JPH03185421A - 液晶表示器 - 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】 〔概要〕 視野角が広く、動画表示が可能な液晶表示器に関し、 動画表示にも使用できると共に、視野角の広くとれる新
規な型液晶表示器の提供を目的とし、液晶が一方向に水
平配向された第１の液晶パネルと、この第１の液晶パネ
ルに積層され、第１の液晶パネル上の液晶の配向方向と
直交する方向に液晶が水平配向された第２の液晶パネル
と、これら第１と第２の液晶パネルを挟んで設けられ、
偏光方向が直交しかつ前記液晶の配向方向とは４５゜を
なす第１と第２の偏光板とを備えた液晶表示器であって
、前記２枚の液晶パネルのリタデーションを同一あるい
はほぼ同一にし、一方の液晶パネルにはマトリクス電極
を設けて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶表示器に関し、特に、視野角が広く、動画
表示が可能な液晶表示器に関する。

従来、液晶を１８０　’以上捩じって（ツイストさせて
）配向させ、マトリクス電極に電圧を印加して表示を行
うスーパーツィステッド・ネマチック型液晶（ＳＴＮ型
液晶）表示装置が広く使用されているが、表示の応答速
度が遅く、動画表示が困難である。このため、新規な液
晶表示器による動画表示への対応が望まれている。

〔従来の技術〕

液晶分子の分子軸を液晶相に沿って９０°捩じる（ツイ
ストさせる〉従来のツィステッド・ネマチック型液晶（
ＴＮ型液晶）は、コントラスト比が低く、大容量表示が
出来なかったが、近年、更にツイスト角度を大幅に増や
して１８０＠〜２７０°の範囲内とし、印加電圧に対す
る液晶セルの光学特性変化を急峻にしたＳＴＮ型液晶が
実用化されている。このＳＴＮ型液晶は、その複屈折効
果を用いた表示方法により、液晶は絵素数１０４〜１０
５の表示が可能になり、このようなＳＴＮ型液晶を用い
た単純マトリクス型の大容量液晶表示器がワードプロセ
ッサやコンピュータ等に商品化されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、液晶を１８０°以上捩じって配向させるＳＴ
Ｎ型液晶表示器は、応答速度が遅＜　（２００＋ｗｓ〜
３００ｍ５）、動画表示には使用できないという問題点
があった。従って、従来は動画表示には前述のＴＮ型液
晶表示器が使用されており、表示品質の良いＳＴＮ型液
晶表示器による動画表示は行われていなかった。

本発明の目的は前記従来のＳＴＮ型液晶表示器の有する
課題を解消し、動画表示にも使用できると共に、視野角
（表示装置を見る角度）の広くとれる新規な型液晶表示
器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の液晶表示器の構成が第１図
に示される。

本発明の液晶表示器はその第１の形態において、第１図
（ａ）に示すように液晶が一方向に水平配向された第１
の液晶パネルｌと、この第１の液晶パネルｌに積層され
、第１の液晶パネルｌ上の液晶の配向方向と直交する方
向に液晶が水平配向された第２の液晶パネル２と、これ
ら第１と第２の液晶パネル１．２を挟んで設けられ、偏
光方向が直交しかつ液晶パネル１，２の液晶の配向方向
とは４５゜をなす第１と第２の偏光板３，４とを備えて
いる。

そして、２枚の液晶パネル１．２のリタデーションΔｎ
−ｄ（Δｎ−ｄ　：液晶の複屈折率Δｎと液晶の厚さｄ
との積）が同一あるいはほぼ同一であり、一方の液晶パ
ネルにはマトリクス電極が設けられている。

またＪ第２の形態において、第１図（ロ）に示すように
第１と第２の偏光板３．４の間に更に液晶が垂直配向し
ている液晶パネル５が積層されている。

なお、垂直配向した液晶パネル５のリタデーションΔｎ
−ｄは、水平配向している液晶パネルのリタデーション
Δｙｖｄにほぼ等しく構成されることもあり、また、マ
トリクス電極が設けられている液晶パネルのリタデーシ
ョンΔｎ−ｄは他の液晶パネルの複屈折値Δｎ−ｄに比
べて大きく、その差はマトリクス電極の設けられている
液晶パネルに非選択電圧が印加された時の実効的なリタ
デーションΔｙｖｄの減少分に相当するように構成され
ることもあり、更に、マトリクス電極が設けられていな
い方の液晶パネルを複屈折を有する一軸延伸フィルムと
して構成されることもある。

〔作用〕

本発明の第１の形態の液晶表示器によれば、マトリクス
電極が設けられた液晶パネルに電圧が印加されると、正
の誘電率異方性を持つ液晶の液晶分子は、ガラス基板に
対して垂直に立ち上がる。

液晶分子が立っている時と寝ている時では液晶パネル内
に入射した光に対する複屈折の作用が異なり、液晶分子
が寝ている状態では一方の液晶パネルの複屈折の作用が
他方の液晶パネルにより打ち消されるので、偏光方向が
垂直の二枚の偏光板により光は遮断される。一方、液晶
分子が立っている状態では一方の液晶パネルの複屈折の
作用が他方の液晶パネルにより打ち消されないので、偏
光方向が垂直の二枚の偏光板を光が透過する。そして、
この光の状態の変化でパターンが応答性良く表示される
。一方、第２の形態の液晶表示器では、垂直配向された
液晶分子を持つ液晶パネルが加えられたことにより、光
の角度による複屈折の作用が相殺され、視野角が大きく
なる。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
。

第２図は本発明の液晶表示器の第１の形態における一実
施例の構成を示すものである０図において、１１は第１
の偏光板、１２は第１の液晶パネル、１３は第２の液晶
パネル、１４は第２の偏光板を示している。また、第５
図は液晶パネル１２．１３の各個の構成を示す断面図で
ある。

第５図に示すように、液晶パネル１２．１３はガラス基
板５１．５２の内側にそれぞれ配向膜５３．５４が積層
されており、この配向膜５３．５４のラビング方向は平
行でかつ逆方向である。そして、この配向膜５３、５４
の間に液晶分子５５が注入されている。ここで、配向膜
５３．５４は水平配向用膜であり、液晶５５は正の誘電
率異方性を持つネマチック型液晶であって、水平方向に
配向されている。また、第２の液晶パネル１３には一対
のガラス基板５１．５２の上には各々透明電極がストラ
イプ状に設けられ、その方向は互いに直交しており、そ
の交差部において液晶に電圧を印加できるマトリクス電
極となっている。

このように構成された液晶パネル１２．１３が第２図の
ように二枚積層されるが、このとき、第１の液晶パネル
１２と第２の液晶パネル１３の液晶の配向方向が直交す
るようにする。また、第１の液晶パネル１２と第２の液
晶パネル１３の液晶のリタデーションΔｎ−ｄはこの実
施例では等しいものとし、その値は、例えば１．０．Ｅ
／Ｉｌｌとする。そして、この積層された第１の液晶パ
ネル１２と第２の液晶パネル１３の液晶は、第１の偏光
板１１と第２の偏光板１４とに挟まれて積層される。更
に、第１の偏光板１１と第２の偏光板１４とはその偏光
方向が直交するように積層されると共に、第１の液晶パ
ネル１２と第２の液晶パネル１３の液晶の配向方向に対
して４５°の角度をなすように積層される。

第２の液晶パネル１３は電圧が印加されると表示パター
ンを出す働きを持つ、これについて説明する。液晶は正
の誘電率異方性を有し、電圧が印加されるとガラス基板
に対して液晶分子が垂直に立ち上がる。そして、液晶分
子が立っている時と寝ている時では、液晶パネル内に入
射した光に対する複屈折の作用が異なり、電圧が印加さ
れている状態と印加されていない状態との間で光の状態
が変化する。この光の状態変化によってパターンが表示
できるのである。

一方、第１の液晶パネル１２は第２の液晶パネル１３の
リタデーションΔｎ・ｄを補償する働きを持つ。

一般に、−軸方向の複屈折を有する物質が重なっており
、その複屈折の値が同一で複屈折の光軸が直交する時、
光に対する複屈折の作用は打ち消されるからである。よ
って、リタデーションΔｎ−ｄを第１の液晶パネル１２
と同一に形成した第２の液晶パネル１３は、第１の液晶
パネル１２の複屈折の作用を打ち消す働きを持つのであ
る。

次に、第２図のように構成された液晶表示器の動作を説
明する。まず、印加電圧を０としたとき（このときの電
圧を■。とする）は、偏光板１４に入射する光Ｌ１は偏
光板１４により制限を受け、偏光方向Ｐ−Ｐ’に振動す
る光Ｌ２のみが偏光板１４を通過する。第２の液晶パネ
ル１３に入射した光Ｌ≦は分散作用を受けて光Ｌ３とな
る。ところが、第１の液晶パネル１２と第２の液晶パネ
ル１３の複屈折の光軸は直交し、そのリタデーションΔ
ｎ−ｄの値は同一であるので、この時、第２の液晶パネ
ル１３のリタデーションΔｎ−ｄにより分散作用をうけ
た光Ｌ５は、第１の液晶パネル１２で補償される。よっ
て、第２の液晶パネル１２からの出射光Ｌ４は入射光Ｌ
２と振動方向（偏光方向）が同一となって偏光板１１に
入射される。偏光板１１の偏光方向Ｑ−Ｑ’　と偏光板
１４の偏光方向Ｐ−Ｐ’　とは互いに垂直なため、出射
光Ｌ５は偏光板１１に遮断され、表示は“暗１表示とな
る。

次に、印加電圧を所定電圧ｖｔにしたときの光の透過に
ついて説明する。偏光板１４に入射する光Ｌ１は偏光板
１４により制限を受け、偏光方向Ｐ−Ｐ°に振動する光
Ｌ２のみが偏光板１４を通過する。

ここで、第２の液晶パネル１３中の液晶分子は電圧ｖ２
が印加されることによって立ち上がり、第２の液晶パネ
ル１３の実効的なリタデーションΔｎ−ｄは小さくなっ
ている。よって、第２の液晶パネル１３に入射した光Ｌ
２は印加電圧ｖ６の時よりも少ない分散作用を受けて出
射光Ｌ３となる。ところが、第１の液晶パネル１２の実
効的なリタデーションΔｎ・ｄの値はそのままであるの
で、光に対する複屈折の作用は第１の液晶パネル１２の
方が第２の液晶パネル１３よりも大きい。このため、第
２の液晶パネル１３のリタデーションΔ７ｔ−ｄにより
分散作用をうけた光Ｌ３は第１の液晶パネルＩ２で補償
されない。

従って、第２の液晶パネル１２からの出射光Ｌ４の状態
は入射光Ｌ２と異なって散乱状態にあるので、光Ｌ４は
偏光板１１によっては遮断されず、出射光Ｌ５の光強度
は０ではなくなり、表示が可能となる。第２図の例では
電圧ｖ２における液晶表示装置の表示は“明”となる。

第３図は２つの液晶パネル１２．１３のリタデーシッン
Δｎ−ｄが等しく構成された第２図の液晶表示器の第２
の液晶パネル１３に印加する電圧を変化させた時の透過
率−電圧特性（Ｔ−Ｖ特性）を示すものである。この図
から分かるように、Ｔ−Ｖ特性は印加電圧ｖ２の手前で
急峻に立ち上がっている。

よって、液晶パネル１３に電圧■、を印加した“明”状
態から電圧をマルチプレックス駆動するときに用いる電
圧ｖＩまで変化させるだけで“暗“状態に近い状態が作
り出せ、大きなコントラストＣを持つ液晶表示器が実現
できる。

また、以上のように構成された液晶表示器は液晶の応答
速度が速い、これは、光の透過、遮光を行う時の液晶の
動作において、ＴＮ型の液晶表示器とは異なり、液晶の
捩じれをほどくか、或いは液晶を捩じれさせる必要がな
く、液晶が立つか寝るかで時間的には短いからである。

以上説明した実施例では２つの液晶パネル１２゜１３の
リタデーションΔｎ−ｄを等しくしたが、次に、第１の
液晶パネル１２のリタデーションΔ孔・ｄを第２の液晶
パネル１３のリタデーシタンΔｎ−ｄに比べて小さくし
た実施例について説明する。液晶表示器自体の構成は第
２図と全く同じである０例えば、この実施例では第１の
液晶パネル１２のリタデーションΔｎ・ｄを０．９μｍ
２第２の液晶パネル１３のリタデーションΔ孔・ｄを１
．０・μ讃とする。そして、２つの液晶パネル１２．１
３のリタデーションΔｙｖｄの差０．１μｍは、マトリ
クス電極の設けられている第２の液晶パネル１３に非選
択電圧が印加された時の実効的なリタデーションΔｎ−
ｄの値の減少分に相当するものである。

以上のように第１の液晶パネル１２のリタデーシａンΔ
ｎ−ｄを第２の液晶パネル１３のリタデーションΔｎ−
ｄに比べて小さくした液晶表示器の第２の液晶パネル１
３に電圧をＯから印加していった時のＴ−Ｖ特性は第４
図に示すようになる。第３図と同じ電圧ｖＩにおいて第
２の液晶パネル１３の液晶分子が立ち始め、第２の液晶
パネル１３の実効的なリタデーションΔｎ−ｄが小さく
なって第１の液晶パネル１２のリタデーションΔｎ−ｄ
と等しくなっている。これにより、光の分散は補償され
、マルチプレックス駆動するときに用いる電圧ｖｌにお
いてコントラストの良い“暗”表示が実現される。

この実施例の液晶表示器も動作は前述の実施例の液晶表
示器と同じであるので、液晶の応答速度が速い。

なお、以上説明した実施例において、第１の液晶パネル
１２の代わりに、水平配向した液晶パネルと同じ複屈折
を有し、光学的に同一の性質を備えたフィルムを用いて
も良い、このようなフィルムの具体的な例としては、複
屈折値が同じで、−軸方向に延伸したプラスチックフィ
ルムがある。

第６図は本発明の液晶表示器の第２の形態における一実
施例の構成を示すものである０図において、１１は第１
の偏光板、１２は第１の液晶パネル、１３は第２の液晶
パネル、１４は第２の偏光板を示しており、これらは第
２図に示した実施例と同じものであるので、同じ符号を
付してその説明を省略する。この第２の形態の液晶表示
器が第１の形態の液晶表示器と大きく異なるのは、第１
の偏光板１１と第１の液晶パネル１２との間に、垂直配
向した液晶パネル１０が更に積層されている点である。

第７図はこの垂直配向された液晶パネル１０と第１の液
晶パネル１２とを組み合わせた断面図を示している。液
晶パネル１２の構成は前述と同じであり、ガラス基板５
１．５２の内側にはそれぞれラビング方向が平行かつ逆
方向の配向膜５３．５４が積層されており、その間に液
晶分子５５が注入されている。また、液晶パネル１０の
ガラス基板７１．７２の内側には垂直配向用の配向膜７
３．７４が塗布により設けられており、その間に正の誘
電率異方性を持つネマチック型液晶７５が垂直方向に配
向されて注入されている。

この実施例では第１と第２の液晶パネル１２．１３には
液晶の複屈折値Δｎが０．２の液晶を採用し、セル厚は
６μｍとした。また、液晶パネルＩＯには、液晶の複屈
折値Δｎが０．２の液晶を採用し、セル厚を６μ鴨とし
て、リタデーションΔｎ−ｄを第１と第２の液晶パネル
１２．１３に合わせた。

次に、第６図のように構成された液晶表示器の動作を説
明するが、第２図と同じ構成部材の動作は同じであるの
で、新たに設けられた液晶パネル１０の動作について説
明する。

垂直に液晶分子７５が配向された液晶パネル１０は、液
晶表示器の視野角特性を向上させる働きを持つので、こ
れを第７図を用いて説明する。ここでは水平に液晶分子
５５が配向された液晶パネル１２に対して、垂直に液晶
分子７５が配向された液晶パネル１０が積層されている
場合を考える。液晶パネル１２に対して垂直な光ｆｌが
入射した場合は、水平に配向している液晶パネル１２の
液晶は光１１に対して複屈折の作用を働くのに対して、
液晶パネル１０の液晶は光１１に対しては全く作用しな
い、これに対して、液晶パネル１２に対しである角度φ
を持った光１２が入射した場合を考えると、この時、水
平に配向している液晶パネル１２の液晶による光１２に
対する複屈折の作用は前述の角度φにより減少する。一
方、液晶パネルｌＯの液晶による光１２に対する複屈折
の作用は、光１２が角度φだけ傾いたことにより増大す
る。このことから、光が斜めに入射した場合に、液晶パ
ネル１２の液晶による複屈折作用の減少度が、液晶パネ
ル１０の液晶による複屈折作用の増大により相殺される
。これにより、視野角が大きくなっても、光に対する液
晶の作用の大きさは変化せず、視野角特性が向上する。

よって、第２の形態の液晶表示器では、視野角特性が液
晶パネルｌＯのないものに比べて大幅に改善される０例
えば、垂直配向の液晶パネル１０が無い場合には、３０
°斜めから液晶表示器を見ると表示が反転していたのに
対して、垂直配向の液晶パネルｌＯを組合わせたこの実
施例の装置では６０”斜めから液晶表示器を見た場合に
初めて表示が反転するように特性が改善された。

なお、垂直配向の液晶パネル１０を組合わせることによ
る視野角の向上は、第１の液晶パネル１２のリタデーシ
ッンΔｎ・ｄを第２の液晶パネル１３のリタデーシゴン
Δｎ−ｄに比べて小さくした場合でも、また、第１の液
晶パネル１２の代わりに、水平配向した液晶パネルと同
じ複屈折を有し、光学的に同一の性質を備えたフィルム
を用いた場合でも同様である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の新規な液晶表示器によれ
ば、液晶の応答速度が早く、動画表示にも使用できると
共に、視野角が広くとれるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の液晶表示器の第１の形態の原理
説明図、第１図（ｂ）は本発明の液晶表示器の第２の形
態の原理説明図、第２図は本発明の第１の形態の液晶表
示器の構成を示す分解斜視図、第３図は第２図の液晶表
示器の２枚の液晶パネルのリタデーションが同じ時のＴ
−Ｖ特性図、第４図は第２図の液晶表示器において第１
の液晶パネルのリタデーションが第２の液晶パネルのリ
タデーションより小さい時のＴ−Ｖ特性図、第５図は第
２図に使用した２枚の液晶パネルの構成を示す断面図、
第６図は本発明の第２の形態の液晶表示器の構成を示す
分解斜視図、第７図は第６図の液晶分子が垂直配向され
た液晶パネルと第１の液晶パネルの積層状態の構成を示
す断面図である。 ｌＯ・・・液晶が垂直配向された液晶パネル、１１・・
・偏光板、１２・・・第１の液晶パネル、１３・・・第
２の液晶パネル、１４・・・第２図の液晶パネル、５１
．５２・・・ガラス基板、５３．５４・・・配向膜、５
５・・・液晶分子、７１．７２・・・ガラス基板、７３
．７４・・・配向膜、７５・・・液晶分子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液晶が一方向に水平配向された第１の液晶パネル（
   １）と、 この第１の液晶パネル（１）に積層され、第１の液晶パ
   ネル（１）上の液晶の配向方向と直交する方向に液晶が
   水平配向された第２の液晶パネル（２）と、これら第１
   と第２の液晶パネル（１）、（２）を挟んで設けられ、
   偏光方向が直交しかつ前記液晶の配向方向とは４５°を
   なす第１と第２の偏光板（３）、（４）とを備え、 前記２枚の液晶パネル（１）、（２）のリタデーション
   （Δｎ・ｄ）が同一あるいはほぼ同一であり、一方の液
   晶パネルにはマトリクス電極が設けられていることを特
   徴とする液晶表示器。 ２、前記第１と第２の偏光板（３）、（４）の間に更に
   液晶が垂直配向している液晶パネル（５）が積層されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液
   晶表示器。 ３、垂直配向した液晶パネル（５）のリタデーション（
   Δｎ・ｄ）が、水平配向している液晶パネルのリタデー
   ション（Δｎ・ｄ）にほぼ等しいことを特徴とする請求
   の範囲第２項に記載の液晶表示器。 ４、マトリクス電極が設けられている液晶パネルのリタ
   デーション（Δｎ・ｄ）が他の液晶パネルのリタデーシ
   ョン（Δｎ・ｄ）に比べて大きく、その差はマトリクス
   電極の設けられている液晶パネルに非選択電圧が印加さ
   れた時の実効的なリタデーション（Δｎ・ｄ）の減少分
   に相当することを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３項の何れかに記載の液晶表示器。 ５、マトリクス電極が設けられていない方の液晶パネル
   を複屈折を有する一軸延伸フィルムとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第４項の何れかに記載の
   液晶表示器。