JP3597446B2

JP3597446B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3597446B2
Application number: JP2000122497A
Authority: JP
Inventors: 誠塩見; 繁光水嶋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2020-04-24
Also published as: KR20000077396A; JP2001042365A; CN1274861A; US6600538B1; CN1208666C; TWI255387B; KR100336279B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置であり、広視野角液晶テレビ、またはＯＡ用、ＣＡＤ用広視野角液晶モニターに使用され、高速応答を特徴とする水平配向又は垂直配向の液晶パネルに対し、特に視角特性の悪い方位角に対し、レンズシートで正面コントラスト特性を展開することで、明るさ、応答速度を最も犠牲にしない形で、容易に提供される広視野角液晶パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報インフラの発展に伴い、映像及び音声情報端末となるテレビ装置、さらにＯＡ用のＰＣモニターは、発展し続けている。特に、省スペース、小電力の社会的な要請から、中小型のテレビ、さらにＯＡ用ＰＣモニターへの液晶表示装置の適用はもはや時代の流れといえる。そして、この目的のために、アクティブ方式のツイストネマチックモード、パッシブ方式のスーパーツイストネマチックモード液晶が開発され、広く利用されている。
【０００３】
しかしながら、現在、小型液晶テレビや個人用モニターに多く使われている液晶パネルでは、ツイストネマチック配向または、スーパーツイストネマチック配向を利用しているために、視野角が狭く、画面の両端で色が異なる、複数の人間が観察すると人によってみている絵が異なる、正面に座っているときと楽な姿勢でみているときで絵が異なるなど、テレビとして利用するには、問題があった。また、個人で用いるＰＣモニターにおいても、大画面化に伴って表示部分による色味変化などの問題があり、液晶の導入を妨げていた。
【０００４】
この問題を解決するために、マルチドメインＴＮ（配向分割方式）（特開平５−１０７５４４号公報）、ＡＳＭ表示方式（特開平６−３０１０１５号公報）、ＭＶＡ表示方式（特開平８−４３８２５号公報）、ＩＰＳ表示方式（特開平７−３６０５８号公報）等が提案されているが、いずれも特性が十分でなかったり、コストが上がるなどの問題があった。
【０００５】
また、デジタル放送、ＤＶＤなど表示情報密度が高まるにつれ、広視野角とともに動画性能に優れた高速応答液晶ディスプレイが必要になるが、ＭＶＡ、ＡＳＭなどは視野角の増大と引き替えに応答速度の点で不利な構成をもっている。
【０００６】
液晶表示装置としては、正の誘電率異方性であるネマチック液晶材料を用いて水平配向する水平配向方式や、負の誘電率異方性であるネマチック液晶材料を用いて垂直配向する方式等が研究されている。水平配向方式は、高速応答、信頼性の点でツイストネマチックモードやＩＰＳモード等と比較して優れているが、従来提案されている視野角改善方法は、そのよさを失わせていた。
【０００７】
例えば、残留リタデーションを直接減らす方法として、電圧を非常に大きくかける必要があるが、これにより、コントラストについて、視角特性が格段に向上するが、階調反転は解消しない。
【０００８】
また、プレチルトを大きくして、反転する角度をなくす方法があるが、この方法によると非常にアンカリングの弱い配向膜材料を利用するために、配向の信頼性が懸念されることとなる。また、全体のリタデーションも減少することから明るさが減少する。そのために、明るさ改善としてツイスト配向、またはパネルギャップを大きくすることが効果的であるが、いずれの手法も応答速度を大きく下げることから、本来の性能を損なうものといえる。
【０００９】
したがって、最も良い方法は４分割にすることであるが、垂直配向に比べると全方位で視角特性を悪化させる。更に、簡便で信頼性の高い４分割制御方法はまだ知られていない。
【００１０】
また、レンズフィルムを用いた視角改善は多く報告されているが、大部分はツイストネマチックモードに関するものであり、ＭＶＡ、ＩＰＳなどと比較して、視野角特性では劣り、高速動画性能では代わり映えのしない中途半端なものしか得られていなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のＴＮパネルを用いた場合に発生する視野角の問題を解決し、さらにＡＳＭ、４分割ＭＶＡなどのパネルにみられるコストへのトレードオフの発生がなく、高速応答可能で、広視野角特性とすることができる液晶パネルを表示部分とする液晶表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水平配向した正の誘電率異方性であるネマチック液晶層、及び該液晶層を挾持し、かつ、透明電極を有する透明な１対の基板、液晶配向方向とはそれぞれ相違する方向に吸収軸を有して直交ニコルに配置される１対の偏光板、等からなる透過型液晶パネルを表示部分とする液晶表示装置において、前記液晶層として液晶配向方向が略１８０度異なった２種類の配向領域を有する液晶層を使用し、そして、液晶配向方向と略平行な方向に広がりを持つ光線を散乱又は入射角度より広く屈折させるレンズシートを液晶パネルの観察面側に備える液晶表示装置である。
【００１３】
また、本発明は、特定の電圧が印加された状態で生じる基板面に平行な液晶層の複屈折を補償する第１の位相差板が、その遅相軸方向を液晶配向方向と略直交して配置される液晶表示装置である。
【００１４】
そして、本発明は、基板面と垂直方向に負のリタデーションを有する第２の位相差板を備える液晶表示装置である。
【００１５】
更に、本発明は、偏光板吸収軸方向と一致する方向に遅相軸を有する第３の位相差板を備える液晶表示装置である。
【００１６】
また、本発明は、各位相差板は、２枚以上からなるとともに、液晶パネルの基板の両外側に配置され、そして、偏光板、第３の位相差板、第２の位相差板、第１の位相差板、基板、液晶層、基板、第１の位相差板、第２の位相差板、第３の位相差板、偏光板の順に配置される液晶表示装置である。
【００１７】
そして、本発明は、各位相差板は、基板の外側の一方に配置される位相差板と基板の外側の他方に配置される位相差板とがほぼ同一の複屈折を示す液晶表示装置である。
【００１８】
更に、本発明は、電界無印加時の液晶層の遅相軸方向が、偏光板吸収軸方向と略４５度ずれている液晶表示装置である。
【００１９】
また、本発明は、垂直配向した負の誘電率異方性であるネマチック液晶層、及び該液晶層を挾持し、かつ、透明電極を有する透明な１対の基板、電界印加時の液晶配向方向とそれぞれ相違する方向に吸収軸を有して直交ニコルに配置される１対の偏光板、等からなる透過型液晶パネルを表示部分とする液晶表示装置において、前記液晶層として電界印加時の液晶配向方向が略１８０度異なった２種類の配向領域を有する液晶層を使用し、そして、電界印加時の液晶配向方向と略平行な方向に広がりを持つ光線を散乱又は入射角度より広く屈折させるレンズシートを液晶パネルの観察面側に備える液晶表示装置である。
【００２０】
そして、本発明は、基板面と垂直方向に負のリタデーションを有する第４の位相差板を備える液晶表示装置である。
【００２１】
更に、本発明は、偏光板吸収軸方向と一致する方向に遅相軸を有する第５の位相差板を備える液晶表示装置である。
【００２２】
また、本発明は、各位相差板が、２枚以上からなるとともに、液晶パネルの基板の両外側に配置され、そして、偏光板、第５の位相差板、第４の位相差板、基板、液晶層、基板、第４の位相差板、第５の位相差板、偏光板の順に配置される液晶表示装置である。
【００２３】
そして、本発明は、各位相差板は、基板の外側の一方に配置される位相差板と基板の外側の他方に配置される位相差板とがほぼ同一の複屈折を示す液晶表示装置である。
【００２４】
さらに、本発明は、電界印加時の液晶の遅相軸方向が、偏光軸方向と略４５度ずれている液晶表示装置である。
【００２５】
本発明は、前記特定の電圧を８Ｖ以上とした。また、本発明は、電圧無印加状態の液晶層のリタデーションを１／２波長条件より大きく設定し、白表示電圧が液晶応答電圧数値より１Ｖ以上高く設定し、そのときの液晶層のリタデーションが２００ｎｍから２５０ｎｍとした。
【００２６】
本発明は、液晶層に電圧を印加する透明電極の少なくとも一方に、液晶の配向方向と交叉した電極開口部を設けた。
【００２７】
以上のように、本発明は、ＨＡ配向と、ネガティブリターダーと、レンズでの黒表示を高電圧で表示することによって、より対称で、高いコントラスト表示を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
本発明の液晶表示装置の概要等について、説明する。本発明により、高速応答可能とするとともに、視野角を拡大することができることは、以下のように説明される。
【００２９】
まず、本発明の液晶表示装置で使用するレンズシートについて、説明する。レンズシートは、基本的円柱状のレンズ、または３角柱状のプリズムレンズが１方向にストライプ上に並んで構成される。このレンズシートに円形のスポット光源を当てると、出射光はストライプの長軸方向は変化が無く、その軸方向と直交する方向には拡大され、散乱又は入射角度より広く屈折される。すなわち、拡大される方向は、液晶表示装置においては、正面のコントラスト特性が拡大されて見えることになる。
【００３０】
このレンズシートは、公知の方法によって容易に作成することができる。例えば、アクリル系の樹脂を塗布製膜し、ストライプ上にパターン化した上で熱ダレによって形成することができる。また、樹脂材料は空気の屈折率と異なればレンズとして機能するので、成形可能な透明樹脂であるならば利用することができる。屈折率は大きいほどレンズとして利用しやすいが、実際には、屈折率が２を越えるようになると可視光領域に吸収を持つことが多くなり、好ましくない。ストライプの形成パターンは、基本的にはフィルム全体で均一なレンズと機能するので、液晶パネルとの関係はほとんどないが、モアレの発生、焦点距離の調節などを考慮して、絵素ピッチの１／３から１倍程度に設定することが好ましい。
【００３１】
作製したレンズシートは、適当な粘着剤を持って液晶パネル上に固定されることが多いが、レンズ部分に薄い空気層が維持されれば良く、フィルム保持部材の平坦性によっては、上に置くだけでも良い。レンズシートと液晶パネルの間には非常に薄い空気層ができるので、そのギャップによっては、レンズの平坦部分で反射光が干渉を起こして表示を乱すことがある。このため、平坦部に遮光部を設けたり、全体に反射率を下げるために極薄い金属膜などを形成しても良い。遮光には、クロムなどの金属の他、カーボン樹脂等を印刷しても良いし、反射をある程度押さえ込めればよいので、平坦部の研磨など表面を荒らすような処理で代用することもできる。
【００３２】
我々は、このレンズフィルムの特徴を活かし、そして、視野角を拡大する液晶の配向について検討した結果、２分割したパラレル水平配向、及び、２分割したパラレル垂直配向が効果があるとの結論に達した。
【００３３】
本発明の水平配向の液晶を使用した第１の実施例にかかる液晶表示装置について、説明する。第１の実施例にかかる液晶表示装置は、図１に示すように、液晶パネル１と、面光源６と、レンズシート７と、を具備している。液晶パネル１は、液晶層２、１対の基板３１，３２、１対の偏光板４１，４２等からなる。１対の基板３１，３２は、液晶層２を挾持するとともに、液晶層２と接する側に図示を省略した透明電極を有している。１対の偏光板４１，４２は、図２の斜視図に示すように、液晶層２の配向方向であるラビング軸とはそれぞれ相違する方向に吸収軸を有して直交ニコルに配置されている。面光源６は、蛍光ランプ（図示していない。）等からの光を液晶パネル１に均一に面状に出射する。レンズシート７は、液晶パネル１からの透過光を拡散又は入射角度より広く屈折する。
【００３４】
液晶層２は、水平配向した正の誘電率異方性であるネマチック液晶層であり、２種類の配向領域に分割され、それぞれの配向方向は１７０度から１９０度、好ましくは概略１８０度ずれていて、ほぼ一軸方向に並んでいる。配向方向のずれが直線から１０゜以上ずれると、視野角特性が非対称になって、レンズシート７での補償が難しくなる。２種類の配向領域を作る方法はいろいろあるが、ラビングと光チルト制御の組み合わせ、マスクラビング、光配向膜など公知の液晶配向技術がそのまま利用できる。例えば、図３に示すように、ラビング方向に２分した領域とし、そして、一方の領域の表面に紫外線を照射し、他方の領域の裏面に紫外線を照射して作製することができる。この配向領域として、各表示絵素を面積比で１：１に分割すると、対称な視野角特性を得ることができるため、その形状は制限されることはないが、好ましくは、絵素を直線で２又は４分割して略長方形の形状とすることが好ましい。この形状によって、単純なマスクによる分割が可能となる。また、表示サイズによっては、隣り合う表示絵素を２つ１組で絵素に一致した形状の領域を作ることも好ましい。このことによって表示パターンを用いた簡便な領域分割が可能となる。また、この際の各領域の形は、市松又はストライプ模様であることが均一な表示上好ましい。ほぼ一軸方向となるその液晶配向方向は偏光板の吸収軸方向と概略４５度ずれている。液晶パネルの明るさは、液晶層が水平配向状態の時の複屈折に影響されるため、その位相差が半波長となる状態が最も好ましい。液晶層の屈折率差Δｎが同じならば、４５゜の時が液晶パネルの厚みをより薄く設定できるため、視野角の改善の点でいっそう有利となる。
【００３５】
液晶層の２つの配向領域は、電界印加によってそれぞれ逆向きに立ち上がるため、液晶配向方向での中間調反転を防止することができる。そして、この状態が対称であるため、液晶パネル正面が最も良い特性になる。もちろん液晶配向方向に対して垂直な方位角では、対称な視野角特性を示すのは言うまでもない。
【００３６】
電圧を十分にかけると、液晶配向はほとんど垂直となり、リタデーションが非常に小くなる。液晶パネルの正面から見ると、クロスニコル下でほとんど黒になる。ところで、液晶層と配向膜の間には強い規制力が働いているために、通常のアクティブ素子で用いられる５Ｖ程度の電圧では、図４に示すように、液晶配向が変化しない領域２１，２３が存在する。これは残留リタデーションと言われるもので、その大きさは液晶材料にもよるが、多くは２０ｎｍから５０ｎｍ程度である。この値はかなり小さいが、高コントラストを目指すときには、黒浮きの要因となる。
【００３７】
この問題を解決する第２の実施例にかかる液晶表示装置について、図５を用いて説明する。第２の実施例にかかる液晶表示装置は、第１の実施例にかかる液晶表示装置と比べて第１の位相差板５１を備えた点に特徴を有している。第１の位相差板５１は、直交ニコルに配置した１対の偏光板４１，４２に挟まれて液晶層２とともに配置されている。第１の位相差板５１は、水平方向に遅相軸を持つ補償用位相差板であり、電界印加時には、基板面に平行な方向に残留する１軸の液晶層２の残留リタデーションとほぼ等しく、そして、液晶配向方向（ラビング軸）に略直交して配置される。この第１の位相差板５１により、液晶パネル１の正面から見たリタデーションを補償することができる。この結果、電圧印加時に３００以上の高コントラストの液晶パネル１とすることが容易に実現できる。第１の位相差板５１は、液晶層２の入射側に配置することは可能である。
【００３８】
第３の実施例にかかる液晶表示装置について、図６を用いて説明する。第３の実施例にかかる液晶表示装置は、第２の実施例にかかる液晶表示装置と比べて第２の位相差板５２を備えた点に特徴を有している。第２の位相差板５２は、直交ニコルに配置した１対の偏光板４１，４２に挟まれて液晶層２及び第１の位相差板５１とともに配置されている。第２の実施例にかかる水平配向液晶表示装置の液晶パネルを観察する視角を倒すと、水平方向だけでは補償できない複屈折が発生する。この位相差を補償するには、基板面に対し垂直方向に進相軸方向を持つ第２の位相差板５２を配置することによって達成できる。第２の位相差板５２は、基板面と垂直方向に負のリタデーションを有し、そして、その大きさは、基板と平行な面内にある液晶層２及び第１の位相差板５１のリタデーションとの差し引きで決定される。通常、液晶層は２７０ｎｍ程度に設定することが明るさの点から好ましいために、垂直方向に負の位相差板を組み込むことが好ましい。この結果、電圧印加時の黒表示は、液晶配向方向を除いて良好である。言うまでもないことだが、偏光板４１，４２等には、一般に、垂直方向に複屈折異方性を示すＴＡＣ層などを有する場合が多いが、当然その場合には第２の位相差板５２の最適リタデーションサイズは変化する。さらに、例えば延伸で作製された第２の位相差板５２は、水平方向に若干の位相差を発生することがあるが、適当な水平位相差板を配置することによって補償できるし、偏光板の吸収軸方向と一致させて正面透過率を損なわないようにすることもできる。もちろん、そのような改善が本発明に含まれることは言うまでもない。
【００３９】
第４の実施例にかかる水平配向液晶表示装置について、図７を用いて説明する。第４の実施例にかかる液晶表示装置は、第３の実施例にかかる液晶表示装置と比べて第３の位相差板５３を備えた点に特徴を有している。第３の位相差板５３は、直交ニコルに配置した１対の偏光板４１，４２に挟まれて液晶層２及び第１、第２の位相差板５１，５２とともに配置されている。第３の水平配向液晶表示装置の観察視角を倒し、方位角を変化させると見かけ上の偏光板の配置角度が変化する事による、光抜けが観察されるようになる。この防止には、偏光板の吸収軸方向と略平行の方向に遅相軸を持つ第３の位相差板５３を配置することが効果的である。第３の位相差板５３の遅相軸の配置角度は、視角による偏光板４１，４２の配置の変化に連動して変化し、視角の影響をキャンセルする。つぎに、液晶配向方向の視野角がこのままでは十分でないことを説明する。電界印加時の液晶の配向モデルを図４に示している。配向膜界面付近に残留リタデーション層２１と残留リタデーション層２３が、パネル中央部分にほぼ垂直に配向している液晶層２２がある。残留リタデーション層２１，２３は、水平のリタデーションとともにチルト角に応じた垂直方向のリタデーションを持っている。配向方向から視角を倒したとき、視角が残留リタデーション層２１，２３の傾きの中間にあるとき、一方の残留リタデーション層２１のリタデーションが減少するとき、他方の残留リタデーション層２３は増大する関係にあり、そして、チルト角が小さいほどその影響は大きい。そのために液晶の配向方向で白に近い階調で反転が起きる。そして、視野角は狭くなる。
【００４０】
第４の実施例にかかる液晶表示装置は、液晶パネル１に対し、観察側に各位相差板５１〜５３を配置した例を説明したが、それぞれの位相差板５１〜５３は、もちろん光源側に配置されてもよいし、両側に配置してもよい。更に言えば、異なった材料のフィルムを用いた波長依存性の調整、リタデーションサイズの微調整、垂直方向に負の大きなリタデーションフィルムを作製することが難しいことを考えると、それぞれの位相差板を２枚以上から構成し、そして、液晶パネル１の基板３１、３２の両側に配置することが、機能的には更に好ましい。その１例を第４の実施例にかかる液晶表示装置の変形例として図８に示す。この例は、図７に対応しており、第１〜第３の位相差板５１〜５３を各２枚使用し、それぞれ第１〜第３の位相差板５１〜５３からなる第１の位相差板の組と第１〜第３の位相差板５１〜５３からなる第２の位相差板の組として、液晶パネルの基板３１，３２の両側に配置している。このようにすれば、各種調整等を簡単に実行することができる。図５及び図６に示した実施例においても、第１、第２の位相差板５１，５２を各２枚使用し、それぞれ第１、第２の位相差板５１，５２からなる第１の位相差板の組と第１、第２位相差板５１，５２からなる第２の位相差板の組として、液晶パネルの基板３１，３２の両側に配置することは可能である。
【００４１】
つぎに、パラレル垂直配向とした第５の実施例にかかる液晶表示装置について説明する。パラレル垂直配向になるとさらにレンズシートを使う価値が高まる。第５の実施例にかかる液晶表示装置は、図１及び図２に示した水平配向した第１の実施例にかかる液晶表示装置と同様な配置となり、液晶パネル１と、面光源６と、レンズシート７と、を具備している。液晶層２、１対の基板３１，３２、１対の偏光板４１，４２、等も同様である。液晶層２は、負の誘電率異方性を持つ液晶材料を注入し、そして、２種類の配向領域を有している。電圧を印加すると配向処理に応じて水平配向に変化する。水平配向状態では、略１８０°方向が異なった１軸配向である。異なった配向状態の作製には、ラビングと光チルト制御の組み合わせ、光配向、マスクラビングなど水平配向膜で知られている公知の技術がほとんどそのまま用いることができる。この液晶パネルはノーマリーブラックであり、コントラスト５００以上とすることが容易に実現できる。
【００４２】
第６の実施例にかかる液晶表示装置について、図９を用いて説明する。第６の実施例にかかる液晶表示装置は、第５の実施例にかかる液晶表示装置と比べて１対の第４の位相差板５２ｂを備えた点に特徴を有している。第４の位相差板５２ｂは、直交ニコルに配置した１対の偏光板４１ｂ，４２ｂに挟まれて液晶層２ｂとともに配置される。第４の位相差板５２ｂは、基板面と垂直方向に進相軸を有しており、負のリタデーションを有している。第５の実施例にかかる液晶表示装置において、視角を倒すと、基板面に対し垂直な液晶のリタデーションが機能し、黒浮きが発生する。第６の実施例のように第４の位相差板５２ｂを組み合わせると、水平配向液晶表示装置とは異なり、残留リタデーションの問題がないために、黒状態は完全に補償することができる。
【００４３】
第７の実施例にかかる液晶表示装置について、説明する。第７の実施例にかかる液晶表示装置は、図９に示した第６の実施例にかかる液晶表示装置と比べてさらに第５の位相差板を備えた点に特徴を有している。第５の位相差板は、直交ニコルに配置した１対の偏光板に挟まれて液晶層及び第４の位相差板とともに配置される。第５の位相差板は、偏光板吸収軸方向と一致する方向に遅相軸を有している。第６の実施例にかかる液晶表示装置において、視角により偏光板配置角度の変化を生じるが、第７の実施例のように偏光板吸収軸方向と一致する方向に遅相軸を有する第５の位相差板を使用することにより、偏光板配置角度の変化を補償できる。
【００４４】
垂直配向の液晶表示装置においても、第１から第４の実施例に説明した水平配向の液晶表示装置と同様に、位相差板について、１又は２枚以上とすることは可能であり、２枚以上のときは、液晶パネルの基板の両側に配置し、そして、一方に配置される位相差板と他方に配置される位相差板とがほぼ同一の複屈折を示すようにすることができる。
【００４５】
この垂直配向の液晶表示装置における視角上の問題点は、やはり白に近い中間調反転が液晶配向方向で起こりやすいことである。この改善方法は水平配向と同様に多くの研究者によって報告されている。例えば、４分割ＭＶＡの技術がある。水平配向と異なり、性能を劣化させることはないが、ラビングのような直接的な配向制御が困難であり、段差の形成などプロセスの増大をもたらす。また、電極開口部を用いた配向制御法もあるが、応答が将棋倒し的になり、本来の応答速度を維持することができない。２分割のままでの改善は、白表示時のチルト角を押さえるために電圧を小さくすることであるが、その結果リタデーションが不足して白が黒くなるとともに、ギャップの増大、低電圧によってレスポンスが低下する。そこで、垂直配向の液晶表示装置においても、レンズシートを用いることによって、反転の可能性が無くなり、従来のＶＡではかけられなかった高電圧を用いることができる。その結果、薄いパネルで明るく、高速応答する液晶パネルを提供することができる。
【００４６】
本発明の第７の実施例にかかる液晶表示装置を説明する。本実施例の液晶表示装置は、図１に示すように、液晶パネル１、面光源６、レンズシート７等で構成されている。面光源６は、冷陰極型蛍光ランプと、冷陰極型蛍光ランプからの入射光を均一に面状に出射する導光体により構成されている。
【００４７】
液晶パネル１は、透明ガラス基板上にマトリクス状に薄膜トランジスターと透明電極とが形成されたアクティブマトリクス基板３１、ツイスト角がほぼ９０度のツイステッドネマティック液晶、及び、透明電極とカラーフィルターが形成されたカラーフィルター基板３２を接着し、両基板３１，３２間に液晶が封止されて構成される。液晶表示装置の両基板３１，３２の外側には、１対の偏光板４１，４２が配置され、更に、観察者側に配置された偏光板４２の外側には光拡散層であるレンズシート７が配置される。
【００４８】
比較例の液晶表示装置を説明する。比較例では、液晶パネルとして、第１の実施例と同様の構成としたが、レンズシート７を設けなかった。
【００４９】
第７の実施例にかかる液晶表示装置の等コントラスト曲線を図１０に示す。そして、この実施例の液晶表示装置の中間表示時の視野角特性について、５Ｖ１軸フィルム方向を図１１（ａ）に、５Ｖ偏光板軸方向を図１１（ｂ）に、５Ｖラビング方向を図１１（ｃ）に示す。また、比較例の液晶表示装置の等コントラスト曲線を図１２に示す。また、比較例の液晶表示装置の中間表示時の視野角特性について、５Ｖ１軸フィルム方向を図１３（ａ）に、５Ｖ偏光板軸方向を図１３（ｂ）に、５Ｖラビング方向を図１３（ｃ）に示す。
【００５０】
等コントラスト曲線を示す図１０と図１２とを比較すると、第７の実施例にかかる液晶表示装置は、比較例の液晶表示装置と比べると、等コントラストの範囲が広くなっており、また、中間調表示時の視野角特性を示す図１１と図１３とを比較すると、視野角特性についても、この実施例の液晶表示装置は、角度が広がっていることが判る。そして、この実施例の液晶表示装置は、水平配向の液晶を使用しているため、高速応答とすることができる。
【００５１】
つぎに、上記の本発明にかかる液晶表示装置において、より対称で高いコントラスト表示を得る手法について説明する。この手法は、黒表示の電圧を８Ｖ以上に設定することによって、より対称で高いコントラスト表示を得ている。この手法は、一般性が失われないので、図８に示した構成を有する液晶表示装置を用いて説明する。
【００５２】
本発明の第１から第４の実施例によれば、図１に示すように、レンズシート７を用いることによって、階調反転を比較的気にせずに液晶表示装置を構成することができるが、それでも本来の液晶モードでコントラストの視角依存性や階調反転をすくなくすることができればさらに好ましい。なぜならば、コントラストの視角依存性や階調反転の制限が少なくなればより広い角度の出射光を持つレンズを利用することができ、必然的に拡大角度を押さえることによって、光の利用効率が高まるからである。
【００５３】
図４に示した液晶層２の残留リタデーション２１，２３は、印加電圧を上げることによって、ダイナミックに減少する。その結果、補償用の位相差板５１のリタデーションは小さくなり、位相差板５２によってより完全に液晶のリタデーションが補償されることになる。
【００５４】
また、本発明にかかる液晶表示装置は、液晶層２のリタデーション及び白電圧を調整することによって、さらに階調反転を押さえることができる。階調反転は、２つの異なった配向領域のチルト角が駆動電圧範囲でほとんど０度からほとんど９０度までのように極端な角度変化が起こるために、それぞれの領域の視角依存性が大きく異なり平均化では補償できなくなることに起因している。すなわち、全体のチルト角変化がなければ補償は容易になる。
【００５５】
残留リタデーションは、既に述べた理由により、低ければ低いほど良く、電圧を下げて黒状態の液晶チルト角を小さくすることは困難である。したがって、本発明では、白状態のチルト角を大きくすることにする。しかしながら、大きいチルト角を安定に生産することは生産上非常に困難がある。白状態のチルト角を大きくするためのよく知られた技術としては、酸化珪素の斜め蒸着、弱ラビングなどが知られているが、斜め蒸着は量産性に乏しく、弱ラビングはチルト角が安定しにくいためにやはり量産に適さない。
【００５６】
このような状況を加味して検討の結果、本発明は、電圧によって直接チルト角を制御することにした。すなわち、本発明は、本来中間調に利用している液晶配向を白表示に用いることにした。このように、高めて中間調に利用している液晶配向を白表示に用いることによって、液晶のリタデーションを減少させることができるが、その減少分は、予めパネルを厚めに設定するか、または、液晶材料のΔｎをあげて補償する。
【００５７】
階調反転を起こさない電圧を探した結果、液晶応答電圧閾値から１Ｖ以上大きい電圧のみを利用すれば、ほとんど階調反転は問題にならないことがわかった。その際調整した液晶のリタデーションは、１／２波長より大きく、３００ｎｍから４００ｎｍ程度が好ましく、電圧を印加することによって、液晶のリタデーションを２００ｎｍから２７０ｎｍに減らして利用する。最初のリタデーションが、３００ｎｍより小さいと利用できるリタデーションが小さくなって、光の利用効率が悪くなるし、３５０ｎｍより大きいと白電圧が必要以上に上昇することとなり、液晶ドライバーの設計上の問題や消費電力の増大など好ましくない現象が生じることになる。
【００５８】
以下、第８の実施例にかかる液晶表示装置について説明する。第８の実施例では、図８に示した第４の実施例と同様に液晶表示装置を作成した。ただし、この実施例では、液晶パネルの厚みを４μｍとし、液晶材料のΔｎを０．９とした。印加電圧１０Ｖで透過率が最小になるように位相差板５１を調整したところ、電圧３．５Ｖで透過率が最大となる液晶パネルが得られた。
【００５９】
第８の実施例にかかる液晶表示装置のラビング方向の透過率の視角依存性を評価したところ、図１４に示すように階調反転が生じていないことがわかった。第１の実施例にかかる液晶表示装置と同様のレンズシート７を組み合せたところ図１５に示すように良好な視野角特性が得られた。
【００６０】
本発明の第９の実施例にかかる液晶表示装置について説明する。この実施例にかかる液晶表示装置は、例えば、実施例８の液晶表示装置において、透明電極の少なくとも一方に液晶の配向方向と交差した電極開口部を設けることによって、階調反転を低減させる方法を提供する。既に述べたように階調反転の防止には、配向４分割が有効であるが、常に安定した配向分割を実現することはプロセスの増大を招き好ましくない。しかしながら、電極開口部を設けることによって、完全ではないまでも、４分割を導入することができる。このことは、つぎのように説明される。
【００６１】
第９の実施例にかかる液晶表示装置を、第８の実施例にかかる液晶表示装置と同様に作成した。ただし、液晶パネル厚みを４μｍとし、液晶材料のΔｎを０．７とするとともに、下側の透明電極８２には、図１６に示すようにスリット状に開口部８２１を空けている。電極８１と電極８２の間に電圧を印加すると、図１７に示すように、電極８２と電極８１との間の電気力線ＥＬＦは、開口部８２１部分には発生せず、電極８２からは電極８１に向けて斜め電界を生じる。その結果、液晶のチルト方向２３１および２３２は、図１８に示すように左右にねじれるようになる。この液晶のチルト方向のねじれは、電極８１においても同様に生起し、上下のチルトと合わせて４種類のねじれた配向が導入されることとなり、階調反転が低減される。
【００６２】
一方の透明電極８２に設ける開口部８２１は、斜め電界が有効に機能するように電極部の幅および開口部の幅とも１０μｍから４０μｍ程度が好ましい。これより細いと電界が傾かないし、これより太いとねじれる領域が十分に確保できない。また、開口部２８１の角度は、液晶に対する面内回転トルクが十分に得られるよう、ラビング角度に対して４５度から７５度に設定することが好ましい。
【００６３】
この液晶表示装置のラビング方向の透遇率の視野角特性を評価したところ、図１９に示すように、階調反転を生じない良好な階調特性が得られた。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な配向制御とレンズシートの使用により、ＭＶＡ、ＩＰＳに匹敵する広視野角特性と、通常の補償方式では実現できない高速応答性能を有する液晶パネルを表示部分とする液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる液晶表示装置の液晶セルの断面説明図。
【図２】本発明の第１の実施例にかかる液晶表示装置の液晶層及び位相差板の説明図。
【図３】本発明の第１の実施例にかかる液晶表示装置における液晶層の説明図。
【図４】液晶表示装置の残留リタデーションの説明図。
【図５】本発明の第２の実施例にかかる液晶表示装置の液晶層及び位相差板の説明図。
【図６】本発明の第３の実施例にかかる液晶表示装置の液晶層及び位相差板の説明図。
【図７】本発明の第４の実施例にかかる液晶表示装置の液晶層及び位相差板の説明図。
【図８】本発明の第４の実施例にかかる液晶表示装置の液晶層及び位相差板の変形例の説明図。
【図９】本発明の第５の実施例にかかる液晶表示装置の液晶層及び位相差板の説明図。
【図１０】本発明の第６の実施例にかかる液晶表示装置の等コントラスト特性曲線の説明図。
【図１１】本発明の第６の実施例にかかる液晶表示装置の視野角特性の説明図。
【図１２】比較例の等コントラスト曲線の説明図。
【図１３】比較例の液晶表示装置の視野角特性の説明図。
【図１４】本発明の第８の実施例にかかる液晶表示装置の視野角特性の説明図。
【図１５】本発明の第８の実施例にかかる液晶表示装置の等コントラスト曲線の説明図。
【図１６】本発明の第９の実施例にかかる液晶表示装置の透明電極の構造を説明する図。
【図１７】本発明の第９の実施例にかかる液晶表示装置の透明電極間に生じる電気力線の態様を説明する図。
【図１８】本発明の第９の実施例にかかる液晶表示装置に生じる液晶のチルト方向を説明する図。
【図１９】本発明の第９の実施例にかかる液晶表示装置の視野角特性の説明図。
【符号の説明】
１液晶表示素子
２液晶層
２１、２３残留リタデーション層
２２配向層
２３１，２３２液晶のチルト方向
３１、３２基板
４１、４２偏光板
５１、５２、５３位相差板
６光源
７光拡散層
８１，８２透明電極
８２１開口部

Claims

水平配向した正の誘電率異方性であるネマチック液晶層、及び該液晶層を挾持し、かつ、透明電極を有する透明な１対の基板、液晶配向方向とはそれぞれ相違する方向に吸収軸を有して直交ニコルに配置される１対の偏光板、等からなる透過型液晶パネルを表示部分とする液晶表示装置において、
前記液晶層として液晶配向方向が略１８０度異なった２種類の配向領域を有する液晶層を使用し、
特定の電圧が印加された状態で生じる基板面に平行な液晶層の複屈折を補償する、その遅相軸方向を液晶配向方向と略直交して配置された第１の位相差板と、基板面と垂直方向に負のリタデーションを有する第２の位相差板と、偏光板吸収軸方向と一致する方向に遅相軸を有する第３の位相差板を備えた液晶配向方向と略平行な方向に広がりを持つ光線を散乱又は入射角度より広く屈折させるレンズシートを液晶パネルの観察面側に備えることを特徴とする液晶表示装置。
各位相差板は、２枚以上からなるとともに、液晶パネルの基板の両外側に配置され、そして、偏光板、第３の位相差板、第２の位相差板、第１の位相差板、基板、液晶層、基板、第１の位相差板、第２の位相差板、第３の位相差板、偏光板の順に配置される請求項１に記載の液晶表示装置。
各位相差板は、基板の外側の一方に配置される位相差板と基板の外側の他方に配置される位相差板とがほぼ同一の複屈折を示す請求項２に記載の液晶表示装置。
電界無印加時の液晶層の遅相軸方向が、偏光板吸収軸方向と略４５度ずれている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
垂直配向した負の誘電率異方性であるネマチック液晶層、及び該液晶層を挾持し、かつ、透明電極を有する透明な１対の基板、電界印加時の液晶配向方向とそれぞれ相違する方向に吸収軸を有して直交ニコルに配置される１対の偏光板、等からなる透過型液晶パネルを表示部分とする液晶表示装置において、
前記液晶層として電界印加時の液晶配向方向が略１８０度異なった２種類の配向領域を有する液晶層を使用し、
基板面と垂直方向に負のリタデーションを有する第４の位相差板と、偏光板吸収軸方向と一致する方向に遅相軸を有する第５の位相差板を備えた電界印加時の液晶配向方向と略平行な方向に広がりを持つ光線を散乱又は入射角度より広く屈折させるレンズシートを液晶パネルの観察面側に備えることを特徴とする液晶表示装置。
各位相差板が、２枚以上からなるとともに、液晶パネルの基板の両外側に配置され、そして、偏光板、第５の位相差板、第４の位相差板、基板、液晶層、基板、第４の位相差板、第５の位相差板、偏光板の順に配置される請求項５に記載の液晶表示装置。
各位相差板は、基板の外側の一方に配置される位相差板と基板の外側の他方に配置される位相差板とがほぼ同一の複屈折を示す請求項６に記載の液晶表示装置。
電界印加時の液晶の遅相軸方向が、偏光軸方向と略４５度ずれている請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記特定の電圧が８Ｖ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
電圧無印加状態の液晶層のリタデーションを１／２波長条件より大きく設定し、白表示電圧が液晶応答電圧数値より１Ｖ以上高く設定し、そのときの液晶層のリタデーションが２００ｎｍから２５０ｎｍであることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
液晶層に電圧を印加する透明電極の少なくとも一方に、液晶の配向方向と交叉した電極開口部を設けることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の液晶表示装置。