JP4894036B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、単純マトリクス駆動される垂直配向型の液晶表示装置に関し、特に、液晶層のリタ−ンデ−ションが６００ｎｍ以上のものにおいて効果的な視角補償手段を備えた液晶表示装置に係る。

垂直配向型の液晶表示装置の視角補償手段として様々な光学特性をもつ視角補償板を使用したものが提案されている。

下記する特許文献１には、垂直配向型の液晶セルと、この液晶セルの両側に配設された直交ニコルの第１、第２偏光板とを備え、これら第１、第２偏光板のいずれか一方の偏光板と液晶セルとの間に視角補償手段を設けた液晶表示装置が開示されている。

そして、上記の視角補償手段は、３つの主屈折率を有し、主屈折率の１つが他の２つの主屈折率よりも小さく、最小主屈折率に対応した軸が補償板の法線方向と平行である視角補償板を用いることが示されている。

その他に、視角補償板として光軸が補償板の法線方向と平行である負の一軸補償板、いわゆるＣプレ−トが有効であること、さらに、補償板として二軸異方性媒体であり、その最小主屈折率の軸が補償板の法線方向と平行である二軸補償板、つまり二軸プレ−トが有効であることが示されている。

下記する特許文献２においても上記同様にして液晶セルと一方の偏光板との間に設けられた視角補償手段が開示されている。

この視角補償手段は、３つの主屈折率を有し、主屈折率の１つは他の２つの主屈折率より小さく、この最小主屈折率に対応した軸が補償板の法線方向と平行である視角補償板、いわゆる二軸プレ−トを用い、さらに、前記他の２つの主屈折率のうちの屈折率が大きい方の主屈折率、すなわち、視角補償板面内の遅相軸が隣接する偏光板の吸収軸と略平行あるいは略垂直になるように配設され、そして、面内のリタ−デ−ションの値は１２０ｎｍ以下とすることが有効であることが示されている。

下記する特許文献３においても上記同様にして液晶セルと一方の偏光板との間に設けられた視角補償手段が開示されている。

この視角補償手段は、面内に光軸を有し、屈折率異方性が正の一軸補償板、いわゆるＡプレ−トと、光軸が補償板の法線方向と平行である屈折率異方性が負の一軸補償板、いわゆるＣプレ−トとを組み合せ、かつ、液晶セル側から、Ａプレ−ト、Ｃプレ−ト、偏光板を順次配設し、そして、Ａプレ−トのリタ−デ−ションの値は１２０ｎｍ以下とすることが有効であることが示されている。

下記する特許文献４には、電圧印加時に複数の液晶領域毎に軸対称状に配向するタイプの垂直配向型液晶表示装置が開示されており、この液晶表示装置が備える視角補償手段として、特許文献１、２に示されているような、いわゆる二軸プレ−トや、特許文献３に示されているような、いわゆるＡプレ−トとＣプレ−トを重ね合せた視角補償板が有効であるとして示されている。

上記したように、特許文献２、３、４は、特許文献１によって開示された垂直配向型の液晶表示装置に備えられている視角補償手段の原理を基にしてさらに効果的な視角補償の条件を設定した光学補償板を提案したものである。

一方、特許文献１では、液晶の複屈折率とセル厚の積、すなわち、液晶層のリタ−デ−ションについては特に限定していないが、特許文献２、３、４では、一定のリタ−デ−ションの範囲で効果が得られることが示されている。

具体的には、特許文献２、３においては液晶層のリタ−デ−ションが８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であること、また、特許文献４では液晶層のリタ−デ−ションが３００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることが示されている。

このようにリタ−デションについて数値限定されるのは、特許文献２、３、４によって開示された液晶表示装置がＴＦＴ−ＬＣＤにより代表されるアクティブマトリクス型液晶表示装置であるためである。

特公平７−６９５３６号公報 特許第３３３０５７４号公報 特許第３０２７８０５号公報 特開２０００−１９５１８号公報

本発明は上記した特許文献２、３、４によって開示されている垂直配向型の液晶表示装置に比べ液晶層のリタ−デ−ションの値が高く、６００ｎｍ以上のリタ−デ−ションを有するこの種の液晶表示装置に備えて、更に大きな視角特性改善効果を得ることができる視角補償手段を提案する。

視角補償手段を構成する視角補償板は、ノルボルネン系の樹脂材を用いて延伸加工して形成されるが、現在の技術では、補償板の厚さ方向のリタ−デ−ションを大きくすることができない。

現在の作製技術によれば、補償板の厚さ方向のリタ−デ−ションの最大値は、二軸プレ−ト、Ｃプレ−トともに安定的な量産を考えれば２５０ｎｍ程度、歩留まりが下がるのを覚悟する等のかなり無理をしてもせいぜい２７０ｎｍ程度である。

したがって、このような実情から、上記した特許文献２、３、４では、液晶セルの両側に視角補償板を設ける構成が示されている。
なお、視角補償するために適する視角補償板の厚さ方向のリタ−デ−ションは、液晶表示装置の液晶層のリタ−デ−ションとほぼ等しい値となっている。

しかしながら、液晶層のリタ−デ−ションを６００ｎｍ以上とする液晶表示装置において最適に視角補償するには、液晶セルの両側に視角補償板を配置したとしても、視角補償板の厚さ方向のリタ−デ−ションが足りない。

そこで、液晶セルの両側に２枚以上視角補償板を積層させて配置し、それらの視角補償板について厚さ方向のリタ−デ−ションを合計してリタ−デ−ションを大きくすることが考えられるが、しかし、単にこのように構成したとしても、左右視角を、例えば、４０度以上に傾けると、黒下地が光抜けするなどの問題が生ずる。

したがって、本発明の解決しようとする課題は、液晶層のリタ−デ−ションが６００ｎｍ以上の垂直配向型の液晶表示装置において、従来の視角補償手段では解決しきれない微妙な視角特性上の問題点を解決し、より精度の高い視角補償手段を提供することにある。

上記した課題を解決するため、本発明では第１の発明として、垂直配向型の液晶セルと、直交ニコルとなるように前記液晶セルの正面側に配設された第１の偏光板と前記液晶セルの背面側に配設された第２の偏光板と、単純マトリクス駆動構成とを備えた液晶表示装置において、前記液晶セルは、液晶層のリターデーションを６００ｎｍ以上に構成すると共に、この液晶セルと第１の偏光板との間には、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚ特性の二軸プレートを、前記液晶セルと第２の偏光板との間には、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ特性のＣプレートを各々設け、
さらに、前記第１、第２の偏光板については、その吸収軸がしきい電圧以上の電圧印加により液晶分子が倒れ込む方向に対し４５度の角度をもつように配設し、前記二軸プレートについては、面内の遅相軸を第１の偏光板の吸収軸と直交させるように配設したことを特徴とする液晶表示装置を提案する。

第２の発明としては、垂直配向型の液晶セルと、直交ニコルとなるように前記液晶セルの正面側に配設された第１の偏光板と前記液晶セルの背面側に配設された第２の偏光板と、単純マトリクス駆動構成とを備えた液晶表示装置において、前記液晶セルは、液晶層のリターデーションを６００ｎｍ以上に構成すると共に、この液晶セルと第１の偏光板との間には、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ特性のＡプレートとｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ特性のＣプレートを、前記液晶セルと第２の偏光板との間には、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ特性のＣプレートを各々設け、さらに、前記第１、第２の偏光板については、その吸収軸がしきい電圧以上の電圧印加により液晶分子が倒れ込む方向に対し４５度の角度をもつように配設し、液晶セルと第１の偏光板との間に設けた前記ＡプレートとＣプレートについては、Ｃプレートを液晶セル側に配設すると共に、Ａプレートの光軸を第１の偏光板の吸収軸と直交させるように配設したことを特徴とする液晶表示装置を提案する。

第３の発明としては、上記第１の発明の液晶表示装置において、二軸プレートの面内のリターデーションを１００ｎｍ以下としたことを特徴とする液晶表示装置を提案する。

第４の発明としては、上記第２の発明の液晶表示装置において、Ａプレートの面内のリターデーションを１００ｎｍ以下としたことを特徴とする液晶表示装置を提案する。

第５の発明としては、上記第１〜第４のいずれかの発明の液晶表示装置において、液晶セルと第２の偏光板との間に配設したＣプレートを２枚以上の積層プレートとして構成したことを特徴とする液晶表示装置を提案する。

第１、第２の発明によれば、液晶層のリタ−デ−ションが６００ｎｍ以上の垂直配向型の液晶表示装置であっても高い精度で視角補償を行なうことができる。
また、第３、第４の発明によれば、最適な条件で視角補償することができ、第５の発明によれば、実施化に一層容易な液晶表示装置となる。

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は第１実施形態として示した液晶表示装置の概略構成図である。
この液晶表示装置は、１／４以上のデュ−ティ比の単純マトリクス駆動法で駆動するようにしてある。
図示するように、液晶セル１１の両側に２つの偏光板１２、１３を設けると共に、液晶セル１１と偏光板１２との間には、二軸プレ−ト１４が、液晶セル１１と偏光板１３との間には２つのＣプレ−ト１５、１６が各々設けてある。

また、上記した液晶セル１１、偏光板１２、１３、二軸プレ−ト１４、Ｃプレ−ト１５、１６は、バックライトユニット１７、駆動回路板１８などと共に、樹脂製のカバ−１９によって覆って一つの液晶表示装置を構成する表示ユニットとなっている。
なお、以下の説明では、バックライトユニット１７が存在する側を背面側、偏光板１２が存在する側を正面側と称する。

図２は、上記した液晶セル１１の簡略断面図である。
この液晶セル１１は、透明電極２０、２１を形成した一対の透明基板（例えば、ガラス基板）２２、２３によって液晶２４を挟持している。
また、透明電極２０、２１は、それらが対向する面に配向膜２５、２６が設けてある。

この液晶セル１１は、垂直配向型液晶セルとして構成してあり、配向膜２５、２６として日産化学工業（株）製の垂直配向膜ＳＥ−１２１１を用い、レ−ヨン製のラビング布を使用して図３の矢印方向にラビングし、液晶分子にプレティルト角θを付与してある。

さらに、透明基板２２、２３は、直径５μｍのギャップコントロ−ル材を介在させて重ね合せ、これらの間には、メルク（株）製の複屈折率△ｎが０．１６で誘電率異方性が負（電圧印加により液晶分子が垂直方向から倒れ込む）の液晶２４を注入してある。
したがって、液晶層のリタ−デ−ションが８００ｎｍとなっている。
なお、液晶２４は透明電極２０、２１の周囲をシ−ル材２７によって接着し、透明基板２２、２３の間に封入させる。

図４は、液晶セル１１、偏光板１２、１３、二軸プレ−ト１４、Ｃプレ−ト１５、１６からなる表示ユニットの具体的構成例を示す断面図である。
図示する如く、液晶セル１１の正面側には二軸プレ−ト１４を挟んで偏光板１２を接合させ、また、液晶セル１１の背面側には２つのＣプレ−ト１５、１６を挟んで偏光板１３が接合してある。

偏光板１２、１３は、表示ユニットの最も前側と後側に配設した直交ニコルの関係を有する偏光板であり、それらの吸収軸とラビングにより液晶分子が倒れ込む方向と４５度の角度を有するように配設してある。
なお、ここで直交ニコルとは、偏光板１２、１３の吸収軸が９０度の角度で直交することを意味するが、実際には、調整などを行なう場合があるから、９０度±Δα度の角度で交差する場合をも含む。

二軸プレ−ト１４は、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｚ＞ｎｙ＞ｎｚ特性を有する位相差板である。
この二軸プレ−ト１４は、面内リタ−デ−ションが５０ｎｍ、厚さ方向のリタ−デ−ションが２４０ｎｍとしてあり、面内の遅相軸が隣接する正面側の偏光板１２の吸収軸と直交するように配置してある。

Ｃプレ−ト１５、１６の各々は、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ特性を有する位相差板でリタ−デ−ション２２０ｎｍとして形成し、これらＣプレ−トは２枚を積層させて配置してある。

図５は、上記した液晶セル１１、偏光板１２、１３、二軸プレ−ト１４、Ｃプレ−ト１５、１６の光学特性を示し、図５（ａ）は正面側偏光板１２の吸収軸１２ａ、図５（ｂ）は二軸プレ−ト１４の面内遅相軸１４ａ、図５（ｃ）は液晶セル１１のラビング方向（点線１１ａ矢印が正面側基板のラビング方向、実線１１ｂが背面側基板のラビング方向）、図５（ｄ）、（ｅ）はＣプレ−ト１５、１６の光軸１５ａ、１６ａ（光軸は面法線方向）、図５（ｆ）は背面側偏光板１３の吸収軸１３ａを各々示す。

図６は第２実施形態として示した図４同様の表示ユニットの断面図であり、図７は当該表示ユニットを構成する液晶セル１１、偏光板１２、１３、二軸プレ−ト１４、光学プレ−ト３８の光学特性図である。
本実施形態は、実施形態の第１実施形態に比べてＣプレ−トについて改良したもので、その他は変わりがない。

すなわち、本実施形態では、液晶セル１１と背面側偏光板１３との間に、可視波長より短いツイストピッチを有するコレステリック液晶ポリマ−よりなる光学プレ−ト３８が配置してある。

このような構造の光学プレ−ト３８は、Ｃプレ−トと同じ光学的働きをすることが知られており、コレステリック液晶の複屈折率と液晶層の厚さの管理により、ノルボルネン系樹脂の延伸加工では得ることができない大きなリタ−デ−ションをもつＣプレ−トを作製することが可能である。

本実施形態では、上記した第１実施形態のＣプレ−ト２枚分、つまり、４４０ｎｍのリタ−デ−ションを有するコレステリック液晶ポリマ−よりなる光学プレ−ト３８として配設してある。
なお、図７（ｄ）に示すように、この光学プレ−ト３８の光軸３８ａは面法線方向となっている。

図８は第３実施形態として示した図４同様の表示ユニットの断面図である。
本実施形態は、液晶セル１１と正面側偏光板１２との間にＡプレ−ト３９とＣプレ−ト４０とを配置したもので、その他は第１実施形態と同じ構成となっている。

Ａプレ−ト３９は、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ特性の位相差板であり、これは７０ｎｍのリタ−デ−ションとなっている。
Ｃプレ−ト４０は、リタ−デ−ションが２００ｎｍとしてある。

図９は本実施形態の液晶セル１１，偏光板１２、１３、Ａプレ−ト３９、Ｃプレ−ト４０、１５、１６の光学特性図であり、図９（ｂ）はＡプレ−ト３９の光軸３９ａ、図９（ｃ）はＣプレ−ト４０の光軸４０ａ（面法線方向）を各々示す。

図１０は第４実施形態として示した図４同様の表示ユニットである。
本実施形態は、実施形態した第３実施形態のＣプレ−ト１５、１６を上記した光学プレ−ト３８に換えたことが特徴となっており、その他は変りがない。
図１１は本実施形態の液晶セル１１、偏光板１２、１３、光学プレ−ト３８、Ａプレ−ト３９、Ｃプレ−ト４０の光学特性図である。

図１２は参考例として示した図４同様の表示ユニットの断面図である。
この参考例は、特許文献２に示されている液晶表示装置に基づき二軸プレ−トのみを用いて視角補償手段を構成したものである。
なお、このように構成する場合は、ノルボルネン系樹脂に延伸加工で得られる厚さ方向のリタ−デ−ション値に限界があるため、３枚の二軸プレ−トを使用することになる。

図示する如く、上記参考例は、８００ｎｍのリタ−デ−ションを有する液晶セル１１と正面側偏光板１２との間に二軸プレ−ト４１が配設してある。
この二軸プレ−ト４１は、面内リタ−デ−ションが５０ｎｍ、厚さ方向のリタ−デ−ションが２００ｎｍとしてあり、また、面内の遅相軸が正面側偏光板１２の吸収軸と直交するように配設してある。

また、液晶セル１１と背面側偏光板１３との間には、面内リタ−デ−ション２５ｎｍ、厚さ方向のリタ−デ−ション２００ｎｍの２枚の二軸プレ−ト４２、４３が配設してある。
そして、これら二軸プレ−ト４２、４３は面内の遅相軸が平行となるように積層し、その遅相軸が隣接する背面側偏光板１３の吸収軸と直交するように配設してある。

なお、図１３は本参考例の液晶セル１１，偏光板１２、１３、二軸プレ−ト４１、４２、４３の光学特性図であり、図１３（ｂ）は二軸プレ−ト４１の遅相軸４１ａ、図１３（ｄ）、（ｅ）は二軸プレ−ト４２、４３の遅相軸４２ａ、４３ａを示し、その他は既に述べたところと同様である。

図１４は液晶表示装置の視角特性図である。
この図において、曲線Ａは第１実施形態（図４、図５）として実施した液晶表示装置の視角特性であり、曲線Ｂは第３実施形態（図８、図９）として実施した液晶表示装置の視角特性である。
他方、曲線Ｃは参考例（図１２、図１３）の液晶表示装置の視角特性を示す。

この視角特性図は、電圧印加によって液晶分子が倒れる方向を時計盤の１２時方向とした場合に、液晶表示装置の左右方向に、つまり、時計盤の９時と３時の方向に視角を変化されたときの電圧無印加時（黒下地）の透過率変化を示したものである。

上記の視角特性図のＣ曲線から分かるように、参考例のような構成では、面内のリタ−デ−ション値や厚さ方向のリタ−デ−ション値を最適にしたものにかかわらず左右視角４０度以上に傾けたときに透過率が上がってしまう。すなわち、黒下地が光り抜けしてしまうことが分かる。

また、透過率の数値は非常に小さい値であるが、色調変化を伴うため見た目にはこの変化が大きなものとなる。
さらに、この視角特性図から分かるように、左右の視角特性が非対称になってしまう。
特に、左方向（時計盤の９時方向）へ視角を傾けた場合、大きな透過率変化が生じることが分る。

上記した参考例の液晶表示装置に対し、本実施形態による液晶表示装置は、曲線Ａ、Ｂのように、深い角度において、透過率の低さ、対称性ともに優れている。

以上、各々の実施形態について説明したが、各々の補償プレ−トのリタ−デ−ション値は、８００ｎｍのリタ−デ−ションを有する垂直配向型液晶セルに対して、最も良い視角特性が得られる値となっている。

なお、上記した実施形態では、ラビング法によるモノドメイン型ＬＣＤを用いた例について示したが、本発明は、電圧無印加時の光学特性に係るものであるので、モノドメイン型ＬＣＤにおいても有効に実施することができる。

６００ｎｍ以上のリタ−デ−ションを有する液晶層を備え、１／４以上のデュ−ティ比の単純マトリクス駆動法によって駆動される垂直配向型の液晶表示装置に利用することができる。

第１実施形態として示した液晶表示装置の概略構成図である。 上記第１実施形態の液晶セルの簡略断面図である。 ラビング方向を示した上記液晶セルの一部拡大断面図である。 上記第１実施形態の表示ユニットを示す拡大断面図である。 上記した表示ユニットを構成する液晶セル、偏光板、二軸プレ−ト、Ｃプレ−トの光学特性図である。 第２実施形態として示した図４同様の表示ユニットの拡大断面図である。 第２実施形態の表示ユニットを構成する液晶セル、偏光板、二軸プレ−ト、光学プレ−トの光学特性図である。 第３実施形態として示した図４同様の表示ユニットの拡大断面図である。 第３実施形態の表示ユニットを構成する液晶セル、偏光板、Ａプレ−ト、Ｃプレ−トの光学特性図である。 第４実施形態として示した図４同様の表示ユニットの拡大断面図である。 第４実施形態の表示ユニットを構成する液晶セル、偏光板、Ａプレ−ト、Ｃプレ−トの光学特性図である。 参考例として示した図４同様の表示ユニットの拡大断面図である。 上記参考例の表示ユニットを構成する液晶セル、偏光板、二軸プレ−トの光学特性図である。 液晶表示装置の視角特性図である。

符号の説明

１１ 液晶セル
１２、１３ 偏光板
１４ 二軸プレ−ト
１５、１６ Ｃプレ−ト
２０、２１ 透明電極
２２、２３ 透明基板
２４ 液晶
２７ シ−ル材
３８ 光学プレ−ト
３９ Ａプレ−ト
４０ Ｃプレ−ト

Claims (5)

1. 垂直配向型の液晶セルと、直交ニコルとなるように前記液晶セルの正面側に配設された第１の偏光板と前記液晶セルの背面側に配設された第２の偏光板と、単純マトリクス駆動構成とを備えた液晶表示装置において、
   前記液晶セルは、液晶層のリターデーションを６００ｎｍ以上に構成すると共に、
   この液晶セルと第１の偏光板との間には、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚ特性の二軸プレートを、前記液晶セルと第２の偏光板との間には、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ特性のＣプレートを各々設け、
   さらに、前記第１、第２の偏光板については、その吸収軸がしきい電圧以上の電圧印加により液晶分子が倒れ込む方向に対し４５度の角度をもつように配設し、
   前記二軸プレートについては、面内の遅相軸を第１の偏光板の吸収軸と直交させるように配設したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 垂直配向型の液晶セルと、直交ニコルとなるように前記液晶セルの正面側に配設された第１の偏光板と前記液晶セルの背面側に配設された第２の偏光板と、単純マトリクス駆動構成とを備えた液晶表示装置において、
   前記液晶セルは、液晶層のリターデーションを６００ｎｍ以上に構成すると共に、
   この液晶セルと第１の偏光板との間には、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ特性のＡプレートとｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ特性のＣプレートを、前記液晶セルと第２の偏光板との間には、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ特性のＣプレートを各々設け、
   さらに、前記第１、第２の偏光板については、その吸収軸がしきい電圧以上の電圧印加により液晶分子が倒れ込む方向に対し４５度の角度をもつように配設し、
   液晶セルと第１の偏光板との間に設けた前記ＡプレートとＣプレートについては、Ｃプレートを液晶セル側に配設すると共に、Ａプレートの光軸を第１の偏光板の吸収軸と直交させるように配設したことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１に記載した液晶表示装置において、
   二軸プレートの面内のリターデーションを１００ｎｍ以下としたことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項２に記載した液晶表示装置において、
   Ａプレートの面内のリターデーションを１００ｎｍ以下としたことを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載した液晶表示装置において、
   液晶セルと第２の偏光板との間に配設したＣプレートを２枚以上の積層プレートとして構成したことを特徴とする液晶表示装置。

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