JP3998897B2

JP3998897B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3998897B2
Application number: JP2000244246A
Authority: JP
Inventors: 剛須崎; 裕之賀勢; 善隆森; 慎一郎田中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002055341A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＰＳ（In-Plane Switching：横電界駆動）モードの液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置において、視野特性の良いＩＰＳモードが注目を集めている。ＩＰＳモードの液晶表示装置については特開平１１−９５２１８号公報、特開平１１−１３３４０８号公報、特開２０００−１０１０５号公報等にその例を見ることができる。ＩＰＳモードは、従来のＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶セルが基板に対して垂直な縦電界で液晶分子を動かすのに対し、基板に平行な横電界で液晶分子を動かすものである。
【０００３】
一般に液晶層内における偏光状態の変化には、旋光によるものと複屈折によるものとがある。複屈折による変化の場合、液晶セルを挟む２枚の偏光板の透過軸が直交状態に配置されていると、液晶セルの透過率は以下の式で示される。
【０００４】
T＝sin²2θ・sin²((Re／λ)π) ・・・(1)
Ｔは透過率、θは液晶分子の軸方向と偏光板の透過軸とのなす角、Ｒｅは液晶層が持つリタデーション、λは波長である。
【０００５】
ＶＡ（Vertical Alignment）モードやＴＮモード等の液晶表示装置では、電圧の印加状態によって液晶分子を基板面に対し立ち上がらせたり、倒したりし、これにより表示状態を変化させる。これを図９乃至図１１に基づき説明する。図９において、１００はＶＡモードあるいはＴＮモードの液晶表示装置、１１０はその中心をなす液晶セルである。液晶セル１１０は基板１１１、１１２の間に液晶層１１３を配置している。１２１、１２２は基板１１１、１１２の外側に重ねて配置した偏光板である。今、液晶分子１１７は基板面に対し垂直に立ち上がっており、「黒」表示となっている。基板１１１、１１２の法線方向から観察すると、図１０のように液晶分子１１７は「点」の状態に見える。同図において直線ａは偏光板１２１の透過軸方向、直線ｂは偏光板１２２の透過軸方向を示し、これらは互いに直交状態となっている。また矢印ｙは図９の観察方向を示すものである。この場合液晶層１１３のリタデーションは０であり、これを上記（１）式にあてはめると、（１）式中のＲｅが０ということであるから、Ｔの値も０になる。従って、基板の法線方向においては良好な黒状態が得られる。
【０００６】
基板の法線方向でなく、斜めから見たときには状況が異なる。例えば図１０の矢印ｙ方向で斜めから観察した場合、液晶分子１１７は点ではなく、図１１に示すようにある長さをもった存在として現れる。「Ｉ」は液晶分子１１７の見かけの軸方向である。この場合、液晶層１１３にはリタデーションが発生する（Ｒｅが０以外の値になる）。また、液晶分子１１７の見かけの軸方向Ｉも偏光板１２１、１２２の透過軸ａまたはｂに対して角度θを有する（θは０以外の値である）。そのため、（１）式のＴの値は０でなくなり、光もれが発生する。
【０００７】
これに対しＩＰＳモードでは、「黒」表示の状態において、液晶分子は基板面に対し略平行、且つ偏光板の透過軸に対して平行をなしている。この状況を図１２と図１３に示す。構成要素の符号は図９のものを流用する。液晶分子１１７を基板の法線方向から観察したのが図１３であるが、偏光板１２１の透過軸ａと液晶分子１１７の見かけの軸方向とが一致している。（１）式にあてはめるとθ＝０ということであるから、Ｔ＝０となり、良好な「黒」表示が得られる。液晶分子１１７が基板面に対し平行であるならば、斜めから見た場合でも、図１４に示すように液晶分子１１７の見かけの軸方向長さこそ変化すれ、軸方向自体は透過軸の方向と一致している。従ってθ＝０、Ｔ＝０であり、光もれは発生しないということになる。このように斜めから見た場合でも光もれが発生しにくいというのが、ＩＰＳモードが視野角特性的に有利であるとされている理由の一つである。
【０００８】
視野角特性の観点からすれば、ＩＰＳモードにおいてはチルト角が存在しない方が良い。しかしながらＩＰＳモードの液晶セルにおいても、液晶分子を所定方向に配向させるため配向膜のラビングが必須であり、このラビングにより液晶分子にプレチルト角が生じる。しかも、プレチルト角が小さいと初期配向不良が起こりやすいため、ある程度のチルト角は必要である。従って、ＩＰＳモードにおいても視野角依存性が生じ、黒表示における光もれといった現象が発生する。すなわち図１５のようにプレチルト角を有している液晶分子１１７を基板の法線方向から観察したときには、図１６に示すように液晶分子１１７の軸方向と偏光板１２１の透過軸ａは重なって見え（見かけの軸方向が平行）、これは図１３の状態と変わらない。しかし基板の法線方向からではなく、例えば図１６の矢印ｙ方向から斜めに角度をつけて観察した場合には、液晶分子１１７の見かけの軸方向と偏光板１２１の透過軸ａとの間には図１７に見られるように角度のずれθが生じる。（１）式においてθ≠０となればＴ≠０となり、光もれが発生するということになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＩＰＳモードの液晶表示装置における液晶分子のプレチルト角による視角依存性を低減し、視野角特性を改善することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基板面に平行な電界によって駆動するＩＰＳモードの液晶表示装置であって、第１の基板には第１の偏光板が配置されており、第１の基板に対向する第２の基板には第２の偏光板が配置されており、第１の偏光板と第２の偏光板の透過軸はほぼ直交の関係にあり、第１および第２の基板の間に存在する正の光学異方性を持つ液晶分子は第１または第２の偏光板の透過軸に対しほぼ平行で、かつチルト角を有する水平配向している液晶表示装置において、第１の基板側の液晶分子のチルト角がα、第２の基板側の液晶分子のチルト角がβであり、第１の基板と第１の偏光板の間及び第２の基板と第２の偏光板の間には負の光学異方性をもつ第１の複屈折フィルム及び第２の複屈折フィルムがそれぞれ配置され、第１の複屈折フィルムの光軸はフィルムの厚さ方向において基板面に対して平行からαまで変化して行き、第２の複屈折フィルムの光軸はフィルムの厚さ方向において基板面に対して平行からβまで変化して行くことを特徴とするものである。
【００１６】
上記のように複屈折フィルムを配置することにより、プレチルトがリタデーションの値に与える影響を相殺し、視野角依存性を低減できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１と図２に基づき説明する。液晶表示装置１は液晶セル１０を中心に構成される。液晶セル１０は第１の基板１１と第２の基板１２の間に液晶層１３を挟んだものである。ちなみに第１の基板１１はＴＦＴアレイ基板、第２の基板１２はカラーフィルター基板である。第１の基板１１と第２の基板１２は液晶層１３に接する側の面にそれぞれ配向膜を有し、この配向膜は矢印１４、１５に示す通り同じ方向にラビングされている。そのため、両基板１１、１２の間に基板の法線方向とラビング方向により規定される仮想平面１６を設定した場合、各液晶分子１７はこの仮想平面１６に含まれ、且つスプレイ配向となる。図２に示すように、第１の基板１１の側の液晶分子１７は水平配向（第１の基板１１とほぼ平行）であり、且つプレチルト角αを有し、第２の基板１２の液晶分子１７も水平配向（第２の基板１２とほぼ平行）であり、且つプレチルト角βを有する。中間の液晶分子１７はαとβの間のいずれかのプレチルト角を有する。
【００１８】
２１は第１の基板１１の側に配置される第１の偏光板、２２は第２の基板１２の側に配置される第２の偏光板である。第１の偏光板２１の透過軸（偏光軸）２３と第２の偏光板２２の透過軸２４はほぼ直交の関係にある。ラビング方向との関係で言えば、透過軸２３はラビング方向とほぼ平行し、透過軸２４はラビング方向とほぼ直交する。従って液晶分子１７の分子軸の方位は透過軸２３に対しほぼ平行となる。
【００１９】
３１は第１の基板１１と第１の偏光板２１の間に配置された第１の複屈折フィルム、３２は第２の基板１２と第２の偏光板２２の間に配置された第２の複屈折フィルムである。第１および第２の複屈折フィルム３１、３１はそれぞれ光学補償板として使用されるものであり、光学異方性は負号である。液晶分子１７の光学異方性は正号である。
【００２０】
第１および第２の複屈折フィルム３１、３２はそれぞれ光学補償素子としての機能を果たす光学異方層３３、３４を有する。光学異方層３３、３４は図２において楕円形状で表象される。光学異方層３３、３４の光軸はフィルムの厚さ方向において変化して行く。第１の複屈折フィルム３１において、第１の偏光板２１に近い光学異方層３３の光軸は第１の基板１１の面にほぼ平行であるが、第１の基板１１に接近した地点では光軸の角度がほぼプレチルト角αに一致する。第２の複屈折フィルム３２においては、第２の偏光板２２に近い光学異方層３４の光軸は第２の基板１２にほぼ平行であるが、第２の基板１２に接近した地点では光軸の角度がほぼプレチルト軸βに一致する。
【００２１】
複屈折フィルムの働きを図１８乃至図２０に基づき説明する。図１８のように液晶分子１１７がプレチルト角αを有し、光学異方層１３３の光軸もαに一致している場合、液晶セル１１０を基板の法線方向から観察すれば、図１９のように液晶分子１１７の見かけの軸方向と、偏光板１２１の透過軸ａの方向と、光学異方層１３３の見かけの光軸方向はすべて一致しており、良好な「黒」表示を得ることができる。斜めから観察した場合、液晶分子１１７のチルト角と光学異方層１３３の光軸の方向が一致していれば、図２０のように液晶分子１１７の見かけの軸方向と光学異方層１３３の見かけの光軸は一致し、液晶分子１１７によるリタデーションを光学異方層１３３によるリタデーションで補償することができる。従って、この場合も良好な「黒」表示を得ることができる。
【００２２】
なお、液晶分子１１７のプレチルト角αは必ずしも均一という訳ではなく、液晶分子１１７によって角度の値が異なるが、そのすべてに光学異方層１３３の光軸の向きを対応させねばならないというものでもない。ある程度以上のプレチルト角αにつき補償してやれば、実用的には十分である。
【００２３】
このように、第１の複屈折フィルム３１の光軸が第１の基板１１の側の液晶分子１７のチルト方向と同一の方向に傾斜し、第２の複屈折フィルム３２の光軸が第２の基板１２の側の液晶分子１７のチルト方向と同一の方向に傾斜するので、液晶分子１７のチルトにより増加した液晶セル１０の正のリタデーションが複屈折フィルム３１、３２の負のリタデーションにより光学的に補償される形になり、視野角が拡大する。
【００２４】
図３から図８まで、本発明の他の実施形態を示す。第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は略す。図３と図４は第２の実施形態を示すものであるが、ここでは、第１の基板１１における配向膜ラビング方向が矢印１４ａで示すように第２の基板１１におけるラビング方向１５とは１８０゜逆になっている。そのため、仮想平面１６内における液晶分子１７の配向はプレチルト角αを有するホモジニアス配向となる。液晶分子１７の分子軸の方位が透過軸２３にほぼ平行である点は前と変わらない。第１の基板１１と第１の偏光板２１の間の複屈折フィルム３１は、その光学異方層３３の光軸の傾斜がフィルムの厚さ全域にわたってほぼプレチルト角αに等しくされている。これにより、液晶分子１７のチルトにより増加した液晶セル１０の正のリタデーションは複屈折フィルム３１の負のリタデーションで光学的に補償されることになる。第２の基板１２と第２の偏光板２２の間には複屈折フィルムはない。
【００２５】
図５と図６に第３の実施形態を示す。第２の実施形態と同様、仮想平面１６内における液晶分子１７の配向はホモジニアス配向であるが、今度の場合、プレチルト角が均一ではなく、第１の基板１１の側の液晶分子１７はプレチルト角αを有し、第２の基板１２の側の液晶分子１７はプレチルト角βを有する。中間の液晶分子１７はαとβの間のプレチルト角を有する。今度は第１の基板１１と第１の偏光板２１の間から複屈折フィルムが取り除かれ、第２の基板１２と第２の偏光板２２の間に複屈折フィルム３２が配置されている。複屈折フィルム３２の中の光学異方層３４の光軸はフィルムの厚さ方向において液晶分子１７のプレチルト角にならって角度αからβまで変化するものであり、第２の基板１２の側においてはその角度はαに等しく、偏光板２２の側においてはその角度はβに等しく、中間ではαとβの間の角度になっている。これにより、液晶分子１７のチルトにより増加した液晶セル１０の正のリタデーションは複屈折フィルム３２の負のリタデーションで光学的に補償されることになる。
【００２６】
図７と図８に第４の実施形態を示す。第２の実施形態と同様、仮想平面１６内における液晶分子１７の配向はホモジニアス配向であるが、プレチルト角が均一ではなく、第１の基板１１の側の液晶分子１７はプレチルト角αを有し、第２の基板１２の側の液晶分子１７はプレチルト角βを有する。今度は第１の基板１１と第１の偏光板２１の間、および第２の基板１２と第２の偏光板２２の間にそれぞれ複屈折フィルム３１、３２が配置され、且つ複屈折フィルム３１、３２の中の光学異方層３３、３４の光軸はプレチルト角α、βにならって設定されている。すなわち光学異方層３３の光軸の方向はプレチルト角αに一致し、光学異方層３４の光軸の方向はプレチルト角βに一致する。これにより、液晶分子１７のチルトにより増加した液晶セル１０の正のリタデーションは複屈折フィルム３１、３２の負のリタデーションで光学的に補償されることになる。
【００２７】
なお複屈折フィルムの配置とその光学異方層の光軸の設定は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば第１の実施形態において、基板１１に隣り合わせた複屈折フィルム３１がプレチルト角ゼロからαまでの分のリタデーションを補償し、基板１２に隣り合わせた複屈折フィルム３２がプレチルト角ゼロからβまでの分のリタデーションを補償する形にしたが、これを逆にして、複屈折フィルム３１がプレチルト角ゼロからβまでの分のリタデーションを補償し、複屈折フィルム３２がプレチルト角ゼロからαまでの分を補償するようにしても良い。
【００２８】
また図３、４に示す第２の実施形態において、複屈折フィルム３１の位置を第２の基板１２と第２の偏光板２２の間に移すことも可能である。図５、６に示す第３の実施形態において、複屈折フィルム３２の位置を第１の基板１１と第１の偏光板２１の間に移すことも可能である。第３の実施形態において、第１の偏光板２１の側の光学異方層３４がプレチルト角βのリタデーションを補償し、第２の偏光板２２の側の光学異方層３４がプレチルト角αのリタデーションを補償するよう構成することも可能である。また図７、８に示す第４の実施形態において、複屈折フィルム３１がプレチルト角αのリタデーションを補償し、複屈折フィルム３２がプレチルト角βのリタデーションを補償するよう構成することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、ＩＰＳモードの液晶表示装置において、液晶分子のプレチルト角により増加した液晶セルのリタデーションが複屈折フィルムのリタデーションにより光学的に補償され、視野角特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、構成要素を分解斜視図の形で表現したもの
【図２】本発明の第１の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図３】本発明の第２の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、構成要素を分解斜視図の形で表現したもの
【図４】本発明の第２の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図５】本発明の第３の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、構成要素を分解斜視図の形で表現したもの
【図６】本発明の第３の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図７】本発明の第４の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、構成要素を分解斜視図の形で表現したもの
【図８】本発明の第４の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図９】ＶＡモードあるいはＴＮモードの液晶表示装置について説明する概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図１０】図９の液晶分子を基板法線方向から観察した状況を示す説明図
【図１１】図９の液晶分子を基板法線方向に対し斜めの角度から観察した状況を示す説明図
【図１２】液晶分子にプレチルト角のないＩＰＳモードの液晶表示装置について説明する概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図１３】図１２の液晶分子を基板法線方向から観察した状況を示す説明図
【図１４】図１２の液晶分子を基板法線方向に対し斜めの角度から観察した状況を示す説明図
【図１５】液晶分子がプレチルト角を有するＩＰＳモードの液晶表示装置について説明する概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図１６】図１５の液晶分子を基板法線方向から観察した状況を示す説明図
【図１７】図１５の液晶分子を基板法線方向に対し斜めの角度から観察した状況を示す説明図
【図１８】ＩＰＳモードの液晶表示装置において、液晶分子のプレチルト角によるリタデーションを複屈折フィルムのリタデーションで補償する状況について説明する概略構成図にして、断面図の形で表現したもの
【図１９】図１８の液晶分子と光学異方層を基板法線方向から観察した状況を示す説明図
【図２０】図１８の液晶分子と光学異方層を基板法線方向に対し斜めの角度から観察した状況を示す説明図
【符号の説明】
１液晶表示装置
１０液晶セル
１１第１の基板
１２第２の基板
１３液晶層
１４ラビング方向を示す矢印
１５ラビング方向を示す矢印
１６仮想平面
１７液晶分子
２１第１の偏光板
２２第２の偏光板
２３透過軸
２４透過軸
３１複屈折フィルム
３２複屈折フィルム
３３光学異方層
３４光学異方層

Claims

基板面に平行な電界によって駆動するＩＰＳモードの液晶表示装置であって、第１の基板には第１の偏光板が配置されており、第１の基板に対向する第２の基板には第２の偏光板が配置されており、第１の偏光板と第２の偏光板の透過軸はほぼ直交の関係にあり、第１および第２の基板の間に存在する正の光学異方性を持つ液晶分子は第１または第２の偏光板の透過軸に対しほぼ平行で、かつチルト角を有する水平配向している液晶表示装置において、
第１の基板側の液晶分子のチルト角がα、第２の基板側の液晶分子のチルト角がβであり、
第１の基板と第１の偏光板の間及び第２の基板と第２の偏光板の間には負の光学異方性をもつ第１の複屈折フィルム及び第２の複屈折フィルムがそれぞれ配置され、
第１の複屈折フィルムの光軸はフィルムの厚さ方向において基板面に対して平行からαまで変化して行き、第２の複屈折フィルムの光軸はフィルムの厚さ方向において基板面に対して平行からβまで変化して行くことを特徴とする液晶表示装置。