JPH03191326A - 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 本発明は旋光分散を補償する液晶層を備えた液晶表示装
置に関するものである。

従来の技術 液晶のツイスト角が略９０°で薄膜トランジスタなどを
組込んだアクティブマトリクス型のツイストネマティッ
ク液晶パネル（以下、ＴＮ液晶パネルと称す）は中間調
表示が可能であり直視型のフルカラーＴＶや、投射型Ｔ
Ｖとして用いられている。又ツイスト角が２４０°程度
で上下基板上にストライブ状の電極を構成し、これを互
いに交差するように組合せた単純マトリクス型のスーパ
ーツイストネマティック液晶パネル（以下、ＳＴＮ液晶
パネルと称す）は２値表示であるが携帯用パーソナルコ
ンピュータやワードプロセッサのデイスプレィとして用
いられている。

第９図に一般的なカラータイプのアクティブマトリクス
型９０°ＴＮ液晶パネルの構成を示す。ガラスなどから
なる２枚の基板ａ、ｂがスペーサＣを介して対向配置さ
れると共にシール材ｄによって封止され、両基板ａ、ｂ
間に液晶層ｅが設けられている。一方の基板ａの内側面
には画素電極ｒと薄膜トランジスタｇとが設けられ、そ
の上に配向膜りが設けられている。他方の基板すの内側
面にはカラーフィルタｉと共通電極ｊとが設けられ、そ
の上に配向膜ｋが設けられている。両配向膜り、ｋを配
向方向が略９０°で交差するようラビングなどにより配
向処理し、液晶の分子軸を各基板ａ、ｂの近傍で各配向
膜り、にの配向方向に向けさせ、液晶分子を液晶層ｅ中
でねじれた状態にしている。又このように構成された液
晶セルの外側面には偏光板！、ｍを配置している。

この液晶セルに光を透過させると、液晶分子の複屈折性
とねじれ配列によって光が旋回する（以下、旋光と称す
）。一方、液晶セルに電圧を印加すると液晶層ｅの厚み
方向に電界が発生し、液晶分子の誘電率異方性によって
液晶の分子軸が電界方向に立上がる。これにより、液晶
分子のねじれは解消され、前記旋光性が消失する。又こ
の液晶セルの外側面に偏光板！、ｍを配置したことによ
り、電圧印加の大きさによって液晶パネルの透過光量を
調節することができる。

又ＳＴＮ液晶パネルでは液晶のツイスト角を２４０°程
度に大きくすることにより、液晶配列の双安定性が得ら
れ非常に鋭いしきい値特性を実現している。この特性を
利用することにより、２値表示ではあるが簡易な単純マ
トリクスにおいて大容量表示が可能となっている。

このような液晶のツイスト配列を利用した液晶パネルで
は、電圧無印加時には入射した直線偏光が液晶層を通過
することにより旋光するが、この旋光性が波長により異
なる（以下、旋光分散と称す）。すなわち、液晶セルを
通過した光の偏光状態が波長により異なる。このため、
出射側の偏光板を透過する光量が波長により異なり、黒
又は白表示が着色することになる。この着色は、ネガテ
ィブモードパネルでは暗表示時及び中間調表示時に発生
する。更にＳＴＮモードではツイスト角が大きいためこ
の旋光分散の度合が大きく、着色が顕著に現れ、暗表示
時では青色が、明表示時では黄色が表示され、白黒表示
することができない。

この着色を解消するため旋光分散補償用の液晶セルを設
ける技術が、例えば特開昭５７−９６３１５号公報１．
特開昭６３−１５１９２４号公報で提案されている。

これらは、９０°ＴＮ液晶セル又はＳＴＮ液晶セルに対
し、液晶の複屈折性と液晶層厚との積であるレタデーシ
ョン値が略等しく、且つツイスト角が逆方向の補償セル
を重合せるというものである。

発明が解決しようとする課題 しかし上記従来例では、暗表示時の着色は解消できるが
、中間調や明表示時では逆に補償セルによる旋光分散が
生じ、厳密な色再現や純白表示に対し大きな障害となる
という問題がある。

本発明は上記問題点に鑑み、旋光分散補償効果を電圧印
加時無印加時において常に維持することができる液晶表
示装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、２枚の偏光子の間に
、ツイスト角が９０°以上の第１液晶層と、第１液晶層
とは逆方向のツイスト方向を有する第２液晶層とを備え
、両液晶層のツイスト角を６０以上互いに異ならせると
共に、各液晶層に電圧印加用の電極を設け、各液晶層の
電圧印加時と無印加時とにおけるレタデーション値の変
化の割合が略等しくなるように構成したことを特徴とす
る。

作用 表示用となる第１液晶層に対して第２液晶層を補償用に
設け、第２液晶層のツイスト方向を第１液晶層のツイス
ト方向と逆に設定したことにより、電圧無印゛加持にお
ける第１液晶層の旋光分散を補償することができる。又
電圧印加時においては第１液晶層のレタデーション値が
変化し、それにより旋光分散の度合も変化する。そこで
、補償用の第２液晶層にも電圧を印加してレタデーショ
ン値を第１液晶層と同じ割合で変化させることにより、
前記補償効果を維持することができる。

この結果、電圧無印加時及び中間調表示を含む電圧印加
時のいずれにおいても旋光分散を補償することができ、
又第１液晶層のツイスト角を約９０°以上としているの
でツイスト角が約９０°以上のＳＴＮを含むＴＮ液晶装
置のモノクロ表示時の着色の解消及びカラー表示時の忠
実な色再現性、高コントラスト表示を実現することがで
きる。

尚、第１、第２液晶層のツイスト角が同じであると電圧
印加・無印加による透過光量のスイッチングができなく
なるため、ツイスト角を６０°以上、好適には９０°程
度異ならせる必要がある。

実施例 本発明の第１実施例を、第１図ないし第３図に基き説明
する。本実施例は第１液晶層３にフルカラー表示タイプ
のツイスト角１４０°ＴＮ液晶パネルを用いたものであ
る。

ガラスなどからなる３枚の基板１をスペーサ２を介して
積層し、入射側の基板ｌと中間の基板１との間に第１液
晶層３を設けると共に、中間の基板１と出射側の基板１
との間に第２液晶層４を設けている。中間の基板１は視
野角特性をできるだけ良好にするため極力薄くして２層
３．４の間隔を小さくしている。各基板１は周縁部にお
いてシール材５により互いに封止されている。入射側及
び出射側基板１の内側面にα−３ｉからなる薄膜トラン
ジスタ（スイッチング素子）６を持つ画素電極（電極）
７を設け、その上に配向膜８１．８２を設けている。中
間基板１の両側面にはＩＴＯからなる共通電極（電極）
９を設け、その上に配向膜１０５．１０２を設けている
。中間基板１の第１液晶層３側には前記配向膜１０＋　
の下層にカラーフィルタ１１を設けている。入射側及び
出射側基板１の外側面には、偏光板（偏光子）１２１．
１２□を設けている。

各偏光板１２＋、　１２ｚの透過軸Ａ１、Ａ２、及び第
１、第２液晶層３．４の両面における配向方向０１〜０
４を、第２図及び第３図に基き説明する。

第１液晶Ｎ３は入射側から見て右方向にツイスト角１４
０’でツイストしており、第２液晶層４は左方向にツイ
スト角５０°でツイストしている。両液晶Ｎ３．４の各
隣接面における配向方向０□、０３は互いに直交してい
る。両偏光板１２＋、１２２における透過軸Ａ、、　Ａ
、は互いに平行で、ネガティブタイプとなっている。又
偏光板１２１．１２２の透過軸Ａ、、Ａ２と各液晶層３
．４の隣接面における配向方向０．０４とは一致させて
いる。

本実施例の液晶層３．４は夫々のツイスト角が異なるた
め、完全な旋光分散補償をするにはレタデーション値Δ
ｎｄを異ならせる必要がある。本実施例では液晶層厚ｄ
及び複屈折値Δｎを共に異ならせ、第１液晶層３の液晶
層厚ｄ１を５μｍ、複屈折値△ｎ、を０．８すなわちレ
タデーション値へ〇１ｄｌ　＝４．０とし、第２液晶層
４の液晶層厚ｄ２を６．５μｍ、複屈折値へｎ＝を０．
９すなわちレタデーション値△ｎ、ｄ、＝５．８５とし
た。尚、液晶層３．４の液品には、温度特性を考慮して
△ｎの温度変化の割合が同等なものを用いることが望ま
しい。更に、中間調での旋光分散補償を行うため、２Ｎ
の液晶層３．４に、レタデーション値Ａｎｄの変化の割
合が同じになるような波形及び電圧値の異なる電圧信号
を印加する。

以上の構成により、モノクロ色表示時においては白黒表
示に加え中間調でも着色がなく、カラー表示時において
は色再現性の優れた高コントラストの表示を行うことが
でき、高品質のフルカラー表示装置を実現することがで
きる。尚、本実施例において第２液晶層４に薄膜トラン
ジスタ６を備えた電極７を用いたが、コスト低減の目的
でＩＴＯからなるストライプ電極を用いた単純マトリク
スにより第２液晶層４に対する電圧印加制御を行うよう
にしてもよい。

本発明の第２の実施例を、第４図ないし第６図に基き説
明する。

本実施例は第２液晶層４として水平配向すなわちツイス
ト角Ｏ°のネマテツィク液晶を用い、第１液晶Ｎ３とし
てモノクロ表示タイプのツイスト角１００°ＴＮ液晶パ
ネルを用いたものである。

本実施例は第１実施例と異なり、スイッチング素子とし
ての薄膜トランジスタ６を持つ画素電極７を第１、第２
液晶層３．４の互いに隣接する側に設けるとと共に、共
通電極９を各液晶層３．４の夫々の偏光板１２＋、　１
２□に隣接する側に設けている。これにより、電界の広
がりの影響を考慮すると視野角特性に対して有利であり
、又実装も容易になる。尚、本実施例のそのほかの構成
は第１実施例と略同様なので共通符号を付して示し、説
明は省略する。

偏光板１２＋、　１２□の透過軸ＡＩ、Ａ２、液晶層３
．４両面の配向方向０１〜０４は、第５図に示すように
、第１液晶Ｎ３の出射側の配向方向０□に対し第２液晶
層４の配向方向０３．０４は第１液晶層３のツイスト方
向（右方向）とは逆方向に５°傾けて設定し、出射側偏
光板１２２の遮光軸Ａ２°（透過軸Ａ２と直交した軸）
を第１液晶層３のツイスト方向と逆方向に更に５°傾け
て設定しである。又、２枚の偏光板１２＋、　１２ｚの
透過軸Ａ１、Ａ２、は平行で、ネガティブタイプとなっ
ている。

本実施例では、第１液晶層３の液晶層ｄＩを５μｍ１複
屈折値△ｎ１を０．９４すなわちレタデーション値△ｎ
＋（Ｌ＝４．７とし、第２液晶層４の液晶層ｄ２を４μ
ｍ、複屈折値Δｎ２を０．７すなわちレタデーション値
△ｎｚｄｚ＝２．８とした。更に２層の液晶層３４に、
レタデーション値の変化の割合が同じになるような波形
及び電圧値の異なる電圧信号を印加する。

以上の構成により、白黒色表示時及び中間調でも着色が
なく、階調性の優れた高コントラストの表示を行うこと
ができ、高品質のモノクロ表示装置を実現することがで
きる。

更に、本装置を投射型表示装置に適応することにより非
常に高画質のフルカラー表示を行うことができる。例え
ば本装置３＆ＥＩを用い、第６図に示すように、光源１
３からの光をコリメータレンズ１４で平行光にし、これ
を夫々のグイクロイックミラー１５で青、緑、赤の光に
分光して夫々の液晶表示装置１６を通過させ、投影レン
ズ１７で夫々集光してスクリーンＩ８に拡大投映し、鑑
賞者１９に対して４０インチ以上の大画面表示を行うこ
とができる。この場合、透過光の波長に応じて、第２液
晶層４のレタデーション値を好適には２００〜３５０ｎ
ｍの範囲で設定するとと共に、その配向方向や偏光板１
２＋、１２２の透過軸Ａ、　Ａ、の設定を最適化するこ
とにより、鑑賞用として十分な高コントラストや色再現
性など優れた表示特性を得ることができる。

本発明の第３実施例を、第７図及び第８図に基き説明す
る。

本実施例は第１液晶層３として白黒２値表示タイプのツ
イスト角２４０°ＳＴＮ液晶パネルを用いたものである
。第７図に本実施例の液晶表示装置の断面図を示す。２
つの液晶層３．４は夫々の両・面側に電圧印加用のスト
ライプ電極（電極）２０を備えている。このストライプ
電極２０はＩＴＯをガラス基Ｆｉｌ上にストライプ状に
形成したもので、各液晶層３．４の両面で交差するよう
に設置しである。又第２液晶層３は第１液晶層４に対し
逆方向（左方向）にツイストしており、ツイスト角は１
５０°である。

２つの液晶層３．４の対向面における配向方向０□、０
３は互いに直交しており、偏光板１２＋、１２２の透過
軸Ａ１．、Ａｔは平行で、ネガティブタイプとなってい
る。又偏光板ｔ２＋、１２ｚの透過軸Ａｌｓ　Ａｘ及び
遮光軸と隣接する基ＶｉＩ上の配向方向の間には良好な
白黒表示ができるように数度のオフセットを設けである
。本実施例では、２つの液晶層３．４の液晶層厚ｄを７
μｍ同一とし、液晶材料の複屈折値Δｎを異ならせ、第
１液晶層３の複屈折値へ〇。

を０．８すなわちレタデーション値へｎ、　ｄ　−５，
６とし、第２液晶層４の複屈折値Δｎ２を０．９すなわ
ちレタデーション値Δ口Ｚｄ＝６．３とした。

以上の２層の液晶層３．４に同波形の電圧信号を印加す
ることにより、黒表示時に加え自表示時においても着色
がなく、高コントラストの表示を行うことができ、高品
質の白黒表示装置を実現することができる。又第１実施
例のようにカラーフィルターを設けることによりマルチ
カラー表示を行うことも可能である。

本発明は上記実施例に示すほか、種々の態様に構成する
ことができる。例えば上記実施例ではネガティブタイプ
のみ示したが、一方の偏光板の設置方向を変えることに
よりポジティブタイプにモード変更することができる。

又上記実施例では第２液晶層を旋光分散補償として用い
、表示用の第１液晶層に印加する電圧信号と同等の信号
を第２液晶層に印加しているが、第２液晶層に印加され
る電圧の切替手段を設け、第２液晶層に第１液晶層と異
なる電圧信号を印加できるようにし、第２液晶層を表示
手段とすることにより、画質は低下するが、第１液晶層
による表示と併せて２重の表示ができ、多機能化するこ
ともできる。更に上記実施例では第２液晶層を出射側に
設定したが、第２液晶層を入射側に設置してもよく、又
補償用の液晶層を２層以上設けてもよい。

発明の効果 本発明は上記構成、作用を有するので、ＳＴＮを含むＴ
Ｎ液晶パネルの電圧印加時、無印加時及び中間電圧印加
時のすべての場合において旋光分散による着色を解消す
ることができ、優れた色再現性や階調性、光コントラス
ト表示を行うことができる。

従って本発明の液晶表示装置を用いることにより、表示
特性の優れた高画質の直視型画像表示パネル及び投射型
表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明の第１実施例の部分断面図、第２図は偏光
板と液晶層の配置を示す斜視図、第３図は入射側から見
た光学軸の設定角度を示す図、第４図は本発明の第２実
施例の部分断面図、第５図は入射側から見た光学軸の設
定角度を示す図、第６図は本実施例を適用した液晶投射
型表示装置の概略図、第７図は本発明の第３実施例の部
分断面図、第８図は入射側から見た光学軸の設定角度を
示す図、第９図は一般的なカラータイプのアクティブマ
トリクス型ＴＮ液晶パネルの構成を示す部分断面図であ
る。 ３　・−−一−−−−−−−−・第１液晶層４０．−一
・・−・−・・・−・・第２液晶層６　・−−−−・−
・・・−・・・・−・２スイツチング素子７．９．２０
−−−−−一電極

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の偏光子の間に、ツイスト角が９０゜以上の
   第１液晶層と、第１液晶層とは逆方向のツイスト方向を
   有する第２液晶層とを備え、両液晶層のツイスト角を６
   ０゜以上互いに異ならせると共に、各液晶層に電圧印加
   用の電極を設け、各液晶層の電圧印加時と無印加時とに
   おけるレタデーション値の変化の割合が略等しくなるよ
   うに構成したことを特徴とする液晶表示装置。
2. （２）第２液晶層のツイスト角を第１液晶層のツイスト
   角よりも９０゜程度小さくすると共に、第２液晶層のレ
   タデーション値を第１液晶層のレタデーション値よりも
   大きく設定したことを特徴とする請求項１記載の液晶表
   示装置。
3. （３）第２液晶層のツイスト角を略０゜としたことを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. （４）第２液晶層のレタデーション値を２００〜３５０
   ｎｍとしたことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装
   置。
5. （５）第２液晶層の第１液晶層に対向する面における配
   向方向を、第１液晶層のツイスト方向とは逆方向で第１
   液晶層の第２液晶層に対向する面の配向方向から０゜〜
   ４５゜傾けて設定すると共に、両偏光板の透過軸又は遮
   光軸を、第１液晶層のツイスト方向と逆方向で且つ第２
   液晶層の前記配向方向から０゜〜４５゜傾けて設定した
   ことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
6. （６）第１、第２液晶層の電極に対する電圧印加制御を
   画素部に設けたスイッチング素子により行うように構成
   したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の液晶表
   示装置。
7. （７）第１液晶層の電極への電圧印加信号と、第２液晶
   層の電極への電圧印加信号とが略同一となるように構成
   したことを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
8. （８）第１液晶層の電極に印加する電圧信号と第２液晶
   層の電極に印加する電圧信号とが互いに異なるように構
   成したことを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
9. （９）第１液晶層の電極に対する電圧印加制御を画素部
   に設けたスイッチング素子により行い、第２液晶層の電
   極に対する電圧印加制御を単純マトリクスにより行うよ
   うに構成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載
   の液晶表示装置。