JP4484445B2 - 補償フィルムを有するベンド配向ネマティック液晶画像ディスプレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベンド配向ネマティック液晶セルと、偏光子と、前記ベンド配向ネマティック液晶セルの表面の成す平面に垂直な平面内で光学軸を傾けて配向している正の複屈折性を有する材料を補償フィルムとを含んで成るディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶（ＬＣ）は、電子ディスプレイに広く使用されている。これらのディスプレイシステムにおいて、ＬＣ層は、典型的には偏光子層と検光子層の間に位置する。検光子は、その吸収軸が偏光子の吸収軸に対して垂直になるように配向される。偏光子によって偏光された入射光は、液晶セルを通り、その液晶の分子配向の影響を受ける。この液晶の分子配向は、液晶セルに電圧を印加することによって変えることができる。この原理を用いることによって、周囲光を含む外部光源からの光の透過を制御することができる。この制御を達成するのに必要なエネルギーは、陰極線管等の他のタイプのディスプレイで使用される発光材料に必要とされるものよりも概してかなり少ない。そのため、軽量で、電力消費量が少なく、動作寿命が長いことが重要な特徴である多くの電子画像形成装置（限定するわけではないが、デジタル時計、計算機、ポータブルコンピューター、電子ゲームを包含する）でＬＣ技術が使用されている。
【０００３】
コントラスト、色再現、及び安定なグレイスケール輝度は、液晶技術を用いる電子ディスプレイの重要な特性である。液晶ディスプレイのコントラストを制限する主な要因は、液晶要素又はセルを通る際に光が「漏れる」傾向である。光が漏れると、暗又は「黒」の画素状態となる。さらに、光漏れ及びそれによる液晶ディスプレイのコントラストは、ディスプレイスクリーンを観察する角度にも依存する。典型的には、最適なコントラストは、ディスプレイへの垂直入射を中心とした狭い観察角内だけで観測され、観察角が大きくなるにつれて急速に低下する。カラーディスプレイにおいて、光漏れの問題は、コントラストを低下させるだけでなく、色又は色相のシフトとそれに付随する色再現の低下をもたらす。
【０００４】
情報ディスプレイの様々な分野における液晶ディスプレイ用途の現在の急速な拡大は、主に特性の改良によるものである。そのようなディスプレイの品質を決める主な要因のうちの１つは、様々な視野角でのコントラスト比の変化を表す視野角特性（ＶＡＣ）である。広い様々な観察角で同じように画像が見えることが望ましく、この能力は液晶ディスプレイで不十分な点であった。また、動画用の液晶ディスプレイの潜在的用途の場合には、高速応答性を備えた表示モードを得ることが必要である。
【０００５】
光学補償ベンド（ＯＣＢ）セルともいうベンド配向ネマティック液晶セル５０は、対称なベンド状態に基づいたネマティック液晶セルである。その実際の動作では、ベンド配向ネマティック液晶セル５０を使用したディスプレイの輝度は、図１及び２に示すようにベンド配向に差を生じる印加電圧又は電界によって制御される。これには、ＶＡＣ及び応答速度の点で、ツイストネマティックモード等の従来のディスプレイを凌ぐ利点がある。速い応答は、異なるベンド状態間のスイッチングによるものであり、１つのベンド状態から別のベンド状態への変化は、セルの中央部での液晶分子の速い回転を妨げる逆トルクを生じない。適切な補償を伴う良好なＶＡＣは、液晶セルの内側での対称な分子配向に起因する。図１及び２において、液晶１２は、２枚の基板１０の間に挟持されている。ＸＹＺ座標系２２のＸ−Ｚ平面において、液晶１２はベンド構造をとっており、このベンド構造は、セルの中央平面２０に対して対称である。このベンド構造はＹ方向で不変である。右から左に入射してきた光線１６は、セルの下側部分１８にある分子に対してほぼ垂直であり、大きな複屈折が起こる。セルの上側部分２４では、光線１６は、分子にほぼ平行であり、小さい複屈折が起こる。光線１４（左から右に進む）の場合には逆の現象が生じる。すなわち、セルの下側（上側）領域では、小さい（大きい）複屈折が起こる。従って、光線１４及び１６は、同様な光路を経る。換言すれば、ＯＣＢセル５０には左右対称性がある。ＯＣＢセル５０は、もっぱらベンド状態で動作するため、この対称性は、図１及び２に示したような印加電場の有無に関わらず保たれる。この事実は、ＶＡＣが本質的に広がったことを示しており、これは従来のツイストネマティックモードとのはっきりとした違いである。ツイストネマティックモードは前述の左右対称性を維持しない。
【０００６】
反射型ＯＣＢモードとして、図３に示すようなハイブリッド配向ネマティック（ＨＡＮ）液晶セル５１を使用することができる。ＨＡＮセル５１は、液晶がセルの下側部分１９で垂直に配向するのに対し、液晶がセルの上側部分２５では傾斜するというような異なる境界条件を有する。これは、実は、ベンド配向ネマティック液晶セルの半分に、反射板１３を片側に備えたものである。ＨＡＮセル５１の動作原理は、光線が反射板１３によって反射されることを除き、ＯＣＢ５０の動作原理と同じである。入射光線１７Ａは、ＨＡＮセルの５１の上側部分２５で液晶にほぼ平行であるため、小さい複屈折が起こる。しかしながら、反射した光線１７Ｂは、ＨＡＮセル５１の上側部分２５で液晶にほぼ垂直であり、大きな複屈折が起こる。このようにＨＡＮセルは、ＯＣＢセルと同じように動作する。
【０００７】
しかしながら、ベンド配向ネマティック液晶セルの実際の応用では、ＶＡＣを最適化するための光学補償手段を必要とする。ベンド配向ネマティック液晶セルは、他のモードと同様に、光学異方性を有する液晶材料及び偏光子を含んで成る。そのため、ＶＡＣは、斜めの角度から観察した場合に、コントラストが低下するという欠点がある。また、液晶分子の傾きがセル基板１０で小さい場合には、ベンド状態は安定ではない。従って、セル内でベンド配向を維持するには、セル基板１０で高いティルト角を生じさせなければならない。これは、セル表面の成す平面（Ｚ軸方向に沿う）に垂直な方向での大きい平均屈折率とＸＹ平面での小さい平均屈折率をもたらす。従って、補償フィルムとしては、光学軸（光の複屈折が起こらない方向）がフィルム法線に並んで負の面外複屈折性を有するもの（負のＣプレート）がある程度有効である。この補償の他の側面は、ベンド構造が図１及び２中でのＸＺ面内に含まれるということに由来する。印加電場が、液晶を基板１０に対して十分に垂直にするのに十分に高くない限り、ＸＹ面内での位相差があるように見える。この面内位相差は、Ｃプレート補償子を、光を遮断できないものにし、不十分なコントラスト比をもたらす。
【０００８】
Uchida（特開平７−０８４２５４号公報、米国特許第６，１０８，０５８号明細書）及びBos（米国特許第５，４１０，４２２号明細書）は、黒状態でベンド配向ネマティック液晶セルを補償するために、それぞれ二軸性プレート及び負のＣプレートを使用した。図４に、ベンド配向ネマティック液晶セル５０、二軸性プレート３４及び偏光子３２，４２を含んで成る従来技術の液晶ディスプレイ９８を示す。この液晶セルを補償するために使用される二軸性プレート３４は、屈折率楕円体３６で表されるｎ_y＞ｎ_x＞ｎ_zを満たす屈折率を有するものであった。これは、電源３８を備えたベンド配向ネマティック液晶セル５０と上側偏光子３２の間に配置される。偏光子３２と偏光子４２は交差している。二軸性プレート３４の位相差の面外成分｛ｎ_z−（ｎ_x＋ｎ_y）／２｝ｄ（式中、ｄは二軸性プレート３４の厚さである）は負であり、セルに由来する正の寄与を補償する。面内成分（ｎ_y−ｎ_x）ｄは、限られた印加電圧で通常の観察角で十分な暗状態を与える。この方式は、ベンド配向ネマティック液晶セルのＶＡＣを改良したけれども、結果は不十分なままである。液晶の配向はＺ軸に沿って連続的に変化し、セル厚さ方向での屈折率の変化を与える。一方、二軸性プレート及び負のＣプレートの両方を含む上記補償フィルムの厚さに関して、屈折率は変化しない。
【０００９】
ディスコティック液晶は、典型的には光学的に負の一軸性材料である円盤状メソゲン分子からなる。一軸性の負の材料は、ｎ₃＜ｎ₁＝ｎ₂（式中、ｎ₃は光学軸の方向での屈折率である）を満たす３つの屈折率を有する。これらの材料を使用して、Mazakiら（米国特許第６，１２４，９１３号明細書）およびMoriら（米国特許第５，８０５，２５３号明細書）は独立に、ベンド配向ネマティック液晶セルを補償するアイデアに取り組んだ。分子の方向が厚さ方向で変化するディスコティック材料から補償フィルムが作られた。ディスコティックフィルムは、面内位相差と有効な面外の負の位相差の両方をもたらす。他のパラメータとともにフィルム内のディスコティック分子の方向を調節することによって、ベンド配向ネマティック液晶セルによって、彼らは広いＶＡＣを得た。
【特許文献１】
米国特許第５，８０５，２５３号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，８８３，６８５号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法は、ベンド配向ネマティック液晶ディスプレイの視覚的特性を改良したが、全体的なＶＡＣは望まれているものほどではなく不十分なままである。解決しようとする課題は、ディスプレイの視野角特性を改良するベンド配向ネマティック液晶セル用の補償フィルムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベンド配向ネマティック液晶セルと、偏光子と、前記液晶セルの表面の成す平面に垂直な平面内で光学軸を傾けて配向している正の複屈折性を有する材料を含む補償フィルムと、正のＡプレートとを含んで成るディスプレイを提供する。本発明は、本発明のディスプレイを具備する電子装置及び本発明のディスプレイを製造する方法も提供する。
本発明は、視野角特性の改良を可能にする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照するが、図面において本発明の様々な要素を数値記号で示し、当業者が本発明を実施できるように本発明を説明する。
【００１３】
図１及び２に、断面図で表したベンド配向ネマティック液晶セル５０の動作を示す。ベンド配向ネマティック液晶セル５０は、正の複屈折性のネマティック液晶１２がセル表面の成す平面（Ｘ−Ｙ平面）に垂直な平面においてベンド構造で配向しているものである。図１及び２に示す例では、液晶１２は、液晶セル表面の成す平面（Ｘ−Ｙ平面）に垂直なＸ−Ｚ平面で配向したベンド構造をとる。電場がオフ状態の場合、液晶１２は図１に例示するような配向をセル内でとる。図２に、電場がオン状態の場合を示す。この場合、液晶１２は、矢印２８で示した電界方向に配向する。セルの中央部では、液晶１２はセル表面の成す平面（Ｘ−Ｙ平面）にほぼ垂直である。ベンド配向ネマティック液晶セル５０は、前述のような液晶ダイレクター平面（Ｘ−Ｚ平面）で斜め方向に進む１４のような光線に対する対称性を示す。オン状態では、図２に示したように、負の面外位相差を有するプレートは、セルの垂直配向部分を補償するのに有効であることができる。しかしながら、これは、基板１０近傍の下側部分１８及び上側部分２４で液晶１２に歪みが生じるために完全な補償を達成しない。本発明の１つの目的は、広視野角で高コントラストを生じるようにベンド配向ネマティック液晶セルのオン状態を補償することである。その結果、視野角が広く、応答時間が短い液晶ディスプレイが得られる。この補償は、液晶セルの表面の成す平面に垂直な平面内で光学軸を傾けて配向している正の複屈折性を有する材料を含む補償フィルムを提供することによって達成される。
【００１４】
図５〜８において、本発明に係るディスプレイ１００の可能な構成を示す。図５に示すディスプレイ１００は、ベンド配向ネマティック液晶セル５０と、ベンド配向ネマティック液晶セル５０の両側に、第１の対の正のＡプレート５２Ａ，５２Ｂと、第２の対の正のＡプレート５８Ａ，５８Ｂと、一対の負のＣプレート５６Ａ，５６Ｂと、補償フィルム５５Ａ，５５Ｂと、交差させた偏光子６０，６１を含んで成る。偏光子６０，６１の透過軸はＸ−Ｙ平面で互いに直交的に交差している。偏光子６０の透過軸と偏光子６１の透過軸の成す角度は、それが８５〜９５°の範囲内にある場合に直交していると見なす。第２のＡプレート５８Ａ及び５８Ｂの光学軸は、Ｘ−Ｙ平面内にあり、隣接する偏光子６０及び６１の透過軸にそれぞれ平行である。補償フィルム５５Ａ及び５５Ｂは、負のＣプレート５６Ａとさらなる正のＡプレート５２Ａの間及び負のＣプレート５６Ｂと正のＡプレート５２Ｂの間にそれぞれ配置される。これらの第１の正のＡプレート５２Ａ，５２Ｂは、それらの光学軸がＹ方向にあるとともに液晶が配向しているＸ−Ｚ平面に対して垂直であるようにベンド配向ネマティック液晶セル５０の隣に配置される。第１の正のＡプレート５２Ａ，５２Ｂの機能は、Ｘ方向での液晶の投影に起因する位相差をオフセットすることである。Ａプレート５２Ａ（又は５２Ｂ）は、図６に示されているように補償フィルム５５Ａ（又は５５Ｂ）と負のＣプレート５６Ａ（又は５６Ｂ）の間に配置される。図７は、本発明に係るディスプレイ１００の別の例である。この場合に、２枚の正の第２のＣプレート（その光学軸がプレート法線、すなわちＺ方向に一致しており、正の複屈折性を有するプレート）６２Ａ及び６２Ｂはそれぞれ偏光子６０及び６１の隣に配置される。第２の正のＡプレート５８Ａ，５８Ｂの光学軸は、それらの近くにある偏光子の透過軸に対して垂直に配置される。第２のＣプレート６２Ａ，６２Ｂ及び第２のＡプレート５８Ａ，５８Ｂは、両方とも正とする代わりに、両者ともに負としてもよい。補償フィルム５５Ａ及び５５Ｂは、位相差をオフセットするために第１の負のＣプレート５６Ａと第１の正のＡプレート５２Ａの間及び第１の負のＣプレート５６Ｂと第１の正のＡプレート５２Ｂの間にそれぞれ挟持されている。オフセットＡプレート５２Ａ，５２Ｂの配置は、図５及び６に示す場合のように変えることができる。図８に、ハイブリッド配向ネマティック液晶セル５１と、反射板６４と、補償フィルム５５Ａとを含んで成る本発明に係る反射型ディスプレイ１０２を示す。第１のＣプレート５６Ａ及び第２のＡプレート５８Ａは、偏光子６０を補償するように配置される。
【００１５】
次に、補償フィルム５５Ａ及び５５Ｂの実際の内部構造について説明する。本発明に係る補償フィルム５５Ａ及び５５Ｂの各々は、図１２〜図１７に７８として示すベースフィルム上に配置された２つ以上の光学的異方性層を有する。ベースフィルムの光学的特性は、一軸性の負のＣプレート又は等方性材料の光学的特性に近い。このベースフィルムは、｜ｎ_x−ｎ_y｜<<ｎ_zである二軸性のものであってもよい。等方性フィルムの場合に、３つの屈折率は全て等しい。しかしながら、簡単にするため、ベースフィルム７８は、例示のための装置１００及び１０２の全ておいて等方性フィルムとみなす。なぜなら、ベースフィルムがいくらかでも複屈折性を有する場合に、それに隣接するＡプレート又はＣプレートにベースフィルムの位相差が加わることがあるからである。
【００１６】
この異方性層は、一軸性又は二軸性の光学的特性を有する材料を含む。この材料の光学軸の方向は、フィルム平面で１つの方位角に固定される。この方位角は、ベースフィルム７８と光学的異方性材料の層８２との間にあるアライメント層（図示せず）により決まる。一軸性の材料の場合には、一軸性の材料は、図９に示すように屈折率楕円体により表されるｎ₃よりも小さい２つの等しい屈折率ｎ₁及びｎ₂を有する。この場合、光学軸の方向は、最大の屈折率ｎ₃の方向に一致し、その材料は正の複屈折性を示す。二軸性の場合、全てのｎは異なる値をとり、光学軸は最大のｎの方向に必ずしも平行ではない。図１０及び１１にフィルム７２及び８０を示すが、これらのフィルムは、一層の異方性層８２だけが図示されているために補償フィルム５５の一部である。両方のフィルム７２及び８０において、一層の異方性層８２は、ベースフィルム７８上に配置されている。光学軸７４での傾きθ₁は一定であるが、図１１では、その方向はベースフィルム７８に垂直な平面内でθ₁からθ₂までの間で変化する。図１１に、θ₂＞θ₁の場合を示すが、逆の場合θ₂＜θ₁も可能である。
【００１７】
図１２，１３，１４，１５，１６及び１７は、図５，６，７及び８に示す補償フィルム５５Ａ及び５５Ｂの代わりにそれぞれ使用できる種々の典型的な補償フィルム５５の概略図である。全ての場合に、補償フィルム５５は、ベースフィルム７８上に配置された２層の異方性層８２，８４を含む。α，β及びγは互いに垂直であり、補償フィルム５５に付けた直交座標系８６を形成している。異方性層８２，８４の内部の光学軸における傾きθ₁は、図１２及び１３におけるγ軸に沿って一様である。図１２において、下側の異方性層８２（ベースフィルム７８に隣接する）における光学軸はβ―γ平面内に含まれているが、上側の異方性層８４ではα−γ平面内に光学軸が含まれる。図１３は、逆の場合である。
【００１８】
図１４，１５，１６及び１７に、２枚の異方性層８２，８４を有する補償フィルム５５を示す。これらの補償フィルムでは、光学軸でのティルトがγ軸に沿って変化する。これらの場合にも、α，β及びγ軸は互いに垂直であり、直交座標系８６を形成している。図１４及び１６において、下側の異方性層８２の光学軸はβ―γ平面内にあり、一方、上側の層８４では光学軸はα―γ平面内にある。これは、図１５及び１７の場合、すなわち下側の層８２では光学軸がα−γ平面内にあり、上側の層８４では光学軸がβ−γ平面内にあるのと逆である。ティルトθは、図１４及び１５における正のγ方向ではθ₁からθ₂に減少（θ₁＞θ₂）するが、図１６及び１７においては増加する。
【００１９】
本発明に係る３つの典型的なディスプレイ（１００及び１０２）を図１８，１９及び２０を示す。これらの図は、図５，６及び８に示した断面図にそれぞれ対応する。補償フィルム５５Ａ及び５５Ｂは、図５〜８に示した配置に従って設置される。図１８及び１９において、液晶は、ベンド配向セル５０においてＸ−Ｚ平面内でベンド配向をとり、一方、図２０では、ハイブリッド配向セル５１においてハイブリッド配向をとる。透過型モード（図１８及び１９）及び反射型モード（図２０）の両方において、補償の機構は、１）ベンド配向ネマティック液晶セルの補償、及び２）偏光子の補償、の２通りある。Chenら（SID 98 Digest, pp. 315-318 (1998)）により検討されたように、交差させた偏光子には、斜めの角度から観察した場合に光漏れがあるという欠点がある。図１９に示す構成では、正のＣプレート６２Ａ，６２Ｂと正のＡプレート５８Ａ，５８Ｂの対は、交差した偏光子を補償し、あらゆる視野角で暗状態をもたらす。負のＣプレート５６Ａ，５６Ｂと補償フィルム５５Ｂ，５５Ａの組み合わせはセル５０を補償する。図１８の場合に、同じ原理が当てはまる。図２０に示す反射型ディスプレイ１０２は、１つの偏光子６０と、１つのＡプレート５８Ａと、光学軸が傾いている正の複屈折性の材料を含む１つの補償フィルム５６Ａだけを使用するが、偏光子６０とＨＡＮセル５１の間に四分の一波長板（図示せず）を加えることによって透過型ディスプレイ１００と等価なものになる。
【００２０】
図２１及び２２に、図１８，１９及び２０に示したディスプレイ１００及び１０２についての補償フィルム５５Ａ，５５Ｂの配置を示す。図１２，１３及び１４〜１７に示した所定の補償フィルム５５に関し、直交座標系α，β及びγは図２１及び２２に基づいてＸ−Ｙ−Ｚ座標４０と関連して設定されるべきである。図２２に、補償フィルム５５Ｂにおいて、γ軸を下側に延びる点線で示す（正のＺ方向と逆平行）が、図２１に示すフィルム５５Ａではγ軸は正のＺ方向に平行である。両方の場合において、α，β，Ｘ及びＹ軸は、Ｚ及びγ軸に垂直な同一平面内にあり、α，β，Ｘ及びＹ軸の間のφ₁〜φ₆は全て４５°である。同じ構成の補償フィルム５５を５５Ａ及び５５Ｂとして使用した場合に、理想的な補償が達成される。しかしながら、図１２と図１３に、図１４と図１５に、図１６と図１７に、及び図１２と図１３に示したもののような異なるフィルム構造体の組み合わせ５５もセル５０を補償する。ＨＡＮセル５１を使用する反射型ディスプレイ１０２（図２０及び８参照）の場合、補償フィルム５５Ａの配置は、図２１に従う。すなわち、フィルム５５Ａにおけるγ軸は図２１に示すように正のＺ方向に平行である。図１２〜図１７のいずれのフィルムも、図２０及び６中の５５Ａとして使用できる。
【００２１】
本発明のＶＡＣを評価するために、図１８及び１９のディスプレイ１００の構成の等コントラストプロットを図２３及び２４に示す。両方の場合に、補償フィルム５５Ａ及び５５Ｂの内部構造は、図１６に示した補償フィルム５５のものである。他のフィルム構造、例えば図１２に示したもので同等な結果が得られた。
【００２２】
図２３及び２４に示す等コントラストプロットは、所定の観察角でのコントラスト比を示すものである。同心円は極角を示し、ラジアル方向の線（０，４５，９０，１３５，１８０，２２５，２７０，３１５度）は観察の際の方位角に対応する。円の中心は、法線方向での観察に一致する。実線９４の内側ではコントラスト比は１００よりも大きく、短破線９２の内側ではコントラスト比は５０よりも大きく、長破線９０の内側ではコントラスト比は１０よりも大きい。図２３は、図１８に示したディスプレイ１００の構成の等コントラストプロットである。高コントラスト比５０は、方位角のほとんどで極角４０°まで広がっている。１０以上のコントラスト比は、水平方向（０−１８０方向）の極角で最大７０°に、垂直方向（９０−２７０方向）では最大５０°に達している。対角線（４５−２２５，１３５−３１５方向）では、極角０〜８０°で、コントラスト比は１０よりも大きい。図１９に示したディスプレイ１００の構成の場合の等コントラストプロットを図２４に示す。この等コントラストプロットは、図２３の場合よりもＶＡＣが良好である。
【００２３】
異方性層８２及び８４は、様々な方法によって製造できる。１つの例は、Schadtら（Japanese Journal of Applied Physics, Part 2 (Letters) v 34, n 6, 1995, pp.L764-767）により提案されたような光アライメント法である。例えば、ベースフィルム上に薄いアライメント層をコートし、その後に、偏光を照射する。次に、このアライメント層上に液晶モノマーをコートし、さらなる光線の照射により重合させる。異方性層の光学軸のティルトは照射角、異方性層の厚さ及び材料の特性に依存する。望ましいアライメントは、アライメント層の表面を機械的にラビングすることによって得ることもできる。他の周知の方法は、剪断力の方向性及び電場又は磁場の効果を利用する。
【００２４】
これまでの説明において、厚さ及び光学軸ティルトなどの光学補償フィルムの好ましい光学的特性を考えた。先に述べたように、補償の機構には、第１に液晶セルを光学的に補償することと、第２に、交差させた偏光子からの光漏れを防ぐこと、の２通りある。
【００２５】
セルは、Ａ）印加電圧によって液晶分子が基板にほぼ垂直であるセルの中央部、及びＢ）液晶の曲げ歪みが生じるセルの境界領域、のおよそ２つのパートに分けることができる。領域Ａ）は、セルの法線方向で光学的に正であり、その光学位相差ΔＲは、およそ
【００２６】
【数１】

【００２７】
（式中、ｎ_ｅ及びｎ_ｏは、液晶の異常光屈折率及び常光屈折率であり、ｄはセルの厚さである）である。このパートを補償するには、−ΔＲを有する１枚のフィルム又は−ΔＲ／２を有する２枚のフィルムが必要である。全ての典型的なディスプレイ１００において、５６Ａ，５６Ｂなどの２枚のフィルムが液晶セルの両側に配置される。領域Ｂ）は、図１２，１３及び１４〜１７に示したもののような異方性層を有するフィルムによって補償される。交差させる偏光子の最適化は、面内及び面外位相差ΔＲ_ａ及びΔＲ_ｃの組み合わせを必要とする。図１８に示した例において、ΔＲ_ａは好ましくは８０ｎｍ＜ΔＲ_ａ＜１００ｎｍ、より好ましくは８５ｎｍ＜ΔＲ_ａ＜９５ｎｍである。ΔＲ_ｃの場合に、ΔＲ_ｃは６０ｎｍ＜ΔＲ_ｃ＜８０ｎｍ、より好ましくは６５ｎｍ＜ΔＲ_ｃ＜７５ｎｍである。負のＣプレートの位相差−ΔＲ_Ｔは、−ΔＲ_Ｔ＝−ΔＲ／２＋ΔＲ_ｃによって与えられるが、１．２（−ΔＲ／２＋ΔＲ_ｃ）＜−ΔＲ_Ｔ＜０．８（−ΔＲ／２＋ΔＲ_ｃ）を満たす−ΔＲ_Ｔの値も許容可能である。図１９の場合に、ΔＲ_ａは、好ましくは１３０ｎｍ＜ΔＲ_ａ＜１５０ｎｍであり、より好ましくは１３５ｎｍ＜ΔＲ_ａ＜１４６ｎｍである。また、正のＣプレートの位相差ΔＲ_ｃは、好ましくは３５ｎｍ＜ΔＲ_ｃ＜５５ｎｍであり、より好ましくは４３ｎｍ＜ΔＲ_ｃ＜５０ｎｍである。負のＣプレートの位相差−ΔＲｃ’は、およそ−ΔＲ／２に等しいが、−１．２ΔＲ／２＜−ΔＲｃ’＜−０．８ΔＲ／２であることもできる。
【００２８】
光学軸は一様なティルト（図１２及び１３）又は変化するティルト（図１４，１５，１６及び１７）を有することができる。一様な場合に、ティルト角θ₁は２０°≦θ₁≦７０°であり、より好ましくは４０°≦θ₁≦６０°である。ティルトが変化するとき、１）正のγ方向でティルトが減少（θ₁＞θ₂）する場合（図１４及び１５）、及び２）ティルトが増加（θ₁＜θ₂）する場合（図１６及び１７）の２つの場合がある。減少する場合に、θ₁及びθ₂は、５０°≦θ₁≦９０°，５°≦θ₂≦４０°、より好ましくは６０°≦θ₁≦８５°，５°≦θ₂≦２０°である。増加する場合には、これらと全く逆である。すなわち、θ₁及びθ₂は、５°≦θ₁≦４０°，５０°≦θ₂≦９０°、より好ましくは５°≦θ₁≦２０°，６０°≦θ₂≦８５°である。異方性層の厚さは、セルの動作電圧、セルのパラメータ、使用される材料、及び他の因子に依存する。
【００２９】
本発明は、電子液晶ディスプレイ装置と関連して使用することができる。この制御を達成するのに必要なエネルギーは、陰極線管等の他のディスプレイタイプで使用される発光性材料に必要とされるものよりもかなり少ない。従って、軽量で、電力消費量が少なく、動作寿命が長いことが重要な特徴である多くの用途（限定するわけではないが、デジタル時計、計算機、ポータブルコンピューター、電子ゲームを包含する）で液晶技術が使用される。
以下の実施例において、Merck Inc.製の液晶ZLI-1132を使用した。セルの厚さは８．５７ミクロンであり、そのため（ｎ_e−ｎ_o）ｄ＝１２００ｎｍとなった。オフ状態での基板でのプレティルトは、セル平面から測定すると５°であった。印加電圧が約７．６０ボルトである場合に、オン状態が得られた。
【００３０】
【実施例】
例１
この態様は図１８に示したディスプレイ１００に準じる。図１６に示したフィルム５５の構造を有し、θ₁＝５°及びθ₂＝８５°である補償フィルム５５Ａ，５５Ｂを使用した。異方性層８２及び８４は、波長５５０ｎｍでｎ₃＝１．６３及びｎ₁＝ｎ₂＝１．５３の正の複屈折性の材料を含む。異方性層８２及び８４の光学軸は、厚さ方向に沿ってθ₁＝５°からθ₂＝８５°までで変化し、平均ティルトは約４５°である。各異方性層の厚さは０．５ミクロンである。正のＡプレート５８Ａ及び５８Ｂは、９０ｎｍの面内位相差ΔＲ_aを有し、それらの光学軸は、それらの近くにある偏光子６０及び６１の透過軸にそれぞれ平行である。負のＣプレート５６Ａ，５６Ｂは−３７５ｎｍに等しい位相差ΔＲ_Tを有する。第２の正のＡプレート５２Ａ，５２Ｂでは、それらの光学軸はＹ方向に向いており、位相差は２９ｎｍである。ＶＡＣは等コントラストプロットにより図２３で示される。図２３を参照して先に説明したように、ディスプレイ１００は広視野角特性を示す。
【００３１】
例２
この態様は図１９に示したディスプレイ１００に準じる。図１６に示したフィルム５５の構造を有し、θ_１＝３５°及びθ_２＝６５°である補償フィルム５５Ａ，５５Ｂを使用した。この例の場合も、異方性層８２及び８４は、波長５５０ｎｍでｎ_３＝１．６３及びｎ_１＝ｎ_２＝１．５３の一軸性の材料を含む。各層の厚さは０．５ミクロンである。異方性層の平均ティルトは約５５°である。正のＣプレート６２Ａ，６２Ｂは、４７ｎｍの面外位相差ΔＲ_ｃを有する。正のＡプレート５８Ａ及び５８Ｂは、１４１ｎｍの面内位相差ΔＲ_ａを有し、それらの光学軸は、それらの近くにある偏光子６０及び６１の透過軸にそれぞれ平行である。負のＣプレート５６Ａ，５６Ｂは−ΔＲｃ’＝−４７５ｎｍの位相差を有する。第２の正のＡプレート５２Ａ，５２Ｂでは、それらの光学軸はＹ方向に向いており、位相差は２９ｎｍである。等コントラストプロットによって図２４に示したように、広視野角特性が達成された。
【００３２】
本発明を特定の好ましい態様を特に参照して説明したが、当然のことながら、本発明の範囲内で様々な偏光及び改良を行なえる。
本明細書において引用した特許文献及び他の文献の全内容は、引用により本明細書に含まれていることにする。
【００３３】
本発明のさらなる態様を、特許請求の範囲の記載の態様とともに以下に示す。
［態様１］ ベンド配向ネマティック液晶セルと、偏光子と、前記液晶セルの表面の成す平面に垂直な平面内で光学軸を傾けて配向している正の複屈折性を有する材料を含む補償フィルムとを含んで成るディスプレイ。
［態様２］ 前記ベンド配向ネマティック液晶セルの両側に配置された一対の偏光子を含んで成り、前記偏光子が互いに直交的に交差する透過軸を有する上記態様１記載のディスプレイ。
［態様３］ 前記補償フィルムが前記ベンド配向ネマティック液晶セルと前記偏光子の間に配置されている上記態様１記載のディスプレイ。
［態様４］ 前記補償フィルムが、ベースフィルム上に配置された正の複屈折性を有する材料を含んで成る上記態様１記載のディスプレイ。
［態様５］ 前記補償フィルムが、ベースフィルム上に配置された第１の正の複屈折性を有する材料と、前記第１の正の複屈折性を有する材料の上に配置された第２の正の複屈折性を有する材料とを含んで成る上記態様１記載のディスプレイ。
【００３４】
［態様６］ ２つの正の複屈折性を有する材料の層の厚さが異なる上記態様５記載のディスプレイ。
［態様７］ 少なくとも１つの正の複屈折性を有する材料の層の光学軸のティルトが一様である上記態様５記載のディスプレイ。
［態様８］ 少なくとも１種の正の複屈折性の材料の層の光学軸のティルトが変化する上記態様５記載のディスプレイ。
［態様９］ 第１の正の複屈折性の層と前記ベースフィルムの間にアライメント層を含んで成る上記態様５記載のディスプレイ。
［態様１０］ 前記補償フィルムが、前記ベンド配向ネマティック液晶セルと前記偏光子のうちの１つとの間に配置されている上記態様２記載のディスプレイ。
【００３５】
［態様１１］ 前記ベンド配向ネマティック液晶セルと前記偏光子の各々との間の前記ベンド配向ネマティック液晶セルの各面上に補償フィルムが配置されている上記態様２記載のディスプレイ。
［態様１２］ 前記補償フィルムの光学軸のティルトが一様である上記態様１記載のディスプレイ。
［態様１３］ 前記補償フィルムの光学軸のティルトが変化する上記態様１記載のディスプレイ。
［態様１４］ ハイブリッド配向ネマティック液晶セルと、偏光子と、反射板と、前記液晶セルの表面の成す平面に垂直な平面内に光学軸がある正の複屈折性を有する材料を含む補償フィルムとを含んで成るディスプレイ。
［態様１５］ 前記ハイブリッド配向ネマティック液晶セルが偏光子と反射板の間に配置されており、前記補償フィルムが前記ハイブリッド配向ネマティック液晶セルと前記偏光子の間に配置されている上記態様１４記載のディスプレイ。
【００３６】
［態様１６］ 前記補償フィルムがベースフィルム上に配置されており、その光学軸のティルトが一様である上記態様１４記載のディスプレイ。
［態様１７］ 前記補償フィルムがベースフィルム上に配置されており、その光学軸のティルトが変化する上記態様１４記載のディスプレイ。
［態様１８］ ベースフィルム上に配置された２つの正の複屈折性を有する材料の層が存在し、前記層の少なくとも１つにおける光学軸のティルトが一様である上記態様１４記載のディスプレイ。
［態様１９］ ベースフィルム上に配置された２つの正の複屈折性を有する材料の層が存在し、前記層の少なくとも１つにおける光学軸のティルトが変化する上記態様１４記載のディスプレイ。
［態様２０］ 上記態様１記載の構成要素を含む電子画像形成装置。
【００３７】
［態様２１］ 前記補償フィルムにおける正の複屈折性の材料の光学軸の方向付けが光アライメントを使用して達成される上記態様１記載のディスプレイの形成方法。
［態様２２］ 前記補償フィルムにおける正の複屈折性の材料の光学軸の方向付けが機械的ラビングを使用して達成される上記態様１記載のディスプレイの形成方法。
［態様２３］ 前記補償フィルムにおける正の複屈折性の材料の光学軸の方向付けが剪断力を使用して達成される上記態様１記載のディスプレイの形成方法。
［態様２４］ 前記補償フィルムにおける正の複屈折性の材料の光学軸の方向付けが電場又は磁場の効果を使用して達成される上記態様１記載のディスプレイの形成方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ベンド配向ネマティック液晶セルディスプレイの動作を示す概略図である。
【図２】図２は、ベンド配向ネマティック液晶セルディスプレイの動作を示す概略図である。
【図３】図３は、ハイブリッド配向ネマティック液晶セル（ＨＡＮセル）の断面図である。
【図４】図４は、二軸性プレートを有する従来技術のディスプレイ装置の概略図である。
【図５】図５は、本発明に係る典型的なディスプレイの断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る典型的なディスプレイの断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る典型的なディスプレイの断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る典型的なディスプレイの断面図である。
【図９】図９は、ベースフィルム上に配置された異方性層の構成材料を表す屈折率楕円体を示す図である
【図１０】図１０は、光学軸が厚さ方向に一様に傾いていることを示す図である。
【図１１】図１１は、光学軸が厚さ方向で変化することを示す図である。
【図１２】図１２は、光学軸のティルトが一様である補償フィルムの構造を示す図である。
【図１３】図１３は、光学軸のティルトが一様である補償フィルムの構造を示す図である。図１２と図１３は、γ軸周りに９０°回転させると等価である。
【図１４】図１４は、光学軸の方向が変化する補償フィルムの構造を示す図である。
【図１５】図１５は、光学軸の方向が変化する補償フィルムの構造を示す図である。
【図１６】図１６は、光学軸の方向が変化する補償フィルムの構造を示す図である。
【図１７】図１７は、光学軸の方向が変化する補償フィルムの構造を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明に係るディスプレイの態様を例示する図である。
【図１９】図１９は、本発明に係るディスプレイの態様を例示する図である。
【図２０】図２０は、本発明に係るディスプレイの態様を例示する図である。
【図２１】図２１は、ディスプレイに対する補償フィルムの配置を示す図である。
【図２２】図２２は、ディスプレイに対する補償フィルムの配置を示す図である。
【図２３】図２３は、図１８に示したディスプレイの視野角特性を示す図である。
【図２４】図２４は、図１９に示したディスプレイの視野角特性を示す図である。
【符号の説明】
１０…セル基板
１２…液晶
１３…反射板
１４…左から右への光線
１６…右から左への光線
１７Ａ，１７Ｂ…反射型ディスプレイにおける光線
１８…ＯＣＢセルの下側部分
１９…ＨＡＮセルの下側部分
２０…セルの中央平面
２２…ＸＹＺ座標系
２４…ＯＣＢセルの上側部分
２５…ＨＡＮセルの上側部分
２８…印加電界の方向
３２…偏光子
３４…二軸性プレート
３６…二軸性フィルム３４を表す屈折率楕円体
３８…電源
４０…ＸＹＺ座標系
４２…偏光子
５０…ベンド配向ネマティック液晶セル
５１…ハイブリッド配向ネマティック液晶セル
５２Ａ，５２Ｂ…Ｙ方向に光学軸を有する正のＡプレート
５５Ａ…補償フィルム
５５Ｂ…補償フィルム
５５…補償フィルム
５６Ａ，５６Ｂ…負のＣプレート
５８Ａ，５８Ｂ…光学軸が偏光子６０，６１の透過軸に垂直又は平行であるＡプレート
６０…偏光子
６１…偏光子
６２Ａ，６２Ｂ…Ｃプレート
６４…反射板
７０…異方性層８２，８４の構成材料を表す屈折率楕円体
７２…ベースフィルム７８及び異方性層８２を含むフィルム
７４…異方性層８２の構成材料の光学軸
７８…ベースフィルム
８０…ベースフィルム７８及び異方性層８２を含むフィルム
８２…ベースフィルム７８に接触している下側異方性層
８４…上側異方性層
８６…補償フィルム５５に付けたαβγ直交座標系
９０…等コントラスト線１０
９２…等コントラスト線５０
９４…等コントラスト線１００
９８…従来技術のディスプレイ
１００…本発明に係るディスプレイ
１０２…本発明に係るディスプレイ
θ_１…ティルト角
θ_２…ティルト角
φ_１…α軸とＹ軸が成す角度
φ_２…α軸とＸ軸が成す角度
φ_３…β軸とＸ軸が成す角度
φ_４…β軸とＹ軸が成す角度
φ_５…β軸とＸ軸が成す角度
φ_６…α軸とＸ軸が成す角度

Claims (15)

1. ベンド配向ネマティック液晶セルと、偏光子と、前記液晶セルの表面の成す平面に垂直な平面内で光学軸を傾けて配向している正の複屈折性を有する材料を含む補償フィルムと、正のＡプレートとを含んで成るディスプレイ。
2. さらに負のＣプレートを含んで成る請求項１記載のディスプレイ。
3. 前記液晶セルと、第１の正のＡプレートと、前記補償フィルムと、第１の負のＣプレートと、第２の正のＡプレートと、偏光子とをこの順に含んでなる、請求項２記載のディスプレイ。
4. 前記液晶セルと、前記補償フィルムと、第１の正のＡプレートと、第１の負のＣプレートと、第２の正のＡプレートと、偏光子とをこの順に含んでなる、請求項２記載のディスプレイ。
5. 前記液晶セルと、第１の正のＡプレートと、前記補償フィルムと、第１の負のＣプレートと、第２のＡプレートと、第２のＣプレートと、偏光子とをこの順に含んでなる、請求項２記載のディスプレイ。
6. 前記液晶セルと、前記補償フィルムと、第１の正のＡプレートと、第１の負のＣプレートと、第２のＡプレートと、第２のＣプレートと、偏光子とをこの順に含んでなる、請求項２記載のディスプレイ。
7. 前記第２のＡプレートが正のＡプレートであり、前記第２のＣプレートが正のＣプレートである、請求項５または６記載のディスプレイ。
8. 前記第２のＡプレートが負のＡプレートであり、前記第２のＣプレートが負のＣプレートである、請求項５または６記載のディスプレイ。
9. 前記第第２の正のＡプレートの光学軸が、前記偏光子の透過軸に対して平行に配置される、請求項３または４記載のディスプレイ。
10. 前記第第２のＡプレートの光学軸が、前記偏光子の透過軸に対して垂直に配置される、請求項５〜８のいずれか１項記載のディスプレイ。
11. 前記第１の正のＡプレートの光学軸が、前記液晶セルの液晶ダイレクター平面に対して垂直である、請求項３〜１０のいずれか１項記載のディスプレイ。
12. 前記補償フィルムが、ベースフィルム上に配置された正の複屈折性を有する材料を含んで成る請求項１〜１１のいずれか１項記載のディスプレイ。
13. 前記補償フィルムが、ベースフィルム上に配置された第１の正の複屈折性を有する材料と、前記第１の正の複屈折性を有する材料の上に配置された第２の正の複屈折性を有する材料とを含んで成る請求項１〜１１のいずれか１項記載のディスプレイ。
14. ２つの正の複屈折性を有する材料の層の厚さが異なる請求項１３記載のディスプレイ。
15. 少なくとも１つの正の複屈折性を有する材料の層の光学軸のティルトが一様である請求項１３記載のディスプレイ。

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