JPH0527233A

JPH0527233A - 透過型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0527233A
Application number: JP3177981A
Authority: JP
Inventors: Koji Hayakawa; 浩二早川; Tomomori Endou; 智守遠藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示モジュールの薄型化，軽量化及び高い
コントラストで視野角によらずに最適な白黒表示を得
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２枚の位相差フィルム５，６を液晶素子と
偏光板４の間に設置すると共に、液晶分子配向軸や偏光
板の偏光軸の配列方向に応じて液晶素子を構成する電極
板に、視野角の変化に応じた液晶表示素子の表示色の補
色となる着色を施した有色透明基板を用いる。【効果】位相板として一軸延伸した位相差フィルムを用
いたことで液晶表示装置の薄型化，軽量化を図ると共
に、視野角の変化に対しても視認性の良好な白黒表示が
得られる。

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
良好な白黒表示，すなわちペーパーホワイト表示を可能
とした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）
の上に偏光板、および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）を配置した構造によって白黒表示を行ってい
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
ｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ，Ｔ．Ｊ．Ｓ
ｃｈｅｆｆｅｒ，Ｊ．Ｎｅｈｒｉｎｇ：”Ａｎｅｗ，
ｈｉｇｈｌｙｍｕｌｔｉｐｌｅｘａｂｌｅｌｉｑｕ
ｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ”））。

【０００５】図８は従来の複屈折効果型液晶表示装置に
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１２，２
２の表面を、下電極１側ではラビング方向１１Ａ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。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６
０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０．５μｍ〜
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。上記従来の液晶セルでは、その液晶分子配向軸すな
わちラビング軸１１Ａ，１２Ａや偏光板の屈折率異方軸
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。このような軸構成をもつ
従来の位相板を用いたＳＴＮ型液晶表示素子は、液晶表
示素子の視角方向と２枚の位相差板の偏光軸（または吸
収軸）の関係から、左右どちらかの視野方向で液晶表示
素子が着色して見える。これを緩和するためにバックラ
イトの色を変えたり、例えば、特開平２−２５９６２１
号公報に開示のように液晶表示素子に着色ガラス板を付
加するものが知られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の位相板方式
白黒表示液晶モジュールを用いた液晶表示装置では、表
示面と直角な正対視野では良好な白黒表示が観察される
が、その液晶分子配向軸すなわちラビング軸や偏光板の
屈折率異方軸が表示面の左右方向（横方向）に集中して
設定されているために、その視野角の上記正対位置から
横方向への増加にするに対する色調変化が激しく、視野
角の変化に対する表示の視認性が悪いという問題があ
る。

【００１１】しかし、上記従来技術のようにバックライ
トの色を変えることはバックライト光源である冷陰極管
そのものを特別仕様のものとしなければならず、着色ガ
ラス板を付加するものでは、液晶表示装置自体の厚みが
増して透過率が下がりコントラストが低下するという問
題がある。また、複屈折部材を用いる従来の液晶表示素
子は、複屈折部材自体の厚さが大きいために、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。

【００１２】本発明の目的は、従来の液晶表示素子と同
等の厚さと透過率を保ち、視野角に対する表示色の発生
をなくして高コントラストで良好な白黒表示，すなわち
ペーパーホワイト表示を可能とした液晶表示装置を提供
することにある。

【００１３】

【問題を解決するための手段】上記目的は、複屈折部材
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位相差フィルムを用いることで液
晶表示素子自体の薄型化と軽量化を達成すると共に、透
明基板の一方あるいは両方に、左右の視野角方向の変化
で着色する色と補色関係にある色を薄く着色させた有色
基板を用いたことを特徴とする。

【００１４】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
る一対の透明基板と、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一対の位相板
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、前記一対の
位相板を前記液晶素子と前記一対の偏光板の一方との間
に間挿してなる一軸延伸で形成した２枚の位相差フィル
ムで構成し、前記一対の透明基板の少なくとも一方を有
色透明板で構成して、この有色透明板の色を、表示視野
角を変化させたときに発生する着色に対して補色の関係
となる色としたことを特徴とする。

【００１５】そして、前記液晶層が、その厚さ方向に２
３０°〜２７０°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０．９μｍ以下に設定されてなり、前
記位相差フィルムの屈折率異方性を示すΔｎ・ｄ値が前
記一対の位相差フィルムで上記液晶素子のΔｎ・ｄ値よ
り約０．１μｍ小さく設定すると共に、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８７°±１０°，下偏光
板偏光軸角度が１６５°±５°，上側位相差フィルムの
延伸軸角度が３６．５°±５°，下側位相差フィルム延
伸軸角度が６８°±５°の軸構成としたことを特徴とす
る。

【００１６】

【作用】位相板である複屈折部材に代えて一軸延伸した
２枚の位相差フィルムを用いることで複屈折効果を持た
せて、液晶表示素子の軽量化と小型化を達成できると共
に、液晶素子を構成する透明基板として当該液晶素子の
視野角の変化により発生する色と補色関係となる色に着
色した有色基板とすることで、バクライトを従来の白色
冷陰極管をそのまま使用して液晶表示の着色を相殺する
ことが可能となり、表示の視認性が向上する。

【００１７】

【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側面図であって、矢印
Ｂ方向が表示面となる。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。

【００１８】下電極板１と下配向膜１２、および上電極
板２と上配向膜の間には互いに交叉する如く駆動電極
（図示せず）が形成されている。そして、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，上偏光板４，下位
相差フィルム５，上位相差フィルム６の積層体により液
晶表示セルが構成される。

【００１９】また、図１において、２０，２０’は冷陰
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横方向であるＸ−Ｘ’方向（長
軸方向）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、上下の偏光板をも同様に薄いフィルム
状のものを用いてもよいものである。

【００２０】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。

【００２１】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＝６８±５度に、上位相差フィル
ム６の延伸軸θ₄はθ₄＝３６．５±５度に、下偏光板
３の偏光軸（あるいは吸収軸）３Ａのθ₅は１６５±５
度に、上偏光板４の偏光軸（あるいは吸収軸）４Ａのθ
₆は８７±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１０の「Δｎ・ｄ」を
０．９μｍ以下、好ましくは、Δｎ₁・ｄ₁＝０．７３
μｍ〜０．８２μｍに設定すると共に、位相差フィルム
５，６の合計の「Δｎ・ｄ」を上記液晶素子１０の「Δ
ｎ・ｄ」より約０．１μｍ小さい、好ましくはΔｎ₂・
ｄ₂＝０．６３μｍ〜０．７２μｍとしている。

【００２２】この構成で上下の電極板を無色透明板とし
たままでは、正体位置から左右方向に視野角を変化させ
ると、視野角が２０°〜３０°のところで表示が赤色に
着色して観察される。本実施例では、下電極基板１と上
電極基板２を、その各厚みが１．１ｍｍの薄く緑色に着
色した有色透明基板としている。

【００２３】有色透明基板とする電極基板は、下電極基
板１と上電極基板２の一方または両方の何れかでよい。
また、位相差フィルムはその一方を下偏光板と下電極板
の間に設置しても同様の効果が得られる。本実施例で
は、図２の軸構成により発生する赤色を、その補色であ
る緑色の有色透明板を電極板に使用して相殺している
が、軸構成を変えると発生する色も変化するので、有色
透明板の着色をその発生色の補色とすれば同様に相殺で
きるものである。

【００２４】図３は本発明による液晶表示装置の上記一
実施例を構成す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、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３ではバッ
クライト光源と導光体は省略してある。

【００２５】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）で、ねじれ角θ₀に設定され
る。

【００２６】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を持ち、上位相差
フィルム６の延伸軸６Ａは同じく角度θ₄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の角
度に設定される。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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
はコントラスト調整ボリウム、６７は反転スイッチであ
る。

【００３２】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。

【００３３】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可
能であることは言うまでもない。

【００３４】

【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、上部電極板と下部電極板の少なくとも一方にに薄く
着色した有色透明基板を用いることで、バックライト等
周辺部構造部材を従来のままとして広視野角，高コント
ラストかつ明るい白色表示（ペーパーホワイト表示）を
視野角によらずに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。

【００３５】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側面図である。

【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】従来の複屈折効果型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

【特許請求の範囲】

【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透明基板と、
この液晶素子を挟持する一対の偏光板と、この一対の偏
光板に挟持される一対の位相板と、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、前記一対の位相板を前記液晶素子と
前記一対の偏光板の一方との間に間挿してなる一軸延伸
で形成した２枚の位相差フィルムで構成し、前記一対の
透明基板の少なくとも一方を有色透明板で構成したこと
を特徴とする透過型液晶表示装置。
【請求項２】請求項１において、前記有色透明板の色
は、表示視野角を変化させたときに発生する着色に対し
て補色の関係となる色であることを特徴とする透過型液
晶表示装置。