JP2815508B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＴＮ（スーパーツイ
ステッドネマティック）モードの液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＴＮ（ツイステッドネマティック）モー
ドに用いられる捩れ配向のセル構造では、捩れ角を大き
くすることによって、しきい値電圧特性の急峻な液晶セ
ルが得られることが知られており、液晶表示装置の大容
量化、高品質化の要求に対して、液晶分子の捩れ角が１
８０°〜２７０°の各種ＳＴＮ系モードが使用されてい
る。

【０００３】液晶表示素子に電圧を印加していないと
き、入射側の偏光板を通過して生じた直線偏光は、次に
液晶表示セルを通過するとき、液晶の複屈折効果で波長
によって異なる楕円偏光に変わる。ＳＴＮモードでは、
この楕円偏光がそのまま出射側の偏光板を通るために、
波長によって透過光量の差が生じ、表示が着色する。こ
のため、色消し補償を行うために、液晶セル外に光学位
相補償用のフィルムを付加する構造が考えられている。

【０００４】従来の光学補償板として位相差板を配置し
た反射透過兼用のＳＴＮモード液晶表示装置の一例とし
ては、液晶表示セルの前面に５６０ｎｍ程度のリタデー
ション値を有する１層の位相差層から成る位相差板を配
置し、液晶表示セルのｄ・Δｎ（ｄは液晶層厚、Δｎは
液晶分子の複屈折性）は０．７５μｍ〜０．８５μｍで
あり、１／２４０デューティ駆動でのコントラストは、
４〜５である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の、
光学補償板として位相差板を配置した反射透過兼用のＳ
ＴＮモード液晶表示装置は、（ａ）駆動電圧無印加時の
背景色が暗く、めり張りのある白黒表示が得られない。
（ｂ）電圧印加画素の表示色（点灯色）の黒純度が悪
く、高いコントラスト比が得られないなどの問題を有し
ている。

【０００６】本発明の目的は、上記課題を解消し、背景
色が明るく高コントラストの白黒表示を得ることのでき
るＳＴＮモード液晶表示装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の偏光板
のうちの一方偏光板と、一軸延伸高分子フィルムから成
る位相差層を２層積層して成る位相差板と、一対の対向
配置される透光性を有する表示面側基板と、他方側基板
との間に、分子の長軸方向が螺旋状に捩れるように配向
させたスーパーツイステッドネマティック液晶を介在し
た液晶表示素子と、一対の偏光板のうちの他方偏光板
と、一方表面側から入射する光を予め定める比率で透過
し、他方表面側から入射する光を反射する半透過性を有
し、その反射面である他方表面を前記他方偏光板側にし
て設置される半透過性反射板と、前記液晶表示素子の表
示光を供給する光源とを含み、前記位相差層は、それぞ
れ４００ｎｍ〜４７０ｎｍのリタデーション値を有し、
第１層目の位相差層の遅相軸と、第２層目の位相差層の
遅相軸とのなす角が３５°〜５５°となるように積層
し、前記液晶表示素子のリタデーション値を０．８０μ
ｍ〜０．９４μｍ、配向軸の捩れ角を２４０°〜２６０
°に選ぶことを特徴とする液晶表示装置である。

【０００８】

【作用】本発明に従えば、液晶表示装置は、一対の偏光
板のうちの一方偏光板と、一軸延伸高分子フィルムから
成る位相差層を２層積層して成る位相差板と、一対の対
向配置される透光性を有する表示面側基板と他方側基板
との間に分子の長軸方向が螺旋状に捩れるように配向さ
せたスーパーツイステッドネマティック液晶を介在した
液晶表示素子と、一対の偏光板のうちの他方偏光板と、
一方表面側から入射する光を予め定める比率で透過し、
他方表面側から入射する光を反射する半透過性を有しそ
の反射面である他方表面を前記他方偏光板側にして設置
される半透過性反射板と、液晶表示素子の表示光を供給
する光源とを含んで構成される。

【０００９】また、前記位相差層は、それぞれ４００ｎ
ｍ〜４７０ｎｍ、好ましくは４５３ｎｍのリタデーショ
ン値を有し、第１層目の位相差層の遅相軸と、第２層目
の位相差層の遅相軸とのなす角が３５°〜５５°となる
ように積層され、前記液晶表示素子のリタデーション値
は０．８０μｍ〜０．９４μｍ、好ましくは０．９２μ
ｍ、配向軸の捩れ角は２４０°〜２６０°に選ばれる。
これによって、背景が明るく、コントラストの高い白黒
表示を得ることができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である液晶表示装
置１の全体の構成を示す斜視図である。液晶表示装置１
は、一対の偏光板２，３間に液晶表示素子４を介在し、
さらに偏光板２と液晶表示素子４との間に２層の位相差
フィルム５，６を積層した位相差板７を配置する。さら
に、偏光板３に半透過性反射板８を積層し、半透過性反
射板８の液晶表示素子４と反対側に光源９を設置して構
成される。半透過性反射板８は、光源９が、点灯時には
光源光を透過して液晶表示素子４を照明し、光源９の消
灯時には、液晶表示素子４側からの入射光を反射する。

【００１１】偏光板２，３は、単体透過率４４．５％、
偏光度９７．８％のニュートラルグレータイプの偏光
板、たとえば日東電工株式会社製Ｆ１２２５ＤＵＮ、位
相差板７はそれぞれ第１の位相差層５と、第２の位相差
層６の２層構造から成り、いずれの位相差層も一軸延伸
高分子フィルム（ポリカーボネート）から成る厚み５０
μｍ程度で、そのリタデーション値は４５３ｎｍであ
る。ＳＴＮモード液晶素子４は、左旋性カイラルドーパ
ントを添加した液晶材料（トラン系３０％、シアノフェ
ニルヘキサン３０％、ビフェニルシクロヘキサン１０
％、ジシクロヘキサン１０％、その他２０％）を封入
し、液晶分子の捩れ角は２４０°〜２６０°であり、リ
タデーション値ｄ・Δｎ（ｄは液晶層厚、Δｎは液晶分
子の屈折率異方性）＝０．９２μｍに設定されたパネル
である。半透過性反射板８は、透過率２．５％の無指向
性半透過性反射板である。

【００１２】液晶表示素子４は、ガラスなどから成る一
対の透光性基板１５，１６の対向する表面にそれぞれＩ
ＴＯ（インジウム錫酸化物）などから成る透明電極１
７，１８を形成し、さらにその表面に配向膜１０，１１
を形成し、基板間隔を一定に保つためのスペーサ１２を
介在して貼合わせ、スーパーツイステッドネマティック
液晶層１３を注入してシール材１４にて封止して構成さ
れる。透明電極１７，１８は、セグメント型、単純マト
リクス型、アクティブマトリクス型のいずれの型であっ
てもよい。

【００１３】液晶分子の捩れ方向は、矢符３６の示す方
向にみて、矢符１９に示すように反時計まわりに旋回す
る。すなわち、透光性基板１６上の配向膜１１の配向方
向は矢符２３で示されており、基準方向２１から３０°
回転している。また透光性基板１５上の配向膜１０の配
向方向は矢符２２で示されており、基準方向２１から時
計まわりに３０°回転している。ここで基準方向２１
は、図１の手前側、すなわちいわゆる６時方向に液晶表
示装置１の観測者が位置した場合の３時−９時方向を示
している。これによってスーパーツイステッドネマティ
ック液晶層１３の分子は、前述したように反時計まわり
方向に２４０°捩れる。

【００１４】図２は、本実施例の液晶表示装置１を構成
する各部材の設置角度を示す図である。図２（１）に示
す各矢符のうち、矢符２２はＳＴＮモード液晶表示素子
４を構成する一対の透光性基板のうち表示面側基板１５
の液晶分子の配向軸方向を示し、矢符２３は一対の透光
性基板のうち他方側基板１６の液晶分子の配向軸方向を
示す。矢符２２と矢符２３とのなす角φは、ＳＴＮモー
ド液晶分子の捩れ角を表し、φ＝２４０°である。

【００１５】破線で示す矢符２４は偏光板２の吸収軸方
向を示し、同じく矢符２５は偏光板３の吸収軸方向を示
す。破線で示す矢符２４、すなわち、偏光板２の吸収軸
と、矢符２２、すなわち、液晶素子４の表示面側基板１
５上の配向軸とのなす角をαとし、破線で示す矢符２
５、すなわち、偏光板３の吸収軸と、矢符２３、すなわ
ち、液晶素子４の他方基板１６上の配向軸とのなす角を
βとする。それぞれ対応する液晶素子の基板と偏向板と
をα＝４５°、β＝５０°となるように設置する。

【００１６】また図２（２）に示す各矢符のうち、破線
で示す矢符２６は第１の位相差層５の遅相軸方向を示
し、矢符２７は第２の位相差層６の遅相軸方向を示す。
破線で示す矢符２６、すなわち、第１の位相差層５の遅
相軸と、矢符２２、すなわち、液晶素子４の表示面側基
板１５上の配向軸とのなす角をγとし、破線で示す矢符
２７、すなわち、第２の位相差層６の遅相軸と、矢符２
２、すなわち、基板１５上の配向軸とのなす角をθとす
る。それぞれの位相差層を、液晶素子４の表示面側基板
１５に対して、γ＝１１５°、θ＝７０°となるように
設置する。したがって、このとき第１の位相差層５の遅
相軸と、第２の位相差層６の遅相軸とのなす角は、４５
゜である。

【００１７】図３は、図１に示す本実施例である液晶表
示装置１の反射光による照明時の６時−１２時方向の視
角特性を示すグラフであり、図４は、同じく液晶表示装
置１の反射光による照明時の３時−９時方向の視角特性
を示すグラフである。

【００１８】図３において、実線２８は、本実施例の液
晶表示装置１の６時−１２時方向のコントラストを示
し、破線２９は従来の液晶表示装置について測定された
６時−１２時方向のコントラストを示す。図４におい
て、実線３０は、本実施例の液晶表示装置１の３時−９
時方向のコントラストを示し、破線３１は従来の液晶表
示装置の３時−９時方向のコントラストを示す。

【００１９】図３において、本実施例の液晶表示装置１
は、従来のものと比較して、６時−１２時方向のコント
ラスト値は６時方向の角度を正として±１０°の範囲で
特性がやや急峻であるが、約２．２倍の値を示し、６時
方向に約２０°を超えると、従来の液晶表示装置の値に
近付く。

【００２０】図４において、液晶表示装置１は３時−９
時方向では図３の６時−１２時方向に比べて視角特性の
曲線がなだらかであり、従来のものと比較して、３時方
向の角度を正とすると、−２０°〜５°の範囲で約２倍
のコントラスト値を示す。また、３時−９時方向のコン
トラストは測定域の全域にわたって、従来の液晶表示装
置を上まわっている。

【００２１】図５は、本発明の他の実施例である液晶表
示装置４１の全体の構成を示す斜視図である。本発明の
他の実施例である液晶表示装置４１は、前記実施例の液
晶表示装置１と類似しており、液晶表示装置１と同一の
構成については、同一の符号を付するものとする。液晶
表示装置４１は、液晶表示装置１と同一の構成要素から
成るが、液晶表示装置１とは位相差板７の積層位置が異
なり、また液晶層１３の捩れ角φが異なる。液晶表示装
置４１は、一対の偏光板２，３間に液晶表示素子４を介
在し、さらに偏光板３と液晶表示素子４との間に、２層
の位相差フィルム５，６を積層した位相差板７を配置す
る。さらに、偏光板３に半透過性反射板８を積層し、半
透過性反射板８の液晶表示素子４と反対側に光源９を設
置して構成される。半透過性反射板８は、光源９が点灯
時には光源光を透過して液晶表示素子４を照明し、光源
９の消灯時には液晶表示素子４側からの入射光を反射す
る。

【００２２】図６は、本発明の他の実施例の液晶表示装
置４１を構成する各部材の設置角度を示す図である。図
６（１）に示す各矢符のうち、矢符２２はＳＴＮモード
液晶表示素子４を構成する一対の透光性基板のうち表示
面側基板１５の液晶分子の配向軸方向を示し、矢符２３
は一対の透光性基板のうち他方側基板１６の液晶分子の
配向軸方向を示す。矢符２２と矢符２３とのなす角φ
は、ＳＴＮモードの液晶分子の捩れ角を表し、φ＝２６
０°である。

【００２３】破線で示す矢符２４は偏光板２の吸収軸方
向を示し、同じく矢符２５は偏光板３の吸収軸方向を示
す。破線で示す矢符２４、すなわち、偏光板２の吸収軸
と、矢符２２、すなわち、液晶素子４の表示面側基板１
５上の配向軸とのなす角をαとし、破線で示す矢符２
５、すなわち、偏光板３の吸収軸と、矢符２３、すなわ
ち、液晶素子４の他方基板１６上の配向軸とのなす角を
βとする。それぞれ対応する液晶素子の基板と、偏光板
とをα＝５０°、β＝４５°となるように設置する。

【００２４】また、図６（２）に示す各矢符のうち、破
線で示す矢符２６は第１の位相差層５の遅相軸方向を示
し、矢符２７は第２の位相差層６の遅相軸方向を示す。
破線で示す矢符２６、すなわち、第１の位相差層５の遅
相軸と、矢符２３、すなわち、液晶素子４の他方側基板
１６上の配向軸とのなす角をγとし、破線で示す矢符２
７、すなわち、第２の位相差層６の遅相軸と、矢符２
３、すなわち、基板１６上の配向軸とのなす角をθとす
る。それぞれの位相差層を、液晶素子４の他方側基板１
６に対してγ＝７０°、θ＝１１５°となるように設置
する。したがって、このとき第１の位相差層５の遅相軸
２６と、第２の位相差軸６の遅相軸２７とのなす角は、
４５゜となる。

【００２５】図７は図５に示す本発明の他の実施例であ
る液晶表示装置４１の反射光による照明時の６時−１２
時方向の視角特性を示すグラフであり、図８は同じく液
晶表示装置４１の反射光による照明時における３時−９
時方向の視角特性を示すグラフである。

【００２６】図７において実線３２は、本発明の他の実
施例の液晶表示装置４１の６時−１２時方向のコントラ
ストを示し、破線３３は、従来の液晶表示装置における
６時−１２時方向のコントラスト測定値を示す。図８に
おいて、実線３４は、液晶表示装置４１の３時−９時方
向のコントラスト変化を示し、破線３５は、従来の液晶
表示装置の３時−９時方向のコントラスト値を示す。

【００２７】図７において、液晶表示装置４１は、６時
−１２時方向に６時方向の角度を正として−５°〜２０
°にわたって従来の液晶表示装置の２倍以上のコントラ
スト値を示し、従来の液晶表示装置に比べて測定方向全
域にわたって高いコントラスト値を示している。図８に
おいて、液晶表示装置４１は、３時−９時方向において
も３時方向の角度を正として、−１５°〜１０°の範囲
で、従来の液晶表示装置の２倍以上のコントラスト値を
得、また、測定方向全域にわたって、従来の液晶表示装
置よりも高いコントラスト値を示している。

【００２８】このように、本実施例の液晶表示装置１お
よび本発明の他の実施例である液晶表示装置４１によれ
ば、従来の液晶表示装置に比べて、コントラスト値が非
常に高く得られ、また、視角特性もよく改善されている
ことが判る。

【００２９】次に、光源９を消灯し、電圧を無印加とし
たときの背景色の明るさ（Ｌ＊）を、本実施例の液晶表
示装置１と従来技術の液晶表示装置とを比較して表１に
示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】ここで背景色の明るさ（Ｌ＊）とは、ＣＩ
Ｅ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系（ＪＩＳ Ｚ８７２９−
（１９８０））は均等知覚色空間であり、下式で定義さ
れる。

【００３２】

【数１】Ｌ＊＝１１６（Ｙ／Ｙ０）^1/3−１６

【００３３】

【数２】 ａ＊＝５００｛（Ｘ／ＸＯ）^1/3−（Ｙ／Ｙ０）^1/3｝

【００３４】

【数３】 ｂ＊＝２００｛（Ｙ／Ｙ０）^1/3−（Ｚ／Ｚ０）^1/3｝ ここで、ＸＯ，Ｙ０，Ｚ０は照明に用いた標準の光の３
刺激値で、Ｘ，Ｙ，Ｚは対象としている物体の３刺激値
であり、Ｌ＊は明度を表す量である。

【００３５】上記のように本実施例では従来技術に比べ
て、明度が高く、背景色が明るいことが判る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、リタデー
ション値が４００ｎｍ〜４７０ｎｍである一軸延伸高分
子フィルムから成る位相差層をそれぞれの遅相軸のなす
角が３５°〜５５°となるように２層積層して成る位相
差板を、一対の偏光板のうちの一方偏光板と、一対の対
向配置される透光性を有する表示面側基板と他方側基板
との間に分子の長軸方向が螺旋状に２４０°〜２６０°
捩れるように配向させたリタデーション値が０．８０μ
ｍ〜０．９４μｍのスーパーツイステッドネマティック
液晶を介在した液晶表示素子との間に配置することによ
って、液晶表示装置の背景色の明度を高め、表示コント
ラストの高い、すなわち、鮮明度の高い白黒表示を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶表示装置１の全体
の構成を示す斜視図である。

【図２】本実施例の液晶表示装置１を構成する各部材の
設置角度を示す図である。

【図３】本実施例の液晶表示装置１の反射光による照明
時の６時−１２時方向の視角特性を示すグラフである。

【図４】本実施例の液晶表示装置１の反射光による照明
時の３時−９時方向の視角特性を示すグラフである。

【図５】本発明の他の実施例である液晶表示装置４１の
全体の構成を示す斜視図である。

【図６】本発明の他の実施例である液晶表示装置４１を
構成する各部材の設置角度を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例である液晶表示装置４１の
反射光による照明時の６時−１２時方向の視角特性を示
すグラフである。

【図８】本発明の他の実施例である液晶表示装置４１の
反射光による照明時の３時−９時方向の視角特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１，４１ 液晶表示装置 ２，３ 偏光板 ４， 液晶表示素子 ５，６， 位相差層 ７ 位相差板 ８ 半透過性反射板 ９ 光源 １５ 液晶表示装置１の表示面側基板 １６ 液晶表示装置１の他方側基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/133 500 G02F 1/1335

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の偏光板のうちの一方偏光板と、 一軸延伸高分子フィルムから成る位相差層を２層積層し
   て成る位相差板と、 一対の対向配置される透光性を有する表示面側基板と、
   他方側基板との間に、分子の長軸方向が螺旋状に捩れる
   ように配向させたスーパーツイステッドネマティック液
   晶を介在した液晶表示素子と、 一対の偏光板のうちの他方偏光板と、 一方表面側から入射する光を予め定める比率で透過し、
   他方表面側から入射する光を反射する半透過性を有し、
   その反射面である他方表面を前記他方偏光板側にして設
   置される半透過性反射板と、 前記液晶表示素子の表示光を供給する光源とを含み、 前記位相差層は、それぞれ４００ｎｍ〜４７０ｎｍのリ
   タデーション値を有し、第１層目の位相差層の遅相軸
   と、第２層目の位相差層の遅相軸とのなす角が３５°〜
   ５５°となるように積層し、 前記液晶表示素子のリタデーション値を０．８０μｍ〜
   ０．９４μｍ、配向軸の捩れ角を２４０°〜２６０°に
   選ぶことを特徴とする液晶表示装置。