JP2659810B2

JP2659810B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2659810B2
Application number: JP1209384A
Authority: JP
Inventors: 敏幸吉水; 浩大西; 恭平磯畑; 由美吉村
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH0372315A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は位相差板を用いたスーパーツイスト型液晶表
示装置に関するものである。

＜従来技術＞一般に、スーパーツイスト型液晶表示装置は、イエロ
ーグリーンあるいは、ブルーに着色するが、光学補償板
を用いることにより、色補正を行い明るく鮮明な白／黒
表示が得られる。そのため、表示品位が向上し、ワープ
ロ，コンピュータなどのOA機器の表示体として利用する
ことができる。

色補償を施したスーパーツイスト型液晶表示装置とし
ては、２層型のスーパーツイスト型液晶表示装置があ
り、１層目（駆動用セル）で生じた着色を２層目（光学
補償用セル）で色補正をし、無彩色化している。この構
造は、単層スーパーツイスト型液晶表示装置と比較して
液晶セルが２枚必要であるがため、表示装置の厚みが厚
くなり重量が増加するという問題点を持っている。

この問題点を解決するために光学補償板として一軸延
伸高分子フィルムからなる位相差板を用いることによ
り、薄型で軽量なスーパーツイスト型液晶表示装置が開
発された。ところが位相差板は、高分子フィルムを延伸
して作られる為、フィルムの延伸方向とこれに直交する
方向とでは、光学的性質が異なり、２層型のスーパーツ
イスト型液晶表示装置と比べ、位相差板方式のスーパー
ツイスト型液晶表示装置は、視角あるいは仰角による色
変化が大きい、つまり、視角が狭いという問題点を持っ
ている。

＜発明が解決しようとする問題点＞一軸延伸高分子フィルムからなる位相差板は光学異方
性を光学補償板として使用されている。ところが、高分
子フィルムの延伸方向とこれに直交する方向では、屈折
率（複屈折）が異なる。この屈折率△ｎとフィルムの厚
みｄの積で与えられるレターデーション（△ｎ・ｄ）は
光の位相を与える物理量であるが、これが高分子フィル
ムの延伸方向とこれに直交する方向で異なり、例えば一
軸性正号結晶に相当する位相差板においては、延伸方向
でレターデーションは減少し、これに直交する方向では
増加する傾向をもつ。液晶表示セルと組合わせたとき、
特に位相差板の延伸方向においては、位相差板のレター
デーションと液晶表示セルのもつレターデーションの差
が大きくなる為、透過してくる光は位相差を生じ、着色
する。つまり、色補償がなされなくなり、表示のコント
ラストが低下する為視角が狭くなる。

本発明は、このような問題点を解決するものであり、
薄型、軽量で鮮明な白／黒表示が得られ、かつ広視野角
が得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞本発明は、液晶層の両主面側に配置しかつ一方の主面
側に配置される複数の位相差板をレターデーションが相
加されるように２枚以上積層し、第１層目の位相差板の
遅相軸と第ｎ相目の位相差板の遅相軸との交差角が20度
以上40度以下に設定され、かつ、液晶表示セルに隣接す
る位相差板の遅相軸と液晶表示セルの隣接する基板のラ
ビング軸との交差角を70度から90度に設定する。また、
さらに配設する位相差板が液晶表示セルの前面及び背面
に配設され、かつ、液晶表示セルに対して対称な関係に
配設した事を特徴とする。

＜作用＞一軸延伸高分子フィルムが位相差板として使用される
ので、その光学異方性の為である。即ち、液晶パネルを
通過した光（常光線と異常光線）の相対位相差を位相差
板を透過させることにより打ち消し、又は位相をそろ
え、無彩色化したものである。

この色補償は、高分子フィルムの延伸方向の屈折率と
これに直交する方向の屈折率が異なる性質を利用してい
る。一方位相差板の視角特性は３次元的屈折率を考えな
ければならない。今、位相差板の３次元方向の屈折率を
n_MD（延伸方向）、n_TD（延伸方向と直交する方向）、n
_ZD（厚み方向）とすると、延伸方向と、これに直交する
方向から見たときの屈折率とレターデーションは、位相
差板の法線方向からの仰角をψとすると、次式で与えら
れる。

（１）延伸方向から見たとき位相差R_MD＝△_MD・d/cosψ （２）延伸方向と直交する方向から見たとき位相差R_TD＝△n_TD・d/cosψ ３次元方向の屈折率をそれぞれ測定し上式に代入する
と第３図が得られる。第３図は、理論式から求めた位相
差板の仰角に対するレターデーション変化の関係を示
す。この結果より、位相差板の延伸方向では、レターデ
ーションが減少し、延伸方向と直交する方向では、レタ
ーデーションが増加する傾向があることが判る（一軸性
正号の場合）。

さらにセナルモンの方法により仰角に対する位相差板
のレターデーションを測定した結果を第４図に示す。但
し、真上方向から見たときのレターデーション値を1.0
として規格化してある。また、方位は延伸方向を０゜に
延伸方向と直交する方向を90゜にして、その間を15゜毎
に測定している。この結果は上述の理論式より得られる
傾向と一致している。第４図より仰角に対するレターデ
ーションの変化率を求めると第５図が得られる。一方液
晶表示セルの仰角に対するレターデーションの変化率を
求めた結果を第６図に示す。このような位相差板と液晶
表示セルとを組合わせたとき、位相差板の延伸方向で
は、液晶表示セルのレターデーションと位相差板のレタ
ーデーションの差が大きく、透過してくる光（常光線、
異常光線）は位相差を生じ着色する。この結果、表示の
コントラストが低下する為、視角が狭くなる。従って視
角を広げるには、位相差板を積層することによってレタ
ーデーション変化率の小さい光学補償板を得るようにす
れば良い。

しかし、このとき位相差板を通る常光線と異常光線の
振動面並びに液晶表示セルを通る常光線と異常光線の振
動面を考えなければならない。常光線の振動面を進相
軸、異常光線の振動面を遅相軸といい、二つの位相差体
を重ねるとき、互いの進相軸（又は遅相軸）を平行にす
る重ね方を相加、互いの進相軸（遅相軸）を直交する重
ね方を相減という。我々は、数々検討した結果位相差板
は相加的に積層した方がレターデーション変化が小さく
なり、その結果視角が広がることを見い出した。さらに
位相差板を相加的にｎ層積層したとき、第１層目と第ｎ
層目の位相差板の遅相軸の交差角は20度以上でなけれ
ば、実効的に視角が広がらないことが判った。積層を行
うときは、色補償を考慮しなければならない。このとき
第２層から第（ｎ−１）層までの位相差板は上記第１層
目と第ｎ層目の遅層軸の交差角の中に、配置した方が良
く、さらに液晶表示セルに隣接する位相差板は液晶セル
に対して相減的に配置しなければ色補償されないから、
液晶表示セルに隣接する位相差板の遅相軸は、液晶表示
セルの隣接する基板のラビング軸に対して70度から90度
のとき最適の色補償が得られることが判った。

これまでに述べた積層配設条件は位相差板を液晶表示
セルの前面及び背面に配置した場合においても、同様の
効果が得られる。このとき、前面及び背面に配設する位
相差板は、液晶表示セルに対し対称な関係に配設すると
き視角の広い液晶表示装置を得ることができる。

＜実施例＞本発明の実施例を第１図及び第２図に基づき説明す
る。

第１図は、以下に述べる本発明の実施例の構造を示す
図であり、１は上側偏光板、２は上側積層位相差板、３
はSTN液晶セル、４は下側積層位相差板、５は下側偏光
板である。上側偏光板１は、単体透過率42％、偏光度9
9.99％のニュートラルグレータイプの偏光板を用い、上
側積層位相差板２は、一軸延伸高分子フィルム（ポリカ
ーボネート）から成る厚み50μｍで積層時のレターデー
ション値が380〜580nmのもの、STN液晶セル３には、左
旋性カイラルドーパントを添加したLC材を封入し、ツイ
スト角度240度、ｄ△ｎ（ｄは液晶層厚、△ｎは屈折率
異方性の値）＝0.83〜0.92μｍに設定されたパネルを用
いた。又、下側積層位相差板４は、上側積層位相差板２
と同一枚数で同一のレターデーション値のものを、下側
偏光板５についても、上側偏光板１と同一のものを用い
た。

この場合の各々の構成部材の積層にあたっての配設位
置関係について、第２図を用いて説明する。

第２図に示す各矢印のうち、P1はSTN液晶セル３を構
成する上基板の液晶分子配向軸、P2は同下基板の液晶分
子配向軸、P3は上側偏光板１の吸収軸、P4は下側偏光板
５の吸収軸、P5は上側積層位相差板２のSTN液晶セルに
隣接する位相差板の遅相軸（延伸方向）、P6は下側積層
位相差板４のSTN液晶セルに隣接する位相差板の遅相軸
（延伸方向）、θ_１は上基板の液晶分子配向軸P1と上側
積層位相差板P5のSTN液晶セルに隣接する位相差板の遅
相軸とのなす角度、θ_２は下基板の液晶分子配向軸P2と
下側積層位相差板P6のSTN液晶セルに隣接する位相差板
の遅相軸とのなす角度、αは下基板の液晶分子配向軸P2
と下側偏光板の吸収軸P4とのなす角度、βは上側基板の
液晶分子配向軸P1と上側偏光板の吸収軸P3とのなす角度
を表わしている。

本発明の特許請求範囲第２項は、上側積層位相差板と
下側積層位相差板を対称に配設するということから、 θ_１＋θ_２＝180゜（一定）という条件になっている。位相差板の積層を行うために
は、積層したときの色補償が確保されねばならない。そ
こでまず、位相差板の積層を行わず、位相差板の配置の
最適化を検討した。

上側位相差板として、レターデーション値580nmのも
のを使用し、液晶セル３のｄ△ｎは0.83μｍ、ツイスト
角240度のものを使用する。θ_１＝50゜,60゜,70゜,80
゜,90゜,100゜,110゜に設定し、色補償を調べた。尚、
このとき、α，βは、任意に動かし、白／黒表示が得ら
れるように調整した。その結果、θ_１＝70゜〜90゜のと
き色補償が得られることが分った。

次に、上側及び下側位相差板としてレターデーション
値400nmのものを使用し、液晶セル３のｄ△ｎが0.92μ
ｍ、ツイスト角240度のものを使用する。θ_１＝50゜,60
゜,70゜,80゜,90゜,100゜,110゜，θ_２＝130゜,120゜,1
10゜,100゜,90゜,80゜,70゜に設定し、色補償を調べた
結果これもθ_１＝70゜〜90゜（θ_２＝110゜〜90゜）の
とき色補償が得られることが分った。

このとき色補償が得られるほど、視角が広くなること
を見い出した。そこで位相差板を積層するとき、液晶セ
ルに隣接する位相差板は、70゜≦θ_１≦90゜（90゜≦θ
_２≦110゜）の範囲で配設することにした。

実施例１位相差板の積層は、液晶セルと隣接する位相差板を第
１層目として、以下第２層目，第３層目,...と積層する
ことにする。上側積層位相差板２の積層枚数を２枚にし
て、第１層目第２層目の位相差板はレターデーションが
400nmのものを使用し、液晶セル３のｄ△ｎは0.92μ
ｍ、ツイスト角240度のものを使用する。θ１＝70゜に
設定し、第１層目と第２層目の位相差板の遅相軸（延伸
方向）の交差角を０゜,10゜,20゜,30゜,40゜,50゜に設
定し、視角と色補償を調べた結果、交差角が20゜〜40゜
にあるとき良好な結果が得られ、特に交差角25゜のとき
が最適であった。このときのα＝40゜，β＝50゜であっ
た。このとき積層していないときと比べ視角方向で、約
７゜視角が広くなった。

実施例２上記積層位相差板２の積層枚数を２枚にして、第１層
目，第２層目の位相差板はレターデーションが200nmの
ものを使用し、液晶セル３のｄ△ｎは、0.90μｍ、ツイ
スト角240度のものを使用する。下側積層位相差板４は
積層せず、１枚にして、レターデーションが400nmのも
のを使用する。θ_１＝90゜θ_２＝90゜に設定し、第１層
目と第２層目の位相差板の遅相軸（延伸方向）の交差角
を０゜,10゜,20゜,30゜,40゜,50゜に設定し、視角と色
補償を調べた結果、交差角が20゜〜40゜にあるとき良好
な結果が得られ、特に交差角30゜のときが最適であっ
た。このときのα＝130゜，β＝20゜であった。このと
き積層していないときと比べ、視角方向で約５゜反視角
方向で約３゜視角が広くなった。

実施例３上記積層位相差板２の積層枚数を２枚にして第１層
目，第２層目の位相差板はレターデーションが200nmも
のを、又、下側積層位相差板４の積層枚数を２枚にし
て、第１層目第２層目の位相差板はレターデーションが
200nmのものを使用する。液晶セル３のｄ△ｎは、0.90
μｍ、ツイスト角240度のものを使用する。θ_１＝90
゜，θ_２＝90゜に設定し、上側積層位相差板２、下側積
層位相差板４はともに第１層目と第２層目の遅相軸（延
伸方向）の交差角を０゜,10゜,20゜,30゜,40゜,50゜に
設定し、視角と色補償を調べた結果、交差角が20゜〜40
゜にあるとき良好な結果が得られ、特に交差角30゜のと
きが最適であった。このときのα＝180゜，β＝５゜で
あった。このとき積層していないときと比べ、視角方向
で約２゜反視角方向で約７゜視角が広くなった。

以上の実施例のうち、実施例１の場合の最適組合せ例
について、視角特性を測定した結果を第７図に示す。又
実施例２と実施例３の場合の最適組合せ例について視角
特性を測定した結果を第８図に示す。

＜発明の効果＞本発明によれば、位相差板のもつ視角（仰角）に対す
るレターデーション変化を小さくできる為、位相差板方
式のスーパーツイスト型液晶表示装置における、薄型・
軽量で表示コントラストが良好な特徴を生かし、さら
に、視角依存性の少ない高品質の液晶表示装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の説明に供する液晶表示装置の
構造説明図面、第２図は同実施例の位置関係を示す平面
図、第３図は理論式から求めた位相差板の仰角に対する
レターデーション変化の関係を示した図、第４図は実測
した位相差板の仰角に対するレターデーション変化の関
係を示した図、第５図は位相差板の全方位におけるレタ
ーデーション変化率の関係を示した図、第６図は液晶パ
ネルの全方位におけるレターデーション変化率の関係を
示した図、第７図は実施例１の場合の最適組合せ例につ
いて視角特性を実測した結果を示した図、第８図は実施
例２と実施例３の場合の最適組合せ例について視角特性
を実測した結果を示した図である。 1:上側偏光板,2:上側積層位相差板,3:STN液晶セル,4:下
側積層位相差板,5:下側偏光板。

フロントページの続き (72)発明者吉村由美大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平２−33130（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の偏光板間にスーパーツイステッドネ
マティック配向された液晶層と複数の一軸延伸高分子フ
ィルムからなる位相差板の積層体とを介在してなる液晶
表示装置において、前記位相差板は、前記液晶層の両主面側に配置され、一
方の主面側に積層されるｎ個（ｎは２以上の整数）の前
記位相差板は、そのレターデーションが相加されるよう
に構成され、前記液晶層に近い側に位置する第１層目の
遅相軸と前記液晶層に遠い側に位置する第ｎ層目の遅相
軸との交差角が20度以上40度以下に設定されかつ第１層
目の遅相軸が前記液晶層の最近接液晶分子の配向軸に対
して70度以上90度以下の角度で交差していることを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項２】前記液晶層の一方の主面側に配置される第
１層目の位相差板の遅相軸が前記液晶層の最近接液晶分
子の配向軸に対してなす角度と前記液晶層の他方の主面
側に配置される第１層目の位相差板の遅相軸が前記液晶
層の最近接液晶分子の配向軸に対してなす角度との和が
略180度に設定されている請求項１記載の液晶表示装
置。