(57)【要約】【課題】ノーマリ黒モードのＴＮ型液晶表示装置における黒レベルを低くして、表示のコントラストを改善する。【解決手段】上ガラス基板３と下ガラス基板４の間にＴＮ液晶層５を挟持し、その上ガラス基板３と下ガラス基板４の外側に、それぞれ上側偏光板１と下側偏光板２をその吸収軸または透過軸を互いに平行にして配置したノーマリ黒モードのＴＮ型液晶表示装置であり、その各偏光板１，２と上ガラス基板３および下ガラス基板４との間に、それぞれ微小位相差板６，７を、その各遅層軸６ｄ，７ｄとＴＮ液晶層５の厚さ方向の中央液晶分子５ｃの長軸方向とがなす角度が±４５°未満、好ましくは±１５°以下になるように配置する。このガラス基板３，４と微小位相差板６，７を兼ねて一対のプラスチック基板を使用してもよい。 【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ対向する内面に透明電極を形成した一対の透明基板の間に、ツイスト角がほぼ９０゜のツイストネマチック液晶層を挟持し、前記一対の各透明基板の外側に、それぞれ偏光板をその吸収軸または透過軸を互いに平行にして配置したノーマリ黒モードのＴＮ型液晶表示パネルにおいて、
前記各偏光板と前記ツイストネマチック液晶層との間に、それぞれ微小位相差層を有し、該微小位相差層の遅層軸と前記ツイストネマチック液晶層の厚さ方向の中央液晶分子の長軸方向とがなす角度が±４５°未満であることを特徴とするＴＮ型液晶表示パネル。 
【請求項２】
前記微小位相差層の遅層軸と前記ツイストネマチック液晶層の厚さ方向の中央液晶分子の長軸方向とがなす角度が±１５°以下であることを特徴とする請求項１に記載のＴＮ型液晶表示パネル。 
【請求項３】
前記微小位相差層の遅層軸と前記ツイストネマチック液晶層の厚さ方向の中央液晶分子の長軸方向とが平行であることを特徴とする請求項２に記載のＴＮ型液晶表示パネル。 
【請求項４】
前記微小位相差層の位相差値が５〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＴＮ型液晶表示パネル。
【請求項５】
前記一対の各透明基板がガラス基板であり、前記微小位相差層が、前記一対の各ガラス基板とその外側の前記各偏光板との間にそれぞれ配置した微小位相差板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＴＮ型液晶表示パネル。
【請求項６】
前記一対の各透明基板がプラスチック基板であり、該プラスチック基板が前記微小位相差層を兼ねていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＴＮ型液晶表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、テレビやパーソナルコンピュータ、携帯電話やゲーム機など各種電子機器のディスプレイに使用される液晶表示装置のパネル部、特にツイストネマチック型の液晶表示パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の液晶表示パネルは、上下２枚のガラス基板間に配向制御された液晶層を挟んだ構成となっている。２枚のガラス基板には、各々電極パターンが形成され、液晶層に電圧を印加することにより、液晶分子を旋回させて表示を行っている。
ツイストネマチック（以下「ＴＮ」と略称する）型の液晶表示パネルは、上ガラス基板面と下ガラス基板面における液晶分子の長軸の配向方向がなす角度、いわゆるツイスト角がほぼ９０゜である。 
【０００３】
このようなＴＮ型液晶表示パネルは、例えば特許文献１に見られるように公知である。そのＴＮ型液晶表示パネルは、図６に示すように、それぞれ対向する内面に図示していない透明電極が形成された上ガラス基板３と下ガラス基板４との間にＴＮ液晶層５を挟持し、上ガラス基板３の上に上側偏光板１を、下ガラス基板４の下に下側偏光板２を配置している。そのＴＮ液晶層５の液晶分子は、電圧無印加の場合、上ガラス基板３の内面に接する上液晶分子５ａの長軸方向と下ガラス基板４の内面に接する下液晶分子５ｂの長軸方向とのなす角度がほぼ９０゜である。
【特許文献１】特開平９−２４４０６９号公報（図３、段落０００３）
【０００４】
そして、アクティブ素子を持たないパッシブ型のＴＮ型液晶表示パネルでは、電圧無印加時に黒表示になるノーマリ黒モードを用いる。その場合、上側偏光板１と下側偏光板２は、その各吸収軸（または透過軸）８と９が互いに平行になり、且つ上液晶分子５ａまたは下液晶分子５ｂの長軸方向（ラビング方向）とも平行になるように配置される。
入射光１０は、この例では下側偏光板２を通過して直線偏光となるが、次にＴＮ液晶層５を通過する際、電圧無印加のＯＦＦ状態ではいずれの位置の液晶分子もガラス基板３，４の面に対してほぼ平行な状態にあり、入射光は液晶分子のねじれに従って、偏光方向がほぼ９０゜旋回するため上側偏光板１を透過できない。
【０００５】
これに対し電圧を印加したＯＮ状態では、その電界により液晶分子がガラス基板３，４の面に対してほぼ垂直に配向するため、下側偏光板２を通過して入射した直線偏光は、ＴＮ液晶層５を通過する際にその偏光方向が変化しないので上側偏光板１を透過する。すなわち、ＴＮ液晶層５を通過した直線偏光は、ＴＮ液晶層５への電圧印加の有無によって偏光方向がほぼ９０゜異なり、上側偏光板１を通過するかしないかが制御されるため、上方から見ると明、暗のコントラストを生じる。図６の場合、電圧無印加（ＯＦＦ状態）で暗、電圧印加（ＯＮ状態）で明となるノーマリ黒モードである。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなノーマリ黒モードのＴＮ型液晶表示パネルにおいては、電圧無印加時の光透過率が低いほどコントラストが高くなり、良好な表示が得られる。しかし、全てのΔｎｄ領域で良好な黒が得られるわけではない。
これについて説明すると、ＴＮ液晶層が９０°旋光を示す条件として、モーガン（mauguin）の極限と呼ばれている
Δｎ・ｄ／λ≫１／４
が知られている。ここで、Δｎは複屈折、ｄは液晶層の厚さ、λは光の波長である。
【０００７】
しかしながら、実用的にはΔｎ・ｄ／λが１か２の近辺で使用されており、その場合、Δｎ・ｄ／λが、（√３）／２、（√１５）／２、（√３５）／２、（√６３）／２、・・・（１次ミニマム、２次ミニマム、３次ミニマム、４次ミニマム、・・・と呼ばれることがある。）であるときに９０°旋光を示す。これら以外の条件では電圧無印加時の液晶層から透過してくる光が楕円偏光になってしまう。
例えば、Δｎの液晶を選定し、最も明るさを強く感じる緑（λ＝５５０ｎｍ）で、上記９０°旋光条件を満足するようにセルギャップ（液晶層の厚さｄ）を決めると、他の波長の光は複屈折性を示すことになる。
【０００８】
このため、電圧無印加時に光が透過しないように２枚の偏光板の吸収軸（または透過軸）を平行に配置したノーマリ黒モードのＴＮ型液晶表示パネルでは、特定の波長以外の光が漏れ出してしまうため、黒レベルが下がりきらないという問題があった。
この発明は、この問題を解決するためになされたものであり、ノーマリ黒モードのＴＮ型液晶表示パネルにおける黒レベルを低くして、表示のコントラストを改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によるＴＮ型液晶表示パネルは、それぞれ対向する内面に透明電極を形成した一対の透明基板の間に、ツイスト角がほぼ９０゜のツイストネマチック（ＴＮ）液晶層を挟持し、その一対の各透明基板の外側に、それぞれ偏光板をその吸収軸または透過軸を互いに平行にして配置したノーマリ黒モードのＴＮ型液晶表示装置において、上記の目的を達成するため、上記各偏光板と上記ＴＮ液晶層との間に、それぞれ微小位相差層を有し、その微小位相差層の遅層軸と上記ＴＮ液晶層の厚さ方向の中央液晶分子の長軸方向とがなす角度が±４５°未満であることを特徴とする。 
【００１０】
上記微小位相差層の遅層軸と上記中央液晶分子の長軸方向とがなす角度が±１５°以下であるとなおよく、そのなす角度が０°すなわち上記微小位相差層の遅層軸と上記中央液晶分子の長軸方向とが平行であるのが最もよい。
また、上記微小位相差層の位相差値は５〜３０ｎｍであるのが望ましい。
【００１１】
上記一対の各透明基板がガラス基板であり、上記微小位相差層が、その一対の各ガラス基板とその外側の上記各偏光板との間にそれぞれ配置した微小位相差板であるとよい。
あるいは、上記一対の各透明基板がプラスチック基板であり、そのプラスチック基板が上記微小位相差層を兼ねるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によるＴＮ型液晶表示パネルは、ノーマリ黒モードにおける黒レベルが低くなって、表示のコントラストが高くなる。それによって、従来この種のＴＮ型液晶表示パネルにおけるコントラスト（白／黒の明度比）は３０〜５０程度であったのが、この発明によれば１００以上になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１および図２は、それぞれこの発明によるＴＮ型液晶表示パネルの第１、第２の実施形態の構成を示す分解斜視図であり、図６の各部と対応する部分には同一の符号を付してある。これらの図１、図２、および図６は、ＴＮ型液晶表示パネルを構成する各部材の積層状態を判り易くするため、厚さ方向の間隔を大幅に広げて模式的に示している。
【００１４】
図１に示す第１の実施形態のＴＮ型液晶表示パネルは、図６に示した従来のＴＮ型液晶表示パネルと同様に、それぞれ対向する内面に図示していない透明電極が形成された透明基板である上ガラス基板３と下ガラス基板４との間にＴＮ液晶層５を挟持し、上ガラス基板３の上に上側偏光板１を、下ガラス基板４の下に下側偏光板２を配置している。
そのＴＮ液晶層５の液晶分子は、電圧無印加の場合、上ガラス基板３の内面に接する上液晶分子５ａの長軸方向と下ガラス基板４の内面に接する下液晶分子５ｂの長軸方向とのなす角度がほぼ９０゜になる。
【００１５】
そして、電圧無印加時に黒表示になるノーマリ黒モードにするため、上側偏光板１と下側偏光板２は、その各吸収軸（または透過軸）８と９が互いに平行になり、且つ上液晶分子５ａまたは下液晶分子５ｂの長軸方向（ラビング方向）とも平行になるように配置される。
さらに、この発明により各偏光板１，２とＴＮ液晶層５との間に、それぞれ微小位相差層を有するが、この実施形態においてはその微小位相差層として、上側偏光板１と上ガラス基板３との間に上側の微小位相差板６を、下側偏光板２と下ガラス基板４との間に下側の微小位相差板７を、それぞれ配置している。
【００１６】
その各微小位相差板６，７は、その各遅相軸６ｄ，７ｄとＴＮ液晶層５の厚さ方向の中央液晶分子５ｃの長軸方向とがなす角度が±４５°未満、好ましくは±１５°以下になるように配置する。
この微小位相差板６，７の位相差値は、スーパーツイストネマチック（「ＳＴＮ」と略称される）型の液晶表示パネルに使用される位相差板の位相差値が１００〜２００ｎｍ程度であるのに比べて遥かに小さく、５〜３０ｎｍ程度である。その材料としては、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やポリスチレン、あるいは後述するプラスチック基板と同様な材料が使用される。
【００１７】
次に、図２に示す第２の実施形態のＴＮ型液晶表示パネルは、透明基板として第１の実施形態における上ガラス基板３と下ガラス基板４に代えて、プラスチック基板である上プラスチック基板１３と下プラスチック基板１４を使用し、その対向する内面にそれぞれ図示していない透明電極を形成し、その間にＴＮ液晶層５を挟持している。
このプラスチック基板１３，１４は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアリレート（Ｐａｒ）、およびシクロオレフィンポリマー等で形成され、５〜３０ｎｍ程度の微小な位相差を有し、各偏光板１，２とＴＮ液晶層５との間の微小位相差層の機能を兼ねている。そのため、この実施形態では図１における微小位相差板６，７は設けていない。
【００１８】
この実施形態においても、上プラスチック基板１３と下プラスチック基板１４は、溶融押し出し法や溶融キャスティング法等を用いて形成されており、ポリマー分子が配向する。その配向状態では、配向方向に偏光した直線偏光に対する平行屈折率と、配向方向に直交する方向に偏光した直線偏光に対する直交屈折率とが異なる。この平行屈折率方向が各プラスチック基板の遅相軸１３ｄ，１４ｄの方向となり、それとＴＮ液晶層５の厚さ方向の中央液晶分子５ｃの長軸方向とがなす角度が±４５°未満、好ましくは±１５°以下になるように配置する。
【００１９】
そこで、上プラスチック基板１３の内面のラビング方向を遅相軸１３ｄの方向に対して＋４５°、下プラスチック基板１４の内面のラビング方向を遅相軸１４ｄの方向に対して−４５°にするとよい。そうすると、ＴＮ液晶層５の厚さ方向の中央液晶分子５ｃの長軸方向が、プラスチック基板１３，１４の各遅相軸１３ｄ，１４ｄとほぼ平行になる。
このように、プラスチック基板の遅相軸の方向とラビング方向とを一致させない方がよい。
【００２０】
ここで、これらの実施形態のＴＮ型液晶表示パネルにおける微小位相差層の遅相軸とＴＮ液晶層の厚さ方向の中央液晶分子の長軸方向とがなす角の許容範囲、および微小位相差層の位相値の好ましい範囲を確認するための実験結果を示す。
図３は、図１および図２に示したＴＮ液晶層５の中央液晶分子５ｃの長軸方向と微小位相差層（微小位相差板６，７またはプラスティック基板１３，１４）の遅相軸とのなす角度の説明図である。この角度αを０°から９０°まで１５°刻みで大きくして実験した結果を図４に示す。
【００２１】
図４は、液晶層のΔｎを０．１７０７８、各微小位相差層の位相差値を１０ｎｍに固定し、図３に示した角度αをパラメータとして、ＴＮ型液晶表示パネルの電圧無印加時におけるＴＮ液晶層セルのΔｎｄ値〔ｎｍ〕（ｄは液晶層の厚さ）と光透過率〔％〕との関係を示す曲線図である。光透過率は可視光領域の全波長で視感度に応じた重み付けをして積分した値である。
【００２２】
図４の各曲線には角度αを±で示しているが、それはαを反対方向に同様に変化させた場合も殆ど同じ結果になったからである。その角度αが０°（液晶層の中央液晶分子の長軸方向と微小位相差層の遅相軸とが平行）の場合の光透過率はΔｎｄ値が４５０ｎｍ近辺で極小となり、その角度αが大きくなるほど光透過率が大きくなることが判る。特にΔｎｄ値が７００〜８００ｎｍあたりでの増加が著しい。角度αが±４５°の場合は微小位相差層が無い場合と同じであり、角度αがそれよりも大きくなると、微小位相差層が無い場合よりも光透過率が大きくなり、コントラストが低下する。
【００２３】
この実験結果から、上記角度αは小さいほどよいが、０°〜±１５°の範囲であれば殆ど差がないことが判る。したがって、角度αが±１５°以下（−１５°≦α≦＋１５°）であれば、特に良好な黒表示が得られることが明らかである。しかし、角度αが±４５°未満（−４５°＜α＜＋４５°）であれば、微小位相差層を設けない場合よりは光透過率が低下し、黒表示が改善される。Δｎｄ値が１１００〜１３００ｎｍになる範囲で使用するとよい。
【００２４】
図５は、液晶層のΔｎを０．１７０７８、各微小位相差層の遅相軸を中央液晶分子の長軸方向と平行（角度α＝０°）に固定し、その微小位相差層の位相差値パラメータとして、微小位相差層を設けない（０ｎｍ）から５ｎｍ刻みで、５，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０ｎｍと変化させたときの、ＴＮ型液晶表示パネルの電圧無印加時におけるΔｎｄ値〔ｎｍ〕と光透過率〔１＝１００％〕との関係を示す曲線図である。
【００２５】
この図５において、Δｎｄ値が５００ｎｍあたりで１次ミニマムとなり、１１００ｎｍあたりで２次ミニマムとなって、それぞれ光透過率が大きく低下する。そのため、Δｎｄ値が１１００ｎｍ付近になるように液晶セルを作製するとよいが、微小位相差層の位相差値が５〜３０ｎｍの場合に、その付近からΔｎｄ値が増加する範囲での光透過率が極めて小さくなることが判る。したがって、微小位相差層（微小位相差板６，７またはプラスチック基板１３，１４）の位相差値を５〜３０ｎｍにするとよい。
【００２６】
このように、この発明によれば、ｎ次ミニマムを設定するのに使った波長より長波長側の光は上記の条件でｎ次ミニマムに近づくため、合計として透過光量が減少する。例えば、緑光で２次ミニマムを使う場合、赤光は微小位相差層とその上記遅相軸の向きに関する条件で２次ミニマムに近づき、青光は３次ミニマムに近づく。このため、全体的に透過光が減少して黒レベルの明度が低くなり、表示のコントラストが向上する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明によるＴＮ型液晶表示パネルは、モノクロ表示の液晶表示装置には勿論であるが、３色（ＲＧＢ）のカラーフィルタと組み合わせたり、３色発光の光源とフィールドシーケンシャル（ＦＳＣ）駆動方式を採用したりすれば、カラー液晶表示装置にも適用できる。その液晶表示装置は、時計や携帯電話、携帯端末等の各種携帯機器、テレビ、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、その他各種の電子機器など広範な機器のコントラストのよい高画質なディスプレイとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明によるＴＮ型液晶表示パネルの第１の実施形態の構成を示す分解斜視図である。
【図２】この発明によるＴＮ型液晶表示パネルの第２の実施形態の構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１および図２に示した液晶層の中央液晶分子の長軸方向と微小位相差層の遅相軸とのなす角度の説明図である。
【図４】図３に示した角度をパラメータとしてＴＮ型液晶表示パネルの電圧無印加時におけるΔｎｄ値と光透過率との関係を示す曲線図である。
【図５】図１および図２に示した微小位相差層の位相差値をパラメータとしてＴＮ型液晶表示パネルの電圧無印加時におけるΔｎｄ値と光透過率との関係を示す曲線図である。
【図６】従来のＴＮ型液晶表示パネルの基本的な構成例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１：上側偏光板      ２：下側偏光板      ３：上ガラス基板
４：下ガラス基板      ５：ツイストネマチック（ＴＮ）液晶層
５ａ：上液晶分子      ５ｂ：下液晶分子      ５ｃ：中央液晶分子
６：上側の微小位相差板（微小位相差板層）      ６ｄ：上側の微小位相差板の遅相軸
７：下側の微小位相差板（微小位相差板層）      ７ｄ：下側の微小位相差板の遅相軸
８：上側偏光板の吸収軸（または透過軸）
９：下側偏光板の吸収軸（または透過軸      １０：入射光      
１３：上プラスチック基板（微小位相差板層を兼ねる）
１３ｄ：上プラスチック基板の遅相軸
１４：下プラスチック基板（微小位相差板層を兼ねる）
１４ｄ：下プラスチック基板の遅相軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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