JP2877152B2 - 液晶表示器 - Google Patents

液晶表示器

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JP2877152B2
JP2877152B2 JP1324076A JP32407689A JP2877152B2 JP 2877152 B2 JP2877152 B2 JP 2877152B2 JP 1324076 A JP1324076 A JP 1324076A JP 32407689 A JP32407689 A JP 32407689A JP 2877152 B2 JP2877152 B2 JP 2877152B2
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秀史 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 視野角が広く、動画表示が可能な液晶表示器に関し、 動画表示にも使用できると共に、視野角の広くとれる
新規な型液晶表示器の提供を目的とし、 液晶が一方向に水平配向された第1の液晶パネルと、
この第1の液晶パネルに積層され、第1の液晶パネル上
の液晶の配向方向と直交する方向に液晶が水平配向され
た第2の液晶パネルと、これら第1と第2の液晶パネル
を挟んで設けられ、偏光方向が直交しかつ前記液晶の配
向方向とは45゜をなす第1と第2の偏光板とを備えた液
晶表示器であって、前記2枚の液晶パネルのリタデーシ
ョンを同一あるいはほぼ同一にし、一方の液晶パネルに
はマトリクス電極を設けて構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は液晶表示器に関し、特に、視野角が広く、動
画表示が可能な液晶表示器に関する。
従来、液晶を180゜以上捩じって(ツイストさせて)
配向させ、マトリクス電極に電圧を印加して表示を行う
スーパーツイステッド・ネマチック型液晶(STN型液
晶)表示装置が広く使用されているが、表示の応答速度
が遅く、動画表示が困難である。このため、新規な液晶
表示器による動画表示への対応が望まれている。
〔従来の技術〕
液晶分子の分子軸を液晶相に沿って90゜捩じる(ツイ
ストさせる)従来のツイステッド・ネマチック型表示
(TN型液晶)は、コントラスト比が低く、大容量表示が
出来なかったが、近年、更にツイスト角度を大幅に増や
して180゜〜270゜の範囲内とし、印加電圧に対する液晶
セルの光学特性変化を急峻にしたSTN型液晶が実用化さ
れている。このSTN型液晶は、その複屈折効果を用いた
表示方法により、液晶は絵素数104〜105の表示が可能に
なり、このようなSTN型液晶を用いた単純マトリクス型
の大容量液晶表示器がワードプロセッサやコンピュータ
等に商品化されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、液晶を180゜以上捩じって配向させるSTN型
液晶表示器は、応答速度が遅く(200ms〜300ms)、動画
表示には使用できないという問題点があった。従って、
従来は動画表示には前述のTN型液晶表示器が使用されて
おり、表示品質の良いSTN型液晶表示器による動画表示
は行われていなかった。
本発明の目的は前記従来のSTN型液晶表示器の有する
課題を解消し、動画表示にも使用できると共に、視野角
(表示装置を見る角度)の広くとれる新規な型液晶表示
器を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成する本発明の液晶表示器は、少なくと
も一方に複数の電極を有する二枚の基板の間に水平配向
された液晶層を挟持した液晶パネルと、該液晶パネルに
積層された垂直配向された液晶層とからなり、該垂直配
向された液晶層のリタデーションΔn・dが、液晶層が
水平配向された液晶パネルのリタデーションΔn・dに
ほぼ等しいことを特徴としている。この垂直配向された
液晶層は二枚の基板間に挟持され、この液晶層と基板と
で液晶パネルを構成しても良く、また、水平方向に光学
軸を有する光学補償手段をさらに積層しても良い。そし
て、光学補償手段は水平配向された液晶層を有する液晶
パネル、あるいは水平方向に光学軸を有する一軸延伸フ
ィルムとすることができる。
第1図(a)と第1図(b)は本発明の原理的な構成
の一例を示すものである。
〔作 用〕
本発明の液晶表示器によれば、マトリクス電極が設け
られた液晶パネルに電圧が印加されると、正の誘電率異
方性を持つ液晶の液晶分子は、ガラス基板に対して垂直
に立ち上がる。液晶分子が立っている時と寝ている時で
は液晶パネル内に入射した光に対する複屈折の作用が異
なり、液晶分子が寝ている状態では一方の液晶パネルの
複屈折の作用が他方の液晶パネルにより打ち消されるの
で、偏光方向が垂直の二枚の偏光板により光は遮断され
る。一方、液晶分子が立っている状態では一方の液晶パ
ネルの複屈折の作用が他方の液晶パネルにより打ち消さ
れないので、偏光方向が垂直の二枚の偏光板を光が透過
する。そして、この光の状態の変化でパターンが応答性
良く表示される。
〔実施例〕
以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第2図は本発明の液晶表示器の第1の形態における一
実施例の構成を示すものである。図において、11は第1
の偏光板、12は第1の液晶パネル、13は第2の液晶パネ
ル、14は第2の偏光板を示している。また、第5図は液
晶パネル12,13の各個の構成を示す断面図である。
第5図に示すように、液晶パネル12,13はガラス基板5
1,52の内側にそれぞれ配向膜53,54が積層されており、
この配向膜53,54のラビング方向は平行でかつ逆方向で
ある。そして、この配向膜53,54の間に液晶分子55が注
入されている。ここで、配向膜53,54は水平配向用膜で
あり、液晶55は正の誘電率異方性を持つネマチック型液
晶であって、水平方向に配向されている。また、第2の
液晶パネル13には一対のガラス基板51,52の上には各々
透明電極がストライプ状に設けられ、その方向は互いに
直交しており、その交差部において液晶に電圧を印加で
きるマトリクス電極となっている。
このように構成された液晶パネル12,13が第2図のよ
うに二枚積層されるが、このとき、第1の液晶パネル12
と第2の液晶パネル13の液晶の配向方向が直交するよう
にする。また、第1の液晶パネル12と第2の液晶パネル
13の液晶のリタデーションΔn・dはこの実施例では等
しいものとし、その値は、例えば1.0μmとする。そし
て、この積層された第1の液晶パネル12と第2の液晶パ
ネル13の液晶は、第1の偏光板11と第2の偏光板14とに
挟まれて積層される。更に、第1の偏光板11と第2の偏
光板14とはその偏光方向が直交するように積層されると
共に、第1の液晶パネル12と第2の液晶パネル13の液晶
の配向方向に対して45゜の角度をなすように積層され
る。
第2の液晶パネル13は電圧が印加されると表示パター
ンを出す働きを持つ。これについて説明する。液晶は正
の誘電率異方性を有し、電圧が印加されるとガラス基板
に対して液晶分子が垂直に立ち上がる。そして、液晶分
子が立っている時と寝ている時では、液晶パネル内に入
射した光に対する複屈折の作用が異なり、電圧が印加さ
れている状態と印加されていない状態との間で光の状態
が変化する。この光の状態変化によってパターンが表示
できるのである。
一方、第1の液晶パネル12は第2の液晶パネル13のリ
タデーションΔn・dを補償する働きを持つ。一般に、
一軸方向の複屈折を有する物質が重なっており、その複
屈折の値が同一で複屈折の光軸が直交する時、光に対す
る複屈折の作用は打ち消されるからである。よって、リ
タデーションΔn・dを第1の液晶パネル12と同一に形
成した第2の液晶パネル13は、第1の液晶パネル12の複
屈折の作用を打ち消す働きを持つのである。
次に、第2図のように構成された液晶表示器の動作を
説明する。まず、印加電圧を0としたとき(このときの
電圧をV0とする)は、偏光板14に入射する光L1は偏光板
14により制限を受け、偏光方向P−P′に振動する光L2
のみが偏光板14を通過する。第2の液晶パネル13に入射
した光L2は分散作用を受けて光L3となる。ところが、第
1の液晶パネル12と第2の液晶パネル13の複屈折の光軸
は直交し、このリタデーションΔn・dの値は同一であ
るので、この時、第2の液晶パネル13のリタデーション
Δn・dにより分散作用をうけた光L3は、第1の液晶パ
ネル12で補償される。よって、第2の液晶パネル12から
の出射光L4は入射光L2と振動方向(偏光方向)が同一と
なって偏光板11に入射される。偏光板11の偏光方向Q−
Q′と偏光板14の偏光方向P−P′とは互いに垂直なた
め、出射光L5は偏光板11に遮断され、表示は“暗”表示
となる。
次に、印加電圧を所定電圧V2にしたときの光の透過に
ついて説明する。偏光板14に入射する光L1は偏光板14に
より制限を受け、偏光方向P−P′に振動する光L2のみ
が偏光板14を通過する。ここで、第2の液晶パネル13中
の液晶分子は電圧V2が印加されることによって立ち上が
り、第2の液晶パネル13の実効的なリタデーションΔn
・dは小さくなっている。よって、第2の液晶パネル13
に入射した光L2は印加電圧V0の時よりも少ない分散作用
を受けて出射光L3となる。ところが、第1の液晶パネル
12の実効的なリタデーションΔn・dの値はそのままで
あるので、光に対する複屈折の作用は第1の液晶パネル
12の方が第2の液晶パネル13よりも大きい。このため、
第2の液晶パネル13のリタデーションΔn・dにより分
散作用をうけた光L3は第1の液晶パネル12で補償されな
い。従って、第2の液晶パネル12からの出射光L4の状態
は入射光L2と異なって散乱状態にあるので、光L4は偏光
板11によっては遮断されず、出射光L5の光強度は0では
なくなり、表示が可能となる。第2図の例では電圧V2
おける液晶表示装置の表示は“明”となる。
第3図は2つの液晶パネル12,13のリタデーションΔ
n・dが等しく構成された第2図の液晶表示器の第2の
液晶パネル13に印加する電圧を変化させた時の透過率−
電圧特性(T−V特性)を示すものである。この図から
分かるように、T−V特性は印加電圧V2の手前で急峻に
立ち上がっている。よって、液晶パネル13に電圧V2を印
加した“明”状態から電圧をマルチプレックス駆動する
ときに用いる電圧V1まで変化させるだけで“暗”状態に
近い状態が作り出せ、大きなコントラストCを持つ液晶
表示器が実現できる。
また、以上のように構成された液晶表示器は液晶の応
答速度が速い。これは、光の透過、遮光を行う時の液晶
の動作において、TN型の液晶表示器とは異なり、液晶の
捩じれをほどくか、或いは液晶を捩じれさせる必要がな
く、液晶が立つか寝るかで時間的には短いからである。
以上説明した実施例では2つの液晶パネル12,13のリ
タデーションΔn・dを等しくしたが、次に、第1の液
晶パネル12のリタデーションΔn・dを第2の液晶パネ
ル13のリタデーションΔn・dに比べて小さくした実施
例について説明する。液晶表示器自体の構成は第2図と
全く同じである。例えば、この実施例では第1の液晶パ
ネル12のリタデーションΔn・dを0.9μm、第2の液
晶パネル13のリタデーションΔn・dを1.0μmとす
る。そして、2つの液晶パネル12,13のリタデーション
Δn・dの差0.1μmは、マトリクス電極の設けられて
いる第2の液晶パネル13に非選択電圧が印加された時の
実効的なリタデーションΔn・dの値の減少分に相当す
るものである。
以上のように第1の液晶パネル12のリタデーションΔ
n・dを第2の液晶パネル13のリタデーションΔn・d
に比べて小さくした液晶表示器の第2の液晶パネル13に
電圧を0から印加していった時のT−V特性は第4図に
示すようになる。第3図と同じ電圧V1において第2の液
晶パネル13の液晶分子が立ち始め、第2の液晶パネル13
の実効的なリタデーションΔn・dが小さくなって第1
の液晶パネル12のリタデーションΔn・dと等しくなっ
ている。これにより、光の分散は補償され、マルチプレ
ックス駆動するときに用いる電圧V1においてコントラス
トの良い“暗”表示が実現される。
この実施例の液晶表示器も動作は前述の実施例の液晶
表示器と同じであるので、液晶の応答速度が速い。
なお、以上説明した実施例において、第1の液晶パネ
ル12の代わりに、水平配向した液晶パネルと同じ複屈折
を有し、光学的に同一の性質を備えたフィルムを用いて
も良い。このようなフィルムの具体的な例としては、複
屈折値が同じで、一軸方向に延伸したプラスチックフィ
ルムがある。
第6図は本発明の液晶表示器の第2の形態における一
実施例の構成を示すものである。図において、11は第1
の偏光板、12は第1の液晶パネル、13は第2の液晶パネ
ル、14は第2の偏光板を示しており、これらは第2図に
示した実施例と同じものであるので、同じ符号を付して
その説明を省略する。この第2の形態の液晶表示器が第
1の形態の液晶表示器と大きく異なるのは、第1の偏光
板11と第1の液晶パネル12との間に、垂直配向した液晶
パネル10が更に積層されている点である。
第7図はこの垂直配向された液晶パネル10と第1の液
晶パネル12とを組み合わせた断面図を示している。液晶
パネル12の構成は前述と同じであり、ガラス基板51,52
の内側にはそれぞれラビング方向が平行かつ逆方向の配
向膜53,54が積層されており、その間に液晶分子55が注
入されている。また、液晶パネル10のガラス基板71,72
の内側には垂直配向用の配向膜73,74が塗布により設け
られており、その間に正の誘電率異方性を持つネマチッ
ク型液晶75が垂直方向に配向されて注入されている。
この実施例では第1と第2の液晶パネル12,13には液
晶の複屈折値Δnが0.2の液晶を採用し、セル厚は6μ
mとした。また、液晶パネル10には、液晶の複屈折値Δ
nが0.2の液晶を採用し、セル厚を6μmとして、リタ
デーションΔn・dを第1と第2の液晶パネル12,13に
合わせた。
次に、第6図のように構成された液晶表示器の動作を
説明するが、第2図と同じ構成部材の動作は同じである
ので、新たに設けられた液晶パネル10の動作について説
明する。
垂直に液晶分子75が配向された液晶パネル10は、液晶
表示器の視野角特性を向上させる働きを持つので、これ
を第7図を用いて説明する。ここでは水平に液晶分子55
が配向された液晶パネル12に対して、垂直に液晶分子75
が配向された液晶パネル10が積層されている場合を考え
る。液晶パネル12に対して垂直な光l1が入射した場合
は、水平に配向している液晶パネル12の液晶は光l1に対
して複屈折の作用を働くのに対して、液晶パネル10の液
晶は光l1に対しては全く作用しない。これに対して、液
晶パネル12に対してある角度φを持った光l2が入射した
場合を考えると、この時、水平に配向している液晶パネ
ル12の液晶による光l2に対する複屈折の作用は前述の角
度φにより減少する。一方、液晶パネル10の液晶による
光l2に対する複屈折の作用は、光l2が角度φだけ傾いた
ことにより増大する。このことから、光が斜めに入射し
た場合に、液晶パネル12の液晶による複屈折作用の減少
度が、液晶パネル10の液晶による複屈折作用の増大によ
り相殺される。これにより、視野角が大きくなっても、
光に対する液晶の作用の大きさは変化せず、視野角特性
が向上する。
よって、第2の形態の液晶表示器では、視野角特性が
液晶パネル10のないものに比べて大幅に改善される。例
えば、垂直配向の液晶パネル10が無い場合には、30゜斜
めから液晶表示器を見ると表示が反転していたのに対し
て、垂直配向の液晶パネル10を組合わせたこの実施例の
装置では60゜斜めから液晶表示器を見た場合に初めて表
示が反転するように特性が改善された。
なお、垂直配向の液晶パネル10を組合わせることによ
る視野角の向上は、第1の液晶パネル12のリタデーショ
ンΔn・dを第2の液晶パネル13のリタデーションΔn
・dに比べて小さくした場合でも、また、第1の液晶パ
ネル12の代わりに、水平配向した液晶パネルと同じ複屈
折を有し、光学的に同一の性質を備えたフィルムを用い
た場合でも同様である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の新規な液晶表示器によ
れば、液晶の応答速度が早く、動画表示にも使用できる
と共に、視野角が広くとれるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の液晶表示器の第1の形態の原理
説明図、第1図(b)は本発明の液晶表示器の第2の形
態の原理説明図、第2図は本発明の第1の形態の液晶表
示器の構成を示す分解斜視図、第3図は第2図の液晶表
示器の2枚の液晶パネルのリタデーションが同じ時のT
−V特性図、第4図は第2図の液晶表示器において第1
の液晶パネルのリタデーションが第2の液晶パネルのリ
タデーションより小さい時のT−V特性図、第5図は第
2図に使用した2枚の液晶パネルの構成を示す断面図、
第6図は本発明の第2の形態の液晶表示器の構成を示す
分解斜視図、第7図は第6図の液晶分子が垂直配向され
た液晶パネルと第1の液晶パネルの積層状態の構成を示
す断面図である。 10……液晶が垂直配向された液晶パネル、11……偏光
板、12……第1の液晶パネル、13……第2の液晶パネ
ル、14……第2図の液晶パネル、51,52……ガラス基
板、53,54……配向膜、55……液晶分子、71,72……ガラ
ス基板、73,74……配向膜、75……液晶分子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1347 G02F 1/1335 510

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも一方に複数の電極を有する二枚
    の基板の間に水平配向された液晶層を挟持した液晶パネ
    ルと、 該液晶パネルに積層された垂直配向された液晶層とから
    なり、 該垂直配向された液晶層のリタデーション(Δn・d)
    が、液晶層が水平配向された液晶パネルのリタデーショ
    ン(Δn・d)にほぼ等しいことを特徴とする液晶表示
    器。
  2. 【請求項2】前記垂直配向された液晶層が、二枚の基板
    間に挟持されており、該液晶層と基板とで液晶パネルを
    構成していることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の液晶表示器。
  3. 【請求項3】水平方向に光学軸を有する光学補償手段を
    さらに積層してなることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項または第2項に記載の液晶表示器。
  4. 【請求項4】前記光学補償手段が、水平配向された液晶
    層を有する液晶パネルであることを特徴とする特許請求
    の範囲第3項に記載の液晶表示器。
  5. 【請求項5】前記光学補償手段が、水平方向に光学軸を
    有する一軸延伸フィルムであることを特徴とする特許請
    求の範囲第3項に記載の液晶表示器。
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