JP2006267304A

JP2006267304A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006267304A
Application number: JP2005082885A
Authority: JP
Inventors: Masashi Mitsui; 雅志三井; Tokuo Koma; 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】液晶層が配向分割された液晶表示装置において、さらなる視野角の拡大を図る。
【解決手段】本発明は、複数の表示画素１の各々に、第１の透明電極１３が形成された第１の透明基板１０と、配向分割用の突起部２４及び第２の透明電極２３が形成された第２の透明基板２０と、前記第１及び第２の透明基板１０，２０に挟まれた液晶層３０（ネマティック液晶から成る）と、を備えた透過型の液晶表示装置である。そして、第２の透明基板１０上には、負の位相差（負の一軸性屈折率を有する液晶から成る）２１が形成されている。この負の位相差板２１により、充分に高い電圧の印加時においてネマティック液晶の複屈折による位相差が打ち消されて、視野角が従来例に比してさらに拡大されるように補償される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、液晶ダイレクタの配向を制御して広視野角を実現した液晶表示装置に関する。

従来より、液晶表示パネル（ＬＣＤ；ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）を用いた表示装置では、視野角によって表示品位の劣化（例えば階調の反転等）が生じる視野角依存性が問題となっており、広視野角の実現が求められている。視野角を広げる手段としては、その一つとして、液晶層の液晶ダイレクタ（液晶分子の長軸の平均的な配列方向）を２つ以上の領域毎に異なる方向に制御して階調の平均化を図る方式（以降、「配向分割」と略称する）が知られている。

次に、液晶層が配向分割された従来例に係る液晶表示装置について図７を参照して説明する。図７では、マトリクス状に配置される複数の表示画素１のうち、その１つの断面を示している。また、この液晶表示装置は、正の一軸性屈折率を有するネマティック液晶から成る液晶層３０を有してねじれネマティック（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ：以降、「ＴＮ」と略称する）モードで駆動するものであり、バックライト用光源１００を備えた透過型の液晶表示装置であるものとする。

図７に示すように、例えばガラス基板から成る第１の透明基板１０と第２の透明基板２０とが液晶層３０を挟んで対向して配置されている。第１の透明基板１０の裏面には、偏光子である第１の偏光板１２が配置されている。また第１の透明基板の表面には、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）から成る第１の透明電極１３及び第１の配向膜１５が積層されている。一方、第２の透明基板２０の裏面には、第１の偏光板に対してクロスニコル配置された検光子である第２の偏光板２２が配置されている。また、第２の透明基板２０の表面には、例えばＩＴＯから成る第２の透明電極２３が配置されている。そして、第２の透明電極２３上には、液晶ダイレクタ３１の配向を異なる２方向に制御するための配向制御部である突起部２４が形成され、その上に第２の配向膜２５が形成されている。

この液晶表示装置では、図７（Ａ）に示すように、第１及び第２の透明電極１３，２３の間に電圧が印加されず液晶層３０に電界が生じていない状態では、液晶ダイレクタ３１は初期配向状態を保っている。一方、図７（Ｂ）に示すように、第１及び第２の透明電極１３，２３の間に電圧が印加されて液晶層３０に電界が生じると、液晶ダイレクタ３１は垂直方向に立ち上がるが、その傾きは、突起部２４の位置における第１の透明基板２０の法線によって区分される領域毎に異なる２つの方向に傾斜する。これにより、表示面を正面以外の方向（例えば左右方向）から視認するときの白表示もしくは黒表示の階調が平均化されて表示品位が向上する。即ち、表示面に対する視野角を広げることができる。

なお、本願に関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
特開平７−３１１３８３号公報

上述した液晶表示装置では、第１及び第２の透明電極１３，２３の間に充分高い電圧を印加すると、液晶ダイレクタ３１は、第１及び第２の透明基板２０，３０に対してほぼ垂直に立ち上がる。しかしながら、第１及び第２の透明電極１３，２３の界面では液晶分子はそれら各透明基板との相互作用が強いため、液晶ダイレクタ３１は完全には垂直に立ち上がらない。

そのため、正の一軸性屈折率を有した液晶分子の光学的異方性によって複屈折が生じ、垂直方向に進む直線偏光に対して光学的位相差が存在することになり、完全な黒表示を得ることができない。即ち、上記位相差に応じて正面以外の方向からの表示画像のコントラストの劣化や階調反転が起きて、表示品位が低下していた。

そこで本発明は、液晶層が配向分割された液晶表示装置において、さらなる視野角の拡大を図る。

本発明の液晶表示装置は、上記課題に鑑みて為されたものであり、複数の表示画素を有し、各表示画素は、第１の透明電極が形成された第１の透明基板と、第２の透明電極が形成された第２の透明基板と、第１の透明基板と第２の透明基板との間に形成された配向分割用の配向制御部（突起部やスリット部）と、正の一軸性屈折率を有する液晶から成り第１及び第２の透明基板に挟まれた液晶層と、を備えた透過型の液晶表示装置であって、第２のガラス基板上に負の一軸性屈折率を有した位相差板（負の一軸性屈折率を有する液晶から成る）が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、液晶層が配向分割された液晶表示装置において、視野角を従来例に比してさらに拡大することができる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る表示装置を説明する概略平面図であり、図２はそのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図１及び図２では、図７に示したものと同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、この液晶表示装置には、複数の表示画素１がマトリクス状に配置されているが、それらのうちの１つを示している。

なお、本実施形態の液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の表示画素１毎に不図示のＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備えたアクティブマトリクス型であり、バックライト用光源１００を備えた透過型の液晶表示装置であるものとして説明を行う。

図１に示すように、表示画素１をその表示面側から見ると、不図示の透明基板上に形成された透明電極上に、表示面を２つの領域に区分するようにして、例えばレジスト材料から成る突起部２４（即ち配向制御部）が形成されている。さらにこの突起部２４を覆うようにして、不図示の第１の配向膜が形成されている。次に、そのＸ−Ｘ線に沿った断面から見た構造について説明する。

図２に示すように、この表示画素１では、不図示の回路領域に不図示のＴＦＴを備えた第１の透明基板１０と、それに対向する第２の透明基板２０との間に液晶層３０が配置されている。この液晶層３０は、上記２つの基板間で９０度ねじれるように螺旋状に配列され正の誘電率異方性及び正の一軸性屈折率を有したネマティック液晶から成り、ＴＮモードによって駆動するものである。また、液晶層３０の液晶ダイレクタ３１（液晶分子の平均的な配列方向）のプレチルト角は、第１の透明基板１０に対して限りなく零度であることが好ましい。その他の構成については、図７に示した表示画素１と同様である。

本実施形態では、さらに、第２の透明基板２０の裏面に、負の一軸性屈折率を有する位相差板２１（以降、「負の位相差板」と略称する）が形成されている。負の一軸性屈折率とは、光軸方向（ここでは負の位相差板２１の表面の垂線方向）の屈折率ｎｚが、光軸方向と直交する面内の２つの方向の屈折率ｎｘ，ｎｙ（ただしｎｘ＝ｎｙ）よりも小さくなるような光学的異方性を意味する。この負の位相差板２１は、負の一軸性屈折率を有する液晶、例えば、円盤状の分子から成るディスコティック液晶（ｄｉｓｃｏｔｉｃｌｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）化合物をＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等の透明支持体上にコーティングし、架橋することによって形成されることが好ましい。

ここで、図３の概念図に示すように、負の一軸性屈折率を有する液晶（例えばディスコティック液晶）と、液晶層３０の正の一軸性屈折率を有する液晶であるネマティック液晶とでは、光軸方向の屈折率ｎｚと、光軸方向と直交する面内の２つの方向の屈折率ｎｘ，ｎｙ（ただしｎｘ＝ｎｙ）との大小関係が逆になっている。これにより、負の位相差板２１は、ネマティック液晶の複屈折により生じた光学的位相差を打ち消すことができる。

次に、本実施形態の液晶表示装置の動作について、図面を参照して説明する。図２（Ａ）に示すように、第１及び第２の透明電極１３，２３の間に電圧が印加されない状態では、液晶層３０に電界が生じないため、液晶ダイレクタ３１は初期配向状態を保っている。このとき、第１の偏光板１２を透過して直線偏光されたバックライト用光源１００からの光は、その旋光性により液晶層３０を通って第２の偏光板２２を透過して白表示となる。

一方、第１及び第２の透明電極１３，２３の間に充分高い電圧が印加されて液晶層３０に電界が生じると、図２（Ｂ）に示すように、液晶ダイレクタ３１は、突起部２４の傾斜に沿った電界の方向に従うようにして、第１及び第２の基板１０，２０に対してほぼ垂直に立ち上がる。これにより、液晶層３０に入射した光は旋光せずに第２の偏光板２２に遮断されて黒表示となる。

このとき、ほぼ垂直に立ち上がった液晶ダイレクタ３１と上記ディスコティック液晶の光学的異方性により、光軸方向に対する各屈折率ｎｘ,ｎｙ,ｎｚの関係がｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚとなる。そのため、液晶ダイレクタ３１、即ち上記ネマティック液晶の複屈折により生じた光学的位相差は、負の位相差板２１によって打ち消される。そのため、液晶層３０に入射した光が遮断されて黒表示となる際に、配向分割による広い視野角が従来例に比してさらに拡大されるように補償される。

なお、上述した第１の実施形態の液晶層３０は、螺旋状に配置されたネマティック液晶から成り、ＴＮモードで駆動するものとしたが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明の第２の実施形態として、図４に示すように、液晶層３０Ｅは、ホモジニアス配列（第１の透明基板１０もしくは第２の透明基板２０と水平に一様の方向で配列）されて正の誘電率異方性及び正の一軸性屈折率を有したネマティック液晶から成り、いわゆる電界制御複屈折（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｇｅｎｃｅ；以降、「ＥＣＢ」と略称する）モードにより駆動するものであってもよい。本実施形態のその他の構成については、図１及び図２に示した第１の実施形態と同様である。

ここで、図４（Ａ）に示す第１及び第２の透明電極１３，２３の間に電圧が印加されない状態では、液晶層３０Ｅに電界が生じないため、その液晶ダイレクタ３１Ｅは初期配向状態を保っている。このとき、第１の偏光板１２を透過して直線偏光されたバックライト用光源１００からの光は、液晶層３０Ｅを通り、そのネマティック液晶の複屈折により楕円偏光される。そして、その光の一成分が第２の偏光板２２を透過して白表示となる。

一方、図４（Ｂ）に示す第１及び第２の透明電極１３，２３の間に充分高い電圧が印加された状態では、液晶層３０Ｅに電界が生じて、液晶ダイレクタ３１Ｅは、突起部２４の傾斜に沿った電界の方向に従うようにして、第１及び第２の基板１０，２０に対してほぼ垂直に立ち上がる。これにより、液晶層３０Ｅに入射した光は、その偏光軸を変えないまま液晶層３０Ｅを通り、第２の偏光板２２に遮断されて黒表示となる。

このときも第１の実施形態と同様に、ほぼ垂直に立ち上がった液晶ダイレクタ３１Ｅと上記ディスコティック液晶の光学的異方性により、光軸方向に対する各屈折率ｎｘ,ｎｙ,ｎｚの関係がｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚとなる。そのため、液晶ダイレクタ３１Ｅ、即ち上記ネマティック液晶の複屈折により生じた光学的位相差は、負の位相差板２１によって打ち消される。そのため、液晶層３０Ｅに入射した光が遮断されて黒表示となる際に、配向分割による広い視野角が従来例に比してさらに拡大されるように補償される。

なお、上述した第１及び第２の実施形態における負の位相差板２１は、ディスコティック液晶から成るものとしたが、これに限定されず、負の一軸性屈折率を有したものであれば、ディスコティック液晶以外の液晶もしくは結晶から成るものであってよい。例えば負の位相差板２１は、所定のポリカーボネートから成るものであってもよい。

また、第１及び第２の実施形態では、第２の透明電極２３には配向分割のための配向制御部として突起部２４が形成されていたが、それぞれ図５及び図６に示すように、突起部２４の替わりにスリット部２４Ｓがエッチング等により形成されていてもよい。この場合においても突起部２４が形成された場合と同様に、液晶ダイレクタ３１，３１Ｅが配向分割されて広い視野角を得ることができる。また、図示しないが、本実施形態は、第２の透明基板２０上に所定のカラーフィルタを備え、カラー表示に対応したものであってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を説明する概略平面図である。本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を説明する断面図である。本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の負の位相差板を説明する概念図である。本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を説明する断面図である。本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を説明する断面図である。本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を説明する断面図である。従来例に係る液晶表示装置を説明する断面図である。

符号の説明

１表示画素１０第１の透明基板１２第１の偏光板
１３第１の透明電極１５第１の配向膜２０第２の透明基板
２１負の位相差板２２第２の偏光板２３第２の透明電極
２４突起部２４Ｓスリット部２５第２の配向膜
３０，３０Ｅ液晶層３１，３１Ｅ液晶ダイレクタ１００バックライト用光源

Claims

複数の表示画素を有し、各表示画素は、第１の透明電極が形成された第１の透明基板と、第２の透明電極が形成された第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に形成された配向分割用の配向制御部と、正の一軸性屈折率を有する液晶から成り前記第１及び第２の透明基板に挟まれた液晶層と、を備えた透過型の液晶表示装置であって、
前記第２のガラス基板上に、負の一軸性屈折率を有する位相差板が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記位相差板は、負の一軸性屈折率を有する液晶から成ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記液晶層を構成する正の一軸性屈折率を有する液晶は、螺旋状に配列されたネマティック液晶であり、ねじれネマティックモードにより駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
前記液晶層を構成する正の一軸性屈折率を有する液晶は、ホモジニアス配列されたネマティック液晶であり、電界制御複屈折モードにより駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
前記配向制御部は、前記第２の透明電極に形成された突起部又はスリット部であることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の液晶表示装置。