JPH11237634A - 液晶表示装置用の楕円偏光板 - Google Patents

液晶表示装置用の楕円偏光板

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JPH11237634A
JPH11237634A JP10316333A JP31633398A JPH11237634A JP H11237634 A JPH11237634 A JP H11237634A JP 10316333 A JP10316333 A JP 10316333A JP 31633398 A JP31633398 A JP 31633398A JP H11237634 A JPH11237634 A JP H11237634A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コントラストが高く、かつ、視角特性が良好、
あるいは、表示の均一性が優れた電界効果型の液晶表示
装置に用いられる楕円偏光板の提供にある。 【解決手段】液晶表示装置の液晶層を挟むように配置さ
れる楕円偏光板であって、特定方向の偏光を吸収する楕
円偏光板が透明な保護フィルムでサンドイッチ状に密着
積層され、該保護フィルムが複屈折性を有し、その遅相
軸が前記楕円偏光板の吸収軸と交差しており、その位相
差が0.005〜0.25μmであることを特徴とする液
晶表示装置用の楕円偏光板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコントラストが高
く、かつ、視角特性が良好な電界効果型の液晶表示装置
に用いる楕円偏光板に関する。
【0002】
【従来の技術】高コントラスト比の液晶表示装置を実現
するために、らせん構造が互いに逆にねじれた二つの液
晶素子を積層するか、あるいは複屈折性プラスチックフ
ィルムを積層した表示装置が提案されている(米国特許
第4,844,569号)。なお、複屈折性プラスチック
フィルムは、偏光板と電極基板間に粘着剤で積層接着さ
れる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】大容量表示が可能な液
晶表示装置には、スーパーツイステッドネマチックタイ
プ(STN)とシンフィルムトランジスタタイプ(TF
T)が知られている。特に、STN液晶表示装置は、液
晶層のらせんのねじれ角が大きいのが特徴で、優れた時
分割駆動特性を有する。
【0004】しかし、これらの液晶表示装置において
は、液晶分子の複屈折性と旋光性に基ずく位相差によっ
て生ずる干渉色のため、背景色または表示色が黄色ある
いは青色に着色していた。この干渉色を打ち消すため、
電極等の電界印加手段を持たない、ねじれ方向が逆の液
晶素子を積層したり、あるいは複屈折性プラスチックフ
ィルムを液晶素子に積層することで、位相差を補償して
白黒表示を実現し、併せてコントラスト比も向上した。
【0005】図2(a)は液晶素子の構造を示す模式断
面図であるが、上記複屈折性プラスチックフィルム(複
屈折媒体3)は偏光板1と基板5との間に積層されてお
り、該複屈折媒体3は液晶セルの位相差と実質的に等し
く、両者の符号は互いに逆で、その位相差の典型的な値
は800nm程度である。
【0006】こうした従来技術による液晶素子への電圧
印加による透過率の変化を図3に示す。図から分かるよ
うに低電圧印加(非選択電圧)時に位相補正をして黒表
示を得ている。しかし、液晶分子の配向が変化し始める
低電圧域では、液晶分子配向が不安定なため不均一にな
り易い。その結果、コントラストの低下、表示むら、ク
ロストーク現象が発生して、表示画質を低下させるとい
う問題があった。
【0007】クロストークとは、時分割駆動を行った場
合、表示したくない非表示点(非選択点)が完全な非表
示状態にならずに半点灯状態となり、表示画面全体の表
示コントラスト比を低下させる現象をいう。これはこう
した液晶表示装置の弱点でもあり、応答速度を高めるた
めに、予め全電極にバイアス電圧が印加されていること
によるもので、当該部分の液晶が不完全であるが僅かに
応答し透過率が上昇する。こうした状態の透過率と理想
的な非選択状態の透過率との差がクロストークと呼ばれ
る。
【0008】クロストーク現象は、非選択電圧印加時に
黒表示となるノーマリークローズ方式で著しい。また、
このクロストーク現象は印加される駆動電圧の周波数成
分によっても変化する。液晶素子への交流電圧を印加し
た時の透過率の変化において、透過率の飽和値を100
%として、その透過率が10%となる電圧をしきい値電
圧とした時、このしきい値電圧の周波数による変動が小
さい方がクロストーク現象の発生が少ない。
【0009】一方、TFT液晶表示装置は、ネマチック
液晶のねじれ角を90度、液晶層の厚さdと屈折率異方
性Δnの積Δn・d(μm)が0.5近傍のとき、10
0:1以上の高コントラスト比と多階調ならびに多色表
示が可能であるが、表示装置を斜めから見た場合に透過
率並びに表示色が大きく変化するという問題があった。
【0010】そこで、ネマチック液晶層のねじれ角を1
0〜80度とし、該液晶層の厚さd(μm)と屈折率異
方性Δnの積Δn・d(以下、Δndと云う)を0.2
〜0.7μmとすることにより、視角特性を向上する方
法が提案された(特開昭63−115137号公報)。
【0011】しかし、表示装置を正面から見た場合のコ
ントラスト比は、電圧印加時の黒透過率の上昇により低
下した。この原因は、図2(b)の模式断面図に示すよ
うに、電圧印加時に基板界面付近の液晶分子は完全には
立ち上がっていない。ねじれ角が90度の場合、ラビン
グ軸、即ち、液晶分子の配向方向が直交するため、この
残留位相差が打ち消されるが、ねじれ角を10〜80度
の場合、液晶分子の配向方向が直交していないので残留
位相差が打ち消されずに黒透過率が上昇するためであ
る。
【0012】本発明の目的は、コントラストが高く、か
つ、視角特性が良好、あるいは、表示の均一性が優れた
電界効果型の液晶表示装置に用いられる楕円偏光板を提
供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。
【0014】(1) 液晶表示装置の液晶層を挟むよう
に配置される楕円偏光板であって、特定方向の偏光を吸
収する楕円偏光板が透明な保護フィルムでサンドイッチ
状に密着積層され、該保護フィルムが複屈折性を有し、
その遅相軸が前記楕円偏光板の吸収軸と交差しており、
その位相差が0.005〜0.25μmであることを特徴
とする液晶表示装置用の楕円偏光板。
【0015】〔2〕 前記保護フィルムは複屈折性を有
する二枚以上の透明な有機高分子フィルムからなり、そ
の少なくとも二枚のフィルムは位相差が異なり、かつ、
その差がそれぞれのフィルム単独の位相差よりも小さい
前記〔1〕に記載の液晶表示装置用の楕円偏光板。
【0016】〔3〕 前記保護フィルムは複屈折性を有
する二枚以上の透明な有機高分子フィルムからなり、そ
の少なくとも二枚のフィルムは複屈折位相差の波長分散
と光の波長0.55μmでの位相差の絶対値とが異な
り、複屈折の波長変化より小さいか、または長波長側で
より大きな値をとる正の分散特性を示すフィルムである
前記〔1〕または〔2〕に記載の液晶表示装置用の楕円
偏光板。
【0017】
【発明の実施の形態】前記液晶装置は電界効果型と呼ば
れ、電極間に電界を印加することにより、液晶分子の配
向状態を変化させて透過率を制御する。正の誘電異方性
を有するネマチック液晶を用いた場合には、電圧無印加
状態においては液晶分子は電極基板に一定の傾斜角(プ
レチルト角)を持ち配向する。
【0018】基板に形成した電極間に電界を印加し、そ
の電界を徐々に大きくすると、液晶分子はある値以上の
電界において配向状態が変化しはじめ、前記傾斜角が変
化し、基板面付近と基板間中央部とでその大きさが異な
り、前記らせん構造が減衰する。これをしきい値と云
い、このしきい値より十分大きい電界では、電界に対し
て平行、即ち、電極基板に対して液晶分子が垂直な配向
となる。また、表示の着色原因となる前記位相差も、印
加する電界の大きさ、即ち、液晶分子の配向状態の変化
に伴い減少する。
【0019】液晶および複屈折媒体の位相差の測定方法
は、偏光顕微鏡を用いたセナルモン法、分光光度計を用
いた干渉法、あるいは、分光研究:第29号第5巻、3
01〜320頁(1980年)に記載されているストレ
スプレートモジュレータを用いた偏光解析法等がある。
前記液晶表示装置の位相差を上記のストレスプレートモ
ジュレータを用い、光の波長0.633μmで測定した
ところ、図4に示すような結果が得られた。
【0020】ある液晶表示装置の位相差は、電界無印加
状態で0.9μm程度の場合、しきい値近傍では0.8μ
m前後、しきい値より十分大きい電界(4V以上)では
電極基板に対して垂直な配向となり、等方性液体に近づ
くために0.05μm以下となる。
【0021】ここで液晶表示装置を時分割駆動する場
合、非選択電圧がしきい値電圧に相当する。しきい値近
傍では液晶分子の配向状態は、分子が基板に対して立上
り始め、かつ、液晶層のねじれ構造が解消し始めるため
非常に不安定であり、また、配向の変化も急激である。
【0022】この状態で黒表示を得るため、位相差0.
6〜0.8μmの複屈折媒体を配置したノーマリークロ
ーズ方式の液晶表示装置では、前記の理由により均一な
黒表示が得られずコントラスト比も低下する。これを解
決するためには、液晶分子の配向の安定している選択電
圧印加時に黒表示が得られるノーマリーオープン方式が
好ましい。
【0023】時分割数200本の表示素子で1/200
デューティ駆動する場合、選択電圧として非選択電圧の
1.073倍、時分割数400本時には1.051倍の電
圧が印加される。この状態での液晶分子の状態の模式図
を図2(b)に示す。液晶分子の配向状態はらせん構造
が減衰され、基板界面部を除きほぼ立ち上がった状態と
なる。この時の位相差は、基板界面に残留配向した液晶
分子のみにより決定される微小な値の界面残留位相差2
1となる。
【0024】完全な白黒表示を得るためには、この液晶
層の界面残留位相差21と等しいかまたは近接した位相
差を持つ複屈折媒体3を配置する必要があり、その複屈
折媒体の位相差は0.1〜0.15μmが好ましい。さら
に高電圧側で黒表示を得るためには、より小さな位相差
0.1μm未満であることが必要となる。
【0025】前記複屈折媒体を設置する位置は、液晶層
と偏光板のいずれか一方との間であればよいが、特に、
基板間に配置した場合、多重反射による透過率の減衰が
減り、明るさを向上することができる。
【0026】前記基板の電極間に印加する電圧は、階調
数によりレベル数が決定され、2階調表示の場合は2レ
ベル(2位置)、8階調表示の場合は8レベル(8位
置)となる。さらに電圧レベル数を増すことにより、多
階調表示が可能である。
【0027】また前記2レベル以上の電圧のうち、最低
電圧V1より高い電圧V2を最大電圧とすることにより、
低電圧側で白表示、高電圧側で黒表示となるノーマリー
オープン方式の表示となる。この方式の表示は、白表示
透過率が高く、コントラスト比が大きいのが特徴で、反
射型表示装置に用いた場合有利である。この場合、コン
トラスト比を従来と同等にすれば、高透過率の偏光板の
使用が可能であり、透過率をさらに向上することができ
る。
【0028】また、透過型表示装置の場合、黒表示時に
電極間からの漏れ光が生じるが、クロム蒸着あるいは黒
色顔料を印刷することによりブラックマトリクスを電極
間に施すか、あるいは、表示部に占める非電極部分の割
合を減じる、いわゆる開口率を増すことによってコント
ラスト比を向上することができる。
【0029】前記液晶層のねじれ角の大きさは、STN
液晶表示装置による時分割駆動においては、しきい値近
傍の点灯状態が光を散乱する配向となることから最大値
が制限され、360度が上限である。また、下限はコン
トラストによって制限され、180度が限界である。更
に、走査線数が200本以上でもコントラストが十分満
足できるような白黒表示が可能な液晶素子を得たいとき
には、ねじれ角は240〜270度が好ましい。更にま
た、ねじれ角が90度の整数倍近傍の時、上下基板界面
での液晶分子の配向方向が互いに直交となるため、前記
界面残留位相差は打ち消されてより小さくなり、コント
ラスト比は向上する。
【0030】一方、TFT液晶表示装置の場合、ねじれ
角の大きさはコントラスト比向上を重視すれば90度近
傍が好ましいが、視角特性を考慮するとねじれ角は30
〜80度が好ましい。ねじれ角を90度、液晶層の厚さ
dと屈折率異方性Δnの積Δndが0.5μm近傍とす
ると、駆動電圧8V程度で100:1以上の高コントラ
スト比が得られる。これは、基板界面部での液晶分子の
配向方向が互いに直交となるため、前記界面残留位相差
は打ち消されるためである。
【0031】視角特性向上のためには液晶層のねじれ角
を90度よりも小さく、該ネマチック液晶層の厚さdと
屈折率異方性Δnの積Δndを0.5μmよりもさらに
小さくすることが効果的である。しかし、ねじれ角が9
0度より小さい場合、駆動電圧8V程度では基板界面付
近の液晶分子の配向方向は互いに直交せず、微小な位相
差が残留するために100:1以上の高コントラスト比
を得るには20V以上の高電圧の印加が必要となる。
【0032】従って、上記の液晶層の該残留位相差に相
当する位相差0.05μm以下の複屈折媒体、例えば、
高分子フィルムを、液晶層と少なくとも一方の前記偏光
板との間に配置することにより、残留位相差が補償され
駆動電圧8V程度で100:1以上の高コントラスト比
のものを十分得ることができる。
【0033】本発明の前記複屈折媒体としては、例え
ば、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリ
ビニルアルコール、ポリエーテルスルホン、ポリエチレ
ンテレフタレート等の透明な高分子フィルムが挙げられ
る。
【0034】前記複屈折媒体の位相差は、選択電圧印加
時あるいは高電圧印加時に位相差を打ち消すことを目的
とするため、0.01〜0.25μmが好ましい。この位
相差を得る手段として、同じ高分子フィルムを2枚以上
用いるのがよい。該高分子フィルムの遅相軸を平行に積
層すると位相差の大きさは各フィルムの和となり、直交
させると各高分子フィルムの位相差の差となるので、目
的とする補償値に合わせて交差角度を選択する必要があ
る。
【0035】該高分子フィルムの積層角度は、STN型
液晶表示装置においては、非選択電圧印加時には液晶層
のらせん構造は完全には消失していないため、直交より
も小さい方が好ましい。また、TFT型液晶表示装置の
場合には、直交積層することにより、高分子フィルム自
身が視角特性を広げる効果がある。
【0036】前記界面残留位相差を補償するためには、
二枚の高分子フィルムを前記上下基板のラビング方向に
交差させて各一枚ずつを積層する方法と、一枚の高分子
フィルムを該上下基板のラビング方向のベクトル和に交
差させて積層する方法がある。
【0037】また異種の高分子フィルム、特に、屈折率
の波長分散特性が異なるフィルムをその遅相軸を交差さ
せて積層すると、該積層フィルムの屈折率の波長分散特
性で前記界面残留位相差の補償を制御することができ
る。この場合、液晶と高分子フィルムの屈折率の波長分
散をほぼ等しくすることにより、可視光の全波長領域で
位相差が打ち消され、より完全な位相補償ができ、コン
トラスト比をより向上できる。なお、上記各フィルムは
目的に応じて選択できる。
【0038】前記液晶表示装置において、偏光板(偏光
フィルム)は水分や紫外線を遮断する保護フィルムが密
着積層されていてもよい。こうした保護フィルムは複屈
折性を有するフィルム、例えば、トリアセチルセルロー
ス(TAC)などが使用されているが、保護フィルムの
遅相軸と偏光フィルムの吸収軸は、平行あるいは直交さ
せて積層され、偏光板自体は位相差を持たない。しか
し、前記保護フィルムの基板に接する側のフィルムで、
位相差の大きさが0.01〜0.25μmのフィルムの遅
相軸を、偏光フィルムの吸収軸と交差させることによ
り、位相差を持たせた楕円偏光板を得ることができる。
また、高分子フィルムからなる保護フィルムを楕円偏光
板に密着積層し、位相差の大きさ、屈折率の波長分散特
性を制御できる。
【0039】前記複屈折媒体は、液晶層の残留位相差を
打ち消すことを目的に配置されており、該遅相軸は液晶
の遅相軸とほぼ直交する。ここで液晶層の平均の遅相軸
方向は、液晶層を挾持する上基板および下基板の界面で
の液晶分子の配向ベクトルの和に相当する。
【0040】本発明の表示装置においては、光源として
冷陰極管、熱陰極管やエレクトロルミネッセントを用い
たもの、または外光を利用した反射型のものに適用する
ことができる。
【0041】本発明の液晶表示装置が、コントラストが
高く、表示の均一性の高い理由は、液晶分子が基板界面
を除きほぼ立上って分子配向が安定する高電圧印加時に
黒表示となるため透過率の減衰が小さくなり、かつ、複
屈折媒体を用いて液晶層の残留位相差を補償することに
より、明るい白表示が得られるためである。
【0042】また、視角特性が良好な理由は、液晶層の
ねじれ角を10〜80度とし、液晶層の厚さdと屈折率
異方性Δnの積Δnd(μm)を0.5よりもさらに小
さくしたことと、界面残留位相差を補償する複屈折媒体
を偏光板と液晶層の間に配置したことにより、位相差の
視角による変化が小さくなったためである。
【0043】
【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
【0044】〔実施例1〕図1は本発明の液晶表示装置
の構成の一実施例を示す模式斜視図である。本実施例で
は、電界効果型液晶として正の誘電異方性を有するネマ
チック液晶を用いて時分割駆動を行った例で説明する。
【0045】液晶分子7のねじれ方向とねじれ角は、上
側電極基板5のラビング方向6と下側電極基板9のラビ
ング方向8およびネマチック液晶に添加される旋光性物
質の種類と添加量によって規定される。ねじれ角は、し
きい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向となることか
ら最大値が制限され、360度が上限であり、また、下
限はコントラストによって制限され、180度である。
【0046】本実施例では、走査線数が200本以上で
も、コントラストが十分に満足できるような白黒表示が
可能な液晶素子の提供を目的としたので、ねじれ角は上
下基板間で240度とした。また、このねじれ角を実現
するためには、基板界面と液晶分子のなす傾斜角(プレ
チルト角)を2度以上とする必要があり、ここではポリ
イミド配向膜(日産化学製RN422)を基板面に形成
して4度とした。
【0047】また、ビフェニール系液晶とエステルシク
ロヘキサン系液晶を主成分とするネマチック液晶(メル
ク社:ZLI−4455)△n=0.12を用い、液晶
層の厚さを6.5μmとした。なお、該液晶は、旋光性
物質(メルク社製:S811)を0.7重量%添加した
ものである。
【0048】偏光板としては、日東電工製G1220D
U(偏光度99.95%)を用い、下側偏光板10の吸
収軸(偏光軸)11と下側電極基板9の下側ラビング軸
8とのなす角は、コントラスト比,明るさ,色等を考慮
すると30〜60度または120〜150度の範囲が望
ましく、本実施例では135度とした。
【0049】また、下側偏光板10の吸収軸11と上側
偏光板1の吸収軸2との交差角度はほぼ90度とした。
【0050】複屈折媒体としては、トリアセチルセルロ
ース(TAC)フィルム一枚を基板5の外側に配置した
が、基板5と液晶層7の間、あるいは基板9と液晶層7
の間に配置してもよい。また、複屈折媒体(有機高分子
フィルム)は基板5あるいは9と偏光板1あるいは10
の間に各一枚、あるいは各二枚配置してもよい。この場
合、各々のフィルムの位相差は、片側一枚の場合よりも
低くすることが望ましい。
【0051】該複屈折媒体である有機高分子フィルムと
しては、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコ
ール(PVA)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポ
リエチレンテレフタレート(PET)等の透明な複屈折
性プラスチック延伸フィルムを用いることができ、TA
Cフィルムに限定されない。
【0052】図5は、前記の液晶表示装置の印加電圧に
対する透過率の変化を示すグラフである。本実施例では
時分割駆動を行ない、前記選択電圧V2として2.7Vを
印加し、透過率が最小となるように位相補正を行なっ
た。この時、非選択電圧V1は1/200デューティ駆
動を行うため2.52Vとし2値表示としたが、V1とV
2の間の電圧2.6VをV3に、あるいはV2より高電圧
2.8VのV4を設定し、3値以上の多階調表示も可能で
ある。
【0053】前記液晶層の位相差は、電圧無印加の状態
で0.78μm、非選択電圧(V1)2.52V印加時に
は0.70μm、選択電圧(V2)2.7V印加時には0.
14μmである。従って、液晶層の界面残留位相差を補
償するための複屈折媒体の位相差は0.14μmが必要
であり、これを配置することによりコントラスト比は従
来の20:1から100:1に向上できる。
【0054】0.14μmの複屈折媒体を得る別の手段
として、位相差0.3μmTACフィルムと位相差0.4
4μmのTACフィルムの遅相軸を概略直交させて積層
するか、あるいは位相差0.3μmのTACフィルムと
位相差0.16μmのPVAフィルムを所定の交差角度
で積層することによっても得ることができる。
【0055】また、100:1以上のコントラスト比を
得るためには有機高分子フィルムの位相差は0.14μ
mであるが、それに近接した値、±20%の範囲であれ
ばほぼ同様の効果が得られる。さらにまた、位相差を
0.23μmの有機高分子フィルムをそのまま用いた場
合は、コントラスト比は100:1に達しないが、従来
よりは向上した60:1のものを得た。
【0056】図6は、本実施例の選択電圧と非選択電圧
の印加時における透過率の波長依存性を示すグラフであ
る。可視光領域(400〜700nm)においては透過
率の波長依存性は比較的小さく、白黒表示が得られる。
【0057】図7は本実施例の黒表示時の透過率の周波
数依存性を示すグラフである。また、図8は従来のノー
マリークローズ方式の黒表示時の透過率の周波数依存性
を示すグラフである。
【0058】本実施例の場合は、周波数50Hzの透過
率と1kHzの透過率の比は2.5である。これに対し
て、従来(比較例1)の場合の周波数50Hzの透過率
と1kHzの透過率の比は4.9であり、本実施例が透
過率の変動が少なくクロストークが起こりにくいことを
示唆している。なお、液晶素子のねじれ角は180〜2
70度の範囲であれば同様の効果を示す。
【0059】本実施例では、光源として冷陰極管を用い
たが、熱陰極管やエレクトロルミネッセントでもよく、
また、光源を用いずに反射板を用いた外光利用型でも同
様の効果が得られる。特に、反射型の場合には、光透過
率の高い偏光板、例えば、透過率40%以上、偏光度9
5%以下(日東電工製のNPF−F1225DU;透過
率45%)を用いれば、コントラスト比を低下すること
なく、明るさを向上することができる。
【0060】また、カラーフィルターを具備することに
より、カラー表示も可能である。
【0061】〔比較例1〕実施例1と同じ構成で、複屈
折媒体3の代わりに液晶層がねじれた構造の液晶素子を
積層した。該素子の液晶には旋光性物質としてメルク社
のR811を0.5重量%添加し、ねじり角を−240
度に設定し、この素子への電圧印加は行なわなかった。
この構成では電圧無印加時で黒表示となるノーマリーク
ローズとなり、コントラスト比は20:1である。図8
に黒表示時の透過率の周波数依存性を示す。周波数によ
り黒表示時の透過率が大きく変化し、クロストークが発
生し易いことが分かる。
【0062】〔比較例2〕実施例1と同じ構成で、下側
偏光板10の吸収軸11と下側電極基板9のラビング方
向8とのなす角を45度とし、下側偏光板10の吸収軸
11と上側偏光板1の吸収軸2との交差角度をほぼ90
度とした。また、複屈折媒体として位相差0.56μm
のPCフィルムを一枚用い、該フィルムの遅相軸(延伸
軸)4と上側電極基板5のラビング方向6とのなす角を
ほぼ90度とした。
【0063】この場合は、電圧無印加あるいは非選択電
圧印加時に白表示となるノーマリーオープンとなるが、
白表示と透過率を優先して複屈折媒体を配置したためコ
ントラスト比が約4:1であった。
【0064】〔実施例2〕実施例1と同じ構成で、複屈
折媒体として位相差0.2μmのPCフィルムと位相差
0.34μmのPCフィルムのそれぞれの遅相軸をほぼ
直交させて積層し、位相差を0.14μmとしたものを
用いた。この時のコントラスト比は70:1であった。
【0065】〔実施例3〕実施例1と同じ構成で、上側
偏光板1と上側電極基板5の間に複屈折媒体として厚さ
100μm、屈折率の異方性Δnが0.0014で位相
差0.14μmのPCフィルムを、さらに下側偏光板1
0と下側電極基板9の間に複屈折媒体として厚さ50μ
m、位相差0.56μmのPCフィルムを配置した。こ
の時のコントラスト比は70:1であった。
【0066】〔実施例4〕実施例1と同じ構成で、複屈
折媒体4として液晶素子を用いた。該素子には旋光性物
質としてメルク社製のR811を0.5重量%添加し、
ねじれ角−240度、Δnd=0.99μmの液晶素子
に1kHz,実効値電圧4Vの矩形波を印加した。該液
晶素子の電圧印加状態での位相差は0.14μmであ
る。この時のコントラスト比は100:1であった。
【0067】〔実施例5〕実施例1と同じ構成で、複屈
折媒体として偏光板と一体化した楕円偏光板を用いた。
図9に本実施例で用いた偏光板の斜視図を示す。偏光フ
ィルム16の両面に有機高分子フィルムからなる保護フ
ィルム15,17が密着積層されている。該保護フィル
ム15,17は水分、紫外線等を遮断する機能を有する
ものである。
【0068】本実施例の偏光フィルム16としては、ヨ
ウ素を添加したポリビニルアルコール(PVA)フィル
ムを一軸延伸したものである。また、保護フィルム1
5,17は位相差0.050μmのTACフィルムを用
い、保護フィルム17の遅相軸14と偏光フィルム16
の吸収軸13の交差角は15度とした。
【0069】なお、保護フィルム17の外側に粘着層1
8を設けて液晶素子の基板に密着させることができる。
また、保護フィルムにはポリカーボネート、ポリビニル
アルコール等の複屈折性プラスチック延伸フィルムを用
いることもできる。
【0070】複屈折媒体と一体化した楕円偏光板として
は、図10に示すように3層あるいは4層以上の構造の
ものを、目的に応じて用いることができる。
【0071】〔比較例3〕実施例4と同じ構成で、複屈
折媒体の代わりにねじり構造を持たないホモジニアス配
向の液晶素子を用いた。図11は、印加した交流電圧に
対する透過率の変化を示すグラフである。コントラスト
比が100:1以上を得る駆動電圧(V2)は10V以
上となり、V2を6Vとするとコントラスト比は3:1
となった。
【0072】〔実施例6〕実施例1と同じ構成で、下側
偏光板10の吸収軸(偏光軸)11と上側偏光板1の吸
収軸2との交差角度をほぼ90度とした。液晶層のねじ
れ角を60度、下側偏光板10の吸収軸11とラビング
方向(液晶配向方向)との角度を15度に設定した。液
晶にはメルク社製ZLI1800−100(Δn=0.
0705)を用い、液晶層の厚さ4.9μmとし、Δn
dを0.345μmに設定した。複屈折媒体として位相
差(Δnd)が0.03μmのPVA一軸延伸フィルム
を2枚用い、一枚を下側偏光板10と基板9との間に、
他の一枚を上側偏光1と基板5との間にそれぞれ配置
し、該フィルムの遅相軸4を基板界面の液晶配向方向
(ラビング方向)に対して90度に、それぞれ設定し
た。
【0073】この時の正面における透過率37.6%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約22
0であった。
【0074】また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、その各階調表示時における領域を斜め方
向から見た時、隣合う2つの領域において最初に明暗が
反転し始める時の角度範囲は、左右において72度、上
下において55度であった。
【0075】〔実施例7〕実施例6と同じ構成で、液晶
にメルク社製ZLI1646(Δn=0.08)を用
い、液晶層の厚さ4.3μmとし、Δndを0.34μm
に設定した。複屈折媒体としてΔndが0.03μmの
一軸延伸フィルム1を、上側偏光板1と基板5との間に
配置し、高分子フィルムの遅相軸4をそれぞれの基板界
面のラビング方向のベクトル和の方向とほぼ直交するよ
うにして積層した。
【0076】この時の正面における透過率37.4%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約21
0であった。
【0077】また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、その各階調表示時における領域を斜め方
向から見た時、隣合う2つの領域において最初に明暗が
反転し始める時の角度範囲は、左右において65度、上
下において40度であった。
【0078】〔実施例8〕実施例6と同じ構成で、液晶
層の厚さを5.5μmとし、Δndを0.44μmに設定
した。正面の透過率34.2%(0V印加時)、8V印
加時のコントラスト比は約190であった。また、正面
における輝度の階調レベルを8段階に分割し、隣合う2
つの領域において明暗が反転し始める時の角度範囲は、
左右が57度、上下が32度であった。
【0079】〔実施例9〕実施例8と同じ構成で、液晶
にメルク社製ZLI3122(Δn=0.0466)を
用い、液晶層の厚さ5.8μmとし、Δndを0.27μ
mに設定した。正面の透過率34.4%(0V印加
時)、8V印加時のコントラスト比は約190であっ
た。また、正面における輝度の階調レベルを8段階に分
割し、隣合う2つの領域において明暗が反転し始める時
の角度範囲は、左右が79度、上下が60度であった。
【0080】〔実施例10〕実施例6と同じ構成で、下
側偏光板10の吸収軸11と上側偏光板1の吸収軸2と
の交差角度をほぼ90度とし、液晶層のねじれ角を60
度に設定した。液晶はメルク社製ZLI1646(Δn
=0.08)を使用し、液晶層の厚さ4.6μmとし、Δ
ndを0.37μmに設定した。
【0081】複屈折媒体は、Δndが0.58μmと0.
54μmの一軸延伸PCフィルムを延伸方向が直交する
ように積層したものを用いた。該フィルムは、位相差の
大きい方のフィルムの延伸方向に遅相軸を有し、その合
成される位相差は0.04μmで、1枚の複屈折媒体と
して取り扱うことができるものである。これを基板と偏
光板との間に上下共にそれぞれ挿入し、それぞれの複屈
折媒体の遅相軸が液晶配向方向に対してそれぞれ90度
となるように積層した。
【0082】図12は、基板に対して垂直方向と、基板
に対して左方向から30度と45度傾斜した方向で測定
した透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。な
お、透過率(%)はフォトリサーチ社製の輝度計(タイ
プ1980A)で測定した光源輝度に対する表示素子透
過後の輝度の比率である。
【0083】偏光板のみの平行透過率34%、印加電圧
1Vの時の垂直方向の透過率31%であり、6Vでのコ
ントラスト比は160であった。また、図12から明ら
かなように、左方向から30度および45度の傾斜透過
率は、垂直方向からの透過率と僅差である。
【0084】また、液晶層のねじれ角を90度とした従
来のTN方式では視角を大きくした時に明暗表示が反転
するが、本実施例ではこうした反転は起らなかった。
【0085】〔実施例11〕実施例6と同じ構成で、液
晶層のねじれ角を75度、下側偏光板10の吸収軸11
と上側偏光板1の吸収軸2との交差角をほぼ84度と
し、下側偏光板10の吸収軸11とラビング方向とがな
す角度を7度に設定した。液晶層の厚さ5.1μmと
し、Δndが0.41μmになるように設定し、基板と
偏光板の間に複屈折媒体は配置せず、代わりに図9に示
すΔnd0.1μmの保護フィルム17を有する楕円偏
光板を用いた。この保護フィルム17の遅相軸14は、
それぞれ基板界面の液晶配向方向と直交して設定した。
【0086】1Vの電圧印加時の透過率は33%(理想
値の99%)であり、複屈折媒体を偏光板とは別個に挿
入配置した場合よりも透過率が向上した。また、液晶素
子自体の厚さもほぼ5%薄くすることができる。
【0087】〔実施例12〕実施例10と同じ構成で、
液晶層のねじれ角を45度、下側偏光板10の吸収軸1
1と上側偏光板1の吸収軸2との交差角をほぼ89度と
し、下側偏光板10の吸収軸11とラビング方向とがな
す角度を23度に設定した。液晶層の厚さ4.0μmと
し、Δndを0.32μmになるよう設定した。複屈折
媒体として、Δndが0.58μmと0.53μmの一軸
延伸PCフィルムの延伸方向を直交して積層した位相差
0.05μmのものを用いた。該複屈折媒体を基板と偏
光板の間に、Δnd0.58μmのフィルムの延伸軸方
向が、液晶配向方向と直交するように配置した。
【0088】この液晶表示装置の印加電圧1Vの時の透
過率は31%(理想値の91%)であった。また、印加
電圧5Vにおけるコントラスト比は約190で、高コン
トラスト比が得られる電圧を5Vに下げることができ
た。図12と同様な透過率と電圧の関係が得られ、明暗
表示の反転がない表示装置が得られた。
【0089】〔比較例4〕図13は、実施例10の液晶
表示装置において、複屈折媒体を挿入しない場合の透過
率と電圧の関係を示すグラフである。実施例10では、
印加電圧6Vでコントラスト比160を得たが、本比較
例では6Vのコントラスト比は30であった。配向膜近
傍の液晶のリタデーションがコントラスト比低下の原因
である。
【0090】〔実施例13〕実施例7と同じ構成で、液
晶層のねじれ角を60度、下側偏光板10の吸収軸11
と上側偏光板1の吸収軸2との交差角度をほぼ82度、
下側偏光板10の吸収軸11とラビング方向とがなす角
度を7度に設定した。液晶層の厚さ4.3μmとし、Δ
ndを0.34μmに設定した。複屈折媒体には、Δn
dが0.03μmの一軸延伸フィルムを遅相軸がそれぞ
れの基板のラビング方向のベクトル和の方向とほぼ直交
するよう偏光板の内側に積層した。
【0091】この時の正面における透過率37.4%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約20
0であった。また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、隣合う2つの領域において明暗が反転し
始める時の角度範囲は、左右が65度、上下が40度で
あった。
【0092】〔実施例14〕実施例7と構成が同じで、
複屈折媒体に、Δndが0.03μmの一軸延伸フィル
ムを1枚用い、偏光板の内側に遅相軸がそれぞれの界面
のラビング方向のベクトル和の方向と65度になるよう
に積層した。
【0093】この時の正面における透過率37.0%
(0V印加時)8V印加時のコントラスト比は約190
であった。また、正面における輝度の階調レベルを8段
階に分割し、隣合う2つの領域において明暗が反転し始
める時の角度範囲は、左右が65度、上下が40度であ
った。
【0094】〔実施例15〕実施例2と構成が同じで、
液晶層のねじれ角を20度、下側偏光板10の吸収軸1
1と上側偏光板1の吸収軸2との交差角度をほぼ90
度、下偏光板10の吸収軸11とラビング方向とがなす
角度を35度に設定した。液晶層の厚さ5.0μmと
し、Δndが0.4μmに設定した。複屈折媒体には、
Δndが0.03μmの一軸延伸フィルムを遅相軸がそ
れぞれの基板のラビング方向のベクトル和の方向とほぼ
直交するよう偏光板の内側に積層した。
【0095】この時の正面における透過率30.0%
(0V印加時)、8V印加時のコントラスト比は約15
0であった。また、正面における輝度の階調レベルを8
段階に分割し、隣合う2つの領域において明暗が反転し
始める時の角度範囲は、左右が57度、上下が36度で
あった。
【0096】以上の実施例6〜15における液晶表示装
置において、液晶層のねじれ角(ツイスト角)を変化さ
せた時の透過率と液晶層の位相差(リタデーション)Δ
nd(μm)との関係を図14に示す。図14より、液
晶層のΔndを0.2〜0.7μmとすることにより、透
過率で最大透過率の90%以上のものが得られ、明るい
液晶表示装置を得ることができる。
【0097】次に、ツイスト角と最大透過率時の液晶層
のΔnd(μm)との関係を図15に示す。正面の透過
率を低下させることなく視角の拡大を図ることができる
ツイスト角θ(度)と、液晶のΔndの関係は曲線11
0で表すことができる。曲線110は、式〔1〕で表す
ことができる。
【0098】
【数1】 Δnd=0.287−4.96×10~4θ−3.05×10~5θ2 …〔1〕 更に、図15において、明るさの低下がそれほど気にな
らない程度の透過率(最大透過率の約90%)を、ツイ
スト角度とリタデーションΔndの関係で表すと斜線部
113となる。これは式〔2〕で表される。
【0099】
【数2】 0.2238−5.55×10~4θ+2.43×10~5θ2 ≦Δnd≦0.333−1.21×10~3θ+5.63×10~5θ2…〔2〕 (但し、10≦θ≦80) 式〔2〕を簡略化し、液晶層のリタデーションΔndの
範囲を表すと(0.0033×θ+0.1)〜(0.00
33×θ+0.3)μmとなる。
【0100】更にまた、2枚の高分子フィルムからなる
複屈折媒体の遅相軸をそれぞれ液晶分子の配向方向に垂
直に配置し、液晶層に電圧を8V印加した場合、最も透
過率の減少する上記フィルム一枚当りのリタデーション
Δndのツイスト角依存性は、図16の曲線120とな
り、該曲線120は式〔3〕で表される。
【0101】
【数3】 Δnd=0.0175+8.57×10~5θ−3.07×10~6θ2+5.30×10~8θ3…〔3〕 正面のコントラスト比が複屈折媒体を入れない時より高
くなる範囲と限定することにより、より高い表示品質の
ものが得られる。その領域は図16の斜線部122で表
され、式〔4〕で表さすことができる。
【0102】
【数4】 −1.16×10~3+1.05×10~4θ+4.46×10~7θ2≦ Δnd≦0.347+2.93×10~4θ−1.30×10~5θ2+2.51×10~7θ3…〔4〕 (但し、10≦θ≦80) 式〔4〕を簡略化し、一枚あたりの複屈折媒体の位相差
Δndの範囲を表すと(0.00025×θ−0.1)〜
(0.00025×θ−0.3)μmとなる。
【0103】図15の曲線110、図16の曲線120
上のツイスト角度60、70、80および90度におけ
る視角特性を図17に示す。
【0104】複屈折媒体の遅相軸を、上下基板のラビン
グ方向のベクトル和の方向と平行に配置し、液晶層に電
圧を8V印加した場合、最も透過率の減少する複屈折媒
体一枚当りのリタデーションΔndのツイスト角依存性
は、図18に示す曲線130となり、式〔5〕で表すこ
とができる。
【0105】
【数5】 Δnd=0.0357−7.44×10~5θ+3.80×10~7θ2−4.32×10~8θ3…〔5〕 また、正面におけるコントラスト比が「複屈折媒体を挿
入しない時より高くなる範囲」と限定することにより、
より高い表示品質が得られ、その領域は図18の斜線部
132で表される。なお、斜線部132は、式〔6〕で
表される。
【0106】
【数6】 0.0203−8.21×10~6θ−1.96×10~6θ2≦ Δnd≦0.0707−1.46×10~5θ−1.67×10~6θ2+2.61×10~8θ3…〔6〕 (但し、10≦θ≦80) 式〔6〕を簡略化し、複屈折媒体のΔndの範囲を表す
と(−0.00016×θ+0.025)〜(−0.00
07×θ+0.09)μmである。
【0107】図15の曲線110、図18の曲線130
上のツイスト角度60、70、80および90度におけ
る視角特性を図19に示す。
【0108】前記実施例6〜15においては、0Vの透
過率を最大にし、8Vの透過率を最小にすることによっ
て視角拡大を図った。しかし、駆動電圧の低電圧化を考
慮(例えば、5Vの透過率を最小にする)すると、最適
な複屈折媒体のリタデーションΔndの範囲は、図16
の斜線部122、図18の斜線部132より広がる。従
って、複屈折媒体のΔndは、0.005〜0.2μmで
あることが必要である。
【0109】情報の入力手段としてキーボード、該情報
の演算処理手段として半導体集積回路、該情報の記憶手
段として半導体メモリーおよび磁気ディスク、外部装置
との情報の受渡し手段としてパーソナルコンピュータ用
通信ケーブルであるJIS企画に記載のRS232Cコ
ネクターを有し、表示手段として本発明のマトリックス
型液晶表示装置を用いたラップトップ型コンピュータ
は、消費電力が小さく、反射型でも高画質の表示ができ
るので、内蔵電池で駆動可能な小型軽量のコンピュータ
を提供することができる。
【0110】また、同様にワードプロセッサ、プリンタ
等の事務用機器にも利用が可能である。
【0111】
【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、高コントラス
ト比でクロストークの発生がなく、視角特性が優れてい
ると云う効果があるため、高品質の表示装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の模式斜視図である。
【図2】液晶表示素子の液晶分子の配向状態を示す模式
断面図である。
【図3】液晶表示素子の透過率と印加電圧との関係を示
すグラフである。
【図4】液晶表示素子の位相差の印加電圧依存性を示グ
ラフである。
【図5】本発明の液晶表示素子の透過率の電圧依存性を
示すグラフである。
【図6】本発明の液晶表示素子の透過率の光波長依存性
を示グラフである。
【図7】本発明の液晶表示素子の黒表示時の透過率の周
波数依存性を示グラフである。
【図8】従来の液晶表示素子の黒表示時の透過率の周波
数依存性を示グラフである。
【図9】本発明の一実施例の楕円偏光板の斜視図であ
る。
【図10】本発明の他の実施例の楕円偏光板の斜視図で
ある。
【図11】液晶表示素子の透過率の駆動電圧依存性を示
すグラフである。
【図12】本発明の一実施例の液晶表示素子の視角特性
を示すグラフである。
【図13】液晶表示素子の視角特性を比較したグラフで
ある。
【図14】液晶層のツイスト角度θと透過率および液晶
リタデーションの関係を示すグラフである。
【図15】液晶層のツイスト角度θと最大透過率および
90%透過率を与えるリタデーションの関係を示すグラ
フである。
【図16】液晶層のツイスト角と複屈折媒体のリタデー
ションの関係を示すグラフである。
【図17】液晶層のツイスト角と非反転視角範囲との関
係を示すグラフである。
【図18】液晶層のツイスト角と複屈折媒体のリタデー
ションの関係を示すグラフである。
【図19】液晶層のツイスト角度と非反転視角範囲の関
係を示すグラフである。
【符号の説明】 1…上側偏光板、2…上側偏光板吸収軸、3…複屈折媒
体、4,12,14…遅相軸、5…上側電極基板、6…
上側ラビング軸、7…液晶分子、8…下側ラビング軸、
9…下側電極基板、10…下側偏光板、11…下側偏光
板吸収軸、13…吸収軸、15,17,19,20…保
護フィルム、16…偏光フィルム、18…粘着層、21
…界面残留位相差、110…最大透過率、111…透過
率90%を与える液晶のΔndの下限、112…透過率
90%を与える液晶のΔndの上限、113…透過率9
0%の範囲、120…電圧印加時に最小透過率を与える
複屈折媒体のΔnd、121…電圧印加時に最小透過率
を与える複屈折媒体のΔndの上限、122…電圧印加
時に最小透過率を与える複屈折媒体のΔndの範囲、1
30…電圧印加時に最小透過率を与える複屈折媒体のΔ
nd、131…電圧印加時に最小透過率を与える複屈折
媒体のΔndの上限、132…電圧印加時に最小透過率
を与える複屈折媒体のΔndの範囲。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平4−99264 (32)優先日 平4(1992)4月20日 (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 阿部 英俊 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 伊藤 理 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 檜山 郁夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 北島 雅明 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小村 真一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 堅吉 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所茂原工場内 (72)発明者 菊池 直樹 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所茂原工場内 (72)発明者 間所 比止美 千葉県茂原市早野3300番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶表示装置の液晶層を挟むように配置
    される楕円偏光板であって、特定方向の偏光を吸収する
    楕円偏光板が透明な保護フィルムでサンドイッチ状に密
    着積層され、該保護フィルムが複屈折性を有し、その遅
    相軸が前記楕円偏光板の吸収軸と交差しており、その位
    相差が0.005〜0.25μmであることを特徴とする
    液晶表示装置用の楕円偏光板。
  2. 【請求項2】 前記保護フィルムは複屈折性を有する二
    枚以上の透明な有機高分子フィルムからなり、その少な
    くとも二枚のフィルムは位相差が異なり、かつ、その差
    がそれぞれのフィルム単独の位相差よりも小さい請求項
    1に記載の液晶表示装置用の楕円偏光板。
  3. 【請求項3】 前記保護フィルムは複屈折性を有する二
    枚以上の透明な有機高分子フィルムからなり、その少な
    くとも二枚のフィルムは複屈折位相差の波長分散と光の
    波長0.55μmでの位相差の絶対値とが異なり、複屈
    折の波長変化より小さいか、または長波長側でより大き
    な値をとる正の分散特性を示すフィルムである請求項1
    または2に記載の液晶表示装置用の楕円偏光板。
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