JP2003029264A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】透過率変化が十分に大きく表示画像の色づきが
抑制された垂直配向モードの液晶表示装置を提供するこ
と。 【解決手段】本発明の液晶表示装置１は、垂直配向モー
ドの液晶セル２と、前記液晶セル２の一方の主面に対向
して配置された第１の偏光板３ａと、前記液晶セル２と
前記第１偏光板３ａとの間に介在する第１の１／４波長
板５ａと、前記液晶セル２と前記第１の偏光板３ａとの
間に介在し且つ前記第１の１／４波長板５ａとともに第
１の積層構造を形成した第１の１／２波長板４ａと、前
記液晶セル２の他方の主面に対向して配置された第２の
偏光板３ｂと、前記液晶セル２と前記第２の偏光板３ｂ
との間に介在する第２の１／４波長板５ｂと、前記液晶
セル２と前記第２の偏光板３ｂとの間に介在し且つ前記
第２の１／４波長板５ｂとともに第２の積層構造を形成
した第２の１／２波長板４ｂとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特には垂直配向モードの液晶セルを備えた液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電
力である等の様々な特長を有しており、ＯＡ機器、情報
端末、時計、及びテレビ等の様々な用途に応用されてい
る。特に、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を
有する液晶表示装置は、その高い応答性から、携帯テレ
ビやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモ
ニタとして用いられている。

【０００３】近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細
化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。こ
れら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したＴ
ＦＴが形成するアレイ構造を微細化することによって実
現されている。

【０００４】一方、表示速度の高速化に関しては、従来
の表示モードの代わりに、ネマチック液晶を用いたＯＣ
Ｂモード、ＶＡＮモード、ＨＡＮモード、及びπ配列モ
ードや、スメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性
液晶（Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crys
tal）モード及び反強誘電性液晶モードを採用すること
が検討されている。

【０００５】これら表示モードのうち、ＶＡＮ（Vertic
al Aligned Nematic）モードでは、従来のＴＮ（Twiste
d Nematic）モードよりも速い応答速度を得ることがで
き、しかも、垂直配向のため静電気破壊などの不良を発
生させるラビング処理が不要である。なかでも、マルチ
ドメイン型ＶＡＮモード（以下、ＭＶＡモードという）
は、視野角の補償設計が比較的容易なことから特に注目
を集めている。

【０００６】ＶＡＮモードは複屈折モードである。ＶＡ
Ｎモードの液晶セルをそれぞれの偏光面が直角に交差す
るように一対の偏光板で挟んでノーマリブラックの液晶
表示装置とする場合、通常、それら偏光面に対して液晶
分子が４５°の角度を為すように倒れると透過率変化へ
の寄与が最大となる。すなわち、液晶セル内で全ての液
晶分子についてそれらが倒れる方向を偏光面に対して４
５°の角度に制御すれば、透過率変化を最大とすること
ができる。

【０００７】しかしながら、実際には、各種配線や画素
電極間に発生する横電界や配向制御を行うための畝状突
起構造及びスリットの形状などの影響により、一部の液
晶分子は所望の方向に倒れない。これら液晶分子の透過
率変化への寄与は、偏光面に対して４５°の角度を為し
て倒れる液晶分子に比べると遥かに低い。そのため、こ
の場合、液晶表示装置の透過率変化或いは透過率は、理
想的な配向状態によって実現され得る値よりも低くな
る。

【０００８】上記の問題に対しては、液晶セルへの入射
光を直線偏光ではなく円偏光とすることが考えられてい
る。この方法によると、確かに、液晶表示装置の透過率
変化或いは透過率を向上させることができる。しかしな
がら、この方法を採用した場合に得られる効果は十分で
はなく、しかも、表示画像が色づくという問題を生じて
しまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、透過率変化が十分に大き
く表示画像の色づきが抑制された垂直配向モードの液晶
表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、垂直配向モードの液晶セルと、前記液晶
セルの一方の主面に対向して配置された第１の偏光板
と、前記液晶セルと前記第１偏光板との間に介在する第
１の１／４波長板と、前記液晶セルと前記第１の偏光板
との間に介在し且つ前記第１の１／４波長板とともに第
１の積層構造を形成した第１の１／２波長板と、前記液
晶セルの他方の主面に対向して配置された第２の偏光板
と、前記液晶セルと前記第２の偏光板との間に介在する
第２の１／４波長板と、液晶セルと第２の偏光板との間
に介在し且つ第２の１／４波長板とともに第２の積層構
造を形成した第２の１／２波長板とを具備することを特
徴とする液晶表示装置を提供する。

【００１１】なお、ここで使用する用語「波長板」は用
語「位相差板」と同義である。また、用語「波長板」及
び「偏光板」は、板状体のように硬質なものに限られ
ず、位相差フィルムや偏光フィルムのように可撓性のも
のも包含する。

【００１２】本発明の液晶表示装置において、第１及び
第２の１／４波長板並びに第１及び第２の１／２波長板
のそれぞれは、その光軸方向の屈折率と前記光軸方向に
垂直な方向の屈折率との差Δｎ_wが短波長側に比べて長
波長側でより大きくてもよい。この場合、上記差Δｎ_w
の波長に対する増加率は、第１の１／４波長板に比べて
第２の１／４波長板においてより高く、第１の１／２波
長板に比べて第２の１／２波長板においてより高くても
よい。

【００１３】本発明の液晶表示装置において、第１の１
／２波長板が第１の偏光板と第１の１／４波長板との間
に介在していてもよく、或いは、第１の１／４波長板が
第１の偏光板と第１の１／２波長板との間に介在してい
てもよい。また、同様に、第２の１／２波長板が第２の
偏光板と第２の１／４波長板との間に介在していてもよ
く、或いは、第２の１／４波長板が第２の偏光板と第２
の１／２波長板との間に介在していてもよい。

【００１４】本発明の液晶表示装置において、第１の１
／２波長板は第１の偏光板と第１の１／４波長板との間
に介在し、第２の１／２波長板は第２の偏光板と第２の
１／４波長板との間に介在し、第２の偏光板の吸収軸に
対して第２の１／４波長板の光軸が為す角度は＋７７°
乃至＋８３°の範囲内にあり、第２偏光板の吸収軸に対
して第２の１／２波長板の光軸が為す角度は＋１５°乃
至＋２１°の範囲内にあり、第２の偏光板の吸収軸に対
して第１の偏光板の吸収軸が為す角度は＋７２°乃至＋
７８°の範囲内にあり、第１の偏光板の吸収軸に対して
第１の１／４波長板の光軸が為す角度は−１３°乃至−
７°の範囲内にあり、第１の偏光板の吸収軸に対して第
１の１／２波長板の光軸が為す角度は＋１０５°乃至＋
１１１°の範囲内にあってもよい。

【００１５】本発明の液晶表示装置は、第１の偏光板に
対向して配置され且つ液晶セルに向けて光を照射する光
源をさらに具備することができる。また、本発明の液晶
表示装置において、液晶セルは垂直配向モードであれば
特に制限はなく、例えば、マルチドメイン型垂直配向モ
ードとすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図に
おいて、同様または類似する構成要素には同一の参照符
号を付し、重複する説明は省略する。

【００１７】図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表
示装置を概略的に示す斜視図である。図１に示す液晶表
示装置１は、液晶セル２と、液晶セル２を挟んで両側に
配置された偏光板３ａ，３ｂと、液晶セル２と偏光板３
ａ，３ｂとの間にそれぞれ配置された１／２波長板４
ａ，４ｂと、液晶セル２と１／２波長板４ａ，４ｂとの
間にそれぞれ配置された１／４波長板５ａ，５ｂと、偏
光板３ａに対向して配置された光源６とで主に構成され
ている。

【００１８】図２は、図１に示す液晶表示装置１の液晶
セル２をより詳細に描いた断面図である。図２に示す液
晶セル２は、アクティブマトリクス基板１１と対向基板
１２との間に液晶層１３を挟持させた構造を有してい
る。これらアクティブマトリクス基板１１と対向基板１
２との間隔は図示しないスペーサによって一定に維持さ
れている。

【００１９】アクティブマトリクス基板１１は、ガラス
基板のような透明基板１７を有している。透明基板１７
の一方の主面上には配線及びスイッチング素子１８が形
成されている。透明基板１７上には、配線及びスイッチ
ング素子１８を覆うように絶縁膜１９が形成されてお
り、絶縁膜１９上には畝状突起部２０、画素電極２１、
及び配向膜２２が順次形成されている。

【００２０】透明基板１７上に形成する配線は、アルミ
ニウム、モリブデン、及び銅などからなる走査線及び信
号線などである。また、スイッチング素子１８は、例え
ば、アモルファスシリコンやポリシリコンを半導体層と
したＴＦＴであり、走査線及び信号線などの配線並びに
画素電極２１と接続されている。アクティブマトリクス
基板１１では、このような構成により、所望の画素電極
２１に対して選択的に電圧を印加することを可能として
いる。

【００２１】透明基板１７と画素電極２１との間に介在
する絶縁膜１９には、コンタクトホールが設けられてい
る。画素電極２１は、このコンタクトホールを介してス
イッチング素子１８と接続されている。

【００２２】畝状突起部２０は、例えば、感光性樹脂な
どを用い塗膜を形成し、この塗膜を露光・現像すること
などによって形成することができる。

【００２３】画素電極２１は、ＩＴＯのような透明導電
材料で構成され得る。画素電極２１は、例えばスパッタ
リング法などにより薄膜を形成した後、フォトリソグラ
フィ技術及びエッチング技術を用いてその薄膜をパター
ニングすることにより形成することができる。

【００２４】配向膜２２は、ポリイミドなどの透明樹脂
からなる薄膜で構成されている。なお、この配向膜２２
には、ラビング処理は施さない。

【００２５】対向基板１２は、ガラス基板のような透明
基板２５上に、共通電極２６及び配向膜２７を順次形成
した構造を有している。これら共通電極２６及び配向膜
２７は、画素電極２１及び配向膜２２と同様の材料で形
成され得る。なお、図２に示す液晶セル２では、共通電
極２６にはスリットが設けられている。

【００２６】液晶層１３は、誘電率異方性が負の液晶材
料を含んでいる。液晶層１３は、そのような液晶材料に
加え、垂直配向モードの液晶セルで通常に使用されてい
る各種添加剤を含み得る。

【００２７】以上説明した液晶セル２では、例えば、画
素電極２１と共通電極２６との間に印加する電圧を比較
的低い第１表示電圧と第１表示電圧よりも高い第２表示
電圧との間で変化させることにより表示を行う。画素電
極２１と共通電極２６との間に閾値電圧未満の第１表示
電圧を印加した場合（電圧を印加していない場合も含
む）には、液晶分子３０は垂直配向している。画素電極
２１と共通電極２６との間に閾値電圧以上の第２表示電
圧を印加すると、液晶分子３０は、隣り合う画素電極２
１間のギャップ、共通電極２６に設けられたスリット、
畝状突起部２０によって画素電極２６に導入された畝状
突起構造により、図２に示すようにチルトする。その結
果、液晶層１３の画素電極２１と共通電極２６との間に
位置する部分として規定される画素領域は、突起部２０
を挟んで両側に位置し且つチルト方向が互いに異なる２
つのドメインへと分割される。液晶セル２を透過する光
は、このような配向状態の変化に応じて偏光状態に変化
を生ずる。

【００２８】本実施形態に係る液晶表示装置１は、以上
説明した液晶セル２と、偏光板３ａ，３ｂと、１／２波
長板４ａ，４ｂと、１／４波長板５ａ，５ｂと、光源６
とで主に構成されている。本実施形態において、１／２
波長板４ａと１／４波長板５ａとの積層順及び１／２波
長板４ａと１／４波長板５ａとの積層順に特に制限はな
い。

【００２９】偏光板３ａ，３ｂとしては、例えば、ポリ
ビニルアルコールの膜を延伸してヨウ素を吸収させたも
のや一軸延伸ＰＶＡ膜に二色性色素を吸収させたものな
どのように液晶表示装置に一般に用いられているものを
使用することができる。１／２波長板４ａ，４ｂ及び１
／４波長板５ａ，５ｂとしては、例えば、ポリスチレン
やポリカーボネートのような高分子材料からなる高分子
フィルムを延伸処理することによって得られるものなど
のように液晶表示装置に一般に用いられているものを使
用することができる。また、複屈折性の結晶からなる板
を使用することも可能である。光源６としては、液晶表
示装置で一般に用いられているバックライトを使用する
ことができる。

【００３０】次に、本実施形態で利用する原理について
図３及び図４を参照しながら説明する。図３及び図４
は、それぞれ、本実施形態で利用する原理を概略的に示
す図である。なお、図３及び図４においては、簡略化の
ため、１／２波長板４ａの光軸は偏光板３ａの吸収軸と
４５°の角度を為し、１／２波長板４ａの光軸と１／４
波長板５ａの光軸とは互いに平行であり、１／２波長板
４ｂの光軸と１／４波長板５ｂの光軸とは互いに平行で
あり、１／４波長板５ａの光軸と１／４波長板５ｂの光
軸とは９０°の角度を為し、偏光板３ｂの吸収軸と偏光
板３ａの吸収軸とは９０°の角度を為しているものとし
ている。また、以下の説明では、液晶セル２に光を透過
させることによってその第１偏光成分と第２偏光成分と
の間に生じる位相差は、画素電極２１と共通電極２６と
の間に印加する電圧に応じて変化するものの、波長には
依存しないこととする。

【００３１】図３に示すように、平面型バックライトの
ような光源６からの光５０ａは偏光板３ａを透過するこ
とにより直線偏光５０ｂとなる。直線偏光５０ｂのうち
波長λ₀の光成分は、その波長の光に関して設計された
１／２波長板４ａに入射し、透過光として、第１直線偏
光成分とそれに垂直な方向に振動する第２直線偏光成分
とが１／２波長分の位相差をもって出射する。すなわ
ち、１／２波長板４ａに波長λ₀の直線偏光５０ｂを入
射させると、透過光として、振動方向が９０°回転した
直線偏光５０ｃを得ることができる。

【００３２】しかしながら、一般に、１／２波長板４ａ
は、可視光線の波長域全体にわたってそのような機能を
発揮する訳ではない。これは、上述した１／２波長板４
ａの機能は１／２波長板４ａの光軸方向及びそれに垂直
な方向の屈折率と１／２波長板４ａの厚さと入射光の波
長とが所定の関係を満足している場合に発揮されるもの
であるため入射光の波長が波長λ₀からずれると第１直
線偏光成分と第２直線偏光成分との間の位相差が１／２
波長分とはならないのに加え、１／２波長板４ａの屈折
率が波長依存性を有していることがあるからである。こ
のような理由から、光源から偏光板３ａを介して１／２
波長板４ａに可視光線を入射させた場合、波長がほぼλ
₀である光成分は直線偏光となり、他の光成分の多くは
楕円偏光となる。

【００３３】１／２波長板４ａを出射した直線偏光５０
ｂは、例えば波長λ₀の光に関して設計された１／４波
長板５ａに入射し、第１直線偏光成分とそれに垂直な方
向に振動する第２直線偏光成分とにさらに１／４波長分
の位相差を与えられて出射する。すなわち、直線偏光５
０ｂは１／４波長板５ａを透過することにより、右回り
或いは左回りの円偏光５０ｄとなる。

【００３４】一方、１／２波長板４ａを出射した楕円偏
光は、１／４波長板５ａを透過することにより、その第
１直線偏光成分と第２直線偏光成分との間に１／４波長
分よりも小さな位相差がさらに生じるか或いは１／４波
長分よりも大きな位相差がさらに生じる。したがって、
波長がλ₀とは大きく異なる光であっても、１／２波長
板４ａを透過することにより第１直線偏光成分と第２直
線偏光成分との間に生じる位相差と、１／４波長板５ａ
を透過することにより第１直線偏光成分と第２直線偏光
成分との間に生じる位相差との和が（ｎ＋１／２）×π
程度であれば、１／２波長板４ａ及び１／４波長板５ａ
を順次透過させることにより円偏光とすることができる
（なお、ｎは整数を示す）。

【００３５】液晶分子３０が倒れる方向にばらつきがあ
る場合、液晶セル２に直線偏光ではなく円偏光を入射さ
せることにより液晶表示装置１の透過率変化或いは透過
率を向上させることができるのは上述した通りである。
この効果は楕円偏光を入射させた場合においても得るこ
とができるが、円偏光を入射させた場合に得られる効果
に比べれば小さい。

【００３６】本実施形態によると、波長がほぼλ₀の直
線偏光だけでなく、波長がλ₀とは大きく異なる直線偏
光の少なくとも一部も円偏光へと変換して液晶セル２へ
と入射させることができる。すなわち、本実施形態によ
ると、従来技術に比べて、より多くの光成分を円偏光と
して液晶セル２に入射させることができる。

【００３７】液晶セル２に入射した円偏光５０ｄは、液
晶分子３０が垂直配向している場合には図３に示すよう
に楕円偏光となることなく円偏光５０ｅ₁として液晶セ
ル２を出射し、液晶分子３０が十分に倒れて配向してい
る場合には図４に示すように楕円偏光５０ｅ₂となって
液晶セル２を出射する。すなわち、液晶セル２は、画素
電極２１と共通電極２６との間に電圧を印加していない
か或いは比較的低い第１表示電圧を印加している場合に
は円偏光５０ｅ₁を出射し、画素電極２１と共通電極２
６との間に比較的高い第２表示電圧を印加している場合
には短軸に対する長軸の長さの比が大きな楕円偏光５０
ｅ₂を出射する。

【００３８】画素電極２１と共通電極２６との間に電圧
を印加していない場合に液晶セル２から出射する円偏光
のうち波長がほぼλ₀の光成分５０ｅ₁は、１／４波長板
５ｂを透過することにより直線偏光５０ｂに対して振動
方向が９０°回転した直線偏光５０ｆ₁となり、１／２
波長板４ｂを透過することにより振動方向がさらに９０
°回転して直線偏光５０ｇ₁となる。

【００３９】一方、液晶セル２を出射した円偏光のうち
波長がλ₀とは大きく異なる光成分は、１／４波長板５
ｂを透過することにより第１直線偏光成分と第２直線偏
光成分との間に１／４波長分よりも小さな位相差を生じ
るか或いは１／４波長分よりも大きな位相差を生じ、１
／２波長板４ｂを透過することにより第１直線偏光成分
と第２直線偏光成分との間に１／２波長分よりも小さな
位相差をさらに生じるか或いは１／２波長分よりも大き
な位相差をさらに生ずる。それゆえ、波長がλ ₀とは大
きく異なる円偏光であっても、１／４波長板５ｂを透過
することにより第１直線偏光成分と第２直線偏光成分と
の間に生じる位相差と、１／２波長板４ｂを透過するこ
とにより第１直線偏光成分と第２直線偏光成分との間に
生じる位相差との和が（ｎ＋１／２）×π程度であれ
ば、１／４波長板５ｂ及び１／２波長板４ｂに順次透過
させることにより直線偏光とすることができる（なお、
ｎは整数を示す）。

【００４０】したがって、この液晶表示装置１をノーマ
リブラックとする場合、波長がほぼλ₀の円偏光５０ｅ₁
及び波長がλ₀とは大きく異なる円偏光のそれぞれにつ
いて１／４波長板５ｂ及び１／２波長板４ｂに順次透過
させることによって得られる直線偏光の振動方向を一致
させることにより、黒色表示時における光吸収率を高め
ることができる。なお、この効果は、黒色表示を行う際
に画素電極２１と共通電極２６との間に第１表示電圧を
印加する場合についても同様に得ることができる。

【００４１】また、画素電極２１と共通電極２６との間
に第２表示電圧を印加した場合に液晶セル２から出射す
る楕円偏光のうち波長がほぼλ₀の光成分５０ｅ₂は、１
／４波長板５ｂを透過することによりその回転方向が逆
転して楕円偏光５０ｆ₂となり、１／２波長板４ｂを透
過することによりその回転方向が再度逆転するとともに
楕円の長軸が９０°回転して楕円偏光５０ｇ₂となる。
楕円偏光５０ｇ₂の一部の光成分は偏光板３ｂを透過可
能であり、したがって、直線偏光５０ｈとして偏光板３
ｂを出射する。この直線偏光５０ｈは光散乱膜などを透
過した後、表示光として観察者に視認される。

【００４２】液晶セル２を出射した楕円偏光のうち波長
がλ₀とは大きく異なる光成分は、１／４波長板５ｂ及
び１／２波長板４ｂを順次透過することにより、第１偏
光成分と第２偏光成分との間に位相差を生じる。１／２
波長板４ｂを設けない場合、偏光板３ｂへの入射面にお
いて、波長がλ₀とは大きく異なる楕円偏光の多くは、
波長がほぼλ₀の楕円偏光と楕円の長軸同士が交差する
ため、光透過率が低く、表示画像に色づきを生ずる。そ
れに対し、１／２波長板４ｂを設けた場合、第１偏光成
分と第２偏光成分との間に位相差を生じさせることがで
きるため、波長がλ₀とは大きく異なる楕円偏光の少な
くとも一部について、その楕円の長軸方向を波長がほぼ
λ₀の楕円偏光５０ｇ₂の楕円の長軸方向にほぼ一致させ
ることができ、それゆえ、光透過率を高めること及び表
示画像の色づきを抑制することができる。

【００４３】以上の説明では、簡略化のため、１／２波
長板４ａの光軸が偏光板３ａの吸収軸と４５°の角度を
為し、１／２波長板４ａの光軸と１／４波長板５ａと１
／４波長板５ｂの光軸と１／２波長板４ｂの光軸とが互
いに平行であり、偏光板３ｂの吸収軸と偏光板３ａの吸
収軸とが９０°の角度を為していることとしたが、それ
ら角度を適宜変更することにより、液晶表示装置１のコ
ントラスト比や視野角などの特性をさらに向上させるこ
とができる。なお、それら角度は、例えば、角度を異な
らしめた液晶表示装置１を複数種作製して上記特性の測
定を行うことや、シミュレーションを行うことなどによ
って設定することができる。

【００４４】また、上記の説明では、液晶セル２に光を
透過させることによってその第１偏光成分と第２偏光成
分との間に生じる位相差は波長には依存しないこととし
たが、実際には、多くの場合、液晶セル２に光を透過さ
せることによってその第１偏光成分と第２偏光成分との
間に生じる位相差は波長に依存する。このような場合で
あっても、そのような波長依存性を考慮して上記角度等
の設定を行うことにより、光透過率を高める表示画像の
色づきを抑制するという効果を得ることができる。これ
については、図５及び図６を参照しながら説明する。

【００４５】図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、図１に
示す液晶表示装置１の視野角を示すグラフである。ま
た、図６は、図１に示す液晶表示装置１の１／２波長板
４ｂを回転させた場合に生ずる正面コントラスト比の変
化を示すグラフである。図５（ａ）〜（ｅ）のそれぞれ
において、横軸は液晶表示装置１に正対した場合の横方
向の視野角を示し、縦軸は液晶表示装置１に正対した場
合の縦方向の視野角を示している。また、図６におい
て、横軸は１／２波長板４ｂの基準角度からの回転角を
示し、縦軸は正面コントラスト比を示している。

【００４６】なお、図５（ａ）〜（ｅ）及び図６に示す
データは、液晶分子３０が倒れる方向に対して偏光板３
ｂの吸収軸が為す角度を＋４５°とし、偏光板３ｂの吸
収軸に対して１／２波長板４ｂの光軸が為す角度を＋１
８°（基準角度）とし、偏光板３ｂの吸収軸に対して１
／４波長板５ｂの光軸が為す角度を＋８０°とし、偏光
板３ｂの吸収軸に対して偏光板３ａの吸収軸が為す角度
を＋７５°とし、偏光板３ａの吸収軸に対して１／２波
長板４ａの光軸が為す角度を＋１０８°とし、偏光板３
ａの吸収軸に対して１／４波長板５ａの光軸が為す角度
を−１０°として、１／２波長板４ｂの光軸が偏光板３
ｂの吸収軸に対して為す角度を基準角度から変化させ
て、液晶表示装置１のコントラスト比と視野角との関係
をシミュレーションすることにより得られたものであ
る。また、図５（ａ）〜（ｅ）に示す等コントラスト比
曲線は、１／２波長板４ｂの光軸が偏光板３ｂの吸収軸
に対して為す角度を基準角度から＋４°、＋２°、０
°、−２°、−４°変化させた場合に得られたデータに
それぞれ対応している。

【００４７】図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、１／２
波長板４ｂを回転させることにより液晶表示装置１の視
野角及びコントラスト比は変化する。また、図６に示す
ように、正面コントラスト比も１／２波長板４ｂを回転
させることにより変化する。図６に示すように、このシ
ミュレーションからは、偏光板３ｂの吸収軸に対して１
／２波長板４ｂの光軸が為す角度を＋１８°±３°の範
囲内とすることが好ましく、＋１８°±２°の範囲内と
することがより好ましいことが分かる。

【００４８】また、偏光板３ａ，３ｂ、１／２波長板４
ａ、及び１／４波長板５ａ，５ｂを回転させて同様のシ
ミュレーションを行った。その結果、それらのいずれに
ついても、上記のシミュレーションにおける設定値に対
して±３°の範囲内とすることが好ましく、±２°の範
囲内とすることがより好ましいことが確認された。

【００４９】本実施形態において、１／２波長板４ａ，
４ｂを透過することにより第１直線偏光成分と第２直線
偏光成分との間に１／２波長分の位相差を生じる光の波
長と、１／４波長板５ａ，５ｂを透過することにより第
１直線偏光成分と第２直線偏光成分との間に１／４波長
分の位相差を生じる光の波長とは必ずしも同一でなくと
もよい。換言すれば、波長λ₀の光に関し、１／２波長
板４ａ，４ｂが第１直線偏光成分と第２直線偏光成分と
の間に与える位相差は必ずしも正確に１／２波長分でな
くともよく、同様に、１／４波長板５ａ，５ｂが第１直
線偏光成分と第２直線偏光成分との間に与える位相差は
必ずしも正確に１／４波長分でなくともよい。

【００５０】本実施形態において、１／２波長板４ａ，
４ｂ及び１／４波長板５ａ，５ｂの少なくとも１つは、
光軸方向の屈折率とそれに垂直な方向の屈折率との差Δ
ｎ_wが波長依存性を有するものであってもよい。これに
ついては、図５を参照しながら説明する。

【００５１】図７は、本発明の実施形態に係る液晶表示
装置で用いられる波長板の屈折率と波長との関係の例を
示すグラフである。なお、図中、横軸は入射光の波長を
示し、縦軸は波長板の光軸方向の屈折率とそれに垂直な
方向の屈折率との差Δｎ_wを波長５５０ｎｍの光に関す
る差Δｎ_w550に対する相対値として示している。また、
図中、曲線５５は延伸処理したポリカーボネートフィル
ムに関するデータを示し、曲線５６は日東電工社のアー
トン（商標名）に関するデータを示し、曲線５７はサン
リッツ社のＷＲＦ（商標名）に関するデータを示してい
る。

【００５２】液晶セル２において波長に依存することな
く均一な位相差を生じさせるためには、液晶材料の屈折
率異方性Δｎは、短波長側の光に対して小さく長波長側
の光に対して大きいという波長依存性を有していること
が望まれる。しかしながら、これとは逆に、多くの液晶
材料の屈折率異方性Δｎは短波長側の光に対して大きく
長波長側の光に対して小さいという波長依存性を有して
いる。そのため、液晶セル２から出射する光の位相差が
波長に応じて大きく異なり、その結果、偏光板３ｂを出
射する直線偏光成分の割合が波長に応じて異なるという
問題を生ずることがある。

【００５３】また、１／２波長板４ａ，４ｂ及び１／４
波長板５ａ，５ｂにおいて波長に依存することなく均一
な位相差を生じさせるためには、光軸方向の屈折率とそ
れに垂直な方向の屈折率との差Δｎ_wが短波長側に比べ
て長波長側でより大きいことが望まれる。

【００５４】したがって、１／２波長板４ａ，４ｂ及び
１／４波長板５ａ，５ｂの少なくとも１つとして、曲線
５７で示すように光軸方向の屈折率とそれに垂直な方向
の屈折率との差Δｎ_wが短波長側に比べて長波長側でよ
り大きな波長板を使用した場合、波長板４ａ，４ｂ，５
ａ，５ｂにおいて位相差が波長に応じて異なるのを防止
できるのに加え、液晶セル２で生じる波長に応じた位相
差のばらつきを補償することができる。

【００５５】差Δｎ_wが短波長側に比べて長波長側でよ
り大きな波長板は、１／２波長板４ａ，４ｂ及び１／４
波長板５ａ，５ｂの全てに使用してもよく、或いは、そ
れら波長板４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの一部のみに使用し
てもよい。例えば、液晶材料の屈折率異方性Δｎが波長
に応じて大きく変化する場合は、波長板４ａ，４ｂ，５
ａ，５ｂの全てに差Δｎ_wが短波長側に比べて長波長側
でより大きなものを使用することが好ましい。

【００５６】また、上述したように、液晶セル２に対し
て光源側に位置する波長板４ａ，５ａには、より多くの
波長域にわたって直線偏光を円偏光へと変換して液晶セ
ル２に入射させる機能が望まれるので、液晶セル２で生
じる位相差のばらつきを補償する役割は液晶セル２に対
して観察者側に位置する波長板４ｂ，５ｂに負わせるこ
とが好ましい。すなわち、１／４波長板５ａに比べて差
Δｎ_wの波長に対する増加率がより高いものを１／４波
長板５ｂに使用し且つ１／２波長板４ａに比べて差Δｎ
_wの波長に対する増加率がより高いものを１／２波長板
４ｂに使用することが好ましい。特に、波長板４ａ，４
ｂ，５ａ，５ｂの全てについて差Δｎ_wの波長に対する
増加率が正であり、１／４波長板５ａに比べ１／４波長
板５ｂにおいて差Δｎ_wの波長に対する増加率がより高
く、１／２波長板４ａに比べ１／２波長板４ｂにおいて
差Δｎ_wの波長に対する増加率がより高いことがより好
ましい。

【００５７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 （実施例１）本実施例では、以下に説明する方法により
図２に示す液晶セル２を作製し、この液晶セル２を用い
て図１に示す液晶表示装置を作製した。すなわち、ま
ず、ガラス基板１７上にスパッタリング法により膜厚が
０．３μｍ程度のモリブデン膜を成膜し、このモリブデ
ン膜をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングす
ることによりゲート線を形成した。次いで、ガラス基板
１７のゲート線を形成した面に、膜厚０．１５μｍの二
酸化珪素或いは窒化珪素からなるゲート絶縁膜を成膜
し、その上にＴＦＴ１８の半導体層を形成したー。さら
に、その上に、膜厚０．３μｍのＩＴＯからなる信号線
とソース電極とを形成した。以上のようにしてＴＦＴ１
８を得た。

【００５８】次に、ガラス基板１７のＴＦＴ１８を形成
した面に、窒化珪素からなる絶縁膜１９を成膜した。さ
らに、その上にスパッタリング法により膜厚０．１μｍ
程度のＩＴＯ膜を成膜し、このＩＴＯ膜をフォトリソグ
ラフィ技術を用いてパターニングすることにより画素電
極２１を得た。次いで、ガラス基板１７の画素電極２１
を形成した面に感光性樹脂を塗布し、その塗膜を露光・
現像することによりパターニングして畝状突起部２０を
得た。さらに、ガラス基板１７の畝状突起部２０を形成
した面に熱硬化性樹脂を塗布し、この塗膜を焼成するこ
とにより配向膜２１を形成した。以上のようにして、ア
クティブマトリクス基板１１を作製した。

【００５９】次に、別途用意したガラス基板２５の一方
の主面上に、フォトリソグラフィ技術を用いて、赤、
緑、青の色領域を有するカラーフィルタ層（図示せず）
を形成した。次いで、このカラーフィルタ層上に、スパ
ッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成し、このこのＩＴ
Ｏ膜にフォトリソグラフィ技術を用いてスリットを設け
ることにより共通電極２６を得た。続いて、この共通電
極２６の全面に、アクティブマトリクス基板１１に関し
て説明したのと同様の方法により配向膜２７を形成し
た。以上のようにして、対向基板１２を作製した。

【００６０】次に、アクティブマトリクス基板１１と対
向基板１２の対向面周縁部を、エポキシ系熱硬化樹脂か
らなる接着剤を用いて、それらの配向膜２１，２７が形
成された面が対向するように及び液晶材料を注入するた
めの注入口が残されるように貼り合わせることにより液
晶セル２を形成した。なお、この液晶セル２のセルギャ
ップは、アクティブマトリクス基板１１と対向基板１２
との間に樹脂スペーサを介在させることにより一定に維
持した。

【００６１】次いで、この液晶セル２中に誘電率異方性
が負である液晶材料を通常の方法により注入して液晶層
１３を形成した。さらに、液晶注入口を紫外線硬化樹脂
で封止することにより図２に示す構造を得た。続いて、
液晶セル２の両面に１／２波長板４ａ，４ｂ、１／４波
長板５ａ，５ｂ、偏光板３ａ，３ｂを貼り付けた。以上
のようにして図１に示す液晶表示装置１を得た。

【００６２】なお、本実施例では、１／２波長板４ａ，
４ｂ及び１／４波長板５ａ，５ｂとして日東電工社製の
アートンを使用した。

【００６３】また、液晶分子３０が倒れる方向に対して
偏光板３ｂの吸収軸が為す角度は＋４５°とし、偏光板
３ｂの吸収軸に対して１／２波長板４ｂの光軸が為す角
度は＋１８°とし、偏光板３ｂの吸収軸に対して１／４
波長板５ｂの光軸が為す角度は＋８０°とした。さら
に、偏光板３ａの吸収軸に対して１／２波長板４ａの光
軸が為す角度は＋１８°とし、偏光板３ａの吸収軸に対
して１／４波長板５ａの光軸が為す角度は−１０°と
し、偏光板３ｂの吸収軸に対して偏光板３ａの吸収軸が
為す角度は＋７５°とした。

【００６４】（比較例１）１／２波長板４ａ，４ｂ及び
１／４波長板５ａ，５ｂを設けなかったこと以外は実施
例１で説明したのと同様の方法により図１に示す液晶表
示装置１を作製した。なお、本比較例においては、液晶
分子３０が倒れる方向に対して偏光板３ｂの吸収軸が為
す角度は＋４５°とし、偏光板３ｂの吸収軸に対して偏
光板３ａの吸収軸が為す角度は＋４５°とした。

【００６５】以上のようにして得られた実施例１及び比
較例１に係る液晶表示装置１を駆動して正面透過率を測
定した。その結果、実施例１に係る液晶表示装置１で
は、比較例１に係る液晶表示装置１に比べて正面透過率
が約２０％向上しており、明るく且つ高コントラスト比
の表示を実現することができた。また、実施例１に係る
液晶表示装置１では、観察する方向に応じて変化する色
づきが抑制されていることが確認された。

【００６６】（比較例２）１／２波長板４ａ，４ｂを設
けなかったこと以外は実施例１で説明したのと同様の方
法により図１に示す液晶表示装置１を作製した。なお、
本比較例においては、液晶分子３０が倒れる方向に対し
て偏光板３ｂの吸収軸が為す角度は＋４５°とし、偏光
板３ｂの吸収軸に対して１／４波長板５ｂの光軸が為す
角度は＋４５°とした。また、偏光板３ｂの吸収軸に対
して偏光板３ａの吸収軸が為す角度は＋９０°とし、偏
光板３ａの吸収軸に対して１／４波長板５ａの光軸が為
す角度は＋４５°とした。

【００６７】以上のようにして得られた比較例２に係る
液晶表示装置１を駆動して正面透過率を測定した。その
結果、比較例２に係る液晶表示装置１では、比較例１に
係る液晶表示装置１に比べて正面透過率が約１５％向上
したものの、観察する方向に応じて変化する色づきが大
きく、特に黒表示時では斜め方向に赤色若しくは青色の
光抜けが発生した。

【００６８】次に、実施例１に係る液晶表示装置１及び
比較例２に係る液晶表示装置１のそれぞれについて、黒
表示時に偏光板３ｂに入射する偏光について調べた。

【００６９】図８（ａ）は本発明の実施例１に係る液晶
表示装置１について観測された偏光を概略的に示す図で
あり、図８（ｂ）は比較例２に係る液晶表示装置１につ
いて観測された偏光を概略的に示す図である。これら図
は、偏光をその進行方向に平行な方向から描いており、
参照番号６１〜６３は、波長６５０ｎｍの楕円偏光、波
長５５０ｎｍの楕円偏光、波長４５０ｎｍの楕円偏光を
それぞれ示している。

【００７０】図８（ａ）に示すように、実施例１に係る
液晶表示装置１では、波長に依存することなく楕円偏光
６１〜６３の楕円の長軸方向はほぼ一定である。それに
対し、図８（ｂ）に示すように、比較例２に係る液晶表
示装置１では、楕円偏光６３の楕円の長軸方向は楕円偏
光６１，６２の楕円の長軸方向に対してほぼ９０°の角
度を為している。このように、実施例１に係る液晶表示
装置１によると、比較例２に係る液晶表示装置１に比べ
て色づきが抑制することができた。

【００７１】（実施例２）１／２波長板４ａ，４ｂとし
て日東電工社製のアートンを使用し、１／４波長板５
ａ，５ｂとしてサンリッツ社製のＷＲＦフィルムを使用
したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法によ
り図１に示す液晶表示装置１を作製した。

【００７２】（実施例３）１／４波長板５ｂとして日東
電工社製のアートンを使用し、１／４波長板５ａとして
サンリッツ社製のＷＲＦを使用し、１／２波長板４ａと
して日東電工社製のアートンを使用し、１／２波長板４
ｂとしてサンリッツ社製のＷＲＦを使用したこと以外は
実施例１で説明したのと同様の方法により図１に示す液
晶表示装置１を作製した。

【００７３】以上のようにして作製した実施例２及び３
に係る液晶表示装置１を駆動して正面透過率を測定し
た。その結果、実施例２に係る液晶表示装置１では比較
例１に係る液晶表示装置１に比べて正面透過率が約２５
％向上し、実施例３に係る液晶表示装置１では比較例１
に係る液晶表示装置１に比べて正面透過率が約２８％向
上しており、いずれにおいても明るく且つ高コントラス
ト比の表示を実現することができた。また、実施例２及
び３に係る液晶表示装置１のいずれにおいても、観察す
る方向に応じて変化する色づきが抑制されていることが
確認された。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置では、光源側に配置された偏光板と液晶セルとの間
に１／４波長板と１／２波長板と偏光板とを介在させて
いるため、従来技術に比べてより多くの光成分を円偏光
へと変換して液晶セルに入射させることができる。ま
た、本発明の液晶表示装置では、光源側に配置された偏
光板と液晶セルとの間に１／４波長板と１／２波長板と
偏光板とを介在させるのに加え、観察者側に配置された
偏光板と液晶セルとの間に１／４波長板と１／２波長板
と偏光板とを介在させているため、十分に大きな透過率
変化を実現すること及び表示画像の色づきを抑制するこ
とができる。すなわち、本発明によると、透過率変化が
十分に大きく表示画像の色づきが抑制された垂直配向モ
ードの液晶表示装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置を概略的
に示す斜視図。

【図２】図１に示す液晶表示装置の液晶セルをより詳細
に描いた断面図。

【図３】本発明の実施形態において利用する原理を概略
的に示す図。

【図４】本発明の実施形態において利用する原理を概略
的に示す図。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、図１に示す液晶
表示装置の視野角を示すグラフ。

【図６】、図１に示す液晶表示装置の１／２波長板を回
転させた場合に生ずる正面コントラスト比の変化を示す
グラフ。

【図７】本発明の実施形態に係る液晶表示装置で用いら
れる波長板の屈折率と波長との関係の例を示すグラフ。

【図８】（ａ）は本発明の実施例１に係る液晶表示装置
について観測された偏光を概略的に示す図、（ｂ）は比
較例２に係る液晶表示装置について観測された偏光を概
略的に示す図。

【符号の説明】

１…液晶表示装置； ２…液晶セル； ３ａ，３ｂ…偏光板； ４ａ，４ｂ…１／４波長板； ５ａ，５ｂ…１／２波長板； ６…光源； １１…アクティブマトリクス基板； １２…対向基板； １３…液晶層； １７…透明基板； １８…スイッチング素子； １９…絶縁膜； ２０…畝状突起部； ２１…画素電極； ２２…配向膜； ２５…透明基板； ２６…共通電極； ２７…配向膜； ３０…液晶分子； ５０ａ…光； ５０ｂ，５０ｇ₁，５０ｈ…直線偏光； ５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ₁，５０ｆ₁…円偏光； ５０ｅ₂，５０ｆ₂，５０ｇ₂…楕円偏光； ５５〜５７…曲線； ６１〜６３…楕円偏光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 靖 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２ 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 倉内 昭一 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２ 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 山口 剛史 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２ 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 磨矢 奈津子 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２ 株式 会社東芝深谷工場内 Ｆターム(参考） 2H088 HA15 HA17 HA18 JA05 MA02 MA06 2H090 HB08Y LA02 LA04 LA07 LA08 LA09 LA16 MA01 MA15 2H091 FA08X FA08Z FA11X FA11Z FD10 GA06 GA13 LA16 LA20

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直配向モードの液晶セルと、前記液晶
   セルの一方の主面に対向して配置された第１の偏光板
   と、前記液晶セルと前記第１偏光板との間に介在する第
   １の１／４波長板と、前記液晶セルと前記第１の偏光板
   との間に介在し且つ前記第１の１／４波長板とともに第
   １の積層構造を形成した第１の１／２波長板と、前記液
   晶セルの他方の主面に対向して配置された第２の偏光板
   と、前記液晶セルと前記第２の偏光板との間に介在する
   第２の１／４波長板と、前記液晶セルと前記第２の偏光
   板との間に介在し且つ前記第２の１／４波長板とともに
   第２の積層構造を形成した第２の１／２波長板とを具備
   することを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の１／４波長板並びに
   前記第１及び第２の１／２波長板のそれぞれは、その光
   軸方向の屈折率と前記光軸方向に垂直な方向の屈折率と
   の差Δｎ_wが短波長側に比べて長波長側でより大きいこ
   とを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 波長の長波長化に対する前記差Δｎ_wの
   増加率は、前記第１の１／４波長板に比べて前記第２の
   １／４波長板においてより高く、前記第１の１／２波長
   板に比べて前記第２の１／２波長板においてより高いこ
   とを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記第１の偏光板に対向して配置され且
   つ前記液晶セルに向けて光を照射する光源をさらに具備
   することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１の１／２波長板は前記第１の偏
   光板と前記第１の１／４波長板との間に介在し、前記第
   ２の１／２波長板は前記第２の偏光板と前記第２の１／
   ４波長板との間に介在し、前記第２の偏光板の吸収軸に
   対して前記第２の１／４波長板の光軸が為す角度は＋７
   ７°乃至＋８３°の範囲内にあり、前記第２偏光板の吸
   収軸に対して前記第２の１／２波長板の光軸が為す角度
   は＋１５°乃至＋２１°の範囲内にあり、前記第２の偏
   光板の吸収軸に対して前記第１の偏光板の吸収軸が為す
   角度は＋７２°乃至＋７８°の範囲内にあり、前記第１
   の偏光板の吸収軸に対して前記第１の１／４波長板の光
   軸が為す角度は−１３°乃至−７°の範囲内にあり、前
   記第１の偏光板の吸収軸に対して前記第１の１／２波長
   板の光軸が為す角度は＋１０５°乃至＋１１１°の範囲
   内にあることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記液晶セルはマルチドメイン型垂直配
   向モードの液晶セルであることを特徴とする請求項１に
   記載の液晶表示装置。