JPH06194647A

JPH06194647A - 光学補償シ−トを用いた液晶表示素子

Info

Publication number: JPH06194647A
Application number: JP4347287A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mori; 裕行森
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-15
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2811396B2

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枚の光学補償シート
を配置した液晶表示素子において、該光学補償シートの
うちの１枚の光学補償シートのレターデーションと他の
光学補償シートのレターデーションの差が５〜１００ｎ
ｍであることを特徴とする液晶表示素子。【効果】ＴＮ型液晶表示素子の視角特性が改善され、
視認性に優れる高品位表示の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、表示コントラスト及び
表示色の視角特性改良され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上の問題があり、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よ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、現状の視野角
では全く対応できないのが実状である。

【０００７】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、液晶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】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＴＮ型液晶
セルにおいて、正面コントラストを低下させずに、表示
コントラスト及び表示色の視角特性の改善された液晶表
示素子を提供するものである。

【０００９】

【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）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枚の光学補償シートを配
置した液晶表示素子において、該光学補償シートのうち
の１枚の光学補償シートのレターデーションと他の光学
補償シートのレターデーションの差が５〜１００ｎｍで
あることを特徴とする液晶表示素子。（２）レターデーションの差が５〜１００ｎｍである
２枚の光学補償シートを、遅相軸のなす角が９０±３５
゜となるように組み合わせることを特徴とする前記
（１）に記載の液晶表示素子。（３）レターデーションの大きい方の光学補償シート
の遅相軸の方向が、液晶セルの主視角に対して略９０゜
であることを特徴とする前記（２）に記載の液晶表示素
子。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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、同時に、正
面のコントラスト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との間に本発明の光学補償シートの積層体７が配置
されている。この光学補償シートの積層体７は２枚一組
で光学軸に対して光が入射する角度が大きくなる程大き
く偏光する複屈折体と同様な働きをする。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
シートの積層体７を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。

【００１４】本発明によって、液晶表示素子の視角特性
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、ノーマルーホワイトモ
ードが採用されている。このモードにおいて、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
いていることになる。黒表示は電圧印加時の状態である
が、この時には、ＴＮ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はなく、セルの上下方
向すなわ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。

【００１５】本発明による光学補償シートの組は、レタ
ーデーションの差が５〜１００ｎｍである光学補償シー
トが少なくとも２枚含まれているので、この真正面に生
じたわずかな複屈折を補償し、主視角方向の非対称性を
改善するとともに、大幅な視角特性改善を達成したもの
と思われる。

【００１６】本発明におけるレターデーションとは、波
長６３２．８ｎｍの光に対する光学補償シートの面内の
主屈折率をｎｘ、ｎｙ（ｎｘ＞ｎｙ）とし、光学補償シ
ートの厚さをｄとしたとき、（ｎｘ−ｎｙ）×ｄであ
る。

【００１７】本発明においては、光学補償シートを少な
くとも２枚使用し、そのうちの少なくとも一枚のレター
デーションとその他の光学補償シートのうちの少なくと
も一枚のレターデーションの差が５ｎｍ以上１００ｎｍ
以下であることが好ましい。より好ましくは１０ｎｍ以
上７０ｎｍ以下である。

【００１８】図１では光学補償シートの積層体を液晶セ
ルの後においてあるが、光学補償シートの位置は偏光素
子の間にあればどこであってもよい。例えば、液晶セル
の前に積層しても構わないし、液晶セルの前後にわけて
おいても構わない。また、光学補償シートを本発明の２
枚を含めて、３枚以上用いてもよい。

【００１９】本発明における光学補償シートの組が配置
される角度は、レターデーションの差が５ｎｍ以上１０
０ｎｍ以下である２枚の光学補償シートの遅相軸同士が
９０±３０゜となるように組み合わせることが好まし
い。好ましくはレターデーションの大きい方の光学補償
シートの遅相軸が液晶セルの主視角軸に対して略９０゜
に配置することである。

【００２０】本発明における光学補償シートは、好まし
くは高分子のフィルムまたは板状物として提供される
が、該光学補償シートの光の透過率は８０％以上が好ま
しく、９０％以上が更に好ましい。

【００２１】また、本発明における光学補償シートに使
用される高分子素材は特に制限はないが、ポリカーボネ
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、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレン
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、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、、ポリ
メチルメタクリレート、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、また、二元
系、三元系、各種重合体、グラフト共重合体、ブレンド
物など好適に利用される。また、正または負の固有複屈
折を有する低分子液晶を高分子マトリックス中に分散し
たシートなどを使用しても構わない。

【００２２】本発明に使用される光学補償シートは、上
記の高分子素材を一軸延伸またはアンバランス二軸延伸
して得られる。一軸延伸は通常知られているような縦一
軸または横一軸どちらでもよい。

【００２３】以下実施例によって詳細に説明する。

【実施例】ホスゲンとビスフェノールＡの縮合により得
られた分子量１２万のポリカーボネートを二塩化メチレ
ンに溶解し、１８％溶液とした。これをスチールドラム
上に流延し、連続的にはぎ取り乾燥し、厚さ６０μｍの
フィルムを得た。このフィルムを島津製作所製のエリプ
ソメーターＡＥＰ−１００によって波長６３２．８ｎｍ
におけるレターデーション値を測定したところ８５ｎｍ
であった。これはフィルムをスチールドラムはぎ取ると
きのテンションによって発現したものと思われる。該フ
ィルムを１９０゜の雰囲気で１時間熱緩和したところレ
ターデーション値はほぼゼロとなった。このフィルムを
１８０゜の延伸条件で縦一軸延伸で延伸倍率を変え、レ
ターデーション値の異なるフィルムを作成した（サンプ
ルＡ〜Ｅ）。

【００２４】

【表１】

【００２５】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％／２
５％）の混合溶媒に溶解し、固形分２５％の溶液とし
た。これをスチールバンド上に流延し、厚さ１００μｍ
のゼオネックスフィルムを得た。このフィルムはＡＥＰ
−１００の測定でレターデーション値はほぼゼロであっ
た。該フィルムを１５５゜の温度条件で、縦一軸延伸で
延伸倍率を変え、レターデーション値の異なるフィルム
を作成した（サンプルＦ〜Ｈ）。

【００２６】

【表２】

【００２７】複屈折性の評価作成したサンプルは島津製作所製エリプソメーターＡＥ
Ｐ−１００を用いて、面内方向における屈折率の最大値
ｎｘ、最小値ｎｙの測定を行った。サンプルの厚みをｄ
として、（ｎｘ−ｎｙ）×ｄを厚み方向のレターデーシ
ョンとした。

【００２８】液晶セルにおける視角特性の評価一対の偏光素子の間に複屈折率０．１１０のネマチック
液晶が９０゜の捻れ角で、かつ、厚さ４．５μｍのギャ
ップサイズで挟み込まれた液晶セルと該偏光素子の間
に、光学補償シートを装着した場合、及び装着しない場
合について、大塚電子製ＬＣＤ−５０００にて０Ｖ／５
Ｖ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。その結果を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３から、本発明である実施例１〜７は視
角特性に優れていることがわかる。

【００３１】

【本発明の効果】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
ＴＦＴ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。

【００３２】

【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：光学補償シートの組

Claims

【特許請求の範囲】

【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２枚の光学補償シー
トを配置した液晶表示素子において、該光学補償シート
のうちの１枚の光学補償シートのレターデーションと他
の光学補償シートのレターデーションの差が５〜１００
ｎｍであることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】レターデーションの差が５〜１００ｎｍ
である２枚の光学補償シートを、遅相軸のなす角が９０
±３５゜となるように組み合わせることを特徴とする請
求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】レターデーションの大きい方の光学補償
シートの遅相軸の方向が、液晶セルの主視角に対して略
９０゜であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示
素子。