JPH03230120A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光学補償板として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、表示品位か向上し、ワープロ
、コンピュータなどの○Ａ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。ところか位相差板は、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
とては、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
か大きい、つまり、視角か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〉 −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−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
タデーンヨンは減少し、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、位相差板のレタデーショ
ンと液晶表示セルのもつレタデ／ヨ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か低下
する為視角か狭くなる。

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／黒表示か得られ、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。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、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たスーパーツイスト型の液晶表示
装置において、液晶表示セルの少なくとも一方面にレタ
デー７ヨンが相加される２枚の積層位相差板を有し、第
１層目の位相差板の遅相軸と第２層目の位相差板の遅相
軸との交差角が２０度以上で、かつ第１層目の位相差板
のレタデーンヨン値の仰角依存性か最小となる方向に対
して、第２層目の遅相軸方向が平行となるように積層し
、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が７０
度から９０度であり、各位相差板はポリカーボネートの
一軸延伸高分子フィルムからなることを特徴とする。

積層した位相差板は液晶表示セルの一方面のみでも、液
晶表示セルの前面及び背面に配設してもよい。

また、積層と単層の組み合わせの場合、液晶表示セルの
一方面は積層した位相差板で、他方面は液晶表示セルに
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が７０度から９０度である単
層の位相差板を配置し、該単層の位相差板はポリカーボ
ネートの一軸延伸高分子フィルムからなることを特徴と
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
は、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
、ｏ（延伸方向）、ｎＴＤ（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／ジン
は、位相差板の法線方向からの仰角をφとすると、次式
で与えられる。

（１）　　延伸方向から見たとき 屈折率へｎＭｎ・ Ｉｎｘｎ’ｎ　ｚｏ’／　（ｎｘｏ’ｓｉｎ’ｌ＋ｎｚ
ｏ’ｃｏｓ’φ）ｌ　ｌ／！−ｎＴ。

位相差ＲＭＤ”△ＭＤ　’　ｄ　／　Ｃｏｓφ（２）延
伸方向と直交する方向から見たとき屈折率△ｎＴＩ） ｎＭｏ　　　　（ｎｔｏ’ｎｚｏ’／　　（ｎＴｎ’１
ｉｉｎ’φ＋ｎｚｎ”ｃＯ８”φ）ｌ”’位相差ＲＴＤ
＝△ｎＴｏ　＋　ｄ　／　ｃｏｓφ３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
タセーンヨ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、レタデー／ヨンか減少し、延伸方向
と直交する方向では、レタデーンヨンか増加する傾向か
あることが判る（−軸性正号の場合）。

ところで、位相差板としてポリカーボネート（ＰＣ）と
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の−軸延伸高分子フィ
ルムが知られているが、これらについてセナルモンの方
法により仰角に対する位相差板のレタデー／ｇンを測定
した結果を第４図（Ａ）〈ポリカーボネート〉、第４図
（Ｂ）くポリビニルアルコール〉に示す。但し、真上方
向から見たときのレタゼー／ヨン値を１．　０として規
格化しである。また、方位は延伸方向をＯ″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（Ａ）、（Ｂ）より仰角に対す
るレタデーンヨンの変化率を求めると第Ｓ図（Ａ）、（
Ｂ）が得られる。

一方液晶表示セルの仰角に対するレタデーションの変化
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デ／ヨンと位相差板のレタデ
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
トラストか低下する為、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。

第５図（Ａ）、第５図（Ｂ）−一ポリカーボネートとポ
リビニルアルコール位相差板について、それぞれの延伸
方向に対する方位と仰角リタデーシヲン変化の様子を表
しているｍ−によれば、ポリカーボネート位相差板（第
５図（Ａ））は仰角１５°、３０°では方位によるレタ
デーンヨン変化はわずかである。しかし４５°、６００
になるとはっきりと方位によるレタデーションの変化が
見られる。特に、仰角６００では延伸方向と延伸方向に
直交する方向では変化率が２倍程度となる。

これに対し、ポリビニルアルコール位相差板（第５図（
Ｂ））は、仰角１５°では方位によりレタデー７：１ン
変化はあまり見られないが、４５゜６０°ともなるとポ
リカーボネート位相差板以上に変化が激しく、仰角６０
°では延伸軸と延伸軸と９０°方向では変化率が８倍に
もなる。

従って、仰角を増していったときポリカーボネート位相
差板のレタデーンヨンの方がポリビニルアルコール位相
差板の変化率より小さいので、視角（仰角）に対するレ
タデーション変化を低く押えるためには前者のポリカー
ボネート位相差板が適当である。

なお、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枦軸といい、二つの位相差板を重ね
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
２層積層したとき、第１層目と第２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
広がらないことか判った。

特に、２枚の位相差板を積層するときは、第５図（Ａ）
で示される仰角依存性の最小となる方向を利用すること
が有効である。このとき、第１層目の位相差板の仰角に
対するレタデー／ヨン変化が最小となる方向に対して、
第２層目の位相差板の遅相軸方向を平行となるように積
層することが、液晶表示セルと組み合わせたときレタデ
ー／ヨンの変化が小さくなり、視角が拡大することを見
いだした。

この、第１層目の位相差板のレタデーション変化が最小
になる方向に第２層目の位相差板の遅相軸を平行に重ね
るということは、互いの位相差板（７）ｌ／タデ−／ヨ
ン変化が最小となる方向に互いに一致することであり、
この結果、積層された位相差板においては、延伸方向で
のレタデーンヨノ値の減少が抑えられ、レタデーンヨン
変化は均一化されるため、液晶表示セルと組み合わせた
ときに、位相差板の延伸方向でのレタデー／ヨン差か小
さくなり視角か広がるものである。

第１層目と第２層目の位相差板の遅相軸の交差角として
は、２００から４００の範囲が最も適当であった。

また積層を行うときは、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識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か
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、あるいは一方面に積
層位相差板、他方面は単層位相差板の場合においても、
同様の効果が得られる。なお、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説
明図であり、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
９９９９％のニュ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、ポリカーボネートの一軸延伸高
分子フィルム厚み５０μｍからなるもので、積層時のレ
タデーション値が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Ｌ
Ｃ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）＝０．８３〜０．９
２μｍに設定されたパネルを用いた。又、下側位相差板
４は、全く配設しない場合、単層の位相差板を配設する
場合、同様に２枚の位相差板を配設する場合かある。積
層または単層の位相差板を配設する場合は、位相差板は
ポリカーボネートの一軸延伸高分子フィルムがらなり上
側位相差板２と同一のレタデーンヨン値のものを用いる
。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、Ｐｌ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ＳＴ
Ｎ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）、θ１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、は下基板の
液晶分子配向軸Ｐ２と下側位相差板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５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１の吸収軸Ｐ３とのなす角度を表わしている。

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２として、レタデーション値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。

ｅ　、−５０°、６０°、７００．８０°、９０’、１
００’、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、θ１−７００〜９０’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２，４としてレタデション値
４００ｎｍのものを使用し、液晶セル３のｄ△ｎが０．
９２μｍ１　ツイスト角２４０度のものを使用する。θ
１−５０°、６０’、７０°、８０゜９０°、１００°
、１１０°、θ２−１３００，１２０°、１１Ｏ°、１
００’、９０°、８０°、７０゜に設定し、色補償を調
べた結果これもθ１−７０〜９００（θ、＝１１０’〜
９０°）のとき色補償が得られることか分った。

このとき色補償が得られるほど、視角か広くなることを
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’≦０１≦９０°（９０°
≦θ、≦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層目を積層することにする。各位相
差板はポリカーボネート−軸延伸高分子フィルムからな
りこれを２枚積層している。

第１層目、第２層目の位相差板はレタデーションが４０
０ｎｍのものであり、液晶セル３のｄ△ｎは０゜９２μ
ｍ１　ツイスト角２４０度のものを使用する。

なお、本実施例１は下側位相差板４は配設されない場合
である。

ここでθ、＝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０１０°、２０
°、３０’、４０°、５００に設定し、視角と色補償を
調へた結果、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°のときか最適であった
。このときのα−４０’、β−５０’であった。このと
き視角方向で２９°１反視角方向で１４°が得られ、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デーションが２００ｎｍの
ものを使用し、液晶セル３のｄ△ｎは、０．９０μｍ１
　ツイスト角２４０度のものを使用する。下側位相差板
４は積層せず、１枚にして、レタデーションが４００　
ｎｍのものを使用する。積層された及び単層の各位相差
板はポリカーボネートの一軸延伸高分子フィルムからな
るものである。

θｌ−９０°、θ、＝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Ｏ’、
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°のときか
最適であった。このときのα−１３００，β＝２００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デーションが２００ｎｍもの
を、又、下側位相差板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デー７ヨンが２００ｎ
ｍのものを使用する。上側、下側の積層した各位相差板
はいずれもポリカーボネートの一軸延伸高分子フィルム
からなるものである。液晶セル３のｄ△ｎは０．９０μ
ｍ１　ツイスト角２４０度のものを使用する。θ１＝９
０゜θ、＝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＝
８０°、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。

比較例１ 実施例１において、上側積層位相差板２の各位相差板の
材質をポリカーボネートよりポリビニルアルコールに換
えた。他の構成１条件等は、実施例１で説明したものと
全く同一である。交差角２５°に設定したときの視角測
定の結果、この比較例１では視角方向で２０°１反視角
方向で１２０であり、実施例１におけるポリカーボネー
ト位相差板を用いた場合より視角方向で９°１反視角方
向で２°視野角が劣った。

比較例２ 実施例２において、同様に上側積層位相差板２１枚の下
側位相差板４の各位相差板の材質をポリカーボネートよ
りポリビニールアルフールに換えた。他の構成１条件等
は、実施例１で説明したものと全く同一である。ただし
、レタデー／ヨン２００ｎｍの位相差板はポリビニール
アルコールでは存在していないため、上側積層位相差板
の各位相差板の材質はポリカーボネートを用いた。交差
角３０°に設定し、視角測定の結果、この比較例２では
視角方向で３５°１反視角方向で１４°であった。実施
例２におけるポリカーボネート位相差板を用いた場合よ
り反視角方向で９°視野角が劣った。

比較例１，２の結果に明らかなように、ポリビニールア
ルコールの位相差板を用いた液晶表示装置より、ポリカ
ーボネートの位相差板を用いた液晶表示装置の方が視角
が広い。これは第５図（Ａ）第５図（Ｂ）に示されてい
るように、ポリカーボネート位相差板は仰角１５°、３
００では方位によるリタデーション変化は見られなく、
仰角４５°、６０°のレターデーション変化率もポリビ
ニールアルコール位相差板の変化率に比べ１／４である
ためである。

実施例１．２と比較例１，２との比較表を下記に記す。

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〉 以上本発明によれば、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図は本発明の詳細な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
タデーション変化の関係を示した図、第４図（Ａ）、　
　（Ｂ）はポリカーボネート及びポリビニールアルコー
ル位相差板それぞれの実測した仰角に対するレタデーン
ヨン変化の関係を示した図、第５図（Ａ）、（Ｂ）はポ
リカーボネート及びポリビニールアルコール位相差板そ
れぞれの全方位におけるレタ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デ
ー／ヨ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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学補償板として一軸延伸高分子フィルムからなる
   位相差板を用いたスーパーツイスト型の液晶表示装置に
   おいて、液晶表示セルの少なくとも一方面にレタデーシ
   ヨンが相加される２枚の積層位相差板を有し、第１層目
   の位相差板の遅相軸と第２層目の位相差板の遅相軸との
   交差角が２０度以上で、かつ第１層目の位相差板のレタ
   デーション値の仰角依存性が最小となる方向に対して、
   第２層目の遅相軸方向が平行となるように積層し、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が７０度から
   ９０度であり、各位相差板はポリカーボネートの一軸延
   伸高分子フィルムからなることを特徴とする液晶表示装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
   、積層した位相差板を液晶表示セルの前面及び背面に配
   設してなることを特徴とする液晶表示装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
   、液晶表示セルの一方面に積層した位相差板を配置し、
   他方面に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が７
   ０度から９０度である単層の位相差板を配置し、該単層
   の位相差板はポリカーボネートの一軸延伸高分子フィル
   ムからなることを特徴とする液晶表示装置。