JPH02125224A - 電気光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電気光学素子、特にねじれ配向したネマティッ
ク液晶を用いた電気光学素子において視野角特性の優れ
た電気光学素子に関する。

従来の技術 一対の偏光板の間に電界効果型液晶パネルを挟んだ構成
の電気光学素子としては、たとえば、約９０°にねしり
配向させたネマティック液晶によるツイストネマティッ
クモード（１゛Ｎモード）や、９０°以上３６０°未満
のねじれ角で配向させたべ・−バーツィスティッドネマ
ティックモード（ＳＴＮモード）の電気光学素子がある
。特に直視型の表示デバイスとしてこれらの電気光学素
子を用いる場合、コントラストや色調の視野角特性は、
広く普及しているＣＲＴに比べて一般に劣り、液晶表示
デバイスの一つの欠点となっている。

第３図（ａ）、　（ｂ）は、従来のＴＮモードで、偏光
板を平行ニコルの状態に配置し、非点燈時に光を遮断す
るノーマリブラックの表示形式の電気光学素子のコント
ラストの視野角依存性を、第４図はこの電気光学素子の
液晶パネルの配向方向と偏光板の透過軸の方向の関係を
示す。光源２１を出た光Ω は１表示面の上下方向２２から７の角度に透過軸２３を
有する偏光板２４を通り、この方向の直線偏光となって
ＴＮセル２５に入射する。Ｔ　ＮセΩ ルの下基板２６の内面は口方向の矢印で示す方向２７に
ラビングによる配向処理がされており、上基板２８の内
面はこれとΩ交差し７た方向２９に配向処理されている
。入射した直線偏光はＴＮセＪ［２５を通過するに従っ
て角度Ωだけその偏光面を旋回した位置で直線偏光とし
て出射する。ＴＮヒルの非点燈時には、この出射直線偏
光と直交してその透過軸３０を配置した偏光板３１によ
り照明光は遮断される。ＴＮセルに電圧を印加し、液晶
配向を基板面に垂直に配向させることにより上１足の直
線偏光の旋回は解消され、視認方向に照明光が透過され
る。第３図（ａＬ　（ｂ）はΩ−９０°、ネマティック
液晶の屈折率異方１１Δ【１とＴ　Ｎセルのレル厚ｄと
の積Δｎ−ｄ＝４７０ｎｍの場合の上記構成のＴＮセル
の左右方向のコントラストの視角依存性と上下方向の視
角依存性を示す。

発明が解決しようとする課題 従来の、ＴＮモードあるいはＳＴＮモードなどの液晶電
気光学素子には、コントラスト、色調に視野角依存性が
あり、直視型の表示デバイスとして大きな欠点となって
いる。本発明は、比較的簡単な構成で、視野角を拡大で
きる電気光学素子を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明の電気光学素子は、対向する電極間に、ねじれ配
向したネマティック液晶セルと、前記液晶セルを挟んで
表裏に配置した一対の偏光板からなる電気光学素子にお
いて、前記一対の偏光板の間に、少くとも一対の位相フ
ィルムを有し、前記一対の位相フィルムの延伸軸がほぼ
直交していることを特徴とするものである。

作用 ２枚の偏光板を挟んで構成されたＴＮモードあるいはＳ
ＴＮモードなどの液晶光学素子に、コントラスト、色調
の視野角依存性が発生ずる理由はいくつかのモデルで説
明されている。ＴＮモードあるいはＳＴＮモードの液晶
パネルに直線偏光を入射させると出射光は一般に楕円偏
光となる。（１，１光仮の透過軸と液晶セルの配向方向
を特定してやるとある一定方向に出射光が直線偏光にな
る場合があり、この方向に出側の偏光板の透過軸を直交
または平行に配置することにより、光の透過、遮断を制
御することができる。しかしこれは液晶セルの正面から
見た機能であって正面からずれた視野角方向には出射光
の楕円偏光成分が残り、光の遮断状態でも斜めから眺め
ると光が漏えいし、かつこの現象に波長分散があるため
色づき、視角とともに色調が変化する。このような任意
立体方向のコントラスト、色調特性は、ＫＩ品セル内部
の液晶分子配向を立体的にモデル化し、Ｂ　ｅ　ｒ　ｒ
　ｅ　ｔｓ　ａ　ｎの４×４マトリツクス法などの数値
解析により予測計算され、これに基づいて液晶パネルの
光学設計がなされている。このように一般には視角依存
性は液晶セル内部の光学特性が主に関係すると考えられ
ている。これに対して本発明は、偏光板自体の光学特性
による視野角依存性が大きいこと１こ着眼し、これを以
下に示すように位相フィルムにより改善できる点を見い
出したことによるものである。

おころでＳＴＮモードの液晶セルでは、入射直線偏光が
出射時に直線偏光となる解はな（、また波長分散も大き
く、背景色が、青から黄色に色づく問題があり、位相フ
ィルムなどの光学的異方体を偏光板間に挿入してこれら
の表示特性を改善する試みがなされている。これに対し
て本発明で使用する位相フィルムは一対で使用し、かつ
これを略直交に配置した状態で偏光板間に挿入するもの
で、一対の位相フィルムの屈折率異方性Δｎと膜厚ｄの
積Δｎ−ｄが等しい場合にはこの一対の位相フィルムを
垂直に通過した光は、−層目で複屈折し位相変化を受け
た後２層目で逆の位相変化を受けて元に戻り、見かけ上
何らの変化を受けない。このように本発明の一対の位相
フィルムは、これを挿入することにより正面から見た表
示性能の変化を生じさせない、またはその変化を最小限
とし、かつ液晶セルと偏光板との配置関係において視野
角特性を改善するものである。

第５図（ａ）のように、偏光板の透過軸３２および３３
を直交ニコルに配置した場合のθ９ｏ方向およびθ４５
方向の偏光度の視野角依存性を第５図（ｂ）および（ｃ
）に示す。ここで偏光度は、偏光板の透過軸を平行ニコ
ルに配置し、これを垂直方向から見た透過率をＴ／／、
上記の直交ニコルに配置し、これを任意方向から見た透
過率をＴ土θ　として。

と定義している。このように、偏光軸方向θ４５゜０−
４５から見た偏光度の視野角依存性はほとんどく、直交
ニコル状態で優れた遮光特性があるのに対し、偏光軸と
４５°の方向をなすθ０．θ９゜から見た偏光度の視野
角依存性は大きく、斜め方向から大きな光の漏れが観察
される。

これに対して第６図（ａ＞に示す如（２枚の偏光板間に
、その一方の透過軸３２と直交する方向に位相フィルム
の延伸軸の方向３４を向けた状態で挿入すると、第６図
（Ｃ）のカーブ■に示す如（視野角θＳＧ方向の偏光度
の視野角依存性が改善される。

ここでノノーブＩは位相フィルムを挿入しない場合の視
野角依存性を示している。

また、第６図（ｂ）に示す如（，２枚の偏光板間に、そ
の延伸軸３５および３６を直交させた一対の位相フィル
ムを、それと隣接する偏光板の透過軸３２および３３と
位相フィルムの延伸軸が直交するよう配置すると同様に
第６図（ｃ）のカーブ■に示す視野角θ９ｏ方向の偏光
度の視野角依存性の改善が見られた。

このように偏光板を直交ニコルに配置した場合の偏光度
の視野角依存性を位相フィルムにより大幅に改善できる
ものの、一対の偏光板間に、ネマティック液晶パネルを
挟持した電気光学素子にこれを適用する場合、このネマ
ティック液晶の配向方向と、これに隣接する位相フィル
ムの延伸軸がほぼ平行に配置する場合に上記と同様の効
果があ面において共通する素子には同一番号を付し説明
をわかり易くした。

実施例−１ 第１図は、本発明の電気光学素子の第１の実施例を示す
斜視図である。これは２枚の偏光板１および２の透過軸
３および４を互いに平行ニコルに配置し、この間に９０
″ＴＮセル５を挟持したノーマリブラックの表示形式の
電気光学素子である。ＴＮセルの配向方向は下面で偏光
板２の透過軸４と直交した矢印の方向６に配置し、上面
でこれと直交する方向７に配置している。偏光板１の透
過軸３方向とＴＮセルの上面の配向方向は、この場合平
行しており、この間に一対の延伸軸１０および１１が直
交した位相フィルム８および９を挿入し、この配向方向
と、これに隣接する位相フィルム９の延伸軸１１を平行
に配置した。さらに上偏光板１の透過軸３と、これに隣
接する位相フィルム８の延伸軸１０は直交に配置されて
いる。すなわち、本実施例の構成は、特許請求の範囲第
２項、第３項および第４項を満足した構成となっている
。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は、ＴＮセルとして第４図の
従来例で示した液晶パネルすなわち、ねじれ角が９０゜
ネマティック液晶の屈折率異方性Δｒ〕とセル厚ｄとの
積Δｎ−ｄ＝４７００ｍの液晶パネルを用い、これに屈
折率異方性Δｎとフィルム厚ｄの積Δｎ−ｄ＝３００ｎ
ｍの位相フィルムを２枚用いて上記構成に配置した場合
の、左右方向および上下方向のコントラストの視野角依
存性を示す。

ここでθ０．θ９０の定義は第３図と同様である。

第４図の従来例に比べて左右、上下方向とも大幅に視野
角が拡大していることがわかる。また、この実施例の電
気光学素子の光遮断状態での正面方向の分光透過率を調
べると透過率が最小となる波長およびその波長における
透過率に変化は認められず、青色領域および赤色領域の
透過率が若干下がっていた。この結果、正面方向からの
色調特性は、一対の位相フィルムの有無によりほとんど
変化しておらず、正面コントラストは、位相フィルム挿
入による明状態の透過率低下以上に暗状態の透過率低下
があり、コントラストは向上した。

また、斜め方向での色調変化も従来例に化へて大幅に減
少した。

なお、第１図の構成で偏光板２の方から照明光を入射さ
せ、偏光板ｌの方から眺める場合と、逆に偏光板１の方
から照明光を入射させ、偏光板２の方から眺める場合は
視野角依存性の点でほぼ等価であり、第１図を天地逆転
した構成も有効である。

一対の位相フィルムの延伸軸の交角は９０″　對１０’
の範囲が適当である。これ以上の角度では一対の位相フ
ィルムに合成された一軸光学異方性が現われ、正面から
見た電気光学素子の表示特性が変化しコントラストの低
下が著しい。

実施例−２ 第７図は、本発明の電気光学素子の第２の実施例を示す
斜視図であり、第１図の実施例とは、偏光板１の透過軸
コ３と、これと隣接する位相フィルム８の延伸軸１０が
直交せず平行に配置されている点で異なる。すなわち、
本実施例の構成は、特許請求の範囲第２項および第４項
に対応する構成となっている。このような構成のノーマ
リブラックの表示形式のＴＮｔ！ルにおいても、前述の
第１の実施例に示した全ての特徴点があった。ただし斜
め方向から見た色調の変化は第１の実施例より若干大き
い。すなわち、偏光板の透過軸と、これに隣接した位相
フィルムの延伸軸がほぼ直交していることは、斜め方向
から見た漏れ光の分光特性の変化を少（し、色づきを少
くする効果があることを示している。

なお、第１の実施例と同様本実施例でも第７図を天地逆
転した構成も有効である。

実施例−３ 第８図は、本発明の第３の実施例を示す斜視図であり、
一対の直交する位相フィルム８および９を′［Ｎセル５
の両側に分けて配置した場合である。ＴＮセル５の上側
の配向方向７と、これと隣接する位相フィルム８−の延
伸軸１０は平行配置されている。同様にＴＮセル５の工
作ｑの配向方向６と、これと隣接する位相フィルム９の
延伸軸１１ら平行配置されている。この構成は、特許請
求の範囲第２項を満足した構成となっている。このよう
な構成のノーマリブラックの表示形式のＴＮセルにおい
ても、前述の第１の実施例に示した全ての特徴点があっ
た。ただし斜め方向から見た色調の変化は第１の実施例
より若干大きい。

なお、第１の実施例と同様本実施例でも第８図を天地逆
転した構成ら有効である。

実施例−４ 第９図は、本発明の第４の実施例を示す斜視図であり、
第１〜第３の実施例と異なり、２枚の偏光板を直交ニコ
ルに配置したノーマリホワイトの表示形式のＴＮセルで
の実施例である。第１図とは偏光板２の透過軸方向４の
みが異なる。この場合も第１図とほとんど同じ特徴が認
められた。特に、従来構成のこの表示モードでは上下方
向の視野角範囲が狭く、画像の反転が生じる欠点かあっ
たが、この方向のコントラスト、色調の視野角範囲が大
幅に拡大され、画像の反転も軽減された。

第２および第３の実施例に対応したノーマリホワイトの
表示形式のＴＮセル構成も前述と同様の効果があった。

本発明の構成を実現するに当り、偏光板と位相フィルム
を複合化した複合フィルムを使用することができる。す
なわち偏光層の透過軸と位相フィルムの延伸軸かほぼ直
交またはほぼ平行して複合された複合フィルムを組合わ
せ、本発明の構成の電気光学素子を形成することができ
る。さらに偏光層と、一対の延伸軸がほぼ直交する位相
シー［・を偏光層の片面に複合化し、偏光層の透過軸が
どちらかの延伸軸とほぼ直交した構成の複合フィルムを
用い、本発明の構成の電気光学素子を形成することかで
きる。これらの複合フィルムを使用することにより電気
光学素子の製造を簡便ならしめる。

さらにこれらの複合フィルムを液晶パネルの基板として
電気光学素子を形成することも可能である。フィルム化
により薄型化、軽量化でき、特に表示デバイスとして使
用する場合に携帯に便利である。

本発明の一対のほぼ直交する位相フィルムは、その屈折
率異方性Δｎとフィルム厚みｄの積Δ【１・ｄをほぼ等
しくすることにより、正面方向から見て位相板としての
光学作用をキャンセルでき。

電気光学素子の正面表示性能の最適化が容易となる。

さらに本発明は一対の偏光板の間に、一対の位相フィル
ムとは別に光学的異方体を設ける場合に１）広く適用で
きる。光学的異方体として位相フィルムを挿入すること
により電気光学素子の色調特性を改善することができる
。また光学的異方体として、液晶セルとねじれ角がほぼ
等しく逆ねじれのネマティック液晶を用い、その屈折率
異方性Δｎとセル厚ｄの積Δｎ−ｄと液晶セルのそれと
をほぼ等しくした２層構成の電気光学素子においてら本
特許の効果が認められた。このような構成の電気光学素
子は特に正面方向の色調特性を改善すること、すなわち
背景色を白黒化して視認性を向丘させる目的で使用され
るが、一般にコントラストおよび色調の視野角依存性は
犠牲になっている。これに対して本発明は正面方向から
の表示特性を損なうことなく、上記欠点であった視野角
特性を改善できた。

以上の説明ではカラー表示の電気光学素子について特に
触れなかったが、スイッチング素子を内蔵し、多数の画
素よりなり、これにＲＧＢのカラーフィルタを組合せた
フルカラー画像表示用の電気光学素子で本特許は特に有
効である。従来のカラーＣＲＴに比べて劣った視野角特
性を大幅に改善し、ＣＲＴに匹敵する表示性能を実現す
るものである。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、ＴＮモード、ＳＴＮ
モード、２層ＴＮモード、２層ＳＴＮモードなどの液晶
電気光学素子の、コントラストおよび色調の視野角依存
性を減少し、視野角を大幅に拡大でき、工業的価値の大
きなものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気光学素子の第１の実施例の構成を
示す斜視図、第２図（ａ）、　（ｂ）は前記第１の実施
例の電気光学素子の左右方向および上下方向のコントラ
ストの視野角依存性を示す特性図、第３図（ａ）、　（
ｂ）は従来技術による電気光学素子の視野角依存性を示
す特性図、第４図は従来例の電気光学素子を示す斜視図
、第５図（ａ）は本発明の原理説明に係わる直交ニコル
に配置した偏光板の斜視図、第５図（ｂ）、　（Ｃ）は
偏光度の左右方向および４５°方向の視野角依存性を示
すグラフ、第６図（ａ）。 （ｂ）は第５図（ａ）に位相フィルムを組合せた場合の
斜視図、第６図（Ｃ）はこれらの状態での偏光度の左右
方向の視野角依存性を示す特性図、第７図、第８図、第
９図はそれぞれ本発明の第２．第３および第４の実施例
を示す電気光学素子の斜視図である。 １．２・・・・・・偏光板、３，４・・・・・・偏光板
の透過軸、５・・・・・・液晶セル、６，７・・・・・
・液晶セルの配向方向、８，９・・・・・・一対の位相
フィルム、１０．１１・・・・・位相フィルムの延伸軸
、３１．２４・・・・・・偏光板、２３．３０・・・・
・・偏光板の透過軸、２５・・・・・・液晶セル、２７
．２９・・・・・・液晶セルの配向方向、３２．３３・
・・・・・偏光板、３４，３５．３６・・・・・・位相
フィルム。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名δ９−−−
うｍ刊フメルム 第 図 （■） ！、野計重Ｅｌｑｃζ１） ｂ〕 咽野内６ｏ　（１） 第 図 を計重５．．　、、￥） 剰Ｌ　里子　角　Ｉ！３．（、Ｉ〕 第 図 第 図 ３２タト一邊洗叛 獲野涌θ４５ 茅 図 Ｚ３３ イ１１す三王τ乏 弓立Ｔ呂フｌルム 第 図 （Ｃ） 半硬−里千角 θ９゜ ８．９・−づ亡不百フ４ルム

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する電極間に、ねじれ配向したネマティック
   液晶セルと、前記液晶セルを挟んで表裏に配置した一対
   の偏光板と、前記一対の偏光板の間に配置した少くとも
   一対の位相フィルムを具備し、前記一対の位相フィルム
   の延伸軸がほぼ直交していることを特徴とする電気光学
   素子。
2. （２）ネマティック液晶の配向方向と、これに隣接する
   位相フィルムの延伸軸がほぼ平行に配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の電気光学素子。
3. （３）偏光板の透過軸と、これに隣接した位相フィルム
   の延伸軸がほぼ直交していることを特徴とする請求項２
   記載の電気光学素子。
4. （４）一対の位相フィルムを、一方の偏光板と液晶セル
   の間に配置してなる請求項２または３記載の電気光学素
   子。
5. （５）一対のそれぞれの位相フィルムの屈折率異方性Δ
   ｎと位相フィルムの厚みｄの積Δｎ・ｄをほぼ等しくし
   たことを特徴とする請求項１記載の電気光学素子。
6. （６）請求項１において、偏光板と位相フィルムは、偏
   光板の透過軸と位相フィルム延伸軸がほぼ直交またはほ
   ぼ平行して複合化された複合フィルムであることを特徴
   とする電気光学素子。
7. （７）請求項１において、延伸軸がほぼ直交する一対の
   位相フィルムを偏光層の片面に配し、前記偏光層の透過
   軸がどちらかの前記延伸軸とほぼ直交するよう複合化さ
   れた複合フィルムであることを特徴とする電気光学素子
   。
8. （８）請求項６または７における複合フィ ルムを液晶セルの基板としたことを特徴とする請求項１
   記載の電気光学素子。
9. （９）一対の位相フィルムとは別に、一対の偏光板の間
   に少くとも一層の光学的異方体を備えることを特徴とす
   る請求項１記載の電気光学素子。
10. （１０）光学的異方体が位相フィルムであることを特徴
    とする請求項９記載の電気光学素子。
11. （１１）光学異方体が、液晶セルとねじれ角がほぼ等し
    く逆ねじれのネマティック液晶であり、屈折率異方性Δ
    ｎとセル厚ｄの積Δｎ・ｄが液晶セルのそれとほぼ等し
    いことを特徴とする請求項９記載の電気光学素子。