JP2869511B2 - Ｔｎ型液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はTN（トウィステッド・ネマチック）型液晶
表示素子に関し、特にその視角特性の改善に係わる。

〔従来の技術〕

TN型LCD（液晶表示素子又は液晶パネルとも言う）は
液晶テレビやラップトップパソコンなどのフラットパネ
ルディイスプレイとして広く用いられている。そのパネ
ル構成を第９図、第10図に示す。即ち、TN型液晶セル11
の上下に偏光板12,13がそれぞれ貼り付けられている。
矢印14及び15はセルの上面側及び下面側の液晶の配向方
向を示し、符号16,17はそれぞれ偏光板12,13の透過軸方
向を示している。矢印14,15は互いにほぼ直角、矢印15,
16,17は互いにほぼ平行とされる。矢印18,19はそれぞれ
表示画面の横方向及び縦方向を定義したものであり、LC
Dの表示面に対して垂直な方位を視角０°として横方向
又は縦方向に視角の方位を傾けた場合のそれぞれの方向
の視角は横視角、縦視角と呼ばれる。なお、第10図にお
いて、TN型LCD10の下面又は上面のいずれか一方の面側
から光が入射し、他方の面から出射する。

しかし、このLCDの大きな問題点として視角特性が他
のディスプレイよりも劣ることがあげられる。視角の拡
大とともにコントラストの低下が生じ、表示品位が劣化
する。

この問題に関して、位相板を２枚用いる事により視角
特性を改善できる事が電子情報通信学会技術研究報告EI
D89−94「位相フィルムを用いた広視野角LCD」に報告さ
れている。その構成を第11図、第12図に、第９図、第10
図と対応する部分に同じ符号を付し、重複説明を省略す
る。２枚の位相板21,22の光学軸23,24が互いにほぼ直交
する様にTN型液晶セル11と偏光板12との間に取り付けら
れている。この位相板21,22は同一のリタデーションΔn
dを有する。（ｎは屈折率、ｄは厚さを意味する。） 視角０°において液晶パネル10を通過する光の偏光状
態について考えてみると、位相板22を一枚だけ通過した
光は位相板22の遅相軸方向（多くの場合位相板が正結晶
的特性を有するため光学軸方向24と一致する。位相板が
負結晶的特性を有する場合には光学軸方向24と直角にな
る。）にリタデーションを受ける。さらにもう１枚の位
相板21を通過した光はさらにそれと直交する方向に同一
のリタデーションを受けることになる。したがってリタ
デーションがキャンセルされて光の偏光状態は２枚の位
相板21,22を通過する前後で同一になる。これは視角０
°においては位相板21,22の有無によらず、液晶パネル1
0の透過スペクトル分布が同一である事を意味し、出射
光の明るさと色調とに変化がない。

視角の大きさを０°からずらすと位相板21,22のリタ
デーションがキャンセルされなくなり、位相板を２枚通
過する前後で光の偏光状態が変化する。すなわち２枚の
位相板の付加によって液晶パネル10の視角−透過率特性
が変化する事になり、視角特性が改善される。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べた従来のTN型LCDは、液晶セル11に貼り付け
るフィルムの枚数が２枚から４枚（偏光板２枚のみから
位相板２枚分追加）に増加したため製造上の困難を生ず
ることになった。通常フィルムは粘着剤を用いて貼り付
けられるが、貼り付けの際に気泡の発生や粘着剤の層の
乱れを防がなければならない。なんとなれば、気泡や粘
着剤の層の乱れが生じると、そこで境界反射が起こる。
境界反射は視角が大きくなると増加する。その結果、液
晶パネル10のコントラストや視角特性を劣化させる事に
なるからである。貼り付けの際にはフィルムの角度設定
にも注意を要する。（特に位相板は１度程度以内の精度
を要する。）また貼り付けの際に位相板に過度な力が加
わると位相板のリタデーションが部分的あるいは全体的
に変化する可能性もある。（位相板の伸縮によってリタ
デーションは変化する。）位相板の角度やリタデーショ
ンが設定からずれるとパネルのコントラストや視角特性
が劣化する原因となる。

以上の製造上の困難はパネルのサイズが大きくなり、
したがってパネルに貼り付けるフィルムの面積が大きく
なるにつれて大きくなる。

以上述べたように従来の２枚の位相板を用いる方式は
フィルムの枚数が増し製造上の困難を生じる。

この発明の目的は従来の欠点を除去し、より少ない位
相板で、視角特性良好なTN型LCDを提供する事にある。

〔課題を解決するための手段〕

（１）TN型液晶セルの上面及び下面に、その液晶セルの
上面側又は下面側の液晶分子の配向方向とほぼ同じ方向
の透過軸をもつ第１及び第２偏光板がそれぞれ配される
TN型液晶表示素子において、この発明では上記第１偏光
板と上記TN型液晶セルとの間に上記第１偏光板の透過軸
方向とほぼ等しい方向の光学軸をもつ１枚の位相板が介
在される。

（２）上記（１）項において、上記第１、第２偏光板の
透過軸方向及び上記位相板の光学軸方向が、上記TN型液
晶セルの上面側の液晶分子の配向方向に対して±10度以
内にそれぞれ設定されているのが望ましい。

（３）上記（１）又は（２）項において、上記位相板の
リタデーションが150乃至350nmの範囲に設定されている
のが望ましい。

〔実施例〕

従来のパネルでは、光学軸方向の直交する２枚の位相
板を用いる事によって視角０°方向での入射光に対して
２枚の位相板を通過する前後での光の偏光状態を同一と
し、位相板付加の有無でLCDの透過スペクトルが変わら
ないようにしていた。

しかしこの発明者の研究の結果位相板１枚のみであっ
ても偏光板の透過軸方向と位相板の光学軸方向を平行に
する事により位相板によって偏光状態は変わっても偏光
板通過後の透過スペクトルは位相板のない場合と同じで
ある事が判った。すなわち入射光が位相板を通過すると
位相板の光学軸方向の光の振動（第１の光）とそれに直
交する方向の光の振動（第２の光）との間にリタデーシ
ョン（Δnd）を生じ、光の偏光状態は変化する。しか
し、偏光板の透過軸方向が位相板の光学軸方向に平行な
場合は、位相板の光学軸方向に振動する第１の光のみし
か透過しないため、リタデーションの有無によらず、光
の透過量は一定になる。

また視角特性に関してもこの発明者の研究によって、
位相板１枚で改善できることが判った。

従来のパネルについて研究を行なったところ２枚ある
位相板のうち、偏光板の透過軸と位相板の光学軸が平行
になるように設置された位相板22は視角特性の改善に寄
与しているが、もう一方の位相板21は視角特性の改善に
対してはるかに小さな寄与しかしていない事が判った。
この間の事情を第13図、第14図に示す。第13図は従来の
２枚位相板方式で、偏光板の透過軸方向に平行な位相板
のリタデーションを０〜400nmの間で変化させ、他方の
位相板21のリタデーションを300nmとした場合の暗状態
の横視角−透過率特性を位相板をまったく付加しない場
合と比較して示している。位相板の付加により暗状態の
視角特性が改善されている。これに対して明状態の視角
特性は位相板の付加によりあまり変化しない。したがっ
てコントラストの視角依存性が暗状態での改善によっ
て、改善される。この場合、リタデーション値によって
視角特性が大幅に変化することが判る。また第14図は偏
光板の透過軸方向に光学軸が垂直な位相板のリタデーシ
ョンを０〜400nmの間で変化し、もう一方の位相板22の
リタデーションを300nmとした場合を示す。第13図と比
較して視角特性の変化はきわめて小さい事が判る。縦視
角においても第13図、第14図とほぼ同様の結果が得られ
る。

以上の様に偏光板に平行な位相板によって液晶パネル
10の視角−透過率特性を改善できるのは位相板の光学軸
方向が視角によって変化するためだと考えられる。

従来は位相板のリタデーションが視角によって変化す
るためだと考えられていたが、視角０°での透過率が位
相板のリタデーションに依存しない事から考えて、リタ
デーションの視角による変化によるのではなく、光学軸
の方向が視角により変化するためであると考えるのが妥
当である。

位相板の視角特性を考えるため偏光板２枚と位相板と
を配した第15図に示す場合の視角特性を偏光板２枚のみ
の場合と対比して第16図、第17図に示する。第16図は縦
視角−透過率特性、第17図は偏光板の透過軸方向と垂直
な方向に視角をとった場合（これを斜め視角と呼ぶこと
にする。）である。第16図、第17図から位相板の光学軸
方向と偏光板の透過軸方向が垂直な場合は位相板の付加
の有無によらず視角特性が変化しない事及び位相板の光
学軸方向と偏光板の透過軸方向が平行な場合及び垂直な
場合には位相板の付加によって斜め視角特性が変化しな
い事が判る。

位相板の視角特性に関しては、リタデーションが視角
によって変化する事が知られているがリタデーションの
みではこの現象を説明する事はできない。すなわち、第
16図、第17図の位相板を付加したどの組合わせにおいて
もリタデーションは視角によって変化すると考えられ
る。にもかかわらず位相板を付加しない場合と同様の結
果が得られる場合がある。

この問題を考察した結果、位相板の光学軸の方向が視
角によって見掛上変化する効果があり、この効果が大き
いという結論を得た。これを第18図に示す。

第18図においては位相板の光学軸方向を偏光板の光学
軸方向との関係において示す。ここで、多くの場合偏光
板の光学軸方向が偏光板の透過軸方向ではなく吸収軸方
向であることに注意したい。周知の様に偏光板は二色性
色素（光学的異方性を有する色素）によって色素の吸収
軸方向の偏光を吸収する性質を有している。多くの場
合、色素の吸収軸が光学軸であるために、偏光板の吸収
軸が光学軸となり、透過軸と直交することになる。偏光
板と位相板の光学軸が平行である場合、即ち、第15図Ｂ
の場合には視角を変えてもほぼ平行のまま保たれる。し
かしこの光学軸同士が直交している場合、即ち第15図Ａ
の場合にはこの交差角は第18図のB,Cのように視角方向
によって変化する。この交差角の変化と第16図，第17図
の透過率の変化は対応している。

以上の様に位相板の光学軸方向が視角によってみかけ
上変化する効果があり、この効果が位相板を液晶パネル
に付加した際にも重要な働きをしていると考えられる。

さて、本発明の実施例を第１図及び第２図に、従来の
第９図〜第12図に対応する部分に同じ符号を付し、重複
説明を省略する。この実施例では位相板22のリタデーシ
ョンを250nmとし、偏光板12,13の透過軸方向16,17と位
相板22の光学軸方向24をTN型液晶セル11の配向方向14と
平行にとっている。TN型液晶セル11のリタデーションは
470nmとし、液晶は左ねじれで、ツイスト角は90°とし
た。

第３図にこの実施例の視角特性のデータを位相板を付
加しない従来の第９図の方式と対比して示す。暗状態の
視角特性が改善され、コントラスト比（明状態と暗状態
の比）の視角特性は向上している。（ここで明状態で
は、視角０°からの透過率の変化の割合は、もともと明
るい状態であるのでそれほど大きくなく、コントラスト
比への寄与が小さい。） 次に本実施例において、パラメータを変化させた場合
について述べる。

第４図、第５図は位相板22のリタデーションを変化さ
せた場合における暗状態の視角特性を示す。第４図は縦
視角方向の場合、第５図は横視角方向の場合である。第
４図と第５図は視角方向が異なるためにいく分のずれが
みられるが、いずれもリタデーションが250nm前後が最
適値であり、この値からずれるに従って視角特性が劣化
することが判る。暗状態での透過率（従ってコントラス
ト比）の変化及び表示パネルの製造ばらつきなども考慮
してリタデーションを150−350nmに設定するのが望まし
い。

第５図と、従来の位相板を２枚用いた第13図とを比較
すれば明らかなように、位相板１枚でもほぼ同等の特性
が得られることが判る。

第６図は位相板の光学軸方向24と液晶セル11の配向方
向14のなす角φを変化させた場合を示す。φ＝０からず
れるにつれて横視角での透過率が上昇し暗状態が充分に
とれなくなる事が判る。

第７図、第８図にそれぞれ偏光板12又は13の液晶セル
11の配向方向14に対する角度α又はβを変化させた場合
を示す。このどちらにおいても偏光板12,13の透過軸方
向16,17と液晶セル11の配向方向14が平行（０°）から
ずれるに従って横視角での暗状態の透過率が上がりコン
トラスト比が変化することが判る。

以上実施例においてパラメータを変化させた場合につ
いて、第４図〜第８図を用いて示したが、視角がほぼ０
°の角度で画面を見る場合には、φ＝α＝β０°とし
たとき暗状態の透過率が最小となり、最良のコントラス
ト比が得られる。しかしパラメータを変化させる事によ
り最良のコントラスト比が得られる視角方向が変化す
る。従ってLCDの使用方法によって、重視する視角方向
が異なる場合はそれに応じてパラメータを微妙に変化さ
せる事も考えられる。

暗状態での透過率、従ってコントラスト比及び素子の
製造ばらつきなどを考慮して、位相板22、偏光板12,13
それぞれの液晶セル11に対する角度、φ、α、βは−10
°〜＋10°の範囲に設定するのが望ましい。

本実施例では液晶は90°左ねじれであったが右ねじれ
であってもまたねじれ角が90°からずれても同様の構成
でよい。

本発明は液晶パネル11の駆動方式が単純マトリックス
駆動又はアクティブマトリクス駆動かによらず、またカ
ラーフィルタの有無やマルチギャップ（カラーフィルタ
の各ドットの色によってそのドットのセル厚を変える方
式）の有無によらず有効である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば視角特性改善のた
めに付加する位相板を従来の２枚から１枚に縮減するこ
とができ、それだけフィルム貼り合わせの工程が簡単に
なり製造が容易となると共に材料費を節減できる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す分解斜視図、第２図は
第１図の実施例の断面図、第３図は第１図の実施例の明
状態及び暗状態の横視角−透過率特性を示す図、第４図
及び第５図は第１図の実施例において、位相板のリタデ
ーションを変化させた場合の暗状態におけるそれぞれ縦
視角及び横視角対透過率特性を示す図、第６図は第１図
の位相板の光学軸方向24と液晶セルの配向方向14とのな
す角度φを０°より変化させた場合の暗状態における横
視角−透過率特性を示す図、第７図及び第８図はそれぞ
れ第１図の偏光板12又は13の透過軸方向と液晶セル11の
配向方向14とのなす角α又はβを０°より変化させた場
合の暗状態における横視角−透過率特性を示す図、第９
図及び第10図はそれぞれ位相板を用いない従来のTN型LC
Dの分解斜視図及び断面図、第11図及び第12図はそれぞ
れ位相板を２枚用いる従来のTN型LCDの分解斜視図及び
断面図、第13図及び第14図はそれぞれ第11図の位相板22
又は21のリタデーションをゼロより変化させた場合の暗
状態における横視角−透過率特性を示す図、第15図は２
枚の偏光板の間に１枚の位相板を配したモデルの斜視
図、第16図は第15図のモデルの縦視角−透過率特性を示
す図、第17図は第15図のモデルの斜め視角−透過率特性
を示す図、第18図は第15図Ａのモデルにおいて視角によ
って位相板の光学軸方向がみかけ上変化することを説明
するための図である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】TN型液晶セルの上面及び下面に、その液晶
   セルの上面側又は下面側の液晶分子の配向方向とほぼ同
   じ方向の透過軸をもつ第１及び第２偏光板がそれぞれ配
   されるTN型液晶表示素子において、 上記第１偏光板と上記TN型液晶セルとの間に上記第１偏
   光板の透過軸方向とほぼ等しい方向の光学軸をもつ１枚
   の位相板が介在されることを特徴とするTN型液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】請求項（１）において、上記第１、第２偏
   光板の透過軸方向及び上記位相板の光学軸方向が、上記
   TN型液晶セルの上面側の液晶分子の配向方向に対して±
   10度以内にそれぞれ設定されていることを特徴とするTN
   型液晶表示素子。
3. 【請求項３】請求項（１）又は（２）において、上記位
   相板のリタデーションが150乃至350nmの範囲に設定され
   ていることを特徴とするTN型液晶表示素子。