JP3863446B2

JP3863446B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3863446B2
Application number: JP2002063796A
Authority: JP
Inventors: 歳久内田; 弘一宮地; 真澄久保; 信彦中井; 英彦大蔵
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: KR20030074323A; TW200400387A; TWI228195B; CN1487340B; US20030169391A1; JP2003262869A; CN1487340A; US7403248B2; KR100540092B1

Description

【０００１】
【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、液晶層が略垂直配向状態をとるときに黒表示を行う液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、その表示品位が向上した結果、広く用いられるようになっているものの、表示品位のさらなる向上が強く望まれている。
【０００３】
さらなる向上が求められている表示特性の１つが視角依存性の低減であり、表示面法線に対して傾斜した方向（視角で規定される）から観察しても十分なコントラスト比の表示を行うことができる液晶表示装置の開発が望まれている。いわゆる液晶表示装置の広視野角化が望まれている。
【０００４】
液晶表示装置による表示のコントラスト比を向上させるためには、黒表示状態における光漏れを抑制することが重要であり、液晶層が略垂直配向状態で黒表示を行う液晶表示装置はこの点で有利である。このタイプの液晶表示装置としては、例えば、ノーマリホワイトモードのＴＮ型液晶表示装置やノーマリブラックモードの垂直配向型液晶表示装置があり、これらの液晶表示装置は、略垂直配向した液晶層と、この液晶層を介して互いに対向しクロスニコル状態に配置された一対の偏光板とによって黒表示を行う。従って、これらの液晶表示装置による黒表示を表面法線方向から観察すると良好な黒表示であるが、表示面法線から傾斜した方向（以下、「斜め視角方向」ということにする。）から観察すると光漏れが発生し黒表示の品位が低下する。
【０００５】
この斜め視角方向における光漏れは、（１）垂直配向状態の液晶層を斜め視角方向から観察すると複屈折が生じること、および（２）クロスニコル状態に配置された一対の偏光板の透過軸を斜め視角方向から観察すると、互いに直交した関係からずれる（透過軸がなす角が９０°を超える）ことに起因する。
【０００６】
例えば、特開２０００−３９６１０号公報は、ノーマリブラックの垂直配向型液晶表示装置について、（１）黒表示状態の液晶層のリタデーションを負の一軸異方性を有する光学シートで補償し、且つ、（２）偏光板の透過軸（偏光軸ともいう。）に平行または垂直な方向の遅相軸を有するλ／２板（二分の１波長板）に相当するような二軸異方性を有する光学シートを設けることによって、斜め視角方向における光漏れを抑制できることを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載されているように一軸異方性光学シートおよび二軸異方性光学シートを設計すると、斜め視角方向において良好な黒表示を実現できる二軸異方性光学シートの選択範囲が狭く、工業的に利用し難い。
【０００８】
更に、上記公報に記載されている面内リタデーションが１９０ｎｍ以上の面内リタデーションを有する二軸異方性光学シートを用いると、二軸異方性光学シートの遅相軸と偏光板の透過軸との位置合せマージンが小さく、僅かなずれで、表示面法線方向においても光漏れが発生し、正面コントラスト比が低下するという問題があった。
【０００９】
また、上記公報には、Ｎｚ（Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）、ｎｘは遅相軸方向の屈折率、ｎｙは進相軸方向の屈折率、ｎｚは厚さ方向の屈折率）が０．２８から０．６７を満足する二軸異方性光学シートを用いることが好ましいと記載されている（図４参照）が、Ｎｚが１．０未満（すなわち、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙ）の二軸異方性光学シートを工業的に製造することが難しい。
【００１０】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、略垂直配向状態の液晶層を利用して黒表示を行う液晶表示装置の表示品位を生産性に優れた二軸位相差板を用いて向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置は、黒表示状態において略垂直配向状態をとる液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向し、それぞれの透過軸が互いに直交するように配置された第１偏光板および第２偏光板と、前記液晶層と前記第１偏光板および／または前記第２偏光板との間に配置された少なくとも１枚の第１位相差板と、前記少なくとも１枚の第１位相差板と前記第１偏光板および前記第２偏光板の内の前記少なくとも１枚の第１位相差板から遠い方の偏光板との間に配置された少なくとも１枚の第２位相差板と、前記第１偏光板および前記第２偏光板のいずれか一方の偏光板を介して前記液晶層に光を照射する照明素子とを有し、前記少なくとも１枚の第１位相差板は二軸光学異方性を有し、黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリダデーションの一部を補償するとともに、斜め視角方向において前記第１偏光板および前記第２偏光板の透過軸が直交関係からずれることによる光漏れを抑制する機能を有し、且つ、前記少なくとも１枚の第２位相差板は負の一軸光学異方性を有し、前記少なくとも１枚の第１位相差板と協同して、黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリダデーションを補償する機能を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１２】
黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lc（Δｎは前記液晶層の複屈折率、ｄ_lcは前記液晶層の厚さ）は、２００ｎｍ≦Δｎ・ｄ_lc≦５００ｎｍの関係を満足することが好ましい。
【００１３】
二軸光学異方性を有する前記少なくとも１枚の第１位相差板の遅相軸（ｘ軸）は前記第１偏光板および前記第２偏光板のうち前記液晶層に対して同じ側にある偏光板の透過軸と実質的に平行であり、前記少なくとも１枚の第１位相差板の前記遅相軸方向における屈折率をｎｘ、前記遅相軸を含み前記液晶層に平行な平面内にあり前記遅相軸に直交する進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚さ（ｄ）の方向の屈折率をｎｚとするとき、厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１＝（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ）および面内リタデーション（Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ）は、１００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦５００ｎｍの関係を満足することが好ましく、２００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦４００ｎｍの関係を満足することが更に好ましい。
【００１４】
前記少なくとも１枚の第１位相差板の前記面内リタデーションＲｅはＲｅ＜１９０ｎｍの関係を満足することが好ましく、Ｒｅ≦１５０ｎｍの関係を満足することが更に好ましい。
【００１５】
前記少なくとも１枚の第１位相差板は、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足することが好ましい。
【００１６】
本発明によるある局面の液晶表示装置は、黒表示状態において略垂直配向をとる液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向し、それぞれの透過軸が互いに直交するように配置された第１偏光板および第２偏光板と、前記液晶層と前記第１偏光板および／または前記第２偏光板との間に配置された少なくとも１枚の第１位相差板と、前記少なくとも１枚の第１位相差板と前記第１偏光板および前記第２偏光板の内の前記少なくとも１枚の第１位相差板から遠い方の偏光板との間に配置された少なくとも１枚の第２位相差板と、前記第１偏光板および前記第２偏光板のいずれか一方の偏光板を介して前記液晶層に光を照射する照明素子とを有し、黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lc（Δｎは前記液晶層の複屈折率、ｄ_lcは前記液晶層の厚さ）は、２００ｎｍ≦Δｎ・ｄ_lc≦５００ｎｍの関係を満足し、前記少なくとも１枚の第１位相差板は二軸光学異方性を有し、前記少なくとも１枚の第１位相差板の遅相軸（ｘ軸）は前記第１偏光板および前記第２偏光板のうち前記液晶層に対して同じ側にある偏光板の透過軸と実質的に平行であり、前記少なくとも１枚の第１位相差板の前記遅相軸方向における屈折率をｎｘ、前記遅相軸を含み前記液晶層に平行な平面内にあり前記遅相軸に直交する進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚さ（ｄ）の方向の屈折率をｎｚとするとき、厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１＝（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ）および面内リタデーション（Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ）は、１００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦５００ｎｍ、およびＲｅ＜１９０ｎｍの関係を満足する。面内リタデーションＲｅは１５０ｎｍ以下であることが更に好ましい。
【００１７】
前記少なくとも１枚の第１位相差板は、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足することが好ましい。
【００１８】
更に、前記少なくとも１枚の第１位相差板は、０ｎｍ＜Ｒｔｈ−Ｒｅ≦１００ｎｍの関係を満足することが好ましい。
【００１９】
本発明による他の局面の液晶表示装置は、黒表示状態において略垂直配向をとる液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向し、それぞれの透過軸が互いに直交するように配置された第１偏光板および第２偏光板と、前記液晶層と前記第１偏光板および／または前記第２偏光板との間に配置された少なくとも１枚の第１位相差板と、前記少なくとも１枚の第１位相差板と前記第１偏光板および前記第２偏光板の内の前記少なくとも１枚の第１位相差板から遠い方の偏光板との間に配置された少なくとも１枚の第２位相差板と、前記第１偏光板および前記第２偏光板のいずれか一方の偏光板を介して前記液晶層に光を照射する照明素子とを有し、黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lc（Δｎは前記液晶層の複屈折率、ｄ_lcは前記液晶層の厚さ）は、２００ｎｍ≦Δｎ・ｄ_lc≦５００ｎｍの関係を満足し、前記少なくとも１枚の第１位相差板は二軸光学異方性を有し、前記少なくとも１枚の第１位相差板の遅相軸（ｘ軸）は前記第１偏光板および前記第２偏光板のうち前記液晶層に対して同じ側にある偏光板の透過軸と実質的に平行であり、前記少なくとも１枚の第１位相差板の前記遅相軸方向における屈折率をｎｘ、前記遅相軸を含み前記液晶層に平行な平面内にあり前記遅相軸に直交する進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚さ（ｄ）の方向の屈折率をｎｚとするとき、厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１＝（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ）および面内リタデーション（Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ）は、１００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦５００ｎｍ、およびｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足する。
【００２０】
前記少なくとも１枚の第１位相差板の前記面内リタデーションＲｅはＲｅ＜１９０ｎｍの関係を満足することが好ましく、Ｒｅ≦１５０ｎｍの関係を満足することが更に好ましい。
【００２１】
本発明による上記液晶表示装置は、前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に、負の一軸光学異方性を有するさらなる第２位相差板を有してもよい。このとき、前記少なくとも１枚の第１位相差板の厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１）は、前記さらなる第２位相差板の厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ２’）よりも大きいことが好ましい。
【００２２】
黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lcと前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に存在する複数の位相差板の厚さ方向のリタデーションの合計（Ｒｔｈｔ）との差（ΔＲｔｈ＝Δｎ・ｄ_lc−Ｒｔｈｔ）は、−１００ｎｍ≦ΔＲｔｈ≦１００ｎｍの関係を満足することが好ましく、−５０ｎｍ≦ΔＲｔｈ≦５０ｎｍの関係を満足することが更に好ましい。
【００２３】
前記少なくとも１枚の第１位相差板は１枚の第１位相差板であることが好ましく、前記少なくとも１枚の第２位相差板は１枚の第２位相差板であることが好ましい。この場合において、前記第１位相差板と、前記第１偏光板および前記第２偏光板のうち前記液晶層に対して前記第１位相差板と同じ側にある前記偏光板との間に、負の一軸光学異方性を有するさらなる第２位相差板を有するとき、前記第１位相差板の厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１）は、前記さらなる第２位相差板の厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ２”）よりも大きいことが好ましい。
【００２４】
前記液晶層は負の誘電異方性を有する液晶材料を含み、ノーマリブラックモードで表示を行うことが好ましい。
【００２５】
前記照明素子は前記第２偏光板を介して前記液晶層に光を照射し、前記１枚の第１位相差板は前記第１偏光板と前記液晶層との間に設けられていることが好ましい。
【００２６】
前記第１偏光板および前記第２偏光板のいずれか一方の偏光板を介して前記液晶層に光を照射する照明素子と前記いずれか一方の偏光板とが、前記いずれか一方の偏光板の透過軸に平行な直線偏光を出射する偏光照射素子に置換されてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による液晶表示装置の構成と機能を説明する。
【００２８】
図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら、実施形態の液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの構成と機能を説明する。
【００２９】
本実施形態による液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂは、黒表示状態において略垂直配向状態をとる液晶層１０を有している。図１（ａ）および（ｂ）は、黒表示状態における液晶層１０を示しており、液晶層１０の液晶分子１０ａは、表示面（液晶層の層面と平行）に対して略垂直に配向している。
【００３０】
液晶層１０の配向状態は、液晶層１０を介して互いに対向する電極１１ａおよび１１ｂの間に電圧を印加することによって制御される。液晶層１０と電極１１ａおよび１１ｂは液晶セル１１を構成する。液晶セル１１は、必要に応じて、配向膜、カラーフィルタ層や、電極１１ａおよび／または電極１１ｂに所定の電圧を供給するための配線やスイッチング素子など公知の構成要素を有し得る。
【００３１】
液晶層１０として、例えば誘電異方性が正の液晶材料を用いて９０°ツイスト配向の液晶層を形成して場合には、飽和電圧以上の電圧を印加することによって、略垂直配向状態を得ることができる。また、誘電異方性が負のネマチック液晶材料を垂直配向膜などを用いて垂直配向させた場合には、電圧無印加時に略垂直配向状態を得ることができる。本明細書において、略垂直配向とは、配向膜などのアンカリングされている液晶分子の層を除く液晶層のほぼ全体が垂直配向状態にある場合を含むものとする。また、液晶層１０に電圧を印加するための電極１１ａおよび１１ｂは、例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置における絵素電極および対向電極であってよい。
【００３２】
黒表示状態における液晶層１０の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lc（Δｎは液晶層の複屈折率、ｄ_lcは液晶層の厚さ）は、２００ｎｍ≦Δｎ・ｄ_lc≦５００ｎｍの関係を満足することが好ましい。黒表示状態における液晶層１０の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lcの上記の範囲に設定することによって、後述する第１位相差板１６および第２位相差板１８によってリタデーションが効果的に補償され、良好な黒表示を実現することができる。
【００３３】
特に、液晶層１０の材料として負の誘電異方性を有するネマチック液晶材料を用い、垂直配向膜などを用いて垂直配向させた液晶層を用いることが好ましい。このような液晶層を用いると、黒表示状態において液晶層が面内リタデーションを有しないので、位相差板によるリタデーションの補償が良好に行なわれ、高品位のノーマリブラックモードの表示を行うことができる。
【００３４】
液晶層１０を介して互いに対向するように設けられた第１偏光板１２および第２偏光板１４は、それぞれの透過軸（偏光軸）ＰＡが互いに直交するように配置されている。液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂは透過モードで表示を行うことができる表示装置であり、第１偏光板１２および第２偏光板１４のいずれか一方の偏光板を介して液晶層１０に光を照射する照明素子（不図示）を有している。ここでは、例えば、図１（ａ）および（ｂ）において、第２偏光板１４の下側に照明素子が設けられているとする。照明素子としては、例えば、公知の蛍光管を用いることができる。
【００３５】
なお、一般に市販されている偏光板は、偏光機能を有する層（偏光層）と偏光層を支持するための層（支持層）とを有しており、この支持層（および／または偏光層）が光学異方性を有することがあるが、ここでは、説明を簡潔にするために、偏光板１２および１４は、それぞれ透過軸ＰＡに平行な振動面を有する直線偏光を透過する機能のみを有することとし、偏光板１２および１４が光学異方性を有する支持層を含む場合については後に詳述することにする。
【００３６】
本実施形態の液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂは、一対の偏光板１２および１４の間に、二軸光学異方性を有する第１位相差板１６および負の一軸光学異方性を有する第２位相差板１８を有している。ここで、第１位相差板１６は、黒表示状態における液晶層１０の厚さ方向のリダデーションの一部を補償するとともに、斜め視角方向において第１偏光板１２および第２偏光板１４の透過軸が直交関係からずれることによる光漏れを抑制する機能を有し、且つ、第２位相差板１８は、第１位相差板１６と協同して、黒表示状態における液晶層１０の厚さ方向のリダデーションを補償する機能を有するように、それぞれの光学異方性（リタデーション）が設定されている。
【００３７】
本発明によると、黒表示状態における液晶層１０が有する厚さ方向のリタデーション（正の一軸光学異方性）を負の一軸光学異方性を有する位相差板（第２位相差板１８）のみによって補償するのではなく、二軸異方性を有する位相差板（第１位相差板１６）にもその機能を持たせているので、上述の公開公報に記載されている二軸光学異方性シートよりも第１位相差板１６の選択範囲が広がり、工業的に利用しやすい位相差板によって良好な黒表示を得ることができる。本発明の液晶表示装置が有する第１位相差板１６は、斜め視角方向から見たときに、クロスニコル状態に配置された偏光板１２および１４の透過軸ＰＡが直交関係からずれるのを補償するだけでなく、略垂直配向状態にある液晶層１０の厚さ方向のリタデーションの一部を補償する機能を有している点において、上記公報に記載されている二軸異方性光学シートと異なる。
【００３８】
第１位相差板１６は、例えば図１（ａ）に示したように、液晶層１０と第１偏光板１２との間に設けられ、第２位相差板１８は、液晶層１０と第２偏光板１４との間に設けられる。あるいは、図１（ｂ）に示したように、第１位相差板１６を液晶層１０と第１偏光板１２との間に設け、第２位相差板１８を液晶層１０と第１位相差板１６との間に設けてもよい。第２位相差板１８は、第１位相差板１６と第１偏光板１２および第２偏光板１４の内の第１位相差板１６から遠い方の偏光板（図示の例では偏光板１４）との間に配置されている。
【００３９】
二軸光学異方性を有する第１位相差板１６の遅相軸（ｘ軸とする）ＳＡは液晶層１０に対して同じ側にある偏光板１２の透過軸ＰＡと実質的に平行に配置されている。第１位相差板１６の遅相軸ＳＡ方向における屈折率をｎｘ、遅相軸ＳＡを含み液晶層１０に平行な平面内にあり遅相軸ＳＡに直交する進相軸（ｙ軸とする）ＦＡ方向の屈折率をｎｙ、厚さ（ｄ）の方向（液晶層１０の厚さ方向と平行、ｚ軸方向とする）の屈折率をｎｚとするとき、斜め視角方向において良好な黒表示を得るためには、厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１＝（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ）および面内リタデーション（Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ）は、１００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦５００ｎｍの関係を満足することが好ましく、２００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦４００ｎｍの関係を満足することが更に好ましい。
【００４０】
また、第１位相差板１６の面内リタデーションＲｅはＲｅ＜１９０ｎｍの関係を満足することが好ましく、Ｒｅ≦１５０ｎｍの関係を満足することが更に好ましい。面内リタデーションＲｅを１９０ｎｍ未満、好ましくは１５０ｎｍ以下に設定することによって、第１位相差板１６の遅相軸ＳＡと偏光板１２（および／または偏光板１４）の透過軸ＰＡとの位置合せマージンが大きくなるとともに、位置ずれが発生した際の表示面法線方向（ｚ軸方向）からみたときの光漏れが抑制され、正面コントラスト比のばらつきを抑制することができる。
【００４１】
また、第１位相差板１６は、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足することが好ましい。一般に、位相差板は、位相差板を構成する高分子フィルムを延伸する、あるいは、高分子溶液を基板表面にキャストするなどして、高分子鎖をフィルム面内（位相差板のｘｙ面内に対応）において配向させることによって光学的異方性を付与するので、厚さ方向（ｚ方向）の屈折率ｎｚを面内の屈折率ｎｘおよびｎｙよりも大きくすることが難しい。すなわち、上述した特開２０００−３９６１０号公報に記載されているようなｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの関係を満足する位相差板に比べ、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足する位相差板１６は、工業的に効率良く製造することができる。従って、位相差板１６の価格が安くなるばかりでなく、位相差板１６の特性のばらつきが抑制されるので、最終的な液晶表示装置の表示品位を向上できるとともに、表示品位のばらつきを抑制することができる。
【００４２】
更に、第１位相差板１６が０ｎｍ＜Ｒｔｈ−Ｒｅ≦１００ｎｍの関係を満足することが好ましい。二軸光学異方性を有する第１位相差板１６のＲｔｈ−Ｒｅ、すなわち（ｎｙ−ｎｚ）・ｄが１００ｎｍを超えると、第１位相差板１６の製造過程において光学異方性の制御が難しくなり、第１位相差板１６のｎｘ、ｎｙおよびｎｚのばらつきが大きくなり、その結果、斜め視角方向におけるコントラスト比の低下を招くことがある。これは、例えば二軸延伸法を用いてＲｔｈ−Ｒｅが１００ｎｍを超える第１位相差板１６を製造する場合、ｙ軸方向にもｘ軸方向と同程度に延伸する必要が生じ、ｎｘおよびｎｙを同時に所定の大きさに調整することが難しくなるためである。
【００４３】
０ｎｍ＜Ｒｔｈ−Ｒｅ≦１００ｎｍの関係を満足する第１位相差板１６は、例えば、ロール・トゥ・ロール法と一般に呼ばれている方法を用いて製造することが可能で、例えば、偏光板１２と第１位相差板１６とを貼り合せることができる。すなわち、ロール状に巻かれた長尺の偏光フィルムと、同じくロール状に巻かれた長尺の位相差フィルムとを偏光フィルムの透過軸と位相差フィルムの遅相軸とが平行になるように連続的に貼り合せた後、互いに貼り合された偏光フィルムと位相差フィルムとを所定の大きさに切断することによって、互いに貼り合せれた偏光板１２および第１位相差板１６を得ることができる。ロール・トゥ・ロール法を用いると、それぞれ所定の大きさに予め切断された第１偏光板１２と第１位相差板１６とを個別に透過軸ＰＡと遅相軸ＳＡとが平行になるように貼り合せる場合に比べて、生産性が高いばかりでなく、透過軸ＰＡと遅相軸ＳＡとの位置合せ精度も向上し、光学特性のばらつきが低減するという効果も得られる。第１位相差板１６は、２０ｎｍ≦Ｒｔｈ−Ｒｅ≦８０ｎｍの関係を満足することがさらに好ましい。
【００４４】
第２位相差板１８の厚さ方向（図１中のＮＡ）の負のリタデーションＲｔｈ２は、液晶層１０の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lcと、第１位相差板１６の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ１と第２位相差板１８の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ２との合計（Ｒｔｈｔ）との差（ΔＲｔｈ＝Δｎ・ｄ_lc−Ｒｔｈｔ）が、−１００ｎｍ≦ΔＲｔｈ≦１００ｎｍの関係を満足するように設定されていることが好ましく、−５０ｎｍ≦ΔＲｔｈ≦５０ｎｍの関係を満足するように設定されていることが更に好ましい。
【００４５】
第１偏光板１２と第２偏光板１４との間に負の一軸異方性を有する更なる第２位相差板（不図示、その厚さ方向のリタデーションをＲｔｈ２’とする）を有する場合は、上記厚さ方向のリタデーションの合計Ｒｔｈｔは、第１偏光板１２と第２偏光板１４との間に存在する全ての位相差板の厚さ方向のリタデーションの和を表すこととする（Ｒｔｈｔ＝Ｒｔｈ１＋Ｒｔｈ２＋Ｒｔｈ２’）。
【００４６】
上述の例では、第１位相差板１６および第２位相差板１８をそれぞれ１枚ずつ設けた構成を例示したが、図２に示す液晶表示装置２００のように、２枚の第１位相差板１６ａおよび１６ｂ、２枚の第２位相差板１８ａおよび１８ｂを設けても良い。液晶表示装置２００のように２枚の第１位相差板１６ａおよび１６ｂを用いる場合、第１位相差板１６ａおよび１６ｂは、それぞれの遅相軸ＳＡが、液晶層１０に対して同じ側にある偏光板１２および１４の透過軸ＰＡと平行となるように配置されている。図示の例では、第１位相差板１６ａの遅相軸ＳＡは第１偏光板１２の透過軸ＰＡに平行に配置されており、第１位相差板１６ｂの遅相軸ＳＡは第２偏光板１４の透過軸ＰＡと平行に配置されている。従って、第１位相差板１６ａの遅相軸ＳＡと第２位相差板１８ｂの遅相軸ＳＡとは互いに直交しており、上記リタデーションの関係を規定するｘ軸およびｙ軸は、２つの第１位相差板１６ａと１８ｂとで互いに直交している。図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明した第１位相差板１６の厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１＝（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ）および面内リタデーション（Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ）は、図２の構成においては、第１位相差板１６ａおよび１６ｂのそれぞれのｎｘ、ｎｙ、ｎｚおよび厚さｄから求められるＲｔｈ１の和およびＲｅの和に対応する。二枚の第１位相差板１６ａおよび１６ｂのそれぞれのｎｘ、ｎｙおよびｎｚは互いに等しいことが好ましいが、異なっていてもよい。もちろん、第１位相差板１６ａおよび１６ｂのそれぞれのｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足することが好ましい。
【００４７】
負の一軸光学異方性を有する二枚の第２位相差板１８ａおよび１８ｂについても同様で、二枚の第２位相差板１８ａおよび１８ｂのそれぞれの厚さ方向のリタデーションの合計が上記Ｒｔｈ２に対応することになる。
【００４８】
第１位相差板および第２位相差板は、上述したように、それぞれ複数設けても良いが、その枚数は少ない方が好ましい。枚数が多くなると、それぞれの光学軸（遅相軸や進相軸）と偏光板１２および／または偏光板１４の透過軸との位置合せ工程が増え、その結果、位置合せずれや、互いに貼り合わせる位相差板の間あるいは位相差板と偏光板との間にゴミ（ダスト）が挟み込まれることによる品質劣化の問題が発生することがある。
【００４９】
特に、二軸光学異方性を有する第１位相差板は一枚であることが好ましい。負の一軸異方性を有する第２位相差板も一枚であることが好ましいが、上述したように偏光板１２および偏光板１４の支持層として広く用いられているトリアセチルセルロース（以下、「ＴＡＣ」という。）層は、負の一軸異方性（厚さ方向のリタデーション約２０ｎｍ以上約７０ｎｍ）を有しており、これらも第２位相差板として機能するので、これらを含めると、合計３枚の第２位相差板を用いることが実際的である。また、偏光板１２および１４（ＴＡＣ層を含む）は、種々の品種の液晶表示装置に用いられることが多いので、図１（ａ）および（ｂ）に示した構成における第２位相差板１８の厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ２）を液晶表示装置に応じて適宜設定することが好ましい。なお、偏光板１２および１４のそれぞれについてＴＡＣ層が設けられているので、例えば、第２位相差板１８の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ２の設定に際して考慮する上記条件（ΔＲｔｈ＝Δｎ・ｄ_lc−Ｒｔｈｔ）におけるＲｔｈｔは、第１位相差板１６のＲｔｈ１と、第２位相差板のＲｔｈ２と、偏光板１２および１４のＴＡＣ層の合計のリタデーション（Ｒｔｈ２’）とを含むことになる。
【００５０】
また、図１（ａ）および（ｂ）に示したように、第２位相差板１８は、第１位相差板１６と第１偏光板１２および第２偏光板１４の内の第１位相差板１６から遠い方の偏光板（図示の例では偏光板１４）との間に配置されことが好ましい。すなわち、第１位相差板１６と、偏光板１２および１４のうち液晶層１０に対して第１位相差板１６と同じ側にある偏光板（図１（ａ）および（ｂ）においては偏光板１２）との間に、第２位相差板１８を配置することは好ましくない。
【００５１】
これは、第１位相差板１６とそれに近い方の偏光板１２との間に、第１位相差板１６の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ１よりも大きな値のリタデーションＲｔｈ２を有する第２位相差板１８を設けると、斜め視角方向における黒表示の品位を向上する効果が低下することがあるためである。従って、第１位相差板１６の近くに配置される偏光板１２のＴＡＣ層が有するリタデーションをＲｔｈ２”と表記すると、Ｒｔｈ１＞Ｒｔｈ２”の関係を満足することが好ましい。一般に、偏光板１２および１４（支持層）が有するリタデーションは７０ｎｍ以下なので、上記の問題が発生することはない。また、偏光板１２および１４のＴＡＣ層のリタデーションの合計Ｒｔｈ２’は、第１位相差板１６の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ１および第２位相差板１８の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ２の合計よりも小さいことが好ましい（Ｒｔｈ１＋Ｒｔｈ２＞Ｒｔｈ２’）。
【００５２】
また、第１位相差板１６および第２位相差板１８の耐熱性を考慮すると、これらの位相差板１６および１８は、液晶層１０に対して、照射素子（不図示）と反対側に設けられていることが好ましい。特に、二軸異方性を有する第１位相差板１６は液晶層１０に対して照明素子の反対側に設けることが好ましい。
【００５３】
上記の実施形態においては、例えば蛍光管などの非偏光を出射する照明素子を用いる場合を例示しているが、直線偏光を出射する照明素子を用いる場合には、照明素子と、偏光板１２および１４のうち照明素子側に設けられているものとをその偏光板の透過軸に平行な直線偏光を出射する偏光照射素子に置換すればよい。
【００５４】
以下、図１（ａ）に示した実施形態の液晶表示装置１００Ａの構成と特性の関係をさらに具体的に説明する。以下では、本実施形態の特徴を系統的に説明するために、シミュレーションの結果に基づいて説明するが、シミュレーションの妥当性は実験によって確かめた。
【００５５】
ここでは、偏光板１２および１４として、それぞれが負の一軸光学異方性を有するＴＡＣ層を有するものを用いた。ＴＡＣ層の厚さ方向のリタデーションはそれぞれが５０ｎｍで、両方合せて１００ｎｍの場合の結果を示す。照明素子としては蛍光管を有する公知のバックライトを用い、図１（ａ）中の偏光板１４の下側に配置した。
【００５６】
液晶層１０の材料として負の誘電異方性を有するネマチック液晶材料を用い、黒表示状態における液晶層１０の厚さ方向のリタデーションを２４９ｎｍ、３６９ｎｍおよび４０８ｎｍの３種類について検討した。
【００５７】
上記の偏光板１２および１４、液晶層１０と、リタデーションの異なる第１位相差板１６および第２位相差板１８とを用いて、黒表示状態における斜め視角方向における光漏れ（光透過率）をシミュレーションで求めた。表示面の観察方向は、観察者側偏光板１２の透過軸ＰＡから方位角が４５°、視角（表示面法線からの角度）が６０°となるようにした。
【００５８】
シミュレーションの結果、黒表示状態における斜め視角方向における光漏れが少なかった構成について、液晶層１０の厚さ方向のリタデーション（Δｎ・ｄ）、第１位相差板１６の面内リタデーションＲｅ、厚さ方向リタデーションＲｔｈ１、第２位相差板１８の厚さ方向リタデーションＲｔｈ２、偏光板１２および１４のＴＡＣ層の合計のリタデーションＲｔｈ２’、位相差板（ＴＡＣ層を含む）の厚さ方向のリタデーションの合計Ｒｔｈｔ、および、Δｎ・ｄとＲｔｈｔとの差をまとめて表１に示した。
【００５９】
【表１】

【００６０】
また、上記結果が得られた構成において、黒表示状態における光漏れが最も少ない構成における第１位相差板１６のＲｅとＲｈｔ１を図３にプロットした結果を示す。
【００６１】
図３の結果から、第１位相差板１６のＲｅとＲｈｔ１とが直線：Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ＝３００（ｎｍ）の関係を満足するときに最も光漏れが少ないことがわかった。また、表１および図３に示した構成においては、黒表示状態での正面方向における光漏れも少なく正面コントラスト比も高かった。
【００６２】
この結果に基づいて、上記観察方向（方位角４５°、視角６０°）において、コントラスト比が１０以上の表示を実現できる、第１位相差板１４のＲｅおよびＲｔｈ１の範囲を求めた結果を図４に示す。
【００６３】
図４中には、本発明によって１０以上のコントラスト比が得られる範囲（本発明）とともに、上記特開２０００−３９６１０号公報に記載されている二軸異方性光学シートのリタデーション（ＲｅおよびＲｔｈ１に相当）の好ましい範囲（従来）を合せて示している。
【００６４】
図４からわかるように、従来の二軸異方性光学シートは、面内リタデーションが１９０ｎｍ以上であり、且つ、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの範囲（図４中の破線の下側）にある。従って、良好な黒表示を得ることができる二軸異方性光学シートの選択範囲が狭く、且つ、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙの屈折率異方性を有する光学シートを工業的に製造することが難しいという問題がある。さらに、面内リタデーションが１９０ｎｍ以上あるので黒表示状態での正面における光漏れが発生しやすいという問題もある。
【００６５】
これに対し、本発明に好適に用いられる第１位相差板１６のＲｅおよびＲｔｈ１の範囲は、上記従来の二軸異方性光学シートの範囲とは異なっており、上記の問題の発生を抑制・防止することができる。すなわち、良好な黒表示を実現できる第１位相差板１６の選択範囲が広く、且つ、工業的に生産しやすいｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有する位相差板を用いることができる。
【００６６】
その中でも、０ｎｍ＜Ｒｔｈ−Ｒｅ≦１００ｎｍの関係を満足する第１位相差板１６は、光学異方性のばらつきの小さいものを効率良く生産することができる。さらに、ロール・トゥ・ロール法を採用すると、第１偏光板１２と一体に形成することができるので、生産性が高いだけでなく、位置合せ精度が高いので、液晶表示装置１００Ａの表示品位の向上に寄与する。
【００６７】
また、第１位相差板１６の面内リタデーションＲｅを１９０ｎｍ未満に設定することによって、正面コントラスト比のばらつきを抑制することができる。
【００６８】
負の一軸異方性を有する第２位相差板１８は、表１に示したように、−１００ｎｍ≦ΔＲｔｈ≦１００ｎｍの関係を満足するように設定することによって、上記の観察方向においてコントラスト比１０以上を得ることができ、さらなるコントラスト比の向上のためには、−５０ｎｍ≦ΔＲｔｈ≦５０ｎｍの範囲に設定することが好ましい。勿論、理想的なΔＲｔｈは零である。
【００６９】
図１（ａ）に示した液晶表示装置１００Ａにつていのシミュレーション結果を示したが、図１（ｂ）や図２を参照しながら上述した種々の構成について、上述したリタデーションの関係は成り立つ。また、液晶層１０は誘電異方性が負の垂直配向型液晶層を用いることが好ましいが、ＴＮ型液晶層など、略垂直配向状態で黒表示を行う種々の液晶層を用いることができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によると、略垂直配向状態の液晶層を利用して黒表示を行う液晶表示装置の表示品位を生産性に優れた二軸位相差板を用いて向上させることができる。
【００７１】
本発明による液晶表示装置の表示品位は良好なので、液晶モニターや液晶テレビなど特に高品位の表示が求められる用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明による他の実施形態の液晶表示装置２００の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明による実施形態の液晶表示装置に好適に用いられる第１位相差板１６の面内リタデーションＲｅと厚さ方向リタデーションＲｔｈ１との関係を示すグラフである。
【図４】本発明による実施形態の液晶表示装置に好適に第１位相差板１６の面内リタデーションＲｅと厚さ方向リタデーションＲｔｈ１と好適な範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
１０液晶層
１０ａ液晶分子
１１液晶セル
１１ａ、１１ｂ電極
１２第１偏光板
１４第２偏光板
１６、１６ａ、１６ｂ第１位相差板（二軸）
１８、１８ａ、１８ｂ第２位相差板（負一軸）
１００Ａ、１００Ｂ、２００液晶表示装置

Claims

黒表示状態において略垂直配向をとる液晶層と、
前記液晶層を介して互いに対向し、それぞれの透過軸が互いに直交するように配置された第１偏光層および第２偏光層と、
二軸光学異方性を有する１または２以上の第１位相差板と、
負の一軸異方性を有する１または２以上の第２位相差板と、
前記第１偏光層および前記第２偏光層のいずれか一方の偏光層を介して前記液晶層に光を照射する照明素子とを有し、
黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lc（Δｎは前記液晶層の複屈折率、ｄ_lcは前記液晶層の厚さ）は、２００ｎｍ≦Δｎ・ｄ_lc≦５００ｎｍの関係を満足し、
前記１または２以上の第１位相差板は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に遅相軸が前記第１偏光層の透過軸と実質的に平行に配置された第１位相差板を含み、
前記１または２以上の第２位相差板は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に配置された第１位相差板と前記第２偏光層との間に配置された第２位相差板を含み、
前記１または２以上の第１位相差板のそれぞれの前記遅相軸方向における屈折率をｎｘ、前記遅相軸を含み前記液晶層に平行な平面内にあり前記遅相軸に直交する進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚さ（ｄ）の方向の屈折率をｎｚとするとき、前記１または２以上の第１位相差板の厚さ方向のリタデーションの合計（Ｒｔｈ１＝（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ）および面内リタデーションの合計（Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ）は、１００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦５００ｎｍ、およびＲｅ＜１９０ｎｍの関係を満足し、
前記１または２以上の第２位相差板の厚さ方向のリタデーションは、前記液晶層に対して第１偏光層側の合計と、前記液晶層に対して第２偏光層側の合計が互いに異なる、液晶表示装置。
前記１または２以上の第１位相差板は、前記液晶層と前記第２偏光層との間に遅相軸が前記第２偏光層の透過軸と実質的に平行に配置された第１位相差板をさらに含み、
前記１または２以上の第２位相差板は、前記液晶層と前記第２偏光層との間に配置された第１位相差板と前記第２偏光層との間に配置された第２位相差板をさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記１または２以上の第２位相差板は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に配置された前記第１位相差板と前記第１偏光層との間に設けられた第２位相差板、および／または、前記液晶層と前記第２偏光層との間に配置された前記第１位相差板と前記第２偏光層との間に設けられた第２位相差板をさらに含み、
前記１または２以上の第１位相差板のそれぞれの厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１）は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に配置された前記第１位相差板と前記第１偏光層との間に設けられた第２位相差板、および、前記液晶層と前記第２偏光層との間に配置された前記第１位相差板との間に設けられた第２位相差板のそれぞれの厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ２’、Ｒｔｈ２’’）よりも大きい、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記１または２以上の第１位相差板は１枚の第１位相差板であって、前記１または２以上の第２位相差板は１枚の第２位相差板である、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記１または２以上の第１位相差板のそれぞれは、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足する、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
黒表示状態において略垂直配向をとる液晶層と、
前記液晶層を介して互いに対向し、それぞれの透過軸が互いに直交するように配置された第１偏光層および第２偏光層と、
二軸光学異方性を有する１または２以上の第１位相差板と、
負の一軸異方性を有する１または２以上の第２位相差板と、
前記第１偏光層および前記第２偏光層のいずれか一方の偏光層を介して前記液晶層に光を照射する照明素子とを有し、
黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lc（Δｎは前記液晶層の複屈折率、ｄ_lcは前記液晶層の厚さ）は、２００ｎｍ≦Δｎ・ｄ_lc≦５００ｎｍの関係を満足し、
前記１または２以上の第１位相差板は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に遅相軸が前記第１偏光層の透過軸と実質的に平行に配置された第１位相差板を含み、
前記１または２以上の第２位相差板は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に配置された第１位相差板と前記第２偏光層との間に配置された第２位相差板を含み、
前記１または２以上の第１位相差板のそれぞれの前記遅相軸方向における屈折率をｎｘ、前記遅相軸を含み前記液晶層に平行な平面内にあり前記遅相軸に直交する進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚さ（ｄ）の方向の屈折率をｎｚとするとき、前記１または２以上の第１位相差板の厚さ方向のリタデーションの合計（Ｒｔｈ１＝（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ）および面内リタデーションの合計（Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ）は、１００ｎｍ≦Ｒｔｈ１＋１．９・Ｒｅ≦５００ｎｍ、およびｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を満足し、
前記１または２以上の第２位相差板の厚さ方向のリタデーションは、前記液晶層に対して第１偏光層側の合計と、前記液晶層に対して第２偏光層側の合計が互いに異なる、液晶表示装置。
前記１または２以上の第１位相差板は、前記液晶層と前記第２偏光層との間に遅相軸が前記第２偏光層の透過軸と実質的に平行に配置された第１位相差板をさらに含み、
前記１または２以上の第２位相差板は、前記液晶層と前記第２偏光層との間に配置された第１位相差板と前記第２偏光層との間に配置された第２位相差板をさらに含む、請求項６に記載の液晶表示装置。
前記１または２以上の第２位相差板は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に配置された前記第１位相差板と前記第１偏光層との間に設けられた第２位相差板、および／または、前記液晶層と前記第２偏光層との間に配置された前記第１位相差板と前記第２偏光層との間に設けられた第２位相差板をさらに含み、
前記１または２以上の第１位相差板のそれぞれの厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ１）は、前記液晶層と前記第１偏光層との間に配置された前記第１位相差板と前記第１偏光層との間に設けられた第２位相差板、および、前記液晶層と前記第２偏光層との間に配置された前記第１位相差板との間に設けられた第２位相差板のそれぞれの厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ２’、Ｒｔｈ２’’）よりも大きい、請求項６または７に記載の液晶表示装置。
前記１または２以上の第１位相差板は１枚の第１位相差板であって、前記１または２以上の第２位相差板は１枚の第２位相差板である、請求項６に記載の液晶表示装置。
前記１または２以上の第１位相差板の前記面内リタデーションの合計ＲｅはＲｅ＜１９０ｎｍの関係を満足する、請求項６から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記１または２以上の第１位相差板のそれぞれの厚さ方向のリタデーション（Ｒｔｈ）と面内リタデーション（Ｒｅ）との差（Ｒｔｈ−Ｒｅ）は０ｎｍ超１００ｎｍ以下である、請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
黒表示状態における前記液晶層の厚さ方向のリタデーションΔｎ・ｄ_lcと前記第１偏光層と前記第２偏光層との間に存在する、前記１または２以上の第１位相差板および前記１または２以上の前記第２位相差板の厚さ方向のリタデーションの合計（Ｒｔｈｔ）との差（ΔＲｔｈ＝Δｎ・ｄ_lc−Ｒｔｈｔ）は、−１００ｎｍ≦ΔＲｔｈ≦１００ｎｍの関係を満足する、請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記液晶層は負の誘電異方性を有する液晶材料を含み、ノーマリブラックモードで表示を行う、請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記照明素子は前記第２偏光層を介して前記液晶層に光を照射するように配置されている、請求項１から１３のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第１偏光層および前記第２偏光層のいずれか一方の偏光層を介して前記液晶層に光を照射する前記照明素子と前記いずれか一方の偏光層とが、前記いずれか一方の偏光層の透過軸に平行な直線偏光を出射する偏光照射素子に置換された、請求項１から１４のいずれかに記載の液晶表示装置。