JP3596756B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に液晶表示素子に位相差板を組み合わせることにより表示画面の応答特性と視野角依存性を改善する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ネマティック液晶表示素子を用いた液晶表示装置は、従来、時計や電卓などの数値セグメント型表示装置に広く用いられていたが、最近においては、ワードプロセッサ、ノート型パーソナルコンピュータ、車載用液晶テレビなどにも用いられるようになっている。
【0003】
液晶表示装置は、一般に透光性の基板を有しており、この基板上に、画素をオン・オフさせるために電極線などが形成されている。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、薄膜トランジスタなどの能動素子が、液晶に電圧を印加する画素電極を選択駆動するスイッチング手段として上記の電極線とともに上記基板上に形成されている。さらにカラー表示を行う液晶表示装置では、基板上に赤色、緑色、青色などのカラーフィルタ層が設けられている。
【0004】
上記のような液晶表示素子に用いられている液晶表示方式としては、液晶のツイスト角に応じて異なる方式が適宜選択される。例えば、アグティブ駆動型ツイストネマティック液晶表示方式(以降、TN方式と称する)や、マルチプレックス駆動型スーパーツイストネマティック液晶表示方式(以降、STN方式と称する)がよく知られている。
【0005】
TN方式は、ネマティック液晶分子を90°捩れた状態に配向し、その捩れ方向にそって光を導くことにより表示を行う。STN方式は、ネマティック液晶分子のツイスト角を90°以上に拡大することによって、液晶印加電圧のしきい値付近での透過率が急峻に変化することを利用している。
【0006】
STN方式は、液晶の複屈折効果を利用するため、色の干渉によって表示画面の背景に特有の色が付く。このような不都合を解消し、STN方式で白黒表示を行うためには、光学補償板を用いることが有効であると考えられている。光学補償板を用いた表示方式としては、ダブルスーパーツイストネマティック位相補償方式(以降、DSTN方式と称する)と、光学異方性を有するフィルムを配置したフィルム型位相補償方式(以降、フィルム付加型方式と称する)とに大別される。
【0007】
DSTN方式は、表示用液晶セルおよびこの表示用液晶セルと逆方向のツイスト角で捩れ配向させた液晶セルを有する2層型の構造を用いている。フィルム付加型方式は、光学的異方性を有するフィルムを配置した構造を用いる。軽量性、低コスト性の観点から、フィルム付加型方式が有力であると考えられている。このような位相補償方式の採用により白黒表示特性が改善されたため、STN方式の表示装置にカラーフィルター層を設けてカラー表示を可能にしたカラーSTN液晶表示装置が実現されている。
【0008】
一方、TN方式は、ノーマリブラック方式とノーマリホワイト方式とに大別される。ノーマリブラック方式は、1対の偏光子をその偏光方向が相互に平行になるように配置して、液晶層にオン電圧を印加しない状態(オフ状態)で黒を表示する、ノーマリホワイト方式は、一対の偏光子をその偏光方向が相互に直交するように配置して、オフ状態で白色を表示する。表示コントラスト、色再現性、表示の視角依存性などの観点からノーマリホワイト方式が有力である。
【0009】
ところで、上記のTN液晶表示装置においては、液晶分子に屈折率異方性Δnが存在していること、および、液晶分子が上下基板に対して傾斜して配向していることのために、観視者の見る方向や角度によって表示画像のコントラストが変化して、視角依存性が大きくなるという問題がある。
【0010】
図34は、TN液晶表示素子の断面構造を模式的に表したものである。この状態は中間調表示の電圧が印加され、液晶分子がやや立ち上がっている場合を示している。このTN液晶表示素子において、一対の基板の表面の法線方向を通過する直線偏光、および法線方向に対して傾きを持って通過する直線偏光は、液晶分子と交わる角度がそれぞれ異なっている。液晶分子には屈折率異方性Δnが存在するため、各方向の直線偏光が液晶分子を通過すると正常光と異常光とが発生し、これらの位相差に伴って楕円偏光に変換されることになり、これが視角依存性の発生源となる。
【0011】
さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分子は、基板と基板との中間部付近と基板または基板の近傍とではチルト角が異なっており、また法線方向を軸として液晶分子が90°捩じれている状態にある。
【0012】
以上のことにより、液晶層を通過する直線偏光は、その方向や角度によりさまざまな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を示すことになる。
【0013】
上記の視角依存性として、具体的には、画面法線方向から画面の下方向である正視角方向に視角を傾けて行くとある角度以上で表示画面が着色する現象(以下、「着色現象」という)や、白黒が反転する現象(以下、「反転現象」という)が発生する。また、画面の上方向である反視角方向に視野角を傾けて行くと、急激にコントラストが低下する。
【0014】
また、上記の液晶表示装置では、表示画面が大きくなるにつれて、視角が狭くなるという問題もある、大きな液晶表示画面を近い距離で正面方向から見ると、視角依存性の影響のため画面の上部と下部とで表示された色が異なる場合がある。これは画面全体を見る見込み角が大きくなり、表示画面をより斜め方向から見るのと同じことになるからである。
【0015】
このような視角依存性を改善するために、光学異方性を有する光学素子としての位相差板(位相差フィルム)を液晶表示素子と一方の偏光子との間に挿入することが提案されている(例えば、特開平5−313159号公報、等参照)。
【0016】
この方法は、屈折率異方性を有する液晶分子を通過したために直線偏光から楕円偏光へ変換された光を、屈折率異方性を有する液晶層の片側または両側に介在させた位相差板を通過させることによって、視角に生ずる正常光と異常光の位相差変化を補償して直線偏光の光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするものである。
【0017】
しかしながら、この位相差板を用いても、正視角方向の反転現象と反視角方向の視野角を同時に改善するには限界がある。
【0018】
そこで、特開平6−75116号公報には、位相差板として、屈折率楕円体の主屈折率方向が位相差板の表面の法線方向に対して傾斜しているものを用いる方法が提案されている。この方法では、位相差板として次の2種類のものを用いている。
【0019】
一つは、屈折率楕円体の3つの主屈折率のうち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であり、かつ残り2つの主屈折率の一方の方向が位相差板の表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も位相差板表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜しており、このθの値が20°≦θ≦70°を満たしている位相差板である。
【0020】
もう一つは、屈折率楕円体の3つの主屈折率na、nb、ncがna=nc>nbという関係を有し表面内の主屈折率naまたはncの方向を軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nbの方向と、表面内の主屈折率ncまたはnaの方向とが時計まわり、または反時計まわりに傾斜している、屈折率楕円体が傾斜した位相差板である。
【0021】
上記の2種類の位相差板について、前者はそれぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いることができる。また、後者は位相差板を1枚のみ用いるだけでなく、該位相差板を2枚組み合わせ、各々の主屈折率nbの傾斜方向が互いに90°の角度をなすように設定したものを用いることができる。
【0022】
このような位相差板を液晶表示素子と偏光子との間に少なくとも1枚以上介在させることによって構成される液晶表示装置では、表示画像の視角に依存して生ずるコントラスト変化、着色現象、反転現象をある程度まで改善することができる。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
上記TN方式やSTN方式は、液晶の応答が遅いという欠点がある。一般的にはTN方式では30ms、STN方式では100msの応答時間を有する。ところが、通常の画像信号は60Hzで更新されるため、1フレーム時間の16.7ms毎に新しい画像を表示している。よって、上述のような応答時間の遅い液晶方式では、応答が1フレーム時間以内に完了しないということになる。事実、現在の液晶表示装置による動画像表示においては残像が現われ、著しい表示品位の低下がみられる。
【0024】
一方、これらよりも応答時間の短い液晶方式としてホモジニアス配向方式がよく知られている。この配向方式は、2枚のガラス基板上の配向膜のラビング方向が互いに反対向きに平行(反平行)であり、かつカイラル剤も加えられていないため、TN方式やSTN方式のようなツイスト構造が存在しない。したがって、配向構造が単純なため液晶の応答時間が、ツイスト構造を有する方式より短かくなると考えられている。実際、応答時間はTN方式の約半分、ないしはそれ以下である。
【0025】
しかし、このホモジニアス配向には幾つかの問題があった。
【0026】
まず、図35のような形態では図36のような電圧−透過率曲線となり、数Vの電圧範囲で黒表示が得られないのである。このことを解決するために図37のような一軸延伸フィルムの位相差板が加えられた。これにより、図38のような電圧−透過率曲線が得られるようになり、黒表示も行なえるようになった。
【0027】
ところが、この表示素子の視野角特性は図39に示すように、十分な視野角特性を有していないことが容易に分かる。図40に示すように、負の屈折率異方性を有する位相差板301を加えることによって視野角特性を改善する方法もよく知られた技術ではあるがこれも図41のように必ずしも十分とは言いがたい。
【0028】
負の傾斜型位相差板の利用は、TNパネルにおいて広く視角補償に用いられることが知られている(USP 5,506,706,Yamahara Patent of SHARP Co.、特開平6−75116)。しかしながら、負の傾斜型位相差板とECBモード(たとえばホモジニアス配向、STN配向など)の組み合わせは、一般に好ましいこととは思われていなかった。
【0029】
このことは、以下の理由によって端的に示されれる。すなわち、傾斜型位相差板を用いる場合、その最適設計は3つのパラメータによって制限される。一つは、面内のリタデーション、一つは厚み方向のリタデーション、そして後一つは、位相差板に含まれる屈折率楕円体の対称軸(本発明では、nz方向)のフィルム表面からの傾き角である。この3つのパラメータを適切に選択することによって、多くの液晶モードに原理的には対応することができる。
【0030】
しかしながら、実際の生産においては、3つのうちの2つのパラメータたとえば、面内のリタデーションと傾き角を決定すると、必然的に厚み方向のリタデーションが決定し、すべてのパラメータを最適化することができなかった。この問題を回避しようと思えば、液晶モード及び、パネルギャップが変更されるたびにフィルムの膜厚ばかりでなく位相差板材料そのものの変更が必要となり生産を考慮すると事実上3つのパラメータを最適化した位相差板を利用することはできなかった。
【0031】
TN液晶モードにおいて、この技術が広く用いられるようになったのは、ラビング方向が上下で直交することによって、液晶層にかかる電圧があるレベル(多くの場合4から5Vに設定されている)を超えると、液晶層の面内残留リタデーションが事実上0、すなわち補償する必要がないために、任意の面内リタデーションを有するフィルムを上下で直交して用いることによって、厚み方向のリタデーションと傾き角を利用できることに基づいている。
【0032】
本発明は、上記した課題に鑑みなされたもので、その目的は、高速応答性を有するホモジニアス配向させた液晶表示素子を用いて、これまでとは異なる種類、構成の位相差板により視野角依存性を改善し、広視野角、高表示品位、且つ高速応答の特徴を有する液晶表示装置を実現することにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板の間に配置される液晶層とを含む液晶表示素子と、前記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、3つの主屈折率na、nb、ncを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、液晶分子を含み、前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、前記液晶層の液晶の配向は、前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に45度であるホモジニアス配向であり、前記屈折率楕円体の前記3つの主屈折率na、nb、ncは、na=nb>ncという関係を有し、前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ncの方向と前記表面内の主屈折率naまたはnbの方向とが前記主屈折率naまたはnbの方向を軸として傾斜することにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と、前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に45度である液晶分子の配向方向とがほぼ平行または反平行になるように配置され、そのことにより上記目的が達成される。
前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、前記3つの主屈折率は、nx=ny>nzを満たし、x軸、y軸は前記負の位相差板の表面内にあり、z軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置されてもよい。
前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率nx、nyは、nx>nyという関係を有し、x軸、y軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、前記偏光子は、吸収軸を有し、前記正の位相差板は、前記y軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置されてもよい。
前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx1、ny1およびnz1を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、前記3つの主屈折率は、nx1=ny1>nz1を満たし、x1軸、y1軸は前記負の位相差板の表面内にあり、z1軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx2、ny2およびnz2を有する正の屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率nx2、ny2は、nx2>ny2という関係を有し、x2軸、y2軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、前記偏光子は、吸収軸を有し、前記正の位相差板は、前記y2軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置されてもよい。
前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の前記傾斜方向と前記液晶分子のプレチルト方向とが実質的に反対方向となるように配置される。
本発明に係る液晶表示装置は、対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板の間に配置される液晶層とを含む液晶表示素子と、前記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、3つの主屈折率na、nb、ncを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、液晶分子を含み、前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、前記液晶層の液晶の配向は、前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に45度であるホモジニアス配向し、前記屈折率楕円体の前記3つの主屈折率na、nb、ncは、na=nb>ncという関係を有し、前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ncの方向と前記表面内の主屈折率naまたはnbの方向とが前記主屈折率naまたはnbの方向を軸として傾斜するこ とにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の前記傾斜方向と、前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率nx、nyは、nx>nyという関係を有し、x軸、y軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、前記偏光子は、吸収軸を有し、前記正の位相差板は、前記y軸が前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に45度である前記液晶分子の配向方向と実質的に一致するように配置され、前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と前記偏光子の前記吸収軸の方向とがほぼ平行または反平行になるように、または実質的に直交するように配置され、そのことにより上記目的が達成される。
前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx1、ny1およびnz1を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、前記3つの主屈折率は、nx1=ny1>nz1を満たし、x1軸、y1軸は前記負の位相差板の表面内にあり、z1軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置されてもよい。
前記屈折率楕円体の傾斜角度が、10度以上80度以下であってもよい。
前記屈折率楕円体の傾斜角度が、20度以上50度以下であってもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、15nmから700nmの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、30nmから1500nmの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、33nmから159nmの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、66nmから318nmの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、1nmから200nmの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、2nmから400nmの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、30nmから150nmの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、60nmから300nmの間に設定されてもよい。
前記偏光子は、吸収軸を有し、前記吸収軸の方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−5度よリ大きく50度より小さくてもよい。
前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−5度より大きく5度より小さく、望ましくは0度であってもよい。
前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が40度より大きく50度より小さく、望ましくは45度であってもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、5nmから200nmの間に設定され、前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、10nmから400nmの間に設定されてもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、35nmから105nmの間に設定され、前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、70nmから210nmの間に設定されてもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、1nmから100nmの間に設定され、 前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、2nmから100nmの間に設定されてもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、1nmから30nmの間に設定され、前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、2nmから60nmの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、1nmから125nmの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、2nmから250nmの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、30nmから90nmの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、60nmから80nmの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、1nmから100nmの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、2nmから200nmの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、5nmから40nmの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、10nmから80nmの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板は、透明な有機高分子からなる支持体にディスコティック液晶が傾斜配向され、かつ架橋されることにより形成されてもよい。
前記傾斜型位相差板は、透明な有機高分子からなる支持体にディスコティック液晶がハイブリッド配向され、かつ架橋されることにより形成されてもよい。
前記液晶層の厚さと屈折率異方性(Δn)との積が180nmから500nmの間にあってもよい。
前記液晶層の厚さと屈折率異方性(Δn)との積が220nmから350nmの間にあってもよい。
正面方向およびそれに近い方向の透過光を、上下方向に拡散する素子をさらに備えてもよい。
前記傾斜型位相差板は、傾斜軸を有し、前記液晶層は、液晶配向軸を有し、前記傾斜軸と前記液晶配向軸とは、略平行であり、前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む少なくとも1枚の正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率nx、nyは、ny>nxという関係を有し、前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記液晶表示素子との間に配置され、前記正の位相差板は、光軸を有し、前記光軸は、前記傾斜型位相差板の前記傾斜軸と略平行または略直交であり、前記偏光子の偏光軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に45度であってもよい。
前記傾斜型位相差板は、傾斜軸を有し、前記液晶層は、液晶配向軸を有し、前記傾斜軸と前記液晶配向軸とは、略平行であり、前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む少なくとも1枚の正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率nx、nyは、ny>nxという関係を有し、前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記偏光子との間に配置され、前記正の位相差板は、光軸を有し、前記光軸は、前記傾斜型位相差板の前記傾斜軸と略平行または略直交であり、前記偏光子の偏光軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に45度であってもよい。
前記傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションとの合計と、前記液晶表示装置が黒表示される時の前記液晶層のリタデーションとの間の差が±10nm以下であってもよい。
前記傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションと の合計が、100nm以下であってもよい。
【0066】
上記構成によれば、直線偏光が複屈折性を有する液晶層を通過して、正常光と異常光とが発生し、これらの位相差に伴なって楕円偏光に変換されても、主屈折率na、nb、ncがna=nb>ncで、主屈折率ncを含む屈折率楕円体の短軸を光学位相差板の表面の法線に対し傾斜させた光学位相差板によって補償される。
【0067】
また上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置し、さらに負の位相差板を配置することによりさらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。
【0068】
さらに上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置し、さらに正の位相差板を配置することにより、さらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。
【0069】
さらに上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置し、さらに正および負の位相差板を配置することにより、さらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。なお、上述の正の位相差板および負の位相差板の2枚を両方の特性を兼ね備えた二軸性の位相差板1枚に置き換えても構わない。
【0070】
さらに上記構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置することにより、視角を倒した状態で観察したときの中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる構成にすることができる。なお、上述の光学位相差板は液晶表示素子の両側に設けられていればより好ましいが、液晶表示素子の片側に設けられていても、上記のように視角特性を改善することができる。
【0071】
さらに上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子の正面表示特性を正の位相差板により光学補償し、さらに上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板により斜め視角を光学補償できることから、広い視角を有する液晶表示装置を得ることが出来る。
【0072】
本発明に係る液晶表示装置ではガラス基板表面近傍の液晶の光学補償を屈折率楕円体が傾斜している位相差板により光学を行なっている。一方、本発明に係る他の液晶表示装置ではさらに液晶層の厚さ方向中央の液晶の光学補償を負の位相差板により光学を行なうことから、さらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。
【0073】
なお、屈折率楕円体が傾斜している位相差板と負の位相差板の2枚を、その両者の光学特性を合成した2軸の位相差板やハイブリッド配向した位相差板1枚によって置き換えることも可能である。
【0074】
さらに、nx<nyなる正の位相差板を負の傾斜型位相差板と組み合わせることの効果について述べる。すでに述べたように、傾斜型位相差板のパラメータは3種あり、任意の一つのパラメータは残り2つのパラメータの従属関数で示される。従って、TNモードを除けば、3種のパラメータを同時に最適化することは、材料選定及び成膜プロセスに過大な負担を生じ事実上の生産が困難であった。
【0075】
我々は、現在の材料系とプロセスの中で最適なパラメータを見いだしてきたことはすでに記載したとおりである。しかしながら、液晶パネルの設計は用途によって大きく変わるものであり、常にこれらの最適パラメータを実現できないこともある。我々はさらに検討を進め、視野角特性のみに重点を置いて考えるなら、厚み方向のリタデーションと傾き角を合わせることがより重要であり、面内のリタデーションは視野角特性に対しては、比較的効果が乏しいことがわかった。
【0076】
また、面内のリタデーションは、黒表示状態の液晶層における残留面内リタデーション補償としての役割こそがほとんどであり、視野角特性にはほとんど寄与しないことがわかった。黒表示状態の液晶層における面内リタデーションが100nmを越えないときには、実用上問題のないコントラストが視角を倒した状態で得られる。
【0077】
従って、正の位相差板を、遅相軸が液晶層のラビング方向と平行または直交するように配置することによって、液晶層と傾斜型位相差板との面内リタデーションの食い違いを補償できる。その場合でも、視野角特性の改善効果は最適な傾斜型位相差板のみで得られる視野角特性に匹敵し、適切な正の位相差板によって、傾斜型位相差板の面内リタデーションに関わらず良好な正面コントラストを得ることができる。また、液晶層、傾斜型位相差板および正の位相差板の黒表示時における面内リタデーションの総計は±10nm以下に設定することができれば実用上十分といえるコントラスト200以上が得られる。
【0078】
本発明では、この正の位相差板をnx<nyとして設計したが、実際には液晶層のリタデーションを補償することが目的であるためnx>nyの設計になることもあり得る。実際の傾斜型位相差板の設計においては、傾斜角を大きくするほど製造が困難であり、一般に液晶層に対し面内リタデーションが不足することが多いことから、一般性を失わない範囲で考えやすいようにnx<nyとした。
【0079】
この正の位相差板は、液晶層の両側または片側、さらに傾斜型位相差板と液晶層、または傾斜型位相差板と偏光子に挟まれるなど様々な配置があるが、事実上どこにおいても有効に機能する。ただし、より対称で見やすい視野角特性を得るためおよびパネルの生産性を考慮すると同程度のリタデーションを有する2枚の正の位相差板を両側に対称に配置することが好ましい。
【0080】
なお、上記すべての手段において液晶層は両基板を互いにラビング方向が互いに反平行になるように組み合わせて得られるホモジニアス配向とした。これは従来多くの液晶表示装置で採用されているTN(ツイステッドネマチック)配向と比較して、液晶の配向にねじれ構造が存在していないため、電圧に対する応答速度の改善が見られ、典型例として約2倍の応答速度を得ることが出来る。この結果、高速動画の表示品位が従来液晶表示装置よりも改善した。
【0081】
上述の発明では十分従来の液晶表示装置よりも視野角を拡大するという効果を有している。
【0082】
しかし、左右視角に関してはほぼ対称に近い広い視角特性を有するものの、上下視角は対称ではない。よって、上述のレンズ素子を備えることによリ、極めて円筒対称に近い視角特性を得ることが出来、これによって現在のテレビ受像器の主流であるCRTと何等遜色のない表示装置を液晶表示装置によって得られたのである。
【0083】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による実施の形態を示す。なお、これらによって本発明が限定されるものではない。
【0084】
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である傾斜型位相差板102の斜視図である。傾斜型位相差板102は、高分子化合物などからなる支持体、例えばポリカボネート、ポリエステルなど、にディスコティック液晶が傾斜配向、またはハイブリッド配向され、かつ架橋されることにより形成されている。「ハイブリッド配向」とは薄膜の上下界面の配向(プレチルト角度)が異なる場合を指す。その結果、界面にはさまれた領域は配向が連続的に変形する。
【0085】
なお、傾斜型位相差板102の光学特性は次のような屈折率楕円体102Pの状態により説明できる。すなわち、屈折率楕円体102Pの3つの主屈折率na、nb、ncがna=nb>ncという関係を有し、傾斜型位相差板102の表面102S内の主屈折率naの方向を軸aとして表面102Sの法線Z方向に平行な主屈折率ncの方向と、表面102S内の主屈折率nbの方向とが時計回り、または反時計まわりに傾斜角θ1だけ傾斜することにより、上記屈折率楕円体102Pが傾斜している。この結果、軸aは傾斜型位相差板102の表面102S内にあり、軸bは傾斜型位相差板102の表面102Sと、また軸cは傾斜型位相差板102の表面102Sの法線Zと傾斜角θ1をなしている。ここで、法線方向Zから傾斜している軸cの方向を、傾斜型位相差板102の傾斜方向102Dと呼ぶ。なお、軸aと軸bが入れ替わっても同様な特性をもつ位相差板が得られるのは明白である。
【0086】
図2は、本発明である液晶表示装置100の分解断面図である。表面にITO(インジウム錫酸化物)などからなる透明電極層103Pおよびポリイミド、ポリビニルアルコールなどがらなる配向膜103Qが形成された一対のガラス基板103Rを含む透光性基板103の間に、ネマチック液晶などからなる液晶層104が樹脂などからなる封止材104Pで封入されることによって構成される液晶表示素子105と、この液晶表示素子105の両側に配置される一対の偏光子101A、101Bと、液晶表示素子105と偏光子101A、101Bとの間に図1に示す傾斜型位相差板102が介在していることによって、構成されている。
【0087】
なお、液晶表示素子105に用いられている液晶104Qは、その屈折率異方性(Δn)が0.06であり、厚さが4.5ミクロンとなるように調整した。一対のガラス基板103R上の配向膜103Qはやわらかい布でそれぞれ一方向103QA、103QBにラビングされ、互いにそのラビング方向103QA、103QBが反平行になるようにして液晶104Qを狭持している。さらに一対の偏光子101A、101Bの吸収軸101AX、101BX(図5)は、互いに直交するように、かつ前述のラビング方向103QA、103QBとそれぞれ45度の角度をなしている。
【0088】
まず、本発明の位相差板102を介在させない図3(液晶104Qとガラス基板103、偏光子101A、101Bのみ図示)の液晶表示装置900の、正面の電圧−透過率曲線を図4に示す。
【0089】
電圧無印加時、およびその近傍が最も透過率が高く(電圧0V〜2V)、電圧増加によって透過率が低くなっていく。すなわち、ノーマリホワイト表示になっていると解釈できる。しかし、電圧7V以上においても透過率は0ではなく、十分な黒表示になっていないことが分かる。つまり、表示上、十分なコントラストを得ることが出来ない。
【0090】
一方、発明の位相差板102を介在させた図5のような液晶表示装置100の正面の、電圧−透過率曲線を図6に示す。
【0091】
なお、位相差板102の諸物性値は以下の通りである。
主屈折率na=nb=1.500、主屈折率nc=1.497、傾斜角θ1=40度、厚さ15ミクロン
位相差板102は、その傾斜方向102Dを前記透光性基板103の表面に投影した方向がラビング方向(配向方向)103QA、103QBとほぼ平行、または反平行になるように、前述の液晶表示素子105の両側に貼り付けられている。図4と図6の違いは明らかであり、本発明の位相差板102を用いた液晶表示装置100は電圧7Vにおいて十分な黒表示を実現し、そのコントラストは100以上を示した。
【0092】
図7を参照して、この原理を説明する。本液晶表示装置100は、電圧無印加時、液晶分子104Qの配向方向がほぼ透光性基板103に対して平行であり、このとき最も大きいリターデーションを与える。そして、電圧印加によって、液晶分子104Qは徐々に透光性基板103の面から起きあがり、その結果、リターデーションは小さくなっていく。
【0093】
したがって、液晶分子104Qの複屈折による透過率は減少していくのである。しかし、配向膜103Qのアンカリング力により、配向膜103Q近傍の液晶分子104Qは電圧に対して十分に起きあがることが出来ない状態にある。よって、上述のように電圧7Vを印加しても、この配向膜103Q近傍の液晶分子104Qによるリターデーションが完全に0にならず、結局、黒表示を行なうことが出来なかったのである。
【0094】
一方、図1に示した位相差板102は、もし屈折率楕円体102Pの傾斜角θ1が0度であれば、正面リターデーションは0のままであるが、屈折率楕円体102Pが傾斜していくと、リターデーションが発生し大きくなっていく。
【0095】
つまり図8のように正面からみた屈折率楕円体102Pが傾斜角0度では完全な円であったのが、傾斜させていくにつれて楕円になっていくことから理解できる。よって、傾斜方向102Dを前記透光性基板103の表面に投影した方向ととラビング方向(配向方向)103QA、103QBがほぼ平行または反平行であれば、前述の電圧7V印加時の配向膜103Q近傍の液晶104Qによるリターデーションと、位相差板102の正面リターデーションとが互いに打ち消すように働き、透過率を0とする、すなわち黒表示を行なうことが出来る。
【0096】
位相差板102の正面リターデーションは、その屈折率楕円体102Pの主屈折率、傾斜角、厚さによって制御することが出来る。正面リターデーションの大きさを変化させると、液晶表示素子105と互いに打ち消す印加電圧が変化することになり、駆動電圧を任意の値、範囲に制御できるようになる。
【0097】
図9には屈折率楕円体102Pの主屈折率、傾斜角を一定にし、厚さのみを変更させた場合の正面の電圧−透過率曲線を示す。位相差板102の物性値の制御により、電圧−透過率曲線を制御できることが分かる。もちろん、傾斜角、主屈折率を制御しても同様の効果が得られることは上記説明から明らかである。
【0098】
このようにして、実用上十分な正面コントラストを備える液晶表示装置100を得ることが出来る。本実施の形態では位相差板102を液晶表示素子105の両側に貼り付けたが、片側だけでも同様な効果を得ることが出来る。
【0099】
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1で用いた液晶表示素子および液晶表示装置を用いた。
【0100】
ただし、本実施の形態における液晶表示装置に貼り付けた位相差板102は、次のような方位を満たすようにした。図10を参照して、液晶表示素子105はあらかじめその配向膜103Qをラビング方向103QA、103QBにラビングしておくことにより、液晶104Qの配向方向をラビング方向103QA、103QBに規制することが出来る。さらに、多く場合、配向膜103Q上の液晶104Qはプレチルト角θPCを有している。
【0101】
プレチルト角θPCとは図10のように説明され、電圧無印加時であっても液晶分子104Qがわずかにガラス基板103の面から起きあがっているのである。本実施の形態ではこのプレチルト角θPCは約2度であった。ここで、電圧無印加時に液晶分子104Qがガラス基板103の面からプレチルト角θPCだけ起き上がっている方向を、プレチルト方向PCDと呼ぶ。プレチルト方向PCDは、電圧無印加時における液晶分子104Qの長軸方向、すなわち液晶分子104Qを表す屈折率楕円体の最大の主屈折率方向になる。
【0102】
屈折率楕円体102Pが傾斜している位相差板102における屈折率楕円体102Pの傾斜方向102Dと液晶分子のプレチルト角θPCを表す方向PCDとが、反対方向となるように位相差板102を配置した。
【0103】
図11に説明されるように、電圧無印加時に液晶分子104Qは、ガラス基板103の面からプレチルト角θPCだけ時計回りにプレチルト方向PCDに起き上がっている。位相差板102は、位相差板102の屈折率楕円体102Pの最小主屈折率ncの方向である軸cが、ラビング方向103QAおよびラビング方向103QBを含むガラス基板103の面に垂直な平面内で、法線方向Zから反時計回りに傾斜角θ1だけ傾斜される、すなわち、法線方向Zから反時計回りに傾斜角θ1だけ傾斜されている方向が、傾斜方向102Dになるように配置されている。
【0104】
すなわち、液晶分子104Qのプレチルト方向PCDと位相差板102の傾斜方向102Dとが反対になるように位相差板102を配置するとは、ラビング方向103QAおよびラビング方向103QBを含むガラス基板103の面に垂直な平面内で、電圧無印加時に液晶分子104Qがガラス基板103の面から起き上がっている方向と、位相差板102の屈折率楕円体102Pの傾斜方向102Dが法線方向から傾斜する方向が反対方向になるように配置することを指す。
【0105】
実施の形態1において説明したように位相差板102の正面リターデーションは、その屈折率楕円体102Pの主屈折率、傾斜角、厚さによって制御することが出来る。そのため、本実施の形態では常に黒表示が電圧7Vで実現できるように主屈折率は固定し、傾斜角θ1と厚さdを変化させた。
【0106】
すなわち、主屈折率はna=nb=1.500、nc=1.497として、正面リターデーションが18.6nmになるように傾斜角θ1と厚さを変化させたのである。
【0107】
以下の表に位相差板102の、厚さ、傾斜角θ1、コントラスト10を与える上視角、下視角、左右視角を示す。なお、上下左右は図12に示すとおりである。
【0108】
なお、表中のリターデーションは、(na−nc)×d(nm)を意味する。
【0109】
【表1】
【0110】
表1のように傾斜角θ1=30度付近の位相差板102の時に最も広い視角特性を有することが分かった。図13には傾斜角θ1=30度の時のコントラスト等高図を示す。なお、0°、90°、180°および270°はそれぞれ、上、左、下、右視角方向を示す。内側の等高線は、コントラスト=10のときの等高線を示す。外側の等高線は、コントラスト=5のときの等高線を示す。以降のコントラスト等高線を示す図のすべてについて同様である。
【0111】
上記データおよび実際の画像の評価から、傾斜角θ1は10〜80度、望ましくは20〜50度の時に視野角拡大の効果が確認された。また、リターデーションで言えば、15〜700nm、望ましくは33〜159nmの時に大きな表示の向上を確認することが出来た。なお、位相差板102を片面にのみ用いる場合は、リターデーションを2倍にすることが望ましいことを確認した。
【0112】
視野角拡大の原理を説明する。本実施の形態の液晶表示装置も実施の形態1と同様のため、7V印加時も、配向膜103Qのアンカリング力により、配向膜103Q近傍の液晶104Qは電圧に対して十分に起きあがることが出来ない状態にある。したがって、この配向膜103Q近傍の液晶104Qを表す屈折率楕円体は、近似的には正の屈折率楕円体でありその最大主屈折率方向が透光性基板103からやや起きあがっている状態であると考えられる。視野角拡大のためには、この配向膜103Q近傍の液晶104Qによるリターデーションを正面だけでなく、広い角度において打ち消すことが要求される。
【0113】
本発明の位相差板102は、屈折率楕円体102Pの主屈折率がna=nb>ncの関係を有していることから、基本的には負の位相差板と考えることが出来る。そして、本発明では、その屈折率楕円体102Pを傾斜させている。したがって、液晶104Qのプレチルト方向PCDと位相差板102の傾斜方向102Dとが反対になるように位相差板102を配置すれば、上述の配向膜103Q近傍の液晶104Qによるリターデーションと、この位相差板102のリターデーションは、互いに打ち消す関係を持つことが出来る。
【0114】
この結果、正面だけでなく、広い視角に置いて黒表示を行なうことが出来る。
【0115】
このようにして、実用上十分な視野角特性を備える液晶表示装置を得ることが出来る。
【0116】
本実施の形態では位相差板を液晶表示素子の両側に貼り付けたが、片側だけでも、やや左右非対称になるものの、実用上十分な表示性能を示す視野角拡大の効果を得ることが出来る。
【0117】
(実施の形態3)
本実施の形態では、負の屈折率異方性を有する位相差板301をポリカーボネートによって作成し、実施の形態2で用いた液晶表示装置の位相差板102と偏光子101A、101Bの間に介在させた。その構成図を図14に示す。
【0118】
なお、傾斜させた位相差板102は実施の形態2の傾斜角40度、厚さ15ミクロンのものを採用した。
【0119】
以下の表2に負の屈折率異方性を有する位相差板301のリターデーション、コントラスト10を与える上視角、下視角、左右視角を示す。リターデーションは面内屈折率nx=ny、法線方向屈折率nz、厚さdとして
リターデーション=(nx−nz)×d
で与えられる。上下左右は実施の形態2と同じ定義である。
【0120】
【表2】
【0121】
表2のようにリターデーション70nm付近の位相差板301の時に最も広い視角特性を有することが分かった。図15にはリターデーション70nmの時のコントラスト等高図を示す。
【0122】
上記データおよび実際の画像を観察することにより、リターデーションは5〜200nm、望ましくは35〜105nmの時に視野角拡大の効果を確認できた。なお、位相差板301を片面にのみ用いる場合は、リターデーションを2倍にすることが望ましいことを確認した。
【0123】
この視野角拡大の原理を説明する。本実施の形態の液晶表示装置300は、電圧印加によって、液晶104Qがガラス基板面から立ち上がり、正面リターデーションが小さくなることにより透過率変化が発生する。配向膜103Q近傍の液晶104Qは十分に立ち上がることは出来ないが、そのリターデーションは屈折率楕円体102Pが傾斜した位相差板102により補償するので、結果的には黒表示を得ることができることは実施の形態1、2で説明したとおりである。
【0124】
一方、液晶層104の中央部は電圧印加によりほぼ完全に立ち上がるので、この部分の正面リターデーションはほとんど存在せず、正面の透過率には寄与しない。つまり、液晶層104の中央部の屈折率楕円体は正の異方性を持ち、その最大主屈折率をあたえる軸は透光性基板103にほぼ垂直である。液晶層104の中央部の屈折率楕円体は透光性基板103の法線方向からは、前述の通り異方性が現われないが、斜めからは再び異方性が現われる。つまり、正面方向からはリターデーションが0になっているが、斜めからは0ではなく、結果的に正面からは黒に見えても、斜めからは光漏れが生じるのである。
【0125】
この光漏れを防ぐためには、透光性基板103の法線方向にその最大主屈折率をあたえる正の屈折率楕円体を捕償すれば良く、それは透光性基板103の法線方向にその最小主屈折率をあたえる負の屈折率楕円体を重ねることによって実現できる。
【0126】
このように負の屈折率異方性を有する位相差板301を加えることにより、視野角を拡大することが出来るのである。
【0127】
本実施の形態では位相差板301を液晶表示素子105の両側に貼り付けたが、片側だけでも、やや左右非対称になるものの、実用上の表示性能を向上する同様な効果を得ることが出来た。傾斜型位相差板102と負の位相差板301の配置の上下関係を入れ替えても同様な効果は得られる。
【0128】
また、傾斜型位相差板102と負の位相差板301を組み合わせたのと光学的に等価である位相差板を1枚、もしくは複数で形成しても良く、さらには光学特性が厚さ方向に一様でないハイブリッド配向によっても同様な効果が得られた。
【0129】
(実施の形態4)
本実施の形態では、正の屈折率異方性を有する位相差板401A、401Bをポリエステルによって作成し、実施の形態2で用いた液晶表示装置の位相差板102と偏光子101A、101Bの間に介在させた。その構成図を図16に示す。
【0130】
なお、傾斜させた位相差板102は実施の形態2の傾斜角40度のものを採用した。
【0131】
以下の表3に本実施の形態におけるコントラスト10を与える上視角、下視角、左右視角を示す。
リターデーションは面内屈折率nx、ny、厚さdとして
リターデーション=(nx−ny)×d=70nm
のものを採用した。上下左右は実施の形態2と同じ定義である。
【0132】
【表3】
【0133】
図17にはコントラスト等高図を示す。さらに図18にはリターデーションと上視角60度、下視角50度のコントラストの関係を示す。これらのデータ、および実際の映像を観察することにより、リターデーションは1〜125nm、望ましくは10〜90nmの時に、視野角拡大の効果を確認することが出来た。位相差板401A、401Bのいずれか一方を片側のみにしか用いない場合は、上記値を2倍にすることが適当であることも確認された。
【0134】
この視野角拡大の原理を説明する。本実施の形態で用いた位相差板401A、401Bは正の屈折率異方性を持つ屈折率楕円体で表わされる。そして最大主屈折率を与える軸401AX、401BXがそれぞれ隣接する偏光子101A、101Bの吸収軸101AX、101BXに直交するように配置されている。したがって、この正の位相差板401A、401Bは正面の複屈折、すなわち透過率には全く寄与しない。ところが斜め方向からはリターデーションが現われるため、実施の形態3と同様に黒表示時の液晶層104の斜方向のリターデーションを補償する効果を持つ。
【0135】
このように正の屈折率異方性を有する位相差板401A、401Bを加えることにより、視野角を拡大することが出来るのである。
【0136】
本実施の形態では正の位相差板401A、401Bを液晶表示素子105の両側に貼り付けたが、片側だけでも、やや左右非対称になるものの、実用上の表示性能の向上を示す同様な効果を得ることが出来た。
【0137】
また、両側に貼り付ける場合は、その最大主屈折率を与える軸401AX、401BXが互いに直交していれば、必ずしも偏光子101A、101Bの吸収軸101AX、101BXと直交していなくても、視野角拡大の効果がある。片側の場合は、隣接する偏光子101A、101Bの吸収軸101AX、101BXと直交した配置にしておかなければ、正面のコントラストが著しく低下する。
【0138】
(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態3の図14に示す液晶表示装置300(負の屈折率異方性を有する位相差板のリターデーションは70nm)に対して、その負の位相差板301と偏光子101A、101Bの間に、さらに正の位相差板401A、401Bを1枚介在させた。その構成図を図19に示す。
【0139】
以下の表に正の屈折率異方性を有する位相差板401A、401Bのリターデーション、コントラスト10を与える上視角、下視角、左右視角を示す。正の屈折率異方性を有する位相差板401A、401Bのリターデーションは面内屈折率nx、nyとして
リターデーション=(nx−ny)×d
で与えられる。上下左右は実施の形態2と同じ定義である。
【0140】
【表4】
【0141】
表4のようにリターデーション120nm付近の位相差板401A、401Bの時に最も広い視角特性を有することが分かった。しかし、リターデーション80nm以上の場合は、下視角に置いて、黒に近い階調の表示において明暗が入れ替わるという、いわゆる反転現象が顕著に見られた。その結果、コントラストの点では広視角を有し、かつ反転現象がほとんど見られないリターデーション40nmの場合が最も表示品位が優れているように見えた。図20にはリターデーション40nmの時のコントラスト等高図を示す。
【0142】
図21にはリターデーションと上視角60度、左視角60度、下視角40度のコントラストの関係を示す。このデータから、階調の反転を無視してコントラストを最重要視すればリターデーションが60〜70nm(片側時は倍の120〜140nm)が最適であることが分かる。
【0143】
この視野角拡大の原理は、実施の形態3、4で示したのと同じ作用であると考えられるので、ここでは省略する。
【0144】
本実施の形態では正の位相差板401A、401Bを液晶表示素子105の片側に貼り付けたが、両側に互いに直交するように配置しても、同様な効果を得ることが出来た。
【0145】
なお、上記データ、および実際の画像の観察から、リターデーションが1〜125nm、望ましくは10〜90nmの時に視野角拡大の効果を確認することが出来た。また、位相差板401A、401Bを片側のみに用いる場合(本実施の形態)は、その2倍のリターデーションの時に同様な効果を確認することが出来た。
【0146】
また、本実施の形態で用いた正の位相差板401A、401Bと負の位相差板301とを、屈折率楕円体が2軸性を有する位相差板1枚と置き換えることが出来るのは、光学的解析から明らかである。
【0147】
(実施の形態6)
図22を参照して、実施の形態6に係る液晶表示装置600を説明する。本実施の形態では屈折率楕円体が傾斜した位相差板102の配置の仕方が大きく異なる。すなわち、実施の形態2における1対の屈折率楕円体が傾斜した位相差板102の配置方向を、それぞれ45度回転させ、位相差板102の傾斜方向102Dを前記透光性基板103の表面に投影した方向と偏光子101A、101Bの吸収軸101AX、101BXとを平行、または直交するようにした。望ましくは平行の方が良い。
【0148】
さらに、ポリエステルからなる正の屈折率異方性を有する位相差板401をリターデーション18.6nmに調整し、透光性基板103と傾斜型位相差板102との間にそれぞれ介在させた。このリターデーションは実施の形態2などで用いた傾斜角40度、厚さ15ミクロンの傾斜した位相差板102の面内位相差と等しい。
【0149】
この正の位相差板401はその遅相軸(X軸)がラビング方向103QA、103QBと直交するように配置してある。すなわち、液晶の配向方向が正の位相差板401のY軸と一致する。
【0150】
よって、実施の形態1で示した、電圧印加時の配向膜103Q近傍の液晶104Qのリターデーションは、この正の位相差板401によって補償することが出来た。
【0151】
本実施の形態では、傾斜型位相差板102の物性値を変化させた。
【0152】
すなわち主屈折率na=nb=1.500、主屈折率nc=1.497は固定しておいて、その傾斜角、厚さのそれぞれを変化させた。以下の表5〜表7に、コントラスト10を与える上視角、下視角、左右視角を示す。上下左右は実施の形態2の液晶の配向を同じように見たときに、同じ定義となるようにした。
【0153】
【表5】
【0154】
【表6】
【0155】
【表7】
【0156】
傾斜角30度、厚さ30ミクロン近傍において、広い視角の表示を得ることができた。この時のコントラストの等高図を図23に示す。
【0157】
なお、実際の画像の評価から、正の位相差板401のリターデーションは1〜100nm、望ましくは5〜40nmの時に視野角拡大の効果を確認することが出来た。
【0158】
本実施の形態はこれまでの実施の形態とは正面のリターデーションの補償の仕方で大きく異なる。
【0159】
ところで、位相差板102の屈折率の波長分散特性が、液晶104Qの屈折率の波長分散特性と大きく異なると、結果的に表示上着色現象として現われ、表示品位の低下につながる。
【0160】
よって、実施の形態1〜5のような配置では正面のリターデーションの補償が傾斜型位相差板102によって行なわれるが、もしこの場合に着色現象が現われれば、本実施の形態の配置を利用することが出来る。すなわち傾斜型位相差板102より、本実施の形態で用いる正の位相差板401の方が材料の選択の自由度が広く、そのため位相差の波長分散の制御が容易であるからである。
【0161】
このようにして正面表示の着色現象が極めて少ない液晶表示装置を容易に得ることが出来た。
【0162】
(実施の形態7)
図24を参照して、実施の形態7に係る液晶表示装置650を説明する。図24に示すように、傾斜型位相差板102と偏光子101A、101Bとの間に負の位相差板301を挿入することもできる。この補償原理は実施の形態3で示した補償原理と同様である。傾斜型位相差板102については、傾斜角30度、厚さ30ミクロン近傍において、さらなる視野角拡大の効果を確認することが出来る。
【0163】
表8に負の屈折率異方性を有する位相差板301のリターデーション、コントラスト10を与える上視角、下視角、左右視角を示す。負の屈折率異方性を有する位相差板301のリターデーションは面内屈折率nx、nyとして
リターデーション=(nx−nz)×d
で与えられる。ただし、nx=nyである。上下左右は実施の形態2と同じ定義である。
【0164】
【表8】
【0165】
負の位相差板301を片側にのみ設ける時は、リターデーションを2倍にすれば、ほぼ同等の視角特性が得られる。リターデーション=20nmの時のコントラストの等高図を図25に示す。
【0166】
図26を参照して、実施の形態7に係る他の液晶表示装置700を説明する。実施の形態7に係る液晶表示装置700では、図22を参照して前述した実施の形態6に係る液晶表示装置600に対して、負の屈折率異方性を有する位相差板301が傾斜型位相差板102と偏光子101A、101Bとの間に加えられている。
【0167】
傾斜型位相差板102の軸aは、液晶104Qに対して同じ側にある偏光子の吸収軸101AX、101BXと直交または平行である。傾斜型位相差板102を液晶表示素子105の両側に設ける場合には、傾斜型位相差板102の互いの軸aは直交する。
【0168】
正の位相差板401のnx軸とは遅相軸を意味する。ny軸は進相軸を意味する。nx>nyが成立する。一般的に一軸延伸フィルムの延伸方向が遅相軸になる場合が多い(フィルム材料による)。負の位相差板301では、nx=ny>nzが成立する。nzはフィルム法線に対応する。nx軸、ny軸は、フィルムの面内に存在する。
【0169】
以上の実施の形態1〜7において、液晶層104は厚さ4.5ミクロン、その液晶104Qには屈折率異方性として△n=0.06、すなわちリターデーションとして270nmとしてきた。このリターデーションに関しては、視野角を拡げ、かつ実用上の明るさなど他の表示品位も損なわないことを条件とし、180〜500nm、望ましくは220〜350nmが適当であることを確認することが出来た。
【0170】
本実施の形態1〜7では、すべて配向膜103Qを反平行にラビングした、いわゆるアンチパラレルラビングセル(ホモジニアスセルともいう)を採用した。この液晶モードは、実施の形態1〜7のように、位相差板102と組み合わせて視野角の拡大を行なうことが出来た。さらに表示性能に関して重要な応答時間も、従来のTNモードの典型例が30msであったのに対し、本実施の形態では応答時間がTNの約半分という高速性能の向上も確認できた。
【0171】
これはTN配向ではねじれ構造を有していたのに対して、ホモジニアス配向ではそれが無いため、配向構造の単純性から応答時間の短縮化が行なわれたと解釈できる。
【0172】
また、液晶層厚4.5ミクロンの場合、TNモードでは、典型的には屈折率異方性が△n=0.08程度であるのに対し、本発明の場合、典型的には△n=0.06となり、従来の液晶より△nを小さくできる。一般的に△nを小さくすると液晶の粘性が下がるため、このことも液晶の応答時間の短縮化に効果がある。
【0173】
従来通りの△n=0.08程度の液晶を用いた場合には液晶層の厚みを従来のものより薄くできる。この場合、その厚みの変化の2乗にほぼ比例する形で応答時間は短縮化される。このように、ホモジニアス配向を用いることで、視角特性だけではなく、動画表示の品位の向上に大きな効果を得ることが出来たのである。
【0174】
屈折率楕円体102Pが傾斜した位相差板102の傾斜方向は、偏光子101A、101Bの吸収軸101AX、101BXと−5〜50度の角度をなすときに視野角拡大の効果が現われることを確認した。ただし、液晶の実施の形態2〜6の原理にしたがって、液晶104Qのリターデーションを黒表示時に打ち消すように位相差板102を調整、または正の位相差板401の追加が必要であることは言うまでもない。
【0175】
さらには、実施の形態1、2、3、4、5においては屈折率楕円体102Pが傾斜した位相差板102の傾斜方向は、液晶104Qの配向方向と−5〜5度の範囲にあれば効果が現われ、特に0度(一致)するときに最も大きな効果を確認できた。
【0176】
実施の形態6、7においては屈折率楕円体102Pが傾斜した位相差板102の傾斜方向は、液晶104Qの配向方向に対して40〜50度の範囲にあれば効果が現われ、特に45度ときに最も大きな効果を確認できた。
【0177】
ところで、正面方向およびそれに近い方向の透過光を、上下方向に拡散する、すなわち一次元方向にのみレンズの効果を有する素子を本発明の液晶表示装置の表面に備えたところ、本液晶表示装置は、あらゆる角度から見ても、ほとんどその表示が変化しない、極めて広い視角を有するものとなった。
【0178】
本発明の液晶表示装置は、上述の実施の形態で示したとおり、上下左右の視角は従来液晶表示装置と比較して十分拡大することが出来た。しかし、左右視角に関してはほぼ対称に近い広い視角特性を有するものの、上下視角は対称ではなかった。これは実施の形態で示したコントラストの等高図を見ても明らかである。よって、上述のレンズ素子を備えることにより、極めて円筒対称に近い視角特性を得ることが出来、これによって現在のテレビ受像器の主流であるCRTと何等遜色のない表示装置を液晶表示装置によって得られたのである。
【0179】
(実施の形態8)
図27は、実施の形態8に係る液晶表示装置の説明図である。実施の形態1〜7で前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0180】
液晶表示装置800は、液晶表示素子105と偏光子101A、101Bと負の傾斜型位相差板802と正の位相差板401とを備える。液晶表示素子105は、透光性基板103と液晶層104と含む。偏光子101A、101Bは、吸収軸101AX、101BXをそれぞれ有する。負の傾斜型位相差板802は、図1で示す傾斜型位相差板102と同じ形態をしている。負の傾斜型位相差板802は、その屈折率楕円体が傾斜しており、最小主屈折率ncの方向である軸cは、傾斜型位相差板802の法線Zと傾斜角θ1をなしており、傾斜軸(傾斜方向)802Xを有する。正の位相差板401は、遅相軸401Xを有する。
【0181】
吸収軸101AX、101BXは、直交して配置される。透光性基板103は、それぞれ反平行にラビングされる。液晶層104の液晶分子104Qは、一定方向のチルトを有している。正の位相差板401の遅相軸401Xは、液晶層104のラビング方向103QA、103QBと平行または直交している。
【0182】
図11に説明されるように、電圧無印加時に液晶分子104Qは、ガラス基板103の面からプレチルト角θPCだけ時計回りにプレチルト方向PCDに起き上がっている。一方、位相差板802の傾斜方向802Xが、ラビング方向103QAおよびラビング方向103QBを含むガラス基板103の面に垂直な平面内で、法線方向Zから反時計回りに傾斜するように、位相差板802は配置されている。
【0183】
すなわち、電圧無印加時に液晶分子104Qがガラス基板103の面から起き上がっている方向とは反対方向に、位相差板802の傾斜軸(傾斜方向)802Xが法線方向から傾斜するように、位相差板102が配置されている。
【0184】
正の位相差板401と負の傾斜型位相差板802とは、黒表示電圧が印加された状態の液晶層104のリタデーションを補償している。正の位相差板の遅相軸401Xは、偏光子の101Aの吸収軸101AX、および101Bの吸収軸101BXとそれぞれ約45度の角度をなしている。また、負の傾斜型位相差板802の傾斜軸(傾斜方法)802Xを前記透光性基板の表面に投影した方向は、偏光子の101Aの吸収軸101AX、および101Bの吸収軸101BXとそれぞれ約45度の角度をなしている。
【0185】
図28は、実施の形態8に係る他の液晶表示装置の説明図である。実施の形態1〜7で前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。図28は、正の位相差板401が偏光子101Bと傾斜型位相差板802との間に配置されている場合の構成図である。
【0186】
図29から図32は、実施の形態8に係るさらに他の液晶表示装置の説明図である。図29から図32は、負の傾斜型位相差板802および正の位相差板401の配置に関する図27に示す液晶表示装置のバリエーションを示す。図29から図32に示すいずれの構成でも図27に示す液晶表示装置の性能と同等の性能を得ることができる。以下図32の構成に基づいて本実施の形態に係る液晶表示装置を説明する。
【0187】
先に示した実施の形態1の液晶表示装置を流用し、本実施の形態に係る液晶表示装置と比較するための構成を示す。公知の液晶表示装置作成技術を用いて、図5に示す構成の液晶表示装置100を作成した。ただし、負の傾斜型位相差板102は、na=nb=1.500、nc=1.497、傾斜角=30度のものを用いた。また、液晶層104の厚みは3μm、液晶分子の複屈折(Δn)は1.0とした。この液晶表示装置100に7Vの電圧を印加した状態を観察したところ良好な黒表示が得られず、正面コントラストは50程度であった。また、明るい表示状態の時に白階調反転が観察された。
【0188】
このことは、以下のように説明される。すなわち負の位相差板102の傾斜角が低下したことにより、フィルムの面内リタデーションが低下すると同時に、液晶分子の複屈折(Δn)が大きくなっていることにより残留リタデーションが増大し、その結果、所望の電圧では、リタデーションが0に成らないためである。また、白階調反転は初期の液晶リタデーションが大きくなり半波長条件を越えたことにより発生した。
【0189】
図5に示す構成の液晶表示装置に、リタデーションの大きさが20nmの正の位相差板401を2枚追加し、図32に示す構成を有する液晶表示装置1300を作成した。電圧、透過率特性を測定したところ、電圧が5.0Vで透過率は最小になり、そのときのコントラストは200であった。また、同時に白階調反転も解消した。これは2種類のフィルムにより電圧を印加しない時の液晶層のリタデーションも減少し、トータルのリタデーションが300nmが約240nmに減少したことによる。また、このときの等コントラスト曲線は、図33に示すようになり、良好な視野角特性を得ることができた。ラビング方向の非対称性についても、すでに述べた一方方向を拡散するレンズを適用することによって解消した。
【0190】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、屈折率楕円体が傾斜した位相差板を介在した液晶表示装置において、ホモジニアス配向させた液晶表示素子を用いて視野角依存性を改善し、かつ応答速度を高速化することでき、従来の液晶表示装置よりも広視野角、高表示品位、かつ高速応答の特徴を有する液晶表示装置を提供することが出来た。
【0191】
また本発明によれば、正の位相差板を液晶層のラビング方向と一致または直交するように配置し、負の傾斜型位相差板と組み合わせて用いることによって、高コントラスト、広視野角の液晶表示装置を得ることができる。
【0192】
視野角特性は、最適化された負の傾斜型位相差板によって得られる特性とほぼ同等であり、1種類の傾斜型位相差板によって、多くの液晶材料セルギャップに対応することができる。
【0193】
さらに、正面コントラストを最大化する電圧(黒表示電圧)を調整することが可能となり、飛躍的に生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る傾斜型位相差板の斜視図。
【図2】実施の形態1に係る液晶表示装置の断面図。
【図3】従来の液晶表示装置の説明図。
【図4】従来の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図5】実施の形態1に係る液晶表示装置の説明図。
【図6】実施の形態1に係る液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図7】実施の形態1に係る傾斜型位相差板の原理の説明図。
【図8】実施の形態1に係る屈折率楕円体の説明図。
【図9】実施の形態1に係る屈折率楕円体の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図10】実施の形態2に係るプレチルト角の説明図。
【図11】実施の形態2に係るプレチルト角と傾斜型位相差板との関係を説明する図。
【図12】実施の形態2に係る上視角、下視角および左右視角の説明図。
【図13】実施の形態2に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図14】実施の形態3に係る液晶表示装置の説明図。
【図15】実施の形態3に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図16】実施の形態4に係る液晶表示装置の説明図。
【図17】実施の形態4に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図18】実施の形態4に係るリターデーションとコントラストとの関係を示すグラフ。
【図19】実施の形態5に係る液晶表示装置の説明図。
【図20】実施の形態5に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図21】実施の形態5に係るリターデーションとコントラストとの関係を示すグラフ。
【図22】実施の形態6に係る液晶表示装置の説明図。
【図23】実施の形態6に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図24】実施の形態7に係る液晶表示装置の説明図。
【図25】実施の形態7に係る他の液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図26】実施の形態7に係る他の液晶表示装置の説明図。
【図27】実施の形態8に係る液晶表示装置の説明図。
【図28】実施の形態8に係る他の液晶表示装置の説明図。
【図29】実施の形態8に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図30】実施の形態8に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図31】実施の形態8に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図32】実施の形態8に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図33】実施の形態8に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図34】TN液晶素子の断面図。
【図35】従来の液晶表示装置の説明図。
【図36】従来の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図37】従来の他の液晶表示装置の説明図。
【図38】従来の他の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図39】従来の他の液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図40】従来のさらに他の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図41】従来のさらに他の液晶表示装置のコントラスト等高図。
【符号の説明】
101A、101B 偏光子
102 傾斜型位相差板
105 液晶表示素子
301 負の位相差板
401 正の位相差板
Claims (33)
- 対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板の間に配置される液晶層とを含む液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、
3つの主屈折率na、nb、ncを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、
前記液晶層は、液晶分子を含み、
前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、
前記液晶層の液晶の配向は、前記液晶分子の配向方向が前記偏光子の吸収軸に対して実質的に45度であるホモジニアス配向であり、
前記屈折率楕円体の前記3つの主屈折率na、nb、ncは、na=nb>ncという関係を有し、
前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ncの方向と前記表面内の主屈折率naまたはnbの方向とが前記主屈折率naまたはnbの方向を軸として傾斜することにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、
前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、
前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と、前記偏光子の吸収軸に対する液晶分子の配向方向が実質的に45度である液晶分子の配向方向とがほぼ平行または反平行になるように配置される、液晶表示装置。 - 前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、
前記3つの主屈折率は、nx=ny>nzを満たし、x軸、y軸は前記負の位相差板の表面内にあり、z軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、
前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置される、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率nx、nyは、nx>nyという関係を有し、x軸、y軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板は、前記y軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置される、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx1、ny1およびnz1を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、
前記3つの主屈折率は、nx1=ny1>nz1を満たし、x1軸、y1軸は前記負の位相差板の表面内にあり、z1軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、
前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、
前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx2、ny2およびnz2を有する正の屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率nx2、ny2は、nx2>ny2という関係を有し、x2軸、y2軸が
前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板は、前記y2軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置される、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の前記傾斜方向と前記液晶分子のプレチルト方向とが実質的に反対方向となるように配置される、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板の間に配置される液晶層とを含む液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、
3つの主屈折率na、nb、ncを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、
前記液晶層は、液晶分子を含み、
前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、
前記液晶層の液晶の配向は、前記液晶分子の配向方向が前記偏光子の吸収軸に対して実質的に45度であるホモジニアス配向であり、
前記屈折率楕円体の前記3つの主屈折率na、nb、ncは、na=nb>ncという関係を有し、
前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ncの方向と前記表面内の主屈折率naまたはnbの方向とが前記主屈折率naまたはnbの方向を軸として傾斜することにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、
前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、
前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率nx、nyは、nx>nyという関係を有し、x軸、y軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置され、
前記正の位相差板は、前記y軸が前記前記偏光軸の吸収軸に対する液晶分子の配向方向が実質的に45度である液晶分子の配向方向と実質的に一致するように配置され、
前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と前記偏光子の前記吸収軸の方向とがほぼ平行または反平行になるように、または実質的に直交するように配置される液晶表示装置。 - 前記液晶表示装置は、3つの主屈折率nx1、ny1およびnz1を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、
前記3つの主屈折率は、nx1=ny1>nz1を満たし、x1軸、y1軸は前記負の位相差板の表面内にあり、z1軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、
前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも1枚配置される、請求項6に記載の液晶表示装置。 - 前記屈折率楕円体の傾斜角度が、10度以上80度以下である、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記屈折率楕円体の傾斜角度が、20度以上50度以下であることを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
- 前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、15nmから700nmの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、30nmから1500nmの間に設定される、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、33nmから159nmの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、66nmから318nmの間に設定される、請求項10に記載の液晶表示装置。 - 前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、1nmから200nmの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、2nmから400nmの間に設定される、請求項6に記載の液晶表示装置。 - 前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率naと前記主屈折率ncとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さdとの積(na−nc)×dが、30nmから150nmの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(na−nc)×dが、60nmから300nmの間に設定される、請求項12に記載の液晶表示装置。 - 前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記吸収軸の方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−5度よリ大きく50度より小さい、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−5度より大きく5度より小さく、望ましくは0度である、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が40度より大きく50度より小さく、望ましくは45度である、請求項6に記載の液晶表示装置。
- 前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、5nmから200nmの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、10nmから400nmの間に設定される、請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、35nmから105nmの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、70nmから210nmの間に設定される、請求項17に記載の液晶表示装置。 - 前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、1nmから100nmの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、2nmから100nmの間に設定される、請求項7に記載の液晶表示装置。 - 前記負の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nzとの差と、前記負の位相差板の厚さdとの積(nx−nz)×dが、1nmから30nmの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−nz)×dが、2nmから60nmの間に設定される、請求項19に記載の液晶表示装置。 - 前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、1nmから125nmの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、2nmから250nmの間に設定される、請求項3に記載の液晶表示装置。 - 前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、30nmから90nmの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、60nmから80nmの間に設定される、請求項21に記載の液晶表示装置。 - 前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、1nmから100nmの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、2nmから200nmの間に設定される、請求項6に記載の液晶表示装置。 - 前記正の位相差板において、前記主屈折率nxと前記主屈折率nyとの差と、前記正の位相差板の厚さdとの積(nx−ny)×dが、5nmから40nmの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積(nx−ny)×dが、10nmから80nmの間に設定される、請求項23に記載の液晶表示装置。 - 前記傾斜型位相差板は、透明な有機高分子からなる支持体にディスコティック液晶が傾斜配向され、かつ架橋されることにより形成される、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記傾斜型位相差板は、透明な有機高分子からなる支持体にディスコティック液晶がハイブリッド配向され、かつ架橋されることにより形成される、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層の厚さと屈折率異方性(Δn)との積が180nmから500nmの間にある、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層の厚さと屈折率異方性(Δn)との積が220nmから350nmの間にある、請求項27に記載の液晶表示装置。
- 正面方向およびそれに近い方向の透過光を、上下方向に拡散する素子をさらに備える、請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶表示装置は3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率nx、nyはnx>nyという関係を有し、x軸、y軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記液晶表示素子との間に少なくとも1枚配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板の遅相軸であるx軸が、前記傾斜型位相差板の屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と略平行または略直交しており、
前記偏光子の吸収軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に45度である、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記液晶表示装置は3つの主屈折率nx、nyおよびnzを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率nx、nyはnx>nyという関係を有し、x軸、y軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記偏光子との間に配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板の遅相軸であるx軸が、前記傾斜型位相差板の屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と略平行または略直交しており、
前記偏光子の吸収軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に45度である、請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記負の傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションとの合計と、前記液晶表示装置が黒表示される時の前記液晶層のリタデーションとの間の差が±10nm以下であることを特徴とする、請求項30記載の液晶表示装置。
- 前記負の傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションとの合計が、100nm以下であることを特徴とする請求項32記載の液晶表示装置。
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