JPS60117215A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPS60117215A
JPS60117215A JP58227294A JP22729483A JPS60117215A JP S60117215 A JPS60117215 A JP S60117215A JP 58227294 A JP58227294 A JP 58227294A JP 22729483 A JP22729483 A JP 22729483A JP S60117215 A JPS60117215 A JP S60117215A
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liquid crystal
display
crystal panel
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Yutaka Ishii
裕 石井
Kenichi Nakagawa
謙一 中川
Fumiaki Funada
船田　文明
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Original Assignee
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は主として透過型のツィステッド・ネマティック
液晶表示装置（ＴＮ−ＬＣＤ）に関するものであり、白
黒画像表示あるいはカラー画像表示に有効な表示技術を
提唱するものである。
緑、青）カラーフィルタを用いた透過型ＴＮ−ＬＣＤへ
の関心が高まり、特にこの方式を用いた液晶カラーテレ
ビの実現に向けて、駆動方式、カラーフィルタの構造及
び液晶拐料等の横側が各方面で活発に行なわれてきてい
る。この表示方式においては色純度が高く、且つ広い色
相を有する色をいかに得るか、ということが最大の課題
となるが、従来のマルチプレックス駆動を行った装置で
はこの点に関して充分な検討がなされていなかった。即
ち、マルチカラー化はＸ−Ｙマトリックス型電極上の各
表示絵素に三原色（赤、緑、青）のカラーフィルタを形
成し、これらの色を液晶のツィステッド・ネマティック
モー　ド（ＴＮモード）の光シヤツタ効果を利用して加
色配合することにより得られる。従って、各表示絵素上
のＴＮモードの特性は表示面」二の場所や観察者の視角
に依らず、同一（均一）でなければ希望の色を出すこと
はう軍しい。第１図はこの動作原理を示す説明図である
。
第１図（５）は液晶セル構造を示す。１ス・１の偏光子
１間にガラス基板２で封止された？１に品層を介設し、
ガラス基板２の内面に電極３を設ける。背面側の電極３
上には赤色フィルタ４．緑色フィルタ５゜青色フィルタ
６が形成されている３、液晶層はツィステッド・ネマテ
ィック配向された液晶分子７がら成り、スイッチ８の開
閉にょ１）電源９がら電極３を介して印加される交流電
圧によって分子配向が変換される。背面側には光源１（
）が配置トｔされており液晶セルを通して観測者１１に
カラー表示が実行される。第１図ＣＢ）はスイッチ８の
うち、赤色フィルタ４に対応するスイッチ１くｓ１緑邑
フィルタ５に対応するスイッチＧ　Ｓ　、ｉ’７色フィ
ルタ６に対応するスイッチＢＳをオン（ｏｎ）　オフ（
ｏｆｆ）制御したときの波長と光透過率の関係を示す動
作特性図である。各スイッチ８が詞ンの１１、〒、カラ
ーフィルタ４，５．６に対応する色相の波長光が最大透
過率を示す。これによってカラー表示が行なわれる。し
かしながら、ＴＮモードの電気光学特性は第２図に示す
如く視角θに対して著しい依存性を呈するため、第３図
に示すように観測者１１が液晶パネルＤのほぼ正面方向
より観察する場合、例えばＴＮ−ＬＣＤの表示面上にお
ける」二下方向（Δξ）あるいは左右方向（ΔＸ）の絵
素間で表示特性が異なり、このことが色ずれやカラーコ
ントラストの低下の原因となっていた。尚、第２図囚で
γ】、γ２は基板２内面の配向処理方向、Ａ、Ｐは偏光
子の偏光方向のベクトルを示している。またＢ　１は入
射光、Ｂ２は測定方向を示す。第２図（Ｂ）は測定方向
のＸ軸となす角ψを４５°に設定した場合のＺ軸となす
角θに対する印加電圧−光透過率特性を示す。さらに従
来の透果型ＴＮ−ＬＣＤの（１）４造は第４図に示すよ
うに、背面側に螢光灯等の光源１０と光源１０からの光
を散乱させて表示面・＼照射する拡散板１２が配置され
、散乱光が液晶パネルＤへ照射される−ように構成され
ている。従って、液晶パネルＤの各絵素にはあらゆる方
向の光か入射するため、コントラスト 尤により決る値の平均となり、１１ψ大コントラスト埴
よりかなり減衰したものとなっていた。
以」−の点より従来の装置ｉ’ｊ　＆こおいては、色ず
れやカラーコントラストの低トが牛し、１“；ｒ：　ｌ
’ｌ−昌“′）ｒのカラー画像を得るのは困う■［であ
った。
〈発明の１］的〉 本発明は、カラーフィルタを用いたｉ’　Ｎ−Ｌ　Ｃ　
Ｄにおけるこれらの間４９１１点の改善に極めて有効な
効力を発揮するのみならず、一般的な画像表示等にｇ＝
Ｉ’　ｌ，でも高コントラストで高品夕”ｆの画像を得
ることのできる有力な技術となり１１する液晶表示装置
を提供することをＩ：ｌ的とする・１）のζ・＋（、る
。
〈構成及び効果の説明〉 ＴＮ−ＬＣＤの透過１゛、ｊ性において、印加電圧を第
５図のように定義すると、透ｉ１．’Ｍ率のれ１１角依
存性は第６図のような傾向を示す，、この図より明らか
なように、印加電圧が充分高い場合は、はぼ２７０。
（−９０°≦ψく１８０°）にわたって人０４光は通過
するが、印加電圧が低くなるとある特定方向のみしか光
が通過しなくなる。また閾値電圧以上の範囲で印加電圧
の減少にともないこの表示特性における指向性は鋭くな
る。このことは、表示絵素にあらゆる方向から光が入射
しても液晶パネルに印加する設定電圧を閾値電圧以上の
範囲で充分低くすることによっである特定方向の光のみ
を取り出すことができることを示している。従って、例
えばカラーフィルタを用いるＴＮ−ＬＣＤに対して極め
て重要な効果をもつ。即ら、第３図及び第４図のような
装置構成であってもある一定方向の透過光に関する表示
特性においては、各絵素間でのばらつきは極めて少ない
ため、印加′電圧を低くし、この特定方向を通過する光
のみを表示に利用することにより、色ずれやカラーコン
トラストの低ドを改善することができる。ここで最大設
定電圧が重蟹な問題になるが、本発明者らはビフェニル
系液晶。
シクロヘキサン系液晶，エステル系液晶，ジオキサン系
液晶，ピリミジン系液晶及びそれらの混合液晶について
その実用範囲を検討した結果、ψが４５°　（最良好視
角方向）で且つθがほぼ１５。
ての飽和電圧（透過率が９０％５になる電圧）以下に設
定するのが表示１゛、１性の指向性の点から好ましいこ
とを実験的に見い出した。
尚、上述の場合においては、良好なフントラストか得ら
れる方向はθの大きな方向であるため、表示ｍ１の正面
では−ノントラス）・の良Ｉｌｆなｔｒｌｌｉ　ｉ＆は
視認することができない。この対策として、この特定方
向の画像をスクリーントに投写する方式が考えられるが
、本発明にらは次の様２４一方式が極めて有効であるこ
とを見い出した１、ずイＬゎち、斜方向の入射光を正面
方向に屈曲さ−Ｕる効果を泊する物質、例えばプリズム
やゲラスフ、・イハープレート等の光学系や散乱板Ａｙ
ｉを表示面に密／）１さゼることによって良好なコント
ラスト このようにすることによって、液晶パネルの斜方向より
出る光を正面に屈曲さけることができ、色ずれのない高
コントラストの画像が？α品パネルの正面に形成される
。またこの（ＩＩη成は装置の小型化及び携帯化に極め
て有用である。
さて、上述の方式を適用することにより従来のものに比
して表示品質を著しく改善することができるが、次の手
段を施すことにより品質をさらに改善できることが明ら
かにな１・た。ＴＮ−ＬＣＤ）は無電界条件で光遮断状
態（１対の偏光子の偏光方向を平行状態に設置する）に
しても完全に光を遮断することは難しく、入射光の一部
は通過してしまう。特に、この傾向は液晶材料の複屈折
（Δｎ）と液晶層厚（ｄ）に依存し、本発明者らの実験
によるとΔｎ（λ）−６４１．２（λ゛波長４００ｎｍ
≦λ＜７００ｎｍ）の条件の時顕著に現われる。従って
、第４図のような散乱板を液晶セルに密着させる装置構
造においては、たとえ低電圧駆動を行ったとしても上述
した液晶のシャッタ機能の不完全性に起因して入射光の
一部が各方向に洩れ、そのためにカラーコントラストや
色相の低下を引き起こす。
そこで本発明者らはこの点の改善を鋭意検討した結果、
次のように入射光条件を設定することが効果的であるこ
とを見い出した。即ち、液晶パネルへの入射光をほぼ平
行光線とし、さらにパネルの斜方向より入射させる。こ
のようにすると、各絵素には同一条件の光が斜方向に入
射するため、［１：、面方向への光のもれを防ぐことが
でき旧つ各絵素にお（づる表示１゛Ｓ性の均一・ｆＩＳ
か図れるとともに、指向性も高くすることができる１１
さらに第２図の表示特性からもＩ９Ｊらかなように、低
電ｊ１：．で鋭い閾（Ｉｆ（　４’！ｊ性を得ることが
できるため、低’１１．圧てかつ低動作マージンて駆動
することか用能となる。このことはマルチプレックス駆
動において極めて有効な効力を発揮する。尚、液晶パネ
ルの斜方向に平行光線を入射する手段として番ｊ、ルー
バーやグラスファイバープレー１・あるい６；Ｌレンズ
やミラーを用いた光学系等を使用ずれば良い。
また、光の入射角度としてＧｅｌ液晶パネルの垂線より
ほぼ１５゛からはぼ８０゛°の範囲より入射させるのが
表示特性の指向性よりｔｌｆましいことを実験的に確か
めた。
以上のように、カラーフィルタをｌｊＹ　Ｉ＋促した透
過’ｊｌす１’　Ｎ　Ｌ　Ｃ　Ｄにおいて、液晶の駆動
条件，透過光条件，入射光条件を最適化することに．ｌ
：リカラー表示特性を従来より大幅に改善することがｒ
ｒ（能になった。また本発明は、ｌｉ載田川ディスプレ
イグラフィックディスプレイ、ノ７ラーキャラクタディ
スプレイは言うに及ばず液晶白黒テレビまたはカラーテ
レビにおいて極めて有用な手段である。尚、上記説明に
おいては特にカラーフィルりの場合として取り扱ったが
カラー偏光トを用いた場合やカラー化を要しない明暗表
示の７声の場合についても充分な効力を発揮することは
当然である。
〈実施例１〉 表示画面上にプリズムを用いた実施例を第７図に示す。
第７図の液晶パイ・ルは１対の偏光子１．１の間に２枚
のガラス基板２を貼治し、その間隙にツィステッドネマ
チック（ＴＮ）配向された液晶を充填して透過型ＴＮ液
晶パネルを形成し、更に背面側に光散乱板■３を配置す
るとともに表示画面上にプリズム１４を設置した構成を
有する。背面側より照射される光は光散乱板１３を透過
することによって散乱された後、液晶ノくネル内へ入射
される。ここで、ＴＮ液晶パネルはＸ−Ｙマトリックス
電極構造になっており、さらにその各交点には赤、緑、
青の色相を有するカラーフィルタが塗り分りられている
。ここで使用した液晶はビフよニル／ピリミジン系液晶
のＲ０ＴＮ−４０３（Ｒｏ　ｃ　ｂ　ｃ社）であり、液
晶層厚は約Ｇ　１１ｎである。また、この液晶の飽和電
圧はＶ電゛１７２．ＩＶ、Ｖ：二一１．８Ｖ。
３００、　４り１− Ｖ　−１，５Ｖ、Ｖ、。、、１．３Ｖテアル。
９０％ 第７図において散乱板１３によりｊ）を乱された光は低
電圧で駆動されたＴＮパネルを通過する間に斜方向のほ
ぼ一様な光に制御され、これがさらにプリズムにより屈
曲され正面方向で視認できるようになる。
設定電圧を１．８　Ｖとした場合の赤、緑、ｖＩの特性
を第８図に示す。またこの図には比較のためプリズムを
用いず設定型１−１−を２．　Ｉ　Ｖとした場合の特性
も合わぜて示している。この図より明らかなように本実
施例の有効性が認められる。
尚、ここでプリズムの代わりに、斜方向の入射光を正面
方向に光屈曲さ′Ｕる６ｉＹ小径のグラスファイバーを
多数束ねて板状に力ｕ　−１：　Ｌ、たグラスファイバ
ープレートや光散乱板あるいは透明光学シート（例えば
ＮＥＸＹ透明シー）　（Ｂ照技研製））を用いても同様
な効果が得られる０、第９図はＮＥＸＹ透明シートの画
像拡大フィルムを示す説明図であり、第９図（５）は光
透過型、第９図（Ｂ）は光反射型の光進行経路を表わし
ている。また、これらの物質にかかわらず、光学的に同
様な性質を有するものであれば同様な効果が得られるこ
とは当然である。
〈実施例２〉 表示面上にプリズムを用い、ＴＮ液晶パネルの背面には
垂線より６０°方向の光のみを通過さぜるルーパーを用
いた実施例を第１０図に示す。ＴＮ液晶パネルは上記実
施例同様にＸ−Ｙマ）　ＩＪフックス極構造になってお
り、さらにその交点には赤。
緑、青のカラーフィルタが塗り分けられている。
図中第７図と同一９１号は同一内容を示す。散乱板１３
と偏光子ｌの間にはルーパー１５が介設されている。
第１０図において、散乱板１３により散乱された光はル
ーパー１５及び液晶パネルによって斜方向のほぼ一様な
光に制御され、これがさらにプリズム１４により屈曲さ
れ、両面で視認される。
液晶利料として旧）ｉ”Ｎ−７１０８（Ｒｏｃｈｅ社製
）を用い、設定電圧を１．８Ｖとした場合の特性を第１
１図に示す。この図には、第８図に示した特性も合わせ
て示しておく。この図より本実施例の有効性が容易にわ
かる。
尚ここで、ルーパー１５の代わりに入射光を斜方向に光
屈曲させる微小径のグラスファイバーを多数束ねて板状
に加１ニジたグラスファイバープレートや平行光線を作
るためのレンズ系あるいはミラーや第９図に示した光学
シートを用いても同様な効果が得られる。また、これら
の物質にかかわらず光学的に同様な性質をイｊするもの
であれば同様な効果が得られることは当然である。
【図面の簡単な説明】
第１図は液晶表示パネルのマルチカラー表示を説明する
動作原理図である。 第２図はＴＮモードの電気光学特性を示す説明図である
。 第３．図は液晶表示パネルに於りる視角Δξ及びΔＸを
説明する説明図である。 第４図は透過型ＴＮ−ＬＣＤの構成図である。 第５図は液晶表示パネルの駆動電圧■１５の定腺を示す
説明図である。 第６図はＴＮモードにおＧ″Ｉる視角（ψ）特性図であ
る０ 第７図は本発明の１実施例を示す液晶、＜ネルの構成図
である。 第８図は第７図に示す液晶パネルの表示特性を示す色度
図である。 第９図はＮ　Ｅ　Ｘ　Ｙ画拡大フィルムの原理説明図で
ある。 第１０図は本発明の他の実施例を示す液晶、＜ネルの構
成図である。 第１１図は第１Ｏ図に示す液晶ノぜネルの表示特性を示
す色度図である。 １・・・偏光子　２・ガラス基板　４，５．６・・・カ
ラー７．１イルタ　７・・・液晶分子　１０・・・光源
１１・・観″測者　１２　反射板　１３・・・散乱板１
４・・・プリズム　１５・・・ルーツく−代理人　弁理
士　福　士　愛　彦（他２名）鼻へ／／ （Ａ） 卸　が　電　斥　ｌη （Ｂ） ６４ノ （Ｂ） 第９図 ■ 第１Ｏ図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　透過型液晶セルを挾む１文・１の偏光子の偏光方向
    をほぼ平行に設定し、表示向側に光屈曲させる作用を有
    する光学系を配置６シたことを特徴とする液晶表示装置
    ｉ’“１゜ ２　透過型液晶セルが絵４・？に対応したカラーフィル
    タを具備しで成る′１□！Ｎ　ｉ！’ｌ−請求の範ｖＩ
    Ｊ第１項記載の液晶表示装ｆｌ’、１．’　０ ３　偏光子かカラー偏光板で構成され、カラー表示され
    る特許請求の範囲第１頂記１１＆の液晶表示装置。 ４　光を液晶セルに対して斜方向より入射する作用を有
    する光学系を背面側に配ｌｉ′（Ｌ／た特許請求の範囲
    第１頂記・１市の液晶表示装置ｉ′へ
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