JP2006313342A - Ocbモード液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶表示装置の画面を斜めから見る場合においても容易に位相の遅延を補償して完全な黒状態を実現することができるOCBモード液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】対向する面にラビング処理が施された、互いに隔離する一対の基板(170)間に介装された液晶セル(110)と、液晶セル(110)の一側に配置された上部位相遅延フィルム(120)と、上部位相遅延フィルム(120)の液晶セル(110)に面しない側に配置された上部円偏光板(140)と、液晶セル(110)を基準にして、液晶セル(110)の他側に上部位相遅延フィルム(120)と対称な位置に配置された下部位相遅延フィルム(130)と、下部位相遅延フィルム(130)の液晶セル(110)に面しない側に配置され、上部円偏光板(140)の偏光軸と直交する偏光軸を有する下部円偏光板(150)とを備える。
【選択図】図3
【解決手段】対向する面にラビング処理が施された、互いに隔離する一対の基板(170)間に介装された液晶セル(110)と、液晶セル(110)の一側に配置された上部位相遅延フィルム(120)と、上部位相遅延フィルム(120)の液晶セル(110)に面しない側に配置された上部円偏光板(140)と、液晶セル(110)を基準にして、液晶セル(110)の他側に上部位相遅延フィルム(120)と対称な位置に配置された下部位相遅延フィルム(130)と、下部位相遅延フィルム(130)の液晶セル(110)に面しない側に配置され、上部円偏光板(140)の偏光軸と直交する偏光軸を有する下部円偏光板(150)とを備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、液晶表示装置に関し、より詳細には、広視野角と、速い応答速度及び高い解像度の特性を有するOCB(Optically Compensated Birefringence)モード液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、軽量及びコンパクトなサイズであり、かつ、低電圧駆動及び低消費電力という長所を基にして、CRT(cathode−ray tube)を代替する目的で開発されてきた。特に、薄膜トランジスタ(TFT)液晶表示装置は、CRTに匹敵する優れた高画質化及びカラー化を大画面で実現することができ、近年、いろいろな分野で多様に使われている。
このような液晶表示装置は、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成されたアレイ基板と、カラーフィルタ及びカウンター電極が形成されたカラーフィルタ基板と、アレイ基板及びカラーフィルタ基板の間に介装された液晶層とを備える。液晶表示装置には、一般的に、ツイストネマティック(twisted nematic:TN)モードの液晶が用いられる。
ところが、TNモード液晶表示装置は高いコントラスト(contrast)を有する一方、応答速度が低く、視野角が狭いという問題がある。そのため、広い視野角を有し、かつ、応答速度を向上させたOCBモード液晶表示装置が提案された。
図1は、従来技術に係るOCBモード液晶表示装置の構造を示す斜視図である。
図1に示すように、OCBモード液晶表示装置は、上部基板12aと、下部基板12bと、上部及び下部基板12a、12bの間に介装された液晶セル10と、液晶セル10の上下両側に対称に配置された上部偏光板14a及び下部偏光板14bと、上部偏光板14aと液晶セル10との間及び下部偏光板14bと液晶セル10との間にそれぞれ介装された上部位相補償フィルム13a及び下部位相補償フィルム13bとを備える。
上部及び下部基板12a、12bは所定の方向にラビング(rubbing)処理され、このラビング処理された方向に沿って、液晶セル10の内部に存在する液晶分子11が配向する。
ここで、液晶セル10に電圧が印加されると、液晶分子11がベンド配向し、OCB液晶表示装置を光が透過するようになる。
上部及び下部偏光板14a、14bは直線偏光板であり、上部偏光板14aの偏光軸と下部偏光板14bの偏光軸とが互いに直交する方向に配置される。
そして、図2に示すように、上部偏光板14aの偏光軸a及び下部偏光板14bの偏光軸bは、液晶セル10のラビング方向cと45゜の角度をなしてそれぞれ配置される。
上部及び下部位相補償フィルム13a、13bは、液晶表示装置内で生じる位相の遅延を補償するためのものである。即ち、上部及び下部位相補償フィルム13a、13bは、液晶セル10に電圧を印加して液晶分子11をベンド配向させる際に、上部及び下部基板12a、12b付近の完全に垂直に配向されない液晶分子11により生じる位相の遅延を補償するためのものである。言い換えると、完全には垂直に配向されない液晶分子11によって偏光状態が変化すると、液晶表示装置の正面でほぼ完全な黒(dark)状態を実現するのが困難である。そこで、上部及び下部位相補償フィルム13a、13bにより、上記位相遅延を補償する。
このように、従来技術に係る上記構造のOCBモード液晶表示装置では、液晶セル10に電圧を印加して液晶分子11をベンド配向させて、光が液晶セル10を透過するようにし、上部及び下部基板12a、12b付近の完全には垂直に配向されない液晶分子11により生じる位相の遅延を上部及び下部位相補償フィルム13a、13bによって補償することにより、液晶表示装置の正面でほぼ完全な黒状態を得る。
このような液晶表示装置の正面でのほぼ完全な黒状態は、上部及び下部位相補償フィルム13a、13bにより位相の遅延をほぼ完全に補償することにより実現される。そのために、上部及び下部位相補償フィルム13a、13bは、液晶セル10での位相の遅延をほぼ完全に補償することができるように、正確に設計される。
ところが、上部及び下部位相補償フィルム13a、13bを正確に設計して位相の遅延をほぼ完全に補償することは非常に困難であり、ほぼ完全な黒状態を実現することが困難であるという問題がある。
例えば、従来技術に係るOCBモード液晶表示装置では、図2に示す上部及び下部直線偏光板14a、14bの偏光軸a、bの方向には広い視野角を実現することができるが、これら上部直線偏光板14aの偏光軸aと下部直線偏光板14bの偏光軸bとの間の方向では、液晶表示装置の画面を見る角度が画面の法線方向から傾くと、光学異方性により、液晶セル10を通過する際に、光軸(z軸)方向と光軸に垂直な面内(x−y平面)方向との間で位相の遅延が生じて光の偏光面が捻れ(旋光し)、偏光面が上部又は下部直線偏光板14a、14bの偏光軸a、bと直交を維持できなくなる。従って、光が漏れる現象が起こり、ほぼ完全な黒状態を維持することができなくなる。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、液晶表示装置の画面を斜めから見る場合においても容易に位相の遅延を補償してほぼ完全な黒状態を実現することができるOCBモード液晶表示装置を提供することにある。
上記の目的の達成のための本発明のOCBモード液晶表示装置は、対向する面にラビング処理が施された、互いに隔離する一対の基板間に介装された液晶セルと、前記液晶セルの一側に配置された上部位相遅延フィルムと、前記上部位相遅延フィルムの前記液晶セルに面しない側に配置された上部円偏光板と、前記液晶セルを基準にして、前記液晶セルの他側に前記上部位相遅延フィルムと対称な位置に配置された下部位相遅延フィルムと、前記下部位相遅延フィルムの前記液晶セルに面しない側に配置され、前記上部円偏光板の偏光軸と直交する偏光軸を有する下部円偏光板とを備えることを特徴とする。
ここで、前記上部円偏光板が、上部直線偏光板と、該上部直線偏光板の前記液晶セル側の表面に積層された上部λ/4位相遅延板とを備え、前記下部円偏光板が、下部直線偏光板と、該下部直線偏光板の前記液晶セル側の表面に積層された下部λ/4位相遅延板とを備えることができる。
また、前記上部直線偏光板の偏光軸及び前記下部直線偏光板の偏光軸のうち、いずれか一方の偏光軸が前記ラビングの方向と同じ方向であることができる。
また、前記上部λ/4位相遅延板の光学軸及び前記下部λ/4位相遅延板の光学軸のうち、いずれか一方の光学軸が前記ラビングの方向と45゜の角度をなすことができる。
また、前記上部位相遅延フィルム及び前記下部位相遅延フィルムの位相遅延範囲が、フィルム面内の値で約20nm〜約100nmの範囲であり、厚さ方向の値で約200nm〜約400nmの範囲であることができる。
また、前記上部λ/4位相遅延板及び下部λ/4位相遅延板の各々が、可視光波長範囲である約400nm〜約800nmの範囲でλ/4位相遅延値を有することができる。
また、前記上部位相遅延フィルムが上部正面位相遅延フィルム及び上部斜方位相遅延フィルムを備え、前記下部位相遅延フィルムが下部正面位相遅延フィルム及び下部斜方位相遅延フィルムを備えることができる。
また、前記上部位相遅延フィルム及び前記下部位相遅延フィルムの各々が、一枚の二軸性フィルムであることができる。
本発明のOCBモード液晶表示装置によると、偏光板に形成された偏光軸と液晶セルのラビング方向とを一致させて、ベンド配向された液晶分子により生じる位相の遅延を容易に補償することにより、ほぼ完全な黒状態を具現することができ、広い視野角を確保することができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
図3は、本発明の実施の形態に係るOCBモード液晶表示装置の構造を示す斜視図である。
図3に示すように、本OCBモード液晶表示装置は、液晶セル110、上部位相遅延フィルム120、下部位相遅延フィルム130、上部円偏光板140、及び下部円偏光板150を備える。
液晶分子111を含む液晶セル110は、所定の方向にラビング処理された一対の基板170間に介装され、そのラビングされた方向に配向する。ここで、所定の方向をX軸方向と定義する。
上部位相遅延フィルム120は、上部正面位相遅延フィルム121及び上部斜方(inclined)位相遅延フィルム122を備え、下部位相遅延フィルム130は、下部正面位相遅延フィルム131及び下部斜方位相遅延フィルム132を備える。
上部位相遅延フィルム120は、液晶セル110の上に配置され、下部位相遅延フィルム130は、液晶セル110の下に配置される。
さらに、上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131は、上部及び下部斜方位相遅延フィルム122、132の液晶セル110側の表面にそれぞれ積層される。
上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131は、OCBモード液晶表示装置の正面での位相の遅延を補償するためのものであり、液晶セル110のラビング方向に直交する光学軸を有する。充分な輝度を実現するために、この上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131は、OCBモード液晶表示装置のオン(on)状態の位相遅延値に相当する位相変化量である補償値を光に与える。
図4A及び図4Bは、上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131の有無に応じた、電圧と光の透過度との関係をシミュレーション値及び実測値で示すグラフである。
ここで、(m)は上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131が存在しない場合のグラフであり、(n)は上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131が存在する場合のグラフである。
図4A及び図4Bに示すように、シミュレーション値のグラフ(図4A)及び実測値のグラフ(図4B)の両方から、上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131が存在する場合には、存在しない場合と比較して透過度の値が0に近づくことがわかる。即ち、上部及び下部正面位相遅延フィルム121、131を使用することにより、ほぼ完全な黒状態を実現することができるということがわかる。
また、上部円偏光板140は、上部λ/4位相遅延板142及び上部直線偏光板141を備え、下部円偏光板150は、下部λ/4位相遅延板152及び下部直線偏光板151を備える。
上部円偏光板140は、上部位相遅延フィルム120の上に配置され、下部円偏光板150は、下部位相遅延フィルム130の下に配置される。
さらに、上部及び下部λ/4位相遅延板142、152は、上部及び下部直線偏光板141、151の液晶セル110側の表面にそれぞれ積層される。
上部及び下部直線偏光板141、151は、偏光軸が互いに直交する方向に配置される。本明細書では、上部直線偏光板141の偏光軸方向をX軸方向とし、下部直線偏光板151の偏光軸方向をY軸方向とする。勿論、その反対に、上部直線偏光板141の偏光軸方向をY軸方向とし、下部直線偏光板151の偏光軸方向をX軸方向とすることも可能である。
ここで、図5に示すように、上部及び下部直線偏光板141、151は、それらのいずれか一方の偏光軸eが、液晶セル110のラビング方向dと同じ方向になるように配置される。
本発明では、液晶表示装置の画面に対して斜め方向に光が漏れる現象を防止するために、上部及び下部直線偏光板141、151の互いに直交する偏光軸のうち、いずれか一方の偏光軸eと液晶セル110のラビング方向dとを一致させて、液晶表示装置の画面を見る角度が画面の法線方向から傾いても、完全な黒状態を実現すると共に、最大限に広い視野角を実現する。
また、図3及び図5に示すように、上部及び下部λ/4位相遅延板142、152の光学軸は、互いに直交する方向に配置され、いずれか一方の光学軸fは、ラビング方向dと45゜の角度をなす。この角度は、液晶セル111のオン/オフ(on/off)動作に最も適切である。
一方、上部及び下部位相遅延フィルム120、130の位相遅延値の範囲は、フィルム面内で約20nm〜約100nmの範囲であり、フィルムの厚さ方向で約200nm〜約400nmの範囲である。
即ち、位相遅延値の範囲は、フィルム面内で(nx−ny)×d=約20nm〜約100nmであり、フィルムの厚さ方向で{(nx+ny)/2−nz}×d=約200nm〜約400nmである。ここで、nxはX軸方向の屈折率、nyはY軸方向の屈折率、nzはZ軸方向の屈折率、dはフィルムの厚さを表す。
そして、波長による特性変化を最小化するために、上部及び下部λ/4位相遅延板142、152の各々は、可視光波長範囲である約400nm〜約800nmの範囲でλ/4の位相遅延値を概ね維持する。
図6A及び図6Bは、それぞれ従来技術に係るOCBモード液晶表示装置及び本発明の実施の形態に係るOCBモード液晶表示装置の視野角特性についてのシミュレーション結果を示す等高線図である。ここで、使われた液晶の屈折率異方性ΔnはΔn=0.159、比誘電率異方性ΔεはΔε=10であり、位相遅延値は、フィルム面内で約31nm、フィルム厚さ方向で約350nmである。図6A及び図6Bには、コントラストが10:1及び100:1の場合を示す。
図6A及び図6Bに示すシミュレーション結果を比較すると、即ち、等コントラストを表す線で囲まれた領域を比較すると、本実施の形態に係るOCBモード液晶表示装置の視野角が、従来技術に係るOCBモード液晶表示装置の視野角よりも一層広く形成されていることがわかる。これは、本実施の形態に係るOCBモード液晶表示装置の視野角特性が、従来技術に係るOCBモード液晶表示装置よりも一層優れているということを意味する。
一方、本発明の別の実施の形態では、図7に示すように、一枚の二軸性フィルム160を上部及び下部位相遅延フィルム120、130として使用する。即ち、この二軸性フィルム160を、上部斜方位相遅延フィルム122と上部正面位相遅延フィルム121とを備える上部位相遅延フィルム120、及び下部斜方位相遅延フィルム132と下部正面位相遅延フィルム131とを備える下部位相遅延フィルム130の代わりに用いることができる。
上記構造のOCBモード液晶表示装置によると、上部及び下部直線偏光板を、いずれか一方の偏光軸が液晶セルのラビング方向と同じ方向になるように配置して、λ/4位相遅延板を上部及び下部直線偏光板に積層させて、電圧印加時に液晶セルに生じる位相遅延を補償することができる。これにより、速い応答速度を備えた、広い視野角特性を有するOCBモード液晶表示装置を得ることができる。
尚、本発明の特定の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲内で様々な修正や置換が可能であり、それらも本発明の技術的思想の範囲に属する。
110 液晶セル
111 液晶分子
120 上部位相遅延フィルム
121 上部正面位相遅延フィルム
122 上部斜方位相遅延フィルム
130 下部位相遅延フィルム
131 下部正面位相遅延フィルム
132 下部斜方位相遅延フィルム
140 上部円偏光板
141 上部直線偏光板
142 上部λ/4位相遅延板
150 下部円偏光板
151 下部直線偏光板
152 下部λ/4位相遅延板
170 基板
111 液晶分子
120 上部位相遅延フィルム
121 上部正面位相遅延フィルム
122 上部斜方位相遅延フィルム
130 下部位相遅延フィルム
131 下部正面位相遅延フィルム
132 下部斜方位相遅延フィルム
140 上部円偏光板
141 上部直線偏光板
142 上部λ/4位相遅延板
150 下部円偏光板
151 下部直線偏光板
152 下部λ/4位相遅延板
170 基板
Claims (8)
- 対向する面にラビング処理が施された、互いに隔離する一対の基板間に介装された液晶セルと、
前記液晶セルの一側に配置された上部位相遅延フィルムと、
前記上部位相遅延フィルムの前記液晶セルに面しない側に配置された上部円偏光板と、
前記液晶セルを基準にして、前記液晶セルの他側に前記上部位相遅延フィルムと対称な位置に配置された下部位相遅延フィルムと、
前記下部位相遅延フィルムの前記液晶セルに面しない側に配置され、前記上部円偏光板の偏光軸と直交する偏光軸を有する下部円偏光板とを備えることを特徴とするOCBモード液晶表示装置。 - 前記上部円偏光板が、上部直線偏光板と、該上部直線偏光板の前記液晶セル側の表面に積層された上部λ/4位相遅延板とを備え、
前記下部円偏光板が、下部直線偏光板と、該下部直線偏光板の前記液晶セル側の表面に積層された下部λ/4位相遅延板とを備えることを特徴とする請求項1に記載のOCBモード液晶表示装置。 - 前記上部直線偏光板の偏光軸及び前記下部直線偏光板の偏光軸のうち、いずれか一方の偏光軸が前記ラビングの方向と同じ方向であることを特徴とする請求項2に記載のOCBモード液晶表示装置。
- 前記上部λ/4位相遅延板の光学軸及び前記下部λ/4位相遅延板の光学軸のうち、いずれか一方の光学軸が前記ラビングの方向と45゜の角度をなすことを特徴とする請求項2に記載のOCBモード液晶表示装置。
- 前記上部位相遅延フィルム及び前記下部位相遅延フィルムの位相遅延範囲が、フィルム面内の値で約20nm〜約100nmの範囲であり、厚さ方向の値で約200nm〜約400nmの範囲であることを特徴とする請求項2に記載のOCBモード液晶表示装置。
- 前記上部λ/4位相遅延板及び下部λ/4位相遅延板の各々が、可視光波長範囲である約400nm〜約800nmの範囲でλ/4位相遅延値を有することを特徴とする請求項2に記載のOCBモード液晶表示装置。
- 前記上部位相遅延フィルムが上部正面位相遅延フィルム及び上部斜方位相遅延フィルムを備え、
前記下部位相遅延フィルムが下部正面位相遅延フィルム及び下部斜方位相遅延フィルムを備えることを特徴とする請求項1に記載のOCBモード液晶表示装置。 - 前記上部位相遅延フィルム及び前記下部位相遅延フィルムの各々が、一枚の二軸性フィルムであることを特徴とする請求項1に記載のOCBモード液晶表示装置。
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