JP2007025470A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の良好が良好であって、且つ、装置全体の薄型化及び低コスト化が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面に設けられ第１偏光板５１及び第１偏光板５１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置され第１偏光板５１を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第１位相差板５２を含む第１光学素子ＯＤ１と、液晶表示パネルＬＰＮの他方の外面に設けられ第２偏光板６１及び第２偏光板６１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置され第２偏光板６１を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第２位相差板６２を含む第２光学素子ＯＤ２と、第２光学素子ＯＤ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された前方散乱フィルム７１と、を備え、液晶表示パネルＬＰＮの主視角方向と前方散乱フィルム７１の主散乱方向とが面内で略平行であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、ホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層を備え、外光及びバックライト光の少なくとも一方を利用して画像を表示する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量かつ低消費電力であることから、ＯＡ機器や携帯型情報端末等のディスプレイとして広く使用されている。特に、画素毎にスイッチング素子を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、表示特性が優れているため、表示デバイスの主流になりつつあり、また研究開発も盛んに行われている。

このような液晶表示装置のうち、液晶表示パネルを構成するアレイ基板及び対向基板の外面にそれぞれ光の偏光状態を制御する偏光制御素子を備えて構成された液晶表示装置がある。この偏光制御素子は、偏光板と、２種類の位相差板（所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／２波長の位相差を与える１／２波長板、及び、１／４波長の位相差を与える１／４波長板）とを組み合せた波長依存性の少ないいわゆる広帯域円偏光フィルムを構成している。このような偏光制御素子と前方散乱フィルムとを組み合わせ、視野角の拡大を図った液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平２００２−１９６１１４号公報

上述したような構成の液晶表示装置においては、複数の位相差板を組み合わせて広帯域化（位相差板の波長依存性の緩和）を図っているため、偏光制御素子全体が厚くなる。このため、偏光制御素子の厚みによって装置全体の薄型化が阻害され、しかも、複数の位相差板を必要とする偏光制御素子によって装置全体のコストアップにつながるといった課題がある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、表示品位の良好が良好であって、且つ、装置全体の薄型化及び低コスト化が可能な液晶表示装置を提供することにある。

この発明の第１の態様による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの一方の外面に設けられ、第１偏光板、及び、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第１偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第１位相差板、を含む第１光学素子と、
前記液晶表示パネルの他方の外面に設けられ、第２偏光板、及び、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第２偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第２位相差板、を含む第２光学素子と、
前記第２光学素子と前記液晶表示パネルとの間に配置された前方散乱フィルムと、を備え、
前記液晶表示パネルの主視角方向と前記前方散乱フィルムの主散乱方向とが面内で略平行であることを特徴とする。

この発明の第２の態様による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの一方の外面に設けられ、第１偏光板、及び、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第１偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第１位相差板、を含む第１光学素子と、
前記液晶表示パネルの他方の外面に設けられ、第２偏光板、及び、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第２偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第２位相差板、を含む第２光学素子と、
前記第２光学素子と前記液晶表示パネルとの間に配置された第１前方散乱フィルムと、
前記第２光学素子と前記第１前方散乱フィルムとの間に配置された第前方散乱フィルムと、を備え、
前記第１前方散乱フィルムの第１主散乱方向と前記第２前方散乱フィルムの第２主散乱方向とが面内で略直交することを特徴とする。

この発明によれば、表示品位の良好が良好であって、且つ、装置全体の薄型化及び低コスト化が可能な液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。ここでは、外光を利用して画像を表示する反射部及びバックライト光を利用して画像を表示する透過部をそれぞれの画素に有する半透過型液晶表示装置を例に説明するが、この例に限らない。例えば、各画素が反射部のみを有する反射型液晶表示装置、各画素が透過部のみを有する透過型液晶表示装置、表示領域を構成する一部の画素が反射部を有するとともに他の画素が透過部を有するような液晶表示装置など種々のタイプの液晶表示装置に適用可能である。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの半透過型カラー液晶表示装置であって、液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板（第１基板）ＡＲと、アレイ基板ＡＲと互いに対向して配置された対向基板（第２基板）ＣＴと、これらアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱと、を備えて構成されている。

また、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面（すなわちアレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面）に設けられた第１光学素子ＯＤ１、及び、液晶表示パネルＬＰＮの他方の外面（すなわち対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面）に設けられた第２光学素子ＯＤ２を備えている。さらに、この液晶表示装置は、第１光学素子ＯＤ１側から液晶表示パネルＬＰＮを照明するバックライトユニットＢＬを備えている。

このような液晶表示装置は、画像を表示する表示領域ＤＳＰにおいて、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。各画素ＰＸは、外光を選択的に反射することによって画像を表示（反射表示）する反射部ＰＲと、バックライトユニットＢＬからのバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示（透過表示）する透過部ＰＴと、を有している。

アレイ基板ＡＲは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板１０を用いて形成される。すなわち、このアレイ基板ＡＲは、表示領域ＤＳＰにおいて、画素毎に配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、これら画素電極ＥＰの行方向に沿ってそれぞれ形成されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これら画素電極ＥＰの列方向に沿ってそれぞれ形成されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいて走査線Ｙと信号線Ｘとの交差位置近傍に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子Ｗ（例えば薄膜トランジスタ）、液晶容量ＣＬＣと並列に補助容量ＣＳを構成するよう画素電極ＥＰに容量結合する補助容量線ＡＹなどを備えている。

アレイ基板ＡＲは、さらに、表示領域ＤＳＰの周辺の駆動回路領域ＤＣＴにおいて、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤを構成する少なくとも一部、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを構成する少なくとも一部を備えている。走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行のスイッチング素子Ｗが走査信号によってオンするタイミングでｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応するスイッチング素子Ｗを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、Ｎチャネル薄膜トランジスタであり、絶縁基板１０上に配置されたポリシリコン半導体層１２を備えている。ポリシリコン半導体層１２は、チャネル領域１２Ｃを挟んだ両側にそれぞれソース領域１２Ｓ及びドレイン領域１２Ｄを有している。このポリシリコン半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのゲート電極ＷＧは、１本の走査線Ｙに接続され（あるいは走査線Ｙと一体的に形成され）、走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹとともにゲート絶縁膜１４上に配置されている。これらゲート電極ＷＧ、走査線Ｙ、及び、補助容量線ＡＹは、層間絶縁膜１６によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、層間絶縁膜１６上においてゲート電極ＷＧの両側に配置されている。ソース電極ＷＳは、１本の信号線Ｘに接続される（あるいは信号線Ｘと一体に形成される）とともに、ポリシリコン半導体層１２のソース領域１２Ｓにコンタクトしている。ドレイン電極ＷＤは、１個の画素電極ＥＰに接続される（あるいは画素電極ＥＰと一体に形成される）とともに、ポリシリコン半導体層１２のドレイン領域１２Ｄにコンタクトしている。これらソース電極ＷＳ、ドレイン電極ＷＤ、及び信号線Ｘは、有機絶縁膜１８によって覆われている。

画素電極ＥＰは、反射部ＰＲに対応して設けられた反射電極ＥＰＲ及び透過部ＰＴに対応して設けられた透過電極ＥＰＴを有している。反射電極ＥＰＲは、有機絶縁膜１８上に配置され、ドレイン電極ＷＤと電気的に接続されている。この反射電極ＥＰＲは、アルミニウムなどの光反射性を有する金属膜によって形成される。透過電極ＥＰＴは、層間絶縁膜１６上に配置され、反射電極ＥＰＲと電気的に接続されている。この透過電極ＥＰＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する金属膜によって形成される。すべての画素ＰＸに対応した画素電極ＥＰは、配向膜２０によって覆われている。

一方、対向基板ＣＴは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板３０を用いて形成される。すなわち、この対向基板ＣＴは、表示領域ＤＳＰにおいて、各画素ＰＸを区画するブラックマトリクス３２、ブラックマトリクス３２によって囲まれた各画素に配置されたカラーフィルタ３４、対向電極ＥＴなどを備えている。

ブラックマトリクス３２は、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘなどの配線部に対向するように配置されている。カラーフィルタ３４は、互いに異なる複数の色、例えば赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。

なお、カラーフィルタ３４は、反射部ＰＲと透過部ＰＴとで光学濃度が異なるように形成しても良い。すなわち、反射部ＰＲでは、表示に寄与する外光がカラーフィルタ３４を２回通過するのに対して、透過部ＰＴでは、表示に寄与するバックライト光がカラーフィルタ３４を１回通過するのみである。したがって、反射部ＰＲと透過部ＰＴとで色味を整えるためには、反射部ＰＲに配置された着色樹脂の光学濃度を透過部ＰＴに配置された着色樹脂の半分程度にすることが望ましい。

対向電極ＥＴは、すべての画素ＰＸの画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する金属膜によって形成される。また、この対向電極ＥＴは、配向膜３６によって覆われている。

このような対向基板ＣＴと上述したようなアレイ基板ＡＲとをそれぞれの配向膜２０及び３６が対向するように配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサにより、所定のギャップが形成される。このとき、反射部ＰＲには、透過部ＰＴのほぼ半分程度のギャップが形成される。この実施の形態では、反射部ＰＲのギャップは約２．８μｍであり、透過部ＰＴのギャップは約４．８μｍに設定した。

液晶層ＬＱは、これらアレイ基板ＡＲの配向膜２０と対向基板ＣＴの配向膜３６との間に形成されたギャップに封入された液晶分子４０を含む液晶組成物で構成さていれる。この実施の形態では、液晶層ＬＱは、ツイスト角は０ｄｅｇ（ホモジニアス配向）の液晶分子４０を含んでいる。

図３に示すように、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、これらを通過した光の偏光状態を制御する。すなわち、第１光学素子ＯＤ１は、液晶層ＬＱに楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように自身を通過する光の偏光状態を制御する。したがって、第１光学素子ＯＤ１に入射したバックライト光の偏光状態は、第１光学素子ＯＤ１を通過した際に楕円偏光に変換される。その後、第１光学素子ＯＤ１から出射されたバックライト光は、楕円偏光の偏光状態を保って液晶層ＬＱに入射する。

また、第２光学素子ＯＤ２も同様に、液晶層ＬＱに楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように自身を通過する光の偏光状態を制御する。したがって、第２光学素子ＯＤ２に入射した外光の偏光状態は、第２光学素子ＯＤ１を通過した際に楕円偏光に変換される。その後、第２光学素子ＯＤ２から出射された外光は、楕円偏光の偏光状態を保って液晶層ＬＱに入射する。

第１光学素子ＯＤ１は、第１偏光板５１と、第１偏光板５１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された第１位相差板５２と、を備えている。第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光板６１と、第２偏光板６１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された第２位相差板６２と、を備えている。

第１偏光板５１及び第２偏光板６１は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。これらの第１偏光板５１及び第２偏光板６１は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な１方向の振動面を有する光すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。

第１位相差板５２は、第１偏光板５１を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する。また、第２位相差板６２は、第２偏光板６１を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する。すなわち、第１位相差板５２及び第２位相差板６２は、それらの進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与える機能を有している。

以下の説明では、第１偏光板５１及び第２偏光板６１については、それぞれの吸収軸Ａ１及びＡ２によってそれぞれの配置を特定し、また、第１位相差板５２及び第２位相差板６２については、それぞれの遅相軸Ｄ１及びＤ３によってそれぞれの配置を特定するものとする。

ここでは、図４に示すように、この実施の形態に係る液晶表示装置においては、対向基板側から観察したとき、アレイ基板ＡＲ（または対向基板ＣＴ）の主面に平行な平面内において、便宜上、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義し、この平面の法線方向をＺ軸と定義する。面内とは、Ｘ軸及びＹ軸で規定される平面内に相当する。ここで、Ｘ軸は画面の水平方向に対応し、Ｙ軸は画面の垂直方向に対応するものとする。また、Ｘ軸の正（＋）の方向（０°方位）が画面の右側に対応し、Ｘ軸の負（−）の方向（１８０°方位）が画面の左側に対応するものとする。さらに、Ｙ軸の正（＋）の方向（９０°方位）が画面の上側に対応し、Ｙ軸の負（−）の方向（２７０°方位）が画面の下側に対応するものとする。

第１位相差板５２及び第２位相差板６２は、上述したように、互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。遅相軸は、複屈折を議論する上で、相対的に屈折率の大きな軸に対応し、進相軸は、相対的に屈折率の小さな軸に対応する。遅相軸は、異常光線の振動面と一致するものとする。進相軸は、常光線の振動面と一致するものとする。常光線及び異常光線の屈折率をそれぞれｎｏ及びｎｅとし、それぞれの光線の進行方向に沿った位相差板の厚さをｄとしたとき、位相差板のリタデーション値Δｎ・ｄ（ｎｍ）は、（ｎｅ・ｄ−ｎｏ・ｄ）で定義される（つまり、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ）。

第１位相差板５２及び第２位相差板６２は、進相軸及び遅相軸を透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与えるいわゆる１／４波長板である。つまり、第１位相差板５２は、面内において、その遅相軸が第１偏光板５１の吸収軸（または透過軸）に対して所定の角度（鋭角）を形成するように配置することにより、第１偏光板５１を透過した直線偏光を所定の楕円率（＝短軸方向の振幅／長軸方向の振幅）を有する楕円偏光に変換する機能を有している。同様に、第２位相差板６２は、面内において、その遅相軸が第２偏光板６１の吸収軸（または透過軸）に対して所定の角度（鋭角）を形成するように配置することにより、第２偏光板６１を透過した直線偏光を所定の楕円率を有する楕円偏光に変換する機能を有している。

一般に、位相差板を構成する複屈折材料は、常光線に対する屈折率ｎｏ及び異常光線に対する屈折率ｎｅが光の波長に依存する特性を有している。このため、位相差板のリタデーション値Δｎ・ｄは、通過する光の波長に依存することになる。このため、カラー表示に利用されるすべての波長範囲において、所定のリタデーションを付与して円偏光を形成するためには、少なくとも２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を組み合わせ、位相差板のリタデーション値の波長依存性を緩和している。

これに対して、この実施の形態では、単一の偏光板５１または６１と単一の位相差板５２または６２とを組み合わせ、偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸とのなす角度を最適化することにより、入射光の波長にかかわらずほぼ一定の楕円率を有する楕円偏光を形成するように構成している。ここでは、その最適化条件として、第１光学素子ＯＤ１については、第１偏光板５１の吸収軸Ａ１と第１位相差板５２の遅相軸Ｄ１との成す鋭角の角度θは、２５度以上７０度以下の範囲に設定される。また、第２光学素子ＯＤ２についても同様に、第２偏光板６１の吸収軸Ａ２と第２位相差板６２の遅相軸Ｄ３との成す鋭角の角度θは、２５度以上７０度以下の範囲に設定される。

以下に、角度θのさらに望ましい範囲について検討する。

カラー表示に利用される特定波長（例えば、４７０ｎｍ（青色）、５５０ｎｍ（緑色）、６１０ｎｍ（赤色））の光について楕円率は、吸収軸Ａ１と遅相軸Ｄ１とのなす角度（あるいは、吸収軸Ａ２と遅相軸Ｄ３とのなす角度）θに依存する。良好な表示品位を実現するためには、特定波長すべての光について略同等且つ高い楕円率に設定することが望ましい。

角度θ＝４５°とした時、波長５５０ｎｍの光と４７０ｎｍの光とで楕円率の差が０．１５程度となり、光学特性の劣化がみられる。これに対して、角度θが４０度より小さい場合、または、角度θが４５度より大きい鋭角の場合、各波長の光で得られる楕円率の差を十分に小さくすることができる。これは、カラー表示に利用されるすべての波長範囲（４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍ）の光に対して、ほぼ均一な楕円率の偏光状態を形成することができることを意味する。これにより、光学特性の改善の傾向がみられる。

より望ましくは、角度θを３０度以下、または、角度θを５０度以上の鋭角とすることにより、カラー表示に利用されるすべての波長範囲（４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍ）の光に対して、楕円率の差が０．１以下の楕円偏光を形成することができ、更なる光学特性の改善効果が期待できる。

したがって、この実施の形態に係る液晶表示装置に上述したような構成の第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２を適用する場合、角度θを４０度より小さい角度、または、４５度より大きい鋭角に設定する、より望ましくは、角度θを３０度以下、または、５０度以上の鋭角に設定する。これにより、液晶層に入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの範囲の光の楕円率は、その最大値と最小値との差が０．１５より小さい、望ましくは０．１以下と設定することができ、光学特性を改善することができるとともに、良好な表示品位を実現することができる。

また、比視感度の相対的に高い緑色の光例えば波長５５０ｎｍの光について着目すると、第１光学素子ＯＤ１（あるいは第２光学素子ＯＤ２）を通過して形成された楕円偏光の楕円率が０．６５より小さい場合、他の波長の光の楕円率との差を小さくすることができる（すなわち波長依存性を低減できる）。しかしながら、このような第１光学素子ＯＤ１（あるいは第２光学素子ＯＤ２）を備えた半透過型の液晶表示装置では、反射部による反射率が著しく低下してしまう。特に、楕円率が０．５を下回る場合、反射部による反射率が１０％以上低下してしまい、反射型液晶表示装置として利用した場合に表示される画像の品位が著しく低下してしまうので好ましくない。

同様に、波長５５０ｎｍの光について、第１光学素子ＯＤ１（あるいは第２光学素子ＯＤ２）を通過して形成された楕円偏光の楕円率が０．８を上回る場合では、上述したように波長依存性が大きくなるため、他の波長の光との楕円率差が０．１５程度まで拡大してしまう。特に、楕円率が０．８５を上回る場合、反射型液晶表示装置として利用した場合に表示される白色の色味が黄色に着色化し、表示される画像の品位が著しく低下してしまうので好ましくない。

このように、波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．５以上０．８５以下とするためには、第１光学素子ＯＤ１（あるいは第２光学素子ＯＤ２）における角度θは２５度以上６５度以下に設定される。また望ましくは、波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．６５以上０．８以下とするためには、第１光学素子ＯＤ１（あるいは第２光学素子ＯＤ２）における角度θは２８度以上４０度以下、または、４８度以上５７度以下に設定される。

したがって、この実施の形態に係る液晶表示装置に上述したような構成の第１光学素子ＯＤ１（あるいは第２光学素子ＯＤ２）を適用する場合、角度θを上述した範囲に設定することにより、液晶層に入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率は、０．５以上０．８５以下、望ましくは、０．６５以上０．８以下に設定することで、光学特性を改善することができるとともに、良好な表示品位を実現することができる。

以上のことから、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２におけるθは、２５度以上６５度以下の範囲に設定され、楕円率の差（０．１５より小さい）及び５５０ｎｍの光の楕円率（０．５以上０．８５以下）の範囲を考慮すると、θは、２５度以上で４０度より小さい範囲または４５度より大きく６５度以下の範囲に設定されることが望ましい。

このように、偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸との成す鋭角の角度を上述した範囲に設定することにより、カラー表示に利用されるすべての波長範囲例えば４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光に対して、所定範囲の楕円率の偏光状態を形成することができ、ほぼ均一な楕円率の楕円偏光を利用することができる。つまり、複数の位相差板すなわち１／２波長板及び１／４波長板を組み合せることなく、単一の位相差板（１／４波長板）におけるリタデーション値の波長依存性による光学特性の劣化も防止することが可能となる。このため、複数の位相差板を積層した構造の光学素子と比較して全体の厚みを薄くすることができる。また、このような光学素子を備えた液晶表示装置全体の薄型化も可能となる。さらに、光学素子の構成を簡素化できるため、低コスト化も可能となる。

また、上述した実施の形態に係る液晶表示装置は、第２光学素子ＯＤ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された前方散乱フィルム７１を備えている。この前方散乱フィルム７１は、図５に示すように、特定の入射角で入射した光を特定の主散乱方向に前方散乱するように構成されており、他の入射角で入射した光は透過する特性を有している。

このため、液晶表示パネルＬＰＮを透過した光の後方散乱が抑制され、表示画像のにじみやボケを改善することが可能となる。また、主散乱方向のみに前方散乱するため、主散乱方向での輝度が向上し、例え前方散乱フィルム７１を配置しない構造で階調反転が生じていたとしても、それを改善することができる。つまり、実質的に視野角を拡大することが可能となる。

図３に示したような構成においては、前方散乱フィルム７１は、主散乱方向が面内において視野角を拡大したい方位すなわち主視角方向と略平行となるように設定される。液晶分子４０がホモジニアス配向した液晶層を備える液晶表示装置においては、液晶分子４０のダイレクタの方位が主視角方向に相当する。

すなわち、液晶分子４０のダイレクタ（液晶分子４０の長軸方向）４０Ｄは、図４に示すＸ−Ｙ平面内において、Ｙ軸と平行（Ｘ軸を基準とした場合（Ｘ軸上の正方向を０°方位とした場合）の２７０°の方位）に設定したとする。図６に示すように、液晶表示パネルの法線ＺとＹ軸とを含むＹ−Ｚ平面内において、法線Ｚを基準としてＹ軸の正（＋）の方向に倒れたときの法線Ｚとのなす角度Θ（ｄｅｇ）を正（＋）とし、法線Ｚを基準としてＹ軸の負（−）の方向に倒れたときの法線Ｚとのなす角度Θを負（−）とするとき、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄは、法線Ｚとのなす角度Θが負の範囲に存在する。ここでは、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄが存在する範囲すなわちΘが０°から−９０°までの範囲を主視角方向（画面下側）とし、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄが存在しない範囲すなわちΘが０°から＋９０°までの範囲を反主視角方向（画面上側）とする。

先に説明したように、単一の偏光板５１または６１と単一の位相差板５２または６２との組み合わせを最適化することにより、光学素子ＯＤ１及びＯＤ２において位相差板の波長依存性を改善したとしても、ホモジニアス配向した液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄと光学素子との組み合わせが最適化されなければ、結果として主視角方向（２７０°方位）で階調反転を生ずる。このような場合、主散乱方向が主視角方向と略平行となるように前方散乱フィルム７１を配置することにより、光学素子自体の最適化条件を乱すことなく、主視角方向での階調反転が改善され、結果として、主視角方向での視野角を拡大することができる。

また、上述した実施の形態に係る液晶表示装置は、図７に示すように、第２光学素子ＯＤ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された第１前方散乱フィルム７１Ａ及び第２前方散乱フィルム７１Ｂを備えて構成しても良い。これらの第１前方散乱フィルム７１Ａ及び第２前方散乱フィルム７１Ｂは、図５を参照して説明した通り、特定の入射角で入射した光を特定の主散乱方向に前方散乱するように構成されており、他の入射角で入射した光は透過する特性を有している。

図７に示したような構成においては、第１前方散乱フィルム７１Ａの第１主散乱方向と、第２前方散乱フィルム７１ｂの第２主散乱方向とは、面内において略直交する。このような構成の場合、第１主散乱方向及び第２主散乱方向での輝度が向上するのみならず、これらの相乗効果により、面内で第１主散乱方向及び第２主散乱方向をそれぞれ中心として４５度の範囲での輝度が向上する。つまり、面内での広範囲にわたる階調反転を改善することができ、図３に示した例よりもさらに視野角を拡大することが可能となる。

液晶分子４０がホモジニアス配向した液晶層を備える液晶表示装置においては、液晶分子４０のダイレクタの方位と、第１主散乱方向及び第２主散乱方向との面内でのなす角度が略４５となるように設定される。これにより、主視角方向（例えば２７０°方位）での階調反転を改善することができるとともに、他の方位（例えば０°方位及び１８０°方位）での階調反転も改善することができ、さらなる視野角の拡大が可能となる。

次に、表示モードがノーマリーホワイトモードの半透過型液晶表示装置による反射表示及び透過表示の動作について、図２を参照してより詳細に説明する。

まず、反射部ＰＲにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を与えていない状態すなわち電圧無印加時において、以下のように動作する。すなわち、対向基板ＣＴ側から入射した外光は、第２光学素子ＯＤ２を通過することにより例えば時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換された後、対向基板ＣＴを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられた後に反射電極ＥＰＲに達する。反射電極ＥＰＲにより反射された反射光は、その時点でπの位相差が与えられ、再び液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられる。つまり、液晶層ＬＱを往復した楕円偏光は２πの位相差が与えられることになる。したがって、反射部ＰＲによって反射された反射光は、時計回りの楕円偏光の偏光状態を保って対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２光学素子ＯＤ２を通過可能であるため、カラーフィルタ３４の色に即した単色の明表示に寄与する。

一方、反射部ＰＲにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を与えた状態すなわち電圧印加時において、以下のように動作する。すなわち、電圧無印加時と同様に、対向基板ＣＴ側から入射した外光は、第２光学素子ＯＤ２を通過することにより例えば時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、対向基板ＣＴを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、電圧印加時の液晶層ＬＱの残留リタデーションが０の場合には、液晶層ＬＱを通過する際に位相差の影響を受けないので、そのままの偏光状態を保って反射電極ＥＰＲに達する。反射電極ＥＰＲにより反射された反射光は、前述と同様にその時点でπの位相差が与えられ、再び液晶層ＬＱを通過するが、位相差の影響を受けないので、液晶層ＬＱを往復した楕円偏光はπの位相差が与えられることになる。つまり、反射部ＰＲによって反射された反射光は、反時計回りの楕円偏光の偏光状態に変換されて対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２光学素子ＯＤ２を通過しない。このため、暗表示すなわち黒表示となる。

なお、液晶層ＬＱに電圧を印加した場合には、基板界面の液晶分子は、配向規制力（アンカリング）により完全に立ちきらないため、電圧印加時の液晶層ＬＱの残留リタデーションは０ではなく、数〜数十ｎｍ程度の残留リタデーションを有するのが通常である。その際は、第２光学素子ＯＤ２を構成するいずれかの層のリタデーション値を液晶層ＬＱの残留リタデーションの分だけ小さくすることにより、反射電極ＥＰＲに達する光の偏光状態は液晶層ＬＱの残留リタデーションが０の時と同一となり、上述と同様なメカニズムで黒表示を行うことができる。

このように、反射部ＰＲでは、外光を選択的に反射することによって画像を表示する。

透過部ＰＴにおける液晶層ＬＱを通過する光は、電圧無印加時において、以下のように動作する。すなわち、バックライトユニットＢＬから出射されたバックライト光は、第１光学素子ＯＤ１を通過することにより例えば反時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、アレイ基板ＡＲを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、反射部ＰＲの約２倍のギャップを有する透過部ＰＴにおいて液晶層ＬＱを通過する際にπの位相差が与えられる。つまり、透過部ＰＴを透過した透過光は、時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２光学素子ＯＤ２を通過可能であるため、カラーフィルタ３４の色に即した単色の明表示に寄与する。

一方、透過部ＰＴにおける液晶層ＬＱを通過する光は、電圧印加時において、以下のように動作する。すなわち、電圧無印加時と同様に、アレイ基板ＡＲ側から入射したバックライト光は、第１光学素子ＯＤ１を通過することにより例えば反時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、アレイ基板ＡＲを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、例えば電圧印加時の液晶層の残留リタデーションが０の場合には、液晶層ＬＱを通過する際に位相差の影響を受けないので、そのままの偏光状態を保って対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２光学素子ＯＤ２を通過しない。このため、暗表示、すなわち黒表示となる。

このように、透過部ＰＴでは、バックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する。

（実施例１）
液晶層ＬＱは、ホモジニアス配向した液晶分子４０を含む液晶組成物で構成されており、例えば、液晶組成物としてＭＪ０４１１１３（メルク社製、Δｎ＝０．０６５）を適用した。このとき、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄは、図４に示すＸ−Ｙ平面内において、２７０°の方位に設定されている。

第１偏光板５１は、その吸収軸Ａ１とＸ軸との間に成す角度θ１（ｄｅｇ）で配置される。第１位相差板５２は、上述したように、第１偏光板５１と協同して所定の楕円率を有する楕円偏光を形成するように最適化され、その遅相軸Ｄ１とＸ軸との間に成す角度θ２（ｄｅｇ）で配置される（つまり、｜θ２−θ１｜が２５度以上７０度以下の範囲内となるようにθ１及びθ２を選択する）。

同様に、第２偏光板６１は、その吸収軸Ａ２と第１偏光板５１の吸収軸Ａ１とがほぼ直交するように配置され、ここではＸ軸との間に成す角度θ５（ｄｅｇ）で配置される。第２位相差板６２は、上述したように、第２偏光板６１と協同して所定の楕円率を有する楕円偏光を形成するように最適化され、その遅相軸Ｄ３とＸ軸との間に成す角度θ６（ｄｅｇ）で配置される（つまり、｜θ６−θ５｜が２５度以上７０度以下の範囲内となるようにθ５及びθ６を選択する）。

この実施例では、第１位相差板５２及び第２位相差板６２は、一軸性の１／４波長板（面内位相差は１４５ｎｍ）であるゼオノア（株式会社オプテス製）を採用した。また、このとき、θ１＝１°、θ２＝３６°、θ５＝９１．５°、θ６＝１４５°とした。

前方散乱フィルム７１は、その主散乱方向が液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄと平行（２７０°方位）となるように配置されている。

このような実施例１によれば、第１偏光板５１及び第１位相差板５２を透過した波長５５０ｎｍの光の楕円率は０．７５であり、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光についてほぼ同等の楕円率が得られた。また、第２偏光板６１及び第２位相差板６２を透過した波長５５０ｎｍの光についても楕円率は０．７５であり、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光についてほぼ同等の楕円率が得られた。

また、この実施例１によれば、主視角方向（２７０°方位）で階調反転は見られず、主視角方向での視野角が拡大できていることが確認された。

（実施例２）
前方散乱フィルム７１を第１前方散乱フィルム７１Ａ及び第２前方散乱フィルム７１Ｂに置き換える以外は、実施例１と同一構成の液晶表示装置において、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄは、２７０°の方位に設定され、第１前方散乱フィルム７１Ａの第１主散乱方向は、２２５°方位に設定され、さらに、第２前方散乱フィルム７１Ｂの第２主散乱方向は、３１５°方位に設定した。

このような実施例２によれば、主視角方向（２７０°方位）で階調反転は見られず、さらに、０°方位及び１８０°方位での階調反転も改善され、実施例１よりもさらに視野角が拡大できていることが確認された。

なお、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、スイッチング素子ＷがＮチャネル薄膜トランジスタで構成された例について説明したが、同様の各種駆動信号を発生できる構成であれば、他の構成であっても良い。

また、上述した実施例では、第１位相差板及び第２位相差板のそれぞれは、一軸性の位相差板であるゼオノアを採用したが、同様の一軸性の位相差板や、２軸の位相差板など要求される性能及び補償すべき位相差などに応じて適宜採用可能である。

さらに、上述した実施の形態では、前方散乱フィルムは、第２光学素子と液晶表示パネルとの間に配置したが、この例に限らず、第２光学素子の表面上に配置しても良いし、第２光学素子内（例えば、第２偏光板と第２位相差板との間など）に配置しても良いが、前方散乱フィルムと液晶層との間隔が大きいと表示ボケも大きくなることから、実施の形態で説明したようにこれらは可能な限り接近して配置することが望ましい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図である。 図３は、図２に示した液晶表示装置に前方散乱フィルムを追加した構成を概略的に示す図である。 図４は、図２に示した液晶表示装置において液晶分子のダイレクタを基準として、第１光学素子及び第２光学素子の配置関係を説明するための図である。 図５は、前方散乱フィルムの特性を説明するための図である。 図６は、液晶分子のダイレクタを説明するための図である。 図７は、図２に示した液晶表示装置に第１前方散乱フィルム及び第２前方散乱フィルムを追加した構成を概略的に示す図である。

符号の説明

ＬＰＮ…液晶表示パネル、ＡＲ…アレイ基板、ＣＴ…対向基板、ＬＱ…液晶層、ＰＴ…透過部、ＰＲ…反射部、ＯＤ１…第１光学素子、ＯＤ２…第２光学素子、５１…第１偏光板、５２…第１位相差板、６１…第２偏光板、６２…第２位相差板、７１…前方散乱フィルム、７１Ａ…第１前方散乱フィルム、７１Ｂ…第２前方散乱フィルム、ＢＬ…バックライトユニット、ＰＸ…画素

Claims (10)

1. マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
   互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの一方の外面に設けられ、第１偏光板、及び、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第１偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第１位相差板、を含む第１光学素子と、
   前記液晶表示パネルの他方の外面に設けられ、第２偏光板、及び、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第２偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第２位相差板、を含む第２光学素子と、
   前記第２光学素子と前記液晶表示パネルとの間に配置された前方散乱フィルムと、を備え、
   前記液晶表示パネルの主視角方向と前記前方散乱フィルムの主散乱方向とが面内で略平行であることを特徴とする液晶表示装置。
2. マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
   互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの一方の外面に設けられ、第１偏光板、及び、前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第１偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第１位相差板、を含む第１光学素子と、
   前記液晶表示パネルの他方の外面に設けられ、第２偏光板、及び、前記第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され前記第２偏光板を透過した直線偏光を楕円偏光に変換する第２位相差板、を含む第２光学素子と、
   前記第２光学素子と前記液晶表示パネルとの間に配置された第１前方散乱フィルムと、
   前記第２光学素子と前記第１前方散乱フィルムとの間に配置された第２前方散乱フィルムと、を備え、
   前記第１前方散乱フィルムの第１主散乱方向と前記第２前方散乱フィルムの第２主散乱方向とが面内で略直交することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記第１偏光板の吸収軸と、前記第１位相差板の遅相軸との成す鋭角の角度は、２５度以上７０度以下の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２偏光板の吸収軸と、前記第２位相差板の遅相軸との成す鋭角の角度は、２５度以上７０度以下の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１光学素子側から前記液晶表示パネルを照明するバックライトユニットを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
6. 表示モードがノーマリーホワイトであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶層は、ホモジニアス配向した液晶分子を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層は、ホモジニアス配向した液晶分子を含み、
   前記液晶分子のダイレクタと、第１主散乱方向及び第２主散乱方向との面内でなす角度は略４５°であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
9. 前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、これらを通過した光の偏光状態を制御し、波長５５０ｎｍの光について、０．５以上０．８５以下の楕円率を有する楕円偏光に変換することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
10. 前記液晶層に入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率は、その最大値と最小値との差が０．１５より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。

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