JP2001147414A - Ｔｎ形液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラスト比を維持しつつ、下地部分と非
選択部分とでほぼ同じ透過率を有する液晶表示装置を提
供する。 【解決手段】 ＴＮ形液晶表示装置において、距離ｄ₁
で対向配置され、少なくとも一方が透明な第１及び第２
の基板１、３と、第１及び第２の基板１、３の対向面の
一方の上に形成された複数の画素電極５と、第１及び第
２の基板１、３の対向面の他方の上に形成された共通電
極７と、画素電極５と共通電極７との間に電圧を印加す
る電圧印加手段１７と、第１及び第２の基板１，３間に
挟持され液晶分子の長軸が第１及び第２の基板１、３間
で連続的に捩れたツイストネマティック液晶ＥＭとを含
み、ツイストネマティック液晶ＥＭの複屈折率をΔｎと
した場合に、Δｎ×ｄ₁＞２μｍの関係を満たす。但し
ｄ₁の単位はμｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
わり、特に従来よりも表示品質が改善されたツイストネ
マティック（ＴＮ）形液晶表示装置に関する。

【０００２】ネマティック液晶状態とは、一方向に延在
した棒状の液晶分子が互いに軸方向を揃えて配列した状
態をいう。

【０００３】ツイスト分子配列状態とは、全ての液晶分
子が液晶を両側から挟持する一対の基板面に対して平行
に配列しているが、その配列方位が両基板面で９０度捩
れている（ツイストしている）状態をいう。従って、液
晶分子の配列方位は両基板間で連続的に９０度捩れてい
る。

【０００４】

【従来の技術】図５に、ＴＮ型液晶表示装置の模式的な
構造を示す。

【０００５】図５（ａ）に示すように、ＴＮ型液晶表示
装置Ａは、所定の距離ｄだけ離れて平行に対向配置され
た２枚のガラス基板１０１、１０３と、その内面にそれ
ぞれ形成された透明電極１０５、１０７と、両ガラス基
板間に挟持された誘電異方性が正のネマティック液晶
（以下、Ｎｐ液晶という。）ＥＭと、ガラス基板１０
１、１０３の外側にそれぞれ１枚づつ配置された１対の
偏光板１１１、１１３とを有している。

【０００６】２枚のガラス基板１０１、１０３と透明電
極１０５、１０７とネマティック液晶分子ＥＭとにより
ＴＮ配列の画素１１５が形成される。電圧印加手段１１
７により、透明なセグメント形画素電極１０５と透明な
共通電極１０７との間に所望の電圧が印加できるように
なっている。透明なセグメント形画素電極１０５は、複
数設けられている。図５（ａ）は透明電極１０５、１０
７間に電圧が印加されていないオフ状態を示す。

【０００７】このＴＮ配列液晶セル１１５内に挟持され
ている多数のネマティック液晶分子ＥＭの捩れのピッチ
は、可視光の波長に比べて十分に大きい。ガラス基板１
０３に垂直に入射した直線偏光の偏光方向は、セル１１
５を通過中にネマティック液晶分子ＥＭの捩れに沿って
９０度回転（９０度旋光）する。ＴＮ形液晶セル１１５
においては、２枚の偏光板１１１，１１３の偏光軸が互
いに平行になる平行偏光板間（平行ニコル状態）では光
を遮断する。

【０００８】図５（ｂ）は、透明電極１０５、１０７間
に電圧が印加されている状態を示す。

【０００９】上記の構造を有する画素１１５に対して、
電圧印加手段１１７によって所定の電圧を印加すると、
しきい値電圧Ｖｔｈから、液晶分子の長軸が電場方向に
傾き始める。

【００１０】印加電圧が、しきい値電圧Ｖｔｈの２倍程
度になると、透明電極１０５、１０７の表面近傍以外に
存在する液晶分子ＥＭの長軸は、電場方向と平行に一様
に再配列するようになり、９０度の旋光性は消失する。
透明電極１０５、１０７間に電圧を印加しない場合とは
全く逆に、平行偏光子間（平行ニコル状態）では光を透
過する。

【００１１】上記のＴＮ形液晶表示装置Ａのように、偏
光板１１１，１１３を平行ニコルの状態に配置すると、
ノーマリブラックの表示が実現できる。

【００１２】上記のＴＮ形液晶表示装置Ａにおいて、２
枚のガラス基板１０１，１０３間に液晶分子ＥＭが挟持
されている。白表示と黒表示との間のコントラストを高
くするための条件として、液晶層ＥＭの厚さｄは以下の
ように決められる。

【００１３】透明電極１０５，１０７間に印加する電圧
を０Ｖとした場合、ＴＮ形液晶表示装置中の画素の透過
率Ｔは以下の（３）式で求められる。

【００１４】 Ｔ＝ｓｉｎ²｛π（１＋ｕ²）^0.5／２｝／（１＋ｕ²） …（３） 但し、ｕ＝２Δｎｄ／λ、Δｎ＝（ｎ_p −ｎ_l）であ
る。

【００１５】ここで、λは入射光の波長である。ｎ_pは
液晶分子の長軸に平行な軸方向の液晶分子の屈折率、ｎ
_lは液晶分子の長軸に垂直な軸方向の液晶分子の屈折率
である。上記（３）式における画素の透過率Ｔが最小
（極小）値をとるｄの値を求めることにより、コントラ
スト比の高い表示を得ることができる。

【００１６】式（３）で表される関数は周期関数であ
り、透過率Ｔが極小値をとる場合のｄの値は複数存在す
る。通常、低次の第１又は第２の極小値をとる際のｄの
値を用いていた。

【００１７】ＴＮ形液晶を含む液晶表示装置は、その表
示形態によってセグメント形表示とマトリックス形表示
とに大別できる。

【００１８】セグメント形表示は、比較的少数のセグメ
ント型の画素電極を有しており、限られた数の記号や数
字などを繰り返し表示する場合に適している。例えば、
卓上形電子計算機（電卓）、時計、計測機器、電子ゲー
ム、バーグラフ表示などに広く用いられている。

【００１９】マトリックス形表示は、多数の画素電極
が、例えば単純マトリックス状に整列配置されている。
マトリックス形の表示デバイスは、複雑な画像等を表示
するのに適しており、例えば、パーソナルコンピュータ
用の表示装置やテレビジョン用の表示装置などに用いら
れている。

【００２０】液晶表示装置の駆動方法には、スタティッ
ク駆動方式とマルチプレックス駆動方式とがある。

【００２１】スタティック駆動方式は、主として画素電
極の数が少ない場合に用いられる。液晶表示装置におけ
る全てのセグメント形画素電極は、個別に駆動回路（ド
ライバー）からの電圧を受ける。セグメント形画素電極
のうち、表示すべきセグメント形画素電極と共通電極と
の間に、表示期間中、上記のドライバーにより、常時、
表示電圧Ｖｓが印加される。全てのセグメント形画素電
極は、時間的に同時に駆動されうる。

【００２２】上記のようなスタティック駆動方式による
液晶表示装置では、非表示部分（非選択部分）において
セグメント形画素電極に印加される電圧は０Ｖである。
セグメント形画素電極が存在しない下地部分と同じ電圧
（０Ｖ）が印加されている。従って、非表示部分と下地
部分とで透過率や色調はほぼ同等になり、非表示部分及
び下地部分と表示部分とが明確に識別できる。

【００２３】マルチプレックス駆動方式は、時分割駆動
方式又はダイナミック駆動方式とも呼ばれ、例えばセグ
メント形の液晶表示装置において、表示すべきセグメン
ト形画素電極数が比較的多い場合に用いられる。多くの
画素電極を有するマトリックス形の液晶表示装置にも適
用される駆動方式である。

【００２４】図６及び図７に、マルチプレックス形駆動
方式の例を示す。

【００２５】図６に示す液晶表示装置Ｂは、１２桁の数
字を１数字当たり７つのセグメント形画素電極構成でマ
ルチプレックス駆動する場合の配線を有する。尚、図に
は、３桁分の数字表示部分を示す。

【００２６】共通電極１０５を桁ごとに桁電極Ｘ_iをＸ₁
からＸ₁₂まで１２分割し、かつ、全てのセグメント形画
素電極１０７を、Ｙ_iをＹ₁からＹ₇までの７組に分けて
グループごとに結線する。

【００２７】桁電極Ｘ_iを順次１／１２デューティーで
時分割駆動するタイミングに同期して、各桁の表示すべ
きセグメント形画素電極Ｙ_iを選択的に駆動する。

【００２８】この場合に必要とされるドライバー素子の
数とリード端子の数はそれぞれ１９個である。スタティ
ック駆動方式の場合に比べて、ドライバー素子の数とリ
ード端子の数とが大幅に減少する。

【００２９】しかしながら、多数のセグメント形画素電
極１０７を共通に結線しているため、表示すべきセグメ
ント形画素電極以外のセグメント形画素電極にも種々の
分圧電圧が印加され、表示のコントラストが低下する、
いわゆるクロストーク現象が生じる。

【００３０】このクロストーク現象は、液晶の電圧に対
する応答が両極性であること、その電気光学応答（電圧
−表示コントラスト）特性が緩慢であることにより生じ
る。

【００３１】上記のクロストーク現象の影響を低減する
ために、液晶のマルチプレックス駆動方式においては電
圧平均化法が用いられる。

【００３２】図７に、ｎ分割駆動の場合の、電圧平均化
法による駆動パルス信号のタイミングチャートを示す。

【００３３】図７（ａ）は、共通電極である桁電極Ｘ₁
からＸｎに信号電圧Ｖ（Ｘ₁）からＶ（Ｘｎ）までを印
加する際のタイミングチャートである。１走査周期をＴ
_Fとした場合、１つの桁電極Ｘｉには、Ｔ_F／ｎの期間、
Ｖ₀のパルス信号が印加される。

【００３４】次の１走査周期においては、−Ｖ₀のパル
ス信号が印加される。

【００３５】図７（ｂ）に示すように、セグメント形画
素電極Ｙｊには、１周期期間にわたって、データオンの
場合には−Ｖ₀／ａ、データオフの場合にはＶ₀／ａの電
圧が印加され、次の周期においては、データオンの場合
にはＶ₀／ａ、データオフの場合には−Ｖ₀／ａの電圧が
印加される。

【００３６】図７（ｃ）に示すように、画素電極と共通
電極との間に印加される電圧Ｖ（Ｘｉ、Ｙｉ）は、共通
電極に信号電圧±Ｖ₀が印加された場合には、表示電極
に対しては±（１＋１／ａ）Ｖ₀であり、非表示画素に
対しては±（１−１／ａ）Ｖ₀である。画素電極と共通
電極との間に印加される電圧Ｖ（Ｘｉ、Ｙｉ）は、共通
電極に信号電圧±Ｖ₀が印加されていない場合におい
て、表示画素に対しては±Ｖ₀／ａであり、非表示画素
に対しては−（±Ｖ₀／ａ）である。

【００３７】尚、上記の電圧平均化法においては、時分
割駆動の走査パルスとデータ入力の信号パルスを、それ
ぞれＶ₀、Ｖ₀／ａとし、走査電極数をｎとすると、実効
値電圧ＶｓとＶｎｓは、以下の式で表される。ここで、
Ｖｓは、選択された画素中の液晶層に印加されている実
効的な電圧であり、Ｖｎｓは、選択されていない非選択
画素中の液晶層に印加されている実効的な電圧である。

【００３８】 Ｖｓ＝（Ｖ₀／ａ）｛（ａ²＋２ａ＋ｎ）／ｎ｝^0.5 …（４）

【００３９】 Ｖｎｓ＝（Ｖ₀／ａ）｛（ａ²−２ａ＋ｎ）／ｎ｝^0.5 …（５）

【００４０】上記（４）及び（５）式におけるａの最適
値は、表示コントラストが最大となる条件、すなわち、
Ｖｓ／Ｖｎｓの値が最大となる条件から以下の式（６）
により求められる。

【００４１】 ａ＝ｎ^0.5 …（６） 尚、時分割駆動するノーマリブラックの液晶表示装置に
おいて、画素のコントラストは、選択信号が印加された
場合の画素の透過率Ｔｓと非選択信号が印加された場合
の画素の透過率Ｔｎｓとの比、すなわち、Ｔｓ／Ｔｎｓ
で定義される。

【００４２】以上のように、ＴＮ形液晶表示装置を時分
割駆動する場合、非選択状態（非表示画素）においても
共通電極と画素電極との間に所定の電圧値が印加されて
いる。

【００４３】従って、液晶表示装置を時分割駆動した場
合には、下地部分と非選択状態の画素部分（非表示画
素）との間の透過率が異なってしまい、色調も異なって
しまう。

【００４４】非表示部分と下地部分との透過率及び色調
が異なるため、非表示部分と表示部分とが明確に識別で
きにくくなる場合がある。

【００４５】以上、表示の識別性を向上させるために、
時分割駆動方式により駆動される液晶表示装置において
は、非選択信号が印加されている場合の画素の透過率Ｔ
ｎｓと、下地部分における画素の透過率Ｔ₀とがほぼ等
しくなることが望まれる。Ｔｓ／Ｔｎｓが大きく、か
つ、Ｔｎｓ＝Ｔ₀であれば、所望の表示部分のみを際だ
たせることが可能になり、液晶表示装置における表示の
品質が良好になる。

【００４６】

【発明が解決しようとする課題】図８に、従来用いられ
ていたノーマリーブラックモードのＴＮ形液晶表示装置
における画素の透過率ＴのリターデーションΔｎｄ（以
下「Δｎｄ」と称する。）依存性を示す。

【００４７】図８において、白抜きの丸印は下地部分
（図６において、共通電極１０５が見えている部分）に
おける画素の透過率Ｔ₀の特性を示している。図８で
は、第３の極小値までを示した。

【００４８】白抜きの四角印は、共通電極１０５と画素
電極（セグメント形）１０７との間に非選択電圧Ｖｎｓ
は、上記（５）式のＶｎｓ＝±（Ｖ₀／ａ）｛（ａ²−２
ａ＋ｎ）／ｎ｝^0.5（通常、電圧に対する画素透過率変
化特性において、透過率が最小になる電圧に設定され
る。）が印加されている非選択画素の透過率ＴｎｓのΔ
ｎｄ依存性を示す。

【００４９】下地部分の画素の透過率Ｔ₀は、第１、第
２及び第３の各極小値をとっている。

【００５０】これに対して、非選択状態における画素の
透過率Ｔｎｓは、Δｎｄが１．２μｍから１．３μｍ
（上記第２の極小値と第３の極小値の間）において最小
の値をとる。

【００５１】従って、ＴＮ形液晶表示装置を時分割駆動
させる場合、Δｎｄを、印加電圧を０Ｖとした場合の透
過率特性の極小値に合わせるのではなく、非選択電圧を
印加した場合の透過率特性の最小値（図２において、Δ
ｎｄ＝１．２〜１．３μｍ）に合わせた方が、コントラ
スト（Ｔｓ／Ｔｎｓ）が高くなる。

【００５２】実際のＴＮ形液晶表示装置においても、非
選択電圧を印加した場合の特性の最小値、例えば１．２
から１．３μｍにΔｎｄを合わせて、コントラストを高
くしていた。

【００５３】以上のように、非選択電圧を印加した場合
の特性の最小値付近にΔｎｄを合わせることにより、Ｔ
ｎｓが低くなり、液晶表示装置において高いコントラス
ト（Ｔｓ／Ｔｎｓ）を有する表示が実現できる。

【００５４】しかしながら、Ｔｎｓの最小値付近にΔｎ
ｄを合わせたとしても、Ｔ₀とＴｎｓとが大きく異なっ
てしまう。

【００５５】表示画面のほぼ全域を画素電極が占有して
いるフルドットマトリックス表示の液晶表示装置の場合
では、下地部分の面積は非常に少ない場合が多い。Ｔ₀
とＴｎｓとで値が大きく異なっても表示における識別性
という観点からは特に問題はない。

【００５６】しかしながら、図６に示す液晶表示装置の
ように、下地部分の面積が広い場合には、Ｔ₀とＴｎｓ
とが異なると下地部分に対して選択画素部分のみでなく
非選択画素部分も識別されてしまういわゆるクロストー
ク現象が生じ、表示が明瞭でなくなるという問題が生じ
る。

【００５７】図９に、液晶表示装置における画素の透過
率Ｔと入射光の波長との関係を示す。

【００５８】透過率Ｔ₀と非選択画素の透過率Ｔｎｓと
の波長依存性とを比較している。

【００５９】透過率Ｔ₀は、波長４２０ｎｍ、５５０ｎ
ｍにおいて極大値を有している。非選択画素の透過率Ｔ
ｎｓは、波長３９０ｎｍにおいて大きな極大値を有して
いることがわかる。加えて、単にＴ₀とＴｎｓとの絶対
値が異なるのみではなく、Ｔ₀とＴｎｓとの波長依存性
も大きく異なっている。

【００６０】従って、液晶表示装置の表示の色調自体も
大きく異なってしまい、良好な品質を有する表示を実現
することができなかった。

【００６１】加えて、この液晶表示装置を見る角度（視
角）を変えた場合には、表示品質がさらに悪くなる。

【００６２】図１０に、液晶表示装置を斜め方向から見
た場合の透過率Ｔの波長依存性を示す。透過率Ｔ₀の波
長依存性と非選択画素の透過率Ｔｎｓの波長依存性とを
比較したものである。

【００６３】液晶表示装置を見る方向は、電極間に電圧
を印加した場合における横方向（液晶セルの中央に存在
する液晶分子の立ち上がり方向（長軸方向）を時計の文
字盤の６時の方向とした場合の９時の方向）であって、
液晶セルの法線方向に対して４０°傾いた方向である。

【００６４】透過率Ｔ₀は、波長４１０ｎｍにおいて極
小値を有しており、波長５００ｎｍにおいて極大値を有
している。非選択画素の透過率Ｔｎｓは、波長３９０ｎ
ｍ付近において極小値を有している。

【００６５】図９と図１０とに示されるスペクトル特性
を比較すると、透過率Ｔの絶対値及びその波長依存性が
全く異なることがわかる。

【００６６】さらに、波長５００ｎｍから波長７８０ｎ
ｍの間においては、図１０に示す斜め方向からみた場合
の画素の透過率Ｔｎｓが、同じ方向から見た透過率Ｔ₀
に比べて高くなってしまうことがわかる。

【００６７】以上のように、斜め方向からみた場合に
は、液晶表示装置の表示特性がさらに劣化することがわ
かった。

【００６８】本発明の目的は、時分割動作時において
も、高いコントラストを有するとともに、下地部分と非
選択画素とで透過率Ｔやその波長依存性（色調）に大き
な差のない良好な表示特性が得られる液晶表示装置を提
供することにある。

【００６９】本発明の他の目的は、上記の良好な表示特
性が広い視角範囲にわたって得られる液晶表示装置を提
供することを目的とする。

【００７０】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、距離ｄ₁で対向配置され、少なくとも一方が透明な
第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板の対向
面の一方の上に形成された複数の画素電極と、前記第１
及び第２の基板の対向面の他方の上に形成された共通電
極と、前記画素電極と前記共通電極との間に電圧を印加
する電圧印加手段と、前記第１の基板と前記第２の基板
との間に挟持され、液晶分子の長軸が前記第１及び第２
の基板間で連続的に捩れたツイストネマティック液晶と
を含み、前記ツイストネマティック液晶の複屈折率をΔ
ｎとした場合に、下記（１）式の条件を満たすＴＮ形液
晶表示装置が提供される。

【００７１】 Δｎ×ｄ₁＞２μｍ …（１） 但し、ｄ₁の単位はμｍである。

【００７２】本発明の他の観点によれば、 距離ｄ₂で
対向配置され、少なくとも一方が透明な第１及び第２の
基板と、前記第１及び第２の基板の対向面の一方の上に
形成された複数の画素電極と、前記第１及び第２の基板
の対向面の他方の上に形成された共通電極と、前記画素
電極と前記共通電極との間に電圧を印加する電圧印加手
段と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持さ
れ、液晶分子の長軸が前記第１及び第２の基板間で連続
的に捩れたツイストネマティック液晶とを含み、前記ツ
イストネマティック液晶の複屈折率をΔｎとした場合
に、下記（２）式の条件を満たすＴＮ形液晶表示装置が
提供される。

【００７３】 Δｎ×ｄ₂＞２．２μｍ …（２） 但し、ｄ₂の単位はμｍである。

【００７４】

【発明の実施の形態】図１に、ＴＮ型液晶表示装置の模
式的な構造を示す。

【００７５】図１（ａ）に示すように、ＴＮ型液晶表示
装置Ｃは、所定の距離ｄ₁だけ離れて平行に配置された
２枚のガラス基板１、３と、その内面にそれぞれ形成さ
れた透明電極５、７と、両ガラス基板間に挟持され、オ
フ状態で９０°のツイストを示す誘電率異方性が正のネ
マティック液晶（以下、Ｎｐ液晶という。）ＥＭと、ガ
ラス基板１、３の外側にそれぞれ１枚づつ配置された２
枚の偏光板１１、１３とを有している。

【００７６】２枚のガラス基板１、３と透明電極５、７
とネマティック液晶分子ＥＭとによりＴＮ配列の画素１
５が形成される。電圧印加手段１７により、透明電極５
と透明電極７との間に所望の電圧が印加できる。図１
（ａ）は透明電極５、７間に電圧が印加されていないオ
フ状態を示す。

【００７７】このＴＮ配列液晶セル１５内に把持されて
いる多数のネマティック液晶分子ＥＭの捩れのピッチ
は、可視光の波長に比べて十分に大きい。ガラス基板３
に垂直に入射した直線偏光の偏光方向は、セル１５を通
過中にネマティック液晶分子ＥＭの捩れに沿って９０度
だけ回転（９０度旋光）する。ＴＮ配列液晶セル１５
は、２枚の偏光板１１，１３の偏光軸が互いに平行にな
る平行偏光板（平行ニコル状態）間では光を遮断する。

【００７８】尚、２枚の偏光板１１，１３の偏光軸が互
いに直交する直交偏光子（直交ニコル状態）間では光を
透過する。

【００７９】図１（ｂ）は、透明電極５、７間に電圧が
印加されている状態を示す。

【００８０】上記の構造を有する画素１５に対して、電
圧印加手段１７によって所定の電圧を印加すると、しき
い値電圧Ｖｔｈから、液晶分子の長軸が電場方向に傾き
始める。

【００８１】印加電圧が、しきい値電圧Ｖｔｈの２倍程
度になると、透明電極５、７の表面近傍以外に存在する
液晶分子ＥＭの長軸は、電場方向と平行に一様に再配列
するようになり、９０度の旋光性は消失する。透明電極
５、７間に電圧を印加しない場合とは全く逆に、平行偏
光子（平行ニコル状態）間では光を透過する。尚、直交
偏光子（直交ニコル状態）間では光を遮断する。

【００８２】上記のＴＮ形液晶表示装置Ｃのように、偏
光板１１、１３を平行ニコルの状態に配置すると、ノー
マリブラックの表示が実現できる。

【００８３】尚、透明電極５は画素電極であり、ガラス
基板１上に複数形成されている。透明電極７は共通電極
である。

【００８４】図２に、上記液晶表示装置Ｃにおけるマル
チプレックス形駆動方式の例を示す。

【００８５】図２に示す液晶表示装置Ｃは、１２桁の記
号を１記号当たり４つのセグメント形画素電極構成でマ
ルチプレックス駆動する場合の構成を示す模式的な平面
図である。

【００８６】共通電極５を桁ごとにＸ₁からＸ₁₂までの
１２分割し、かつ、全てのセグメント電極７を、Ｙ_iを
Ｙ₁からＹ₄までの４組に分けてグループごとに結線す
る。

【００８７】桁電極Ｘ_iを順次１／１２デューティーで
時分割駆動するタイミングに同期して、各桁の表示すべ
きセグメント形画素電極Ｙ_iを選択的に駆動する。

【００８８】尚、セグメント形画素電極の数は４つに限
定されるものではない。

【００８９】発明者は、上記の液晶表示装置Ｃの構成に
おいて、さらに大きなΔｎｄ（Δｎｄ＝２．７５まで）
を採用し、透過率ＴのリターデーションΔｎｄに対する
依存性を実験により調べた。

【００９０】図３に、実験により調べた液晶表示装置Ｃ
における画素の透過率ＴのΔｎｄ依存性を示す。

【００９１】前述の図８に示されているように、非選択
電圧を印加した画素の透過率Ｔｎｓは、Δｎｄ＝１．２
μｍから１．３μｍにおいて最小値をとる。この最小値
よりもさらにΔｎｄを大きくしていくと、透過率Ｔｎｓ
も増加する。従って、Δｎｄを大きくすると、選択画素
の透過率Ｔｓと非選択画素の透過率Ｔｎｓとの比である
コントラストは小さくなってしまう。この実験結果は、
Δｎｄを大きくすると、良い表示は得られないという従
来からの考え方を支持するものである。

【００９２】ところが、さらに大きなΔｎｄを有する液
晶表示装置を試作してその透過率Ｔを調査したところ、
以下に示すような結果が得られた。

【００９３】すなわち、Δｎｄが１．８μｍから１．９
μｍの範囲において、非選択画素の透過率Ｔｎｓは急に
小さくなる。さらにΔｎｄが１．９μｍ以上において
は、Δｎｄが大きくなると、非選択画素の透過率Ｔｎｓ
が徐々に低下していく。Δｎｄが２．２μｍ以上におい
ては、下地の透過率Ｔ₀と非選択画素の透過率Ｔｎｓと
がほぼ同じ値をとる。

【００９４】図４は、液晶表示装置において、１／４デ
ューティー駆動（１周期が４走査）を行った場合の、画
素のコントラスト比（Ｔｓ／Ｔｎｓ）のΔｎｄ依存を示
す。

【００９５】Δｎｄが１．２μｍから１．３μｍの間に
おいて、コントラスト比が最大値約２０００を示す。Δ
ｎｄが１．２μｍから１．８μｍにかけて、Δｎｄの増
大に伴ってコントラスト比が低下する。Δｎｄが１．８
μｍから１．９μｍにかけて、コントラスト比は急激に
低下する。Δｎｄが１．９μｍ以上において、Δｎｄの
増大に伴いコントラスト比が増加する。

【００９６】Δｎｄが約２．２μｍでコントラスト比は
１００を越え、Δｎｄが２．７μｍになると、コントラ
スト比は約２００になる。最大値２０００に比べれば低
いが、実用に耐えるコントラスト比である。尚、コント
ラスト比が１００以上であれば、実用上はほとんど問題
がない。

【００９７】Δｎｄが２μｍ以上の領域では、０Ｖを印
加した画素の透過率Ｔ₀と非選択画素の透過率Ｔｎｓと
がほぼ同じ値を示す。加えて、透過率Ｔ自体も低い（約
０．４％）。

【００９８】従って、下地部分と非選択画素とがほぼ同
じように見え、かつ、両者ともほぼ完全にニュートラル
な黒色が実現できているため、非常に品質の良い表示が
実現できた。

【００９９】以上の結果より、Δｎｄとしては、１．９
μｍから２．７μｍまでの値、好ましくは２．０μｍか
ら２．７μｍまでの値、より好ましくは、２．２μｍか
ら２．７μｍまでの値が用いられる。Δｎｄが２．７μ
ｍ以上の液晶表示装置も除外されない。液晶セルの厚さ
ｄをあまり大きくすると、応答速度が低下するので、Δ
ｎの大きい液晶を用いるのが好ましい。

【０１００】尚、Δｎｄが１．２μｍから１．３μｍの
画素では、確かにコントラスト比が高く、かつ、非選択
電圧が印加された表示はニュートラルな黒となる。しか
しながら、下地の部分は、やや緑色がかっており、かつ
透過率Ｔ₀も高くなるため、非選択画素の部分がいわゆ
るクロストークとして見え、表示の品質が良くない。

【０１０１】このような表示品質の劣化傾向は、前述の
ように、視角を振った場合にはさらに顕著になる。

【０１０２】以下に本発明の実施例と比較例１及び比較
例２による液晶表示装置について、説明する。

【０１０３】比較例１ １）基板： 透明電極付きガラス基板 ２）配向膜： 日産化学工業製ＳＥ−１５０、プレチル
ト角２° ３）ラビング： レーヨン製のラビング布を使用 ４）配向方向： 上下基板間の配向方向のなす角度：
９０° ５）セル厚： ７．１μｍ ６）液晶の種類： Δｎ＝０．１５のメルク社製液晶
に、カイラル材としてメルク社製Ｓ−８１１を０．１ｗ
ｔ％添加したもの（左ツイスト） ７）セルのΔｎｄ：１．０６５μｍ

【０１０４】比較例２ １）基板： 透明電極付きガラス基板 ２）配向膜： 日産化学工業製ＳＥ−１５０、プレチル
ト角２° ３）ラビング： レーヨン製のラビング布を使用 ４）配向方向： 上下基板間の配向方向のなす角度：
９０° ５）セル厚： ８．３μｍ ６）液晶の種類： Δｎ＝０．１５のメルク社製液晶
に、カイラル材としてメルク社製Ｓ−８１１を０．１ｗ
ｔ％添加したもの（左ツイスト） ７）セルのΔｎｄ：１．２４５μｍ

【０１０５】実施例 １）基板： 透明電極付きガラス基板 ２）配向膜： 日産化学工業製ＳＥ−１５０、プレチル
ト角２° ３）ラビング： レーヨン製のラビング布を使用 ４）配向方向： 上下基板間の配向方向のなす角度：
９０° ５）セル厚： １１．７μｍ ６）液晶の種類： Δｎ＝０．２１のメルク社製液晶
に、カイラル材としてメルク社製Ｓ−８１１を０．１ｗ
ｔ％添加したもの（左ツイスト） ７）セルのΔｎｄ：２．４５７μｍ

【０１０６】コントラスト比の評価結果（セル法線方向
から測定）を以下に示す。

【０１０７】尚、スタティック駆動時のデータは、画素
電極に対して５Ｖを印加した場合と０Ｖを印加した場合
の下地部分と画素部分との透過率の比を測定した。

【０１０８】時分割駆動時は、１／４デューティー、１
／３バイアスの駆動波形を印加した場合の、ＯＮ／ＯＦ
Ｆ透過率の比を測定した。駆動電圧は、その条件におい
て最大のコントラスト比が得られる電圧に設定した。

【０１０９】測定時に使用した偏光板は、日東電工製Ｇ
−１２２０であり、平行ニコルの配置とし、下側基板の
配向方向と下側偏光板の透過軸方向を平行にして測定し
た。

【０１１０】以下に、スタティック駆動時と時分割駆動
時におけるコントラスト比を、比較例１及び比較例２と
実施例１とについて測定した。

【０１１１】スタティック駆動時におけるコントラスト
比は、比較例１の画素で５６、比較例２の画素で４７、
実施例１の画素で１１４であった。

【０１１２】時分割駆動時におけるコントラスト比は、
比較例１の画素で９４、比較例２の画素で２５０、実施
例１の画素で１１９であった。

【０１１３】上記の結果より、スタティック駆動時にお
けるコントラスト比は、実施例１の画素の値が最も高
く、時分割駆動時におけるコントラスト比は、比較例２
の画素の値が最も高いことがわかる。

【０１１４】時分割駆動時におけるコントラスト比から
は、比較例２の画素が有利であるように見えるが、実際
には、スタティック駆動時における画素のコントラスト
比と時分割駆動時における画素のコントラスト比との差
が大きい。スタティック駆動時には、非選択時の印加電
圧は０Ｖであるため、下地部分にかかる電圧と同じであ
る。ところが、時分割駆動時では下地部分にかかる電圧
と非選択画素に印加される電圧とでは差があるため、コ
ントラスト比の差が生じる。従って、比較例２の画素を
時分割駆動時させると、クロストークとして見えてしま
う。

【０１１５】これに対して、実施例１の画素では、スタ
ティック駆動時における画素のコントラスト比と時分割
駆動時における画素のコントラスト比とがほぼ等しい。
従ってクロストークが生じにくい。

【０１１６】クロストークの影響が小さく、かつ、コン
トラスト比が大きい実施例の画素の方が、実用上、優れ
ているといえる。

【０１１７】次に、比較例１、２の画素と実施例１の画
素とを、目視評価した結果を示す。

【０１１８】比較例１の画素では、法線方向からみた場
合でも、下地の色付きが顕著である。視角方向を振った
時に下地部分及び非選択部分の色調の変化が大きく、表
示の品質が良くない。

【０１１９】比較例２の画素では、法線方向から見た時
に、下地部分と非選択部分との透過率の差に起因するク
ロストークが顕著である。法線方向から見た場合の下地
の色付きも比較例１の画素よりは少ないが、目立つ。視
角を振った時に、下地部分と非選択部分との色調変化も
大きく、表示の品質が良くない。

【０１２０】実施例１の画素では、法線方向から見た時
に、選択電圧を印加した画素の透過率はやや低いが、非
選択電圧を印加した画素及び下地の色調がニュートラル
な黒色であり、かつ、透過率、色調ともに画素同士で揃
っている。クロストークとしてほとんど認識できないほ
ど非常に見やすく、表示品質が良好である。法線方向か
ら見た場合の下地の色も非常によい。

【０１２１】視角を振った場合でも、下地部分及び非選
択部分のニュートラルな黒さや暗さがかなり角度を振っ
た場合でも維持され、広い視角範囲にわたって、色調の
変化が少なく表示の品質が良い。

【０１２２】以上のように、目視評価においても実施例
１による液晶表示装置における画素の表示品質の良さが
確認された。

【０１２３】尚、上記実施の形態においては、単純なＴ
Ｎ形液晶表示装置を例として説明してきたが、カラーフ
ィルタと組み合わせたカラー表示のＴＮ形液晶表示装置
や、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）形の液晶表示装置や金
属−絶縁物−金属（ＭＩＭ）形の液晶表示装置にも適用
できることは言うまでもない。

【０１２４】また、ＴＮ形液晶表示装置のツイスト角に
ついても、９０°の場合について例を挙げて説明した
が、ツイスト角も９０°のみに限定されるものではな
い。より具体的には、ツイスト角として、６０°から１
２０°の範囲のＴＮ形液晶表示装置にも適用できる。

【０１２５】加えて、本実施の形態については、偏光板
を平行ニコル状態に配置した場合について例示して説明
したが、偏光板の角度として３０°程度の角度を有して
いる場合についても同様の効果が得られる。

【０１２６】さらに、偏光板透過軸と液晶分子との関係
が平行である場合について例示したが、３０°程度まで
の角度を付けた場合にも有効である。

【０１２７】但し、下地及び非選択部分の透過率が低く
かつニュートラルな黒を実現でき、コントラスト比も最
も高くなるのは、９０°ツイストで平行ニコルの偏光板
を２枚のガラス基板のうちいずれかの基板の液晶の配向
方向と偏光板の透過軸を平行になるように設置した場合
である。

【０１２８】以上、本発明の実施の形態について例示し
たが、その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能
なことは当業者には自明であろう。

【０１２９】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置によれば、コント
ラスト比は、実用上、問題がない値が得られる。加え
て、下地部分と非選択部分とでほぼ同じ透過率が得ら
れ、両者ともほぼ完全にニュートラルな黒色が実現でき
る。

【０１３０】視角を振った場合の表示品質の劣化傾向
も、低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態によるＴＮ形液晶表示
装置の原理を示す模式的な図である。（ａ）は電圧を印
加しない状態、（ｂ）は電圧を印加した状態における様
子を示す。

【図２】 本発明の一実施の形態による液晶表示装置の
模式的な平面図である。

【図３】 図１、図２に示すＴＮ形液晶表示装置の透過
率のΔｎｄ依存性を示すグラフである。

【図４】 図１、図２に示すＴＮ形液晶表示装置のコン
トラスト比のΔｎｄ依存性を示すグラフである。

【図５】 ＴＮ形液晶表示装置の原理を示す模式的な図
である。（ａ）は電圧を印加しない状態、（ｂ）は電圧
を印加した状態における様子を示す。

【図６】 ＴＮ形液晶表示装置の模式的な平面図であ
る。

【図７】 図６に示すＴＮ形液晶表示装置を時分割駆動
する際の駆動パルス信号を示すタイミングチャート図で
ある。

【図８】 ＴＮ形液晶表示装置の透過率のΔｎｄ依存性
を示すグラフである。

【図９】 セル法線方向から見た場合のＴＮ形液晶表示
装置の透過率の波長依存性を示すグラフである。

【図１０】 セル法線方向から４０°傾いた方向から見
た場合のＴＮ形液晶表示装置の透過率の波長依存性を示
すグラフである。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ、Ｃ 液晶表示装置 ＥＭ 液晶層 １、３ ガラス基板 ５ 透明電極（共通電極） ７ 透明電極（画素電極） １１、１３ 偏光板 １５ 液晶セル（画素セル） １７ 電圧印加手段 Ｔ₀ 下地の透過率 Ｔｎｓ 非選択画素の透過率 Ｔｓ 非選択画素の透過率 Δｎ 複屈折率 ｄ₁、ｄ₂ 液晶層の厚さ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１２月２２日（１９９９．１２．
２２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図６】

【図５】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 距離ｄ₁で対向配置され、少なくとも一
   方が透明な第１及び第２の基板と、 前記第１及び第２の基板の対向面の一方の上に形成され
   た複数の画素電極と、 前記第１及び第２の基板の対向面の他方の上に形成され
   た共通電極と、 前記画素電極と前記共通電極との間に電圧を印加する電
   圧印加手段と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持され、液
   晶分子の長軸が前記第１及び第２の基板間で連続的に捩
   れたツイストネマティック液晶とを含み、 前記ツイストネマティック液晶の複屈折率をΔｎとした
   場合に、下記（１）式の条件を満たすＴＮ形液晶表示装
   置。 Δｎ×ｄ₁＞２μｍ …（１） 但し、ｄ₁の単位はμｍである。
2. 【請求項２】 距離ｄ₂で対向配置され、少なくとも一
   方が透明な第１及び第２の基板と、 前記第１及び第２の基板の対向面の一方の上に形成され
   た複数の画素電極と、 前記第１及び第２の基板の対向面の他方の上に形成され
   た共通電極と、 前記画素電極と前記共通電極との間に電圧を印加する電
   圧印加手段と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持され、液
   晶分子の長軸が前記第１及び第２の基板間で連続的に捩
   れたツイストネマティック液晶とを含み、前記ツイスト
   ネマティック液晶の複屈折率をΔｎとした場合に、下記
   （２）式の条件を満たすＴＮ形液晶表示装置。 Δｎ×ｄ₂＞２．２μｍ …（２） 但し、ｄ₂の単位はμｍである。
3. 【請求項３】 前記第１の基板及び前記第２の基板の外
   側に、平行ニコル状態に一対の偏光板が配置されている
   請求項１又は２に記載のＴＮ形液晶表示装置。