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JP2916331B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2916331B2
JP2916331B2 JP4238161A JP23816192A JP2916331B2 JP 2916331 B2 JP2916331 B2 JP 2916331B2 JP 4238161 A JP4238161 A JP 4238161A JP 23816192 A JP23816192 A JP 23816192A JP 2916331 B2 JP2916331 B2 JP 2916331B2
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英俊 阿部
理 伊藤
郁夫 檜山
雅明 北島
真一 小村
堅吉 鈴木
直樹 菊地
比止美 間所
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Japan Display Inc
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコントラストが高く、か
つ、視角特性が良好な電界効果型液晶表示装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高コントラスト比の液晶表示装置を実現
するために、らせん構造が互いに逆にねじれた二つの液
晶素子を積層するか、あるいは複屈折性プラスチックフ
ィルムを積層した表示装置が提案されている(米国特許
第4,844,569号)。なお、複屈折性プラスチック
フィルムは、偏光板と電極基板間に粘着剤で積層接着さ
れる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】大容量表示が可能な液
晶表示装置には、スーパーツイステッドネマチックタイ
プ(STN)とシンフィルムトランジスタタイプ(TF
T)が知られている。
【0004】STNタイプの液晶表示装置においては、
液晶分子の複屈折性と旋光性に基ずく位相差によって生
ずる干渉色のため、背景色または表示色が黄色あるいは
青色に着色していた。この干渉色を打ち消すため、電極
等の電界印加手段を持たない、ねじれ方向が逆の液晶素
子を積層したり、あるいは複屈折性プラスチックフィル
ムを液晶素子に積層することで、位相差を補償して白黒
表示を実現し、併せてコントラスト比も向上した。
【0005】図2(a)は液晶素子の構造を示す模式断
面図であるが、上記複屈折性プラスチックフィルム(複
屈折媒体3)は偏光板1と基板5との間に積層されてお
り、該複屈折媒体3は液晶セルの位相差と実質的に等し
く、両者の符号は互いに逆で、STNの場合にはその位
相差の典型的な値は800nm程度である。
【0006】こうした従来技術による液晶素子への電圧
印加による透過率の変化を図3に示す。図から分かるよ
うに低電圧印加(非選択電圧)時に位相補正をして黒表
示を得ている。しかし、液晶分子の配向が変化し始める
低電圧域では、液晶分子配向が不安定なため不均一にな
り易い。その結果、コントラストの低下、表示むら、ク
ロストーク現象が発生して、表示画質を低下させるとい
う問題があった。
【0007】クロストークとは、時分割駆動を行った場
合、表示したくない非表示点(非選択点)が完全な非表
示状態にならずに半点灯状態となり、表示画面全体の表
示コントラスト比を低下させる現象をいう。これはこう
した液晶表示装置の弱点でもあり、STNタイプの液晶
表示装置では応答速度を高めるために、予め全電極にバ
イアス電圧が印加されていることによるもので、当該部
分の液晶が不完全であるが僅かに応答し透過率が上昇す
る。こうした状態の透過率と理想的な非選択状態の透過
率との差がクロストークと呼ばれる。
【0008】クロストーク現象は、非選択電圧印加時に
黒表示となるノーマリークローズ方式で著しい。また、
このクロストーク現象は印加される駆動電圧の周波数成
分によっても変化する。液晶素子への交流電圧を印加し
た時の透過率の変化において、透過率の飽和値を100
%として、その透過率が10%となる電圧をしきい値電
圧とした時、このしきい値電圧の周波数による変動が小
さい方がクロストーク現象の発生が少ない。
【0009】一方、TFT液晶表示装置は、STNタイ
プの液晶表示装置と比較して高いコントラストを有する
が、そのネマチック液晶のねじれ角を90度、液晶層の
厚さdと屈折率異方性Δnの積Δn・d(μm)が0.
5近傍のとき、100:1以上の高コントラスト比と多
階調ならびに多色表示が可能であるが、表示装置を斜め
から見た場合に透過率並びに表示色が大きく変化すると
いう問題があった。上下電極に印加された電圧差により
基板に対して垂直方向に配列した棒状の液晶分子が、斜
め方向からは液晶分子の長軸方向の成分によるリタデー
ションへの影響が生じるからである。
【0010】そこで、ネマチック液晶層のねじれ角を1
0〜80度とし、該液晶層の厚さd(μm)と屈折率異
方性Δnの積Δn・d(以下、Δndと示す)を0.2
〜0.7μmとすることにより、視角特性を向上する方
法が提案された(特開昭63−115137号公報)。
【0011】しかし、表示装置を正面から見た場合のコ
ントラスト比は、電圧印加時の黒透過率の上昇により低
下した。この原因は、図2(b)の模式断面図に示すよ
うに、電圧印加時に基板界面付近の液晶分子は完全には
立ち上がっていない。また、ねじれ角が90度の場合、
ラビング軸、即ち、液晶分子の配向方向が直交するた
め、この残留位相差が打ち消されるが、ねじれ角10
〜80度の場合、液晶分子の配向方向が直交していない
ので残留位相差が打ち消されずに黒透過率が上昇するた
めである。
【0012】本発明の目的は、コントラストが高くかつ
視角特性が良好、あるいは、表示の均一性が優れた電界
効果型の液晶表示装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。
【0014】(1) TFT型液晶表示装置において、
電極を有し対向配置された一対の基板と、該基板間に設
けられた液晶層と、該液晶層を挟むように配置された一
対の楕円偏光板を有し、該楕円偏光板偏光フィルムと
該偏光フィルムを挟持するよう配置された一対の複屈折
性を有する複屈折フィルムとから構成され、上記複屈折
フィルムのリタデーションの総和が0.005〜0.25
μmの間にあることを特徴とする液晶表示装置。
【0015】(2) 電極を有し対向配置され、一方の
基板にTFTを有する一対の基板と、該基板間に設けら
れた液晶層と、該液晶層を挟むように配置された一対の
楕円偏光板を有する液晶表示装置であって、記液晶層
のねじれ角を10〜90度とし、上記液晶層の厚さd
(μm)と屈折率異方性Δnとの積Δn・dが0.2〜
0.7μmであり、上記楕円偏光板偏光フィルムと該
偏光フィルムを挟持するよう配置された一対の複屈折性
を有する複屈折フィルムとから構成され、上記複屈折フ
ィルムのリタデーションの総和が0.005〜0.25μ
mの間にあることを特徴とする液晶表示装置。
【0016】(3) 前記楕円偏光板を構成する前記複
屈折フィルムが前記偏光フィルムと液晶層との間に配置
されており、上記複屈折フィルムの位相差が0.05μ
m以下である前記(1)または(2)に記載の液晶表示
装置。
【0017】(4) 前記楕円偏光板を構成する一対の
複屈折フィルムは、各複屈折フィルムの遅相軸が所定の
角度で交差している前記(1)または(2)に記載の液
晶表示装置。
【0018】前記楕円偏光板を構成する一対の複屈折フ
ィルムは、各複屈折フィルムの屈折率の波長分散特性が
異なり、各遅相軸が所定の角度で交差している前記
(1)または(2)に記載の液晶表示装置。
【0019】(6) 前記楕円偏光板を構成する一対の
複屈折フィルムが、TAC(トリアセチルセルロース)
である前記(1)または(2)に記載の液晶表示装置。
【0020】前記液晶装置は電界効果型と呼ばれ、電極
間に電界を印加することにより、液晶分子の配向状態を
変化させて透過率を制御する。正の誘電異方性を有する
ネマチック液晶を用いた場合には、電圧無印加状態にお
いては液晶分子は電極基板に一定の傾斜角(プレチルト
角)を持ち配向する。基板に形成した電極間に電界を印
加し、その電界を徐々に大きくすると、液晶分子はある
値以上の電界において配向状態が変化しはじめ、前記傾
斜角が変化し、基板面付近と基板間中央部とでその大き
さが異なり、前記らせん構造が減衰する。これをしきい
値と云い、このしきい値より十分大きい電界では、電界
に対して平行、即ち、電極基板に対して液晶分子が垂直
な配向となる。また、表示の着色原因となる前記位相差
も、印加する電界の大きさ、即ち、液晶分子の配向状態
の変化に伴い減少する。
【0021】液晶及び複屈折媒体の位相差の測定方法
は、偏光顕微鏡を用いたセナルモン法、分光光度計を用
いた干渉法、あるいは、分光研究:第29号第5巻、3
01〜320頁(1980年)に記載されているストレ
スプレートモジュレータを用いた偏光解析法等がある。
前記液晶表示装置の位相差を上記のストレスプレートモ
ジュレータを用い、光の波長0.633μmで測定した
ところ、図4に示すような結果が得られた。
【0022】STNタイプの液晶表示装置の位相差は、
電界無印加状態で0.9μm程度の場合、しきい値近傍
では0.8μm前後、しきい値より十分大きい電界(4
V以上)では電極基板に対して垂直な配向となり、等方
性液体に近づくために0.05μm以下となる。
【0023】ここで液晶表示装置を時分割駆動する場
合、非選択電圧がしきい値電圧に相当する。しきい値近
傍では液晶分子の配向状態は、分子が基板に対して立上
り始め、かつ、液晶層のねじれ構造が解消し始めるため
非常に不安定であり、また、配向の変化も急激である。
【0024】この状態で黒表示を得るため、位相差0.
6〜0.8μmの複屈折媒体を配置したノーマリークロ
ーズ方式のSTNタイプの液晶表示装置では、前記の理
由により均一な黒表示が得られずコントラスト比も低下
する。これを解決するためには、液晶分子の配向の安定
している選択電圧印加時に黒表示が得られるノーマリー
オープン方式が好ましい。
【0025】STNタイプの液晶表示装置では、時分割
数200本の表示素子で1/200デューティ駆動する
場合、選択電圧として非選択電圧の1.073倍、時分
割数400本時には1.051倍の電圧が印加される。
この状態での液晶分子の状態の模式図を図2(b)に示
す。液晶分子の配向状態はらせん構造が減衰され、基板
界面部を除きほぼ立ち上がった状態となる。この時の位
相差は、基板界面に残留配向した液晶分子のみにより決
定される微小な値の界面残留位相差21となる。
【0026】完全な白黒表示を得るためには、この液晶
層の界面残留位相差21と等しいかまたは近接した位相
差を持つ複屈折媒体3を配置する必要があり、その複屈
折媒体の位相差は0.1〜0.15μmが好ましい。さら
に高電圧側で黒表示を得るためには、より小さな位相差
0.1μm未満であることが必要となる。
【0027】前記複屈折媒体を設置する位置は、液晶層
と偏光板のいずれか一方との間であればよいが、特に、
基板間に配置した場合、多重反射による透過率の減衰が
減り、明るさを向上することができる。
【0028】前記基板の電極間に印加する電圧は、階調
数によりレベル数が決定され、2階調表示の場合は2レ
ベル(2位置)、8階調表示の場合は8レベル(8位
置)となる。さらに電圧レベル数を増すことにより、多
階調表示が可能である。
【0029】また前記2レベル以上の電圧のうち、最低
電圧V 1 より高い電圧V2を最大電圧とすることにより、
低電圧側で白表示、高電圧側で黒表示となるノーマリー
オープン方式の表示となる。この方式の表示は、白表示
透過率が高く、コントラスト比が大きいのが特徴で、反
射型表示装置に用いた場合有利である。この場合、コン
トラスト比を従来と同等にすれば、高透過率の偏光板の
使用が可能であり、透過率をさらに向上することができ
る。
【0030】また、透過型表示装置の場合、黒表示時に
電極間からの漏れ光が生じるが、クロム蒸着あるいは黒
色顔料を印刷することによりブラックマトリクスを電極
間に施すか、あるいは、表示部に占める非電極部分の割
合を減じる、いわゆる開口率を増すことによってコント
ラスト比を向上することができる。
【0031】前記液晶層のねじれ角の大きさは、STN
液晶表示装置による時分割駆動においては、しきい値近
傍の点灯状態が光を散乱する配向となることから最大値
が制限され、360度が上限である。また、下限はコン
トラストによって制限され、180度が限界である。更
に、走査線数が200本以上でもコントラストが十分満
足できるような白黒表示が可能な液晶素子を得たいとき
には、ねじれ角は240〜270度が好ましい。更にま
た、ねじれ角が90度の整数倍近傍の時、上下基板界面
での液晶分子の配向方向が互いに直交となるため、前記
界面残留位相差は打ち消されてより小さくなり、コント
ラスト比は向上する。
【0032】一方、TFT液晶表示装置の場合、ねじれ
角の大きさはコントラスト比向上を重視すれば90度近
傍が好ましいが、視角特性を考慮するとねじれ角は30
〜80度が好ましい。ねじれ角を90度、液晶層の厚さ
dと屈折率異方性Δnの積Δndが0.5μm近傍とす
ると、駆動電圧8V程度で100:1以上の高コントラ
スト比が得られる。これは、基板界面部での液晶分子の
配向方向が互いに直交となるため、前記界面残留位相差
は打ち消されるためである。
【0033】視角特性向上のためには液晶層のねじれ角
を90度よりも小さく、該ネマチック液晶層の厚さdと
屈折率異方性Δnの積Δndを0.5μmよりもさらに
小さくすることが効果的である。しかし、ねじれ角が9
0度より小さい場合、駆動電圧8V程度では基板界面付
近の液晶分子の配向方向は互いに直交せず、微小な位相
差が残留するために100:1以上の高コントラスト比
を得るには20V以上の高電圧の印加が必要となる。
【0034】従って、上記の液晶層の該残留位相差に相
当する位相差0.05μm以下の複屈折媒体、例えば、
高分子フィルムを、液晶層と少なくとも一方の前記偏光
板との間に配置することにより、残留位相差が補償され
駆動電圧8V程度で100:1以上の高コントラスト比
のものを十分得ることができる。
【0035】本発明の前記複屈折媒体としては、例え
ば、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリ
ビニルアルコール、ポリエーテルスルホン、ポリエチレ
ンテレフタレート等の透明な高分子フィルムが挙げられ
る。
【0036】前記複屈折媒体の位相差は、選択電圧印加
時あるいは高電圧印加時に位相差を打ち消すことを目的
とするため、0.005〜0.25μm、好ましくは0.
01〜0.25、より好ましくは0.01〜0.20μm
がよい。この位相差を得る手段として、同じ高分子フィ
ルムを2枚以上用いるのがよい。該高分子フィルムの遅
相軸を平行に積層すると位相差の大きさは各フィルムの
和となり、直交させると各高分子フィルムの位相差の差
となるので、目的とする補償値に合わせて所定の交差角
度を選択する必要がある。
【0037】該高分子フィルムの積層角度は、STN型
液晶表示装置においては、非選択電圧印加時には液晶層
のらせん構造は完全には消失していないため、直交より
も小さい方が好ましい。また、TFT型液晶表示装置の
場合には、上下基板で液晶分子のラビング方向が直交し
ているので高分子フィルムを直交積層することにより、
高分子フィルム自身が視角特性を広げる効果がある。
【0038】前記界面残留位相差を補償するためには、
二枚の高分子フィルムを前記上下基板のラビング方向に
交差させて各一枚ずつを積層する方法と、一枚の高分子
フィルムを該上下基板のラビング方向のベクトル和に交
差させて積層する方法がある。
【0039】また、異種の高分子フィルム、特に、屈折
率の波長分散特性が異なるフィルムをその遅相軸を交差
させて積層すると、該積層フィルムの屈折率の波長分散
特性で前記界面残留位相差の補償を制御することができ
る。この場合、液晶と高分子フィルムの屈折率の波長分
散をほぼ等しくすることにより、可視光の全波長領域で
位相差が打ち消され、より完全な位相補償ができ、コン
トラスト比をより向上できる。なお、上記各フィルムは
目的に応じて選択できる。
【0040】前記液晶表示装置において、偏光板(偏光
フィルム)は水分や紫外線を遮断する保護フィルムが密
着積層されていてもよい。こうした保護フィルムは複屈
折性を有するフィルム、例えば、トリアセチルセルロー
ス(TAC)などが使用されているが、保護フィルムの
遅相軸と偏光フィルムの吸収軸は、平行あるいは直交さ
せて積層され、偏光板自体は位相差を持たない。しか
し、前記保護フィルムの基板に接する側のフィルムで、
位相差の大きさが0.01〜0.25μmのフィルムの遅
相軸を、偏光フィルムの吸収軸と所定の角度で交差させ
ることにより、位相差を持たせた楕円偏光板を得ること
ができる。また、高分子フィルムからなる保護フィルム
を楕円偏光板に密着積層し、位相差の大きさ、屈折率の
波長分散特性を制御できる。
【0041】前記複屈折媒体は、液晶層の残留位相差を
打ち消すことを目的に配置されており、該遅相軸は液晶
の遅相軸とほぼ直交する。ここで液晶層の平均の遅相軸
方向は、液晶層を挾持する上基板および下基板の界面で
の液晶分子の配向ベクトルの和に相当する。
【0042】本発明の表示装置においては、光源として
冷陰極管、熱陰極管やエレクトロルミネッセントを用い
たもの、または外光を利用した反射型のものに適用する
ことができる。
【0043】
【作用】本発明の液晶表示装置が、コントラストが高
く、表示の均一性の高い理由は、液晶分子が基板界面を
除きほぼ立上って分子配向が安定する高電圧印加時に黒
表示となるため透過率の減衰が小さくなり、かつ、複屈
折媒体を用いて液晶層の残留位相差を補償することによ
り、明るい白表示が得られるためである。
【0044】また、視角特性が良好な理由は、液晶層
挟むように配置された一対の楕円偏光板が偏光フィルム
とその偏光フィルムを挟持するよう配置された一対の複
屈折性を有する複屈折フィルムとから構成され、その複
屈折フィルムのリタデーションの総和を0.005〜0.
25μmの間にしたことにより、位相差の視角による変
化が小さくなったためである。
【0045】
【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
【0046】〔実施例1〕 図1は本発明の液晶表示装置の構成の一実施例を示す模
式斜視図である。本実施例では、電界効果型液晶として
正の誘電異方性を有するネマチック液晶を用いて時分割
駆動を行った例で説明する。
【0047】液晶分子7のねじれ方向とねじれ角は、上
側電極基板5のラビング方向6と下側電極基板9のラビ
ング方向8及びネマチック液晶に添加される旋光性物質
の種類と添加量によって規定される。ねじれ角はコント
ラスト比を重視して90度近傍が好ましく、視角特性を
考慮すると30度〜80度が好ましい。また、基板界面
と液晶分子のなす傾斜角(プレチルト角)を2度以上と
し、ここではポリイミド配向膜(日産化学製RN42
2)を基板面に形成して4度とした。
【0048】ここで、偏光板としては、日東電工製G1
220DU(偏光度99.95%)を用い、下側偏光板
10の吸収軸(偏光軸)11と上側偏光板1の吸収軸2
との交差角度をほぼ90度とした。液晶層のねじれ角を
60度、下側偏光板10の吸収軸11とラビング方向
(液晶配向方向)との角度を15度に設定した。液晶に
はメルク社製ZLI1800−100(Δn=0.07
05)を用い、液晶層の厚さ4.9μmとし、Δnd
0.345μmに設定した。
【0049】複屈折媒体として位相差(Δnd)が0.
03μmのPVA一軸延伸フィルムを2枚用い、一枚を
下側偏光板10と基板9との間に、他の一枚を上側偏光
1と基板5との間にそれぞれ配置し、該フィルムの遅相
軸4を基板界面の液晶配向方向(ラビング方向)に対し
て90度に、それぞれ設定した。
【0050】この時の正面における透過率37.6%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約22
0であった。
【0051】また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、その各階調表示時における領域を斜め方
向から見た時、隣合う2つの領域において最初に明暗が
反転し始める時の角度範囲は、左右において72度、上
下において55度であった。
【0052】複屈折媒体としては、トリアセチルセルロ
ース(TAC)フィルム一枚を基板5の外側に配置した
が、基板5と液晶層7の間、あるいは基板9と液晶層7
の間に配置してもよい。また、複屈折媒体(有機高分子
フィルム)は基板5あるいは9と偏光板1あるいは10
の間に各一枚、あるいは各二枚配置してもよい。この場
合、各々のフィルムの位相差は、片側一枚の場合よりも
低くすることが望ましい。
【0053】該複屈折媒体である有機高分子フィルムと
しては、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコ
ール(PVA)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポ
リエチレンテレフタレート(PET)等の透明な複屈折
性プラスチック延伸フィルムを用いることができ、TA
Cフィルムに限定されない。
【0054】また、複屈折媒体として偏光板と一体化し
た楕円偏光板を用いた。図5に本実施例で用いた偏光板
の斜視図を示す。偏光フィルム16の両面に有機高分子
フィルムからなる保護フィルム15,17が密着積層さ
れている。該保護フィルム15,17は水分、紫外線等
を遮断する機能を有するものである。本実施例の偏光フ
ィルム16としては、ヨウ素を添加したポリビニルアル
コール(PVA)フィルムを一軸延伸したものである。
また、保護フィルム15,17は位相差0.050μm
のTACフィルムを用い、保護フィルム17の遅相軸1
4と偏光フィルム16の吸収軸13の交差角は15度と
した。
【0055】なお、保護フィルム17の外側に粘着層1
8を設けて液晶素子の基板に密着させることができる。
また、保護フィルムにはポリカーボネート、ポリビニル
アルコール等の複屈折性プラスチック延伸フィルムを用
いることもできる。
【0056】複屈折媒体と一体化した楕円偏光板として
は、図6に示すように3層あるいは4層以上の構造のも
のを、目的に応じて用いることができる。
【0057】〔実施例〕 実施例基本的には同じ構成で、液晶にメルク社製Z
LI1646(Δn=0.08)を用い、液晶層の厚さ
4.3μmとし、Δndを0.34μmに設定した。複屈
折媒体としてΔndが0.03μmの一軸延伸フィルム
1を、上側偏光板1と基板5との間に配置し、高分子フ
ィルムの遅相軸4をそれぞれの基板界面のラビング方向
のベクトル和の方向とほぼ直交するようにして積層し
た。
【0058】この時の正面における透過率37.4%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約21
0であった。
【0059】また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、その各階調表示時における領域を斜め方
向から見た時、隣合う2つの領域において最初に明暗が
反転し始める時の角度範囲は、左右において65度、上
下において40度であった。
【0060】〔実施例〕 実施例基本的には同じ構成で、液晶層の厚さを5.
5μmとし、Δndを0.44μmに設定した。正面の
透過率34.2%(0V印加時)、8V印加時のコント
ラスト比は約190であった。また、正面における輝度
の階調レベルを8段階に分割し、隣合う2つの領域にお
いて明暗が反転し始める時の角度範囲は、左右が57
度、上下が32度であった。
【0061】〔実施例〕 実施例基本的には同じ構成で、液晶にメルク社製Z
LI3122(Δn=0.0466)を用い、液晶層の
厚さ5.8μmとし、Δndを0.27μmに設定した。
【0062】正面の透過率34.4%(0V印加時)、
8V印加時のコントラスト比は約190であった。ま
た、正面における輝度の階調レベルを8段階に分割し、
隣合う2つの領域において明暗が反転し始める時の角度
範囲は、左右が79度、上下が60度であった。
【0063】〔実施例〕 実施例基本的には同じ構成で、下側偏光板10の吸
収軸11と上側偏光板1の吸収軸2との交差角度をほぼ
90度とし、液晶層のねじれ角を60度に設定した。液
晶はメルク社製ZLI1646(Δn=0.08)を使
用し、液晶層の厚さ4.6μmとし、Δndを0.37μ
mに設定した。
【0064】複屈折媒体は、Δndが0.58μmと0.
54μmの一軸延伸PCフィルムを延伸方向が直交する
ように積層したものを用いた。該フィルムは、位相差の
大きい方のフィルムの延伸方向に遅相軸を有し、その合
成される位相差は0.04μmで、1枚の複屈折媒体と
して取り扱うことができるものである。これを基板と偏
光板との間に上下共にそれぞれ挿入し、それぞれの複屈
折媒体の遅相軸が液晶配向方向に対してそれぞれ90度
となるように積層した。
【0065】図7は、基板に対して垂直方向と、基板に
対して左方向から30度と45度傾斜した方向で測定し
た透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。な
お、透過率(%)はフォトリサーチ社製の輝度計(タイ
プ1980A)で測定した光源輝度に対する表示素子透
過後の輝度の比率である。
【0066】偏光板のみの平行透過率34%、印加電圧
1Vの時の垂直方向の透過率31%であり、6Vでのコ
ントラスト比は160であった。また、図7から明らか
なように、左方向から30度および45度の傾斜透過率
は、垂直方向からの透過率と僅差である。
【0067】また、液晶層のねじれ角を90度とした従
来のTN方式では視角を大きくした時に明暗表示が反転
するが、本実施例ではこうした反転は起らなかった。
【0068】〔実施例〕 実施例基本的には同じ構成で、液晶層のねじれ角を
75度、下側偏光板10の吸収軸11と上側偏光板1の
吸収軸2との交差角をほぼ84度とし、下側偏光板10
の吸収軸11とラビング方向とがなす角度を7度に設定
した。液晶層の厚さ5.1μmとし、Δndが0.41μ
mになるように設定し、基板と偏光板の間に複屈折媒体
は配置せず、代わりに図5に示すΔnd0.1μmの
保護フィルム17を有する楕円偏光板を用いた。この保
護フィルム17の遅相軸14は、それぞれ基板界面の液
晶配向方向と直交して設定した。
【0069】1Vの電圧印加時の透過率は33%(理想
値の99%)であり、複屈折媒体を偏光板とは別個に挿
入配置した場合よりも透過率が向上した。また、液晶素
子自体の厚さもほぼ5%薄くすることができる。
【0070】〔実施例〕 実施例基本的には同じ構成で、液晶層のねじれ角を
45度、下側偏光板10の吸収軸11と上側偏光板1の
吸収軸2との交差角をほぼ89度とし、下側偏光板10
の吸収軸11とラビング方向とがなす角度を23度に設
定した。液晶層の厚さ4.0μmとし、Δndを0.32
μmになるよう設定した。複屈折媒体として、Δndが
0.58μmと0.53μmの一軸延伸PCフィルムの延
伸方向を直交して積層した位相差0.05μmのものを
用いた。該複屈折媒体を基板と偏光板の間に、Δnd
0.58μmのフィルムの延伸軸方向が、液晶配向方向
と直交するように配置した。
【0071】この液晶表示装置の印加電圧1Vの時の透
過率は31%(理想値の91%)であった。また、印加
電圧5Vにおけるコントラスト比は約190で、高コン
トラスト比が得られる電圧を5Vに下げることができ
た。図7と同様な透過率と電圧の関係が得られ、明暗表
示の反転がない表示装置が得られた。
【0072】〔比較例図8 は、実施例の液晶表示装置において、複屈折媒体
を挿入しない場合の透過率と電圧の関係を示すグラフで
ある。実施例では、印加電圧6Vでコントラスト比1
60を得たが、本比較例では6Vのコントラスト比は3
0であった。配向膜近傍の液晶のリタデーションがコン
トラスト比低下の原因である。
【0073】〔実施例〕 実施例基本的には同じ構成で、液晶層のねじれ角を
60度、下側偏光板10の吸収軸11と上側偏光板1の
吸収軸2との交差角度をほぼ82度、下側偏光板10の
吸収軸11とラビング方向とがなす角度を7度に設定し
た。液晶層の厚さ4.3μmとし、Δndを0.34μm
に設定した。複屈折媒体には、Δndが0.03μmの
一軸延伸フィルムを遅相軸がそれぞれの基板のラビング
方向のベクトル和の方向とほぼ直交するよう偏光板の内
側に積層した。
【0074】この時の正面における透過率37.4%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約20
0であった。また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、隣合う2つの領域において明暗が反転し
始める時の角度範囲は、左右が65度、上下が40度で
あった。
【0075】〔実施例〕 実施例基本的には構成が同じで、複屈折媒体に、Δ
ndが0.03μmの一軸延伸フィルムを1枚用い、偏
光板の内側に遅相軸がそれぞれの界面のラビング方向の
ベクトル和の方向と65度になるように積層した。
【0076】この時の正面における透過率37.0%
(0V印加時)8V印加時のコントラスト比は約190
であった。また、正面における輝度の階調レベルを8段
階に分割し、隣合う2つの領域において明暗が反転し始
める時の角度範囲は、左右が65度、上下が40度であ
った。
【0077】〔実施例10複屈折媒体として位相差0.2μmのPCフィルムと位
相差0.34μmのPCフィルムのそれぞれの遅相軸を
ほぼ直交させて積層し、位相差を0.14μmとしたも
のを用い、 液晶層のねじれ角を20度、下側偏光板10
の吸収軸11と上側偏光板1の吸収軸2との交差角度を
ほぼ90度、下偏光板10の吸収軸11とラビング方向
とがなす角度を35度に設定した。液晶層の厚さ5.0
μmとし、Δnd0.4μmに設定した。複屈折媒体
には、Δndが0.03μmの一軸延伸フィルムを遅相
軸がそれぞれの基板のラビング方向のベクトル和の方向
とほぼ直交するよう偏光板の内側に積層した。
【0078】この時の正面における透過率30.0%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約15
0であった。また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、隣合う2つの領域において明暗が反転し
始める時の角度範囲は、左右が57度、上下が36度で
あった。
【0079】以上の実施例1〜10における液晶表示装
置において、液晶層のねじれ角(ツイスト角)を変化さ
せた時の透過率と液晶層の位相差(リタデーション)Δ
nd(μm)との関係を図9に示す。図9より、液晶層
のΔndを0.2〜0.7μmとすることにより、透過率
で最大透過率の90%以上のものが得られ、明るい液晶
表示装置を得ることができる。
【0080】次に、ツイスト角と最大透過率時の液晶層
のΔnd(μm)との関係を図10に示す。正面の透過
率を低下させることなく視角の拡大を図ることができる
ツイスト角θ(度)と、液晶のΔndの関係は曲線11
0で表すことができる。曲線110は、式〔1〕で表す
ことができる。
【0081】
【数1】 Δnd=0.287−4.96×10~4θ−3.05×10~5θ2 …〔1〕 更に、図10において、明るさの低下がそれほど気にな
らない程度の透過率(最大透過率の約90%)を、ツイ
スト角度とリタデーションΔndの関係で表すと斜線部
113となる。これは式〔2〕で表される。
【0082】
【数2】 0.2238−5.55×10~4θ+2.43×10~5θ2≦ Δnd≦0.333−1.21×10~3θ+5.63×10~5θ2 …〔2〕 (但し、10≦θ≦80)式〔2〕を簡略化し、液晶層
のリタデーションΔndの範囲を表すと(0.0033
×θ+0.1)〜(0.0033×θ+0.3)μmとな
る。
【0083】更にまた、2枚の高分子フィルムからなる
複屈折媒体の遅相軸をそれぞれ液晶分子の配向方向に垂
直に配置し、液晶層に電圧を8V印加した場合、最も透
過率の減少する上記フィルム一枚当りのリタデーション
Δndのツイスト角依存性は、図11の曲線120とな
り、該曲線120は式〔3〕で表される。
【0084】
【数3】 Δnd=0.0175+8.57×10~5θ−3.07×10~6θ2+5.30×10~8θ3…〔3〕 正面のコントラスト比が複屈折媒体を入れない時より高
くなる範囲と限定することにより、より高い表示品質の
ものが得られる。その領域は図11の斜線部122で表
され、式〔4〕で表さすことができる。
【0085】
【数4】 −1.16×10~3+1.05×10~4θ+4.46×10~7θ2≦Δnd≦ 0.347+2.93×10~4θ−1.30×10~5θ2+2.51×10~7θ3…〔4〕 (但し、10≦θ≦80)式〔4〕を簡略化し、一枚あ
たりの複屈折媒体の位相差Δndの範囲を表すと(0.
00025×θ−0.1)〜(0.00025×θ−0.
3)μmとなる。
【0086】図10の曲線110、図11の曲線120
上のツイスト角度60、70、80および90度におけ
る視角特性を図12に示す。
【0087】複屈折媒体の遅相軸を、上下基板のラビン
グ方向のベクトル和の方向と平行に配置し、液晶層に電
圧を8V印加した場合、最も透過率の減少する複屈折媒
体一枚当りのリタデーションΔndのツイスト角依存性
は、図13に示す曲線130となり、式〔5〕で表すこ
とができる。
【0088】
【数5】 Δnd=0.0357−7.44×10~5θ+3.80×10~7θ2−4.32×10~8θ3…〔5〕 また、正面におけるコントラスト比が「複屈折媒体を挿
入しない時より高くなる範囲」と限定することにより、
より高い表示品質が得られ、その領域は図13の斜線部
132で表される。なお、斜線部132は、式〔6〕で
表される。
【0089】
【数6】 0.0203−8.21×10~6θ−1.96×10~6θ2≦Δnd≦ 0.0707−1.46×10~5θ−1.67×10~6θ2+2.61×10~8θ3…〔6〕 (但し、10≦θ≦80)式〔6〕を簡略化し、複屈折
媒体のΔndの範囲を表すと(−0.00016×θ+
0.025)〜(−0.0007×θ+0.09)μmで
ある。
【0090】図10の曲線110、図13の曲線130
上のツイスト角度60、70、80および90度におけ
る視角特性を図14に示す。
【0091】前記実施例1〜10においては、0Vの透
過率を最大にし、8Vの透過率を最小にすることによっ
て視角拡大を図った。しかし、駆動電圧の低電圧化を考
慮(例えば、5Vの透過率を最小にする)すると、最適
な複屈折媒体のリタデーションΔndの範囲は、図11
の斜線部122、図13の斜線部132より広がる。
【0092】従って、複屈折媒体のΔndは、0.00
5〜0.2μmであることが必要である。
【0093】情報の入力手段としてキーボード、該情報
の演算処理手段として半導体集積回路、該情報の記憶手
段として半導体メモリー及び磁気ディスク、外部装置と
の情報の受渡し手段としてパーソナルコンピュータ用通
信ケーブルであるJIS企画に記載のRS232Cコネ
クターを有し、表示手段として本発明のマトリックス型
液晶表示装置を用いたラップトップ型コンピュータは、
消費電力が小さく、反射型でも高画質の表示ができるの
で、内蔵電池で駆動可能な小型軽量のコンピュータを提
供することができる。
【0094】また、同様にワードプロセッサ、プリンタ
等の事務用機器にも利用が可能である。
【0095】
【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、高コントラス
ト比でクロストークの発生がなく、視角特性が優れてい
ると云う効果があるため、高品質の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】本発明の液晶表示装置の模式斜視図である。
【図2】液晶表示素子の液晶分子の配向状態を示す模式
断面図である。
【図3】液晶表示素子の透過率と印加電圧との関係を示
すグラフである。
【図4】液晶表示素子の位相差の印加電圧依存性を示グ
ラフである。
【図5】本発明の一実施例の楕円偏光板の斜視図であ
る。
【図6】本発明の他の実施例の楕円偏光板の斜視図であ
る。
【図7】本発明の一実施例の液晶表示素子の視角特性
示すグラフである。
【図8】晶表示素子の視角特性を比較したグラフであ
る。
【図9】液晶層のツイスト角度θと透過率および液晶リ
タデーションの関係を示すグラフである。
【図10】液晶層のツイスト角度θと最大透過率および
90%透過率を与えるリタデーションの関係を示すグラ
である。
【図11】液晶層のツイスト角と複屈折媒体のリタデー
ションの関係を示すグラフである。
【図12】液晶層のツイスト角と非反転視角範囲との関
係を示すグラフである。
【図13】液晶層のツイスト角と複屈折媒体のリタデー
ションの関係を示すグラフである。
【図14】液晶層のツイスト角度と非反転視角範囲の関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…上側偏光板、2…上側偏光板吸収軸、3…複屈折媒
体、4,12,14…遅相軸、5…上側電極基板、6…
上側ラビング軸、7…液晶分子、8…下側ラビング軸、
9…下側電極基板、10…下側偏光板、11…下側偏光
板吸収軸、13…吸収軸、15,17,19,20…保
護フィルム、16…偏光フィルム、18…粘着層、21
…界面残留位相差、110…最大透過率、111…透過
率90%を与える液晶のΔndの下限、112…透過率
90%を与える液晶のΔndの上限、113…透過率9
0%の範囲、120…電圧印加時に最小透過率を与える
複屈折媒体のΔnd、121…電圧印加時に最小透過率
を与える複屈折媒体のΔndの上限、122…電圧印加
時に最小透過率を与える複屈折媒体のΔndの範囲、1
30…電圧印加時に最小透過率を与える複屈折媒体のΔ
nd、131…電圧印加時に最小透過率を与える複屈折
媒体のΔndの上限、132…電圧印加時に最小透過率
を与える複屈折媒体のΔndの範囲。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平4−99264 (32)優先日 平4(1992)4月20日 (33)優先権主張国 日本(JP) 早期審査対象出願 (72)発明者 阿部 英俊 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 伊藤 理 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 檜山 郁夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 北島 雅明 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小村 真一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 堅吉 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所 茂原工場内 (72)発明者 菊地 直樹 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所 茂原工場内 (72)発明者 間所 比止美 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−14118(JP,A) 特開 平2−91612(JP,A) 特開 平4−305602(JP,A) 特開 平4−343303(JP,A) 特開 平4−371903(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1335 510 G02F 1/1335 G02B 5/30

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TFT型液晶表示装置において、電極を
    有し対向配置された一対の基板と、該基板間に設けられ
    た液晶層と、該液晶層を挟むように配置された一対の楕
    円偏光板を有し、該楕円偏光板偏光フィルムと該偏光
    フィルムを挟持するよう配置された一対の複屈折性を有
    する複屈折フィルムとから構成され、上記複屈折フィル
    ムのリタデーションの総和が0.005〜0.25μmの
    間にあることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 電極を有し対向配置され、一方の基板に
    TFTを有する一対の基板と、該基板間に設けられた液
    晶層と、該液晶層を挟むように配置された一対の楕円偏
    光板を有する液晶表示装置であって、上記液晶層のねじ
    れ角を10〜90度とし、上記液晶層の厚さd(μm)
    と屈折率異方性Δnとの積Δn・dが0.2〜0.7μm
    であり、上記楕円偏光板偏光フィルムと該偏光フィル
    ムを挟持するよう配置された一対の複屈折性を有する複
    屈折フィルムとから構成され、上記複屈折フィルムのリ
    タデーションの総和が0.005〜0.25μmの間にあ
    ることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記楕円偏光板を構成する前記複屈折フ
    ィルムが前記偏光フィルムと液晶層との間に配置されて
    おり、上記複屈折フィルムの位相差が0.05μm以下
    である請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記楕円偏光板を構成する一対の複屈折
    フィルムは、各複屈折フィルムの遅相軸が所定の角度で
    交差している請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記楕円偏光板を構成する一対の複屈折
    フィルムは、各複屈折フィルムの屈折率の波長分散特性
    が異なる請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 前記楕円偏光板を構成する一対の複屈折
    フィルムは、TAC(トリアセチルセルロース)である
    請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 一方の基板にTFTを有し、対向配置さ
    れた一対の基板間に設けられた液晶層と、該液晶層を挟
    むように配置された一対の楕円偏光板を有し、該楕円偏
    光板偏光フィルムと該偏光フィルムを挟持するよう
    配置された一対の複屈折性を有する有機高分子フィルム
    とから構成され、上記有機高分子フィルムのリタデーシ
    ョンの総和が0.005〜0.25μmの間にあることを
    特徴とする液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 電極を有し対向配置され、一方の基板に
    TFTを有する一対の基板と、該基板間に設けられた液
    晶層と、該液晶層を挟むように配置された一対の楕円偏
    光板を有する液晶表示装置であって、記液晶層のねじ
    れ角を10〜90度とし、該液晶層の厚さd(μm)と
    屈折率異方性Δnとの積Δn・dが0.2〜0.7μmで
    あり、記楕円偏光板偏光フィルムと該偏光フィルム
    を挟持するよう配置された一対の複屈折性を有する
    機高分子フィルムとから構成され、上記有機高分子フィ
    ルムのリタデーションの総和が0.005〜0.25μm
    の間にあることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 前記楕円偏光板を構成する前記有機高分
    子フィルムが前記偏光フィルムと液晶層との間に配置さ
    れており、上記有機高分子フィルムの位相差が0.05
    μm以下である請求項7または8に記載の液晶表示装
    置。
  10. 【請求項10】 前記楕円偏光板を構成する一対の有機
    高分子フィルムは、各有機高分子フィルムの遅相軸が所
    定の角度で交差している請求項7または8に記載の液晶
    表示装置。
  11. 【請求項11】 前記楕円偏光板を構成する一対の有機
    高分子フィルムは、各有機高分子フィルムの屈折率の波
    長分散特性が異なっている請求項7または8に記載の液
    晶表示装置。
  12. 【請求項12】 前記楕円偏光板を構成する一対の有機
    高分子フィルムが、TAC(トリアセチルセルロース)
    である請求項7または8に記載の液晶表示装置。
  13. 【請求項13】 対向配置され、一方の基板にTFTを
    有する一対の基板間に設けられた液晶層と、該液晶層を
    挟むように配置された一対の楕円偏光板を有し、該楕円
    偏光板は複屈折性を有する保護フィルムと偏光フィルム
    位相差0.05μm以下の複屈折フィルムとが順次積
    層されており、上記保護フィルムと上記複屈折フィルム
    リタデーションの総和が0.005〜0.25μmの間
    にあり、上記複屈折性フィルムの遅相軸と密着積層され
    記偏光フィルムの吸収軸とが所定の角度で交差して
    いることを特徴とする液晶表示装置。
  14. 【請求項14】 電極を有し対向配置され、一方の基板
    にTFTを有する一対の基板と、該基板間に設けられた
    液晶層と、該液晶層を挟むように配置された一対の楕円
    偏光板を有する液晶表示装置であって、記液晶層のね
    じれ角を10〜90度とし、上記液晶層の厚さd(μ
    m)と屈折率異方性Δnとの積Δn・dが0.2〜0.7
    μmであり、記楕円偏光板は複屈折性を有する保護フ
    ィルムと偏光フィルムと位相差0.05μm以下の複屈
    折フィルムとが順次積層されており、上記保護フィルム
    と上記複屈折フィルムのリタデーションの総和が0.0
    05〜0.25μmの間にあり、上記複屈折フィルムの
    遅相軸と密着積層された記偏光フィルムの吸収軸とが
    所定の角度で交差していることを特徴とする液晶表示装
    置。
  15. 【請求項15】 前記複屈折性フィルムが複数層からな
    請求項13または14に記載の液晶表示装置。
  16. 【請求項16】 前記楕円偏光板を構成する前記保護フ
    ィルムと前記複屈折フィルムは、上記保護フィルムの
    相軸上記複屈折フィルムの遅相軸とが所定の角度で交
    差している請求項13または14に記載の液晶表示装
    置。
  17. 【請求項17】 前記楕円偏光板を構成する一対の前記
    保護フィルムと前記複屈折フィルムとは、それぞれ位相
    差が異なっている請求項13または14に記載の液晶表
    示装置。
  18. 【請求項18】 前記楕円偏光板を構成する前記保護フ
    ィルムと前記複屈折フィルムが、TAC(トリアセチル
    セルロース)である請求項13または14に記載の液晶
    表示装置。
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