JP2945143B2

JP2945143B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2945143B2
Application number: JP2400795A
Authority: JP
Inventors: 秀史吉田; 一孝花岡; 公昭中村; 誠大橋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JPH04212928A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】近年、液晶を用いた表示装置が、
ＯＡ機器を初めとするディスプレイ装置に用いられるま
でになっている。本発明は、液晶表示装置における視角
特性の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置では、ＴＮ方式が広
く用いられてきたが、これは液晶がねじれて配向してお
り、電圧を印加するとねじれがほどけて液晶分子が起き
上がることを利用して表示を行なっている。

【０００３】図７は液晶分子と入射光との角度による効
果を示す図である。（ａ）に示すように、液晶分子１の
長軸に対し入射光２が平行な場合は、液晶による光学的
な効果が最小で、（ｃ）のように液晶分子１の長軸に対
し入射光２が垂直な場合は、液晶による光学的な効果が
最大となる。（ｂ）のように、液晶分子１の長軸に対し
入射光２が斜めな場合は、液晶による光学的な効果は、
前記（ａ）（ｂ）の中間の状態となる。

【０００４】図８はＴＮ型液晶パネルの作用を示す図
で、（ａ）は印加電圧が０の状態、（ｂ）は印加電圧が
中の状態、（ｃ）は印加電圧が大の状態である。この液
晶表示パネルは、２枚のガラス基板３、４間に液晶が封
入されており、背面に光源を設け、透過光が最大の場合
に明状態、透過光が最小の場合に暗状態となることで、
表示が行なわれる。いま、（ａ）に示すように、印加電
圧が０の場合は、液晶表示パネルの正面から見た場合、
液晶分子１が入射光２と直角になるため、液晶の光学的
効果が最大となる。これに対し、斜めから見ると、５、
６で示すように、液晶分子１に対し入射光が斜めになる
ため、液晶の光学的効果は中の状態となる。

【０００５】（ｂ）に示すように、印加電圧が中の状態
では、ほとんどの液晶分子１がガラス基板３、４に対し
斜めになるため、正面から見た場合、入射光２に対する
液晶の光学的効果は中となる。ところが、Ａ位置で斜め
から見ると、入射光５が液晶分子１と平行になるため、
液晶の光学的効果は最小となり、逆にＢ位置で斜めから
見ると、入射光６が液晶分子１と直角になるため、液晶
の光学的効果は最大となる。したがって、見る位置によ
って、明状態となったり、暗状態となったり、中間状態
となったりする。

【０００６】（ｃ）に示すように、印加電圧が大の場合
は、液晶分子１がガラス基板３、４と垂直になり、正面
から見た場合、液晶分子１と入射光２とが平行となるた
め、液晶の光学的効果は最小となる。ところが、斜めか
ら見ると、入射光５、６が液晶分子１に対し斜めになる
ため、液晶の光学的効果は中となる。

【０００７】正面から見た場合は、液晶の光学的効果は
(a)(b)(c) において、それぞれ大、中、小の順となる
が、斜め位置Ａから見た場合は中、小、中となり、順番
が逆転している。このため表示は、本来黒表示の所が灰
色となり、灰色表示であるべき所が黒となり、表示が反
転してしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＴ
Ｎ型の液晶表示装置では、見る角度によって表示状態が
変化し、視角特性が悪いため、見づらいといった欠点が
ある。

【０００９】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、視角特性にすぐれた液晶表示装置を実現するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明による液晶
表示装置の基本原理を説明する断面図であり、（ａ）は
印加電圧がオフの状態、（ｂ）は電圧印加状態である。
２枚の透明基板７、８間に、電圧無印加時には入射光を
散乱するように液晶分子の配列が無秩序で、電圧印加時
に入射光をそのまま透過させる方向に配向するように液
晶と、ポリマーからなる媒剤９が封入されている。そし
て、透明基板７、８の外側に、偏光方向が直交した一対
の偏光板11と12が重ねられている。なお、液晶と媒剤９
との分散状態は、液晶パネルの種類によって異なる。

【００１１】前記の電圧無印加時には入射光を散乱する
ように液晶分子の配列が無秩序で、電圧印加時に入射光
をそのまま透過させる方向に配向する液晶パネルとして
は、請求項２に示す高分子分散型ＬＣＤや、請求項３に
示すポリマーネットワーク型ＬＣＤが適しており、また
前記ポリマーとしては、請求項４に示すように高分子液
晶が適している。

【００１２】請求項５に示すように、表示面側の透明基
板７と偏光板11との間に、円座ぶとん型の光学異方性を
有するフィルム10が重ねられている。このフィルム10
は、背面側の透明基板８と偏光板12との間に設けてもよ
い。

【００１３】

【作用】例えば、ポリマーと液晶の液滴を混ぜてなる高
分子分散型液晶パネルなどのように、電圧無印加時には
入射光を散乱するように液晶分子の配列が無秩序で、電
圧印加時に入射光をそのまま透過させる方向に配向する
液晶パネルでは、透明基板の内面の透明電極13、14間に
電圧を印加すると、（ｂ）に示すように、各液晶分子１
が、電界の方向に向き、透明基板７、８と直角になる。
電圧を印加しない状態では、（ａ）のように、各液晶分
子１の向きが無秩序の状態となる。

【００１４】いま、（ａ）図のように、電圧無印加の状
態では、各液晶分子１の方向がそろっていないため、背
面からの入射光２は散乱される。そして、散乱光なた
め、偏光板11の影響を受けず、偏光板11を通過して乳白
色に見え、明状態となる。

【００１５】一方、（ｂ）のように、透明電極13、14間
に電圧が印加された場合は、液晶分子１が立ち上がって
いるため、入射光２は散乱されることなく、偏光板12に
よる偏光状態は保たれるので、偏光板11を通過できず暗
状態となる。

【００１６】ところで、液晶パネルに対し斜めから目視
した状態、すなわち光が斜めから入射した場合について
考えると、電圧無印加の際は、散乱光が出射するため、
どの方向から見ても明るさに差異は生じない。また、電
圧印加状態では、液晶分子の状態は、上下左右各視角方
向に差異は生じない。しかも、ＴＮ液晶のように液晶分
子が斜めに一様に配列したパネルを見るということはな
いので、見る方向によって表示が反転したりすることも
ない。

【００１７】しかしながら、円座ぶとん型の光学的異方
性を持つフィルム10を有しない場合は、斜めから見る
と、図７（ｂ）の場合と同様に、液晶分子１と入射光２
とが斜めとなり、液晶の光学的効果が多少現れるため、
偏光板11を透過した漏れ光が見えることになる。

【００１８】この漏れ光を完全に遮断するために、請求
項５に記載のように、円座ぶとん型の光学異方性を持つ
フィルム10が積層されている。図２は円座ぶとん型の光
学異方性を持つフィルム10の作用を説明する図、図３は
液晶分子の光学的作用を説明する図である。

【００１９】図３（ａ）に示すように、液晶分子１の屈
折率を立体的に表現すると、ラグビーボール状の屈折率
楕円体に近似できる。これを斜めから見た場合は、
（ｂ）に示すように、ラグビーボール状の屈折率楕円体
を斜めに切断した場合の切り口に相当する。この切り口
の屈折率を示すと、（ｃ）のように楕円となる。

【００２０】一方、図２（ａ）に示すように、円座ぶと
ん型の光学的異方性を持つフィルムの分子の屈折率を立
体的に表現すると、円座ぶとん型の屈折率楕円体特性を
呈する。これを斜めから見た場合は、（ｂ）に示すよう
に、円座ぶとんを斜めに切断した場合の切り口に相当す
る。この切り口の屈折率を示すと、（ｃ）のように楕円
となる。しかしながら、図３（ｃ）の楕円とは、長軸、
短軸の関係が90度回転している。

【００２１】そのため、図３（ｃ）の屈折率特性と図２
（ｃ）の屈折率特性とを重畳すると真円となり、光学的
効果が相殺される。したがって、円座ぶとん型の光学的
異方性を持つフィルム10を重ねることで、光学的効果相
殺の作用により、斜めからの入射光による作用が相殺さ
れる。その結果、電極間に電圧がかかっている黒表示の
ディスプレイを斜めから見た場合も常に暗状態となり、
どの角度から見ても表示状態が一定で、視角が拡がる。

【００２２】本発明の液晶表示装置として特に適してい
るものに、請求項２に示す高分子分散型の液晶パネルや
請求項３に示す、ポリマーネットワーク型の液晶パネル
がある。これらは、電圧無印加時における光の散乱作用
が大きく、コントラストにすぐれ、また製造も比較的容
易である。またポリマーとしては、請求項４に示す高分
液晶が適している。

【００２３】

【実施例】次に本発明による液晶表示装置が実際上どの
ように具体化されるかを実施例で説明する。電圧無印加
時には入射光を散乱するように液晶分子の配列が無秩序
で、電圧印加時に入射光をそのまま透過させる方向に配
向する液晶パネルとしては、種々のものがあるが、主な
ものを例示する。

【００２４】図４はPDLC(Polymer Dispersed Liquid Cr
ystal Display)と呼ばれている液晶パネルを用いた例で
あり、２枚のガラス基板７、８間に、ポリマー15と液晶
の液滴16を混ぜ、ポリマー15を硬化させてなる膜( 厚さ
10μｍ)を挟んだ構成になっている。この液晶パネルに
おいて、（ａ）のように電圧無印加時には、各液晶液滴
16中における液晶分子１は、ポリマー15との界面に沿う
ように規制されるが、各液晶液滴16ごとに液晶分子１の
向きが無秩序になっている。そのため、入射光２は、各
液晶分子１によって散乱され、偏光板11を透過して不透
明の乳白色に見える。透明電極13、14間に電圧を印加す
ると、各液晶液滴16中の液晶分子１が電界の方向に配向
し、散乱が減少して、入射光２が液晶パネルを透過でき
る。しかしながら、偏光板11と12がクロスニコルに配置
されているため、偏光板11を透過できず、暗状態とな
る。この実施例の場合、コントラストは１００以上、応
答速度は数十msであった。また、階調表示性が良くなっ
たことから、従来のＴＮ型液晶パネルに比べて、視角良
好な範囲はほぼ倍に広がった。

【００２５】図５はＰＮＬＣ（ポリマーネットワーク）
型の液晶パネルを示す断面図であり、（ａ）は電圧無印
加時、（ｂ）は電圧印加時である。上下の透明電極13、
14間には、ポリマーネットワーク17が形成され、隙間に
液晶18が封入されている。ポリマーネットワーク17は、
三次元的な網目構造になっている。そのため、透明電極
13、14間に電圧を印加しない状態では、液晶18の分子１
が乱れた状態となり、光を散乱させる。すなわち、ポリ
マーネットワーク17の網目によって液晶の配向が乱さ
れ、光を散乱し易くなる。透明電極13、14間に電圧を印
加し電界を発生させると、液晶の分子１が透明電極13、
14に対し垂直方向に配向し、屈折率が一様となるため、
光が透過可能となる。

【００２６】なお、以上の２例は、液晶を分散させる媒
剤としてポリマー樹脂を用いた高分子分散型液晶パネル
であるが、高分子液晶を用いることも可能である。。

【００２７】図６は高分子液晶（液晶ポリマー）を使用
した例である。19は高分子液晶であり、主鎖型液晶ポリ
マーや側鎖型液晶ポリマーなどとして知られている。こ
の実施例では、高分子液晶19と通常の低分子の液晶18と
を混合した状態で、ガラス基板７、８間に挟んだ構成に
なっている。電圧無印加時には、（ａ）に示すように、
液晶18の各液晶分子１が、高分子液晶19との界面におい
て、高分子液晶19に沿って配向規制され、全体としては
各液晶分子１が無秩序の状態となり、入射光を散乱す
る。電圧印加時には、（ｂ）のように各液晶分子１が電
界の方向に配向され、入射光を透過可能となる。

【００２８】円座ぶとん型の光学的異方性を持つフィル
ム10としては、ポリカーボネートフィルムの多軸延伸フ
ィルム等が適している。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば液
晶とポリマーが封入されてなる液晶パネルを使用するた
め、ポリマーの吸着作用を利用して液晶における液晶分
子の電圧無印加時の配向方向を規制して、液晶分子を液
晶とポリマーとの界面に沿って配向させ、入射光を散乱
させることができるとともに、電圧印加時には液晶分子
を電界方向すなわち入射光をそのまま透過させる方向に
配向することができる。このため、視角特性の良い液晶
パネルを得ることができる。また液晶パネルとして、高
分子分散型の液晶パネルやポリマーネットワーク型の液
晶パネルを用いることで、コントラストが向上し、製造
も容易となる。さらに円座ぶとん型の光学異方性を持つ
フィルムを重ねることで、電圧印加時の視角特性も確実
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の基本原理を説明す
る断面図である。

【図２】円座ぶとん型の光学的異方性を持つフィルムの
作用を説明する図である。

【図３】液晶分子の光学的作用を説明する図である。

【図４】PDLCと呼ばれている液晶パネルを用いた実施例
を示す断面図である。

【図５】ＰＮＬＣ（ポリマーネットワーク）型の液晶パ
ネルを用いた実施例を示す断面図である。

【図６】高分子液晶（液晶ポリマー）を用いた実施例を
示す断面図である。

【図７】液晶分子と入射光との角度による効果を示す図
である。

【図８】従来のＴＮ型液晶パネルの作用を説明する図
で、（ａ）は印加電圧が０の状態、（ｂ）は印加電圧が
中の状態、（ｃ）は印加電圧が大の状態である。

【符号の説明】

１液晶分子２入射光３，４ガラス基板５，６斜め入射光７，８透明基板（ガラス基板）９媒剤 10 円座ぶとん型の光学異方性を有するフィルム 11,12 偏光板 13,14 透明電極 15 ポリマー 16 液晶の液滴 17 ポリマーネットワーク 18 液晶 19 高分子液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大橋誠神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開平３−280015（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1333 610 G02F 1/1335 510

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶パネルの両側に一対の偏光板をクロ
スニコルに配設してなる液晶表示装置であって、該液晶パネルには液晶とポリマーが封入されてなり、該
液晶における液晶分子は、電圧無印加時には該ポリマー
によってその配向方向が規制され、電圧印加時には電界
によってその配向方向が規制されることを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項２】前記液晶パネルとして高分子分散型ＬＣ
Ｄを用いてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。
【請求項３】前記液晶パネルとしてポリマーネットワ
ーク型ＬＣＤを用いてなることを特徴とする請求項１記
載の液晶表示装置。
【請求項４】前記ポリマーとして高分子液晶を用いて
なることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】円座ぶとん型の光学異方性を有するフィ
ルムを、前記液晶パネルと片方の偏光板との間に積層し
てなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれ
かに記載の液晶表示装置。