JPH06194646A - 光学補償フイルムを設けたｔｎ型液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ２枚の電極基板間にＴＮ型液晶を挟持してな
る液晶セルと、その両側に配置した２枚の偏光素子の間
に光学補償素子を配置するＴＮ型液晶表示素子におい
て、光学補償素子の面内の主屈折率をｎx、ｎyとしたと
き、10ｎｍ≦（ｎxーｎy）ｄ≦70ｎｍの条件を満たす光
学補償素子を少なくとも１枚配置したことを特徴とすす
るＴＮ型液晶表示素子。 【効果】 ＴＮ型液晶表示素子の視野角特性が改善さ
れ、視認性に優れた高品位のＴＮ型液晶表示素子を提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係り、
特に表示コントラスト及び表示色の視角特性を改善した
液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本語ワードプロセッサやディスクトッ
プパソコン等のＯＡ機器の表示装置の主流であるＣＲＴ
は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点をもった液
晶表示素子に変換されてきている。現在普及している液
晶表示素子（以下ＬＣＤと称す）の多くは、ねじれネマ
ティック液晶を用いている。このような液晶を用いた表
示方式としては、複屈折モードと旋光モードとの２つの
方式に大別できる。

【０００３】複屈折モードを用いたＬＣＤは、液晶分子
配列のねじれ角９０°以上ねじれたもので、急崚な電気
光学特性をもつ為、能動素子（薄膜トランジスタやダイ
オード）が無くても単純なマトリクス状の電極構造でも
時分割駆動により大容量の表示が得られる。しかし、応
答速度が遅く（数百ミリ秒）、諧調表示が困難という欠
点を持ち、能動素子を用いた液晶表示素子（ＴＦＴ−Ｌ
ＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤなど）の表示性能を越えるまでに
はいたらない。

【０００４】ＴＦＴ−ＬＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤには、液
晶分子の配列状態が９０°ねじれた旋光モードの表示方
式（ＴＮ型液晶表示素子）が用いられている。この表示
方式は、応答速度が速く（数１０ミリ秒）、容易に白黒
表示が得られ、高い表示コントラストを示すことから他
の方式のＬＣＤと比較して最も有力な方式である。しか
し、ねじれネマティック液晶を用いている為に、表示方
式の原理上見る方向によって表示色や表示コントラスト
が変化するといった視角特性があり、ＣＲＴの表示性能
を越えるまでにはいたらない。

【０００５】特開平４−２２９８２８号、特開平４−２
５８９２３号公報などに見られるように、一対の偏光板
とＴＮ液晶セルの間に、位相差フィルムを配置すること
によって視野角を拡大しょうとする方法が提案されてい
る。

【０００６】上記特許公報で提案された位相差フィルム
は、液晶セルの表面に対して、垂直な方向に位相差がほ
ぼゼロのものであり、真正面からはなんら光学的な作用
を及ぼさず、傾けたときに位相差が発現し、液晶セルで
発現する位相差を補償しようというものである。しか
し、これらの方法によってもＬＣＤの視野角はまだ不十
分であり、更なる改良が望まれている。特に、車載用
や、ＣＲＴの代替として考えた場合には、今の視野角で
は全く対応できないのが実状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】液晶分子は、液晶分子
の長軸方向と短軸方向とに異なる屈折率を有することは
一般に知られている。この様な屈折率の異方性を示す液
晶分子にある偏光が入射すると、その偏光は液晶分子の
角度に依存して偏光状態が変化する。ねじれネマティッ
ク液晶の液晶セルの分子配列は、液セルの厚み方向に液
晶分子の配列がねじれた構造を有しているが、液晶セル
中を透過する光は、このねじれた配列の液晶分子の個々
の液晶分子の向きによって逐次偏光して伝搬する。従っ
て、液晶セルに対し光が垂直に入射した場合と斜めに入
射した場合とでは、液晶セル中を伝搬する光の偏光状態
は異なり、その結果、見る方向によって表示のパターン
が全く見えなくなったりするという現象として現れ、実
用上好ましくない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は（１）２枚の
電極基板間にＴＮ型液晶を挟持してなる液晶セルと、そ
の両側に配置された２枚の偏光素子と、該偏光素子の間
に、少なくとも１枚の光学補償フイルムを配置したＴＮ
型液晶表示素子において、前記液晶セルの複屈折率と厚
さの積が300nm〜1200nmであり且つ、光学補償フイルム
の面内の主屈折率をｎx，ｎy、厚さをｄとしたとき10nm
≦（ｎx−ｎy）×ｄ≦70nmである光学補償フイルムを設
けたことを特徴とするＴＮ型液晶表示素子。 （２）２枚の電極基板間にＴＮ型液晶を挟持してなる液
晶セルと、その両側に配置された２枚の偏光素子と、該
偏光素子の間に、少なくとも２枚の光学補償フイルムを
配置したＴＮ型液晶表示素子において、前記２枚の光学
補償フイルムの一方が、ｎx＝ｎy≠ｎzの関係にあり、
もう１枚が、10nm≦（ｎx−ｎy）×ｄ≦70nmである光学
補償フイルムを設けたことを特徴とするＴＮ型液晶表示
素子。（３）２枚の電極基板間にＴＮ型液晶を挟持して
なる液晶セルと、その両側に配置された２枚の偏光素子
と、該偏光素子の間に、少なくとも３枚の光学補償フイ
ルムを配置したＴＮ型液晶表示素子において、前記３枚
の光学補償フイルムのうち２枚が、Ｒｅ値が等しいフイ
ルムの直交積層体であって、もう一枚が、10nm≦（ｎx
−ｎy）×ｄ≦70nmである光学補償フイルムを設けたこ
とを特徴とするＴＮ型液晶表示素子。 （３）前記、10nm≦（ｎx−ｎy）×ｄ≦70nmの特性を有
するフイルムが、一軸延伸フイルムであり、そのｎxの
方向がＬＣセルの主視角に対して略90度である事を特徴
とする前記（１）、（２）または（３）記載のＴＮ型液
晶表示素子。によって達成された。

【０００９】以下、図面を用いてＴＮ型液晶（通常、ね
じれ角がほぼ９０°である）表示素子を例にとり本発明
の作用を説明する。図１、図２、図３は、液晶セルにし
きい値電圧以上の電圧を印加した場合の液晶セル中を伝
搬する光の偏光状態を示したものであり、電圧無印加時
では明状態を示すものである。図２は、液晶セルに光が
垂直に入射した場合の光の偏光状態を示した図である。
自然光０が偏光軸１．１をもつ偏光板１に垂直に入射し
たとき、偏光板１を透過した光は、直線偏光１．３とな
る。

【００１０】図中、３．３は、ＴＮ型液晶セルに十分に
電圧を印加した時の液晶分子の配列状態を、概略的に１
つの液晶分子モデルで示したものである。液晶セル中の
液晶分子３．３の分子長軸が光の進路１．４と平行な場
合、入射面（光の進路に垂直な面内）での屈折率の差が
生じないので、液晶セル中を伝搬する常光と異常光の位
相差が生じず直線偏光１．３は液晶セルを透過すると直
線偏光のまま伝搬する。偏光板２の偏光軸２．１を偏光
板１の偏光軸１．１と垂直に設定すると、液晶セルを透
過した光３．１は偏光板を透過することができず暗状態
となる。

【００１１】図３は、液晶セルに光が斜めに入射した場
合の光の偏光状態を示した図である。入射光の自然光０
が斜めに入射した場合偏光板１を透過した偏光光１．３
はほぼ直線偏光になる。（実際の場合偏光板の特性によ
り楕円偏光になる）。この場合、液晶の屈折率異方性に
より液晶セルの入射面において屈折率の差が生じ、液晶
セルを透過する光３．１は楕円偏光して偏光板２を透過
してしまう。この様な斜方入射における光の透過は、コ
ントラストの低下を招き好ましくない。

【００１２】本発明は、この様な斜方入射におけるコン
トラストの低下を防ぎ、視角特性を改善しようとするも
のである。図１に本発明による構成の一例を示した。偏
光板２と液晶セル３との間に光学補償シ−ト７が配置さ
れている。この光学補償シ−ト７は光学軸が液晶セルに
対して左右方向にある。この様な構成の液晶表示素子に
図３の場合と同様に光が斜方入射し液晶セル３を透過し
た楕円偏光した光３．１は、光学補償フイルム７が透過
する時の位相遅延作用によって楕円偏光が元の直線偏光
に変調され、種々の斜方入射においても同一な透過率が
得られる視角依存性のない良好な液晶表示素子が実現で
きた。

【００１３】本発明によって、液晶表示素子の視野角を
大幅に向上できたことについては以下のように推定して
いる。ＴＮ−ＬＣＤの多くは、ノーマリーホワイトモー
ドが採用されている。このモードにおける視野角特性
は、視角を大きくすることに伴って、黒表示部からの光
の透過率が著しく増大し、結果としてコントラストの急
激な低下を招いている。黒表示は電圧印加時の状態であ
るが、この時には、ＴＮ型液晶セルは、光学軸が、セル
の表面に対する法線方向から若干傾いた正の一軸性光学
異方体とみなすことができる。このわずかな光軸の傾斜
によって真正面でも複屈折が生じるだけでなくセルの上
下方向即ち主視角方向で視野角の著しい非対称性が生
じ、上下どちらか一方または両方向の視野角が著しく損
なわれることになる。これは実際の現象と一致してい
る。

【００１４】本発明による位相差板は、Ｒｅ値が10nm以
上70nm以下と小さくかつ屈折率の大きい方が液晶セルに
対して左右の方向に設定されるために、この真正面に生
じたわずかな複屈折を補償し、上下の視野角の非対称性
を取り除くと共に大幅な視野角改善を達成したものと思
われる。

【００１５】以下、本発明について詳しく説明する。本
発明に使用される、10nm≦（ｎx-ｎy）×ｄ≦70nmの特
性を有する光学補償フイルムは上記特性以外に特に制限
はないが、より好ましくは、ｎx＞ｎy＞ｎzであって20n
m≦（ｎx-ｎy）×ｄ≦50nmである。ここで、ｎx＞ｎy＞
ｎzの方がｎx＞ｎy＝ｎzより好ましい理由は、液晶セル
における電圧ＯＮ状態即ち黒表示ではセル内の液晶は光
軸が法線方向から若干傾いた正の一軸性を示すため、視
野角に伴う複屈折をキャンセルするためにはｎzが小さ
い方が好ましいものと思われる。また、本発明におけ
る、ｎxが液晶セルの主視角に対して略90度ということ
は、（主視角方向±60度）〜（主視角方向±120度）を
意味するが、好ましくは（同±80度）〜（同±100度）
であり、最も好ましくは主視角±90度である。

【００１６】また、本発明において、ｎx＝ｎy≠ｎzの
フイルムと重ねる事によって真正面のコントラストを低
下させずに、視野角特性のコントロールが行える。特に
ＯＮ状態で液晶は正の一軸性と見なせるため、光軸が液
晶セル基板面に対して法線方向にあるｎx＝ｎy＞ｎzの
特性を有するフイルムを併用することによって更に視野
角特性が改善される。このような特性を有するフイルム
は固有複屈折率が正の２軸延伸フイルムや一軸延伸フイ
ルムの直交積層、固有複屈折率が負の分子が厚さ方向に
配向したフイルム等によって実現される。ただし、10nm
≦（ｎx-ｎy）×ｄ≦70nmの特性を有するフイルムのｎz
がｎxやｎyに比較し小さいとき、ｎx＝ｎy≠ｎzの特性
を有するフイルムの特性がｎx＝ｎy＜ｎzであること
が、好ましい事もある、この場合には固有複屈折率が負
の２軸延伸フイルムや負の一軸延伸フイルムの直交積層
が好ましい。

【００１７】また、本発明の光学補償シ−トを得るため
の高分子素材はシ−トとしての光の透過率が８０％以上
であることが好ましい。これらの素材としては、ポリビ
ニルアルコ−ル、ポリビニルブチラ−ル、ポリメチルビ
ニルエ−テル、ポリヒドロキシエチルアクリレ−ト、ヒ
ドロキシエチルセルロ−ス、ヒドロキシプロピルセルロ
−ス、メチルセルロ−ス、ポリカボネート、ポリアリレ
ート、ポリスルホン、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、ポリエーテルスルホン、ポリ
フュニレンスルファイド、ポリフェニレンオキサイド、
ポリアリルスルホン、ポリビニルアルコール、ポリアミ
ド、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、セ
ルロース系重合体、ポリスチレン、ポリメチルメタクリ
レート、ポリアクリロニトリル、又、二元系、三元系各
種共重合体、グラフト共重合体、ブレンド物など好適に
利用されるが、10nm≦（ｎx-ｎy）×ｄ≦70nmの特性を
有する低Ｒｅ値の光学補償シ−トを得る場合、Ｒｅ値の
制御性から考えて固有複屈折が0.02以下であることがさ
らに好ましい。この様な素材としては三酢酸セルロ−ス
等のセルロース系重合体、ポリメチルメタクリレート、
ポリアクリロニトリル、日本ゼオン製のポリオレフィン
系素材である商品名ゼオネックス２８０等が好ましい。

【００１８】次に、本発明の光学補償フイルムの中でも
従来使われていなかった低Ｒｅフイルム（10nm≦（ｎx-
ｎy）×ｄ≦70nm）の製造法について説明する。光学補
償シ−トを製造するプロセスは製膜と延伸によって行わ
れるが、本発明でのＲｅ値が無複屈折フイルムと称して
もよい程度に低く、製膜行程でのわずかな複屈折が大き
な問題となるため、厚さムラや配向歪ムラが生じにくい
溶液製膜が好ましい。溶融製膜等では複屈折ムラや厚み
ムラが大きく、本目的に使用することは難しい。溶液製
膜においても、高分子素材の固有複屈折率が大きいとフ
イルム搬送過程でのフイルムに加わるテンションによる
歪で容易に70nmを越えるＲｅ値が発現し好ましくないこ
とがある。この場合には一旦製膜したフイルムをＴｇ以
上で熱緩和し、複屈折を除去することが必要であるが、
固有複屈折率が0.02以下の高分子素材においては、熱緩
和プロセスがなくともＲｅ値のムラを抑制できる。

【００１９】本発明の10nm≦（ｎx-ｎy）×ｄ≦70nmの
特性を有するフイルムを延伸で得るためには、固有複屈
折率が0.02を越える素材についてはＴｇ＋20度以上の温
度で、配向緩和を十分に進めながら延伸することが低Ｒ
ｅ値のフイルムを高精度で作るために望ましい。固有複
屈折率が0.02以下の素材についてはＴｇ以上で延伸製造
される。また、延伸の方法は縦一軸延伸、横一軸延伸、
アンバランス二軸延伸等好適に利用できるが、ｎx＞ｎy
＞ｎzの特性を得るためには、横一軸延伸、アンバラン
ス二軸延伸のほうが好ましい。延伸倍率はフイルムの厚
さにもよるが、好適に利用される50μｍ〜300μｍのフ
イルムにおいては、６０％以下であり、通常３０％以下
で行われる。

【００２０】以下実施例によって詳細に説明する。

【実施例】

実施例１ ホスゲンとビスフェノ−ルＡの縮合により得られた分子
量12万のポリカ−ボネ−トを二塩化メチレンに溶解し、
18％溶液とした。これをスチ−ルドラム上に流延し、連
続的にはぎ取り乾燥し、厚さ60μｍのフイルムを得た。
このフイルムを島津製作所製のエリプソメ−タ−ＡＥＰ
−１００によって波長632.8ｎｍに於けるＲｅ値を測定
したところ85ｎｍのＲｅ値が発現していた。これは、フ
イルムをスチ−ルドラムからはぎ取るときのテンション
によって発現したものと思われる。 該フイルムを190
度の温度雰囲気で１時間熱緩和したところＲｅ値はほぼ
ゼロとなった。このフイルムを180度の延伸条件でテン
タ−による横一軸延伸で10％の延伸を行ったところ、Ｒ
ｅ値が60ｎｍの複屈折フイルムが得られた。

【００２１】実施例２ 実施例１で得られたＲｅ値がほぼゼロのフイルムを180
度の延伸条件でテンタ−による横一軸延伸で5％の延伸
を行ったところ、Ｒｅ値が30ｎｍの複屈折フイルムが得
られた。

【００２２】実施例３ 日本ゼオン製ポリオレフィン系樹脂ゼオネックス２８０
をトルエン／二塩化メチレン（７５％／２５％）の混合
溶媒に溶解し固形分２５％の溶液とした。これをスチ−
ルバンド上に流延し、厚さ100μｍのゼオネックスフイ
ルムを得た。このフイルムはＡＥＰ−１００の測定でＲ
ｅ値はほぼゼロであった。該フイルムを145度の温度条
件で、周速の異なるロ−ル間で延伸倍率5％の縦一軸延
伸を行い、Ｒｅ値52ｎｍの複屈折フイルムを得た。

【００２３】実施例４ 日本ゼオン製ポリオレフィン系樹脂ゼオネックス２８０
をトルエン／二塩化メチレン（７５％／２５％）の混合
溶媒に溶解し固形分２５％の溶液とした。これをスチ−
ルバンド上に流延し、厚さ100μｍのゼオネックスフイ
ルムを得た。このフイルムはＡＥＰ−１００の測定でＲ
ｅ値はほぼゼロであった。該フイルムを155度の温度条
件で、周速の異なるロ−ル間で延伸倍率5％の縦一軸延
伸を行い、Ｒｅ値21ｎｍの複屈折フイルムを得た。

【００２４】実施例５ 日本ゼオン製ポリオレフィン系樹脂ゼオネックス２８０
をトルエン／二塩化メチレン（７５％／２５％）の混合
溶媒に溶解し固形分２５％の溶液とした。これをスチ−
ルバンド上に流延し、厚さ100μｍのゼオネックスフイ
ルムを得た。該フイルムをロング延伸機にて150゜の温
度条件で20％の２軸延伸を行ない、ｎx＝ｎy＞ｎzのフ
イルムを得た。

【００２５】実施例６ 実施例１で得られた熱緩和後のＲｅ値ゼロのフイルムを
180度の温度条件で18％の横一軸延伸（テンター延伸）
を行い、Ｒｅ値110ｎｍの光学補償フイルムを得た。

【００２６】実施例７ 実施例１〜７のフイルムについてアッベの屈折率計で延
伸軸方向の屈折率を測定し、３軸方向の屈折率の大小関
係を精度よく見るために正面Ｒｅ値及びＲｅ値の視野角
特性をＡＥＰ−１００によって測定し、その結果から計
算によって求めた。結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例８ 視野角特性の評価 一対の偏光板の間に複屈折率0.110のネマチック液晶が9
0度の捻れ角で且つ、厚さ4.5 μｍのギャップサイズで
挟み込まれた液晶セルと該偏光板（観察者側検光板）の
間に、実施例１〜７で得たフイルムを装着した場合及
び、装着しない場合について、大塚電子製 ＬＣＤ−５
０００にて０Ｖ／５Ｖの（白／黒）コントラスト１０基
準の上下左右の視野角を測定した。結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】本発明によれば、ＴＮ型液晶表示素子の視
角特性が改善され、視認性にすぐれる高品位表示の液晶
表示素子を提供することができる。また、本発明をＴＦ
ＴやＭＩＭなどの３端子、２端子素子を用いたアクティ
ブマトリクス液晶表示素子に応用しても優れた効果が得
られることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構成の１実施例を説明
する図である。

【図２】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成図と表示面に
垂直に光が入射する場合の光の透過状態を説明する図で
ある。

【図３】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成図と表示面に
斜めに光が入射する場合の光の透過状態を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１、２：偏光板 １．１、１．２：−偏光軸 ３：ＴＮ液晶セル ７：光学異方性素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の電極基板間にＴＮ型液晶を挟持し
   てなる液晶セルと、その両側に配置された２枚の偏光素
   子と、該偏光素子の間に、少なくとも１枚の光学補償フ
   イルムを配置したＴＮ型液晶表示素子において、前記液
   晶セルの複屈折率と厚さの積が300nm〜1200nmであり且
   つ、光学補償フイルムの面内の主屈折率をｎx，ｎy、厚
   さをｄとしたとき10nm≦（ｎx−ｎy）×ｄ≦70nmである
   光学補償フイルムを設けたことを特徴とするＴＮ型液晶
   表示素子。
2. 【請求項２】 ２枚の電極基板間にＴＮ型液晶を挟持し
   てなる液晶セルと、その両側に配置された２枚の偏光素
   子と、該偏光素子の間に、少なくとも２枚の光学補償フ
   イルムを配置したＴＮ型液晶表示素子において、前記２
   枚の光学補償フイルムの一方が、ｎx＝ｎy≠ｎzの関係
   にあり、もう１枚が、10nm≦（ｎx−ｎy）×ｄ≦70nmで
   ある光学補償フイルムを設けたことを特徴とするＴＮ型
   液晶表示素子。
3. 【請求項３】 ２枚の電極基板間にＴＮ型液晶を挟持し
   てなる液晶セルと、その両側に配置された２枚の偏光素
   子と、該偏光素子の間に、少なくとも３枚の光学補償フ
   イルムを配置したＴＮ型液晶表示素子において、前記３
   枚の光学補償フイルムのうち２枚が、Ｒｅ値が等しいフ
   イルムの直交積層体であって、もう１枚が、10nm≦（ｎ
   x−ｎy）×ｄ≦70nmである光学補償フイルムを設けたこ
   とを特徴とするＴＮ型液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記、10nm≦（ｎx−ｎy）×ｄ≦70nmの
   特性を有するフイルムが、一軸延伸フイルムであり、そ
   のｎxの方向がＬＣセルの主視角に対して略90度である
   事を特徴とする請求項１、２または３記載のＴＮ型液晶
   表示素子。