JPH01183625A - 液晶表示装置及びそれに用いる位相板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特にコントラスト、視角特性に優れた、低コ
ストの液晶表示装置に係るものである。

従来の技術 液晶表示パネルは薄型、軽量、低電力等の特徴を有する
ため、電卓、ウォッチ、ボケッ１−ＴＶ、ハンドベルト
コンピュータ、ｗｐ、パソコン、電話機等の他ＶＴＲ１
炊飯器等家電機器に広く利用されている。しかるに益々
大容量表示、高精細表示が望まれており、この目的には
Ｘ−Ｙマトリクス構成のパネルが必須である。Ｘ−Ｙマ
トリクスパネルは一対の平行帯状電極の各々の電極を互
いに直交に配置してこれらの間に液晶層を挟み込んだ単
純マトリクスパネルと、アモルファスシリコン、ポリシ
リコン、カドミウムセレナイド、テルル等の半導体より
構成された薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴと略す）アレ
ーないしはアモルファスシリコン、ポリシリコン、絶縁
物、カルコゲナイト系半導体等に一対の電極を設けた構
成の２端子非直線抵抗素子アレー、液晶層、対向電極よ
り構成されるアクティブマトリクスパネルがある。

前者は低コストであるが表示品位に劣り、後者は表示品
位に優れるが製造プロセスの複雑化、保留まりの低下等
からコストが高くなるという欠点を有している。従って
低コストの単純マトリクスで大容量表示を実現する試み
が数々なされ、スーパツイスト（以下ＳＴＮと略す）モ
ードが提案された。これは従来のＴＮモードでは両基板
間での液晶分子のねじれ角が約９０°であったのに対し
て１８０゜〜２７０°に拡大しかつ複屈折モードで用い
るものである。しかし当初のＳＴＮはコントラストを得
ようとすると黄モードないしは青モードであり白黒表示
の出来ないものであった。その後ＳＴＮセルを白黒化す
る試みがなされ、日経マイクロデバイス　昭和６２年１
０月号　７９頁〜９７頁に記載されている通り、その１
つの解決策として、ＳＴＮセル（以下では電圧を印加す
るマトリクス構成のセルをＬＶと略す。ここではＳＴＮ
セルがＬＶである）で生じる旋光分散による着色を、も
う１枚の液晶パネルを位相板として用いて旋光分散を補
償して着色を防止する構成のパネル（液晶２層式と言う
）が提案された。位相板としての液晶セルにはＬＶとは
、ねじり角や屈折率異方性（Δｎ）とセルギャップ（ｄ
ｌの積Δｎ＊ｄは通常はぼ等しいが逆のねじりを持つも
のが使用される。

この２層式のパネルは従来の着色型ＳＴＮセルと較べて
単に白黒表示になっただけではなく同じマルチブレクス
駆動条件下で格段にコントラストが向上し、また、Ｒ，
Ｇ、Ｂカラーフィルタ付きパネルではフルカラー表示が
可能となった。しかるにこの２層式の難点は液晶セルを
２枚使用する為に従来の１層型に較べてコストアップに
なること、またガラス基板を通常は４枚使用する為パネ
ルの重量や厚みが約２倍になると言う点である。

第２図に２層成白黒Ｘ−Ｙ単純マトリクス型パネルの構
成と動作について述べる。２要式白黒Ｘ−Ｙマトリクス
パネルは、一対のガラス基板２．６に、格々設けられた
酸化インジウム等よりなる透明行電極３と透明列電極５
に、誘電率異方性が正のネマチック液晶４がはさまれて
ＬＶＩＩを構成し、一方一対の透明基板７．９の間に液
晶８を挟み込んだ色分散補償用液晶セル１５（以下波長
板と称す）との積層が一対の直交ニコル偏光板１．１０
に挾まれて構成されている。ＬＶＩＩの各電極表面と波
長板１５の基板内表面には通常液晶分子の配列方向を規
定する為の配向処理層が設けられている。

分子は各基板表面では、はぼ基板と平行に特定方向に配
列しており、分子の配列方向は一方の基板と他方の基板
では向きが異なり、一方の基板から他方の基板に向かっ
て分子の配列方向は徐々にねじれており、結局、両基板
間でほぼ９０°　（ＴＮの場合）ないしは１８０°〜２
７０°　（ＳＴＮの場合）のねじれを生じるように、両
基板表面にあらがじめ配向処理がなされている。ＬＶＩ
Ｉと波長板１５の液晶ねじれは色分散を補償する為通常
は逆ねじりであり、またＬｖｌｌと波長板１５とが向き
合う表面の液晶分子軸は通常互いに直交になるように配
置される。透過型液晶パネルではパネル背面に背面光１
）１３が設けられており反射型液晶パネルでは光源１３
の代わりに反射板が設けられる。以上が最近開発の盛ん
な２層式白黒液晶単純マトリクスパネルの１例であるが
、この技術での難点は、従来のＳＴＮパネルでは液晶は
ＩＮであったのに対して波長板にも液晶層を必要とし波
長板の分だけコストアップになる。また基板が４枚（基
板６．７を兼用しても３枚）になる為パネルの厚み、重
量が増大する等がある。

発明が解決しようとする課題 本発明が解決しようとする課題は次の通りである。

（１）従来の白黒ＳＴＮ型マトリクスパネルでのコスト
アップの低下。

（２）従来の白黒ＳＴＮ型マトリクスパネルでの製造工
程の簡略化。

（３）従来の白黒ＳＴＮ型マトリクスパネルの薄型、軽
量化。

（４）　　従来の白黒ＳＴＮ型単純マトリクスパネルよ
り優れた表示品位の実現。

（５）低コストフルカラーパネルの実現。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するために本発明の液晶表示装置は、
少なくとも、液晶パネル、高分子フィルムを多方向延伸
した複屈折性フィルムよりなる位相板、偏光板、該液晶
パネルに電圧を印加する手段、より構成されていること
を特徴とするものである。

作用 本発明は上記した構成によって、液晶パネルに印加され
た信号電圧に基づく２次元的複屈折性分布を高分子フィ
ルムを多方向延伸した複屈折性フィルムよりなる位相板
により位相変調し、従来の液晶２層式パネルと同様の高
コントラストを実現しつつパネル製造材料の削減、製造
工数の低減、製造保留まりの向上、パネル重量、厚みの
低下、視角特性等視認性の向上をもたらすものである。

実施例 以下本発明の一実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図に示す如く本発明の液晶表示装置は、基本的には
、少なくとも、液晶パネル１）、高分子フィルムを多方
向延伸した複屈折性フィルムよりなる位相板１２、偏光
板１０及び（ないし）１、該液晶パネルに電圧を印加す
る手段（図示は省略）、より構成される。すなわち本発
明のＸ−Ｙマトリクスパネルは、一対のガラス基板２．
６に、各々設けられた酸化インジウム等よりなる透明行
電極（以下ＩＴＯと略す）３と透明列電極５に、液晶４
がはさまれてＬＶｌｌを構成している。一方セロファン
、ポリエステル、セルローズアセテート、ポリビニルア
ルコール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリイ
ミド、ポリアミド、液晶ポリマ等から選ばれた高分子フ
ィルムに所定の複屈折性を付与するために、多数回具な
る角度からこのフィルムを延伸して光学的に多軸性の位
相板１２を構成しＬＶＩＩと積層され一対の偏光板１０
、■に挟まれて本発明の液晶パネルが構成される。ＬＶ
ＩＩの各電極表面は通常液晶分子の配列方向を規定する
為の配向処理層が設けられている。本発明に於ける液晶
４の主成分は、ネマチック液晶、カイラルスメクチック
液晶等が用いられるが使用する液晶表示モードに応じて
液晶分子は各基板表面で特定方向に配列するべく、両基
板表面にあらかじめ所定の配向処理がなされる。透過型
液晶パネルではパネル背面に背面光源１３が設けられて
おり反射型液晶パネルでは光源１３の代わりに反射板（
図示は省略）が設けられる。−例としてＬＶＩＩにＳＴ
Ｎを用いる場合は透過基板２．６の電極面の間に、誘電
率異方性（Δε）が正のカイラルネマチック液晶４がそ
れぞれほぼ水平に配向処理され（通常は液晶分子を特定
方向にかつ電極面に対して適当なチルト角を有するよう
に配向させる）一方の基板から他方の基板に向かって液
晶分子は右回りないしは左回りに１８０”〜２７０°ね
じられている。

分子配向処理は通常ポリイミドなどの有識薄膜を電極面
に塗布、乾燥後、布などで一方向にラビング処理したり
、電極面にＳｉＯ等を斜方蒸着したり、ディッピングな
どによって分子配向剤を基板に吸着させる等によって行
われる。

Ｘ−Ｙマトリクス型のパネルでは、上記一対のＩＴＯは
各々細帯状にバタン化されており、各々の細帯状ＩＴＯ
が互いに直交するように配置されており、画電極の交点
部が１つの画素を構成する。

ＴＮやＳＴＮセルではオンセルとオフセルに最大の実効
電圧比を与えるよう通常電圧平均化法により線順次駆動
される。

本発明ではマトリックスパネルに積層してセルロース、
ポリエステル、セルローズアセテート、ポリビニルアル
コール、液晶ポリマ等延伸等により所定の複屈折性を付
与された高分子フィルム位相板１２を用いる。理想的は
位相板１２とは、オフ信号の印加されている液晶セルを
通過する各波長の入射直線偏光のＬＶＩＩ出射時の波長
分散した楕円偏光を、波長によらず位相板１２出射後は
方位角の揃った直線偏光化できること及びオン信号の印
加されている液晶セルを通過する各波長の入射直線偏光
のＬＶＩＩ出射時の波長分散した楕円偏光を、波長によ
らず位相板１２出射後はオフセル部とは９０゜異なった
方位角の直線偏光となし得ること及び上記２条件が液晶
パネル使用温度範囲下でまた広い視角範囲下で成立する
ことである。

上ではＬＶＩＩがＳＴＮの例で説明したが、ＬＶｌｌに
はカイラルネマチック液晶を用いる９０”ＴＮ、Δεが
正ないしは負のネマチック液晶を用いるＥＣＢ　（Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｂｉｒ
ｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ：電界制御複屈折）、カイラルス
メクチック液晶を用いるＳ　Ｓ　Ｆ　Ｌ　Ｃ（Ｓｕｒｆ
ａｃｅ　５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｆｅｒｒｏｅ−Ｉｅｃ
ｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　：表面安定
化強誘電性液晶）等の各セルに於てもコントラストの向
上、視角特性の改善、色調の改善、透過率の向上、セル
ギヤツブマージンの拡大、温度特性の改善、応答速度の
向上環の目的に利用出来る。勿論白黒表示ばかりでなく
、Ｒ，Ｇ、Ｂカラーフィルタを設けることにより、フル
カラー表示が可能なことは言うまでもない。

本発明は主に単純マトリクスパネルでの特性向上の為に
ＬＶＩＩの他に位相板１２を設けるものであるが、アク
ティブマトリクスと称する、各画素にＴＰＴなどのスイ
ッチ素子や２端子非直線抵抗素子を設けてオン／オフセ
ルに印加される電圧比を向上させて表示品位、応答速度
を向上させるパネルに対しても有効に利用可能である。

すなわち応答速度を向上したり、駆動電圧を低下するた
めＬＶのみでは十分にコントラストが得られない様な低
ギャップのセルに対して本願の位相板を通用することに
よって高視認性、高速応答、低電圧化等が達成され得る
。

また第１図に於けるＬＶと位相板の順番は逆になること
もあり、反射型の表示装置では偏光板は表側１枚の場合
もある。

いずれの液晶モードをＬＶとして使用するにしても、本
発明での他の特徴は、高分子フィルムを延伸するに当っ
て、必要に応じて所定の電圧を印加しである現実のＬＶ
を該フィルムと重ね、これらを一対の偏光板にはさみ光
学的に特性を検知しつつこれを延伸機にフィードバック
して制御することによって該Ｌ■に最もふされしい位相
板を製造することが出来る。こうすればＬＶそのものの
特性にたとえ若干のばらつきが発生しても、位相板によ
って総合的にパネルの特性を均一化する事が出来、液晶
パネルの特性向上と製造保留まり向上に寄与し得る。

発明の効果 本発明は、従来提案されている液晶２層式パネルの代わ
りにＬＶから出射される楕円偏光の方位角、楕円率を最
適化するための位相板として高分子フィルムを多方向延
伸した複屈折性フィルムよりなる位相板を使用すること
を特徴としている。

これによって従来の如き２層目の液晶セルが不要になっ
た為、■：位相板としての液晶パネルを製造する為の材
料、工数等が不要になる。一方位組板１２は高分子フィ
ルムを１軸方向に、方向を変えて多数回機械的に延伸し
たものや、多方向から所定に調節した強度で同時に延伸
する等によって製造され、量産性に優れている。■：偏
光板に挟まれるＬＶと位相板の総厚みが液晶２層式に較
べて低下するから視角特性が向上し、■：フィルム延伸
時の強度、方向、回数等をパラメータに、位相板への複
屈折性の付与の仕方によって、各種モードの液晶パネル
に適合しうる位相板を設計でき、光学設計結果に基づき
延伸機を制御すれば自動化、設計変更の容易さ等量産性
に優れている。

■二位相板の厚みは液晶層より制御しやすいから均質大
面積の位相板を製造し易く、特に大型パネルには適合性
が良く、■：複屈折フィルムによる位相板はフレキシブ
ル性故にＬＶに張り付は易く基板間に空気層がない分多
重反射が減少しコントラスト、透過率向上に寄与し、■
：通常人造偏光板はポリビニルアルコールフィルムを延
伸しこれにヨウ素や２色性染料等を吸着したものをセル
ローズアセテート等のフィルムで挟んで製造されている
が、本願のような複屈折フィルムと偏光フィルムの積層
体は偏光板１体型位相フィルムを構成し易く、コスト並
びに製造工数の一層の低減化に寄与しうる。■ＬＶ自身
に最適の位相板特性を、該Ｌｖを用いて光学的に総合特
性を検知しつつ位相板を製造する事により、パネルの特
性の向上と保留まり向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の斜視図、第２図は従来
の２層式液晶パネルの斜視図である。 １・・・・・・第１偏光板、２・・・・・・第１基板、
３・・・・・・透明行電極、４・・・・・・液晶層、５
・・・・・・透明列電極、６・・・・・・第２基板、１
０・・・・・・第２偏光板、１）・・・・・・ＬＶ、１
２・・・・・・位相板、１３・・・・・・光源。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名ｌ−集！（
＃Ｉ丸状 ？　・−第　１　基板 ３−透明行電極 ４−液晶層 ５−を咀判ｔ′極 ６−第２慕伍 １０−一層２偏九抜 １３−光　源 第２図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、液晶パネル、高分子フィルムを多方
   向延伸した複屈折性フィルムよりなる位相板、偏光板、
   該液晶パネルに電圧を印加する手段、より構成されてい
   ることを特徴とする液晶表示装置。
2. （２）液晶パネルはネマチック液晶を主成分とする液晶
   層が、一対の基板間に細隙を隔ててはさまれてなること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の液晶表示
   装置。
3. （３）液晶パネルはカイラルスメクチック液晶を主成分
   とする液晶層が、一対の基板間に細隙を隔ててはさまれ
   てなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   の液晶表示装置。
4. （４）液晶パネルは各々の基板に平行帯状電極が設けら
   れており、各々の平行帯状電極は互いに直交する如く配
   置されてなる単純マトリクス構成のパネルであることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の液晶表示装
   置。
5. （５）液晶パネルはアモルファスシリコン、ポリシリコ
   ン、カドミウムセレナイド、テルル等の半導体より構成
   された薄膜トランジスタないしはアモルファスシリコン
   、ポリシリコン、絶縁物、カルコゲナイト系半導体等よ
   りなる２端子非直線抵抗素子アレー、液晶層、対向電極
   より構成されるアクティブマトリクスパネルであること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の液晶表示
   装置。
6. （６）高分子フィルムはセロファン、ポリエステル、セ
   ルローズアセテート、ポリビニルアルコール、ポリカー
   ボネート、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、
   液晶ポリマから選ばれたものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の液晶表示装置。
7. （７）液晶パネルと位相板は、一対の偏光板に挟まれて
   おり、これらの背面に光源が設けられて透過型に構成さ
   れたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   液晶表示装置。
8. （８）偏光板、液晶パネル（または位相板）、位相板（
   または液晶パネル）、偏光板、反射板よりなり反射型に
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の液晶表示装置。
9. （９）位相板は現実の個々の液晶パネルに対して、最適
   化されるように製造されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の液晶表示装置。