JPH11109335A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH11109335A
JPH11109335A JP9266135A JP26613597A JPH11109335A JP H11109335 A JPH11109335 A JP H11109335A JP 9266135 A JP9266135 A JP 9266135A JP 26613597 A JP26613597 A JP 26613597A JP H11109335 A JPH11109335 A JP H11109335A
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display device
crystal display
phase difference
voltage
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Shinji Shimada
伸二 島田
Hiroshi Yoshikawa
博志 吉川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負の誘電率異方性と垂直配向膜とを組み合わ
せた液晶表示装置において、電圧無印加時における液晶
分子の傾斜による位相差によるコントラストの低下を防
止し、高輝度、高コントラストを両立することができる
液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 負の誘電率異方性と垂直配向膜とを組み
合わせた液晶表示装置をノーマリブラックモードで使用
し、電圧無印加時の液晶分子の傾斜によって生ずる位相
差を補償するための位相差板を液晶セルに隣接して設け
ることにより、電圧無印加時の光透過率を極めて低く抑
えることができ、コントラストを大幅に向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直視型及び投射型
の表示装置として好適に用いられる液晶表示装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、電極の形成された２枚
の基板間に液晶を挟持する構造を有しており、前記電極
間に所定の電圧を印加することにより液晶分子の配向方
向を制御して表示を行うものである。
【０００３】前記液晶としては、正の誘電率異方性を有
するものと、負の誘電率異方性を有するものとがある。
【０００４】正の誘電率異方性を有する液晶（以下Ｐ型
液晶という）を用いた場合、前記電極の形成された両基
板の電極形成面側の表面には水平配向膜が形成され、前
記電極間に電圧が印加されない時に液晶分子が前記基板
面とほぼ平行となるように設定される。
【０００５】一方、負の誘電率異方性を有する液晶（以
下Ｎ型液晶という）を用いた場合、前記電極の形成され
た両基板の電極形成面側の表面には垂直配向膜が形成さ
れ、前記電極間に電圧が印加されない時に液晶分子が前
記基板面に対しほぼ垂直となるように設定される。
【０００６】一般的に、Ｎ型液晶を用いた方がＰ型液晶
を用いた場合に比べて広視野角化、高速応答化が可能で
あるが、実際の表示装置への応用という観点では、安定
した垂直配向を得ることが困難であったこと、信頼性の
高いＮ型液晶が存在しなかったこと等から広く用いられ
るには至っていなかった。
【０００７】ところが、近年ポリイミド系の材料を用い
た垂直配向膜が実用化されるようになり、安定した垂直
配向を得ることが可能となってきており、また、フッ素
を官能基として有する液晶材料の登場により、信頼性の
高いＮ型液晶が得られるようになってきていることか
ら、Ｎ型液晶を用いた液晶表示装置の開発が盛んに行わ
れるようになってきている。
【０００８】一般に、Ｎ型液晶を用いた場合、電圧を印
加するにつれて液晶分子が基板面とほぼ平行となるよう
に倒れるのであるが、この倒れる方向がばらついていれ
ば液晶の配向乱れによるディスクリネーションが発生
し、表示品位を大きく低下させてしまう。
【０００９】これを防ぐために、従来からＮ型液晶を用
いる場合には、電圧無印加時において液晶分子の長軸方
向を基板面の法線方向からわずかに傾斜させ、プレチル
ト角を与えている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、たとえば投
射型の液晶表示装置においては、装置の小型化や光学系
のコスト削減のため、パネルサイズの小さいものが要求
されている。パネルサイズが小さくなればなるほど液晶
表示装置の精細度が高くなり、隣接する画素どうしが非
常に近接してしまう。したがって、隣接する画素電極間
に横電界が発生することがあり、この横電界の影響によ
って新たな液晶の配向乱れが生じてしまい、輝度の低下
を招いてしまうという問題点があった。
【００１１】Ｎ型液晶を用いた液晶表示装置の場合、こ
の新たな配向乱れを防ぐためには上述したプレチルト角
を大きくすることが考えられるが、前記プレチルト角を
大きくした場合、電圧無印加時において液晶分子の傾斜
による位相差が発生してしまい、これによって光漏れが
生ずるためにコントラストが著しく低下してしまうとい
う問題点があった。
【００１２】本発明は上述した問題点に鑑みてなされた
ものであり、Ｎ型液晶を用いた液晶表示装置において、
輝度、コントラストの低下を防ぐことのできる液晶表示
装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
液晶表示装置は、表面に垂直配向膜が形成された２枚の
電極基板によって負の誘電率異方性を有する液晶を挟持
した液晶セルを少なくとも有する液晶表示装置におい
て、前記電極間に電圧を印加しない状態での液晶分子の
長軸方向が、前記電極基板の法線方向に対して傾斜して
おり、かつこの液晶分子の傾斜によって発生する位相差
を補償する位相差板を前記液晶セルに隣接して設けるこ
とを特徴とするものである。
【００１４】本発明の請求項２記載の液晶表示装置は、
請求項１記載の液晶表示装置において、前記位相差板の
位相差は、前記液晶分子の傾斜によって発生する位相差
の１〜４倍であることを特徴とするものである。
【００１５】本発明の請求項３記載の液晶表示装置は、
請求項１、２記載の液晶表示装置において、前記電極間
に電圧を印加しない状態での液晶分子の長軸方向と、前
記電極基板の法線方向とのなす角度が１°以上１５°以
下であることを特徴とするものである。
【００１６】本発明の請求項４記載の液晶表示装置は、
請求項１乃至３記載の液晶表示装置において、前記位相
差板がノルボルネン樹脂からなることを特徴とするもの
である。
【００１７】以下、上記構成による作用について説明す
る。本発明の請求項１記載の液晶表示装置によれば、電
圧無印加時における液晶分子の傾斜（プレチルト角）に
よる位相差を補償するための位相差板を設けたので、コ
ントラストの低下を防ぐことができ、液晶表示装置の高
輝度化、高コントラスト化の両立が可能となる。
【００１８】前記位相差板は、少なくとも前記プレチル
ト角により生ずる位相差を補償する必要があるので、前
記位相差板の位相差は、前記液晶分子の傾斜によって発
生する位相差以上とすることが望ましい。
【００１９】前記位相差板の位相差（以下ＲREという）
が前記液晶分子の傾斜によって発生する位相差（以下Ｒ
LCという）より大きい場合は、電圧無印加時における液
晶分子の傾斜方向と前記位相差板の位相軸の方向との角
度を調節することで両者の位相差を合わせることができ
るが、ＲREとＲLCとの比が大きすぎると、前記角度のわ
ずかなずれによって効果が激減してしまうため、前記位
相差板の位相差は、前記液晶分子の傾斜によって発生す
る位相差の４倍以下とすることが望ましい。
【００２０】また、前記プレチルト角が小さすぎると電
圧を印加する際に液晶分子の倒れる方向が定まりにく
く、大きすぎるとプレチルト角にばらつきが生じてしま
うため、１°〜１５°とすることが望ましい。
【００２１】また、前記位相差板としては、微小な屈折
率異方性を有するノルボルネン樹脂を用いることが望ま
しい。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図１
乃至図３を用いて説明すれば以下のとおりである。な
お、以下の実施形態では投射型の液晶表示装置について
説明しているが、直視型の液晶表示装置についても同様
の効果を得ることができるものである。
【００２３】（実施形態１）図１は本実施形態の液晶表
示装置の構成を示す概念図であり、１は２枚の電極基板
にＮ型液晶が封入され、前記電極基板の内面に垂直配向
膜が形成された液晶セル、２、３は互いの偏光軸が直交
するように配置された偏光板、４は前記液晶セル１と前
記偏光板３との間に設けられた位相差板、５は光源、６
は投射用レンズである。
【００２４】本実施形態の液晶表示装置は、Ｎ型液晶を
用いて、偏光板の偏光軸を直交させているので、電圧無
印加時に黒表示を行うノーマリブラックモードである。
一般的に、Ｎ型液晶を用いた場合では液晶表示装置のコ
ントラストを向上させるためには、黒表示時の光の透過
率を低く抑えることが有効であるが、そのためにはノー
マリブラックモードとしたほうが良い。
【００２５】次に、図１に示す液晶表示装置の構成につ
いて、以下に詳細に説明する。前記液晶セル１は薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）がマトリクス状に形成されたＴＦ
Ｔ基板と、対向電極及びカラーフィルタが形成された対
向基板とを、シール材やスペーサによって所定の間隙に
保って貼り合わされ、該間隙にＮ型液晶が封入されたも
のである。
【００２６】以下に、前記ＴＦＴ基板の作製方法につい
て説明する。まず、ガラス基板上にアモルファスシリコ
ンを島状に形成し、レーザ照射によってポリシリコン化
した。続いて、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜を形
成し、続いてＴａやＡｌ等からなるゲート信号線及びゲ
ート電極を形成した。
【００２７】ここで、イオンドーピングによって所定の
位置にリンまたはボロンを打ち込んで熱活性化させた
後、絶縁膜を再度形成し、コンタクトホールを開けた後
ＴａやＡｌ等のソース信号線、ソース電極、及びドレイ
ン電極を形成した。
【００２８】こうしてできたトランジスタアレイに再度
絶縁膜を形成し、ドレイン電極上にコンタクトホールを
開け、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いて画素電極
を所定の位置に形成した。
【００２９】さらに、基板全面に垂直配向膜を形成し
た。この垂直配向膜としては、垂直配向基を有するポリ
イミド、ポリアミド、ポリアミック酸、ポリシロキサン
等を用いることが可能である。また、塗布方法もスピン
コート法、印刷法、ディッピング法等の方法を用いるこ
とができ、一般に塗布後に焼成して垂直配向膜を形成す
る。垂直配向膜を形成する方法としては、他にもクロム
錯体やレシチン等の材料を用いることや、酸化シリコン
を斜め蒸着する方法がある。本実施形態では、ポリアミ
ック酸を主成分とするサンエバー７８３（商品名：日産
化学工業社製）をスピンコート法により塗布し、焼成に
よって部分的にポリイミド化して垂直配向膜を形成し、
ＴＦＴ基板を作製した。
【００３０】対向基板は、基板上にインジウム錫酸化物
（ＩＴＯ）を所定の形状に形成して対向電極とし、さら
に基板全面に垂直配向膜を形成して作製した。前記垂直
配向膜の形成方法はＴＦＴ基板の場合と同様である。な
お、前記対向基板上には別途カラーフィルタを形成して
も良い。
【００３１】このように作製されたＴＦＴ基板及び対向
基板に対してラビング法によって配向処理を行った。こ
のとき、ラビング強度を調節することで液晶分子のプレ
チルト角を制御することができる。なお、両基板のラビ
ング方向は、後工程で貼り合わせたときに互いに１８０
°異なった方向となるように配向処理した。
【００３２】続いて、一方の基板上に粒径４μｍのプラ
スチックビーズを散布して２枚の基板を貼り合わせ、液
晶注入口を除いて周囲をシール材によって封止した。な
お、前記プラスチックビーズの粒径によって液晶セルの
セル厚を規定している。
【００３３】続いて液晶注入口からＮ型液晶を注入し、
前記液晶注入口を封止して液晶セルを作製した。この液
晶セルの断面構成図を図２に示す。図２において、８は
ＴＦＴ基板、９は対向基板、１０は画素電極、１１は対
向電極、１２、１３は垂直配向膜、１４は液晶分子、１
５はプラスチックビーズである。なお、前記液晶分子１
４は、電圧無印加時の配向状態を示している。また、Ｔ
ＦＴ基板８上に設けられる信号線やＴＦＴ、絶縁膜等は
省略している。
【００３４】本実施形態では、前記Ｎ型液晶として屈折
率異方性Δｎが０．０７５６であるＭＬＣ−２０１２
（商品名：メルクジャパン社製）を用いた。
【００３５】液晶分子の傾斜による位相差ＲLCは、液晶
セルのセル厚ｄ、液晶分子の屈折率異方性Δｎ、プレチ
ルト角θを用いて以下のように表される。
【００３６】
【数１】
【００３７】本実施形態の液晶セル１は、液晶分子のプ
レチルト角が５°となるように作製したので、液晶分子
の傾斜による位相差は約２７ｎｍとなった。したがっ
て、位相差板４として位相差が２７ｎｍのものを用い
た。本実施形態では、前記位相差板４としてノルボルネ
ン樹脂を主成分とするアートンフィルム（商品名：日本
合成ゴム社製）を用いた。
【００３８】さらに、前記液晶セル１と位相差板４とを
挟むように２枚の偏光板２、３を配置し、光源５、投射
用レンズ６、及び図示しない駆動系や光学系の部材を組
み合わせて液晶表示装置を完成させた。なお、本実施形
態においては、前記偏光板２、３の偏光軸と、それに隣
接する液晶セル１の基板の配向方向とを４５°に設定し
ている。
【００３９】このように作製した本実施形態の液晶表示
装置と、位相差板４が無い点を除いては本実施形態と同
様の構成の液晶表示装置とについて、液晶セルの基板法
線方向における電圧無印加時の光透過率を比較した。そ
の結果、本実施形態における液晶表示装置においては、
位相差板の無い液晶表示装置に比べて光の透過率を１／
６０程度まで抑えることができた。
【００４０】また、各電極に適正な電気信号を印加し、
液晶を駆動させて液晶セルの基板法線方向における白黒
のコントラストを比較した。その結果、位相差板の無い
液晶表示装置においては５０であったのに対し、本実施
形態における液晶表示装置においては２５００と非常に
高いコントラストを得ることができた。
【００４１】なお、本実施形態においては１枚の位相差
板を用いたが、複数の同種または別種の位相差板を用い
ても構わない。また、液晶セル１の両側に配置させても
構わない。いずれの場合であっても、電圧無印加時の液
晶分子の傾斜による位相差と、位相差板の位相差とをで
きるだけ一致させる必要がある。
【００４２】ここでいう一致とは、位相差の値のみでな
く、設定角度を含めて一致させるという意味である。つ
まり、電圧無印加時の液晶分子の傾斜による位相差をＲ
LC、位相差板の位相差をＲRE、位相差板の位相軸と、こ
れに隣接する液晶セル１の基板の配向方向とのなす角度
をφとすると、ＲLCとＲRE×ｓｉｎ2φとをできるだけ
一致させるという意味である。本実施形態では、電圧無
印加時の液晶分子の傾斜による位相差ＲLCと位相差板の
位相差ＲREとをほぼ等しくしたので、位相差板の位相軸
と、これに隣接する液晶セル１の基板の配向方向とのな
す角度φをほぼ９０°とした。
【００４３】なお、ＲLC＜ＲREの場合であっても前記角
度φを調節することによって両者の位相差を一致させる
ことができるが、ＲREとＲLCとの比が大きすぎると、前
記角度φのマージンが小さくなってしまうため、ＲREは
ＲLCの４倍以下とすることが望ましい。
【００４４】（実施形態２）実施形態１では透過型の液
晶表示装置について説明したが、本実施形態では反射型
の液晶表示装置について説明する。
【００４５】図３は本実施形態の液晶表示装置の構成を
示す概念図であり、２１は２枚の電極基板にＮ型液晶が
封入され、前記電極基板の内面に垂直配向膜が形成され
た液晶セル、２２は偏光ビームスプリッタ、２４は前記
液晶セル２１に隣接して設けられた位相差板、２５は光
源、２７は反射板、２６は投射用レンズである。
【００４６】本実施形態における液晶セル２１の構成
は、プラスチックビーズの粒径を２μｍとした以外は実
施形態１と同様なので説明を省略する。
【００４７】本実施形態では、電圧無印加時における液
晶分子の傾斜による位相差ＲREは約１３．５ｎｍとなる
ので、位相差板２４として位相差が１３．５ｎｍのもの
を用いた。本実施形態では、前記位相差板２４としてノ
ルボルネン樹脂を主成分とするアートンフィルム（商品
名：日本合成ゴム社製）を用いた。
【００４８】本実施形態の液晶表示装置と、位相差板２
４が無い点を除いては本実施形態と同様の構成の液晶表
示装置とについて、液晶セルの基板法線方向における電
圧無印加時の光透過率を比較した。その結果、本実施形
態における液晶表示装置においては、位相差板の無い液
晶表示装置に比べて光の透過率を１／１０程度まで抑え
ることができた。
【００４９】また、各電極に適正な電気信号を印加し、
液晶を駆動させて液晶セルの基板法線方向における白黒
のコントラストを比較した。その結果、位相差板の無い
液晶表示装置においては４０であったのに対し、本実施
形態における液晶表示装置においては３５０と非常に高
いコントラストを得ることができた。
【００５０】なお、本実施形態においては１枚の位相差
板を用いたが、実施形態１と同様に複数の同種または別
種の位相差板を用いても構わない。また、液晶セル１の
両側に配置させても構わない。いずれの場合であって
も、実施形態１と同様に電圧無印加時の液晶分子の傾斜
による位相差と、位相差板の位相差とをできるだけ一致
させる必要がある。
【００５１】（実施形態３）実施形態２においては液晶
セル２１の背面に反射板２７を配置させているが、この
反射板２７を省略し、液晶セル２１内の画素電極を反射
率の高いＡｌやＡｇ等の金属によって形成しても良い。
以下、本実施形態における液晶表示装置について説明す
る。
【００５２】実施形態１と同様に、ドレイン電極上のコ
ンタクトホールまでを形成し、ＩＴＯ電極の代わりにＡ
ｌを用いて反射電極を形成した。この後の工程は、プラ
スチックビーズの粒径を２μｍにすること以外は実施形
態１と同様にして液晶セルを作製した。この液晶セル
の、電圧無印加時の液晶分子の傾斜による位相差は実施
形態２と同様１３．５ｎｍである。
【００５３】この液晶セルに位相差が１３．５ｎｍの位
相差板を貼り付け、実施形態２と同様に偏光ビームスプ
リッタを用いた光学系に組み込み、本実施形態の液晶表
示装置を作製した。
【００５４】本実施形態の液晶表示装置と、位相差板２
４が無い点を除いては本実施形態と同様の構成の液晶表
示装置とについて、液晶セルの基板法線方向における電
圧無印加時の光透過率を比較した。その結果、本実施形
態における液晶表示装置においては、位相差板の無い液
晶表示装置に比べて光の透過率を１／１０程度まで抑え
ることができた。
【００５５】また、各電極に適正な電気信号を印加し、
液晶を駆動させて液晶セルの基板法線方向における白黒
のコントラストを比較した。その結果、位相差板の無い
液晶表示装置においては４０であったのに対し、本実施
形態における液晶表示装置においては３５０と非常に高
いコントラストを得ることができた。
【００５６】なお、本実施形態においては１枚の位相差
板を用いたが、実施形態１と同様に複数の同種または別
種の位相差板を用いても構わない。また、液晶セル１の
両側に配置させても構わない。いずれの場合であって
も、実施形態１と同様に電圧無印加時の液晶分子の傾斜
による位相差と、位相差板の位相差とをできるだけ一致
させる必要がある。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置においては、表面に垂直配向膜が形成された２枚の
電極基板によって負の誘電率異方性を有する液晶を挟持
した液晶セルを少なくとも有する液晶表示装置におい
て、前記電極間に電圧を印加しない状態での液晶分子の
長軸方向が前記電極基板の法線方向に対して傾斜してお
り、かつこの液晶分子の傾斜によって発生する位相差を
補償する位相差板を前記液晶セルに隣接して設けること
によって、ノーマリブラックモードで使用したときに電
圧無印加時における光透過率を極めて低く抑えることが
でき、コントラストを大幅に向上させることができる。
【００５８】したがって、高輝度、高コントラストを両
立することができ、表示品位の高い液晶表示装置を提供
することができる。
【００５９】また、前記位相差板の位相差を、前記液晶
分子の傾斜によって発生する位相差の１倍以上４倍以下
とすることにより、電圧無印加時における液晶分子の傾
斜による位相差を確実に補償することができるととも
に、位相差板の軸配置のマージンを大きく取ることがで
きる。
【００６０】また、前記電極間に電圧を印加しない状態
での液晶分子の長軸方向と、前記電極基板の法線方向と
のなす角度が１°以上１５°以下とすることにより、電
圧を印加する際に液晶分子の倒れる方向を確実に揃える
ことができるとともに、プレチルト角にばらつきが生ず
ることを防ぐことができる。
【００６１】したがって、液晶分子の傾斜による位相差
を、液晶セル全体で均一に揃えることが可能となり、表
示領域内全面で均一に高コントラストを得ることができ
る。
【００６２】さらに、前記位相差板は、微小な屈折率異
方性を有するノルボルネン樹脂を主成分とするものを用
いることにより容易に微小な位相差を有する位相差板を
形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における液晶表示装置の概略構成図
である。
【図２】図１に示す液晶セルの断面構成図である。
【図３】実施形態２における液晶表示装置の概略構成図
である。
【符号の説明】
１ 液晶セル ２ 偏光板 ３ 偏光板 ４ 位相差板 ５ 光源 ６ 投射用レンズ ８ ＴＦＴ基板 ９ 対向基板 １０ 画素電極 １１ 対向電極 １２ 垂直配向膜 １３ 垂直配向膜 １４ 液晶分子 １５ プラスチックビーズ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面に垂直配向膜が形成された２枚の電
    極基板によって負の誘電率異方性を有する液晶を挟持し
    た液晶セルを少なくとも有する液晶表示装置において、 前記電極間に電圧を印加しない状態での液晶分子の長軸
    方向が、前記電極基板の法線方向に対して傾斜してお
    り、かつこの液晶分子の傾斜によって発生する位相差を
    補償する位相差板を前記液晶セルに隣接して設けること
    を特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記位相差板の位相差は、前記液晶分子
    の傾斜によって発生する位相差の１〜４倍であることを
    特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記電極間に電圧を印加しない状態での
    液晶分子の長軸方向と、前記電極基板の法線方向とのな
    す角度が１°以上１５°以下であることを特徴とする請
    求項１、２記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記位相差板がノルボルネン樹脂からな
    ることを特徴とする請求項１乃至３記載の液晶表示装
    置。
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