JP2005326818A - 円偏光板及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １／４λ位相差板と１／２λ位相差板とを貼り合わせた構成等の２以上の位相差板を含む構成において、位相差板の視野角依存性を補償し、広視野角を得ることができる円偏光板、及び、それを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 偏光子と下記式（１）で表されるＮ_Ｚの値を有する光学層とを備えた円偏光板であって、上記円偏光板は、偏光子とＮ_Ｚ＞０の位相差板との間に、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体を有する円偏光板。
Ｎ_Ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ） （１）
式中、ｎ_ｘ及びｎ_ｙは、波長５５０ｎｍの光に対する面内の主屈折率を表し、ｎ_ｘ≧ｎ_ｙを満たす。ｎ_ｚは、波長５５０ｎｍの光に対する厚さ方向の主屈折率を表す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、円偏光板及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、半透過型の垂直配向（ＶＡ）液晶表示装置等を構成するものとして好適な円偏光板、及び、それを備える液晶表示装置に関するものである。

円偏光板は、直線偏光を円偏光に変換するための光学部材として、液晶表示装置等の表示装置に広く用いられている。携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末）等のモバイル機器に用いられる液晶表示装置においては、高輝度、高精細、低消費電力が必要条件であり、これらの条件に適する表示形式として、透過表示モードと反射表示モードとを切り替えて又は併用して表示を行う半透過型表示方式が注目されている。このような半透過型表示方式を用いた半透過型液晶表示装置においては、円偏光板を用いることで反射表示と透過表示の両方の表示が可能になっている。すなわち、液晶表示装置において、透過・反射表示を同時に可能にするためには、液晶層をマルチギャップ構造にし、偏光素子として偏光子と波長板（位相差板）を少なくとも１枚含む円偏光板を用いる必要があり、円偏光板の性能は、表示特性に大きく影響する。

従来の円偏光板は、一般的に、偏光子と１／４λ位相差板（設定波長の光波について略１／４波長の位相差を生じさせる位相差板）とを含んで構成されている。このような従来の円偏光板においては、液晶表示における中間調及び黒表示の着色等の変色を防ぐために、複屈折光の位相差の波長分散を制御すること、つまり波長板の特性が波長によらず一定であることが求められており、かつ広視野化、つまり仰角を大きくしたときの表示品位の低下を抑えることが求められている。これに対して、複屈折光の位相差の波長分散を制御する技術としては、１／４波長板（１／４λ位相差板）と１／２波長板（１／２λ位相差板；設定波長の光波について略１／２波長の位相差を生じさせる位相差板）とを予め設計した角度で貼り合わせて複屈折光の位相差（リタデーション）の波長分散の小さい波長板（位相差板）を得る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、１／２λ位相差板と１／４λ位相差板とをそれぞれの延伸軸が適切な角度をなすように貼り合わせることによって、リタデーションの波長分散の制御を可能にし、広い波長帯域で直線偏光を円偏光に変換することを可能にするものである。また、このような構成の円偏光板を備えた半透過型液晶表示装置の構成が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、上述の円偏光板に１／２λ位相差板を付加した構成においては、１／２λ位相差板のリタデーションの視野角依存性が大きく、円偏光板の視野を低下させてしまうおそれがあった。すなわち、複数の位相差板を含む積層型円偏光板においては、広視野化に関し、円偏光板に斜め方向から入射する光が完全な円偏光から大きく外れた楕円偏光に変換され、液晶表示装置における表示の視野角を狭くしてしまうおそれがあった。このため、１／２λ位相差板を付加した構成の円偏光板においては、偏光状態の視野角依存性を小さくするための工夫の余地があった。

なお、ＴＮ（ツイストネマチック）モードの液晶表示装置の高視野角化に関しては、屈折率楕円体が傾斜した光学補償フィルムを用いる技術等が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
また、液晶表示装置における光利用効率の向上を図る手段として、光源からの光をコレステリック液晶層等の円偏光分離層を介し偏光化させる技術に関し、所定の特性を有する位相差板と円偏光分離層とを少なくとも有する偏光素子が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。ここで、円偏光分離層は、例えば、右円偏光は透過させ、左円偏光は、反射させるような機能を有するものである。この偏光素子は、液晶表示装置に使用される際に偏光板とバックライトとの間に設置され、輝度上昇フィルムとして用いられるものであり、円偏光分離層による斜め方向からの入射光の着色を位相差板により防止している。
しかしながら、これらの技術はいずれも直線偏光を円偏光に変換する機能を有する円偏光板において、斜め方向から入射する光をより完全な円偏光にして視野角特性を向上させるための工夫の余地があった。
特開平１０−６８８１６号公報（第１−５頁、第１図） 特開２０００−３５５７０号公報（第１−９頁、第１図） 特開平１０−２０６６３６号公報（第１−１０頁、第１−５図） 山原基裕、外３名，「ＧＲＰ方式広視野角ＬＣＤ技術」，シャープ技報，シャープ株式会社，平成１５年４月，第８５号，ｐ．１９−２３

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、広視野角を得ることができる円偏光板、及び、それを用いた液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、偏光子と位相差板等の光学層とを備えた円偏光板について種々検討したところ、位相差板のリタデーションの視野角依存性に着目した。そして、特にリタデーションの波長分散を制御するために１／２λ位相差板を付加した構成等においては、下記式（１）で表されるＮ_Ｚが０よりも大きい位相差板が用いられていることを見いだすとともに、偏光子とＮ_Ｚ＞０の位相差板との間に、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体を設けることにより、視野角依存性を補償し、円偏光板の視野角特性を向上させることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、偏光子と下記式（１）で表されるＮ_Ｚの値を有する光学層とを備えた円偏光板であって、上記円偏光板は、偏光子とＮ_Ｚ＞０の位相差板との間に、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体を有する円偏光板である。
Ｎ_Ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ） （１）
式中、ｎ_ｘ及びｎ_ｙは、波長５５０ｎｍの光に対する面内の主屈折率を表し、ｎ_ｘ≧ｎ_ｙを満たす。ｎ_ｚは、波長５５０ｎｍの光に対する厚さ方向の主屈折率を表す。
以下に本発明を詳述する。

本発明の円偏光板は、偏光子と下記式（１）で表されるＮ_Ｚの値を有する光学層とを備えたものである。本発明においては、円偏光板に対して入射した光は、偏光子により直線偏光に変換され、更に光学層により円偏光に変換されることとなる。本発明の円偏光板は、完全な円偏光を得ることができるものであることが好ましいが、本発明の作用効果を発揮することとなる限り、実質的に円偏光であると評価される偏光状態を得ることができるものであってもよく、具体的には、可視光領域（波長３８０〜７８０ｎｍ）において楕円率（楕円の長径と短径との比）０．８５以上の楕円偏光を得ることができるものであればよい。好ましくは、波長４００〜７００ｎｍにおいて楕円率０．８５以上の楕円偏光を得ることができるものである。

上記偏光子としては、入射光に対して特定の偏光成分のみを透過させる機能を有するものであれば特に限定されず、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を含有するポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡともいう）等からなる偏光層等を有するものが挙げられる。偏光子には、必要に応じてトリアセチルセルロース（以下、ＴＡＣともいう）等からなる支持層等が設けられる。支持層は、偏光子と光学層との貼り合わせに粘着剤として用いられたり、偏光子の耐久性向上のために用いられる。

上記円偏光板において、下記式（１）で表されるＮ_Ｚの値を有する光学層としては、少なくともＮ_Ｚ＞０の位相差板とＮ_Ｚ＜０の複屈折体とが含まれる。
Ｎ_Ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ） （１）
式（１）中、ｎ_ｘ及びｎ_ｙは、波長５５０ｎｍの光に対する面内の主屈折率を表し、ｎ_ｘ≧ｎ_ｙを満たす。ｎ_ｚは、波長５５０ｎｍの光に対する厚さ方向の主屈折率を表す。
なお、ｎ_ｘ＞ｎ_ｙである場合、Ｎ_Ｚ＞１のときに、ｎ_ｘ＞ｎ_ｙ＞ｎ_ｚが成立し、Ｎ_Ｚ＝１のときに、ｎ_ｘ＞ｎ_ｚ＝ｎ_ｙが成立し、１＞Ｎ_Ｚ＞０のときに、ｎ_ｘ＞ｎ_ｚ＞ｎ_ｙが成立し、Ｎ_Ｚ＝０のときに、ｎ_ｘ＝ｎ_ｚ＞ｎ_ｙが成立し、Ｎ_Ｚ＜０のときに、ｎ_ｚ＞ｎ_ｘ＞ｎ_ｙが成立する。ｎ_ｘ＝ｎ_ｙである場合、Ｎ_Ｚは式（１）では計算できないが、ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ＜ｎ_ｚのとき、Ｎ_Ｚは負の無限大であると考える。ｎ_ｚ＞ｎ_ｘ＝ｎ_ｙの複屈折体は、厚さ方向に光軸を持つ正の複屈折体；ポジティブリターダー（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｒｅｔａｒｄｅｒ）と呼称される。このように、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体とは、ｎ_Z＞ｎ_ｘ≧ｎ_ｙが成立する複屈折体を表している。

上記Ｎ_Ｚ＞０の位相差板は、入射光のリタデーションを変化させる機能を有するものであれば特に限定されず、直線偏光又は楕円偏光の入射光から円偏光の出射光を得ることができるようにリタデーションが調整されていることが好ましく、垂直方向から入射した直線偏光を円偏光にするようにリタデーションが調整されていることがより好ましい。Ｎ_Ｚ＞０の位相差板の材質としては、ポリカーボネート、ノルボルネン、ポリスルホン、ポリメチルメタクリレート等が挙げられる。なお、本発明において、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板は、単層構造であってもよいし、２以上の層からなる多層構造であってもよい。

上記円偏光板は、偏光子とＮ_Ｚ＞０の位相差板との間に、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体を有する。本発明においては、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が設けられることにより、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板に起因する円偏光板の視野角依存性を補償し、垂直方向から入射する光、及び、斜め方向から入射する光のいずれに対しても円偏光を得ることができる。また、本発明においては、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板とＮ_Ｚ＜０の複屈折体との組み合わせを用いることで、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板とＮ_Ｚ＜０の複屈折体とを足し合わせたような３次元屈折率を有する２軸配向の位相差板を代りに配置した場合よりも大きな視野角依存性の補償効果を得ることができる。このような円偏光板によれば、液晶表示装置等の表示装置において広視野の表示を実現することが可能となる。

以下において、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が視野角を改善する原理を、図面を参照しながら説明する。
偏光板の設計を容易にするためには、ポアンカレ球の概念が利用される。ポアンカレ球とは、図２に示すように、光の偏光状態を表現するストークスパラメータＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３のうち、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を直交座標系の各軸（図２では、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）としたときのＳ_０（強度）を半径とする球であり、光の偏光状態は、このポアンカレ球面上の点の位置で表される。ポアンカレ球を地球に見立てたとき、赤道上には直線偏光が、南極及び北極には円偏光が対応する。また、経度は楕円長軸方位角の２倍を示し、ポアンカレ球とｘ軸の正側との交点は水平方向に振動する直線偏光を、ポアンカレ球とｘ軸の負側との交点は、垂直方向に振動する直線偏光を示す。更に、ポアンカレ球とｙ軸との交点は、４５°及び−４５°傾斜した直線偏光を示す。

一方、液晶表示装置の透過・反射表示を可能とするためには、円偏光板を用いる必要がある。円偏光板は、基本的には偏光子と１／４λ位相差板とで成り立つが、図３に示すように、偏光子１、１／２λ位相差板３及び１／４λ位相差板４を積層することで広い波長帯域に対応し、表示の色付きを抑えることが可能となる。そこで、図３に示す構成の円偏光板を一例として、図４に示すように、位相差板を２枚用いた円偏光板を通して仰角θ（θ＝０°、４０°、８０°）をもって液晶表示パネルに入射する光の偏光状態について考える。偏光子１を通過した時点で入射光は、直線偏光になり、これをポアンカレ球上で表示すると、図５のようになる。その後、１／２λ位相差板３を透過して図６に示すような偏光状態になる。仰角θが０°のときは、ポアンカレ球表示でｘｙ平面上にあり直線偏光であることが分かるが、仰角θが大きくなると楕円偏光になることが分かる。次に、１／４λ位相差板４を通過して図７に示すような偏光状態になる。仰角θが０°のときは１／４λ位相差板により完全な円偏光になっているが、仰角θが大きくなったときは１／２λ位相差板を通過した時点で楕円偏光になっており、そのため１／４λ位相差板により完全な円偏光を得ることはできない。従って、仰角θが０°より大きい入射光を１／４λ位相差板４通過後に完全な円偏光に近づけることができれば、液晶表示の視野角を広げることができると考えられ、本発明においては、図１に示すように、円偏光板を偏光子１と１／２λ位相差板３との間にＮ_Ｚ＜０の複屈折体２が加えられた構成とすることで、これを実現し、視野角特性を改善することができる。なお、図１中、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体２は、屈折率楕円体により図示している。

上記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体におけるＮ_Ｚ値は、視野角補償を行うＮ_Ｚ＞０の位相差板のＮ_Ｚ値等の特性に応じて適宜設計されることが好ましい。具体的には、視野角補償の作用効果を充分に得るために、好ましい上限は−１である。Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体の材質としては、所望の３次元屈折率を得ることができるものであれば特に限定されず、ポリカーボネート、ノルボルネン、ポリスルホン、ポリメチルメタクリレート等が挙げられる。

上記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体の位置としては、偏光子とＮ_Ｚ＞０の位相差板との間であれば特に限定されないが、偏光子及び／又はＮ_Ｚ＞０の位相差板に対して隣接していることが好ましい。これにより、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板の視野角依存性を低減させる作用効果をより充分に発揮させることが可能となる。

本発明の円偏光板の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいてもよく、例えば、必要に応じて保護フィルム、層間粘着剤層、セパレータ層等が設けられる。層間粘着剤層としては、偏光子、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体等の間に設けられ、これらを接合することができるものであれば特に限定されず、例えば、アクリル系粘着剤からなるもの等が挙げられる。また、保護フィルム、セパレータ層としては、円偏光板の表面を保護するために設けられるものであれば特に限定されず、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの表面に離型処理が施されたもの等が挙げられる。

本発明の円偏光板における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
上記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体の好ましい形態としては、（１）面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ以下である形態、（２）面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ≦Ｒｅ≦１５０ｎｍを満たし、かつ、面内の光軸が近接する偏光子の吸収軸と±５°以内で直交又は平行に位置する形態等が挙げられる。なお、面内位相差Ｒｅは、下記式（２）により求められる。
Ｒｅ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）×ｄ （２）
式（２）中、ｎ_ｘ及びｎ_ｙは、波長５５０ｎｍの光に対する面内の主屈折率を表し、ｎ_ｘ≧ｎ_ｙを満たす。ｄは、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体の厚さを表す。

本発明の円偏光板においては、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、垂直方向から入射した直線偏光に対して位相差変化を与えない形態であることが好ましい。このような形態のＮ_Ｚ＜０の複屈折体は、垂直方向から入射した直線偏光を円偏光にするように位相差が調整されたＮ_Ｚ＞０の位相差板との組み合わせにおいて、視野角依存性を低減する作用効果を充分に発揮することが可能である。すなわち、これらの組み合わせの形態を含む円偏光板に垂直方向から入射した光は、偏光子により直線偏光にされた後、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体により位相差変化を受けずに直線偏光のままで出射され、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板により円偏光にされることとなり、また、斜め方向から入射した光は、偏光子により直線偏光にされた後、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体により所定の位相差変化を受けて楕円偏光にされて出射され、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板により円偏光にされることとなる。

上記（１）の形態においては、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ以下であることから、面内では光学的にほぼ等方性であり、垂直方向から入射した直線偏光に対して位相差変化を与えない形態となっている。本発明の円偏光板を用いた液晶表示装置のコントラスト比についてシミュレーションしたところ、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ以下であるとき、光学軸がどのような向きになっていても正面コントラスト比を１０以上に保つことができることが分かった。上記（１）の形態における面内位相差Ｒｅのより好ましい上限は２０ｎｍである。このとき、正面コントラスト比を５０以上にすることができ、より充分な表示品位が得られる。
また、上記（２）の形態においては、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ≦Ｒｅ≦１５０ｎｍを満たすことから、面内が光学的にほぼ等方性ではないものの、面内の光軸が近接する偏光子の吸収軸と±５°以内で直交又は平行に位置することから、垂直方向から入射した直線偏光とＮ_Ｚ＜０の複屈折体の光軸が直交又は平行に位置し、垂直方向から入射した直線偏光に対して位相差変化を与えない形態となっている。シミュレーションで本発明の円偏光板を用いた液晶表示装置のコントラスト比を計算したところ、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ≦Ｒｅ≦１５０ｎｍを満たし、かつ、面内の光軸が近接する偏光子の吸収軸と±５°以内で直交又は平行に位置するときには、正面コントラスト比が１０以上に保たれた。

上記Ｎ_Ｚ＞０の位相差板の好ましい形態としては、（３）１／４λ位相差板を含んで構成される形態、（４）更に、１／２λ位相差板を含んで構成される形態等が挙げられる。これらの形態においては、１／４λ位相差板により、垂直方向から入射した直線偏光、及び、斜め方向から入射した楕円偏光を円偏光にすることが可能である。また、上記（４）の形態においては、１／２λ位相差板により、１／４λ位相差板におけるリタデーションの波長分散を制御し、かつＮ_Ｚ＜０の複屈折体により、１／２λ位相差板の視野角依存性を充分に補償し、広視野角を実現することが可能である。
なお、本発明において、１／４λ位相差板とは、可視光領域（波長３８０〜７８０ｎｍ）において略１／４波長（９５〜１９５ｎｍ）の正面位相差を生じさせる位相差板を意味し、好ましくは、正面位相差が１００〜１８０ｎｍである。また、１／２λ位相差板とは、可視光領域において略１／２波長（１９０〜３９０ｎｍ）の正面位相差を生じさせる位相差板を意味し、好ましくは、正面位相差が２２０〜３４０ｎｍである。

上記（３）の形態における円偏光板としては、偏光子と、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体と、Ｎ_Ｚ＞０の１／４λ位相差板とをこの順に有する形態であることが好ましい。上記（４）の形態における円偏光板としては、偏光子と、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体と、１／２λ位相差板と、１／４λ位相差板とをこの順に有する形態であることが好ましい。なお、この場合、１／２λ位相差板及び１／４λ位相差板の少なくとも一方がＮ_Ｚ＞０を満たせばよい。また、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、１／２λ位相差板と１／４λ位相差板との間に設けられてもよい。上記（４）の形態においては、１／２λ位相差板と１／４λ位相差板との光軸のなす角をｐとしたときに、５０°＜ｐ＜７０°を満たすことがより好ましい。これにより、１／４λ位相差板におけるリタデーションの波長分散をより効果的に制御することが可能となる。

上記（３）及び（４）の形態においては、（５）１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−１４０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−２０ｎｍを満たす形態、及び、（６）偏光子は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有し、１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−２２０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たす形態がより好ましい。これらの形態は、本発明の円偏光板を液晶表示パネルの両側に配置する場合に好適である。なお、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈ（リタデーション）は、下記式（２）により求められる。
Ｒ_ｔｈ＝｛（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２−ｎ_ｚ｝×ｄ （３）
式（３）中、ｎ_ｘ及びｎ_ｙは、波長５５０ｎｍの光に対する面内の主屈折率を表す。ｎ_ｚは、波長５５０ｎｍの光に対する厚さ方向の主屈折率を表す。ｄは、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体の厚さを表す。

上記（５）の形態においては、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が−１４０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−２０ｎｍを満たすように構成されていることにより、１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板に起因する視野角依存性を充分に補償することができる。なかでも、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体に隣接する位相差板に対してより充分に視野角依存性を補償することができる。上記（３）及び（４）の形態の円偏光板を用いた液晶表示装置のコントラスト比についてシミュレーションしたところ、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が−１４０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−２０ｎｍを満たすとき、仰角θ＝８０°における液晶表示装置のコントラスト比を１０以上にすることができることが分かった。上記（５）の形態のＮ_Ｚ＜０の複屈折体における厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈのより好ましい下限は、−１２０ｎｍであり、より好ましい上限は、−４０ｎｍである。このとき、仰角θ＝８０°における液晶表示装置のコントラスト比を２０以上にすることができる。
上記（６）の形態は、偏光子がトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等からなる支持層を有する構成であり、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体に支持層の厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈを補償する作用効果を付加させるために、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が−２２０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たすように、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが調整されている。なかでも、偏光子がＮ_Ｚ＜０の複屈折体と接する面に支持層を有する場合に、このような厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈの調整が行われることがより好ましい。なお、支持層の厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈは、通常では＋２０〜８０ｎｍの範囲内である。上記（６）の形態において、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体における厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈと支持層の厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈとの和の好ましい下限は、−１２０ｎｍであり、好ましい上限は、−４０ｎｍである。
なお、本発明においては、円偏光板に含まれる厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈを有する層におけるＲ_ｔｈに応じて、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体における厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈを適宜調整することが好ましい。

また、上記（３）及び（４）の形態においては、（７）１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−２２０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たす形態、及び、（８）偏光子は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有し、１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−３００ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−６０ｎｍを満たす形態がより好ましい。これらの形態は、本発明の円偏光板を液晶表示パネルの表示面側に配置し、偏光子とＮ_Ｚ＞０の１／４λ位相差板とを有する円偏光板をバックライト側に配置する場合に好適である。

上記（７）の形態においては、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が−２２０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たすように構成されていることにより、１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板と、バックライト側の円偏光板とに起因する視野角依存性を充分に補償することができる。なかでも、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体に隣接する位相差板に対してより充分に視野角依存性を補償することができる。上記（７）の形態のＮ_Ｚ＜０の複屈折体における厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈのより好ましい下限は、−１８０ｎｍであり、より好ましい上限は、−７０ｎｍである。
上記（８）の形態は、偏光子が厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有する構成であり、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体に支持層の厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈを補償する作用効果を付加させるために、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が−３００ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−６０ｎｍを満たすように、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが調整されている。なかでも、偏光子がＮ_Ｚ＜０の複屈折体と接する面に支持層を有する場合に、このような厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈの調整が行われることがより好ましい。上記（８）の形態において、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体における厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈと支持層の厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈとの和の好ましい下限は、−２２０ｎｍであり、好ましい上限は、−７０ｎｍである。

更に、上記（３）及び（４）の形態においては、（９）１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦１．２を満たし、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−２８０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たす形態、及び、（１０）偏光子は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有し、１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−３６０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−６０ｎｍを満たす形態がより好ましい。これらの形態は、本発明の円偏光板を液晶表示パネルのバックライト側に配置し、偏光子とＮ_Ｚ＞０の１／４λ位相差板とを有する円偏光板を表示面側に配置する場合に好適である。

上記（９）の形態においては、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が−２８０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たすように構成されていることにより、１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板と、表示面側の円偏光板とに起因する視野角依存性を充分に補償することができる。なかでも、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体に隣接する位相差板に対してより充分に視野角依存性を補償することができる。上記（９）の形態のＮ_Ｚ＜０の複屈折体における厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈのより好ましい下限は、−２４０ｎｍであり、より好ましい上限は、−７０ｎｍである。
上記（１０）の形態は、偏光子が厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有する構成であり、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体に支持層の厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈを補償する作用効果を付加させるために、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が−３６０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−６０ｎｍを満たすように、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが調整されている。なかでも、偏光子がＮ_Ｚ＜０の複屈折体と接する面に支持層を有する場合に、このような厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈの調整が行われることがより好ましい。上記（１０）の形態において、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体における厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈと支持層の厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈとの和の好ましい下限は、−２４０ｎｍであり、好ましい上限は、−７０ｎｍである。

本発明はまた、上記（５）又は（６）の形態の円偏光板を液晶表示パネルの両側に配置してなる液晶表示装置、上記（７）又は（８）の形態の円偏光板を液晶表示パネルの表示面側に配置してなる液晶表示装置、上記（９）又は（１０）の形態の円偏光板を液晶表示パネルのバックライト側に配置してなる液晶表示装置でもある。これらの液晶表示装置においては、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体を偏光子の液晶層側にして円偏光板を配置することにより、垂直方向から入射する光、及び、斜め方向から入射する光のいずれに対しても円偏光を得ることができるので、広視野角の表示を行うことが可能である。

上記液晶表示パネルは、液晶層を構成する液晶分子が閾値電圧未満で基板に対して略垂直配向状態をとるものであることが好ましい。このような垂直配向方式（ＶＡ方式）の液晶表示装置は、表示のコントラストに優れ、また、本発明による視野角補償の作用効果を充分に発揮して、広視野角の表示を行うことが可能である。なお、本発明において、略垂直配向状態は、液晶層において液晶分子が基板に対して実質的に垂直であると評価される状態であることが好ましいが、本発明の作用効果を発揮することになる限り、それに類する形態として所定の角度を持つ状態等も含むものである。
なお、上記円偏光板は、ホモジニアス配向の半透過型液晶表示装置に適用することも可能である。

また、本発明の液晶表示装置としては、半透過型液晶表示装置が好適である。本発明の液晶表示装置の表示形式としては、ノーマリーブラック方式が好適であり、なかでも、誘電率異方性が負の液晶材料を、クロスニコルに配置させた一対の偏光板の間に、閾値電圧未満で基板に対して略垂直配向状態になるように配向させた構成が特に好適である。その他、本発明の液晶表示装置は、誘電率異方性が正の液晶材料を用いた構成であってもよいし、透過型表示のみを行う透過型液晶表示装置であってもよいし、１／２λ位相差板を含まない構成であってもよい。

本発明の円偏光板は、上述のような構成であるので、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体が設けられることにより、Ｎ_Ｚ＞０の位相差板に起因する視野角依存性を補償し、垂直方向から入射する光、及び、斜め方向から入射する光のいずれに対しても円偏光を得ることができる。このような本発明の円偏光板によれば、液晶表示装置等の表示装置において広視野の表示を実現することが可能となる。

以下に実施例を掲げ、本発明を図面に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
図１２−ａに示す構成の液晶表示パネルにおいて、バックライト側に配置された円偏光板に仰角θで光が入射する様子を図８−ａ及びｂに模式的に示す。図８−ａ中の丸付き数字（１〜５）は、光が入射する順序を示す。
図８−ａ及びｂに示す実施例１の構成の円偏光板１５に入射光が仰角θ＝６０°で入射するとき、厚さ方向に光軸を持つ正の複屈折体；ポジティブリターダー（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｒｅｔａｒｄｅｒ）１２ａを通過した後の偏光状態を図９に、１／２λ位相差板１３を通過した後の偏光状態を図１０に示す。なお、図９及び１０においては、参考のため偏光子１１の支持層に用いられるトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムに代表される、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈがプラスとなるフィルムをポジティブリターダー１２ａの代りに加えた構成での偏光状態を併記している。図９から、ポジティブリターダー１２ａを加えることにより、１／２λ位相差板１３を通過した後の偏光状態がより直線偏光に近づいていることが分かる。

図８−ａ及びｂに示す実施例１の構成において、入射光の仰角θをパラメータとしてコントラストの変化（コントラストカーブ）を測定した。結果を図８−ｃに示す。なお、図８−ｃにおいては、参考のため実施例１の構成からポジティブリターダー１２ａを取り除いた構成を比較例とし、そのコントラストについても図示している。
図８−ｃによれば、実施例１は、比較例に対し、仰角θを大きくしてもコントラストの低下が小さく、斜め方向の表示品位が優れていることが分かる。

また、図８−ａ及びｂに示す実施例１の構成において、仰角θ＝６０°の６時方向に黒表示時に漏れてくる光量を、ポジティブリターダー１２ａの厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈをパラメータとしてシミュレーションで計算した。結果を図１１に示す。
図１１に示すように、Ｒ_ｔｈ＝−４０ｎｍにおいて黒表示の漏れ光量が最小になっており、ポジティブリターダー１２ａにより視野角が広くなっていることが確認された。但し、偏光子１１の支持層としてＲ_ｔｈ＝３０〜６０ｎｍのＴＡＣフィルムが用いられる場合には、それを相殺するためにＲ_ｔｈ＝−８０ｎｍ程度のポジティブリターダー１２ａを用いる必要がある。
また、黒表示の漏れ光量が最小になるポジティブリターダー１２ａの厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈは、円偏光板１５の構成を変更することで異なる値となり、例えば、１／２λ位相差板１３と１／４λ位相差板１４の軸設定を変更した場合に、Ｒ_ｔｈ＝−８０ｎｍ近辺で黒表示の漏れ光量が最小になる場合があることが分かっている。

（実施例２）
図１２−ａは、実施例２に係る液晶表示パネルの構成を模式的に示す斜視分解図であり、図１２−ｂは、実施例２に係る円偏光板の構成を示す断面模式図である。
図１２−ａに示す構成の液晶表示パネルについて、視野角特性の計算を行った。図１２−ａの液晶表示パネルは、円偏光板５と、視野角補償層（Ｃ−Ｐｌａｔｅ）６と、半透過型の垂直配向（ＶＡ）液晶セル１０と、視野角補償層（Ｃ−Ｐｌａｔｅ）１６と、円偏光板１５とをこの順に表示面側から有し、表示面側及びバックライト側の円偏光板５、１５がともに、偏光子１、１１、ポジティブリターダー（Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体）２、１２、１／２λ位相差板３、１３、及び、１／４λ位相差板４、１４により構成されるものである。液晶セル１０は、基板と垂直な方向を光軸とし、正の光学活性をもつものである。視野角補償層６、１６は、基板と垂直な方向を光軸とし、負の光学活性をもつものである。ポジティブリターダー２、１２は、基板（偏光子１、１１の平面）と垂直な方向を光軸とし、正の光学活性をもつものである。視野角特性の計算に用いた偏光板（円偏光板５、１５及び視野角補償層６、１６）の特性、配置を表１に示す。また、視野角特性の計算結果を図１３に示す。

（実施例３）
図１４は、実施例３に係る液晶表示パネルの構成を模式的に示す斜視分解図である。
図１４に示す構成の液晶表示パネルについて、視野角特性の計算を行った。図１４の液晶表示パネルは、円偏光板５ａと、視野角補償層（Ｃ−Ｐｌａｔｅ）６と、半透過型の垂直配向（ＶＡ）液晶セル１０と、円偏光板１５とをこの順に表示面側から有し、バックライト側の円偏光板１５が、偏光子１１、ポジティブリターダー（厚さ方向に光軸を持つ正の複屈折体）１２、１／２λ位相差板１３及び１／４λ位相差板１４により構成されるものである。実施例３では、反射表示の視野角をある程度犠牲にして、透過表示のみの視野角を広げるために、液晶セル１０の片側のみに厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈの大きなポジティブリターダー１２を使用し、表１に示すように、実施例２に対して偏光板（円偏光板５ａ、１５及び視野角補償層６）の特性、配置を一部変更して視野角特性の計算を行った。視野角特性の計算結果を図１５に示す。

（比較例１）
表示面側及びバックライト側の円偏光板の偏光子と１／２λ位相差板との間にポジティブリターダー（Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体）を設けていない以外は、実施例２と同様の構成の液晶表示パネルについて、視野角特性の計算を行った。比較例１では、表１に示すように、実施例２に対して偏光板（円偏光板及び視野角補償層）の特性、配置を一部変更して視野角特性の計算を行った。視野角特性の計算結果を図１６に示す。

表１中、軸角度は全て表示面側から見た角度であり、３時方向を０°とし、左回りをプラスとしている。また、通し番号は、表示面側からの順番である。なお、実施例２、３及び比較例１の計算においては、偏光子の支持層としてのＴＡＣ（Ｒ_ｔｈ＝３０ｎｍ）を考慮しているが、表１中では記載を省略している。

図１３、１５、１６に示すように、実施例２では、視野角補償として表示面側及びバックライト側の偏光板にＮ_Ｚ＜０の複屈折体を使用していることにより、比較例１に比べて上下左右の視野角が広がっている。また、実施例３では、視野角補償としてバックライト側の偏光板にＮ_Ｚ＜０の複屈折体を使用していることにより、視野改善の効果が見られた。
なお、図１７に示す構成の液晶表示装置について、視野角特性の計算を行った場合も、実施例２に近い結果が得られる。

本発明の円偏光板の構成の一例を模式的に示す斜視分解図である。 ポアンカレ球を示す説明図である。 従来の円偏光板の構成の一例を示す断面模式図である。 バックライト側に配置された従来の円偏光板を光が通過する様子を模式的に示す説明図である。図中の数字は、光が入射する順序を示す。 図３の円偏光板に入射した光が偏光子を通過した後の偏光状態をポアンカレ球により示す説明図である。 図３の円偏光板に入射した光が１／２λ位相差板を通過した後の偏光状態をポアンカレ球により示す説明図である。 図３の円偏光板に入射した光が１／４λ位相差板を通過した後の偏光状態をポアンカレ球により示す説明図である。 バックライト側に配置された実施例１に係る円偏光板に仰角θで光が入射する様子を模式的に示す説明図である。図中の丸付き数字は、光が入射する順序を示す。 図８−ａに示す円偏光板の構成を模式的に示す斜視分解図である。 実施例１における入射光の仰角θとコントラストとの関係を示すグラフである。 実施例１に係る円偏光板に入射した光がポジティブリターダーを通過した後の偏光状態をポアンカレ球により示す説明図である。 実施例１に係る円偏光板に入射した光が１／２λ位相差板を通過した後の偏光状態をポアンカレ球により示す説明図である。 実施例１におけるポジティブリターダーの厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈと黒表示時の漏れ光量との関係を示すグラフである。なお、ポジティブリターダーなしのときの漏れ光量を１としている。 実施例２に係る液晶表示パネルの構成を模式的に示す斜視分解図である。 実施例２に係る円偏光板の構成を示す断面模式図である。 実施例２に係る液晶表示パネルについて透過コントラストの計算結果を示す等高線図である。 実施例３に係る液晶表示パネルの構成を模式的に示す斜視分解図である。 実施例３に係る液晶表示パネルについて透過コントラストの計算結果を示す等高線図である。 比較例１に係る液晶表示パネルについて透過コントラストの計算結果を示す等高線図である。 本発明に係る液晶表示パネルの構成の一例を模式的に示す斜視分解図である。

符号の説明

１、１１：偏光子
１ａ、１１ａ：偏光子の透過軸
２、１２：Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体
１２ａ：ポジティブリターダー
３、１３：１／２λ位相差板
３ａ：１／２λ位相差板の屈折率楕円体
４、１４：１／４λ位相差板
４ａ：１／４λ位相差板の屈折率楕円体
５、１５：円偏光板（Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体有り）
５ａ、１５ａ：円偏光板（Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体なし）
６、１６：視野角補償層
１０：液晶セル

Claims (16)

1. 偏光子と下記式（１）で表されるＮ_Ｚの値を有する光学層とを備えた円偏光板であって、
   該円偏光板は、偏光子とＮ_Ｚ＞０の位相差板との間に、Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体を有する
   ことを特徴とする円偏光板。
   Ｎ_Ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ） （１）
   式中、ｎ_ｘ及びｎ_ｙは、波長５５０ｎｍの光に対する面内の主屈折率を表し、ｎ_ｘ≧ｎ_ｙを満たす。ｎ_ｚは、波長５５０ｎｍの光に対する厚さ方向の主屈折率を表す。
2. 前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の円偏光板。
3. 前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ≦Ｒｅ≦１５０ｎｍを満たし、かつ、面内の光軸が近接する偏光子の吸収軸と±５°以内で直交又は平行に位置することを特徴とする請求項１記載の円偏光板。
4. 前記Ｎ_Ｚ＞０の位相差板は、１／４λ位相差板を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円偏光板。
5. 前記Ｎ_Ｚ＞０の位相差板は、更に、１／２λ位相差板を含んで構成されることを特徴とする請求項４記載の円偏光板。
6. 前記円偏光板は、１／２λ位相差板と１／４λ位相差板との光軸のなす角をｐとしたときに、５０°＜ｐ＜７０°を満たすことを特徴とする請求項５記載の円偏光板。
7. 前記１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、
   前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−１４０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−２０ｎｍを満たす
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の円偏光板。
8. 前記偏光子は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有し、
   前記１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、
   前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−２２０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たす
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の円偏光板。
9. 前記１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、
   前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−２２０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たす
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の円偏光板。
10. 前記偏光子は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有し、
    前記１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、
    前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−３００ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−６０ｎｍを満たす
    ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の円偏光板。
11. 前記１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、
    前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−２８０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−４０ｎｍを満たす
    ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の円偏光板。
12. 前記偏光子は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが０より大きい支持層を有し、
    前記１／２λ位相差板及び／又は１／４λ位相差板は、０．８≦Ｎ_Ｚ≦２を満たし、
    前記Ｎ_Ｚ＜０の複屈折体は、厚さ方向の正面位相差Ｒ_ｔｈが−３６０ｎｍ≦Ｒ_ｔｈ≦−６０ｎｍを満たす
    ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の円偏光板。
13. 請求項7又は８記載の円偏光板を液晶表示パネルの両側に配置してなることを特徴とする液晶表示装置。
14. 請求項９又は１０記載の円偏光板を液晶表示パネルの表示面側に配置してなることを特徴とする液晶表示装置。
15. 請求項１１又は１２記載の円偏光板を液晶表示パネルのバックライト側に配置してなることを特徴とする液晶表示装置。
16. 前記液晶表示パネルは、液晶層を構成する液晶分子が閾値電圧未満で基板に対して略垂直配向状態をとるものであることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の液晶表示装置。

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