(57)【要約】【課題】面内スイッチング方式の液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、第１の偏光板、第２の偏光板、及び液晶セルを備える。ポアンカレ球により液晶配向方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の偏光板の補償フィルムの遅相軸方向、液晶配向方向、及び偏光子の吸収軸方向を互いに平行するように構成することで傾斜面でのコントラスト比を改善して広視野角の確保が可能である。補償フィルムを第１及び第２の偏光板にそれぞれ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、薄型液晶表示装置を高い歩留まりで大量生産することができ、偏光フィルムの広幅化が容易で大型液晶表示装置を設けることができる。【選択図】図１
2013509611.tif 000002
【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第１の偏光板と、
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第２の偏光板と
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、
前記第１の偏光板の偏光子の吸収軸は、前記第２の偏光板の偏光子の吸収軸に垂直であり、
前記第１の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が４０〜８０ｎｍ、厚み方向位相差値Ｒｔｈが−１５０〜−６０ｎｍ、かつ屈折率比ＮＺが−２〜−１であって、その遅相軸は液晶配向方向及び前記第１の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１５０〜２７０ｎｍ、かつ屈折率比ＮＺが−1〜０であり、その遅相軸は前記第２の偏光板の偏光子の吸収軸と平行である、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は−１〜−０.３である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１の偏光板は下方偏光板であり、前記第２の偏光板は上方偏光板であり、かつ前記液晶セルは、視認側の右側水平方向を基準として反時計方向に測定したとき、９０°の液晶配向方向を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶セルは、波長５８９ｎｍにおけるパネル位相差値が３００〜３３０ｎｍである、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１の偏光板は上方偏光板であり、前記第２の偏光板は下方偏光板であり、かつ前記液晶セルは、視認側の右側水平方向を基準として反時計方向に測定したとき、０゜の液晶配向方向を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
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５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
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に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第１の補償フィルムは１回以上の自由端延伸により製造される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【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面または両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視方向に楕円偏光される。楕円偏光された光は、液晶セルで偏光が変化されることによって表示装置上の色彩に変化が生じてしまうといった問題を引き起こす。
【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つの層を配置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枚と上方補償層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。さらに、偏光子と補償フィルムとを備える広幅化複合偏光板の生産が容易ではないため、大型液晶表示装置の開発に困難性を期している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、第１の偏光板、第２の偏光板、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の偏光板の補償フィルムの遅相軸が液晶配向方向及び偏光子の吸収軸方向に対して平行とな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広視野角の確保が可能となり、幅延伸工程により特定の光学特性を有する補償フィルムを製造することができ、大型複合構成の偏光板を製造するのが容易であり、これによって大型で安価な薄型面内スイッチング方式の液晶表示装置を提供することができる。
【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第１の偏光板と、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第２の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、前記第１の偏光板の偏光子の吸収軸は前記第２の偏光板の偏光子の吸収軸に垂直であり、前記第１の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が４０〜８０ｎｍ、厚み方向位相差値Ｒｔｈが−１５０〜−６０ｎｍ、かつ屈折率比ＮＺが−２〜−１であり、その遅相軸は液晶配向方向及び前記第１の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１５０〜２７０ｎｍ、かつ屈折率比ＮＺが−1〜０であり、その遅相軸は前記第２の偏光板の偏光子の吸収軸と平行となるように構成された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。さらには、補償フィルムを第１の偏光板及び第２の偏光板に各々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、より大きな、複合構成の偏光板を製造することが可能であり、故に超大型液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る面内スイッチング液晶表示装置(Ｓ−ＩＰＳ方式)の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る面内スイッチング液晶表示装置(ＦＦＳ方式)の構成を示す斜視図である。
【図３】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４】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５】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６】本発明の実施例１によるΦ＝４５゜及びθ＝６０°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７】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８】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９】本発明の実施例３によるΦ＝４５゜及びθ＝６０°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１０】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１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、第１の偏光板、第２の偏光板、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の偏光板の補償フィルムの遅相軸が液晶配向方向及び偏光子の吸収軸方向に対して平行とな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の確保が可能となるように設計された薄型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。
【００１６】
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。
【００１７】
面内スイッチング方式の液晶表示装置は、第１の偏光板、液晶セル、及び第２の偏光板を備える。
【００１８】
第１の偏光板は、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配置され、第２の偏光板は、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配置される。第１の偏光板の偏光子の吸収軸は第２の偏光板の偏光子の吸収軸に垂直である。
【００１９】
第１の偏光板及び第２の偏光板の配置は液晶セルの液晶配向方向に依存する。
【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９０°の液晶配向方向(Ｓ−ＩＰＳ)を有するのであれば、図１に示すように、第１の偏光板は下方偏光板として、第２の偏光板は上方偏光板として配置される。このとき、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３００〜３３０ｎｍである。
【００２１】
【数１】
2013509611.tif 000003
(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】
また、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)を有するのであれば、図２に示すように、第１の偏光板は上方偏光板として、第２の偏光板は下方偏光板としてに配置される。このとき、液晶セルのパネル位相差値は、波長５８９ｎｍで３７０〜４００ｎｍである。
【００２３】
第１の偏光板の第１の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が４０〜８０ｎｍであり、厚み方向位相差値Ｒｔｈが−１５０〜−６０ｎｍであり、かつ屈折率比ＮＺが−２〜−１である。
【００２４】
補償フィルムの面内位相差値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４０ｎｍである。また、補償フィルムの面内位相差値が１２０ｎｍを超過すると、波長分散性の増加に起因して視方向によって色歪みが生じ得る。屈折率比ＮＺの範囲は、本発明に係る液晶表示装置の構造を提供することができる数値範囲であり、屈折率比ＮＺが前記範囲のときは延伸により補償フィルムを安定して製造することができる。
【００２５】
第１の補償フィルムの遅相軸は、液晶の配向方向及び第１の偏光板の偏光子の吸収軸と平行になるように構成される。
【００２６】
第２の偏光板の第２の補償フィルムは、面内位相差値Ｒ０が１５０〜２７０ｎｍ、屈折率比ＮＺが−１〜０であり、好ましくは屈折率比ＮＺが−１〜−０.３であるものを用いることができる。
【００２７】
前記面内位相差値Ｒ０について、１５０ｎｍが液晶の面内位相差を補償することができる最小値であり、２７０ｎｍが延伸タイプにより補償フィルムを製造することができる最大値である。また、屈折率比ＮＺは、液晶及び第１の補償フィルムの光学特性を考慮して決定される。
【００２８】
かかる第２の補償フィルムの遅相軸は、第２の偏光板の偏光子の吸収軸と平行になるように構成される。
【００２９】
図１に示すように、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９０°の液晶配向方向を有するのであれば、第１の偏光板は下方偏光板として配置され、第１の補償フィルム及び第１の偏光板の偏光子は、９０°の液晶配向方向に対して平行である。
【００３０】
また、図２に示すように、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゜の液晶配向方向を有するのであれば、第１の偏光板は上方偏光板として配置され、第１の補償フィルム及び第１の偏光板の偏光子は、０°の液晶配向方向に対して平行である。
【００３１】
本発明において、第１の補償フィルム及び第２の補償フィルムの光学特性は、可視光領域内の全波長について下記式２〜４により定義される。
【００３２】
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。
【００３３】
【数２】
2013509611.tif 000004
(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。)
【００３４】
【数３】
2013509611.tif 000005
(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。)
【００３５】
【数４】
2013509611.tif 000006
(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。)
【００３６】
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)に光がフィルムを透過したときの位相差である。
【００３７】
また、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。
【００３８】
補償フィルムのプレートの種類は、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。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明に係る第１の偏光板及び第２の偏光板の補償フィルムは、延伸法で製造される。
【００４１】
これらの補償フィルムは、延伸法により位相差が付与され、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、固定端延伸はフィルムをＴＤ方向に延伸するものである。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
第１及び第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のが好ましい。この場合、ＭＤ方向に対する延伸よりはＴＤ方向に対する延伸を適用すべきであり、それにより遅相軸がＭＤ方向になるようにする。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)を容易に適用するためである。
【００４７】
第１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、ＰＣ(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。
【００４８】
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、第１及び第２の偏光板の各偏光子に配置される。第１の偏光板の吸収軸は、第２の偏光板の吸収軸に垂直である。
【００４９】
保護フィルムは、第１の偏光板のＰＶＡ層及び第２の偏光板の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。
【００５０】
第１の偏光板及び第２の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限定するものではない。当技術分野において一般的に用いられる材料は第１及び第２の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一種を使用することができる。
【００５１】
第１及び第２の偏光板は、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・シート工程(sheet-to-sheet process)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。
【００５２】
本発明において、第１の偏光板は、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、第１の偏光板１０、液晶セル３０、及び第２の偏光板２０の順に配置される。図２では、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、第２の偏光板２０、液晶セル３０、及び第１の偏光板１０の順に配置される。図１に示す液晶セルはＳ−ＩＰＳ液晶セルである一方、図２の液晶セルはＦＦＳ液晶セルである。
【００５５】
第１の偏光板１０は、液晶セル側から、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。第２の偏光板２０は、液晶セル側から、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。
【００５６】
偏光子１１の吸収軸１２は、偏光子２１の吸収軸２２に垂直であり、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及び液晶セルの配向方向３１と平行である。
【００５７】
第１の補償フィルム１４は、面内位相差値Ｒ０が４０〜８０ｎｍ、厚み方向位相差値Ｒｔｈが−１５０〜−６０ｎｍで、屈折率比ＮＺが−２〜−１であり、第２の補償フィルム２４は、面内位相差値Ｒ０が１５０〜２７０ｎｍ、屈折率比ＮＺが−１〜０である。
【００５８】
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は見えない。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
本発明における具体的な視野角は、図５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。
【００６２】
図６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れが０より大きく半波長より小さい光を意味する。
【００６３】
本発明の液晶表示装置は、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。
【００６４】
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。
【００６５】
［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。
【００６６】
［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。
【００６７】
バックライトユニット４０側から、第１の偏光板１０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９０°である面内スイッチング方式の液晶セル３０(Ｓ−ＩＰＳ)と、第２の偏光板２０とを配置し、ここで前記第１の偏光板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とを積層して形成し、前記第２の偏光板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とを順に積層して形成した。
【００６８】
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を使用し、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。
【００６９】
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。
【００７０】
第一に、第１の偏光板１０及び第２の偏光板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】
2013509611.tif 000007
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。
【００７１】
【数６】
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【００７２】
【数７】
2013509611.tif 000009
【００７３】
【数８】
2013509611.tif 000010
【００７４】
【数９】
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【００７５】
【数１０】
2013509611.tif 000012
【００７６】
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５２ｎｍであり、厚み方向位相差値Ｒｔｈが−１３０ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−２である第１の補償フィルム１４とを使用した。第１及び第２の補償フィルムは１回以上の固定端延伸を適用して製造した。第１の補償フィルムは、固定端延伸及び自由端延伸の両方を適用するか(但し、固定端延伸の延伸比は自由端延伸の延伸比より大きい)、或いは固定端延伸のみを適用して製造することができ、第２の補償フィルムは、固定端延伸のみを適用して製造した。
【００７７】
このとき、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及び液晶配向方向３１と平行である。
【００７８】
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、第１及び第２の偏光板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。
【００７９】
図６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の光が第１の偏光板１０の偏光子１１を通過したときの偏光状態であり、第１の補償フィルム１４、液晶セル３０、及び第２の補償フィルム２４の順に通過した後、偏光状態は終点に到逹する。
【００８０】
図７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７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。
【００８１】
［実施例２］
前記実施例１と同様に実施したが、面内位相差値Ｒ０が２００ｎｍ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７８ｎｍであり、屈折率比ＮＺが−１.１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６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。
【００８３】
［実施例３］
前記実施例１と同様に実施したが、図２に示す積層構造を有し、面内位相差値Ｒ０が２７０ｎｍ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６０ｎｍであり、厚み方向位相差値Ｒｔｈが−１５０ｎｍ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。このとき、液晶セルは、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、０゜の液晶配向方向を有する面内スイッチング方式の液晶セル３０(ＦＦＳ)を使用した。
【００８４】
図９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し、図１０は、視感全方位透過率のシミュレーション結果を示す。
【００８５】
図９に示すように、出発点の偏光状態は、ポアンカレ球上で波長５５０ｎｍの光が第２の偏光板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。
【００８６】
図１０の結果より、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。
【００８７】
［実施例４］
前記実施例３と同様に実施したが、面内位相差値Ｒ０が２７０ｎｍ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４５ｎｍであり、厚み方向位相差値Ｒｔｈが−１１２.５ｎｍ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。
【００８８】
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９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１１の通りである。図１１の結果より、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。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
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超大型液晶表示装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０  第１の偏光板
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  第２の偏光板
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  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９】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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