JPH0561037A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示装置において、構造が単純で、表示
の着色および視野角特性を改善することができるように
する。 【構成】 液晶分子をほぼ２４０°ツイスト配向させた
ＳＴＮ型の液晶セル１１を挾んで偏光子２０と検光子２
１を配置し、これらの偏光子２０および検光子２１の間
に第１、第２の位相板を、第１の位相板２２の進相軸２
２ａが入射側基板１４の入射側配向処理方向１３ａに対
してほぼ４０°で交差し、且つ互いの進相軸２２ａ、２
３ａがほぼ３５°の角度で交差する様に配置させるとと
もに、更にもう１枚の第３の位相板２４を光の出射側に
配置された検光子２１に隣接させてその進相軸２４ａが
隣接する検光子２１の透過軸２１ａとほぼ平行する様に
配置させた。

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
マティック型の単純マトリックスタイプの液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置はオフィスオーメーション機
器のディスプレイ装置として使用されている。この様な
ディスプレイ装置は、高精細の表示が要求されるため、
画素数が多く、高時分割駆動が要求され、また表示特性
としてはコントラストが高く、且つ視野角が広いことが
要求されている。この様な要求に応じるため、パーソナ
ルコンピュータ等の表示装置としては、液晶表示装置の
中でも高時分割駆動が可能で且つ比較的コントラストの
高いスーパーツイステッドネマティック型（以下、ＳＴ
Ｎ型という）の単純マトリックス液晶表示装置が用いら
れている。

【０００３】このＳＴＮ型の単純マトリックス液晶表示
装置は、所定の間隔を隔てて対向配置された一対の基板
と、この一対の基板の対向する内面に互いに直角に交差
するように配置された電極と、この電極形成面を覆って
形成され、液晶分子を所定の方向に配向させるための配
向膜と、この配向膜で挟む様に前記基板間に封入された
液晶材料と、前記一対の基板の外側からこの一対の基板
を挟む様に配置された一対の偏光板とからなっている。
そして、一対の基板の配向膜の間に介在する液晶材料の
配向膜近傍の分子が、配向膜の配向規制力により配向処
理方向に配列され、前記液晶分子は予め定められた配向
処理に従って、一方の基板から他方の基板に向って、１
８０°乃至２７０°の角度でツイスト配向している。

【０００４】ツイスト配向した液晶分子は対向する電極
間に時分割駆動によって電界が印加されることによって
配向が変化し、この配向の変化にともなう光学的な変化
を一対の偏光板によって視覚化することにより、所望の
表示が行なわれている。

【０００５】上述した液晶表示装置は、高時分割駆動を
可能とするために、液晶分子配列のツイスト角を大きく
し、且つ視覚的なコントラストを高くするために液晶の
復屈折効果を利用しているため、表示が着色するという
問題があり、また視野角が狭く、更に視角によって表示
色が変化するという問題があった。

【０００６】上述した着色の問題を解決するために、上
述したような対向する一対の基板に駆動用の電極を設け
た駆動セルと、この駆動セルの液晶分子のツイスト方向
と逆向きにツイストさせた補償セルとを２層に配置した
２層のＳＴＮ型の液晶表示装置が提唱されている。この
２層のＳＴＮ型液晶表示装置は、駆動セルで生じた各波
長光毎の位相差の相違を補償セルで補正させることがで
き、表示の着色を抑えて白黒表示に近い表示ができる。

【０００７】上記２層のＳＴＮ型の液晶表示装置は、駆
動セルと同様の液晶セルを補償セルとして用いているた
め、この補償セルの製造工程が複雑であって高価にな
り、そして表示装置が大型になるという問題があった。
また、表示の着色も未だ十分に取り除かれてはおらず、
しかも視野角特性は依然として改善されていない。

【０００８】また、２層のＳＴＮ型の液晶表示装置の補
償セルを１枚または２枚の位相板に換え、この位相板に
よって駆動セルで生じた各波長光の位相差の違いを補償
しようとしたＳＴＮ型液晶表示装置も提案されている。
この液晶表示装置は、図１１に示す様に構成されてい
る。即ち、下基板１と上基板２との間に、下基板１の配
向処理方向１ａから上基板２の配向方向２ａに向って２
４０°ツイスト配向された液晶材料３が封入されてい
る。これら下基板１と上基板２とおよび液晶材料３とに
よって液晶セル４が形成されている。この液晶セル４に
光が入射する側の下基板１の下側には、配向処理方向１
ａから右回りに１４０°回転した方向に進相軸５ａを一
致させた偏光子５が配置され、液晶セル４の上方には、
前記配向処理方向１ａから５５°左回りに回転させた方
向に進相軸６ａを一致させた検光子６が配置されてい
る。そして、前記液晶セル４と検光子６との間には、そ
れぞれの進相軸が３５°で互いに交差し、且つ液晶セル
に隣接する位相板の一方が前記配向処理方向から４０°
で交差するように配置されている。

【０００９】この様な位相板を備えた従来の液晶表示装
置は、２枚の位相板によって表示の着色が低減され、コ
ントラストも比較的高い。また、フィルム状の位相板を
用いているため、製造工程が単純になり、また薄い形状
にすることができ、表示装置が小型になるという利点が
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の液晶表示装置は、位相板のΔｎの波長依存性が
液晶のΔｎの波長依存性とは異なるため、駆動セルで生
じた位相差の各波長光毎の相違を十分補正することがで
きなかった。その為、表示の着色を十分取り除くことが
できないという欠点があり、また視野角特性が悪く、液
晶表示装置を観察する方位によってコントラストが大き
く変化し、また表示色が著しく変化して表示品質を著し
く低下させるという欠点があった。本発明は、上述した
事情に鑑みてなされたものであり、構造が単純で、表示
の着色および視野角特性を改善することのできる液晶表
示装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明の液晶表示装置は、対向する面それぞれ
に、互いに交差する電極とこの電極を覆って所定の方向
に配向処理が施された配向膜とが形成された一対の基板
と、この一対の基板間に一方の基板から他方の基板に向
ってほぼ２４０°ツイスト配向するように封止され、屈
折率異方性Δｎと層厚ｄとの積Δｎｄが８００ｎｍ乃至
９００ｎｍの値を持った液晶材料と、前記一対の基板の
外側に、この一対の基板を挟むように配置され、一方の
偏光板の透過軸が一方の基板の配向処理方向に対してほ
ぼ１４０°で交差し、且つ互いの透過軸がほぼ８５°の
角度で交差するように配置された一対の偏光板と、この
一対の偏光板の間に、一方の進相軸が一方の基板の配向
処理方向に対してほぼ４０°で交差し、且つ互いの進相
軸がほぼ３５°で交差して配置された一対の位相板と、
前記一対の偏光板のうち光が出射する側に配置された偏
光板と前記他方の基板との間に、隣接する偏光板の透過
軸と進相軸とがほぼ平行となるように配置され、Δｎｄ
の値が３００ｎｍ乃至４００ｎｍに設定された他の１枚
の位相板とを備えたことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明は、液晶分子をほぼ２４０°ツイスト配
向させたＳＴＮ型の液晶表示装置の一対の偏光板の間
に、一方の進相軸が一方の基板の配向処理方向に対して
ほぼ４０°で交差し、且つ互いの進相軸がほぼ３５°の
角度で交差した第１、第２の位相板を配置させたことに
より、液晶セルを透過する際に生じた各波長光毎の位相
差の相違が２枚の位相板によってほぼ補正されてＳＴＮ
型の液晶表示装置の表示色の着色が補償され、更にもう
１枚の第３の位相板を光が出射する側に配置された偏光
板に隣接させてその進相軸が隣接する偏光板の透過軸と
ほぼ平行または直交する様に配置させたことにより、液
晶セルの正面の透過光強度が強くなり、液晶表示装置の
正面から見た時の明るさが明るくなる。また、これらの
位相板に垂直に入射した光と斜めに入射した光はこれら
の位相板による位相差が異なるため、液晶セルを垂直に
或いは斜めに透過した光の位相差が３枚の位相板の位相
差と相殺するように相互いに作用し、その結果、高いコ
ントラストが得られる領域が広くなり、視角による表示
色の変化が少なくなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。図１および図２に液晶表示装置の
断面図および分解斜視図を示した。これらの図１および
図２において、１１は液晶セルである。この液晶セル１
１は、一方の電極１２およびこの電極１２を覆う配向膜
１３が形成された下基板１４と、前記一方の電極１２と
交差して対向する他方の電極１５およびこの他方の電極
１５を覆う配向膜１６が形成された上基板１７と、上下
基板１４、１７を所定の間隔を隔てて接合するシール材
１８と、これらの上下基板１４、１７とシール材１８と
に囲われた領域に封入され、誘電率比Δε／ε⊥の値が
１．９０、弾性定数比Ｋ３／Ｋ１の値が１．８３、Ｋ３
／Ｋ２の値が２．４、ギャップｄとナチュラルピッチｐ
の比ｄ／ｐの値が０．５の液晶材料１９とからなってい
る。

【００１４】この液晶セル１１には図面上で下方から光
が入射されるものであり、以下では下基板を入射側基板
１４、上基板を出射側基板１７という。液晶セル１１の
入射側基板１４の外側には、直線偏光板からなる偏光子
２０が配置され、出射側基板１７の上方には直線偏光板
からなる検光子２１が配置されている。そして、液晶セ
ル１１の出射側基板１７と検光子２１との間には第１お
よび第２位相板２２、２３がその順に配置され、検光子
２１と第２位相板２３との間には第３位相板２４が配置
されている。

【００１５】前記入射側基板１４と出射側基板１７の対
向するそれぞれの面に形成された配向膜１３、１６は、
それぞれラビング等の配向処理が施されており、入射側
基板１４の配向膜１３は図２に示した様に液晶セル１１
を正面から観察したとき水平な線に対して左下から右上
方向に約３０°の傾きをもった方向１３ａに配向処理が
施されている。入射側基板１４に対向する出射側基板１
７の配向膜１６は、入射側基板１４の配向処理方向１３
ａ（以下、入射側配向処理方向という）に対して右回り
（以下、負または−という）に６０°回転した方向１６
ａに配向処理が施されている。この様な配向処理によ
り、液晶材料１９の液晶分子はプレチルト角が約８°で
配列され、入射側基板１４から出射側基板１７に向って
負の回転方向に２４０°（φｏ）ツイストとして配列さ
れている。そして、この液晶セル１１のギャップｄと屈
折率異方性Δｎとの積Δｎｄの値は８００ｎｍ〜９００
ｎｍであり、好ましくは８６４ｎｍ（測定波長：５８９
ｎｍ）である。

【００１６】偏光子２０はその透過軸２０ａが、入射側
配向処理方向１３ａに対して左回り（以下、正または＋
という）に＋１４０°（α）の方向に配置され、また検
光子２１はその透過軸２１ａが入射側配向処理方向１３
ａと５５°（ε）で交差する方向に配置されている。

【００１７】第１および第２位相板２２、２３は、ポリ
カーボネートを１軸伸張し、Δｎｄの値が３００ｎｍ〜
４００ｎｍの位相板であり、好ましくは３６０ｎｍまた
は３７０ｎｍ（測定波長：５８９ｎｍ）に設定されてい
る。第１位相板２２はその進相軸２２ａが入射側配向処
理方向１３ａに対してほぼ４０°（γ）に配置され、第
２位相板２３はその進相軸２３ａが入射側配向処理方向
１３ａに対してほぼ５°（δ）の方向に配置されてい
る。そして、第３位相板２４は第２位相板２３と検光子
２１との間に配置され、その進相軸２４ａが入射側配向
処理方向１３ａに対してほぼ５５°（β）の方向に配置
されている。

【００１８】この実施例は、第３位相板２４の進相軸２
４ａの方向を変更しても本発明の目的を達成することが
できる。即ち、第３の位相板２４の進相軸２４ａを前記
入射側配向処理方向１３ａに対してほぼ１４５°（β）
の方向と一致する様に配置させてもよい。

【００１９】上述した様に、この実施例では、一対の偏
光板である偏光子２０と検光子２１とが、偏光子２０の
透過軸２０ａが入射側基板１４の入射側配向処理方向１
３ａに対してほぼ１４０°で交差し、且つ互いにほぼ８
５°の角度で交差するように配置され、液晶セル１１と
出射側の偏光子２０と検光子２１との間に第１および第
２位相板２２、２３が、第１位相板２２の進相軸２２ａ
を入射側基板１４の配向処理方向１３ａに対してほぼ４
０°で交差させ、且つ互いの進相軸２２ａ、２３ａをほ
ぼ３５°で交差させて配置され、しかも第２位相板２３
と検光子２１との間に第３位相板２４が、出射側の検光
子２１に隣接してその進相軸２４ａが隣接する検光子２
１の透過軸２１ａと平行（または直交）するように配置
されているのである。

【００２０】よって、液晶セル１１を透過する際に生じ
た各波長光毎の位相差の相違が一対の第１、第２位相板
２２、２３によってほぼ補正されてＳＴＮ型の液晶表示
装置の表示色の着色が補償され、更にもう１枚の第３の
位相板２４を検光子２１に隣接させてその進相軸２４ａ
が隣接する検光子２１の透過軸２１ａとほぼ平行（また
は直交）する様に配置させたことにより、液晶セル１１
の正面の透過光強度が強くなり、液晶表示装置の正面か
ら見た時の明るさが明るくなる。また、これらの位相板
２２、２３、２４に垂直に入射した光と斜めに入射した
光はこれらの位相板２２、２３、２４による位相差が異
なるため、液晶セル１１を垂直に或いは斜めに透過した
光の位相差が３枚の位相板２２、２３、２４の位相差と
相殺するように相互に作用し、その結果、高いコントラ
ストが得られる領域が広くなり、視角による表示色の変
化が少なくなる。

【００２１】上述した図１、図２に示される配置の液晶
表示装置について、電気光学的特性を測定した結果を図
３〜図１０に示した。図３〜図６は液晶セル１１のΔｎ
ｄの値が８６４ｎｍで、位相板２２、２３、２４のΔｎ
ｄの値が３７０ｎｍの場合であり、図７〜図１０は液晶
セル１１のΔｎｄの値が８６４ｎｍで、位相板２２、２
３、２４のΔｎｄの値が３６０ｎｍの場合である。そし
て、図３および図７は１／４８０デューティ、１／１５
バイアスで時分割駆動したときの駆動電圧（Ｖ）に対す
る透過率（Ｙ値）の関係を表わすＹ−Ｖ特性およびその
ときのコントラストを表わしており、実線ＯＦＦはＯＦ
Ｆ波形を、点線ＯＮはＯＮ波形をそれぞれ印加したとき
の透過率変化を表わし、破線ＣＲはコントラストを表わ
している。この図３に示された位相板のΔｎｄの値が３
７０ｎｍの場合は、コントラストが６３で、透過率が７
３％と高く、図７に示された位相板のΔｎｄの値が３６
０ｎｍの場合は、コントラストが６５で、透過率が７２
％と高い。また、図４、図５、図８、図９は、それぞれ
液晶セルの法線方向から各方位に傾けた方向から観察し
た場合の等輝度曲線を示しており、図４および図８は暗
状態、図５および図９は明状態を表わしている。ここ
で、同心円は内側からそれぞれ液晶表示装置の基板の法
線方向から１０°、２０°、３０°、４０°、および５
０°傾けた方向を表わしており、黒四角（■）は透過率
が１０％、白四角（□）は透過率が２０％、黒三角
（▲）は透過率が３０％、白三角（△）は透過率が４０
％、黒星印（★）は透過率が５０％、白星印（☆）は透
過率が６０％、十字印（＋）は透過率が７０％をそれぞ
れ表わしている。これらの図４、図５、図８、図９で示
される様に、この実施例は、暗状態では透過率が１０％
未満の領域が広く、また明状態では、透過率が１０％以
上の領域が広く表われる。

【００２２】図６および図１０は、液晶表示装置の各方
位から観察した時の等コントラスト曲線を示しており、
図６および図１０において同心円は内側からそれぞれ液
晶表示装置の基板の法線方向から１０°、２０°、３０
°、４０°、および５０°傾けた方向を表わしており、
黒丸（●）はコントラストが１未満、即ち明暗が反転す
ることを表わし、黒四角（■）はコントラストが１０
％、白四角（□）はコントラストが２０％、黒三角
（▲）はコントラストが３０％、白三角（△）はコント
ラストが４０％、黒星印（★）はコントラストが５０
％、白星印（☆）はコントラストが６０％、十字印
（＋）はコントラストが７０％、×印はコントラストが
８０％、＊印はコントラストが９０％をそれぞれ示して
いる。これらの図６および図１０に示される様に、この
実施例はコントラストが１０以上の範囲が広く、また液
晶表示装置の右上方向に表われる明暗が反転して見える
反転領域が狭く成っており、視野角特性が良くなってい
る。

【００２３】比較のために、この実施例に示した液晶表
示装置の構成から第３の位相板２４のみを取り除いた構
成の液晶表示装置（つまり図１１に示す従来の液晶表示
装置）について、この実施例と同様の電気光学的特性を
測定し、図１２〜図１５に示した。図１２はこの実施例
の図３および図７のＹ−Ｖ特性図に対応し、図１３、図
１４はこの実施例の図４、図５、図８、図９の等透過率
曲線図に対応し、図１５はこの実施例の図６および図１
０の等コントラスト曲線図にそれぞれ対応している。

【００２４】図３〜図１０に示したこの発明の実施例の
電気光学的特性と、図１２〜図１５に示された比較例の
電気光学特性とをそれぞれ比較すれば明らかな様に、こ
の実施例は比較例より優れた電気光学特性を持ってい
る。即ち、実施例は、図３および図７と図１２とを比べ
れば明らかな様に、液晶セル１１の法線方向の輝度およ
びコントラストが、図２の位相板配置でΔｎｄの値が３
７０ｎｍまたは３６０ｎｍの場合でそれぞれＹ値が７２
〜７３％、コントラストが６３〜６５であり、比較例の
それぞれＹ値が６２％、コントラストが５５に比べて、
いずれも高い。また、実施例の図４、図５、図８、図９
と比較例の図１３、図１４とを比べると実施例の方が暗
状態で透過率の低い領域が広く、また明状態で透過率が
高い領域が広い。そして、図６および図１０と図１５と
を比べると実施例の方が、視角を変えたときにもコント
ラストの高い領域が広く、反転領域が狭く、しかも表示
色の変化が少ない。

【００２５】この様に、この発明の液晶表示装置によれ
ば、液晶表示装置の正面方向における透過率が極めて高
くなり、各方向においてコントラストが高く、しかも視
角による透過光の色相の変化が少なくなり、視野角特性
が改善される。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、液晶分子をほぼ２４０°ツイ
スト配向させたＳＴＮ型の液晶表示装置の一対の偏光板
の間に一方の進相軸が一方の基板の配向処理方向に対し
てほぼ４０°で交差し、且つ互いの進相軸をほぼ３５°
の角度で交差させた第１、第２の位相板を配置させて、
液晶セルを透過する際に生じた各波長光毎の位相差の相
違が２枚の位相板によってほぼ補正されてＳＴＮ型の液
晶表示装置の表示色の着色を補償すると共に、更にもう
１枚の第３の位相板を光の出射側に配置された偏光板に
隣接させてその進相軸が隣接する偏光板の透過軸とほぼ
平行または直交する様に配置させたので、液晶表示装置
の正面の透過光強度が強くて液晶表示装置の正面から見
た時の明るさが明るくなり、また、液晶表示装置を斜め
から観察した時の視野角特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図。

【図２】図１の概略構成を示す分解斜視図。

【図３】液晶セルのΔｎｄの値が８６４ｎｍで、位相板
のΔｎｄの値が３７０ｎｍの液晶表示装置において、時
分割駆動の駆動電圧に対する透過率の変化、およびその
ときのコントラストを表わすＹ−Ｖ特性図。

【図４】図３に示す液晶表示装置において、暗状態での
各方向から観察したときの透過率分布を表わす等透過率
曲線図。

【図５】図３に示す液晶表示装置において、明状態での
各方向から観察したときの透過率分布を表わす等透過率
曲線図。

【図６】図３に示す液晶表示装置において、この液晶表
示装置を各方向から観察したときの等コントラスト曲線
図。

【図７】液晶セルのΔｎｄの値が８６４ｎｍで、位相板
のΔｎｄの値が３６０ｎｍの液晶表示装置において、時
分割駆動の駆動電圧に対する透過率の変化、およびその
ときのコントラストを表わすＹ−Ｖ特性図。

【図８】図７に示す液晶表示装置において、暗状態での
各方向から観察したときの透過率分布を表わす等透過率
曲線図。

【図９】図７に示す液晶表示装置において、明状態での
各方向から観察したときの透過率分布を表わす等透過率
曲線図。

【図１０】図７に示す液晶表示装置において、この液晶
表示装置を各方向から観察したときの等コントラスト曲
線図。

【図１１】従来の位相板の配置を持ち、本発明と比較す
るために例示した液晶表示装置の概略構成を示す分解斜
視図。

【図１２】図１１に示す位相板の配置を持つ比較例にお
いて、時分割駆動の駆動電圧に対する透過率の変化、お
よびそのときのコントラストを表わすＹ−Ｖ特性図。

【図１３】図１１に示す位相板の配置を持つ比較例にお
いて、暗状態での各方向から観察したときの透過率分布
を表わす等透過率曲線図。

【図１４】図１１に示す位相板の配置を持つ比較例にお
いて、明状態での各方向から観察したときの透過率分布
を表わす等透過率曲線図。

【図１５】図１１に示す位相板の配置を持つ比較例にお
いて、液晶表示装置を各方向から観察したときの等コン
トラスト曲線図。

【符号の説明】

１１ 液晶セル １２、１５ 電極 １３、１６ 配向膜 １４ 入射側基板 １７ 出射側基板 １８ シール材 １９ 液晶材料 ２０ 偏光子 ２１ 検光子 ２２ 第１位相板 ２３ 第２位相板 ２４ 第３位相板 １３ａ 入射側配向処理方向 ２０ａ 偏光子の透過軸 ２１ａ 検光子の透過軸 ２２ａ、２３ａ、２４ａ 位相板の進相軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する面それぞれに、互いに交差する
   電極とこの電極を覆って所定の方向に配向処理が施され
   た配向膜とが形成された一対の基板と、 前記一対の基板間に一方の基板から他方の基板に向って
   ほぼ２４０°ツイスト配向するように封止され、屈折率
   異方性Δｎと層厚ｄとの積Δｎｄが８００ｎｍ乃至９０
   ０ｎｍの値を持った液晶材料と、 前記一対の基板の外側に、この一対の基板を挟むように
   配置され、一方の透過軸が一方の基板の配向処理方向に
   対してほぼ１４０°で交差し、且つ互いの透過軸がほぼ
   ８５°の角度で交差するように配置された一対の偏光板
   と、 前記一対の偏光板の間に、一方の進相軸が一方の基板の
   配向処理方向に対してほぼ４０°で交差し、且つ互いの
   進相軸がほぼ３５°で交差して配置された一対の位相板
   と、 前記一対の偏光板のうち光が出射する側に配置された偏
   光板と前記他方の基板との間に、隣接する偏光板の透過
   軸と進相軸とがほぼ平行となるように配置され、Δｎｄ
   の値が３００ｎｍ乃至４００ｎｍに設定された他の１枚
   の位相板と、 を備えたことを特徴とする液晶表示装置。