JP3983284B2 - ねじれネマチック液晶ディスプレイのためのピクセレートされた補償器 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）設計の分野に関し、より特定的には、従来の液晶セル内に薄膜のピクセレートされた補償器素子を与えるための技術に関する。
コントラストおよび相対グレースケール強度の安定性は、液晶ディスプレイの質を決定する重要な特性である。液晶ディスプレイにおいて達成可能なコントラストを制限する主な要因は、暗状態のディスプレイを通して漏れる光の量である。
さらに、液晶素子のコントラスト比はまた、観察角に依存する。一般的な液晶ディスプレイにおけるコントラスト比は、垂直入射を中心とした狭い観察角内でのみ最大となり、観察の角度が増大するにつれて減少する。このコントラスト比の損失は、観察角が大きい場合に黒色状態のピクセル素子を通して漏れる光により生じる。カラー液晶ディスプレイでは、このような漏れがまた、飽和色およびグレースケール色双方に対し大きな色のシフトを生じさせるものとして知られている。
単一ティルトドメイン液晶ディスプレイ
典型的な先行技術によるねじれネマチック液晶ディスプレイにおいて、グレースケールの安定性が許容可能な観察ゾーンは大きく制限されるが、その理由は、暗状態の漏れにより生じる色のシフトに加え、液晶分子の光学的異方性が、グレーレベルの透過に大きな変動、すなわち観察角の関数としての明るさ−電圧曲線におけるシフトをもたらすからである。この変動はしばしば非常に大きいので、極端な垂直の角度では、透過レベルが逆になるグレーレベルもある。こうした制限は、エビオニクス機器などの、操縦士および副操縦士双方の座席位置からコックピットのディスプレイを見ることが重要である、非常に高品質のディスプレイを要求するアプリケーションについては、特に重要である。このような高度の情報を含むディスプレイでは、相対的なグレーレベル透過が観察角に対しできるだけ不変であることが必要とされる。広い視野にわたって高品質でコントラストが高い像をもたらすことができる液晶ディスプレイを提供することは、当該技術において大幅な進歩となるであろう。
図１に示すように、従来のフルカラー単一ティルトドメインディスプレイ１００は、偏光子１０５と、検光子１１０と、液晶セル１１５と、おそらくは１つ以上の補償器層１２０とを含む。液晶セル１１５はさらに、アクティブマトリックス基板１２５と、カラーマトリックス基板１３０と、液晶材料１３５とを含む。（偏光子１０５および検光子１１０双方が電磁界を偏光させる。しかし一般には、「偏光子」という用語は光源に最も近い偏光子素子を指し、一方「検光子」という用語はＬＣＤの観察者に最も近い偏光子素子を指す。）
一般的には、アクティブマトリックス基板１２５の上には、薄膜トランジスタ、透明電極、および個々の液晶ディスプレイ素子を活性化するアドレスラインのアレイ、ならびに配向（アライメント）層が堆積されている。さらに、カラーマトリックス基板１３０の上には、黒色マトリックスコーティング、カラーフィルタマトリックス、透明電極、および配向層が堆積されていることが多い。アクティブマトリックス基板層１２５およびカラーマトリックス基板層１３０の上の配向層は組合さってねじれネマチック方向を液晶材料１３５にもたらす。アクティブマトリックス基板層１２５およびカラーマトリックス基板層１３０を構成する素子は周知であるため、図１には示されておらず、図３および４についての論を参照すれば、本発明に従うカラーマトリックス基板層における多数の同様の素子が示されている。
二重ドメイン液晶ディスプレイ
従来のＬＣＤのグレースケールの線形特性を向上させる１つの方法は、マルチドメイン液晶ディスプレイ構造を実現することである。二重ドメインＬＣＤの基本的な構造は、図１に示すディスプレイの構造に非常によく似ており、大きな違いについては図２に示すとおりである。それは１対の基板２０５と２１０との間に配置されたネマチック分子の集まり２００である。一方の基板２０５は２つのラビング方向２１５と２２０とを有する。他方の基板２１０もまた２つのラビング方向２２５と２３０とを有する。ラビング方向２１５の方向はラビング方向２２０の反対である。同様に、ラビング方向２２５（図２の面に入る方向）はラビング方向２３０（図２の面から出る方向）の反対である。ラビング方向２１５および２２０はそれぞれ、ラビング方向２２５および２３０に対しおよそ９０°の角度で配置されている。このタイプのラビングにより、液晶層内に２つのティルトドメイン２３５および２４０が生まれ、したがって「二重ドメイン」アーキテクチャという用語が用いられている。従来の二重ドメイン液晶ディスプレイはさらに、偏光子２４５と、検光子２５０と、偏光子２４５と検光子２５０との間に設けられたおそらくは１つ以上の補償器層２５５とを含む。ドメインが２つの構造を生成するその他の方法については、例としてコイケ（Koike）らによる、「最新ニュースペーパー：ドメイン分割ねじれネマチック構造を備えるフルカラーＴＦＴ−ＬＣＷ（Late-News Paper: A Full-Color TFT-LCW With a Domain-Divided Twisted-Nematic Structure）」（SID 92 Digest,pp.798-801, 1992）、およびタカトリ（Takatori）らによる、「観察角の大きいグレースケールを備える相補ＴＮ ＬＣＤ（A Complementary TN LCD with Wide-Viewing-Angle Grayscale）」（Proceedings 12th Int. Display Res. Conf.-Japan Display 92, pp.591-594, 1992）において報告されている。
二重ドメインディスプレイの役割は、ディスプレイの正および負の垂直の観察方向についての、ディスプレイのグレーレベルの挙動を平均化することである。こうした平均化がグレーレベルの線形性を向上させるものとして知られている。
垂直の視野に対するコントラストを高めるためには、正および負双方の観察方向に効果的な補償が必要である。さらに、基本的な二重ドメインアーキテクチャにより生み出される向上したグレーレベルの線形性では、例えばエビオニクスや大きなワークステーションディスプレイといった多くのアプリケーションには十分ではない。その例としては、ヤン（Yang）による、「アクティブマトリックスアプリケーションのためのドメインが２つのねじれネマチックおよび傾斜した垂直配向液晶ディスプレイ（Two-Domain Twisted Nematic and Tilted Homeotropic Liquid Crystal Displays for Active Matrix Applications）」（Record 1991 Int. Display Res. Conf., San Diego, CA, pp.68-72 1991）を参照されたい。
同時係属中の米国特許出願番号第２２３，２５１号は、Ｏプレート補償器と称される、斜めに配向され、正に複屈折の補償器素子を組入れた新規の補償器構造について述べている。Ｏプレート補償器構造はグレーレベルの線形性を大幅に向上させ、単一ドメインねじれネマチックＬＣＤアーキテクチャに、大幅に変化する観察方向に対し高いコントラストをもたらす。
Ｏプレート補償器の光学軸（すなわち屈折率楕円体の主軸）は、部分的に駆動された状態で液晶セルの中央領域近くの液晶ディレクタの平均的な方向に対し固定された方向を有する必要がある。この方向への要求に対し、二重ドメイン液晶ディスプレイアーキテクチャと相容れない先行技術によるＯプレート補償器技術が利用されるが、その理由としては、液晶ディレクタの方向は、２つのドメインで異なっているからである。Ｏプレートを効果的にするためには、その光学軸の配向は、液晶ディレクタの方向に対し決まった関係性を有さねばならない。この要求の結果として、「ピクセレートされた（pixelated）」Ｏプレート補償器素子が必要となる。すなわち、各々のピクセル内のＯプレートの方向が、２つのティルトドメイン間で異なっていなければならない。したがって、Ｏプレートは空間的にパターニングされ、２つの異なる方向を有する２つの別々の領域にされねばならならず、このときそのパターンは交互にされたティルトドメインのパターンと一致している。
さらに、ガラスの液晶ディスプレイ基板の厚み（一般的には１．１ミリメートル、ｍｍ）に対し、ピクセルサイズが小さい（一般には１５０マイクロメートル、μｍ未満）ため、液晶ディスプレイ基板の内側表面にピクセレートされたＯプレート補償器を製造することが必要である。もしピクセレートされたＯプレートが液晶セルの外側に与えられれば、重大な視差の問題が発生するだろう。したがって、二重ドメインＬＣＤにおいてＯプレート技術を用いるならば、補償器素子を液晶セルの内側に配置することが必要になる。
発明の概要
新規の通常は白色の二重ドメインねじれネマチック液晶ディスプレイは、従来の二重ドメインねじれネマチックディスプレイと比較して、広範囲にわたる観察角度に対し大幅に向上したコントラストおよびグレースケール線形性の安定性を示している。このディスプレイは、液晶セルの内側に１つ以上のピクセレートされた補償器層を取入れている。ピクセレートされた補償器層は、補償器層の方向およびリターデーションがディスプレイの液晶材料のティルトドメイン構造に従い変化するパターンを有する。このようなピクセレートされた補償器層により、異なるように方向付けられた液晶ティルトドメイン各々に対する最適な補償が可能になる。ピクセレートされた補償器層、およびおそらくは１つ以上のピクセレートされない補償器層を、ディスプレイのアクティブマトリックス基板、その（受動）カラーフィルタ基板、またはそれらの組合せのいずれかに堆積させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の単一ドメインの液晶ディスプレイの断面図である。
図２は、従来の二重ドメインねじれネマチック液晶ディスプレイの断面図である。
図３および４はそれぞれ、本発明に従うカラーフィルタ基板の断面および平面図である。
図５は、図３および４に示す種類のピクセレートされたカラーフィルタ基板を製造するための１つの例示的なプロセスを示す、ハイレベルフローチャートである。
図６は、本発明の記載において構成要素の方向を特定化するのに使用される座標系を示す。
図７は、本発明に従うピクセレートされた補償器の好ましい実施例を示す。
図８は、図７のディスプレイシステムの予想される等コントラスト曲線を示す。
具体的な実施例の詳細な説明
本発明の１つの実施例が、薄膜堆積技術を用いて液晶ディスプレイの液晶セルのカラーマトリックス基板の上にピクセレートされた補償器素子およびピクセレートされていない補償器素子を形成して実現されるものとして、以下で説明される。本明細書では明瞭化のために実際に実現化する際のすべての特徴については述べていない。何らかのそのような実際の実現化の開発においては、（いかなる開発プロジェクトと同様）、実現化に固有の多数の判断を行なって、実現化によって異なるであろうシステムおよびビジネスに関連した制約への従属性といった開発者固有の目標および副次的目標を達成しなければならないことが認識されるであろう。さらに、こうした開発における努力は複雑であり時間もかかるものであるが、当業者にとってはデバイスエンジニアリングの日常業務であろう。
カラーフィルタ基板
図３および４は、本発明に従う液晶セルのためのカラーフィルタ基板３００の断面および平面図である。これら図面において示されているその他のアイテムは以下のとおりである。
３０５：従来の光学的に透明な基板。光学的に透明な基板３０５はガラス、プラスチックなどといった従来の多種の材料から形成できる。
３１０：黒色マトリックス層。黒色マトリックス層３１０は従来のものであり、例として、不透明の金属膜、多層吸収膜、または染色あるいは着色された吸収フィルタからなるものとすることができる。黒色マトリックス層３１０は、たとえば薄膜トランジスタ、ストレージキャパシタ、およびアドレスライン（図示せず）といった、液晶ディスプレイにおけるアクティブマトリックス基板の電子素子を遮蔽して見えなくするように設計されたパターンを有する。さらに、黒色マトリックス層３１０のパターンは、液晶材料のティルトドメインの境界で生じる可能性のある液晶ディスクリネーション（転傾）を弱める、または隠すものであり、これはそうでなければ偏光の解消、散乱、およびセルを通した光の漏れを生じさせるかもしれないものである。
３１５：Ｏプレート補償層。Ｏプレート補償層３１５は正に複屈折の薄膜層であり、その光学的対称軸（対称は軸方向でないと仮定する）は光学的に透明な基板３０５の表面に対し斜角で方向付けられており、その角度は３０°と６０°との間であり一般的には４５°である。Ｏプレート層３１５は、斜角で堆積された無機膜、適切に方向付けられた重合液晶材料、または光異方性有機材料を含む、種々の材料から製造することができる。包括的には上記の同時係属中の米国特許出願を参照されたい。Ｏプレート層３１５については図４と関連させてより詳細に以下で述べる。
３２０：Ｏプレート方向（３１５参照）。Ｏプレート層３１５は、光学的に透明な基板３０５の面における屈折率楕円体の主軸の射出の方向が、液晶セル内の液晶材料の二重ドメイン方向と交互になるようにパターニングされる。この態様でパターニングされた補償器層はピクセレートされているということができる。
３２５：単一の赤色、緑色、または青色素子の断面であり、図４でより詳細に示されている。
３３０：バッファ層。Ｏプレート層３１５が無機材料から生成されていれば、バッファ層３３０は、たとえばＯプレート層の次に堆積されるその他の材料がＯプレート補償器層に入り込むことにより生じる可能性のある、Ｏプレート補償器層の劣化を防止するのに役立つであろう。バッファ層はたとえばポリイミド、パリレン、またはポリカーボネイトの薄膜からなるものとすることができる。ポリイミドから形成されるバッファ層３３０は従来ラビングされて、次の補償層の堆積のための配向層の役割を果たす。
３３５：Ａプレート補償層。図３および４に示される実施例では、Ａプレート層はピクセレートされていない。すなわち、ピクセレートされたＯプレート層３１５のような空間的パターンはＡプレート層にはない。より一般的には、Ａプレート補償器層はディスプレイの性能を最適化するようにパターニングできる。Ａプレート補償器層はたとえば、バッファ層３３０の上に反応性ネマチック液晶材料の薄膜の溶媒の流し込みを行なうことにより、堆積される。
３４０：カラーフィルタマトリックス層。カラーフィルタマトリックス層は同様の方法でパターニングされる、すなわち一般的には黒色マトリックス層３１０と同じ空間的パターンである。（カラーフィルタマトリックス層３４０と対照的に、黒色マトリックス層３１０は、素子の「アップ」および「ダウン」ティルトドメインを分割する領域において素子に付き１つのさらなるストライプを有し、上記のようにおよび図４に示されるように二重ドメインの転傾を弱めるものである。）
３４５：透明電極層。従来の連続する薄膜透明電極がカラーフィルタマトリックス層３４０の上に重ねられ、ＬＣＤのアクティブマトリックス基板（すなわち、薄膜トランジスタ、ストレージキャパシタ、およびアドレスラインが上に堆積される基板）に対する対向電極が形成され、一般には酸化錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）の薄膜を含む。
３５０：ポリイミド液晶配向層。ポリイミド液晶配向層が、当業者には周知であろう従来の技術を用いてＩＴＯ透明電極層３４５の上に与えられる。
３５５および３６０：ポリイミド液晶配向層３５０を機械的にラビングすることにより生成される液晶配向領域。このラビング動作によりネマチック液晶材料の所望の表面方向がもたらされる。当業者には周知であるように、相補的な配向パターンが同様にアクティブマトリックス基板に適用され、液晶材料において所望のマルチドメイン構造をもたらす。当業者には明らかであるように、マルチドメイン液晶構造を生じさせる多数の周知の表面配向法がある。例としてコイケらおよびタカトリらの引例を参照されたい。
ラビング方向は図４で矢印４２０（矢印４０５で示すように「アップ」方向のティルトドメインをもたらすラビング方向）、および４２５（矢印４１０で示すように「ダウン」方向のティルトドメインをもたらすラビング方向）で示されている。より一般的には、ラビングが行なわれて、図３の例ではほぼ反対方向にされた、特定の異なる方向を有する２つの交互になった領域がもたらされる。
図面では、「アップ」ドメインは、部分的に駆動された状態では液晶セルのほぼ中央の平均的ディレクタがディスプレイの垂直軸に対して正の垂直方向の平均角度を生じさせるような、ある方向を有する液晶材料の領域として規定される。「ダウン」ドメインは、部分的に駆動された状態では液晶セルの中央近くの平均ディレクタがディスプレイの垂直軸に対し負の垂直方向の平均角度を生じさせるような方向を有する液晶材料の領域として規定される。ここで、本明細書では観察角のサイン（正または負）は、観察者がディスプレイを水平面に対して見ている角度によって決定されるものとする。たとえば、正の垂直の観察方向とは、観察者が上方の法線からディスプレイを見下ろしていることを指している。
図４は、カラーフィルタ基板３００の平面図４００である。図４で示されている項目は以下のとおりである。
４００：カラーフィルタ基板３００の平面図。
４０５：「アップ」ドメイン方向。上記の３５５および３６０についての説明参照。
４１０：「ダウン」ドメイン方向。上記の３５５および３６０についての説明参照。
４１５：フルカラーピクセル。各フルカラーピクセル４１５は３つの素子３２５からなる、すなわち赤色素子、緑色素子、および青色素子からなる。これら素子は文字Ｒ、Ｇ、およびＢとして対応のピクセルにおいて示されている。
４２０：「アップ」ドメイン方向をもたらすラビング方向。上記の３５５および３６０についての説明参照。
４２５：「ダウン」ドメイン方向をもたらすラビング方向。上記の３５５および３６０についての説明参照。
ピクセレートされたカラーフィルタ基板の製造
図５は、図３および４に示しかつ先に説明した種類のピクセレートされたカラーフィルタ基板３００を製造するための１つの例示のプロセスを示す、ハイレベルフローチャート５００である。以下のブロック番号は図５のブロックを指している。
５０５：通常は厚みが約１ｍｍの光学的に透明な基板３０５を与える。
５１０：何らかの所望の１つまたは複数の技術によって、光学的に透明な基板３０５の上に約０．１から１．０マイクロメートル、μｍまたはミクロン（またはその他の適切な厚み）の従来の黒色マトリックス層３１０を堆積およびパターニングする。
（「堆積」という用語は、層が適所に形成される何らかの都合のよい堆積技術を包含し、予め形成された層が基板に接着されるラミネーションといったその他の技術と区別することが意図されている。基板３０５の「上に堆積する」という語句は、基板の上に直接材料を堆積することに限定されるのではなく、材料が基板３０５の上の１つ以上の中間層の上に堆積される状態を含むものである。）
５１５：Ｏプレート補償器層３１５を堆積する第１のステップにおいて、何らかの適切な方法により光学的に透明な基板３０５の上にフォトレジスト層（たとえば図示しないが従来の強度のＵＶケア材料）を堆積およびパターニングする。フォトレジスト層の上に課されたパターンは、液晶ディスプレイの所望の「ダウン」ドメインのパターンと整合する。フォトレジストパターンの上に堆積されたＯプレート材料はリフトオフされる。
５２０：所望の「アップ」方向に光学的対称方向を有するＯプレート材料の薄膜層を光学的に透明な基板３０５の上に堆積する。
５２５：従来のリフトオフプロセスを施して、Ｏプレート材料に、液晶の所望の「アップ」ドメイン領域に対応するＯプレート層セグメントを残す。
５３０：何らかの都合のよい方法で光学的に透明な基板３０５の上にフォトレジスト層（図示せず）を堆積しパターニングする。フォトレジスト層に与えられたパターンは、液晶ディスプレイの所望の「アップ」ドメインのパターンに整合する。
５３５：所望の「ダウン」方向において光学的対称方向を有するＯプレート材料の薄膜層を、光学的に透明な基板３０５の上に堆積する。
５４０：従来のリフトオフプロセスを施して、Ｏプレート材料に、所望の「ダウン」ドメイン領域に対応するＯプレート層セグメントを残す。
５４５：もし無機Ｏプレート材料が使用されるならば、光学的に透明な基板３０５を何らかの適切な方法によって熱処理する。
この時点で、光学的に透明な基板３０５の上には、約、たとえば１から１．３ミクロンのＯプレート層３１５が堆積されており、その実際の厚みは補償器構造の固有の設計に依存しており、当業者にとっては通常のエンジニアリングの問題であろう。
５５０：何らかの好都合な方法で、ポリイミドまたはその他の適切な材料のバッファ層３３０をＯプレート層３１５の上に堆積する。バッファ層３３０は一般的には、ほぼ５００から１０００オングストローム（Å）の厚みである。図３に関連するバッファ層３３０についての上記の説明もまた参照されたい。この特定的な例では、バッファ層３３０はまた次に堆積されるＡプレート層３３５のための配向層の役割を果たす。したがって、バッファ層３３０は従来はラビングされて所望の表面配向をもたらすものである。その代わりとして、次のＡプレート層に対し別の５００Åから１０００Å配向層をバッファ層３３０の上に堆積することができる。
５５５：バッファ層３３０の上にＡプレート補償器層３３５を堆積する。Ａプレート層３３５は従来的には周知の材料を用いて製造されている。この具体的な例では、Ａプレート層３３５は、バッファ層３３０（配向層の役割を果たす）の上に、およそ厚みが１ミクロンの反応性ネマチック液晶材料の薄膜を堆積させ、膜を重合させることによって製造される。（例として、前記の同時係属中の米国特許出願において記載されている。）
５６０：Ａプレート層３３５の上にパターニングされたカラーフィルタマトリックス層３４０を堆積する。上記のカラーフィルタマトリックス層３４０についての記載を参照されたい。一般的にはカラーフィルタマトリックス層３４０の厚みは１から２ミクロンの範囲にあり、フルカラー液晶ディスプレイ製造分野の当業者には既知である技術を用いて製造される。カラーフィルタマトリックス層３４０のパターンは、ディスプレイのアクティブマトリックス基板層の上の薄膜トランジスタのパターンに対応するように選択される。カラーフィルタマトリックス層３４０についての上記の説明で触れたように、カラーフィルタマトリックス層のパターンはまた、黒色マトリックス層３１０のパターンに対応する。
５６５：何らかの好都合な方法で、カラーフィルタマトリックス層３４０の上に厚みが約０．１から１ミクロンの透明電極層３４５を従来通りに堆積する。
５７０：透明電極層３４５の上にポリイミド配向層を堆積させ、従来通りに配向層を処理し（たとえばパターニングされたラビングにより、それぞれ高いプレティルト角および低いプレティルト角を有する２つの配向材料を用いることにより、またはその他何らかの有利な方法により）、液晶配向領域３５５および３６０を生成する。
この時点で、本発明に従うカラーフィルタ基板３００は本質的には完成している。
可能な変形例
カラーフィルタ基板３００は、Ｏプレート層３１５の上方または下方にさらなる補償器層を含むことができる（「上方」および「下方」という用語は、本明細書および請求の範囲のみにおいて便宜的に用いられるものであり、何らかの特定的な垂直方向に限定されるものではない）。何らかの具体的な実現化例においては、このさらなる補償器層はピクセレートされている場合もあるしされていない場合もある。このような補償器層は、１つ以上のＡプレート層、Ｃプレート層、および／またはＯプレート層を含み得る。これらさらなる補償器層は、何らかの適切な順序で配置できる。
代替実施例では、ピクセレートされた補償器素子を製造するプロセスは、上記のリフトオフの方法でなくエッチングを用いて行なうことができる。同様に、異なるように方向付けられた液晶ティルトドメインの面積は等しくなくてもよく、それらの相対的な面積は補償とともに選択され、所望のディスプレイのコントラストおよびグレースケールの安定性を有する最適な視野が生み出される。
液晶ディスプレイ構造内部のピクセレートされた補償器を利用するその他の応用例は、反対に方向付けられた液晶ティルトドメインに対する最適な補償を与えることであることが当業者には理解されるだろう。この実施例では、ＡプレートまたはＣプレート（所要の方向は反対方向の液晶ティルトドメインの存在の影響を受けない）などの補償器構成要素もまたパターニングされて、各ティルトドメインに異なる量または種類の補償をもたらすことができる。さらに、ある実施例では、Ｏプレート補償器要素を省き、ピクセレートをＡプレート、Ｃプレートまたはその他最適対称性の構成要素のみに適用することができる。もっと一般的なケースでは、ティルトドメインの方向が異なる液晶で（すなわち相対的な方向が１８０°異なる平均ディレクタを有する）、Ａプレート補償器がピクセレートを必要とする可能性がある。
さらに、アクティブマトリックス基板１２５を、カラーフィルタ基板３００のための上記の一般的な方法で製造し、上記のような１つ以上のパターニングされた補償器層を含むことができることが当業者には理解されるであろう。
上記の説明は、通常は白色のねじれネマチック液晶ディスプレイに関連する。ピクセレートされた補償器層についての本発明の概念は、たとえばねじれネマチック、垂直配向コレステリック、垂直配向ネマチックディスプレイシステム、および種々の超ねじれネマチックディスプレイシステムなどの、広範囲にわたるマルチドメインＬＣＤアーキテクチャ（通常白色のものおよび通常黒色のもの双方）において、同様の性能についての向上をもたらすものと考えることができる。
ピクセレートされた二重ドメイン液晶ディスプレイ
カラーフィルタ基板３００が、液晶ディスプレイ１００における例示の完成した液晶セル１１５の１つの構成要素を形成することが当業者には理解されるであろう。液晶セル１１５のその他の構成要素は、アクティブマトリックス基板１２５と適切な液晶材料１３５とを含む。これら構成要素は、通常の態様で、従来のカラーフィルタ基板１３０の代わりにカラーフィルタ基板３００とともに組立てることができる。液晶セル１１５は次にたとえば偏光子１０５、検光子１１０、および１つ以上の補償器層１２０といったその他の従来の構成要素とともに組立てられ、また従来の態様で液晶ディスプレイ１００が形成される。
より一般的には、ピクセレートされた二重ドメイン液晶ディスプレイは以下の表１に示すような構成要素の組合せを含むことができる。表１は、有用なピクセレートされた補償器構成の部分的なリストである。各例では、液晶層（ＬＣ）は、矢印によって示されるようにティルトドメイン方向が異なる２つの部分として表わされる。液晶セルの内部にありピクセレートされた補償器は、その対応するティルトドメインと同じ行に印刷されており、下付き文字を用いて異なる値で示し、矢印を用いて方向を示している。ピクセレートされない構成要素は、双方のティルトドメインに対し同じ下付き文字および／または方向を有するものとして示される。ここでＡはＡプレートを表わし、ＣはＣプレートを表わし、ＯはＯプレートを表わし、Ｐは偏光子を表わす（検光子または偏光子を表わす）。ピクセレートされた構成要素は、設計者が最適化しようとする設計パラメータ次第で、液晶層のどちら側に配置してもよい。

本発明に従う何らかの特定的な液晶ディスプレイの設計はもちろん、補償器層に対する設計パラメータの最適化を必要とするであろう。この設計上のパラメータは、たとえば補償器層の光学的方向、リターデーションの値、屈折率、補償器層の特定的な順序、などを含み得る。特定的な設計上の選択は、本題の液晶ディスプレイのエンジニアリングおよびビジネス上の目的次第であり、当業者にとっては通常のエンジニアリング設計の問題であろう。Ｏプレート補償器層に対するいくつかの特定的な設計範囲は、先に引用した同時係属中のうち１つ以上の特許出願において述べられている。
特定の設計例
図６は、液晶および複屈折補償器双方の光学軸の方向を説明するために用いられる座標系を示す。光は正のｚ方向６０５に観察者６００に向かって伝播し、このｚ方向は、ｘ軸６１０およびｙ軸６１５とともに右側の座標系を形成している。矢印６２０が示すように負のｚ方向からバックライトが与えられる。極のティルト角Θ６２５は液晶の分子の光学軸

６３０とｘ−ｙ面との間の角度として規定され、ｘ−ｙ面から測定される。方位またはねじれ角Φ６３５は、ｘ軸から、光学軸のｘ−ｙ面への投射６４０まで測定されたものである。
図７は、本発明に従うピクセレートされ補償された液晶ディスプレイ７００の好ましい実施例を示す、すなわち、二軸無機Ｏプレート補償器を示す。偏光子７０５は、その透過軸をおよそ１３５°の方位角Φとして方向付けられている。次の構成要素はリターデーション２８０ｎｍを有する負の複屈折のＣプレート７１０であり、液晶セル７５０の外側にある。素子７１５および７４０は液晶ガラス基板を表わす。基板７１５と７４０との間の領域は液晶セル７５０であることがわかる。
面７２０はソース側のガラス基板７１５での液晶材料７５５の配向を示すのに用いられる。液晶材料７５５は左側のカイラルピッチを有する。図示のように、アップおよびダウンティルトドメイン領域７６０および７６５はそれぞれ、およそ１３５°および３１５°の配向層ラビング方向を有する。同じ方法で、面７２５は、液晶材料７５５の観察者側での液晶材料７５５の方向を示すために設けられている。ＬＣ層７５５の複屈折はおよそ０．０９５であり、厚みはおよそ５．２μｍである。ここでアップおよびダウンティルトドメイン領域７７０および７７５はそれぞれ、約２２５°および４５°の配向層ラビング方向を有する。
液晶材料に続くのは、正の複屈折のＡプレート層７３０であり、その光学軸は約１２５°に方向付けられている。Ａプレート層７３０は約７３ナノメートル（ｎｍ）の層のリターデーションを有する。次の素子はピクセレートされたＯプレート補償器層７３５であり、そのアップおよびダウンティルトドメイン領域はそれぞれ７８０および７８５として示されている。Ｏプレートのアップドメイン７８０の方位方向Φは約９０°であり、極方向Θは約−４９°である。Ｏプレートのダウンドメイン７８５の方位方向Φは２７０°であり、その極方向Θは約−４９°である。Ｏプレート７３５の厚みは約０．４６μｍであり、主な屈折率は１．５２（屈折率楕円体とＯプレート層の面との交差に対応する方向で）、１．５９８（Ｏプレートのティルト角に対応する方向で）、および１．３４３（上記で規定した２つの方向に垂直な方向で）である。最後に、Φ４５°の高透過軸を有する検光子７４５が液晶セル７５０と観察者６００との間に配置される。
図８は、図７に従うディスプレイの予想される等コントラストの輪郭線８００を示す。輪郭線８０５は３０：１の等コントラストを表わし、輪郭線８１０は５０：１の等コントラストを示し、輪郭線８１５は１００：１の等コントラストを示す。
本発明の利点
本発明の主要な利点は、コントラストが高くかつグレースケールが安定化した、範囲が拡大された観察角度がもたらされることである。二重ドメイン構成は、グレースケールの安定性および対称性の向上と、限定された垂直の観察範囲とを別々にもたらす。ピクセレート補償技術により、方向の異なるティルトドメインを最適に補償し、標準的な単一ドメインディスプレイで補償のみを用いて可能であった範囲を超えて観察角の範囲を拡大することができ、二重ドメイン構造は、垂直に対称性のある観察特性を保証するものである。さらに、二重ドメイン構造とＯプレート補償器との組合せにより、いずれかの方策を別々に用いて得られるものよりも一般的には優れたグレースケールの安定性がもたらされる。
重要なのは、Ｏプレート層を伴うまたは伴わないピクセレートされた補償器層の上記の利点は、液晶セル１１５の内部にある１つまたは複数の補償器層によって提供されることである。ピクセレートされた補償器層をこのようにして設計して、二重ドメイン液晶ディスプレイの方向の異なるティルトドメイン（すなわち図７の「アップ」および「ダウン」ドメイン）を最適にかつ独立して補償することができる。このような補償は、外部にパターニングされる補償器層を用いた場合そうした補償器層によって発生する視差の効果のために、実施できないことが当業者には理解されるであろう。
補償器を液晶セル１１５内部の薄膜層として組入れることにより、従来の補償技術と比較し、液晶ディスプレイ１００の厚みおよび重量が減じられる。別々の補償器層を排除することにより、液晶セルの複雑性ならびに製造およびアセンブリのコストが減じられるものと考えられている。
本明細書において述べられる本発明の概念から逸脱することなく、前述の例から多数の変形例が可能であることが、当業者には理解されるであろう。したがって、本出願プログラムにおいてクレームされる排他的権利を定めることを意図するものは、以下の請求の範囲であり、前述の例だけによるものではない。

Claims (9)

1. ねじれネマチック液晶ディスプレイであって、
   （ａ） 偏光子層と、
   （ｂ） 検光子層と、
   （ｃ） 前記偏光子層と前記検光子層との間に配置された液晶材料を含む液晶セルとを含み、
   （ｄ） 前記液晶セルは光学的に透明なアクティブマトリックス基板と光学的に透明なカラーフィルタ基板とにより定められ、
   （ｅ） 前記液晶セルは複数のピクセルを含み、
   （ｆ） 前記ピクセルの各々は１対の反対に方向付けられた液晶ティルトドメインを含み、
   （ｇ） 前記ティルトドメインの各々は、前記アクティブマトリックス基板の液晶配向領域、および前記カラーフィルタ基板の液晶配向領域により定められ、ねじれネマチック液晶ディスプレイはさらに、
   （ｈ） 前記液晶セル内側において前記光学的に透明な基板のひとつの内側表面に複数のセグメントをなして堆積された正に複屈折のＯプレート補償器層を含み、
   （ｉ） 前記Ｏプレート補償器層は、前記セグメントの各々がそれぞれの液晶ティルトドメインに対応するようにピクセレートされており、また、
   （ｊ） 前記Ｏプレート補償器層は、その光学的対称軸が前記光学的に透明な基板の表面に対して３０°と６０°との間の斜角で方向付けられており、ねじれネマチック液晶ディスプレイはさらに、
   （ｋ） 前記液晶セル内側において前記液晶材料と前記Ｏプレート補償器層との間に堆積された第１の正に複屈折のＡプレート補償器層と、
   （ｌ） 前記光学的に透明な基板のひとつと前記偏光子との間に配置された第２の正に複屈折のＡプレート補償器層とを含む、ねじれネマチック液晶ディスプレイ。
2. ねじれネマチック液晶ディスプレイであって、
   （ａ） 偏光子層と、
   （ｂ） 検光子層と、
   （ｃ） 前記偏光子層と前記検光子層との間に配置された液晶材料を含む液晶セルとを含み、
   （ｄ） 前記液晶セルはアクティブマトリックス基板と第２の基板とを含む２つの基板により定められ、前記２つの基板各々は光学的に透明な基板を有し、
   （ｅ） 前記液晶セルは複数のピクセルを含み、
   （ｆ） 前記ピクセルの各々は１対の反対に方向付けられた液晶ティルトドメインを含み、
   （ｇ） 前記ティルトドメインの各々は、前記アクティブマトリックス基板の内側表面の液晶配向領域、および前記第２の基板の内側表面の液晶配向領域により定められ、ねじれネマチック液晶ディスプレイはさらに、
   （ｈ） 前記液晶セルの内部において前記光学的に透明な基板の少なくともひとつの内側表面に複数のセグメントをなして堆積された正に複屈折のＯプレートの補償器層を含み、
   （ｉ） 前記補償器層は、前記セグメントの各々がそれぞれの液晶ティルトドメインに対応するようにピクセレートされており、また、
   （ｊ） 前記補償器層は、その光学的対称軸が前記光学的に透明な基板の表面に対して、３０°と６０°との間の斜角で方向付けられている、ねじれネマチック液晶ディスプレイ。
3. 前記第２の基板はカラーフィルタ基板である、請求項２に記載の液晶ディスプレイ。
4. 前記液晶セルは、Ａプレート補償器層、Ｏプレート補償器層、およびＣプレート補償器層からなる群より選択される第２の補償器層をさらに含む、請求項２に記載の液晶ディスプレイ。
5. Ａプレート補償器層、Ｏプレート補償器層、およびＣプレート補償器層からなる群より各々が選択される１つ以上のさらなる補償器層をさらに含み、前記１つ以上のさらなる補償器層は前記補償器層と同じ光学的に透明な基板の前記内側表面と前記液晶材料との間に堆積される、請求項４に記載の液晶ディスプレイ。
6. 前記１つ以上のさらなる補償器層は前記光学的に透明な基板と前記液晶材料との間に堆積される、請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
7. 前記１つ以上のさらなる補償器層の各々は複数のさらなる補償器セグメントをなして堆積され、前記さらなる補償器層の少なくともひとつは各々のさらなる補償器セグメントがそれぞれの液晶ティルトドメインに対応するようにピクセレートされている、請求項５または６に記載の液晶ディスプレイ。
8. 前記補償器層は正の複屈折を有する、請求項２に記載の液晶ディスプレイ。
9. 前記１つ以上のさらなる補償器層は正の複屈折を有する、請求項５に記載の液晶ディスプレイ。

Images