JP2003255397A - Liquid crystal display - Google Patents

Liquid crystal display

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JP2003255397A
JP2003255397A JP2002058783A JP2002058783A JP2003255397A JP 2003255397 A JP2003255397 A JP 2003255397A JP 2002058783 A JP2002058783 A JP 2002058783A JP 2002058783 A JP2002058783 A JP 2002058783A JP 2003255397 A JP2003255397 A JP 2003255397A
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liquid crystal
transmittance
voltage
equation
crystal cell
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Application number
JP2002058783A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Nishioka
孝博 西岡
Tetsuya Satake
徹也 佐竹
Kazuko Wakita
佳寿子 脇田
Tetsuyuki Kurata
哲之 藏田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a liquid crystal display wherein an image free from gradation inversion and having high quality can be displayed. <P>SOLUTION: The liquid crystal display provided with a liquid crystal cell comprising a pair of transparent substrates 11 provided opposite to each other and each provided with a transparent electrode 12 on the inner surface side thereof and a liquid crystal layer 14 wherein a liquid crystal material having bend-alignment when the liquid crystal material is driven is held between a pair of the substrates 11, polarizing plates 16 provided on the both sides of the liquid crystal cell, and an optical compensation element 15 provided between the liquid crystal cell and at least one polarizing plate 16 is so designed that the difference R between the front retardation of the liquid crystal layer 14 in 550 nm wavelength when white is displayed and that when black is displayed satisfies 100 nm≤R≤185 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
するものであり、特にOCBモードによる液晶表示装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to an OCB mode liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の液晶表示装置(LCD)はネマチ
ック液晶と薄膜トランジスタ(TFT)とで構成される
方式、特に捩れネマチック(TN)と呼ばれる液晶配向
を利用した方式が主流である。しかし、TN−LCDは
視野角が狭い、応答が遅いといった問題点が指摘されて
いる。
2. Description of the Related Art A conventional liquid crystal display device (LCD) is mainly composed of a nematic liquid crystal and a thin film transistor (TFT), particularly a system utilizing a twisted nematic (TN) liquid crystal orientation. However, it has been pointed out that the TN-LCD has a narrow viewing angle and a slow response.

【0003】視野角に関する問題に対しては、近年ハイ
ブリッド配向をしたディスコティック液晶をプラスチッ
クフィルム基板上に形成した光学補償素子を液晶セルと
偏光板の間に挿入することにより、改善する手法が報告
されている。しかし、この方法による改善は不十分であ
り、特にTN−LCDを下及び下斜め方向から見た場合
の階調反転や黒つぶれは、上記の光学補償素子を使用し
ても大きな改善は無い。
In recent years, a method of improving the viewing angle by inserting an optical compensation element having a hybrid-oriented discotic liquid crystal formed on a plastic film substrate between a liquid crystal cell and a polarizing plate has been reported. There is. However, the improvement by this method is insufficient, and in particular, the gradation inversion and the blackout condition when the TN-LCD is viewed from the lower side and the lower oblique direction are not greatly improved even when the above optical compensation element is used.

【0004】そこで、この視野角の問題を解決するため
に、表示に使用する液晶の配向状態(モード)を変える
という手法が考案されている。例えばIPS(In-Plane
Switching)やMVA(Multi-domain Vertically Alig
ned(mode))と呼ばれるモードによって階調反転の無
い、高画質な表示が得られている。しかし、これらのモ
ードでも応答が遅いという点は改善されていない。
Therefore, in order to solve the problem of the viewing angle, a method of changing the alignment state (mode) of the liquid crystal used for display has been devised. For example, IPS (In-Plane
Switching) and MVA (Multi-domain Vertically Alig)
A high-quality display without gradation inversion is obtained by a mode called ned (mode)). However, the slow response in these modes has not been improved.

【0005】広視野角と応答速度という2つの問題を解
決するために、ベンド配向を利用するOCB(Opticall
y Compensated Bend)と呼ばれるモードを利用すること
が試みられている。図1は、液晶セル内でのOCBモー
ドの液晶の配向状態を模式的示す図である。図1におい
て、1は液晶層、2は液晶層を挟持する基板の内面側の
最表面に形成されている配向膜である。液晶セルに電圧
を印加しない状態での液晶の配向状態は、図1(a)に
示すように、液晶セルの法線方向にほぼ対称で、液晶セ
ル中央では液晶が基板面に平行に配向しているスプレイ
配向と呼ばれる配向状態を取るように配向処理を行う。
この液晶セルに通常10V以上の高い電圧を印加する
と、液晶の配向がセルの法線方向にほぼ対称になってお
り、液晶セル中央で略垂直、基板界面で略平行に液晶が
配向しているベンド配向が得られる(図1(d))。こ
の状態で電圧を変化させると、液晶セル中央付近の液晶
の立ち上がりの状態が変化するので(図1(b)、
(c))、液晶層のリタデーションを変化させることが
できる。このリタデーション変化を、液晶セルを2枚の
偏光板で挟むことにより、透過光強度の変化に置き換え
て、表示を行うのがOCBモードである。TN等のモー
ドと異なり、印加電圧を小さくするとベンド配向がスプ
レイ配向に戻ってしまうため、ある特定の電圧範囲で駆
動する必要、特に最低印加電圧を制限する必要がある。
このOCBモードはベンド配向の対称性が良いため、光
学補償がしやすく、広視野角が得られやすいことと、応
答速度が10ms以下と高速であるという特徴がある。
In order to solve the two problems of wide viewing angle and response speed, OCB (Opticall) utilizing bend alignment is used.
y Compensated Bend) has been attempted to utilize a mode called. FIG. 1 is a diagram schematically showing an alignment state of OCB-mode liquid crystals in a liquid crystal cell. In FIG. 1, 1 is a liquid crystal layer, and 2 is an alignment film formed on the outermost surface on the inner surface side of a substrate sandwiching the liquid crystal layer. As shown in FIG. 1 (a), the alignment state of the liquid crystal when no voltage is applied to the liquid crystal cell is almost symmetrical with respect to the normal direction of the liquid crystal cell, and the liquid crystal is aligned parallel to the substrate surface in the center of the liquid crystal cell. The alignment process is performed so as to obtain an alignment state called splay alignment.
When a high voltage of 10 V or higher is applied to this liquid crystal cell, the liquid crystal is oriented substantially symmetrically with respect to the normal direction of the cell, and the liquid crystal is oriented substantially vertically at the center of the liquid crystal cell and approximately parallel at the substrate interface. A bend orientation is obtained (FIG. 1 (d)). When the voltage is changed in this state, the rising state of the liquid crystal near the center of the liquid crystal cell changes (see FIG. 1 (b),
(C)), the retardation of the liquid crystal layer can be changed. In the OCB mode, this retardation change is replaced with a change in transmitted light intensity by sandwiching a liquid crystal cell between two polarizing plates to perform display. Unlike the TN mode or the like, when the applied voltage is reduced, the bend alignment returns to the splay alignment, so it is necessary to drive within a specific voltage range, and particularly it is necessary to limit the minimum applied voltage.
Since this OCB mode has good bend orientation symmetry, it is easy to perform optical compensation, easily obtain a wide viewing angle, and have a response speed as high as 10 ms or less.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このO
CBモードは、TNと同じノーマリーホワイト(NW)
で使用した場合、ラビング方向と垂直な方向に階調反転
が生じてしまい、表示画質が劣化することがある。この
階調反転の様子を図8に示す。図8は、従来のOCBモ
ードの液晶表示装置において、ラビング方向と直交する
方向に視角方向を変化させたときの透過率の印加電圧依
存性を示す図である。図8において、液晶セルの基板面
に対し法線方向の視角方向を0°とし、この視角方向を
本明細書中では正面と呼ぶ。また、図8の横軸の視角方
向を本明細書中では左右方向とも呼ぶ。図8からは、液
晶の配向方向と垂直な方向に視線を傾けていった場合、
60°付近で透過率曲線が交差しており、階調反転が生
じていることがわかる。この階調反転を解消することに
よって、視角方向によらず高い画質の表示を提供するこ
とができる。
However, this O
CB mode is normally white (NW) same as TN
When used in, the gradation inversion occurs in the direction perpendicular to the rubbing direction, which may deteriorate the display image quality. The state of gradation inversion is shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing the applied voltage dependence of the transmittance when the viewing angle direction is changed to the direction orthogonal to the rubbing direction in the conventional OCB mode liquid crystal display device. In FIG. 8, the viewing angle direction normal to the substrate surface of the liquid crystal cell is 0 °, and this viewing angle direction is referred to as the front surface in this specification. The viewing angle direction on the horizontal axis in FIG. 8 is also referred to as a left-right direction in this specification. From FIG. 8, when the line of sight is tilted in the direction perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal,
It can be seen that the transmittance curves intersect at around 60 °, and gradation inversion occurs. By eliminating this gradation inversion, it is possible to provide a display with high image quality regardless of the viewing angle direction.

【0007】図8からわかることは白表示する時の電圧
を上げて、正面での透過率(視角方向0°のときの透過
率)を下げれば、図8中の一番上の実線を使用しないこ
とになるので階調反転は解消する。しかし、低消費電力
化、及びドライバICの低電圧化(による低コスト化)
のためには、駆動電圧範囲をできるだけ低く設定する必
要がある。そのため、白表示する時の電圧をできるだけ
低く設定し、かつ階調反転の発生しない一般的に適用可
能な条件を求める必要がある。
What can be seen from FIG. 8 is that if the voltage at the time of white display is increased and the transmittance at the front (transmittance when the viewing angle direction is 0 °) is decreased, the top solid line in FIG. 8 is used. Since it is not done, gradation inversion is resolved. However, lower power consumption and lower driver IC voltage (resulting in lower cost)
Therefore, it is necessary to set the drive voltage range as low as possible. Therefore, it is necessary to set the voltage for displaying white as low as possible and to find a generally applicable condition in which grayscale inversion does not occur.

【0008】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、階調反転のない、高品質の画
像を表示することができる液晶表示装置を得ることを目
的とするものである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain a liquid crystal display device capable of displaying a high quality image without gradation inversion. is there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明に係る液晶表示
装置は、互いに対向して設けられ、内面側に透明電極を
備えた一対の透明基板と、この一対の透明基板間に駆動
時にベンド配向を示す液晶材料が挟持された液晶層とを
含む液晶セルと、この液晶セルの両側に設けられた偏光
板と、液晶セルと少なくとも一方の偏光板との間に設け
られた光学補償素子と、を備え、白を表示する時と黒を
表示する時の液晶層の波長550nmにおける正面リタ
デーションの差Rが、100nm≦R≦185nmを満
たすようにするものである。
A liquid crystal display device according to the present invention includes a pair of transparent substrates provided facing each other and having transparent electrodes on the inner surface side, and a bend alignment during driving between the pair of transparent substrates. A liquid crystal cell containing a liquid crystal layer sandwiching a liquid crystal material, a polarizing plate provided on both sides of the liquid crystal cell, an optical compensation element provided between the liquid crystal cell and at least one polarizing plate, And the difference R in front retardation at a wavelength of 550 nm of the liquid crystal layer when displaying white and when displaying black satisfies 100 nm ≦ R ≦ 185 nm.

【0010】また、液晶材料の波長550nmにおける
複屈折率Δnと液晶層の厚さdの積Δndが、750n
m<Δnd<1200nmを満たすようにするものであ
る。
The product Δnd of the birefringence Δn of the liquid crystal material at a wavelength of 550 nm and the thickness d of the liquid crystal layer is 750 n.
It is intended to satisfy m <Δnd <1200 nm.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図2は、本発明の液晶表示装置の断面の構
成を模式的に示す図である。図2において、11は透明
基板、12は透明電極、13は配向膜、14はネマチッ
ク液晶からなる液晶層、15は光学補償素子、16は偏
光板である。また、図2中の矢印は、ラビング方向を示
すものである。本発明の液晶表示装置は、互いに対向し
て設けられ、内面側に透明電極12を備えた一対の透明
基板11と、この一対の透明基板11間に駆動時にベン
ド配向を示す液晶材料が挟持された液晶層14とを含む
液晶セルと、この液晶セルの両側に設けられた偏光板1
6と、液晶セルと少なくとも一方の偏光板16との間に
設けられた光学補償素子15とを備えるものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the liquid crystal display device of the present invention. In FIG. 2, 11 is a transparent substrate, 12 is a transparent electrode, 13 is an alignment film, 14 is a liquid crystal layer made of nematic liquid crystal, 15 is an optical compensation element, and 16 is a polarizing plate. The arrow in FIG. 2 indicates the rubbing direction. The liquid crystal display device of the present invention is provided so as to face each other, and a pair of transparent substrates 11 having transparent electrodes 12 on the inner surface side thereof, and a liquid crystal material exhibiting bend alignment during driving are sandwiched between the pair of transparent substrates 11. And a polarizing plate 1 provided on both sides of the liquid crystal cell.
6 and an optical compensation element 15 provided between the liquid crystal cell and at least one polarizing plate 16.

【0012】透明基板11は表示を行うに必要な光の波
長の領域において実質的に透明であれば、どのような部
材を用いても構わない。モニターやテレビといった用途
であれば可視域(波長が380nm〜780nm)で透
明であるガラス基板が一般的に用いられているが、同じ
ように可視域で透明であるポリカーボネート等のプラス
チック基板を用いることもできる。
As the transparent substrate 11, any member may be used as long as it is substantially transparent in the region of the wavelength of light necessary for displaying. For applications such as monitors and televisions, glass substrates that are transparent in the visible range (wavelength of 380 nm to 780 nm) are generally used, but plastic substrates such as polycarbonate that are also transparent in the visible range should be used. You can also

【0013】透明電極12には一般的にはITO(Indi
um Tin Oxide)が用いられる。図示はしていないが、透
明電極12を備えた一対の透明基板11の一方には、通
常の半導体プロセスにより駆動用のスイッチング素子で
ある薄膜トランジスタ(TFT)が透明電極側に作製さ
れており、もう一方の透明基板にはカラー表示を行うた
めのカラーフィルタ及び遮光用のブラックマトリクスが
透明電極側に配置されているという形態が、モニタある
いはテレビ用の液晶表示装置の一般的な構成である。
The transparent electrode 12 is generally made of ITO (Indi
um Tin Oxide) is used. Although not shown, a thin film transistor (TFT) which is a switching element for driving is formed on the transparent electrode side on one of the pair of transparent substrates 11 provided with the transparent electrode 12 by a normal semiconductor process. A general configuration of a liquid crystal display device for a monitor or a television has a configuration in which a color filter for performing color display and a black matrix for light shielding are arranged on the transparent electrode side on one transparent substrate.

【0014】透明基板11の透明電極12側には配向膜
13と呼ばれる、有機高分子の薄膜が形成されている。
有機高分子としてはポリイミドを用いることが一般的で
ある。配向膜13の厚さは300nm〜1200nm程
度が一般的である。この配向膜13の表面には、表面を
擦ることにより液晶の配向方向の規制能力を付与する、
ラビングと呼ばれる処理を施す。表面を擦る部材として
はナイロン製の布を用いることが一般的である。OCB
モードの場合、2枚の透明基板11におけるラビングの
方向は、液晶セルを形成したときに両基板のラビング方
向が同じ方向になるようにラビングを行う。
On the transparent electrode 12 side of the transparent substrate 11, an organic polymer thin film called an alignment film 13 is formed.
Polyimide is generally used as the organic polymer. The thickness of the alignment film 13 is generally about 300 nm to 1200 nm. By rubbing the surface of the alignment film 13, the ability to regulate the alignment direction of the liquid crystal is imparted.
A process called rubbing is performed. A nylon cloth is generally used as the member for rubbing the surface. OCB
In the case of the mode, the rubbing directions of the two transparent substrates 11 are such that the rubbing directions of both substrates are the same when the liquid crystal cell is formed.

【0015】両基板のラビング方向は厳密に一致するの
が望ましい。しかし、厳密な一致は実際には困難であ
る。実用上はラビング方向のずれは30°以内、好まし
くは10°以内、より好ましくは5°以内であれば十分
である。
It is desirable that the rubbing directions of both substrates are exactly the same. But an exact match is actually difficult. In practice, it is sufficient that the deviation in the rubbing direction is within 30 °, preferably within 10 °, and more preferably within 5 °.

【0016】この2枚の透明基板11を、透明電極12
及び配向膜13が形成されている面が内側になるよう
に、ある特定の厚さの間隙が生じるように貼合せる。間
隙はスペーサと呼ばれる球状または柱状の樹脂またはシ
リカ製の部材を、2枚の透明基板11の間に配置するこ
とにより形成する(図示はしていない)。この間隙に毛
細管現象により液晶材料を注入することにより、液晶セ
ルが作製される。
These two transparent substrates 11 are connected to the transparent electrode 12
And, the bonding is performed so that a gap having a specific thickness is formed such that the surface on which the alignment film 13 is formed is inside. The gap is formed by arranging a spherical or columnar resin or silica member called a spacer between the two transparent substrates 11 (not shown). A liquid crystal cell is manufactured by injecting a liquid crystal material into this gap by a capillary phenomenon.

【0017】この時、液晶材料の波長550nmにおけ
る複屈折率Δnと液晶層の厚さ(注入後の間隙の基板法
線方向の長さ、ギャップ)dの積Δndは、750nm
<Δnd<1200nmを満たすことが望ましい。Δn
dが、750nm以下では液晶表示装置の最大透過率が
大きくとれず暗い画面になってしまう。また、Δnd
が、1200nm以上では正面から見た場合と斜め方向
から見た場合の色の変化が大きくなる、ギャップdを大
きくすると応答速度が遅くなる、Δnを大きくすると長
期信頼性が低下するといった問題が発生する。これは、
Δnの大きい液晶材料は誘電率も大きく、イオン性不純
物の溶解度が高いという傾向があり、そのため長期使用
すると液晶内の不純物濃度が高くなり、所定の表示性能
を示すことができなくなるからである。本発明では、7
50nm<Δnd<1200nmを満たすように、液晶
材料の複屈折率Δnと液晶層の厚さdを選択することに
より、このような問題が発生するのを防ぐことができ、
高品質の画像を表示でき、長期信頼性も優れた液晶表示
装置を得ることができる。
At this time, the product Δnd of the birefringence Δn of the liquid crystal material at a wavelength of 550 nm and the thickness of the liquid crystal layer (the length of the gap after injection in the direction of the substrate normal, the gap) d is 750 nm.
It is desirable to satisfy <Δnd <1200 nm. Δn
When d is 750 nm or less, the maximum transmissivity of the liquid crystal display device cannot be made large, resulting in a dark screen. Also, Δnd
However, when the thickness is 1200 nm or more, there is a problem that the color change becomes large when viewed from the front and when viewed from an oblique direction, when the gap d is increased, the response speed becomes slow, and when Δn is increased, the long-term reliability is deteriorated. To do. this is,
This is because a liquid crystal material having a large Δn tends to have a large dielectric constant and a high solubility of ionic impurities. Therefore, when it is used for a long period of time, the impurity concentration in the liquid crystal becomes high and it becomes impossible to exhibit a predetermined display performance. In the present invention, 7
By selecting the birefringence index Δn of the liquid crystal material and the thickness d of the liquid crystal layer so as to satisfy 50 nm <Δnd <1200 nm, it is possible to prevent such a problem from occurring.
It is possible to obtain a liquid crystal display device that can display high-quality images and has excellent long-term reliability.

【0018】また、注入する液晶材料のベンド変形に対
する弾性定数K33とスプレイ変形に対する弾性定数K
11の比は、0.7<K33/K11<1.4を満たす
ことが望ましい。K33/K11は小さい方がベンド変
形がしやすく低電圧駆動が可能となる。しかし、K33
/K11が極端に小さくなる、つまりK11が大きくな
るとスプレイ配向からベンド配向へ電圧印加により配向
状態を変化させることが困難になってくる。
The elastic constant K 33 for bending deformation and the elastic constant K for splaying deformation of the liquid crystal material to be injected.
The ratio of 11, it is desirable to satisfy 0.7 <K 33 / K 11 < 1.4. The smaller K 33 / K 11 is, the easier the bend deformation is, and the lower voltage driving becomes possible. But K 33
When / K 11 is extremely small, that is, when K 11 is large, it becomes difficult to change the alignment state from the splay alignment to the bend alignment by applying a voltage.

【0019】また、注入する液晶材料の比誘電率の異方
性Δεは、8<Δε<20を満たすことが望ましい。Δ
εは大きいほうが電圧に対する応答性が良くなるので低
電圧駆動・高速応答に有利である。しかし、大きすぎる
と液晶へのイオン性不純物の溶解性が高くなるため、電
圧保持率が落ちる、長期使用における信頼性が低下する
等の問題が発生する。
Further, it is desirable that the anisotropy Δε of the relative dielectric constant of the injected liquid crystal material satisfies 8 <Δε <20. Δ
The larger ε is, the better the response to voltage is, which is advantageous for low-voltage driving and high-speed response. However, if it is too large, the solubility of the ionic impurities in the liquid crystal becomes high, which causes problems such as a decrease in voltage holding ratio and a decrease in reliability in long-term use.

【0020】配向膜界面で液晶が垂直になるように配向
処理した十分ギャップの大きい液晶セルに同じ液晶材料
を注入すると、液晶セル中央付近の液晶の配向は、基板
面に平行な方向に螺旋軸を持った螺旋構造を取る。この
螺旋構造の一周期の長さをこの液晶材料のカイラルピッ
チと呼ぶ。注入する液晶材料のカイラルピッチpが[式
1]で表されるpより大きい場合は、注入した液晶の
配向状態が図1(a)に示すようなスプレイ配向にな
る。[式1]において、dはギャップ、Φは液晶材料がツ
イスト配向をした場合の捩れ角でOCBモードの場合は
π[rad]である(図3参照)。通常のOCBモード
の場合、電圧を印加していないときの配向状態はこのス
プレイ配向になるようにするため、p>pを満たす液
晶材料を使用する。
When the same liquid crystal material is injected into a liquid crystal cell in which the liquid crystal is aligned so that the liquid crystal becomes vertical at the interface of the alignment film and the gap is sufficiently large, the alignment of the liquid crystal near the center of the liquid crystal cell is parallel to the substrate surface by a spiral axis. Has a spiral structure with. The length of one cycle of this spiral structure is called the chiral pitch of this liquid crystal material. When the chiral pitch p of the injected liquid crystal material is larger than p 0 expressed by [Equation 1], the alignment state of the injected liquid crystal becomes the splay alignment as shown in FIG. In [Equation 1], d is a gap, and Φ is a twist angle when the liquid crystal material is twisted, and is π [rad] in the OCB mode (see FIG. 3). In the normal OCB mode, a liquid crystal material satisfying p> p 0 is used so that the alignment state when no voltage is applied is the splay alignment.

【数1】 [式1][Equation 1] [Formula 1]

【0021】注入する液晶材料のカイラルピッチpが
[式1]で表されるpより小さい場合には、図3に示す
ような、液晶の配向が液晶セルの基板法線方向に沿って
捩れているツイスト配向になる。本発明ではこの初期配
向がツイスト配向であるようなモードもOCBモードと
呼ぶ。本発明は、初期配向がスプレイ配向の場合でも、
ツイスト配向の場合でも適用可能なものである。
The chiral pitch p of the injected liquid crystal material is
When it is smaller than p 0 expressed by [Equation 1], the liquid crystal orientation is twisted along the direction normal to the substrate of the liquid crystal cell, as shown in FIG. In the present invention, a mode in which the initial orientation is twist orientation is also called OCB mode. The present invention, even if the initial orientation is splay orientation,
This is applicable even in the case of twist orientation.

【0022】上記のようにして作製された液晶セルの少
なくとも片側に光学補償素子を、さらにその外側の両面
に偏光板を配置することにより液晶表示装置が作製され
る。この光学補償素子は、液晶表示装置の光学特性が見
る方向により変化するという視野角特性を所望の特性に
補正するために設けられるものである。この光学補償素
子には、法線方向から傾いた特定の方向にリタデーショ
ンの絶対値の最小値を持ち、液晶のリタデーションとは
極性の異なるリタデーションを示す光学的異方性を持つ
素子が有効である。このような光学的異方性素子を光学
補償素子として液晶セルの両側に配置することによって
液晶セル全体のリタデーションを補償し、視線方向の広
い範囲で黒表示時の透過率を下げ、コントラストの高い
画像を供給することができる。
A liquid crystal display device is manufactured by arranging an optical compensation element on at least one side of the liquid crystal cell manufactured as described above and polarizing plates on both outer surfaces thereof. The optical compensation element is provided to correct the viewing angle characteristic that the optical characteristic of the liquid crystal display device changes depending on the viewing direction to a desired characteristic. For this optical compensation element, an element having an optical anisotropy having a minimum absolute retardation value in a specific direction inclined from the normal direction and exhibiting retardation having a polarity different from that of the liquid crystal retardation is effective. . By disposing such an optically anisotropic element on both sides of the liquid crystal cell as an optical compensating element, the retardation of the entire liquid crystal cell is compensated, the transmittance at the time of black display is reduced in a wide range in the line-of-sight direction, and high contrast is achieved. Images can be supplied.

【0023】以上のような、正面で特定のリタデーショ
ンを持ち、特定の方向にリタデーションの絶対値の最小
を持つという性質の光学的異方性素子としては、屈折率
主軸方向が光学補償素子の面法線方向から傾斜してい
る、二軸位相差板を用いることができる(なお、垂直位
相差板c−plateはn=nの二軸位相差板の特
殊なものとして取り扱うことができる)。
As an optical anisotropic element having a specific retardation on the front side and a minimum absolute value of retardation in a specific direction as described above, the direction of the principal axis of the refractive index is the surface of the optical compensation element. is inclined from the normal direction, it is possible to use a biaxial retardation film (the vertical retardation plate c-plate can be handled as a special biaxial retardation film of n x = n y ).

【0024】OCBモードはノーマリーホワイトつまり
高電圧を印加して黒を表示するように使用することが一
般的である。それは、黒を表示する時の電圧が高い場合
は、基板界面以外の液晶が垂直に立っている領域が大き
くなるため、上記のような法線方向から傾斜した方向に
リタデーションの絶対値の最小値を持つ光学的異方性素
子で補償する液晶層が実質的に薄くなり、作製が比較的
容易な小さなリタデーションを持つ光学的異方性素子で
補償ができるようになるからである。
The OCB mode is generally used to display normally white, that is, black by applying a high voltage. This is because when the voltage for displaying black is high, the area where the liquid crystal stands vertically other than the substrate interface becomes large, so the minimum absolute retardation value in the direction inclined from the normal direction as described above. This is because the liquid crystal layer to be compensated by the optically anisotropic element having is substantially thin, and compensation can be performed by the optically anisotropic element having a small retardation that is relatively easy to manufacture.

【0025】偏光板をクロスニコルで使用する場合、正
面から見れば2枚の偏光板の透過軸(又は吸収軸)は直
交しているが、斜めから見た場合は、一方の偏光板の透
過軸(又は吸収軸)にそって視線を倒さないかぎりは、
2枚の偏光板の透過軸(又は吸収軸)は直交しなくな
る。そのため光学補償素子により液晶層のリタデーショ
ンを補償しても、斜めから見たときに偏光板が直交しな
くなるために光が漏れてくる。この現象は光学補償素子
として二軸位相差板をその屈折率主軸方向を偏光板の透
過軸(又は吸収軸)に平行にして設置することにより補
償できる。
When the polarizing plates are used in crossed nicols, the transmission axes (or absorption axes) of the two polarizing plates are orthogonal to each other when viewed from the front, but the transmission axes of one polarizing plate are viewed when viewed obliquely. Unless you look down along the axis (or absorption axis),
The transmission axes (or absorption axes) of the two polarizing plates are no longer orthogonal to each other. Therefore, even if the retardation of the liquid crystal layer is compensated by the optical compensation element, the light leaks because the polarizing plates are not orthogonal to each other when viewed from an oblique direction. This phenomenon can be compensated by disposing a biaxial retardation plate as an optical compensator with its principal axis of the refractive index parallel to the transmission axis (or absorption axis) of the polarizing plate.

【0026】従って、液晶層を補償する法線方向から傾
斜した方向にリタデーションの絶対値の最小値を持つ光
学的異方性素子に上記の二軸位相差板を追加した光学補
償素子を用いることにより、視線方向のさらに広い範囲
で黒表示時の透過率を下げ、コントラストの高い画像を
供給することができる。
Therefore, an optical compensating element in which the above-mentioned biaxial retardation plate is added to the optically anisotropic element having the minimum absolute value of retardation in the direction inclined from the normal direction for compensating the liquid crystal layer is used. As a result, it is possible to reduce the transmittance during black display in a wider range in the line-of-sight direction and supply an image with high contrast.

【0027】光学補償素子を構成するこれらの光学的異
方性素子は、光学特性が概略等価であれば、異なる構成
を採用して構わない。例えば二軸位相差板と光学的に等
価なa−plateとc−plateを用いて構成して
も構わない。また、上記の説明は液晶セルの両側に光学
補償素子を貼る場合についてであるが、片側のみに光学
補償素子を貼るように設計しても構わない。
These optically anisotropic elements constituting the optical compensating element may have different configurations as long as the optical characteristics are substantially equivalent. For example, a-plate and c-plate that are optically equivalent to the biaxial retardation plate may be used. Further, although the above description is for the case where the optical compensation element is attached on both sides of the liquid crystal cell, the optical compensation element may be attached only on one side.

【0028】液晶表示装置の偏光板には、通常沃素や2
色性の高い染料を光の吸収体としてポリビニルアルコー
ル等の高分子フィルムに吸着させた後、延伸して吸収体
の吸収軸を一方向に揃えたものが用いられる。この種の
偏光板の特性としては(波長550nmの単色光に対す
る)単体透過率が40〜45%程度、(波長550nm
の単色光に対する)平行透過率が35〜40%程度のも
のが主流であり、このような特性の偏光板を用いること
ができる。
The polarizing plate of the liquid crystal display device is usually made of iodine or 2
A dye having a high chromaticity is used as a light absorber after being adsorbed on a polymer film such as polyvinyl alcohol, and then stretched so that the absorption axis of the absorber is aligned in one direction. The characteristics of this type of polarizing plate include a single transmittance of 40 to 45% (for a monochromatic light having a wavelength of 550 nm) and a wavelength of 550 nm.
The mainstream of which is a parallel transmittance of (for monochromatic light) of about 35 to 40%, and a polarizing plate having such characteristics can be used.

【0029】少なくとも一方の側に光学補償素子を有す
る液晶セルの両側に1枚ずつ吸収軸が直交し、かつ吸収
軸が液晶の配向方向(ラビング方向)と約45°の角度
を有するよう、計2枚の上記のような偏光板を貼付する
ことにより液晶表示装置が作製される。
The absorption axes are orthogonal to each other on both sides of the liquid crystal cell having the optical compensation element on at least one side, and the absorption axis has an angle of about 45 ° with the alignment direction (rubbing direction) of the liquid crystal. A liquid crystal display device is manufactured by sticking two polarizing plates as described above.

【0030】このOCBモードを用いた液晶表示装置は
液晶の配向をベンド配向にした後に、白電圧−黒電圧間
で液晶を駆動する。本明細書では、駆動電圧範囲内の電
圧を印加したときに、正面から観察した場合の光の透過
率(あるいは透過光光量)が最大である状態を白、最小
である状態を黒と定義し、白を表示するときの電圧を白
電圧、黒を表示するときの電圧を黒電圧と呼ぶ。この時
の液晶の配向状態の変化は、図1を用いて説明したとお
りである。本発明では、この時白電圧と黒電圧の時の液
晶層の波長550nmにおける正面リタデーションの差
が185nm以下、より好ましくは165nm以下にな
るように設定する。このようにすることで左右方向の階
調反転の発生を抑制することが可能である。
The liquid crystal display device using the OCB mode drives the liquid crystal between the white voltage and the black voltage after the liquid crystal is oriented in the bend orientation. In this specification, when a voltage within the drive voltage range is applied, the state where the light transmittance (or the amount of transmitted light) when viewed from the front is maximum is defined as white, and the minimum state is defined as black. The voltage for displaying white is called white voltage, and the voltage for displaying black is called black voltage. The change in the alignment state of the liquid crystal at this time is as described with reference to FIG. In the present invention, the difference in the front retardation at a wavelength of 550 nm of the liquid crystal layer at the time of the white voltage and the black voltage at this time is set to 185 nm or less, more preferably 165 nm or less. By doing so, it is possible to suppress the occurrence of grayscale inversion in the horizontal direction.

【0031】以下、その理由を説明する。まず、表示の
視野角特性に重要な影響を与える液晶の配向状態につい
て考察する。液晶セルの法線方向(厚さ方向)をz軸に
とる。ベンド配向の自由エネルギー密度fは、[式2]で
表わされる。ここで、θ(z)はチルト角(基板面に対
するダイレクタの角度)の分布、K11はスプレイ変形
に対する弾性定数、K33はベンド配向に対する弾性定
数、Δεは比誘電率異方性、Eは印加する電界強度であ
り、印加電圧をVとするとE=V/d、と表わされる。
[式2]においては、θ(z)の(z)は省略する。
The reason will be described below. First, the alignment state of the liquid crystal, which has an important influence on the viewing angle characteristics of the display, will be considered. The z-axis is the normal direction (thickness direction) of the liquid crystal cell. The free energy density f of bend orientation is represented by [Formula 2]. Here, θ (z) is the distribution of the tilt angle (angle of the director with respect to the substrate surface), K 11 is the elastic constant for splay deformation, K 33 is the elastic constant for bend orientation, Δε is the relative dielectric anisotropy, and E is It is the electric field strength to be applied, and is expressed as E = V / d, where V is the applied voltage.
In [Formula 2], (z) of θ (z) is omitted.

【数2】 [式2][Equation 2] [Formula 2]

【0032】単位面積あたりの自由エネルギーは、[式
2]を液晶セルのz軸方向へ積分することにより得られ
る。この単位面積あたりの自由エネルギーが最小になる
ように液晶は配向する。積分値を最小にする関数を求め
る問題は変分問題と呼ばれ、解の関数はfの変分導関数
と呼ばれる量が積分範囲内で全て0をとるという特徴を
持つ(Eular方程式)。
The free energy per unit area is obtained by integrating [Equation 2] in the z-axis direction of the liquid crystal cell. The liquid crystal is oriented so that the free energy per unit area is minimized. The problem of finding a function that minimizes the integral value is called a variational problem, and the function of the solution has the characteristic that the quantity called the variational derivative of f takes all 0 within the integration range (Eular equation).

【0033】[式2]に対するEular方程式は下記
[式3]のように計算される。
The Euler equation for [Equation 2] is
It is calculated as [Equation 3].

【数3】 [式3][Equation 3] [Formula 3]

【0034】ここでθ(z)を[式4]のように仮定す
る。ここで、液晶セルの中央をz=0とし、z=0で対
称に配向しているとした。θsはプレチルト角(基板と
の界面でのチルト角)である。パラメータcはダイレク
タの変形の度合いを表し、大きいほうが高電圧印加状
態、つまりダイレクタがより立っている状態に対応す
る。
Here, θ (z) is assumed as in [Equation 4]. Here, it is assumed that the center of the liquid crystal cell is z = 0 and that the liquid crystal cell is symmetrically aligned at z = 0. θs is a pretilt angle (tilt angle at the interface with the substrate). The parameter c represents the degree of deformation of the director, and a larger value corresponds to a high voltage application state, that is, a state in which the director is standing up.

【0035】[0035]

【数4】 [式4][Equation 4] [Formula 4]

【0036】次に、[式3]を数値的に解いて得られる解
と、[式4]による近似解との比較を行なった。図4は、
各種液晶材料について液晶セル中の位置とダイレクタの
チルト角の関係を[式3]及び[式4]から求めた図であ
る。計算に用いた液晶材料のパラメータ(誘電異方性や
弾性定数)及びパラメータCは、各図の上部に示す。図
4からは、種々の液晶材料のパラメータ(誘電異方性や
弾性定数)と印加電圧において、[式3]から求めた解と
[式4]から求めた解とがよく一致しており、[式4]が
[式3]=0の厳密解を精度良く近似していることがわか
る。
Next, the solution obtained by numerically solving [Equation 3] was compared with the approximate solution according to [Equation 4]. Figure 4
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the position in the liquid crystal cell and the tilt angle of the director for various liquid crystal materials, obtained from [Equation 3] and [Equation 4]. The parameters (dielectric anisotropy and elastic constant) of the liquid crystal material and the parameter C used for the calculation are shown at the top of each figure. From FIG. 4, the solutions obtained from [Equation 3] are obtained for various liquid crystal material parameters (dielectric anisotropy and elastic constants) and applied voltage.
The solution obtained from [Equation 4] is in good agreement, and [Equation 4] is
It can be seen that the exact solution of [Equation 3] = 0 is accurately approximated.

【0037】次に、[式4]のθ(z)を[式3]に代入す
ると[式5]が得られる。
Next, by substituting θ (z) in [Equation 4] into [Equation 3], [Equation 5] is obtained.

【数5】 [式5][Equation 5] [Formula 5]

【0038】[式5]の三角関数をsinh(2cz/d)/sinhcで
展開してsinh(2cz/d)/sinhcの1次の項までとり、0に
等しいと置くと[式6]が得られる。
When the trigonometric function of [Equation 5] is expanded by sinh (2cz / d) / sinhc and the first-order term of sinh (2cz / d) / sinhc is taken and is set equal to 0, [Equation 6] becomes can get.

【数6】 [式6][Equation 6] [Formula 6]

【0039】液晶セル内(積分範囲内)では|sinh(2cz/
d)/sinhc|<1なのでsinh(2cz/d)/sinhcの1次の項が[式
5]をsinh(2cz/d)/sinhcで展開した項の中で絶対値が最
大の支配項である。従って、[式6]の[]内が0であれ
ば[式5]は近似的に0に等しくなる。つまり[式4]は近
似的にEular方程式(fの変分=0)を満たし、液
晶のチルト角の分布を表す関数になっていることがわか
る。
In the liquid crystal cell (within the integration range), | sinh (2cz /
Since d) / sinhc | <1, the first-order term of sinh (2cz / d) / sinhc is the dominant term with the largest absolute value among the terms expanded from [Equation 5] by sinh (2cz / d) / sinhc. is there. Therefore, if [] in [Equation 6] is 0, [Equation 5] is approximately equal to 0. That is, it can be seen that [Equation 4] approximately satisfies the Euler equation (variation of f = 0) and is a function that represents the distribution of the tilt angle of the liquid crystal.

【0040】上記[式4]はプレチルト角θsとパラメー
タcで液晶の配向状態が記述できることを示している。
つまりプレチルト角θsが同じ場合、液晶の誘電率や弾
性定数を変更しても、同じcを与える電圧Vを印加すれ
ば同じ配向状態が得られるわけである。
The above [formula 4] indicates that the alignment state of the liquid crystal can be described by the pretilt angle θs and the parameter c.
That is, when the pretilt angle θs is the same, even if the dielectric constant or elastic constant of the liquid crystal is changed, the same alignment state can be obtained by applying the voltage V that gives the same c.

【0041】プレチルト角θsが大きい状態を大面積で
均一に作製することは難しく、そのためプレチルト角は
通常10°以下に取られる。従ってπ/2>>θsであ
り、[式4]からプレチルト角は配向状態(そして液晶表
示装置の視野角特性)には大きな影響を与えないことが
わかる。
It is difficult to uniformly produce a large pretilt angle θs over a large area, and therefore the pretilt angle is usually set to 10 ° or less. Therefore, π / 2 >> θs, and it can be seen from [Equation 4] that the pretilt angle does not significantly affect the alignment state (and the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device).

【0042】ここで、c>>1を仮定すると、[式6]の
[]内の1/sinhcの項が0とみなせるの
で、[]内が0になるcは[式7]で与えられる。実際に
はcは3以上で1/sinhcは0.01以下なの
で、[式7]はcが3程度以上であれば成立する。液晶材
料のK33/Δεはおおよそ1.0〜1.8程度なの
で、c=3は電圧に直すと2.0〜2.7V程度にな
る。
Assuming that c >> 1, the term of 1 / sinh 2 c in [] of [Equation 6] can be regarded as 0, so that c in [] becomes [Equation 7]. Given. Actually, since c is 3 or more and 1 / sinh 2 c is 0.01 or less, [Equation 7] is satisfied when c is about 3 or more. Since K 33 / Δε of the liquid crystal material is about 1.0 to 1.8, c = 3 is about 2.0 to 2.7 V when converted to a voltage.

【数7】 [式7][Equation 7] [Formula 7]

【0043】OCBモードでは印加電圧を下げるとベン
ド配向がツイスト配向またはスプレイ配向に変化してし
まうので、印加電圧には下限が存在する(図1参照)。
通常は、この下限の電圧近傍を白電圧に設定することに
より駆動電圧の低電圧化を図ることができる。この下限
電圧は通常2〜2.5V程度であり、駆動に必要な電圧
の範囲内では、ほぼ[式7]が成立していると考えてよ
い。
In the OCB mode, when the applied voltage is lowered, the bend orientation changes to twist orientation or splay orientation, so that the applied voltage has a lower limit (see FIG. 1).
Usually, the driving voltage can be lowered by setting the white voltage near the lower limit voltage. This lower limit voltage is usually about 2 to 2.5 V, and it can be considered that [Equation 7] is substantially satisfied within the range of the voltage required for driving.

【0044】次に問題の左右方向の階調反転の発生機構
について考察する。偏光の楕円率をχ、主軸方位角をψ
としたときに、ストークスパラメータS〜Sは、S
=Scos2χcos2ψ、S=Scos2χ
sin2ψ、S=Ssin2χという関係をもつ。
本明細書のように、全光量Sの変動を考慮しない場合
は、S=1に取ることができる。ストークスパラメー
タはS +S +S =S なる関係を満た
し、半径Sの球を形成する。この球をポアンカレ球と
呼ぶ。図5は種々のΔndを持つOCBモードの液晶表
示装置の出射偏光状態の印加電圧依存性を4×4行列法
により計算し、その結果をストークスパラメータでポア
ンカレ球上に表示し、これをS1−S2断面へ投影した
図である。なお、出射偏光状態とは、液晶表示装置の出
射側偏光板を外して、出射してくる偏光状態のことであ
る。また、全光量は1に規格化し、視野角は60°であ
る。使用した液晶材料の特性は表1に示す。また、図5
の(a)〜(d)の各図に対して使用した液晶材料、ギ
ャップd、Δnd、白状態及び黒状態のcを表2にまと
める。光学補償素子はラビング方向に直交する方向(左
右方向)で視角方向80°から見てもコントラスト比5
以上が達成できるように設計した。
Next, the occurrence mechanism of the problem of gray scale inversion in the left-right direction will be considered. Polarization ellipticity is χ, principal axis azimuth is ψ
And the Stokes parameters S 0 to S 3 are S
1 = S 0 cos 2χ cos 2ψ, S 2 = S 0 cos 2χ
sin2ψ, S 3 = S 0 sin2χ.
As in the present specification, when the fluctuation of the total light amount S 0 is not taken into consideration, S 0 = 1 can be set. The Stokes parameters satisfy the relationship of S 1 2 + S 2 2 + S 3 2 = S 0 2 and form a sphere with a radius S 0 . This sphere is called the Poincare sphere. FIG. 5 shows the calculation of the applied voltage dependence of the outgoing polarization state of the OCB mode liquid crystal display device having various Δnd by the 4 × 4 matrix method, and the result is displayed on the Poincare sphere by the Stokes parameter, and this is displayed as S1- It is the figure projected on S2 cross section. The outgoing polarization state is the outgoing polarization state of the liquid crystal display device with the outgoing side polarization plate removed. Further, the total amount of light is standardized to 1, and the viewing angle is 60 °. The characteristics of the liquid crystal material used are shown in Table 1. Also, FIG.
Table 2 summarizes the liquid crystal materials, the gaps d, Δnd, and the white state and the black state c used for the respective drawings (a) to (d). The optical compensator has a contrast ratio of 5 even when viewed from the viewing angle direction of 80 ° in the direction (left-right direction) orthogonal to the rubbing direction.
Designed to achieve the above.

【0045】[0045]

【表1】 [Table 1]

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】比誘電率異方性、弾性定数は液晶A、Bで
異なっているが、出射偏光の偏光状態、つまり図5
(a)の軌跡と図5(b)の軌跡はほぼ同じ曲線上に乗
っていることがわかる。また、Δndが変化しても出射
偏光の偏光状態はほとんど変化していないことがわかる
(図5(b)〜(d))。
The relative dielectric constant anisotropy and the elastic constant are different between the liquid crystals A and B, but the polarization state of the outgoing polarized light, that is, FIG.
It can be seen that the locus of (a) and the locus of FIG. 5 (b) are on substantially the same curve. Further, it can be seen that the polarization state of the outgoing polarized light hardly changes even if Δnd changes (FIGS. 5B to 5D).

【0048】この、出射偏光状態が比誘電率異方性等の
材料定数にほとんど依存しないことに対する考察を行
う。まず、黒電圧での偏光状態であるが、これは透過率
を小さくする(具体的には左右方向で視野角80°でも
コントラスト比が5以上になる程度に小さくする)、つ
まり光学補償素子により図5でできる限り出射側偏光板
で吸収される偏光状態(図5にAbs.Axisで示し
た状態)に近いところにくるように調整しているので、
黒電圧での出射偏光状態は比誘電率異方性等の材料定数
にほとんど依存しない(そのような設計を行う)。
Consideration will be given to the fact that the outgoing polarization state hardly depends on material constants such as relative dielectric anisotropy. First, regarding the polarization state at the black voltage, this makes the transmittance small (specifically, makes it so small that the contrast ratio becomes 5 or more even when the viewing angle is 80 ° in the left-right direction), that is, by the optical compensation element. In FIG. 5, the adjustment is made so that it is as close as possible to the polarization state (state shown by Abs. Axis in FIG. 5) absorbed by the exit side polarizing plate.
The outgoing polarization state at the black voltage hardly depends on the material constants such as the relative dielectric anisotropy (the design is performed).

【0049】次に黒電圧から電圧を下げたとき(即ち、
cを小さくしたとき)に出射偏光状態がどのように変わ
るのかを考える。電圧を下げると(即ち、cを小さくす
ると)液晶のチルト角θが変化し、その変化量はθのc
に対する偏微分係数∂θ/∂cとして表すことができ
る。θはcの関数として[式4]のように書くことがで
き、さらにc>3の領域中ではsinhc=coshc
と近似でき、かつsinhc>>1なので、∂θ/∂c
はほとんどcに依存しない、つまり∂θ/∂c〜0
であることが[式8]からわかる(ここでzは∂/∂
a(∂θ/∂c)=0、a=2z/dを満たす)。
つまり、電圧を下げたとき(cを小さくしたとき)に
は、初めの黒状態のcの値によらず同じような配向変化
するのである。
Next, when the voltage is reduced from the black voltage (that is,
Consider how the output polarization state changes when c is reduced). When the voltage is lowered (that is, when c is reduced), the tilt angle θ of the liquid crystal changes, and the change amount is c of θ.
Can be expressed as a partial differential coefficient ∂θ / ∂c. θ can be written as [Equation 4] as a function of c, and in the region of c> 3, sinhc = coshc
, And sinhc >> 1, ∂θ / ∂c
Is almost independent of c, that is, ∂ 2 θ / ∂c 2 〜 0
It can be seen from [Equation 8] that z 0 is ∂ / ∂
a (∂ 2 θ / ∂c 2 ) = 0, satisfy a = 2z / d).
That is, when the voltage is lowered (when c is reduced), the orientation changes similarly regardless of the value of c in the initial black state.

【数8】 [式8][Equation 8] [Formula 8]

【0050】初期値である黒状態での出射偏光状態が一
定であり、またそこから電圧を下げたとき(cを小さく
したとき)の配向変化もcにほとんど依存しないこと
が、出射偏光状態がcや比誘電率異方性等の材料定数に
ほとんど依存しないことの原因となっているのである。
The output polarization state in the black state, which is the initial value, is constant, and the orientation change when the voltage is lowered from that (when c is reduced) hardly depends on c. This is a cause of being almost independent of the material constants such as c and relative dielectric constant anisotropy.

【0051】出射偏光状態が比誘電率異方性等の材料定
数にほとんど依存しないということは、透過率及び視野
角特性も比誘電率異方性等の材料定数にほとんど依存し
ないということである。
The fact that the outgoing polarization state hardly depends on the material constants such as relative permittivity anisotropy means that the transmittance and the viewing angle characteristics also hardly depend on the material constants such as relative permittivity anisotropy. .

【0052】次に、計算により、正面から見たときの正
面透過率と視角方向60°での透過率を求めた。図6
は、表2の各液晶セルについて、計算により求めた正面
透過率と視角方向60°での透過率の関係を示す図であ
る。図6において、縦軸は正面透過率の計算結果、横軸
は視角方向60°での透過率の計算結果である。計算に
用いた偏光板の単体透過率は41.3%、平行透過率は
37.1%であり、透過率は偏光板の平行透過率に対し
ての値で表示している。図6からは、各液晶セル間でわ
ずかな差は見られるものの、液晶セルのΔndによらず
ほぼ同じ曲線上に乗っていることがわかる。
Next, the front transmittance and the transmittance in the viewing angle direction of 60 ° when viewed from the front were obtained by calculation. Figure 6
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the front transmittance obtained by calculation and the transmittance at a viewing angle direction of 60 ° for each liquid crystal cell in Table 2. In FIG. 6, the vertical axis represents the calculation result of the front transmittance, and the horizontal axis represents the calculation result of the transmittance in the viewing angle direction of 60 °. The single-sided transmittance of the polarizing plate used for the calculation was 41.3% and the parallel transmittance was 37.1%, and the transmittance is shown as a value with respect to the parallel transmittance of the polarizing plate. It can be seen from FIG. 6 that although there are slight differences between the liquid crystal cells, they are on almost the same curve regardless of the Δnd of the liquid crystal cells.

【0053】図6を見ると、透過率の小さい時は正面透
過率が増加すると60°方向の透過率も増加している
が、正面透過率がだいたい60%〜70%のところ(図
6の網かけ部分)を境に60°方向の透過率が減少して
階調反転が生じていることがわかる。
As shown in FIG. 6, when the transmittance is small, the transmittance in the 60 ° direction also increases as the front transmittance increases, but the front transmittance is approximately 60% to 70% (see FIG. 6). It can be seen that the gradation inversion occurs due to the decrease in the transmittance in the 60 ° direction at the boundary of the shaded portion).

【0054】通常階調反転は、白(正面での透過率最
大)・黒(正面での透過率最小)及び白黒間を8つの階
調に分割し、これらの階調間で表示輝度の大小関係の逆
転がないかどうかで判断する。例えば、正面での透過率
が白の透過率を100%として、100%、70%、4
7%、29%、17%、8%、3.5%、1%、黒とい
うように中間調を設定し、これらの階調間で表示輝度の
大小関係の逆転がないかどうかで判断する。図6から、
階調反転は白に近い低電圧側で生じるので、白と次の階
調(以下この階調をV2とする)だけを考慮すればよい
ことがわかる。このような基準で判断すると、白の正面
透過率を76%にとれば、V2での正面透過率は76%
の70%で53%のところとなり、階調反転はぎりぎり
ではあるが生じないということになる。
In normal gradation inversion, white (maximum transmissivity in the front), black (minimum transmissivity in the front), and black and white are divided into eight gradations, and the display brightness is large or small between these gradations. Judge whether there is a reversal of the relationship. For example, the transmittance on the front side is 100%, 70%, 4 when the transmittance of white is 100%.
Halftones such as 7%, 29%, 17%, 8%, 3.5%, 1%, and black are set, and it is determined whether or not there is a reversal of the magnitude relation of the display luminance between these gradations. . From FIG.
Since gradation inversion occurs on the low voltage side close to white, it is understood that only white and the next gradation (hereinafter, this gradation is referred to as V2) need be considered. Judging by such criteria, if the white front transmittance is set to 76%, the front transmittance at V2 is 76%.
70% of the value is 53%, which means that gradation inversion does not occur although it is barely.

【0055】ただし、より詳しく調べれば白とV2の間
で階調反転は発生しているので、このような階調反転も
防ぎたいのであれば、白の正面透過率を65%、より好
ましくは60%以下に設定すればよいことが図7からわ
かる。このことは視野角を広く取るため、光学補償素子
により黒の透過率が小さくなるように(具体的には左右
方向で視野角80°でもコントラスト比が5以上になる
程度に)設計されたノーマリーホワイトのOCBモード
であれば、液晶材料や光学補償素子の光学特性の詳細、
駆動電圧の設定等に依存せず、一般的に成立する。
However, a closer examination reveals that gradation inversion occurs between white and V2. Therefore, if it is desired to prevent such gradation inversion, the front transmittance of white is 65%, and more preferably. It can be seen from FIG. 7 that it may be set to 60% or less. This means that the viewing angle is wide, so the optical compensation element is designed to reduce the black transmittance (specifically, the contrast ratio is 5 or more in the left-right direction even when the viewing angle is 80 °). In the case of Marie White's OCB mode, details of the optical characteristics of the liquid crystal material and the optical compensation element,
Generally, it does not depend on the setting of the drive voltage.

【0056】しかし、偏光板の平行透過率に対する白の
正面透過率という指標は、液晶表示装置の特性としての
透過率(即ち、バックライトの光量に対する、液晶表示
装置を透過した光量の比)とは、偏光板の平行透過率の
他にも、開口率やカラーフィルタの透過率等も考慮しな
いと関係付けられないので、液晶表示装置設計のための
指標としては適当ではない。
However, the index of the white frontal transmittance with respect to the parallel transmittance of the polarizing plate is the transmittance (that is, the ratio of the light amount transmitted through the liquid crystal display device to the light amount of the backlight) as a characteristic of the liquid crystal display device. Is not appropriate as an index for designing a liquid crystal display device, because it cannot be related without considering the parallel transmittance of the polarizing plate, the transmittance of the color filter, and the like.

【0057】白の正面透過率Tは、白を表示する時と黒
を表示する時の液晶層の正面リタデーションの差Rと、
[式9]の関係にある。ここで、λは波長である。
The front transmittance T of white is the difference R between the front retardations of the liquid crystal layer when white is displayed and when black is displayed,
There is a relation of [Formula 9]. Where λ is the wavelength.

【数9】 [式9][Equation 9] [Formula 9]

【0058】この液晶層の正面リタデーションは、偏光
板の平行透過率、開口率やカラーフィルタの透過率の影
響を受けずに実測することができる。液晶層の正面リタ
デーションは、光学補償素子及び偏光板がない液晶セル
に波長が550nmの光を入射させ、液晶セルを透過し
た光を検出することにより求めることができる。このよ
うに、液晶層の正面リタデーションは、液晶セルがあれ
ば実測でき、また、黒を表示する時の液晶層の正面リタ
デーションは、光学補償素子の特性を示すパラメータで
ある光学補償素子の正面リタデーションの合計の絶対値
と等しいという、明らかな関係をもち、透過率の考慮が
不要であるので、液晶表示装置設計のための指標として
は適当である。
The front retardation of the liquid crystal layer can be measured without being affected by the parallel transmittance of the polarizing plate, the aperture ratio and the transmittance of the color filter. The front retardation of the liquid crystal layer can be determined by making light having a wavelength of 550 nm incident on a liquid crystal cell without an optical compensation element and a polarizing plate and detecting light transmitted through the liquid crystal cell. In this way, the front retardation of the liquid crystal layer can be measured if there is a liquid crystal cell, and the front retardation of the liquid crystal layer when displaying black is the front retardation of the optical compensation element, which is a parameter indicating the characteristics of the optical compensation element. Since it has a clear relation that it is equal to the absolute value of the sum of the above, and it is not necessary to consider the transmittance, it is suitable as an index for designing a liquid crystal display device.

【0059】白の正面透過率を76%以下、より好まし
くは60%以下にするということは、設計上の視点から
見ると、波長550nmにおいて、白を表示する時と黒
を表示する時の液晶層の正面リタデーションの差が18
5nm以下、より好ましくは155nm以下にするとい
うことである。また[式9]から、この正面リタデーショ
ンの差Rが小さすぎると、白表示の透過率が小さくなる
ことがわかる。そのため実用上の点から透過率30%を
確保しようと思えば正面リタデーションの差Rは100
nm以上が必要である。
The fact that the front transmittance of white is 76% or less, more preferably 60% or less means that, from a design point of view, the liquid crystal for displaying white and for displaying black at a wavelength of 550 nm. Difference in frontal retardation of layers is 18
This means that the thickness is 5 nm or less, more preferably 155 nm or less. Also, from [Equation 9], it can be seen that the transmittance of white display becomes small if the difference R in the front retardation is too small. Therefore, from a practical point of view, if it is desired to secure a transmittance of 30%, the difference R in the front retardation is 100.
nm or more is required.

【0060】この条件は上記の通り液晶材料や光学補償
素子の光学特性の詳細、駆動電圧の設定等に依存せず、
一般的に成立する。従って、波長550nmにおける、
白を表示する時と黒を表示する時の液晶層の正面リタデ
ーションの差をこのような範囲になるように設計するこ
とにより、白電圧をできるだけ低く設定しても、階調反
転の無い、質の高い画像を表示できるOCBモードの液
晶表示装置を得ることができる。
As described above, this condition does not depend on the details of the optical characteristics of the liquid crystal material or the optical compensation element, the setting of the driving voltage, etc.
Generally holds. Therefore, at the wavelength of 550 nm,
By designing the difference in the front retardation of the liquid crystal layer when displaying white and when displaying black in such a range, there is no grayscale inversion even if the white voltage is set as low as possible. It is possible to obtain an OCB mode liquid crystal display device capable of displaying a high-quality image.

【0061】尚、上記説明において、550nmの波長
における正面リタデーションの差を規定したが、550
nmとしたのは、通常この波長が評価に用いられている
からであり、550nm以外の波長の場合には、[式9]
の透過率Tが30%以上76%以下の条件を満たすよう
に正面リタデーションの差Rを設定すれば良い。この場
合にも、上記と同様に、階調反転のない、高品質の画像
を表示できるOCBモードの液晶表示装置を得ることが
できる。
In the above description, the difference in the front retardation at the wavelength of 550 nm is specified, but it is 550.
The reason why the wavelength is set to nm is that this wavelength is usually used for evaluation. In the case of wavelengths other than 550 nm, [Formula 9] is used.
The front surface retardation difference R may be set so that the transmittance T of 30% or more and 76% or less is satisfied. Also in this case, similarly to the above, it is possible to obtain an OCB mode liquid crystal display device capable of displaying a high quality image without gradation inversion.

【0062】[0062]

【実施例】実施例1.表2のNo.1〜3の各液晶セルに
ついて、正面での白の透過率が76%を越えないように
白電圧を設定し、その時の左右方向の透過率の印加電圧
依存性を4×4行列法による計算した。図7は、各種液
晶セルにおける、ラビング方向と直交する方向に視角方
向を変化させたときの透過率の印加電圧依存性の計算結
果を示す図である。表2のNo.4の液晶セルについて
は、白電圧を下限まで下げても階調反転が生じないこと
が図5(d)からわかるので省略した。またその時の白
表示時の正面透過率及び白表示時と黒表示時のリタデー
ションの差を表3にまとめる。波長を550nmとし、
偏光板の平行透過率37.1%を100%として計算を
行なった。図7より、このように設計すれば、左右方向
の階調反転は生じないことがわかる。
EXAMPLES Example 1. For each of the liquid crystal cells Nos. 1 to 3 in Table 2, the white voltage was set so that the white transmittance on the front surface did not exceed 76%, and the applied voltage dependency of the lateral transmittance at that time was 4 ×. It was calculated by the 4-matrix method. FIG. 7 is a diagram showing calculation results of applied voltage dependence of transmittance in various liquid crystal cells when the viewing angle direction is changed to a direction orthogonal to the rubbing direction. The liquid crystal cell of No. 4 in Table 2 was omitted because it can be seen from FIG. 5D that grayscale inversion does not occur even if the white voltage is lowered to the lower limit. Table 3 summarizes the front transmittance at white display and the difference in retardation between white display and black display. The wavelength is 550 nm,
The calculation was performed by setting the parallel transmittance of 37.1% of the polarizing plate as 100%. It can be seen from FIG. 7 that such design does not cause grayscale inversion in the left-right direction.

【0063】[0063]

【表3】 [Table 3]

【0064】[0064]

【発明の効果】以上のように、この発明の液晶表示装置
は、白を表示する時と黒を表示する時の液晶層の波長5
50nmにおける正面リタデーションの差Rが、波長5
50nmにおいて、100nm≦R≦185nmとする
ことにより、階調反転の生じない、高品質な画像を表示
することができる。
As described above, in the liquid crystal display device of the present invention, the wavelength of the liquid crystal layer is 5 when displaying white and when displaying black.
The difference R of the front retardation at 50 nm is 5
By setting 100 nm ≦ R ≦ 185 nm at 50 nm, it is possible to display a high quality image in which gradation inversion does not occur.

【0065】また、液晶材料の波長550nmにおける
複屈折率Δnと液晶層の厚さdの積Δndが、750n
m<Δnd<1200nmを満たすようにすることによ
り、高品質の画像を表示することができ、長期信頼性も
優れている。
The product Δnd of the birefringence Δn of the liquid crystal material at a wavelength of 550 nm and the thickness d of the liquid crystal layer is 750 n.
By satisfying m <Δnd <1200 nm, a high-quality image can be displayed and long-term reliability is excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 液晶セル内でのOCBモードの液晶の配向状
態を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an alignment state of OCB-mode liquid crystals in a liquid crystal cell.

【図2】 本発明の液晶表示装置の断面の構成を模式的
に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a liquid crystal display device of the present invention.

【図3】 ツイスト配向を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing twist orientation.

【図4】 各種液晶について、ダイレクタのチルト角の
液晶セル内での分布を、[式3]及び[式4]を用いて
計算により求めた結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing results obtained by calculating distributions of director tilt angles in a liquid crystal cell for various liquid crystals by using [Equation 3] and [Equation 4].

【図5】 表2に示す各種液晶セルにおける、視角方向
60°での出射偏光状態の計算結果をポアンカレ球上に
表示したものを、S1−S2面に投影した図である。
FIG. 5 is a diagram showing, on a Poincare sphere, the calculation result of the outgoing polarization state in the viewing angle direction of 60 ° in each of the liquid crystal cells shown in Table 2, which is projected on the S1-S2 surface.

【図6】 表2の各液晶セルについて、計算により求め
た正面透過率と視角方向60°の透過率の関係を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the calculated front transmittance and the transmittance in the viewing angle direction of 60 ° for each liquid crystal cell in Table 2.

【図7】 表2のNo.1〜3に示す各種液晶セルにお
ける、ラビング方向と直交する方向に視角方向を変化さ
せたときの透過率の印加電圧依存性の計算結果を示す図
である。
7 is a table No. 2 shown in FIG. It is a figure which shows the calculation result of the applied voltage dependence of the transmittance | permeability at the time of changing a viewing angle direction to the direction orthogonal to a rubbing direction in the various liquid crystal cells shown in 1-3.

【図8】 従来のOCBモードの液晶表示装置におい
て、ラビング方向と直交する方向に視角方向を変化させ
たときの透過率の印加電圧依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the applied voltage dependency of the transmittance when the viewing angle direction is changed to the direction orthogonal to the rubbing direction in the conventional OCB mode liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 透明電極、12 透明基板、14 液晶層、15
偏光板、16 光学補償素子。
11 transparent electrode, 12 transparent substrate, 14 liquid crystal layer, 15
Polarizing plate, 16 Optical compensation element.

フロントページの続き (72)発明者 脇田 佳寿子 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 藏田 哲之 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 2H049 BA02 BA06 BA26 BA42 BB03 BB42 BB43 BC02 BC22 2H088 GA02 HA04 HA15 JA12 KA02 KA06 KA07 LA06 MA02 MA03 MA04 2H091 FA08 FA11 FD10 FD12 GA17 HA18 KA02 Continued front page    (72) Inventor Kasuko Wakita             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuyuki Kuroda             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2H049 BA02 BA06 BA26 BA42 BB03                       BB42 BB43 BC02 BC22                 2H088 GA02 HA04 HA15 JA12 KA02                       KA06 KA07 LA06 MA02 MA03                       MA04                 2H091 FA08 FA11 FD10 FD12 GA17                       HA18 KA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに対向して設けられ、内面側に透明
電極を備えた一対の透明基板と、この一対の透明基板間
に駆動時にベンド配向を示す液晶材料が挟持された液晶
層とを含む液晶セルと、この液晶セルの両側に設けられ
た偏光板と、上記液晶セルと少なくとも一方の上記偏光
板との間に設けられた光学補償素子と、を備え、 白を表示する時と黒を表示する時の上記液晶層の波長5
50nmにおける正面リタデーションの差Rが、100
nm≦R≦185nmを満たすことを特徴とする液晶表
示装置。
1. A pair of transparent substrates provided opposite to each other and having a transparent electrode on the inner surface side, and a liquid crystal layer in which a liquid crystal material exhibiting bend alignment during driving is sandwiched between the pair of transparent substrates. A liquid crystal cell, polarizing plates provided on both sides of the liquid crystal cell, and an optical compensation element provided between the liquid crystal cell and at least one of the polarizing plates are provided, and when displaying white and black. Wavelength 5 of the liquid crystal layer when displaying
The difference R of the front retardation at 50 nm is 100.
A liquid crystal display device characterized by satisfying nm ≦ R ≦ 185 nm.
【請求項2】 液晶材料の波長550nmにおける複屈
折率Δnと液晶層の厚さdの積Δndが、750nm<
Δnd<1200nmを満たすことを特徴とする請求項
1の液晶表示装置。
2. The product Δnd of the birefringence Δn of the liquid crystal material at a wavelength of 550 nm and the thickness d of the liquid crystal layer is 750 nm <
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein Δnd <1200 nm is satisfied.
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