液晶表示装置

【目的】ＬＣＤの中間調表示における視野角特性を高める。
【構成】シート面に対し傾斜した光軸３７を有する位相差フィルム２を出射光側に設ける。
【効果】偏光板１を透過する光の強度が光の方向ｃ，ｄによらず均一化される。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関し、特に階調表示における表示特性の視野角による変動が小さい液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）は平行して相対する２枚の透明電極間に液晶物質を挟持し、電極間の印加電圧を変動する事によって液晶分子の配列状態を制御し、その液晶配列状態によって光の透過或は反射を制御して画面表示を実現する原理に基づいて動作している。
【０００３】このような液晶表示装置としては例えば電圧オフ状態で液晶分子の配向の方向（以下、液晶ディレクタという）が電極平面に対して平行で、かつ電極の両側における液晶ディレクタの間での角度が９０°捩れたツイステッドネマティック（ＴＮ）モード、１８０〜２７０°捩れたスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）モードなどが代表的である。
【０００４】透明電極を担持する透明基板（通常はガラス板）の外側には２枚の偏光板が設置され、その相互の偏光軸の成す角度は通常０°或は９０°である。入射光は入射光側の偏光板によって偏光化された後液晶内部を通過するが、液晶は印加電圧に対応してその配列状態が変化しており、配列状態に対応して通過光の偏光状態が変化する。階調表示においては印加電圧はしきい値電圧（Ｖｔｈ）から飽和電圧（Ｖｓａｔ）の間で連続的に任意の値をとり、その電圧に応じて液晶分子は連続的にその分子配向の向きを変化させる。階調表示においては中間調の濃度表示を用いるが、この時液晶分子のディレクタは電極平面に対して斜めの角度（チルト角：θ°）をとっている。従って基板に対して入射角０°で入射した光線は液晶層内で液晶分子と角度（９０−θ）°を成して進行する。この状態を示したのが図５である。
【０００５】液晶分子４１はそのディレクタ方向４２を光軸とした一軸性の屈折率異方性を有しており、従って配向ベクトルと光との成す角度に応じて入射した偏光は常光成分（屈折率ｎｏ）と異常光成分（屈折率ｎｅ）とに別れて進行する。
【０００６】液晶層を通過した段階で常光成分と異常光成分との間には屈折率ｎｏとｎｅとの違いに応じた位相差（リターデーション）δが生じており、この位相差δに基づいて光の振動ベクトルが楕円状に回転する楕円偏光状態になっている。こうして生じた楕円偏光状態の出射光が出射側の偏光板に入ると、楕円偏光中の変更軸方向成分のみが偏光板を通過するため、楕円偏光の状態に応じて出射光の偏光板透過率は変化する。電極間の印加電圧を変えると液晶分子の配向ベクトルは変化し、それによって液晶層通過後の光の楕円偏光状態は変化し、そのため出射側偏光板通過後の出射光強度は変化する。こうして印加電圧に応じて透過光強度を変化させる事ができる。
【０００７】このような印加電圧を連続的に変化させる階調表示方式と異なり、印加電圧としてＶｔｈ及びＶｓａｔの二値のみを用いて光透過率を二段階のみとするのが非階調表示である。
【０００８】液晶表示装置の階調表示においては、非階調表示に比べて濃淡が表現できる、三原色をそれぞれ階調表示して組み合わせる事により色彩表現が豊富になる（フルカラー表示）等の特徴を有しており、液晶表示素子の表現可能性を大きく向上させるものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ＬＣＤによって階調表示を行った場合、同一の印加電圧を加えてもＬＣＤを見る目の位置の違いによってその明るさは変化する、という問題点があった。その原理を図５を以って説明する。
【００１０】液晶層に入射角α°で入射した偏光ｆはチルト角θ°の液晶分子と角度（９０−α−θ）°を成して進行する。こうして液晶層を通過した光の楕円偏光状態は入射角αによって異なる。それは角度（９０−α−θ）°の違いによって異常光の屈折率ｎｅが異なる事、及び角度αによって液晶層を通過する距離ｄ／ｃｏｓα（ｄは相対する電極間の距離を表す）が異なる事の二つの理由によって通過後の光の楕円偏光状態が異なり、従って出射光側偏光板に於ける透過率が異なるからである。このため階調表示した場合見る目の位置によってＬＣＤの明るさは変化し、これは表示画質に次のような不利な影響を与える。
【００１１】（１）明るく表示したい部分と暗く表示したい部分の明るさが逆転して見える事がある。
【００１２】これは観察者の目からのＬＣＤ表示画面の各部分に対する視覚が異なるために起こる。即ち明るく表示している部分が、或る位置から見た視覚によっては暗く見え、同時に暗く表示している別の部分がその同じ位置から見た視覚によって明るく見える事が有る。
【００１３】（２）カラー表示の場合見る位置の違いによって色相が変化する。
【００１４】それは次の理由による。カラー表示に於いては、色相は三原色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））のそれぞれのカラーフィルタからの透過光の組み合わせによって実現される。しかし見る角度によって液晶層通過光の楕円偏光状態が異なるため、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれのカラーフィルタの透過光のバランスが変化し、その結果本来の表示と異なる色相に見える。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、二枚の透明電極基板間に液晶を挟持し、透明電極間の電圧値によって光透過率を変化させる液晶表示装置において、透明電極基板の少なくとも一面に光軸が透明電極基板面に対して傾斜しているフィルムを有する液晶表示装置が得られる。
【００１６】更に本発明によれば、前述の光軸が基板面に対して傾斜しているフィルムがポリカーボネイト樹脂からなる液晶表示装置が得られる。
【００１７】更にまた、本発明によれば前述の位相差フィルムと透明電極基板面との角度が４５°である液晶表示装置が得られる。
【００１８】
【作用】ＬＣＤの出射光側で基板と偏光板との間に、その光軸がフィルム面に対して傾斜した角度を持つ位相差フィルムを設けた階調表示型液晶表示装置が、どのような理由で上述の階調表示上の問題点を軽減しているのかを図４を以て説明する。
【００１９】図４は本発明による液晶表示装置に透過光が入射した際のモデル断面図である。
【００２０】階調表示状態における液晶ディレクタ４２は、基板面に対して水平と垂直との中間の傾斜状態をとり、そのチルト角はθ°である。入射角α°がプラスの場合、光線ｅと液晶ディレクタ４２との形成する角度は相対的に小さく、従って光の常光成分の方が相対的に多く、しかも異常光の屈折率ｎｅと常光の屈折率ｎｏとの差も小さく、従って位相差δが小さいため楕円偏光度は小さくなる。逆に入射角αがマイナスの場合は、光線ｅと配向ディレクタ４２との成す角度が大きくなり、従って位相差δが大きくなり、楕円偏光度は大きくなる。
【００２１】こうして液晶層を通過した光ｅ，ｆは次に、その光軸がフィルム面に対して角度β°を成しているフィルム、すなわち、位相差フィルム２に入射する。この場合、角度β°はチルト角θ°と逆方向に設定されている。入射角がプラスの光はフィルム２の光軸と成す角度が大きく、従ってフィルム２内を通過する前後での位相差は大きくなっている。逆に入射角がマイナスの光はフィルムの光軸と成す角度が小さく、従ってフィルム２内を通過する前後での位相差は小さくなっている。
【００２２】従って液晶層を通過する段階の位相差と位相差フィルム２を通過する段階の位相差との合計、即ち出射側偏光板に入る位相差はそれぞれの段階の位相差が逆方向に相補い合うため、入射角の変化によって余り大きく変化しなくなる。このため、偏光板通過後の光強度の視覚による変動は位相差フィルムを用いない場合に比べて少なくなり、視覚による明度の逆転や色相の変動が軽減される。
【００２３】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する。
【００２４】図１Ａは本発明の第１の実施例を示す液晶表示装置の斜面図、図１Ｂは図１Ａの断面線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００２５】図１に示す液晶表示装置を次のようにして作製し、特性評価を行った。
【００２６】外部に接続端子を有する縦横１ｃｍ、厚さ１４００オングストロームの正方形のインジウム・錫オキサイド（ＩＴＯ）薄膜で出来た電極４，７を表面上に有するガラス板２枚３，９のそれぞれの電極上に厚さ８００オングストロームのポリイミド薄膜５，８を形成した。次いでこのポリイミド薄膜をレーヨンフェルト製ローラで一方向に摩擦（ラビング）した後、上のラビング方向が下のラビング方向に対して右９０°を成すようにポリイミド薄膜面５，８を内側にしてガラス板３，９を対向させた。次に電極４，７が距離５μｍを保って相対するようにスペーサで調整しながらガラス板３，９を貼り合わせた。この電極４，７間に液晶６を充填して液晶セルを作製した。
【００２７】また一軸性の光軸を有するポリカーボネート樹脂を、光軸に対し角度４５°を成す平面で厚さ約０．５ｍｍの薄片状にスライスし、位相差フィルム２として用いた。
【００２８】上記液晶セルの上面にこの位相差フィルム２を、光軸のフィルム面への射影線方向が上側配向膜のラビング方向から右１３５°の角度を成すように貼り合わせた。次いでセルの上下両面にそれぞれのラビング方向と偏光軸方向が一致するように偏光板を貼り合わせて液晶表示素子とした。
【００２９】図２Ａは本発明の第２の実施例を示す平面図であり、図２Ｂは図２Ａの断面線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【００３０】図２に示す液晶表示素子を次のようにして作製し、特性評価を行った。
【００３１】図３に示す構造を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２５をピクセル構成単位とするアクティブマトリクスを表面上に形成したガラス基板９及びカラーフィルタ２１を表面上に形成したガラス基板３のそれぞれの表面上に厚さ８００オングストロームのポリイミド薄膜５，８を形成した。次いでこのポリイミド薄膜５，８をレーヨンフェルト製ローラで一方向に摩擦（ラビング）した後、上のラビング方向が下のラビング方向に対して右９０°を成すようにポリイミド薄膜面を内側にしてＴＦＴ基板９とカラーフィルタ基板３とを対向させた。次に透明電極間距離が５μｍを保って相対するようにスペーサで調整しながら両基板を貼り合わせた。
【００３２】この電極間に液晶６を充填して液晶セルを作製した。
【００３３】また一軸性の光軸を有するポリカーボネート樹脂を、光軸に対し角度４５°を成す平面で厚さ約０．５ｍｍの薄片状にスライスし、位相差フィルム２として用いた。
【００３４】上記液晶セルの上面にこの位相差フィルム２を、光軸のフィルム面への射影線方向が上側配向膜のラビング方向から右１３５°の角度を成すように貼り合わせた。次いでセルの上下両面にそれぞれのラビング方向と偏光軸方向が一致するように偏光板を貼り合わせて液晶表示装置とした。
【００３５】
【発明の効果】実施例１及び２の液晶表示装置の階調表示を評価する為、視覚位置上下０°、左右０°での光透過率が５０％となるように駆動電圧を調整して中間調状態にした後、視覚によるコントラストの差異を、位相差フィルムをつけないものと比較した（表１）。
【００３６】
【表１】

【００３７】表１において、比較例１は、実施例１の位相差フィルムを取り除いたものであり、比較例２は、実施例２の位相差フィルムを取り除いたものである。値は、最高に明るい時の輝度を最高に暗くした時の輝度で割ったものであり、値が大きい程コントラストが明瞭であることを示す。
【００３８】表１により、位相差フィルムをつけた方が、つけないものよりも視覚によるコントラストの変化が少ないことがわかる。
【００３９】したがって、本発明の液晶表示装置によれば、視覚によるコントラストの変化が少なく、階調表示にも有効に適応できる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａは本発明の第１の実施例を示す斜面図であり、図１Ｂは図１Ａの断面線Ａ−Ａにおける断面図である。
【図２】図２Ａは本発明の第２の実施例を示す平面図であり、図２Ｂは図２Ａの断面線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図３】図３Ａは本発明の第２の実施例における液晶表示装置のＴＦＴ形状を示す平面図であり、図３Ｂは図３Ａの断面線Ｃ−Ｃにおける断面図である。
【図４】図４は階調表示状態に於ける本発明による液晶表示装置を示すモデル断面図である。
【図５】図５は階調表示状態に於ける従来の液晶表示装置を示すモデル断面図である。
【符号の説明】
１，１０偏光板
２位相差フィルム
３ガラス
４上側電極
５，８配向膜
６液晶
７下側電極
９ガラス
１１下側ガラス板端部
１２上下ガラス板重なり部
１３上側ガラス板端部
１４下側電極用端子
１５下側リード部
１６上下電極重なり部
１７上側リード部
１８上側電極用端子
１９ピクセル
２０ブラックマトリクス
２１カラーフィルタ
２２保護層
２３透明電極
２４配線
２５ＴＦＴ
２６ピクセル電極
２７パシベーション膜
２８ゲート
２９チャネル
３０ドレイン側電極
３１ソース側電極
３２ＩＴＯ層
３３クロム層
３４ｎ⁺シリコン層
３５アモルファスシリコン
３６ゲート絶縁膜
３７光軸
４１液晶分子
４２液晶ディレクタ
５１位相差フィルムの光軸
Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ断面線
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ透過光

【特許請求の範囲】
【請求項１】二枚の透明電極基板間に液晶を挟持し、前記透明電極間の電圧値によって光透過率を変化させる液晶表示装置において、前記透明電極基板の少なくとも一面に、光軸が前記透明電極基板面に対して傾斜している位相差フィルムを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記位相差フィルムがポリカーボネイト樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記位相差フィルムと前記透明電極基板面との角度が４５°であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

【図１】