JP2005521920A - 補償フィルムを備えた液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】青色変異を最少化することができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに対向する２つの基板と２つの基板の間に注入され、正の誘電率異方性を有する液晶物質層からなる液晶表示板組立体を含む。また、液晶表示板組立体の外側面には、一対の偏光板が各々取り付けられており、液晶表示板組立体と偏光板の間には、各々波長が増加するに従って△ｎが増加する逆波長分散性（reverse wavelength dispersion）を有する陽性（positive）または陰性（negative）のａプレート補償フィルムと陰性のハイブリッドｃプレート補償フィルムが挟まれている。

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に補償フィルムを備えている液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、一般に、電界を生成する２種類の電極が備えられている２つの表示板とその間の液晶層を含む。２つの電界生成電極に電圧を印加すれば、２つの電極の電位差によって電界が誘起される。電界を変化させると、液晶分子の配列が変わり、これによって液晶層を通過する光の透過率が変化する。したがって、２つの電界生成電極の間の電圧を調節することによって画像を表示することができる。
この時、液晶は分子の長軸方向と短軸方向への屈折率が互いに異なる複屈折性を有する。この複屈折性のために、液晶表示装置を観察する位置によって入射光の屈折率に差が生じるので、線偏光した入射光が液晶層の互いに異なる経路を経て偏光に位相差が生じ、正面方向からずれた位置で観察した時の光透過率及び色特性が、正面方向から観察した時のそれと異なる。
したがって、液晶物質を用いる液晶表示装置において、視野角によってコントラスト比（contrast ratio）の変化、色相変異（color shift）、階調反転（gray inversion）などの現象が発生する。このような現象は、電圧無印加時における液晶分子の配列は、液晶分子の長軸が基板と平行な状態で螺旋形に捩じれた構造であり、電圧を印加したときは、液晶分子の長軸が電場の方向に沿って基板と垂直に配列されようとするねじれネマチック（twisted nematic）構造を有する液晶表示装置において特に著しい。
このような問題点を解決するために、液晶表示板組立体で生じる位相差を補償する方法として、位相差補償フィルム（retardation film or phase compensation film）を用いるねじれネマチック液晶表示装置の技術が開発された。これは、液晶内部における光の位相の変化を位相差フィルムで反対方向に補償することによって視野角問題を解決するものである。しかし、このような方法で位相差補償フィルムを用いて視野角特性を改善しても、ブラック状態表示時に依然として青色変異が発生する問題点が残る。
本発明の課題は、青色変異を最少化することができる液晶表示装置を提供することにある。
このような問題点を解決するために、本発明の１実施例では、液晶パネルの上部及び下部に、波長が増加するに従って△ｎが増加する逆波長分散性（reverse wavelength）を有する陽性（positive）または陰性（negative）のプレート補償フィルムを適切に組み合わせて配置する。
ここで、負の誘電率を有する化合物であり、円盤状（discotic）の分子構造を有する分子などの光軸が液晶層から離れていくほど基板の法線に対して順次に次第に小さい角度を有するように配列したハイブリッドCプレート補償フィルムを追加することもできる。
逆波長分散型ａプレート補償フィルム及び前記ハイブリッドｃプレート補償フィルムは、液晶表示板組立体の両側に各々取り付けることができ、液晶表示板組立体と偏光板の間に取り付けられている正波長分散性ａプレート補償フィルムをさらに含むことができる。
この時、逆波長分散性ａプレート補償フィルムは２軸性のものを利用することができ、逆波長分散性ａプレート補償フィルムは、|ny-nz|＜０．１×|nx-nz|の条件を有するものを用いることができる。
また、逆波長分散性ａプレート補償フィルムの遅延値は、５５０nmの光波長範囲では５nm〜４５nmであり、４００nmの光波長範囲では（０．４〜０．７）×（５５０nmの光波長範囲での遅延値）であり、６５０nmの光波長範囲では（１．１〜１．４）×（５５０nmの光波長範囲での遅延値）であることが好ましい。
このように本発明では、ねじれネマチック方式の液晶表示装置に逆波長分散性補償フィルムを用いることにより、広視野角を確保できると共に青色変異を最少に抑えることができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例に対して、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
図面を参考にして本発明の実施例による液晶表示装置について説明する。
図１a及び図１bは、本発明の１実施例による液晶表示装置を概略的に示したものである。ここで、図１aは本発明の１実施例による液晶表示装置の構造を概略的に示した断面図であり、図１bは本発明の１実施例による液晶表示装置を構成する液晶物質層の液晶分子及び補償フィルムの分子配列を示すものである。
本発明の１実施例による液晶表示装置の構造は、図１aに示すように、互いに対向する２つの基板１００、２００と２つの基板１００、２００の間に注入され、正の誘電率異方性を有する液晶物質層３００からなる液晶表示板組立体４００を含む。また、液晶表示板組立体４００の外側面には一対の偏光板５０１、５０２が取り付けられている。液晶表示板組立体４００と偏光板５０１、５０２の間には、各々陽性（positive）または陰性（negative）のａプレート補償フィルム６０１、６０２と陰性のハイブリッドｃプレート補償フィルム７０１、７０２が挟まれている。ａプレート補償フィルム６０１、６０２は、波長が増加するに従って△ｎが増加する逆波長分散性（reverse wavelength dispersion）を有する。この時、２つの基板１００、２００の間の間隔（d）である液晶セル間隔は、３．５〜４．５μmの範囲が好ましく、液晶物質層３００の遅延値（△n×d）は、０．３５〜０．４８μmの範囲が好ましい。
ここで、液晶表示板組立体４００の液晶分子４１０は、図１bのように、電圧無印加時には、液晶分子４１０の長軸が基板１００、２００と平行な状態で互いに異なる基板１００、２００に到るまで螺旋形に捩じれた状態である。図示されていないが、電圧を印加したときには、液晶分子４１０が陽性であるため、液晶分子４１０の長軸が電場の方向に沿って基板１００、２００と垂直に配列されるねじれネマチック（twisted nematic）構造を有する。
本発明の他の実施例によれば、液晶表示板組立体４００の液晶層３００は、負の誘電率異方性を有し、電圧無印加時には液晶分子の長軸が基板に対して垂直に配列される垂直配向構造を有する。この時、垂直配向構造の液晶表示装置の液晶セル間隔は、３．５〜４．０μmの範囲であることが好ましく、液晶物質層の遅延値は、０．２５〜０．３５μmの範囲であることが好ましい。
また、ハイブリッドcプレート補償フィルム７０１、７０２は、図１bのように、円盤状（discotic）の分子構造を有する分子７１０の光軸が液晶層から離れていくほど基板１００、２００の法線に対して順次に次第に小さい角度を有するように配列されている。
ここで、１軸性補償フィルムにおいて、屈折率が最も小さいか、最も大きい方向をx軸、x軸に垂直な平面上で互いに直交する２本の軸を各々y軸、z軸とし、それぞれの方向に該当する屈折率をnx、ny、nzとすれば、屈折率間の関係は、nx≠ny≒nzの時にnx方向が光軸の方向となる。
この時、ａプレート補償フィルムは、光軸が基板１００、２００の面に対して平行な方向になるように設計されたものを指し、ハイブリッドcプレート補償フィルムは、分子７１０の配列がハイブリッド構造を有するため、光軸が基板１００、２００の面に対して垂直方向になるように設計したcプレート補償フィルムと異なって、分子７１０の平均光軸方向が基板１００、２００の面に対して水平よりは垂直になるように設計されたものを指す。
ａプレート補償フィルム６０１、６０２のx軸、即ち、陽性の場合の屈折率が最も大きい軸（slow axis）、陰性の場合の屈折率が最も小さい軸は、隣接する偏光板５０１、５０２の透過軸と平行であるか、垂直をなすように配置されることが好ましく、液晶物質層３００で発生する位相差を補償して視野角を改善するために、ａプレート補償フィルム６０１、６０２を使用する際に、視野角を確保すると同時にブラック状態における青色階調の変異を解決しなければならないが、本発明では前述したように、波長が増加するに従って△ｎが増加する逆波長分散性ａプレート補償フィルム６０１、６０２を使用する。
この時、逆波長分散性補償フィルム６０１、６０２は、２軸性（biaxiality）であるものを用いることができ、その限界は|ny-nz|＜０．１×|nx-nz|であることが好ましい。
また、逆波長分散性ａプレート補償フィルム６０１、６０２の遅延（retardation）値は、約５５０nmの光波長範囲では５nm〜４５nmであり、約４００nmの光波長範囲では（０．４〜０．７）×（５５０nmの光波長範囲における遅延値）であり、約６５０nmの光波長範囲では（１．１〜１．４）×（５５０nmの光波長範囲における遅延値）であることが好ましい。
また、逆波長分散性ａプレート補償フィルム６０１、６０２とハイブリッドｃプレート補償フィルム７０１、７０２の順序は互いに入れ替えることもでき、２対の逆波長分散性ａプレート補償フィルム６０１、６０２とハイブリッドｃプレート補償フィルム７０１、７０２のうちの１対の代わりに通常の正波長分散性ａプレート補償フィルムを用いることもできる。
実験例１
実験例１では、互いに異なる補償フィルムを備えた液晶表示装置がブラック（black）状態を表示するときの上側視野角の変化による青色変異及び視野角特性に対し、セル間隔によって光学的シミュレーションで計算した。
図２a〜図２cは、液晶表示装置のブラック（black）状態表示時に、上側視野角の変化による青色変異を光学的シミュレーションにより計算した色座標である。図２aは通常、波長が増加するに従って△ｎが減少する正波長分散性の陽性ａプレート補償フィルムを使用する場合の色座標であり、図２bは本発明の実施例による逆波長分散性補償フィルムを使用する場合の色座標を示すものであり、図２cは約２μm程度のハイブリッドcプレート補償フィルムを使用する場合の色座標を示すものである。ここで、図２a及び図２bの場合には、約１．５μm程度の厚さを有するハイブリッドｃプレート補償フィルムを使用しており、図２cの場合は、ａプレートはなく、２μm程度のハイブリッドｃプレート補償フィルムのみを使用した。
ここで色座標は、ブラック状態表示時に視野角を正面０°から上側に８０°まで移動しながら５°間隔で測定した。また、液晶セル間隔（cell gap）を４．０〜４．７の範囲で変化させながら測定した。色座標におけるx及びyの値が０．２以下に減少することは青色変異が発生することを意味する。
図２a〜図２cのように、視野角が上側に大きくなるほど光漏れが増えてx及びyの値が減少したが、図２a及び図２cのように、通常の正波長分散性ａプレート補償フィルムを使用したり、厚いハイブリッドｃプレート補償フィルムを使用する場合には、x及びyの値が０．２以下に著しく減少して、青色変異がかなり発生することが分かり、図２bのように、逆波長分散性補償フィルムを使用する場合には、x及びyの値が０．２程度にまで減少して、青色変異がほとんど発生しないことが分かる。
以下、互いに異なる補償フィルムを使用する液晶表示装置におけるセル間隔による視野角特性を光学的シミュレーションによって計算した。
図３a〜図３cは液晶表示装置におけるセル間隔の変化による視野角特性を光学的シミュレーションによって計算したグラフである。図３aは通常の正波長分散性の陽性ａプレート補償フィルムを使用する場合の視野角特性であり、図３bは本発明の実施例による逆波長分散性補償フィルムを使用する場合の視野角特性である。図３cは約２μm程度のハイブリッドcプレート補償フィルムを使用する場合の視野角特性である。ここで、コントラスト比（contrast ratio）は１０：１の場合の視野角を測定した。
図３aのように、正波長分散性ａプレート補償フィルムを使用する場合は、４０〜５０度の範囲で低かったが、図３bのように、本発明の逆波長分散性補償フィルムを使用する場合は、液晶セルの間隔が大きくなるにつれて視野角が増加して、５０〜６０度の範囲で良好に測定された。一方、約２μm程度のハイブリッドｃプレート補償フィルムを使用する場合、図３cのように、上側では４５〜６０度の範囲で視野角が良好であったが、下側では４５〜５０度の範囲で視野角が低く測定された。ここで、３つの場合全て左側及び右側の視野角は８０度以上で良好であった。
実験例２
実験例２では、ａプレート補償フィルムの遅延値を様々に適用した液晶表示装置がホワイト（white）状態若しくはブラック（black）状態を表示する時に、上側視野角の変化による青色変異及び視野角特性を実際の液晶パネルを製造して測定した。
ここで、色座標を測定する時の視野角は実験例１と同様の範囲及び間隔で測定しており、正波長分散性ａプレート補償フィルムの遅延値が４０nmであるものを使用し、逆波長分散性ａプレート補償フィルムの遅延値は２０nm、２５nm、３０nm、３５nm、４０nmであるものを使用して色座標を測定した。
図４a及び図４bは、各々液晶表示装置がブラック（black）状態を表示する時とホワイト（white）状態を表示する時の補償フィルムの種類及び遅延値の変化による色座標の特性を測定した結果である。図４a及び図４bで、“Conventional”は、正波長分散性ａプレート補償フィルムの遅延値を適用した場合であり、“Rev.Disp”は、逆波長分散性ａプレート補償フィルムを適用した場合である。
図４aのように、ブラック状態表示時、通常の正波長分散性ａプレート補償フィルムを使用した場合には、青色変異が著しく発生することが測定されたが、本発明のように、逆波長分散性ａプレート補償フィルムを使用した場合には、青色変異が減少することが測定された。特に、２０nmの逆波長分散性ａプレート補償フィルムを使用する場合には、色座標が（０．２９４、０．２８０）であって青色変異がほとんど発生しなかった。
図４bのように、明るい（white）状態を表示する時は、正波長または逆波長分散性ａプレート補償フィルムを用いても青色変異は発生しなかった。
次に、本発明の実験例２で視野角特性を測定した。
図５は液晶表示装置における補償フィルムの種類及び補償フィルムの遅延値の変化による視野角特性を示した表である。ここで、コントラスト比（contrastratio）は１０：１の場合の視野角を測定した。
図５のように、正波長分散性ａプレート補償フィルムを使用する場合には、６０°以下の範囲で低く測定されたが、本発明の逆波長分散性ａプレート補償フィルムを使用する場合には、６０°以上の範囲で良好に測定された。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
本発明の実施例による液晶表示装置の構造を概略的に示した断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置を構成する液晶物質層及び補償フィルムの分子構造を示した図面である。 約１．５μmのハイブリッドｃプレート補償フィルムと通常波長が増加するに従って△ｎが減少する正波長分散性ａプレート補償フィルムを使用した場合におけるブラック状態表示時の色座標を示すものである。 約１．５μmのハイブリッドｃプレート補償フィルムと本発明の実施例による逆波長分散性補償フィルムを使用した場合におけるブラック状態表示時の色座標を示すものである。 約２μmのハイブリッドｃプレート補償フィルムを使用した場合におけるブラック状態表示時の色座標を示すものである。 約１．５μmのハイブリッドｃプレート補償フィルムと通常の正波長分散性ａプレート補償フィルムを使用した場合における視野角特性を示すものである 約１．５μmのハイブリッドｃプレート補償フィルムと本発明の実施例による逆波長分散性補償フィルムを使用した場合における視野角特性を示すものである。 約２μmのハイブリッドｃプレート補償フィルムを使用した場合における視野角特性を示すものである。 液晶表示装置がブラック（black）状態を表示する時の補償フィルムの種類及び遅延値の変化によるそれぞれの色座標特性を測定したグラフである。 液晶表示装置がホワイト（white）状態を表示する時の補償フィルムの種類及び遅延値の変化によるそれぞれの色座標特性を測定したグラフである。 液晶表示装置における補償フィルムの種類及び補償フィルムの遅延値変化による視野角特性を示すものである。

Claims (11)

  1. ２つの基板と前記２つの基板の間に注入されている液晶物質層を含み、反対側に位置する第１面及び第２面を有している液晶表示板組立体と、
    前記液晶表示板組立体の第１面と第２面に取り付けられた第１偏光板及び第２偏光板と、
    前記液晶表示板組立体の第１面と前記第１偏光板の間に挿入されている逆波長分散性の第１ａプレート補償フィルムと、
    を含む液晶表示装置。
  2. 前記液晶表示板組立体の第２面と前記第２偏光板の間、または前記第１ａプレート補償フィルムと前記第１偏光板の間に取り付けられている第１ハイブリッドｃプレート補償フィルムをさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記液晶表示板組立体の第２面と前記第２偏光板の間に挿入されている逆波長分散性の第２ａプレート補償フィルムと、
    第２ハイブリッドｃプレート補償フィルムと、
    をさらに含み、前記第１及び第２ハイブリッドｃプレート補償フィルムは、各々前記第１ａプレート補償フィルムと前記第１偏光板の間、及び前記第２ａプレート補償フィルムと前記第２偏光板の間に各々挿入されている、請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 前記液晶表示板組立体と前記第１または第２偏光板の間に取り付けられている正波長分散性の第３ａプレート補償フィルムをさらに含む、請求項２に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第１ａプレート補償フィルムは２軸性を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第１ａプレート補償フィルムは、|ny-nz|＜０．１×|nx-nz|の条件を満たす、請求項１に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第１ａプレート補償フィルムの遅延値は、５５０nmの光波長範囲では５nm〜４５nmであり、４００nmの光波長範囲では（０．４〜０．７）×（５５０nmの光波長範囲における遅延値）であり、６５０nmの光波長範囲では（１．１〜１．４）×（５５０nmの光波長範囲における遅延値）である、請求項１に記載の液晶表示装置。
  8. 前記液晶層は、前記液晶物質層の液晶分子が前記基板に対して平行に配列され、互いに異なる基板に到るまで螺旋形に捩じれて配列されているねじれネマチック方式である、請求項１に記載の液晶表示装置。
  9. 前記ねじれネマチック方式の液晶表示板組立体において、前記２つの基板間の間隔（d）は、３．５〜４．５μmの範囲であり、前記液晶物質層の遅延値（Δn×d）は、０．３５〜０．４８の範囲である、請求項８に記載の液晶表示装置。
  10. 前記液晶層は、前記液晶物質層の液晶分子が前記基板に対して垂直に配列されている垂直配向型である、請求項１に記載の液晶表示装置。
  11. 前記垂直配向型の液晶表示板組立体において、前記２つの基板間の間隔（d）は、３．５〜４．０μmの範囲であり、前記液晶物質層の遅延値（Δn×d）は、０．２５〜０．３５μmの範囲である、請求項１０に記載の液晶表示装置。
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