ｄ値の２倍以上に設定す
ることは意味がない。

【００３５】（実施例１１）以上の実施例においては、
ＴＮ型液晶表示素子を例にとって説明したが、本発明は
ＴＮ型液晶に限定されるものではなく、正の誘電異方性
を有するネマチック液晶を用いる他の多くの液晶表示素
子にも応用できるものであって、良く知られているＥＣ
Ｂ型液晶やＳＴＮ型液晶でも同様の効果がある。実施例
１１ではＥＣＢ型液晶の例を挙げよう。

【００３６】実施例１１のセル構成は図７に示した実施
例５の場合と同様である。各軸の関係は、図１２に示す
ように上側偏光板１の偏光軸（吸収軸）方向を１１、液
晶セルの上基板６の液晶配向方向を１２、液晶セルの下
基板７の液晶配向方向を１３、下側偏光板５の偏光軸方
向を１４、１１が１２となす角度を２１、１２と１３か
ら決まるネマチック液晶９のねじれ角を２２、１４が１
３となす角度を２３とすると、角度２１と角度２３はそ
れぞれ右４５度に、また角度２２は０度に設定する。

【００３７】ネマチック液晶９には、メルク社製の液晶
ＺＬＩ−４３９３にカイラルドーパントを添加せずに用
い、セルギャップｄが３．２μｍのセルに注入した。△
ｎ×ｄは０．２７μｍになる。２枚の高分子フィルムは
実施例５と同様の、ｎ_x＝１．５８８、ｎ_y＝１．５８
８、ｎ_z＝１．５８５のポリカーボネート製フィルムを
用いるが、いずれもフィルム厚ｄ＝４５μｍ、（ｎ_x−
ｎ_z）×ｄ＝０．２４μｍに設定した。

【００３８】この液晶セルに１５ボルト印加した状態を
オン状態、１ボルト印加した状態をオフ状態として駆動
したときの、視角特性を図１３に示す。このようにＥＣ
Ｂ型液晶を用いてもＴＮ型液晶と同等あるいはそれ以上
の広い視角特性を得ることができる。なおＥＣＢ型液晶
の場合、高コントラストを得るためにはＴＮ型液晶より
も高い電圧が必要であるため、残留リターデーションを
補償するために、高分子フィルムのｎ_xとｎ_yを等しくせ
ずに（ｎ_x−ｎ_y）×ｄ＝０．０１μｍ程度の小さなリタ
ーデーションを残しておくか、あるいは実施例４でも少
し言及したようにフィルムをセル基板に対して傾けて配
置すると、比較的低電圧でもコントラストが取れるよう
になる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、高分
子フィルムを視角補償板として用いることによって、視
角特性に優れた液晶表示素子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１〜４、６〜１０における液晶
表示素子の断面図である。

【図２】本発明の実施例１〜６、９、１０における液晶
表示素子の各軸の関係図である。

【図３】本発明の実施例１〜３、５〜１１において用い
た視角補償を行う高分子フィルムの屈折率楕円体の模式
図である。

【図４】本発明の実施例１、５〜７、９、１０および従
来の液晶表示素子の、電圧透過率特性を示す図である。

【図５】本発明の実施例１における液晶表示素子の、視
角特性を示す図である。

【図６】本発明の実施例４において用いた視角補償を行
う高分子フィルムの屈折率楕円体の模式図である。

【図７】本発明の実施例５、１１における液晶表示素子
の断面図である。

【図８】本発明の実施例５における液晶表示素子の、視
角特性を示す図である。

【図９】本発明の実施例７および従来の液晶表示素子の
各軸の関係図である。

【図１０】本発明の実施例７における液晶表示素子の、
視角特性を示す図である。

【図１１】本発明の実施例９における液晶表示素子の、
視角特性を示す図である。

【図１２】本発明の実施例１１における液晶表示素子の
各軸の関係図である。

【図１３】本発明の実施例１１における液晶表示素子
の、視角特性を示す図である。

【図１４】従来のＴＮ型液晶表示素子の断面図である。

【図１５】従来のＴＮ型液晶表示素子の、視角特性を示
す図である。

【符号の説明】

１上側偏光板２高分子フィルム３液晶セル４高分子フィルム５下側偏光板６液晶セル３の上基板７液晶セル３の下基板８透明電極９正の誘電異方性を有するネマチック液晶１１上側偏光板１の偏光軸方向１２液晶セルの上基板６の液晶配向方向１３液晶セルの下基板７の液晶配向方向１４下側偏光板５の偏光軸方向２１１１が１２となす角度２２ネマチック液晶９のねじれ角２３１４が１３となす角度３１高分子フィルムの屈折率楕円体３２高分子フィルムのフィルム面４１コントラスト比１：１の等コントラスト曲線４２コントラスト比１：３の等コントラスト曲線４３コントラスト比１：１０の等コントラスト曲線４４コントラスト比１：３０の等コントラスト曲線４５コントラスト比１：１００の等コントラスト曲線４６コントラスト比１：３００の等コントラスト曲線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶
セルと、高分子フィルム面の法線方向に対して光軸が傾
いた少なくとも1枚の高分子フィルムと、偏光板とを有
してなる液晶表示素子において、前記高分子フィルムの
法線方向の屈折率をｎｚ、前記法線方向に直交する２方
向の屈折率をｎｘ、ｎｙ、フィルム厚をｄとしたとき、
前記高分子フィルムの（ｎｘ−ｎｚ）×ｄの値の和が、
前記液晶のΔｎ×ｄの値と同じかよれよりも小さいこと
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】前記液晶のねじれ角が約９０度であること
を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記液晶表示素子が、電圧無印加時に明表
示、電圧印加時に暗表示を行うことを特徴とする請求項
１記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記高分子フィルムが前記液晶セルを挟ん
で配置されてなることを特徴とする請求項１記載の液晶
表示素子。