JPH0527216A - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液晶表示モジュールの薄型化，軽量化及び視野
角によらずに高いコントラストの表示を得る。 【構成】スーパーツイストネマチック液晶素子１０に、
一軸延伸した位相差フィルム５，６を液晶素子と各偏光
板４との間に各一枚宛挟持すると共に、液晶素子の屈折
率異方性を示すΔｎ・ｄ値を０．７４μｍ〜０．８５μ
ｍ、位相差フィルムのΔｎ・ｄ値を位相差フィルム一枚
当たり０．３０μｍ〜０．４０μｍに設定し、 【効果】偏光板の偏光軸角度が９０度±１０度，または
１８０度±１０度、下偏光板偏光軸角度が１８０度±１
０度，または９０度±１０度、上側位相差フィルムの延
伸軸角度が６０度°±５°，下側位相差フィルム延伸軸
角度が１２０度±５°とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スーパーツイステッド
ネマチック（ＳＴＮ）液晶素子を用いた位相板方式液晶
表示装置に係り、特に薄型軽量、かつ視野角によらずに
良好なコントラストを保持できる透過型液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の液晶装置モジュールは、
液晶素子と駆動電極板とから成る液晶セル（駆動セル）
を挟んだ２枚の偏光板および液晶セルと一方の偏光板
（上側偏光板）の間に複屈折効果を持つ位相板から成る
補償セルを重ね、液晶セルの下側に冷陰極管から成る照
明光源（バックライト光源）を配置した構造となってい
た。

【０００３】液晶セルは、２枚の電極板間に正の誘電率
異方性を有するネマチック液晶による９０度ねじれた螺
旋構造を有し、かつ両電極板の外側に偏光軸（あるいは
吸収軸）が該電極板に隣接する液晶分子に対して直交あ
るいは平行となるように偏光板を配置して成るものであ
った（例えば、特公昭５１−１３６６６号公報参照）。

【０００４】このようなねじれ角（α）が９０度の液晶
セルを用いた液晶表示装置では、液晶層に印加される電
圧対液晶層の透過率の急峻性（γ），視覚特性の点で問
題があり、時分割数（駆動電極基板に形成した走査電極
の数に相当）は６４が限界であった。しかし、近年の液
晶表示装置に対する画質の改善と表示情報量増大要求に
対処するため、液晶分子のねじれ角（α）を１８０度よ
り大きくし、かつ複屈折効果を利用することにより時分
割駆動特性を改善して時分割数を増大させたスーパーツ
イステッド複屈折効果型液晶表示装置（ＳＢＥ−ＬＣ
Ｄ）が提案されている（アプライド フィジックス レ
ター ４５，Ｎｏ．１０，１０２１，１９８４（Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ，Ｔ．Ｊ．Ｓ
ｃｈｅｆｆｅｒ，Ｊ．Ｎｅｈｒｉｎｇ：”Ａ ｎｅｗ，
ｈｉｇｈｌｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘａｂｌｅ ｌｉｑｕ
ｉｄｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ”））。

【０００５】図８は従来の複屈折部材を用いた液晶表示
装置における液晶セルの構成を説明する展開斜視図であ
る。同図において、液晶層８を挟持する下電極板１と上
電極板２間で液晶分子がねじれた螺旋状構造をなすよう
に配向させるために、２枚の電極板１，２上に形成し
た、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂の配向膜
１２，２２の表面を、下電極１側ではラビング方向１１
Ａに、上電極２側ではラビング方向が１２Ａとなるよう
にラビングする。

【０００６】上下のラビング方向１１Ａと１２Ａは、互
いに略々１８０度〜３６０度で交叉するように、電極板
１，２を間隔ｄ₁ を持たせて対向させ、枠状のシール材
７を介して接着し、該シール材７により形成される間隙
に、誘電異方性を持ち、旋光性物質を所定量添加したネ
マチック液晶を封入する。これにより、電極板１，２間
でねじれ角θの螺旋構造の分子配列をもつ液晶素子が得
られる。なお、１１，２１はそれぞれ、下電極板１，上
電極板２に形成した下電極，上電極である。

【０００７】このように構成された液晶素子の上電極板
２の上側に複屈折効果をもたらす部材（以下、複屈折部
材と称する）５６を配設し、さらに、この複屈折部材５
６と液晶素子を挟んで下偏光板３と上偏光板４とが設け
られる。配向膜１２，２２によって設定される液晶のね
じれ角θは、好ましくは２００度から３００度である
が、透過率−印加電圧の特性曲線における閾値近傍での
動作状態では光を散乱させる傾向となる現象を避けて、
優れた時分割特性を維持するという実用的な観点からす
れば、２３０度〜２７０度の範囲であることがより望ま
しく、この範囲に設定することで液晶分子の応答度が向
上し、時分割特性が優れたものとなる。なお、１３は液
晶分子のねじれ方向を示す。

【０００８】また、良好な表示品質を得るためには、液
晶層８の屈折率異方性Δｎ₁ とその厚さｄ₁ の積（Δｎ
₁ ・ｄ₁ ）は、０．５μｍ〜１．０μｍ、好ましくは
０．６〜０．９μｍの範囲に設定される。複屈折部材５
６は液晶セルを透過する光の偏光状態を変調するように
作用する位相板であり、液晶セル単体では着色表示され
るものを白黒表示に変換するためのものである。

【０００９】この白黒表示を行わせるためには、複屈折
部材５６の屈折率異方性Δｎ₂ とその厚さｄ₂ の積（Δ
ｎ₂ ・ｄ₂）が極めて重要な要素であり、好ましくは
０．４μｍ〜０．８μｍ、より好ましくは０５μｍ〜
０．７μｍに設定される。なお、５６Ａは複屈折部材５
６の光学軸、３Ａは下偏光板３の偏光軸（または吸収
軸）、４Ａは上偏光板４の偏光軸（または吸収軸）であ
る。

【００１０】また、図９は従来の位相板方式液晶表示装
置における液晶セルの構成を説明する展開斜視図であ
る。同図は、前記図８に示した複屈折部材に替えて二枚
の位相板を使用した構成であり、例えばポリカーボネー
ト等のプラスチックフィルムを一軸延伸したものを二枚
重ねて位相差フィルムとしたものである。

【００１１】この位相差フィルムは、上電極板２と上偏
光板４の間に挟持した下位相差フィルムと上位相差フィ
ルムとから構成される。同図において、５７は下位相差
フィルム、５８は上位相差フィルム、図８と同一符号は
同一部分に対応する。上記従来の液晶セルでは、液晶素
子の配向軸（配向膜のラビング方向）と偏光板の屈折率
異方軸（偏光軸あるいは吸収軸）が表示面の左右方向
（横方向）に集中して設定されている。そして、液晶表
示素子の裏側の上下辺，あるいは左右辺に同色度値の冷
陰極管を配置してバックライト光源とし、白黒表示を行
っている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の複屈折部材
を用いた液晶表示素子や二枚の位相板を用いた液晶表示
素子では、上板偏光板と液晶素子間に複屈折部材を挟持
させたり、上板偏光板と液晶素子の間あるいは下板偏光
板と液晶素子の間に位相板を２枚重ねて配置した構造で
あるために、液晶セルの厚さが厚くなって、そのΔｎ・
ｄ値が大きいために、左右方向の視野角が大きくなると
コントラストが極度に低下するという問題があった。ま
た、複屈折部材の厚さ、あるいは位相板を二枚重ねて用
いるために、液晶表示素子の薄型化，軽量化に限界があ
り、この液晶表示素子を用いた液晶表示セルを使用する
表示装置の薄型化や軽量化が困難であるという問題があ
る。

【００１３】本発明の目的は、視野角の変化によるコン
トラストの変動をなくすと共に、かつ製造工程を簡素化
して生産性を向上させた透過型液晶表示装置を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複屈折部材や位相板に代えて、例えばポ
リカーボネート等のプラスチックフィルムを一軸延伸し
た二枚のフィルムからなる位相差フィルムを用いると共
に、この位相差フィルムを液晶素子の両サイドに各一枚
を偏光板との間に挟持した構造としたこと、また液晶素
子および偏光板と位相差フィルムのΔｎ・ｄ値，各構成
部分の軸構成を所定の値に設定したことを特徴とする。

【００１５】すなわち、本発明は、正の誘電異方性を有
し、旋光性物質が添加されたスーパーツイストネマチッ
ク液晶層と、このスーパーツイストネマチック液晶層に
ねじれた螺旋構造を付与するための配向膜を液晶層側に
それぞれ備えて当該液晶層を挟持して液晶素子を構成す
る一対の電極板と、この液晶素子を挟持する一対の偏光
板と、この一対の偏光板に挟持される位相板と、前記一
対の偏光板の一方の側の対向する２辺に照明光源を備え
た透過型液晶表示装置において、前記位相板を前記各電
極板とこの電極板に重なる前記各偏光板との間に間挿し
てなる一軸延伸で形成した各一枚の位相差フィルムで構
成したことを特徴とする。

【００１６】また、前記液晶層が、その厚さ方向に２３
０度〜２７０度のねじれ角を有し、前記液晶層と前記一
対の電極板から構成される液晶素子の屈折率異方性を示
すΔｎ・ｄ値が０．７４μｍ〜０．８５μｍの範囲に設
定されてなり、前記位相差フィルムの屈折率異方性を示
すΔｎ・ｄ値が前記位相差フィルム一枚当たりで０．３
０μｍ〜０．４０μｍの範囲に設定したことを特徴とす
る。

【００１７】さらに、前記位相差フィルムの一軸延伸軸
及び前記一対の偏光板の偏光軸角度構成を、前記液晶層
の液晶分子配向軸のセンターを基準として、上偏光板の
偏光軸角度が９０度±１０度，または１８０度±１０
度、下偏光板偏光軸角度が１８０度±１０度，または９
０度±１０度、上側位相差フィルムの延伸軸角度が６０
度°±５°，下側位相差フィルム延伸軸角度が１２０度
±５°の軸構成とし、前記位相差フィルムの延伸軸と前
記偏光板の偏光軸の相対公差を±８度としたことを特徴
とする。

【００１８】

【作用】位相板として一軸延伸した位相差フィルムを用
いることで液晶表示素子の薄型軽量化を達成すると共
に、この位相差フィルムを液晶素子の上側と下側とに設
ける偏光板と上記液晶との間に各一枚宛挟持し、この位
相差フィルムの延伸軸，偏光板の屈折率異方軸の軸構成
とこれら位相差フィルムと偏光板のΔｎ・ｄ値を所要値
に設定擦ることによって、液晶表示素子の視野角の変化
に対するコントラストの変動をなくすことができる。

【００１９】すなわち、位相板方式液晶表示素子の位相
板として液晶素子の両側に各一枚の位相差フィルムを挟
持させる構成としたことで、位相板付き偏光板の構造の
簡略化を達成でき、の生産性を向上することが可能とな
る。また、位相差フィルムの延伸軸を液晶素子の液晶分
子配向軸に対して略々直交する角度とすることにより、
左右方向に大きい視野角がでもコントラストの低下を生
じない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例の実施例につき、図面
を用いて詳細に説明する。図１は本発明による液晶表示
装置の一実施例の構成を説明する断面図であって、矢印
Ｂ方向が表示面となる。

【００２１】同図において、１は下電極板、２は上電極
板、３は下偏光板、４は上偏光板、５は下位相差フィル
ム、６は上位相差フィルム、１２は下電極板１の液晶層
に接する面に形成された下配向膜、２２は上電極板２の
液晶層に接する面に形成された上配向膜である。下電極
板１の下配向膜１２と上電極板２の上配向膜２２との間
に液晶層が形成されて、液晶表示素子１０を構成する。
そして、この液晶表示素子１０と下偏光板３の間に下位
相差フィルム５が、液晶表示素子１０と上偏光板４の間
に上位相差フィルム６が挟持された積層体により液晶表
示セルが構成される。

【００２２】２０，２０’は下偏光板３側左右方向（後
述するＸ−Ｘ方向）に設置された冷陰極蛍光管等の照明
光源（バックライト光源）、２１はアクリル樹脂等から
なる導光体、７１は液晶層の封止部である。なお、図示
していないが、導光体２１と下偏光板３との間に適宜の
拡散板を介挿してもよい。また、同図ではバックライト
光源をＸ−Ｘ’方向左右辺に２本配置してあるが、この
バックライト光源は、上下辺（Ｙ−Ｙ’方向）に配置し
てもよい。さらに、本実施例では上下の位相板を薄い位
相差フィルムとしているが、下偏光板３と上偏光板４を
も同様に薄いフィルム状の偏光シートとしてもよいもの
である。

【００２３】図２は本発明のよる液晶表示装置の軸構成
の一例を説明する図１の矢印Ｂ方向から見た正面図であ
って、図１と同一符号は同一部分に対応する。同図にお
いて、下配向膜１２の液晶分子配向軸（下電極側ラビン
グ軸）１Ａと上配向膜２２の液晶分子配向軸（上電極側
ラビング軸）２Ａは、基準線Ｌ（表示面の横方向：Ｘ−
Ｘ’線、液晶分子配向軸のセンター）に関してθ₁ ＝θ
₂ ＝３０°で対称に設定される。したがって、ねじれ角
度θ₀ はθ₀ ＝２４０°となる。

【００２４】また、下位相差フィルム５の延伸軸θ₃ は
基準線Ｌに対してθ₃ ＝１２０±５度に、上位相差フィ
ルム６の延伸軸θ₄ はθ₄ ＝６０±５度に、下偏光板３
の偏光軸（あるいは吸収軸）３Ａのθ₅ は９０±１０度
に、上偏光板４の偏光軸（あるいは吸収軸）４Ａのθ₆
は１８０±１０度に設定される。上記の構成において、
さらに本実施例では、液晶素子の「Δｎ・ｄ」を、Δｎ
₁ ・ｄ₁＝０．７４μｍ〜０．８５μｍにすると共に、
位相差フィルム５，６の一枚あたりの「Δｎ・ｄ」を、
Δｎ₂ ・ｄ₂ ＝０．３０μｍ〜０．４０μｍとしたもの
である。

【００２５】図３は本発明による液晶表示装置の一実施
例を構成する液晶セルのを説明する展開斜視図である。
同図において、図１，図２と同一符号は同一部分に対応
し、１１は下電極板１に形成した下電極、１２は下電極
上に形成した下配向膜、２１は上電極板２に形成した上
電極、２２は上電極２１上に形成した上配向膜、７は液
晶層８を形成するためのシール材、７１は液晶注入部、
１０は液晶素子である。なお、図４ではバックライト光
源と導光体は省略してある。

【００２６】同図に示したように、液晶素子１０は、下
電極板１と上電極板２に形成された下電極１１と上電極
２１の間に介挿挟持したシール材７に液晶層８を保持
し、下電極板１の表面に形成された下配向膜１２と上電
極板２の表面に形成された上配向膜２２のラビング軸に
より前記のねじれ角が設定された構造を有する。下配向
膜１２の配向軸（ラビング軸）１Ａと上配向膜２２の配
向軸（ラビング軸）２Ａとは、基準線Ｌに関して対称に
角度θ₁ ，θ₂ （θ₁ ＝θ₂ ＝３０度）で、ねじれ角θ
₀ （＝２４０度）に設定される。

【００２７】下位相差フィルム５と上位相差フィム６と
は、例えばポリカーボネートを一軸延伸したものを用
い、前記図２に示したように、下位相差フィルム５の延
伸軸５Ａは基準線Ｌに対して角度θ₃ （＝１２０度）を
持ち、上位相差フィルム６の延伸軸６Ａは同じく角度θ
₄ （＝６０度）を持って配置される。一方、下偏光板３
の偏光軸（あるいは吸収軸）３Ａは、基準線Ｌに対して
θ₅ （＝９０度）の角度に設定し、上偏光板４の偏光軸
（あるいは吸収軸）４Ａは同じくθ₆ （＝１８０度）の
角度に設定される。なお、上記各軸構成の公差は±８度
である。

【００２８】そして、下位相差フィルム５は下電極板１
と下偏光板３とで挟持されて液晶素子１０の下側（図示
しないバックライト光源設置側）に設置され、上位相差
フィルム６は上電極板２と上偏光板４とで挟持されて液
晶素子１０の上側（正面側）に設置される。このよう
に、位相差フィルムは偏光板と一対の部材として液晶素
子の上下面に添付される構成としたことで、製造工程が
簡略化され、またその屈折率異方性「Δｎ・ｄ」を小さ
くすることができ、視角の変化によるコントラスト低下
を回避することができる。

【００２９】図４は本発明による液晶表示装置を用いた
液晶表示モジュールの構造を説明する展開斜視図であっ
て、駆動回路とバックライト光源を一体とした構造を特
徴とし、液晶表示素子１０を駆動するＩＣ３４は、中央
部に液晶表示素子１０を嵌め込む為の窓部を備えた枠状
体のプリント基板３５に搭載される。液晶表示素子１０
を嵌め込んだプリント基板３５はプラスチックモールド
で形成された枠状体４２の窓部に嵌め込まれ、これに金
属製のフレーム４１を重ね、その爪４３を枠状体４２に
形成されている切込み４４内に折り曲げることによって
フレーム４１と枠状体４２が固定される。

【００３０】そして、液晶表示素子１０の上下端に配置
されているバックライト光源である冷陰極蛍光灯２０，
２０’、この冷陰極蛍光灯２０，２０’からの光を液晶
表示セル６０に均一に照射させるためのアクリル板から
なる導光体２１，金属板に白色塗料を塗布する等で構成
された反射板３８，導光体２１からの光を拡散する乳白
色の拡散板３９が図示の順序で、枠状体４２の裏側から
その窓部に嵌め込まれる。

【００３１】冷陰極蛍光灯２０を点灯するための図示し
ない電源回路が枠状体４２の裏側（反射板３８の凹部４
５に対向する位置）に設けられた凹部（図示せず）に収
納される。拡散板３９，導光体２１，冷陰極蛍光灯２
０，２０’および反射板３８は、反射板３８に設けられ
ている舌片４６を枠状体４２の小口４７内に折り曲げる
ことにより固定される。

【００３２】このようにして、薄型，軽量、かつ視野角
の変化に伴う表示の着色を無くした液晶表示モジュール
を構成する。図５は本発明の他の実施例であるカラー液
晶表示装置に適用する場合の上電極板まわりの構成を説
明する部分破断した斜視図であって、上電極板２に赤，
緑，青のカラーフィルタ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂと、各
カラーフィルタの間に遮光膜３３Ｄを備え、カラーフィ
ルタ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂと遮光膜３３Ｄを設けたこ
とによる表面の凸凹を軽減するための絶縁物からなる平
滑層３０を設けている。そして、この平滑層３０の上に
上配向膜２２が形成されている。

【００３３】なお、図５に示した液晶表示セルを用いた
液晶表示モジュールの構造は、駆動ＩＣを含めた駆動回
路を除き、前記図４に示したものと同様である。図６は
本発明による液晶表示装置を用いた液晶表示モジュール
の実装例を示すラップトップパソコンの外観図であっ
て、６３は本発明による液晶表示モジュール、６４はラ
ップトップパソコン、６５は明るさ調整ボリウム、６６
はコントラストボリウム、６７は反転スイッチである。

【００３４】また、図７は図６に示したラップトップパ
ソコンのシステム構成を示すブロツク図であって、液晶
表示モジュール６３を構成する液晶表示装置６２は駆動
ＩＣ３４により駆動される。駆動ＩＣ３４はマイクロプ
ロセッサユニット４９に管理されるコントロール用ＬＳ
Ｉ４８の制御の下に、ＲＯＭ，ＲＡＭに格納された、あ
るいはキーボードから入力された文字，図形，その他の
データを液晶表示装置６２に表示する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の所謂，補償板のごとき厚板が不要となり、液晶表
示モジュールの大幅な薄型化と軽量化が可能となると共
に、視野角の変化でコントラストが変動することがない
広視野角，高コントラストかつ明るい白色表示を得るこ
とのできる大容量の情報表示性能を備えた液晶表示装置
を実現できる。

【００３６】また、カラーフィルタとの組合せにより、
高精細度のカラー液晶表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶セルを用いた液晶表示装置の
一実施例を説明する断面図である。

【図２】本発明による液晶セルの各構成層の軸構成の説
明図である。

【図３】本発明による液晶表示装置の一実施例を構成す
る液晶セルの詳細構成を説明する展開斜視図である。

【図４】本発明による液晶表示装置の一実施例の全体構
成を説明する展開斜視図である。

【図５】本発明による液晶表示装置をカラー表示に適用
した実施例の構成を説明する一部破断した部分斜視図で
ある。

【図６】本発明による液晶表示装置を用いた液晶表示モ
ジュールの実装例を示すラップトップパソコンの外観図
である。

【図７】本発明による液晶表示装置を用いた液晶表示モ
ジュールを実装したラップトップパソコンのシステム構
成を示すブロツク図である。

【図８】従来の複屈折部材を用いた液晶表示装置におけ
る液晶セルの構成を説明する展開斜視図である。

【図９】従来の位相板方式液晶表示装置における液晶セ
ルの構成を説明する展開斜視図である。

【符号の説明】

１・・・下電極板、２・・・上電極板、３・・・下偏光
板、４・・・上偏光板、５・・・下位相差フィルム、６
・・・上位相差フィルム、７・・・シール材、８・・・
液晶層、２０，２０’・・・バックライト光源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加
   されたスーパーツイストネマチック液晶層と、このスー
   パーツイストネマチック液晶層にねじれた螺旋構造を付
   与するための配向膜を液晶層側にそれぞれ備えて当該液
   晶層を挟持して液晶素子を構成する一対の電極板と、こ
   の液晶素子を挟持する一対の偏光板と、この一対の偏光
   板に挟持される位相板と、前記一対の偏光板の一方の側
   の対向する２辺に照明光源を備えた透過型液晶表示装置
   において、 前記位相板を前記各電極板とこの電極板に重なる前記各
   偏光板との間に間挿してなる一軸延伸で形成した各一枚
   の位相差フィルムで構成したことを特徴とする透過型液
   晶表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記液晶層が、その厚
   さ方向に２００度〜２７０度のねじれ角を有し、前記液
   晶層と前記一対の電極板から構成される液晶素子の屈折
   率異方性を示すΔｎ・ｄ値が０．７４μｍ〜０．８５μ
   ｍの範囲に設定されてなり、前記位相差フィルムの屈折
   率異方性を示すΔｎ・ｄ値が前記位相差フィルム一枚当
   たりで０．３０μｍ〜０．４０μｍの範囲に設定したこ
   とを特徴とする透過型液晶表示装置。