JP2009075173A

JP2009075173A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2009075173A
Application number: JP2007241572A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Hatoyama; 文昭鳩山; Yoshinori Higuchi; 義則樋口; Masao Motonaga; 雅郎本永
Original assignee: TESUCOMU KK
Current assignee: TESUCOMU KK
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP5193540B2

Abstract

【課題】斜め方向から見た場合に色調変化が少ない液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に関する液晶表示装置1は、基板３１および液晶層４０からなる表示液晶セル３０と、基板１１および液晶層２０からなる表示液晶セルの下方の補償液晶セル１０と、表示液晶セルの上方の上偏光板４と、補償液晶セルの下方の下偏光板３とを有している。液晶層４０の液晶分子の第１捩れ方向と、液晶層２０の液晶分子の第２捩れ方向とは逆方向で、また、液晶層４０の上端近傍液晶分子のプレチルト角θ４と液晶層２０の下端近傍液晶分子のプレチルト角θ１、および液晶層４０の下端近傍液晶分子のプレチルト角θ３と液晶層２０の上端近傍液晶分子のプレチルト角θ２とは、逆方向で略同一の大きさの角度である。液晶層４０の下端近傍液晶分子の配向方向４１ａと液晶層２０の上端近傍液晶分子の配向方向２６ａとが１８０度反対方向となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に関し、さらに詳細には、２層からなる液晶セルを積層構成した液晶表示装置に関する。

従来より、上下が偏光板によって挟持されるとともに、液晶層が所定の捩れ角を有して配置された液晶セルに対して、上下方向に光を透過させるもしくは透過させないことで、所望の表示を行うように構成されている液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。上記の液晶表示装置の一例としては、図７および図８に示すような、液晶層２４０を有した液晶表示装置２００が知られている。説明の便宜上、図７および図８に示す矢印方向を前後左右上下方向として説明する。液晶層２４０を構成する液晶分子の配向方向は、図８に示すように下端部では矢印２４１、上端部では矢印２４１を前後左右方向において時計回りに９０度回転した矢印２４６の方向となるとともに、その中間部では配向方向が徐々に捩られて形成されたＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式となっている。

また、液晶層２４０は、その上下を配向膜２３２によって挟持され、また配向膜２３２の上下外側には透明電極２３３、２３５が配設されており、透明電極２３５は交流電源２３６と電気接続されている。さらに、透明電極２３３、２３５は、基板２３１によって上下に挟持されるとともに、基板２３１およびシール部材２３４によって液晶層２４０の液晶分子はシールされている。これら基板２３１、シール部材２３４、透明電極２３３、２３５、配向膜２３２、液晶層２４０により、液晶セル２３０が構成される。液晶セル２３０は、偏光板２０３、２０４によって上下に挟持されており、また、偏光板２０３の透過軸方向２０３ａと偏光板２０４の透過軸方向２０４ａとは平行となるように設置されている。さらに、偏光板２０３の下方には、バックライト２０２が配置されている。

上記構成の液晶表示装置２００において、透明電極２３５、２３５間に電圧の印加がない場合、バックライト２０２からの照明光が液晶セル２３０に照射され、照明光２０２ａは液晶層２４０内の液晶分子の捩れ角に沿って、液晶セル２３０内で時計回りに９０度偏光方向を変えて偏光板２０４に達する。このとき、図８に示すように、偏光板２０４の透過軸方向２０４ａと矢印２４６の方向とは、９０度回転した位置関係となっているため、照明光２０２ａは偏光板２０４を透過できず、その部分は暗く表示されることになる。

一方、交流電源２３６により透明電極２３５に対して電圧を印加すると、液晶層２４０内の液晶分子はその長軸を上下に向けて配列する。そのため、電圧印加部分を進行する照明光２０２ｂは、液晶層２４０内の液晶分子によって捩られることなく偏光板２０４に達する。つまり、照明光２０２ｂは、矢印２４１の配向方向のまま偏光板２０４に達するので、照明光２０２ｂは偏光板２０４を透過し、明るく表示されることになる。このことから分かるように、透明電極２３５を所望のパターンを形成するように複数設け、各透明電極毎に交流電源からの電圧印加制御を行うことにより、前記パターンを明暗（黒白）表示することができる。

特開２００６−２３５５８１号公報

ところで、液晶層２４０内の液晶分子は、その長軸方向に光学軸を有する一軸性複屈折結晶であるために、液晶層２４０の短軸方向や斜め方向に透過する斜め照明光２０２ｃは、複屈折の影響を受けるため液晶セル２３０を透過すると位相差が発生する。よって、上記の液晶表示装置２００を斜めに透過する斜め照明光２０２ｃ（液晶表示装置２００を斜め方向から見た場合）は、この位相差のために照明光２０２ｂ（液晶表示装置２００を真上から見た場合）と比較して色調変化が生じるという課題があった。

以上のような課題に鑑みて、本発明では、斜め方向から見た場合に色調変化が少ない液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係る液晶表示装置は、互いに平行に配置された一対の透明な上側基板および前記一対の上側基板の間に層状に封入された上側液晶層からなる上側液晶セルと、互いに平行に配置された一対の透明な下側基板および前記一対の下側基板の間に層状に封入された下側液晶層からなり前記上側液晶セルの下面に接合配置された下側液晶セルと、所定透過軸方向の直線偏光を透過させるとともに前記上側液晶セルの上面に接合配置された上側偏光板と、所定透過軸方向の直線偏光を透過させるとともに前記下側液晶セルの下面に接合配置された下側偏光板とを有して構成されている。このとき、前記上側液晶層を構成する上側液晶分子は前記上側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って第１捩れ方向に捩れて位置するとともに、前記下側液晶層を構成する下側液晶分子は前記下側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って第２捩れ方向に捩れて位置して、前記第１捩れ方向と前記第２捩れ方向とは逆方向である。また、前記上側液晶層の上端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の下端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有しており、前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有している。さらに、前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子の配向方向と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子の配向方向とが、１８０度反対方向となるように構成されている。

また、上記構成の液晶表示装置において、前記上側液晶分子の前記第１捩れ方向への捩れ角度および前記下側液晶分子における前記第２捩れ方向への捩れ角度は、９０度以上１８０度未満であることが好ましい。さらに、前記上側液晶分子および前記下側液晶分子は、同一複屈折特性を有したツィステッドネマティック液晶で構成されていることが好ましい。

また、上記構成の液晶表示装置において、前記上側偏光板の所定透過軸方向と前記上側液晶層の上端近傍に位置した前記上側液晶分子の配向方向、および前記下側偏光板の所定透過軸方向と前記下側液晶層の下端近傍に位置した前記下側液晶分子の配向方向との、少なくとも一方が略平行であることが好ましい。

本発明に関する液晶表示装置によれば、上側液晶分子の第１捩れ方向と、下側液晶分子の第２捩れ方向とは逆方向になっており、上側液晶層の上端近傍に位置した上側液晶分子のプレチルト角と、下側液晶層の下端近傍に位置した下側液晶分子のプレチルト角、および上側液晶層の下端近傍に位置した上側液晶分子のプレチルト角と、下側液晶層の上端近傍に位置した下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度となるように構成されており、さらに、上側液晶層の下端近傍に位置した上側液晶分子の配向方向と、下側液晶層の上端近傍に位置した下側液晶分子の配向方向とが、１８０度反対方向となるように構成されている。つまり、上側液晶層と下側液晶層とが上下に略対称構造となっている。上記構成により、例えば液晶表示装置を下方から上方へ斜め方向に照明光が進行する場合、下側液晶層で与えられた位相差が、上側液晶層において下側液晶層で発生した位相差とは全く逆の位相差が与えられることによって、位相差を互いに打ち消す（補償し合う）ことが可能となる。よって、斜め方向に進行する照明光が、位相差を有さない状態で液晶表示装置から出射することとなり、液晶表示装置を斜め方向から見た場合に色調変化を生じにくくすることが可能となる。

また、上側液晶分子の第１捩れ方向への捩れ角度、および下側液晶分子の第２捩れ方向への捩れ角度は、９０度以上１８０度未満で構成されている。この構成より、各液晶層に入射した照明光が、入射した偏光方向のまま捩られず各液晶層を出射することがなくなり、この液晶表示装置により鮮明な表示を行うことが可能となる。また、上側液晶層および下側液晶層には、両液晶層（両液晶分子）に温度変化が生じたとき、両液晶分子の捩れピッチを略同一に保つカイラル材料が添加されている。よって、両液晶層に温度変化が生じた場合においても、両液晶分子の捩れピッチが略同一に保たれるので、上述の上側液晶層と下側液晶層との上下対称構造が保持されて、斜め方向に進行する照明光が、位相差を有さない状態で液晶表示装置から出射し、液晶表示装置を斜め方向から見た場合に色調変化をより生じにくくすることが可能となる。

さらに、上側偏光板の所定透過軸方向と上側液晶層の上端近傍に位置した上側液晶分子の配向方向、および下側偏光板の所定透過軸方向と下側液晶層の下端近傍に位置した下側液晶分子の配向方向との、少なくとも一方が略平行に構成されている。よって、上記の略平行に構成された上側偏光板の上方側、もしくは下側偏光板の下方側から照明光を入射させたとき、所定透過軸方向の直線偏光のみを上側液晶セル内および下側液晶セル内を進行させた後、液晶表示装置から出射させることが可能となり、円偏光を含まない鮮明な表示が可能となる。

以下に、本発明に係る液晶表示装置１の好ましい実施形態について、図１から図６を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、各図に示す矢印方向を前後左右上下方向として説明する。液晶表示装置１は、図１に示すように、バックライト２、下偏光板３、上偏光板４、補償液晶セル１０および表示液晶セル３０を主体に構成されている。なお、下偏光板３と上偏光板４には位相差フィルムが貼合されていても良いが、以下の説明では省略する。また、補償液晶セル１０と表示液晶セル３０の位置は逆でも良いが、便宜上固定して説明する。

補償液晶セル１０は、基板１１、配向膜１２ａ、１２ｂ、シール部材１４および液晶層２０から平板状に構成されている。液晶層２０は、ツィステッドネマティック液晶材料を用いて、規則的な配向方向を有する液晶分子が層状に積層されて構成されており、短軸方向に複屈折性を持ち、長軸方向には複屈折性を持たない光学的に一軸性の複屈折性結晶である。このツィステッドネマティック液晶材料には、ネマティック液晶に対して液晶分子の捩れのピッチを制御するためのカイラル材料が添加されている。なお、カイラル材料としては、例えばカイラルネマティック液晶やコレステリック液晶が用いられる。

配向膜１２ａ、１２ｂは、その片面に配向処理（ラビング処理）が施される。配向処理によって、配向膜表面の性質は配向方向に沿って変化し、液晶層２０の液晶分子は、この配向方向にその長軸を揃えるように配列される。また、配向膜に接する液晶分子は、配向膜１２表面に対して２度〜１０度程度立ち上ったプレチルト角を有して配向処理の方向に配向する。なお、プレチルト角は、配向膜１２ａ、１２ｂの材料、および液晶分子の性質によって決定する。

基板１１は、例えば透明なガラスを用いて形成された平面状の基板であって、バックライト２から照射される照明光を透過可能となっている。シール部材１４は、液晶層２０の液晶分子が浸透しない材質で形成されており、シール部材１４によって液体である液晶分子の外部流出を防止し、また、液晶層２０への汚染物質の流入を防止する構成となっている。

表示液晶セル３０は、基板３１、配向膜３２ａ、３２ｂ、下透明電極３３ａ、３５ａ、上透明電極３３ｂ、３５ｂ、シール部材３４、交流電源３６および液晶層４０から平板状に構成されている。液晶層４０は、上記の液晶層２０と同様にツィステッドネマティック液晶材料を用いて構成され、このツィステッドネマティック液晶材料にはカイラル材料が添加されている。ここで、液晶層の温度が変化したとき、液晶分子の捩れピッチの変化（液晶の温度特性）が、液晶層２０と液晶層４０とで等しくなるように、カイラル材料の特性および添加量が調整されている。配向膜３２ａ、３２ｂは、上記の配向膜１２と同様に、片面にラビング処理が施されて形成されている。

各透明電極３３ａ、３３ｂ、３５ａ、３５ｂは、透明導電膜によって形成され、下透明電極３５ａおよび上透明電極３５ｂは、所望のパターンを形成するように複数設けられており、各電極毎に交流電源３６からの電圧印加制御を行うことにより、前記パターンを表示するように構成されている。基板３１は、上記の基板１１と同様に、例えば透明なガラスを用いて形成された平面状の基板であって、バックライト２から照射される照明光を透過可能となっている。シール部材３４は、上記のシール部材１４と同様に、液晶層４０の液晶分子が浸透しない材質で形成されている。交流電源３６は、透明電極３５ａおよび透明電極３５ｂ間に電気接続されており、下透明電極３５ａおよび上透明電極３５ｂの各々に電圧を印加可能となっている。

下偏光板３は、図２に示す透過軸方向３ａの振動を持った直線偏光のみを透過可能に形成された直線偏光板である。上偏光板４は、下偏光板３と同様に、図２に示す透過軸方向４ａの振動を持った直線偏光のみを透過可能に形成された直線偏光板である。バックライト２は、下偏光板３の下方から照明光を照射する光源である。

以上ここまで、液晶表示装置１の部材構成について説明したが、以下において、液晶表示装置１の組立構成について説明する。

まず、補償液晶セル１０の組立構成について説明すると、補償液晶セル１０は、上下に２つの基板１１が配置されるとともに、その２つの基板１１によって挟持された空間の、前後および左右側面がシール部材１４によって囲まれることで、液晶層２０の領域が形成される。また、下に位置した基板１１の上面に配向膜１２ａが固定され、上に位置した基板１１の下面に配向膜１２ｂが固定されている。

配向膜１２ａのラビング処理の方向は、図２に示すように前後左右方向において、例えば矢印２１ａの示す方向に平行となっており、一方、配向膜１２ｂのラビング処理の方向は、例えば矢印２６ａの示す方向に平行となっている。そして、各配向膜１２ａ、１２ｂのラビング処理方向は、前後左右方向において９０度の角度をなしている。図４（ｂ）に、液晶層２０内における液晶分子の上下方向配列の一部を、液晶分子２１から２６により模式的に示している。さらに、前後左右方向における液晶分子２１から２６の配向方向（長軸方向）を示したものが図３（ｂ）であり、液晶分子２１、２２・・・の配向方向が、矢印２１ａ、２２ａ・・・の方向とそれぞれ対応している。

このとき、配向膜１２ａおよび１２ｂの最も近傍に位置している液晶分子２１および２６は、ラビング処理方向に一致して固定されることで、それらの配向方向と配向膜１２ａ、１２ｂのラビング処理方向とが平行となっている。また、下方に位置する液晶分子２２は、その長軸方向と矢印２１ａの向きとが略平行で、上方に位置する液晶分子２５は、その長軸方向と矢印２６ａの向きとが略平行となっている。つまり、液晶分子２１から２６の全体を上方から見ると、前後左右方向において、その配向方向が時計回りに９０度回転するように少しずつ向きを変えて捩れるように配列されている。

さらに、配向膜１２ａおよび１２ｂの最も近傍に位置している液晶分子２１および２６は、図４（ｂ）に示すように左右上下方向において、ラビング処理の方向と平行でかつ基板面に傾斜（プレチルト角）した状態で固定される。左右上下方向において、液晶分子２１は配向膜１２ａに対してプレチルト角θ１で傾斜しており、液晶分子２６は配向膜１２ｂに対してプレチルト角θ２で傾斜している。液晶分子２２から２５は、液晶層２０下部の液晶分子２２から上部の液晶分子２５に進むにつれて、左右上下方向において傾斜角が略θ１から略θ２へと、徐々に変化するように配置している。

次に、表示液晶セル３０の組立構成について説明する。基本的構成は補償液晶セル１０と同様となっており、上下に２つの基板３１が配置されるとともに、その２つの基板３１によって挟持された空間の、前後および左右側面がシール部材３４によって囲まれることで、液晶層４０の領域が形成される。また、下に位置した基板３１の上面に透明電極３３ａ、３５ａが固定され、上に位置した基板３１の下面に透明電極３３ｂ、３５ｂが固定されており、ここで、透明電極膜３３ａと３３ｂ、透明電極３５ａと３５ｂは、それぞれ上下に対向するように配置されて対をなしている。ここで、上述のように透明電極３５ａおよび３５ｂは交流電源３６と電気接続されている。そして、透明電極３３ａ、３５ａの上面には配向膜３２ａが固定されており、また、透明電極３３ｂ、３５ｂの下面には配向膜３２ｂが固定されている。また、補償液晶セル１０と表示液晶セル３０とは、上下方向の厚みが略同一となっている。

配向膜３２ａのラビング処理の方向は、図２に示すように前後左右方向において、例えば矢印４１ａの示す方向に平行となっており、一方、配向膜３２ｂのラビング処理の方向は、例えば矢印４６ａの示す方向に平行となっている。そして、各配向膜３２ａ、３２ｂのラビング処理方向は、前後左右方向において９０度の角度をなしている。図４（ａ）に、液晶層４０内における液晶分子の上下方向配列の一部を、液晶分子４１から４６により模式的に示している。さらに、前後左右方向における液晶分子４１から４６の配向方向（長軸方向）を示したものが図３（ａ）であり、液晶分子４１、４２・・・の配向方向が、矢印４１ａ、４２ａ・・・の方向とそれぞれ対応している。

配向膜３２ａおよび３２ｂの最も近傍に位置している液晶分子４１および４６は、ラビング処理方向に一致して固定されることで、それらの配向方向と配向膜３２ａ、３２ｂのラビング処理方向とが平行となっている。また、下方に位置する液晶分子４２は、その長軸方向と矢印４１ａの向きとが略平行で、上方に位置する液晶分子４５は、その長軸方向と矢印４６ａの向きとが略平行となっている。つまり、液晶分子４１から４６の全体を上方から見ると、前後左右方向において、その配向方向が反時計回りに９０度回転するように少しずつ向きを変えて捩れるように配列されている。

さらに、配向膜３２ａおよび３２ｂの最も近傍に位置している液晶分子４１および４６は、図４（ａ）に示すように左右上下方向において、ラビング処理の方向と平行でかつ基板面に傾斜（プレチルト角）した状態で固定される。左右上下方向において、液晶分子４１は配向膜３２ａに対してプレチルト角θ３で傾斜しており、液晶分子４６は配向膜３２ｂに対してプレチルト角θ４で傾斜している。液晶分子４２から４５は、液晶層４０下部の液晶分子４２から上部の液晶分子４５に進むにつれて、左右上下方向において傾斜角が略θ３から略θ４へと、徐々に変化するように配置している。

次に、上記構成の補償液晶セル１０および表示液晶セル３０を用いて構成された、液晶表示装置１の組立構成について説明する。

補償液晶セル１０の上面に表示液晶セル３０を固定した状態において、前記固定した２つの液晶セルを下方から下偏光板３、上方から上偏光板４によって挟持する。このとき、図２に示すように、下偏光板３の透過軸方向３ａと、配向膜１２ａのラビング処理方向２１ａ（液晶分子２１の配向方向）とは略同一となっており、また、上偏光板４の透過軸方向４ａと、配向膜３２ｂのラビング処理方向４６ａ（液晶分子４６の配向方向）とは９０度回転した位置関係となっている。また、配向膜１２ｂのラビング処理方向２６ａ（液晶分子２６の配向方向）と、配向膜３２ａのラビング処理方向４１ａ（液晶分子４１の配向方向）とは、互いに平行でかつ反対方向（１８０度回転した方向）となるように構成されている。

さらに、プレチルト角θ１とθ４、プレチルト角θ２とθ３とは略同一角度となっているとともに、液晶分子２２と４５、液晶分子２３と４４、液晶分子２４と４３、液晶分子２５と４２とは、それぞれ略同一の傾斜角を有している。そして、下偏光板３の下方にバックライト２が配置されており、バックライト２から照射された照明光が、補償液晶セル１０および表示液晶セル３０に向けて（下方から上方に向けて）照射される構成となっている。

以上ここまでは、液晶表示装置１の組立構成について説明したが、以下において、上記の液晶表示装置１を用いて行う表示方法について説明する。

液晶表示装置１は、バックライト２からの照明光が、下偏光板３から入射して上偏光板４より透過すればその部分が明るく表示され、逆に上偏光板４から照明光が透過しない部分は、暗いままで何も表示されていない状態（無表示）となる。例えば、数字の１から９を表示可能に構成された透明電極１００を用いて、数字の１を表示する場合について説明する。上記構成の表示液晶セル３０において、図６に示すような７つのパターン１０２、１０３、１０４、・・・および外周部１０１を有した一対の透明電極１００を用いて構成される。この一対の透明電極１００を、下に位置した基板３１と配向膜３２ａの間、および上に位置した基板３１と配向膜３２ｂの間に、上下に対となるように固定する。そして、上下で対応する各パターン同士（例えば、上下のパターン１０２同士）と交流電源３６とを電気接続する。

上記のように構成し、パターン１０２および１０３部分のみに電圧印加することで、パターン１０２および１０３部分のみ照明光が透過して、数字の１が明るく表示される。一方、外周部１０１を含めたその他のパターン１０４、・・・部分は、照明光が透過せず暗く表示される。つまり、明るく表示を行いたいパターン部分のみに、電圧印加し照明光を透過させることで、所望の表示を行う構成となっている。よって、以下において、上偏光板４より照明光が透過する状態、上偏光板４より照明光が透過しない状態、上偏光板４を透過した照明光を斜め方向から見た状態の３つの状態に分けて説明する。

まず、上偏光板４より照明光２ｂが透過する状態について説明する。ここで、上偏光板４より照明光２ｂが透過するのは、交流電源３６によって透明電極３５ａ、３５ｂに電圧が印加された場合である（上述の例において、パターン１０２および１０３部分）。透明電極３５ａ、３５ｂに電圧が印加されたときの、液晶分子４１から４６の左右上下方向における傾斜状態を示したものが図５である。図５に示すように、配向膜３２ａ、３２ｂ近傍の液晶分子４１、４２、４５、４６は、配向膜３２ａ，３２ｂのラビング処理によって配向膜３２ａ，３２ｂに固定されており、電圧印加前後で傾斜角度が変化しない。一方、中間部の液晶分子４３、４４は、透明電極３５ａ、３５ｂ間に発生した電気力線に沿って、その長軸を上下方向に向けて配列される。

このとき、バックライト２から照射された照明光２ｂは、図２に示すように進行方向（上下方向）に対する垂直面内で円偏光２ｄとなっているが、下偏光板３を透過することで、透過軸方向３ａと平行な直線偏光のみが補償液晶セル１０に入射する。補償液晶セル１０に入射した照明光は、液晶層２０内の液晶分子の旋光性により、下方から上方へ進行するとともに液晶分子２１から２６の捩れ角（液晶分子２１から２６の長軸方向）に沿って偏光方向を変えながら、前後左右方向において時計回りに９０度だけ偏光方向を変えて矢印２６ａの方向を偏光方向として、補償液晶セル１０を出射するとともに表示液晶セル３０に入射する。

このとき、液晶層４０内の液晶分子は、上述の図５に示すように、その長軸が上下に向いた状態となっており、ここで、液晶層４０内の液晶分子はその短軸方向に複屈折性を持つとともに、長軸方向に複屈折性を持たない光学的に一軸性の複屈折性結晶である。よって、液晶層４０内を進行する照明光２ｂは、液晶分子の複屈折性の影響を受けることなく、液晶層４０内の液晶分子の長軸方向に沿って進行して、偏光方向は変化することなく上偏光板４に到達する。このとき、上偏光板４に到達した照明光２ｂの偏光方向は、矢印４１ａに示す方向であり、矢印４１ａと上偏光板４の透過軸方向４ａとは平行なので、結果的に照明光２ｂは上偏光板４を透過し、液晶表示装置１を上偏光板４の上方から見ると明るく表示されて見える。

次に、上偏光板４から照明光が透過しない状態について説明する。ここで、上偏光板４より照明光が透過しないのは、交流電源３６によって電圧印加されていない透明電極３５ａ、３５ｂを照明光が進行する場合（上述の例において、パターン１０４部分）、および透明電極３３ａ、３３ｂを照明光が進行する場合である（上述の例において、外周部１０１部分）。以下において、透明電極３３ａ、３３ｂを照明光２ａが透過する場合について説明すると、図１に示す照明光２ａが、補償液晶セル１０内を進行するときは、上述の照明光２ｂと同様である。

そして、補償液晶セル１０から出射して、表示液晶セル３０に入射した照明光２ａは、液晶層４０内の液晶分子の旋光性より、下方から上方へ進行するとともに液晶分子４１から４６の捩れ角（液晶分子４１から４６の長軸方向）に沿うように、前後左右方向において反時計回りに９０度偏光方向を変えて上偏光板４に到達する。上偏光板４に到達した照明光２ａの偏光方向は、矢印４６ａに示す方向となっており、矢印４６ａと上偏光板４の透過軸方向４ａとは直交する位置関係となっているため、結果的に照明光２ａは上偏光板４を透過できず、液晶表示装置１を上偏光板４の上方から見ると暗く表示（無表示）されている。なお、交流電源３６によって電圧印加されていない透明電極３５ａ、３５ｂを照明光が進行する場合も、同様に照明光は上偏光板４を透過できず暗く表示（無表示）される。

次に、斜め方向から上偏光板４を透過した照明光を見た状態について説明する。これは、斜め上方から液晶表示装置１を見ることで、図１において２点鎖線の矢印で示す上偏光板４を透過した斜め照明光２ｃを見た場合である。この斜め照明光２ｃは、交流電源３６によって透明電極３５ａ、３５ｂに電圧が印加された状態で、表示液晶セル３０を斜めに透過する照明光である。ここで、図１に示すバックライト２から照射された斜め照明光２ｃが、補償液晶セル１０を斜め上方に進行する場合、液晶層２０内の液晶分子の短軸方向や斜め方向に透過する光は、複屈折の影響を受けて位相差が発生する。つまり、図４（ｂ）に示す液晶分子２１から２６は、それぞれ左右上下方向に固有の傾斜角度を有しており、斜め照明光２ｃは、補償液晶セル１０を透過することで複屈折の影響を受けて位相差が生じた状態で、偏光方向を矢印２６ａの方向として補償液晶セル１０から出射する。

そして、補償液晶セル１０から出射した斜め照明光２ｃは、矢印４１ａの方向を偏光方向として表示液晶セル３０内を進行する。このとき、液晶層４０内の液晶分子は電圧印加により、上述の図５に示す状態となっている。そして、液晶分子２１と４６、液晶分子２２と４５、液晶分子２５と４２、液晶分子２６と４１とが、それぞれ上記位相差を補償し合う（打ち消し合う）位置関係となっている。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、上記補償し合う位置関係の液晶分子同士は、互いに反対方向（１８０度回転した方向）の配向方向となっているとともに、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、左右上下方向において傾斜方向が逆で傾斜角度が略同一となっている。よって、斜め照明光２ｃが、例えば液晶分子４６を進行するとき、液晶分子２１で生じた位相差とは全く逆の位相差が与えられることで、液晶分子２１で生じた位相差が打ち消される構成となっている。その他の補償し合う位置関係の液晶分子同士においても同様に、斜め照明光２ｃは、補償液晶セル１０内で生じた位相差が、表示液晶セル３０内で生じた位相差によって打ち消される。

そして斜め照明光２ｃは、表示液晶セル３０内を液晶分子の複屈折性の影響を受けることなく液晶分子の長軸方向に沿って進行する。このとき、配向膜３２ａ、３２ｂ付近の液晶分子で発生した位相差は、補償液晶セル１０で発生した位相差によって打ち消され、偏光方向は変化することなく上偏光板４に到達する。そのため、上偏光板４に到達した斜め照明光２は位相差を有しておらず、その偏光方向は矢印４１ａに示す方向であり、矢印４１ａと上偏光板４の透過軸方向４ａとは平行なので、結果的に斜め照明光２ｃは上偏光板４を透過する。よって、液晶表示装置１を斜め上方から見ても明るく表示されている。また、上偏光板４を透過した斜め照明光２ｃは、上述のように位相差を有してないので、照明光２ｂを見た場合と比較して色調が変化しておらず、液晶表示装置１を見る方向に関わらず、色調変化が生じていない表示を見ることが可能となっている。

ここで、本発明に係る液晶表示装置１の効果について簡潔にまとめてみると、第１に、液晶層２０と液晶層４０との上下に対応する位置にある液晶分子同士を、上記のように斜めに進行する斜め照明光２ｃに対して、位相差を打ち消しあうように液晶を配列させる。ここで、特に、液晶分子の配向方向および傾斜角（プレチルト角）に注意して配列することで、斜め照明光２ｃは液晶層４０において、液晶層２０内で生じた位相差とは全く逆の位相差が与えられることにより、液晶層２０内で生じた位相差が打ち消される構成となっている。よって、液晶表示装置１から出射した照明光２ｃは位相差を有しておらず、つまり、真っ直ぐ進行する照明光２ｂと比較して色調変化のない表示が可能となる。言い換えれば、液晶表示装置１の視野角を広くすることが可能となる。

第２に、液晶層４０および液晶層２０には、両液晶層（両液晶分子）に温度変化が生じた場合においても、両液晶分子の捩れピッチを略同一に保つカイラル材料が添加されていることで、両液晶分子に温度変化が生じた場合においても、液晶分子の捩れピッチが略同一に保たれる。よって、両液晶層に温度変化が生じた場合でも、斜めに進行する斜め照明光２ｃに対して、上記の位相差を打ち消しあうような液晶分子配列を維持することが可能となる。例えば、温度変化を生じやすい狭小空間に液晶表示装置１を配置したときに、液晶表示装置１が色調変化を生じにくく、かつ広い視野角維持することを可能とする。

上述の実施例において、バックライト２で発生した照明光は、まず補償液晶セル１０に入射して補償液晶セル１０から出射した照明光が、表示液晶セル３０に入射する構成となっているが、この順序を入れ替えて、照明光をまず表示液晶セル３０に入射させた後、表示液晶セル３０から出射した照明光を補償液晶セル１０に入射させる構成でも良い。

上述の実施例において、補償液晶セル１０を構成する液晶層２０の液晶分子は、前後左右方向において、その配向方向が時計回りに９０回転している。一方、表示液晶セル３０を構成する液晶層４０の液晶分子は、前後左右方向において、その配向方向が反時計回りに９０回転している。ここで、これらの捩り方向（回転方向）は上記方向に限定されず、液晶層２０の液晶分子の配向方向を反時計回りに９０回転させ、液晶層４０の液晶分子の配向方向を時計回りに９０回転させる構成でも良い。

上述の実施例において、表示液晶セル３０のみに透明電極を組み込んで構成しているがこの構成に限定されず、例えば表示液晶セル３０および補償液晶セル１０の両方に透明電極を組み込んで構成することで、上述の実施例の場合と比較して２倍の情報を表示することが可能となる。

上述の実施例において、表示は明暗表示（白黒表示）となっているが、表示液晶セル３０の配向膜３２ａ、３２ｂと各透明電極との間に、カラーフィルタを挿入配置することで、カラー表示を行うことが可能となる。

上述の実施例において、表示液晶セル３０および補償液晶セル１０には、配向膜３２ａ、３２ｂ、１２ａ、１２ｂが組み込まれて、液晶分子がプレチルト角（２度から１０度）を有するように構成されているが、この構成に限定されず、例えば液晶分子がプレチルト角を有さない（プレチルト角が０度）構成も可能である。

現在、一般に液晶表示装置の表示方法には、セグメント表示およびドットマトリクス表示等があるが、本発明に係る液晶表示装置１はセグメント表示を用いて構成することで、色調変化の少なくかつ広視野角という本発明の効果を顕著に得ることが可能となる。

上述の実施例において、上偏光板４の片面および下偏光板３の片面、あるいは上偏光板４および下偏光板３のどちらか一方の片面に、位相差フィルムを貼合させる構成でも良い。

本発明に係る液晶表示装置を示した側断面図である。本発明に係る液晶表示装置の配向方向を示した模式図である。（ａ）は表示液晶セル内の液晶の配向方向を示した模式図で、（ｂ）は補償液晶セル内の液晶の配向方向を示した模式図である。（ａ）は表示液晶セル内の液晶の傾斜方向を示した模式図で、（ｂ）は補償液晶セル内の液晶の傾斜方向を示した模式図である。透明電極に電圧を印加したときの液晶の傾斜状態を示した模式図である。透明電極の一例を示した平面図である。従来の液晶表示装置を示した側断面図である。従来の液晶表示装置の配向方向を示した模式図である。

符号の説明

１液晶表示装置
３下偏光板（下側偏光板）
４上偏光板（上側偏光板）
１０補償液晶セル（下側液晶セル）
１１基板（下側基板）
２０液晶層（下側液晶層）
３０表示液晶セル（上側液晶セル）
３１基板（上側基板）
４０液晶層（上側液晶層）

Claims

互いに平行に配置された一対の透明な上側基板および前記一対の上側基板の間に層状に封入された上側液晶層からなる上側液晶セルと、
互いに平行に配置された一対の透明な下側基板および前記一対の下側基板の間に層状に封入された下側液晶層からなり前記上側液晶セルの下面に接合配置された下側液晶セルと、
所定透過軸方向の直線偏光を透過させるとともに前記上側液晶セルの上面に接合配置された上側偏光板と、
所定透過軸方向の直線偏光を透過させるとともに前記下側液晶セルの下面に接合配置された下側偏光板とを有して構成された液晶表示装置であって、
前記上側液晶層を構成する上側液晶分子は前記上側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って第１捩れ方向に捩れて位置するとともに、前記下側液晶層を構成する下側液晶分子は前記下側基板の法線に平行な螺旋軸に沿って第２捩れ方向に捩れて位置して、前記第１捩れ方向と前記第２捩れ方向とは逆方向であり、
前記上側液晶層の上端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の下端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有しており、
前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子のプレチルト角と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子のプレチルト角とは、逆方向でかつ略同一の大きさの角度を有しており、
前記上側液晶層の下端近傍に位置した前記上側液晶分子の配向方向と、前記下側液晶層の上端近傍に位置した前記下側液晶分子の配向方向とが、１８０度反対方向であることを特徴とする液晶表示装置。
前記上側液晶分子の前記第１捩れ方向への捩れ角度および前記下側液晶分子における前記第２捩れ方向への捩れ角度は、９０度以上１８０度未満であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記上側液晶分子および前記下側液晶分子は、同一複屈折特性を有したツィステッドネマティック液晶で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記上側偏光板の所定透過軸方向と前記上側液晶層の上端近傍に位置した前記上側液晶分子の配向方向、および前記下側偏光板の所定透過軸方向と前記下側液晶層の下端近傍に位置した前記下側液晶分子の配向方向との少なくとも一方が略平行であることを特徴とする請求項１から３に記載の液晶表示装置。