JP3959258B2

JP3959258B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3959258B2
Application number: JP2001344569A
Authority: JP
Inventors: 光隆沖田
Original assignee: 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP2002250921A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特長を有していることから、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ、またカーナビゲーションシステムなどのフラットディスプレイに広く用いられている。また、最近ではＣＲＴ代替ディスプレイとしての期待が高まり、ディスプレイサイズが大型化するとともに動画表示が必要なＴＶ分野にも用いられるようになってきている。こうした画面の大型化と動画表示の必要性から液晶ディスプレイにはより一層、広視野角化と高速応答性が要求されるようになってきた。
【０００３】
広視野角化を実現する表示モードはいくつかあるが、そのなかでも、ＯＣＢ(Optically Compensated Birefringence)モードは、そのスイッチング速度が数msec程度と高速応答性を備えているため、動画表示用のディスプレイとしても注目されている。
【０００４】
ＯＣＢモードは、液晶分子をベンド配列として、液晶セルに印加する電圧の大きさにより実効的なリタデーションを制御することで、透過光量を変化させて画面表示を行っている。
【０００５】
特開平７−４９５０９号公報には、ベンド配列による液晶セルに、負の固定位相差を発生する部品を付加することで、駆動電圧が低くても、白黒反転を考えた視野角特性を拡大できる技術が開示されている。負の固定位相差を発生する部品としては、例えば、特開平８−３２７８２２号公報に示されるようなディスコティック液晶がハイブリッド配列した位相差フィルムを用いることが考えられる。
【０００６】
ここで、図４に、従来の液晶表示装置における輝度−電圧特性を示している。位相差板がある場合の液晶表示装置の特性を実線で、位相差板がない場合の液晶表示装置の特性を破線で示している。この液晶表示装置は、ＯＣＢモードであって偏光子と検光子が直交したクロスニコル下で、ＮＷ(ノーマリーホワイト)モードとされる。図４に示すように、輝度−電圧特性線は、位相差板がない場合には、輝度に対して電圧の範囲が広く、黒表示を行うためには、高電圧を印加する必要がある。一方、位相差板がある場合は、電圧の範囲が狭く、電圧が低くても黒表示を行うことができ、低電圧駆動が可能である。
【０００７】
ここで、従来の液晶表示装置について、図面を用いて説明する。図５は従来の液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図６は、従来の液晶表示装置の各部品の配置方向を示す説明図である。なお、図５において、上下方向すなわち液晶表示装置の厚さ方向をｚ方向、また、左右方向すなわち液晶表示装置の左右方向をｘ方向とする。また、図６において、上下方向すなわち液晶表示装置の上下方向をｙ方向、また、左右方向すなわち液晶表示装置の左右方向をｘ方向とする。
【０００８】
１は液晶層であり、液晶層１における液晶分子はｚ-ｘ平面内においてベンド配列をしている。３ｂ、３ｕはガラスや石英等で構成される透明基板である。透明基板３ｂ、３ｕは、その内側に形成された電極２ｂ、２ｕを介して、液晶層１を挟持している。液晶層１に印加される電圧は、透明基板３ｂ、３ｕ上に形成されている薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等のスイッチング素子（図示せず）によって制御され、電極２ｂ、２ｕを介して、液晶層１に印加される。この電圧で、実効的なリタデーションを制御して、画面の表示を行う。また、表示画面は、ｘ−ｙ平面に平行な面であり、図６は、表示画面を正面から見ている状態である。図６において、１１は、液晶層１の液晶分子の光軸の、透明基板３ｂ、３ｕ（ｘ−ｙ平面に平行な面）に対する正射影方向を示し、この正射影方向１１はｘ軸と平行とされる。
【０００９】
４ｂ、４ｕは、液晶分子と同様に主軸がｚ−ｘ平面内でハイブリッド配列した負の光学一軸性を有する光学媒体よりなる第１の位相差板であって、透明基板３ｂ、３ｕを外側から挟むように設置されている。また、第１の位相差板４ｂ、４ｕの面内位相差方向は、図６における１４で示す方向である。ここで、面内位相差方向とは、透明基板３ｂ、３ｕに平行な面であるｘ−ｙ平面に対する位相差の方向である。以下で、面内位相差といえば、同様に、ｘ−ｙ平面に対する位相差のことである。面内位相差方向１４は、上述した液晶分子の光軸の透明基板３ｂ、３ｕに対する正射影方向１１と直交する方向つまりｙ軸方向である。このように、第１の位相差板４ｂ、４ｕが設置されることによって、液晶層１のリタデーションによる視野角依存性が補償される。また、高い駆動電圧を印加させることなく優れた表示品位を得ることができる。
【００１０】
６ｂ、６ｕは、第４の位相差板であって、第１の位相差板４ｂ、４ｕを挟むように設置されていて、負の光学一軸性を有する位相差板である。第４の位相差板６ｂ、６ｕの主軸は、ｚ軸と略平行とされる。それによって、液晶層１と第１の位相差板４ｂ、４ｕのリタデーションの視野角依存性が補償される。
【００１１】
第４の位相差板６ｂ、６ｕの外側には、それぞれ、偏光子７と検光子８が設置されている。また、図６に示すように、偏光子７の偏光軸方向１７と検光子８の偏光軸方向１８は互いに直交するようにされる。また、偏光子７の偏光軸方向１７と液晶分子の光軸の透明基板３ｂ、３ｕに対する正射影方向１１は、略４５度の角度をなすように設置されている。このように、偏光子７と検光子８が設置されることで、電圧印加による液晶層１のリタデーション変化を有効に利用し、表示品位を高めることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液晶表示装置では、黒表示状態において、画面が青く色付いてしまい、表示品位が著しく低下するといった問題があった。
【００１３】
図７は、従来の液晶表示装置の波長−透過率特性図である。ここで、図７に示す特性は、従来の液晶表示装置において、液晶分子の屈折率異方性Δｎと液晶層１の厚みｄとの積（Δｎ×ｄ）を７００ｎｍに、第１の位相差板４ｂ、４ｕのリタデーションの合計を７０ｎｍに設定して、黒表示状態でパネルを正面から見た場合の特性である。図７に示すように、黒表示状態において短波長側での透過率が高い。つまり、画面が青く色付いていることを表わしている。
【００１４】
また、黒表示の視野角依存は依然として大きく、表示画面の法線方向からの傾き角が大きくなるにつれて表示に黒浮きが発生してしまう。
【００１５】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであり、黒表示状態において、色付きがなく、広視野角において、表示品位の優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、偏光軸方向が互いに直交する偏光子および検光子と、液晶分子がベンド配列している液晶層と、前記液晶層を挟持している２枚の電極基板と、主軸がハイブリッド配列した負の光学一軸性を有する光学媒体よりなる第１の位相差板とを備える液晶表示装置であって、光学二軸性または正の光学一軸性を有し、前記電極基板面に対する面内位相差を持つ第２の位相差板を備え、前記第２の位相差板の前記面内位相差の方向と、前記２枚の電極基板のいずれかに対する、前記液晶分子の光軸の正射影方向とは略直交している。それにより、黒表示状態での色付きをなくし、優れた表示品位を実現することができる。
【００１７】
この発明の態様に係る液晶表示装置において、前記第１の位相差板は、前記電極基板面に対する面内位相差を有し、前記第１の位相差板の前記面内位相差の方向と、前記第２の位相差板の前記面内位相差の方向とは略平行である。
【００１８】
この発明の他の態様に係る液晶表示装置において、前記第１の位相差板に波長が５５０ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差に対しての、前記第１の位相差板に波長が４００ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差の比をＲＨとし、前記第２の位相差板に波長が５５０ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差に対しての、前記第２の位相差板に波長が４００ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差の比をＲＵとし、ＲＨ＞ＲＵの関係を満たしている。
【００１９】
また、好ましくは、光学二軸性または正の光学一軸性を有し、前記電極基板面に対する面内位相差を持つ第３の位相差板を、前記偏光子側と前記検光子側のどちらか一方または両方に備え、前記偏光子側の前記第３の位相差板の前記面内位相差の方向と、前記偏光子の偏光軸方向とは略平行であり、前記検光子側の前記第３の位相差板の前記面内位相差の方向と、前記検光子の偏光軸方向とは略平行である。それにより、高コントラスト範囲を拡大することができ、広視野角で表示品位の高い画面表示がなされる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態の液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図２は本実施の形態の液晶表示装置の各部品の配置方向を示す説明図である。なお、図５、図６と同様の部品には、同一符号を付与する。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向も同一であり、液晶表示装置の厚さ方向をｚ方向、また、液晶表示装置の左右方向をｘ方向、液晶表示装置の上下方向をｙ方向とする。
【００２１】
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は、図５に示す従来の液晶表示装置と同一であり、異なる箇所は、第２の位相差板５ｂ、５ｕと第３の位相差板９ｂ、９ｕを備えている点である。
【００２２】
第２の位相差板５ｂ、５ｕは、光学二軸性または正の光学一軸性を有する位相差板である。第２の位相差板５ｂ、５ｕは、第１の位相差板４ｂ、４ｕと、第４の位相差板６ｂ、６ｕの間に設置されている。つまり、第２の位相差板５ｂ、５ｕは、第１の位相差板４ｂ、４ｕを外側から挟むように、また、第４の位相差板６ｂ、６ｕは、第２の位相差板５ｂ、５ｕを外側から挟むように設置されている。
【００２３】
図２に示すように、第２の位相差板５ｂ、５ｕの面内位相差方向１５は、液晶分子の光軸の透明基板３ｂ、３ｕへの正射影方向１１と直交する方向、すなわちｙ軸方向となるように設置される。また、第２の位相差板５ｂ、５ｕの面内位相差方向１５は、第１の位相差板４ｂ、４ｕの面内位相差方向１４とは略平行となる。
【００２４】
ここで、第１の位相差板４ｂ、４ｕに、波長が５５０ｎｍの光を透過させた場合の面内位相差に対する、波長が４００ｎｍの光を透過させた場合の面内位相差の比をＲＨとする。また、第２の位相差板５ｂ、５ｕに、波長が５５０ｎｍの光を透過させた場合の面内位相差に対する、波長が４００ｎｍの光を透過させた場合の面内位相差の比をＲＵとする。このとき、ＲＨ＞ＲＵの関係が成り立つようにする。このように、第２の位相差板５ｂ、５ｕが設置されることで、色付きのない黒表示がなされる。
【００２５】
また、第３の位相差板９ｂ、９ｕは、光学二軸性または正の光学一軸性を有する位相差板である。第３の位相差板９ｂ、９ｕは、第４の位相差板６ｂ、６ｕと、偏光子７および検光子８との間に設置されている。つまり、第３の位相差板９ｂ、９ｕは、第４の位相差板６ｂ、６ｕを外側から挟むように設置され、第３の位相差板９ｂ、９ｕの外側には、それぞれ、偏光子７と検光子８が設置されている。
【００２６】
また、偏光子７側の第３の位相差板９ｂは、その面内位相差方向が偏光子７の偏光軸方向１７と平行となるように設置され、検光子８側の第３の位相差板９ｕは、その面内位相差方向が検光子８の偏光軸方向１８と平行となるように設置されている。このように、第３の位相差板９ｂ、９ｕが設置されることで、高コントラスト範囲を拡大することができ、広視野角で表示品位の高い画面表示がなされる。
【００２７】
なお、第３の位相差板９ｂ、９ｕが、光学二軸性を有する場合は、第４の位相差板６ｂ、６ｕは設置しなくても構わない。それにより、製造の手間が省ける等の効果が得られる。
【００２８】
また、第３の位相差板９ｂ、９ｕは、どちらか一方が設置されている場合であっても高コントラス範囲を拡大することができる。
【００２９】
本実施の形態の液晶表示装置の黒表示状態における光の波長と透過率特性の関係を実測値をもとに説明する。
【００３０】
図３は、本実施の形態に基づく、実施例の液晶表示装置における波長−透過率特性図である。この実施例の液晶表示装置の条件は、図７の波長−透過率特性図の従来の液晶表示装置と同様に、液晶分子の屈折率異方性Δｎと液晶層１の厚みｄとの積（Δｎ×ｄ）を７００ｎｍとし、第１の位相差板４ｂ、４ｕと第２の位相差板５ｕ、５ｂのリタデーションの合計を７０ｎｍに設定した。
【００３１】
図３、図７を比較すれば明らかなように、図３では、透過率特性が全範囲の波長に対してほぼフラットとなっている。つまり、色付きのない非常に表示品位の高い黒表示を実現できた。
【００３２】
なお、上記の実施例では、液晶分子の屈折率異方性Δｎと液晶層１の厚みｄとの積(Δｎ×ｄ)を７００ｎｍに、第１の位相差板４ｂ、４ｕと第２の位相差板５ｕ、５ｂのリタデーションの合計を７０ｎｍに設定したが、この値に限定されるものではなく、これ以外の値でも同様の効果が得られる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態の液晶表示装置によれば、第２の位相差板５ｂ、５ｕを、その面内位相差方向１５が、第１の位相差板４ｂ、４ｕの面内位相差方向１４とは略平行となるように設置し、偏光子７側の第３の位相差板９ｂを、その面内位相差方向が、偏光子７の偏光軸方向１７と平行となるように設置し、検光子８側の第３の位相差板９ｕを、その面内位相差方向が、検光子８の偏光軸方向１８と平行となるように設置しているので、黒表示状態で色付きがない、優れた表示品位を、広視野角において実現し得る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置によれば、偏光軸方向が互いに直交する偏光子および検光子と、液晶分子がベンド配列している液晶層と、液晶層を挟持している２枚の電極基板と、主軸がハイブリッド配列した負の光学一軸性を有する光学媒体よりなる第１の位相差板とを備える液晶表示装置であって、光学二軸性または正の光学一軸性を有し、電極基板面に対する面内位相差を持つ第２の位相差板を備え、第２の位相差板の面内位相差の方向と、２枚の電極基板のいずれかに対する、液晶分子の光軸の正射影方向とは略直交している。それによって、黒表示状態での色付きのない、優れた表示品位を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の各部品の配置方向を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態に基づく、実施例の液晶表示装置の波長−透過率特性図
【図４】従来の液晶表示装置の輝度−電圧特性の比較図
【図５】従来の液晶表示装置の構成を示す断面図
【図６】従来の液晶表示装置の各部品の配置方向を示す説明図
【図７】従来の液晶表示装置の波長−透過率特性図
【符号の説明】
１液晶層
２ｂ、２ｕ電極
３ｂ、３ｕ透明基板
４ｂ、４ｕ第１の位相差板
５ｕ、５ｂ第２の位相差板
６ｂ、６ｕ第４の位相差板
７偏光子
８検光子
９ｂ、９ｕ第３の位相差板
１１正射影方向
１４、１５面内位相差方向
１７、１８偏光軸方向

Claims

偏光軸方向が互いに直交する偏光子および検光子と、液晶分子がベンド配列している液晶層と、前記液晶層を挟持している２枚の電極基板と、主軸がハイブリッド配列した負の光学一軸性を有する光学媒体よりなり前記電極基板面に対する面内位相差を持つ第１の位相差板とを備える液晶表示装置であって、
光学二軸性または正の光学一軸性を有し、前記電極基板面に対する面内位相差を持つ第２の位相差板を備え、
前記第２の位相差板の前記面内位相差の方向は、前記２枚の電極基板のいずれかに対する、前記液晶分子の光軸の正射影方向と略直交すると共に、前記第１の位相差板の前記面内位相差の方向と略平行であることを特徴とする液晶表示装置。
偏光軸方向が互いに直交する偏光子および検光子と、液晶分子がベンド配列している液晶層と、前記液晶層を挟持している２枚の電極基板と、主軸がハイブリッド配列した負の光学一軸性を有する光学媒体よりなる第１の位相差板とを備える液晶表示装置であって、
光学二軸性または正の光学一軸性を有し、前記電極基板面に対する面内位相差を持つ第２の位相差板を備え、
前記第２の位相差板の前記面内位相差の方向と、前記２枚の電極基板のいずれかに対する、前記液晶分子の光軸の正射影方向とは略直交し、
前記第１の位相差板に波長が５５０ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差に対しての、前記第１の位相差板に波長が４００ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差の比をＲＨとし、
前記第２の位相差板に波長が５５０ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差に対しての、前記第２の位相差板に波長が４００ｎｍの光を透過させた場合の前記電極基板面に対する面内位相差の比をＲＵとし、
ＲＨ＞ＲＵの関係を満たしていることを特徴とする液晶表示装置。
光学二軸性または正の光学一軸性を有し、前記電極基板面に対する面内位相差を持つ第３の位相差板を、前記偏光子側と前記検光子側のどちらか一方または両方に備え、
前記偏光子側の前記第３の位相差板の前記面内位相差の方向と、前記偏光子の偏光軸方向とは略平行であり、
前記検光子側の前記第３の位相差板の前記面内位相差の方向と、前記検光子の偏光軸方向とは略平行であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。