JP2004240102A - 位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板及びそれを用いた液晶ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】位相差制御層をＬＣＤを構成する基板の液晶層側に直接配置することにより、粘着材による界面反射をキャンセルさせて高コントラストな表示を可能にする。
【解決手段】液晶層を挟む透明基板１、１’の少なくとも何れか一方の内面に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層ａ、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層ｃの中、少なくとも一方がパターニングされて設けられている液晶ディスプレイ。
【選択図】 図１
【解決手段】液晶層を挟む透明基板１、１’の少なくとも何れか一方の内面に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層ａ、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層ｃの中、少なくとも一方がパターニングされて設けられている液晶ディスプレイ。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板及びそれを用いた液晶ディスプレイに関し、特に、液晶セル内部にパターニングされた位相差制御層を有する液晶ディスプレイ用基板とそれを用いた液晶ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶ディスプレイ（以下、液晶ディスプレイをＬＣＤと称す。）はその薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノートパソコンを中心にその市場が急速に拡大してきた。最近になって、こうしたＰＣ用途ディスプレイの一環として、ノートパソコンに比べてより大型のデスクトップ用モニターの需要が発生している。また、ＰＣ用のみならず、従来であればＣＲＴが主流であったＴＶ向けにも、ＬＣＤが利用されるようになってきた。
【０００３】
ここで、ＬＣＤの問題点として、その狭い視野角度の問題がある。これは、斜め方向からＬＣＤを観察した場合、元来黒を表示すべき画素からの光漏れが生じるためであり、それが原因でコントラストの反転が生じ、正しい表示ができなくなるためである。このような問題点に鑑み、特許文献１、特許文献２のように、位相差フィルムを用いて、黒表示画素において視野角度が増大した場合でも、光漏れが生じない、広視野角度な垂直配向モードＬＣＤが考案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１５３８０２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−２５８６０５号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平７−２５８６３８号公報
【０００７】
【特許文献４】
特表平１０−５０８８８２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの位相差フィルムは、通常、偏光板と互いの光軸（偏光板の場合は吸収軸、位相差フィルムの場合は光学軸）をある特定の角度をなすように貼り合わせて用いられる。しかしながら、その際に使用される粘着剤はその屈折率が偏光板、位相差板（位相差フィルム）に比較して小さいため、界面で光の反射が生じ、表示のコントラストが低下するといった問題点があった。
【０００９】
また、一般に、位相差補償には波長分散が伴うため、ある特定波長を中心に補償を行っている。多くの場合では、視感度の最も高い緑を中心に位相差補償の設計がなされる。そのため、黒表示画素を完全な黒状態として表示できず、赤色と青色の光成分が漏れるため、紫がかった黒表示になってしまう。
【００１０】
その他にも、位相差フィルムは吸湿することにより体積変化を生じるので、位相差に変化が生じ、ＬＣＤに適用した場合は画面が歪むといった欠点がある。この傾向は、位相差フィルムの面積が大きくなる程顕著になり、近年応用が進んでいる液晶ＴＶにおいて特に問題となる。
【００１１】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常フィルム状態として用いられる位相差制御層をＬＣＤを構成する基板の液晶層側に直接配置することにより、粘着材による界面反射をキャンセルさせて高コントラストな表示を可能にすることである。
【００１２】
また、インセル構造でかつ直接透明基板、カラーフィルター等の基材に積層可能にして、従来の位相差フィルムに見られるような吸湿による体積変化を生じさせなるようにすることである。
【００１３】
また、さらに、本発明においては、位相差制御層をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に対応する各領域にパターニングすることにより、それぞれの色の画素領域で位相差を別々に制御し、波長分散のない位相差補償を可能にすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板は、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板において、その液晶層側に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
この場合、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層は、重合性液晶分子とカイラル剤の混合物からなることが望ましい。
【００１６】
本発明のもう１つの位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板は、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板において、その液晶層側に、配向膜、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の順に積層されていることを特徴とするものである。
【００１７】
この場合に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の間に配向膜を有することが望ましい。
【００１８】
また、第１の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板において、層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の一方がフィルム状態で液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板の液晶層とは反対側に貼り付けられているものとすることも可能である。
【００１９】
以上において、重合性液晶分子からなる層面内に光学的に正の一軸性を有する位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光学的に負の一軸性を有する位相層の中、少なくとも一方がパターニングされてなる位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板が、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の領域を有し、かつ、その位相差層の中、少なくとも一方がそのＲ、Ｇ、Ｂ３色の領域に合わせてパターニングされて形成されていることが望ましい。
【００２０】
以上において、液晶層の配向モードが垂直配向モードであるものを対象とすることが望ましい。
【００２１】
その場合に、垂直配向モードである液晶層に用いる液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であり、かつ、位相層として用いる重合性液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であるのが一般的てあり、また、垂直配向モードである液晶層の厚さが１．０μｍから６．０μｍであり、かつ、重合性液晶分子からなる位相層の膜厚は０．１μｍから１０．０μｍであるのが一般的てある。
【００２２】
本発明は、以上のような位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板を用いた液晶ディスプレイを含むものである。
【００２３】
本発明によると、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板の液晶層側に、重合性液晶分子からなる光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられているので、視野角度を拡大するために通常フィルム状態として液晶セル外に貼り付けられる位相差板を、液晶セルを構成する透明基板に直接パターニングし、かつ、液晶セル内部に包含させることにより、接着剤の界面反射によるコントラストの低下を防ぎ、波長分散の少ない高品位な液晶ディスプレイ、特に垂直配向モードの液晶ディスプレイを構成することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明において用いる位相差補償の基本原理は、例えば特許文献２において知られいる。まず、この位相差補償について説明する。
【００２５】
まず、位相差制御層について説明する。本発明で用いる位相差制御層にとしては、層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と、層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層とを用いる。
【００２６】
この２種類の位相層について図８を用いて説明すると、図示のように層面Ｓの法線方向にｚ軸、層面Ｓ内の直交方向をｘ軸とｙ軸をとり、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ 、ｎｙ 、ｎｚ とし、図８（ａ）に示すように、ｎｘ ＞ｎｙ ＝ｎｚ の関係にある位相層が層面Ｓ内に光学的に正の一軸性を有する位相層であり、以下の説明では正のＡプレートと称することにする。また、図８（ｂ）に示すように、ｎｘ ＝ｎｙ ＞ｎｚ の関係にある位相層が層面Ｓの法線方向に光学的に負の一軸性を有する位相層であり、以下の説明では負のＣプレートと称することにする。
【００２７】
このような正のＡプレートは、例えば、正の屈折率異方性を持つネマテック重合性液晶分子を層面内にプラナー配向させることにより構成することができ、負のＣプレートはそのような液晶にカイラル剤を混合して螺旋軸が層面の法線方向を向くようにツイストさせることにより構成することができる。
【００２８】
ところで、電圧が印加されない状態では液晶セル中の液晶分子が基板に略垂直に立つように配向していて黒表示になり、電圧が印加された状態では液晶分子が基板に略平行に配向していて白表示になる垂直配向（ＶＡ）モードのＬＣＤにおいては、従来、特許文献２に開示されているように、液晶セルと一方の偏光板の間に、偏光板側に正のＡプレートを、液晶セル側に負のＣプレートを配置して、斜め方向から観察した際の黒表示画素の光漏れを低減させている。このような構成では、前記したように、偏光板及び液晶セルの基板に対して正のＡプレートと負のＣプレートを屈折率差のある粘着剤により貼り合わせなけれならないため、界面で光の反射が生じ表示のコントラストが低下する等の問題がある。
【００２９】
そこで、本発明においては、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本発明による液晶ディスプレイの液晶セル部分の模式的断面図を示すように、液晶セルを構成する透明基板１、１’の内側（液晶セル内）に正のＡプレートａと負のＣプレートｃとを透明基板１、１’（図では、透明基板１）に積層して配置する。なお、図１中、符号２は透明基板１、１’間をシールして液晶セルを構成するシール部材、符号３はＶＡモードの液晶層、符号４はＲＧＢのカラーフィルター（赤色を透過するフィルターを“Ｒ”、緑色を透過するフィルターを“Ｇ”、青色を透過するフィルターを“Ｂ”で表記してある。）を示す。また、図１中では、液晶層３を配向する配向層、電極層、各画素を制御するＴＦＴ等の図示は省いてある。
【００３０】
図１（ａ）は、カラーフィルターを設けない白黒表示の液晶セルであり、図１（ｂ）、（ｃ）は、カラーフィルター３を設けたカラー表示の液晶セルである。カラー表示液晶セルの場合、図１（ｂ）に示すように、まず、カラーフィルター３を積層し、その上に正のＡプレートａや負のＣプレートｃを積層してもよいが、図１（ｃ）に示すように、透明基板１、１’にまず正のＡプレートａや負のＣプレートｃを積層し、その上にカラーフィルター３を積層する方が望ましい。その理由は、正のＡプレートａ、負のＣプレートｃ等の位相差制御層には波長分散が伴うため、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長毎に最適な厚さが異なる。具体的には、同じ材料を用いると、Ｒ領域の厚さ＞Ｇ領域の厚さ＞Ｂ領域の厚さの順となる。そのため、正のＡプレートａと負のＣプレートは、図１（ｃ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素毎にパターニングして作製することが望ましく、そうすると、画素間に段差が生じてしまう。このような画素間の段差を補償して液晶層３の厚さを均一にするためには、カラーフィルター３のＲ、Ｇ、Ｂの要素に異なる厚さを持たせることができる図１（ｃ）の配置が望ましい。なお、図１（ｂ）のような配置の場合には、このような画素間の段差はＣプレートｃ上に保護層を設け、その保護層の厚さを画素間で異ならせて補償するようにすることが望ましい。
【００３１】
図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）に、本発明に基づいて正のＡプレートａと負のＣプレートｃの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図であり、これらの図では、シール部材、配向層、電極層、ＴＦＴ等の図示は省いてある。また、これらの図において、正のＡプレートａ、負のＣプレートｃは、図示上分離して示してあるが、実際には、基板１、１’に対して配向膜を介して直接積層されている（図１（ｂ）のように、カラーフィルター３を介する場合もある。）。なお、図４（ａ）、（ｂ）のように、正のＡプレートａと負のＣプレートｃの中の一方のみを液晶セル内に配置するように構成してもよい。
【００３２】
図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）の場合を簡単に説明する。図中、２枚の透明基板１、１’とその間に配置された液晶層３とからなる液晶セルの両側に、吸収軸６が相互に直交して直交ニコル状態の２枚の偏光板５、５’が配置されて液晶ディスプレイが構成されている。
【００３３】
図２（ａ）の場合は、透明基板１の内側に偏光板５側に正のＡプレートａが、液晶層３側に負のＣプレートｃが、透明基板１の内側に順に積層されている。
【００３４】
図２（ｂ）の場合は、透明基板１の内側に負のＣプレートｃが、透明基板１’の内側に正のＡプレートａが分離されてそれぞれ透明基板１、１’の内側に積層されている。
【００３５】
図３（ａ）の場合は、図２（ｂ）の場合と逆で、透明基板１の内側に正のＡプレートａが、透明基板１’の内側に負のＣプレートｃが分離されてそれぞれ透明基板１、１’の内側に積層されている。
【００３６】
図３（ｂ）の場合は、図２（ａ）の場合と逆で、透明基板１’の内側に偏光板５’側に正のＡプレートａが、液晶層３側に負のＣプレートｃが順に積層されている。
【００３７】
図４（ａ）の場合は、透明基板１の内側に正のＡプレートａが積層されており、負のＣプレートｃは透明基板１’の外側に積層されている。
【００３８】
図４（ｂ）の場合は、透明基板１’の内側に負のＣプレートｃが積層されており、正のＡプレートａは透明基板１の外側に積層されている。
【００３９】
なお、何れの場合も、偏光板５、５’に隣接する正のＡプレートａの光学軸は偏光板５、５’の吸収軸６と直交するような位置関係で配置される。
【００４０】
以上の本発明の構成においては、従来液晶セルの外側に貼り合わせて用いられる位相差制御層（正のＡプレートａ、負のＣプレートｃ）の全部あるいは一部を、図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）に示すように、重合性液晶分子を用いて液晶セル内に設けるため、界面反射光が少なく高コントラストで視野角度の広いＶＡモードのＬＣＤを提供することができる。なお、図４（ａ）、（ｂ）のように、正のＡプレートａ又は負のＣプレートｃの一方のみを液晶セル外に配置する場合も、透明基板１、１’の外側に直接重合性液晶分子を用いて設けることができるため、同様に界面反射光が少なく高コントラストで視野角度の広いＶＡモードのＬＣＤを提供することができる。なお、透明基板１、１’の外側に配置する正のＡプレートａ、負のＣプレートｃは、直接重合性液晶分子を用いて設ける代わりに、従来のように、ポリカーボネート等の透明高分子フィルムを１軸又は２軸延伸処理して作製したフィルム状態のものを用いてもよい。この場合は、透明基板１、１’の外側に粘着剤を用いて貼り付ける。
【００４１】
ところで、本発明において正のＡプレートａ及び負のＣプレートｃとして用いる位相差制御層を構成する三次元架橋が可能な液晶モノマー分子（重合性液晶分子）としては、例えば特許文献３や特許文献４で開示されているような液晶性モノマー及びそれとキラル化合物の混合物がある。このような重合性液晶材料の一例としては、次の〔化１１〕に包含されるような化合物や、下記の〔化１〕〜〔化１０〕の化合物の２種類以上を混合して使用することができる。なお、一般化学式〔化１１〕で示される液晶性モノマーの場合、Ｘは２〜５（整数）であることが好ましい。
【００４２】
また、カイラル剤としては、例えば一般化学式〔化１２〕〜〔化１４〕に示されるようなカイラル剤を用いることができる。なお、一般化学式〔化１２〕、〔化１３〕で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜１２（整数）であることが望ましく、また、一般化学式〔化１４〕で示されるカイラル剤の場合、Ｘが２〜５（整数）であることが望ましい。
【００４３】
【化１】
【００４４】
【化２】
【００４５】
【化３】
【００４６】
【化４】
【００４７】
【化５】
【００４８】
【化６】
【００４９】
【化７】
【００５０】
【化８】
【００５１】
【化９】
【００５２】
【化１０】
【００５３】
【化１１】
【００５４】
【化１２】
【００５５】
【化１３】
【００５６】
【化１４】
次に、本発明の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ向け基板及びそれを用いた液晶ディスプレイの実施例について、詳細に説明する。この例の液晶ディスプレイは、ＭＶＡ（ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ−ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ）モードＬＣＤである。
【００５７】
（１）下地基板の準備
適当な洗浄処理を施した基板としてのガラス基板（１７３７材、コーニング社製）上に、配向膜材料としてＡＬ１２５４（ＪＳＲ製）を用い、フレキソ印刷により配向膜を形成した。
【００５８】
次に、当該配向膜を既知の手法によりラビング処理して下地基板を得た。本実施例においては、基板としてガラス基板を用いているが、本発明はガラス基板にのみ限定されるものではなく、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース等からなるプラスチック基板であってもよいし、またさらに、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリプロプレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等のフィルムを用いることもできる。
【００５９】
（２）インキの調整
正のＡプレート位相差制御層用インキとして、両端に重合可能なアクリレート基を有すると共に、中央部のメソゲンと上記アクリレートの間にスペーサを有する液晶材料を７５重両部、光重合開始材としてイルガキュアＩｒｇ１８４（Ｃｈｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製）を１重量部、溶剤としてのトルエン２５重量部を混合して、重合性液晶インキを製作した。
【００６０】
負のＣプレート位相差制御層用重合性液晶材料としては、上記Ａプレート用位相差制御層インキに、カイラル材として両末端に重合可能なアクリレート基を有するカイラル剤を５重量部加えて製作した。
【００６１】
（３）正のＡプレート位相差制御層の形成
調整した上記インキを、スピンコーティング法を用いて（１）で配向膜を形成した基板上に塗布した。なお、本実施例ではスピンコーティング法を適用したが、基板上に均一に塗布が可能であればこれに限られる訳ではなく、ダイコーティング、スリットコーティング、及び、これらを組み合わせた手法であってもよく、特に限定されない。
【００６２】
続いて、当該基板をホットプレート上で１００℃、５分間加熱し、残存溶剤を除去し、液晶構造を発現させた。
【００６３】
続いて、フォトマスクを介して塗布した液晶膜に紫外線照射を行い（１０Ｊ／ｃｍ２ 、波長３６５ｎｍ）、後の工程で緑の画素が形成される部分にのみパターンを焼き付けた。
【００６４】
その後、現像液としてのメタノールに３分間浸漬して未露光部分の液晶膜を除去し、純水にて１分間リンスした後、１００℃のホットプレート上で１０分間加熱して完全に乾燥させて、正のＡプレート位相差制御層を１．０μｍ厚で得た。
【００６５】
同様な手法を用い、膜厚を変化させつつ、青、赤の画素についても塗布、パターニングを行った。膜厚はそれぞれ０．８ｍ、１．２ｍとした。
【００６６】
（４）負のＣプレート位相差制御層の形成
上記（１）〜（３）で製作した基板上に、負のＣプレート位相差制御層インキを用い、正のＡプレート位相差制御層と同様な手法により、負のＣプレート位相差制御層を２．５μｍの厚さでパターニングして、正のＡプレート位相差制御層上に積層構成した。本実施例では、正のＡプレート位相差制御層上に直接負のＣプレート位相差制御層を積層したが、図２〜図４に示すように、正のＡプレート位相差制御層と負のＣプレート位相差制御層は、それぞれバックライト側及び観察側の何れの基板の内側あるいは外側に構成してもよく、図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）に示す構成であれば特に限定されない。
【００６７】
上記の手法を繰り返し、膜厚をそれぞれ２．６ｍ、２．４ｍと変化させつつ、青、赤の画素についても同様の塗布、パターニングを行った。
【００６８】
（５）カラーフィルターの形成
上記の正のＡプレート位相差制御層、負のＣプレート位相差制御層の各位相差制御層が積層された基板上に、カラーフィルターとしてのブラックマトリクス、各ＲＧＢ着色画素パターンを、既知の手法を用いて作成した。その際、図１（ｃ）に示すように、ＲＧＢ着色画素パターンは、Ｒ、Ｇ、Ｂの要素で異なる厚さを持つようにして、画素間の段差を補償してＶＡモードの液晶層の厚さが均一になるようにした。
【００６９】
次に、電極としてＩＴＯ膜をスパッタリングの手法により２０００Å厚に形成した後、液晶分子の配向方向を制御する突起を、その配向方向が４分割でかつ配向分割面積が等しくなるよう設けた。
【００７０】
本実施例では、カラーフィルター層を位相差制御層の上に設けているが、本発明においてはこの位置に限定されるものではなく、２枚の対向するガラス基板の内側であればよく、特に限定されない。
【００７１】
（６）垂直配向ディスプレイの構成
上記（１）〜（５）で得られた位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用い、その上に垂直配向用の配向膜を製膜後、対向基板と間隙を設けて貼り合わせ、負の誘電異方性を持つ液晶ＭＬＣ−６６０８（メルク社製）を注入して、ＭＶＡモード液晶ディスプレイを得た。
【００７２】
得られたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時の光漏れを、比較対照例として位相差制御層を設けなかった場合と合わせて、図５〜図７に示す。各図中、左側が比較対照例、右側が本実施例の光漏れを示す。測定には、ＥＺＣｏｎｔｒａｓｕｔ１６０Ｒ （ＥＬＤＩＭ製）を用いた。図５の場合は、Ｂ（青色）として４５０ｎｍ、図６の場合は、Ｇ（緑色）として５５０ｎｍ、図７の場合は、Ｒ（赤色）として６１０ｎｍの光源を用い、それぞれ構成した液晶ディスプレイの黒状態に入射させ、その際の光漏れを方位角度３６０°、極角度８０°の範囲で検証した。２枚の偏光板の吸収軸の方位角度は４５°と１３５°である。なお、図５〜図７の各図において、円の中心が極角度０°、円の周が極角度８０°である。それぞれの波長で、本実施例の場合は、位相差制御層なしの場合に比べて、方位角度０°、９０°、１８０°、２７０°における光漏れが大幅に低減されていることが分かる。
【００７３】
なお、本発明においては、配向膜層、位相差制御層はそれぞれ有効表示エリアのみにパターニングされて設けることができ、対向基板と張り合わせる際にシール部材２（図１）が設けられる部分はガラス表面であるため、確実なシールが可能であり、耐久性に優れた液晶ディスプレイを構成することが可能である。なお、この場合に、位相差制御層のパターニングされた最外端面は、シール部材２の糊付着部（シール部）から５０μｍ以上内側にパターニングして形成することが望ましい。
【００７４】
また、本発明において、重合性液晶分子を配向させるためには、配向膜が必要である。特に、１層目の正のＡプレートａ又は負のＣプレートｃの位相差制御層を基板上に設ける際には配向膜が必須となる。正のＡプレートａ上に負のＣプレートｃを積層する場合には、下地の正のＡプレートａの配向が配向膜として機能させることも可能であるが、より確実な配向を得るためには、２層目のための配向膜を設けることが望ましい。
【００７５】
なお、本発明において、ＶＡモードのＬＣＤにおいける液晶層３に用いる液晶分子の屈折率異方性（異常光屈折率から常光屈折率を引いた値）は一般に０．０５から０．３０の範囲にあり、正のＡプレートａ、負のＣプレートｃの位相差制御層として用いる重合性液晶分子の屈折率異方性は一般に０．０５から０．３０の範囲にあり、液晶セルのセルギャップ（液晶層３の厚さ）は一般に１．０μｍから６．０μｍであり、かつ、重合性液晶分子からなる正のＡプレートａ、負のＣプレートｃの膜厚は０．１μｍから１０．０μｍである。
【００７６】
以上、本発明の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板及びそれを用いた液晶ディスプレイをその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板及びそれを用いた液晶ディスプレイにおいては、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板の液晶層側に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられているので、視野角度を拡大するために通常フィルム状態として液晶セル外に貼り付けられる位相差板を、液晶セルを構成する透明基板に直接パターニングし、かつ、液晶セル内部に包含させることにより、接着剤の界面反射によるコントラストの低下を防ぎ、波長分散の少ない高品位な液晶ディスプレイ、特に垂直配向モードの液晶ディスプレイを構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶ディスプレイの液晶セル部分の模式的断面図である。
【図２】本発明に基づいて正のＡプレートと負のＣプレートの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明に基づいて正のＡプレートと負のＣプレートの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図４】本発明に基づいて正のＡプレートと負のＣプレートの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図５】本発明の１実施例による位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時のＢ光の光漏れを比較対照例と合わせて示す図である。
【図６】本発明の１実施例による位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時のＧ光の光漏れを比較対照例と合わせて示す図である。
【図７】本発明の１実施例による位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時のＲ光の光漏れを比較対照例と合わせて示す図である。
【図８】層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層とを説明するための図である。
【符号の説明】
Ｓ…層面
ａ…正のＡプレート
ｃ…負のＣプレート
１、１’…透明基板
２…シール部材
３…ＶＡモードの液晶層
４…ＲＧＢのカラーフィルター
５、５’…偏光板
６…吸収軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板及びそれを用いた液晶ディスプレイに関し、特に、液晶セル内部にパターニングされた位相差制御層を有する液晶ディスプレイ用基板とそれを用いた液晶ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶ディスプレイ（以下、液晶ディスプレイをＬＣＤと称す。）はその薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノートパソコンを中心にその市場が急速に拡大してきた。最近になって、こうしたＰＣ用途ディスプレイの一環として、ノートパソコンに比べてより大型のデスクトップ用モニターの需要が発生している。また、ＰＣ用のみならず、従来であればＣＲＴが主流であったＴＶ向けにも、ＬＣＤが利用されるようになってきた。
【０００３】
ここで、ＬＣＤの問題点として、その狭い視野角度の問題がある。これは、斜め方向からＬＣＤを観察した場合、元来黒を表示すべき画素からの光漏れが生じるためであり、それが原因でコントラストの反転が生じ、正しい表示ができなくなるためである。このような問題点に鑑み、特許文献１、特許文献２のように、位相差フィルムを用いて、黒表示画素において視野角度が増大した場合でも、光漏れが生じない、広視野角度な垂直配向モードＬＣＤが考案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１５３８０２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−２５８６０５号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平７−２５８６３８号公報
【０００７】
【特許文献４】
特表平１０−５０８８８２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの位相差フィルムは、通常、偏光板と互いの光軸（偏光板の場合は吸収軸、位相差フィルムの場合は光学軸）をある特定の角度をなすように貼り合わせて用いられる。しかしながら、その際に使用される粘着剤はその屈折率が偏光板、位相差板（位相差フィルム）に比較して小さいため、界面で光の反射が生じ、表示のコントラストが低下するといった問題点があった。
【０００９】
また、一般に、位相差補償には波長分散が伴うため、ある特定波長を中心に補償を行っている。多くの場合では、視感度の最も高い緑を中心に位相差補償の設計がなされる。そのため、黒表示画素を完全な黒状態として表示できず、赤色と青色の光成分が漏れるため、紫がかった黒表示になってしまう。
【００１０】
その他にも、位相差フィルムは吸湿することにより体積変化を生じるので、位相差に変化が生じ、ＬＣＤに適用した場合は画面が歪むといった欠点がある。この傾向は、位相差フィルムの面積が大きくなる程顕著になり、近年応用が進んでいる液晶ＴＶにおいて特に問題となる。
【００１１】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常フィルム状態として用いられる位相差制御層をＬＣＤを構成する基板の液晶層側に直接配置することにより、粘着材による界面反射をキャンセルさせて高コントラストな表示を可能にすることである。
【００１２】
また、インセル構造でかつ直接透明基板、カラーフィルター等の基材に積層可能にして、従来の位相差フィルムに見られるような吸湿による体積変化を生じさせなるようにすることである。
【００１３】
また、さらに、本発明においては、位相差制御層をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に対応する各領域にパターニングすることにより、それぞれの色の画素領域で位相差を別々に制御し、波長分散のない位相差補償を可能にすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板は、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板において、その液晶層側に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
この場合、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層は、重合性液晶分子とカイラル剤の混合物からなることが望ましい。
【００１６】
本発明のもう１つの位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板は、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板において、その液晶層側に、配向膜、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の順に積層されていることを特徴とするものである。
【００１７】
この場合に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の間に配向膜を有することが望ましい。
【００１８】
また、第１の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板において、層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の一方がフィルム状態で液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板の液晶層とは反対側に貼り付けられているものとすることも可能である。
【００１９】
以上において、重合性液晶分子からなる層面内に光学的に正の一軸性を有する位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光学的に負の一軸性を有する位相層の中、少なくとも一方がパターニングされてなる位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板が、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の領域を有し、かつ、その位相差層の中、少なくとも一方がそのＲ、Ｇ、Ｂ３色の領域に合わせてパターニングされて形成されていることが望ましい。
【００２０】
以上において、液晶層の配向モードが垂直配向モードであるものを対象とすることが望ましい。
【００２１】
その場合に、垂直配向モードである液晶層に用いる液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であり、かつ、位相層として用いる重合性液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であるのが一般的てあり、また、垂直配向モードである液晶層の厚さが１．０μｍから６．０μｍであり、かつ、重合性液晶分子からなる位相層の膜厚は０．１μｍから１０．０μｍであるのが一般的てある。
【００２２】
本発明は、以上のような位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板を用いた液晶ディスプレイを含むものである。
【００２３】
本発明によると、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板の液晶層側に、重合性液晶分子からなる光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられているので、視野角度を拡大するために通常フィルム状態として液晶セル外に貼り付けられる位相差板を、液晶セルを構成する透明基板に直接パターニングし、かつ、液晶セル内部に包含させることにより、接着剤の界面反射によるコントラストの低下を防ぎ、波長分散の少ない高品位な液晶ディスプレイ、特に垂直配向モードの液晶ディスプレイを構成することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明において用いる位相差補償の基本原理は、例えば特許文献２において知られいる。まず、この位相差補償について説明する。
【００２５】
まず、位相差制御層について説明する。本発明で用いる位相差制御層にとしては、層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と、層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層とを用いる。
【００２６】
この２種類の位相層について図８を用いて説明すると、図示のように層面Ｓの法線方向にｚ軸、層面Ｓ内の直交方向をｘ軸とｙ軸をとり、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ 、ｎｙ 、ｎｚ とし、図８（ａ）に示すように、ｎｘ ＞ｎｙ ＝ｎｚ の関係にある位相層が層面Ｓ内に光学的に正の一軸性を有する位相層であり、以下の説明では正のＡプレートと称することにする。また、図８（ｂ）に示すように、ｎｘ ＝ｎｙ ＞ｎｚ の関係にある位相層が層面Ｓの法線方向に光学的に負の一軸性を有する位相層であり、以下の説明では負のＣプレートと称することにする。
【００２７】
このような正のＡプレートは、例えば、正の屈折率異方性を持つネマテック重合性液晶分子を層面内にプラナー配向させることにより構成することができ、負のＣプレートはそのような液晶にカイラル剤を混合して螺旋軸が層面の法線方向を向くようにツイストさせることにより構成することができる。
【００２８】
ところで、電圧が印加されない状態では液晶セル中の液晶分子が基板に略垂直に立つように配向していて黒表示になり、電圧が印加された状態では液晶分子が基板に略平行に配向していて白表示になる垂直配向（ＶＡ）モードのＬＣＤにおいては、従来、特許文献２に開示されているように、液晶セルと一方の偏光板の間に、偏光板側に正のＡプレートを、液晶セル側に負のＣプレートを配置して、斜め方向から観察した際の黒表示画素の光漏れを低減させている。このような構成では、前記したように、偏光板及び液晶セルの基板に対して正のＡプレートと負のＣプレートを屈折率差のある粘着剤により貼り合わせなけれならないため、界面で光の反射が生じ表示のコントラストが低下する等の問題がある。
【００２９】
そこで、本発明においては、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本発明による液晶ディスプレイの液晶セル部分の模式的断面図を示すように、液晶セルを構成する透明基板１、１’の内側（液晶セル内）に正のＡプレートａと負のＣプレートｃとを透明基板１、１’（図では、透明基板１）に積層して配置する。なお、図１中、符号２は透明基板１、１’間をシールして液晶セルを構成するシール部材、符号３はＶＡモードの液晶層、符号４はＲＧＢのカラーフィルター（赤色を透過するフィルターを“Ｒ”、緑色を透過するフィルターを“Ｇ”、青色を透過するフィルターを“Ｂ”で表記してある。）を示す。また、図１中では、液晶層３を配向する配向層、電極層、各画素を制御するＴＦＴ等の図示は省いてある。
【００３０】
図１（ａ）は、カラーフィルターを設けない白黒表示の液晶セルであり、図１（ｂ）、（ｃ）は、カラーフィルター３を設けたカラー表示の液晶セルである。カラー表示液晶セルの場合、図１（ｂ）に示すように、まず、カラーフィルター３を積層し、その上に正のＡプレートａや負のＣプレートｃを積層してもよいが、図１（ｃ）に示すように、透明基板１、１’にまず正のＡプレートａや負のＣプレートｃを積層し、その上にカラーフィルター３を積層する方が望ましい。その理由は、正のＡプレートａ、負のＣプレートｃ等の位相差制御層には波長分散が伴うため、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長毎に最適な厚さが異なる。具体的には、同じ材料を用いると、Ｒ領域の厚さ＞Ｇ領域の厚さ＞Ｂ領域の厚さの順となる。そのため、正のＡプレートａと負のＣプレートは、図１（ｃ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素毎にパターニングして作製することが望ましく、そうすると、画素間に段差が生じてしまう。このような画素間の段差を補償して液晶層３の厚さを均一にするためには、カラーフィルター３のＲ、Ｇ、Ｂの要素に異なる厚さを持たせることができる図１（ｃ）の配置が望ましい。なお、図１（ｂ）のような配置の場合には、このような画素間の段差はＣプレートｃ上に保護層を設け、その保護層の厚さを画素間で異ならせて補償するようにすることが望ましい。
【００３１】
図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）に、本発明に基づいて正のＡプレートａと負のＣプレートｃの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図であり、これらの図では、シール部材、配向層、電極層、ＴＦＴ等の図示は省いてある。また、これらの図において、正のＡプレートａ、負のＣプレートｃは、図示上分離して示してあるが、実際には、基板１、１’に対して配向膜を介して直接積層されている（図１（ｂ）のように、カラーフィルター３を介する場合もある。）。なお、図４（ａ）、（ｂ）のように、正のＡプレートａと負のＣプレートｃの中の一方のみを液晶セル内に配置するように構成してもよい。
【００３２】
図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）の場合を簡単に説明する。図中、２枚の透明基板１、１’とその間に配置された液晶層３とからなる液晶セルの両側に、吸収軸６が相互に直交して直交ニコル状態の２枚の偏光板５、５’が配置されて液晶ディスプレイが構成されている。
【００３３】
図２（ａ）の場合は、透明基板１の内側に偏光板５側に正のＡプレートａが、液晶層３側に負のＣプレートｃが、透明基板１の内側に順に積層されている。
【００３４】
図２（ｂ）の場合は、透明基板１の内側に負のＣプレートｃが、透明基板１’の内側に正のＡプレートａが分離されてそれぞれ透明基板１、１’の内側に積層されている。
【００３５】
図３（ａ）の場合は、図２（ｂ）の場合と逆で、透明基板１の内側に正のＡプレートａが、透明基板１’の内側に負のＣプレートｃが分離されてそれぞれ透明基板１、１’の内側に積層されている。
【００３６】
図３（ｂ）の場合は、図２（ａ）の場合と逆で、透明基板１’の内側に偏光板５’側に正のＡプレートａが、液晶層３側に負のＣプレートｃが順に積層されている。
【００３７】
図４（ａ）の場合は、透明基板１の内側に正のＡプレートａが積層されており、負のＣプレートｃは透明基板１’の外側に積層されている。
【００３８】
図４（ｂ）の場合は、透明基板１’の内側に負のＣプレートｃが積層されており、正のＡプレートａは透明基板１の外側に積層されている。
【００３９】
なお、何れの場合も、偏光板５、５’に隣接する正のＡプレートａの光学軸は偏光板５、５’の吸収軸６と直交するような位置関係で配置される。
【００４０】
以上の本発明の構成においては、従来液晶セルの外側に貼り合わせて用いられる位相差制御層（正のＡプレートａ、負のＣプレートｃ）の全部あるいは一部を、図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）に示すように、重合性液晶分子を用いて液晶セル内に設けるため、界面反射光が少なく高コントラストで視野角度の広いＶＡモードのＬＣＤを提供することができる。なお、図４（ａ）、（ｂ）のように、正のＡプレートａ又は負のＣプレートｃの一方のみを液晶セル外に配置する場合も、透明基板１、１’の外側に直接重合性液晶分子を用いて設けることができるため、同様に界面反射光が少なく高コントラストで視野角度の広いＶＡモードのＬＣＤを提供することができる。なお、透明基板１、１’の外側に配置する正のＡプレートａ、負のＣプレートｃは、直接重合性液晶分子を用いて設ける代わりに、従来のように、ポリカーボネート等の透明高分子フィルムを１軸又は２軸延伸処理して作製したフィルム状態のものを用いてもよい。この場合は、透明基板１、１’の外側に粘着剤を用いて貼り付ける。
【００４１】
ところで、本発明において正のＡプレートａ及び負のＣプレートｃとして用いる位相差制御層を構成する三次元架橋が可能な液晶モノマー分子（重合性液晶分子）としては、例えば特許文献３や特許文献４で開示されているような液晶性モノマー及びそれとキラル化合物の混合物がある。このような重合性液晶材料の一例としては、次の〔化１１〕に包含されるような化合物や、下記の〔化１〕〜〔化１０〕の化合物の２種類以上を混合して使用することができる。なお、一般化学式〔化１１〕で示される液晶性モノマーの場合、Ｘは２〜５（整数）であることが好ましい。
【００４２】
また、カイラル剤としては、例えば一般化学式〔化１２〕〜〔化１４〕に示されるようなカイラル剤を用いることができる。なお、一般化学式〔化１２〕、〔化１３〕で示されるカイラル剤の場合、Ｘは２〜１２（整数）であることが望ましく、また、一般化学式〔化１４〕で示されるカイラル剤の場合、Ｘが２〜５（整数）であることが望ましい。
【００４３】
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
【００５７】
（１）下地基板の準備
適当な洗浄処理を施した基板としてのガラス基板（１７３７材、コーニング社製）上に、配向膜材料としてＡＬ１２５４（ＪＳＲ製）を用い、フレキソ印刷により配向膜を形成した。
【００５８】
次に、当該配向膜を既知の手法によりラビング処理して下地基板を得た。本実施例においては、基板としてガラス基板を用いているが、本発明はガラス基板にのみ限定されるものではなく、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース等からなるプラスチック基板であってもよいし、またさらに、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリプロプレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等のフィルムを用いることもできる。
【００５９】
（２）インキの調整
正のＡプレート位相差制御層用インキとして、両端に重合可能なアクリレート基を有すると共に、中央部のメソゲンと上記アクリレートの間にスペーサを有する液晶材料を７５重両部、光重合開始材としてイルガキュアＩｒｇ１８４（Ｃｈｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製）を１重量部、溶剤としてのトルエン２５重量部を混合して、重合性液晶インキを製作した。
【００６０】
負のＣプレート位相差制御層用重合性液晶材料としては、上記Ａプレート用位相差制御層インキに、カイラル材として両末端に重合可能なアクリレート基を有するカイラル剤を５重量部加えて製作した。
【００６１】
（３）正のＡプレート位相差制御層の形成
調整した上記インキを、スピンコーティング法を用いて（１）で配向膜を形成した基板上に塗布した。なお、本実施例ではスピンコーティング法を適用したが、基板上に均一に塗布が可能であればこれに限られる訳ではなく、ダイコーティング、スリットコーティング、及び、これらを組み合わせた手法であってもよく、特に限定されない。
【００６２】
続いて、当該基板をホットプレート上で１００℃、５分間加熱し、残存溶剤を除去し、液晶構造を発現させた。
【００６３】
続いて、フォトマスクを介して塗布した液晶膜に紫外線照射を行い（１０Ｊ／ｃｍ２ 、波長３６５ｎｍ）、後の工程で緑の画素が形成される部分にのみパターンを焼き付けた。
【００６４】
その後、現像液としてのメタノールに３分間浸漬して未露光部分の液晶膜を除去し、純水にて１分間リンスした後、１００℃のホットプレート上で１０分間加熱して完全に乾燥させて、正のＡプレート位相差制御層を１．０μｍ厚で得た。
【００６５】
同様な手法を用い、膜厚を変化させつつ、青、赤の画素についても塗布、パターニングを行った。膜厚はそれぞれ０．８ｍ、１．２ｍとした。
【００６６】
（４）負のＣプレート位相差制御層の形成
上記（１）〜（３）で製作した基板上に、負のＣプレート位相差制御層インキを用い、正のＡプレート位相差制御層と同様な手法により、負のＣプレート位相差制御層を２．５μｍの厚さでパターニングして、正のＡプレート位相差制御層上に積層構成した。本実施例では、正のＡプレート位相差制御層上に直接負のＣプレート位相差制御層を積層したが、図２〜図４に示すように、正のＡプレート位相差制御層と負のＣプレート位相差制御層は、それぞれバックライト側及び観察側の何れの基板の内側あるいは外側に構成してもよく、図２（ａ）、（ｂ）〜図４（ａ）、（ｂ）に示す構成であれば特に限定されない。
【００６７】
上記の手法を繰り返し、膜厚をそれぞれ２．６ｍ、２．４ｍと変化させつつ、青、赤の画素についても同様の塗布、パターニングを行った。
【００６８】
（５）カラーフィルターの形成
上記の正のＡプレート位相差制御層、負のＣプレート位相差制御層の各位相差制御層が積層された基板上に、カラーフィルターとしてのブラックマトリクス、各ＲＧＢ着色画素パターンを、既知の手法を用いて作成した。その際、図１（ｃ）に示すように、ＲＧＢ着色画素パターンは、Ｒ、Ｇ、Ｂの要素で異なる厚さを持つようにして、画素間の段差を補償してＶＡモードの液晶層の厚さが均一になるようにした。
【００６９】
次に、電極としてＩＴＯ膜をスパッタリングの手法により２０００Å厚に形成した後、液晶分子の配向方向を制御する突起を、その配向方向が４分割でかつ配向分割面積が等しくなるよう設けた。
【００７０】
本実施例では、カラーフィルター層を位相差制御層の上に設けているが、本発明においてはこの位置に限定されるものではなく、２枚の対向するガラス基板の内側であればよく、特に限定されない。
【００７１】
（６）垂直配向ディスプレイの構成
上記（１）〜（５）で得られた位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用い、その上に垂直配向用の配向膜を製膜後、対向基板と間隙を設けて貼り合わせ、負の誘電異方性を持つ液晶ＭＬＣ−６６０８（メルク社製）を注入して、ＭＶＡモード液晶ディスプレイを得た。
【００７２】
得られたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時の光漏れを、比較対照例として位相差制御層を設けなかった場合と合わせて、図５〜図７に示す。各図中、左側が比較対照例、右側が本実施例の光漏れを示す。測定には、ＥＺＣｏｎｔｒａｓｕｔ１６０Ｒ （ＥＬＤＩＭ製）を用いた。図５の場合は、Ｂ（青色）として４５０ｎｍ、図６の場合は、Ｇ（緑色）として５５０ｎｍ、図７の場合は、Ｒ（赤色）として６１０ｎｍの光源を用い、それぞれ構成した液晶ディスプレイの黒状態に入射させ、その際の光漏れを方位角度３６０°、極角度８０°の範囲で検証した。２枚の偏光板の吸収軸の方位角度は４５°と１３５°である。なお、図５〜図７の各図において、円の中心が極角度０°、円の周が極角度８０°である。それぞれの波長で、本実施例の場合は、位相差制御層なしの場合に比べて、方位角度０°、９０°、１８０°、２７０°における光漏れが大幅に低減されていることが分かる。
【００７３】
なお、本発明においては、配向膜層、位相差制御層はそれぞれ有効表示エリアのみにパターニングされて設けることができ、対向基板と張り合わせる際にシール部材２（図１）が設けられる部分はガラス表面であるため、確実なシールが可能であり、耐久性に優れた液晶ディスプレイを構成することが可能である。なお、この場合に、位相差制御層のパターニングされた最外端面は、シール部材２の糊付着部（シール部）から５０μｍ以上内側にパターニングして形成することが望ましい。
【００７４】
また、本発明において、重合性液晶分子を配向させるためには、配向膜が必要である。特に、１層目の正のＡプレートａ又は負のＣプレートｃの位相差制御層を基板上に設ける際には配向膜が必須となる。正のＡプレートａ上に負のＣプレートｃを積層する場合には、下地の正のＡプレートａの配向が配向膜として機能させることも可能であるが、より確実な配向を得るためには、２層目のための配向膜を設けることが望ましい。
【００７５】
なお、本発明において、ＶＡモードのＬＣＤにおいける液晶層３に用いる液晶分子の屈折率異方性（異常光屈折率から常光屈折率を引いた値）は一般に０．０５から０．３０の範囲にあり、正のＡプレートａ、負のＣプレートｃの位相差制御層として用いる重合性液晶分子の屈折率異方性は一般に０．０５から０．３０の範囲にあり、液晶セルのセルギャップ（液晶層３の厚さ）は一般に１．０μｍから６．０μｍであり、かつ、重合性液晶分子からなる正のＡプレートａ、負のＣプレートｃの膜厚は０．１μｍから１０．０μｍである。
【００７６】
以上、本発明の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板及びそれを用いた液晶ディスプレイをその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板及びそれを用いた液晶ディスプレイにおいては、液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板の液晶層側に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられているので、視野角度を拡大するために通常フィルム状態として液晶セル外に貼り付けられる位相差板を、液晶セルを構成する透明基板に直接パターニングし、かつ、液晶セル内部に包含させることにより、接着剤の界面反射によるコントラストの低下を防ぎ、波長分散の少ない高品位な液晶ディスプレイ、特に垂直配向モードの液晶ディスプレイを構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶ディスプレイの液晶セル部分の模式的断面図である。
【図２】本発明に基づいて正のＡプレートと負のＣプレートの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明に基づいて正のＡプレートと負のＣプレートの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図４】本発明に基づいて正のＡプレートと負のＣプレートの少なくとも一方を液晶セル内に配置する場合の液晶ディスプレイの可能な構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図５】本発明の１実施例による位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時のＢ光の光漏れを比較対照例と合わせて示す図である。
【図６】本発明の１実施例による位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時のＧ光の光漏れを比較対照例と合わせて示す図である。
【図７】本発明の１実施例による位相差制御機能付きＭＶＡモードＬＣＤ用カラーフィルターを用いたＭＶＡモード液晶ディスプレイの黒表示時のＲ光の光漏れを比較対照例と合わせて示す図である。
【図８】層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層とを説明するための図である。
【符号の説明】
Ｓ…層面
ａ…正のＡプレート
ｃ…負のＣプレート
１、１’…透明基板
２…シール部材
３…ＶＡモードの液晶層
４…ＲＧＢのカラーフィルター
５、５’…偏光板
６…吸収軸
Claims (20)
- 液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板において、その液晶層側に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられていることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項１において、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層は、重合性液晶分子とカイラル剤の混合物からなることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板において、その液晶層側に、配向膜、重合性液晶分子からなる層面内に光学を有する正の一軸性位相層、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の順に積層されていることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項３において、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の間に配向膜を有することを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項１において、層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の一方がフィルム状態で液晶ディスプレイの液晶層を挟む透明基板の液晶層とは反対側に貼り付けられていることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項１から５の何れか１項において、重合性液晶分子からなる層面内に光学的に正の一軸性を有する位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光学的に負の一軸性を有する位相層の中、少なくとも一方がパターニングされてなる位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板が、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の領域を有し、かつ、前記位相差層の中、少なくとも一方が前記Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の領域に合わせてパターニングされて形成されていることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項６において、カラーフィルターのＲ、Ｇ、Ｂ３色の領域に対応してパターニングされた重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層が、実質的に同一材料からなり、かつ、その膜厚が、それぞれ、Ｒ領域の厚さ＞Ｇ領域の厚さ＞Ｂ領域の厚さの順と、Ｂ領域の厚さ＞Ｇ領域の厚さ＞Ｒ領域の厚さの順となるように成膜されていることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項１から７の何れか１項において、液晶層の配向モードが垂直配向モードであることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項８において、垂直配向モードである液晶層に用いる液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であり、かつ、位相層として用いる重合性液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 請求項８又は９において、垂直配向モードである液晶層の厚さが１．０μｍから６．０μｍであり、かつ、重合性液晶分子からなる位相層の膜厚は０．１μｍから１０．０μｍであることを特徴とする位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板。
- 液晶層を挟む透明基板の少なくとも何れか一方の内面に、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の中、少なくとも一方がパターニングされて設けられていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１１において、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層は、重合性液晶分子とカイラル剤の混合物からなることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 液晶層を挟む透明基板の内面に、配向膜、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の順に積層されていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１３において、重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層と、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の間に配向膜を有することを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１１において、層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層の一方がフィルム状態で液晶層を挟む透明基板の液晶層とは反対側に貼り付けられていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１１から１５の何れか１項において、重合性液晶分子からなる層面内に光学的に正の一軸性を有する位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光学的に負の一軸性を有する位相層の中、少なくとも一方がパターニングされてなる位相差制御機能を有する液晶ディスプレイ用基板が、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の領域を有し、かつ、前記位相差層の中、少なくとも一方が前記Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の領域に合わせてパターニングされて形成されていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１６において、カラーフィルターのＲ、Ｇ、Ｂ３色の領域に対応してパターニングされた重合性液晶分子からなる層面内に光軸を有する正の一軸性位相層、若しくは、重合性液晶分子からなる層面の法線方向に光軸を有する負の一軸性位相層が、実質的に同一材料からなり、かつ、その膜厚が、それぞれ、Ｒ領域の厚さ＞Ｇ領域の厚さ＞Ｂ領域の厚さの順と、Ｂ領域の厚さ＞Ｇ領域の厚さ＞Ｒ領域の厚さの順となるように成膜されていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１１から１７の何れか１項において、液晶層の配向モードが垂直配向モードであることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１８において、垂直配向モードである液晶層に用いる液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であり、かつ、位相層として用いる重合性液晶分子の屈折率異方性が０．０５から０．３０であることを特徴とする液晶ディスプレイ。
- 請求項１８又は１９において、垂直配向モードである液晶層の厚さが１．０μｍから６．０μｍであり、かつ、重合性液晶分子からなる位相層の膜厚は０．１μｍから１０．０μｍであることを特徴とする液晶ディスプレイ。
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