JPH0432818A - 液晶表示装置 - 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、時分割駆動特性に優れ、白黒及びカラー表示
が可能なツィステッドネマチック電界効果型の液晶表示
装置に係り、特にラップトツブパソコンなどと呼ばれる
携帯用のコンピュータに好適な液晶表示装置に関する。

［従来の技術］ 従来から、ラップトツブパソコンなどと呼ばれる携帯用
のコンピュータには、液晶表示装置が広く使用されてい
るが、しかして、近年、このような液晶表示装置につい
ても、その画質の改善と表示可能な情報量増大について
の要求が厳しくなり、要求仕様についても、白黒表示か
らカラー表示へと移行している状態にある。

ところで、この液晶表示装置の一種にツィステッドネマ
チック電界効果型の液晶表示装置があり、時分割駆動特
性に優れているという特徴を有することにより、広く採
用されているが、しかし、この液晶表示装置は、その背
景、又は表示部の少なくとも一方に不所望な着色を生じ
、白黒表示には適していなかった。

そこで、白黒表示用の液晶表示装置の従来技術としては
、第２図に示すように、駆動用の第１の液晶素子Ａと、
光学的補償用の第２の液晶素子Ｂとを組み合わせたもの
が使用されていた。

この第２図の従来技術は、特公昭６３−５３５２８号公
報に記載されているもので、この図において、１は上側
偏光板、５ａ、５ｂは上側基板、７ａ、７ｂは液晶分子
、８ａ、８ｂは下側基板、１０は下側偏光板、１２はバ
ックライト、２０は上側電極、２１は下側電極である。

ここで、駆動用の第１の液晶素子Ａは、ねじれ角（ツイ
スト角）と屈折率の異方性との差をΔｎｚ液晶層の厚さ
をｄとした場合、これらの積である△ｎ−ｄによって定
まる位相差のため、干渉色を生じて着色してしまう。

しかして、光学的補償用の第２の液晶素子Ｂにより、第
１の液晶素子Ａと反対方向に回転するねじれを与え、同
じ量の△ｎ−ｄを持つように構成することによ番ハ位相
差を打消し、着色の無い白黒表示を得ることができる。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば特
開平］−１４７４３３号、特開平１７９９１２号、特開
平１−２１７３１６号、それに特開平１−２５７９１８
号等が挙げられる。

［発明が解決しようとする課頌］ 上記従来技術は、液晶表示面の観察方向（角度）が変る
と表示特性も変化してしまう点について配慮がされてお
らず、斜め方向から見たときに明るさが変化する上、表
示に着色が現われてしまうという問題があった。

本発明の目的は、観察方向の変化による表示特性の変化
が少なく、常に良好な表示特性を得ることができる液晶
表示装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、光学補償用の複屈折性物質からなる位相板
の屈折率に異方性をもたせ、厚さ方向の屈折率をその光
軸に垂直な方向の屈折率より大きくすることにより達成
される。

［作用］ 複屈折性物質からなる位相板を設けることにより、ツィ
ステッドネマチック電界効果型の液晶表示素子の背景部
及び表示部の着色が抑えられるが、このとき、位相板の
厚さ方向の屈折率を、その光軸に垂直な方向の屈折率よ
り大きくすることにより、視角による表示特性の変化も
抑えられ、良好な表示特性を与えることができる。

［実施例］ 以下、本発明による液晶表示装置について、図示の実施
例により詳細に説明する。

まず、第１図は本発明の一実施例で、上側偏光板１、上
側基板５、液晶分子７、下側基板８、下側偏光板１０．
それにバックライト１２などは上記した従来例と同じで
ある。

第１図において、３は位相板で、この実施例では、複屈
折性プラスチックフィルムで、ポリジアセチレン膜にヨ
ウ素をドープしたもので作られ、４はその延伸軸を表わ
す。

このような液晶素子では、液晶分子７のねじれ方向とね
じれ角（ツイスト角）αは、上側（電極）基板５のラビ
ング方向６と下側（電極）基板８のラビング方向９、そ
れにネマチック液晶に添加される旋光性物質の種類と量
によって規定される。そして、このねじれ角αは、しき
い値近傍の点灯状態が光を散乱する配向になることから
、その最大値が制限されるため、３６０度が上限となり
、他方、その下限はコントラストによって制限され、１
８０度が限界となる。

この実施例では、走査線数が２００本以上でも充分なコ
ントラストの白黒表示が可能な表示装置を仕様として、
このねじれ角αは２６０度に設定しである。

次に、この実施例では、偏光板として、例えば日東電工
型Ｇ１２２９ＤＵとして市場に知られているものを用い
、上側偏光板ｌの偏光軸（或いは吸収軸）２と下側偏光
板１０の偏光軸（或いは吸収軸）１１とがなす角度β１
　は、概略９０度、或いは０度になるようにする。

また、下側偏光板１０の偏光軸（或いは吸収軸）１１と
下側（電極）基板８のラビング方向９とがなす角度β、
は、コントラスト、明るさ、それに色などを考慮すると
、３０度から６０度（或いは１２０度から１５０度）の
範囲にするのが望ましく、従って、この実施例では、β
、＝１３５度、β１＝４５度に定めである。

ところで、この実施例による液晶表示素子では、その特
性が、上記した積値Δｎ−ｄに対して顕著な依存性を持
ち、コントラスト、明るさ、色などの点から、 ０．４μｍ≦Δｎ　−ｄ≦１．５μｍ という条件を満足させたとき、最良の特性を示すが、 ０．４μｍ≧Δｎ−ｄ という条件では、透過率が低下して明るさが不足し、 １．５μｍ≦Δｎ−ｄ にすると、コントラストが低下し、いずれにしても表示
特性の低下となる。

また、ここで、Δｎの値については、使用する光の波長
に対して依存性があり、短波長側で増加し、長波長側で
減少する。

そこで、この実施例では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６
３２８人）を使用し、温度２５℃での測定値を△ｎの値
としている。

そして、この実施例では、液晶として、ビフェニール系
の液晶と、エステルシクロヘキサン系の液晶とを主成分
とするネマチック液晶を使用し、これにメルク社の８８
１１と呼ばれている旋光性物質を、０．５重量％添加す
ることにより、Δｎ＝０．０８３としており、従って、
この実施例では、Δｎ−ｄ＝ｏ、８　　となっている。

次に、この実施例の特徴である位相板３について説明す
る。

既に、説明したように、この位相板３は、背景部と表示
部のいずれかに着色が現われるのを抑えるための光学的
な補償を得るために設けられるもので、上側基板５と上
側偏光板１の間に積層されたポリカーボネートなどの複
屈折性プラスチックフィルムからなり、その延伸軸４が
、上側偏光板１の偏光軸（或いは吸収軸）２又は下側偏
光板ＩＯの偏光軸（或いは吸収軸）１１となす角度は３
０度から６０度（或いは１２０度から１５０度）の範囲
にあるのが望ましく、従って、ここでは１３５度が選ば
れている。

次に、この位相板３は、第３図に示すように、その延伸
軸方向、（或いは、その厚さ方向の軸Ｚに対して垂直方
向に延び、且つ、この位相板の厚み内に含まれる複数の
軸に沿った屈折率のうち是太値を示す方向に延びる軸）
を主光軸Ｘとし、その屈折率をｎｘ、二の主光軸と上記
厚さ方向の軸Ｚの双方に垂直な方向を軸ｙ、この軸方向
の屈折率をｎｙ、上記厚さ方向の軸Ｚに沿った方向の屈
折率をｎｘとしたとき、それぞれの屈折率を、ｎｚ＝１
．５８７８ ｎｙ＝１．５８３８ ｎｚ＝１．５８３８ とし、さらに、その厚さｄが、 ｄ＝９３．８μｍ になるようにしである。なお、この寸法ｄは、５０〜２
００／ｉｍの範囲が適している。

次に、この実施例の効果について、第４図に示すコント
ラスト比の左右方向の視角特性により説明する。

この第４図において、サンプル２が上記実施例による場
合で、サンプル３は、比較のため、ｎｙ＝１，５８７６ ｎｚ＝１．．５８４６ ｎ　ｓ−］　、　５８２０ ｄ＝１２５μｍ としたものである。

サンプル２とサンプル３とを比較してみると、視角０度
の正面から見たときのコントラスト比を１００％とした
とき、左右方向６０度からのコントラスト比は、サンプ
ル３での６０％からサンプル２では８０％と大きな改善
が見られた。そして、これは、上下方向でも同様であっ
た。

ここで、理論的には、 ｎｚ＝ｎ　ア ｎ　ｒ　；（ｎ　＋ｔ　＋　ｎ　ｙ）／　２の関係が満
足されたとき、最も優れた特性が得られるが、この条件
から±１０〜２０％の範囲が実用的である。

第４図のサンプルｌは ｎｚ＝　１．５８５８ ｎｚ＝１．５８３８ ｎｚ＝１．５５３８ ｄ＝９３．８μｍ とした場合であり、この場合には、視角０度の正面から
見たときのコントラスト比を１００％としたとき、左右
方向６ｏ度からのコントラスト比は、サンプル３での６
０％からサンプル］では９０％と、極めて大きな改善が
見られた。

なお、このようなｎ　、　）　ｎｙとなるような位相板
３は、例えば、それぞれ屈折率を異にするポリカーボネ
ートフィルムとポリビニルアルコールフィルムとを積層
してやれば良く、容易に作成することができる。

ところで、以上の説明では、バックライトエ２の種別つ
いては特に限定しなかったが、これには冷陰極放電管や
熱陰榛放電管、各種の工し・クトロルミネッセトなどの
光源のほが、反射板を使用した外光利用型として実施し
てもよいことはいうまでもなく、いずれによっても無着
色の白黒表示を容易に得ることができる。

第５図は本発明の第２の実施例で、この実施例では、液
晶分子７のねじれ角は９０度で、白黒表示を得るように
なっている。そして、この実施例が第１図の実施例と異
なる点は、上側偏光板ｌと上側基板５の間に第１の位イ
目板３ａと第２の位相板３ｂの２枚の位相板が積層され
て設けられている点だけで、その他の構成は同じである
。

これら第１と第２の位相板３ａ、３ｂは、それぞれの主
光軸４ａと４ｂとが互いに直交するように配置してあり
、これにより、表示色を変化させずに視角特性を改善す
ることができ、成る構成例では、正面から見たときのコ
ントラスト比を１００％としたとき、左右方向６０度か
らのコントラスト比は、サンプル３での６０％から８０
％と大きな改善が見られた。

なお、この第５図の実施例における２枚の位相板の積層
構成は、第１図の実施例以外にも、後述する他の実施例
にも適用可能で、視角特性の改善を得ることができる。

このとき、これら第１と第２の位相板３ａ、３ｂの配置
位置としては、上側偏光板１と上側基板５の間に限らず
、下側基板８と下側偏光板１０の間や、これらの双方に
配置するようにしても良い。

第６図は本発明の第３の実施例で、第１の位相板３ａは
上側偏光板ｌと上側基板５の間に配置し、第２の位相板
３ｂは下側基板８と下側偏光板ｌＯの間に配置したもの
で、その他の構成や、効果などは第５図の実施例と同じ
である。

第７図は本発明の第４の実施例で、この実施例は、液晶
分子７に強誘電液晶を使用した点を特徴とし、図示のよ
うに、上側偏光板１、上側基板５、強誘電液晶分子７、
下側基板８、位相板３それに下側偏光板１０の順に配置
したものである。

上側基板５のラビング方向６と下側基板８のラビング方
向９は同じにしてあり、各偏光板ｌ、１０の偏光軸２と
１１とは図示の方向に設定しである。なお、その他の構
成は第１図の実施例と同じである。

この第７図の実施例は、位相補正がし易く、しかも応答
速度が早いという効果がある。

次に、本発明の第５の実施例として、本発明による液晶
表示装置をカラー化した実施例について説明する。

この実施例は、特に図示はしてないが、第１図の実施例
にカラーストライプフィルタを設けたものである。

この実施例における赤、緑、青の各画素の幅は９０μｍ
で、その間は互いに重なり合い、その幅及び厚さは電極
間隔と厚さに等しく、基板面は概略平坦となる。また、
フィルターの無い基板の電極間はクロムなどのブラック
マトリクスを設けたり、或いはポリイミドなどの透明な
材料を塗布することにより概略平坦化しである。

第８図は、この実施例における表示色の範囲をＣＩＥ色
度座標により示したもので、この図から明らかなように
、色再現性の範囲は市販されているカラーテレビと同等
のものが得られていることが判る。

また、このときのコントラスト比は、１０／１になって
いた。

なお、この第８図で、ＴＰＴ　ＴＶは薄膜トランジスタ
を用いた液晶テレビジョンの特性、そしてＳＴＮはスー
パー・ツィステッド・ネマチック液晶デイスプレィの特
性である。

次に、本発明の第６の実施例について、第９図により説
明する。

第９図において、ガラス製の上側基板５と下側基板８に
より液晶７９が挾持され、上側のガラス基板５の外側に
上側偏光板１が配置されている。

各基板５．８と液晶７９の間には上側電極２０、下側電
極２１、上側配向膜７８、それに下側配向膜８０がそれ
ぞれ設けられているが、このとき、位相板３と下側偏光
板１ｏは、下側電極２１と下側配向膜８０の間に積層さ
れている。

ここで、上側電極２０としては、Ｉ　Ｔｏ（インジウム
錫オキサイド）などの透明電極を用いる必要があるが、
下側電極２１は、必ずしも透明である必要はなく、例え
ばクロム、アルミニウム、或いは金などの金属電極の方
が適している。なお。

反射光表示方式とする場合には、この下側電極２１の下
側に酸化アルミニウムなどの反射板を設ける必要がある
が、このときにも、上記した金属電極の使用により、独
立した反射板の設置を不要にできる。

次に、下側偏光板１０は、以下に説明するようにして作
成されたポリジアセチレン膜で構成されている。

まず、ｐ−３ＢＣＭＵ（化合初冬）（７）０．５ｇ／Ｑ
のクロロホルム溶液を調製し、この溶液をＬＢ（ラング
ミュラー・プロジェクト）膜作成装置内の純水で満たさ
れた展開槽に数滴滴下して展開させた。

ついで、クロロホルムが完全に蒸発するのを待ち、対向
する二方向から圧縮速度ｃｍｍ２／ｗｉｎの条件で圧縮
し、表面圧２０ｍＮ／ｍの単分子膜を作成した。

このように、気水界面により作成したｐ−３ＢＣＭＵか
らなる配向有機膜は、いずれも膜圧が約２ＯＡで、且ツ
１．＝のｐ−３ＢＣＭＵ（−れ自身が有する高い配向性
を保持した、良好な再現性を有するものであり、従って
、この操作を３０回繰り返すことにより、偏光板を作成
するのである。

位相板３は、同じくポリジアセチレン膜で構成され、こ
れにより、上記したように、液晶表示装置の表示色を変
化させることが出来るようにしである。

なお、この位相板３の屈折率の異方性との差Δｎと液晶
層の厚さｄとの積Δｎ−ｄの値については、コントラス
ト、明るさ、色の点から、０．４μｍ≦Δｎ−ｄ≦１　
、５　、ｃｚｍの範囲に保つのが望ましい。

この第９図の実施例によれば、光の透過率の高い液晶表
示装置が容易に得られ、バックライトを用いない表示装
置として使用することができる。

なお、この実施例では、位相板３の配置位置として、下
側電極２１と下側配向膜８０の間が選ばれているが、本
発明はこれに限定されるものではなく、電極とガラス基
板の間や、さらにはガラス基板の外側でもよい。

第１０図は、本発明の実施例による液晶表示装置を実装
状態を示したもので、図において、６１と６３はＩＣ化
された駆動回路で、それぞれ駆動回路６１は上側電極２
０を駆動し、駆動回路６３は下側電極２１を駆動するよ
うに構成されているものである。

次に、第１１図は、本発明の応用例で、本発明による液
晶表示装置をラップトツブコンピュータに適用したもの
である。

図において、７４．７５は液晶表示装置であるが、ここ
で、これらの液晶表示装置７４．７５の内の一方の液晶
表示装置には、例えば、液晶としてＤＯＢＡＭＢＣなど
の強誘電性液晶を用いて入力機能をもたせたもので作ら
れており、ライトペンや磁気ペンの接触により、又は指
によるタッチによるデータ入力が可能に作られているも
のである。

従って、この実施例によれば、キーボードを要せず、ラ
ップトツブコンピュータを容易に小型、軽量化すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、観察方向の変化による表示特性の変化
が少なく、白黒、カラーいずれにも適用して常に良好な
表示特性を示す液晶表示装置を容易に提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示装置の一実施例を示す分
解斜視図、第２図は液晶表示装置の従来例を示す分解斜
視図、第３図は本発明における位相板の説明図、第４図
は本発明における位相板の特性図、第５図及び第６図、
それに第７図はそれぞれ本発明の他の一実施例を示す分
解斜視図、第８図は本発明の一実施例の特性図、第９図
は本発明の更に別の一実施例を示す断面図、第１０図は
本発明の実施例における駆動回路の一例を示す組立図、
第１１図は本発明をラップトツブコンピュータに適用し
た場合の一実施例を示す外観図である。 １、１３、２３、３７、５６、６７、７５・・・・・上
側偏光板、２．２４．３８．５１．６４・・・・上側偏
光板の偏光軸、３．２５．２７．３９．４６．８１・・
・・・位相板、４．２６．２８．４０．４７・・・・位
相板の延伸軸、５．１４、］７．２９．４１．５７．６
８．７６・・・・・・上側基板、６．３０．４２．５２
．６５・・・・・上側基板のラビング方向、７．５．１
８．３１．４３．５３．６９・・・・・液晶（分子）、
８．１６．３２．４４．５８．７ｏ１８４・・・・・・
下側基板、９．３３．４５．５９・・・・・・下側電極
基板のラビング方向１０．１９．３４．４８．６０．７
２．８２・・・・・・下側偏光板、１１．３５．４９．
５５．６６・・・・・・下側偏光板の偏光軸、１２．２
２．３６．５０・・・・・・バックライト、２０，６２
．７７・・・・・・上側電極、２１．７１．８３・・・
・・・下側電極、６１・・・・・・信号側回路、６３・
・・・・・走査側回路。 −ＣＩＪわ寸Ｌｒ）■トの■〇−代 （延伸軸方向） 視角　（度） 左右方向 第 図 第 図 第 図 ８０：下側配向膜 第 図 第 図 ＩＥ　ｘ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加されたネ
   マチック液晶物質を用いたツイステッドネマチック電界
   効果型の液晶表示素子において、この液晶表示素子の積
   層構造の少なくとも一部に複屈折性を有する位相板を設
   け、この位相板の厚さ方向の軸に対して垂直方向に延び
   、且つ、この位相板の厚み内に含まれる複数の軸に沿っ
   た屈折率のうち最大値を示す方向に延びる軸を主軸とし
   、この主軸方向の屈折率をｎ＿ｘ、この主軸と上記厚さ
   方向の軸の双方に垂直な軸に沿った方向の屈折率をｎ＿
   ｙ、上記厚さ方向の軸に沿った方向の屈折率をｎ＿ｚと
   したとき、 ｎ＿ｘ＞ｎ＿ｙ≧ｎ＿ｚ が成立するように、上記位相板を構成したことを特徴と
   する液晶表示装置。 ２、請求項１の発明において、上記屈折率ｎ＿ｘと上記
   屈折率ｎ＿ｙとの関係を、 ０．９＜ｎ＿ｙ／ｎ＿ｘ＜１．１ が満足されるように構成したことを特徴とする液晶表示
   装置。 ３、請求項１の発明において、上記屈折率ｎ＿ｘと屈折
   率ｎ＿ｙ、それに上記屈折率ｎ＿ｚの関係を、ｎ＿ｚ≒
   （ｎ＿ｘ＋ｎ＿ｙ）／２ が満足されるように構成したことを特徴とする液晶表示
   装置。 ４、請求項１の発明において、上記屈折率ｎ＿ｘと屈折
   率ｎ＿ｙ、それに上記屈折率ｎ＿ｚの関係を、０．８×
   （ｎ＿ｘ＋ｎ＿ｙ）＜ ２．０×ｎ＿ｚ＜１．２×（ｎ＿ｘ＋ｎ＿ｙ）が満足さ
   れるように構成したことを特徴とする液晶表示装置。 ５、請求項１の発明において、上記位相板の厚さが、６
   ０μｍ以上２００μｍ以下の範囲に含まれるように構成
   したことを特徴とする液晶表示装置。 ６、請求項１の発明において、上記位相板の厚さが、２
   ５０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲に含まれるように
   構成したことを特徴とする液晶表示装置。 ７、請求項１の発明において、上記位相板が、２種類以
   上の異なった材質からなる板材の積層体で構成されてい
   ることを特徴とする液晶表示装置。 ８、請求項１の発明において、上記位相板が、上記液晶
   表示素子を構成する一方の基板と上記ネマチック液晶物
   質の間に積層されていることを特徴とする液晶表示装置
   。 ９、請求項８の発明において、上記位相板が、ほぼ一軸
   方向に配列したポリジアセチレン膜にヨウ素をドープし
   て作成した、ほぼ無色透明な板材で構成されていること
   を特徴とする液晶表示装置。 １０、請求項１の発明において、上記位相板が２枚の複
   屈折性を持った膜で構成され、これら２枚の膜の主光軸
   が互いにほぼ直交するように配置されていることを特徴
   とする液晶表示装置。 １１、請求項１の発明において、上記位相板の主光軸が
   、液晶表示素子を構成する偏光板の偏光軸及び吸収軸の
   一方とほぼ直交するように構成されていることを特徴と
   する液晶表示装置。 １２、請求項１の発明において、上記位相板が、上記液
   晶表示素子を挾んで２枚配置されていることを特徴とす
   る液晶表示装置。 １３、請求項１の発明において、上記ネマチック液晶物
   質が強誘電性液晶物質で構成されていることを特徴とす
   る液晶表示装置。