(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光板、正の誘電率異方性(Δε>０)または負の誘電率異方性(Δε<０)を有する液晶で満たされた水平配向された液晶セルと第２の偏光板を具備して、液晶セル内の液晶の光軸が偏光板と平行なインプレーン(in-plane)に置かれているインプレーンスイッチング液晶表示装置であって、
第１の偏光板の吸収軸と第２の偏光板吸収軸が垂直をなし、液晶セル内の液晶の光軸が第１の偏光板の吸収軸と平行であり、
下記式３によって定義された正の二軸性位相差フィルムが液晶セルと第２の偏光板との間に配置されていて、正の二軸性位相差フィルムは光軸が隣接した第２の偏光板の吸収軸と直交していて、正の二軸性位相差フィルムのインプレーン位相差値が５５０nm波長で１９０nm以下であり、
前記正の二軸性位相差フィルムが一つ以上の偏光板の保護フィルムで使用されたことを特徴とするインプレーンスイッチング液晶表示装置。
［式３］
nx≠ny≠nzであって, nx>nyかつnz>ny
ここで、nx、nyはインプレーン屈折率、nzはフィルムの厚さ方向屈折率を示す。前記正の二軸性位相差フィルムは正のインプレーン位相差値(Rin=d×(nx-ny)、この時、dはフィルムの厚さ)と正の厚さ方向の位相差値(Rth=d×(nz-ny)、この時、dはフィルムの厚さ)を有する。
【請求項２】
第１の偏光板、正の誘電率異方性(Δε>０)または負の誘電率異方性(Δε<０)を有する液晶で満たされた水平配向された液晶セルと第２の偏光板を具備して、液晶セル内の液晶の光軸が偏光板と平行なインプレーン(in-plane)に置かれているインプレーンスイッチング液晶表示装置であって、
第１の偏光板の吸収軸と第２の偏光板吸収軸が垂直をなして、液晶セル内の液晶の光軸が第１の偏光板の吸収軸と平行であり、
下記式３によって定義された第１の正の二軸性位相差フィルムが液晶セルと第１の偏光板との間に配置されていて、下記式３によって定義された第２の正の二軸性位相差フィルムが液晶セルと第２の偏光板との間に配置され、第１の正の二軸性位相差フィルムの光軸が隣接した第１の偏光板の吸収軸に平行であり、第２の正の二軸性位相差フィルムの光軸が隣接した第２の偏光板の吸収軸に垂直であり、５５０nm波長で第１の正の二軸性位相差フィルムが１９０nm以下のインプレーン位相差値を有して、５５０nm波長で第２の正の二軸性位相差フィルムが１５０nmないし３５０nm範囲のインプレーン位相差値を有することを特徴とするインプレーンスイッチング液晶表示装置。
［式３］
nx≠ny≠nzであって, nx>nyかつnz>ny
ここで、nx、nyはインプレーン屈折率、nzはフィルムの厚さ方向屈折率を示す。前記正の二軸性位相差フィルムは正のインプレーン位相差値(Rin=d×(nx-ny)、この時、dはフィルムの厚さ)と正の厚さ方向の位相差値(Rth=d×(nz-ny)、この時、dはフィルムの厚さ)を有する。
【請求項３】
第１の偏光板、正の誘電率異方性(Δε>０)または負の誘電率異方性(Δε<０)を有する液晶で満たされた水平配向された液晶セルと第２の偏光板を具備して、液晶セル内の液晶の光軸が偏光板と平行なインプレーン(in-plane)に置かれているインプレーンスイッチング液晶表示装置であって、
第１の偏光板の吸収軸と第２の偏光板吸収軸が垂直をなし、液晶セル内の液晶の光軸が第１の偏光板の吸収軸と平行であり、下記式３によって定義された第１の正の二軸性位相差フィルムが液晶セルと第１の偏光板との間に配置され、下記式３によって定義された第２の正の二軸性位相差フィルムが液晶セルと第２の偏光板との間に配置され、第１の正の二軸性位相差フィルムの光軸は第１の偏光板の吸収軸と平行であり、第２の正の二軸性位相差フィルムの光軸は隣接した第２の偏光板の吸収軸と平行であり、５５０nm波長で第１の正の二軸性位相差フィルムは１５０nm以下のインプレーン位相差値を有し、５５０nm波長で第２の正の二軸性位相差フィルムは２００nmから３５０nm範囲のインプレーン位相差値を有し、
前記正の二軸性位相差フィルムが一つ以上の偏光板の保護フィルムで使用されたことを特徴とするインプレーンスイッチング液晶表示装置。
［式３］
nx≠ny≠nzであって, nx>nyかつnz>ny
ここで、nx、nyはインプレーン屈折率、nzはフィルムの厚さ方向屈折率を示す。前記正の二軸性位相差フィルムは正のインプレーン位相差値(Rin=d×(nx-ny)、この時、dはフィルムの厚さ)と正の厚さ方向の位相差値(Rth=d×(nz-ny)、この時、dはフィルムの厚さ)を有する。
【請求項４】
前記液晶セルの位相差値が５５０nm波長で、２００nmから４００nmまでであることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一つに記載のインプレーンスイッチング液晶表示装置。
【請求項５】
前記正の二軸性位相差フィルムが一つ以上の偏光板の保護フィルムで使用されたことを特徴とする請求項２に記載のインプレーンスイッチング液晶表示装置。
【請求項６】
前記一番目の偏光板の内部保護フィルムは厚さ方向の位相差値が０であるか、または負の厚さ方向の位相差値を有することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一つに記載のインプレーンスイッチング液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置(liquid crystal display：ＬＣＤ)、具体的には正の誘電率異方性を有する液晶(Δε>０)または負の誘電率異方性を有する液晶(Δε<０)で液晶セルが満たされたインプレーンスイッチング液晶表示装置(In-plane Switching liquid crystal display:ＩＰＳ-ＬＣＤ)の視野角特性を改善するために、正の二軸性位相差フィルムを利用して二軸性位相差フィルムの光軸方向と位相差値を調節した補償フィルムを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＳ-ＬＣＤの電極は液晶面に平行に電場が印加されるように配置されている。二つの基板に接する液晶層の両表面は、米国特許第６,０７８,３７５号明細書に開示されているように、０゜ないし５゜範囲のプレチルト角(Pretilt Angle)を有する。ＩＰＳパネル(液晶セル)は同一面内に置かれた一対の電極を備える能動マトリックス駆動電極(active matrix drive electrode)を有し、能動マトリックス駆動電極は二枚の硝子基板の間に形成された液晶層にIn-Plane Switching(ＩＰＳ)、Super-In-Plane-Switching(Ｓ-ＩＰＳ)、Fringe Field Switching(ＦＦＳ)モードを提供する。Super-In-Plane-Switchingモードはジグザグ(zig-zag)電極パターンを形成して二重分割(Two domain)液晶配列を具現化することで、明状態のＩＰＳカラー変化を最小化させる特性がある。
【０００３】
第１のＩＰＳ-ＬＣＤは米国特許第３,８０７,８３１号明細書に開示されている。この特許は補償フィルムがないＩＰＳ-ＬＣＤ構造を使用した。補償フィルムを有さないＩＰＳ-ＬＣＤの弱点は、傾斜角に対して相対的に高い光漏洩のため傾斜角で低いコントラスト比値を示してしまう点である。
【０００４】
米国特許第５,１８９,５３８号明細書では二つ種類の位相差フィルム+A-Plateと正の二軸性位相差フィルムといった、二種類の位相差フィルムを含む一般的な形態のＬＣＤを開示しているが、ＩＰＳ-ＬＣＤに関するいかなる情報や技術も記載されていない。
【０００５】
米国特許第５,４４０,４１３号明細書には二枚の正の二軸性位相差フィルムを有するＴＮ−ＬＣＤについて記載されており、二軸性位相差フィルムを使用する目的は傾斜角でＴＮ−ＬＣＤのコントラスト特性及びカラー特性を改善することにある。
【０００６】
一枚の正の二軸性位相差フィルムを使用したＩＰＳ-ＬＣＤ補償フィルムは米国特許第６,２８５,４３０号明細書に開示されている。このＩＰＳ-ＬＣＤの特性は次のようである：
・一枚の正の二軸性位相差フィルムが偏光板と液晶層との間に置かれている。
・二軸性位相差フィルムのインプレーン位相差値は１９０nm〜３９０nmである。
・二軸性位相差フィルムのインプレーン位相差値は偏光板保護フィルムの厚さ方向における位相差値の絶対値の大きさに比例して増加する。
【０００７】
開示された正の二軸性位相差フィルムを使用する主要目的は、４５゜、１３５゜、２２５゜そして３１５゜の動径角方向における傾斜角で、ＩＰＳ-ＬＣＤのコントラスト特性を改善することにある。これらの動径傾斜角ではＩＰＳ-ＬＣＤのコントラスト特性は増加するが、他の動径角ではＩＰＳ-ＬＣＤ暗状態で光漏洩は相変らず大きい状態で残存している。このような理由により、他の動径傾斜角でＩＰＳ-ＬＣＤのコントラスト比値は相対的に低い。よって、上述した配置を有するＩＰＳ-ＬＣＤの短所は、任意の動径傾斜角で暗状態の相対的に高い光漏洩によって低いコントラスト比値を示すという点である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、正面およびすべての動径傾斜角で高いコントラスト特性を具現化するＩＰＳ-ＬＣＤを提供することである。
また、本発明の他の目的は、すべての動径傾斜角で非常に低い暗状態透過率を有するＩＰＳ-ＬＣＤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明は、正の二軸性位相差フィルム(Positive biaxial retardation film)を使用して二軸性位相差フィルムの光軸方向と位相差値を調節することでＩＰＳ-ＬＣＤの広い視野角特性の具現化を図る。
【００１０】
本発明は第１の偏光板と、第２の偏光板と、二枚の硝子基板の間に正の誘電率異方性((Δε>０)または負の誘電率異方性(Δε<０)を有する液晶で満たされて水平配向された液晶セルと、を具備して、液晶セル内の液晶の光軸が偏光板と平行のインプレーン(in-plane)に置かれているインプレーンスイッチング液晶表示装置であり、第１の偏光板の吸収軸と第２の偏光板吸収軸とが垂直をなして、液晶セル内の液晶の光軸が接する第１の偏光板の吸収軸と平行であり、視野角補償のために液晶セルと偏光板との間に正の二軸性位相差フィルムが配置されて、配置手順によって正の二軸性位相差フィルムの光軸方向と位相差値が調節されたことを特徴とするインプレーンスイッチング液晶表示装置を提供する。
本発明は暗状態でＩＰＳ-ＬＣＤの視野角補償のために、上偏光板、下偏光板、配置手順によって、光軸方向と位相差値が調節された一枚以上の正の二軸性位相差フィルムを使用することを特徴とする。
【００１１】
コントラスト比の値は画面の鮮明度を示す指標で、コントラスト比の値が高ければ高いほど鮮やかな画質の具現化が可能である。ＩＰＳ-ＬＣＤは傾斜角７０゜でコントラスト特性が一番悪く、７０゜傾斜角でコントラスト特性が向上すれば、すべての視野角でコントラスト特性が向上することを意味する。よって、傾斜角７０゜で視野角特性改善程度を比べるのが視野角特性改善程度を比較する一番良い方法であると言える。７０゜傾斜角で最小コントラスト比の値は、偏光板のみを使用した場合には１０：１以下であり、本発明によって正の二軸性位相差フィルムを使用して正の二軸性位相差フィルムの光軸を設定して正の二軸性位相差フィルムの位相差範囲を一定範囲で限定した場合には最小２０：１以上を得ることができる。望ましい傾斜角７０゜で最小コントラスト比値は２０：１以上である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は正の二軸性位相差フィルムを利用して正の二軸性位相差フィルムの光軸方向と位相差値を調節することで、インプレーンスイッチング液晶表示装置の正面と傾斜角でコントラスト特性を向上させて、暗状態(black state)で視野角によるカラー変化を最小化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳しく説明する。
図１にＩＰＳ-ＬＣＤの基本構造を示した。
ＩＰＳ-ＬＣＤは第１の偏光板１と第２の偏光板２、液晶セル３で構成されており、第１の偏光板の吸収軸４と第２の偏光板の吸収軸５が互いに垂直で配置され、第１の偏光板の吸収軸４と液晶セルの光軸６が互いに平行に配置されている。図２には二偏光板の吸収軸４、５と液晶セルの光軸６が示されている。
本発明による補償フィルムが使用される液晶表示装置は、第１の偏光板１、二枚の硝子基板の間に正の誘電率異方性(Δε>０)、または負の誘電率異方性(Δε<０)を有する液晶で満たされた水平配向された液晶セル３と第２の偏光板２を具備して、液晶セル内の液晶の光軸６が偏光板と平行なインプレーン(in-plane)に置かれたことを特徴とするＬＣＤ素子であり、第１の偏光板の吸収軸４と第２の偏光板吸収軸５が垂直をなして、液晶セル内の液晶の光軸６が接する第１の偏光板の吸収軸４と平行であり、第１の基板と第２の基板のうち一つは、電極対を含む能動マトリックス駆動電極(active matrix drive electrode)が液晶層に接する表面上に形成されている。
【００１４】
前記液晶層位相差値はRLC=(nx,LC-ny,LC)×dで定義され、ここでdは液晶層の厚さを示す。本発明に使用されるＩＰＳパネルの液晶層は５５０nm波長で、２００nmから４００nmの範囲での位相差値を有することが望ましい。
【００１５】
ＩＰＳ-ＬＣＤパネルに電圧印加時の第１の偏光板を透過して９０゜で線偏光された光が液晶層を透過した後に０゜に線偏光されて明状態になるようにするためには、ＩＰＳ-ＬＣＤパネルの液晶層の位相差値が５８９nm(人が感じる一番明るい単色光)の半波長になる必要があるが、白色(White Color)になるようにするために半波長よりすこし長いか、または短いように調節することができる。したがって、位相差値は５８９nm単色光の半波長である２９５nm前後の範囲を有することが望ましい。
【００１６】
本発明のＬＣＤは、多重領域で液晶配向をさせるか、または印加される電圧によって多重領域で分割されるものを含む。
【００１７】
ＬＣＤは一対の電極を含む能動マトリックス駆動電極(active matrix drive electrode)のモードによってIn-Plane-Switching(ＩＰＳ)またはSuper-In-Plane-Switching(Super-ＩＰＳ)またはFringe-Field-Switching(ＦＦＳ)で区別される。本発明においてＩＰＳ-ＬＣＤと言う場合には、Super-ＩＰＳ、ＦＦＳ(Fringe Field Switching)、reverse ＴＮＩＰＳなども含むものとする。
【００１８】
図３を参照して、ＩＰＳ-ＬＣＤの視野角補償のために使用される位相差フィルムの屈折率をよく観察すれば、x軸方向の屈折率をnx８、y軸方向の屈折率をny９、z軸方向の屈折率をnz１０と言うことができるし、この時、屈折率の大きさによって位相差フィルムの特性が決定される。
【００１９】
三軸方向の屈折率がすべて異なる場合を二軸性位相差フィルム(biaxial retardation film)と言い、二軸性位相差フィルムは次のように定義することができる。
【００２０】
【数１】
0004468899.tif 000002
【００２１】
負の二軸性位相差フィルム(negative biaxial retardation film)は下記式２のように定義される。
【００２２】
【数２】
0004468899.tif 000003
【００２３】
また、正の二軸性位相差フィルム(positive biaxial retardation film)は下記式３のように定義される。
【００２４】
【数３】
0004468899.tif 000004
【００２５】
式３の条件を満たす正の二軸性位相差フィルムはフィルムの三つの軸方向の屈折率が異なるため、インプレーン位相差値(in-plane retardation value)と厚さ方向の位相差値(thickness retardation value)を有する。このうちでインプレーン位相差値(in-plane retardation value)はインプレーンの屈折率nx８とny９を利用して次のように定義する。
【００２６】
【数４】
0004468899.tif 000005
【００２７】
ここで、dはフィルムの厚さを示す。
厚さ方向の位相差値(thickness retardation value)は屈折率ny９と屈折率nz１０を利用して次のように定義する。
【００２８】
【数５】
0004468899.tif 000006
【００２９】
ここで、dはフィルムの厚さを示す。
【００３０】
正の二軸性位相差フィルムは正のインプレーン位相差値(In-plane retardation value)と正の厚さ方向の位相差値(Thickness Retardation value)を有するフィルムを言う。
【００３１】
正の二軸性位相差フィルムの波長分散特性は、正常波長分散特性(normal wavelength dispersion)、flat波長分散特性(flat wavelength dispersion)、逆波長分散特性(reverse wavelength dispersion)を有するものであってもよい。正の二軸性位相差フィルムで使用可能なフィルムはネマティック液晶を使用したＵＶ硬化型液晶フィルム(ＵＶ curable liquid crystal film)、二軸軟伸されたＰＣ(Polycarbonate)などがある。
【００３２】
本発明で位相差フィルムの光軸の方向は位相差フィルムの配置手順によって決定される。
本発明の第１実施形態では、正の二軸性位相差フィルム１１がＩＰＳパネル３と第２の偏光板２との間に配置されていて、正の二軸性位相差フィルムは光軸１２が接する第２の偏光板の吸収軸５と直交して、５５０nm波長でインプレーン位相差値が１９０nm以下であることを特徴とするインプレーンスイッチング液晶表示装置を提供する。
位相差フィルムの光軸は直交偏光板の光漏洩と関連があり、直交偏光板の光漏洩を最小化するためには接する偏光板の吸収軸と正の二軸性位相差フィルムのフィルムインプレーンの光軸とが直交にならなければならない。
【００３３】
すなわち、直交偏光板の吸収軸が０゜、９０゜方向に置かれている場合、動径角４５゜方向に傾きながら暗状態を確認すれば、傾斜角が増加すればするほど光漏洩が増加することを分かる。このように傾斜角が増加することによる光漏洩の増加する原因は、傾斜角が増加することによって二つの偏光板の吸収軸が直交状態から脱する角度が増加するからである。直交状態から脱した角度程度の偏光状態を回転させると光漏洩を最小化させることができる。バックライト(Backlight)から入射された光が第１の偏光板を通過した後に線偏光されて、傾斜角にしたがって線偏光された光の回転角が増加しなければならない。このように線偏光された光を回転させるためには正の二軸性位相差フィルムにおけるフィルムインプレーンの光軸と接する偏光板の吸収軸と垂直となるように配置されなければならない。
【００３４】
一方、傾斜角が増加することによって、線偏光された光が第２の偏光板の吸収軸と一致するように回転させるためには、正の二軸性位相値フィルムのインプレーン位相差値は１９０nm以下であることが望ましい。この時、厚さ方向の位相差値にしたがってインプレーン位相差値の大きさが変わって、適正な視野角補償のためには位相差フィルムによる厚さ方向全体の位相差値が増加することによって、インプレーン位相差値が減少することが望ましい。
【００３５】
本発明の第１実施形態は図４a、４bに例示されており、図４a、４bに例示されたＩＰＳ-ＬＣＤ構造はバックライト位置と画面を見る方向が互いに相反するだけで、その他の事項は同一である。
【００３６】
下記表１には第１のＬＣＤ構造(図４a)下で偏光板の保護フィルムと正の二軸性位相差フィルムの設計値(インプレーン位相差値、厚さ方向の位相差値)による傾斜角７０゜で視野角特性を整理したシミュレーション結果である。
【００３７】
【表１】
0004468899.tif 000007
【００３８】
シミュレーション時に第１の偏光板１と第２の偏光板２の内部保護フィルムの位相差値、正の二軸性位相差フィルム１１のインプレーン位相差値と厚さ方向の位相差値、二軸性(Biaxiality)の程度を示すNz項目を考慮して、すべての動径傾斜角で優れた視野角特性を示す条件を示した。
【００３９】
ここでNz項目は二軸性位相差フィルムの二軸性(Biaxiality)の程度を示す指数として三つの軸方向のフィルムの屈折率を利用して次のように定義される。
【００４０】
【数６】
0004468899.tif 000008
【００４１】
表１は偏光板保護フィルムと二軸性位相差フィルム設計値にしたがって視野角特性がどの程度改善したかを示す例である。表１の結果を見れば、視野角補償フィルムを使わないＩＰＳ-ＬＣＤは最小ＣＲ(Contrast Ratio)値がおおよそ７：１程度であるから、傾斜角７０゜でＣＲ値が３０：１以上であると、すべての視野角でＣＲ値が３０：１以上を示し、これにより視野角特性改善效果が非常に優れていることが分かる。
【００４２】
また、下記表２には図４ｂのＬＣＤ構造下で実際位相差フィルムの設計値を適用した時のシミュレーション結果が示されている。
【００４３】
【表２】
0004468899.tif 000009
【００４４】
表２は偏光板保護フィルムと正の二軸性位相差フィルムの設計値にしたがって視野角特性がどの程度改善したのかを示す例である。偏光板保護フィルムで４０μｍＴＡＣ(Triacetate Cellulose)を使えば、８０μｍＴＡＣフィルムより低い負のRthを有するようになるので、正の二軸性位相差フィルムの設計値が変化して、設計条件によって優れた性能の視野角特性を確保することが可能である。偏光板の内部保護フィルムと位相差フィルム設計条件によっては傾斜角７０゜で最小８０：１以上のＣＲ特性を確保することが可能である。
【００４５】
本発明の第２実施形態は、第１の正の二軸性位相差フィルム１１がＩＰＳパネル３と第１の偏光板２との間に配置されていて、第２の正の二軸性位相差フィルム１３がＩＰＳパネル３と第２の偏光板２との間に配置されており、第１の正の二軸性位相差フィルムの光軸１２が接する第１の偏光板の吸収軸４に平行であり、第２の正の二軸性位相差フィルムの光軸１４が接する第２の偏光板の吸収軸５に垂直であり、５５０nm波長で第１の正の二軸性位相差フィルム１１が１９０nm以下のインプレーン位相差値を有し、５５０nm波長で第２の正の二軸性位相差フィルム１３が１５０nmないし３５０nm範囲のインプレーン位相差値を有することを特徴とするインプレーンスイッチング液晶表示装置を提供する。
【００４６】
ＩＰＳ-ＬＣＤの視野角特性の低下原因は、視野角による偏光板の幾何学的な問題とＩＰＳ-ＬＣＤパネルの視野角による位相差値の依存性によって発生する。ＬＣＤの暗状態(Black State)はバックライトから入射された線偏光が第２の偏光板の吸収軸によって吸収されるように直交偏光板を使用して作られる。しかし、傾斜入射された光は偏光板を通過しながら垂直入射時とは異なるように回転された線偏光を作り上げて、第２の偏光板の吸収軸も垂直入射時とは異なるように回転されている。よって、第１の偏光板を通じて入射された線偏光と第２の偏光板の吸収軸は互いに直交しないため、透過軸と平行な成分が発生するようになる。傾斜角が大きくなることによって、線偏光された光と透過軸との直交状態から脱する角度が大きくなってゆき、透過軸と平行な成分が増加するようになる。このような理由により、暗状態で光漏洩が発生するようになる。
【００４７】
暗状態の光漏洩はＬＣＤの視野角特性を低下させる主な原因である。傾斜角が増加することによって光漏洩が増加するようになるが、光漏洩が増加することによってＣＲ低下とカラーの変化が大きくなるようになる。よって、傾斜角による暗状態の光漏洩を最小化させることで視野角の特性向上が可能である。このような視野角の特性を改善する方法は第１の偏光板を通じて線偏光された光を第２の偏光板の吸収軸と一致するように線偏光を作るものである。第１の偏光板を通じて線偏光された光を第２の偏光板の吸収軸と一致するようにするため、本発明は正の二軸性位相差フィルムを使用する。このように傾斜角にしたがって線偏光された光を第２の偏光板の吸収軸と一致するように偏光状態を作るためには、インプレーン位相差値と厚さ方向の位相差値が必要である。
【００４８】
第１の偏光板の吸収軸と第１の正の二軸性位相差フィルムの吸収軸とを一致させなければならない理由は、第１の正の二軸性位相差フィルムを使用して適当な楕円偏光を作って、第２の二軸性位相差フィルムを通じて偏光板の吸収軸に一致する線偏光を作るものである。このような機能を有するようにするためには、第２の正の二軸性位相差フィルムの光軸が第２の偏光板の吸収軸と直交しなければならない。１９０nm以下のインプレーン位相差値を有する第１の正の二軸性位相差フィルムを使えば、第１の偏光板を通じて線偏光された光を第２の正の二軸性位相差フィルムを通過して第２の偏光板吸収軸と一致する線偏光になるように中間段階で楕円偏光を作る役割をする。
【００４９】
第２の正の二軸性位相差フィルムは第１の正の二軸性フィルムを通じて形成された楕円偏光を線偏光に作る役割をして、第１の正の二軸性位相差フィルムによって作られた偏光状態にしたがって第２の正の二軸性位相差フィルムのインプレーン位相差値１５０nmで３５０nm範囲の位相差値を使えば第２の偏光板の吸収軸と一致する線偏光を作ることができる。
【００５０】
本発明の第２実施形態は図５a、５bに例示され、図５a、５bに例示されたＩＰＳ-ＬＣＤ構造はバックライト位置と画面を見る方向とが互いに相反するだけで、その他の事項は同一である。
【００５１】
下記表３には第２のＬＣＤ構造下で実際位相差フィルムの設計値を適用した時のシミュレーション結果が示されている。
【００５２】
【表３】
0004468899.tif 000010
【００５３】
シミュレーション時に第１の偏光板１と第２の偏光板２との内部保護フィルムの位相差値、正の二軸性位相差フィルム１１、１３のインプレーン位相差値と厚さ方向の位相差値、二軸性(Biaxiality)の程度を示すNz項目を考慮して、すべての動径傾斜角で優れた視野角特性を示す条件を示した。
【００５４】
表３は第１の正の二軸性位相差フィルムと第２の正の二軸性位相差フィルムの設計値(インプレーン位相差値、厚さ方向の位相差値、偏光板の内部保護フィルム)による傾斜角７０゜で最小ＣＲ値を示した。偏光板の内部保護フィルムで厚さ方向の位相差値がない無軟伸ＣＯＰ(Cyclo Olefin Polymer)フィルムを使用した時に一番優れた視野角特性を示す。
【００５５】
本発明の第３実施形態は、第１の正の二軸性位相差フィルム１１はＩＰＳパネル３と第１の偏光板１との間に配置されていて、第２の正の二軸性位相差フィルム１3はＩＰＳパネル３と第２の偏光板２との間に配置され、第１の正の二軸性位相差フィルムの光軸１２は隣接した第１の偏光板の吸収軸４と平行であり、第２の正の二軸性位相差フィルムの光軸１４は隣接した第２の偏光板の吸収軸５と平行であり、５５０nm波長で第１の正の二軸性位相差フィルム１１は１５０nm以下のインプレーン位相差値を有して、５５０nm波長で第２の正の二軸性位相差フィルム１３は２００nmで３５０nm範囲のインプレーン位相差値を有することを特徴とするインプレーンスイッチング液晶表示装置を提供する。
【００５６】
第１の正の二軸性フィルムの光軸が第１の偏光板の吸収軸と平行にさせる理由は、第２の正の二軸性位相差フィルムを通過した後、線偏光になるように中間に楕円偏光を作る役割をする。
【００５７】
第１の正の二軸性フィルムによって作られた楕円偏光から線偏光を作る方法は二つある。第１の方法は第２の二軸性位相差フィルムの光軸が隣接した第２の偏光板の吸収軸と直交するように配置する方法であり、第２の方法はこれらを平行に配置する方法である。これらの方法における差異点は、直交させて配置する場合と平行に配置する場合とで設計値が変わる点である。
【００５８】
第１の正の二軸性位相差フィルムの位相差値は第２の正の二軸性位相差フィルムの設計値によって変わり、１５０nm以下のインプレーン位相差値を使用して第２の正の二軸性フィルムを通過した後に吸収軸と平行な線偏光を作るのに必要な楕円偏光を作り上げることができる。
【００５９】
第２の正の二軸性フィルムの位相差値は第１の正の二軸性フィルムの位相差値によって決まって、位相差値が２００nmから３５０nm範囲の値を使えば、第２の偏光板の吸収軸と一致する線偏光を作り上げることができる。
【００６０】
本発明の第３実施形態は図６a、６bに例示され、図６a、６bに例示されたＩＰＳ-ＬＣＤ構造はバックライト位置と画面を見る方向とが互いに相反するだけで、その他の事項は同一である。
【００６１】
下記の表４には第３のＬＣＤ構造下で実際の位相差フィルムの設計値を適用した時のシミュレーション結果が示されている。
【００６２】
【表４】
0004468899.tif 000011
【００６３】
シミュレーション時の第１の偏光板１と第２の偏光板２との内部保護フィルムの位相差値、正の二軸性位相差フィルムのインプレーン位相差値と厚さ方向の位相差値、二軸性(Biaxiality)の程度を示すNz項目を考慮して、すべての動径傾斜角で優れた視野角特性を示す条件を示した。シミュレーションを簡便にするため、表４ではNz=０．５を使用したが、それ以外に他のNz値も使用可能である。
【００６４】
表４は第１の偏光板吸収軸と第１の正の二軸性位相差フィルムの光軸とが平行で、第２の偏光板の吸収軸と第２の正の二軸性位相差フィルムの光軸とが平行な配置下で設計値による傾斜角７０゜で最小ＣＲ値を示した結果である。設計値(第１の正の二軸性フィルム、第２の正の二軸性フィルム、偏光板の内部保護フィルム)にしたがって傾斜角７０゜で最小ＣＲ値が変わって、偏光板の内部保護フィルムでインプレーン位相差値がない無軟伸ＣＯＰ(Cyclo Olefin Polymer)フィルムを使用した時に一番優れたＣＲ特性を示す。
【００６５】
偏光板は、固有な負の厚さ方向の位相差値を有する内部および外部の保護フィルム、または、厚さ方向の位相差値がない内部および外部の保護フィルムを使用することができる。
【００６６】
内部保護フィルムで軟伸されないＣＯＰ(Cyclo Olefin Polymer)、４０μｍＴＡＣ(Triacetate Celloluse)、８０μｍＴＡＣ(Triacetate Celloluse)、ＰＮＢ(Polynobonene)などを使用することができる。
【００６７】
偏光板の内部保護フィルムにおける厚さ方向の位相差値はすべての動径傾斜角でＩＰＳ-ＬＣＤの低い暗状態(dark state)の透過度を有するように位相差フィルムを設計するのに非常に重要な要素である。
【００６８】
第１の偏光板１の内部保護フィルムは厚さ方向の位相差値が０であるか、または負の厚さ方向の位相差値を有することが望ましい。第１の偏光板に隣接された正の二軸性位相差フィルムが偏光板の内部保護フィルムによって発生された位相差値を相殺させるからである。
【００６９】
また、正の二軸性位相差フィルムは少なくとも一つ以上の偏光板の内部保護フィルムでも使用可能である。
正の二軸性位相差フィルム１１、１３はポリマー材料またはＵＶ硬化型液晶フィルムで製作されたことが望ましい。
【００７０】
本発明のＬＣＤ素子で二軸性位相差フィルムの二軸性(biaxiality)程度を示すNz（Nz=(nx-nｚ)/(nx-ny)）
はすべての範囲の値を有することができる。
【００７１】
発明の実施例
以下、本発明の理解を助けるために望ましい実施例を提示するが、下記実施例は本発明を例示するだけであり、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。
【００７２】
(例示１)
図４aに示したＩＰＳ-ＬＣＤは２．９μｍセルギャップ、プレチルト角３゜、誘電率異方性Δε=+７、複屈折Δn=０．１である液晶で満たされたＩＰＳ液晶セルで構成されている。正の二軸性位相差フィルム１１はＵＶ硬化型液晶フィルムを使用し、５５０nm波長でインプレーン位相差値Rin=１８０nm、厚さ方向の位相差値はRth=１４４nmを有している。第１の偏光板１の内部保護フィルムは位相差値がほとんど０であるＣＯＰ内部保護フィルムを使用し、第２の偏光板２の内部保護フィルムは５５０nm波長で厚さ方向の位相差値Rth=-６４nmである８０μｍＴＡＣを使用した。白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角で視野角補償フィルムを含む第１のＩＰＳ-ＬＣＤ構造に対するコントラスト特性をシミュレーションした結果を図７及び表１に示した。
【００７３】
図７で、円の中心は傾斜角が０である場合であり、円の半径が増加すればするほど傾斜角が増加することを示す。図７に円の半径が増加すればするほど数値が増加するように表示された２０、４０、６０、８０は傾斜角(inclination angle)を示す。
【００７４】
円周に沿って表記した数値０から３６０までは動径角(Azimuthal Angle)を示す。偏光板が配置された方向は上偏光板が動径角０゜方向であり、下偏光板は９０゜方向に配置されている時、すべての視野方向(傾斜角０゜から８０゜、動径角０゜から３６０゜)でコントラスト特性を示した結果である。偏光板のみを使用したＩＰＳ-ＬＣＤは傾斜角７０゜から１０：１以下のコントラスト特性を示す一方、図７及び表１は傾斜角７０゜でコントラスト特性が１６６：１以上である優れたコントラスト特性を示す。
【００７５】
(例示２)
図５bに示したＩＰＳ-ＬＣＤは２．９μｍセルギャップ、プレチルト角３゜、誘電率異方性Δε=+７、複屈折Δn=０．１である液晶で満たされたＩＰＳ液晶セルで構成されている。第１の正の二軸性位相差フィルム１１はＵＶ硬化型液晶フィルムで製作され、５５０nm波長でインプレーン位相差値はRin=２０nm、厚さ方向の位相差値はRth=１０nmを有している。第２の正の二軸性位相差フィルム１３はＵＶ硬化型液晶フィルムで製作され、５５０nm波長でインプレーン位相差値はRin=２８８nm、厚さ方向の位相差値はRth=１４４nmを有している。両側面の偏光板１、２の内部保護フィルムはＣＯＰで構成されている。
【００７６】
白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角で視野角補償フィルムを含む第２のＩＰＳ-ＬＣＤ構造に対するコントラスト特性をシミュレーションした結果を図８に示した。
【００７７】
(例示３)
図６aに示したＩＰＳ-ＬＣＤは２．９μｍセルギャップ、プレチルト角３゜、誘電率異方性Δε=+７、複屈折Δn=０．１である液晶で満たされたＩＰＳ液晶セルで構成されている。第１の正の二軸性位相差フィルム１１はＵＶ硬化型液晶フィルムを使用し、５５０nm波長でインプレーン位相差値はRin=８７nm厚さ方向の位相差値はRth=１７．５nmを有している。第２の正の二軸性位相差フィルム１３はＵＶ硬化型液晶フィルムで製作され、５５０nm波長でインプレーン位相差値はRin=２４１nm、厚さ方向の位相差値はRth=１２０nmを有している。第１の偏光板１の内部保護フィルムは厚さ方向の位相差値がRth=-３２nmである４０μｍＴＡＣを使用し、第２の偏光板２の内部保護フィルムは第２の正の二軸性位相差フィルム１３を使用した。
【００７８】
白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角で視野角補償フィルムを含む第３のＩＰＳ-ＬＣＤ構造に対するコントラスト特性をシミュレーションした結果を図９に示した。
【００７９】
(例示４)
図６bに示したＩＰＳ-ＬＣＤは２．９μｍセルギャップ、プレチルト角３゜、誘電率異方性Δε=+７、複屈折Δn=０．１である液晶で満たされたＩＰＳ液晶セルで構成されている。第１の正の二軸性位相差フィルム１１はＵＶ硬化型液晶フィルムを使用し、５５０nm波長でインプレーン位相差値Rin=３５nm、厚さ方向の位相差値はRth=１７．５nmを有している。第２の正の二軸性位相差フィルム１３はＵＶ硬化型液晶フィルムで製作され、５５０nm波長でインプレーン位相差値はRin=２４０nm、厚さ方向の位相差値はRth=１２０nmを有している。両側面の偏光板１、２の内部保護フィルムはＣＯＰで構成されている。
【００８０】
白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角で視野角補償フィルムを含む第３のＩＰＳ-ＬＣＤ構造に対するコントラスト特性をシミュレーションした結果を図１０に示した。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】ＩＰＳ-ＬＣＤの基本構造を示したものである。
【図２】図１の基本構造のうちで偏光板吸収軸とＩＰＳ-ＬＣＤパネルの液晶光軸配置図を示したものである。
【図３】位相差フィルムの屈折率を示したものである。
【図４ａ】本発明によって視野角補償フィルムを含む第１のＩＰＳ-ＬＣＤの構造である。
【図４ｂ】本発明によって視野角補償フィルムを含む第１のＩＰＳ-ＬＣＤの構造である。
【図５ａ】本発明によって視野角補償フィルムを含む第２のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【図５ｂ】本発明によって視野角補償フィルムを含む第２のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【図６ａ】本発明によって視野角補償フィルムを含む第３のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【図６ｂ】本発明によって視野角補償フィルムを含む第３のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【図７】本発明によって視野角補償フィルムを含むＩＰＳ-ＬＣＤ構造で、白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角でコントラスト特性をシミュレーションした結果を示したグラフであり、第１のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【図８】本発明によって視野角補償フィルムを含むＩＰＳ-ＬＣＤ構造で、白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角でコントラスト特性をシミュレーションした結果を示したグラフであり、第２のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【図９】本発明によって視野角補償フィルムを含むＩＰＳ-ＬＣＤ構造で、白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角でコントラスト特性をシミュレーションした結果を示したグラフであり、第３のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【図１０】本発明によって視野角補償フィルムを含むＩＰＳ-ＬＣＤ構造で、白色光を使用した時、すべての動径角に対する０゜〜８０゜範囲の傾斜角でコントラスト特性をシミュレーションした結果を示したグラフであり、第３のＩＰＳ-ＬＣＤ構造である。
【符号の説明】
【００８２】
１  第１の偏光板
２  第２の偏光板
３  液晶セル
４  第１の偏光板の吸収軸
５  第２の偏光板の吸収軸
６  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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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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