JP4489594B2 - 補償フィルムを有するディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、補償フィルムを有するツイスト・ネマチック液晶ディスプレイに関する。この補償フィルムは、特に鉛直方向における視角を改善する。この補償フィルムはまた、低い平均チルト角、並びに大きいリターデーション値及び厚さを有し、従って容易な製造を可能にする。

下記の用語は以下に述べるような定義を有する。
本明細書における「光軸」は、伝搬光が複屈折されない方向を意味する。
「Ａ−プレート」、「Ｃ−プレート」及び「Ｏ−プレート」はそれぞれ、光軸がプレートの平面内にあるプレート、プレート表面に対して垂直であるプレート、及びプレートの平面に対してチルトしているプレートである。

本明細書中の「偏光子」及び「検光子」は、電磁波を偏光させる素子を意味する。光源により近接している方を一般に偏光子と呼び、これに対して観察者に近接している方を検光子と呼ぶ。

本明細書中の「目視方向」は、液晶ディスプレイ１０１に関して図１に示すように、極性視角（ｐｏｌａｒ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅ）αと方位視角（ａｚｉｍｕｔｈａｌ ａｎｇｌｅ）βとの集合として定義される。極性視角αは、ディスプレイ法線方向１０３から測定され、方位視角βは、ディスプレイ表面１０７の平面内の適切な基準方向１０５と、ディスプレイ表面１０７上への矢印１０９の投影１０８との間に跨がる。種々のディスプレイ画像特性、例えばコントラスト比、色及び明るさは、角度α及びβの関数である。

「方位角φ及びチルト角θ」は、本明細書中では、光軸方向を特定するのに使用される。偏光子及び検光子の透過軸に関して、これらのチルト角がゼロになるときには、方位角だけが使用される。図２は、ｘ−ｙ−ｚ座標系２０３に関する光軸２０１の方向を特定するための方位角φ及びチルト角θの定義を示す。ｘ−ｙ平面は、ディスプレイ表面１０７に対して平行であり、そしてｚ−軸はディスプレイ法線方向１０３に対して平行である。方位角φは、ｘ軸と、ｘ−ｙ平面上への光軸２０１の投影との間の角度である。チルト角θは光軸２０１とｘ−ｙ平面との間の角度である。

本明細書中の「ＯＮ（ＯＦＦ）」状態は、液晶ディスプレイ１０１に対する印加された電界を有する（有さない）状態を意味する。

本明細書中の等コントラスト・プロットは、異なる目視方向からのコントラスト比の変化を示す。コントラスト比が一定（例えば１０、５０及び１００）である等コントラスト線を、極性フォーマットでプロットする。同心円は、極性視角α＝２０°、４０°、６０°及び８０°（最も外側の円）に対応し、半径方向の線は方位視角β＝０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°及び３１５°を示す。

電子ディスプレイのために液晶が広範囲に使用されている。これらのディスプレイ・システムにおいて、偏光子と検光子との対の間に、典型的には液晶セルが設けられる。偏光子によって偏光された入射光は、液晶セルを通過し、そして液晶の分子配向によって影響される。この分子配向はセルを横切る電圧の印加によって変化させることができる。変化させられた光は検光子内に達する。この原理を採用することにより、周囲光を含む、外部源からの光の透過を制御することができる。この制御を達成するのに必要なエネルギーは一般に、他のタイプのディスプレイ、例えばブラウン管（ＣＲＴ）において使用される発光材料に必要となるものよりも著しく少ない。従って、軽量であり、消費電力が低く、そして動作寿命が長いことが重要な特徴であるような、例えばデジタル時計、計算機、ポータブル・コンピューター、電子ゲーム機を含む数多くの電子画像形成デバイスのために、液晶技術が用いられる。

コントラスト、色再現及び安定的なグレイスケール強度が、液晶技術を採用する電子ディスプレイのための重要な品質属性である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のコントラストを制限する主要なファクターは、暗又は「黒」画素状態にある液晶素子又はセルを通って光が「漏れる」性向である。さらに、この漏れ、ひいては液晶ディスプレイのコントラストはまた、ディスプレイ・スクリーンが目視される際の角度に依存する。典型的には、最適なコントラストは、ディスプレイに対する法線入射（α＝０°）を中心とした狭い視角内でのみ観察され、視角が増大するに従って急速に低下する。カラー・ディスプレイの場合、漏れの問題はコントラストを低下させるだけでなく、色又は色相をシフトさせ、これに付随して色再現を低下させる。

ＬＣＤは、デスクトップ・コンピュータ及びその他のオフィス用又は家庭用電気器具として、急速にＣＲＴに取って代わりつつある。大型スクリーンサイズのＬＣＤテレビ・モニターの数が近い将来に急増することも期待されている。しかし、着色、コントラストの低下、及び明るさの反転というのような視角依存性の問題が解決されなければ、伝統的なＣＲＴの代替物としてのＬＣＤの使用は制限されてしまう。

種々のＬＣＤモードの中で、ツイスト・ネマチック（ＴＮ）ＬＣＤが最も普及しているモードである。図３ＡはＴＮ−ＬＣＤ３１３の概略図を示す。偏光子３０３と検光子３０５との間には、液晶セル３０１が位置決めされている。偏光子及び検光子の透過軸３０７、３０９が交差しており、これは偏光子及び検光子の透過（又は同等に吸収）軸は、角度９０±１０°を形成する。液晶セル内部では、液晶の光軸が、セル厚さ方向にわたって、ＯＦＦ状態において９０°の方位回転を示している。図３Ａにおいて、セル表面における液晶光軸３１１の方向は、単矢印によって示されている。表面では、液晶光軸３１１は、セル表面に対して小さなチルト角θ_ｓを成すことにより、逆のねじれを防止する。つまりこのチルトは、セル厚さ方向における液晶光軸の方位回転方向（時計方向又は反時計方向）と一致する。偏光されていない入射光が偏光子３０３によって直線偏光され、その偏光平面は、液晶セル３０１を通って伝搬中に、９０°だけ回転する。セル３０１からの射出光の偏光平面は、検光子３０５の透過軸３０９に対して平行であり、検光子３０５を透過することになる。十分に高い電圧が印加されると、液晶は、境界プレートの極めて近くを除いて、セル平面に対して垂直になる。このＯＮ状態において、入射光は事実上複屈折を受けることはなく、ひいては検光子によってブロックされる。このモード（明ＯＦＦ状態及び暗ＯＮ状態）は、通常白ツイスト・ネマチック液晶ディスプレイ（Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｗｈｉｔｅ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＮＷ−ＴＮ−ＬＣＤ）モードと呼ばれる。

ディスプレイ法線目視方向（α＝０°）において、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で高コントラストを得ることができる。しかし、ディスプレイが斜め方向から見られる場合、伝搬光はＯＮ状態において複屈折を受け、ひいては検光子によって完全にはブロックされない。この光漏れは斜め方向において低コントラスト比をもたらす。当業者によく知られているように、ＴＮ−ＬＣＤの場合、漏れによるコントラスト比の低下は、水平方向（β＝０°、１８０°）におけるよりも、鉛直目視方向（方位視角β＝９０°、２７０°）において顕著である。方位視角βは、基準方向１０５（図１に示す）から測定される。基準方向２０５は、偏光子３０３及び検光子３０５の透過軸３０７、３０９に対して、４５°となるように選択される。ディスプレイ３１３の等コントラスト・プロットが図３Ｂに示されている線３１５、３１７、３１９は、それぞれコントラスト比１０、５０及び１００に対応する等コントラスト比線である。ディスプレイは、多くの用途に必要とされる範囲において、コントラスト比１０以上を維持することはできない。コントラスト比は、目視方向が法線方向から逸脱するのに従って、急速に低下する。この低下は、上側の鉛直方向の目視方向（β＝９０°）において特に顕著である。

ＴＮ−ＬＣＤに特徴的な視角を改善するための一般的な方法の１つは、補償フィルムを使用することである。いくつかの事例において、補償フィルムは、基体上にデポジットされた光学異方性層から成る。基体はフレキシブルなフィルム、例えばトリアセチル−セルロースであってよく、又はソリッドなフィルム、例えばガラスであってよい。光学異方性層は一般には、液晶ポリマーから形成されている。所望の方向において液晶ポリマーの光軸を整列させる（異方性層をＡ、Ｃ又はＯ−プレートとして形成する）ことが必要なので、光学異方性層と基体との間、又は２つの光学異方性層の間に、整列層がしばしばデポジットされる。異方性層の厚さは、その構成材料及びこの層が取り付けられるＬＣＤの性質に依存する。補償フィルムは典型的には、液晶セルと偏光子との間の任意の場所に挿入される。補償フィルムの機能は、液晶セルを通って移動している間に伝搬光によって被る位相リターデーションを取り消すことである。ＮＷ−ＴＮ−ＬＣＤのＯＮ状態において補償フィルムを使用することにより、伝搬光によって被る複屈折がフィルムによって取り消される。このことは我々に均一な暗状態を与え、その結果、視角特性が改善される。

種々の補償法が示唆されている。米国特許第５，６１９，３５２号明細書には、Ｏ−プレートの組み合わせの利用が開示されている。基本的な考えは、ＯＮ状態液晶セルの同様の又は相補的な光学対称性を有するＯ−プレートの積み重ねによって、ＴＮ−ＬＣＤのＯＮ状態を補償することである。このことは、３つの代表的な部分、すなわち、セル境界プレートに近接された２つの領域、及びセル中央区分によって、ＴＮ−ＬＣＤのＯＮ状態に近づけることにより行われた。セルの中央では、液晶光軸は、セル平面に対してほとんど垂直であり、液晶光軸の方位角が大きく変化する。境界プレートの近くでは、液晶光軸は小さく、方位角はほとんど固定されている。以前の補償技術と比較して、グレイスケールの安定性、並びに視角特性が改善されている。

Ｃｈｅｎ他は、交差されたＯ−プレートを使用してＮＷ−ＴＮ−ＬＣＤの暗状態を補償することを示唆した（ＳＩＤ９９、第９８〜１０１頁、「Ｗｉｄｅ−ｖｉｅｗｉｎｇ−ａｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏ−ａｌｉｇｎｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ＴＮ−ＬＣＤｓ」）。チルト角θ＝２０°を有するＯ−プレートが使用される。図４Ａは、Ｏ−プレート４０３（光学異方性層とも呼ばれる）を備えたＴＮ−ＬＣＤ ４４１の構造を示す。液晶セル４０１に加えて、交差された偏光子４１１と検光子４１３との間に、４つのＯ−プレートが配置されている。Ｏ−プレート内の光軸４１５は、プレート平面に対して２０°だけチルトしている。検光子及び偏光子の光軸及び透過軸の方位角は、括弧内に記載されている。Ｏ−プレートの方位角は、偏光子４１１又は検光子４１３の透過軸４２３、４２５の方位角と等しい。図４Ｂは、ディスプレイ４４１の等コントラスト・プロットを示す。線４２７、４２９及び４３１はそれぞれ、コントラスト比１０、５０及び１００の等コントラスト線である。Ｏ−プレートの補償により、視角特性が改善された。コントラスト比１０以上を有する領域は、図３Ｂと比較して著しく拡大した。

Ｏ−プレートを使用した従来技術の補償子は、ＯＮ状態における光漏れを低減することにより、視角特性を改善した。しかし、鉛直目視方向における視角特性は、満足いくものからはほど遠い。例えばコントラスト比は、図４Ａに示されたディスプレイを用いた場合、広視角範囲６０°≦β≦１２０°及び５０°≦αにおいて１０未満になる。広視角範囲におけるこの低い視角特性は、ＬＣＤの用途を限定する。従来技術は、２０°以上のチルト角θを必要とする。しかし、当業者に知られているように、製造プロセスにおいて高いチルト角の生成の反復性は制限されている。従来技術はまた、補償フィルムからの小さな位相リターデーション値６０ｎｍを必要とする。材料の複屈折が０．１である場合、１つの光学異方性層の厚さは０．６μｍとなる。しかし、生産の面で見て、コーティング厚が小さくなると、基体上の異方性層の均一なコーティングは技術的により難しくなる。結果として、１ミクロン未満の厚さを必要とする従来技術のＯ−プレート補償は、均一なコーティングを著しく難しくする。従って、光学異方性層においてより小さなチルト角及びより大きなコーティング厚を有する、より良好な視角特性を提供する新しい補償フィルムが著しく必要である。

この補償フィルムは、特に鉛直目視方向において、ツイスト・ネマチック液晶ディスプレイの視角を改善する。この補償フィルムはまた、低い平均チルト角と、大きなリターデーション値及び厚さとを有し、従って容易な製造を可能にする。

我々の目的の１つは、特に鉛直目視方向において視角特性を改善するために、ツイスト・ネマチック液晶ディスプレイとともに使用することができる補償フィルムを提供することである。

我々の別の目的は、大きな厚さを有し、従ってよりシンプルなプロセスで加工することができる補償フィルムを提供することである。

我々のさらに別の目的は、低い平均チルト角を有し、従ってフィルムの性能の反復性を高める補償フィルムを提供することである。

本明細書は、本発明の主題を具体的に指摘して明確に主張した特許請求の範囲で結論するが、いうまでもなく本発明は、添付の図面と併せて下記説明からより明らかになる。
本発明の種々の要素に数字の符号が与えられた図面を以下に参照しながら、本発明を論じることにより、当業者が本発明を形成し利用するのを可能にする。いうまでもなく、具体的に示されない又は説明されない要素は、当業者によく知られた種々の形態を成すことができる。

図５Ａは、本発明に用いられる光学補償フィルム５００の断面を示している。光学補償フィルムは、光軸がフィルム平面に対して垂直な平面内でチルトされた状態で配向された正複屈折材料を含有している。２つの複屈折材料層又は光学異方性層５０１、５０３が、基体５０９上にデポジットされている。基体５０９はフィルム平面に対して平行である。それぞれの光学異方性層は、波長５５０ｎｍにおいて（ｎｅ−ｎｏ）ｄによって定義された位相リターデーション値１００±２０ｎｍを有している。上記式中、ｎｅは材料の異常光線屈折率、ｎｏは材料の常光線屈折率であり、またｄは、複屈折材料層又は光学異方性層の厚さである。フィルム平面に対する正複屈折材料の光軸の平均チルト角θは、１０±５°である。平均チルト角は、厚さ全体にわたるチルト角の平均、すなわち、

であり、上記式中、θ（ｚ）は高さｚにおけるチルト角である。大抵の場合、平均チルト角は、光学異方性層の両側における算術平均チルト角にほぼ等しい。

当業者によく知られているように、光学材料は最大３つの主屈折率を有していてよく、これらの屈折率の関係に基づいて等方性又は異方性として分類することができる。その屈折率のうちの３つ全てが等しい場合、材料は等方性と考えられる。異方性の場合、材料は単軸又は二軸であってよい。２つの主屈折率が等しい場合、材料は単軸であると考えられる。単軸材料は、ｎｏと呼ばれる常光線屈折率と、異常光線屈折率ｎｅと、その光軸つまりｎｅの軸の配向を表す２つの角度とを有しているものとして固有に特徴付けされる。ｎｅがｎｏよりも大きい場合、単軸材料は正屈折性である。ｎｅがｎｏよりも小さい場合、単軸材料は負屈折性である。複屈折挙動の制御は、光学フィルムの加工及び適用において特に有用である。３つの全ての屈折率が異なる場合、材料は二軸であると考えられ、その主屈折率ｎｘ_０、ｎｙ_０、ｎｚ_０及び３つの配向角によって固有に特定される。二軸材料のいくつかは弱い二軸性を示し、このことはこれらの３つの主屈折率のうちの２つが極めて近接していることを意味する。このような屈折率は、単軸材料の常光線屈折率と同等にしばしば考えられる。以下、複屈折材料層に言及するために「光学異方性層」を使用する。

なおも図５Ａを参照すると、基体５０９は、機械的な基体の機能を有している。基体のための材料は、ポリマー又はその他の光学的に透明な材料、例えばガラスであってよい。好ましくは、基体材料はフィルム平面内に小さな又はゼロの複屈折を有している。機械的には、基体材料は、製造プロセス及び実際の適用に際して十分な強度を有する限り、フレキシブルな形態、又はソリッドな形態を成していてよい。ポリマーの例は、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、及びポリエチレンである。ガラスは、ソーダ石灰ケイ酸塩、ホウケイ酸塩ガラス、及びディスプレイに取り付けるためのその他の標準的なガラスから選択することができる。整列層５０５、５０７は、光学異方性層５０１、５０３内の光軸の所定の方位角φ及びチルト角θを強制する。典型的な事例の場合、整列方向は、整列層の表面を機械的なラビングにより生成される。一般に、整列層は高分子材料、例えばポリビニルアルコール又はポリイミドである。ラビンク速度、ラビング圧及びその他の制御可能なパラメータを変化させることにより、光学異方性層５０１、５０３内の光軸の規定の角度を生成することができる。また、光軸の特定の配向を生成するために、整列層への電磁輻射、又は光整列法も知られている。この場合、光学異方性層内の光軸の方向は、整列層の材料、暴露量、輻射線波長、整列層の厚さ及びその他の考えられ得るパラメータによって制御される。整列層は輻射線の波長に対して感受性を有する必要がある。典型的には、ＵＶに対して感受性の官能基、例えばシナメート基を含有する高分子整列層に対して、紫外線範囲の輻射線が使用される。

図５Ｂに示すように、整列層５０５、５０７を有さない補償フィルム５００も可能である。光学異方性層５０１、５０３内の光軸方向は、外力、例えば電界、磁界、又はずれ流動力によって制御される。次いで光軸方向は、外部場が印加されている間、例えば光学異方性層の重合又は急冷によって凍結される。

光学異方性層は、屈折率、厚さ（又は位相リターデーション）、及び光軸の方向によって特徴付けされる。光軸の方向はそのチルト角θ及び方位角φによって特定される。図６Ａ及び図６Ｂは、フィルム５００の構造を概略的に示す。第１の光異方性層６０１の光軸は、第１平面６０８内でチルトされ、第２の光学異方性層６０３の光軸は、第２平面６０７内でチルトされる。第１平面６０７及び第２平面６０８の双方は、フィルム平面又は基体６０９に対して垂直である。第１平面６０７と第２平面６０８との間に形成された角度は９０±１０°である。２つの光学異方性層の方位角は、図面に示したように互いに垂直である。このことは、２つの方位方向間に形成された角度が９０±１０°であることを意味する。２つの光学異方性層の６０１、６０３は、整列層６０５上にデポジットされている。基体６０９は構造全体を支持する。矢印が、光学異方性層内の光軸方向を示している。光学異方性層内の光軸は、液晶セル平面及び基体６０９の平面に対して垂直な平面内でチルトする。チルト角θは、θ_１として一定のままであるか（図６Ａ）、又は光学異方性層の厚さを通して、θ_２からθ_３まで変化することができる（図６Ｂ）。層６０１及び６０３における光軸の方位角は、その層内で一定であることが好ましいが、しかし±１０°の範囲内で変化することもできる。第１層６０１及び第２層６０３の光軸の間の方位角は９０±１０°である。

図５Ａ〜６Ｂに示された同様の構造を有する補償フィルムがよく知られているが、本発明による補償フィルム５００の固有の光学特性は、１０°の平均チルト角θ及び位相リターデーション値１００ｎｍを有している。これらの値は、ＴＮ−ＬＣＤの視角性能を改善する。一定の事例の場合、チルト角は好ましくは５°＜θ_１＜１５°、又はより好ましくは７．５°＜θ_１＜１３°の範囲である。変化するチルト角には２つの事例があり、一方の事例は、チルト角の増大（θ_２＞θ_３）を伴い、他方の事例は、チルト角の減小（θ_２＜θ_３）を伴う。両事例においても、チルト角の算術平均は好ましくは５°＜（θ_２＋θ_３）／２＜１５°の範囲内にあり、又はより好ましくは７．５°＜（θ_２＋θ_３）／２＜１３°の範囲内にある。種々のチルト角の組み合わせ、例えば第１の光学異方性層６０１における増大するチルトと、第２の光学異方性層６０３における一定のチルトとのチルト角組み合わせも、補償フィルムとして同等に機能することができる。

１つの光学異方性層の位相リターデーション値は、（ｎｅ−ｎｏ）ｄによって与えられる。本発明による位相リターデーション値の好ましい値は、５５０ｎｍの波長で１００±２０ｎｍである。従って、複屈折ｎｅ−ｎｏが０．１の場合、１つの光学異方性層の厚さは、１±０．２μｍ又は１０００±２００ｎｍである。この厚さ１μｍは、従来技術の補償フィルム（ほぼ０．６μｍ）よりも約６７％だけ厚い。複屈折ｎｅ−ｎｏが０．１１の場合、１つの光学異方性層の厚さは、９０９±１８２ｎｍである。

図７Ａは、本発明による補償フィルム５００を有するＮＷ−ＴＮ−ＬＣＤ ７５１を示す概略図である。光学異方性層７０１（図６Ａ及び６Ｂの層６０１、６０３に対応する）は別々に示されており、基体及び整列層は図７Ａには示されていない。２対の光学異方性層７０１の間には、ＴＮ液晶セル７０９が配置されている。矢印７１９は、セル表面における液晶光軸方向を示す。光学異方性層内の光軸方向は、矢印７１１によって示されている。図面において、光学異方性層内の光軸のチルト角は一定の角度θ＝１０°として示されている。しかし上述のように、傾斜角は変化することもできる。この場合、角度θはチルト角θ_２及びθ_３の平均値によって置き換えられる（図６Ｂ参照）。二重矢印７２３、７２５は、偏光子７３１及び検光子７３３の透過軸を示す。偏光子７３１は方位角φ１３５°（又は３１５°）を有し、検光子７３３は方位角φ４５°（又は２２５°）を有している。光軸及び透過軸の方位角は括弧内に記載されている。光学異方性層７０１の光軸は、偏光子又は検光子の透過軸と同じ方位角φ（４５°又は１３５°）を有している。光学異方性層の位相リターデーション（ｎｅ−ｎｏ）ｄは１００ｎｍである。

図７Ｂは、図７Ａに示されたディスプレイ７５１に対応する等コントラスト・プロットである。線７３５、７３７及び７３９は、それぞれコントラスト比１０、５０及び１００の等コントラスト線である。

比較すると、図４Ｂに示された従来技術の補償フィルムを有するディスプレイ４４１（図４Ａ）の等コントラスト・プロットにおいて、光学異方性層４０３はチルト角θ＝２０°と、位相リターデーション値６０ｎｍとを有している。線４２７、４２９、４３１は、それぞれ一定の比１０、５０及び１００に対応する等コントラスト線である。

これから判るように、等コントラスト線、例えば一定の比１００に対応する線７３９（図７Ｂ）によって取り囲まれる面積は、その対応線４３１（図４Ｂ）によって取り囲まれる面積よりも著しく大きい。同じ傾向がコントラスト比５０における線７３７対４２９に関して、またコントラスト比１０における線７３５対４２７に関して生じる。

本発明によるディスプレイ７５１、及び従来技術のディスプレイ４４１の鉛直方向視角及び平均視角を、表１及び表２において具体的に比較する。方位視角β＝９０°又は２７０°の場合、鉛直方向視角は極性視角αを意味する。同様に、方位視角β＝０°又は１８０°の場合、水平方向視角は極性視角αである。平均視角は、所与のコントラスト比における鉛直方向及び水平方向の視角の平均である。表１は、従来技術の補償フィルム４０３及び本発明による補償フィルム７０１を使用した場合の、コントラスト比１０、５０及び１００に対応する鉛直方向視角を示す。コントラスト比１０の場合、本発明の鉛直方向視角は、従来技術の補償フィルムを使用した場合の５２°と比較して６２°である。同様に、本発明による補償フィルムを用いた場合の鉛直方向視角は、従来技術の補償フィルムを用いた場合と比較して、他のコントラスト比、例えば５０及び１００で有意な改善を示す。

表２は、特定のコントラスト比（１０、５０、１００及び２００）に対応する平均視角（β＝０°、９０°、１８０°、２７０°における極性視角αの平均値）を示す。より良好な視角特性を有するディスプレイは、同じコントラスト比においてαのより大きい平均視角を有する。本発明のディスプレイ７５１は、従来技術のディスプレイ４４１と比較して、同じコントラストに対してより広い視角を有することが明らかにされる。例えば、コントラスト１０以上の平均視角範囲は、５４°から６０°に拡大される。

図８は、光学異方性層（例えば層５０１、５０３、６０１、６０３又は７０１）の位相リターデーション値（ｎｅ−ｎｏ）ｄ、及び光学異方性層の光軸の平均チルト角θのパラメータ範囲を示している。図面において斜線部分内に特定されたパラメータを有する補償フィルムは、水平（β＝０°、１８０°）目視方向及び鉛直（β＝９０°、２７０°）目視方向の両方で極性視角５５°まで延びるコントラスト比１０の線を有している。

図８から明らかなように、補償フィルムのリターデーション値及びチルト角は、同時に最適化されることが必要である。チルト角が変化すると、フィルム位相リターデーション値はその範囲を変化させる。例えば、位相リターデーションは、チルト角８°では７５ｎｍ〜１１０ｎｍであり、これに対してチルト角が２２°の場合にはほぼ５５ｎｍ〜８０ｎｍである。このことは、等コントラスト・プロット（図４Ｂ、図７Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂ）を比較すると、よりよく理解することができる。前述のように、図４Ｂは、Ｃｈｅｎ他（ＳＩＤ９９、第９８〜１０１頁、「Ｗｉｄｅ−ｖｉｅｗｉｎｇ−ａｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏ−ａｌｉｇｎｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ＴＮ−ＬＣＤｓ」）に基づく、チルト角２０°及び位相リターデーション値６０ｎｍの最適化された補償フィルムを備えたＮＷ−ＴＮ−ＬＣＤの等コントラスト・プロットを示す。その比較として、図９Ａでは、補償フィルムの位相リターデーション値を６０ｎｍから１００ｎｍに変化させ、そしてチルト角は２０°で同じままにする。これに対して図９Ｂでは、チルト角を２０°から１０°にし、位相リターデーション値を６０ｎｍに固定する。図９Ａは、チルト角２０°及び位相リターデーション値１００ｎｍの補償フィルムを有するＮＷ−ＴＮ−ＬＣＤの等コントラスト・プロットである。図９Ｂに示された等コントラスト・プロットを有するＮＷ−ＴＮ−ＬＣＤの場合、チルト角θは１０°であり、位相リターデーションは６０ｎｍである。両図面において、線７３５、７３７及び７３９は、それぞれコントラスト比１０、５０及び１００の等コントラスト線である。図９Ａ及び９Ｂの両方において１００のコントラスト比に対応する等コントラスト線７３９によって取り囲まれた面積は、図４Ｂにおいて同じコントラスト比１００に対応する線４３１によって取り囲まれた面積よりも小さい。このことは、一連の最適化されたパラメータの近くでフィルム・パラメータの１つだけを変えることは好ましくないことを示唆する。図７Ｂは、補償フィルムがその位相リターデーション値を６０ｎｍから１００ｎｍに変えると同時にチルト角を２０°から１０°に変えると、著しくより広い視角性能が達成されることを示す。

従来技術の補償フィルムの構成は小さな位相リターデーション（又は小さな厚さ）を好み、従って、チルト角２０°及び位相リターデーション値６０ｎｍを有する補償フィルムが、Ｃｈｅｎ他（ＳＩＤ９９、第９８〜１０１頁、「Ｗｉｄｅ−ｖｉｅｗｉｎｇ−ａｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏ−ａｌｉｇｎｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ＴＮ−ＬＣＤｓ」）によって発見されたことは驚くべきことではない。さらに高いチルト角２５°〜６５°を有する補償フィルムも、米国特許第５，６１９，３５２号明細書に開示されている。図８も示すように、従来技術の構成（チルト角θ＝２０°及び位相リターデーション値６０ｎｍ）の近くでパラメータ（チルト角及び位相リターデーション値）の一方又は両方を僅かに調節するだけで、視角特性は実際に低下する。その一方で、位相リターデーション値（又は同等に厚さ）が約６７％だけ増大し、チルト角θが２０°から半分だけ、１０°に小さくなると、補償フィルムは、特に鉛直目視方向において、ＴＮ ＬＣＤのためのより優れた視角性能を提供する。図８はまた、本発明による補償フィルムの付加的な恩恵は、その位相リターデーション値に対する大きいトレランスである。このことはチルト角が１０°の場合、位相リターデーション値の軸における帯域が広い（約７０ｎｍ〜１２０ｎｍ）ことにより証明される。このことはフィルム厚の大きいトレランスを意味する。本発明は、チルト角がより小さく位相リターデーション値がより大きい光学異方性層を用いて、ＴＮ−ＬＣＤのための優れた視角性能を可能にする。従ってＴＮ−ＬＣＤは製造がより容易になる。

本発明は、光学補償フィルムが、光整列法によって配向を可能にするのに適した成分を含有する整列層を含む実施態様；光軸の方位角が±１０°以内で一定である実施態様；及びａ）ツイスト・ネマチック液晶セルと、ｂ）１つ以上の偏光プレートと、ｃ）光軸がフィルム平面に対して垂直な平面内でチルトされた状態で配向された正複屈折材料を含有する光学補償フィルムと、を含むディスプレイ｛（ｎｅ−ｎｏ）ｄによって定義されるリターデーション値は波長５５０ｎｍで１００±２０ｎｍであり、そしてフィルム平面に対する平均チルト角は１０±５°であり、上記式中、ｎｅは異常光線屈折率、ｎｏは常光線屈折率であり、そしてｄは、複屈折材料の厚さである｝；光学補償フィルムが、基体上に配置された第１及び第２の正複屈折材料を含み、前記第１及び第２の層の光軸の間の方位角が９０±１０°であるようなディスプレイを含む。

本明細書で参照された特許明細書及び他の刊行物の内容全体を参考のため、本明細書中に引用する。

図１は、視角方向の定義を示す図である。 図２は、光軸方向を特定するためのチルト角及び方位角の定義を示す図である。 図３Ａは、補償のない従来技術のＴＮ−ＬＣＤである。 図３Ｂは、図３Ａに示された従来のＴＮ−ＬＣＤの等コントラスト・プロットを示す図である。 図４Ａは、Ｏ−プレート補償フィルム（２０°チルト及び６０ｎｍ）を有する従来技術のＴＮ−ＬＣＤである。 図４Ｂは、図４Ａに示された従来のＴＮ−ＬＣＤの等コントラスト・プロットを示す図である。

図５Ａは、本発明の補償フィルムを示す断面概略図である。 図５Ｂは、本発明の補償フィルムを示す断面概略図である。 図６Ａは、光軸のチルトが厚さ方向にわたって一定である、本発明の補償フィルムの構造を示す概略図である。 図６Ｂは、光軸のチルトが厚さ方向にわたって変動する、本発明の補償フィルムの構造を示す概略図である。

図７Ａは、本発明による補償フィルム（１０°チルト及び１００ｎｍ）を有するＴＮ−ＬＣＤを示す図である。 図７Ｂは、本発明による補償フィルム（１０°チルト及び１００ｎｍ）を有するＴＮ−ＬＣＤの等コントラスト・プロットを示す図である。 図８は、光学異方性層の種々のチルト角に対応する位相リターデーション範囲を示す図である。斜線部分内にパラメータを有する補償フィルムが、方位視角β＝０°、９０°、１８０°及び２７０°に関して、極性視角α＝５５°以上まで延びるコントラスト比１０の線を可能にする。

図９Ａは、補償フィルム（１０°チルト及び６０ｎｍ）を有するＴＮ−ＬＣＤの等コントラスト・プロットを示す図である。 図９Ｂは、補償フィルム（２０°チルト及び１００ｎｍ）を有するＴＮ−ＬＣＤの等コントラスト・プロットを示す図である。

Claims (7)

1. ツイスト・ネマチック液晶セルの両側に補償フィルムが配置されており、
   前記液晶セルの両側に配置される前記補償フィルムのそれぞれは、第１及び第２の正複屈折材料を含み、
   前記第１及び前記第２の正複屈折材料の、（ｎｅ−ｎｏ）ｄによって定義されるそれぞれのリターデーション値は波長５５０ｎｍで１００±２０ｎｍであり、
   前記第１及び第２の正複屈折材料の光軸は、それぞれフィルム平面に対して垂直な第１及び第２の平面内で、平均チルト角１０±５°でチルトされており、ここで、ｎｅは異常光線屈折率、ｎｏは常光線屈折率、ｄは、該複屈折材料の厚さであり、
   前記第１平面と前記第２平面との間の角度が９０±１０°である、ディスプレイ。
2. 前記補償フィルムの正複屈折材料が基体上に配置されている、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記基体と前記正複屈折材料との間に、整列層が配置されている、請求項２に記載のディスプレイ。
4. 前記第１及び第２の正複屈折材料の間に、整列層が配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のディスプレイ。
5. 前記整列層が、機械的ラビングを用いて配向を可能にするのに適した成分を含有している、請求項３または４に記載のディスプレイ。
6. 前記光軸のチルト角が変化する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のディスプレイ。
7. 前記光軸のチルト角が一定である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のディスプレイ。

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