JPH08114794A

JPH08114794A - 液晶表示装置およびその駆動方法

Info

Publication number: JPH08114794A
Application number: JP6249804A
Authority: JP
Inventors: Manabu Abiru; 学阿比留; 和也 ▲吉▼村; Kazuya Yoshimura
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【構成】透明基板６・７間にスーパーツイステッドネ
マティック液晶層８が封入されると共に、一方の透明基
板６の表面に、電極１２間を透過する光を遮る遮光膜１
０が設けられた液晶セル１と、この液晶セル１を透過型
ノーマリホワイトモードで動作させるように各々配設さ
れた一対の偏光板２・３と、一方の偏光板２と液晶セル
１との間に配設された位相差板４とを備え、この位相差
板４は、第１位相差層４ａと、この第１位相差層４ａ透
過後の残留位相差を補償する第２位相差層４ｂとの積層
体より成り、かつ、面内方向の屈折率をｎ_x・ｎ_y、厚
さ方向の屈折率をｎ_zとすると、ｎ_x＞ｎ_z＞ｎ_yに設
定されている。【効果】視角に対する色変化が小さく、かつ、黒表示
が視角に依存して反転しにくく、広い視野角特性を有す
る液晶表示装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばワープロ・パソ
コンなどのＯＡ機器の表示手段として、単純マトリクス
駆動にて動作するノーマリホワイト方式透過型のスーパ
ーツイステッドネマティック（以下、ＳＴＮという）液
晶表示装置およびその駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶のねじれ角を１８０°以上としたＳ
ＴＮ型液晶表示装置の表示モードは、ＯＮ電圧印加時に
明状態、ＯＦＦ電圧印加時に暗状態を示すノーマリブラ
ックモードと、これとは逆に、ＯＮ電圧印加時に暗状
態、ＯＦＦ電圧印加時に明状態を示すノーマリホワイト
モードとがある。

【０００３】ノーマリブラックモードでは、電圧無印加
状態で暗状態となるため、非電極部分は常に遮光状態と
なり、輝度はあまり高くはないが、暗表示がより暗くな
り、高コントラストが得られる。一方、ノーマリホワイ
トモードでは、電圧無印加状態で明状態となるため、非
電極部分が光抜けすることになり、高輝度ではあるがコ
ントラストが低くなる。このため、これまで、光源とし
てバックライトを用いる透過型液晶表示装置にはノーマ
リブラックモードを、また、バックライト等の光源を有
さない反射型（半透過型）液晶表示装置にはノーマリホ
ワイトモードをという使い分けがなされてきた。

【０００４】ところで、近年、液晶表示装置のパソコン
・ワープロ・ワークステーション・民生機器などへの普
及に伴い、より以上の高コントラスト化・広視野角化が
求められている。このため、高輝度に加え、広視野角特
性を有するノーマリホワイトモードの透過型液晶表示装
置を採用しようとする検討が活発になっている。

【０００５】例えば特開平５−１０７５２０号公報に
は、暗状態での視角が広い方があらゆる視角方向でコン
トラストが取れて好ましいこと、また、液晶が立った状
態の方が視角による差が少ないことから、この状態を暗
状態とするノーマリホワイトモードで動作するように構
成した液晶表示装置が開示されている。そして、ノーマ
リホワイトモードでは、液晶セルの透明基板表面に形成
される電極の間、すなわち、非画素部分における光の透
過率が常時高いため、上記装置では、電極間に遮光膜を
設けて、黒レベルが良好でコントラスト比の高い表示を
得るようになっている。

【０００６】さらに、上記公報記載の装置では、ＳＴＮ
型液晶表示装置で必要な色補償を行う際、液晶セルの厚
さ変化等に起因する表示むらを低減するために、液晶と
偏光板との間に、光学補償板として一枚の位相差フィル
ムを配置している。この位相差フィルムは、面内方向で
の主屈折率ｎ_xとｎ_yとの差で表される複屈折異方性Δ
ｎと、厚さｄの積で示されるレターデーションを、液晶
セルの厚さに応じて設定したものとなっている。

【０００７】また、例えば特開平５−２６４９５５号公
報には、偏光板および光学異方性媒体をノーマリホワイ
トモードになるよう設定し、また、上記同様に、遮光膜
を備え、さらに、位相差板を液晶セルの上下に一枚ずつ
配置した構成とすることにより、１０００Ｈｚの矩形波
で駆動した場合に、コントラスト比の大きい液晶表示装
置を得ている。

【０００８】なお、例えば特開平６−４３４２３号公報
には半透過型の装置において、また、特開平５−２８９
０５２号公報には反射型の装置において、それぞれノー
マリホワイトモードで高コントラストの視角特性に優れ
たＳＴＮ型液晶装置を得るために、前記レターデーショ
ン値を所定の範囲に設定した光学補償板を二枚積層して
構成した液晶表示装置が開示されている。

【０００９】また、特開平５−２１００８４号公報に
は、ノーマリブラックモードで動作する液晶表示装置に
おいて、広視野角化するために、それぞれ一軸延伸高分
子フィルムから成る二枚の位相差板を積層して光学補償
板を構成した装置が開示されている。各位相差板の選定
に当たっては、面内方向の屈折率ｎ_x・ｎ_yと共に、さ
らに厚さ方向の屈折率ｎ_zを加味し、位相差板の仰角の
変化に対応するレターデーションの変化の割合に応ずる
係数Ｋを、例えば正の光学異方性を持つ位相差板で、Ｋ
＝１−（ｎ_z−ｎ_y）／（ｎ_x−ｎ_z）としたとき、一
方の位相差板の係数Ｋ１については、−１≦Ｋ１≦0.１
７、他方の位相差板の係数Ｋ２については、０≦Ｋ２≦
１等の範囲に特定し、これらの組合わせにより、ノーマ
リブラックモードでの装置におけるＯＦＦ電圧印加時の
暗状態を黒色に補正すると共に、広視野角化を図ってい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特開平５−１０７５２０号公報記載の装置では、表示
ムラが目立ちにくい点では良くなっているものの、位相
差フィルムが一枚であるために、液晶セル内での旋光性
を伴って出射してくる光に対し、残留位相差の色補償が
充分でなく、したがって、必ずしも充分なコントラスト
比が得られないという問題を有している。また、位相差
フィルムは、単にセル厚変化に対応して色補償を行うと
いう観点でのみ設定されているために、コントラスト比
の視角依存性および色の視角依存性については、これが
大きくなるという問題もある。

【００１１】一般に、液晶表示装置をＯＡ機器等に用い
る場合、白背景に黒の文字を表示して用いられる場合が
多く、実使用上、観察者が認識する視角範囲は黒の反転
しない領域がどれだけ広いかによって決定される。この
黒表示が反転しにくく、視覚依存性の小さい装置が求め
られており、上記の装置構成では、特にこの点におい
て、満足し得る性能は得られない。

【００１２】また、前記の特開平５−２６４９５５号公
報記載の装置では、二枚の位相差板を設けているもの
の、これら位相差板の設定に当たって視角によるレター
デーション変化については格別考慮されてはいないため
に、この場合にも、コントラスト比の視角依存性および
色の視角依存性が大きいという問題がある。さらに、こ
の公報記載の装置では、前記したように、駆動に１００
０Ｈｚの矩形波を使用しており、デューティ波形で駆動
した場合に生じるフレーム応答現象は考慮されていな
い。したがって、実際にデューティ波形で駆動した場合
には、公報に記載されているコントラスト比よりも低く
なることが予測される。

【００１３】また、前記の特開平６−４３４２３号公
報、特開平５−２８９０５２号公報記載の装置でも、上
記同様に二枚の位相差板を設けているものの、これらは
法線方向から見たときのレターデーション値、すなわ
ち、面内方向の主屈折率ｎ_x・ｎ_yに基づいて範囲を特
定したものであるために、視角が変化した場合のレター
デーション変化に対して充分には色補償が得られず、こ
のため、これらの場合も、コントラスト比の視角依存性
および色の視角依存性が大きいという問題がある。

【００１４】このように、従来のノーマリホワイトモー
ドの装置では、特にコントラスト比や色の視覚依存性に
関して満足し得るものは得られず、新技術の導入が不可
欠である。

【００１５】なお、前記特開平５−２１００８４号公報
には、位相差板に関し、その面内方向の屈折率と厚さ方
向の屈折率との関係を特定し、視覚依存性を加味した構
成となっているものの、これは、ノーマリブラックモー
ドの装置であるため、この公報記載の構成をノーマリホ
ワイトモードにそのまま転用したのでは、所望の特性は
得られない。

【００１６】例えば上記公報記載の装置のようなノーマ
リブラックモードでは、ＯＦＦ電圧印加時の液晶の残留
位相差分を補償するように、液晶と位相差板との波長分
散係数を近づけるように設定するのが一般的である。し
かし、ノーマリホワイトモードでは、ＯＮ電圧印加時の
液晶の残留位相差分を補償する必要があり、これには上
記のような設定をそのまま採用することはできない。す
なわち、ノーマリブラックモードでは液晶分子が基板に
対して寝ている状態の残留位相差分を補償するような設
定であり、ノーマリホワイトモードでは、液晶分子が基
板に対して立った状態の残留位相差分を補償することが
必要なためである。

【００１７】そこで、上記した従来の問題点に鑑み、ノ
ーマリホワイトモード方式の透過型ＳＴＮ液晶表示装置
において、本願発明者等は、コントラスト比や色の視角
依存性に対する性能向上を意図して鋭意努力し、その結
果、所定の３次元屈折率異方性を各々有する二枚の位相
差層を積層し、これを偏光板と液晶セルとの間に配設す
ることによって、実用上満足し得るレベルまで向上し得
ることを新たに知見し、本願発明をなすに至った。

【００１８】すなわち、本願発明の目的は、実用上満足
のできるコントラスト比の視角依存性および色の視角依
存性を有する液晶表示装置およびその駆動方法を提供す
ることにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１記載の液晶表示装置は、相対向
する透明基板間にスーパーツイステッドネマティック液
晶層が封入されると共に、透明基板の表面に形成されて
いる電極間を透過する光を遮る遮光膜が設けられた液晶
セルと、この液晶セルを透過型ノーマリホワイトモード
で動作させるように液晶セルの両側に各々配設された一
対の偏光板と、一方の偏光板と液晶セルとの間に配設さ
れた光学補償板とを備え、上記光学補償板は、第１位相
差層と、この第１位相差層透過後の残留位相差を補償す
る第２位相差層との積層体より成り、かつ、面内方向の
屈折率をｎ_x・ｎ_y、厚さ方向の屈折率をｎ_zとする
と、ｎ_x＞ｎ_z＞ｎ_yとなるように設定されていること
を特徴としている。

【００２０】請求項２記載の液晶表示装置は、請求項１
記載の装置において、上記の第１位相差層と第２位相差
層との各遅相軸の交差角が３５°〜６０°の範囲に設定
されていることを特徴としている。

【００２１】請求項３記載の液晶表示装置は、請求項１
又は２記載の装置において、上記光学補償板の第１・第
２位相差層におけるそれぞれの３次元屈折率ｎ_x・ｎ_y
・ｎ_zを用いて係数Ｎｚ＝（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ
_y）としたとき、0.１≦Ｎｚ≦0.５であることを特徴と
している。

【００２２】請求項４記載の液晶表示装置は、請求項
１、２又は３記載の装置において、前記液晶セルの液晶
層のねじれ角が２３０〜２７０°であり、また、その液
晶材料および光学補償板の波長分散特性を、Ｃａｕｃｈ
ｙの式：Δｎ（λ）＝Ａ＋Ｂ／λ²（Δｎ：複屈折異方
性、Ａ、Ｂ：定数、λ：可視光域の波長）で近似した場
合、液晶層での定数Ｂ（以下、波長分散係数という）≧
５０００であり、かつ、光学補償板での波長分散係数Ｂ
≦４００であることを特徴としている。

【００２３】請求項５記載の液晶表示装置の駆動方法
は、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置
を、１２０Ｈｚ以上のフレーム周波数で駆動することを
特徴としている。

【００２４】

【作用】請求項１記載の液晶表示装置においては、液晶
分子が基板に対して立った状態で黒表示するノーマリホ
ワイトモードであるため、液晶の視角に対する色変化は
小さく、黒表示が視角に依存して反転しにくい液晶表示
装置が得られる。しかも、３次元方向の屈折率を制御し
た光学補償板を二層用いることにより、黒表示の反転し
ない領域が拡大される。

【００２５】すなわち、第１および第２の位相差層の３
次元方向の屈折率にｎ_x＞ｎ_z＞ｎ_yの関係がない場
合、色の視角依存性が大きくなり、観察の傾斜方向によ
って光学補償関係が崩れ、着色が大きくなる。また、偏
光板と液晶セルの間に二層の光学補償板がなく、一層で
あった場合、コントラスト比の視野角特性が狭くなる。

【００２６】なお、この場合、液晶セルの液晶層の厚み
が６μｍを超える場合、波長分散係数Ｂ≧５０００の液
晶材料に対し色補償できなくなる。また、厚みが小さい
ほど波長分散係数Ｂは大きくなるが、3.５μｍが安定に
量産可能な下限である。そこで、このような実用化レベ
ルの液晶層の厚さを前提として、請求項２記載のよう
に、第１位相差層と第２位相差層とは、各遅相軸の交差
角を３５°〜６０°の範囲となるように設定している。
これにより、上記の液晶層の厚さ範囲に対し、色補償が
良好に行われると共に、コントラスト比の高い表示性能
を得ることができる。

【００２７】さらに、光学補償板の第１・第２位相差層
におけるそれぞれの３次元屈折率について、請求項３記
載のように、係数Ｎｚが0.１〜0.５の範囲となるように
設定することによって、色の視角依存性がさらに小さく
なり、この範囲外になると、色の視角依存性が大きくな
る。

【００２８】また、液晶層のねじり角や、波長分散係数
Ｂに関し、請求項４記載の条件から外れる場合、すなわ
ち、液晶セルの液晶層のねじり角が２３０〜２７０°の
範囲外の場合、また、液晶材料の波長分散係数Ｂが５０
００より小さく、光学補償板の波長分散値係数Ｂが４０
０より大きい場合には、いずれも黒表示黒レベルが悪く
なり、コントラスト比の低いめりはりのない表示とな
る。

【００２９】液晶の波長分散係数Ｂは、複屈折Δｎの増
大に伴って大きくなるが、Δｎと液晶層の厚みｄの積Δ
ｎ×ｄで表されるレターデーションは、モードにより限
定されているため、係数Ｂが大きい場合、すなわち、Δ
ｎが大きい場合には、ｄが小さくなり、液晶分子が立っ
た時のレターデーションも小さくなる。したがって、黒
表示の視角依存性も小さくなる。そこで、上記のよう
に、光学補償板の波長分散を小さくすることにより、黒
レベルが高く、反転しにくい黒表示が得られる。

【００３０】一方、ノーマリホワイトモードは、液晶分
子が立った時に黒表示するため、１２０Ｈｚより小さい
フレーム周波数で駆動された場合、フレーム応答の影響
により、黒レベルが劣化してコントラスト比が低下し易
い。そこで、請求項５記載のように、フレーム周波数を
１２０Ｈｚ以上と大きく設定することにより、高コント
ラスト比の表示が得られる。

【００３１】なお、ノーマリホワイトモードは、透明基
板の表面に形成されている電極間、すなわち、非画素部
分の透過率が常時高いため、画素間を透過率の低い膜で
遮光することにより、黒レベルの良好なコントラスト比
の高い表示が得られるが、このために設けられる遮光膜
の透過率が１％を超える場合、黒表示黒レベルが悪くな
り、コントラスト比の低いめりはりのない表示となる。
したがって、上記の遮光膜は、その透過率が１％以下の
ものが望ましい。

【００３２】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の一実施例について図１ないし図６
に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００３３】図１に示すように、本実施例に係る液晶表
示装置は、液晶セル１の上側と下側とに、上側偏光板
２、下側偏光板３がそれぞれ配置されると共に、上側偏
光板２と液晶セル１との間に、光学補償板としての位相
差板４が、また、下側偏光板３の下方に、例えば冷陰極
管より成るバックライト５がそれぞれ設けられている。

【００３４】液晶セル１は、相対向する上側透明基板６
と下側透明基板７との間に、液晶層８を封入して構成さ
れている。上側透明基板６上の画素部位には、Ｒ、Ｇ、
Ｂ三色のカラーフィルター９が形成され、また、画素間
の部位には、透過率1.０％の遮光膜１０が格子状に形成
されている。これらカラーフィルター９および遮光膜１
０上には、熱硬化性樹脂のオーバーコート１１が積層さ
れている。さらに、このオーバーコート１１上にストラ
イプ状の透明電極１２が設けられ、その表面に上側配向
膜１３が積層されている。

【００３５】一方、上側透明基板６に対向する下側透明
基板７の表面には、ストライプ状の透明電極１４が上側
の透明電極１２と交差するように形成され、その上に、
下側配向膜１５が積層されている。

【００３６】上記構成の上側・下側透明基板６・７を、
図示しないスペーサーを介してシール材１６により貼り
合わせ、両基板６・７間に、カイラルドーパントを添加
した液晶材料を注入して、前記の液晶層８が形成されて
いる。

【００３７】本実施例における上記の液晶層８は、液晶
分子のツイスト角２４０°、厚さ６μｍに設定されてい
る。また、液晶分子の屈折率異方性Δｎ＝0.１４０の液
晶材料を使用して構成されている。さらに、液晶層８の
波長分散特性を、Ｃａｕｃｈｙの式 Δｎ（λ）＝Ａ＋Ｂ／λ² λ：可視光域の波長Ａ、Ｂ：定数で近似した場合、上記の定数Ｂ（以下、波長分散係数と
いう）＝５０００の液晶材料を使用している。

【００３８】前記の上側偏光板２および下側偏光板３
は、それぞれ、単体透過率４4.２％、偏光度９9.９１％
のニュートラルグレイタイプの偏光板、例えば日東電工
株式会社製ＥＧ１２２５ＤＵを用いて構成されている。

【００３９】位相差板４は、第１位相差層４ａおよび第
２位相差層４ｂとを相互に積層して形成されている。い
ずれの位相差層４ａ・４ｂも、３次元方向で屈折率が互
いに異なる高分子フィルムから成り、両位相差層４ａ・
４ｂとも、面内方向の主屈折率をｎ_x・ｎ_y、厚さ方向
の主屈折率をｎ_zとすると、ｎ_x＞ｎ_z＞ｎ_yである。
また、面内方向の複屈折異方性Δｎ＝ｎ_x−ｎ_yと、厚
さｄとの積ｄΔｎは４００ｎｍであり、係数Ｎｚ＝（ｎ
_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）＝0.３、前記した波長分散
係数Ｂ＝４００である。

【００４０】図２には、上記液晶表示装置における各部
材の配設条件を示している。図において、矢印Ｐ１は上
側配向膜１３表面における液晶分子の配向軸、矢印Ｐ２
は下側配向膜１５表面における液晶分子の配向軸、矢印
Ｐ３は上側偏光板２の透過軸、矢印Ｐ４は下側偏光板３
の透過軸、矢印Ｐ５は第１位相差層４ａの遅相軸、矢印
Ｐ６は第２位相差層４ｂの遅相軸を表し、α₁はＰ１と
Ｐ３とのなす角度、β₁はＰ２とＰ４とのなす角度、γ
₁はＰ１とＰ５とのなす角度、δ₁はＰ１とＰ６とのな
す角度、φ₁は液晶分子のツイスト角をそれぞれ表して
いる。

【００４１】本実施例では、α₁＝５０°、β₁＝５０
°、γ₁＝１２５°、δ₁＝７５°にそれぞれ構成部材
を設定配設している。また、液晶分子のツイスト角φ₁
は２４０°であり、第１位相差層４ａの遅相軸Ｐ５と第
２位相差層４ｂの遅相軸Ｐ６との交差角は、β₁と同様
に５０°である。

【００４２】上記構成の液晶表示装置を、１／２４０Ｄ
ｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ＝３０〜
２４０Ｈｚで駆動したときのフレーム周波数Ｆとコント
ラスト比Ｃｏとの関係についての測定結果を、図３中に
実線で示している。図のように、フレーム周波数Ｆ＝１
２０Ｈｚ付近に変曲点があり、１２０Ｈｚより小さくな
ると、コントラスト比の低下が大きくなる。

【００４３】図４には、１／２４０Ｄｕｔｙ、１／１３
Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ＝１２０Ｈｚで駆動したと
きの等コントラスト曲線を示している。これは、液晶セ
ル１を観察するときの傾斜角θと、方位角Ψとを種々変
化させてコントラスト比を測定したものである。方位角
Ψは全方位（０〜３６０°）にわたって変化させ、図に
は、主視角方向（上方）を０°とし、時計回りに０〜３
６０°として示している。また、法線方向からの傾きを
示す傾斜角θは０〜５０°の範囲で変化させた。図で
は、法線方向をθ＝０°とし、この点を中心とする同心
円を、θ＝１０〜５０°の各傾斜角θに対応させて示し
ている。

【００４４】同図中、コントラスト比Ｃｏ＝４、Ｃｏ＝
２の等コントラスト曲線を、実線と破線とで各々示して
いるが、コントラスト比Ｃｏが１以下の領域、すなわ
ち、白黒のコントラストが逆転してしまう領域は同図中
には現れず、Ψ＝０〜３６０°の全方位においてθ＝５
０°以上である。このように、本実施例の液晶表示装置
は、広い視野角特性を備えている。

【００４５】図５は、本実施例の液晶表示装置を、１／
２４０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ
＝１２０Ｈｚで駆動したときの白表示における法線方向
（θ＝０°）からの傾きと色差ΔＥ＊_uvとの関係につい
ての測定結果を示している。同図（ａ）は、上下方向
（６：００−１２：００方向）に沿う測定結果であり、
同図（ｂ）は、左右方向（３：００−９：００方向）に
沿う測定結果である。また、図６は、同黒表示での測定
結果を示すものであって、同図（ａ）は６：００−１
２：００方向、同図（ｂ）は３：００−９：００方向で
の測定結果である。色変化は、白表示および黒表示のい
ずれにおいても充分に低減されている。

【００４６】ここで、色差ΔＥ＊_uv（ＪＩＳＺ８７
３０−１９８０）は、Ｌ＊ｕ＊ｖ＊表色系（ＪＩＳＺ
８７２９−１９８０）による色差 ΔＥ＊_uv＝〔（ΔＬ＊）²＋（Δｕ＊）²＋（Δｖ＊）
²〕^1/2 で定義されたものである。

【００４７】〔実施例２〕本実施例に係る液晶表示装置
は、液晶層８の厚さを3.５μｍに設定し、また、複屈折
異方性Δｎ＝0.２４、波長分散係数Ｂ＝１７０００の液
晶材料を使用した点で前記実施例１と相違し、他の構成
は前記実施例１と同一である。

【００４８】本実施例の液晶表示装置を、前記同様に、
１／２４０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム周波
数Ｆ＝３０〜２４０Ｈｚで駆動したときのフレーム周波
数Ｆとコントラスト比Ｃｏとの関係についての測定結果
を、図３中に破線で示している。この場合も、１２０Ｈ
Ｚ付近に変曲点があり、１２０Ｈｚより小さくなるとコ
ントラスト比の低下が大きくなる。

【００４９】なお、本実施例では、実施例１の装置より
も、フレーム周波数３０〜２４０Ｈｚの全域でコントラ
スト比が低くなっている。これは、応答時間τと液晶層
の厚みｄの間に、 τ∝〔ηｄ²（Ｋ₃／Ｋ₁）²〕／（Δε／ε⊥）Δε η：粘性係数Ｋ₃，Ｋ₁：弾性定数 Δε：誘電率異方性 ε⊥：短軸方向の誘電率の関係があり、ｄが小さくなるほど、応答時間τが速く
なるためである。これにより、実施例１の装置よりもフ
レーム応答の影響を大きく受けることになり、コントラ
スト比が低くなる。この場合、実施例１におけるＦ＝１
２０Ｈｚでの駆動時とコントラスト比を同等にするに
は、Ｆ＝２４０Ｈｚで駆動する必要がある。

【００５０】図７に、本実施例の液晶表示装置を、１／
２４０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ
＝１２０Ｈｚで駆動したときの等コントラスト曲線を示
す。前記実施例１の等コントラスト曲線と比較して、Ｃ
ｏ＝４、Ｃｏ＝２の範囲は狭くなっているが、Ｃｏ＝１
の範囲は、前記同様に、Ψ＝０〜３６０°の全方位にお
いてθ＝５０°以上である。

【００５１】なお、本実施例の液晶表示装置を、１／２
４０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ＝
２４０Ｈｚで駆動したときには、図４で示した実施例１
での等コントラスト曲線とほぼ同等になる。

【００５２】図８は、本実施例の液晶表示装置を、前記
実施例１と同様に、１／２４０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉ
ａｓ、フレーム周波数Ｆ＝１２０Ｈｚで駆動したときの
白表示における法線方向（θ＝０°）からの傾きと色差
ΔＥ＊_uvとの関係についての測定結果を示している。同
図（ａ）は、上下方向に沿う測定結果であり、同図
（ｂ）は、左右方向に沿う測定結果である。また、図９
は、同黒表示での測定結果を示すものであって、同図
（ａ）は上下方向、同図（ｂ）は左右方向での測定結果
である。実施例１に比べて、黒表示の色変化が大きくな
っているが、Ｆ＝２４０Ｈｚで駆動した場合には実施例
１と同様になる。

【００５３】なお、上記各実施例１・２の装置は、第１
位相差層４ａの遅相軸Ｐ５と第２位相差層４ｂの遅相軸
Ｐ６との交差角を５０°に設定して構成されているが、
図１０には、この交差角を２０°から７０°の範囲で変
化させ、法線方向より観測したときのコントラスト比Ｃ
ｏの測定結果を示している。図中実線は、実施例１と同
様に、液晶層の厚さを６μｍとして構成した装置での測
定結果であり、図中破線は、実施例２と同様に、液晶層
の厚さを3.５μｍとして構成した装置での測定結果であ
る。

【００５４】同図に示されているように、上記の交差角
を３５°〜６０°の範囲に設定することにより、コント
ラスト比Ｃｏ≧１０の表示状態を、液晶層の厚さが上記
の3.５から６μｍの範囲で確保することができる。

【００５５】〔比較例１〕前記実施例１の液晶表示装置
において、第１・第２位相差層４ａ・４ｂ共に、ｎ_x＞
ｎ_y＝ｎ_z、Ｎｚ＝１のものを使用し、他の構成は、実
施例１と同一にして、比較例１としての液晶表示装置を
作製した。

【００５６】図１１に、この比較例１の液晶表示装置
を、１／２４０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム
周波数Ｆ＝１２０Ｈｚで駆動したときの等コントラスト
曲線を示す。コントラスト比Ｃｏ≦１の領域、すなわ
ち、白黒のコントラストが逆転する領域がΨ＝１８０°
近傍にに現れ、視野角特性が実施例１、２に比べて低下
している。

【００５７】図１２（ａ)(ｂ）に、比較例１の液晶表示
装置について、前記の実施例１・２と同様に、１／２４
０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ＝１
２０Ｈｚで駆動したときの白表示での色差ΔＥ＊_uvを、
図１３（ａ)(ｂ）に、同黒表示での色差ΔＥ＊_uvをそれ
ぞれ示している。白黒表示のいずれにおいても、実施例
１・２よりも色変化が大きくなっている。

【００５８】〔比較例２〕前記実施例１・２では、遅相
軸の交差角が５０°の第１位相差層４ａと第２位相差層
４ｂとを相互に積層した位相差板４を設けたが、この位
相差板４に替えて、単一板より成る位相差板を設け、比
較例２の液晶表示装置を作製した。

【００５９】すなわち、図１４に示すように、この液晶
表示装置は、液晶セル２１の上側と下側とに、上側偏光
板２２、下側偏光板２３がそれぞれ配置され、上側偏光
板２２と液晶セル２１との間に、単一板より成る位相差
板２４が設けられている。この位相差板２４は、ｎ_x＞
ｎ_y＝ｎ_z、Ｎｚ＝１、面内方向の複屈折異方性Δｎ＝
ｎ_x−ｎ_yと厚みｄとの積ｄΔｎは５６０ｎｍである。

【００６０】その他の構成は実施例１と同様であって、
下側偏光板２３の下方に冷陰極管より成るバックライト
２５が設けられ、液晶セル２１の上側透明基板２６と下
側透明基板２７との間に、液晶層２８が封入されてい
る。上側透明基板２６上の画素部位には、Ｒ、Ｇ、Ｂ三
色のカラーフィルター２９が、画素間の部位には、透過
率1.０％の格子状の遮光膜３０がそれぞれ形成され、こ
れらカラーフィルター２９および遮光膜３０上には、熱
硬化性樹脂のオーバーコート３１が積層されている。さ
らに、このオーバーコート３１上にストライプ状の透明
電極３２が設けられ、その表面に上側配向膜３３が積層
されている。

【００６１】また、下側透明基板２７の表面には、スト
ライプ状の透明電極３４が上側の透明電極３２と交差す
るように形成され、その上に、下側配向膜３５が積層さ
れている。

【００６２】上記構成の上側・下側透明基板２６・２７
を、図示しないスペーサーを介してシール材３６により
貼り合わせ、両基板２６・２７間に、カイラルドーパン
トを添加した液晶材料を注入して、液晶層２８が形成さ
れている。

【００６３】上記の液晶層２８は、液晶分子のツイスト
角２４０°、厚さ６μｍに設定され、液晶分子の屈折率
異方性Δｎ＝0.１４０で、波長分散係数Ｂ＝５０００の
液晶材料が使用されている。

【００６４】また、上側偏光板２２および下側偏光板２
３は、それぞれ、単体透過率４4.２％、偏光度９9.９１
％のニュートラルグレイタイプの偏光板、例えば日東電
工株式会社製ＥＧ１２２５ＤＵで構成されている。

【００６５】図１５に、この比較例２での液晶表示装置
における各構成部材の配設条件を示している。矢印P1'
は上側配向膜３３表面における液晶分子の配向軸、矢印
P2'は下側配向膜３５表面における液晶分子の配向軸、
矢印P3' は上側偏光板２２の透過軸、矢印P4' は下側偏
光板２３の透過軸、矢印P5' は位相差板２４の遅相軸を
表し、P1' とP3' とのなす角度α₂＝５０°、P2' とP
4' とのなす角度β₂＝５０°、P1' とP5' とのなす角
度γ₂＝１０５°に設定されている。液晶分子のツイス
ト角φ₂は２４０°である。

【００６６】図１６に、１／２４０Ｄｕｔｙ、１／１３
Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ＝１２０Ｈｚで比較例２の
液晶表示装置を駆動したときの等コントラスト曲線を示
す。コントラスト比Ｃｏ≦１の領域が、前記の実施例１
・２に比べて大きい。

【００６７】図１７（ａ)(ｂ）に、比較例２の液晶表示
装置について、前記同様に、１／２４０Ｄｕｔｙ、１／
１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ＝１２０Ｈｚで駆動し
たときの白表示での色差ΔＥ＊_uvを、また、図１８
（ａ)(ｂ）に、同黒表示での色差ΔＥ＊_uvをそれぞれ示
している。白黒表示のいずれにおいても、実施例１・２
よりも色変化が大きくなっている。

【００６８】〔比較例３〕前記実施例１・２では、ノー
マリホワイトモードで動作するように各構成部材の配置
を設定したが、これら配置を後述するように変えること
により、ノーマリブラックモードで動作する液晶表示装
置を比較例３として作製した。

【００６９】この比較例３での各部材の個々の構成は前
記実施例１とほぼ同様である。すなわち、図１９に示す
ように、液晶セル４１の上側と下側とに、上側偏光板４
２、下側偏光板４３がそれぞれ配置され、上側偏光板４
２と液晶セル４１との間に位相差板４４が設けられてい
る。また、下側偏光板４３の下方に冷陰極管より成るバ
ックライト４５が設けられている。

【００７０】位相差板４４は、第１位相差層４４ａと第
２位相差層４４ｂとを相互に積層して構成され、両位相
差層４４ａ・４４ｂとも、３方向の主屈折率ｎ_x＞ｎ_z
＞ｎ_y、面内方向の複屈折異方性Δｎ＝ｎ_x−ｎ_yと厚
みｄとの積ｄΔｎは４３０ｎｍであり、係数Ｎｚ＝（ｎ
_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）＝0.３である。

【００７１】液晶セル４１は、上側透明基板４６と下側
透明基板４７との間に、液晶層４８を封入して構成さ
れ、上側透明基板４６上の画素部位には、Ｒ、Ｇ、Ｂ三
色のカラーフィルター４９が、画素間の部位には、透過
率1.０％の格子状の遮光膜５０がそれぞれ形成されてい
る。これらカラーフィルター４９および遮光膜５０上に
は、熱硬化性樹脂のオーバーコート５１が積層され、こ
のオーバーコート５１上にストライプ状の透明電極５２
が設けられている。さらに、その表面に上側配向膜５３
が積層されている。

【００７２】下側透明基板４７の表面には、ストライプ
状の透明電極５４が上側の透明電極５２と交差するよう
に形成され、その上に、下側配向膜５５が積層されてい
る。

【００７３】上側・下側透明基板４６・４７を、図示し
ないスペーサーを介してシール材５６により貼り合わ
せ、両基板４６・４７間に、カイラルドーパントを添加
した液晶材料を注入して、液晶層４８が形成されてい
る。液晶層４８は、液晶分子のツイスト角２４０°、厚
さ６μｍに設定され、液晶分子の屈折率異方性Δｎ＝0.
１４０で、波長分散係数Ｂ＝５０００の液晶材料が使用
されている。

【００７４】上側偏光板４２および下側偏光板４３は、
それぞれ、単体透過率４4.２％、偏光度９9.９１％のニ
ュートラルグレイタイプの偏光板、例えば日東電工株式
会社製ＥＧ１２２５ＤＵで構成されている。

【００７５】図２０に、上記液晶表示装置における各構
成部材の配設条件を示している。図において、矢印P1"
は上側配向膜５３表面における液晶分子の配向軸、矢印
P2"は下側配向膜５５表面における液晶分子の配向軸、
矢印P3" は上側偏光板４２の透過軸、矢印P4" は下側偏
光板４３の透過軸、矢印P5" は第１位相差層４４ａの遅
相軸、矢印P6" は第２位相差層４４ｂの遅相軸を表し、
P1" とP3" とのなす角度α₃＝５５°、P2" とP4" との
なす角度β₃＝４５°、P1" とP5" とのなす角度γ₃＝
１１０°、P1" とP6" とのなす角度δ₃＝８０°にそれ
ぞれ構成部材が設定配設されている。また、液晶分子の
ツイスト角φ₃は、２４０°であり、このような配設条
件により、この比較例３の液晶表示装置は、ノーマリブ
ラックモードで動作する。

【００７６】図２１に、比較例３の液晶表示装置を、１
／２４０Ｄｕｔｙ、１／１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数
Ｆ＝１２０Ｈｚで駆動したときの等コントラスト曲線を
示す。コントラスト比Ｃｏ≦１の領域が実施例１、２に
比べて大きい。

【００７７】図２２（ａ)(ｂ）に、比較例３の液晶表示
装置について、前記同様に、１／２４０Ｄｕｔｙ、１／
１３Ｂｉａｓ、フレーム周波数Ｆ＝１２０Ｈｚで駆動し
たときの白表示での色差ΔＥ＊_uvを、また、図２３
（ａ)(ｂ）に、同黒表示での色差ΔＥ＊_uvをそれぞれ示
している。この比較例３においても、白黒表示のいずれ
も、実施例１・２よりも色変化が大きくなっている。

【００７８】以上説明した実施例１・２および比較例１
〜３をまとめて表１に示す。

【００７９】

【表１】

【００８０】表１に示すように、本発明では、屈折率ｎ
_x＞ｎ_z＞ｎ_yの位相差板を二層設け、ノーマリホワイ
トモード表示をすることにより、各比較例での説明図で
ある図１１、図１６、図２１において現れていたコント
ラスト比Ｃｏ≦１となる領域、すなわち、白黒のコント
ラストが逆転する領域がなくなり、また、色の視角依存
性も小さくなっている。

【００８１】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
液晶表示装置は、相対向する透明基板間にスーパーツイ
ステッドネマティック液晶層が封入されると共に、透明
基板の表面に形成されている電極間を透過する光を遮る
遮光膜が設けられた液晶セルと、この液晶セルを透過型
ノーマリホワイトモードで動作させるように液晶セルの
両側に各々配設された一対の偏光板と、一方の偏光板と
液晶セルとの間に配設された光学補償板とを備え、上記
光学補償板は、第１位相差層と、この第１位相差層透過
後の残留位相差を補償する第２位相差層との積層体より
成り、かつ、面内方向の屈折率をｎ_x・ｎ_y、厚さ方向
の屈折率をｎ_zとすると、ｎ_x＞ｎ_z＞ｎ_yとなるよう
に設定されている構成である。これにより、液晶の視角
に対する色変化が小さく、かつ、黒表示が視角に依存し
て反転しにくく、したがって、広い視野角特性を有する
液晶表示装置を得ることができる。

【００８２】請求項２記載の液晶表示装置は、上記の第
１位相差層と第２位相差層との各遅相軸の交差角が３５
°〜６０°の範囲に設定されている構成である。これに
より、液晶セルの液晶層の厚みが例えば3.５〜６μｍの
実用化レベルの範囲を前提に色補償が良好に行われると
共に、コントラスト比の高い液晶表示装置を得ることが
できる。

【００８３】請求項３記載の液晶表示装置は、上記光学
補償板の第１・第２位相差層におけるそれぞれの３次元
屈折率ｎ_x・ｎ_y・ｎ_zを用いて係数Ｎｚ＝（ｎ_x−ｎ
_z）／（ｎ_x−ｎ_y）としたとき、0.１≦Ｎｚ≦0.５と
した構成である。これにより、色の視角依存性がさらに
小さな液晶表示装置を得ることができる。

【００８４】請求項４記載の液晶表示装置は、前記液晶
セルの液晶層のねじれ角が２３０〜２７０°であり、ま
た、その液晶材料および光学補償板の波長分散特性を、
Ｃａｕｃｈｙの式：Δｎ（λ）＝Ａ＋Ｂ／λ²（Δｎ：
複屈折異方性、Ａ、Ｂ：定数、λ：可視光域の波長）で
近似した場合、液晶層での定数Ｂ≧５０００であり、か
つ、光学補償板での定数Ｂ≦４００とした構成である。
これにより、黒レベルがより高く、しかも反転しにくい
黒表示が得られ、さらに広い視野角特性を有する液晶表
示装置を得ることができる。

【００８５】請求項５記載の液晶表示装置の駆動方法
は、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置
を、１２０Ｈｚ以上のフレーム周波数で駆動する構成で
ある。これにより、フレーム応答の影響による黒レベル
の劣化が抑制され、高コントラストの表示を行わせるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る液晶表示装置の構成を
示す断面図である。

【図２】上記液晶表示装置における各構成部材の配設条
件を示す説明図である。

【図３】上記液晶表示装置におけるフレーム周波数とコ
ントラスト比との関係についての測定結果を示すグラフ
である。

【図４】上記液晶表示装置における視野角とコントラス
ト比との関係についての測定結果を等コントラスト曲線
で示すグラフである。

【図５】上記液晶表示装置における白表示での法線方向
からの傾きと色差の関係についての測定結果を示すもの
であって、同図（ａ）は上下方向（１２：００−６：０
０方向）、同図（ｂ）は左右方向（９：００−３：００
方向）に沿ってそれぞれ測定した結果を示すグラフであ
る。

【図６】上記液晶表示装置における黒表示での法線方向
からの傾きと色差の関係についての測定結果を示すもの
であって、同図（ａ）は上下方向、同図（ｂ）は左右方
向に沿ってそれぞれ測定した結果を示すグラフである。

【図７】本発明の実施例２に係る液晶表示装置での視野
角とコントラスト比との関係についての測定結果を等コ
ントラスト曲線で示すグラフである。

【図８】上記実施例２の液晶表示装置における白表示で
の法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結果
を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【図９】上記実施例２の液晶表示装置における黒表示で
の法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結果
を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【図１０】上記各実施例の液晶表示装置における第１位
相差層と第２位相差層との配設関係を変化させた場合の
各遅相軸の交差角とコントラスト比との関係についての
測定結果を示すグラフである。

【図１１】比較例１における液晶表示装置での視野角と
コントラスト比との関係についての測定結果を等コント
ラスト曲線で示すグラフである。

【図１２】上記比較例１の液晶表示装置における白表示
での法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結
果を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【図１３】上記比較例１の液晶表示装置における黒表示
での法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結
果を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【図１４】比較例２における液晶表示装置の構成を示す
断面図である。

【図１５】上記比較例２における液晶表示装置での各構
成部材の配設条件を示す説明図である。

【図１６】上記比較例２における液晶表示装置での視野
角とコントラスト比との関係についての測定結果を等コ
ントラスト曲線で示すグラフである。

【図１７】上記比較例２の液晶表示装置における白表示
での法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結
果を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【図１８】上記比較例２の液晶表示装置における黒表示
での法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結
果を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【図１９】比較例３における液晶表示装置の構成を示す
断面図である。

【図２０】上記比較例３における液晶表示装置での各構
成部材の配設条件を示す説明図である。

【図２１】上記比較例３における液晶表示装置での視野
角とコントラスト比との関係についての測定結果を等コ
ントラスト曲線で示すグラフである。

【図２２】上記比較例３の液晶表示装置における白表示
での法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結
果を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【図２３】上記比較例３の液晶表示装置における黒表示
での法線方向からの傾きと色差の関係についての測定結
果を示すものであって、同図（ａ）は上下方向、同図
（ｂ）は左右方向に沿ってそれぞれ測定した結果を示す
グラフである。

【符号の説明】

１液晶セル２上側偏光板３下側偏光板４位相差板（光学補償板）４ａ第１位相差層４ｂ第２位相差層６上側透明基板７下側透明基板８液晶層１０遮光膜１２・１４透明電極１３上側配向膜１５下側配向膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向する透明基板間にスーパーツイステ
ッドネマティック液晶層が封入されると共に、透明基板
の表面に形成されている電極間を透過する光を遮る遮光
膜が設けられた液晶セルと、この液晶セルを透過型ノーマリホワイトモードで動作さ
せるように液晶セルの両側に各々配設された一対の偏光
板と、一方の偏光板と液晶セルとの間に配設された光学補償板
とを備え、上記光学補償板は、第１位相差層と、この第１位相差層
透過後の残留位相差を補償する第２位相差層との積層体
より成り、かつ、面内方向の屈折率をｎ_x・ｎ_y、厚さ
方向の屈折率をｎ_zとすると、ｎ_x＞ｎ_z＞ｎ_yとなる
ように設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】上記の第１位相差層と第２位相差層とは、
各遅相軸の交差角が３５°〜６０°の範囲に設定されて
い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】上記光学補償板の第１・第２位相差層にお
けるそれぞれの３次元屈折率ｎ_x・ｎ_y・ｎ_zを用いて
係数Ｎｚ＝（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）としたと
き、 0.１≦Ｎｚ≦0.５であることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示
装置。
【請求項４】前記液晶セルの液晶層は、ねじれ角が２３
０〜２７０°であり、また、その液晶材料および光学補
償板の波長分散特性を、Ｃａｕｃｈｙの式 Δｎ（λ）＝Ａ＋Ｂ／λ² Δｎ：複屈折異方性Ａ、Ｂ：定数 λ：可視光域の波長で近似した場合、液晶層での定数Ｂ≧５０００であり、
かつ、光学補償板での定数Ｂ≦４００であることを特徴
とする請求項１、２又は３記載の液晶表示装置。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の液晶表
示装置を、１２０Ｈｚ以上のフレーム周波数で駆動する
ことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。