JP5285318B2 - Vaモード液晶装置用光学補償フィルム、及びvaモード液晶表示装置 - Google Patents
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Description
しかし、液晶ディスプレイの表示特性は、視野角特性及びコントラストという観点のみならず、諧調性の観点からも最適化されることが望まれる。階調性は、色再現性を左右する因子であり、カラー表示においては表示特性の優劣を判断する重要な特性である。従来のVAモード液晶表示装置についての表示特性の改善は、主に、黒輝度をいかに低くするかということ、即ちコントラストの改善に重点が置かれ、階調性の観点での表示特性の最適化についてはほとんど検討されていない。
本発明は、視野角特性及びコントラストを損なうことなく、VAモード液晶表示装置の階調性の改善に寄与する新規な光学補償フィルムを提供することを課題とする。
また、本発明は、視野角特性、コントラスト及び階調性のいずれについても良好なバランスのよい表示特性のVAモード液晶表示装置を提供することを課題とする。
[1] 波長550nmにおける面内レターデーションRe(550)が20〜100nm、及び波長550nmにおける厚み方向レターデーションRth(550)が60〜120nmであることを特徴とするVAモード液晶表示装置用光学補償フィルム。
[2] 波長630nmにおける面内レターデーションRe(630)と波長450nmにおける面内レターデーションRe(450)との差ΔRe630-450が−10〜10nm、及び波長630nmにおける厚み方向レターデーションRth(630)と波長450nmにおける厚み方向レターデーションRth(450)との差ΔRth630-450が−12〜12nmであることを特徴とする[1]の光学補償フィルム。
[3] 一対の偏光子、該一対の偏光子の間に配置された液晶セル、及び該一対の偏光子のそれぞれと前記液晶セルとの間に配置された[1]又は[2]の光学補償フィルムを有することを特徴とするVAモード液晶表示装置。
[4] 前記液晶セルが、マルチドメインの液晶セルであることを特徴とする[3]のVAモード液晶表示装置。
[5] 前記液晶セルが、一画素が8ドメインからなるマルチドメインの液晶セルであることを特徴とする[3]のVAモード液晶表示装置。
[6] 前記液晶セルが、マルチギャップ構造の液晶セルであることを特徴とする[3]〜[5]のいずれかのVAモード液晶表示装置。
[7] 前記一対の偏光子の一方の外側に、バックライトユニットを備え、該バックライトユニットが、発光面下に複数の光源が配置された直下型のバックライトユニットであって、前記発光面の法線方向となる正面方向と、前記法線方向から所定角度傾斜した斜め方向との発光スペクトルを個別に設定する発光スペクトル設定手段を備えていることを特徴とする[3]〜[6]のいずれかのVAモード液晶表示装置。
[8] 前記バックライトユニットの前記複数の光源が、発光色の異なる複数のLED光源からなり、前記正面方向を出射光光軸とする第1の光源と、前記斜め方向を出射光光軸とする第2の光源とを前記発光色毎にそれぞれ備え、前記発光スペクトル設定手段が、前記第2の光源に対する発光強度を発光色毎に変更することを特徴とする[7]のVAモード液晶表示装置。
[9] 前記バックライトユニットの前記第2の光源が、前記正面方向に平行な面内で、前記正面方向から所定の傾斜角度の方向にそれぞれ出射光光軸が設定されていることを特徴とする[8]のVAモード液晶表示装置。
[10] 前記バックライトユニットの前記第1の光源と前記第2の光源のLED素子が一体にされた多方向照射ユニットが、前記発光面下の複数箇所に分散配置されていることを特徴とする[8]又は[9]のVAモード液晶表示装置。
[11] 各発光色の前記多方向照射ユニットが、それぞれ格子状に配置されていることを特徴とする[10]のVAモード液晶表示装置。
[12] 前記発光面が複数のブロックからなり、前記発光スペクトル設定手段が、前記複数のブロックのそれぞれに含まれる前記第1の光源および前記第2の光源をブロック毎に独立して発光強度を設定することを特徴とする[7]〜[11]のいずれかのVAモード液晶表示装置。
まず、本明細書における、Re(λ)及びRth(λ)の詳細について以下に記す。
(Re、Rthの測定)
本明細書において、Re(λ)及びRth(λ)は各々、波長λにおける面内のレターデーション(nm)及び厚さ方向レターデーション(nm)を表す。Re(λ)はKOBRA 21ADH又はWR(王子計測機器(株)製)において波長λnmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。
測定されるフィルムが1軸又は2軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりRth(λ)は算出される。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)のフィルム法線方向に対して法線方向から片側50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて全部で6点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、あるチルト角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、そのチルト角度より大きいチルト角度でのレターデーション値はその符号を負に変更した後、KOBRA 21ADH又はWRが算出する。
尚、遅相軸を傾斜軸(回転軸)として(遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする)、任意の傾斜した2方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の式(1)及び式(2)よりRthを算出することもできる。
上記式中、Re(θ)は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値を表す。nxは面内における遅相軸方向の屈折率を表し、nyは面内においてnxに直交する方向の屈折率を表し、nzはnx及びnyに直交する方向の屈折率を表し、dは膜厚を表す。
Rth(λ)は前記Re(λ)を、面内の遅相軸(KOBRA 21ADH又はWRにより判断される)を傾斜軸(回転軸)としてフィルム法線方向に対して−50度から+50度まで10度ステップで各々その傾斜した方向から波長λnmの光を入射させて11点測定し、その測定されたレターデーション値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基にKOBRA 21ADH又はWRが算出する。
上記の測定において、平均屈折率の仮定値は、ポリマーハンドブック(JOHN WILEY&SONS,INC)、各種光学フィルムのカタログの値を使用することができる。平均屈折率の値が既知でないものについてはアッベ屈折計で測定することができる。主な光学フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する:
セルロースアシレート(1.48)、シクロオレフィンポリマー(1.52)、ポリカーボネート(1.59)、ポリメチルメタクリレート(1.49)、ポリスチレン(1.59)である。
これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、KOBRA 21ADH又はWRはnx、ny、nzを算出する。この算出されたnx、ny、nzよりNz=(nx−nz)/(nx−ny)がさらに算出される。
本発明は、Re(550)が20〜100nm、及びRth(550)が60〜120nmである光学補償フィルムに関する。本発明の光学補償フィルムは、視野角特性及びコントラストを損なうことなく、VAモード液晶表示装置の階調性の改善に寄与する。同観点から、Re(550)は30〜90nmであるのが好ましく、40〜80nmであるのがより好ましく;また、Rth(550)は、70〜110nmであるのが好ましく、80〜100nmであるのがより好ましい。
本発明において、第1及び第2の光学異方性層の形成に用いるセルロースアシレートは、アセチル置換度が2.50〜3.00であるセルロースアセテートが好ましい。前記アセチル置換度は2.70〜2.97がさらに好ましい。
また、本発明の光学補償フィルムのRe及びRthの波長分散性を調整するために、波長分散調整剤を添加することができる。波長分散調整剤の例には、オキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤が含まれる。波長分散調整剤は、波長370nm以下の紫外線の吸収能に優れ、且つ波長400nm以上の可視光の吸収が少ない紫外線吸収剤から選択するのが好ましい。着色の少ないベンゾトリアゾール系化合物が好ましい。また、特開平10−182621号公報、特開平8−337574号公報に記載の紫外線吸収剤、特開平6−148430号公報記載の高分子紫外線吸収剤も好ましく用いられる。
光学異方性層は、ディスコティック化合物および必要に応じて重合性開始剤や任意の成分を含む塗布液を、配向膜の上に塗布することで形成できる。光学異方性層の厚さは、0.5〜100μmであることが好ましく、0.5〜30μmであることがさらに好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)が含まれる。
光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の0.01〜20質量%であることが好ましく、0.5〜5質量%であることがさらに好ましい。
ディスコティック化合物の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。
照射エネルギーは、20〜5000mJ/cm2であることが好ましく、100〜800mJ/cm2であることがさらに好ましい。また、光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。保護層を、光学異方性層の上に設けてもよい。
本発明は、本発明の光学補償フィルムを有するVAモード液晶表示装置にも関する。本発明のVAモード液晶表示装置の一例の断面概念図を図1に示す。図1に示す液晶表示装置は、VAモード液晶セルLC(10a、12、10b)と、液晶セルLCを挟持して配置される一対の上側偏光膜P1及び下側偏光膜P2とを有する。なお、偏光膜は、双方の表面に保護フィルムを有する偏光板として液晶表示装置に組み込まれるのが一般的であるが、図1では、図面の簡略化のため偏光膜の外側保護フィルムは省略した。上側基板10aと上側偏光膜14aとの間、及び下側基板10bと下側偏光膜14bとの間には、光学補償フィルム18a及び18bがそれぞれ配置されている。光学補償フィルム18a及び18bは、上記光学特性を満足し、それぞれのRe及びRthが互いに実質的に等しい。光学補償フィルム18a及び18bは、その面内遅相軸20a及び20bを、上側偏光膜14a及び下側偏光膜14bの吸収軸16a及び16bと平行にして配置される。即ち、光学補償フィルム18a及び18bは、それぞれの面内遅相軸10a及び20bを直交方向にして配置される。光学補償フィルム18a及び18bがポリマーフィルムからなる又はポリマーフィルム層を含む場合は、それぞれ偏光膜14a及び14bの保護フィルムを兼ねていてもよい。勿論、光学補償フィルム18a及び18bと、偏光膜14a及び14bとの間のそれぞれには、保護フィルムが別途配置されていてもよいが、保護フィルムを配置する場合は、例えば、特開2005−138375号公報に記載のセルロースアシレートフィルム等の、レターデーションがほぼ0である等方性のフィルムを用いるのが好ましい。
図3は図2に示した多方向照射ユニットの一例としての斜視図である。なお、図3中、x方向が表示面上下方向に相当し、y方向が表示面左右方向に相当するとする。
第1の光源63は、出射光光軸(主軸)を正面方向57に向けて配置された砲弾型LED素子からなる。また、第2の光源65A,65Bは、正面方向57に平行な面(zx平面)内で、正面方向57から所定の傾斜角度θの方向にそれぞれ出射光光軸(主軸)が設定された2つの砲弾型LED素子からなる。砲弾型のLED素子は、素子先端部がレンズとなっており、砲弾型の先端方向が高輝度となる指向性を有して発光する。このため、光出射する真正面から見ると非常に明るい光を放ち、その反面、横方向にはほとんど光を飛ばさない。
図4は図3に示した多方向照射ユニットによる一つの色に対する照射状況を(a)発光輝度分布を(b)に表した説明図である。
多方向照射ユニット61では、第1の光源63に対して第2の光源65A,65Bがそれぞれ所定角度θだけ傾斜され、図4(a)に示すように正面方向57(すなわち、Z軸と平行な方向)では第1の光源63に対し、通常の画像表示に必要な輝度で発光させる。また、第2の光源65A,65Bは、第1の光源63の輝度の約半分程度の輝度で発光させる。この場合、単色における多方向照射ユニット61における合成された発光輝度分布は図4(b)の実線に示すようになる。つまり、極角0°で最大輝度となり、極角が増加または減少するに従って輝度も減少する輝度分布となる。
具体的には、各色の多方向照射ユニット61において、発光輝度設定部により、第2の光源65A(左側)点灯、65B(右側)点灯とし、青色(B)の発光輝度を、赤色Rおよび緑色Gの発光輝度より低く(例えば略80%程度)設定する。これにより、x方向、即ち、画面斜め上方向・斜め下方向の青味付きを軽減することができる。一方、第1の光源63(中央)点灯では、各色RGBの発光輝度を全て100%とする。
図5は第1の光源と第2の光源のLED素子が個別に配置された変形例の斜視図である。なお、図中、x方向が画面上下方向に相当し、y方向が画面左右方向に相当するものとする。
第1の光源63、第2の光源65A,65Bは、上記した一体の多方向照射ユニット61に限らず、個別に配設することもできる。この構成によれば、各光源が細かく分散配置されるため、個々の光源間距離が短くなり、より均一な照明光を得ることができる。
図6にVA型液晶に用いられる斜め方向の光軸を表す説明図を示した。なお、図中、x方向が画面上下方向に相当し、y方向が画面左右方向に相当するものとする。
VA型の液晶パネルの態様、図6に示すように、法線方向Nに対して、画面上下方向において極角45°傾斜した方向に対して色味変化が生じやすいことが分かっている。そのため、前述の第2の光源65A,65Bの傾斜角度θを45°(あるいは角度範囲を持たせて40°〜50°)に設定することにより、VAモードの液晶パネルの光学補償フィルムに起因する表示画面の色味の視角依存性を効率よく改善することができる。
図7はLED素子を直交方向に配置した変形例の斜視図である。
前述の図3に示す多方向照射ユニットの構成例では、第1の光源63に対し、第2の光源65A,65Bを正面方向57に平行な一つの面71(図6参照)内で傾斜させて設けたが、図7に示す多方向照射ユニット61Aは、この他に、直交する2平面の交差線を光軸73とした第1の光源63と、この第1の光源63を中心に、それぞれの直交平面に、一対の第2の光源65A,65B、および65C,65Dを傾斜角θで傾斜させて、合計5つのLED素子を一体に備えたものとしている。この多方向照射ユニット61Aをバックライトユニット200に適用することで、表示画面の水平方向の視角差に対する色味変化の他に、垂直方向の視角差に対する色味変化を改善することができ、より高品位な画像表示が可能となる。なお、65A〜65Cは、画面左右方向の方位角を0°とすると、それぞれ、方位角45°、135°、225°及び315°の方向に配置するのが好ましい。
上記例では砲弾型のLED素子を用いた例を示していたが、本発明はこれに限らず、他の種類のLED素子であっても適用が可能である。LED素子としては、砲弾型の他、レンズ部が小さい帽子型、レンズ先端部分をカットした凹型等のリードが付いたタイプ、高輝度が得られるチップ型のLED素子等の種類がある。いずれのタイプでも本発明のLED光源として用いることができる。
VAモードの液晶パネルの場合、図9に示すように、光学補償フィルムに起因して、極角に対して各色RGBでそれぞれ異なる透過特性を有する。このため、VA型の液晶パネルに用いる多方向照射ユニット61Bは、第2の光源が、図10に示すように、正面方向57に平行な第1の面71内で、正面方向57を中心とする傾斜角度θが互いに略等しい方向にそれぞれ設定された2方向を、第1の面71を中心として第1の面71と直交する方向に互いに略等しい角度φで傾斜させることで得られる合計4方向を出射光光軸とする。
VA型の液晶パネルに用いる多方向照射ユニット61Bは、円板状ベース67Aの頂面81に第1の光源63を配設し、正面方向57から同一平面内で角度φ傾斜した2つの仮想線62から、角度φの傾斜方向とは直交する方向に、傾斜角度θで互いに略等しい方向にそれぞれ出射光光軸が設定された合計4つの第2の光源65E,65F,65G,65Hを備えることで構成される。なお、65E〜65Hは、画面左右方向の方位角を0°とすると、それぞれ、方位角45°、135°、225°及び315°の方向に配置するのが好ましい。
表示画面の表示コンテンツとして、画面の一部に白色の明るい部分と、木の下の陰などの暗い部分がある場合、明るい部分と暗い部分に対して、それぞれ異なるバックライト輝度になるように制御する。つまり、VAモード液晶パネルの場合、黒表示時には、画面斜め上方向・斜め下方向の極角傾斜で青味が生じることがあるので、赤色や緑色を強くして照明することで青味がキャンセルされる。このような特性は白・黒表示で制御することも可能であるが、最も実用的には、中間調でも、このような特性があるため、輝度に応じて補正するようにバックライトユニットを制御する。
図12に発光面をブロックごとに発光制御する構成図を示した。
このバックライトユニット200は、輝度が画素毎に(又はブロックごとに)変更されることで、より細かな制御が可能となる。すなわち、バックライトユニット200の発光面47は、複数のブロック83に分割され、発光スペクトル設定手段である発光輝度設定部が、そのブロック83それぞれに含まれる第1の光源63および第2の光源65をブロック83毎に独立して発光強度を設定する。所定数単位のブロック83を統括駆動する垂直駆動制御部V1〜V3、水平駆動制御部H1〜H4をバックライトブロック駆動部85によって駆動制御して行う。このような構成とすることで、発光面47の各場所に応じて発光スペクトル特性を異ならせることが可能となる。これにより、発光面内の色付の顕著な場所を選択的に強く補正することが可能となる。
上記の実施形態では、正面方向と、斜め方向との発光スペクトルを個別に設定する発光スペクトル設定手段として、多方向照射ユニット及び発光輝度設定部を備えた構成例を説明したが、発光スペクトル設定手段としては、この他、液晶表示パネルの表示面側に配設される光学補償フィルム自体により設定することができ、また併用することもできる。この場合の光学補償フィルムは、波長依存性を有して発光面(画面)位置に応じて異なる透過率に設定されている。つまり、RGB色を含む略1画素に対応する複数の領域を画成し、個々の領域における透過率を、例えばVAモード液晶パネルの場合、表示画面の中央部ではRGB各色の透過率を略同等とし、表示画面の上下部ではB色の透過率を低く設定する。これによっても、指向性と発光強度をRGB色ごとに個別制御し、正面方向と斜め方向で色度(スペクトル)を異ならせ、表示画面の色味変化の視角依存性を改善することができる。
一般に、液晶表示装置における光学補償フィルムは、温湿度が変化すると、フィルム自身の膨張・収縮や偏光板・粘着剤などからの応力の変化によって、その位相差も変化し、その結果表示される色味にも変化が生じる。
そこで、液晶パネルに温湿度センサーを設置し、その温湿度センサーが検知する温度、湿度、およびその両方の値によって、LEDのBGR発光強度比を変化させられるようにすることで、発生した色味変化を補正することができる。
シミュレーションの対象モデルとしては、8ドメインの透過型VAモード液晶セルを想定する。構成は、液晶セルの両側に同一の位相差フィルムを1枚ずつ配置する"対称2枚型"であるとする。対向する2枚の位相差フィルムの遅相軸の角度は互いに約90°をなしているとする。偏光子は、製品で使用されている一般的なものの分光特性であるとする。液晶セル内部の液晶層の厚さは3.65μmであるとする。
また、以下の4つのファクターを組み合わせ、上記項目の改善効果を調べた。
1.LCセル(マルチギャップMGの採用の有無)
2.フィルムRe(550)・Rth(550)
3.フィルム波長分散
フラット: ΔRe630-450=ΔRth630-450=0nm
逆波長分散: ΔRe630-450=+4.2nm、ΔRth630-450=+8.4nm
順波長分散: ΔRe630-450=−4.2nm、ΔRth630-450=−8.4nm
4.LEDバックライトの採用の有無
このLEDバックライトは、画面上下方向の極角傾斜60°の方向の青色光の強度が緑光及び赤色光の5〜500%の範囲内で調整されたLEDバックライトである。
◎: 標準よりかなり良い
○: 標準より良い
△: 標準と同等
×: 標準より悪い
12 液晶層(液晶分子)
14a、14b 偏光子
16a、16b 偏光子の透過軸
18a、18b 光学補償フィルム(本発明)
20a、20b 光学補償フィルムの面内遅相軸
47 発光面
53 発光輝度設定部(発光スペクトル設定手段)
57 正面方向
59 斜め方向
61 多方向照射ユニット
63 第1の光源
65 第2の光源
71 正面方向に平行な面
83 ブロック
200 バックライトユニット
Claims (9)
- 一対の偏光子、該一対の偏光子の間に配置された液晶セル、及び該一対の偏光子のそれぞれと前記液晶セルとの間に配置された光学補償フィルムを有し、
前記光学補償フィルムが、波長550nmにおける面内レターデーションRe(550)が20〜100nm、及び波長550nmにおける厚み方向レターデーションRth(550)が60〜120nmであり、
前記一対の偏光子の一方の外側に、バックライトユニットを備え、該バックライトユニットが、発光面下に複数の光源が配置された直下型のバックライトユニットであって、前記発光面の法線方向となる正面方向と、前記法線方向から所定角度傾斜した斜め方向との発光スペクトルを個別に設定する発光スペクトル設定手段を備えており、前記バックライトユニットの前記複数の光源が、発光色の異なる複数のLED光源からなり、前記正面方向を出射光光軸とする第1の光源と、前記斜め方向を出射光光軸とする第2の光源とを前記発光色毎にそれぞれ備え、前記発光スペクトル設定手段が、前記第2の光源に対する発光強度を発光色毎に変更することを特徴とするVAモード液晶表示装置。 - 前記液晶セルが、マルチドメインの液晶セルであることを特徴とする請求項1に記載のVAモード液晶表示装置。
- 前記液晶セルが、一画素が8ドメインからなるマルチドメインの液晶セルであることを特徴とする請求項1に記載のVAモード液晶表示装置。
- 前記液晶セルが、マルチギャップ構造の液晶セルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のVAモード液晶表示装置。
- 前記バックライトユニットの前記第2の光源が、前記正面方向に平行な面内で、前記正面方向から所定の傾斜角度の方向にそれぞれ出射光光軸が設定されていることを特徴とする請求項4に記載のVAモード液晶表示装置。
- 前記バックライトユニットの前記第1の光源と前記第2の光源のLED素子が一体にされた多方向照射ユニットが、前記発光面下の複数箇所に分散配置されていることを特徴とする請求項4又は5に記載のVAモード液晶表示装置。
- 各発光色の前記多方向照射ユニットが、それぞれ格子状に配置されていることを特徴とする請求項6に記載のVAモード液晶表示装置。
- 前記発光面が複数のブロックからなり、前記発光スペクトル設定手段が、前記複数のブロックのそれぞれに含まれる前記第1の光源および前記第2の光源をブロック毎に独立して発光強度を設定することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のVAモード液晶表示装置。
- 波長630nmにおける面内レターデーションRe(630)と波長450nmにおける面内レターデーションRe(450)との差ΔRe630-450が−10〜10nm、及び波長630nmにおける厚み方向レターデーションRth(630)と波長450nmにおける厚み方向レターデーションRth(450)との差ΔRth630-450が−12〜12nmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のVAモード液晶表示装置。
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