JP4063919B2 - 液晶表示パネル - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルに関し、更に詳しくいえば、TN(Twisted Nematic )型液晶表示パネル、特に各画素の電位をTFT(Thin Film Transistor)等の能動素子により制御する能動素子型液晶表示パネルの構造に関する。能動素子型液晶表示パネルはCRT並みの表示特性が得られるため携帯テレビやパソコン等への応用が盛んに行われている。
【0002】
しかし、能動素子型液晶表示パネルはパネルを斜め方向から見た時の視角特性がCRT等に比べて劣るので、表示品質に関してはまだ十分とはいえない。そこで、この視角特性を改善することで表示品質を改善しようとする試みがなされている。
【0003】
【従来の技術】
以下で、従来例に係る液晶表示パネルについて図面を参照しながら説明する。
一般に、負の誘電率異方性をもつ液晶組成物を用いた液晶表示素子として、電圧制御複屈折型や二色性色素を混合したゲスト・ホスト型の液晶表示素子がある。また、最近ではこの負の誘電率異方性をもつ液晶を、通常のTN型液晶表示素子にも適用することが考えられている。
【0004】
一般的な液晶表示パネルは、2枚の透明基板の間に液晶を挟んだ液晶セルと、その上下に配置された2枚の偏光板とからなる。それらの透明基板の相互に対向する2つの面(対向面)のうち、一方の面側には対向電極及び配向膜等が形成され、他方の面側にはTFT等の液晶駆動用の能動素子、画素電極、配向膜等の所定の部材が形成されている。さらに、2枚の偏光板は、その透過軸が互いに直交するか、平行になるかのいずれかになるように配置される。
【0005】
最初に、従来の負の誘電率異方性を有する垂直配向型の液晶セルについて図12(a)を参照しながら説明する。
従来の液晶セルは、図12(a)に示すように、背面にそれぞれ偏光板3a,3bが貼付された透明基板2a,2bが対向配置され、その間に液晶分子1を含む液晶が封入されることで構成される。この液晶セルにおいては、電圧無印加(オフ)の状態では、図12(a)に示すように、液晶分子1の長軸方向が垂直に配向している(垂直配向型)。このセルに電圧が印加(オン)されると、図12(b)に示すように、液晶分子がツイストする。
【0006】
以下で、上記液晶セルの一部を構成する透明基板上の部材の配置状態について図13を参照しながら説明する。この透明基板上には第1の画素電極部7aと第2の画素電極部7bとからなる画素電極7がマトリクス状に配設されており、これらの画素電極7の間の透明基板上にはゲートバスライン5及びデータバスライン6が直交するように形成されている。これらのゲートバスライン5及びデータバスライン6の交差部分の近傍にはそれぞれTFT(Thin Film Transistor)5Aが形成されている。このTFT5Aのゲートはゲートバスライン5に接続し、ドレインはデータバスライン6に接続し、ソースは画素電極7に接続している。
【0007】
また、上記透明基板の上には、画素電極7、TFT5A、ゲートバスライン5及びデータバスライン6を被覆するようにして不図示の配向膜が形成されている。さらに、これらのゲートバスライン5及びデータバスライン6に囲まれた領域が各画素領域になっている。
引き続いて、上記の液晶セルを用いた液晶表示パネルの構造について以下で図14を参照しながら説明する。
【0008】
この液晶表示パネルは、図14に示すように、上記の構造を有する液晶セル9の上下に、第1,第2の偏光板8,10が配置されることで構成されるものである。なお、図14において8Aは第1の偏光板の透過軸、9A,9Bはそれぞれ液晶セル9の上下基板に形成された配向膜のラビング方向、10Aは第2の偏光板の透過軸である。また、8A,10Aは互いに直交している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の発明者等は、以上のような構造の従来の液晶表示パネルについて、視角を変化させて各視角におけるコントラスト及び階調反転特性を実際に調べてみた。
図15は従来の液晶表示パネルの等コントラスト曲線(Viewing Cone)を示す図、図16は従来の液晶表示パネルの階調反転特性を説明する図である。これらの図において、図中央の点は液晶表示パネルの正面を示し、同心円状の目盛線はパネルの法線に対する角度を示している。また、液晶表示パネルの右方向を0.0deg、上方向を90.0deg 、左方向を180.0deg、下方向を270.0degというように方位角で示している。
【0010】
更に、図15中太線はコントラストレシオが100.0 の等コントラスト曲線、細線はコントラストレシオが50.0の等コントラスト曲線、破線はコントラストレシオが20.0の等コントラスト曲線、一点鎖線はコントラストレシオが10.0の等コントラスト曲線、二点鎖線はコントラストレシオが5.0 の等コントラスト曲線を、それぞれ示している。
【0011】
この実験の際に用いたパネルは、通常の平面画素電極に垂直配向膜JALS−204(日本合成ゴム)をスピンコート塗布し、45°ツイストするように2枚の基板表面をラビングして、セル厚3.5μmのセルを作製し、誘電率異方性が負の液晶組成物MJ−95785(メルク社)を注入することにより製造したものである。
【0012】
等コントラスト曲線については、図15に示すように、低コントラストの等コントラスト曲線(コントラストレシオが5.0 〜10)が随所に現れており、高コントラストの等コントラスト曲線の現れる範囲がかなり狭く、コントラストの点ではあまり良好な表示特性を呈しているとはいえない。
また、階調反転特性については、図16に示すように、階調が反転したり、所定の階調と異なる階調が現れる領域である階調表示不良領域10Bが広範囲にわたって現れるので、視角変化による階調反転の影響も大きく、いずれにせよ表示特性は良好でない。これは通常のTN型液晶表示パネルよりは良い特性であるが、まだ十分であるとはいえない。
【0013】
本発明は、上記課題に鑑みて創作されたものであり、負の誘電率異方性を有する液晶を用いた液晶表示パネルの、表示特性の改善を目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、相互に対向して配置された一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に封入され、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶と、前記一対の透明基板の各対向面に配置された第1及び第2の垂直配向膜とにより構成された液晶セルと、前記液晶セルの上下に配置され、各々一方向の遅相軸を有する一対の光学異方性フィルムと、前記光学異方性フィルム及び前記液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板とを備え、前記光学異方性フィルムは、そのx,y,z軸方向の屈折率nx,ny,nzが、nx>ny>nzで示される光学特性を有し、リターデーション(Δnd値)が50乃至150nm、Nz=(nx−nz)/(nx−ny)で与えられるNzの値が1.1〜2.0であるフィルムであり、その遅相軸が隣接する前記偏光板の透過軸に対して90°±10°以内の角度をなすように配置されることを特徴とする液晶表示パネルにより解決する。
【0015】
以下、本発明の作用について説明する。
本発明に係る液晶表示パネルによれば、液晶セルの上下に、そのx,y,z軸方向の屈折率nx,ny,nzが、nx>ny>nzで示される光学特性を有し、リターデーション(Δnd値)が50乃至150nmであって、かつNzの値が1.1〜2.0であって、かつ、偏光板の透過軸に対して90°±10°以内の角度をなすように配置された光学異方性フィルムを設けている。
【0016】
このため、光学異方性フィルムを挿入しない従来の液晶表示パネルの構造と比較した場合、黒を表示すべきときに斜め方向から見た表示がやや白っぽく見える傾向を改善することができ、黒は黒として表示することができるので、表示コントラストを上げることができる。また、コントラストの視角特性のみだけでなく、階調反転も抑えられ、良好な表示特性を得ることが可能になる。
【0017】
また、上記の液晶表示パネルにおいて、液晶セルの一画素が、前記液晶分子の配向状態が異なる複数の領域を有するようにすると、透過光の透過状態を一画素内で異ならせることができるので、さらに表示品位を向上させることが可能になる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下で、本実施形態に係る液晶表示パネルについて図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係る液晶表示パネルは、負の誘電率異方性を有する液晶を含む液晶セルを有する液晶表示パネルである。
【0019】
図1は、本実施形態に係る液晶表示パネルの構成を示す模式図である。
本実施形態に係る液晶表示パネルは、図1に示すように、第1の偏光板11,第1の光学異方性フィルム12,液晶セル13,第2の光学異方性フィルム14及び第2の偏光板15より構成されるものである。また、図1において11Aは第1の偏光板11の透過軸である第1の透過軸,15Aは第2の偏光板15の透過軸である第2の透過軸、13A,13Bはそれぞれ液晶セルを構成する一対の透明基板上に形成された一対の配向膜のラビング方向である第1,第2のラビング方向である。さらに、12Aは第1の光学異方性フィルム12における第1の遅相軸、14Aは第2の光学異方性フィルム14における第2の遅相軸である。
【0020】
本実施の形態では、図1に示すように、第1の光学異方性フィルム12の第1の遅相軸12Aの方向と、第1の偏光板11の第1の透過軸11Aの方向とが直交するように配置し、第2の光学異方性フィルム14の第2の遅相軸14Aの方向と、第2の偏光板15の第2の透過軸15Aの方向とが直交するように配置している。また、第1の透過軸11Aと第2の透過軸15Aは互いに直交している。
【0021】
本発明の発明者等は、上記のような液晶パネルを作製し、この液晶パネルについて視角を変化させて各視角におけるコントラスト及び階調反転特性を調べてみた。
この実験に際しては、液晶表示パネルに用いられる第1,第2の光学異方性フィルム12,14は、そのx,y,z軸方向の屈折率nx,ny,nzが、nx>ny>nzで示される光学特性を有し、リターデーション(Δnd値)が100nmであって、かつ
Nz=(nx−nz)/(nx−ny)
で与えられるNzの値が1.85であるフィルムを用いた。
【0022】
図2は本実施形態に係る液晶表示パネルの等コントラスト曲線(Viewing Cone)を示す図であって、図3は本実施形態に係る液晶表示パネルの階調反転特性を説明する図である。これらの図においては、図15,図16で説明したように、図中央の点は液晶表示パネルの正面を示し、同心円状の目盛線はパネルの法線に対する角度を示している。また、液晶表示パネルの右方向を0.0deg、上方向を90.0deg 、左方向を180.0deg、下方向を270.0degというように方位角で示している。
【0023】
図2と、従来のコントラスト特性を示す図15とを比較すると、高コントラストレシオの等コントラスト曲線は図15よりも図2のほうに広範囲に現れており、かつ、低コントラストレシオ(コントラストレシオが5.0 〜10)の等コントラスト曲線は図2にはほとんど現れていない。視角270°付近に若干現れる程度である。
【0024】
このように、コントラストについては従来に比して格段の改善がなされたことが確認できる。
さらに、階調反転について、本実施形態の実験結果である図3と、従来の階調反転特性を示す図16とを比較すると、図3において、階調が反転したり、所定の階調と異なる階調が現れる領域である階調表示不良領域16の現れる範囲は、図16に比して少ない。
【0025】
従って、階調反転についても、従来に比して改善がなされたことが確認できた。
本発明の発明者等は、さらに検討を重ねるため、光学異方性フィルムの特性を変えることにより、コントラスト特性の改善がどの程度なされるかについて実験を行った。
【0026】
図4〜図9は、光学異方性フィルムの特性を変化させた場合のコントラスト特性の変化を示す図である。
図4は、x,y,z軸方向の屈折率nx,ny,nzが、nx>ny>nzで示される光学特性を有し、Δndが100nmであって、かつNzの値が1.20であるフィルムを用いた場合の実験結果を示し、図5は、nx>ny>nz、Δndが150nm、Nzの値が1.85であるフィルムを用いた場合の実験結果を示している。
【0027】
図6は、nx>ny>nz、Δndが150nm、Nzの値が1.44であるフィルムを用いた場合の実験結果を示し、図7は、nx>ny>nz、Δndが150nm、Nzの値が1.20であるフィルムを用いた場合の実験結果を示している。
図8は、nx>ny>nz、Δndが200nm、Nzの値が1.20であるフィルムを用いた場合の実験結果を示し、図9は、nx>ny>nz、Δndが200nm、Nzの値が1.85であるフィルムを用いた場合の実験結果を示している。
【0028】
これらの実験結果から、リタデーションΔndの範囲を50〜150nmの範囲に、かつNzの範囲を1.1〜2.0に設定した場合には、従来に比してコントラスト特性の改善がみられることがわかり、この範囲においては従来に比して視角特性が改善されたことがわかる。
更に、本発明の発明者等は検討を重ね、通常のTN型液晶表示パネルなどで視角特性改善のために行われている配向分割処理を施した液晶セルを図1の液晶セル13として用い、視角特性のさらなる改善がなされるか否かについての実験を行った。ここで配向分割処理とは、図13に示すように、画素電極7で規定される画素領域を第1の画素電極部7a,第2の画素電極部7bとに分け、その各々で液晶の配向方向が逆方向に向くように配向処理を行う処理である。
【0029】
この実験では、液晶セルとして配向分割処理したものを用いて図1に示す構造と同様の液晶表示パネルを作製し、光学異方性フィルムの遅相軸が偏光板の透過軸に対して直交するように配置し、光学異方性フィルムのΔndは100nm、Nz値を1.85とした。この液晶表示パネルのコントラスト特性を図10に、階調反転特性を図11に、それぞれ示す。コントラスト特性については、図2に示す結果と比較した場合に、図10では若干悪くなっているが、階調反転特性については、図11に示すように、階調表示不良領域17が、図3に比して大幅に減少しており、階調反転特性が大幅に改善されていることが確認できた。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本願の発明によれば、液晶セルの上下に、そのx,y,z軸方向の屈折率nx,ny,nzが、nx>ny>nzで示される光学特性を有し、その厚さをdとするとき、リターデーション(Δnd値)が50乃至150nmであって、かつNzの値が1.1〜2.0であって、かつ、偏光板の透過軸に対して90°±10°以内の角度をなすように配置された光学異方性フィルムを設けている。
【0031】
このため、表示コントラストを上げることができ、また階調反転も抑えられ、良好な表示特性を得ることが可能になる。
また、上記の液晶表示パネルにおいて、液晶セルの一画素を、前記液晶分子の配向状態が異なる複数の領域を有するようにすると、透過光の透過状態を一画素内で異ならせることができるので、さらに表示品位を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの構造を説明する図である。
【図2】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの、等コントラスト曲線の視角依存性を説明する第1の図である。
【図3】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの、階調反転特性の視角依存性を説明する第1の図である。
【図4】光学異方性フィルムの光学的特性と、等コントラスト曲線との関係についての実験結果を説明する第1の図である。
【図5】光学異方性フィルムの光学的特性と、等コントラスト曲線との関係についての実験結果を説明する第2の図である。
【図6】光学異方性フィルムの光学的特性と、等コントラスト曲線との関係についての実験結果を説明する第3の図である。
【図7】光学異方性フィルムの光学的特性と、等コントラスト曲線との関係についての実験結果を説明する第4の図である。
【図8】光学異方性フィルムの光学的特性と、等コントラスト曲線との関係についての実験結果を説明する第5の図である。
【図9】光学異方性フィルムの光学的特性と、等コントラスト曲線との関係についての実験結果を説明する第6の図である。
【図10】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの、等コントラスト曲線の視角依存性を説明する第2の図である。
【図11】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルの、等コントラスト曲線の視角依存性を説明する第2の図である。
【図12】垂直配向型の液晶セルの構造を説明する図である。
【図13】一般のTFTアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を説明する平面図である。
【図14】従来の液晶表示パネルの構造を説明する断面図である。
【図15】従来の液晶表示パネルにおける等コントラスト曲線の視角依存性を説明する図である。
【図16】従来の液晶表示パネルにおける階調反転特性の視角依存性を説明する図である。
【符号の説明】
1 液晶分子
2a,2b 透明基板
3a,3b 偏光板
4 光
5 ゲートバスライン
5A TFT
6 データバスライン
7 画素電極
7a 第1の画素電極部
7b 第2の画素電極部
11 第1の偏光板
11A 第1の透過軸
12 第1の光学異方性フィルム
12A 第1の遅相軸
13 液晶セル
13A 第1のラビング方向
13B 第2のラビング方向
14 第2の光学異方性フィルム
14A 第2の遅相軸
15 第2の偏光板
15A 第2の透過軸
16,17 階調表示不良領域

Claims (4)

  1. 相互に対向して配置された一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に封入され、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含む液晶と、前記一対の透明基板の各対向面に配置された第1及び第2の垂直配向膜とにより構成された液晶セルと、
    前記液晶セルの上下に配置され、各々一方向の遅相軸を有する一対の光学異方性フィルムと、
    前記光学異方性フィルム及び前記液晶セルを挟んで配置された一対の偏光板とを備え、
    前記光学異方性フィルムは、そのx,y,z軸方向の屈折率nx,ny,nzが、nx>ny>nzで示される光学特性を有し、リターデーション(Δnd値)が50乃至150nm、Nz=(nx−nz)/(nx−ny)で与えられるNzの値が1.1〜2.0であるフィルムであり、その遅相軸が隣接する前記偏光板の透過軸に対して90°±10°以内の角度をなすように配置されることを特徴とする液晶表示パネル。
  2. 前記液晶分子のツイスト角が0〜90°であることを特徴とする請求項1記載の液晶表示パネル。
  3. 前記液晶セルの一画素は、前記液晶分子の配向状態が異なる複数の領域を有することを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示パネル。
  4. 前記一対の偏光板は、透過軸の方向が相互に直交することを特徴とする請求項1,2又は3記載の液晶表示パネル。
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