(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護フィルム、偏光子、及び第１の補償フィルムを上からこの順に配置した上方偏光板
と、
液晶セルと、
第２の補償フィルム、偏光子、及び保護フィルムを上からこの順に配置した下方偏光板
と
を備える面内スイッチング方式の液晶表示装置であって、
前記上方偏光板の偏光子の吸収軸は、前記下方偏光板の偏光子の吸収軸に垂直であり、
前記液晶セルは、視認側の右側水平方向を基準として液晶配向方向が反時計方向に測定
されるとき、０゜の液晶配向方向を有し、
前記第１の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が６０〜１５０ｎｍ、かつ屈折率比ＮＺ
が−２〜−１であって、その遅相軸は前記上方偏光板の偏光子の吸収軸と垂直であり、
前記第２の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が１５０〜２３０ｎｍ、かつ屈折率比Ｎ
Ｚが−１〜０であって、その遅相軸は前記下方偏光板の偏光子の吸収軸と平行であり、
前記第１の補償フィルム及び前記第２の補償フィルムの面内位相差値Ｒ０の和が２５０
〜３５０ｎｍである、面内スイッチング方式の液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２の補償フィルムの屈折率比ＮＺが−１.０〜−０.３であり、
前記第１の補償フィルム及び前記第２の補償フィルムの面内位相差値Ｒ０の和が２６０
〜３００ｎｍである、請求項１に記載の面内スイッチング方式の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶セルは、波長５８９ｎｍにおけるパネル位相差値が３７０〜４００ｎｍである
、請求項１に記載の面内スイッチング方式の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１の補償フィルム及び前記第２の補償フィルムは、それぞれ独立して、ＴＡＣ(
トリアセチルセルロース)、ＣＯＰ(シクロオレフィンポリマー)、ＣＯＣ(シクロオレフィ
ンコポリマー)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、ＰＰ(ポリプロピレン)、ＰＣ(ポ
リカーボネート)、ＰＳＦ(ポリスルホン)、ＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)からな
る群より選択される１種で製造される、請求項１に記載の面内スイッチング方式の液晶表
示装置。
【請求項５】
前記第１の補償フィルムは、負(−)の屈折率特性を有するフィルムに１回以上固定端延
伸を適用して製造される、請求項１に記載の面内スイッチング方式の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１の補償フィルムは、負(−)の屈折率特性を有するフィルムに自由端延伸及び固
定端延伸を適用して製造される、請求項１に記載の面内スイッチング方式の液晶表示装置
。
【請求項７】
前記第２の補償フィルムは、負(−)の屈折率特性を有するフィルムに１回以上固定端延
伸を適用して製造される、請求項１に記載の面内スイッチング方式の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜面でのコントラスト比を改善することにより広視野角の確保が可能な面内スイッチング方式(in-plane switching mode)の液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置(ＬＣＤ)は、最も一般的な画像表示装置として広く使用されている。しかしながら、その多くの優れた特性にもかかわらず、視野角の狭さが短所として指摘されてきた。
【０００３】
液晶表示装置の方式は、液晶セルの初期配列、電極構造、及び液晶の物性によって分類することができ、現在最も多く使用されている液晶表示装置の方式は、ツイステッド・ネマティック(twisted nematic；ＴＮ)、垂直配向(vertical arrangement；ＶＡ)、及び面内スイッチング(in-plane switching；ＩＰＳ)が挙げられる。
【０００４】
また、電圧無印加時に光の透過可否によりノーマルブラック方式またはノーマルホワイト方式に分類され、ドメイン及び液晶の初期配列によって、ＶＡ方式は、ＰＶＡ(Patterned VA)、ＳＰＶＡ(Super PVA)、及びＭＶＡ(Multidomain VA)に、ＩＰＳ方式は、Ｓ−ＩＰＳ(Super In-plane Switching)またはＦＦＳ(Fringe-Field Switching)に分類される。
【０００５】
面内スイッチング方式は、液晶分子が非駆動状態において均等かつ基板面にほぼ水平な配列を有している。下方偏光板の透過軸と液晶分子の進相軸とが同一方向であるとき、液晶の光学特性により傾斜面においても透過軸と液晶の進相軸とが同一方向であるため、光が下方偏光板を通過した後に液晶を通過しても、偏光状態に変化が生じることなく本来の状態のまま液晶層を通過することができる。その結果、基板の上部面及び下部面上の偏光板の配置によって、非駆動状態における程度の暗状態を表示することができる。
【０００６】
このような面内スイッチング方式の液晶表示装置は、一般的に光学フィルムを使用せずに広い視野角を得ることができ、透過率が必然的に確保されると同時に画面全体において画質及び視野角が均一となるように提供されるといった長所を有する。従って、面内スイッチング方式の液晶表示装置は、１８インチ級以上の上位機種で主に用いられている。
【０００７】
従来技術における面内スイッチング方式を適用した液晶表示装置は、光を偏光させるために液晶を含む液晶セルの外側に偏光板を必要とし、偏光子を保護するためにトリアセチルセルロース(ＴＡＣ)フィルムからなる保護フィルムが前記偏光板の一方または両方の表面に適用されている。この場合、液晶が暗状態を表現するとき、下方板に備えられた偏光子により偏光された光は正面でなく、ＴＡＣフィルムにより傾斜面に楕円偏光される。楕円偏光された光は、液晶セルで偏光及び色が変化されるといった問題を有する。
【０００８】
さらに、近年、面内スイッチング方式を適用した大型テレビなどの大型画像表示装置を製造するため、広い視野角特性が要求されている。そこで、面内スイッチング方式の液晶表示装置(ＩＰＳ−ＬＣＤ)においては、広い視野角を確保するために、液晶セルと前記液晶セルの２枚の偏光板のうち一方の偏光板の偏光子(ポリビニルアルコール)との間に、ＴＡＣフィルムの代わりに等方性保護フィルムを配置させ、かつ液晶セルと前記２枚の偏光板のうち他方の偏光板の偏光子(ポリビニルアルコール)との間に、光学特性の異なる２つ以上の位相差層、または１枚のＺ軸配向(厚み方向に配向)フィルムを積層させて液晶表示装置が製造されてきた。
【０００９】
このように面内スイッチング方式の液晶表示装置は、液晶層の一側面に光学特性の異なる２つの層を積層することによって形成される補償フィルム３枚型複合形成偏光板(下方等方性フィルム１枚＋上方補償層２枚)を用いるか、或いは、製造工程上収縮フィルムを用いると経済性が低く、不可欠な収縮工程を含むことで大面積フィルムに製造が容易でないＺ軸配向フィルムを用いている。
【００１０】
従って、３枚の補償フィルムが積層された複合偏光板を用いて薄型製品を製造するのは困難であり、液晶セルの両側の厚さが異なることから温度または湿度の変化による屈曲が生じる可能性が高く、高価な補償フィルムの使用により価格競争力が低下して高価な面内スイッチング方式の液晶表示装置にのみ限定的に使用されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上方偏光板、下方偏光板、及び液晶セルを備える面内スイッチング方式の液晶表示装置を提供するものであって、ポアンカレ球により液晶配向の偏光状態の変化を確認して補償フィルムの光学特性を設計し、第１及び第２の補償フィルムの遅相軸方向、偏光子の吸収軸方向、及び液晶配向方向を特定するように構成して傾斜面におけるコントラスト比を改善することで、安価でありかつ広視野角確保が可能となるように設計された面内スイッチング方式の液晶表示装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、保護フィルム、偏光子、及び第１の補償フィルムを上からこの順に配置した上方偏光板と、液晶セルと、第２の補償フィルム、偏光子、及び保護フィルムを上からこの順に配置した下方偏光板とを備える面内スイッチング方式の液晶表示装置であって、前記上方偏光板の偏光子の吸収軸は、前記下方偏光板の偏光子の吸収軸に垂直であり、前記液晶セルは、視認側の右側水平方向を基準として液晶配向方向が反時計方向に測定されるとき、液晶配向方向が０゜であり、前記第１の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が６０〜１５０ｎｍ、かつ屈折率比ＮＺが−２〜−１であって、その遅相軸は前記上方偏光板の偏光子の吸収軸と平行であり、前記第２の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が１５０〜２３０ｎｍ、かつ屈折率比ＮＺが−１〜０であって、その遅相軸は前記下方偏光板の偏光子の吸収軸と平行であり、前記第１の補償フィルム及び前記第２の補償フィルムの面内位相差値Ｒ０の和が２５０〜３５０ｎｍである面内スイッチング方式の液晶表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る面内スイッチング方式の液晶表示装置は、従来の３枚の補償フィルムを用いることにより達成される水準で広視野角の確保が可能となる。
【００１４】
さらには、補償フィルムを上方偏光板及び下方偏光板に各々１枚ずつのみ使用しても広視野角を確保することができるため、薄型液晶表示装置を高い歩留まり(異物、不純物による不良率の低減)で大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る面内スイッチング液晶表示装置(ＦＦＳ−ＬＣＤ)の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る補償フィルムの屈折率を説明するための概略図である。
【図３】本発明に係る補償フィルム及び偏光板の延伸方向を説明するための製造過程上の機械方向(ＭＤ、machine direction)を示す概略図である。
【図４】本発明の座標系におけるΦ及びθの表現を説明するための概略図である。
【図５】本発明の実施例１によるθ＝６０°及びΦ＝０゜の視方向における偏光状態の変化をポアンカレ球上に示す図である。
【図６】本発明の実施例１による全視方向からの透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例２による全視方向からの透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】本発明の実施例３による全視方向からの透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の実施例４による全視方向からの透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５による全視方向からの透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、上方偏光板、下方偏光板、及び液晶セルを備える面内スイッチング方式の液晶表示装置に関するものであって、ポアンカレ球により液晶配向の偏光状態の変化を確認して補償フィルムの光学特性を設計し、第１及び第２の補償フィルムの遅相軸方向、偏光子の吸収軸方向、及び液晶配向方向を特定するように構成して傾斜面におけるコントラスト比を改善することで、安価でありかつ広視野角確保が可能となるように設計された面内スイッチング方式の液晶表示装置に関するものである。
【００１７】
以下、本発明に係る面内スイッチング方式の液晶表示装置の実施形態を説明する。
【００１８】
面内スイッチング方式の液晶表示装置は、上方偏光板、液晶セル、及び下方偏光板を備える。
【００１９】
上方偏光板は、液晶セル側から、第１の補償フィルム、偏光子、及び保護フィルムの順に積層され、下方偏光板は、液晶セル側から、第２の補償フィルム、偏光子、及び保護フィルムの順に積層される。上方偏光板の偏光子の吸収軸は下方偏光板の偏光子の吸収軸に垂直である。
【００２０】
視認側の右側水平方向を基準として液晶配向方向が反時計方向に測定されるとき、液晶セルが０゜の液晶配向方向(ＦＦＳ)を有するものであれば、下記式１によって算出される液晶セルのパネル位相差値は、波長５８９ｎｍで３７０〜４００ｎｍである。
【００２１】
【数１】
0005621084.tif 000002
(式中、ｎｅは液晶の異常光線屈折率、ｎｏは常光線屈折率、ｄはセルギャップを示す。但し、△ｎ、ｄはベクトルではなくスカラーである。)
【００２２】
上方偏光板の第１の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が６０〜１５０ｎｍ、屈折率比ＮＺが−２〜−１であるものを用いることができる。
【００２３】
面内位相差値Ｒ０が小さいほどフィルムを製造する際にフィルムの遅相軸方向が不均一になることによって正面コントラスト比を低下させてしまうといった問題が生じるので、補償フィルムの面内位相差値Ｒ０の適当な下限値を設定する必要がある。本発明において、面内位相差値Ｒ０は、好ましくは６０ｎｍである。また、補償フィルムの面内位相差値が１５０ｎｍを超過すると、本発明に係る液晶表示装置の構成において広視野角を具現することができないといった問題が生じる。また、屈折率比ＮＺが−２未満であるとき、遅相軸は上方偏光板の偏光子の吸収軸に垂直とはなれず、−１を超過すると、本発明の目的に合致する光学特性を具現することができない。
【００２４】
第１の補償フィルムの遅相軸は、上方偏光板の偏光子の吸収軸と垂直である。
【００２５】
下方偏光板の第２の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が１５０〜２３０ｎｍ、屈折率比ＮＺが−１〜０であり、好ましくは屈折率比ＮＺが−１.０〜−０.３であるものを用いることができる。
【００２６】
第２の補償フィルムの面内位相差値Ｒ０が１５０ｎｍ未満または２３０ｎｍ超過であるとき、液晶の位相差補償が充分でないため広視野角の具現は容易ではない。また、屈折率比ＮＺが−１未満であるとき、固定端延伸のみでは製造は容易でなく自由端延伸の追加工程が要求され、補償フィルムの製造工程が複雑となり、広視野角を容易に具現し難くなる。屈折率比ＮＺが０を超過すると、延伸工程により安定した位相差を具現し難くなる。
【００２７】
第２の補償フィルムの遅相軸は、下方偏光板の偏光子の吸収軸と平行である。
【００２８】
前記第１の補償フィルム及び第２の補償フィルムの面内位相差値Ｒ０の和は、２５０〜３５０ｎｍ、好ましくは２６０〜３００ｎｍである。本発明の液晶表示装置を利用してポアンカレ球上の経路を探索した結果、パネルの液晶位相差値を補償するための第１及び第２の補償フィルムの面内位相差値が小さくなければならないため、前記範囲から外れると、広視野角の具現が困難であることが確認された。
【００２９】
本発明において、上方偏光板の第１の補償フィルム及び下方偏光板の第２の補償フィルムの光学特性は、可視光線領域内の全波長について下記式２〜４により定義される。
【００３０】
光源の波長についての言及がない場合には、５８９ｎｍにおける光学特性について記載されており、ここで、Ｎｘは面内方向において屈折率が最も大きい軸の屈折率であり、Ｎｙは面内方向のＮｘに対して垂直方向の屈折率であり、Ｎｚは厚み方向の屈折率であって、下記式２のように定義される。
【００３１】
【数２】
0005621084.tif 000003
(式中、Ｎｘ及びＮｙは面内屈折率であってかつＮｘ≧Ｎｙであり、Ｎｚはフィルムの厚み方向に振動する光の屈折率であり、ｄはフィルムの厚さである。)
【００３２】
【数３】
0005621084.tif 000004
(式中、Ｎｘ及びＮｙは補償フィルムの面内屈折率であり、ｄはフィルムの厚さであり、かつＮｘ≧Ｎｙである。)
【００３３】
【数４】
0005621084.tif 000005
(式中、Ｎｘ及びＮｙは面内屈折率であってかつＮｘ≧Ｎｙであり、Ｎｚはフィルムの厚み方向に振動する光の屈折率である。)
【００３４】
ここで、式２のＲｔｈは、面内平均屈折率に対する厚み方向の屈折率の差を示す厚み方向位相差値であり、式３のＲ０は、面内位相差値であって、法線方向(垂直方向)に光がフィルムを通過したときの実質的な位相差である。
【００３５】
さらに、式４のＮＺは、屈折率比であって、これにより補償フィルムのプレートの種類を識別することができる。
【００３６】
補償フィルムのプレート種類は、１)フィルムの面内方向に光軸を有するＡプレート、２)フィルム面に対し垂直方向に光軸を有するＣプレート、及び３)２つの光軸が存在する 二軸性プレートといった分類に属する。具体的には、１)ＮＺ＝１のとき、屈折率がＮｘ＞Ｎｙ＝Ｎｚの関係を満たす場合、「ポジティブＡプレート(positive A‐plate)」と称し、２)１＜ＮＺのとき、屈折率がＮｘ>Ｎｙ>Ｎｚの関係を満たす場合、「ネガティブ二軸性Ａプレート(negative biaxial A-plate)」と称し、３)０＜ＮＺ＜１のとき、屈折率がＮｘ＞Ｎｚ＞Ｎｙの関係を満たす場合、「Ｚ軸配向フィルム(Z-axis alignment film)」と称し、４)ＮＺ＝０のとき、屈折率がＮｘ＝Ｎｚ＞Ｎｙの関係を満たす場合、「ネガティブＡプレート(negative A-plate)」と称し、５)ＮＺ＜０のとき、屈折率がＮｚ＞Ｎｘ＞Ｎｙの関係を満たす場合、「ポジティブ二軸性Ａプレート(positive biaxial A-plate)」と称し、６)ＮＺ＝∞のとき、屈折率がＮｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚの関係を満たす場合、「ネガティブＣプレート(negative C-plate)」と称し、７)ＮＺ＝−∞のとき、屈折率がＮｚ＞Ｎｘ＝Ｎｙの関係を満たす場合、「ポジティブＣプレート(positive C-plate)」と称する。
【００３７】
しかしながら、実際工程上、このような理論的定義に完璧に基づいてＡプレート及びＣプレートを製造することは不可能である。そこで、一般的な工程において、Ａプレートは屈折率比の概算範囲(approximate range)を、Ｃプレートは面内位相差の範囲内で所定値をそれぞれ設定することで識別する。しかしながら、所定の値を設定することは、延伸による異なる屈折率を有する他のすべての材料に適用するには限界がある。従って、本発明の上方偏光板及び下方偏光板に含まれる補償フィルムは、屈折率等方性によるものではなく、プレートの光学特性であるＮＺ、Ｒ０、及びＲｔｈなどを数値で表している。
【００３８】
本発明に係る上方偏光板及び下方偏光板の補償フィルムは、延伸法で製造される。
【００３９】
これらの補償フィルムは、延伸法により位相差を付与され、延伸方向に屈折率が大きくなるフィルムは正(＋)の屈折率特性を有し、延伸方向に屈折率が小くなるフィルムは負(−)の屈折率特性を有する。正(+)の屈折率特性を有する補償フィルムは、ＴＡＣ(トリアセチルセルロース)、ＣＯＰ(シクロオレフィンポリマー)、ＣＯＣ(シクロオレフィンコポリマー)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、ＰＰ(ポリプロピレン)、ＰＣ(ポリカーボネート)、ＰＳＦ(ポリスルホン)、ＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)からなる群より選択される一種で製造することができ、負(−)の屈折率特性を有する補償フィルムは、具体的には、変性ＰＳ(変性ポリスチレン)若しくは変性ＰＣ(変性ポリカーボネート)で製造することができる。
【００４０】
光学特性を有する補償フィルムを提供するため延伸方法は、固定端延伸(fixed-end extension)及び自由端延伸(free-end extension)に分けられる。前記固定端延伸は、フィルムの延伸工程において延伸する方向以外の他の方向の長さを固定させる方法であり、自由端延伸は、フィルムの延伸工程において延伸する方向以外の他の方向に自由度を付与する方法である。一般的に、フィルムは延伸すると延伸方向以外の他の方向は収縮するようになるが、Ｚ軸配向フィルムの場合、延伸以外に別の収縮工程が必要となることもある。
【００４１】
圧延フィルムの非圧延方向をＭＤ方向(machine direction、機械方向)と称し、ＭＤに垂直な方向をＴＤ方向(transverse direction、横断方向)と称する。自由端延伸はフィルムをＭＤ方向に延伸するものであり、固定端延伸はＴＤ方向に延伸するものである。
【００４２】
ＮＺ及びプレートの種類は、延伸方法(但し、第一次工程のみ適用したとき)に応じて決定される。具体的には、１)ポジティブＡプレートは、正(＋)の屈折率特性を有するフィルムを自由端延伸することで、２)ネガティブ二軸性Ａプレートは、正(＋)の屈折率特性を有するフィルムを固定端延伸することで、３)Ｚ軸配向フィルムは、正(＋)の屈折率特性または負(−)の屈折率特性を有するフィルムを自由端延伸した後、固定端収縮させることで、４)ネガティブＡプレートは、負(−)の屈折率特性を有するフィルムを自由端延伸することで、５)ポジティブ二軸性Ａプレートは、負(−)の屈折率特性を有するフィルムを固定端延伸することで製造することができる。
【００４３】
上記の第１次の延伸方法に加えて、第２次の延伸などの追加工程を適用すること、または添加物を添加することで遅相軸の方向、位相差値、及びＮＺ値を制御することができる。このような追加工程は、当技術分野において一般的に適用される工程であって、本発明においては特に限定されるものではない。
【００４４】
上方偏光板の第１の補償フィルム及び下方偏光板の第２の補償フィルムは、負(−)の屈折率特性を有するフィルムを１回以上固定端延伸を適用して製造することができる。第１の補償フィルムは、自由端延伸及び固定端延伸をともに適用して製造することが好ましく、この場合、自由端延伸の延伸比は固定端延伸の延伸比に比べて大きくなければならない。第２の補償フィルムは、固定端延伸工程のみを適用して製造することが好ましい。これは、本発明の複合構成の偏光板を製造する際にロール・トゥ・ロール工程(roll-to-roll process)に容易に適用するためである。
【００４５】
第１の補償フィルム及び第２の補償フィルムは、本発明の光学特性を満たすものであれば、その材料に限定されずに適用可能であり、具体的には、変性ＰＣ(変性ポリカーボネート)、変性ＰＳ(変性ポリスチレン)、及びＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)からなる群より選択される１種を使用することができる。
【００４６】
ＰＶＡ(ポリビニルアルコール)層は、延伸及び染色により偏光機能が付与された偏光子であり、上方及び下方偏光板の各偏光子に配置される。上方偏光板の吸収軸は、下方偏光板の吸収軸に垂直である。
【００４７】
保護フィルムは、上方偏光板のＰＶＡ層及び下方偏光板のＰＶＡ層のそれぞれにおいて、液晶セルと反対側の面に配置される。
【００４８】
上方偏光板及び下方偏光板の保護フィルムの屈折率については、屈折率差による光学的特性が視野角に影響を及ぼさないため、本発明において特に制限するものではない。当技術分野において一般的に用いられる材料は上方及び下方偏光板の保護フィルムの材料として使用することができ、具体的には、ＴＡＣ(トリアセチルセルロース)、ＣＯＰ(シクロオレフィンポリマー)、ＣＯＣ(シクロオレフィンコポリマー)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、ＰＰ(ポリプロピレン)、ＰＣ(ポリカーボネート)、ＰＳＦ(ポリスルホン)、及びＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)からなる群より選択される１種を使用することができる。
【００４９】
上方及び下方偏光板は、当技術分野において一般的に適用される方法で製造することができ、具体的には、ロール・トゥ・ロール工程またはシート・トゥ・シート(sheet-to-sheet)を適用することができる。製造工程における歩留まり及び効率性を考慮すると、ロール・トゥ・ロール工程を適用することが好ましい。
【００５０】
本発明において、上方偏光板は、ＰＶＡ偏光子の吸収軸がＭＤ方向に固定され、補償フィルムの遅相軸が上方偏光板の吸収軸に対して垂直であるため、ロール・トゥ・ロール工程を適用して製造することができる。補償フィルムの遅相軸が偏光板の吸収軸と垂直になるようにするためには、偏光板と補償フィルムとを一体化させるときにロール・トゥ・ロール方式を用いることが生産コストを低減できるので好ましい。
【００５１】
図１には、本発明に係る面内スイッチング方式の液晶表示装置の構成を示す。
【００５２】
図１に示す面内スイッチング方式の液晶表示装置は、バックライトユニット４０側から、下方偏光板２０、ＦＦＳ液晶セル３０、及び上方偏光板１０の順に配置される。
【００５３】
上方偏光板１０は、液晶セル３０側から、第１の補償フィルム１４、偏光子１１、及び保護フィルム１３の順に配置される。下方偏光板２０は、液晶セル３０側から、第２の補償フィルム２４、偏光子２１、及び保護フィルム２３の順に配置される。
【００５４】
上板偏光子１１の吸収軸１２は、下板偏光子２１の吸収軸２２に垂直である。上方偏光板１０の第１の補償フィルム１４の遅相軸１５は、偏光子１１の吸収軸１２に垂直であり、下方偏光板２０の第２の補償フィルム２４の遅相軸２５は、偏光子２１の吸収軸２２と平行である。
【００５５】
上方偏光板１０の第１の補償フィルム１４は、面内位相差値Ｒ０が６０〜１５０ｎｍ、屈折率比ＮＺが−２〜−１であり、下方偏光板２０の第２の補償フィルム２４は、面内位相差値Ｒ０が１５０〜２３０ｎｍ、屈折率比ＮＺが−１〜０であり、第１の補償フィルム１４及び第２の補償フィルム２４の面内位相差値の和は２５０〜３５０ｎｍである。
【００５６】
本発明において、下方偏光板の偏光子の吸収軸は視認側からみて垂直に位置しなければならない。具体的には、バックライトユニットに近接する下方偏光板の吸収軸が垂直方向であれば、下方偏光板を通過した光は水平方向に偏光される。パネルの電圧が印加された液晶セルを通過して明の状態となったとき、光は垂直方向に進行し、吸収軸が水平方向である視認側の上方偏光板を通過する。視認側から吸収軸が水平方向である偏光サングラス(通常、偏光サングラスの吸収軸は水平方向に配置される)をかけた人でさえ、液晶表示装置から発せられる光を認識することができる。しかしながら、バックライトユニットに近接する下方偏光板の吸収軸が水平方向である場合には、偏光サングラスをかけた人には画像が見えない。
【００５７】
本発明の視野角補償の効果は、光がポアンカレ球上において各光学層を通過するときの偏光状態の変化で説明することができる。
【００５８】
ポアンカレ球は、特定の視野角における偏光状態の変化を示すのに有用であるため、偏光を利用して画像を表示する液晶表示装置において特定の視野角で進行する光が液晶表示装置内部の各々の光学素子を通過するとき、偏光状態の変化を表すことができる。
【００５９】
本発明における具体的な視野角は、図４に示した半円座標系においてΦ＝４５゜及びθ＝６０゜の方向であり、この方向に出射される光の偏光状態の変化を全波長についてポアンカレ球上に表現することにより、波長分散性を確認することができる。
【００６０】
図５には、Φ＝４５゜及びθ＝６０゜の視野角における本発明に係る液晶表示装置の 偏光状態を示す。具体的には、正面からΦ＋９０゜方向を軸としてΦ方向の面を視認側にθだけ回転させたとき、正面方向から出射される光に対する偏光状態の変化をポアンカレ球上に表現したものである。ポアンカレ球上でＳ３軸の座標が正(＋)であるとき、右円偏光を示す。このとき、右円偏光は、任意の偏光水平成分をＥｘ、偏光垂直成分をＥｙとするとき、Ｅｘ成分の光がＥｙ成分の光に比べて位相の遅さが０より大きく半波長より小さい光を意味する。
【００６１】
本発明の液晶表示装置は、Φ＝４５゜及びθ＝６０゜の視野角において全視方向からの光の最大透過率が０.２％以下であるといった光学条件を満たす。
【００６２】
以下、前記構成による広視野角改善の効果を実施例及び比較例を互いに比較し説明する。本発明は下記の実施形態を通してより詳しく理解できるが、下記実施例は単に本発明の例示のためのものであって、添付された特許請求の範囲により権利範囲を限定しようとするものではない。
【００６３】
［実施例］
下記の実施例は、ＬＣＤシミュレーションシステムであるTECH WIZ LCD 1D(SANAYI SYSTEM社製、韓国)を用いたシミュレーションを通じて広視野角効果を比較した。
【００６４】
［実施例１］
本発明に係る光学フィルム、液晶セル、及びバックライトぞれぞれの実測データを、図１に示した構成でTECH WIZ LCD 1D(SANAYI SYSTEM社製、韓国)上に積層した。図１の構成を以下に説明する。
【００６５】
バックライトユニット４０側から、下方偏光板２０と、液晶配向方向が電圧無印加の状態で視認側の右側水平方向を基準として反時計方向に測定されるとき、液晶配向方向が０゜である面内スイッチング方式の液晶セル３０(ＦＦＳ)と、上方偏光板１０とを配置し、ここで前記下方偏光板２０は、液晶セル３０側から、第２の補償フィルム２４と、偏光子２１と、保護フィルム２３とを積層して形成し、前記上方偏光板１０は、液晶セル３０側から、第１の補償フィルム１４と、偏光子１１と、保護フィルム１３とを順に積層して形成した。
【００６６】
液晶セルは、LG Display社によって製造されたLC420WU5型の４２インチパネルに適用されたものであり、セルギャップ(cell gap)の厚さは、液晶セルの位相差値が波長５８９ｎｍで３８０ｎｍとなるように調整をし、カラーフィルタの吸収は考慮しなかった。バックライトユニット４０には、３２インチＴＶ LC320WX4型(LG.PHILIPS LCD社製、韓国)に搭載された実測データを用いた。
【００６７】
一方で、本発明の実施例に使用した各々の光学フィルム及びバックライトユニットは、以下のような光学特性を有する。
【００６８】
第一に、上方偏光板１０及び下方偏光板２０の偏光子１１及び２１は、延伸されたＰＶＡにヨードで染色させて偏光機能を付与し、これら偏光子の偏光性能は、３７０〜７８０ｎｍ可視光領域内において視感偏光度(luminance degree of polarization)が９９.９％以上、視感単体透過率(luminance group transmittance)が４１％以上である。視感偏光度及び視感単体透過率は、波長における透過軸の透過率をＴＤ(λ)とし、波長における吸収軸の透過率をＭＤ(λ)とし、JIS Z 8701:1999に基づく視感補償値を
【数５】
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とすると、下記式５〜９で定義される。ここで、Ｓ(λ)は光源スペクトルであり、光源はＣ光源である。
【００６９】
【数６】
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【００７０】
【数７】
0005621084.tif 000008
【００７１】
【数８】
0005621084.tif 000009
【００７２】
【数９】
0005621084.tif 000010
【００７３】
【数１０】
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【００７４】
各フィルムの方向における内部屈折率の差によって生じる光学特性によると、光源５８９.３ｎｍにおいて、面内位相差値Ｒ０が１８０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−０.５である第２の補償フィルム２４と、面内位相差値Ｒ０が８５ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−２.０である第１の補償フィルム１４とを使用した。
【００７５】
このとき、偏光子２１の吸収軸２２は、第２の補償フィルム２４の遅相軸２５と平行であり、偏光子１１の吸収軸１２は、第１の補償フィルム１４の遅相軸１５と垂直である。
【００７６】
さらに、入射光５８９.３ｎｍに対しＲｔｈが５０ｎｍである光学特性を有するＴＡＣ(トリアセチルセルロース)を、上方及び下方偏光板１０及び２０の保護層の役割を果たす外側保護フィルム１３及び２３に使用した。
【００７７】
図５は、Φ＝４５゜及びθ＝６０゜の視野角における面内スイッチング方式の液晶表示装置のポアンカレ球による偏光状態の変化を示す。具体的には、出発点の偏光状態は、ポアンカレ球上で波長５５０ｎｍの光が下方偏光板２０の偏光子２１を通過したときの偏光状態であり、第２の補償フィルム２４、液晶セル３０、及び第１の補償フィルム１４の順に通過した後、偏光状態は終点に到逹する。
【００７８】
図６は、面内スイッチング方式の液晶表示装置の視感全方位の透過率分布を示すものであって、スケール上の範囲は透過率０〜１％であり、暗表示の際、透過率１％を超過する部位は赤色で示し、透過率の低い部位は青色で示す。このとき、中央の青色部分が広いほど、広視野角の確保が可能ということであり、図６より、中央の青色部分が広いことから広視野角の確保が可能であることを確認することができた。
【００７９】
［実施例２］
前記実施例１と同様に実施したが、波長５８９ｎｍにおける液晶セルの位相差値が３８０ｎｍとなるようにセルギャップの厚さを調整し、面内位相差値Ｒ０が２００ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−０.３である第２の補償フィルム２４と、面内位相差値Ｒ０が７０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−１.９である第１の補償フィルム１４とを使用して面内スイッチング方式の液晶表示装置を製造した。
【００８０】
前記面内スイッチング方式の液晶表示装置の波長によるポアンカレ球上の偏光状態の変化は図５と類似し、視感全方位透過率のシミュレーション結果は図７の通りである。図７の結果より、中央から青色部分が広いことから広視野角の確保が可能であるということを確認することができた。
【００８１】
［実施例３］
前記実施例１と同様に実施したが、波長５８９ｎｍにおける液晶セルの位相差値が３８０ｎｍとなるようにセルギャップの厚さを調整し、面内位相差値Ｒ０が１５０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−０.３である第２の補償フィルム２４と、面内位相差値Ｒ０が１５０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−１である第１の補償フィルム１４とを使用して面内スイッチング方式の液晶表示装置を製造した。
【００８２】
前記面内スイッチング方式の液晶表示装置の波長によるポアンカレ球上の偏光状態の変化は図５と類似し、視感全方位透過率のシミュレーション結果は図８の通りである。図８の結果より、中央から青色部分が広いことから広視野角の確保が可能であることを確認することができた。
【００８３】
［実施例４］
前記実施例１と同様に実施したが、波長５８９ｎｍにおける液晶セルの位相差値が３８０ｎｍとなるようにセルギャップの厚さを調整し、面内位相差値Ｒ０が１５０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−０.８である第２の補償フィルム２４と、面内位相差値Ｒ０が１２０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−１.８である第１の補償フィルム１４とを使用して面内スイッチング方式の液晶表示装置を製造した。
【００８４】
前記面内スイッチング方式の液晶表示装置の波長によるポアンカレ球上の偏光状態の変化は図５と類似し、視感全方位透過率のシミュレーション結果は図９の通りである。図９の結果より、中央から青色部分が広いことから広視野角の確保が可能であることを確認することができた。
【００８５】
［実施例５］
前記実施例１と同様に実施したが、波長５８９ｎｍにおける液晶セルの位相差値が４００ｎｍとなるようにセルギャップの厚さを調整し、面内位相差値Ｒ０が２３０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−０.３である第２の補償フィルム２４と、面内位相差値Ｒ０が６５ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−２である第１の補償フィルム１４とを使用して面内スイッチング方式の液晶表示装置を製造した。
【００８６】
前記面内スイッチング方式の液晶表示装置の波長によるポアンカレ球上の偏光状態の変化は図５と類似し、視感全方位透過率のシミュレーション結果は図１０の通りである。図１０の結果より、中央から青色部分が広いことから広視野角の確保が可能であることを確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
上述したように、本発明に係る面内スイッチング方式の液晶表示装置は、全視方向に対して優れた画像品質を提供することができることから、高度な視野角特性が要求される液晶表示装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  上方偏光板
１１  偏光子
１２  吸収軸
１３  保護フィルム
１４  第１の補償フィルム
１５  遅相軸
２０  下方偏光板
２１  偏光子
２２  吸収軸
２３  保護フィルム
２４  第２の補償フィルム
３０  ＦＦＳ液晶セル
３１  液晶配向方向
４０  バックライトユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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