JP2007192916A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化及び低コスト化が可能であり且つ表示品位の良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面に設けられ、第１偏光板５１、ネマティック液晶分子を液晶状態において法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた第１位相差板ＲＦ１、を含む第１光学素子ＯＤ１と、液晶表示パネルの他方の外面に設けられ、第２偏光板６１、１／４波長板としての第２位相差板ＲＦ２、を含む第２光学素子ＯＤ２と、を備え、第２位相差板は、Ｎｚ係数が１．５以上２．０以下の範囲に設定されたことを特徴とする。
【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た透過型の液晶表示装置に関する。

ツイステッドネマティック（ＴＮ）モードの液晶表示装置と同様に正面から見た場合の表示特性が優れている垂直配向（ＶＡ；Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）モードの液晶表示装置において、視野角補償用位相差フィルムを適用することで、広い視野角特性を実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードなどの液晶表示装置において適用可能な２軸性の複屈折フィルムを製造する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平２００５−０９９２３６号公報 特開平２００５−１８１４５１号公報

近年、一対の基板間にホモジニアス配向した液晶分子を含む液晶層を保持することによって構成された液晶表示装置においては、さらなるコントラストの向上及び視野角の拡大といった表示品位の改善が要求されている。また、その一方で、装置全体の薄型化及び低コスト化が要求されている。

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、薄型化及び低コスト化が可能であるとともに、表示品位の良好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、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む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、この第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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とともにネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた第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、この第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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第２位相差板、を含む第２光学素子と、を備え、
前記第２位相差板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で定義されるＮｚ係数が１．５以上２．０以下の範囲に設定されてい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、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む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、この第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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とともにネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた第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、この第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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１軸の第２位相差板、及び、この第２位相差板と前記液晶表示パネルとの間に配置された第３位相差板、を含む第２光学素子と、を備え、
前記第３位相差板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの関係の屈折率異方性を有することを特徴とする。

この発明によれば、薄型化及び低コスト化が可能であるとともに、表示品位の良好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、バックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過型の液晶表示装置を例に説明する。

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カラー液晶表示装置であって、透過型の液晶表示パネル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、この要に透過部を有するような構成の液晶表示装置は、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パネルＬＰＮは、画像を表示する表示領域ＤＳＰを備えている。表示領域ＤＳＰは、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。

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を用いて形成されている。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などを有している。

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上に配置された半導体層１２を備えている。この半導体層１２は、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成可能であり、ここではポリシリコンによって形成されている。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、走査線Ｙに接続されている（あるいは走査線Ｙと一体的に形成されている）。ゲート電極ＷＧ及び走査線Ｙは、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、及び、走査線Ｙ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、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、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、層間絶縁膜１６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。この画素電極ＥＰ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を用いて形成されている。すなわち、この対向基板ＣＴは、表示領域ＤＳＰにおいて、対向電極ＥＴなどを備えている。対向電極ＥＴは、すべての画素ＰＸに対応して画素電極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ている。また、この対向電極ＥＴは、配向膜３６によって覆われている。

カラー表示タイプの液晶表示装置は、各画素に対応して液晶表示パネルＬＰＮの内面に設けられたカラーフィルタ層３４を備えている。図２に示した例では、カラーフィルタ層３４は、対向基板ＣＴに設けられている。カラーフィルタ層３４は、互いに異なる色、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。

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を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。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、ツイスト角が０ｄｅｇ（ホモジニアス配向）の液晶分子４０を含んでいる。

《第１実施形態》
第１実施形態に係る液晶表示装置においては、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に楕円偏光あるいは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を通過した際に所定の状態に変換される。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、所定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に楕円偏光あるいは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を通過した際に所定の偏光状態に変換される。その後、第２光学素子ＯＤ２から出射された外光は、所定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、１つの第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ＲＦ１と、を含んでいる。

第２光学素子ＯＤ２は、１つの第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ＲＦ２と、を含んでいる。

ここで適用される第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。このような偏光板は、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。

ここで適用される第１位相差板ＲＦ１は、光学的に正の１軸性の屈折率異方性を有するネマティック液晶分子を液晶状態において法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた液晶フィルムである。このような第１位相差板ＲＦ１としては、ＮＨフィルム（新日本石油（株）製）を適用可能である。このような液晶フィルムは、視野角拡大機能を有した位相差板に相当する。

第１光学素子ＯＤ１に含まれる第１位相差板ＲＦ１、及び、第２光学素子ＯＤ２に含まれる第２位相差板ＲＦ２は、それぞれ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２位相差板ＲＦ２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。また、第１位相差板ＲＦ１については、上述した視野角拡大機能のほかに、液晶分子の配向方位を遅相軸とし、それに直交する方位を進相軸とし、これらをそれぞれ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１／４波長板としての機能を有している。

この第１位相差板ＲＦ１は、その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）を有する楕円偏光あるいは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ＲＦ２は、その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あるいは円偏光に変換する機能を有している。

次に、上述した第１実施形態の構成において、第１位相差板ＲＦ１とは液晶表示パネルＬＰＮを挟んで対向する側に配置された第２位相差板ＲＦ２の最適なＮｚ係数の範囲について検討する。ここで、Ｎｚ係数とは、位相差板の面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で与えられる値として定義する。

なお、この検討においては、第１位相差板ＲＦ１について、Ｒｏ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄで定義される面内位相差Ｒｏを１１０ｎｍとし、第１位相差板ＲＦ１における液晶分子の平均傾斜角を２８°に設定した。

ここでは、対向基板側から液晶表示装置を観察したとき、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。

図４Ａ乃至図４Ｅは、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示すものであり、図４Ａは第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数が０．５である場合に相当し、図４Ｂは第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数が１．０である場合に相当し、図４Ｃは第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数が１．５である場合に相当し、図４Ｄは第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数が１．８である場合に相当し、図４Ｅは第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数が２．０である場合に相当する。

ここで、図４Ａ乃至図４Ｅにおいては、中心が液晶表示パネルの法線方向に相当し、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度（視角）であり、それぞれ２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。ここで示した特性図は、各方位についてコントラスト比が１０：１に相当する領域を結ぶことで得られたものである。

図４Ａに示したように、Ｎｚ係数が０．５の第２位相差板ＲＦ２を適用した場合には、特に、画面の右側及び上側については、法線方向から視角を倒すに従いコントラスト比の低下が確認された。また、図４Ｂに示したように、Ｎｚ係数が１．０の第２位相差板ＲＦ２を適用した場合には、若干視野角は拡大するが、図４Ａと比較して劇的な改善効果は認められない。

これに対して、図４Ｃ及び図４Ｅに示すように、Ｎｚ係数が１．５以上２．０以下の範囲の第２位相差板ＲＦ２を適用した場合には、画面の左右及び上下の全方位について、視角が８０°以上の範囲でコントラスト比１０：１が得られ、十分な視野角が得られることが確認できた。

なお、Ｎｚ係数＞２．０の第２位相差板ＲＦ２を適用した場合については、画面の左下方位における視野角が図４Eよりも更に悪化し表示品位を著しく低下させる事を確認した。

このような検討に基づき、上述したような構成の第１実施形態においては、第１位相差板ＲＦ１とは液晶表示パネルＬＰＮを挟んで対向する側に配置された第２位相差板ＲＦ２の最適なＮｚ係数の範囲は、１．５以上２．０以下であることが確認された。

このような第１実施形態に係る構成によれば、コントラストを向上することが可能であり、しかも、視野角を拡大することが可能であり、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。また、１／２波長板などの位相差板を省略することができ、装置全体の薄型化が可能であるとともに低コスト化が可能となる。

ここで、対向基板ＣＴ側に配置した第２光学素子ＯＤ２を第２偏光板６１及び第２位相差板（１／４波長板）ＲＦ２によって構成したときに、第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数を１．５から２．０までの範囲内に設定することによってコントラスト比の高い領域を拡大できた理由について述べる。

いま、液晶層ＬＱをホモジニアス配向の液晶分子４０を含む液晶組成物で構成した場合、図５に示すように、液晶分子４０のダイレクタ（液晶分子の長軸方向）４０ＤをＸ−Ｙ平面内に正射影したときの軸Ｄと、液晶表示パネルの法線Ｚと、を含む平面内において、法線Ｚを基準として軸Ｄ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（＋）、法線Ｚを基準として軸Ｄ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が存在する方位、すなわち軸Ｄの負の方向を主視角方向とし、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄが存在しない方位、すなわち軸Ｄの正の方向を反主視角方向とする。

通常、ホモジニアス配向した液晶分子に起因する複屈折に対する補償を行っていない構成では、液晶表示パネルの法線Ｚに平行な方向から視線を主視角方向に倒して観察した際、見かけ上の液晶分子４０のΔｎが小さくなる。このため、液晶層のリタデーション値Δｎ・ｄ（液晶層のΔｎとセルギャップｄとの積）は、法線Ｚ方向から見た値より小さくなる。この結果、透過表示を行った際、図６Ａに示すように、白表示に対応した階調の透過率が急激に低下するといった現象が起きる。

また、液晶表示パネルの法線Ｚに平行な方向から視線を反主視角方向に倒して観察した際には、全く逆の現象となり、見かけ上の液晶分子４０のΔｎが大きくなる。このため、液晶層のリタデーション値Δｎ・ｄは、法線Ｚ方向から見た値より大きくなる。この結果、透過表示を行った際には、図６Ａに示すように、黒表示に対応した階調の透過率が急激に増加するといった現象が起きる。

このように主視角方向及び反主視角方向で視野角をΘの範囲で振ったときに、それぞれの方向でリタデーション値Δｎ・ｄが異なる変化を示すことになり、表示性能としても異なる現象を示す。特に、反主視角方向では、黒表示に対応した階調の透過率の増加によって、視野角の拡大が妨げられている。

そこで、特に、反主視角方向で視野角を拡大するためには、急激に変化する液晶層のリタデーション値Δｎ・ｄを光学的に補償する必要がある。つまり、リタデーション値Δｎ・ｄが小さくなる方向に変化する主視角方向では、光学的には複屈折楕円体の光軸方向から観測することと等価になるため、楕円率（＝短軸方向の振幅／長軸方向の振幅）の大きい偏光状態（円偏光に近い偏光状態）の光で光学補償する必要があり、逆にリタデーション値Δｎ・ｄが大きくなる方向に変化する反主視角方向では、楕円率の小さい偏光状態（直線偏光に近い偏光状態）の光で光学補償すれば原理的に視野角依存性を改善することが可能となる。

つまり、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄを基準として、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２の設定を調整することで、楕円偏光の楕円率を制御することが可能である。特に、第１光学素子ＯＤ１が視野角拡大機能を有した第１位相差板ＲＦ１を含む構成においては、第２光学素子ＯＤ２を最適化することによって所望の楕円率を有する偏光状態を形成することが可能である。

より具体的には、第２光学素子ＯＤ２を構成する第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数を１．５乃至２．０の範囲内に設定することにより、楕円偏光の楕円率は、主視角方向で相対的に大きく、また、反主視角方向で相対的に小さくなるように制御可能となる。これにより、図６Ｂに示すように、特に、反主視角方向においては、黒表示に対応した階調の透過率の増加が抑えられ、視野角を劇的に拡大することが可能となる。

次に、上述した第１実施形態の構成において、第１位相差板ＲＦ１における液晶分子の最適な平均傾斜角の範囲について検討する。ここで、平均傾斜角とは、（高チルト角＋低チルト角）／２＋低チルト角で与えられる値として定義する。

なお、この検討においては、第２位相差板ＲＦ２のＮｚ係数は、１．８とし、第２位相差板ＲＦ２の面内位相差Ｒｏを１４５ｎｍとした。また、第１位相差板ＲＦ１について、面内位相差Ｒｏを９０ｎｍとした。

図７Ａ乃至図７Ｅは、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示すものであり、図７Ａは平均傾斜角が１７．８°である場合に相当し、図７Ｂは平均傾斜角が２８．２°である場合に相当し、図７Ｃは平均傾斜角が３７．３°である場合に相当し、図７Ｄは平均傾斜角が４４．５°である場合に相当し、図７Ｅは平均傾斜角が３７．３°である場合に相当する。なお、これらの図７Ａ乃至図７Ｄに示した例では、液晶分子のダイレクタを２２５°の方位に設定しており、また、図７Ｅに示した例では、液晶分子のダイレクタを２４０°の方位に設定している。

ここで、図７Ａ乃至図７Ｅに示した特性図は、各方位についてコントラスト比が１０：１に相当する領域を結ぶことで得られたものである。

図７Ａに示したように、平均傾斜角が１７．８°の第１位相差板ＲＦ１を適用した場合には、特に、画面の右側及び上側については法線方向から視角を倒すに従いコントラスト比の低下が確認された。これに対して、図７Ｂ乃至図７Ｄに示したように、平均傾斜角が２８°より大きい第１位相差板ＲＦ１を適用した場合には、画面の左右及び上下の全方位について、視角が６０°以上の範囲でコントラスト比１０：１が得られ、十分な視野角が得られることが確認できた。

また、図７Ｂ乃至図７Ｄに示した例では、画面の左側及び下側について８０°以上の視角でコントラスト比１０：１が得られるのに対して、画面の右側及び上側については６０°程度の範囲内の視角でコントラスト比１０：１が得られる。これは、コントラスト比１０：１の領域が傾いているためである。そこで、図７Ｃに示したような視野角特性が得られた条件で、液晶分子のダイレクタを２４０°の方位に設定することにより、コントラスト比１０：１の領域の傾きが解消できる。つまり、図７Ｅに示したように、平均傾斜角が３７．３°の第１位相差板ＲＦ１を適用し、液晶分子のダイレクタを２４０°の方位に設定することにより、画面の上下及び左右の全方位について８０°以上の視角でもコントラスト比１０：１が得られるようになる。また、液晶分子のダイレクタを１６５°の方位に設定しても、同様の効果が得られる。

このような検討に基づき、上述したような構成の第１実施形態においては、第１位相差板ＲＦ１を構成する液晶分子の最適な平均傾斜角の範囲は、２８°より大きい範囲であることが確認された。つまり、上述した第１実施形態の構成に、液晶分子の平均傾斜角が２８°より大きい範囲の第１位相差板ＲＦ１を組み合わせることにより、画面の上下及び左右の方位のみならず斜め方位についてもさらに視野角を拡大することが可能となる。

このような第１実施形態に係る構成によれば、コントラストを向上することが可能であり、しかも、視野角を拡大することが可能であり、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。

《第２実施形態》
第２実施形態に係る液晶表示装置においては、図８に示すように、第１光学素子ＯＤ１は、１つの第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ＲＦ１と、を含んでいる。この第１光学素子ＯＤ１の構成は、第１実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。

第２光学素子ＯＤ２は、１つの第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ＲＦ２と、第２位相差板ＲＦ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された第３位相差板ＲＦ３と、を含んでいる。第２偏光板６１は、第１実施形態と同一のものが適用可能である。

ここで、第２実施形態に適用される第２位相差板ＲＦ２は、１軸の位相差板であり、Ｎｚ係数は１．０のものが適用可能である。このような第２位相差板ＲＦ２との組み合わせとして最適な第３位相差板ＲＦ３は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの関係の屈折率異方性を有するもの（いわゆるネガティブＣプレート）が適用可能である。すなわち、この第３位相差板ＲＦ３は、Ｒｏ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄで定義される面内位相差Ｒｏが略ゼロであるのに対して、Ｒｔｈ＝［（ｎｘ−ｎｙ）／２−ｎｚ］×ｄで定義される法線位相差Ｒｔｈを有するものであり、高分子フィルムや蒸着膜によって形成可能である。この第３位相差板ＲＦ３としては、法線位相差Ｒｔｈは１５０ｎｍ以下であることが望ましい。

このような一軸の第２位相差板ＲＦ２と第３位相差板ＲＦ３とを組み合わせた第２実施形態によれば、第１実施形態においてＮｚ係数が１．５以上２．０以下の第２位相差板ＲＦ２を適用した場合と比較して同等またはそれ以上の視野角特性を得ることが可能であり、第３位相差板ＲＦ３の法線位相差を最適化することにより、画面の左右及び上下の全方位について、視角が８０°の範囲までコントラスト比１０：１が得られ、十分な視野角を得ることが可能である。

また、第１実施形態と同様に、上述した第２実施形態の構成に、液晶分子の平均傾斜角が２８°より大きい範囲の第１位相差板ＲＦ１を組み合わせることにより、さらに視野角を拡大することが可能となる。

このような第２実施形態に係る構成によれば、コントラストを向上することが可能であり、しかも、さらに視野角を拡大することが可能であり、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。また、第１実施形態と同様に、１／２波長板などの位相差板を省略することができ、装置全体の薄型化が可能であるとともに低コスト化が可能となる。

上述した第１実施形態及び第２実施形態において、液晶表示パネルＬＰＮにおいて、画面の水平方向を基準方位としたとき、液晶分子のダイレクタは、基準方位に対して４５°の方位に設定されている。ここでは、液晶分子のダイレクタとＸ軸との成す角度は、２２５°の設定されている。図４Ａ乃至図４Ｅに示した検討結果に基づくと、基準方位に対して反時計回りを正とし、基準方位に対して時計回りを負としたとき、２２５°の方位を中心として±２０°の範囲内（つまり基準方位に対して４５°±２０°の範囲内）に液晶分子のダイレクタを設定することにより、画面の上下及び左右の方位について視角６０°以上の範囲でコントラスト比１０：１が得られる。

このとき、第２位相差板ＲＦ２は、その遅相軸と液晶分子のダイレクタとが略直交するように配置される。

また、上述した第１実施形態及び第２実施形態において、第１位相差板ＲＦ１は、その液晶分子の配向方位と液晶表示パネルにおける液晶分子のダイレクタとが略平行になるように配置される。

（実施例１）
次に、第１実施形態に係る表示モードがノーマリーホワイトモードの液晶表示装置の構成例について説明する。このような構成の液晶表示装置は、例えば、以下のようにして設計される。

図９に示すように、液晶表示パネルＬＰＮについて、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（液晶分子の長軸方向）４０Ｄは、Ｘ軸に対して２２５°の角度をなすように設定した。また、液晶層ＬＱにおける透過部のギャップは４．９μｍに設定した。

まず、液晶分子４０に起因する複屈折を補償するために、アレイ基板ＡＲの外面に配置すべき第１光学素子ＯＤ１の第１位相差板ＲＦ１の遅相軸Ｄ１（すなわち第１位相差板ＲＦ１を構成する液晶分子の配向方位）を逐次補償の関係になるようにダイレクタとほぼ平行な方位（５９°の方位）に設定する。なお、第１位相差板ＲＦ１の面内位相差（Ｒ値）は、例えば９０ｎｍに設定される。続いて、第１偏光板５１を通過した直線偏光を所望の楕円偏光あるいは円偏光に変換するために、第１偏光板５１の吸収軸Ａ１を第１位相差板ＲＦ１とほぼ４５°で交差するような方位（１０５°の方位）に設定する。

一方、対向基板ＣＴ側の外面に配置すべき第２光学素子ＯＤ２の第２位相差板（λ／４板）ＲＦ２の遅相軸Ｄ２をダイレクタと直交、且つ、第１位相差板ＲＦ１の遅相軸Ｄ１と直交するような方位（１５０°の方位）に設定する。なお、第２位相差板ＲＦ２の面内位相差（Ｒ値）は、例えば１４５ｎｍに設定される。続いて、第２偏光板６１を通過した直線偏光を所望の楕円偏光あるいは円偏光に変換するために、第２偏光板６１の吸収軸Ａ２を第２位相差板ＲＦ２と４５°で交差し、且つ、第１偏光板５１の吸収軸と直交するような方位（１５°の方位）に設定する。

上述した位相差板の遅相軸の方位及び偏光板の吸収軸の方位は、図１０に示すように、Ｘ軸との成す角度で規定している。

第１位相差板ＲＦ１は、平均傾斜角が３７度のＮＨフィルム（新日本石油（株）製）を適用した。第２位相差板ＲＦ２は、ゼオノア（（株）オプテス製）を適用し、そのＮｚ係数は１．８であった。

このような実施例１によれば、透過部を利用した透過表示を行った際、画面の法線方向でのコントラストは４００であり、また、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションしたところ、ほぼ全方位にわたって高コントラスト領域を拡大することができ、特に、画面の上下及び左右のコントラスト低下が改善できていることが確認できた。

なお、比較例として、液晶表示パネルにおける液晶分子のダイレクタを２２５°の方位に設定し、第１位相差板ＲＦ１と第１偏光板５１との間にλ／２板を配置した第１光学素子ＯＤ１及び第２位相差板ＲＦ２と第２偏光板６１との間にλ／２板を配置した第２光学素子ＯＤ２を備え、面内位相差及び軸角度の関係を図９に示したような設定とした液晶表示装置について、同様のシミュレーションを行ったところ、透過部を利用した透過表示を行った際、画面の法線方向でのコントラストは２５０であり、画面の上側についてコントラスト比１０：１が得られたのは視角６０°未満の範囲であった。

（実施例２）
次に、第２実施形態に係る表示モードがノーマリーホワイトモードの液晶表示装置の構成例について説明する。このような構成の液晶表示装置は、例えば、以下のようにして設計される。

この実施例２においては、基本的には、図９に示したような実施例１の構成と同一である。第３位相差板ＲＦ３は、ＶＡＣフィルム（住友化学（株）製）を適用し、その面内位相差はＲｏ≒０ｎｍ、その法線位相差はＲｔｈ＝８０ｎｍであった。第２位相差板ＲＦ２は、ゼオノア（（株）オプテス製）を適用し、そのＮｚ係数は１．０であった。

このような実施例２によれば、実施例１と同等の性能が得られ、透過部を利用した透過表示を行った際、画面の法線方向でのコントラストは４００であり、また、コントラスト比の視野角依存性をシミュレーションしたところ、ほぼ全方位にわたって高コントラスト領域を拡大することができ、特に、画面の上下及び左右のコントラスト低下が改善できていることが確認できた。

以上説明したように、この実施の形態によれば、薄型化及び低コスト化が可能であるとともに、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することが可能となる。

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、上述した第１実施形態及び第２実施形態において、第１光学素子ＯＤ１を液晶表示パネルＬＰＮにおける対向基板側の外面に配置し、第２光学素子ＯＤ２をアレイ基板側の外面に配置しても同様の効果が得られる。

第１光学素子ＯＤ１を構成する第１偏光板５１及び第１位相差板ＲＦ１の組み合わせ、及び、第２光学素子ＯＤ２を構成する第２偏光板６１及び第２位相差板ＲＦ２の組み合わせの少なくとも一方は、図１１に示すように、支持体層１０１、この支持体層１０１上に配置された偏光子層１０２、及び、この偏光子層１０２上に配置されたシクロオレフィン系ポリマによって形成されそ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位相差層１０３を有する光学素子１００によって構成しても良い。この支持体層１０１としては、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）によって形成可能である。偏光子層１０２は、染色されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）によって形成可能である。このような光学素子１００を適用することにより、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２を構成する部品点数を削減することができ、さらなる薄型化及び低コスト化が可能となる。

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、第１実施形態に係る液晶表示装置の第１光学素子及び第２光学素子の構成を概略的に示す図である。 図４Ａは、Ｎｚ係数が０．５の第２位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図４Ｂは、Ｎｚ係数が１．０の第２位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図４Ｃは、Ｎｚ係数が１．５の第２位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図４Ｄは、Ｎｚ係数が１．８の第２位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図４Ｅは、Ｎｚ係数が２．０の第２位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図５は、液晶表示パネルにおける主視角方向と反主視角方向との関係を説明するための図である。 図６Ａは、光学補償前の構成における主視角方向及び反主視角方向の白表示及び黒表示に対応した階調のそれぞれの透過率分布を示す図である。 図６Ｂは、第１実施形態において光学補償を行った構成における主視角方向及び反主視角方向の白表示及び黒表示に対応した階調のそれぞれの透過率分布を示す図である。 図７Ａは、平均傾斜角が１７．８°の第１位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図７Ｂは、平均傾斜角が２８．２°の第１位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図７Ｃは、平均傾斜角が３７．３°の第１位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図７Ｄは、平均傾斜角が４４．５°の第１位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図７Ｅは、ダイレクタを２４０°の方位に設定した液晶表示パネルに対して、平均傾斜角が３７．３°の第１位相差板を適用した液晶表示装置におけるコントラスト比の視野角依存性の特性図である。 図８は、第２実施形態に係る液晶表示装置の第１光学素子及び第２光学素子の構成を概略的に示す図である。 図９は、実施例１の構成を説明するための図である。 図１０は、実施例１の構成の相差板の遅相軸の方位及び偏光板の吸収軸の方位を説明するための図である。 図１１は、第１光学素子及び第２光学素子に適用可能な光学素子の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、ＲＦ１…第１位相差板、ＲＦ２…第２位相差板、６１…第２偏光板、ＲＦ３…第３位相差板、ＢＬ…バックライトユニット、ＰＸ…画素

Claims (4)

1. 互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む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、この第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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とともにネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた第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、この第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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第２位相差板、を含む第２光学素子と、を備え、
   前記第２位相差板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で定義されるＮｚ係数が１．５以上２．０以下の範囲に設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間にホモジニアス配向した液晶分子を含む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、この第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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とともにネマティック液晶分子を法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた第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、この第２偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され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１軸の第２位相差板、及び、この第２位相差板と前記液晶表示パネルとの間に配置された第３位相差板、を含む第２光学素子と、を備え、
   前記第３位相差板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方位の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの関係の屈折率異方性を有することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記第１位相差板における液晶分子の平均傾斜角は、２８°より大きい範囲に設定され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。
4. 前記第３位相差板の厚みをｄとし、面内位相差をＲｏ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄとし、法線位相差をＲｔｈ＝［（ｎｘ−ｎｙ）／２−ｎｚ］×ｄとしたとき、前記第３位相差板は、Ｒｏ≒０ｎｍ、Ｒｔｈ≦１５０ｎｍ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。

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