JP2675158B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶表示装置に関し、さらに詳しくは液晶
表示における視角特性の改善に関する。
従来の技術 従来から液晶表示装置は、薄型軽量、低消費電力とい
う特徴を生かして、時計や電卓などの数値セグメント型
表示装置に広く用いられてきた。近年では、さらにより
多くの情報を表示するために、マトリックス型表示方式
が採用されている。マトリックス型液晶表示装置は、複
数の表示画素を選択的に表示駆動することによって、パ
ーソナルコンピュータ、文章作成機（ワードプロセッ
サ）、複写機などのオフィスオートメイション（office
Automation）機器の表示端末として利用されている。
さらに、表示情報の高密度化、大面積化、および多様
化に対応して、色情報を加えたカラー液晶表示装置など
のカラー表示方式に関連して数多くの技術開発がなされ
ている。たとえば、（１）液晶中に、色素分子の方向に
よって透過色が異なる色素を混入して、液晶分子の配向
方向の変化に色素分子の配向を追随させて２色表示を行
うゲスト・ホスト効果型液晶セルを用いた方式、（２）
ツイステッドネマティック（略称TN）液晶セルとカラー
偏光板とを組合わせてカラー表示を行う方式、（３）印
加される電界に従う液晶の複屈折率変化を利用してカラ
ー表示を行う電界制御複屈折干渉（Electrically Contr
olled Birefringence）型液晶セルを用いる方式、
（４）赤色、緑色、青色などのカラーフィルタ層が設け
られた液晶セルにおいて、液晶層を光シャッタとして用
いてカラー表示を行う方式などである。
特に上記（４）の方式は、高コントラストのマトリッ
クス型フルカラー表示が行えるという特徴を有してお
り、現在最も脚光を浴びている表示方式である。この方
式では、薄膜トランジスタなどの能動素子を、液晶表示
装置における表示画素を選択するスイッチング手段とし
て形成し、ネマティック液晶分子を90度捩れ配向させて
アクティブ駆動型TN液晶表示方式と、液晶分子のツイス
ト角を90度以上とすることによって透過率−印加電圧特
性の鋭い急峻性を利用したマルチプレックス駆動型スー
パツイステッドネマティック（略称STN）液晶表示方式
が一般的である。
さらに、アクティブ駆動型TN液晶表示方式は、一対の
偏光板の配置の仕方によって大きく２種類に分けられ
る。すなわち、一対の偏光板の偏光方向を相互に平行に
配置して、液晶層に電圧を印加しない状態（オフ状態）
で黒色を表示するノーマリブラック方式と、偏光方向が
相互に直交するように配置して、前記オフ状態で白色を
表示するノーマリホワイト方式である。表示コントラス
ト、色再現性、表示の視角依存性などの表示特性の観点
からノーマリホワイト方式が有力である。
発明が解決しようとする課題 第10図は、従来のツイステッドネマティック型液晶表
示装置における液晶表示セル17の分解断面図である。こ
こで参照符号は、後述する実施例と対応する部材につい
て同一符号を用いる。液晶表示セル17は、一対のガラス
基板3,4の対向する各表面に錫添加酸化イジウム（Indiu
m Tin Oxide、略称ITO）から成る透明電極5,6がパター
ン形成され、その表面に配向膜7,8が被覆されている。
これらガラス基板3,4は、図示しないシール樹脂を介し
て貼合わされ、液晶層13が封入されて液晶表示セル17が
構成される。
配向膜7,8の表面には、ラビング処理が予め施され、
これによって封入された液晶層13のネマティック液晶
は、第10図において模式的に示されるようにガラス基板
3,4間で90度の捩れ配向をする。したがって、たとえば
マトリックス状に対向して形成された電極5,6には、図
示しない駆動回路が接続され、電極5,6の交差する部位
の画素に選択的に所定の電圧を印加して、液晶層13の配
向状態を変化させることができる。さらにガラス基板3,
4の相互に反対側には、偏光方向20,21が相互に直交する
ように偏光板15,16が設けられる。
たとえば電極5,6間に電圧が印加されていないときに
は、矢符19方向に入射した光源光は偏光板15によってそ
の偏光方向が矢符20方向のものだけが選択的に透過す
る。この矢符20方向の直線偏光は、90度の捩れ配向した
液晶層13を透過する際にその偏光方向が90度旋光されて
ガラス基板４から偏光板16へ入射する。上述したように
偏光板16の偏光方向は、偏光板15の偏光方向20に対して
直交方向、すなわち矢符21で示す紙面垂直方向であるか
ら、偏光板16を光が透過する。
他方、電極5,6間に所定の電圧が印加されると、液晶
層13は上記の捩れ配向を示さなくなる。したがって液晶
層13に入射する光もまたその偏光方向が旋光されること
はない。これによってガラス基板４から偏光板16へ入射
する光の偏光方向と、偏光板16の矢符21で示される偏光
方向とが直交し、光は遮断されて透過されない。
第11図は、次に示す実験データおよび後述される実施
例における実験データの媒介変数θを説明するための図
である。一般に、液晶表示セル17などには、表示コント
ラストが最大となる特定の方向22が存在する。液晶表示
セル17のガラス基板上において、たとえば表示コントラ
ストが最大の方向22と法線23とが作る平面24を考える。
この平面24内で、視線25と法線23とが成す角度を以下、
「視角θ」と称する。
第12図は、第10図に示した構成の液晶表示セル17にお
ける光透過率−印加電圧特性の視角依存性を測定値に基
づいて示すグラフである。第12図のグラフにおいて、測
定線l1は視角θ＝０度の場合の前記特性を示し、測定線
l2は視角θ＞０度の範囲の任意の視角θに対する特性を
概括的に示す。第12図から明らかなように、視角θ＞０
度における測定線l2では、印加電圧が2.5V付近で光透過
率が一旦ほぼ０％となったものが、印加電圧が3.0〜4.0
Vの範囲において再び上昇するという光透過率の持上り
現象（このときの光透過率の極大値を以下、「Ｔθpea
k」と記す）が生じている。
第13図は、液晶表示セル17の視角θと光透過率Ｔθpe
akとの関係を示すグラフである。一般に、視角θ＝０度
ではＴθpeakは現れないが、視角θ＞０度では視角θを
増大すれば正の相関を以てＴθpeak値が増大する。この
ため、この現象が生じる視角θ＞０度においては、液晶
表示セル17の表示の際の階調がこの光透過率Ｔθpeakが
存在するために反転してしまう。特に、階調表示が必要
となるカラー液晶表示装置などのカラー表示において
は、Ｔθpeak値が０でないために所定の色が表示されず
に階調反転が生じる原因となっていた。したがって良好
な視角特性を有する液晶表示装置を実現するためには、
この光透過率Ｔθpeakを解消する必要がある。
本発明の出願人は、前述の光透過率Ｔθpeakを効果的
に解消するための手段として、次に述べるように数値的
条件の設定に関する出願（特願昭63−72805）を既に行
った。
液晶の屈折率異方性Δｎ（＝ne−no、ne:液晶分子軸
方向の屈折率、no:液晶分子軸方向と垂直方向の屈折
率）と、液晶セルの液晶層厚ｄとの積である値Δｎ・ｄ
を次式の範囲に設定すること。
0.3μｍ≦Δｎ・ｄ≦0.6μｍ …（１） 液晶の曲げ弾性定数K33と広がり弾性定数K11の比K33/
K11を1.0程度以下の値とし、かつ液晶の曲げ弾性定数K
33と捩れ弾性定数K22との比K33/K22を2.0程度以上の値
とすること。
第14図は、ツイステッドネマティック型液晶表示セル
に用いられる液晶材料の組成比を様々に変えた場合の前
記K33/K11とK33/K22との関係を、測定値に基づいて
「×」記号で表示したグラフである。このグラフに表わ
れているように、従来からもほぼ知られていた事実では
あるが、一般的に、K33/K11とK33/K22との間には正の相
関関係があることが判る。したがって上述したようにK
33/K11の値を1.0以下に、K33/K22の値を2.0以上にそれ
ぞれ設定することは、第14図に表われている正の相関関
係から困難正があり、したがってＴθpeak値を充分に低
減することもまたできない。また液晶表示装置の大面積
化（たとえば５インチ以上の表示）に対応するために
は、人間の視覚的特性を統計的に考慮して、光透過率Ｔ
θpeakが3.0％程度以下であることが望まれる。
本発明の目的は、上述した技術的問題点を解決して、
広範囲の視角に対して高品質の表示が可能であり、特に
階調表示が必要であるカラー液晶表示装置などにおい
て、階調反転が生じることのない視角特性を有する液晶
表示装置を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、一対の透光性基板間に液晶分子が90度に捩
れ配向する液晶層を介在して構成される液晶表示素子
と、 液晶表示素子の少なくとも一方側に配置される光学的
複屈折性を有する視角補償手段と、 液晶表示素子と視角補償手段の外側に配置される一対
の偏光部材とを含み、 視角補償手段は、その視角補償手段の平面に沿った方
向の２種類の主屈折性na,nbが相互に異なり、 前記視角補償手段の最大主屈折率ncの方向は、前記液
晶表示素子の法線方向のほぼ平行に選ばれることを特徴
とする液晶表示装置である。
作 用 本発明の液晶表示装置においては、液晶表示を行うた
めに液晶表示素子と一対の偏光部材とが設けられる。液
晶表示素子とその積層方向の少なくとも一方側の偏光部
材との間には、光学的に複屈折性を有する視角補償手段
が挿設される。この視角補償手段の最大主屈折率の方向
は、実質的に液晶表示素子の法線方向とほぼ平行となる
ように設定される。ここで、最大主屈折率の方向とは、
光学的に複屈折性を有する光学手段において、最大の屈
折率の値を有する方向である。
さらに好ましくは、液晶表示素子と一対の偏光部材が
示す光透過率−印加電圧特性において、全視角方向に対
して、液晶表示素子のリターデイション値と視角補償手
段のリターデイション値との和が等しくなるように設定
する。ここで、リターデイションとは、光学的に異方性
を有する媒質を伝播する正常光や異常光などを含む２種
類の光の間に生じる位相差である。
偏光部材を透過した光は直線光であり、この光が液晶
層を透過するとき、液晶の複屈折性に起因して正常光と
異常光とを発生し、その位相差に対応した楕円偏光とな
る場合がある。そこで、視角補償手段によってこの位相
差を解消することによって、視角補償手段を透過した光
は直線偏光になる。すなわち、一般に、液晶表示素子を
透過した光のリターデイション値は視角が増大する程減
少する。したがって、視角が増大する程リターデイショ
ン値が増大する特性を有する視角補償手段を液晶表示素
子に重合わすことによって、透過光におけるリターデイ
ションを相殺して位相差を解消する。
これによって、本発明の液晶表示装置において、広範
囲の視角に亘って良好な表示特性を得ることができ、表
示の際に階調が反転する事態を防止できる。また特に、
階調表示を行うカラー液晶表示装置に本発明を実施すれ
ば、所定の色表示がなされないといった階調反転を抑え
ることができる。したがって本発明に従えば、液晶表示
装置の表示品位が向上する。
特に本発明に従えば、視角補償手段は、その平面に沿
った方向の２種類の主屈折率na,nbが相互に異なる。し
たがってその視角補償手段の面内に異方性があり、した
がって視野角改善の光学補償効果が大きい。
さらに本発明に従えば、液晶表示素子の液晶層は、液
晶分子が90度に捩れ配向する液晶層を有し、ツイステッ
ドネマティック型であり、これによって本発明では、表
示の視角依存性を解消する。
実施例 実施例１ 第１図は、本発明の一実施例である液晶表示装置の分
解断面図である。液晶表示セル18は、表示用液晶セル
１、視角補償用液晶セル２および一対の偏光板15,16を
含んで構成される。
表示用液晶セル１は、一対の透光性基板であるガラス
基板3,4の対向する各表面にITOから成る透明電極5,6が
パターン形成され、されにその表面にはたとえばポリイ
ミド系の有機薄膜から成る配向膜7,8が形成されてい
る。この配向膜7,8には、ガラス基板3,4間に後述する液
晶材料を封入して液晶層13を形成したときに、その液晶
分子が90度に捩れ配向するようにその表面に予めラビン
グ処理を施しておく。
視角補償用液晶セル２は、一対のガラス基板9,10の対
向する各表面に、たとえば有機シラン系の垂直配向膜1
1,12を形成して、ガラス基板9,10間に後述する液晶材料
を封入したときに液晶分子が垂直配向した液晶層14を形
成するようにする。これによって視角補償用液晶セル２
における最大主屈折率の方向は、ガラス基板9,10に対し
て垂直、換言すれば液晶層14の液晶分子の長軸方向（光
軸）に一致する。
以上の各部材を含んで構成される表示用および視角補
償用液晶セル1,2は、それぞれ図示しないシール樹脂を
介して貼合わされ、液晶層13,14が封入されて表示用液
晶セル１および視角補償用液晶セル２が作成される。こ
れら表示用および視角補償用液晶セル1,2は、ガラス基
板3,10が相互に当接して貼合わされ、ガラス基板4,9の
相互に反対側には一対の偏光板15,16が重合わされる。
ここで偏光板15,16の偏光方向は、前述したノーマリホ
ワイト表示方式を実現するために、たとえば矢符20,21
で示されるように、互いに直交する方向に設定される。
さらに、表示用液晶セル１の電極5,6に対しては、所
定の電圧を液晶層13に印加して表示駆動を行うために、
図示しない駆動回路などが接続されて液晶表示装置が構
成される。
上記液晶層13,14の液晶材料としては、正の誘電率異
方性を有するネマティック液晶材料、たとえばフェニル
シクロヘキサン系化合物の一種類または複数種類が用い
られるけれども、これに限定されるものではない。第１
図に模式的に示されるように、液晶層13では配向膜7,8
間で、電極5,6間に電圧を印加しない状態（オフ状態）
でその液晶分子が90度に捩れ配向する。また液晶層14で
は、配向膜11,12間でその液晶分子が垂直配向する。こ
れによって、液晶表示セル18は、電極5,6間に電圧を印
加しないオフ状態で白色を表示するノーマリホワイト方
式の表示を行うことができる。
次に、以上の構成から成る液晶表示セル18について第
２図に光透過率−印加電圧特性を示し、第３図に従来の
液晶表示セル17の同特性を比較例として示す。第４図
は、そのコントラスト比−視角特性を示す。第２図およ
び第３図に示される特性曲線l4,l5;l6,l7は、以下に述
べる条件下での測定結果である。
表示用および視角補償用液晶セル1,2の液晶層13,14の
組成比をそれぞれ調整して、入射光の波長λ＝550nm
で、液晶層13の屈折率異方性Δn1＝0.10、液晶層14の屈
折率異方性Δn2＝0.06となるように設定した。また、表
示用および視角補償用液晶セル1,2の液晶層13の層厚d1
＝5.0μｍ、液晶層14の層厚d2＝2.0μｍに設定した。
したがって、表示用および視角補償用液晶セル1,2の
各リターデイション値は、液晶層13,14のプレティルト
角がほぼ０度であると近似した場合、Δn1・d1＝0.50μ
ｍ、Δn2・d2＝0.12μｍに設定される。
偏光板15を透過した直線偏光が液晶層13を透過すると
き液晶の複屈折性に起因して正常光と異常光とが発生
し、それらの位相差に対応して透過光が楕円偏光となる
場合がある。そこで、上記各条件に基づいて構成された
視角補償用液晶セル２は前記位相差を解消し、これら表
示用および視角補償用液晶セル1,2を透過する光を再び
直線偏光とする。
これは第５図の測定線l22に示されるように、表示用
液晶セル１を透過した光におけるリターデイション値は
視角θが大きくなる程小さくなるのに対して、視角補償
用液晶セル２においては視角θが大きくなる程リターデ
イション値が大きくなるために、これら表示用および視
角補償用液晶セル1,2が積層された液晶表示セル18にお
いては、前記各リターデイション値が相殺され、透過光
の位相差が解消するためである。
これによって、偏光板15を透過した矢符20方向の直線
偏光は、表示用および視角補償用の両液晶セル1,2を透
過しても直線偏光の状態を保つ。したがって偏光板16に
は矢符21方向とは垂直方向の直線偏光が入射して遮断さ
れ、液晶表示セル18を第１図下方側から見るとき、階調
反転のない液晶表示が行われる。
また液晶表示セル18を第１図下方側から見るときの前
記視角θが或る程度以上大きくなると、偏光板16などの
表面における全反射が起こり、液晶表示セル18による表
示内容が確認できなくなる。一方、従来例において、液
晶表示セル17を用いた場合には、０度以外の任意の視角
θで前記光透過率Ｔθpeakが現れてしまう。しかしなが
ら実際には、上記全反射の発生などにより、臨界角θｃ
（たとえば約50度程度）付近において前記光透過率Ｔθ
peakの発生を解消するようにすれば充分であると言え
る。
第２図において、曲線l4は視角θ＝０度の場合の光透
過率−印加電圧特性であり、曲線l5はたとえば視角θ＝
45度の場合の同特性である。また第３図に示される比較
例において、曲線l6は視角θ＝０度の場合の従来の光透
過率−印加電圧特性であり、曲線l7は視角θ＝45度の場
合の同特性である。
第２図（実施例）および第３図（比較例）を比較すれ
ば明らかなように、視角θ＝０度の場合の光透過率−印
加電圧特性曲線l4,l6は共にほぼ同様の傾向を示し、特
に印加電圧が4.0V以上においては光透過率は共にほぼ０
％に遮断されている。
一方、視角θ＝45度の場合の特性曲線l5,l7を比較す
ると、第２図の実施例においては印加電圧が3.0V以上で
光透過率がほぼ０％であるのに対して、第３図に示され
る比較例の特性曲線l7では印加電圧が2.5V付近で光透過
率がほぼ０％に一旦遮断されるけれども、印加電圧が3.
0〜4.0Vの間において再び光透過率が上昇する持上り現
象が発生している。
したがって本発明によれば、視角θ＞０度の場合にお
ける光透過率Ｔθpeakを解消することができ、白黒表示
やカラー表示における階調反転などといった表示状態が
改善されて液晶表示装置の表示品位が向上する。
このような効果は、視角θが臨界角θｃと０度との間
でのみ達成されるものではなく、前述したように視角θ
＞０度である限り、任意の視角θに対して実現できるも
のである。前記臨界角θｃは、全反射などを勘案した場
合の実用上の範囲を示すにすぎないものである。
第４図のコントラスト比−視角特性において、曲線l8
は第２図に対応し、印加電圧が0Vにおける光透過率の光
透過率Ｔθpeakに対する比で与えられるコントラスト比
が視角θについて示されている。また曲線l9は、第３図
に対応する比較例の同特性を示す。第４図から、液晶表
示セル18において視角補償用の液晶セル２を用いること
によって、従来と比較してコントラスト比が視角θ全域
に亘って向上し、視角特性が改善されることが解る。
なお、実用的な視角範囲（−45度≦θ≦45度）におい
て光透過率Ｔθpeak≒０％としてコントラスト比を向上
するためには、表示用および視角補償用液晶セル1,2の
リターデイション値Δn1・d1,Δn2・d2としては、次式
の範囲に設定することが好ましい。
0.3μｍ＜Δn1・d1＜0.6μｍ …（２） 0.05μｍ＜Δn2・d2＜0.3μｍ …（３） 本発明は、表示用液晶セル１の視角を改善するための
ものであり、この表示用液晶セル１の斜め方向から見た
場合における視角補償用液晶セル２のリターデイション
値に対して視角補償用液晶セル２のリターデイション値
で光学特性を補償し、その結果、視角依存性を低減する
ことが本発明の原理である。すなわち表示用液晶セル１
は斜め方向から見た場合に、前述の第５図に示されるよ
うにリターデイション値が視角の増大とともに小さくな
るので、これを補償するために、視角補償用液晶セル２
は斜め方向から見た場合にリターデイション値が大きく
なるものを用いる。視角補償用液晶セル２のリターデイ
ション値の変化度は、Δn2・d2によって決まるので、そ
のリターデイション値を調整して色補償などの表示状態
の改善をする。そのために表示用液晶セル１と視角補償
用液晶セル２とのリターデイション値を、上述の第２式
および第３式のように調整して表示状態が改善されるよ
うに最適に選ぶ。
本発明の他の実施例として、第１図に示した液晶表示
セル18の視角補償用液晶セル２の代わりに、高分子液晶
材料から成形したフィルム状物を視角補償手段として用
いてもよい。すなわち、極性を有する高分子液晶材料を
高温で溶融させる。この溶融した高分子液晶材料に所定
の電圧を印加する。これによって液晶は、その極性によ
って高分子の長軸が電圧印加方向に配向する。このよう
に液晶分子の長軸が電圧印加方向に配向した状態で、加
熱溶融された高分子液晶材料を冷却して硬化させる。こ
れによって硬化した高分子液晶材料中の液晶高分子の長
軸は、一定方向にその配向方向が固定される。こうして
形成された高分子液晶材料から成るフィルム状物は、光
学的複屈折性を有する。
上述のようにして形成されたフィルム状の視角補償手
段の最大主屈折率の方向である液晶高分子の長軸の方向
を、液晶表示素子の光透過方向とほぼ平行である80度〜
95度の範囲に設定して液晶表示セルを構成する。このよ
うな構成の液晶表示セルについても、第１図示の液晶表
示セル18と同様に、液晶表示の視角依存性が改善される
ことが本件発明者らの研究によって明らかとなってい
る。
また、イオン性結晶材料から、上記高分子液晶材料と
同様に、加熱溶融状態で電界を印加した後、冷却して硬
化することによっても光学的複屈折性を有するフィルム
状物を形成することができ、これを視角補償手段として
用いて液晶表示の視角依存性を改善することもできる。
実施例２ 化学構造が一般式、 で表されるポリスチレンから成るフィルム状物において
は、フィルムの厚み方向（すなわちフィルム面に対する
法線方向）にベンゼン環を配位する状態となる。したが
って電子の分布密度の偏りがフィルムの厚み方向に増大
し、フィルム面に沿った屈折率よりもその厚み方向の屈
折率が大きくなる。すなわち、このようなフィルム状物
は、本発明に従う実質的に最大主屈折率の方向が法線方
向にある光学的複屈折性を有する視角補償手段の１つを
実現する。
前記ポリスチレンフィルムを液晶表示素子の少なくと
も一方側に配置することによって、液晶表示の視角依存
性を改善することができる。後述するように、このポリ
スチレンフィルムから成る視角補償手段は、前述した光
学的位相差補償板28,29などの位相差補償手段を用いた
液晶表示装置に対して顕著な硬化を達成する。
第６図は、本発明の他の実施例である液晶表示装置の
分解断面図である。ここで参照符号は、第１図示の実施
例と対応する部材については同一符号を用いる。液晶表
示セル31は、一対のガラス基板3,4の対向する各表面にI
TOから成る透明電極5,6がパターン形成され、その表面
にはポリイミド系高分子から成る配向膜7,8が被覆され
ている。配向膜7,8の各表面は、ガラス基板3,4間に後述
する液晶材料を封入して液晶層32を形成したときに、そ
の液晶分子が90度捩れ配向するようにその表面に予めラ
ビング処理が施されている。これらガラス基板3,4は、
図示しないシール樹脂を介して貼合わされ、液晶層32が
封入されて液晶表示セル31が構成される。
ガラス基板3,4の相互に反対側には、位相差補償板28,
29が配置され、さらに位相差補償板28,29の相互に反対
側には、偏光板15,16が設けられる。さらにまた位相差
補償板29と偏光板16との間には、本発明に従う視角補償
板30が挿設される。
上記液晶層32の液晶材料としては、正の誘電率異方性
を有するネマティック液晶材料、たとえばフェニルシク
ロヘキサン（PCH）系液晶にツイスト方向を規制するた
めにカイラルドーパントとしてＳ−811（メルク社製）
を0.1wt％添加した混合液晶を用いる。液晶層32の屈折
率異方性Δn3＝0.096であり、液晶層32の層厚d3＝6.0μ
ｍに設定する。
位相差補償板28,29は、ポリカーボネートから成る一
軸延伸フィルムであり、この位相差補償板28,29の法線
方向に伝播する光に対するリターデイション値は200nm
である。視角補償板30は、前記ポリスチレンから形成さ
れ、視角補償板30の法線方向に伝播する光に対するリタ
ーデイション値は、視角補償板30の平面に沿った方向の
２種類の主屈折率をna,nb（na＞nb）、視角補償板30の
板厚をd5として（na−nb）d5＝30nmであり、視角補償板
30においてその平面に沿った方向に伝播する光に対する
リターデイション値、すなわち最大主屈折率を与える視
角補償板30の法線方向の主屈折率をncとして（nc−nb）
d5＝70nmである。
第７図は、液晶表示セル31の基板に垂直な方向から見
た液晶分子の配向角度ならびに位相差補償板28,29、視
角補償板30、および偏光板15,16の各設定角度を示す。
第７図では、液晶表示セル31の基板面に対して、図面上
下方向および左右方向をそれぞれ６時−12時方向および
３時−９時方向と想定する。
捩れ配向した液晶層32のガラス基板３側界面における
液晶分子の長軸方向は、６時方向から９時方向に45度傾
いた矢符a3方向であり、ガラス基板４側界面における液
晶分子の長軸は、前記矢符a3方向からさらに90度捩られ
た矢符a4方向である。
位相差補償板28,29における屈折率最大方向（光軸方
向）a28,a29は、それぞれ前記矢符a4方向および矢符a3
方向である。また偏光板15の偏光方向は、６時方向から
３時方向へ25度の矢符a15方向に配置され、偏光板16の
偏光方向は、６時方向から３時方向へ65度の矢符a16方
向に設定される。さらに視角補償板30は、その延伸方向
すなわち前記主屈折率naを与える方向が３時−９時方向
に配置される。これらの各配置方向の相互関係は、液晶
表示における視角が拡大し、コントラスト比が向上する
ように適宜決められる。
第８図は、液晶表示セル31におけるコントラスト比の
視角依存性を示すグラフである。第８図（１）は液晶表
示セル31の基板面に対して垂直な前記６時−12時方向を
含む平面から見た場合のコントラスト比−視角特性l10
を従来の液晶表示セル17の同特性l11と比較して示し、
第８図（２）は同じく３時−９時方向を含む平面から見
た同特性l12を従来の同特性l13と比較して示す。
第８図から、コントラスト比が５以上において、６時
−12時方向の視角特性が26度以上、３時−９時方向の視
角特性が７度以上それぞれ広く改善されていることが解
る。
以上の実施例では、ツイステッドネマティック型液晶
表示装置に関して本発明を説明してある。
以上説明したように、光学的複屈折性を有し、その最
大主屈折率の方向が実質的に表示用液晶セルの基板面に
対して法線方向となるような視角補償手段を、液晶セ
ル、高分子液晶材料やイオン性結晶材料から成形したフ
ィルム状物、あるいはポリスチレンから成るフィルム状
物のようにその厚み方向に電子の分布密度の偏りが生じ
る高分子材料その他によって実現する。
そのような視角補償手段においては、一般に、液晶セ
ル基板に垂直方向またはフィルム状物の厚み方向に伝播
する光のリターデイション値は視角が大きくなる程増大
する。好ましくは、表示用液晶セルのリターデイション
値と視角補償手段のリターデイション値との和が、視角
に依存して変化しないように設定する。このような視角
補償手段を表示用液晶セルと重合わせて用いることによ
って、表示用液晶セルの透過光に生じる位相差を解消し
て、階調反転のない視角特性を有する液晶表示を実現
し、表示品位を向上することができる。
以上の実施例に示されるように本発明によれば、表示
方式がノーマリホワイト方式およびノーマリブラック方
式のいずれの場合においても、光透過率Ｔθpeakの解消
を視角補償用液晶セル２や視角補償板30,35,38などを用
いて行い、視角特性を改善することができる。
さらに本発明が、薄膜トランジスタやMIM（Metal Ins
ulator Metal）素子、ダイオードなどといった能動素子
を用いて表示駆動を行うアクティブ駆動型液晶表示装置
などに対しても好適に実施できることは勿論である。
発明の効果 本発明によれば、液晶表示素子に視角補償手段を積層
して液晶表示装置を構成するようにしたので、液晶表示
における表示の視角依存性は改善し、白黒表示の際の階
調反転やカラー表示における階調反転が解消する。した
がって、液晶表示装置の表示品位は格段に向上する。
特に本発明によれば、視角補償手段は、その平面に沿
った方向の２種類の主屈折率na,nbが相互に異なり、そ
の面内に異方性を有し、したがって視角改善の光学補償
効果を大きくすることができる。しかも本発明によれ
ば、単一の視角補償手段によって、その視角改善を行う
ことができ、構成の簡略化を図ることができ、したがっ
て垂直配向した液晶と水平配向した液晶などを個別的に
それぞれ設ける必要がない。
特に本発明によれば、液晶表示素子の液晶層は、液晶
分子が90度に捩れ配向するツイステッドネマティック型
であり、表示の視角依存性を解消することが、上述のよ
うに達成される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例である液晶表示装置の構成を
示す分解断面図、第２図は液晶表示セル18の光透過率−
印加電圧特性を示すグラフ、第３図は比較例として従来
の液晶表示セル17の光透過率−印加電圧特性を示すグラ
フ、第４図はコントラスト比の視角依存性を示すグラ
フ、第５図は表示用液晶セル１におけるリターデイショ
ン値の視角依存性を示すグラフ、第６図は本発明の他の
実施例である液晶表示装置の構成を示す分解断面図、第
７図は液晶表示セル31における各配設角度の相互関係を
示す図、第８図は液晶表示セル31におけるコントラスト
比の視角依存性を示すグラフ、第９図は液晶表示セル36
におけるコントラスト比の視角依存性を示すグラフ、第
10図は従来の液晶表示セル17の構成を示す分解断面図、
第11図は視角θを定義するための図、第12図は従来の液
晶表示セル17における光透過率−印加電圧特性を示すグ
ラフ、第13図は液晶表示セル17における光透過率の視角
依存性を示すグラフ、第14図は各種液晶材料における弾
性定数K33/K11とK33/K22の相関関係を示すグラフであ
る。 １……表示用液晶セル、２……視角補償用液晶セル、3,
4,9,10……ガラス基板、5,6……透明電極、7,8,11,12…
…配向膜、13,14,32……液晶層、15,16……偏光板、20,
21……偏光方向、28,29……位相差補償板、30……視角
補償板

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一対の透光性基板間に液晶分子が90度に捩
    れ配向する液晶層を介在して構成される液晶表示素子
    と、 液晶表示素子の少なくとも一方側に配置される光学的複
    屈折性を有する視角補償手段と、 液晶表示素子と視角補償手段の外側に配置される一対の
    偏光部材とを含み、 視角補償手段は、その視角補償手段の平面に沿った方向
    の２種類の主屈折性na,nbが相互に異なり、 前記視角補償手段の最大主屈折率ncの方向は、前記液晶
    表示素子の法線方向のほぼ平行に選ばれることを特徴と
    する液晶表示装置。
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