JPH0311317A - 液晶表示装置 - 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、テレビジョン受信機、プロジェクトジョン装
置、オフィスオートメーション端末ａＳの表示装置に適
した液晶表示装置に関する。

従来の技術 近年、液晶表示装置は、薄型軽量、低消′ｇ！電力とい
う特徴を生かして、時計、電卓等の数値セグメント型表
示装置に広く用いられている。そして、さらにより多く
の情報を表示するために、マトリックス表示方式が採用
され、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、複
写機等のオフィスオートメーション機器の端末として利
用されるようになってきている。このような表示情報の
高密度化、大面積化、および多様化の中で、色情報を加
えたカラー表示方式も次第に注目を浴び、数多くの技術
開発がなされてきた。たとえば、（１）；？！晶中に色
素を混入し、その２色性の効果を利用して表示を行うゲ
スト・ホスト効果型液晶素子、（２）カラー偏光板を用
いたＴＮ（ツィステッドネマティック）液晶素子、（３
）を界による液晶の複屈折変化を利用してカラー表示す
るＥＣＢ（電界制御複屈折干渉型）液晶素子、（４）液
晶素子に赤、緑、青のカラーフィルタ層を設け、液晶層
を光シャッタとして用いてカラー表示するカラーフィル
タ付液晶素子等が提案されている。

これらの方式の中で、特に（４）の方式は、薄膜トラン
ジスタ等の能動素子を液晶表示におけるスイッチング手
段として形成した基板を用いることにより、高コントラ
ストのマトリックス型フルカラー表示が行うことができ
るという特徴を有していることから、現在ｎら脚光を浴
びている表示方式である。そこで用いられている液晶表
示方式としては一層のＴＮｉ晶を用いる方式が一般的で
あり、この方式には、一対の偏光板の設置構造により、
大きく２種票に分けられる。すなわち、電圧印加しない
状Ｕ（ＯＦＦ状態）で黒色を示すノーマリブラック方式
（偏光板は互いに平行）と白色を示すノーマリホワイト
方式（偏光板は互いに直交）とである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来のＴＮ型液晶表示装置（略
称ＴＮ−ＬＣＤ）の場合、表示コントラストが低いとい
う問題を有し、その大きな原因がツィステッドネマティ
ック液晶の配向に基づいて生じる旋光性の波長分散効果
にあることも明らかにされている（　Ｆ、Ｇｈａｒａｄ
ｊｅｄａｇｈｉ　ａｎｄ　Ｊ、ＲｏｂｅｒｔＲｅｖ、ｄ
ｅ　ｔ’ｈｙｓ、＾ｐｐ１．１０　Ｍａｒ、Ｐ６９（！
９７５））　、すなわち、ツイストテッドネマティック
液晶では、光の波長に応じて旋光能が変わる効果と液晶
の複屈折性との重畳作用で干渉色が発生し、そのために
表示コントラストを低下させていた。また、この干渉色
に起因する表示画像への着色効果は表示コントラストの
視角依存性とも相関があり、液晶の複屈折率異方性（Δ
ｎ）と液晶層厚（ｄ）の禮Δｎ−ｄの値が小さい程、視
角依存性が改善されるが、方で着色効果はよりま著とな
る。そこで、従来より着色現象を低く抑え、かつ視角依
存性を改善するための方策として以下に示す２つの方式
が試みられている。

その第１の方式はマルチギャップ法と呼ばれる方式であ
り、カラー表示を行う液晶表示装置において液晶素子の
各色表示を行う絵素部分に配置される赤、緑、の各波長
に対応するカラーフィルタの厚みを変えることによって
各色表示の絵素部分の液晶層厚を変えるようにしたもの
である（Ｓ。

ＮＡＧＡＴＡ　ｅｔ　ａｌ、：ＳＴＤ　Ｓｙｍ、Ｄｉｇ
ｅｓｔ　Ｐ、８４（１９８５））　。

また、第２の方式はノーマリホワイト方式と呼ばれる方
式であり、着色現象があってもそれを目立たない設定条
件のもとで用いるものである。（船出ｅｔ　ａｌ、：Ｔ
Ｖ字会誌４２１０月号（１９８８））　。

しかしながら、第１の方式の場合には、各色表示のカラ
ーフィルタの厚みを精度よく作成することは困難であり
、そのためコストが増大するという問題点を有する。

また、第２の方式の場合には、アクティブマトリクス駆
動方式の液晶表示装置においてその電極基板に形成され
る薄膜トランジスタ（略称ＴＰＴ）などのスイッチング
要素に１つでも不良が発生すると、その不良のスイッチ
ング要素対応する絵素が常時輝点として表示されてしま
うことになる。

したがって表示画面の状態によっては前記輝点が非常に
目立ってしまい、著しく表示品位を損ねることなり、製
品の製造歩留りが著しく低下するという問題点を有する
。

このような状況からアクティブマトリクス型液晶表示装
置では、ノーマリブラック方式を用いるのが好ましいが
、この方式では上記のごとく暗表示状態（黒表示）にお
いて着色現象が発生し、しかも表示コントラストの視角
依存性が大きく、これの対策が望まれている。

本発明の目的は、駆動用信号を印加していない場合では
表示用液晶素子を透過する光を完全に遮断することがで
き、そのため表示コントラストが高く、しかも広い視角
特性を有する液晶表示装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、パターン化された透明電極がそれぞれ形成さ
れる一対の基板間に液晶層を介在して構成される表示用
液晶素子と、 表示用液晶素子の液晶層のツイスト方向と逆方向のツイ
スト方向を有する液晶層を、透明電極が全面にそれぞれ
形成された一対の基板で挟んで楕成される光学的補償用
液晶素子と、 前記表示用液晶素子と光学的補償用液晶素子との相互の
反′Ｎ側にそれぞれ配置される一対の偏光板と、 前記光学的補償用液晶素子の前記両透明１：ｆｔ間に電
圧を印加するための手段とを含むことを特徴とする液晶
表示装置である。

作　　用 本発明に従えば、表示用液晶素子の液晶層のツイスト方
向と逆方向のツイスト方向を有する液晶層を一対の透明
電極基板を挟んで構成される光学的補償用液晶素子を設
け、一対の偏光板の偏光方向と表示用液晶素子および光
学的補償用液晶素子の配向方向と各液晶層のツイストの
程度とを、表示用液晶素子のｔＳ間に駆動用信号を印加
していない状態で光が遮断される態様に選択されている
ようにする。一対の偏光板は、偏光軸が交差するように
配置してもよい。

駆動信号を印加していない状態では、表示用液晶素子側
の偏光板を介して入射した直線偏光は表示用液晶素子の
液晶層のツイストの程度に従って旋光されながら透過し
、光学的補償用液晶素子の液晶層で前記表示用液晶素子
で旋光された方向と反対側に旋光されて透過し、光学的
補償用液晶素子側の偏光板で遮断される。このとき表示
用液晶素子に入射された直線偏光は表示用液晶素子を透
過することにより旋光されるが、光学的補償用液晶素子
の液晶層で旋光されるときに補償され、元の直線曙光に
戻される。したがって駆動用信号を印加していない場合
には完全に光を遮断することができる。

一方、駆動用信号を印加した場合には、表示用液晶素子
に入射された直！偏光は表示用液晶素子をそのままの状
態で透過し、光学的補償用液晶素子の液晶層で旋光され
ることになる。このために光学的補償用液晶素子から出
射した光は光学的補償用液晶素子側の偏光板を通過する
ことになり、この部分に対応する絵素が表示されること
になる。

このときに、光字的補償用液晶素子の電極間に電圧を印
加しておくことで視角特性が大幅に改善される。

実施例 以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明する。

なお、これによって本発明が限定されるものではない、
第１図に本実施例に係わる光学的補償用液晶素子−を有
するツィステッドネマティック液晶表示装置（略称ＴＮ
−ＬＣＤ）の構成を示す。

第１図において、表示用液晶素子】としては、表示用電
極基板５と対向電極基板６との間にツィステッドネマテ
ィック液晶層７を介在させて構成されている。複屈折性
のないガラス、石英などから成る透明絶縁基板８の上に
信号線、走査線などのパスラインのほかに絵素電極９と
これに対応付けられたスイッチング要素等をマトリクス
状に配列して形成し、さらにその上に配向ＭＩＱａを形
成してアクティブマトリクス駆動方式の表示電極基板５
が構成されている。

上記スイッチング要素としては、たとえばアモルファス
シリコン、薄膜トランジスタ（ａ−３ｔＴＦＴ）、ｐ−
シリコン薄膜トランジスタ（略称ρ−３ｉＴＦＴ）、ア
モルファスＰＩＮ（略称ａ、−Ｐ　Ｉ　Ｎ）ダイオード
、およびＴａ、Ｏ，、ＭＩＮ（メタル・インシュレータ
・メタル）ダイオードなどを用いることができる。

対向電極基板６は同じくガラス、石英等からなる透明絶
縁基板１１上に表示電極基板５の各絵素電極９を対向さ
せて赤、緑、青の各色光の透過率の高いカラーフィルタ
１２を形成し、その上に対向電極１３を形成し、さらに
その上に配向ｇ！１０ｂを形成して構成されでいる。

上記絵素；極９および対向電極１３は、ツィステッドネ
マティック液晶層７に電圧を印加するための透明電極で
あってＩｎｚＯコ等の材料によって形成され、これらの
電極間には電圧を印加するための駆動回路１４が接続さ
れている。

表示電極基板５および対向電極基板６に形成された配向
膜１０ａ、１０ｂはツィステッドネマティック液晶層７
の液晶分子はを配向させるために設定するものであり、
ラビング処理を施したポリイミド膜等によって形成され
ている。これら配向［１０ａ、１０ｂによって液晶層７
の液晶分子の長軸は表示電極基板５、対向電極基板６の
間で６０°〜２７０°の範囲に捩られるが、良好な表示
コントラストを得るためにはツイスト角は９０゜とする
のが好適である。また、ツィステッドネマティック液晶
Ｎ７の層厚（ｄｌ）はここでは４．５μｍに設定されて
いる。

対向？を極基板６上のカラーフィルタ１２は、ゼラチン
を染色したり、電着法やカラーインク印刷等の方法を用
いて形成することができるが、ここでは厚みが約１μｍ
のゼラチンをフォトリングラフィ法によってパターン形
成し、これを３原色の各染料で染色したカラーフィルタ
を用いる。

上記ツィステッドネマティック液晶層７は、エポキシ樹
脂から成るシール１５によって封止されている。また、
このシール１５によって液晶層７の層厚が一定に保たれ
ている。

上記表示用液晶素子１の片面には、光学的補償用液晶素
子２が重ねられている。光学的補償用液晶素子２として
は、一対の透明電極１６．１７との間にツィステッドネ
マティック液晶ＩＷ１８を介在させて構成されている。

電極１９および対向電極２０は、ツィステッドネマティ
ック液晶層１８に電圧を印加するために表示部の全面に
形成された透明Ｔ、極であってＩｎ２０ｚ等の材料によ
って形成され、これらの電極間には電圧を印加するため
の駆動回路２１が接続されている。

透明電極１９．２０上に形成された配向ＷＪ、２２ａ、
２２ｂは、ツィステッドネマティック液晶層１８の液晶
分子を捩るために設定されるもので、ラビング処理を施
したポリイミド膜等によって形成されている。これら配
向１（２２ａ、２２ｂによって、液晶層１８の液晶分子
の長軸は透明；瘉１９．２０の間で表示用液晶素子の液
晶Ｎ７と同じツイスト角で、捩れ方向が互いに逆方向の
ツイスト構造を持つようになされ、表示用液晶素子ｌと
光学的補償用液晶素子２の互いに最も近接した各々の液
晶分子の長軸方向が平行になるように配置されている。

このために、配向１２２ａ、２２ｂのラビング方向は一
致している。また、ツィステッドネマティック液晶層１
８の層ｆｆ（ｄ２）は同じく４．５μｍに設定されてい
る。

この光学的補償用液晶素子２のΔｎ２・ｄ２値（Δｎ２
は液晶層の複屈折率、ｄ２は液晶層の層厚）は、表示用
液晶素子１のΔｎ１・ｄ１値（Δｎ１は液晶層の複屈折
率、ｄｌは液晶層の層厚）とほぼ同じ値となるように設
定してあり、表示コントラスト、視角特性の観点からす
ればΔｎ、−ｄ、値、Δｎ　２　・ｄ　２値ともに０．
３ｔｔｍ〜０．６μｍの範囲に設定するのが望ましい、
０，３μｍ未満では、ノーマリブランクで、電圧を印加
したとき、暗くなり、また０、６μｒｎを越える範囲で
は、ノーマリブラックで、視角が狭くなる０本実施例で
はネマティック液晶材料としてＰＣＨ（フェニルシクロ
ヘキサン）系から成る混合液晶材料（Δｎ＝０゜０９）
が用いられており、Δｎ１・ｄ、＝Δｎｄ２＝０．４１
μｍである。

表示用液晶素子１の光学的補償用液晶素子２が重ねられ
る表面とは反対側の表面には、第１の偏光板３が設置さ
れている。この偏光板３は、その偏光軸がこれに最も近
接した表示用液晶素子１の液晶分子の長軸方向と直交す
るように配置されている。また、光学的補償用液晶素子
２の表示用液晶素子１が重ねられている表面とは反対側
の表面には、第２の偏光板４が重ねられている。この偏
光板４は、その偏光軸がこれに最も近接した光学的補償
用液晶素子２の液晶層分子の長軸方向とは同じく直交す
るように配置されている。したがって、偏光板３．４の
偏光軸方向はお互いに直交している。

第２図は上記液晶表示装置の光透過動作を模式的に示し
た説明図である。第２図を参照して上記液晶表示装置の
動作について説明する。駆動回路１４によって表示用液
晶素子１の選択された絵素；極９と対向電極１３とで挟
まれたツィステッドネマティック液晶層７の部分に電圧
が印加されると、その液晶層７の部分ではツイスト配向
状態が解かれる。この状態では、第２図（１）で示され
るように第１の偏光板３側から入射された光（直線偏光
）はそのままの偏光状態で表示用液晶素子１を通過する
。

そして表示用液晶素子１を通過した光は光字的補償用液
晶素子２に入射され、９０°捩られながら光学的補償用
液晶素子２を透過することになる。

光学的補償用液晶素子２の一対の透明電極間には、しき
い値よりも若干高い電圧を印加しておく、ところで第１
の偏光板３の偏光軸と第２の偏光板の偏光軸とは直交し
て設定されているので、光学的補償用液晶素子２を通過
した光は２ｙ￥２の偏光板４を通過することができる。

このようにして選択された絵素部分を光が通過し、その
絵素部分に設けられたカラーフィルタ１２の色が表示さ
れる。また、表示用液晶素子のツィステッドネマティッ
ク液晶層７のうち電圧が印加されていない絵素部分では
液晶のツイスト配白状憇が保たれている。この場合には
、第２ｅ！！（２＞に示されているように第１の偏光板
３１！１から入射された光はツイステッドネマテインク
液晶層７を９０°捩れながら通過し、光学的補償用液晶
素子２に入射される。そして光学的補償用液晶素子２に
入射された光は、今度は表示用液晶素子１とは逆方向に
９０’捩れながら透過することになるが、上記のように
第１の偏光板３の偏光軸と第２の偏光軸とは直交して設
定されているので、第２の偏光板４によって遮断される
。しがち第２の調光板４によって光は漏れることはなく
、また着色現象のない黒（暗）表示を行うことができる
。

第３図は、第１図に示される本件液晶表示装置を示す、
その液晶表示装置の表示面に垂直なｉｆｆ線である法線
２５に対する角度θは、後述のように視角を示し、表示
コン）・ラストが最大の方向２６は、偏光板３．４の偏
光軸に対して４５°交差する方向である。

上述の液晶表示装置において、光学的補償用液晶素子２
にも電圧を印加し、その電圧値を調節することにより上
記液晶表示装置の視角特性を改善することができる。そ
の様子を第４図に示す、第４図（１）と第４図く２）は
それぞれ光学的補償用液晶素子２に電圧を印加しない場
合と、印加した場合の透過光強度と印加電圧の関係をそ
れぞれ示している。第４図に示すように光字的補償用液
晶素子にも適当な電圧を印加することにより視角特性も
改善されることが判る。ここで第４図において、θは液
晶素子の表面の法線方向からの視角を示し、φはその視
角の表示コントラストが最大となる方向からの方位角を
示す、視角イキ性が良好であるということは、視角θを
変化しても、印加電圧Ｖと透過光強度Ｔとの関係を示す
第４図（１）および第４図（２）の各カーブは近接した
特性となっているということである。

第・１図（１）のように本発明に従って光学的補償用液
晶素子２に電圧を印加することによって、視角特性が良
好になることが判る。これに対して第４図（２）では、
光学的補償用液晶素子２に電圧を印加しない場合の特性
を示しており、視角θを変化したとき、印加電圧Ｖと透
過光強度Ｔとが大きく変化し、視角特性が劣ってること
が判る。

本発明は、テレビジョン受信機、オフィスオートメーシ
ョン端末機等の１ｌｌＩｌｌ表視装置のみならず、グロ
ジエクション型表示装置への適用も有効である。

本発明は、上述の透過形だけでなく、反射形の構成とし
てもよく、この反射形の構成というのは偏向板３よりも
第１図の下方に、または偏向板４の第１図における上方
に、反射鏡を配置した構成をいう。

発明の効果 以上のように本発明に従えば、駆動用信号を印加してい
ない場合において表示用液晶素子を透過する光を完全に
遮断することができるので、高い表示コントラストが得
られ、しかもこのとき光字的補償用液晶素子のほうにも
適当な電圧を印加することで視角特性も改善され表示品
質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶表示装置の概略的な構
成を示す断面図、第２図はその液晶表示装置の動作を示
す模式図、第３図は本件液晶表示装置の斜視図、第４図
は本件発明者の実勢結果を示すグラフである。 １・・・表示用液晶素子、２・・・光学的補償用液晶素
子、３・・・第１の偏光板、４・・・第２の偏光板、７
゜８・・・ツィステッドネマティック、９・・・絵素電
極、１３・・・対向電極、１４・・・駆動回路、１９．
２０・・透明電極、２１・・・駆動回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パターン化された透明電極がそれぞれ形成される一対の
   基板間に液晶層を介在して構成される表示用液晶素子と
   、 表示用液晶素子の液晶層のツイスト方向と逆方向のツイ
   スト方向を有する液晶層を、透明電極が全面にそれぞれ
   形成された一対の基板で挟んで構成される光学的補償用
   液晶素子と、 前記表示用液晶素子と光学的補償用液晶素子との相互の
   反対側にそれぞれ配置される一対の偏光板と、 前記光学的補償用液晶素子の前記両透明電極間に電圧を
   印加するための手段とを含むことを特徴とする液晶表示
   装置。