复合相位差板和具备它的光学补偿偏光板及液晶显示装置的制作方法

专利名称：复合相位差板和具备它的光学补偿偏光板及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及扭转向列(Twisted Nematic)方式的液晶显示装置的视野角特性改善。
背景技术：
扭转向列(以下简称为TN)方式的液晶显示装置，适合于低电压、低功率，具有对 比度等显示性能良好的优越特性。因此，其用途在例如便携式电话或数字照相机的显示画 面、笔记本电脑或文字处理机、或者监视器用显示装置等比较大型的显示画面等多方面广 为展开。图12表示TN模式的液晶分子1001在无施加电压时的取向状态。S卩，因为TN模 式的液晶分子1001具有正的介电常数各向异性，所以在无施加电压时，与上基板1002和下 基板1003大致平行地倒下。另外，其取向方向按照从上基板1002至下基板1003成为扭转 90度的状态的方式加以控制，并且在上基板1002和下基板1003的附近，按照相对基板面具 有一定角度的倾斜的方式加以控制。另外，相对基板面的上述一定角度称为预倾角，其大小为例如3 5度左右。如上所述，因为液晶分子1001在上基板1002的界面的取向方向与在下基板1003 的界面的取向方向正交，所以当在上基板1002和下基板1003的各自外侧配置吸收轴同样 正交的两片偏光板时，在无施加电压时，例如从下基板1003侧通过偏光板入射的直线偏振 光，会沿着液晶分子1001的扭转而旋转，透过上基板1002侧的偏光板。于是，利用上述原理的TN方式的液晶显示装置，在无施加电压时进行白显示 (normal white 常白显不)。另一方面，若在上基板1002和下基板1003间施加电压，则随着电压变大，液晶分 子1001逐渐立起。该立起的朝向，依照被赋予上述预倾角的液晶分子1001的朝向。另外， 当电压超过阈值电压时，最终液晶分子1001的平均的取向方向变得与上基板1002和下基 板1003垂直。在该状态下，例如从下基板1003侧通过偏光板入射的直线偏振光，维持着原来偏 振状态，沿着立起的液晶分子1001直线前进，因此不能透过上基板1002侧的偏光板。于是，该TN方式的液晶显示装置，在无施加电压时进行黑显示。但是，如图13所示，即使在黑显示的情况下，在上基板1002和下基板1003的各界 面附近，从具有上述预倾角的倾斜的液晶分子1001至垂直立起的液晶分子1001，倾斜连续 地变化。即，存在液晶分子1001混合取向的区域H。因此，如图13所示，对于倾斜前进的光，区域H的折射率各向异性变为不能忽视的 大小。其结果为，从上基板1002侧的偏光板漏光，因此例如在从上基板1002侧倾斜地观看 显示的情况下，即使显示为黑，看起来也不是黑，而是灰。即，由于在倾斜地观看显示的情况 下的对比度降低，造成视野角特性劣化。因此，作为用于提高视野角特性的一个方法，可知有下述方法在液晶显示装置附加具有补偿混合取向区域的折射率各向异性的光学特性的层。在下述的专利文献1和专利文献2中，公开有具有这样的光学特性的相位差板。该 相位差板具备由光学特性不同的二种膜粘接而成的结构，从而被赋予由各膜单独所不能得 到的新的相位差特性，因此特别能够高精度地补偿因视野角引起的着色。另外，在下述非专利文献1中，公开有下述方法使盘状化合物的分子混合取向而 作成负的双折射介质，将该负的双折射介质在TN模式的液晶单元的两侧按照成为镜像对 象的方式配置，由此对接通状态的液晶的取向成分进行光学补偿。专利文献1 日本国公开专利公报“特开2001-42128号公报(
公开日2001年02 月16日)”专利文献2 日本国公开专利公报“特开2001-42127号公报(
公开日2001年02 月16日)”非专利文献1 富士胶片WV film WideView SA的开发；森裕行、伊藤洋士、渡部 淳、品川幸雄；FUJIFILM RESEARCH &DEVEL0PMENT (No. 46-2001)

发明内容
但是，上述专利文献1和专利文献2的相位差板，不过是通过将两种膜粘接而使两 种光学特性复合化。于是，像图13所示的区域H那样，利用该相位差板，不能完全补偿连续 变化的全部折射率各向异性。因此，专利文献1和专利文献2的相位差板，即使能够改善液晶显示装置的对比度 降低，该改善的程度也只能是不完全的。另外，本申请的发明者们发现即使利用上述非专利文献1的双折射介质，也不能 完全补偿上述区域H的折射率各向异性，如后面详述，存在多个视野角特性的改善度明显 较低的方位和视野角范围。即，残留有下述技术问题要怎样做，才能使具有上述非专利文 献1中公开的结构的液晶显示装置的视野角特性进一步提高，在较广的视野角范围，并且 从任何方位观察显示面，都能实现高对比度。本发明为解决上述问题点而完成，其目的在于，通过提供能够高精度地补偿液晶 层的折射率各向异性的复合相位差板和具备它的光学补偿偏光板，来提供具备优越显示品 质的液晶显示装置，其中，该液晶层的折射率各向异性是TN方式的液晶显示装置的视野角 特性降低的原因。为解决上述问题，本发明的复合相位差板设置在扭转向列方式的液晶显示装置 中，至少具备第一相位差膜和相对第一相位差膜层叠的第二相位差膜，该复合相位差板的 特征在于，上述第一相位差膜具备折射率各向异性在厚度中变化的特性，在上述液晶显示 装置的液晶层中，使得液晶层的连续的折射率各向异性的变化得到补偿，该液晶层的连续 的折射率各向异性的变化由于在施加电压时产生液晶分子能够近似为混合取向的区域而 产生，上述第二相位差膜具备折射率各向异性，补偿由第一相位差膜未能完全补偿的剩余 的折射率各向异性。 在扭转向列(以下，简称为TN)方式的液晶显示装置中，因为使用具有正的介电常 数各向异性的液晶材料，所以在无施加电压的状态下，液晶分子的平均的取向方向与夹着 液晶层的上下的基板面大致平行，而另一方面，当施加超过阈值的大小的电压时，液晶分子的平均的取向方向与夹着液晶层的上下的基板面垂直。但是，在基板面的附近，液晶分子按照具有预倾角并向基板的摩擦方向取向的方 式，取向受到控制，因此在液晶层上施加有电压时，在相对基板面的预倾角和90度之间，液 晶分子的立起连续变化。像这样的立起连续变化的取向状态，能够近似为混合取向。于是， 将产生近似混合取向的基板面附近的区域称为混合取向区域。
混合取向的液晶分子，对于特别是相对基板面倾斜前进的光，带来双折射的作用。 另外，光相对基板面的入射角度，即双折射的作用变大的入射角度，随着混合取向的液晶分 子从基板面的倾斜连续地变化而连续地变化。即，相对基板面倾斜前进的光，与入射角度无 关地受到来自混合取向区域的或大或小的双折射的作用。因此，首先第一相位差膜补偿连续变化的双折射，使得与相对该基板面的光的入 射角度即视野角相对应地连续地变化的双折射，与视野角无关地被校正为在任何视野角都 接近0，即被补偿。第一相位差膜具有折射率各向异性在厚度中变化的特性，使得这样的补 偿能够在某种程度上进行。但是，还残存有以第一相位差膜未能完全补偿的双折射。其结果为，存在多个视野 角特性的改善度明显较低的方位和视野角的范围。这是因为，在混合取向区域，多个液晶分 子相对基板面逐渐立起并扭转取向，而使第一相位差膜具有折射率各向异性在厚度中与该 扭转取向相对应地变化的补偿特性极为困难。本申请的发明者们着眼于这一点，得出下述结论如果设置新的机构，补偿第一相 位差膜未能完全补偿而残存的双折射，则能够显著提高显示品质。本发明的复合相位差板， 设置有作为这样的机构的第二相位差膜。即，在第一相位差膜上层叠有第二相位差膜，该第 二相位差膜具有折射率各向异性，补偿上述液晶层的连续的折射率各向异性的变化中、由 第一相位差膜未能完全补偿的剩余的折射率各向异性。由此，双折射与视野角无关地被校正为相比现有技术更加接近0的光，从复合相 位差板射出，若将该复合相位差板设置在TN方式的液晶显示装置中，则入射至设置于复合 相位差板的光出射侧的偏光板的光，大致成为直线偏振光而不是椭圆偏振光，因此能够提 高对比度。具体而言，例如，在施加电压时进行黑显示的常白的液晶显示装置的情况下，受到 本发明的复合相位差板的补偿作用，入射偏光板的直线偏振光的偏振面，在施加电压时与 偏光板的透过轴正交，因此被偏光板吸收，成为良好的黑显示。因此，对比度得到提高。另一方面，例如，在施加电压时进行白显示的常黑的液晶显示装置的情况下，受到 本发明的复合相位差板的补偿作用，入射偏光板的直线偏振光的偏振面，在施加电压时与 偏光板的透过轴平行，因此透过偏光板，成为良好的白显示。因此，对比度得到提高。为解决上述问题，本发明的复合相位差板设置在扭转向列方式的液晶显示装置 中，至少具备第一相位差膜和相对第一相位差膜层叠的第二相位差膜，该复合相位差板的 特征在于，在上述复合相位差板的厚度方向取ζ轴，在与该厚度方向垂直的面内取相互正 交的χ轴和y轴，令沿着x、y、ζ轴的各方向的折射率为nx、ny、nz，令上述第一相位差膜的 上述厚度方向上相对的两个面中，在第二相位差膜一侧的面为第一面，与第一面相对的面 为第二面时，上述第一相位差膜在上述第一面附近具有以nx = ny > nz表示的折射率各向 异性，按照表示nx = ny > nz的关系的折射率椭圆体的短轴与ζ轴所成的角度，从第一面向着第二面逐渐变大的方式，上述折射率椭圆体的倾斜在上述厚度中变化，而另一方面，上 述第二相位差膜具有以nx > nz > ny表示的折射率各向异性。根据上述结构，若考虑由上述y轴与ζ轴规定的yz平面和由χ轴与y轴规定的xy 平面，则因为在复合相位差的厚度方向取ζ轴，所以xy平面与第一相位差膜的上述第一面 或者液晶显示装置的显示面平行。TN模式的液晶分子的折射率特性，能够作为橄榄球状的折射率椭圆体表示。因为 该折射率椭圆体的长轴的折射率最大，所以为滞相轴。现在，在近似混合取向的液晶分子 中，考虑滞相轴与ζ轴平行的液晶分子，即滞相轴与xy平面垂直的液晶分子。像这样立起 的液晶分子的折射率nx、ny、nx彼此的关系为nz > nx = ny。即，立起的液晶分子具有正 的单轴各向异性。此处，考虑沿着yz平面相对第一面倾斜入射的光。这种情况下，沿着yz平面朝向 第一面并以离开ζ轴的角度α 1入射的光所感受到的、立起的液晶分子的折射率，nx不变， ny 变大成为 nyl0 艮口，nx = ny < nyl。另外，以比上述角度α 1大的角度α 2倾斜入射的光所感受到的立起的液晶分子 的折射率，nx不变，nyl进一步变大成为ny2。S卩，nx = ny < nyl < ny2。另一方面，上述第一相位差膜，在第一面附近具有以nx = ny > nz表示的折射率 各向异性，即负的单轴各向异性。这样，沿着yz平面朝向第一面并以离开ζ轴的某角度α 入射的光，从第一相位 差膜感受到的第一面附近的折射率，如后面参照附图具体说明的那样，nx不变，ny变小成 为 ny30 即，nx = ny > ny30另外，以比上述角度α 1大的角度α 2倾斜入射的光所感受到的第一面附近的折 射率，nx不变，ny3进一步变小成为ny4。BP, nx = ny > ny3 > ny4。其结果为，该大小关 系与nx = ny < nyl < ny2的关系相反。于是，对于倾斜入射的光，若第一相位差膜的第一面附近的折射率各向异性与立 起的液晶分子的折射率各向异性相加，则各折射率各向异性抵消。但是，双折射虽然接近0，但不能完全成为0。第二相位差膜校正该剩余的双折射， 以使其更加接近0的方式作用。本发明者们发现作为用于补偿该剩余的双折射的第二相位差膜的折射率特性， 若定为nx > nz > ny，则即使在较广的视野角范围并在任何方位观察显示面，都能实现高对 t匕貞。由于完全相同的光学作用，第一相位差膜的倾斜的折射率椭圆体，与近似为混合 取向的液晶分子中滞相轴相对于ζ轴倾斜的液晶分子之间，各自的折射率各向异性相互补 偿，第二相位差膜补偿该未完全补偿的折射率各向异性。另外，在第一相位差膜的折射率椭圆体的短轴与倾斜的液晶分子的滞相轴平行的 情况下，两者的折射率各向异性相互补偿得最好。本发明的复合相位差板优选的是，在上述第一相位差膜中，具有上述折射率椭圆 体的短轴从ζ轴逐渐倾斜的方向上的朝向并且与第一面平行的倾斜方向，与上述第二相位 差膜的滞相轴的延伸方向正交。本发明的复合相位差板优选的是，在第一相位差膜或第二相位差膜的至少一方设置有保护膜，该保护膜具有对未能够被上述第一相位差膜和第二相位差膜完全补偿的剩余 的折射率各向异性进一步进行补偿的折射率各向异性。在第一相位差膜和第二相位差膜的各制造工序中，保护膜通常设置在第一相位差 膜或第二相位差膜的至少一方。虽然也能够使这样的保护膜不具有折射率各向异性，但通 过使其具有对未能够被上述第一相位差膜和第二相位差膜完全补偿的剩余的折射率各向 异性进一步进行补偿的折射率各向异性，能够进一步提高显示的对比度。另外，也能够将具有上述复合相位差板和将入射光变换为直线偏振光的偏光板的 现有技术中没有的光学补偿板，作为一个单元提供。本发明的扭转向列方式的液晶显示装置的特征在于，包括作为一个上述复合相 位差板的第一复合相位差板；和由相对于该第一复合相位差板的第一相位差膜层叠的第一 基板和与该第一基板相对的第二基板夹持的扭转向列模式的液晶层，令上述第一复合相位 差板的第一相位差膜的上述倾斜方向为第一倾斜方向，令上述第一基板的摩擦方向为第一 摩擦方向时，第一倾斜方向与第一摩擦方向平行，并且第一倾斜方向的朝向与第一摩擦方 向的朝向相同。像这样，若按照第一倾斜方向与第一摩擦方向平行，并且第一倾斜方向的朝向与 第一摩擦方向的朝向相同的方式，对上述液晶层设置本发明的复合相位差板，则第一相位 差膜的在第一倾斜方向倾斜的折射率椭圆体 的各短轴与倾斜的液晶分子的滞相轴大致平 行这一对应关系，在第一倾斜方向的各种倾斜角度都成立。于是，第一相位差膜的折射率各 向异性与混合取向区域的折射率各向异性，成为相互补偿最好的状态。上述扭转向列方式的液晶显示装置的特征在于，还具备作为另一个上述复合相位 差板的第二复合相位差板，该第二复合相位差板的第一相位差膜，相对于上述第二基板，层 叠在与上述液晶层相反的一侧，令上述第二复合相位差板的第一相位差膜的倾斜方向为第 二倾斜方向，令上述第二基板的摩擦方向为第二摩擦方向，则第二倾斜方向与第二摩擦方 向平行，并且第二倾斜方向的朝向与第二摩擦方向的朝向相同，上述第一摩擦方向与上述 第二摩擦方向相互正交。本发明的液晶显示装置，是扭转向列方式的液晶显示装置，与现有技术相同地，上 述第一摩擦方向与上述第二摩擦方向相互正交。基于这两个摩擦方向的关系，设置有第二 复合相位差板。由此，在施加电压时，对在第二基板附近液晶层中产生的混合取向区域，第二复合 相位差板能够发挥已说明的光学补偿作用。其结果为，例如，通过配置在第一复合相位差板侧的偏光板倾斜入射的直线偏振 光，能够利用第一复合相位差板而良好地保持其直线偏光性。而且，该直线偏振光从第一基 板侧向第二基板侧在液晶层前进，虽然其直线偏光性由于第二基板附近的混合取向区域而 劣化，但被第二复合相位差板再次校正，能够以直线偏光性良好的状态到达配置在第二复 合相位差板侧的偏光板。这样，本发明能够提供对比度的视野角依赖性非常低的显示品质优越的扭转向列 方式的液晶显示装置。另外，也可以使第一倾斜方向与上述第二相位差膜的滞相轴的延伸方向平行，并 且使第一倾斜方向与第一摩擦方向正交，使第一摩擦方向与上述滞相轴的延伸方向正交，代替在使上述第一倾斜方向与上述第一摩擦方向平行的基础上，使其与上述第二相位差膜的滞相轴的延伸方向正交，并且使第一倾斜方向的朝向与第一摩擦方向的朝向相同。另外，当使上述第一摩擦方向与上述第二摩擦方向相互正交，在第一复合相位差板与第二复合相位差板，使各自的第二相位差膜的滞相轴的延伸方向相互正交时，也可以 使上述第一倾斜方向与第二摩擦方向平行，并且使第一倾斜方向的朝向与第二摩擦方向的 朝向相同，并且使上述第二倾斜方向与上述第一摩擦方向平行，并且使第二倾斜方向的朝 向与第一摩擦方向的朝向相同，代替使第二倾斜方向与第二摩擦方向平行，并且使第二倾 斜方向的朝向与第二摩擦方向的朝向相同。另外，如已经说明的那样，更为优选的是，在上述第一复合相位差板和第二复合相位差板各自中，在第一相位差膜或第二相位差膜的至少一方设置有保护膜，该保护膜具有 对未能够被上述第一相位差膜和第二相位差膜完全补偿的剩余的折射率各向异性进一步 进行补偿的折射率各向异性。另外，关注的某权利要求所述的结构与其它的权利要求所述的结构的组合，并不仅限定于与被该关注的权利要求引用的权利要求所述的结构的组合，只要能够达到本发明 的目的，也能够是与没有被该关注的权利要求引用的权利要求所述的结构的组合。本发明的其它的目的、特征和优越之处，通过以下的说明能够充分明确。另外，本发明的优点通过参照附图的下述说明能够变得明确。


图1是简要表示具备本发明的复合相位差板的液晶显示装置的各层的光学状态 的结构图。图2是表示本发明的复合相位差板的光学补偿功能的说明图。图3是表示上述液晶显示装置的各层彼此的光学补偿关系的说明图。图4是对比表示本发明的实施例与比较例的液晶显示装置的层结构的说明图。图5是按各特定的方位角表示在使上述实施例与比较例各自的液晶显示装置进 行白显示的情况下的透过率特性的图表。图6是表示在使上述实施例与比较例各自的液晶显示装置进行白显示的情况下 的全部方位的透过率特性的图表。图7是按各特定的方位角表示在使上述实施例与比较例各自的液晶显示装置进 行黑显示的情况下的透过率特性的图表。图8是表示在使上述实施例与比较例各自的液晶显示装置进行黑显示的情况下 的全部方位的透过率特性的图表。图9 (a) (d)是作为上述实施例与比较例各自的液晶显示装置的视野角特性，按 各特定的方位角表示对比度的图表，(e) (h)是与(a) (d)的各个图表相对应，改变对 比度的刻度而重新表示对比度的图表。图10是作为上述实施例与比较例各自的液晶显示装置的视野角特性，表示全部 方位的对比度的图表。图11是表示与图4对应的变形实施例的液晶显示装置的层结构的说明图。图12是概念地表示无施加电压的TN模式的液晶分子的取向状态的说明图。
图13是概念地表示施加有电压的TN模式的液晶分子的取向状态的说明图。符号说明1、复合相位差板2、第一相位差膜3、第二相位差膜4、TN单元(液晶层)5、TAC 膜(保护膜)41、液晶分子42、液晶分子43、液晶分子A1、倾斜方向(第一倾斜方向)A2、倾斜方向(第二倾斜方向)B1、第二相位差膜的滞相轴B2、第二相位差膜的滞相轴D1、摩擦方向(第一摩擦方向)D2、摩擦方向(第二摩擦方向)H、区域(能够近似混合取向的区域)
具体实施例方式以下基于图1至图10说明本发明的一实施方式。(复合相位差板的结构)如图1所示，本发明的复合相位差板1具备第一相位差膜2和第二相位差膜3作 为基本结构。首先，对第一相位差膜2进行详述。在第一相位差膜2中，其折射率各向异性沿着 厚度的方向变化。为简要说明该变化的方法，现在，如图2(b)所示，在复合相位差板1的厚 度方向取z轴，在与该厚度方向垂直的面内取相互正交的x轴和y轴，当令沿着x、y、z轴的 各方向的折射率为nX、ny、nZ时，第一相位差膜2在与厚度方向垂直的下表面(第一面)附 近，表示出以nx = ny > nz表示的负的单轴各向异性。该负的单轴各向异性，能够以如图 2(b)那样的折射率椭圆体表示。该折射率椭圆体的短轴与z轴所成的角度，即短轴相对于 z轴的倾斜角度，如图1所示，随着从与厚度方向垂直的下表面向上表面(第二面)接近而 逐渐变大。另外，短轴相对于z轴的倾斜角度变大，令短轴离开z轴而去的方向为图1所示的 倾斜方向A1。另外，倾斜方向A1与上述上表面和下表面平行。另外，将表示nx = ny > nz的关系的折射率椭圆体以yz平面截断时的截面(参 照图2(b))，成为长轴与y轴平行、短轴与z轴平行的椭圆形。于是，对于该折射率椭圆体， 当在yz平面内改变视线为(1) (2)时，沿视线的方向在yz平面内前进的光，在yz平面内与 视线垂直的方向所感受到的折射率如图2(b)所示，按照ny、ny3、ny4的方式变化。而且，随 着视线相对于z轴所成的视角像(1) (2)那样变大，按照ny > ny3 > ny4的方式变小，接近 nz.
像这样的第一相位差膜2，通过下述工序制作在TACCTriacetylcellulose 三醋 酸纤维素)膜等透明支承体上涂布盘状液晶化合物，加热至成为盘状向列相的温度，并照 射紫外线发生交联。另外，第一相位差膜也能够称为GRP (Gradual Refraction Polarizer 渐变折射 偏振器)膜。接着，第二相位差膜3如图2(c)所示，具备双轴各向异性，nx、ny、nz的大小关系 为nx > nz > ny。因为在nX、ny、nz中nx最大，所以在第二相位差膜3内前进的光的速度 在前进方向与x轴平行时最慢。因此，第二相位差膜3的滞相轴为x轴。
在图1中，第二相位差膜3的光学特性由椭圆形表示，该椭圆形的长轴示意地表示 上述滞相轴。另外，若像图1那样令第二相位差膜3的滞相轴为滞相轴B1，则第二相位差膜 3相对第一相位差膜2按照第一相位差膜2的上述倾斜方向A1与滞相轴B1正交的方式层 叠。另外，将表示nx > ny > nz的关系的折射率椭圆体以yz平面截断时的截面(参 照图2(c))，成为长轴与z轴平行、短轴与y轴平行的椭圆形。于是，对于该折射率椭圆体， 当在yz平面内改变视线为(1) (2)时，沿视线的方向在yz平面内前进的光，在与视线垂直 的方向所感受到的折射率，从图2(c)的ny，向图2(e)所示的ny5、ny6变化。而且，随着视 角像⑴⑵那样变大，按照ny<ny5<ny6的方式变大，接近nz。(具备复合相位差板的液晶显示装置的结构)接着，对在扭转向列(以下简称为TN)方式的液晶显示装置中设置具有上述结构 的本发明的复合相位差板的结构进行说明。如图1所示，TN方式的液晶显示装置具备利用未图示的有源矩阵基板和对置基 板，夹持TN模式的液晶层的TN单元4。在TN模式的液晶层中，通常使用在施加电压时沿电 力线取向的正型液晶。但是，本发明并不限定于正型液晶，也能够应用于负型液晶。该TN单元4被两片复合相位差板1上下夹持。另外优选按照第一相位差膜2与 TN单元4相邻的方式，对TN单元4配置上下的复合相位差板1。另外，与上下的复合相位差板1分别相邻设置形成有作为保护膜的TAC膜5的偏 光板。TAC膜5的折射率各向异性既可以为0，也可以通过使其具有如图1和图2(b)所示 的单轴各向异性，从而进一步提高复合相位差板1的光学补偿功能。另外，TAC膜5可以与偏光板一体，也可以作为第二相位差膜3的保护层而与第二 相位差膜3 —体。另外，TAC膜5可以配置在偏光板与第二相位差膜3之间、第一相位差膜 2与第二相位差膜3之间、第一相位差膜2与TN单元4之间的任一处，也可以配置在多处。另外，也可以使将偏光板、TAC膜5和复合相位差板1 一体化的具有光学补偿功能 的偏光板产品化。另外，复合相位差板1、TN单元4和偏光板的层叠的方法，由以下情况决定。首先， 下侧的偏光板的透过轴C1与TN单元4的下侧的基板面的摩擦方向D1平行。接着，上述摩 擦方向D1与上述倾斜方向A1平行，并且摩擦方向D1的朝向与倾斜方向A1的朝向相同。由此，如图3所示，象征第一相位差膜2的下表面附近的单轴各向异性(nx = ny) 的圆板21、与TN单元4内弯曲取向的液晶分子41的滞相轴存在正交关系，同样地，表示第 一相位差膜2的上表面附近的单轴各向异性的折射率椭圆体的nx = ny所表示的圆板22、与在TN单元4内展曲取向(splay alignment)的液晶分子42的滞相轴存在正交关系。另 夕卜，位于圆板21和圆板22之间的圆板23，与在液晶分子41和液晶分子42之间倾斜取向的 液晶分子43的滞相轴存在正交关系。另一方面，设置在TN单元4的上侧的复合相位差板1(第二复合相位差板)和偏光板的层叠顺序，相对于设置在TN单元4的下侧的复合相位差板1 (第一复合相位差板)和 偏光板的层叠顺序，成为镜像的关系。但是，TN单元4的上侧的基板面的摩擦方向D2与摩 擦方向Dl正交。于是，上侧的第一相位差膜2的倾斜方向A2与下侧的第一相位差膜2的 上述倾斜方向Al正交，上侧的第二相位差膜3的滞相轴B2与下侧的第二相位差膜3的上 述滞相轴Bl正交。另外，上侧的偏光板的透过轴C2与下侧的偏光板的上述透过轴Cl正交。这是因 为，TN方式的液晶显示装置通常使用电压关断时进行白显示、电压接通时进行黑显示的常 白模式。但是，也能够采用透过轴Cl与C2平行的常黑模式。(复合相位差板的光学补偿作用)当将具有上述结构的本发明的复合相位差板1设置在扭转向列方式的液晶显示 装置中时，能够显著提高显示的对比度。作为其原因，以下对本发明的复合相位差板1的光 学补偿作用进行说明。其概要如图2所示，第一相位差膜2和第二相位差膜3补偿液晶分子的折射率各 向异性，使得当考虑对于在TN单元4内相对ζ轴倾斜前进的光的折射率nx和ny时，液晶 分子、第一相位差膜2和第二相位差膜3的总和，nx = ny。首先，在TN单元4内弯曲取向的液晶分子41(参照图3)的折射率各向异性，如图 2(a)所示，大致呈现正的单轴各向异性。即，液晶分子41的nx、ny、nz具有nz > nx = ny 的关系。对沿着ζ轴在液晶分子41内前进的光作用的折射率为nx和ny，由于nx = ny的 关系而变得各向同性。于是，这种情况下ζ轴为液晶分子41的光轴，并且为光的速度变慢 的滞相轴。另外，在图2(a)中，对沿着ζ轴在液晶分子41内前进的光作用的折射率为各向同 性，由圆形表示。接着考虑相对ζ轴具有一定倾斜，沿着yz平面在液晶分子41内前进的光(1) (2)。 对于光(1)，与光(1)的前进方向垂直并且通过xyz的原点的平面截断图2(a)的折射率椭 圆体时的截面，如图2(a)所示，成为短轴为nx，长轴为nyl的椭圆形。另外，在相对ζ轴的倾斜比光⑴大的光(2)的情况下，上述截面成为短轴为nx， 长轴为ny2的椭圆形。另外，相对ζ轴的倾斜越大，yz平面内的折射率越大。S卩，nx = ny < nyl < ny2 < nz的关系成立。另一方面，在上述光(1) (2)沿着yz平面在第一相位差膜2内前进的情况下，首先 对于光(1)的上述截面，如图2(b)所示，成为长轴为nx，短轴为ny3的椭圆形。另外，在光(2)的情况下，上述截面成为长轴为nx，短轴为ny4的椭圆形。像这样， 在第一相位差膜2的情况下，相对ζ轴的倾斜越大，yz平面内的折射率与液晶分子41相反 地变得越小。即，nx = ny > ny3 > ny4 > nz的关系成立。由此，当上述光(1)(2)连续通过第一相位差膜2和液晶分子41时，液晶分子41 的折射率各向异性(nx = ny< nyl < ny2 < nz)被第一相位差膜2的折射率各向异性(nx=ny > ny3 > ny4 > nz)补偿，接近各向同性。但是，液晶分子41的折射率各向异性尚未被充分补偿。因此，像在图3中以双箭 头表示的光学补偿的对应关系那样，利用第二相位差膜3的折射率各向异性，抵消由于第 一相位差膜2和液晶分子41的组合而残存的折射率各向异性。第二相位差膜3的折射率各向异性如前面所述，为nX>nZ>ny，当上述光(1) (2) 沿着yz平面在第一相位差膜2内前进时，首先对于光(1)的上述截面，如图2(c) (e)所示， 成为长轴为nx，短轴为ny5的椭圆形。
另外，在光(2)的情况下，上述截面成为长轴为nx，短轴为ny6的椭圆形。像这样， 在第二相位差膜3的情况下，相对ζ轴的倾斜越大，yz平面内的折射率越大。即，ny < ny5 < ny6 < nz的关系成立。最终，液晶分子41的折射率各向异性，被第一相位差膜2和第二相位差膜3的折 射率各向异性补偿。其结果为，在上述光(1) (2)的任一情况下，换而言之，与入射光相对于 与液晶显示装置的显示面平行的xy平面的入射角度无关，该入射光所感受到的折射率如 图 2(d)所示，为 nx' =ny'。另外，在上述说明中，液晶分子41、第一相位差膜2和第二相位差膜3的各nx为相 同的值，仅关注ny的变化，但各nx并没有必要具有相同的值，能够按照合成所得的nx'与 合成所得的ny'最终相等或大致相等的方式，选择各nx。以上的光学补偿的说明，适用于图3所示的液晶分子41和表示第一相位差膜2的 下表面附近的单轴各向异性的圆板21。尽管如此，该说明也适用于位于TN单元4的下侧的 基板附近的液晶分子42，和表示第一相位差膜2的上表面附近的单轴各向异性的圆板22。 这是因为，该液晶分子42的滞相轴和圆板22，与上述情况相同地存在正交关系。同样地，上 述说明也适用于在TN单元4的厚度方向上位于液晶分子41、42之间的液晶分子43，和表示 第一相位差膜2的厚度中央的单轴各向异性的圆板23。(TAC膜的光学补偿作用)设置在复合相位差板1的外侧的TAC膜5也能够不具有光学各向异性，也可以通 过按照具有负的单轴各向异性并且光轴与显示面垂直的方式设置TAC膜5，进一步提高复 合相位差板1的光学补偿作用。另外，也可以利用复合相位差板1和TAC膜5的组合，大致 完全地抵消液晶的折射率各向异性。实施例以下基于图4至图10说明本发明的一实施例。(液晶显示装置的结构例)本实施例的液晶显示装置的基本结构与图1所示的结构例相同。在图4所示的 “研究产品”中，“相位差板GRP膜”与第一相位差膜2对应，“相位差板”与第二相位差膜3 对应，“液晶层”与TN单元4对应，“保护膜TAC”与TAC膜5对应。在该液晶显示装置的上 表面和下表面，与图1相同地配置有具有正交尼科尔关系的一对偏光板。另外，在该液晶显示装置的下侧，“相位差板GRP膜”的倾斜方向与图1所示的上 述倾斜方向Al对应，“相位差板”的滞相轴与上述滞相轴Bl对应，偏光板的透过轴与上述透 过轴Cl对应，“液晶层”的下侧基板的摩擦方向与上述摩擦方向Dl对应。另外，在该液晶显示装置的上侧，“相位差板GRP膜”的倾斜方向与图1所示的上述倾斜方向A2对应，“相位差板”的滞相轴与上述滞相轴B2对应，偏光板的透过轴与上述透过轴C2对应，“液晶层”的下侧基板的摩擦方向与上述摩擦方向D2对应。以图4的箭头表示Al Dl、A2 D2的方向和朝向的相互关系。该相互关系，正 如参照图1已进行的说明。作为上述的“相位差板GRP膜”，例如使用作为富士胶片股份有限公司制的商品 的广视角膜(Wide View film(WV-SA))中与施加电压6. 5 (V)对应的膜。另外，因为液晶 分子的立起方法根据施加电压而变化，所以作为GRP膜的种类，存在与4(V)对应的和与 6. 5 (V)对应的等。作为上述的“相位差板”，例如使用日东电工股份有限公司制的NAZ(商品名)膜。 另夕卜，NAZ膜的厚度为例如130nm, Nz系数为例如0. 4。其中，Nz系数是表示nx、ny、nz的 大小关系的一个指标，由(nX-nZ)/(nX-ny)求得。作为上述“液晶层”，使用单元间隙设定为4. 5 μ m、具有双折射率Δη = 0. 0875的 值的TN模式的液晶(默克(merck)股份有限公司制的型号MS001616)。作为上述“保护膜TAC”，使用在厚度方向具有光轴、具有负的单轴各向异性的相位 差 50nm 的 TAC。(比较例)为了确认上述实施例的液晶显示装置的特性优越，准备了比较例。比较例“Ref.，，的液晶显示装置，从上述“研究产品”的结构省去了作为第二相位 差膜3的“相位差板”，并进一步通过使用没有双折射的TAC作为“保护膜TAC”而构成。如 图4中箭头所示，Al Dl、A2 D2的方向和朝向的相互关系除了 Bi、B2消失之外也没有变更。(透过率特性，白显示)对于以上的“研究产品”和“Ref. ”，首先测定施加电压为O(V)的白显示时的透过 率特性。透过率是在光源与测定仪器间没有放置任何物体的状态下，在使利用测定仪器检 测出的基准的光强度为1时，作为相对于基准的光强度的比例而求得。另外，将使显示面水平时的显示面内的方位角，变化为0度(水平方向)、90度(垂 直方向)、和倾斜方位的45度、135度，对各个方位，使极角在从-80度至+80度的范围变 化，其中，极角是从测定仪器的受光部观看显示面的视线相对于显示面的法线方向所成的 角度。像这样，图5表示测定的4个方位角的“研究产品”和“Ref. ”的透过率特性。另 夕卜，使偏光板的透过轴C1、C2的方向与45度和135度的方位一致。其结果为，首先，极角0度，即从正前方观看显示面时的正面透过率，对于全部方 位，“研究产品”和“Ref. ”没有差别。而且，在使极角变化时，在0度(水平方向)、90度 (垂直方向)的方位，“研究产品”的透过率比“Ref. ”的透过率降低若干，而在45度和135 度的方位，“研究产品”和“Ref.，，没有差别。将与图5相同的测定结果改变记录方法表示在图6中。图6利用等位线图表示相 对于方位角和极角的透过率的分布。在90度(垂直方向)的方位，“研究产品”和“Ref. ” 两者都是与其它的方位相比，极角越大透过率越低，因此作为等位线的凹部表示。该凹部的 程度，“研究产品”比“Ref. ”大若干。
(透过率特性，黑显示)接着，对“研究产品”，使施加电压为6. 5(V)，对“Ref. ”使施加电压为5. O(V)，测定 黑显示时的透过率特性。另外，对于“Ref. ”，设定液晶材料和GRP膜的值，使得施加5. OV时成为最广的视 野角。另一方面，对于“研究产品”，虽然使用与“Ref. ”相同的液晶材料和GRP膜，但因为增 加了一片NAZ膜，所以成为最广视野角的施加电压设定为6. 5V。假设若在“研究产品”和 "Ref.，，使施加电压的条件配合为相同的值，则有必要改变液晶材料或GRP膜的任一个。图7表示黑显示时的透过率特性的测定结果。根据图7能够明确，在0度(水平 方向)、90度(垂直方向)的方位，对于“Ref. ”，极角越大漏光越大，透过率急增，而相对地， 对于“研究产品”，即使极角变大，漏光也只变大少许。特别是，能够知道，90度(垂直方向) 的方位的降低漏光的效果较为明显。另外，在45度和135度的方位，也明显出现降低漏光的效果。将与图7相同的测定结果，作为改变记录方法的等位线图在图8中表示。根据图 8能够明确，对于“研究产品”，在全部方位和全部极角，没有出现表示透过率的上升的等位 线，而相对地，对于“Ref. ”，在水平方向(左右)和垂直方向(上下)的方位，出现表示透过 率的阶段性上升的多个等位线。(对比度特性)基于以上的透过率特性，能够使用下式求得本发明的液晶显示装置的对比度特 性。对比度=白显示时的透过率/黑显示时的透过率图9表示对与透过率特性相同的四个方位求得的“研究产品”和“Ref. ”的对比度 特性。在图9的图表中，纵轴表示对比度，横轴表示极角。但是，在图9的(a) (d)的图表 中，按照“研究产品”和“Ref. ”各自的对比度的峰能够被绘出的方式，设定纵轴的刻度。而 另一方面，在图9的(e) (h)的图表中，为了能够确认对比度在较小的范围的值的变化， 取出上部分图表的0 90的范围的对比度。根据图9能够明确，“研究产品”的对比度与“Ref. ”相比，在全部方位都明显提高， 并且在极角接近士90度、对比度降低的视角下也超过10。更具体而言，第一，在全部方位，“研究产品”与“Ref. ”相比，在从法线方向(极角 0度)附近观看显示面时出现的对比度的峰明显提高。第二，如图9(a)所示，0度(水平方向)的方位的对比度改善效果较为明显，“研 究产品”的对比度在全部极角超出“Ref.，，的对比度数倍。像这样对比度得到明显改善，是因为如上所述，在白显示时，在0度(水平方向) 和90度(垂直方向)的方位，“研究产品”的透过率虽然低于“Ref. ”的透过率若干，但在黑 显示时，在0度(水平方向)和90度(垂直方向)的方位，漏光得到非常好的抑制。将与图9相同的测定结果，作为改变记录方法的等位线图在图10中表示。根据图 10能够明确，对于“研究产品”，在全部方位和全部极角，没有出现对比度10的等位线(CR = 10)，对比度超过10，并且表示对比度的阶段性上升的多个等位线，以同心圆的方式出现。这 表示对比度与方位角无关，被均勻化。与其相对，对于“Ref. ”，在水平方向(左右)和垂直方向(上下)的各附近具有某程度的范围的多个方位，出现对比度10的等位线，由此在对比度超过10的区域出现凹部。 即使对比度变高，该凹部的影响也不消失。即，能够知道，在对比度像这样降低的多个方位， 显示高对比度的视野角(极角)的范围，也比“研究产品”窄。另外，在上述实施例中，液晶显示装置的下侧的“相位差板GRP膜”的倾斜方向 Al、上侧的“相位差板GRP膜”的倾斜方向A2、“液晶层”的下侧基板的摩擦方向D1、和“液 晶层”的上侧基板的摩擦方向D2，如图4所示地设定，但本发明并不限定于这种方式。例如，可以如图11所示，使倾斜方向Al与摩擦方向Dl正交，使摩擦方向Dl与滞相 轴B 1的延伸方向正交，代替如图4所示，在使倾斜方向Al与摩擦方向Dl平行的基础上， 使其与上述第二相位差膜3的滞相轴Bl的延伸方向正交，并且使倾斜方向Al的朝向与摩 擦方向Dl的朝向相同。另外，当使摩擦方向Dl与摩擦方向D2相互正交，在第一复合相位差板 与第二复合 相位差板，使各自的第二相位差膜3的滞相轴B1、B2的延伸方向相互正交时，也可以如图11 所示，使倾斜方向Al与摩擦方向D2平行，并且使倾斜方向Al的朝向与摩擦方向D2的朝向 相同并与图4的摩擦方向D2的朝向相反，并且使倾斜方向A2与摩擦方向Dl平行，并且使 倾斜方向A2的朝向与摩擦方向Dl的朝向相同并与图4的摩擦方向Dl的朝向相同，代替如 图4所示，使倾斜方向A2与摩擦方向D2平行，并且使倾斜方向A2的朝向与摩擦方向D2的 朝向相同。利用这样的设定，也能够使在多个方位降低的“Ref. ”的对比度提高，使显示高对 比度的视野角(极角)的范围比“Ref. ”更宽。本发明并不限定于上述各实施方式，能够在权利要求所述的范围内进行种种变 更，将在不同的实施方式中分别公开的技术方法适宜组合而得的实施方式也包括在本发明 的技术范围内。如上所述，本发明的复合相位差板设置在扭转向列方式的液晶显示装置中，至少 具备第一相位差膜和相对第一相位差膜层叠的第二相位差膜，该复合相位差板的结构为 上述第一相位差膜具备折射率各向异性在厚度中变化的特性，使得在上述液晶显示装置的 液晶层中，液晶层的连续的折射率各向异性的变化得到补偿，该折射率各向异性的变化由 于在施加电压时产生液晶分子能够近似为混合取向的区域而产生，上述第二相位差膜具备 折射率各向异性，补偿由第一相位差膜未能完全补偿的剩余的折射率各向异性。因此，与视野角无关，双折射被校正为相比现有技术更加接近0的光，从复合相位 差板射出，若将该复合相位差板设置在TN方式的液晶显示装置中，则入射设置于复合相位 差板的光出射侧的偏光板的光，大致成为直线偏振光而不是椭圆偏振光，因此能够起到提 高对比度的效果。另外，如上所述，本发明的扭转向列方式的液晶显示装置的结构为，夹持液晶层的 第一基板和第二基板各自的摩擦方向相互正交，与此相应地，在第一基板侧设置有第一复 合相位差板，在第二基板侧设置有第二复合相位差板。因此，起到下述效果能够提供对比度的视野角依赖性非常低的显示品质优越的 扭转向列方式的液晶显示装置。发明的详细说明中完成的具体的实施方式或实施例，不过是使本发明的技术内容 明确的例子，不应当仅限定于这样的具体例而狭义地解释，在本发明的精神和所述权利要求的范围内，能够进行各种变更而实施。产业上的可利用性本发明的复合相位差板和具备它的光学补偿偏光板，能够应用于扭转向 列方式的 液晶显示装置，能够应用于改善对比度的视野角依赖性的用途。
权利要求
一种复合相位差板，其设置在扭转向列方式的液晶显示装置中，至少具备第一相位差膜和相对于第一相位差膜层叠的第二相位差膜，该复合相位差板的特征在于所述第一相位差膜具备以下特性该第一相位差膜的折射率各向异性在厚度中变化，使得在所述液晶显示装置的液晶层中，对液晶层的连续的折射率各向异性的变化进行补偿，该液晶层的连续的折射率各向异性的变化由于在施加电压时产生液晶分子能够近似为混合取向的区域而产生，所述第二相位差膜具备对未能够被第一相位差膜完全补偿的剩余的折射率各向异性进行补偿的折射率各向异性。
2.如权利要求1所述的复合相位差板，其特征在于取所述复合相位差板的厚度方向作为ζ轴，在与该厚度方向垂直的面内取相互正交的 χ轴和y轴，令沿着χ、y、ζ轴的各方向的折射率为nx、ny、nz，令所述第一相位差膜的在所述厚度方向上相对的两个面中，在第二相位差膜一侧的面 为第一面，与第一面相对的面为第二面时，所述第一相位差膜在所述第一面附近具有以nx = ny > nz表示的折射率各向异性，按 照表示nx = ny > nz的关系的折射率椭圆体的短轴与ζ轴所成的角度，从第一面向第二面 逐渐变大的方式，所述折射率椭圆体的倾斜在所述厚度中变化，所述第二相位差膜具有以nx > nz > ny表示的折射率各向异性。
3.如权利要求2所述的复合相位差板，其特征在于在所述第一相位差膜中，具有在所述折射率椭圆体的短轴从ζ轴逐渐倾斜的方向上的 朝向并且与第一面平行的倾斜方向，与所述第二相位差膜的滞相轴的延伸方向正交。
4.如权利要求1至3中任一项所述的复合相位差板，其特征在于在第一相位差膜或第二相位差膜的至少一方设置有保护膜，该保护膜具有对未能够被 所述第一相位差膜和第二相位差膜完全补偿的剩余的折射率各向异性进一步进行补偿的 折射率各向异性。
5.一种光学补偿偏光板，其特征在于具备如权利要求1至4中任一项所述的复合相位差板和将入射光变换为直线偏振光的 偏光板。
6.一种扭转向列方式的液晶显示装置，其特征在于 具备如权利要求5所述的光学补偿偏光板。
7.一种扭转向列方式的液晶显示装置，其特征在于，包括作为如权利要求3所述的复合相位差板的一个的第一复合相位差板；和 由相对于该第一复合相位差板的第一相位差膜层叠的第一基板和与该第一基板相对 的第二基板夹持的扭转向列模式的液晶层，令所述第一复合相位差板的第一相位差膜的所述倾斜方向为第一倾斜方向，令所述第 一基板的摩擦方向为第一摩擦方向时，第一倾斜方向与第一摩擦方向平行，并且第一倾斜 方向的朝向与第一摩擦方向的朝向相同。
8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于具备作为另一个如权利要求3所述的复合相位差板的第二复合相位差板， 该第二复合相位差板的第一相位差膜，相对于所述第二基板层叠在与所述液晶层相反的一侧，令所述第二复合相位差板的第一相位差膜的倾斜方向为第二倾斜方向，令所述第二基 板的摩擦方向为第二摩擦方向时，第二倾斜方向与第二摩擦方向平行，并且第二倾斜方向 的朝向与第二摩擦方向的朝向相同，所述第一摩擦方向与所述第二摩擦方向相互正交。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于在所述第一复合相位差板和第二复合相位差板各自中，在第一相位差膜或第二相位差 膜的至少一方设置有保护膜，该保护膜具有对未能够被第一相位差膜和第二相位差膜完全 补偿的剩余的折射率各向异性进行补偿的折射率各向异性。
全文摘要
本发明提供复合相位差板和具备它的光学补偿偏光板及液晶显示装置。复合相位差板(1)具备第一相位差膜(2)和相对第一相位差膜(2)层叠的第二相位差膜(3)，上述第一相位差膜(2)具备折射率各向异性在厚度中变化的特性，在TN单元(4)中，使得TN单元(4)的连续的折射率各向异性的变化得到补偿，该折射率各向异性的变化由于在施加电压时产生液晶分子能够近似为混合取向的区域而产生，上述第二相位差膜(3)具备折射率各向异性，补偿由第一相位差膜(2)未能完全补偿的剩余的折射率各向异性。由此，提供能够高精度地补偿液晶层的折射率各向异性的复合相位差板，其中，该液晶层的折射率各向异性是TN方式的液晶显示装置的对比度根据视野角而降低的原因。
文档编号G02B5/30GK101802689SQ20088010647
公开日2010年8月11日 申请日期2008年7月8日 优先权日2007年10月26日
发明者冈孝裕, 坂井健彦, 森下克彦 申请人:夏普株式会社