JP2005196117A - 補償フィルム、補償フィルムの製造方法およびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より広い視野角を確保することができる補償フィルム、補償フィルムの製造方法およびこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、多層構造のコーティング型コレステリック液晶層からなる補償フィルムを形成することで、視野角による光の遅延差をなくし、より広い視野角を確保することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、より広い視野角を確保することができる補償フィルム、補償フィルムの製造方法およびこれを用いた液晶表示装置に関する。

近年、情報化社会への急速な発展によって、薄型化、軽量化、低消費電力化などの優れた特性を有するフラットな表示装置（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ）の必要性が台頭してきている。

フラットパネル表示装置の１つである液晶表示装置（ＬＣＤ）は、陰極線管（ＣＲＴ）に比べて視認性が優れており、画面の大きさが同じＣＲＴに比べて平均消費電力および発熱量が少ないため、プラズマディスプレイ装置（ＰＤＰ）、電界放出表示装置（ＦＥＤ）と共に携帯電話、コンピュータ用モニタまたはテレビなどに適用され、次世代表示装置として脚光を浴びている。

液晶表示装置は、電界生成電極がそれぞれ形成されている２つの基板を互いに向かい合うように配置し、２つの基板の間に液晶物質を注入した後、各電界生成電極に印加された所定の電圧で生成された電界に従って液晶分子を制御することで光透過率を調節して画像を表現する装置である。

一般に、液晶分子は、異方性を有して配列され、液晶分子からなる液晶セルやフィルムの異方性が液晶分子の分布程度および基板に対するチルトアングルの分布程度により変化する性質を持っている。従って、かかる液晶の特性は、液晶セルやフィルムを見る角度により光の偏光性を変化させる重要な要因となる。
従って、液晶表示装置は、かかる液晶分子の固有特性により液晶表示パネルの駆動時、上下左右の視野角によって輝度およびコントラスト比が変わってしまい、これによって、均一な輝度およびコントラスト比が得られなくなるという問題点がある。

かかる問題点を解決するため、液晶セルが有する視野角による異方性分布を補償する補償フィルムが提案されている。

通常、補償フィルムは、高分子フィルムにより透過光に対する位相差が変化し、補償フィルムが一定の方向に伸長することで、分子の異方性誘導により複屈折性を有するようになる。
具体的には、例えば、ノーマリブラックモードを有するＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶表示装置に外部電場が印加された時、液晶分子は、電場に反応して配列し、次の式により光透過が発生する。
Ｉ＝Ｉｏ ｓｉｎ^２［θ（１＋ｕ^２）１／２］、
ｕ＝πＲ／θλ、
Ｒ＝△ｎ・ｄ
ここで、Ｉは、透過光の強度、Ｉｏは、入射光の光度、△ｎは、複屈折率、ｄは、液晶セルの厚さ、λは、透過光の波長、θは、ＴＮ液晶のずれ角、Ｒは、位相差を示す。

即ち、光が液晶に対して垂直に通過する時および斜めに通過する時において、各位相差の値が互いに異なるようになり、これによって、視野角による透過光の特性が変わる。
従って、前記液晶を通過する光が感じる複屈折値（△ｎ・ｄ）は、光が進む方向の垂直な平面内における屈折率の差異値と、光が通過する媒質の厚さの倍で表現される。

かかる液晶の位相差を補償するために、前記液晶の複屈折値（ｄ＊（ｎｅ−ｎｏ））とほぼ同じ複屈折値を持って負の位相値（ｎｅ−ｎｏ）を有するように構成された液晶層で形成した補償フィルムを使用すると、視野角が補償可能となる。
従って、液晶内部で光の位相変化を、位相差補償のために液晶基板と偏光板との間に設ける補償フィルムから反対方向に補償することにより、視野角の問題を解決することができる。このとき、補償フィルムとしては、一軸性（ｕｎｉａｘｉａｌ）または二軸性（ｂｉａｘｉａｌ）のものが使用される。

図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）は、位相差補償フィルムの屈折率異方性楕円体を示す図である。

図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）に示されたように、一軸性と二軸性は、直交座標系のｘ、ｙ、ｚ方向における屈折率をそれぞれ、ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとする時、ｎｘとｎｙとが同一であるか、によって決定される。
即ち、図１（Ａ）に示されたように、２方向（ｘ方向およびｙ方向）の屈折率が同一で、その大きさが残りの１方向（ｘ方向）と異なっている場合を一軸性と呼ぶ。また、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示されたように、３方向（ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向）のいずれも異なる大きさの屈折率を有する場合を二軸性と呼ぶ。

汎用されている一軸性屈折率異方体を用いた位相差補償フィルムは、楕円体の長軸がフィルム表面に平行または垂直となるように配列されている。

図２は、従来の補償フィルムを備えた液晶表示装置の構造を概略的に示す図である。

図２に示すように、従来の液晶表示装置は、上板１１と下板１２とが所定距離隔てて、その間に液晶層１０が注入されてなる液晶パネル１と、前記液晶パネル１の上・下板１１、１２の外部面にそれぞれ貼り付けられた第１および第２の補償フィルム１３、１４と、前記補償フィルム１３、１４上に互いに垂直な光透過軸を有するように取り付けられた第１および第２の偏光板１５、１６とを備える。
このとき、前記補償フィルム１３、１４は、液晶セルとは、できるだけ逆方向の異方性分布を有することで、液晶セルと共に使用する時、視野角による光の遅延差を除去することができる。

図３は、図２に示された補償フィルムの構造を概略的に示す図である。
図３に示されたように、補償フィルムは、２つの基板１８、１９の間にディスコチック液晶１７が連続してチルト角を変化させるように配列されることで、屈折率異方性を有するようになる。このとき、前記ディスコチック液晶１３は、スプレイ配向させて形成することができる。

しかし、従来の液晶表示装置における補償フィルムでは、ディスコチック液晶が互いに異なる連続したチルト角を有するようにすることが難しく、より広い視野角の確保に限界があった。

本発明の目的は、より広い視野角を確保することができる多層構造のコーティング型コレステリック液晶層からなる補償フィルム、補償フィルムの製造方法およびこれを用いた液晶表示装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の好適な第１の実施例によれば、本発明の補償フィルムは、基板上にて形成された複数の配向膜と、前記各配向膜上にコレステリック液晶がコーティングされてなる複数の液晶層とを含む。

前記コレステリック液晶層は、少なくとも３層以上の多層構造として形成することが好ましい。

本発明の好適な第２の実施例によれば、本発明の補償フィルムの製造方法は、ａ）基板上に光配向膜を印刷、硬化および配向処理するステップと、ｂ）前記配向処理された光配向膜上にコレステリック液晶層をコーティングし、硬化させるステップと、ｃ）多層構造のコレステリック液晶層を有するように前記ａ）およびｂ）ステップを繰り返して行うステップとを含む。
ここで、前記多層構造のコレステリック液晶層は、互いに異なる連続したチルト角を有するようにコーティングされて形成されることができる。

本発明の好適な第３の実施例によれば、本発明の液晶表示装置は、ゲートラインとデータラインとで画素領域が定義され、薄膜トランジスタがマトリックス状に配列された下板と、前記下板に対応し、色を表現する多数のカラーフィルタパターンからなるカラーフィルタを有する上板と、前記下板と前記上板との間の間隙に液晶が充填された液晶層と、前記下板および前記上板の各外部面に多層構造のコレステリック液晶層がコーティングされてなる第１および第２の補償フィルムと、前記下板および前記上板の各外部面に互いに垂直な光透過軸を有するように取り付けられた第１および第２の偏光板とを含む。
ここで、前記第１および第２の補償フィルムは、ネガティブＣ−プレートで形成されることが好ましい。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を説明する。

図４は、本発明の一実施例に係る補償フィルムを備えた液晶表示装置の構造を概略的に示す図である。

図４に示すように、ゲートラインとデータラインとで画素領域が定義され、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がマトリックス状に配列された下板４２と、前記下板４２に対応し、色を表現する多数のカラーフィルタパターンからなるカラーフィルタを有する上板４１と、前記下板４２と前記上板４１との間の間隙に液晶が充填された液晶層３０と、前記下板４２と前記上板４１の各外部面に多層構造のコレステリック液晶層がコーティングされてなる第１および第２の補償フィルム４３、４４と、前記下板４２および前記上板４１の各外部面に互いに垂直な光透過軸を有するように取り付けられた第１および第２の偏光板４５、４６とを備える。

前記下板４２は、図４には示されていないが、前記ゲートラインとデータラインとの交差点にスイッチング素子として動作する薄膜トランジスタが形成され、前記薄膜トランジスタのドレイン電極に連結された正方形の画素電極がゲートラインとデータラインとにより定義された画素領域上に形成される。
ここで、前記下板４２に形成される薄膜トランジスタとしては、活性層である半導体層の結晶状態によって格子の周期性を有しない水素を含むアモルファスシリコン型薄膜トランジスタまたは多結晶固体であるポリシリコンからなるポリシリコン型薄膜トランジスタが使用されることができる。

また、前記上板４１には、例えば、ＴＮモードの場合、前記画素電極を除いた領域で光が透過するのを遮断するため透明基板上にブラックマトリックス（ＢＭ）が形成され、前記ブラックマトリックス上に色相を表現するための赤、緑、青のカラーフィルタパターンが形成され、前記カラーフィルタパターン上に共通電極が形成される。

前記液晶層３０に適用される液晶モードとしては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードなどが使用できる。

図５は、図４に示されたコレステリック液晶を用いた補償フィルムの構造を概略的に示す図である。

図５に示すように、前記補償フィルム４３、４４は、基板５１と、前記基板５１上に第１のチルト角を有して形成された第１の配向膜５２と、前記第１の配向膜５２上にコレステリック液晶がコーティングされて形成された第１の液晶層５３と、前記第１の液晶層５３上に第２のチルト角を有して形成された第２の配向膜５４と、前記第２の配向膜５４上にコレステリック液晶がコーティングされて形成された第２の液晶層５５と、前記第２の液晶層５５上に第３のチルト角を有して形成された第３の配向膜５６と、前記第３の配向膜５６上にコレステリック液晶がコーティングされて形成された第３の液晶層５７とを備える。

このとき、前記コレステリック液晶でコーティングされて形成された液晶層５３、５５、５７は、少なくとも３層以上の多層構造とすることができ、各液晶層は、層別に互いに異なったチルト角を有する配向膜が形成されている。なお、多層構造を有する液晶層５３、５５、５７が互いに異なるチルト角を有することで、連続したチルト角の変化が可能となる。

なお、前記補償フィルム４３、４４は、前記液晶層３０のポジティブ複屈折率を補償するため、ネガティブの複屈折および傾斜した光透過軸を有する必要がある。

前記コレステリック液晶は、入射された光をヘリカルピッチによって特定の波長のみを反射させる選択反射特性を有し、このとき、液晶の回転方向に従って反射される光の偏光状態も決定される。例えば、液晶分子が回転軸に沿って反時計方向に回転しながら捩じれた構造（即ち、ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する場合は、左円偏光された光のみを反射するようになる。

従って、本発明では、前記コレステリック液晶が可視光線領域で位相変化が発生するようにピッチを調節することで、ディスコチック液晶のような効果が得られるようにする。

図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）は、本発明の一実施例に係る補償フィルムの製造方法の順序を示す図である。

図６（Ａ）に示されたように、先ず、透明基板５１上に液晶分子を特定の方向に配向させるため光配向膜５２と称される有機高分子物質を塗布し、６０〜８０℃程度の温度で溶媒を蒸発させて整列した後、８０〜２００℃程度の温度で硬化させる。なお、前記光配向膜を構成する材料としては、ポリイミド系の有機物質が挙げられる。

また、前記光配向膜５２上に非偏光紫外線またはイオンビームを照射して光配向膜を配向処理する。特に、光配向膜の配向方向を任意に調節して製造された補償フィルムの光軸をフィルムの進行方向に対して任意の角を有するようにする。また、前記配向膜を配向処理する方式として、ラビング方式が使用されることもある。

次いで、図６（Ｂ）に示されたように、前記配向処理された光配向膜５２上にコート可能なリターダ（ｃｏａｔａｂｌｅ ｒｅｔａｒｄｅｒ）を形成するコレステリック液晶層５３をコーティングする。

具体的には、前記コレステリック液晶層５３は、ローラーを用いたロールコート方式で形成することができるが、表面をフラットにしてコレステリック液晶層５３が均一な厚さを有するようにする。

また、前記コーティングされたコレステリック液晶層５３は、非偏光紫外線またはイオンビームを用いて硬化させ、フィルムに固着化させる。
このとき、前記コレステリック液晶層５３の厚さを調節し、紫外線（ＵＶ）のような光を照射することでコレステリック液晶層のピッチを決定することが可能となる。

次いで、図６（Ｃ）に示されたように、前述のように形成されたコレステリック液晶層５３上には、チルト角が異なる光配向膜５４、５６とコレステリック液晶層５５、５７をさらに形成する。
このとき、前記チルト角が異なるコレステリック液晶層５５、５７は、図６（Ａ）および図６（Ｂ）の過程を繰り返して形成することができる。

従って、前記コレステリック液晶層５３、５５、５７を互いに異なる連続したチルト角を有する多層構造にすることで、ネガティブＣ−プレートを完成することが可能となる。

また、前記コレステリック液晶層５３、５５、５７上には、連続したチルト角を有する光配向膜とコレステリック液晶層をさらに形成することができる。換言すれば、コレステリック液晶層は、必要に応じて少なくとも３層以上に形成することができる。

なお、前記コレステリック液晶層５３、５５、５７が、ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｓｏｇｅｎ特性を有する場合は、別の配向膜を形成することなく、直接コレステリック液晶層にチルト角を決定することが可能となる。

従って、本発明に係る補償フィルムは、液晶層の液晶セルとは、できるだけ逆の異方性分布を有することで、液晶セルと共に使用する時、視野角による光の遅延差を無くし、より広い視野角を確保することができる。

以上のように本発明によれば、多層構造のコーティング型コレステリック液晶層からなる補償フィルムで視野角による光の遅延差をなくすことで、より広い視野角を確保することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施例について説明してきたが、本発明の保護範囲は、前述の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明は、補償フィルム、補償フィルムの製造方法およびこれを用いた液晶表示装置に適用され、より広い視野角の確保を可能とする。

（Ａ）乃至（Ｃ）は、位相差補償フィルムの屈折率異方性楕円体を示す図である。 従来の補償フィルムを備えた液晶表示装置の構造を概略的に示す図である。 図２に示された補償フィルムの構造を概略的に示す図である。 本発明の一実施例に係る補償フィルムを備えた液晶表示装置の構造を概略的に示す図である。 図４に示されたコレステリック液晶を用いた補償フィルムの構造を概略的に示す図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施例に係る補償フィルムの製造方法の順序を示す図である。

符号の説明

４１ 上板
４２ 下板
４３ 第１の補償フィルム
４４ 第２の補償フィルム
４５ 第１の偏光板
４６ 第２の偏光板
５２ 第１の配向膜
５３ 第１の液晶層
５４ 第２の配向膜
５５ 第２の液晶層
５６ 第３の配向膜
５７ 第３の液晶層

Claims (21)

1. 基板上に形成された、互いに異なるチルト角を有する複数の配向膜と、
   前記各配向膜上にコレステリック液晶がコーティングされてなる複数の液晶層と
   を含むことを特徴とする液晶表示装置用補償フィルム。
2. 前記コレステリック液晶層は、少なくとも３層以上の多層構造であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用補償フィルム。
3. ａ）基板上に光配向膜を印刷、硬化および配向処理するステップと、
   ｂ）前記配向処理された光配向膜上にコレステリック液晶層をコーティングし、前記コレステリック液晶層を硬化させるステップと、
   ｃ）多層構造のコレステリック液晶層を提供するため、前記ａ）およびｂ）ステップを繰り返して行うステップと
   を含むことを特徴とする液晶表示装置用補償フィルムの製造方法。
4. 前記多層構造のコレステリック液晶層は、互いに異なる連続したチルト角を有するようにコーティングされてなることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置用補償フィルムの製造方法。
5. 前記光配向膜の配向処理は、非偏光紫外線およびイオンビームの少なくとも１つを照射して行われることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置用補償フィルムの製造方法。
6. ゲートラインとデータラインとで画素領域が定義され、薄膜トランジスタがマトリックス状に配列された下板と、
   前記下板に対応し、色を表現する多数のカラーフィルタパターンからなるカラーフィルタを有する上板と、
   前記下板と前記上板との間の間隙に液晶が充填された液晶層と、
   前記下板と前記上板の各外部面に多層構造のコレステリック液晶層がコーティングされてなる第１および第２の補償フィルムと、
   前記下板および前記上板の各外部面に互いに垂直な光透過軸を有するように取り付けられた第１および第２の偏光板と
   を含むことを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記第１および第２の補償フィルムは、ネガティブＣ−プレートで形成されることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１および第２の補償フィルムは、互いに異なる連続したチルト角を有する多数のコレステリック液晶層がコーティングされてなることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶層の液晶としては、ＴＮモード、ＯＣＢモード、ＶＡモード、ＩＰＳモードおよびＥＣＢモードのうちの少なくとも１つが使用されることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
10. 基板上の第１の配向膜と、
    前記第１の配向膜上の第１の液晶層と、
    前記第１の液晶層上の第２の配向膜と、
    前記第２の配向膜上の第２の液晶層と
    を含むことを特徴とする光補償フィルム。
11. 前記液晶層は、コレステリック液晶層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光補償フィルム。
12. 前記第１の配向膜は、第１のプレチルト角を有し、前記第２の配向膜は、第２のプレチルト角を有し、前記第１のプレチルト角は、前記第２のプレチルト角と異なっていることを特徴とする請求項１０に記載の光補償フィルム。
13. 前記第２の液晶層上の第３の配向膜と、
    前記第３の配向膜上の第３の液晶層と
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光補償フィルム。
14. 前記液晶層は、コレステリック液晶層を含むことを特徴とする請求項１３に記載の光補償フィルム。
15. 前記第１の配向膜は、第１のプレチルト角を有し、前記第２の配向膜は、第２のプレチルト角を有し、前記第３の配向膜は、第３のプレチルト角を有し、前記第１のプレチルト角は、前記第２のプレチルト角と異なっており、前記第２のプレチルト角は、前記第３のプレチルト角と異なっていることを特徴とする請求項１３に記載の光補償フィルム。
16. 基板上に第１の配向膜を形成するステップと、
    前記第１の配向膜上に第１の液晶層を形成するステップと、
    前記第１の液晶層上に第２の配向膜を形成するステップと、
    前記第２の配向膜上に第２の液晶層を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする光補償フィルムの形成方法。
17. 前記液晶層は、コレステリック液晶層を含むことを特徴とする請求項１６に記載の光補償フィルムの形成方法。
18. 前記第１の配向膜は、第１のプレチルト角を有し、前記第２の配向膜は、第２のプレチルト角を有し、前記第１のプレチルト角は、前記第２のプレチルト角と異なっていることを特徴とする請求項１６に記載の光補償フィルムの形成方法。
19. 前記第２の液晶層上に第３の配向膜を形成するステップと、
    前記第３の配向膜上に第３の液晶層を形成するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１６に記載の光補償フィルムの形成方法。
20. 前記液晶層は、コレステリック液晶層を含むことを特徴とする請求項１９に記載の光補償フィルムの形成方法。
21. 前記第１の配向膜は、第１のプレチルト角を有し、前記第２の配向膜は、第２のプレチルト角を有し、前記第３の配向膜は、第３のプレチルト角を有し、前記第１のプレチルト角は、前記第２のプレチルト角と異なっており、前記第２のプレチルト角は、前記第３のプレチルト角と異なっていることを特徴とする請求項１９に記載の光補償フィルムの形成方法。

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