JP2008139783A

JP2008139783A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008139783A
Application number: JP2006328422A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugiyama; 貴杉山; Nobuhisa Iwamoto; 宜久岩本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: JP4873553B2

Abstract

【課題】単純マトリクス駆動される垂直配向型の液晶セルを有し、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションが大きくても、良好に視角補償を行うことができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】直交ニコル配置された２枚の偏光板の間に、厚さ断面内のリターデーションが５５０ｎｍより大きい液晶層を含み、単純マトリクス駆動される垂直配向型の液晶セルを配置する。液晶セルと一方の偏光板との間に集めて、液晶セル側にＣプレートが配置され、偏光板側に二軸プレートが配置されるように、Ｃプレートと二軸プレートとを配置する。二軸プレートの面内の遅相軸が、隣接する偏光板の吸収軸と直交するように、二軸プレートを配置する。駆動電圧が印加されたとき、表示面内で、液晶分子の倒れ込む方向が２枚の偏光板の吸収軸の双方と略４５°の角度をなすように、液晶分子にプレティルト角が付与されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、視角補償がされた垂直配向型の液晶表示装置に関する。

従来、垂直配向型の液晶表示装置の視角補償技術として、以下に説明するように、様々な光学特性を持つ視角補償板を使用する方法が提案されている。

特許文献１には、３つの主屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚを有し、そのうちの１つｎ_ｚが他の２つの主屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙよりも小さく、最小の主屈折率ｎ_ｚに対応する軸が補償板の面法線方向と平行である（負の屈折率異方性を持つ）視角補償板を用いることが開示されている。このような視角補償板が、液晶セルと、その両側に直交ニコル配置された偏光板との間の少なくとも一方に配置される。視角補償板として、面内の屈折率ｎ_ｘとｎ_ｙとが等しく、光軸が視角補償板の面法線方向と平行である負の一軸補償板、いわゆるＣプレート、もしくは、面内の屈折率ｎ_ｘとｎ_ｙとが相互に等しくない負の二軸補償板、いわゆる二軸プレートが用いられている。

特許文献２も、液晶セルと、その両側に直交ニコル配置された偏光板との間の少なくとも一方に、上述の特許文献１について説明したのと同様な二軸プレートを配置している。特許文献２は、二軸プレートの面内の大きい方の主屈折率に対応する軸、すなわち遅相軸が、表示面内で、隣接する偏光板の吸収軸と略平行または略垂直となるように、二軸プレートを配置し、さらに、二軸プレートの面内のリターデーションを１２０ｎｍ以下とすることが好ましいことを開示する。

特許文献３も、液晶セルと、その両側に直交ニコル配置された偏光板との間の少なくとも一方に、視角補償板を配置している。特許文献３は、面内に光軸を有し、屈折率異方性が正の一軸補償板（面法線方向の屈折率をｎ_ｚとし、面内の２つの屈折率をｎ_ｘ、ｎ_ｙとして、ｎ_ｚ＝ｎ_ｙ＜ｎ_ｘ）、いわゆるＡプレートと、上述のようなＣプレートとを、液晶セル側にＡプレートが配置され、偏光板側にＣプレートが配置されるように組み合わせて用いることを開示し、さらに、Ａプレートの面内のリターデーションを１２０ｎｍ以下とすることが好ましいことを開示する。

特許文献４は、電圧印加時に複数の液晶領域毎に軸対称状に配向するタイプの垂直配向液晶表示装置の視角補償手段として、特許文献１及び２に開示されたような二軸プレートや、特許文献３に開示されたような、Ａプレート及びＣプレートを重ね合わせた視角補償部材を用いることが有効であることを開示する。

特許文献２〜４は、特許文献１において示された垂直配向型液晶表示装置の視角補償原理を基にして、さらに効果的な視角補償ができるように、光学補償板の条件を設計したものである。

特許文献１では、垂直配向型液晶表示装置の、液晶材料の複屈折率とセル厚との積、すなわちセルの厚さ断面内のリターデーションの範囲について限定していない。特許文献２〜４は、セルの厚さ断面内のリターデーションの範囲について検討している。液晶層の厚さ断面内のリターデーションについて、特許文献２及び３（いずれも段落［００３７］参照）は、８０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下であることが好ましいことを開示し、特許文献４（請求項１３参照）は、３００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下であることが好ましいことを開示する。

特許文献２〜４が開示する、液晶層の厚さ断面内のリターデーションの好適な範囲は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるアクティブマトリックス型液晶表示装置に対応している。

特公平７−６９５３６号公報特許第３３３０５７４号公報特許第３０２７８０５号公報特開２０００−１９５１８号公報

垂直配向型液晶表示装置として、セグメント表示を行い単純マトリクス駆動されるものもある。このような垂直配向型液晶表示装置の液晶層の厚さ断面内のリターデーションは、良好なオンオフ動作を行う観点から、アクティブマトリックス型液晶表示装置のそれよりも大きくすることが望ましい。厚さ断面内のリターデーションが大きい液晶セルを有する垂直配向型液晶表示装置に対して、特に有効な視角補償技術があれば望ましい。

本発明の一目的は、単純マトリクス駆動される垂直配向型の液晶セルを有し、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションが大きくても、良好に視角補償を行うことができる液晶表示装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、第１の偏光板と、前記第１の偏光板の上方に配置され、厚さ断面内のリターデーションが５５０ｎｍより大きい液晶層を含む垂直配向型の液晶セルと、前記液晶セルの上方に配置されたＣプレートと、前記Ｃプレートの上方に配置された二軸プレートと、前記二軸プレートの上方に配置された第２の偏光板と、前記液晶セルを単純マトリクス駆動する制御装置とを有し、前記第１及び第２の偏光板は、略直交ニコルの位置関係で配置されており、前記液晶セルに駆動電圧が印加されたとき、表示面内で、前記液晶層の液晶分子の倒れ込む方向が、前記第１の偏光板の吸収軸及び前記第２の偏光板の吸収軸の双方と略４５°の角度をなすように、該液晶分子にプレティルト角が付与されており、表示面内で、前記二軸プレートの面内の遅相軸が、前記第２の偏光板の吸収軸と略直交するように、該二軸プレートが配置されている液晶表示装置が提供される。

液晶セルの片側に集めて、Ｃプレートと二軸プレートとが配置される。Ｃプレートが液晶セル側に、二軸プレートが偏光板側に配置される。これにより、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションが大きくても、Ｃプレートと二軸プレートとにより当該リターデーションが補償され、さらに、視角の深い範囲での表示品位の低下が抑制される。

図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施例による液晶表示装置について説明する。図１は、第１の実施例による液晶表示装置の概略断面図である。背面偏光板１０と前面偏光板１１との間に、垂直配向型の液晶セル２０が配置されている。なお、バックライトは、背面偏光板１０の外側（図の下側）に配置される。

液晶セル２０の構成について説明する。下側透明基板２１の上面に下側透明電極２２が形成され、下側透明電極２２の上面に、下側配向膜２３が形成されている。上側透明基板２８の下面に上側透明電極２７が形成され、上側透明電極２７の下面に、上側配向膜２６が形成されている。相互に対向する下側配向膜２３と上側配向膜２６との間に、液晶層２５が挟持され、シール材２４が液晶層２５をシールする。セル厚を決めるギャップコントロール材の直径を、４μｍとする。

下側及び上側配向膜２３、２６として、例えば、日産化学工業株式会社製の垂直配向膜ＳＥ−１２１１が用いられる。下側及び上側配向膜２３、２６を、それぞれ、例えばレーヨン製のラビング布でラビングすることにより、ラビング方向に液晶分子Ｍが倒れ込むように、プレティルト角θが付与される。

液晶層２５として、例えば、メルク株式会社製の、複屈折率Δｎが０．１４で誘電率異方性が負の（電圧印加により液晶分子が垂直方向から倒れ込む）液晶材料が用いられる。セル厚が４μｍで、複屈折率Δｎが０．１４であるので、液晶セル２０の厚さ断面内のリターデーションは５６０ｎｍとなる。液晶セル２０は、厚さ断面内で正のリターデーションを有する。

液晶セル２０は、セグメント表示を行い、高いデューティ比（１：Ｎとしたとき、Ｎが４以上）で単純マトリクス駆動される。下側及び上側透明電極２２、２７が、表示パタンに対応したパタンを有し、制御装置４０に接続される。制御装置４０が、表示状態を制御する。

単純マトリックス駆動において、デューティ比が上がると、オン電圧とオフ電圧の比が小さくなる。よって、良好なオンオフ動作を行うためには、電圧変化に対して透過率の変化を急峻にしなくてはならない。

垂直配向型の液晶セルでは、厚さ断面内のリターデーションを大きくすることにより、電圧変化に対する透過率の変化を急峻にすることができる。液晶層を厚くすること、及び、液晶材料の複屈折率Δｎを大きくすることの少なくとも一方により、厚さ断面内のリターデーションを大きくすることができる。

単純マトリックス駆動を高いデューティ比（上記Ｎが４以上）で行う垂直配向型の液晶セルでは、厚さ断面内のリターデーションを５５０ｎｍより大きくすることが好ましく、５５５ｎｍ以上とすることがさらに好ましい。なお、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションに、特に上限はない。

なお、単純マトリクス駆動によりセグメント表示を行う表示の例としては、７セグメント表示（８の字）を含む、オーディオ表示（周波数などを含む設定状態の表示）、エアコン表示（温度などを含む設定状態の表示）、自動車のメーター内のオドトリップ表示（距離）などが挙げられる。

液晶セル２０と前面偏光板１１との間に、Ｃプレートと二軸プレートを１枚ずつ積層した視角補償部材が挿入されている。液晶セル２０側にＣプレート３０が配置され、前面偏光板１１側に二軸プレート３１が配置される。

Ｃプレート３０は、３つの主屈折率のうち、面法線方向（液晶セル２０の表示面の法線方向に平行な方向）の屈折率がｎ_ｚであり、面内（液晶セル２０の表示面に平行な面内）の２つの屈折率がｎ_ｘ及びｎ_ｙであり、ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ＞ｎ_ｚという関係を満たすものである。

二軸プレート３１は、３つの主屈折率のうち、面法線方向の屈折率がｎ_ｚであり、面内の２つの屈折率がｎ_ｘ及びｎ_ｙであり、ｎ_ｘ＞ｎ_ｙ＞ｎ_ｚという関係を満たすものである。

Ｃプレート３０は、厚さ断面内について、大きさが２２０ｎｍの負のリターデーションを有する。二軸プレート３１は、厚さ断面内について、大きさが２２０ｎｍの負のリターデーションを有する。Ｃプレートの厚さ断面内のリターデーションの大きさは、面内の屈折率ｎ_ｘ（＝ｎ_ｙ）と面法線方向の屈折率ｎ_ｚとの差に、Ｃプレートの厚さを掛けて算出される。二軸プレートの厚さ断面内のリターデーションの大きさは、面内の２つの屈折率ｎ_ｘ及びｎ_ｙの平均値（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２と、面法線方向の屈折率ｎ_ｚとの差に、二軸プレートの厚さを掛けて算出される。

なお、二軸プレート３１の面内のリターデーションは、５０ｎｍである。二軸プレートの面内のリターデーションの大きさは、面内の一方の屈折率ｎ_ｘと他方の屈折率ｎ_ｙとの差に、二軸プレートの厚さを掛けて算出される。

背面偏光板１０及び前面偏光板１１として、偏光子となる膜をトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムで保護した構造のものが用いられる。各偏光板に含まれるＴＡＣフィルムは、厚さ断面内について、大きさが約６０ｎｍの負のリターデーションを有する。

Ｃプレート３０、二軸プレート３１、背面偏光板１０、及び前面偏光板１１を合わせた部材は、厚さ断面内について、大きさが５６０ｎｍ（２２０ｎｍ＋２２０ｎｍ＋６０ｎｍ＋６０ｎｍ）の負のリターデーションを有する。

このように、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションと、正負が逆で絶対値がほぼ等しくなるように、視角補償部材及び偏光板の厚さ断面内のリターデーションを設定することにより、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションを補償することができる。

次に、図２を参照して、背面偏光板１０の吸収軸方向、液晶セル２０の下側及び上側配向膜のラビング方向、Ｃプレート３０の光軸、二軸プレート３１の遅相軸方向、及び、前面偏光板１１の吸収軸方向について説明する。図２は、背面偏光板１０等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第１の実施例の液晶表示装置の概略図である。

背面偏光板１０及び前面偏光板１１の吸収軸方向Ｄ１０及びＤ１１が、表示面内で、相互に略直交している。すなわち、背面偏光板１０及び前面偏光板１１は、略直交ニコル配置されている。なお、２つの方向のなす角が８０°〜１００°の範囲である場合を、略直交すると呼ぶこととする。

液晶セル２０の、下側配向膜２３のラビング方向Ｄ２３と、上側配向膜２６のラビング方向Ｄ２６とが、相互に反平行である。ラビング方向Ｄ２３及びＤ２６は、ともに、表示面内で、偏光板１０及び１１の吸収軸方向Ｄ１０及びＤ１１の双方に対して略４５°の角度をなしている。つまり、表示面内で、駆動電圧が印加されたときに液晶分子の倒れ込む方向と、両偏光板の吸収軸とが略４５°の角度をなす。なお、３５°〜５５°の範囲を、略４５°と呼ぶこととする。

Ｃプレート３０の光軸が面法線方向に平行である。二軸プレート３１の面内遅相軸方向（面内の最大屈折率ｎ_ｘに対応する方向）Ｄ３１が、表示面内で、隣接する偏光板である前面偏光板１１の吸収軸Ｄ１１と略直交する。

上述のＣプレート及び二軸プレートは、有機樹脂からなるフィルムを延伸加工して作製されたものである。Ｃプレート及び二軸プレートに用いられる有機樹脂として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリノルボルネン、ポリ塩化ビニル、セルロースエステル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＡＳ樹脂）、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

Ｃプレート及び二軸プレートの作製方法として、延伸加工が現在広く用いられている。しかし、このような作製方法では、Ｃプレート及び二軸プレートの１枚の厚さ断面内のリターデーションの大きさを、最大で２７０ｎｍ程度までしか大きくできない。なお、Ｃプレート及び二軸プレートの安定的な量産を考えると、リターデーションの大きさは２５０ｎｍ程度が最大となる。

上述のように、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションは５５０ｎｍより大きくすることが好ましい。従って、このような液晶セルのリターデーションを補償するためには、本実施例のように、２枚以上の視角補償板を使用することになる。

次に、第１の比較例による液晶表示装置について説明する。第１の比較例は、第１の実施例と、視角補償板の配置が異なる。他の構成は、第１の実施例と同様である。

第１の比較例の装置は、図１に示す第１の実施例の装置において、Ｃプレート３０を、背面偏光板１０と液晶セル２０との間に移動させた構成を有する。すなわち、液晶セルの両側（背面偏光板側及び前面偏光板側）に、それぞれ、Ｃプレート及び二軸プレートを配置した構成を有する。第１の実施例の装置は、液晶セルの片側（前面偏光板側）に、Ｃプレート及び二軸プレートを配置した構成を有する。

次に、図３を参照して、第１の実施例及び第１の比較例の液晶表示装置の視角特性について説明する。図３は、オン電圧印加時の白表示透過率の視角特性を示すグラフである。横軸が左右観察角度を度単位で示し、縦軸が透過率を％単位で示す。曲線Ａ１及びＢ１が、それぞれ、第１の実施例及び第１の比較例の視角特性である。

第１の実施例及び第１の比較例の双方で、左右方向ともに、深い視角になるほど透過率が減少する傾向を有する。しかし、減少の程度は実施例の方が小さい。すなわち、実施例の方が、深い視角での白表示が良好である。両者の差は、左右の双方で、視角の大きさが３０°程度以上の範囲で顕著である。

なお、比較例は液晶セルを挟んで両側に視角補償板が配置されており、実施例は液晶セルの片側に視角補償板が配置されている。これに伴って、比較例の視角特性は左右対称となり、実施例の視角特性は左右非対称となっている。

このように、オン電圧印加時の白表示透過率の視角特性から、Ｃプレートと二軸プレートの２枚の視角補償板を使う場合、２枚の視角補償板を液晶セルの両側に配置するよりも、片側に配置する方が好ましいことがわかる。

次に、第２及び第３の比較例による液晶表示装置について説明する。第２及び第３の比較例は、液晶セルの片側に２枚の視角補償板を配置する点で第１の実施例と同様であるが、用いる視角補償板の種類が第１の実施例と異なる。視角補償板以外の構成は、第１の実施例と同様である。

第２の比較例の装置は、図１に示す第１の実施例の装置において、前面偏光板１１側に配置される視角補償板を、二軸プレートの替わりにＣプレートとしたものである。すなわち、液晶セル２０と前面偏光板１１との間に挿入される２枚の視角補償板を、２枚ともＣプレートとしたものである。二軸プレートに替えて用いるＣプレートの、厚さ断面内のリターデーションは、第１の実施例の二軸プレートと同様に２２０ｎｍである。

第３の比較例の装置は、図１に示す第１の実施例の装置において、液晶セル２０側に配置される視角補償板を、Ｃプレートの替わりに二軸プレートとしたものである。すなわち、液晶セル２０と前面偏光板１１との間に挿入される２枚の視角補償板を、２枚とも二軸プレートとしたものである。Ｃプレートに替えて用いる二軸プレートの、厚さ断面内のリターデーションは、第１の実施例のＣプレートと同様に２２０ｎｍである。なお、２枚の二軸プレートの面内のリターデーションが、それぞれ２５ｎｍであり、両二軸プレートを合わせた面内のリターデーションが５０ｎｍとなっている。

図９を参照して、第３の比較例の装置の、２枚の二軸プレートの配置について説明する。図９は、図２と同様に、背面偏光板１０等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第３の比較例の液晶表示装置の概略図である。

二軸プレート１３０が、液晶セル２０側に配置され、二軸プレート１３１が、前面偏光板１１側に配置されている。表示面内で、二軸プレート１３０の遅相軸方向Ｄ１３０が、二軸プレート１３１の遅相軸方向Ｄ１３１と平行である。二軸プレート１３０及び１３１の、遅相軸方向Ｄ１３０及びＤ１３１の双方が、前面偏光板１１の吸収軸Ｄ１１と直交する。

次に、図４を参照して、第１の実施例、第２の比較例、及び第３の比較例の液晶表示装置の視角特性について説明する。図４は、電圧無印加時の黒下地透過率の視角特性を示すグラフである。横軸が左右観察角度を度単位で示し、縦軸が透過率を％単位で示す。曲線Ａ２、Ｂ２及びＢ３が、それぞれ、第１の実施例、第２の比較例、及び第３の比較例の視角特性である。

第１の実施例、第２及び第３の比較例のすべてについて、左右方向ともに、深い視角になるほど透過率が増加する傾向を示す。しかし、増加の程度は、実施例で最も小さい。すなわち、実施例の装置で、深い視角での黒表示が最も良好に行われる。実施例と両比較例との差は、左右の双方で、視角の大きさが２０°程度以上の範囲で顕著である。

また、実施例及び両比較例で、視角特性が左右非対称であるが、非対称の程度は、実施例で最も小さい。すなわち、実施例の装置は、視角の深い範囲での黒表示の左右のばらつきが抑制されている。

このように、電圧無印加時の黒下地透過率の視角特性から、液晶セルの片側に２枚の視角補償板を配置する場合、一方をＣプレートとし、他方を二軸プレートとするのが好ましいことがわかる。

なお、第１の実施例の装置で、液晶セル側にＣプレートが配置され、前面偏光板側に二軸プレートが配置される。これは、液晶セル側に二軸プレートが配置され、前面偏光板側にＣプレートが配置されるよりも好ましい。偏光板に隣接して二軸プレートを配置することにより、視角が深くなって２枚の偏光板の吸収軸のなす角が開くことに伴う光学特性の変化が良好に補償される。

以上説明したように、２枚の視角補償板が必要となるとき、液晶セル側にＣプレートが配置され、偏光板側に二軸プレートが配置されるように、液晶セルの片側に集めてＣプレート及び二軸プレートを配置することにより、オン電圧印加時の白表示、及び、電圧無印加時の黒下地表示の良好な視角特性を得ることができる。

次に、図５を参照して、第２の実施例の液晶表示装置について説明する。第２の実施例は、第１の実施例よりも液晶セルの厚さ断面内のリターデーションが大きく、これに対応して、３枚の視角補償板を有する。

図５は、背面偏光板１０等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第２の実施例の液晶表示装置の概略図である。背面偏光板１０と前面偏光板１１との間に、垂直配向型の液晶セル２０ａが配置されている。

第１の実施例と同様に、背面偏光板１０及び前面偏光板１１が、直交ニコル配置されており、液晶セル２０ａの下側配向膜及び上側配向膜のラビング方向Ｄ２３ａ及びＤ２６ａが、相互に反平行で、偏光板１０及び１１の吸収軸方向Ｄ１０及びＤ１１の双方に対して略４５°の角度をなしている。

第１の実施例では、セル厚を４μｍとし、液晶材料の複屈折率Δｎを０．１４として、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションを５６０ｎｍとした。第２の実施例では、セル厚を５μｍとし、液晶材料の複屈折率Δｎを０．１５６として、液晶セル２０ａの厚さ断面内のリターデーションを７８０ｎｍとする。液晶材料として、例えば、メルク株式会社製のものを用いることができる。

第２の実施例の装置は、液晶セル２０ａと前面偏光板１１との間に、３枚の視角補償板が挿入されている。液晶セル２０ａ側から、Ｃプレート３０ａ、Ｃプレート３１ａ、及び二軸プレート３２ａが配置される。

Ｃプレート３０ａ及び３１ａは、それぞれ、厚さ断面内について、大きさが２２０ｎｍで負のリターデーションを有する。二軸プレート３２ａは、厚さ断面内について、大きさが２２０ｎｍで負のリターデーションを有する。二軸プレート３２ａの面内のリターデーションは、５０ｎｍである。第１の実施例と同様に、表示面内で、二軸プレート３２ａの面内遅相軸方向Ｄ３２ａが、隣接する偏光板である前面偏光板１１の吸収軸方向Ｄ１１と略直交する。

２枚のＣプレート３０ａ及び３１ａ、二軸プレート３２ａ、背面偏光板１０、及び前面偏光板１１を合わせた部材は、厚さ断面内について、大きさが７８０ｎｍ（２２０ｎｍ＋２２０ｎｍ＋２２０ｎｍ＋６０ｎｍ＋６０ｎｍ）の負のリターデーションを有する。これにより、液晶セルの厚さ断面内のリターデーションが補償される。

第２の実施例の装置も、第１の実施例と同様に、液晶セルの片側に集めて複数枚の視角補償板を配置しており、液晶セル側にＣプレートを配置し、前面偏光板側に二軸プレートを配置した構成を有する。液晶セルの厚さ断面内のリターデーションが大きいので、Ｃプレートを２枚重ね、２枚重ねたＣプレート及び１枚の二軸プレートにより、液晶セルのリターデーションを補償している。

次に、図１０を参照して、第４の比較例の液晶表示装置について説明する。第４の比較例は、３枚の視角補償板を用いる点で第２の実施例と同様であるが、３枚の視角補償板がすべて二軸プレートである点で第２の実施例と異なる。視角補償板以外の構成は、第２の実施例と同様である。図１０は、背面偏光板１０等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第４の比較例の液晶表示装置の概略図である。

二軸プレート１３０ａ及び１３１ａが、液晶セル２０ａと前面偏光板１１との間に配置されている。表示面内で、二軸プレート１３０ａの遅相軸方向Ｄ１３０ａ、及び、二軸プレート１３１ａの遅相軸方向Ｄ１３１ａが相互に平行になり、かつ、遅相軸方向Ｄ１３０ａ及びＤ１３１ａの双方が前面偏光板１１の吸収軸方向Ｄ１１と直交するように、２枚の二軸プレート１３０ａ及び１３１ａが配置されている。

３枚目の二軸プレート１３２ａが、背面偏光板１０と液晶セル２０ａとの間に配置されている。表示面内で、二軸プレート１３２ａの遅相軸方向Ｄ１３２ａが、背面偏光板１０の吸収軸方向Ｄ１０と直交するように、二軸プレート１３２ａが配置されている。

各二軸プレート１３０ａ〜１３２ａの、厚さ断面内のリターデーションは、第２の実施例の各視角補償板と同様に、２２０ｎｍである。また、二軸プレート１３０ａ及び１３１ａの面内のリターデーションが、それぞれ２５ｎｍであり、二軸プレート１３０ａ及び１３１を合わせた視角補償部材の面内のリターデーションが５０ｎｍとなっている。二軸プレート１３２ａの面内のリターデーションは、５０ｎｍである。

なお、第４の比較例で、液晶セルの片側に３枚の二軸プレートを集めて配置せず、液晶セルの両側に分けて配置しているのは、各二軸プレートの面内のリターデーションを２０ｎｍ以下のように小さくすることが、量産性を含めて考えたときに困難なためである。

次に、図６を参照して、第２の実施例及び第４の比較例の液晶表示装置の視角特性について説明する。図６は、電圧無印加時の黒下地透過率の視角特性を示すグラフである。横軸が左右観察角度を度単位で示し、縦軸が透過率を％単位で示す。曲線Ａ３及びＢ４が、それぞれ、第２の実施例及び第４の比較例の視角特性である。

第２の実施例及び第４の比較例の双方で、左右方向ともに、深い視角になるほど透過率が増加する傾向が見られる。しかし、増加の程度は、実施例の方がはるかに小さい。すなわち、実施例の方が、深い視角での黒表示が良好に行われる。実施例と両比較例との差は、左右の双方で、視角の大きさが１５°程度以上の範囲で顕著である。

また、実施例及び比較例で、視角特性が左右非対称であるが、非対称の程度は、実施例の方が小さい。すなわち、実施例の装置は、視角の深い範囲での黒表示の左右のばらつきが抑制されている。

このように、液晶セルのリターデーションが大きく、３枚の視角補償板が必要となるとき、２枚のＣプレートの積層が液晶セル側に配置され、１枚の二軸プレートが偏光板側に配置されるように、視角補償板を液晶セルの片側に集めて配置することにより、良好な視角特性を有する液晶表示装置が得られる。

次に、図７を参照して、第２の実施例の変形例による液晶表示装置について説明する。図７は、背面偏光板１０等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、本変形例の液晶表示装置の概略図である。

本変形例は、第２の実施例において、２枚のＣプレートの積層の替わりに、厚さ断面内についてそれと等しいリターデーション（４４０ｎｍ）を持つ１枚の光学プレート３０ｂを配置した構成を有する。これ以外の構成は、第２の実施例と同様である。

光学プレート３０ｂは、可視波長より短いツイストピッチを有するコレステリック液晶ポリマーよりなる。このような構造の光学プレートは、Ｃプレートと同等な光学的働きをすることが知られている。コレステリック液晶の複屈折率と液晶層の厚さを適切に設定することにより、ノルボルネン系樹脂等の有機樹脂の延伸加工では得ることのできない、大きなリターデーションを有する視角補償板を作製することが可能である。

本変形例の、電圧無印加時の黒下地透過率の視角特性は、第２の実施例のそれ（図６の曲線Ａ３参照）とほぼ一致する。

以上説明したように、垂直配向型の液晶セルの厚さ断面内のリターデーションが大きいとき、Ｃプレートと二軸プレートとを、Ｃプレートが液晶セル側に配置され、二軸プレートが偏光板側に配置されるように、液晶セルの片側に集めて配置することにより、良好な視角特性を有する液晶表示装置を得ることができる。二軸プレートの面内の遅相軸方向は、隣接する偏光板の吸収軸と直交させることが好ましい。

Ｃプレートと二軸プレートを１枚ずつ用いても液晶セルの厚さ断面内のリターデーションを補償できないときは、Ｃプレートを複数枚重ねて厚さ断面内のリターデーションを大きくすることが有効である。なお、Ｃプレートとして、有機樹脂の延伸加工で作製したもの以外に、例えば、コレステリック液晶からなる光学プレートを用いることもできる。

なお、上記実施例では、二軸プレートとして、厚さ断面内のリターデーションが２２０ｎｍで、面内のリターデーションが５０ｎｍであるものを用いた。二軸プレートの面内のリターデーションの好適な範囲を調べるために、第１の実施例と同様の構成で二軸プレートの面内のリターデーションを様々に変化させた装置を作製した。面内のリターデーションは、５０ｎｍの他に、４０ｎｍ、６０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、及び１４０ｎｍとした。

これらの装置の表示を目視で観察したところ、面内のリターデーションが４０ｎｍ、５０ｎｍ、及び６０ｎｍのものが、色調変化を含む視角特性において優れており、１２０ｎｍ及び１４０ｎｍのものは、視角が深い範囲で色調変化や透過率の上昇が観察され、品位が悪かった。８０ｎｍ及び１００ｎｍのものは、４０ｎｍ〜６０ｎｍのものに比べれば品位は劣るが、許容範囲内であった。以上から、二軸プレートの面内のリターデーションは、１００ｎｍ以下が好ましく、６０ｎｍ以下がより好ましいことがわかった。

上記実施例の液晶表示装置は、浅い視角から深い視角まで、広い視角の範囲で良好な表示を行うことができる。このような液晶表示装置は、例えば、カーオーディオ等の車載機器の表示パネルや、コピー機、ファクシミリ等の事務機器の表示パネル等に適している。なお、上記実施例では視角特性が特に良好となる方向を左右方向として説明したが、必要に応じてこれを上下方向等とすることもできる。

図８（Ａ）は、カーオーディオ等の車載機器の表示パネルの例を概略的に示す。この例の表示パネルＰは、運転席と助手席の間に配置されているので、運転席及び助手席から、深い視角で見られることになる。図８（Ａ）において、表示パネルＰを、運転席から見たときの視線を矢印Ｄ１で示し、助手席から見たときの視線を矢印Ｄ２で示す。

図８（Ｂ）は、コピー機、ファクシミリ等の事務機器の表示パネルの例を概略的に示す。このような事務機器は、例えば、背の高い人に操作されることもあれば、背の低い人に操作されることもある。身長の違いによって、表示パネルを見る視角が大きく変化しうる。図８（Ｂ）において、表示パネルＰを、背の高い人が見たときの視線を矢印Ｄ１で示し、背の低いから見たときの視線を矢印Ｄ２で示す
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、本発明の第１の実施例による液晶表示装置の概略断面図である。図２は、背面偏光板等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第１の実施例の液晶表示装置の概略図である。図３は、第１の実施例及び第１の比較例の液晶表示装置の、オン電圧印加時の白表示透過率の視角特性を示すグラフである。図４は、第１の実施例、第２の比較例、及び第３の比較例の液晶表示装置の、電圧無印加時の黒下地透過率の視角特性を示すグラフである。図５は、背面偏光板等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第２の実施例の液晶表示装置の概略図である。図６は、第２の実施例及び第４の比較例の液晶表示装置の、電圧無印加時の黒下地透過率の視角特性を示すグラフである。図７は、背面偏光板等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第２の実施例の変形例の液晶表示装置の概略図である。図８（Ａ）は、カーオーディオ等の車載機器の表示パネルの例を示す概略図であり、図８（Ｂ）は、コピー機、ファクシミリ等の事務機器の表示パネルの例を示す概略図である。図９は、背面偏光板等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第３の比較例の液晶表示装置の概略図である。図１０は、背面偏光板等の構成部材の概略平面図を、厚さ方向の配置順に並べて示した、第４の比較例の液晶表示装置の概略図である。

符号の説明

１０背面偏光板
１１前面偏光板
２０液晶セル
２１下側透明基板
２２下側透明電極
２３下側配向膜
２４シール材
２５液晶層
２６上側配向膜
２７上側透明電極
２８上側透明基板
Ｍ液晶分子
θ プレティルト角
３０Ｃプレート
３１二軸プレート
４０制御装置

Claims

第１の偏光板と、
前記第１の偏光板の上方に配置され、厚さ断面内のリターデーションが５５０ｎｍより大きい液晶層を含む垂直配向型の液晶セルと、
前記液晶セルの上方に配置されたＣプレートと、
前記Ｃプレートの上方に配置された二軸プレートと、
前記二軸プレートの上方に配置された第２の偏光板と、
前記液晶セルを単純マトリクス駆動する制御装置と
を有し、
前記第１及び第２の偏光板は、略直交ニコルの位置関係で配置されており、
前記液晶セルに駆動電圧が印加されたとき、表示面内で、前記液晶層の液晶分子の倒れ込む方向が、前記第１の偏光板の吸収軸及び前記第２の偏光板の吸収軸の双方と略４５°の角度をなすように、該液晶分子にプレティルト角が付与されており、
表示面内で、前記二軸プレートの面内の遅相軸が、前記第２の偏光板の吸収軸と略直交するように、該二軸プレートが配置されている液晶表示装置。
前記二軸プレートの面内のリターデーションが１００ｎｍ以下である請求項１に記載の液晶表示装置。
前記Ｃプレートは、有機樹脂からなるフィルムを延伸加工して作製されたものである請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記二軸プレートは、有機樹脂からなるフィルムを延伸加工して作製されたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記液晶セルと前記二軸プレートとの間に、さらに他のＣプレートを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。