(57)【要約】液晶ディスプレイの補償は以下の順番で、ａ）第１のｏプレート（４１２）、ｂ）第１の位相差板（４１４）、ｃ）液晶セル（４０２）、ｄ）第２の位相差板（４１８）、およびｅ）第２のｏプレート（４１６）を有する補償構造を用いて達成できる。上記第１および第２の位相差板はｃプレートまたは二軸位相差板であり得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方位配向を有する第１のｏプレートと、
第１のｃプレートと、
背面と前面とを含む液晶セルであって、前記背面における液晶が第２の方位配向を有するとともに前記前面における液晶が第３の方位配向を有し、さらに前記第１のｃプレートが前記第１のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された液晶セルと、
第２のｃプレートと、
第４の方位配向を有する第２のｏプレートであって、前記第２のｃプレートが前記第２のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された第２のｏプレートと、
を含み、
前記第１、第２、第３および第４の方位配向が螺旋配列で配置されている液晶ディスプレイ。
【請求項２】
前記第２の方位配向が前記第１の方位配向と、第１の回転方向に７５〜１０５度の範囲の角度だけ異なり、
前記第３の方位配向が前記第２の方位配向と、前記第１の回転方向に７５〜１０５度の範囲の角度だけ異なり、
前記第４の方位配向が前記第３の方位配向と、前記第１の回転方向に７５〜１０５度の範囲の角度だけ異なる、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項３】
前記第１の回転方向が、前記第１のｏプレートから液晶の層に向かって見て時計回りである、請求項２に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項４】
前記第１の回転方向が、前記第１のｏプレートから液晶の層に向かって見て反時計回りである、請求項２に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項５】
前記第１および第２のｏプレートが正のｏプレートである、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項６】
前記第１および第２のｃプレートが負のｃプレートである、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項７】
前記液晶セルがねじれネマチック液晶セルである、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項８】
前記液晶セルとの間に前記第１のｃプレートと前記第１のｏプレートがある状態で位置付けられた背面偏光子と、
前記液晶セルとの間に前記第２のｃプレートと前記第２のｏプレートがある状態で位置付けられた前面偏光子と、
をさらに含む、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項９】
前記背面偏光子、前面偏光子、および液晶セルがｅモード構成で配置されている、請求項８に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１０】
前記背面偏光子、前面偏光子、および液晶セルがｏモード構成で配置されている、請求項８に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１１】
前記第１のｏプレートの光軸が実質的に均一な値で傾斜している、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
前記第１のｏプレートの光軸が前記第１のｏプレートの前面から後面へチルト角が変化する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１３】
前記第１のｏプレートの前記チルト角が前記第１のｏプレートの前面から後面へ増加する、請求項１２に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１４】
前記第２のｏプレートの光軸が前記第２のｏプレートの前面から後面へチルト角が変化する、請求項１２に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１５】
前記第１のｏプレートの前記チルト角が前記第１のｏプレートの前面から後面へ増加するとともに、前記第２のｏプレートの前記チルト角が前記第２のｏプレートの前面から後面へ減少する、請求項１４に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１６】
前記液晶セルとの間に前記第１のｏプレートがあるように位置付けられた第３のｃプレートをさらに含む、請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１７】
前記液晶セルとの間に前記第２のｏプレートがあるように位置付けられた第４のｃプレートをさらに含む、請求項１６に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１８】
第１のｏプレートと、
第１の位相差板と、
液晶セルであって、前記第１の位相差板が前記第１のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された液晶セルと、
第２の位相差板であって、前記第１および第２の位相差板のうちの少なくとも１つが二軸位相差板である第２の位相差板と、
第２のｏプレートであって、前記第２の位相差板が前記第２のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された第２のｏプレートと、
を含む、液晶ディスプレイ。
【請求項１９】
前記第１および第２の位相差板が両方とも二軸位相差板である、請求項１８に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２０】
前記第１および第２の位相差板のうちの１つがｃプレートである、請求項１８に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２１】
前記二軸位相差板が負の面外複屈折を有する、請求項１８に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２２】
前記第１および第２のｏプレートが正のｏプレートである、請求項１８に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２３】
前記液晶セルとの間に前記第１のｏプレートがあるように位置付けられた第１のｃプレートをさらに含む、請求項１８に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２４】
前記液晶セルとの間に前記第２のｏプレートがあるように位置付けられた第２のｃプレートをさらに含む、請求項２３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２５】
液晶ディスプレイの補償方法であって、
第１の方位配向を有する第１のｏプレートと、
第１のｃプレートと、
背面と前面とを含む液晶セルであって、前記背面における液晶が第２の方位配向を有するとともに前記前面における液晶が第３の方位配向を有し、さらに前記第１のｃプレートが前記第１のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された液晶セルと、
第２のｃプレートと、
第４の方位配向を有する第２のｏプレートであって、前記第２のｃプレートが前記第２のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された第２のｏプレートと、
を含み、
前記第１、第２、第３および第４の方位配向が螺旋配列で配置されている液晶セルおよび補償構造を介して光を方向付けるステップを含む方法。
【請求項２６】
液晶ディスプレイの補償方法であって、
第１のｏプレートと、
第１の位相差板と、
液晶セルであって、前記第１の位相差板が前記第１のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された液晶セルと、
第２の位相差板であって、前記第１および第２の位相差板のうちの少なくとも１つが二軸位相差板である第２の位相差板と、
第２のｏプレートであって、前記第２の位相差板が前記第２のｏプレートと前記液晶セルとの間に配置された第２のｏプレートと、
を含む液晶セルおよび補償構造を介して光を方向付けるステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ねじれネマチック（ＴＮ）液晶ディスプレイは本質的に狭く且つ不均一な視野角特性を有する。このような視野角特性は少なくとも部分的にはディスプレイの光学性能を示す。コントラスト、色および諧調強度プロファイルなどの特性は、異なる視野角に対して非補償型ディスプレイでは大幅に変化する。これらの特性を非補償型ディスプレイのものから改良して、視認者が水平、垂直またはその両方で位置を変えたときならびに異なる水平および垂直位置の視認者達に所望の一組の特性を提供したいという要求がある。例えばいくつかの用途では、視野角特性を水平または垂直位置の範囲にわたってより均一にしたいという要求がある場合がある。
【０００２】
重要な視野角の範囲は液晶ディスプレイの用途による場合がある。例えばある用途では水平位置は広い範囲が望まれるが、垂直位置は比較的狭い範囲でも十分である場合がある。他の用途では水平または垂直角度（または両方の）の狭い範囲からの視認が望ましい場合がある。従って不均一視野角特性に対する所望の光学補償は所望の視認位置の範囲によることがある。
【０００３】
１つの重要な視野角特性は、液晶ディスプレイの明状態と暗状態との間のコントラスト比である。このコントラスト比は、例えば異なる視野角における光漏れを始めとする様々な要因によって影響を受ける恐れがある。
【０００４】
他の視野角特性は視野角の変化に伴うディスプレイの色ずれである。色ずれとは、視野角が変化するときのディスプレイからの光の色座標（例えばＣＩＥ１９３１標準に基づく色座標）の変化を指す。色ずれは、スクリーンを含む面に対する垂直な角度と任意の非垂直な視野角または一組の視野角における色度色座標の差（例えばΔｘまたはΔｙ）を取ることにより測定することができる。許容色ずれの定義は用途により決定されるが、ΔｘまたはΔｙの絶対値がある値を超える、例えば０．０５または０．１０を超えたときにそれと定義できる。例えば、ある所望の一組の視野角に対して色ずれが許容できるか否かを判断することができる。それは色ずれが任意の画素または画素セットへの電圧による場合があるからであり、色ずれは１つ以上の画素駆動電圧で測定することが理想的である。
【０００５】
観察可能なさらに他の視野角特性は、諧調電圧変化の実質的に不均一な挙動さらには諧調反転の発生である。不均一挙動は液晶層の角依存透過性が層に印加される電圧に単調追従しない時に発生する。諧調反転は任意の２つの隣接する諧調レベルの強度比が１の値に近づく時に発生するが、ここで諧調レベルは区別不可能になり、またはさらに反転さえもする。概して諧調反転はある視野角のみで発生する。
【０００６】
補償板はこれらの問題に対処するために提案されてきた。１つの構想はディスコティック分子で作製した補償フィルムを含む。現在のディスコティック補償板の欠点の１つは特有の比較的大きな色ずれの発生である。他の構想は複屈折層の特定の組み合わせを含む。新たな補償板構造が改善または所望の視野角特性を提供することが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に本発明は、液晶ディスプレイなどディスプレイ用の光学補償板、さらに光学補償板を含むディスプレイおよび他の装置、ならびにその光学補償板、ディスプレイおよび他の装置を作製・使用する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態は、ａ）第１の方位配向を有する第１のｏプレートと、ｂ）第１のｃプレートと、ｃ）液晶セルと、ｄ）第２のｃプレートと、ｅ）第４の方位配向を有する第２のｏプレートとをこの順番で有する液晶ディスプレイである。液晶セルの上記背面における液晶が第２の方位配向を有するとともに液晶セルの上記前面における液晶が第３の方位配向を有する。上記第１、第２、第３および第４の方位配向が螺旋配列で配置されている。
【０００９】
他の実施形態は、ａ）第１のｏプレートと、ｂ）第１の位相差板と、ｃ）液晶セルと、ｄ）第２の位相差板と、ｅ）第２のｏプレートとをこの順番で有する液晶ディスプレイである。上記第１および第２の位相差板の少なくとも１つが二軸位相差板である。上記第１および第２の位相差板の他方が例えば二軸位相差板またはｃプレートである。
【００１０】
さらに他の実施形態は液晶ディスプレイの補償方法を含む。これらの方法は上記の液晶ディスプレイ補償構造の１つを介して光を方向付けるステップを含む。
【００１１】
本発明の上記の概要は本発明の各開示実施形態または各実施の説明を意図するものではない。図面および以下の詳細な説明がこれらの実施形態をさらに詳細に例証する。
【００１２】
本発明は添付の図面とともに以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を鑑みてより完全に理解されよう。
【００１３】
本発明は様々な変更例および代替形状に適用可能であるが、その詳細は図面内の例として示し、さらに詳細に説明する。しかしその意図するものは本発明を説明する特定の実施形態に限定するものではないことは理解されよう。反対にその意図は本発明の精神と範囲内にある変更例、同等物、および代替物をすべて網羅することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、液晶ディスプレイなどディスプレイ用の光学補償板、さらにその光学補償板を含むディスプレイおよび他の装置、ならびにその光学補償板、ディスプレイおよび他の装置を作製・使用する方法に適用可能であると考える。本発明は限定されないが、以下に提供した実施例の説明を通して本発明の様々な態様の真価が得られるであろう。
【００１５】
多種多様な光学要素を用いて光学補償板を形成することができる。これらのうちで光学要素はｏプレート、ｃプレート、ａプレート、二軸位相差板、ねじれ位相差板、および他の位相差板である。ｏプレート、ｃプレート、およびａプレートに関する情報は、例えば、ヨー（Ｙｅｈ）ら著、Ｏｐｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ、ジョン・ワイリー  アンド  サンズ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ）、ニューヨーク（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）（１９９９）、米国特許第５，５０４，６０３号明細書、同第５，５５７，４３４号明細書、同第５，６１２，８０１号明細書、同第５，６１９，３５２号明細書、同第５，６３８，１９７号明細書、同第５，９８６，７３３号明細書および同第５，９８６，７３４号明細書、およびＰＣＴ特許出願公開国際公開第０１／２０３９３号パンフレットおよび同第０１／２０３９４号パンフレットにおいて見出すことができる。
【００１６】
光学要素を以下に説明するように組み合わせて構成して光学補償板を形成する。図１は光学要素を説明する際に用いる軸系を図示する。一般にディスプレイ装置に対して、ｘおよびｙ軸がディスプレイの幅および長さに対応するとともに、ｚ軸が概してディスプレイの厚さ方向に沿っている。特に言及しない限り全体を通してこの決まりを用いる。図１の軸系において、ｘ軸およびｙ軸は光学要素１００の主面１０２に並行であるとして規定されており、正方形または長方形表面の長さおよび幅方向に対応する場合がある。ｚ軸は主面に直交するとともに概して光学要素の厚さ方向に沿っている。この座標系におけるベクトルａ（光軸などの）は、図２に図示したようにベクトルがｘ−ｙ面においてｘ軸からずれている角度に相当する方位角φ、およびベクトルがｘ−ｙ面からずれている角度に相当するチルト角θによって特徴付けることができる。
【００１７】
用語「前面」は、以下に説明する光学要素のいずれかに関係する際、ディスプレイ装置内にある時に光学要素の視認者に最も近い側部を指すものとする。用語「背面」は、以下に説明する光学要素のいずれかに関係する際、ディスプレイ装置内にある時に光学要素の前面と対向するとともに光学要素の概して視認者から最も遠い側部を指すものとする。便宜的に、図における決まりでは前面を光学要素の最も右側とする。
【００１８】
「ｃプレート」は例えば、光学要素の選択表面にほぼ直交する主光軸（「異常軸」と呼ばれることが多い）を有するプレートまたはフィルムなどの複屈折光学要素を指す。この主光軸は、複屈折光学要素が主光軸に対して垂直な方向に沿った実質的に均一な屈折率とは異なる屈折率を有する軸に相当する。ｃプレートの一例として、図１に図示した軸系を用いると、ｎx＝ｎy≠ｎzであり、ここでｎx、ｎyおよびｎzはそれぞれｘ、ｙ、およびｚ軸に沿った屈折率である。光学異方性はΔｎzx＝ｎz−ｎxとして規定される。
【００１９】
様々な材料および方法を用いてｃプレートを作製することができる。例えば例えば正の光学異方性液晶などの棒状分子の垂直配向フィルムを用いて正の複屈折ｃプレート（ここでΔｎzxはゼロより大きい）を形成することができる。一軸圧縮材料を用いてｃプレートを作製することもできる。適当な負の複屈折ｃプレート材料（Δｎzxはゼロ未満）の例には、セルローストリアセテート（例えば日本国、東京の富士写真フィルム株式会社（Ｆｕｊｉ  Ｐｈｏｔｏ  Ｆｉｌｍ  Ｃｏ．（Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ））、日本国、東京のコニカ株式会社（Ｋｏｎｉｃａ  Ｃｏｒｐ．（Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ））、およびニューヨーク州ロチェスターのイーストマン・コダック・カンパニー（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｋｏｄａｋ  Ｃｏ．（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，ＮＹ））から入手可能）、ポリカーボネート（ジェネラル・エレクトリック・プラスチックス（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）から入手可能）、アクリルポリマ類、およびポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等を始めとするポリエステル類がある。負のｃプレートはねじれａプレート、例えばエイチ・サイベール（Ｈ．Ｓｅｉｂｅｒｌｅ）らにより、ユーロディスプレイ’９９ダイジェスト（Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ’９９  Ｄｉｇｅｓｔ）、１２１−１２５（１９９９）に記載されているように非常に高い螺旋ねじれ能力を有する棒状分子を用いることによっても実現できる。さらにまた非傾斜ディスコティック分子を用いて負のｃプレートを作製してもよい。
【００２０】
「ｏプレート」は例えば、光学要素の表面に対して傾斜した主光軸を有するプレートまたはフィルムなどの複屈折光学要素を指す。
【００２１】
様々な材料および方法を用いてｏプレートを作製することができる。例えば配向層上に配置された液晶材料を用いてｏプレートを形成することができるが、配向層は液晶材料内のプレチルトを生じる。一例として、ガラス状、重合、または架橋部位を有する液晶ポリマなどの液晶ポリマ（ＬＣＰ）を用いることができる。適当な材料の例には当業者に周知の重合可能液晶材料がある。このような材料および材料の作製・使用方法の例は、例えば米国特許第５，５６７，３４９号明細書、同第５，６５０，５３４号明細書、および同第５，９７８，０５５号明細書、欧州特許出願公開第３３１２３３号明細書、ＰＣＴ特許出願公開第９５／２４４５４号パンフレット、同第００／０４１１０号パンフレット、同第００／０７９７５号パンフレット、同第００／４８９８５号パンフレット、同第００／５５１１０号パンフレット、および同第００／６３１５４号パンフレットに見出すことができる。他の適当な材料の例には、例えば欧州特許出願公開第６４６８２９号明細書および同第６５６５５９号明細書に開示されるようなディスコティック材料がある。一実施形態では液晶ポリマは光配向技術によって製造中に配向されるが、その後に堆積される重合可能液晶に所定のチルト角を生じさせることができる。これらの異なる周知の方法のうち特に好適なものは、線状光重合（ＬＰＰ）材料を用いる方法であり、光配向ポリマ網状組織（ＰＰＮ）と称される場合もある。このような材料および構造の例および製造は例えば、米国特許第５，３８９，６９８号明細書、同第５，８３８，４０７号明細書、および同第５，６０２，６６１号明細書、欧州特許出願公開第６８９，０８４号明細書および同第７５６，１９３号明細書、ならびにＰＣＴ特許出願公開第９９／４９３６０号パンフレットおよび同第９９／６４９２４号パンフレットに開示されている。
【００２２】
「ａプレート」は例えば、光学要素のｘ−ｙ面内に主光軸を有するプレートまたはフィルムなどの複屈折光学要素を指す。正の複屈折ａプレートは例えばポリビニルアルコールなどのポリマの一軸延伸フィルム、またはネマチック正の光学異方性ＬＣＰ材料の一軸配向フィルムを用いて製造することができる。負の複屈折ａプレートは例えばディスコティック化合物を始めとする、負の光学異方性ネマチックＬＣＰ材料の一軸配向フィルムを用いて形成することができる。
【００２３】
「二軸位相差板」は例えば、３つすべての軸に沿って異なる屈折率を有する（すなわちｎx≠ｎy≠ｎz）プレートまたはフィルムなどの複屈折光学要素を指す。二軸位相差板は例えばプラスチックフィルムを二軸配向させることにより製造することができる。二軸位相差板の例は、米国特許第５，２４５，４５６号明細書に説明されている。適当なフィルムの例には日本国、大阪の住友化学株式会社（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｏｓａｋａ，Ｊａｐａｎ））および日本国、大阪の日東電工（Ｎｉｔｔｏ  Ｄｅｎｋｏ  Ｃｏ．（Ｏｓａｋａ，Ｊａｐａｎ））から入手可能なフィルムがある。面内位相差および面外位相差は二軸位相差板を説明するためのパラメータである。面内位相差がゼロに近づくと、二軸位相差板要素はよりｃプレートのように動作する。一般に二軸位相差板は、本明細書に規定するように、５５０ｎｍの光に対して少なくとも３ｎｍの面内位相差を有する。低面内位相差を有する位相差板はｃプレートと見なされる。
【００２４】
用途の正確な性質によって所望の視野角の範囲すなわち円錐体を操作することができる。例えばある実施形態では、大きな許容視認の立体角を有することが望ましい。他の実施形態では許容視認範囲を厳密に制御して（例えばプライバシーの目的で）非補償型ディスプレイに関する通常のものより狭い角度範囲にすることが望ましい。
【００２５】
一実施形態では、非補償型ディスプレイに比べて水平視野角の範囲に対して、輝度およびコントラストが一般に強化されるとともに色ずれおよび諧調反転が一般に低減される。他の実施では、非補償型ディスプレイに比べて垂直視野角の範囲に対して、輝度およびコントラストが一般に強化されるとともに色ずれおよび諧調反転が一般に低減される。さらに他の実施形態では、非補償型ディスプレイに比べて水平および垂直視野角の両方の範囲に対して、輝度およびコントラストが一般に強化されるとともに色ずれおよび諧調反転が一般に低減される。他の実施形態において、狭い水平視野角の範囲に対して、輝度およびコントラストが一般に強化されるとともに色ずれおよび諧調反転が一般に低減され、所望の（例えば狭いまたは広い）垂直視認の範囲に対して、輝度およびコントラストが一般に強化されるとともに色ずれおよび諧調反転が一般に低減される。
【００２６】
図３はｏプレート３０４、３０６を有する対称補償板構造を用いた液晶セル３０２の補償のための配列３００の一例を図示する。液晶セル３０２は例えば、関連の偏光子例えば背面偏光子３０８と前面偏光子（検光子）３１０を用いたねじれネマチック（ＴＮ）液晶セルであり得る。他の液晶セルも用いることができる。液晶セルはいかなるモードでも動作させることができるが、補償板構造の選択は液晶セルの動作モードによる。例えばＴＮ液晶セルを、前面および背面偏光子の透過偏光方向が液晶セルの対応する前面または背面の液晶ダイレクタと並行に配向されているｅモード、または前面および背面偏光子の透過偏光方向が液晶セルの対応する前面または背面の液晶ダイレクタと直交して配向されているｏモードで動作させることができる。
【００２７】
補償板構造と組み合わせて様々な偏光子を用いることができる。これらの偏光子は吸収型または反射型もしくはその組み合わせであり得る。適当な偏光子の一例（背面偏光子３０８に特に好適な）は、例えば米国特許第６，１１３，８１１号明細書に説明されているように二色性且つ反射型偏光子である。この偏光子は２層以上含むことができる。必要に応じて補償構造の１つ以上の構成要素を偏光子に組み込むことができる。一実施形態では、反射型偏光子、例えば一方では円偏光を実質的に透過するとともに他方では実質的に反射する円偏光子は、四分の一波長板を組み込んで円偏光を直線偏光に変換することができる。
【００２８】
図４は補償板構造４０４、４０６と、関連する偏光子４０８、４１０を備えた液晶セル４０２とを有する補償配列４００の一例を図示する。補償板構造４０４、４０６は各々ｏプレート４１２、４１６およびｃプレート４１４、４１８とを含み、ｃプレートは液晶セル４０２と対応するｏプレートとの間に位置している。換言すればｃプレート４１４、４１８はそれぞれのｏプレート４１２、４１６と液晶セル４０２との間に位置し、それぞれｏプレートと前面または背面偏光子との間ではない。この構成および以下に説明する他の構成において、液晶セルの前後のｏプレート／ｃプレート配列は同一性を有して、１タイプのｏプレートおよび１タイプのｃプレートのみを用いることが好ましい。一実施形態ではｏプレート４１２、４１６は正のｏプレートであるとともに、ｃプレート４１４、４１８は負のｃプレートである。
【００２９】
ｏプレートおよびｃプレートの位相差値（Δｎｄ、ここでΔｎは異常および正常光線に対する屈折率の差であり、ｄは光学要素の物理的厚さである）を選択して特定の光学特性、製造容易性または他の特性を提供することができる。一例としてｏプレートは±３０ｎｍ〜±１０００ｎｍの範囲、より好適には±５０ｎｍ〜±７５０ｎｍの範囲、さらに最も好適には±６０ｎｍ〜±５００ｎｍの範囲の位相差値を有する。ｃプレートは±１０ｎｍ〜±１０００ｎｍの範囲、より好適には±２０ｎｍ〜±７５０ｎｍの範囲、さらに最も好適には±２０ｎｍ〜±５００ｎｍの範囲の位相差値を有する。必要に応じてさらに高いまたはさらに低い位相差値を用いることができる。
【００３０】
ある実施形態において、ｃプレートは上にｏプレートを形成可能な基板として作用することができる。場合によってはｃプレートがｏプレートに対して配向層として作用可能である。他の実施形態では、ｏプレート用に別の基板を用いて、ｃプレートを独立光学要素としたりまたはその基板の反対側または同じ側に形成可能である。
【００３１】
場合によっては、追加ｏプレート、ｃプレート、ａプレート、または二軸位相差板などの他の位相差板要素を図４に図示した基本構成に付加することができる。例えば、追加ｃプレート５２０、５２２をそれぞれのｏプレート５１２、５１６と前面または背面偏光子５０８、５１０との間にそれぞれ追加できる。これはｏプレート５１２、５１６と液晶セル５０２との間のｃプレート５１４、５１８を補うものである。場合によっては、図４および５に図示した構成のいずれにおいても、１つ以上のａプレートを任意の要素間に配置することができる。ｃプレート５１４、５１８は正または負のｃプレートであり得る。一実施形態において、ｃプレート５１４、５１８、５２０、５２２は負のｃプレートである。他の実施形態では、ｃプレート５２０、５２２は正のｃプレートであり、ｃプレート５１４、５１８は負のｃプレートである。
【００３２】
他の実施形態では、図４のｃプレートの一方または両方を二軸位相差板と置き換えることができる。図６は液晶セル６０２、前面および背面偏光子６０８、６１０、ｏプレート６１２、６１６、およびｏプレートと液晶セルとの間の二軸位相差板６１５、６１９とを備えた、二軸位相差板を有する構成の一例を図示する。図５に図示した構成を変更して、少なくとも１つの二軸位相差板がｃプレートの１つ以上に取って代わり、好適にはｏプレートと液晶セルとの間のｃプレートの少なくとも１つまたは両方に取って代わることもできる。一実施形態では、二軸位相差板は負の面外複屈折を有し、ｏプレートは正のｏプレートである。正の面外複屈折を備えた二軸位相差板を有する構成を形成することもできる。
【００３３】
二軸位相差板の面内位相差および面外位相差値を選択して特定の光学特性、製造容易性、または他の特性を提供することができる。二軸位相差板は２つの位相差値により特徴付けられ、それは（Δｎｄ）op＝（ｎz−（ｎx＋ｎy）／２）・ｄおよび（Δｎｄ）ip＝（ｎy−ｎx）・ｄ、ここで（Δｎｄ）opは面外位相差を示し、（Δｎｄ）ipはフィルム面内で生じる位相差を示す。例として、二軸位相差板は±３ｎｍ〜±５００ｎｍの範囲の面内位相差値および±１０ｎｍ〜±１０００ｎｍの範囲の面外位相差値を有し得る。必要に応じてより高いまたはより低い位相差値を用いることもできる。
【００３４】
様々な光学要素の光軸の相対的配向は液晶ディスプレイの補償特性に影響を及ぼし得る。様々な光学要素に対する適当な配向を選択することにより所望の特性を得ることができる。ある実施形態では、ａ）背面ｏプレート、ｂ）液晶セルの背面における液晶材料のダイレクタ、ｃ）液晶セルの前面における液晶材料のダイレクタ、およびｄ）前面ｏプレートの方位配向が均一ねじれ方向を有する螺旋配列を規定するようにｏプレートおよび液晶セルを選択する。換言すればこれらの４つの方位配向は列挙した順番に単調増加または減少する。例えば、この方位角の段階的変化はおよそ９０±５度であり得るが、例えば約７５度〜約１０５度の範囲の変化も適当である。
【００３５】
図７は、矢印で示したｏプレートの方位配向７１３、７１７と、液晶セル７０２の背面におけるダイレクタ７０３および前面におけるダイレクタ７０５とを備えたこのような配列の一例を図示する。これらの矢印は光軸の方位配向とそのチルトの方向の両方を特定し、それ自体はベクトルａ（図２参照）を規定する。図７に示した矢印は、ベクトルａ（光軸を再現するベクトル）のｘ−ｙ面上への投影から得られるベクトルａ’（図２参照）に対応する。前面および背面偏光子７１０、７０８およびｃプレート７１４、７１８もある。この図示の例ではｏプレートおよび液晶セルの方位配向は任意座標系において、第１のｏプレートに対しておよそ１３５°、背面ダイレクタに対しておよそ２２５°、前面ダイレクタに対しておよそ３１５°、および第２のｏプレートに対しておよそ４５°である。これらの４つの方位は同じ回転方向におよそ９０°刻みで回転しており、換言すればおよそ９０°増加螺旋配列を表わしていることが分かる。回転方向またはねじれ方向はディスプレイの正面で視認者が観察して例えば時計回りまたは反時計回りであり得る。
【００３６】
方位配向がこの螺旋配列で実質的に同一刻みで増加又は減少することが好ましい。この刻みが異なる程度は、用途、所望の一組の視野角の角依存性、ならびに所望輝度、コントラスト、色ずれおよび諧調反転特性による。良好な輝度およびコントラストならびに低色ずれおよび諧調反転を有する良好な水平視認が望まれる一例において、この刻みは、好適には約５度以下だけしか、好適には約２度以下だけしか異ならないことが好ましい。
【００３７】
ｉ）第１のｏプレートおよび背面のダイレクタ、ｉｉ）背面のダイレクタおよび前面のダイレクタ、ならびにｉｉｉ）前面のダイレクタおよび第２のｏプレートの間の方位配向は個別に７５〜１０５度異なることが好ましく、８５〜９５度がより好ましく、一実施形態では約９０度である。
【００３８】
ｏプレートの方位配向の効果に加えて、ｏプレートのチルト角θは補償板特性を変えることができる。概してｏプレートのチルト角は約２〜約８５度の範囲にあり、好適には約５〜約７０度の範囲にある。２つのｏプレートのチルト角は異なるかまたはほぼ同一値であり得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、ｏプレート位相差板の光軸のチルト（図２のθ）は均一ではなく、好適には所定のチルトプロセスファイルに従ってｏプレートの厚さにわたって変化する。ｏプレートのチルト角はｏプレートの前面からｏプレートの後面まで増加または減少可能であるが、ここでｏプレートの前面は液晶ディスプレイの視認者に最も近接して位置する表面として規定される。チルト角の変化の範囲は概して所望の視野角特性による。例えば、いくつかの実施形態においてチルト角は、０〜１０度の範囲の値から２５〜５５度の範囲の値へと変化する（前面から後面へまたは後面から前面へのいずれか）。他の実施形態では、チルト角は０〜１０度の範囲の値から７５〜９０度の範囲の値へと変化する。他の範囲を選択可能であること、さらにこれらの例は限定を意味するものではないことは理解されよう。
【００４０】
図８は、ｏプレート４１２、４１６にわたるチルト角の変化を図示する、インサート８４０、８４２を備えた図４の構成の一実施形態を図示する（同じ参照番号は同様の要素を指す）。この図示の例ではチルト角は背面ｏプレートの前面から後面へ、および前面ｏプレートの後面から前面へ増加する（ここで前面は光学要素の右端表面である）。いくつかの実施形態では、両方のｏプレートは好適には実質的に同一チルト角プロファイルでチルト角が増加または減少可能である。他の実施形態では２つのｏプレートのチルト角プロファイルは独立しており、例えば一方のｏプレートは増加または減少するチルト角プロファイルを有し、他方のｏプレートはそれぞれ減少または増加するチルト角プロファイル、または代替的にはｏプレートにわたって均質なすなわち均一なチルト角を有する。
【００４１】
必要に応じて、非補償型ねじれネマチック液晶ディスプレイまたは市販の補償板を含むねじれネマチック液晶ディスプレイと比べて、良好なコントラスト比の視野角依存性をもたらし、一部または全視野角に対する色ずれを低減し、またはその両方を行う補償板構成を形成することができる。
【００４２】
なお一般に最良の性能を得るには、ｃプレートおよびｏプレートの光学位相差、ｏプレートの方位配向、およびｏプレート内の平均チルト角をＴＮセルの特性およびコントラスト性能に関する所望の仕様に対応させる必要がある場合がある。ｏプレート、ｃプレート、二軸位相差板、および補償板内の他の光学要素の位相差値、方位角、およびチルト角などのパラメータを必要に応じて調整して補償板の特性を達成または変更することができる。
【実施例】
【００４３】
以下の実施例は表に示した液晶セルおよび補償板構成を説明する。
【００４４】
表１は実施例１〜５８を作製するのに用いられるねじれネマチックＬＣセルの特性を表わす。なお本明細書に記載の実施例はこの特定のディスプレイ構成に限定されるものではない。
【００４５】
【表１】
2005523469.tif 000003
【００４６】
実施例１〜２４に対して、表２〜７の各々はＴＮ液晶セルの背面および前面のダイレクタの方位配向、所定φrおよびφfを提供する。さらに光学位相差（正常および異常屈折率間の差と特定のプレートの厚さｄの積）がｏプレートとｃプレートの両方に提供されている。位相差値はすべて５５０ｎｍの波長を有する光に対して特性されている。これらの表は、ｏプレートのチルト角プロファイルが均一（「なし」で示す）、前面が液晶ディスプレイの視認者に最も近い表面である場合に前面から後面へ増加（「＋」で示す）、または前面から後面へ減少（「−」で示す）を示す。さらにチルト角プロファイルを決定するｏプレートの前面（θf）および後面（θr）でのチルト角が特定されている。これらの実施例のためチルトプロファイルは特に言及しない限り２つのｏプレートに対して同一であった。
【００４７】
この構成情報を用いて、べレマン（Ｂｅｒｒｅｍａｎ）理論を利用したシミュレーションソフトウエアパッケージＤＩＭＯＳ１．５ｃ（ドイツ、カールスルーエのアウトロニック・メルヒャース（ａｕｔｒｏｎｉｃ−Ｍｅｌｃｈｅｒｓ（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ））から入手可能）を利用して、特定の構成に対する様々な角度におけるコントラスト比および色ずれを算出した。そしてコントラスト比および色ずれは１〜５の段階で定性評価されたが、５が最良である。
【００４８】
実施例２９〜５８は相当するｏプレート、ｃプレート、ＴＮ液晶セル、および二軸位相差板の位相差値、ｏプレートの方位配向φ（実施例１〜２８にあるようにＴＮセルは同一方位配向を有する）、ならびにｏプレートの前面チルト角θfおよび後面チルト角θrを示す表を含む。算出はＤＩＭＯＳソフトウエアパッケージを用いて行った。
【００４９】
実施例はディスプレイのモードによっても識別されており、前面および背面偏光子の透過軸が液晶セルの最も近い面のダイレクタと並行である（図７に図示されているように）ｅモードディスプレイと、前面および背面偏光子の透過軸が液晶セルの最も近い面のダイレクタに対して約９０°で交差しているｏモードディスプレイである。
【００５０】
実施例１〜３
方位配向の螺旋配列を有するｅモード構成
表２は９０°刻みのｏプレートおよび液晶セルの方位配向の螺旋配列を有する３つの異なる補償板構成を表わす。
【００５１】
【表２】
2005523469.tif 000004
【００５２】
表２に示したように、３つの実施例はすべて、ｏプレートのチルト角プロファイルに関係なく非常に良好なコントラストおよび色ずれ特性を有する。
【００５３】
実施例４〜６
方位配向の螺旋配列を有するｏモード構成
表３は９０°刻みのｏプレートおよび液晶セルの方位配向の螺旋配列を有する３つの異なる補償板構成を表わす。
【００５４】
【表３】
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【００５５】
表３に示したように、実施例はすべて許容コントラストおよび非常に良好な色ずれをもたらす。最良のコントラストはｏプレートのチルト角が、背面ｏプレートに対して前面から後面に増加し、前面ｏプレートに対して後面から前面に増加する構成に見出せる。
【００５６】
実施例７〜９
方位配向の非螺旋配列を有するｅモード構成
表４はｏプレートおよび液晶セルの方位配向の非螺旋配列を有する３つの異なる補償板構成を表わす。
【００５７】
【表４】
2005523469.tif 000006
【００５８】
コントラストおよび色ずれは実施例１〜３ほど良好ではない。
【００５９】
実施例１０〜１２
方位配向の非螺旋配列を有するｏモード構成
表５はｏプレートおよび液晶セルの方位配向の非螺旋配列を有する３つの異なる補償板構成を表わす。
【００６０】
【表５】
2005523469.tif 000007
【００６１】
コントラストおよび色ずれは実施例４〜６ほど良好ではない。
【００６２】
実施例１３〜１８
液晶セルと負のｃプレートとの間に位置するｏプレートを備えたｅモード構成
表６はｃプレートと液晶セルとの間に位置するｏプレートを備えた３つの異なる補償板構成を表わす。
【００６３】
【表６】
2005523469.tif 000008
【００６４】
概して色ずれおよびコントラストは実施例１〜３ほど良好ではない。
【００６５】
実施例１９〜２４
液晶セルと負のｃプレートとの間に位置するｏプレートを備えたｏモード構成
表７はｃプレートと液晶セルとの間に位置するｏプレートを備えた３つの異なる補償板構成を表わす。
【００６６】
【表７】
2005523469.tif 000009
【００６７】
概して色ずれおよびコントラストは実施例４および６ほど良好ではないが、実施例２３は色ずれおよびコントラストの両方が実施例５に匹敵するとともに、実施例１９および２１はコントラストが実施例５に匹敵する。
【００６８】
実施例２５〜２８
他のｏモード構成
表８および９は、ｏプレートおよびｃプレートパラメータが変化するｏモード補償板構成を表わす。
【００６９】
【表８】
2005523469.tif 000010
【００７０】
【表９】
2005523469.tif 000011
【００７１】
実施例２５および２７の補償板は、それぞれ実施例２６および２８の補償板より良好なコントラストを有する。色ずれは４つの実施例すべてに対して実質的に同様である。実施例２５の補償板は実施例２７の補償板より幾分良好なコントラストを有する。
【００７２】
実施例２９〜３２
他のｅモード構成
表１０および１１は、ｏプレートおよびｃプレートパラメータが変化するｅモード補償板構成を表わす。
【００７３】
【表１０】
2005523469.tif 000012
【００７４】
【表１１】
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【００７５】
実施例２９および３１の補償板は、それぞれ実施例３０および３２の補償板より良好なコントラストを有する。色ずれは４つの実施例すべてに対して実質的に同様である。実施例２９の補償板は実施例３１の補償板より幾分良好なコントラストを有する。
【００７６】
実施例３３〜３７
方位配向の変化
表１２はｏモードＴＮ液晶ディスプレイの補償板に対するｏプレートの方位配向の変化を示す。実施例３３〜３５において、前面および背面偏光子はそれぞれ１３３および４７度の偏光子透過軸の方位配向を有する。実施例３６および３７において、前面および背面偏光子はそれぞれ１３４および４６度の偏光子透過軸の方位配向を有する。
【００７７】
【表１２】
2005523469.tif 000014
【００７８】
実施例３３の光学補償板は、実施例３５の光学補償板と比較すると幾分低下コントラストを有するが比較的同様な色ずれを有する。実施例３４の光学補償板は、実施例３５の光学補償板と比較すると大幅な低下コントラストを有するが比較的同様な色ずれを有する。実施例３６および３７の光学補償板は、実施例３５の光学補償板と比較すると幾分低下コントラストを有するが比較的同様な色ずれを有する。
【００７９】
実施例３８〜４６
ｃプレートおよび二軸位相差板を供えたｅモード光学補償板の比較
表１３および１５はｃプレートを利用した光学補償板を示し、表１４および１６はｏプレートとＴＮ液晶セルとの間に位置するｃプレートの代わりに二軸位相差板を有する光学補償板を示す。
【００８０】
【表１３】
2005523469.tif 000015
【００８１】
【表１４】
2005523469.tif 000016
【００８２】
【表１５】
2005523469.tif 000017
【００８３】
【表１６】
2005523469.tif 000018
【００８４】
実施例３８のｃプレート光学補償板と実施例４１の二軸位相差板光学補償板のコントラストおよび色ずれは実質的に同じである。実施例３９、４０、および４２の光学補償板は実質的に同じコントラストおよび色ずれを有し、色ずれは実施例３８および４１より若干悪い。同じことが実施例４３および４４についても言えるが、ただしこれらの補償板の色ずれおよびコントラストは実施例３８および４１より悪い。
【００８５】
実施例４４および４６は実施例３９、４０、および４２に匹敵する色ずれおよびコントラストを有していた。実施例４３および４５は幾分悪いコントラストおよび色ずれを有していた。
【００８６】
実施例４７〜５８
ｃプレートおよび二軸位相差板を備えたｏモード光学補償板の比較
表１７よび１９はｃプレートを利用した光学補償板を示し、表１８および２０はｏプレートとＴＮ液晶セルとの間に位置するｃプレートの代わりに二軸位相差板を有する光学補償板を示す。
【００８７】
【表１７】
2005523469.tif 000019
【００８８】
【表１８】
2005523469.tif 000020
【００８９】
【表１９】
2005523469.tif 000021
【００９０】
【表２０】
2005523469.tif 000022
【００９１】
実施例４７、４８、４９、および５０の光学補償板のコントラストは実質的に同じである。実施例４８および５０の色ずれは実施例４９のものより幾分良好であり、実施例４９は実施例４７より幾分良好である。実施例５１〜５８のコントラストおよび色ずれは実質的に同じである。
【００９２】
本発明は上記に記載された特定の実施例に限定されるものと考えるのではなく、添付の請求項に公正に記載されているように本発明の態様のすべてを網羅するものと考えなければならない。本明細書を検討することにより本発明が対象とする当業者には様々な変更、同等のプロセス、ならびに本発明が適用可能な多数の構造が容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】光学要素を有する座標系の概略図である。
【図２】座標系のさらなる概略図である。
【図３】液晶ディスプレイ補償構造の概略斜視図である。
【図４】本発明による液晶ディスプレイ補償構造の第１の実施形態の概略斜視図である。
【図５】本発明による液晶ディスプレイ補償構造の第２の実施形態の概略斜視図である。
【図６】本発明による液晶ディスプレイ補償構造の第３の実施形態の概略斜視図である。
【図７】本発明による液晶ディスプレイ補償構造の第４の実施形態の概略斜視図である。
【図８】本発明による液晶ディスプレイ補償構造の第５の実施形態の概略斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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