(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に配向された透過軸を有する光入射用後方偏光板と、上記第１方向に対してほぼ直角な第２方向に配向された透過軸ＰFを有する光出口用前方偏光板とを有し、それにより通常白色のディスプレイを形成し、
前記後方偏光板とツイスト・ネマティック液晶材料間に設けた１枚の後方単軸遅延膜を有し、該後方単軸遅延膜は１つの光学軸ＲRをもち、前記液晶材料は１以上の通常入射の可視波長の光が通過する際にその可視光線を約８０゜から１００゜にねじり、
前記前方偏光板と前記液晶材料間に設けられ１つの光学軸ＲFをもつ１枚の前方単軸遅延膜を有し、該１つの光学軸ＲFは前記１つの光学軸ＲRに対してほぼ直角であり、
前記前方遅延膜および後方遅延膜は正の複屈折値を有し、また、約８０ｎｍ乃至２００ｎｍの遅延値を有し、
前記偏光板の透過軸と前記遅延膜の光学軸は所定の視角範囲にわたり高コントラスト比を得られるように互いに配列し、かつ前記前方偏光板の透過軸ＰFと前記前方遅延膜の光学軸ＲFは互いにほぼ平行な方向であることを特徴とする液晶ディスプレイ用の画素。
【請求項２】
前記後方遅延膜の前記光学軸は、前記第１方向に配向された前記後方偏光板の透過軸に対して約±１０゜でほぼ平行であり、前記前方遅延膜の前記光学軸は前記第２方向に配向された前記前方偏光板の透過軸に対して約±１０゜でほぼ平行であり、これにより前記後方および前方遅延膜の光学軸間には約７０゜から１１０゜の角度が形成されることを特徴とする請求項１に記載の画素。
【請求項３】
前記前方、および後方遅延膜の両方は約１００から１６０ｎｍの遅延膜を有することを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項４】
前記液晶材料の分子を整列させる後方、前方配向手段を有し、前記後方配向手段は前記第２方向に平行なバフかけ方向あるいは配向方向を有し、前記前方配向手段は前記第１方向に平行なバフかけ方向あるいは配向方向を有することを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項５】
前記液晶層の厚さは約４．５から６．５μｍであり、前記液晶材料の複屈折値は約０．０７５から０．０９５であることを特徴とする請求項４に記載の画素。
【請求項６】
前記コントラスト比は、画素に約６．０Ｖをかけた時に、（i）垂直０゜、水平−４０゜、（ii）垂直０゜、水平３０゜、（iii）垂直２５゜、水平０゜、（iv）垂直−５゜、水平±２５゜の視角のうちどれかで少なくとも約３０：１であることを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項７】
前記コントラスト比は、画素に約６．０Ｖをかけた時に、（i）垂直０゜、水平±６０゜、（ii）垂直３０゜、水平０゜、（iii）垂直−１５゜、水平±３０゜の視角のうちどれかで少なくとも約１０：１であることを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項８】
前記後方および前方遅延膜の光学軸間で約８０゜乃至１００゜の角度が形成されることを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項９】
前記後方および前方遅延膜の光学軸間で約８５゜乃至９０゜の角度が形成されることを特徴とする請求項８に記載の画素。
【請求項１０】
前記後方および前方遅延膜の光学軸間で約８８゜乃至９０゜の角度が形成されることを特徴とする請求項９に記載の画素。
【請求項１１】
約９０゜の角度は前記前方および後方遅延膜の光学軸の間で形成され、前記後方遅延膜の光学軸は前記後方偏光板の透過軸にほぼ平行であり、前記前方遅延膜の光学軸は前記前方偏光板の透過軸にほぼ平行であることを特徴とする請求項１０に記載の画素。
【請求項１２】
前記前方および後方遅延膜の両方は約１２０から１６０ｎｍの遅延値を有することを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項１３】
前記前方および後方遅延膜の両方はほぼ等しい遅延値を有することを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項１４】
前記前方および後方遅延膜の両方の遅延値は約１２０ｎｍであることを特徴とする請求項１３に記載の画素。
【請求項１５】
約６．０Ｖをかけた画素は、約−１０゜の垂直視角と±４０゜の水平視角で少なくとも約３０：１の白色光コントラスト比を有することを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項１６】
約６．０Ｖをかけた画素は、約−２０゜の垂直視角と±３０゜の水平視角で少なくとも約３０：１の白色光コントラスト比を有することを特徴とする請求項２に記載の画素。
【請求項１７】
第１方向を形成する透過軸を有する第１偏光板と、第２方向を形成する透過軸を有する第２偏光板とを有し、該第１方向と該第２方向は互いにほぼ直交して、それにより通常白色のディスプレイを形成し、
１つの光学軸を有し、約８０ｎｍ乃至２００ｎｍの遅延値を有する１枚の第１単軸遅延膜と、１つの光学軸を有する１枚の第２単軸遅延膜とを有し、
前記第１単軸遅延膜と該第２単軸遅延膜の間に設けたツイスト・ネマティック液晶層で、該液晶層は１以上の通常入射の可視波長の光が通過する際にその可視光線を約８０゜から１００゜にねじり、
前記第１、第２単軸遅延膜の光学軸はその間の角度δを約７０゜乃至８９゜の範囲で形成し、約５．０乃至７．０Ｖの電圧をかけた時に、垂直視角軸０゜より上にある逆転域からはなれ、垂直視角軸０゜より下をほぼ中心とする最高コントラストの視野を有するディスプレイを形成したことを特徴とする、垂直視角軸０゜より下にほぼ中心とした視野を有する液晶ディスプレイ。
【請求項１８】
前記角度δは約７５゜乃至８７゜であり、０゜の垂直視角軸より上にある視角の逆転を避けるように高コントラストの視野を位置決めし、かつ中心出しをおこない、前記遅延膜は正の複屈折であることを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
前記第１遅延膜の光学軸と前記第１偏光板の透過軸は、約１．５゜乃至７．５゜の角度θ１をその間に形成することを特徴とする請求項１８に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
前記第２遅延膜の光学軸と前記第２偏光板の透過軸は、約１．５゜乃至７．５゜の角度θ２をその間に形成することを特徴とする請求項１９に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
前記角度θ１とθ２はほぼ等しく、水平視角軸０゜を中心としてほぼ対称の高コントラスト視野を形成することを特徴とする請求項２０に記載のディスプレイ。
【請求項２２】
前記ディスプレイは垂直角約−１０゜、水平角０゜の視角で少なくとも約１００：１のコントラスト比を有することを特徴とする請求項２１に記載のディスプレイ。
【請求項２３】
前記ディスプレイは垂直角約−１０゜、水平角±１０゜の視角で少なくとも約８０：１のコントラスト比を有することを特徴とする請求項２１に記載のディスプレイ。
【請求項２４】
前記第１、第２遅延膜は両方とも約８０から２００ｎｍの遅延値を有することを特徴とする請求項２１に記載のディスプレイ。
【請求項２５】
前記第１、第２遅延膜は約１１５から１６０ｎｍの遅延値を有することを特徴とする請求項２４に記載のディスプレイ。
【請求項２６】
前記第２偏光板の透過軸にほぼ平行なバフかけ方向あるいは配向方向を有する第１配向手段をさらに有し、該第１配向手段は前記液晶層と前記第１偏光板の間に設けられていることを特徴とする請求項２４に記載のディスプレイ。
【請求項２７】
ａ）第１方向を形成する透過軸を有する第１偏光板を持つ液晶ディスプレイを提供するステップと、
ｂ）前記第１方向に対してほぼ直角な第２方向を形成する透過軸を有する第２偏光板を持つディスプレイを提供するステップと、
ｃ）１以上の通常入射の可視波長の光が通過する際にその可視光線を約８０゜から１００゜にねじるツイスト・ネマティック液晶層の反対側に前記第１、第２偏光板をそれぞれ位置決めするステップと、
ｄ）約８０から２００ｎｍのほぼ同じ遅延値を有し正の複屈折値をもつ各一枚の第１、第２単軸遅延膜を前記液晶層の反対側にそれぞれ位置決めし、前記第１単軸遅延膜は第１偏光板にほぼ隣接し、前記第２単軸遅延膜は第２偏光板にほぼ隣接するようにしたステップと、
ｅ）前記第１単軸遅延膜の光学軸が前記第１偏光板の透過軸に対してほぼ平行となるように、前記第１偏光板に対する前記第１単軸遅延膜の光学軸を配向させ、その間に角度θ１を形成するステップと、
ｆ）前記第２単軸遅延膜の光学軸が前記第２偏光板の透過軸に対してほぼ平行となるように、前記第２偏光板に対する前記第２単軸遅延膜の光学軸を配向させ、その間に角度θ２を形成するステップと、
ｇ）垂直視角軸０゜より下にディスプレイの最高コントラスト視野の中心を設定するように、前記角度θ１とθ２の値を選択するステップを有し、よって垂直視角軸０゜より上にある逆転域からはなれた最高コントラストの視野を位置決めし、中心出しする液晶ディスプレイの視野を移動させる方法。
【請求項２８】
前記角度θ１とθ２はほぼ等しく、よって水平軸０゜を中心にほぼ対称の視野をつくりだすことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記角度θ１とθ２は約２゜から１０゜の範囲となるように選択することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記角度θ１とθ２は約３゜から５゜の範囲となるように選択することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１、第２方向は互いにほぼ直角であり、よって通常白色のディスプレイを形成することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記ｇ）ステップは、ディスプレイに約６．０から６．８Ｖをかける時に水平角約０゜、垂直角−１０゜の視角で少なくとも約１００：１のコントラスト比をディスプレイが有するように、角度θ１とθ２の値を選択する工程をさらに有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ｇ）ステップは、ディスプレイに約６．０から６．８Ｖをかける時に水平角約±１０゜、垂直角−１０゜の視角で少なくとも約８０：１のコントラスト比をディスプレイが有するように、角度θ１とθ２の値を選択する工程をさらに有することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１偏光板にほぼ直角の方向に、前記第１偏光板に隣接する側の前記液晶層の分子を配向するステップをさらに有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は２枚以上の遅延膜を有し、その一方は液晶層の片面に設けた液晶ディスプレイに関する。より詳細には、本発明は液晶層の各面に設けた遅延値８０から２００ｎｍの遅延膜を１層以上有する通常白色の液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶（ＬＣと表示）材料は、液晶材料の層を通過する光がその材料の異方性や複屈折値（ΔＮ）に影響され、また液晶材料はそれにかける電圧により制御可能なので、電子ディスプレイに有用である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤと表示）は、周辺光やバックライト・システムなどの外部光源からの光の透過あるいは反射が従来のディスプレイに使われている発光材料に要する電力にくらべはるかに低電力で制御できるので望ましい。ＬＣＤは現在では、デジタル・ウオッチ、電卓、携帯型パソコン、航空機コクピットのディスプレイ、など多くの電子装置に広く使用されており、それらはＬＣＤの低電圧、低電力消費の操作で長寿命という利点を利用している。
【０００３】
多くのＬＣＤにおける情報は、数字や文字を横行と縦行のマトリックス列の形で提供され、そのマトリックス・パターンに配列した多数の小電極によって生成される。その小電極は個別の配線により駆動回路接続され、小電極の組合せに駆動回路が電圧をかけることにより液晶材料を通過する光を制御して所望のデータや画像を表示する。例えば、航空機コクピット内での応用やテレビ受像機でのグラフィック情報は、２組の直交する導電線（つまり、横線と縦線）の間のＸ−Ｙ連続アドレス指定機構によって接続された画素のマトリックスにより得られる。最新のアドレス指定機構は、個々の画素の駆動電圧を制御するためのスイッチとして働く薄膜トランジスタ、ダイオード、ＭＩＭＳ等の配列を使用している。これらの機構は主としてツイスト・ネマティックＬＣＤに応用されるが、超ツイスト・ネマティックＬＣＤの高性能バージョンに使用される例もある。
【０００４】
コントラストは通常白色（ＮＷと表示）および通常黒色（ＮＢ）の両液晶ディスプレイの品質を決定するうえで最も重要な特徴の一つである。コントラスト、あるいはコントラスト比は、ＯＦＦ状態の透過対ＯＮ状態の透過の差である。ＮＢタイプの液晶ディスプレイでは、コントラストを制限する主なファクタは暗状態あるいはＯＦＦ状態のディスプレイから洩れる光の量である。ＮＷタイプの液晶ディスプレイでは、コントラストを制限する主なファクタは暗状態あるいはＯＮ状態のディスプレイから洩れる光の量である。これらの問題は太陽光のような光のある環境において、すなわち、かなりの量の反射光や散乱光がある環境では倍加される。カラー液晶ディスプレイでは、光の洩れは飽和およびグレースケール・カラーにたいする激しいカラー偏移となる。これらの限界は特に航空機コクピットでの利用で重要となる。つまり、コクピットでは操縦士用ディスプレイを副操縦士も見れることが重要である。
【０００５】
さらに、ＮＷタイプ、ＮＢタイプの両液晶ディスプレイの画像の見やすさは、ディスプレイを見るユーザの視線角度（視角）に依存しており、特に、多数のスキャンニング電極を有するマトリックス・アドレス指定装置において顕著である。遅延膜がない通常のＮＢタイプあるいはＮＷタイプの液晶ディスプレイのコントラスト比は、通常の入射角（水平視角０゜および垂直視角０゜）を中心にした狭い視角の範囲でのみ最大値を示し、視角が増大するに従って低下する。
【０００６】
広い視角に対する高品質、高コントラスト画像を提供可能な液晶ディスプレイを提供することが本技術分野では非常に重要である。
【０００７】
ＮＢタイプの液晶ディスプレイは、セル・ギャップあるいは液晶材料の厚さｄに対し、液晶材料の温度と同様に敏感である。したがって、ＮＢタイプの液晶ディスプレイは、ディスプレイのセル・ギャップに関連した特殊な公差パラメータに基づき製造しなくてはならず、これが製造を困難にし、コストを押し上げる。ＮＢタイプの液晶ディスプレイのセル・ギャップに対する高い感度を補償するための一方法は、各色の副画素用の液晶材料の厚さｄをその副画素の色のダイオード透過最小値に合わせるようにした複数のギャップを有する多色ディスプレイを提供することである。例えば、米国特許公報 USP. No.4,632,514は、赤色、緑色、青色副画素用の液晶材料の厚さｄを変えて、各副画素の厚さｄを各赤色、緑色、青色の光線の３種の異なった透過最小値に各副画素の厚さｄが合うようにした複数のギャップ手段を利用したものである。もちろん、これはこのタイプのＬＣＤの製造を困難にし、コストを押し上げることになる。
【０００８】
ＮＢタイプの液晶ディスプレイは温度およびセル・ギャップｄに敏感であるが、このタイプの液晶ディスプレイによる重要な利点は広い視角で良好なコントラスト比を提供することである。従って、見る人は広い範囲の角度からディスプレイのデータを不満なく見ることができる。例えば、ＮＢタイプの液晶ディスプレイの１０：１のコントラスト比曲線は、例えば垂直０゜で、水平±６０゜の視角まで広がる。ＮＢタイプの液晶ディスプレイがこうした広範囲な水平視角で良好なコントラスト比を有するという事実は、この程度の視角が必要あるいは望ましい商業上の実用化を可能とする。さらに、ＮＢタイプの液晶ディスプレイはＮＷタイプの液晶ディスプレイより暗状態の洩れを多く経験している。
【０００９】
ＮＷタイプの液晶ディスプレイについては、温度およびセル・ギャップｄに敏感ではない。これはＮＷタイプの液晶ディスプレイの開発にともなう製造公差を小さくすることが可能となる。従って、ＮＷタイプの液晶ディスプレイはＮＢタイプの液晶ディスプレイにくらべ製造が容易でコストも低い。しかし、ＮＷタイプの液晶ディスプレイはＮＢタイプの液晶ディスプレイにくらべ温度およびセル・ギャップｄに敏感ではないが、広範囲な視角でのコントラスト比はＮＢタイプの液晶ディスプレイより小さい。たとえば、ＮＷタイプの液晶ディスプレイの１０：１コントラスト比曲線は垂直０゜で、水平±３５゜の視角まで広がる。これはＮＢタイプの液晶ディスプレイの同一のコントラスト比において水平の視角はかなり狭いことになる。それゆえ、ＮＷタイプの液晶ディスプレイはＮＢタイプの液晶ディスプレイにくらべ製造が容易でコストも低いが、ＮＢタイプの液晶ディスプレイより視角が狭い。広範囲な視角で良好なコントラスト比を有するＮＷタイプの液晶ディスプレイが提供できれば、この長年の液晶ディスプレイ業界の要望を満たすことができる。
【００１０】
様々なタイプの液晶画素あるいは液晶セルが平面ディスプレイに広く使用されている。アクティブ・マトリックスのアドレス指定が、高解像度のフルカラー画像をこうしたディスプレイが提供することを可能にしている。通常の視角あるいはＯＮ軸視角（垂直０゜で、水平０゜の視角）で直接見る時、特に、セル・ギャップｄが第１透過最小値にセル・ギャップの厚さｄが合うようにした時、ＮＢ、ＮＷのどちらかのタイプの液晶ディスプレイは一般的に高品質出力を提供するが、視角を広げると画像の品質が低下し、コントラスト比が下がる。これは、多数の異方性液晶分子を有する液晶層により現れる異方性効果あるいは複屈折により液晶セルを操作することに原因がある。この材料は明確な単一の複屈折（つまり、通常の屈折率より大きな異常屈折率）である。この液晶材料の位相遅延効果は光線の入射角度自体で変化あるいは増大し、広い視角のときに低いコントラスト比と低い画像品質となる。しかし、液晶画素あるいはセルに光学補償部材（あるいは遅延素子）を導入することにより、不要の角度効果を訂正することが可能となり、他で可能なより通常および広い視角の両方での高いコントラストを維持することができる。
【００１１】
必要な光学補償あるいは遅延のタイプや配向は、使用されるディスプレイのタイプ、つまりＮＢタイプの液晶ディスプレイかＮＷタイプの液晶ディスプレイに部分的に依存している。
【００１２】
ＮＢタイプのツイスト・ネマティック液晶ディスプレイでは、ツイスト・ネマティック液晶材料が透過軸が互いに平行な偏光板の間に配置される。ＯＦＦ状態（液晶材料にしきい電圧Ｖthを上回る電圧をかけてない状態）では、バックライトからの通常の入射光は後方偏光板により初めに偏光され、画素あるいはセルを通過する際に、バフかけ域によって方向づけられた液晶材料のねじり角によってその偏光方向が回転させられる。ねじり角は、たとえば、約９０゜にセットされ、画素がＯＦＦ状態にある時に光は前方あるいは出力偏光板によって遮られるか吸収される。電極を介してＮＢタイプの画素に電圧をかけると、液晶分子は電界によりほぼ直線に並べられ、液晶材料のツイスト・ネマティック光学効果をなくす。この配向で、液晶層の光学分子軸はセル壁に直角である。そして液晶層は通常入射光に等方性を示し、偏光状態が液晶層による伝搬により変化しないようにねじり効果をなくして、光が出力偏光板を通過できるようにする。発光させるディスプレイの部分に可変電圧を選択的にかけてＮＢタイプの液晶ディスプレイに模様を描くことができる。
【００１３】
再度、ＮＷタイプの液晶ディスプレイのセルに関し、そのディスプレイ構造では、約８０゜から１００゜（最も望ましくは９０゜）のねじり角度を有するツイスト・ネマティックのセルを偏光板の間に設け、その偏光板は透過軸にほぼ直交しており、各偏光板の透過軸は各偏光板に隣接した液晶材料の界面域の液晶分子のバフかけ方向あるいは配向に平行（Ｐ−バフかけ）あるいは直角（Ｘ−バフかけ）のどちらかである。すなわち、ＮＷタイプのセルは、両偏光板の軸が互いにほぼ平行であるＰ−バフかけ、あるいは両偏光板の軸がほぼ直交するＸ−バフかけのどちらかとすることができる。
【００１４】
偏光板のこのＮＷ配向は上記のＮＢタイプの液晶ディスプレイとは光および暗闇の感度が逆になる。ＯＦＦあるいは励起してない（液晶材料にＶthを上回る電圧をかけてない）範囲はＮＷタイプの液晶ディスプレイでは、発光させる。
【００１５】
しかし、広い視角のときに光や色がつく表面上暗色の領域の問題が依然として生じ、上記した広い視角で低コントラスト比を作り出す。この広い視角でのＮＷタイプの液晶ディスプレイのコントラスト比の減少の理由は、ＮＢタイプの液晶ディスプレイでの問題の理由とは異なっている。ＮＷタイプの液晶ディスプレイでの励起した暗色域では、液晶分子は印加した電界で直線になる傾向がある。この直線化が完全であれば、セル内の全ての液晶分子はガラス基板あるいはセル壁にたいして普通の長軸を有する。励起状態では、ＮＷタイプのディスプレイは通常入射光に等方性を示し、それは交差した偏光板により遮断され、したがって画素あるいは副画素は暗色になる。
【００１６】
ＮＷタイプの液晶画素あるいはディスプレイでの広い視角によるコントラストの損失は、類似方向性液晶層はＯＦＦ軸あるいはＯＦＦ通常光に等方性を示さないことで主に起こる。液晶材料を通じてＯＦＦ通常角で方向づけられた光は、液晶層の異方性あるいは複屈折（ΔＮ）による２つのモードにより、光の入射角度で増加するこれらモード間の位相遅れをともなって伝搬する。この入射角依存の位相は偏光状態に楕円率を導入し、その偏光状態はＮＷタイプのセルで前方偏光板あるいは出口偏光板による不完全な光の吸収あるいは遮断により、光の洩れを発生させる。ＮＷタイプのシンメトリにより、複屈折は方位角依存性を有しない。
【００１７】
従って、ＮＷタイプの液晶ディスプレイで必要なことは光学補償部材あるいは遅延部品である。この光学補償部材あるいは遅延部品は、本来の光の偏光状態に復帰させる位相遅れを作りだし、ＯＮ状態の出力偏光板により光を遮蔽できるようにする。ＮＷタイプの液晶ディスプレイに対する光学補償部材あるいは遅延部品は公知であり、例えば米国特許公報USP.No. 5,184,236； 5,196,953； 5,138,474； 5,071,997等に記載があり、これらは本願の引例とする。上記、USP.5,071,997に記載のポリイミドおよびコポリイミドはＮＷタイプの液晶ディスプレイの負の複屈折遅延部材として使用可能であり、引っ張りを使用しなくても所望の負の複屈折値にすることができると言われている。USP.5,071,997に記載のポリイミド遅延膜は単軸であるが、光学軸は膜の面に直角なＺ方向に配向されている。
【００１８】
ＮＷタイプの液晶ディスプレイで使用される遅延膜あるいは遅延板は、ほとんど負の複屈折値を有する。しかし、ある場合には、正の複屈折値を有する遅延膜をＮＷタイプの液晶ディスプレイと組み合わせて使用する。この例は米国特許公報USP.No. 5,184,236であり、以下詳細に説明する。
【００１９】
図１は従来のＮＷタイプのライト・バルブ画素のコントラスト比曲線のグラフである。図１に示したコントラスト比曲線用のライト・バルブは、第１方向を規定する透過軸を有する後方偏光板と、第１方向とほぼ直角な第２方向を規定する透過軸を有する前方あるいは出口偏光板と、５．８６μｍのセル・ギャップｄを有する液晶材料と、第２方向に配向した後方バフ域、および第１方向に配向した前方バフ域等を有する。図１のグラフをプロットした時、温度は３４．４℃であった。この画素は遅延手段を含んでいない。図１に関する上記パラメータは図２および図３にも適用可能である。
【００２０】
図１のグラフは６．８Ｖの駆動電圧ＶON、および０．２ＶのＶOFFを使用してプロットした。図１から分かるように、１０：１コントラスト比曲線は垂直視界軸０゜に沿って、水平角約−４０゜と＋３８゜にのみ広がっている。同様に、３０：１コントラスト比曲線は垂直視界軸０゜に沿って、水平角約±３０゜にのみ広がっている。このグラフはＮＷタイプの液晶ディスプレイによる問題、つまり、その広い水平、垂直視角でのコントラスト比が明らかに低いという問題を示している。
【００２１】
図２は図１に関して説明したＮＷタイプのライト・バルブ画素のコントラスト比曲線のグラフである。しかし、図２では５．０Ｖの駆動電圧ＶON、および０．２ＶのＶOFFを使用してプロットした。同様に、温度は３４．４℃であった。図１と図２のグラフを比較して明らかなように、液晶材料にかけた電圧が下がると、図２のようにコントラスト比曲線は水平方向に広がり、垂直方向で縮まる。図２の１０：１コントラスト比曲線は垂直軸０゜に沿って、図１ではトータルで７８゜にたいして８５゜に広がっている。また、図２の３０：１コントラスト比曲線は垂直軸０゜に沿って、図１ではトータルで５８゜にたいして６７゜に広がっている。垂直視角に関しては、図２の水平０゜視角軸にそった１０：１および３０：１のコントラスト比曲線は負の垂直域に広がっていない。図１では負の垂直域に広がっている。従って、図１から図３のＮＷタイプのライト・バルブは広い視界での望ましいコントラスト比より低い値を有しているが、液晶材料に印加する電圧が下がればコントラスト比は水平にも垂直にも拡大する。
【００２２】
図３は図１、図２のライト・バルブ画素について駆動電圧対強度のプロットであり、画素のグレー・レベル特性を示している。種々の曲線は垂直軸０゜に沿った−６０゜から＋６０゜の水平視角を示している。
【００２３】
液晶ディスプレイのグレー・レベル特性は非常に重要である。従来の液晶ディスプレイは約８から６４の異なった駆動電圧を用いている。異なった駆動電圧はグレー・レベル電圧と呼ばれる。画素やディスプレイを透過する光の強度は駆動電圧に影響を受ける。したがって、グレー・レベル電圧は異なった色の異なった色調を発生させ、これら色調を互いに混ぜて異なった色を作るために使用される。望ましくは、ＮＷタイプの液晶ディスプレイでは駆動電圧が高い程、透過光の強度が低くなり、同様に、駆動電圧が低い程、ＮＷタイプの液晶ディスプレイの望ましい形からの放射光の強度が高くなる。ＮＢタイプの液晶ディスプレイでは逆である。従って、複数のグレー・レベル駆動電圧を使用することにより、ＮＷタイプあるいはＮＢタイプのどちらかの液晶ディスプレイ画素を操作して所望の光強度を放射させることができる。グレー・レベルＶONはＶthより大きく約５．０から６．５Ｖ以下である。
【００２４】
ＬＣＤのグレー・レベル強度特性はディスプレイの駆動電圧に影響される。ＮＷタイプの液晶ディスプレイのグレー・レベル特性では、画素から放射される光の強度が駆動電圧が上昇するにつれ連続的かつ単調に減少する強度対駆動電圧曲線を有することが望ましい。すなわち、６．０Ｖでの強度は５．０Ｖでの強度より小さく、同様に、５．０Ｖでの強度は４．０Ｖでの強度より小さく、４．０Ｖでの強度は３．０Ｖでの強度より小さく、３．０Ｖでの強度は２．０Ｖでの強度より小さく、等々、というように画素のグレー・レベル特性を有することが望ましい。この広い視角にわたる良好なグレー・レベル曲線は、画素からの放射強度を容易に制御できる。
【００２５】
再度図３にもどり、図１、図２の従来の遅延膜のないライト・バルブ画素についての強度対駆動電圧曲線は、約３．２Ｖをこえる電圧を有する曲線域に存在する逆転山があるので望ましくはない。この「逆転山」という用語は、駆動電圧が約１．６Ｖから３．０Ｖの範囲で増加する際に強度曲線が単調に低下するが、駆動電圧が約３．２Ｖで複数の視角曲線の強度が、駆動電圧が約３．２Ｖから６．８Ｖと増加すると上昇し始める。駆動電圧が増加すると強度が上昇することは「逆転山」として知られている。図３の逆転山は立ち上がり転のみ有するが、この逆転山は立ち上がり、立ち下がり位置の両方を含むことが多い。図３の複数の水平視角についての逆転山の存在は、たとえば１．６Ｖと３．０Ｖ間のグレー・レベル電圧が増大するにつれ、画素からの放射強度が減少することを意味する。しかし、約３．０Ｖを超えるグレー・レベル電圧が３．２Ｖから６．８Ｖまで増加すると、画素の放射強度は増大する。これは望ましくない。完全な駆動電圧対強度の曲線はグレー・レベル駆動電圧の増加につき強度が低下することである。これと反対に、逆転山はある視角について約３．２Ｖを上回るグレー・レベル駆動電圧の各増加にたいしてライト・バルブ画素からの放射強度の増加を意味する。従って、液晶ディスプレイおよびその画素が全くあるいはほとんど逆転がなく提供できるなら、当業界で長らく期待していたものを満たせる。つまり、駆動電圧の増大にたいし強度の上昇が小さければ小さいほど良い。
【００２６】
図４は、米国特許公報USP.No. 5,184,236に記載のＮＷタイプの液晶ディスプレイ装置の光学構成を示す概略説明図である。図示のように、このＬＣＤは後方偏光板１１１、後方遅延板あるいは遅延膜１１３、Ａ0方向に配向した後方配向あるいはバフかけ域と、Ａ1方向に配向した前方配向あるいはバフかけ域との間にサンドイッチした液晶材料を有する液晶セル１１９と、前方遅延膜１１４、そして前方偏光板１１２とを有する。
【００２７】
後方偏光版１１１は液晶層１１９の光の入射側に設けられ、前方あるいは出口偏光板１１２は液晶層１１９の光の出口側に設けられ、後方遅延幕１１３はその液晶層と後方偏光板１１１の間に設けられ、前方遅延幕１１４はその液晶層と前方偏光板１１２の間に設けられている。この従来のＮＷタイプのディスプレイは、後方偏光板透過軸Ｐ1が後方配向方向Ａ0に平行なのでＰ−バフかけをしたもので、前方偏光板の透過軸Ｐ2は前方配向方向Ａ1に平行である。
【００２８】
液晶層１１９のパラメータΔＮ・ｄは４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲に設定される。米国特許公報USP.No. 5,184,236に記載の液晶材料は、その文献に説明されているように左旋性である。液晶層１１９の入射側の後方配向膜の並び方向は、液晶セルの側面にたいして約４５°傾けたラビング方向Ａ0である。液晶層１１９の前方配向膜の並び方向は配向方向Ａ1であり、これは液晶層１１９の後方配向膜の配向方向Ａ0から反時計方向に約９０°回転したものである。それゆえ、対向する配向膜に挟まれた液晶層１１９はほぼ９０゜ねじられる。液晶分子の予備傾斜角は約１゜である。
【００２９】
後方直線偏光板１１１は配向方向Ａ0に平行な透過軸Ｐ1を有し、いっぽう、前方偏光板１１２は前方配向方向Ａ1に平行な透過軸方向Ｐ2を有する。前方および後方偏光板１１２、１１１の透過軸は互いに直交し、ＮＷタイプの液晶ディスプレイを形成する。後方遅延板あるいは膜１１３は、その光学軸Ｒ1が後方ラビング方向Ａ0に平行か９０゜で交差するように配置されている。前方遅延膜１１４は、その光学軸Ｒ2がラビング方向Ａ1に平行か９０゜で交差するように配置されている。これらの遅延膜１１３、１１４は等しい遅延値（ｄ・ΔＮ）を有するように形成される。ｄは遅延膜の厚さ、ΔＮは遅延膜の異方性あるいは複屈折値である。この遅延膜１１３、１１４の遅延値は３００から４００ｎｍの範囲に設定されている。この前方、および後方遅延膜は、例えば、ポリカーボネートあるいはポリビニル・アルコールなどの同じ材料で形成され、その外面はトリアセチル・セルロースなどで作った保護膜で覆われるのが望ましい。
【００３０】
図４の従来装置の配向方向あるいはバフかけ方向は「６時方向のバフかけ」である。「６時方向のバフかけ」という言葉の意味は、後方配向方向Ａ0と前方配向方向Ａ1が図５のＡからＤに示したグラフの６時方向域の広げられた範囲を有する視野を提供する方向に配向させることである。つまり、配向方向Ａ0は図４に示したように左上から右下に向かい、配向方向Ａ1は左下から右上へ向かうので、得られる視界は垂直視角軸０゜より下の負の垂直域で、図５のＡからＤに示すように良好なコントラストを有する。これは「６時方向のバフかけ」という表現によって示されることである。
【００３１】
あるいは、配向方向Ａ0が右下から左上に向かい、配向方向Ａ1は右上から左下へ向かうなら、図４のディスプレイは「１２時方向のバフかけ」が行われ、負の垂直視角に代わり正の垂直視角で良好なコントラスト比を有する視野を提供する。図４、図５Ａ−Ｄの６時方向のバフかけをしたＬＣＤは、垂直の視角０゜より上の正の垂直視野と反対の垂直の視角０゜より下の負の垂直視野において良好なコントラスト比を有する視野を示している。
【００３２】
図４の従来の液晶ディスプレイにおいて、コントラスト比は、液晶層１１９のｄ・ΔＮの値が５１０ｎｍに設定され、両遅延膜１１３、１１４の遅延値が３５０ｎｍ（波長が５８９ｎｍの光により測定された値）に設定される時、遅延膜配向の４つの考えられるケースについて図５のＡからＤで測定する。この４つのケースは以下のとおりである。
【００３３】
図５のＡは、両遅延膜１１３、１１４の光学軸が後方ラビング方向Ａ0に平行に設けられたケースを示している。Ａ−Ｄの外側の実線のコントラスト比曲線はコントラスト比１０：１を示している。内側の点線のコントラスト曲線はコントラスト比１００：１を示している。中間の一点鎖線の曲線はコントラスト比５０：１を示している。さらに、図５のＡ−Ｄのグラフでは、各円は視角を１０゜づつ変化させたものを示している。すなわち、グラフの中心は垂直０゜、水平０゜の視角で、中心より外側にむかって順番に、１０゜、２０゜、…である。図５のＡから分かるように、コントラスト比１０：１の曲線は垂直０゜の視角軸に沿って約−３７゜と＋４０゜に水平に広がり、水平視角軸０゜に沿って約１５゜垂直に上方へ広がっている。
【００３４】
図５のＢは、後方遅延膜１１３の光学軸Ｒ1が配向方向Ａ0に平行に設けられ、前方遅延膜１１４の光学軸Ｒ2がラビング方向Ａ0に直角に設けられたケースを示している。Ｒ1方向は後方偏光板の軸Ｐ1に平行であり、Ｒ2は前方偏光板の軸Ｐ2に平行である。図５のＢから分かるように、１０：１コントラスト比曲線は水平視角軸０゜に沿って垂直に約１５゜にだけ広がっている。また、５０：１コントラスト比曲線は水平視角軸０゜に沿って垂直に約５゜にだけ広がっている。
【００３５】
図５のＣは、後方遅延膜１１３および前方遅延膜１１４の光学軸が互いに平行に配置され、後方ラビング方向Ａ0に９０゜で交差するように設けられたケースを示している。図５のＣから分かるように、１０：１コントラスト比曲線は水平視角軸０゜に沿って垂直に約１５゜にだけ上方に広がっている。また、１０：１コントラスト比曲線は垂直視角軸０゜に沿ってトータルで約７５゜−８０゜広がっている。
【００３６】
図５のＤは、後方遅延膜１１３の光学軸Ｒ1がラビング方向Ａ0に９０゜で交差するように設けられ、前方遅延膜１１４の光学軸Ｒ2が後方配向方向Ａ0に平行に設けられたケースを示している。図５のＤから分かるように、１０：１コントラスト比曲線は水平視角軸０゜に沿ってトータルで約６０゜−６５゜広がっている。また、１０：１コントラスト比曲線は水平視角軸０゜に沿って垂直に約＋１５゜上方にだけ広がっている。
【００３７】
ＬＣＤの視野を調整するために遅延膜を回転させることは従来より公知であった。たとえば、米国特許公報USP.No. 5,184,236は、２枚の遅延膜を液晶材料の片側に設けた場合にその遅延膜の光学軸を±１５゜以下回転させることを教示している。遅延膜の光学軸を、視野を調整する目的で時計方向あるいは反時計方向のどちらかに回転させる。しかし、この従来技術の遅延膜を回転させる時、視野のシンメトリが歪み、水平視角軸０゜を中心としたシンメトリのない視野となる。さらに、この従来技術は、液晶材料を挟んだ後方遅延膜と前方遅延膜からディスプレイが構成される時に、ディスプレイ視野の位置調整を目的として後方遅延膜と前方遅延膜の一方あるいは両方を回転することについて教示していない。
【００３８】
図６は、本発明のＬＣＤに関する水平視角および垂直視角と、従来のＬＣＤに記載の水平視角φおよび垂直視角θとの角度関係を示している。同図における＋Ｘ、＋Ｙ、＋Ｚ軸も他の図において定義されている。さらに、水平視角（Ｘang）および垂直視角（Ｙang）は以下に示した式により従来のＬＣＤに記載の水平視角φおよび垂直視角θに変換できる。
【００３９】
ｔａｎ（Ｘang）＝ｃｏｓ（φ）・ｔａｎ（θ）
ｓｉｎ（Ｙang）＝ｓｉｎ（φ）・ｓｉｎ（θ）
あるいは、
ｃｏｓ（θ）＝ｃｏｓ（Ｙang）・ｃｏｓ（Ｘang）
ｔａｎ（φ）＝ｔａｎ（Ｙang）÷ｓｉｎ（Ｘang）
【００４０】
図７から図１０はセル・ギャップｄが５．７０μｍのＮＷタイプの液晶ディスプレイを示すコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線図である。このディスプレイは第１方向の透過軸を有する後方偏光板と、その第１方向と平行な光学軸を有する後方遅延膜と、第１方向に直角に配向した後方バフかけゾーンと、第１方向に平行に配向した前方バフかけゾーンと、第１方向と直角な光学軸を有する前方遅延膜と、第１方向と直角な透過軸を有する前方あるいは出口偏光板とから構成する。この遅延膜は正の複屈折単軸タイプのものである。図７から図１０のＬＣＤは従来技術のものではないが、後述する本発明の実施例との比較のために使用するものである。
【００４１】
図７は、使用光の波長が６３０ｎｍの赤色で、ＶONが６．８Ｖ、ＶOFFが０．９ＶであるＮＷタイプの液晶ディスプレイを示すコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線図である。図７から図１０のＬＣＤ前方、後方の両遅延膜の遅延値は３２０ｎｍであった。図７から分かるように、１０：１コントラスト比曲線は垂直視角軸０゜に沿って水平角約−４０゜から＋４０゜に広がっており、１０：１のコントラスト比の垂直視角軸０゜にそったトータルな視野は約８０゜と定義することができる。
【００４２】
図８は図７と同様なコンピュータ・シミュレーションのグラフである。その違いは、図８におけるパラメータのＶONが５．０Ｖである。ＶONの低下は垂直視角軸０゜を中心とした視野の上方移動を招くことが分かる。また、ＶONの低下は視野の垂直方向の縮みとなる。
【００４３】
図９は図７と同様なコンピュータ・シミュレーションのグラフであり、前方、後方の両遅延膜の遅延値は３２０ｎｍで、パラメータのＶONが６．８Ｖである。その違いは、図９では５５０ｎｍの緑色波長を使用した。図７の赤色波長に対して緑色波長の高いコントラストの理由は、赤色波長に対するよりも緑色波長に対する第１透過最小値にセル・ギャップ５．７０μｍがほぼ一致していることによる。従って、緑色波長は視野の中心で高いコントラスト比を示す。また、図９の１０：１コントラスト比曲線は垂直視角軸０゜にそってトータルに約７５゜の水平方向の広がりを持つ。
【００４４】
図１０は図７と同様なコンピュータ・シミュレーションのグラフであり、前方、後方の両遅延膜の遅延値は３２０ｎｍで、４８０ｎｍの青色波長を使用した。図１０の１０：１青色コントラスト比曲線は垂直視角軸０゜にそってトータルに約７５゜の水平方向の広がりを持つ。この青色コントラスト比の視野は赤色波長に関する図７で見られたより僅かに上方へずれている。
【００４５】
図１、２、および７乃至１０のコントラスト比曲線から分かるように、広い垂直、水平視角に広がるコントラスト比曲線を有する視野を持つＮＷタイプの液晶ディスプレイが提供できるのことが非常に望ましい。
【００４６】
米国特許公報USP.No.4,984,874は、遅延値約３００ｎｍの前方、後方遅延膜を有する液晶ディスプレイ装置を開示している。前方、後方のバフかけゾーンを有する液晶層をその遅延膜の間に挟んでいる。後方遅延膜は、直線的に偏光した光を楕円的に偏光した光に変換するように機能し、一方、前方遅延膜は、液晶材料から出る楕円的に偏光した光を、前方あるいは出口偏光板に達する前に直線的に偏光した光に変換するように機能する。このUSP.No.4,984,874の液晶材料のねじり角度は約１８０゜から２７０゜である。
【００４７】
米国特許公報USP.No.5,107,356は、平行な透過軸を有する第１、第２偏光板を持つＮＢタイプの液晶ディスプレイを開示している。この特許の液晶材料は前方遅延膜と後方遅延膜に挟まれている。
【００４８】
Ｐ−パフかけしたディスプレイの液晶層の反対側に３００−６００ｎｍの遅延膜あるいは遅延板を設けることは公知であるが、この従来技術は所定範囲の視角にわたり高いコントラスト比を達成するために８０−２００ｎｍの遅延値を有する前方、後方の遅延膜を持つＮＷタイプのＸ−バフかけした液晶ディスプレイあるいは画素を提供することは開示していない。この従来技術は、また、ディスプレイの視野の中心位置を垂直視角軸０゜より下に移動させ、垂直視角軸０゜より上にある反転域から遠ざかるように、この後方、前方遅延膜の光学軸を対称に回転することは開示していない。
【００４９】
ここで使用された「時計方向」および「反時計方向」という用語は、ディスプレイに向かってユーザから見た場合である。
【００５０】
また、基板、偏光板、電極、ラビングあるいはバフかけゾーン、遅延膜、配向膜に使用した「後方」という語は、液晶材料への光の入射側を意味する。あるいは、ユーザの視点とは反対の液晶材料の側を意味する。
【００５１】
この明細書に記載のディスプレイおよびライト・バルブは特に明記しないかぎり、Ｘ−バフかけをしたものである。
【００５２】
同様に、基板、偏光板、電極、ラビングあるいはバフかけゾーン、遅延膜、配向膜に使用した「前方」という語は、ユーザの視点と同じ液晶材料の側にこれら部材があることを意味する。
【００５３】
図１乃至３、図７乃至４５のＬＣＤおよびライト・バルブは、室温で０．０８４の複屈折（ΔＮ）を有する左旋性液晶材料を有する。
【００５４】
「遅延値」という語は、遅延膜（板）のｄ・ΔＮを意味し、ｄは膜厚でありΔＮは膜の複屈折値（正あるいは負）である。
【００５５】
「内部」という語は、液晶材料に近い側の部材の側面、表面を意味する。
【００５６】
「ライト・バルブ」という語は、後方偏光板、後方遅延膜（他に特定しない場合）、後方透明基板、後方連続電極、後方配向膜、液晶層、前方配向膜、前方連続画素電極、前方基板、前方遅延膜（他に特定しない場合）、および前方偏光板をこの順に配列し、カラー・フィルタおよびＴＦＴのような駆動アクティブ・マトリックス回路の存在はない液晶ディスプレイ画素を意味する。
【００５７】
「コントラスト比」という語は、ＯＮ状態あるいは暗色状態のディスプレイあるいは画素を透過する光量に対するＯＦＦ状態あるいは白色状態のディスプレイあるいは画素を透過する光量の比率を意味する。
【００５８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、ディスプレイの視野が広い垂直方向および水平方向の視角で高いコントラスト比を有するＮＷタイプの液晶ディスプレイの必要性がある。また、ＮＷタイプの液晶ディスプレイの視野を０゜の垂直視角軸あるいはそれより上にある逆転域から離れた位置に中心を据える必要がある。
【００５９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による液晶ディスプレイは以下の構成を有する。複数の画素と、光入射用後方偏光板と、光出口用前方偏光板と、後方遅延膜と、前方遅延膜とを有し、前記複数の画素の各々は、一対の駆動電極と、その電極間に設けたツイスト・ネマティック液晶材料から成り、液晶材料は厚さｄで、ｄ・ΔＮの結果が約４００ｎｍ乃至５５０ｎｍとなる異方性ΔＮを有し、液晶材料はそれを通過する１以上の光の通常入射可視光線波長を約８０゜から１００゜にねじることが可能であり、前記後方偏光板は第１方向に配向された透過軸を有し、前記前方偏光板は上記第１方向にたいして第２方向に配向された透過軸を有し、それにより通常白色のディスプレイを形成し、前記後方遅延膜は前記後方偏光板と前記ツイスト・ネマティック液晶材料間に設けてあり、前記前方遅延膜は前記前方偏光板と前記液晶材料間に設けてあり、前記偏光板の透過軸と前記遅延膜の光学軸は、約１００゜以上の水平角スパンおよび約５５゜より大きい垂直角スパンにわたり少なくとも約１０：１の白色光コントラスト比を得られるように互いに配列したことを特徴とする。
【００６０】
本発明の望ましい形態では、約６．０Ｖをディスプレイにかける時に、約１２０゜以上の水平角スパン、および約６０゜を上回る垂直角スパンではコントラスト比が約１０：１以上が達成される。
【００６１】
本発明の別の望ましい形態では、上記コントラスト比約１０：１が達成され、一方、約８０゜以上の水平角スパン、および約３０゜の垂直角スパンでコントラスト比が約３０：１が同時に達成される。さらに、本発明の特に望ましい形態では、上記コントラスト比ばかりではなく、約８５゜の水平角スパン、および約３０゜の垂直角スパンで約５０：１のコントラスト比も達成される。こうした実施例では、（ｄ・ΔＮ）／λの結果は予め選択した波長λの単色の第１最小値におおよそ匹敵するようにディスプレイを設計することが望ましい。この単色は通常、赤色、緑色、青色であるが、他の色も必要により使用できる。
【００６２】
また、本発明は以下の構成によるＮＷタイプの液晶ディスプレイを提供することにより前記目的を達成する。すなわち、複数の画素を有するディスプレイは、通過する１以上の光の通常入射可視光線波長を約８０゜から１００゜にねじるツイスト・ネマティック液晶層と、前記液晶層の第１側の第１遅延膜と、前記液晶層の第２側の第２遅延膜とを有し、前記液晶層は該第１、第２遅延膜の間に設けられ、前記第１、第２遅延膜は各々単軸で、約８０乃至２００ｎｍの正あるいは負の遅延値を有し、前記遅延膜の透過軸は所定の視角域で高いコントラスト比を得るように互いに配列したことを特徴とする。
【００６３】
本発明の実施例では、第１、第２遅延膜は各々光学軸を有し、第１遅延膜の光学軸は第１方向を形成し、第２遅延膜の光学軸は第２方向を形成し、第１、第２方向は約７５゜から１００゜異なっている。
【００６４】
本発明の他の実施例では、ディスプレイはさらに前記第１遅延膜にほぼ隣接した第１偏光板と、前記第２遅延膜にほぼ隣接した第２偏光板とを有し、該第１、第２偏光板の間に前記第１、第２遅延膜を設けている。
【００６５】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、約６．０Ｖをかけた時にディスプレイは、垂直で約０゜、水平で±４５゜の視角で少なくとも約２０：１の白色光コントラスト比を有する。
【００６６】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、約６．０Ｖをかけた時にディスプレイは、垂直で約−２０゜、水平で±４０゜の視角で少なくとも約２０：１の白色光コントラスト比を有する。
【００６７】
また、本発明は以下の構成による液晶ディスプレイ用の画素を提供することにより前記目的を達成する。すなわち、第１方向に配向された透過軸を有する入射光用後方偏光板と、上記第１方向にたいして第２方向に配向された透過軸を有し、それにより通常白色のディスプレイを形成する光出口用前方偏光板と、前記後方偏光板とツイスト・ネマティック液晶材料間に設けた後方単一軸遅延膜で、前記液晶材料は１以上の通常入射の可視波長の光が通過する際にその可視光線を約８０゜から１００゜にねじり、前記前方偏光板と前記液晶材料間に設けた前方単一軸遅延膜とから成り、前記前方遅延膜および後方遅延膜は正の複屈折値を有し、また、約８０ｎｍ乃至２００ｎｍの遅延値を有し、前記偏光板の透過軸と前記遅延膜の光学軸は所定の視角範囲にわたり高コントラスト比を得られるように互いに配列したことを特徴とする。
【００６８】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、画素に約６．０Ｖをかけた時に白色コントラスト比が、（i）垂直０゜、水平−４０゜、（ii）垂直０゜、水平３０゜、（iii）垂直２５゜、水平０゜、（iv）垂直−５゜、水平±２５゜の視角で少なくとも約３０：１であることを特徴とする。
【００６９】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、画素に約６．０Ｖをかけた時に白色コントラスト比が、（i）垂直０゜、水平±６０゜、（ii）垂直３０゜、水平０゜、（iii）垂直−１５゜、水平±３０゜の視角のうちどれかで少なくとも約１０：１であることを特徴とする。
【００７０】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、約８０゜乃至１００゜の角度は、後方および前方遅延膜の光学軸間で形成される。また、本発明のさらに別の望ましい実施例では、約８５゜乃至９０゜の角度は、後方および前方遅延膜の光学軸間で形成される。
【００７１】
また、本発明は以下の構成による液晶ディスプレイを提供することにより前記目的を達成する。すなわち、垂直視角軸０゜より下にほぼ中心とした視野を有する液晶ディスプレイは、第１方向を形成する透過軸を有する第１偏光板と、第２方向を形成する透過軸を有し、該第１方向と第２方向は互いにほぼ直交して、それにより通常白色のディスプレイを形成する第２偏光板と、光学軸を有し、約８０ｎｍ乃至２００ｎｍの正あるいは負の遅延値を有する第１遅延膜と、光学軸を有する第２遅延膜で、ツイスト・ネマティック液晶層を前記第１遅延膜と該第２遅延膜の間に設け、前記液晶層は１以上の通常入射の可視波長の光が通過する際にその可視光線を約８０゜から１００゜にねじり、前記第１、第２遅延膜の光学軸はその間の角度δを約７０゜乃至８９゜の範囲で形成し、約５．０乃至７．０Ｖの電圧をかけた時に、垂直視角軸０゜より下にほぼ中心とし、垂直視角軸０゜より上にある逆転域からはなれた視野を有するディスプレイを形成したことを特徴とする。
【００７２】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、第１、第２遅延膜の光学軸間の角度δは約７５゜乃至８７゜であり、０゜の垂直視角軸より上にある視角の逆転を避けるように高コントラストの視野を位置決めし、かつ中心出しをおこない、前記遅延膜は単軸で正の複屈折である。
【００７３】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、第１遅延膜の光学軸と第１偏光板の透過軸は、約１．５゜乃至７．５゜の角度θ１をその間に形成する。
【００７４】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、第２遅延膜の光学軸と第２偏光板の透過軸は、約１．５゜乃至７．５゜の角度θ２をその間に形成する。
【００７５】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、角度θ１とθ２はほぼ等しく、水平視角軸０゜を中心としてほぼ対称の高コントラスト視野を形成する。
【００７６】
また、本発明は以下の方法により前記目的を達成する。すなわち、逆転域からはなれた中心決めした位置に液晶ディスプレイの高コントラストの視野を移動させる方法は、ａ）第１方向を形成する透過軸を有する第１偏光板を持つ液晶ディスプレイを提供するステップと、ｂ）第２方向を形成する透過軸を有する第２偏光板を持つディスプレイを提供するステップと、ｃ）１以上の通常入射の可視波長の光が通過する際にその可視光線を約８０゜から１００゜にねじるツイスト・ネマティック液晶層の反対側に前記第１、第２偏光板をそれぞれ位置決めするステップと、ｄ）ほぼ同じ遅延値を有する正の複屈折単軸の第１、第２遅延膜を前記液晶層の反対側にそれぞれ位置決めし、前記第１遅延膜は第１偏光板にほぼ隣接し、前記第２遅延膜は第２偏光板にほぼ隣接するようにしたステップと、ｅ）前記第１偏光板にたいして前記第１遅延膜の光学軸を配向させ、その間に角度θ１を形成するステップと、ｆ）前記第２偏光板にたいして前記第２遅延膜の光学軸を配向させ、その間に角度θ２を形成するステップと、ｇ）垂直視角軸０゜より下にディスプレイの最高コントラスト視野の中心を設定するように、前記角度θ１とθ２の値を選択するステップを有し、よって垂直視角軸０゜より上にある逆転域からはなれた最高コントラストの視野を位置決めし、中心出しする。
【００７７】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、前記角度θ１とθ２は約３゜から５゜の範囲となるように選択される。
【００７８】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、前記角度θ１とθ２は約２゜から１０゜の範囲となるように選択される。
【００７９】
本発明のさらに別の望ましい実施例では、前記遅延膜は単軸であり、負の複屈折を有する。
【００８２】
【実施例】
図１１は本発明による第１実施例の光学構成部品を示し、その各々の配向を示す概略図である。図１１に示したこの実施例のＮＷタイプのＸ−バフかけしたＬＣＤ（または画素）は、液晶層５の光入射側に設けた後方直線偏光板１、液晶層５の光出口側に設けた出口あるいは前方直線偏光板９、液晶層と後方偏光板１との間に設けた後方遅延膜または遅延板３、および液晶層と前方偏光板９との間に設けた前方遅延膜または遅延板７から成る。この実施例の遅延膜は単軸で正の複屈折（ΔＮ）値を有するのが望ましい。本発明のこの実施例で有用な単軸で正の複屈折遅延膜は市販されており、例えばNitto Corp.,（日本）、あるいはNitto Denko America, Inc., New Brunswick,（米国、ニュージャージー州）により販売されているモデル番号ＮＲＦ−ＲＦ１２０の１２０ｎｍ遅延膜などがある。
【００８３】
さらに、二軸遅延膜が、例えば、Allied Signal Corporationから入手可能であり、負の複屈折単軸／二軸の可溶性ポリイミド遅延膜がアクロン大学から入手可能であり、本発明の実施例に使用できる。
【００８４】
通常、入射光１１は、例えば米国特許公報USP.No.5,161,041に示されているように従来のバックライト・システムから後方直線偏光板１に向けられている。液晶材料５はツイスト・ネマティックのタイプが望ましく、通常入射の可視波長光が液晶材料５を通過する際に少なくとも、約８０゜から１００゜（最ものぞましくは約９０゜）にねじる。液晶層による「ねじり」の量は、通過する光の波長、液晶層５の厚さｄ、液晶層の複屈折値、後方および前方バフかけゾーンの配向等に依存する。液晶材料あるいは液晶層は約４．５から６．０μｍの厚さ、および室温で０．０８４の複屈折値が望ましい。
【００８５】
後方遅延膜３と液晶層５の間に後方配向膜２１を設け、該配向膜２１はＢ1方向に配向した配向軸あるいはバフかけ域を有する。Ｂ1方向に配向した後方配向膜２１は、後方配向膜に隣接した液晶層の分子をこのＢ1方向に整列させる役目をする。図１１のディスプレイは、配向方向Ｂ2を有する前方配向膜２２あるいはバフかけ域も有する。前方配向膜のＢ2方向は後方配向膜のＢ1方向にほぼ直角であることが望ましい。後方配向膜を有する場合、前方配向膜の目的は液晶層５とＢ2方向の前方配向膜との界面に沿って液晶の分子を整列させることである。後述するように、Ｂ1方向の後方配向膜は右下から左上に整列させられ、前方配向方向Ｂ2は右上から左下に配向させられており、図４で示した米国特許公報USP.No.5,184,236のバフかけ方向と混乱しないようにする。これら２枚の配向膜の整列の効果は液晶層に約８０゜から１００゜（最も望ましくは約９０゜）のねじりを与えることである。
【００８６】
後方直線偏光板１は、透過軸ＰRが前方配向膜の配向方向あるいはバフかけ方向Ｂ2とほぼ平行になるように配置する。前方偏光板９は、その透過軸ＰFが後方偏光板１の透過軸ＰRとほぼ直角になるように配置する。後方偏光板１の透過軸ＰRはその隣接した配向膜２１の配向方向Ｂ1にほぼ直角で、これは交差したバフかけ（つまり、Ｘ−バフかけ）を意味する。Ｐ（平行）バフかけは、各々の偏光板に隣接したバフかけ膜のバフかけ方向が偏光の方向に平行であることを意味する。前方、後方の両偏光板の透過軸のこの配列も、光が前方直線偏光板９から出る際にＮＷタイプのツイスト・ネマティック液晶ディスプレイ・セルを形成し、ディスプレイがＯＦＦ状態にある時にユーザの視点１５で観察できる。
【００８７】
この実施例は、「Ｘ−バフかけ」の構成が「Ｐ−バフかけ」配向に対して優れた結果をもたらすので「Ｘ−バフかけ」光学構成を利用する。しかし、「Ｐ−バフかけ」の構成も本発明の実施例に利用可能である。
【００８８】
後方遅延膜３は単軸タイプが望ましいが、必ずしも単軸タイプである必要はなく、後方偏光板１の透過軸ＰRにほぼ平行な方向に向けられた光学軸ＲRを有する。また、後方遅延膜の光学軸ＲRは後方配向膜のＢ1方向にほぼ直角の方向に配置してある。後方遅延膜３の遅延値（ｄ・ΔＮ）は、望ましくは約８０から２００ｎｍの範囲、より望ましくは約１００から１６０ｎｍの範囲、最も望ましくは約１２０から１４０ｎｍの範囲である。
【００８９】
前方および後方遅延膜は、本発明のこの実施例あるいは他の実施例で液晶材料から等しい距離はなれて位置させることが望ましい。
【００９０】
前方遅延膜７は後方遅延膜３に対して液晶層５の反対側に位置させ、単軸であることが望ましい。前方遅延膜７の光学軸ＲFは、前方偏光板９の透過軸ＰFにほぼ平行な方向に配向させることが望ましい。また、前方遅延膜７の光学軸ＲFは前方配向膜の配向方向Ｂ2にほぼ直角の方向に配向させるのが望ましい。ここで使用する「ほぼ平行」および「ほぼ直角」という語は後方および前方遅延膜の光学軸の配向を規定するためにのみ使用するのではなく、遅延膜の軸が特に特定しなければ約±１０゜内で配置させることを意味する。
【００９１】
前方遅延膜７の遅延値は後方遅延膜３の値と同一が望ましい。すなわち、前方遅延膜７の遅延値（ｄ・ΔＮ）は、望ましくは約８０から２００ｎｍの範囲、より望ましくは約１００から１６０ｎｍの範囲、最も望ましくは約１２０から１４０ｎｍの範囲である。
【００９２】
本発明で教示するように約８０から２００ｎｍの遅延膜を使用する利点は、広い視野が得られること、および、視野をゆがめることなく逆転域から垂直方向に視野を移動させる能力が得られることである。
【００９３】
また、後方および前方遅延膜の遅延値は、視野を０゜の水平視角軸を中心としてほぼ対称に形成するように同じとするのが望ましい。遅延膜３と７の遅延値の差を大きくするほど、０゜の水平視角軸を中心とした視野の対称性の損失が大きくなる。これは本発明のある実施例では望ましいものとなる。
【００９４】
従来のバックライト・システムからの通常に入射する白色光１１は図１１に示されたＮＷタイプの液晶ディスプレイ、および後方直線偏光板１とその透過軸ＰRに向けられる。この後方偏光板１はその白色光１１を直線的にＰR方向に偏光する。偏光の後、光は約８０から２００ｎｍの範囲のある遅延値を有する後方遅延膜３に向かい、通過する。遅延膜３の透過およびその光学軸ＲRの影響を受けた後、光は配向方向Ｂ1を有する後方配向膜を進み、液晶層５に入る。そこを進む時、ツイスト・ネマティック液晶材料は白色光を約８０゜から１００゜、望ましくは約９０゜ねじる。
【００９５】
液晶層５の前方面に沿って分子がＢ2方向に整列された液晶層５を出た後、光はカラー・フィルタ（図示せず）を通って前方遅延膜７に向かい、通過する。カラー・フィルタは、例えば、赤色、緑色、青色、白色、あるいは本発明の引例としてあげた米国特許公報USP.No.4,632,514で教示されたようにその組合せでもよい。
前方遅延膜７を通過し、その光学軸ＲFに影響された後、光は前方偏光板９に進む。液晶ディスプレイが励起されていない状態、あるいはＯＦＦ状態（閾値Ｖthを上回る電圧が液晶材料にかけられていない状態）の時、ねじられた光は前方偏光板９を通過し、ディスプレイは白色、あるいは有色に輝いて見える。一方、液晶ディスプレイが励起されている状態、あるいはＯＮ状態（閾値Ｖthを上回る電圧が液晶材料にかけられている状態）の時、光は前方偏光板９により電圧に応じた範囲で遮光され、ディスプレイはユーザに暗く見える。
【００９６】
液晶材料の各々の側に設けた電極は従来技術に基づくものであり、簡略化のために図１１から図１３では図示していない。
【００９７】
図１２は本発明の第１実施例の偏光板、遅延膜、配向膜の各軸間の角度関係を示した図である。図１２および図１３は液晶ディスプレイのユーザ側視点からの概略図である。図１２に示したように、前方偏光板の透過軸ＰF、前方遅延膜の光学軸ＲF、後方配向膜の配向方向Ｂ1が互いにほぼ平行である。また、後方偏光板の透過軸ＰR、後方遅延膜の光学軸ＲR、前方配向膜の配向方向Ｂ2も互いにほぼ平行である。したがって、図１２で示されているように約９０゜の角度がこの２グループ間で形成されている。望ましくは、本発明の第１実施例の図１２に示した角度構成が０゜の垂直視角軸あるいはこの図を見ている読者を中心としてほぼ対称の視野を提供する。
【００９８】
図１２、図１３には＋Ｘと＋Ｙ方向が示されており、＋Ｚ方向は図面から読者に向けて出てくる方向である。
【００９９】
図１３は本発明の別の実施例の上記光学方向間の角度関係を示した概略図である。この実施例では、後方、前方の両遅延膜３、７の光学軸は、その形状をほぼ維持しながら０゜の垂直視角軸より下の位置にディスプレイの視野の中央部を移動するように負の方向に対称的に回転させる。図１３の実施例は、遅延膜の光学軸の配向を除いて第１実施例で説明したものと同じパラメータを使用している。第１実施例のように、この実施例の前方偏光板と後方偏光板の透過軸ＰFとＰRは約９０゜をその間に形成する。また、Ｂ1とＢ2方向は互いにほぼ直角であり、前方偏光板と後方偏光板の透過軸ＰFとＰRに対してそれぞれほぼ平行である。
【０１００】
第１実施例とこの実施例の違いは、図１３に示す実施例における後方遅延膜の光学軸ＲRが、後方偏光板の透過軸と後方遅延膜の光学軸ＲR間に角度θ１を形成するように回転させている。また、この実施例の前方遅延膜の光学軸ＲFも、前方偏光板の透過軸ＰFと前方遅延膜の光学軸ＲF間に角度θ２を形成するように回転させている。
【０１０１】
図１３に示したように、後方遅延膜の光学軸ＲRはＰRおよびＢ2方向に対して時計方向に回転させ、一方、前方遅延膜の光学軸ＲFはＰFおよびＢ1方向に対して反時計方向に回転させてある。のぞましくは、図１３の角度θ１、θ２は互いにほぼ等しく、水平視角軸０゜を中心にほぼ対称となるＮＷタイプの液晶ディスプレイ用の視野を形成する。前方遅延膜の光学軸ＲFが反時計方向に回転させられ、後方遅延膜の光学軸ＲRが時計方向に同程度回転させられているので、この実施例のディスプレイは対称的に負の方向に回転させた遅延膜を有していると言える。この「対照的」という語は、角度θ１、θ２が互いにほぼ等しいことを意味する。例えば、図１３のＮＷタイプの液晶ディスプレイが−８゜対称的に回転した後方、前方遅延膜の光学軸を有するなら、角度θ１、θ２はそれぞれ約４゜である。それゆえ、この実施例の遅延膜が対称的に−８゜回転させられている時、ＲR、ＲF方向間の角度δは約８２゜となる。後方、前方遅延膜の光学軸が−４゜対称的に回転させたなら、角度θ１、θ２はそれぞれ約２゜であり、後方、前方遅延膜の光学軸間の角度δは約８６゜となることは明らかである。
【０１０２】
後方、前方遅延膜の光学軸ＲR、ＲFを回転させる目的は、視野の中央位置をその形状を維持したまま垂直方向に移動させるためである。液晶ディスプレイ技術分野では、様々なユーザが視野の位置などのような様々な特性を要求することが多い。そうした様々な要求により、単に、後方、前方遅延膜の光学軸を回転させることにより、ユーザの好みに合わせて視野を垂直方向に移動することができるディスプレイが望ましい。遅延膜の光学軸ＲR、ＲFを対称的に所定の負の範囲に回転させることにより、視野はその形状がほぼ維持されたまま０゜の垂直視角軸より下の中央位置で、０゜の垂直視角軸より上の逆転域から離れて移動させられる。この視野の移動は、この実施例および他の実施例に関する図面を用いて以下、詳細に説明する。
【０１０３】
図１３の実施例は、後方、前方遅延膜の光学軸を対称に所定の正の値に回転させる状態である。光学軸ＲR、ＲFを、例えば＋６゜対称に回転させる時には、光学軸ＲRはＰRとＢ2方向に対して反時計方向に３゜回転させ、同時に遅延軸ＲFはＢ1とＰF方向に対して時計方向に３゜回転させる。従って、後方、前方遅延膜の光学軸ＲR、ＲFは、その軸とそれぞれ隣接する偏光板の透過軸との間の角度θ１、θ２はそれぞれ約３゜を形成する。光学軸ＲR、ＲFが対称的に＋６゜回転させられている状態では、角度δは約９６゜である。遅延膜の光学軸が正の方向に対称的に回転させられると、その結果として視野を０゜の垂直視角軸より上の中央位置に移動させる。
【０１０４】
図１４から図２７は、異なった駆動電圧、遅延値、波長の効果を示す本発明の第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのグラフである。
【０１０５】
図１４および図１５は６３０ｎｍの赤色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。図１４、図１５に関し、セル・ギャップｄが５．７０μｍで、後方、前方遅延膜の光学軸ＲR、ＲFは後方、前方直線偏光板の透過軸にそれぞれ平行である。後方、前方遅延膜３、７は、各々１２０ｎｍの遅延値を有し、これは図１６から図２１も同様である。
【０１０６】
図１４において、ＶONは６．８Ｖで、ＶOFFは０．９Ｖであった。図１４から分かるように、赤色波長のコントラスト比は特に水平方向で非常に良好である。３０：１コントラスト比曲線は両水平方向に広がり、一方１０：１のコントラスト比曲線は正の垂直方向に広がっている。３０：１のコントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に約−５５゜から＋５５゜でトータルに約１１０゜広がっている。さらに、０゜の垂直視角軸に沿った５０：１のコントラスト比曲線は、約−４６゜から＋４６゜の広がりをもつ。これらは従来技術に比べかなり改善されている。
【０１０７】
図１５はＶONが６．０Ｖを除いて図１４と同じパラメータを使用したコントラスト比曲線のグラフを示す。図１５から分かるように、パラメータＶONあるいは駆動電圧を下げることにより、視野は垂直方向に縮小され、正の垂直視角上方にわずか移動させられる。しかし、図１５では、駆動電圧が６．０Ｖの時は、５０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平に約±５５゜広がっている。
【０１０８】
図１６および図１７は、本発明の第１実施例のディスプレイで５５０ｎｍの緑色波長を利用したコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線グラフである。このセル・ギャップｄは５．７０μｍであり、後方および前方遅延膜３、７は１２０ｎｍの遅延値であった。図１６はＶONが６．８Ｖであり、図１７は６．０Ｖであった。図１６から分かるように、５０：１のコントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に約−４５゜から＋４５゜でトータルに約９０゜広がっている。図１７から分かるように、駆動電圧を下げることにより、視野は垂直方向に縮小され、０゜の垂直視角軸より上方の中央位置に移動させられる。
【０１０９】
図１８および図１９は、本発明の第１実施例のディスプレイで４８０ｎｍの青色波長を利用したコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線グラフである。このセル・ギャップｄは５．７０μｍであり、後方および前方遅延膜３、７は１２０ｎｍの遅延値であった。赤色波長および緑色波長の場合のように、ＶONを６．８Ｖ（図１８）から６．０Ｖ（図１９）に下げると、１０：１のコントラスト比曲線によりカバーされた垂直角に関して、視野は垂直方向に縮小され、０゜の垂直視角軸より上方に移動する。
【０１１０】
図２０は、０゜の垂直視角軸に沿って水平視角の−６０゜から＋６０゜の範囲で様々な駆動電圧における駆動電圧対透過のグラフである。±６０゜の曲線を除けば、約２から６Ｖのグレー・レベル駆動電圧域の透過対駆動電圧曲線について逆転の効果はほとんどない。つまり、グレー・レベル駆動電圧域では、駆動電圧が増大すると、透過は減少し、図２０に示したように０゜の垂直視角軸に沿って水平視角の良好なグレー・レベル特性が得られる。図２０のグラフと図３の公知例のグラフを比較すると、本発明の第１実施例の光学パラメータの構成が種々の水平視角での逆転の効果を減少させることが明らかであり、ＮＷタイプの液晶ディスプレイを提供する改良されたグレー・レベルを提供する。
【０１１１】
図２１の曲線は０゜の水平視角軸に沿った様々な垂直視角を表し、＋４０゜の垂直視角を除いて、駆動電圧が増大すれば一般的に減少する透過率を示す。＋３０゜と＋４０゜の垂直視角についてのみ逆転の効果が見られる。つまり、広い範囲のグレー・レベル駆動電圧で、電圧を増大させると透過率は減少し、垂直視角の良好なグレー・レベル特性が得られる。図２０、図２１のセル・ギャップは５．７０μｍであった。図２０と図３の駆動電圧対透過曲線をプロットする際に白色光を使用した。図３の大きな逆転の山の存在は図２０、図２１には現れていない。つまり、従来技術の欠点を本発明は改善したことを意味する。
【０１１２】
図２２乃至２４は、液晶材料へのＶONは６．８Ｖで、後方遅延膜３と前方遅延膜７は１６０ｎｍの遅延値を有し、セル・ギャップｄが５．７０μｍの時の第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフを示す。
【０１１３】
図２２は赤色波長６３０ｎｍを使用したケースを示している。１６０ｎｍの遅延膜（図２２）と１２０ｎｍの遅延膜（図１４）を用いた第１実施例のＬＣＤを比較すると、１２０ｎｍの遅延膜の場合は水平および垂直の両方向でコントラスト比がより広がっている。例えば、図１４（１２０ｎｍ）および図２２（１６０ｎｍ）の赤色波長６３０ｎｍに関して、図１４の５０：１コントラスト比曲線は約−５５゜から＋５５゜でトータルに約１１０゜水平方向に広がり、一方、図２２の５０：１コントラスト比曲線は約±４５゜水平に広がっている。しかし、図１４の視野のブーメラン形状は、図２２の１６０ｎｍの遅延膜を使用した時ではほぼなくなっている。また、図２２の３０：１コントラスト比曲線は、図１４の３０：１曲線よりも所々で広がっている。要するに、両方の場合も広い水平視角および垂直視角に視野が広がるという優れた結果が認められる。
【０１１４】
図２３は後方遅延膜３と前方遅延膜７が１６０ｎｍの遅延値を有する本発明の第１実施例に５５０ｎｍの緑色波長を使用した場合を示す。このグラフは第１実施例で１６０ｎｍの遅延膜を使用することにより、広い水平視角および垂直視角の両方に視野が拡大したものが得られることを示している。
【０１１５】
図２４は１６０ｎｍの遅延膜と４８０ｎｍの青色波長を使用した場合を示す。１６０ｎｍの遅延膜の場合は１２０ｎｍの場合よりわずかに視野が減少するが、コントラスト比曲線は良好のままである。
【０１１６】
図２５乃至図２７は液晶材料へのＶONは６．８Ｖで、後方遅延膜３と前方遅延膜７は８０ｎｍの遅延値を有し、セル・ギャップｄが５．７０μｍの時の第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフを示す。図２５は６３０ｎｍの赤色波長を使用した場合を示し、図２６は５５０ｎｍの緑色波長を使用した場合を示し、図２７は４８０ｎｍの青色波長を使用した場合を示す。図２５乃至図２７、すべて第１実施例の遅延膜が８０ｎｍの遅延値を有する時に優れたコントラスト比曲線を示しており、これらのディスプレイは全て単軸正の複屈折遅延膜を使用したものであった。
【０１１７】
本発明を以下に示す例により、さらに詳細に説明する。
【０１１８】
例  １
この例では、セル・ギャップｄが５．８６μｍおよび液晶複屈折（ΔＮ）が室温で０．０８４を有するＸ−バフかけしたライト・バルブを製造し、以下のようにテストした。使用した液晶材料はE.Merck Ltd.または米国販売代理EM Industries, Inc., Hawthorne, New Yorkにより市販されているモデル番号ＺＬＩ４７１８である。この例のライト・バルブから得られたデータは図２８から図３２に示されている。
【０１１９】
この例のライト・バルブ画素は本発明の第１実施例に類似しており、後方直線偏光板は後方遅延膜の光学軸にほぼ平行な透過軸方向、及び前方直線偏光板は前方遅延膜の光学軸にほぼ平行な透過軸方向を有した。後方配向膜の配向あるいはバフかけ方向は、後方遅延膜の光学軸にほぼ直角であり、前方配向膜の配向あるいはバフかけ方向は、前方遅延膜の光学軸にほぼ平行であった。後方および前方遅延膜の光学軸はその間に約９０゜の角度δを形成した。前方配向膜の配向方向は後方遅延膜の光学軸の方向にほぼ平行であり、後方配向膜の配向方向にほぼ直角であった。この例（図２８から図３２）のライト・バルブをテストする際には、白色光（ＲＧＢの３つのピークを有する）を使用した。後方および前方遅延膜は単軸タイプで、正の複屈折値を有した。また、後方および前方遅延膜の両方は１２０ｎｍの遅延値を有した。温度は約３５から４０℃であった。
【０１２０】
図２８は、この例の駆動電圧ＶONが６．８ＶおよびＶOFFが０．２Ｖの時の実験データを示している。図から分かるように、１０：１のコントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に約±５０゜広がっており、全体的な視野の範囲は０゜の垂直視角軸で約１００℃となる。この１００゜の範囲を図１の従来技術の約７７゜の範囲、および図５のＤに示した従来技術の約６５゜の範囲と比較すると、６．８Ｖでの本発明による１０：１のコントラスト比曲線は従来のディスプレイおよびライト・バルブを改良したものといえる。同様に、図２８の５０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に全体の角スパン約７５゜にわたり広がっている。
【０１２１】
図２９は、この例１の駆動電圧ＶONが６．０Ｖの時の実験データを示している。ＶONが６．８Ｖから６．０Ｖに下げられた時、より現実的なＶONが画素にかけられ、１０：１コントラスト比曲線が図２８の場合よりわずかに水平方向に広がった。
【０１２２】
図３０は、この例１の駆動電圧ＶONが５．０Ｖの時の実験データを示している。５．０Ｖを画素にかけた場合では、１０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に約１１２゜にわたり広がっている。これは前述の従来例の１０：１コントラスト比曲線による範囲よりかなり大きい。
【０１２３】
図３１は例１の駆動電圧ＶONが４．０Ｖの時の実験データを示している。４．０Ｖを画素にかけた場合、１０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に伸びてグラフからはみ出している。しかし、図３１の場合のように電圧を下げると、視野は垂直方向に縮み、上方にわずか移動し、図示の各々に関してほぼ正確な条件は電圧の低下である。
【０１２４】
図３２は例１について駆動電圧対強度の関係をプロットしたものであり、垂直視角軸０゜に沿って−６０゜から＋６０゜の範囲の様々な水平視角にたいするグレー・レベル駆動電圧の効果を示したものである。図３２から分かるように、この画素のグレー・レベル特性は、逆転山が比較的小さく、広い範囲の水平視角で存在せず、非常に良好である。すなわち、このライト・バルブの水平グレー・レベル特性は、駆動電圧が増加すると、大部分にたいする強度が減少するので良好である。それゆえ、この画素の駆動電圧があるグレー・レベル電圧から別の値に増加されると、画素の強度は一般的に減少する。図３２に示したグラフの改良結果は、約３．２Ｖで始まる逆転山が比較的大きく、かつ、２００ｆｌを上回る範囲に広がる図３の従来技術の改良を要する結果と比較させると、例１のライト・バルブのグレー・レベル特性はかなり改良されていることが分かる。
【０１２５】
例  ２
この第２の例では、アクティブ・マトリックス配列の切換装置としてＴＦＴを利用したカラー液晶ディスプレイを以下のように製造した。ＮＷタイプのＸ−バフかけをした液晶ディスプレイは、赤色フィルタを有する赤色副画素用の約５．１μｍのセル・ギャップｄと、緑色フィルタと青色フィルタをそれぞれ有する緑色副画素と青色副画素用の約５．７μｍのセル・ギャップｄを有した。副画素間にセル・ギャップの差があるのは、カラー・フィルタの厚みの違いに原因があった。液晶材料の複屈折値は室温で０．０８４であった。液晶材料はMerck製のモデルＮｏ．ＺＬＩ４７１８を購入した。ディスプレイは、前方あるいは出口直線偏光板の透過軸にほぼ直角の透過軸を有する後方直線偏光板を有した。後方偏光板の透過軸におおよそ平行な光学軸を有する後方遅延膜は、後方偏光板と液晶材料間に挟まれていた。同様に、前方偏光板の透過軸におおよそ平行な光学軸を有する前方遅延膜は、前方偏光板と液晶材料間に挟まれていた。後方配向膜は後方遅延膜の光学軸にほぼ直角で、前方偏光板の透過軸にほぼ平行の配向方向を与えられていた。前方配向膜は前方遅延膜の光学軸にほぼ直角で、後方偏光板の透過軸にほぼ平行の配向方向を与えられていた。
【０１２６】
後方遅延膜と前方遅延膜の光学軸はその間に約９０゜の角度δを形成した。後方および前方遅延膜の両方は１２０ｎｍの遅延値を有した。また、後方および前方遅延膜は米国ニュージャージ州のNew BrunswickのNitto Denko America Corporationより購入の単軸タイプで、正の複屈折値を有するものであった。白色光をこのディスプレイのテストに使用し、測定結果は図３３から図３７に示した。
【０１２７】
図３３は６．８ＶのＶONをＮＷタイプの液晶ディスプレイにかけた時のコントラスト比曲線を示している。図から分かるように、１０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向にトータルで約１２０゜広がっており、この範囲は従来技術による１０：１コントラスト比曲線の範囲よりはるかに大きい。同様に、図３３の３０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に約±４２゜広がっている。６．８Ｖをディスプレイにかけた時の本例の１０：１コントラスト比曲線は、０゜の水平視角軸に沿って垂直方向に約−４０゜から約＋３５゜に広がっている。この範囲は従来技術による１０：１コントラスト比曲線の範囲よりはるかに大きい。
【０１２８】
図３４は６．０Ｖを本例のＮＷタイプの液晶ディスプレイにかけた時のコントラスト比曲線を示している。図３４から分かるように、この１２０ｎｍ遅延膜、およびディスプレイへの印加電圧６．０Ｖを使用した時の１０：１コントラスト比曲線は、０゜の垂直視角軸に沿って水平方向にトータルで少なくとも約１２０゜広がっている。この液晶ディスプレイはかなり広い視角範囲にたいして優れたコントラスト比曲線を示している。
【０１２９】
図３５は５．０Ｖを本例のディスプレイにかけた時のコントラスト比曲線を示している。図３５から分かるように、１０：１コントラスト比曲線は、０゜の垂直視角軸に沿って水平方向にトータルで少なくとも約１２０゜広がっている。前述したように、視野は電圧が低下するにつれ垂直方向に減少する。
【０１３０】
図３６は４．０Ｖを本例のディスプレイにかけた時のコントラスト比曲線を示している。図から分かるように、１０：１コントラスト比曲線は、０゜の垂直視角軸に沿って水平方向にトータルで少なくとも約１２０゜広がり、グラフからはみ出している。総合して、図３３から図３６は、本発明のＮＷタイプの液晶ディスプレイが広い駆動電圧にたいして特に水平方向に優れたコントラスト比を有することを示している。
【０１３１】
図３７は本例について白色光を使用した時の駆動電圧対強度の関係をプロットしたものであり、垂直視角軸０゜に沿って−６０゜から＋６０゜の範囲の様々な水平視角にたいするグレー・レベル駆動電圧の効果を示したものである。図から分かるように、事実上、逆転が広い範囲の水平視角の電圧でも存在しない。すなわち、グレー・レベルあるいは駆動電圧が増加すると、それに伴いディスプレイからの放射される光の強度が減少し、この例のディスプレイの良好なグレー・レベル特性が得られる。図３７のプロットを図３と比較すると、本発明のＬＣＤが従来技術であった逆転山を事実上なくしていることが明確であり、本発明のディスプレイがグレー・レベル電圧の広い範囲にわたり良好に使用できる。
【０１３２】
例  ３
Ｘ−バフかけしたＮＷタイプの液晶ディスプレイを、赤色フィルタを有する赤色副画素用の５．１μｍのセル・ギャップ、緑色フィルタおよび青色フィルタをそれぞれ有する緑色副画素および青色副画素用の５．７μｍのセル・ギャップを有するように製造した。液晶材料のΔＮは室温で０．０８４であった。液晶材料はMerck製のモデルＮｏ．ＺＬＩ４７１８であった。このＬＣＤは従来のＴＦＴアクティブ・マトリックス配列により駆動された。
【０１３３】
ＮＷタイプの液晶ディスプレイは、順に、後方偏光板、後方遅延膜、後方基板、後方電極、後方配向膜、液晶層、前方配向膜、前方電極、前方基板、前方遅延膜、前方あるいは出口偏光板を有した。後方偏光板の透過軸は後方遅延膜の光学軸および前方配向膜の配向方向にほぼ平行であった。前方偏光板の透過軸は前方遅延膜の光学軸および後方配向膜の配向方向にほぼ平行であった。後方および前方遅延膜の光学軸はその間で約９０゜の角度を形成した。後方および前方遅延膜の遅延値は、両方とも１２０ｎｍであった。後方および前方遅延膜は単軸タイプであり、正の複屈折値を有していた。
【０１３４】
図３８は、駆動電圧６．０ボルトでの白色光を使用した時のこの例のコントラスト比曲線のグラフを示している。図より分かるように、１０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に少なくとも約±６０゜広がっている。また、３０：１コントラスト比曲線は０゜の垂直視角軸に沿って水平方向に約±４４゜広がっている。これらの範囲は従来技術による範囲よりはるかに大きい。また、図３８の１０：１コントラスト比曲線は、０゜の水平視角軸に沿って垂直方向に約±３３゜に広がっている。このグラフのデータを得るために白色光を使用した。
【０１３５】
例  ４
この例では、本発明によるＮＷタイプのＸ−バフかけしたライト・バルブを、後方および前方遅延膜の光学軸を対称的に−８゜回転させ製造した。この、遅延膜の光学軸を回転させることにより、視野をその形状を維持したまま０゜の垂直視角軸より下に中心位置を移動させることになる。
【０１３６】
この例では、ライト・バルブを以下のように製造した。後方直線偏光板は第１方向を形成する透過軸ＰRを設けられた。前方直線偏光板は、第１方向にほぼ直角な第２方向を形成する透過軸ＰFを設けられた。後方配向膜の配向方向は、前方偏光板の透過軸ＰFによる第２方向にほぼ平行であった。前方配向膜の配向方向は、後方偏光板の透過軸ＰRによる透過軸方向にほぼ平行であった。
【０１３７】
正の複屈折値を有する単軸タイプの後方遅延膜を後方偏光板と後方配向膜の間に設けた。正の複屈折値を有する単軸タイプの前方遅延膜を前方偏光板と前方配向膜の間に設けた。
【０１３８】
後方および前方遅延膜の光学軸を対称的に−８゜回転させたので、角度θ１とθ２はそれぞれ４゜であり、後方および前方遅延膜の光学軸間の角度δを８２゜を有する。つまり、前方遅延膜の光学軸ＲFを前方偏光板の透過軸ＰFに対して反時計方向に４゜回転させた。また、後方遅延膜の光学軸ＲRを後方偏光板の透過軸ＰRに対して時計方向に４゜回転させた。したがって、後方および前方遅延膜の光学軸は、図１３の角度δによって示される両光学軸間の８２゜の角度を形成した。
【０１３９】
この例の後方および前方遅延膜は１２０ｎｍの遅延値を有した。液晶材料はMerck製のモデルＮｏ．ＺＬＩ４７１８であった。その液晶層のセル・ギャップｄは、この例のライト・バルブ画素用で５．８６μｍであり、液晶材料の複屈折値は０．０８４であった。この例の温度は、前述の他の全ての例のように、特に記述がない限り約３５℃から４０℃であった。
【０１４０】
図３９は、駆動電圧６．８ボルトでの白色光を使用した時のこの例のライト・バルブの視野を表すコントラスト比曲線のグラフである。図より分かるように、後方および前方遅延膜の光学軸を対称的に−８゜回転させた結果として、視野は０゜の垂直視角軸より下の約１０゜（つまり、約−１０゜の垂直視角軸）に中心がある。
【０１４１】
この例は、ディスプレイあるいは画素の視野をその全体的な対称形状を維持したまま０゜の垂直視角軸より下に中心位置を移動させる状態を示している。０゜の水平視角軸より上の視野の対称性は、後方および前方遅延膜は互いにほぼ等しい遅延値を有しているのでほぼ保たれる。
【０１４２】
図４０は、駆動電圧５．０ボルトでの白色光を使用した時のこの例のライト・バルブの視野を表すコントラスト比曲線のグラフである。図４０より分かるように、視野は−１０゜の垂直視角軸を中心としたままであり、広い視角で優れたコントラスト比を保持している。ＶONが６．８Ｖから５．０Ｖに低下した結果、視野は垂直方向にわずかに圧縮され、視野の中心で水平にわずかに広がったことが分かる。
【０１４３】
この例のライト・バルブによってもたらされる長所は、本発明の実施例による液晶ディスプレイや画素の視野の中心位置が特定の必要性や別のユーザに応じて視野の対称性をほぼ維持したまま、ある位置から別の位置に垂直方向へ移動させることができるという点である。視野のこうした移動は、本発明の実施例の後方および前方遅延膜の光学軸の単純な、望ましくは対称的な、回転により得られる。
【０１４４】
図４１は、この例のディスプレイの０゜の垂直視角軸より上の垂直視角による逆転山の問題を示している。この例のディスプレイの視野は、図４１の逆転域から離れた０゜の垂直視角軸より下の位置に中心がある。従って、グレー・レベル特性は、視野をその逆転域から離れた位置に中心づけ、離れた視角に対する逆転効果を限定することにより改良される。
【０１４５】
例  ５
ＮＷタイプのＸ−バフかけをしたカラー液晶ディスプレイを以下のように製造し、白色光によりテストを行った。従来のＴＦＴマトリックス配列を利用したカラー液晶ディスプレイは、第１方向を形成する透過軸を有する後方直線偏光板と、第２方向を形成する透過軸を有する前方直線偏光板と、第１方向と第２方向は互いにほぼ直角であり、後方偏光板と液晶層の間で後方偏光板の透過軸にほぼ平行な光学軸を有する後方遅延膜と、前方偏光板の透過軸にほぼ平行な光学軸を有する前方遅延膜と、後方偏光板の透過軸によって形成された第１方向にほぼ直角な配向方向を有する後方配向膜と、前方偏光板の透過軸にほぼ直角な配向方向を有する前方配向膜と、後方配向膜と前方配向膜の間に挟まれた液晶層とから構成した。後方および前方遅延膜は正の複屈折値を有する単軸タイプであった。さらに、後方および前方遅延膜は、各々１２０ｎｍの遅延値を有した。
【０１４６】
後方および前方遅延膜の光学軸は対称に−３゜回転させられた。それゆえ、図１３を参照して、角θ１およびθ２は各々１．５゜であり、角度δはこの例のディスプレイでは８７゜であった。
【０１４７】
図４２は、この例の液晶ディスプレイがアクティブ・マトリックスにかけた６．０Ｖの電圧を有し、ＶOFFが０．２Ｖで、ＶCOMMが８．１４Ｖであった時の測定結果を示す白色光コントラスト比曲線グラフである。図４２に示したように、コントラスト比は、１０：１コントラスト比曲線が０゜の垂直軸に沿った１２０゜の水平域をかなり超えて広がっているように優れたものである。さらに、０゜の垂直視角軸に沿った３０：１コントラスト比は約１００゜のトータル域を形成し、このトータル域は従来技術にくらべかなり広い。垂直方向の１０：１コントラスト比曲線は、約−２０゜の垂直視角軸と少なくとも約４０゜の垂直視角軸の間の０゜水平視角軸に沿った範囲をカバーする。
【０１４８】
図４２から分かるように、遅延膜の−３゜対称回転は、０゜の垂直視角軸より下の視野を移動させるには充分ではなかった。これは、このディスプレイの光学部材に関連したものの製造のためであった。にもかかわらず、視野およびコントラスト比は水平方向および垂直方向の両方向で優れている。
【０１４９】
この例のディスプレイのセル・ギャップｄは赤色フィルタを設けられた赤色副画素で５．１μｍであり、緑色フィルタおよび青色フィルタをそれぞれ設けられた緑色副画素および青色副画素では５．７μｍであった。副画素間のセル・ギャップｄの差は、他の例でのように、カラー・フィルタの異なった厚さの結果である。つまり、赤色フィルタは緑色フィルタおよび青色フィルタに比べて厚く、赤色副画素のセル・ギャップｄは緑色副画素および青色副画素にくらべ薄い。液晶材料の複屈折値は室温で０．０８４であった。左旋性の液晶材料はMerck社製のモデルＮｏ．ＺＬＩ４７１８であった。
【０１５０】
例  ６
この例では、Ｘ−バフかけしたＮＷタイプのライト・バルブ画素を製造し、白色光を使用してテストを行った。第１方向を形成する透過軸を有する後方直線偏光板と、第２方向を形成する透過軸を有する前方直線偏光板を設け、第１方向と第２方向は互いにほぼ直角であり、これによりＮＷタイプのライト・バルブを形成した。後方偏光板の透過軸にほぼ平行な光学軸を有する後方遅延膜を後方偏光板と後方配向膜の間に設けた。後方配向膜は、前方偏光板の透過軸によりつくられた方向にほぼ平行なバフかけ方向あるいは配向方向を有した。前方偏光板の透過軸にほぼ平行な光学軸を有する前方遅延膜を、前方偏光板および前方配向膜の間に設けた。前方配向膜は、後方配向膜の配向方向にほぼ直角の配向方向あるいはバフかけ方向を有した。
【０１５１】
この例では、後方および前方遅延膜は二軸タイプであった。二軸遅延膜は２つの個別の遅延値：ｄ・ΔZXおよびｄ・ΔZYにより特徴づけられる。このライト・バルブの後方および前方二軸遅延膜の局部Ｘ光学軸は、最も近接した偏光板の透過軸にほぼ平行に配向された。ここでの二軸遅延膜の局部Ｘ光学軸は、最も高い屈折率を有する方向の軸を意味する。（ｎXは最大屈折率であり、ｎZは最小屈折率である。）二軸遅延膜のＸ、Ｙ、Ｚ方向（軸）は離れており、ディスプレイのＸ、Ｙ、Ｚ方向（図６）により表される。この例では、遅延値ｄ・ΔZX＝−１６８ｎｍを有する軸は最大の屈折率を有した。後方および前方二軸遅延膜の両方は、Allied Signal CorporationのSample No. 4.0より入手した。この例の二軸遅延膜の屈折率はｎX＝１．４３０５、ｎY＝１．４２７５、ｎZ＝１．４２６１であった。液晶材料は室温で複屈折０．０８４を有し、Merck社製のモデルＮｏ．ＺＬＩ４７１８であった。したがって、遅延膜は遅延値ｄ・ΔZX＝−１６８ｎｍおよびｄ・ΔZY＝−５３．３を有した。
【０１５２】
図４８はこの例のライト・バルブの測定結果を示すコントラスト比曲線グラフである。同図において、ＶONは６．０Ｖ、ＶOFFは０．２Ｖであった。図４８に示したように、コントラスト比は、１０：１コントラスト比曲線が０゜の垂直軸に沿った１２０゜の水平域をかなり超えて広がっている。さらに、０゜の垂直視角軸に沿った３０：１コントラスト比は約９５゜から１００゜のトータル視野を形成し、このトータル視野は従来技術にくらべかなり改善された。０゜の水平軸に沿った垂直方向の１０：１コントラスト比曲線は、約７５゜の範囲をカバーする。
【０１５３】
この例は本発明のライト・バルブが二軸の後方および前方遅延膜を有している時、優れた視野およびコントラスト比が従来技術に比べ格段の向上をもたらしたことを示している。
【０１５４】
例  ７
図４３は本発明の別の実施例による液晶ディスプレイのコンピュータ・シミュレーションによるコントラスト比曲線グラフを示し、後方および前方遅延膜の光学軸を対称に＋４゜回転させたものである。この正の回転により、視野の中心は０゜の垂直視角軸より上方の位置に移動させられる。図より分かるように、このディスプレイの視野は、遅延膜の対称＋４゜回転のために約＋２０゜の垂直視角軸を中心としている。
【０１５５】
図１３を参照にして、この実施例の軸ＲFを、ＰFおよびＢ1にたいして時計方向に回転あるいは配向させ、その間に２゜の角度を形成する。また、この実施例のＲR軸をＰRおよびＢ2に対して反時計方向に回転あるいは配向させる。結果として、遅延膜の＋４゜の対称回転により遅延膜の光学軸間の角度δは９４゜である。０゜の垂直視角軸より上方の位置に中心がある視野が必要となる状況において、本実施例のディスプレイは望ましくなる。図４３のグラフはＶON６．８Ｖ、５５０ｎｍの緑色波長、１６０ｎｍの遅延膜を使用した。本発明の他の実施例では、遅延膜の光学軸とは対照的に偏光板の透過軸を視野の位置を移動させるために回転させることもある。しかし、偏光板の軸の回転は遅延膜の軸の回転によって得られる結果にくらべ、好結果を生み出さない。
【０１５６】
例  ８
図４６は本発明のＮＷタイプのＸ−バフかけした液晶ディスプレイの別の実施例による液晶ディスプレイのコンピュータ・シミュレーションによるコントラスト比曲線グラフを示している。この実施例は、後方および前方遅延膜３、７が負の複屈折で単軸であることを除けば第１実施例で説明したこととほぼ同一である。これら遅延膜の光学軸はＺ方向に、つまり、遅延膜によって形成された面にほぼ直角な方向に配向される。この例の図４６のディスプレイは、セル・ギャップ５．７０μｍを有し、使用波長５５０ｎｍ、ＶON６．０Ｖで、Ｘ−バフ掛けをして、温度は約３０℃であった。
【０１５７】
この例の後方、前方遅延膜はｄ・ΔZX＝ｄ・ΔZYで−１６０ｎｍの遅延値を有した。これらの膜はｄ・ΔZX＝ｄ・ΔZYなので単軸である。遅延値ｄ・ΔZXは、ｄ・（ｎZ−ｎX）と定義され、ここでｎはある軸の屈折率であり、ｄはこの遅延膜の厚さである。パラメータｎXはパラメータｎZより大きいので、この例の遅延膜は負である。二軸遅延膜のＸ、Ｙ、Ｚ方向は別々であり、ディスプレイの座標を形成するＸ、Ｙ、Ｚ方向で区別される。
【０１５８】
ｎXという語は、ここでは常に最大屈折率を示し、ｎZは最小屈折率を示す。後方および前方偏光板は互いにほぼ直角である透過軸を有した。後方遅延膜は後方偏光板と後方配向膜の間に設け、前方遅延膜は前方偏光板と前方配向膜の間に設けた。本例の負の複屈折単軸遅延膜は、Akron大学から入手可能であり、米国特許公報USP. No.5,071,997に可溶性ポリイミドおよび／あるいはコポリイミドとして記載されている。
【０１５９】
図４６から明らかなように、この例は非常に広い視角で顕著なコントラスト比を達成している。たとえば、０゜の垂直軸上の５０：１コントラスト比曲線が約１００゜の水平域を形成している。これは従来技術にくらべて、かなりの改善である。
【０１６０】
例  ９
図４７は本発明の別のＮＷタイプ液晶ディスプレイのコンピュータ・シミュレーションによるコントラスト比曲線グラフを示している。二軸の後方、前方遅延膜はｄ・ΔZX＝−１６０ｎｍ、ｄ・ΔZY＝−６０ｎｍの遅延値を有した。遅延値が負なので、その膜は負の複屈折値を有する。遅延値ｄ・ΔZXは、ｄ・（ｎZ−ｎX）と定義され、ここでｎXは個の膜の最大屈折率であり、ｎZは最小屈折率である。それゆえ、ｄ・ΔZXはここでは最大の遅延値である。図４７のグラフは、ＶON＝６．０Ｖ、ＬＣ複屈折値０．０８４、ＶOFF＝０．９Ｖ、セル・ギャップ５．７０μｍ、使用波長５５０ｎｍ、Ｘ−バフ掛けをして、温度は約３０℃のパラメータを使用した。局部Ｘ’は最大の屈折率、ｎXを有する軸である。各遅延膜の局部Ｘ’光学軸は隣接する偏光板の透過軸にほぼ平行に配向される。つまり、後方遅延膜の局部Ｘ’軸は後方偏光板の透過軸にほぼ平行で、前方二軸遅延膜の局部Ｘ’光学軸は前方偏光板の透過軸にほぼ平行である。本例の局部Ｘ’光学軸はｎXが最大の屈折率なので、前記の遅延値ｄ・ΔZX＝−１６０ｎｍを有する。後方および前方偏光板の軸はその間に約９０゜の角度を形成する。最小の屈折率、ｎZ、を有する軸は遅延膜によって形成された面に対してほぼ直角に配向される。図４７に示すように、上記二軸遅延膜を使用する本例は、広い視角で優れたコントラスト比を達成する。また、０゜の垂直視角軸上の５０：１コントラスト比曲線が約１００゜の水平域を形成している。
【０１６１】
上記例のディスプレイやライト・バルブの電極や基板は従来と同じものであり、簡潔にするため説明は省略し、図示はしなかった。
【０１６２】
図４４は本発明による通常の液晶ディスプレイ画素の断面図である。たとえば、図１１から図１３の光学構造は図４４に示した構成と共に使用できる。通常の入射光はその画素に入り、初めに後方直線偏光板１を進み、それにより偏光される。偏光板１の通過後、通常入射光は後方遅延膜３および後方透明基板１９を進む。透明基板１９、２０はガラス製が望ましいが、プラスチック、石英も可能である。後方透明基板１９を通過後、光は後方電極２４に入り、ほとんど光学的な影響を受けずに通過する。つぎに、後方遅延膜２１、液晶層５、前方配向膜２２、前方電極層２５を進む。電極２５を通過した後、光は前方透明基板２０、前方遅延膜７を伝搬して、最終的に前方直線偏光板９に入る。その画素がＯＦＦ状態なら、光は偏光板９を通過してユーザ側に向かって進む。一方、画素がＯＮ状態なら、偏光板９は画素の光を吸収し、ディスプレイは暗くなる。また、カラー・フィルタ（図示せず）も透明基板間の任意の位置、望ましくは、前方基板２０と電極層２５の間に設け、複数の着色副画素を有する多色画素を作ることができる。もちろん、遅延膜３、７はバフかけ層として機能させることも可能である。そうした実施例では、遅延膜３、７はバフかけ膜２１、２２の位置に移し換える。また、バフかけ膜２１、２２と換えてない場合、遅延膜３、７はそれぞれの駆動電極（２４、２５）およびガラス基板（１９、２０）の間になるように再配置させることが可能である。本発明の光学実施例により教示したようにこの構造（図４４）の光学部材を配列することにより、所定の視角範囲について上記したようにコントラスト比を大幅に改善したものが得られる。
【０１６３】
本発明による別の構造は、後方遅延膜３および前方遅延膜７が基板１９と２０の間に設けてあることを除けば図４４に示したものと類似のＮＷタイプの画素である。例えば、後方遅延膜は後方基板１９と後方電極２４の間に挟まれ、前方遅延膜は前方基板２０と前方電極２５の間に挟まれる。本発明の全ての実施例は、広い視角範囲について優れたコントラスト比を有する構造が得られるように行われる。
【０１６４】
さらに、本発明の出願人による先出願である１９９３年１２月２日出願の米国特許出願第０８／１６０７３１号、「パターン化した遅延膜を有する液晶ディスプレイ（LIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH PATTERNED RETARDATION FILMS）」に教示されたように、本発明の実施例による遅延膜は各副画素の波長あるいは色により個別化あるいはパターン化することも可能である。つまり、赤色副画素内の遅延膜は緑色副画素あるいは青色副画素の遅延膜とは異なった遅延値を有することが可能である。
【０１６５】
図４５は本発明による典型的なアクティブ・マトリックス液晶画素の配列の部分的な切り欠き図である。ここでは、図４５に特に示されてない後方遅延膜および前方遅延膜は各隣接した偏光板１、９および基板１９、２０に挟まれている。図４５に示された個々の画素３０は、各画素３０を選択的に駆動するスイッチ装置として作動する従来のＴＦＴ３１により駆動される。従来の透明ＩＴＯ電極３３が個々のＴＦＴ３１をそれぞれの画素３０に接続する。平行導電横線３５がＴＦＴ３１のゲート電極かドレイン電極の一方を駆動する。縦線３７がＴＦＴのゲート電極かドレイン電極の他方を駆動し、ＴＦＴが励起されたゲート電極およびドレイン電極を有する時に個々の画素３０を選択的に駆動する。
【０１６６】
図７から図４８のシミュレーション、ライト・バルブ、およびディスプレイは１２時方向にバフかけをされたものである。それゆえ、後方配向方向あるいはバフかけ方向は右下から左上に向けたものであり、前方配向方向あるいはバフかけ方向は右上から左下に向けたものである。
【０１６７】
図１から図３、および図７から図４８のディスプレイ、ライト・バルブ、シミュレーションのプレチルト角は約３゜であり、また、これら図面の液晶層のｄ／ｐ値（液晶材料の厚さ／自然ピッチ）は約０．２５に設定する。
【０１６８】
これらコンピュータ・シミュレーションは、New Jersey州、Scotch Plainsの Dwight Berreman博士著作のシミュレーション・ソフトウェアを使用して作成した。このソフトウェアはBerreman博士の著作物の一つであり、英国にて出版した"Numerical Modelling of Twisted Nematic Devices", Phil. Trns. R. Soc. Lond. A309, 203-216(1983)に記載されており、それを参照した。
【０１６９】
以上説明したように、本発明は多くの他の特徴、改良等が当業者により可能であり、それらは本発明の精神および請求の範囲から逸脱しない限り様々な変更が可能である。
【発明の効果】
本発明の構成による遅延値８０から２００ｎｍの遅延膜を液晶層の両側に設けたＮＷタイプの液晶ディスプレイは、水平方向および垂直方向の両方にわたり視野を拡大し、かつ優れたコントラスト比を実現でき、また、視野の中心を逆転域から遠ざけることにより優れた映像視野を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＮＷタイプのライト・バルブ液晶画素の印加電圧６．８ボルトでの白色光を使用したコントラスト比曲線のグラフである。
【図２】図１の従来のライト・バルブ画素の白色光を使用したコントラスト比曲線のグラフである。
【図３】図１、図２の従来のライト・バルブ画素について駆動電圧対強度の関係をプロットしたものであり、駆動電圧約３．２ボルト以上での水平視角の広い範囲にわたり大きな逆転山を示している。
【図４】３００ｎｍ以上の遅延値の遅延膜を有する従来のＰ−バフしたＮＷタイプのツイスト・ネマティック液晶ディスプレイ装置の光学構成を示す概略説明図である。
【図５】Ａ−Ｄは図４の従来のＮＷタイプの液晶ディスプレイの視角特性を示す特定波長のコントラスト曲線図であり、Ａ−Ｄの各々は図４のディスプレイの前方および後方偏光板の光学軸の異なった配向を示す。
【図６】本発明のＬＣＤに関する水平視角および垂直視角と、従来のＬＣＤに記載の水平視角φおよび垂直視角θとの角度関係を示す概略図である。
【図７】遅延値３２０ｎｍの前方遅延膜と後方遅延膜を有するＮＷタイプの液晶ディスプレイのコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線図であり、このディスプレイは従来技術のものではないが、本発明の実施例との比較のために使用するものである。
【図８】５．０Ｖをディスプレイにかけ、６３０ｎｍの波長を使用した図７と同様なコンピュータ・シミュレーションのグラフである。
【図９】液晶材料への印加電圧が６．８Ｖであり、５５０ｎｍの緑色波長を使用した図７と同様なコンピュータ・シミュレーションのグラフである。
【図１０】液晶材料への印加電圧が６．８Ｖであり、４８０ｎｍの青色波長を使用した図７と同様なコンピュータ・シミュレーションのグラフである。
【図１１】本発明のＮＷタイプのツイスト・ネマティック液晶ディスプレイの第１実施例の光学構成部品を示す概略図である。
【図１２】  本発明の第１実施例の偏光板、遅延膜、配向膜の各軸間の角度関係を示した図である。
【図１３】本発明の別の実施例の上記光学方向間の角度関係を示した概略図である。
【図１４】液晶材料に６．８Ｖをかけ、１２０ｎｍの遅延値を使用し、６３０ｎｍの赤色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図１５】液晶材料に６．０Ｖをかけ、１２０ｎｍの遅延値を使用し、６３０ｎｍの赤色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図１６】液晶材料に６．８Ｖをかけ、１２０ｎｍの遅延値を使用し、５５０ｎｍの緑色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図１７】液晶材料に６．０Ｖをかけ、１２０ｎｍの遅延値を使用し、５５０ｎｍの緑色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図１８】液晶材料に６．８Ｖをかけ、１２０ｎｍの遅延値を使用し、４８０ｎｍの青色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図１９】液晶材料に６．０Ｖをかけ、１２０ｎｍの遅延値を使用し、４８０ｎｍの青色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図２０】前方、後方遅延膜が１２０ｎｍの遅延値を使用したときの第１実施例のコンピュータ・シミュレーションの水平視角の透過対駆動電圧をプロットしたグラフである。
【図２１】白色光を使用し、前方、後方遅延膜が１２０ｎｍの遅延値を使用したときの第１実施例のコンピュータ・シミュレーションの垂直視角の透過対駆動電圧をプロットしたグラフである。
【図２２】液晶材料に６．８Ｖをかけ、１６０ｎｍの遅延値を使用し、６３０ｎｍの赤色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図２３】液晶材料に６．８Ｖをかけ、１６０ｎｍの遅延値を使用し、５５０ｎｍの緑色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図２４】液晶材料に６．８Ｖをかけ、１６０ｎｍの遅延値を使用し、４８０ｎｍの青色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図２５】液晶材料に６．８Ｖをかけ、８０ｎｍの遅延値を使用し、６３０ｎｍの赤色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図２６】液晶材料に６．８Ｖをかけ、８０ｎｍの遅延値を使用し、５５０ｎｍの緑色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図２７】液晶材料に６．８Ｖをかけ、８０ｎｍの遅延値を使用し、４８０ｎｍの青色波長を使用した第１実施例のコンピュータ・シミュレーションのコントラスト比曲線のグラフである。
【図２８】単軸で正の複屈折を有し、１２０ｎｍの遅延値を有する後方および前方遅延膜を利用し、駆動電圧６．８Ｖをかけた本発明の第１実施例によるライト・バルブの白色光で測定したコントラスト比曲線グラフである。
【図２９】単軸で正の複屈折を有し、１２０ｎｍの遅延値を有する後方および前方遅延膜を利用し、駆動電圧６．０Ｖをかけた図２８と同様のライト・バルブの白色光で測定したコントラスト比曲線グラフである。
【図３０】単軸で正の複屈折を有し、１２０ｎｍの遅延値を有する後方および前方遅延膜を利用し、駆動電圧５．０Ｖをかけた図２８と同様のライト・バルブの白色光で測定したコントラスト比曲線グラフである。
【図３１】単軸で正の複屈折を有し、１２０ｎｍの遅延値を有する後方および前方遅延膜を利用し、駆動電圧４．０Ｖをかけた図２８と同様のライト・バルブの白色光で測定したコントラスト比曲線グラフである。
【図３２】後方および前方単軸、正の複屈折１２０ｎｍ遅延膜を使用する時の図２８のライト・バルブの白色光で測定した駆動電圧対強度の関係をプロットしたものであり、垂直視角軸０゜に沿って様々な水平視角にたいするライト・バルブ画素のグレー・レベル駆動電圧の効果を示したものである。
【図３３】後方および前方の１２０ｎｍ遅延膜を使用し、６．８Ｖをディスプレイにかける時の本発明の第１実施例によるＮＷタイプの液晶ディスプレイの白色光測定のコントラスト比曲線グラフである。
【図３４】後方および前方の１２０ｎｍ遅延膜を使用し、６．０Ｖをディスプレイにかける時の図３３のＮＷタイプの液晶ディスプレイの白色光測定のコントラスト比曲線グラフである。
【図３５】後方および前方の１２０ｎｍ遅延膜を使用し、５．０Ｖをディスプレイにかける時の図３３のＮＷタイプの液晶ディスプレイの白色光測定のコントラスト比曲線グラフである。
【図３６】後方および前方の１２０ｎｍ遅延膜を使用し、４．０Ｖをディスプレイにかける時の図３３のＮＷタイプの液晶ディスプレイの白色光測定のコントラスト比曲線グラフである。
【図３７】後方および前方遅延膜の遅延値が１２０ｎｍで、白色光を使用した時の図３１のＮＷタイプの液晶ディスプレイにたいする垂直視角軸０゜に沿って様々な水平視角についての駆動電圧対強度の関係をプロットしたグラフである。
【図３８】１２０ｎｍの遅延膜を使用し、６．０Ｖをディスプレイにかける時の本発明の第１実施例による液晶ディスプレイの白色光測定のコントラスト比曲線グラフである。
【図３９】１２０ｎｍの遅延膜を使用し、遅延膜は対称的に−８゜回転させ、６．８Ｖをディスプレイにかけた時の本発明の別の実施例によるライト・バルブの白色光測定のコントラスト比曲線グラフである。
【図４０】５．０Ｖをライト・バルブにかける時の図３９のライト・バルブの測定コントラスト比曲線グラフである。
【図４１】図３９および図４０のライト・バルブについての白色光測定の強度対電圧の関係を示したグラフである。
【図４２】白色光を使用し、１２０ｎｍの遅延膜を使用し、ディスプレイに６．０Ｖをかけ、遅延膜は対称に−３゜回転させ、セル・ギャップｄはカラー・フィルタの厚さにより赤色副画素では約５．１μｍで、緑色副画素および青色副画素では約５．７μｍである本発明の液晶ディスプレイの測定コントラスト比曲線のグラフである。
【図４３】本発明の別の実施例によるＮＷタイプの液晶ディスプレイで、遅延膜を対称に＋４゜回転させ、１６０ｎｍの遅延膜を使用し、緑色波長５５０ｎｍを使用し、印加電圧６．８Ｖを使用した結果のコントラスト比曲線グラフである。
【図４４】本発明による通常の液晶ディスプレイ画素の断面図である。
【図４５】本発明による複数の画素を有するアクティブ・マトリックス液晶ディスプレイを示す部分的に切り欠いた斜視図である。
【図４６】本発明の別の実施例による液晶ディスプレイのコンピュータ・シミュレーションによるコントラスト比曲線グラフであり、後方および前方遅延膜は負の複屈折で単軸であり、ΔZX＝ΔZY＝−１６０ｎｍの遅延値を有し、遅延値ΔZX＝ｄ・（ｎZ−ｎX）であり、ここでｎは屈折率であり、ｄはこの遅延膜の厚さであり、これらの膜の光学軸はＺ方向に配向されている。
【図４７】本発明の別の液晶ディスプレイのコンピュータ・シミュレーションによるコントラスト比曲線グラフを示しており、セル・ギャップ５．７０μｍ、印加電圧６．０Ｖ、後方、前方遅延膜は負の遅延値を有する二軸であり、後方、前方遅延膜はΔZX＝−１６０ｎｍ、ΔZY＝−６０ｎｍの遅延値を有し、使用波長５５０ｎｍを使用した。
【図４８】本発明の別の実施例によるＸ−バフかけしたライト・バルブ画素の測定コントラスト比曲線グラフであり、６．０Ｖをかけ、Allied Signal Corporation製の二軸遅延膜を使用した。
【符号の説明】
１  後方直線偏光板
３  後方遅延膜
５  液晶層
７  前方遅延膜
９  前方直線偏光板
１９  後方透明基板
２１  後方配向膜
２２  前方配向膜
２４  後方駆動電極
２５  前方駆動電極
３０  画素
３１  ＴＦＴ
３３  透明ＩＴＯ電極
３５  導電横線
３７  導電縦線
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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