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図面 (20)

課題

OCBモード型液晶表示装置には、視野角特性が非対称であるということ、及び視野角範囲が狭いという課題があった。

解決手段

OCBモード型液セルの外側に、表示電極がそれぞれ形成された一対の基板1,8間に、液晶分子ベンド配列した液晶層4が挟持された液晶セル9と、液晶セル9の背後側に配設された偏光子16と、液晶セル9の前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子13と、主軸ハイブリッド配列した負の屈折率方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a,14bと、光学的二軸性位相差板および/または光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bと、光学的異方性が正でありその遅相軸が検光子13の吸収軸方向と略平行である一軸性位相差板15とを具備している。

概要

背景

マルチメディア技術の進展とともに、ますます画像情報の占める割合が多くなってきている。最近では液晶技術の発展により、高コントラスト広視野角液晶ディスプレイが開発・実用化され、CRTディスプレイと比肩するレベルにまでなってきた。

しかしながら、現行の液晶ディスプレイでは動画表示において、画像が流れるという問題を有しており、この点においてCRTに劣っている。液晶ディスプレイにおける高速応答化の試みは過去から数多くなされてきている。高速応答の種々の液晶表示方式については、Wuらによりまとめられている(C.S. Wu and S.T. Wu, SPIE, 1665, 250 (1992))が、動画像表示に必要な応答特性が期待出来る方式・方法は限られている。

即ち、現行のNTSCシステムにおいては1フレーム(16.7msec)以内で液晶が追随する必要があるが、現行の液晶ディスプレイでは白黒二値間では充分速い応答性を示すものの、多階調表示を行った場合の階調間応答では100msec以上の遅い応答となってしまう。特に駆動電圧の低い領域での階調間応答は著しく遅い。

現在、動画表示に適した高速応答性を有する液晶ディスプレイとしては、OCBモード液晶表示、あるいは強誘電性液晶表示装置反強誘電性液晶表示装置がその可能性を有している。

しかしながら、層構造を有する強誘電性液晶表示装置、および反強誘電性液晶表示装置は耐衝撃性が弱い、使用温度範囲が狭い、特性の温度依存性が大きいなど実用的な意味での課題が多く、現実的にはネマティック液晶を用いるOCBモード液晶表示装置が動画像表示に適した液晶表示装置として有望視されている。

このOCBモード液晶表示装置は、1983年J.P.Bosによりその高速性が示された表示方式であり、その後、フィルム位相差板と組み合わせることにより広視野角・高速応答性が両立するディスプレイであることが示され研究開発活発化した。

このモ−ドの液晶表示装置は、図41に示すように、透明電極2が形成されているガラス基板1と、透明電極7が形成されているガラス基板8と、基板1、1間に配置される液晶層4とを有する。電極2、7上には配向膜3、6が形成され、この配向膜3、6には、液晶分子を平行かつ同一方向に配向させるべく配向処理がなされている。また、基板1、8の外側には、偏光板13、16がクロスニコルに配設されており、この偏光板13、16と基板1、8間には位相補償板17、18が介在している。

このような構造の液晶セルは、電圧印加によりセル中央部にベンド配向あるいは捻れ配向を含んだベンド配向を誘起させることと、低電圧駆動視野角拡大のために位相補償板17、18を配設することを特徴としたものであり、性能的には中間調表示域においても高速応答が可能であると同時に、比較的広い視野角特性を有している。

概要

OCBモード型液晶表示装置には、視野角特性が非対称であるということ、及び視野角範囲が狭いという課題があった。

OCBモード型液セルの外側に、表示電極がそれぞれ形成された一対の基板1,8間に、液晶分子がベンド配列した液晶層4が挟持された液晶セル9と、液晶セル9の背後側に配設された偏光子16と、液晶セル9の前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子13と、主軸ハイブリッド配列した負の屈折率方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a,14bと、光学的二軸性位相差板および/または光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bと、光学的異方性が正でありその遅相軸が検光子13の吸収軸方向と略平行である一軸性位相差板15とを具備している。

目的

本発明の目的は、上記課題を解決し、視野角特性を格段に向上するようにした液晶表示装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
5件
牽制数
2件

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請求項1

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子ベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間、及び、液晶セルと偏光子との間の何れか一方の間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が隣接する前記検光子又は前記偏光子の透過軸方向と略平行又は略直交する一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする液晶表示装置

請求項2

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記検光子の透過軸方向と略平行である一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。

請求項3

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸ハイブリッド配列した負の屈折率方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜100nmであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。

請求項4

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が160〜300nmであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。

請求項5

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記検光子の透過軸方向と略平行である一軸性位相差板と、を具備し、更に、前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、二軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜100nmであることを特徴とする液晶表示装置。

請求項6

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、二軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が160〜300nmであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。

請求項7

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜100nmであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。

請求項8

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が160〜300nmであることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。

請求項9

光学的異方性が負の一軸性位相差板の、フィルム面内での2つの主屈折率をnxおよびnyとし、フィルム面に垂直な方向の主屈折率をnzとし、その厚みをdとし、その厚み方向での位相差Rthを、Rth=((nx+ny)/2−nz)・dと定義したとき、Rthが150nm以上250nm未満であることを特徴とする請求項3乃至6の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項10

反射電極が形成された一方の基板と、透明な対向電極が形成された対向基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの前面側に配設された偏光子と、偏光子と液晶セル間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記偏光子の透過軸方向と略平行である一軸性位相差板と、を具備したことを特徴とする反射型の液晶表示装置。

請求項11

前記偏光子と前記液晶セルとの間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置されていることを特徴とする請求項10記載の反射型の液晶表示装置。

請求項12

前記偏光子と前記液晶セルとの間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置されていることを特徴とする請求項10記載の反射型の液晶表示装置。

請求項13

前記偏光子と前記液晶セルとの間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、が配置されていることを特徴とする請求項10記載の反射型の液晶表示装置。

請求項14

前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであることを特徴とする請求項11記載の反射型の液晶表示装置。

請求項15

前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであることを特徴とする請求項12記載の反射型の液晶表示装置。

請求項16

前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであることを特徴とする請求項13記載の反射型の液晶表示装置。

請求項17

光学的異方性が負の一軸性位相差板の、フィルム面内での2つの主屈折率をnxおよびnyとし、フィルム面に垂直な方向の主屈折率をnzとし、その厚みをdとし、厚み方向での位相差Rthを、Rth=((nx+ny)/2−nz)・dと定義したとき、Rthが100nm以上150nm未満であることを特徴とする請求項11、12、14、15の何れかに記載の反射型の液晶表示装置。

請求項18

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記検光子の透過軸方向と略直交する一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。

請求項19

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記検光子の透過軸方向と略直交する一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。

請求項20

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置され、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が160〜300nmであることを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置。

請求項21

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置され、前記偏光子と前記液晶セルとの間に、他の光学的異方性が正である一軸性位相差板が配置され、前記複数の光学的異方性が正である一軸性位相差板の複合位相差が160〜300nmであることを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置。

請求項22

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、が配置され、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が50〜200nmであることを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置。

請求項23

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、が配置され、前記偏光子と前記液晶セルとの間に、他の光学的異方性が正である一軸性位相差板が配置され、前記複数の光学的異方性が正である一軸性位相差板の複合位相差が50〜200nmであることを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置。

請求項24

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板が配置され、前記偏光子は第1の支持板上に形成されており、前記検光子は第2の支持板上に形成されており、前記主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板は、第3の支持板上に形成されており、前記第1の支持板、第2の支持板、及び第3の支持板の少なくともいずれかが、光学的異方性が負の一軸性位相差板の性質を有し、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が160〜300nmであることを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置。

請求項25

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板が配置され、前記偏光子と前記液晶セルとの間に、他の光学的異方性が正である一軸性位相差板が配置され、前記偏光子は第1の支持板上に形成されており、前記検光子は第2の支持板上に形成されており、前記主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板は、第3の支持板上に形成されており、前記複数の光学的異方性が正である一軸性位相差板の複合位相差が160〜300nmであることを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置。

請求項26

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルを有し、前記液晶セルの外側に、互いにその透過軸が直交しない偏光子と検光子と、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、光学的異方性が正であり、その位相差が160〜300nmであり、遅相軸が前記液晶分子の配向方位に対して概略45度あるいは概略135度をなしている一軸性位相差板とを具備したこと特徴とする液晶表示装置。

請求項27

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルを有し、前記液晶セルの外側に、互いにその透過軸が直交しない第1の支持体上に形成された偏光子と第2の支持体上に形成された検光子と、第3の支持体上に形成された主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が正であり、その位相差が160〜300nmであり、遅相軸が前記液晶分子の配向方位に対して概略45度あるいは概略135度をなしている一軸性位相差板とを具備し、前記第1の支持体、第2の支持体、及び第3の支持体の少なくとも何れかが光学的に負の一軸性位相差板の性質を有することを特徴とする液晶表示装置。

請求項28

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルを有し、前記液晶セルの外側に、互いにその透過軸が直交しない偏光子と検光子と、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、光学的異方性が正であり、その位相差が50〜200nmであり、遅相軸が前記液晶分子の配向方位に対して概略45度あるいは概略135度をなしている一軸性位相差板とを具備したこと特徴とする液晶表示装置。

請求項29

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルを有し、前記液晶セルの外側に、互いにその透過軸が直交しない偏光子と検光子と、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板とが設けられ、更に、光学的異方性が正であり、その複合位相差が160〜300nmであり、遅相軸が前記液晶分子の配向方位に対して概略45度あるいは概略135度をなしている一軸性位相差板が、液晶セルの両側に配設されていること特徴とする液晶表示装置。

請求項30

表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルを有し、前記液晶セルの外側に、互いにその透過軸が直交しない第1の支持体上に形成された偏光子と第2の支持体上に形成された検光子と、第3の支持体上に形成された主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、が設けられ、更に、光学的異方性が正であり、その複合位相差が160〜300nmであり、遅相軸が前記液晶分子の配向方位に対して概略45度あるいは概略135度をなしている一軸性位相差板が、液晶セルの両側に配設され、前記第1の支持体、第2の支持体、及び第3の支持体の少なくとも何れかが光学的に負の一軸性位相差板の性質を有することを特徴とする液晶表示装置。

請求項31

2枚の電極基板間に液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルを有し、前記液晶セルの外側に、互いにその透過軸が直交しない偏光子と検光子と、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、が設けられ、更に、光学的異方性が正であり、その複合位相差が50〜200nmであり、遅相軸が前記液晶分子の配向方位に対して概略45度あるいは概略135度をなしている一軸性位相差板が、液晶セルの両側に配設されていること特徴とする液晶表示装置。

請求項32

正面側から見て、前記液晶分子の配向方位と前記正の一軸性位相差板の遅相軸方向との成す角度が、液晶分子の配向方位から左45度に設定されていることを特徴とする請求項19乃至31の何れに記載の液晶表示装置。

請求項33

前記支持体の、フィルム面内での2つの主屈折率をnxおよびnyとし、フィルム面に垂直な方向の主屈折率をnzとし、その厚みをdとし、厚み方向での位相差Rthを、Rth=((nx+ny)/2−nz)・dと定義したとき、位相差Rthの総和が100nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項24、25、27、30の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項34

前記支持体がトリアセチルセルロースを主成分とした材料で構成されていることを特徴とする請求項24、25、27、30の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項35

前記二軸性位相差板のnx軸方向が、前記検光子の透過軸あるいは吸収軸方向と略平行であることを特徴とする請求項22、23、28、31の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項36

前記二軸性位相差板のnx軸方向が、前記検光子の吸収軸方向と略平行であることを特徴とする請求項22、23、28、31の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項37

前記二軸性位相差板がトリアセチルセルロースを主成分とした材料で構成されていることを特徴とする請求項22、23、28、31の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項38

光制御板を含む請求項19乃至37の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項39

光学的異方性が負の一軸性位相差板の、フィルム面内での2つの主屈折率をnxおよびnyとし、フィルム面に垂直な方向の主屈折率をnzとし、その厚みをdとし、厚み方向での位相差Rthを、Rth=((nx+ny)/2−nz)・dと定義したとき、位相差Rthの総和が100nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項20、21、26、29の何れかに記載の液晶表示装置。

請求項40

反射電極が形成された一方の基板と、透明な対向電極が形成された対向基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの前面側に配設された偏光子と、偏光子と液晶セル間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記偏光子の透過軸方向と略直交する一軸性位相差板と、を具備したことを特徴とする反射型の液晶表示装置。

請求項41

前記偏光子と前記液晶セルとの間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置され、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであることを特徴とする請求項40記載の液晶表示装置。

請求項42

前記偏光子と前記液晶セルとの間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置され、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであることを特徴とする請求項40記載の液晶表示装置。

請求項43

前記偏光子が支持体に形成されたものであり、この偏光子と液晶セルとの間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板が配置され、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであり、前記支持体が光学的に負の一軸性位相差板の性質を有することを特徴とする請求項40記載の液晶表示装置。

請求項44

前記一対の基板間に、前記正の誘電率異方性を有するネマティック液晶層が捻れて配列し、挟持されていることを特徴とする請求項18記載の液晶表示装置。

請求項45

前記ネマティック液晶層は略90度捻れていることを特徴とする請求項44記載の液晶表示装置。

請求項46

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が50〜250nmであることを特徴とする請求項45記載の液晶表示装置。

請求項47

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、光学的異方性が負の一軸性位相差板と、二軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が50〜250nmであることを特徴とする請求項45記載の液晶表示装置。

請求項48

前記偏光子と前記液晶セルとの間、及び前記検光子と前記液晶セルとの間の少なくとも一方の間に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板と、二軸性位相差板と、が配置されており、前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が50〜250nmであることを特徴とする請求項45記載の液晶表示装置。

請求項49

光学的異方性が負の一軸性位相差板の、フィルム面内での2つの主屈折率をnxおよびnyとし、フィルム面に垂直な方向の主屈折率をnzとし、その厚みをdとし、厚み方向での位相差Rthを、Rth=((nx+ny)/2−nz)・dと定義したとき、Rthが20nm以上200nm未満であることを特徴とする請求項46記載の液晶表示装置。

請求項50

前記光学的異方性が正である一軸性位相差板の遅相軸方向が隣接する前記基板上の液晶分子の配列方向と略平行であることを特徴とする請求項45記載の液晶表示装置。

技術分野

0001

本発明は、高速応答広視野表示性能を持つ液晶表示装置に関するものである。更に具体的には、光学補償ベンドモード型(OCBモード:Optically self-Compensated Birefringence mode)液晶表示装置に関するものである。

背景技術

0002

マルチメディア技術の進展とともに、ますます画像情報の占める割合が多くなってきている。最近では液晶技術の発展により、高コントラスト広視野角液晶ディスプレイが開発・実用化され、CRTディスプレイと比肩するレベルにまでなってきた。

0003

しかしながら、現行の液晶ディスプレイでは動画表示において、画像が流れるという問題を有しており、この点においてCRTに劣っている。液晶ディスプレイにおける高速応答化の試みは過去から数多くなされてきている。高速応答の種々の液晶表示方式については、Wuらによりまとめられている(C.S. Wu and S.T. Wu, SPIE, 1665, 250 (1992))が、動画像表示に必要な応答特性が期待出来る方式・方法は限られている。

0004

即ち、現行のNTSCシステムにおいては1フレーム(16.7msec)以内で液晶が追随する必要があるが、現行の液晶ディスプレイでは白黒二値間では充分速い応答性を示すものの、多階調表示を行った場合の階調間応答では100msec以上の遅い応答となってしまう。特に駆動電圧の低い領域での階調間応答は著しく遅い。

0005

現在、動画表示に適した高速応答性を有する液晶ディスプレイとしては、OCBモード液晶表示、あるいは強誘電性液晶表示装置反強誘電性液晶表示装置がその可能性を有している。

0006

しかしながら、層構造を有する強誘電性液晶表示装置、および反強誘電性液晶表示装置は耐衝撃性が弱い、使用温度範囲が狭い、特性の温度依存性が大きいなど実用的な意味での課題が多く、現実的にはネマティック液晶を用いるOCBモード液晶表示装置が動画像表示に適した液晶表示装置として有望視されている。

0007

このOCBモード液晶表示装置は、1983年J.P.Bosによりその高速性が示された表示方式であり、その後、フィルム位相差板と組み合わせることにより広視野角・高速応答性が両立するディスプレイであることが示され研究開発活発化した。

0008

このモ−ドの液晶表示装置は、図41に示すように、透明電極2が形成されているガラス基板1と、透明電極7が形成されているガラス基板8と、基板1、1間に配置される液晶層4とを有する。電極2、7上には配向膜3、6が形成され、この配向膜3、6には、液晶分子を平行かつ同一方向に配向させるべく配向処理がなされている。また、基板1、8の外側には、偏光板13、16がクロスニコルに配設されており、この偏光板13、16と基板1、8間には位相補償板17、18が介在している。

0009

このような構造の液晶セルは、電圧印加によりセル中央部にベンド配向あるいは捻れ配向を含んだベンド配向を誘起させることと、低電圧駆動視野角拡大のために位相補償板17、18を配設することを特徴としたものであり、性能的には中間調表示域においても高速応答が可能であると同時に、比較的広い視野角特性を有している。

発明が解決しようとする課題

0010

しかしながら、従来のOCBモードでは液晶の配向方向とそれに垂直な方向とでは視野角特性が異なり、その視野角特性は非対称であった。また、その視野角はTN型液晶表示装置等に比べれば充分広いものではあるが、大画面液晶表示装置を想定した場合には不充分であった。

0011

本発明の目的は、上記課題を解決し、視野角特性を格段に向上するようにした液晶表示装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を解決するため、本発明は、表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間、及び、液晶セルと偏光子との間の何れか一方の間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が隣接する前記検光子又は前記偏光子の透過軸方向と略平行又は略直交する一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする。

0013

上記の如く、遅相軸が隣接する検光子又は偏光子の透過軸方向と略平行又は略直交する一軸性位相差板を挿入することにより、広視野角特性が得られる。

0014

また、本発明は、表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記検光子の透過軸方向と略平行である一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする。

0015

上記の如く、正の一軸性位相差板を設けることにより、2枚の偏光板交差角が斜め方向から見たときに90度からはずれていくことによる輝度変化を抑えることができ、広視野角特性が得られることになる。また、主軸ハイブリッド配列した位相差板が設けられ場合もある。これにより、更に表示特性の向上を図ることができる。なぜなら、主軸がハイブリッド配列した位相差板は、基板界面近傍の液晶分子に起因した複屈折を抑制する働きをなすからである。

0016

また、二軸性位相差板や負の一軸性位相差板が設けられる場合もある。これにより、更に表示特性の向上を図ることができる。なぜなら、二軸性位相差板や負の一軸性位相差板は、液晶層中央部の垂直方向立ち上がった液晶分子を斜め光が通過する際の複屈折を主として抑制する働きをなすからである。

0017

また、視野角特性向上の観点からは、正の一軸性位相差板の位相差は、160〜300nm又は5〜100nmに設定するのが、望ましい。

0018

また、視野角特性向上の観点からは、負の一軸性位相差板の厚み方向での位相差Rthは150nm以上250nm未満とするのが望ましい。

0019

また、本発明は、透過型液晶表示装置に限らず、反射型液晶表示装置にも適用される。即ち、本発明は、反射電極が形成された一方の基板と、透明な対向電極が形成された対向基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの前面側に配設された偏光子と、偏光子と液晶セル間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記偏光子の透過軸方向と略平行である一軸性位相差板と、を具備する場合もある。このような構成により、広視野角特性を有するOCBモードの反射型液晶表示装置が構成される。

0020

また、本発明は、表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記検光子の透過軸方向と略直交する一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする。

0021

正の誘電率異方性を有するネマティック液晶層が挟持された液晶セルとしては、OCBモードの液晶セル及び捻れ液晶セル(STN液晶セル、TN液晶セを含む)が含まれる。

0022

本発明は、表示電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの背後側に配設された偏光子と、液晶セルの前面側で透過軸が前記偏光子の透過軸と略直交するように配設された検光子と、液晶セルと検光子との間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記検光子の透過軸方向と略直交する一軸性位相差板と、を具備することを特徴とする。

0023

上記構成の如く、正の一軸性位相差板の遅相軸が検光子の吸収軸方向と略平行となるように、正の一軸性位相差板と検光子が配置されることにより、正の一軸性位相差板の遅相軸が検光子の透過軸方向と略平行となるように配置する場合に比べてより広い視野角特性が得られる。

0024

また、本発明は、主軸がハイブリッド配列した位相差板と負の一軸性位相差板とを備えた構成、主軸がハイブリッド配列した位相差板と二軸性位相差板とを備えた構成であってもよい。また、正の一軸性位相差板は2枚準備し、液晶セルの上下にそれぞれ1枚ずつ配置するような構成であってもよい。このような2枚の正の一軸性位相差板を配置する場合は、1枚の場合の最適な位相差の値に複合位相差が対応するようにすればよい。

0025

また、偏光子、検光子、及び主軸がハイブリッド配列した位相差板が、支持板上にそれぞれ形成されていてもよく、このような構成の場合は、これら支持板の少なくともいずれかが、光学的異方性が負の一軸性位相差板の性質を有するように構成してもよい。

0026

また、正の一軸性位相差板は、その遅相軸が液晶分子の配向方位に対して概略45度あるいは概略135度をなすように配置するのが望ましい。

0027

また、支持体の厚み方向での位相差Rthは、100nm以上500nm以下であるのが望ましい。

0028

また、支持体がトリアセチルセルロースを主成分とした材料で構成してもよい。また二軸性位相差板のnx軸方向が、検光子の透過軸あるいは吸収軸方向と略平行であってもよい。この二軸性位相差板はトリアセチルセルロースを主成分とした材料で構成されている場合もある。

0029

また、本発明は、透過型液晶表示装置に限らず、反射型液晶表示装置にも適用される。即ち、本発明は、反射電極が形成された一方の基板と、透明な対向電極が形成された対向基板間に、液晶分子がベンド配列した液晶層が挟持された液晶セルと、液晶セルの前面側に配設された偏光子と、偏光子と液晶セル間に配置され、光学的異方性が正であり、遅相軸が前記偏光子の吸収軸方向と略平行である一軸性位相差板と、を具備する場合もある。これにより、反射型のOCBモードの液晶表示装置が構成される。

0030

また、本発明は、一対の基板間に、前記正の誘電率異方性を有するネマティック液晶層が捻れて配列し、挟持されていることを特徴とする。更に、ネマティック液晶層は略90度捻れている場合もある。このとき、正の一軸性位相差板の位相差は50〜250nmに設定するのが、望ましい。

0031

また、視野角特性向上の観点からは、負の一軸性位相差板の厚み方向での位相差Rthは20nm以上200nm未満とするのが望ましい。

発明を実施するための最良の形態

0032

以下に本発明の実施の態様を、図面を参照しながら詳細に述べる。
[第1の発明群]第1の発明群に係る液晶表示装置は、OCBモードの液晶表示装置であり、視野角向上のため光学的要素として光学的異方性が正の一軸性位相差板を設け、且つこの一軸性位相差板を、一軸性位相差板の遅相軸が検光子の透過軸と略平行となるように配置したことを特徴とするものである。そして、このように、一軸性位相差板の遅相軸が、検光子の透過軸方向と略平行に配置することにより、視野角範囲を大幅に拡大することが可能となる。以下に、具体的な構成につき実施の形態1−1〜実施の形態1−4を例示する。

0033

(実施の形態1−1)図1は本発明の実施の形態1−1に係る液晶表示装置の要部断面図である。本実施の形態に係る液晶表示装置は、OCBモードの透過型液晶表示装置であり、一対のガラス基板1,8間に正の誘電率異方性を有するネマティック液晶層4を挟持した液晶セル9と、該液晶セル9の正面側図1の上側)に積層された3枚の位相差板14a,12a,15と、該液晶セル9の背後側(図1の下側)に積層された2枚の位相差板14b,12bと、位相差板15の正面側(図1の上側)に配設された検光子13と、位相差板12bの背後側(図1の下側)に配設された偏光子16とを有する。前記検光子13と偏光子16は、その透過軸が互いに直交するように配置されている。また、位相差板14a,14bは、図2に示すように、光学媒体50が負の屈折率異方性を有し、主軸がハイブリッド配列した位相差板である。位相差板12a,12bは、光学的異方性が負の一軸性位相差板(nx〜ny>nz)であり、位相差板15は光学的異方性が正の一軸性位相差板(nx>ny=nz)である。

0034

また、各ガラス基板1,8の内側面には、表示電極としての透明電極2,7が形成されており、この透明電極2,7の内側面には配向膜3,6が形成されている。なお、偏光子16の背後側(図1の下側)には、バックライト(図示せず)が配設されている。透明電極2は画像信号電圧印加される画素電極であり、透明電極7は共通電極である。勿論、透明電極2を共通電極とし、透明電極7を画素電極とするように構成してもよい。

0035

また、前記液晶セル9は、液晶層4内の液晶分子が基板1,8間でベンド配向状態をとっている液晶セルである。

0036

また、各光学要素(液晶セル9、位相差板12a,14a,15,12b,14b、及び偏光子16、検光子13に相当する)は、図3に示す配置状態となっている。ここで、図3は検光子13側から見た平面図であり、図中において、20は検光子13の透過軸方向、21は一軸性位相差板15の遅相軸方向、22は基板1の配向処理方向、23は基板8の配向処理方向、24は偏光子16の透過軸方向、25は主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14aの主軸方向、26は主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14bの主軸方向を示す。なお、負の一軸性位相差板は、面内に位相差を有しない場合(即ちnx=nyである)には、位相差板の貼合角度に制約がない。負の一軸性位相差板が二軸性を有する場合(即ち、nx≠nyの場合)には、偏光板の軸方向とnx軸の方向とを合致させることが好ましい。このことは、後述する実施の形態において、負の一軸性位相差板を使用する構成において、当てはまる

0037

このようにハイブリッド配列した位相差板14a,14bを設けることにより、電圧印加時(黒表示)における液晶層の光学伝播特性視野角依存性補償して良好な黒表示を行い、液晶表示装置の視野角特性を改善するという作用を有する。

0038

具体的に説明すると、図4に示すように液晶層4の中央部D2付近の液晶分子は基板にほぼ垂直方向に配列している。しかしながら、基板界面に存在する液晶分子は、基板からのアンカリングにより立ち上がれず、ほぼ基板に平行状態であり、図4に示すように基板界面近傍D1では、中央部に向けて徐々に立ち上がっていく配向状態となっている。従って、この基板界面近傍D1の液晶分子の配向に起因して、この部分で複屈折が大きく生じる。そのため、視野角が狭い。この場合、主軸がハイブリッド配列した位相補償板14a,14bを設けることにより、基板界面近傍の液晶分子の複屈折を補償するこができることになる。

0039

この原理を更に詳述すると、液晶層を上下に二分する中心面から液晶表示装置を見た場合、上側において液晶表層の上半分の液晶分子の方向と上側の位相差板14aの光学媒体の光学軸方向が対応し、下側において液晶表層の下半分の液晶分子の方向と下側の位相差板14bの光学媒体の光学軸方向が対応することにより、2枚の位相差板14a,14bのそれぞれが液晶層の半分を補償する役割を果たすことになり、視野角が広くなる。

0040

なお、ハイブリッド配列した位相差板14a,14bは、主軸の傾き角がほぼ90度の光学媒体50a(図2参照)側の面が負の一軸性位相差板12a,12b側に、主軸の傾き角がほぼ0度の光学媒体50b(図2参照)側の面が液晶側になるように配置するのが望ましい。このようにすれば、基板両側に、先ず面内方向(図2のx方向)に主軸のある光学媒体50bと基板界面付近の液晶分子の組が配置し、それを面法線方向図2のz方向)に主軸のある光学媒体50aと中央部の液晶の組が挟むようになって、互いに補償を行う層が順序よく並ぶことになるからである。

0041

また、本実施の形態においては、ハイブリッド配列した位相差板14a,14bは上下に設けるようにしたけれども、何れか一方のみを設ける構成であってもよい。このようにすれば、2枚設ける場合に比べれば視野角は狭いけれども、従来例に比べれば十分に広い視野角が得られることになる。また、光学的異方性が負の一軸性位相差板12a,12bは、電圧印加時(黒表示時)において液晶層中央部D2の液晶分子が立ち上がった状態となっているが、この中央部D2を斜め方向から通過する光に起因した複屈折を主として補償する働きをなす。

0042

また、正の一軸性位相差板15は、黒表示における光漏れを防止して、黒レベルを沈ませる働きをなす。即ち、偏光子16と検光子13との透過軸方向が直交して配置されていることから、正面方向(検光子13に対して垂直方向)から見た場合の光漏れは防がれている。しかしながら、正面からずれた方向(検光子13に対して斜め方向)から見た場合に、光漏れが生じる。かかる場合に、正の一軸性位相差板15を設けることにより、光漏れを防止することができる。

0043

このようにして、正の一軸性位相差板15、負の一軸性位相板12a,12b及びハイブリッド配列した位相板14a,14bを設けることにより、広視野角特性を有する液晶表示装置を実現することができる。

0044

次いで、上記構成の液晶表示装置の製造方法について説明する。先ず、透明電極2,7を有する2枚のガラス基板1,8に日産化学工業製配向膜塗料SE−7492をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中180度、1時間硬化させ、配向膜3,6を形成する。その後、配向膜3,6表面を、レーヨン製ラビング布を用いて図3に示す方向にラビング処理を施す。次いで、積水ファインケミカル(株)製スペーサ20、およびストラクトボンド352A(三井東圧化学(株)製シール樹脂商品名)を用いて基板間隔が例えば5.9μmとなるように、基板1と基板8とを貼り合わせ、空セルを作成する。

0045

次に、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶として例えばMJ96435(屈折率異方性Δn=0.138)を、真空注入法にて空セルに注入して、液晶セル9を作製する。

0046

その後、偏光子16、検光子13、正の一軸性位相板(nx>ny=nz:位相差150nm)15、負の一軸性位相板(nx〜ny>nz:位相差Rth:50nm)12a,12bおよび光学媒体が負の屈折率異方性を有し、主軸がハイブリッド配列した位相板14a,14b(富士写真フィルム(株)製WVフィルム、位相差Re:34nm)を図3の如く液晶セル9に貼合し、液晶表示装置が作製される。

0047

実験例A)次いで、本発明者らが上記方法で液晶表示装置(以下、液晶表示装置Aと称する。)を作製し、この液晶表示装置Aにつき表示特性を測定した。なお、液晶表示装置Aは以下の条件〜とした。
条件:
主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bの位相差Reを39nmとした。
光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bの、フィルム面内での2つの主屈折率をnxおよびnyとし、フィルム表面に垂直な方向の主屈折率をnzとし、その厚みをdとし、その厚み方向での位相差Rthを、
Rth=((nx+ny)/2−nz)・d
と定義したとき、Rthは175nmとした。
光学的異方性が正の一軸性位相差板15の位相差Re(Re=(nx−ny)・d)は76nmとした。
液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.82μmに設定した。

0048

液晶表示装置Aについての実験結果を図5図8に示す。図5は液晶表示装置Aの電圧輝度特性を示している。図5より明らかなように、液晶表示装置Aでは6.8Vで黒表示が達成されることが分かる。白表示を行う電圧はベンドスプレイ転移が発生する電圧で決まり、本液晶表示装置では2.2Vであった。

0049

図6(a)および図6(b)はそれぞれ液晶表示装置Aの上下方向と左右方向の白表示時における輝度視角依存性を示している。また、図7(a)および図7(b)は、それぞれ液晶表示装置Aの上下方向と左右方向の黒表示時における輝度の視角依存性を示している。なお、ここで、液晶表示装置Aの左右方向とは基板の配向処理方向(ラビング方向)と同一方向であり、液晶表示装置Aの上下方向はラビング方向に垂直な方向を意味する。

0050

一方、図8コントラスト比の視角依存性を示している。なお、図8では極角0〜80度の範囲でのコントラスト比が示されている。この点に関し、以下の図9図10についても同様に極角0〜80度の範囲でのコントラスト比が示されている。

0051

(比較例1)比較例1として、正の一軸性位相板を含まないこと以外は液晶表示装置Aと全く同一構成の液晶表示装置Rを作成した。この液晶表示装置Rの電圧−輝度特性は液晶表示装置Aのそれと同一であり、白表示時、あるいは黒表示時の電圧値はそれぞれ2.2Vと6.8Vであった。

0052

液晶表示装置Rの白表示時、あるいは黒表示時の輝度の視角依存性を図6(a)、図6(b)、図7(a)、および図7(b)に併せて記す。また、コントラスト比の視角依存性を図9に示す。

0053

図6および図7からも明らかなように、本発明に係る液晶表示装置Aは黒表示時における輝度の視角依存性が少なく、幅広視角範囲において高いコントラスト比が達成されており、その実用的価値は極めて高い。

0054

これは、上記したように正の一軸性位相差板を入れることにより、2枚の偏光板交差角が斜め方向から見たときに90度からはずれていくことによる輝度変化を抑えることが出来ることに基づくものである。

0055

この正の一軸性位相差板の遅相軸は、隣接する検光子の透過軸方向と平行となるよう配設するのがより好ましい。

0056

本実験例Aに係る液晶表示装置Aでは液晶層の位相差Δndが0.82μmとしたけれども、他の位相差値を有する液晶表示装置についても同様の効果が得られることが、本発明者らの実験結果により確認されている。また、液晶表示装置として一般的に使用可能なΔndが0.6〜1.0の範囲とされているが、このΔndが0.6〜1.0の範囲について、特に、正の一軸性位相差板を挿入した効果が顕著であった。

0057

(実験例B)光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bの位相差Rthが異なること以外は液晶表示装置Aと同一構成の液晶表示装置B〜Iを作製した。なお、位相差Rthは以下の値とした。即ち、液晶表示装置Bに関しては位相差Rth=100nm、液晶表示装置Cに関しては位相差Rth=125nm、液晶表示装置Dに関しては位相差Rth=150nm、液晶表示装置Eに関しては位相差Rth=175nm、液晶表示装置Fに関しては位相差Rth=200nm、液晶表示装置Gに関しては位相差Rth=225nm、液晶表示装置Hに関しては位相差Rth=250nm、液晶表示装置Iに関しては位相差Rth=275nmとした。これらの液晶表示装置B〜Iに対して2.2V(白表示)および6.8V(黒表示)を印加し、それぞれの電圧での輝度の視角依存性を求め、コントラスト比の視角依存性を計算し、その結果を図10に示す。なお、図10において、コントラスト比10:1の場合を太線Lで示している。図10より明らかなように、負の一軸性位相差板の位相差としては、広視野角という観点から、Rth=150〜250nmが適格であることが認められる。

0058

(実験例C)本実施の形態1−1の構成の液晶表示装置であって、液晶層の厚みdと液晶材料の屈折率異方性Δnと積を0.6〜1.0の範囲に設定し、且つ、正の一軸性位相差板15の位相差Reの値を変えて複数の液晶表示装置を作製して、表示特性を測定した。その結果を表1に示す。

0059

(実施の形態1−2)図11は実施の形態1−2に係る液晶表示装置の構成概略図である。本実施の形態1−2は実施の形態1−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態1−2では、実施の形態1−1の構成に二軸性位相差板10a,10bが追加された構成となっていることを特徴とするものである。具体的には、ハイブリッド配列した位相差板14aと負の一軸性位相差板12aとの間に、二軸性位相差板10aが設けられ、ハイブリッド配列した位相差板14bと負の一軸性位相差板12bとの間に、二軸性位相差板10bが設けられている。

0060

各光学要素の配置は、図12に示されている。即ち、位相差板12a,14a,15,12b,14b、及び偏光子16、検光子13は、実施の形態1と同様の配置状態である。二軸性位相差板10aは、その主軸方向が図12の参照符号27で示すように検光子13の透過軸方向と略平行となるように配置されている。また、二軸性位相差板10bは、その主軸方向が図12の参照符号28で示すように偏光子16の透過軸方向と略平行となるように配置されている。

0061

このような二軸性位相差板10a,10bは、負の一軸性位相差板12a,12bと同様な補償の働きをなす。即ち、電圧印加時(黒表示時)において液晶層中央部の液晶分子が立ち上がる状態となるが、このときの斜め方向からの光に起因した複屈折を主として補償する働きをなす。

0062

従って、二軸性位相差板10a,10bの追加した構成により、斜め方向からの光に起因した複屈折を十分に補償することができる。

0063

また、二軸性位相差板と光学的異方性が負の一軸性位相差板とからなる光学要素は、基本的には二軸性位相差板に分類されるが、一枚の一軸性位相差板でもってRe値Rth値とを任意に独立で設定することは容易ではなく、本実施の形態の如く負の一軸性位相差板と組み合わせてRe値とRth値とを設定することの意義は大きい。

0064

上記構成の液晶表示装置の製造方法は、基本的には実施の形態1−1に係る液晶表示装置の製造方法と同様である。即ち、実施の形態1−1と同様の方法でベンド配列した液晶層を有する液晶セル9を作製し、この液晶セル9に、偏光子16、検光子13、正の一軸性位相板15、負の一軸性位相板12a,12b、光学媒体が負の屈折率異方性を有し主軸がハイブリッド配列した位相板14a,14bおよび二軸性位相差板10a,10bを図12の如く液晶セル9に貼合し、液晶表示装置が作製される。

0065

(実験例D)次いで、本発明者らが正の一軸性位相差板15の位相差Reが異なる以外は上記方法と同様の方法で6つの液晶表示装置(以下、液晶表示装置J2〜O2と称する。)を作製し、この液晶表示装置J2〜O2につき表示特性を測定した。なお、液晶表示装置J2〜O2は以下の条件〜とした。
条件:
主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bの位相差Reを33nmとした。
光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bの厚み方向での位相差Rthを160nmとした。
液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.71μmに設定した。
各液晶表示装置J2〜O2における正の一軸性位相差板15の位相差Reは、表2に示す値とした。

0066

上記条件下により作製された液晶表示装置J〜Oにつきコントラスト比10:1以上となる視野範囲を求めたので、表2に併せて記す。

0067

表2に示すように、本実験例液晶表示装置は優れた視野角範囲を有しており、その実用的価値は高い。正の一軸性位相差板の位相差Reの値としては、5〜100nmが好ましく、更に5〜50nmがより適格である。Reが5nmより小さい場合には正の一軸性位相板を挿入する効果が認められなかった。なお、位相差Reが上記表2より更に大きい範囲についても、本発明者が実験したので、その結果を表3に示す。

0068

表3より明らかなように、160〜300nmの範囲において良好な視野角特性が得られた。

0069

(実施の形態1−3)図13は実施の形態1−3に係る液晶表示装置の構成概略図である。本実施の形態1−3は実施の形態1−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態1−3は、実施の形態1−1における光学的異方性が負の位相差板12a,12bに代えて、二軸性位相差板10a、10bを用いたことを特徴とするものである。なお、光学要素である主軸がハイブリッド配列した位相差板14a、14b、二軸性位相差板10a、10b、光学的異方性が正の一軸性位相板15、偏光子16、および検光子13は、図12に示す配置状態とされている。このような構成によっても、広い視野角特性を有する液晶表示装置が実現される。

0070

上記構成の液晶表示装置の製造方法は、基本的には実施の形態1−1に係る液晶表示装置の製造方法と同様である。即ち、実施の形態1−1と同様の方法でベンド配列した液晶層を有する液晶セル9を作製し、この液晶セル9に、偏光子16、検光子13、正の一軸性位相板15、光学媒体が負の屈折率異方性を有し主軸がハイブリッド配列した位相板14a,14bおよび二軸性位相差板10a,10bを図12の如く液晶セル9に貼合し、液晶表示装置が作製される。

0071

(実験例E)次いで、本発明者らが正の一軸性位相差板15の位相差Reが異なる以外は上記方法と同様の方法で複数の液晶表示装置(以下、液晶表示装置P1、Q1、S1〜V1と称する。)を作製し、この液晶表示装置P1、Q1、S1〜V1につき表示特性を測定した。なお、液晶表示装置P1、Q1、S1〜V1は以下の条件〜とした。
条件:
主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bの位相差Reを33nmとした。
二軸性位相差板10a、10bの厚み方向での位相差Rthを185nmとした。
液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、1.02μmに設定した。
各液晶表示装置P1、Q1、S1〜V1における正の一軸性位相差板15の位相差Reは、表4に示す値とした。
上記条件下により作製された液晶表示装置P1、Q1、S1〜V1につきコントラスト比10:1以上となる視野範囲を求めたので、表4に併せて記す。

0072

表4に示されるように、本実施の形態1−3に係る液晶表示装置は優れた視野角範囲を有しており、その実用的価値は高い。正の一軸性位相差板の位相差Reの値としては、160〜300nmが好ましく、更に好ましくは160〜250nmがより適格である。Reが160nmより小さい場合、および300nmより大きい場合には正の一軸性位相板を挿入する効果が認められなかった。なお、位相差Reが上記表4より更に小さい範囲についても、本発明者が実験したので、その結果を表5に示す。

0073

表5に示すように、5〜100nmの範囲において良好な視野角特性が得られた。

0074

(実施の形態1−4)図14は実施の形態1−4に係る液晶表示装置の構成概略図であり、図15は各光学要素の配置状態を示す図である。本実施の形態1−4は実施の形態1−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。上記実施の形態1−1〜1−3は、いずれも透過型の液晶表示装置であったが、本実施の形態1−4は、反射型の液晶表示装置である点において相違する。図14を参照して、その具体的な構成について説明すると、基板8上には例えば凹凸状の樹脂層30が形成されており、この樹脂層30上にAl等の金属薄膜から成る反射画素電極7Aが形成されている。そして、この反射画素電極7A上に配向膜6が形成されている。その他の構成は、上記実施の形態1−1と同様である。

0075

このようなOCBモードの反射型液晶表示装置においてもまた、透過型液晶表示装置と同様に広い視野角特性の液晶表示装置が得られることになる。

0076

なお、本発明者らの実験結果によれば、液晶層の厚みdと液晶材料の屈折率異方性Δnとの積Δndが0.3〜0.5nmとしたとき、光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであるときに、優れた視野角範囲を有し、その実用的価値は高いことが認められた。

0077

反射型液晶表示装置は、上記の例では実施の形態1−1の透過型液晶表示装置に対応する構成であったけれども、実施の形態1−2又は実施の形態1−3に対応する構成であってもよい。

0078

(実施の形態1−2〜1−4の補足説明)各実施の形態1−2〜1−3についても、上記実験例Bと同様に、光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bの位相差Rthが異なること以外は同一構成の液晶表示装置を作製して、表示特性を測定した。この結果、実験例1−2と同様に負の一軸性位相差板の位相差としては、広視野角という観点から、Rth=150〜250nmが適格であることが認められた。

0079

また、実施の形態1−4についても、負の一軸性位相差板12a、12bの位相差Rthが異なること以外は同一構成の液晶表示装置を作製して、表示特性を測定した。この結果、負の一軸性位相差板の位相差としては、広視野角という観点から、Rth=100〜150nmが適格であることが認められた。

0080

[第2の発明群]第2の発明群に係る液晶表示装置は、OCBモードの液晶表示装置であり、視野角向上のため光学的要素として光学的異方性が正の一軸性位相差板を設け、且つこの正の一軸性位相差板を、正の一軸性位相差板の遅相軸が検光子の透過軸方向と略直交するように配置したことを特徴とするものである。即ち、第1の発明群では、正の一軸性位相差板の遅相軸が検光子の透過軸方向と略平行となるように、正の一軸性位相差板が配置されたけれども、第2の発明群では、正の一軸性位相差板の遅相軸が検光子の透過軸方向と略直交するように、正の一軸性位相差板が配置されている点において相違する。以下、具体的な構成を実施の形態2−1〜実施の形態2−9を例示して説明することにする。

0081

(実施の形態2−1)図16は実施の形態2−1に係る液晶表示装置の要部断面図であり、図17は実施の形態2−1に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図であ。本実施の形態2−1は実施の形態1−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態2−1に係る液晶表示装置の構成は、実施の形態1−1に係る液晶表示装置の構成と同様である。但し、正の一軸性位相差板15と検光子13の配置状態が異なる。即ち、実施の形態1−1では、図2に示すに正の一軸性位相差板15の遅相軸が検光子13の透過軸と略平行となるように配置されていたけれども、本実施の形態2−1では図17に示すように正の一軸性位相差板15の遅相軸が検光子13の透過軸と略直交(一軸性位相差板15の遅相軸が検光子13の吸収軸と略平行)となるように配置されている点において相違する。このように正の一軸性位相差板15の遅相軸と検光子13の吸収軸とが略平行に配置する構成の場合は、正の一軸性位相差板15の遅相軸と検光子13の透過軸とが略平行に配置されている場合(上記の第1の発明群に相当する)と比較すると、更に広い視野角特性が得られるという利点がある。つまり、基板法線方向に進行する光に関しては、原理的には偏光板の透過軸方向と正の一軸性位相板の遅相軸方向とが平行な場合と、垂直な場合との表示特性に及ぼす影響に差はない。しかし、基板に対して斜め方向に進行する斜め光に関しては、偏光板の透過軸方向と正の一軸性位相板の遅相軸方向とが平行な場合と垂直な場合とでは、後者の方が前者よりも視野角が広い。以下に、その理由を説明する。

0082

液晶層に入射した直線偏光楕円偏光となって媒体中を伝搬し、楕円偏光状態で出射する。出射した楕円偏光A(Aは偏光の状態を表す)は隣接する位相板に入射し、その楕円率主軸方向の異なる楕円偏光Bとなり、次の正の一軸性位相板に入射し、他の楕円偏光Cとして出射し、偏光板(検光子)に入射する。本発明液晶表示装置においては、液晶層の前後に配置される偏光板の軸は互いに直交しているため、正の一軸性位相板に入射する直前の光の状態は楕円偏光Bであるが、この楕円偏光Bの軸方向と、次に入射するの一軸性位相板の遅相軸方向との相対的位置関係は、偏光板の透過軸方向と正の一軸性位相板の遅相軸方向とが平行な場合と、垂直な場合とでは90度異なっている。楕円偏光Bの楕円率、軸方向は、透過する複屈折性媒体のΔndに依存するが、本発明においては、偏光板の透過軸方向と正の一軸性位相板の遅相軸方向とが平行な場合には、楕円偏光Bの長軸と正の一軸性位相板の遅相軸方向は相対的に垂直に近い角度を有し、偏光板の透過軸方向と正の一軸性位相板の遅相軸方向とが垂直な場合には、楕円偏光Bの長軸と正の一軸性位相板の遅相軸方向は相対的に平行に近い角度を有するものと思われる。即ち、後者の構成においては、正の一軸性位相板を出射する楕円偏光Cの状態は、前者の場合に比べて、より直線偏光に近い偏光状態となっており、検光子による消光が容易であるため、視野角特性が良化する。

0083

次いで、上記構成の液晶表示装置の製造方法について説明する。上記構成の液晶表示装置の製造方法は、基本的には実施の形態1−1に係る液晶表示装置の製造方法と同様である。即ち、実施の形態1−1と同様の方法でベンド配列した液晶層を有する液晶セル9を作製し、この液晶セル9に、偏光子16、検光子13、正の一軸性位相板15、負の一軸性位相板12a,12b、光学媒体が負の屈折率異方性を有し主軸がハイブリッド配列した位相板14a,14bおよび二軸性位相差板10a,10bを図17の如く液晶セル9に貼合し、液晶表示装置が作製される。

0084

(実験例F)次いで、本発明者らが上記方法で6つの液晶表示装置(以下、液晶表示装置A3〜F3と称する。)を作製し、この液晶表示装置A3〜F3につき表示特性を測定した。なお、液晶表示装置A3〜F3は、以下の条件〜とした。
条件:
液晶表示装置A3〜F3のいずれについても、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bの位相差Reを34nmとした。
液晶表示装置A3〜F3のいずれについても、光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bの厚み方向での位相差Rthを150nmとした。
液晶表示装置A3〜F3のいずれについても、液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.78μmに設定した。
液晶表示装置A3〜F3のそれぞれの光学的異方性が正の一軸性位相差板15の位相差Reを表6に示す値とした。

0085

即ち、液晶表示装置A3における正の一軸性位相差板15の位相差Reを130nmとし、液晶表示装置B3における正の一軸性位相差板15の位相差Reを160nmとし、液晶表示装置C3における正の一軸性位相差板15の位相差Reを200nmとし、液晶表示装置D3における正の一軸性位相差板15の位相差Reを250nmとし、液晶表示装置E3における正の一軸性位相差板15の位相差Reを300nmとし、液晶表示装置F3における正の一軸性位相差板15の位相差Reを340nmとした。

0086

上記の液晶表示装置C3について、電圧を変化させたときの輝度を測定し、電圧−輝度特性を求めたのでその結果を図18に示し、また、上下方向の黒表示時輝度の視角依存性を図19に示し、左右方向の黒表示時輝度の視角依存性を図20に示す。図18より液晶表示装置C3では6.4Vで黒表示が達成されることが分かる。白表示を行う電圧はベンド−スプレイ転移が発生する電圧で決まり、本液晶表示装置C3では2.2Vであった。作製した他の液晶表示装置A3,B3,D3,E3,F3においても同一の電圧−輝度特性が得られた。なお、表6にコントラスト比が10:1以上となる視角範囲を併せて記す。

0087

表6より明らかなように、光学的異方性が正の一軸性位相差板の位相差Reの値としては、広視野角化の観点からは、160nm以上300nm以下が適格である。Reが160nmよりも小さい場合、あるいは300nmよりも大きい場合には、前記正の一軸性位相差板を用いる効果が認められない。

0088

本実験例EではΔndが0.78μmの液晶表示装置を用いたが、他の位相差値を有する液晶表示装置についても同様の効果が得られることが本発明者らの実験により確認されている。また、液晶表示装置として一般的に使用可能なΔndが0.6〜1.0の範囲とされているが、このΔndが0.6〜1.0の範囲について、特に、正の一軸性位相差板を挿入した効果が顕著であった。

0089

(比較例4)正の一軸性位相差板を含まないこと以外は実施例Eと全く同一構成の液晶表示装置R3を作成した。この液晶表示装置R3の電圧−輝度特性は液晶表示装置C3のそれと同一であり、白表示時、あるいは黒表示時の電圧値はそれぞれ2.2Vと6.4Vであった。

0090

液晶表示装置R3の黒表示時の輝度の視角依存性を図19および図20に併せて記す。これらの図より明らかなように、本発明に係る液晶表示装置は光学的異方性が正の一軸性位相差板を用いることにより、黒レベル輝度の視角依存性を大幅に低減することが出来る。即ち、視野角範囲を大幅に拡大することができ、その実用的価値は極めて高い。これは、正の一軸性位相差板を入れることにより、2枚の偏光板交差角が斜め方向から見た時に90度からはずれていくことによる輝度変化を抑えることが出来ることに基づくものである。

0091

比較例4で作製した液晶表示装置R1の視野角範囲(コントラスト比が10:1以上の視野角範囲)は上下130度、左右75度であった。

0092

(実施の形態2−2)図21は実施の形態2−2に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図である。本実施の形態2−2は、実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態2−2は、実施の形態2−1における偏光子16、検光子13及び正の一軸性位相差板15のみをそれぞれ90度回転した配置状態としたことを特徴とするものである。従って、偏光子16と検光子13のそれぞれの透過軸は直交しており、また、正の一軸性位相差板15の遅相軸は検光子13の吸収軸と略平行である。

0093

このような構成の液晶表示装置は、偏光子16、検光子13及び正の一軸性位相差板15の配置を異にする以外は、上記実施の形態2−1の製造方法と同一の方法で製造することができる。

0094

次いで、各光学要素の配置が異なること以外は上記実施例4で作製した液晶表示装置C1と同一構成の液晶表示装置G1を作製した。本発明に係る液晶表示装置G1は2.2Vで白表示が、6.4Vで黒表示が得られ、それぞれの電圧での輝度の視角依存性を求めることにより、コントラスト比の視角依存性を求めたところ、上下175度、左右130度の視角特性が得られた。また、正面コントラストは250:1であった。本発明に係る液晶表示装置G1は実用的にも充分な視野角範囲を有しており、その価値は極めて大きいことが認められる

0095

(実施の形態2−3)図22は実施の形態2−3に係る液晶表示装置の要部断面図であり、図23は実施の形態2−3に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図であ。本実施の形態2−3は実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態2−3に係る液晶表示装置H1は、負の一軸性位相差板12a,12bに代えて、4つのトリアセチルセルロースフィルム19a、19b、19c、19dを用いたことを特徴とするものである。

0096

以下、図22を参照して、その構成について説明する。透明電極2、7を有するガラス基板1、8で液晶層4を挟持した液晶セル9に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14b、トリアセチルセルロースフィルム19a、19b、19c、19d、光学的異方性が正の一軸性位相差板15、偏光子16、および検光子13を図22の如く積層し、液晶表示装置H5とした。ここにおいて、光学的異方性が正の一軸性位相差板15の位相差Re(Re=(nx−ny)・d)は200nmであり、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bのReは39nmであった。また、厚み方向の位相差をRth(Rth=((nx+ny)/2−nz)・d)と定義した時、トリアセチルセルロースフィルム19a、19b、19c、19dの位相差Rthは80nmであった。液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.84μmに設定した。この時の各光学要素は、その軸方位図23の如くなるように配置した。使用したトリアセチルセルロースフィルムは面内に異方性を有していないため、図23においては記述を省略した。

0097

図24は液晶表示装置H5の電圧−輝度特性を示している。図24より液晶表示装置H5では6.8Vで黒表示が達成されることが分かる。白表示を行う電圧はベンド−スプレイ転移が発生する電圧で決まり、本液晶表示装置では2.2Vであった。

0098

本発明液晶表示装置H5に対して2.2Vおよび6.8Vを印加し、それぞれの電圧での輝度の視角依存性を求め、コントラスト比の視角依存性を計算した。結果を図25に示す。図中、網掛けの領域はコントラスト比が10:1未満の領域を表している。図25より明らかなように、本液晶表示装置H5は上下160度以上、左右130度以上の広視野角特性を有しておりその実用的価値は極めて大きい。

0099

本実施の形態2−3においては、使用したトリアセチルセルロースフィルム19a、19b、19c、19dは全て同一の位相差Rthを有しているが、その複合位相差の大きさが同じであれば、個々の位相差の大きさが異なっていても良いことは言うまでもない。トリアセチルセルロースフィルムは、一般に、各種機能性フィルムの支持体として用いられており、安価であるうえ、他の位相差板の支持体として用いることが出来るなど、その実用的価値は大きい。

0100

また、光学的に負の屈折率異方性を有する他の一軸性フィルムをトリアセチルセルロースフィルムに代えて用いても良いし、トリアセチルセルロースフィルムに追加して用いても良い。

0101

(実施の形態2−4)図26は実施の形態2−4に係る液晶表示装置の要部断面図であり、図27は実施の形態2−4に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図であ。本実施の形態2−4は実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態2−4に係る液晶表示装置Iは、実施の形態2−1における負の一軸性位相差板12a,12bに代えて、二軸性位相差板10a,10bを用いたことを特徴とするものである。

0102

以下、図26を参照して、液晶表示装置I6の構成について説明する。透明電極2、7を有するガラス基板1、8で液晶層4を挟持した液晶セル9に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14b、二軸性位相差板10a、10b、光学的異方性が正の一軸性位相差板15、偏光子16、および検光子13を図25の如く積層し、液晶表示装置Iとした。ここにおいて、光学的異方性が正の一軸性位相差板15の位相差Re(Re=(nx−ny)・d)は160nmであり、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bのReは33nmであった。また、厚み方向の位相差をRth(Rth=((nx+ny)/2−nz)・d)と定義した時、二軸性位相差板10a、10bのRthは185nm、Reは16nmであった。液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.73μmに設定した。この時の各光学要素は、その軸方位が図27の如くなるように配置した。なお、図27において、27は二軸性位相差板10aの主軸方向であり、28は二軸性位相差板10bの主軸方向である。

0103

液晶表示装置I6は2.3Vで白表示が、6.8Vで黒表示が得られた。それぞれの電圧での輝度の視角依存性を求めることにより、コントラスト比の視角依存性を求めたところ、上下160度、左右120度の視角特性が得られた。また、正面コントラストは225:1であった。

0104

本実施の形態においては二軸性位相差板のnx軸方位を、隣接する偏光板の吸収軸方位と一致させたが、隣接する偏光板の透過軸方位と一致させても同様の効果が得られた。

0105

また、本発明者は、上記構成の液晶表示装置I6において、正の一軸性位相差板15の位相差Reのみを変えて視野角特性を測定したので、その結果を表7に示す。

0106

(実施の形態2−5)図28は実施の形態2−5に係る液晶表示装置の要部断面図であり、図29は実施の形態2−5に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図であ。本実施の形態2−5は実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態2−5に係る液晶表示装置J7は、正の一軸性位相差板15に代えて、2つの正の一軸性位相差板15a,15bを用いたことを特徴とするものである。

0107

以下、図28を参照して、液晶表示装置J7の構成について説明する。透明電極2、7を有するガラス基板1、8で液晶層4を挟持した液晶セル9に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14b、光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12b、光学的異方性が正の一軸性位相差板15a、15b、偏光子16、および検光子13を図28の如く積層し、液晶表示装置J7とした。ここにおいて、光学的異方性が正の一軸性位相差板15a、15bの位相差Re(Re=(nx−ny)・d)は、それぞれ100nm、120nmであり、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bのReは37nmであった。また、厚み方向の位相差をRth(Rth=((nx+ny)/2−nz)・d)と定義した時、光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bのRthは100nmであった。液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.83μmに設定した。この時の各光学要素は、その軸方位が図29の如くなるように配置した。図29において、21aは正の一軸性位相差板15aの遅相軸方向であり、21bは正の一軸性位相差板15bの遅相軸方向である。また、本実施の形態で用いた負の一軸性位相差板は面内に位相差を有しないため(即ちnx=nyであるため)位相差板の貼合角度に制約がないので、図29には明示していない。負の一軸性位相差板が二軸性を有する場合(即ち、nx≠nyの場合)には、偏光板の軸方向とnx軸の方向とを合致させることが好ましい。

0108

なお、複合位相差が160〜300nmの範囲で良好な視野角特性が得られる。これは、本質的に実施の形態2−1における一枚の正の一軸性位相差板を使用する場合に160〜300nmの範囲で良好な視野角特性が得られることから、複合位相差の場合であっても同様に160〜300nmの範囲で良好な視野角特性が得られるものと考えられるからである。

0109

液晶表示装置J7は2.2Vで白表示が、7.0Vで黒表示が得られた。それぞれの電圧での輝度の視角依存性を求めることにより、コントラスト比の視角依存性を求めたところ、上下155度、左右130度の視角特性が得られた。また、正面コントラストは180:1であった。

0110

本実施の形態においては正の一軸性位相差板15a、15bの位相差Reとして異なった値を用いたが、複合位相差の値として同じであれば、両者の位相差値が同一であっても良いことは言うまでもない。そして、正の一軸性位相差板15a、15bの位相差値が同一であれば、液晶セルの上側及び下側に同一構成の光学要素を配置することが可能になり、その有用性は大きい。また、負の一軸性位相差板に代えて、二軸性位相差板を使用した実施の形態2−4と同一の構成で、且つ二枚の正の一軸性位相差板15a、15bを使用した場合は、複合位相差が50〜200nmで良好に視野角特性が認められた。

0111

(実施の形態2−6)図30は実施の形態2−6に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図である。本実施の形態2−6は実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態2−6に係る液晶表示装置J8は、偏光子の配設角度が異なることを特徴とするものである。このような構成により、視角特性プロフィールを変化させることが可能となる。ここに視角特性プロフィールとは、方位角全体から見た場合における視角特性の特徴を意味する。具体的に説明すれば、例えば、図31の参照符号70Aで示す視角特性では上下方向は良好であるが左右方向は悪いという特があり、図31の参照符号70Bで示す視角特性では左右方向が良好であるという特徴を有し、視角特性プロフィールはこのような視角特性グラフの特徴的な形状を意味する。

0112

本実施の形態2−6において、視角特性プロフィールを変化させる理由は、OCBモ−ドの液晶表示装置では図31の参照符号70Aで示す視角特性を有しており、上下方向の視野角特性と左右方向の視野角特性に大きな違いがある。そこで、上下方向は本来的に視野角特性がよいので、上下方向の特性を少し抑え、その代わりに左右方向の視野角特性を向上した例えば図31の参照符号70Bの視野角特性を得るようにして、全方位においてより均一な視野角特性を得るためである。勿論、このような理由に限らず、視野角特性プロフィールを制御することにより、希望する視野角特性を得ることが可能となる。

0113

本実施の形態2−6に係る液晶表示装置J8を以下の方法で作製した。即ち、偏光子の配設角度が異なること以外は実施の形態2−1と同一構成の液晶表示装置L8を作製した。この時、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bのReは30nmであり、光学的異方性が正の一軸性位相差板15の位相差Reは150nmであった。また、厚み方向の位相差をRth(Rth=((nx+ny)/2−nz)・d)と定義した時、光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12bのRthは180nmであった。液晶層4の厚みdと液晶材料の屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.78μmに設定した。この時の各光学要素は、その軸方位が図32の如くなるように配置した。ここにおいて、偏光子16と検光子13の交差角は80度とした。また、実施の形態2−1に係る液晶表示装置の構成と同様に、正の一軸性位相差板15はその遅相軸方向21が基板の配向処理方向(液晶分子の配向方向に相当)22,23とほぼ135度を成している。

0114

液晶表示装置J8は2.3Vで白表示が、6.0Vで黒表示が得られた。それぞれの電圧での輝度の視角依存性を求めることにより、コントラスト比の視角依存性を求めたところ、上下140度、左右145度の視角特性が得られた。また、正面コントラストは150:1であった。

0115

上より明らかなように、本実施の形態に係る液晶表示装置は、偏光子と検光子の交差角を調整することにより視角特性プロフィールを制御することが可能であり、その実用的価値は極めて大きい。

0116

本実施の形態では偏光子と検光子の交差角を80度に設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、交差角が80度以外の角度であってもよい。また、偏光子と検光子の交差角を90度に保った状態で、他の光学要素との位置関係を変化させても同様に視角特性プロフィールを変化させることができる。

0117

(実施の形態2−7)図32は実施の形態2−7に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図である。本実施の形態2−7は実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。本実施の形態2−6では、実施の形態2−1における偏光子16、検光子13及び正の一軸性位相差板15を正面側(検光子13側)から見て右90度回転して配置したことを特徴とするものである。このような配置状態であっても、広視野角特性を得ることができる。

0118

以下、実施の形態2−7に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。即ち、透明電極2、7を有するガラス基板1、8で液晶層4を挟持した液晶セル9に、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14b、光学的異方性が負の一軸性位相差板12a、12b、光学的異方性が正の一軸性位相差板15、偏光子16、および検光子13を図16の如く積層し、上記負の一軸性位相差板の厚み方向の位相差Rth(Rth=((nx+ny)/2−nz)・d)がそれぞれ異なる液晶表示装置L〜Qを作製した。この時、主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板14a、14bのReは37nmであった。また、光学的異方性が正の一軸性位相差板15のReは190nmであった。液晶層4の厚みdと液晶材料屈折率異方性Δnとの積(Δnd)で定義される位相差は、0.83μmに設定した。この時の各光学要素は、その軸方位が図32の如くなるように配置した。従って、正面側から見て、前記液晶分子の配向方位22,23と前記正の一軸性位相差板の遅相軸方向21との成す角度が、液晶分子の配向方位22,23から左45度に設定されたことになる。

0119

本液晶表示装置L9〜Q9は何れも2.0Vで白表示が、6.4Vで黒表示が得られた。それぞれの電圧での輝度の視角依存性を求めることにより、コントラスト比の視角依存性を求めた結果を表8に示す。

0120

表8より本発明液晶表示装置が優れた視野角特性を有していることは明らかである。光学的異方性が負の一軸性位相差板の厚み方向位相差Rth値としては、広視野角化の観点からは、50nm以上250nm以下が適格である(本発明では負の一軸性位相差板を2枚使用しているため、液晶表示装置全体では100nm以上500nm以下が適格である)。Reが50nmよりも小さい場合、あるいは250nmよりも大きい場合には、前記正の一軸性位相差板を用いる効果が認められない。

0121

本実施の形態2−7では液晶層の位相差が0.83μmの液晶表示装置を用いたが、他の位相差値を有する液晶表示装置についても同様の効果を得られることが、本発明者らの実験により確認されている。

0122

(実施の形態2−8)本実施の形態2−8は、実施の形態2−1で作製した液晶表示装置Cと光制御板(住友化学工業(株)製ルミスティー)29とバックライト30を図33の如く配置したことを特徴とするものであり、その表示特性を評価したところ、正面コントラストは220:1であり、コントラスト比が10:1以上となる視角範囲は上下155度、左右145であった。本実施の形態では、視野角特性が上下左右でほぼ対称であり、その実用的価値は大きい。

0123

(実施の形態2−9)図34は実施の形態2−9に係る液晶表示装置の構成概略図であり、図35は各光学要素の配置状態を示す図である。本実施の形態2−9は実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。上記実施の形態2−1〜2−8は、いずれも透過型の液晶表示装置であったが、本実施の形態2−9は、反射型の液晶表示装置である点において相違する。図33を参照して、その具体的な構成について説明すると、基板8上には例えば凹凸状の樹脂層30が形成されており、この樹脂層30上にAl等の金属薄膜から成る反射画素電極7Aが形成されている。そして、この反射画素電極7A上に配向膜6が形成されている。その他の構成は、上記実施の形態2−1と同様である。

0124

このようなOCBモードの反射型液晶表示装置においてもまた、透過型液晶表示装置と同様に広い視野角特性の液晶表示装置が得られることになる。

0125

なお、本発明者らの実験結果によれば、液晶層の厚みdと液晶材料の屈折率異方性Δnとの積Δndが0.3〜0.5nmとしたとき、光学的異方性が正である一軸性位相差板の位相差が5〜300nmであるときに、優れた視野角範囲を有し、その実用的価値は高いことが認められた。

0126

反射型液晶表示装置は、上記の例では実施の形態2−1の透過型液晶表示装置に対応する構成であったけれども、実施の形態2−2又は実施の形態1−8に対応する構成であってもよい。

0127

(実施の形態2−1〜実施の形態2−9の補足事項
上記実施の形態2−6では、実施の形態2−1の構成に関して偏光子と検光子の配置角度を変えるようにしたけれども、実施の形態2−2〜実施の形態2−5、実施の形態2−7の構成について偏光子と検光子の配置角度を変えるように構成してもよい。このようにしても、上記実施の形態2−6と同様に視角特性プロフィールを制御することが可能である。なお、実施の形態2−7のように偏光子16、検光子13及び正の一軸性位相差板15を90度回転し、且つ偏光子16と検光子13の交差角を80度とした構成の場合は、正の一軸性位相差板15はその遅相軸方向21が基板の配向処理方向(液晶分子の配向方向に相当)22,23とほぼ45度を成している。

0128

上記実施の形態2−7では、実施の形態2−1と同一の光学要素を有し、且つ偏光子16、検光子13及び正の一軸性位相差板15のみを90度回転して配置した構成であったけれども、実施の形態2−2〜実施の形態2−9の構成において偏光子16、検光子13及び正の一軸性位相差板15のみを90度回転して配置した構成(正面側から見て、前記液晶分子の配向方位22,23と前記正の一軸性位相差板の遅相軸方向21との成す角度が、液晶分子の配向方位22,23から左45度に設定された構成)としてもよい。このようにしても、広視野角特性が得られる。

0129

上記実施の形態2−7では、負の一軸性位相差板の厚み方向位相差Rthが、広視野角化の観点からは50nm以上250nm以下(二枚の負の一軸性位相差板を使用する場合100nm以上500nm以下)が適格であることを示したけれども、このことは実施の形態2−7に限らない。その他の負の一軸性位相差板を用いる実施の形態においても、同様にRthが、広視野角化の観点からは、50nm以上250nm以下(二枚の負の一軸性位相差板を使用する場合100nm以上500nm以下)が適格であることが本発明者らによって確認されている。

0130

なお、実施の形態2−1〜実施の形態2−9は、適宜組み合わせ構成するようにしてもよい。

0131

[第3の発明群]第3の発明群に係る液晶表示装置は、捻れ配向モード(STNモードであっても、TNモードであってもよい)の液晶表示装置であり、視野角向上のため光学的要素として光学的異方性が正の一軸性位相差板を設け、且つこの一軸性位相差板を、一軸性位相差板の遅相軸が検光子の透過軸と略直交するように配置したことを特徴とするものである。そして、このように、正の一軸性位相差板の遅相軸が、検光子の透過軸方向と略直交するように配置することにより、視野角範囲を大幅に拡大することが可能となる。以下に、具体的な構成として実施の形態3−1、実施の形態3−2を例示する。

0132

(実施の形態3−1)図36は実施の形態3−1に係る液晶表示装置の要部断面図であり、図37は実施の形態3−1に係る液晶表示装置における基板の配向処理方向を示す図であり、図38はその他の光学要素の配置状態を示す図である。本実施の形態3−1は実施の形態2−1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付す。上記実施の形態2−1ではOCBモードの液晶表示装置であったけれども、本実施の形態3−1ではTNモードの液晶表示装置である点が相違する。従って、本実施の形態3−1に係る液晶表示装置においては、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶層4は、基板間で液晶分子が略90度捻れて配列されたTN液晶層が用いられる。なお、配向処理方向は図37に示す方向とし、各光学要素は図38に示す配置状態となっている。

0133

ここで、本発明者は、下記の条件で上記構成の液晶表示装置を複数個作製し、その視野角特性を測定したので、その結果を表9に示す。
条件
液晶材料:ZLI−4792(メルクジャパン(株)製、カイラルピッチは40μmに調整した。)
配向膜材料:SE−7492(日産化学工業(株)製ポリイミド樹脂塗料
セルギャップ:5μm
主軸がハイブリッド配列した負の位相差板14a,14bのRe=40nm
負の一軸性位相差板12a,12bのRth=75nm
正の一軸性位相差板15のRe=30nm〜280nm

0134

(実施の形態3−2)図39は実施の形態3−1に係る液晶表示装置の要部断面図であり、図40は実施の形態3−1に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図である。本実施の形態3−2は、上記実施の形態3−1における負の一軸性位相差板12a,12bに代えて、二軸位相差板10a,10bを用いたものであり、その他の構成は実施の形態3−1と同様である。

0135

ここで、本発明者は、下記の条件で上記構成の液晶表示装置を複数個作製し、その視野角特性を測定したので、その結果を表10に示す。
条件
液晶材料:ZLI−4792(メルク・ジャパン(株)製、カイラルピッチは40μmに調整した。)
配向膜材料:SE−7492(日産化学工業(株)製ポリイミド樹脂塗料)
セルギャップ: 5μm
主軸がハイブリッド配列した負の位相差板14a,14bのRe=40nm
二軸性位相差板10a,10bのRe=20nm、Rth=20〜250nm
正の一軸性位相差板15のRe=150nm

0136

表10に示すように、正の一軸性位相差板15のReが50〜250nmで広視野角が得られた。

0137

なお、負の一軸性位相差板12a,12bと二軸位相差板10a,10bの両者を使用する構成であってもよく、このような構成の液晶表示装置においても、正の一軸性位相差板15のReが50〜250nmで広視野角が得られることが確認されている。

発明の効果

0138

以上のように本発明の構成によれば、液晶セルの外側に正の一軸性位相差板を配置することにより、大幅な視野角範囲の拡大が可能であり、その実用的価値は極めて大きい。

図面の簡単な説明

0139

図1実施の形態1−1に係る液晶表示装置の断面構成概念的に示す図である。
図2ハイブリッド配列した位相差板14a,14bの具体的構成を示す図である。
図3実施の形態1−1に係る液晶表示装置の各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図4ハイブリッド配列した位相差板14a,14bの動作を説明するための図である。
図5実施の形態1−1に係る液晶表示装置Aの電圧−輝度特性を説明するための図である。
図6実施の形態1−1に係る液晶表示装置A及び比較例としての液晶表示装置Rそれぞれの白表示時輝度の視角依存性を比較説明するための図である。
図7実施の形態1−1に係る液晶表示装置A及び比較例としての液晶表示装置Rそれぞれの黒表示時輝度の視角依存性を比較説明するための図である。
図8実施の形態1−1に係る液晶表示装置Aのコントラスト比の視角依存性を説明するための図である。
図9比較例としての液晶表示装置Rのコントラスト比の視角依存性を説明するための図である。
図10実施の形態1−2に係る液晶表示装置B〜Iのコントラスト比の視角依存性を説明するための図である。
図11実施の形態1−3に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図12実施の形態1−3に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図13実施の形態1−4に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図14実施の形態1−5に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図15実施の形態1−5に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図16実施の形態2−1に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図17実施の形態2−1に係る液晶表示装置の各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図18実施の形態2−1に係る液晶表示装置Cの電圧−輝度特性を説明するための図である。
図19実施の形態2−1に係る液晶表示装置C、及び比較例としての液晶表示装置Rの上下方向における黒表示時輝度の視角依存性を比較説明するための図である。
図20実施の形態2−1に係る液晶表示装置C、及び比較例としての液晶表示装置Rの左右方向における黒表示時輝度の視角依存性を比較説明するための図である。
図21実施の形態2−2に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図22実施の形態2−3に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図23実施の形態2−3に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図24実施の形態2−3に係る液晶表示装置の電圧−輝度特性を説明するための図である。
図25実施の形態2−3に係る液晶表示装置のコントラスト比の視角依存性を説明するための図である。
図26は実施の形態2−4に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図27実施の形態2−4に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図28実施の形態2−5に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図29実施の形態2−5に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図30実施の形態2−6に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図31視野角特性プロフィ−ルを示す図である。
図32実施の形態2−7に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図33実施の形態2−8に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図34実施の形態2−9に係る液晶表示装置の断面構成を概念的に示す図である。
図35実施の形態2−9に係る液晶表示装置における各光学要素の配置方向を説明するための図である。
図36実施の形態3−1に係る液晶表示装置の要部断面図である。
図37実施の形態3−1に係る液晶表示装置における基板の配向処理方向を示す図である。
図38実施の形態3−1に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図である。
図39実施の形態3−1に係る液晶表示装置の要部断面図である。
図40実施の形態3−1に係る液晶表示装置の光学要素の配置状態を示す図である。
図41OCBモード型液晶表示装置における一般的な素子構成を説明するための概念図である。

--

0140

1、8……ガラス基板
2、7……透明電極
3、6……配向膜
4…………液晶層
4a………電圧無印加時の液晶配向スプレイ配向
4b………電圧印加時の液晶配向(ベンド配向)
5…………スペーサ
9…………液晶セル
10a、10b……二軸性位相差板
12a、12b……負の一軸性位相差板
13、16…偏光板
14a、14b……主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板
15、15a、15b………光学的異方性が正の一軸性位相差板
17、18…位相補償板
19a、19b、19c、19d……トリアセチルセルロースフィルム
20…………検光子の透過軸方向
21…………光学的異方性が正の一軸性位相差板の遅相軸方向
21a………光学的異方性が正の一軸性位相差板の遅相軸方向(上基板
21b………光学的異方性が正の一軸性位相差板の遅相軸方向(下基板
22…………上側基板の配向処理方向
23…………下側基板の配向処理方向
24…………偏光子の透過軸方向
25…………主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板の主軸方向(上基板側)
26…………主軸がハイブリッド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相差板の主軸方向(下基板側)
27…………二軸性位相差板の主軸方向(上基板側)
28…………二軸性位相差板の主軸方向(下基板側)
29………光制御板
30………バックライト

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