JPS61189520A - 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６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Ｋなった。現在
、広く使用されているツィステッド、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
らに前述のとと＜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ル−
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、−暦表示品位が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
特性が問題となりており、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在しない。

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の大きい液晶物質を選定
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い液晶材料の
一例としては、高コントラスト用としてΔｎ＝０．１３
〜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＝０．０８
〜０．１０、視野角範囲１０°〜４０°、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ＯＡ機器用のディスプレイとしては、その使用
状況として縦型や横型のものがあるが、特に縦型のもの
に大成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を高くするこ
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ｌθ°〜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（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、液晶表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をプリズムに
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
に合致していないと、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ニは、程遠いものである
。

本発明は以上のような問題点を解消させ、全体的に視野
角特性を改善するとともに、正面方向を最適コントラス
ト方向とする多分割大型液晶セルを提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記問題点を解決するための本発明に於ける構成は、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第１の位相差板
を配設し、更に前記液晶分子の配向軸と略直交する方向
に光学的弾性軸を有する如く第２の位相差板を配設した
ことを特徴とする。

〔実施例〕

以下図面にもとづき、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セルの断面図と
基板間における液晶分子の配向を示している。図中Ａ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６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
るような処理がラビングにより、各々施されている。

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
上の分子の長袖方向と上基板Ａ直下の分子の長軸方向と
は、±１ｏ度の範囲内でほぼ直交している。

６および７はそれｉ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を、９．１０は
上偏光板７と上基板Ａの間に配設された第１位相差板お
よび第２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図に示す本発明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８間のギャップは９μｍ、表示部
がｌＸ１ｃｄ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９００λ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。

また第１位相差板９および第２位相差板１ｏとしては、
厚さ４０μｍ、レターデーション２００±２０ｍμの透
明シートを使用し、偏光板６．７は、単体透過率４３％
厚さ１２０１ｔｍのものな使用した。

なお上記第１および第２位相差板９．１０の最適レター
デージ１ンを求めるにあたり、その値を５０ｍμから５
ＧＯＯｍμまで変化させ、その表表特性を測定した結果
、最適値はｎを整数とすると　　　　　　　　　　　　
（２００±　２０）Ｘｎで表わされることを確認した。

しかし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第１および第２位相差板９．１
０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ＲＬｃＤ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す展開図である。

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３の直上の液晶芥子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Ｚ′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１ｍ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±１０度の範囲内で直交
するようになされており、配向膜２のＺ′軸は当然、配
向膜３のＺ′軸と±１ｏ度の範囲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上基板Ａ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の吸収軸は上基板Ａ　１７）　Ｚ’軸
とやはり±２０度の範囲内で平行になるように配設され
ている。

上偏光板７と上基板Ａ間に挿入される第１位相差板９の
Ｚ′軸は、配向膜３と上偏光板７の吸収軸で与えられる
角度を±１ｏ度の範囲で二等分する方向である。一方、
第２位相差板１０ｉ７）Ｚ’軸は、配向膜６のラビング
方向と±１ｏ度の範囲内で平行である。

第４図は、本発明の液晶セルを、上基板Ａを基準として
、各要素間でのＺ′軸および吸収軸の相互関係を示す。

すなわち、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）と上偏光板７の吸
収軸方向および下偏光板６の吸収軸方向の３方向に対応
する。

一方、矢印０の方向は、配向膜６の配向方向と第２位相
差板１０のＺ′軸方向の２方向に対応している。

さらに矢印ｎの示した方向は前記第１位相差板９のＺ′
軸方向であり、この矢印ｎの方向は、前記矢印ｍおよび
矢印Ｏの角度を±１０度の範囲で三等分する。

次に、第１図および第４図に示す光学軸の配置にもとづ
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、前記第１位相差板９及び第２位相差板１０をのぞ（
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、異なる部分は、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、
本発明では、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、本発明の液晶セルは、一度ネガタイブに
構成したのち、第１位相差板９および第２位相差板１０
によってポジタイプに再構成したものである。

次に、従来性われているＴＮ液晶セルの視角依存性の評
価について、すず第５図にもとづいて説明を行い、その
基準に従いながら、本発明の液晶セルの特徴点をのべる
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比−印加電圧曲線（以下Ｔ−Ｖ曲
線と書く。）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度において透過光強度９０
％を与える時の電圧をそれぞれＶｏ、Ｖ、・・・・・・
ｖ４とした時、ｖｏと■４の差すなわち（■。−■、）
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、１／Ｎデエーテイ
、ｌ　／　ａバイアス駆動の場合のＯＮセグメントおよ
びＯＦＦセグメントに印加される電圧Ｖｏｎ、Ｖｏｔｔ
は、駆動電圧をｖｏ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　／　Ｖｏｆｆの値は小さくなり、Ｎ＝６４、ａ　＝
　９で１．１３４、Ｎ＝１００、ａ＝１１で１、１０６
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θ＝２０度の透過光
強度比９０％を与えるｖ２にＶｏｔｔを設定し、Ｖｏ＋
ｓ　／　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■。に相当し
たとすると、θ＝２０度でのＶｔ５ｔｔ印加時とＶｏｎ
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
、θ＝２０度でのＯＦＦコントラストおよびＯＮコント
ラストは１．１１，３．３３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Ｖｏｔｅ、Ｖｏ＋＋を０２０度の時にあて
はめてみることにする。θ＝０度でのＶｒｓａ　、　Ｖ
ｏｆｆ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。Ｖｏｆｆ、Ｙｏｎ
の電圧印加時の透過光強度比は５０％、１０％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トが２となり、クロストーク
がはっきりと視認されてしまい、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走すること
が考えられるが、一方、液晶材料としてΔｎの小さいも
のを選定した場合、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、従来の液晶セルを本発明の液晶セ
ルの視野角特性について、本発明者の実験データに基づ
き説明する。

第６図は、第３図に示す本発明の液晶セルから、第１位
相差板９および第２位相差板１０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、π３図に示
す本発明の液晶セルにおけるＴ−Ｖ曲線を示すものであ
る。

第６図におけるＶｏ、■４はそれぞれ１．６０．１．２
５Ｖであり、βは０．３５Ｖすなわち３５０ｍＶである
。

一方、第７図に示す本発明の液晶セルにおけるｖｏ、Ｖ
４は、１．５０．１．３４、βは１６０ｍＶであり、従
来のセルのβ（３５０ｍＶ）と本発明の液晶セルのβ（
１６０ｍＶ）を比較すると、１９０　ｍ　Ｖの差が生じ
ており、第１および第２位相差板９．１０の挿入により
、この分だけ視野角特性が改善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Ｖｏｎ、　Ｖｏｆｆ電圧を印
加した際の最適コントラストを与える領域をθ＝０度、
すなわち正面側に近づ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度、２０度、
４０度におけるＴ−Ｖ曲線をそれぞれうつしとったもの
であり、破線が第６図に示す従来のＴＮセル、実線が第
７図に示す本発明の液晶セルものであり、図中Ｖｏｔ　
ｔは従来のＴＮセルの■２、またｖｏｎはｖＩに一致さ
せである。この値は１００〜１２０分割セルのＶｏｆｆ
　、　Ｖｏｎの設定として十分合理性を有するものであ
る。

いたＰ、　、Ｐｔを従来の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％を満
す点とし、Ｖｏｔｔの電圧である１、３８Ｖを印加した
とする。この時θ＝４０度での従来セルのＯＦＦセグメ
ントの示す透過光強度比はＰ、で示される点、即ち４０
．％どなる。ところが本発明の液晶セルにおいて同一透
過光強度比を示す点Ｐ４における電圧は１．５３　Ｖで
あり、βの減少により１４０　ｍ　Ｖ以上も上昇してい
る。

従来のＴＮセルにおけるＶｏｎ　／　Ｖｏｔｔの比はＶ
＋　／ｖ２　＝１．０７であるからこの比を本発明の液
晶セルに適用し、θ＝４０度の透過光強度比を与える電
圧をＶｏｔｔと定義しなおし、Ｖｏｒｌ・を計算すると
Ｖｏｎ＝　１．０７　Ｘ　１．５３　＝１．６４　Ｖと
なる。視野角θ＝１０度で印加電圧１．６４　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５
８％を示している。

このことはθ＝４０度での透過光強度比４０％を与える
電圧にＶｏｔｔを設定しておぎ、視線をθ＝１０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、点に示す如く９０％でするのに対し、本発明
の液晶セルのそれは２３点で示す如く５８％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
度との対比であることを考えると、この例でみた如く、
θ＝１０度での透過光強度比の９０％から５８％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例への拡大
の効果もあわせもつ。

今、従来のＴＮセルのθ＝４０度におけるＶｏｔｔの透
過光強度比は２８点で示す如く４０％であるが、−力木
発明の液晶セルのそれは図中Ｐ６で示した如く８２％に
まで上昇している。これはＹｏｎを中心に考えた場合、
本発明の液晶セルにおいて、Ｖｏｔｔ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。

以上みた如く、本発明の液晶セル構造をとることにより
、大型多分割駆動時の正面コントラストの改良と視野角
特性の飛躍的な改善が容易に実現されることがわかる。

〔第２実施例〕 本発明の第２実施例を第２図、および第４図に従って説
明する。

第２図は、前記第１図と同じ本発明の液晶セルの各要素
間で具備すべき光学軸の相対的配置を示す展開図であり
、第１図と異なる部分としては、前記配向膜２および３
の配向方向をそのままにして、上偏光板７および、下偏
光板６の吸収軸と第２位相差板１０のＺ′軸とを同時に
９０度回転させ下基板Ｂと下偏光板６０間に図の順序に
て挿入したことである。この結果第４図に示す各光学軸
の方向は、矢印ｍが配向膜２の配向方向と第２位相差板
１０のＺ′軸方向の２方向に対応し、矢印０はは配向膜
３の配向方向と下偏光板６および上偏光板７の吸収軸方
向の３方向に対応し、さらに矢印ｎは第１位相差板９の
Ｚ′軸方向に対応し、前記矢印ｍ、および矢印Ｏによっ
て形成される角度を±１０度の範囲にて二等分する。

第９図に、第２図の構成を有する本発明の液晶セルにお
けるＴ−Ｖ曲線を示す。第７図の特性と比較しても視角
特性の良否を示すパラメーターβの減少傾向は変わらず
、第７図と同様の効果を示すことがわかる。

さらＫ、他の実施例としては、第１図および第２図に示
す液晶セルにおいて、上偏光板７および下偏光板６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、やはり第７図、
第９図と同様な視野角改善効果を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２板の薄い位相差板を配設するだけの簡
単な構成にて、大型多分割液晶セルの正面コントラスト
の改良と視野角特性の飛躍的改善を行うことが可能とな
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１本発明セル構成における光学軸の相
対配置図、第３図−す今冬は、本発明セルの断面図、第
４図−≠中中峠は上基板Ａを基準とした本発明セルの光
学軸の配置図、第５図は一第８図は従来セルと本発明セ
ルのＴ−Ｖ曲線の比較図を示す・ ６・・・・・・下偏光板、 ７・・・・・・上偏光板、 ９・・・・・・第１位相差板、 １０・・・・・・第２位相差板 第　１− 第２図 第３図 １迂光強度比（°ム） を収強り免（’／、）

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第１の位相
   差板を配設し、更に前記液晶分子の配向軸と略直交する
   方向に光学的弾性軸を有する如く第２の位相差板を配設
   したことを特徴とする液晶表示装置。