JP2007047204A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角制御に優れた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、アレイ基板、対向基板、および液晶層を含む液晶表示パネルと、バックライトと、バックライトおよびアレイ基板間に設けられた偏光反射板と、を有している。偏光反射板は、等方性媒体からなる等方性媒体層、およびこの等方性媒体層に積層され、屈折率異方性を有した異方性媒体層を含む。異方性媒体層は光学的に一軸性の媒体で形成されている。異方性媒体層の光軸の平均的な方向は、偏光反射板の法線方向および面方向から傾いている。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置はノートパソコン、モニター、カーナビゲーションシステム、関数電卓、中小型ＴＶ、大型ＴＶ、携帯電話、および電子手帳など様々な分野に応用されている。液晶表示装置は、薄膜トランジスタ駆動の実現及びインプレーンスイッチングモード（ＩＰＳ）やマルチバーティカルアラインモード（ＭＶＡ）、ワイドビューフィルムを適用することによって広い視野角特性および高いコントラスト特性を得ている。

液晶表示装置の中でカーナビゲーションシステム用の液晶表示装置においては、昼間の高い照度下でも十分に視認できるよう高い輝度特性が求められている。その反面、夜間の低い照度下で使用する場合、液晶表示装置を出射した光が自動車（乗用車）のフロントガラスに映り込むのを防止するよう、液晶表示装置には、表示面の法線方向より上の方向に沿った輝度を極力抑える措置が施されている。

高い輝度特性を得る手段としては、液晶セルの高透過率設計（表示モード、カラーフィルタの高透過率化、画素の高開口率設計など）、偏光板の高透過率設計（偏光子の高透過率化、表面の反射防止設計など）、バックライトの高輝度化、高効率化の他に、液晶セルとバックライトの間に位置する偏光板にて吸収される偏光をバックライト方向に反射させる偏光反射板を配置する手段が採られている。

表示面の法線方向より上の方向に沿った輝度を抑える手段としては、ルーバーシートを液晶セルとバックライトの間に配置する手段がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−５８０６６号公報

従来のルーバーシートは視野角を十分狭くさせる目的でシート法線方向に数ミリ程度の遮光層を設けているが、この場合、光の透過率が低く、液晶表示装置の輝度低下を招く。また、ルーバーシートの製造工程は複雑で製造コストも高い。ルーバーシートおよび偏光反射板の双方を用いた場合、液晶表示装置全体の厚みが増大するばかりでなく、製造コストが極めて高くなる問題が生じる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、輝度が高く、かつ、視野角を任意に制御できる液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る液晶表示装置は、アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置いて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層と、を含む液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルのアレイ基板と対向して設けられたバックライトと、前記バックライトおよびアレイ基板間に設けられ、等方性媒体からなる等方性媒体層、およびこの等方性媒体層に積層され、屈折率異方性を有した異方性媒体層を含む偏光反射板と、を有し、前記異方性媒体層は光学的に一軸性の媒体で形成され、前記異方性媒体層の光軸の平均的な方向は、前記偏光反射板の法線方向および面方向から傾いている。

上記のように構成された液晶表示装置によれば、偏光反射板は、等方性媒体層と異方性媒体層とを積層して構成されるため、偏光反射板に対するバックライトを出射するバックライト光の入射角度により、各方向に対する等方性媒体層と異方性媒体層との屈折率差の有無を異ならせることができる。このため、偏光反射板の正面方向、上方向（偏光反射板の法線方向および面方向から傾いた方向）に対しては、１方向のみ屈折率差が生じ、下方向（偏光反射板の法線方向に対し、上方向の反対側に傾いた方向）では全方向に対して屈折率差が生じるような機能が得られる。

偏光反射板に上記機能を設ければ、等方性媒体層と異方性媒体層との間で前述した屈折率差により界面反射が生じ、屈折率差の生じている方向の偏光成分のみが反射される。このため、上述した機能を得る偏光反射板の場合、正面方向、上方向に対しては１方向の直線偏光が反射され、下方向では全ての偏光成分、つまり全ての光が反射される。

つまりは、偏光反射板に対するバックライト光の入射角度により、全ての光を反射したり、ある偏光成分のみを反射したり、全ての光を透過したり、入射した光の透過、反射を入射角度によって異ならせることができる。これにより、輝度が高く、かつ、視野角を任意に制御できる液晶表示装置が得られる。

この発明によれば、輝度が高く、かつ、視野角を任意に制御できる液晶表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る液晶表示装置について詳細に説明する。
図１に示すように、液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネル１と、この液晶表示パネルに所定の間隔を置いて対向配置されたバックライト２と、これら液晶表示パネルおよびバックライトの間に配置された偏光反射板３と、を有している。

液晶表示パネル１は、アレイ基板１０と、対向基板２０と、液晶層３０と、を備えている。

アレイ基板１０はガラス基板１１と、このガラス基板上に形成された複数の画素電極１２と、各画素電極を含みガラス基板上に成膜された配向膜１３と、を有している。また、アレイ基板１０は、ガラス基板１１上に形成された図示しない各種配線やスイッチング素子としての薄膜トランジスタ等を有している。対向基板２０は、ガラス基板２１と、このガラス基板上に形成された共通電極２２と、共通電極上に形成された配向膜２３と、を有している。画素電極１２および共通電極２２は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成されている。配向膜１３および配向膜２３には配向処理（ラビング）が施されている。

アレイ基板１０および対向基板２０は、複数のスペーサ３１により所定の隙間を保持して対向配置されている。アレイ基板１０および対向基板２０は、両基板の周縁部に配置されたシール材３２により互いに接合されている。液晶層３０は、アレイ基板１０、対向基板２０、および液晶層３０の間に狭持されている。アレイ基板１０の外面には第１偏光板４１が配置され、対向基板２０の外面には第２偏光板４２が配置されている。より詳しくは、アレイ基板１０および第１偏光板４１、並びに対向基板２０および第２偏光板４２は、それぞれ糊を介して貼り合わされている。

バックライト２は、アレイ基板１０の外面側に設けられている。バックライト２は、第１偏光板４１と対向しているとともに導光板を含む導光体５１、この導光体の一側縁に対向配置された光源５２、および反射板５３を有している。

図１および図２に示すように、偏光反射板３は、第１偏光板４１および導光体５１の間に配置されている。偏光反射板３は等方性媒体層Ａおよび異方性媒体層Ｂを有している。等方性媒体層Ａは、等方性媒体として、例えば、アートン樹脂で形成されている。異方性媒体層Ｂは光学的に一軸性の媒体で形成されている。より詳しくは、異方性媒体層Ｂは、負の屈折率異方性を有する材料として、例えば、ＵＶ（ultraviolet）架橋によりディスコティック液晶をポリマ化した材料で形成されている。偏光反射板３は等方性媒体層Ａおよび異方性媒体層Ｂをそれぞれ複数層、例えば１０２４層有し、等方性媒体層および異方性媒体層を交互に積層して構成されている。なお、液晶表示装置の表示面（第２偏光板４２の外面）の面方向および偏光反射板３（異方性媒体層Ｂ）の面方向は平行である。

次に、上記偏光反射板３の製造方法について説明する。
まず、等方性媒体として、（株）ＪＳＲ製のアートン樹脂を用意する。続いて、用意したアートン樹脂を、ガラス転移点以上の温度で、波長５５０ｎｍに対する屈折率が１．５０１であり等方性となるよう膜厚１００μｍに延伸する。これにより、アートン樹脂層が形成される。その後、アートン樹脂層の両面をラビングする。その際、ラビング方向は互いに反平行とする。

次いで、アートン樹脂層上に、ディスコティック液晶を膜厚１００μｍに塗布し、ディスコティック液晶層を形成する。ディスコティック液晶層は膜厚１００μｍにおいて、波長５５０ｎｍに対する常光屈折率が１．６０１であり異常光屈折率が１．５０１である。続いて、ラビングされた他のアートン樹脂層を用意し、他のアートン樹脂層をディスコティック液晶層の上に貼り合せる。さらに、他のアートン樹脂層上にディスコティック液晶を膜厚１００μｍに塗布する。これにより、アートン樹脂層とディスコティック液晶層とが交互に２層ずつ積層された積層膜が形成される。

その後、ディスコティック液晶層が等方性となる温度、具体的には１００℃にて積層膜をラビング方向と平行な方向に各層の膜厚が半分となるよう延伸する。次いで、延伸された積層膜を各々のラビング方向が平行となるよう重ね合わせる。これにより、積層膜は同一の総膜厚にて倍の積層数となる。具体的には、アートン樹脂層とディスコティック液晶層とが２層ずつ積層された積層膜を４層ずつ積層された積層膜として形成した。その後、上記作業（延伸および重ね合わせ）を、さらに８回繰り返し、アートン樹脂層とディスコティック液晶層とが１０２４層ずつ積層された積層膜を形成する。

次いで、ディスコティック液晶層が異方性となる温度、具体的には８０℃にて積層膜をラビング方向と平行な方向に延伸する。延伸する際は、ディスコティック液晶層の材料として、液晶分子の光軸が、積層膜の法線方向から一様に７０°傾いた角度となるまで延伸する。この状態にて、積層膜全面に紫外線を照射し、各液晶分子をＵＶ架橋させてポリマ化する。これにより、等方性媒体層Ａおよび異方性媒体層Ｂをそれぞれ１０２４層含んだフィルム状の偏光反射板３が完成する。異方性媒体層Ｂは、この異方性媒体層の材料の光軸が一様に７０°傾いた角度で完成する。

完成した偏光反射板３は、バックライト２およびアレイ基板１０間、より詳しくは、バックライトおよび第１偏光板４１間に設けられる。偏光反射板３および第１偏光板４１は、偏光反射板の延伸方向と第１偏光板の透過軸とが平行となるように配置される。

次に、上記偏光反射板３の一層詳しい構成を説明する。
図３および図４に示すように、等方性媒体層Ａに用いる材料の分子の屈折率をｎ_ｍ（Ａ）、異方性媒体層Ｂに用いる材料の分子において、この分子の光軸方向（Ｚ_Ｂ軸方向）の屈折率をｎｚ（Ｂ）、光軸と直交し、かつ、互いに直交する２方向（Ｘ_Ｂ、Ｙ_Ｂ軸方向）の屈折率をそれぞれｎｘ（Ｂ）、ｎｙ（Ｂ）としたとき、次の関係式（１）が成立つ。
ｎ_ｍ（Ａ）＝ｎｚ（Ｂ）＜ｎｘ（Ｂ）＝ｎｙ（Ｂ） −−−−−−（１）
ここで、等方性媒体層Ａに用いる材料の分子において、互いに直交するＸ_Ａ軸方向、Ｙ_Ａ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ（Ａ）、ｎｙ（Ａ）、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と直交するＺ_Ａ軸方向の屈折率をｎｚ（Ａ）としたとき、ｎｘ（Ａ）＝ｎｙ（Ａ）＝ｎｚ（Ａ）＝ｎ_ｍ（Ａ）の関係式が成立つことは言うまでもない。

上記のように、異方性媒体層Ｂは負の屈折率異方性を有した材料を用いて構成されているため、屈折率ｎ_ｍ（Ａ）、ｎｘ（Ｂ）、ｎｙ（Ｂ）、ｎｚ（Ｂ）の関係、および偏光反射板３に対する入射光の進行は次の通りである。

・異方性媒体層Ｂの分子の光軸と平行な方向の入射光に対しては、ｎ_ｍ（Ａ）≠ｎｘ（Ｂ）、ｎ_ｍ（Ａ）≠ｎｙ（Ｂ）となり、入射光全てを反射する。
・異方性媒体層Ｂの分子の光軸と直交する方向（等方性媒体層Ａおよび異方性媒体層Ｂの面方向ではなく）の入射光に対しては、ｎ_ｍ（Ａ）＝ｎｚ（Ｂ）、ｎ_ｍ（Ａ）≠ｎｙ（Ｂ）となり（入射光とＸ_Ｂ軸方向とが平行な場合）、Ｙ_Ｂ軸と平行な直線偏光のみが反射される。

また、図５および図６に示すように、等方性媒体層Ａの屈折率をｎ（Ａ）、異方性媒体層Ｂの法線方向の屈折率をｎ（Ｂ３）、異方性媒体層の面方向であり、かつ、互いに直交する２方向の屈折率をそれぞれｎ（Ｂ１）、ｎ（Ｂ２）としたとき、次の関係式（２）が成立つ。
ｎ（Ａ）＜ｎ（Ｂ１）＜ｎ（Ｂ３）＜ｎ（Ｂ２） −−−−−−（２）
ここで、等方性媒体層Ａにおいて、等方性媒体層の面方向であり、かつ、互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎ（Ａ１）、ｎ（Ａ２）、等方性媒体層の法線方向の屈折率をｎ（Ａ３）としたとき、ｎ（Ａ１）＝ｎ（Ａ２）＝ｎ（Ａ３）＝ｎ（Ａ）の関係式が成立つことは言うまでもない。

関係式（２）が成立つように異方性媒体層Ｂの光軸を一様に傾かせれば、この光軸と直交する方向が各異方性媒体層の法線方向から４５°未満傾いた方向となる。ここで、光軸と直交する方向が各異方性媒体層Ｂの面方向と異なることは言うまでもない。上記したことから、偏光反射板３に対する入射光の進行は次の通りである。
・異方性媒体層Ｂの光軸方向に対する入射光においては、１直線偏光のみ完全に反射し、これと直交する他の直線偏光は完全に透過する。
・偏光反射板３の法線方向に対する入射光においては、１直線偏光のみ完全に反射し、これと直交する他の直線偏光は殆ど透過する。
・異方性媒体層Ｂの光軸と直交する方向に対する入射光においては、全て完全に反射する。

図７に示すように、上記したことから、偏光反射板３の正面方向ｄ１、下方向（偏光反射板の法線方向および面方向から傾いた方向）ｄ２に対しては１直線偏光を反射し、これと直交する他の直線偏光を透過するような機能が得られる。上方向（偏光反射板の法線方向に対し、下方向の反対側に傾いた方向）ｄ３に対しては全ての光を反射させるような機能が得られる。このように、偏光反射板３に対するバックライト光の入射角度により、偏光反射板は、全ての光を反射したり、ある偏光成分のみを反射したり、全ての光を透過したり、入射した光の透過、反射を入射角度によって異ならせることができる。

次に、上述した実施の形態の液晶表示装置の輝度視角特性について説明する。
図８および図９に示すように、観察者が液晶表示装置の表示面を観察する際の視角において、偏光反射板３の法線方向（正面方向）から表示面を観察する際の視角θを０°とし、法線方向より上方から表示面を観察する際の視角θをプラス（＋）、法線方向より下方から表示面を観察する際の視角θをマイナス（−）とする。

液晶表示装置は、視角θ＝−５°の方向において３１０ｃｄ／ｍ^２と高い輝度を得ている。また、液晶表示装置の輝度は、視角θ＝＋２０°の方向においては３０ｃｄ／ｍ^２、視角θ＝＋３０°以上の方向においては０ｃｄ／ｍ^２である。このように、偏光反射板３（液晶表示装置の表示面）の正面方向（ｄ１）および下方向（ｄ２）の輝度を十分に高く、上方向（ｄ３）の輝度をほぼゼロとする輝度視角特性が得られるため、この実施の形態の液晶表示装置は、輝度が高く、視野角を任意に制御することができる。

上記のように構成された液晶表示装置によれば、液晶表示装置は、バックライト２および第１偏光板４１の間に偏光反射板３を設けている。偏光反射板３は、屈折率ｎ（Ｂ１）を有する方向（延伸方向）が、第１偏光板４１の透過軸と平行となるように配置されている。異方性媒体層Ｂの光軸は、偏光反射板３の下方向ｄ２（液晶表示パネル１からみて上方向）である。また、偏光反射板３は上述した屈折率特性を有している。

このため、バックライト２を出射したバックライト光は、偏光反射板を次のように進行する。正面方向ｄ１および下方向ｄ２に対しては１直線偏光が偏光反射板３で反射し、これと直交する他の直線偏光が偏光反射板を透過する。上方向ｄ３に対するバックライト光の進行においては、全ての偏光成分が偏光反射板３で反射される。結果的に上記偏光反射板３では、従来の偏光反射板と同様全ての方向において１直線偏光を反射し、さらに、上方向ｄ３においては、これと直交する他の直線偏光も反射する。

偏光反射板３を透過した光の偏光方向は第１偏光板４１の透過軸と平行であるため、その光は第１偏光板４１を透過する。上記したように、液晶表示装置に１枚の偏光反射板３を設けることにより、画像表示時、液晶表示装置の表示面の正面方向（ｄ１）および下方向（ｄ２）に対する輝度を十分に高く、上方向（ｄ３）に対する輝度をほぼゼロにする輝度視角特性が得られる。上記したことから、輝度が高く、視野角を任意に制御できる液晶表示装置が得られる。

偏光反射板３で反射されたバックライト光はバックライト２に戻り、このバックライト内で再び反射される。反射したバックライト光は、再びバックライト２を出射するため、液晶表示装置の輝度の向上に寄与している。また、従来の液晶表示装置には、全ての方向において１直線方向成分しか反射しない偏光反射板が設けられている。本実施の形態に係る液晶表示装置は従来の液晶表示装置に比べ上方向ｄ３における反射成分が多いため、全体の輝度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置にはルーバーシートが設けられていない。このため、ルーバーシート自体の光吸収によるバックライト光の透過率の低下、すなわち、輝度低下を防止することができる。液晶表示装置全体の厚みの増大を抑制でき、かつ、製造コストにおける低コスト化を実現することができる。

さらに、本願発明者は、自動車に搭載するカーナビゲーションシステムの表示部に、上記液晶表示装置を適用した場合の液晶表示装置の使用状態を調査した。
図１０に示すように、自動車は、運転者席１００と、この運転者席の前方に位置したフロントガラス１０１とを有している。運転者席１００の前方、かつ、フロントガラス１０１の下方にカーナビゲーションシステムの表示部としての液晶表示装置１０２が設けられている。

一般に、液晶表示装置１０２は、運転者席１００の左側または右側に位置している。運転者の目線は、液晶表示装置１０２の表示面の法線方向（０°）、またはこの法線方向よりも下方向となる。このため、運転者は液晶表示装置１０２の表示面を斜め上方向に観察する場合もあるため、液晶表示装置から見れば斜め下方向ｄ２の視野角が重要となる。この視野角はアイポイントと呼ばれ、その具体的な角度は左若しくは右方向で３０°、下方向ｄ２で５°とされる。

液晶表示装置１０２の表示面の上方向ｄ３で、その表示面の法線方向から２０°以上の方向への光は、フロントガラス１０１への写り込みの元になる。このため、フロントガラス１０１への写り込みを防ぐには、液晶表示装置１０２の輝度が上方向ｄ３に対して小さいほど良い。

上記したことから、液晶表示装置１０２の異方性媒体層Ｂを構成する材料の光軸は、偏光反射板３の法線方向から下方向ｄ２に６０°ないし８０°傾いている。これにより、液晶表示装置１０２は上記アイポイントを含め、表示面の法線方向（正面方向）および下方向ｄ２の輝度を高めることができる。また、液晶表示装置１０２は上方向ｄ３で、２０°以上の方向の輝度をほぼゼロとすることができる。このため、液晶表示装置１０２を出射する光に起因したフロントガラス１０１への写り込みを防止できる輝度視角特性が得られる。

上記した偏光反射板３を得るためには、異方性媒体層Ｂを負の屈折率異方性を有する一軸性の材料で形成する必要がある。異方性媒体層Ｂを形成する材料の各分子の光軸を一様に傾かせるためには、その異方性媒体層をディスコティック液晶またはこのディスコティック液晶をポリマ化した材料で形成することが望ましい。このため、異方性媒体層Ｂをディスコティック液晶で形成する場合、各液晶分子を一様に傾斜配向させれば良い。

一般に、ディスコティック液晶に代表される負の屈折率異方性を有する異方性媒体層Ｂにおいて、一軸性の液晶材料の光軸方向の屈折率は、可視光中心波長の５５０ｎｍにおいて略１．５０である。

上記したように異方性媒体層Ｂを形成した場合、その異方性媒体層の材料の光軸方向に対する屈折率と等しい屈折率の等方性媒体で等方性媒体層Ａを形成する必要がある。屈折率１．５０とほぼ等しい屈折率を有する材料としては、アートン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、およびポリサルフォン樹脂が挙げられる。このため、等方性媒体層Ａを形成する場合は、アートン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、またはポリサルフォン樹脂の材料で形成すれば良い。

上記した調査によれば、液晶表示装置１０２は偏光反射板３を有しているため、この液晶表示装置の上方向ｄ３の輝度を絞り込むことができる。このため、液晶表示装置１０２をカーナビゲーションシステムの表示部に適用した場合でも、その液晶表示装置を出射する光に起因したフロントガラス１０１への写り込みを防止することができる。さらに、従来の偏光反射板を用いた液晶表示装置よりも下方向ｄ２の輝度を向上させることができ、かつ、低コスト化を実現することができる。
なお、上記液晶表示装置１０２は、カーナビゲーションシステムの表示部に限定して用いられるものではない。

ここで、（ａ）従来の偏光反射板およびルーバーシートを備えた液晶表示装置と、（ｂ）従来の偏光反射板のみを備えた液晶表示装置と、（ｃ）従来の偏光反射板およびルーバーシートを備えず形成された液晶表示装置と、の輝度視角について説明する。

図９に示すように、（ｃ）の液晶表示装置と比較して（ｂ）の液晶表示装置は、全体的に高い輝度が得られる。ところが、（ｂ）および（ｃ）の液晶表示装置は、いずれも上方向の輝度が絞り込まれていなため、フロントガラスへの写り込みを防止することはできない。（ａ）の液晶表示装置は、上方向の輝度が絞り込まれているものの、（ｂ）および（ｃ）の液晶表示装置と比較して正面方向および下方向の輝度が著しく低い。

上述した実施の形態の液晶表示装置は、アイポイントである下方向の輝度が、上記した（ａ）ないし（ｃ）のいずれの液晶表示装置の輝度よりも高い。このため、上述した実施の形態の液晶表示装置は、写り込み防止の他、正面および下方向の輝度向上を１枚の偏光反射板で実現していることがわかる。

次に、この発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置について詳細に説明する。この実施の形態において、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルおよびバックライトは上述したと液晶表示パネルおよびバックライトと同様に構成されているため、以下、偏光反射板について説明する。なお、この実施の形態において、他の構成は上述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２に示すように、上述した実施の形態と同様、偏光反射板３は、等方性媒体層Ａおよび異方性媒体層Ｂをそれぞれ複数層、例えば１０２４層有し、等方性媒体層および異方性媒体層を交互に積層して構成されている。

等方性媒体層Ａは、等方性媒体として、例えば、ポリイミド樹脂で形成されている。異方性媒体層Ｂは一軸性の媒体で形成されている。より詳しくは、異方性媒体層Ｂは、正の屈折率異方性を有する材料として、例えば、ＵＶ架橋によりネマティック液晶をポリマ化した材料で形成されている。なお、液晶表示装置の表示面（第２偏光板４２の外面）の面方向および偏光反射板３（異方性媒体層Ｂ）の面方向は平行である。

次に、上記偏光反射板３の製造方法について説明する。
まず、等方性媒体として、（株）ＪＳＲ製のポリイミド樹脂を用意する。続いて、用意したポリイミド樹脂を、ガラス転移点以上の温度で、波長５５０ｎｍに対する屈折率が１．５０１であり等方性となるよう膜厚１００μｍに延伸する。これにより、ポリイミド樹脂層が形成される。その後、ポリイミド樹脂層の両面に垂直配向膜として、例えば（株）ＪＳＲ製のＪＡＬＳ２１４−ｒ１４を塗布および焼成する。そして、ポリイミド樹脂層の両面に成膜された垂直配向膜をラビングする。その際、ラビング方向は互いに反平行とする。

次いで、垂直配向膜（ラビング済）が成膜されたポリイミド樹脂層上に、ネマティック液晶を膜厚１００μｍに塗布し、ネマティック液晶層を形成する。ネマティック液晶層は膜厚１００μｍにおいて、波長５５０ｎｍに対する常光屈折率が１．５０１であり異常光屈折率が１．６０１である。続いて、垂直配向膜（ラビング済）が成膜された他のポリイミド樹脂層を用意し、他のポリイミド樹脂層をネマティック液晶層の上に貼り合せる。さらに、他のポリイミド樹脂層上にネマティック液晶を膜厚１００μｍに塗布する。これにより、ポリイミド樹脂層とディスコティック液晶層とが交互に２層ずつ積層された積層膜が形成される。

その後、ネマティック液晶層が等方性となる温度、具体的には１００℃にて積層膜をラビング方向と平行な方向に各層の膜厚が半分となるよう延伸する。次いで、延伸された積層膜を各々のラビング方向が平行となるよう重ね合わせる。これにより、積層膜は同一の総膜厚にて倍の積層数となる。具体的には、ポリイミド樹脂層とネマティック液晶層とが２層ずつ積層された積層膜を４層ずつ積層された積層膜として形成した。その後、上記作業（延伸および重ね合わせ）を、さらに８回繰り返し、ポリイミド樹脂層とネマティック液晶層とが１０２４層ずつ積層された積層膜を形成する。

次いで、ネマティック液晶層が異方性となる温度、具体的には８０℃にて積層膜をラビング方向と平行な方向に延伸する。延伸する際は、ネマティック液晶層の材料として、液晶分子の光軸が、積層膜の法線方向から一様に２０°傾いた角度となるまで延伸する。

この状態にて、積層膜全面に紫外線を照射し、各液晶分子をＵＶ架橋させてポリマ化する。これにより、等方性媒体層Ａおよび異方性媒体層Ｂをそれぞれ１０２４層含んだフィルム状の偏光反射板３が完成する。異方性媒体層Ｂは、この異方性媒体層の材料（材料の分子）の光軸が一様に２０°傾いた角度で完成する。

完成した偏光反射板３は、バックライト２および第１偏光板４１間に設けられる。偏光反射板３および第１偏光板４１は、偏光反射板の延伸方向と第１偏光板の透過軸とが平行となるように配置される。

次に、上記偏光反射板３の一層詳しい構成を説明する。
図１１および図１２に示すように、等方性媒体層Ａに用いる材料の分子の屈折率をｎ_ｍ（Ａ）、異方性媒体層Ｂに用いる材料の分子において、この分子の光軸方向（Ｚ_Ｂ軸方向）の屈折率をｎｚ（Ｂ）、光軸と直交し、かつ、互いに直交する２方向（Ｘ_Ｂ、Ｙ_Ｂ軸方向）の屈折率をそれぞれｎｘ（Ｂ）、ｎｙ（Ｂ）としたとき、次の関係式（３）が成立つ。
ｎ_ｍ（Ａ）＝ｎｚ（Ｂ）＞ｎｘ（Ｂ）＝ｎｙ（Ｂ） −−−−−−（３）
ここで、等方性媒体層Ａに用いる材料の分子において、互いに直交するＸ_Ａ軸方向、Ｙ_Ａ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ（Ａ）、ｎｙ（Ａ）、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と直交するＺ_Ａ軸方向の屈折率をｎｚ（Ａ）としたとき、ｎｘ（Ａ）＝ｎｙ（Ａ）＝ｎｚ（Ａ）＝ｎ_ｍ（Ａ）の関係式が成立つことは言うまでもない。

上記のように、異方性媒体層Ｂは正の屈折率異方性を有した材料を用いて構成されているため、屈折率ｎ_ｍ（Ａ）、ｎｘ（Ｂ）、ｎｙ（Ｂ）、ｎｚ（Ｂ）の関係、および偏光反射板３に対する入射光の進行は次の通りである。

・異方性媒体層Ｂの分子の光軸と平行な方向の入射光に対しては、ｎ_ｍ（Ａ）≠ｎｘ（Ｂ）、ｎ_ｍ（Ａ）≠ｎｙ（Ｂ）となり、入射光全てを反射する。
・異方性媒体層Ｂの分子の光軸と直交する方向（等方性媒体層Ａおよび異方性媒体層Ｂの面方向ではなく）の入射光に対しては、ｎ_ｍ（Ａ）＝ｎｚ（Ｂ）、ｎ_ｍ（Ａ）≠ｎｙ（Ｂ）となり（入射光とＸ_Ｂ軸方向とが平行な場合）、Ｙ_Ｂ軸と平行な直線偏光のみが反射される。

また、図１３および図１４に示すように、等方性媒体層Ａの屈折率をｎ（Ａ）、異方性媒体層Ｂの法線方向の屈折率をｎ（Ｂ３）、異方性媒体層の面方向であり、かつ、互いに直交する２方向の屈折率をそれぞれｎ（Ｂ１）、ｎ（Ｂ２）としたとき、次の関係式（４）が成立つ。
ｎ（Ａ）＞ｎ（Ｂ１）＞ｎ（Ｂ３）＞ｎ（Ｂ２） −−−−−−（４）
ここで、等方性媒体層Ａにおいて、等方性媒体層の面方向であり、かつ、互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎ（Ａ１）、ｎ（Ａ２）、等方性媒体層の法線方向の屈折率をｎ（Ａ３）としたとき、ｎ（Ａ１）＝ｎ（Ａ２）＝ｎ（Ａ３）＝ｎ（Ａ）の関係式が成立つことは言うまでもない。

関係式（４）が成立つように異方性媒体層Ｂの光軸を一様に傾かせれば、この光軸と直交する方向が各異方性媒体層の法線方向から４５°未満傾いた方向となる。ここで、光軸と直交する方向が各異方性媒体層Ｂの面方向と異なることは言うまでもない。上記したことから、偏光反射板３に対する入射光の進行は次の通りである。
・異方性媒体層Ｂの光軸方向に対する入射光においては、１直線偏光のみ完全に反射し、これと直交する他の直線偏光は完全に透過する。
・偏光反射板３の法線方向に対する入射光においては、１直線偏光のみ完全に反射し、これと直交する他の直線偏光は殆ど透過する。
・異方性媒体層Ｂの光軸と直交する方向に対する入射光においては、全て完全に反射する。

図７に示すように、上記したことから、偏光反射板３の正面方向ｄ１、下方向（偏光反射板の法線方向および面方向から傾いた方向）ｄ２に対しては１直線偏光を反射し、これと直交する他の直線偏光を透過するような機能が得られる。上方向（偏光反射板の法線方向に対し、下方向の反対側に傾いた方向）ｄ３に対しては全ての光を反射させるような機能が得られる。

上記したことから、偏光反射板３（液晶表示装置の表示面）の正面方向（ｄ１）および下方向（ｄ２）の輝度を十分に高く、上方向（ｄ３）の輝度をほぼゼロとする輝度視角特性が得られるため、この実施の形態の液晶表示装置は、輝度が高く、視野角を任意に制御することができる。

上記のように構成された液晶表示装置によれば、液晶表示装置は、バックライト２および第１偏光板４１の間に偏光反射板３を設けている。偏光反射板３は、屈折率ｎ（Ｂ１）を有する方向（延伸方向）が、第１偏光板４１の透過軸と平行となるように配置されている。異方性媒体層Ｂの光軸は、偏光反射板３の下方向ｄ２（液晶表示パネル１からみて上方向）である。また、偏光反射板３は上述した屈折率特性を有している。

このため、バックライト２を出射したバックライト光は、偏光反射板を次のように進行する。正面方向ｄ１および下方向ｄ２に対しては１直線偏光が偏光反射板３で反射し、これと直交する他の直線偏光が偏光反射板を透過する。上方向ｄ３に対するバックライト光の進行においては、全ての偏光成分が偏光反射板３で反射される。結果的に上記偏光反射板３では、従来の偏光反射板と同様全ての方向において１直線偏光を反射し、さらに、上方向ｄ３においては、これと直交する他の直線偏光も反射する。

偏光反射板３を透過した光の偏光方向は第１偏光板４１の透過軸と平行であるため、その光は第１偏光板４１を透過する。上記したように、液晶表示装置に１枚の偏光反射板３を設けることにより、画像表示時、液晶表示装置の表示面の正面方向（ｄ１）および下方向（ｄ２）に対する輝度を十分に高く、上方向（ｄ３）に対する輝度をほぼゼロにする輝度視角特性が得られる。上記したことから、輝度が高く、視野角を任意に制御できる液晶表示装置が得られる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置にはルーバーシートが設けられていないため、輝度低下を防止することができる。液晶表示装置全体の厚みの増大を抑制でき、かつ、製造コストにおける低コスト化を実現することができる。

さらに、本願発明者は、自動車に搭載するカーナビゲーションシステムの表示部に、上記液晶表示装置を適用した場合の液晶表示装置の使用状態を調査した。
図１０に示すように、フロントガラス１０１への写り込みを防ぐには、液晶表示装置１０２の輝度が上方向ｄ３に対して小さいほど良い。

上記したことから、液晶表示装置１０２の異方性媒体層Ｂを構成する材料の光軸は、偏光反射板３の法線方向から下方向ｄ２に１０°ないし３０°傾いている。これにより、液晶表示装置１０２は上記アイポイントを含め、表示面の法線方向（正面方向）および下方向ｄ２の輝度を高めることができる。また、液晶表示装置１０２は上方向ｄ３で、２０°以上の方向の輝度をほぼゼロとすることができる。このため、液晶表示装置１０２を出射する光に起因したフロントガラス１０１への写り込みを防止できる輝度視角特性が得られる。

上記した偏光反射板３を得るためには、異方性媒体層Ｂを正の屈折率異方性を有する一軸性の材料で形成する必要がある。異方性媒体層Ｂを形成する材料の各分子の光軸を一様に傾かせるためには、その異方性媒体層をネマティック液晶またはこのネマティック液晶をポリマ化した材料で形成することが望ましい。このため、異方性媒体層Ｂをネマティック液晶で形成する場合、各液晶分子を一様に傾斜配向させれば良い。

一般に、ネマティック液晶に代表される正の屈折率異方性を有する異方性媒体層Ｂにおいて、一軸性の液晶材料の光軸方向の屈折率は、可視光中心波長の５５０ｎｍにおいて略１．５５である。

上記したように異方性媒体層Ｂを形成した場合、その異方性媒体層の材料の光軸方向に対する屈折率と等しい屈折率の等方性媒体で等方性媒体層Ａを形成する必要がある。屈折率１．５５とほぼ等しい屈折率を有する材料としては、ポリイミド樹脂およびポリアミク酸が挙げられる。このため、等方性媒体層Ａを形成する場合は、ポリイミド樹脂またはポリアミク酸の材料で形成すれば良い。

上記した調査によれば、液晶表示装置１０２は偏光反射板３を有しているため、この液晶表示装置の上方向ｄ３の輝度を絞り込むことができる。このため、液晶表示装置１０２をカーナビゲーションシステムの表示部に適用した場合でも、その液晶表示装置を出射する光に起因したフロントガラス１０１への写り込みを防止することができる。さらに、従来の偏光反射板を用いた液晶表示装置よりも下方向ｄ２の輝度を向上させることができ、かつ、低コスト化を実現することができる。
なお、上記液晶表示装置１０２は、カーナビゲーションシステムの表示部に限定して用いられるものではない。
上述した実施の形態の液晶表示装置は、写り込み防止の他、正面および下方向の輝度向上を１枚の偏光反射板で実現していることがわかる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、偏光反射板３は、１層の等方性媒体層Ａおよび１層の異方性媒体層Ｂを有していれば良い。上述した異方性媒体層Ｂはこの異方性媒体層の材料（材料の分子）の光軸が一様に傾いて形成されているが、一様でなくてもよく、異方性媒体層の材料（材料の分子）の光軸の平均的な方向が異方性媒体層（偏光反射板）の法線方向および面方向から傾いて形成されていれば良い。

屈折率ｎ（Ｂ３）は異方性媒体層Ｂの法線方向の平均的な屈折率であればよく、屈折率ｎ（Ｂ１）および屈折率ｎ（Ｂ２）は、異方性媒体層の面方向であり、互いに直行する２方向の平均的な屈折率であれば良い。第１偏光板４１の透過軸の方向は、異方性媒体層Ｂの平均的な屈折率ｎ（Ｂ１）を有する方向と略平行であれば良い。液晶表示パネル１は、透過型に限らず、バックライト２のバックライト光を用いて表示するタイプのものであれば良い。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。 図１に示した偏光反射板を拡大して示す断面図。 図２に示した等方性媒体層を構成する材料の分子の屈折率楕円体を示す斜視図。 図２に示した異方性媒体層を構成する材料の分子の屈折率楕円体を示す斜視図。 図２に示した等方性媒体層の屈折率楕円体を示す投影図。 図２に示した異方性媒体層の屈折率楕円体を示す投影図。 図１に示したバックライトから出射した光の光路を説明する液晶表示装置の概略断面図。 図１に示した液晶表示装置に対する視角の定義を説明するための図。 図１に示した液晶表示装置の視角に対する輝度の変化を示した図。 図１に示した液晶表示装置を自動車に搭載したカーナビゲーションシステムの表示部に適用した場合に、その液晶表示装置を出射した光の光路を示す自動車の断面図。 本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置を構成する偏光反射板の等方性媒体層を構成する材料の分子の屈折率楕円体を示す斜視図。 本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置を構成する偏光反射板の異方性媒体層を構成する材料の分子の屈折率楕円体を示す斜視図。 本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置を構成する偏光反射板の等方性媒体層の屈折率楕円体を示す投影図。 本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置を構成する偏光反射板の異方性媒体層の屈折率楕円体を示す投影図。

符号の説明

１…液晶表示素子、２…バックライト、３…偏光反射板、１０…アレイ基板、１１，２１…ガラス基板、１２…画素電極、１３，２３…配向膜、２２…共通電極、３０…液晶層、３１…スペーサ、３２…シール材、４１…第１偏光板、４２…第２偏光板、５１…導光体、５２…光源、５３…反射板、１００…運転者席、１０１…フロントガラス、Ａ…等方性媒体層、Ｂ…異方性媒体層、ｄ１…正面方向、ｄ２…下方向、ｄ３…上方向、ｎ（Ａ），ｎｘ（Ｂ），ｎｙ（Ｂ），ｎｚ（Ｂ），ｎ（Ｂ１），ｎ（Ｂ２），ｎ（Ｂ３）…屈折率。

Claims (13)

1. アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置いて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層と、を含む液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルのアレイ基板と対向して設けられたバックライトと、
   前記バックライトおよびアレイ基板間に設けられ、等方性媒体からなる等方性媒体層、およびこの等方性媒体層に積層され、屈折率異方性を有した異方性媒体層を含む偏光反射板と、を有し、
   前記異方性媒体層は光学的に一軸性の媒体で形成され、
   前記異方性媒体層の光軸の平均的な方向は、前記偏光反射板の法線方向および面方向から傾いている液晶表示装置。
2. 前記偏光反射板は、複数の前記等方性媒体層および複数の前記異方性媒体層を有し、
   前記等方性媒体層および異方性媒体層は交互に積層されている請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記異方性媒体層は負の屈折率異方性を有し、
   前記等方性媒体層を構成する材料の屈折率をｎ_ｍ（Ａ）、前記異方性媒体層を構成する材料の光軸の方向の屈折率をｎｚ（Ｂ）、前記異方性媒体層の光軸と直交し、かつ、互いに直交する２方向の屈折率をｎｘ（Ｂ）およびｎｙ（Ｂ）とすると、
   ｎ_ｍ（Ａ）＝ｎｚ（Ｂ）＜ｎｘ（Ｂ）＝ｎｙ（Ｂ）
   である請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記等方性媒体層の屈折率をｎ（Ａ）、前記異方性媒体層の法線方向の平均的な屈折率をｎ（Ｂ３）、前記異方性媒体層の面方向であり、互いに直交する２方向の平均的な屈折率をｎ（Ｂ１）およびｎ（Ｂ２）とすると、
   ｎ（Ａ）＜ｎ（Ｂ１）＜ｎ（Ｂ３）＜ｎ（Ｂ２）
   である請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記異方性媒体層を構成する材料の光軸の平均的な方向は、前記偏光反射板の法線方向から６０°ないし８０°傾いている請求項３または４に記載の液晶表示装置。
6. 前記等方性媒体層は、アートン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、またはポリサルフォン樹脂の材料で形成されている請求項３ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記異方性媒体層は、ディスコティック液晶またはこのディスコティック液晶をポリマ化した材料で形成されている請求項３ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記異方性媒体層は正の屈折率異方性を有し、
   前記等方性媒体層を構成する材料の屈折率をｎ（Ａ）、前記異方性媒体層を構成する材料の光軸の方向の屈折率をｎｚ（Ｂ）、前記異方性媒体層の光軸と直交し、かつ、互いに直交する２方向の屈折率をｎｘ（Ｂ）およびｎｙ（Ｂ）とすると、
   ｎ（Ａ）＝ｎｚ（Ｂ）＞ｎｘ（Ｂ）＝ｎｙ（Ｂ）
   である請求項１または２に記載の液晶表示装置。
9. 前記等方性媒体層の屈折率をｎ（Ａ）、前記異方性媒体層の法線方向の平均的な屈折率をｎ（Ｂ３）、前記異方性媒体層の面方向であり、互いに直交する２方向の平均的な屈折率をｎ（Ｂ１）およびｎ（Ｂ２）とすると、
   ｎ（Ａ）＞ｎ（Ｂ１）＞ｎ（Ｂ３）＞ｎ（Ｂ２）
   である請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記異方性媒体層を構成する材料の光軸の平均的な方向は、前記偏光反射板の法線方向から１０°ないし３０°傾いている請求項８または９に記載の液晶表示装置。
11. 前記等方性媒体層は、ポリイミド樹脂、またはポリアミク酸の材料で形成されている請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
12. 前記異方性媒体層は、ネマティック液晶またはこのネマティック液晶をポリマ化した材料で形成されている請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
13. 前記アレイ基板および偏光反射板の間に設けられた偏光板を有し、
    前記偏光板の透過軸の方向は、前記異方性媒体層の平均的な前記屈折率ｎ（Ｂ１）を有する方向と略平行である請求項４ないし７、または９ないし１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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