(57)【要約】【課題】表示用液晶セルと光学補償用液晶セルにおける、相互のセルギャップの合わせ込みに関するギャップ管理が容易で、背景色変化の角度依存性を小さくして、良好なコントラストと視認性を得ることのできる液晶表示装置を提供すること。【解決手段】光学補償用液晶セル８を構成する少なくとも一方の透明基板６の内面に透明材料により凸状の単位ドット１０を配列させるドットパターン９を形成して、前記内面を、当該光学補償用液晶セル４の面内における平均セルギャップＡｖｅ・ｄと表示用液晶セル４のセルギャップｄとを同一寸法とする凹凸状とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の透明基板間に液晶をねじれ配向させた表示用液晶セルと、一対の透明基板間に前記表示用液晶セルと逆方向に液晶をねじれ配向させた光学補償用液晶セルとを、前記表示用液晶セルと光学補償用液晶セルの互いに接する側に配設される配向膜の配向軸が直交するように積層させた構成を有する液晶表示装置において、前記光学補償用液晶セルを構成する少なくとも一方の透明基板の内面が粗面とされていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記透明基板の粗面が凸状の単位ドットを配列させたドットパターンから形成された請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記表示用液晶セルのセルギャップ値が前記光学補償用液晶セルの平均セルギャップと略同一である請求項１乃至請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＮ型、ＳＴＮ型の液晶を用いた液晶表示装置において、光学補償用液晶セルにより表示用液晶セルの着色を色補償する構成とされた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、液晶表示装置には、高コントラスト、高精細表示、広視野角等の特性が求められている。
【０００３】
例えば、液晶分子のツイスト角を１８０°以上とするＳＴＮ型の液晶表示装置は、これらのニーズに応えうる液晶表示装置として広く利用されているが、前記ＳＴＮ型の液晶表示装置には、複屈折作用により着色が生じるという問題がある。
【０００４】
この着色現象はリタデーション値Δｎ・ｄ（液晶層の複屈折率Δｎ×セルギャップｄ）に関係するため、前記リタデーション値Δｎ・ｄを補償すべく、光学補償用部材としての光学補償用液晶セルを前記ＳＴＮ型の表示用液晶セルと併用する液晶表示装置が提供されている。
【０００５】
つまり、表示用液晶セルのリタデーション値をΔｎ１・ｄ１とし、光学補償用液晶セルのリタデーション値をΔｎ２・ｄ２とした場合、Δｎ１・ｄ１−Δｎ２・ｄ２を小さくすることで前記着色現象は補償され、しかも、その値を正の適切な値とすることで、電気光学的特性の急峻性も良好となり、ネガ型の液晶表示装置においては、時分割駆動におけるオン表示の透過率が向上し、コントラストの良好な表示が得られることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の技術において、表示用液晶セルのリタデーション値Δｎ１・ｄ１と、光学補償用液晶セルのリタデーション値Δｎ２・ｄ２とを略等しく設定するためには、液晶層の複屈折率Δｎよりも各液晶セルのセルギャップｄを極めて厳格に設定する必要があり、そのセルギャップｄの管理が困難であるため、歩留りの向上が図れず、コストも高いものとなっていた。なお、液晶層の複屈折率Δｎを調整することでリタデーション値を略等しく設定できそうだが、セルギャップｄの管理がなされて初めてΔｎの調整を行うことができる。従って、セルギャップｄの管理が重要である。
【０００７】
また、前記表示用液晶セルにおいては、ＩＴＯ等の電極パターンが形成された部分と形成されていない部分とでは当該表示用液晶セルのセルギャップｄ１が異なるため、前記着色の色補償の程度が部分的に異なってしまい、前記電極パターンの配置が表示画面において視認され易く、背景色変化の角度依存性も大きくなるといった問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、表示用液晶セルと光学補償用液晶セルにおける、相互のセルギャップの合わせ込みに関するギャップ管理が容易で、背景色変化の角度依存性を小さくして、良好なコントラストと視認性を得ることのできる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の特徴は、一対の透明基板間に液晶をねじれ配向させた表示用液晶セルと、一対の透明基板間に前記表示用液晶セルと逆方向に液晶をねじれ配向させた光学補償用液晶セルとを、前記表示用液晶セルと光学補償用液晶セルのの互いに接する側に配設される配向膜の配向軸が直交するように積層させた構成を有する液晶表示装置において、前記光学補償用液晶セルを構成する少なくとも一方の透明基板の内面が粗面とされている点にある。
【００１０】
また、本発明の装置は、前記透明基板の粗面が凸状の単位ドットを配列させたドットパターンから形成された態様を含み、さらに、前記表示用液晶セルのセルギャップ値が前記光学補償用液晶セルの平均セルギャップ値と略同一である態様も含む。
【００１１】
このような構成とすることで、光学補償用液晶セルの平均セルギャップを前記表示用液晶セルのセルギャップが同一となる部分が必ず生じることとなる。
【００１２】
よって、平均的、全体的にコントラストの良好な液晶表示装置を得ることができ、内面を略面一に形成した光学補償用液晶セルを用いた従来の液晶表示装置が、前記表示用液晶セルのセルギャップと光学補償用液晶セルのセルギャップとの誤差が大きい場合には所望のコントラストを全く得ることができず、製品としても好ましくないものとなるのに比べて、歩留りも向上し、コストダウンの効果も得ることができる。
【００１３】
さらに、前記表示用液晶セルのＩＴＯ等の電極パターンが形成された部分と形成されていない部分とのセルギャップ差を、前記光学補償用液晶セルにおいて、前記凹凸状とされた内面で吸収することで、前記電極パターンの配置も表示画面において視認され難くなり、背景色変化の角度依存性も小さくすることができる。
【００１４】
そして、この構成は、電極パターン密度が低いセグメント表示の液晶表示装置に特に有効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本実施形態の液晶表示装置は、図１に示すように、配向膜（図示せず）がそれぞれ配設された一対の透明基板１、２間に９０°〜２４０°のツイスト角を有する左ねじれのネマチック液晶３（以下、単に液晶という。）を封入した表示用液晶セル４と、配向膜（図示せず）がそれぞれ配設された他の一対の透明基板５，６間に前記表示用液晶セル４に封入された液晶のツイスト角と同じ角度で、かつ、前記液晶とは逆の方向にツイストする右ねじれで、かつ前記液晶３と同一値の複屈折率である液晶７を封入した光学補償用液晶セル８とを有し、前記表示用液晶セル４と光学補償用液晶セル８の相対向して互いに接する側に配設された配向膜の配向軸を直交させて積層させた構成を有している。
【００１６】
更に詳しくは、前記表示用液晶セル４は、２枚の透明基板１、２を有しており、前記２枚の透明基板１、２の互いに対向する面には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等からなる透明電極（図示せず）が積層形成されており、これらの透明電極により印加される電圧により、前記液晶３の配列方向が制御されるようになっている。前記透明電極が形成された前記透明基板１、２の互いに対向する面には、各透明電極間で前記液晶３を一定のねじれ形態にて配列させるように表面にラビング処理が施された配向膜（図示せず）が積層形成されている。
【００１７】
そして、一方の透明基板３の周辺部にシール材（図示せず）を塗布するとともに、このシール材に囲まれた面内に各透明基板１、２の間隙を調整するためのスペーサ（図示せず）を均一に散布した状態で各透明基板１、２を貼り合わせ、前記２枚の透明基板１、２とシール材とにより囲繞された空間内に、９０°〜２４０°のツイスト角を有する液晶３が密封されている。
【００１８】
他方の光学補償用液晶セル８は、図３を参照して、２枚の透明基板５，６を有しており、前記光学補償用液晶セル８を構成する少なくとも一方の透明基板６の内面には、当該内面を凹凸状に形成するためのドットパターン９がＩＴＯや透明樹脂等の透明材料によってフォトリソ等の公知技術により形成されており、当該光学補償用液晶セル８の面内におけるセルギャップの平均値（以下、平均セルギャップという。）Ａｖｅ・ｄを前記表示用液晶セル４のセルギャップｄと同一寸法とするように構成されている。
【００１９】
そして、前記２枚の透明基板５，６の互いに対向する面には、液晶７を一定のねじれ形態にて配列させるように表面にラビング処理が施された配向膜（図示せず）が積層形成されている。
【００２０】
前記光学補償用液晶セル８の内面を粗面、すなわち凹凸状に形成するためのドットパターン９としては、図２および図３に示すように、平面形状を略円状とし、断面形状を伏せ椀状とする単位ドット１０をランダムに配列させた形状を例示することができる。前記ドットパターン９を構成する単位ドット１０は、当該単位ドット１０の表面が傾斜面に形成されることにより、当該光学補償用液晶セル８のセルギャップｄを部分的に変化させる形状とされていることが望ましく、断面形状としては、前記伏碗状の形状の他、略三角形状や台形状等の単位ドット１０が採用される。また、前記単位ドット１０の高さ寸法（厚さ寸法）は０．１μｍ〜１．０μｍ、望ましくは０．２μｍ〜０．３μｍとする。前記単位ドット１０の高さ寸法の下限値を０．１μｍとするのは、それよりも小さくすると、表示用液晶セル４のセルギャップｄとの合わせ込みを可能とする誤差幅が狭くなりすぎて効果が得難くなるためであり、上限値を１．０μｍとするのは、それよりも大きくすると、当該光学補償用液晶セル８の配向が乱れてしまい、良好な視認性を得ることができないためである。なお、前記各単位ドット１０は、必ずしも均一の高さ寸法とされている必要はなく、当該光学補償用液晶セル８の平均セルギャップＡｖｅ・ｄが、前記表示用液晶セル４のセルギャップｄと同寸法となるようにすることが好ましい。さらに、前記ドットパターンは、当該光学補償用液晶セル８の内面における一定面積に対して前記単位ドット１０が占める面積の比率が約５０％となるように構成することが望ましい。
【００２１】
そして、一方の透明基板５の周辺部にシール材（図示せず）を塗布するとともに、このシール材に囲まれた面内に各透明基板５，６の間隙を調整するためのスペーサを均一に散布した状態で各透明基板５，６を貼り合わせ、前記２枚の透明基板５，６とシール材とにより囲繞された空間内に、９０°〜２４０°のツイスト角で、かつ、前記表示用液晶セル４に封入された液晶３とは逆の方向にツイストするネマチック液晶が密封されている。
【００２２】
そして、前記表示用液晶セル４と光学補償用液晶セル８は、図１に示すように、前記表示用液晶セル４と光学補償用液晶セル８の相対向する配向軸を直交させて配設されており、前記両セル４，８を挟持するようにして、視認側、反視認側に偏光板１１、１２が配設されている。
【００２３】
そして、前記光学補償用液晶セル８の反視認側には、バックライトユニット１３が配設されている。
【００２４】
このように構成された液晶表示装置によれば、光学補償用液晶セル８の内面に凸状の単位ドット１０を配列させたドットパターン９を形成し、当該光学補償用液晶セル８の平均セルギャップＡｖｅ・ｄを表示用液晶セル４のセルギャップｄと同一とする凹凸状の面とすることにより、一定の面積中に前記表示用液晶セル４と光学補償用液晶セル８とのセルギャップｄが同一となる部分を得ること、すなわち、表示用液晶セルと光学補償用液晶セルのセルギャップの合わせ込みができ、一定面内において平均して良好なコントラストを有する液晶表示装置とすることができる。
【００２５】
前記表示用液晶セル４のＩＴＯ等の電極パターンが形成された部分と形成されていない部分とに生じるギャップ差についても同様に、前記光学補償用液晶セル８の内面が凹凸状とされていることにより、前記表示用液晶セル４のセルギャップｄと当該光学補償用液晶セル８のセルギャップｄが等しくなる部分を一定の面積中に必ず得ることができる。このように、表示用液晶セル４と光学補償用液晶セル８のセルギャップｄの合わせ込みができると、前記電極パターンの配置も表示画面において視認され難く、背景色変化の角度依存性も小さくすることができる。
【００２６】
次に、コントラスト変化とセルギャップｄの誤差（図４中には、表示用液晶セル４のセルギャップｄに対する光学補償用液晶セル８のセルギャップｄの誤差をΔｄで示す。）との関係について、本発明の液晶表示装置と従来の構成の液晶表示装置（比較例）とを比較する試験結果を説明する。なお、以下において、表示用液晶セル４および光学補償用液晶セル８の基本的な構成は前述の通りとして、その説明は省略する。
【００２７】
［本発明の液晶表示装置に関する試験］
本発明の液晶表示装置におけるコントラスト変化とセルギャップ誤差Δｄとの関係を試験する試料として、セルギャップｄをそれぞれ、５．８μｍ、５．９μｍ、６．０μｍ、６．１μｍ、６．２μｍ、６．３μｍとし、複屈折率Δｎが約０．１４の液晶が封入され、ツイスト角２４０°に左ねじれ配向させた６種類の表示用液晶セル４を用意した。一方で、面内（反視認側の透明基板上６）に高さ寸法約０．２５μｍ、直径約２０μｍの円形状のＩＴＯからなる単位ドット１０をランダムに配設した凸状のドットパターン１０が形成されて６μｍの平均セルギャップｄとなるように調整され、前記表示用液晶セル４と同じ複屈折率を有し、且つ右ねじれ配向させた光学補償用液晶セル８を６枚用意した。そして、前記６種類の表示用液晶セル４に対し、それぞれ、前記光学補償用液晶セル８を互いに接する側に配設される配向膜の配向軸（ラビング方向）が９０°で交差するように貼り合わせ、さらに、前記両セル４，８を挟持するようにしてその視認側、反視認側に偏光板１１、１２を配設させて、計６個の試料を用意した。
【００２８】
これらの各試料について、１／６５Ｄｕｔｙ、１／７Ｂｉａｓで駆動し、それぞれのコントラストを測定したところ、図４中に実線に示すように、Δｄが−０．２（表示用液晶セル４のセルギャップｄが５．８μｍ）のときに、コントラストは最小値の２０となり、Δｄが０．１（表示用液晶セル４のセルギャップｄが６．１μｍ）のときに、コントラストは最大値の７０となり、セルギャップ変動に対してコントラスト変動が小さかった。
【００２９】
また、コントラストのピーク値は、後述する比較例（従来例）の構成の試料が８５であるのに比べて７０であり、数値的には低くなったが、人間の視覚ではその差異を識別することはできず、５０以上であれば良好なコントラストであると視認されるため、特に問題はないと考えられる。そして、本試験においては、セルギャップ誤差Δｄを−０．０５μｍ〜０．２７５μｍとする広い範囲で、５０以上の良好なコントラストを得ることができ、セルギャップ管理が容易であることが証明された。したがって、セルギャップｄが略同一ということは、０．２５μｍ程度離れていても同一であるとみなすということである。
【００３０】
さらに、前述の６つの試料について、白色ＬＥＤのバックライトユニット１３と組み合わせて液晶表示装置を構成し、目視評価したところ、前記電極パターンの配置は視認されず、背景色変化の角度依存性の小さい良好な表示を得ることができた。
【００３１】
［比較試験］
比較用の試料として、前記実施例の液晶表示装置（試料）から前記光学補償用液晶セル８の内面に形成されたドットパターン９を除き、従来と同様の構成とされた計６個の試料を用意した。
【００３２】
これらの各試料について、前記実施例と同様に１／６５Ｄｕｔｙ、１／７Ｂｉａｓで駆動し、それぞれのコントラストを測定したところ、図４中に一点鎖線に示すように、Δｄが−０．２（表示用液晶セル４のセルギャップが５．８μｍ）のときに、コントラストは最小値の１０となり、Δｄが０．１（表示用液晶セル４のセルギャップが６．１μｍ）のときに、コントラストは最大値の８５となり、セルギャップ変動に対してコントラスト変動が大きかった。
【００３３】
また、コントラストのピーク値は８０と、高いものとなったが、前述したように、人間の視覚ではその差異を識別することはなく、５０以上であれば良好なコントラストとして視認されることを考えればその数値に価値はなく、むしろ、本比較例において、５０以上のコントラストを得ることができるのは、セルギャップ誤差Δｄが−０．０２５〜０．２１５となる狭い範囲であり、表示用液晶セル４のセルギャップとの合わせ込みを可能とする誤差幅が狭く、セルギャップ管理が困難であることが再確認された。
【００３４】
さらに、前述の６つの試料について、白色ＬＥＤのバックライトユニット１３と組み合わせて液晶表示装置を構成し、目視評価したところ、前記電極パターンの配置も部分的に視認され、背景色変化の角度依存性も大きかった。
【００３５】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００３６】
例えば、前記単位ドットの形状やドットパターンの配列はランダム配列、整列配列を問わないし、ランダム配列である場合においても、前記実施形態の形状に限らない。また、前記単位ドットの平面形状を矩形状とすることも可能であるし、配列も千鳥状とすることも可能である。
【００３７】
また、光学補償用液晶セルの凹凸状に形成される内面は、当該光学補償用液晶セルを構成する透明基板のうちの反視認側に配設される透明基板の内面に限らず、反視認側に配設される透明基板であってもよいし、両透明基板の内面を凹凸状に形成してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置は、表示用液晶セルと光学補償用液晶セルにおける、相互のセルギャップの合わせ込みに関するギャップ管理が容易で、歩留りも向上してコストダウンの効果も得ることができ、従来の構成の液晶表示装置に比較して、平均的、全体的にコントラストの良好な液晶表示装置となり、表示用液晶セルの電極パターンの配置も表示画面において視認され難く、背景色変化の角度依存性も小さい等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の液晶表示装置の概略構造断面図
【図２】本実施形態の液晶表示装置のドットパターンおよび単位ドットの形状を示す平面図
【図３】本実施形態の液晶表示装置のドットパターンおよび単位ドットの形状、および表示用液晶セルのセルギャップと光学補償用液晶セルの平均セルギャップを示す断面模式図
【図４】コントラスト変化とセルギャップの誤差との関係について、本発明の液晶表示装置と比較例の液晶表示装置を比較するグラフ
【符号の説明】
１  透明基板
２  透明基板
３  液晶
４  表示用液晶セル
５  透明基板
６  透明基板
７  液晶
８  光学補償用液晶セル
９  ドットパターン
１０  単位ドット
１１  偏光板
１２  偏光板
１３  バックライトユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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