JP2811396B2 - 光学補償シ−トを用いた液晶表示素子 - Google Patents
光学補償シ−トを用いた液晶表示素子Info
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Description
表示色の視角特性改良された液晶表示素子に関する。
プパソコン等のOA機器の表示装置の主流であるCRT
は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点をもった液
晶表示素子に変換されてきている。現在普及している液
晶表示素子(以下LCDと称す)の多くは、ねじれネマ
ティック液晶を用いている。このような液晶を用いた表
示方式としては、複屈折モードと旋光モードとの2つの
方式に大別できる。
配列のねじれ角90°以上ねじれたもので、急崚な電気
光学特性をもつ為、能動素子(薄膜トランジスタやダイ
オード)が無くても単純なマトリクス状の電極構造でも
時分割駆動により大容量の表示が得られる。しかし、応
答速度が遅く(数百ミリ秒)、諧調表示が困難という欠
点を持ち、能動素子を用いた液晶表示素子(TFT−L
CDやMIM−LCDなど)の表示性能を越えるまでに
はいたらない。
晶分子の配列状態が90°ねじれた旋光モードの表示方
式(TN型液晶表示素子)が用いられている。この表示
方式は、応答速度が速く(数10ミリ秒)、容易に白黒
表示が得られ、高い表示コントラストを示すことから他
の方式のLCDと比較して最も有力な方式である。しか
し、ねじれネマティック液晶を用いている為に、表示方
式の原理上、見る方向によって表示色や表示コントラス
トが変化するといった視角特性上の問題があり、CRT
の表示性能を越えるまでにはいたらない。
58923号公報などに見られるように、一対の偏光板
とTN液晶セルの間に、位相差フィルムを配置すること
によって視野角を拡大しようとする方法が提案されてい
る。
は、液晶セルの表面に対して、垂直な方向に位相差がほ
ぼゼロのものであり、真正面からはなんら光学的な作用
を及ぼさず、傾けたときに位相差が発現し、液晶セルで
発現する位相差を補償しようというものである。しか
し、これらの方法によってもLCDの視野角はまだ不十
分であり、更なる改良が望まれている。特に、車載用
や、CRTの代替として考えた場合には、現状の視野角
では全く対応できないのが実状である。
向とに異なる屈折率を有することは一般に知られてい
る。この様な屈折率の異方性を示す液晶分子にある偏光
が入射すると、その偏光は液晶分子の角度に依存して偏
光状態が変化する。ねじれネマティック液晶の液晶セル
の分子配列は、液晶セルの厚み方向に液晶分子の配列が
ねじれた構造を有しているが、液晶セル中を透過する光
は、このねじれた配列の液晶分子の個々の液晶分子の向
きによって逐次偏光して伝搬する。従って、液晶セルに
対し光が垂直に入射した場合と斜めに入射した場合とで
は、液晶セル中を伝搬する光の偏光状態は異なり、その
結果、見る方向によって表示のパターンが全く見えなく
なったりするという現象として現れ、実用上好ましくな
い。
セルにおいて、正面コントラストを低下させずに、表示
コントラスト及び表示色の視角特性の改善された液晶表
示素子を提供するものである。
板間にTN型液晶を挟持してなる液晶セルと、その両側
に配置された2枚の偏光素子と、該偏光素子の間に少な
くとも2枚の光学補償シートを配置した液晶表示素子に
おいて、該2枚の光学補償シートが、遅相軸のなす角が
90±35゜となるように組み合わされており、かつ該
光学補償シートのうちの1枚の光学補償シートのレター
デーションが20〜200nmの範囲にあって、その光
学補償シートのレターデションと他の光学補償シートの
レターデーションの差が5〜100nmにあることを特
徴とする液晶表示素子にある。上記の2枚の光学補償シ
ートのレターデーションは共に20〜200nmの範囲
にあることが好ましい。また、レターデーションの大き
い方の光学補償シートの遅相軸の方向は、液晶セルの主
視角に対して略90゜であることが好ましい。
じれ角がほぼ90°である)表示素子を例にとり本発明
の作用を説明する。図1、図2、図3は、液晶セルにし
きい値電圧以上の電圧を印加した場合の液晶セル中を伝
搬する光の偏光状態を示したものであり、電圧無印加時
では明状態を示すものである。図2は、液晶セルに光が
垂直に入射した場合の光の偏光状態を示した図である。
自然光0が偏光軸1.1をもつ偏光板1に垂直に入射し
たとき、偏光板1を透過した光は、直線偏光1.3とな
る。
圧を印加した時の液晶分子の配列状態を、概略的に1つ
の液晶分子モデルで示したものである。液晶セル中の液
晶分子3.3の分子長軸が光の進路1.4と平行な場
合、入射面(光の進路に垂直な面内)での屈折率の差が
生じないので、液晶セル中を伝搬する常光と異常光の位
相差が生じず直線偏光1.3は液晶セルを透過すると直
線偏光のまま伝搬する。偏光板2の偏光軸2.1を偏光
板1の偏光軸1.1と垂直に設定すると、液晶セルを透
過した光3.1は偏光板を透過することができず暗状態
となる。
合の光の偏光状態を示した図である。入射光の自然光0
が斜めに入射した場合、偏光板1を透過した偏光光1.
3はほぼ直線偏光になる。(実際の場合、偏光板の特性
により楕円偏光になる)。この場合、液晶の屈折率異方
性により液晶セルの入射面において屈折率の差が生じ、
液晶セルを透過する光3.1は楕円偏光して偏光板2を
透過してしまう。この様な斜方入射における光の透過
は、コントラストの低下を招き好ましくない。
トラストの低下を防ぎ、視角特性を改善し、同時に、正
面のコントラストを改善しようとするものである。図1
に本発明による構成の一例を示した。偏光板2と液晶セ
ル3との間に本発明の光学補償シートの積層体7が配置
されている。この光学補償シートの積層体7は2枚一組
で光学軸に対して光が入射する角度が大きくなる程大き
く偏光する複屈折体と同様な働きをする。この様な構成
の液晶表示素子に図3の場合と同様に光が斜方入射し液
晶セル3を透過した楕円偏光した光3.1は、光学補償
シートの積層体7を透過する時の位相遅延作用によって
楕円偏光が元の直線偏光に変調され、種々の斜方入射に
おいても同一な透過率が得られる視角依存性のない良好
な液晶表示素子が実現できた。
を大幅に向上できたことについては以下のように推定し
ている。TN−LCDの多くは、ノーマルーホワイトモ
ードが採用されている。このモードにおいて、視角を大
きくすることに伴って、黒表示部からの光の透過率が著
しく増大し、結果としてコントラストの急激な低下を招
いていることになる。黒表示は電圧印加時の状態である
が、この時には、TNセルは、光学軸が、セルの表面に
対する法線方向から若干傾いた正の一軸性光学異方体と
みなすことができる。このわずかな光軸の傾斜によって
真正面でも複屈折が生じるだけではなく、セルの上下方
向すなわち主視角方向で視野角の著しい非対称性が生
じ、上下どちらか一方または両方向の視野角が著しく損
なわれることになる。これは実際の現象と一致してい
る。
ーデーションの差が5〜100nmである光学補償シー
トが少なくとも2枚含まれているので、この真正面に生
じたわずかな複屈折を補償し、主視角方向の非対称性を
改善するとともに、大幅な視角特性改善を達成したもの
と思われる。
長632.8nmの光に対する光学補償シートの面内の
主屈折率をnx、ny(nx>ny)とし、光学補償シ
ートの厚さをdとしたとき、(nx−ny)×dであ
る。
くとも2枚使用し、そのうちの少なくとも一枚のレター
デーションとその他の光学補償シートのうちの少なくと
も一枚のレターデーションの差が5nm以上100nm
以下であることが好ましい。より好ましくは10nm以
上70nm以下である。
ルの後においてあるが、光学補償シートの位置は偏光素
子の間にあればどこであってもよい。例えば、液晶セル
の前に積層しても構わないし、液晶セルの前後にわけて
おいても構わない。また、光学補償シートを本発明の2
枚を含めて、3枚以上用いてもよい。
される角度は、レターデーションの差が5nm以上10
0nm以下である2枚の光学補償シートの遅相軸同士が
90±30゜となるように組み合わせることが好まし
い。好ましくはレターデーションの大きい方の光学補償
シートの遅相軸が液晶セルの主視角軸に対して略90゜
に配置することである。
くは高分子のフィルムまたは板状物として提供される
が、該光学補償シートの光の透過率は80%以上が好ま
しく、90%以上が更に好ましい。
用される高分子素材は特に制限はないが、ポリカーボネ
ート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレン
スルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリアリル
スルホン、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、セルロース系
重合体、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、、ポリ
メチルメタクリレート、日本ゼオン製のポリオレフィン
系素材である商品名ゼオネックス280等、また、二元
系、三元系、各種重合体、グラフト共重合体、ブレンド
物など好適に利用される。また、正または負の固有複屈
折を有する低分子液晶を高分子マトリックス中に分散し
たシートなどを使用しても構わない。
記の高分子素材を一軸延伸またはアンバランス二軸延伸
して得られる。一軸延伸は通常知られているような縦一
軸または横一軸どちらでもよい。
られた分子量12万のポリカーボネートを二塩化メチレ
ンに溶解し、18%溶液とした。これをスチールドラム
上に流延し、連続的にはぎ取り乾燥し、厚さ60μmの
フィルムを得た。このフィルムを島津製作所製のエリプ
ソメーターAEP−100によって波長632.8nm
におけるレターデーション値を測定したところ85nm
であった。これはフィルムをスチールドラムはぎ取ると
きのテンションによって発現したものと思われる。該フ
ィルムを190゜の雰囲気で1時間熱緩和したところレ
ターデーション値はほぼゼロとなった。このフィルムを
180゜の延伸条件で縦一軸延伸で延伸倍率を変え、レ
ターデーション値の異なるフィルムを作成した(サンプ
ルA〜E)。
ックス280をトルエン/二塩化メチレン(75%/2
5%)の混合溶媒に溶解し、固形分25%の溶液とし
た。これをスチールバンド上に流延し、厚さ100μm
のゼオネックスフィルムを得た。このフィルムはAEP
−100の測定でレターデーション値はほぼゼロであっ
た。該フィルムを155゜の温度条件で、縦一軸延伸で
延伸倍率を変え、レターデーション値の異なるフィルム
を作成した(サンプルF〜H)。
P−100を用いて、面内方向における屈折率の最大値
nx、最小値nyの測定を行った。サンプルの厚みをd
として、(nx−ny)×dを厚み方向のレターデーシ
ョンとした。
液晶が90゜の捻れ角で、かつ、厚さ4.5μmのギャ
ップサイズで挟み込まれた液晶セルと該偏光素子の間
に、光学補償シートを装着した場合、及び装着しない場
合について、大塚電子製LCD−5000にて0V/5
Vの(白/黒)コントラスト10基準の上下左右の視野
角を測定した。その結果を表3に示す。
角特性に優れていることがわかる。
の視角特性が改善され、視認性にすぐれる高品位表示の
液晶表示素子を提供することができる。また、本発明を
TFTやMIMなどの3端子、2端子素子を用いたアク
ティブマトリクス液晶表示素子に応用しても優れた効果
が得られることは言うまでもない。
する図である。
垂直に光が入射する場合の光の透過状態を説明する図で
ある。
斜めに光が入射する場合の光の透過状態を説明する図で
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 2枚の電極基板間にTN型液晶を挟持し
てなる液晶セルと、その両側に配置された2枚の偏光素
子と、該偏光素子の間に少なくとも2枚の光学補償シー
トを配置した液晶表示素子において、該2枚の光学補償
シートが、遅相軸のなす角が90±35゜となるように
組み合わされており、かつ該光学補償シートのうちの1
枚の光学補償シートのレターデーションが20〜200
nmの範囲にあって、その光学補償シートのレターデシ
ョンと他の光学補償シートのレターデーションの差が5
〜100nmにあることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項2】 2枚の光学補償シートのレターデーショ
ンが共に20〜200nmの範囲にあることを特徴とす
る請求項1に記載の液晶表示素子。 - 【請求項3】 レターデーションの大きい方の光学補償
シートの遅相軸の方向が、液晶セルの主視角に対して略
90゜であることを特徴とする請求項1もしくは2に記
載の液晶表示素子。
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