TWI422902B - 穿透型液晶顯示裝置 - Google Patents

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Description

穿透型液晶顯示裝置
本發明係關於於文書處理機、個人電腦等之辦公室自動化用機器或電子記事本、行動電話等之可攜帶式資訊器材，或具備液晶顯示器之相機型VTR等中所使用之穿透型液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置通常係由液晶單元、偏光元件及光學補償片(相位差板)所構成。於穿透型液晶顯示裝置中，係將2片的偏光元件安裝於液晶單元之兩側，並於液晶單元與偏光元件間配置1片或多片光學補償片。
液晶單元係由棒狀液晶性分子、及用以對將其封入用之2片基板及棒狀液晶性分子施加電壓之電極層所構成。液晶單元之方式可舉出：TN(Twisted Nematic，扭轉向列)方式、STN(Super Twisted Nematic，超扭轉向列)方式、ECB(Electrically Controlled Birefringence，電性控制雙折射)方式、IPS(In－Plane Switching，面內切換)方式、VA(Vertical Aligment，垂直排列)方式、OCB(Optically Compensated Birefringence，光學補償雙折射)方式、HAN(Hybrid Aligned Nematic，混合排列向列)方式、ASM(Axially Symetric Aligned Microcell，軸對稱排列微胞)方式等各種方式。半色調灰階(half－tone grey scale)方式、區域(domain)分割方式、或利用強介電性液晶、反強介電性液晶之顯示方式等各種方式。
然而，穿透型液晶顯示裝置係由於液晶分子所具有的折射率異向性，自斜方向看時，顯示之對比降低、顯示之顏色改變、或色調反轉等視角之問題無法避免，其改善備受期盼。
有關解決此問題之方法，於使用TN方式(液晶之扭轉角90度)之穿透型液晶顯示裝置中，於液晶單元與上下偏光板間配置光學補償薄膜之作法曾被提出，並已實用化。
可舉出例如：將碟型液晶作混合配向所成之光學補償薄膜配置於液晶單元與上下偏光板間之構成，以及將液晶性高分子作向列混合(nematic hybrid)配向所成之光學補償薄膜配置於液晶單元與上下偏光板間之構成等(參照專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3)。
於TN方式之情況，雖可改善對比增廣的區域，惟，色調反轉之範圍較廣，故視野特性方面稱不上理想。理由在於，由於液晶層扭轉90度、施加電壓時液晶單元內的液晶分子傾斜的部分增廣至90度方位，均起因於色調反轉的範圍增廣。
基於上述理由，就使色調反轉的方位狹窄化之目的考量，上述液晶單元的方式，以利用液晶分子的扭轉角為0度、且平行配向之ECB(Electrically Controlled Birefringence，電性控制雙折射)之顯示方式為佳。於ECB方式之視角改善方面，曾被提出者為：在平行配向液晶單元之上下分別配置2片向列混合配向之光學補償薄膜與單軸性相位差薄膜之構成(專利文獻4)。
然而，即便使用上述方法，自斜向觀看時之顯示之對比降低、顯示之顏色改變、或色調反轉等之視角的問題仍未能解決，而且，上下合計使用4片薄膜，多會發生因各薄膜的參數之誤差所致之顯示特性的誤差，且總薄膜厚增加，可靠性降低等皆為問題，故此等之改良備受期盼。
專利文獻1：日本專利特許第2640083號公報專利文獻2：日本專利特開平11－194325號公報專利文獻3：日本專利特開平11－194371號公報專利文獻4：專利文獻特開2005－2020101號公報
本發明係為了改良上述問題點而完成者，其目的在於提供顯示特性之誤差小、顯示明亮、高對比、視角依存性少之穿透型液晶顯示裝置。
第1之本發明係關於一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少具有偏光板、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、光學異向性為負的第2光學異向性層、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾著液晶層之平行配向液晶單元、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性層及偏光板所構成者，其特徵在於，第1光學異向性層係至少由將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成。
第2之本發明係關於一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少有偏光板、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾著液晶層之平行配向液晶單元、光學異向性為負的第2光學異向性層、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性層及偏光板所構成者，其特徵在於，第1光學異向性層係至少由將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成。
第3之本發明係關於一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少有偏光板、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性層、光學異向性為負的第2光學異向性層、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾著液晶層之平行配向液晶單元、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、及偏光板所構成者，其特徵在於，第1光學異向性層係至少由將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成。
第4之本發明係關於一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少有偏光板、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性元件、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾著液晶層之平行配向液晶單元、光學異向性為負的第2光學異向性層、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、及偏光板所構成者，其特徵在於，第1光學異向性層係至少由將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成。
第5之本發明係關於本發明之第1至第4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，在上述第2光學異向性層之主折射率之關係、於波長550nm之厚度方向的相位差值(Rth)及面內的相位差值(Re)分別以下述式(1)~(3)表示時，Re為0nm~30nm，Rth為－200nm~－30nm。
(1)nx≧ny>nz (2)Rth＝{nz－(nx＋ny)/2}×d (3)Re＝(nx－ny)×d(式中，nx及ny為面內之主折射率，nz為厚度方向之主折射率，d為厚度(nm))。
第6之本發明係關於本發明之第5項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第2光學異向性層係由選自三乙醯基纖維素、聚醯胺、聚醯亞胺、聚酯、聚醚酮、聚醯胺醯亞胺、聚酯醯亞胺及環狀烯烴系高分子化合物中之至少1種材料所形成的層。
第7之本發明係關於本發明之第1至第4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第3光學異向性層為高分子延伸薄膜。
第8之本發明係關於本發明之第1至第4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第3光學異向性層為將光學上顯示正的單軸性之液晶物質於液晶狀態中所形成之向列配向狀態予以固定化而成之液晶薄膜。
第9之本發明係關於本發明之第1至第4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述液晶層之摩擦方向的角度為0±30度以內的範圍。
第10之本發明係關於本發明之第1至第4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述第3光學異向性層之慢軸的角度為70度以上且未滿110度的範圍。
第11之本發明係關於本發明之第1至第4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第1光學異向性層之液晶薄膜係由光學上顯示正的單軸性之液晶物質所構成，係將該液晶物質於液晶狀態下形成之向列混合配向予以固定化的液晶薄膜，該液晶薄膜於向列混合配向中之平均傾斜角為5~45度。
以下，就本發明之詳細內容作說明。
本發明之穿透型液晶顯示裝置係由下述之(A)~(D)之4者中任一者構成，必要時，可更進一步追加光擴散層、光控制薄膜、導光板、稜鏡片等構件，惟，此等除了必須使用本發明中將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成之上述第1光學異向性層之外，並無特別限制。就得到視角依存性少之光學特性的觀點考量，可使用(A)~(D)之任一者之構成。
(A)偏光板/第3光學異向性層/液晶單元/第2光學異向性層/第1光學異向性層/偏光板/背光源(B)偏光板/第3光學異向性層/第2光學異向性層/液晶單元/第1光學異向性層/偏光板/背光源(C)偏光板/第1光學異向性層/液晶單元/第2光學異向性層/第3光學異向性層/偏光板/背光源(D)偏光板/第1光學異向性層/第2光學異向性層/液晶單元/第3光學異向性層/偏光板/背光源
以下，就本發明中所用之構成構件依序作說明。
首先，就本發明中所用之液晶單元作說明。
本發明中液晶單元之方式係用平行配向單元。「平行配向單元」為其扭轉角度為約0度之單元。此處所謂之「約0度」為0度以上且5度以下之扭轉角度。液晶單元之相位差值(△nd)以200nm~400nm為佳，以250nm~350nm為更佳。於偏離此範圍的情況，會造成不必要的著色與亮度降低而不佳。
又，液晶單元之驅動方式並無特別限制，可為STN－LCD等中所用之被動矩陣方式及使用TFT(Thin Film Transistor，薄膜電晶體)電極、TFD(Thin Film Diode，薄膜二極體)電極等之主動電極之主動矩陣方式、電漿定址(plasma address)方式等之任一種驅動方式。
液晶單元係由在互相對向配置之2片透明基板(觀視側為上基板，背光源側為下基板)之間夾著液晶層的構成所作成。
用以形成上述液晶層之顯示液晶性之材料並無特別限制，可舉出可構成各種液晶單元之一般的各種低分子液晶物質、高分子液晶物質及此等之混合物。又，亦可於不損及液晶性的範圍內在此等中添加色素、手性劑(chiralling agent)、非液晶性物質等。上述液晶單元，除了上述電極基板及液晶層之外，亦可具備用以作成後述各種方式之液晶單元所須之各種構成要件。
用以構成液晶單元之透明基板，只要為可使構成液晶層且顯示液晶性的材料依特定的配向方向配向者皆可，並無特別限制。具體而言，可用基板本身具有可使液晶配向的性質的透明基板、或基板本身雖無配向作用但於其上設置具有可使液晶配向的性質之配向薄膜等所成之透明基板等之任一種。又，液晶單元之電極可使用ITO等之公知者。電極通常可設置於與液晶層相接之透明基板的面上，於使用具有配向薄膜的基板之情況，可設置於基板與配向薄膜之間。
本發明中所用之偏光板，只要是可達成本發明之目的者皆可，並無特別限制，可適當地使用通常用於液晶顯示裝置中者。具體而言，可使用：於由聚乙烯醇(PVA)或部分縮醛化PVA等之PVA系或乙烯－醋酸乙烯酯共聚物的部分皂化物等所構成之親水性高分子薄膜上，吸附碘及/或雙色性料並進行延伸所成之偏光薄膜；或由聚氯乙烯之脫鹽酸處理物之類的多烯配向薄膜等所構成之偏光薄膜。又，亦可使用反射型之偏光薄膜。
該偏光板可單獨使用偏光薄膜，而就提高強度、耐濕性、耐熱性等目的考量，亦可在偏光薄膜的單面或雙面設置透明保護層等。透明保護層可舉出：聚酯或三乙醯基纖維素等之透明塑膠薄膜本身或穿透接合層而積層者、透明樹脂之塗佈層、丙烯酸系或環氧系等之光硬化型樹脂層等。於使此等透明保護層被覆於偏光薄膜的雙面之情況，亦可於兩側設置不同的保護層。
本發明中所用之第1光學異向性層，係由光學上顯示正的單軸性之液晶性高分子(具體而言為光學上顯示正的單軸性之液晶性高分子化合物，或含有至少1種該液晶性高分子化合物之光學上顯示正的單軸性之液晶性高分子組成物)所構成，為至少含有由該液晶性高分子化合物或該液晶性高分子組成物於液晶狀態下所形成之平均傾斜角為5~45度之向列混合配向構造被固定化之液晶薄膜的層。
此處，本發明中所謂之「向列混合配向」，係指液晶分子為向列配向，此時的液晶分子之導向(director)與薄膜平面所成的角於薄膜的上面與下面為不同之配向形態。因此，由於在上面界面附近與下面界面附近，該導向與薄膜平面所成的角度不同，故可認為於該薄膜的上面與下面之間該角度係連續地改變。
又，將向列混合配向狀態予以固定化的薄膜，於液晶分子之導向與薄膜厚方向之全部處所中皆朝向不同的角度。因而，該薄膜在以薄膜之構造體來看時，並無光軸之存在。
又，本發明中所謂之「平均傾斜角」，係指於液晶薄膜之薄膜厚方向之液晶分子之導向與薄膜平面所成的角度之平均值。本發明所提供之液晶薄膜，於薄膜的一方之界面附近之導向與薄膜平面所成之角度，其絕對值通常形成為20~90度，以40~85度為佳，尤以70~80度之角度為更佳，於與該面相反側的面，絕對值通常形成為0~20度、以0~10度為佳，其平均傾斜角之絕對值通常為5~45度、以20~45度為佳，以25~43度為更佳，尤以36~40度為特佳。於平均傾斜角偏離上述範圍之情況，自斜方向觀看時之對比有降低之顧慮，故不佳。又，平均傾斜角可應用晶體旋轉(crystal rotation)法求得。
用以構成本發明中所用的第1光學異向性層之液晶薄膜，係上述般之液晶性高分子化合物或液晶性高分子組成物之向列混合配向狀態下固定化，且有特定的平均傾斜角者所構成，只要是向列混合配向且滿足平均傾斜角的範圍者，無論由何種液晶形成皆可。例如，可使用使低分子液晶於液晶狀態下形成為向列混合配向後，藉由光交聯或熱交聯而固定化所得之液晶薄膜。又，本發明中所謂「液晶薄膜」，係無關乎薄膜本身是否呈現液晶性，而係指藉由使低分子液晶、高分子液晶等之液晶物質薄膜化而得到者。
又，液晶薄膜為了使對液晶顯示裝置可發揮較佳之視角改良效果，該薄膜之薄膜厚係依存於作為對象之液晶顯示元件的方式與各種光學參數，因此無法一概而言，通常為0.2 μ m~10 μ m，以0.3 μ m~5 μ m為佳，尤以0.5 μ m~2 μ m的範圍為特佳。於薄膜厚未滿0.2 μ m時，可能無法得到充分的補償效果。又，薄膜厚若超過10 μ m，於顯示器顯示時會發生不必要的著色情形。
又，自液晶薄膜之法線方向觀看時之面內的表觀相位差值，於向列混合配向的薄膜中，與導向平行的方向之折射率(以下稱為ne)及垂直的方向之折射率(以下稱為no)不同，故於以ne減去no之值作為表觀複折射率時，係以表觀複折射率和絕對薄膜厚之積作為表觀相位差值。此相位差值可藉由橢圓對稱法(ellipsometry)等之偏光光學測定而容易地求出。作為第1光學異向性層使用之液晶薄膜的相位差值，較佳者為對波長550nm之單色光為50nm~140nm，以70nm~120nm的範圍為佳。於相位差值未滿50nm時，可能無法得到充分的視角擴大效果。又，若大於140nm時，自斜側觀看時，液晶顯示裝置會有發生不必要的著色之顧慮。
就本發明之液晶顯示裝置中之光學異向性層之具體的配置條件作說明，為了更具體地就配置條件進行說明，使用圖1~3，就由液晶薄膜所構成的光學異向性層上下、該光學異向性層之傾斜方向及液晶單元層之預傾斜方向分別定義如下。
首先，關於由液晶薄膜所構成之光學異向性層的上下，依構成該光學異向性層之液晶薄膜的薄膜界面附近之液晶分子導向與薄膜平面所成的角度分別加以定義，則以液晶分子的導向與薄膜平面所成的角度於銳角側為20~90度角度的面為b面，以該角度於銳角側成為0~20度角度的面為c面。
自此光學異向性元件的b面通過液晶薄膜層觀看c面時，係以液晶分子導向與導向於c面的投影成分所成之角度為銳角之方向，且與投影成分平行之方向定義為光學異向元件之傾斜方向(圖1及圖2)。
其次，通常於液晶單元之單元界面，驅動用低分子液晶對單元界面並非平行而是成若干角度傾斜，通常此角度稱為預傾斜角，而以單元界面之液晶分子之導向、與薄膜平面和導向於界面之投影成分所成的角度為銳角之方向，且與導向之投影成分平行的方向定義為液晶單元層之預傾斜方向(圖3)。
本發明中所用之第2光學異向性層，較佳者係折射率異向性為負，亦即，以滿足下述式(1)，且nx與ny實質上為相等為佳。又，第2光學異向性層以式(2)表示之Rth(厚度方向之相位差值)以－200nm~－30nm為佳，以－150nm~－50nm為更佳，並且，以式(3)表示之Re(面內之相位差值)以0nm~30nm為佳，以0nm~10nm為更佳。
(1)nx≧ny>nz (2)Rth＝{nz－(nx＋ny)/2}×d (3)Re＝(nx－ny)×d式中，nx及ny為光學異向性層面內之主折射率，nz為厚度方向之主折射率，d為光學異向性層之厚度(nm)。又，Re及Rth為於波長550nm之測定值。
本發明中，第2光學異向性層只要為可滿足上述式(1)~(3)者即可，可由單層形成，亦可由多層形成。第2光學異向性層可為本身可發揮光學異向性之聚合物薄膜，亦可為藉由使液晶分子配向而發揮光學異向性者。於第2光學異向性層為聚合物薄膜之情況，該聚合物薄膜之材料可舉出：三乙醯基纖維素、聚醯胺、聚醯亞胺、聚酯、聚醚酮、聚醯胺醯亞胺、聚酯醯亞胺及改質聚碳酸酯等，於此等材料之外，只要於發揮負的光學異向性時之聚合物的分子鏈之配向狀態可與上述材料為同樣的分子鏈之配向狀態即可，聚合物薄膜之材料並不限定於上述材料。其中尤以由三乙醯基纖維素所構成的聚合物薄膜為佳。又，藉由使聚合物薄膜進行雙軸延伸而發揮所要的Rth亦可。又，亦可在聚合物中添加添加劑以調整Rth，調整三乙醯基纖維素之Rth的技術，記載於日本專利特開2000－111914號公報、特開2001－166144號公報中。
於第2光學異向性層由液晶性分子形成之情況，以由碟型液晶性分子或膽固醇型液晶性分子形成為佳，而以由碟型液晶性分子形成為更佳。藉由使碟型液晶性分子對基板實質上為水平配向，可形成顯示負的光學異向性之層。此技術揭示於日本專利特開平11－352328號公報中，本發明中亦可加以利用。此處，所謂「實質上為水平」，係指碟型液晶性分子之光軸與基板法線方向所成之平均角度為0±10度的範圍。可使碟型液晶性分子斜向配向成平均傾斜角不非0度(具體而言為0±10度的範圍)，亦可作成為傾斜角徐徐地變化之混合配向。又，亦可藉由添加手性劑等，賦予滑動應力，對上述配向狀態施加扭轉變形。
藉由使碟型液晶性分子為螺旋狀扭轉配向，顯示負的光學異向性。藉由使碟型液晶性分子進行螺旋狀排列之同時，亦對排列之扭轉角與相位差值等加以控制，可得到所要的光學特性。碟型液晶性分子之扭轉配向可用公知的方法達成。液晶性分子以於配向狀態下固定化為佳，藉由聚合而固定化者更佳。
有關用以形成第2光學異向性層之較佳的碟型液晶性分子，敘述如下。碟型液晶性分子以對聚合物薄膜面實質上為水平(0~10度的範圍之平均傾斜角)配向為佳。可使碟型液晶性分子斜向配向，亦可為傾斜角徐徐地變化之混合配向。於斜配向或混合配向之情況，平均傾斜角以0~40度為佳。碟型液晶性分子於各種文獻(C.Destrade et al.,Mol.Crysr.Liq.Cryst.,vol.71,page 111(1981)；日本化學會編，季刊化學總說，No.22，液晶的化學，第5章、第10章第2節(1994)；B.Kohne et al.,Angew.Chem.Soc.Chem.Comm.,page 1794(1985)；J.Zhang et al.,J.Am.Chem.Soc.,vol.116,page 2655(1994))中已有記載。有關碟型液晶性分子之聚合，於日本專利特開平8－27284號公報中有記載。為使碟型液晶性分子藉由聚合而固定，必須於碟型液晶性分子之圓盤狀中心(core)鍵結聚合性基，作為取代基。惟，若使聚合性基直接鍵結於圓盤狀中心，則欲於聚合反應中保持配向狀態會有困難。因此須於圓盤狀中心與聚合性基之間導入連結基。關於具有聚合性基之碟型液晶性分子，於日本專利特開2001－4387號公報中已有揭示。
本發明中所用之第3光學異向性層，只要為透明性與均勻性優異者皆可，並無特別限制，可使用高分子延伸薄膜或由液晶所構成之光學薄膜。高分子延伸薄膜可例示如由纖維素系、聚碳酸酯系、聚芳酯系、聚碸系、聚丙烯酸系、聚醚碸系、環狀烯烴系高分子化合物等所構成之單軸或雙軸相位差薄膜。第3光學異向性層可僅由高分子延伸薄膜構成，亦可僅由液晶所構成的光學薄膜構成，亦可併用高分子延伸薄膜與由液晶所構成的光學薄膜兩者。其中尤以環狀烯烴系高分子化合物，於價格、薄膜均勻性、因雙折射波長分散特性小而可抑制畫質之色調改變等諸方面考量為較佳者。又，由液晶所構成之光學薄膜，可舉出主鏈型及/或側鏈型之顯示液晶性之各種液晶性分子，例如由液晶性聚酯、液晶性聚碳酸酯、液晶性聚丙烯酸酯等或可藉由配向後交聯等而高分子量化之具反應性之低分子量液晶等所得之光學薄膜，此等可為自立性之單獨薄膜，或為形成於透明支持基板上者。
第3光學異向性層於波長550nm之相位差值係調整於130~210nm。上述相位差值以140~180nm為更佳。上述第1、第2、第3光學異向性層，可分別經由接合劑層或黏合劑層互相黏合而製作。
形成接合劑層之接合劑，只要具有對光學異向性層之充分的接合力，且無損於光學異向性層的光學特性者皆可，並無特別限制，可舉出例如丙烯酸系樹脂系、甲基丙烯酸系樹脂系、環氧樹脂系、乙烯－醋酸乙烯酯共聚物系、橡膠系、胺基甲酸乙酯系、聚乙烯醚系及此等之混合物系、或熱硬化型及/或光硬化型、電子線硬化型等之各種反應性者。此等接合劑亦包含兼具保護光學異向性層之透明保護層的作用者。
用以形成黏合劑層之黏合劑並無特別限制，可適當地選擇使用例如丙烯酸系聚合物、聚矽氧系聚合物、聚酯、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚醚、氟系或橡膠系等之聚合物為基礎之聚合物者。尤其更佳者可使用丙烯酸系黏合劑般之光學透明性優異，有適當的濕潤性、凝集性與接合性之黏合特性，且耐候性與耐熱性等優異者。
接合劑層或黏合劑層之形成，可用適當的方式進行。其例子可舉出例如：在由甲苯或醋酸乙酯等適當的溶劑之單獨或混合物所構成之溶劑中，溶解或分散基礎聚合物或其組成物而調製成10~40重量%左右之接合劑或黏合劑的溶液，使其以流延方式或塗佈方式等適當的展開方式直接設置於上述光學異向性層上的方式；或依上述般形成於脫模物(separator)上，再將其轉黏合於上述光學異向性層上的方式等。又，於接合劑或黏合劑中亦可含有例如天然物質或合成物質的樹脂類(尤其是黏合性賦予樹脂)、玻璃纖維、玻璃珠、金屬粉或其他無機粉末所構成之填充劑或顏料、著色劑、抗氧化劑等之添加於黏合層之添加劑。又，亦可為含有微粒子而顯示光擴散性之層等。
又，於使光學異向性層間經由接合劑層或黏合劑層互相黏合時，可對光學異向性層表面施行表面處理以提高和接合劑層或黏合劑層之密合性。表面處理之手段並無特別限制，較佳者可採用可維持上述液晶層表面的透明性之電暈放電、濺鍍處理、低壓UV照射、電漿處理等之表面處理法。此等表面處理法中，尤以電暈放電處理為佳。
接著，針對由上述構件所構成的本發明之液晶顯示裝置的構成作說明。
本發明之液晶顯示裝置的構成，如圖4、圖7、圖10、圖13所示般，係以下述4種組合為必須者。
(A)偏光板/第3光學異向性層/液晶單元/第2光學異向性層/第1光學異向性層/偏光板/背光源(B)偏光板/第3光學異向性層/第2光學異向性層/液晶單元/第1光學異向性層/偏光板/背光源(C)偏光板/第1光學異向性層/液晶單元/第2光學異向性層/第3光學異向性層/偏光板/背光源(D)偏光板/第1光學異向性層/第2光學異向性層/液晶單元/第3光學異向性層/偏光板/背光源
本發明中，液晶單元內之液晶層之預傾斜方向與將向列混合配向構造固定化之液晶薄膜所構成的第1光學異向性層之傾斜方向所成的角度，以0度至30度的範圍為佳，以0度至20度的範圍為更佳，尤以0度至10度的範圍為特佳。於兩者所成的角度為30度以上的情況，會有無法得到充分的視角補償效果之顧慮。
又，第3光學異向性層之慢軸與第1光學異向性層之傾斜方向所成的角度以70度以上且未滿100度為佳。以80度以上且未滿100度為更佳。於110度以上的情況或小於70度的情況，會有造成正面的對比降低之可能性，故非良好。
又，第1光學異向性層之傾斜方向與偏光板之吸收軸所成之角度，以30度以上且未滿60度為佳。以40度以上且未滿50度為更佳。於60度以上的情況或小於30度的情況，會有造成正面的對比降低之可能性，故不佳。
又，第3光學異向性層之慢軸與偏光板之吸收軸所成之角度以30度以上且未滿60度為佳。以40度以上且未滿50度為更佳。於60度以上的情況或小於30度的情況，會有造成正面的對比降低之可能性，故不佳。
上述光擴散層、背光源、光控制模、導光板、稜鏡片，可使用公知者，並無特別限制。
本發明之液晶顯示裝置，於上述構成構件以外亦可附設其他構成構件。例如，藉由在本發明之液晶顯示裝置中附設彩色濾光片，能夠製作可進行色純度高的多彩(multi－color)或全彩(full－color)顯示之液晶顯示裝置。
(發明效果)
本發明之液晶顯示裝置具有顯示明亮、正面對比高、視角依存性少諸特徵。
[實施例]
以下，藉由實施例及比較例就本發明再具體作說明，惟，本發明並非限定於此等。又，實施例中之相位差值(△nd)，只要未另外說明，皆為在波長550nm之測定值。
(第2光學異向性層11之製作)
將由2,2’－雙(3,4－二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)與2,2’－雙(三氟甲基)－4,4’－二胺基聯苯(TFMB)所合成的重量平均分子量(Mw)7萬、△n約為0.04之聚醯亞胺，用環己酮作為溶劑，調製成25重量%之溶液，塗佈於厚度80 μ m的三乙醯基纖維素上。然後，於150℃下熱處理5分鐘後，得到完全透明且平滑的薄膜11。面內之相位差值Re＝1nm，厚度方向之相位差值Rth＝－130nm，nx≒ny>nz。
(實施例1)
實施例1之液晶顯示裝置的概念圖用圖4作說明，實施例1之軸構成用圖5作說明。
於基板1上設置以ITO等穿透率高的材料所形成之透明電極3，於基板2上設置以ITO等穿透率高的材料所形成之對向電極4，於透明電極3與對向電極4之間夾著顯示正介電率異向性的液晶材料所構成之液晶層5。於基板2之形成對向電極4側的相反側設置第3光學異向性層9及偏光板7，於基板1之形成透明電極3的面之相反側設置第2光學異向性層11、第1光學異向性層10及偏光板8。於偏光板8之背面側設置背光源12。
依照日本專利特開平6－347742號公報，製作由薄膜厚方向之平均傾斜角為33度的薄膜厚0.77 μ m之固定化之向列混合配向液晶薄膜所構成的第1光學異向性層10，以圖5所示之配置製作液晶顯示裝置。
使用之液晶單元6，其液晶材料用ZLI－1695(Merck公司製)，液晶層厚作成為4.9 μ m。液晶層的基板兩界面之預傾斜角為2度，液晶單元之△nd約為320nm。
於液晶單元6之觀察者側(圖之上側)配置偏光板7(厚約100 μ m；住友化學(股)製SQW－062)，於偏光板7與液晶單元6之間配置作為第3光學異向性層9之單軸延伸之由聚碳酸酯薄膜所構成之高分子延伸薄膜9。高分子延伸薄膜9之△nd約為170nm。
又，於自觀察者看之液晶單元6的後方，配置作為第2光學異向性層11之如上述般製作之Rth＝－130nm的負相位差薄膜11、作為第1光學異向性層10之液晶薄膜10，並於背面配置偏光板8。固定化之向列混合配向構造液晶薄膜10之△nd為120nm。
偏光板7及8之吸收軸、高分子延伸薄膜9之慢軸、液晶單元6的兩界面之傾斜方向、液晶薄膜10之傾斜方向係以圖5所記載之條件配置。
圖6為表示背光源點亮時(穿透模式)之白顯示0V、黑顯示5V之穿透率的比(白顯示/黑顯示)作為對比比值時，自全方位看實施例之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。同心圓表示相同之視角，每20度描繪者。因而，最外圓之視角為80度。
由圖6可知其視角特性良好。
(實施例2)
實施例2之液晶顯示裝置之概念圖用圖7作說明，實施例2之軸構成用圖8作說明。
除了將實施例1所用之液晶顯示裝置中之第2光學異向性層11自液晶單元之背光源側(圖之下側)往液晶單元之觀察者側(圖之上側)移動之外，係以與實施例1同樣的作法製作。
圖9為表示背光源點亮時(穿透模式)之白顯示0V、黑顯示5V之穿透率的比(白顯示/黑顯示)作為對比比值時，自全方位看實施例之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。同心圓表示相同之視角，每20度描繪者。因而，最外圓之視角為80度。
由圖9可知其視角特性良好。
(實施例3)
實施例3之液晶顯示裝置之概念圖用圖10作說明，實施例3之軸構成用圖11作說明。
實施例1所用之液晶單元6中，係於基板2之形成對向電極4側的相反面設置第1光學異向性層10及偏光板7，於基板1之形成透明電極3的面之相反側設置第2光學異向性層11、第3光學異向性層9及偏光板8。於偏光板8之背面側設置背光源12。
偏光板7、偏光板8、第1光學異向性層10、第2光學異向性層11及第3光學異向性層9係用與實施例1同樣者。
於液晶單元6之觀察者側(圖之上側)配置偏光板7，於偏光板7與液晶單元6之間配置作為第1光學異向性層10之液晶薄膜10。固定化之混合向列配向構造液晶薄膜10之△nd約為120nm。
又，於自觀察者看之液晶單元6的後方，配置作為第2光學異向性層11之如上述般製作之Rth＝－140nm的負相位差薄膜11、作為第3光學異向性層9之由聚碳酸酯所構成之高分子延伸薄膜9，並於背面配置偏光板8。高分子延伸薄膜9之△nd為120nm。
偏光板7及8之吸收軸、高分子延伸薄膜9之慢軸、液晶單元6的兩界面之傾斜方向、液晶薄膜10之傾斜方向係依圖11所記載之條件配置。
圖12為表示背光源點亮時(穿透模式)之白顯示0V、黑顯示5V之穿透率的比(白顯示/黑顯示)作為對比比值時，自全方位看實施例之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。同心圓表示相同之視角，每20度描繪者。因而，最外圓之視角為80度。
由圖12可知其視角特性良好。
(實施例4)
實施例4之液晶顯示裝置之概念圖用圖13作說明，實施例4之軸構成用圖14作說明。
除了將實施例3所用之液晶顯示裝置中之第2光學異向性層11自液晶單元之背光源側(圖之下側)往液晶單元之觀察者側(圖之上側)移動之外，係以與實施例3同樣的作法製作。
圖15為表示背光源點亮時(穿透模式)之白顯示0V、黑顯示5V之穿透率的比(白顯示/黑顯示)作為對比比值時，自全方位看實施例之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。同心圓表示相同之視角，每20度描繪者。因而，最外圓之視角為80度。
由圖15可知其視角特性良好。
(比較例1)
比較例1之液晶顯示裝置之概略用圖16作說明。除了將實施例1中之第2光學異向性層11去除之外，係製作成與實施例1同樣的液晶顯示裝置。
圖17為表示背光源點亮時(穿透模式)之白顯示0V、黑顯示5V之穿透率的比(白顯示/黑顯示)作為對比比值時，自全方位看實施例之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。同心圓表示相同之視角，每20度描繪者。因而，最外圓之視角為80度。
茲就視角特性，以實施例1與比較例1作比較。
以圖6與圖17就全方位之等對比曲線作比較，可知藉由用第2光學異向性層11之視角特性得到大幅改善。
本實施例中係以無彩色濾光片之形態進行實驗，若於液晶單元中設置彩色濾光片，可得到良好的多彩顯示或全彩顯示乃不言而喻者。
(產業上之可利用性)
藉由本發明，可提供顯示明亮、正面對比高、視角依存性少之液晶顯示裝置。
1、2．．．基板
3．．．透明電極
4．．．對向電極
5．．．液晶層
6．．．液晶單元
7、8．．．偏光板
9．．．第3光學異向性層
10．．．第1光學異向性層
11．．．第2光學異向性層
12．．．背光源
圖1為說明液晶分子之傾斜角及扭轉角之概念圖。
圖2為構成第2光學異向元件之液晶薄膜的配向構造之概念圖。
圖3為說明液晶單元之預傾斜方向之概念圖。
圖4為表示實施例1之液晶顯示裝置之示意截面圖。
圖5為表示實施例1中之偏光板之吸收軸、液晶單元之預傾斜方向、高分子延伸薄膜之慢軸及液晶薄膜之傾斜方向的角度關係之俯視圖。
圖6為表示自全方位觀看實施例1之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。
圖7為表示實施例2之液晶顯示裝置之示意截面圖。
圖8為表示實施例2中之偏光板之吸收軸、液晶單元之預傾斜方向、高分子延伸薄膜之慢軸及液晶薄膜之傾斜方向的角度關係之俯視圖。
圖9為表示自全方位觀看實施例2之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。
圖10為表示實施例3之液晶顯示裝置之示意截面圖。
圖11為表示實施例3中之偏光板之吸收軸、液晶單元之預傾斜方向、高分子延伸薄膜之慢軸及液晶薄膜之傾斜方向的角度關係之俯視圖。
圖12為表示自全方位觀看實施例3之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。
圖13為表示實施例4之液晶顯示裝置之示意截面圖。
圖14為表示實施例4中之偏光板之吸收軸、液晶單元之預傾斜方向、高分子延伸薄膜之慢軸及液晶薄膜之傾斜方向的角度關係之俯視圖。
圖15為表示自全方位觀看實施例4之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。
圖16為表示比較例1之液晶顯示裝置之示意截面圖。
圖17為表示自全方位看比較例1之液晶顯示裝置時的對比比值之圖。
1．．．基板
2．．．基板
3．．．透明電極
4．．．對向電極
5．．．液晶層
6．．．液晶單元
7．．．偏光板
8．．．偏光板
9．．．第3光學異向性層
10．．．第1光學異向性層
11．．．第2光學異向性層
12．．．背光源

Claims (8)

  1. 一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少由下述所構成者：偏光板、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、光學異向性為負的第2光學異向性層、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾持液晶層之平行配向液晶單元、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性層、以及偏光板；其中，第1光學異向性層係至少由將向列混合(nematic hybrid)配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述液晶層之摩擦方向的角度為0±30度以內的範圍；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述第3光學異向性層之慢軸的角度為70度以上且未滿110度的範圍；上述第1光學異向性層之液晶薄膜係由光學上顯示正的單軸性之液晶物質所構成，係將該液晶物質於液晶狀態下形成之向列混合配向予以固定化之液晶薄膜，該液晶薄膜於向列混合配向中之平均傾斜角為5~45度。
  2. 一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少由下述所構成者：偏光板、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾持液晶層之平行配向液晶單 元、光學異向性為負的第2光學異向性層、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性層、以及偏光板；其中，第1光學異向性層係至少由將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述液晶層之摩擦方向的角度為0±30度以內的範圍；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述第3光學異向性層之慢軸的角度為70度以上且未滿110度的範圍；上述第1光學異向性層之液晶薄膜係由光學上顯示正的單軸性之液晶物質所構成，係將該液晶物質於液晶狀態下形成之向列混合配向予以固定化之液晶薄膜，該液晶薄膜於向列混合配向中之平均傾斜角為5~45度。
  3. 一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少由下述所構成者：偏光板、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性層、光學異向性為負的第2光學異向性層、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾持液晶層之平行配向液晶單元、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、以及偏光板；其中，第1光學異向性層係至少由將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述液晶層之摩擦方向的角度 為0±30度以內的範圍；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述第3光學異向性層之慢軸的角度為70度以上且未滿110度的範圍；上述第1光學異向性層之液晶薄膜係由光學上顯示正的單軸性之液晶物質所構成，係將該液晶物質於液晶狀態下形成之向列混合配向予以固定化之液晶薄膜，該液晶薄膜於向列混合配向中之平均傾斜角為5~45度。
  4. 一種穿透型液晶顯示裝置，係自背光源側起依序至少由下述所構成者：偏光板、於波長550nm之相位差值為130nm至210nm之第3光學異向性元件、於互相為相向配置之上基板與下基板之間夾持液晶層所成之平行配向液晶單元、光學異向性為負的第2光學異向性層、於波長550nm之相位差值為50nm至140nm之第1光學異向性層、以及偏光板；其中，第1光學異向性層係至少由將向列混合配向構造予以固定化之液晶薄膜所構成；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述液晶層之摩擦方向的角度為0±30度以內的範圍；將上述第1光學異向性層之液晶薄膜的混合方向投影於基板平面之傾斜方向與上述第3光學異向性層之慢軸的角度為70度以上且未滿110度的範圍；上述第1光學異向性層之液晶薄膜係由光學上顯示正的單軸性之液晶物質所構成，係將該液晶物質於液晶狀態 下形成之向列混合配向予以固定化之液晶薄膜，該液晶薄膜於向列混合配向中之平均傾斜角為5~45度。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，在上述第2光學異向性層之主折射率之關係、於波長550nm之厚度方向的相位差值(Rth)及面內的相位差值(Re)分別以下述式(1)~(3)表示時，Re為0nm~30nm，Rth為-200nm~-30nm；(1)nx≧ny>nz (2)Rth={nz-(nx+ny)/2}×d (3)Re=(nx-ny)×d(式中，nx及ny為面內之主折射率，nz為厚度方向之主折射率，d為厚度(nm))。
  6. 如申請專利範圍第5項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第2光學異向性層係由選自下述之至少1種材料所形成的層：三乙醯基纖維素、聚醯胺、聚醯亞胺、聚酯、聚醚酮、聚醯胺醯亞胺、聚酯醯亞胺及環狀烯烴系高分子化合物。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第3光學異向性層為高分子延伸薄膜。
  8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之穿透型液晶顯示裝置，其中，上述第3光學異向性層為將光學上顯示正的單軸性之液晶物質於液晶狀態中所形成之向列配向予以固定化而成之液晶薄膜。
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