JPH06342154A

JPH06342154A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06342154A
Application number: JP5132070A
Authority: JP
Inventors: 憲一 ▲高▼取; Kenichi Takatori
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1994-12-13
Also published as: KR950001347A

Abstract

(57)【要約】【目的】光学補償手段を用いて、広視野で良好な表示
の液晶表示装置を得る。【構成】液晶セル５と一対の偏光子６の間に、正の一
軸を有する一つ以上の補償手段２と、表示面内方向に屈
折率の異方性がほぼなく、表示面と垂直な方向の屈折率
が面内に比べて小さい補償手段３とを有する液晶表示装
置である。偏光子６に液晶セル、または正の一軸を有す
る補償手段２を隣接させ、光学軸を直交もしくは平行と
する。また、目的に応じて各構成の配置を規定する。

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するも
のである。特に、広視野でコントラストの良好な表示を
得ることの可能な液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学補償手段を用いて広視野でコ
ントラストの良好な表示を実現する液晶表示装置とし
て、例えば、特開昭６１−１８６９３７号公報や特開昭
６２−２１０４２３号公報に示されているものがある。
ここでは、これらを例にとって説明する。

【０００３】図２１に特開昭６１−１８６９３７号公報
の液晶表示装置の断面図と基板間における液晶分子の配
向を示す。図中Ａは、上基板であり、ポリイミド膜等の
配向膜２３を備えた透明ガラス基板２２により構成され
ている。Ｂは、下基板であり、やはりポリイミド膜等の
配向膜２４を備えた透明ガラス基板２５により構成され
ている。上基板Ａは、分子が紙面に対して平行に配向す
るように、また、下基板Ｂは、分子が紙面に対して垂直
に配向するような処理が各々ラビングにより施されてい
る。具体的には例えば、上基板Ａおよび下基板Ｂ間のギ
ャップは９μｍ、表示部は１×１ｃｍ²のテストパター
ンを使用し、配向膜２３，２４は、ポリイミドを膜厚９
００オングストロームで塗布した後、ラビング処理を行
い、そのラビング角度は略９０度とする。４は上基板Ａ
および下基板Ｂの間に注入された液晶物質を示し、その
分子は図に示した如く、各基板に対してほぼ平行配向
し、且つ、下基板Ｂ直上の分子の長軸方向と上基板Ａ直
下の分子の長軸方向とは、ほぼ直交している。２６およ
び２７はそれぞれ下基板Ｂの下側および上基板Ａの上側
に配設される下偏光板、および上偏光板を表している。
２８は上偏光板２７と上基板Ａの間に配設された位相差
板を示す。この従来例の位相差板は本願発明における正
の一軸を有する補償手段２と同じ意味を持つ。位相差板
２８としては、厚さ４０μｍ、レターデーション２００
±２０μｍの透明シートを、偏光板２６，２７は、単体
透過率４３％厚さ１２０μｍのものを用いる。図２２は
図２１のセル構成において、各要素間で具備すべき、各
種光学軸の相対的な配置を示している。図に見るように
上下の偏光板の吸収軸はほぼ平行となっている。下偏光
板２６の吸収軸と配向膜２４上の液晶の長軸方向が一致
している。また、位相差板２８の光学軸は、上偏光板２
７の吸収軸と配向膜２３上の液晶の長軸方向を二分する
ように配置されている。この構成では、液晶物質に関し
ては、液晶物質が９０°捻じれた配向を持つようなＴＮ
（ツイステッド・ネマティック）型となっている。ま
た、上下の偏光板が平行となっており、ＴＮ型の中で
も、ノーマリブラックモードＴＮ、もしくは、ネガタイ
プＴＮと呼ばれる表示方式として構成されている。この
従来の液晶表示装置においては、このノーマリブラック
モード型の構成の中に位相差板２８を挿入することによ
りノーマリホワイトモード型、もしくは、ポジタイプＴ
Ｎと呼ばれるものと同様の動作をするようにしている。
すなわち、この従来型の液晶表示装置において電圧が印
加されない状態で光が透過し、白表示が得られ、また、
電圧を印加することで黒表示となる。この従来例の液晶
表示装置では、位相差板２８の挿入により液晶セルが有
する位相差を変化させ、正面コントラストの改善、およ
び、優先的な視角方向での視野角特性の改良を図るもの
である。

【０００４】また、他の形態の光学補償板を用いた従来
例として、特開昭６２−２１０４２３号公報の液晶表示
装置の組立斜視図を図２３に示す。この装置では、下プ
レート２５と上プレート２２との間に液晶層４を有し、
その上下プレートは平行でかつ透明であり、例えばガラ
スからできている。プレート２５，２２の互いに平行す
る面にそれぞれ透明電極３１が設けられている。第１お
よび第２の偏光子３３，３４が液晶層４および二つのプ
レート２５，２２によって構成された組立体の両側に配
置されている。第１の偏光子３３はプレート２５側に、
また第２の偏光子３４はプレート２２側にある。これら
二つの偏光子は、プレート２５および２２に平行な板状
をしている。この液晶表示装置はまた、下プレート２５
と第２の偏光子３３との間に位置しこれらと平行な補償
媒体の板またはシート３２を有する。この従来例の補償
媒体は、本願における表示面内方向に屈折率の異方性が
ほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面
内の屈折率に比べて小さい補償手段３と同じ意味を持
つ。この従来例の液晶表示装置では、補償板の挿入によ
り、傾いた視角から観察した時の液晶層の屈折率の異方
性を補償し、良好な視角特性を得ることを目的としてい
る。

【０００５】更に、補償手段を用いないで広視野を実現
することを目的とした液晶表示装置の従来例を示す。特
公昭５８−４３７２３号公報に示されている液晶表示装
置では、画素を複数の領域に分割し、隣り合う領域同士
で異なる配向方向に配向性能を与えることにより、広視
野を実現している。この液晶表示装置において、異なる
配向方向を得るために、逆向きに付与された配向性能の
例を示す平面図を図２４に示す。図において３５，３６
はそれぞれ左向き，右向きの配向性能を示す。その交互
に付与される配向性能の巾すなわち交互付与のピッチｄ
は、肉眼で判別できない程度に微細であり、具体的には
１００μｍ以下に該当する。更にこの複数の領域に分割
された基板３７同士をほぼ９０°の角度を成すように重
ねて使用している。この従来例では、分割された各々の
領域での液晶配向は螺旋型の捻じれの向きは同じである
が基板表面に対する角度が異なっている。基板表面に対
する角度の違いにより、電圧印加時には液晶分子の立ち
上がる方向が異なるため、光が基板に対する鉛直方向か
ら傾いた斜め方向から入射する場合に各々の領域が光学
特性を補償しあう。その結果、電圧印加時における視角
依存性は上下の基板間の配向の異なる領域で相殺され、
視角依存性の少ない光学特性が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６１−１８６９３７号公報の構成の液晶表示装置では、
視角を傾けたときに、黒表示時の透過率が大きく変化し
表示が白っぽくなるなどの現象が発生し、コントラスト
を低下させていた。また、特定波長の光に対しては正面
コントラストが改善されたが、白色光等の多数の波長を
含む光源を用いた場合、波長により透過率が大きく変化
し、その結果、正面コントラストは逆に悪化していた。
この波長による透過率の変化の現象は視角を傾けたとき
にも観察され、激しい色付きとして観察された。更に、
従来の液晶表示装置を波長による影響がないように特定
波長で使用した場合においても、優先視角方向以外で
は、視野角範囲が大幅に減少し、結果として方位角で±
５度程度の範囲内でしか使用することができなかった。

【０００７】また、特開昭６２−２１０４２３号公報の
構成の液晶表示装置では、視角を傾けた時の黒表示の透
過率の変化が少なくなり良好な表示が得られたが、その
効果はある一定の方向、例えば、左右方向のみであり、
他の方向、例えば、上下方向では、ほとんど改善されな
いか、逆に特性が悪化していた。更に、光学補償手段を
用いずに領域に分割して広視野角を実現した特公昭５８
−４３７２３号公報の構成の液晶表示装置では、分割さ
れた領域同士が特性を補償しあい特性を平均化すること
による改善が見られたが、やはり黒表示の透過率が大き
く変化し、視角を傾けると白っぽい表示になる等の問題
が生じていた。

【０００８】本発明の目的は、視角変化によるコントラ
ストの変化の少ない、広域な視角特性を持つ液晶表示装
置を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、波長による透過率の
変化の少ない、広域な波長特性を有する液晶表示装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、２枚の基
板間に液晶物質を挟持してなる液晶セルと、一対の偏光
子と、液晶セルと偏光子との間の光学補償手段とからな
る液晶表示装置において、光学補償手段が、正の光学的
一軸性を有し、その光学軸が表示面内にある一つ以上の
補償手段と、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼな
く、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈
折率に比べて小さい補償手段とからなり、且つ、液晶セ
ルの一方の基板、もしくは、正の光学的一軸性を有する
補償手段の内一つまたは二つの補償手段が偏光子に隣接
し、且つ、偏光子の吸収軸と、その偏光子に隣接する液
晶セルの隣接する側の基板表面近傍での液晶の配向方向
もしくは、偏光子に隣接する正の光学的一軸性を有する
補償手段の光学軸の方向すなわち屈折率最大の方向と
が、ほぼ平行もしくはほぼ直交の位置にあることを特徴
とする液晶表示装置である。

【００１１】第２の発明は、第１の発明の正の光学的一
軸性を有する補償手段の内少なくとも一対の光学軸がほ
ぼ直交することを特徴とする液晶表示装置である。

【００１２】第３の発明は、第２の発明の光学補償手段
が、正の光学的一軸性を有する一対のほぼ直交する補償
手段間に、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、
且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率
に比べて小さい補償手段を配置した構成であり、且つ、
光学補償手段が液晶セルと一方の偏光子間に位置するこ
とを特徴とする液晶表示装置である。

【００１３】第４の発明は、第２の発明の光学補償手段
が、正の光学的一軸性を有する一対のほぼ直交する補償
手段と、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、且
つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率に
比べて小さい補償手段とからなり、且つ、液晶セルと一
方の偏光子間の光学補償手段が、正の光学的一軸性を有
する一つの補償手段と、その補償手段に隣接して設けら
れた、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、且
つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率に
比べて小さい補償手段とからなり、且つ、液晶セルと他
方の偏光子間の光学補償手段が、正の光学的一軸性を有
する一つの補償手段からなることを特徴とする液晶表示
装置である。

【００１４】

【作用】従来の光学補償手段を用いた液晶表示装置で
は、黒表示の透過率が視角と共に大きく変化し、視角変
化によるコントラスト低下を招いていた。また、正の一
軸を有する補償手段を用いた従来の液晶表示装置では、
光源の波長により透過率が変化する波長依存性という現
象が発生し、コントラストの低下と表示の色付きが発生
していた。更に、特定波長においても優先視角方向以外
では、視野角が大幅に減少していた。これらの現象は、
光学補償手段の構成と挿入方向に問題があるため発生す
る。また、従来の領域に分割し広視野を実現する液晶表
示装置では、黒表示の透過率が視角と共に大きく変化
し、視角変化によるコントラスト低下を招いていた。こ
れは、領域の分割だけでは補償できない異方性が存在す
るためである。本発明においては、広視野角を目的とし
た改良を加える以前の従来の液晶表示装置の視角特性お
よび波長依存性について分析し、使用する光学補償手段
の構成や配置を目的に応じて特定している。そこで、ま
ず分析について示し、その後に各発明の作用について示
す。

【００１５】広視野角を目的とした改良を加える以前の
従来の液晶表示装置における視角依存性の発生の原因と
しては、次の二つの原因が主要なものである。第一の原
因は液晶物質が有する光学的異方性であり、また第二の
原因は偏光子の使用による異方性である。これら二つの
原因は液晶物質と偏光子を使用する構成の液晶表示装置
においては必ず伴う問題である。そこで、以下ではこれ
らの問題を分析し、その分析に応じて改善方法を示す。

【００１６】まず、液晶表示装置の液晶物質による視角
依存性の発生について、ＴＮ型液晶表示装置を例にとっ
て分析する。ＴＮ型液晶表示装置における上下基板間で
９０°捻じれた構造を持つ液晶物質は、電圧を印加しな
い状態においては光の振動方向を回転する旋光子として
働く。その結果、入射側の偏光子を通して入射した直線
偏光は、振動方向を約９０°回転され、ほぼ直線偏光の
まま出射される。この旋光子として働く液晶配向は、視
角変化に対し屈折率の変化等の光学的な変化が少なく、
視角依存性の原因とはならない。また、電圧を印加した
状態では、屈折率楕円体を図２５に示すようにセル中央
部の液晶は鉛長方向にほぼ立った状態となり、基板表面
近傍の液晶は配向規制された方向に添って配向した状態
のままである。なお図中、１０は基板表面近傍での液晶
の配向方向を、２９は基板表面近傍での屈折率楕円体
を、３０は電圧印加時の液晶セル中央部での屈折率楕円
体を示している。その結果、電圧が印加された状態で
は、入射側の偏光子を通して入射した直線偏光は旋光さ
れることなく、ほぼ入射時と同じ振動方向の直線偏光と
して出射する。このように出射される光は、出射側の偏
光子を入射側の偏光子と直交、もしくは平行とすること
により透過状態もしくは透過しない状態を実現できる。
しかし、電圧が印加された状態では、セル中央部での液
晶配向が立った形となり、図２５に示すような屈折率楕
円体となるため、視角方向が正面より傾くと屈折率が大
きく変化し、この視角依存性を改善するためには、中央
部での立った形の屈折率楕円体の屈折率の傾向を打ち消
すように図５に示すような屈折率楕円体を有する補償手
段を設けてやればよい。このような屈折率楕円体を持つ
補償手段は、本発明に記した表示面と平行な方向の面内
の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直な方
向の屈折率が面内の屈折率に比べて小さい補償手段によ
り実現される。この補償手段の効果については、従来例
に見るものである。

【００１７】更に、液晶表示素子における視角依存性の
第二の主要な原因として偏光子の使用があげられる。直
交する一対の偏光子の有する視角依存性の様子を図２６
に示す。図２６は、偏光子面に対し鉛直方向を中心とし
て天頂角および方位角方向に視角が変化した時の等コン
トラスト曲線を示している。等コントラスト曲線より分
かるように、直交した一対の偏光子は方位角０°，９０
°，１８０°，２７０°方向では良好なコントラスト特
性を示す。しかし、方位角４５°，１３５°，２２５
°，３１５°方向ではコントラスト特性が視角の変化と
共に大きく変化する。この直交する偏光子による視角依
存性を軽減するために正の一軸性を面内に有する補償板
一枚を偏光子の吸収軸と補償板の光学軸が直交もしくは
平行となるように偏光子間に配置した時の視角依存性を
図６に示す。図に見るようにコントラストの視角依存性
が大きく改善されている。このような偏光子の視角依存
性の改善を行うことが、正の光学的一軸性を有し、その
光学軸が面内にある補償手段を使用する第一の目的であ
る。この偏光子の視角依存性を改善することは、液晶セ
ルへの電圧の印加、無印加にかかわらず液晶表示装置の
視角特性の改善に有効である。このような一対の偏光子
による視角依存性は、一対の偏光子の吸収軸がほぼ平行
に配置されたときにおいても発生し、この時の視角依存
性についても正の一軸性を面内に有する補償手段を付加
することにより改善が可能である。また、更にもう一枚
の正の一軸を有する補償板を前記の補償板に対し光学軸
が直交するように付加することにより、より偏光子の視
角依存性を改善することができる。

【００１８】また、正の一軸性を面内に有する補償手段
を更に付加することにより、上記までの手段で補償が完
全でない特性についても細かな光学的な補償を行うこと
が可能である。ここでいう細かな光学補償とは、次のよ
うな光学特性に対するものである。まず第一として、基
板表面近傍とセル中央部との間の液晶配向が有する異方
性の補償であり、第二に液晶セルの各構成の光学軸の角
度の設定やセルの厚みまたは、印加電圧等の変化により
発生する異方性の補償である。また、これらの異方性と
偏光子により発生する波長依存性の補償も可能である。
これらの補償は全て、発生する異方性を打ち消すように
補償板を構成することにより実現される。具体的には発
生する屈折率の異方性もしくは波長依存性を打ち消すよ
うに補償板の屈折率の異方性もしくは波長依存性および
光学軸の方向を設計することにより実現される。

【００１９】次に分析に応じて各発明の作用を説明す
る。第１の発明においては、図１に示すように光学補償
手段の構成として正の光学的一軸性を有する一つ以上の
補償手段２と、表示面と平行な方向の面内の屈折率の異
方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が
面内の屈折率に比べて小さい補償手段３とからなる。更
に、液晶セル５の一方の基板もしくは、正の光学的一軸
性を有する補償手段２の内一つまたは二つの補償手段が
偏光子６に隣接し、且つ、偏光子６の吸収軸８と、その
偏光子に隣接する液晶セル５の隣接する基板表面近傍で
の液晶の配向方向、もしくは、偏光子６に隣接する正の
光学的一軸性を有する補償手段２の光学軸の方向すなわ
ち屈折率最大の方向が、ほぼ平行であるかもしくはほぼ
直交する。液晶セルの基板表面近傍での液晶配向が有す
る異方性は、正の一軸性の補償手段が有する異方性と同
様のものと考えられる。これらの正の一軸を有する媒体
は特性の改善に有効であるが、従来例に見るように使用
方法によっては特性を悪化させる。

【００２０】そこで、本発明では、従来例の方法によら
ず、まず液晶セルの基板表面近傍での液晶配向が有する
異方性と正の一軸性の補償手段が有する異方性とを同様
なものとして扱い、更に、偏光子に必ずこれらの正の一
軸性媒体が隣接し、且つ、偏光子の吸収軸と偏光子に隣
接する正の一軸性媒体の光学軸とがほぼ直交またはほぼ
平行となるようにするものとする。すなわち、具体的な
構成としては、液晶セルの一方の基板もしくは、正の光
学的一軸性を有する補償手段の内一つまたは二つの補償
手段が偏光子に隣接し、且つ、偏光子の吸収軸と、その
偏光子に隣接する液晶セルの隣接する基板表面近傍での
液晶の配向方向、もしくは、偏光子に隣接する正の光学
的一軸性を有する補償手段の光学軸の方向すなわち屈折
率最大の方向が、ほぼ平行であるかもしくはほぼ直交す
る構成とする。この構成により、正の一軸性媒体が持つ
異方性による着色等の波長依存性が減少し、コントラス
トの視角依存性の改善と波長依存性の改善が同時に行わ
れる。これは直交または平行な一対の偏光子間に正の一
軸性媒体を置いたときに、偏光子の吸収軸と正の一軸性
媒体の光学軸とが平行もしくは直交の関係となったとき
に出射される光の着色やコントラストの変化が発生しな
いことと同じ原理に基づく。

【００２１】第２の発明では、図２に示すように、第１
の発明の光学補償手段の内の正の光学的一軸性を有する
補償手段２の内少なくとも一対が直交する。このように
正の一軸性を有する補償手段を直交させることにより、
補償手段の使用による着色、もしくは波長依存姓と呼ば
れる現象の発生が第１の発明に比べて更に少なくなる。
これは、直交させた正の光学一軸性を有する補償手段同
士が互いの屈折率の異方性を補償するように働くためで
ある。これにより、補償手段により発生していた異方性
の内余分な異方性を打ち消すことができ、その結果、波
長依存性が少なくなると考えられる。

【００２２】また、第３の発明と第４の発明は特定の用
途に対し、補償板の構成と光学軸を設計したものであ
る。第３の発明では、図３に示すように第２の発明の光
学補償手段が、正の光学的一軸性を有する一対の直交す
る補償手段２間に、表示面と平行な方向の面内の屈折率
の異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折
率が面内の屈折率に比べて小さい補償手段３を配置した
構成であり、且つ、光学補償手段が液晶セル５と一方の
偏光子６間に位置する。また、第４の発明は、図４に示
すように第２の発明の光学補償手段が、液晶セル５と一
方の偏光子６との間、および、液晶セル５と他方の偏光
子６との間に分けて設置されており、且つ、正の光学的
一軸性を有する一対の平行する補償手段２と表示面と平
行な方向の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表
示面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べて小さ
い補償手段とからなり、且つ、液晶セルと一方の偏光子
間の光学補償手段が、正の光学的一軸性を有する補償手
段と、その補償手段に隣接して設けられた、表示面と平
行な方向の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表
示面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べて小さ
い補償手段３とからなり、且つ、液晶セル５と他方の偏
光子６間の光学補償手段が、正の光学的一軸性を有する
補償手段２からなる。これらの構成は、共に、第２の発
明の光学補償手段として二つの正の光学的一軸性を有す
る補償手段２と、表示面と平行な方向の面内の屈折率の
異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率
が面内の屈折率に比べて小さい補償手段３を用いてい
る。このような補償手段と液晶セルの構成および光学軸
の配置には複数の構成が考えられるが、これら二つの発
明の構成が他の構成と比較して特定の目的において優位
性を有する理由は明確ではない。しかし、発明者の推定
としては、光の入射側より順番に各構成を数学的な行列
として扱うと、これらの行列を掛け合わせる順番により
特性に差が出ると思われる。これら二つの発明はその行
列の掛け合わせが目的に対して最適化された状態を実現
していると考えられる。各発明の目的は以下のようなも
のである。第３の発明は、全方向にコントラスト比が最
も改善されることを目的としている。そこで、従来の液
晶表示装置が持つ特定方向での特性の非対称性について
は特に改善されていない。また、第４の発明は、全方向
でなるべく対称なコントラスト比の特性を持つことを目
的としている。また、その目的に付加して得られた特性
として、階調表示まで含めて特に上位方向での特性が良
好となることがあげられる。これら二つの改善効果につ
いては、実施例に具体的に示す。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を図７から図２０を参照して
説明する。図７は第１の発明の実施例における各構成の
各種光学軸の配置を示す図である。図８は本実施例にお
いて使用した薄膜トランジスタアレイを示す模式図であ
る。図９は本実施例における液晶表示装置の組立斜視図
である。この実施例においては、能動素子としてアモル
ファスシリコンによる薄膜トランジスタ１４を用い、一
単位画素の大きさを縦１５０μｍ、横１００μｍとし
た。走査電極線１５、信号電極線１６は、スパッタ法で
形成されたクロミウム（Ｃｒ）を用い、線幅を１０μｍ
とした。ゲート絶縁膜には窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を
用いた。画素電極１３は透明電極であるＩＴＯ（酸化イ
ンジウム錫）を用い、スパッタ法により形成した。この
ように薄膜トランジスタ１４をアレイ状に形成したガラ
ス基板を第一の基板（薄膜トランジスタ側基板）１８と
した。また、対向側の第二の基板（カラーフィルタ側基
板）１９上に、カラーフィルタ１７を染色法によりアレ
イ状に形成しその上面にシリカを用いた保護層を設け、
更にＩＴＯを用いた透明電極を形成した。

【００２４】この第一の基板１８上にポリイミドによる
配向膜を塗布した。その配向膜表面に、ラビング処理を
施した。第二の基板１９も第一の基板と同様に配向処理
を施したが、ラビングの方向は９０°捻れた方向とし
た。この両基板をシリカ粒子によるスペーサを介して接
着剤で接着し、ネマティック液晶を注入した。液晶材料
としては、主屈折率、すなわち、常光に対する屈折率が
１．４８６で屈折率異方性が０．０７６のものを用い
た。液晶セルのセルギャップは、５．５μｍとした。こ
の時の液晶素子部の屈折率異方性と厚みの積（Δｎ・
ｄ）は、４１８ｎｍであった。また、黒表示時に印加す
る電圧は、４Ｖとした。

【００２５】正の一軸を有する補償手段２は、材料とし
てポリカーバネイトを使用し、ロール延伸機を用いて一
軸延伸により延伸方向に正の一軸の光学的異方性を有す
るようにした。また、表示面内方向に屈折率の異方性が
ほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面
内の屈折率に比べて小さい補償手段３は、材料として同
じくポリカーバネイトを使用し、テンター延伸法による
二軸延伸により作成した。正の一軸を有する補償板２の
光学的異方性Δｎ・ｄ、すなわち、屈折率の異方性と厚
みの積としては、３００ｎｍとした。また、表示面内方
向に屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直な
方向の屈折率が表示面内の屈折率に比べて小さい補償手
段３の光学的異方性Δｎ・ｄは、−３００ｎｍとした。
各補償手段は、図７に示すように配置した。偏光板の吸
収軸８とその偏光板に隣接する正の一軸を有する補償板
の光学軸９は平行になるようにした。また、一対の偏光
板の吸収軸８は直交するようにし、基板表面での液晶配
向１０は位置的に近いほうの偏光板の吸収軸８と平行と
した。また、一方の偏光板および二枚の光学補償板は、
粘着材を用いて貼り合わせ一体化し、それらを液晶セル
に貼り付けた。

【００２６】図２７と図１０とに従来のＴＮ型液晶表示
装置と本発明による液晶表示装置との黒表示の透過率の
上下方向および左右方向での視角依存性の測定結果を示
す。本発明の液晶表示装置では上下方向，左右方向とも
黒表示の透過率の上昇が、従来の半分程度となった。す
なわち、視角変化により黒表示が白っぽくなるという従
来のＴＮ型液晶表示装置の欠点が大幅に改善された。そ
の結果、視角変化によるコントラストの低下も大きく改
善された。また、左右方向の視覚時のコントラストの改
善効果は、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、
且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率
に比べて小さい補償手段を用いた従来の液晶表示装置よ
り若干良い程度であり効果が明確でなかったが、上下方
向では大きく改善された。更に、視角を傾けたときの色
付きの現象を方位角５０°方向での赤（６２０ｎｍ），
緑（５５０ｎｍ），青（４６０ｎｍ）の各波長毎の透過
率のばらつきで比較した。その結果、正面での透過率を
１００％としたとき、従来のＴＮ型液晶表示装置では２
８％程度であった。更に、従来の正の一軸の補償手段を
用いた液晶表示装置では７８％程度と激しい着色が起こ
っていた。これに対し、本実施例では２９％程度であ
り、余分な色付きを発生させることなく黒表示の視角依
存性が改善できた。このように偏光子の吸収軸と偏光子
に隣接する正の一軸を有する補償手段もしくは液晶セル
の基板表面近傍での液晶の配向方向をほぼ平行もしくは
ほぼ直交とすることにより、補償手段の使用による色付
きをなくすことができた。

【００２７】本実施例においては、表示面と平行な方向
の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂
直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べて小さい補償手
段３をテンター法による二軸延伸で作成した。しかし、
テンター法による二軸延伸では、補償板面内での均一性
を得ることが困難であった。そこで他の作成法として多
軸延伸による方法により補償板を作成した結果、良好な
均一性が得られた。また、補償板を一枚の補償板とせ
ず、複数の二軸延伸による補償板や複数の一軸延伸によ
る補償板の組み合わせにより、良好な均一性を持つ補償
板が得られた。複数の一軸延伸による補償板で表示面内
方向に屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直
な方向の屈折率が表示面内の屈折率に比べて小さい補償
手段３を作成した場合、本発明で使用する補償手段は、
全て正の一軸を有する補償板のみで作成できた。また、
第２の実施例にオートクレーブ炉を使用して補償手段３
を作成した例を示す。

【００２８】第２の発明の実施例における各構成の各種
光学軸の配置を図１１に示す。本実施例において、液晶
セルは第１の実施例と同様に作成し、液晶セル，光学補
償手段，偏光子の構成および光学軸の配置を変えた。本
実施例においては、正の一軸を有する補償板２は、材料
としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いて、一軸
延伸により作成し、光学的異方性Δｎ・ｄは３００ｎｍ
とした。表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、且
つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率に
比べて小さい補償手段３は、材料としてエチレン−メタ
クリル酸共重合体を金属イオンで架橋したアイオノマ樹
脂を使用し、オートクレーブ炉内で加圧加熱して作成
し、光学的異方性Δｎ・ｄは−３００ｎｍとなるように
した。各補償手段は、図１１に示すように配置した。偏
光板の吸収軸８とその偏光板に隣接する正の一軸を有す
る補償板の光学軸９は平行になるようにした。また、二
枚の正の一軸を有する補償板の光学軸は直交するように
した。一対の偏光板の吸収軸８は直交するようにし、基
板表面での液晶配向１０は位置的に近いほうの偏光板の
吸収軸８と平行とした。また、一方の偏光板および三枚
の光学補償板は、粘着材を用いて貼り合わせ一体化し、
それらを液晶ルートに貼り付けた。

【００２９】本実施例においては、黒表示の視角依存性
が第１の実施例に比べて更に改善でき、方位角５０°で
の黒表示の透過率は第１の実施例の８０％程度となっ
た。また、色付きに関しても、第１の実施例と同様に透
過率のばらつきで測定すると、２３％程度であり、実際
の観察においても特に上下方向での色付きが少なくなっ
た。このように正の一軸を有する補償手段の内少なくと
も一対の光学軸を直交させることにより、黒表示の透過
率の視角依存性の更なる改善と、色付きの低減が行え
た。

【００３０】第３の発明の実施例における各構成の各種
光学軸の配置を図１２に示す。本実施例において、液晶
セルは第１の実施例と同様に作成し、液晶セル、光学補
償手段、偏光子の構成および光学軸の配置を変えた。本
実施例においては、正の一軸を有する補償板２は、材料
としてポリエチレンテレフタレートを使用し、ロール間
圧縮延伸法により、光学的異方性Δｎ・ｄが３００ｎｍ
の正の一軸性を有するようにした。表示面内方向に屈折
率の異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈
折率が表示面内の屈折率に比べて小さい補償手段３は第
１の実施例と同様に作成し、光学的異方性Δｎ・ｄは−
３００ｎｍとした。各補償手段は、図１２に示すように
配置した。偏光板の吸収軸８とその偏光板に隣接する正
の一軸を有する補償板の光学軸９は平行になるようにし
た。また、二枚の正の一軸を有する補償板の光学軸は直
交するようにした。その直交する二枚の正の一軸を有す
る補償板２の間に表示面内方向に屈折率の異方性がほぼ
なく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の
屈折率に比べて小さい補償手段３を配置した。一対の偏
光板の吸収軸８は直交するようにし、基板表面での液晶
配向１０は位置的に近いほうの偏光板の吸収軸８と平行
とした。また、一方の偏光板および三枚の光学補償板
は、粘着材を用いて貼り合わせ一体化し、それらを液晶
セルに貼り付けた。本実施例においては、黒表示の視角
依存性はこれまでの実施例よりも更に改善できた。その
結果、コントラスト比の視角依存性の測定結果は図１３
に示すようになった。従来のＴＮ型液晶表示装置におけ
るコントラスト比の視角依存性の測定結果を図２８に示
す。このようにコントラスト比１００の領域の大幅な拡
大が見られ、コントラスト比２０以上の範囲は、従来の
ＴＮ型液晶表示装置で上下方向で−６０°から＋１０°
程度であったものが、本実施例においては−６７°から
＋２７°程度となった。また、左右方向でのコントラス
ト比２０以上の範囲も±４０°程度から±４８°程度に
拡大した。

【００３１】更に第４の実施例として、第３の発明を複
数の領域に分割した液晶表示装置に適用した例を示す。
本実施例の組立斜視図を図１４に示す。液晶セルは基板
表面の配向処理を除いて第１の実施例と同様に作成し
た。複数の領域に分割された基板３７の作成方法は以下
のような方法によった。基板上にポリイミドによる配向
膜を塗布した後、その配向膜表面にポリ型レジストを塗
布し、ストライプ上のマスクを用いて、それぞれの画素
を走査電極線と平行にマスクする領域と露光する領域に
二分した。露光部のレジストを現像した後、ラビング処
理を施した。更に、もう一度レジストを塗布し、前回と
マスク領域を反転し、露光し現像することによりラビン
グ未処理領域の配向膜表面のレジストを除去し、その表
面に前回のラビング処理方向と１８０°異なった方向に
ラビング処理を施す。その後、全てのレジストを除去し
た。薄膜トランジスタ側も、カラーフィルタ側の基板も
同様に配向処理を行った。光学補償手段の作成方法は第
３の実施例と同様とし、各々の構成と光学軸の方向も第
３の実施例と同様とした。本実施例により、コントラス
ト比の視角依存性が従来の複数の領域に分割された液晶
表示装置より改善された。具体的には、コントラスト比
２０以上の範囲が、従来上下方向で±４２°、左右方向
で±３３°であったものが、本実施例では、上下方向で
±６５°、左右方向で±４８°と大きく改善された。こ
のように、本発明は領域を分割した液晶表示装置に適用
することも可能であり、それにより実用上十分な視角範
囲を得ることができる。

【００３２】本発明の第５の実施例として、第４の発明
の実施例を示す。本実施例における各構成の各種光学軸
の配置を図１５に示す。本実施例において、液晶セルは
第１の実施例と同様に作成し、液晶セル、光学補償手
段、偏光子の構成および光学軸の配置を変えた。本実施
例においては、正の一軸を有する補償板２は、材料とし
てポリサルフォンを使用し、ロール延伸機により、光学
的異方性Δｎ・ｄが３００ｎｍの正の一軸性を有するよ
うにした。表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、
且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率
に比べて小さい補償手段３は第１の実施例と同様に作成
し、光学的異方性Δｎ・ｄは−３００ｎｍとした。各補
償手段は、図１５に示すように配置した。偏光板６と正
の一軸を有する補償板２が隣接するようにし、偏光板の
吸収軸８とその偏光板に隣接する正の一軸を有する補償
板の光学軸９は直交するようにした。また、二枚の正の
一軸を有する補償板の光学軸は直交するようにした。一
対の偏光板の吸収軸８は直交するようにし、基板表面で
の液晶配向１０は位置的に近いほうの偏光板の吸収軸８
と直交するようにした。また、一方の偏光板および二枚
の光学補償板、および、他方の偏光板と光学補償板と
は、粘着材を用いて貼り合わせ一体化し、それらを液晶
セルに貼り付けた。本実施例においては上下方向、左右
方向で対称なコントラスト特性となった。その結果、コ
ントラスト比の視角依存性の測定結果は図１６に示すよ
うになった。この実施例では図から分かるように上下の
方向に視角を傾けると上下で同様なコントラスト比の変
化を示す。このように本実施例では、従来上下で非対称
な特性であった液晶表示装置の特性を対称な特性にする
ことができる。

【００３３】更に第６の実施例として、第４の発明の構
成において電圧印加時の最大電圧を変えた例を示す。本
発明において使用する表示面内方向に屈折率の異方性が
ほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が表示面
内の屈折率に比べて小さい補償手段３は、電圧印加時に
液晶セル中央部で立った状態の液晶が有する屈折率異方
性を補償する。そのため、より液晶の配向が立った状態
となるほど、補償板の補償効果が増大する。液晶の配向
をより立たせるには、より大きな電圧を印加するか、液
晶物質の閾値電圧を下げてやればよい。本実施例におい
ては、液晶物質は他の実施例と同じネマティック液晶を
用いて、黒表示時に印加する電圧を４Ｖから６Ｖに変え
た。これらの条件以外は第１の実施例と同様に液晶セル
を作成した。また、液晶セル、光学補償手段、偏光子の
構成および光学軸の配置は第５の実施例と同様とした。
本実施例のコントラスト比の視角依存性の測定結果は図
１７に示すようになった。図より分かるように、第５の
実施例と同様に上下方向で対称な特性であるが、コント
ラスト比の視角範囲は大幅に広くなっている。更に、本
実施例の液晶表示装置と従来のＴＮ型液晶表示装置にお
いて１６階調の階調表示を行ったときの各階調の透過率
の上下方向での視角依存性の測定結果を図１８と図２９
に示す。この二つの図から分かるように、従来のＴＮ型
液晶表示装置では、上方向でも下方向でも各階調の透過
率が大きく変化し、各階調の透過率の大小関係が逆転す
る階調の反転と呼ばれる現象が発生していた。また、各
階調の透過率の比も大きく変化し、階調の認識が困難で
あった。本実施例においては、階調の反転が発生し始め
る視角はＴＮ型液晶表示装置より若干広くなった。更
に、上方向においては、階調の透過率の比が余り変化せ
ず良好な階調の認識が行えた。コントラスト比１０以上
で階調の反転が起きない視角範囲を良好な視角範囲とし
て表した本実施例の視角特性と従来のＴＮ型液晶表示装
置の視角特性の測定結果を図１９と図３０に示す。図よ
り分かるように本実施例においては、良好な視角範囲は
従来の３倍程度となった。すなわち、本発明の構成で
は、コントラスト比のみならず、色付きの原因である波
長依存性および階調表示時の視角特性まで含めて良好な
特性が得られた。

【００３４】更に第７の実施例として、第４の発明の構
成において液晶セルのセルギャップを変えた例を示す。
従来、ノーマリホワイトモードのＴＮ型液晶表示装置で
は、光学的異方性Δｎ・ｄを一定の範囲内で小さくして
やることで視角範囲が広がっていた。そこで、本実施例
においては液晶物質の屈折率異方性Δｎは他の実施例と
同様に０．０７６とし、液晶セルのセルギャップを５．
５μｍ〜４．０μｍへと薄くして、視角範囲を広げるよ
うにした。この時の液晶素子部の屈折率異方性と厚みの
積（Δｎ・ｄ）は、３０４ｎｍであった。液晶セル，光
学補償手段，偏光子の構成および光学軸の配置は第５の
実施例と同様とし、正の一軸を有する補償板２の光学的
異方性Δｎ・ｄを２２０ｎｍとし、表示面と平行な方向
の面内の屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示面と垂
直な方向の屈折率が面内の屈折率に比べて小さい補償手
段３の光学的異方性Δｎ・ｄを−２２０ｎとした。これ
らのΔｎ・ｄの変更は、液晶セルのΔｎ・ｄの変化に合
わせて行った。本実施例のコントラスト比の視角依存性
の測定結果は図２０に示すようになった。図より分かる
ように、第６の実施例と同様に上下方向で対称な特性で
あるが、コントラスト比の視角範囲は更に広くなってい
る。その結果、コントラスト比２０以上の視角範囲は、
上下方向で−２８°から＋４３°と十分な視角範囲が得
られた。なお、これまでの実施例では、主にノーマリホ
ワイトモードＴＮと呼ばれる偏光子を直交した表示モー
ドについての実施例を述べたが、本発明は偏光子を平行
としたノーマリブラックモードに対しても極めて有効で
ある。また、主にＴＮ型液晶表示装置についての実施例
を示したが、表示面と鉛直方向に異方性が発生するよう
な型の液晶表示装置もしくは複屈折性による異方性が発
生するような液晶表示装置に対しても本発明は有効であ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明を適用するならば、まず電圧印加
時の表示の視角依存性を改善することができる。その結
果、コントラスト比の視角範囲は従来に比べて広くなっ
ている。また、本発明で示したように正の一軸を有する
光学補償手段の光学軸や液晶セルの配置方向および偏光
子の吸収軸の軸方向および構成を規定することにより、
コントラスト比のみならず、色付きの原因である波長依
存性および階調表示時の視角特性まで含めて良好な特性
が得られる。その結果、広視野で良好な表示を持つ液晶
表示装置が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の液晶表示装置の斜視図である。

【図２】第２の発明の液晶表示装置の斜視図である。

【図３】第３の発明の液晶表示装置の斜視図である。

【図４】第４の発明の液晶表示装置の斜視図である。

【図５】電圧印加時の液晶表示素子のセル中央部におけ
る屈折率楕円体とその特性を補償するような屈折率楕円
体を表す模式図である。

【図６】直交する一対の偏光子間に正の一軸を有する補
償手段を置いた場合のコントラストの視角依存性を示す
測定結果である。

【図７】第１の実施例における各構成の各種光学軸の配
置を示す図である。

【図８】第１の実施例において使用した薄膜トランジス
タアレイを示す模式図である。

【図９】第１の実施例における液晶表示装置の組立斜視
図である。

【図１０】第１の実施例における上下方向および左右方
向での黒表示の透過率の視角依存性の測定結果である。

【図１１】第２の実施例における各構成の各種光学軸の
配置を示す図である。

【図１２】第３の実施例における各構成の各種光学軸の
配置を示す図である。

【図１３】第３の実施例における液晶表示装置のコント
ラスト比の視角依存性の測定結果を示す図である。

【図１４】第４の実施例における液晶表示装置の組立斜
視図である。

【図１５】第５の実施例における各構成の各種光学軸の
配置を示す図である。

【図１６】第５の実施例における液晶表示装置のコント
ラスト比の視角依存性の測定結果を示す図である。

【図１７】第６の実施例における液晶表示装置のコント
ラスト比の視角依存性の測定結果を示す図である。

【図１８】第６の実施例における液晶表示装置の１６階
調表示時の各階調の透過率の上下方向での視角依存性の
測定結果を表す図である。

【図１９】第６の実施例における視角特性の測定結果を
表す図である。

【図２０】第７の実施例における液晶表示装置のコント
ラスト比の視角依存性の測定結果を示す図である。

【図２１】特開昭６１−１８６９３７号公報に示されて
いる、従来の広視野を目的として光学補償手段を用いた
液晶表示装置の断面図である。

【図２２】従来の広視野を目的として光学補償手段を用
いた液晶表示装置の光学軸の相対的配置である。

【図２３】特開昭６２−２１０４２３号公報に示されて
いる、従来の広視野を目的として光学補償手段を用いた
液晶表示装置の組立斜視図である。

【図２４】特公昭５８−４３７２３号公報に示されてい
る、従来の広視野を目的として領域を分割した液晶表示
装置において、逆向きに付与された配向性能の例を示す
平面図である。

【図２５】従来のＴＮ型液晶表示装置において電圧印加
時の表示素子内の屈折率楕円体の様子を示す模式図であ
る。

【図２６】直交する一対の偏光子のコントラストの視角
依存性の測定結果を表す図である。

【図２７】従来のＴＮ型液晶表示装置の上下方向および
左右方向での黒表示の透過率の視角依存性の測定結果で
ある。

【図２８】従来のＴＮ型液晶表示装置のコントラスト比
の視角依存性の測定結果を表す図である。

【図２９】従来のＴＮ型液晶表示装置の１６階調表示時
の各階調の透過率の上下方向での視角依存性の測定結果
を表す図である。

【図３０】従来のＴＮ型液晶表示装置の視角特性の測定
結果を表す図である。

【符号の説明】

１光学補償手段２正の一軸を有する補償手段３表示面と平行な方向の面内の屈折率の異方性がほぼ
なく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が面内の屈折
率に比べて小さい補償手段４液晶物質（液晶層）５液晶セル６偏光子７基板８偏光子の吸収軸９正の一軸を有する補償手段の光学軸１０基板表面近傍での液晶の配向方向１１ＴＮ型液晶セル１２対向電極１３画素電極１４薄膜トランジスタ１５走査電極線１６信号電極線１７カラーフィルタ１８薄膜トランジスタ側基板１９カラーフィルタ側基板２０コントラスト比１０以下の領域２１階調反転が起こる領域２２上基板の透明ガラス基板（上プレート）２３上基板の配向膜２４下基板の配向膜２５下基板の透明ガラス基板（下プレート）２６下偏光板２７上偏光板２８位相差板２９基板表面近傍での屈折率楕円体３０電圧印加時の液晶セル中央部での屈折率楕円体３１透明電極３２補償板３３第１の偏光子３４第２の偏光子３５左向きの配向性能３６右向きの配向性能３７複数の領域に分割された基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の基板間に液晶物質を挟持してなる液
晶セルと、一対の偏光子と、液晶セルと偏光子との間の
光学補償手段とからなる液晶表示装置において、光学補償手段が、正の光学的一軸性を有し、その光学軸が表示面内にある
一つ以上の補償手段と、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示
面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率に比べて小
さい補償手段とからなり、且つ、液晶セルの一方の基板、もしくは、正の光学的一軸性を
有する補償手段の内一つまたは二つの補償手段が偏光子
に隣接し、且つ、偏光子の吸収軸と、その偏光子に隣接する液晶セルの隣
接する側の基板表面近傍での液晶の配向方向もしくは、
偏光子に隣接する正の光学的一軸性を有する補償手段の
光学軸の方向すなわち屈折率最大の方向とが、ほぼ平行
もしくはほぼ直交の位置にあることを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項２】正の光学的一軸性を有する補償手段の内少
なくとも一対の光学軸がほぼ直交することを特徴とする
請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】光学補償手段が、正の光学的一軸性を有する一対のほぼ直交する補償手段
間に、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示
面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率に比べて小
さい補償手段を配置した構成であり、且つ、光学補償手段が液晶セルと一方の偏光子間に位置するこ
とを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】光学補償手段が、正の光学的一軸性を有する一対のほぼ直交する補償手段
と、表示面内方向に屈折率の異方性がほぼなく、且つ、表示
面と垂直な方向の屈折率が表示面内の屈折率に比べて小
さい補償手段とからなり、且つ、液晶セルと一方の偏光子間の光学補償手段が、正の光学的一軸性を有する一つの補償手段と、その補償
手段に隣接して設けられた、表示面内方向に屈折率の異
方性がほぼなく、且つ、表示面と垂直な方向の屈折率が
表示面内の屈折率に比べて小さい補償手段とからなり、且つ、液晶セルと他方の偏光子間の光学補償手段が、正の光学
的一軸性を有する一つの補償手段からなることを特徴と
する請求項２記載の液晶表示装置。