JP2009169263A - 垂直配向液晶パネル用位相差板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1軸性結晶の光学軸を光の入射面に対する法線方向に対し2〜20度傾けて作製した基板(傾斜切出1軸性結晶基板)と、光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が異なり、且つそれらの何れとも直交する方向の主屈折率(nZ)が、前2者の何れよりも小さい(第1の位相差板という)か、又は前記2つの小さい方とほぼ同じである位相差板(第3の位相差板という)及び光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が略同じで、且つ前記2つの主屈折率の何れの方向とも直交する方向の主屈折率が前記2つの主屈折率よりも小さい位相差板(第2の位相差板という)からなる群から選ばれる少なくとも1つの位相差板を積層した垂直配向液晶パネル用位相差板。
【選択図】図10
Description
そして、垂直配向液晶パネルの複屈折を補償するために位相差板が使用されている。
特許文献1には、VA液晶パネルを用いた投射型液晶装置における該液晶パネルの複屈折性を補償するための光学補償板として、熱伝導性の高いサファイア等の二軸の複屈折性を有する基体の表面に一軸の複屈折性を持った位相差板を形成したものが開示されている。
また、更に、光漏れの原因は上記液晶分子の僅かな傾きの他に、前記した液晶パネルの前後に配置する偏光子及び検光子の支持層の複屈折も影響する。コントラスト比の更なる向上のためにはこれらの原因による光漏れの防止も望まれている。
しかしながら斜めから入射した光については、上記の基板を用いても合成屈折率楕円体がラグビーボール状となり、これらの光については補償できていないことを見出した。そこで更に検討した結果、これらの斜めから入射した光についての補償(図9に示すラグビーボール状の屈折率楕円体の補償)は、三次元屈折率nx 、ny 及びnzにおいて、nzが最も小さい値を取る位相差板、好ましくは、nx =ny >nzの関係を有する位相差板、より好ましくは二軸性の位相差板、例えばネガティブ Cプレート(Negative C-Plate)等が有効であることを見出した(例えばネガティブ Cプレートの場合を図10に示す)。
従って、両者の組合せは光の表面からの入射及び斜めからの入射のいずれをも補償できるのでより好ましいことを見出した。
なお、上記において、nx、及びnyは光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率を表し、nzは前記の何れの方向とも直交する方向(厚み方向)の主屈折率を表す。
従って、前記の液晶の傾きによる複屈折の補償と支持層の複屈折の補償を組み合わせることにより、更に好ましい補償が可能となる。
なお、正面位相差値(R0)は、厚みをdとすると、R0=(nx−ny)×dで定義される。
(1) 一軸性結晶の光学軸を光の入射面に対する法線方向に対し2〜20度傾けて作製した基板(傾斜切出一軸性結晶基板)と、光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が異なり、且つそれらの何れとも直交する方向の主屈折率(nz)が、前2者の何れよりも小さいか又は前2者の小さい方とほぼ同じである位相差板(前2者の何れよりも小さい位相差板を第1の位相差板、前2者の小さい方とほぼ同じである位相差板を第3の位相差板という)及び光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が略同じで、且つ前記2つの主屈折率の何れの方向とも直交する方向の主屈折率が前記2つの主屈折率よりも小さい位相差板(第2の位相差板という)からなる群から選ばれる少なくとも1つの位相差板を積層した垂直配向液晶パネル用位相差板、
(2) 位相差板が第1の位相差板であり、該第1の位相差板が、二軸性の位相差板である請求項1に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板、
(3) 位相差板が第3の位相差板であり、該第3の位相差板が、一軸性の位相差板である請求項1に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板、
(4) 第2の位相差板が、第1又は第3の位相差板と共に積層された請求項1に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板、
(6) 第1及び第2の位相差板が二軸性の位相差板、又は/及び第3の位相差板が一軸性の位相差板である請求項1、4及び5の何れか1項に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板、
(7) 第1〜第3の位相差板が傾斜切出一軸性結晶基板の何れか一方若しくは両面に積層されている請求項1〜6に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板、
(8) 傾斜切出一軸性結晶基板の何れか一方の面に、第3の位相差板、次いで第2の位相差板の順で、積層されている請求項1、4又は6の何れか一項に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板、
(式1)
(式2)
(上記式においてnx 及びny は光の入射面内において直交する2つの方向の主屈折率、nzはそれらの主屈折率の何れとも直交する方向の主屈折率、及びdは厚みをそれぞれ意味する)、
から算出される値とする、
(11) 傾斜切出一軸性結晶基板が水晶基板又はサファイア基板である請求項1〜10に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板、
(14) 液晶表示装置が液晶プロジェクター又は液晶リアプロジェクションテレビである請求項12又は13に記載の垂直配向液晶パネルを用いた液晶表示装置、
に関する。
本発明者は前記したように、垂直配向液晶パネルにおける、電圧無印加時の液晶分子の僅かな傾きによる複屈折が、一軸性結晶の光学軸を光の入射面に対する法線方向に対し2〜20度の範囲で傾けて作製した基板と、二軸の複屈折性を有し、三次元屈折率nx 、ny 及びnzにおいて、nzが最も小さい値を取る位相差板を用いることにより、補償出来ること、更に、偏光板における支持体による複屈折も、二軸の複屈折性を有し、三次元屈折率nx 、ny 及びnzにおいて、nzが最も小さい値を取る位相差板を単独で使用するか、若しくは、それと他の一軸性の位相差板を併用する、例えば、好ましくは、二軸の複屈折性を有し、三次元屈折率nx 、ny 及びnzにおいて、nzが最も小さい値を取る位相差板として、nx =ny>nzの関係を満たす位相差板と、一軸性の位相差板してnx >ny ≒nz の関係を満たす位相差板を併用することにより、補償出来ることを見出したものである。
ここで使用する一軸性結晶としては、光透過性のよい透明な一軸性結晶のものであれば何れも使用でき、正方晶系結晶、三方晶系結晶又は六方晶系結晶等を挙げることができ、三方晶系又は六方晶系の結晶が好ましく、より具体的には水晶またはサファイア等の結晶が好ましい。
併用する場合、高分子化合物で出来たフィルム状の位相差板が使用されるのでその保護や使用上の利便性などから、該傾斜切出一軸性結晶基板と上記該特定な複屈折を有する位相差板とを積層して一体とした位相差板として使用するのが好ましい。しかし、場合により、両者をそれぞれバラバラに独立して、VA液晶表示装置に、使用してもよい。
高分子フィルムの他には、SiO2、TiO2など無機物質の真空蒸着或いはスパッタ成膜、サファイア、水晶などの単結晶、フォトニック結晶等が挙げられる。
この第1の位相差板は光の入射面における位相差値(正面位位相差値:R0)が10〜100nmの範囲内、好ましくは10〜80nmの範囲内、より好ましくは10〜50nmの範囲内にあるものが好ましい。また、厚み方向の位相差値(Rth)は通常20〜450nmの範囲内、好ましくは100〜300nmの範囲が好ましい。
この第3の位相差板は光の入射面における位相差値(正面位位相差値:R0)が10〜100nmの範囲内、好ましくは10〜80nmの範囲内、より好ましくは10〜50nmの範囲内にあるものが好ましい。
また、前記第2の位相差板(光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が略同じで、且つ前記2つの主屈折率の何れの方向とも直交する方向の主屈折率が前記2つの主屈折率よりも小さい位相差板)としては、nx ≒ ny >nzの関係を満たすものが好ましく、ネガティブ Cプレート(Negative C-Plate)と呼ばれるものが好ましい。ネガティブ Cプレートの屈折率楕円体(3次元屈折率)を図4に示す。
この第3の位相差板は、厚み方向の位相差値(Rth)が通常20〜450nmの範囲内、好ましくは100〜300nmの範囲が好ましい。光の入射面における位相差値(正面位位相差値:R0)は0nmであるのが好ましい。
例えば、上記の第1の位相差板及び第3の位相差板は、それぞれ単独で、前記の傾斜切出一軸性結晶基板と共に用いても、かなり好ましい結果を得ることができる。第2の位相差板は単独で該結晶基板と一緒に使用することもできるが、通常は第3の位相差板と併用することにより、より好ましい結果を得ることができる。
本発明において、複数個の位相差板を併用する場合の位相差板の代表的な組合せとして例えば以下に挙げる組合せを挙げることができる。
(1)第1の位相差板を複数個併用する。通常2枚程度が好ましい。
(2)第1の位相差板と第3の位相差板を併用する。両者はそれぞれ1つであってもまた、複数個であっても良い。通常はそれぞれ1つずつ併用するのが好ましい。より具体的にはネガティブ バイアキシャル位相差板とポジティブ Aプレートの併用である。
(3)第2の位相差板と第3の位相差板を併用する。両者はそれぞれ1つであってもまた、複数個であっても良い。通常はそれぞれ1つずつ併用するのが好ましい。より具体的にはネガティブ Cプレートとポジティブ Aプレートの併用である。
上記組合せにおいて、第1の位相差板を複数個併用する態様及び第2の位相差板と第3の位相差板を併用する態様はより好ましい態様であり、第2の位相差板と第3の位相差板を併用する態様、特にネガティブ Cプレートとポジティブ Aプレートの併用は最も好ましい態様である。
なお、本発明のVA液晶パネル用位相差板は、VA液晶パネルのVA液晶におけるわずかな傾きから生じる複屈折ばかりでなく、偏光板における支持体の複屈折をも補償するものであるが、本発明においては便宜上、VA液晶パネル用位相差板という。
なお実施例中で使用されているR0は正面位相差値を示し、光が入射する面内での位相差値であり、下記式(1)で算出される値である。
式(1)
(式中、nX及びnYは光が入射する面内で直交する主屈折率、dは厚さを表す)
で算出される値である。
また、実施例中で使用されているRthは厚み方向の位相差値を表し、下記の式(2)で算出される値である。
式(2)
(式中、nx、ny及びdは前記と同じであり、nzはnx、nyの何れとも直交する方向の主屈折率を表す。)
図12に示すように、水晶の種結晶におけるZ軸(光学軸)を方位角度45°、傾斜角度5°で0.2mmの厚みで切り出し研磨して、正面位相差値:R0=14nmの水晶基板を作製した。
切り出した水晶とホウケイ酸ガラスとをUV硬化型接着剤であるUT−20(アーデル社製)を用いて接着後、水晶の厚みを0.03mmまで薄く研磨しR0=2nmの位相差板とした。なおホウケイ酸ガラスは水晶を薄く研磨するため、その際の支持体としての役割と実機に組み込んだ際も支持体としての役割を果たす。
研磨した水晶の表面に、ネガティブ バイアキシャル(Negative Biaxial)位相差板である株式会社ポラテクノ製HPO−B40N0(商品番号)(R0=40nm、Rth=140nm)を1枚、ポリアクリル酸エステル系粘着剤を介して貼り合わせた。
実施例1と同様に切り出し、研磨した水晶の表面にポジティブ Aプレート(Positive A-Plate)である株式会社ポラテクノ製HPO−40(商品番号)(R0=40nm、Rth=20nm)を1枚とネガティブ Cプレート(Negative C-Plate)である株式会社ポラテクノ製HPO−B00V0(商品番号)(R0=0nm、Rth=220nm)を1枚、ポリアクリル酸エステル系粘着剤を介して貼り合わせた。
実施例1に用いたネガティブ バイアキシャル位相差板である株式会社ポラテクノ製HPO−B40N0をポリアクリル酸エステル系粘着剤を介してホウケイ酸ガラスに貼り合わせた。
実施例2に用いたポジティブ Aプレート(Positive A-Plate)である株式会社ポラテクノ製HPO−40をポリアクリル酸エステル系粘着剤を介してホウケイ酸ガラスに貼り合わせた。
実施例1と同様に切り出し、研磨した水晶のみ(R0=2nm)をサンプルとした。
種結晶におけるZ軸(光学軸)を傾斜させず、その他は実施例1と同様のサンプルとした。
なお、比較例3は本発明で必須である二軸性或いは一軸性の位相差板を併用していないため、コントラストは低い。
また、比較例4は一軸性結晶の光学軸を光の入射面に対して傾けていないため、コントラストは低い。
なお、比較例3は本発明で必須である二軸性或いは一軸性の位相差板を併用していないため、コントラストは低い。
また、比較例4は一軸性結晶の光学軸を光の入射面に対して傾けていないため、コントラストは低い。
実施例1と同様に切り出し、研磨した水晶の表面にポジティブ Aプレートである株式会社ポラテクノ製HPO−40を1枚、ポリアクリル酸エステル系粘着剤を介して貼り合わせた。
なお、比較例3は本発明で必須である二軸性或いは一軸性の位相差板を併用していないため、コントラストは低い。
また、比較例4は一軸性結晶の光学軸を光の入射面に対して傾けていないため、コントラストは低い。
実施例3は水晶の上に貼った位相差板がポジティブ Aプレートであるため、ネガティブ バイアキシャル位相差板を貼った実施例1、ポジティブ Aプレートとネガティブ Cプレートをそれぞれ1枚貼った実施例2よりもコントラストは低い。
2 UV・IRカットフィルター
3 フライアイレンズ
4 偏光変換素子
5及び6 ダイクロイックミラー
7、8及び9 全反射ミラー
10、10R、 10G及び10B 第1偏光板(偏光子)
11R、11G及び11B 位相差板(液晶パネル補償板)
12R、12G及び12B 液晶パネル、
13、13R、13G及び13B 第2偏光板(検光子)
14 クロスダイクロイックプリズム
15 投射レンズ
16 スクリーン
17A及び17B 液晶パネル基板
18A及び18B 垂直配向液晶分子の傾斜方位
19 垂直配向液晶分子
20 垂直配向液晶分子屈折率楕円体
21 Negative Biaxial屈折率楕円体
22 ポジティブ Aプレート屈折率楕円体
23 水晶において、その光学軸を傾斜させて切断した時の屈折率楕円体、
24 垂直配向液晶分子屈折率楕円体と水晶において、その光学軸を傾斜させて切断した時の屈折率楕円体との合成屈折率楕円体
25 Negative C-Plate屈折率楕円体
26 垂直配向液晶分子屈折率楕円体と水晶において、その光学軸を傾斜させて切断した時の屈折率楕円体とNegative C-Plate屈折率楕円体との合成屈折率楕円体
27 光学軸
28 光学軸傾斜切断時の水晶基板形状
29 光学軸の方位角度
30 光学軸の傾斜角度
31 基板の厚み
Claims (14)
- 一軸性結晶の光学軸を光の入射面に対する法線方向に対し2〜20度傾けて作製した基板(傾斜切出一軸性結晶基板)と、光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が異なり、且つそれらの何れとも直交する方向の主屈折率(nz)が、前2者の何れよりも小さいか又は前2者の小さい方とほぼ同じである位相差板(前2者の何れよりも小さい位相差板を第1の位相差板、前2者の小さい方とほぼ同じである位相差板を第3の位相差板という)及び光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が略同じで、且つ前記2つの主屈折率の何れの方向とも直交する方向の主屈折率が前記2つの主屈折率よりも小さい位相差板(第2の位相差板という)からなる群から選ばれる少なくとも1つの位相差板を積層した垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 位相差板が第1の位相差板であり、該第1の位相差板が、二軸性の位相差板である請求項1に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 位相差板が第3の位相差板であり、該第3の位相差板が、一軸性の位相差板である請求項1に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 第2の位相差板が、第1又は第3の位相差板と共に積層された請求項1に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 第1の位相差板と第3の位相差板が、それぞれ少なくとも1つずつ積層されている請求項1に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 第1及び第2の位相差板が二軸性の位相差板、又は/及び第3の位相差板が一軸性の位相差板である請求項1、4及び5の何れか1項に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 第1〜第3の位相差板が、傾斜切出一軸性結晶基板の何れか一方若しくは両面に積層されている請求項1〜6に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 傾斜切出一軸性結晶基板の何れか一方の面に、第3の位相差板、次いで第2の位相差板の順で、積層されている請求項1、4又は6の何れか一項に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 傾斜切出一軸性結晶基板が、ガラス支持体上に直接積層されている請求項1〜9に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 傾斜切出一軸性結晶基板が水晶基板又はサファイア基板である請求項1〜10に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板。
- 垂直配向液晶パネルを用いた液晶表示装置において、コントラストの向上のために、一軸性結晶の光学軸を光の入射面に対する法線方向に対し2〜20度傾けて作製した基板(傾斜切一軸性結晶基板)と、光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が異なり、且つそれらの何れとも直交する方向の主屈折率(nz)が、前2者の何れよりも小さいか又は前2者の小さい方とほぼ同じである位相差板(前2者の何れよりも小さい位相差板を第1の位相差板、前2者の小さい方とほぼ同じである位相差板を第3の位相差板という)及び光の入射面において直交する2つの方向の主屈折率が略同じで、且つ前記2つの主屈折率の何れの方向とも直交する方向の主屈折率が前記2つの主屈折率よりも小さい位相差板(第2の位相差板という)からなる群から選ばれる少なくとも1つの位相差板を、偏光板と垂直配向液晶パネルの間に、配したことを特徴とする垂直配向液晶パネルを用いた液晶表示装置。
- 請求項1〜12の何れか一項に記載の垂直配向液晶パネル用位相差板を使用した垂直配向液晶パネルを用いた液晶表示装置。
- 液晶表示装置が液晶プロジェクター又は液晶リアプロジェクションテレビである請求項12又は13に記載の垂直配向液晶パネルを用いた液晶表示装置。
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