JPH06174918A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH06174918A
JPH06174918A JP4323329A JP32332992A JPH06174918A JP H06174918 A JPH06174918 A JP H06174918A JP 4323329 A JP4323329 A JP 4323329A JP 32332992 A JP32332992 A JP 32332992A JP H06174918 A JPH06174918 A JP H06174918A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】液晶ディスプレイの背景の着色および視覚特性
を安価な方法で改良しえる液晶表示装置を提供する。 【構成】少なくとも、液晶セルと、1対の偏光板および
複屈折フィルムよりなる液晶表示装置において旋光性物
質を、偏光板保護フィルム、または液晶セル基板の少な
くともいずれかの中に含ませるか、または偏光板保護フ
ィルム、複屈折フィルムまたは液晶基板の上にそれを含
有した層を設けることを特徴とする液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ツイステッドネマチッ
ク液晶、コレステリック液晶またはスメクチック液晶な
どを用いた液晶表示装置において着色補償及び視野角増
大等の液晶表示品位の向上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、低電圧、低消費電力で
IC回路への直結が可能であること、表示機能が多様で
あること、軽量化が可能であること等多くの特徴を有し
ており、ワードプロセッサやパーソナルコンピューター
等の表示装置として広く使用されている。その中で、液
晶分子のツイスト角が160°以上のツイステッドネマ
チィック液晶表示装置(以後STN−LCD)は従来の
ツイスト角が90°のツイステッドネマチィック液晶表
示装置(TN−LCD)に比べ、大容量表示が可能であ
り、高速応答性に優れている事から、現在液晶表示装置
の主流となっている。
【0003】しかしながらSTN−LCDには、表示画
像が青色あるいは黄色に着色する(ブルーモードあるい
はイエローモード)という問題があり、このため白黒表
示ではコントラスト、視認性が低く、またカラー化が極
めて困難であった。
【0004】この問題を解決するために、特開昭63−
167303号、同63−167304号、同63−1
89804号、同63−261302号、同63−14
9624号、特開平1−201607号、同1−201
608号、同1−105217号、特開平2−2853
03号、同2−59702号、同2−24406号、同
2−146002号、同2−257103号、特開平3
−23404号、同3−126012号、同3−181
905号、同3−194503号公報等の明細書に記載
されている様に、位相差板を用いる方法が提案された。
【0005】これらの方法によれば、STN−LCDの
着色が大幅に改善されたが、未だ十分ではなく、また正
面からある角度で見た場合には、コントラストが低下す
る、あるいは背景が着色する等の、視角特性の問題も残
された。
【0006】この視角特性を改良するために、特開平2
−160204号、特開平2−285303号、EP−
0482620A2公報に厚さ方向の主屈折率が面に平
行な主屈折率の少なくともいずれか一方よりも大きい複
屈折フィルムを作成し、これを位相差板として用いるこ
とで、位相差フィルムの視角によるレターデーションの
増大を補償する方法が提案された。また、特開平2−2
56023号、特開平3−141303号、同3−14
122号、同3−24502号公報に、固有複屈折が正
と負のフィルムを各々1枚ずつ、あるいは積層したもの
を位相差板として用いる方法が提案された。さらに特開
平3−72315号公報には1軸延伸フィルムを位相差
フィルムとして2枚以上用い、それらの光軸を液晶のラ
ビング軸と適当な交差角にして積層して用いる方法が提
案されている。
【0007】上記のような複屈折だけを制御した位相差
フィルムを用いる方法では、視角によりコントラストが
低下するという視角特性上の問題点は改良されるがまだ
十分ではなく、視角により背景が着色するという問題も
依然として残されていた。
【0008】また別に、正面から見た場合の、背景の着
色の改良のために、旋光性を有するフィルムを用いる方
法が考案され、たとえば、特開平2−96115号、同
3−35201号公報には、一定角度ずつずらした斜め
蒸着層を積層したフィルムを用いる方法が、又特開平2
−245725号公報には水面展開ポリマー膜を積層し
たフィルムを用いる方法が提案されている。更には、特
開昭62−136602号、特開昭63−149624
号、同63−271433号、特開平1−206318
号、同1−222220号、同3−294821号等公
報には、液晶性ポリマーフィルムを用いる方法が提案さ
れている。
【0009】上記発明では、旋光性を有するフィルムを
用いることにより、正面から見た場合の着色の問題はか
なり改良されるが、この種のフィルムは製造法が複雑で
コスト高になる上、旋光度や、その波長依存性の制御が
困難であるため、完全に背景の着色を補償することはで
きていなかった。また、視角特性の問題は依然として残
されていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、表示
画像における着色が少なく、コントラスト、視認性に優
れ、視角特性が良好な液晶表示装置を提供する事を目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の手段
により達成された。 1)少なくとも、液晶セル、複屈折フィルム、および1
対の偏光板よりなる液晶表示装置で、透明な電極を有す
る2枚の液晶セル基板間にネマチック液晶を挟持してな
る液晶セルを挟んでその両面に一対の偏光板を配置し、
さらに該偏光板の少なくとも片側に複屈折フィルムを有
する構成となっており、前記偏光板の両側に保護フィル
ムを有し、前記ネマチック液晶と前記偏光板の間の該保
護フィルムの少なくとも一方の中に旋光性物質を含むこ
とを特徴とする液晶表示装置。 2)少なくとも、液晶セル、複屈折フィルム、および1
対の偏光板よりなる液晶表示装置で、透明な電極を有す
る2枚の液晶セル基板間にネマチック液晶を挟持してな
る液晶セルを挟んでその両側に一対の偏光板を配置し、
さらに該偏光板の少なくとも片側に複屈折フィルムを有
する構成となっており、前記ネマチック液晶と前記偏光
板の間の透明な液晶セル基板の少なくとも一方の中に旋
光性物質を含むことを特徴とする液晶表示装置。 3)少なくとも、液晶セル、複屈折フィルム、および1
対の偏光板よりなる液晶表示装置で、透明な電極を有す
る2枚の液晶セル基板間にネマチック液晶を挟持してな
る液晶セルを挟んでその両側に一対の偏光板を配置し、
さらに該偏光板の少なくとも片側に複屈折フィルムを有
する構成となっており、前記偏光板の両側に保護フィル
ムを有し、前記ネマチック液晶と前記偏光板の間の該保
護フィルム、該液晶セル基板、あるいは該複屈折フィル
ム上に旋光性物質を含有する層を有することを特徴とす
る液晶表示装置。 4)前記1)、2)、または3)の液晶表示装置におい
て、前記複屈折フィルムが、正の固有複屈折を有するフ
ィルムよりなる位相差フィルムであることを特徴とする
液晶表示装置。 5)前記4)の液晶表示装置において、前記複屈折フィ
ルムにおいて、フィルムの厚み方向の主屈折率がフィル
ム面内の主屈折率の一方よりも大きいことを特徴とする
液晶表示装置。 6)前記1)、2)、または3)の液晶表示装置におい
て、対置する前記偏光板の間の前記複屈折フィルムが正
の固有複屈折を有するフィルムよりなる位相差フィルム
と負の固有複屈折を有するフィルムよりなる位相差フィ
ルムであることを特徴とする液晶表示装置。
【0012】本発明により正面から見た場合の背景の着
色と視角特性が大幅に改善される原因については明らか
ではないが、以下のように考えている。直線偏光はST
N液晶セルを透過することにより、液晶の複屈折性およ
び旋光性のために波長により異なる楕円率と楕円軸を持
つ複雑な楕円偏光になる。また、この楕円偏光は視角に
よっても異なる楕円率と楕円軸となる。背景の完全な着
色除去と視角特性の改善のためには、この波長によって
異なる楕円偏光を軸のそろった直線偏光にもどしてやる
必要がある。本発明においては、適当な旋光性物質をフ
ィルム中に含有させることにより旋光度と旋光分散を独
立に制御することができる。すなわち、本発明の液晶表
示装置においては、複屈折性と旋光性を独立に制御する
ことが可能であり、楕円偏光の楕円率および楕円軸の方
向を独立に変えることができる。
【0013】本発明の旋光性物質は光学活性を示す化合
物で、比旋光度及び波長による旋光分散が大きいものが
好ましい。また、液晶表示装置の透明性を低下させない
ために、可視光の吸収が実質的にないことが好ましい。
また、後述するように、ポリマー溶液に前述した旋光性
物質を添加し、製膜することにより、均質な旋光性を持
ったフィルムが低コストで得られる。但し、この場合に
は旋光性物質はポリマーの溶媒に可溶で、かつポリマー
との親和性がよいものが好ましい。さらに、ポリマーと
共通の溶媒が無い場合には、フィルムに旋光性物質を塗
布してもよい。この場合、バインダーとして適当なポリ
マーを用いても良い。
【0014】本発明の旋光性物質を液晶表示装置中に配
置する方法について述べる。一般に液晶パネルは図1に
示すような構成をとっている。本発明の旋光性物質は、
偏光板保護フィルム1のポリマー中に、溶解あるいは分
散させることが好ましい。また、偏光フィルム2、位相
差フィルム3、または液晶セル4の基板のポリマー中に
溶解あるいは分散させてもよいし、新たなフィルムに溶
解、分散、塗布などを用いて、別のポリマー層として、
前記フィルムまたは基板の間に存在させてもよい。フィ
ルムまたは基板のポリマーと旋光性物質とが共通の溶媒
をもつ場合、あるいは互いに相溶する場合には、それら
を含む溶液を用いた溶液流延、あるいは加熱溶融状態で
の流延のいずれの方法でも本発明の旋光性物質を含有す
るフィルムまたは基板を形成することができる。旋光性
物質の安定性とフィルムの表面の平滑性の点からは、溶
液流延の方が好ましい。
【0015】本発明の旋光性物質を含有するフィルムま
たは基板として用いるポリマーは有機溶剤に溶解するこ
とが好ましく、具体的には、塩化メチレン、ジオキサ
ン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アセトン、メチ
ルエチルケトン、トルエン、シクロヘキサノン、ベンジ
ルアルコール、メチルセルソルブ、酢酸ブチル、等の有
機溶媒が好ましい。該溶液より得られたフィルムの膜厚
は、10−200μmが好ましく、旋光性物質の量は
0.01−10%が好ましい。
【0016】また、フィルムまたは基板として用いるポ
リマーと旋光性物質に共通な溶媒がない場合には、旋光
性物質を含有する層をポリマーフィルム上に塗布しても
よい。この場合、旋光性物質と相溶し、かつ該ポリマー
と密着の良い透明なポリマーをバインダーとして用いる
のが好ましい。旋光性物質が水に可溶な場合には、塗布
液には水溶性バインダーとして、ゼラチン、メチルセル
ロース、アルギン酸、ペクチン、アラビアゴム、プルラ
ン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポ
リアクリルアミド、ポリビニルベンゼンスルホン酸ソー
ダ、ポリエチレングリコールが挙げられる。また、旋光
性物質が水に不溶な場合には、該旋光性物質を上記ポリ
マー水溶液に固体分散したものを塗布液として用いるこ
とが好ましい。さらに、旋光性物質を、ポリマーフィル
ムを溶解させない溶液に溶かして、塗布液として用いて
もよい。
【0017】本発明の旋光性物質を以下に例示するが、
これら具体例にとどまるものではなく、特願平4−17
9962号公報等に記載の既知の化合物を用いることも
できる。また、必要な旋光度及び旋光分散を達成するた
めに2種以上の旋光性物質を組み合わせて用いてもよ
い。なお、式中、Meはメチル基を、Etはエチル基を
示す。
【0018】
【化1】
【0019】
【化2】
【0020】
【化3】
【0021】
【化4】
【0022】
【化5】
【0023】
【化6】
【0024】
【化7】
【0025】
【化8】
【0026】
【化9】
【0027】
【化10】
【0028】
【化11】
【0029】
【化12】
【0030】
【化13】
【0031】
【化14】
【0032】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
複屈折フィルムに用いるポリマーとしては、正または負
の固有複屈折を有するポリマーが好ましく、正の固有複
屈折を有するポリマーの具体例としては、ポリカーボネ
ート、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、
ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリイミド、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等が好ましく、特
にポリカーボネート系高分子、ポリアリレート系高分
子、ポリエステル系高分子、ポリスルホン系高分子等、
固有複屈折値が大きく、溶液製膜により面状の均質なフ
ィルムを作りやすい高分子が好ましい。又、上記ポリマ
ーは、単にホモポリマーだけでなく、コポリマー、それ
らの誘導体、ブレンド物等であってもよい。
【0033】また、負の固有複屈折を有するポリマーの
具体例としては、スチレン系重合体、アクリル酸エステ
ル系重合体、メタアクリル酸エステル系重合体、アクリ
ロニトリル系重合体及びメタアクリロニトリル系重合体
が好ましく、スチレン系重合体が3つの観点即ち、固有
複屈折値の絶対値が大きいこと、透明性に優れ着色がな
いこと、溶液製膜が可能であることから最も好ましい。
【0034】ここでスチレン系重合体とは、スチレン及
びスチレン誘導体のホモポリマー、スチレン及びスチレ
ン誘導体のコポリマー、主鎖または側鎖に少なくとも不
飽和の二重結合を有するポリマーに対して、少なくとも
スチレンあるいはスチレン誘導体を含むモノマーを付加
重合したグラフト重合体、およびブレンド物等を含む。
スチレン誘導体とは例えば、α−メチルスチレン、o−
メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−クロロスチ
レン、o−ニトロスチレン、p−アミノスチレン、p−
カルボキシスチレン、p−フェニルスチレン、2,5−
ジクロロスチレン等が挙げられるが上記に制限されるも
のではない。
【0035】スチレン及びスチレン誘導体(以下STと
略す)とのコポリマー、ブレンド物はSTと適度な成膜
性を有するものであれば特に限定されるものではなく、
相分離構造を有していても透明性等が損なわれなければ
本発明の対象となるものであり、例えば、コポリマーと
してはST/アクリロニトリル、ST/メタアクリロニ
トリル、ST/メタアクリル酸メチル、ST/メタアク
リル酸エチル、ST/α−クロロアクリロニトリル、S
T−アクリル酸メチル、ST/アクリル酸エチル、ST
/アクリル酸ブチル、ST/アクリル酸、ST/メタク
リル酸、ST/ブタジエン、ST/イソプレン、ST/
無水マレイン酸、ST/N−フェニルマレイミド、ST
/イタコン酸、ST/ビニルカルバゾール、ST/n−
フェニルアクリルアミド、ST/ビニルピリジン、ST
/ビニルナフタレン、α−メチルスチレン/アクリルニ
トリル、α−メチルスチレン/メタクリロニトリル、S
T/酢酸ビニルコポリマー及びスチレン/スチレン誘導
体コポリマー等が挙げられる。もちろん、以上に挙げた
二元コポリマー以外にST/αメチルスチレン/アクリ
ロニトリル、ST/N−フェニルマレイミド/アクリロ
ニトリル、ST/αメチルスチレン/メチルメタクリレ
ート等の三元以上のコポリマーも使用することができ
る。
【0036】また主鎖または側鎖に少なくとも不飽和二
重結合を有するポリマーに対して、少なくともスチレン
あるいはスチレン誘導体を含むモノマーを付加重合した
グラフト重合体としては、SBR、SBS、BR等のラ
バーに、スチレンあるいはスチレン誘導体を含むモノマ
ーを付加重合したグラフト重合体を挙げることができ
る。このグラフト重合体の具体例としては、SBRにス
チレン−アクリロニトリルをグラフトしたグラフト重合
体、BRにスチレン−アクリロニトリルをグラフトした
グラフト重合体、SBSにスチレンをグラフトしたグラ
フト重合体等が挙げられる。
【0037】又、ブレンド物は上記のスチレンホモポリ
マー、スチレン誘導体ホモポリマー、スチレン及びスチ
レン誘導体コポリマーおよびグラフト重合体間のブレン
ドはもちろんとして、スチレン及びスチレン誘導体から
なるポリマー(以下PSTと略す)と、PSTを含まな
いポリマーとのブレンド物も使用できる。これらのブレ
ンドは一例としてPST/ブチルセルロース、PST/
クマロン樹脂がある。本発明における負の固有複屈折を
有するポリマーとしては、脆性の点から、主鎖または側
鎖に、少なくともスチレンあるいはスチレン誘導体を含
むモノマーを付加重合したグラフト重合体が好ましい。
【0038】また、本発明に用いられる複屈折のフィル
ムは、光の透過性が70%以上で、実質的に透明で無彩
色であることが好ましく、更に光の透過性が90%以上
で、実質的に透明で無着色であることが好ましい。
【0039】また、本発明の複屈折性のフィルム中で配
向した分子が、LCDの製造工程あるいは加熱により配
向緩和するのを防ぐために本発明の複屈折フィルムに用
いるポリマーのガラス転移点は、好ましくは105℃以
上、より好ましくは110℃以上であり、分子量は特別
に小さいものでなければ特に大きな制約はないが、好ま
しくは重量平均分子量が1万から100万の範囲で、特
に好ましくは3万から70万の範囲である。このポリマ
ーの合成には通常行なわれる方法が適用可能である。
【0040】本発明の液晶セル用プラスチック基板に用
いるポリマーは特に制限はなく、基板とした時に複屈折
を有しない事が好ましい。また、本発明に用いられる液
晶セル用プラスチック基板は光の透過率が75%以上で
実質的に透明であることが好ましく、液晶の劣化の原因
となるカルシウムイオンやナトリウムイオン等を含まな
い事が好ましい。以下実施例によって発明を詳細に説明
する。
【0041】
【実施例】
実施例1 重量平均分子量15万の三酢酸セルロースの15重量%
メチレンクロライド/メタノール(9/1)溶液に、旋
光性物質(SK−1)を三酢酸セルロースに対して、1
重量%で溶解し、この溶液をステンレスバンド上に流延
して、剥離して、旋光補償兼保護フィルム(SH−1)
を作成した。
【0042】実施例2 重量平均分子量15万の三酢酸セルロースの15重量%
メチレンクロライド溶液に、旋光性物質(SK−21)
を三酢酸セルロースに対して、1重量%で溶解し、この
溶液をステンレスバンド上に流延して、剥離して、旋光
補償兼保護フィルム(SH−2)を作成した。
【0043】実施例3 ポリビニルアルコールフィルム上に、三酢酸セルロース
(2重量%)、旋光性物質(SK−1)(1重量%)の
メチレンクロライド溶液を塗布し、溶媒を乾燥させるこ
とにより、旋光補償兼液晶セル基板フィルム(SH−
3)を作成した。
【0044】実施例4 ポリエチレンテレフタレートフィルム上に、石灰処理ゼ
ラチン(14重量%)、L−アスコルビン酸ナトリウム
(1重量%)の水溶液を塗布し、乾燥させることによ
り、旋光補償兼液晶セル基板フィルム(SH−4)を作
成した。
【0045】実施例5 旋光性物質(SK−1)を1g、石灰処理ゼラチンを
0.3g、水を99g混合し、アイガーミル(アイガー
ミル社製)で分散し、旋光性物質分散物(SKB−1)
を得た。この分散物を1軸延伸ポリカーボネートフィル
ム上に、水塗布し、溶媒を乾燥させることにより、旋光
補償兼複屈折フィルム(SH−5)を作成した。
【0046】比較例1 重量平均分子量15万の三酢酸セルロースの15重量%
メチレンクロライド溶液をステンレスバンド上に流延
し、剥離して、フィルム(HF−1)を作成した。
【0047】液晶パネルにおけるコントラストおよび色
見の評価 図2にSTN液晶セルを用いた白黒ディスプレイの液晶
パネルの構成を示すが、これにより評価を行なった。前
記のフィルム、SH−1、SH−2、SH−3、SH−
4、SH−5、HF−1を図2に示す構成の液晶表示装
置に組み込んで、表1に示す構成の1〜6の液晶パネル
を作製した。位相差フィルムD1、D2は、1軸延伸ポ
リカーボネート(C−1)、1軸延伸ポリスチレン系フ
ィルム(D−1)、また3次元屈折率(Nx:延伸軸方
向、Ny:Nxに対して面内垂直方向、Nz:フィルム
厚み方向)がNx>Nz>Nyであるポリカーボネート
フィルム(CN−1)を用いた。得られた液晶パネルの
正面から見た時のコントラスト比(駆動状態と非駆動状
態における輝度比)、その時の背景色の着色状態、更に
コントラスト比が10:1になる上下方向の視野角と、
最大視野角における着色状態を評価した。
【0048】
【表1】
【0049】本発明の旋光補償フィルムを用いた液晶パ
ネルは、正面でのコントラスト比が上昇し、背景の着色
の度合いが小さいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶パネルの構成を示す。
【図2】液晶パネルの配列を示す。
【符号の説明】
1:偏光板保護フィルム 2:偏光フィルム 3:位相差フィルム 4:液晶セル BL:バックライト P1,P2:偏光板 P1−O:偏光板保護フィルム P2−U:偏光板保護フィルム D1,D2:位相差フィルム LC:液晶 LC−O:液晶セル基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも、液晶セル、複屈折フィル
    ム、および1対の偏光板よりなる液晶表示装置で、透明
    な電極を有する2枚の液晶セル基板間にネマチック液晶
    を挟持してなる液晶セルを挟んでその両面に一対の偏光
    板を配置し、さらに該偏光板の少なくとも片側に複屈折
    フィルムを有する構成となっており、前記偏光板の両側
    に保護フィルムを有し、前記ネマチック液晶と前記偏光
    板の間の該保護フィルムの少なくとも一方の中に旋光性
    物質を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも、液晶セル、複屈折フィル
    ム、および1対の偏光板よりなる液晶表示装置で、透明
    な電極を有する2枚の液晶セル基板間にネマチック液晶
    を挟持してなる液晶セルを挟んでその両側に一対の偏光
    板を配置し、さらに該偏光板の少なくとも片側に複屈折
    フィルムを有する構成となっており、前記ネマチック液
    晶と前記偏光板の間の透明な液晶セル基板の少なくとも
    一方の中に旋光性物質を含むことを特徴とする液晶表示
    装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも、液晶セル、複屈折フィル
    ム、および1対の偏光板よりなる液晶表示装置で、透明
    な電極を有する2枚の液晶セル基板間にネマチック液晶
    を挟持してなる液晶セルを挟んでその両側に一対の偏光
    板を配置し、さらに該偏光板の少なくとも片側に複屈折
    フィルムを有する構成となっており、前記偏光板の両側
    に保護フィルムを有し、前記ネマチック液晶と前記偏光
    板の間の該保護フィルム、該液晶セル基板、あるいは該
    複屈折フィルム上に旋光性物質を含有する層を有するこ
    とを特徴とする液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2、または3の液晶表示装置
    において、前記複屈折フィルムが、正の固有複屈折を有
    するフィルムよりなる位相差フィルムであることを特徴
    とする液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 請求項4の液晶表示装置において、前記
    複屈折性フィルムにおいて、フィルムの厚み方向の主屈
    折率がフィルム面内の主屈折率の一方よりも大きいこと
    を特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 請求項1、2、または3の液晶表示装置
    において、対置する前記偏光板の間の前記複屈折フィル
    ムが正の固有複屈折を有するフィルムよりなる位相差フ
    ィルムと負の固有複屈折を有するフィルムよりなる位相
    差フィルムであることを特徴とする液晶表示装置。
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