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

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。
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に示す偏光板の偏光軸と液晶セルのラビング方向とを示す図である。 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。 上部及び下部正面位相遅延フィルム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で示すグラフである。 上部及び下部正面位相遅延フィルムの有無に応じた電圧と光の透過度との関係を実測値で示すグラフである。 図３に示す直線偏光板の偏光軸と液晶セルのラビング方向とを示す図である。 図１に示す従来技術に係るＯＣＢモード液晶表示装置の視野角特性のシミュレーション結果を示す等高線図である。 図３に示す本発明の実施形態に係るＯＣＢモード液晶表示装置の視野角特性のシミュレーション結果を示す等高線図である。 本発明の別の実施の形態に係る位相遅延フィルムの斜視図である。
符号の説明
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

Claims (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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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