JP2005292825A

JP2005292825A - 超ねじれネマチック液晶の位相差補償の液晶構造

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Publication number: JP2005292825A
Application number: JP2005070217A
Authority: JP
Inventors: Pao-Chang Chen; 保彰陳; Jve-Jong Chen; 志忠陳; Hakuhei O; 伯萍王
Original assignee: Optimax Technology Corp
Current assignee: Optimax Technology Corp
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2005-10-20
Also published as: KR20050097457A; TW200533987A; TWI257014B; US20050219448A1

Abstract

【課題】液晶材料補償フィルムを利用して、二軸性補償の効果を達成する液晶構造を提供する。
【解決手段】第１の偏光フィルム２０２、第１の液晶材料補償フィルム２０４、メイン液晶層２１０、第２の液晶材料補償フィルム２１４および第２の偏光フィルム２１６を備える。入射された光線がメイン液晶層２１０を通過すると、メイン位相差が生じる。光線には、第１の液晶材料補償フィルム２０４を通過すると第１の補償位相差が生じ、第２の液晶材料補償フィルム２１４を通過すると第２の補償位相差が生じ、メイン位相差を補償して、二軸性補償の効果を得る。第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４は、ネマチック液晶からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶構造に関し、特に液晶材料補償フィルムを使用した液晶構造に関する。

最近の表示装置の発展において、液晶表示装置は、それが備える低電力消耗、小体積および低輻射といった長所により、市場において急速に発展している。液晶表示装置の種類において、超ねじれネマチック液晶（super twisted nematic：ＳＴＮ）は、代表的な液晶の一種であった。典型的な液晶表示装置には、バックライト源、後部偏光フィルム、液晶層および前部偏光フィルムが少なくとも含まれる。バックライト源から出射された直線偏光である光線は、後部偏光フィルムおよび液晶層を順次通過した後に、液晶分子の複屈折特性により、液晶層を通過すると楕円偏光になり、位相差が生じる。また、位相差が生じると、異なる視野角で液晶表示装置を見たときに、異なる輝度および階調が生じる。そのため、この位相差を補償するために、光線を直線偏光にして前部偏光フィルムを通過させる補償フィルムを使用し、垂直方向の視野角を改善しなければならなかった。

従来、超ねじれネマチック液晶補償フィルムの材料には、ＰＣフィルム（polycarbonate film）および液晶フィルム（liquid crystal film）の二種類があった。図１Ａは、従来技術の液晶フィルムを補償フィルムにしたときの液晶構造を示す模式図である。図１Ａに示すように、光線は、第１の偏光フィルム１０２、メイン液晶層１０４、液晶フィルム１０６および第２の偏光フィルム１０８を順次通過する。ここで、液晶フィルム１０６を補償フィルムにして、メイン液晶層１０４を通過した光線の位相差を補償するが、この方式は、二軸性補償の効果が得られないことが欠点であった。一般に、メイン液晶層１０４のねじれ角が２４０〜２５０度の間で、位相差値が７８０〜８４０ｎｍの間のときに、この液晶フィルム１０６は、ねじれ角を１９０〜２４０度の間にして、位相差値を７８０〜８４０ｎｍの間にする必要があった。

図１Ｂは、従来技術のＰＣフィルムを補償フィルムにしたときの液晶構造を示す模式図である。図１Ｂに示すように、光線は、第１の偏光フィルム１１０、第１のＰＣフィルム１１２、メイン液晶層１１４、第２のＰＣフィルム１１６および第２の偏光フィルム１１８を順次通過する。第１のＰＣフィルム１１２および第２のＰＣフィルム１１６は、メイン液晶層１１４を通過する光線の位相差を補償する。第１のＰＣフィルム１１２および第２のＰＣフィルム１１６が一軸性位相差板であるときは一軸性補償といい、第１のＰＣフィルム１１２および第２のＰＣフィルム１１６が二軸性延伸位相差板であるときは二軸性補償という。

図１Ａに示される液晶フィルム補償方式と比較した場合、垂直方向の視野角において、二軸性補償は液晶フィルム補償よりも優れ、液晶フィルム補償は一軸性補償よりも優れている。液晶フィルム補償の長所は、液晶フィルムが、その他二種類の補償方式の補償フィルムと比べて薄いことにある。従って、二軸性補償が有する垂直方向視野角の長所と、液晶フィルムの薄さという長所を兼ね備える技術が非常に求められていた。

本発明の第一の目的は、液晶材料補償フィルムを利用して、二軸性補償の効果を得る液晶構造を提供することにある。
本発明の第二の目的は、ＰＣフィルムを補償フィルムにすることにより、従来の液晶構造よりも薄い補償フィルムを有する液晶構造を提供することにある。
本発明の第三の目的は、液晶フィルムを補償フィルムにする従来の液晶構造よりも、ねじれ角および位相差値が小さい液晶材料補償フィルムを有する液晶構造を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、超ねじれネマチック液晶素子の位相差を補償する液晶構造を提供する。この液晶構造は、第１の偏光フィルム、第１の液晶材料補償フィルム、メイン液晶層、第２の液晶材料補償フィルムおよび第２の偏光フィルムを少なくとも備える。

入射された光線は、第１の偏光フィルム、第１の液晶材料補償フィルム、メイン液晶層、第２の液晶材料補償フィルムおよび第２の偏光フィルムを順次通過する。また、この光線は、第１の偏光フィルムを通過すると第１の直線偏光となり、第２の偏光フィルムを通過すると第２の直線偏光となる。

光線には、メイン液晶層を通過するとメイン位相差が生じる。また、この光線には、第１の液晶材料補償フィルムを通過すると第１の補償位相差が生じ、第２の液晶材料補償フィルムを通過すると第２の補償位相差が生じ、メイン位相差を補償して、二軸性補償の効果を得る。

第１の液晶材料補償フィルムおよび第２の液晶材料補償フィルムは、ネマチック液晶からなる。第１の補償位相差は、２００〜４５０ｎｍの間であり、好適には３５０〜３８０ｎｍの間である。第２の補償位相差は、２００〜４５０ｎｍの間であり、好適には３５０〜３８０ｎｍの間である。第１の液晶材料補償フィルムおよび第２の液晶材料補償フィルムのそれぞれは、ねじれ角が０〜９０度の間である。

また、本発明は、超ねじれネマチック液晶素子の位相差を補償する方法を提供する。この方法には、次のステップが少なくとも含まれる。先ず、超ねじれネマチック液晶である液晶層を準備する。続いて、第１の液晶材料補償フィルムおよび第２の液晶材料補償フィルムのそれぞれを、液晶層の両側に設置する。

直線偏光が、第１の液晶材料補償フィルム、液晶層および第２の液晶材料補償フィルムを順次通過すると、光線に第１の補償位相差、メイン位相差および第２の補償位相差がそれぞれ生じる。第１の補償位相差および第２の補償位相差の使用によりメイン位相差を補償し、光線が第２の液晶材料補償フィルムを通過すると、もう一つの直線偏光になって、二軸性補償の効果を得ることができる。

本発明は下記の長所を有する。本発明の液晶構造は、液晶材料補償フィルムを利用して、二軸性補償の効果を得る。ＰＣフィルムを補償フィルムにする従来の液晶構造と比べた場合、液晶材料補償フィルムはＰＣフィルムよりも薄い。また、液晶材料補償フィルムの位相差は、３５０〜３８０ｎｍの間であり、ねじれ角は０〜９０度の間であるため、液晶フィルムを補償フィルムにする従来の液晶構造と比べた場合、本発明の液晶材料補償フィルムは、ねじれ角および位相差値が小さい。

図２は、本発明の好適な一実施形態による液晶構造を示す模式図である。図２に示すように、液晶構造２００は、第１の偏光フィルム２０２、第１の液晶材料補償フィルム２０４、第１の導電性ガラス２０６、カラーフィルタ２０８、メイン液晶層２１０、第２の導電性ガラス２１２、第２の液晶材料補償フィルム２１４および第２の偏光フィルム２１６を備える。そして、光線は、バックライトモジュール２１８から出射され、第１の偏光フィルム２０２、第１の液晶材料補償フィルム２０４、第１の導電性ガラス２０６、カラーフィルタ２０８、メイン液晶層２１０、第２の導電性ガラス２１２、第２の液晶材料補償フィルム２１４および第２の偏光フィルム２１６を順次通過する。第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４は、補償フィルム構造を形成する。光線が、カラーフィルタ２０８を通過すると、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の三色となる。

液晶構造２００は、超ねじれネマチック（super twisted nematic：ＳＴＮ）液晶素子の動作モードに属する。一般に、第２の導電性ガラス２１２と第１の導電性ガラス２０６との間の電圧差値により、液晶構造２００はブラックモードおよびホワイトモードを発生させる。電圧差値が０ボルトのとき、光線は第２の偏光フィルム２１６を透過して、ホワイトモードとなる。電圧差値が一定の値（例えば、３〜１０ボルトの間）のとき、光線は第２の偏光フィルム２１６で遮断されてブラックモードとなる。本実施形態は、ホワイトモードに対して、光線の位相差を補償する。

第１の偏光フィルム２０２は、一方向の直線偏光のみを通過させる。バックライトモジュール２１８から出射された光線が、第１の偏光フィルム２０２を通過すると、その光線は第１の直線偏光となる。光線がメイン液晶層２１０を通過すると、液晶分子の複屈折特性およびねじれ特性のため、光線にメイン位相差が生じ、光線は楕円偏光となる。光線は、第２の直線偏光でなければ、第２の偏光フィルム２１６を通過することができないため、補償フィルムによりこのメイン位相差を補償する必要があった。

図２に示すように、本実施形態では、第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４を利用してメイン位相差の補償を行う。第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４のそれぞれは、メイン液晶層２１０の両側に設置される。第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４は、ネマチック（nematic）液晶からなる。第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４の厚さは、１．８μｍ〜２．２μｍの間であることが好ましい。メイン液晶層２１０の液晶分子が左ツイストの場合、第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４の液晶分子は、右ツイストを採用して補償効果を得る。

光線には、第１の液晶材料補償フィルム２０４を通過すると第１の補償位相差が生じ、第２の液晶材料補償フィルム２１４を通過すると第２の補償位相差が生じる。第１の補償位相差および第２の補償位相差により、メイン位相差を補償し、光線を第２の直線偏光にして第２の偏光フィルム２１６を通過させる。

例えば、メイン液晶層２１０の位相差値が７８０ｎｍ〜８４０ｎｍの間であり、ねじれ角が２４０度〜２５０度の間のときに、第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４を選択して、第１の補償位相差および第２の補償位相差の値を２００ｎｍ〜４５０ｎｍの間にして、ねじれ角を０度〜９０度の間にすることにより、補償メイン位相差の機能を得る。第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４のねじれ角は、５０度〜７０度の間であることが好ましい。第１の補償位相差および第２の補償位相差の値は、３５０ｎｍ〜３８０ｎｍの間であることが好ましい。

上述の方式は二軸性補償の効果を得ることができる。図３は、立体座標図である。図２および図３に示すとおり、光線が伝送される方向はＺ方向である。Ｘ方向およびＹ方向は、液晶構造２００の各層の接線方向に平行である。上述の液晶構造２００、第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４は、ｎ_x＞ｎ_z＞ｎ_yの条件を満たす。ｎ_x、ｎ_zおよびｎ_yのそれぞれは、Ｘ方向、Ｚ方向およびＹ方向の光線の屈折率を示す。そのため、この構造により、第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４を使用して、二軸性補償の効果を得る。

従来、二軸性補償は、ＰＣフィルム（polycarbonate film）が材料である二軸性延伸位相差板を使用して達成されていた。一軸性補償と比べて、二軸性補償の長所は、垂直方向の視野角を向上させることができる点にあり、Ｎ_z＝（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）且つ、０＜Ｎ_z＜１のときに、第１の液晶材料補償フィルム２０４および第２の液晶材料補償フィルム２１４は、超ねじれネマチック（super twisted nematic：ＳＴＮ）液晶素子に適用される。上述の一軸性補償とは、ｎ_x＞ｎ_z＝ｎ_y条件下における一軸性位相差板の補償フィルムの補償効果を指す。

上述の液晶構造も、位相差補償方法に帰納させることができる。この方法には、少なくとも次のステップが含まれる。先ず、超ねじれネマチック液晶である液晶層を準備する。続いて、第１の液晶材料補償フィルムおよび第２の液晶材料補償フィルムのそれぞれを、この液晶層の両側へ設置する。

直線偏光が、第１の液晶材料補償フィルム、液晶層および第２の液晶材料補償フィルムを順次通過すると、この光線には、第１の補償位相差、メイン位相差および第２の補償位相差がそれぞれ生じる。第１の補償位相差および第２の補償位相差によりメイン位相差を補償して、光線が第２の液晶材料補償フィルムを通過して、もう一つの直線偏光になることにより、この光線は二軸性補償の効果を得ることができる。

この方法で使用される第１の液晶材料補償フィルムおよび第２の液晶材料補償フィルムの材料および条件制限は、前述の液晶構造と同じであるため、ここでは繰返して述べない。

本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術に熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

従来技術の液晶フィルムを補償フィルムにしたときの液晶構造を示す模式図である。従来技術のＰＣフィルムを補償フィルムにしたときの液晶構造を示す模式図である。本発明の好適な一実施形態による液晶構造を示す模式図である。本発明の好適な一実施形態に適用する立体座標図である。

符号の説明

２００液晶構造、２０２第１の偏光フィルム、２０４第１の液晶材料補償フィルム、２０６第１の導電性ガラス、２０８カラーフィルタ、２１０メイン液晶層、２１２第２の導電性ガラス、２１４第２の液晶材料補償フィルム、２１６第２の偏光フィルム、２１８バックライトモジュール

Claims

超ねじれネマチック液晶素子の位相差を補償する液晶構造であって、
第１の偏光フィルムと、第１の液晶材料補償フィルムと、メイン液晶層と、第２の液晶材料補償フィルムと、第２の偏光フィルムとを備え、
入射された光線は、前記第１の偏光フィルム、前記第１の液晶材料補償フィルム、前記メイン液晶層、前記第２の液晶材料補償フィルムおよび前記第２の偏光フィルムを順次通過し、
前記光線が、前記第１の偏光フィルムを通過すると第１の直線偏光となり、
前記光線が、前記第２の偏光フィルムを通過すると第２の直線偏光となり、
前記光線が、前記メイン液晶層を通過するとメイン位相差が生じ、
前記光線が、前記第１の液晶材料補償フィルムを通過すると第１の補償位相差が生じ、
前記光線が、前記第２の液晶材料補償フィルムを通過すると第２の補償位相差が生じ、
前記メイン位相差を補償して、前記第１の直線偏光を前記第２の直線偏光へ変換することにより二軸性補償の効果を得ることを特徴とする液晶構造。
前記第１の液晶材料補償フィルムおよび前記第２の液晶材料補償フィルムは、ネマチック液晶からなることを特徴とする請求項１記載の液晶構造。
前記第１の補償位相差および前記第２の補償位相差は、２００〜４５０ｎｍの間であることを特徴とする請求項１記載の液晶構造。
前記第１の補償位相差および前記第２の補償位相差は、３５０〜３８０ｎｍの間であることを特徴とする請求項３記載の液晶構造。
前記第１の液晶材料補償フィルムおよび前記第２の液晶材料補償フィルムのそれぞれは、ねじれ角が０〜９０度の間であることを特徴とする請求項１記載の液晶構造。