JPH03212613A

JPH03212613A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH03212613A
Application number: JP2009200A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshimizu; 敏幸吉水; Hiroshi Onishi; 浩大西; Yumi Yoshimura; 吉村　由美; Kyohei Isohata; 恭平磯畑
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-01-17
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1991-09-18
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: JP2571631B2

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〉本発明は位相差板を用いたスーパーツイスト型液晶表示
装置に関するものである。

〈従来技術〉一般に、スーパーツイスト型液晶表示装置は、イエロー
グリーンあるいは、ブルーに着色するが、光学補償板を
用いることにより、色補正を行い明るく鮮明な白／黒表
示が得られる。そのため、表示品位が向上し、ワープロ
、コンピュータなどのＯＡ機器の表示体として利用する
ことができる。

色補償を施したスーパーツイスト型液晶表示装置として
は、２層型のスーパーツイスト型液晶表示装置があり、
１層目（駆動用セ／Ｉ／）で生じた着色を２層目（光学
補償用セル）で色補正をし、無彩色化している。この構
造は、単層スーパーツイスト型液晶表示装置と比較して
液晶セルが２枚必要であるがため、表示装置の厚みが厚
くなり重量が増加するという問題を持っている。

この問題点を解決するために光学補償板として一軸延伸
高分子フィルムからなる位相差板を用いることにより、
薄型で軽量なスーパーツイスト型液晶表示装置が開発さ
れた。ところが位相差板は、高分子フィルムを延伸して
作られる為、フィルムの延伸方向とこれに直交する方向
とでは、光学的性質が異なり、２層型のスーパーツイス
ト型液晶表示装置と比べ、位相差板方式のスーパーツイ
スト型ｉ夜晶表示装置は、視角あるいは仰角による色変
化が大きい、つまり、視角が狭いという問題点を持って
いる。

〈発明が解決しようとする問題点〉一軸延伸高分子フィルムからなる位相差板は光学異方性
を光学補償板として使用されている。ところが、高分子
フィルムの延伸方向とこれに直交物理量であるが、これ
が高分子フィルムの延伸方向とこれに直交する方向で異
なり、例えば一軸性正号結晶に相当する位相差板におい
ては、延伸方向でレターデーションは減少し、これに直
交する方向では増加する傾向をもつ。液晶表示セルと組
合わせたとき、特に位相差板の延伸方向において１ハ、
位相差板のレターデーションと液晶表示セルのもつレタ
ーデーションの差が大きくなる為、透過してくる光（徒
位相差を生じ、着色する。つまり、色補償がなさ几なく
なり、表示のコントラストが低下する為視角が狭くなる
。

さらに、マウス使用のパソコンや手書きタイプのパソコ
ンなどの高速応答を必要とするＯＡ機器に利用される液
晶表示装置について、高速応答を追求した場合、例えば
立上り時間と立下り時間の和がｌｏｏｍｓ以下の液晶材
料ではそのシャープネス（α値）は１．１０以上となり
、充分なコントラストが得られない。

第４図は液晶材料の急峻性（シャープネス（Ｌ３！値）
）と応答時間（ｍｓ　）の関係を示す図である。

図示のように、一般に液晶表示装置の応答の高速化を行
うと液晶材料のシャープネス（ｃＬ！値〕が悪くなり、
コントラストが低下する。従って、高速応答用液晶表示
装置のハイデユーティ化は不可能であり、ローデユーテ
ィで使用となった。

本発明は、このような問題点を解決するものであり、薄
型、軽量で鮮明な白／黒表示が得られ、かつ広視野角が
得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。

また本発明は、高速応答の液晶セルと組合せてコントラ
ストの良好な液晶表示装置が得られるものである。

く課題を解決するための手段〉本発明は、液晶表示セルの少なくとも一方面に位相差板
をレターデーションが相加されるように２枚積層し、第
１層目の位相差板の遅相軸と第２層目の位相差板の遅相
軸との交差角が２０度以上で、かつ第１層目の位相差板
のレターデーション値の仰角依存性が最小となる方向に
対して、第２層目の位相差板の遅相軸方向が平行となる
ように積層し、かつ液晶表示セルに隣接する位相差板の
遅相軸と液晶表示セルの隣接する基板のラビング軸との
交差角が７０度から９０度であり、かつ該積層位相差板
を液晶表示セルの前面及び背面に配役、あるいは、前面
及び背面のいずれか一方に配設、あるいは一方に該積層
位相差板を配設し、他方は単層位相差板を配設した事を
特徴とする。

〈作　用〉一軸延伸高分子フィルムが位相差板として使用されるの
は、その光学異方性の為である。即ち、液晶パネルを通
過した光（常光線と異常光線）の相対位相差を位相差板
を透過させることにより打ち消し、又は位相をそろえ、
無彩色化したものである。

この色補償は、高分子フィルムの延伸方向の屈折率とこ
れに直交する方向の屈折率が異なる性質を利用している
。一方位相差板の視角特性は３次元的屈折率を考えなけ
ればならない。今、位相差板の３次元方向の屈折率をｎ
ＭＤ（延伸方向）、ｎｒＤ（延伸方向と直交する方向）
、ｎｚ＋：＋（厚み方向９とすると、延伸方向と、これ
に直交する方向から見たときの屈折率とレターデーショ
ンは、位相差板の法線方向からの仰角をＶとすると、次
式％式％（１）延伸方向から見たとき屈折率ΔｎＭＤ位相差ＲＭＤ”ΔＭＤ−ｄ／。。８ψ・（２）延伸方向
と直交する方向から見たとき屈折率ΔｎＴＤ位相差ＲＴＤ＝Δｎｒｐ−ｄ／ｃｏｓＦ３次元方向の屈
折率をそれぞれ測定し上式に代入すると第４図が得られ
る。第４図は、理論式から求めた位相差板の仰角に対す
るレターデーション変化の関係を示す。この結果より、
位相差板の延伸方向では、レターデーションが減少し　
延伸方向と直交する方向では、レターデーションが増加
する傾向があることが判る（一軸性正号の場合）。

さらにセナルモンの方法により仰角に対する位相差板の
レターデーションを測定した結果を第５図に示す。但し
、真上方向から見たときのレタデーション頃を１．０と
して規格化しである。また、方位は延伸方向を０８に延
伸方向と直交する方向を９０°にして、その間を１５°
毎に測定している。この結果は上述の理論式より得られ
る傾向と一致している。第５図より仰角に対するレター
デションの変化率を求めると第６図が得られる。

第６図において、仰角を１５°、３００．４５゜６°０
　と増加したとき、レターデーション値の変化は、延伸
方向では減少することが、一方、延伸方向と直交する方
向では増加することが判る。このことは上述のように理
論的に説明される。しかし、第６図より明らかなように
、仰角の増加にもかかわらずレターデーション値の変化
が極めて小さい（最小となる）方向がある（第６図にお
いて、各仰角に対するレターデーション変化を示す曲線
が交わる点の方向）。我々？−［進方法及び材質の異な
る一軸延伸高分子フィルムからなる位相差板を種々調べ
た結果、すべての位相差板について、第６図と同様に仰
角依存性が最小となる方向をもつことを見い出した。

い１、延伸方向と仰角依存性が最小となる方向とのなす
角についてみると、製造方法に関しては、縦一軸延伸法
と横一軸延伸法があるが、若干縦一軸延伸法の方が大き
い傾向があるものの大差がないことが、又、材質に関し
てはポリビニルアルコル（ＰＶＡ）フィルムとポリカー
ボネイト（ＰＣ）フィルムが一般的であるが、ＰＶＡ０
方が大きな角をもつことが判った。このときの角はＰＣ
では３０度〜４０度、ＰＶＡｆｕ３５度〜４５度であっ
た。

一方、液晶表示セルの仰角に対するレターデションの変
化率を求めた結果を第７図に示す。第７図より、液晶表
示セルは、仰角の増加とともにレターデーション値が増
加するものの減少ｌハしないことが判った。またレター
デーションの増加は視角方向と反視角方向で大キく、左
右方向では小さいことが判った。

このようなレターデーション変化を示す液晶表示セ／Ｌ
／ハ上述のようなレターデーション変化を示す位相差板
とを組合せたとき、位相差板の延伸方向では、液晶表示
セルのレターデーションと位相差板のレターデーション
の差が大きくなり位相差をもつため、透過してくる光（
常光線、異常光線）は、位相差による着色を生じる。こ
の結果、表示のコントラストが低下する為、視角が侠く
なる。

従って、視角を広げるに（は、位相差板を積層すること
によってレターデーション変化の小さい光学補償板を得
るようにすれば良い。

特に上述のような仰角によらず、レターゾーン変化が最
小となる方向を利用することは有効であり、少ない積層
枚数で効率的にレターデーンヨン変化の小さい光学補償
板を得ることが可能となる。

しかし、このとき位相差板を通る常光線と異茗光線の振
動面並びに液晶表示セルを通る常光線と異常光線の振動
面を考えなければならない。常光線の振動面を進相軸、
異常光線の振動面を遅相軸といい、二つの位相差体を重
ねるとき、互いの進相軸（又は遅相軸）を平イ１にする
重ね方を相加、互いの進相軸（遅相軸）を直交する重ね
方を相識という。我々は、数々検討した結果位相差板は
相加的に積層した方がレターデーション変化が小さくな
り、その結果視角が広がることを見い出した。

さらに位相差板を相加的にｎ層積層したとき、第１＠目
と第ｎ層目の位相差板の遅相軸の交差角は２０度以上で
なければ、実効的に視角が広がらないことが判った。

特に、２枚の位相差板を積層するときは、第６図で示さ
れる仰角依存性の最小となる方向を利用することが有効
である。このとき、第１層目の位相差板の仰角に対する
レターゾーン３ン変化が最小となる方向に対して、第２
層目の位相差板の遅相軸方向を平行になるように積層す
ることが、液晶表示セルと組合せたときレターデーショ
ンの変化が小さくなり、視角が拡大することを見い出し
た。

この、第１層目の位相差板のレターデーンヨン変化が最
小になる方向に第２層目の位相差板の遅相軸を平行に重
ねるということは、互いの位相差板のレターデーション
が減少する方向をレターデーシン変化が最小となる方向
に互いに一致することであり、この結果、積層された位
相差板においては、延伸方向でのレターデーション値の
減少が抑えられ、レターデーンヨン変化は均一化される
為、液晶表示セルと組合せたときに、位相差板の延伸方
向でのレターデーション差が小さくなり視角が広がるも
のである。

積層を行うときは、色補償を考慮しなければならない。

液晶表示セ）Ｖに隣接する位相差板は、液晶セルに対し
て相識的に配置しなければ色補償されない。このとき、
液晶表示セルに隣接する位相差板の遅相軸は、液晶表示
セルの隣接する基板のラビング軸に対して７０度から９
０度のとき最適の色補償が得られることが判った。

これまでにｉホべた積層配役条件は、積層位相差板を液
晶表示セルの前面及び背面に配置した場合において、ま
た積層位相差板を液晶表示セルの前面又は背面のいずれ
か一方に配置した場合において、さらには一方に積層位
相差板を、他方には単層位相差板を配置した場合等、各
場合において、視角の広い高コントラストを有する液晶
表示装置を得ることができる。

まだ、高速芯答の液晶表示セ／Ｉ／に、上記したような
位相差板を配設することによって、τ夜具表示セルを透
過した光の色補正を行い、ＯＮ透過率を高め、ＯＦＦ透
過率を低くし、０Ｎ１０ＦＦの透過光量比を高めて良好
なコントラストを得ることができる。また、従来の補正
用液晶セルを組合わせた場合と比べても、ＯＮ時の透過
光量が高いため明るく鮮明で、かつ軽量、薄型の液晶表
示装置を得ることができる。

〈実施例〉本発明の実施例を第１図及び第２図に基づき説明する。

第１図は、以下に述べる本発明の実施例の構造を示す説
明図であり、１は上側偏光板、２は上側積１位相差板、
３は５ＴＮｉ晶セル、４は下側積層位相差板、５は下側
偏光板である。上側偏光板１は、単体透過率４２％、偏
光度９９．９９％のニュートラルグレータイプの偏光板
を用い、上側積層位相差板２は、一軸延伸高分子フィル
ム（ポリカーボネート）から成る厚み５０μｍで積層時
のレターデーション値が３８０〜５８０ｎｍのモノ、Ｓ
ＴＮ液晶セ／ｌ／３には、左旋性カイラルドーパントを
添加したＬＣ材を封入し、ツイヌト角度２４０度、ｄΔ
ｎ（ｄｉｄ液晶層厚、Δｎは屈折率異方性の［）＝０．
８３〜０．９２μｍシて設定さ几たパネルを用いた。又
、下側積層位相差板４は、上ｔｌｌｌｌ積層位相差板２
と同一枚数で同一のレターデーション値のものを、下側
偏光板５についても、上側偏光板１と同一のものを用い
た。

この場合の各々の構成部材の積層にあたっての配設位置
関係について、第２図を用いて説明する。

第２図に示す各矢印のうち、Ｐ’ｌばＳＴＮ液晶セＩＶ
　３を構成する上基板の液晶分子配向軸、Ｐ２は同下基
板の液晶分子配向軸、Ｐ３（は上側偏光板ｌの吸収軸、
Ｐ４は下側偏光板５の吸収軸、Ｐ５は上ｌ１１１積層位
相差板２のＳＴＮ液晶セルに隣接する位相差板の遅相軸
（延伸方向）、Ｐ６は上側積層位相差板４のＳＴＮ液晶
セ／ｌ／に隣接する位相差板の遅相軸（延伸方向）、θ
１は上基板の液晶分子配向、ＭＰ］と上（ｌｌＩＩ積層
位相差板Ｐ５の５ＴＮｉ夜晶セルＣτ隣接する位相差板
の遅相軸とのなす角度、θ２は下基板の液晶分子配向軸
Ｐ２と下側積１位相差板Ｐ６のＳＴＮ液晶セルに隣接す
る位相差板の遅相軸とのなす角度、αは下基板の液晶分
子配向軸Ｐ２と下側偏光板の吸収＠Ｐ４とのなす角度、
βは上側基板の液晶分子配向軸ＰＩと上側偏光板の吸収
軸Ｐ３とのなす角度を表わしている。

位相差板の積層を行うためには、積層したときの色補償
が確保されねばならない。そこでまず、位相差板の積層
を行わず、位相差板の配置の最適化を検討した。

上側位相差板として、レターデーション値５８０ｎｍの
ものを使用し、液晶セ／ｌ／３のｄＪｎは０８３μｍ、
ツイスト角２４０度のものを使用する。

θ１＝５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１０
０’。

１１０°に設定し、色補償を調べた。１局、このとき、
α、βは、任意に動かし、白／黒表示が得られるように
調整した。その結果、θＬ−７０°〜９０°のとき色補
償が得られることが分った。

次に上側及び下側位相差板としてレターデーション値４
００ｎｍのものを使用し、液晶セル３のｄＪｎが０．９
２，６ｍ１ツイヌト角２４０度のものを使用する。θ１
＝５０°、６０°、７０°、８０゜９００．１００°、
１１００．θ２　＝　１３０°、１２０’。

１１００．１０００，９００．８０°、７０°に設定し
、色補償を調べた結果これもθＩ＝７００〜９００（θ
２＝１］０°〜９ｏ０）のとき色補償が得られることが
分った。

このとき色補償が得られるほど、視角が広くなることを
見い出した。そこで位七日差仮を積層するとき、液晶セ
ルに隣接する位相差板は７０°くθ１く９０°（９０°
くθ２〈１１０°）の範囲で配設することにした。

実施例１位相差板の積層は、液晶セルと隣接する位相差板を第１
１目として、次に第２層目を積層することにする。上側
積層位相差板２の積層枚数を２枚にして、第１層目第２
蕎目の位相差板はレターデーションが４００　ｎｍのも
のを使用し、ン夜晶セル３のｄＪｎは０．９２．ａｍ、
ツイスト角２・１０度のものを使用する。θｌニア００
に設定し、第ｔ’ｉｌ目と第２＠目の位相差板の遅相軸
（延伸方向）の交差角をＯ″、１０°、２０゜３０°、
４０°、　５０°に設定し、視角と色補償を調べた結果
、交差角が２０°〜４０°にあるとき良好な結果が得ら
れ、持に交差角２５°のときが最適であった。このとき
のα＝４０゜β＝５０°　であった。このとき積層して
いないときと比べ視角方向で、約７°視角が広くなった
。

実施例２上側積層位相差板２の積層枚数を２枚にして、第１＠目
、第２層目の位４′目差板（−ルターデーンヨンが２０
０　ｎｍのものを使用し、液晶セ／Ｉ／３のｄＪｎは、
０．９０μｒｎ、ツイスト角２４０度のものを使用する
。下側積層位相差板４は遺苦せず、１枚にして、レター
デーションが４００ｎｍのものを使用する。θ、＝９Ｑ
０θ２＝９０゜に設定し、第１層目と第２層目の位相差
板の遅相軸（延伸方向）の交差角を０°、１０’、２０
°。

３０°、４０°、５０°に設定し、視角と色補償を調べ
た結果、交差角が２０’〜４０°にあるとき良好な結果
が得られ、特に交差角３００のときが最適であった。こ
のときのα＝１３０°、β＝２０°であった。このとき
、積層していないときと比べ、視角方向で約５°　反視
角方回で約３°視角が広くなった。

実施例３上側積層位相差板２の積層枚数を２枚にして第１層目、
第２層目の位相差板はレターデーションが２００ｎｍの
ものを、又、下側積層位相差板４の積層枚数を２枚にし
て、第１層目第２層目の位相差板はレターデーションが
２００　ｎｍのものを使用する。液晶セル３のｄ、ｊｎ
は０．９０μｍ１ツイスト角２４０度のものを使用する
。

θ１−９０°、θ２＝９０°に設定し、上側積層位相差
板２）下側積・１位相差板４はともに第１習目と第２層
目の遅相軸（延伸方向）の交差角００、１０’、　２０
°、３００，４００．５０°に設定し、視角と色補償を
調べた結果、交差角が２０’〜４０°にあるとき良好な
結果が得られ、特に交差角３０°のときが最適であ−〕
た。このときのα＝８０°、β−５°　であった。この
とき積層していないときと比べ、視角方向で約２°反視
角方向で約７°視角が広くなった。

以上の実施例のうち、実施例１の場合の最適組合せ例に
ついて、視角特性を測定した結果を第８図に示す。又実
施例２と実施例３の場合の最適組合せ例について視角特
注を測定した結果を第９図に示す。

実施例４上側積層位相差板２の積層枚数を２枚にして、第１層目
、第２層目の位相差板はレターデーションが２００ｎｍ
のものを使用し、液晶セ／Ｌ／３のｄΔｎは０．９１μ
ｍ１ツイスト角２４０度のものを使用する。この液晶セ
ル３は液晶材料のシャープネヌ（αン値が、１．１２で
応答時間（立北り時間と立下り時間の和）が約７０ｍｓ
の高速応答セルである。

下側積層位相差板４は積層せず、１枚にして、レターデ
ーションが４１７ｎｍのものとし、θ、＝８５０．θ２
−９５０に設定し、第１層目と第２層目の位相差板の遅
相軸（延伸方向）の交差角を３０’　にする。このとき
、α＝４５°。

β＝１００°である。

視角を調べた結果、積層していないときと比べ、視角方
向で約６°、反視角方向で約３°視角が広くなった。

実施例４の場合の視角特性を第１Ｏ図に示す。

また、実施例４における、本発明を用いた場合と用いな
い場合の＞）光透過率を第１１図に示す。この時の応答
時間は１／２４０Ｄ　　Ｉ／１３Ｂで、本発明を用いる
用いないにかかわらず、７０ｍｓ（ａｔ　　２５°　）
である。色調、コントラストについては、第１１図から
もわかる様に本発明を用いた方が分光曲線はフラフトで
あり、ＯＮ、ＯＦＦ時の透過光量比も大きいことより、
高速応答かつ、高コントラストで鮮明な表示が得られて
いる。

ぐ発明の効果〉本発明によれば、位相差板のもつ視角（仰角）に対する
レターデージ３ン変化を小さくできる為、位相差板方式
のスーパーツイスト型液晶表示装置における、ｌ・軽量
で表示コントラストが良好な特徴を生かし、さらに、視
角依存性の少ない高品ぼのγ後高表示装置が得られる。

また、高速応答の液晶表示セルとの組合せによって、高
速応答性を維持してかつコントラストの高い広視野角、
高速応答の液晶表示装置が得られ、パソコンのマウス対
応アプリケーション等での使用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明に供する液晶表示装置の構
造説明図面、第２図は同実施例の位置関係を示す平面図
、第３図は液晶材料の急峻性と応答時間の関係を示す図
、第４図は理論式から求めた位相差板の仰角に対するレ
ターデーション変化の関係を示した図、第５図（−ｊ：
実測した位相差板の仰角に対するレターデーション変化
の関係を示した図、第６図は位相差板の全方位における
レターデーション変化率の関係を示した図、第７図は２
夜晶パネルの全方位におけるレターデーション変化率の
関係を示した図、第８図は実施例１の場合の最適組合せ
例について視角特性を実測した結果を示した図、第９図
は実施例２と実施例３の場合の最適組合せ例について視
角特性を実測した結果を示した図、第１０図は実施例４
の場合の視角特性を実測した結果を示した図、第１１図
は実施例４０分光透過率を説明する図である。１：上側偏光板、２：上側積層位相差板、３：５ＴＮｉ
晶セル、４：下側積層位相差板、５：下側偏光板。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学補償板として、一軸延伸高分子フィルムから
なる位相差板を用いたスーパーツイスト型液晶表示装置
において、液晶表示セルの少なくとも一方面に位相差板
のレターデーションが相加されるように２枚積層し、第
１層目の位相差板の遅相軸と第２層目の位相差板の遅相
軸との交差角が２０度以上で、かつ第１層目の位相差板
のレターデーション値の仰角依存性が最小となる方向に
対して、第２層目の位相差板の遅相軸方向が平行となる
ように積層し、かつ液晶表示セルに隣接する位相差板の
遅相軸と液晶表示セルの隣接する基板のラビング軸との
交差角が７０度から９０度であることを特徴とする液晶
表示装置。
（２）特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置におい
て、上記積層位相板を上記液晶表示セルの前面及び背面
にそれぞれ配設してなることを特徴とする液晶表示装置
。
（３）特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置におい
て、上記液晶表示セルの一方面に上記積層位相差板を配
設するとともに、他方面には単層の位相差を配設してな
ることを特徴とする液晶表示装置。
（４）特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
記載の液晶表示装置において、上記液晶表示セルは立上
り時間と立下り時間の和が１００ｍｓ以下の高速応答液
晶セルであることを特徴とする液晶表示装置。