JP2010055087A

JP2010055087A - 液晶表示装置とその製造方法

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Publication number: JP2010055087A
Application number: JP2009188981A
Authority: JP
Inventors: Kikyoku To; 熙旭都; Kichuru Shin; 旗 ▲ちゅる▼ 申; Sungmin Kang; 聲敏姜; Seung-Hee Lee; 承喜李; Ji-Hoon Kim; 智訓金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US8692964B2; CN101661175A; CN101661175B; EP2159631A3; KR101557815B1; US20100053521A1; EP2159631A2; KR20100024638A

Abstract

【課題】光漏れ現象及びカラーシフト現象を減らすことにより、明暗比などの側面特性が向上する。
【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

本発明は、補償フィルムを使用する垂直配向液晶表示装置及びその製造方法に関する。

液晶表示装置は、現在、最も幅広く使用されている平板表示装置の一つであって、画素電極と共通電極など電界生成電極が形成されている２枚の表示板と、その間に挿入されている液晶層とからなり、電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、これにより液晶層の液晶分子の配列を決定し、入射光の偏光を制御して映像を表示する。
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（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎ）モード、ツイステッドネマチック（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、複屈折制御（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）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（ＣｏｎｔｒａｓｔＲａｔｉｏ）が劣る限界がある。

韓国特許登録番号0462327号明細書

本発明が目的は、側面でもカラーシフト現象が減少し、光漏れ現象を減らすことにより、明暗比が向上した垂直配向液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を解決するために、本発明では、上部基板及び下部基板に互いに異なる屈折率を有する補償フィルムを各々付着した液晶表示装置及びその製造方法を提供しようとする。
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ことができる。

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ことができる。
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。

前記液晶表示装置において、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。

上部基板及び下部基板に互いに異なる屈折率を有する補償フィルムを付着して、上部基板と下部基板の位相遅延値を非対称とすることにより、カラーシフト現象を減らし、光漏れ現象を改善して、明暗比が向上する。

本発明の一実施形態による液晶表示装置で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。本発明の他の実施形態による液晶表示装置で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５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５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５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。従来の対称形液晶表示装置で光の偏光状態を示したポアンカレ座標である。従来の対称形液晶表示装置で光の偏光状態を示したポアンカレ座標である。従来の対称形液晶表示装置で光の偏光状態を示したポアンカレ座標である。各実施形態における遅延値Ｒｏ、Ｒｔｈ、Ｎｚ屈折率、及び総合距離を現わす図面である。図１２の実施形態によるＮｚ屈折率に対する総合距離のグラフである。

最初に、本発明の一実施形態による液晶表示装置について、図１を参照して詳細に説明する。
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、上部基板（図示せず）、下部基板（図示せず）、及び上部基板と下部基板との間に位置し、垂直配向している液晶層（図示せず）を含む。
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。

下部基板の最上層として液晶層と接する部分には配向膜を形成することができる。
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。

上部基板の最下層として液晶層と接する部分には配向膜を形成することができる。
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。

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）を次のように定義して使用する。

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。
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。

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２乃至図４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の吸収軸であるため、Ｅに近接するほど光が洩れない。一方、図２乃至図４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。

図３では、図２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（垂直配向された状態）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に一致するように設計することができる。
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。

図４では、図３におけるＲ、Ｇ、Ｂ光が上部補償フィルム２５を透過しながら変化された偏光状態を示している。この時、Ｒ、Ｇ、Ｂ各光がＥの偏光状態を有せば全ての光が吸収され、ブラックを表わすようになる。しかし、図４のように吸収軸の偏光状態と座標上で少しの距離があって、光が洩れる現象が発生する。図４のポアンカレ座標上でＥ点とＲ、Ｇ、Ｂ各点との間の距離を測定すると、Ｒは０．１２２４５、Ｇは０．００２５９、Ｂは０．１９５０９であり、これら距離の総合は０．３２０１３である（以下、各Ｒ、Ｇ、Ｂ点とＥ点との間の距離を“単位色距離”といい、各単位色距離の総合を“総合距離”という）。この距離は、ポアンカレ座標上の距離であるから別途の単位がなく、この距離値に比例して光漏れ現象が発生する。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ座標間の分散を通じてカラーシフトの程度も確認できる。
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は本発明の一実施形態による液晶表示装置で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。

補償フィルム１５、２５は、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ値を各々有する。補償フィルム１５、２５で、面内方向のｘ、ｙ軸方向の屈折率がこれに垂直であるｚ軸方向の屈折率に比べて大きい。一方、ｘ軸を補償フィルム１５、２５で最も屈折率が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５で各々Ｂ´及びＢに示されている。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とは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´とは互いに平行な方向を有する。
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。

以上のような特性を有する液晶表示装置の特性ついて、図６乃至図８を参照して詳細に説明する。
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７は、液晶層を通過した後の光の偏光状態を示し、図８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。

図８では、図７におけるＲ、Ｇ、Ｂ光が上部補償フィルム２５を透過しながら変化された偏光状態を示している。この時、Ｒ、Ｇ、Ｂ各光がＥの偏光状態を有せば、全ての光が吸収されてブラックを表わすようになる。しかし、図８のように、吸収軸の偏光状態と座標上で少しの距離があって、光が洩れる形状が発生する。図８のポアンカレ座標上でＥ点とＲ、Ｇ、Ｂ各点との間の単位色距離を測定すると、Ｒは０．１３２０４、Ｇは０．００３６４、Ｂは０．１９４３３であり、これら距離の総合である総合距離は０．３３００１である。この距離は、ポアンカレ座標上の距離であるので、別途の単位がなく、この距離値に比例して光漏れ現象が発生する。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ座標間の分散を通じてカラーシフトの程度も確認できる。
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。

図９乃至図１１は、従来の対称形液晶表示装置における光の偏光状態を示すポアンカレ座標である。
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。

図１０では、図９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７のように変更される。

図１１では、図１０におけるＲ、Ｇ、Ｂ光が上部補償フィルム２５を透過しながら変化された偏光状態を示している。この時、Ｒ、Ｇ、Ｂ各光がＥの偏光状態を有せば、全ての光が吸収されてブラックを表わすようになる。しかし、図１１のように吸収軸の偏光状態と座標上で少しの距離があって、光が洩れる形状が発生する。図１１のポアンカレ座標上でＥ点とＲ、Ｇ、Ｂ各点との間の単位色距離を測定すると、Ｒは０．１２２５０、Ｇは０．００８７４、Ｂは０．２３３８０であり、これら単位色距離の総合である総合距離は０．３６５０４である。この距離は、ポアンカレ座標上の距離であるので、別途の単位がなく、この距離値に比例して光漏れ現象が発生する。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ座標間の分散を通じてカラーシフトの程度も確認できる。
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。

したがって、図１及び図５に示したように、上下の補償フィルム１５、２５を互いに異なるＮｚ屈折率で形成することにより、向上した特性を有するようにする。
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。

つまり、下部偏光板１２を通過した光が下部補償フィルム１５を透過しながら面内の位相遅延値Ｒｏを小さくすることで、ポアンカレ座標でＲ、Ｇ、Ｂ点が左右に拡散することを防止し、厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈを大きくすることで、ポアンカレ座標でＲ、Ｇ、Ｂ点が上下に拡散することを防止する。このような特性は、液晶層を透過した後にも維持される。一方、液晶層を透過した光は上部補償フィルム２５に入射するが、上部補償フィルム２５を透過した後、上部偏光板２２の吸収軸に該当するＥ点に収斂するようにするために、上部補償フィルム２５は面内の位相遅延値Ｒｏを大きくし、厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈを小さくする。その結果、液晶層を透過しながら各Ｒ、Ｇ、Ｂ点が上下左右に分散しないので、カラーシフトを減少させ、上部補償フィルム２５を通じ上部偏光板２２の吸収軸により容易に収斂するようにすることで、光漏れ現象を減らす。光漏れ現象が減少すると、黒色がさらに黒く表示されるので、明暗比ＣＲが向上する。
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、各実施形態における位相遅延値Ｒｏ、Ｒｔｈ、Ｎｚ屈折率、及び総合距離を示し、図１３は、図１２の実施形態によるＮｚ屈折率に対する総合距離のグラフである。
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。

つまり、図１２によると、実施形態１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８．０４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。
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。

また、実施形態３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。

図１２及び図１３の実施形態では、液晶における厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈを３２０ｎｍの場合で測定した。図１２を参照すると、垂直配向の液晶における厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈを２６０ｎｍ乃至３４０ｎｍの値とすると、図１２に示された値で上下範囲を拡張させることができる。これを考慮すれば、上部補償フィルム２５の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈは８０ｎｍ以上１１５ｎｍ以下の値を有することができ、面内の位相遅延値Ｒｏは８０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下の値を有することができる。また、下部補償フィルム１５の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈは１３０ｎｍ以上１５５ｎｍ以下の値を有することができ、面内の位相遅延値Ｒｏは５ｎｍ以上３５ｎｍ以下の値を有することができる。

一方、上部補償フィルム２５及び下部補償フィルム１５の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈの合計は、誤差を考慮すると２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の値を有することができ、上部補償フィルム２５及び下部補償フィルム１５の面内の位相遅延値Ｒｏの合計は、誤差を考慮すると８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の値を有することができると判断される。これを、液晶層の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈを基準として、補償フィルム１５、２５の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈの合計及び面内の位相遅延値Ｒｏの合計を見ると、上下補償フィルム１５、２５の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈの合計は、液晶層の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈの０．６以上０．９４以下の値を有し、面内の位相遅延値Ｒｏの合計は、液晶層の厚さ方向の位相遅延値Ｒｔｈの０．２５以上０．５以下の値を有する。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれらに限定されず、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

１２下部偏光板
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

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。