JP2558905B2

JP2558905B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2558905B2
Application number: JP2024329A
Authority: JP
Inventors: 繁光水嶋; 利夫藤井; 英一郎西村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH03228016A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明はツイストネマティック型液晶において色補償
を施した液晶表示装置に関する。

＜従来の技術＞一般に液晶表示装置において、電圧を印加した場合の
液晶層への印加電圧がしきい値（スレショルド電圧）以
下または又は無印加である時に、光の透過を閉じる（黒
表示）ように偏光板等の光学条件を設定した、いわゆる
ノーマリーブラックモードのTN−FEM（ツイストネマテ
ィック電界効果）型液晶表示装置において、コントラス
トの高い良好な表示品位を得るためには、電圧無印加
（しきい値電圧以下）の状態の光透過率を十分低い値に
することが重要である。

しかし、TN−FEM液晶表示装置において、ノーマリー
ブラックモードの電圧無印加時の光透過率は、よく知ら
れているGOOCH−TARRYの式で近似でき、横軸に液晶表示
パネルのレターデーション値ｄ・△ｎを、縦軸に光の透
過率を取ると、各波長γ＝450nm,550nm,650nmに対して
第10図のように示される。

光の透過率はｄ・△ｎの値により大きく変化し、また
光の波長により異なる。実際の液晶表示装置では、視角
特性などの各種表示特性の点や作成上の問題から、ｄ・
△ｎの設定に制約があり、透過率の高い値に設定される
場合が多い。また、ある波長において最適値に設定され
たとしても、他の波長の光が高い透過率を示すため、人
間の目には明るく感じたり、着色して見えることがあ
る。

特に、高い色純度と高いコントラストが要求されるTV
やビデオ画像表示などの場合、この問題の影響は大き
い。TN−FEM液晶を用いたTFT−LCD（Thin Film Transis
torを用いた液晶表示装置）では、ｄ・△ｎの値が0.5μ
ｍ前後が用いられる場合が多いが、この時ノーマリーホ
ワイトモードではコントラストが100:1程度得られるの
に対し、ノーマリーブラックモードでは30:1程度の低い
値となり、これが表示品位の差となっている。この差は
視角特性が優れている、より低いｄ・△ｎの値では更に
大きな差となる。従って、今日多くのTFT−LCDのカラー
表示装置では、ノーマリーホワイトモードが採用されて
いる。しかし、ノーマリーホワイトモードでは、TFT素
子の絵素欠陥が輝点となり目立つため、歩留りなどの点
で生産上大きな問題となっている。

また、液晶表示パネルの背面やセルの中に形成された
絵や文字、色フィルターなどの表示を、ノーマリーブラ
ックモードの液晶セルで光の透過を制御して表示するよ
うな方式が多く用いられている。例えば、自動車や飛行
機などの警告表示や、オーデイオのレベルメーターなど
がある。これらの表示では、光を閉じるシャッター状態
の透過率が十分低くないと、背面の表示パターンが浮き
出して見えるため、著しく品位が低下する。

この問題点を解決するために、２層型の液晶表示装置
が開発されている（特公昭63−53528号等）。この表示
装置は液晶分子をツイストネマティック配向させた２つ
の液晶セルを有し、一方は表示動作を行うための表示用
セルであり、もう一方は楕円偏光を直線偏光に戻すため
の補償用液晶セルである。この光学補償用として液晶セ
ルを重ね合わせた、いわゆるダブルTN構造（DTN）の液
晶表示装置では、液晶パネルが２層になるため、厚くな
ることや、重くなるなどの弊害があった。

＜発明が解決しようとする課題＞そこで、光学補償用として光学位相差板（フィルム）
を用いることが検討されており、スーパーツイストモー
ド（STN）の場合を中心に種々の提案がなされている。
しかし、ツイスト角が90度前後のTNモードでは、その位
相差板の軸の設定や、リターデーション値の設定などに
対する条件がSTN−LCDの場合と大きく異なり、有効な提
案は無い。

本発明は、上記の問題点を解決したものであり、従来
の２層型TN−LCD及びTN−TFT−LCDと比較して薄型・軽
量化が可能であり、かつ鮮明な白／黒表示が得られる液
晶表示装置を提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、上側偏光板−90度ツイストのネマティック
型液晶表示セル−上記上側偏光板と平行な透過軸を有す
る下側偏光板の順に積層したツイストネマチィック型の
液晶表示装置において、上記液晶表示セルの両側の少な
くとも一方に光学位相差板を設け、該位相差板の最大屈
折率を示す軸方向を、上記位相差板に近接する液晶表示
セル基板表面の液晶分子長軸方向と垂直な方向から10〜
20度の正の角度にずらして配設するとともに、上記位相
差板のリタデーションの総和（Re）を、上記液晶表示セ
ルの液晶層の厚さ（ｄ）と液晶材料の屈折率の異方性
（Δｎ）の積（ｄ・Δｎ）に対して、ｄ・ΔＮ−0.05μ
ｍ≦Re≦ｄ・Δｎ＋0.1μｍとしたことを特徴とする。

＜作用＞液晶表示装置において、下側の偏光板を通過した直線
偏光は、90度ツイストされた液晶層を通過後楕円偏光性
を有しその長軸方向は約90度旋回しているが、波長によ
りばらついている。しかし上記本発明のおける光学位相
差板の作用により、この楕円偏光性の補償と長軸方向の
補正（直線偏光で90度旋回が理想）を行い、ノーマリー
ブラックモードの電圧無印加時の光透過率を小さくしコ
ントラスト比を改善できる。

＜実施例＞以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図に本発明の液晶表示装置の基本構成例を示す。１は
上側偏光板、２は光学補償用に配置された位相差板であ
る。3,10はガラス基板、4,9は透明導電膜電極（ITO）、
5,8は配向膜、６は液晶組成物、７はシール材で、いわ
ゆるツイストネマチック型の液晶表示セルを構成してい
る。11は上側偏光板１と平行な透過軸を有する下側偏向
板である。上記位相差板２としては、ポリビニールアル
コールの複屈折フイルムやポリカーボネイトフィルム等
が使用できる。

第２図は本発明の一実施例の各光学軸を説明する図で
ある。第１図の構成の場合、P₁は上基板（位相差板に最
近接する基板３）近傍の液晶分子の長軸配向方向（ダイ
レクタの方向）、P₂は液晶層中央部の液晶分子の長軸配
向方向（ダイレクタの方向）、P₃はP₁と直交する方向で
あり、90度ツイストの場合は下基板（位相差板に最遠接
する基板10）近傍の液晶分子の長軸配向方向となる。P₄
は位相差板２の最大屈折率軸（位相差板軸）の設定方向
を示している。本構造はノーマリーブラックモードであ
るので、ここでは下側偏光板11の透過軸はP₃方向と一致
し、上側偏光板１の透過軸は下側偏光板２の透過軸と平
行、すなわちP1の軸と直交する軸にその透過軸を一致さ
せて配設している。

実施例１ TN−FEM液晶表示装置において、位相差板２の配置は
上側偏光板１と液晶セルの間とし、回転させることで軸
方向を変化させた。以後、位相差板２の軸設定は、第２
図のP₃方向を０度とし、P₄方向に向かって正方向の角度
（θ）として表現する。

上記において次のセルパラメーターをもつTN−FEM液
晶表示装置を作成した。

１）セルギャップ（液晶層の厚み）d: 4.5μｍと5.5μｍ２）液晶組成材料： △ｎ（左旋性）;0.09と0.12 組成；フェニルシクロヘキサン系混合液晶３）セル構造：第１図参照。

この液晶セルにPVA（ポリビニールアルコール）系位
相差板２（例えば株式会社カヤポーラ製の製品）を用
い、リタデーションの総和Reの値を320nmから700nmまで
の間で、約10〜20nm間隔でを変化させて、試作を行っ
た。

（最適設定軸角度）第３図に上記液晶表示装置の評価結果を示す。横軸に
P₃からの角度の変化を示し、縦軸に位相差板２を用いな
い場合の光透過度を100％とした透過率を取ると、図に
明示されるように、その角度は位相差板２のリタデーシ
ョン値（Re）の大きさや液晶層のｄ・△ｎにより多少異
なるが、位相差板２の設定軸との角度の間において、位
相差板２を用いない場合よりも低い透過率を持つ角度が
あり、また最小値が存在することがわかった。

第４図は、TN−TFT−LCDにおいて一般的な液晶である
ｄ・△ｎ値＝0.5μｍの場合で、位相差板２のリタデー
ション値（Re）を同じく0.5μｍとした場合を示すもの
で、P₃からの角度θが０度から30度の範囲で位相差板２
を用いない場合よりも低い透過率となり、また約15度近
接において透過率は最小値を得た。

（最適リタデーション）第５図は、位相差板２の軸の設定角度10度の場合の位
相差板２のリタデーション値（Re）と透過率の実測値で
ある。横軸に位相差板２のレターデーション値（Re）
を、縦軸に位相差板２を用いない時の光の透過率を100
％とする透過率を取っている。第５図は、液晶層のｄ・
△ｎ値を0.4μm,偏光板1,11の設定角度を平行とした場
合で、位相差板２のリタデーション値（Re）が0.35μｍ
〜0.5μｍにおいて、位相差板２を用いない場合より低
い透過率を示し、リターデーション値（Re）が約0.45μ
ｍ付近において透過率の最小値を取った。

また液晶層のｄ・Δｎ値を0.5μｍに設定し、偏光板
1,11の設定角度を平行とすると、第６図に示されるよう
に、位相差板２のリタデーション値（Re）が0.45μｍ〜
0.6μｍにおいて低い透過率を示し、位相差板２のリタ
デーション値（Re）が約0.55μｍ付近において透過率が
最小値となった。

またその他のセルギャップｄと液晶材料の△ｎの組み
合わせを実施した。第７図は横軸に液晶層のリタデーシ
ョンｄ・△ｎ、縦軸に位相差板２のリタデーション値
（Re）を取り、位相差板２を用いない場合に比べ電圧無
印加の透過率が低くなる範囲を図示するもので、●印は
上限のとる範囲、○印は下限のとる範囲を示している。
なお、位相差板２の軸角度θの設定は10度,15度,20度の
３種としている。

液晶層のリターデーション値ｄ・△ｎが0.66μｍ、0.
54μｍの場合などを含む上記結果より、位相差板２を用
いない場合に比べ、良いコントラスト特性（オフ時の低
い透過率）を得るためには、ｄ・△ｎ−0.05μｍ≦Re ≦ｄ・△ｎ＋0.1μｍを満たすリターデーション値Reに設定するのが好まし
い。

実施例２上記実施例の条件をみたすTN−TFT−LCDの場合wo確認
するため、TFT−LCDカラー液晶表示装置を作成した。TF
T構造は、従来よりよく知られた第８図の構造（逆スタ
ガー型）とし、カラーフィルターはゼラチン染色法によ
り作成したものを用いた。

第８図はTN−TFT−LCDのカラー液晶表示装置の構成
図、第９図は同逆スタガー型TFT−LCDの平面図である。
液晶表示セル部分が異なるだけで他の構成は第１図及び
第２図と同様である。この場合も、前述した「（最適設
定角度）」及び「（最適レタデーション）」の関係は同
様であることが確かめられた。

第８図，第９図を参照して以下さらに詳しく説明す
る。

透明性基板22上にゲートバス配線11が形成され、ゲー
トバス配線11の一部がTFTのゲート電極として機能して
いる。ゲートバス配線11上には陽極酸化膜12が形成さ
れ、陽極酸化膜12上の全面にゲート絶縁膜13が堆積され
ている。ゲートバス配線11のゲート電極として機能する
部分の上には上述の陽極酸化膜12及びゲート絶縁膜13を
介して半導体層14が形成されている。半導体層14上には
半導体層14を保護するため半導体層保護膜15が形成され
ている。

また、半導体層14上に２つのコンタクト層16,16が設
けられ、それぞれのコンタクト層16,16上にソース電極1
7及びドレイン電極18が形成されている。ソース電極17
はソースバス配線17′に接続され、ドレイン電極18は絵
素電極20に接続されている。このように形成されたTFT
上に保護膜19が形成され、保護膜19上の全面に配向膜21
が形成されている。

その他の作成した表示装置のパラメータや特性を第１
表に示す。画素数は240×384＝92,160、カラーフィルタ
ーの配置方法はRGBのデルタ配列、ツイスト角度90度、
階調表示特性は16階調である。用いた液晶材料は、フェ
ニルシクロヘキサン系混合液晶であり、△ｎは0.09μｍ
のものである。セルギャップｄは、4.5μｍと5.5μｍの
２種類のものを作成した。従って液晶層のリターデーシ
ョン値ｄ・△ｎは0.4μｍと0.5μｍとなる。

用いた位相差板２は、PVA系フィルム位相差板（株式
会社カヤポーラ製）のリタデーション（Re）が450nmと5
50nmのものである。

第１図及び第２図と同様に上側に位相差板２を配し、
位相差板２の設定角度θはP₁に対し10度に設定した。

このようにして作成したノーマリーブラックモードの
TN−TFT液晶表示装置を位相差板を用いないノーマリー
ブラック及びノーマリーホワイトモードのものと比較し
た。第２表にビデオ画像表示品位の比較を示す。

コントラスト比を見ると、従来のノーマリーブラック
モードが「20〜30」であったものが「40〜60」と約２倍
の値に改善されている。色特性は従来のノーマリーブラ
ックモードが「赤色傾向」または「やや赤色傾向」であ
ったものが良好な結果に改善されている。総合品位とし
て、「非常に劣る」または「劣る」結果であったもの
が、良好な結果となり、量産しにくいノーマリーホワイ
トモードに近い表示品位を達成することが出来た。

＜発明の効果＞以上本発明によれば、従来の２層型TN−LCDと比較し
て薄型・軽量化が可能であり、かつノーマリーホワイト
モードに近い鮮明な白／黒表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す液晶表示装置の構造説
明図、第２図は同実施例の各光学軸の相対関係を示す
図、第３図は位相差板の設定角度と透過率の関係を示す
図、第４図は同他のパラメーターにおける位相差板の設
定角度と透過率の関係を示す図、第５図は位相差板のリ
ターデーション値（Re）と透過率の関係を示す図、第６
図は同たのパラメーターにおける位相差板のリターデー
ション値（Re）と透過率の関係を示す図、第７図は液晶
層のリタデーションｄ・△ｎと位相差板のリタデーショ
ン値（Re）の関係を示す図、第８図はTN−TFT−LCDのカ
ラー液晶表示装置の構成図、第９図は同逆スタガー型TF
T−LCDの平面図、第10図はGOOCH−TARRYの式で近似され
たノーマリーブラックモードの電圧無印加時の光透過率
とｄ・△ｎとの関係を示す図である。 1,11:偏光板、2:位相差板、3,10:ガラス基板、4,9:透明
導電膜電極（ITO）、5,8:配向膜、6:液晶組成物、7:シ
ール材、P₁:上基板（位相差板に最近接する基板）近傍
の液晶分子の長軸配向方向、P₂:液晶層中央部の液晶分
子の長軸配向方向、P₃:P₁と直交する方向、P₄:位相差板
の最大屈折率軸（位相差板軸）の設定方向。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上側偏光板−90度ツイストのネマティック
型液晶表示セル−上記上側偏光板と平行な透過軸を有す
る下側偏光板の順に積層したツイストネマティック型の
液晶表示装置において、上記液晶表示セルの両側の少な
くとも一方に光学位相差板を設け、該位相差板の最大屈
折率を示す軸方向を、上記位相差板に近接する液晶表示
セル基板表面の液晶分子長軸方向と垂直な方向から10〜
20度の正の角度にずらして配設するとともに、上記位相
差板のリタデーションの総和（Re）を、上記液晶表示セ
ルの液晶層の厚さ（ｄ）と液晶材料の屈折率の異方性
（Δｎ）の積（ｄ・Δｎ）に対して、ｄ・Δｎ−0.05μｍ≦Re≦ｄ・Δｎ＋0.1μｍとしたことを特徴とする液晶表示装置。