JPH06289382A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH06289382A
JPH06289382A JP5072529A JP7252993A JPH06289382A JP H06289382 A JPH06289382 A JP H06289382A JP 5072529 A JP5072529 A JP 5072529A JP 7252993 A JP7252993 A JP 7252993A JP H06289382 A JPH06289382 A JP H06289382A
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liquid crystal
wavelength
display device
birefringence
crystal display
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Osamu Ito
理 伊東
Katsumi Kondo
克己 近藤
Naoki Kikuchi
直樹 菊地
Hitomi Madokoro
比止美 間所
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Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Japan Display Inc
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Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高コントラスト比で視認性に優れかつ低コスト
の液晶表示装置を供給する。 【構成】ツイステッドネマチック液晶層を透過した波長
450nm、500nm、550nm、600nm、650nmの光の規格化スト
ークスパラメータＳ1'、Ｓ2'の回帰直線51との偏差の自
乗和が0.05以下と成る印加電圧において暗表示を行い、
光学補償層の遅相軸52と回帰直線51がＳ3'軸方向からみ
たポアンカレ球上で直交し、光学補償層の位相差δ(λ)
はδ(λ)＝180n±arctan((Ｓ1'cos2θ−Ｓ2'sin2θ)/Ｓ
3')より定まり、上側偏光板の吸収軸53は回帰直線がポ
アンカレ球の赤道と交差する点Ａ、Ｂを通る様に設定す
る。 【効果】高コントラスト比で視認性に優れかつ低コスト
の液晶表示装置が得られる

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、特に、
単純マトリクス型の駆動手段を用いて、大画面、高精細
表示が可能なスーパーツイステッドネマチック型液晶表
示装置(ＳＴＮ−ＬＣＤ)に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の液晶表示装置は、電極を備えた
一対の対向基板と、スーパーツイステッドネマチック型
液晶からなる液晶層と、二枚の偏光板と、少なくとも二
値以上の電圧を印加可能な駆動手段とから構成される。
対向基板は、液晶層を挟持し、偏光板は、対向基板の外
側に配置される構造となっている。
【０００３】ＳＴＮ−ＬＣＤは、(ｉ)従来のツイステッ
ドネマチック型液晶表示装置において90°であったツイ
スト角を180°以上とし、(ii)偏光板の透過軸と基板の
配向処理方向の成す角を45°とする複屈折モードを用い
たことにより、単純マトリクス駆動による、大画面、高
精細表示が可能となっている。
【０００４】しかし、(ii)の副作用として、表示の着
色、コントラスト比の低下等の問題が起こった。コント
ラスト比は、（明状態の透過率／暗状態の透過率）で表
されるが、ここでは、暗状態の透過率が大きくなるた
め、コントラスト比が悪化する。
【０００５】ＳＴＮ−ＬＣＤに複屈折性のプラスチック
フィルムを加えた位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤでは、表示
の着色はほぼ解消されたものの、コントラスト比は、高
々20：１程度であった。
【０００６】これに対して、特開平2-37321号、特開平2
-67518号、特開平3-13916号、特開平3-13917号公報、特
開平4-190325号、特開平4-215619号の各公報、および、
“K.Kumagawa et al,JAPAN DISPLY '89,pp.312-315”に
おいて、種々の対策が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】特開平2-37321号公報
に開示される技術では、位相板の複屈折波長分散を液晶
組成物のそれと一致させることにより、位相板方式ＳＴ
Ｎ−ＬＣＤの高コントラスト比化を図っている。しか
し、ツイステッドネマチック層は、ねじれ構造を有する
ため、その光学特性はねじれのないバルク状液晶組成物
のそれとは全く異なる。従って、位相板に求められる光
学特性は、バルク状液晶組成物のものと同一であれば良
いというだけものではなく、この手法では、現状を上回
るコントラスト比は実現できない。
【０００８】また、特開平2-67518号公報に開示される
技術では、位相板に、配向複屈折が正及び負の２種類の
樹脂を用いている。位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤは、急峻
なしきい値特性を有するため、その光学特性は印加電圧
の変化にともない急激に変化する。また、位相板方式Ｓ
ＴＮ−ＬＣＤの光学特性には波長分散があり、これもま
た、印加電圧の変化にともない急激に変化する。そのた
め、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの表示特性は、位相板と
偏光板の配置、ＳＴＮ−ＬＣＤの駆動条件、位相板の光
学特性等に大きく依存する。特開平2-67518号公報に開
示される技術では、これらの緒条件の最適化がなされて
いない。ただ、単に位相板の材質を変え、枚数を増やす
だけでは、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの高コントラスト
比化は実現できるものではない。
【０００９】特開平3-13916号公報に開示される技術で
は、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤに複屈折波長分散がお互
いに異なる２枚の位相板を延伸軸方向が直交するように
積層したものを用いている。しかし、特開平3-13916号
公報において用いられている複屈折性媒体の波長550nm
におけるリタデーションは、約600nmであるのに対し、
後述する（２）式で定義される複屈折波長分散は0.32で
ある。このような複屈折性媒体を用いたのでは、現状を
上回るコントラスト比は実現できない。
【００１０】特開平3-13917号公報に開示される技術で
は、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤに複屈折波長分散がお互
いに異なる２枚の位相板を延伸軸方向が平行になるよう
に積層したものを用いている。しかし、これに関して
も、特開平3-13916号公報の技術と同様のことが言え
る。
【００１１】また、JAPAN DISPLY '89,pp.312-315”に
おいて、K.Kumagawaらは、２枚の位相板を用いた、ＳＴ
Ｎ−ＬＣＤのコントラスト比向上方法を発表している。
液晶層を通過した時点で、各波長の透過光の偏光状態
は、Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球上に弧を描いて分
布している。そこで、これを、１枚目の位相板を用いて
直線上の分布に変換し、さらに、２枚目の位相板を用い
てポアンカレ球上の赤道上の一点に集中させることによ
り、コントラスト比を向上している。
【００１２】これは、位相板の複屈折波長分散を任意に
制御できるならば、厳密に成り立つ。しかし、実際に
は、位相板の複屈折は、ある限られた波長分散しかとら
ない。このため、これを、任意に制御することはできな
い。したがって、１枚目の位相板に関していえば、各波
長の透過光偏光状態の分布を完全な直線状態に変換する
ことはできない。また、２枚目の位相板も、これを赤道
上の一点に集中させることはできない。
【００１３】また、液晶層の光学特性、特に、その印加
電圧依存性については、K.Kumagawaらは、何ら言及して
いない。
【００１４】なお、特開平4-190325号、特開平4-215619
号の各公報に開示される技術も、K.Kumagawaらと同様の
内容を示しており、同じ問題がある。
【００１５】本発明は、ＳＴＮ−ＬＣＤのコントラスト
比を向上し、視認性に優れた液晶表示装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一態様によれば、電極を備えた一対の対向
基板と、液晶層と、二枚の偏光板と、少なくとも一層の
光学補償層と、少なくとも二値以上の電圧を印加可能な
駆動手段から構成され、対向基板は、液晶層を挟持し、
偏光板は、対向基板の外側に配置され、かつ、光学補償
層は、偏光板と対向基板との間に配置されている構造を
有する液晶表示装置であって、駆動手段は、液晶層を透
過した複数の波長の光を、それぞれ規格化ストークスパ
ラメ−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')で表したとき、そのうちＳ
3'が、すべての波長の光について、同じ符号をとるよう
になる印加電圧を、暗表示において、液晶層に印加する
ものであり、光学補償層は、液晶層が、これを透過した
複数の波長の光のそれぞれの規格化ストークスパラメ−
タＳ3'が、すべての波長の光について、同じ符号をとる
状態であるときの、リタデーションの波長分散特性と、
実質的に一致するリタデーションの波長分散特性を有す
るものであり、かつ、光学補償層は、その遅相軸が、液
晶層を透過した複数の波長の光の規格化ストークスパラ
メ−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')のうち、Ｓ1'とＳ2'に関して
求められる回帰直線と、Ｓ3'軸方向から見たポアンカレ
球上において交差するように配置され、偏光板のうち、
光学補償層が存在する側にあるものは、その吸収軸が、
前記回帰直線がＳ3'軸方向から見たポアンカレ球上にお
いて赤道と交差する２点のうちのいずれかを通る角度に
設定されることを特徴とする液晶表示装置が提供され
る。
【００１７】駆動手段は、液晶層を透過した複数の波長
の光の規格化ストークスパラメ−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')
のうち、Ｓ1'とＳ2'に関して回帰直線を求め、該回帰直
線と各波長の透過光のＳ1'、Ｓ2'との偏差の自乗和が、
予め定めた値以下となる印加電圧において暗表示を行う
構成とすることができる。
【００１８】回帰直線がＳ3'軸方向から見たポアンカレ
球上においてＳ1'軸となす角を２θとし、光学補償層の
複数の波長のそれぞれにおける位相差δ(λ)は、ｎを任
意の整数とする(１)式で定めることができる。
【００１９】 δ(λ)＝180ｎ±arctan((Ｓ1'cos２θ−２Ｓ2'sin２θ)／Ｓ3') (１) より具体的な態様としては、例えば、次のように構成さ
れる。電極を備えた一対の対向基板と、液晶層と、二枚
の偏光板と、少なくとも一層の光学補償層と、少なくと
も二値以上の電圧を印加可能な駆動手段から構成され、
対向基板は、液晶層を挟持し、偏光板は対向基板の上下
に配置され、かつ、光学補償層は、偏光板と対向基板の
間に配置されている液晶表示装置において、例えば、以
下(１)から(４)を行う。
【００２０】(１) 液晶層を透過した波長450nm、500n
m、550nm、600nm、650nmの光の規格化ストークスパラメ
−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')のうち、Ｓ1'とＳ2'に関して回
帰直線を求め、該回帰直線と各波長の透過光のＳ1'、Ｓ
2'との偏差の自乗和が0.05以下となる印加電圧において
暗表示を行う。
【００２１】(２) 光学補償層の平面内の２つの光学的
主軸のうち屈折率の大きいものを遅相軸と定義すると、
Ｓ3'軸方向から見たポアンカレ球上において光学補償層
の遅相軸52とが直交する様に該回帰直線を設定する。
【００２２】(３) 該回帰直線がＳ3'軸方向から見たポ
アンカレ球上においてＳ1'軸となす角を２θとし、該光
学補償層の波長450nm、500nm、550nm、600nm、650nmに
おける位相差δ(λ)を(１)式で定める。
【００２３】(４) 回帰直線がＳ3'軸方向から見たポア
ンカレ球上において赤道と交差する点を点Ａ、点Ｂとす
ると、上側偏光板の吸収軸53を点Ａ、点Ｂのいずれかを
通る角度に設定する。
【００２４】液晶としては、ツイステッドネマチック液
晶層を用い、かつそのツイスト角を180°以上、270°以
下とする。該ツイステッドネマチック液晶層は、その層
厚ｄLCと複屈折ΔｎLCの積ΔｎLCｄLCを、0.75μm以上
1.0μm以下とすることができる。また、液晶の電極に直
接駆動型のＸＹマトリクス電極を用いる構成とすること
ができる。そして、駆動手段の印加する少なくとも二値
以上の電圧のうち最も高電圧において暗表示を行い、波
長550nmにおける位相差が、(１)式においてｎ＝０、第
２項の符号を＋とするように決定される。
【００２５】光学補償層は、波長650nmにおける複屈折
をΔｎR、波長550nmにおける複屈折をΔｎG、波長450nm
における複屈折をΔｎBとして、(２)式で定義される複
屈折波長分散を有する構成とすることができる。
【００２６】 複屈折波長分散＝(ΔｎB−ΔｎR)／ΔｎG (２) また、光学補償層は、複屈折波長分散がお互いに異なる
少なくとも二枚の複屈折媒体(位相板Ａ、位相板Ｂ)の積
層体を用い、位相板Ａ、位相板Ｂの遅相軸を交差させて
構成される。例えば、光学補償層は、その複屈折波長分
散が、0.5以上、3.0以下であり、かつ、波長550nmにお
けるリタデーションが50nm以上、200nm以下に設定され
る。
【００２７】対向基板は、電極で覆われない部分を覆う
ブラックマトリクスをさらに備える。
【００２８】また、位相板Ａは、その複屈折波長分散を
(２)式の定義で0.0001以上、0.1未満に設定し、位相板
Ｂは、その複屈折波長分散を0.1以上、0.3以下に設定す
る。また、位相板Ａのリタデーションを位相板Ｂのリタ
デーションよりも小さく設定する。さらに、光源側偏光
板の透過軸と位相板Ｂの光学軸の成す角を30°以下に設
定する。
【００２９】また、液晶層は、ツイステッドネマチック
液晶層であり、そのツイスト角が180°以上、270°以下
であり、ツイステッドネマチック液晶層の層厚ｄLCと複
屈折ΔｎLCの積ΔｎLCｄLCが0.75μm以上1.0μm以下で
あり、液晶に電圧を印加する電極は、直接駆動型のＸＹ
マトリクス電極であり、駆動手段の印加する少なくとも
二値以上の電圧のうち最も高電圧において暗表示を行
い、波長550nmにおける位相差が、(ａ)〜(ｅ)の内のい
ずれかの方法で決定される。
【００３０】(ａ) (１)式においてｎ＝１、第２項の符
号を＋とする。
【００３１】(ｂ) (１)式においてｎ＝２、第２項の符
号を＋とする。
【００３２】(ｃ) (１)式においてｎ＝１、第２項の符
号を−とする。
【００３３】(ｄ) (１)式においてｎ＝２、第２項の符
号を−とする。
【００３４】(ｅ) (１)式においてｎ＝３、第２項の符
号を−とする。
【００３５】光学補償層は、複屈折波長分散を(２)式で
定義され、複屈折波長分散がお互いに異なる二枚の複屈
折媒体(位相板Ａ、位相板Ｂ)の積層体で構成される。位
相板Ａ、位相板Ｂは、それらの遅相軸を交差、例えば、
直交するように設定し、光学補償層の複屈折波長分散を
-1.0以上、0.0以下に設定し、かつ、光学補償層の波長5
50nmにおけるリタデーションを300nm以上に設定する。
【００３６】位相板Ａは、その複屈折波長分散を(２)式
の定義で0.0001以上、0.1未満に設定し、位相板Ｂの複
屈折波長分散を0.1以上、0.3以下に設定する。また、位
相板Ａは、そのリタデーションを位相板Ｂのリタデーシ
ョンよりも大きく設定される。 更に、光源側偏光板の
透過軸と位相板Ａの光学軸の成す角を30°以下になるよ
うに設定する。
【００３７】
【作用】本発明の作用の説明に先立ち、液晶表示装置の
高コントラスト化方法について、位相板方式ＳＴＮ−Ｌ
ＣＤを例にとり、本発明の原理に即した形で簡単に説明
する。
【００３８】液晶表示装置は、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態間
の透過光の偏光状態変化を利用して表示を行っている。
従って、液晶表示装置の高コントラスト化の検討におい
ては、偏光状態の解析が重要である。ここでは、偏光状
態の記述にストークスパラメータ(Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3)
を用いることにする。ストークスパラメータは、偏光の
Ｘ軸成分ＥX、Ｙ軸成分ＥY、両者の位相差δを用いて次
式で定義される。
【００３９】 Ｓ0＝ＥX 2＋ＥY 2 (３) Ｓ1＝ＥX 2−ＥY 2 (４) Ｓ2＝２ＥXＥYcosδ (５) Ｓ3＝２ＥXＥYsinδ (６) ここで、Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3を、Ｓ0で規格化した規格化スト
ークスパラメータを(Ｓ1'，Ｓ2'，Ｓ3')とすると、あら
ゆる偏光状態は、規格化ストークスパラメータの組合せ
で表される。さらに、Ｓ1'，Ｓ2'，Ｓ3'の間には、次式
の関係が成り立つ。
【００４０】 Ｓ1'2＋Ｓ2'2＋Ｓ3'2＝１ (７) 即ち、あらゆる偏光状態は、(Ｓ1'，Ｓ2'，Ｓ3')を３軸
とする空間内の半径１の球(ポアンカレ球)上の点に対応
する。この時、ポアンカレ球の赤道上の点は、直線偏光
を、両極の点は、回転方向の逆な円偏光を、その他の点
は、楕円偏光それぞれを表す。また、複屈折性媒体、偏
光板の作用も、ポアンカレ球上で評価することができ
る。
【００４１】図31は、Ｓ3'軸方向から見たポアンカレ球
であり、複屈折性媒体による偏光状態の変換を示す。破
線は、複屈折性媒体の遅相軸であり、そのポアンカレ球
上での角度２θは実空間での遅相軸角度θに対応する。
また、図31中の黒丸は、複屈折性媒体に入射する前の偏
光状態、白丸は、複屈折性媒体を出射した後の偏光状態
である。図31に示すように、位相板による偏光状態の変
換は、Ｓ3'軸方向から見たポアンカレ球上では、その光
軸の垂直方向への直線移動として表される。移動する距
離(ポアンカレ球上での角度δ)は、次式で表される。
【００４２】 δ(λ)＝２πΔｎ(λ)ｄ／λ (８) ここで、Δｎ(λ)：位相板の複屈折 ｄ：位相板の厚さ λ：透過光の波長 高コントラスト化のためには、暗状態における全可視波
長の透過偏光をポアンカレ球上の赤道上の一点に集中す
るのが理想的である。なぜならば、この時、可視波長の
偏光は、全て振動方向の等しい直線偏光となり、偏光板
で完全に吸収され、完全な暗状態が実現されるからであ
る。
【００４３】本発明者らは、液晶層を透過した光の偏光
状態を偏光解析法を用いて測定した。サンプルにはツイ
ステッドネマチック液晶層を用いた。その結果、高電圧
印加時のツイステッドネマチック液晶層の光学特性は、
複屈折性に近く、高コントラスト化に好都合であること
を見出した。
【００４４】図２(a)、図２(b)、図３(c)、図３(d)に、
液晶層を透過した時点での透過光の偏光分散を示す。図
２中の黒点は、ポアンカレ球上の北半球に位置し(Ｓ3'
＞０)、白点は、南半球に位置する(Ｓ3'＜０)。図２(a)
はしきい値電圧印加時、図２(b)、図３(c)、図３(d)
は、それぞれしきい値電圧の1.025倍、1.05倍、1.075倍
の電圧を印加した時のものである。各波長の透過光は、
赤道上に位置せず、ポアンカレ球上に広く分布してお
り、理想の状態からほど遠いことがわかる。
【００４５】位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤは、位相板を用
いて各波長の透過光を赤道上の一点に集中させようとす
るものである。図１で説明した位相板の作用から自明な
ように、一枚の位相板を用いてこれを行う場合、各波長
の透過光は、Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球上に直線
状に分布していなければならない。また、多数の位相板
を用いる場合でも、各波長の透過光が、Ｓ3軸方向から
見たポアンカレ球上に直線状に分布している方が好都合
である。
【００４６】図２(a)に示したしきい値電圧印加時に
は、各波長の透過光は、円弧状に分布しているが、図２
(b)、図３(c)と印加電圧が高電圧になるにつれて、各波
長の透過光の分布は直線状に近ずき、図３(d)では、ほ
ぼ直線状となる。
【００４７】従って、２値以上の印加電圧の内、高電圧
において暗表示を行うノーマリオープン型の場合、位相
板のリタデーションを透過光の偏光分散に合わせること
により、１枚の位相板を用いて高コントラスト化を達成
することが可能である。規格化ストークスパラメータの
変換は、ミュラー行列の演算で表され、今問題にしてい
る１枚の位相板による偏光状態の変換については次式の
様になる。
【００４８】
【数１】
【００４９】ここで、θは位相板の遅相軸角度、δは位
相板の位相差((８)式で定義される)である。このうち、
θは、図２より求めることができる。その方法を図４に
示す。各波長の透過光からの偏差が最小となるような直
線を引き(図４中の一点鎖線)、さらに、これに垂直な直
線を引く(図４中の破線)。図４中の破線がＳ1軸と成す
角が２θとなる。δとその波長分散は、(９)式から求め
ることができる。(Ｓ1'，Ｓ2'，Ｓ3')は、ポアンカレ球
の赤道上にあるため、Ｓ3'＝０であり、これよりδ(λ)
を求める(１)式が導出される。なお、(１)式において、
位相差の単位は、degree、arctanの定義域は０°以上18
0°未満とした。
【００５０】各波長の透過光をポアンカレ球の赤道上に
集める方法(分散補償)は無数に存在するが、本発明で
は、この内、現実的な６つを例にとり、図37-39に示し
た様に分類、命名する。以下にそれぞれについて説明す
る。 +１次の分散補償：各波長の透過光を長波長側に回転さ
せ、かつ最長波長の透過光の回転角を180°未満として
赤道上に集める。 +２次の分散補償：各波長の透過光を長波長側に回転さ
せ、かつ最長波長の透過光の回転角を180°以上、360°
未満として赤道上に集める。 +３次の分散補償：各波長の透過光を長波長側に回転さ
せ、かつ最長波長の透過光の回転角を360°以上、540°
未満として赤道上に集める。 -１次の分散補償：各波長の透過光を短波長側に回転さ
せ、かつ最短長波長の透過光の回転角を180°未満とし
て赤道上に集める。 -２次の分散補償：各波長の透過光を短波長側に回転さ
せ、かつ最短波長の透過光の回転角を180°以上、360°
未満として赤道上に集める。 -３次の分散補償：各波長の透過光を短波長側に回転さ
せ、かつ最短波長の透過光の回転角を360°以上、540°
未満として赤道上に集める。
【００５１】以上に述べた位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの
高コントラスト化の原理を踏まえた上で、本発明の作用
を説明する。ここでは、前述した課題解決手段に示した
具体的な解決手段に基づいて、その作用を説明する。
【００５２】駆動手段により、該液晶層を透過した波長
450nm、500nm、550nm、600nm、650nmの光の規格化スト
ークスパラメ−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')が、Ｓ3'軸方向か
ら見たポアンカレ球上で直線状に分布する印加電圧にお
いて、暗表示を行う。具体的には、まず、波長λの光の
規格化ストークスパラメ−タをＳ1'(λ)、Ｓ2'(λ)、Ｓ
3'(λ)とし、これに対して、βを次式で定義する。
【００５３】 β＝Σ((ａＳ1'(λ)＋ｂ−Ｓ2'(λ))2／(１＋ａ2)) (10) (10)式の和は、λ＝450nm、500nm、550nm、600nm、650n
mについてとる。また、(10)式中のａ、ｂは、(Ｓ1'、Ｓ
2')空間上で、次式で定義される直線の係数である。 Ｓ2'＝ａＳ1'＋ｂ (11) 即ち、βは、波長450nm、500nm、550nm、600nm、650nm
の光の規格化ストークスパラメ−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')
の、(11)式の直線からの偏差の自乗和である。βを最小
にするようにａ、ｂを定めた(11)式の直線を回帰直線51
と呼び、図１中に51で表す。この時、βは、各波長の光
の規格化ストークスパラメ−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')の、
Ｓ3'軸方向から見たポアンカレ球上での直線度を表すパ
ラメ−タとなる。
【００５４】図32に、ポアンカレ球の赤道上での波長45
0nm、500nm、550nm、600nm、650nmの光の分布角γを定
義する。図33に、γと暗表示の透過率の関係を示す。γ
と暗表示の透過率の間には、比例関係が成り立つことが
わかる。位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤを例にとれば、その
明表示における透過率は、今のところ18％が最高であ
る。この条件において、現状の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣ
Ｄを上回るコントラスト比を得るためには、暗表示の透
過率が0.5％以下にならなければならない。図33より、
γが10度以下であれば、暗表示の透過率が0.5％以下に
なる。γを10度以下とするためには、βが0.01以下とな
る印加電圧において暗表示を行えばよい。
【００５５】次に、上記した電圧印加状態にある液晶の
リタデーションの波長分散特性に、マッチングしたリタ
デーションの波長分散特性を持つ光学補償層の作用につ
いて説明する。
【００５６】光学補償層は、その平面内の２つの光学的
主軸のうち屈折率の大きいものを遅相軸と定義すると、
Ｓ3'軸方向から見たポアンカレ球上において、該光学補
償層の遅相軸を図１中に52で示した様に該回帰直線51と
直交するように設定する。
【００５７】電圧印加状態にある液晶のリタデーション
の波長分散特性に、マッチングしたリタデーションの波
長分散特性を持つ光学補償層は、次のように決定され
る。前述した回帰直線51がＳ3'軸方向から見たポアンカ
レ球上においてＳ1'軸となす角を２θとする。該ツイス
テッドネマチック液晶層を透過した波長λの光のリタデ
ーションをΔnd(λ)とし、(９)式で求める。位相板Ａ、
位相板Ｂの波長λの光に対する複屈折をそれぞれΔn
a(λ)、Δnb(λ)、位相板Ａ、位相板Ｂの厚さをそれぞ
れｄa、ｄbとする。以上Δnd(λ)、Δna(λ)、Δn
b(λ)、ｄa、ｄbを用いてαを以下の式で定義する。
【００５８】 α＝Σ(Δnd(λ)−Δna(λ)ｄa−Δnb(λ)ｄb)2 (12) (12)式の和は、λ＝450nm、500nm、550nm、600nm、650n
mについてとる。|ｄa|、|ｄb|は、∂α/∂ｄa＝０、∂
α/∂ｄb＝０から求められる値に設定する。
【００５９】以上により、各波長の透過光を、振動方向
の等しい直線偏光にすることができる。
【００６０】また、前記した回帰直線が、Ｓ3'軸方向か
ら見たポアンカレ球上において赤道と交差する点を点
Ａ、点Ｂとすると、上側偏光板の吸収軸は、図１中に53
で示したように、点Ａ、点Ｂのいずれかを通る角度に設
定する。これにより、前記光学補償層でで振動方向の等
しい直線偏光となった各波長の透過光を、ほぼ完全に吸
収し、暗表示の透過光を低減することができる。
【００６１】以上により、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの
高コントラスト化が実現される。
【００６２】なお、本発明の液晶表示装置の液晶層にツ
イステッドネマチック液晶層を用い、かつ、そのツイス
ト角を180°以上270°以下に設定した場合には、低コス
トで大画面高精細表示が可能になる。
【００６３】そこで、どのようなツイステッドネマチッ
ク液晶層を用いた場合に、βが0.01以下となる印加電圧
で暗表示を行うことができるのか考察する。暗表示の透
過率を低減したときの明表示の透過率は、次式で定義さ
れるΔパラメータで定まる。
【００６４】Δパラメータ＝0.5(１−Ｓ1'ONＳ1'OFF−
Ｓ2'ONＳ2'OFF−Ｓ3'ONＳ3'OFF) (13)電圧ＶON印加時
に明表示を、電圧ＶOFF印加時に暗表示を行うものとす
ると、(13)式中のＳ1'ON，Ｓ2'ON，Ｓ3'ONはＶON印加
時、Ｓ1'OFF，Ｓ2'OFF，Ｓ3'OFFはＶOFF印加時に、該ツ
イステッドネマチック液晶層を透過した光の規格化スト
ークスパラメータである。Δパラメータは、液晶の複屈
折ΔｎLCと該ツイステッドネマチック液晶層の層厚ｄLC
の積ΔｎLCｄLCに依存する。
【００６５】図34は波長550nmの透過光のΔパラメータ
の最高値とΔｎLCｄLCの関係を示す。図34中の白三角は
ツイスト角200°、黒三角はツイスト角220°、白丸はツ
イスト角240°、黒丸はツイスト角260°、数字はツイス
ト角である。現状の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの波長55
0nmの透過光のΔパラメータの最高値は、0.5〜0.6であ
る。図34よりΔｎLCｄLCがおよそ0.75μm以上であれ
ば、波長550nmの透過光のΔパラメータの最高値は、現
状の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの値を上回ることがわか
る。従って、現状の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤと同じ程
度の明表示の透過率を得るためには、ΔｎLCｄLCが0.75
μm以上であれば良い。
【００６６】Δパラメータの最高値を与える電圧ＶOFF
印加時のβの値もΔｎLCｄLCに依存する。図35にβとΔ
ｎLCｄLCの関係を示す。図35中の記号と数字の定義は、
図３４と同じである。ΔｎＬＣｄLCが1.0μm以下であれ
ば、βは0.01以下になる。
【００６７】以上、図34、図35に示したデータより、該
ツイステッドネマチック液晶層のΔｎLCｄLCは、0.75μ
m以上、1.0μm以下であれば良いことが結論される。
【００６８】また、本発明の液晶表示装置は、その電極
に、直接駆動型のＸＹマトリクス電極を用いた場合に、
低コストで大画面高精細表示が可能になる。
【００６９】各分散補償に必要とされる光学補償層のリ
タデーションと複屈折波長分散は、(１)式を用いて各波
長の光のδを計算することにより求まる。まず、図２の
データについて、+１次の分散補償に必要とされる光学
補償層の複屈折波長分散を求める。ここで、(１)式中の
ｎの値と第二項の符号を決定しなければならない。実験
の結果、波長550nmの透過光は、ポアンカレ球の南半球
に位置する。即ち、(９)式で550nmの透過光のストーク
スパラメータに最初のミュラー行列を作用させた後、
(Ｓ2、Ｓ3)平面上に投射するならば、第３象限または第
４象限に位置することになる。このことに加えて、+１
次の分散補償を念頭において、回転方向、回転数を考慮
すると、ｎの値と第二項の符号は波長550nmのδに関し
て、次の(ｉ)の様になる。
【００７０】(ｉ) ｎ＝０、第二項の符号：＋ 得られた結果を波長550nmで規格化して、図５中に黒点
で示す。複屈折性媒体の複屈折波長分散を，図５中の黒
点のように設定することにより、位相板方式ＳＴＮ−Ｌ
ＣＤの高コントラスト化が実現される。
【００７１】複屈折波長分散を(２)式で定義すると、図
５中に黒点で示した+１次の分散補償に必要な複屈折性
媒体の複屈折波長分散の値は、約1.2である。
【００７２】次に、このような複屈折波長分散の複屈折
性媒体を実現する方法について考察する。
【００７３】複屈折波長分散は、ツイステッドネマチッ
ク液晶層の層厚ｄと複屈折Δｎの積ｄΔｎが増大するほ
ど、また、ツイステッドネマチック液晶層のツイスト角
が減少するほど増大する傾向にある。実用的なｄΔｎと
ツイスト角の範囲(700nm＜ｄΔｎ＜1000nm、200°＜ツ
イスト角＜270°)で、+１次の分散補償を行う場合、光
学補償層の複屈折波長分散は、0.5以上、3.0以下であれ
ば良い。
【００７４】なお、上記の複屈折波長分散は、極めて大
きな値である。比較のため幾つかの有機高分子の複屈折
波長分散を、図５中に白点で併記した。図５中の、PE
S、PC、PVAは、それぞれポリエーテルサルホン、ポリカ
ーボネート、ポリビニルアルコールを意味する。+１次
の分散補償に必要とされる光学補償層の複屈折波長分散
の傾きは、これら有機高分子のものに比べて極めて大き
い。(２)式で定義される複屈折波長分散の値は、ポリエ
ーテルサルホンが約0.25、ポリカーボネートが約0.20、
ポリビニルアルコールが約0.03である。
【００７５】このような複屈折波長分散を実現するため
に、該光学補償層を複屈折波長分散が互いに異なる２枚
の複屈折媒体(位相板Ａ、位相板Ｂ)を用いる。位相板
Ａ、位相板Ｂの複屈折波長分散をそれぞれΔｎa(λ)、
Δｎb(λ)、位相板Ａ、位相板Ｂの厚さをそれぞれΔ
ｄa、ｄbとすると、位相板Ａ、位相板Ｂの光学軸を直交
して積層した光学補償層のΔｎ(λ)は、次式で表され
る。
【００７６】 Δｎ(λ)＝|((Δｎa(λ)ｄa−Δｎb(λ)ｄb)／(ｄa＋ｄb))| (14) 各波長において(14)式が成り立つので、位相板Ａ、位相
板Ｂの遅相軸を直交して積層した光学補償層の複屈折波
長分散は次式で表される。
【００７７】 複屈折波長分散＝((ΔｎaBｄa−ΔｎbBｄb)−(ΔｎaRｄa−ΔｎbRｄb))／ (ΔｎaGｄa−ΔｎbGｄb)) (15) なお、ここで、ΔｎaR、ΔｎaG、ΔｎaBは、それぞれ位
相板Ａの波長650nm、550nm、450nmにおける複屈折であ
り、ΔｎbR、ΔｎbG、ΔｎbBは、それぞれ位相板Ｂの波
長650nm、550nm、450nmにおける複屈折である。(15)式
が、位相板Ａ、位相板Ｂいずれの複屈折波長分散よりも
大きくなるためには、位相板Ａ、位相板Ｂは、次式を満
足するようであれば良い。
【００７８】 (ΔｎaB−ΔｎaR)／ΔｎaG ＞ (ΔｎbB−ΔｎbR)／ΔｎbG (16) また、光学補償層の波長550nmにおけるリタデーション
を50nm以上、200nm以下とすることにより、透過光の位
相差とその分散が補償される。これにより、複屈折波長
分散を有する光学補償層が得られ、位相板方式ＳＴＮ−
ＬＣＤの高コントラスト化が実現される。
【００７９】透明基板にブラックマトリクスを設ける
と、駆動手段が出力する、２値以上の印加電圧値の内、
最も高電圧側で暗表示を行うノーマリオープン型位相板
方式ＳＴＮ−ＬＣＤにおいて、特に効果的である。すな
わち、液晶において、電極で覆われない部分は、常に、
印加電圧０の状態となる。ノーマリオープン型の場合、
印加電圧０の状態が、明表示に近い高透過率となるた
め、暗表示の状態でも、電極のない非画素部からの光漏
れが生じる。その結果、画素部、非画素部で平均したコ
ントラスト比が低下する。これを防ぐため、透明基板
に、非画素部を覆うブラックマトリクスを備えたものを
用いる。これにより、暗表示状態での光漏れが防止さ
れ、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの高コントラスト化が実
現される。
【００８０】次に、視角特性は、ディスプレーの表示特
性の内の重要なものの１つである。Δｎa(λ)ｄa、Δｎ
b(λ)ｄbの増大は、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの視角特
性に悪影響を及ぼす。Δｎa(λ)ｄa、Δｎb(λ)ｄbの増
大を押さえるためには、位相板Ａ、位相板Ｂの複屈折波
長分散が、お互いにより大きく異なれば良い。Δｎ(λ)
の波長依存性は、次式で近似的に表される。
【００８１】 Δｎ(λ)＝ａ＋ｂ／(λ2−λ0 2) (17) ここで、ａ、ｂはそれぞれ無次元、１／ｍ2の次元を持
つ定数、λ0は可視波長領域のΔｎ(λ)に最も大きな影
響を及ぼす吸収の共鳴波長である。透明な有機高分子の
場合、そのλ0は、近紫外波長領域にあり、複屈折波長
分散は正の値となる。λ0が可視波長領域にあれば、複
屈折波長分散は大きな正の値(透明有機高分子と比較し
て)、または、負の値となるが、そのような有機高分子
は透明でない。透明性と視角特性の両方を満足するため
に、位相板Ａの複屈折波長分散は、0.0001以上、0.1未
満、位相板Ｂの複屈折波長分散は、0.1以上、0.3以下に
設定する。
【００８２】位相板Ａには、ポリメタクリル酸メチル等
のアクリル系高分子、ポリビニルアルコール、ポリプロ
ピレンなどが最適である。位相板Ｂには、ポリカーボネ
ート、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレ
ートなどが最適である。
【００８３】位相板Ａに用いるポリメタクリル酸メチル
等のアクリル系高分子、ポリビニルアルコールなどは、
耐候性に劣る。従って、偏光板と同様に、ＴＡＣフィル
ム等で挟んで一体化し、表面を保護しなければならな
い。しかし、ＴＡＣフィルムの厚さは位相板とほぼ同じ
(約100nm)であるため、厚さの増大を招き好ましくな
い。そこで、位相板Ａを偏光板と位相板Ｂの間に挟んで
三者一体化する。即ち、偏光板と位相板ＢがＴＡＣフィ
ルムを兼ねることにより、薄型化が図られる。
【００８４】以上により、複屈折波長分散を有する光学
補償層が得られ、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの高コント
ラスト化が実現される。さらに、この時、視角特性は、
従来の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤとほぼ同程度に保た
れ、位相板が原因の、着色、透過率低下等の副作用も起
こらない。
【００８５】また、(15)式が正の値となるためには、位
相板Ａ、位相板Ｂは次式を満足する様であれば良い。
【００８６】 (ΔｎaB−ΔｎaR)／(ΔｎbB−ΔｎbR) ＞ ｄb／ｄa (18) 即ち、位相板Ａ、位相板Ｂのリタデーションを、λ＝55
0nmにおいて、次式を満足するように設定することによ
り、複屈折波長分散を有する光学補償層が得られ、位相
板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの高コントラスト化が実現され
る。
【００８７】 ΔｎaGｄa＞ΔｎbGｄb (19) コントラスト比増大時の明状態透過率を十分に得るため
には、位相板配置、液晶層等に様々な条件が要求され
る。このうち、光源側の位相板の配置に関して言えば、
その透過軸と近接する基板の配向処理方向が成す角が45
±5°でなければならない。この条件において液晶層を
透過した光の偏光分散をポアンカレ球上で評価する。こ
こで、ラビングベクトルの合成方向を角度０、即ちＳ1
軸とした。光源側の偏光板の透過軸の角度は、上記の角
度定義のもとでは75±5°になる。図３にその１例を示
したように、各波長の光は高電圧印加時に、Ｓ3軸方向
から見たポアンカレ球上にほぼ直線状に分布する。実用
的なｄΔｎとツイスト角の範囲(700nm＜ｄΔｎ＜1000n
m、200°＜ツイスト角＜270°)において、これを測定
し、各波長の点との偏差が最小となる直線を求めると、
その直線がＳ1軸と成す角は0〜70°の範囲にある。
【００８８】このような偏光分散を補償するためには、
光学補償層の遅相軸をＳ3軸方向から見たポアンカレ球
上で該直線と交差、好ましくは、直交するように、設定
すれば良い。即ち、光学補償層の遅相軸がＳ1軸と成す
角は、90〜160°の範囲に設定すれば良い。これを、実
空間での角度に換算すれば、45〜80°であり、光源側の
偏光板の透過軸と成す角に換算すれば、0〜30°とな
る。
【００８９】以上のように、光源側偏光板の透過軸と光
学補償層の遅相軸が成す角を30°以下に設定することに
より、液晶層を透過した光の偏光分散がほぼ完全に補償
され、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの高コントラスト化が
実現される。
【００９０】次に、図２のデータを用いて+２次、+３
次、-１次、-２次、-３次の分散補償に必要とされる光
学補償層の複屈折波長分散を求める。先程と同様、(１)
式中のｎの値と第二項の符号を決定しなければならな
い。波長550nmのδに関して、ｎの値と第二項の符号を
求めると、+２次では(ii)、+３次では(iii)、-１次では
(iv)、-２次では(v)、-３次では(vi)のようになる。
【００９１】 (ii) ｎ＝１、第二項の符号：＋ (iii) ｎ＝２、第二項の符号：＋ (iv) ｎ＝１、第二項の符号：− (v) ｎ＝２、第二項の符号：− (vi) ｎ＝３、第二項の符号：− +２次、+３次の分散補償について得られた結果を、波長
550nmで規格化して、図６に示す。同様に、-１次、-２
次、-３次の分散補償について得られた結果を図７に示
す。
【００９２】複屈折性媒体の複屈折波長分散を、図６、
図７に示したように設定することにより、位相板方式Ｓ
ＴＮ−ＬＣＤの高コントラスト化が実現される。
【００９３】複屈折波長分散を(２)式で定義すると、そ
の値は、+２次、+３次の分散補償でそれぞれ-0.09、-0.
21であり、-１次、-２次、-３次の分散補償で、それぞ
れ-0.66、-0.45、-0.38である。次に、このような複屈
折波長分散の複屈折性媒体を実現する方法について考察
する。
【００９４】複屈折波長分散は、ツイステッドネマチッ
ク液晶層の層厚ｄと複屈折Δｎの積ｄΔｎが増大するほ
ど、また、ツイステッドネマチック液晶層のツイスト角
が減少するほど、増大する傾向にある。実用的なｄΔｎ
とツイスト角の範囲(700nm＜ｄΔｎ＜1000nm、200°＜
ツイスト角＜270°)で、+１次の分散補償を行う場合、
光学補償層の複屈折波長分散は、-1.0以上、0.0以下で
あれば良い。
【００９５】幾つかの有機高分子位相板の複屈折波長分
散を例に挙げると、ポリエーテルサルホンが約0.25、ポ
リカーボネートが約0.20、ポリビニルアルコールが約0.
03であり、いずれも正の複屈折波長分散である。このよ
うな負の複屈折波長分散を実現するために、該光学補償
層を複屈折波長分散が互いに異なる二枚の複屈折媒体
(位相板Ａ、位相板Ｂ)を用いる。位相板Ａ、位相板Ｂの
遅相軸を直交させて積層した光学補償層の複屈折波長分
散は、(16)式で表されるが、これが負の値となるために
は、位相板Ａ、位相板Ｂは次式を満足する様であれば良
い。
【００９６】 (ΔｎaB−ΔｎaR)／(ΔｎbB−ΔｎbR) ＜ ｄb／ｄa (20) また、光学補償層の波長550nmにおけるリタデーション
を300nm以上とすることにより、透過光の位相差とその
分散が補償される。これにより、負の複屈折波長分散を
有する光学補償層が得られ、位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤ
の高コントラスト化が実現される。
【００９７】ここで、上述した光学補償層の遅相軸と回
帰直線との交差角度の有広範囲について考察する。図４
０に、この交差角度の有広範囲を示す。すなわち、同図
は、交差角度を４０°−１４０°の間で変えて、その都
度、位相板Ａ、位相板Ｂを最適化し、暗表示時の等価率
とコントラスト比をプロットしたものである。図４０よ
り明らかなように、交差角９０°付近で、暗表示時の透
過率は、極小値をとり、この時、コントラスト比も最大
となる。また、交差角が９０°±１０°の範囲では、コ
ントラスト比の低下は、最大値の５０％程度である。従
って、交差角は、７０°−１１０°の範囲で、可能な限
り直交とするのがよい。
【００９８】ところで、液晶表示装置において、液晶層
は、その間隔を保持するため、多数のビーズをランダム
に介在させてある。このビーズは、通常、プラスチッ
ク、シリコン球等で構成され、一般に、透明なものが用
いられている。そのため、このビーズを透過して、光が
漏れることがある。また、ビーズの周りの液晶分子は、
ビーズの配向規制力を受けて、配向の乱れを生じ、光学
特性が他の領域とは異なる特別のドメインを形成する。
このドメインの部分は、暗状態でも光が透過するため、
この部分で光の漏れを生じる。
【００９９】ビーズの部分からの光の漏れについては、
本発明では、ビーズを、黒色等の不透光性とすることに
より、解決している。また、ビーズ周りのドメインにつ
いては、上記した、高電圧印加により対応している。
【０１００】ここで、図41-43を参照して、ビーズによ
る光漏れと、その防止対策について説明する。
【０１０１】図41は、例えば、後述する図20(C)の液晶
表示装置を暗表示したときの１画素の表示状態を拡大し
て示す。図41の例では、液晶のギャップを確保するため
のビーズ85が、透明体であるため、ビーズ85自身からの
光の漏れと、ビーズ85周りのドメイン86からの光の漏れ
とが観察される。ビーズ自身からの光の漏れは、図42に
示すように、黒ビーズ８７を用いれば、対応することが
できる。
【０１０２】また、本発明者等の実験によれば、ビーズ
周りのドメイン86は、その径の大きさに印加電圧依存性
がある。印加電圧がしきい値電圧未満の場合、ビーズ周
りの液晶分子配向には、ビーズ85の配向規制力が支配的
である。しかし、しきい値電圧以上では、電界効果の方
が支配的になる。そこで、ビーズ８７の周りのドメイン
86では、図42に示すように、ドメイン径が減少する。従
って、ビーズ周りのドメイン径が減少するしきい値電圧
以上で暗表示を行なえば、コントラスト比が増大する。
【０１０３】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【０１０４】（実施例１）図８に、本発明の液晶表示装
置の構成を示す。図において、10はツイステッドネマチ
ック液晶層、11は上側配向層、21は下側配向層、12は上
側透明基板、22は下側透明基板、13は上側偏光板、23は
下側偏光板、14は上側透明電極、24は下側透明電極、31
はバックライト、32は反射体、15、25は駆動部、41は複
屈折性媒体である。
【０１０５】液晶層10は、黒色のビーズ（図示せず）を
散在させて、その液晶層の厚さを一定に保持している。
ビーズの分散密度は、１画素当り１０個程度となるよう
に配置した。
【０１０６】配向層11および21は、日産化学製RN422を
焼成したポリイミド膜で、その膜厚は1000Åである。焼
成温度は180℃、焼成時間は30分である。ラビング法に
より配向処理を行い、ツイスト角240°、プレチルト角
４°とした。透明電極14および24は、ＩＴＯ（酸化イン
ジウムスズ）であり、厚さは1500Å、幅は0.32mm、透明
電極間の幅は0.03mmである。セルギャップは6.3μm、液
晶材料の25℃における複屈折は0.13である。偏光板は日
東電工製のG-1220DUである。
【０１０７】図９に角度の定義を示す。91は上側基板の
ラビングベクトル、92は上側基板と下側基板のラビング
ベクトルの合成方向、93は下側基板のラビングベクトル
である。ラビングベクトルの合成方向を０°とし、反時
計回りに角度を定義する。
【０１０８】下側偏光板23の透過軸を75°(即ち、下側
配向層21のラビングベクトルと成す角を45°)に設定
し、上側透明基板12を透過した偏光のΔパラメータを測
定した。図10に上記のＳＴＮ−ＬＣＤのΔパラメータを
測定した結果を示す。図10の横軸の印加電圧はＶOFFで
ある。測定波長は550nmであり、ＶON／ＶOFF＝1.073と
した。ΔパラメータのピークはＶOFF＝2.22Ｖにあり、
その値は0.59である。
【０１０９】Δパラメータのピークを与えるＶOFF＝2.2
2ＶのＶONに相当する電圧(2.22×1.073＝2.38Ｖ)を上記
のＳＴＮ−ＬＣＤに印加し、波長450nm、500nm、550n
m、600nm、650nmの透過光の規格化ストークスパラメー
タを測定した。測定結果をポアンカレ球上にプロットし
たものを図11示す。図11はＳ3軸方向から見たポアンカ
レ球であり、各点はほぼ直線状に分布している。各点か
らの偏差を最小とする回帰直線を求めると、回帰直線が
Ｓ1軸と成す角度は20°であった。この回帰直線と直交
する線がＳ1軸と成す角度から複屈折性媒体の遅相軸角
度を求めたところ、(20°+90°)×0.5より56°であっ
た。
【０１１０】次に、(１)式中でθ＝55°として+1次の位
相差分散補償に必要な位相板のリタデーションの波長分
散を求めたところ、図12中に黒点で示したようになっ
た。(２)式で定義される複屈折波長分散は1.38であっ
た。
【０１１１】図12のようなリタデーションの波長分散を
有する複屈折性媒体を作るため、ポリカーボネートとポ
リビニルアルコールを遅相軸を直交させて積層した。波
長550nmにおけるリタデーションはポリカーボネートが8
10nm、ポリビニルアルコールが760nmである。このよう
にして作成した複屈折性媒体の複屈折波長分散は1.46で
あった。また、そのリタデーションの波長分散を図12中
に白点で示す。両者はほぼ一致していることがわかる。
【０１１２】この複屈折性媒体を、先程求めた遅相軸角
度(55°)に設定して上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付け、
2.38Ｖを印加し、透過光の偏光状態を測定した結果を、
図13(a)、(b)に示す。図13(a)はＳ1軸方向から見たポア
ンカレ球であり、この場合、直線偏光を表す赤道はＳ2
軸上(図13(a)中破線)に投影される。各波長共赤道の近
くに集中していることがわかる。図13(b)はＳ3軸方向か
ら見たポアンカレ球であり、各波長の点はＳ1軸から反
時計回りに220°の付近に集中している。即ち、各波長
の点は振動方向が110°の直線偏光となって複屈折性媒
体を出射している。従って、上側偏光板13をその吸収軸
が110°となるように貼り付けることにより、暗状態の
透過光を最も低減できる。
【０１１３】以上のようにして作成した位相板方式ＳＴ
Ｎ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性を測定した。測定領域は、１画
素内のビーズが存在しない部分とした。その結果を図14
に示す。図14の横軸はコントラスト比に関してＶOFFに
なっている。ＶOFF＝2.22Ｖにおいて最大コントラスト
比76：１が得られた。
【０１１４】このように、液晶層を透過した光がＳ3軸
方向から見たポアンカレ球でほぼ直線状に分布する印加
電圧を選択し、この時の複屈折性媒体に必要なリタデー
ションの波長分散を、偏光解析法により測定した各波長
の透過光の偏光状態から求め、複屈折波長分散の異なる
位相板を、それらの遅相軸が直交するように張り合わ
せ、複屈折性媒体の遅相軸及び上側偏光板の吸収軸をポ
アンカレ球上で決定することにより、現状の位相板方式
ＳＴＮ−ＬＣＤを大幅に上回るコントラスト比を実現す
ることができた。
【０１１５】また、この時、測定領域を10画素として非
電極部分まで含めて上記の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤの
Ｂ−Ｖ特性を測定した。コントラスト比の最大値は、5.
5：１であった。
【０１１６】（実施例２）実施例１と同様に構成される
液晶表示装置において、ツイスト角を260°に変更し
た。下側偏光板23の透過軸を85°(即ち、下側配向層の
ラビングベクトルと成す角を45°)に設定し、上側透明
基板14を透過した偏光のΔパラメータを測定した。図15
にその結果を示す。測定波長は550nmであり、ＶON／Ｖ
OFF＝1.073とした。ΔパラメータのピークはＶOFF＝2.1
8Ｖにあり、その値は0.68である。
【０１１７】Δパラメータのピークを与えるＶOFF＝2.1
8ＶのＶONに相当する電圧(2.18×1.073＝2.34Ｖ)を上記
のＳＴＮ−ＬＣＤに印加し、波長450nm、500nm、550n
m、600nm、650nmの透過光の規格化ストークスパラメー
タを測定した。測定結果をポアンカレ球上にプロットし
たものを図16に示す。図16はＳ3軸方向から見たポアン
カレ球であり、各点はほぼ直線状に分布している。各点
からの偏差を最小とする回帰直線を求めると、回帰直線
がＳ1軸と成す角度は30°であった。この回帰直線と直
交する線がＳ1軸と成す角度から複屈折性媒体41の遅相
軸角度を求めたところ、(30°+90°)×0.5より60°であ
った。
【０１１８】次に、(１)式中でθ＝60°として+1次の位
相差分散補償に必要な位相板のリタデーションの波長分
散を求めたところ、図17中に黒点で示したようになっ
た。(2)式で定義される複屈折波長分散は0.72であっ
た。
【０１１９】図17のようなリタデーションの波長分散を
有する複屈折性媒体41を作るため、ポリカーボネートと
ポリビニルアルコールを遅相軸を直交させて積層した。
波長550nmにおけるリタデーションはポリカーボネート
が410nm、ポリビニルアルコールが310nmである。このよ
うにして作成した複屈折性媒体の複屈折波長分散は0.40
であった。また、そのリタデーションの波長分散を図17
中に白点で示す。両者はほぼ一致していることがわか
る。
【０１２０】この複屈折性媒体を、先程求めた遅相軸角
度(60°)に設定して上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付け、
2.34Ｖを印加し、透過光の偏光状態を測定した結果を図
18(a)、(b)に示す。図18(a)はＳ1軸方向から見たポアン
カレ球であり、この場合、直線偏光を表す赤道は、Ｓ2
軸上(図18(a)中破線)に投影される。各波長共赤道の近
くに集中していることがわかる。図18(b)はＳ3軸方向か
ら見たポアンカレ球であり、各波長の点はＳ1軸から反
時計回りに215°の付近に集中している。即ち、各波長
の点は振動方向が215°／２≒108°の直線偏光となって
複屈折性媒体を出射している。従って、上側偏光板13を
その吸収軸が108°となるように貼り付けることによ
り、暗状態の透過光を最も低減できる。
【０１２１】以上のようにして作成した位相板方式ＳＴ
Ｎ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性を測定した。測定領域は、１画
素内のビーズが存在しない部分とした。その結果を図19
に示す。ＶOFF＝2.18Ｖにおいて最大コントラスト比8
1：１が得られた。このように、液晶層を透過した光が
Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球でほぼ直線状に分布す
る印加電圧を選択し、この時の複屈折性媒体に必要なリ
タデーションの波長分散を、偏光解析法により測定した
各波長の透過光の偏光状態から求め、複屈折波長分散の
異なる位相板を遅相軸が直交するように張り合わせ、複
屈折性媒体の遅相軸及び上側偏光板の吸収軸をポアンカ
レ球上で決定することにより、ツイスト角260°におい
ても現状の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤを大幅に上回るコ
ントラスト比を実現することができた。
【０１２２】また、この時、測定領域を10画素として、
非電極部分まで含めて、上記の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣ
ＤのＢ−Ｖ特性を測定した。コントラスト比の最大値
は、5.6：１であった。
【０１２３】（実施例３）ビーズを透明のものに変えた
ほかは、実施例１と同様の構成を有する液晶表示装置に
おいて、ブラックマトリクス付の基板を用いた。図20
(a)にその断面図を示す。図中の17は上側基板の光吸収
体層、27は下側基板の光吸収体層である。図20(b)は、
該ブラックマトリクス付基板を基板平面垂直方向から見
た時の光吸収体層17および27の分布を示すものである。
光吸収体層17および27は、梯子状に分布しており、梯子
状格子の幅81は透明電極間幅82にほぼ等しい。このブラ
ックマトリクス付基板を上下に用いた液晶表示装置の表
示部を、基板平面垂直方向から見た状態を示すものが図
20(c)である。非電極部分は、四隅83を残してほぼ完全
に光吸収体層によっておおわれ、電極部分84が正方形に
残る。
【０１２４】測定領域を10画素として、非電極部分まで
含めて、上記の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性
を測定した。コントラスト比の最大値は、40：１であっ
た。このように、ブラックマトリクス付基板を用いたこ
とにより、非電極部分まで含めたコントラスト比の最大
値は画素部分には及ばないものの、現状の位相板方式Ｓ
ＴＮ−ＬＣＤを上回るまでに向上した。
【０１２５】（実施例４）実施例２の液晶表示装置にお
いて、実施例３で用いたブラックマトリクス付の基板を
適用した。測定領域を10画素として、非電極部分まで含
めて、上記の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性を
測定したところ、コントラスト比の最大値は45：１であ
った。このように、ブラックマトリクス付基板を用いた
ことにより、非電極部分まで含めたコントラスト比の最
大値は、画素部分には及ばないものの、現状の位相板方
式ＳＴＮ−ＬＣＤを上回るまでに向上した。
【０１２６】（実施例５）実施例１の液晶表示装置にお
いて、+2次の分散補償を行った。+2次の分散補償に必要
な複屈折性媒体のリタデーションの波長分散は、図21中
に黒点で示したような逆分散になり、(２)式で定義され
る複屈折波長分散は-0.06である。図21のようなリタデ
ーションの波長分散を有する複屈折性媒体を作るため、
ポリカーボネートとポリビニルアルコールを遅相軸を直
交させて積層した。波長550nmにおけるリタデーション
は、ポリカーボネートが280nm、ポリビニルアルコール
が620nmである。このようにして作成した複屈折性媒体
の複屈折波長分散は-0.06であった。また、そのリタデ
ーションの波長分散を図21中に白点で示す。両者はほぼ
一致している。
【０１２７】この複屈折性媒体の遅相軸を56°に設定し
て上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付けた。2.38Ｖを印加
し、透過光の偏光状態を測定したところ、各波長の点
は、Ｓ1軸から反時計回りに15°の付近に集中してい
た。上側偏光板をその吸収軸が８°となるように貼り付
け、そのＢ−Ｖ特性を測定した。測定領域は、１画素内
のビーズが存在しない部分とした。最大コントラスト比
62：１が得られた。
【０１２８】+2次の分散補償でも現状の位相板方式ＳＴ
Ｎ−ＬＣＤを大幅に上回るコントラスト比を実現するこ
とができた。
【０１２９】（実施例６）実施例５の液晶表示装置にお
いて、実施例３で用いたブラックマトリクス付の基板を
適用した。測定領域を10画素として、非電極部分まで含
めて、上記の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性を
測定したところ、コントラスト比の最大値は39：１であ
った。このように、ブラックマトリクス付基板を用いた
ことにより、非電極部分まで含めたコントラスト比の最
大値は、現状の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤを上回るまで
に向上した。
【０１３０】（実施例７）実施例１の液晶表示装置にお
いて、+3次の分散補償を行った。+3次の分散補償に必要
な複屈折性媒体のリタデーションの波長分散は、図22中
に黒点で示したような逆分散になり、(２)式で定義され
る複屈折波長分散は-0.20である。図22のようなリタデ
ーションの波長分散を有する複屈折性媒体を作るため、
ポリカーボネートとポリビニルアルコールを遅相軸を直
交させて積層した。波長550nmにおけるリタデーション
はポリカーボネートが1390nm、ポリビニルアルコールが
2010nmである。このようにして作成した複屈折性媒体の
複屈折波長分散は-0.19であった。また、そのリタデー
ションの波長分散を図22中に白点で示す。両者はほぼ一
致している。
【０１３１】この複屈折性媒体の遅相軸を55°に設定し
て、上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付けた。2.38Ｖを印加
し、透過光の偏光状態を測定したところ、各波長の点
は、Ｓ1軸から反時計回りに214°の付近に集中してい
た。上側偏光板を、その吸収軸が107°となるように貼
り付け、そのＢ−Ｖ特性を測定した。測定領域は、１画
素内のビーズが存在しない部分とした。最大コントラス
ト比60：１が得られた。
【０１３２】+3次の分散補償でも、現状の位相板方式Ｓ
ＴＮ−ＬＣＤを大幅に上回るコントラスト比を実現する
ことができた。
【０１３３】（実施例８）実施例１の液晶表示装置にお
いて、-1次の分散補償を行った。-1次の分散補償に必要
な複屈折性媒体のリタデーションの波長分散は、図23中
に黒点で示したような逆分散になり、(２)式で定義され
る複屈折波長分散は-0.65である。図23のようなリタデ
ーションの波長分散を有する複屈折性媒体を作るため、
ポリカーボネートとポリビニルアルコールを遅相軸を直
交させて積層した。波長550nmにおけるリタデーション
はポリカーボネートが860nm、ポリビニルアルコールが9
80nmである。このようにして作成した複屈折性媒体の複
屈折波長分散は-0.63であった。また、そのリタデーシ
ョンの波長分散を図23中に白点で示す。両者はほぼ一致
している。
【０１３４】この複屈折性媒体の遅相軸を146°に設定
して、上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付けた。2.38Ｖを印
加し、透過光の偏光状態を測定したところ、各波長の点
はＳ1軸から反時計回りに20°の付近に集中していた。
上側偏光板を、その吸収軸が10°となるように貼り付
け、そのＢ−Ｖ特性を測定した。測定領域は、１画素内
のビーズが存在しない部分とした。最大コントラスト比
66：１が得られた。
【０１３５】-1次の分散補償でも、現状の位相板方式Ｓ
ＴＮ−ＬＣＤを大幅に上回るコントラスト比を実現する
ことができた。
【０１３６】（実施例９）実施例１の液晶表示装置にお
いて、-2次の分散補償を行った。-2次の分散補償に必要
な複屈折性媒体のリタデーションの波長分散は、図24中
に黒点で示したような逆分散になり、(２)式で定義され
る複屈折波長分散は-0.45である。図24のようなリタデ
ーションの波長分散を有する複屈折性媒体を作るため、
ポリカーボネートとポリビニルアルコールを遅相軸を直
交させて積層した。波長550nmにおけるリタデーション
は、ポリカーボネートが1950nm、ポリビニルアルコール
が2360nmである。このようにして作成した複屈折性媒体
の複屈折波長分散は-0.44であった。また、そのリタデ
ーションの波長分散を図24中に白点で示す。両者はほぼ
一致している。
【０１３７】この複屈折性媒体の遅相軸を146°に設定
して、上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付けた。2.38Ｖを印
加し、透過光の偏光状態を測定したところ、各波長の点
は、Ｓ1軸から反時計回りに218°の付近に集中してい
た。上側偏光板を、その吸収軸が109°となるように貼
り付け、そのＢ−Ｖ特性を測定した。測定領域は、１画
素内のビーズが存在しない部分とした。最大コントラス
ト比53：１が得られた。
【０１３８】-2次の分散補償でも、現状の位相板方式Ｓ
ＴＮ−ＬＣＤを大幅に上回るコントラスト比を実現する
ことができた。
【０１３９】（実施例10）実施例１の液晶表示装置にお
いて、-3次の分散補償を行った。-3次の分散補償に必要
な複屈折性媒体のリタデーションの波長分散は、図25中
に黒点で示したような逆分散になり、(２)式で定義され
る複屈折波長分散は-0.42である。図25のようなリタデ
ーションの波長分散を有する複屈折性媒体を作るため、
ポリカーボネートとポリビニルアルコールを遅相軸を直
交させて積層した。波長550nmにおけるリタデーション
は、ポリカーボネートが3040nm、ポリビニルアルコール
が3730nmである。このようにして作成した複屈折性媒体
の複屈折波長分散は-0.40であった。また、そのリタデ
ーションの波長分散を図25中に白点で示す。両者はほぼ
一致している。
【０１４０】この複屈折性媒体の遅相軸を146°に設定
して、上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付けた。2.38Ｖを印
加し、透過光の偏光状態を測定したところ、各波長の点
は、Ｓ1軸から反時計回りに10°の付近に集中してい
た。上側偏光板を、その吸収軸が5°となるように貼り
付け、そのＢ−Ｖ特性を測定した。測定領域は、１画素
内のビーズが存在しない部分とした。最大コントラスト
比59：１が得られた。
【０１４１】このように、-3次の分散補償でも、現状の
位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤを大幅に上回るコントラスト
比を実現することができた。
【０１４２】（実施例11）実施例１の液晶表示装置にお
いて、複屈折性媒体に用いる位相板を別なものに変え
た。新たに用いた位相板の波長550nmにおけるリタデー
ションは、ポリカーボネートが660nm、ポリビニルアル
コールが600nmである。このようにして作成した複屈折
性媒体の複屈折波長分散は0.92であった。また、そのリ
タデーションの波長分散を図25中に白点で示す。両者の
一致は、実施例１に比べて若干悪くなっている。
【０１４３】この複屈折性媒体の遅相軸を56°に設定し
て、上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付け、さらに上側偏光
板を吸収軸10°として貼り付け、そのＢ−Ｖ特性を測定
した。測定領域は、１画素内のビーズが存在しない部分
とした。最大コントラスト比50：１が得られた。
【０１４４】このように、現在用いられているものと同
程度のリタデーションを有する位相板を用いた場合にお
いても、現状の位相板方式ＳＴＮ−ＬＣＤを大幅に上回
るコントラスト比を実現することができた。
【０１４５】（実施例12）ビーズを黒ビーズに替えた他
は、実施例３と同様に構成した。ここで、黒ビーズの分
散密度は、１画素当り１０個とした。本実施例の位相板
方式ＳＴＮ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性を測定したところ、コ
ントラスト比の最大値は、47：１であった。このよう
に、ブラックマトリクス付基板を用い、かつ、黒ビーズ
を用いたことにより、非電極部分まで含めたコントラス
ト比の最大値は、実施例３のものよりさらに増大した。
【０１４６】次に、本発明の液晶表示装置の応用の一例
について、説明する。本発明の液晶表示装置をラップト
ップ型パーソナルコンピュータに適用した例を図36に示
す。図において、71は表示部、72はキーボード、73はデ
ィスクドライブ部である。ここで、表示部71に、上記し
た各実施例の液晶表示装置が適用される。
【０１４７】なお、以上の実施例では、液晶層としてツ
イステッドネマチック層の例を挙げたが、本発明は、例
えばツイストしていない平行(ホモジニアス)配向セルや
垂直(ホメオトロピック)配向セルにも適用できる。ま
た、液晶層としては、スメクチック、ネマチック液晶以
外でも光学異方性を有しているものであれば、特に制約
されず適用可能である。また、ＸＹ電極を用いた時分割
駆動方式のみならず、ＴＦＴ方式等の直接駆動型の液晶
表示装置にも適用可能である。また、透過型、半透過
型、反射型、投射型、あるいはまたモノクロ表示、カラ
ー表示のいずれの液晶表示装置にも適用可能である。
【０１４８】次に、本発明の液晶表示装置に対する比較
例について、説明する。
【０１４９】（比較例１）実施例１の液晶表示装置にお
いて、Δパラメータのピークを与えるＶOFF電圧2.20Ｖ
を印加し、波長450nm、500nm、550nm、600nm、650nmの
透過光の規格化ストークスパラメータを測定した結果を
図27に示す。各点は円弧状に分布している。回帰直線が
Ｓ1軸と成す角度は55°であり、複屈折性媒体の遅相軸
角度は、 (55°+90°)×0.5 より73°と求まる。(10)式中で、θ＝73°として、+1次
の位相差分散補償に必要な位相板のリタデーションの波
長分散を求めた結果を図28中に黒点で示す。(２)式で定
義される複屈折波長分散は0.62である。
【０１５０】図28のようなリタデーションの波長分散を
有する複屈折性媒体を作るため、ポリカーボネートとポ
リビニルアルコールを遅相軸を直交させて積層した。波
長550nmにおけるリタデーションは、ポリカーボネート
が1410nm、ポリビニルアルコールが1180nmである。この
ようにして作成した複屈折性媒体の複屈折波長分散は0.
61であり、そのリタデーションの波長分散は、図28中に
白点で示したように要求値とほぼ一致している。
【０１５１】この複屈折性媒体を、先程求めた遅相軸角
度(73°)に設定して、上記のＳＴＮ−ＬＣＤに貼り付
け、2.22Ｖを印加し、透過光の偏光状態を測定した結果
を図29(a)、(b)に示す。図29(a)はＳ1軸方向から見たポ
アンカレ球であり、各波長共赤道の近くに集中している
ものの、ツイステッドネマチック液晶層を出射した時点
での分布が直線からずれていたため、実施例１の場合に
比べて広がりが大きい。図29(b)はＳ3軸方向から見たポ
アンカレ球であり、各波長の点は、Ｓ1軸から反時計回
りに200°から270°にかけて分布している。上側偏光板
を、その吸収軸が250°となる様に貼り付け、暗状態の
透過光低減を図った。
【０１５２】以上のようにして作成した位相板方式ＳＴ
Ｎ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性を、測定領域を１画素内として
測定した。ノーマリークローズ型のＢ−Ｖ曲線が得られ
た。最大コントラスト比は、印加電圧2.20Ｖにおいて得
られ、6.2：１であった。
【０１５３】このように、液晶層を透過した光がＳ3軸
方向から見たポアンカレ球上でほぼ直線状に分布する印
加電圧を選択しないと、暗状態の透過光低減が不十分
で、高いコントラスト比が得られない。
【０１５４】（比較例２）実施例１の液晶表示装置にお
いて、複屈折性媒体にポリカーボネートを用いた。遅相
軸の角度は、実施例１の液晶表示装置と同様にした。ま
た波長550nmにおけるリタデーション値は、実施例１の
ポリカーボネートとポリビニルアルコールのリタデーシ
ョン値の合成値(即ち実施例１の複屈折性媒体のリタデ
ーション値)と同様にした。ポリカーボネート製複屈折
性媒体のリタデーションの波長依存性は、図12中に白三
角で示したように、要求されるリタデーションの波長依
存性と大きく異なる。2.36Ｖを印加し、透過光の偏光状
態を測定した結果を図30(a)、(b)に示す。図30(a)はＳ1
軸方向から見たポアンカレ球であり、各波長の偏光状態
を表す点は赤道を横切る形で分布しており、550nmの透
過光は、赤道付近にあるものの、その短波長、長波長側
の透過光は赤道から大きく離れている。図30(b)はＳ3軸
方向から見たポアンカレ球であり、各波長の点は、Ｓ1
軸から反時計回りに220°付近に分布している。上側偏
光板を、その吸収軸が110°となるように貼り付け、暗
状態の透過光低減を図った。
【０１５５】以上のようにして作成した位相板方式ＳＴ
Ｎ−ＬＣＤのＢ−Ｖ特性を、測定領域を１画素内として
測定したところ、最大コントラスト比はＶOFF＝2.22Ｖ
において得られ、5.5：１であった。
【０１５６】このように、複屈折性媒体の複屈折波長分
散を、液晶層を透過した光の偏光状態の分散に一致させ
ないと、暗状態の透過光低減が不十分で、高いコントラ
スト比が得られない。
【０１５７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高コン
トラスト比で視認性に優れた液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、本発
明における透過光の偏向状態の波長分散、及び複屈折性
媒体と偏光板の配置角度を示す説明図。
【図２】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、液晶
層を透過した光の偏光分散を示し、図２(a)はしきい値
電圧印加時、図２(b)はしきい値電圧の1.025倍の電圧印
加時を示す説明図。
【図３】、図２(c)はしきい値電圧の1.05倍の電圧印加
時、図２(d)しきい値電圧の1.075倍の電圧印加時のもの
である説明図。
【図４】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、複屈
折性媒体の遅相軸角度の決定方法を示す説明図。
【図５】＋１次の分散補償に必要な複屈折性媒体、ポリ
エーテルサルホン、ポリカーボネート、ポリビニルアル
コールの複屈折のリタデーションの波長依存性を示すグ
ラフ（リタデーションの値は波長550nmにおける値で規
格化してある）。
【図６】＋２次、＋３次の分散補償に必要な複屈折性媒
体の複屈折のリタデーションの波長依存性を、リタデー
ションの値を波長550nmにおける値で規格化して示すグ
ラフ。
【図７】−１次、−２次、−３次の分散補償に必要な複
屈折性媒体の複屈折のリタデーションの波長依存性を、
リタデーションの値を波長550nmにおける値で規格化し
て示すグラフ。
【図８】本発明の液晶表示装置の一実施例の構成を模式
的に示す斜視図。
【図９】本発明における角度の定義を示す説明図。
【図10】実施例１の液晶表示装置のΔパラメータの駆動
電圧依存性を示すグラフ。
【図11】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、実施
例１の液晶表示装置に2.38Ｖを印加した時の液晶層を透
過した光の偏光分散と、複屈折性媒体の遅相軸の角度を
示す説明図。
【図12】実施例１と比較例２の液晶表示装置に＋１次の
分散補償を行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波
長依存性(黒丸)、実施例１の液晶表示装置に用いた複屈
折性媒体の複屈折の波長依存性(白丸)、比較例２の液晶
表示装置に用いた複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(白三角)を示すグラフ。
【図13】2.38Ｖを印加した実施例１の液晶表示装置の液
晶層と複屈折性媒体を透過した光の偏光分散を示し、図
13(a)はＳ1軸方向から見たポアンカレ球を示す説明図、
図13(b)はＳ3軸方向から見たポアンカレ球であるを示す
説明図。なお、図13(b)は上側偏光板の吸収軸角度も示
す。
【図14】実施例１の液晶表示装置の透過率とコントラス
ト比の印加電圧依存性を示すグラフ。
【図15】実施例２の液晶表示装置のΔパラメータの駆動
電圧依存性を示すグラフ。
【図16】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、実施
例２の液晶表示装置に2.34Ｖを印加した時の液晶層を透
過した光の偏光分散と、複屈折性媒体の遅相軸の角度を
示す説明図。
【図17】実施例２と比較例１の液晶表示装置に＋１次の
分散補償を行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波
長依存性(黒丸)、実施例２の液晶表示装置に用いた複屈
折性媒体の複屈折の波長依存性(白丸)、比較例１の液晶
表示装置に用いた複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(白四角)を示すグラフ。
【図18】2.34Ｖを印加した実施例２の液晶表示装置の液
晶層と複屈折性媒体を透過した光の偏光分散を示し、図
18(a)はＳ1軸方向から見たポアンカレ球を示す説明図、
図18(b)はＳ3軸方向から見たポアンカレ球を示す説明
図。
【図19】実施例２の液晶表示装置の透過率とコントラス
ト比の印加電圧依存性を示すグラフ。
【図20】実施例３の液晶表示装置に用いたブラックマト
リクス付基板を示し、図20(a)は断面図、図20(b)は基板
上の光吸収体層の分布を示し、図20(c)は上下二枚のブ
ラックマトリクス付基板を組合せた際の光吸収体層の分
布を示す拡大平面図。
【図21】実施例５の液晶表示装置に＋２次の分散補償を
行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(黒丸)、実施例６の液晶表示装置に用いた複屈折性媒体
の複屈折の波長依存性(白丸)を示すグラフ。
【図22】実施例７の液晶表示装置に＋３次の分散補償を
行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(黒丸)、実施例７の液晶表示装置に用いた複屈折性媒体
の複屈折の波長依存性(白丸)を示すグラフ。
【図23】実施例８の液晶表示装置に＋１次の分散補償を
行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(黒丸)、実施例８の液晶表示装置に用いた複屈折性媒体
の複屈折の波長依存性(白丸)を示すグラフ。
【図24】実施例９の液晶表示装置に−２次の分散補償を
行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(黒丸)、実施例９の液晶表示装置に用いた複屈折性媒体
の複屈折の波長依存性(白丸)を示すグラフ。
【図25】実施例10の液晶表示装置に−３次の分散補償を
行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(黒丸)、実施例10の液晶表示装置に用いた複屈折性媒体
の複屈折の波長依存性(白丸)を示すグラフ。
【図26】実施例12の液晶表示装置に＋１次の分散補償を
行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(黒丸)、実施例12の液晶表示装置に用いた複屈折性媒体
の複屈折の波長依存性(白丸)を示すグラフ。
【図27】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、比較
例１の液晶表示装置に2.38Ｖを印加した時の液晶層を透
過した光の偏光分散と、複屈折性媒体の遅相軸の角度を
示す説明図。
【図28】比較例１の液晶表示装置に＋１次の分散補償を
行うために必要な複屈折性媒体の複屈折の波長依存性
(黒丸)、比較例１の液晶表示装置に用いた複屈折性媒体
の複屈折の波長依存性(白丸)を示すグラフ。
【図29】2.24Ｖを印加した比較例１の液晶表示装置の液
晶層と複屈折性媒体を透過した光の偏光分散を示し、図
29(a)はＳ1軸方向から見たポアンカレ球を示す説明図で
あり、図29(b)はＳ3軸方向から見たポアンカレ球も示す
説明図。
【図30】2.38Ｖを印加した比較例１の液晶表示装置の液
晶層と複屈折性媒体を透過した光の偏光分散を示し、図
30(a)はＳ1軸方向から見たポアンカレ球を示す説明図、
図30(b)はＳ3軸方向から見たポアンカレ球を示す説明
図。。
【図31】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、複屈
折性媒体が偏光状態に及ぼす作用を示す説明図。
【図32】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、角度
γの定義を示す説明図。
【図33】暗表示の透過率とγの関係を示すグラフ。
【図34】Δパラメータとツイステッドネマチック液晶層
の層厚と複屈折の積ΔｎLCｄLCとの関係を示すグラフ。
【図35】βとΔｎLCｄLCとの関係を示すグラフ。
【図36】本発明の液晶表示装置をラップトップ型パーソ
ナルコンピュータに適用した際の外観を示す斜視図。
【図３７】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、複
屈折性媒体による偏光分散の補償方法の分類を示す説明
図。
【図３８】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、複
屈折性媒体による偏光分散の補償方法の分類を示す説明
図。
【図３９】Ｓ3軸方向から見たポアンカレ球であり、複
屈折性媒体による偏光分散の補償方法の分類を示す説明
図。
【図４０】交差角を変えて、位相板ＡおよびＢを最適化
し、暗表示時の透過率とコントラスト比をプロットした
グラフ。
【図４１】透明ビーズが用いられている液晶における光
漏れを示す拡大図。
【図４２】黒ビーズが用いられている液晶における光漏
れを示す拡大図。
【図４３】黒ビーズが用いられている液晶におけるビー
ズ周りの光漏れを阻止する状態を示す拡大図。
【符号の説明】
Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3…規格化ストークスパラメータ、450…波
長450nmの透過光の偏光状態、500…波長500mmの透過光
の偏光状態、550…波長550mmの透過光の偏光状態、600
…波長600mmの透過光の偏光状態、650…波長650mmの透
過光の偏光状態、PES…ポリエーテルサルホン、PC…ポ
リカーボネート、PVA…ポリビニルアルコール、10…ツ
イステッドネマチック液晶層、11…上側配向層、12…上
側基板、13…上側偏光板、14…上側透明電極、15、25…
駆動部、41…複屈折性媒体、12…下側配向層、22…下側
基板、23…下側偏光板、24…下側透明電極、31…バック
ライト、32…反射体、51…回帰直線、52…複屈折性媒体
の遅相軸、53…上側偏光板の吸収軸、71…表示部、72…
キーボード、73…ディスクドライブ部、91…上側ラビン
グベクトル、92…上側ラビングベクトルと下側ラビング
ベクトルの合成、93…下側ラビングベクトル、17…上側
光吸収体層、27…下側光吸収体層、81…光吸収体の梯子
状格子の幅、82…透明電極幅、83…光吸収体で被われな
い非電極部、84…表示部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 直樹 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 間所 比止美 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電極を備えた一対の対向基板と、液晶層
    と、二枚の偏光板と、少なくとも一層の光学補償層と、
    少なくとも二値以上の電圧を印加可能な駆動手段から構
    成され、対向基板は、液晶層を挟持し、偏光板は、対向
    基板の外側に配置され、かつ、光学補償層は、偏光板と
    対向基板との間に配置されている構造を有する液晶表示
    装置であって、 駆動手段は、液晶層を透過した複数の波長の光を、それ
    ぞれ規格化ストークスパラメ−タ(Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')で
    表したとき、そのうちＳ3'が、すべての波長の光につい
    て、同じ符号をとるようになる印加電圧を、暗表示にお
    いて、液晶層に印加するものであり、 光学補償層は、液晶層が、これを透過した複数の波長の
    光のそれぞれの規格化ストークスパラメ−タＳ3'が、す
    べての波長の光について、同じ符号をとる状態であると
    きの、リタデーションの波長分散特性と、実質的に一致
    するリタデーションの波長分散特性を有するものであ
    り、かつ、光学補償層は、その遅相軸が、液晶層を透過
    した複数の波長の光の規格化ストークスパラメ−タ(Ｓ
    1'、Ｓ2'、Ｓ3')のうち、Ｓ1'とＳ2'に関して求められ
    る回帰直線と、Ｓ3'軸方向から見たポアンカレ球上にお
    いて交差するように配置され、 偏光板のうち、光学補償層が存在する側にあるものは、
    その吸収軸が、前記回帰直線がＳ3'軸方向から見たポア
    ンカレ球上において赤道と交差する２点のうちのいずれ
    かを通る角度に設定されることを特徴とする液晶表示装
    置。
  2. 【請求項２】請求項１において、駆動手段は、液晶層を
    透過した複数の波長の光の規格化ストークスパラメ−タ
    (Ｓ1'、Ｓ2'、Ｓ3')のうち、Ｓ1'とＳ2'に関して回帰直
    線を求め、該回帰直線と各波長の透過光のＳ1'、Ｓ2'と
    の偏差の自乗和が、予め定めた値以下となる印加電圧に
    おいて暗表示を行う液晶表示装置。
  3. 【請求項３】請求項２において、回帰直線がＳ3'軸方向
    から見たポアンカレ球上においてＳ1'軸となす角を２θ
    とし、光学補償層の複数の波長のそれぞれにおける位相
    差δ(λ)は、ｎを任意の整数とする(１)式で定められる
    液晶表示装置。 δ(λ)＝180ｎ±arctan((Ｓ1'cos２θ−２Ｓ2'sin２θ)／Ｓ3') (１)
  4. 【請求項４】請求項３において、液晶層を透過した複数
    の波長は、550nmを含む可視域の範囲で選ばれるもので
    ある液晶表示装置。
  5. 【請求項５】請求項４において、光学補償層は、複屈折
    波長分散がお互いに異なる少なくとも二枚の複屈折媒体
    (位相板Ａ、位相板Ｂ)の積層体であり、位相板Ａと位相
    板Ｂとは、それらの遅相軸が交差して配置される液晶表
    示装置。
  6. 【請求項６】請求項５において、光学補償層は、波長65
    0nmにおける複屈折をΔｎR、波長550nmにおける複屈折
    をΔｎG、波長450nmにおける複屈折をΔｎBとして、
    (２)式で定義される複屈折波長分散を有する液晶表示装
    置。 複屈折波長分散＝(ΔｎB−ΔｎR)／ΔｎG (２)
  7. 【請求項７】請求項６において、光学補償層は、その複
    屈折波長分散が0.5以上、3.0以下であり、かつ、波長55
    0nmにおけるリタデーションが50nm以上、200nm以下であ
    る液晶表示装置。
  8. 【請求項８】請求項６において、液晶層は、ツイステッ
    ドネマチック液晶層であり、そのツイスト角が180°以
    上、270°以下であり、ツイステッドネマチック液晶層
    の層厚ｄLCと複屈折ΔｎLCの積ΔｎLCｄLCが0.75μm以
    上1.0μm以下であり、 その電極が直接駆動型のＸＹマトリクス電極であり、 駆動手段の印加する少なくとも二値以上の電圧のうち最
    も高電圧において暗表示を行い、 波長550nmにおける位相差が、(１)式においてｎ＝０、
    第二項の符号を＋とするように決定される液晶表示装
    置。
  9. 【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６、７または
    ８において、液晶層の、電極で覆われない部分を覆うブ
    ラックマトリクスをさらに備えることを特徴とする液晶
    表示装置。
  10. 【請求項１０】請求項６において、位相板Ａの複屈折波
    長分散は、(２)式の定義で、0.0001以上、0.1未満であ
    り、位相板Ｂの複屈折波長分散は、0.1以上、0.3以下で
    ある液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】請求項６の液晶表示装置において、位相
    板Ａのリタデーションは位相板Ｂのリタデーションより
    も小さいことを特徴とする液晶表示装置。
  12. 【請求項１２】請求項６の液晶表示装置において、光源
    側偏光板の透過軸と位相板Ｂの光学軸の成す角が30°以
    下である液晶表示装置。
  13. 【請求項１３】請求項４において、液晶層は、ツイステ
    ッドネマチック液晶層であり、そのツイスト角が180°
    以上、270°以下であり、ツイステッドネマチック液晶
    層の層厚ｄLCと複屈折ΔｎLCの積ΔｎLCｄLCが0.75μm
    以上1.0μm以下であり、 液晶に電圧を印加する電極は、直接駆動型のＸＹマトリ
    クス電極であり、 駆動手段の印加する少なくとも二値以上の電圧のうち最
    も高電圧において暗表示を行い、 波長550nmにおける位相差が、(ａ)〜(ｅ)の内のいずれ
    かの方法で決定される液晶表示装置。 (ａ) (１)式においてｎ＝１、第２項の符号を＋とす
    る。 (ｂ) (１)式においてｎ＝２、第２項の符号を＋とす
    る。 (ｃ) (１)式においてｎ＝１、第２項の符号を−とす
    る。 (ｄ) (１)式においてｎ＝２、第２項の符号を−とす
    る。 (ｅ) (１)式においてｎ＝３、第２項の符号を−とす
    る。
  14. 【請求項１４】請求項１３において、光学補償層は、複
    屈折波長分散がお互いに異なる少なくとも２枚の複屈折
    媒体(位相板Ａ、位相板Ｂ)の積層体であり、位相板Ａと
    位相板Ｂとは、それらの遅相軸が交差して配置される液
    晶表示装置。
  15. 【請求項１５】請求項１４において、光学補償層は、波
    長650nmにおける複屈折をΔｎR、波長550nmにおける複
    屈折をΔｎG、波長450nmにおける複屈折をΔｎBとし
    て、(２)式で定義される複屈折波長分散を有する液晶表
    示装置。 複屈折波長分散＝(ΔｎB−ΔｎR)／ΔｎG (２)
  16. 【請求項１６】請求項１５において、光学補償層は、そ
    の複屈折波長分散が-1.0以上、0.0以下であり、かつ、
    波長550nmにおけるリタデーションが300nm以上である液
    晶表示装置。
  17. 【請求項１７】請求項１５において、位相板Ａの複屈折
    波長分散は、(２)式の定義で、0.0001以上、0.1未満で
    あり、位相板Ｂの複屈折波長分散は、0.1以上、0.3以下
    である液晶表示装置。
  18. 【請求項１８】請求項１５において、位相板Ａのリタデ
    ーションは位相板Ｂのリタデーションよりも大きいこと
    を特徴とする液晶表示装置。
  19. 【請求項１９】請求項１５において、光源側偏光板の透
    過軸と位相板Ｂの光学軸の成す角が30°以下である液晶
    表示装置。
  20. 【請求項２０】請求項１３、１４、１５、１６、１７、
    １８または１９において、液晶層は、その外側に、電極
    で覆われない部分を覆うブラックマトリクスをさらに備
    えることを特徴とする液晶表示装置。
  21. 【請求項２１】請求項１、２、３、４、５、６、７また
    は８において、液晶層は、その外側に、電極で覆われな
    い部分を覆うブラックマトリクスを有し、かつ、内部に
    不透光性のビーズをさらに備えることを特徴とする液晶
    表示装置。
  22. 【請求項２２】請求項１３、１４、１５、１６、１７、
    １８または１９において、液晶層は、その外側に、電極
    で覆われない部分を覆うブラックマトリクスを有し、か
    つ、内部に不透光性のビーズをさらに備えることを特徴
    とする液晶表示装置。
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