JP2840512B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＮ（ツイステッドネ
マティック）モードの液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＮモードは、低電圧、低消費電力、長
寿命などの特徴をもつ液晶表示装置を作成できるため、
最も広く用いられている。ＴＮ型液晶表示装置は、図６
（１）で示すように、２枚の対向する基板１，２の間に
ネマティック液晶を介在させ、液晶分子の長軸方向が基
板面にほぼ平行でかつ基板間で連続的に９０°捩れた配
向となるように、基板１，２の表面に形成される配向膜
１ｃ，２ｃの配向方向４，５が直交するように形成す
る。前記基板１，２は、図６（２）に示すようにガラス
などの透明基板１ａ，２ａの表面に透明電極１ｂ，２ｂ
および配向膜１ｃ，２ｃをそれぞれ形成して成る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＴＮモードの液晶表示
装置では、液晶分子が屈折率異方性Δｎ（または、複屈
折性という）をもち、図６に示すように基板面に対して
一定の角度δをもつ。したがって、人間の液晶表示装置
を見る角度によってコントラストが変化する、いわゆる
視角特性を有する。一般に、電圧の無印加時に光が透過
して白色表示となるノーマリホワイトモードの場合、電
極に電圧を印加した状態で液晶表示装置の真上（基板面
に対して垂直方向）から見ると、図３の実線Ｋ１に示す
ように、印加電圧値が高くなるにつれて光の透過率が低
下し、飽和すると透過率がほぼ零となり、それ以上印加
電圧を上げても透過率は零のままである。

【０００４】しかしながら、図６に示すように、液晶表
示装置に表示を行う際に、表示に対して正面となるべき
視角の方向（以下、正視角方向）６に視角を傾けていく
と、図３において実線Ｋ２に示すように、印加電圧が高
くなるにつれて透過率が低下してゆき、特定の電圧値を
超えると透過率は再び高くなり、その後再び徐々に低下
するという現象が生じる。このため、視角を正視角方向
６に傾けていくと、特定の角度以上で画像の白黒が反転
する（以下、反転現象という）。これは、液晶分子が傾
いているために視角によって屈折率が変化するために生
じる現象である。

【０００５】つまり、印加電圧が零または比較的低電圧
のときには正視角方向６に位置する観測者７には、図７
（１）に示すように、中央分子３は楕円に見える。徐々
に印加電圧を高くしていくと、中央分子３が電界方向に
移動してゆき、図７（２）に示すように、観測者７には
中央分子３が真円に見える瞬間がある。さらに印加電圧
を高くしてゆくと、中央分子３は電界方向にほぼ平行と
なり、再び観測者７には中央分子３が楕円に見える。こ
のとき、液晶層の厚み方向の屈折率異方性Δｎは、一旦
減少し、特定の電圧を加えると再び増加する。

【０００６】通常、光学部材における複屈折現象は、Ｘ
軸方向の屈折率ｎｘ、Ｙ軸方向の屈折率ｎｙ、Ｚ軸方向
の屈折率ｎｚの３次元で表される屈折率楕円体を特定の
方向（一般に、Ｚ軸方向）から見たときの２次元面内で
の屈折率差に関する現象である。ここで、Ｘ軸およびＹ
軸は光学部材の表面に平行であり、かつ互いに直交し、
Ｚ軸は光学部材の表面の法線方向である。したがって、
液晶表示素子や光学補償フィルムなどのリタデーション
値は、前記屈折率楕円体をＺ軸方向から観察したとき
の、Ｚ＝０で表される平面と楕円体とが交わる平面での
屈折率異方性Δｎ＝ｎｘ−ｎｙと、光学部材の厚さｄと
の積で表される。しかしながら、屈折率楕円体をＺ軸方
向以外の方向から観察した場合、図７に示されるように
その屈折率異方性Δｎが変化するとともに、光路長も変
化するので、位相差がＺ軸方向から観察した場合とは異
なるものと考えられる。

【０００７】また同様の理由から正視角方向６以外の視
角方向においても、透過率−電圧特性は異なるため、反
転現象は生じないが、視角を深くしていくと、白黒のコ
ントラスト比が低くなるという視角特性をもつこととな
る。このようにＴＮモードの液晶表示装置においては、
視角特性をもつのが普通であり、特に正視角方向で見ら
れる反転現象は見る人にとって大変障害となり、その液
晶表示装置の表示性能そのものを疑わせる結果となる。

【０００８】本発明の目的は、反転現象をなくして視角
特性を改善し、表示品位が向上する液晶表示装置を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の透光性
基板間に分子の長軸方向が螺旋状に約９０°捩れるよう
に配向させたツイステッドネマティック液晶層を介在し
た液晶表示素子を、第１および第２偏光板間に配置して
構成される液晶表示装置において、前記第１および第２
偏光板のうち少なくともいずれか一方の偏光板と液晶表
示素子との間に光学補償部材を配置し、前記光学補償部
材は、前記偏光板側に配置される１または複数の位相差
板と、液晶表示素子側に配置される第３偏光板とから成
り、前記光学補償部材の法線方向に対して３０°傾斜し
た方向のリタデーション値が２０ｎｍ以上であり、前記
位相差板の屈折率楕円体は、平面方向の屈折率をｎｘ，
ｎｙとし、厚み方向の屈折率をｎｚとすると、ｎｘ＝ｎ
ｙ＞ｎｚの関係を有し、前記第３偏光板の吸収軸と、前
記第１および第２偏光板のうち第３偏光板が配置された
側の偏光板の吸収軸とが一致し、前記第３偏光板に最近
接する位相差板の傾斜軸と、前記第３偏光板の吸収軸と
が一致していることを特徴とする液晶表示装置である。

【００１０】また本発明は、前記位相差板を複数枚重ね
て配置するときには、各位相差板の傾斜軸が互いに垂直
であることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、第１偏光板、液晶表示素子、
第２偏光板が順に配置され、かつ第１偏光板と液晶表示
素子との間、および第２偏光板と液晶表示素子との間の
少なくともいずれか一方に、たとえば前者に光学補償部
材が配置される。該光学補償部材は、１または複数の位
相差板と第３偏光板とから成り、第１偏光板側に位相差
板が配置され、液晶表示素子側に第３偏光板が配置され
る。また、該光学補償部材の法線方向に対して３０°傾
斜した方向のリタデーション値は２０ｎｍ以上であり、
位相差板の屈折率楕円体はｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有
し、厚み方向の屈折率が小さく丸い形である。さらに、
第３偏光板の吸収軸と前記第１偏光板の吸収軸とが一致
し、第３偏光板に最近接する位相差板の傾斜軸と第３偏
光板の吸収軸とが一致するよう配置される。

【００１２】液晶表示の反転現象と視角特性とを改善す
るためには、液晶分子のもつ縦方向（基板面に対して垂
直方向）の屈折率を視角によらず一定にすればよいと考
えられる。すなわち、正視角方向で考えると、液晶表示
装置の真上（基板面に対して垂直方向）から視角を深く
してゆくに従って縦方向の屈折率異方性Δｎが「大」→
「０」→「大（逆方向）」と変化するものを抑制すれば
よいと考えられる。本発明では、前記液晶分子の屈折率
異方性Δｎの変化を抑制するために、これらの変化を相
殺できるような屈折率異方性Δｎをもった光学補償部材
を用いる。

【００１３】したがって、正視角方向から観察した際に
生じる反転現象に起因する光が、第３偏光板で偏光され
て液晶表示素子の厚み方向に生じる屈折率異方性Δｎを
相殺することとなり、反転現象やコントラストの低下を
なくすことが可能となるとともに、視野角を拡大するこ
とが可能となる。また、位相差板の屈折率楕円体はｎｘ
＝ｎｙ＞ｎｚであるので、正視角方向、逆視角方向およ
び左右視角方向のコントラスト特性を向上することが可
能となる。

【００１４】また、本発明に従えば、前記光学補償部材
の位相差板を複数枚重ねて配置するときには、各位相差
板の傾斜軸が互いに垂直となるように配置される。この
場合でも、前述と同様の作用が得られ、視角特性を向上
することが可能となる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例である液晶表
示装置１１の構成を示す斜視図である。液晶表示装置１
１は、液晶素子１２と、偏光板１３，１４と、光学補償
板１５とを含んで構成される。液晶素子１２は偏光板１
３，１４間に配置され、さらに液晶素子１２と偏光板１
３との間には光学補償板１５が配置される。

【００１６】液晶素子１２は、透光性基板１６，１７、
透明電極１８，１９、配向膜２０，２１、液晶層２２、
スペーサ２３、封止剤２４を備える。透光性基板１６，
１７は、たとえばガラスで実現され、該透光性基板１
６，１７間にはネマティック液晶で実現される液晶層２
２が介在されている。透光性基板１６，１７の液晶層２
２側表面には、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で
実現される透明電極１８，１９と、たとえば日本合成ゴ
ム株式会社製のポリイミド樹脂で実現される配向膜２
０，２１とがそれぞれこの順に形成される。前記配向膜
２０，２１の表面には、たとえばナイロン繊維を織込ん
だ布を用いたラビング処理によって配向処理が施されて
いる。前記透光性基板１６，１７は、たとえばプラスチ
ックビーズで実現されるスペーサ２３によって、その間
隔が５．０μｍに保持され、さらに封止剤２４によって
貼合わせられる。前記透明電極１８，１９は、セグメン
ト型、単純マトリクス型、アクティブマトリクス型のい
ずれの型であってもよい。

【００１７】図１において手前側、すなわちいわゆる６
時方向に観測者が位置した場合の３時−９時方向を基準
方向３１とすると、透光性基板１６に形成された配向膜
２０の配向方向２０ａは、基準方向３１に対して反時計
まわり方向に４５°の角度となるように形成される。ま
た、透光性基板１７に形成された配向膜２１の配向方向
２１ａは、基準方向３１に対して時計まわり方向に４５
°の角度となるように形成される。したがって、液晶層
２２の液晶分子は基板１６，１７間で螺旋状にほぼ９０
°捩れ、基板１６側から見ると、液晶分子は反時計まわ
り方向の捩れ方向３２に示すように旋回する。

【００１８】さらに、偏光板１３の吸収軸１３ａは、基
準方向３１に対して反時計まわり方向に４５°の角度と
なるように、すなわち透光性基板１６に形成された配向
膜２０の配向方向２０ａと一致するように配置される。
偏光板１４の吸収軸１４ａは、基準方向３１に対して時
計まわり方向に４５°の角度となるように、すなわち透
光性基板１７に形成された配向膜２１の配向方向２１ａ
と一致するように配置される。

【００１９】前記光学補償板１５は、偏光板２５と位相
差板２６とから成り、前記液晶素子１２側に偏光板２５
が配置され、前記偏光板１３側に位相差板２６が配置さ
れる。偏光板２５は、たとえば日東電工社製、サンリッ
ツ社製、富士フィルム社製の高透過率偏光板が用いら
れ、位相差板２６としては、たとえば富士フィルム社
製、住友化学社製、日東電工社製、サンリッツ社製のも
のが用いられる。また、前記位相差板２６の屈折率楕円
体は、平面方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の屈折率をｎ
ｘ，ｎｙとし、厚み方向（Ｚ軸方向）の屈折率をｎｚと
すると、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有する。さらに、前
記偏光板２５と位相差板２６とから成る光学補償板１５
の法線方向に対して３０°傾斜した方向のリタデーショ
ン値は、２０ｎｍ以上に設定される。

【００２０】偏光板２５の吸収軸２５ａは、基準方向３
１に対して反時計まわり方向に４５°となるように配置
され、位相差板２６の傾斜軸２６ａも基準方向３１に対
して反時計まわり方向に４５°となるように配置され
る。すなわち、両者は配向膜２０の配向方向２０ａと偏
光板１３の吸収軸１３ａと一致するように配置される。
このような液晶表示装置１１に入射した光３３は、偏光
板１４、液晶素子１２、光学補償板１５、偏光板１３の
順に通過して出射し、観察者によって観察される。

【００２１】図２は、本発明の第２の実施例である液晶
表示装置３０の構成を示す斜視図である。液晶表示装置
３０は、第１の実施例の液晶表示装置１１とほぼ同じ構
成であるが、光学補償板１５が偏光板２５と２枚の位相
差板２６，２７とから成ることを特徴とする。液晶素子
１２側に偏光板２５が配置され、偏光板１３側に位相差
板２７、位相差板２６がこの順に配置される。位相差板
２７は前記位相差板２６と同様のものが使用される。偏
光板２５の吸収軸２５ａと位相差板２６の傾斜軸２６ａ
とは、第１の実施例と同じように配置され、位相差板２
７の傾斜軸２７ａは、基準方向３１に対して時計まわり
方向に４５°となるように配置される。すなわち、位相
差板２６の傾斜軸２６ａとの角度が９０°となるように
配置される。

【００２２】図３は、本発明の第１および第２の実施例
である液晶表示装置１１，３０の印加電圧−透過率特性
を示すグラフである。図３中の実線Ｋ１は、液晶表示装
置１１，３０および従来の液晶表示装置を真上（基板面
に対して垂直方向）から見たときの特性を示し、実線Ｋ
３は、液晶表示装置１１，３０に表示を行う際に、表示
面に対して正面となるべき視角の方向（正視角方向）に
４０°傾けた位置から見たときの特性を示す。また、実
線Ｋ２は、光学補償板１５を用いない従来の液晶表示装
置を正視角方向に４０°傾けた位置から見たときの特性
を示す。

【００２３】実線Ｋ３には、実線Ｋ２に見られるような
印加電圧が高くなるにつれて透過率が低下してゆき、特
定の電圧値を超えると透過率は再び高くなり、その後再
び徐々に低下するという現象は見られない。これは、光
学補償板１５を構成する偏光板２５によって反転現象を
生じる光が偏光されるためと考えられ、結果的に、液晶
層２２の厚み方向の屈折率異方性Δｎの変化を相殺する
こととなり、従来のような反転現象やコントラストの低
下をなくすことが可能となる。

【００２４】図４は、本発明に基づく液晶表示装置の視
角特性を示すグラフであり、図５は光学補償板１５を用
いない従来の液晶表示装置の視角特性を示すグラフであ
る。図４に視角特性を示した液晶表示装置の光学補償板
は、該補償板の法線方向に対して３０°傾斜した方向の
リタデーション値が約４０ｎｍであり、また光学補償板
の位相差板は酢酸ビニル（ＶＡｃ）フィルムを複数枚使
用したものである。図中の（０）方向は正視角方向を示
し、（１８０）方向は逆視角方向を示す。また、（−９
０）および（９０）方向は左右の視角方向を示す。さら
に、縦軸および横軸は、縦軸と横軸との交点を表示面に
対して垂直としたときの各視角方向への傾き角度を示
す。図示した複数の実線は、それぞれ等コントラストの
位置を結んだものである。

【００２５】図４および図５において、たとえばコント
ラスト２０の位置を示す実線ＣＲ２０を比較すると、図
４に示される実線ＣＲ２０の方が図５に示される実線Ｃ
Ｒ２０より正視角方向の範囲が著しく拡大していること
が判る。また、若干ではあるが、図４の方が逆視角方
向、左右視角方向のコントラスト特性が向上しているこ
とが判る。

【００２６】以上のように本実施例によれば、液晶素子
１２と偏光板１３との間に光学補償板１５が配置され、
該光学補償板１５を構成する位相差板２６，２７の屈折
率楕円体はｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚとされる。したがって、液
晶層２２の厚み方向の屈折率異方性Δｎの変化を相殺す
ることができ、反転現象の発生やコントラストの低下を
なくすことが可能となる。また、従来と比較して反転現
象の生じない視角範囲が増大するので、液晶表示装置１
１，３０の視野角を拡大することが可能となる。さら
に、位相差板２６，２７の平面方向の屈折率ｎｘ，ｎｙ
が等しいので、正視角方向、逆視角方向および左右視角
方向のコントラスト特性を向上することが可能となる。

【００２７】なお、第１および第２の実施例では、光学
補償板１５を構成する位相差板２６，２７を１枚あるい
は２枚用いる例について説明したけれども、使用枚数は
これに限るものではなく、３枚以上使用する場合も本発
明の範囲に属するものである。この場合、重なり合う位
相差板の傾斜軸が互いに垂直となるように配置され、使
用枚数の増加にかかわらず同様の効果が得られる。

【００２８】また、第１および第２の実施例では液晶表
示素子１２と偏光板１３との間に光学補償板１５を設け
る例について説明したけれども、液晶表示素子１２と偏
光板１４との間に設ける例や、両者に設ける例も本発明
の範囲に属するものである。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、位相差板
と第３偏光板とから成る光学補償部材が液晶表示素子と
偏光板との間に配置される。したがって、反転現象に起
因する光が第３偏光板で偏光され、液晶表示素子の厚み
方向に生じる屈折率異方性Δｎが相殺されるので、正視
角方向の反転現象やコントラストの低下をなくすことが
可能となる。また、反転現象の生じない視角範囲が増大
するので、視野角を拡大することが可能となる。さら
に、位相差板の平面方向の屈折率ｎｘ，ｎｙは等しいの
で、正視角方向、逆視角方向および左右視角方向のコン
トラスト特性を向上することが可能となる。

【００３０】また、本発明によれば、光学補償部材の位
相差板は複数から成り、それぞれ位相差板の傾斜軸が互
いに垂直となるように配置される。したがって、前述し
たのと同様の効果が得られ、視角特性が向上して良好な
表示品位が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である液晶表示装置１１
の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施例である液晶表示装置３０
の構成を示す斜視図である。

【図３】液晶表示装置１１，３０の印加電圧−透過率特
性を示すグラフである。

【図４】本発明に基づく液晶表示装置の視角特性を示す
グラフである。

【図５】従来の液晶表示装置の視角特性を示すグラフで
ある。

【図６】従来の液晶表示装置の構成を示す図である。

【図７】電圧印加に伴う中央分子３の傾きを示す図であ
る。

【符号の説明】

１１，３０ 液晶表示装置 １２ 液晶素子 １３，１４，２５ 偏光板 １５ 光学補償板 １６，１７ 透光性基板 ２２ 液晶層 ２６，２７ 位相差板

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の透光性基板間に分子の長軸方向が
   螺旋状に約９０°捩れるように配向させたツイステッド
   ネマティック液晶層を介在した液晶表示素子を、第１お
   よび第２偏光板間に配置して構成される液晶表示装置に
   おいて、 前記第１および第２偏光板のうち少なくともいずれか一
   方の偏光板と液晶表示素子との間に光学補償部材を配置
   し、 前記光学補償部材は、前記偏光板側に配置される１また
   は複数の位相差板と、液晶表示素子側に配置される第３
   偏光板とから成り、 前記光学補償部材の法線方向に対して３０°傾斜した方
   向のリタデーション値が２０ｎｍ以上であり、 前記位相差板の屈折率楕円体は、平面方向の屈折率をｎ
   ｘ，ｎｙとし、厚み方向の屈折率をｎｚとすると、ｎｘ
   ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有し、 前記第３偏光板の吸収軸と、前記第１および第２偏光板
   のうち第３偏光板が配置された側の偏光板の吸収軸とが
   一致し、 前記第３偏光板に最近接する位相差板の傾斜軸と、前記
   第３偏光板の吸収軸とが一致していることを特徴とする
   液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記位相差板を複数枚重ねて配置すると
   きは、各位相差板の傾斜軸が互いに垂直であることを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示装置。