JPH0769538B2 - 補償したねじれネマチック液晶表示装置 - Google Patents

補償したねじれネマチック液晶表示装置

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JPH0769538B2
JPH0769538B2 JP63165073A JP16507388A JPH0769538B2 JP H0769538 B2 JPH0769538 B2 JP H0769538B2 JP 63165073 A JP63165073 A JP 63165073A JP 16507388 A JP16507388 A JP 16507388A JP H0769538 B2 JPH0769538 B2 JP H0769538B2
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    • G02F2413/14Negative birefingence

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は,液晶表示装置に関し,特にねじれネマチック
液晶セルの液晶分子が電界下で基板に垂直に配向した時
の光学異方性を補償したねじれネマチック液晶表示装置
に関する。
[従来の技術] ねじれネマチック液晶表示装置は鮮明な表示のできる液
晶表示装置として各種の利用、開発が進められている。
薄膜トランジスタを組み込んだねじれネマチック液晶表
示装置(TFT−TNLCD)を例として、第6図(A),
(B)を参照して、説明する。
第6図中(A)は平面図,(B)は断面図である。薄膜
トランジスタねじれネマチック液晶装置(TFT−TNLCD)
は,第6図(B)のように、2枚の偏光板1,6の間に液
晶セルが挟まれた構造を有している。液晶セルは、基板
2と基板4の間にねじれ配向されたネマチック液晶3が
封入された構造を持つ。第6図(A)に示すように、一
方の基板2上にはTFT8と表示電極9が形成されている。
他方の基板4には対向共通電極が形成されている。
このTFT−TNLCDの電界印加時であるON時と無電界時であ
るOFF時の画素の状態を第7図(A)、(B)に示す。
第7図中(A)がOFF時、(B)がON時を表す。
第7図(A)、(B)に示す液晶表示方式はポジ型(電
圧印加時に暗くなる)ねじれネマチック(TN)方式であ
り、2枚の偏光板1、6の偏光軸P1、P2は直交してい
る。基板2、4上には偏光軸P1、P2と平行な向きに配向
構造が設けられている。第7図(A)のOFF時には、画
素の液晶層3は基板表面に設けられた配向構造に従い基
板に平行な面内で液晶分子の長軸が基板2側の縦方向か
ら基板4側の横方向まで徐々に90度ねじられたねじれ構
造である。入射光が偏光板1で縦方向の直線偏光とな
り、そのまま基板2側から液晶層3に入り、液晶層3中
で液晶分子の配向方向に従って旋光され基板4側では横
方向の直線偏光となって偏光板(検光器)5に入射す
る。偏光軸P2が横(水平)方向である偏光板5はこの光
を透過させるため、画素は明状態である。一方、第7図
(B)のON時には、液晶分子10が電界方向に揃うために
縦方向に偏光された入射光は液晶層3中で旋光されず横
方向の偏光板(検光子)6で阻止されるため、画素を液
晶表示装置の法線方向から観察した場合暗状態となる。
[発明が解決しようとする課題] ON時の画素を法線方向から見た場合には、ほぼ完全な暗
状態が得られるが、法線からずれた方向から入射する光
に対しては、完全な暗状態が得られない。
このために、視認角度がごく狭くなってしまう。
一般に液晶表示装置、特に透過型液晶表示装置の表示品
位に最も大きな影響を及ぼす因子はコントラストであ
る。コントラストを高くするためには暗状態の光洩れを
できるだけ小さくすることが必要である。従って、上記
のように法線からずれた方向で十分な暗状態が得られな
いと表示品位を著しく低下させてしまうことになる。
本発明の目的は、視認角度の広いねじれネマチック液晶
表示装置を提供することである。
[課題解決のために行った検討] 上述の視認角度が狭い現象の理由を第8図を用いて解析
する。印加電圧が十分に高ければ、液晶分子は電界方向
に向きを揃え、液晶層3は第8図に示す屈折率楕円体の
ように水平方向の屈折率がそれと直交する方向の屈折率
よりも大きい一軸性であると考えられる。
第8図において、 ne=n no=n ne>no (ただし、n、nはそれぞれ液晶分子の長軸方向及び
短軸方向の屈折率) である。
ここで、理想的な偏光板が使用されているとすれば、観
察される光強度(出射光強度)Iは、近似的には、 ただし、 (ΔRはリターデーションと呼ばれる量、λは波長、d
は液晶層の厚さ、I0は入射光強度、θ、φは第7図
(B)に示す角度) と表される。
(1)式より、ΔRに対応して光が洩れてくることがわ
かる。
たとえば、メルク社製の液晶材料ZLI−1701はn=1.
6、n=1.5、である。例として、φ=45°、n=1.
6、n=1.5、d=10μm、λ=550nmの場合を考える。
θ=0°(法線と一致)であれば(1)式においてΔR
=0となるから I(θ=0)=0 である。
しかし、θ=30°の場合は、それぞれの値を(1)式に
代入すると、 I(θ=30°)=0.5Io となる。
このようにして求まる観察方向(θ)と出射光(洩れ
光)強度の関係を第9図に示す。第9図において、横軸
は入射角度θ、縦軸は出射光量Iを表す。出射光量Iは
入射角度θが数度付近から立上がり、15度位から増加
し、約30度周辺に0.5Ioのピークを形成して再び下が
り、約40度以上で再び小さな値となる。
[課題を解決するための手段] ねじれネマチック液晶層を含む液晶セルと1対の偏光器
のうちの1方との間に、基板に垂直な方向に負の光学異
方性を有する均一な一軸性フィルムを有し、電極間に電
圧が印加され、ねじれネマチック液晶が電界下で電界方
向を軸とする正の光学異方性を持った時、その光学異方
性を補償する異方性補償手段を挿入する。
[作用] 電界印加時に液晶層が基板に垂直な方向を向いた1軸性
光学媒体となって正の光学異方性を持った時、液晶セル
の正の光学異方性を異方性補償手段の負の光学異方性が
補償することにより有限な入射角方向での洩れ光を減じ
ることができる。
[実施例] 本発明の実施例による液晶表示装置の構成を第1図
(A)及び(B)に示す。
ここで偏光板(偏光器)11、16と基板12、14及び液晶層
13は、第6図(A),(B)に示す従来のものと同様の
構成である。第1図(A)に示すように偏光板16と基板
14との間(あるいは第1図(B)に示すように偏光板11
と基板12との間)に異方性補償手段15が挿入されてい
る。異方性補償手段15は厚さ方向に負の光学異方性を有
する。
無電界時のOFF時および電界印加時のON時の表示画素の
状態を第2図(A)と(B)に示す。液晶分子の状態は
従来のねじれネマチック構成の場合と同様、OFF時には
基板に平行な面内で液晶分子の長軸方向が90°ねじれた
ねじれ配置、ON時には液晶分子の長軸方向が基板に垂直
となる垂直配置となる。オフ時には液晶セルは明状態で
あり、オン時には暗状態となる。
異方性補償手段15は、たとえば第3図(A)に示すよう
なシート状で、第3図(B)に示すように面内の屈折率
をn1,n2、厚さ方向の屈折率をn3とすると、 n3<n1=n2 となる一軸性光学材料で構成される。
すなわち、異方性補償手段15は光軸方向に負の屈折率楕
円体(負の光学異方性)を有する。
ON時の表示画素の光学系を第4図に示す。図中、光軸上
を左から右へ偏光子(偏光器)11、液晶層13、異方性補
償手段15、検光子(偏光器)16が配置されている。
ここで ne =n(液晶分子の長軸方向の屈折率) no =n(液晶分子の短軸方向の屈折率) d :液晶層厚 d′:異方性補償手段の一軸性フィルムの厚さ とすれば、基板に平行な面内で垂直から45度傾いた方向
で、法線(光軸)からθ傾いた方向から入射する光の出
射光強度I′は近似的には、 ただし、 と表される。
(2)式において、ΔR+ΔR′=0となるように、異
方性補償手段の特性を設定すれば、I′=0となる。
この条件下ではON時の洩れ光はどの視認方向からでも零
になる。したがって広い視認角度で高いコントラストの
得られる表示となる。
(2)式においてI′を小さくする条件は近似的には (ne−no)d+(n3−n1)d′=0 …(3) とすればよい。
例えば、液晶材料としてメルク社製ZLI−1701を使用す
ると、 ne(=n)=1.6、no(=n)=1.5である。液晶層の
厚さ(セル厚)d=10μmである時,異方性補償手段を
構成する一軸性フィルムが n1=1.65、n3=1.64 であれば、(3)式より d′=(1.6−1.5)/(1.65−1.64)=10μm とすれば良い。
このような厚さ方向に負の光学異方性を有する一軸性フ
ィルムは、たとえば、ポリマ材料で作製できる。このポ
リマ材料は好ましくは熱可塑性である。さらに、この熱
可塑性ポリマが接着剤としても機能するようにもでき
る。そのような材料の例は、たとえばデュポン社から入
手できるSURLYNの商品名を持つ熱可塑性ポリマである。
この材料を厚さ方向に押し圧力を印加して加熱冷却し、
シート状にすると、厚さ方向に負の光学異方性をもつシ
ートが作製される(特願昭62−046621号公報参照)。
この時の視認方向と洩れ光I′との関係を第5図に示
す。横軸に入射角度θ、縦軸に出射光強度Iを表す。出
射光(洩れ光)の強度が小さいため、第9図と比較して
縦軸を10倍に拡大して示す。入射角約15度からわずかに
出射光強度Iが増加するが約35−40度ののピーク付近で
もたかだか0.005Io程度でしかない。ピーク値で約0.5Io
であった第9図に比べて大きく改善されていることがわ
かる。
[発明の効果] 広い視認角度をもつねじれネマチック液晶表示装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)は本発明の実施例による液晶表示
装置の2配置例を示す断面図である。 第2図(A)、(B)は第1図(A)の液晶表示装置の
動作を説明するための概略斜視図であり、(A)はOFF
時、(B)はON時を表す。 第3図(A),(B)は第1図(A)、(B)の異方性
補償手段を説明するための図で、(A)は斜視図、
(B)は異方性屈折率の分布を示す図である。 第4図は第2図(B)のON時の動作を説明する概略斜視
図であり、液晶層と異方性補償手段とを屈折率楕円体で
示す。 第5図は第4図の光学系による入射角度θ対出射光強度
のグラフである。 第6図(A)、(B)は従来技術による液晶表示装置を
示し、(A)は平面図、(B)は断面図である。 第7図(A)、(B)はねじれネマチック液晶表示装置
の動作を説明する概略斜視図であり、(A)はOFF時、
(B)はON時を表す。 第8図は第7図(B)のON時の動作を説明するための概
略斜視図であり、液晶層を屈折率楕円体で示す。 第9図は第7図(B),第8図に示すON時の入射角度に
対する洩れ光のグラフである。 符号の説明 1、6……偏光板 2、4……基板 3……液晶層 no……常光線に対する屈折率 ne……異常光線に対する屈折率 P1、P2……偏光軸 11、16……偏光板(偏光器) 12、14……基板 13……液晶層 15……異方性補償手段 n1、n2、n3……異方性補償手段の1軸性フィルムの屈折
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 龍男 宮城県多賀城市丸山1―16―13―42 (72)発明者 有賀 数夫 神奈川県川崎市高津区下作延1809―3 ク リーンハイツ久地A304 (72)発明者 国安 誠祐 神奈川県川崎市高津区末長1443―1―505 (56)参考文献 特開 昭60−26322(JP,A) 特開 昭61−186938(JP,A) 実開 昭62−94316(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極を備え、かつ直交若しくはほぼ直交し
    た配向方向を有する一対の平行基板間に正の誘電異方性
    を有するネマチック液晶層を挾み、電極間に電圧を印加
    しない状態では液晶分子が基板の配向方向に従い一方の
    基板から他方の基板に向かって基板に平行な面内で徐々
    に、かつ全体として80〜100度ねじれて配向し、電極間
    に電圧を印加した状態では液晶分子の長軸方向が基板に
    垂直な方向に近づくねじれネマチック液晶セルと、 ねじれネマチック液晶セルを挾み、各基板の配向方向と
    平行若しくは直交する偏光軸方向を有する一対の直交偏
    光器と、 液晶セルと1つの偏光器との間に配置され、面内方向で
    実質的な光学異方性を有さず厚さ方向に負の光学異方性
    を有する均一な一軸性フィルムを有し、電極間に電圧が
    印加され、ねじれネマチック液晶が電界下で基板垂直方
    向を軸とする正の光学異方性を形成した時、その光学異
    方性を補償する厚さ方向に負の光学異方性を有する均一
    な一軸性フィルムを有する異方性補償手段と、 を有するねじれネマチック液晶表示装置。
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