JPH10319389A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
置の視野角を広げること。 【解決手段】 液晶セルと、その光軸が補償のために傾
斜しかつねじれた構造をとる補償層と、を備える液晶表
示装置であり、補償層として、その厚み内で、補償のた
めの傾斜及びねじれ構造が変化するものを用いる。この
ような構成の補償層を1層、又は多数層用いることによ
り、LCDの特性の視野角依存性を確実に補償でき、視
野角が広がる。
Description
視野量を増大する特別なリターデーション膜(補償膜)
を有する透過型の背面照射型液晶表示装置(LCD)に
関する。
の発達により、CRT等の他の表示装置に取って替わり
つつある。大抵の液晶(LC)材料は、一軸性である。
一軸性材料は、1つの固有軸、すなわちLC分子の長軸
に平行な光軸を有する。LC材料は異方性も有してお
り、それによって複屈折の光学特性を与える。複屈折
は、結晶軸に対する偏光の伝搬方向および配向に応じて
結晶性材料中を異なる速度で光が移動する現象である。
これは、固有または異常方向の屈折率neが正常方向の
屈折率noと異なることを意味する。△n=ne−noが
正である時、LC材料は正の複屈折を有すると言える。
ック106とを備える従来の透過直視型ツイステッドネ
マティックLCD100を示す。この光スタック106
は、バックライト105から発生する光のスペクトル構
成および偏光状態を変更する多数の層状光素子を備え
る。これらの素子は、その透過軸方向が点線112で示
された後方偏光板110と、リターデーション膜120
と、LCセル130と、電源140と、偏光状態の検光
子としての前方偏光板150とを備える。
方基板132との間にLC材料138が配置されてい
る。前方および後方基板132、131と、LC材料1
38との間には、それぞれ前方電極134と後方電極1
33とが設けられている。また、それらの上には、後方
ポリイミド膜135と前方ポリイミド膜136が設けら
れている。電源140は、後方電極133と前方電極1
34とに接続されている。
に使用するLC材料のタイプと、セル内を通る光の伝搬
方法の両方によって定められる。このようなLCセル構
造を有するものとして、ツイステッドネマティック(T
N)セルがある。LCD100がTNセルであると仮定
すると、バックライト105からの光は後方偏光板11
0によって直線偏光とされ、その後、光軸がTN−LC
セル130によって回転される。回転量は、LCセル1
30の複屈折および厚さ、ならびにLCセル130のね
じれ角および光の波長によって決定される。例えば、多
くのTN−LCDでは90度回転を利用する。90度回
転は、ポリイミド膜135および136をラビングし、
その後、ラビング方向が90度異なるようにポリイミド
膜135および136を配向処理することによって確立
できる。ポリイミド膜135および136に隣接するL
C分子は、このラビング方向に整列(配向)する。ポリ
イミド膜は、LCセル130内でLC分子に対してプレ
チルト角θoを与えるように作成しても良い。電源14
0から前方電極134および後方電極133に制御電圧
が印加されると、このプレチルト角θoによってLC分
子が望ましい方向に確実に傾斜する。
子150により、LCセル130に存在する光の偏光状
態が分析される。後方偏光板110の偏光軸と検光子1
50の偏光軸とが交差するため、電圧源140から電極
133および134に電圧を印加しない時、LCDが白
く見える。この状態をノーマリホワイト(NW)と呼
ぶ。
ものであるが、LC材料138を図1に示すような多数
の層を備えるものとして考えるのが都合良い。このよう
なターミノロジは、従来周知である。このように、図1
は、LC分子またはダイレクタの5つの層L1〜L5を
示す。層L1〜L5の各々の光軸は、図1に示すように
ダイレクタの軸に揃う。
デーション膜または補償層120を用いる。後述するよ
うに、補償層120は表示装置の観察者に対する視野角
を改善する。
る。電圧「オフ」状態では、LCセル130内のダイレ
クタが図1に示すように整列し、光スタック106を介
して光が有効に透過する。電源140から電極133お
よび134への電圧を増大すると、ダイレクタが傾斜し
始め、ねじれた構造がまっすぐになる。図2は、電圧
「フル・オン」状態のLCD100を示す。後方基板1
31および前方基板132に隣接するダイレクタが比較
的わずかに傾斜すると、最大傾斜角がLCセル130の
中心(例えばL3)で得られる。
た状態では、LCセル130の中心部の光軸は主として
電界に対して平行となり、図2に示すように、ねじれた
構造がなくなる。こうなると光の偏光方向は回転され
ず、LCセル130を通過した光は、交差位置で検光子
と交差する、つまり検光子の偏光方向とLCセル130
を通過した光の偏光方向とが交わることとなる。従っ
て、このような位置で光が吸収され、表示装置のアクテ
ィブ部分は、暗く見える。
示す。この曲線は、傾斜角θおよびねじれ角Φを、印加
した電圧Vとしきい値電圧Vcとの比の関数として示
す。図3に示すように、所与の制御電圧に対して、傾斜
角θは、セルの中心領域近くで最大値まで増大し、基板
に隣接するLCセルの境界近くで最小値となる。図3に
も示すように、電極への制御電圧Vが増大すると、最大
傾斜角θが増大する。図3は、LCセルの境界と比較し
た場合に、LCセルの中心領域では、セル厚さに対しね
じれ角がより迅速に変化するという点において、電極に
電圧を印加する効果も示している。
大すると、コントラスト比および他の光学特性が劣化す
ることである。LCDの視野角性能を改良するために、
いくつかの技術が開発されている。視野角性能を改良す
る方法として、IPS(In-Plane Swiching )モード
(Kondo、SID 96 Digest、81(1996))、光補償モード(Mi
yashita、C.-L.Kuo、 M.SuzukiおよびT.Uchida、SID 95 Di
gest、797(1995))ならびにマルチドメインTN構成(Ya
ng、IDRC 91 Digest、68(1991);J.Chen、P.J.Bos、D.L.John
son、J.R.Kelly、J.Crow、N.D.Kim、SID 96 Digest、650(199
6))等のセル内の変更が挙げられる。セル外の変更とし
ては、光スタックの前面に配置された拡散スクリーンで
平行にされたバックライトが挙げられる(McFarland、S.
Zimmerman、K.Beeson、J.Wilson、T.J.Credelle、K.Bingha
m、P.Ferm、J.T.Yardley、Asia Display' 95、739(199
5))。
の多くは、製造がより複雑となるか、または光効率が劣
化するかのいずれかの代償を払って視野角を改良してい
る。従って、このように妥協することなく視野角性能を
改良するより良い方法が、強く望まれる。欠点が少ない
と思われる1つの外的方法として、補償膜(またはリタ
ーデーション膜)の使用が挙げられる。
ko)、サンリッツ(Sanritz)、富士写真フィ
ルム株式会社(Fuji Film LTD)等の多く
の製造業者から入手可能である。典型的な材料として、
ポリカーボネートが挙げられる。図4は、補償層の例と
して補償層120を示す。この例の補償膜は、nx=ny
>nzとなるようにx方向およびy方向の両方に伸張さ
れた厚さdrのポリカーボネート膜である。ポリカーボ
ネートが伸張されると、分子の列(chain molecule)が
揃う傾向にあり、材料は、伸張された軸に沿ってより分
極(polarizable)が大きくなる(屈折率が高くな
る)。その結果、伸張方向に対して垂直に偏光される光
は、通常の速度で伝搬する。他の形態の材料としてポリ
スチレンが挙げられる。ポリスチレンの場合、材料の分
極率(polarizability)は、伸張方向に対して垂直な方
向でより大きくなる。ポリスチレンは、負の複屈折(す
なわちne<no)を有する材料を代表する。しかし、補
償層120等の補償膜は、主としてLCセルの中間近く
のLC材料に対して補償を行う。LCセル基板に近いL
C分子は、印加した電界に対して平行に配向されないた
め、これらのLCセル基板付近については充分に補償さ
れない。
5において、補償層180は、CTA(cellulose tria
cetate:セルローストリアセテート)基板182と、ア
ラインメント層184と、ディスコティック(discoti
c)コンパウンド層186とを備える。CTA基板18
2の光軸は、LCセル基板の平面に垂直になるように選
択される。ディスコティックコンパウンド層186の光
軸は、図5に示すようにディスコティックコンパウンド
層の厚さ全体にわたって傾斜するように選択される。従
って、図5に示すように、ディスコティックコンパウン
ド層186の光軸は、例えば4゜から68゜まで変化可
能である。光軸のこの変化は、LCセルのダイレクタの
傾斜をある程度模倣するように設計されている。このよ
うに傾斜を備える補償層は、TN−LCDの視野角の性
能を改良することが可能である。このような補償層は、
例えば、「Optical Performance of a Novel Compensat
ionFilm for Wide-Viewing-Angle-TN-LCDs」、Mori Hir
oyuki、Yuji Itoh、Yosuhe Nishiura、Taku Nakamura、Yuki
o Shinagawa、AM-LCD' 96/IDW' 96、189に述べているFu
jifilmのWV膜、「WideView A」(登
録商標)を含む。
野角特性を示す。図6は、一定のコントラスト比の水平
および垂直視野角および線を示すイソコントラスト図で
ある。図7は、図6と同じLCDのイソコントラスト図
であるが、図5に示すような補償膜がLCセルに隣接し
て設けられている。図6および図7を比較するとわかる
ように、図5の補償膜を備えたLCDは、補償膜を備え
ていないLCDよりもかなり優れた視野角性能を有す
る。図5に示すような補償膜は、LCセルの境界および
中心近くでLC材料を補償しようとする。
ラスト比および色度の望ましくない変化を最小限にし、
または該変化をより確実に除去する補償層を用いること
により、液晶表示装置の視野角性能を改良することを目
的とする。
晶セルと、その光軸が補償のために傾斜しかつねじれた
構造をとる補償層と、を備え、補償層として、その厚み
内で、前記補償のための傾斜及びねじれ構造が変化する
ものを用いることを特徴とする。
より、表示効率を犠牲にすることなく、LCDの特性の
視野角依存性を補償して、視野角をより広げることが可
能となる。
な実施形態(以下実施形態という)について詳細に述べ
る。なお、以下に説明する図面において、同一参照符号
は同一部分を示すものとする。
態を示す。LCD200は、バックライト205と、後
方偏光板210と、補償層220と、LCセル230
と、電圧源240と、検光子250とを備えている。後
方偏光板210は、偏光板の透過軸方向が点線212で
示されるように配置される。同様に、検光子250の偏
光板の透過軸方向は線252で示される。
方基板232と、後方電極233と、前方電極234
と、後方配向膜235と、前方配向膜236とを備え
る。後方基板231および前方基板232は、例えばガ
ラス等の好適な材料から成る。前方基板231および後
方基板232は、LC材料238をその間に挟持する。
配向膜235および236も同様に、例えばポリイミド
等の好適な材料から成る。後方配向膜235は第1の方
向にラビングされ、前方配向膜236は、第1の方向と
は異なる第2の方向にラビングされる。なお、本発明に
おいて、LCDを観察者からみた場合の手前側を前方と
いい、奥側を後方と示しているが、本実施形態のLCD
の後方側が手前側に配置される構成も採りうる。
は正の複屈折を有し、左にねじれた90度TNセルであ
る。本実施形態におけるLCセルは、良く知られたeモ
ードで構成される(ここでは、LCセルの各々の側のL
Cダイレクタが、隣接する偏光板の透過軸に平行であ
る)。なお、LCセルの他のねじれ配向、モードおよび
タイプならびにLC材料の形態も使用可能である。例え
ば、強誘電性液晶(FLC)セル、スーパーツイステッ
ドネマティック(STN)セル、ポリマー分散型LCセ
ル、ポリマー安定型LCセル、光学補償ベンドセル、π
セルおよびホメオトロピック配向[homeotropic alignm
ent](垂直配向)LCセルも使用可能である。さら
に、50度TNセル等の90度以外の角度も使用可能で
ある。
30および補償層220の分解図である。図9は、LC
D200にフル・オン状態の制御電圧を印加した場合の
状態を示している。図9において、LCセル230はL
C材料の5つの「層」L1〜L5を含む。層L1〜L5
の各々は、傾斜角θおよびねじれ角Φを有する。しか
し、LCD200はフル・オン状態で示しているため、
LCセル230の中心に最も近いLCダイレクタの光軸
は表面250aに対して実質上垂直である。
の「層」L1’〜L5’を有する。補償層220の構造
により、層L1’〜L5’の光軸はLCセル230の層
L1〜L5の光軸を模倣する。すなわち、層L1’は層
L1と同じ傾斜角θおよびねじれ角Φを有する。従っ
て、層L1’の光軸は、層L1の光軸に平行である。結
果として、層L1’は層L1を補償する。同様に、層L
2’は層L2を補償し、層L3’は層L3を補償し、以
下L4’、L5’も同様である。このように、第1の実
施形態において、補償層220は負の複屈折(すなわち
ne<no)を有し、Δn’の絶対値はΔnの絶対値に等
しい。従って、補償層220は負の複屈折を有し、且つ
LCセル230が左にねじれているのに対して右にねじ
れている。
ルが負の複屈折を有し、補償層が正の複屈折を有してい
ても良い。また、補償層220は、前方基板232また
は後方基板231のいずれかに隣接して配置可能であ
る。また、補償層230は、2つに分割可能であり、よ
り対称性を高めるために、分割した一方を前方基板23
2に隣接し、他方を後方基板231に隣接することが可
能である。
00の視野角性能を示す。図10に示すように、補償層
220の採用により、LCD200の広視野角性能は、
図7に示す従来の装置の広視野角性能よりもかなり改良
されている。このように性能が改良されるのは、LCセ
ル230の「層」L1〜L5の各々が、補償層220の
「層」L1’〜L5’の各々によって補償されるためで
ある。ここで、Δn・d≒−Δn’・d’であり、dは
LCセル230の厚さに等しく、d’は補償層220の
厚さに等しい。Δnの典型的な値は0.1であり、Δ
n’の典型的な値は−0.05である。従って、dは約
5μmであり、d’は約10μmである。
て、補償すべき状態をオフ状態とフル・オン状態との間
の中間電圧としてもよい。この場合、補償層220の層
L1’〜L5’が配向し、例えば3ボルトの中間電圧を
前方電極234と後方電極233との間にそれぞれ印加
すると、この補償層220がLCセル230を補償する
ことになる。ここで、LCダイレクタは、図3に示すよ
うな中間電圧に対応する傾斜角θおよびねじれ角Фを示
す。このような補償層を使用することにより、低電圧で
のLCDの動作を考慮し、光学特性の劣化を最小限にし
ながら、より大きいLCDパネルを使用することを考慮
する。
す。図11において、LCD300はバックライト30
5と、後方偏光板310と、後方補償層320と、LC
セル330と、電圧源340と、前方補償層350と、
検光子360とを備える。後方偏光板310の偏光板の
透過軸方向は点線312で示されており、検光子360
の偏光板の透過軸方向は線362で示されている。LC
セル330は、後方基板331および前方基板332
と、電源340に接続された前方電極334および後方
電極333と、後方配向膜335および前方配向膜33
6とを備える。
は正の複屈折を有する90度TNセルである。しかし、
本実施形態において、他の配向および他のLC材料であ
っても、負の複屈折を示すLC材料を備えた状態で有効
に使用できる。
セル230と同様である。特に、LCセル330が、例
えば層L1〜L5等の多数の層を備えるものとして考え
るのが都合良い。電圧オフ状態では、層L1〜L5の各
々が所望のプレチルト角θおよびねじれ角Φを有する。
電圧フル・オン状態では、例えば図3に示すように、傾
斜角θおよびねじれ角Φが変化する。
20および350を示す図である。図12においては、
補償層320が3つの層R1、R2およびR3を備え
る。層R1および層R3は、図11の表面360aに対
して実質的に垂直な光軸を有する。同様に、補償層35
0は3つの層R4〜R6を備え、層R4および層R6の
各々の光軸は表面360aに対して実質的に垂直であ
る。
によって変化する光軸を有する。補償用層R2では、光
軸が、補償すべき状態(例えば電圧フル・オン)で、L
Cセル330の層L1〜L3の傾斜角θに対応する傾斜
角θ’が変化する。補償用層R2の光軸はねじれていな
いため、その配向は後方基板331の配向に対して実質
的に平行となる。同様に補償層R5は、その光軸の傾斜
角θ’’がLCセル330の層L3〜L5の傾斜角θを
実質的に模倣するように、層R5の厚み内で光軸が変化
するような構造である。層R5の配向は、図12に示す
ように、上部基板332の配向に対して実質的に平行で
ある。なお、層R2の配向方位は、偏光板310の透過
軸方向312と平行であってもよく、また層R5の配向
方位は、検光子360の透過軸方向362と平行であっ
ても良い。
を示すイソコントラスト曲線を示す。本実施形態におけ
るLCセルは、eモードで構成される。第2の実施形態
において、LCセル330のΔndは約400nmであ
り、層R3およびR4の各々のΔndは約−60nmで
あり、層R2およびR5の各々のΔndは約−80nm
であり、層R1およびR6の各々のΔndは約−70n
mである。図13に示すように、このような視野角性能
は、図7に示す従来技術よりも実質的に改良される。
野角性能を示しており、LCセル330のΔndは約3
20nmであり、層R1およびR6のΔndは約−70
nmであり、層R2およびR5のΔndは約−80nm
であり、層R3およびR4のΔndは約−40nmであ
る。このように第2の実施形態においては、eモードで
も構成される。図14に示すように、第2の実施形態
は、図7に示す従来技術よりも実質的に改良されてい
る。
および350が層R2およびR5のみをそれぞれ備える
構成も採用可能である。また、第2の実施形態において
は、補償層320が層R2およびR3、補償層350が
層R4およびR5を備え、層R6は検光子360、層R
1は後方偏光板310にそれぞれ組み入れることが可能
である。
施形態を参照して述べた。前掲の特許請求の範囲に定め
られた発明の精神および範囲を逸脱しないで様々な変更
を行うことが可能である。
る。
れ角に与える効果を示す図である。
性能をイソコントラスト曲線で示す図である。
イソコントラスト曲線で示す図である。
償層を備えたLCDの構成を示す図である。
る。
す図である。
補償層を備えたLCDの構成を示す図である。
る。
曲線を示す図である。
曲線を示す図である。
05 バックライト、106 光スタック、110,1
50,210,310 偏光板、120 リターデーシ
ョン膜、130,230,330 LCセル、131,
132,231,232,331,332 基板、13
3,134,233,234,333,334 電極、
138,238 LC材料、135,136 ポリイミ
ド膜、140,240,340 電圧源、180,22
0,320,350 補償層、182 CTA基板、1
84 アラインメント層、186 ディスコティックコ
ンパウンド層、250,360 検光子、235,23
6,335,336 配向膜、L1〜L5,L1’〜L
5’,R1〜R6 層。
Claims (1)
- 【請求項1】 液晶セルと、その光軸が補償のために傾
斜しかつねじれた構造をとる補償層と、を備え、 前記補償層は、その厚み内で、前記補償のための傾斜及
びねじれ構造が変化していることを特徴とする液晶表示
装置。
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