JPH0950027A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示画像の色再現性やコントラスト特性や視
角特性等の表示品質に大きく関与する表示性能を向上し
高品質な表示性能の液晶表示装置を実現する。 【解決手段】 画像を表示するために駆動される駆動用
液晶表示素子９と、この駆動用液晶表示素子９の基板表
面に対して垂直な光軸を持ち、液晶層５とは逆に光学異
方性が負である特性を備え、駆動用液晶セル６の上側・
下側にそれぞれ 1枚ずつ配置された光学異方素子１０、
１１と、 2枚の偏光板７、８のうち表示面側の偏光板７
の下側に配置され、非画素領域を除く画素部で、特定方
位の光の散乱透過強度がそれ以外の方向での光の散乱透
過強度よりも大きな分布を示す一方、前記の特定方位以
外の方位の光は直進して透過させる光散乱透過率異方性
を備えた光制御素子１２と、を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特にコントラスト比及び表示色、そして階調表示時
の視角特性を改善し、かつ各画素の輪郭部の表示に係る
光のにじみを解消して、高品位な表示を実現する液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型軽量・低消費電力
という大きな利点を有しているので、例えば腕時計や電
卓、日本語ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ
等の多種多様な製品に広く用いられている。これら液晶
表示素子のほとんどには、ねじれネマティック液晶が用
いられている。中でも、パーソナルコンピュータなどに
用いられる液晶表示素子は、大面積・大容量表示のもの
が一般的になっており、表示面の大きさは対角約10イン
チあるいはそれ以上で、その表示容量は 640× 480画素
あるいはそれ以上といったものが主流になってきた。

【０００３】現在、大画面・大容量表示の液晶表示素子
の主流は、単純マトリクス方式である。この単純マトリ
クス方式の液晶表示素子は、 180°以上ねじれ配列した
液晶を櫛形の透明電極がガラス基板上に形成された電極
基板で挟んだ単純な構造のものである。これは一般にＳ
ＴＮ液晶が用いられるので、ＳＴＮ方式と呼ばれてい
る。

【０００４】このような単純な構造のＳＴＮ方式で 640
× 480画素の多桁表示を実現するには、液晶の電気光学
特性に急峻性が要求される。ここで急峻性とは、液晶セ
ルに印加する電圧値を変化したときの液晶セルの透過光
の変化度を示す。電気光学特性の急峻性は、液晶層の配
列の総ねじれ角（以下ツイスト角と呼ぶ）を大きくする
ことにより改善できる。

【０００５】実用的にはＳＴＮ方式の液晶表示素子のね
じれ角は 180°以上必要（複屈折モード）で、ねじれ角
がこのように大きくなると、複屈折現象に起因して表示
色が着色することが知られている。

【０００６】このような表示の着色を解消する手段とし
ては、液晶層の配列が駆動用液晶セル（つまり画像を表
示するために駆動回路等に接続されて駆動される液晶表
示パネル）の液晶分子配列のねじれとは逆の方向にねじ
れた液晶層を備えた第２の液晶セル（位相差補償用の液
晶セル）を、表示側の偏光板と駆動用液晶セルとの間に
配置することによって白黒表示を実現できることが、例
えば特公昭63−53528号公報にて報告されている。この
白黒化の原理は、液晶分子がねじれ配列とされる第１の
液晶セルを透過し楕円偏光となった光の常光と異常光と
を、その光を光学補償板である第２の液晶セルを透過す
ることによって相互に入れ替わらせて、一旦楕円偏光と
なっていた光を直線偏光へと変換させる。その結果、光
の複屈折現象に起因する着色が解消されて、白黒表示を
実現することができる。この楕円偏光を直線偏光へと正
確に変換するために要求される条件としては、光学補償
板である第２の液晶セルのリタデーション値が第１の液
晶セル（駆動用液晶セル）とほぼ同一で、しかもねじれ
方向が相互間で逆であり、相互に最近接する液晶分子の
配向方位が直交するように構成することが必要である。

【０００７】このような第２の液晶セルつまり位相差補
償用液晶セルを用いる手段の他には、位相差補償用液晶
セルの代りに光学異方性フィルムを用いる手法も提案さ
れている。これは、光学異方性フィルムを駆動用液晶セ
ルの上に 1枚あるいは複数枚積層することにより、上記
の第２の液晶セルとほぼ同一な機能を持たせる、という
手法である。

【０００８】以上述べた光学的補償によって、ＳＴＮ方
式でも着色を解消した白黒表示が可能となり、これにさ
らにカラーフィルタを組み合わせることにより、より付
加価値の高いカラー表示を実現することも可能となる。
このようなカラー表示を行なう場合、特に色再現性が良
好であることが要求されるので、上記のようなＳＴＮ方
式における着色の問題を解消することが特に必要とな
る。

【０００９】しかしながら、着色の問題は解消できて
も、単純マルチプレクス方式の液晶表示装置は一般に電
圧平均化法に基づく時分割駆動の原理に基づいて作動す
るものであるため、表示容量つまり画素数を増大させる
と（換言すれば走査線本数あるいは表示桁数を増加する
と）、光を遮断する際の電圧値と光を透過させる際の電
圧値との差が十分には取れなくなり、その結果、コント
ラスト比が小さくなったり、液晶の応答速度が低下する
といった本質的な問題が生じる。

【００１０】また、このような従来技術では、液晶表示
パネルの画面を見る際の方位や角度によって表示画像の
明暗が反転して見える、あるいは表示画像が全く見えな
くなる、あるいは表示が着色して見える、といった現象
が観測され、これらは表示品位の高い液晶表示素子を実
現する際の大きな問題となっている。

【００１１】一方、アクティブマトリクス方式は、各表
示画素ごとに薄膜トランジスタやダイオードからなるス
イッチング素子を備えているため、画素数（走査線本数
など）には関係なく各画素の液晶層に任意の電圧比を設
定できる。従って、アクティブマトリクス方式の駆動用
液晶セルの場合には、その液晶層の電気光学特性の急峻
性は上記の単純マトリックス方式の場合ほどには高い急
峻性は必要ないので、液晶層のツイスト角をＳＴＮ方式
のようには大きくする必要がない。

【００１２】ツイスト角が90°の液晶セル、いわゆるＴ
Ｎ方式の液晶セルは、電気光学特性の急峻性については
ＳＴＮ方式より劣るが、液晶層を通る際の光の旋光性を
表示原理としているので（旋光モード）、一般に比較的
容易に無彩色で高コントラストな表示を得ることができ
る。また、電圧に対する応答性もＳＴＮ方式よりも高速
であるという利点を持っている。従って、ＴＮ方式をア
クティブマトリクス方式と組み合わせることにより、大
表示容量でコントラスト比が高く、かつ応答速度が速い
液晶表示素子を実現することができる。さらには、カラ
ーフィルタと組み合わせることによって、より付加価値
の高いフルカラー表示を高い表示品質で実現可能である
と考えられる。

【００１３】しかしながら、このような従来技術に係る
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置でもやはり、
液晶表示パネルを見る際の方位や角度によって表示画像
が反転して見えたり、表示画が全く見えなかったり、あ
るいは表示が着色して見えるといった現象として観測さ
れ、表示品位の高い液晶表示装置を実現するためには解
決すべき大きな問題となっている。

【００１４】このような、液晶表示装置における表示画
面の視角依存性を低減させる手段として、特開昭62−21
423 号公報に、 2枚の偏光板の間に液晶セルと光学異方
性が厚み方向に負のポリマーフィルムである複屈折層と
を設置する技術が開示されている。

【００１５】一方、特開平3 −67219 号公報には、垂直
配列（配向基板に対して液晶分子が垂直に配列したも
の）した液晶セルに、螺旋ピッチ長と屈折率との積が 4
00ｎｍ以下のコレステリック液晶相を示す液晶化合物
（または高分子液晶）からなる複屈折層を液晶セル上に
配置する技術が開示されている。

【００１６】一方、ねじれた配列をした液晶セルの場合
には、ＵＳＴと称するコレステリック液晶相を示す液晶
化合物からなる液晶セルを偏光板間に配置する技術が発
表されている（羽藤 et al,Journal of the SID,1/3,19
93,p.319）。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた如く、従来
の液晶表示素子においては、基本的には、液晶に印加す
る電圧により液晶分子の向きを変化させて、その液晶セ
ルに光学的な変化を生じさせるという表示原理を用いて
いるので、液晶表示素子を傾けて見ると液晶分子の向き
が変化して見え、その結果、表示画像の明暗が反転して
見える、あるいは画像が観察者にとって全く識別できな
くなる、といった現象が生じるという問題がある。

【００１８】特に、カラーフィルタと組み合わせてフル
カラー表示を行なう場合には、表示画像の色再現性やコ
ントラスト特性や視角特性など、表示品質に大きく関与
する表示性能がいずれも著しく低下するという問題があ
る。

【００１９】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、表示画像の色再現性や
コントラスト特性や視角特性等の表示品質に大きく関与
する表示性能を向上して、高品質で良好な表示性能を実
現した液晶表示装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、第１に、第１の電極が形成された第１の基板と、第
２の電極が形成され前記第１の基板に間隙を有して対向
配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の
基板との間隙に、周囲を封止されて封入・挟持されたね
じれネマティック型の液晶層とを有する液晶セルと、該
液晶セルの上下それぞれに少なくとも 1枚ずつ配置され
た 2枚の偏光板とを有し、駆動回路に接続されて液晶印
加電圧を印加され前記液晶層の液晶分子の姿勢変化に基
づいて透過光に対する旋光性を制御されて駆動され画像
を表示する駆動用液晶表示素子と、前記駆動用液晶表示
素子の前記 2枚の偏光板のうち表示面側の偏光板の上又
は下あるいは上下両方に配置され、前記駆動用液晶表示
素子の画素部に対応する位置のみで、特定方位での光の
散乱透過強度がそれ以外の方向での光の散乱透過強度よ
りも大きな分布を示す一方、前記特定方位以外の方位の
光は直進して透過させる光散乱透過率異方性を備えた光
制御素子と、を具備することを特徴としている。

【００２１】また、第２に、第１の液晶表示装置におい
て、前記駆動用液晶表示素子の基板表面に対して垂直な
光軸を持ち、前記液晶層とは逆に負の光学異方性を備
え、前記駆動用液晶表示素子の上又は下あるいは上下両
方に配置された光学異方素子を具備することを特徴とし
ている。

【００２２】また、第３に、第１の電極が形成された第
１の基板と、第２の電極が形成され前記第１の基板に間
隙を有して対向配置された第２の基板と、前記第１の基
板と前記第２の基板との間隙に、周囲を封止されて封入
・挟持されたねじれネマティック型の液晶層とを有する
液晶セルと、該液晶セルの上下それぞれに少なくとも1
枚ずつ配置された 2枚の偏光板とを有し、駆動回路に接
続されて液晶印加電圧を印加され前記液晶層の液晶分子
の姿勢変化に基づいて透過光に対する旋光性を制御され
て駆動され画像を表示する駆動用液晶表示素子と、前記
駆動用液晶表示素子の前記 2枚の偏光板のうち表示面側
の偏光板の上又は下あるいは上下両方に配設され、特定
方位での光の散乱透過強度がそれ以外の方向での光の散
乱透過強度よりも大きな分布を示す一方、前記特定方位
以外の方位の光は直進して透過させる光散乱透過率異方
性を備えた光制御素子と、前記光制御素子の上又は下あ
るいは上下両方の、前記駆動用液晶表示素子の非画素部
に対応する位置に配設されて該位置における表示側への
透過光を遮光する外部遮光層と、を具備することを特徴
としている。

【００２３】また、第４に、第３の液晶表示装置におい
て、前記駆動用液晶表示素子の基板表面に対して垂直な
光軸を持ち、前記液晶層とは逆に負の光学異方性を備
え、前記駆動用液晶表示素子の上又は下あるいは上下両
方に配置された光学異方素子を具備することを特徴とし
ている。

【００２４】また、上記いずれかの液晶表示装置におい
て、前記光学異方素子が、その光軸が前記液晶層の厚み
方向に連続的にねじれた配列である、ねじれ軸を有する
特性の光学異方素子であり、該光学異方素子のねじれ軸
が、前記駆動用液晶表示素子の基板表面に対して垂直に
設定されており、前記光学異方素子の屈折率異方性をΔ
ｎ、前記光軸のねじれピッチ長をｐとすると、Δｎ×ｐ
の値が、可視光波長領域の波長よりも小さいことを特徴
としている。

【００２５】また、上記いずれかの液晶表示装置におい
て、前記光学異方素子が、光学的な前記特性を備えた液
晶表示素子であることを特徴としている。

【００２６】また、上記いずれかの液晶表示装置におい
て、前記光学異方素子が、光学的な前記特性を備えた高
分子分散型液晶表示素子であることを特徴としている。

【００２７】本発明は、液晶表示装置におけるコントラ
スト比や表示色の視角依存性を同時に軽減することがで
き、しかも各画素の輪郭の表示光のにじみを解消するも
のである。

【００２８】即ち本発明は、液晶表示素子の所定のコン
トラスト比が得られる領域はそのままの特性で保ちつ
つ、それとは別に所定のコントラスト比が得られないあ
る特定の方位換言すれば視角におけるコントラスト比を
向上して、画面全体にわたっての全方位からの視角特性
を良好なものとする技術である。

【００２９】旋光モードあるいは複屈折モードの液晶表
示素子においては、光が液晶表示素子の表示面に対して
垂直に入射する場合と、斜めに入射する場合とでは、液
晶表示素子中を伝搬する光の偏光状態が異なるものとな
る。この偏光状態の違いが表示画像の明暗の反転現象や
着色現象等に直接に反映される。このような現象は一般
に、液晶表示素子の表示面を見る角度を表示面法線から
大きく傾けて行くに従って、より顕著に観測されるよう
になる。そしてこれは、液晶層に電圧を印加する手段を
有し、駆動回路系に接続されて駆動される液晶表示パネ
ル（以下駆動用液晶セルと呼ぶことにする）の液晶層に
電圧が印加されている場合の画素において特に顕著に見
られる現象である。

【００３０】図５は、従来のＴＮ方式の液晶表示素子の
表示面法線から左右の方向に 0°から60°まで傾けた際
の（以下、表示面法線からの傾き角を視角と称すること
にする）、表示画像のコントラスト比の視角依存性を示
す図である。図５においては、ノーマリーオープンモー
ド（１００）とノーマリークローズモード（１０１）と
の 2つの場合について示している。ここで、ノーマリー
オープンモードの液晶表示素子とは、電圧無印加時には
明状態が、電圧印加時には暗状態が得られる構造の液晶
表示素子である。そしてノーマリークローズモードと
は、ノーマリーオープンモードの逆で、電圧無印加時に
は暗状態が、電圧印加時には明状態が得られる構造の液
晶表示素子である。これらを比較すると、ノーマリーク
ローズモードの方がノーマリーオープンモードよりもコ
ントラスト比の視角依存性が少ないことが分かる。ここ
で、コントラスト比とは、光が透過した状態（明状態）
の輝度を光が遮断された状態（暗状態）の輝度で割った
値であり、コントラスト比は暗状態の輝度に大きく影響
される。

【００３１】そこで、ノーマリーオープンモードとノー
マリークローズモードとの暗状態の輝度の左右方向にお
ける視角依存性を測定してみると、図６に示すような特
性が得られる。ノーマリーオープンモードの場合を２０
１で、ノーマリークローズモードの場合を２０２で示し
た。同図から明らかなように、ノーマリークローズモー
ドの方がノーマリーオープンモードよりも暗状態の視角
依存性が小さく、その結果、ノーマリークローズモード
の方がノーマリーオープンモードよりコントラスト比の
視角特性が良くなる。

【００３２】ノーマリーオープンモードとノーマリーク
ローズモードとの、暗状態における視角特性の違いを考
察してみると、ノーマリーオープンモードの場合は暗状
態を得るために電圧を液晶セルに印加しており、液晶分
子が基板表面にほぼ90°に立ち上がった配列つまり垂直
配列の状態であるのに対して、ノーマリークローズモー
ドの場合の暗状態は、液晶セルに電圧が印加されておら
ず液晶セル中の液晶分子は基板に対して水平にねじれた
配列状態となっている。従って、これらのモードの視角
特性の違いは、液晶セルの分子配列状態の違いに起因し
ており、垂直配列状態の方が水平にねじれた配列状態よ
りも視角特性が悪い。

【００３３】例えば、垂直配列状態の液晶セルを、 3次
元の屈折率楕円体で表すと、図７に示すような屈折率楕
円体３０１となる。ここで、図中ｚ軸は液晶セルの厚み
方向であり、ｘｙ平面は液晶セルの基板面に相当してい
る。複屈折現象は、この屈折率楕円体３０１の中心点を
ある方向から観測する場合のその観測点と屈折率楕円体
３０１の中心点とを結んだ視軸３０２を法線とする、屈
折率楕円体３０１の中心点上の法線面が屈折率楕円体３
０１を切断する際に形成される楕円状の切断面の形状
（ここでは、 2次元面内の屈折率体３０３と呼ぶ）によ
り示される。この2次元面内の屈折率体３０３の長軸と
短軸の長さの差が、常光と異常光の位相差に相当し、液
晶セルを挟む偏光板の透過軸が互いに直交していれば、
その位相差が零のとき液晶セルの透過光は遮断され、位
相差が零ではないときにはその位相差と入射光の波長に
応じた透過光が生じる。液晶セルの基板面に垂直に光が
入射した場合（すなわち液晶セルを真正面から見たと
き）には、前記の 2次元面内の屈折率体は円３０４とな
り、常光と異常光の位相差は零となるが、液晶セルの基
板面から傾いた方向、例えば視軸３０２の方向の光が入
射した場合には、屈折率体３０３は楕円となり、常光と
異常光の位相差が生じて、真正面方向と斜め方向とでは
液晶セルを透過する光の偏光状態が異なったものとな
る。よって、位相差に基づいた着色現象が発生する。

【００３４】従って、液晶セルの視角特性を改善するた
めには、電圧印加時の液晶セルの屈折率楕円体を改善す
ることが必要である。

【００３５】以下に、図７に示す垂直配列状態の屈折率
楕円体３０１に基づいて、視角特性改善の理論の主要概
念について説明する。

【００３６】図７の屈折率楕円体３０１を見る角度、即
ち視角３０５を大きくしていくと、視軸３０２の 2次元
面内の屈折率体３０３は長軸３０６の長さ方向に大きく
なり、ｚ軸の方向から見た際よりも位相差の大きな透過
光が観測される。

【００３７】しかし理想的には、視角を変化した際にも
そのいずれの方位からでも 2次元面内の屈折率体３０３
の形状が変化しないことが望ましい。このような光の位
相差が視角に依存して変化する性質を、光学的に補償す
るためは、図８に示すような円盤状の屈折率楕円体４０
１で示されるような光学特性を有する負の光学異方性を
備えた光学異方板を、その屈折率楕円体４０１のｚ軸が
図７に示した屈折率楕円体３０１で示されるような光学
特性を持つ液晶セルの屈折率楕円体３０１のｚ軸上と同
方向に一致するように配置することによって実現できる
ものと考えられる。即ち、屈折率楕円体４０１で示され
る光学特性の光学異方板を、駆動用液晶セルの上層ある
いは下層に隣接して配置することにより実現できるはず
である。このようにすることにより、視角３０５を大き
くして行った場合でも、屈折率楕円体３０１の 2次元面
内の屈折率体３０３がその長軸３０６の長さ方向に大き
くなるのに対して、短軸３０７の長さ方向の屈折率が大
きくなる。その結果、それらが合成されて表示面側に出
てくる表示に係る光における 2次元内の屈折率体３０３
は円形になる。よって、屈折率楕円体４０１で示される
光学特性を備えた負の光学異方板を上記のように用いる
ことにより、駆動用液晶セルの屈折率楕円体３０１を光
学的に補償することができ、その視角特性が飛躍的に向
上するはずである。実際上、図８に示すような屈折率楕
円体は、光軸が連続的にねじれた配列の光学異方性物質
を用いて形成された光学異方性膜（光学異方性層）をは
じめとする光学異方素子によって実現できるはずであ
る。

【００３８】しかしながら、一般に、駆動用液晶セル
は、その液晶セルに印加する電圧によって可視波長領域
の光（一般には 380ｎｍから 750ｎｍまでの領域）の偏
光方向を積極的に変化させることで画像を表示している
が、上記のような光学補償用の光学異方素子の場合、そ
の光学異方素子の光軸が連続的にねじれているため、そ
の光学異方素子の光学条件によっては旋光性が生じるこ
とがある。ここで旋光性とは、光が媒質中を進行するに
従ってその光の振動方向がその進行方向を軸として左ま
たは右に旋回する性質のことを示す。

【００３９】光軸が連続的にねじれた光学異方素子のリ
タデーション値を一定としたとき、光軸のねじれピッチ
が長い場合、光はその光軸のねじれに従ってその偏光面
を回転させるが、光軸のねじれピッチが短い場合には、
光はその光軸のねじれに追従できなくなり旋光現象は起
きない。光学異方素子の旋光性が大きいと、素子を透過
する光の偏光面を変化させてしまい、その結果、コント
ラスト比を減少させてしまったり、場合によっては光の
波長により偏光面が種々変化して、光学異方素子を透過
した光が着色するなどの問題が生じる。従って、少なく
とも光学異方素子の可視光に対する旋光性は、駆動用液
晶セルの可視光に対する旋光性に比べて小さくなるよう
にすることが必要である。この旋光性は、媒質を透過す
る光の波長と、光が透過する媒質とに大きく依存してい
る。そして旋光性の大小は、光軸の変化に対する媒質の
リタデーション値の変化の度合いで表される。従って、
駆動用液晶セルの旋光性の大小は、駆動用液晶セルの、
常光に対する屈折率ｎo と異常光に対する屈折率ｎe と
の差をΔｎ1 （＝ｎe −ｎo ：屈折率異方性）、液晶層
の厚みをｄ1 、液晶層のねじれ配列の角度（ツイスト
角）をＴ1 とすると、 Δｎ1 ・ｄ1 ／Ｔ1 ＝Ｒ1 ／Ｔ1 、ただし、Ｒ1 ＝Δｎ1 ・ｄ1 （リタデーショ
ン値） …（１．１） で表すことができる。同様に、位相差補償用の光学異方
素子の旋光性の大小は、その光学異方素子の光学異方性
物質の屈折率異方性をΔｎ2 、積層された光学異方性物
質層の厚みをｄ2 、光学異方性物質層の光軸の総ねじれ
角度をＴ2 とすると、 Δｎ2 ・ｄ2 ／Ｔ2 ＝Ｒ2 ／Ｔ2 、ただしＲ2 ＝Δｎ2
・ｄ2 …（１．２） で表すことができる。従って、位相差補償用の光学異方
素子の旋光性と駆動用液晶セルの旋光性の大小関係は、
式（１．１）、（１．２）から （Ｒ1 ／Ｔ1 ）＞（Ｒ2 ／Ｔ2 ）…（１．３） となることが判る。

【００４０】光学異方素子の光軸が連続的にねじれてい
る場合の、その内部での光の伝搬は、次式によって示さ
れるパラメータで表すことができる（C.Z.Van Doorn,Rh
ysics Letters 42A,7(1973) ）。ｆ＝λ／（ｐ×Δ
ｎ）、ただしλは真空中の光の波長（可視の波長範
囲）、ｐは光軸のねじれピッチ長（ｐ＝ｄ／Ｔ）…
（１．４） ｆ＜＜１の場合には、光学異方素子中の光は偏光面が光
軸のねじれ角に従って変化し旋光性を持つ。先述したよ
うに光学異方素子は旋光性が小さいことが望ましく、光
学異方素子はｆ＞＞１の条件を満たすことが必要であ
る。よって、光学異方素子は、式（１．４）から、 ｐ×Δｎ＜λ …（１．５） が成り立つことが必要であることが導き出される。

【００４１】ところで、ツイスト角が非常に大きい、す
なわち螺旋ピッチの長さが短い液晶をコレステリック液
晶と一般に称しているが、このコレステリック液晶の螺
旋ピッチの長さｐと平均屈折率ｎとの積ｎ×ｐの値が、
可視波長範囲にあると（この範囲は条件によって異なる
が、短波長端は 360ｎｍから 400ｎｍ程度、長波長端は
760ｎｍから 830ｎｍ程度の範囲である）、選択反射を
生じる（J.L.Fergason;Molecular Crystals.1.293(196
6))。

【００４２】このような現象はコレステリック液晶セル
のみに見られる現象ではなく、光学異方性体の光軸が連
続的にねじれた光学異方素子で一般に起こり得るもので
ある。この選択反射が生じると、光学異方素子の着色現
象が生じて表示色が変化する。従って、光学異方素子を
形成する光学異方性物質の平均屈折率ｎと、光軸のねじ
れピッチｐとの積ｎ×ｐが可視波長範囲からは除かれる
ようにしてやれば、着色現象を防止することができる。

【００４３】しかしながら、上記には視角制御の原理を
概念的に説明したが、その際のしきい値電圧以上の電圧
が印加された駆動用液晶セルの屈折率楕円体は、実際に
は、図７に示したような簡単な楕円体形ではない。ＴＮ
方式の駆動用液晶セルに暗状態が得られる値の電圧を印
加した際の液晶セル中の分子配列状態は、実際には、図
９に示すような曲線で示されるような状態となる。図９
中の曲線７、８は、それぞれチルト（傾き）角、ツイス
ト（ねじれ）角を示している。ここで、図１０に示すよ
うに、チルト角とは液晶セルの表示面つまり表示側の基
板主面をｘｙ面としたときこのｘｙ面に対する液晶分子
６０１の長軸６０２の傾き角６０３であり、またツイス
ト角とは液晶分子６０１の長軸６０２をｚ軸方向からｘ
ｙ面上に投射した射影とｘ軸とのなす角６０４である。

【００４４】電圧が印加された状態では、液晶セルの厚
さ方向中央付近では液晶分子がほとんど90°（垂直）に
傾いているが、上下の基板表面付近では、基板表面の配
向規制力の影響を受けて、実際には液晶分子はあまり傾
かない。またこのとき、上下基板間でのツイスト角はＳ
の字型の分布となる。このことから明らかなように、電
圧を印加した際の液晶層の分子配列は完全な垂直配列状
態とはならない。このような配列状態は、視角特性に大
きく悪影響を及ぼす。

【００４５】図１１は、しきい値電圧以上の電圧が印加
されたノーマリーオープンモードのＴＮ方式の液晶表示
装置の暗状態の視角特性を示す図である。これは、図１
２に示したような座標系において、液晶表示素子を上下
左右の 4方位、即ち、方位角φが 0°（右方位）、90°
（上方位）、 180°（左方位）、 270°（下方位）の場
合それぞれについて、視角θを 0°から60°まで変化さ
せたときの液晶セルの透過率を測定した結果である。図
１２から、上−下方位と左−右方位の視角透過率曲線は
一致していない。また、上方位と下方位を比較すると、
同一の角度（つまり視角の上下といった方位を除いた、
視角の絶対値である角度の値）に対して透過率は大きく
異なっていることが判る。

【００４６】一方、垂直配列した液晶セルの場合には、
図１３に示すように、上方位と下方位、左方位と右方位
とで、それぞれ互いに逆方位どうしでの視角透過率曲線
はほぼ同じ形になっている。

【００４７】ねじれ配列を持つ駆動用液晶セルに電圧を
印加した場合、その駆動用液晶セルの屈折率楕円体は、
図７に示したような単純な形状ではなく、実際には液晶
セルの中央付近の液晶分子の傾きや基板表面付近のねじ
れ配列部の影響を受けて、図７を変形させたような形状
となる（図示省略）。

【００４８】従って、ＴＮ方式やＳＴＮ方式の駆動用液
晶セルに対して好適に用いることのできる光学補償用の
屈折率楕円体としては、駆動用液晶セルの屈折率楕円体
に適合させるためには、図８のような完全な（換言すれ
ば理論上の、あるいは理想的な）円盤形ではなく、多少
変形させた複雑な形状であることが望ましいことにな
る。

【００４９】図１４、図１５、図１６は、透過軸を互い
に直交させた 2枚の偏光板間に光学異方素子を配置し
て、図１１及び図１３に示した場合と同様に液晶表示装
置全体としての視角特性を測定したものである。光学異
方素子としては、カイラルネマティック液晶を用いた液
晶セルを作成し、これを使用した。そのΔｎは0.039
で、液晶層厚は12μｍ、ピッチｐは図１４に示したもの
の場合が 0.248μｍ、図１５に示したものの場合が0.73
8 μｍ、図１６に示したものの場合が 5.3μｍであり、
ねじれ角は回転数で表すとそれぞれ48.25 回転、 16.25
回転、2.25回転である。なお、上下方位を×印のプロッ
トで、左右方位を○印のプロットで、それぞれ示してあ
る。ねじれ角が小さいと、上下と左右方位の透過率が異
なり、ねじれ角が大きいと上下と左右方位の透過率が一
致していることが、図１４、１５、１６から判る。これ
は、ねじれ角が大きいと光学異方素子の屈折率楕円体は
完全な円盤形となり、ねじれ角が小さいと円盤形が歪ん
だ形になることを示している。

【００５０】さて、本発明の視角改善効果は、図１４、
１５、１６に示したいずれの条件の場合においても発揮
することが可能であるが、すでに述べたように電圧印加
時の駆動用液晶セルの屈折率楕円体は、理論上の幾何学
的に正確な楕円体と比べて歪んだ形をしていると考えら
れるので、それに重ねる光学異方素子の屈折率楕円体も
それに対応して歪んでいる方が、よりその効果が発揮で
きるはずである。

【００５１】即ち、光学異方素子における旋光の回転数
を比較的小さくした場合の特性の方が、実際はさらに望
ましいものである。

【００５２】このように、光学異方素子における旋光の
回転数が小さい場合、ピッチｐは長くなる。一方、光学
異方素子の屈折率ｎは上記の場合 1.5であったので、先
述のｎ×ｐに対する条件としては、ｎ×ｐの値を可視波
長範囲のうちの長波長端以上とする条件の方が、より好
ましいと言える。

【００５３】また、本発明において、光学異方素子の光
学条件や、Δｎ×ｄ（ｄは液晶層の厚さ）で示されるリ
タデーション値や、旋光回転数や、光軸の螺旋軸に対す
る傾き角ならびに回転方向や、光学異方素子中の光学異
方性物質の光軸の向きを外から変化させることによって
も、その効果は異なってくる。

【００５４】特に、回転方向については、光学異方素子
の光軸の回転方向と駆動用液晶セルのねじれ方向とが同
一の場合と逆の場合とではその効果が大きく異なる。

【００５５】以上に述べた光学異方性が負の位相差補償
板については、 2値表示の場合に大きな効果を発揮する
はずである。これは、電圧が印加されたときの液晶分子
の傾きが唯一つの場合のみであるためである。つまり、
各画素の表示状態はオン／オフの 2値で変化するためで
ある。

【００５６】しかしながら、液晶分子の傾きを変化させ
ることで、その傾きに対応して複数階調の階調表示を実
現する液晶表示装置の場合には、視角改善効果は上記の
みでは未だ不十分であると言える。図１７に、そのよう
な階調表示を行なう従来のノーマリーオープンモードＴ
Ｎ型液晶表示装置における、 8階調表示時の輝度一視角
特性を示す。左右方位（図１７（ａ））については、入
射角が40°でも各階調輝度値は正面での順位を保ったま
まである。つまり、実用的な視角は40°程度までは保た
れていると言って良い。一方、上下方位（図１７
（ｂ））については、階調輝度の順位が特に下方向での
入射角が10°付近で、既に入れ替わってしまっており、
階調表示性が特に下方向で大きく損なわれていることが
判る。

【００５７】このようなノーマリーオープンモードＴＮ
型液晶表示素子の偏光板と液晶セルとの間に、前記の図
８に示すような光学特性を有する負の光学異方素子を配
置した場合の、液晶表示装置の視角特性を図１８に示
す。この場合、左右方位（図１８（ａ））については、
階調レベル8 の輝度は図１７の場合と比較して、入射角
に依存した変化が少ない。一方、上下方位については、
上方位では階調間の輝度順位は入射角を大きくしても均
整を保っており、十分良好な表示の実現に対応できると
考えられるが、下方位では輝度の低下が著しく、下方10
〜20°で既に明暗が著しく反転していることが判る。こ
れは、前記の図１７に示したような光学異方素子を用い
ない場合よりも、視角特性はむしろいっそう悪化してい
ると言える。このような視角特性の液晶表示装置では、
視角特性が極めて劣悪であるので、良好な表示を実現す
ることが極めて困難である。

【００５８】このような、むしろ視角特性のさらなる劣
化が発生する原因としては、上述した如く、電圧が印加
された状態では液晶セルの厚さ方向中央付近では液晶分
子が90°近く傾いているが、上下の基板表面付近では基
板表面の配向規制力の影響を受けて液晶分子はあまり傾
かず、液晶分子の下基板から上基板まで螺旋面状に連続
した液晶分子のツイスト角の分布を見ると、Ｓの字型の
分布となっており、実際上このＳの字型のツイスト角の
分布に起因して視角方位によって透過光に生じる位相差
に違いが生じるためであると考えられる。

【００５９】そこで、以上に例示したような液晶表示装
置の場合には下方位の輝度低下およびコントラスト特性
の視角依存性の劣悪さを、本発明によって改善すること
により、表示品位を大幅に向上させることができる。

【００６０】つまり、以上の例示を、より一般化して述
べると、輝度およびコントラスト特性が特に劣悪である
視角領域（上記例では下方位）に対して、特にその方位
の輝度やコントラスト特性の改善を実現する具体的な手
段として、本発明によれば、例えば回折作用を有する光
制御素子を用いる。本発明で用いる光制御素子の特性
は、正面方向の透過光に対しては透明であり、斜め方
向、特に前記例示の下方位などの輝度およびコントラス
ト特性が特に劣悪である視角領域の光に対しては、特定
の角度領域の光を導き入れてこれを散乱させて出射する
ことで、前記の輝度およびコントラスト特性が劣悪な出
射角度領域に該当する方位の輝度およびコントラスト特
性を上昇させるように機能する。

【００６１】この光制御素子の構造は、図１９に示すよ
うに、特定方向に屈折率の異なる層１９０１を形成して
おり、この層１９０１に対するほぼ平行〜特定角度領域
ψまでの角度で入射する光１９０２に対しては図１９
（ａ）に示すように層１９０１の作用によってその光１
９０２が回折を生じ、出射する際に散乱を起こす。よっ
て、適度な散乱角（広がり）δおよび指向性を持った出
射光１９０３となる。一方、正面方向では、図１９
（ｂ）に示すように、正面方向では透明状態であり光１
９０４は直進する。よって本発明によれば、このように
特定方向の出射光を特定の角度領域の幅を持って選択的
に散乱し、その他の角度の光は直進させて透過させる光
制御素子（光制御フィルムなど）を用いることにより、
特定方位での輝度低下を防止して、視認性に優れた液晶
表示装置を実現することができる。

【００６２】しかしながら、上記のような光制御素子を
用いると、小さな文字や細かい線を表示した場合に、輝
度低下を改善した方位から表示画像を観測すると、各画
素の輪郭や隣り合う画素どうしで、表示光のにじみが生
じて、表示品質が大幅に低下するという問題が生じるこ
とを、我々発明者らは確認した。

【００６３】このにじみは、光制御素子による光の散乱
に起因して発生する。図２０に示すように、隣り合う 2
つの画素Ｐ1 とＰ2 とで、Ｐ1 は光透過状態の明表示、
Ｐ2は光遮断状態の暗表示であるとすると、Ｐ1 が光透
過状態であり、また非画素領域でも、斜め方向から光制
御素子２００１に入射する光はその光制御素子２００１
の回折作用によって散乱されるので、隣りの画素Ｐ2 に
まで散乱光２００２が到達する。その結果、液晶セル２
００３としては暗表示状態であるはずの画素Ｐ2 が、に
じんで観測されてしまうのである。このような光のにじ
みは、文字や数字のような画像としての輪郭線がくっき
りと観測されることが望まれる画像を表示する際に特に
顕著に目立つので大きな問題となる。なお、前記の図２
０において、駆動用液晶表示素子２００４は、液晶セル
２００３と偏光板２００５ａ、ｂとからその主要部が形
成されており、光制御素子２００１は偏光板２００５ａ
と液晶セル２００３との間に介挿されている。光制御素
子２００１の位置はこの他にも偏光板２００５ａの上に
配置してもよい。

【００６４】上記のような光のにじみを解消するため
に、本発明においては、隣り合う画素どうしの間、つま
り、少なくとも非画素領域では光が拡散しないようにす
る。即ち、画素上には本発明に係る回折作用を有する光
制御素子を配設し、隣り合う画素どうしの間である非画
素領域においては光学的に等方性であるようにする。あ
るいは、非画素領域の光制御素子を本発明に係る外部遮
光層で被覆して遮光する。このような構造を採用するこ
とによって、特定方位での輝度ならびにコントラスト特
性を向上し、かつ各画素のにじみを解消して、視認性に
優れた高品位表示を実現するディスプレイを提供するこ
とができる。

【００６５】以上、ＴＮ方式の駆動用液晶セルを一例に
とって説明したが、本発明の光学補償方式は、光学的異
方性（Optically anisotropic)を原理としているので、
駆動用液晶セルはねじれ角がほぼ90°のＴＮ方式の場合
の他にも、ねじれ角が 180°以上のＳＴＮ方式の場合で
も、同様な効果を発揮することができることは言うまで
もない。

【００６６】また、光学異方素子は、高分子フィルムを
延伸することにより光学異方性を生じさせた位相差フィ
ルム（retardation film）を積層したものや、ねじれ配
列させた液晶セル、ならびに高分子液晶をねじれ配列さ
せた薄膜によっても実現できる。この場合、例えば駆動
用液晶セルの基板の少なくともどちらか一方にこの高分
子層を塗布することにより、本発明に係る光学異方素子
が得られる。また、製造プロセスの点でも、容易に製造
することができるので、さらに望ましい。

【００６７】例えばポリシロキサン主鎖とし、側鎖にビ
フェニルベンゾエートとコレステリル基を適当な比で有
したような高分子共重合体などを用いることができる。

【００６８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置の発
明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００６９】（発明の実施の形態１）図１（ａ）は、本
発明に係る第１の実施の形態の液晶表示装置の構造の概
要を示す断面図である。

【００７０】この液晶表示装置は、第１の電極１が形成
された第１の基板２と、第２の電極３が形成され第１の
基板２に間隙を有して対向配置された第２の基板４と、
第１の基板２と第２の基板４との間隙に、周囲を封止さ
れて封入・挟持されたねじれネマティック型の液晶層５
とを有する駆動用液晶セル６と、この液晶セル６の上・
下それぞれに 1枚ずつ配置される 2枚の偏光板７、８と
を有し、液晶印加電圧が印加されると液晶層５の液晶分
子の姿勢変化に基づいて透過光に対する旋光性が制御さ
れて画像を表示する駆動用液晶表示素子９と、この駆動
用液晶表示素子９の基板表面に対して垂直な光軸を持
ち、液晶層５とは逆に光学異方性が負である特性を備
え、駆動用液晶セル６の上側・下側にそれぞれ 1枚ずつ
配置された光学異方素子１０、１１と、駆動用液晶表示
素子９の 2枚の偏光板７、８のうち表示面側の偏光板７
の下側に配置され、駆動用液晶セル６の画素部Ｐ1 、Ｐ
2 …Ｐn に対応する位置のみにおける特定方位の光の散
乱透過強度がそれ以外の方位での光の散乱透過強度より
も大きな分布を示す一方、特定方位以外の方位の光は直
進して透過させる光散乱透過率異方性を備えた光制御素
子１２と、を具備している。

【００７１】2枚の偏光板７、８(SH-1832AP；住友化学
工業（株）製）は、駆動用液晶表示素子９の直上および
直下に貼設されているのではなく、これら 2枚の偏光板
７、８の間には、視角補償用の液晶セルである光学異方
素子１０、１１および、画像を表示するために駆動され
る駆動用液晶セル６とを挟むように配設されている。こ
こで、偏光板７は、保護層である 2枚の薄い透明基板７
ｂの内側に偏光膜７ａを挟み込んで形成されたものであ
り、偏光板８も同様に透明基板８ｂどうしの間に偏光膜
８ａを挟み込んで形成されている。

【００７２】そして、上記のような偏光板７と負の光学
異方素子１０との間には、各画素部ごとに、出射光の散
乱角度領域が 0°〜30°である散乱特性を備えた光制御
素子１２（LUMISTY;住友化学工業（株）製）が配置され
ている。この光制御素子１２は、各画素部Ｐ1 、Ｐ2 …
Ｐn に対応する位置ごとに配設されており、非画素部Ｎ
Ｐには配設されておらず、非画素部ＮＰでは光を回折さ
せることなく直進的に透過させる。さらに詳細には、特
定方位での光の散乱透過強度がそれ以外の方位の光の散
乱透過強度よりも大きな分布を示す一方、前記の特定方
位以外の方位の光は直進して透過させる光散乱透過率異
方性を備えた回折作用を有する素子である。従って、前
記の特定方位を、特に液晶表示装置としての視角特性の
悪い角度領域に向けるように配置することで、その角度
領域の視角特性（つまり輝度およびコントラスト特性）
を向上することができる。

【００７３】また、偏光板７の上には隣接して反射防止
層１３（Ｙ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ₂ ／ＳｉＯ₂ を積層したテク
ノロイ；住友化学工業（株）製）が設置されている。

【００７４】負の光学異方素子１０，１１は液晶セルを
用いたもので、その厚み方向のリタデーション値は 134
ｎｍである。なお前記の光学異方素子１０，１１はいわ
ゆる光学位相差板である。

【００７５】図２（ａ）は、本実施の形態における液晶
表示装置の構造の概要を示す分解斜視図である。

【００７６】同図中で矢線（1.1)及び（4.1)はそれぞれ
偏光板７、８の透過軸であり、これらは互いに直交して
いる。そして（1.1)はｙ軸に対し＋ｚ方向から見て反時
計回りに 135°方向に配置されている。矢線（3.1)及び
（3.2)は、駆動用液晶セル６の上側と下側の基板２、４
それぞれの上に配置された配向膜（図示省略）のラビン
グ軸で、これらは互いに直交し、ｙ軸に対しラビング軸
（3.1)とのなす角は＋ｚ方向から見て反時計回りで45°
で配置されている。

【００７７】本実施の形態の液晶表示装置の視角特性
を、図１２に示したような座標系を用いて測定した。そ
の測定の際の電圧値つまり駆動電源１４から駆動用液晶
表示素子９の電極１〜３間に印加する電圧は、駆動用液
晶表示素子９の正面において等視感度が得られるよう
に、 8種類の電圧を選んで、結果的に 8階調の表示を行
なうようにした。その結果を、図３に示す。

【００７８】従来の液晶表示装置の場合の一例を示した
図１８の視角特性は、前述したように下方位で10°〜20
°で既に明暗反転が生じるほどに劣悪であったが、これ
と比較すると、本発明の場合には図３からも明らかなよ
うに下方位における視角特性が大きく改善されており、
良好な表示が観測可能である視角は40°以上までも向上
している。そして上方位や左右方位についても、十分な
視角の広さが実現されていることが判る。

【００７９】また、表示色に関しても、従来では特に暗
状態の輝度が視角を変化すると上昇していたのに対し
て、本発明に係るこの第１の実施の形態の液晶表示装置
においては、視角を変化させても輝度変化の少ない良好
な黒の表示色が得られることが確認できた。

【００８０】しかも、上記の実施の形態の液晶表示装置
に、文字や数字等のテストパターンを表示させ、その表
示品質を目視にて確認したが、隣り合う画素どうしやそ
れらの間の非画素部での表示に係る光のにじみが解消さ
れており、良好な表示画像が得られることが確認でき
た。

【００８１】そして本発明に係る上記のような構造の液
晶表示装置において、カラーフィルタを駆動用液晶表示
素子９内に配設した画面サイズ対角10インチのＴＦＴ方
式の液晶表示装置を作成し、これを駆動回路１４に接続
して駆動し、カラーの風景や静物をはじめ、種々の図形
で形成されたテストパターンや文字や数字などの表示を
行なわせて、そのカラー画像の表示品質を目視にて確認
した。その結果、観測方位や視角を変化させても、表示
画面に観測される階調表示画像の内容が十分に識別でき
るのみならず、明暗反転や画像品質を劣化させるような
着色のない、しかも各画素の色のにじみも無い、極めて
良好なフルカラー表示が得られることが確認できた。

【００８２】（発明の実施の形態２）図１（ｂ）は、本
発明に係る第２の実施の形態の液晶表示装置の構造の概
要を示す断面図である。なお、第１の実施の形態の図１
と同様の部位には、同じ符号を付して示している。

【００８３】本実施の形態の液晶表示装置においては、
偏光板７と光学異方素子である視角補償用液晶セル２１
０との間には、散乱角度領域 0°〜30°の光制御素子５
（LUMISTY;住友化学工業（株）製）が配置されている。

【００８４】また、偏光板７の上層には反射防止層１３
（Ｙ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ₂ ／ＳｉＯ₂ を積層したテクノロ
イ；住友化学工業（株）製）が設置されている。つまり
この反射防止層１３は、第１の実施の形態における偏光
板７の上側の保護層である透明基板７ｂとしても兼用さ
れている。

【００８５】視角補償用液晶セル２１０は、これらの偏
光板７、８間に、駆動用液晶セル６とともに挟まれるよ
うに配置されている。この視角補償用液晶セル２１０
は、透明基板２１０ａ、２１０ｂの間に液晶層２１０ｃ
が封入・挟持されている液晶セル構造に形成されてい
る。その液晶層２１０ｃとしては、ねじれネマティック
液晶（ZLI-2806(E.Merck Co.,Itd製）にカイラル剤S811
(E.Merck Co.,Itd製）を混入したもの）が、ねじれ角 9
90°で封入されており、その中の液晶分子は下側基板２
１０ｂから上側基板２１０ａへと反時計回りに（左ねじ
れで）ねじれ配列されている。この視角補償用液晶セル
２１０の液晶層２１０ｃとして用いた液晶材料のΔｎは
0.039、螺旋ピッチは3.27μｍ、液晶層厚は 9μｍであ
る。

【００８６】駆動用液晶セル６は、視角補償用液晶セル
２１０と偏光板８との間に配置されている。その上側基
板２と下側基板４には、それぞれ透明電極１、３が形成
されており、それらは駆動電源１４に接続されている。
そして基板２、４間には、ねじれネマティック液晶（ZL
I-4287(E.Merck Co.,Itd社製）にカイラル剤S811(E.Mer
ck Co.,Itd社製))を混入したもの）が、ねじれ角90°で
封入・挟持され、駆動電源１４からの印加電圧に応じて
配向状態が変化する。この駆動用液晶セル６の液晶層２
１０ｃに用いた液晶組成物のΔｎは 0.093、液晶層厚は
5.5μｍである。また駆動用液晶セル６内の液晶分子
は、下側基板４から上側基板２へと反時計回りに（左ね
じれに）ねじれた配列となっている。

【００８７】図２（ｂ）は本実施の形態における液晶表
示装置の構造の概要を示す分解斜視図である。

【００８８】同図中で矢線（1.1)及び（4.1)はそれぞれ
偏光板７、８の透過軸であり、これらは互いに直交して
いる。そして（1.1)はｙ軸に対し＋ｚ方向から見て反時
計回りに 135°方向に配置されている。矢線（3.1)及び
（3.2)は、駆動用液晶セル６の上側と下側の基板２、４
それぞれの上に配置された配向膜（図示省略）のラビン
グ軸で、これらは互いに直交し、ｙ軸に対しラビング軸
（3.1)とのなす角は＋ｚ方向から見て反時計回りで45°
で配置されている。そして視角補償用液晶セル２１０の
上側の基板のラビング軸（2.1)、下側の基板のラビング
軸（2.2)は、互いに直交しており、ラビング軸（2.1)は
駆動用液晶セル６のラビング軸（3.1)と平行に配置され
ている。そして偏光板７の透過軸（1.1)が視角補償用液
晶セル２１０の上側の基板のラビング軸（2.1)と平行に
配置されている。

【００８９】視角補償用液晶セル２１０の上側の基板２
１０ａと下側の基板２１０ｂのラビング軸は互いに直交
し、かつこの視角補償用液晶セル２１０のラビング軸は
前記の図２（ｂ）に示すような駆動用液晶セル６のラビ
ング軸（3.1)と平行となるように配置されている。

【００９０】偏光板７は、透過軸（1.1)が視角補償用液
晶セル２１０のラビング軸と平行になるように配置され
ている。そして両液晶セル２１０、６の旋光性を比較す
ると、以下のようになる。

【００９１】駆動用液晶セル６の旋光性は、その駆動用
液晶セル６の常光に対する屈折率ｎo と異常光に対する
屈折率ｎe との差をΔｎ1 （＝ｎe −ｎo ：屈折率異方
性）、液晶層の厚みをｄ1 、液晶層のねじれ配列の角度
（ツイスト角）をＴ1 とすると、 Δｎ1 ・ｄ1 ／Ｔ1
＝Ｒ1 ／Ｔ1 、ただし、Ｒ1 ＝Δｎ1 ・ｄ1 （リタデー
ション値）
…（１．１） で表すことができる。同様
に、位相差補償用の光学異方素子である視角補償用液晶
セル２１０の旋光性の大小は、その光学異方性物質とし
ての液晶層の屈折率異方性をΔｎ2 、液晶層の厚みをｄ
2 、液晶層の光軸の総ねじれ角度をＴ2 とすると、 Δｎ2 ・ｄ2 ／Ｔ2 ＝Ｒ2 ／Ｔ2 、ただしＲ2 ＝Δｎ2
・ｄ2 …（１．２） で表すことができる。

【００９２】このように定義された上で、両液晶セル２
１０、６の旋光性を比較すると、 Ｒ1 ／Ｔ1 ＝0.5115μｍ／90°＝5.6833［ｎｍ／ｄｅｇ］ で、補償用液晶セルは、（1.2)式より、 Ｒ2 ／Ｔ2 ＝ 0.351μｍ／ 990°＝0.3545［ｎｍ／ｄｅｇ］ となり、両者の関係は、 （Ｒ1 ／Ｔ1 ）＞（Ｒ2 ／Ｔ2 ） となる。具体的な数値を上式に代入して計算すると、視
角補償用液晶セル２１０の旋光性は、駆動用液晶セルの
1/10以下である。

【００９３】このような本実施の形態の液晶表示装置の
視角特性を、第１の実施の形態と同様の手法で測定し
た。その結果、第１の実施の形態と同様に、下方位にお
ける視角特性が大きく改善されており、良好な表示が観
測可能である視角は40°以上までも向上したことが確認
できた。そして、その他の上方位や左右方位についても
十分な視角の広さが実現されていることが確認できた。

【００９４】また、表示色に関しても、従来では特に暗
状態の表示色が視角を変化すると着色していたのに対し
て、本発明に係るこの第１の実施の形態の液晶表示装置
においては、視角を変化させても良好な黒の表示色が得
られることが確認できた。

【００９５】そして実際に本発明に係る上記のような構
造の液晶表示装置において、カラーフィルタを駆動用液
晶表示素子９内に配設した画面サイズ対角10インチのＴ
ＦＴ方式の液晶表示装置を作成し、これを駆動回路１４
に接続して駆動して表示を行なわせ、その画像の表示品
質を目視にて確認した。この試験の際に用いた画像とし
ては、カラーの風景や静物をはじめ、種々の図形で形成
されたテストパターンや文字や数字などの画像を表示さ
せて、そのカラー画像の表示品質を目視にて確認した。
その結果、観測方位や視角を変化させても、表示画面に
観測される階調表示画像の内容が十分に識別できるのみ
ならず、明暗反転や画像品質を劣化させるような着色の
ない、しかも各画素の色のにじみも無い、極めて良好な
フルカラー表示が得られることが確認できた。

【００９６】（発明の実施の形態３）図４（ａ）は、本
発明に係る第３の実施の形態の液晶表示装置の構造の概
要を示す断面図である。

【００９７】この液晶表示装置は、第１の電極１が形成
された第１の基板２と、第２の電極３が形成され第１の
基板２に間隙を有して対向配置された第２の基板４と、
第１の基板２と第２の基板４との間隙に、周囲を封止さ
れて封入・挟持されたねじれネマティック型の液晶層５
とを有する駆動用液晶セル６と、この液晶セル６の上・
下それぞれに 1枚ずつ配置される 2枚の偏光板７、８と
を有し、液晶印加電圧が印加されると液晶層５の液晶分
子の姿勢変化に基づいて透過光に対する旋光性が制御さ
れて画像を表示する駆動用液晶表示素子９と、この駆動
用液晶表示素子９の 2枚の偏光板７、８のうち表示面側
の偏光板７の下側に配置され、駆動用液晶セル６の各画
素部Ｐ1 、Ｐ2 …Ｐn に対応する位置のみにおける特定
方位の光の散乱透過強度がそれ以外の方位での光の散乱
透過強度よりも大きな分布を示す一方、特定方位以外の
方位の光は直進して透過させる光散乱透過率異方性を備
えている光制御素子１２と、を具備している。この光制
御素子１２は、上記各実施の形態の光制御素子と同様
に、ある方向から入射してきた光を特定方向領域に拡散
して出射させる機能を備えている。従って、上記第１お
よび第２の実施の形態とは異なり光学異方素子１０、１
１を省略した構造の、本実施の形態のような駆動用液晶
表示素子においても、上記実施の形態と同様に特定方向
での輝度特性やコントラスト特性を向上することができ
る。しかも上記のような機能を実現する主要部位である
光制御素子１２は、各画素部Ｐ1 、Ｐ2 …Ｐn に対応す
る位置のみに配設されており、非画素部ＮＰには配設さ
れていない。よって少なくとも非画素部ＮＰにおいては
光の散乱が生じることがないので、隣り合う画素どうし
の間、つまり非画素部での表示光のにじみを解消するこ
とができる。

【００９８】（発明の実施の形態４）図４（ｂ）は、本
発明に係る第４の実施の形態の液晶表示装置の構造の概
要を示す断面図である。

【００９９】この液晶表示装置は、第１の電極１が形成
された第１の基板２と、第２の電極３が形成され第１の
基板２に間隙を有して対向配置された第２の基板４と、
第１の基板２と第２の基板４との間隙に、周囲を封止さ
れて封入・挟持されたねじれネマティック型の液晶層５
とを有する駆動用液晶セル６と、この液晶セル６の上・
下それぞれに 1枚ずつ配置される 2枚の偏光板７、８と
を有し、液晶印加電圧が印加されると液晶層５の液晶分
子の姿勢変化に基づいて透過光に対する旋光性が制御さ
れて画像を表示する駆動用液晶表示素子９と、この駆動
用液晶表示素子９の 2枚の偏光板７、８のうち表示面側
の偏光板７の下側に配置され、特定方位の光の散乱透過
強度がそれ以外の方位での光の散乱透過強度よりも大き
な分布を示す一方、特定方位以外の方位の光は直進して
透過させる光散乱透過率異方性を備えている光制御素子
１２と、を具備している。この光制御素子１２は、上記
各実施の形態の光制御素子と同様に、ある方向から入射
してきた光を特定方向領域に拡散して出射させる機能を
備えている。従って、上記第１および第２の実施の形態
とは異なり光学異方素子１０、１１を省略した構造の、
本実施の形態のような駆動用液晶表示素子においても、
上記実施の形態と同様に特定方向での輝度特性やコント
ラスト特性を向上することができる。

【０１００】しかも、上記のような機能を実現する主要
部位である光制御素子１２の上には、光制御素子１２の
なかでも各画素部Ｐ1 、Ｐ2 …Ｐn に対応する位置のみ
に開口が形成されており、非画素部ＮＰの部分は遮光す
る、本発明に係る外部遮光層４００１が配設されてい
る。よって、少なくとも非画素部ＮＰにおいては散乱さ
れた光が遮光されているので、隣り合う画素どうしの
間、つまり非画素部での表示光のにじみを解消すること
ができる。

【０１０１】なお、本実施の形態においては、外部遮光
層４００１は光制御素子１２の直上に配設したが、外部
遮光層４００１を配置する位置としては、これのみには
限定されないことは言うまでもない。この他にも、例え
ば光制御素子１２の直下に配設してもよい。あるいは、
光制御素子１２の直上および直下の両方に配設してもよ
い。ただし外部遮光層４００１の形成プロセスの簡易化
や構造の簡潔化等を考慮すると、外部遮光層４００１
は、本実施の形態のように光制御素子１２の直上に配設
することが最も好ましいものと考えられる。

【０１０２】（比較例）第１の実施の形態の液晶表示装
置において、光制御素子１２を取り去った、従来の構造
の液晶表示装置におけるコントラスト特性を測定した。
また、その表示画素うの品質を目視にて確認した。その
結果、下方位の輝度低下が激しいことが判った。また各
画素のにじみが顕著に見られた。

【０１０３】なお、上記の各実施の形態においては、Ｔ
Ｎ型の液晶表示装置の場合について述べたが、本発明は
これのみには限定されない。本発明は例えばＳＴＮ型の
液晶表示装置にも適用可能であることは言うまでもな
い。また、本発明は、 3端子素子であるＴＦＴ素子を用
いたアクティブマトリックス型液晶表示装置や、例えば
2端子素子であるＭＩＭ素子などを用いたアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置などに応用することができ
る。あるいは、単純マトリックス型の液晶表示装置にも
適用可能である。これらいずれの場合にも、上記各実施
の形態と同様のコントラスト特性の顕著な改善効果が得
られることは言うまでもない。

【０１０４】そしてこのとき、本発明においては基本的
に、特にコントラスト特性や輝度が低く観測される方位
の光を補うような光出射角度に回折作用を有する光制御
素子を用いることで、その方位の視角特性を、上記に明
示した如く大幅に改善することができる。よって、本発
明に係る光制御素子としての光出射角度や散乱角度域の
仕様などの詳細については、本発明に係る光制御素子と
共に用いられる駆動用液晶セルや、位相差補償用の光学
異方素子などによってその場合ごとに定まる、液晶表示
装置全体としての表示画面の視角依存性によって種々異
なるので、以上の各実施の形態や本発明の作用等の説明
で明示した本発明の要旨に従って、その視角のうち特に
劣悪なコントラスト特性や輝度を示す視角領域の方位に
光を補うべく、本発明に係る光制御素子としての光出射
角度や散乱角度域を設定すればよい。そして、各画素の
表示光のにじみの解消についても、そのにじみの原因と
なる光の散乱角度分布等が異なっているので、目視にて
問題のない程度にまで、そのにじみを抑えることができ
るように外部遮光層４００１の幅や、光制御素子を形成
しない領域の大きさを、各液晶表示装置ごとの仕様に適
合するように、適宜に設定すればよいことは言うまでも
ない。

【０１０５】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、表示画像の色再現性やコントラスト特性
や視角特性等の表示品質に大きく関与する表示性能を向
上して、高品質で良好な表示性能を実現した液晶表示装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の発明の実施の形態の液晶表
示装置の構造の概要を示す断面図（ａ）、および本発明
に係る第２の発明の実施の形態の液晶表示装置の構造の
概要を示す断面図（ｂ）である。

【図２】図２（ａ）は、第１の発明の実施の形態におけ
る液晶表示装置の構造の概要を示す分解斜視図、図２
（ｂ）は第２の発明の実施の形態における液晶表示装置
の構造の概要を示す分解斜視図である。

【図３】第１の発明の実施の形態の液晶表示装置の視角
特性を測定した結果を示す図である。

【図４】本発明に係る第３の発明の実施の形態の液晶表
示装置の構造の概要を示す断面図（ａ）、および本発明
に係る第４の発明の実施の形態の液晶表示装置の構造の
概要を示す断面図（ｂ）である。

【図５】従来のＴＮ方式の液晶表示素子の表示面法線か
ら左右の方向に 0°から60°まで傾けた際の表示画像の
コントラスト比の視角依存性を示す図である。

【図６】ノーマリーオープンモードとノーマリークロー
ズモードとの暗状態の輝度の左右方向における視角依存
性の一例としてその測定結果を示す図である。

【図７】垂直配列液晶セルの屈折率楕円体を示す図。

【図８】光学補償を行なう光学異方板の屈折率楕円体を
示す図。

【図９】ＴＮ方式の駆動用液晶セルに暗状態が得られる
値の電圧を印加した際の液晶セル中の分子配列状態を示
す図である。

【図１０】一般的なチルト角およびツイスト角の定義を
示す図である。

【図１１】しきい値電圧以上の電圧が印加されたノーマ
リーオープンモードのＴＮ方式の液晶表示装置の暗状態
の視角特性を示す図である。

【図１２】視角特性を測定する際の座標系の一般的な定
義を示す図である。

【図１３】垂直配列した液晶セルの場合の上下方位、左
右方位での視角−透過率曲線を示す図である。

【図１４】透過軸を互いに直交させた 2枚の偏光板間に
光学異方素子を配置して、液晶表示装置全体としての視
角特性を測定した結果を示す図である。

【図１５】透過軸を互いに直交させた 2枚の偏光板間に
光学異方素子を配置して、液晶表示装置全体としての視
角特性を測定した結果を示す図である。

【図１６】透過軸を互いに直交させた 2枚の偏光板間に
光学異方素子を配置して、液晶表示装置全体としての視
角特性を測定した結果を示す図である。

【図１７】階調表示を行なう従来のノーマリーオープン
モードＴＮ型液晶表示装置における、 8階調表示時の輝
度一視角特性を示す。

【図１８】負の光学異方素子を配置した場合の、従来の
液晶表示装置の視角特性を示す図である。

【図１９】本発明の光制御素子の構造及びその作用の概
要を示す概念図である。

【図２０】光制御素子による光の散乱に起因した、表示
光のにじみの現象の発生原因を示す概念図である。

【符号の説明】

１…第１の電極、２…第１の基板、３…第２の電極、４
…第２の基板、５…光制御素子、６…駆動用液晶セル、
７、８…偏光板、９…駆動用液晶表示素子、１０、１１
…光学異方素子、１２…光制御素子、１３…反射防止
層、１４…駆動電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 良一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 羽藤 仁 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 本多 卓 大阪府高槻市塚原２丁目10番１号 住友化 学工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極が形成された第１の基板と、
   第２の電極が形成され前記第１の基板に間隙を有して対
   向配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２
   の基板との間隙に、周囲を封止されて封入・挟持された
   ねじれネマティック型の液晶層とを有する液晶セルと、
   該液晶セルの上下それぞれに少なくとも 1枚ずつ配置さ
   れた 2枚の偏光板とを有し、駆動回路に接続されて液晶
   印加電圧を印加され前記液晶層の液晶分子の姿勢変化に
   基づいて透過光に対する旋光性を制御されて駆動され画
   像を表示する駆動用液晶表示素子と、 前記駆動用液晶表示素子の前記 2枚の偏光板のうち表示
   面側の偏光板の上又は下あるいは上下両方に配置され、
   前記駆動用液晶表示素子の画素部に対応する位置のみに
   おける特定方位での光の散乱透過強度がそれ以外の方向
   での光の散乱透過強度よりも大きな分布を示す一方、前
   記特定方位以外の方位の光は直進して透過させる光散乱
   透過率異方性を備えた光制御素子と、を具備することを
   特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液晶表示装置において、 前記駆動用液晶表示素子の基板表面に対して垂直な光軸
   を持ち、前記液晶層とは逆に負の光学異方性を備え、前
   記駆動用液晶表示素子の上又は下あるいは上下両方に配
   置された光学異方素子を具備することを特徴とする液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】 第１の電極が形成された第１の基板と、
   第２の電極が形成され前記第１の基板に間隙を有して対
   向配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２
   の基板との間隙に、周囲を封止されて封入・挟持された
   ねじれネマティック型の液晶層とを有する液晶セルと、
   該液晶セルの上下それぞれに少なくとも 1枚ずつ配置さ
   れた 2枚の偏光板とを有し、駆動回路に接続されて液晶
   印加電圧を印加され前記液晶層の液晶分子の姿勢変化に
   基づいて透過光に対する旋光性を制御されて駆動され画
   像を表示する駆動用液晶表示素子と、 前記駆動用液晶表示素子の前記 2枚の偏光板のうち表示
   面側の偏光板の上又は下あるいは上下両方に配設され、
   特定方位での光の散乱透過強度がそれ以外の方向での光
   の散乱透過強度よりも大きな分布を示す一方、前記特定
   方位以外の方位の光は直進して透過させる光散乱透過率
   異方性を備えた光制御素子と、 前記光制御素子の上又は下あるいは上下両方の、前記駆
   動用液晶表示素子の非画素部に対応する位置に配設され
   て該位置における表示側への透過光を遮光する外部遮光
   層と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の液晶表示装置において、 前記駆動用液晶表示素子の基板表面に対して垂直な光軸
   を持ち、前記液晶層とは逆に負の光学異方性を備え、前
   記駆動用液晶表示素子の上又は下あるいは上下両方に配
   置された光学異方素子を具備することを特徴とする液晶
   表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４いずれかに記載の液晶表
   示装置において、 前記光学異方素子が、その光軸が前記液晶層の厚み方向
   に連続的にねじれた配列である、ねじれ軸を有する特性
   の光学異方素子であり、該光学異方素子のねじれ軸が、
   前記駆動用液晶表示素子の基板表面に対して垂直に設定
   されており、 前記光学異方素子の屈折率異方性をΔｎ、前記光軸のね
   じれピッチ長をｐとすると、Δｎ×ｐの値が、可視光波
   長領域の波長よりも小さいことを特徴とする液晶表示装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５いずれかに記載の液晶表
   示装置において、 前記光学異方素子が、光学的な前記特性を備えた液晶表
   示素子であることを特徴とする液晶表示装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６いずれかに記載の液晶表
   示装置において、 前記光学異方素子が、光学的な前記特性を備えた高分子
   分散型液晶表示素子であることを特徴とする液晶表示装
   置。