JP3854659B2

JP3854659B2 - 液晶装置

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Publication number: JP3854659B2
Application number: JP10817096A
Authority: JP
Inventors: 榑松　　克巳; 広高林; 義浩鬼束; 隆史佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: JPH09292522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルのリタデーションを打ち消すための位相差板を備えた液晶装置に関し、特に光学的に負の１軸異方性を有する位相差板を備えた液晶装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示パネルのリタデーションを打ち消すための位相差板については既に特開平７−１３４２１３、特開平７−１４６４０９、特開平７−２６７９０２、特開平７−２８１０２８、特開平７−２８７１１９、特開平７−２８７１２０等が開示されており、特にＴＮタイプの液晶パネルの広視野角化に顕著な効果を発揮している。
【０００３】
図１２は、このような位相差板の典型的な利用形態を示すものであり、同図において、１は液晶層、２は一対の基板ガラス、４は基板ガラス２の外面に配された一対の偏光板（ポラライザー＆アナライザー）、３は位相差板であり、この位相差板３は各偏光板４の内側（液晶層側）にそれぞれ装着されるようになっている。なお、この位相差板３は、偏光板４と一体化して用いられるのが一般的である。
【０００４】
ところで、図１３に示したように棒状液晶分子１０の長手方向が、それを挟み込むガラス基板２の面方向と常に平行及びそれに近い傾き角で配向するインプレインスイッチング型ネマチック液晶パネルや強誘電性液晶パネル等のような所謂インプレインモードの液晶パネル５については、その液晶モードの特性からもともと比較的視野角特性が広いため漏れ光が少なく、敢えて位相差板を利用してまで視野角特性を改善しようとする試みはほとんど為されていなかった。なお、同図において、２１は透明電極、２２は配向膜である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなインプレインモードの液晶パネルを備えた従来の液晶装置において、液晶パネルの視野角特性はＴＮ液晶パネルに比べればかなり広いものであるが、液晶分子の配向方向との兼ね合いで少し視野角の狭い方向が存在し、この方向において漏れ光が発生している。このため、所謂スーパーＴＦＴ（ＡＳＩＡＤＩＳＰＬＡＹ´９５Ｓ３０−２，Ｓ３０−１）や強誘電性液晶パネル等のインプレインモードの液晶パネルについては、このような視野角特性を改善する必要がある。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑み成されたものであり、インプレインモードの液晶パネルの全体的な視野角特性を改善することのできる液晶装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正の１軸異方性を有する棒状液晶分子を挟持する一対のガラス基板と、前記ガラス基板の外面に配された一対の偏光板とを有する一方、前記棒状液晶分子が前記ガラス基板の面方向と常に平行またはほぼ平行になるモードの液晶表示パネルを備えた液晶装置において、
前記液晶表示パネルの黒表示時における漏れ光を減少させるよう、リタデーションの値が前記液晶表示パネルの液晶層のリタデーションの値の1／２の位相差板であって、光学的に負の１軸異方性を有するものであり、その光学軸が面方向に平行または略並行である位相差板を、黒表示時の前記棒状液晶分子の向きと該位相差板の光軸の向きとが一致するように、前記ガラス基板と偏光板との間に、それぞれ設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明は、前記位相差板を、該位相差板の光軸の向きと、前記棒状液晶分子の向きと、照明光入射側の前記偏光板の透過軸方向とが一致するように前記ガラス基板と偏光板との間に設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記位相差板は光学的に負の１軸異方性を有する位相差板であって、透明面状体上にディスコティック液晶分子を配向固定して位相差層を形成する一方、前記位相差層を形成する際、前記液晶分子は光学軸が前記透明面状体の面方向に平行または略平行となるよう該液晶分子のディスク面が前記面方向に対して垂直また略垂直になるように配向固定されることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のように透明面状体上にディスコティック液晶分子を配向固定して位相差層を形成する一方、位相差層を形成する際、液晶分子を、そのディスク面が透明面状体の面方向に対して垂直また略垂直になるように配向固定することにより、光学的に負の１軸異方性を有する位相差板の光学軸を面方向に平行または略平行となるようにする。
【００１６】
さらに、正の１軸異方性を有する棒状液晶分子を挟持する一対のガラス基板と、ガラス基板の外面に装着された一対の偏光板との間に、光学軸が面方向に平行または略平行な位相差板を設けることにより、棒状液晶分子がガラス基板の面方向と常に平行またはほぼ平行になるモードの液晶表示パネルの黒表示時における漏れ光を減少させるようにする。
【００１７】
また、ガラス基板と偏光板との間に位相差板を、位相差板の光軸の向きと、黒表示時の棒状液晶分子の向きと、照明光入射側の偏光板の透過軸方向とが一致するように設けることにより、液晶表示パネルの黒表示時における漏れ光を減少させるようにする。
【００１８】
さらに、位相差板のΔｎｄ値、又はガラス基板と偏光板との間にそれぞれ設けられたそれぞれの位相差板のΔｎｄ値の合計が液晶表示パネルの液晶層のΔｎｄ値と同じ又はほぼ同じとすることにより、液晶表示パネルの黒表示時における漏れ光を減少させるようにする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位相差板の拡大断面構成図であり、同図において、３３は透明面状体である透明なベースフィルムであり、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）から成るものである。３２はポリイミド系樹脂又はアルキルシラン系からなる配向膜であり、ベースフィルム３３上に薄膜コートされた後、ラビング処理が施されたものである。３１はディスコティック液晶分子３４のディスク面をベースフィルム３３の面方向に対して垂直になるように配向固定して形成された位相差層である。なお、３５は、後述するようにディスコティック液晶分子３４を固定するためのＵＶ硬化型樹脂液である。
【００２１】
ところで、このような位相差板３は、図２に示す製法にて形成される。まず、（ａ）に示すように１００μ厚のベースフィルム３３の表面上に後述するようなハイプレチルトタイプの配向膜３２をディッピング法によりコートし、次にこれを乾燥、焼成した後、例えば（ｂ）に示すようにラビングローラ５によりラビング処理を行う。なお、（ｂ）の矢印Ｒはラビング方向を示している。
【００２２】
次に、この配向膜３２上に、図３に示す一般式で表されるディスコティック液晶のうち１種の単体、またはこれら適宜をブレンドしたものと低粘度透明ＵＶ硬化型樹脂液（例えばスリーボンド３０７０、ロックタイト３６３等）とをミックスし（配合重量比＝１：１〜３：１）、それをディッピングコートする。なお、このような液晶材の側鎖Ｒについては同図の例以外の各種構造のものでも良く、さらに末端のＨをＦ等各種元素で置換しても良い。
【００２３】
次に、このようにディスコティック液晶分子３４と透明ＵＶ硬化型樹脂液との混合液がディッピングコートされたベースフィルム３３を、液晶がネマチック相になる温度にまで昇温する。そして、この昇温により、ディスコティック液晶分子３４は、そのディスク面がベースフィルム３３の面方向に対して立つと共にそのディスク面の法線方向が（ｂ）の矢印Ｒに示すラビング方向に倣うように配向するようになる。
【００２４】
ここで、配向膜３２を構成する樹脂についてはディスコティック液晶種との兼ね合いも有るが、シラン処理したポリイミド系のもの又はアルキルシラン系のもの等、ディスク面がほぼ垂直に立って配向するようなハイプレチルトタイプものを選択するのが好ましい。
【００２５】
次に、このコーティングされたディスコティック液晶３４とＵＶ硬化型樹脂液３５との混合液に、（ｃ）に示すようにＵＶ光を照射し、混合液を硬化させる。そして、このように混合液を硬化させることにより、ディスク面の法線方向がベースフィルム３３の面方向に対して垂直になると共に、そのディスク面がラビング方向に倣うように配向したディスコティック液晶３４がその配向状態を維持したまま固定される。
【００２６】
ここで、このディスコティック液晶３４自体は負の１軸異方性を有するため、各ディスコティック液晶３４のディスク面の向く方向、つまりラビング方向に沿った方向に負の１軸異方性を有する位相差層３１が完成する。
【００２７】
なお、このようにして位相差板３を形成する際、Δｎとディスコティック液晶層の厚さである位相差層３１の厚さｄとの積Δｎｄ（リタデーション）が、既述した図１３に示す対象とする液晶パネル５のインプレーン型液晶層のΔｎｄ₁ の１／２となるように膜厚ｄを設定（ディスコティック液晶配合比及びディッピングコート条件だし）する。
【００２８】
そして、このようにして製作された位相差板３を、既述した図１２で示したように両偏光板４の内側（液晶層側）に粘着剤によりそれぞれラミネート装着する。これにより、２枚の位相差板３によるリタデーションは、図１３に示すように正の１軸異方性を有する棒状液晶分子１０がガラス基板２の面方向と常に平行になるインプレインモードの液晶パネル５の液晶層１のΔｎｄ₁ と一致する。
【００２９】
次に、位相差板３を偏光板４に装着する際の偏光光学的な条件を図４に示す。同図において、矢印Ｐは照明光入射側の偏光板（ポラライザー）の透過軸方向、矢印Ａは表示光出射側の偏光板（アナライザー）の透過軸方向、Ｂは分子の２値駆動における一方である黒表示時の棒状液晶分子（正の屈折率異方性を有するもの）の向き、Ｗは棒状液晶分子の２値駆動における他方である白表示時における向き、Ｄは２枚の位相差板３の屈折率を合計した屈折率楕円体を表している。
【００３０】
ここで、２枚の位相差板３はその光学軸（負の屈折率異方性の方向）は同じ方向を向いており、本実施の形態においては、矢印Ｐ方向（照明光入射側の偏光板の透過軸方向）を向くように設定している。そして、このように両側２枚の位相差板３を設定することにより、２枚の位相差板３の合計リタデーション値は、図１３に示す液晶層１のΔｎｄ₁ に等しくなる。
【００３１】
一方、黒表示時の液晶分子の向きＢも、このＰ方向となっており、このように位相差板３を設定した場合、特に黒表示時において液晶層１のリタデーションが位相差板３のリタデーションにより打ち消されるようになるため、どのような視野角においても黒表示時にはクロスニコルでの漏れ光が減少するようになる。
【００３２】
さらに、白表示時の広視野角での透過率が低くなるＷ方向（液晶分子の向いている方向）についても、視野角の増加と共に生じるリタデーションの減少がこの屈折率楕円体Ｄにより緩和されるため、白表示時の広視野角での透過率低下及び色味シフトとが共に改善されるようになる。
【００３３】
なお、図５は、このような位相差板３を、例えばインプレインモードの液晶パネル５の代表的なものである強誘電性液晶パネルに用いた場合の視野角特性を、極座標表示で模式的に表した図であり、図６に示す位相差板を用いなかった場合の視野角特性と比べて強誘電性液晶パネルの視野角特性が向上していることがわかる。なお、図５，６において、図中の数字はコントラストを、θ付数字はパネル法線からの傾き角（視角）を表している。またこれらの図の上下方向は図４のＷ方向に相当している。
【００３４】
一方、図７は、位相差板３を強誘電性液晶パネルに用いた場合の色視野角特性を示したものであり、図８に示す位相差板３を用いなかった場合の色視野角特性と比べると、強誘電性液晶パネルの色視角特性も向上していることがわかる。なお、これら図７、８は、パネルを上下左右方向にθを±６０°振った場合の白表示時の色度変化を連続軌跡として表したものである。
【００３５】
このように、位相差板３の光学軸と、照明光入射側の偏光板４の透過軸と、黒表示時の液晶分子の向きとを一致させると共に位相差板のΔｎｄ値が液晶層のΔｎｄ値と等しくなるように設定することにより、比較的視野角の狭い白表示時の液晶分子の向いている方向の視野角特性が改善され、全体的によりバランスの取れた視野角特性を得ることができる。
【００３６】
なお、これまでの説明においては、位相差板３を強誘電性液晶パネルに応用した場合について述べてきたが、本実施の形態はこれに限らず、例えばインプレインモードのスーパーＴＦＴ式の液晶パネルに対しても、全く同様に偏光光学的設定を行うことで同様の視野角特性改善を達成することができる。
【００３７】
また、本実施の形態においては配向したディスコティック液晶３４の固定のために、ＵＶ硬化樹脂３５を用いたが、液晶種として融点が７０〜８０℃以上のものを用いる場合には、ＵＶ硬化樹脂３５を全く用いないでディスコチィック液晶３４のみをベースフィルム３３上にコーティングした後ネマチック相まで昇温して配向させた後、降温（急冷が好ましい）させて固化させるように構成しても良い。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３９】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る位相差板の拡大断面構成図であり、同図において、３Ａは透明ベースフィルムをかねるポリカーボネート系樹脂フィルム（以下フィルムという）３６を数％図中破線矢印方向に延伸することにより得られる延伸タイプの位相差板であり、この位相差板３Ａは、延伸方向に正の１軸異方性を有している。また、３７は通常の棒形分子形状のネマチック液晶３８を、このフィルム３６の面上にホメオトロピック配向した後、固定して形成された位相差層であり、フィルム面に垂直な法線方向に正の１軸異方性を有している。
【００４０】
次に、このような位相差板３Ａの製法について説明する。位相差板３Ａを製造する場合は、まず延伸型フィルム３６の上にネマチック液晶３８と、既述した第１の実施の形態と同様のＵＶ硬化型樹脂液３５とをミックスした混合液（配合重量比＝１：１〜１：３）をディッピングコートする（図９参照）。
【００４１】
次に、このように混合液がディッピングコートされたフィルム３６を、図１０に示すように金属電極７と透明電極６２との間に設置した後、フィルム面に垂直な方向の電界を印可してネマチック液晶３８をホメオトロピック配向（面に垂直な配向）させる。なお、同図において、８はフィルム面に垂直な方向の電界を印可するための電源であり、６１はガラス基板である。
【００４２】
そして、次に、その状態のままこのコート層全面にＵＶ光を照射しホメオトロピック配向した液晶を固定する。ここで、この際のフィルム３６と液晶層３７のΔｎｄが共に対象となる液晶パネルのインプレーン型液晶層のΔｎｄ₁ の１／２となるようにフィルム３６の延伸条件及び位相差層３７の膜厚及び液晶配合比を調整する。
【００４３】
図１１は、このようにして製作された位相差板３Ａの屈折率特性を示すものであり、同図の（ａ）の矢印Ｘはフィルム３６の延伸方向を、矢印Ｚはフィルム面に垂直な方向、つまりネマチック液晶３８の配向方向を表している。また、矢印Ｙはこの両方向に対して垂直な方向になっている。そして、既述したようにフィルム３６、液晶層３７ともに正の１軸異方性を有しており、これらの屈折率楕円体を図示すると、（ｂ）に示すように直交する２つの楕円体で表される。
【００４４】
ここで、これら屈折率楕円体の楕円率は等しいから、それらを合成すると（ｃ）に示すように回転対称軸がＹ方向を向くディスク状の楕円体となる。つまり位相差板３Ａの屈折率特性は、結局延伸方向に直交する方向（Ｙ方向）に負の１軸異方性を有する屈折率特性となる。
【００４５】
そして、このようにして製作された位相差板３Ａを、既述した図１２で示したように両偏光板４の内側（液晶層側）に粘着剤によりそれぞれラミネート装着する。
【００４６】
なお、位相差板３Ａを偏光板４に装着する際の偏光光学的な条件は、既述した図４と同様とする。ここで、同図において、矢印Ｐは照明光入射側の偏光板（ポラライザー）の透過軸方向、矢印Ａは表示光出射側の偏光板（アナライザー）の透過軸方向、Ｂは黒表示時の棒状液晶分子の向き、Ｗは白表示時の棒状液晶分子の向き、Ｄは２枚の位相差板の合計の屈折率楕円体、即ちフィルム３６の位相差と液晶層３７の位相差との合成を表している。
【００４７】
ここで、２枚の位相差板３Ａはその光学軸（負の屈折率異方性の方向）は同じ方向を向いており、矢印Ｐ方向（照明光入射側の偏光板の透過軸方向）を向くように設定している。そして、このように両側２枚の位相差板３Ａを設定することにより、２枚の位相差板３Ａの合計リタデーション値は、図１３に示す液晶層１のΔｎｄ₁ に等しくなる。また、黒表示時の液晶分子の向きＢもこのＰ方向となっている。
【００４８】
そして、このように設定した場合、特に黒表示時において液晶層１のリタデーションが位相差板３Ａのリタデーションにより打ち消されるようになるため、どのような視野角に於いても黒表示時にはクロスニコルでの漏れ光が減少するようになる。
【００４９】
また、白表示時の広視野角での透過率が低くなるＷ方向（液晶分子の向いている方向）についても、視野角の増加と共に生じるリタデーションの減少がこの屈折率楕円体Ｄ（フィルム３６の位相差と液晶層３７の位相差の合成）により緩和されるため、白表示時の広視野角での透過率と色味シフトが改善される。
【００５０】
このように、本実施の形態に係る構成の位相差板３Ａを強誘電性液晶パネルに用いた場合でも、視野角特性は既述した第１の実施の形態と全く同様になり、強誘電性液晶パネルにおいて、さらに著しく視野角特性を向上させることができた。また、色視野角特性についても第１の実施の形態とと全く同様になり、色視野角特性も向上させることができた。
【００５１】
なお、この位相差板３Ａの応用は強誘電性液晶パネル以外に、同じくインプレインモードのスーパーＴＦＴ式の液晶パネルに対しても全く同様に偏光光学的設定を行うことで同様の視角特性改善を達成することができる。
【００５２】
ところで、これまでの説明においては、位相差板３Ａの製造の際、ホメオトロピック配向した液晶３８の固定のために、ＵＶ硬化樹脂３５を用いたが、液晶種として融点が７０〜８０℃以上のものを用いる場合には、ＵＶ硬化樹脂３５を全く用いないで液晶材のみをフィルム３６上にコーティングした後、ネマチック相まで昇温し、さらに電界により配向させた後、電界印可状態のまま降温（急冷が好ましい）させて固化させるようにしても構わない。
【００５３】
また、液晶３８をホメオトロピック配向させる手段としては、電界印可を用いたが、この替わりに、アルキルシラン系の配向膜（例えばチッソＯＳＤ−Ｅ等）を用いてホメオトロピック配向させるようにしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、インプレインモードの液晶表示パネルに光学的に負の１軸異方性を有すると共に光学軸が面方向に平行または略平行である位相差板を設けることにより、液晶表示パネルの黒表示時における漏れ光を減少させることができる。そして、このように、黒表示時における漏れ光を減少させることにより、液晶表示パネルの視野角特性をさらに広視野角化することができ、全体的な視野角特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位相差板の拡大断面構成図。
【図２】上記位相差板の製法を説明する図。
【図３】前記位相差板の位相差層を形成するディスコティック液晶の一般式を示す図。
【図４】前記位相差板を偏光板に装着する際の偏光光学条件を説明する図。
【図５】上記位相差板を強誘電性液晶パネルに用いた場合の視野角特性を示す図。
【図６】上記位相差板を用いない場合の強誘電性液晶パネルの視野角特性を示す図。
【図７】上記位相差板を強誘電性液晶パネルに用いた場合の色視野角特性を示す図。
【図８】上記位相差板を用いない場合の強誘電性液晶パネルの色視野角特性を示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る位相差板の拡大断面構成図。
【図１０】上記位相差板の製法を説明する図。
【図１１】上記位相差板の屈折率特性を説明する図。
【図１２】従来の位相差板付液晶パネルの断面構成図。
【図１３】従来のインプレインモード液晶パネルの断面構成図。
【符号の説明】
２ガラス基板
３，３Ａ位相差板
４偏光板
５液晶パネル
１０棒状液晶分子
３１位相差層
３３ベースフィルム
３４ディスコティック液晶分子
３６延伸位相差フィルム

Claims

正の１軸異方性を有する棒状液晶分子を挟持する一対のガラス基板と、前記ガラス基板の外面に配された一対の偏光板とを有する一方、前記棒状液晶分子が前記ガラス基板の面方向と常に平行またはほぼ平行になるモードの液晶表示パネルを備えた液晶装置において、
前記液晶表示パネルの黒表示時における漏れ光を減少させるよう、リタデーションの値が前記液晶表示パネルの液晶層のリタデーションの値の1／２の位相差板であって、光学的に負の１軸異方性を有するものであり、その光学軸が面方向に平行または略並行である位相差板を、黒表示時の前記棒状液晶分子の向きと該位相差板の光軸の向きとが一致するように、前記ガラス基板と偏光板との間に、それぞれ設けたことを特徴とする液晶装置。
前記位相差板を、該位相差板の光軸の向きと、前記棒状液晶分子の向きと、照明光入射側の前記偏光板の透過軸方向とが一致するように前記ガラス基板と偏光板との間に設けたことを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
前記位相差板は光学的に負の１軸異方性を有する位相差板であって、透明面状体上にディスコティック液晶分子を配向固定して位相差層を形成する一方、前記位相差層を形成する際、前記液晶分子は光学軸が前記透明面状体の面方向に平行または略平行となるよう該液晶分子のディスク面が前記面方向に対して垂直また略垂直になるように配向固定されることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶装置。