JP5129739B2 - 改良された単一偏光子反射型双安定性ツイストネマチック（ｂｔｎ）液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の分野に関するものであり、そして特に、斜角で見たときの単一偏光子反射型双安定ツイストネマチック（ＢＴＮ）液晶ディスプレイの光学性能を改善する方法に関するものである。

＜単一偏光子反射型ＬＣＤ＞
液晶テレビセットおよびデスクトップコンピュータのモニタに使用されている従来のＬＣＤは、ＬＣＤセルの両側に偏光子を有する透過型ディスプレイである。バックライトが照明源を提供する。このような二つの偏光子による二偏光子透過型ＬＣＤは、単にリフレクタを背面偏光子の背後に配置するだけで、二偏光子反射型ＬＣＤに変形例させることができる。正面からの周囲光が照明源を提供する。しかし、これらの二偏光子反射型ＬＣＤに関連するいくつかの問題が存在する。一つの問題は、ディスプレイを斜めに見たときに像が二重に映って見えることである。これは、ピクセル自体によって形成される像からピクセルの反射像を変位させる背面ガラス基板の厚さによって生じる視差に起因する。像の二重映りは、高解像度の反射型ディスプレイにとって深刻な問題になり、これにおいてピクセル寸法が背面基板プレートの厚さと同等である。リフレクタが表示セル内に配置される場合に視差を回避することができるが、背面偏光子もセルの内側でリフレクタの上に配置する必要があり、これは実用的な方法ではない。しかし、二つではない単一偏光子ＬＣＤでは、内部偏光子が存在し、そしてアルミニウムのような反射性金属から背面電極を作ることにより、リフレクタをセル内部に容易に配置することができる。これにより、単一偏光子反射型ＬＣＤにおいて像の二重映りを完全に回避することができる。

輝度の向上は、単一偏光子反射型ＬＣＤの他の利点である。実用の偏光フィルムは、入力光が偏光子の透過軸に平行に偏光される場合であっても、特定量の光を吸収する。単一偏光子反射型ディスプレイでは、二偏光子反射型ディスプレイにおいて光が偏光子を四回透過するのではなく、偏光子を二回透過するため、単一偏光子ディスプレイは必然的により明るく見える。この輝度の向上は、ディスプレイが低周囲光条件下で見られる場合に大きな利点であることができる。

最後に、従来の反射型デザインの二偏光子は、背面基板プレートがシリコンチップのように不透明である場合には使用できない。この場合、唯一の選択肢は、リフレクタをセル内部に配置することである。このため、単一偏光子ディスプレイは、一部の背面投射型テレビおよびニアアイヘッドホンの用途に使用される高解像度のＬｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣｏＳ（登録商標））ディスプレイに広く応用されている。

〈ＬＣＤの視野角問題〉
ネマチック液晶（ＬＣ）分子は、液晶のディレクタに平行な光軸により一軸性複屈折媒質を形成する。大半の既知のネマチック液晶は、異常光屈折率が常光線屈折率よりも大きい、正の光学異方性を有する。ＬＣＤの光学特性は一般に、光線がセル基板を垂直に透過する場合に最適化される。斜角θの入射する光線の場合、液晶の複屈折性は法線入射の光線とは全く異なる方法で光偏光状態を変化させる。これは、たとえば、斜め視野角でのコントラスト比を低下させ、そして画像の見た目を不鮮明にする暗状態での漏光量の増量に繋がる恐れがある。ディスプレイの明状態の色も、斜め視野角に応じて変化する場合があり、見慣れた画像が不自然に見えるようになる。視野角に伴うＬＣＤの光学性能の変動は、液晶の複屈折性によるＬＣＤに固有の問題である。

〈複屈折層〉
斜め視野角でのＬＣＤの光学性能を改善するために、多くの研究が行われてきた。この研究は主に、補償フィルムとして知られている外面複屈折層を使用して、斜角で見たときの暗状態のＬＣＤの位相差を相殺することに焦点を合わせてきた。複屈折媒質とは、屈折率に異方性を有する媒質のことである。最も一般的な場合では、媒質は二軸性であり、屈折率楕円体で完全に説明される（図１）。楕円体の三つの軸（ｘ、ｙ、ｚ）に沿った三つの異なる屈折率（ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ）は、媒質の光学特性を明示する。慣例により、ガラス基板面に垂直なｚ軸を、そして基板面内のｘ軸およびｙ軸（面内軸）を選択する。

二軸性の媒質が、たとえば、プラスチックフィルムを延伸させることで作られる場合、ｚ軸はシートに垂直であり、そしてｘ軸およびｙ軸はシートの面内にある。二つの面内指標が等しく、ｎｘ＝ｎｙであるとき媒質は一軸性であり、そしてｚ軸はフィルムの面に垂直な光軸である。この場合、一軸性のフィルムはＣプレートと呼ばれる。面内指標（ｎｘまたはｎｙ）のいずれか一方と面外指標ｎｚとが等しいとき、フィルムは一軸性であり、光軸はフィルムの面に平行である。この場合、一軸性のフィルムはＡプレートと呼ばれる。このようなＣプレートおよびＡプレートは図２ａおよび図２ｂに示されており、これにおいて一軸性のフィルムプレートは１で参照される。

二軸性の媒質を特徴づける共通の方法として、ｎｘ＞ｎｙで、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義されるＮｚパラメータが使用される。従来、大きい面内指標（本明細書ではｎｘ）に対応する軸は遅相軸と呼ばれ、小さい方の面内指標（本明細書ではｎｙ）に対応する軸は進相軸と呼ばれる。ｎｘ＞ｎｙの選択は、大きい面内指標と小さい面内指標とを区別するためだけの任意の選択である。

表１は、様々な種類の複屈折媒質およびそれに関連するＮｚ値をまとめたものである。

たとえば、ｎｘ＝ｎｙ＝ｎｏの一軸性の媒質の光学的遅延Ｒは、Ｒ＝（ｎｚ−ｎｏ）・ｄと定義され、式中、ｄは一軸性のフィルムの厚さであり、ｎｏは通常の屈折率である。光学的遅延は一般的に、ナノメートル単位すなわちｎｍで与えられる。二軸性のフィルムは、二つの位相差値、たとえば（ｎｘ−ｎｙ）・ｄおよび（ｎｘ−ｎｚ）・ｄによって特徴づけられる。

一軸性のＡプレートおよびＣプレートは、均一に配列された液晶分子で構成することもできる。多くのネマチック液晶は一軸的に正であり、そのため光軸が基板面に平行または垂直に配向されているかに応じて、Ａ＋プレートまたはＣ＋プレートを形成することができる。ディスコチック液晶は一軸的に負であり、そのため光軸が基板面に平行または垂直に配向されているかに応じて、Ａ−プレートまたはＣ−プレートを形成することができる。これらの複屈折性の配向された液晶層は、二枚の基板の間に含まれてもよく、または、自身の独立した配向フィルムを形成する重合された液晶から成ってもよい。アクティブ液晶材料を含む基板プレートの内表面、または基板の外表面に位置することが可能な、ある種のフォトポリマーを偏光に露出させることで生成できるさらに他の位相差板が既知である。被覆方法を通して基板表面に置かれることが可能な、さらに他の位相差板も既知である（Ｌａｚａｒｅｖ ｅｔ ａｌ，１９９１ ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ ｐ５７１−３）。

現在、市場で入手可能な偏光フィルムは、二枚のプラスチックキャリア基板の間にラミネートされた、配向された異方性吸収シートから作られている。

市販されている大半の偏光子は、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）をキャリア基板として使用しており、該基板は、負の光学異方性を有する一軸性またはわずかに二軸性のフィルムとして知られている（Ｈａｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ，３／１，１９９５ ｐ１５）。図３は、吸収層１４の両側に設けられた二枚のＴＡＣ基板１０、１２を示す。ＴＡＣフィルムの光軸は層の面に垂直であるため、負のＣプレートであり、典型的な位相差は−４０ｎｍ〜−５５ｎｍの（ｎｚ−ｎｏ）・ｄである。この種類の偏光子は圧感接着剤（ＰＳＡ）で被覆され、アクティブ液晶材料を含む基板プレートの外側にラミネートされることを意味する。

液晶材料を含む基板プレートの内側に被覆可能な他の偏光フィルムも既知である（Ｏｈｙａｍａ ｅｔ ａｌ，２００４ ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ ｐ１１０６−１１０９）。この場合、ＴＡＣ層は存在しない。偏光子が基板プレートの内側に被覆される場合、電極の下または電極の上に位置づけることができる。

〈単安定ＴＮディスプレイ〉
最も一般的に使用される液晶ディスプレイモードは、９０°のツイストネマチック（ＴＮ）モードである。電場が印加されていない場合、液晶分子は基板面に平行であり、そして偏光面を９０°回転させる９０°のツイスト構造をとる。電場が印加されている場合、分子は電界強度に従って上述の面から外側に傾斜し、そして層はツイストを解き、偏光面を回転させない状態になる。このような層が、二つの交差した偏光子の間に配置される場合、たとえば、表示透過率は印加される電圧に従って変化する。電場がなくなると、液晶層は元の９０°のツイストテクスチャに戻る。

ＴＮディスプレイは単安定ディスプレイの一例であり、これは、駆動信号がオフの場合、液晶が一つの単安定テクスチャに戻るため、画像は表示されず、画面がブランクに見えることを意味する。単安定ディスプレイでは、画像自体が変更されてない場合であっても、画像が見えるようにするためにディスプレイを更新し続けなければならない。ディスプレイを更新し続けるには相当量の消費電力が必要であり、バッテリの寿命に過度の負担をかけるため、携帯機器用に設計されたディスプレイにとって不利である。

スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）ディスプレイは、他の種類の単安定ＴＮ液晶ディスプレイである。これは、電場がない場合におよそ２４０°のツイスト角を有する。９０°のＴＮディスプレイのように、印加される電界強度は、液晶分子が基板面から外側に傾斜する角度を制御する。

〈単安定ＴＮディスプレイの補償による斜め視野角の領域の改善〉
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ（３／１，１９９５ ｐ１５）のＨａｎによる発表には、市販の偏光フィルムのＴＡＣ層に負の光学異方性が存在することで、実際に、ＴＮディスプレイの視野角特性が改善したことが記されていた。ＴＮディスプレイの視野角特性をさらに改善させるために、Ｍｏｒｉは、駆動中のＴＮセルの境界近傍にある液晶ディレクタの配向を模倣する不均一な斜め光軸配向を層全体に有する、重合された負の複屈折ディスコチック液晶分子で作られた補償層によって、ディスプレイのブラックの駆動状態を補償することを提案した（Ｍｏｒｉ ＩＤＷ’９６ ｐ１８９またはＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６ １９９７ ｐ１４３）。

ＳＴＮディスプレイは一般的に、一軸性の延伸高分子フィルムによって補償される。これらの複屈折フィルムの主な目的は、固有のＳＴＮ着色を除去し、そしてピクセルを黒から白に切り替えられるようにする（カラーモザイクフィルタを使用してフルカラーディスプレイを実現する場合の前提条件）ことである。補償フィルムは視野角の領域も改善させるが、その領域は決して、補償されたＴＮディスプレイを使用する場合ほど広くはない。

〈他の単安定ディスプレイおよび光学補償〉
ＯＣＢ（光学的補償複屈折：Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）またはＶＡ（垂直配列：Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）のような他のＬＣＤモードも最近開発された。たとえば、ＯＣＢディスプレイは、Ｎｚ＞１およびＯＣＢ ＬＣモードに適合された特定の位相差を有する二軸性のフィルムを使用して補償することができる（Ｃ．Ｌ Ｋｕｏ ｅｔ ａｌ，ＳＩＤ ９４ ｐ９２７−９３０，ｐ９２８の表３参照）。この刊行物においてＮｚを計算するには、Ｎｚ式で大きい方の基板面内指標を考慮することが重要である。
Ｎｚ＝［ｎ（大きい方の面内指標）−ｎｚ］／［ｎ（大きい方の面内指標）−ｎ（小さい方の面内指標）］

本発明においては、ｎｘが大きい方の面内指標であり、そしてｎｙが小さい方の面内指標であり、ｎｘ＞ｎｙ（任意の選択）であると取り決められる。引用した刊行物では、大きい方の面内指標はｎｙと呼ばれている。したがって、この刊行物で本発明の式を適用してＮｚを計算するには、ｎｘをｎｙに変更し、そしてｎｙをｎｘに変更する必要がある。刊行物では、ｎｚ値がｎｘおよびｎｙよりも常に小さく、Ｎｚ＞１の場合であることを意味することが分かる。Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ（ＳＩＤ ９３ ｐ２７７−２８０，表１および表２）による刊行物でも同じことである。この刊行物では、ｎｙよりもｎｘは大きく選ばれている。

各ＬＣモードを専用の補償フィルムにより光学的に補償することが可能であることは既知である。複屈折フィルムの特定のパラメータ、すなわち複屈折フィルムの数および種類（正または負の一軸性または二軸性のＣプレートまたはＡプレート）、ｎｍ単位での位相差値（一軸性の場合には一つの位相差値、二軸性の場合には二つの位相差値）、一軸性のプレートの場合の光軸の角度方向または二軸性のプレートの場合の屈折率楕円体軸は、各ＬＣモードの補償のために最適化される必要がある。ＬＣモードの光学的補償に関する多くの文献が発表されており、ＣＩＢクラス１／１３３６３がもっぱらこの話題に捧げられている。

〈双安定ＴＮディスプレイ〉
他の分類のネマチックＬＣＤは、双安定性、多安定性、または準安定性の挙動を示すものである。この分類では、液晶層は、電場の印加がない場合において安定または準安定の少なくとも二つの別個のテクスチャをとることができる。二つのテクスチャを切り替えるには、適した電子信号が、液晶層の両側に位置決めされた電極に印加される。特定のテクスチャが作り出されると、その双安定性により、電場印加がない場合でも、特定のテクスチャは永続する。電場が印加されない場合に画像を保持する双安定ＬＣＤの能力は、表示される情報が変更されない場合にディスプレイを高速で更新し続ける必要がないことを意味する。これはディスプレイの消費電力を劇的に下げ、バッテリの寿命が最重要視される携帯装置にとって双安定性のディスプレイを魅力的なものにする。

双安定ＴＮディスプレイでは、二つのテクスチャは、それぞれ異なるツイスト角を有する、均一にツイストしたほぼ平面のネマチック構造から成る。単一偏光子反射型双安定ツイストネマチック（ＢＴＮ）ＬＣＤの基本的なセル構造は図４ａに示されている。セルは、二枚の基板（背面基板３０と閲覧者２０に面している正面基板２２）の間に均一なツイストを有するキラルネマチック液晶層３８を備えている。基板２２、３０に位置決めされる正面電極２６と背面電極３４は、電気指令信号をそれらの間に配置されたキラルネマチック液晶３８に印加することを可能にする。リフレクタ３２は、液晶層３８と背面基板３０との間に配置される。リフレクタ３２は、透明電極３４と背面基板３０との間に配置することが可能であるが、電極３４から電気的に絶縁される。リフレクタ３２は、例えば、多層膜の誘電体反射鏡であることができる。リフレクタ３２は、アルミニウムのような反射導電性材料から作ることもできる。この場合、電極３４およびリフレクタ３２は一体化することが可能である。上記設計のいずれにおいても、リフレクタがセル内部にあるため像の二重映りは起こらない。代替案としては、背面電極３４および背面基板３０が共に透明材料から作られる場合、リフレクタ３２はＬＣセル外部に配置することができる（図４ｂ）。電極２６、３４に置かれた配列層２８、３６が、二つの双安定性のテクスチャに所望のツイスト角を付与するように二つの境界面にある液晶分子３８を配向させる。正面基板２２に位置づけられる単一の偏光子２４は、二つの双安定性のテクスチャのうちの一方または他方にそれぞれ関連する、光学的に明状態および光学的に暗状態を得ることを可能にする。図４ａおよび図４ｂにみられるように偏光子２４は、一般的に、ＬＣセルの外側に位置づけられるが、ＬＣセルの内側に位置づけてもよい。ディスプレイがカラー用に設計される場合、カラーフィルタ（図示せず）も基板２２、３０のうちの一方の内側に存在する。図４ａおよび図４ｂでは、キラルネマチック液晶の層の厚み、すなわちセルギャップは「ｄ」と参照される。

単一偏光子反射型ＢＴＮ液晶ディスプレイの光学パラメータ（図５）は下記のとおりである。
−液晶複屈折Δｎとセルギャップｄとの積として定義される、液晶層の位相差Δｎ・ｄ。
−正面基板の内面の液晶ディレクタ４２がｘ’軸によって成す角度φ_Ｆ。取り決めとして、ディレクタをｘ’軸に平行にセットし、これによりφ_Ｆ＝０を成す。
−背面基板の内面の液晶ディレクタ４０がｘ’軸によって成す角度φ_Ｒ。角度は、ディレクタがｘ’軸から反時計回りの方向に回転されるときに正と定義される。
−正面偏光子２４の吸収軸がｘ’軸によって成す偏光角Ｐ。角度は、吸収軸がｘ’軸から反時計回りの方向に回転されるときに正と定義される。

電場が印加されていない場合に二つの均一なツイストテクスチャをそれぞれ有する二種類の双安定ツイストネマチック（ＢＴＮ）ディスプレイが開発されている。これら二種類は、πＢＴＮディスプレイおよび２πＢＴＮディスプレイとして知られている。これらについて以下にさらに詳しく説明する。

〈ＢｉＮｅｍディスプレイと呼ばれるπＢＴＮディスプレイ〉
πＢＴＮディスプレイは、ＢｉＮｅｍディスプレイとも呼ばれ、Ｄｏｚｏｖ（米国特許第６，３２７，０１７号明細書）によって提案された。ＢｉＮｅｍディスプレイの二つの安定状態は、均一なツイストネマチックテクスチャであり、強度の方位角アンカリングの場合に総ツイスト角が１８０°異なるため、πＢＴＮという名称である。有限のアンカリングエネルギー、弾性、またはずれにより、二つの安定状態での総ツイスト角は１８０°よりもわずかに小さい角度、典型的には１５０°〜１８０°の間だけ異なり得る。二つのテクスチャは位相的に等価ではないため、一方のテクスチャから他方のテクスチャに切り替えるには、表面配列層のうちの一つのアンカリングを中断する必要がある（図６ａおよび図６ｂ参照）。ＢｉＮｅｍディスプレイでのこのアンカリングのこの中断は、基板に垂直な電場を印加することによって得られる。Ｋｗｏｋ（米国特許第６，７８４，９５５号明細書）は、πＢＴＮ実施態様について記載しており、これにおいては二つのテクスチャは、一方は基板に平行し、他方は基板に垂直な二つのコンポーネントを有する電場によって切り替えられる。

図６ａでは、ＬＣ分子のアンカリング中断は弱アンカリング性質の配向層３６の側に示され、他方の配向層２８は強アンカリング性質を有する。同じ図６ａにおいて、正面の透明インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極を２６と参照し、背面電極３４は、リフレクタとしても機能するアルミニウムのような反射性金属材料である。他の選択肢は、図４ａに示すように、電気的に絶縁されるが、共に液晶層３８と背面基板３０との間に位置づけられる透明電極３４およびリフレクタ３２を有することである。代替案としては、図４ｂに示すように、背面電極３４および背面基板３０が共に透明材料で作られる場合、リフレクタ３２はＬＣセルの外部に配置することができる（図６ｂ）。

低ツイストテクスチャ（ツイストφ_Ｕ）はＵテクスチャと呼ばれ、高ツイストテクスチャ（ツイストφ_Ｔ≒φ_Ｕ±π）はＴテクスチャと呼ばれる。二つのテクスチャのエネルギーを等化するために、ｄ／ｐ比はｄ／ｐ≒０．２５＋φ_Ｕ／２πにより与えられ、式中、ｄは液晶層厚またはセルギャップであり、ｐはキラルネマチック液晶の固有のピッチである。

法線入射での閲覧の場合に高輝度および高コントラスト比を共に有する、単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイに最適化された光学モードがＫｗｏｋ（米国特許出願公開第２００３／００７６４５５号明細書）およびＯｓｔｅｒｍａｎ ｅｔ ａｌ．（Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ ２００２， ｐ．４７９−４８２）により提案されている。これらのモードは、いくつかの層ツイスト角、偏光角、および液晶層位相差を有し、法線入射での閲覧のために最適化されている。

〈固有の視野角性能〉
Ｏｓｔｅｒｍａｎの単一偏光子反射型πＢＴＮモード（モード番号１−１と呼ばれる）の一つを、図７に示す光学スタックで示す。光学スタックは、リフレクタ３２、液晶層３８、および偏光子２４を含む。閲覧者２０は、液晶層に対してリフレクタの反対側に位置決めされる。偏光子２４は、正面ＬＣＤガラス基板にラミネートされるか、またはＬＣセルの内部に被覆することができる。ＵテクスチャおよびＴテクスチャの層ツイスト角は−５．７度および１７４．３度である。１−１モードは、１３７．８ｎｍの位相差Δｎ・ｄを有する。モード１−１に対して二つの可能な偏光角があり、一方はＯｓｔｅｒｍａｎにより提示され、他方は、偏光子を９０度の角度で回転させることにより得られる。これらの二つの偏光子構成は、ディスプレイを垂直に見たときには同じ光学性能を提供するが、ディスプレイを斜めに見たときにはまったく異なる光学性能を提供し得る。本発明が、斜めに見たときの光学性能の改善に取り組むものであるため、両方の偏光子配向を検討することは避けられない。図５の符号規約を使用すると、Ｏｓｔｅｒｍａｎの１−１モードの二つの偏光角はＰ＝−４１．３度およびＰ＝＋４８．７度である。

ディスプレイの斜め視野のコントラスト比およびカラーシフトの特性は、等値線の形で視野半球の全体にわたるコントラスト比およびカラーシフトを示すコノスコープダイアグラムで都合良く表される。含まれる図は、日本のＳｈｉｎｔｅｃｈから入手可能なＬＣＤ Ｍａｓｔｅｒと呼ばれる最先端のシミュレーションソフトウェアを使用してシミュレートされる。単純にするために、液晶および補償層の複屈折性は、波長分散を有しないものと仮定され、そして理想的な偏光子および理想的なリフレクタも同様に仮定される。本特許において提示されるコノスコープダイアグラムでは、極入射視野角は、図中、ディスプレイを真っ直ぐに見るために、中心から半径方向に移動させられることによって、そして８０度のグレージング入射極角に近い角度でディスプレイを見るために、周縁に広げられることによって示される。方位角視野方向は、０度から３６０度に輪状線に沿って接線方向に移動することによって示される。これらのダイアグラムは、最先端のＬＣＤシミュレーションソフトウェアおよびＬＣＤ光学特性機器によって定期的に生成される。コントラスト比の場合、可視スペクトルにわたって一定の強度を有する理想的な白色光源である等エネルギー光源を仮定して、等しいルミナスコントラストの等値線が描かれる。ルミナスコントラストは、明状態の視感反射率を暗状態の視感反射率で割ったものとして定義される。視感反射率とは、人間の目の分光感度曲線にわたって積分された反射率の値であり、明所視の反射率としても知られている。カラーシフトの場合、等しい色度差ΔＣの等値線が描かれ、これにおいて基本色は法線入射色である。一単位のΔＣは色の最小可知差異と考えることができる。ΔＣは、以下の式により定義される。

式中、下付数字の１は法線入射でのｕ^＊およびｖ^＊色座標を指し、そして下付数字の２は他の斜め入射角でのこれらの座標を指す。ｕ^＊およびｖ^＊は、以下の式により定義される。

式中、下付ｎは公称白色光に対応する値を指す。従来通り、

および

であり、式中、Ｘ、Ｙ、およびＺは三刺激値である。

図８は、Ｐ＝−４１．３°である図７に示した単一偏光子反射構成の例としてのコノスコープコントラスト比（図８ａ）およびコノスコープカラーシフト（図８ｂ）を示す。図８ａでは、等コントラスト比等高線は中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０である。図８ａから、全方位角０°〜３６０°の領域にわたり１０：１よりも大きなコントラスト比が、最大値４９°まで広がる極角θに対して実現されることが分かる。この角をθｍａｘと呼ぶ。θｍａｘよりも大きな極角では、コントラスト比が１０：１よりも小さい複数の方位視野角がある。図８ｂでは、等色差等高線ΔＣは中心から外側に向かって２、４、６、および８である。このダイアグラムでは、ΔＣｍａｘと呼ぶ最大カラーシフトは６．７である。もちろん、完全なコノスコープダイアグラムはより多くの詳細を提供するが、重要な情報の多くはこの二つの数θｍａｘおよびΔＣｍａｘに集約することができる。この表記を本発明の残りの説明全体を通じて使用する。

図７に示した構成で１０：１コントラスト比を実現する制限付きの視野角の領域は適正であるが、改善の余地がある。また、６．７のΔＣｍａｘは極めて顕著であるため、カラーシフト量を低減することも望ましい。

上述したように、偏光子を９０°回転させることにより、垂直で見た場合には同じ表示性能になるが、斜めで見た場合には異なる性能になる。表２においては、この場合については性能がほぼ同一のこれらの二つの偏光子構成についてθｍａｘおよびΔＣｍａｘを比較する。

〈ＴＡＣ基板の影響〉
先に説明したように、市販の偏光子は、両側に複屈折ＴＡＣキャリア基板を有する（図３）。しかし、光学性能に影響を及ぼすのはＬＣ層と偏光子フィルム１４との間のＴＡＣ基板１２だけであり、このことは考慮する必要がある。

図９は、光学スタックを示しており、該光学スタックは、Ｐ＝−４１．３°を有する偏光子２４と、典型的なＴＡＣ位相差値（ｎｚ−ｎｏ）・ｄ＝−５５ｎｍを有するＴＡＣ基板２５と、位相差Δｎ・ｄ＝１３７．８ｎｍ、Ｕツイスト＝−５．７°、およびＴツイスト＝１７４．３°を有するπＢＴＮ液晶３８と、リフレクタ３２とを備える。

表３に、図９のスタックならびに比較のための他の４８．７°の偏光角の場合のθｍａｘおよびΔＣｍａｘを提示する。これにおいても、性能はほぼ同一である。しかし、固有のπＢＴＮディスプレイについて表３を表２と比較すると、ＴＡＣ層がθｍａｘを劇的に狭め、最大カラーシフトΔＣｍａｘを増大させることにより、斜め視野性能が大幅に悪化することが分かる。

図１０は、図９のスタック例に対応するシミュレートされたコノスコープダイアグラムを示す。固有のπＢＴＮの場合の図８と比較して、ＴＡＣ層がどのようにディスプレイ視野コーンを大幅に狭め、カラーシフトを増大させるかがより詳細に分かる。これは、ＴＡＣフィルムが実際に視野角特性を向上させる従来のＴＮディスプレイ（Ｈａｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ，３／１，１９９５ ｐ１５）と比べて真逆の挙動である。

〈ベルマン（Ｂｅｒｒｅｍａｎ）ディスプレイと呼ばれる２πＢＴＮディスプレイ〉
２πＢＴＮディスプレイは最初に、Ｂｅｒｒｅｍａｎ（米国特許第４，２３９，３４５号明細書）により紹介され、後にＴａｎａｋａ（米国特許第５，９００，８５２号明細書）により紹介された。初期テクスチャのツイスト角はφ＋πであり、そしてリセットパルスの後、基板の表面にあるディレクタが強度の方位角アンカリングである場合に、それぞれφおよびφ＋２πツイストを有する二つの準安定テクスチャを得ることができる。したがって、二つの準安定テクスチャの総ツイスト角は２πだけ異なる（図１１参照）。二つの平面的な準安定テクスチャの切り替えは、基板面に垂直な電場を印加することによって実現される。さまざまな研究から、２πＢＴＮディスプレイにおける双安定性を実現するｄ／ｐ比はｄ／ｐ≒０．５＋φ／２πにより与えられることが分かっている。

〈固有の視野角性能〉
法線入射視野の場合に高輝度および高コントラスト比を共に有する、単一偏光子反射型２πＢＴＮディスプレイの最適化された光学モードが、Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ．（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８７，６３２−６３７（２０００））およびＧｕｏ ｅｔ ａｌ．（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ４２（１９） ３８５３−３８６３（２００３））により提案されている。Ｇｕｏがモード１と参照する、これらのモードの一つを図１２に示す。

図１２は、スタックを示しており、該スタックは、Ｐ＝２４．２４°を有する偏光子２４と、位相差Δｎ・ｄ＝３１０．８ｎｍ、ツイスト角−６７．２°および＋２９２．８°を有する２πＢＴＮ液晶層３８と、リフレクタ３２とを含む。

表４に、図１２のスタックならびに偏光子が９０°回転している他の偏光角−６５．７６°の場合のθｍａｘおよびΔＣｍａｘを提示する。２４．２４°の偏光角を有する構成１はこれらの二つのうちで最良の性能を提供するが、表２に提供される固有のπＢＴＮ性能と比較すると乏しい性能を提供する。θｍａｘは２πＢＴＮ層の場合に狭く（４３°対４９°）およびΔＣｍａｘははるかに大きい（３２．９対６．７）。

構成１の光学性能は図１３に提示されるが、これにおいて、Ｇｕｏの２πＢＴＮモード１の光学性能が、図８に示される対応する固有のπＢＴＮの場合よりも劣ることが分かる。さらに、垂直視野の場合のコントラスト比がモード１の２πＢＴＮディスプレイの場合にたった３３であるのに対し、モード１−１のπＢＴＮディスプレイの場合には７２である。

〈ＴＡＣフィルムの影響〉
ＴＡＣ層をモード１の２πＢＴＮディスプレイに追加すると、斜め視野性能がさらに悪化する。図１４は、２πＢＴＮ光学スタックを示しており、該スタックは、リフレクタ３２と、位相差Δｎ・ｄ＝３１０．８ｎｍおよびツイスト角−６７．２°および＋２９２．８°を有する２πＢＴＮ液晶層３８と、−５５ｎｍＴＡＣ層２５と、Ｐ＝２４．２４°を有する偏光子２４とを含む。閲覧者２０は、液晶層３８に対してリフレクタの反対側に位置決めされる。

表５は、図１４のスタックのθｍａｘおよびΔＣｍａｘを提示する。２４．２４°の偏光角を有する構成１は、二つのうちで最良の性能を提供する。

構成１の光学性能を図１５に提示する。

〈ＢＴＮディスプレイの光学補償〉
Ｏｓｔｅｒｍａｎ（ＩＤＷ’０２，ｐ１０１−１０３）は、反射型πＢＴＮディスプレイの内側または外側のいずれかにおいて、装置の閲覧者側に位置づけられた液晶ディレクタによって４５°の角度を成す光軸を有する、単純な一軸性の四分の一波長位相差板（面（ｘ、ｙ）において、位相差はλ／４に等しく、一軸性であるため面（ｘ、ｚ）外で位相差がない）を配置することを提案した。この複屈折フィルムは厳密な四分の一波長プレートであり、該プレートは、光軸と入射偏光子との間の４５°の角度位置と組み合わされた位相差値λ／４により、直線偏光を回転偏光に変換する。最良の変換は、位相差λ／４が緑色光（最大視感度）を用いた場合、この場合ではλ＝５５０ｎｍの場合に得られる。Ｏｓｔｅｒｍａｎの研究の目的は、法線入射視野における単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの高コントラスト比および高輝度を最適化することであった。斜め視野角での高コントラスト比またはカラーシフト低減の位相子を最適化する試みはなされなかった。

２πＢＴＮ ＬＣモードの光学的補償の原理が、Ｒｏｌｉｃからの欧州特許第１１７０６２４号明細書において示唆されている。この特許は、特定パターンの配列層を使用した領域安定化された２πＢＴＮに関するものである。段落［００６７］において、この発明を、「（一軸性またはツイストの）液晶薄膜、延伸高分子フィルム、またはこのようなフィルムの組み合わせ」であり得る「光学補償層」と組み合わせて、「輝度および／またはコントラストを改善させる」ことができることが説明されている。前記補償フィルムに関してはこれ以上の説明がなく、２πＢＴＮを含む任意のＬＣモードを補償フィルムを使用して光学的に改善できることは既知であるため、この文章は非常に汎用性が高く、明白なものである。さらに、この特許は、要約書に述べられているように、二つの偏光子を備える２πＢＴＮ装置に関連するものである。

上述されたように、従来の複屈折位相子を有する単一偏光子反射型ＢＴＮディスプレイが既知であるが、位相子は、視野角改善の目的で最適化されていない。たとえば、Ｋｗｏｋ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ｖｏｌ．８８ Ｎｏ．４ ｐ１７１８）は、四分の一波長の正のＡプレートを２πＢＴＮディスプレイセルのリフレクタ側に追加し、それにより、単一の偏光子を使用して高コントラストの反射モードで動作させることを発表した。同様に、Ｇｕｏ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ｖｏｌ ４２ Ｎｏ．１９，２００３ ｐ３８５３）も、２πＢＴＮディスプレイセルの観察者側に位置づけられた複数の半波長のプレートおよび全波長のプレートを追加して、高コントラスト単一偏光子反射型ディスプレイを得ることを提案した。波長プレート（位相差＝λ）または半波長プレート（位相差＝λ／２）であることができるＧｕｏの複屈折フィルムは、Ｏｓｔｅｒｍａｎの場合と同じように、緑色エリア内のλで定義される。半波は直線偏光を回転させる機能を有し、そして最良モードは、半波長プレートが緑色光で定義される場合である。したがって、Ｇｕｏは５５０ｎｍおよび２７５ｎｍの位相差を有する複屈折フィルムを使用する（ｐ３８５６参照）。

これら補償の目的は、法線入射で観察する場合のコントラスト比および反射率を改善させることである。斜め視野角での高コントラスト比またはカラーシフトの低減を最適化する試みはなされなかった。Ｇｕｏは、法線入射用に設計された自身の補償方式の視野角の性質が、一つの場合において補償なしの場合と比較して殆ど変更しないままであることと、視野角性能が「補償モードの場合にわずかに狭まる」ことを明白に説明（ｐ３８６０参照）しただけである。したがって、当業者は、この文書を２πＢＴＮディスプレイの斜め入射時の視野角性能を向上させるものとして考える根拠はない。

米国特許第６７６５６４０号明細書も、法線入射時の反射型２πＢＴＮディスプレイの最適化された位相子を計算している。他の発表物におけるように、ここでも緑色光で定義される半波長プレートおよび四分の一波長プレートが検討されており、使用される半波長プレートは２７０ｎｍに等しく（５４０ｎｍ／２、カラム７）、四分の一波長プレートは１３２．５ｎｍに等しい（５３０／４、カラム８）。法線入射時には光学性能のみが提供される。
欧州特許第１１７０６２４号明細書 米国特許第６７６５６４０号明細書

本発明の目的は、広領域の斜め視野角にわたって高コントラスト比および最小カラーシフトを有する単一偏光子反射型πＢＴＮ液晶ディスプレイを得ることである。

長い解析の後、本発明者らは、一つまたは複数の特殊な補償層を追加することによってこの目的が達成されることを究明した。

図８、図１０、図１３、および図１５ならびに表２、表３、表４、および表５に示されているように、高コントラストおよび最小カラーシフトを有する視野角の領域は、単一偏光子反射型ＢＴＮの実施態様の場合にむしろ限られる。実際、単安定ＴＮディスプレイと異なり、許容できる視野角の領域は、市販の偏光子フィルムに存在するＴＡＣ基板によりさらに制限される。ＢＴＮディスプレイの平面的で均一であるツイスト双安定テクスチャは、駆動されたＴＮ状態のテクスチャとかなり異なるため、斜め入射光線に対してかなり異なる光学的性質を有する。このため、ＴＮディスプレイ用の、斜め視野角でのコントラスト比を改善し、カラーシフトを低減するように開発された複屈折補償層は、ＢＴＮディスプレイとの使用には適さない。

本発明は、少なくとも一つの新しい補償層を偏光子とリフレクタとの間に位置決めすることにより、単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの軸外光学性能の改善を提案する。

より詳細には、本発明は、単一偏光子反射型双安定ツイストネマチック（πＢＴＮ）液晶表示装置であり、二枚の基板の間および偏光子とリフレクタとの間に位置づけられ、電場が印加されていない場合、主に１８０°に等しい角度だけ異なる二つの安定した均一のツイストテクスチャを有する、厚さｄ、複屈折性Δｎそして位相差Δｎｄの液晶層と、屈折率楕円体の対応する三つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って三つの特性屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚにより画定される光学異方性を有し、ｘおよびｙは基板面に位置づけられ、ｎｘおよびｎｙは面内指標と呼ばれ、ｎｘ≧ｎｙであり、ｘは遅相軸と呼ばれ、そしてｚは基板面に垂直であり、二軸性のパラメータＮｚは（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）に等しい、少なくとも一つの複屈折フィルムで構成され、前記偏光子と前記リフレクタとの間に位置決めされる少なくとも一つの補償層とを備えるものであり、斜め閲覧時に暗状態に対応する安定テクスチャの位相差がコントラスト比を改善するように補償されると同時に、明状態に対応する安定テクスチャの位相差が、カラーシフトが低減されるように変更されるために、Ｎｚが−∞〜１／２であることを特徴とする、単一偏光子反射型双安定ツイストネマチック液晶表示装置を提案するものである。

本明細書では、「安定」を、電場が印加されていない場合で完全に安定しているとみなされるテクスチャを定義するのに使用し、「準安定」を、電場が印加されていない場合に長時間後に変化し得るテクスチャを定義するのに使用する。

したがって、各位相子または複屈折フィルムは共に、一軸性の正のＣプレート（ｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙ、Ｎｚ＝−∞）、一軸性の負のＡプレート（ｎｘ＝ｎｚ＞ｎｙ、Ｎｚ＝０）あるいはＮｚ＜０または０＜Ｎｚ＜１／２のいずれかを有する二軸性の正のプレートである。

本発明のさまざまな実施態様が提案されている。本発明によれば、補償層は、所望の位相差の一つの位相子から成るか、または、計算されたときのその総位相差が所望の位相差に等しい、複数の位相子から成る。補償層を構成する位相子は異なる種類のものであってもよく、たとえば、Ａ＋プレートとＣ＋プレートの組み合わせなどであってもよい。

本発明の代替の特徴によれば：
−装置は複数の補償層を備える。
−背面電極は、リフレクタとしても機能する反射性金属材料である。
−二つのテクスチャの切り替えは、液晶セル基板面に垂直な少なくとも一つのコンポーネントを有する電場を印加することにより得られる。
−主にπに等しい角度だけ異なる二つの安定テクスチャのツイストは、１５０°〜１８０°である。
−複屈折フィルムは、プラスチックフィルムを延伸することにより実現される。
−複屈折フィルムは、重合した液晶分子を使用して実現される。
−複屈折フィルムは、フォトポリマーを偏光に露出させることにより実現される。
−複屈折フィルムは、被覆方法を通して基板表面に置かれる。
−複屈折フィルムは偏光子の一部である。
−ｄ／ｐ比はｄ／ｐ≒０．２５＋φ／２πであり、φは低ツイストテクスチャのツイストである。
−液晶層の位相差はλ／４に等しく、λは可視スペクトルの波長（３５０ｎｍ〜７００ｎｍ）であり、これは層の位相差が９０ｎｍ〜１７５ｎｍであることを意味する。

本発明はまた、双安定ツイストネマチック（πＢＴＮ）液晶表示装置の製造方法であり、これにおいて前記方法は、二枚の基板の間および偏光子とリフレクタとの間に位置づけられ、電場が印加されていない場合、主に１８０°に等しい角度だけ異なる二つの安定した均一のツイストテクスチャを有する、厚さｄ、複屈折性Δｎおよび位相差Δｎｄの液晶層を提供するステップと、屈折率楕円体の対応する三つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って三つの特性屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚにより画定される光学異方性を有し、ｘおよびｙは基板面に位置づけられ、ｎｘおよびｎｙは面内指標と呼ばれ、ｎｘ≧ｎｙであり、ｘは遅相軸と呼ばれ、そしてｚは基板面に垂直であり、二軸性のパラメータＮｚは（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）に等しい、少なくとも一つの複屈折フィルムまたは位相子で構成され、前記偏光子と前記リフレクタとの間に位置決めされる少なくとも一つの補償層を提供するステップとを備えており、前記方法は、斜め閲覧時に暗状態に対応する安定テクスチャの位相差がコントラスト比を改善するように補償されると同時に、明状態に対応する安定テクスチャの位相差が、カラーシフトが低減されるように変更されるために、Ｎｚが−∞〜１／２であることを特徴とする、単一偏光子双安定ツイストネマチック液晶表示装置の製造方法に関するものである。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明、また添付の図面において開示される。

図１は、従来技術による二軸性の媒質の屈折率楕円体を示す図である。

図２ａは、従来技術によるＣ＋プレートの一軸性のフィルムを示し、図２ｂは、従来技術によるＡ＋プレートの一軸性のフィルムを示す図である。

図３は、従来技術による市販の偏光子の構造を示す図である。

図４ａは、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮセル構造を示し、図４ｂは、従来技術の他の実施態様による単一偏光子反射型πＢＴＮセル構造を示す図である。

図５は、ｘ’ｙ’ｚ’座標系の定義および従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮセル構造の主な光学パラメータを示す図である。

図６ａは、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの原理を示し、図６ｂは、従来技術の他の実施態様による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの原理を示す図である。

図７は、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図である。

図８は、図７に示した従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの光学性能を示している。さらに詳細には、図８ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０である等コントラスト図を示し、図８ｂは、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、および６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図９は、市販の偏光子のＴＡＣ基板を考慮した、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図である。

図１０は、図９に示したＴＡＣ偏光子基板を含む、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮ構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図１０ａは等コントラスト比等高線が、中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０である等コントラスト図を示し、図１０ｂは、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図１１は、従来技術による２πＢＴＮディスプレイの原理を示す図である。

図１２は、従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図である。

図１３は、図１２に示した従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮ透過構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図１３ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって３０、２０、および１０である等コントラスト図を示し、図１３ｂは、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図１４は、市販の偏光子のＴＡＣ基板を考慮した、従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図である。

図１５は、図１４に示したＴＡＣ偏光子基板を含む、従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮ構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図１５ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって３０、２０、および１０である等コントラスト図を示し、図１５ｂは、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図１６は、本発明の第一の実施態様の変形例を示す図である。

図１７は、本発明の第一の実施態様の他の変形例を示す図である。

図１８は、本発明の第一の実施態様の他の変形例を示す図である。

図１９は、本発明の第二の実施態様の一例を示す図である。

図２０は、表７に記されているように、６５ｎｍのＣ＋位相子およびＴＡＣ基板を有していない偏光子を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２０ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２０ｂは、０．６の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２１は、表９に記されているように、１２０ｎｍのＣ＋位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２１ａは、等コントラスト等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２１ｂは、０．４の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２２は、表１１に記されているように、リフレクタの上に７５ｎｍのＣ＋位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２２ａは、等コントラスト等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０である等コントラスト図を示し、図２２ｂは、等カラーシフト等高線が２であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２３は、表１３に記されているような、Ｎｚ＝−５を有する二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２３ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２３ｂは、０．６の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２４は、表１５に記されているような、Ｎｚ＝０の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２４ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２４ｂは、０．６の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２５は、表１７に記されているような、Ｎｚ＝１／２の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２５ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２５ｂは、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２および４であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２６は、表１９に記されているような、Ｎｚ＝１の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２６ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２６ｂは、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２７は、表２１に記されているような、偏光子とπＢＴＮ層との間に位置する、正のＣプレート上の正のＡプレートから成る補償層を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２７ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２７ｂは、１．３の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

図２８は、表２３に記されているような、偏光子とπＢＴＮ層との間に位置する、正のＡプレート上の正のＣプレートから成る補償層を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示している。さらに詳細には、図２８ａは、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示し、図２８ｂは、１．０の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図である。

本発明の好ましい実施態様においては、補償層１１０は、液晶層１５０に対してディスプレイの閲覧者側に位置づけられる。図１６に示されるこの第一の実施態様の第一の変形例は、偏光子１００、補償層１１０、透明正面基板１２０（例えば、ガラスまたはプラスチック）、πＢＴＮ液晶層１５０、リフレクタ２００、および背面基板１８０を含むスタックを備える。図示されているように、ディスプレイを斜めから見たときに視差効果に起因する像の二重映りを回避するために、リフレクタ２００がセル内部にあることが好ましい。リフレクタ２００は、背面基板１８０が透明な場合には背面基板１８０の外側に位置決めしてもよい。明確にするために、配向層、透明電極、カラーフィルタ、スペーサ、およびシーラントなどの他のセル構成要素を図面から省いている。

この第一の実施態様の他の変形例では、補償層１１０および偏光子１００をセル内部に位置づけるか（図１７に示す変形例）、または補償層１１０をセル内部に位置づけ、偏光子１００をセル外部に位置づける（図１８に示す変形例）ことが可能である。

さらに他の実施態様では、補償層１１０をπＢＴＮ液晶層のリフレクタ側に位置決めしてもよい。図１９は、補償層１１０がリフレクタ２００の上のセル内部にあり、該リフレクタもまたセル内部にある、この実施態様の一例を示している。もちろん、補償層１１０およびリフレクタ２００は共に背面基板１８０の外側にあることができるか、または補償層１１０が背面基板１８０の上のセル内部に、そしてリフレクタ２００が背面基板１８０の外側にあることができる。

もちろん、図１６、図１７、図１８、および図１９に関連して説明する変形実施態様の他の組み合わせも可能である。特に、他の実施態様では、装置はπＢＴＮ層の各側に補償層を備えることができる。

図１７に示す光学スタックは、透明基板１２０、偏光子１００、補償層１１０、πＢＴＮ液晶層１５０、リフレクタ２００、および背面基板１８０を備える。

図１８に示す光学スタックは、偏光子１００、透明基板１２０、補償層１１０、πＢＴＮ液晶層１５０、リフレクタ２００、および背面基板１８０を備える。

図１９に示す光学スタックは、偏光子１００、透明基板１２０、πＢＴＮ液晶層１５０、補償層１１０、リフレクタ２００、および背面基板１８０を備える。

本発明によって設けられる補償層１１０は、−∞≦Ｎｚ≦１／２であることを特徴とする少なくとも一つの位相子で構成され、斜角で見たときのディスプレイのコントラスト比を大きく改善すると共に、固有のπＢＴＮディスプレイおよび偏光子基板にＴＡＣ層を有するπＢＴＮディスプレイの両方において視野角に伴い観察されるカラーシフトを低減する。

〈実施例１：ＴＡＣ基板を有しない偏光子とπＢＴＮ液晶層との間にあるＣ＋補償層〉
この実施例では、偏光子は複屈折ＴＡＣ基板を有しない。この例は、図１６〜図１８に関連して説明する実施態様のいずれにも対応し得るが、特に、偏光子と補償層が透明基板１２０とπＢＴＮ液晶層１５０との間に位置する図１７の実施態様に適合する。仮に、例えば、偏光子が被覆過程によって設置されているとすれば、ＴＡＣ基板層は存在しない。この構成では、偏光子は−４１．３°または４８．７°に配向することができる。これらの二つの構成の光学性能がシミュレートされ、Ｃ＋補償層に最適な値が見つけられる。その結果は表６に示され、それにより構成＃１がわずかに広い視野コーン（ｖｉｅｗｉｎｇ ｃｏｎｅ）およびわずかに低いカラーシフトを提供することが分かる。構成＃１に対応するスタックを表７に明確に提示する。

この実施態様の補償層は、位相差（ｎｚ−ｎｏ）・ｄ＝６５ｎｍを有し、基板に垂直な光軸を有する正の一軸性の位相子（Ｃ＋）で構成される。

コントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２０に提供する。最適化されたＣ＋位相子を固有のπＢＴＮ層に追加することにより、コントラスト比およびカラーシフトに劇的な改善がもたらされる。固有のπＢＴＮ層について表６を表２と比較すると、最適化された６５ｎｍのＣ＋位相子を固有のπＢＴＮ層に追加することにより、θｍａｘが４９°から６１°に増大し、そしてΔＣｍａｘが顕著な６．７からわずかな０．６に低減することに留意したい。

〈実施例２：ＴＡＣ基板を有する偏光子とπＢＴＮ液晶層との間にあるＣ＋補償層〉
この構成では、複屈折ＴＡＣ層が偏光子に追加された。上述したように、偏光子は−４１．３°または４８．７°に配向することができる。これらの二つの構成の光学性能はシミュレートされ、Ｃ＋補償層に最適な値が見つけられる。その結果は表８に示され、それにより構成＃１がわずかに広い視野コーンおよびわずかに低いカラーシフトを提供することが分かる。構成＃１に対応するスタックを表９に明確に提示する。

この実施例は、図１６〜図１８に関連して説明した実施態様のいずれの形態もとり得るものである。この実施態様の補償層は、位相差（ｎｚ−ｎｏ）・ｄ＝１２０ｎｍを有し、基板に垂直な光軸を有する正の一軸性の位相子（Ｃ＋）で構成される。偏光子の内側にあるＴＡＣフィルムの位相差−５５ｎｍが考慮に入れられる。

対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２１に提供する。これらのコノスコープダイアグラムを、ＴＡＣ層が存在しない６５ｎｍのＣ＋層が最適化される場合について、図２０のほぼ同一のコノスコープダイアグラムと比較すべきである。表６および表８のΔＣｍａｘデータおよびθｍａｘデータもほぼ同じである。この比較は、補償層が存在しない場合、ＴＡＣ基板が視野角性能を大幅に低下させても、最適化された補償層の追加によりＴＡＣ基板を完全に補正することができ、最終的にＴＡＣ基板が存在しない場合と同じ性能になることを実証する。

〈実施例３：ＴＡＣ基板を有する偏光子およびπＢＴＮ液晶層とリフレクタとの間にあるＣ＋補償層〉
この実施例では、補償層は、πＢＴＮ層とリフレクタとの間に、πＢＴＮ層の反対側に位置する。この実施例は、図１９に関連して説明した実施態様の形態をとり得る。この構成では、偏光子は−４１．３°または４８．７°のいずれかに配向することができる。これらの二つの構成の光学性能がシミュレートされ、Ｃ＋補償層に最適な値が見つけられる。その結果は表１０に示され、それにより、構成＃２がわずかに大きなθｍａｘおよびわずかに低い最大カラーシフトΔＣｍａｘを提供することが分かる。構成＃２に対応するスタックを表１１に明確に提示する。

この実施例の補償層は、最適化された位相差（ｎｚ−ｎｏ）・ｄ＝７５ｎｍを有し、基板に垂直な光軸を有する正の一軸性の位相子（Ｃ＋）で構成される。偏光子内側のＴＡＣフィルムの位相差−５５ｎｍが考慮に入れられる。

対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２２に提供する。図２２を図２１と、そして表１０を表８と比較すると、最適化されたＣ＋補償層が、πＢＴＮ ＬＣ層とリフレクタとの間に配置されるよりも、偏光子とπＢＴＮ ＬＣ層との間に配置される場合に、θｍａｘがより広く（６１°対５６°）、カラーシフトΔＣｍａｘが大幅に低い（０．４対３．９）ことが分かる。

〈実施例４：ＴＡＣ基板を有する偏光子とπＢＴＮ液晶層との間にあるＮｚ＝−５を有する二軸性の補償層〉
この構成には四つの可能性があり、偏光子はその二つの配向のいずれかであることができ、そして二軸性の位相子のｘ軸（遅相軸）は偏光子の吸収軸に平行または垂直のいずれかであることができる。平行または垂直に正確に位置決めすることにより、最良の結果がもたらされるが、いくらかの許容差＋／−５°が許容可能である。

これらの四つのそれぞれの構成がシミュレートされ、その結果を表１２に提示する。この実施例は、図１６〜図１９に関連して説明した実施態様のいずれの形態もとり得る。

構成＃３が、カラーシフトとコントラスト比との間について、全体的に最良の折衷を提供する。この構成を表１３に明確に提示する。

構成＃３の対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２３に提供する。図２３ｂを図２１ｂと比較すると、二軸性のＮｚ＝−５の補償層を使用した最大カラーシフト０．６が、Ｃ＋プレートを使用したカラーシフトと等しく小さいことが分かる。図２３ａと図２１ａとの比較により、二軸性のＮｚ＝−５の補償層がＣ＋プレートよりもわずかに広いコントラスト視野コーンを提供することが示される。Ｎｚ＝−５の二軸性の補償層の極角θｍａｘは６２°であるが、Ｃ＋補償層の場合にはわずかに狭い（６０°）。

〈実施例５：ＴＡＣ基板を有する偏光子とπＢＴＮ液晶層との間にあるＮｚ＝０を有する二軸性の補償層〉
この構成には四つの可能性があり、偏光子はその二つの配向のいずれかであることができ、そして二軸性の位相子のｘ軸（遅相軸）は偏光子の吸収軸に平行または垂直のいずれかであることができる。平行または垂直に正確に位置決めすることにより、最良の結果がもたらされるが、いくらかの許容差＋／−５°が許容可能である。

これらの四つのそれぞれの構成がシミュレート、そして最適化され、その結果を表１４に提示する。この実施例は、図１６〜図１８に関連して説明した実施態様のいずれの形態もとり得る。

構成＃１が、カラーシフトおよびコントラスト比の両方について最良の性能を提供する。この構成を表１５に明確に提示する。

構成＃１の対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２４に提供する。図２４ｂを図２３ｂおよび図２１ｂと比較すると、Ｎｚ＝０、Ｎｚ＝−５、およびＮｚ＝−∞の位相子で０．６の最大カラーシフトが等しく小さいままであることが分かる。しかし、Ｎｚ＝０（θｍａｘ＝７０°）は、Ｎｚ＝−５の補償層（θｍａｘ＝６２°）またはＮｚ＝−∞の補償層（θｍａｘ＝６１°）よりもコントラストをいくらか良く補償する。

〈実施例６：ＴＡＣ基板を有する偏光子とπＢＴＮ液晶層との間にあるＮｚ＝１／２を有する二軸性の補償層〉
この構成には四つの可能性があり、偏光子はその二つの配向のいずれかであることができ、そして二軸性の位相子のｘ軸（遅相軸）は偏光子の吸収軸に平行または垂直のいずれかであることができる。平行または垂直に正確に位置決めすることにより、最良の結果がもたらされるが、いくらかの許容差＋／−５°が許容可能である。

これらの四つのそれぞれの構成がシミュレート、そして最適化され、その結果を表１６に提示する。この実施例は、図１６〜図１８に関連して説明した実施態様のいずれの形態もとり得る。

構成＃４が、カラーシフトおよびコントラスト比の両方について最良の性能を提供する。この構成を表１７に明確に提示する。

構成＃１の対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２５に提供する。Ｎｚ＝−∞、−５、および０を有するその他の補償層の結果と比較して、図２５および表１５から、Ｎｚ＝１／２を有する最適化された二軸性の位相子が最も広いコントラストコーンを提供するが、カラーシフトもかなり大きいことが分かる。

それらのすべての例から、本発明により説明される、計算された最適な補償フィルムが、緑色光が最適化され、直線偏光から回転偏光への変更専用であり、この目的のためにＯｓｔｅｒｍａｎの従来技術のように、位相差λ／４を入射偏光子と光軸との間の４５°と組み合わせる一軸性の四分の一波長プレート（面内（ｘ、ｙ）の位相差がλ／４に等しく、面外（ｘ、ｚ）の位相差を有していない）と関係がないことが分かる。これは、本発明において説明されるフィルムが、法線入射ではなく斜め視野での全体的な光学性能を改善するために行われた計算の結果であるためである。

〈実施例７（この実施例は本発明外である）：ＴＡＣ基板を有する偏光子とπＢＴＮ層との間にあるＮｚ＝１を有する二軸性の補償層〉
この構成には四つの可能性があり、偏光子はその標準配向または代替配向のいずれかであることができ、そして二軸性の位相子のｘ軸（遅相軸）は偏光子の吸収軸に平行または垂直のいずれかであることができる。これらの四つのそれぞれの構成がシミュレートされ、その結果を表１８に提示する。この実施例は、図１６〜図１８に関連して説明した実施態様のいずれの形態もとり得る。

構成＃４が、カラーシフトおよびコントラスト比の両方について最良の性能を提供する。この構成を表１９に明確に提示する。

構成＃４の対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２６に提供する。Ｎｚ＝１／２、Ｎｚ＝０、およびＮｚ＝−５の二軸性の位相子の場合の図２５、図２４、および図２３と比較すると、Ｎｚ＝１の補償層が大量のカラーシフトをもたらし、かつコントラスト比視野コーンを狭めることが分かる。

〈実施例８：ＴＡＣ基板を有する偏光子とπＢＴＮ層との間にある、正のＣプレート上の４０ｎｍの正のＡプレートから成る補償層〉
補償層は、二つ以上の複屈折層の組み合わせから成ることもでき、異なる層が同じタイプのものである必要はない。この実施例では、補償層が正のＣプレート上にある４０ｎｍの正のＡプレートから成り、このサンドイッチが偏光子とπＢＴＮ層との間に配置される。この構成には四つの可能性があり、偏光子は二つの配向のいずれかであることができ、そしてＡプレートのｘ軸（遅相軸）は偏光子の吸収軸に平行または垂直のいずれかであることができる。これらの四つのそれぞれの構成がシミュレートされ、その結果を表２０に提示する。この実施例は、図１６〜図１８に関連して説明した実施態様のいずれの形態もとり得る。

構成＃３は極めて広い視野角を有し、そしてカラーシフトもかなり小さい。この構成を表２１に明確に提示する。

構成＃３の対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２７に提供する。

〈実施例９：ＴＡＣ基板を有する偏光子とπＢＴＮ層との間にある、４０ｎｍの正のＡプレート上のＣプレートから成る補償層〉
この実施態様は、正のＣプレートとＡプレートとの位置が逆になった点で前の実施例８と異なる。この構成にも四つの可能性があり、偏光子はその二つの配向のいずれかであることができ、そして正のＡプレートのｘ軸（遅相軸）は偏光子の吸収軸に平行または垂直のいずれかであることができる。これらの四つのそれぞれの構成がシミュレートされ、その結果を表２２に提示する。この実施例は、図１６〜図１８に関連して説明した実施態様のいずれの形態もとり得る。

構成＃１が最小のカラーシフトとコントラストについて最も広い視野角とを有する。この構成を表２３に明確に提示する。

構成＃１の対応するコントラストおよびカラーシフトのコノスコープダイアグラムを図２８に提供する。構成＃１のθｍａｘが、上においてＡプレートとＣプレートとでＡプレートを逆にした前の実施例８の構成＃３のθｍａｘよりもわずかに低い（７０°対７４°）ことに留意されたい。最大カラーシフトΔＣｍａｘも小さい（１．０対１．３）が、これらの値は共に殆ど知覚できない程度に十分小さい。

本発明によれば、πＢＴＮ補償層についてＮｚおよび（ｎｘ−ｎｚ）・ｄによる二つの領域が特定され、これらは共に斜め視野でのπＢＴＮディスプレイの光学性能を改善する。それは、Ｎｚが−∞〜０であり、かつ（ｎｘ−ｎｚ）・ｄが−１５０ｎｍ〜０ｎｍである第一の領域と、Ｎｚが０〜１／２であり、かつ（ｎｘ−ｎｚ）・ｄが０ｎｍ〜２００ｎｍである第二の領域のことである。第一の領域における本発明による二軸性の位相子を使用することにより、コントラスト比およびカラーシフトは共に、ＴＡＣ層を有する（図１０）、そしてＴＡＣ層を有さない（図８）πＢＴＮと比較して改善される。これに対して、第二の領域の本発明による二軸性の位相子を使用することにより、コントラスト比およびカラーシフトは、ＴＡＣ層を有するπＢＴＮ（図１０）と比較して改善されたが、ＴＡＣ層を有さない固有のπＢＴＮ（図８）と比較した場合、コントラストのみが大幅に改善された。コントラストおよびカラーシフトの最良の補償が、Ｎｚ≦０およびＬＣ層のΔｎ・ｄの値（通常は９０ｎｍ〜１７５ｎｍ）以下の、１７５ｎｍ以下を意味する絶対値｜（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ｜を有する第一の領域の位相子の場合に得られる。両方の領域で、｜（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ｜＜２００ｎｍである。

フィルムの遅相軸がいくらかの＋／−５°の許容差で偏光子軸に平行または垂直な場合に、Ｎｚ≠−∞（複屈折フィルムが、ｎｘ＞ｎｙに対応する、定められた遅相軸ｘを有することを意味する）の補償の最良の結果が得られた。

もちろん、本発明は上記の実施例に限定されず、付属の特許請求の範囲により任意の実施態様に拡張される。

従来技術による二軸性の媒質の屈折率楕円体を示す図 従来技術によるＣ＋プレートの一軸性のフィルムを示す図 従来技術によるＡ＋プレートの一軸性のフィルムを示す図 従来技術による市販の偏光子の構造を示す図 従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮセル構造を示す図 従来技術の他の実施態様による単一偏光子反射型πＢＴＮセル構造を示す図 ｘ’ｙ’ｚ’座標系の定義および従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮセル構造の主な光学パラメータを示す図 従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの原理を示す図 従来技術の他の実施態様による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの原理を示す図 従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図 図７に示した従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０である等コントラスト図 図７に示した従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの光学性能を示す図であって、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、および６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 市販の偏光子のＴＡＣ基板を考慮した、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図 図９に示したＴＡＣ偏光子基板を含む、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮ構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が、中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０である等コントラスト図 図９に示したＴＡＣ偏光子基板を含む、従来技術による単一偏光子反射型πＢＴＮ構成の光学性能を示す図であって、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 従来技術による２πＢＴＮディスプレイの原理を示す図 従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図 図１２に示した従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮ透過構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって３０、２０、および１０である等コントラスト図 図１２に示した従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮ透過構成の光学性能を示す図であって、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 市販の偏光子のＴＡＣ基板を考慮した、従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮディスプレイの光学スタックの一例を示す図 図１４に示したＴＡＣ偏光子基板を含む、従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮ構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって３０、２０、および１０である等コントラスト図 図１４に示したＴＡＣ偏光子基板を含む、従来技術による単一偏光子反射型２πＢＴＮ構成の光学性能を示す図であって、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 本発明の第一の実施態様の変形例を示す図 本発明の第一の実施態様の他の変形例を示す図 本発明の第一の実施態様の他の変形例を示す図 本発明の第二の実施態様の一例を示す図 表７に記されているように、６５ｎｍのＣ＋位相子およびＴＡＣ基板を有していない偏光子を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表７に記されているように、６５ｎｍのＣ＋位相子およびＴＡＣ基板を有していない偏光子を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、０．６の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表９に記されているように、１２０ｎｍのＣ＋位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表９に記されているように、１２０ｎｍのＣ＋位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、０．４の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表１１に記されているように、リフレクタの上に７５ｎｍのＣ＋位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０である等コントラスト図 表１１に記されているように、リフレクタの上に７５ｎｍのＣ＋位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等カラーシフト等高線が２であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表１３に記されているような、Ｎｚ＝−５を有する二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表１３に記されているような、Ｎｚ＝−５を有する二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、０．６の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表１５に記されているような、Ｎｚ＝０の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表１５に記されているような、Ｎｚ＝０の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、０．６の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表１７に記されているような、Ｎｚ＝１／２の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表１７に記されているような、Ｎｚ＝１／２の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２および４であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表１９に記されているような、Ｎｚ＝１の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表１９に記されているような、Ｎｚ＝１の二軸性の位相子を使用し、そしてＴＡＣ偏光子基板を含む、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等カラーシフト等高線が中心から外側に向かって２、４、６、８、１０、１２、１４、および１６であるカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表２１に記されているような、偏光子とπＢＴＮ層との間に位置する、正のＣプレート上の正のＡプレートから成る補償層を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表２１に記されているような、偏光子とπＢＴＮ層との間に位置する、正のＣプレート上の正のＡプレートから成る補償層を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、１．３の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図 表２３に記されているような、偏光子とπＢＴＮ層との間に位置する、正のＡプレート上の正のＣプレートから成る補償層を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、等コントラスト比等高線が中心から外側に向かって７０、６０、５０、４０、３０、２０、および１０であるコノスコープダイアグラムを示す図 表２３に記されているような、偏光子とπＢＴＮ層との間に位置する、正のＡプレート上の正のＣプレートから成る補償層を使用する、本発明の補償された単一偏光子πＢＴＮ反射型構成の光学性能を示す図であって、１．０の最大値ΔＣｍａｘを有するカラーシフトコノスコープダイアグラムを示す図

符号の説明

１００ 偏光子
１１０ 補償層
１２０ 基板
１５０ 液晶層
１８０ 基板
２００ リフレクタ

Claims (25)

1. 双安定ツイストネマチック（πＢＴＮ）液晶表示装置であり、二枚の基板（１２０、１８０）の間および偏光子（１００）とリフレクタ（２００）との間に位置づけられ、電場が印加されていない場合、１５０〜１８０°の角度だけ異なる二つの安定した均一のツイストテクスチャを有する、厚さｄ、複屈折性Δｎそして位相差Δｎｄの液晶層（１５０）と、屈折率楕円体の対応する三つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って三つの特性屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚにより画定される光学異方性を有し、ｘおよびｙは基板面に位置づけられ、ｎｘおよびｎｙは面内指標と呼ばれ、ｎｘ≧ｎｙであり、ｘは遅相軸と呼ばれ、そしてｚは基板（１２０、１８０）面に垂直であり、補償層の二軸性のパラメータＮｚは（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）に等しい、少なくとも一つの複屈折フィルムで構成され、前記偏光子（１００）と前記リフレクタ（２００）との間に位置決めされる少なくとも一つの補償層（１１０）とを備えるものであり、斜め閲覧時に暗状態に対応する安定テクスチャの位相差がコントラスト比を改善するように補償されると同時に、明状態に対応する安定テクスチャの位相差が、カラーシフトが低減されるように変更されるために、Ｎｚが−∞〜１／２であることを特徴とする、双安定ツイストネマチック液晶表示装置。
2. 複屈折フィルムは、一軸性の正のＣプレート（ｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙ、Ｎｚ＝−∞）、一軸性の負のＡプレート（ｎｘ＝ｎｚ＞ｎｙ、Ｎｚ＝０）あるいはＮｚ＜０または０＜Ｎｚ＜１／２のいずれかを有する二軸性のプレートを備える群にあることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 液晶層（１５０）の各側に補償層（１１０）を備えることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
4. 二つの安定テクスチャの切り替えは、液晶セル基板（１２０、１８０）面に垂直な少なくとも一つのコンポーネントを有する電場を印加することにより得られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
5. 偏光子（１００）と液晶層（１５０）との間に補償層（１１０）を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
6. 液晶層（１５０）に対してリフレクタ側に補償層（１１０）を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
7. Ｎｚはｎｚ≧ｎｘ≧ｎｙに対応する−∞〜０に含まれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
8. Ｎｚはｎｚ≧ｎｘ＝ｎｙに対応する−∞に等しいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
9. 補償層（１１０）のＮｚは−∞〜０であり、そして位相差（ｎｘ−ｎｚ）・ｄは−１５０ｎｍ〜０ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
10. 絶対位相差｜（ｎｘ−ｎｚ）ｄ｜はＬＣ位相差Δｎｄ以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
11. Ｎｚはｎｘ≧ｎｚ≧ｎｙに対応する０〜０．５であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
12. 補償層（１１０）のＮｚは０〜１／２に含まれ、位相差（ｎｘ−ｎｚ）・ｄは０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜６、１１のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
13. 絶対位相差｜（ｎｘ−ｎｚ）ｄ｜は２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
14. 遅相軸が、許容差＋／−５°の隣接する偏光子の吸収軸に平行または垂直であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
15. 遅相軸が、許容差＋／−５°の隣接する偏光子の吸収軸に平行であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
16. 遅相軸が、許容差＋／−５°の隣接する偏光子の吸収軸に垂直であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
17. 補償層（１１０）は、組み合わされたときの総位相差が所望の位相差に等しい、複数の位相子から成ることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
18. 補償層（１１０）は少なくとも二つの複屈折フィルムで構成され、一つの複屈折フィルムはＮｚ＝１を有することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
19. 補償層（１１０）は、所望の位相差の一つの位相子から成ることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
20. 補償層（１１０）はＮｚ＝−∞を有する一つの複屈折フィルムを含むことを特徴とする、請求項１〜１６、１９のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
21. 複屈折フィルムは、プラスチックフィルムを延伸することで実現される複屈折フィルム、重合した液晶分子を使用して実現されるフィルム、およびフォトポリマーを偏光に露出させることにより生成されるフィルムから成る群から選択されることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
22. 複屈折フィルムは偏光子（１００）の一部であることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
23. ｄ／ｐ比はｄ／ｐ≒０．２５＋φ／２πであり、φは低ツイストテクスチャのツイストであり、ｄは液晶層の厚さまたはセルギャップであり、ｐはキラルネマチック液晶の固有のピッチであることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
24. 液晶層（１５０）は、９０ｎｍ〜１７５ｎｍの間の、層の位相差を導入することを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
25. 双安定ツイストネマチック（πＢＴＮ）液晶表示装置の製造方法であり、これにおいて前記方法は、二枚の基板の間および偏光子（１００）とリフレクタ（２００）との間に位置づけられ、電場が印加されていない場合、１５０〜１８０°の角度だけ異なる二つの安定した均一のツイストテクスチャを有する、厚さｄ、複屈折性Δｎおよび位相差Δｎｄの液晶層（１５０）を提供するステップと、屈折率楕円体の対応する三つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って三つの特性屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚにより画定される光学異方性を有し、ｘおよびｙは基板面に位置づけられ、ｎｘおよびｎｙは面内指標と呼ばれ、ｎｘ≧ｎｙであり、ｘは遅相軸と呼ばれ、そしてｚは基板面に垂直であり、補償層の二軸性のパラメータＮｚは（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）に等しい、少なくとも一つの複屈折フィルムまたは位相子で構成され、前記偏光子（１００）と前記リフレクタ（２００）との間に位置決めされる少なくとも一つの補償層（１１０）を提供するステップとを備えており、前記方法は、斜め閲覧時に暗状態に対応する安定テクスチャの位相差がコントラスト比を改善するように補償されると同時に、明状態に対応する安定テクスチャの位相差が、カラーシフトが低減されるように変更されるために、Ｎｚが−∞〜１／２であることを特徴とする、双安定ツイストネマチック液晶表示装置の製造方法。

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