JP3987319B2

JP3987319B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3987319B2
Application number: JP2001339737A
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: 2001-11-05
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2002250941A

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位相差板を付加することで、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。上記文献には詳細は開示されていないが、この負の位相差を発生する位相差板としては、正の屈折率異方性をもつ光学媒体を、その位相差方向が液晶セルの光軸と直交するように配置させる等の方法が考えられる。
【０００６】
ここで、図６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６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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−４９５０９号公報の液晶表示装置では、視野角特性は十分とはいえず、特に黒表示状態の視野角依存性は依然として大きい。そのため、表示パネル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、コントラストが大きく低下する。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであり、黒表示状態での視野角依存性を抑え、コントラストが高く、視認性に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、偏光軸が互いに直交してい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正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、
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の位相差板と、を備え、前記第１の位相差板の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同一方向であり、前記第２の位相差板の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。
【００１０】
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、表示画面に対して、対称的な視野角特性を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１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は本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図２は、本発明の実施の形態１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である。なお、図１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２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。
【００１２】
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２は、表示画面を正面から見ている状態である。図２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。
【００１３】
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正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２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と同一方向である。このように、第１の位相差板４ｂ、４ｕが設置されることで、液晶表示装置の視野角依存性が抑えられる。
【００１４】
５ｂ、５ｕは、光学二軸性または正の光学一軸性を有する第２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る。また、第２の位相差板５ｂ、５ｕの面内位相差方向は、図２における１５で示す方向で、ｙ軸方向と平行である。このように、第２の位相差板５ｂ、５ｕが設置されることで、駆動電圧が低い場合でも、黒表示状態で十分に表示品位の高い画面表示がなされる。
【００１５】
６ｂ、６ｕは、負の光学一軸性を有する第４の位相差板であって、第２の位相差板５ｂ、５ｕを挟むように設置されている。第４の位相差板６ｂ、６ｕの主軸は、ｚ軸と略平行とされる。このように、第４の位相差板６ｂ、６ｕが設置されることによって、液晶層１と第１の位相差板４ｂ、４ｕおよび第２の位相差板５ｂ、５ｕのリタデーションによる視野角依存性が補償される。
【００１６】
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２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。
【００１７】
以下に、実施の形態１の液晶表示装置について、実際の測定結果とその特性を説明する。
【００１８】
図３は、実施の形態１に基づく、実施例１の液晶表示装置の透過率の視野角依存特性を示す。図３（ａ）は液晶表示装置の左右方向、図３（ｂ）は液晶表示装置の上下方向の視野角依存性を示す。図において、実線は黒表示状態の特性曲線を、破線は白表示状態の特性曲線を示している。また、縦軸は透過率とし、横軸は視野角とした。なお、図３（ａ）の左右方向とはｘ方向、図３（ｂ）の上下方向とはｙ軸方向である。また、視野角は表示画面の法線方向に対しての倒れ角であり、左右方向は、ｚ方向からｘ軸の正方向に傾けた場合の視野角を正とし、負方向に傾けた場合の視野角を負とした。また、上下方向は、ｚ方向からｙ軸の正方向に傾けた場合の視野角を正とし、負方向に傾けた場合の視野角を負とした。
【００１９】
実施例１の液晶表示装置の、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の面内位相差の合計を７０ｎｍに、第２の位相差板５ｂ、５ｕの面内位相差の合計を１４０ｎｍに設定した。なお、このときの光の波長は、５５０ｎｍである。
【００２０】
図３（ａ）に示すように左右方向では、黒表示状態において、視野角によらず透過率は低い値であるので、視野角依存性が低く抑えられていることがわかる。また、図３（ｂ）に示すように上下方向に関しては、特に、負の視野角方向の視野角依存性が低く抑えられている。
【００２１】
以上のように、実施の形態１の液晶表示装置によれば、液晶分子が、ベント配列している液晶表示装置において、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正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４ｂ、４ｕと、光学二軸性または正の光学一軸性を有する第２の位相差板５ｂ、５ｕとを備えたので、黒表示状態において、視野角依存性が低く、コントラストが高い上、低い駆動電圧で表示が可能である。
【００２２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２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４は、本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図である。実施の形態２の液晶表示装置の基本構成は、実施の形態１の液晶表示装置と同一である。異なる点は、第３の位相差板９ｂ、９ｕを備えている点である。
【００２３】
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。
【００２４】
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、さらに視野角依存性を低減させる上、視野角の正と負における視野角依存性の非対称性を改善することができる。
【００２５】
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。
【００２６】
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視野角依存性を低減させることができる。
【００２７】
以下に、実施の形態２の液晶表示装置について、実際の測定結果とその特性を説明する。
【００２８】
図５は、実施の形態２に基づく、実施例２の液晶表示装置の透過率の視野角依存特性を示す。図５（ａ）は液晶表示装置の左右方向、図５（ｂ）は液晶表示装置の上下方向の視野角依存性を示す。図において、実線は黒表示状態の特性曲線を、破線は白表示状態の特性曲線を示している。また、縦軸は透過率とし、横軸は視野角とした。なお、図５（ａ）の左右方向とはｘ方向、図５（ｂ）の上下方向とはｙ軸方向である。また、視野角は表示画面の法線方向に対しての倒れ角であり、左右方向は、ｚ方向からｘ軸の正方向に傾けた場合の視野角を正とし、負方向に傾けた場合の視野角を負とした。また、上下方向は、ｚ方向からｙ軸の正方向に傾けた場合の視野角を正とし、負方向に傾けた場合の視野角を負とした。
【００２９】
実施例２の液晶表示装置は、実施例１の液晶表示装置に、面内位相差が１５０ｎｍの正の光学一軸性を有する第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、また、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たものとした。なお、光の波長は、実施例１と同様に５５０ｎｍである。
【００３０】
図５（ａ）に示すように左右方向では、すべての視野角に対して、黒表示状態の透過率は、ほぼ０である。図３（ａ）に示す実施例１に比べて、実施例２では、黒表示状態における視野角依存性がさらに低減していることがわかる。また、図５（ｂ）に示すように上下方向では、図３（ｂ）の実施例１に見られた、黒表示状態の視野角の正と負による視野角依存性の非対称性は改善され、対称となっている。つまり、上下左右のどちらから見ても、視認性が変わることはない。
【００３１】
以上のように、実施の形態２の液晶表示装置によれば、光学二軸性または正の光学一軸性を有する第３の位相差板９ｂ、９ｕを備えたので、黒表示状態において、視野角依存性がさらに低減し、視野角の正と負に対して、対称の視野角依存性を有する。
【００３２】
なお、上記の実施例１、２では、液晶分子の（Δｎ×ｄ）を７００ｎｍとし、第１の位相差板４ｂ、４ｕの面内位相差の合計を７０ｎｍとし、第２の位相差板５ｂ、５ｕの面内位相差の合計を１４０ｎｍとしたが、これ以外の値であっても同様の効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置によれば、主軸がハイブリッド配列した正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、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の位相差板とを備え、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ので、駆動電圧を低くでき、黒表示状態での視野角依存性を抑えることができる。そのため、コントラストが高く、視認性に優れた液晶表示装置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１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１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１に基づく、実施例１の液晶表示装置の視野角依存特性を示す図であって、図３（ａ）は白表示の場合の視野角依存特性を示す図、図３（ｂ）は黒表示の場合の視野角依存特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２に基づく、実施例２の液晶表示装置の視野角依存特性を示す図であって、図５（ａ）は白表示の場合の視野角依存特性を示す図、図５（ｂ）は黒表示の場合の視野角依存特性を示す図
【図６】従来の液晶表示装置における輝度−電圧特性の比較図
【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
５ｂ、５ｕ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

偏光軸が互いに直交してい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正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、
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の位相差板と、を備え、
前記第１の位相差板の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同一方向であり、
前記第２の位相差板の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に記載の液晶表示装置。
負の光学一軸性を有する第４の位相差板をさらに有し、
前記第４の位相差板は前記第２の位相差板を挟むように設置されているとともに、その主軸方向は液晶表示装置の厚さ方向と略平行であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。