JPH0215239A - 補償したねじれネマチック液晶表示装置 - Google Patents

補償したねじれネマチック液晶表示装置

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JPH0215239A
JPH0215239A JP63165073A JP16507388A JPH0215239A JP H0215239 A JPH0215239 A JP H0215239A JP 63165073 A JP63165073 A JP 63165073A JP 16507388 A JP16507388 A JP 16507388A JP H0215239 A JPH0215239 A JP H0215239A
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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、液晶表示装置に関し、特にねじれネマチック
液晶セルの液晶分子が電界下で基板に垂直に配向した時
の光学異方性を補償したねじれネマチック液晶表示装置
に関する。
[従来の技術] ねじれネマチック液晶表示装置は鮮明な表示のできる液
晶表示装置として各種の利用、開発が進められている。
薄Ml〜ランジスタを組み込んだねじれネマチック液晶
表示装置(TPT−TNLCD)を例として、第6図(
A)、(B)を参照して、説明する。
第6図中(A)は平面図1 (B)は断面図である。薄
膜トランジスタねじれネマチック液晶装置(TPT−T
NLCD)は、第6図(B)のように、2枚の偏光板1
.6の間に液晶セルが挟まれた構造を有している。液晶
セルは、基板2と基板4の間にねじれ配向されたネマチ
ック液晶3が封入された構造を持つ。第6図(A)に示
すように、一方の基板2上にはTPT8と表示電極9が
形成されている。他方の基板4には対向共通電極が形成
されている。
このTPT−TNLCDの電界印加時であるON時と無
電界時であるOFF時の画素の状態を第7図(A)、(
B)に示す。第7図中(A)がOFF時、(B)がON
時を表す。
第7図(A)、(B)に示す液晶表示方式はポジ型(電
圧印加時に暗くなる)ねじれネマチック(TN)方式で
あり、2枚の偏光板1.6の偏光軸P1、P2は直交し
ている6基板2.4上には偏光軸P1、P2と平行な向
きに配向構造が設けられている。第7図(A)のOFF
時には、画素の液晶層3は基板表面に設けられた配向構
造に従い基板に平行な面内で液晶分子の長軸か基板2側
の縦方向から基板4側の横方向まで徐々に90度ねじら
れたねじれ構造である。入射光が偏光板1で縦方向の直
線偏光となり、そのまま基板2側から液晶層3に入り、
液晶層3中で液晶分子の配向方向に従って旋光され基板
4側では横方向の直線偏光となって偏光板(検光器)5
に入射する。偏光軸P2が横(水平)方向である偏光板
5はこの光を透過させるため、画素は明状態である。一
方、第7図(B)のON時には、液晶分子10が電界方
向に揃うために縦方向に偏光された入射光は液晶層3中
で旋光されず横方向の偏光板(検光子)6で阻止される
ため、画素を液晶表示装置の法線方向から観察した場合
暗状態となる。
[発明が解決しようとする課M] ON時の画素を法線方向から見た場合には、はぼ完全な
暗状態が得られるが、法線からずれた方向から入射する
光に対しでは、完全な暗状態が得られない。
このために、視認角度かごく狭くなってしまう。
一般に液晶表示装置、特に透過型液晶表示装置の表示品
位に最も大きな影響を及ぼす因子はコントラストである
。コントラストを高くするためには暗状態の光洩れをで
きるだけ小さくすることが必要である。従って、上記の
ように法線からずれた方向で十分な暗状態が得られない
と表示品位を著しく低下させてしまうことになる。
本発明の目的は、視認角度の広いねじれネマチック液晶
表示装置を提供することである。
[課題解決のために行った検討コ 上述の視認角度が狭い現象の理由を第8図を用いて解析
する。印加電圧が十分に高ければ、液晶分子は電界方向
に向きを揃え、液晶層3は第8図に示す屈折率楕円体の
ように水平方向の屈折率がそれと直交する方向の屈折率
よりも大きい一軸性であると考えられる。
第8図において、 −n11 n   ”n± n  > no (ただし、nII、n□はそれぞれ液晶分子の長軸方向
及び短軸方向の屈折率) である。
ここで、理想的な偏光板が使用されているとすれば、観
察される光強度(出射光強度)■は、近似的には、 I −” I o (I  C08(”−’ΔR))s
in(2φ)4        λ         
(1)ただし、 (ΔRはリターデーションと呼ばれる量、λは波長、d
は液晶層の厚さ、■oは入射光強度、θ、φは第7図(
B)に示す角度) と表される。
(1)式より、ΔRに対応して光が洩れてくることがわ
かる。
たとえば、メルク社製の液晶材料ZLI−1701はn
、、、=1.6、n±−1,5である。例として、φ=
45°、n、、=1.6、rl上=1.5、d−10μ
m、λ−550nmの場合を考える。
θ−0° (法線と一致)であれば(1)式においてΔ
R=Oとなるから I(θ=O)=0 である。
しかし、θ−30°の場合は、それぞれの値を(1)式
に代入すると、 ■(θ=30°)=0.5I。
となる。
このようにして求まる観察方向(θ)と出射光(洩れ光
)強度の関係を第9図に示す。第9図において、横軸は
入射角度θ、縦軸は出射光量■を表す。出射光量■は入
射角度θか数度付近から立上がり、15度位から増加し
、約30度周辺に051 のピークを形成して再び下か
り、約40度以上で再び小さな値となる。
[it1題を解決するだめの手段] ねじれネマチック液晶層を含む液晶セルと1対の偏光器
のうちの1方との間に、基板に垂直な方向に負の光学異
方性を有する均一な一軸性フィルムを有し、電極間に電
圧か印加され、ねじれネマチック液晶か電界下で電界方
向を軸とする正の光学異方性を持った時、その光学異方
性を補償する異方性補償手段を挿入する。
U作用1 電界印加時に液晶層か基板に垂直な方向を向いた1軸性
光学媒体となって正の光学異方性を持った時、液晶セル
の正の光学異方性を異方性補償手段の負の光学異方性か
補償することにより有限な入射角方向ての洩れ光を減じ
ることかできる。
[実施例] 本発明の実施例による液晶表示装置の構成を第1図<A
)及び(B)に示す。
ここて偏光板((′th光器)11.16と基板12.
14及び液晶層13は、第6図(A)、(B)に示す従
来のものと同様の構成である。第1図(A)に示すよう
に偏光板16と基板14との間(あるいは第1図(B)
に示すように偏光板11と基板12との間)に異方性補
償手段15か挿入されている。異方性補償手段15は厚
さ方向に負の光学異方性を有する。
無電界時のOFF時および電界印加時のON時の表示画
素の状態を第2図(A)と(B)に示す。
液晶分子の状態は従来のねじれネマチック構成の場合と
同様、OFF時には基板に平行な面内で液晶分子の長軸
方向か90°ねじれたねじれ配置、ON時には液晶分子
の長軸方向か基板に垂直となる垂直配置となる。オフ時
には液晶セルは明状態であり、オン時には暗状態となる
異方性補償手段15は、たとえば第3図(A)に示すよ
うなシート状で、第3図(B)に示すように面内の屈折
率をn  、n  、厚さ方向の屈折率をn3とすると
、 n、 3 < 1.1 ”” n 2 となる一軸性光学材料て構成される。
すなわち、異方性補償手段15は光軸方向に負の屈折率
楕円体(負の光学異方性)を有する。
ON時の表示画素の光学系を第4図に示す。図中、光軸
上を左から右へ偏光子(偏光器)11、液晶層13、異
方性補償手段15、検光子(偏光器)16か配置されて
いる。
ここで no−011(液晶分子の長軸方向の屈折率)n、 o
 −n ±(液晶分子の短軸方向の屈折率)d :液晶
層厚 d゛ :異方性補償手段の一軸性フィルムの厚さ とずれば、基板に平行な面内で垂直から45度傾いた方
向て、法線〈光軸)からθ傾いた方向から入射する光の
出射光強度■゛は近似的には、1’ = −L Io[
1−cos(λl(△R十ΔR’))]5in(2φ)
4      λ ・ ・ ・  (2) たたし、 と表される。
(2)式において、ΔR十八へ′二〇となるように、異
方性補償手段の特性を設定すれば、■0となる。
この条件下ではON時の洩れ光はどの視認方向からでも
零になる。したがって広い視認角度で高いコントラスト
の得られる表示となる。
(2)式において I“を小さくする条件は近似的には (n  −n  ) d十(n 3−n 1) d’=
0O ・ ・ ・ (3) とすればよい。
例えば、液晶材料としてメルク社製ZLI−1701を
使用すると、 n  (−n、、)−1,6、n 0(=n (1) 
=1.5である。液晶層の厚さ(セル厚)d=10μm
である時、異方性補償手段を構成する一軸性フィルムか n  =1.65、n3 = 1−64であれば、(3
)式より d ’ −(1,6−1,5)/(1,65−1,64
) = 10  μmとすれは良い。
このような厚さ方向に負の光学異方性を有する一軸性フ
ィルムは、たとえば、ポリマ材料で作製できる。このポ
リマ材料は好ましくは熱可塑性である。さらに、この熱
可塑性ポリマが接着剤としても機能するようにもできる
。そのような材料の例は、たとえばデュポン社から入手
できる5URLYNの商品名を持つ熱可塑性ポリマであ
る。この材料を厚さ方向に押し圧力を印加して加熱冷却
し、シート状にすると、厚さ方向に負の光学異方性をも
っシートが作製される(特願昭62−046621号公
報参照)。
この時の視認方向と洩れ光■゛との関係を第5図に示す
。横軸に入射角度θ、縦軸に出射光強度■を表す。出射
光(洩れ光)の強度が小さいため、第9図と比較して縦
軸を10倍に拡大して示す。
入射角約15度かられずかに出射光強度Iが増加するが
約35−40度のピーク付近でもなかだが0.005I
  程度でしかない。ピーク値で約05■ であった第
9図に比べて大きく改善されていることがわかる。
[発明の効果] 広い視認角度をもつねじれネマチック液晶表示装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A>、(B)は本発明の実施例による液晶表示
装置の2配置例を示す断面図である。 第2図(A>、(B)は第1図(Aンの液晶表示装置の
動作を説明するための概略斜視図であり、(A)はOF
F時、(B)はON時を表す。 第3図(A)、(B)は第1図(A)、(B)の異方性
補償手段を説明するための図で、(A)は斜視図、(B
)は異方性屈折率の分布を示す図である。 第4図は第2図(B)のON時の動作を説明する概略斜
視図であり、液晶層と異方性補償手段とを屈折率楕円体
で示す。 第5図は第4図の光学系による入射角度θ対出射光強度
のグラフである。 第6図(A)、(B)は従来技術による液晶表示装置を
示し、(A)は平面図、(B)は断面図である。 第7図(A)、(B)はねじれネマチック液晶表示装置
の動作を説明する概略斜視図であり、(A)はOFF時
、(B)はON時を表す。 第8図は第7図(B)のON時の動作を説明するための
概略斜視図であり、液晶層を屈折率楕円体で示す。 第9図は第7図(B)、第8図に示すON時の入射角度
に対する洩れ光のグラフである。 符号の説明 1.6 2.4 n。 e Pi、P2 11.16 】2.14 nl・n2・ 偏光板 基板 液晶層 常光線に対する屈折率 異常光線に対する屈折率 1同光軸 偏光板(偏光器) 基板 液晶層 異方性補償手段 n3異方性補償手段の1軸性フイ ルムの屈折率

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、電極を備え、かつ直交若しくはほぼ直交した配
    向方向を有する一対の平行基板間に正の誘電異方性を有
    するネマチック液晶層を挾み、電極間に電圧を印加しな
    い状態では液晶分子が基板の配向方向に従い一方の基板
    から他方の基板に向かって基板に平行な面内で徐々に、
    かつ全体として80〜100度ねじれて配向し、電極間
    に電圧を印加した状態では液晶分子の長軸方向が基板に
    垂直な方向に近づくねじれネマチック液晶セルと、 ねじれネマチック液晶セルを挾み、各基板の配向方向と
    平行若しくは直交する偏光軸方向を有する一対の直交偏
    光器と、 液晶セルと1つの偏光器との間に配置され、厚さ方向に
    負の光学異方性を有する均一な一軸性フィルムを有し、
    電極間に電圧が印加され、ねじれネマチック液晶が電界
    下で基板垂直方向を軸とする正の光学異方性を形成した
    時、その光学異方性を補償する厚さ方向に負の光学異方
    性を有する均一な一軸性フィルムを有する異方性補償手
    段と、 を有するねじれネマチック液晶表示装置。
JP63165073A 1988-07-04 1988-07-04 補償したねじれネマチック液晶表示装置 Expired - Lifetime JPH0769538B2 (ja)

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