JPS61186938A - 液晶表示装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示装置に関し、特に視野角特性の改良
に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、液晶表示装置をＯＡ機器のディスプレイとして使
用することが検討されており、これに伴って液晶セルの
大型化と多分割化が益々要求されるようになった。現在
、広く使用されて（・るツメステッドネマチック形液晶
表示装置（以下ＴＮセルと略記する）は、ＣＲＴ等に比
べてコントラスト及び視野角特性が劣るものである。さ
らに前述のごと（ＯＡ機器用として大型化すると、表示
面に対する視線方向が広がるため一層視野角特性の狭さ
が問題となり、更に多分割化によって表示駆動デユーテ
ィが低下することに伴うコントラストの悪化が重なって
、一層表示品位を悪いものとしていた。

上記の如（ＴＮセルを用いた液晶表示装置に於いては、
大型化に伴って視野角特性とコントラスト特性の２つの
特性が問題となっており、これらの特性はいずれも液晶
物質によってほぼ決定されることが知られている。即ち
視野角特性を改良するためには、複屈折Δｎの小さな液
晶物質が求められるが、逆にコントラストの向上につい
ては、Δｎが大きいことが必要であり、両特性を同時に
満足するような液晶物質は現在の所存性しない。

そこで現在製品化されている液晶表示装置は、コントラ
スト特性の方を優先させてΔｎの）（キい液晶物質を選
定し、最適コントラストを与える視野角を使用頻度の高
い方向だけに限定しているのが実状である。

例えば、現在市販されている使用頻度の高（゛液晶材料
の一例としては、高コントラスト用としてΔｎ＝ｏ、１
３〜０．１５、視野角範囲１０°〜３５°、コントラス
ト比が８のものが、又広視野角用としてはΔｎ二０．０
８〜０８１０、視野角範囲１０’〜４０６、コントラス
ト比６のものがあるが、多分割大型表示装置にはもっば
ら高コントラスト用の液晶材料が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

し、かるにＯＡＩ幾器用のディスプレイとしてば、その
使用状況と１−て縦型や横型のものがあるが、特に縦型
のものに大型液晶表示装置を使用した場合には、その表
示面を正面方向より見ることになるため前述した液晶表
示装置特有の視野角特性の悪さが問題となる。

すなわち高コントラスト用液晶材料を用いた多分割液晶
表示装置の場合、その最適コントラストを与える視野角
特性は表示面の法線方向から優先方向に対して１０°〜
３５°の範囲であり、したがって表示面を正面方向から
見た場合には表示パターンの認識が著しく困難となり、
この傾向は分割数の増加に伴って増長されることは前述
の通りである。

したがって大型液晶表示装置をＯＡ機器用のディスプレ
イとして使用するためには、表示面に対する視線方向が
広くなることに対する対策として表示装置全体としての
視野角特性を改善する必要があり、更に縦型ディスプレ
イとして使用するための対策として最適コントラストを
与える視野角範囲を表示面の法線方向からＯｏを含む範
囲に移動させること、すなわち表示面の正面方向を最適
コントラスト方向とすることが必要となる。

そして現在、この正面方向を最適コントラスト方向とす
るために次の２種類の方法が提案されている。

第１の方法は、液晶表示装置への印加電圧な高くするこ
とによって強制的に正面方向を最適コントラスト方向と
するものであるが、この方法を用いた場合には、全体的
に黒ずんだ表示状態になるとともに、その最適コントラ
ストを与える視野角範囲が通常使用の１０°〜３５°の
場合に比して著しく狭くなるという表示上の欠点があり
、更に゛印加電圧を高くしたことによる消費電流の増加
や、液晶セルの劣化等、装置構成上の問題点がある。

又第２の方法は、液晶フ蕎示装置の視野角範囲は従来の
ままとし、表示面の上部にフレネルレンズ型のプリズム
を重ねて配設することにより前記表示面の視野角範囲か
ら得られる最適コントラストの表示パターン？プリズム
によって正面方向に導出するものであるが、この方法は
フレネルレンズと液晶セルの電極パターンとの位置が正
確に合致して（・ないと、表示光の散乱やノイズ光の混
入によって表示図型の乱れやコントラストの著しい低下
を生ずることになり、この正確な位置合わせは極めて困
難であるため現状では実用レベルには程遠いものである
。

本発明の目的は上記欠点を解決し、従来の駆動電圧範囲
を越えることなく、かつ構造の大型化やコストアンプを
伴わずに正面コントラストを改善した多分割液晶表示装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本願電子時計の構成は、各々
、略直交する配向処理を施した上下透明基板間にネマチ
ック液晶を封入した液晶セルの上下に２枚の偏光板を、
各々の吸収軸を略並行にして配置し、かつ前記液晶セル
の上基板又は下基板と偏光板間に、各々の基板に施され
た配向によって決定される液晶分子の配向軸と略４５度
をなす方向に光学的弾性軸を有する如く位相差板を配設
したことを特徴とする。

実施例〕 以下、実施例にもとすき、本発明の詳細な説明する。

（第１実施例） 第３図は本発明による反射型液晶表示装置の断面図と基
板間における液晶分子の配向を示していろ。

図中へは上基板でありポリイミド膜等の配向膜２を備え
た透明ガラス基板１により構成されている。

Ｂは下基板であり、やはりポリイミド膜等の配向膜３を
備えた透明ガラス基板４により構成されている。

前記上基板Ａは、分子が紙面に対して平行に配向するよ
うに、又、下基板Ｂは、分子が紙面に対して垂直に配向
するような処理が各々ラビングにより施されている。

５は前記上基板Ａおよび下基板Ｂの間に注入された液晶
物質を示し、その分子は図に示した如く、各基板に対し
て、±２〜５度の範囲内で平行配向し、かつ、下基板Ｂ
直上の分子の長軸方向と上基板Ａ直下の分子の長軸方向
とは、±１０度の範囲内でほぼ直交して−・る。

６および７はそれぞれ下基板Ｂの下側、および上基板Ａ
の上側に配設される下偏光板、および上偏光板を表して
いる。

８は下偏光板６の下に配設された反射板、９は上偏光板
７と上基板Ａの間に配設された位相差板を示す。

上記構成は本発明における反射型液晶表示装置を示すも
のであるが、本発明を透過型として使用する場合には、
前記反射板８が不必要となることは明白である。

次に、第３図に示す本願液晶セルの具体的構成を説明す
る。

上基板Ａおよび下基板Ｂ間のギャップは９μｍ。

表示部はｌＸ１ｃＩＩｔのテストパターンを使用し、配
向膜２．６は、ポリイミドを膜厚９００Ａで塗布した後
、ラビング処理を行い、そのラビング角度は略９０度と
した。

使用液晶は複屈折Δｎ＝０．１５の高コントラスト液晶
を用いた。

また位相差板９としては、厚さ４０μｍ、レターデーシ
ョン２００±２０ｍμの透明シートを、偏光板６．７は
、単体透過率４３％厚さ１２０μｍのものを使用した。

なお上記位相差板９の最適レターデーションを求めるに
あたり、その値を５０ｍμから５０００ｍμまで変化さ
せ、その表示特性を測定した結果最適値はｎｉ軽数とす
ると（２００±２０）Ｘｎで表わされることを確認した
。しかし上式によって与えられるレターデーションは、
第３図に示す本願液晶セルに対して最適値を与えるもの
であり、一般セルに適用しようとする時の最適位相差は
何も上式で与えられる範囲に限定されるべきではない。

なぜならば、最適位相差自体、位相差板９の内側の上基
板Ａと下基板Ｂの距離ｄと、液晶物質の複屈折Δｎの積
で定義されるレターデーションＲと相関をもっており、
一義的には決定されないからである。

第１図は第３図のセル構成において、各要素間で具備す
べき各種光学軸の相対的な配置を示したものである。

下基板Ｂに配設された配向膜６についてまず着目する。

前記配向膜６の直上の液晶分子５は、配向膜６に施され
た配向処理により、矢印で示された方向に強制的に配向
させられる。光学的に正の一軸性物質である液晶におい
ては、分子の長軸方向が、光学的には光学弾性軸のうち
のｉ軸に対応するので、矢印方向が、光学的にＺ軸と一
致することになる。

一方、上基板Ａに配設された配向膜２における配向処理
は前記下基板Ｂ上の配向膜３と±１ｏ度の範囲内で直交
するようになされており、配向膜内で直交するようにな
る。

下偏光板６は、矢印で示しである吸収軸を下基汲ＢのＺ
軸の方位と±２０度の範囲内で平行に配設されており、
又、上偏光板７の吸収軸は下基板ＢのＺ軸とやはり±２
０度の範囲内で平行になるように配設されている。

さらに上偏光板７と上基板Ａ間に押入される位相差板９
のＺ軸は、配向膜２と下偏光板７の吸収軸で与えられる
角度を±５度の範囲で二等分する方向である。

第４図は、本発明の液晶表示セルを上面より見た場合の
各構成要素間でのＺ軸及び吸収軸の相互関係を上基板Ａ
を基準として示したものであり、矢印ｍで示した方向は
配向膜２の配向方向（ラビング方向）であり、矢印０の
方向は配向膜６の配向方向と上偏光板７の吸収軸方向及
び下偏光板６の吸収軸方向の３方向に対応し、さらに矢
印ｎ　＋＝前記位相差板９のＺ軸方向であり、前記矢印
ｍ及び矢印０によって形成される角度を±１０度の範囲
にて三等分している。

次に、第１図および第４図に示す光学軸の配置にもとす
いた本発明の液晶セルの基本的動作を説明する。

すなわち前記位相差板９乞のぞくと構成要素としては、
従来のＴＮ型液晶セルと同一であるが、異る部分は、従
来の液晶セルが、上偏光板７と下偏光板６の吸収軸方向
な略直交させていたのに対し、本願では、２枚の偏光板
の吸収軸を略平行に配置したことである。

すなわち、従来の液晶セルがポジタイプに構成されてい
たのに対し、本願は一液晶セルを一度、ネガタイプに構
成したのち、位相差板９によってポジタイプに再構成し
１こものである。

次に、従来性われているＴＮｉＮセルの視角依存性の評
価について、まず第５図にもとすいて説明を行い、その
基準に従いながら、本願の液晶表示セルの特徴点？のべ
ることにする。

第５図に本発明者が実際実験で用いたＴＮセルについて
測定した透過光強度−印加電圧曲線（以下、１”　−Ｖ
曲線と薔く。）を示す。今θを、セルの法線方向から優
先視野角方向に測定した角度とし、一方、Ｔ−Ｖ曲線中
θ＝０．１０・・・・・・４０において、透過光強度９
０％を与える時の電圧をそれぞｎＶｏ、ｖ、、、、、、
、ｖ、　、とした時、（ＶＯ−■４　）が視野角依存性
を表す尺度βとなり、このβが小さいほど、良いセルと
なる。それは以下の理由による。

一般的に、最適化バイアス法により、ｌ／Ｎデユーティ
で１／ａバイアスの場合のオンセグメントおよびオフセ
グメントに印加される電圧Ｖｏｎ、Ｖｏｔｔは、駆動電
圧なＶ。とすると、（１）式および（２）式によって表
わされる。

この式よりわかるように、Ｎが大きくなるにつれ、Ｖｏ
ｎ　／　Ｖｏｒｒの値は小さくなりＮ＝６４、ａ　＝　
９で１．１３４、Ｎ＝１００、ａ＝１１で１、　Ｉ　０
６程度となる。このため、通常の多分割駆動においては
最も使用頻度の高い視野角、例えば０２２０度の透過光
強度９０％を与えるＶ２にＶｏｔｔを設定し、Ｖｏｎ　
／　Ｖｏｆｆの比により決定されるＶｏｎを設定する方
法をとる。今、例としてＶａｎが丁度、Ｖｏに相当した
とすると０２２０度でのＶｏ　ｒ　を印加時とＶａｎ印
加時の透過光強度比はそれぞれ９０％、３０％であり、
コントラスト比を透過光強度比の逆数と定義すれば０２
２０度での０１”　ＦコントラストおよびＯＮコントラ
ストに１．１１．３３３となる。さらにＯＮコントラス
トとＯＦＦコントラストの比をとると３となり、視認可
能な状態を与える時のコントラスト比３を満足すること
になる。

ところが、このＶｏ　ｔ　ｔ％Ｖａｎを、θ＝Ｏ度の時
にあてはめてみることにする。θ＝０でのＶｏｆｆ。

Ｖｏｎ印加時の透過光強度比はそれぞれ１０５％、９０
％で、それぞれのコントラストは、０．９５．１．１１
、コントラスト比は０．８６となり正面コントラスト不
足による視認性不足の現象を呈する。

一方θ＝４０度について考えてみる。Ｖｏ　ｔ　ｒ、Ｖ
ａｎの電圧印加時の透過光強度比は５０％、１０ワ７、
コントラストは２．１０、コントラスト比は５、となる
が、ＯＦＦセグメントでのコントラス：・が２となり、
クロストークがはっきりと視認されてしま（・、実用上
はなはだしい不都合が生じてしまう。

上記の如くβの値の大きいセルにおいては視野角特性を
損う結果となるため、セルのβを下げることが必要とな
る。このためにはΔｎの小さい液晶材料を選定すること
が考えられるが、一方、液品材料として、Δｎの小さい
ものを選定した場合には、セル全体のコントラスト比が
上らず、従来のセル構造のもとでコントラストと視野角
依存性の両立は、非常にむずかしいものとなっている。

以上の概念に従って、従来の液晶セルと本願の液晶セル
の視野角特性について本発明者の実験データにもとづき
説明する。

第６図は、第３図に示す本願のセルから、位相差板９を
のぞき、他の構成要素は同一のものを使用し、さらに上
偏光板７と下偏光板６の吸収軸をほぼ直交させた通常の
ＴＮセルを用いた時のＴ　−Ｖ曲線を示すものであり、
第７図は第３図に示す本願の液晶セルにおけるＴ−Ｖ曲
線を示す４３のである。

第６図における■。、Ｖ４はそれぞれ１．６０゜１．２
５Ｖであり、βは０．３５　Ｖすなわち３５０ｍＶであ
る。

一方、第７図に示す本願のセルにおけるＶ。、■４は１
．５８．１．３０Ｖ、βは２８　ＱｍＶであり、従来の
セルのβ（３ｓｏｍＶ）と本願セルのβ（２８０ｍＶ）
とを比較すると、７　ＱｍＶの差が生じており、位相差
板９の挿入によりこの分だけ視野角特性が改良されてい
ることがわかる。このことは液晶セル駆動におけるデユ
ーティ数Ｎとバイアス値ａで設定されるＶａｎ　、　Ｖ
ｏｆｆ電圧を印加した際の最適コントラストを与える領
域なθ＝０、すなわち正面側に近ずける効果をもつもの
であり、この理由を第８図に従って考察する。

第８図は、第６図および第７図のθ＝１０．２０．４０
度におけるＴ−Ｖ曲線をそれぞれうつし取ったものであ
り、破線が第６図に示す従来のＴＮセル、実線が第７図
に示す本願発明セルのものであり、図中、Ｖｏｕは従来
のＴＮセルのｖ２、またＶｏｎはＶ、に一致させである
。この値は１００〜１２０分割セルのＶｏｆｆ、　Ｖａ
ｎの設定として十分合理性を有するものである。又、Ｐ
ｌ、Ｐ２は従来のＴＮセルにおける視野角θがそれぞれ
１０度、２０度での透過光強度比９０％を示す点である
。

さて、従来セルにＶｏ　ｒ　ｔの電圧である１、３８Ｖ
を印加した場合、０２４０度でのＯＦＦセグメントの示
す透過光強度比はＰ３で示される点、即ち４０％であり
、かなりの黒化度を示している。ところが本願液晶セル
において同一黒化度を示す点Ｐ、における電圧は１．４
６　Ｖであり、βの減少により８０ｍＶはど上昇してい
る。

従来セルにおけるＶｌ／Ｖ２の比は１．０７であるから
、この比を本願発明セルに適用し、０２４０度の黒化度
を与える電圧をＶｏｔｔと定義しなおし、Ｖｏｎを計算
するとＶｏｎ　＝１．０７　Ｘ　１．４５＝ｌ、５６　
Ｖとなる。０２１０度で、印加電圧１．５６　Ｖの時の
透過光強度比を与える点を図中Ｐ、で示すと、それは６
３％を示している。

このことは０２４０度での透過光強度比４０％を与える
電圧にＶｏｆｒを設定しておき、視線を０２１０度に転
じた時、従来のＴＮセルではＯＮセグメントの透過光強
度比がＰ□点に示す如＜９０％であるのに対し、本願液
晶セルのそれは、２６点で示す如く６３％までおちるこ
とを意味する。我々がコントラストを認識するときの基
準は、あくまでセルの背景、即ちＯＦＦセグメントの黒
化度であることを考えると、この例でみた如く、０２１
０度での透過光強度比の９０％から６３％への変化は、
そのまま、正面コントラストの増加を意味し、最適コン
トラストを与える視野角の正面方向への移行現象に相当
することがわかる。そしてこのことは、あたかも、フレ
ネルレンズを用いた優先視野角の正面方向への移行の効
果に対応していることがわかる。

一方βの減少は、同時に最適視野角の高角度側への拡大
の効果もあわせもつ。

今、従来のＴＮセルの０２４０度におけるＶｏｔｔの透
過光強度比は２１点で示す如く４０％であるが、一方本
願セルのそれは図中Ｐ、で示した如く６５％にまで上昇
している。

これはＶｏｎを中心に考えた場合、本願セルにおいて、
Ｖｏｕの電圧を印加した時、透過光強度比４０％を与え
るθは、少なくとも４０度よりは大きいことがわかり、
最適視野角が高角度側へ拡大する効果のあることがわか
る。

（第２実施例） 本発明の第、２実施例を第２図、第９図、第１０図にも
とすき説明する。第１図、第３図および第４図との相異
点は、位相差板９が下基板Ｂと下偏光板６の間に挿入さ
れていることで、他の構成要素の配置は同じである。第
２図、第９図、第１０図の構成においてＴ−Ｖ曲線を測
定評価したが、実験誤差範囲内で第７図と同様な傾向を
示した。

また第１図、第２図における上偏光板７および下偏先板
乙の吸収軸を、それぞれ、上基板Ａおよび下基板Ｂに平
行な面内で略９０度、同時に回転させる構造も考えられ
る。この構造についてもＴ−Ｖ曲線を測定したが、やは
り実験誤差範囲内で、図６と同じ特徴？示すことを確認
した。

〔発明の効果〕

上記のごとく本発明に於いては、従来のＴＮセルの上下
偏光板の吸収軸を直交から並行に変えるとともに、前記
上下偏光板間に薄い位相差板を配設するだけの簡単な構
成にて、大型液晶セルの表示上の欠点である正面方向の
視野角特性を改善することか可能となるものであり、し
かも従来の駆動回路がそのまま使用出来るとともに、構
造的にも従来と同等の大きさとなり、さらにコスト的に
も僅かなアップで済むので、液晶表示装置をＯＡ機器の
ディスプレイとして使用する上で極めて高い効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本願発明セル構成における光学軸の
相対配置図、第３図、第９図ば、本願発明セルの断面図
、第４図、第１０図は上基板ＡをＴ−Ｖ曲Ｊ第７図は本
願セルの’１’　−Ｖ曲線、第↓ ８図は従来セルと本願セルのＴ−Ｖ曲線の比較図を示す
。 ６・・・・・・下偏光板、 ７・・・・・・上偏光板、 ９・・・・・・位相差板。 第１図 第２図 這献庄膚比（’／、）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各々、略直交する配向処理を施した上下透明基板間にネ
   マチック液晶を封入した液晶セルの上下に２枚の偏光板
   を、各々の吸収軸を略並行にして配置し、かつ前記液晶
   セルの上基板又は下基板と偏光板間に、各々の基板に施
   された配向によって決定される液晶分子の配向軸と略４
   ５度をなす方向に光学的弾性軸を有する如く位相差板を
   配設したことを特徴とする液晶表示装置。