JP2008310064A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
ＩＰＳモードの液晶表示装置において、斜め方向における輝度浮きと色付きを低減する。
【解決手段】
互いの吸収軸が略垂直である一対の偏光層を有する一対の基板と、液晶分子が基板に略水平となり、且つ、第一の偏光層の吸収軸に略垂直、あるいは略水平となる方向に配置された液晶層と、基板の液晶層に近い側に配置され、各画素に対向して一対の電極を有するマトリクス駆動の電極群と、背面照明装置と、を有し、第一の偏光層と液晶層との間に配置された第一の光学補償部材が、液晶層と第一の光学補償部材の間に複屈折性媒体を挟持せずに配置され、第一の光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸方向の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときにｎ１≒ｎ３＞ｎ２を満たし、第一の光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が液晶層の光学軸と略垂直である。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の基板に液晶層を挟持した液晶表示装置に関するものである。
液晶に印加する電界の方向を基板に対して平行な方向にする方式（以下、横電界方式またはＩＰＳモード）として、１枚の基板上に設けた櫛歯電極を用いた方式が、〔特許文献１〕，〔特許文献２〕，〔特許文献３〕に提案されている。この方式により、液晶分子は主に基板に対して平行な面内で回転するので、斜めから見た場合の電界印加時と非印加時における複屈折率の度合の相違が小さく、視野角が広いことが知られている。
しかしながら、ＩＰＳモードは、液晶自体の複屈折率の変化は小さいものの、偏光板の特性により偏光板の吸収軸からずれた方位の斜め方向から見た場合光が漏れることがわかっている。このような偏光板の斜め方向の光漏れを無くすために位相差板を用いる方式が〔特許文献４〕に開示されている。しかしながら、この文献は、基本的には偏光板のみの視野角改善で、ＶＡモードについては液晶の影響を考慮しているが、ＩＰＳモードについては液晶層による影響を補償する方式については何ら開示されていない。
また、〔特許文献５〕には、観察方向により白の色変化が生じるのを解決する手段が開示されている。しかしながら、黒表示特性改善については言及されていない。
これに対し、〔特許文献６〕には、黒表示の視野角特性を改善するために、偏光板の一方の内側に位相差板を配置する構成が開示されている。この方式は、偏光板の両側に配置された支持基材ＴＡＣの影響も考慮しているが、片側に１枚の位相補償では斜め視野角において、十分に黒が沈まないばかりか、液晶層の波長分散による色付きを低減する構成にはなっていないことが、我々の検討で判明した。また、我々の本発明である黒表示時の液晶分子の配向軸（遅相軸）が入射側の偏光板の吸収軸に平行か、垂直かによる位相補償の違いについては開示されていない。前述した公知例では、視野角特性を輝度特性のみで議論しており、この色変化への対処法は何ら開示されていない。
更に、〔特許文献７〕では、黒表示の斜め輝度浮き、斜め色付きを改善する為に、一方の偏光板の支持基材を略光学的等方性にし、もう一方に位相差板を配置する構成が開示されている。この方式は、液晶層の波長分散による影響を排することができるが、位相差板の波長分散による色付きを低減する構成にはなっていないことが、我々の検討で判明した。
特公昭６３−２１９０７号公報 特開平９−８０４２４号公報 特開２００１−０５６４７６号公報 特開２００１−３５００２２号公報 特許公報３２０４１８２号 特許公報２９８２８６９号 特開２００５−２０８３５６号公報 特開平２００５−３７３３号公報 応用物理学会光学懇話会編「結晶光学」森北出版株式会社出版 １９８４年第１版第４刷発行、第５章ｐ１０２〜ｐ１６３ 「基礎工学」現代工学社 １９９９年第３版発行、第４章ｐ２１０〜ｐ２１７ J. Opt. Soc. Am. の論文タイトル"Opticalin Stratifiedand Anisot ropic Media：４×４-MatrixFormulation"D. W. Berreman著１９７２年、volume ６２、ＮＯ４、ｐ５０２〜ｐ５１０
解決しようとする問題点は、黒表示時に液晶分子がホモジニアス配向であり、これに横方向の電界を印加することにより光の透過・遮断を制御するインプレーンスイッチング（ＩＰＳ）モードの液晶表示装置において、斜め方向における輝度浮きと色付きが生じる点である。
ＩＰＳモードは、ホモジニアス配向をした液晶分子と、吸収軸が画面正面に対して上下と左右の方向をさして直交するように配置した２枚の偏光板を用いており、上下左右方向から画面を斜めに見るときには、２枚の偏光板の吸収軸は直交して見る位置関係にあり、ホモジニアス配向の液晶分子と一方の偏光板吸収軸は平行であるため、十分に黒輝度を小さくできる。これに対して方位角４５°の方向から画面を斜めに見ると、２枚の偏光板の吸収軸の成す角度が９０°からずれるため、透過光が複屈折を生じ光が漏れるために十分に黒輝度を小さくできない。更には、波長により斜め方向の光漏れ量が異なり、色付きを生じる。そこで、本発明は、ＩＰＳモードにおいて黒表示についても、全方位のあらゆる角度で良好な表示を得るために、斜め方向から見た際の黒表示時の輝度上昇と色付きを共に低減する手段を提供することを目的とする。
本発明は、光入射側の第一の偏光層を備えた第一基板ともう一方の第二の偏光層を備えた第二基板間のそれぞれの吸収軸が略垂直（小さい方の成す角度が８８〜９０°）で、液晶分子が前記基板に略平行（小さい方の成す角度が０〜５°）且つ、前記第一の偏光層の吸収軸に略垂直あるいは略平行（小さい方の成す角度が０〜２°）方向に配置された液晶層と、前記第一基板又は前記第二基板のいずれか一方の基板の前記液晶層に近い側に、各画素に対抗して一対の電極を有するマトリクス駆動の電極群が設けられ、背面照明装置を有する液晶表示装置であって、前記第一の偏光層と前記液晶層との間に光学補償部材が、前記液晶層と前記光学補償部材の間に複屈折性媒体（前記基板平行面内あるいは厚さ方向のリタデーションが２０ｎｍ以上）を挟持せずに配置され、前記光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときにｎ１≒ｎ３＞ｎ２を満たし、前記光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が前記液晶層の光学軸と略垂直であることを特徴とする。
その他の手段は、実施例で詳細に説明する。
本発明の液晶表示装置は、偏光板，液晶層，光学補償部材による構成、およびそれぞれの光学部材の光学定数を規定することにより、斜め視野における液晶層や光学補償部材の影響を低減し、斜め方向の黒輝度および色付きの低減を実現できる。
以下、本発明の内容を具体的に説明する。
液晶ＴＶが台頭する中、自発光でない液晶ディスプレイは、白表示時は、如何に照明装置からの光を透過し、黒表示時は如何に光を遮断するかが重要である。本発明は、特に黒表示時において斜めから見たときに如何に輝度低減と同時に色付きを無くすかに関するものである。
まず、黒表示時に斜め方向から見た場合、何故輝度が上昇し、色付きが生じるかについて説明する前に、図７を用いて定義を示す。照明装置からの入射光６０が入射し、液晶素子で光が変調され、表示面１０Ｄから光が出射する時、表示面１０Ｄの法線方向を８０Ｎ、水平方向を７０Ｈ、垂直方向を７０Ｖとし、視認方向８０Ｖの表示面１０Ｄへの射影方向を８０Ａとすると、水平方向７０Ｈとの成す角を方位角８１としてφで示し、法線方向８０Ｎと視認方向８０Ｖとの成す角を極角θで示す。
次に、直交する一対の偏光板において、極角θ，方位角φを、θ≠０°，φ≠０°，１８０°±９０°として、光漏れの理由について考える。図９（Ａ）に示すように２枚の偏光板の吸収軸１１ＢＡと１２ＢＡ（または透過軸１１ＢＴと１２ＢＴ）を直交させた場合、偏光板の法線方向から入射した光は、入射側の偏光板で直線偏光となり、出射側の偏光板により吸収され、黒表示をすることができる。一方、図９（Ｂ）に示すように、斜め方向から見た場合（θ≠０°，φ≠０°，１８０°±９０°）は、反対側の偏光板の透過軸と平行な成分を有し、反対側の偏光板で光が完全には遮断されずに光漏れを生じる。更に、直交する偏光板間に平行配向の液晶層が配置された場合、液晶層の光学軸が入射側偏光板の吸収軸に平行であれば液晶層の影響を受けないが、液晶層の光学軸がずれる、若しくは２枚の偏光板が直交からずれると液晶層の影響を受けることが我々の検討で判明した。
これらの偏光状態を理解する為には、ポアンカレ球表示を使用すると非常にわかり易い。ポアンカレ球表示については、〔非特許文献４〕に開示されている。ストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、光の進行方向に対し垂直な面でｘ，ｙ軸をとり、その電界振幅をそれぞれＥｘ，Ｅｙとし、ＥｘとＥｙの相対的位相差をδ（＝δｙ−δｘ）とすると、
（数１）
Ｓ０＝＜｜Ｅｘ｜２＞＋＜｜Ｅｙ｜２＞
Ｓ１＝＜｜Ｅｘ｜２＞−＜｜Ｅｙ｜２＞
Ｓ２＝＜２ＥｘＥｙcosδ＞
Ｓ３＝＜２ＥｘＥｙsinδ＞
と表され、完全偏光の場合Ｓ０2＝Ｓ１2＋Ｓ２2＋Ｓ３2となる。また、これをポアンカレ球上に表示すると、図８に示すようになる。つまり、空間直交座標系の各軸にＳ１，Ｓ２，Ｓ３軸を取り、偏光状態を表すＳ点は、強度Ｓ０の半径とする球面上に位置する。ある偏光状態Ｓの点を取り、緯度Ｌａ及び経度Ｌｏを用いて表示すると、完全偏光の場合、Ｓ０2＝Ｓ１2＋Ｓ２2＋Ｓ３2であるため、半径１の球を考え、
（数２）
Ｓ１＝cosＬａcosＬｏ
Ｓ２＝cosＬａsinＬｏ
Ｓ３＝cosＬａ
となる。ここで、ポアンカレ球上では、上半球は右回りの偏光、下半球は左回りの偏光、赤道上は直線偏光、上下両極はそれぞれ右円偏光、左円偏光が配置される。
図９（Ｂ）の状態をポアンカレ球上で考えると図１０に示すようになる。ここで、図１０は、方位角φ＝４５°，θ＝６０°で見た場合で、図１０（Ａ）はＳ１−Ｓ３面への、図１０（Ｂ）はＳ１−Ｓ２面への射影を示す。光の入射側の偏光透過軸１１ＢＴの偏光状態は２００Ｔ、吸収軸１１ＢＡに偏光成分を持つ直線偏光は２００Ａ、出射側の偏光透過軸１２ＢＴは２０１Ｔ、吸収軸１２ＢＡに偏光成分を有する直線偏光は２０１Ａで示される。つまり、２００Ｔと２０１Ａの距離３１１が光漏れとなる。従って、２００Ｔの偏光状態を２０１Ａの偏光状態へ、変換３００を行うことで光漏れを無くす事ができる事がわかる。
図１０は、偏光層のみの理想状態を考えたが、通常の偏光板は、偏光層の両側に支持基材が配置されており、その支持基材が通常トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）から成る。ＴＡＣは複屈折性を有する為、斜め方向から光が入射し、出射する場合、偏光状態が変化する。複屈折性媒体による偏光状態の変化は、ポアンカレ球上では、入射光に関する値（方位角，視野角）で決まる特定の軸の回りに、その複屈折性媒体の物性値（屈折率，厚さ）及び入射光に関する値（方位角，視野角）で決まる斜め方向の複屈折性を表す傾斜リタデーションにより特定の角度回転させることで表される。
以上より、垂直入射では偏光状態に影響を受けないが斜め入射時に支持基材の影響を受けて偏光状態が変化する。ここで、図４に示す光学的な層構成で偏光状態の変化を考える。液晶層１５の両側に偏光板が配置され、入射側偏光板１１の内側には支持基材１１Ｃ、出射側偏光板１２は内側に支持基材１２Ｃが配置されている。ここで、液晶層の光学軸１５Ｓは、入射側偏光板１１の吸収軸１１ＢＡに垂直、透過軸１１ＢＴに平行で、出射側偏光板１２の吸収軸１２ＢＡに平行、透過軸１２ＢＴに垂直に配置し、これをｅ−modeと呼び、上下偏光板の軸が９０°回転している場合、つまり、液晶層の光学軸１５Ｓは、入射側偏光板１１の吸収軸１１ＢＡに平行、透過軸１１ＢＴに垂直で、出射側偏光板１２の吸収軸１２ＢＡに垂直、透過軸１２ＢＴに平行に配置した場合をｏ−modeと呼ぶ。また、通常は、偏光層１１Ｂ，１２Ｂの外側に図１に示すように支持基材１１Ａ，１２Ａが配置されるが偏光状態を考える上では必要無い為に省略した。
この図４の構成について、ポアンカレ球上で偏光状態の変化を図１１（Ａ）を用いて考える。以下断りが無い場合には、各物性値は波長５５０ｎｍ光の値として考える。図１０と同様に方位角φ＝４５°，視野角θ＝６０°から見た場合の光について考えると、偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、支持基材１１Ｃにより偏光状態２０２に変換される。更に、液晶層１５により偏光状態２０３に変換３０１される。更に出射側偏光板１２の支持基材１２Ｃによって偏光状態２０４に変換される。ここで、出射側の偏光層１２Ｂの吸収軸１２ＢＡに一致する偏光状態は２０１Ａであり、偏光状態２０４と２０１Ａの距離３１０分だけ光が漏れることになる。
更には、図１１（Ａ）では、５５０ｎｍの光について考えたが、図１１Ｂで図４の構成について、可視光領域は３８０〜７８０ｎｍであるので、略等価である４００〜７００ｎｍの光について考える。図１０と同様に方位角φ＝４５°、視野角θ＝６０°から見た場合の光について考えると、入射側偏光層１１Ｂを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、支持基材１１Ｃにより偏光状態２１２に変換される。ここで、偏光状態２１２の直線の長さは、光の波長によりリタデーションの大きさが異なる為、異なる偏光状態に変換されることを示す。更に、液晶層１５により、波長により広がりのある偏光状態２１３に変換される。更に出射側偏光板１２の支持基材１２Ｃにより偏光状態２１４に変換される。ここで、出射側の偏光層１２Ｂの吸収軸１２ＢＡに一致する偏光状態は２０１Ａであり、偏光状態２１４と２０１Ａの距離の分だけ光が漏れ、波長により光の漏れ量が異なる事が分かった。従って斜めから見た場合、色付きが生じることが理解できる。
本発明を説明する。本発明の液晶表示装置の構成を図１に示す。光入射側の第一の偏光板（入射側偏光板１１）を備えた第一基板１３ともう一方の第二の偏光層（出射側偏光板１２）を備えた第二基板１４間のそれぞれの吸収軸が略垂直（小さい方の成す角度が８８〜９０°）で、液晶分子が前記基板に略平行（小さい方の成す角度が０〜５°）且つ、前記第一の偏光層の吸収軸に略垂直あるいは略平行（小さい方の成す角度が０〜２°）方向に配向され、前記第一の基板に対して平行な方向に電界を印加することにより前記液晶分子が前記第一の基板に対して平行な面内で回転する液晶層１５と、前記第一基板又は前記第二基板のいずれか一方の基板の前記液晶層に近い側に、各画素に対向して一対の電極を有するマトリクス駆動の電極群が設けられ、背面照明装置が配置されている。
図１左は、液晶層１５の光学軸が入射側偏光層１１の吸収軸に略垂直であるｅ−modeの場合を示している。この場合、光学補償部材１６は液晶層１５と入射側偏光層１１の間に挟持され、支持基材としての役割も兼ね、光学補償部材１７は液晶層１５と出射側偏光層１２の間に挟持され、支持基材としての役割も兼ねる。
図１は偏光板支持基材１１Ａ，１２Ａおよび基板１３，１４を含むが、これらは偏光状態を考える場合無視できる。これらを省略し、各部材の基板平行面内の遅相軸方向を明示した光学的構成図を考えると、図５のようになる。このような光学的構成において、斜め方向からの光漏れを光学補償部材１６および１７により低減する方法を考える。
図１２にポアンカレ球を用いて偏光状態変化を示す。ここで、基板平行面内における遅相軸をｘ軸方向に平行とし、ｘ，ｙ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ、厚さｄｒ方向の屈折率をｎｚとすると
（数３）
ｎｘ≒ｎｚ＞ｎｙ
となるような媒体をネガティブａ−plateと呼ぶことにし、今後ネガティブａ−plateのリタデーションとは基板平行面内のリタデーションを指す事にする。
図１２（Ａ）において、方位角φ＝４５°，視野角θ＝６０°から見た場合の光について考えると、偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
さらに、図１２（Ａ）では５５０ｎｍの光について考えたが、可視光領域は３８０〜７８０ｎｍであるので、略等価である４００〜７００ｎｍの光について図１２（Ｂ）で考える。光学補償部材１６によって変換された光は光学補償部材の波長分散により偏光状態６１６のように広がりを持つ。次に液晶層１５によって光が変換されるが、前述したように変換経路を略等しくして逆行している。これにより、光学補償部材で波長分散によって広がりを持った光は液晶層によって偏光状態６１５に変換される際に液晶層の波長分散によって広がりが解消されていくこととなる。その後、光学補償部材１７によって偏光状態６１７に偏光状態変換することで、劇的に斜め輝度浮き、斜め色付きを抑えることが可能となる。
次に、図１右のｏ−modeについて考える。ｏ−modeでは、図１右のように液晶層１５の光学軸が入射側偏光層１１の吸収軸に略平行となっている。この場合、光学補償部材１６は液晶層１５と出射側偏光層１２の間に挟持され、支持基材としての役割も兼ね、光学補償部材１７は液晶層１５と入射側偏光層１１の間に挟持され、支持基材としての役割も兼ねる。
図６に光学的構成を示す。この場合の偏光状態変化をポアンカレ球により図１３に示す。図１３で示された通り、ｏ−modeにおいては偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１７により偏光状態５１７に変換４１７される。次に、液晶層１５により偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１６により、液晶層１５による変換４１５の軌跡を逆行するように、偏光状態２０１Ａの点に変換４１６される。
この偏光状態変換により、斜め輝度浮き、斜め色付きを抑えることが可能となる。本検討では、適切な構成をとった場合、ｏ−modeの場合と、ｅ−modeの場合で黒表示時の視野角特性が略等しくなる。
ここまでの議論から理解できるとおり、本発明によれば、液晶層１５と光学補償部材１６のリタデーションが正の波長分散であっても、互いの波長分散を打ち消す効果が得られ、従来技術より視角性能が向上する。
この考えを更に進め、理想的な効果を得る為には、波長λ，方位角φ，極角θにおいて、
（数４）
ΔｎＬＣ(λ，φ，θ)ｄＬＣ(θ)−Δｎ(λ，φ，θ)ｄ(θ)＝ｋλ （Δｎ＝ｎｘ −ｎｙ）（ｋ：定数）
を満たすような光学設計が最適となる。ここで、ΔｎＬＣ（λ，φ，θ）は液晶層１５の異常光屈折率と常光屈折率の差、ｄＬＣ(θ)は液晶層１５の光路長、Δｎ（λ，φ，θ）は光学補償部材１６の基板平行面内の屈折率ｎｘ，ｎｙの差、ｄ(θ)は光学補償部材１６の光路長である。ただし、この方法では、液晶材料と光学補償部材１６の選択が非常に重要となる。しかしながら、光学補償部材１６の光学定数と波長分散を材料選択により両立することは、一般的に困難である。
上記設計指針に近い方法として以下の例が挙げられる。〔特許文献７〕では光学的構成の中で最も屈折率の波長分散が大きい液晶層の影響を排してはいるものの、光学補償部材の影響は残ったままである。
〔非特許文献２〕にあるように、屈折率の波長分散はセルマイヤーの分散式と呼ばれる経験式で良く近似できることが知られている。セルマイヤーの分散式をさらに近似した式としてコーシーの分散式があり、以下のように表現される。
（数５）
ｎ＝Ａ＋Ｂ／λ2＋Ｃ／λ4
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは定数である。
一般的な光学補償部材の材料となるＰＣ（ポリカーボネート）のΔｎの波長分散は概ね
（数６）
Δｎ＝０.９＋０.０４／λ2＋０.０００８／λ4
となる。この光学補償部材のΔｎの波長分散により、波長ごとで偏光状態変化が異なり、色度変化が発生する。これに対し、本検討では、液晶層１５と光学補償部材１６がこの屈折率の波長分散を打ち消し合うような光学構成をとっている。この為、光学補償部材の波長分散の影響を受ける〔特許文献７〕のような光学構成と比べ大幅に色度変化が抑制できる。
図１４（Ａ）に〔特許文献７〕の一例にあるｅ−modeの光学的構成を、図１４（Ｂ）に可視光領域に略等価である４００〜７００ｎｍの光の偏光状態変換を示す。この光学的構成は光学補償部材１８および１９を用い、液晶層１５の影響をほぼ排することはできたものの、光学補償部材１８および１９による影響が残っている。その為、光学補償部材１８，１９によって偏光状態変換される際に光学補償部材の波長分散によって偏光状態が６１８，６１９のように広がりを持ち、斜め輝度浮き，色度変化が生じる。これに対し、本検討の光学構成では図１２（Ｂ）にあるようにＲ，Ｇ，Ｂ各波長における偏光状態変化の違いが抑制されている。これにより、斜め輝度浮き，色度変化の少ない液晶表示装置が実現される。
例えば、一般的赤緑青３原色カラーフィルタを備えた液晶表示装置において、赤緑青各色のカラーフィルタの透過ピーク波長をＲ，Ｇ，Ｂとし、液晶層１５の厚さをｄＬＣＲ，ｄＬＣＧ，ｄＬＣＢとし、光学補償部材１６の厚さをｄｒＲ，ｄｒＧ，ｄｒＢとしたときに、
（数７）
｜ΔｎＬＣ(Ｂ)・ｄＬＣＢ−(ｎ１(Ｂ)−ｎ２(Ｂ))・ｄｒＢ｜／｜ΔｎＬＣ(Ｇ)
・ｄＬＣＧ−（ｎ１(Ｇ)−ｎ２(Ｇ)）・ｄｒＧ｜＜（０.９＋０.０４／Ｂ2
＋０.０００８／Ｂ4）／(０.９＋０.０４／Ｇ2＋０.０００８／Ｇ4)
｜ΔｎＬＣ(Ｇ)・ｄＬＣＧ−（ｎ１(Ｇ)−ｎ２(Ｇ)）・ｄｒＧ｜／｜ΔｎＬＣ(Ｒ)
・ｄＬＣＲ−（ｎ１(Ｒ)−ｎ２(Ｒ)）・ｄｒＲ｜＜（０.９＋０.０４／Ｇ2
＋０.０００８／Ｇ4）／（０.９＋０.０４／Ｒ2＋０.０００８／Ｒ4）
となるように光学補償部材を選択する。この条件は光学補償部材の材料選択の幅を広げようとした際に特に重要となる。一般的な材料の光学補償部材を使用した場合、本検討の光学的構成をとるだけで、（数７）の条件が満たされ、〔特許文献７〕以上の光学特性が得られるが、材料の幅を広げる為に一般的材料と大幅に異なる波長分散特性を有する材料を使用する場合、望んだ光学特性が得られない場合もある。その場合には、後述の施策等で、（数７）を満たすことが可能である。
例えば、カラーフィルタの各色領域毎に光学補償部材１６のリタデーションを独立に調整することによって、上記光学設計に近い効果を発現させることができる。この方法を用いることで、材料選択以外によって（数４）に近い光学設計が可能となる。
または、カラーフィルタの各色領域毎に液晶層１５の厚さ、即ちセルギャップを変えることによって、上記光学設計に近い効果を発現させることが可能となる。例えば、一般的赤緑青３原色カラーフィルタを備えた液晶表示装置において、赤緑青各色のカラーフィルタに対応する液晶層１５の厚さをｄＲ，ｄＧ，ｄＢとしたときに
（数８）
ｄＲ≧ｄＧ＞ｄＢ
となるように液晶層１５を所謂マルチギャップ化する。この方法を用いることで、光学定数以外の条件で（数４）のような理想状態に近い光学設計が可能となる。
以上述べた考え方の詳細な例は、以下実施例に示す。
〔実施例〕
以下に具体的な実施例を示して、本発明の内容をさらに詳細に説明する。以下の実施例は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本実施例においては、〔非特許文献３〕に開示されている４×４マトリクス法を用いた光学シミュレーションを用いて数値計算し検討した結果も含まれる。ここで、シミュレーションにおいては、一般的構成を想定し、通常のバックライトに使用されている３波長冷陰極管の分光特性、赤，緑，青の３原色カラーフィルタの分光透過特性，偏光板偏光層としては、日東電工製１２２４ＤＵの分光特性を使用した。さらに、液晶層に含まれる液晶分子としては、異常光屈折率１.５７３，常光屈折率１.４８４のネマティック液晶を想定し、液晶層の厚みは３.９μｍとした。また、光学補償部材の波長分散はポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン，ノルボルネン系材料等、あるいは液晶性高分子材料のものを用いたがこれらに限定されるものではない。
また、本発明では、第一基板と第二基板間に光学補償部材を配置することも想定しているが、このような技術は例えば、〔特許文献８〕等において開示されている。我々の検討によると、このような技術の課題の一つは表面の平坦性にある。第一基板と第二基板間に光学補償部材を配置した場合、光学補償部材の表面に凹凸があると、これが液晶層厚みのばらつきとなり、面内表示むらやコントラスト低下を招く。しかし、我々の検討によると、〔特許文献９〕で提案されているようなフリンジフィールド電界を用いたＩＰＳモードでは、液晶層厚みばらつきに対して、面内表示むらやコントラスト低下が生じにくいため、第一基板と第二基板間に光学補償部材を配置する技術と容易に組み合わせることが可能である。
更に、実施例中では現在の一般的構成を述べるため、一枚の光学補償部材につき一つの複屈折性機能が実現されることを前提として記述されているが、実施例中で示したそれぞれの光学補償部材の複屈折性が複数の光学補償部材の組み合わせにより実現されてもよい。例えば、光学補償部材を積層することによって、リタデーションを調整してもよい。また、光学補償部材および偏光層が、基板上に材料が塗布され、配向処理が行われることにより形成されてもよい。ただしこの場合、実施例中で示した構成は変化する場合がある。具体的には、偏光層は基板の液晶層側に配置される場合が考えられる。また、実施例中では図１を構造例として示しているが、図２や図３のような構造でも問題は無い。本発明は、光学的構成に重きを置くものであり、本発明で示した光学的構成が実現されれば、物理的構成に依らず、本発明の効果は達成可能である。このため実施例中では、適宜光学的構成を示している。
実施例中で用いる垂直，９０°といった表現は、完全な垂直を意味しているわけではなく、略垂直あるいは小さい方のなす角度が８８°〜９０°と読み替えても話の本質には何ら影響するものではない。平行といった表現についても同様である。
液晶セルや電極構造，基板，偏光板の偏光層、及び照明装置はＩＰＳとして従来から用いられるものがそのまま適用できる。本発明は、光学部材の仕様，構成に関するものである。
液晶層に対して電圧無印加時における液晶層光学軸の基板に対する小さい方の角度（プレチルト角）は、実施例において示すシミュレーションでは０°としたが、±５°の範囲では本実施例で示した傾向に大きな差は生じなかった。ただし、プレチルト角０°の場合が最も良好な特性を示した。
ここで用いられる用語の説明を行う。光学補償部材は屈折率楕円体として考えることができ、基板平行面内の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、ｎｚをそれと垂直な方向に軸を持つ屈折率をｎｚとし、光学補償部材の厚さをｄｒとしたとき、複屈折性を表す基板平行面内のリタデーションΔｎｄ、厚さ方向のリタデーションＲｔｈ，Ｎｚ係数は以下の式で表される。
（数９）
Δｎｄ＝｜(ｎｘ−ｎｙ)ｄ｜
Ｒｔｈ＝｜((ｎｘ＋ｎｙ)／２−ｎｚ)ｄ｜
Ｎｚ＝(ｎｘ−ｎｚ)／(ｎｙ−ｎｚ)
以後、二軸異方性光学補償部材において０＜Ｎｚ＜１では断りの無い限り、リタデーションとは基板平行面内のリタデーションのことを言う。また、Ｎｚ＜０，１＜Ｎｚでは断りの無い限り、リタデーションとは厚さ方向のリタデーションのことを言う。
また、「略等方性」とは面内リタデーションおよび厚さ方向のリタデーションが０ｎｍより大きく２０ｎｍより小さいものを指す。それ以外のものは複屈折性媒体となる。
二軸異方性光学補償部材以外の複屈折性媒体として、一軸異方性光学補償部材が挙げられる。本実施例では、ポジティブａ−plate，ネガティブａ−plate，ポジティブｃ−plate、ネガティブｃ−plateが用いられているので、ここで説明しておく。
ポジティブａ−plate：ｎｘ＞ｎｙ≒ｎｚ
ネガティブａ−plate：ｎｘ≒ｎｚ＞ｎｙ
ポジティブｃ−plate：ｎｚ＞ｎｘ≒ｎｙ
ネガティブｃ−plate：ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚ
以後、特に断りの無い限り、ａ−plateのリタデーションとは基板平行面内のリタデーションのことを言い、ｃ−plateのリタデーションとは厚さ方向のリタデーションのことを言う。
また、本実施例ではこの一軸異方性光学補償部材を使用しているが、我々の検討では必ずしもネガティブａ−plateや、ポジティブａ−plate，ポジティブｃ−plate，ネガティブｃ−plateである必要はなく、ネガティブａ−plateは−０.３＜Ｎｚ＜０.３、ポジティブａ−plateは０.７＜Ｎｚ＜１.０、ポジティブｃ−plateはＮｚ＜−５、ネガティブｃ−plateはＮｚ＞５と考えても問題はない。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図５に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてＮｚ係数が０より小さい二軸異方性光学補償部材を使用する。この構成により、図１２で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
ここで、評価指標を定める必要がある。本発明は、黒表示時の視野角を変化させたときの輝度変化と色度変化の低減が目的である為、それぞれの評価指標を導入する。
輝度変化の指標としては、視野角を変化させたときの透過率最大値を導入する。ここで透過率とは、入射光波長４００〜７００ｎｍにおいて視感度を考慮して求めたものである。図１５によりこれを説明する。同図は、光学補償部材の仕様が異なる三種類の液晶表示装置において、黒表示時の透過率視野角特性を評価したもので、方位角を固定して、極角のみを変化させた場合である。同図により、仕様３が最も輝度変化の特性が良好となる。ここで、それぞれの仕様における透過率最大値を比較しても同様の結果が得られることが分かる。４５１Ｔ１，４５１Ｔ２，４５１Ｔ３はそれぞれ仕様１，２，３の透過率最大値である。このように、透過率最大値が小さいならば、視野角変化に伴う輝度変化も小さいと言える。図９のような光学補償部材を配置しない構成をとった場合、黒表示時の最大透過率はおよそ２％程度であった。
次に、色度変化の指標としてはΔｕ′ｖ′を導入する。図１６に説明図を示す。図１６は図９の構成において、黒表示時の色をｕ′ｖ′色度図にプロットしたものであり、全方位角，全極角方向から見た全ての色度座標をプロットしている。結果として、同図に示す楕円領域が得られる。視野角変化に伴う色度変化を低減することは、同図における楕円領域を小さくすることに相当する。そこで、この楕円長軸の長さを評価指標とする。これがΔｕ′ｖ′である。
これに対し、本実施例として光学補償部材１６のリタデーションを２４０ｎｍとし、光学補償部材１７のＮｚ係数を−３〜−１まで、リタデーションを４０〜１５０ｎｍまで変化させたときの最大透過率を図１７に、Δｕ′ｖ′を図１８に示す。リタデーション４０〜１３０ｎｍの範囲で最大透過率が２％以下となり、良好な視野角特性を示した。また、光学補償部材１７のＮｚ係数が−１.０、リタデーションが６０ｎｍのとき最大透過率が０.０８９％、Δｕ′ｖ′が０.１４となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
ただし、光学補償部材１６のリタデーションを２３０ｎｍとした場合、光学補償部材１７のＮｚ係数がー３.０、リタデーションが７０ｎｍのとき最大透過率が０.０９２％、Δｕ′ｖ′が０.１４となり、特に良好な結果を示した。このように光学補償部材１６のリタデーション、光学補償部材１７のＮｚ係数及びリタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散等に依存する。
さらに上述した通り、カラーフィルタのＲ，Ｇ，Ｂ各色における液晶層厚ｄＲ，ｄＧ，ｄＢを独立に変化させるマルチギャップ技術を用い、例えばｄＲ≧ｄＧ＞ｄＢとすれば、斜め輝度変化，色度変化はさらに低減できる。
また、光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１右に、ｏ−modeの光学的構成を図６に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてＮｚ係数が０より小さい二軸異方性光学補償部材を使用する。この構成により、図１３で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１７により偏光状態５１７に変換４１７される。次に、液晶層１５により偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１６により、液晶層１５による変換４１５の軌跡を逆行するように、偏光状態２０１Ａの点に変換４１６される。本実施例においては、リタデーション４０〜１３０ｎｍの範囲で最大透過率が２％以下となり、実施例１のｅ−modeと略同一の結果が得られた。
光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果も略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図５に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてＮｚ係数が０より大きく１より小さい二軸異方性光学位相補償フィルムを使用する。この構成により、図１２で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
本実施例として光学補償部材１６のリタデーションを３００ｎｍとし、光学補償部材１７のＮｚ係数を０.２〜０.８まで、リタデーションを２０〜２５０ｎｍまで変化させたときの最大透過率を図１９に、Δｕ′ｖ′を図２０に示す。リタデーション２０〜２３０ｎｍの範囲で最大透過率が２％以下となり、良好な視野角特性を示した。また、光学補償部材１７のＮｚ係数が０.４、リタデーションが１５０ｎｍのとき最大透過率が０.０７５％、Δｕ′ｖ′が０.１２となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を採用した。
図１２の偏光状態変換および図１９，図２０の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図２１に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてＮｚ係数が０より小さい二軸異方性光学補償部材を使用する。この構成により、図２２で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
本実施例として光学補償部材１６のリタデーションを１８０ｎｍとし、光学補償部材１７のＮｚ係数を−３〜−１まで、リタデーションを４０〜２５０ｎｍまで変化させたときの最大透過率を図２３に、Δｕ′ｖ′を図２４に示す。リタデーション４０〜２００ｎｍの範囲で最大透過率が２％以下となり、良好な視野角特性を示した。また、光学補償部材１７のＮｚ係数が−１.０、リタデーションが１３５ｎｍのとき最大透過率が０.０９０％、Δｕ′ｖ′が０.１５となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図２２の偏光状態変換および図２３，図２４の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図５に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてネガティブａ−plateを使用する。この構成により、図１２で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。光学補償部材１６のリタデーションが２７０ｎｍ、光学補償部材１７のリタデーションが９０ｎｍのとき最大透過率が０.０８５％、Δｕ′ｖ′が０.１３となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図１２の偏光状態変換の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図２４に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてポジティブｃ−plateを使用する。この構成により、図２６で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。光学補償部材１６のリタデーションが２７０ｎｍ、光学補償部材１７のリタデーションが９０ｎｍのとき最大透過率が０.０８５％、Δｕ′ｖ′が０.１３となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図１２の偏光状態変換の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。
また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図２１に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてＮｚ係数が１より大きい二軸異方性光学補償部材を使用する。この構成により、図２７で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
本実施例として光学補償部材１６のリタデーションを４５０ｎｍとし、光学補償部材１７のＮｚ係数を１.５〜３.５まで、リタデーションを４０〜１５０ｎｍまで変化させたときの最大透過率を図２８に、Δｕ′ｖ′を図２９に示す。リタデーション４０〜１２０ｎｍの範囲で最大透過率が２％以下となり、良好な視野角特性を示した。また、光学補償部材１７のＮｚ係数が１.５、リタデーションが６０ｎｍのとき最大透過率が０.１１％、Δｕ′ｖ′が０.１４となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図２１の偏光状態変換および図２８，図２９の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図２１に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてＮｚ係数が０より大きく１より小さい二軸異方性光学補償部材を使用する。この構成により、図２７で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
本実施例として光学補償部材１６のリタデーションを４２０ｎｍとし、光学補償部材１７のＮｚ係数を０.１〜０.９まで、リタデーションを２０〜２５０ｎｍまで変化させたときの最大透過率を図３０に、Δｕ′ｖ′を図３１に示す。リタデーション２０〜２２０ｎｍの範囲で最大透過率が２％以下となり、良好な視野角特性を示した。また、光学補償部材１７のＮｚ係数が０.７、リタデーションが１３０ｎｍのとき最大透過率が０.０８８％、Δｕ′ｖ′が０.１５となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図２１の偏光状態変換および図３０，図３１の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図５に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてＮｚ係数が１より大きい二軸異方性光学補償部材を使用する。この構成により、図３２で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
本実施例として光学補償部材１６のリタデーションを５８０ｎｍとし、光学補償部材１７のＮｚ係数を１.５〜３.５まで、リタデーションを４０〜２５０ｎｍまで変化させたときの最大透過率を図３３に、Δｕ′ｖ′を図３４に示す。リタデーション４０〜１８０ｎｍの範囲で最大透過率が２％以下となり、良好な視野角特性を示した。また、光学補償部材１７のＮｚ係数が２、リタデーションが１３５ｎｍのとき最大透過率が０.０９５％、Δｕ′ｖ′が０.１４となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図３２の偏光状態変換および図３３，図３４の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図２１に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてポジティブａ−plateを使用する。この構成により、図２７で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
位相補償層である光学補償部材１６のリタデーションが４４０ｎｍ、位相補償層である光学補償部材１７のリタデーションが８０ｎｍのとき最大透過率が０.１１％、Δｕ′ｖ′が０.１２となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図２７の偏光状態変換の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本実施例の構造を図１左に、ｅ−modeの光学的構成を図２５に示す。本実施例では光学補償部材１６としてネガティブａ−plateを、光学補償部材１７としてネガティブｃ−plateを使用する。この構成により、図３５で示した偏光状態変換が可能となる。偏光層１１Ｂの透過軸１１ＢＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、光学補償部材１６により偏光状態５１６に変換４１６される。次に、液晶層１５により、光学補償部材１６による変換４１６の軌跡を逆行するように、偏光状態５１５に変換４１５される。更に光学補償部材１７により偏光状態２０１Ａに変換４１７される。
位相補償層である光学補償部材１６のリタデーションが４８０ｎｍ、位相補償層である光学補償部材１７のリタデーションが８０ｎｍのとき最大透過率が０.０９４％、Δｕ′ｖ′が０.１３となり、特に良好な結果を示したので、本実施例ではこの数値を適用した。
図２７の偏光状態変換の結果を見てわかるように、光学補償部材１６の最適リタデーション、光学補償部材１７の最適Ｎｚ係数及び最適リタデーションは、液晶層のリタデーションやそれぞれの光学部材の波長分散に依存する。また、ｏ−modeにおける結果や光学的構成の中で液晶層１５と光学補償部材１６の位置を逆に配置した結果もｅ−modeにおける結果と略同一であった。
本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為の構成図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為の定義図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為の一般的なポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置を説明する為の概念図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置を説明する為の構成図およびポアンカレ球表示である。 本発明に用いた評価指標を説明する為の概念図である。 本発明に用いた評価指標を説明する為の概念図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。 本発明の液晶表示装置を説明する為のポアンカレ球表示である。
符号の説明
１０ 液晶表示素子
１０Ｄ 表示面
１１ 入射側偏光板
１１Ａ，１１Ｃ，１２Ａ，１２Ｃ 支持基材
１１Ｂ，１２Ｂ 偏光層
１１ＢＡ，１２ＢＡ 吸収軸
１１ＢＴ，１２ＢＴ 透過軸
１２ 出射側偏光板
１３，１４ 基板
１５ 液晶層
１５Ｓ 液晶配向軸（液晶光学軸）
１６，１７ 光学補償部材
１６Ｓ，１７Ｓ 光学補償部材遅相軸
１８ 光学補償部材（ポジティブａ−plate）
１８Ｓ 光学補償部材（ポジティブａ−plate）遅相軸
１９ 光学補償部材（ネガティブａ−plate）
１９Ｓ 光学補償部材（ネガティブａ−plate）遅相軸
５０ 照明装置
５１ 反射板
５２ ランプ
５３ 拡散板
６０ 入射光
７０Ｈ 水平方向
７０Ｖ 垂直方向
８０Ａ 射影方向
８０Ｎ 表示面法線方向
８０Ｖ 視認方向
８１ 方位角
８２ 極角

Claims (21)

  1. 光入射側の第一の偏光層を備えた第一基板と、
    前記第一の偏光層の吸収軸と小さい方の成す角度が８８〜９０°となる吸収軸を有する第二の偏光層を備えた第二基板と、
    液晶分子が前記第一基板又は前記第二基板に小さい方の成す角度が０〜５°となり、且つ、前記第一の偏光層の吸収軸に小さい方の成す角度が８８〜９０°となる、あるいは小さい方の成す角度が０〜２°となる方向に配置された液晶層と、
    前記第一基板又は前記第二基板のいずれか一方の基板の前記液晶層に近い側に配置され、各画素に対向して一対の電極を有するマトリクス駆動の電極群と、
    背面照明装置と、を有し、
    前記第一の偏光層と前記液晶層との間に配置された第一の光学補償部材が、前記液晶層と前記第一の光学補償部材の間に複屈折性媒体を挟持せずに配置され、
    前記第一の光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸方向の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときにｎ１≒ｎ３＞ｎ２を満たし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が前記液晶層の光学軸と略垂直であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 光入射側の第一の偏光層を備えた第一基板と、
    前記第一の偏光層の吸収軸と小さい方の成す角度が８８〜９０°となる吸収軸を有する第二の偏光層を備えた第二基板と、
    液晶分子が前記第一基板又は前記第二基板に小さい方の成す角度が０〜５°となり、且つ、前記第一の偏光層の吸収軸に小さい方の成す角度が８８〜９０°となる、あるいは小さい方の成す角度が０〜２°となる方向に配置された液晶層と、
    前記第一基板又は前記第二基板のいずれか一方の基板の前記液晶層に近い側に配置され、各画素に対向して一対の電極を有するマトリクス駆動の電極群と、
    背面照明装置と、を有し、
    前記第二の偏光層と前記液晶層との間に配置された第一の光学補償部材が、前記液晶層と前記第一の光学補償部材の間に複屈折性媒体を挟持せずに配置され、
    前記第一の光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときにｎ１≒ｎ３＞ｎ２を満たし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が前記液晶層の光学軸と略垂直であることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置において、
    前記第一基板あるいは前記第二基板に、Ｎ色（Ｎ≧２）のカラーフィルタが設けられ、
    各々の前記カラーフィルタの透過率最大値を示す波長が短波長側から順にλM（Ｍ＝１，２，…，Ｎ）であるとき、
    透過率最大値を示す波長がλMの前記カラーフィルタに対応する前記液晶層のλMにおける異常光屈折率と常光屈折率の差をΔｎＬＣ(λM)、厚さをｄＬＣMとし、
    透過率最大値を示す波長がλMの前記カラーフィルタに対応する前記第一の光学補償部材のλMにおける基板平行面内における遅相軸方向の屈折率をｎ１(λM)、基板平行面内における進相軸の屈折率をｎ２(λM)、厚さをｄｒMとしたとき、全てのＭ（Ｍ＝１，２，・・・Ｎ）において、
    ｜ΔｎＬＣ(λM-1)・ｄＬＣM-1−(ｎ１(λM-1)−ｎ２(λM-1))・ｄｒM-1｜
    ／｜ΔｎＬＣ(λM)・ｄＬＣM−(ｎ１(λM)−ｎ２(λM))・ｄｒM｜＜(０.９
    ＋０.０４／λM-1 2＋０.０００８／λM-1 4)／(０.９＋０.０４／λM 2
    ＋０.０００８／λM 4)
    であることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置において、
    前記第一基板あるいは前記第二基板に、Ｎ色（Ｎ≧２）のカラーフィルタが設けられ、各々の前記カラーフィルタの透過率最大値を示す波長が短波長側から順にλM（Ｍ＝１，２，…，Ｎ）であるとき、
    透過率最大値を示す波長がλMの前記カラーフィルタに対応する前記液晶層のλMにおける厚さをｄＬＣMとしたとき、少なくともＭ＝Ｋ（２≦Ｋ≦Ｎ）の場合において、
    ｄＬＣK＞ｄＬＣK-1
    を満たし、Ｍが前記Ｋ以外の場合については、
    ｄＬＣM≧ｄＬＣM-1
    であることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項４記載の液晶表示装置において、
    前記カラーフィルタの赤，緑，青各画素に対応する前記液晶層の厚さをそれぞれｄＬＣR，ｄＬＣG，ｄＬＣBとしたとき、
    ｄＬＣR≧ｄＬＣG＞ｄＬＣBであることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
    前記液晶層と前記第一の光学補償部材が前記第一の偏光層との間に複屈折性媒体を挟持せずに配置されることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
    前記液晶層と前記第一の光学補償部材が前記第二の偏光層との間に複屈折性媒体を挟持せずに配置されることを特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
    前記液晶層の光学軸が前記第一の偏光層の吸収軸に略垂直であり、
    前記第二の偏光層と前記液晶層との間に第二の光学補償部材が配置されることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項１から５，７のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
    前記液晶層の光学軸が前記第一の偏光層の吸収軸に略平行であり、
    前記第一の偏光層と前記液晶層との間に第二の光学補償部材が配置されることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項８又は請求項９に記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、前記液晶層の異常光の屈折率と常光の屈折率の差をΔｎＬＣ、セルギャップをｄＬＣとし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内における遅相軸方向の屈折率をｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率をｎ２、厚さをｄｒとしたとき、
    ０ｎｍ＜ΔｎＬＣ・ｄＬＣ−(ｎ１−ｎ２)・ｄｒ＜２７５ｎｍを満たし、
    前記第二の光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときに、
    (ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＜１を満たし、
    前記第二の光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が前記液晶層の光学軸と略平行であることを特徴とする液晶表示装置。
  11. 請求項８又は請求項９に記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記液晶層の異常光の屈折率と常光の屈折率の差をΔｎＬＣ、セルギャップをｄＬＣとし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内における遅相軸方向の屈折率をｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率をｎ２、厚さをｄｒとしたとき、
    ０ｎｍ＜ΔｎＬＣ・ｄＬＣ−(ｎ１−ｎ２)・ｄｒ＜２７５ｎｍを満たし、
    前記第二の光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときに、
    (ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＜０を満たし、
    前記第二の光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が前記液晶層の光学軸と略垂直であることを特徴とする液晶表示装置。
  12. 請求項８又は請求項９に記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記液晶層の異常光の屈折率と常光の屈折率の差をΔｎＬＣ、セルギャップをｄＬＣとし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内における遅相軸方向の屈折率をｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率をｎ２、厚さをｄｒとしたとき、
    ０ｎｍ＜ΔｎＬＣ・ｄＬＣ−(ｎ１−ｎ２)・ｄｒ＜２７５ｎｍを満たし、
    前記第二の光学補償部材がｎ３＞ｎ１≒ｎ２を満たすことを特徴とする特徴とする液晶表示装置。
  13. 請求項８又は請求項９に記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記液晶層の異常光の屈折率と常光の屈折率の差をΔｎＬＣ、セルギャップをｄＬＣとし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内における遅相軸方向の屈折率をｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率をｎ２、厚さをｄｒとしたとき、
    −２７５ｎｍ＜ΔｎＬＣ・ｄＬＣ−(ｎ１−ｎ２)・ｄｒ＜０ｎｍを満たし、
    前記第二の光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときに、
    (ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＞０を満たし、
    前記第二の光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が前記液晶層の光学軸と略垂直であることを特徴とする液晶表示装置。
  14. 請求項８又は請求項９に記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記液晶層の異常光の屈折率と常光の屈折率の差をΔｎＬＣ、セルギャップをｄＬＣとし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内における遅相軸方向の屈折率をｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率をｎ２、厚さをｄｒとしたとき、
    −２７５ｎｍ＜ΔｎＬＣ・ｄＬＣ−(ｎ１−ｎ２)・ｄｒ＜０ｎｍを満たし、
    前記第二の光学補償部材は、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３としたときに、
    (ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＞１を満たし、
    前記第二の光学補償部材の基板平行面内の遅相軸が前記液晶層の光学軸と略平行であることを特徴とする液晶表示装置。
  15. 請求項８又は請求項９に記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記液晶層の異常光の屈折率と常光の屈折率の差をΔｎＬＣ、セルギャップをｄＬＣとし、
    前記第一の光学補償部材の基板平行面内における遅相軸方向の屈折率をｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率をｎ２、厚さをｄｒとしたとき、
    −２７５ｎｍ＜ΔｎＬＣ・ｄＬＣ−(ｎ１−ｎ２)・ｄｒ＜０ｎｍを満たし、
    前記第二の光学補償部材がｎ１≒ｎ２＞ｎ３を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
  16. 請求項１０記載の液晶表示装置において、
    前記第二の光学補償部材がｎ１≒ｎ３＞ｎ２を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
  17. 請求項１０記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記第二の光学補償部材が、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３、厚さｄｒとしたときに、
    ０＜(ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＜１かつ(ｎ１−ｎ２)＊ｄｒ＜１００ｎｍ
    であることを特徴とする液晶表示装置。
  18. 請求項１０記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記第二の光学補償部材が、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３、厚さｄｒとしたときに、
    (ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＜０かつ−１５０ｎｍ＜((ｎ１＋ｎ２)／２−ｎ３)
    ＊ｄｒ＜０ｎｍ
    であることを特徴とする液晶表示装置。
  19. 請求項１３記載の液晶表示装置において、
    前記第二の光学補償部材がｎ１＞ｎ２≒ｎ３を満たすことを特徴とする特徴とする液晶表示装置。
  20. 請求項１３記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記第二の光学補償部材が、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３、厚さｄｒとしたときに、
    ０＜(ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＜１かつ(ｎ１−ｎ２)＊ｄｒ＜１００ｎｍ
    であることを特徴とする液晶表示装置。
  21. 請求項１３記載の液晶表示装置において、
    入射光波長を５５０ｎｍとしたとき、
    前記第二の光学補償部材が、基板平行面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１、基板平行面内における進相軸の屈折率ｎ２、厚さ方向の屈折率ｎ３、厚さｄｒとしたときに、
    (ｎ１−ｎ３)／(ｎ１−ｎ２)＞１かつ０ｎｍ＜((ｎ１＋ｎ２)／２−ｎ３)＊ｄｒ
    ＜１５０ｎｍ
    であることを特徴とする液晶表示装置。
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