WO1999049359A1 - Afficheur a cristaux liquides - Google Patents

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WO1999049359A1
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Takehiro Toyooka
Tetsuya Uesaka
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Nippon Mitsubishi Oil Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a twisted nematic liquid crystal display device having improved display contrast, gradation characteristics, viewing angle characteristics of display colors, and display contrast characteristics in front.
  • TN-LCDs Actively driven nematic liquid crystal display devices
  • MIM elements are thin, light, and have low power consumption.
  • it has a picture quality comparable to that of a CRT, and is widely used as a display device for notebook computers, portable televisions, portable information terminals, and the like.
  • the display color changes when viewed obliquely due to the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules.
  • the improvement is strongly desired, and various attempts have been made for the improvement.
  • One pixel is divided and the applied voltage to each pixel is changed at a fixed ratio (halftone gray scale method).
  • One ⁇ 3 pixel is divided and the rising direction of the liquid crystal molecule in each pixel is changed.
  • Method of changing domain division method
  • method of applying horizontal electric field to liquid crystal IPS method
  • method of driving vertically aligned liquid crystal VA liquid crystal method
  • method of combining bend alignment cell and optical compensator The OCB method has been proposed, and development and trial production have been carried out.
  • TN in Normally White (NW) mode the source of LCD viewing angle issues
  • the cause is the alignment state of the liquid crystal in the cell at the time of black display with applied voltage.
  • the liquid crystal in the cell is substantially vertically aligned and optically positive uniaxial. Therefore, as an optical compensation film for widening the viewing angle, a proposal has been made to use a film having an optically negative uniaxial property in order to compensate for the positive uniaxial property during black display. Focusing on the fact that the liquid crystal in the cell has an orientation parallel or inclined to the cell interface near the interface of the alignment film even during black display, compensation is performed using a negative uniaxial film with an inclined optical axis. By doing so, a method has been proposed to further enhance the viewing angle expansion effect.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 4-349424 and Hei 6-250166 propose an optical compensation film using a cholesteric film having an inclined helical axis and an LCD using the same. ing.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-249497 and 5-3139779 propose an LCD using a negative uniaxial compensator having a tilted optical axis.
  • a multilayer thin film compensator is used.
  • an LCD using the same have been proposed.
  • an alignment film using a liquid crystal polymer having a positive uniaxial property has been proposed.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and relates to a liquid crystal display device in which a slow axis direction of a compensation film having retardation in a film plane is set at a specific position. More specifically, it improves the front contrast and adjusts the slow axis direction of the compensation film.
  • An object of the present invention is to provide a twisted nematic liquid crystal display device which has achieved a high contrast and a wide viewing angle, which have not been achieved before, without causing deterioration of the front characteristics of the liquid crystal display device due to variations.
  • the present invention provides a driving switch comprising at least one compensating film having a retardation in the film surface, a pair of transparent substrates having electrodes, and a nematic liquid crystal sandwiched between the substrates.
  • the angle between the slow axis direction in the film plane of the compensating film and the absorption axis or transmission axis of the polarizing plate is approximately 0.1 ° to 10 which is substantially parallel to the molecular orientation direction.
  • the present invention relates to a liquid crystal display device characterized by the following range.
  • the driving twisted nematic liquid crystal cell (hereinafter abbreviated as TN liquid crystal cell) used in the present invention can be classified by driving method into a simple matrix method and a TFT (Thin Film Tl) using an active element as an electrode. (Ristor) electrode, MIM (Metal Insulator Metal, and TFD; Thin F i 1 m D iod e).
  • TN liquid crystal cell used in the present invention
  • driving method into a simple matrix method and a TFT (Thin Film Tl) using an active element as an electrode. (Ristor) electrode, MIM (Metal Insulator Metal, and TFD; Thin F i 1 m D iod e).
  • the method of applying the driving voltage is applied by applying a voltage directly from an external drive circuit to the electrode inside the cell substrate, or by arranging a two-terminal non-linear element or a three-terminal active element on the electrode.
  • a method of applying a voltage by switching As the two-terminal non-linear element, a non-linear element using a ferroelectric capacitor, a diode indicating a non-linear electric resistance, M I M (Me t a 1 I n s u l a t o r
  • Examples include a TFT (Thin Film Transistor) formed on a cell substrate, a M-S (Metal-Oxide Semiconductor) array, an SO S (Silic on on Sapphire), etc. .
  • TFT Thin Film Transistor
  • M-S Metal-Oxide Semiconductor
  • SO S Silicon on on Sapphire
  • the TN liquid crystal cell used in the present invention has a ⁇ d value represented by the product of the refractive index anisotropy ( ⁇ ) of the nematic liquid crystal contained in the liquid crystal cell and the thickness (d) of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell.
  • ⁇ refractive index anisotropy
  • d thickness of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell.
  • it is preferably from 300 nm to 500 nm. If it is larger than 500 ⁇ m, the viewing angle improving effect when combined with a compensating film described later may be poor. Further, the response speed may be low, which is not desirable. If it is smaller than 300 nm, when combined with the compensation film, there is an effect of improving the viewing angle, but there is a possibility that the brightness may decrease in front.
  • the pretilt angle is 8 ° or less.
  • the twist angle of the TN liquid crystal cell used in the present invention is usually 70 ° to 110 °. It is desirable that the angle is 85 ° to 95 °.
  • the twist direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell may be either left or right.
  • the compensation film used in the present invention is an optical element having a re-set in the film plane.
  • the said retardation is usually preferably in the range of 5 to 300 nm, more preferably 10 to 200 nm. If the retardation is less than 5 nm, sufficient effect may not be obtained. If the retardation is more than 300 nm, the margin of the laminating angle of the film is remarkably reduced, which is not desirable. .
  • optical elements having retardation in the film plane include quartz, for example.
  • inorganic crystals such as calcite, polymer films and liquid crystalline films.
  • a polymer film and a liquid crystalline film are preferred from the viewpoint of easy handling, and a liquid crystalline film is particularly preferred from the viewpoint of the viewing angle characteristic effect.
  • polymer film examples include polyimide, polyamide imide, polyamide, polyether imide, polyether ether ketone, and polyether ketone.
  • plastic films such as alcohol, polypropylene, cellulosic plastics, epoxy resins, and phenol resins, and uniaxially stretched plastic films.
  • the liquid crystalline film can be obtained by forming a liquid crystalline material having optically positive or negative uniaxiality into a film.
  • a liquid crystal substance for example, a liquid crystal compound or a liquid crystal composition showing optically positive or negative uniaxiality regardless of the molecular shape such as a rod shape or a disc shape or a low molecule or a high molecule can be used. .
  • a discotic liquid crystal represented by, for example, a triphenylene derivative or a tolcene derivative is preferred from the viewpoint of the optical characteristics of the obtained film, and may be mentioned as the low-molecular liquid crystal.
  • the polymer liquid crystal for example, a main-chain polymer liquid crystal such as polyester, polyamide, polycarbonate, or polyesterimide exhibiting liquid crystallinity, or a side-chain polymer such as polyacrylate, polymethacrylate, polymalonate, or polysiloxane is used.
  • polyester is a preferable polymer liquid crystal because of ease of synthesis, orientation, glass transition point and the like.
  • the liquid crystalline film means a film obtained by forming the liquid crystalline substance into a film, and it does not matter whether the film exhibits liquid crystallinity.
  • the liquid crystalline film usually fixes the alignment state formed by the above liquid crystalline substance in the liquid crystal state by a method such as photocrosslinking, thermal crosslinking or cooling. Can be obtained.
  • the present invention is not limited by the alignment state formed by the liquid crystal material in a liquid crystal state.
  • the orientation state include cholesteric orientation, uniform tilt orientation, nematic hybrid orientation, and discotic hybrid orientation.
  • a liquid crystal film in which any alignment state is fixed can be used as a compensation film, and in particular, a liquid crystal film in which nematic hybrid alignment and discotic hybrid alignment are fixed is preferable. .
  • the position of the compensating film may be between the polarizing plate and the TN liquid crystal cell, and i or a plurality of compensating films can be arranged.
  • the rotation direction of the slow axis of the compensation film is determined by the relationship between the twist direction of the liquid crystal cell and the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate, and the slow axis of the compensation film.
  • the absorption axis or transmission axis of the polarizing plate is substantially parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the polarizing plate, and the slow axis direction of the compensation film and the film
  • the angle between the absorption axis or the transmission axis of the closest polarizing plate and the direction in which the orientation direction of the nematic liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the polarizing plate rotates toward the inside of the cell.
  • the compensating film is arranged at a predetermined angle in the forward direction, and when close to parallel, in the opposite direction.
  • the predetermined angle differs depending on the in-plane retardation of the film of the compensation film used, the cell gap of the driving cell, the torsion angle, the pretilt, the applied voltage, the elastic constant of the nematic liquid crystal forming the TN liquid crystal cell, and the like.
  • FIG. 1 shows the relationship between the absorption axis or transmission axis of the polarizing plate, the orientation direction of the nematic liquid crystal molecules constituting the TN liquid crystal cell, and the slow axis of the compensation film in the above arrangement.
  • compensation is performed using one or two compensation films. Is practically preferable. Compensation is possible even if three or more compensating films are used, but it is not so preferable because it leads to an increase in cost.
  • An example of a more specific arrangement position is as follows. However, these are only typical arrangement positions, and the present invention is not limited to these.
  • the compensation film is disposed between the polarizing plate and the TN liquid crystal cell, and may be on the upper surface side or the lower surface side of the liquid crystal cell.
  • the absorption axis or transmission axis of the polarizing plate is substantially parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the polarizing plate, and the direction of the slow axis of the compensation film and the absorption axis of the polarizing plate.
  • the angle formed by the axis or the transmission axis is such that, when viewed from the polarizing plate side, the orientation direction of the nematic liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the polarizing plate is slower than the direction in which the compensating film rotates toward the inside of the cell.
  • the axis is almost perpendicular to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the film, the liquid crystal molecules are arranged in the forward direction when the axis is close to the film, and in the reverse direction when they are almost parallel to each other so as to be within the above-mentioned predetermined angle range.
  • two sheets may be arranged on the same side, for example, between the TN liquid crystal cell and the upper polarizing plate or between the liquid crystal cell and the lower polarizing plate.
  • One sheet may be arranged between each of the upper and lower polarizing plates and the TN liquid crystal cell.
  • the two compensation films may have the same optical parameters, or may have different optical parameters.
  • each compensating film is arranged in the same manner as in the case of arranging the above-mentioned one film. That is, the absorption axis or transmission axis of each polarizing plate is substantially parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the polarizing plate, and the slow axis direction of each compensation film and each polarizing plate.
  • the angle formed by the absorption axis or transmission axis of the TN liquid crystal cell in the TN liquid crystal cell substrate closest to the polarizing plate when viewed from the polarizing plate side compensates for the direction in which the liquid crystal molecules rotate toward the inside of the cell.
  • the film When the slow axis of the film is close to being orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the film, the film is arranged in the forward direction when the slow axis is close to the film, and in the reverse direction when the film is close to parallel. .
  • the compensation film disposed at the position closest to the TN liquid crystal cell is film 1
  • the compensation film disposed between the film 1 and the upper or lower polarizing plate is film 2.
  • the film 1 closest to the TN liquid crystal cell is arranged in the same manner as the condition for arranging one compensation film described above.
  • the absorption axis or the transmission axis of the polarizing plate is substantially parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the polarizing plate, and the slow axis direction of the film 1 and the absorption axis or the transmission axis of the polarizing plate.
  • the slow axis of the compensation film is set to The liquid crystal molecules are arranged so as to be at the predetermined angle in the forward direction when they are almost orthogonal to the orientation direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the room, and in the reverse direction when they are almost parallel.
  • the arrangement of the film 2 disposed between the film 1 and the upper or lower polarizer is determined by setting the angle between the slow axis direction of the film 2 and the absorption axis or the transmission axis of the polarizer to the polarizer side.
  • the TN liquid crystal cell closest to film 1 as viewed from the opposite side of the cell substrate is opposite to the direction in which the liquid crystal molecules of the cell substrate rotate toward the inside of the cell.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell substrate closest to the film 2 are arranged at a predetermined angle in the forward direction when they are nearly orthogonal to the orientation direction of the liquid crystal cells, and in the opposite direction when they are nearly parallel to the liquid crystal cell substrates. In the above arrangement, the arrangement positions of the film 1 and the film 2 may be exchanged.
  • a compensation film having retardation in at least one film surface at a predetermined angle of the slow axis of the film high contrast and wide field of view can be obtained.
  • a keratinized liquid crystal display device can be obtained.
  • FIG. 1 shows the rotation direction of the slow axis of the compensating film (viewed from the polarizing plate side) in the present invention.
  • FIG. 2 is an arrangement diagram of each optical element in Examples 1, 2 and 3.
  • FIG. 3 shows the axial arrangement of each optical element in Examples 1, 2 and 3. 9
  • FIG. 4 shows the viewing angle characteristics (left and right directions) of the contrast in Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 5 shows the viewing angle characteristics (lateral direction) of the contrast in Example 2 and Comparative Example 1.
  • FIG. 6 shows the viewing angle characteristics (vertical direction) of the contrast in Example 2 and Comparative Example 1.
  • FIG. 7 shows the viewing angle characteristics (lateral direction) of the contrast in Example 3 and Comparative Example 1.
  • Fig. 8 shows the viewing angle characteristics (left and right) of the contrast in Comparative Example 2 and Comparative Example 1.
  • FIG. 9 shows the viewing angle characteristics of contrast (left-right direction) in Comparative Example 3 and Example 3.
  • a TN liquid crystal cell with a cell gap of 4.8 ⁇ m, ⁇ d of 4 70 nm, and a twist angle of 90 degrees (left-handed twist) was fabricated, and the in-plane retardation of the film was 50 nm.
  • 2 and 3 were arranged one above and below the TN liquid crystal cell in the arrangement shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
  • the angle between the slow axis of the polycarbonate film and the transmission axis of the polarizing plate was 1 degree.
  • a voltage was applied to the liquid crystal cell using a 300 Hz square wave. The drive voltage was set to 0 V for white display and 6 V for black display.
  • the transmittance of the TN liquid crystal cell with the films arranged as shown in Figs. 1 and 2 was measured from all directions using the FEP optical system DVS-300000 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., and the viewing angle characteristics of the contrast were measured. evaluated.
  • Fig. 4 shows the results. Compared to those without film, the front contrast was improved, and the viewing angle characteristics of the contrast up to 20 ° left and right were improved.
  • a 5 wt% tetrachloroethane solution of the liquid crystalline polyester represented by the formula (1) was prepared.
  • the solution was applied on a glass substrate having a rubbing polyimide film by a spin coat method, and the solvent was removed. Then, heat treatment was performed at 250 ° C. for 30 minutes. After the heat treatment, it was cooled to fix the orientation of the liquid crystalline polyester.
  • the thus obtained film made of liquid crystalline polyester on a glass substrate had a nematic hybrid orientation, was transparent, had no alignment defects, and had a uniform film thickness (0.60 m). The average tilt angle of the film was 35 degrees.
  • Two films formed on a glass substrate having the rubbing polyimide film were used, and one film was disposed above and below the TN liquid crystal cell in the arrangement shown in FIGS.
  • the films placed above and below the TN liquid crystal cell were both arranged such that the glass substrate side of the film was close to the cell substrate.
  • the angle between the slow axis of the film and the transmission axis of the polarizing plate was 2 degrees.
  • a voltage was applied to the liquid crystal cell with a short wave of 300 Hz.
  • the drive voltage was set to 0 V for white display and 6 V for black display.
  • the transmittance of the TN liquid crystal cell on which the film was placed was measured from all directions using a FEP optical system DVS-30000 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., and the viewing angle characteristics of the contrast were evaluated. The results are shown in FIGS.
  • the front contrast was improved compared to the case without film, and the viewing angle characteristics of the contrast were improved up to 20 ° in the left-right direction and in almost all regions in the up-down direction.
  • the discotic liquid crystal compound represented by the formula (2) To 10 g of the discotic liquid crystal compound represented by the formula (2), 0.4 g of a photoinitiator Irgacure 907 (manufactured by CI BA-GE IG) was added, and 40 g of triethylene glycol was added. Dimethyl ether was added to prepare a coating solution. The solution is applied on a glass substrate having a rubbing polyimide film by a roll coating method, then dried on a hot plate at 80 ° C, and heat-treated in an oven at 140 ° C for 10 minutes. I understood. After being taken out to room temperature and cooled, it was irradiated with light using a high-pressure mercury lamp at room temperature to obtain a photo-crosslinked film 1. The exposure amount was 60 Om J / cm 2 . The resulting film composed of the discotic liquid crystal compound on the glass substrate has a discotic hybrid alignment, is transparent, has no alignment defects, and has a uniform thickness (1.30 m). there were. The average tilt angle of
  • the numbers beside the force indicate the molar composition ratio.
  • one film was arranged above and below the TN liquid crystal cell in the arrangement shown in FIGS.
  • the films placed above and below the TN liquid crystal cell were both placed so that the glass substrate side of the film was close to the cell substrate.
  • the angle between the slow axis of the film and the transmission axis of the polarizing plate was 4 degrees.
  • a voltage was applied to the liquid crystal cell by a short wave of 300 Hz.
  • the drive voltage was set to 0 V for white display and 6 V for black display.
  • the characteristics of the TN liquid crystal cell were evaluated in the same manner as in Examples 13 to 13 except that the same liquid crystal cell was used and no compensation film was used.
  • the transmittance of the fabricated TN liquid crystal cell was measured from all directions using a FEP optical system DVS-3000 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., and the viewing angle characteristics of the contrast were evaluated.
  • the viewing angle of the contrast was evaluated in the same manner except that the rotation direction of the slow axis of the compensating film was reversed.
  • Fig. 8 shows the results. Compared to the film not used, the front contrast was reduced and the viewing angle characteristics of the contrast up to 20 ° in the left and right direction were deteriorated.
  • Example 3 Using the same liquid crystal cell and compensating film as in Example 3, the contrast field of view was evaluated in the same manner except that the angle between the slow axis of the compensating film and the transmission axis of the polarizing plate was 0 °. . Fig. 9 shows the results. Compared with Example 3, the front contrast was reduced, and the viewing angle characteristics of the contrast up to 20 ° in the left-right direction were deteriorated.

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Description

明 細 書 発明の属する技術分野
本発明は、 表示コン トラスト、 階調特性および表示色の視野角特性および正面 での表示コントラスト特性の改良されたッイステツドネマチック型液晶表示装置 に関する。
従来の技術
T F T素子あるいは M I M素子などを用いたァクティブ駆動のッイステツドネ マチック型液晶表示装置 （以下 TN— L C Dと略称する） は、 薄型、 軽量、 低消 費電力という L C D本来の特長に加えて、 正面から見た場合 C R Tに匹敵する画 質を有するために、 ノートパソコン、 携帯用テレビ、 携帯用情報端末などの表示 装置として広く普及している。 しかしながら、 従来の TN— L C Dにおいては、 液晶分子の持つ屈折率異方性のため斜めから見たときに表示色が変化するあるレ、 は表示コントラストが低下するという視野角の問題が本質的に避けられず、 その 改良が強く望まれており、 改良のための様々な試みがなされている。
一つの画素を分割してそれぞれの画素への印可電圧を一定の比で変える方法 （ ハーフ トーングレースケール法）、 一^ 3の画素を分割してそれぞれの画素での液 晶分子の立ち上がり方向を変える方法 （ドメイン分割法） 、 液晶に横電界をかけ る方法 （ I P S法） 、 垂直配向させた液晶を駆動する方法 （V A液晶法） 、 ある いはベンド配向セルと光学補償板を組み合わせる方法 （O C B法） などが提案さ れ、 開発■試作されている。
しかしながらこれらの方法は一定の効果はあるものの、 配向幕、 電極、 液晶配 向などを変えなければならず、 そのための製造技術確立および製造設備の新設が 必要となり、 結果として製造の困難さとコスト高を招いている。
一方 TN— L C Dの構造は一切変えず、 従来の TN— L C Dに光学補償フィル ムを組み込むことで視野角を拡大させる方法がある。 この方法は TN— L C D製 造設備の改良 ·増設が不要でコスト的に優れており、 簡便に使用できる利点があ るため注目されており多くの提案がある。
ノーマリーホワイト （NW) モードの TN— L C Dに視野角問題が発生する原 因は、 電圧を印可した黒表示時におけるセル中の液晶の配向状態にある。 この状 態においては当該セル中の液晶はほぼ垂直配向しており、 光学的に正の一軸性と なっている。 したがって視野角を広げるための光学補償フィルムとしては、 当該 黒表示時における正の一軸性を補償するために、 光学的に負の一軸性を示すフィ ルムを用いる提案がなされている。 またセル中の液晶が、 黒表示時においても、 配向膜界面付近ではセル界面と平行もしくは傾いた配向をしていることに着目し 、 光学軸が傾いた負の一軸性のフィルムを用いて補償することによって、 さらに 視野角拡大効果を高める方法も提案されている。
例えば特開平 4 一 3 4 9 4 2 4号公報及び特開平 6 - 2 5 0 1 6 6号公報には らせん軸が傾いたコレステリックフィルムを用いた光学補償フィルムおよびそれ を用いた L C Dが提案されている。
また特開平 5— 2 4 9 5 4 7号公報及び特開平 6— 3 3 1 9 7 9号公報には光 軸が傾いた負の一軸補償器を用いた L C Dが提案されており、 具体的な実施態様 としては多層薄膜補償器を用いている。 さらに特開平 7— 1 4 6 4 0 9号公報及 び特開平 8— 5 8 3 7号公報などにおいて光軸が傾いた負の一軸性補償フィルム としてディスコチック液晶を傾斜配向させた光学補償フィルム及びそれを用いた L C Dが提案されている。 視野角補償フイルムの他の形態としては正の一軸性を 有する液晶性高分子を用いた配向フイルムも提案されている。 例えば特開平 7— 2 0 4 3 4号公報においてハイプリッドチルト配向した液晶性高分子フィルムか らなる L C D用補償板が提案されており、 L C Dの視野角拡大に用いられている しかしながら、 いずれの場合も補償フイルムによる正面でのコントラスト改善 効果はみられず、 また使用する補償フイルムにはフイルム面内にリタ一デーショ ンを有するため、 製造時のフィルム面内遅相軸方位のばらつきにより液晶表示装 置の正面特性の劣化が起こる問題があつた。
発明の目的
本発明は上記課題を解決するものであり、 フィル厶面内にリターデーションを 有する補償フィルムの遅相軸方位を特定の位置に設置した液晶表示装置に関する 。 さらに詳しくは、 正面コントラストを向上させ、 補償フィルムの遅相軸方位の ばらつきによる液晶表示装置の正面特性劣化を生じさせることなく、 従来にない 高コントラスト、 広視野角化が達成されたッイステツドネマチック型液晶表示装 置を提供するものである。
発明の要約
すなわち本発明は、 フイルム面内にリタ一デーシヨンを有する少なくとも 1枚 の補償フィルム、 電極を備えた一対の透明基板と当該基板間に挟持されたネマチ ック液晶とから構成される駆動用ッイステツドネマチック型液晶セルおよび当該 液晶セルの上下に配置される 2枚の偏光板とを有すると共に、 偏光板の吸収軸ま たは透過軸が、 当該偏光板が最も近接した液晶セル基板における液晶分子の配向 方向と略平行であり、 かつ当該補償フィルムのフイルム面内の遅相軸方位と偏光 板の吸収軸または透過軸となす角が 0. 1°〜1 0。 の範囲であることを特徴と する液晶表示装置に関する。
発明の詳細な説明
以下、 本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に用いられる駆動用ッイステツドネマチック型液晶セル （以下、 TN液 晶セルと略す） を駆動方式で分類すると、 単純マトリクス方式、 能動素子を電極 として用いる TFT (Th i n F i lm T r a s i s t o r ) 電極、 M I M (Me t a l I n s u l a t o r Me t a l、 および TFD ; Th i n F i 1 m D i od e) 電極を用いるアクティブマトリクス方式等のように細分化 できる。 本発明では、 いずれの駆動方式の TN液晶セルに対しても当該液晶セル と後述する補償フィルムとを組み合わせることにより正面コントラス卜の改善効 果と顕著な視野角改善効果を発揮した液晶表示装置を得ることができる。
また本発明においては、 駆動電圧の印加法については特に制限はない。 通常電 圧を印加する方法としては、 セル基板内側の電極に外部の駆動回路から直接電圧 を印加する方法、 電極に 2端子の非線型素子または 3端子の能動素子を配置し、 この非線型素子のスィッチングにより電圧を印加する方法などがある。 ここで 2 端子の非線型素子としては、 強誘電体を使用した容量の非線型を利用したもの、 電気抵抗の非線型を示すダイォード、 M I M (Me t a 1 I n s u l a t o r
Me t a l) . パリス夕などが例示される。 また 3端子の能動素子としては、 セル基板上に形成した TFT (Th i n F i lm Tr an s i s t o r)、 M〇S (Me t a l -Ox i de Semi c ondu c t o r) アレイ、 SO S (S i l i c on on Sapph i r e) などが例示される。 また TN液 晶セルの外側に別途放電セルを設け、 放電により発生する電圧を当該液晶セルに 印加する方法もある。 本発明においては、 いずれの方法も用いることができる。 また本発明に用いられる TN液晶セルは、 当該液晶セルに含まれるネマチック 液晶の屈折率異方性 （Δη) と当該液晶セルの液晶層の厚み （d) との積で示さ れる Δη d値が、 通常 300 nm〜 500 nmであることが好ましい。 500 η mより大きい場合、 後述する補償フィルムと組み合わせた際の視野角改善効果が 乏しくなる恐れがある。 また応答速度が遅くなる可能性もあり望ましくない。 3 00 nmより小さい場合、 当該補償フィルムと組み合わせた際、 視野角の改善効 果はあるものの正面での輝度低下を生じる恐れがある。
また TN液晶セルは、 ネマチック液晶の液晶分子の配向欠陥を低減するために あらかじめ当該液晶分子にプレチルト角を与えることが好ましい。 プレチルト角 は通常 8°以下であることが望ましい。
さらに一般に TN液晶セルは、 当該液晶セル内のネマチック液晶の長軸が上下 基板間で通常 90°ねじれている。 液晶セルに電圧を印可しない状態では入射し た直線偏光はその旋光性により 90。 ねじれて出射する。 液晶セルに電圧を印可 すると液晶分子の長軸は電界方向に配向し旋光性は消失する。 よってこの旋光の 効果を十分に得るために、 本発明に用いられる TN液晶セルのツイスト角は、 通 常 70°〜1 1 0。 、 好ましくは 85°〜95°であることが望ましい。 なお当 該液晶セル中の液晶分子のねじれ方向は、 左および右方向のどちらでも良い。 次いで本発明に用いられる補償フィルムは、 フイルム面内にリ夕一デーシヨン を有する光学要素である。 当該リタ一デ一シヨンは、 通常 5〜300 nmの範囲 にあることが好ましく、 さらに好ましくは 1 0〜200 nmである。 リターデ一 シヨンが 5 nmより小さい場合には十分な効果が得ることができない恐れがあり 、 また 300 nmより大きい場合には当該フイルムの貼合角度のマ一ジンが著し く低下するので望ましくない。
フィル厶面内にリタ一デーションを有する光学要素の例としては、 例えば水晶 、 方解石などの無機結晶、 高分子フイルムおよび液晶性フイルムなどが挙げられ る。 本発明では、 取り扱いの容易さから高分子フイルムおよび液晶性フィルムが 好ましく、 特に液晶性フィル厶が視野角特性効果の点から好ましい。
当該高分子フィルムとしては、 例えばポリイミ ド、 ポリアミ ドイミ ド、 ポリア ミ ド、 ポリエーテルイミ ド、 ポリエーテルエーテルケトン、 ポリエーテルケトン
、 ポリケトンサルファイ ド、 ポリエーテルスルフォン、 ポリスルフォン、 ポリフ ヱ二レンサルファイ ド、 ポリフヱニレンオキサイド、 ポリエチレンテレフ夕レー ト、 ポリブチレンテレフタレート、 ポリエチレンナフタレート、 ポリアセタール 、 ポリカーボネート、 ポリアリレート、 アクリル樹脂、 ポリビニルアルコール、 ポリプロピレン、 セルロース系プラスチックス、 エポキシ樹脂、 フエノール樹脂 などのプラスチックフイルムおよび一軸延伸プラスチックフィルムなどを例示す ることができる。
液晶性フィル厶は、 光学的に正または負の一軸性を示す液晶性物質をフィルム 化することにより得ることができる。 液晶性物質としては、 例えば棒状、 円盤状 といった分子の形状や、 低分子、 高分子を問わず、 光学的に正または負の一軸性 を示す液晶性化合物若しくは液晶性組成物を用いることができる。
ここで低分子液晶としては、 例えばトリフエニレン誘導体やトルクセン誘導体 などに代表されるディスコティック液晶を、 得られるフイルムの光学特性などの 点から好ましし、低分子液晶として挙げることができる。 また高分子液晶としては 、 例えば液晶性を示すポリエステル、 ポリアミ ド、 ポリカーボネート、 ポリエス テルイミ ドなどの主鎖型高分子液晶、 またはポリアクリレート、 ポリメタクリレ —ト、 ポリマロネート、 ポリシロキサンなどの側鎖型高分子液晶が挙げられる。 なかでも合成の容易さ、 配向性、 ガラス転移点などからポリエステルが好ましい 高分子液晶として挙げることができる。
なお本発明において上記液晶性フィルムとは、 当該液晶性物質をフィルム化す ることにより得られたものを意味するものであり、 当該フィル厶が液晶性を呈す るか否かは問わない。
当該液晶性フィルムは、 通常、 液晶状態において上記の如き液晶性物質が形成 した配向状態を、 例えば光架橋、 熱架橋または冷却といった方法によって固定化 することにより得ることができる。 尚、 本発明は、 当該液晶性物質が液晶状態に おいて形成した配向状態によって限定されるものでない。 配向状態としては、 例 えばコレステリック配向、 均一チルト配向、 ネマチックハイプリッド配向および ディスコティックハイブリツド配向などを挙げることができる。 本発明では、 い ずれの配向状態を固定化した液晶性フィル厶でも補償フィルムとして用いること ができる力、 なかでもネマチックハイブリッ ド配向、 ディスコティックハイプリ ッド配向を固定化した液晶性フィル厶が望ましい。
次に、 上記補償フィルムを先に説明した T N液晶セルと組み合わせる配置につ いて具体的に説明する。 補償フィルムの配置位置は、 偏光板と TN液晶セルとの 間であればよく、 i枚または複数枚の補償フィルムを配置することができる。 本 発明において当該補償フィルムの遅相軸の回転方向は、 液晶セルのねじれ方向お よび液晶セル基板における液晶分子の配向方向と、 補償フィルムの遅相軸の関係 によって決定される。 具体的には偏光板の吸収軸または透過軸が、 該偏光板が最 も近接した液晶セル基板における液晶分子の配向方向と略平行であって、 補償フ イルムの遅相軸方位と当該フィルムが最も近接した偏光板の吸収軸または透過軸 のなす角度を、 当該偏光板側から見て当該偏光板が最も近接した液晶セル基板に おけるネマチック液晶分子の配向方向がセル内部に向かって回転する方向に対し て補償フィル厶の遅相軸が当該フイルムの最も近接した液晶セル基板における液 晶分子の配向方向と直交に近い場合は順方向に、 平行に近い場合は逆方向に所定 角度に配置する。 当該所定角度とは、 使用する補償フィルムのフイルム面内リタ —デ一ジョン、 駆動セルのセルギャップ、 ねじれ角、 プレチルト、 印加電圧や T N液晶セルを構成するネマチック液晶の弾性定数などによって異なるため一概に は言えないが、 通常 0 . 1。 〜1 0 ° 、 好ましくは 0 . 2 ° 〜8 ° 、 さらに好ま しくは 0 . 5 ° 〜6 ° 、 特に 1 ° 〜4 ° の範囲である。 所定角度の範囲が上記範 囲からはずれた場合には正面コントラス卜が低下する恐れがあり望ましくない。 ここで図 1に上記配置における、 偏光板の吸収軸または透過軸、 TN液晶セルを 構成するネマチック液晶分子の配向方向および補償フィル厶の遅相軸との関係を 示す。
なお本発明の液晶表示装置では、 1枚または 2枚の補償フィルムを用いて補償 を行うことが実用上好ましい。 3枚以上の補償フイルムを用いても、 補償は可能 であるが、 コストアップに繋がるためあまり好ましいとはいえない。 より具体的 な配置位置を例示すると以下のようになる。 ただし、 これらはあくまで代表的な 配置位置であり本発明はこれらに限定されるものではない。
先ず補償フィルム 1枚を配置する場合について説明する。 補償フイルムは、 偏 光板と TN液晶セルの間に配置し、 当該液晶セルの上面側でも良いし下面側でも 良い。 この配置の際、 偏光板の吸収軸または透過軸が、 該偏光板に最も近接した 液晶セル基板における液晶分子の配向方向と略平行であって、 補償フィルムの遅 相軸方向と偏光板の吸収軸または透過軸のなす角度が、 該偏光板側から見て該偏 光板に最も近接した液晶セル基板におけるネマチック液晶分子の配向方向がセル 内部に向かって回転する方向に対して補償フィルムの遅相軸が当該フィルムに最 も近接した液晶セル基板における液晶分子の配向方向と直交に近い場合は順方向 に、 平行に近い場合は逆方向に上記所定角度の範囲となるように配置する。 次いで補償フィルム 2枚を配置する場合について説明する。 2枚補償フィルム を配置する場合、 2枚を同じ側、 例えば TN液晶セルと上側偏光板との間または 該液晶セルと下側偏光板との間に 2枚配置しても良い。 また上側および下側偏光 板と TN液晶セルとの間にそれぞれ 1枚配置しても良い。 なお 2枚の補償フィル 厶は、 同一の光学パラメ一ターを有するものを用いても良いし、 また光学パラメ 一夕一が異なる該フィルムを用いても良い。
上側および下側偏光板と TN液晶セルとの間にそれぞれ 1枚ずつ補償フィル厶 を配置する場合について説明する。 該配置においては、 それぞれの補償フィルム を上述の 1枚を配置する場合と同様な配置にする。 すなわち、 それぞれの偏光板 の吸収軸または透過軸が該偏光板に最も近接した液晶セル基板における液晶分子 の配向方向と略平行であって、 それぞれの補償フィルムの遅相軸方向とそれぞれ の偏光板の吸収軸または透過軸とのなす角度が、 該偏光板側から見て該偏光板に 最も近接した TN液晶セル基板における液晶分子の配向方向がセル内部に向かつ て回転する方向に対して補償フイルムの遅相軸が該フイルムに最も近接した液晶 セル基板における液晶分子の配向方向と直交に近い場合は順方向に、 平行に近い 場合は逆方向に上記所定角度の範囲となるように配置する。 次いで TN液晶セルと上側または下側偏光板との間のどちらか一方に 2枚の補 償フィルムを配置する場合について説明する。 なお TN液晶セルに最も近接した 位置に配置する補償フイルムをフイルム 1、 該フイルム 1と上側または下側偏光 板との間に配置される補償フィルムをフィル厶 2と仮定する。 該配置において T N液晶セルに最も近接したフイルム 1については、 上述の 1枚の補償フィルムを 配置する条件と同様に配置する。 すなわち、 偏光板の吸収軸または透過軸が該偏 光板に最も近接した液晶セル基板における液晶分子の配向方向と略平行であって 、 フィルム 1の遅相軸方向と偏光板の吸収軸または透過軸のなす角度が、 該偏光 板側から見て該偏光板に最も近接した液晶セル基板における液晶分子の配向方向 がセル内部に向かって回転する方向に対して、 補償フイルムの遅相軸が当該フィ ルムに最も近接した液晶セル基板における液晶分子の配向方向と直交に近い場合 は順方向に、 平行に近い場合は逆方向に上記所定角度となるように配置する。 次 いでフィルム 1と上側または下側偏光板との間に配置されるフィルム 2の配置は 、 当該フィルム 2の遅相軸方向と偏光板の吸収軸または透過軸とのなす角度を、 偏光板側からみてフィルム 1に最も近接した TN液晶セルのセル基板とは反対側 セル基板の液晶分子の配向方向がセル内部に向かって回転する方向に対して、 フ ィル厶 2の遅相軸が当該フィルム 2に最も近接した液晶セル基板における液晶分 子の配向方向と直交に近い場合は順方向に、 平行に近い場合は逆方向に上記所定 角度に配置する。 なお上記配置においては、 フイルム 1とフィルム 2の配置位置 を交換してもよい。
以上説明したように、 本発明では少なくとも 1枚のフィルム面内にリタ一デー ションを有する補償フィルムを、 当該フィル厶の遅相軸を所定角度に配置するこ とにより、 高コントラスト化、 広視野角化が成された液晶表示装置を得ることが できる。
図面の簡単な説明
図 1は本発明における補償フィルムの遅相軸の回転方向 （偏光板側から見た図 ) である。
図 2は実施例 1、 2及び 3における各光学素子の配置図である。
図 3は実施例 1、 2及び 3における各光学素子の軸配置である。 9
図 4は実施例 1と比較例 1におけるコントラストの視野角特性 （左右方向） で める。
図 5は実施例 2と比較例 1におけるコントラストの視野角特性 （左右方向） で める。
図 6は実施例 2と比較例 1におけるコントラストの視野角特性 （上下方向） で める。
図 7は実施例 3と比較例 1におけるコントラストの視野角特性 （左右方向） で める。
図 8は比較例 2と比較例 1におけるコントラストの視野角特性 （左右方向） で める。
図 9は比較例 3と実施例 3におけるコントラストの視野角特性 （左右方向） で ある。
図中の符号について説明する。
図 1において：
1 偏光板吸収軸または透過軸
2 補償フイルム遅相軸
3 液晶セルのフィルム貼合面側の液晶分子の配向方向
4 液晶セルのフィルム貼合面側反対側の液晶分子の配向方向
5 液晶分子の回転方向
6 視野角補償フィルムの遅相軸の回転方向
( a ) 左ねじれセルで液晶分子の配向軸と補償フィルムの遅相軸が平行に近 い場合
( b ) 左ねじれセルで液晶分子の配向軸と補償フイルムの遅相軸が直交に近 い場合
( c ) 右ねじれセルで液晶分子の配向軸と補償フイルムの遅相軸が平行に近 い場合
( d ) 右ねじれセルで液晶分子の配向軸と補償フイルムの遅相軸が直交に近 い場合
図 2において： 1， 1 '
2， 2' 透明基板
3, 3' 補償フィルム
4， 4' 偏光板
5 液晶分子
6 液晶セル
実施例
以下に実施例を述べるが、 本発明はこれらに制限されるものではない。
〔実施例 1〕
液晶材料として ZL I— 4792を用い、 セルギャップ 4. 8〃m、 Δη d 4 70 nm、 ねじれ角 90度 （左ねじれ） の TN液晶セルを作製し、 フィルムの面 内リターデ—ションが 50 nmであるポリカーボネ一トフイルムを 2枚用いて、 図 2および図 3の配置となるように TN液晶セルの上下に 1枚ずつ配置した。 ポ リカ一ボネートフィルムの遅相軸と偏光板の透過軸のなす角は 1度とした。 当該 液晶セルに対して、 300 Hzの短形波で電圧を印加した。 白表示 0V、 黒表示 6 Vと駆動電圧を設定した。 図 1および図 2の如くフィルムを配置した TN液晶 セルの全方位からの透過率測定を、 浜松ホトニクス （株） 製 FEP光学系 DVS - 3 00 0を用いて行い、 コントラス卜の視野角特性を評価した。 その結果を図 4に示す。 フイルムを使用しないものと比較して正面のコントラストが改善され 、 左右方向 20° までのコントラストの視野角特性が改善された。
〔実施例 2〕
式 （ 1 ) に示した液晶性ポリエステルの 5 w t のテトラクロロエタン溶液を 調製した。 当該溶液をラビングポリイミ ド膜を有するガラス基板上にスピンコー ト法により塗布し、 溶媒を除去した。 次いで 250 °Cで 30分間熱処理した。 熱 処理した後、 冷却し、 当該液晶性ポリエステルの配向を固定化した。 こうして得 られたガラス基板上の液晶性ポリエステルからなるフィルムは、 ネマチックハイ プリッド配向を有しており、 透明で配向欠陥はなく、 均一な膜厚 （0. 60 m ) であった。 また当該フイルムの平均チルト角は、 35度であった。
Figure imgf000013_0001
ただし力ッコ横の数字はモル組成比を示す。
このラビングポリイミ ド膜を有するガラス基板上に形成したフィルムを 2枚用 いて、 図 2および図 3の配置となるように TN液晶セルの上下に 1枚ずつ配置し た。 なお TN液晶セルの上下に配置されたフイルムは、 共に該フイルムのガラス 基板側をセル基板に近接するように配置した。 フィルムの遅相軸と偏光板の透過 軸のなす角は 2度とした。
当該液晶セルに対して、 3 0 0 Hzの短形波で電圧を印加した。 白表示 0V、 黒表示 6 Vと駆動電圧を設定した。
フィルムを配置した TN液晶セルの全方位からの透過率測定を浜松ホトニクス (株） 製 FEP光学系 DVS— 3 0 0 0を用いて行い、 コントラストの視野角特 性を評価した。 その結果を図 5および図 6に示す。 フィルムを使用しないものと 比較して正面のコントラストが改善され、 左右方向に関しては 2 0° まで、 上下 方向についてはほぼ全領域でコントラス卜の視野角特性が改善された。
〔実施例 3〕
式 （2) に示したディスコティック液晶化合物 1 0 gに対し、 光開始剤 I r g a c u r e 9 0 7 (C I BA-GE I GY社製） を 0. 4 g添加し、 4 0 gのト リエチレングリコールジメチルェ一テルを加えて塗布用溶液を調製した。 当該溶 液をラビングポリイミ ド膜を有するガラス基板上にロールコート法により塗布し 、 次いで 8 0°Cのホットプレート上で乾燥し、 1 4 0°Cのオーブンで 1 0分熱処 理した。 室温中に取り出して冷却した後、 室温中で高圧水銀灯ランプを用い光照 射を行い光架橋したフィルム 1を得た。 露光量は 6 0 Om J/cm2 とした。 こ うして得られたガラス基板上のデイスコティック液晶化合物からなるフィルムは 、 ディスコティックハイブリッド配向を有しており、 透明で配向欠陥はなく、 均 一な膜厚 （ 1. 3 0〃m) であった。 また当該フイルムの平均チルト角は、 4 5 度であった。
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0002
C— C9H19
II ノ 0.5
0
ただし力ッコ横の数字はモル組成比を示す。 このラビングポリィミ ド膜を有するガラス基板上に形成したフイルムを 2枚用 いて、 図 2および図 3の配置となるように TN液晶セルの上下に 1枚ずつ配置し た。 なお TN液晶セルの上下に配置されたフイルムは、 共に該フィルムのガラス 基板側をセル基板に近接するように配置した。 フィルムの遅相軸と偏光板の透過 軸のなす角は 4度とした。
当該液晶セルに対して、 3 0 0 H zの短形波で電圧を印加した。 白表示 0 V、 黒表示 6 Vと駆動電圧を設定した。
フィルムを配置した TN液晶セルの全方位からの透過率測定を浜松ホトニクス (株） 製 F E P光学系 D V S— 3 0 0 0を用いて行い、 コントラストの視野角特 性を評価した。 その結果を図 7に示す。 フイルムを使用しないものおよびフィル ムを使用した場合でも遅相軸を回転させなかつたものと比較して正面のコントラ ストが改善され、 左右方向 2 0。 までのコントラストの視野角特性が改善された o
〔比較例 1〕
実施例 1 一 3と同じ液晶セルを用い、 補償フィルムを用いない以外は、 全て同 様にして TN液晶セルの特性の評価した。 作製した TN液晶セルの全方位からの 透過率測定を浜松ホトニクス （株） 製 F E P光学系 D V S— 3 0 0 0を用いて行 い、 コントラストの視野角特性を評価した。
〔比較例 2〕
実施例 1と同じ液晶セルおよび補償フイルムを用い、 補償フイルムの遅相軸の 回転方向を逆にした以外はすべて同様にしてコントラストの視野角評価を行った 。 結果を図 8に示す。 フィルムは使用しないものと比較して正面のコントラスト が低下し左右方向 2 0 ° までのコントラストの視野角特性が悪化した。
〔比較例 3〕
実施例 3と同じ液晶セルおよび補償フイルムを用い、 補償フィル厶の遅相軸と 偏光板の透過軸のなす角を 0度とした以外はすべて同様にしてコン トラストの視 野各評価を行った。 結果を図 9に示す。 実施例 3と比較して正面のコントラスト が低下し、 左右方向 2 0 ° までのコントラストの視野角特性が悪化した。

Claims

請求の範囲
. フイルム面内にリターデーションを有する少なくとも 1枚の補償フイルム、 電極を備えた一対の透明基板と当該基板間に挟持されたネマチック液晶とから 構成される駆動用ッイステツ ドネマチック型液晶セルおよび当該液晶セルの上 下に配置される 2枚の偏光板とを有すると共に、 偏光板の吸収軸または透過軸 カ 当該偏光板が最も近接した液晶セル基板における液晶分子の配向方向と略 平行であり、 かつ当該補償フィルムのフィルム面内の遅相軸方位と偏光板の吸 収軸または透過軸となす角が 0 . 1 ° 〜 i 0 ° の範囲であることを特徴とする 液晶表示装置。
. 補償フィルムがコレステリック配向を固定化した低分子または高分子液晶フ ィルムである請求項 1の液晶表示装置。
. 補償フィルムが均一チルト配向を固定化した低分子または高分子液晶フィル ムである請求項 1記載の液晶表示装置。
. 補償フィルムがネマチックハイブリツ ド配向を固定化した低分子または高分 子液晶フィル厶である請求項 1記載の液晶表示装置。
. 補償フィルムがねじれネマチックハイブリツ ド配向を固定化した低分子また は高分子液晶フィルムである請求項 1記載の液晶表示装置。
. 補償フイルムがディスコティックハイプリッ ド配向を固定化したディスコテ ィ ック液晶フィル厶である請求項 1の液晶表示装置。
. 補償フィルムがねじれディスコティックハイプリッ ド配向を固定化したディ スコテイツク液晶フィル厶である請求項 1の液晶表示装置。
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