JPS62196625A - カラ−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、良好なカラー表示画像を得るための、液晶層
厚、液晶材料、及び液晶セルの両側に位置する偏光板の
偏光軸の設置角度等を最適化条件に設定したカラー液晶
表示装置に関し、特にツィステッド・ネマチック液晶表
示装置（以下ＴＮ−ＬＣＤと略記する）に係る。

（従来の技術） 近年、カラー表示を目的としてカラーフィルタやカラー
偏光板を用いた透過型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、及び液晶材料等の
検討が各方面で活発に行われている。この表示方式にお
いては、表示絵素数の多い液晶パネルにおいて、色純度
が高くか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。

ところで、液晶表示装置（ＬＣＤ）の駆動方法としては
、単純マルチブレックス駆動法とアクティブマトリック
ス駆動法とがあるが、コストや有効表示面積の観点から
すると前者の駆動法が有利と考えられる。

以下、単純マルチプレックス駆動方式のカラー表示ＴＮ
−ＬＣＤの基本動作原理を第１９図を参照して説明する
。

同図において、ａは検光子、ｂは偏光子、Ｃはガラス基
板、ｄは液晶分子、ｅは偏光軸の方向、ｆは光源、ｇは
表示電極（信号側電極および走査側電極）、ｈは分子配
向膜、ｉは共通電極、ｊはカラーフィルタ層である。

このように、信号側電極（Ｘ電極）と走査側電極（Ｙ電
極）とを互いに直交するように組み合わせたＸ−Ｙマト
リックス型ＬＣＤにおいて、ガラス基板Ｃの内側（液晶
側）か外側に表示絵素に対応させて赤（Ｒ）、緑（Ｇ）
、青（Ｂ）のカラーフィルタ層ｊ、ｊ、ｊを形成し、液
晶層はねじれ角がほぼ９０°のねじれネマティック構造
にし、ＬＣＤを光シヤツタ素子として使用する。また、
偏光板（検光子ａ、偏光子ｂ）として、Ｒ，Ｇ。

Ｂをモザイク状に配列させたカラー偏光板を用いること
によってもフルカラー表示は可能となる。

駆動方法は、Ｙ電極を線順次に走査し、これにタイミン
グを合わせてＸ電極に選択画素、非選択画素に対応させ
た電圧波形を印加する。その結果、選択画素には非選択
画素より高い実効値電圧が印加され、選択画素ではＴＮ
−ＬＣＤがＯＮ状態となりＲ，Ｇ、Ｂに対応した波長の
光が透過する一方、非選択画素では印加される実効値電
圧（■□）がＴＮ−ＬＣＤのしきい値電圧以下であると
、光シヤツタ効果により、光はこの画素を通過すること
ができない。画素サイズが明視距離に比べて十分小さい
ものであれば、選択画素を透過した光は混り合い混色さ
れたものとして認識される（フルカラー表示）。また、
このフルカラー表示機能にさらに電圧パルス幅変調によ
る中間調表示機能を付加すればカラー液晶テレビが実現
できる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、最適化された単純マルチプレックス駆動法で
は、Ｒ，Ｇ、Ｂ絵素に印加される電圧を各々独立にコン
トロールすることは不可能であり、したがって、総ての
選択画素は同一の電圧■、が印加される。また、すべて
の非選択画素も同様に同一の電圧■７．が印加される。

一方、ＴＮ−Ｌ　ＣＤの透過率特性は、第２０図に示す
ような波長依存性を示す。したがって、所望の表示色を
得るために選択画素にｖｌが印加されても、この波長に
よる透過率の相違によって色純度の低下が生じ、また、
中間調表示を行う場合においても忠実なカラーの再現性
を実現することができないという問題があった。

このようなカラー表示品質の低下は、従来技術の液晶パ
ネルにおいては本質的に生じる問題であり、またカラー
液晶テレビへの適用においてもこの問題は大きな支障と
なっていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明のカラー液晶表示装置は、偏光子および検光子か
らなる一組の偏光板を用いた透過型のツィステッド・ネ
マチック型液晶表示装置において、該液晶表示装置に封
入するネマチック液晶に可視光領域にある特定波長の光
を吸収する二色性色素を含有させ、かつ、少なくとも前
記一方の偏光板の偏光軸方向が、該偏光板側基板上の液
晶分子の長軸方向もしくは短軸方向に対して一方向にね
じれた位置に設置されてなるもので、例えば、偏光子側
基板から検光子側基板に向って液晶分子がねじれて行く
方向を正としたとき、偏光子の偏光軸方向が偏光子側基
板上の液晶分子の長軸方向もしくは短軸方向に対して負
方向にねじれた位置に、または７′および検光子の偏光
軸方向が検光子側基板玉の液晶分子の短軸方向もしくは
長軸方向に対して正方向にねじれた位置に設置されてな
るものである。

（作用） 可視光領域にある特定波長の光を吸収する二色性色素を
ネマチック液晶に含有し、かつ、少なくとも一方の偏光
板の偏光軸方向を、該偏光板側基板上の液晶分子の長軸
方向もしくは短軸方向に対して一方向にねじれた位置に
設置することにより、視覚が正面方向の場合だけでなく
斜め方向の場合でも、しきい値電圧付近の立ち上がり特
性がＲｌＧ、Ｂでかなり広い範囲においてほぼ一致し、
透過率の波長依存性が改善される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、単純マルチプレックス駆動型ＴＮ−ＬＣＤにおけ
るＡｎｄ（Δｎ：液晶の複屈折、ｄ：液晶セル厚）の実
用的範囲を検討する。

第２図に無電界時における透過率（Ｔ”　ＯＦＦ　）の
Δｎｄ依存性を示す。ここで、液晶材料としてビフェニ
ル／ピリミジン系液晶を用い、Ａｎｄの変化はｄを変え
ることによって行った。また、透過率（Ｔ”　ｏｙｙ　
）は、波長が６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、　４５０　ｎ、
ｍにおける無電界時の透過率の和である。この図より、
Ａｎｄがほぼ０．４μｍ以下では光シヤツタ効果が十分
でないことがわかる。

第３図に、第２０図に示す透過率の１０％及び９０％を
与える電圧比α（Ｖ９０％／Ｖ＋◎％）のΔｎｄ依存性
を示す。ここで、本実験における測定波長（λ）は５５
０ｎｍである。この図かられかるように、α値はＡｎｄ
がほぼ０．５μｍ以下および１．６ａ１以上で太き（な
っている。α値は小さくなる程マルチプレックス特性が
良好になるので、Ａｎｄがほぼ０４５μｍ以下及び１．
６μｍ以上でマルチプレックス特性が悪化することがわ
かる。

以上の検討結果からＡｎｄの実用的範囲としては０．５
μｍ〜１．６μｍであることが確認された。

次に、Ａｎｄが上記した範囲のＴＮ−ＬＣＤにおいて、
■１゜、および■９゜、の波長依存性を詳細に検討した
。第４図にその結果を示す。

この図かられかるように、■１゜へおよび■９゜−とも
４５０　ｎｍ（Ｒ）の値が最も高く、６５０　ｎｍ（Ｒ
）の値が最も低くなっている。このことは、Ｒ，Ｇ、Ｂ
絵素に■１゜％以上の電圧Ｖｓを印加して白を表示する
場合、実際には可視光域の長波長光成分である赤の波長
の成分が多くなって、パネルとしては赤味を帯びること
を示している。

そこで、色再現性の優れたカラー表示特性を得るために
は、この透過率の波長依存性を改善することが重要であ
り、本発明者らはこの観点に添って液晶表示装置の構造
を検討した。その結果、第１図１８）、　（ｂ）に示す
ように、液晶セルの両側に設置された検光子１および偏
光子２の各偏光軸を、液晶分子軸のねじれて行く方向Ｐ
を正とすると、偏光子２の偏光軸の方向５ａを偏光子側
ガラス基板３上の液晶分子の長軸方向に対して負方向に
回転させ、検光子１の偏光軸の方向５ｂを検光子側ガラ
ス基板３上の液晶分子の短軸方向に対して正方向に回転
させ、それと同時に、最大吸収波長が可視光領域にある
二色性色素を、母体とするネマチック液晶に混入させる
ことにより、視角が正面方向の場合だけではなく、斜め
の方向の場合においても透過率の波長依存性が極めて改
善できることを確認した。

この点についてさらに詳細に説明する。

本実施例に係わる評価装置の模式図を第５図に示す。

同図において、１は検光子、２ば偏光子、５ａ。

５ｂは偏光軸の方向、７は光源、１２はカラーフィルタ
層、１３は液晶セル、１４はフォトマルチメータである
。

ここで、液晶材料としては、表１に示すビフェニル／ピ
リミジン系液晶を母体とし、これに光学活性物質コレス
テリルノナノエート（ＣＮ）を０．１ｗｔ％添加したも
のを使用した。また、液晶層は６．８ｐｍである。光源
７は６１５ｎｍ　（Ｒ）、５５０ｎｍ　（Ｇ）　、４５
０　ｎｍ　（Ｂ）にそれぞれピーク波長を持つ３波長型
のものであり、これらの波長における液晶材料のΔｎ値
は各々Δｎ＊＝０．２０、Δｎｏ　＝ｏ、　２１、Δｎ
１＝ｏ、２ａである。

（以下余白） 〔表　１〕　　使用した液晶材料 表１に示す母体液晶材料に添加する二色性色素としては
、下記の構造のものを用いた（Ｄ２７ｓＢＤＨ社製）。

なお、この二色性色素の最大吸収波長は６１２ｎｍであ
る。

また、液晶セル１３の両側に設置したヰ★光子１および
偏光子２の分光特性を第６図に示す。

上記構成の評価装置において、まず、二色性色素を添加
しない状態で、第７図（ａ）、　（ｂ）に示した視角方
向Ｑからの視角θが、０°、１５°、３０゜の時におけ
るＲ、Ｇ、Ｂの透過率特性を測定し、その結果をそれぞ
れ第８図、第９図、第１０図に示す。ただし、第７図（
ａ）において、１７は下側ガラス基板３におけるラビン
グ方向、１８は上側ガラス基板３におけるラビング方向
である。第８図〜第１０図かられかるように、いずれの
場合においても、しきい値電圧以上の電圧における透過
率は、Ｒ，Ｇ、Ｂの順に低（なっている。そこで、前記
した二色性色素を母体液晶に０．４ｗｔ％添加し、また
同時に、装置内の二枚の検光子１および偏光子２の各偏
光軸の方向５ｂ、５ａを第１図（ａｌ、　（ｂ）に破線
で示した方向に１θ、ｌ＝２°、１θ２１＝４°だけ回
転させた構造の評価装置を作成し、この評価装置におい
て視角θがＯ’、１５°、３０゜の時におけるＲ、Ｇ、
Ｂの透過率特性を測定した。

その測定結果を第１１図、第１２図、第１３図に示す、
第１１図は視角θ＝０のときの透過率特性、第１２図は
視角θ＝１５°のときの透過率特性、第１３図は視角θ
＝３０°のときの透過率特性を示している。

第１１図〜第１３図かられかるように、視角θが、０°
、１５°、３０°のいずれの場合においても、しきい値
電圧付近の立ち上がり特性がＲｌＧ、Ｂでかなり広い範
囲においてほぼ−敗し、透過率の波長依存性が改善され
ていることを確認した。

高デユーテイ（実効的走査電極数Ｎ≧６０）の電圧平均
化法によるマルチプレックス駆動における表示品位には
、透過率の立ち上がり特性が極めて大きな影響を与える
。また実際に、液晶ディスプレイで高デユーテイのマル
チプレックス表示を行う場合、視角θが０°の方向から
よりも、むしろ斜め方向、すなわち視角θが１５゛、あ
るいは３０”の方向から見えるように設計されているこ
との方が多い。したがって、θ＝０°方向からだけでな
く、θ＝１５°、３０°方向から見た場合の立ち上がり
電圧付近の波長依存性をなくすことは極めて重要な意味
を持つ。

そこで、第１９図の基本構成をもつＮ＝２４０のＸ−Ｙ
マトリックス型ＬＣＤ　（デユーティ比：１／２４０）
に前記した液晶を封入し、実際にその効果を検討した。

第１４図に、二色性色素が無添加の従来のＴＮ−ＬＣＤ
と、二色性色素を添加しさらに偏光板の角度設定を変更
した本発明のＴＮ−ＬＣＤとの色度図上の色再現性範囲
を比較して示す。同図において、破線で囲まれた範囲が
二色性色素が無添加の従来のＴＮ−ＬＣＤの色再現性範
囲、実線で囲まれた範囲が本発明のＴＮ−ＬＣＤの色再
現性範囲を示している。この図かられかるように、本発
明のＴＮ−ＬＣＤの方が色再現性が極めて改善されてい
る。

なお、本実施例では、最大吸収波長が６１２ｎｍの二色
性色素を用い、その添加量を０．４ｗｔ％としたが、こ
の二色性色素の最大吸収波長や添加量の設定は、使用す
る二色性色素の種類、液晶セル厚、カラーフィルタの種
類によって異なってくる。本発明者らは、各種の液晶パ
ネルにおいてこれらの点についても検討した結果、二色
性色素の最大吸収波長については略５７０　ｎｍ〜７０
０ｎｍ、二色性色素の添加量については、二色性色素の
長軸方向の吸光度Ａ１１とセル厚ｄ（μｍ）との比Ａ＋
＋／ｄが０．０１　　（μｍ−１）　〜０．２　　（μ
ｍ−１）　（７）間に存在するように調節すればカラー
表示特性の改善を図ることができ、特に、０．０２（μ
ｍ−１）〜０．１（μｍ　−１）の間の添加量が最適で
あることを確認した。この時の添加量は、通常、ＧＨ−
ＬＣＤで用いられている色素をｄ−７μｍのセルに適用
する場合の０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％程度に相当している
。

なお、本実施例で取り上げたちの以外に、二色性色素と
しては、 例えば、 　　０Ｈ Ｎｌ２ 等のアントラキノン系、アゾ系色素が上げられる。

また、使用する液晶材料としては、本実施例で取り上げ
たものに限らず、一般の高デユーテイマルチプレックス
駆動用液晶材料に含有されている材料、 例えば、 Ｃ山、１やｒ＆衿（Ｘ今Ｃ５Ｈｆｆｉｓ＊１で構成され
た混合液晶材料についても上記と同様の傾向が得られる
ことを確認した。

さらに、偏光板（検光子１および偏光子２）の設置角度
１θ、１および１θｔ　１の最適値は、上記した構成の
液晶材料に依存するが、１θ、ｌ＋１θ！　１の値とし
て略２°〜３０°の間に分布していることを実験的に確
認している。

〔比較例〕

偏光板、液晶セル、液晶材料、および光源は本実施例で
用いたものと同じものを用いて、本実施例の評価装置と
比較するためのカラー液晶表示装置を作製し、さらに、
第１５図に示すように、この装置の光源７と検光子１と
の間に、ＲおよびＧの波長の光を何％かカントするよう
なカラーフィルタ１５を設置して本実施例と同様の測定
を行った。その結果、視角θ＝０°、１５°、３０°の
それぞれの方向から見た場合のＲ，’Ｇ、Ｂの透過率特
性はそれぞれ第１６図、第１７図、第１８図のようにな
った。これらの結果から、カラーフィルタ１５を設置す
ることによっても、しきい値電圧におけるＲ、Ｇ、Ｂの
透過率の波長依存性の改善は見られるが、これは、しき
い値電圧が±０．０２５■の極めて狭い領域においてし
か実現されていないばかりか、ＲおよびＧについての透
過率曲線の立ち上がり特性が本実施例に比べてかなり悪
くなっていることがわかる。このような状況では、忠実
なカラー表示が困難であるばかりか、高デユーテイの電
圧平均化法によるマルチプレックス駆動を行うにあたっ
てコントラスト比がとれないことにもつながり、表示品
位の面から考えると橿めて不都合である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば色再現性の優れた
高コントラストのカラー表示画像を得ることができ、カ
ラーグラフィックディスプレイやキャラクタ用ディスプ
レイのみならず、カラー液晶テレビへの適用に極めて有
効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂｌないし第１４図は本発明の一実
施例を示し、第１図（ａ）　、　（ｂ）は偏光板の設置
状態を説明する模式図、第２図は無電界時の透過率のＡ
ｎｄ依存性を示す曲線図、第３図はα（＝Ｖ、。％／Ｖ
＋。％）のΔｎｄ依存性を示す曲線図、第４図はＶ、。 へ及びＶ、。％のΔｎｄ依存性を示す曲線図、第５図は
ＴＮ−ＬＣＤの評価装置の概略構成図、第６図はＴＮ−
ＬＣＤの評価装置中の偏光板の分光特性を示す曲線図、
第７図は視角方向を説明する図で、同図（ａ）は真上か
ら見た図、同図（ｂｌは真横から見た図、第８図はＴＮ
−ＬＣＤの透過率特性の波長依存性（視角Ｏ°　：真上
から見た場合）を示す曲線図、第９図はＴＮ−ＬＣＤの
透過率特性の波長依存性（視角θ−１゛５°）を示す曲
線図、第１０図はＴＮ−ＬＣＤの透過率特性の波長依存
性（視角θ−３０°）を示す曲線図、第１１図は二色性
色素を添加し及び偏光板の角度設定を変更した改善後の
ＴＮ−ＬＣＤの透過率特性の波長依存性（視角θ−０°
）を示す曲線図、第１２図は二色性色素を添加し及び偏
光板の角度設定を変更した改善後のＴＮ−ＬＣＤの透過
率特性の波長依存性（視角θ＝１５°）を示す曲線図、
第１３図は二色性色素を添加し及び偏光板の角度設定を
変更した改善後のＴＮ−ＬＣＤの透過率特性の波長依存
性（視角θ＝３０°）を示す曲線図、第１４図は二色性
色素を添加し及び偏光板の角度設定を変更した改善後お
よび改善前の色再現性範囲を示す図、第１５図は比較例
におけるＴＮ−ＬＣＤの評価装置の模式図、第１６図は
カラーフィルタによる改善後のＴＮ−ＬＣＤの透過率特
性の波長依存性（視角θ＝Ｏ°）を示す曲線図、第１７
図はカラーフィルタによる改善後のＴＮ−ＬＣＤの透過
率特性の波長依存性（視角θ＝１５°）を示す曲線図、
第１８図はカラーフィルタによる改善後のＴＮ−ＬＣＤ
の透過率特性の波長依存性（視角θ＝３０゜）を示す曲
線図、第１９図は従来のカラー表示用ＴＮ−ＬＣＤの素
子構造を示す模式図、第２０図は第１９図に示すＴＮ−
ＬＣＤの透過率特性の波長依存性を示す曲線図である。 １・・・検光子　　　　　　２・・・偏光子３・・・ガ
ラス基板　　　　４・・・液晶分子５・・・偏光軸の方
向　　　７・・・光源１３・・・液晶セル　　　　１５
・・・カラーフィルタ寞７図 （ａ）（ｂ） 第２図 、２．４　．６　　、θ　１．０　　！、２　７．４　
１．６　１．ｔ！／　　２．０２．２Δｎｄ　　（ｐｍ
） １１４３図 ０　　　　　　０．５　　　　　　！、０　　　　　１
．５　　　　　２．０Δｎｄ　（ｐｍ） １！４図 ０　　　　　０．５　　　　　１．０　　　　　７．５
　　　　　２．０Δｎｄ（）Ｊｍノ 第５図 専６図 ４０ｏ５０ｏ６ｏｏ７０゜ ｊ皮表　（ｎｍ） 第７図 ｔｂ） 第８図 印加電圧（Ｖ） １Ｎ９図 印加を万ヒ　（Ｖ） 第１０図 ０　　　０．５　　　７　　　７，５　　　２　　　２
．５　　　　Ｊ　　　　３．５　　　４ｆｐ力ａｔＥヒ
　　（Ｖ） 第１７図 ＦＰ、！１ｏｔＬ　　（Ｖ） 第７２図 ０　　０．５　　　７　　　１，５　　２　　　２．５
　　３　　　３．５　　４＃Ｐ加電圧（Ｖ） 第７３図 ＃ｐ加電圧　ｔｏす 第７４図 ０　０．１０　０．２００．３０　０．４０　ｏ、５Ｏ
Ｏ１６００，７０第７５図 第１６ａｌ ［Ｐ加電圧　（Ｖ〕 １１Ｆ７７Ｂ！！！ トＰ加電圧　（Ｖ） 第７８図 ＃Ｐ加電圧（Ｖ） 第７９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）偏光子および検光子からなる一組の偏光板を用いた
   透過型のツィステッド・ネマチック型液晶表示装置にお
   いて、該液晶表示装置に封入するネマチック液晶に可視
   光領域にある特定波長の光を吸収する二色性色素を含有
   させ、かつ、少なくとも前記一方の偏光板の偏光軸方向
   が、該偏光板側基板上の液晶分子の長軸方向もしくは短
   軸方向に対して一方向にねじれた位置に設置されたこと
   を特徴とするカラー液晶表示装置。 ２）偏光子側基板から検光子側基板に向って液晶分子が
   ねじれて行く方向を正としたとき、偏光子の偏光軸方向
   が偏光子側基板上の液晶分子の長軸方向もしくは短軸方
   向に対して負方向にねじれた位置に、または／および検
   光子の偏光軸方向が検光子側基板上の液晶分子の短軸方
   向もしくは長軸方向に対して正方向にねじれた位置に設
   置されてなる特許請求の範囲第１項記載のカラー液晶表
   示装置。 ３）検光子の偏光軸方向と検光子側基板上の液晶分子の
   分子軸方向とのなす角度を｜θ＿１｜、偏光子の偏光軸
   方向と偏光子側基板上の液晶分子の分子軸方向とのなす
   角度を｜θ＿２｜とすると、｜θ＿１｜＋｜θ＿２｜の
   値が略２°〜３０°の範囲である特許請求の範囲第２項
   記載のカラー液晶表示装置。 ４）使用する二色性色素の最大吸収波長が５７０ｎｍ〜
   ７００ｎｍの範囲に存在し、さらに二色性色素の分子長
   軸方向の吸光度Ａ＿１＿１とセル厚ｄ（μｍ）との比Ａ
   ＿１＿１／ｄが０．０１（μｍ＾−＾１）〜０．２（μ
   ｍ＾−＾１）の範囲である特許請求の範囲第１項記載の
   カラー液晶表示装置。