JPH06130358A

JPH06130358A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06130358A
Application number: JP4278872A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Takatani; 知男高谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示装置の可視波長域における色補償を
行い、優れた白黒表示を実現する。【構成】第１基板６および第２基板７の一方表面６
ａ，７ａには、図示しない透明電極を覆うように配向膜
８，９がそれぞれ形成され、両基板間に液晶層１０を介
在することによって液晶素子２が形成される。前記液晶
層１０の液晶分子１０ａのツイスト角θは、２４０°と
されている。前記第１基板６の他方表面６ｂには、前記
液晶層１０の液晶分子１０ａの複屈折の波長分散とほぼ
等しい波長分散を有する位相差板３が形成され、さらに
その上に第１偏光板４が配置される。一方、前記第２基
板７の他方表面７ｂには第２偏光板５が配置されて、液
晶表示装置１が構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関し、
特にスーパーツイステッドネマティック型液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示（ＬＣＤ；Liquid Crystal Dis
play）は、電子式卓上計算機（電卓）やデジタル時計な
どの比較的小型の表示画面を持つ電子機器の表示手段と
して幅広く実用化され、また今日においてはラップトッ
プ型コンピュータ、テレビ受像機、ワードプロセッサな
どの比較的大型の表示画面を必要とする電子機器の表示
手段としても急速に普及しつつある。

【０００３】前記大型の表示画面を必要とする電子機器
には、基板間における液晶分子のツイスト角を１８０°
〜２７０°としたスーパーツイステッドネマティック
（ＳＴＮ）型液晶表示素子が用いられる傾向がある。該
ＳＴＮ型液晶表示素子は、ツイスト角を９０°としたツ
イステッドネマティック（ＴＮ）型液晶表示素子に比べ
て高ツイスト角とすることによって表示性能を高めたも
のであり、電圧印加時の透過率曲線がＴＮ型液晶表示素
子と比較して極めて急峻であることから、マルチプレク
ス駆動による大型画面表示を実現するのに適している。

【０００４】しかしながら、前記ＳＴＮ型液晶表示素子
では高ツイスト角に基づく複屈折効果によって色付現象
が生じる。すなわち、ＳＴＮ型液晶表示素子では、ＴＮ
型に比べて、液晶分子の螺旋ピッチが１／２〜１／３と
なるために、入射した直線偏光が液晶分子のツイスト角
に追随できなくなり、さらにその程度が波長で異なるた
めに出射側で楕円偏光状態となり、色付現象が生じる。

【０００５】そこで、前記ＳＴＮ型液晶表示素子では、
色補償板として位相差板を設けて、複屈折効果によって
生じる着色の補償を行っている。この位相差板は、たと
えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリカーボネー
ト（ＰＣ）を延伸した１軸性の高分子フィルムから成
り、液晶層通過時に生じた楕円偏光を位相差板の補償作
用によって液晶層への入射時とほぼ同じ直線偏光に復元
させるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した複屈
折は波長分散を示すため、液晶の複屈折の波長分散と位
相差板の複屈折の波長分散とを一致させない限り、可視
波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における完全な色補
償を実施することは困難である。

【０００７】図６は、波長分散、すなわち各波長におけ
る屈折率異方性Δｎを５５０ｎｍの波長の屈折率異方性
を基準として示したグラフである。横軸は、可視波長域
の波長（単位；ｎｍ）を示し、縦軸は、波長５５０ｎｍ
の屈折率異方性Δｎ（５５０）を基準とした各波長の屈
折率異方性Δｎ／Δｎ（５５０）を示す。曲線５４は、
従来のＳＴＮ型液晶表示素子に使用されるポリカーボネ
ート（ＰＣ）を使用した位相差板の複屈折の波長分散を
示し、曲線５７は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を
使用した位相差板の複屈折の波長分散を示す。また、曲
線５５は、前記ＳＴＮ型液晶表示素子に使用される液晶
の複屈折の波長分散を示す。このように、従来のＳＴＮ
型液晶表示素子では、人間の視感度の最も大きい波長で
ある５５０ｎｍにおける液晶の複屈折と、位相差板の複
屈折としか一致していない。これは、位相差板の複屈折
の波長分散は、その材料であるポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）によって決まる
ためである。

【０００８】したがって、可視波長域において完全な色
補償を行うことが困難であり、白黒表示を行った場合、
ＣＩＥ色度図上の黒色表示の座標位置がホワイトポイン
ト（白色度点；ｘ＝０.３１７、ｙ＝０.３２９）から大
きく外れるため、黒色が、たとえば青味を帯びるなど着
色し、さらにコントラストが低下するという問題が生じ
る。また、白黒表示の際の色度変化が大きいため、中間
調による色度がばらつき階調表示には使用しにくいとい
う問題が生じる。

【０００９】本発明の目的は、可視波長域における色補
償効果を向上して、白黒表示特性の優れた液晶表示装置
を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１偏光板、
第１透光性基板、液晶層、第２透光性基板、第２偏光板
をこの順番に積層して形成され、前記液晶層は、液晶分
子が第１透光性基板と第２透光性基板との間で１８０°
〜２７０°ねじれるスーパーツイステッドネマティック
液晶から成り、前記第１偏光板と第１透光性基板との
間、および第２透光性基板と第２偏光板との間の少なく
ともいずれか一方に、位相差板を一枚以上介在した液晶
表示装置において、前記位相差板の屈折率異方性の波長
分散と、前記液晶の屈折率異方性の波長分散とをほぼ等
しくしたことを特徴とする液晶表示装置である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、液晶層は第１透光性基板と第
２透光性基板との間に介在しており、該液晶層は両基板
間で液晶分子が１８０°〜２７０°ねじれるスーパーツ
イステッドネマティック液晶から成る。第１透光性基板
および第２透光性基板の液晶層とは反対側には、第１偏
光板および第２偏光板がそれぞれ形成されている。さら
に、第１偏光板と第１透光性基板との間、および第２透
光性基板と第２偏光板との間の少なくともいずれか一方
には、前記液晶の屈折率異方性の波長分散とほぼ等しい
波長分散を有する位相差板が介在されて、液晶表示装置
が形成されている。

【００１２】すなわち、液晶の波長分散をΔｎ（ＬＣ）
＝Ａ１＋（Ｂ１／λ² ）と表し、位相差板の波長分散を
Δｎ（ＲＦ）＝Ａ２＋（Ｂ２／λ² ）と表した場合、Δ
ｎ（ＬＣ）≒Δｎ（ＲＦ）となる。ここで、λは光の波
長を表し、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は定数を表す。

【００１３】したがって、可視波長域において完全な色
補償を行うことができ、液晶表示装置の白黒表示特性を
より向上することが可能となる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるネガ表示型
の液晶表示装置１の構成を示す断面図である。液晶表示
装置１は、液晶素子２と、位相差板３と、第１偏光板４
と、第２偏光板５とから成る。また、液晶素子２は、第
１基板６と、第２基板７と、配向膜８，９と、液晶層１
０とを含んで構成される。

【００１５】第１基板６および第２基板７は、透光性を
有する厚み０.７〜１.１ｍｍのソーダガラスで実現さ
れ、該基板６，７の一方表面６ａ，７ａ上にはたとえば
図示しない単純マトリクス型の透明電極がそれぞれ形成
されている。また、液晶層１０は、約２０種類の液晶の
混合物から成り、たとえばフェニルシクロヘキサン系液
晶が３４％、フェニルジシクロヘキサン系液晶が３８
％、トラン系液晶が２８％の割合で混合されている。

【００１６】第１基板６および第２基板７の一方表面６
ａ，７ａ上には、前記図示しない透明電極を覆うように
配向膜８，９がそれぞれ形成されている。該配向膜８，
９の形成は、たとえば次のようにして実施される。前記
基板６，７の一方表面６ａ，７ａ上にポリイミド樹脂を
厚さが５００Åとなるように形成し、形成したポリイミ
ド樹脂にラビング処理などの配向処理を施すことによ
り、配向膜８，９が形成される。

【００１７】配向膜８，９が形成された基板６，７の間
に前記液晶層１０を介在することによって液晶素子２が
形成されており、さらに両基板間に介在される液晶分子
１０ａのツイスト角θは２４０°とされ、いわゆるＳＴ
Ｎ型の液晶素子２が形成されている。また、液晶層１０
の厚みｄは６μｍに、液晶分子１０ａの屈折率異方性Δ
ｎは０.１４０に設定されており、したがって液晶層１
０の厚みｄと液晶分子１０ａの屈折率異方性Δｎとの積
ｄ・Δｎは０．８４μｍとされている。なお、ｄ・Δｎ
＝０．８４μｍは経験的に選択される値であり、良好な
白黒表示が実現できる値である。

【００１８】前記位相差板３は、ＳＴＮ型の液晶素子２
の複屈折効果によって生じる色付現象を補償するための
ものであり、たとえば高分子液晶で実現される。該高分
子液晶は、常温でガラス状態となる液晶であり、該液晶
分子のツイスト角φが２４０°とされて、位相差板３と
されている。さらに、位相差板３は、厚みが４μｍとな
るように、またレターデーション値Ｒが８２０ｎｍとな
るように形成されている。なお、レターデーション値Ｒ
は、７８０ｎｍから８４０ｎｍの範囲で適宜決定され
る。また、第１偏光板４と第２偏光板５とはそれぞれ、
単体透過率が４２％、偏光度が９９．９９％のもので実
現され、その厚みは１８０μｍとされる。前述した液晶
素子２の第１基板６の他方表面６ｂ上に、位相差板３が
形成され、さらにその上に第１偏光板４が配置されてい
る。また、第２基板７の他方表面７ｂ上には、第２偏光
板５が配置されている。

【００１９】図２は、液晶表示装置１の構成部材の位置
関係を説明するための図である。実線Ｌ１は第１基板６
に形成された配向膜８の配向軸を表し、実線Ｌ２は第２
基板７に形成された配向膜９の配向軸を表す。また、実
線Ｌ３は位相差板３の第１偏光板４側の配向軸を表し、
実線Ｌ４は位相差板３の第１基板６側の配向軸を表す。
さらに、実線Ｌ５は第１偏光板４の吸収軸を表し、実線
Ｌ６は第２偏光板５の吸収軸を表す。

【００２０】角度θは、第２基板７に形成された配向膜
９の配向軸と、第１基板６に形成された配向膜８の配向
軸とが成す角、すなわち、ツイスト角θを表す。また、
角度φは、位相差板３の第１基板６側の配向軸と、第１
偏光板４側の配向軸とが成す角を表す。角度αは、第２
偏光板５の吸収軸と、第２基板７に形成された配向膜９
の配向軸とが成す角を表し、角度βは、第１基板６に形
成された配向膜８の配向軸と、位相差板３の第１基板６
側の配向軸とが成す角を表し、さらに角度γは、位相差
板３の第１偏光板４側の配向軸と、第１偏光板４の吸収
軸とが成す角を表す。

【００２１】前述した液晶表示装置１では、角度α＝６
０°、角度β＝９０°、角度γ＝６０°、角度θ＝２４
０°、角度φ＝２４０°となるようにそれぞれの構成部
材が配置されている。なお、角度αは５５°〜６５°の
範囲で、角度βは８５°〜９５°の範囲で、角度γは５
５°〜６５°の範囲で、角度θは２１０°〜２６０°の
範囲で、角度φは２１０°〜２６０°の範囲で、それぞ
れ適宜決定される。

【００２２】各角度を前記範囲でそれぞれ設定すれば、
本実施例において得られる結果とほぼ同程度の色調およ
び特性が得られるが、これらの範囲から外れると、特性
が著しく低下するため好ましくない。

【００２３】このようにして形成された液晶表示装置１
の液晶分子１０ａの複屈折の波長分散と、位相差板３の
複屈折の波長分散とは、図６の曲線５５と曲線５６とで
それぞれ表される。図６に示されるように両者の波長分
散は、可視波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の間でほ
とんど一致している。液晶分子１０ａの複屈折の波長分
散と、位相差板３の複屈折の波長分散との一致は、液晶
分子１０ａの複屈折の波長分散にほぼ等しい位相差板３
を選択することによって実現される。

【００２４】図３は、前記液晶表示装置１と比較するた
めの液晶表示装置２１の構成を示す断面図である。液晶
表示装置２１は、液晶素子２２と、第１位相差板２３
と、第２位相差板２４と、第１偏光板２５と、第２偏光
板２６とから成る。また、液晶素子２２は、第１基板２
７と、第２基板２８と、配向膜２９，３０と、液晶層３
１とを含んで構成される。液晶表示装置２１に用いられ
る各構成部材は、液晶表示装置１に用いられる各構成部
材と同じものが使用される。

【００２５】第１基板２７の一方表面２７ａおよび第２
基板２８の一方表面２８ａには、液晶表示装置１と同様
に図示しない単純マトリクス型の透明電極がそれぞれ形
成されている。さらに、第１基板２７の一方表面２７ａ
には配向膜２９が形成され、第２基板２８の一方表面２
８ａには配向膜３０が形成されている。配向膜２９，３
０が形成された基板２７，２８の間に液晶層３１を介在
することによって液晶素子２２が形成されている。さら
に、第１基板２７の他方表面２７ｂ上には第１位相差板
２３が配置され、第１位相差板２３上には第１偏光板２
５が配置されており、また第２基板２８の他方表面２８
ｂ上には第２位相差板２４が配置され、第２位相差板２
４上には第２偏光板２６が配置されている。なお、位相
差板２３，２４のレタデーション値Ｒは、４１０ｎｍと
され、該レタデーション値Ｒは、３８０ｎｍ〜４２０ｎ
ｍの範囲で適宜決定される。

【００２６】図４は、液晶表示装置２１の構成部材の位
置関係を説明するための図である。実線Ｌ１１は、第１
基板２７の一方表面２７ａに形成された配向膜２９の配
向軸を表し、実線Ｌ１２は、第２基板２８の一方表面２
８ａに形成された配向膜３０の配向軸を表す。また、実
線Ｌ１３は、第１位相差板２３の光軸を表し、実線Ｌ１
４は、第２位相差板２４の光軸を表す。さらに、実線Ｌ
１５は、第１偏光板２５の吸収軸を表し、実線Ｌ１６
は、第２偏光板２６の吸収軸を表す。

【００２７】角度Ａは、第２基板２８の一方表面２８ａ
に形成された配向膜３０の配向軸と、第１偏光板２５の
吸収軸とが成す角を表し、角度Ｂは、配向膜３０の配向
軸と、第１位相差板２３の光軸とが成す角を表す。ま
た、角度Ｃは、第２偏光板２６の吸収軸と、第１基板２
７の一方表面２７ａに形成された配向膜２９の配向軸と
が成す角を表し、角度Ｄは、配向膜２９の配向軸と、第
２位相差板２４の光軸とが成す角を表す。さらに、角度
Ｅは、配向膜３０の配向軸と、配向膜２９の配向軸とが
成す角、すなわち、液晶層３１の液晶分子３１ａのツイ
スト角を表す。

【００２８】前述した液晶表示装置２１では、角度Ａ＝
１１０°、角度Ｂ＝１４０°、角度Ｃ＝４０°、角度Ｄ
＝４０°、角度Ｅ＝２４０°となるように各構成部材が
配置されている。なお、角度Ａは１０５°〜１１５°の
範囲で、角度Ｂは１３５°〜１４５°の範囲で、角度Ｃ
は３５°〜４５°の範囲で、角度Ｄは３５°〜４５°の
範囲で、角度Ｅは２１０°〜２６０°の範囲で、それぞ
れ適宜決定される。

【００２９】このようにして形成された液晶表示装置２
１の液晶分子３１ａの複屈折の波長分散は、図６の曲線
５５で表され、位相差板２３，２４の複屈折の波長分散
は、図６の曲線５４あるいは曲線５７で表される。

【００３０】続いて、液晶表示装置１と液晶表示装置２
１とを用いて色度変化を評価した結果について説明す
る。図５は、液晶表示装置１，２１の色度変化を示すＣ
ＩＥ色度図である。ＣＩＥ色度図とは、色の表現と評価
とを定量的に実施できるようにした表色系であり、色を
（ｘ，ｙ）の色度座標で表したものである。実線５１
は、液晶表示装置１の色度変化を表す。点５１ａは、液
晶表示装置１の背景色、すなわち液晶表示装置１の駆動
電圧を切ったときの色度であり、点５１ｂは黒表示状
態、すなわち駆動電圧を印加したときのオフ状態の色度
であり、さらに点５１ｃは白表示状態、すなわち駆動電
圧を印加したときのオン状態の色度である。一点鎖線５
２は、液晶表示装置２１の色度変化を表し、点５２ａ〜
点５２ｃは、それぞれ液晶表示装置１と同じ状態の色度
である。また、点５３はＣＩＥ色度図上でのホワイトポ
イント（白色度点；ｘ＝０.３１７，ｙ＝０.３２９）で
ある。

【００３１】点５２ｂの黒表示状態と点５１ｂの黒表示
状態と比べると、点５１ｂの方が点５３で示されるホワ
イトポイントにより近いことがわかる。したがって、液
晶表示装置２１よりも本実施例に基づいて作成した液晶
表示装置１の方が、黒表示状態がより黒くなり、コント
ラストを向上することができて良好な白黒表示が得られ
る。また、点５２ｂと点５２ｃとの色度変化と、点５１
ｂと点５１ｃとの色度変化を比べると、後者の方がその
変化の度合いが小さことがわかる。したがって、液晶表
示装置２１よりも本実施例に基づいて作成した液晶表示
装置１の方が中間調における色度のばらつきを小さくす
ることができ、良好な階調表示を行うことができる。

【００３２】以上のように本実施例によれば、液晶表示
装置１の液晶分子１０ａの複屈折の波長分散と位相差板
３の複屈折の波長分散とは、可視波長域（４００ｎｍ〜
７００ｎｍ）の間でほとんど一致しているため、黒表示
状態の色度をホワイトポイントに近付けることができ、
また黒表示状態と白表示状態との色度変化を小さくする
ことができる。したがって、黒表示状態をより黒くして
コントラストを向上し、良好な白黒表示が実現できると
ともに、良好な階調表示を実現することができる。

【００３３】なお、本実施例では、位相差板３を第１偏
光板４と第１基板６との間に１枚だけ形成する例につい
て説明したけれども、第２偏光板５と第２基板７との間
に形成する例、および第１偏光板４と第１基板６との間
と、第２偏光板５と第２基板７との間との両者に形成す
る例も本発明の範囲に属するものであり、さらに２枚以
上設ける例も本発明に属するものである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液晶層の
屈折率異方性の波長分散と位相差板の屈折率異方性の波
長分散とをほぼ等しくして液晶表示装置が形成されるた
め、可視波長全域において完全に色補償を行うことがで
きる。また、白黒表示を行った場合には、黒表示状態を
より黒くすることができ、さらに階調表示を良好に実施
することができる。したがって、白黒表示特性の優れた
液晶表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示装置１の構成
を示す断面図である。

【図２】液晶表示装置１の構成部材の位置関係を説明す
るための図である。

【図３】比較例である液晶表示装置２１の構成を示す断
面図である。

【図４】液晶表示装置２１の構成部材の位置関係を説明
するための図である。

【図５】液晶表示装置１，２１の色度変化を示すＣＩＥ
色度図である。

【図６】波長分散を示すグラフである。

【符号の説明】

１液晶表示装置２液晶素子３位相差板４第１偏光板５第２偏光板６第１基板７第２基板１０液晶層１０ａ液晶分子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１偏光板、第１透光性基板、液晶層、
第２透光性基板、第２偏光板をこの順番に積層して形成
され、前記液晶層は、液晶分子が第１透光性基板と第２透光性
基板との間で１８０°〜２７０°ねじれるスーパーツイ
ステッドネマティック液晶から成り、前記第１偏光板と第１透光性基板との間、および第２透
光性基板と第２偏光板との間の少なくともいずれか一方
に、位相差板を一枚以上介在した液晶表示装置におい
て、前記位相差板の屈折率異方性の波長分散と、前記液晶層
の屈折率異方性の波長分散とをほぼ等しくしたことを特
徴とする液晶表示装置。