JP2003167254A - 液晶ディスプレイ - Google Patents
液晶ディスプレイInfo
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- JP2003167254A JP2003167254A JP2002231282A JP2002231282A JP2003167254A JP 2003167254 A JP2003167254 A JP 2003167254A JP 2002231282 A JP2002231282 A JP 2002231282A JP 2002231282 A JP2002231282 A JP 2002231282A JP 2003167254 A JP2003167254 A JP 2003167254A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液晶層および／または補償フィルムを最適化
することにより簡素な構成とした、広い視角範囲に亘り
階調反転のない、および／または、黒表示での光漏れが
極めて小さい液晶ディスプレイを提供する 【解決手段】 液晶層２の平均的なティルト角αavを設
計最大入射角Θi での屈折角θo に対しθo ＜αav＜90
−θo の範囲とすることで諧調反転をなくし、また、補
償フィルム５（Ｎ枚の第ｊ枚目）を、これに対応させる
液晶層２の仮想分割要素（均一な配向を有する微小液晶
層７（Ｎ分割の第ｊ層））とのリタデーションの和がほ
ぼゼロとなるような、屈折率Ａ、Ｂ（常光、異常光）、
厚さＤj 、ティルト角βj 、方位Φj をもつものとする
ことで黒表示での光漏れをほとんどなくする。
することにより簡素な構成とした、広い視角範囲に亘り
階調反転のない、および／または、黒表示での光漏れが
極めて小さい液晶ディスプレイを提供する 【解決手段】 液晶層２の平均的なティルト角αavを設
計最大入射角Θi での屈折角θo に対しθo ＜αav＜90
−θo の範囲とすることで諧調反転をなくし、また、補
償フィルム５（Ｎ枚の第ｊ枚目）を、これに対応させる
液晶層２の仮想分割要素（均一な配向を有する微小液晶
層７（Ｎ分割の第ｊ層））とのリタデーションの和がほ
ぼゼロとなるような、屈折率Ａ、Ｂ（常光、異常光）、
厚さＤj 、ティルト角βj 、方位Φj をもつものとする
ことで黒表示での光漏れをほとんどなくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ）に関し、とくに、広い視角範囲に亘り階調反
転のない、および／または、黒表示での光漏れが極めて
小さい液晶ディスプレイに関する。
（ＬＣＤ）に関し、とくに、広い視角範囲に亘り階調反
転のない、および／または、黒表示での光漏れが極めて
小さい液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＰＳ（文献１参照）、ＭＶＡ
（文献２参照）、ＯＣＢ（文献３参照）など広視野角Ｌ
ＣＤが提案されている（文献１：M.Ohta et al, Procee
ding ofthe 15th International Display Research Cnf
erence p.707(1995) 、文献２：A.Takeda et al, SID D
igest of technical Papers Vol.XXIX p.1077(1998)、
文献３：Y.Yamaguchi et al, SID Digest of technical
Papers Vol.XXIV p.277(1993)）。これらは視角を変化
させても黒輝度がほとんど上昇せず、広い視角範囲で高
いコントラストを有している。しかし、階調反転を抑え
るために配向分割などの工夫が必要であり、開口率が落
ちたり、工程が増えたりするといった問題があった。
（文献２参照）、ＯＣＢ（文献３参照）など広視野角Ｌ
ＣＤが提案されている（文献１：M.Ohta et al, Procee
ding ofthe 15th International Display Research Cnf
erence p.707(1995) 、文献２：A.Takeda et al, SID D
igest of technical Papers Vol.XXIX p.1077(1998)、
文献３：Y.Yamaguchi et al, SID Digest of technical
Papers Vol.XXIV p.277(1993)）。これらは視角を変化
させても黒輝度がほとんど上昇せず、広い視角範囲で高
いコントラストを有している。しかし、階調反転を抑え
るために配向分割などの工夫が必要であり、開口率が落
ちたり、工程が増えたりするといった問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題を解決し、液晶層および／または補償フ
ィルムを最適化することにより簡素な構成とした、広い
視角範囲に亘り階調反転のない、および／または、黒表
示での光漏れが極めて小さい液晶ディスプレイを提供す
ることにある。
従来技術の問題を解決し、液晶層および／または補償フ
ィルムを最適化することにより簡素な構成とした、広い
視角範囲に亘り階調反転のない、および／または、黒表
示での光漏れが極めて小さい液晶ディスプレイを提供す
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために、平行配向液晶セルを用いたＥＣＢモ
ードについて次のような理論的検討を行った。平行配向
液晶セルでは通常、電圧Ｖを印加すると図２（ａ）に示
すようにセル厚（液晶層の厚み）ｄに対して液晶分子１
のティルト角αは一定とならずセル厚方向位置ｚの関数
となる。ここでは計算を単純化するため図２（ｂ）に示
すようにティルト角αをセル厚方向位置ｚによらず一定
とした。このとき液晶セルの透過率Ｔは、クロスニコル
下で、次式(1) のように表すことができる。
を達成するために、平行配向液晶セルを用いたＥＣＢモ
ードについて次のような理論的検討を行った。平行配向
液晶セルでは通常、電圧Ｖを印加すると図２（ａ）に示
すようにセル厚（液晶層の厚み）ｄに対して液晶分子１
のティルト角αは一定とならずセル厚方向位置ｚの関数
となる。ここでは計算を単純化するため図２（ｂ）に示
すようにティルト角αをセル厚方向位置ｚによらず一定
とした。このとき液晶セルの透過率Ｔは、クロスニコル
下で、次式(1) のように表すことができる。
【０００５】
Ｔ＝sin2〔｛ｄ・Δｎ（α）／λ｝・π〕 (1)
ここで、ｄ・Δｎ（α）はリタデーション、ｄはセル
厚、α（＞０）はティルト角、λは波長、Δｎ（α）は
液晶のティルト角αのときの複屈折率である。リタデー
ションは、図３に示すように、視角（：入射角度θi ）
を変えると変化してしまう。さらに、ティルト角αによ
って変化の割合が異なるため、正面での各階調のリタデ
ーションの大小が、視角を変化させたときに逆転する。
つまり、階調反転が生じることになる。
厚、α（＞０）はティルト角、λは波長、Δｎ（α）は
液晶のティルト角αのときの複屈折率である。リタデー
ションは、図３に示すように、視角（：入射角度θi ）
を変えると変化してしまう。さらに、ティルト角αによ
って変化の割合が異なるため、正面での各階調のリタデ
ーションの大小が、視角を変化させたときに逆転する。
つまり、階調反転が生じることになる。
【０００６】そこで、このような階調反転が生じる条件
を求めるために、図４に示すようにＥＣＢモードの液晶
層を斜めから観察したとき、リタデーションが見かけ上
どのように振舞うかを鋭意検討し、見かけのリタデーシ
ョン RetLCが次式でよく表現できることを見出した。 RetLC＝〔±√｛（ 1−ｐ2 ／ｂ2 ）・（ｂ2 ／ｑ2 −１）｝・sin θi ＋（ ｐ／ｑ）√（ｑ2 −sin 2 θi ）−√（ａ2 −sin 2 θi ）〕・ｄ (2) ここに、ａ：常光屈折率（光軸に垂直な方向の屈折
率）、ｂ：異常光屈折率（光軸方向の屈折率）、α：テ
ィルト角、ｄ：セル厚、φ：方位（入射光方位）、ｐ＝
ａ・ｂ／ｍ、ｑ＝ｂ・ｍ／ｎ、ｍ2 ＝ａ2 cos2α＋ｂ2
sin2α、ｎ2 ＝ｂ2cos2φ＋ｍ2 sin2φ、であり、第１
項の符号は−90°＜φ≦90°のとき負、90°＜φ≦270
°のとき正となる。
を求めるために、図４に示すようにＥＣＢモードの液晶
層を斜めから観察したとき、リタデーションが見かけ上
どのように振舞うかを鋭意検討し、見かけのリタデーシ
ョン RetLCが次式でよく表現できることを見出した。 RetLC＝〔±√｛（ 1−ｐ2 ／ｂ2 ）・（ｂ2 ／ｑ2 −１）｝・sin θi ＋（ ｐ／ｑ）√（ｑ2 −sin 2 θi ）−√（ａ2 −sin 2 θi ）〕・ｄ (2) ここに、ａ：常光屈折率（光軸に垂直な方向の屈折
率）、ｂ：異常光屈折率（光軸方向の屈折率）、α：テ
ィルト角、ｄ：セル厚、φ：方位（入射光方位）、ｐ＝
ａ・ｂ／ｍ、ｑ＝ｂ・ｍ／ｎ、ｍ2 ＝ａ2 cos2α＋ｂ2
sin2α、ｎ2 ＝ｂ2cos2φ＋ｍ2 sin2φ、であり、第１
項の符号は−90°＜φ≦90°のとき負、90°＜φ≦270
°のとき正となる。
【０００７】階調反転しないためには、正面で観察した
ときのリタデーションの大小関係が、視角を変化させた
ときにも同じ関係になればよい。正面のリタデーション
の大小関係は、ティルト角αが大きくなるとリタデーシ
ョンが小さくなっていくことから、 RetLCをαで微分し
た式はα：０〜90°の範囲で常に負の値をとる。すなわ
ち、ｄ RetLC／ｄα（；θi ＝０）＜０、である。した
がって、視角を変化させた場合についても同様に、ｄ R
etLC／ｄα（；θi ≠０）＜０、が常に成り立てばよ
い。かかる条件を満たすティルト角αの範囲を計算し、
該範囲が次式で表せることがわかった。
ときのリタデーションの大小関係が、視角を変化させた
ときにも同じ関係になればよい。正面のリタデーション
の大小関係は、ティルト角αが大きくなるとリタデーシ
ョンが小さくなっていくことから、 RetLCをαで微分し
た式はα：０〜90°の範囲で常に負の値をとる。すなわ
ち、ｄ RetLC／ｄα（；θi ＝０）＜０、である。した
がって、視角を変化させた場合についても同様に、ｄ R
etLC／ｄα（；θi ≠０）＜０、が常に成り立てばよ
い。かかる条件を満たすティルト角αの範囲を計算し、
該範囲が次式で表せることがわかった。
【０００８】
θo ＜α＜90−θo （度） (3)
ここに、θo は入射角度θi に対する屈折角であり、θ
o ＝arcsin｛（ｎi ／ｎLC）sin θi ｝で表される。こ
こに、ｎi ：空気の屈折率、ｎLC：液晶層の屈折率（＝
（ｎ1 ＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折
率、ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）である。
o ＝arcsin｛（ｎi ／ｎLC）sin θi ｝で表される。こ
こに、ｎi ：空気の屈折率、ｎLC：液晶層の屈折率（＝
（ｎ1 ＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折
率、ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）である。
【０００９】つぎに、立ち上がり角を式(3) の範囲で変
化させてリタデーションの視角特性を計算し、図５に示
すような結果が得られた。図示のように、視角を振って
もリタデーションの大小関係は逆転しない。すなわち階
調反転は起こらない。しかしながら、視角に対するリタ
デーションの変化が大きいので、このままディスプレイ
とした場合、明るさの変化が非常に大きく、画質が非常
に悪いことがわかる。とくに黒輝度の変化は画質に最も
大きく影響するので、黒輝度の光学補償が必要である。
化させてリタデーションの視角特性を計算し、図５に示
すような結果が得られた。図示のように、視角を振って
もリタデーションの大小関係は逆転しない。すなわち階
調反転は起こらない。しかしながら、視角に対するリタ
デーションの変化が大きいので、このままディスプレイ
とした場合、明るさの変化が非常に大きく、画質が非常
に悪いことがわかる。とくに黒輝度の変化は画質に最も
大きく影響するので、黒輝度の光学補償が必要である。
【００１０】そこで、次に、視角補償するための補償フ
ィルムの条件を検討した。この条件とは、 RetLCと補償
フィルムのリタデーション RetFILMとが全てのθi とφ
において RetLC＋ RetFILM＝０を満足すること、すなわ
ち、液晶層と補償フィルムのリタデーションの符号が逆
で、かつ、液晶層と補償フィルムの光軸が平行であるこ
とである。このことから、補償フィルムとして以下の属
性を有するものを用いればよいことが導き出された。
ィルムの条件を検討した。この条件とは、 RetLCと補償
フィルムのリタデーション RetFILMとが全てのθi とφ
において RetLC＋ RetFILM＝０を満足すること、すなわ
ち、液晶層と補償フィルムのリタデーションの符号が逆
で、かつ、液晶層と補償フィルムの光軸が平行であるこ
とである。このことから、補償フィルムとして以下の属
性を有するものを用いればよいことが導き出された。
【００１１】
常光屈折率（光軸に垂直な方向の屈折率）：Ａ
異常光屈折率（光軸方向の屈折率）：Ｂ（ただしＡ＞
Ｂ） 厚さ：Ｄ＝ａ×（ｂ−ｇ）／ｇ／（Ａ−Ｐ）×ｄ 光軸のティルト角：β＝arccos√｛Ａ2 ×（Ｂ2 −
Ｐ2 ）／Ｐ2 ／（Ｂ2 −Ａ 2 ）｝ 光軸の方位：Φ＝φ ただし、ｇ2 ＝ａ2 ×cos2α＋ｂ2 ×sin2α Ｐ：次式で表される方程式の解 （Ａ＋Ｂ）×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／（Ａ−Ｐ）＝Ａ2 ×Ｂ2
×（ｇ＋ｂ）×（ｇ2−ａ2 ）／ａ2 ／ｇ2 ／（ｇ−
ｂ） 本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであ
り、その要旨は以下のとおりである。
Ｂ） 厚さ：Ｄ＝ａ×（ｂ−ｇ）／ｇ／（Ａ−Ｐ）×ｄ 光軸のティルト角：β＝arccos√｛Ａ2 ×（Ｂ2 −
Ｐ2 ）／Ｐ2 ／（Ｂ2 −Ａ 2 ）｝ 光軸の方位：Φ＝φ ただし、ｇ2 ＝ａ2 ×cos2α＋ｂ2 ×sin2α Ｐ：次式で表される方程式の解 （Ａ＋Ｂ）×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／（Ａ−Ｐ）＝Ａ2 ×Ｂ2
×（ｇ＋ｂ）×（ｇ2−ａ2 ）／ａ2 ／ｇ2 ／（ｇ−
ｂ） 本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであ
り、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】（１） 液晶層を支持体で挟んでなる液晶
パネルを有する液晶ディスプレイにおいて、前記液晶層
の平均的なティルト角αavを下記式で表される同液晶層
の屈折角θo （単位：deg.）に対し、θo ＜αav＜90−
θo の範囲としてなることを特徴とする液晶ディスプレ
イ。 記 θo ＝arcsin｛（ｎi ／ｎLC）×sin Θi ｝ ｎi ：空気の屈折率、ｎLC：液晶層の屈折率（＝（ｎ1
＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折率、
ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最大入
射角 （２） 液晶層を支持体で挟んでなる液晶パネルの片側
または両側に補償フィルムが配置されその外側に偏光板
を有する液晶ディスプレイにおいて、前記液晶層が均一
に配向した層数Ｎ（Ｎ≧１）の微小液晶層の積層で表さ
れ、該積層内の第ｊ層が、液晶分子長軸方向の屈折率
（ｎ1 ＝）ａ、液晶分子短軸方向の屈折率（ｎ2 ＝）
ｂ、厚さｄj 、ティルト角αj 、方位φj を有すると
き、前記補償フィルムをＮ枚用い、その第ｊ枚目が下記
条件を満足し、前記片側配置では、前記液晶層の第１層
側に補償フィルムの第１枚目を配置しあるいはさらにそ
の上に第２〜第Ｎ枚目を同順に積層し、前記両側配置で
はＮ≧２であって、前記液晶層の第１層側に補償フィル
ムの第１枚目を配置しあるいはさらにその上に第２〜第
Ｍ枚目（１＜Ｍ＜Ｎ）を昇順に積層し、かつ前記液晶層
の第Ｎ層側に補償フィルムの第Ｎ枚目を配置しあるいは
さらにその上に第Ｎ−１〜第Ｍ＋１枚目を降順に積層し
てなることを特徴とする液晶ディスプレイ。
パネルを有する液晶ディスプレイにおいて、前記液晶層
の平均的なティルト角αavを下記式で表される同液晶層
の屈折角θo （単位：deg.）に対し、θo ＜αav＜90−
θo の範囲としてなることを特徴とする液晶ディスプレ
イ。 記 θo ＝arcsin｛（ｎi ／ｎLC）×sin Θi ｝ ｎi ：空気の屈折率、ｎLC：液晶層の屈折率（＝（ｎ1
＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折率、
ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最大入
射角 （２） 液晶層を支持体で挟んでなる液晶パネルの片側
または両側に補償フィルムが配置されその外側に偏光板
を有する液晶ディスプレイにおいて、前記液晶層が均一
に配向した層数Ｎ（Ｎ≧１）の微小液晶層の積層で表さ
れ、該積層内の第ｊ層が、液晶分子長軸方向の屈折率
（ｎ1 ＝）ａ、液晶分子短軸方向の屈折率（ｎ2 ＝）
ｂ、厚さｄj 、ティルト角αj 、方位φj を有すると
き、前記補償フィルムをＮ枚用い、その第ｊ枚目が下記
条件を満足し、前記片側配置では、前記液晶層の第１層
側に補償フィルムの第１枚目を配置しあるいはさらにそ
の上に第２〜第Ｎ枚目を同順に積層し、前記両側配置で
はＮ≧２であって、前記液晶層の第１層側に補償フィル
ムの第１枚目を配置しあるいはさらにその上に第２〜第
Ｍ枚目（１＜Ｍ＜Ｎ）を昇順に積層し、かつ前記液晶層
の第Ｎ層側に補償フィルムの第Ｎ枚目を配置しあるいは
さらにその上に第Ｎ−１〜第Ｍ＋１枚目を降順に積層し
てなることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【００１３】記
常光屈折率（光軸に垂直な方向の屈折率）：Ａ
異常光屈折率（光軸方向の屈折率）：Ｂ（ただしＡ＞
Ｂ） 厚さ：Ｄj ＝式(#1)の値の±Ｋ1 ％以内の範囲 式(#1)：ａ×（ｂ−ｇ）／ｇ／（Ａ−Ｐ）×ｄj 光軸のティルト角：βj ＝式(#2)の値の±Ｋ2 ％以内の
範囲 式(#2)：arccos√｛Ａ2 ×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／Ｐ2 ／（Ｂ
2 −Ａ2 ）｝ 光軸の方位：Φj ＝φj の±Ｋ3 ％以内の範囲 ただし、ｇ2 ＝ａ2 ×cos2αj ＋ｂ2 ×sin2αj Ｐ：次式で表される方程式の解 （Ａ＋Ｂ）×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／（Ａ−Ｐ）＝Ａ2 ×Ｂ2
×（ｇ＋ｂ）×（ｇ2−ａ2 ）／ａ2 ／ｇ2 ／（ｇ−
ｂ） Ｋ1 ＝20、Ｋ2 ＝20、Ｋ3 ＝20 （３） 前記液晶層の平均的なティルト角αavを下記式
で表される同液晶層の屈折角θo （単位：deg.）に対
し、θo ＜αav＜90−θo の範囲としてなることを特徴
とする（２）記載の液晶ディスプレイ。
Ｂ） 厚さ：Ｄj ＝式(#1)の値の±Ｋ1 ％以内の範囲 式(#1)：ａ×（ｂ−ｇ）／ｇ／（Ａ−Ｐ）×ｄj 光軸のティルト角：βj ＝式(#2)の値の±Ｋ2 ％以内の
範囲 式(#2)：arccos√｛Ａ2 ×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／Ｐ2 ／（Ｂ
2 −Ａ2 ）｝ 光軸の方位：Φj ＝φj の±Ｋ3 ％以内の範囲 ただし、ｇ2 ＝ａ2 ×cos2αj ＋ｂ2 ×sin2αj Ｐ：次式で表される方程式の解 （Ａ＋Ｂ）×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／（Ａ−Ｐ）＝Ａ2 ×Ｂ2
×（ｇ＋ｂ）×（ｇ2−ａ2 ）／ａ2 ／ｇ2 ／（ｇ−
ｂ） Ｋ1 ＝20、Ｋ2 ＝20、Ｋ3 ＝20 （３） 前記液晶層の平均的なティルト角αavを下記式
で表される同液晶層の屈折角θo （単位：deg.）に対
し、θo ＜αav＜90−θo の範囲としてなることを特徴
とする（２）記載の液晶ディスプレイ。
【００１４】記
θo ＝arcsin｛（ｎi ／ｎLC）×sin Θi ｝
ｎi ：空気の屈折率、ｎLC：液晶層の屈折率（＝（ｎ1
＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折率、
ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最大入
射角
＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折率、
ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最大入
射角
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明において、液晶層の支持体
は、透過型ＬＣＤの場合、液晶層の両側に設けられ、Ｉ
ＴＯ等の導電膜及び配向処理を施した配向膜を有したガ
ラス基板、高分子材料基板等で構成され、偏光板は液晶
パネルの両側に配置される。また、反射型ＬＣＤの場
合、液晶層の片面側（反観察者側）の支持体がミラー機
能を有したガラス基板、高分子材料基板等で構成され、
偏光板は観察者側に配置される。
は、透過型ＬＣＤの場合、液晶層の両側に設けられ、Ｉ
ＴＯ等の導電膜及び配向処理を施した配向膜を有したガ
ラス基板、高分子材料基板等で構成され、偏光板は液晶
パネルの両側に配置される。また、反射型ＬＣＤの場
合、液晶層の片面側（反観察者側）の支持体がミラー機
能を有したガラス基板、高分子材料基板等で構成され、
偏光板は観察者側に配置される。
【００１６】また、本発明において、液晶層の平均的な
ティルト角αavは、電圧Ｖとセル厚方向位置ｚの両方に
依存するティルト角α（Ｖ，ｚ）を有する実際の液晶セ
ル（図２（ａ））の正面からのリタデーションを、電圧
Ｖのみに依存するティルト角α（Ｖ）を有する仮想的な
液晶セル（図２（ｂ））の正面からのリタデーションと
等値したときの、該仮想的な液晶セルのティルト角とし
て導出される。
ティルト角αavは、電圧Ｖとセル厚方向位置ｚの両方に
依存するティルト角α（Ｖ，ｚ）を有する実際の液晶セ
ル（図２（ａ））の正面からのリタデーションを、電圧
Ｖのみに依存するティルト角α（Ｖ）を有する仮想的な
液晶セル（図２（ｂ））の正面からのリタデーションと
等値したときの、該仮想的な液晶セルのティルト角とし
て導出される。
【００１７】本発明（１）では、液晶層の平均的なティ
ルト角αavを、θo ＜αav＜90−θ o （単位：deg.）の
範囲とする。θo は液晶層の屈折角であり、式：θo ＝
arcsin｛（ｎi ／ｎLC）×sin Θi ｝で表される。ここ
で、ｎi ：空気の屈折率、ｎ LC：液晶層の屈折率（＝
（ｎ1 ＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折
率、ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最
大入射角である。設計最大入射角Θi は、階調反転を起
こさせたくない視野角範囲の上限値であり、設計者によ
り適宜決定される。例えば、Θi ＝60°、ｎLC＝1.7 の
場合、θo ≒30°となるから、ＬＣＤは、動作時に液晶
層のαavが30°＜αav＜60°の範囲から外れないように
設計される。こうすることにより、前記したように、ｄ
RetLC／ｄα（；θi ≠０）＜０が、θi ≦Θi の範囲
において満足され、図５に示したように、広い視角範囲
で階調反転のないＬＣＤとすることができる。したがっ
て、階調反転を起こさせたくない視野角範囲において、
望み通り階調反転が起こらなくなる。しかも、製造に際
して配向分割などの措置は必要なく、開口率の低下や工
程増などの憂いは解消される。
ルト角αavを、θo ＜αav＜90−θ o （単位：deg.）の
範囲とする。θo は液晶層の屈折角であり、式：θo ＝
arcsin｛（ｎi ／ｎLC）×sin Θi ｝で表される。ここ
で、ｎi ：空気の屈折率、ｎ LC：液晶層の屈折率（＝
（ｎ1 ＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折
率、ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最
大入射角である。設計最大入射角Θi は、階調反転を起
こさせたくない視野角範囲の上限値であり、設計者によ
り適宜決定される。例えば、Θi ＝60°、ｎLC＝1.7 の
場合、θo ≒30°となるから、ＬＣＤは、動作時に液晶
層のαavが30°＜αav＜60°の範囲から外れないように
設計される。こうすることにより、前記したように、ｄ
RetLC／ｄα（；θi ≠０）＜０が、θi ≦Θi の範囲
において満足され、図５に示したように、広い視角範囲
で階調反転のないＬＣＤとすることができる。したがっ
て、階調反転を起こさせたくない視野角範囲において、
望み通り階調反転が起こらなくなる。しかも、製造に際
して配向分割などの措置は必要なく、開口率の低下や工
程増などの憂いは解消される。
【００１８】次に、本発明（２）では、例えば図10
（ａ）に示すような、液晶層２を支持体３、３で挟んで
なる液晶パネル４の片側（例えば観察者側）に補償フィ
ルム５が配置されその外側に偏光板６を有する液晶ディ
スプレイ（補償フィルムが配置されない側の外側にもう
１つの偏光板６を有するものも含まれる）、または、例
えば図10（ｂ）に示すような、液晶層２を支持体３、３
で挟んでなる液晶パネル４の両側（観察者側および反観
察者側）に補償フィルム５、５が配置されその外側に偏
光板６、６を有する液晶ディスプレイにおいて、補償フ
ィルムを液晶層の光学特性に応じて最適化したＬＣＤが
提供される。
（ａ）に示すような、液晶層２を支持体３、３で挟んで
なる液晶パネル４の片側（例えば観察者側）に補償フィ
ルム５が配置されその外側に偏光板６を有する液晶ディ
スプレイ（補償フィルムが配置されない側の外側にもう
１つの偏光板６を有するものも含まれる）、または、例
えば図10（ｂ）に示すような、液晶層２を支持体３、３
で挟んでなる液晶パネル４の両側（観察者側および反観
察者側）に補償フィルム５、５が配置されその外側に偏
光板６、６を有する液晶ディスプレイにおいて、補償フ
ィルムを液晶層の光学特性に応じて最適化したＬＣＤが
提供される。
【００１９】本発明（２）では、液晶層が、液晶分子長
軸方向の屈折率ａ、液晶分子短軸方向の屈折率ｂを有
し、かつ、図７に示すように、仮想的にＮ（Ｎ≧１）層
に分割され、その第ｊ層が、厚さｄj 、ティルト角
αj 、方位φj を有する、均一に配向した微小液晶層７
からなるもので近似される（すなわち、液晶層２が均一
に配向した層数Ｎ（Ｎ≧１）の微小液晶層７の積層で近
似的に表され、該積層内の第ｊ層が、液晶分子長軸方向
の屈折率ａ、液晶分子短軸方向の屈折率ｂ、厚さｄj、
ティルト角αj 、方位φj を有する）ものとする。ここ
で、「均一に配向した」とは、各微小液晶層（第ｊ層；
ｊ＝１，‥‥Ｎ）内でのティルト角αj 、方位φj の分
布がそれぞれ、平均値±15％以内の範囲に収まっている
ことを意味する。
軸方向の屈折率ａ、液晶分子短軸方向の屈折率ｂを有
し、かつ、図７に示すように、仮想的にＮ（Ｎ≧１）層
に分割され、その第ｊ層が、厚さｄj 、ティルト角
αj 、方位φj を有する、均一に配向した微小液晶層７
からなるもので近似される（すなわち、液晶層２が均一
に配向した層数Ｎ（Ｎ≧１）の微小液晶層７の積層で近
似的に表され、該積層内の第ｊ層が、液晶分子長軸方向
の屈折率ａ、液晶分子短軸方向の屈折率ｂ、厚さｄj、
ティルト角αj 、方位φj を有する）ものとする。ここ
で、「均一に配向した」とは、各微小液晶層（第ｊ層；
ｊ＝１，‥‥Ｎ）内でのティルト角αj 、方位φj の分
布がそれぞれ、平均値±15％以内の範囲に収まっている
ことを意味する。
【００２０】このとき、前記補償フィルムをＮ枚用い、
その第ｊ枚目には前記補償フィルム条件を満足せしめる
ものとする。なお、この補償フィルム条件で用いるパラ
メータＡ，Ｂ，Ｄj ，βj , Φj の定義を図８に示す。
そして、Ｎ枚の補償フィルムを液晶パネルの片側に配置
する場合は、図９ (ａ) に示すように、液晶層２の第１
層側に補償フィルム５の第１枚目を配置し、あるいはさ
らにその上に補償フィルム５の第２〜第Ｎ枚目を同順に
積層する。なお、補償フィルムを配置した側を観察者側
とする。
その第ｊ枚目には前記補償フィルム条件を満足せしめる
ものとする。なお、この補償フィルム条件で用いるパラ
メータＡ，Ｂ，Ｄj ，βj , Φj の定義を図８に示す。
そして、Ｎ枚の補償フィルムを液晶パネルの片側に配置
する場合は、図９ (ａ) に示すように、液晶層２の第１
層側に補償フィルム５の第１枚目を配置し、あるいはさ
らにその上に補償フィルム５の第２〜第Ｎ枚目を同順に
積層する。なお、補償フィルムを配置した側を観察者側
とする。
【００２１】また、Ｎ枚の補償フィルムを液晶パネルの
片側に配置する場合はＮ≧２であって、図９ (ｂ) に示
すように、液晶層２の第１層側に補償フィルム５の第１
枚目を配置し、あるいはさらにその上に補償フィルム５
の第２〜第Ｍ枚目（１＜Ｍ＜Ｎ）を昇順に積層し、かつ
液晶層２の第Ｎ層側に補償フィルム５の第Ｎ枚目を配置
し、あるいはさらにその上に補償フィルム５の第Ｎ−１
〜第Ｍ＋１枚目を降順に積層する。
片側に配置する場合はＮ≧２であって、図９ (ｂ) に示
すように、液晶層２の第１層側に補償フィルム５の第１
枚目を配置し、あるいはさらにその上に補償フィルム５
の第２〜第Ｍ枚目（１＜Ｍ＜Ｎ）を昇順に積層し、かつ
液晶層２の第Ｎ層側に補償フィルム５の第Ｎ枚目を配置
し、あるいはさらにその上に補償フィルム５の第Ｎ−１
〜第Ｍ＋１枚目を降順に積層する。
【００２２】これにより、各微小液晶層（第ｊ層）のリ
タデーション RetLCj とそれに符合する補償フィルム
（第ｊ枚目）のリタデーション RetFILMj とが、 ｜ RetLCj ＋ RetFILMj ｜≦Ｚ×｜ RetLCj ｜ （Ｚは、十分な黒輝度補償が得られる閾値で、0.03以下
の定数である。）なる関係を満足し、液晶層と補償フィ
ルム全体のリタデーションがほぼ RetLC＋RetFILM＝０
を満たすものとなって、広い視野角範囲で光漏れが小さ
いＬＣＤとすることができる。
タデーション RetLCj とそれに符合する補償フィルム
（第ｊ枚目）のリタデーション RetFILMj とが、 ｜ RetLCj ＋ RetFILMj ｜≦Ｚ×｜ RetLCj ｜ （Ｚは、十分な黒輝度補償が得られる閾値で、0.03以下
の定数である。）なる関係を満足し、液晶層と補償フィ
ルム全体のリタデーションがほぼ RetLC＋RetFILM＝０
を満たすものとなって、広い視野角範囲で光漏れが小さ
いＬＣＤとすることができる。
【００２３】なお、補償フィルム条件におけるＤj ，β
j , Φj の製造上の許容誤差範囲をそれぞれ表す
（Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 ）の値は、所望の黒輝度補償効果を
確保するために上記のように（20、20、20）とする必要
があるが、好ましくは（10、10、10）、より好ましくは
（５、５、５）、より一層好ましくは（１、１、１）で
ある。
j , Φj の製造上の許容誤差範囲をそれぞれ表す
（Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 ）の値は、所望の黒輝度補償効果を
確保するために上記のように（20、20、20）とする必要
があるが、好ましくは（10、10、10）、より好ましくは
（５、５、５）、より一層好ましくは（１、１、１）で
ある。
【００２４】次に、本発明（３）は、本発明（２）に係
る液晶層として本発明（１）に係る液晶層を用いたもの
であり、これにより、単純な構造でありながら、広い視
野角範囲で、階調反転がなくかつ光漏れが小さいＬＣＤ
とすることができる。図１は、本発明（３）に係るＬＣ
Ｄの１例を示す模式図である。この例は、平行配向液晶
セルで、Ｎ＝１とした例である。なお、この例は透過型
の場合で、液晶層２の両側の支持体３はＩＴＯ等の導電
膜及び配向処理を施した配向膜を有したガラス基板で構
成した。なお、反射型にする場合は、反観察者側の支持
体をミラー機能を有したガラス基板で構成し、同側の偏
光板を省略すればよい。
る液晶層として本発明（１）に係る液晶層を用いたもの
であり、これにより、単純な構造でありながら、広い視
野角範囲で、階調反転がなくかつ光漏れが小さいＬＣＤ
とすることができる。図１は、本発明（３）に係るＬＣ
Ｄの１例を示す模式図である。この例は、平行配向液晶
セルで、Ｎ＝１とした例である。なお、この例は透過型
の場合で、液晶層２の両側の支持体３はＩＴＯ等の導電
膜及び配向処理を施した配向膜を有したガラス基板で構
成した。なお、反射型にする場合は、反観察者側の支持
体をミラー機能を有したガラス基板で構成し、同側の偏
光板を省略すればよい。
【００２５】液晶層のティルト角αは、平均的なティル
ト角αavがθo ＜αav＜90−θo （単位：deg.）の範囲
を外れないように、電圧を印加することによって制御さ
れる。補償フィルムは、前記補償フィルム条件を満たす
ように設計されている。なお、本発明（１）〜（３）
は、平行配向液晶セルのみならず、垂直配向液晶セル、
ねじれ配向液晶セル、ハイブリッド配向液晶セルなど全
ての液晶セルに適用することができる。
ト角αavがθo ＜αav＜90−θo （単位：deg.）の範囲
を外れないように、電圧を印加することによって制御さ
れる。補償フィルムは、前記補償フィルム条件を満たす
ように設計されている。なお、本発明（１）〜（３）
は、平行配向液晶セルのみならず、垂直配向液晶セル、
ねじれ配向液晶セル、ハイブリッド配向液晶セルなど全
ての液晶セルに適用することができる。
【００２６】
【実施例】図１に示した構造の本発明例と比較例（平行
配向液晶セル）とで透過率の視角依存性を計算で求め、
両者を比較した。なお、本発明例において液晶層と補償
フィルムの条件設定に用いたパラメータの値は次のとお
りである（Ｎ＝１としているので、添字「j 」は省
略）。
配向液晶セル）とで透過率の視角依存性を計算で求め、
両者を比較した。なお、本発明例において液晶層と補償
フィルムの条件設定に用いたパラメータの値は次のとお
りである（Ｎ＝１としているので、添字「j 」は省
略）。
【００２７】〔液晶層：〕 ｎi ＝１、ｎ1 ＝ａ＝1.4
9、ｎ2 ＝ｂ＝1.58、Θi ＝60°、（θo ＝35°）、ｄ
＝８μm 、α＝αav＝35°（暗状態時）、φ＝０° 〔補償フィルム：〕 Ａ＝1.6 、Ｂ＝1.5 、Ｄ＝7.46μ
m 、β＝38°、Φ＝０° また、比較例では、液晶層は、上記〔液晶層：〕の設定
値においてα＝αav＝90°（暗状態時）、およびｄ＝３
μm と変えた以外は本発明例と同じにし、補償フィルム
は無しとした。
9、ｎ2 ＝ｂ＝1.58、Θi ＝60°、（θo ＝35°）、ｄ
＝８μm 、α＝αav＝35°（暗状態時）、φ＝０° 〔補償フィルム：〕 Ａ＝1.6 、Ｂ＝1.5 、Ｄ＝7.46μ
m 、β＝38°、Φ＝０° また、比較例では、液晶層は、上記〔液晶層：〕の設定
値においてα＝αav＝90°（暗状態時）、およびｄ＝３
μm と変えた以外は本発明例と同じにし、補償フィルム
は無しとした。
【００２８】その結果を図６に示す。この図は、ラビン
グ方向に対するものである。（ｂ）の比較例では視角20
°付近で階調反転が生じているのに対し、（ａ）の本発
明例では、階調反転は生じておらず、また、黒輝度（：
階調レベル<1> に対応) の変化もほとんどないことがわ
かる。なお、ここでは傾斜均一配向状態として計算した
が、電圧印加状態とした場合でも同様の結果が得られる
ことを確認している。
グ方向に対するものである。（ｂ）の比較例では視角20
°付近で階調反転が生じているのに対し、（ａ）の本発
明例では、階調反転は生じておらず、また、黒輝度（：
階調レベル<1> に対応) の変化もほとんどないことがわ
かる。なお、ここでは傾斜均一配向状態として計算した
が、電圧印加状態とした場合でも同様の結果が得られる
ことを確認している。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、理論的検討結果に基づ
いて液晶層、補償フィルムのいずれか一方または両方を
最適化したので、非常に簡素な構造でありながら、階調
反転を起こさない広視野角特性、黒表示での光漏れが極
めて小さい広視野角特性のいずれか一方または両方を確
保しうる液晶ディスプレイが実現するという優れた効果
を奏する。
いて液晶層、補償フィルムのいずれか一方または両方を
最適化したので、非常に簡素な構造でありながら、階調
反転を起こさない広視野角特性、黒表示での光漏れが極
めて小さい広視野角特性のいずれか一方または両方を確
保しうる液晶ディスプレイが実現するという優れた効果
を奏する。
【図１】本発明のＬＣＤの構造の１例を示す模式図であ
る。
る。
【図２】平行配向セルの構造を示す模式図（ａ：実際
的、ｂ：簡略化）である。
的、ｂ：簡略化）である。
【図３】平行配向セルのリタデーションの視角特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】液晶層の斜め観察状態を示す模式図である。
【図５】階調反転のないリタデーションの視角特性の例
（光学補償なしの場合）を示すグラフである。
（光学補償なしの場合）を示すグラフである。
【図６】本発明例（ａ）と比較例（ｂ）とでＬＣＤの透
過率の視角依存性を比較して示すグラフである。
過率の視角依存性を比較して示すグラフである。
【図７】均一に配向した微小液相層の積層で液晶層を近
似する概念を示す説明図である。
似する概念を示す説明図である。
【図８】補償フィルムのＡ，Ｂ，Ｄj ，βj , Φj の定
義を示す説明図である。
義を示す説明図である。
【図９】本発明に係る補償フィルム配置状態を示す説明
図である。
図である。
【図10】本発明が適用されるＬＣＤの例を示す説明図
で、（ａ）は液晶パネルの片側に補償フィルムを配置し
た例、（ｂ）は液晶パネルの両側に補償フィルムを配置
した例である。
で、（ａ）は液晶パネルの片側に補償フィルムを配置し
た例、（ｂ）は液晶パネルの両側に補償フィルムを配置
した例である。
１ 液晶分子
２ 液晶層
３ 支持体
４ 液晶パネル
５ 補償フィルム
６ 偏光板
７ 微小液晶層
20 液晶層ダイレクタ方向
21 微小液相層ダイレクタ方向
22 光軸
23 屈折率楕円体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 宮下 哲哉
宮城県仙台市太白区八木山南１−９−23
松屋南八木山207
Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA06 BA42 BB03 BC22
2H090 HD11 KA04 LA06 MA01 MA02
MA03 MA11 MB01
2H091 FA11X FA11Z FD06 FD15
GA06 HA06 LA17 LA19
Claims (3)
- 【請求項１】 液晶層を支持体で挟んでなる液晶パネル
を有する液晶ディスプレイにおいて、前記液晶層の平均
的なティルト角αavを下記式で表される同液晶層の屈折
角θo （単位：deg.）に対し、θo ＜αav＜90−θo の
範囲としてなることを特徴とする液晶ディスプレイ。 記 θo ＝arcsin｛（ｎi ／ｎLC）×sin Θi ｝ ｎi ：空気の屈折率、ｎLC：液晶層の屈折率（＝（ｎ1
＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折率、
ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最大入
射角 - 【請求項２】 液晶層を支持体で挟んでなる液晶パネル
の片側または両側に補償フィルムが配置されその外側に
偏光板を有する液晶ディスプレイにおいて、前記液晶層
が均一に配向した層数Ｎ（Ｎ≧１）の微小液晶層の積層
で表され、該積層内の第ｊ層が、液晶分子長軸方向の屈
折率ａ、液晶分子短軸方向の屈折率ｂ、厚さｄj 、ティ
ルト角αj 、方位φj を有するとき、前記補償フィルム
をＮ枚用い、その第ｊ枚目が下記条件を満足し、前記片
側配置では、前記液晶層の第１層側に補償フィルムの第
１枚目を配置しあるいはさらにその上に第２〜第Ｎ枚目
を同順に積層し、前記両側配置ではＮ≧２であって、前
記液晶層の第１層側に補償フィルムの第１枚目を配置し
あるいはさらにその上に第２〜第Ｍ枚目（１＜Ｍ＜Ｎ）
を昇順に積層し、かつ前記液晶層の第Ｎ層側に補償フィ
ルムの第Ｎ枚目を配置しあるいはさらにその上に第Ｎ−
１〜第Ｍ＋１枚目を降順に積層してなることを特徴とす
る液晶ディスプレイ。 記 常光屈折率（光軸に垂直な方向の屈折率）：Ａ 異常光屈折率（光軸方向の屈折率）：Ｂ（ただしＡ＞
Ｂ） 厚さ：Ｄj ＝式(#1)の値の±Ｋ1 ％以内の範囲 式(#1)：ａ×（ｂ−ｇ）／ｇ／（Ａ−Ｐ）×ｄj 光軸のティルト角：βj ＝式(#2)の値の±Ｋ2 ％以内の
範囲 式(#2)：arccos√｛Ａ2 ×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／Ｐ2 ／（Ｂ
2 −Ａ2 ）｝ 光軸の方位：Φj ＝φj の±Ｋ3 ％以内の範囲 ただし、ｇ2 ＝ａ2 ×cos2αj ＋ｂ2 ×sin2αj Ｐ：次式で表される方程式の解 （Ａ＋Ｂ）×（Ｂ2 −Ｐ2 ）／（Ａ−Ｐ）＝Ａ2 ×Ｂ2
×（ｇ＋ｂ）×（ｇ2−ａ2 ）／ａ2 ／ｇ2 ／（ｇ−
ｂ） Ｋ1 ＝20、Ｋ2 ＝20、Ｋ3 ＝20 - 【請求項３】 前記液晶層の平均的なティルト角αavを
下記式で表される同液晶層の屈折角θo （単位：deg.）
に対し、θo ＜αav＜90−θo の範囲としてなることを
特徴とする請求項２記載の液晶ディスプレイ。 記 θo ＝arcsin｛（ｎi ／ｎLC）×sin Θi ｝ ｎi ：空気の屈折率、ｎLC：液晶層の屈折率（＝（ｎ1
＋ｎ2 ）／２、ｎ1 ：液晶分子長軸方向の屈折率、
ｎ2 ：液晶分子短軸方向の屈折率）、Θi ：設計最大入
射角
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002231282A JP2003167254A (ja) | 2001-09-23 | 2002-08-08 | 液晶ディスプレイ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001331718 | 2001-09-23 | ||
| JP2001-331718 | 2001-09-23 | ||
| JP2002231282A JP2003167254A (ja) | 2001-09-23 | 2002-08-08 | 液晶ディスプレイ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007214030A Division JP2008020929A (ja) | 2001-09-23 | 2007-08-20 | 液晶ディスプレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003167254A true JP2003167254A (ja) | 2003-06-13 |
Family
ID=26624185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002231282A Pending JP2003167254A (ja) | 2001-09-23 | 2002-08-08 | 液晶ディスプレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003167254A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100915487B1 (ko) * | 2007-03-14 | 2009-09-03 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 액정 표시 장치 |
-
2002
- 2002-08-08 JP JP2002231282A patent/JP2003167254A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100915487B1 (ko) * | 2007-03-14 | 2009-09-03 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 액정 표시 장치 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
| A521 | Written amendment |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A02 | Decision of refusal |
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