(57)【要約】【課題】背景色が略解消された良好な表示品位を安定して得ることができる安価で軽量な液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶セルＣの前側配向膜と後側配向膜に施された前側配向処理方向５ａと後側配向処理方向７ａが表示画面の水平方向ｈに対してそれぞれ−３５±５°、３５±５°をなし、これにより、液晶分子を後側から前側に向けて２５０±１０°にわたり捩れ配向させて、Δｎ・ｄを７７０〜８５０ｎｍとする。液晶セルＣの前側に、共にリタデーションが４００〜４５０ｎｍの第１位相差板８と第２位相差板９をそれぞれ、各遅相軸８ａ、９ａが水平方向ｈに対して６５±５°、２０±５°をなす配置で積層し、それに前偏光板１０を吸収軸１０ａが水平方向に対し９５±５°をなす配置で積層する。そして、液晶セルＣの後側に後偏光板１１を吸収軸が水平方向ｈに対し８５±５°をなす配置で積層する。【選択図】図２
2005099534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の透明基板が所定の間隙を保って対向配置され、各透明基板の対向させた各内面には互いに直交する方向にそれぞれ複数のストライプ電極が平行に敷設され、それらストライプ電極を覆って配向膜がそれぞれ被着されると共に各配向膜には所定の方向に配向処理が施されており、且つ、これら一対の透明基板間に分子が一方の配向膜表面から他方の配向膜表面に向けて所定の角度に亘り捩れ配列したツイステッドネマチック液晶が挟持されてなる液晶セルと、
前記液晶セルの表示の観察側となる前側の透明基板の外面に順次積層された第１位相差板及び第２位相差板と、
前記第２位相差板に積層された前偏光板と、
前記液晶セルの後側透明基板の外面に積層された後偏光板とを、
有する液晶表示装置であって、
前記液晶セルの前側配向膜に施された配向処理方向の表示画面の水平方向に対してなす角度及び後側配向膜に施された配向処理方向の前記水平方向に対してなす角度がそれぞれ３５°±５°で、これら両配向膜に挟持されるツイステッドネマチック液晶の捩れ配列角度は２５０°±１０°であり、且つ、このツイステッドネマチック液晶の屈折率異方性Δｎと両配向膜間の間隙ｄとの積Δｎ・ｄが７７０ｎｍ〜８５０ｎｍであり、
前記第１及び第２位相差板の各リタデーションが共に４００ｎｍ〜４５０ｎｍで、且つ、前記第１位相差板の遅相軸と前記第２位相差板の遅相軸のなす角度が４５°±５°であり、
前記第１位相差板の遅相軸と前記前側配向膜の配向処理方向のなす角度が１００°±５°であり、
前記第２位相差板の遅相軸と前記前偏光板の吸収軸のなす角度が７５°±５°であり、前記後偏光板の吸収軸と前記後側配向膜の配向処理方向のなす角度が５０°±５°であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
一対の透明基板が所定の間隙を保って対向配置され、各透明基板の対向させた各内面には互いに直交する方向にそれぞれ複数のストライプ電極が平行に敷設され、それらストライプ電極を覆って配向膜がそれぞれ被着されると共に各配向膜には所定の方向に配向処理が施されており、且つ、これら一対の透明基板間に分子が一方の配向膜表面から他方の配向膜表面に向けて所定の角度に亘り捩れ配列したツイステッドネマチック液晶が挟持されてなる液晶セルと、
前記液晶セルの表示の観察側となる前側透明基板の外面に順次積層された第１位相差板及び第２位相差板と、
前記第２位相差板に積層された前偏光板と、
前記液晶セルの後側透明基板の外面に積層された後偏光板とを、
有する液晶表示装置であって、
前記液晶セルの前側配向膜に施された配向処理方向の表示画面の水平方向に対してなす角度及び後側配向膜に施された配向処理方向の前記水平方向に対してなす角度がそれぞれ３５°±５°で、これら両配向膜に挟持されるツイステッドネマチック液晶の捩れ配列角度は２５０°±１０°であり、且つ、このツイステッドネマチック液晶の屈折率異方性Δｎと両配向膜間の間隙ｄとの積Δｎ・ｄが７７０〜８５０ｎｍであり、
前記第１及び第２位相差板の各リタデーションが共に４００〜４５０ｎｍで、且つ、前記第１位相差板の遅相軸と前記第２位相差板の遅相軸のなす角度が４５°±５°であり、
前記第１位相差板の遅相軸と前記前側配向膜の配向処理方向のなす角度が１００°±５°であり、
前記第２位相差板の遅相軸と前記前偏光板の吸収軸のなす角度が１６５°±５°であり、
前記後偏光板の吸収軸と前記後側配向膜の配向処理方向のなす角度が１４０°±５°であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
前記後側偏光板の外面に、角度が異なる２種類の傾斜面を交互に前記水平方向に沿って延在させて形成した光反射面を備える光反射板を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶分子が大きい角度範囲にわたり捩れ配列したスーパーツイステッドネマティック（Super Twisted Nematic：以下、ＳＴＮと略称する）型液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＴＮ型液晶表示装置は、液晶層を形成する液晶分子の捩れ配列角度が大きいため、この液晶層を透過する光に及ぼす複屈折作用の度合いが比較的大きく、その結果、ポジ表示（明背景表示）において、背景が強く着色する傾向がある。
【０００３】
従来、ＳＴＮ液晶表示装置における背景の着色を解消するため、色消し用の液晶セルを光学補償板としてもう１枚積層する方法が採用されている。しかし、この方法は、２枚の液晶セルを重ねるため、液晶表示装置が厚くなると共に全体の重量も大きくなり、また、その分コストも高くなる。
【０００４】
そこで、特許文献１にも示されるように、色消し用光学補償板として位相差板を用いる方法が、種々提案され、また実施もされている。
【０００５】
しかし、液晶層による複屈折作用は液晶の屈折率異方性Δｎとその層厚ｄとの積Δｎ・ｄに基づき発現され、その屈折率異方性Δｎは透過光の波長によって異なる（以下、屈折率異方性Δｎの波長依存性という）ため、この屈折率異方性Δｎの波長依存性を位相差板の屈折率異方性Δｎの波長依存性と一致させることが難しい。したがって、液晶層を透過する光の全帯域の波長光に対して、液晶層で受けた複屈折作用を位相差板を単に付加することにより補償することは極めて困難である。
【０００６】
そこで、従来、位相差板のリタデーション（透過光に付与する位相差の大きさ）や枚数及びその液晶セルに対する配置や遅相軸或いは進相軸の偏光板の光学軸及び液晶分子の配向方向に対する角度等の光学的諸条件を最適設定することにより、ＳＴＮ型液晶表示装置における背景の着色を解消することが試みられた。しかるに、何れの場合も、着色はある程度軽減されるものの背景色は残り、良好な表示品位を得ることができない。
【特許文献１】特開平８−２１１２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、位相差板や偏光板及び液晶セルの各光学軸の配置角度やリタデーション値等の光学的諸条件を最適設定することにより、背景色が略解消された良好な表示品位を安定して得ることができる安価で軽量なＳＴＮ型液晶表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一方の発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するため、一対の透明基板が所定の間隙を保って対向配置され、各透明基板の対向させた各内面には互いに直交する方向にそれぞれ複数のストライプ電極が平行に敷設され、それらストライプ電極を覆って配向膜がそれぞれ被着されると共に各配向膜には所定の方向に配向処理が施されており、且つ、これら一対の透明基板間に分子が一方の配向膜表面から他方の配向膜表面に向けて所定の角度に亘り捩れ配列したツイステッドネマチック液晶が挟持されてなる液晶セルと、前記液晶セルの表示の観察側となる前側透明基板の外面に順次積層された第１位相差板及び第２位相差板と、前記第２位相差板に積層された前偏光板と、前記液晶セルの後側透明基板の外面に積層された後偏光板とを有する液晶表示装置であって、前記液晶セルの前側配向膜に施された配向処理方向の表示画面の水平方向に対してなす角度及び後側配向膜に施された配向処理方向の前記水平方向に対してなす角度がそれぞれ３５°±５°で、これら両配向膜に挟持されるツイステッドネマチック液晶の捩れ配列角度は２５０°±１０°であり、且つ、このツイステッドネマチック液晶の屈折率異方性Δｎと両配向膜間の間隙ｄとの積Δｎ・ｄが７７０ｎｍ〜８５０ｎｍであり、前記第１及び第２位相差板の各リタデーションが共に４００ｎｍ〜４５０ｎｍで、且つ、前記第１位相差板の遅相軸と前記第２位相差板の遅相軸のなす角度が４５°±５°であり、前記第１位相差板の遅相軸と前記前側配向膜の前配向処理方向のなす角度が１００°±５°であり、前記第２位相差板の遅相軸と前記前偏光板の吸収軸のなす角度が７５°±５°であり、前記後偏光板の吸収軸と前記後側配向膜の後配向処理方向のなす角度が５０°±５°であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、他方の発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、一対の透明基板が所定の間隙を保って対向配置され、各透明基板の対向させた各内面には互いに直交する方向にそれぞれ複数のストライプ電極が平行に敷設され、それらストライプ電極を覆って配向膜がそれぞれ被着されると共に各配向膜には所定の方向に配向処理が施されており、且つ、これら一対の透明基板間に分子が一方の配向膜表面から他方の配向膜表面に向けて所定の角度に亘り捩れ配列したツイステッドネマチック液晶が挟持されてなる液晶セルと、前記液晶セルの表示の観察側となる前側透明基板の外面に順次積層された第１位相差板及び第２位相差板と、前記第２位相差板に積層された前偏光板と、前記液晶セルの後側透明基板の外面に積層された後偏光板とを、有する液晶表示装置であって、前記液晶セルの前側配向膜に施された配向処理方向の表示画面の水平方向に対してなす角度及び後側配向膜に施された配向処理方向の前記水平方向に対してなす角度がそれぞれ３５°±５°で、これら両配向膜に挟持されるツイステッドネマチック液晶の捩れ配列角度は２５０°±１０°であり、且つ、このツイステッドネマチック液晶の屈折率異方性Δｎと両配向膜間の間隙ｄとの積Δｎ・ｄが７７０〜８５０ｎｍであり、前記第１及び第２位相差板の各リタデーションが共に４００〜４５０ｎｍで、且つ、前記第１位相差板の遅相軸と前記第２位相差板の遅相軸のなす角度が４５°±５°であり、前記第１位相差板の遅相軸と前記前側配向膜の配向処理方向のなす角度が１００°±５°であり、前記第２位相差板の遅相軸と前記前偏光板の吸収軸のなす角度が１６５°±５°であり、前記後偏光板の吸収軸と前記後側配向膜の配向処理方向のなす角度が１４０°±５°であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液晶表示装置によれば、１枚の位相差板を偏光板と液晶セルの間に単に配置するだけでは補償できないＳＴＮ液晶層における屈折率異方性Δｎの波長依存性を、２枚の位相差板を組み合わせることにより補償できるようにそれらの各遅相軸の配置角度やリタデーションを最適設定したから、ＳＴＮ液晶層における屈折率異方性Δｎの波長依存性が大略補償され、透過光の略全て帯域の波長光について液晶層の複屈折作用に基づく明表示における着色が解消され、ＳＴＮ型液晶表示装置において背景の着色の無い良好な表示品位を安定して得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
また、本発明の液晶表示装置を反射型とする場合は、表示観察側とは反対側の後側偏光板の外面に、角度が異なる２種類の傾斜面を交互に表示画面の水平方向に沿って延在させて形成した光反射面を備えた光反射板を配置することが好ましく、これにより、反射板で反射される光の表示画面からの出射方向と表示画面の表面で反射される光の反射方向とを異なせて、反射表示の視認性を向上させることができる。
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての反射型白黒ポジ表示方式のＳＴＮ型液晶表示装置を示す断面図で、図２はその各部材の光学軸の配置関係を示す説明図である。
【００１３】
図１において、一対の透明ガラス基板１、２が所定の間隙を保ってシール材３により接合されている。これら一対のガラス基板１、２のうちの表示の観察側となる前側のガラス基板１の他方の後側ガラス基板２との対向面（以下、内面という）には、信号電極として複数のストライプ電極４が所定のピッチで平行に延在形成されている。そして、これら信号電極４を覆って前側ガラス基板１内面の略全域（シール材３で囲まれた範囲内の）にわたり前側配向膜５が一様に被着されている。この前側配向膜５には、ラビング法によって所定の方向に配向処理が施されている。
【００１４】
他方の後側ガラス基板２の内面には、走査電極として複数のストライプ電極６が上記信号電極４に直交する方向に所定のピッチで平行に延在形成されている。これら走査電極６にも前側配向膜５と同様の後側配向膜７が被覆されている。この後側配向膜７には、対向する前側配向膜５に施された配向処理とは異なる所定の方向に配向処理が施されている。
【００１５】
上述のように構成された液晶セルＣの内部、即ち一対の前後各側ガラス基板１、２の対向する各内面とシール材３で囲まれた領域には、ネマティック液晶が封入されている。この場合、封入されたネマティック液晶の液晶分子が後側ガラス基板２から前側ガラス基板１に向けて２５０°±１０°の角度にわたり捩れ配列し、ツイステッドネマチック液晶層Ｌｃが形成されている。
【００１６】
即ち、図２に示すように、破線で示される液晶セルＣの後側配向膜７に施された配向処理方向７ａが表示画面の水平方向ｈに対してなす角度を３５°（反時計回り方向を＋とする）とし、前側配向膜５に施された配向処理方向５ａが表示画面の水平方向ｈに対してなす角度を−３５°とすることにより、液晶分子が各配向膜５、７に施された配向処理による配向規制を受け、後側配向膜７表面から前側配向膜５表面に向けて時計回り方向へ−２５０°±１０°の角度にわたり捩れ配列している。
【００１７】
また、この液晶分子が２５０°±１０°の角度にわたり捩れ配列した状態（初期配向状態）におけるツイステッドネマチック層Ｌｃの屈折率異方性Δｎと層厚ｄとの積Δｎ・ｄは８１０ｎｍ±４０ｎｍである。
【００１８】
図１に戻って説明すると、液晶セルＣの前側ガラス基板１の外面には、第１位相差板８と第２位相差板９及び前偏光板１０が順次積層されている。第１位相差板８と第２位相差板９の各リタデーション値は共に４２５ｎｍ±２５ｎｍである。
【００１９】
一方、後側ガラス基板２の外面には、後偏光板１１と光反射板１２が順次積層されている。本実施形態の光反射板１２は、図３に示されるように、後偏光板１１に対面させる光反射面１２ａが、傾斜角度が異なる２種類の斜面１２ａ1、１２ａ2が交互に連続して表示画面の水平方向ｈ（図２参照）に沿って延在する断面が鋸歯状をなす凹凸面に形成されている。このように構成された光反射板１２を液晶表示装置の最後位に配置することにより、本液晶表示装置の観察側表面つまり前偏光板１０の表面に同方向から入射する光のうちの液晶表示装置内部に入射した光Ｒ1が液晶セルＣ等を透過して反射面１２ａにより反射される方向と、前偏光板１０の表面で反射される光Ｒ2の正反射方向とを、異ならせることができ、液晶表示装置の表示画面から出射される光の方向が揃って観察する際に眩しくなる不具合の発生が防止され、表示画面の視認性が向上する。
【００２０】
ここで、本実施形態の液晶表示装置における各部材の光学軸の配置構成について、図２に基づき説明する。
液晶セルＣにおいては、前述したように、前側配向処理方向５ａ及び後側配向処理方向７ａが、それぞれ、表示画面水平方向ｈに対して−３５°±５°及び３５°±５°に設定されている。これにより、液晶分子が後側から前側に向けて−２６０°〜−２４０°の大きさの角度にわたり捩れ配列する。
【００２１】
液晶セルＣに対して、その前面に積層された第１位相差板８は、その遅相軸８ａが前側配向処理方向５ａに対して１００°±５°をなす位置に配置されている。この位置は、表示画面水平方向ｈに対して６５°±５°をなす位置である。そして、この第１位相差板８に積層された第２位相差板９は、その遅相軸９ａが第１位相差板８の遅相軸８ａに対して−４５°±５°をなす位置、つまり水平方向ｈに対して２０°±５°をなす位置に配置されている。
【００２２】
第２位相差板８に積層された前偏光板１０は、その吸収軸１０ａが第２位相差板９の遅相軸９ａに対して７５°±５°をなす位置、つまり水平方向ｈに対して９５°±５°をなす位置に配置されている。
【００２３】
一方、液晶セルＣに対して、その後面に積層された後偏光板１１は、その吸収軸１１ａが後側配向処理方向７ａに対して５０°±５°をなす位置、つまり水平方向ｈに対して８５°±５°をなす位置に配置されている。
【００２４】
以上のように構成された反射型液晶表示装置においては、次のような作用を経て白黒ポジ表示が得られる。
まず駆動電圧がオフされている背景表示について説明する。この場合、観察側から前偏光板１０に入射した自然光等の外光は、前偏光板を透過することによりその透過軸に沿った方向（吸収軸１０ａに対して直交する方向）に振動する直線偏光となり、第２位相差板９に入射する。第２位相差板９に入射した直線偏光は、光学的複屈折素子である第２位相差板９の複屈折作用を受ける。ここで、光学的複屈折素子はその屈折率異方性Δｎに基づく複屈折作用が各波長光によって異なる波長依存性を備えているため、これを透過する光は波長光毎に偏光方向が異なる楕円偏光となる。これら楕円偏光は、次順以降に配置された共に光学的複屈折素子である第１位相差板８及び駆動電圧がオフされた初期捩れ配向状態の液晶セルＣにおけるオフ画素を順次透過することにより、波長光毎のリタデーションの差が補償される。この場合、第２位相差板９、第１位相差板８、および液晶セルＣを通って、後偏光板１１に入射する光は、後偏光板１１の透過軸に沿った方向（吸収軸１１ａに対して直交する方向）に偏光面を有する直線偏光となる。したがって、後偏光板１１からは、その透過軸に沿った白色の直線偏光が出射される。この白色の直線偏光は、次順に配置された光反射板１２により後偏光板１１に向けて反射される。反射された直線偏光は、往路とは逆順に各部材を透過し同様の作用を受けて表偏光板１０から出射する。これにより、着色が略無い白表示の背景が得られる。
【００２５】
一方、液晶セルＣにおいて、駆動電圧が印加されて各液晶分子がガラス基板１、２に対して略垂直方向に配向したオン画素部分を透過する光は、見かけの屈折率異方性Δｎ´が略０となったオン画素部分において複屈折作用を殆ど受けないから、後偏光板１１には、各波長光毎の楕円偏光の偏光方向が分散したまま入射し、殆どの波長光がここで吸収されるか反射される。その結果、オン画素において良好な黒表示が得られる。このようにして、本反射型液晶表示装置によれば、コントラストが高く背景に着色が略無い高品位のポジタイプ白黒表示が得られる。
【００２６】
次に、もう一方の発明の液晶表示装置の実施形態について、図４に基づき説明する。
本発明の液晶表示装置は、上述した発明の液晶表示装置において前偏光板と後偏光板を各吸収軸がそれぞれ９０°だけ異なる方向に位置するように配置したもので、その他の構成は同じである。
【００２７】
即ち、図４に示すように、前偏光板１０´をその吸収軸１０´ａが第２位相差板の遅相軸９ａに対して１６５°±５°をなす位置に、後偏光板１１´をその吸収軸１１´ａが液晶セルＣの後側配向処理７ａに対して１４０°±５°をなす位置に、それぞれ配置してある。
【００２８】
上述した本実施形態の液晶表示装置によっても、前述した図１乃至図２に示した実施形態の液晶表示装置と同様に、コントラストが高く背景に着色が略無い高品位のポジタイプ白黒反射表示が得られる。
【００２９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は何れも後側に光反射板を配置した反射型液晶表示装置であるが、これに限らず、光反射板の替わりにバックライト装置を配置して透過型液晶表示装置としてもよい。この場合、バックライト装置を除いた他の構成は、同一である。この透過型液晶表示装置によっても上述した反射型液晶表示装置と同様に、コントラストが高く背景に着色が略無い高品位のポジタイプ白黒透過表示が得られる。
【００３０】
また、光反射板は、図３に示す構成のものに限らず、エンボス加工を施した基材に金属を蒸着して光反射面を形成したものや、フラットな基材に金属を蒸着して光反射層とし更にこの上に散乱粒子を用いた散乱層を積層したものでもよい。後者による場合、基材をフラットにしたことにより反射面の凹凸感が無くなり、滑らかで且つぎらつきの無い良好な反射表示が得られる。
【００３１】
さらに、光反射板を半透過反射板としこの後側にバックライト装置を配置し、半透過反射式液晶表示装置としてもよい。加えて、液晶セル内にカラーフィルタ層を配設し、カラー液晶表示装置とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一方の発明の実施形態としての液晶表示装置を示す模式的断面図である。
【図２】上記液晶表示装置を構成する各部材の光学軸の配置構成を示す説明図である。
【図３】上記液晶表示装置における光反射板の構成と作用を示す説明図である。
【図４】他方の発明の実施形態としての液晶表示装置における光軸配置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      前側ガラス基板
２      後側ガラス基板
４      信号電極
５      前側配向膜
６      走査電極
７      後側配向膜
８      第１位相差板
９      第２位相差板
１０    前偏光板
１１    後偏光板
１２    光反射板
Ｃ      液晶セル
Ｌｃ    ツイステッドネマチック液晶層
【図１】
2005099534.tif 000003
【図２】
2005099534.tif 000004
【図３】
2005099534.tif 000005
【図４】
2005099534.tif 000006