KR19990036580A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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쓰지 하루오
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Abstract

본 발명은 상하좌우 방향의 반전 현상을 해소함과 동시에, 시각에 따른 위상차를 해소하고, 특히 액정의 임계치 전압에 가까운 전압이 인가된 중간조 표시 상태에서의 반시각 방향의 계조 반전을 효과적으로 개선하여, 고품질의 화상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 액정 표시 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해 한쌍의 전극 기판(6, 7) 사이에 액정층(8)을 봉입하여 이루어지는 액정 표시 소자(1)와, 상기 양측에 배치되는 한쌍의 편광판(4, 5) 사이에, 굴절율 이방성이 마이너스이고, 굴절율 타원체가 경사진 광학 위상차판(2, 3)을 적어도 1매 개재시키고 있고, 액정층(8)을 다른 비율로 분할하여 각각 다른 방향으로 배향시킴과 함께, 액정층에서의 액정 분자의 장축과 배향막이 이루는 각인 프리틸트각을, 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 형태로 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정하고 있다.

Description

액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 액정 표시 소자에 광학 위상차판을 조합시킴을써 표시 화면의 시각 의존성을 개선하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
네마틱 액정 표시 소자를 이용한 액정 표시 장치는, 종래 시계나 탁상용 전자 계산기 등의 수치 세그멘트형 표시 장치에 널리 이용되고 있었지만, 최근에는 워드 프로세서, 노트북 컴퓨터, 차량 탑재용 액정 텔레비젼 등에도 이용되도록 되어 있다.
액정 표시 소자는 일반적으로 투광성의 기판을 갖고, 이 기판 상에 화소를 온, 오프시키기 위해 전극선 등이 형성되어 있다. 예를 들면, 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치에서는 박막 트랜지스터 등의 능동 소자가, 액정에 전압을 인가하는 화소 전극을 선택 구동하는 스위칭 수단으로서 상기 전극선과 함께 상기 기판 상에 형성되어 있다. 또한, 컬러 표시를 행하는 액정 표시 장치에는 기판 상에 적색, 녹색, 청색 등의 컬러 필터층이 설치되어 있다.
상기한 바와 같은 액정 표시 소자에 이용되는 액정 표시 방식으로서는 액정의 트위스트각에 따라 다른 방식이 적절하게 선택된다. 예를 들면, 액티브 구동형 트위스트 네마틱 액정 표시 방식(이후, TN 방식이라고 칭함)이나, 멀티플렉스 구동형 슈퍼 트위스트 네마틱 액정 표시 방식(이후, STN 방식이라고 칭함)이 잘 알려져 있다.
TN 방식은 네마틱 액정 분자를 90。 트위스트된 상태로 배향하고, 그 트위스트 방향을 따라 빛을 유도함시킴으로써 표시를 행한다. STN 방식은 네마틱 액정 분자의 트위스트각을 90。 이상으로 확대시킴으로써, 액정 인가 전압의 임계치 부근에서의 투과율이 급격하게 변화하는 것을 이용하고 있다.
STN 방식은 액정의 복굴절 효과를 이용하기 때문에 색의 간섭에 의해 표시 화면의 배경에 특유의 빛깔이 착색된다. 이러한 문제점을 해소하고, STN 방식으로 흑백 표시를 행하기 위해서는, 광학 보상판을 이용하는 것이 유효하다고 생각할 수 있다. 광학 보상판을 이용한 표시 방식으로서는 더블 슈퍼 트위스트 네마틱 위상 보상 방식(이후, DSTN 방식이라고 칭함)과, 광학적 이방성을 갖는 필름을 배치한 필름형 위상 보상 방식(이후, 필름 부가형 방식이라고 칭함)으로 대별된다.
DSTN 방식은 표시용 액정 셀 및 본 표시용 액정 셀과 역방향의 트위스트각으로 트위스트 배향시킨 액정 셀을 갖는 2층형의 구조를 이용하고 있다. 필름 부가형 방식은 광학적 이방성을 갖는 필름을 배치한 구조를 이용한다. 경량성, 저비용의 관점에서 필름 부가형 방식이 유력하다고 생각할 수 있다. 이러한 위상 보상 방식의 채용에 의해 흑백 표시 특성이 개선되었기 때문에, STN 방식의 표시 장치에 컬러 필터층을 설치하여 컬러 표시를 가능하게 한 컬러 STN 액정 표시 장치가 실현되어 있다.
한편, TN 방식은 노멀리 블랙 방식과 노멀리 화이트 방식으로 대별된다. 노멀리 블랙 방식은 한쌍의 편광판을 그 편광 방향이 서로 평행해지도록 배치하여 액정층에 온전압을 인가하지 않은 상태(오프 상태)에서 흑색을 표시한다. 노멀리 화이트 방식은 한쌍의 편광판을 그 편광 방향이 서로 직교하도록 배치하여 오프 상태에서 백색을 표시한다. 표시 콘트라스트, 색 재현성, 표시의 시각 의존성 등의 관점에서 노멀리 화이트 방식이 유력하다.
그런데, 상기 TN 액정 표시 장치에서는 액정 분자에 굴절율 이방성 △n이 존재하는 것, 및 액정 분자가 상하 기판에 대해 경사져 배향하는 것 때문에, 관찰자가 보는 방향이나 각도에 따라 표시 화상의 콘트라스트가 변화하여 시각 의존성이 커진다고 하는 문제가 있다.
도 12는 TN 액정 표시 소자(31)의 단면 구조를 모식적으로 나타낸 것이다. 이 상태는 중간조 표시의 전압이 인가되어, 액정 분자(32)가 약간 일어서 있는 경우를 나타내고 있다. 이 TN 액정 표시 소자(31)에서, 한쌍의 기판(33, 34) 표면의 법선 방향을 통과하는 직선 편광(35), 및 법선 방향에 대해 기울기를 갖고 통과하는 직선 편광(36, 37)은, 액정 분자(32)와 교차하는 각도가 각각 다르다. 액정 분자(32)에는 굴절율 이방성 △n이 존재하기 때문에, 각 방향의 직선 편광(35, 36, 37)이 액정 분자(32)를 통과하면 정상광과 이상광이 발생하고, 이들 위상차에 따라 타원편광으로 변환되게 되어, 이것이 시각 의존성의 발생원이 된다.
또한, 실제의 액정층의 내부에서는 액정 분자(32)는, 기판(33)과 기판(34)의 중간부 부근과 기판(33) 또는 기판(34) 근방에서는 틸트각이 다르고, 또한 법선 방향을 축으로 하여 액정 분자(32)가 90。 트위스트되어 있는 상태에 있다.
이상의 것에 의해, 액정층을 통과하는 직선 편광(35, 36, 37)은 그 방향이나 각도에 따라 여러가지 복굴절 효과를 받아, 복잡한 시각 의존성을 나타내게 된다.
상기 시각 의존성으로서, 구체적으로는 표시 화면의 법선 방향에서 표시면의 하측 방향인 정시각 방향으로 시각을 기울여 가면, 어떤 각도 이상에서 표시 화상이 착색되는 현상(이하, 「착색 현상」이라고 함)이나, 흑백이 반전하는 현상(이하, 「반전 현상」이라고 함)이 발생한다. 또한, 표시 화면의 상측 방향인 반시각 방향으로 시각을 기울여 가면, 급격히 콘트라스트가 저하한다.
또한, 상기 액정 표시 장치에서는 표시 화면이 커짐에 따라 시야각이 좁아지는 문제도 있다. 큰 액정 표시 화면을 가까운 거리에서 정면 방향으로부터 보면, 시각 의존성의 영향 때문에 표시 화면의 상부와 하부에서 표시된 색이 다른 경우가 있다. 이것은 표시 화면 전체를 보는 예상각이 커져, 표시 화면을 더욱 경사진 방향에서 보는 것과 같아지기 때문이다.
이러한 시각 의존성을 개선하기 위해, 광학 이방성을 갖는 광학 소자로서의 광학 위상차판(위상차 필름)을 액정 표시 소자와 한쪽 편광판 사이에 삽입하는 것이 제안되어 있다 (예를 들면, 특개소55-600호 공보, 특개소56-97318호 공보등 참조).
이 방법은, 굴절율 이방성을 갖는 액정 분자를 통과했기 때문에 직선 편광에서 타원 편광으로 변환된 빛을, 굴절율 이방성을 갖는 액정층의 한쪽 또는 양측에 개재시킨 광학 위상차판을 통과시킴으로써, 시각에 생기는 정상광과 이상광의 위상차 변화를 보상하여 직선 편광의 광으로 재변환하여, 시각 의존성의 개선을 가능하게 하는 것이다.
이러한 광학 위상차판으로서, 굴절율 타원체의 하나의 주굴절율 방향을 광학 위상차판 표면의 법선 방향에 대해 평행하게 한 것이, 예를 들면 특개평5-313159호 공보에 기재되어 있다. 그러나, 이 광학 위상차판을 이용해도, 정시각 방향의 반전 현상을 개선하기에는 한계가 있다.
그래서, 특개평6-75116호 공보에는 광학 위상차판으로서 굴절율 타원체의 주굴절율 방향이 광학 위상차판 표면의 법선 방향에 대해 경사져 있는 것을 이용하는 방법이 제안되고 있다. 이 방법은 광학 위상차판으로서 다음 2종류의 것을 이용하고 있다.
하나는, 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 중, 최소의 주굴절율 방향이 표면에 대해 평행하고, 또한 나머지 2개의 주굴절율의 한쪽 방향이 광학 위상차판의 표면에 대해 θ의 각도로 경사지고, 다른쪽 방향도 광학 위상차판 표면의 법선 방향에 대해 마찬가지로 θ의 각도로 경사져 있고, 이 θ의 값이 20。 ≤θ≤70。를 만족하는 광학 위상차판이다.
또 하나는, 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 na, nb, nc가 na=nc>nb라는 관계를 갖고, 표면 내의 주굴절율 na또는 nc의 방향을 축으로 하여, 표면의 법선 방향에 평행한 주굴절율 nb의 방향과, 표면 내의 주굴절율 nc또는 na의 방향이 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 경사져 있는, 굴절율 타원체가 경사진 광학 위상차판이다.
상기 2종류의 광학 위상차판에 대해, 전자는 각각 일축성의 것과 이축성의 것을 이용할 수 있다. 또한, 후자는 광학 위상차판을 1매만 이용할 뿐만 아니라, 이 광학 위상차판을 2매 조합하여, 각각의 주굴절율 nb의 경사 방향이 서로 90。의 각도를 이루도록 설정한 것을 이용할 수 있다.
이러한 굴절율 타원체가 경사진 광학 위상차판을 액정 표시 소자와 편광판 사이에 적어도 1매 개재시킴으로써 구성되는 액정 표시 장치에서는, 굴절율 타원체의 주굴절율 방향이 표면의 법선 방향에 대해 경사져 있지 않은 광학 위상차판을 이용한 경우보다도, 표시 화상의 시각에 의존하여 생기는 콘트라스트 변화, 착색 현상, 및 반전 현상을 개선할 수 있다.
또한, 반전 현상을 해소하기 위한 기술도 여러가지 안출되고 있고, 예를 들면 특개소-186735호 공보에는 각 표시 패턴(화소)을 복수로 구분하고, 구분된 각각의 부분이 독립된 시각 특성을 갖도록 배향 제어를 행하는, 소위 화소 분할법이 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 각각의 구분에 있어서, 액정 분자가 서로 다른 방향으로 일어서기 때문에, 시각을 상하 방향으로 기울였을 때 시각 의존성을 해소할 수 있다.
또한, 특개평6-118406호 공보 및 특개평6-194645호 공보에는, 상기 화소 분할법으로 광학 위상차판을 조합하는 기술이 개시되어 있다.
특개평6-118406호 공보에 개시되어 있는 액정 표시 장치는, 액정 패널과 편광판 사이에 광학 이방성 필름(광학 위상차판)이 삽입됨에 따라, 콘트라스트의 향상등이 도모되고 있다. 특개평6-194645호 공보에 개시되어 있는 보상판(광학 위상차판)은 보상판면에 평행한 방향의 면내의 굴절율 이방성이 거의 없고, 또한 보상판면에 수직 방향의 굴절율이 면내의 굴절율보다 작아지도록 설정됨에 따라, 마이너스의 굴절율을 갖는다. 이 때문에, 전압이 인가됐을 때에 액정 표시 소자에 생기는 플러스의 굴절율을 보상하여 시각 의존성을 저감시킬 수 있다.
그런데, 오늘날 더 한층 개선된 넓은 시야각, 고표시 품위의 액정 표시 장치가 요구되는 상황하에서, 한층 더 시각 의존성의 개선이 요구되고 있고, 상기 특개평6-75116호 공보에서 나타낸 바와 같은 굴절율 타원체가 경사진 광학 위상차판을 이용하는 것만으로는 반드시 충분하다고는 할 수 없어, 아직 개선의 여지를 갖고 있다.
또한, 반전 현상을 해소하기 위한 상술한 화소 분할법으로는, 확실하게 시각을 상하 방향으로 기울였을 때의 반전 현상을 해소할 수 있지만, 그 때 콘트라스트 저하가 발생하여, 표시된 흑색이 흰빛을 띠어 회색으로 보이게 되고, 또한 좌우 방향으로 시각을 기울였을 때에 시각 의존성이 생긴다고 하는 결점도 있다.
또한, 상기 화소 분할법으로 광학 위상차판을 개재시키는 수법은, 시각을 기울였을 때에 경사 45。 방향에서 착색 현상이 발생한다. 그리고, 화소를 분할하는 비율이 동일한 (화소를 동일한 볼륨으로 분할함) 액정 표시 소자를 이용하고 있으므로, 상하 방향으로 시각을 기울였을 때의 콘트라스트의 저하를 억제하는 데에는 한계가 있다. 이것은, 다음과 같은 이유에 따른 것이다.
상기한 바와 같은 화소 분할법은, 화소의 분할 비율이 동일함에 따라, TN 액정 표시 소자의 정시각 방향(화면에 수직인 방향으로부터 표시 콘트라스트가 좋아지는 방향)과 반시각 방향(화면에 수직 방향으로부터 표시 콘트라스트가 저하하는 방향)과의 시각 특성이 평균화된다. 그런데, 실제의 정시각 방향의 시각 특성과 반시각 방향의 시각 특성은 상반되므로, 상기 화소 분할법으로 광학 위상차판을 조합해도, 상하 방향의 콘트라스트 저하를 균일하게 억제하는 일은 어렵다. 특히, 시각을 정시각 방향으로 기울였을 경우, 반전 현상이 발생하거나, 표시 화상이 검게 뭉게지기 쉬워지거나 하는 경향이 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 상기한 바와 같이 굴절율 타원체가 경사진 광학 위상차판의 보상 효과에 덧붙여 시각 의존성을 더욱 개선하는 것으로, 특히 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 생기는 반전 현상을 억제함과 함께, 그 때의 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 거의 균일하게 억제하고, 또한 액정의 임계치 전압에 가까운 전압이 인가된 중간조 표시 상태에서의 반시각 방향의 계조 반전을 효과적으로 개선하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 제1 구성의 액정 표시 장치는,
각각 배향막을 구비한 한쌍의 기판 사이에 액정층이 봉입된 액정 표시 소자와,
상기 액정 표시 소자의 양측에 설치된 한쌍의 편광자와,
상기 액정 표시 소자와 상기 편광자 사이에 적어도 하나 설치되고, 그 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판을 포함하고,
상기 배향막은, 상기 각 화소에서 액정층을 상이한 볼륨의 복수의 분할부로 분할하고, 이 분할부를 각각 다른 방향으로 배향시킴과 함께,
상기 액정층에서의 액정 분자의 장축과 배향막이 이루는 각인 프리틸트각이, 상기 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 상기 액정에 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 생기지 않은 범위로 설정되어 있는 액정 표시 장치.
상기 제1 구성에 따르면, 직선 편광이 복굴절성을 갖는 액정층을 통과하여 정상광과 이상광이 발생하고, 이들 위상차에 따라 타원편광으로 변환되더라도, 굴절율 타원체가 경사진 광학 위상차판에 의해 보상된다.
그러나, 이러한 보상 기능만으로서는, 더욱 더 시각 의존성의 개선이 요구되는 것 중에서는 반드시 충분하다고는 할 수 없어, 본원 발명자들은 한층 더 연구를 거듭한 결과, 액정층에서의 액정 분자의 장축과 배향막이 이루는 프리틸트각이, 특히 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전에 영향을 끼치는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명에 따른 제1 구성의 액정 표시 장치에서는 액정 표시 소자에 봉입된 액정층에서의 상기 프리틸트각을, 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정하고 있다. 이에 따라, 상기 중간 색조를 나타낸 화면에서의 반시각 방향의 계조 반전을 없애고, 화면의 시각 의존성을 더 한층 방지하는 것이 가능해졌다. 또한, 콘트라스트 변화나 착색에 있어서도, 광학 위상차판의 보상 기능만의 경우보다도, 더욱 개선할 수 있었다.
그리고, 본 발명에 따른 제1 구성의 액정 표시 장치에서는, 액정층이 다른 비율로 분할된 분할 액정층으로 하여, 서로 다른 방향으로 배향하고 있다.
이에 따라, 상반되는 정시각 방향의 시각 특성과 반시각 방향의 시각 특성과의 차를 없애, 양시각 특성을 접근시킬 수 있다. 그렇기 때문에, 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 생기는 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 거의 균일하게 억제할 수 있고, 특히 흑색을 보다 선명하게 표시하는 것이 가능해진다.
그런데, 상기 프리틸트각을 크게 할수록, 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않는 것이 판명되었지만, 그 반면 프리틸트각을 너무 크게 하면, 당해 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 휘도가 급격히 저하하는 것이 판명되었다. 그래서, 본 발명에 따른 제1 구성의 액정 표시 장치는 상기 구성에서 프리틸트각이, 또한 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 휘도가 급격히 저하하는 것을 방지할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 제2 구성의 액정 표시 장치는, 각각 배향막을 구비한 한쌍의 기판 사이에, 액정층이 봉입된 액정 표시 소자와,
상기 액정 표시 소자의 양측에 설치된 한쌍의 편광자와,
상기 액정 표시 소자와 상기 편광자 사이에 적어도 하나 설치되고, 그 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판을 포함하고,
상기 배향막은, 상기 각 화소에서 액정층을 다른 볼륨의 복수개의 분할부로 분할하고, 상기 분할부를 각각 다른 방향으로 배향시킴과 함께,
상기 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 상기 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치는, 이 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 생기지 않는 범위로 설정되어 있는 액정 표시 장치.
이 제2 구성에 따르면, 상기 제1 구성과 마찬가지로, 직선 편광이 복굴절성을 갖는 액정층을 통과하여 정상광과 이상광이 발생되고, 이들 위상차에 따라 타원편광으로 변환되어도, 굴절율 타원체가 경사진 광학 위상차판에 의해 보상된다
그러나, 이러한 보상 기능에 의해서도, 한층 더 시각 의존성의 개선이 요구되는 것 중에서는 반드시 충분하다고는 할 수 없어, 본원 발명자들은 한층 더 연구를 거듭한 결과, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치가, 상기 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전에 영향을 끼치는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명에 따른 제2 구성의 액정 표시 장치에서는, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치를, 상기 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정하고 있다. 이에 따라, 상기 중간 색조를 나타낸 화면에서의 반시각 방향의 계조 반전을 없애고, 화면의 시각 의존성을 더 한층 방지하는 것이 가능해졌다. 또한, 콘트라스트 변화나 착색에 있어서도, 광학 위상차판의 보상 기능만의 경우보다도, 더욱 개선할 수 있었다.
그리고, 또한 제2 구성의 액정 표시 장치에서도, 제1 구성과 마찬가지로 액정층이 다른 비율로 분할된 분할 액정층에서, 서로 다른 방향으로 배향되어 있기 때문에 상반되는 정시각 방향의 시각 특성과 반시각 방향의 시각 특성과의 차를 없애, 양시각 특성을 근접시킬 수 있다. 그렇기 때문에, 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 생기는 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 거의 균일하게 억제할 수 있고, 특히 흑색을 더욱 선명하게 표시하는 것이 가능해진다.
그런데, 당해 중간 색조를 표시하기 위한 전압은, 예를 들면 노멀리 화이트 표시의 경우, 오프 상태의 투과율에 대한 백계조시의 투과율을 기초로 설정되지만, 그 투과율을 낮출수록, 백계조시의 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않게 되는 것이 판명되었지만, 그 반면 투과율을 너무 낮게 설정하면, 정시각 방향에서 휘도가 급격히 저하되는 것이 판명되었다. 그래서, 본 발명에 따른 제2 구성의 액정 표시 장치에서는 상기 구성에서 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치가, 상기 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 당해 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 휘도가 급격히 저하하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 우수한 점은, 이하의 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이점은 첨부 도면을 참조한 다음 설명으로 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 분해하여도시하는 단면도.
도 2는 액정 분자의 장축과 배향막이 이루는 각인 프리틸트각을 도시하는 설명도.
도 3은 상기 액정 표시 장치의 광학 위상차판에서의 주굴절율을 나타내는 사시도.
도 4는 상기 액정 표시 장치에서의 편광판 및 광학 위상차판의 광학적인 배치를 액정 표시 장치의 각 부를 분해하여 도시하는 사시도.
도 5는 상기 액정 표시 장치에 구비된 1화소에서의 액정 분자의 프리틸트 방향을 나타내는 설명도.
도 6은 상기 액정 표시 장치의 시각 의존성을 측정하는 측정계를 나타내는 사시도.
도 7a, 도 7b, 도 7c는, 실시예 1에 관한 것으로, 도 7a는 액정층의 배향 분할비가 6:4일 때의 상기 액정 표시 장치의 투과율-액정 인가 전압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 7b는 액정층의 배향 분할비가 17:3일 때의 상기 액정 표시 장치의 투과율-액정 인가 전압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 7c는 액정층의 배향 분할비가 19:1일 때의 상기 액정 표시 장치의 투과율-액정 인가 전압 특성을 나타내는 그래프.
도 8은 실시예 1의 비교예에 관한 것으로, 액정층의 배향 분할비가 1:1인 액정 표시 장치의 투과율-액정 인가 전압 특성을 나타내는 그래프.
도 9a, 도 9b, 도 9c는 실시예 2에서의 액정 표시 장치의 투과율-액정 인가 전압 특성을 나타내는 그래프.
도 10a, 도 10b, 도 10c는 실시예 3에서의 액정 표시 장치의 투과율-액정 인가 전압 특성을 나타내는 그래프.
도 11a, 도 11b, 도 11c는 실시예 3에 대한 비교예의 액정 표시 장치의 투과율-액정 인가 전압 특성을 나타내는 그래프.
도 12는 TN 액정 표시 소자에서의 액정 분자의 트위스트 배향을 나타내는 모식도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 액정 표시 소자
2, 3 : 광학 위상차판
4, 5 : 편광판
6, 7 : 전극 기판
8 : 액정층
9, 12 : 글래스 기판
10, 13 : 투명 전극
11, 14 : 배향막
15 : 밀봉 수지
16 : 액정 셀
17 : 구동 회로
〔제1 실시 형태〕
본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도 1 내지 도 5에 기초하여 설명하면, 이하 와 같다.
본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이 액정 표시 소자(1)와 한쌍의 광학 위상차판(2, 3)과, 한쌍의 편광판(편광자)(4, 5)을 구비하고 있다.
액정 표시 소자(1)는 대향하여 배치되는 전극 기판(6, 7) 사이에 액정층(8)을 끼운 구조를 이루고 있다. 전극 기판(6)은 베이스가 되는 유리 기판(투광성 기판)(9)의 액정층(8)측의 표면에 ITO (인듐 주석 산화물)로 이루어지는 투명 전극(10)이 형성되고, 그 위에 배향막(11)이 형성되어 있다. 전극 기판(7)은 베이스가 되는 유리 기판(투광성 기판)(12)의 액정층(8)측의 표면에 ITO로 이루어지는 투명 전극(13)이 형성되고, 그 위에 배향막(14)이 형성되어 있다.
간략화를 위해, 도 1은 1화소분의 구성을 나타내고 있지만, 액정 표시 소자(1)의 전체에서 소정폭의 띠형상의 투명 전극(10, 13)은 유리 기판(9, 12)의 각각에 소정 간격을 두고 배치되고, 또한 유리 기판(9, 12) 사이에서는 기판면에 수직 방향에서 보아 서로 직교하도록 형성되어 있다. 양 투명 전극(10, 13)이 교차하는 부분은 표시를 행하는 화소에 상당하고, 이들 화소는 본 액정 표시 장치의 전체에서 매트릭스형으로 배치되어 있다.
전극 기판(6, 7)은 밀봉 수지(15)에 의해 접합되어 있고, 전극 기판(6, 7)과 밀봉 수지(15)에 의해 형성되는 공간 내에 액정층(8)이 봉입되어 있다. 액정층(8)에는 투명 전극(10, 13)을 통해 구동 회로(17)로부터 표시 데이타에 기초한 전압이 인가된다.
본 액정 표시 장치에서, 상기 액정 표시 소자(1)에 광학 위상차판(2, 3)과 편광판(4, 5)이 형성되어 이루어지는 유닛이 액정 셀(16)이다.
배향막(11, 14)은 서로 상태가 다른 2개의 영역을 갖고 있다. 이에 따라, 액정층(8)에서 상기 2개의 영역에 면하는 제1 분할부(분할 액정층, 제1 분할 액정층)(8a)와 제2 분할부(분할 액정층, 제2 분할 액정층)(8b)에서는 액정 분자의 배향 상태가 다르도록 제어된다. 배향막(11, 14)은 2개의 영역 사이에서 액정 분자에 부여하는 프리틸트각을 다르게 하거나, 액정 분자의 프리틸트 방향을 기판면에 수직한 방향에 대해 반대 방향으로 시키거나 하여 상기와 같은 다른 배향 상태를 제공한다.
프리틸트각이란, 도 2에 도시한 바와 같이 액정 분자(20)의 장축과 배향막(14)(11)이 이루는 각φ이고, 배향막(11, 14)에 대한 러빙과, 액정 재료와의 조합에 의해 결정되는 것이다.
그리고, 상세한 내용에 대해서는 후술하겠지만, 본 실시 형태의 액정 표시 장치에서는, 시각을 상하 방향 및 좌우 방향으로 기울였을 때의 시각 특성을 향상시키기 위해 액정층(8)은 다른 비율로 분할되고, 또한 상기 액정층(8)의 프리틸트각이 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능과 최량의 특성을 갖는 조합이 되도록 설정되어 있다.
광학 위상차판(2, 3)은 액정 표시 소자(1)와 그 양측에 배치되는 편광판(4, 5) 사이에 각각 개재된다. 광학 위상차판(2, 3)은 투명한 유기 고분자로 이루어지는 지지체에 디스코틱 액정이 경사 배향 또는 하이브리드 배향되고, 또한 가교됨으로써 형성되어 있다. 이에 따라, 광학 위상차판(2, 3)에서의 후술하는 굴절율 타원체가 광학 위상차판(2, 3)에 대해 경사지도록 형성된다.
광학 위상차판(2, 3)의 상기 지지체로서는, 일반적으로 편광판으로 자주 이용되는 트리아세틸셀룰로오스(TAC)가 신뢰성도 높아 적합하다. 그 이외에는, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET) 등의 내환경성이나 내약품성에 우수한 무색 투명한 유기 고분자 필름이 적합하다.
도 3에 도시한 바와 같이, 광학 위상차판(2, 3)은 다른 3방향의 주굴절율 na· nb·nc를 갖고 있다. 주굴절율 na의 방향은 서로 직교 좌표 xyz에서의 각 좌표 축 중 y좌표축과 방향이 일치하고 있다. 주굴절율 nb의 방향은 광학 위상차판(2, 3)에서 화면에 대응하는 표면에 수직인 z좌표축(표면의 법선 방향)에 대해 화살표 A의 방향으로 θ기울어 있다. 주굴절율 nc의 방향은 x좌표축(상기 표면)에 대해 화살표 B의 방향으로 θ기울어져 있다.
광학 위상차판(2, 3)은 각 주굴절율이 na=nc>nb라는 관계를 만족하고 있다. 이에 따라, 광학축이 하나만 존재하므로, 광학 위상차판(2, 3)은 일축성을 구비하고, 또한 굴절율 이방성이 마이너스가 된다. 광학 위상차판(2, 3)의 제1 지연치(nc-na)×d는, na=nc이기 때문에, 거의 0㎚이다. 제2 지연치 (nc-nb)×d는 80㎚∼250㎚의 범위 내에서 임의의 값으로 설정된다. 제2 지연치 (nc-nb)×d를 이러한 범위내에 설정함으로써, 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능을 확실하게 얻을 수 있다. 또한, 상기 nc-na및 nc-nb는 굴절율 이방성 △n을 나타내고, d는 광학 위상차판(2, 3)의 두께를 나타내고 있다.
일반적으로, 액정이나 광학 위상차판(위상차 필름)이라는 광학 이방체에서는, 상기와 같은 3차원 방향의 주굴절율 na, nc, nb의 이방성이 굴절율 타원체로 나타낸다. 굴절율 이방성 △n은 이 굴절율 타원체를 어떤 방향에서 관찰하는지에 따라 다른 값이 된다.
또한, 광학 위상차판(2, 3)의 주굴절율 nb가 기울어 있는 각도 θ, 즉 굴절율 타원체의 경사각도 θ는 15。≤θ≤75。의 범위 내에서 임의의 값으로 설정되어 있다. 경사 각도θ를 이러한 범위 내로 설정함으로써, 굴절율 타원체의 경사 방향이 시계 방향 반시계 방향에 상관없이, 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능을 확실하게 얻을 수 있다.
또한, 광학 위상차판(2, 3)의 배치에 대해서는, 광학 위상차판(2, 3) 중 어느 한쪽만을 한쪽에 배치한 구성에서도, 또한 광학 위상차판(2, 3)을 한쪽에 중첩하여 배치할 수도 있다. 또한, 3매이상의 광학 위상차판을 이용할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 액정 표시 장치에서는, 액정 표시 소자(1)에서의 편광판(4, 5)은 그 흡수축 AX1, AX2가 상기 배향막(11, 14)(도 1참조)에 접하는 액정 분자의 장축 L1, L2와 각각 직교하도록 배치된다. 본 액정 표시 장치에서는, 장축 L1, L2가 서로 직교하고 있기 때문에, 흡수축 AX1, AX2도 서로 직교하고 있다.
여기서, 도 3에 도시한 바와 같이 광학 위상차판(2, 3)에 이방성을 부여하는 방향으로 경사진 주굴절율 nb의 방향이 광학 위상차판(2, 3)의 표면에 투영된 방향을 D라고 정의한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 광학 위상차판(2)은 방향 D(방향 D1)가 장축 L1과 평행해지도록 배치되고, 광학 위상차판(3)은 방향 D(방향 D2)가 장축 L2와 평행해지도록 배치된다.
상기한 바와 같은 광학 위상차판(2, 3) 및 편광판(4, 5)의 배치에 의해, 본 액정 표시 장치는 오프시에 광을 투과하여 백색 표시를 행하는 소위 노멀리 화이트 표시를 행한다.
다음에, 상술한 액정층(8)의 분할, 및 액정층(8)의 분할 상태하에서, 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능과 최량의 특성을 갖는 조합이 되는 액정층(8)의 프리틸트각을 설정하는 것에 대해 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이, 액정층(8)에서는 시각을 상하 방향 및 좌우 방향으로 기울였을 때의 시각 특성을 향상시키기 위해 하나의 화소가 다른 비율로 제1 분할부(8a)와 제2 분할부(8b)로 분할되어 있다. 구체적으로는, 제1 분할부(8a)와 제2 분할부(8b)는 그 비율이 6:4 내지 19:1의 범위 내가 되도록 설정되어 있다.
또한, 배향막(11, 14)은 도 5에 도시한 바와 같이 제1 분할부(8a)와 제2 분할부(8b)의 각각에 대해 직교하는 프리틸트 방향으로 액정 분자를 배향시킨다. 배향막(11)의 프리틸트 방향(P1, P2)은 제1 분할부(8a)와 제2 분할부(8b)에서 서로 역방향이 되도록 설정되어 있다. 배향막(14)의 프리틸트 방향(P3, P4)도 마찬가지로 서로 역방향이 되도록 설정되어 있다. 또한, 액정층(8)은 투명 전극(10, 13) 중 어느 한 길이 방향을 따라 분할되어 있어도 좋다.
이러한 액정층(8)을 갖는 액정 표시 소자(1)에 광학 위상차판(2, 3)을 조합하면, 정시각 방향의 시각 특성과 반시각 방향의 시각 특성에 알맞은 배향 상태를 얻을 수 있다. 이에 따라, 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 생기는 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 억제할 수 있다. 이 결과, 특히 콘트라스트의 저하의 영향을 크게 받는 흑색을 더욱 검게하여 선명히 표시할 수 있다.
또한, 액정 표시 소자(1)에서는 1화소당의 액정층(8)에서 가장 큰 제1 분할부(8a)에 대해 상기 굴절율 타원체의 광학 위상차판(2, 3)에 대한 경사 방향과, 배향막(11, 14)의 근방에 배치되는 액정 분자의 프리틸트 방향이 반대가 되도록 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
이에 따라, 액정 표시 소자(1)에의 전압 인가시에, 배향의 영향을 받아 경사진 상태에 있는 상기 액정 분자에 의한 광학 특성의 편이를 광학 위상차판(2, 3)으로 보상할 수 있다.
그 결과, 시각을 정시각 방향으로 기울였을 때의 반전 현상이 억제되어, 검게 뭉게지지 않는 양호한 표시 화상을 얻을 수 있다. 또한, 시각을 반시각 방향으로 기울였을 때에 콘트라스트의 저하가 억제되므로, 흰빛을 띠지 않은 양호한 표시 화상을 얻을 수 있다. 게다가, 좌우 방향에 대해 반전 현상을 억제하는 것도 가능해진다.
또한, 액정층(8)에서는 상술된 바와 같이 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능과 최량의 특성을 갖는 조합이 되도록, 액정층(8)의 프리틸트각이 설정되어 있다.
상세히 말하면, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가한 중간조 표시 상태, 여기서는 노멀리 화이트 표시이므로 흰빛에 가까운 중간조 표시 상태에서, 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위에 프리틸트각을 설정하고 있다. 이하, 흰빛에 가까운 중간조를 백계조라고 한다.
한편, 백계조시의 반시각 방향의 계조 반전은 프리틸트각을 크게 할수록 발생하기 어려워지는 것이 실험적으로 확인되었지만, 그 반면 프리틸트각을 너무 크게 하면, 정시각 방향에서의 백계조시의 휘도의 급격한 저하가 발생되는 것도 확인되었다. 즉, 프리틸트각의 설정에는 백계조시에 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생되지 않은 범위로 할 필요도 있다.
구체적으로는, 적어도 배향막(11) 또는 배향막(14) 중 어느 한 재료 및 액정 재료로서 프리틸트각이 4。보다 크고 15。 미만의 범위가 되는 배향막 재료와 액정 재료와의 조합이 이용되고 있다. 이 경우, 보다 바람직하게는 프리틸트각이 6。 이상 14。 이하의 범위가 되는 배향막 재료와 액정 재료와의 조합으로 하는 것이다. 이 설정 범위는, 액정층(8)이 상기 분할비로 분할되어 있는 것 모두에 있어서 공통 범위이다.
이와 같이, 적어도 대향하는 한쪽의 프리틸트각을 4。보다 크고 15。 미만의 범위 내로 설정함으로써, 통상의 액정 표시 장치로써 요구되는 시각50。에서, 문제가 되는 백계조시의 반시각 방향의 계조 반전이 없는, 어느 방향에서 보아도 충분히 사용에 견딜 수 있는 것으로 할 수 있다.
그리고 특히, 프리틸트각을 6。 이상 14。 이하의 범위내로 설정함으로써, 시각 70。에서, 백계조시의 반시각 방향의 계조 반전이 전혀 없는 것으로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 액정 표시 장치에서는 액정층(8)에서의 액정 재료로서, 파장 550㎚의 빛에 대한 굴절율 이방성 △n(550)이, 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위에 설계된 것이 선택되어 있다. 이 경우, 보다 바람직하게는 상기 △n(550)이, 0.070이상 0.095이하의 범위로 설계된 액정 재료를 이용하는 것이다.
이에 따라, 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능, 및 프리틸트각을 상기 범위로 설정하는 것에 따른 보상 기능에 부가하여, 반시각 방향의 콘트라스트비의 저하, 좌우 방향의 반전 현상을 더 한층 개선하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는 액정 표시 소자(1)와 편광판(4, 5) 사이에, 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 na, nb, nc가 na=nc>nb라는 관계를 갖고, 표면 내의 주굴절율 na또는 nc의 방향을 축으로 하여, 표면의 법선 방향으로 평행한 주굴절율 nb의 방향과, 표면 내의 주굴절율 nc또는 na의 방향이 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 경사짐으로써, 상기 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판(2, 3)을 구비한 구성의 액정 표시 장치에서 각 화소에서의 액정층(8)을 다른 비율로 분할하여 다른 방향으로 배향시킴과 함께, 액정층(8)에서의 프리틸트각을, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가한 중간조 표시 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정한 구성이다.
이에 따라, 액정 표시 소자(1)에 생기는 시각에 대응하는 위상차의 상기 광학 위상차판(2, 3)에 의한 보상 기능과 함께, 액정층(8)의 분할에 의한 보상 기능, 또한 광학 위상차판(2, 3)의 보상 기능을 최량의 조합이 되도록, 프리틸트각을 상기 범위로 설정함에 따른 보상 기능에 의해, 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 생기는 반전 현상을 억제함과 함께, 그 때의 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 거의 균일하게 억제하고, 또한 시각에 의존한 반시각 방향의 백계조시(노멀리 화이트 표시이므로)에 발생하는 반전 현상을 특히 효과적으로 개선하는 것도 가능하여, 고품질의 화상을 표시할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 액정 표시 장치에서는 액정층(8)에서의 액정 재료로서 파장 550㎚의 빛에 대한 굴절율 이방성 △n(550)이, 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위에 설계된 것을 이용하고 있으므로, 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능, 및 프리틸트각을 상기 범위로 설정함에 따른 보상 기능에 부가하여, 반시각 방향의 콘트라스트비의 저하, 좌우 방향의 반전 현상을 더 한층 개선하는 것이 가능해진다.
또, 여기서는 노멀리 화이트 표시의 액정 표시 장치를 예시하여 설명했지만, 노멀리 블랙 표시의 액정 표시 장치에서도 광학 위상차판(2, 3)에 의한 보상 효과에 맞추어, 프리틸트각을 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가한 중간조 표시(흑계조)로 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정하고, 이에 의한 보상 효과를 얻음으로써, 상기한 바와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 단순 매트릭스 방식의 액정 표시 장치에 대해 진술했지만, 본 발명은 이 이외에 TFT 등의 능동 스위칭 소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 액정 표시 장치에 대해서도 적용이 가능하다.
〔제2 실시 형태〕
본 발명의 다른 실시 형태에 대해 도 1에 기초하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기 실시 형태에서 도시한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 부기하고, 그 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치는, 상술된 제1 실시 형태에서 도시한 도 1의 액정 표시 장치와 거의 동일한 구성을 갖고 있다. 다른 점은, 제1 실시 형태의 액정 표시 장치에서는 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능과 최량의 특성을 갖는 조합이 되도록, 상기 액정층(8)의 프리틸트각이 액정층(8)에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가한 중간조 표시 형태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정되어 있는데 대해, 본 실시 형태의 액정 표시 장치에서는 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능과 최량의 특성을 갖는 조합이 되도록, 액정층(8)에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가함으로써 얻어지는 중간조를 표시하기 위한 인가 전압치를, 당해 중간조의 표시 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정하는 점이다.
이하, 이 점을 상세히 설명한다.
본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 노멀리 화이트 표시이므로, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가한 중간조 표시 상태, 즉 백계조를 행하기 위한 인가 전압치가, 당해 전압을 인가한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정되어 있다.
한편, 백계조시의 투과율을 낮출수록, 백계조시의 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않게 되는 것이 실험적으로 확인되었지만, 그 반면 투과율을 너무 낮게 설정하면, 정시각 방향, 좌우 방향에서 휘도가 급격히 저하해 버린다. 즉, 백계조시의 투과율을 결정하는 액정 인가 전압의 설정에는, 백계조시에 정시각 방향, 좌우 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않은 범위로 설정할 필요도 있다.
구체적으로는, 백계조시에서의 액정 인가 전압이, 액정 인가 전압이 제로의 오프 상태의 투과율 100%에 대해 85%보다 큰 투과율을 얻도록 설정되어 있다. 이 경우, 보다 바람직하게는 백계조시에서의 액정 인가 전압을, 오프 상태의 투과율 100%에 대해 90%이상 97%이하의 범위에 드는 투과율을 얻도록 설정하는 것이다. 이 설정 범위는 액정층(8)이 상기 분할비로 분할되어 있는 것 전부에 있어서 공통의 범위이다.
이와 같이 백계조시의 액정 인가 전압을 오프상태의 투과율 100%에 대해85%보다 큰 투과율을 얻도록 설정함으로써, 통상의 액정 표시 장치에서 요구되는 시각 50。에서, 문제가 되는 백계조시의 반시각 방향의 계조 반전이 없는, 어떤 방향에서 보아도 충분히 사용에 견딜 수 있는 것으로 할 수 있다.
그리고 특히, 백계조시의 액정 인가 전압을 오프상태의 투과율 100%에 대해 90% 이상 97% 이하의 범위로 설정함으로써, 시각 70。에서 백계조시의 반시각 방향의 계조 반전이 전혀 없는 것으로 할 수 있다.
즉, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는 액정 표시 소자(1)와 편광판(4, 5) 사이에, 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 na, nb, nc가 na=nc>nb라는 관계를 갖고, 표면 내의 주굴절율 na또는 nc의 방향을 축으로 하여, 표면의 법선 방향으로 평행한 주굴절율 nb의 방향과, 표면 내의 주굴절율 nc또는 na의 방향이 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 경사짐으로써, 상기 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판(2, 3)을 구비한 구성의 액정 표시 장치에서, 각 화소에서의 액정층(8)을 다른 비율로 분할하여 다른 방향으로 배향시킴과 함께, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가한 중간조 표시 상태를 행하기 위한 인가 전압치를, 당해 전압을 인가한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정한 구성이다.
이에 따라, 액정 표시 소자(1)에 생기는 시각에 대응하는 위상차의 상기 광학 위상차판(2, 3)에 의한 보상 기능과 함께, 액정층(8)의 분할에 의한 보상 기능, 또한 백계조시의 액정 인가 전압을 상기 범위로 설정함에 따른 보상 기능에 의해 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 생기는 반전 현상을 억제함과 함께, 그 때의 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 거의 균일하게 억제하고, 또한 시각에 의존한 반시각 방향의 백계조시(노멀리 화이트 표시이므로)에 발생하는 반전 현상을 특히 효과적으로 개선하는 것도 가능하여, 고품질의 화상을 표시할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 액정 표시 장치에서도 액정층(8)에서의 액정 재료로서, 파장 550㎚의 빛에 대한 굴절율 이방성 △n(550)이 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위로 설계된 것을, 보다 바람직하게는 상기 △n(550)이 0.070이상 0.095이하의 범위로 설계된 액정 재료를 이용함으로써, 광학 위상차판(2, 3)에 의한 위상차의 보상 기능, 및 백계조시의 액정 인가 전압을 상기 범위로 설정함에 따른 보상 기능에 더해 반시각 방향의 콘트라스트비의 저하, 좌우 방향의 반전 현상을 더 한층 개선하는 것이 가능해진다.
또, 여기서도 노멀리 화이트 표시의 액정 표시 장치를 예시하여 설명했지만, 노멀리 블랙 표시의 액정 표시 장치에서도, 광학 위상차판(2, 3)에 의한 보상 효과에 맞춰, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가하여 얻을 수 있는 중간조를 표시(흑계조)하기 위한 액정 인가 전압을, 당해 중간조로 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정하고, 이것에 의한 보상 효과를 얻음으로써, 상기 바와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술된 제1 실시 형태와 마찬가지로 단순 매트릭스 방식의 액정 표시 장치 이외에, TFT 등의 능동 스위칭 소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 액정 표시 장치에 대해서도 적용이 가능하다.
다음에, 본 제1 실시 형태, 제2 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 실시예를, 비교예와 함께 도 1, 및 도 6 내지 도 11a, 도 11b, 및 도 11c를 이용하여 이하에 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 도 6에 도시한 바와 같이 수광 소자(21), 증폭기(22) 및 기록 장치(23)를 구비한 측정계를 이용하여, 액정 표시 장치의 시각 의존성을 측정하였다. 액정 표시 장치의 액정 셀(16)은, 상기 유리 기판(9)측의 면(16a)이 직교 좌표 xyz의 기준면 x-y에 위치하도록 설치되어 있다. 수광 소자(21)는 일정한 입체 수광각으로 수광할 수 있는 소자이고, 면(16a)에 수직인 z 방향에 대해 각도 φ(시각)을 이루는 방향에서의, 좌표 원점으로부터 소정 거리를 둔 위치에 배치되어 있다.
측정시에는, 본 측정계에 설치된 액정 셀(16)에 대해 면(16a)의 반대측의 면으로부터 파장 550㎚의 단색광을 조사한다. 액정 셀(16)을 투과한 단색광의 일부는, 수광 소자(21)에 입사한다. 수광 소자(21)의 출력은, 증폭기(22)로 소정의 레벨로 증폭된 후, 파형 메모리, 레코더 등의 기록 장치(23)에 의해 기록된다.
여기서는, 도 1의 액정 표시 장치에서의 액정 셀(16)의 배향막(11, 14)에 일본 합성 고무사 제조의 옵토머 AL(상품명)을 이용하고, 제1 분할부(8a) : 제2 분할부(8b)가 6:4, 17:3, 19:1로 설정된 액정 재료를 액정층(8)에 이용하고, 셀 두께(액정층(8)의 두께)를 5㎛로 한 3개의 샘플 #1∼#3을 준비하였다.
샘플 #1∼#3에서의 광학 위상차판(2, 3)으로서는, 투명한 지지체(예를 들면, 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 등)에 디스코틱 액정을 도포하고, 디스코틱 액정을 경사 배향시켜 가교하여 형성하여 이루어진, 상술된 제1 지연치가 0㎚, 상술된 제2 지연치가 100㎚이고, 도 3에 도시한 주굴절율 nb의 방향이 xyz축 좌표에서의 z축 방향에 대해 화살표 A로 도시한 방향으로 약 20。가 되도록 기울어 있고, 마찬가지로 주굴절율 nc의 방향이 x축에 대해 화살표 B로 도시한 방향으로 약 20。의 각도를 이루는 것(즉, 굴절율 타원체의 경사 각도θ=20。의 것)을 이용하였다.
이러한 샘플 #1∼#3을, 도 6에 도시하는 측정계에 설치하여 수광 소자(21)가 일정한 각도φ로 고정된 경우의, 샘플 #1∼#3에의 인가 전압에 대한 수광 소자(21)의 출력 레벨을 측정하였다.
측정은, 30。의 각도φ가 되도록 수광 소자(21)를 배치하고, y방향이 화면의 상측이고 x방향이 화면의 좌측이라고 가정하여, 수광 소자(21)의 배치 위치를 상측 방향, 하측 방향, 좌측 방향, 우측 방향으로 각각 바꿔 행해졌다. 또한, z축 방향으로 수광 소자(21)를 배치한 상태에서도 행해졌다.
그 결과를, 도 7a∼도 7c에 도시한다. 도 7a∼도 7c는 샘플 #1∼샘플 #3에 인가되는 전압에 대한 빛의 투과율(투과율-액정 인가 전압 특성)을 나타낸 그래프이다. 도 7a가 분할비 6:4의 샘플 #1의 측정 결과이고, 도 7b가 분할비 17:3의 샘플 #2, 도 7c가 분할비 19:1의 샘플 #3의 측정 결과이다.
상기 (a)∼(c)에서, 실선으로 나타내는 곡선 L1은 z축 방향, 파선으로 나타내는 곡선 L2는 하측 방향, 점선으로 나타내는 곡선 L3은 우측 방향, 일점 쇄선으로 나타내는 곡선 L4는 상측 방향, 이점 쇄선으로 나타내는 곡선 L5는 좌측 방향의 특성을 각각 나타내고 있다.
도 7b로부터 알 수 있듯이, 분할비 17:3의 샘플 #2에서는 중간조 표시 영역에서의 투과율-인가 전압 특성에서 곡선 L2, L3, L4, L5가 곡선 L1에 근접하고 있는 것이 확인되었다. 그렇기 때문에, 중간조 표시 영역에서는, 화면의 상하좌우의 어느쪽 방향으로 시각을 기울여도 거의 동일한 시각 특성을 얻을 수 있다.
하측 방향의 측정에서는, 온 상태에서 투과율이 거의 7%라는 낮은 일정치로 유지되어, 반전 현상이 확인되지 않았다. 또한, 상측 방향의 측정에서는 온 형태에서 투과율이 하측 방향으로부터 측정된 투과율보다 낮은 값으로 충분히 저하하는 것이 확인되었다.
도 7a, 도 7c에 도시된 샘플 #1, 샘플 #3에서도, 대강 상기한 바와 동일한 시각 특성의 개선이 확인되었다.
구체적으로는, 도 7a에 도시한 바와 같이, 분할비가 6:4로부터, 중간조 표시 영역 및 온상태에서 곡선 L2(하측 방향)와 곡선 L4(상측 방향)가 근접하는 경향이 나타나기 시작하고, 분할비가 커짐에 따라 그 경향이 강해진다. 한편, 도 7c에 도시한 바와 같이 분할비가 19:1로부터, 곡선 L2(하측 방향)가 곡선 L1(z축 방향)에 근접하는 경향이 나타나기 시작하고, 분할비가 작아짐에 따라 그 경향이 강해진다. 이에 따라, 하측 방향(정시각 방향)에 대해 표시 화상이 검게 뭉게지는 현상은 억제된다.
또한, 미세하게 분할비를 변화시켜 조사한 결과, 분할비가 7:3 내지 9:1의 범위로 설정되어 있는 경우에는, 상기 17:3의 경우와 같이 하측 방향과 상측 방향에서 균형을 취한, 양호한 시각 특성의 개선이 보이는 것이 확인되었다.
또, 본 액정 표시 장치에서는 액정 표시 소자(1)의 양측에 2매의 광학 위상차판(2, 3)이 설치되지만, 어느 1매만이라도 상기한 바와 같은 시각 특성을 얻을 수 있다. 1매의 경우, 상하 방향의 시각 특성은 밸런스를 잡아 개선되지만, 좌우 방향의 시각 특성은 비대칭이 된다. 이에 대해, 2매의 경우, 상하 방향의 시각 특성은 1매의 경우와 마찬가지로 개선됨과 함께 좌우 방향의 시각 특성도 대칭이 되어, 상하 방향과 마찬가지로 개선된다.
여기서, 비교를 위해 제1 분할부(8a) : 제2 분할부(8b)가 1:1로 설정된 비교용의 샘플 #101을 작성하여 마찬가지로 도 6에 도시하는 측정계에 설치하여, 시각 의존성을 측정하였다. 그 결과를 투과율-인가 전압 특성의 그래프를 도 8에 도시한다.
본 그래프에서, 실선으로 나타내는 곡선 L11은 z축 방향, 파선으로 나타내는 곡선 L12는 하측 방향, 점선으로 나타내는 곡선 L13은 우측 방향, 일점 쇄선으로 나타내는 곡선 L14는 상측 방향, 이점 쇄선으로 나타내는 곡선 L15는 좌측 방향의 특성을 각각 나타내고 있다.
이 결과로부터, 좌우 방향에 대해서는, 온 상태에서 충분히 낮은 투과율을 얻을 수 있고, 시각 특성에 문제는 없는 것이 확인되었다. 이에 대해, 상하 방향에 대해서는 온 형태에서 충분히 투과율이 저하하지 않는 것이 확인되었다. 이와 같이, 본 비교예의 액정 표시 장치는 상하 방향으로 시각 의존성을 갖고 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 도 1의 액정 표시 장치에서의 액정 셀(16)의 배향막(11, 14)에, 일본 합성 고무사 제조의 옵티머 AL(상품명)을 이용하고, 상기 배향막(11, 14)에 대해 프리틸트각이 2.0。, 4.0。, 6.0。, 8.0。, 14.0。, 15.0。, 16.0。가 되는 액정 재료를 이용하여, 셀 두께(액정층(8)의 두께)를 5㎛로 한 7개의 샘플 #11∼샘플 #17을 준비하였다. 또, 액정층(8)에서의 제1 분할부(8a) : 제2 분할부(8b)는 17:3으로 하였다.
이들 샘플 #11∼#17의 프리틸트각의 측정은, 샘플 #11∼샘플 #17의 재료를 주입한 동종 셀을 작성하고, 프리틸트각 측정 장치 NSMAP-3000LCD(시그마光機社製)로 측정하였다.
또한, 샘플 #11∼샘플 #17에서의 광학 위상차판(2, 3)으로서는 디스코틱 액정을 경사 배향한 상술된 실시예 1에서의 광학 위상차판(2, 3)과 동일한 것을 이용하였다.
이들 샘플 #11∼샘플 #17에 대해 백계조시의 인가 전압을 여러가지로 바꿔, 백색광의 밑에서 눈으로 확인하는 시험을 행한 결과를 표1∼표7에 나타낸다.
백계조시의 전압 설정 : 오프 상태의 투과율의 100%가 되는 전압치
시각(θ) 프리틸트각(°)
2.0 4.0 6.0 8.0 14.0 15.0 16.0
#11 #12 #13 #14 #15 #16 #17
50° ×1 ○ ○ ○ ○ ○ ×2
60° ×1 ○ ○ ○ ○ ○ ×2
70° ×1 △2 △1 ○ ○ ×2 ×2
(표 중, ○ : 반시각 방향의 계조 반전 없음, △1: 계조는 뭉게지지만 반시각 방향의 계조 반전은 없어 사용할 수 있을 정도, △2: 사용할 수 있을 정도의 반시각 방향의 계조 반전 있음, ×1: 반시각 방향의 계조 반전 있음, ×2: 정시각 방향에서 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 있음)
표 1은, 백계조를 얻기 위한 액정 인가 전압으로서, 액정에의 인가 전압이 제로인 오프 상태에서의, 액정 셀(16) 표면의 법선 방향의 투과율을 100%로서 그 100%의 투과율을 법선 방향에서 얻는 값을 개개의 샘플마다 설정하여, 백계조시의 표시 상태를 조사한 결과이다.
표 1에서, 투과율을 100%로 하여 백계조시의 전압을 설정한 경우, 프리틸트각을 8.0。, 14.0。 로 한 샘플 #14, 샘플 #15에서는 시각을 70。로 하여 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않아 양호한 화질이었다.
또한, 프리틸트각을 6.0。로 한 샘플 #13에서는 시각 60。까지는 전혀 문제가 없는, 양호한 화질이었다. 시각 70。에서는 반시각 방향에서 약간 계조가 뭉게지지만, 계조 반전은 확인되지 않고 사용에는 충분한 화질이었다.
또한, 프리틸트각을 4.0。로 한 샘플 #12에서는 시각 60。까지는 전혀 문제가 없어, 양호한 화질이었다. 시각 70。에서는 계조 반전이 확인되었지만, 이것은 사용할 수 있을 것이었다.
프리틸트각을 15.0。로 한 샘플 #16에서는 시각 60。까지는 양호한 화질이었지만, 시각70。로 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도가 저하하는 것이 확인되었다.
한편, 프리틸트각을 2.0。로 한 샘플 #11에서는 시각 50。에서 조차 반시각 방향에서 본 경우에 계조 반전이 확인되고, 또한 프리틸트각을 16.0°로 한 샘플 #17에서는 시각 50。에서 조차 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
백계조시의 전압 설정 : 오프 상태의 투과율의 97%가 되는 전압치
시각(θ) 프리틸트각(°)
2.0 4.0 6.0 8.0 14.0 15.0 16.0
#11 #12 #13 #14 #15 #16 #17
50° ×1 ○ ○ ○ ○ ○ ×2
60° ×1 △1 ○ ○ ○ ×2 ×2
70° ×1 ×1 ○ ○ ○ ×2 ×2
(표 중, ○ : 반시각 방향의 계조 반전이 없음, △1: 계조는 뭉게지지만 반시각 방향의 계조 반전은 없어 사용할 수 있을 정도, ×1: 반시각 방향의 계조 반전 있음, ×2: 정시각 방향에서 사용할 수 없을 정도의 휘도의 저하가 있음)
표 2는 오프 상태의 투과율에 대한 투과율을 97%로 하여 백계조시의 전압을 개개의 샘플마다 설정하여 조사한 결과이다.
표 2에서, 투과율을 97%로 하여 백계조시의 전압을 설정한 경우, 프리틸트각을 6.0。, 8.0。, 14.0。로 한 샘플 #13, 샘플 #14, 샘플 #15에서는 시각을 70。로 하여 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않는 양호한 화질이었다.
프리틸트각을 4.0。로 한 샘플 #12에서는 시각50°까지는 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않아 양호한 화질이었지만, 시각60。에서 계조가 뭉게졌다. 그러나, 계조 반전은 확인되지 않았으므로, 시각60。에서도 사용에 견딜 수 있는 것이었다. 프리틸트각을 15.0。 로 한 샘플 #16에서는 시각50。까지는 양호한 화질이었지만, 시각60。에서 정시각 방향에서 본 경우에, 사용할 수 없을 정도의 휘도가 저하하는 것이 확인되었다.
한편, 프리틸트각을 2.0。로 한 샘플 #11에서는 시각 50。에서 조차 반시각 방향에서 본 경우에 계조 반전이 확인되었다. 또한, 프리틸트각을 16.0。 로 한 샘플 #17에서는, 시각50。에서 조차 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
백계조시의 전압 설정 : 오프 상태의 투과율의 95%가 되는 전압치
시각(θ) 프리틸트각(°)
2.0 4.0 6.0 8.0 14.0 15.0 16.0
#11 #12 #13 #14 #15 #16 #17
50° ×1 ○ ○ ○ ○ ○ ×2
60° ×1 △1 ○ ○ ○ ×2 ×2
70° ×1 ×1 ○ ○ ○ ×2 ×2
(표 중, ○ : 반시각 방향의 계조 반전 없음, △1: 계조는 뭉게지지만 반시각 방향의 계조 반전은 없어 사용할 수 있을 정도, ×1: 반시각 방향의 계조 반전이 있음, ×2: 정시각 방향에서 사용할 수 없을 정도의 휘도의 저하가 있음)
표 3은, 오프 상태의 투과율에 대한 투과율을 95%로 하여 백계조시의 전압을 개개의 샘플마다 설정하여 조사한 결과이다. 이것은, 투과율을 97%로 하여 전압 설정을 행한 표 2와 동일한 결과였다.
백계조시의 전압 설정 : 오프 상태의 투과율의 92%가 되는 전압치
시각(θ) 프리틸트각(°)
2.0 4.0 6.0 8.0 14.0 15.0 16.0
#11 #12 #13 #14 #15 #16 #17
50° △2 ○ ○ ○ ○ ○ ×2
60° ×1 ○ ○ ○ ○ ×2 ×2
70° ×1 △2 ○ ○ ○ ×2 ×2
(표 중, ○ : 반시각 방향의 계조 반전이 없음, △2: 사용할 수 있을 정도의 반시각 방향의 계조 반전이 있음, ×1: 반시각 방향의 계조 반전이 있음, ×2: 정시각 방향에서 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 있음)
표 4는, 오프 상태의 투과율에 대한 투과율을 92%로 하여 백계조시의 전압을 개개의 샘플마다 설정하여 조사한 결과이다.
표 4에서, 투과율을 92%로 하여 백계조시의 전압을 설정한 경우, 프리틸트각을 6.0。, 8.0。, 14.0。 로 한 샘플 #13, 샘플 #14, 샘플 #15에서는 시각을 70。로 하여 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않는 양호한 화질이었다.
프리틸트각을 4.0。 로 한 샘플 #12에서는 시각 60。까지는 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않는 양호한 화질이었지만, 시각 70。에서 계조가 반전하였다. 그러나, 사용할 수 있을 정도의 것이었다. 프리틸트각을 15.0。로 한 샘플 #16에서는 시각 50。까지는 양호한 화질이었지만, 시각 60。에서 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도가 저하하는 것이 확인되었다. 프리틸트각을 2.0。로 한 샘플 #11에서는 시각 50。에서 계조가 반전했지만, 사용할 수 있을 정도의 것이었다.
한편, 프리틸트각을 16.0。 로 한 샘플 #17에서는 시각 50。에서 조차 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
백계조시의 전압 설정 : 오프 상태의 투과율의 90%가 되는 전압치
시각(θ) 프리틸트각(°)
2.0 4.0 6.0 8.0 14.0 15.0 16.0
#11 #12 #13 #14 #15 #16 #17
50° △1 ○ ○ ○ ○ △3 ×2
60° △2 ○ ○ ○ △3 ×2 ×2
70° ×1 △1 ○ ○ ×2 ×2 ×2
(표 중, ○ : 반시각 방향의 계조 반전이 없음, △1: 계조는 뭉게지지만 반시각 방향의 계조 반전은 없어 사용할 수 있을 정도, △2: 사용할 수 있을 정도의 반시각 방향의 계조 반전이 있음, △3: 정시각 방향에서 사용할 수 있을 정도의 휘도 저하가 있음, ×1: 반시각 방향의 계조 반전이 있음, △2: 정시각 방향에서 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 있음)
표 5는, 오프 상태의 투과율에 대한 투과율을 90%로 하여 백계조시의 전압을 개개의 샘플마다 설정하여 조사한 결과이다.
표 5에서, 투과율을 90%로 하여 백계조시의 전압을 설정한 경우, 프리틸트각을 6.0。, 8.0。 로 한 샘플 #13, 샘플 #14에서는 시각을 70。로 하여 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않는 양호한 화질이었다.
프리틸트각을 14.0。로 한 샘플 #15에서는, 시각50。까지는 양호한 화질이었지만, 시각60。에서 정시각 방향에서 본 경우에 휘도가 저하하는 것이 확인되었다. 그러나, 이 휘도 저하는 사용할 수 있을 정도의 것이었다. 프리틸트각을 4.0。로 한 샘플 #12에서는 시각60。까지는 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않아 양호한 화질이지만, 시각70。에서 계조가 뭉게졌다. 그러나, 계조 반전은 없고, 사용할 수 있을 정도의 것이었다. 프리틸트각을 15.0。로 한 샘플 #16에서는 시각 50。에서 정시각 방향에서 본 경우에 휘도가 저하하는 것이 확인되었지만, 이 휘도 저하는 사용할 수 있을 정도의 것이었다. 프리틸트각을 2.0。로 한 샘플 #11에서는 시각 50。에서 계조가 뭉게지고, 시각 60。에서 계조가 반전했지만, 어느 경우나 사용할 수 있을 정도의 것이었다.
한편, 프리틸트각을 16.0。로 한 샘플 #17에서는 시각 50。에서만 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
백계조시의 전압 설정 : 오프상태의 투과율의 87%가 되는 전압치
시각(θ) 프리틸트각(°)
2.0 4.0 6.0 8.0 14.0 15.0 16.0
#11 #12 #13 #14 #15 #16 #17
50° ○ ○ ○ ○ △3 △2 ×2
60° △3 △3 △3 △3 △3 ×2 ×2
70° ×2 ×2 ×2 ×2 ×2 ×2 ×2
(표 중, ○ : 반시각 방향의 계조 반전이 없음, △3: 정시각 방향에서 사용할 수 있을 정도의 휘도 저하가 있음, ×2: 정시각 방향에서 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 있음)
표 6은, 오프 상태의 투과율에 대한 투과율을 87%로 하여 백계조시의 전압을 개개의 샘플마다 설정하여 조사한 결과이다.
표 6에서, 투과율을 87%로 하여 백계조시의 전압을 설정한 경우, 프리틸트각을 4.0。, 6.0。, 8.0。로 한 샘플 #12, 샘플 #13, 샘플 #14에서는 시각 50。까지는 양호한 화질이었지만, 시각 60。에서 정시각 방향에서 본 경우에 휘도가 저하하는 것이 확인되었다. 그러나, 이 휘도 저하는 사용할 수 있을 정도의 것이었다. 또, 시각 70。에서는, 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
프리틸트각을 14.0。로 한 샘플 #15에서는 시각 50。, 시각 60。에서 정시각 방향에서 본 경우에 휘도가 저하하는 것이 확인되었지만, 사용할 수 있을 정도의 것이었다. 또, 시각 70。에서는 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
프리틸트각을 15.0。, 16.0。로 한 샘플 #16, 샘플 #17에서는, 시각 50。에서만 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
프리틸트각을 2.0로 한 샘플 #11에서는 시각 50。까지는 반시각 방향에서 보아도 계조 반전은 확인되지 않아 양호한 화질이었지만, 시각 60。에서 정시각 방향에서 본 경우에 휘도 저하가 확인되었다. 그러나, 사용할 수 있을 정도의 것이었다. 또, 시각 70。에서는 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
백계조시의 전압 설정 : 오프 상태의 투과율의 85%가 되는 전압치
시각(θ) 프리틸트각(°)
2.0 4.0 6.0 8.0 14.0 15.0 16.0
#11 #12 #13 #14 #15 #16 #17
50° △3 ×3 ×3 ×3 ×3 ×3 ×3
60° ×3 ×3 ×3 ×3 ×3 ×3 ×3
70° ×3 ×3 ×3 ×3 ×3 ×3 ×3
(표 중, △3: 정시각 방향에서 사용할 수 있을 정도의 휘도 저하가 있음, ×3정시각 방향, 좌우 방향에서 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 있음)
표 7은 오프 상태의 투과율에 대한 투과율을 85%로 하여 백계조시의 전압을 개개의 샘플마다 설정하여 조사한 결과이다.
표 7에서, 투과율을 85%로 하여 백계조시의 전압을 설정한 경우, 프리틸트각을 4.0。, 6.0。, 8.0。, 14.0。, 15.0。, 16.0。로 한 샘플 #12, 샘플 #13, 샘플 #14, 샘플 #15, 샘플 #16, 샘플 #17에서는 시각 50。에서만 정시각 방향, 좌우 방향에서 본경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
한편, 프리틸트각을 2.0로 한 샘플 #11에서는 시각50。에서 정시각 방향에서 본 경우에 휘도 저하가 확인되었지만, 사용할 수 있는 것이었다. 또, 시각60。에서는 정시각 방향에서 본 경우에 사용할 수 없을 정도의 휘도 저하가 확인되었다.
즉, 표 1∼표 7에서, 프리틸트각을 조정하는 것, 혹은 백계조시의 투과율을 조정함으로써 반시각 방향의 계조 반전을 개선할 수 있다. 그 경우, 백계조의 투과율로서 통상 설정되는 95%∼97%정도에서는 프리틸트각을 4。보다 크고 15。 미만의 범위로 함으로써, 시각50。에서 반시각 방향의 계조 반전을 개선하고, 또한 정시각 방향의 휘도 저하도 없는 양호한 표시를 할 수 있다. 그리고, 또한 6。 이상 14。 이하의 범위로 함으로써, 광 시야각의 시각70。에서도 반시각 방향의 계조 반전을 개선하고, 또한 정시각 방향의 휘도 저하도 없는 양호한 표시로 할 수 있다.
또한, 통상 설정되는 4。∼14。의 프리틸트각에서는 백계조시의 투과율로 하여 85%보다 큰 투과율을 얻도록 함으로써, 시각 50。에서 반시각 방향의 계조 반전을 개선하고, 또한 정시각 방향의 휘도 저하도 없는 양호한 표시로 할 수 있다. 그리고, 또한 90% 이상 97% 이하의 범위에 드는 투과율을 얻도록 함으로써, 넓은 시야각의 시각 70。에서도 반시각 방향의 계조 반전을 개선하고, 또한 정시각 방향의 휘도 저하도 없는 양호한 표시를 할 수 있다.
또한, 프리틸트각의 조정과 백계조시의 투과율의 조정을 조합함으로써 또한 개선의 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 상기한 바와 같은 샘플 #11과 샘플 #14에 대해 도 6에 도시한 바와 같이 수광 소자(21), 증폭기(22) 및 기록 장치(23)를 구비한 측정계를 이용하여 액정 표시 장치의 시각 의존성을 조사하였다.
이 측정계에서, 액정 표시 장치의 액정 셀(16)은 상기 유리 기판(9)측의 면(16a)이 직교 좌표 xyz의 기준면 x-y에 위치하도록 설치된다. 수광 소자(21)는 일정한 입체 수광각으로 수광할 수 있는 소자이고, 면(16a)에 수직인 z방향에 대해 각도φ(시각)을 이루는 방향에서의, 좌표 원점으로부터 소정 거리를 둔 위치에 배치되어 있다.
측정시에는, 본 측정계에 설치된 액정 셀(16)에 대해 면(16a)의 반대측의 면으로부터 파장 550㎚의 단색광을 조사한다. 액정 셀(16)을 투과한 단색광의 일부는 수광 소자(21)로 입사한다. 수광 소자(21)의 출력은 증폭기(22)로 소정의 레벨로 증폭시킨 후, 파형 메모리, 레코더 등의 기록 장치(23)에 의해 기록된다.
여기서는, 수광 소자(21)가 일정한 각도φ로 고정된 경우의, 상기 실시예 샘플 #11, 샘플 #14에의 인가 전압에 대한 수광 소자(21)의 출력 레벨을 측정하였다.
측정은, 50。의 각도 φ가 되도록 수광 소자(21)를 배치하고, y방향이 화면의 좌측이고, x방향이 화면의 하측(정시각 방향)이라고 가정하여 수광 소자(21)의 배치 위치를 상측 방향(반시각 방향), 하측 방향(정시각 방향), 좌측 방향, 우측 방향으로 각각 바꿔 행해졌다.
그 결과를 도 9a∼도 9c에 도시한다. 도 9a∼도 9c는 프리틸트각을 8.0。로 한 샘플 #14 및 프리틸트각을 2.0。로 한 샘플 #11에 인가되는 전압에 대한 빛의 투과율(투과율-액정 인가 전압 특성)을 나타낸 그래프이다.
도 9a가 도 5의 상측 방향으로부터 측정을 행한 결과이고, 도 9b가 도 5의 하측 방향, 도 9c가 좌측 방향에서 측정을 각각 행한 결과이다. 또한, 우측 방향으로부터의 측정도 도 9c와 동일하였다. 이하, 좌측 방향, 우측 방향을, 횡측 방향이라고 총칭한다.
도 9a에서, 일점 쇄선으로 도시하는 곡선 L21은 정면, 즉 표면의 법선 방향으로부터 측정한 결과이고, 샘플 #11, #14 모두 동일한 투과율-액정 인가 전압 특성이 된다.
도 9a∼도 9c에서, 실선으로 나타내는 L22, L24, L26이 샘플 #14의 것으로, 파선으로 도시하는 곡선 L23, L25, L27이 샘플 #11의 것이다.
샘플 #14 및 샘플 #11에 대해 상측 방향의 투과율-액정 인가 전압 특성을 비교한 경우, 도 9a에서 샘플 #11의 곡선 L23은 1V 부근으로부터 2V 부근에 걸쳐 투과율이 한번 상승한 후 하강하는 혹 형태를 가지고 있는데 비해, 샘플 #14의 곡선 L22는 1V 부근으로부터 2V 부근에 걸쳐 투과율이 거의 일정하고, 혹 형태가 소멸하여, 반전 현상이 없는 것이 확인되었다.
또한, 도 9b, 도 9c에서 하측 방향 및 횡측 방향의 투과율-액정 인가 전압 특성을 비교하면, 샘플 #14의 곡선 L24, L26은 각각 샘플 #11의 곡선 L25, L27에 대해 약간 빠르게 투과율이 떨어지기 시작하는 것을 나타내고 있지만, 도 9b에서는 2V 부근, 도 9c에서는 2.7V 부근에서 샘플 #14와 샘플 #11의 투과율은 거의 일치하고 있고, 프리틸트각이 8.0。로 커짐에 따른 악영향은 없는 것을 확인할 수 있다.
또한, 광학 위상차판(2, 3)으로서 투명한 지지체에 디스코틱 액정을 하이브리드 배향시킨 것 외에는, 상기 샘플 #11∼샘플 #17과 동일한 샘플에 대해서도, 상기한 바와 같은 결과를 얻을 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 도 1의 액정 표시 장치에서의 액정 셀(16)의 배향막(11, 14)에, 일본 합성 고무사 제조의 옵토머 AL(상품명)을 이용하고, 상기 배향막(11, 14)에 대해 프리틸트각이 6。이고, 또한 파장 550㎚에서의 굴절율 이방성 △n(550)이 각각 0.070, 0.080, 0.095로 설정된 액정 재료를 액정층(8)(분할비 17:3)에 이용하고, 셀 두께(액정층(8)의 두께)를 5㎛로 한 3개의 샘플 #21∼샘플 #23을 준비하였다.
또한, 프리틸트각의 측정은 샘플 #21∼샘플 #23의 재료를 주입한 동종 셀을 작성하여, 프리틸트각 측정 장치 NSMAP-3000으로써 행하였다.
또한, 샘플 #21∼샘플 #23에서의 광학 위상차판(2, 3)으로서는, 디스코틱 액정을 경사 배향시킨 상술한 실시예 1에서의 광학 위상차판(2, 3)과 동일한 것을 이용하였다.
이러한 샘플 #21∼샘플 #23을 도 6에 도시하는 측정계에 설치하여, 수광 소자(21)가 일정한 각도φ로 고정된 경우의, 샘플 #21∼샘플 #23에의 인가 전압에 대한 수광 소자(21)의 출력 레벨을 측정하였다.
측정은, 50。의 각도φ가 되도록 수광 소자(21)를 배치하고, y방향이 화면의 좌측이고, x 방향이 화면의 하측(정시각 방향)이라고 가정하여, 수광 소자(21)의 배치 위치를 상측 방향(반시각 방향), 좌측 방향, 우측 방향으로 각각 바꿔 행해졌다.
그 결과를, 도 10a∼도 10c에 도시한다. 도 10a∼도 10c는 샘플 #31에 인가되는 전압에 대한 빛의 투과율(투과율-액정 인가 전압 특성)을 나타낸 그래프이다.
도 10a∼도 10c에서, 각각 일점 쇄선으로 도시하는 곡선 L31, L34, L37이 액정층(8)에 △n(550)=0.070의 액정 재료를 이용한 샘플 #21의 것이고, 실선으로 도시하는 곡선 L32, L35, L38이 액정층(8)에 △n(550)=0.080의 액정 재료를 이용한 샘플 #22의 것이고, 파선으로 나타내는 곡선 L33, L36, L39가 액정층(8)에 △n(550) =0.095의 액정 재료를 이용한 샘플 #23의 것이다.
또한, 실시예에 대한 비교예로서, 도 1의 액정 셀(16)에서의 액정층(8)(분할비17 : 3)에 파장 550㎚에서의 굴절율 이방성 △n(550)이 각각 0.060, 0.120에 설정된 액정 재료를 이용한 것 외에는 실시예와 동일한 2개의 비교용의 샘플 #201, 샘플 #202를 준비하여, 도 6에 도시하는 측정계에 설치하여 본 실시예와 동일한 방법으로 수광 소자(21)가 일정한 각도φ로 고정된 경우의 샘플 #201, 샘플 #202에의 인가 전압에 대한 수광 소자(21)의 출력 레벨을 측정하였다.
측정은 본 실시예와 마찬가지로, 50。의 각도 φ가 되도록 수광 소자(21)를 배치하여, y방향이 화면의 상측이고, x방향이 화면의 하측(정시각 방향)이라고 가정하여, 수광 소자(21)의 배치 위치를 상측 방향, 우측 방향, 좌측 방향으로 각각 바꿔 행해졌다.
그 결과를 도 11a∼도 11c에 도시한다. 도 11a∼도 11c는 비교용의 샘플 #201, 샘플 #202에 인가되는 전압에 대한 광의 투과율(투과율-액정 인가 전압 특성)을 나타낸 그래프이다.
도 11a가 도 5의 상측 방향으로부터의 측정을 행한 결과이고, 도 11b가 도 5의 우측 방향, 도 11c가 좌측 방향에서의 측정을 각각 행한 결과이다.
도 11a ∼ 도 11c에서, 각각 실선으로 나타내는 곡선 L40, L42, L44가 액정층(8)에 △n(550)=0.060의 액정 재료를 이용한 샘플 #201의 것이고, 파선으로 나타내는 곡선 L41, L43, L45가 액정층(8)에 △n(550)이 0.120의 액정 재료를 이용한 샘플 #202의 것이다.
샘플 #21∼#23과 샘플 #201, 샘플 #202에 대해 상측 방향의 투과율-액정 인가 전압 특성을 비교한 경우, 도 10a에서는 곡선L31, L32, L33 모두 전압을 높임에 따라 투과율로부터 충분히 저하하는 것이 확인되었다. 이에 대해, 도 11a에서는 곡선 L41은 도 10a의 곡선 L31, L32, L33과 비교하여 전압을 높여도 충분히 투과율이 내려가지 않는다. 또한, 곡선 L40은 전압을 높임에 따라 투과율은 한번 저하한 후 다시 상승하는 반전 현상이 확인되었다.
마찬가지로, 샘플 #21∼샘플 #23과 샘플 #201, 샘플 #202에 대해 우측 방향의 투과율-액정 인가 전압 특성을 비교한 경우, 도 10b에서는 곡선 L34, L35, L36 모두 전압을 높여가면 투과율은 거의 0근처가 될 때까지 저하하는 것이 확인되었다. 또한, 도 11b에서도 곡선 L42는 전압을 높여가면, 도 10b와 마찬가지로 투과율이 거의 0근처가 될 때까지 저하하지만, 곡선 L43에 대해서는 상기 반전 현상이 확인되었다.
마찬가지로, 샘플 #21∼샘플 #23과 샘플 #201, 샘플 #202에 대해 좌측 방향의 경우라도 우측 방향과 마찬가지로 도 10c의 곡선 L37, L38, L39 및 도 11c의 곡선 L44는 전압을 높여가면, 전부 투과율은 거의 0 근처가 될 때까지 저하하지만, 도 11c의 곡선 L45만 반전 현상이 확인되었다.
또한, 샘플 #21∼샘플 #23과 샘플 #201, 샘플 #202에 대해 백색광을 기초로 육안 확인을 행하였다.
샘플 #21∼샘플 #23 및 샘플 #201에 대해서는, 시각을 50。로 하여 어떤 방향에서 보아도, 착색은 확인되지 않아 양호한 화질이었다. 이에 대해, 샘플 #202에 대해서는 시각을 50。로 하여 좌우 방향에서 본 경우에, 노란 색으로부터 주황색으로 착색되어 있는 것이 확인되었다.
이상의 결과로부터, 도 10a∼도 10c로 도시한 바와 같이 액정층(8)에 파장 550㎚에서의 굴절율 이방성 △n(550)이 각각 0.070, 0.080, 0.095에 설정된 액정 재료를 이용한 경우에는 전압을 인가해 가면 투과율은 충분히 저하하고, 반전 현상도 보이지 않기 때문에, 시야각이 확대되고, 또한 착색 현상도 없어져 액정 표시 장치의 표시 품위가 각별히 향상되는 것을 알 수 있다.
그에 대해, 도 11a∼도 11c로 도시한 바와 같이, 액정층(8)에 파장 550㎚에서의 굴절율 이방성 △n(550)이 각각 0.060, 0.120에 설정된 액정 재료를 이용한 경우에는 시각 의존성은 충분히 개선되지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 광학 위상차판(2, 3)으로서 투명한 지지체에 디스코틱 액정을 하이브리드 배향시킨 것외에는 상기 샘플 #21∼샘플 #23 및 샘플 #201, 샘플 #202와 동일한 샘플에 대해서도 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
또한, 상기 광학 위상차판(2, 3)의 굴절율 타원체의 경사 각도 θ를 변화시켜 경사 각도 θ에 대한 투과율-액정 인가 전압 특성의 의존성을 조사한 결과, 15。≤θ≤75。의 범위 내이면, 광학 위상차판(2, 3)에서의 디스코틱 액정의 배향 상태에 관계없이 기본적으로 변화하지 않았다. 또한, 상기 범위를 넘은 경우에는 반시각 방향의 시야각이 넓어지지 않은 것이 확인되었다.
또한, 상기 광학 위상차판(2, 3)의 제2 지연치를 변화시켜 제2 지연치에 대한 투과율-액정 인가 전압 특성의 의존성을 조사한 결과, 제2 지연치가 80㎚∼250㎚의 범위내이면, 광학 위상차판(2, 3)에서의 디스코틱 액정의 배향 상태에 관계없이 기본적으로 변화하지 않았다. 또한, 상기 범위를 넘은 경우에는 횡측 방향의 시야각이 넓어지지 않은 것이 확인되었다.
또한, 상기 비교용의 샘플 #201, 샘플 #202의 육안 시험의 결과를 기초로, 도 1의 액정 셀(16)에서의 액정층(8)에 파장 550㎚에서의 굴절율 이방성 △n(550)이 각각 0.065, 0.100, 0.115의 액정 재료를 이용한 것 외에는 본 실시예와 동일한 3개의 샘플 #24∼샘플 #26을 준비하여, 도 6에 도시된 측정계를 이용하여 본 실시예와 동일한 방법으로 수광 소자(21)가 일정한 각도φ로 고정된 경우의 샘플 #24∼샘플 #26에의 인가 전압에 대한 수광 소자(21)의 출력 레벨을 측정하였다. 또한, 각각 백색광을 기초로 육안 확인을 행하였다.
그 결과, 굴절율 이방성 △n(550)을 0.100로 한 샘플 #25, 및 굴절율 이방성 △n(550)을 0.115로 한 샘플 #26에서는, 각도 φ50。로 한 경우, 좌우 방향에서의 전압을 높이면 겨우 투과율의 상승이 확인되었다. 그러나, 눈으로 확인하는 데에는 반전 현상은 생기지 않고, 이 정도의 투과율의 상승은 사용할 수 있었다. 상측 방향의 결과에서는 아무런 문제가 없었다.
한편, 굴절율 이방성 △n(550)를 0.065로 한 샘플 #24에서는 도 11a에 도시한 비교용의 샘플 #201과 마찬가지로 상측 방향에서의 전압을 높이면 투과율은 한번 가라앉고나서 부상하는 것 같은 곡선이 되었지만, 샘플 #201의 것에 비교하면 투과율의 상승의 정도는 작고, 사용에 견딜 수 있는 것이었다. 좌우 방향의 결과에서는 아무런 문제가 없었다.
또한, 육안 검사에서는 샘플 #25, 샘플 #26에서는 노란색으로부터 주황색의 약간의 착색이 확인되었지만, 문제가 되지 않을 정도였다. 샘플 #24에서는 약간이기는 하지만 푸른빛을 띠는 것이 확인되었다. 그러나, 이 정도의 푸른빛도 문제가 되지 않았다.
또한, 보충하여, 샘플 #24와 샘플 #201에 대해 1V 정도의 전압을 인가하고, 액정 셀(16)의 표면의 법선 방향의 백색 표시시의 투과율을 측정하였다. 그 결과, 샘플 #201에서는 사용할 수 없을 정도의 투과율의 저하를 볼 수 있다. 이에 대해, 샘플 #24에서는 약간의 투과율의 저하가 확인되었지만, 사용할 수 있을 정도였다.
또한, 도 1의 액정 표시 장치에서의 액정 셀(16)의 배향막(11, 14)에 일본 합성고무사 제조의 옵토머 AL(상품명)을 이용하고, 상기 배향막(11, 14)에 대해 프리틸트각이 4。, 8。, 14。 가 되는 액정 재료를 액정층(8)에 각각 이용한 경우에도, 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는 대향하는 표면에 투명 전극층 및 배향막이 각각 형성된 한쌍의 투광성 기판 사이에 거의 90。 트위스트 배향된 액정층이 봉입되어 이루어지는 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자의 양측에 배치되는 한쌍의 편광자와, 상기 액정 표시 소자와 상기 편광자 사이에 적어도 1매 개재된 광학 위상차판으로서 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 na, nb, nc가 na=nc>nb라는 관계를 갖고, 표면 내의 주굴절율 na또는 nc의 방향을 축으로 하여, 표면의 법선 방향으로 평행한 주굴절율 nb의 방향과, 표면 내의 주굴절율 nc또는 na의 방향이 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 경사함으로써, 상기 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판을 구비하고, 상기 배향막이 각 화소에서의 액정층이 다른 비율로 분할된 분할 액정층을 각각 다른 방향으로 배향하고, 또한 상기 액정층에서의 액정 분자의 장축과 배향막이 이루는 각인 프리틸트각이, 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정되어 있는 구성이다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 구성에서 액정층에서의 액정 분자의 장축과 배향막이 이루는 각인 프리틸트각이, 또한 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 상기 액정 표시 장치에서는 액정 표시 소자의 위상차 변화를 광학 위상차판에 의한 보상 기능만의 경우보다도 더욱 개선하고, 특히 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 나타낸 화면에서의 반시각 방향의 계조 반전을 없애고, 화면의 시각 의존성을 더 한층 방지할 수 있다. 따라서, 이러한 광학 위상차판과 액정 표시 소자를 포함하는 액정 표시 장치는, 계조 반전 현상이나 반시각 방향의 콘트라스트비의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 다른 비율로 분할한 분할 액정층의 보상 효과에 따라 상반되는 정시각 방향의 시각 특성과 반시각 방향의 시각 특성과의 차를 없애고, 양시각 특성을 가까이 할 수 있다. 이에 따라, 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 발생하는 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 거의 균일하게 억제할 수 있다.
액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않고, 또한 상기 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하의 발생하지 않은 범위는, 구체적으로는 분할 액정층의 각각의 배향 부분에서 적어도 한 쪽의 기판 상에서의 프리틸트각을 4。 보다 크고 15。 미만의 범위로 설정하는 것이다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 구성에서 상기 분할 액정층 각각의 배향 부분에서 적어도 한쪽 기판 상에서의 프리틸트각이 4。 보다 크고 15。 미만의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 통상의 액정 표시 장치로써 요구되는 시각50。에서, 약간의 반시각 방향의 계조 반전이 발생하는 경우도 있지만, 어떤 방향에서 보아도 충분히 사용할 수 있을 정도에까지 액정 화면의 계조 반전 현상을 억제하는 것이 가능해진다.
그리고, 시각 70。인 더욱 넓은 시야각의 액정 표시 장치에서는 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않고, 또한 당해 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않은 범위란, 상기 프리틸트각을 6。 이상 14。 이하의 범위로 설정하는 것이다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 구성에서 프리틸트각이 6。 이상14。 이하의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 시각 70。인 더욱 넓은 시야각의 액정 표시 장치에서, 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 나타낸 화면에서의 반시각 방향의 계조 반전이 전혀 없는 상태를 실현할 수 있다.
그렇기 때문에, 상기 구성을 채용함으로써 종래의 액정 표시 장치에 비교하여 표시 화상의 품질을 각별히 향상시키는 효과를 발휘한다.
본 발명에 따른 별도의 액정 표시 장치는, 대향하는 표면에 투명 전극층 및 배향막이 각각 형성된 한쌍의 투광성 기판 사이에 거의 90。 트위스트 배향한 액정층이 봉입되어 이루어지는 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자의 양측에 배치되는 한쌍의 편광자와, 상기 액정 표시 소자와 상기 편광자 사이에 적어도 1매 개재된 광학 위상차판으로서, 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 na, nb, nc가 na=nc>nb라는 관계를 갖고, 표면 내의 주굴절율 na또는 nc의 방향을 축으로 하여, 표면의 법선 방향으로 평행한 주굴절율 nb의 방향과, 표면 내의 주굴절율 nc또는 na의 방향이 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 경사짐에 따라, 상기 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판을 구비하고, 상기 배향막이 각 화소에서의 액정층이 다른 비율로 분할된 분할 액정층을 각각 다른 방향으로 배향하고, 또한 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치가, 상기 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않은 범위로 설정되어 있는 구성이다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 구성에서 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치가, 또한 당해 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 상기 구성의 액정 표시 장치에서는 액정 표시 소자의 위상차 변화를 광학 위상차판에 의한 보상 기능만의 경우보다도 더욱 개선하여, 특히 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 나타낸 화면에서의 반시각 방향의 계조 반전을 없애, 화면의 시각 의존성을 더 한층 방지할 수 있다. 따라서, 이러한 광학 위상차판과 액정 표시 소자를 포함하는 액정 표시 장치는 계조 반전 현상이나 반시각 방향의 콘트라스트비의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 다른 비율로 분할된 분할 액정층의 보상 효과에 의해, 상반되는 정시각 방향의 시각 특성과 반시각 방향의 시각 특성과의 차를 없애, 양시각 특성을 가까이 할 수 있고, 이에 따라 시각을 상하 방향으로 기울였을 때에 생기는 콘트라스트의 저하 및 표시 화상이 희게 보이는 경향을 거의 균일하게 억제할 수 있다.
액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않고, 또한 당해 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않은 범위란, 구체적으로는 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치를, 액정으로 전압 인가가 없는 명상태(오프 상태) 에서의 투과율의 85%보다 큰 투과율을 얻도록 설정하는 것이다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치는, 상기 구성에서 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치가, 액정으로 전압 인가가 없는 명상태에서의 투과율의 85%보다 큰 투과율을 얻도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 통상의 액정 표시 장치에서 요구되는 시각 50。에서, 약간의 반시각 방향의 계조 반전이 발생하는 경우도 있지만, 어떤 방향에서 보아도 충분히 사용할 수 있을 정도까지 액정 화면의 계조 반전 현상을 억제하는 것이 가능해진다.
그리고, 시각 70。인 보다 넓은 시야각의 액정 표시 장치에서는, 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 발생하지 않고, 또한 당해 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하의 발생하지 않은 범위는, 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치를, 액정으로 전압 인가가 없는 명상태(오프상태)에서의 투과율의 90% 이상 97% 이하의 범위에 드는 투과율을 얻도록 설정하는 것이다.
따라서, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 구성에서 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치가 액정으로 전압 인가가 없는 명상태에서의 투과율의 90% 이상 97% 이하의 범위에 드는 투과율을 얻도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 본 발명의 액정 표시 장치에서는 시각 70。인 보다 넓은 시야각의 액정 표시 장치에서, 액정에 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 인가하여 중간 색조를 나타낸 화면에서의 반시각 방향의 계조 반전이 전혀 없는 상태를 실현할 수 있다
그렇기 때문에, 상기 발명의 구성을 채용함으로써, 종래의 액정 표시 장치에 비교하여 표시 화상의 품질을 각별히 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명에 관계되는 상기 구성의 액정 표시 장치는, 액정층에서의 액정 재료의, 파장 550㎚의 빛에 대한 굴절율 이방성 △n(550)이, 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이것은, 가시광 영역의 중심 영역이 되는 파장 550㎚의 광에 대한 액정 재료의 굴절율 이방성 △n(550)이 0.060 이하 또는 0.120 이상인 경우, 시각 방향에 따라서는 반전 현상이나 콘트라스트비의 저하가 발생하는 것이 확인되었기 때문이다. 그래서, 액정 재료의 파장 550㎚의 빛에 대한 굴절율 이방성 △n (550)을, 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위로 설정함으로써, 액정 표시 소자에 생기는 시각에 대응하는 위상차를 해소할 수 있기 때문에, 액정 화면에서 시각에 의존하여 생기는 착색 현상은 물론, 콘트라스트 변화, 좌우 방향의 반전 현상 등도 더욱 개선할 수 있다.
그렇기 때문에, 굴절율 이방성 △n(550)을 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위로 설정하는 구성을 채용함으로써, 본 발명에 따른 상기 액정 표시 장치의 표시 화상의 품질을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
이 경우, 또한 액정층에서의 액정 재료의, 파장 550㎚의 빛에 대한 굴절율 이방성 △n(550)을 0.070 이상 0.095 이하의 범위로 설정함으로써 액정 표시 소자에 생기는 시각에 대응하는 위상차를 보다 효과적으로 해소할 수 있다. 이렇게 함으로써, 본 발명에 따른 상기 구성의 액정 표시 장치보다도, 시각에 의존하여 생기는 액정 표시 화상에서의 콘트라스트 변화, 좌우 방향의 반전 현상, 착색 현상 등을 확실하게 개선하여, 매우 양호한 표시 화상의 품질을 실현할 수 있는 효과를 발휘한다.
본 발명에 따른 상기 구성의 액정 표시 장치는 모든 광학 위상차판에서 굴절율 타원체의 경사각이 15。 내지 75。 사이에 설정되어 있는 구성이다.
이와 같이, 액정 표시 장치에 개재되는 모든 광학 위상차판에서, 굴절율 타원체의 경사각을 15。로부터 75。 사이에 설정함으로써, 상술한 본 발명이 구비한 광학 위상차판에 의한 위상차의 보상 기능을 확실하게 얻을 수 있으므로, 본 발명에 따른 상기 구성의 액정 표시 장치의 시인성을 확실하게 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
본 발명에 따른 상기 구성의 액정 표시 장치는, 모든 광학 위상차판에서 주굴절율 na와 주굴절율 nb와의 차와, 광학 위상차판의 두께 d와의 곱 (na-nb)×d가, 80㎚ 내지 250㎚ 사이에 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 액정 표시 장치에 개재되는 모든 광학 위상차판에서, 주굴절율 na와 주굴절율 nb와의 차와, 광학 위상차판의 두께 d와의 곱 (na-nb)×d를, 80㎚ 내지 250㎚ 사이에 설정함으로써, 상술한 본 발명이 구비한 광학 위상차판에 의한 위상차의 보상 기능을 확실하게 얻을 수 있으므로, 본 발명에 따른 상기 구성의 액정 표시 장치의 시인성을 확실하게 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
또한, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 상기 광학 위상차판이 상기 화소 내에서 가장 큰 상기 분할 액정층에 대해 상기 배향막의 내면 근방의 액정 분자가 상기 투명 전극에 의해 전압을 인가했을 때의 경사 방향과, 굴절율 타원체의 경사 방향이 반대가 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에서, 가장 큰 분할 액정층에 대해 광학 위상차판의 표면에 대한 굴절율 타원체의 경사 방향과, 전압 인가시의 상기 액정 분자의 경사 방향이 반대이면, 그 액정 분자에 의한 광학 특성과 굴절율 타원체 즉 광학 위상차판의 광학 특성이 반대로 설정된다. 따라서, 배향막의 내면 근방의 액정 분자는 배향의 영향을 받아 전압 인가시에도 상승하지 않지만, 그 액정 분자에 의한 광학 특성의 편이를 광학 위상차판으로 보상할 수 있다.
이에 따라, 시각을 정시각 방향으로 기울였을 때에 반전 현상이 억제되고, 또한 검게 뭉게지지 않는 양호한 표시 화상을 얻을 수 있다. 또한, 시각을 반시각 방향으로 기울였을 때에 콘트라스트의 저하가 억제되므로, 흰빛을 띠지 않은 양호한 표시 화상을 얻을 수 있다. 또한, 좌우 방향에 대해 반전 현상을 억제할 수 있다.
따라서, 본 구성을 채용하면, 또한 본 발명에 따른 상기 구성의 액정 표시 장치의 시각 특성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 분할 액정층으로서 제1 분할 액정층 및 제2 분할 액정층이 설치되고, 제1 분할 액정층과 제2 분할 액정층의 크기의 비가 6:4 내지 19:1의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 굴절율 타원체의 경사 방향이 특정된 상기 구성에서, 시각 특성을 보다 확실하게 향상시킬 수 있다.
발명의 상세한 설명의 항에서 이루어지는 구체적인 실시 형태 또는 실시예는, 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로, 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되어야 하는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허 청구 범위 내에서 여러가지 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (24)

  1. 각각 배향막을 구비한 한쌍의 기판 사이에, 액정층이 봉입된 액정 표시 소자와,
    상기 액정 표시 소자의 양측에 설치된 한쌍의 편광자와,
    상기 액정 표시 소자와 상기 편광자 사이에 적어도 하나 설치되고, 그 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판을 포함하고,
    상기 배향막은, 상기 각 화소에 있어서 액정층을 상이한 볼륨의 복수의 분할부로 분할하고, 상기 분할부를 각각 다른 방향으로 배향시킴과 동시에,
    상기 액정층에서의 액정 분자의 장축과 배향막이 이루는 각인 프리틸트각이, 상기 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 상기 액정에 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 생기지 않은 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 na, nb, nc가 na=nc>nb를 만족하고, 표면 내의 주굴절율 na또는 nc를 축으로 하여, 표면의 법선 방향으로 평행한 주굴절율 nb의 방향이 표면의 법선 방향으로부터 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 기울고, 이에 따라 상기 굴절율 타원체가 경사져 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 위상차판은, 투명한 유기 고분자로 이루어지는 지지체에 디스코틱 액정이 경사 배향 또는 하이브리드 배향되고, 또한 가교되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분할부는 2개이고, 상기 배향막은 이들 분할부에 있어서 서로 반대인 프리틸트의 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프리틸트각은, 상기 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 상기 액정에 인가하여 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 발생하지 않는 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프리틸트각이 4。보다 크고 15。 미만의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프리틸트각이 6。보다 크고 14。 미만의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 각각 배향막을 구비한 한쌍의 기판 사이에, 액정층이 봉입된 액정 표시 소자와,
    상기 액정 표시 소자의 양측에 설치된 한쌍의 편광자와,
    상기 액정 표시 소자와 상기 편광자 사이에 적어도 하나 설치되고, 그 굴절율 타원체가 경사져 있는 광학 위상차판을 포함하고,
    상기 배향막은, 상기 각 화소에 있어서 액정층을 상이한 볼륨의 복수의 분할부로 분할하고, 상기 분할부를 각각 다른 방향으로 배향시킴과 동시에,
    상기 액정의 임계치 전압에 가까운 전압을 상기 액정에 인가함으로써 얻어지는 중간 색조를 표시하기 위한 인가 전압치는, 상기 중간 색조를 표시한 상태에서 반시각 방향의 계조 반전이 생기지 않는 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 굴절율 타원체의 3개의 주굴절율 na, nb, nc가 na=nc>nb를 만족하고, 표면 내의 주굴절율 na또는 nc를 축으로 하여, 표면의 법선 방향으로 평행한 주굴절율 nb의 방향이 표면의 법선 방향으로부터 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 기울고, 이에 따라 상기 굴절율 타원체가 경사져 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 인가 전압은 상기의 중간 색조를 표시한 상태에서 정시각 방향의 급격한 휘도 저하가 생기지 않는 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인가 전압은, 상기 액정으로 전압 인가가 없는 명(明)상태에서의 투과율의 85%보다 큰 투과율을 얻도록 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인가 전압은, 상기 액정으로 전압 인가가 없는 명상태에서의 투과율의 90% 이상 97% 이하의 범위에 드는 투과율을 얻도록 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 액정층에 있어서의 액정 재료의, 파장 550㎚의 광에 대한 굴절율 이방성 △n (550)이, 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 액정층에 있어서의 액정 재료의, 파장 550㎚의 광에 대한 굴절율 이방성 △n(550)이, 0.060보다 크고 0.120보다 작은 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 △n(550)이 0.070보다 크고 0.095보다 작은 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 △n(550)이 0.070보다 크고 0.095보다 작은 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광학 위상차판의 굴절율 타원체의 경사각이 15。 내지 75。 사이에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 광학 위상차판의 굴절율 타원체의 경사각이 15。 내지 75。 사이에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 광학 위상차판의 주굴절율 na와 주굴절율 nb와의 차(差)와, 상기 광학 위상차판의 두께 d와의 곱 (na-nb)×d가, 80㎚ 내지 250㎚ 사이에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 광학 위상차판의 주굴절율 na와 주굴절율 nb와의 차와, 상기 광학 위상차판의 두께 d와의 곱 (na-nb)×d가, 80㎚ 내지 250㎚ 사이에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 광학 위상판이, 상기 화소 내의 상기 분할부 중에서 가장 큰 것에 대하여, 상기 배향막의 내면 근방의 상기 액정 분자가 전압을 인가했을 때의 경사 방향과, 굴절율 타원체의 경사의 방향이 반대가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  22. 제8항에 있어서,
    상기 광학 위상판이, 상기 화소 내의 상기 분할부 중에서 가장 큰 것에 대하여, 상기 배향막의 내면 근방의 상기 액정 분자가 전압이 인가되었을 때의 경사의 방향과, 굴절율 타원체의 경사의 방향이 반대가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 분할부로서 제1 분할부와, 이것보다 볼륨이 작은 제2 분할부가 설치되고, 상기 제1 분할부와 상기 제2 분할부의 볼륨의 비가 6:4 내지 19:1의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 분할부로서 제1 분할부와, 이것보다 볼륨이 작은 제2 분할부가 설치되고, 상기 제1 분할부와 상기 제2 분할부의 볼륨의 비가 6:4 내지 19:1의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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