JPH10123506A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示コントラストおよび階調反転の視野角特
性が著しく改善されたＴＮ−ＬＣＤを提供する。 【解決手段】 ツイスト角が略９０°のねじれネマチッ
ク型液晶セルおよびこのセルの両側に配置された２枚の
偏光板からなるノーマリーホワイトモードの液晶表示装
置において、 フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィル
ム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有
する光学補償層（Ａ） 光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィル
ム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する
光学補償層（Ｂ） 光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学
補償層（Ｃ） の３種の特性の異なる光学補償層がそれぞれ少なくとも
１層ずつ、液晶セルとその両側の偏光板との間に、偏光
板／光学補償層（Ａ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層
（Ｃ）／液晶セル／光学補償層（Ｃ）／光学補償層
（Ｂ）／光学補償層（Ａ）／偏光板、の順に積層されて
いることを特徴とする液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は視野角特性、特に、
表示コントラストおよび階調反転の視野角特性が改善さ
れた液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】液晶
表示装置（以下、ＬＣＤと表わす）として現在最もよく
用いられているものは、吸収軸が直交となるように配置
された一対の直線偏光フィルムの間に、透明電極を形成
した一対のガラス基板の間にガラス基板法線方向に螺旋
軸を有し、そのネジレ角度が約９０度であるような配向
構造を有したネマチック液晶を挟持した液晶セルを挟ん
だ、ノーマリホワイト（以下、ＮＷと表わす）モードの
ツイステッドネマチック型ＬＣＤ（以下、ＴＮ−ＬＣＤ
と表わす）である。ＮＷモードのＴＮ−ＬＣＤは、電圧
を印加しない状態では入射した直線偏光が液晶セルの旋
光性により９０度回転して出射されるため白状態とな
り、電圧を印加した状態では液晶分子がガラス基板に対
して起き上がり、旋光性が消失し入射した直線偏光はそ
の状態を保ったまま出射されるため黒状態となる。ま
た、この白状態、黒状態とその中間状態を利用すること
で、階調表示を行っている。しかし、ＬＣＤに用いられ
るネマティック液晶は、分子構造が棒状をしており分子
軸方向の屈折率が大きい正の屈折率異方性を示すもので
あり、ＬＣＤを斜めに通過する光の偏光状態の変化はこ
の液晶の屈折率異方性による位相差のためにＬＣＤの法
線方向とは異なったものとなる。このため、ＬＣＤ法線
方向から外れた角度から表示を見た場合、コントラスト
が低下したり、階調表示が逆転する階調反転などの現象
が起こるという視野角特性を示す。

【０００３】この視野角特性は液晶分子の屈折率異方性
が原因であることから、液晶分子の屈折率異方性による
位相差を補償するための液晶とは逆の屈折率異方性を示
す位相差フィルムを用いた改良が検討されている。視野
角特性の改良は主として黒表示即ち電圧印加状態におけ
る視野角特性を改良することで大きな効果が得られる。
電圧印加状態では液晶分子はガラス基板に垂直に近い状
態に配向していることから、この状態をガラス基板法線
方向に光学軸を有する正の屈折率異方体と見なして、こ
れを補償する位相差フィルムとしてフィルム法線方向に
光学軸を有しかつ負の屈折率異方性を有する位相差フィ
ルムを用いる方法が特開平２−０１５２３９号公報や特
開平３−１０３８２３号公報などに開示されている。し
かしながら、実際のＬＣＤにおいては電圧印加状態にあ
ってもガラス基板付近の液晶分子は基板の配向膜の拘束
力のためにガラス基板に近い部分では傾斜状態のままで
あるため、フィルム法線方向に光学軸を有しかつ負の屈
折率異方性を有する位相差フィルムでは液晶セルにより
もたらされる偏光状態を十分に補償することは難しい。
このような傾斜状態の液晶分子をもあわせて補償するた
め、位相差フィルムの光学軸がフィルム法線方向から傾
斜した方向にありかつ負の屈折率異方性を有する位相差
フィルムを用いる方法も特開昭６３−２３９４２１号公
報や特開平６−２１４１１６号公報などに記載されてい
る。しかし、これらの方法では電圧印加状態の液晶セル
に対する補償状態は改善されるものの、印加電圧がより
低いために傾斜状態の液晶部分が増加してより複雑な配
向形態をとる中間階調表示状態においては補償が不完全
となるため、表示コントラストの視野角は改善されるが
階調反転現象を改善することは困難であり、結果として
不完全な視野角特性しか得ることはできない。また別の
方法として、液晶と同じ正の屈折率異方性を持ちながら
も、光学軸をフィルム法線方向から傾斜させた状態とし
た位相差板を用いても視野角特性を改良できることが、
特開平５−０８０３２３号公報、特開平７−３０６４０
６号公報やＷＯ９６／１０７７３号公報などに記載され
ている。これらの報告では正の屈折率異方性を有しかつ
光学軸をフィルム法線方向から傾斜させた状態とした位
相差板を用いることが液晶セルの階調反転を抑制するの
に有効であることが示されているが、いかなる形態で使
用した場合にその効果が発現されるのかに関しては何ら
具体的には言及されていない。

【０００４】このようにＴＮ−ＬＣＤの視野角特性の改
良に用いられる光学補償板については、表示コントラス
トのみならず階調反転も合わせたトータルでの視野角特
性を飛躍的に改善できるものは見いだされていない状況
にあった。かかる状況に鑑み、本発明者らが鋭意検討し
た結果、光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸が
フィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を
有する光学補償層に対し、フィルム面内に屈折率異方性
が殆ど存在せずフィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折
率より小さい特性を有する光学補償層、および、正の屈
折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層を組合せ、
さらにこれら３種の特性の異なる光学補償層を偏光板と
液晶セルに対して特定の順序で積層して用いることによ
り表示コントラストと階調反転の両方の視野角特性を大
幅に改善できることを見い出し、本発明を完成するに至
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ツイ
スト角が略９０°のねじれネマチック型液晶セルおよび
このセルの両側に配置された２枚の偏光板からなるノー
マリーホワイトモードの液晶表示装置において、 フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィル
ム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有
する光学補償層（Ａ） 光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィル
ム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する
光学補償層（Ｂ） 光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学
補償層（Ｃ） の３種の特性の異なる光学補償層がそれぞれ少なくとも
１層ずつ、液晶セルとその両側の偏光板との間に、偏光
板／光学補償層（Ａ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層
（Ｃ）／液晶セル／光学補償層（Ｃ）／光学補償層
（Ｂ）／光学補償層（Ａ）／偏光板、の順に積層されて
いることを特徴とする液晶表示装置、に関するものであ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に用いる、フィルム面内に
屈折率異方性が殆ど存在せず、フィルム厚み方向の屈折
率が面内の屈折率より小さい特性を有する光学補償層
（Ａ）としては、必要な光学特性を満たすものであれば
特に限定されるものではなく、例えば、溶剤キャスト法
による製膜時の高分子の配向によりフィルム面内のレタ
ーデーションは小さく、かつフィルム厚み方向の屈折率
（ｎ_t ）がフィルム面内の平均屈折率（ｎ_p ）よりも小
さいという屈折率構造を持たせた透明高分子のキャスト
フィルムや、透明高分子の二軸延伸フィルム、特開平５
−１９６８１９号公報に記載されている無機層状化合物
を用いた位相差板、特開平５−２４９４５７号公報に記
載されている屈折率の異なる物質の交互多層薄膜による
補償板等を用いることができる。

【０００７】フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せ
ず、フィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さ
い特性を有する光学補償層（Ａ）の光学特性は、面内の
レターデーション値（ＲA ）、および厚み方向のレター
デーション値（ＲA'＝（ｎ_p−ｎ_t ）×ｄ、ｄ：フィル
ム厚み）により規定される。これらの値は使用する液晶
セルの光学特性、および最終的に必要とされる視野角特
性により適宜選択されるが、通常はＲA ＝０〜１００ｎ
ｍ、ＲA'＝５０〜２５０ｎｍの範囲で用いられる。

【０００８】本発明に用いる、光学的に正の屈折率異方
性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０
°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）として
は、必要な光学特性を満たすものであれば特に限定され
るものではなく、例えば、特開平４−１２０５１２号公
報、特開平６−２２２２１３号公報に記載されている熱
可塑性樹脂を電場や磁場印加あるいは異周速圧延により
配向させた傾斜配向シートや、特開平７−１５２０３５
号公報、特開平７−１９１２１６号公報に記載されてい
るような電場や磁場等の印加下あるいは配向膜による配
向制御下での配向固定による液晶性重合体の傾斜配向
層、また、ＷＯ９６／１０７７３号公報に記載されてい
る透明基板上への無機誘電体等の斜方蒸着による光学異
方性層等を用いることができる。

【０００９】光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学
軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特
性を有する光学補償層（Ｂ）の光学特性は、光学軸の液
晶セル基板の法線方向からの傾斜角度（θ）、および光
学補償層正面から測定した場合のレターデーション値
（ＲB ）により規定される。これらの値は使用する液晶
セルの光学特性、および最終的に必要とされる視野角特
性により適宜選択されるが、通常はθ＝２０〜７０°、
ＲB ＝２０〜２００ｎｍの範囲で用いられ、好ましくは
θ＝４０〜６５°、ＲB ＝３０〜１００ｎｍである。

【００１０】本発明に用いる、光学的に正の屈折率異方
性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ）としては、必
要な光学特性を満たすものであれば特に限定されるもの
ではなく、例えば、一般的に位相差板として用いられて
いる熱可塑性樹脂の一軸延伸フィルムや、液晶性物質の
面内一軸配向層等を用いることができる。

【００１１】光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配
向性の光学補償層（Ｃ）の光学特性は、補償層面内のレ
ターデーション値（ＲC ）により規定され、この値は使
用する液晶セルの光学特性、および最終的に必要とされ
る視野角特性により適宜選択されるが、通常はＲC ＝１
０〜１００ｎｍの範囲である。

【００１２】３種の特性の異なる光学補償層は液晶セル
とその両側の偏光板との間に、偏光板／光学補償層
（Ａ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層（Ｃ）／液晶セ
ル／光学補償層（Ｃ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層
（Ａ）／偏光板、の順に積層される。各々の光学補償層
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は前述の各光学補償層がそれぞ
れ１枚ずつであってもよいし、必要であれば各層内に複
数の光学補償層を用いてもよい。

【００１３】本発明の光学補償層の積層構成において
は、液晶セルの光入射側および光出射側の各基板のラビ
ング方向と、各々の側に配置される光学的に正の屈折率
異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜
７０°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）の光
学軸の方向との関係が、視野角特性の改良効果に大きな
影響を与える。光学軸の方向は使用する液晶セルの光学
特性、および最終的に必要とされる視野角特性により適
宜選択されるが、光学補償層（Ｂ）の光学軸の液晶セル
の光出射側から見た場合に上側になる方向が、液晶セル
の光入射側および光出射側においてそれぞれに近い側の
液晶セル基板のラビング方向に対して、液晶セルの光出
射側から見て左回りの方向を正とした場合に略＋１８０
°の関係になるよう設定した場合、視野角改良効果が最
も大きく発現する。

【００１４】さらに、本発明の光学補償層の積層構成に
おいては、液晶セルの光入射側および光出射側の各基板
のラビング方向と、光学的に正の屈折率異方性を有する
一軸配向性の光学補償層（Ｃ）の遅相軸の方向の関係
が、視野角特性の改良効果に大きな影響を与える。遅相
軸の方向は使用する液晶セルの光学特性、および最終的
に必要とされる視野角特性により適宜選択されるが、液
晶セルの光入射側および光出射側においてそれぞれに近
い側の液晶セル基板のラビング方向に対して略垂直の関
係になるよう設定した場合、視野角改良効果がより大き
く発現する。

【００１５】セル両側の偏光板の吸収軸の方向は、最終
的に必要とされるＬＣＤの光学特性に応じて、光入射側
および光出射側のいずれもそれぞれに近い側の液晶セル
基板のラビング方向に対して略垂直（Ｅモード）あるい
は略平行（Ｏモード）のいずれかより選択される。

【００１６】なお、本発明における光学補償層のレター
デーション値（ＲA 、ＲA'、ＲB 、ＲC ）および光学軸
の傾斜方向は、当業者においては常法に基づく測定によ
り得られるものである。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、表示コントラストおよび
階調反転の視野角特性が著しく改善されたＴＮ−ＬＣＤ
を得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 特開平５−１９６８１９号公報に記載された方法に基づ
き、フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せずフィル
ム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有
する光学補償層（Ａ１）を作製した。ＷＯ９６／１０７
７３号公報に記載された方法に基づき、光学的に正の屈
折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から４
５°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ１）を作
製した。溶剤キャスト法により製膜されたポリカーボネ
ートフィルムを一軸延伸することにより、光学的に正の
屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ１）
を作製した。シャープ（株）製のＴＦＴ−ＴＮ液晶テレ
ビ（ＣＲＹＳＴＡＬＴＲＯＮ、４Ｅ−Ｌ１）の液晶セル
とその両側の偏光板との間に、上記の３種の光学補償層
を、偏光板／光学補償層（Ａ１）／光学補償層（Ｂ１）
／光学補償層（Ｃ１）／液晶セル／光学補償層（Ｃ１）
／光学補償層（Ｂ１）／光学補償層（Ａ１）／偏光板、
の順に積層してＴＮ−ＬＣＤを作製した。このとき、光
学補償層（Ｂ１）の光学軸の液晶セルの光出射側から見
た場合に上側になる方向が、液晶セルの光入射側および
光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラ
ビング方向に対して＋１８０°の関係になり、かつ、光
学補償層（Ｃ１）の遅相軸の方向が液晶セルの光入射側
および光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基
板のラビング方向に対して垂直の関係になるように設定
した。このＴＮ−ＬＣＤにおいては、表示コントラスト
および階調反転の視野角特性はいずれも上下左右すべて
の方向で良好であり、従来のＴＮ−ＬＣＤと比較しては
るかに優れたものであった。

【００１９】実施例２ ＷＯ９６／１０７７３号公報に記載された方法に基づ
き、光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィ
ルム法線方向から６５°傾斜している特性を有する光学
補償層（Ｂ２）を作製した。光学補償層（Ｂ）として上
記の光学補償層（Ｂ２）を用いたほかは実施例１と同様
にして、３種の光学補償層を積層したＴＮ−ＬＣＤを作
製した。このＴＮ−ＬＣＤにおいては表示コントラスト
および階調反転の視野角特性はいずれも上下左右すべて
の方向で良好であり、従来のＴＮ−ＬＣＤと比較しては
るかに優れたものであった。

【００２０】比較例１ 光学補償層の積層順序を、偏光板／光学補償層（Ｃ１）
／光学補償層（Ｂ１）／光学補償層（Ａ１）／液晶セル
／光学補償層（Ａ１）／光学補償層（Ｂ１）／光学補償
層（Ｃ１）／偏光板の順にしたほかは実施例１と同様に
して、３種の光学補償層を積層したＴＮ−ＬＣＤを作製
した。このＴＮ−ＬＣＤにおいては、左右および下方向
の表示コントラストの視野角は良好であったが上方向は
悪く、また階調反転の視野角特性は上下左右ともあまり
良好ではなかった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ツイスト角が略９０°のねじれネマチッ
   ク型液晶セルおよびこのセルの両側に配置された２枚の
   偏光板からなるノーマリーホワイトモードの液晶表示装
   置において、 フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィル
   ム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有
   する光学補償層（Ａ） 光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィル
   ム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する
   光学補償層（Ｂ） 光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学
   補償層（Ｃ） の３種の特性の異なる光学補償層がそれぞれ少なくとも
   １層ずつ、液晶セルとその両側の偏光板との間に、偏光
   板／光学補償層（Ａ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層
   （Ｃ）／液晶セル／光学補償層（Ｃ）／光学補償層
   （Ｂ）／光学補償層（Ａ）／偏光板、の順に積層されて
   いることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 積層された３種の光学補償層のうち、光
   学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法
   線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学
   補償層（Ｂ）の光学軸の液晶セルの光出射側から見た場
   合に上側になる方向が、液晶セルの光入射側および光出
   射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビン
   グ方向に対して略＋１８０°の関係になるよう設定され
   ている請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 積層された３種の光学補償層のうち、光
   学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償
   層（Ｃ）の遅相軸の方向が、液晶セルの光入射側および
   光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラ
   ビング方向に対して略垂直の関係になるよう設定されて
   いる請求項１記載の液晶表示装置。