JP2009258640A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子を含んだ液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device including an optical element.
液晶表示素子は視角特性(視角依存性)を有することが知られており、表示が綺麗に見える方向とそうでない方向が存在する。垂直配向型やツイステッドネマチック(TN)型の液晶表示素子は視角によって透過率の差が大きく出てしまい、特に高Dutyのマルチプレックス駆動するときには非常に大きな視角依存性を持ってしまう。 Liquid crystal display elements are known to have viewing angle characteristics (viewing angle dependency), and there are directions in which the display looks beautiful and directions in which the display does not. A vertical alignment type or twisted nematic (TN) type liquid crystal display element has a large difference in transmittance depending on the viewing angle, and has a very large viewing angle dependency particularly when driving at a high duty multiplex.
特開2007−101874号公報では、視角特性を改善する液晶表示素子が提案されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-101874 proposes a liquid crystal display element that improves viewing angle characteristics.
液晶表示素子においては、液晶分子の長軸方向からの視認性がよくない。たとえば、垂直配向型の液晶表示素子では、電圧印加により液晶分子が倒れこむ方向が最も表示が見難い方向になる。一方、最も表示が見難い方向の反対の方向は、最も表示が見易い方向(最良視認方位)である。 In a liquid crystal display element, the visibility from the major axis direction of liquid crystal molecules is not good. For example, in a vertical alignment type liquid crystal display element, the direction in which liquid crystal molecules are tilted by voltage application is the direction in which display is most difficult to see. On the other hand, the direction opposite to the direction in which the display is most difficult to see is the direction in which the display is most easily seen (best viewing direction).
また、基板法線方向から液晶表示素子を観察した場合に、最良視認性が得られると共に、基板法線方向に近い視角から観察した場合の表示品質が劣る部分をなくしたいという要求がある。 In addition, there is a demand for obtaining the best visibility when observing the liquid crystal display element from the substrate normal direction and eliminating the portion with poor display quality when observed from a viewing angle close to the substrate normal direction.
本発明の目的は、表示品質の向上した液晶表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device with improved display quality.
本発明の一観点によれば、対向する一対の基板と、該対向する一対の基板間に挟持された液晶層を含む液晶セルと、前記液晶セルの前面および背面に配置された一対の偏光板と、 前記液晶セルの前方に配置された光学素子と、前記一対の偏光板のうち前記液晶セルの背面に配置されたものの後方に配置された光源とを有し、前記光学素子が、前記液晶セルの出射光の最良視認方位の成分を前記一対の基板法線側に屈折する液晶表示装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a pair of opposing substrates, a liquid crystal cell including a liquid crystal layer sandwiched between the opposing pair of substrates, and a pair of polarizing plates disposed on the front and back surfaces of the liquid crystal cell An optical element disposed in front of the liquid crystal cell, and a light source disposed behind the pair of polarizing plates disposed on the back surface of the liquid crystal cell, and the optical element includes the liquid crystal A liquid crystal display device is provided that refracts the component of the best viewing azimuth of the light emitted from the cell toward the pair of substrate normals.
本発明によれば、表示品位の向上した液晶表示装置を提供することができる。 According to the present invention, a liquid crystal display device with improved display quality can be provided.
図1は、第1の実施例による液晶表示装置の概略断面図である。発明者らは、液晶セルの前方に、その液晶セルからの出射光を屈折させる光学素子を設けることにより、基板の法線方向から見た場合に良好な表示品位が得られるような液晶表示装置を発案した。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device according to a first embodiment. The inventors have provided an optical element that refracts light emitted from the liquid crystal cell in front of the liquid crystal cell so that a good display quality can be obtained when viewed from the normal direction of the substrate. Was invented.
実施例では垂直配向液晶表示装置の例について説明する。液晶表示装置は、透明な前面基板1aおよび背面基板1bが液晶層2を挟持してなる液晶セル4と、液晶セル4の前面および背面に配置された偏光板5a、5bと、光源6と、光学素子7を含んで構成される。 液晶セル4において、基板1aと1bとがシール材3によって間隙を持って貼り合わされる。その間隙に液晶が注入され、液晶層2を形成する。垂直配向モードの場合、液晶として、誘電率異方性Δε<0のものを用いる。液晶セルの厚さは5.5μm、リタデーションは900nmである。なお、基板1aと1bのそれぞれ液晶層2側に、基板1a、1b間に電圧を印加するための電極が設けられている。
In the embodiment, an example of a vertically aligned liquid crystal display device will be described. The liquid crystal display device includes a
図2Aは、液晶セル4のラビング方向を示す平面図であり、図2Bは、図2A中の1点鎖線A−A1における概略断面図である。図2Aは基板のラビング方向を示している。図2Aにおいて、Aの方向を、液晶表示装置を基板法線方向から見て上方向と規定する。図2A中、下向きの矢印が前面基板のラビング方向であり、上向きの矢印が背面基板のラビング方向である。図示のように、ラビングは前面基板と背面基板とでアンチパラレルになるように施される。
2A is a plan view showing the rubbing direction of the
図2Bは、ラビングを施された液晶セルの液晶分子2mの配列を示す。垂直配向液晶セルにおいては、ラビング等の配向処理により、電圧無印加時に液晶分子が完全に基板に対して垂直に配列するのではなく、基板法線に対してある方向に少し角度(プレチルト角と呼ばれる角度)を持って傾いて配列する。図2Bにおいては、基板法線方向に対して左方向(図2Aの上方向に相当する方向)に0.5°程度傾いている。この液晶セルに電圧を印加すると、図2B中左方向に液晶分子2mは倒れる。
FIG. 2B shows an arrangement of the
偏光板5a、5bは、垂直配向モードの場合、クロスニコルで図2A中上方向に対して−45°、+45°の吸収軸方向を持つ様に配置される。液晶表示装置はノーマリブラックで表示される。
In the vertical alignment mode, the polarizing
バックライト6は、例えばマルチカラー表示可能なLEDもしくはランプ等で構成される。実施例では白色表示のLED光源を用いる。このLED光源はフィールドシーケンシャル駆動するものでも良いし、赤青緑(RGB)のLEDの配置を調整して混色の白色を作り出すものでも良い。
(光学素子7がある場合とそうでない場合との比較)
比較のために、図1において、光学素子7がある場合とそうでない場合とにおける液晶表示装置の透過率の視角特性について検討する。
The backlight 6 is constituted by, for example, an LED or a lamp capable of multicolor display. In the embodiment, a white LED light source is used. This LED light source may be driven in a field sequential manner, or may be a mixed color white by adjusting the arrangement of red, blue and green (RGB) LEDs.
(Comparison between the case with optical element 7 and the case without optical element 7)
For comparison, in FIG. 1, the viewing angle characteristics of the transmittance of the liquid crystal display device with and without the optical element 7 will be examined.
図3は、液晶セル4をマルチプレックス駆動した場合における液晶表示装置の透過率の視角特性のグラフである。横軸の正方向は基板法線方向から見て図2A中下方向に相当する。横軸の負の方向は上方向に相当する。図3中、実線は選択電圧(マルチプレックス駆動において、表示状態を作り出したいときに上下電極間に印加する電圧)印加時の透過率を、破線は非選択電圧(マルチプレックス駆動において、非表示状態を作り出したいときに上下電極間に印加する電圧)印加時の透過率を表す。これら二つの透過率の比がコントラスト比である。
FIG. 3 is a graph of the viewing angle characteristic of the transmittance of the liquid crystal display device when the
図3において、右側、すなわち液晶セル4の下方向について見ると、選択電圧印加時の透過率が法線方向より高くなり、コントラスト比の大きな表示が得られる。これに対し、図3の左側、すなわち液晶セル4の上方向について見ると、選択電圧印加時の透過率が0〜−20°付近において基板法線方向より低くなり、特に上方向10度付近では非選択電圧印加時の透過率とほぼ同等になる。
In FIG. 3, when viewing the right side, that is, the downward direction of the
このように、液晶セル4のみの光学特性を鑑みると、光学素子7がない場合、基板法線方向から上方向に視角を10程度振っただけで、見難い表示が視認される(いわゆる表示つぶれが起こる)。これは、特に液晶表示装置の用途として法線方向から見ることが多い場合は好ましいものとはいえない。
Thus, in view of the optical characteristics of the
液晶分子2mは、配向制御によって選択電圧印加時に液晶セル4の上方向に倒れこむ。しかし、液晶分子2mの長軸が基板に対して完全に平行になるわけではなく、基板平面に対して平均として数度〜数十度程度の傾きを持つ。この傾きによって、最も見易い表示を視認できる視角(最良視認視角。最良視認方位とは区別する)が、基板法線方向からずれていると考えられる。最良視認視角をなるべく基板法線方向に近づけたい。
The
そこで、実施例においては、液晶セル4より前面に光学素子7を配置することにより、液晶セル4を通過した光を屈折させ、最良視認視角を法線方向に近づけると共に、見難い表示となる視認方位を法線方向から離すようにする。
Therefore, in the embodiment, by arranging the optical element 7 in front of the
再び図1を参照し、光学素子7について説明する。光学素子7は、屈折率1.7の樹脂製の厚さ10mmの直角三角柱状のプリズムで、角度が狭い方のプリズム頂角(実施例ではこれをプリズム頂角とする)が最良視認方位(ここでは図1中右方向であり、図2Aにおいては下方向)を向くように配置される。プリズム頂角はここでは15°である。図1中、プリズムの上面(ここでは、プリズム頂角に対する余弦に平行な面)は前面基板1aに平行になるように配置される。なお、プリズムの入射面を基板表面と平行にした場合も、プリズム頂角は最良視認方位を向く。
With reference to FIG. 1 again, the optical element 7 will be described. The optical element 7 is a resin prism having a refractive index of 1.7 and having a thickness of 10 mm and having a right triangular prism shape. The prism apex angle having a narrower angle (in the embodiment, this is the prism apex angle) has the best viewing direction ( Here, they are arranged so as to face in the right direction in FIG. 1 and downward in FIG. 2A. The prism apex angle is 15 ° here. In FIG. 1, the upper surface of the prism (here, the surface parallel to the cosine with respect to the prism apex angle) is arranged to be parallel to the
図4は、第1の実施例による液晶表示装置の透過率の上下視角特性のグラフである。横軸、縦軸ならびに実線グラフ、破線グラフは図3と同様である。図4と図3の選択電圧印加時における透過率−視角特性を比較する。図4の実線グラフによると、図3の実線グラフに比べ、選択電圧印加時の法線方向付近の透過率が高くなる。また、視角に対する透過率の変化量は小さく(カーブが緩やかであり)、さらに、図3では上方向10°付近にあった表示つぶれを引き起こす透過率の極小値が約22°付近まで移動している。これにより、液晶表示装置の表示が、法線方向から観察した場合に良好な視角範囲が広い表示として視認できる。 FIG. 4 is a graph of the vertical viewing angle characteristic of the transmittance of the liquid crystal display device according to the first embodiment. The horizontal axis, vertical axis, solid line graph, and broken line graph are the same as those in FIG. The transmittance-viewing angle characteristics when the selection voltage is applied in FIGS. 4 and 3 are compared. According to the solid line graph of FIG. 4, the transmittance in the vicinity of the normal direction when the selection voltage is applied is higher than that of the solid line graph of FIG. Further, the amount of change in the transmittance with respect to the viewing angle is small (the curve is gentle), and in FIG. 3, the minimum value of the transmittance that causes the display crushing that was around 10 ° in the upward direction has moved to around 22 °. Yes. Thereby, when the display of a liquid crystal display device is observed from a normal line direction, it can be visually recognized as a display with a favorable viewing angle range.
なお、図4において、選択電圧印加時の透過率の極大値は図3に比べて若干低くなっている。これは光学素子7としてプリズムを入れたために反射等が起こり光を多少ロスしたためと考えられる。プリズムの屈折率が大きいほどプリズムの厚さを薄くすることが出来るが、この反射を考慮するとあまり屈折率を大きくすることは出来ない。プリズムの屈折率としては、1.5〜1.9が妥当であろう。 In FIG. 4, the maximum value of the transmittance when the selection voltage is applied is slightly lower than that in FIG. This is presumably because reflection or the like was caused because a prism was inserted as the optical element 7 and light was lost to some extent. As the refractive index of the prism increases, the thickness of the prism can be reduced. However, in consideration of this reflection, the refractive index cannot be increased so much. A reasonable refractive index of the prism is 1.5 to 1.9.
また、液晶セル4の表示領域の上下方向のサイズが大きくなると、プリズムの厚さを大きくしなくてはならない。しかし、プリズムの厚さが大きくなると、観察者の焦点がずれて表示に違和感を生じるようになる。第1の実施例のように、プリズムの厚さが10mmで、プリズム頂角が15°の場合、液晶セル4としての表示領域の上下方向のサイズの上限は40mm程度であろう。
In addition, when the vertical size of the display area of the
光学素子7についてさらに補足する。 The optical element 7 will be further supplemented.
図5は、光学素子の他の例の概略図である。光学素子7は、一つのプリズムである代わりに、図示の様に微小プリズムの集合体であっても良い。但し、表示のボケを防ぐために、プリズムの形状や大きさを適切に選ぶことが好ましい。具体的には、100μm〜500μmピッチで直角三角柱状の微小プリズムが平行に配列して形成されるのが好ましい。光学素子として一つのプリズムを用いた場合と同様に、微小プリズムの集合体を通過した液晶セルの出射光の最良視認視角が基板法線方向に近づくように微小プリズムの向きを合わせる。なお、出射面は基板表面と平行であることが好ましい。 FIG. 5 is a schematic view of another example of the optical element. The optical element 7 may be an assembly of minute prisms as shown in the drawing instead of being a single prism. However, it is preferable to appropriately select the shape and size of the prism in order to prevent display blurring. Specifically, it is preferable that right prismatic prismatic microprisms are arranged in parallel at a pitch of 100 μm to 500 μm. As in the case of using one prism as the optical element, the direction of the micro prism is adjusted so that the best viewing angle of the light emitted from the liquid crystal cell that has passed through the micro prism assembly approaches the normal direction of the substrate. The exit surface is preferably parallel to the substrate surface.
また、光学素子7として、回折格子やホログラムを用いても良い。 Further, a diffraction grating or a hologram may be used as the optical element 7.
図6Aおよび図6Bは、第1の実施例による液晶表示装置の他の例の概略断面図である。図6Aに示す様に、光学素子7を、液晶表示装置のカバー8の一部として、前面偏光板5aの前面に配置しても良い。その際、プリズムの出射面が、前面基板1aの表面と平行になるようにプリズムを配置することがデザイン上好ましい。なお、図6Bは、光学素子7として、図5で説明した微小プリズムの集合体を配置した構造例である。図6A、6B中方向d1は最良視認視角であり、方向d2は基板の法線方向である。
6A and 6B are schematic cross-sectional views of other examples of the liquid crystal display device according to the first embodiment. As shown in FIG. 6A, the optical element 7 may be disposed on the front surface of the front
図6A、図6Bに示した液晶表示装置のように、光学素子7が前面偏光板5aよりも前側に配置された場合でも、液晶セル4からの出射光を屈折させることにより、最良視認視角d1を、基板法線方向d2付近に移動させ、基板法線付近での視認性を向上させることができる。
Even when the optical element 7 is arranged in front of the front
次に、第2の実施例による液晶表示装置について説明する。 Next, a liquid crystal display device according to a second embodiment will be described.
図7は、第2の実施例による液晶表示装置を示す概略図である。図1に示す第1の実施例とは、液晶セル4と背面偏光板5bとの間に、視角補償板9が配置される点において異なる。
FIG. 7 is a schematic view showing a liquid crystal display device according to the second embodiment. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a viewing
なお、前面偏光板5aと光学素子7の配置においても相違するが、第1の実施例と同様に、液晶セル4側から光学素子7、前面偏光板5aの順に配置可能である。
Although the arrangement of the front
第2の実施例に使用される液晶セル4も、第1の実施例における液晶セルと同様の構造を有し、図2A、図2Bに示す方向にラビング処理が施されている。
The
第2の実施例における垂直配向型液晶セル4は、(株)日産化学工業製の垂直配向膜材料SE−1211を用いて配向膜を形成し、レーヨン製のラビング布で図2A、図2Bに示す方向にラビングして、プレチルト角を付与した上下基板を、直径3.9μmのギャップコントロール材を使用して重ね合わせ、両基板間に、複屈折率Δnが0.2で誘電率異方性が負である(株)メルク製の液晶材料を注入して作製した。したがって、液晶層4aのリタデーションは780nmとなる。また、この液晶セル4のプレチルト角を測定したところ、1°であった。
In the vertical alignment type
光学素子7は、図1に示す第1の実施例に使用される光学素子と等しい、屈折率1.7の樹脂で形成された頂角15°のプリズムである。光学素子(プリズム)7は、その上面が基板1a、1bと平行となり、かつ、頂角が液晶セル4の最良視認方位を向くように配置される。
The optical element 7 is a prism with an apex angle of 15 ° formed of a resin having a refractive index of 1.7, which is the same as the optical element used in the first embodiment shown in FIG. The optical element (prism) 7 is arranged so that the upper surface thereof is parallel to the
補償板9は、Cプレートが3枚積層されて構成され、3枚のCプレートはすべて、光軸が基板法線方向となるように配置される。各々のCプレートは、厚さ方向に250nmのリタデーションを有する。また、前面及び背面偏光板5a、5bは、それぞれ偏光層にトリアセチルセルロース(triacetylcellulose; TAC)フィルムが貼り合わされた構造を備え、TACフィルムの厚さ方向のリタデーションは、たとえば60nmである。このため、第2の実施例による液晶表示装置は、870nm相当のCプレート補償をしていると考えることが可能である。
The
図8を参照して、第2の実施例による液晶表示装置における基板1a、1bのラビング方向と、偏光板5a、5bの吸収軸方位との関係を説明する。
With reference to FIG. 8, the relationship between the rubbing directions of the
背面(下側)基板1bのラビング方向は、図8における上方向であり、前面(上側)基板1aのそれは下方向である。液晶セル4に電圧を印加したとき、液晶分子は、背面(下側)基板1bのラビング方向(図8における上方向)に倒れ込む。
The rubbing direction of the back (lower)
前面偏光板5aと背面偏光板5bとはクロスニコルに配置されている。また、前面偏光板5aは、その吸収軸が、背面(下側)基板1bのラビング方向(液晶分子の倒れ込む方向)と45°の角度をなすように、この場合は、当該ラビング方向から、反時計回り方向に45°方位となるように配置される。このため、背面偏光板5bの吸収軸方位は、背面(下側)基板1bのラビング方向から、時計回り方向に45°方位となる。
The front
図9A〜図9Fを参照して、第2の実施例による液晶表示装置の効果について説明する。 The effects of the liquid crystal display device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 9F.
図9A及び図9Bは、第1の比較例による液晶表示装置の視角特性を示すグラフである。 9A and 9B are graphs showing viewing angle characteristics of the liquid crystal display device according to the first comparative example.
第1の比較例は、第2の実施例による液晶表示装置から光学素子7を除き、更に、補償板9を、厚さ方向のリタデーションが220nmであるCプレート3枚を積層して構成した液晶表示装置である。第1の比較例においては、偏光板5a、5bのTACフィルムのリタデーションとあわせ、780nmのCプレート補償がなされていると考え得る。これは液晶層のリタデーションと等しい値である。
The first comparative example is a liquid crystal in which the optical element 7 is removed from the liquid crystal display device according to the second embodiment, and the
図9Aを参照する。本図において、横軸、縦軸ならびに実線による曲線、破線による曲線の意味するところは、図3におけるそれらと等しい。 Refer to FIG. 9A. In this figure, the horizontal axis, the vertical axis, the curve by the solid line, and the curve by the broken line mean the same as those in FIG.
第1の実施例の説明において既述したように、光学素子7を備えない第1の比較例においては、基板法線方向から上方向(グラフ横軸負方向)に視角を10°程度振っただけで、表示つぶれが起こる。 As already described in the description of the first embodiment, in the first comparative example that does not include the optical element 7, the viewing angle is swung upward by about 10 ° from the normal direction of the substrate (the negative direction of the horizontal axis of the graph). Only the display collapses.
図9Bを参照する。本図の横軸は、図9Aの横軸と等しい。また、縦軸はコントラストを示す。コントラストとは、前述のように、選択電圧印加時の透過率(Ton)を、非選択電圧印加時の透過率(Toff)で除した値である。 Refer to FIG. 9B. The horizontal axis of this figure is equal to the horizontal axis of FIG. 9A. The vertical axis indicates contrast. As described above, the contrast is a value obtained by dividing the transmittance (T on ) when a selection voltage is applied by the transmittance (T off ) when a non-selection voltage is applied.
ほぼ正面(視角0°方向、基板法線方向)から観察した場合に、最も高いコントラストが実現されているのがわかる。
It can be seen that the highest contrast is realized when observed from almost the front (
図9C及び図9Dは、第2の比較例による液晶表示装置の視角特性を示すグラフである。 9C and 9D are graphs showing viewing angle characteristics of the liquid crystal display device according to the second comparative example.
第2の比較例は、第1の比較例に光学素子7を加入した構成を有する。すなわち第2の実施例とは、Cプレート補償のリタデーション値において異なる。 The second comparative example has a configuration in which the optical element 7 is added to the first comparative example. That is, it differs from the second embodiment in the retardation value of C plate compensation.
図9Cを参照する。横軸、縦軸ならびに実線による曲線、破線による曲線の意味するところは、図9Aにおけるそれらと同じである。 Reference is made to FIG. 9C. The meanings of the horizontal axis, the vertical axis, the curve by the solid line, and the curve by the broken line are the same as those in FIG. 9A.
図9Aのグラフとの比較で明らかなように、光学素子7の加入により、正面を基準とした観察において、広い視角範囲で良好な表示(高い光透過率での表示)が実現されることがわかる。 As is clear from the comparison with the graph of FIG. 9A, the addition of the optical element 7 realizes good display (display with high light transmittance) in a wide viewing angle range in the observation based on the front. Recognize.
図9Dを参照する。横軸及び縦軸の意味するところは、図9Bのそれらと等しい。 Reference is made to FIG. 9D. The meanings of the horizontal and vertical axes are the same as those in FIG. 9B.
光学素子7で出射光を屈折させているため、図9Bのグラフと比べて、高コントラストとなる視角方向が図の左側にシフトし、正面付近においてはコントラストが低下している。 Since the emitted light is refracted by the optical element 7, the viewing angle direction with high contrast is shifted to the left side of the drawing as compared with the graph of FIG. 9B, and the contrast is lowered near the front.
図9E及び図9Fに、第2の実施例による液晶表示装置の視角特性を示す。 9E and 9F show the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device according to the second embodiment.
図9Eを参照する。横軸、縦軸ならびに実線による曲線、破線による曲線の意味するところは、図9Aにおけるそれらに等しい。 Reference is made to FIG. 9E. The meanings of the horizontal axis, the vertical axis, the solid line curve, and the broken line curve are the same as those in FIG. 9A.
本図に実線で描かれる曲線は、図9C中のそれとほぼ一致する。このため、第2の実施例による液晶表示装置によれば、第2の比較例と同様に、正面を基準とした観察において、広い視角範囲で良好な表示(高い光透過率での表示)が実現されることがわかる。 The curve drawn with a solid line in this figure almost coincides with that in FIG. 9C. For this reason, according to the liquid crystal display device according to the second embodiment, as in the second comparative example, in the observation based on the front surface, good display (display with high light transmittance) is possible in a wide viewing angle range. It can be seen that it will be realized.
図9Fを参照する。横軸及び縦軸の意味するところは、図9Bのそれらと同じである。 Reference is made to FIG. 9F. The meanings of the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. 9B.
図9Dのグラフと比較すると、正面近傍におけるコントラストが高い。これより、第2の実施例による液晶表示装置は、正面近傍から観察される表示を高コントラストで行うことができることがわかる。 Compared with the graph of FIG. 9D, the contrast near the front is high. From this, it can be seen that the liquid crystal display device according to the second embodiment can perform display observed from the vicinity of the front surface with high contrast.
すなわち、第2の実施例による液晶表示装置は、正面近傍観察時における高い光透過率と、高コントラストとをともに実現することのできる液晶表示装置である。 That is, the liquid crystal display device according to the second embodiment is a liquid crystal display device capable of realizing both high light transmittance and high contrast during near-front observation.
次に、本願発明者は、第2の実施例による液晶表示装置の補償板9のリタデーションを様々に変化させ、正面近傍観察時の高い光透過率及び高コントラストをともに実現可能なリタデーションの範囲を調べた。
Next, the inventor of the present application changes the retardation of the
図10Aは、補償板9をリタデーション230nmのCプレート3枚で構成し、偏光板5a、5bのTACフィルムのリタデーションとあわせて、810nm相当のCプレート補償を行った場合のコントラストの視角依存性を示すグラフである。
FIG. 10A shows the viewing angle dependence of the contrast when the
また、図10Bは、補償板9をリタデーション270nmのCプレート3枚で構成し、偏光板5a、5bのTACフィルムのリタデーションとあわせて、930nm相当のCプレート補償を行った場合のコントラストの視角依存性を示すグラフである。
Further, FIG. 10B shows that the
両グラフにおける横軸及び縦軸の意味するところは、図9Dのそれらと等しい。 The meanings of the horizontal and vertical axes in both graphs are the same as those in FIG. 9D.
図10A及び図10Bに示したコントラストの視角特性のグラフを、図9Dのそれと比較すると、正面近傍におけるコントラストが高いことが認められる。このことから、810nm及び930nm相当のCプレート補償を行った場合にも、正面近傍観察時の高コントラスト表示を実現できることがわかる。 When the graphs of the viewing angle characteristics of the contrast shown in FIGS. 10A and 10B are compared with those in FIG. 9D, it is recognized that the contrast in the vicinity of the front is high. From this, it can be seen that even when the C plate compensation corresponding to 810 nm and 930 nm is performed, high contrast display at the time of near-front observation can be realized.
液晶層のリタデーション(780nm)を除いた、液晶表示装置のリタデーションが、810nm(≒780nm×1.038)未満、及び930nm(≒780nm×1.192)を超える範囲においては、液晶層のリタデーションとの差が大きくなるため、下地の光透過率の上昇が見られ、表示品位を落としてしまうであろう。このことから、液晶表示装置の厚さ方向(基板法線方向)に関して、液晶層のリタデーションを除く液晶表示装置のリタデーションが、液晶層のリタデーションの1.038倍以上1.192倍以下であれば、正面近傍観察時の光透過率及びコントラストの高い、良好な表示品質を実現することができると考えられる。 In the range where the retardation of the liquid crystal display device excluding the retardation of the liquid crystal layer (780 nm) is less than 810 nm (≈780 nm × 1.038) and exceeds 930 nm (≈780 nm × 1.192), the retardation of the liquid crystal layer Since the difference between the two increases, the light transmittance of the base is increased, and the display quality will be degraded. From this, regarding the thickness direction (substrate normal direction) of the liquid crystal display device, if the retardation of the liquid crystal display device excluding the retardation of the liquid crystal layer is 1.038 times or more and 1.192 times or less of the retardation of the liquid crystal layer, It is considered that good display quality with high light transmittance and contrast at the time of near-front observation can be realized.
第2の実施例においては、補償板9を3枚のCプレートで構成したが、本願発明者は、他の構成、たとえば3枚の二軸プレートや、Cプレートと二軸フィルムの組み合わせによっても、同様の効果が奏されることを確認した。一例として、補償板9を、2枚のCプレートと1枚の二軸フィルムで構成した場合について説明する。
In the second embodiment, the
図11A及び図11Bは、補償板9を2枚のCプレートと1枚の二軸フィルムで構成した場合の、コントラストの視角依存性を示すグラフである。両グラフにおける横軸及び縦軸の意味するところは、図9Dのそれらと等しい。
11A and 11B are graphs showing the viewing angle dependence of contrast when the
図11Aは、第2の実施例の補償板9として、250nmのリタデーションを有するCプレートを2枚と、面内方向に50nm、厚さ方向に250nmのリタデーションを有する二軸プレート1枚を、この順に液晶セル4側から積層した場合の視角依存性を示す。この例においては、前面及び背面偏光板5a、5bのTACフィルムのリタデーションとあわせて、液晶表示装置の全てのフィルムの厚さ方向のリタデーションは870nmとなる。これは液晶層のリタデーション(780nm)の1.115倍である。
FIG. 11A shows two
なお、二軸プレートと背面偏光板5bとは、前者の面内方向の光軸と、後者の吸収軸とが直交するように、配置した。
The biaxial plate and the rear
図9Fに示したコントラスト曲線(厚さ方向のリタデーションが等しい補償板9を3枚のCプレートで構成した場合)と近似した曲線が得られているのが認められる。二軸フィルムを使用して補償板9を構成しても、正面近傍観察時の高コントラスト表示を実現できることがわかる。
It can be seen that a curve approximated to the contrast curve shown in FIG. 9F (when the
図11Bは、補償板9として、220nmのリタデーションを有するCプレートを2枚と、面内方向に50nm、厚さ方向に220nmのリタデーションを有する二軸プレート1枚を、この順に液晶セル4側から積層した場合の視角依存性を示す。この例においては、前面及び背面偏光板5a、5bのTACフィルムのリタデーションとあわせて、液晶表示装置の全てのフィルムの厚さ方向のリタデーションは780nmとなる。これは液晶層のリタデーションと等しい。
FIG. 11B shows, as the
なお、二軸プレートと背面偏光板5bとは、前者の面内方向の光軸と、後者の吸収軸とが直交するように、配置した。
The biaxial plate and the rear
図9Dに示したコントラスト曲線(厚さ方向のリタデーションが等しい補償板9を3枚のCプレートで構成した場合)と近似した曲線が得られているのが認められる。二軸フィルムを用いて補償板9を構成しても、Cプレートのみで補償板9を構成した場合と同様の視角特性が実現されると考えられる。
It can be seen that a curve approximated to the contrast curve shown in FIG. 9D (when the
図11A及び図11Bに示す結果より、たとえば補償板9を二軸フィルムを用いて構成した場合であっても、液晶層のリタデーションを除く液晶表示装置の厚さ方向リタデーションが、液晶層のリタデーションの1.038倍以上1.192倍以下であるときには、良好な表示品質を実現することができると考えてよいであろう。
From the results shown in FIGS. 11A and 11B, even when the
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。実施例では、液晶セルとして垂直配向モードの説明をしたが、TN型でも良い。また、実施例では視角特性を顕著にするためにマルチプレックス駆動の場合について説明したが、スタティック駆動でも良い。更に、ノーマリブラックモードの表示だけでなく、ノーマリホワイトモードの表示にも適用可能である。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. In the embodiment, the vertical alignment mode is described as the liquid crystal cell, but a TN type may be used. In the embodiment, the case of multiplex driving has been described in order to make the viewing angle characteristics remarkable, but static driving may also be used. Furthermore, the present invention can be applied not only to display in the normally black mode but also to display in the normally white mode.
また、第2の実施例においては、視角補償板9を液晶セル4と背面偏光板5bとの間に配置したが、視角補償板9は、液晶セル4と前面偏光板5aとの間に配置してもよい。その双方に配置することもできる。
In the second embodiment, the viewing
更に、第2の実施例においては、視角補償板9を、Cプレートまたは二軸フィルムを用いて3枚で構成したが、枚数に制限はない。
Furthermore, in the second embodiment, the viewing
また、第2の実施例においても、第1の実施例で説明した光学素子7の他の例を用いることができる。すなわち、たとえば図5に示したような、直角三角形の微小プリズムが、100μm〜500μmのピッチで、平板上に畝状に多数形成された光学素子や、回折格子、ホログラム等を用いることが可能である。これらの素子によって、液晶表示素子の最良視認方向側の出射光の成分を、液晶表示素子の法線方向側に偏向させる。 In the second embodiment, another example of the optical element 7 described in the first embodiment can be used. That is, for example, as shown in FIG. 5, it is possible to use an optical element, a diffraction grating, a hologram, or the like in which a large number of right-angled triangular prisms are formed on a flat plate at a pitch of 100 μm to 500 μm. is there. By these elements, the component of the emitted light on the best viewing direction side of the liquid crystal display element is deflected to the normal direction side of the liquid crystal display element.
更に、第2の実施例においても、図6A、図6Bに示したように、液晶表示装置の前面に透明なカバーを設ける場合には、そのカバーの一部をプリズム状に形成することもできる。 Furthermore, also in the second embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, when a transparent cover is provided on the front surface of the liquid crystal display device, a part of the cover can be formed in a prism shape. .
なお、複屈折率Δnを、厚さ方向の屈折率n1、及び面内方向の屈折率n2を用いて、
Δn=n1−n2
と定義するとき、たとえば図7に示す第2の実施例による液晶表示装置の液晶層4aのリタデーションは正となり、補償板9及び偏光板5a、5bのTACフィルムのリタデーションは負となる。
The birefringence Δn is determined by using the refractive index n 1 in the thickness direction and the refractive index n 2 in the in-plane direction,
Δn = n 1 −n 2
For example, the retardation of the liquid crystal layer 4a of the liquid crystal display device according to the second embodiment shown in FIG. 7 is positive, and the retardation of the TAC film of the
このようにリタデーションを正負の符号を含めて考えた場合、たとえば、本明細書中の「液晶層のリタデーションを除く液晶表示装置の厚さ方向リタデーションが、液晶層のリタデーションの1.038倍以上1.192倍以下であるとき」という記載は、「液晶層のリタデーションを除く液晶表示装置の厚さ方向リタデーションが、液晶層のリタデーションとは正負の符号が反対で、前者の絶対値が、後者の絶対値の1.038倍以上1.192倍以下であるとき」を意味することとなる。 Thus, when the retardation is considered including positive and negative signs, for example, in this specification, “the retardation in the thickness direction of the liquid crystal display device excluding the retardation of the liquid crystal layer is 1.038 times or more the retardation of the liquid crystal layer 1 Is 192 times or less, “the retardation in the thickness direction of the liquid crystal display device excluding the retardation of the liquid crystal layer is opposite in polarity to the retardation of the liquid crystal layer, and the absolute value of the former is It means “when the absolute value is 1.038 times or more and 1.192 times or less of the absolute value”.
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自明であろう。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1a、1b (透明)基板
2 液晶層
2m 液晶分子
3 シール材
4 液晶セル
4a 液晶層
5a、5b 偏光板
6 光源
7 光学素子
8 カバー
9 補償板
1a, 1b (transparent) substrate 2
Claims (12)
前記液晶セルの前面および背面に配置された一対の偏光板と、
前記液晶セルの前方に配置された光学素子と、
前記一対の偏光板のうち前記液晶セルの背面に配置されたものの後方に配置された光源と
を有し、
前記光学素子が、前記液晶セルの出射光の最良視認方位の成分を前記一対の基板法線側に屈折する液晶表示装置。 A pair of opposing substrates, and a liquid crystal cell including a liquid crystal layer sandwiched between the pair of opposing substrates;
A pair of polarizing plates disposed on the front and back of the liquid crystal cell;
An optical element disposed in front of the liquid crystal cell;
A light source disposed behind one of the pair of polarizing plates disposed behind the liquid crystal cell;
The liquid crystal display device in which the optical element refracts the component of the best viewing azimuth of the light emitted from the liquid crystal cell toward the pair of substrate normals.
前記一対の偏光板は、クロスニコルに、かつ、前記一対の偏光板の各々の吸収軸方位が、前記液晶層への電圧印加時に、前記液晶層の液晶分子が倒れ込む方向と45°の角度をなすように配置され、
更に、
前記液晶セルと、前記液晶セルの前面に配置された前記偏光板との間、及び、前記液晶セルと、前記液晶セルの背面に配置された前記偏光板との間のうちの少なくとも一方に配置された、厚さ方向にリタデーションをもつ視角補償板を含み、
前記視角補償板、及び前記一対の偏光板の、厚さ方向のリタデーションの和は、前記液晶層のリタデーションと正負の符号が反対で、絶対値が、1.038倍以上1.192倍以下である請求項2に記載の液晶表示装置。 Each of the pair of polarizing plates includes a film having retardation in the thickness direction,
The pair of polarizing plates is crossed Nicol, and the absorption axis direction of each of the pair of polarizing plates has an angle of 45 ° with the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer collapse when a voltage is applied to the liquid crystal layer. Arranged to make
Furthermore,
Arranged between at least one of the liquid crystal cell and the polarizing plate disposed on the front surface of the liquid crystal cell, and between the liquid crystal cell and the polarizing plate disposed on the back surface of the liquid crystal cell. Including a viewing angle compensator having retardation in the thickness direction,
The sum of retardation in the thickness direction of the viewing angle compensator and the pair of polarizing plates is opposite in polarity to the retardation of the liquid crystal layer, and the absolute value is 1.038 to 1.192 times. The liquid crystal display device according to claim 2.
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