JPH03215826A - 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〉 本発明は位相差板が付与されたスーパーツイスト型の液
晶表示装置に関するものである。

〈従来の技術〉 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
もちいることにより、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
ることが出来る。

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１・型液晶表示装置があり
、１層目（駆動用パネル）で生じた着色を２層目（光学
補償用パネル）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
て液晶パネルが２枚必要であるが為、表示装置の厚みが
厚くなり重量が増加するという問題点をもっている。

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（以下単
に位相差板方式ＳＴＮ液晶表示装置という）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
られるため、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
ト型液晶表示装置に比べ、位相差板方式ＳＴＮ液晶表示
装置は、方位角あるいは仰角による色変化か大きい、つ
まり、視角が狭いという問題点をもっている。

〈発明が解決しようとする課題〉 一軸延伸高分子フィルムが位相差板として用いられるの
はその光学異方性による。即ち、高分子フィルムの延伸
方向とこれに直交する方向では、屈折率か異なる（複屈
折性）。この屈折率異方性３ △ｎとフィルムの厚みｄの積で与えられるレタデーショ
ン（△ｎ−ｄ）は、フィルムを通過するときに生じる光
の位相差を与える物理量であるが、この値の仰角による
変化が延伸方向とこれに直交する方向では異なっている
。例えばポリカ〜ボネイトからなる位相差板では、仰角
が大きくなるに従い、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性質かある。こ
の結果、液晶表示パネルと組み合わせたとき、法線方向
では光学補償関係が完全であっても、仰角が大きくなる
につれて位相差板のレターデーションと液晶表示パネル
のレタ−デーションの差が大きくなり、光学補償関係が
くずれる。つまり色変化が生じ、表示のコントラストが
低下する為視角か狭くなる。

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／黒表示か得られ、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。

〈課題を解決するための手段〉 ４ 我々は、数々検討した結果、位相差板方式ＳＴＮ液晶表
示装置における視角を拡大するためには、次の２つの配
置構造が有効であることを見いだした。

第１の配置は２枚の位相差板をレターデーションが相加
される様に互いの遅相軸をずらして積層する構造であり
、第２の配置は最大屈折率方向がその膜厚方向にある高
分子フィルムと位相差板を積層する構造である。

更に第１の配置構造を詳細に検討した結果、２枚の位相
差板の積層は互いの遅相軸の交差角が３０度から４０度
をなすように積層し、かつ液晶表示パネルに隣接する位
相差板の遅相軸と液晶表示パネ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度であるとき、視角
拡大効果が最も大きくなるという条件を見いだした。

又第２の配置構造についても配設条件を検討した結果、
最大屈折率方向がその膜厚方向にある高分子フィルムは
その延伸方向を位相差板の遅相軸に対して４５度の交差
角をなすように積層し、かつ液晶表示パネルに隣接する
位相差板の遅相軸と液晶表示パネ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度であるとき、視
角拡大効果が最も大きくなるという条件を見いだした。

以下、この最大屈折率方向が膜厚方向にある高分子フィ
ルムを視角補償板と呼ぶ。

〈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、その光学異方性のためである。即ち、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。

液晶表示パネルを通過した光（常光線と異常光線）の相
対位相差は位相差板を透過する時にその屈折率異方性△
ｎと膜厚ｄの積、つまりレターデションによって打ち消
されるか、又は全波長が同位相に揃えられる事になる。

しかし、これは表示装置を法線方向から見た場合であり
、斜め方向から見た場合、即ち、視角特性を考える場合
位相差板の３次元的屈折率を考慮に入れなければならな
い。今、位相差板の３次元方向の屈折率をＮＭｏ（延伸
方向），Ｎ’ｒＤ（延伸方向と直交する方向），ＮＺＤ
（厚み方向）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異方性とレタデ−ションは、位相
差板の法線方向からの仰角をψとすると、次式で与えら
れる。

（１）延伸方向から見たとき 屈折率異方性△Ｎ　ＮＤ＝　Ｉ　Ｎ　ＨＤ’　Ｎ　ｚＤ
２／（ＮＭＤ’Ｓｉｎ”ψ＋Ｎｚｎ２Ｃ　Ｏ　Ｓ　２ψ
）ｌ”２ＮＴＤ 位相差ＲＭＤ一△ＮＭｎ−ｄ／ｃｏｓψ（２）延伸方向
と直交する方向から見たとき屈折率異方性ΔＮ　Ｔｏ＝
　Ｎ　Ｍｏ（　Ｎ　ＴＤ’Ｎ　ＺＤ／　（ＮＴＤ’Ｓ　
ｉ　ｎ　２φ＋Ｎｚｏ’ｃｏｓ２ψ）ｌ”位相差Ｒ。Ｄ
−△ＮＴＤ−ｄ／ｃｏｓψ３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３図が得られる。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
する性質があることが判る。

代表的な位相差板であるポリカ−ボネイトの場７ 合について実際に仰角によるレターデーション変化をセ
ナルモンの方法を用いて測定した結果を第４図に示す。

この結果は」二述の理論式より得られる傾向と一致して
いる。第４図より各仰角について方位角による変化を求
めると第５図が得られる。

同様にして液晶表示パネルの方位角と仰角によるレター
デーション変化を求めた結果を第６図に示す。

このような位相差板と液晶表示パネルを組み合わせた表
示装置を斜めから見たとき、両者のレタデーション変化
の傾向が異なるので光学補償関係はくずれ、光漏れや色
変化が生じるので表示のコントラストが低下し、視角が
狭くなる。従って、視角を拡大するためには位相差板の
仰角によるレターデーション変化を小さくする必要があ
る。

第１の配置構造、即ち２枚の位相差板を積層する構造で
は第５図に示されたように仰角に対するレターデ−ショ
ン変化が最も小さい方位が延伸方向に対して３０度から
４０度ずれた方位に存在するので、一方の位相差板の遅
相軸（ボリカ−ボネ８ イトの場合は延伸方向）をこの変化の最も小さい方位に
合わせるように積層すれば、仰角に対するレターデーシ
ョン変化を小さくすることが出来る。

これは２枚の位相差板を互いの遅相軸の交差角が３０度
から４０度で積層するということに他ならない。

一方、第２の配置構造のおいて、視角補償板の仰角に対
するレターデーション変化を計算によって求めた結果を
第７図に示す。延伸方向とこれに直交する方向のレター
デーション変化は位相差板とは逆に延伸方向で増加し、
これに直交する方向では減少する。この特徴を生かし位
相差板の仰角に対するレターデーション変化を相殺する
ように視角補償板を配設すれば良い。この場合、延伸に
よる視角補償板の面内残余レターデ〜ションがあるので
、その影響を最小限にするため位相差板の遅相軸との交
差角を４５度にする。これは最大屈折率方向が膜厚方向
にある高分子フィルム、即ち視角補償板の延伸方向と位
相差板の遅相軸との交差角を４５度にして積層するとい
う事に他ならない。

ここで、これら２つの視角改良構造を位相差板方式ＳＴ
Ｎ液晶表示装置に適用する場合、まず基本となる位相差
板システムを決める必要がある。

我々はシュミレーションによって高いコン１・ラスト比
が得られるシステムを求めたところ、位相差板は１枚よ
り２枚使用した方が良く、２枚使用する場合はＳＴＮ液
晶表示パネルの前面及び背面にそれぞれ少な《とも１枚
以上配設した方が良いということを見いだした。この基
本システムにたいして２つの視角改良構造を組み合わせ
る構成として次の５つが提案できる。

■液晶表示パネルの前面あるいは背面どぢらか一方に第
１の配置構造を採用する。他方は位相差板１枚を配設す
る。

■液晶表示パネルの前面あるいは背面どちらか一方に第
２の配置構造を採用する。他方は位相差板１枚を配設す
る。

■液晶表示パネルの前面及び背面に第１の配置構造を採
用する。

■液晶表示パネルの前面及び背面に第２の配置構造を採
用する。

■液晶表示パネルの前面あるいは背面どちらか一方は第
１の配置構造を、他方は第２の配置構造を採用する。

視角拡大効果としては第１の配置構造の方が大きいので
これら５つの構成を比較すると、■く■く■〈■〈■の
順に広くなるが、■の構成は位相差板を４枚使用するの
でＯＮ時の透過率が低下して位相差板方式ＳＴＮ液晶表
示装置の特徴である明るい表示が損なわれてしまう。従
って、高コントラスト比で明るい表示という従来の特徴
を生かしたまま視角拡大効果が得られるのは■の構成と
なる。すなわち、第１の配置構造と第２の配置構造を組
み合わせた本発明の構成のことである。

く実施例〉 以下第　１図乃至第２図に従って本発明の一実施例を説
明する。

高分子材料でその主鎖方向に直交する方向に分極をもつ
材料、例えばＰＭＭＡ　（ポリメタクリル酸メチル），
ＥＭＭＡ（エチレンメタクリル酸），ＰＳ（ポリスチレ
ン）は、延伸によるフィルム形成でその厚み方向に最大
屈折率方向をもつ高分子フィルムとなる。これは本発明
に使用される視角補償板となる。以下、ポリスチレンを
使用した場合の実施例について述べる。

第１図は本発明の実施例による液晶表示装置の分解断面
図である。

１，２は偏光板で、単体透過率４２％，偏光度９９．９
９％のニュートラルグレイタイプの偏光板を用い、３，
４．５は一軸延伸高分子フィルム（ポリカーボネイト）
からなる厚み５０μの位相ｌで各々のレターデーション
値は２Ｃ）Ｏｎｍ，２００ｎｍ，４００ｎｍである。６
はポリスチレンフィルムからなる視角補償板で面内のレ
ターデション値は５０ｎｍ，厚み方向のレターデーショ
ン値は９０ｎｍである。７，８はガラス基板であり、そ
のうえには透明電極ＩＴＯ９，］．０が形成されている
。更にそのうえに１１．１２の有機配向膜が形成され、
液晶層１３が２　４．　０度捩れ構１１− 造をとるようにラビング配向処理されている。

液晶層１３の液晶材料としては、正の誘電異方性を有す
るネマティック液晶、例えばフェニイルシクロヘキサン
（ＰＣＩ）系液晶に捩れ方向を規制するためにカイラル
ドーパントとしてコレステリックノナネイト（Ｃ　Ｎ）
を１．４５ｗｔ％添加した混合液晶を用いる。混合液晶
の屈折率異方性△ｎは０．１２３であり、液晶層１３の
厚みは７．５μｍに設定する。

第２図は本実施例の各部材の配設条件を示す図である。

Ｐ１は表側偏光板１の吸収軸方向で１２時方向から３時
方向へ４０度、Ｐ２は偏光板１に隣接する位相差板３の
遅相軸方向で１２時方向か゜ら３時方向へ５５度、Ｐ３
はガラス基板７に隣接する位相差板４の遅相軸方向で１
２時方向から３時方向へ２５度の角度をなす。この場合
、積層された位相差板３，４の遅相軸の交差角は３０度
になっている。Ｐ４，Ｐ５は上側ガラス基板７、下側ガ
ラス基板８の液晶分子配同軸（ラビング軸）で時計方向
に２４０度捩れた関係になっている。

１２ Ｐ６は下側ガラス基板８に隣接する位相差板５の遅相軸
方向で１２時方向から９時方向へ２５度、Ｐ７は視角補
償板６の延伸方向でＰ６とは４５度の角度をなす。Ｐ８
は下側偏光板２の吸収軸方向で１２時方向から９時方向
へ７５度の角度になっている。

第８図は本実施例と従来例の１２時−６時方向を含む平
面で見た視角一コントラスト特性図である。ａの特性曲
線は本実施例、ｂの特性曲線は従来例を示している。白
黒表示が反転する、即ち、コントラスト比Ｃｏが１．０
以下になる視角範囲で比較した場合、従来例が５２度な
のに対して本実施例では９４度と約１．８倍に拡大する
。ここで従来例とはＳＴＮ液晶表示パネルの前面、背面
に各々１枚の位相差板を配設したものを言う。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、２枚の位相差板の積層構造と視角
補償板と位相差板の積層構造をＳＴＮ液品表示パネルの
前面、背面に各々配設することによって、従来の位相差
板方式白黒液晶表示装置がもっていた仰角による色変化
、白黒表示の反転という現象による視角の狭さという欠
点を解消し、高コントラスト比で広視野角の白黒液晶表
示装置を実現出来、特に１　０　２　４．　ｘ　７　６
　８ドット、１１２０Ｘ８００ドット等の高精細で大型
のディスプレイに適しており、ワークステーション等へ
の展開が可能となる。又、白黒表示が安定していること
からカラー表示においても視角による表示色変化が最小
となり、表示品位を著しく向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の液晶表示装置の断面図、
第２図は本発明による実施例の各部材の配設条件を示す
図、第３図は位相差板の仰角によるレターデーション変
化を計算によって求めた図、第４図は実測した位相差板
の仰角によるレターデション変化を示す図である。第５
図は位相差板の全方位に対するレターデーションの変化
率を示す図、第６図はＳＴＮ液品表示パネル（２４０度
ツイスト）の全方位に対するレターデーションの角に対
するレターデション変化を計算によって求めた図である
。第８図は本発明の実施例と従来例の視角−コントラス
ト特性の比較図である。 １，２・・・偏光板、３，４．５・ （一軸延伸高分子フィルム）、６・ 板、７，８・・・ガラス基板、９， 明電極、１１．１２・・・　１３・ ・・位相差板 ・・視角補償 １０・・・透 ・・液晶層。

Claims (1)

1. 【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
   位相差板をパネルの前面及び背面に配設したスーパーツ
   イスト型の液晶表示装置において、前記光学補償板のい
   ずれか一方は２枚の位相差板の積層構造からなり、他方
   は最大屈折率方向がその膜厚方向にある高分子フィルム
   と位相差板の積層構造からな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
   、２枚の位相差板の積層は互いの遅相軸の交差角が３０
   度から４０度をなし、かつ液晶表示パネルに隣接する位
   相差板の遅相軸と液晶表示パネ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、一方最大
   屈折率方向が膜厚方向にある高分子フィルムと位相差板
   の積層は、位相差板の遅相軸と高分子フィルムの延伸方
   向が４５度の交差角をなすように配設し、かつ液晶表示
   パネルに隣接する位相差板の遅相軸と液晶表示パネルの
   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。