JP2010055087A - 液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、垂直配向液晶表示装置の補償フィルムに関し、上側の補償フィルムと下側の補償フィルムが有する屈折率を互いに異なるようにして非対称をなすようにすることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
液晶表示装置は、光源によって液晶セルの背面に位置した照明部を利用して画像を表する透過型液晶表示装置、自然外部光を利用して画像を表する反射型液晶表示装置、及び透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の構造を結合させたものであって、室内や外部の光源が存在しない暗いところでは表示素子自体の内装光源を利用して画像を表する透過モードで作動し、室外の高照度環境では外部光を反射させて画像を表わす反射モードで作動する半透過型液晶表示装置に区分される。
このような液晶表示装置は、液晶の特性により、垂直配向(Vertical Align)モード、ツイステッドネマチック(Twisted Nematic)モード、複屈折制御(Electrically controlled birefringence)モードなどに分けられる。
垂直配向液晶表示装置は、視野角が広いため側面でも階調反転なしに画像を認識することが容易である。しかし、側面ではカラーシフト現象が発生し、光漏れが生じて明暗比(Contrast Ratio)が劣る限界がある。
本発明の一実施形態による液晶表示装置は、垂直配向された液晶層を含む液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの薄膜トランジスタが形成された第1基板上に付着された第1補償フィルムと、前記第1補償フィルムの外側面に付着された第1偏光板と、前記第1基板と対応する第2基板上に付着された第2補償フィルムと、前記第2補償フィルムの外側面に付着された第2偏光板とを含み、前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムの厚さと面内の位相遅延値とが互いに異なる値を有する。
前記第1補償フィルム及び前記第2補償フィルムは、それぞれ厚さ方向の位相遅延値Rth及び面内の位相遅延値Roを有し、前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムの面内の位相遅延値Roは互いに異なる値を有し、前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthも全て異なる値を有し、前記第1補償フィルムの面内の位相遅延値Roは前記第2補償フィルムの面内の位相遅延値Roより小さいことができる。
前記第1補償フィルムのNz屈折率は1以上2以下の値を有し、前記第2補償フィルムのNz屈折率は6以上30以下の値を有することができる。
前記液晶層が垂直配向されたときの厚さ方向の遅延値Rthは、260nm以上340nm以下の値を有することができる。
前記第1補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthは、前記第2補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthより大きく、前記液晶表示パネルの厚さ方向の位相遅延値Rthは、260nm以上340nm以下の値を有することができる。
前記第2補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthは、100nm以上120nm以下の値を有し、面内の位相遅延値Roは、80nm以上100nm以下の値を有することができる。
前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムとの厚さ方向の遅延値Rthの合計は、前記液晶層の厚さ方向の遅延値Rthの0.6以上0.94以下の値を有し、前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムとの面内の遅延値Roの合計は、前記液晶層の厚さ方向の遅延値Rthの0.25以上0.5以下の値を有することができる。
図1は、本発明の一実施形態による液晶表示装置における偏光板及び補償フィルムの付着関係を示した図面である。
図1は、上部偏光板22、上部補償フィルム25、液晶表示パネル300、下部補償フィルム15、及び下部偏光板12を示している。ここで、上部と下部の区分は、光が入射する側が下部であり、光が放出される側が上部である。
以下、液晶表示パネル300について説明する。
液晶表示パネル300は、多様な実施形態を有することができるが、代表的な構造について説明すると次の通りである。
下部基板は、ゲート線、データ線、及びこれに接続された薄膜トランジスタを含む。ゲート線は薄膜トランジスタのゲート電極と接続されており、走査信号を薄膜トランジスタに伝達する。データ線は、薄膜トランジスタのソース電極と接続されており、データ電圧を薄膜トランジスタに伝達する。薄膜トランジスタのドレイン電極は画素電極と接続されている。画素電極は、データ電圧から充電された電圧に液晶層の配列方向を制御し、開口部または突起のようなドメイン分割手段によって一つの画素領域を多数のドメインに分割することもできる。また、画素電極は、2以上の分離された電極で形成することもでき、これらは互いに容量性結合をすることも可能である。
一方、上部基板には、開口部を有する遮光層(図示せず)と、遮光層の開口部を覆いながら形成されたカラーフィルタ(図示せず)とを含む。遮光層は、光漏れ現象を防止し、所望する方向に配列されない液晶層を覆う役割を果たす。カラーフィルタは、光に色感を追加してカラー表示が可能となるようにし、一般に、赤色、緑色、青色の基本3色を含む。カラーフィルタと遮光層の下側には共通電極が形成され、共通電極は下部基板の画素電極と共に電界を生成して液晶層を制御する。共通電極にも画素電極と同様に開口部または突起のようなドメイン分割手段が形成できる。
実施形態によっては遮光層またはカラーフィルタが下部基板に形成されることもある。
以上のような液晶表示パネル300の外側面には、補償フィルム15、25及び偏光板12、22が付着される。
偏光板12、22は、吸収軸A'、Aと、これに垂直である透過軸とを有し、吸収軸方向の偏光成分の光は吸収され、透過軸方向の偏光成分の光だけ透過する。
補償フィルム15、25は、それぞれx、y、z軸方向の屈折率nx、ny、nz値を有する。補償フィルム15、25は、面内方向のx、y軸方向の屈折率がこれと垂直であるz軸方向の屈折率に比べて大きい値を有する。一方、x軸を補償フィルム15、25で最も屈折率の大きい方向とすれば、nx>ny>nzの式が成立する。x軸方向の屈折率が最も大きいので、x軸方向の偏光が最も遅く、そのため、以下、x軸方向を遅い軸という。補償フィルム15、25の遅い軸は、図1でそれぞれB´及びBと示されている。上部偏光板22の吸収軸Aと上部補償フィルム25の遅い軸Bとが互いに垂直な方向を有し、下部偏光板12の吸収軸A´と下部補償フィルム15の遅い軸B´とは互いに垂直な方向を有する。
以上のような特性を有する液晶表示装置の特性を図2乃至図4を利用して詳細に説明する。
図2乃至図4は、図1による液晶表示装置で光の偏光状態を示すポアンカレ座標である。図2乃至図4の実施形態では、上部補償フィルム25の面内の位相遅延値Roを88nmとし、厚さ方向の位相遅延値Rthを110nmとし、Nz屈折率を1.76とし、下部補償フィルム15の面内の位相遅延値Roを12nmとし、厚さ方向の位相遅延値Rthを130nmとし、Nz屈折率を10.97とした一実施形態に対する測定値である。
ここで、面内の位相遅延値Roと厚さ方向の位相遅延値Rthは、各々次の数式2及び数式3によって定められた値であり、dは補償フィルムの厚さである。
図2は、光が下部偏光板12を通過して下部補償フィルム15を通過した後の光の偏光状態を示し、図3は、液晶層を通過した後の光の偏光状態を示し、図4は、上部補償フィルム25を通過した後であり、上部偏光板22に入射する直前の偏光状態を示す。
図2では、下部偏光板12を通過した赤色、緑色、青色の光が下部補償フィルム15を透過しながら変わった偏光状態を示している。下部偏光板12の透過軸を通過すると、各色の光はA´の偏光状態を有するようになり、下部補償フィルム15を通過することによって光の波長により偏光状態が変わり、図2のように変更される。
R、G、B光が液晶層を通過した偏光状態が、図3のように変更される。
以下、本発明の他の実施形態による液晶表示装置について説明する。
図5は、上部偏光板22、上部補償フィルム25、液晶表示パネル300、下部補償フィルム15、及び下部偏光板12を示している。図5の実施形態は、図1の実施形態とは異なって、下部補償フィルム15の遅い軸B´が下部偏光板12の吸収軸A´と平行である。
図5における液晶表示パネル300も図1における液晶表示パネルと同一であり、垂直配向している液晶層を用いると十分なので、多様な実施形態があり得る。
液晶表示パネル300の外側面には、補償フィルム15、25及び偏光板12、22が付着される。
偏光板12、22は、吸収軸A´、Aと、これに垂直である透過軸とを有し、吸収軸方向の偏光成分の光は吸収され、これに垂直である透過軸方向の偏光成分の光だけが透過する。
本発明では、上部補償フィルム25と下部補償フィルム15は、x、y、z軸方向の屈折率nx、ny、nz値のうちの少なくとも一つは互いに異なる屈折率値を有する。これを表現するためには、補償フィルム別に3個の軸に対する屈折率を各々表現しなければならない不便さがある。そのため、各方向別の屈折率nx、ny、nzを全て含んで一つに表現できる代表屈折率(以下、Nz屈折率という)を使用する。
Nz屈折率を利用すれば、本発明では上部補償フィルム25と下部補償フィルム15とが互いに異なるNz屈折率を有し、上部補償フィルム25のNz屈折率が下部補償フィルム15のNz屈折率より小さい値を有する。
図6乃至図8は、本発明の実施形態による液晶表示装置で光の偏光状態を示すポアンカレ座標である。図6乃至図8の実施形態では、上部補償フィルム25の面内の位相遅延値Roを86nmとし、厚さ方向の位相遅延値Rthを109nmとし、Nz屈折率を1.76とし、下部補償フィルム15の面内の位相遅延値Roを15nmとし、厚さ方向の位相遅延値Rthを156nmとし、Nz屈折率を10.97とした実施形態に対する測定値である。ここで、面内の位相遅延値Ro、厚さ方向の位相遅延値Rth、及びNz屈折率は、各々上述した数式(1)乃至数式(3)を満たす。
ポアンカレ座標は光の偏光状態を座標上の点で表わす。図6乃至図8において、A´は下部偏光板12を透過した光の偏光状態を示す点であり、Eは上部偏光板22の吸収軸の偏光状態を示す点である。Eが上部偏光板22の吸収軸であるので、Eに近接するほど光が洩れない。一方、図6乃至図8でR、G、Bは各色の偏光状態を示す。R、G、B各点が分散している程度によってカラーシフトの程度を確認することができ、R、G、B各点間の距離が遠いほどカラーシフトが大きい。
図6では、下部偏光板12を通過した赤色、緑色、青色の光が下部補償フィルム15を透過しながら変わった偏光状態を示している。下部偏光板12の透過軸を通過すると、各色の光はA´の偏光状態を有するようになり、下部補償フィルム15を通過することによって光の波長により偏光状態が変わり、図6のように変更される。
図7では、図6におけるR、G、B光が液晶層を透過しながら変化された偏光状態を示している。ここで、液晶層には電界が印加されず、ブラックを表わす状態(垂直配向状態)を有し、この時、液晶層の面内の位相遅延値Roは0であり、厚さ方向の位相遅延値Rthは320nmである。垂直配向の液晶層は、厚さ方向の位相遅延値Rthが定められれば、使用する液晶の定められた屈折率特性に基づいて厚さを調節し、厚さ方向の位相遅延値Rthに合うように設計できる。
R、G、B光が液晶層を通過して、偏光状態が図10のように変更される。
以上、本発明による図1及び図5の実施形態に基づいてポアンカレ座標について説明した。次に、図2乃至図4及び図6乃至図8と比較するために、従来の対称形液晶表示装置におけるポアンカレ座標について説明する。
従来の対称形液晶表示装置は、上部補償フィルム25と下部補償フィルム15とが有するNz値が同一の値を有する。
図9乃至図11では、上部補償フィルム及び下部補償フィルムの面内の位相遅延値Roを53nmとし、厚さ方向の位相遅延値Rthを114nmとし、Nz屈折率を2.67とした従来の構造に対する測定値である。
図9乃至図11で、A´は下部偏光板12を透過した光の偏光状態を示す点であり、Eは上部偏光板22の吸収軸の偏光状態を示す点である。Eが上部偏光板22の吸収軸であるので、Eに近接するほど光が洩れない。一方、図9乃至図11におけるR、G、Bは各色の偏光状態を示す。R、G、B各点が分散している程度によってカラーシフトの程度を確認することができ、R、G、B各点間の距離が遠いほど、カラーシフトが大きい。
図9は、光が下部偏光板12を通過して下部補償フィルム15を通過した後の光の偏光状態を示し、図10は、液晶層を通過した後の光の偏光状態を示し、図11は、上部補償フィルム25を通過した後であり、上部偏光板22に入射する直前の偏光状態を示す。
図9では、下部偏光板12を通過した赤色、緑色、青色の光が下部補償フィルム15を透過しながら変わる偏光状態を示している。下部偏光板12の透過軸を通過すると、各色の光はA´の偏光状態を有するようになり、下部補償フィルム15を通過することによって光の波長により偏光状態が変わり、図9のように変更される。
R、G、B光が液晶層を通過して、偏光状態が図7のように変更される。
以下の表1では、図4、図8、及び図11における補償フィルムの屈折率値及びE点との距離を総合して示している。
表1からわかるように、従来の液晶表示装置と、本発明による図1及び図5の実施形態との差が明確に確認できる。
図1及び図5の実施形態は、各々R、G、BとEとの間の単位色距離が従来表示装置に比べて近い。図5の実施形態で、Rの単位色距離が従来の液晶表示装置に比べ若干遠くて光漏れが多いが、G及びBの単位色距離が短いことで全体的な光漏れの量も減ったことが確認できる。つまり、上下補償フィルムのNz屈折率を互いに異なるようにし、上部補償フィルム25のNz屈折率値を下部補償フィルム15のNz屈折率値より小さく形成することにより、光漏れ現象を減少させる。
また、各R、G、B間の単位色距離と、図4、8及び11とを参照して各R、G、B地点間の距離を観察すると、従来の液晶表示装置におけるG、B間の距離が最も大きいことが確認でき、その結果、従来の液晶表示装置で発生するカラーシフトが最も激しいことがわかる。
上下補償フィルム15、25を互いに異なるNz屈折率で形成し、上部補償フィルム25のNz屈折率を小さく形成し、下部補償フィルム15のNz屈折率を大きく形成することを、面内の位相遅延値Ro及び厚さ方向の位相遅延値Rthを利用して表現すれば、次の通りである。
上部補償フィルム25の面内の位相遅延値Roは下部補償フィルム15の面内の位相遅延値Roより大きくし、上部補償フィルム25の厚さ方向の位相遅延値Rthは下部補償フィルム15の厚さ方向の位相遅延値Rthより小さくする。
上部補償フィルム15及び下部補償フィルム25を形成する際に、Nz屈折率の範囲を以下の実施形態を通じて説明する。
図12は、実施形態1、実施形態2、及び実施形態3を記述しており、各実施形態は上部補償フィルム25を一定のNz値に固定させ、下部補償フィルム15のRo、Rthを利用してNz値を変更し、総合距離を計算したものである。
従来技術は、従来の対称形液晶表示装置の中で、総合距離が最も短い代表的な例を示している。
図12及び図13の実施形態では、液晶の厚さ方向の位相遅延値Rthを320nm(ブラックの時の基準である)に設定し、パネル温度が約50度で実験した。
実施形態1は、上部補償フィルム25の面内の位相遅延値Roを103nmとし、厚さ方向の位相遅延値Rthを82nmとし、Nz屈折率を1.3とした。その後、下部補償フィルム15の面内の位相遅延値Ro、厚さ方向の位相遅延値Rth、Nz屈折率を変えながら総合距離を計算した。従来技術の総合距離と比較する時、下部補償フィルム15のNz屈折率が8.04以上の値を有する時、従来技術の総合距離より短い特性を有する。
一方、実施形態2は、上部補償フィルム25の面内の位相遅延値Roを94nmとし、厚さ方向の位相遅延値Rthを94nmとし、Nz屈折率を1.5とした。その後、下部補償フィルム15の面内の位相遅延値Ro、厚さ方向の位相遅延値Rth、Nz屈折率を変えながら総合距離を計算した。従来技術の総合距離と比較する時、下部補償フィルム15のNz屈折率が7.04以上の値を有する時、従来技術の総合距離より短い特性を有する。つまり、図12によると、実施形態2での総合距離が、従来技術での総合距離0.36504よりも小さくなるのは、Nzが7.04以上の時である。但し、従来技術が既存の構造で総合距離が最も短い例に該当するので、本実施形態2では、下部補償フィルム15のNz値が6以上の場合であれば、十分に向上した特性を有すると判断される。
下部補償フィルム15の面内の位相遅延値Ro、厚さ方向の位相遅延値Rth、Nz屈折率を変えながら総合距離を計算した。従来技術の総合距離と比較する時、下部補償フィルム15のNz屈折率が7.04以上の値を有する時、従来技術の総合距離より短い特性を有する。つまり、図12によると、実施形態3での総合距離が、従来技術での総合距離0.36504よりも小さくなるのは、Nzが7.04以上の時である。但し、従来技術が既存の構造で総合距離が最も短い例に該当するので、本実施形態1では、下部補償フィルム15のNz値が6以上の場合であれば、十分に向上した特性を有すると判断される。
以上の特定を総合すると、上部補償フィルム25のNz屈折率が1以上2以下の値を有する時、下部補償フィルム15のNz屈折率が6以上の値を有せば良い。但し、Nz屈折率が30よりも大きい値を有する場合、面内の位相遅延値Roが非常に小さい値を有するので、製作工程上の問題がある。したがって、下部補償フィルム15のNz屈折率は6以上30以下の値を有することが好ましい。
15 下部補償フィルム
22 上部偏光板
25 上部補償フィルム
300 液晶表示パネル
Claims (11)
- 垂直配向された液晶層を含む液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの薄膜トランジスタが形成された第1基板上に付着された第1補償フィルムと、
前記第1補償フィルムの外側面に付着された第1偏光板と、
前記第1基板と対応する第2基板上に付着された第2補償フィルムと、
前記第2補償フィルムの外側面に付着された第2偏光板とを含み、
前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムの厚さと面内の位相遅延値が互いに異なる値を有する液晶表示装置。 - 前記第1偏光板及び第2偏光板は吸収軸を有し、
前記第1偏光板の吸収軸と前記第2偏光板の吸収軸とは互いに垂直であり、
前記第1補償フィルム及び前記第2補償フィルムは遅い軸を有し、
前記第1補償フィルムの遅い軸と前記第1偏光板の吸収軸とは互いに垂直であり、
前記第2補償フィルムの遅い軸と前記第2偏光板の吸収軸とは互いに垂直である、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記第1補償フィルム及び前記第2補償フィルムは遅い軸を有し、
前記第1補償フィルムの遅い軸と前記第1偏光板の吸収軸とは互いに垂直であり、
前記第2補償フィルムの遅い軸と前記第2偏光板の吸収軸とは互いに平行である、請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記第1補償フィルム及び前記第2補償フィルムは、各々厚さ方向の位相遅延値Rth及び面内の位相遅延値Roを有し、
前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムの面内の位相遅延値Roは互いに異なる値を有し、
前記第1補償フィルムと前記第2補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthも全て異なる値を有し、
前記第1補償フィルムの面内の位相遅延値Roは、前記第2補償フィルムの面内の位相遅延値Roより小さい、請求項2及び3のうちのいずれか一項に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶表示装置に光が入射する側を第2面とするとき、
前記第1補償フィルムのNz屈折率は前記第2補償フィルムのNz屈折率より小さい 値を有する、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記第1補償フィルムのNz屈折率は1以上2以下の値を有し、
前記第2補償フィルムのNz屈折率は6以上30以下の値を有する、請求項5に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶層が垂直配向されたときの厚さ方向の遅延値Rthは、260nm以上340nm以下の値を有する、請求項6に記載の液晶表示装置。
- 前記第1補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthは、前記第2補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthより大きく、
前記液晶表示パネルの厚さ方向の位相遅延値Rthは、260nm以上340nm以下の値を有する、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記第2補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthは、100nm以上120nm以下の値を有し、面内の位相遅延値Roは、80nm以上100nm以下の値を有する、請求項8に記載の液晶表示装置。
- 前記第1補償フィルムの厚さ方向の位相遅延値Rthは、125nm以上160nm以下の値を有し、面内の位相遅延値Roは、5nm以上20nm以下の値を有する、請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記第1補償フィルム及び前記第2補償フィルムの厚さ方向の遅延値Rthの合計は、前記液晶層の厚さ方向の遅延値Rthの0.6以上0.94以下の値を有し、
前記第1補償フィルム及び前記第2補償フィルムの面内の遅延値Roの合計は、前記液晶層の厚さ方向の遅延値Rthの0.25以上0.5以下の値を有する、請求項8に記載の液晶表示装置。
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