JP2007517259A - 中性の暗状態をもつ液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

偏光子（３０３、３１２）を、液晶分子をセルの平面内で切り替える液晶表示（ＬＣＤ）セル（３０２）で使用する。ＬＣＤセルは、他の種類のＬＣＤセルと異なる複屈折特性を有し、他の種類のＬＣＤセルと違って、低複屈折偏光子をスイッチド面内（ＳＩＰ）ＬＣＤセルで使用すると、画像コントラストが維持され、暗状態の色ずれがほとんどない。一実施形態において、吸収偏光子に含まれる層の総ｘｚ遅延は、２０ｎｍ未満である。別の実施形態において、吸収偏光子の吸収極性層のｘｚ複屈折は、０．０００５未満である。偏光感度のよい吸収層とＬＣＤとの間のよく使用される三酢酸セルロース層を省くことによって、低レベルの遅延及び複屈折を実現することができる。

Description

本発明は、光学表示装置、より詳細には、偏光子を使用した改良された液晶表示装置に関する。

液晶表示（ＬＣＤ）装置は、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルド計算機及びデジタル腕時計などの装置で使用される光学表示装置である。典型的なＬＣＤは、１対の吸収偏光子の間に配設されている、ＬＣＤ層及び電極母材を含む。カラー表示装置の場合、ＬＣＤは通常、カラーフィルタも含む。ＬＣＤセルの部分の光学状態は、電極母材を用いて電界をかけることにより変更される。偏光子及び液晶の変更光学状態の組合せによって、前記液晶表示装置上の偏光の画素が出現して所望の画像を形成する。

典型的な液晶表示装置は、見る人に近い偏光子と、見る人からＬＣＤの反対側の後部偏光子とを含む。これらの偏光子は、直交偏光方向の光よりも強く一偏光方向の光を吸収する平面偏光子である。前部偏光子の透過軸は、液晶表示装置において後部偏光子の透過軸に対して通常交差している。

フラットパネル表示装置、特に薄い小型フラットパネル表示装置の改良及び開発に商業上の大きな注意が向けられている。プラスチック製フラットパネル表示装置の構成において生じる問題は、プラスチック製表示装置材料を通り抜ける気体から液晶材料において泡の形成から生じる「黒斑（ブラックスポット）」の発生である。プラスチック製フラットパネル表示装置に伴う別の問題は、液晶表示装置セルの水分汚染である。これらの問題は、プラスチックの代わりに低透過性ガラス基板を使用することによって従来の液晶表示装置で回避されている。プラスチック製フラットパネル表示装置に関して、追加の気体及び水分バリヤー層を液晶表示装置構造体及び／又はプラスチック製基板に追加することによって、これらの問題に対処している。しかし、このような気体及び水分バリヤー層を追加すると、表示装置の厚さ、重量及びコストが増加する。

合成偏光フィルムの形をした偏光子では、製造及び取り扱いが比較的容易である。一般に、吸収偏光フィルムは、吸収偏光状態と呼ばれる、１つの方向に沿って向けられた電気ベクトルを有する光を優先的に吸収し、透過偏光状態と呼ばれる吸収偏光状態と直交する偏光を透過させる。この特性は、二色性と呼ばれる。

吸収偏光子は、Ｈ型（ヨウ素）偏光子及び染料偏光子を含む。Ｈ型偏光子は、例えば、ポリビニル・アルコール−ヨウ素合成物を含む合成二色性シート偏光子である。このような化学合成物は、発色団と呼ばれる。Ｈ型偏光子の基材は、水溶性高分子量の物質であり、得られるフィルムは、比較的低い防湿性及び耐熱性を有し、周囲大気条件にさらされると、カール、剥離又は反りが生じ易い。更に、Ｈ型偏光子は、本質的に不安定であり、通常の作業環境で前記偏光子の劣化を防止するために前記偏光子の両側に三酢酸セルロース（ＴＡＣ）の保護クラッド層を必要とする。Ｈ型偏光子は、液晶表示装置でよく使用される。

保護クラッド層を含むＨ型偏光子の要件では、液晶表示装置に厚さを追加する。場合によっては、クラッド層は、色つきになる表示装置の暗状態をもたらす望ましくない複屈折も示し、また表示装置の有効な視野角の減少も招く。従って、厚さを薄くして、暗状態の色をより中性にし、表示装置の広視野角を維持するように、あるＬＣＤ表示装置と使用される偏光子の種類を改良する必要がある。

本発明は、液晶分子をセルの平面内で切り替える（スイッチド面内ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ｉｎ−ｐｌａｎｅ：ＳＩＰ）液晶表示装置（ＬＣＤ）セルと偏光子を併用することに関する。ＳＩＰ ＬＣＤは、他の種類のＬＣＤセルと異なる複屈折特性を有する。その結果、複屈折を発生させる吸収偏光子をＩＰＳ ＬＣＤと併用すると、画像コントラストが低下し、望ましくない色ずれが生じる。低複屈折偏光子をＳＩＰ ＬＣＤセルと併用すると、画像コントラストが維持され、色ずれが生じない。

一実施形態において、本発明は、スイッチド面内（ＳＩＰ）液晶表示装置（ＬＣＤ）セルを含む液晶表示装置に関する。第１の吸収偏光子は、ＬＣＤセルの第１の側に配設されている。第１の吸収偏光子は、偏光感度のよい吸収材料の層を含み、偏光感度のよい吸収材料の層とＬＣＤセルとの間の材料層には三酢酸セルロース（ＴＡＣ）が無い。

本発明の別の実施形態は、スイッチド面内（ＳＩＰ）液晶表示装置（ＬＣＤ）セルと、そのＬＣＤセルの第１の側に配設された第１の吸収偏光子とを含む液晶表示装置に関する。第１の吸収偏光子は、少なくとも吸収偏光層を含む１つ以上の層を有する。第１の吸収偏光子及びＬＣＤセルは各々、直交するｘ軸及びｙ軸で定義されるｘｙ平面と平行である。ｚ軸は、ｘ軸及びｙ軸の両方と直交している。第１の吸収偏光子は、第１の吸収偏光子を透過される光に対して透過偏光方向を規定する。透過偏光方向は、ｘ軸と平行である。ｘｚ遅延係数ｂ_{xz total}は、第１の吸収偏光子に対して下記のように定義される。

ｂ_{xz total}＝Σ（ｎ_xi−ｎ_zi）ｌ_i

ここで、ｎ_xiは第１の吸収偏光子のｉ番目の層においてｘ軸と平行な偏光に対する屈折率であり、ｎ_ziは第１の吸収偏光子のｉ番目の層においてｚ軸と平行な偏光に対する屈折率であり、ｌ_iはｚ方向における第１の吸収偏光子のｉ番目の層の厚さであり、ｉは第１の吸収偏光子の異なる層を識別する整数である。ｂ_{xz total}＝Σ（ｎ_xi−ｎ_zi）ｌ_iの絶対値は、２０ｎｍ未満である。

本発明の別の実施形態は、スイッチド面内（ＳＩＰ）液晶表示装置（ＬＣＤ）セルと、そのＬＣＤセルの第１の側に配設された第１の吸収偏光子とを含む液晶表示装置に関する。第１の吸収偏光子は、吸収偏光層を有する。第１の吸収偏光子及びＬＣＤセルは各々、直交するｘ軸及びｙ軸で定義されるｘｙ平面と平行であり、ｚ軸はｘ軸及びｙ軸の両方と直交している。第１の吸収偏光子は、第１の吸収偏光子を透過される光に対して透過偏光方向を規定する。透過偏光方向は、ｘ軸と平行である。吸収偏光層においてｘ軸と平行な偏光に対する屈折率はｎ_xであり、吸収偏光層においてｚ軸と平行な偏光に対する屈折率はｎ_zである。Δｎ_xz＝ｎ_x−ｎ_zの絶対値は、０．０００５未満である。

上記した本発明の概要では、本発明の各例示実施形態又はあらゆる実装例を説明するつもりではない。下記の図面及び詳細な説明は、これらの実施形態をより詳しく例示するものである。

本発明は、添付図面と関連させた、本発明の種々の実施形態についての下記の詳細な説明を考慮してより完全に理解できるであろう。

本発明は、種々の修正及び代替形態に適用できるけれども、その特例は図面に例として示されており、説明される。しかし、本発明は、説明された特定の実施形態に制限されないものとする。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲で規定されるような本発明の精神と範囲内にあるすべての修正、均等物、及び代替物を含むものとして理解されたい。

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）に適用でき、液晶分子を表示装置の平面内で切り替えるＬＣＤに特に適用できる。複屈折を減少させる吸収偏光子の使用によって、ＴＡＣ層を有する吸収偏光子を使用するＬＣＤと比べて、視野角が向上し、暗状態で色の中性が維持される。

Ｈ型偏光子を使用する従来の液晶表示装置（ＬＣＤ）スタック１００を、図１に概略的に示す。液晶表示装置セル１０２は通常、２枚のガラス板の間に挟まれた液晶（ＬＣ）層から形成されている。ＬＣＤセル１０２の上下面には、液晶表示装置セルの各面に偏光子構造体１０８及び１１０を固定する接着剤（例えば、感圧接着剤）の層１０４、１０６が設けられている。Ｈ型偏光子１０８及び１１０は各々、ヨウ素含有吸収偏光子層１０９、１１１を含み、吸収偏光子層１０９及び１１１の両面に被覆又は積層された保護クラッドとして三酢酸セルロース（ＴＡＣ）の層１１２、１１４、１１６、１１８も含む。液晶表示装置スタック１００は、液晶表示装置の輝度及びコントラストを向上させるトランスフレクタ（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｏｒ）又は反射体１２０を含むこともできる。トランスフレクタ又は反射体１２０を接着層１２２（例えば、感圧接着剤）によって表示装置の裏側に取り付けることもでき、トランスフレクタ又は反射体は液晶表示装置の輝度及びコントラストを向上させるように機能する。各吸収偏光子層１０９及び１１１は通常、約２０ミクロンの厚さを有すると共に、ＴＡＣ層１１２、１１４、１１６、１１８の各々は通常、約８０ミクロンの厚さであり、感圧接着層１２２は通常、約２５ミクロンの厚さを有する。

例えば、ＬＣＤ−ＴＶ及びデスクトップモニタにおける用途の大表示パネルに対するＬＣＤ表示装置セルの現在の傾向は、広視野角の要件を取り入れる。これは、スタンダードツイステッドネマティック（ＴＮ）又はスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）ＬＣＤセルと異なるＬＣＤの採用につながっている。１種類のＬＣＤは、ここでスイッチド面内（ＳＩＰ）ＬＣＤと呼ばれる。ＳＩＰ ＬＣＤセルは、図２を参照してここで説明されるように、多くの重要な方法で他の種類のＬＣＤセルと異なる。ＳＩＰ ＬＣＤセル２００は、２つのカバー２０４及び２０６（通常、ガラス板）の間に配設された液晶（ＬＣ）分子２０２の層で形成されている。吸収偏光子２０５は通常、ガラス板２０４及び２０６の外側に取り付けられている。電極２０８は、ガラス板２０４のうちの１枚に取り付けられている。例えば、相補形電極を２枚の異なるガラス板に取り付けるＴＮ又はＳＴＮ表示装置の電極と違って、電極２０８は互いに同じ平面内にある。

ＬＣ分子のコラム２１０は、電極２０８ａ及び２０８ｂの間が無電圧で未切換状態に対して示されている。分子２１０は、図面の面外の方向にガラス板２０４及び２０６と平行な長軸で配向されている。ガラス板２０４及び２０６のうち少なくとも１枚が、例えばセル２００の内部の整列層（アライメント層）の使用によってこの方向に分子を受動的に整列させるので、ＬＣ分子のこの配向が生じる。

１対の電極、例えば電極２０８ｃ及び２０８ｄの間に電圧を印加すると、電界が電極間に生じる。電界線２１４は、電極２０８ｃ及び２０８ｄの間の電界の方向を示すのに概略的に与えられている。ＬＣ分子の長軸は、ＬＣ分子のコラム２１２に対して示すように図面の平面と平行及びガラス板の平面と平行な方向で電界線２１４の方向に向いている。ＴＮ ＬＣＤと違って、ＳＩＰ ＬＣＤ内のＬＣ分子は、下部板２０４に固定されていないので、自由であり、電極対の間に電圧を印加した場合、９０°回転する。ＬＣ分子は、ガラス板２０４及び２０６と平行のままでありながら、加電界に分子自体を整列させる。

この挙動は、例えば、ＬＣ分子鎖の一端がガラス板のうちの１枚に固定され、他方のＬＣ分子がガラス板と直角にガラス板間に加えられた電界に分子自体を整列させようとするＴＮ ＬＣＤの挙動と異なる。ＴＮ ＬＣＤを介して異なる位置で得られるＬＣ分子配向によって、ＴＮ ＬＣＤの光学特性が視野角とともに変わる。他方、ＳＩＰ ＬＣＤでは、ＬＣ分子がガラス板の平面と平行である状態で、ＳＩＰ ＬＣＤを貫く深さの変化とともにＬＣ分子の配向の変化はほとんどない。その結果、ＳＩＰ ＬＣＤの光学特性は、ＴＮ ＬＣＤ表示装置を用いた場合よりもはるかに広い視野角にわたって実質的に一定である。ＳＩＰ ＬＣＤの視野角は、全方向に１６０°以上もあることがある。

上記したようなスイッチド面内（ＳＩＰ）ＬＣＤという用語は、図２を参照して説明されるような原理の下で動作する横電界方式（ＩＰＳ）ＬＣＤ、超ＩＰＳ ＬＣＤ、フリンジ・フィールド・スイッチング（ＦＦＳ）ＬＣＤ、ＦＦＳ超ＬＣＤ、強誘電性ＬＣＤ及び反強誘電性ＬＣＤ（ここで、これらのＬＣＤに限定されない）などのよく使用される用語で知られている種々のＬＣＤを含むものとする。

偏光子の中には、偏光子シート自体を形成するのに使用される基材の固有化学構造体との光の相互作用に基づくものもある。これらは、固有偏光子と呼ばれる。この挙動は、偏光子シートの母材に二色性添加剤を使用することを必要とする、染料偏光子などの他の吸収偏光子及びＨ型偏光子の挙動と対照をなす。また、固有偏光子は通常、薄くて耐久性がある。

１種類の固有偏光子は、光吸収発色団の平衡濃度を有する分子配向ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）シート又はフィルムに基づいて合成二色性平面偏光子を通常含むＫ型偏光子である。Ｋ型偏光子は、染料添加剤、ステイン、又は浮遊結晶材料の光吸収特性からではなく、その母材の光吸収特性からその二色性を得る。従って、Ｋ型偏光子は、優れた偏光効率と優れた耐熱性及び防湿性の両方を有することができる。また、Ｋ型偏光子は、色に対して非常に中性であることもできる。

ＫＥ偏光子と呼ばれる改良Ｋ型偏光子は、マサチューセッツ州ノーウッド（Ｎｏｒｗｏｏｄ）のスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって製造されている。ＫＥ偏光子では、高温及び高湿などの厳しい環境条件の下で偏光子安定性が向上している。光吸収特性がＰＶＡと三ヨウ化物イオンとの間の発色団の形成によっているＨ型偏光子と対照的に、ＫＥ偏光子は、酸触媒加熱脱水反応でＰＶＡを化学的に反応させることによって形成される。得られる発色団はポリビニレンを含み、得られる重合体をビニルアルコール及びビニレンのブロック共重合体と呼ぶこともできる。

Ｈ型偏光子と違って、ＫＥ偏光子などのＫ型偏光子は、ＴＡＣのシート間に挟まれる必要がない。発色団は高分子に固有であるので、ＫＥ偏光子のポリビニレン発色団は極めて安定した化学物質である。この発色団は、広範囲の溶剤及び化学薬品からの攻撃に対して耐性があるだけでなく、耐熱性もある。

ＫＥ偏光子などのＫ型偏光子は、Ｈ型偏光子に対して更に幾つかの利点を有する。Ｋ型偏光子は、より薄く、可変透過レベルで設計することもできる。最も目立つのは、長時間高温及び高湿、例えば、８５℃及び相対湿度８５％を含む厳しい環境条件の下で高性能を必要とする用途においてＫＥ偏光子などのＫ型偏光子を使用することができる。このような厳しい環境条件の下で、Ｈ型偏光子の安定性は大幅に減少し、従って、厳しい環境条件の下で使用されるフラットパネル表示装置においてＨ型偏光子の有用性は制限される。

Ｋ型偏光子の固有化学的安定性のために、感圧接着剤を含む幅広い種類の接着剤組成物をＫ型偏光子に直接塗布することができる。更に、片面プラスチック支持体は、Ｋ型偏光子に対する物理的な支持を与えるのに適しており、この支持体を液晶表示装置モジュールの光路の外側に設置できるので、それは光学的等方性を有する必要はなく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの低コスト基板が許容可能な代替物である。更に、片面積層物を構成できることによって、光学構造体を薄くでき、フラットパネル表示素子の製造及び設計における柔軟性を更に考慮できる。その上、Ｈ型偏光子と通常併用されるＴＡＣクラッド層は、複屈折を発生させる。他方、Ｋ型偏光子は、ＴＡＣ層の使用を必要としないので、表示システムに複屈折を発生させない。

図３は、本発明の原理に従ったＬＣＤユニット３００の具体的な一実施形態を示す。２つのカバー層３０２ｂの間に配設されたＬＣ層３０２ａを含むＳＩＰ ＬＣＤセル３０２には、偏光子構造体を液晶表示装置セル３０２に固定する接着剤（例えば、ポラテクノ（Ｐｏｌａｔｅｃｈｎｏ）ＡＤ−２０などの感圧接着剤）の層３０４及び３０６を塗布することもできる。吸収偏光子３０８、例えばＫ型又はＫＥ偏光子シートなどの固有偏光子は、ＬＣＤスタック３００の見る側に配設されている。接着剤層３０６を介して吸収偏光子３０８をＬＣＤセル３０２に取り付けることもできる。吸収偏光子３０８は、ＴＡＣ層を含まない。Ｋ型偏光子シートは通常、約２０ミクロンの厚さを有する。接着剤層３０４などのＬＣＤと偏光感度のよい吸収材料の層との間の材料層の複屈折を低減させることは重要である。しかし、ＬＣＤカバー層３０２ｂと偏光感度のよい吸収材料の層との間のスペースの外側で生じる遅延は、このスペースの内側で生じる遅延よりも重要でないので、偏光子３０８の外側にＴＡＣ層があってもよい。

また、Ｋ型偏光子に加えて、他の種類の吸収偏光子を使用することもできる。例えば、吸収偏光子は、ＬＣＤカバー層と偏光感度のよい吸収偏光子層の層との間にＴＡＣ層を有しないＨ型偏光子であってもよい。また、吸収偏光子は、被覆偏光子、例えば、カリフォルニア州サウスサンフランシスコ（Ｓｏｕｔｈ Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ）のオプディバ株式会社（Ｏｐｔｉｖａ Ｉｎｃ．）によってＴＣＦ（登録商標）という製品ラベルで製造されている被覆ＬＣ偏光子層であってもよい。使用できる他の種類の吸収偏光子には、せん断偏光子及び染料偏光子がある。

また、偏光子３０８は、ＬＣＤユニット３００の見る側に面するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）支持層３１０の形態をした支持基板を含むこともできる。ＰＥＴ支持層３１０は通常、約２５〜１８０ミクロンの厚さを有し、表示装置用の外カバーとして使用可能である。しかし、ユニット３００は、ＰＥＴ支持層３１０などの支持基板を必要としない。例えば、ＫＥ偏光子シート自体を表示装置に取り付けることもできる。

第２の吸収偏光子３１２、例えばＫ型又はＫＥ偏光子シートなどの固有偏光子、又は上述の他の種類の偏光子は、ＬＣＤセル３０２の他方の側に配設されている。また、第２の吸収偏光子３１２には、少なくともＬＣＤセル３０２と偏光感度のよい吸収材料の層との間にＴＡＣ層が無くてもよく、接着剤層３０４を用いて第２の吸収偏光子３１２をＬＣＤセル３０２に取り付けてもよい。また、固有偏光子３１２は通常、約２０ミクロンの厚さを有する。液晶表示装置の輝度及びコントラストを向上させるために、トランスフレクタ又は反射体３１４を固有偏光子３１２の裏側に配設することもできる。

バックライトモードで使用する場合、光源３２０を使用して表示ユニット３００に光を供給することもできる。光導波路３２２を介して光源３２０からの光を前記ＳＩＰ ＬＣＤセル３０２に向けることもできる。光導波路３２２の側面を出る光は、トランスフレクタ３１４に入射する前に１つ以上の任意の光管理層（ｌｉｇｈｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）３２４を通過することもできる。光管理層の例は、ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ）のスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手できるＢＥＦ（登録商標）及びＤＢＥＦ（登録商標）フィルムなどの輝度向上層を含む。制御装置３２６をＬＣＤセル３０２に接続して、ＬＣＤセル３０２を通過する光に与えられる画像を制御することもできる。

液晶表示装置スタックにおける固有偏光子の使用によって、偏光子の保護クラッドの必要が無くなる。他の種類の偏光子、例えばＨ型偏光子に使用されるクラッドは、偏光子の各側に配設されるＴＡＣの層を含む。ＴＡＣクラッド層の使用を回避すると、液晶表示装置スタックの厚さが大幅に薄くなる。例えば、ＰＥＴ支持層３１０及びトランスフレクタ又は反射体３１４を含む、図３に例示されるＬＣＤユニット３００は、ＴＡＣ層を使用する図１の対応する液晶表示装置スタック１００よりも約３００ミクロン薄いこともできる。

ＫＥ偏光子などの偏光子をＳＩＰ ＬＣＤと併用すると、他の重要な利点が生じる。これらの利点は、画像光の色ずれ及び視覚において生じる。これについて、材料の層４０２を示す図４を参照してここで説明する。層４０２は、ｘｙ平面と平行である。層４０２の厚さは、ｚ平面における寸法として定義される。ｘ、ｙ及びｚ平面と平行な電気ベクトルを有する光用屈折率はそれぞれ、ｎ_x、ｎ_y及びｎ_zとして定義される。材料は、等方性（ここで、ｎ_x＝ｎ_y＝ｎ_z）がある。換言すれば、材料層の中を伝搬する光は、入射角及び光の偏光状態に関係なく、同じ屈折率を示す。屈折率の絶対値は、等方性があるように正確に同じである必要はなく、屈折率間に小さい差があることもある。

遅延係数ｂは、屈折率のうちの２つの間の差と層厚との積として定義される。例えば、屈折率ｎ_x及びｎ_zの間に差Δｎ_xzがある場合、ｘｚ遅延係数ｂ_xzは、下記のように与えられる。

ｂ_xz＝（ｎ_x−ｎ_z）ｌ＝ Δｎ_xzｌ （１）

ここで、Δｎ_xzはｘｚ複屈折であり、ｌは層４０２の厚さである。

ＴＡＣは複屈折性があり、ＴＡＣから成る場合、層４０２は、陰性Ｃ板として働く。換言すれば、ｘ軸と平行な偏光に対する屈折率はｎ_xであり、ｙ軸と平行な偏光に対する屈折率はｎ_yである（ここで、ｎ_x＝ｎ_y）。しかし、ｚ軸と平行な偏光は、屈折率ｎ_z≠ｎ_x、ｎ_yを示す。従って、ＴＡＣ層４０２は、層４０２に垂直に入射する光の場合のみ等方性があると見られる。ＴＡＣ層４０２に垂直に入射しない光の場合、屈折率ｎ_zを示す光の成分がある。従って、ＴＡＣ層４０２は、ＴＡＣ層４０２に垂直に入射しない光に対して複屈折性があり、垂直でない光に遅延を生じる。ＴＡＣの１つの具体例に対するｘｚ複屈折は、Δｎ_xz＝ｎ_x−ｎ_z＝１．４９２３−１．４９１５＝０．０００８によって与えられる。

複屈折の値は、ｎ_x及びｎ_zの相対的な大きさによって正又は負であってもよい。ここに記載の複屈折及び遅延の値は、それらの値が正又は負であるかに関係なく大きさの絶対値として定義される。従って、０．０００８として与えられた複屈折値は、ｎ_x−ｎ_z＝０．０００８とｎ_z−ｎ_x＝０．０００８の両方を記述している。

吸収偏光子の一方の側上のＴＡＣ層の厚さは約５０μｍであるので、上記式（１）を用いて計算されるＴＡＣ層の遅延係数は４０ｎｍである。一部のＬＣＤセルの場合、このような高いｘｚ複屈折は、ＬＣＤセル自体において軸外残存複屈折を補償するのに有用である。しかし、ＳＩＰ ＬＣＤセルの場合、ｘｙ平面と平行なＬＣ層の平面内にＬＣ分子が含まれているので、無視できる軸外残存複屈折がある。従って、ＴＡＣ層のｘｚ複屈折は、ＴＡＣ層がコントラストを増加するのではなくＴＡＣ層を通過する光の偏光状態を混合するので、ＳＩＰ ＬＣＤセルのコントラストを低減するのに役立つ。

従って、ＳＩＰ ＬＣＤセルを使用する場合、画像のコントラストを維持するために、ＴＡＣ層を有するＨ型偏光子で通常受けるよりも小さいｘｚ遅延係数を有することが好ましい。これは、特に広い視野角で当てはまる。ＬＣ層と吸収偏光子との間の任意の複屈折性材料の厚さ及び吸収偏光層の厚さを薄くすることによって、低遅延係数を実現することができる。よって、ｘｚ遅延係数を低減するために、ＴＡＣ層の厚さを薄くすることができる。

また、ｘｚ複屈折を低減することもできる。ｎ_yの値、偏光子に吸収される偏光状態での光に対する屈折率は、ｙ偏光の殆どが吸収されるので、ｎ_x及びｎ_zよりも重要でない。従って、ｎ_yの値は、ｎ_x及びｎ_zと同じであってもよいが、これは必要条件ではなく、ｎ_x及びｎ_zと異なっていてもよい。ＫＥ偏光子の１つの具体例では、ｎ_x＝１．５０７８及びｎ_z＝１．５０７５であるので、Δｎ_xz＝０．０００３である。従って、前記偏光子のｘｚ複屈折は、０．０００５未満であることもできる。

ｘｚ複屈折及び複屈折層の厚さの両方を低減することによって、ｘｚ遅延係数を低減することもできる。例えば、ＫＥ偏光子の厚さは通常、約２０μｍであるので、上記式（１）から計算されるＫＥ偏光子のｘｚ遅延係数は６ｎｍである。よって、典型的なＫＥ偏光子に対する複屈折係数の値は、典型的なＴＡＣ層に対する遅延係数よりも小さい大きさのオーダーよりも大きい。より薄いＫＥ偏光子層（約１５μｍ）は、約４．５ｎｍのｘｚ遅延係数を有する。

吸収偏光子層とＬＣ層との間の各層のｘｚ遅延係数は、表示装置内に伝搬する光によって受ける全複屈折の一因となる場合があることが分かる。例えば、図１に例示される表示装置において、層１０９、１１４及び１０４は各々、ＬＣＤセル１０２内のＬＣ層と吸収偏光子層１０９との間を通過する光の遅延の一因となる場合がある。しかし、層１０４などの接着剤層は通常、等方性がある。従って、各層の遅延係数を単に総計することによって、多数の層から形成される偏光子に対して総ｘｚ遅延係数ｂ_{xz total}を計算することができる。従って、下記のように、総ｘｚ遅延係数ｂ_{xz total}を計算することができる。

ｂ_{xz total}＝Σｂ_xzi＝Σ（ｎ_xi−ｎ_zi）ｌ_i＝ ΣΔｎ_xziｌ_i （２）

ここで、添字ｉは、吸収偏光子のｉ番目の層を指す。従って、吸収偏光子が、６４ｎｍのｘｚ遅延係数を各々有する２つのＴＡＣ層を含む場合、吸収偏光子に対する総ｘｚ遅延係数は少なくとも１２８ｎｍである。

より低いｘｚ複屈折性を有する材料及びより薄い複屈折層を使用すると、総ｘｚ遅延係数を低減することができる。例えば、図３に例示される表示装置に戻って参照すると、ＬＣＤセル３０２内のＬＣ層と吸収偏光子層３０８との間を伝搬する光に対する総ｘｚ遅延係数は、厚さが２０μｍのＫＥ偏光子の具体例の場合に６ｎｍである偏光子３０８のｘｚ遅延係数と等しい。ＬＣＤセル３０２におけるガラス層及び接着剤層３０６は、両方とも等方性があり、従って、総ｘｚ遅延係数の一因とならない。

従って、複屈折層をより薄くしてｘｚ複屈折を低減する方法を単独に又は組み合わせて使用して、吸収偏光子に対する総ｘｚ遅延係数ｂ_{xz total}を典型的なＨ型偏光子の総ｘｚ遅延係数よりも小さい値に低減することもできる。例えば、総ｘｚ遅延係数ｂ_{xz total}は、２０ｎｍ未満であることもでき、好ましくは１０ｎｍ未満、更に好ましくは５ｎｍ未満であることもできる。

偏光子複屈折の効果は、横電界方式（ＩＰＳ；ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ）ＬＣＤに対して計算されたデータを示す図５Ａ及び図５Ｂに示す偏光鏡グラフを参照して更にはっきりと分かる。これらのグラフは、種々の角度で偏光子／ＬＣＤセルに入射した光に対してＫＥ偏光子で交差したＩＰＳ ＬＣＤセルを通過する計算暗状態透過率を示す。照明光は、５５０ｎｍであると仮定した。図５Ａでは、ＬＣＤセルの何れの側にもＴＡＣ層がないと仮定した。１％等高線５０２、即ち、透過されるであろう光の９９％が透過される角度を表す等高線は、約６０°の最小角度値を有する。

図５Ｂでは、各々が４０ｎｍの遅延を生じるＴＡＣ層がＩＰＳ ＬＣＤセルの何れかの側にあると仮定した。益々軸外の光の場合、複屈折性は光の偏光状態を混合し、その結果、１％等高線５０４は、約５４°の最小角度値を有する。換言すれば、ＴＡＣ層を有しないモデルにおけるよりも垂直の透過に近い方向に対して、図５Ｂでモデル化されたＬＣＤセルの中を光は透過される。これによって、ＴＡＣ層を含む場合、ＩＰＳ ＬＣＤ表示装置の有用な視野角が狭くなる。この挙動は、他の種類のＳＩＰ ＬＣＤにおいて定性的に同様である。

また、ＴＡＣ層などの複屈折層をＳＩＰ ＬＣＤセル内の偏光子と併用すると、暗状態の色の中性が低減する。図１で記載したようにＴＡＣ層を有するＨ型偏光子を製造されたように両側に有する日立（Ｈｉｔａｃｈｉ）型番１８１ＳＸＷ ＬＣＤモニターから取ったＩＰＳ ＬＣＤを用いて実験を行った。半分の画面上の偏光子を、厚さが２０μｍのＫＥ偏光子と交換した。複屈折ＴＡＣ層を有する画面の元の側を未修正側と呼び、ＫＥ偏光子を有する画面の他方の側を修正側と呼ぶ。従って、画面の修正側の構成は、図３に例示した構成と同様であった。

修正後、表示装置を駆動して異なる色を表示し、前記画面の各側の代表点に対して放射光の色を測定した。３６０°の方位にわたって直角から６０°で見て色測定を行った。方位角の関数として画面の暗状態及び赤、青、緑の色度座標（ＣＩＥ、１９３１）を測定するＥｌｄｉｍ ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ １６０偏光鏡を用いて色測定を行った。

実験結果を図６に示す。未修正画面に対して測定された点を灰色点として示し、修正画面に対して測定された点を黒色点として示す。第１の円６０２は、青色光で動作する修正及び未修正画面に対して測定された点を例示する。修正画面の青色が未修正画面の青色と同様であることを示す、灰色点と黒色点との間に実質的な重なりがある。同様に、第２の円６０４は、緑色光で動作する画面に対して測定された点を例示する。再度、修正画面の緑色が未修正画面の緑色と実質的に同じであることを示す、灰色点（未修正画面）と黒色点（修正画面）との間に実質的な重なりがある。第３の円６０６は、赤色光で動作する画面に対して測定された点を例示する。再度、修正画面の赤色が未修正画面の赤色と実質的に同じであることを示す、灰色点（未修正画面）と黒色点（修正画面）との間に実質的な重なりがある。灰色点と黒色点との重なりは、円６０２、６０４及び６０６において黒色点を灰色点と区別するのを困難にする。

しかし、暗（黒）状態で動作する画面の色は、修正及び未修正画面に対して異なる。楕円６０８内の黒色点は、暗状態で動作する場合、未修正画面から放射された光の測定値を表す。分かるように、未修正偏光子の偏光子内のＴＡＣ層の複屈折性に起因する色ずれのために、暗状態点の色においてかなりの広がりがある。暗状態は、色度図の青色及び赤色領域まで広がっているので、暗状態は、異なる角度で見てかなりの色ずれを示す。

灰色点に示す、修正画面に対応する結果を集めると、色図表上の広がりは非常に小さいことが分かる。これは、複屈折ＴＡＣ層無しで動作するＩＰＳ ＬＣＤセルの暗状態が、暗状態で動作する場合に角度依存色ずれをほとんど示さないことを意味する。従って、より低い総ｘｚ遅延係数となる層で動作される場合、暗状態は、複屈折ＴＡＣ層で動作される場合よりも中性色である。

また、ＬＣＤスタックで使用されるＫ型偏光子などの固有偏光子は、液晶表示装置セル内の液晶表示材料に対して効果的な透気性及び透湿性バリヤーを与えることもできる。従って、所望の透過性規格を実現するためにＬＣＤセルの何れかの側に配設されるＫ型偏光子で構成されるＬＣＤ構造体に追加のバリヤー層又はクラッドを必要としない。特に、水蒸気透過率（ＭＶＴＲ）、ＡＳＴＭＦ１２４９の標準規格は、２０ｇｍ／ｍ²／日未満であり、酸素透過率（Ｏ２ＧＴＲ）、ＡＳＴＭ Ｄ３９８５は、１ｍｌ／ｍ²／日未満である。ＰＥＴ支持構造体を含むＫＥ偏光子を用いて形成された液晶表示装置用の構造体は、４．６ｇｍ／ｍ²／日以下のＭＶＴＲ及び０．００５ｍｌ／ｍ²／日未満のＯ２ＧＴＲ（２０℃及び相対湿度９０％で試験）を有することが示されている。

ＳＩＰ ＬＣＤは、同一権利者による米国特許第６，６３０，９７０Ｂ２号明細書に一部が更に記載されている多数の異なる構成体にＫ型又はＫＥ型偏光子を含むこともできる。これらの異なる構成体は、硬質被膜、拡散体、拡散接着剤層、反射防止膜、１／４波長遅延剤層などを含むこともできる。

本発明は、上述の具体的な実施例に制限されると考えるべきではなく、添付の特許請求の範囲に適正に記載されたような発明の全態様を含むものとする。本発明が適用可能な多くの構造体と共に種々の修正、均等な方法は、本明細書の再検討の際に本発明が狙いとする技術分野の当業者には容易に明らかであろう。特許請求の範囲は、このような修正及び工夫を含むものとする。

Ｈ型吸収偏光子を使用する先行技術の液晶表示装置（ＬＣＤ）を模式的に示す断面図である。 スイッチド面内（ＳＩＰ）ＬＣＤを示す模式図である。 本発明の原理に従って固有偏光子を使用するＳＩＰ ＬＣＤの実施形態を模式的に示す断面図である。 材料層における複屈折を概略的に示す模式図である。 本発明の原理に従って固有偏光子を使用するＩＰＳ ＬＣＤを通過する種々の角度における光に対する計算透過率を示す模式図である。 ＴＡＣ層を有する偏光子を使用するＩＰＳ ＬＣＤを通過する種々の角度における光に対する計算透過率を示す模式図である。 種々の色に対してＴＡＣ層の有無の両方の場合の偏光子を有するＩＰＳ ＬＣＤに対して広がった色の実験結果を示すグラフである。

Claims (11)

1. スイッチド面内（ＳＩＰ）液晶表示（ＬＣＤ）セルと、
   前記ＬＣＤセルの第１の側に配設された第１の吸収偏光子であって、前記第１の吸収偏光子が偏光感度のある吸収材料の層を含み、偏光感度のある吸収材料の前記層と前記ＬＣＤセルとの間の材料層には三酢酸セルロース（ＴＡＣ）が無い、第１の吸収偏光子と、
   を含む、液晶表示装置。
2. スイッチド面内（ＳＩＰ）液晶表示（ＬＣＤ）セルと、
   前記ＬＣＤセルの第１の側に配設された、少なくとも吸収偏光層を含む１つ以上の層を含む第１の吸収偏光子であって、前記第１の吸収偏光子及び前記ＬＣＤセルが各々、直交するｘ軸及びｙ軸で定義されるｘｙ平面と平行であり、ｚ軸が前記ｘ軸及び前記ｙ軸の両方と直交しており、前記第１の吸収偏光子が前記第１の吸収偏光子を透過される光に対して透過偏光方向を規定し、前記透過偏光方向が前記ｘ軸と平行であり、ｘｚ遅延係数ｂ_{xz total}が前記第１の吸収偏光子に対して下記のように定義され、
   ｂ_{xz total}＝Σ（ｎ_xi−ｎ_zi）ｌ_i
   ここで、ｎ_xiが前記第１の吸収偏光子のｉ番目の層において前記ｘ軸と平行な偏光に対する屈折率であり、ｎ_ziが前記第１の吸収偏光子のｉ番目の層において前記ｚ軸と平行な偏光に対する屈折率であり、ｌ_iがｚ方向における前記第１の吸収偏光子のｉ番目の層の厚さであり、ｉが前記第１の吸収偏光子の異なる層を識別する整数であり、ｂ_{xz total}＝Σ（ｎ_xi−ｎ_zi）ｌ_iが２０ｎｍ未満である、第１の吸収偏光子と、
   を含む、液晶表示装置。
3. スイッチド面内（ＳＩＰ）液晶表示（ＬＣＤ）セルと、
   前記ＬＣＤセルの第１の側に配設された、吸収偏光層を有する第１の吸収偏光子であって、前記第１の吸収偏光子及び前記ＬＣＤセルが各々、直交するｘ軸及びｙ軸で定義されるｘｙ平面と平行であり、ｚ軸が前記ｘ軸及び前記ｙ軸の両方と直交しており、前記第１の吸収偏光子が前記第１の吸収偏光子を透過される光に対して透過偏光方向を規定し、前記透過偏光方向が前記ｘ軸と平行であり、ｎ_xが前記吸収偏光層において前記ｘ軸と平行な偏光に対する屈折率であり、ｎ_zが前記吸収偏光層において前記ｚ軸と平行な偏光に対する屈折率であり、Δｎ_xz＝ｎ_x−ｎ_zの絶対値が０．０００５未満である、第１の吸収偏光子と、
   を含む、液晶表示装置。
4. 前記第１の吸収偏光子が、Ｋ型又はＫＥ型吸収偏光子であることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１の吸収偏光子が、前記ＬＣＤセルの見る側に配設されていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の液晶表示装置。
6. 光源が、前記ＬＣＤセルの照明側に配設されていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の液晶表示装置。
7. 光導波路、トランスフレクタ及び光管理層のうち少なくとも１つが、前記ＬＣＤセルと前記光源との間に配設されていることを特徴とする、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 制御装置が前記ＬＣＤセルに連結されて、前記ＬＣＤセルを通過する光に前記ＬＣＤセルによって与えられる画像を制御することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の液晶表示装置。
9. 前記第１の吸収偏光子が、前記ＬＣＤセルに対して約４．６ｇｍ／ｍ²／日未満の水蒸気透過率及び約０．００５ｍｌ／ｍ²／日未満の酸素透過率を与えることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の液晶表示装置。
10. ｂ_{xz total}が１０未満であることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示装置。
11. 前記第１の吸収偏光層の面内屈折率ｎ_xと前記第１の吸収偏光層の厚さ屈折率ｎ_zとの間の差の絶対値が０．０００５未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。

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