(57)【要約】  本発明は湾曲液晶ディスプレイ（４００）における画質の向上を図るものである。そのようなディスプレイにおいては液晶層（４０１）がセルギャップの中に含まれ、該セルギャップの厚みは、ディスプレイが曲げられた時に減少する。ＴＮ（ねじれネマチック）ディスプレイやＳＴＮ（超ねじれネマチック）ディスプレイ等、切替可能リタデーションに基づくディスプレイの場合は、上記のことでセルリタデーション値の減少が生じ、その結果色、コントラスト、視野角等の光学的性質の劣化が生じる。したがって本発明は、ディスプレイを曲げた時に層に生じる応力の関数で変化するリタデーションを有する補償膜（４０７）またはコーティングを備え、全体的なリタデーション（セル＋補償材）を一定に保つよう液晶（４０１）のリタデーション変化を補償することで、上記影響を補償することを提案する。
2007500879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の曲げ半径で曲げることができるフレキシブル液晶ディスプレイ装置であって、
−  第一及び第二の基板層と、
−  前記基板層間に配置され、前記曲線半径の関数として変化するリタデーション効果を有する液晶層と、
−  少なくとも１つの補償層であって、一定の曲線半径範囲内で前記液晶層のリタデーション効果の前記変化を是正するように前記曲線半径の関数として変化するリタデーション効果を有する、前記少なくとも１つの補償層と、
を有するフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記補償層を別個の層として設ける、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
０．００１を超える応力光学係数絶対値を有する材料で前記補償層を構成する、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項４】
０．０１を超える応力光学係数絶対値を有する材料で前記補償層を構成する、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記基板層の内の１つによって前記補償層を構成する、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記液晶層の前面側に前面側ポラライザを、前記液晶層の裏面側に裏面側ポラライザをさらに備え、前記補償層を前記ポラライザ間に配置する、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記ディスプレイが反射型ディスプレイであり、前記補償層を前面側ポラライザと裏面側ミラーとの間に配置する、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記補償膜が全ての可能な曲げ半径でゼロでないリターディング効果を有することにより、前記補償膜がリターダとしても機能する、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記補償層の正確な補償を提供するよう選択した屈曲／曲げ抵抗を有する受光性の層をさらに備える、請求項１に記載のフレキシブル液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフレキシブル液晶ディスプレイの画質向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は通常、ガラス等、基板材料が硬い性質を有するため、硬く平坦である。しかし最近は、ガラス基板の代わりに薄いプラスチック複合膜を用いたフレキシブルＬＣＤが提供されている。例えばロール可能なラップトップや装用性の電子機器等、フレキシブルディスプレイを用いることが有利となる状況は数多くある。
【０００３】
ＴＮ（ねじれネマチック）やＳＴＮ（超ねじれネマチック）等、液晶ディスプレイには切替可能リタデーションに基づくものもある。リタデーションとは基本的に光を位相する材料の能力であり、方向の違いにより屈折率が異なる材料によって提供される。切替可能リタデーションに基づくＬＣＤは一般に、必要な画面性能（コントラスト、輝度、色等）を提供するため、入念に構成された種々の基板、リターダ、及びポラライザの間に挟持された液晶層を備える。そのようなディスプレイの画面性能は正確なセルリタデーションに決定的に左右され、セルリタデーションの最適値は通例、ディスプレイ設計時のコンピュータモデリングによって決定する。液晶混合物とセルギャップの厚みとの適切な組み合わせを選ぶことによって所望のセルリタデーションを得ることができる。しかし、これらのディスプレイの厚みは有限であるため、ディスプレイを折り曲げるとセルギャップが圧縮され、ひいては液晶層の厚みが減少する。そのようなセルギャップの変化は、セルギャップの厚みｄに線形依存するリタデーションδに影響を及ぼす。
δ＝ｄ（ｎｘ−ｎｙ）
式中、ｎｘとｎｙとはそれぞれｘ軸沿いとｙ軸沿いの液晶の屈折率であり、ｘ軸とｙ軸はディスプレイの側方面にまたがる。
【０００４】
よって、ディスプレイを曲げることによって生じるセルギャップの変化は液晶層のリタデーション効果を変化させ、さらにその結果として画面性能に影響が及ぶため、画面性能は最適でなくなる。したがって、切替可能リタデーションに基づく公知のフレキシブルＬＣＤは、曲げられると画面性能が低下する。換言すると、そのようなフレキシブル（湾曲）ディスプレイは、曲げられた時に画質劣化の問題をともなう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ディスプレイを曲げた場合の画面性能低下に関する、上記の問題を軽減することである。
【０００６】
フレキシブルＬＣＤの湾曲が同ディスプレイの切替え特性を変化させ、その効果がディスプレイの有限の厚みに起因し、それが湾曲に際して基板間のスペーサに圧力をかけ、セルギャップを減少させることがわかった。かかる圧力が、基板の変形はもとより、スペーサの変形のためセルギャップに影響を及ぼすことは計算から明らかである。さらに、スペーサにかかる圧力はディスプレイの局所的な曲率半径Ｒに依存し、それ故セルギャップの厚みが１／Ｒ２に対して直線的に変化することも立証されている。実際に、セルギャップの厚みの変化、またリタデーションの変化が、１／Ｒに対して本質的に線形の依存性を有することは測定から明らかである。
【０００７】
プラスチック材料は通例、変形時に重合体鎖の再配向のためその光学的リタデーション性質が変化する。この光弾性効果は周知であり、文献にも記載されている。事実、この光弾性効果がとりわけ顕著となる特別な膜とコーティングがある。それらの膜におけるリタデーションδ、は、歪εｘおよびεｙに対して以下のように変化する。
δ＝ｔＫ（εｘ−εｙ）
式中ｔは膜の厚みであり、Ｋは歪光学係数、すなわち膜の材料パラメータである。
【０００８】
本発明の基礎として、発明者はかかる光弾性効果を利用して、液晶ディスプレイの曲線半径依存性を減少、あるいは相殺できることに着目した。このことは、補償層または膜のリタデーションが液晶層と比較して是正を行う方向で曲線半径に依存することから、補償層または膜をディスプレイ上に設けることにより達成できる。この補償膜は、歪光学係数（Ｋ）の符号に応じて、液晶層の前面側か裏面側のいずれかに設けることができる。当然のことながら、補償膜または層を複数設けてもよく、例えば液晶層の両側に１つずつ膜を設けることができる。
【０００９】
一般に、ディスプレイの液晶セルの前面側に補償膜を施した場合、このディスプレイを凸形に曲げると、当該膜上に引張り歪が生じる。完全に弾性の膜の場合にディスプレイを曲げると、曲げ半径Ｒに対し反比例する歪（εｘ）が生じる。
εｘ＝ｒ／Ｒ
ここで、ｒは補償膜の中央から曲げられたセルの中立面にかけての距離である。中立面とはセルを曲げた時に引っ張られることも圧縮されることもないセルの面であり、相称形セルの場合、純粋曲げ時の中立面はセルギャップの中央に位置する。したがって、湾曲するディスプレイエレメントの前面側に設けられたそのような補償膜のリタデーションは湾曲部の半径とともに直線的に増加するため、これを利用して圧縮された液晶層のリタデーション減少を補うことができる。材料定数Ｋ、膜の厚みｔ、基板の厚み、そして補正膜とディスプレイセルとの間の追加の膜の厚みを適切に選択することによって、適切な補償膜／コーティングを提供することができる。補正膜のリタデーションは式１及び２を組み合わせることによって計算できる。
δ＝ｔＫ（ｒ／Ｒ）
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様では、一定の曲げ半径で曲げることができるフレキシブル液晶ディスプレイ装置を提供する。本発明のディスプレイ装置は、
−  第一及び第二の基板層と、
−  前記基板層の間に配置され、前記曲線半径の関数として変化するリタデーション効果を有する液晶層と、
−  少なくとも１つの補償層であって、一定の曲線半径範囲内で液晶層のリタデーション効果の前記変化を是正するように前記曲線半径の関数として変化するリタデーション効果を有する、前記補償層と、
を備える。このように、本発明のディスプレイは画面性能に関して改良された曲げ特性を備えることとなる。
【００１１】
本発明の一態様によれば、従来技術のディスプレイの基板、リターダ、ポラライザ等に加えて、補償層を別個の層として設ける。この設計は、本発明の利点を提供するよう、従来技術の設計を容易に且つコスト効率よく修正できる点で有利である。
【００１２】
互いに異なる基板、すなわちそれぞれ異なるリタデーション性質を有する基板を使用すれば、曲げ時のリタデーションに有利である。よって、追加のリタデーション補償層を設ける代わりに、ディスプレイが曲がった時に所望の是正リタデーション変化を呈するよう基板やディスプレイ内の他の層を設計することも可能である。ただし前述のとおり、従来の基板の歪光学係数は低すぎるため、全体的なリタデーション曲線半径依存性に対し有意な効果は得られない。
【００１３】
別の実施形態によれば、前記基板層の内の１つによって補償層を構成する。この実施形態では設計がよりコンパクトとなり、ディスプレイ中の層の総数が減るため、製造工程が簡略化される。
【００１４】
さらに別の実施形態によれば、ディスプレイ装置は前記液晶層の前面側に前面側ポラライザと前記液晶層の裏面側に裏面側ポラライザとを備え、補償層を前記ポラライザの間に配置する。多くの透過型ディスプレイタイプでこれが必要となるのは、分極光に補償を行う必要があるためである。同じ理由から、ディスプレイが反射型ディスプレイである場合は、前面側ポラライザと裏面側ミラーとの間に補償層を配置する。
【００１５】
別の実施形態によれば、可能性のある全ての曲げ半径に対してゼロではないリターディング効果を補償膜に持たせ、補償膜をリターダとしても機能させる。この実施形態では、例えばカラーディスプレイを提供することに対してリターダ構成に基づいてディスプレイを設計することで、ディスプレイの設計をよりコンパクトなものにすることができる。基礎的リタデーション効果はもとよりＫの値に関して相応しい材料を選ぶことで、リタデーション及び補償層の組み合わせが容易に提供される。
【００１６】
用途によっては、補償膜を用いて、所与の曲率半径または所与の湾曲範囲でセルギャップ変動を補正することができる。
【００１７】
フレキシブルディスプレイ製造で基板、リターダ等として従来から用いられている膜も、有限の歪光学係数を有する。相称形セルの場合は膜の役割を無視できるのに対し、非相称形セルの場合は膜の役割を考慮してもよい。ただし、従来技術の材料の歪光学係数は低すぎるため、ディスプレイ曲げ時の全体的なリタデーション変化に有意な効果は得られない。
【００１８】
好ましいＫの値は、応力光学層の厚みやその全ディスプレイ積層の中立線からの距離等、様々な要因に左右される。ただし、ほとんどの用途に対して、約１ｎｍを上回るリタデーション差を補償することのみが重要である。さらに、膜の厚みは概して２００ミクロンを超えることはなく、補償層と中立線との間の距離は２００ミクロンに満たない。これらの状況のもとでのＫ値は０．００１より高くするべきであり、この値は実質的に従来のリターダに比べて高い。より薄い層や中立線により近い層を使用することは常に可能であるため、実際のところＫがこれより高い値となることはない。
【００１９】
曲率半径との関数として動的リタデーション補償を提供するために、中立面を移動することも可能である。中立面は移動できるため、層または膜を追加してディスプレイを非相称とすることができ、この追加の層または膜は受光性に優れたものであってもよい。よって一実施形態では、補償層の正確な補償を提供するべく選択した屈曲／曲げ抵抗を有する受光層を追加する。よって、最終的なリタデーションに対するディスプレイの種々の層からの貢献は、追加の層の厚みにより選択可能である。
【００２０】
当然のことながら、上記のいくつかの測定値は組み合わせることができるが、その場合共通することは、曲線半径に依存したリタデーション補償が液晶層リタデーションの曲線半径依存性を是正することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
添付の図面を参照し、本発明の種々の実施形態を説明する。
【００２２】
図１は、２つの基板と中間液晶層とを備えるディスプレイセル１０２と、ディスプレイを曲げた時に液晶層と比較してリタデーション変化を是正した追加コーティング１０１とを含む補償型ディスプレイセル１００を概略的に示す。明確さを期すため、完全なディスプレイ積層の構成に必要なリターダとポラライザは省略する。線１１２はディスプレイセルの中立面を示し、線１１１は追加コーティングの中心を示す。この図では、コーティング１１１の厚みｔと、中立面１１２とコーティング１１１の中心との間の距離ｒも示す。
【００２３】
図２は、曲がった状態の補償型ディスプレイセル２００を示す。図１と同様、ディスプレイはディスプレイセル２０１とコーティング２０２とを備える。さらに、ディスプレイを局所的に曲げる際の局所曲線半径２０３と、軸または回転軸２０４とを示す。図２に示すディスプレイのように、ディスプレイは不均一に曲げられることもあるため、回転軸の数は複数、あるいは無限になる可能性もある。
【００２４】
補償層は液相で適用し、その後硬化させてもよい。この目的のための材料を、ビシェイ・メジャメント・グループ(Ｖｉｓｈａｙ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  Ｇｒｏｕｐ)より、ＰＬ−２リキッドの商品名にて入手できる。代替的には、補償層をフォイルの形態とし、ディスプレイデバイスに積層してもよい。この目的のための材料をビシェイ・メジャメント・グループより、ＰＳ−３シートの商品名にて入手できる。そのようなフォイルをディスプレイ装置に付す前に、同フォイルに事前応力を与えることにより、フォイルのリタデーション補償効果を増すことができる。よって材料の特性と膜の厚みを選択することに加え、補償層の事前応力レベルを選択することもまたリタデーション補償をカスタマイズする方法となる。
【００２５】
図４において、本発明のディスプレイ４００の断面を概略的にさらに詳しく示す。ディスプレイ４００は、基板４０２、４０３によって被覆された液晶層４０１を備える。ディスプレイセルは、前面側ポラライザ４０５と裏面側ポラライザ４０４との間で積層化する。前面側ポラライザ４０５と基板４０３との間にはリターダ４０６と補償層４０７とが堆積される。補償層は、ディスプレイを曲げた時に液晶層におけるリタデーション変化を補償するよう設計する。ディスプレイの種々の層の中で補償層が占める位置を変えることも可能であるが、透過型ディスプレイであれば前面側ポラライザと裏面側ポラライザとの間に、反射型ディスプレイであれば前面側ポラライザと裏面側ミラーとの間に、これを配置しなければならない。例えば図５に概略的に示すように、リターダ５０６の外側に補償層５０７を配置してもよい。この違いを除き、図５に示すディスプレイは図４に示すものとほぼ同じである。図６に本発明の別のディスプレイ６００を概略的に示す。図４に示すディスプレイと同様、ディスプレイ６００は液晶層６０１、基板６０２、６０３、ポラライザ６０４、６０５、及びリターダを備える。ただしこの実施形態によると、リターダの材料は、曲げ補償層としても機能するように選択する。さらに別の発明ディスプレイ７００を図７に示す。このディスプレイは、裏面側ポラライザ４０４がミラー７０４に置き換えられている点を除き、ディスプレイ４００とほぼ同じである。よってディスプレイ７００は、上記の透過型ディスプレイとは対照的に反射性のディスプレイである。
【００２６】
本発明によるディスプレイの補償は常に部分的にはコントラスト、輝度、及び色の選択の問題となるであろう。これらの効果はコンピュータモデリングを用いて評価できる。簡単な例証として、ディスプレイを曲げた時にオフ状態のセルリタデーションがわずかに変化する実施例を以下に示す。以下に示す例では一定の範囲（Ｒ＞２０ｍｍ）内の補正を用いるが、凹から凸への曲げは扱わない。
【実施例】
【００２７】
図３に示すように構成したＦＳＴＮ（フォイル補償型超ねじれネマチック）ディスプレイを提供する。このディスプレイは、厚み１２０ミクロンのポリカーボネート膜から形成された上位基板３０３と下位基板３０４とを備え、両基板間にはバリアコーティング（例えば帝人株式会社(Ｔｅｉｊｉｎ)より入手可能なＤＴ１２０）とリソグラフィックリブスペーサを一定の構成で配置した。両基板間に液晶の層３０６を堆積させ、上位ポラライザ３０１と下位ポラライザ３０５との間に基板を挟持した。さらに、上位基板と上位ポラライザとの間にはリターダ３０２を、次いで補償層３０７を配置した。
【００２８】
図８は、曲線半径の関数としてリターダがいかに変化したかについての計算測定値を示すものであり、ここで曲線半径はｘ軸に、ディスプレイ及びその種々の層の対応するリタデーションはｙ軸に示す。例えば曲線８０５は、補償されないディスプレイの場合の液晶層のリタデーション変化を示す。ただし明確さを期すため、この曲線は反転されている（対応するδ値は実際には負である）。
【００２９】
前述のとおり、セルギャップスペーサにかかる圧力はディスプレイの局所的な曲率半径Ｒに依存するため、セルギャップの厚みが１／Ｒ２に対して直線的に変化することがわかっている。実際、セルギャップの厚みの変化、そしてそれによるリタデーションの変化が、１／Ｒに対し本質的に線形の依存性を有することは測定から明らかである（図１０参照）。
【００３０】
ディスプレイが平らである場合のセルギャップは４．８ミクロン、セルリタデーションは８１２ｎｍ（すなわちδ＝０ｎｍ）であった。ディスプレイを直径２０ｍｍまで曲げた場合（すなわち１／Ｒ＝０．０５ｍｍ−１）、セルギャップは１００ｎｍ減少し、セルリタデーションは約１７ｎｍ減少した（すなわちδ＝−１７ｎｍ）。
【００３１】
このリタデーション変化を補償するため、適切な厚み（１３２μｍ）と歪光学係数（Ｋ＝０．０２、ＰＬ−２リキッドの商品名にてビシェイ・メジャメント・グループより入手可）を有するコーティング３０７をセルの上部に付した。このコーティングは液体として付し、後に硬化させた。図８の線８０４は、付したコーティングのリタデーションを示す。代替的に、線８０３で示すリタデーション特性を呈するように、事前応力を与えたフォイル（ＰＳ−３シートの商品名にてビシェイ・メジャメント・グループより入手可）を付してもよい。当然のことながら、事前応力を与えたフォイルにおける実際の応力は、その事前応力とフォイルを曲げることで生じる応力の和である。
【００３２】
通常のコーティングと事前応力を与えたコーティングを含むディスプレイで生じたリタデーション変化の計算をそれぞれ線８０２及び８０１で示す。明らかなように、補償層において適切な事前応力を与えることで、対象領域（例えばＲ＞２０ｍｍ）における最大差δｃｏｒｒｅｃｔｅｄが微小となるように補償曲線がシフトする。この例（図８の曲線８０２）では、δｃｏｒｒｅｃｔｅｄ＝０．１２５δｉｎｉｔｉａｌである。
【００３３】
図９は、事前応力を与えていないコーティングの補償効果の実際の測定値を示す。
【００３４】
この例において、コーティング塗付による中立線の位置はずれないものとするが、実際の状況では、セルギャップ変化と中立線の位置はいずれも層敷設の影響を受ける。このことで実際の層に（わずかな）変化が生じる可能性もある。
【００３５】
基本的に、本発明は湾曲液晶ディスプレイで画質の向上を図るものである。かかるディスプレイにおいては液晶層がセルギャップの中に含まれ、該セルギャップの厚みはディスプレイが曲げられた時に減少する。ＴＮ（ねじれネマチック）ディスプレイやＳＴＮ（超ねじれネマチック）ディスプレイ等、切替可能リタデーションに基づくディスプレイの場合は、上記のことでセルリタデーション値が減少し、その結果、色、コントラスト、視野角等の光学的性質の劣化が生じる。したがって本発明は、ディスプレイを曲げた時に層に生じる応力の関数で変化するリタデーションを有する補償膜またはコーティングを備え、全体的なリタデーション（セル＋補償材）を一定に保つよう液晶のリタデーション変化を補償することで、上記の影響を補償することを提案するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】補償コーティングを有する本発明のディスプレイを概略的に示す図。
【図２】曲げた状態の、補償コーティングを有する本発明のディスプレイを概略的に示す図。
【図３】本発明のＦＳＴＮディスプレイの種々の層を示す図。
【図４】本発明のディスプレイ装置の種々の実施形態の断面を概略的に示す図。
【図５】本発明のディスプレイ装置の種々の実施形態の断面を概略的に示す図。
【図６】本発明のディスプレイ装置の種々の実施形態の断面を概略的に示す図。
【図７】本発明のディスプレイ装置の種々の実施形態の断面を概略的に示す図。
【図８】曲げられた液晶層の変化（８０５）、曲げられた補償膜（８０４）、事前応力を与えた補償膜（８０３）、及び事前応力を与えた場合（８０１）と与えない場合（８０２）に関して計算を行った、ディスプレイ曲げ時のリタデーション変化δを示す曲線図。
【図９】液晶セル上の補償コーティングに対して測定したリタデーションを示す図。
【図１０】ディスプレイの切替特性から判定したセルギャップ変化を示す図。
【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】
2007500879.tif 000012
【国際調査報告】
2007500879.tif 000013
2007500879.tif 000014