JP3156467B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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- G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
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Description
表示装置に関するものである。
費電力を特徴とするディスプレイであり、ワープロやテ
レビの表示画面として広く用いられている。
多数のスイッチング素子を配置したアクティブマトリク
ス型液晶表示装置は液晶の配向方位がほぼ90゜捻れた
ネマリックTNモードを表示に用いており、高速応答や
高精細が可能なディスプレイとして開発が進んでいる。
晶の旋光性を用いて表示しているためにパネルを見る角
度によって色調やコントラストが異なるという大きな欠
点がある。
は陰極線管(CRT)に比べてかなり狭くCRTと同等
以上の表示性能を実現するには至っていない。
置(以下、AM-LCD)では、電圧無印加の状態で白
表示を行うノーマリーホワイトモード(以下、NWモー
ド)が用いられている。
交して配置するため黒表示が容易に得られコントラスト
を高くすることができる。また、パネルギャップが多少
違っても表示色相が大きく変わらないために工法的に優
れている。しかし、視角範囲はCRTよりもかなり狭
い。
光板の積層方法は隣接するパネルのラビング方向に対し
て偏光軸を平行か直交にした、偏光軸合わせ、もしくは
吸収軸合わせがほとんどであった。
の構成のNWモードのAM型液晶表示装置の視野角を広
げる手法としては、従来、配向分割法、補償セルを積層
する方法、位相差フィルムによる方法等が知られてい
る。配向分割法(例えば、カネコ等、ソサイティ オフ゛ インフォメーション
テ゛ィスフ゜レイ 93 タ゛イシ゛ェスト P.265(S.Kaneko et.al Societyo
f information display'93 DIGEST P.265))は、一つの
画素内に配向の異なる2つの領域を作ることで、液晶の
配向方位に固有の視角特性を平均化して広視角を実現す
るものである。
法としては、例えばコレステリック液晶セルを補償セル
として用いる手法が報告されている(特開平3-215
831号公報)。
えば、液晶パネルの基板面に対してほぼ平行の光軸を持
つ位相差フィルムをパネルに積層して視角を拡大する方
法が提案されている(第16回液晶討論会講演予稿集、
吉田、2L307)。
ち、配向分割法は視角拡大に有効な手法であるが、基板
の配向処理が複雑になったりパネルの配向状態が不安定
であるといったプロセス上の課題がある。
体の厚みが増加し薄型ディスプレイとしての特徴を生か
せないという欠点がある。さらに、補償セルを積層する
とパネルが重くなるといった課題もある。
相差フィルムを用いる例は、フィルムが1軸性の光軸を
持っており、パネルの全面で視角を補償することは困難
である。
れば上下が狭くなるという難点がありパネル全体の視角
を拡大することが難しい。このため、液晶パネルを見る
方位により階調表示が反転したり、コントラストが低く
て表示が浮いてしまい文字が判別できないといった難点
があった。
の広いNWモードのTN型液晶表示装置を実現すること
を目的とする。
に、本発明の液晶表示装置は、少なくとも、一対の偏光
板と、光学異方性素子と、基板間にほぼ90度に捻れた
配向を有する液晶パネルとを含むノーマリホワイトモー
ドの捻れネマチック型の液晶表示装置において、前記一
対の偏光板の偏光軸が、前記液晶パネルの両側で互いに
直交し、かつそれぞれの偏光軸が隣接するパネル基板上
の液晶分子の配向方位とほぼ45度の角度で配置され、
前記光学異方性素子が、パネルの黒表示時に基板付近の
液晶が有する残留位相差を視角方位で補償する効果を有
し、前記光学異方性素子の3軸方向の主屈折率をnx、
ny、nzとし、nx、nyを光学異方性素子の面内屈
折率、nzを光学異方性素子の厚さ方向の屈折率とした
場合に、nx>ny>nzであるような光学異方性素子
が液晶パネルとその両側の偏光板との間に配置されるこ
とを特徴とする。
ルの両側に配置された、前記光学異方性素子の最大屈折
率nxの方向が、互いにほぼ平行であり、さらに最大屈
折率nxの方向が、光学異方性素子に隣接する偏光板の
偏光軸にほぼ平行もしくは、ほぼ直交することを特徴と
する。また、本発明の液晶表示装置は、Δn1=(nx
+ny)/2−nzで定義される光学異方性素子の屈折
率異方性Δn1と、光学異方性素子の厚みdの積の値で
あるΔn1・dが、100nm以上で300nm以下で
あり、さらにΔn2=nx−nyで定義される光学異方
性素子の素子面内の屈折率異方性Δn2と、光学異方性
素子の厚みdの積の値であるΔn2・dが、 0.1×Δn1・d≦Δn2・d≦Δn1・d の関係を満たすことを特徴とする。また、本発明の液晶
表示装置は、液晶パネルの両側に配置された、前記2枚
の光学異方性素子のそれぞれのΔn1・d、及び、Δn
2・dが互いにほぼ等しいことを特徴とする。また、本
発明の液晶表示装置は、カラーフィルタを有し、赤色画
素の部分の液晶パネルのパネルギャップをdr、緑色画
素の部分のパネルギャップをdg、青色画素の部分のパ
ネルギャップをdbとしたときに、dr>dg>dbの
関係が成り立つことを特徴とする 。
階調反転領域で決定される。ここで、コントラストはパ
ネルの白表示の輝度を黒表示の輝度で割った値であり、
階調反転領域は白表示と黒表示の間で階調表示を行った
場合に階調表示の輝度が隣接する階調間で反転して見え
る視角範囲を表す。
コントラスト分布は、主に黒表示での輝度レベルで決定
される(例えば、第39回応用物理学会講演予稿集、No
3、31a-B-2、久武、P857)。したがって、視角方位が変
わっても黒表示の輝度が低く、白浮きがないような補償
を行うことでコントラスト分布が広いパネルが得られる
ことになる。一方、階調反転領域は液晶分子のダイレク
タの方向と関係しており、階調反転領域を小さくするに
は電圧印加によって傾いたダイレクタ方位の傾き自体を
補償する必要がある。
で規定した吸収軸合わせのNWモードTNパネルの視角
特性の計算例である。このとき、図の同心円はパネルの
垂線方向からの極角を10度刻みで表し、中心から外側
へ放射状に伸びる直線は10度刻みの方位角を表してい
る。図1からわかるように通常のNWモードのTNパネ
ルの場合、パネルの視角特性は上下で非対称であり、こ
の場合は上側が狭い。このように視角特性が上下で非対
称となるのは黒表示のときにパネルの基板近くの液晶分
子が立ちきっていないことが原因と考えられる。
の視角特性を拡大するためには、階調反転を解消し、さ
らに黒表示のときに基板近くで立ちきっていない液晶分
子起因する残留位相差を光学異方層を用いて補償し、黒
表示の輝度レベルの白浮きを抑えることが重要になる。
レベルの白浮きを抑えたコントラスト改善には効果があ
るが階調反転の改善には、ほとんど効果がない。したが
って、吸収軸合わせの場合、反主視角方向のコントラス
トはフィルムで改善されても、主視角方向の階調反転の
領域は同程度か、かえって悪くなる傾向がある。
ドでは、パネルのみで階調反転が解消するため位相差フ
ィルムでコントラストを改善することで視角を広くする
ことができる。
基板のラビング方向と45度の角度で貼り合わせたTN
パネルの視角特性の測定例である。偏光軸をラビング方
向から45度ずらした複屈折モードでは、黒レベルに近
い輝度での階調反転が解消する。
も解消したままである。このような複屈折モードの90
度TNパネルのコントラストの補償には、面内に位相差
を有する2軸性フィルムが有効である。フィルム面内の
屈折率をnx,ny、フィルムの断面方向の屈折率をn
zとしたときに、面内位相差を有するフィルムの3軸方
向の屈折率の関係は、式(1)で表される。
らに傾いたチルト角を有している。このときの捻れ角
は、10゜から30゜程度と推測されるため、液晶の残
留位相差は視角方位により異なっていると考えられる。
フィルムは、視角方位で異なる残留位相差を、積極的に
視角方位で補償することができ視角拡大の効果が大きい
と考えられる。
で定義することにする。まずフィルムの屈折率異方性Δ
n1は、 Δn1=(nx+ny)/2−nz・・・(2) で定義する。また、フィルムの面内位相差Δn2は、 Δn2=nx−ny・・・(3) で定義する。このとき、フィルムの特性は屈折率異方性
とフィルムの厚みdの積である、Δn1・d、あるいはΔ
n2・dで表される。
ルに積層する場合、パネルの視角特性を左右でほぼ対称
とするためには、フィルムはパネルの両側に配置する必
要がある。さらに、フィルムの最大屈折率nxの方向
は、パネルの両側で互いに平行である必要がある。
両側で互いに平行で、さらに隣接するどちらか一方の偏
光板の偏光軸に、平行か垂直であれば、NWモードの白
表示の輝度が低下せず、高コントラストな表示が得られ
る。
一の特性のフィルムをパネルの上下に積層するほうが、
視角の拡大には有効である。これは、基板の界面付近の
残留位相差は、上下の基板の界面付近でほぼ同一である
ためである。
つパネルでは、上下に配置する位相差フィルムのΔn1・
d、及びΔn2・dを変えたほうが視角拡大に有効なのは
言うまでもない。
ルのリタデーションの値により電圧印加時に色相が変化
することがある。このような色相の変化を抑制するに
は、RGBの表示画素で、パネルギャップを変えたマル
チギャップが有効である。
ーストミニマムになるように、赤色画素のパネルギャッ
プをdr、緑色画素のパネルギャップをdg、青色画素
のパネルギャップをdbとしたときに、dr>dg>d
bとなるような構成を用いる。このようなマルチギャッ
プと、位相差フィルムを組み合わせることで、視角が広
く色再現に優れた液晶表示装置が実現できる。
の構成図である。透明電極を有するガラス基板311、
312に、ポリイミド配向膜であるRN−626(日産
化学(株)製)を塗布した後、液晶方位が基板間で90
度捻れるようにナイロン布を用いて基板にラビング処理
を施した。ラビング処理を施した2枚のガラス基板を、
ガラススペーサーであるミクロパール(積水ファインケ
ミカル(株)製)を用いて5μmの間隔に貼り合わせ
た。次に、フッソ系液晶であるZLI−4792(メル
ク(株)製)を真空注入法を用いてガラス基板間に注入
した。その後、駆動回路313を実装し液晶パネル30
2を作成した。
の薄膜を延伸して作成した2軸性フィルム301、30
3をそれぞれ粘着材で貼り合わせ、さらに2軸性フィル
ム301、303を液晶パネル302に積層して液晶表
示装置を作成した。このとき偏光板300、304の偏
光軸305、310が液晶パネル302の隣接するラビ
ング方向307、308とそれぞれ45度の角度をなす
ようにした。また、偏光軸305と310は互いに直交
するようにした。
mでフィルム面内の屈折率をnx,ny、膜厚方向の屈
折率をnzとしたときに、nx>ny>nzの関係が成
立する。具体的には表1に示す値を持つものである。
ィルムの面内位相差Δn2・dが150nmのフィルムに
相当する。
は、フィルムの最大屈折率nxの軸が、偏光板304の
偏光軸310と平行となるようにした。したがって、パ
ネルの両側に積層したフィルムの最大屈折率nxの軸の
方向306、309は両側のフィルムで互いに平行であ
る。
す手法を用いて測定した。測定する光源としてハロゲン
ランプを用いた。液晶表示装置を透過する光の強度を波
長540nmのフィルターを通した後、フォトマルを用
いて測定して視角特性を求めた。このとき、コントラス
トと隣接する階調の反転角度を用いて視角特性を評価し
た。
示の透過光強度をパネルに5.0Vを印加したときの黒
表示の透過光強度で割った値で定義した。
表示の輝度レベルを8レベルに等分割し、視角方向によ
り隣合う階調表示の輝度が反転する角度で定義した。こ
のとき、電圧無印加の白表示をレベル1、5.0V印加
の黒表示をレベル8とし、中間調領域はレベル2からレ
ベル7とした。
が10以上となる領域とレベル6とレベル7、または、
レベル7とレベル8の階調反転が起こる領域を用いた。
特性を示している。図1に示した従来の液晶表示装置の
視角特性と比較すると、階調反転がほぼ解消しコントラ
スト10の領域が上下方向に拡大した。
視角範囲が22度であったものが、本発明の液晶表示装
置では38度となっており上方向の視角範囲が16度程
度広くなった。特に、レベル7とレベル8の階調反転は
全視角方位で発生せず良好な表示が得られた。この場
合、コントラスト10とレベル6とレベル7で規定した
パネルの上下方向の視角範囲は、従来の60度が、80
度以上に拡大した。また、コントラスト10とレベル7
とレベル8の階調反転で規定した場合は同じく100度
以上に拡大した。
る2軸性フィルムを液晶パネルに積層して視角特性を測
定した。このときΔn2・dが20nmから200nmの
範囲で上下方向の視角範囲が拡大した。
00nmから300nmの範囲で、さらに、フィルムの
面内位相差Δn2・dがほぼΔn1・dの10分の1からΔ
n1・dの範囲のときに視角拡大の効果が得られた。
nxの方向が偏光板304の偏光軸310と平行となる
構成としたが、これは偏光軸310に直交でも良い。
はΔn1・dと面内位相差Δn2・dの大きさで規定され
る。従って、Δn1・dとΔn2・dを規定する際にはフィ
ルムの膜厚dとフィルムの主屈折の値、nx、ny、n
zの組み合わせは任意で良い。
配向方位が約90度ツイストした液晶パネルを有するも
のなら良い。従って、パネルは、基板上に電極が格子状
に配列された単純マトリクス型パネルや、スイッチング
素子が多数、配列されたアクティブマトリクス型パネル
でも良い。
ルムを、パネルの両側に積層したが、これは、パネルの
上下の基板の配向状態により、パネルの上下で異なる特
性のフィルムを積層しても良い。
の構成図である。表示画素ごとにアクティブ型素子を配
置したアクティブマトリクス型基板612と、カラーフ
ィルター611と透明電極を積層したカラーフィルター
側基板613を用いて、実施例1と同様の手法で液晶パ
ネル602を作成した。このとき、液晶はZLI−47
92(メルク(株)製)を用いた。液晶パネル602の
断面図を図6に示した。アクティブマトリクス型基板7
01上に、画素電極702と画素電位印加配線703が
あり、液晶704を介してカラーフィルター側基板70
9と対向している。カラーフィルター611は、赤色カ
ラーモザイク705、緑色カラーモザイク706、青色
カラーモザイク707からなり、それぞれがRGBの画
素に対応している。カラーフィルター611は、基板を
貼り合わせた後に、パネルギャップが赤色画素で5.5
μm、緑色画素で、5.0μm、青色画素で4.5μmと
なるように、カラーモザイクの表面に段差構造を設け
た。
01、603を粘着材を用いて貼り合わせ、液晶パネル
602に積層して液晶表示装置を作成した。このとき偏
光板600、604の偏光軸605、610が液晶パネ
ル602の隣接するラビング方向607、608と、そ
れぞれ45度の角度をなすようにした。また、偏光軸6
05と610は、互いに直交するようにした。
膜厚、および液晶パネルとの貼り合わせ方は、実施例1
と同様とした。
色相変化を次に示す手法を用いて測定した。視角特性の
測定方法と評価方法は実施例1と同様である。パネルの
色相は、400nmから750nmの範囲で分光測定を
行い色度座標として求めた。
施例1と同様で、上下の視角範囲をコントラスト10と
L6、L7の反転角度で規定した場合、従来よりも20
度以上広くなり、80度となった。また、コントラスト
10とL7、L8で規定した視角範囲は、同じく100
度以上に拡大した。
例1と同様の範囲で視角拡大の効果が得られた。
゜TNパネルを斜めから見た場合の青色がかった表示が
解消し、全視角範囲で中間調を含めて良好な階調表示が
実現できた。
に限らず、RGBの光の波長に応じて、RGBの画素の
リタデーションがファーストミニマムの前後となるよう
にすれば同様の効果が得られる。例えば、波長540n
mの緑色光に対しては、画素のリタデーションが、ファ
ーストミニマムの470nm前後にする。この場合、R
GBの画素のパネルギャップの厚みは、常にR,G,B
の順に大きい構成を取る。
屈折率nxの方向は、偏光板304の偏光軸310と平
行でも直交でも良い。
は、Δn1・dと面内位相差Δn2・dの大きさで規定され
る。従って、Δn1・dとΔn2・dを規定する際にはフィ
ルムの膜厚dと、フィルムの主屈折の値、nx、ny、
nzの組み合わせは任意で良い。
配向方位が約90度ツイストした液晶パネルを有するも
のなら良い。従って、パネルは単純マトリクス型パネル
でも良い。
ルムをパネルの両側に積層したが、これは、パネルの上
下の基板の配向状態により、パネルの上下で異なる特性
のフィルムを積層しても良い。
複屈折モードを用いた90゜TN型液晶表示装置におい
て、液晶パネルと偏光板の間に2軸性の位相差フィルム
を配置することで、広視角な表示を実現したことを特徴
とする。2軸性フィルムとしては、面内に位相差が存在
するフィルムを用いる。前記の2軸性フィルムを液晶パ
ネルの両側に配置することで、特に90゜捻れのノーマ
リーホワイトモードの液晶パネルの視角を拡大すること
ができる。
し、上記の位相差フィルムと組み合わせることで複屈折
モードに特有の色相変化を解消して、広視角で良好な階
調表示が実現できる。
大する手法は、工法が簡便であり歩留まり等を考慮する
と有利な手法と言える。また、今後の液晶ディスプレイ
において広視角が要求されるのは明らかであり、本発明
により階調反転が解消し、さらに上下方向のコントラス
トが改善することで視角範囲が拡大することによる表示
性能の向上の効果は極めて大きい。
性図
Claims (5)
- 【請求項1】 少なくとも、一対の偏光板と、光学異方
性素子と、基板間にほぼ90度に捻れた配向を有する液
晶パネルとを含むノーマリホワイトモードの捻れネマチ
ック型の液晶表示装置において、前記一対の偏光板の偏
光軸が、前記液晶パネルの両側で互いに直交し、かつそ
れぞれの偏光軸が隣接するパネル基板上の液晶分子の配
向方位とほぼ45度の角度で配置され、前記光学異方性
素子が、パネルの黒表示時に基板付近の液晶が有する残
留位相差を視角方位で補償する効果を有し、前記光学異
方性素子の3軸方向の主屈折率をnx、ny、nzと
し、nx、nyを光学異方性素子の面内屈折率、nzを
光学異方性素子の厚さ方向の屈折率とした場合に、nx
>ny>nzであるような光学異方性素子が液晶パネル
とその両側の偏光板との間に配置されることを特徴とす
る液晶表示装置。 - 【請求項2】 液晶パネルの両側に配置された、前記光
学異方性素子の最大屈折率nxの方向が、互いにほぼ平
行であり、さらに最大屈折率nxの方向が、光学異方性
素子に隣接する偏光板の偏光軸にほぼ平行もしくは、ほ
ぼ直交す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】 Δn1=(nx+ny)/2−nzで定
義される光学異方性素子の屈折率異方性Δn1と、光学
異方性素子の厚みdの積の値であるΔn1・dが、10
0nm以上で300nm以下であり、さらにΔn2=n
x−nyで定義される光学異方性素子の素子面内の屈折
率異方性Δn2と、光学異方性素子の厚みdの積の値で
あるΔn2・dが、 0.1×Δn1・d≦Δn2・d≦Δn1・d の関係を満たすことを特徴とする請求項2記載の液晶表
示装置。 - 【請求項4】 液晶パネルの両側に配置された、前記2
枚の光学異方性素子のそれぞれのΔn1・d、及び、Δ
n2・dが互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項3
記載の液晶表示装置。 - 【請求項5】 カラーフィルタを有し、赤色画素の部分
の液晶パネルのパネルギャップをdr、緑色画素の部分
のパネルギャップをdg、青色画素の部分のパネルギャ
ップをdbとしたときに、dr>dg>dbの関係が成
り立つことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
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1993
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