JP3204447B2

JP3204447B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3204447B2
Application number: JP11083597A
Authority: JP
Inventors: 克彦熊川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2017-04-28
Also published as: JPH10301097A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像や文字情報の
表示を行う液晶表示装置、特に偏光を用いた表示を行う
液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は薄型軽量の特長により、
携帯端末・パーソナルコンピュータ・薄型テレビなどの
表示ディスプレイとして広く用いられている。液晶表示
には多くの表示モードがあるが、現在広く用いられてい
るものは、ツイステッド・ネマティック型（ＴＮ型）、
及びスーパー・ツイステッド・ネマティック型（ＳＴＮ
型）の２方式であり、いずれも２枚の偏光板の間に配置
された液晶層の偏光変調作用により表示を行う偏光表示
モードである。これらの液晶表示装置をバックライトに
より照明した場合、偏光板により照明光の多くが吸収さ
れ、表示輝度はもとの照明光の輝度に比べて大幅に低下
してしまう。特に、バックライト側の偏光板は、光が液
晶層に入射する前に照明光の半分以上を吸収するので、
バックライト側の偏光板で吸収される偏光をこれを通過
する偏光に変換して光の利用効率を上げ、低電力で明る
い表示を得ようとする試みがなされている。

【０００３】特開平７−３５９２５号公報には、コレス
テリック液晶と１／４波長板を用いた偏光素子により、
バックライト側の偏光入射効率を向上させる技術が開示
されている。図１９はその構成を示すものである。これ
はコレステリック液晶の選択反射特性に基づく円偏光の
分離を利用したもので、液晶表示装置５１は、バックラ
イト５３と反射板５２よりなる光源部分と液晶パネル５
６の間に、コレステリック液晶層５４と１／４波長板５
５よりなる後方の偏光素子を配置した構成を持ってい
る。例えばコレステリック液晶層５４が右ねじれ構造で
ある場合には、バックライト５３から発せられた光のう
ち、左回り円偏光成分はこの層を通過し、右回り円偏光
成分はこの層で反射される。通過した左回り円偏光は１
／４波長板５５により所定の直線偏光とされて液晶パネ
ル５６に入射する。

【０００４】一方、コレステリック液晶層５４で反射さ
れた右回り円偏光は反射板５２に到達し、ここで反射さ
れて、一部が左回り円偏光となって再びコレステリック
液晶層５４に入射する。この入射光のうち、左回り円偏
光成分は上記と同様にこの層を通過し１／４波長板５５
により所定の直線偏光とされて液晶パネル５６に入射す
る。残りの右回り円偏光は、コレステリック液晶層５４
により再反射され、反射板５２に再び入射する。この光
は上記と同様に、一部が左回り円偏光となってコレステ
リック液晶層５４に向かう。このように、コレステリッ
ク液晶層５４と反射板５２の間で反射を行っているうち
に、右回り円偏光が徐々に左回り円偏光となり、コレス
テリック液晶層５４を通過して液晶パネル５６への入射
光となる。各層における光の吸収はほとんどないので、
光源からの出射光を効率よく液晶パネル５６に入射させ
ることができる。液晶パネル５６の前方には直線偏光板
５７が配置されて偏光表示を行っている。５８は観察者
である。更に、この特開平７−３５９２５号公報には、
コレステリック液晶層５４の選択反射の生じる波長は次
の条件 λ0 ＝ｎ×ｐ×ｃｏｓθ （１）を満たすλ0 付近の限られた範囲であるため、λ0 の異
なる複数枚のコレステリック液晶層５４を積層すること
によりバンド幅を広げ、可視光全体をカバーする技術が
開示されている。なお、上式において、ｎは液晶材料の
屈折率、ｐはコレステリック液晶のらせんのピッチ、θ
は法線方向から測った層内伝播光の角度である。

【０００５】また、アイ・ディー・ダブリュー９６（Ｉ
ＤＷ９６）予稿集の３０９〜３１２ページには、上記の
特開平７−３５９２５号公報の構成に加えて、１／４波
長板と液晶パネルの間に直線偏光板を配置する構成が開
示されている。すべての波長の光に対してリターデーシ
ョンが１／４波長となる位相板を作製することは困難で
あるので、特開平７−３５９２５号公報の構成では液晶
層に入射する光に所望の直線偏光以外の成分が生じて表
示のコントラストが低下する。しかし、この予稿集に開
示の構成は、液晶パネルに入射する光を完全な直線偏光
とすることにより、コントラストの向上が図られてい
る。また、コレステリック液晶のらせんピッチを層の厚
み方向に徐々に変化させることにより、広帯域の波長に
対応した反射特性を得る技術も開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の液晶表示装置においては、斜め方向に進む光
に対しては、コレステリック液晶層の見かけ上のピッチ
が変わるため（１）式に示すように反射波長が正面と異
なったものになる。また、１／４波長板のリターデーシ
ョンには視野角依存性が存在するので、ここからの出射
光の偏光状態の波長依存性が正面の設計値からずれる。
例えば、１軸延伸フィルムよりなる位相板のリターデー
ションは光の伝搬方向が傾くと、後述する実施の形態の
項で詳述するように、延伸方向ではｃｏｓθの割合で減
少し、それと直交する方向では１／ｃｏｓθの割合で増
加する。このため、液晶表示装置を斜め方向から見た場
合は正面方向に比べて、表示の色相が大きく変わってし
まうという課題を有していた。

【０００７】さらに、１／４波長板の視野角依存により
次のような課題も発生する。１／４波長板は円偏光を直
線偏光に変換する作用を持つが、リターデーションが１
／４波長からずれるにしたがって、出射光も直線偏光か
らずれてくる。このため、１／４波長板と液晶パネルの
間に直線偏光板がない場合には、液晶パネルの液晶層に
楕円偏光が入射するため、斜め方向のコントラストが低
下する。一方、１／４波長板と液晶パネルの間に直線偏
光板がある場合には、この直線偏光板でカットされる偏
光成分が増加するので斜め方向の輝度が低下する。この
ように従来の液晶表示装置はバックライトから斜め方向
に出射された光を十分には活用していないので、実質的
なバックライト光の利用効率が十分には高くないという
課題を有していた。

【０００８】本発明は、上記従来の課題を考慮したもの
であって、バックライトから斜め方向に出射された光を
十分に活用し、実質的なバックライト光の利用効率を向
上するようにした液晶表示装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のうちで請求項１記載の発明は、バックラ
イトと円偏光分離層との間に、入射光の入射角度が法線
に対して予め定められた拡散開始角度θｐ１未満のとき
には、入射光をその入射角度を維持したまま出射させ、
入射光の入射角度が前記拡散開始角度θｐ１以上のとき
には、入射光を拡散して出射させる光拡散素子が配置さ
れていることを特徴とする。

【００１０】上記の如く構成したことにより、バックラ
イト光のうちの入射角度が拡散開始角度θｐ１以上の斜
め方向の光が、光拡散素子により拡散され、この拡散さ
れた成分のうちの法線方向成分の光量分だけ、円偏光分
離層への法線方向の入射光量が増加する。したがって、
円偏光分離層において、有効に偏光変換される光量が増
え、バックライト光の利用効率が増加する。これによ
り、少ない消費電力で明るい表示が可能となる。

【００１１】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明のうち、拡散開始角度θｐ１が１５度以上３５度
以下であることを特徴とする。上記の如く構成した理由
は、拡散開始角度θｐ１が小さすぎると、法線方向から
若干傾いた入射光までが拡散されるため、法線方向及び
その周辺方向に進む光の光量が減少する。そのため、所
望する明るさで見える角度範囲が狭すぎるという問題が
生じる。一方、拡散開始角度θｐ１が大きすぎると、バ
ックライト光の利用効率の向上が不十分で、表示輝度が
あまり増加しないという問題が生じる。かかる観点を考
慮して、拡散開始角度θｐ１が１５度以上３５度以下と
することにより、実用上支障のない程度の角度範囲及び
表示輝度が得られる。

【００１２】また請求項３記載の発明は、請求項１記載
の発明のうち、拡散開始角度θｐ１が２０度以上３０度
以下であることを特徴とする。このように構成したこと
により、請求項２記載の発明に比べて、より望ましい角
度範囲及び表示輝度が得られる。

【００１３】また請求項４記載の発明は、請求項１乃至
請求項３のいずれかに記載の発明のうち、位相板と液晶
パネルの間に、第２の直線偏光板が配置されていること
を特徴とする。上記の如く構成したことにより、液晶パ
ネルに入射する光の直線偏光性が向上するので、表示の
コントラストが高くなるという作用を有する。

【００１４】また請求項５記載の発明は、請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の発明のうち、液晶パネルの
前面側か、又は位相板と液晶パネル間のいずれか一方
に、第２の光拡散素子が配置され、この第２の光拡散素
子は、入射光の入射角度が法線に対して予め定められた
拡散終了角度θｐ３以未満のときには、入射光を拡散し
て出射させ、入射光の入射角度が前記拡散終了角度θｐ
３以上のときには、入射光をその入射角度を維持したま
ま出射させることを特徴とする。

【００１５】上記の如く構成したことにより、入射角度
が拡散終了角度θｐ３以未満である法線方向およびその
周辺方向に進む光は拡散し、入射角度が拡散終了角度θ
ｐ３以上である斜め方向の光は透過する。したがって、
液晶パネルの前面側に第２の光拡散素子を配置した構成
の場合では、液晶パネルを通過した光のうち、法線方向
及びその周辺方向に進む光が、拡散され、液晶表示装置
の視野角特性が大きく向上するという作用を有する。こ
れにより、請求項１記載の発明では、光拡散素子により
正面方向は明るくなるが、斜め方向への光量は少なくな
っているのに対して、本発明では、第２の光拡散素子を
設けることにより、正面方向の光を斜め方向に拡散する
ことができ、明るさの視野角依存性が少なくなり、より
よい視野角特性の表示が得られる。

【００１６】液晶パネルの後面側に第２の光拡散素子を
配置した構成では、第２の光拡散素子による液晶表示装
置の視野角特性が向上するという作用に加えて、外光に
よるコントラスト低下をさらに少なくすることができ
る。即ち、液晶パネルの後面側に第２の光拡散素子を配
置した場合、外光が液晶パネルを通過する際に光量が吸
収され、外光が第２の光拡散素子に到達しにくい。さら
に、液晶パネルを通過した外光は第２の光拡散素子によ
り反射され、この反射光は再び液晶パネルを通過して、
光量が吸収される。したがって、液晶パネルの前面側に
第２の光拡散素子を配置した構成に比べて、外光による
コントラスト低下が少ないという作用がある。

【００１７】また請求項６記載の発明は、請求項５記載
の発明のうち、拡散終了角度θｐ３と拡散開始角度θｐ
１とが、θｐ３≧θｐ１−５とされていることを特徴と
する。上記の如く構成した理由は、拡散開始角度θｐ１
が拡散終了角度θｐ３より大きすぎる場合、即ち、光拡
散素子の拡散領域が第２の光拡散素子の非拡散領域に比
べて狭すぎる場合、集光された光がそのまま表示される
領域が存在することになり、正面から徐々に視野角を増
加させた場合、図７に示すような表示輝度が一旦上昇し
てから低下する凸状部分が生じ、表示が不自然なものに
なるという問題が生じる。θｐ３≧θｐ１−５とするこ
とにより、前記凸状部分が実用上ほとんど支障のない程
度となるという作用がある。

【００１８】また請求項７記載の発明は、請求項５記載
の発明のうち、拡散終了角度θｐ３と拡散開始角度θｐ
１とが、θｐ３≧θｐ１とされていることを特徴とす
る。上記の如く構成したことにより、前記凸状部分がな
くなり、表示特性が向上する。

【００１９】また請求項８記載の発明は、請求項１乃至
請求項７のいずれかに記載の発明のうち、円偏光分離層
はコレステリック液晶層であることを特徴とする。上記
の如く構成したことにより、円偏光分離層として、例え
ば、らせん軸がねじれ構造となっている特別な偏光体な
どを使用する必要がなく、通常使用されているコレステ
リック液晶層を使用すればよいのでコストの低減が図れ
る。

【００２０】また請求項９記載の発明は、らせん軸方向
が選択反射波長の角度依存性を平均化するように面内で
所定の分布を持つコレステリック液晶層を用いたことを
特徴とする。上記の如く構成したことにより、コレステ
リック液晶の選択反射波長の角度依存性が平均化され、
斜め方向から液晶表示装置を見た場合の表示の着色が解
消あるいは緩和される。従って、良好な表示が行える視
野角範囲が増大する。また、視野角拡大効果により有効
な出射光量が増大する結果、バックライト光の利用効率
が増加する。

【００２１】また請求項１０記載の発明は、請求項９記
載の発明のうち、位相板と液晶パネルの間に、第２の直
線偏光板が配置されていることを特徴とする。上記の如
く構成したことにより、請求項９記載の発明の作用に加
えて、液晶パネルに入射する光の直線偏光性が向上し、
表示のコントラストが高くなるという作用を有する。

【００２２】また請求項１１記載の発明は、第１及び第
２の位相板は１軸異方性を有し、かつ、第１の位相板の
屈折率異方性と前記第２の位相板の屈折率異方性が逆符
号とされ、各第１及び第２の位相板の常屈折率と異常屈
折率の平均値を各第１及び第２の位相板の屈折率とした
場合において、第１の位相板と第２の位相板のうちのリ
ターデーションの絶対値が大きい方の位相板の屈折率
が、他方の位相板の屈折率より大とされていることを特
徴とする。

【００２３】上記の如く構成としたことにより、一方の
位相板のリターデーションの視野角変化が、他方の位相
板のリターデーションの視野角変化により補償されるた
め、合成リターデーションの視野角変化が少なくなる。
換言すれば、２枚の位相板を使用した本発明は、１枚の
位相板を使用したものに比べて、リターデーションの視
野角変化が少なくなったことを意味する。この結果、本
発明では、１枚の位相板を使用するものに比べて、円偏
光から直線偏光への変換特性の視野角特性が良好にな
り、斜め方向から液晶表示装置を見た場合の表示の着色
が解消あるいは緩和され、良好な表示が行える視野角範
囲が増大する。また、視野角拡大効果により有効な出射
光量が増大する結果、バックライト光の利用効率が増加
する。

【００２４】また請求項１２記載の発明は、請求項１１
記載の発明のうち、第１の位相板と第２の位相板の主軸
がほぼ平行であるであることを特徴とする。上記の如く
構成したことにより、第１の位相板と第２の位相板の配
置状態がリターデーションの視野角補償効果を最大とす
る方向に配置されたことになり、第１の位相板と第２の
位相板の主軸が平行でない配置状態に比べて、良好な視
野角特性を得るという作用を有する。

【００２５】また請求項１３記載の発明は、請求項１１
又は請求項１２に記載の発明のうち、円偏光分離層がコ
レステリック液晶層であることを特徴とする。上記の如
く構成したことにより、請求項１１又は１２に記載の発
明の作用に加えて、円偏光分離層として、例えば、らせ
ん軸がねじれ構造となっている特別な偏光体などを使用
する必要がなく、コストの低減が図れる。

【００２６】また請求項１４記載の発明は、請求項１３
記載の発明のうち、コレステリック液晶層が、らせん軸
方向が選択反射波長の角度依存性を平均化するように面
内で所定の分布を持つことを特徴とする。上記の如く構
成したことにより、２枚の位相板によるリターデーショ
ンの視野角補償効果と、らせん軸方向が所定の分布を持
つコレステリック液晶層による円偏光分離特性の視野角
特性の向上とが相まって、より良好な視野角特性が得ら
れる。

【００２７】また請求項１５記載の発明は、第１の位相
板と第２の位相板のうちのリターデーションの絶対値が
小さい方の位相板に関するリターデーションの視野角依
存性が、他方の位相板に関するリターデーションの視野
角依存性より大きくなるように、２軸異方性を有する位
相板の法線方向の主屈折率と面内の主屈折率との大小関
係が定められていることを特徴とする。

【００２８】上記の如く構成したことにより、位相板の
視野角補償効果による視野角特性の向上が得られる。こ
れにより、円偏光から直線偏光への変換特性の視野角特
性が良好になり、そのため、斜め方向から液晶表示装置
を見た場合の表示の着色が解消あるいは緩和され、良好
な表示が行える視野角範囲が増大する。また、視野角拡
大効果により有効な出射光量が増大する結果、バックラ
イト光の利用効率が増加することになる。なお、参考ま
でに述べると、上記の１軸異方性を有する２枚の位相板
を用いる構成では、屈折率にある程度の差が必要となる
ので、位相板の材料選定に制約が生じる。しかし、本請
求項１５記載の発明の構成であれば、２枚の位相板の屈
折率がほぼ等しい程度のものであってもよく、位相板の
材料選定に制約がないという効果も生じる。

【００２９】また請求項１６記載の発明は、請求項１５
に記載の発明のうち、円偏光分離層がコレステリック液
晶層であることを特徴とする。上記の如く構成したこと
により、請求項１５記載の発明の作用に加えて、円偏光
分離層として、例えば、らせん軸がねじれ構造となって
いる特別な偏光体などを使用する必要がなく、コストの
低減が図れる。

【００３０】また請求項１７記載の発明は、請求項１６
記載の発明のうち、コレステリック液晶層が、らせん軸
方向が選択反射波長の角度依存性を平均化するように面
内で所定の分布を持つことを特徴とする。上記の如く構
成したことにより、請求項１５記載の発明に比べて、よ
り良好な視野角特性が得られる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図１８を用いて説明する。（実施形態１）図１は本発明の第１の実施形態の液晶表
示装置の構成を示す断面図である。図において、２は液
晶パネルであり、液晶層４が２枚の基板３・５で挟持さ
れている。表示モードはＴＮ型あるいはＳＴＮ型であ
り、１は偏光表示を行うための直線偏光板であり、６は
偏光表示を行うための第２の直線偏光板である。図示し
ていないが、基板３・５の内面には液晶層に電圧を印加
するための電極が形成されている。また、いずれかの基
板上に薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を形成
すれば、コントラストが高く良好な表示を行うことがで
きる。

【００３２】８は円偏光を分離するためのコレステリッ
ク液晶層、７は円偏光を直線偏光に変換するための位相
板である。コレステリック液晶層は、（１）式でθを０
としたときの反射波長（正面方向での反射波長）λ0 が
４００〜６５０ｎｍをカバーするように、そのらせんピ
ッチが連続的に変化している。バックライトのスペクト
ルに応じて反射波長の帯域を調整すれば、なお良好な特
性が得られる。らせんピッチを連続的に変化させる代わ
りに、らせんピッチの異なる数枚のコレステリック液晶
層を積層しても同様の効果を得ることができる。位相板
７としては、例えば、ポリビニルアルコールやポリカー
ボネートなどのプラスチックフィルムが延伸されたもの
で、ｎを整数（０、１、２……）として、（２ｎ＋１）
／４波長のリターデーションを持つものを用いればよ
い。特に、リターデーションが１／４波長であるもの
は、特性の波長依存や視野角依存が他のものに比べて優
れている点で望ましい。

【００３３】また、１０はバックライトであり、９はバ
ックライト光を所望の方向に向けるための光拡散素子で
ある。この光拡散素子９は、入射光の入射角度が法線に
対して予め定められた拡散開始角度θｐ１未満のとき
は、入射光をその入射角度を維持したまま出射させ、入
射光の入射角度が前記拡散開始角度θｐ１以上のとき
は、入射光を拡散して出射させる機能を有する。したが
って、バックライト１０から発せられた光が光拡散素子
９に入射すると、図２に示すように、入射角度が拡散開
始角度θｐ１未満である法線方向およびその周辺方向に
進む光１０１は、そのまま透過し、入射角度が拡散開始
角度θｐ１以上の斜め方向の光１０２は、拡散される。

【００３４】図３は、上記光拡散素子９の効果を示すた
めのもので、バックライト１０から光拡散素子９への入
射光と、光拡散素子９からの出射光の角度分布を示して
いる。なお、光拡散素子９としては、住友化学製のルミ
スティ・フィルムを用いた。このフィルムはある特定の
角度範囲（θｐ1 〜θｐ2 ）の光を散乱させる特性を持
っている。したがって、光拡散素子９は、上記の図２に
示す基本的機能に加えて、入射角度が角度θｐ２以上の
ときに、入射光をその入射角度を維持したまま透過させ
る機能をも有する。以下、図３を参照して、光拡散素子
９の作用を説明する。図３において、一点鎖線Ｌ１は光
拡散素子９への入射光強度を示し、実線Ｌ２は光拡散素
子９からの出射光強度を示している。バックライト１０
から発せられた光のうち、斜め方向の拡散領域Ｂに入射
した光は拡散されて、透明領域Ａに入射した光に加えら
れるので、透明領域Ａの光量が増加している。この結
果、特に、θの小さい透明領域Ａでコレステリック液晶
層８に入射する光量が増大し、コレステリック液晶層８
と位相板７の視野角依存性の影響を受けずに液晶パネル
２に入射する光が増加する。

【００３５】一方、光拡散素子９として住友化学製のル
ミスティ・フィルムを用いているので、θが大きい部分
に透明領域Ｃが存在し、この部分の出射光量も増加して
いる。透明領域Ｃはバックライト光の利用効率向上とは
関係がなく、むしろ広すぎる場合には拡散領域Ｂが減少
して悪影響を及ぼすので、ないほうが望ましい。入射角
度θの大きい部分はバックライト光量も少なく、大きく
拡散されたもののみが正面方向の光量増加に寄与するの
で、実用的には、θｐ2 が６０度以上であればほとんど
影響はなく、θｐ2 が７５度以上であればなお好ましい
結果が得られる。

【００３６】コレステリック液晶層８と１／４波長板７
よりなる部分は、上記したように、選択反射により左右
の円偏光を分離し、透過光を１／４波長板７により直線
偏光として液晶パネル２に入射させ、バックライト側に
戻った光は再利用することにより照明光の有効利用を図
っている。第２の直線偏光板６は液晶パネル２に入射す
る光の直線偏光度を向上させて、表示素子のコントラス
ト特性を向上させるために設けられているが、高コント
ラストが要求されない場合にはこれを省略することもで
き、ここでの光吸収がなくなる分、表示輝度が１０％程
度増大する。

【００３７】コレステリック液晶層８と１／４波長板７
よりなる部分の特性は、上記に説明したように視野角依
存性を有するが、本実施形態の液晶表示装置において
は、コレステリック液晶層８への入射光に関して、入射
角度θが小さく法線に近い方向から入射する光の光量が
多く、入射角度θが大きい方向から入射する光の光量が
少なくなっている。したがって、従来例に比べて、コレ
ステリック液晶層８と１／４波長板７よりなる部分での
視野角依存性の影響を受ける光量が少なくてすむ。

【００３８】また、コレステリック液晶層８で反射され
た光は光拡散素子９に上方から入射するが、光拡散素子
９は光をほとんど吸収しないので、拡散領域Ｂの角度で
入射したものの一部がここで反射されて再びコレステリ
ック液晶層８に向かい、ほかの光はバックライト１０に
達する。この光はバックライト面で反射されて、再び光
拡散素子９に下側から入射する。従って、コレステリッ
ク液晶層８で反射された光はほとんどロスなく再利用さ
れる。

【００３９】拡散開始角度θｐ1 は、小さすぎると液晶
表示装置が明るく見える角度が狭すぎ、大きすぎると光
利用効率の向上が不十分で表示輝度があまり増加しな
い。表１は拡散開始角度θｐ1 と表示状態の関係を示し
たものであり、拡散開始角度θｐ1 を２０〜３０度の間
に設定するのが最も良好な結果を示し、１５〜３５度の
間で実用上十分な表示特性が得られた。

【表１】

【００４０】従って、本実施形態の液晶表示装置におい
ては、バックライト光の利用効率を向上させて、少ない
消費電力で明るい表示を行うことができる。本実施形態
の液晶表示装置は、パーソナル機器用のディスプレイな
ど、視野角特性より、正面方向の明るさや低消費電力化
が要求される用途に、特に適している。

【００４１】（実施形態２）図４は本発明の第２の実施
形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。図にお
いて、第１の実施形態と同じ構成要素には同じ番号をつ
けて、説明を省略する。第１の実施形態との違いは、液
晶パネル２と出射側の直線偏光板１の間に第２の光拡散
素子１１を設けたことにある。この第２の光拡散素子１
１は、光拡散素子９とは逆の特性を有する。即ち、第２
の光拡散素子１１は、入射光の入射角度が法線に対して
予め定められた拡散終了角度θｐ３以未満のときは、入
射光を拡散して出射させ、入射光の入射角度が前記拡散
終了角度θｐ３以上のときは、入射光をその入射角度を
維持したまま出射させる機能を有する。したがって、液
晶パネル２からの光が第２の光拡散素子１１に入射する
と、図５に示すように、入射角度が拡散終了角度θｐ３
以未満である法線方向およびその周辺方向に進む光１０
１は拡散し、入射角度が前記拡散終了角度θｐ３以上の
斜め方向の光１０２は透過する。

【００４２】図６は白表示における輝度と視野角の関係
を示したものである。図中の１点鎖線Ｌ３は第２の光拡
散素子１１を用いない場合、実線Ｌ４は第２の光拡散素
子１１を用いた場合の特性を示している。第１の実施形
態で説明した液晶表示装置は、光拡散素子９を使用して
いるので正面方向は明るくなるが、斜め方向への光量は
少なくなっている。一方、本実施形態の液晶表示装置に
おいては、光拡散素子１１により正面方向の光を斜め方
向に拡散しているので、第１の実施形態の液晶表示装置
に比べて、明るさの視野角依存性が少なくなり、よりよ
い視野角特性の表示が得られている。

【００４３】第２の光拡散素子１１には、光拡散素子９
と同様に、住友化学製のルミスティ・フィルムを用いる
ことができるが、正面方向を含む角度範囲に拡散領域を
持つように設計されたものを用いる必要がある。第２の
光拡散素子１１の拡散領域が光拡散素子４の非拡散領域
に比べて狭すぎる場合には、集光された光がそのまま表
示される領域が存在するので、輝度−視野角特性に図７
に示すように凸状の部分が生じる。このため正面から徐
々に視野角を増加させた場合、表示輝度が一旦上昇して
から低下することになり、表示が不自然なものになるの
で望ましくない。

【００４４】第２の光拡散素子１１の拡散領域を−θｐ
3 〜＋θｐ3 、光拡散素子４の拡散領域を図３に示すよ
うに、正負ともにθｐ1 〜θｐ2 とすると、 θｐ3 ≧θｐ1 （度）であれば、この凸状の部分がなくなり見やすい表示が得
られるが、 θｐ3 ≧θｐ1 −５（度）の関係が満たされていれば、凸状の部分の存在は実用上
ほとんど感じられなくなる。第２の光拡散素子の拡散領
域は全角度範囲としてもかまわないが、θｐ3 が大きす
ぎる場合には光が広い角度範囲に拡散されすぎるので、
θｐ3 は６０度以下に設定するのが望ましい。

【００４５】本実施形態の液晶表示装置は、液晶層４中
は、特性の良好な法線方向に光を主に伝播させ、液晶層
を出た後に斜め方向に拡散しているので、液晶層４の特
性に視野角依存がある場合にはそれを緩和するという働
きもある。第２の光拡散素子１１に偏光解消作用のない
場合には、図４のように第２の光拡散素子１１を、直線
偏光板１と液晶パネル２の間に配置するのが望ましい。
このような構成であれば、第２の光拡散素子１１に入射
しここで反射されて再出射する外光が直線偏光板１で吸
収されるため、外光下でのコントラスト特性が良好であ
るという特長がある。第２の光拡散素子１１の偏光解消
作用が大きい場合には、上記の構成をとると、直線偏光
板１による偏光表示が完了する前に偏光解消が起こるの
で、表示のオンオフ特性が劣化する。この場合は、偏光
表示を行った後に光を拡散させるため、第２の光拡散素
子１１を直線偏光板１の観察者の側に配置するのが望ま
しい。

【００４６】（実施形態３）図８は本発明の第３の実施
形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。図にお
いて、第１・第２の実施形態と同じ構成要素には同じ番
号をつけて、説明を省略する。第２の実施形態との違い
は、第２の光拡散素子１１を位相板７と第２の直線偏光
板６の間に配置したことにある。本実施形態においても
第２の実施形態と同様に、第２の光拡散素子１１は、法
線方向およびその周辺方向に進む光は拡散させ、斜め方
向の光を透過する性質を持っている。これにより、正面
方向の光を斜め方向に拡散して液晶表示装置の明るさの
視野角依存性が少なくなるという利点があり、第２の実
施形態と同様に、輝度変化の少ない視野角特性を得るこ
とができる。

【００４７】第２の光拡散素子１１としては、第２の実
施形態と同様に、正面方向を含む角度範囲に拡散領域を
持つように設計された住友化学製のルミスティ・フィル
ムを用いることができる。本実施形態の液晶表示装置に
おいても、コレステリック液晶層８と位相板７を法線方
向に通過する光が多いので、バックライト光の利用効率
は従来のものに比べて向上している。第２の実施形態に
比べると、第２の光拡散素子１１が液晶パネル２の下側
にあるため、外光によるコントラスト低下がさらに少な
くなるという利点がある。第２の光拡散素子１１は、第
２の直線偏光板６と液晶パネル２の間に配置してもかま
わないが、第２の直線偏光板６の背後に配置する方が、
拡散された光が第２の直線偏光板６によって完全な直線
偏光とされて液晶パネル２に入射し、表示コントラスト
が非常に高いものとなるという利点があるので望まし
い。

【００４８】上記に説明したように、光源側から、光拡
散素子９、コレステリック液晶層８、位相板７、第２の
光拡散素子１１の順に積層された光学積層体は、広い出
射角にわたって直線偏光を効率よくバックライトから取
り出すことができる。また、第２の光拡散素子１１の後
に第２の直線偏光板６を配置すれば、容易に出射光の直
線偏光度を向上させることもできる。この光学積層体を
用いれば、液晶表示装置の背面光源部のほか各種の偏光
照明において、効率向上や広角度化を図ることができ
る。

【００４９】（実施形態４）本実施形態の液晶表示装置
は、図１の第１の実施形態では液晶層４はＴＮ型あるい
はＳＴＮ型としたが、本実施形態の液晶表示装置では液
晶層４にポリマー分散型などの散乱型の液晶を用いてい
る。散乱型の液晶は、電圧のオンオフにより散乱状態と
透明状態を切り替えるもので、通常は、電圧が印加され
ていない場合には液晶がランダム状態で散乱状態、十分
高い電圧が印加された場合には液晶分子の長軸が電界方
向と平行に並ぶので透明状態となる。２枚の偏光板をそ
の偏光軸が直交配置し、その間に散乱型の液晶を配置す
ると、液晶が透明状態にある場合には光が液晶を通過す
る際に偏光状態が変化しないので黒表示が、液晶が散乱
状態にある場合には液晶の散乱によって偏光の解消が起
きるので白表示が行われる。

【００５０】図１に示す液晶表示装置に上記の散乱型の
液晶を用いた場合には、白表示を行う際に散乱現象によ
り光の進路も拡げられるので、第２・第３の実施形態に
示すような第２の光拡散素子１１を用いることなく、輝
度の視野角特性を向上させることができる。また、２枚
の直線偏光板を偏光軸が直交するように配置した場合、
これを斜め方向から見た場合には光漏れが生じるが、こ
の構成では黒表示では主として垂直方向に光が進むた
め、斜め光の割合が少なく、表示に黒浮きが発生しにく
いという利点もある。

【００５１】（実施形態５）図９は本発明の第５の実施
形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。図にお
いて、第１の実施形態と同じ構成要素には同じ番号をつ
けて、説明を省略する。本実施形態は、らせん軸方向に
分布を持ったコレステリック液晶層１２を用いている点
と、光拡散素子９を用いていない点が第１の実施形態と
異なっている。液晶の表示モードは、ＴＮ型やＳＴＮ型
でも構わないし、散乱型を用いることもできる。本実施
形態で用いているコレステリック液晶層１２は、図１０
に断面の模式図を示すように、らせん軸１２が面内で分
布をもって配列している。図中の曲線は液晶のらせん構
造を便宜的に示したもので、矢印はらせん軸の方向を示
している。らせんピッチは、層の厚みの方向に連続的に
変化して可視光のほぼ全域をカバーしている。これは、
らせん軸方向が分布しており、ピッチの異なるコレステ
リック液晶層を数層重ねた構成でもかまわない。

【００５２】コレステリック液晶層の選択反射波長は、
上記した発明が解決しようとする課題の項で説明したよ
うに光の入射角によって変化するが、本実施形態ではら
せん軸に分布を持たせた構成により選択反射波長の角度
依存性を平均化し、液晶パネル２への入射光の角度によ
る色度変化を緩和または解消している。これにより、光
利用効率が高く明るく低消費電力であるとともに、視野
角特性の優れた見やすい液晶表示を得ることができる。

【００５３】らせん軸の方位に関しては、その傾き角θ
が大きすぎるものはかえって正面方向の特性を悪化させ
るし、小さいものばかりでは上記の特性改善効果がな
い。表２はらせん軸傾き角の分布をほぼ正規分布とした
場合について、その標準偏差σと液晶表示装置の特性の
関係を示したものである。

【表２】標準偏差σが１０度から２５度の間にあるものが、斜め
方向の着色が少なく正面輝度の改善効果が大きいので、
良好な表示特性を示す。さらに、標準偏差σを１５度か
ら２０度の間に設定すれば最も良好な特性を得ることが
できる。

【００５４】本実施形態で用いたコレステリック液晶層
１２は、エンボス加工などにより数ミクロンから数十ミ
クロンのピッチで表面に凹凸がつけられたフィルム基板
の上に、コレステリック液晶層を成長させることにより
作製することができる。コレステリック液晶の成長は、
特開平６−２８１８１４号公報に示されるように、紫外
光等の照射によって行うことができる。

【００５５】また、らせん軸方向の分布につき、上記の
例では、正規分布としたけれども、らせん軸のうち２／
３が、頂角が正負１５〜２０度の円錐内にある分布構成
としてもよい。なお、頂角は垂直方向から片側に測った
ものとしている。このような分布を得る方法としては、
正規分布の場合と同様にフィルム基板の上に、凹凸をつ
けてコレステリック液晶を成長させる方法の他に、以下
の方法もある。即ち、一旦らせん軸が法線方向に向いた
フィルムを作製した後、レーザや熱により分子を熱運動
させるか、または、溶媒の再添加により分子配向の規制
力を一時的に緩和することにより、らせん軸をややラン
ダムにする方法が用いられる。なお、いずれの場合も、
冷却や溶媒の蒸発により、分布したらせん軸を固定す
る。

【００５６】（実施形態６）図１１は本発明の第６の実
施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。図に
おいて、第１の実施形態と同じ構成要素には同じ番号を
つけて、説明を省略する。本実施形態は、位相板がバッ
クライト１０側から順に第１の位相板１４と第２の位相
板１３で構成されている点と、光拡散素子９を用いてい
ない点が第１の実施形態と異なっている。液晶の表示モ
ードは、ＴＮ型やＳＴＮ型でも構わないし、散乱型を用
いることもできる。本実施形態は、円偏光を直線偏光に
変換する位相板の視野角依存性を解消あるいは緩和する
ことにより表示特性が良好な液晶表示装置を得るもので
ある。

【００５７】図１２は位相板の視野角依存性を説明する
ものである。先ず、図１２を参照して、本実施形態の前
提となる位相板の視野角依存性の具体的内容を説明し、
その後に、本実施形態の特徴である２枚の位相板１３，
１４の具体的な動作原理を説明することにする。位相板
１５は１軸異方性を有しており、図では便宜上、棒状分
子１６が１方向に配列したものとしてこれを表してい
る。この位相板１５の正面からのリターデーションＲ
は、位相板の屈折率異方性Δｎと厚みｄの積Δｎ×ｄで
表される。図１２（ａ）は、位相板の主軸方向に傾いた
方向から入射した光が伝播する様子を示したものであ
る。空気中からθ0 の方向から入射した光は界面で屈折
し、角度θ1 で位相板１５の中を伝播する。この結果、
光が位相板１５の中を伝播する距離はｄ／ｃｏｓθ1 で
増加する。一方、光の伝播方向が位相板の光軸方向に近
づくので、屈折率異方性はｃｏｓθ1 の２乗に比例して
増加する。従って、リターデーションは、Ｒ（θ）＝Ｒ・ｃｏｓ²θ１・ｄ／ｃｏｓθ1 ＝Ｒ・ｃｏｓθ1 （２）で、傾き角とともに減少する。ここで、Ｒは正面方向か
らのリターデーションである。

【００５８】なお、参考までに、上記した入射光が位相
板１５の主軸方向から入射した場合に、屈折率異方性が
ｃｏｓθ1 の２乗に比例して増加する理由について、以
下に詳述する。図１３（ａ）は屈折率楕円体を示してい
る。位相板１５は１軸異方性を有し、ｘが対称軸であ
る。ｎｘ，ｎｙ，ｎｚを主屈折率とし、ｎｅを異常屈折
率、ｎｏを常屈折率とし、ｎｅ＝ｎｘ、ｎｏ＝ｎｙ＝ｎ
ｚとする。また、光の伝播方向αはｚ方向を基準とし、
そこからｘ軸方向にθ傾いているものとする。α方向に
伝播する光の屈折率は、これに垂直な平面が屈折率楕円
体を切る面に作る楕円で表される。そのときの２つの主
屈折率は式（３），（４）で表される。

【数１】

【数２】線分ＯＡの長さを計算するために、図１３（ｂ）に示す
ように、屈折率楕円体のｘｚ断面を考える。点Ａの座標
は（ｎｅ・ｃｏｓθ，ｎｏ・ｓｉｎθ）であるから、ｎ
ｅ（θ）は、式（５）で示される。

【数３】式（５）を変形すると、式（６）となる。

【数４】液晶物質の場合は、ｎｏが１．５付近の値であり、Δｎ
（＝ｎｅ−ｎｏ）が０．０７〜０．２程度の値である。
また、延紳フィルムの場合は、ｎｏが１．５付近の値で
あり、Δｎが０．０１程度の値である。したがって、異
常屈折率ｎｅと常屈折率ｎｏの比は次の式（７）で表さ
れる。ｎｅ／ｎｏ＝１＋ε （７）なお、εは０＜ε≦１とする。この式（７）を上記式
（６）に代入すると、式（８）〜式（１２）と変形され
る。

【数５】但し、式（９）から式（１０）への変形は、式（１３）
の関係を使っている。

【数６】よって、Δｎ（θ）は式（１４）となる。

【数７】この式（１４）より、式（１５）が成立する。 Δｎ（θ）＝ｎｅ・ｃｏｓ²θ （１５）したがって、屈折率異方性がｃｏｓθの２乗に比例して
増加することが理解される。

【００５９】次に、図１２（ｂ）を参照して、位相板１
５の動作説明に話を戻すことにする。図１２（ｂ）は、
位相板１５の主軸と直交方向に傾いた方向から入射した
光が伝播する様子を示したものである。空気中からθ0
の方向から入射した光は界面で屈折し、角度θ1 で位相
板１５の中を伝播する。この結果、光が位相板１５の中
を伝播する距離はｄ／ｃｏｓθ1 で増加する。この場合
は、光の伝播方向が変わっても屈折率異方性は変わらな
い。従って、リターデーションは、Ｒ（θ）＝Ｒ／ｃｏｓθ1 （１６）で、傾き角とともに増加する。

【００６０】図１４は、本実施形態の液晶表示装置につ
いて、２枚の位相板の動作を説明するものである。第１
の位相板１４は正の屈折率異方性を持ち、第２の位相板
１３は負の屈折率異方性を持っている。２つの位相板１
３，１４の光学的な主軸は、いずれも図の左右方向に向
きほぼ平行に配置されており、第１の位相板１４と第２
の位相板１３のリターデーションは互いに減じあう関係
にある。なお、このような第１の位相板１４と第２の位
相板１３の配置状態はリターデーションの視野角補償効
果を最大とする配置状態であるが、本発明は必ずしもこ
れに限定されるものではなく、第１の位相板１４と第２
の位相板１３の主軸が平行でない配置状態であっても、
十分良好なリターデーションの視野角補償効果が得られ
る。また、図１４においては、説明を簡略化するため、
２枚の位相板１３，１４の上下が空気層であるものとし
ている。２枚の位相板１３，１４のリターデーションは
互いに逆符号と考えられるので、第１の位相板１４のリ
ターデーションを＋Ｒ1 、第２の位相板１３のリターデ
ーションを−Ｒ2 とすると、これらは次の式で表され
る。＋Ｒ1 ＝＋Δｎ1 ×ｄ1 （１７） −Ｒ2 ＝−Δｎ2 ×ｄ2 （１８）上式中、Δｎ1 とΔｎ2 はそれぞれ位相板１４と位相板
１３の屈折率異方性であり、ｄ1 とｄ2 はそれらの厚み
である。２枚の位相板を合わせた正面方向からの合成リ
ターデーションは、この両者から次式で表される。Ｒtotal ＝Ｒ1 −Ｒ2 （１９）正面方向から入射した円偏光を直線偏光にするため、合
成リターデーションが±（２ｎ＋１）／４波長となるよ
うに、Ｒ1 とＲ2 の値は調整されている。特に合成リタ
ーデーションを±１／４波長とすれば、波長による偏光
変換特性の差が小さく、すべての波長にわたって良好な
輝度向上効果が得られる。

【００６１】図１４には主軸と同方向に傾いた方向から
入射した光の伝播経路が示されている。光は、第１の位
相板１４の中では傾き角θ1 で、第２の位相板１３の中
では傾き角θ2 で伝播する。これらの位相板のリターデ
ーションは、式（２）と同様に考えて次の式で表され
る。＋Ｒ1 （θ）＝＋Ｒ1 ・ｃｏｓθ1 （２０） −Ｒ2 （θ）＝−Ｒ2 ・ｃｏｓθ2 （２１）この両者より、合成リターデーションは次式のようにな
る。Ｒtotal （θ）＝＋Ｒ1 （θ）−Ｒ2 （θ）＝＋Ｒ1 ・ｃｏｓθ1 −Ｒ2 ・ｃｏｓθ2 （２２）

【００６２】以下、Ｒ1 がＲ2 より大きく、合成リター
デーションが正の場合について考える。第１の位相板１
４の屈折率をｎ1 、第２の位相板１３の屈折率をｎ2 と
すると、屈折の法則より次の（２３）式が成り立つ。な
お、複屈折媒体の屈折率は伝播光の偏光面によって異な
ったものとなるが、本実施形態の構成では位相板に入射
する光はほぼ円偏光になっているので、常屈折率ｎｏと
異常屈折率ｎｅの平均値をとってこれをｎ1 およびｎ2
としている。ｓｉｎθ1 ／ｓｉｎθ2 ＝ｎ2 ／ｎ1 （２３）これらの屈折率の大小と合成位相板の視野角特性を以下
に考察する。ｎ1 ＝ｎ2 の場合は、θ1 ＝θ2 であるの
で、Ｒ1 （θ）とＲ2 （θ）は同じ割合で減少してい
く。この結果、合成リターデーションは次式で表され、
位相板を１枚用いた場合と同様の視野角依存である。Ｒtotal （θ）＝＋Ｒ1 ・ｃｏｓθ1 −Ｒ2 ・ｃｏｓθ1 ＝（Ｒ1 −Ｒ2 ）ｃｏｓθ1 ＝Ｒtotal ・ｃｏｓθ1 （２４）

【００６３】次に、ｎ1 ＞ｎ2 の場合にはθ1 ＜θ2 と
なる。θ0 の増大とともにＲ1 （θ）とＲ2 （θ）はと
もに減少するが、θ1 ＜θ2 であるのでＲ2 （θ）の減
少の割合はＲ1 （θ）のそれを上回る。この結果、Ｒ1
からＲ2 を差し引いた差で表される合成リターデーショ
ンの視野角変化が緩和される。ｎ1 ＜ｎ2 の場合にはθ
1 ＞θ2 となるので、視野角変化に対して、Ｒ2 （θ）
はＲ1 （θ）より減少する割合が少なく、合成リターデ
ーションの視野角特性は悪化する。

【００６４】今度は、主軸と直角方向に傾いた方向から
入射した光について考える。上記と同様に、光は第１の
位相板１４の中では傾き角θ1 で、第２の位相板１３の
中では傾き角θ2 で伝播する。これらの位相板のリター
デーションは、式（１６）と同様に考えて、次の式で表
される。＋Ｒ1 （θ）＝＋Ｒ1 ／ｃｏｓθ1 （２５） −Ｒ2 （θ）＝−Ｒ2 ／ｃｏｓθ2 （２６）この両者より、合成リターデーションは次式のようにな
る。Ｒtotal （θ）＝＋Ｒ1 （θ）−Ｒ2 （θ）＝＋Ｒ1 ／ｃｏｓθ1 −Ｒ2 ／ｃｏｓθ2 （２７） θ０が増加すると、Ｒ1 （θ）とＲ2 （θ）はともに増
加して行く。主軸方向に傾いた場合と同様に考えると、
ｎ1 ＞ｎ2 であればＲ2 （θ）の増加の割合がＲ1
（θ）の増加の割合を上回り、合成リターデーションの
視野角依存性が緩和される。従って、ｎ1 ＞ｎ2 であれ
ば、いずれの方向においてもリターデーションの視野角
依存が緩和される。

【００６５】図１５はＲ1 を４１２．５ｎｍ、Ｒ2 を２
７５ｎｍ、ｎ1 を１．５、ｎ２を１．３として、合成リ
ターデーションの視野角変化をシミュレーションした結
果である。横軸は空気中からの光の入射角θ0 である。
図には、リターデーションが１３７．５ｎｍで屈折率が
１．５の位相板のシミュレーション結果を、比較のため
に示している。図中の実線１４１，１４２は２枚の位相
板を使用した場合、破線１４３，１４４は１枚の位相板
を使用した場合のリターデーションであり、実線１４１
と破線１４３は主軸に直交する側に入射角θ０を傾けた
場合、実線１４２と破線１４４は主軸側に入射角θ０を
傾けた場合の特性である。

【００６６】位相板が１枚の場合には、入射角θ０が６
０度の付近でリターデーションが３０ｎｍ近く変化して
しまう。正面からのリターデーションは１３７．５ｎｍ
なので、これが１／４波長となる波長（主波長）は５５
０ｎｍの緑光であるが、６０度方向からのリターデーシ
ョンは１１０ｎｍ、あるいは１６５ｎｍ程度となり、主
波長は４４０ｎｍ（青色領域）や、６６０ｎｍ（赤色領
域）となる。この結果、通常の構成では色度特性が視野
角により大幅に変化したり、偏光変換特性が大幅に低下
したりする。一方、本実施例の構成では、θ０が６０度
でも合成リターデーションの変化は５ｎｍ程度であり、
主波長の変化は２０ｎｍ程度なので、ほとんど表示特性
への影響はない。

【００６７】図１６は、２枚の位相板のリターデーショ
ンと屈折率の好ましい範囲を示したものである。図の各
曲線は、傾き角θ０が６０度における位相板の主軸方向
のリターデーション変化と、それに直交する方向のリタ
ーデーション変化をシミュレーションし、変化量の絶対
値平均（ΔＲ）をとったものである。実線の内部はこの
変化量が１０ｎｍ以下となる領域であり、斜線部は５ｎ
ｍ以下となる領域を示している。Ｒ1 ＝Ｒ2 ＋１３７．
５ｎｍとし、ｎ1 ＝１．５の条件で計算を行った。それ
ぞれのＲ2 の値において、ｎ2 ／ｎ1 が１の場合は先に
も説明したようにΔＲは１枚位相板と同じ値となるが、
ｎ2 ／ｎ1 を１から小さくしていくと補償効果によりΔ
Ｒが減少する。しかしながら、これが小さくなりすぎる
と補償効果が強すぎて、いわゆる過補償状態になりΔＲ
が逆に増大する。ｎ2 ／ｎ1 の値は、０．８５から０．
９７付近に設定するのが良好な特性の得られるＲ2 の領
域が広いので望ましい。図１６の各曲線は、ほぼ、（１
−ｎ2 ／ｎ1 ）の１．２５乗に反比例するものとして近
似できる。従って、Ｒ2 が式（２８）の範囲内にあれ
ば、ΔＲが１０ｎｍ以下になり、良好な視野角特性を得
ることができる。

【数８】さらに、式（２９）の条件を満たせば、ΔＲが５ｎｍ以
下になり、非常に良好な視野角特性を得ることができ
る。

【数９】

【００６８】上記の説明ではＲ1 がＲ2 より大きいもの
としたが、これとは逆にＲ2 がＲ1より大きい場合に
は、ｎ1 ＜ｎ2 であれば視野角変化にともなうＲ1
（θ）の変化がＲ2 （θ）の変化を緩和し、リターデー
ションの視野角依存が減少する。この場合、ｎ1 とｎ2
、および、Ｒ1 とＲ2 を入れ替えれば、それぞれのパ
ラメータの値に関しても上記の議論をそのまま適用する
ことができる。また、上記の説明では第１の位相板が正
の屈折率異方性をもち、第２の位相板が負の屈折率異方
性をもつものとしたが、これとは逆に第１の位相板が負
の屈折率異方性を、第２の位相板が正の屈折率異方性を
もつ場合でも、Ｒ1 がＲ2 より大きい場合にはｎ1 ＞ｎ
2 、Ｒ1 がＲ2 より小さい場合にはｎ1 ＜ｎ2 であれ
ば、上記の説明と同様にリターデーションの視野角依存
性が減少する。要するに、２枚の位相板で屈折率異方性
が逆符号になっており、リターデーションの大きい位相
板の屈折率が、リターデーションの小さい位相板の屈折
率より大きいことがポイントである。

【００６９】なお、第１及び第２の位相板の主屈折率の
関係をも考慮すると、ｎ1 ＜ｎ2 である場合、第１の位
相板の主屈折率のうち大きい方が、第２の位相板の主屈
折率のうち小さい方よりさらに小さい値であるとき、よ
り視野角補償効果が働く。したがって、このような主屈
折率の条件を満たすような第１及び第２の位相板を使用
すれば、一層のリターデーションの視野角依存性が減少
し、視野角特性の向上効果が得られる。同様に、ｎ1 ＞
ｎ2 である場合には、第１の位相板の主屈折率のうち小
さい方が、第２の位相板の主屈折率のうち大きい方より
さらに大きい値をとれば、こちらもなお望ましい視野角
特性向上効果が得られる。

【００７０】本実施形態の構成によれば、上記したよう
に液晶表示装置の視野角特性を良好にするものである
が、これによりバックライトから発せられた光のうち有
効に利用される成分が増えるので、光利用効率が向上す
るという効果もある。本実施形態の構成は、第１から第
５のいずれの実施形態の液晶表示装置と組み合わせても
その表示特性が改善されるが、特に、第５の実施形態に
示したようにコレステリック液晶のらせん軸方向に分布
をもたせて、円偏光分離特性の視野角特性を向上したも
のと組み合わせるのが、両者の良好な視野角特性をお互
いに生かす意味で望ましい結果を与えた。なお、本実施
形態の構成では、２枚の位相板を使用したけれども、本
発明は、これに限定されるものではなく、３枚以上の位
相板を使用する構成であってもよい。

【００７１】（実施形態７）図１７は本発明の第７の実
施形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。図に
おいて、第６の実施形態と同じ構成要素には同じ番号を
つけて説明を省略する。本実施形態の特徴は、第６の実
施形態では１軸性で複屈折の符号と屈折率が異なる２枚
の位相板１３，１４を用いたが、本実施形態では２枚の
位相板１３Ａ，１４Ａのうち少なくとも片方を２軸性と
することにより、円偏光を直線偏光に変換する位相板の
視野角依存性を解消あるいは緩和して、表示特性が良好
な液晶表示装置を得るものである。図１８は、２枚の位
相板１３Ａ，１４Ａの主屈折率を図示したものである。
矢印の大きさが主屈折率の大きさを示している。第１の
位相板１４Ａではｎｘ１がｎｙ１より大きくなってお
り、正面方向からの複屈折はｎｘ１−ｎｙ１で正の値で
ある。第２の位相板１３Ａではｎｘ１がｎｙ１より小さ
くなっており、正面方向からの複屈折はｎｘ２−ｎｙ２
で負の値をとる。

【００７２】第１の位相板１４Ａについてｘ方向に傾い
た方向θx に伝播する光を考えると、そのリターデーシ
ョンＲ1 （θx ）は式（３０）に示すものとなる。

【数１０】１軸異方性フィルム（ｎｘ１＞ｎｙ＝ｎｚ）の場合に
は、式（３０）に１軸異方性の条件をいれ、前記式
（５）〜（１５）の近似を行うと、式（３０）は式（３
１）で近似される。この式（３１）より、１軸異方性フ
ィルムの場合、θｘが増大するとＲ１（θｘ）は減少す
る傾向にある。

【数１１】

【００７３】以下、ｎz1をｎｙ１より少し変化させた場
合を考える。式（３０）においてθｘ１が増加すると、
平方根の中の第１項（ｎｘ１²・ｃｏｓ²θｘ）は減少
し、第２項（ｎｚ１²・ｓｉｎ²θｘ）は増加する。し
たがって、ｎｘ１が一定の場合、ｎｚ１が小さければ第
１項と第２項の和はより速く減少し、ｎｚ１が大きけれ
ば第１項と第２項の和は減少しにくくなる。式（３０）
に示したように、θｘ方向にはＲ１（θｘ）が減少する
視野角依存性を示すので、ｎｚ１をｎｙ１より大きくし
て平方根の部分が減少しにくいようにすれば、１軸異方
性の場合に比べて視野角依存性を小さくすることができ
る。これとは逆に、ｎｚ１をｎｙ１より小さくすれば、
θｘ関する視野角依存性が大きくなる。なお、正面方向
から見た場合（θｘ＝０）にはｓｉｎθｘ＝０であるの
で、式（３０）においてｎｚ１の値は正面からリターデ
ーションには影響を及ぼさない。ｙ方向にθｙだけ傾い
た方向に伝播する光については、そのリターデーション
Ｒ１（θｙ）は式（３２）に示すものとなる。

【数１２】

【００７４】１軸異方性フィルム（ｎｘ１＞ｎｙ１＝ｎ
ｚ１）の場合には、上式のかっこの中は定数となり、Ｒ
１（θｙ）は１／ｃｏｓθy のファクタで増加してい
く。ｎz1がｎｙ１より大きい場合には、θｙの増加とと
もに式（３２）の平方根の中の数値が増大するが、平方
根の前に負号がついているので、これはＲ１（θｙ）の
値を減少させるものとして働く。即ち、ｎｚ１＞ｎｙ１
とすれば１軸異方性の場合に比べてＲ１（θｙ）の視野
角依存性を緩和することができる。また、ｎｚ１＜ｎｙ
１とすればＲ１（θｙ）の視野角依存性を１軸異方性の
場合より大きくすることができる。

【００７５】従って、１軸性の位相板からｎｚ１をｎｙ
１より小さくすると、ｘ方向、ｙ方向ともにリターデー
ションの視野角依存が増大し、ｎｚ１をｎｙ１より大き
くすると、ｘ方向、ｙ方向ともにリターデーションの視
野角依存が減少する。第２の位相板１３Ａは負の複屈折
を持っているので、上記に説明した正の複屈折の場合と
は逆に、ｎｚ２がｎｙ２より大きい場合にリターデーシ
ョンの視野角依存が増大し、ｎｚ２がｎｙ２より小さい
場合にリターデーションの視野角依存が減少する。

【００７６】第６の実施形態でも説明したように、２枚
の位相板のうちリターデーションの絶対値が小さい方の
視野角依存が他方の視野角依存より大きければ、合成リ
ターデーションの視野角特性が良好なものになる。従っ
て、本実施形態では上記の検討に基づいて、表３及び表
４に示すように、少なくとも一方の位相板のｎz の値を
ｎy の値とは異なるようにして、良好な視野角特性の液
晶表示装置を得ることができた。

【表３】

【表４】

【００７７】上記表３は第１の位相板１４Ａのリターデ
ーションが第２の位相板１３Ａより大きい場合の、第１
及び第２の位相板１４Ａ，１３Ａの満たすべき条件を示
している。上記表４は第１の位相板１４Ａのリターデー
ションが第２の位相板１３Ａより小さい場合の、第１及
び第２の位相板１４Ａ，１３Ａの満たすべき条件を示し
ている。第１の位相板１４Ａのリターデーションが第２
の位相板１３Ａより大きい場合には、表３に示す条件ａ
〜ｄのいずれかが満たされていれば、第２の位相板１３
Ａの相対的な視野角依存が大きくなり、良好な視野角特
性の液晶表示装置を得ることができる。なお、表３の条
件ａは、第１の位相板１４Ａが１軸異方性で、第２の位
相板１３Ａが２軸異方性の場合の条件を示しており、表
３の条件ｂは、第１の位相板１４Ａが２軸異方性で、第
２の位相板１３Ａが１軸異方性の場合の条件を示してい
る。表３の条件ｃ，ｄは、第１及び第２の位相板１４
Ａ，１３Ａがともに２軸異方性である場合の条件を示し
ている。なお、ｎz １がｎｙ１より小さい場合（表３の
条件ｄの場合）には第１の位相板１４Ａの視野角依存が
増大するので、第２の位相板１３Ａの視野角依存がこれ
を上回る必要があり、この場合の第２の位相板１３Ａの
条件が表３に示されている。

【００７８】一方、第１の位相板１４Ａのリターデーシ
ョンが第２の位相板１３Ａより小さい場合には、表４に
示す条件ａ〜ｄのいずれかが満たされていれば、第１の
位相板１４Ａの相対的な視野角依存が大きくなり、良好
な視野角特性の液晶表示装置を得ることができる。な
お、表４の条件ａは、第１の位相板１４Ａが２軸異方性
で、第２の位相板１３Ａが１軸異方性の場合の条件を示
しており、表４の条件ｂは、第１の位相板１４Ａが１軸
異方性で、第２の位相板１３Ａが２軸異方性の場合の条
件を示しており、表４の条件ｃ，ｄは、第１及び第２の
位相板１４Ａ，１３Ａがともに２軸異方性である場合の
条件を示している。上記の説明では、第１の位相板１４
Ａが正の複屈折、第２の位相板１３Ａが負の複屈折を持
つものとしたが、これは逆でもかまわない。

【００７９】本実施形態の構成も第６の実施形態の構成
と同様、液晶表示装置の視野角特性を良好にするととも
に、バックライトから発せられた光のうち有効に利用さ
れる成分が増えるので、光利用効率が向上するという効
果もある。また、本実施形態の構成は、第１から第５の
いずれの実施形態の液晶表示装置と組み合わせてもその
表示特性が改善されるが、特に、第５の実施形態に示し
たようにコレステリック液晶のらせん軸方向に分布をも
たせて、円偏光分離特性の視野角特性を向上したものと
組み合わせるのが、両者の良好な視野角特性をお互いに
生かす意味で望ましい結果を与えた。

【００８０】さらに、本実施形態は、第６の実施形態と
比べて、２枚の位相板の屈折率を大幅に変える必要がな
いので位相板材料の選定が容易になったり、位相板の法
線方向の屈折率を大幅に増減する必要がないので、その
製造が容易になるという利点がある。なお、上記の第１
から第７の実施形態において、バックライトはいわゆる
エッジライト型のものでもかまわないし、直下型のもの
でもかまわない。また、表面や裏面に光拡散層を備えた
ものであっても、裏面に反射板をを備えたものであって
もかまわない。

【００８１】なお、本実施形態の構成では、２枚の位相
板を使用したけれども、本発明は、これに限定されるも
のではなく、３枚以上の位相板を使用する構成であって
もよい。また、第１〜第７の実施形態では、光拡散素
子、コレステリック液晶層、位相板、液晶パネル、直線
偏光板などは、積層体とされていたけれども、本発明は
これに限定されるものではなく、これら光拡散素子、コ
レステリック液晶層などの液晶表示装置の構成要素は、
各々が積層体でなく個別単体として配置されていてもよ
く、また、いずれか複数の構成要素が積層体で、かつ、
残余の構成要素が個別単体として配置されていてもよ
い。また、第１〜第７の実施形態では、円偏光分離層と
してコレステリック液晶層を用いたが、本発明は、これ
に限定されるものではなく、例えば、らせん軸がねじれ
構造を有する構造となっている偏光体などであってもよ
い。

【００８２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、バック
ライトと円偏光分離層との間に光拡散素子を配置するこ
とにより、円偏光分離層に対して法線方向から入射する
光量が増加し、有効に偏光変換される光量が増えるの
で、バックライトの利用効率が増加する。また本発明に
よれば、らせん軸方向が面内で分布を持つコレステリッ
ク液晶層を用いたり、正負の複屈折を持ち屈折率の異な
る２枚の位相板を用いたり、あるいは、正負の面内複屈
折を持ち少なくとも一方の位相板において法線方向の屈
折率と面内の主屈折率との大小関係が視野角依存性を減
少するように定められた２枚の位相板を用いるなどする
ことにより、リターデーションの視野角変化を解消ある
いは大幅に低下させることができる。そのため、液晶表
示装置の視野角特性が良好になり、バックライト光の利
用効率が増加する。この結果、バックライト光の利用効
率が向上して明るい表示の液晶表示装置を得ることがで
き、また、良好な視野角特性の液晶表示装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置を示
す断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る光学素子の動作を
示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る光学素子の輝度特
性図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置を示
す断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係る第２の光学素子の
動作を示す断面図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の輝
度特性図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の好
ましくない特性を示す輝度特性図である。

【図８】本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を示
す断面図である。

【図９】本発明の第５実施形態に係る液晶表示装置を示
す断面図である。

【図１０】本発明の第５実施形態に係るコレステリック
液晶層の構造を模式的に示す断面図である。

【図１１】本発明の第６実施形態に係る液晶表示装置を
示す断面図である。

【図１２】位相板の視野角依存性を説明するための斜視
図である。

【図１３】位相板の主軸方向に傾いた方向から入射光し
た場合に屈折率異方性がｃｏｓθの２乗に比例して増加
する原理を説明するための図である。

【図１４】本発明の第６実施形態に係る位相板の動作を
説明するための斜視図である。

【図１５】本発明の第６実施形態に係る位相板のリター
デーション変化の視野角特性を示す特性図である。

【図１６】本発明の第６実施形態に係る位相板の屈折率
とリターデーションの好ましい範囲を示す特性図であ
る。

【図１７】本発明の第７実施形態に係る液晶表示装置を
示す断面図である。

【図１８】本発明の第７実施形態に係る位相板の動作を
説明するための斜視図である。

【図１９】従来例の液晶表示装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１：直線偏光板２：液晶パネル６：第２の直線偏光板７：位相板８，１２：コレステリック液晶層９：光拡散素子１０：バックライト１１：第２の光拡散素子１３，１３Ａ：第２の位相板１４，１４Ａ：第１の位相板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バックライトと、入射光の入射角度が法線に対して予め定められた拡散開
始角度θｐ１未満のときには、入射光をその入射角度を
維持したまま出射させ、入射光の入射角度が前記拡散開
始角度θｐ１以上のときには、入射光を拡散して出射さ
せる光拡散素子と、右回り円偏光と左回り円偏光のうちの一方の円偏光を透
過させ、他方の円偏光を反射させる円偏光分離層と、円偏光を直線偏光に変換する位相板と、液晶パネルと、偏光表示を行うための直線偏光板と、を備え、バックラ
イトと光拡散素子と円偏光分離層と位相板とがこの順序
で液晶パネルの背面側に配置され、直線偏光板が液晶パ
ネルの前面側に配置されていることを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項２】前記拡散開始角度θｐ１が１５度以上３
５度以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。
【請求項３】前記拡散開始角度θｐ１が２０度以上３
０度以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。
【請求項４】前記位相板と前記液晶パネルの間に、第
２の直線偏光板が配置されていることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記液晶パネルの前面側か、又は前記位
相板と前記液晶パネル間のいずれか一方に、第２の光拡
散素子が配置され、この第２の光拡散素子は、入射光の
入射角度が法線に対して予め定められた拡散終了角度θ
ｐ３以未満のときには、入射光を拡散して出射させ、入
射光の入射角度が前記拡散終了角度θｐ３以上のときに
は、入射光をその入射角度を維持したまま出射させるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の液晶表示装置。
【請求項６】前記拡散終了角度θｐ３と前記拡散開始
角度θｐ１とが、θｐ３≧θｐ１−５とされていること
を特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記拡散終了角度θｐ３と前記拡散開始
角度θｐ１とが、θｐ３≧θｐ１とされていることを特
徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記円偏光分離層はコレステリック液晶
層であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいず
れかに記載の液晶表示装置。
【請求項９】バックライトと、右回り円偏光と左回り
円偏光のうちの一方の円偏光を透過させ他方の円偏光を
反射させるコレステリック液晶層と、円偏光を直線偏光
に変換する位相板と、液晶パネルと、偏光表示を行うた
めの直線偏光板とを備え、バックライトとコレステリッ
ク液晶層と位相板とがこの順序で液晶パネルの背面側に
配置され、直線偏光板が液晶パネルの前面側に配置さ
れ、コレステリック液晶層は、らせん軸方向が選択反射波長
の角度依存性を平均化するように面内で所定の分布を持
つことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】前記位相板と前記液晶パネルの間に、
第２の直線偏光板が配置されていることを特徴とする請
求項９記載の液晶表示装置。
【請求項１１】バックライトと、右回り円偏光と左回
り円偏光のうちの一方の円偏光を透過させ他方の円偏光
を反射させる円偏光分離層と、円偏光を直線偏光に変換
する第１及び第２の位相板と、液晶パネルと、偏光表示
を行うための直線偏光板とを備え、バックライトと円偏
光分離層と第１及び第２の位相板とがこの順序で液晶パ
ネルの背面側に配置され、直線偏光板が液晶パネルの前
面側に配置され、第１及び第２の位相板は１軸異方性を有し、かつ、第１
の位相板の屈折率異方性と第２の位相板の屈折率異方性
が逆符号とされ、各第１及び第２の位相板の常屈折率と
異常屈折率の平均値を各第１及び第２の位相板の屈折率
とした場合において、第１の位相板と第２の位相板のう
ちのリターデーションの絶対値が大きい方の位相板の屈
折率が、他方の位相板の屈折率より大とされていること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】前記第１の位相板と前記第２の位相板
の主軸がほぼ平行であるであることを特徴とする請求項
１１記載の液晶表示装置。
【請求項１３】前記円偏光分離層はコレステリック液
晶層であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２
に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】前記コレステリック液晶層は、らせん
軸方向が選択反射波長の角度依存性を平均化するように
面内で所定の分布を持つことを特徴とする請求項１３記
載の液晶表示装置。
【請求項１５】バックライトと、右回り円偏光と左回
り円偏光のうちの一方の円偏光を透過させ他方の円偏光
を反射させる円偏光分離層と、円偏光を直線偏光に変換
する第１及び第２の位相板と、液晶パネルと、偏光表示
を行うための直線偏光板とを備え、バックライトと円偏
光分離層と第１及び第２の位相板とがこの順序で液晶パ
ネルの背面側に配置され、直線偏光板が液晶パネルの前
面側に配置され、第１及び第２の位相板のうちの少なくともいずれか一方
の位相板は２軸異方性を有し、かつ、第１の位相板の面
内屈折率異方性と第２の位相板の面内屈折率異方性が逆
符号とされ、更に、第１の位相板と第２の位相板のうち
のリターデーションの絶対値が小さい方の位相板に関す
るリターデーションの視野角依存性が、他方の位相板に
関するリターデーションの視野角依存性より大きくなる
ように、前記２軸異方性を有する位相板の法線方向の主
屈折率と面内の主屈折率との大小関係が定められている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１６】前記円偏光分離層がコレステリック液
晶層であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表
示装置。
【請求項１７】前記コレステリック液晶層は、らせん
軸方向が選択反射波長の角度依存性を平均化するように
面内で所定の分布を持つことを特徴とする請求項１６記
載の液晶表示装置。