JP2001242462A - 液晶表示素子 - Google Patents
液晶表示素子Info
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Abstract
分光透過率を改善し、中間調表示においても透過率の逆
転現象が起こらないようにし、さらに、大きな視野角に
おいての色度変化を抑え、良好なコントラストにより画
像表示を行う。 【解決手段】 液晶層1を挟む基板と、この基板上にマ
トリクス状に画素領域を形成する電極群と、位相差板
2,3と、偏光板4,5とを備え、位相差板2,3を二
軸性のものとする。
Description
電極との間に基板に平行な方向の電界を形成して画像表
示を行う、いわゆるインプレーンスイッチングモードの
液晶表示素子に関する。
板に平行な方向の電界を形成して画像表示を行う、いわ
ゆるインプレーンスイッチングモードの液晶表示素子が
提案されている。このインプレーンスイッチングモード
は、TNモードに比較して、広い視野角が得られること
で知られている。
これら基板間に設けられた液晶層、各基板を挟んで配設
された第1及び第2の偏光板、及び、これら偏光板と各
基板との間に配設された第1及び第2の位相差板を備え
て構成されている。
晶層の配向方向は、電極間に電圧を印加していないとき
に黒表示となるように初期配向が設定されており、電界
を印加したときに、液晶層の配向方向が概ね、45°回
転して白表示となるようになされている。
はねじれを伴うが、光学的には、λ/2板(二分の一波
長板)として機能する。ダイレクタ分布のねじれは、基
板近傍のダイレクタがあまり動かないことによって生ず
る。λ/2板として機能する場合、最大透過率となるの
は、45°の方位で実効的リターデーション(Δnd)
がλ/2となったときである。
な液晶表示素子においては、例えば、波長550nmに
おいて、リターデーション(Δnd)がλ/2となった
場合においては、図33に示すように、λ/2板として
機能するのは波長550nm近傍においてであり、55
0nmから離れた波長城においては透過率の低下が起こ
る。つまり、透過率Tは、以下の式によって表されるの
で、所定の波長以外では透過率Tが低下する。
じれにより、特に低電圧の状態では、以下の式に示すよ
うに、透過率Tはさらに低下する(sin22φがダイレ
クタ分布のねじれによる影響に対応する)。
させていったときに、青側の波長(約460nm以下の
帯域)で透過率の逆転が起こる。
視野角が大きい場合には、色度変化が生ずる。これら図
35乃至図38は、方位角0°(水平)、45°、90
°(垂直)、135°について、それぞれ、視野角を0
°から80°まで変化させたときの色度変化を示してい
る。方位角45°、135°については、かなり大きな
色度変化が生じていることがわかる。なお、図35乃至
図38に示すデータを得るにあたっては、偏光板とし
て、「日東電工G1220DU」を用い、光源として、
C光源を用いている。
案されるものであって、分光透過率が良好であり、中間
調表示においても透過率の逆転現象が起こることがな
く、さらに、大きな視野角においての色度変化が抑えら
れ、良好なコントラストにより画像表示を行うことがで
きる液晶表示素子を提供しようとするものである。
め、本発明に係る液晶表示素子は、少なくとも一方が透
明な一対の基板と、画素電極群とコモン電極群とからな
り各画素電極とコモン電極とにより基板上にマトリクス
状に画素領域を形成する電極群と、各基板間に設けられ
た液晶層と、各基板を挟んで配設された第1及び第2の
偏光板と、第1の偏光板と各基板との間に配設された第
1の位相差板と、第2の偏光板と各基板との間に配設さ
れた第2の位相差板とを備え、第1及び第2の位相差板
と上記液晶層とは、リターデーションが互いに略々等し
く、電極群を介して画素電極とコモン電極との間に基板
に平行な方向の電界が形成されることにより画像を表示
するものである。
1の偏光板の方位を基準として、第1の位相差板の遅相
軸がなす角度をθ1、上記液晶層の遅相軸がなす角度を
θ2、上記第2の位相差板の遅相軸がなす角度をθ3と
し、位相差板の複屈折率について、遅相軸屈折率をn
s、進相軸屈折率をnf、厚さ方向の屈折率をnzとす
るとき、 (ns−nz)/(ns−nf)≦0.5 θ1=θ3 が成立し、表示素子が白レベルのときには、概ね、 θ2=2xθ1+45° が成立し、表示素子が黒レベルのときには、 θ2=2xθ1+90° という条件が満足されることを特徴とする。
ね、 θ2=θ1+45° が成立し、表示素子が黒レベルのときには、 θ2=θ1+90° が成立することを特徴とする。
を参照しながら説明する。
ように、液晶層1と、この液晶層1を挟む対をなす第1
及び第2の位相差板2,3と、さらに、これら位相差板
2,3を挟む第1及び第2の偏光板である入射偏光板4
及び出射偏光板5とを備えて構成されている。
は、図示しない一対の基板間に設けられている。これら
基板は、少なくとも一方が透明に形成されている。この
基板には、画素電極群とコモン電極群とからなる電極群
が設けられている。この電極群は、各画素電極と各コモ
ン電極とにより、基板上にマトリクス状に画素領域を形
成する。そして、この液晶表示素子は、画素電極とコモ
ン電極との間に基板に平行な方向の電界を形成して画像
表示を行う、いわゆるインプレーンスイッチングモード
の液晶表示素子である。
4及び出射偏光板5は、互いにクロスニコルの関係とな
されて配置されている。そして、各偏光板4,5と液晶
層1の配向方向は、画素電極及びコモン電極間に電圧を
印加していないときに黒表示となるように初期配向が設
定されており、電界を印加したときに、液晶層1の配向
方向が45°回転して白表示となるようになされてい
る。白表示における液晶層1内のダイレクタ分布は、基
板近傍のダイレクタがあまり動かないことによって、ね
じれを伴うが、光学的には、λ/2板(二分の一波長
板)として機能する。液晶層1がλ/2板として機能す
る場合、最大透過率となるのは、45°の方位で実効的
リターデーション(Δnd)がλ/2となったときであ
る。
軸を基準として、各位相差板2,3の遅相軸方位をθ
1,θ3、液晶層1の黒レベル(電極群への電圧無印加
時)におけるダイレクタ方位をθ2B、白レベル(電極
群への電圧印加時)におけるダイレクタ方位をθ2Wと
する。すると、この液晶表示素子においては、以下の関
係が成立している。
°、θ2W=75°となる。この液晶表示素子におい
て、波長550nmにおけるリターデーション(Δn
d)を液晶層1、位相差板2,3ともに、275nmと
した場合における黒レベル、白レベルの分光透過率は、
図2に示すように、広い波長帯域に亘って平坦な特性を
示している。なお、ここで、位相差板2,3としては、
ポリカーボネイト(Polycarbonate)延伸フィルムを用
いた。
d)は、概ね、液晶層1のリターデーション(Δnd)
に等しく設定する。位相差板2,3と液晶層1のリター
デーション(Δnd)がずれると、図3に示すように、
黒レベルの透過率が上昇する。この図3では、液晶層1
のリターデーション(Δnd)のみを変化させた場合の
黒レベルの分光透過率を示している。すなわち、液晶層
1のリターデーション(Δnd)の位相差板2,3のリ
ターデーション(Δnd)に対する比率を0.67乃至
1.33の範囲で変化させた場合の黒レベルの分光透過
率である。
に示すように、白レベルに影響する。この図4は、位相
差板2,3のリターデーション(Δnd)を、液晶層1
及び位相差板2,3のリターデーション(Δnd)を等
しく保った状態で変化させた場合の白レベルの分光透過
率を示している。
るには、リターデーション(Δnd)は、波長550n
mにおいて、200nm乃至300nm程度の範囲が望
ましい。しかし、この値は、フラットにしたい波長帯域
に応じて調整すべきものである。
方向は、上述の関係式を満たしており、かつ、0°<θ
1≦30°の範囲であることが望ましい。θ1を変化さ
せると、図5に示すように、白レベルの分光透過率が変
化する。
については完全な補償とはならないものの、従来品に比
較すれば、図6に示すように、電圧を変化させていった
ときの分光透過率について改善が見られる。すなわち、
青側の波長帯域おいて、透過率の逆転現象が発生してい
ない。
の吸収軸を基準にとっても同様の結果が得られる。
として一軸性のものを使うと、視野角が大きくなるにつ
れて、位相差が変化することとなる。位相差が変化する
と、図7に示すように、黒レベルの上昇が起こる。ま
た、白レベルについても、図8に示すように、レベルが
変化する。図7は、一軸性の位相差板を使った場合の波
長550nmにおける黒レベルと、白レベルについて
の、方位角0°(水平)、45°、90°(垂直)、1
35°での波長550nmにおける透過率の視野角に対
する特性を示している。なお、偏光板としては、「日東
電工G1220DU」を用いた。
のような視野角についての特性を改善するため、二軸性
の位相差板を用いている。すなわち、厚さ方向の屈折率
をnz、遅相軸屈折率をns、進相軸屈折率をnfとし
て、以下の条件が満たされている。
ったときでも、図8に示すように、位相差が補償され
る。なお、この条件が満たされていることは、位相差板
が二軸性であることに対応しており、この値が1である
ことは、位相差板が一軸性であることに対応する。図8
は、この条件を満たすような二軸性の位相差板を使った
ときの波長550nmにおける黒レベルと、白レベルに
ついての、方位角0°(水平)、45°、90°(垂
直)、135°での波長550nmにおける透過率の視
野角に対する特性を示している。また、この条件が満た
されている場合において、視野角が変化したときの色度
変化は、図9乃至図12に示すように、極めて少ないも
のとなっている。これら図9乃至図12は、方位角0°
(水平)、45°、90°(垂直)、135°につい
て、それぞれ、視野角を0°から80°まで変化させた
ときの色度変化を示している。なお、偏光板としては、
「日東電工G1220DU」を用いた。
おいて、黒レベルの特性をさらに改善するには、以下の
条件が満足されていることが望ましい。
で、白レベルでは、実効的リターデーション(Δnd)
は黒レベルの80%程度に低下し、さらに、実効的方位
変化は、30°程度である。この状態では、白レベルに
おいても、以下の条件が満足されていることが望まし
い。
満足されているものとする。
ア図」及び図14の「白レベルの等色差コントア図」に
示すように、図15の従来の液晶表示素子の「等コント
ラストコントア図」及び図16の従来の液晶表示素子の
「白レベルの等色差コントア図」に比較して、視野角が
広くなっていることがわかる。ここで、「等コントラス
トコントア図」については、コントラストが100:1
以上となる範囲を示している。また、「等色差コントア
図」においては、L*u*V*表色系において、色差が5j
nd以内である範囲を示している。
いては、図17に示すように、第1の位相差板2を液晶
層1の片側に白レベルの分光透過率の改善の目的で1枚
配置する。第2の位相差板3については視野角を補償す
るためにある。位相差板2,3の配置は、図17に示す
ように、両側に各1枚ずつ配置する構成と、図18に示
すように、液晶層1の片側に2枚を配置する構成とが考
えられる。
の透過軸との角度をθ1、第2の位相差板3の遅相軸と
入射偏光板4の透過軸との角度をθ3、液晶層1のダイ
レクタ方位は黒レベル(一般的には電圧無印加時)でθ
2B、白レベルでθ2Wとする。ここで、以下の条件が
成立している。
2.5°、θ2W=67.5°となる。波長550nm
において、液晶層1、位相差板2,3ともに、リターデ
ーション(Δnd)を275nmとした場合の黒レベ
ル、白レベルの分光透過率は、図19に示すように、略
々フラットな特性になっている。なお、位相差板2,3
としては、ポリカーボネイト(Polycarbonate)延伸フ
ィルムを用いた。
のリターデーション(Δnd)は、第1の実施の形態と
同様に、概ね、液晶層1のリターデーション(Δnd)
に等しく設定する。位相差板2,3と液晶層1のリター
デーション(Δnd)がずれると、図20に示すよう
に、黒レベルの透過率が上昇する。図20は、液晶層1
のリターデーション(Δnd)のみを変化させた場合の
黒レベルの分光透過率を示しており、液晶層1のリター
デーション(Δnd)の位相差板2,3のリターデーシ
ョン(Δnd)に対する比率を0.67乃至1.33の
範囲で変化させた場合のものである。なお、ここでは、
θ1=22.5°、θ2B=112.5°、θ2W=6
7.5°となっている。
1に示すように、白レベルにも影響する。図21は、位
相差板2,3のリターデーション(Δnd)を液晶層1
のリターデーション(Δnd)に対して等しく保ちつつ
変化させた場合の白レベルの分光透過率を示している。
ここでは、θ1=22.5°、θ2B=112.5°、
θ2W=67.5°となっている。白レベルの分光透過
率をフラットにするには、リターデーション(Δnd)
は、波長550nmにおいて、200nm乃至300n
m程度の範囲が望ましいが、フラットにしたい波長帯域
に応じて調整すべきものである。
は、上述の関係式を満たしており、かつ、0<θ1≦3
0°の範囲であることが望ましい。θ1を変化させた場
合には、図22に示すように、白レベルの分光透過率が
変化するが、ここでは、θ1=22.5°の場合が最も
フラットな特性を示している。ここでは、リターデーシ
ョン(Δnd)は、波長550nmにおいて、液晶層1
及び位相差板2,3ともに275nmとしている。
視野角特性を改善するために、図17に示すように、第
2の位相差板3を用いている。第1の実施の形態におけ
ると同様に、位相差板の屈折率について、以下の条件が
成立しているものとする。
すように、波長550nmにおける黒レベル及び白レベ
ルの方位角0°、45°、90°、135°についての
透過率視野角特性は良好なものとなっている。また、視
野角による色度変化についても、図24乃至図27に示
すように、良好な特性となっている。これら図24乃至
図27は、方位角0°(水平)、45°、90°(垂
直)、135°について、それぞれ、視野角を0°から
80°まで変化させたときの色度変化を示している。こ
こでも、偏光板としては、日東電工G1220DUを用
いた。
2の位相差板2,3を液晶層1の片側に配置した場合に
おいて、θ3=90°とする。この場合には、図28に
示すように、波長550nmにおける黒レベル及び白レ
ベルの方位角0°、45°、90°、135°について
の透過率視野角特性は良好なものとなっている。また、
視野角による色度変化についても、図29乃至図32に
示すように、良好な特性となっている。これら図29乃
至図32は、方位角0°(水平)、45°、90°(垂
直)、135°について、それぞれ、視野角を0°から
80°まで変化させたときの色度変化を示している。こ
こでも、偏光板としては、日東電工G1220DUを用
いた。
子は、いわゆるインプレーンスイッチングモードの液晶
表示素子であって、液晶層の両側または片側に配置され
る位相差板として、二軸性のものを用いることにより、
分光透過率の改善、中間調表示における透過率の逆転現
象の防止、大きな視野角における色度変化の抑制、コン
トラストの改善を図っている。
あり、中間調表示においても透過率の逆転現象が起こる
ことがなく、さらに、大きな視野角においての色度変化
が抑えられ、良好なコントラストにより画像表示を行う
ことができる液晶表示素子を提供することができるもの
である。
施の形態における構成を示す斜視図である。
光特性を示すグラフである。
ションがずれた場合の黒レベルの分光特性を示すグラフ
である。
値の白レベルの分光特性への影響を示すグラフである。
位の変化の白レベルの分光特性への影響を示すグラフで
ある。
の分光透過率を示すグラフである。
ものを使った場合の視野角に対する黒レベルの変化を示
すグラフである。
ものを使った場合の視野角に対する白レベルの変化を示
すグラフである。
(水平)について視野角を0°から80°まで変化させ
たときの色度変化を示す色度図である。
いて視野角を0°から80°まで変化させたときの色度
変化を示す色度図である。
直)について視野角を0°から80°まで変化させたと
きの色度変化を示す色度図である。
ついて視野角を0°から80°まで変化させたときの色
度変化を示す色度図である。
ントア図である。
コントア図である。
コントア図である。
等色差コントア図である。
態において位相差板を液晶層の両側に配置した構成を示
す斜視図である。
て位相差板を液晶層の片側に配置した構成を示す斜視図
である。
分光特性を示すグラフである。
ーションがずれた場合の黒レベルの分光特性を示すグラ
フである。
の値の白レベルの分光特性への影響を示すグラフであ
る。
方位の変化の白レベルの分光特性への影響を示すグラフ
である。
場合の視野角に対する白レベル及び黒レベルの変化を示
すグラフである。
平)について視野角を0°から80°まで変化させたと
きの色度変化を示す色度図である。
いて視野角を0°から80°まで変化させたときの色度
変化を示す色度図である。
直)について視野角を0°から80°まで変化させたと
きの色度変化を示す色度図である。
ついて視野角を0°から80°まで変化させたときの色
度変化を示す色度図である。
た場合の視野角に対する白レベル及び黒レベルの変化を
示すグラフである。
平)について視野角を0°から80°まで変化させたと
きの色度変化を示す色度図である。
いて視野角を0°から80°まで変化させたときの色度
変化を示す色度図である。
直)について視野角を0°から80°まで変化させたと
きの色度変化を示す色度図である。
ついて視野角を0°から80°まで変化させたときの色
度変化を示す色度図である。
レベルの分光特性を示すグラフである。
についての分光透過率を示すグラフである。
(水平)について視野角を0°から80°まで変化させ
たときの色度変化を示す色度図である。
°について視野角を0°から80°まで変化させたとき
の色度変化を示す色度図である。
°(垂直)について視野角を0°から80°まで変化さ
せたときの色度変化を示す色度図である。
5°について視野角を0°から80°まで変化させたと
きの色度変化を示す色度図である。
板、4 入射偏光板、5出射偏光板
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくとも一方が透明な一対の基板と、 画素電極群とコモン電極群とからなり、各画素電極とコ
モン電極とにより、上記基板上にマトリクス状に画素領
域を形成する電極群と、 上記各基板間に設けられた液晶層と、 上記各基板を挟んで配設された第1及び第2の偏光板
と、 上記第1の偏光板と上記各基板との間に配設された第1
の位相差板と、 上記第2の偏光板と上記各基板との間に配設された第2
の位相差板とを備え、 上記第1及び第2の位相差板と上記液晶層とは、リター
デーションが互いに略々等しく、 上記第1の偏光板の方位を基準として、上記第1の位相
差板の遅相軸がなす角度をθ1、上記液晶層の遅相軸が
なす角度をθ2、上記第2の位相差板の遅相軸がなす角
度をθ3とするとき、 θ1=θ3 が成立し、表示素子が白レベルのときには、概ね、 θ2=2xθ1+45° が成立し、表示素子が黒レベルのときには、 θ2=2xθ1+90° が成立し、さらに、上記位相差板の複屈折率について、
遅相軸屈折率をns、進相軸屈折率をnf、厚さ方向の
屈折率をnzとするとき、 (ns−nz)/(ns−nf)≦0.5 という条件が満足され、 上記電極群を介して上記画素電極と上記コモン電極との
間に上記基板に平行な方向の電界が形成されることによ
り、画像を表示することを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項2】 少なくとも一方が透明な一対の基板と、 画素電極群とコモン電極群とからなり、各画素電極とコ
モン電極とにより、上記基板上にマトリクス状に画素領
域を形成する電極群と、 上記各基板間に設けられた液晶層と、 上記各基板を挟んで配設された第1及び第2の偏光板
と、 上記第1の偏光板と上記各基板との間に配設された第1
の位相差板と、 上記第2の偏光板と上記各基板との間に配設された第2
の位相差板とを備え、 上記第1及び第2の位相差板と上記液晶層とは、リター
デーションが互いに略々等しく、 上記第1の偏光板の方位を基準として、上記第1の位相
差板の遅相軸がなす角度をθ1、上記液晶層の遅相軸が
なす角度をθ2、上記第2の位相差板の遅相軸がなす角
度をθ3とするとき、 θ3=0° が成立し、表示素子が白レベルのときには、概ね、 θ2=θ1+45° が成立し、表示素子が黒レベルのときには、 θ2=θ1+90° が成立し、さらに、上記位相差板の複屈折率について、
遅相軸屈折率をns、進相軸屈折率をnf、厚さ方向の
屈折率をnzとするとき、 (ns−nz)/(ns−nf)≦0.5 という条件が満足され、 上記電極群を介して上記画素電極と上記コモン電極との
間に上記基板に平行な方向の電界が形成されることによ
り、画像を表示することを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項3】 少なくとも一方が透明な一対の基板と、 画素電極群とコモン電極群とからなり、各画素電極とコ
モン電極とにより、上記基板上にマトリクス状に画素領
域を形成する電極群と、 上記各基板間に設けられた液晶層と、 上記各基板を挟んで配設された第1及び第2の偏光板
と、 上記第1の偏光板と上記各基板との間に配設された第1
の位相差板と、 上記第2の偏光板と上記各基板との間に配設された第2
の位相差板とを備え、 上記第1及び第2の位相差板と上記液晶層とは、リター
デーションが互いに略々等しく、 上記第1の偏光板の方位を基準として、上記第1の位相
差板の遅相軸がなす角度をθ1、上記液晶層の遅相軸が
なす角度をθ2、上記第2の位相差板の遅相軸がなす角
度をθ3とするとき、 θ3=90° が成立し、表示素子が白レベルのときには、概ね、 θ2=θ1+45° が成立し、表示素子が黒レベルのときには、 θ2=θ1+90° が成立し、さらに、上記位相差板の複屈折率について、
遅相軸屈折率をns、進相軸屈折率をnf、厚さ方向の
屈折率をnzとするとき、 (ns−nz)/(ns−nf)≦0.5 という条件が満足され、 上記電極群を介して上記画素電極と上記コモン電極との
間に上記基板に平行な方向の電界が形成されることによ
り、画像を表示することを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項4】 少なくとも一方が透明な一対の基板と、 画素電極群とコモン電極群とからなり、各画素電極とコ
モン電極とにより、上記基板上にマトリクス状に画素領
域を形成する電極群と、 上記各基板間に設けられた液晶層と、 上記各基板を挟んで配設された第1及び第2の偏光板
と、 上記第1の偏光板と上記各基板との間に配設された第1
の位相差板と、 上記第2の偏光板と上記各基板との間に配設された第2
の位相差板とを備え、 上記第1及び第2の位相差板と上記液晶層とは、リター
デーションが互いに略々等しく、 上記第1の偏光板の方位を基準として、上記第1の位相
差板の遅相軸がなす角度をθ1、上記液晶層の遅相軸が
なす角度をθ2とするとき、表示素子が白レベルのとき
には、概ね、 θ2=θ1+45° が成立し、表示素子が黒レベルのときには、 θ2=θ1+90° が成立し、 上記電極群を介して上記画素電極と上記コモン電極との
間に上記基板に平行な方向の電界が形成されることによ
り、画像を表示することを特徴とする液晶表示素子。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000056073A JP4441971B2 (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 液晶表示素子 |
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---|---|---|---|
JP2000056073A JP4441971B2 (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 液晶表示素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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