JP2006145675A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右方向の視野角特性を向上した液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 液晶表示装置１００は、第１偏光層１０１、第１光学補償層１０２、第１ガラス基板１０３、第１配向膜１０４、液晶層１０５、第２配向膜１０６、第２ガラス基板１０７、第２光学補償層１０８、及び、第２偏光層１０９を備える。第１光学補償層１０２の光軸を基板面内に投影した方向と、黒表示時に液晶層１０５の第１ガラス基板１０３側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向とはほぼ一致している。また、第２光学補償層１０８の光軸を基板面内に投影した方向と、黒表示時に液晶層１０５の第２基ガラス板１０７側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向とはほぼ一致している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、液晶のツイスト角が９０度付近のノーマリホワイトのＴＮ（ツイストネマティック）型の液晶表示装置に関する。

一般にＴＮ型の液晶表示装置は、光入射側から順に、第１偏光層、第１ガラス基板、液晶層、第２ガラス基板、及び、第２偏光層を有する。液晶層は、電界を印加しない状態では、分子長軸方向が基板面に平行となるように配列された液晶分子を有しており、この液晶分子は、第１基板側から第２基板側に向かう間に、分子長軸方向がほぼ９０度ツイストするように配列されている。ノーマリホワイトのＴＮ型液晶表示装置では、第１偏光層と第２偏光層とが、互いの偏光軸が直交するように配置されており、電界無印加時には、白を表示する。このとき、ＴＮ型液晶表示装置における第１および第２ガラス基板界面に存在する液晶分子の配向方向と偏光層の偏光軸との配置方法により２種類の基本配置が存在することが知られている（非特許文献１参照）。すなわち、
（１） 偏光層の光透過方向と偏光層がある側のガラス基板界面の液晶分子とが平行となる配置（ｅ−ｍｏｄｅ）
（２） 偏光層の光透過方向と偏光層がある側のガラス基板界面の液晶分子とが直交となる配置（ｏ−ｍｏｄｅ）
の２種類である。

ここで、ＴＮ型液晶表示装置の性能を示す指標の一つとして、所定のコントラスト比を実現できる視野角範囲を示す視野角特性がある。所定のコントラスト比としては、例えば、白色の上質紙に黒色のインクで印刷された印刷物の白と黒との比である１０：１が採用される。例えば液晶表示装置のカタログ等には、白表示時における液晶層の中央の層の液晶分子の分子長軸方向を上下方向とし、分子長軸方向に直交する方向を左右方向として、上下方向の視野角特性、及び、左右方向の視野角特性がそれぞれ記載されている。

ＴＮ型液晶表示装置では、液晶の屈折率異方性等により、斜め視野角で、コントラスト比が低下して、視野角特性が悪いという問題がある。この問題を改善できる技術としては、例えば特許文献１に記載されたような光学補償層（位相差板）を用いる技術がある。図７は、特許文献１に記載された液晶表示装置を展開斜視図で示している。この液晶表示装置２００は、偏光子１１と液晶セル１０との間、及び、液晶セル１０と検光子１２との間に、それぞれ、位相差板１３、１４を有する。

偏光子１１の透過軸と、検光子１２の透過軸とは、互いに直交するように配置される。液晶セル１０では、光入射側（偏光子１１側）の液晶の配向方向Ａ０と偏光子１１の透過軸とは、ほぼ平行であり、光出射側（検光子１２側）の液晶の配向方向Ｂと検光子１２の透過軸とは、ほぼ平行である。また、液晶セル１０の光入射側の配向方向Ａ０と位相差板１３の遅相軸Ｒ１とは、ほぼ平行であり、液晶セル１０の光出射側の配向方向Ｂと位相差板１４の遅相軸Ｒ２とは、ほぼ平行である。特許文献１では、液晶の配向方向と位相差板の遅相軸が向く方向とをこのように規定することで、斜め視野から観察したときのコントラスト比の低下を防止して、視野角特性を向上できるとしている。

特開平５−１９２４９号公報（図１、段落００１２、００１５） P. Yeh and C. Gu, "optics of Liquid Crystal Displays", P359, (1999)

ところで、ノーマリホワイトの液晶表示装置２００では、黒表示時には、液晶セル１０に電界を印加して、液晶分子を立ち上がらせている。しかし、液晶セル１０の最下層（光入射側）及び最上層（光出射側）では、液晶分子は、図示しない配向膜によって配向方向がそれぞれ配向方向Ａ０及び配向方向Ｂに固定されているため、液晶セル１０に電界を印加しても、最上層及び最下層の液晶分子は、基板垂直方向に立ち上がらない。

黒表示時の印加電圧を十分に大きな値に設定すれば、最上層及び最下層の液晶分子以外の液晶分子を十分に立ち上がらせることができる。このため、特許文献１に記載されるように、位相差板１３、１４の遅相軸が向く方向と、最上層又は最下層の液晶分子の配向方向Ａ０、Ｂとをほぼ平行にすることで、液晶セル１０の残留リターデーションを補償することができる。しかしながら、一般的な駆動条件では、黒表示時の印加電圧は、下記式、

（ただし、Ｋ₁₁、Ｋ₂₂、Ｋ₃₃はそれぞれ、液晶分子の光学軸のスプレイ変形、ツイスト変形、および、ベンド変形に対する弾性係数）
で定義される液晶セル１０のしきい値電圧Ｖｔｈのたかだか３倍〜４倍程度であり、この程度の印加電圧では、液晶セル１０の最上層に近い部分、及び、最下層に近い部分の液晶分子を十分に立ち上がらせることはできず、液晶セル１０内部には十分に立ち上がらない液晶分子により形成されるリターデーション分が残留することなる。

黒表示時の残留リターデーションを、等価の屈折率楕円体とみなした場合、液晶セル１０では、液晶分子がツイストしているため、この等価屈折率楕円体を基板に投影した場合の長軸方向（光軸方向）は、偏光子１１の透過軸（又は吸収軸）及び検光子１２の透過軸（又は吸収軸）方向とは一致しない。このため、位相差板１３、１４の遅相軸が向く方向と、最上層又は最下層の液晶分子の配向方向Ａ０、Ｂとをほぼ平行としても、位相差板１３、１４によって、液晶セル１０の残留リターデーションを十分に補償することができず、視野角特性の改善としては不十分である。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、視野角特性を改善し、左右方向でそれぞれ視野角８０度以上の視野角特性を実現できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、光入射側から光出射側に向かって順次に、第１偏光層、第１基板、第１透明電極、第１配向膜、ツイストネマティック（ＴＮ）型の液晶層、第２配向膜、第２透明電極、第２基板、及び、第２偏光層を有するノーマリホワイト型の液晶表示装置において、第１偏光層と前記液晶層との間に配置された第１光学補償層と、前記液晶層と第２偏光層との間に配置された第２光学補償層とを有しており、前記第１偏光層の偏光軸と前記第２偏光層の偏光軸とは互いに直交しており、前記第１光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に電圧を印加し、前記液晶層の液晶分子配向状態を電界により変化させて黒表示状態とした際の前記液晶層の前記第１基板側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向とがほぼ一致し、かつ、前記第２光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と、黒表示状態とした際の前記液晶層の前記第２基板側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向とがほぼ一致することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、第１光学補償層の光軸方向を基板面に投影した方向、及び、第２光学補償層の光軸方向を基板面内に投影した方向と、黒表示時に形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向とがほぼ一致するようにしている。これにより、黒表示時の残留リターデーションを効果的に補償することが可能となり、正面視野におけるコントラスト比を向上させて、液晶表示装置の特に左右方向での視野角を広げることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記第１透明電極と第２透明電極との間に印加する電圧を、前記液晶層を形成する液晶が有するフレデリックス転移点電圧（Ｖｔｈ）の３倍〜４倍とすることができる。黒表示時の印加電圧がこのような範囲にあるときには、電圧印加時に液晶分子が完全に立ち上がらずに、液晶層と第１基板との界面付近、及び、液晶層と第２基板との界面付近で、残留リターデーションが形成される。この残留リターデーションを形成する等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向と、第１光学補償層及び第２光学補償層のそれぞれの光軸を基板面内に投影した方向とをほぼ一致させることで、残留リターデーションを補償することができ、コントラスト比を向上させることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記液晶層のツイスト角をθＴｗ（度）とし、光出射側から光入射側に向かって見て時計回り方向を正の回転方向として、前記第１光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と前記第１偏光層の偏光軸方向とがなす角度を−Δθ２（度）、前記第２光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と前記第２偏光層の偏光軸方向とがなす角度を＋Δθ２（度）としたとき、Δθ２が、
０．５×θＴｗ−４７．５≦Δθ２≦０．５×θＴｗ−４３．８
を満たすことが好ましい。この場合、左右方向のそれぞれで視野角８０度以上を実現できる。

本発明の液晶表示装置では、前記液晶層の前記第１基板側の界面の液晶分子の配列方向を基板面内に投影した方向と前記第１偏光層の偏光軸方向とがなす角度を−Δθ１、前記液晶層の前記第２基板側の界面の液晶分子の配列方向を基板面内に投影した方向と前記第２偏光層の偏光軸とがなす角度を＋Δθ１としたとき、Δθ２が、Δθ１よりも小さいことが好ましい。界面付近に形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向は、ツイスト方向の内側に位置する。このため、Δθ２をΔθ１よりも小さくして、第１光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と、第２光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向とがなす角を、ツイスト角よりも狭くすることで、黒表示時の残留リターデーションを効果的に補償することが可能となる。

本発明の液晶表示装置では、コントラスト比が１０：１以上となる左右方向の視野角がそれぞれ８０度以上であることが好ましい。また、これに加えて、コントラスト比が１０：１以上となる上方向及び下方向の何れか一方の視野角が８０度以上であることが更に好ましい。

本発明の液晶表示装置では、前記第１光学補償層は、前記液晶層の第１基板に近い側の液晶層部分によるリターデーションを補償し、前記第２光学補償層は、前記液晶層の第２基板に近い側の液晶層部分によるリターデーションを補償することが好ましい。この場合、特に斜め視野での光漏れを低減して、斜め視野角でのコントラスト比を改善できる。

本発明の液晶表示装置では、前記第１光学補償層及び第２光学補償層は、それぞれ、光軸が基板水平方向に対して所定の角度で傾いた負の一軸光学特性を有していることが好ましい。この場合、第１光学補償層及び第２光学補償層のそれぞれ光軸の基板水平方向に対する傾きと、残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸の基板水平方向に対する傾きとをほぼ一致させることで、残留リターデーションを効果的に補償することができる。

本発明の液晶表示装置では、前記第１光学補償層及び第２光学補償層は、それぞれが負の一軸光学特性を有するｎ層（ｎは２以上の整数）から構成されていることが好ましい。この場合、第１光学補償層及び第２光学補償層によってそれぞれ補償する液晶層の部分を複数の層に分割して考え、その各層での残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向と、第１光学補償層又は第２光学補償層の各層の光軸を基板面内に投影した方向とをほぼ一致させることで、残留リターデーションを更に効果的に補償することができる。

本発明の液晶表示装置では、前記第１光学補償層及び第２光学補償層を構成するｎ層のうちのｍ層（０≦ｍ＜ｎ）は、光軸の方向が基板面に対して鉛直方向である構成を採用できる。第１光学補償層及び第２光学補償層は、その全ての層の光軸が基板鉛直方向に対して傾いている必要はなく、一部の層の光軸が基板鉛直方向を向いていてもよい。

本発明の液晶表示装置では、前記第１光学補償層を形成するｎ層のうちの（ｎ−ｍ）層が、光入射側から光出射側に向かって順次に積層された、それぞれが負の一軸光学特性を有する（ｎ−ｍ）層のディスコティック液晶膜により構成され、前記第２光学補償層を形成するｎ層のうちの（ｎ−ｍ）層が、光入射側から光出射側に向かって順次に積層された、それぞれが負の一軸光学特性を有する（ｎ−ｍ）層のディスコティック液晶膜により構成される構成を採用できる。負の一軸光学特性を有するものとしては、ディスコティック液晶を採用することができる。

本発明の液晶表示装置は、前記液晶層を駆動するＴＦＴ型素子からなる３端子素子又はＭＩＭ型素子を有し、アクティブ駆動型の液晶表示装置として構成されることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、第１光学補償層及び第２光学補償層により、黒表示時の残留リターデーションを効果的に補償して、正面視野におけるコントラスト比を向上させることができる。これにより、視野角全体においてコントラスト比を向上させることができ、液晶表示装置の特に左右方向での視野角を広げることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示装置の構成を断面図で示している。液晶表示装置１００は、ノーマリホワイトのＴＮ型の液晶表示装置として構成され、光入射側から光出射側に向かって順に、第１偏光層１０１、第１光学補償層１０２、第１ガラス基板１０３、第１配向膜１０４、液晶層１０５、第２配向膜１０６、第２ガラス基板１０７、第２光学補償層１０８、及び、第２偏光層１０９を備える。

第１偏光層１０１及び第２偏光層１０９は、それぞれ入射光の偏光方向を揃える働きを有する。第１偏光層１０１及び第２偏光層１０９は、互いの偏光軸（光吸収軸）が直交するように配置されている。第１ガラス基板１０３は、例えばＴＦＴ基板として構成され、第２ガラス基板１０７は、例えばＣＦ基板等の対向基板として構成される。液晶層１０５は、ＴＮモードの液晶を有する。液晶層１０５のツイスト角は、例えば９４度に設定される。第１ガラス基板１０３及び第２ガラス基板１０７上には、それぞれ透明電極１１０、１１１が形成されており、液晶層１０５の液晶分子は、それら透明電極１１０、１１１により印加される電界によって制御される。

第１配向膜１０４は、液晶層１０５の第１ガラス基板１０３側の界面の液晶分子の配向を制御する。第２配向膜１０６は、液晶層１０５の第２ガラス基板１０７側の界面の液晶分子の配向を制御する。液晶層１０５の液晶分子は、第１ガラス基板１０３側の界面では、第１配向膜１０４によって、基板面に対して所定のプレティルト角で立ち上がっており、第２ガラス基板１０７側の界面では、第２配向膜１０６によって、基板面に対して所定のプレティルト角で立ち上がっている。

第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８は、それぞれ屈折率異方性が負の光学特性を有し、その等価的な光軸は、基板垂直方向に対してそれぞれ所定の角度で傾いている。第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８としては、例えば富士写真フィルム社製のＷＶフィルム（商標）のように負の一軸を有する位相差層としてインクライン配向したディスコティック液晶層と光軸が基板と鉛直の方向を向いた負の一軸位相差板を組み合わせたものや、特開平６−２２２２１３号公報の図５及び段落００２３〜００２５に記載されるような高分子フィルムを延伸する際に延伸に用いるローラーの回転速度に差を設けることで光軸にティルトを与えた光学補償フィルムを用いることができる。第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８を形成する屈折率楕円体の光軸方向を基板の面内方向に投影した方向は、例えば、王子計測機器株式会社の「ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ」を用いて計測したＲｔｈ値と傾き角β値の方向から確定することが可能である。

図２は、黒表示時の液晶層１０５における液晶分子の配列の様子と、第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８の光学特性とを模式的に示している。なお、同図では、第１ガラス基板１０３及び第２ガラス基板１０７については省略して図示している。また、液晶のツイスト角については考慮しないで図示している。

黒表示時の印加電圧が、液晶が有するフレデリックス転移点電圧（Ｖｔｈ）の３倍〜４倍であるときには、図２に示すように、第１ガラス基板１０３と液晶層１０５の界面付近、及び、液晶層１０５と第２ガラス基板１０７の界面付近では、液晶分子は完全には立ち上がらず、その液晶分子によるリターデーション分が残留する。第１光学補償層１０２は、液晶層１０５を上下２つの層に分割して考えたときに、黒表示時における下層側（第１光学補償層１０２側）の液晶の残留リターデーションを補償する。第１光学補償層１０２は、それぞれが負の一軸光学特性を有し、かつ、光軸の傾きが相互に異なる複数の層を有している。この第１光学補償層１０２の複数の層には、光軸が基板鉛直方向を向く層が含まれる。また、第２光学補償層１０８は、黒表示時における上層側（第２光学補償層１０８側）の液晶の残留リターデーションを補償する。第２光学補償層１０８は、それぞれが負の一軸光学特性を有し、かつ、光軸の傾きが相互に異なる複数の層を有している。この第２光学補償層１０８の複数の層には、光軸が基板鉛直方向を向く層が含まれる。

液晶層の残留リターデーションが発生する方向は、弾性定数（Ｋ₁₁、Ｋ₂₂、Ｋ₃₃）を含む液晶の物性や、液晶素子のギャップ（ｄ）を含む液晶素子構造に基づいて求めることができる。液晶の弾性定数については、「液晶、第６巻、第４号、ｐ３９０〜３９９（２００２年）」で示された方法で測定可能である。液晶の屈折率、回転粘度などを取得する方法については、「液晶、第６巻、第３号、ｐ２９５〜３０２（２００２年）」に示されている。液晶のツイスト角度と液晶層のギャップ、プレティルト角度といった液晶素子構造に関しては、名菱テクニカ製のＬＣＡ−ＬＵ４Ａにより測定することできる。また、黒表示時の印加電圧は、駆動電圧を直接測定することで得ることができる。残留リターデーションは、このようにして得られた液晶の物性定数及びセルパラメータを、ＬＣＤシミュレータ（例えばシンテック社製のＬＣＤマスター）に代入し、液晶素子内における液晶分子の配列を計算により求め、その液晶配列の液晶セル厚方向に対する半分の配列を抜き出して、液晶シミュレータ内に半分のみの液晶層を形成し、光学計算を実行することで得ることができる。例えば、残留リターデーションの透過屈折率楕円体が基板面内に投影する方向は、シミュレータ内部に作成した半分の液晶モデルに対して、鉛直方向から直線光を入射させ、液晶層からの出射光の偏光解析を行い、ＳパラメータのうちのＳ３成分が０となる方向となる。

第１光学補償層１０２は、光軸の傾きが相互に異なる複数のディスコティック液晶が積層されたディスコティック液晶部分１０２ａと、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム１０２ｂとを有する。例えば、図２に示すように、ディスコティック液晶部分１０２ａが、３つの層を有する場合について考えると、最も液晶層１０５に近い層のディスコティック液晶は、その光軸が、液晶層１０５の第１光学補償層１０２に最も近い層の液晶による残留リターデーションを補償する。また、中間の層のディスコティック液晶は、液晶層１０５の第１光学補償層１０２に最も近い層よりも少し上の層の液晶による残留リターデーションを補償する。最下層のディスコティック液晶は、液晶層１０５の中央よりやや下の層の液晶による残留リターデーションを補償する。ＴＡＣフィルム１０２ｂは、負の一軸光学特性を有しており、液晶層１０５の中央の層の液晶の残留リターデーションを補償する。

第２光学補償層１０８は、光軸の傾きが相互に異なる複数のディスコティック液晶が積層されたディスコティック液晶部分１０８ａと、ＴＡＣフィルム１０８ｂとを有する。図２に示すように、ディスコティック液晶部分１０８ａが、３つの層を有する場合について考えると、最も液晶層１０５に近い層のディスコティック液晶は、液晶層１０５の第２光学補償層１０８に最も近い層の液晶による残留リターデーションを補償する。また、中間の層のディスコティック液晶は、液晶層１０５の第２光学補償層１０８に最も近い層よりも少し下層の液晶による残留リターデーションを補償する。最下層のディスコティック液晶は、液晶層１０５の中央よりやや上の層の液晶による残留リターデーションを補償する。ＴＡＣフィルム１０８ｂは、負の一軸光学特性を有しており、液晶層１０５の中央の層の液晶の残留リターデーションを補償する。

図３は、液晶分子の配向方向と第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８の等価的な光軸が向く方向との関係を平面的に示している。同図に示すように、液晶層１０５の第１ガラス基板１０３側の界面の電圧無印加時の液晶分子長軸方向β０を基板平面内に投影した方向と、第１偏光層１０１の偏光軸γ０とがなす角度は、光出射側から光入射側を見て時計回り方向の回転をプラス方向の回転として、＋Δθ１に設定される。また、液晶層１０５の第２ガラス基板１０７側の界面の電圧無印加時の液晶分子長軸方向β１を基板平面内に投影した方向と、第２偏光層１０９の偏光軸γ１とがなす角度は、−Δθ１に設定される。第１光学補償層１０２の等価的な光軸を基板平面内に投影した方向α０と、第１偏光層１０１の偏光軸γ０とがなす角度は、＋Δθ２に設定される。また、第２光学補償層１０８の等価的な光軸を基板平面内に投影した方向α１と、第２偏光層１０９の偏光軸γ１とがなす角度は、−Δθ２に設定される。

図４は、シミュレーションにより得られた液晶層のツイスト角と、光学補償層と偏光層の偏光軸とがなす角度Δθ２との組合せで得られる正面視野でのコントラスト比を示している。図３を参照すると、液晶層１０５のツイスト角θＴｗは、第１偏光層１０１の偏光軸と第２偏光層１０９の偏光軸とが直交することから、θＴｗ＝９０＋Δθ１で表すことができる。Δθ１が−３度〜＋５度の間で変化するとき、つまり、ツイスト角θＴｗが８４度〜１００度の間で変化するとき、第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８のそれぞれの等価的な光軸と第１偏光層１０１及び第２偏光層１０９のそれぞれの偏光軸とがなす角度Δθ２を−２度〜＋５度の範囲で変化させると、正面視野でのコントラスト比は、図４に示すように変化する。正面視野で得られるコントラスト比が高いということは、コントラスト比が視野角のほぼ全域で高いということを意味するため、正面視野のコントラスト比を向上させることで、斜め視野におけるコントラスト比を向上させることができ、視野角特性を改善できる。

図５は、シミュレーションにより得られた液晶層のツイスト角と、光学補償層と偏光層の偏光軸とがなす角度Δθ２との組合せで得られる左右方向の視野角がそれぞれ８０度以上となり、かつ、上下方向の一方での視野角が８０度以上となる領域を示している。シミュレーションでは、ツイスト角θＴｗを８４度〜１００度の間で変化させ、第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８のそれぞれの等価的な光軸と第１偏光層１０１及び第２偏光層１０９のそれぞれの偏光軸とがなす角度Δθ２を−２度〜＋５度の範囲で変化させて、左右方向の視野角がそれぞれ８０度以上となり、かつ、上下方向の一方での視野角が８０度以上となる範囲を求めた。この範囲の上限側と下限側を、ツイスト角θＴｗ及び光学補償層の光軸のズレ角Δθ２を用いて近似式で表すと、図５に示すように、
上限側：Δθ２＝０．５×θＴｗ−４３．８ （１）
下限側：Δθ２＝０．５×θＴｗ−４７．５ （２）
が得られる。このため、Δθ２が、
０．５×θＴｗ−４７．５≦Δθ２≦０．５×θＴｗ−４３．８ （３）
の範囲にあるとき、左右方向でそれぞれ視野角８０度以上及び上下方向の一方で視野角８０度以上を実現できる。

液晶表示装置１００では、図２に示すように、液晶層１０５に電界を印加して黒表示を行う際には、液晶層１０５の中央付近では、液晶分子が基板垂直方向に立ち上がるものの、第１ガラス基板１０３側及び第２ガラス基板１０７側の界面では、第１配向膜１０４および第２配向膜１０６により、液晶分子が立ち上がらないため、界面と中央の層の間の液晶分子は、その間を結ぶように滑らかに傾きつつ配向されることとなる。ＴＮ型液晶表示装置１００では、配向膜によるプレティルト以外にも、ツイスト方向に対しても同様に滑らかに間を結ぶよう配列となり、界面付近の液晶分子は、ガラス基板側から中央に向かって、ツイストしつつ、徐々に立ち上がるような配列となる。このため、液晶表示装置１００では、一般的な駆動条件では、黒表示時にリターデーションが０とならずに、リターデーションの残留分が発生する。

黒表示時の残留リターデーションを、等価の屈折率楕円体とみなした場合、この屈折率楕円体を基板に投影したときの長軸方向（光軸方向）は、第１ガラス基板１０３側では、第１配向膜１０４による液晶分子の配向方向β０（図３）よりも少しツイスト方向の内側に移動したほう方向を向き、第２配向膜１０６側では、第２配向膜１０６による配向方向β１よりも少しツイスト方向の内側に移動した方向を向いている。各ツイスト角について、この屈折率楕円体の長軸と偏光軸とがなす角（偏光軸との間のズレ角）をグラフにすると、図５中に、グラフ（ａ）で示すようになる。

図５に示すように、グラフ（ａ）は、式（１）で示される左右方向でそれぞれ視野角８０度以上及び上下方向の一方で視野角８０度以上を実現できる範囲の上限と、式（２）で示される左右方向でそれぞれ視野角８０度以上及び上下方向の一方で視野角８０度以上を実現できる範囲の下限との中間に位置している。これは、第１光学補償層１０２の光軸方向α０と、黒表示時に第１ガラス基板１０３側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の光軸方向とをほぼ一致させ、第２光学補償層１０８の光軸方向α１とを、黒表示時に第２ガラス基板１０７側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の光軸方向とをほぼ一致させることで、左右方向でそれぞれ視野角８０度以上及び上下方向の一方で視野角８０度以上を実現できることを意味している。

ここで、各プレティルト角について、界面の液晶分子の分子長軸方向と偏光軸とがなす角（Δθ１）を、図５中に示すと、グラフ（ｂ）のようになる。グラフ（ａ）とグラフ（ｂ）とを比較すると、グラフ（ｂ）の方が、左右方向のそれぞれで視野角８０度以上を実現できる範囲の上限（式（１））に近く、液晶表示装置１００の製造にあたって製造マージンが狭い。このため、従来のように、第１光学補償層１０２の光軸方向及び第２光学補償層１０８の光軸方向と、界面の液晶分子の分子長軸方向とがそれぞれほぼ平行になるようにすると、製造ばらつきにより、光学補償層の光軸と偏光軸とのズレ角Δθ２が、式１で示される上限値を超えることも考えられ、その場合、左右方向のそれぞれで視野角８０度以上を実現することができない。

本実施形態では、光学補償層の光軸と偏光軸とのズレ角Δθ２が、式（３）を満たすようにして、光学補償層の光軸が、黒表示時の残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向とほぼ一致するようにする。また、望ましくは、第１光学補償層１０２の光軸を基板面内に投影した方向と、第２光学補償層１０８の光軸を基板面内に投影した方向とがなす角をツイスト角θＴｗよりも小さくして、光学補償層の光軸と、黒表示時の残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向とを一致させる。このようにすることにより、黒表示時の残留リターデーションを、第１光学補償層１０２及び第２光学補償層１０８で補償することができ、液晶表示装置１００において、左右方向でそれぞれ視野角８０度以上及び上下方向の一方で視野角８０度以上を実現できる。

図６は、本発明の第２実施形態の液晶表示装置の第１光学補償層及び第２光学補償層の光学特性を模式的に示している。本実施形態の液晶表示装置は、図１に示す第１実施形態の液晶表示装置と同様な構成を有し、第１光学補償層及び第２光学補償層の光学特性が第１実施形態と相違する。図６に示すように、第１光学補償層１０２ｃは、光軸が基板面に対して所定の角度傾いた負の一軸の光学特性を有する。また、第２光学補償層１０８ｃは、光軸が基板面に対して所定の角度傾いた負の一軸光学特性を有する。

第１光学補償層１０２ｃは、その光軸の傾きが、黒表示時の、液晶層１０５の第１ガラス基板１０３（図１参照）との界面付近の液晶の光軸の傾きの平均とほぼ一致するように配置され、その界面付近の液晶による残留リターデーションを補償する。第２光学補償層１０８ｃは、その光軸の傾きが、黒表示時の、液晶層１０５の第２ガラス基板１０７との界面付近の液晶の光軸の傾きの平均とほぼ一致するように配置され、その界面付近の液晶による残留リターデーションを補償する。第１光学補償層１０２ｃの光軸を基板平面内に投影した方向α０と、第１偏光層１０１の偏光軸γ０とがなす角度は、図２と同様に、＋Δθ２に設定される。また、第２光学補償層１０８ｃの光軸を基板平面内に投影した方向α１と、第２偏光層１０９の偏光軸γ１とがなす角度は、−Δθ２に設定される。

本実施形態では、第１光学補償層１０２ｃ及び第２光学補償層１０８ｃとして、負の一軸光学特性を有するものを使用する。このような場合にも、光学補償層の光軸と偏光軸とのズレ角Δθ２が、式（３）を満たすようにして、光学補償層の光軸を、黒表示時の残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向とほぼ一致させ、望ましくは、光学補償層の光軸と、黒表示時の残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向とを一致させることで、黒表示時の残留リターデーションを、第１光学補償層１０２ｃ及び第２光学補償層１０８ｃで補償することができ、左右方向でそれぞれ視野角８０度以上及び上下方向の一方で視野角８０度以上を実現できる。

なお、上記実施形態では、光吸収軸と界面の液晶分子の配向方向とをほぼ平行にし、光透過軸と界面の液晶分子の配向方向とをほぼ直交させてｏ−ｍｏｄｅとしたが、これには限定されない。光吸収軸と界面の液晶分子の配向方向とをほぼ直交させ、光透過軸と界面の液晶分子の配向方向とをほぼ平行にしてｅ−ｍｏｄｅとすることもできる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の液晶表示装置は、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図。 黒表示時の液晶層における液晶分子の配列の様子と、第１光学補償層及び第２光学補償層の光学特性とを示す模式図。 液晶分子の配向方向と第１光学補償層及び第２光学補償層の等価的な光軸が向く方向との関係を平面的に示す平面図。 シミュレーションにより得られた液晶層のツイスト角と、光学補償層と偏光層の偏光軸とがなす角度Δθ２との組合せで得られる正面視野でのコントラスト比を示すグラフ。 シミュレーションにより得られた液晶層のツイスト角と、光学補償層と偏光層の偏光軸とがなす角度Δθ２との組合せで得られる左右方向の視野角がそれぞれ８０度以上となり、かつ、上下方向の一方で視野角８０度以上となる領域を示すグラフ。 本発明の第２実施形態の液晶表示装置の第１光学補償層及び第２光学補償層の光学特性を示す模式図。 従来の液晶表示装置の構成を示す展開斜視図。

符号の説明

１００：液晶表示装置
１０１：第１偏光層
１０２：第１光学補償層
１０３：第１ガラス基板
１０４：第１配向膜
１０５：液晶層
１０６：第２配向膜
１０７：第２ガラス基板
１０８：第２光学補償層
１０９：第２偏光層
１１０、１１１：透明電極

Claims (12)

1. 光入射側から光出射側に向かって順次に、第１偏光層、第１基板、第１透明電極、第１配向膜、ツイストネマティック（ＴＮ）型の液晶層、第２配向膜、第２透明電極、第２基板、及び、第２偏光層を有するノーマリホワイト型の液晶表示装置において、
   第１偏光層と前記液晶層との間に配置された第１光学補償層と、前記液晶層と第２偏光層との間に配置された第２光学補償層とを有しており、
   前記第１偏光層の偏光軸と前記第２偏光層の偏光軸とは互いに直交しており、前記第１光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に電圧を印加し、前記液晶層の液晶分子配向状態を電界により変化させて黒表示状態とした際の前記液晶層の前記第１基板側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向とがほぼ一致し、かつ、前記第２光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と、黒表示状態とした際の前記液晶層の前記第２基板側の界面付近で形成される残留リターデーションの等価屈折率楕円体の長軸方向を基板面内に投影した方向とがほぼ一致することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１透明電極と第２透明電極との間に印加する電圧は、前記液晶層を形成する液晶が有するフレデリックス転移点電圧（Ｖｔｈ）の３倍〜４倍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。
3. 前記液晶層のツイスト角をθＴｗ（度）とし、光出射側から光入射側に向かって見て時計回り方向を正の回転方向として、前記第１光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と前記第１偏光層の偏光軸方向とがなす角度を−Δθ２（度）、前記第２光学補償層の光軸を基板面内に投影した方向と前記第２偏光層の偏光軸方向とがなす角度を＋Δθ２（度）としたとき、Δθ２が、
   ０．５×θＴｗ−４７．５≦Δθ２≦０．５×θＴｗ−４３．８
   を満たすことを特徴とする、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶層の前記第１基板側の界面の液晶分子の配列方向を基板面内に投影した方向と前記第１偏光層の偏光軸方向とがなす角度を−Δθ１、前記液晶層の前記第２基板側の界面の液晶分子の配列方向を基板面内に投影した方向と前記第２偏光層の偏光軸とがなす角度を＋Δθ１としたとき、Δθ２が、Δθ１よりも小さいことを特徴とする、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. コントラスト比が１０：１以上となる左右方向の視野角がそれぞれ８０度以上であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の液晶表示装置。
6. コントラスト比が１０：１以上となる上方向及び下方向の何れか一方の視野角が８０度以上であることを特徴とする、請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１光学補償層は、前記液晶層の第１基板に近い側の液晶層部分によるリターデーションを補償し、前記第２光学補償層は、前記液晶層の第２基板に近い側の液晶層部分によるリターデーションを補償することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１光学補償層及び第２光学補償層は、それぞれ、光軸が基板水平方向に対して所定の角度で傾いた負の一軸光学特性を有していることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一に記載の液晶表示装置。
9. 前記第１光学補償層及び第２光学補償層は、それぞれが負の一軸光学特性を有するｎ層（ｎは２以上の整数）から構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記第１光学補償層及び第２光学補償層を構成するｎ層のうちのｍ層（０≦ｍ＜ｎ）は、光軸の方向が基板面に対して鉛直方向であることを特徴とする、請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記第１光学補償層を形成するｎ層のうちの（ｎ−ｍ）層が、光入射側から光出射側に向かって順次に積層された、それぞれが負の一軸光学特性を有する（ｎ−ｍ）層のディスコティック液晶膜により構成されており、
    前記第２光学補償層を形成するｎ層のうちの（ｎ−ｍ）層が、光入射側から光出射側に向かって順次に積層された、それぞれが負の一軸光学特性を有する（ｎ−ｍ）層のディスコティック液晶膜により構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記液晶層を駆動するＴＦＴ型素子からなる３端子素子又はＭＩＭ型素子を有し、アクティブ駆動型の液晶表示装置として構成されることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一に記載の液晶表示装置。

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