JP2021036252A - 液晶パネルおよびそれを備える液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶表示装置の正面方向からの視認性を良好に保ちながら、液晶表示装置を左右斜め上方向から見られた場合、好適な視野角特性を実現することができる液晶パネルおよびそれを備えた液晶表示装置を提供する。【解決手段】対向基板上に設けられる偏光板の吸収軸91は、液晶層の液晶分子の配向軸と平行であり、2軸位相差フィルムは、2軸位相差フィルムの遅相軸71が、液晶パネル面内において、吸収軸91もしくは配向軸から反時計回りもしくは時計回りに第1の角度θ5を成すように配置され、アレイ基板10上に設けられる偏光板の透過軸81は、液晶パネル面内において、吸収軸91もしくは配向軸から第1の角度θ5と同一方向に第1の角度θ5より大きい第2の角度θ6を成すように配置される。【選択図】図6
Description
本発明は、液晶パネルおよびそれを備える液晶表示装置に関する。
従来の液晶パネルを有する液晶表示装置は、透明基板上に行列状に配列される、例えば、薄膜トランジスタからなる複数のスイッチング素子、画素電極および共通電極を有するアレイ基板と、このアレイ基板と対向するように配置され、カラーフィルタが配置される透明基板からなるカラーフィルタ基板と、アレイ基板およびカラーフィルタ基板との間に狭持され、液晶分子で構成される液晶層を有する液晶パネルを備え、アレイ基板およびカラーフィルタ基板上には、それぞれ偏光板が設けられている。
一般に、液晶表示装置は、テレビやパソコン等で広く用いられているだけではなく、カーナビゲーション装置の表示装置として、車載用途でも用いられている。この場合、運転席や助手席から見られるため、正面方向からの視認性だけではなく、運転席や助手席から見られた場合の視認性も求められる。
特許文献1は、液晶表示装置が上方向から見られた場合の視認性を向上させるために、アレイ基板とアレイ基板側に配置された偏光板との間に2軸位相差フィルムが設けられ、2軸位相差フィルムの遅相軸の方向およびアレイ基板側に配置された偏光板の透過軸のいずれか一方、またはカラーフィルタ基板側の吸収軸の方向および液晶分子の配向方向のいずれか一方をずらす構成が開示されている。
特許文献2は、液晶表示装置が斜め方向から見られ場合の視野角特性を向上させるために、アレイ基板上およびカラーフィルタ基板上に設けられる偏光板の一方の軸角度をずらす構成が開示されている。
しかしながら、特許文献1のような液晶表示装置は、2軸位相差フィルムの遅相軸の方向およびアレイ基板側に配置された偏光板の透過軸のいずれか一方、またはカラーフィルタ基板側の吸収軸の方向および液晶分子の配向方向のいずれか一方をずらす構成であるため、ずらす項目によっては、運転席や助手席から液晶表示装置が見られたときの左右斜め上方向からの視認性が低下してしまう。
また、特許文献2のような液晶表示装置に至っては、液晶表示装置が斜め方向から見られたときの視野角特性が向上するだけで、正面方向の視認性が低下してしまい、通常の液晶表示装置には適さないという問題点がある。
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、液晶表示装置の正面方向からの視認性を良好に保ちながら、液晶表示装置が左右斜め上方向から見られた場合、例えば、車両の運転席および助手席両方から見られたときに、好適な視野角特性を実現することができる液晶パネルおよびそれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するために、本発明の液晶パネルは、透明基板上に行列状に配列される複数のスイッチング素子を有するアレイ基板と、アレイ基板と対向するように配置される対向基板と、アレイ基板および対向基板との間に狭持され、液晶分子で構成される液晶層とを備える液晶パネルであって、アレイ基板は、スイッチング素子が形成される透明基板の表面とは反対側に設けられる2軸位相差フィルムと、2軸位相差フィルム上に積層して設けられる第1の偏光板とを備え、対向基板は、液晶層と面する側とは反対側に設けられる第2の偏光板を備え、第2の偏光板の吸収軸は、液晶分子の配向軸と平行であり、2軸位相差フィルムは、2軸位相差フィルムの遅相軸が、液晶パネル面内において、吸収軸もしくは配向軸の方向から反時計回りもしくは時計回りに第1の角度を成すように配置され、第1の偏光板は、第1の偏光板の透過軸が、液晶パネル面内において、吸収軸もしくは配向軸の方向から第1の角度と同一方向に第1の角度より大きい第2の角度を成すように配置される。
以上のように構成された本発明の液晶パネルおよびそれを備えた液晶表示装置は、液晶表示装置の正面方向からの視認性を良好に保ちながら、液晶表示装置が左右斜め上方向から見られた場合、例えば、車両の運転席および助手席両方から見られたときに、好適な視野角特性を実現することができる液晶パネルおよびそれを備えた液晶表示装置を提供することができる。
実施の形態1.
はじめに、この発明の液晶表示装置の液晶パネルの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、機能や構造を概念的に説明するものである。また、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。特記する場合を除いて、液晶表示装置の液晶パネルの基本構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。
はじめに、この発明の液晶表示装置の液晶パネルの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、機能や構造を概念的に説明するものである。また、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。特記する場合を除いて、液晶表示装置の液晶パネルの基本構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。
図1は、本発明の実施の形態1である液晶表示装置に備えられる液晶パネル1の構成を示す平面模式図である。図2は、図1の切断線AAから見た液晶パネル1の断面模式図である。図3は、図1の液晶パネル1の一画素分を拡大した構成を示す平面模式図である。図4は、図1の液晶パネル1の液晶分子42の配置例を示す平面模式図である。
図1および図2では、一例として、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor(TFT))をスイッチング素子として用いて動作される横電界方式の液晶パネル1を示す。液晶パネル1は、より詳細には、IPS(In Plane Switching)方式またはFFS(Fringe Field Switching)方式を用いた液晶パネルである。
図1および図2に示すように、液晶パネル1は、TFTアレイ基板10(以下、アレイ基板という)、対向基板であるカラーフィルタ基板20、シール材30および液晶層40を備えている。
以下では、アレイ基板10およびカラーフィルタ基板20の長辺方向をX方向とし、短辺方向をY方向として説明する。X方向とY方向とは互いに直交する。図1では、X方向は、液晶パネル1の表示画面に向かって、液晶パネル1面内の横方向、つまり、紙面に向かって左右方向であり、Y方向は、液晶パネル1の表示画面に向かって、液晶パネル1面内の縦方向、つまり、紙面に向かって上下方向である。
X方向のうち、一方をX1方向とし、他方をX2方向とする。またY方向のうち、一方をY1方向とし、他方をY2方向とする。ここでは、液晶パネル1の表示画面に向かって、液晶パネル1面内の左方向、つまり、図1の紙面上の右側から左側に向かう方向をX1方向とし、液晶パネル1の表示画面に向かって、液晶パネル1面内の右方向、つまり、図1の紙面上の左側から右側に向かう方向をX2方向とする。また、液晶パネル1の表示画面に向かって、液晶パネル1面内の上方向、つまり、図1の紙面上の上方に向かう方向をY1方向とし、液晶パネル1の表示画面に向かって、液晶パネル1面内の下方向、つまり、図1の紙面上の下方に向かう方向をY2方向とする。
アレイ基板10は、例えば、ガラス基板からなる透明基板11を備え、TFT16が行列状に配列されてなる表示領域50と表示領域50を囲むように設けられた額縁領域60とに大きく分けられる。この表示領域50内に、アレイ基板10と所定の距離離れた対向する位置にカラーフィルタ基板20が配置され、アレイ基板10およびカラーフィルタ基板20によって、液晶層40を狭持する。また、シール材30は、表示領域50に対応する領域を囲むように配置され、カラーフィルタ基板20とアレイ基板10との間の間隙を密封する。
アレイ基板10とカラーフィルタ基板20との間の表示領域50内には、柱状スペーサ41が多数配置される。柱状スペーサ41は、アレイ基板10とカラーフィルタ基板20との間に、一定の距離の間隙を形成して保持する。
アレイ基板10の表示領域50には、複数のゲート電極12と複数のソース電極13が互いに直交するように交差して配置される。交差したゲート電極12とソース電極13とによって囲まれる領域に対応して、透明基板11のカラーフィルタ基板20と対向する面側に共通電極14、画素電極15およびスイッチング素子であるTFT16が行列状に配列されて配置される。
共通電極14および画素電極15は、アレイ基板10の基板面と平行な方向の電界を発生し、液晶を駆動する電圧を印加する一対の電極であり、それぞれ透明性導電膜で構成されている。TFT16は、一対の電極のうち共通電極14に電圧を書き込むスイッチング素子である。
共通電極14およびTFT16は、絶縁膜17によって覆われている。画素電極15は、絶縁膜17を介して共通電極14上に対向するように設けられる。絶縁膜17上には、画素電極15を覆うように、液晶を配向させる配向膜18が設けられる。
共通電極14および画素電極15は、図3に示すように、ゲート電極12およびソース電極13に囲まれた領域に形成され、これが画素領域の画素1単位となり、行列状に配列して設けられる。共通電極14は、矩形形状を有しており、画素電極15は、共通電極14と対向するように、図3のようなスリット形状の開口部を有している。このスリット形状の開口部の延在方向は、液晶パネルの表示面内の左右方向から0〜15°傾けて形成され、スリット形状の開口部が共通電極14の中央部を対称軸として上下対称に配置される。
さらに、図3に示すように、画素領域の画素1単位ごとにTFT16もゲート電極12、ソース電極13が交差する付近に設けられている。ゲート電極12上には、不図示のゲート絶縁膜を介して、半導体チャネル層31が設けられる。半導体チャネル層31の一端は、ソース電極13に電気的に接続される。半導体チャネル層31の他端は、ドレイン電極32に電気的に接続され、このドレイン電極32は、画素電極15に電気的に接続されている。
ゲート電極12およびソース電極13は、TFT16に信号を供給する電極であり、それぞれゲート電極12は走査信号線として、ソース電極13は表示信号線として機能する。ゲート電極12は額縁領域60に設置される走査信号駆動回路61、ソース電極13は表示信号駆動回路62にそれぞれ電気的に接続されている。
また、アレイ基板10の表示領域50のうち、共通電極14、画素電極15およびTFT16が形成される面とは反対側の透明基板11上には、2軸位相差フィルム70と第1の偏光板であるアレイ基板側偏光板80が順に積層されている。2軸位相差フィルム70とアレイ基板側偏光板80の詳細な構成については、後述する。
なお、上記構成は必須ではなく、共通電極14と画素電極15について、それぞれの形状と配置の上下関係を逆として、共通電極14を複数のスリット状の開口部が並列形成されたパターンとして画素電極15より上層に配置し、画素電極15を平板形状として共通電極14より下層に配置し、TFT16は、複数のスリット状の開口部を有するパターンを有する共通電極14に電気的に接続して電圧を印加する構成としても構わない。
カラーフィルタ基板20は、例えば、透明ガラスからなる透明基板21を備える。この透明基板21のアレイ基板と対向する面上に、色材層であるカラーフィルタ22およびカラーフィルタ22間、または、表示領域50に対応する領域の外部に配置される額縁領域60を遮光する遮光層23が設けられる。また、カラーフィルタ22および遮光層23上には、カラーフィルタ22間の段差を抑制するための有機平坦膜であるオーバーコート膜24が配置されている。さらに、オーバーコート膜24上には、液晶を配向させる配向膜25が配置されている。
カラーフィルタ22は、例えば、樹脂中に顔料などを分散させた色材層で構成され、例えば、赤、緑、青などの特定の波長の範囲の光を選択的に透過するフィルタとして機能し、異なる色の色材層が規則的に配列されている。
遮光層23は、例えば、酸化クロムなどを用いた金属系の材料または樹脂中に黒色粒子を分散させた樹脂系の材料などで構成される。
透明基板21のアレイ基板と対向する面とは反対側には、第2の偏光板であるカラーフィルタ側偏光板90が設けられる。カラーフィルタ側偏光板90の詳細な構成については、後述する。
アレイ基板10およびカラーフィルタ基板20の間に狭持される液晶層40は、配向膜18、25によって液晶分子42が所定の方向(配向方向)に配向しており、プレチルト角43を有している。
ここで、配向方向とは、配向膜18、25に対して、ラビングなどの配向処理が施された方向をいう。またプレチルト角とは、液晶層40に電圧が印加されていないときに、各液晶分子42の長軸が、アレイ基板10またはカラーフィルタ基板20の液晶層40を臨む表面に対して成す角度をいう。
図4は、表示領域50内に配置された液晶分子42の配向方向を説明するための図である。実線と斜線で示した液晶分子42は、配向方向が液晶パネル1の水平方向(X方向)に設定された場合を示す。また、図4の点線で示す液晶分子42は、配向方向がX方向に対して、Y方向に傾きを有する場合を示す。
また、本実施の形態の液晶分子42のプレチルト角43は、図1に示すように、アレイ基板10側では、液晶分子42が、X1方向でアレイ基板10から離れるように設定される。カラーフィルタ基板20側では、液晶分子42のプレチルト角43は、液晶分子42が、X2方向でカラーフィルタ基板20から離れるように設定される。つまり、液晶分子42のプレチルト角43は、アレイ基板10側では、アレイ基板10表面から、アレイ基板10からカラーフィルタ基板20に向かう方向に時計回りに、カラーフィルタ基板20側では、カラーフィルタ基板20表面から、カラーフィルタ基板20からアレイ基板10に向かう方向に時計回りに成す角度である。ここで、プレチルト角43は例えば1.0°〜2.0°である。
以上のように構成される液晶パネル1は、走査信号駆動回路61および表示信号駆動回路62を駆動制御する制御ICチップと接続するために、それぞれの駆動回路61、62に電気的に接続される複数のパッドが、液晶パネル端部の長手方向および短手方向に配置される。複数のパッドは、接続配線となるフレキシブルフラットケーブルを介して、制御基板上に設けられる制御ICチップなどと電気的に接続されている。
制御ICチップ等からの制御信号は、フレキシブルフラットケーブルを介して、駆動回路61、62の入力側に入力される。駆動回路61、62の出力側から出力される出力信号は、表示領域50から引き出された不図示の多数の信号引き出し配線を介して、表示領域50内のTFT16に供給される。
本実施の形態の液晶表示装置は、以上のように構成される液晶パネル1と、不図示のバックライトユニットと、不図示の光学シートと、不図示の筐体とを備えて構成される。
バックライトユニットは、LEDなどの照明装置に相当する。バックライトユニットは、液晶パネル1に対し、カラーフィルタ基板20の表示領域50に形成される表示面と反対側に、光学シートを介して配置される。バックライトユニットは、アレイ基板10の基板面に対向して光源となる。光学シートは、バックライトユニットからの光(バックライト光)を調整する機能を有する。
筐体は、表示領域50の表示面の部分が開放された形状である。液晶表示装置は、液晶パネル1が前述のバックライトユニットおよび光学シートなどの光学部材とともに筐体の中に収納されて構成される。
次に、2軸位相差フィルム70、アレイ基板側偏光板80およびカラーフィルタ側偏光板90の具体的な構成、それによって得られる効果について説明する。
図5は、本実施の形態の液晶パネル1における光学部品の配置の一例を示す図である。図5では、光学部品として、2軸位相差フィルム70、アレイ基板側偏光板80、液晶層40およびカラーフィルタ側偏光板90を示す。
カラーフィルタ側偏光板90は、吸収軸91がX方向に対してY1方向に反時計回りに吸収軸角度θ1の角度を成すように配置される。
液晶層40の液晶分子42は、配向軸44がX方向に対してY1方向に反時計回りに配向軸角度θ2の角度を成すように配置される。つまり、配向軸角度θ2が0°の場合、図4の実線と斜線で示した液晶分子42のように、液晶分子42の配向方向が水平方向であるX方向に平行になるように配置される。配向軸角度θ2が0°ではない所定の角度を有する場合、図4の点線で示した液晶分子42のように、液晶分子42の配向方向がX方向に対して、Y1方向に所定の傾きを有することになる。
2軸位相差フィルム70は、遅相軸71がX方向に対してY1方向に反時計回りに遅相軸角度θ3の角度を成すように配置される。2軸位相差フィルム70とは、横電界方式の液晶パネル1における視野角特性の補償に用いられるフィルムであり、面内方向の屈折率をnx、ny、垂直方向の屈折率をnz、2軸位相差フィルム70の厚みをdとした場合に、例えば、面内位相差Re=(nx−ny)・d=270nm、Nz係数=0.5のフィルムである。Nz係数とは、Nz=(nx−nz)/(nx−ny)で示される係数である。
アレイ基板側偏光板80は、透過軸81がX方向に対してY1方向に反時計回りに透過軸角度θ4の角度を成すように配置される。
バックライト光100は、アレイ基板側偏光板80の外側の表面に垂直な方向である矢印の方向から入射する。すなわち、バックライト光100の入射方向は、X方向およびY方向に垂直な方向となっている。
図6は、本実施の形態の液晶パネル1の特徴を説明するための模式図である。図6に示すように、2軸位相差フィルム70の遅相軸角度θ3は、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸角度θ1から反時計回りに第1のずれ角度θ5を有している。また、アレイ基板側偏光板80の透過軸角度θ4は、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸角度θ1から反時計回りに第1のずれ角度θ5より大きい第2のずれ角度θ6を有している。
本実施の形態の液晶パネル1における光学部品である2軸位相差フィルム70、アレイ基板側偏光板80、液晶層40およびカラーフィルタ側偏光板90の配置は、以下の関係性を満たすように配置される。
ここで、図6に示すように、X方向を0°とし、X方向からY1方向に反時計回りに進む方向を正の値とし、X方向からY2方向に時計回りに進む方向を負の値とする。
つまり、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸91は、液晶分子42の配向軸44と平行に配置される。また、2軸位相差フィルム70の遅相軸71は、液晶パネル1面内において、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸91もしくは液晶分子42の配向軸44から反時計回りに第1のずれ角度θ5を成すように配置される。アレイ基板側偏光板80の透過軸81は、液晶パネル1面内において、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸91もしくは液晶分子42の配向軸44から第1のずれ角度θ5と同一の回転方向に第1のずれ角度θ5より2倍大きい第2のずれ角度θ6を成すように配置される。
以上のような構成を有することにより、本実施の形態の液晶パネル1およびそれを備えた液晶表示装置は、液晶表示装置の正面方向からの視認性を良好に保ちながら、液晶表示装置が左右斜め上方向から見られた場合、例えば、車両の運転席および助手席両方から見られたときに、好適な視野角特性を実現することができる。
次に、本実施の形態の構成によって得られる効果について説明する。図7は、2軸位相差フィルム70の遅相軸71とカラーフィルタ側偏光板90の吸収軸91との成す角度である第1のずれ角度θ5と、左右斜め上方向のコントラスト比との関係を示すグラフである。図7の横軸は、第1のずれ角度θ5を示し、縦軸は、従来例とのコントラスト比を示す。
ここで、本実施の形態における右斜め上方向とは、X方向を方位角0°、液晶パネル1面内に対する垂直方向を極角0°とした際の方位角45°かつ極角45°方向を指す。本実施の形態における左斜め上方向とは、X方向を方位角0°、液晶パネル1面内に対する垂直方向を極角0°とした際の方位角135°かつ極角45°方向を指す。
図7は、この左右斜め上方向から視認した際の第1のずれ角度θ5に対するコントラスト比の関係について、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸角度θ1=−10°、−5°、0°、+5°、+10°それぞれにおいて示している。
また、縦軸のコントラスト比は、基準値として、吸収軸角度θ1=0°における従来例(θ5=θ6=0°とした場合)の構成で左斜め上方向から見た値を1としている。コントラスト比の計算は、例えば、シンテック社製のシミュレーター「LCDマスター」を用いて求めることができる。
図7に示すように、例えば、実線で示す吸収軸角度θ1=0°において、0°<θ5<2.5°とすることで、左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者が、コントラスト比の基準値である1を越える構成、つまり、視認性および視野角対称性を従来例より向上させることができる。特に、吸収軸角度θ1=0°で、方位角45°、135°のそれぞれの実線が交差する第1のずれ角度θ5=1.25°において、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比がほぼ同程度となり、従来例と比較して左斜め上方向ならびに右斜め上方向から見られた際の視認性ならびに視野角対称性が向上した液晶表示装置を得ることができる。つまり、実線で示す吸収軸角度θ1=0°において、0<θ5<2.5の範囲内において、第1のずれ角度θ5を1.25°に近づけるほど、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性が向上し、さらに視野角対称性を改善することができる。
その他の吸収軸角度θ1についても、同様に、同じ吸収軸角度θ1の方位角45°、135°それぞれの曲線が、コントラスト比の基準値である1を超える第1のずれ角度θ5の範囲で、従来例より視認性が向上し、方位角45°、135°のそれぞれの曲線が交差する第1のずれ角度θ5において、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比がほぼ同程度となり、従来例と比較して左斜め上方向ならびに右斜め上方向から見られた際の視野角対称性が向上した液晶表示装置を得ることができる。つまり、コントラスト比の基準値である1を超える第1のずれ角度θ5の範囲内において、同一の吸収軸角度θ1での方位角45°、135°の曲線が交差する第1のずれ角度θ5に近づけるほど、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性が向上し、さらに視野角対称性を改善することができる。
図8中の(a)は、図7で示した左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者のコントラスト比が1を越える第1のずれ角度θ5の角度範囲について、最小の第1のずれ角度θ5をθ5min(実線)、最大の第1のずれ角度θ5をθ5max(点線)とした吸収軸角度θ1に対する関係を求めたグラフである。
図8中の(a)に示すように、本実施の形態の液晶パネル1において、θ5min<θ5<θ5maxの範囲内で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することにより、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性ならびに視野角対称性が従来例と比較して向上することができる。例えば、吸収軸角度θ1=0°において、上述で説明したように、0°<θ5<2.5°とすることで、左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者が、コントラスト比の基準値である1を越える構成となる。
図8中の(a)の最大の第1のずれ角度θ5maxならびに最小の第1のずれ角度θ5minに対して多項式近似を用いることにより、以下の式を導出することができる。
本実施の形態の液晶パネル1において、上記近似式を満たすように、θ5min<θ5<θ5maxの範囲内で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することにより、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性ならびに視野角対称性が従来例と比較して向上する。
しかしながら、上記近似式で示した第1のずれ角度θ5の範囲は、従来から視認性は向上するものの、視野角対称性という観点では、上記近似式で示した最小の第1のずれ角度θ5minや最大の第1のずれ角度θ5max付近で、左斜め上方向と右斜め上方向とで、コントラスト比の多少のばらつきが残存する。
図8中の(b)は、図8中の(a)と比較して、左斜め上方向と右斜め上方向の視野角対称性をさらに向上させた場合の第1のずれ角度θ5と吸収軸角度θ1の関係を求めたグラフであり、図7で示した左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者のコントラスト比が1.2を越える第1のずれ角度θ5の角度範囲について、最小の第1のずれ角度θ5をθ5min(実線)、最大の第1のずれ角度θ5をθ5max(点線)とした吸収軸角度θ1に対する関係を求めたグラフである。
図8中の(b)に示すように、例えば、吸収軸角度θ1=0°において、0.75≦θ5≦1.75とすることで、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比の比率が1.2を越える構成となり、図8中の(a)と比較して、左斜め上方向と右斜め上方向の視認性が向上するとともに、左斜め上方向と右斜め上方向の視野角対称性はさらに向上することになる。
図8中の(a)と同様、図8中の(b)の最大の第1のずれ角度θ5maxならびに最小の第1のずれ角度θ5minに対して多項式近似を用いることにより、以下の式を導出することができる。
本実施の形態の液晶パネル1において、上記近似式を満たすように、θ5min<θ5<θ5maxの範囲内で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することにより、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性ならびに視野角対称性が従来例と比較して向上するだけでなく、図8中の(a)と比較しても、さらに左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性ならびに視野角対称性を向上させることができる。
特に、図8中の(b)に示すように、第1のずれ角度θ5は0°より大きい角度で反時計回り方向に、θ’5min<θ5<θ’5maxを満たす範囲で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することで、従来例ならびに図8中の(a)と比較して、視認性ならびに視野角対称性がさらに向上される。
次に、本実施の形態において、本実施の形態の効果を達成するために、2軸位相差フィルム70、アレイ基板側偏光板80、カラーフィルタ側偏光板90および液晶分子42の軸角度を制御することの重要性について説明する。
図9は、左斜め上方向、右斜め上方向ならびに正面方向から観察したコントラスト比について、従来例(θ5=θ6=0°)、2軸位相差フィルム70の遅相軸71だけをずらした構成(θ5=1.25°、θ6=0°)、アレイ基板側偏光板80の透過軸81だけをずらした構成(θ5=0°θ6=2.5°)、本実施の形態における構成(θ5=1.25°、θ6=2.5°)を比較したグラフを示す。縦軸のコントラスト比は、図7と同様、基準値として、吸収軸角度θ1=0°における従来例(θ5=θ6=0°とした場合)の構成で左斜め上方向から見た値を1としている。
図9に示すように、従来例では、左斜め上方向と右斜め上方向の視野角対称性が低く、例えば、左斜め上方向から観察したコントラスト比が、本実施の形態に対して35%ほど低い値となる。また、2軸位相差フィルム70の遅相軸71またはアレイ基板側偏光板80の透過軸81どちらか一軸だけをずらした場合には、第1のずれ角度θ5だけをずらした場合、第2のずれ角度θ6だけをずらした場合ともに、本実施の形態と比較して、左斜め上方向、右斜め上方向および正面方向のコントラスト比が低下する傾向がある。
それに対して、本実施の形態は、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比がほぼ同じ値を示しており、視野角対称性が優れた液晶表示装置を得ることが可能となる。また、2軸位相差フィルム70の遅相軸71またはアレイ基板側偏光板80の透過軸81どちらか一軸だけをずらした場合では、正面から観察したコントラスト比が約90%低下するのに対し、本実施の形態では、10%程度の減少に留まるため、正面方向の視認性を高い値に保ったまま斜め上方向の視認性を向上させることが可能である。
以上のように、本実施の形態の液晶パネル1およびそれを備えた液晶表示装置は、液晶表示装置の正面方向からの視認性を良好に保ちながら、液晶表示装置が左右斜め上方向から見られた場合、例えば、車両の運転席および助手席両方から見られたときに、視認性ならびに視野角対称性を向上させることができ、好適な視野角特性を実現することができる。
なお、本実施の形態では、第1のずれ角度θ5、第2のずれ角度θ6との関係をθ6=2・θ5としたが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、第2のずれ角度θ6は、第1のずれ角度θ5よりも大きい角度を有するように設定されれば良く、本実施の形態で示した効果と同様の効果を達成することができるのは言うまでもない。その場合、図8で説明したような近似式も、適宜設定され、所定の第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1が設定される。
また、本実施の形態では、2軸位相差フィルム70の例としてRe=270nm、Nz係数=0.5のフィルムを示したが、これは一例であって、類似の視野角補償効果を示すタイプの2軸位相差フィルム70を適用しても問題ない。
実施の形態2.
本発明に係る実施の形態2の液晶表示装置に備えられる液晶パネル1は、液晶層40の液晶分子45のプレチルト角46が、実施の形態1とは異なり、それにより、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸角度θ1、液晶分子45の配向軸角度θ2、2軸位相差フィルム70の遅相軸角度θ3、アレイ基板側偏光板80の透過軸角度θ4の構成が異なることを除いて、他の部分については、実施の形態1の液晶パネル1と同様に構成される。
本発明に係る実施の形態2の液晶表示装置に備えられる液晶パネル1は、液晶層40の液晶分子45のプレチルト角46が、実施の形態1とは異なり、それにより、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸角度θ1、液晶分子45の配向軸角度θ2、2軸位相差フィルム70の遅相軸角度θ3、アレイ基板側偏光板80の透過軸角度θ4の構成が異なることを除いて、他の部分については、実施の形態1の液晶パネル1と同様に構成される。
図10は、図1の切断線AAから見た液晶パネル1の本実施の形態に係る断面模式図である。上述の通り、液晶層40の液晶分子45のプレチルト角46が実施の形態1とは異なり、液晶分子45のプレチルト角46は、アレイ基板10側では、液晶分子45が、X2方向でアレイ基板10から離れるように設定される。カラーフィルタ基板20側では、液晶分子45のプレチルト角46は、液晶分子45が、X1方向でカラーフィルタ基板20から離れるように設定される。つまり、液晶分子42のプレチルト角46は、アレイ基板10側では、アレイ基板10表面から、アレイ基板10からカラーフィルタ基板20に向かう方向に反時計回りに、カラーフィルタ基板20側では、カラーフィルタ基板20表面から、カラーフィルタ基板20からアレイ基板10に向かう方向に反時計回りに成す角度である。ここで、プレチルト角46は例えば1.0°〜2.0°である。
本実施の形態の液晶パネル1における光学部品である2軸位相差フィルム70、アレイ基板側偏光板80、液晶層40およびカラーフィルタ側偏光板90の配置は、実施の形態1で示した関係性と同じである。つまり、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸角度θ1、液晶分子45の配向軸角度θ2、2軸位相差フィルム70の遅相軸角度θ3、アレイ基板側偏光板80の透過軸角度θ4、2軸位相差フィルム70の遅相軸71とカラーフィルタ側偏光板90の吸収軸91との成す角度θ5、アレイ基板側偏光板80の透過軸81とカラーフィルタ側偏光板90の吸収軸91との成す角度θ6とすると、以下の関係性を満たす。
ここで、図6に示すように、X方向を0°とし、X方向からY1方向に反時計回りに進む方向を正の値とし、X方向からY2方向に時計回りに進む方向を負の値とする。
以上のような構成を有することにより、実施の形態1と同様、本実施の形態の液晶パネルおよびそれを備えた液晶表示装置は、液晶表示装置の正面方向からの視認性を良好に保ちながら、液晶表示装置が左右斜め上方向から見られた場合、例えば、車両の運転席および助手席両方から見られたときに、好適な視野角特性を実現することができる。
次に、本実施の形態の構成によって得られる効果について説明する。図11は、2軸位相差フィルム70の遅相軸71とカラーフィルタ側偏光板90の吸収軸91との成す角度である第1のずれ角度θ5と、左右斜め上方向のコントラスト比との関係を示すグラフである。図11の横軸は、第1のずれ角度θ5を示し、縦軸は、従来例とのコントラスト比を示す。
ここで、本実施の形態における左右斜め上方向の定義は、実施の形態1と同様で、X方向を方位角0°、液晶パネル1面内に対する垂直方向を極角0°とした際の方位角45°かつ極角45°方向が右斜め上方向、X方向を方位角0°、液晶パネル1面内に対する垂直方向を極角0°とした際の方位角135°かつ極角45°方向を左斜め上方向という。
図11は、この左右斜め上方向から視認した際の第1のずれ角度θ5に対するコントラスト比の関係について、カラーフィルタ側偏光板90の吸収軸角度θ1=−10°、−5°、0°、+5°、+10°それぞれにおいて示している。縦軸のコントラスト比の基準値は、実施の形態1と同様、吸収軸角度θ1=0°における従来例(θ5=θ6=0°とした場合)の構成で左斜め上方向から見た値を1としている。コントラスト比の計算は、例えば、シンテック社製のシミュレーター「LCDマスター」を用いて求めることができる。
図11に示すように、例えば、実線で示す吸収軸角度θ1=0°において、−2.5°<θ5<0°とすることで、左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者が、コントラスト比の基準値である1を越える構成、つまり、視認性および視野角対称性を従来例より向上させることができる。特に、吸収軸角度θ1=0°で、方位角45°、135°のそれぞれの実線が交差する第1のずれ角度θ5=−1.25°において、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比がほぼ同程度となり、従来例と比較して左斜め上方向ならびに右斜め上方向から見られた際の視認性ならびに視野角対称性が向上した液晶表示装置を得ることができる。つまり、実線で示す吸収軸角度θ1=0°において、−2.5<θ5<0の範囲内において、第1のずれ角度θ5を−1.25°に近づけるほど、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性が向上し、さらに視野角対称性を改善することができる。
その他の吸収軸角度θ1についても、同様に、同じ吸収軸角度θ1の方位角45°、135°それぞれの曲線が、コントラスト比の基準値である1を超える第1のずれ角度θ5の範囲で、従来例より視認性が向上し、方位角45°、135°それぞれ曲線が交差する第1のずれ角度θ5において、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比がほぼ同程度となり、従来例と比較して左斜め上方向ならびに右斜め上方向から見られた際の視野角対称性が向上した液晶表示装置を得ることができる。つまり、コントラスト比の基準値である1を超える第1のずれ角度θ5の範囲内において、同一の吸収軸角度θ1での方位角45°、135°の曲線が交差する第1のずれ角度θ5に近づけるほど、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性が向上し、さらに視野角対称性を改善することができる。
ここで、本実施の形態は、実施の形態1と比較して、第1のずれ角度θ5は負の値を有する。つまり、第1のずれ角度θ5は、X方向からY2方向、つまり、時計回りに進む方向での成す角度を示している。
図12中の(a)は、図11で示した左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者のコントラスト比が1を越える第1のずれ角度θ5の角度範囲について、最小の第1のずれ角度θ5をθ5min(実線)、最大の第1のずれ角度θ5をθ5max(点線)とした吸収軸角度θ1に対する関係を求めたグラフである。
図12中の(a)に示すように、本実施の形態の液晶パネル1において、θ5min<θ5<θ5maxの範囲内で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することにより、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性ならびに視野角対称性が従来例と比較して向上することができる。例えば、吸収軸角度θ1=0°において、上述で説明したように、−2.5<θ5<0とすることで、左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者が、コントラスト比の基準値である1を越える構成となり、視認性ならびに視野角対称性が従来例と比較して向上する。
図12中の(a)の最大の第1のずれ角度θ5maxならびに最小の第1のずれ角度θ5minに対して多項式近似を用いることにより、以下の式を導出することができる。
図12中の(a)に示すように、本実施の形態の液晶パネル1において、上記近似式を満たすように、θ5min<θ5<θ5maxの範囲内で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することにより、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性ならびに視野角対称性が従来例と比較して向上する。
しかしながら、実施の形態1と同様、本実施の形態についても、上記近似式で示した第1のずれ角度θ5の範囲は、従来から視認性は向上するものの、視野角対称性という観点では、上記近似式で示した最小の第1のずれ角度θ5minや最大の第1のずれ角度θ5max付近で、左斜め上方向と右斜め上方向とで、コントラスト比の多少のばらつきが残存する。
図12中の(b)は、図12中の(a)と比較して、左斜め上方向と右斜め上方向の視野角対称性をさらに向上させた場合の第1のずれ角度θ5と吸収軸角度θ1の関係を求めたグラフであり、図11で示した左斜め上方向ならびに右斜め上方向の両者のコントラスト比が1.2を越える第1のずれ角度θ5の角度範囲について、最小の第1のずれ角度θ5をθ5min(実線)、最大の第1のずれ角度θ5をθ5max(点線)とした吸収軸角度θ1に対する関係を求めたグラフである。
図12中の(b)に示すように、例えば、吸収軸角度θ1=0°において、−1.75≦θ5≦−0.75とすることで、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比の比率が1.2を越える構成となり、図12中の(a)と比較して、左斜め上方向と右斜め上方向の視認性が向上するとともに、左斜め上方向と右斜め上方向の視野角対称性はさらに向上することになる。
図12中の(a)と同様、図12中の(b)の最大の第1のずれ角度θ5maxならびに最小の第1のずれ角度θ5minに対して多項式近似を用いることにより、以下の式を導出することができる。
図12中の(b)に示すように、本実施の形態の液晶パネル1において、上記近似式を満たすように、θ5min<θ5<θ5maxの範囲内で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することにより、左斜め上方向ならびに右斜め上方向からの視認性ならびに視野角対称性が従来例と比較して向上だけでなく、図12中の(a)と比較しても、さらに視認性ならびに視野角対称性を向上させることができる。
特に、図12中の(b)に示すように、第1のずれ角度θ5は、負の値、つまり、時計回り方向に0°より大きい角度で、θ’5min<θ5<θ’5maxを満たす範囲で、第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1を設定することで、従来例および図12中の(a)と比較して、視認性ならびに視野角対称性がさらに向上される。
次に、本実施の形態において、本実施の形態の効果を達成するために、2軸位相差フィルム70、アレイ基板側偏光板80、カラーフィルタ側偏光板90および液晶分子42の軸角度を制御することの重要性について説明する。
図13は、左斜め上方向、右斜め上方向ならびに正面方向から観察したコントラスト比について、従来例(θ5=θ6=0°)、2軸位相差フィルム70の遅相軸71だけをずらした構成(θ5=−1.25°、θ6=0°)、アレイ基板側偏光板80の透過軸81だけをずらした構成(θ5=0°θ6=−2.5°)、本実施の形態における構成(θ5=−1.25°、θ6=−2.5°)を比較したグラフを示す。縦軸のコントラスト比は、図11と同様、基準値として、吸収軸角度θ1=0°における従来例(θ5=θ6=0°とした場合)の構成で左斜め上方向から見た値を1としている。
図13に示すように、従来例では、左斜め上方向と右斜め上方向の視野角対称性が低く、例えば、左斜め上方向から観察したコントラスト比が、本実施の形態に対して35%ほど低い値となる。また、2軸位相差フィルム70の遅相軸71またはアレイ基板側偏光板80の透過軸81どちらか一軸だけをずらした場合には、第1のずれ角度θ5だけをずらした場合、第2のずれ角度θ6だけをずらした場合ともに、本実施の形態と比較して、左斜め上方向、右斜め上方向および正面方向のコントラスト比が低下する傾向がある。
それに対して、本実施の形態は、左斜め上方向ならびに右斜め上方向から観察したコントラスト比がほぼ同じ値を示しており、視野角対称性が優れた液晶表示装置を得ることが可能となる。また、2軸位相差フィルム70の遅相軸71またはアレイ基板側偏光板80の透過軸81どちらか一軸だけをずらした場合では、正面から観察したコントラスト比が約90%低下するのに対し、本実施の形態では、10%程度の減少に留まるため、正面方向の視認性を高い値に保ったまま斜め上方向の視認性を向上させることが可能である。
以上のように、本実施の形態の液晶パネルおよびそれを備えた液晶表示装置は、液晶表示装置の正面方向からの視認性を良好に保ちながら、液晶表示装置が左右斜め上方向から見られた場合、例えば、車両の運転席および助手席両方から見られたときに、視認性ならびに視野角対称性を向上させることができ、好適な視野角特性を実現することができる。
なお、本実施の形態では、第1のずれ角度θ5、第2のずれ角度θ6との関係をθ6=2・θ5としたが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、第2のずれ角度θ6は、第1のずれ角度θ5よりも大きい角度を有するように設定されば、本実施の形態で示した効果と同様の効果を達成することができるのは言うまでもない。その場合、図12で説明した近似式も、適宜設定され、所定の第1のずれ角度θ5および吸収軸角度θ1が設定される。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。
1 液晶パネル、10 アレイ基板、11、21 透明基板、12 ゲート電極、13 ソース電極、14 共通電極、15 画素電極、16 TFT(スイッチング素子)、17 絶縁膜、18、25 配向膜、20 カラーフィルタ基板(対向基板)、22 カラーフィルタ、23 遮光層、24 オーバーコート膜、30 シール材、31 半導体チャネル層、32 ドレイン電極、40 液晶層、41 柱状スペーサ、42、45 液晶分子、43、46 プレチルト角、44 配向軸、50 表示領域、60 額縁領域、61 走査信号駆動回路、62 表示信号駆動回路、70 2軸位相差フィルム、71 遅相軸、80 アレイ基板側偏光板(第1の偏光板)、81 透過軸、90 カラーフィルタ側偏光板(第2の偏光板)、91 吸収軸、θ1 吸収軸角度、θ2 配向軸角度、θ3 遅相軸角度、θ4 透過軸角度、θ5 第1のずれ角度、θ6 第2のずれ角度。
Claims (9)
- 透明基板上に行列状に配列される複数のスイッチング素子を有するアレイ基板と、前記アレイ基板と対向するように配置される対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板との間に狭持され、液晶分子で構成される液晶層とを備える液晶パネルであって、
前記アレイ基板は、前記スイッチング素子が形成される前記透明基板の表面とは反対側に設けられる2軸位相差フィルムと、前記2軸位相差フィルム上に積層して設けられる第1の偏光板とを備え、
前記対向基板は、前記液晶層と面する側とは反対側に設けられる第2の偏光板を備え、
前記第2の偏光板の吸収軸は、前記液晶分子の配向軸と平行であり、
前記2軸位相差フィルムは、前記2軸位相差フィルムの遅相軸が、前記液晶パネル面内において前記吸収軸もしくは前記配向軸から反時計回りもしくは時計回りに第1の角度を成すように配置され、
前記第1の偏光板は、前記第1の偏光板の透過軸が、前記液晶パネル面内において、前記吸収軸もしくは前記配向軸から前記第1の角度と同一方向に前記第1の角度より大きい第2の角度を成すように配置されることを特徴とする液晶パネル。 - 液晶分子は、アレイ基板側では、前記アレイ基板表面から、前記アレイ基板から対向基板に向かう方向に時計回りに成し、前記対向基板側では、前記対向基板表面から、前記対向基板から前記アレイ基板に向かう方向に時計回りに成すプレチルト角を有し、
2軸位相差フィルムは、前記2軸位相差フィルムの遅相軸が、前記液晶パネル面内において、吸収軸もしくは配向軸から反時計回りに第1の角度を成すように配置されることを特徴とする請求項1に記載の液晶パネル。 - 液晶分子は、アレイ基板側では、前記アレイ基板表面から、前記アレイ基板から対向基板に向かう方向に反時計回りに成し、対向基板側では、前記対向基板表面から、前記対向基板から前記アレイ基板に向かう方向に反時計回りに成すプレチルト角を有し、
2軸位相差フィルムは、前記2軸位相差フィルムの遅相軸が、前記液晶パネル面内において、吸収軸もしくは配向軸から時計回りに第1の角度を成すように配置されることを特徴とする請求項1に記載の液晶パネル。 - 第2の角度は第1の角度より2倍大きいことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の液晶パネル。
- 第2の偏光板の吸収軸と液晶パネルの表示画面に向かって前記液晶パネル面内の横方向との成す角度をθとした場合、第1の角度は、
θmax=0.0004θ3−0.0080θ2+0.060θ+1.7500
θmin=0.0040θ2+0.1300θ+0.7500
の条件で、θminより大きく、θmaxより小さい値を有することを特徴とする請求項4に記載の液晶パネル。 - 第2の偏光板の吸収軸と液晶パネルの表示画面に向かって前記液晶パネル面内の横方向との成す角度をθとした場合、第1の角度は、
θmax=−0.0040θ2+0.1300θ−0.7500
θmin=0.0004θ3+0.0080θ2+0.060θ−1.7500
の条件で、θminより大きく、θmaxより小さい値を有することを特徴とする請求項4に記載の液晶パネル。 - 第2の偏光板の吸収軸は、液晶パネルの表示画面に向かって、前記液晶パネル面内の横方向と平行であり、
第1の角度は、反時計回りの方向に0.75°より大きく、1.75°より小さい値を有することを特徴とする請求項4もしくは請求項5に記載の液晶パネル。 - 第2の偏光板の吸収軸は、液晶パネルの表示画面に向かって、前記液晶パネル面内の横方向と平行であり、
第1の角度は、時計回りの方向に0.75°より大きく、1.75°より小さい値を有することを特徴とする請求項4もしくは請求項5に記載の液晶パネル。 - 請求項1から8のいずれか1つに記載の液晶パネルと、
前記液晶パネルを照明する照明装置とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
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