JP3983574B2 - 液晶表示装置のリターデーション設定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直配向方式の液晶表示装置および液晶表示装置のリターデーション設定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶表示装置は、ワードプロセッサやコンピュータの画面として広く使用されており、近年では、テレビの画面としても急速に普及している。これらの液晶表示装置の多くは、ＴＮ（Twisted Nematic）モードを採用しているが、当該液晶表示装置には、斜め方向から見たときに、コントラストが低下しやすく、階調特性が反転しやすいという問題がある。
【０００３】
したがって、近年では、斜め方向からの視角特性を向上させるために、ＶＡ（Verticically Alignment)モードの液晶表示装置が注目されるようになっている。当該モードの液晶表示装置の液晶セルは、負の誘電異方性を有するネマチック液晶と垂直配向膜とを組み合わせて構成されている。
【０００４】
さらに、例えば、登録特許第２９４７３５０号では、図１３に示すように、黒表示時における液晶セル１１１の光学異方性を光学的に補償するために、液晶セル１１１と偏光板１１２との間に正の１軸性フィルム１１４を配し、液晶セル１１１と偏光板１１３との間に負の１軸性フィルム１１５を配した液晶表示装置１０１が開示されている。
【０００５】
上記構成では、液晶分子が垂直配向している液晶セル１１１を斜め方向から見た場合に、液晶セル１１１が極角に応じた位相差を透過光に与えているにも拘わらず、各フィルム１１４・１１５のリターデーションが適切に設定されていれば、各フィルム１１４・１１５によって、当該位相差が補償される。したがって、正面方向から見た場合、すなわち、液晶分子が透過光の偏光状態を維持する場合と略同様に、黒表示できる。この結果、斜め方向から見た場合の光漏れを防止でき、コントラストを向上できると共に、着色や階調つぶれの発生を抑制できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今日では、さらなる広視野角、高表示品位の液晶表示装置が望まれる状況下において、斜め方向から見た場合の着色や階調つぶれの改善が要求されているが、上記の登録特許第２９４７３５０号に記載されたリターデーションの各フィルム１１４・１１５を用いた場合は、必ずしも充分であるとは言えず、未だ改善の余地を残している。
【０００７】
本発明は、上記した課題に鑑み、垂直配向モードの液晶表示装置において、斜め方向からの見た場合における着色や階調つぶれ抑制に適した各フィルムのリターデーションに対し、偏光板の基材フィルムが与える影響を考察した結果なされたものであって、その目的は、斜め方向から見た場合のコントラストを実用上十分高い値に維持しながら、着色や階調つぶれが実用上許容範囲内に抑えられた液晶表示装置を確実に提供することにある。
【０００８】
【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、上記課題を解決するために、液晶を挟持すると共に当該液晶の液晶分子を表面に概ね垂直に配向させる２枚の基板が設けられた液晶セルと、当該液晶セルの両側に配され、それぞれの吸収軸が互いに直交するように配された２枚の偏光板と、上記両偏光板の一方および液晶セルの間に配され、正の１軸異方性を有する第１位相差フィルムと、上記両偏光板の他方および上記液晶セルの間に配され、負の１軸異方性を有する第２位相差フィルムとを備え、上記両偏光板には、光軸が上記基板に概ね垂直になるように配置され、負の１軸異方性を有する基材フィルムが設けられ、上記第１位相差フィルムの遅相軸は、上記液晶から見て同じ側の上記偏光板の吸収軸と直交するように配され、上記第２位相差フィルムの光軸が上記基板に概ね垂直になるように配されている液晶表示装置において、以下の手段を講じたことを特徴としている。
【０００９】
すなわち、上記第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションをＲｐ〔ｎｍ〕、上記第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｎ〔ｎｍ〕、上記基材フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｔａｃ〔ｎｍ〕、上記液晶の厚み方向のリターデーションをＲｌｃ〔ｎｍ〕とし、上記Ｒｐに関するパラメータα〔ｎｍ〕を、α＝１３５−０．７×Ｒｔａｃ、上記Ｒｎに関するパラメータβ〔ｎｍ〕を、β＝Ｒｌｃ−６５−１．４×Ｒｔａｃとするとき、上記リターデーションＲｐは、上記αの８０％以上かつ１２０％以下に設定されていると共に、上記リターデーションＲｎは、上記βの６０％以上かつ９０％以下に設定されている。
【００１０】
また、上記第２位相差フィルムを、上記液晶から見て第１位相差フィルムとは反対側に配する代わりに、当該第２位相差フィルムを、上記第１位相差フィルムと同じ側、かつ、第１位相差フィルムと偏光板との間に配置されていてもよい。
【００１１】
上記各構成の液晶表示装置において、基板に概ね垂直に配向している液晶分子が基板の法線方向から入射した光に対して位相差を与えないにも拘わらず、斜めから入射した光に対しては、極角（法線方向からの傾斜角）に応じた位相差を与えてしまうので、第１および第２位相差フィルムがないと、本来、出射側の偏光板によって吸収すべき光が、完全には吸収されない。この結果、光漏れが発生して、コントラストを低下させると共に、着色や階調つぶれが発生してしまう。
【００１２】
これに対して、上記構成では、上記第１および第２位相差フィルムが設けられているので、上記液晶が極角に応じて与えてしまった位相差が両位相差フィルムによって補償される。この結果、斜め方向から見た場合の光漏れを防止し、コントラストを向上すると共に、着色や階調つぶれの発生を防止できる。
【００１３】
ここで、上記両位相差フィルムのリターデーションを決定する際、基材フィルムが無い場合に最適な上記第１および第２位相差フィルムが有する厚み方向のリターデーションから、上記基材フィルムが有する厚み方向のリターデーションを引き算するだけでは、斜め方向から見た場合における、着色や階調つぶれのさらなる抑制が要求される状況下では、必ずしも十分であるとは言えない。
【００１４】
そこで、本願発明者は、垂直配向モードの液晶表示装置を斜め方向から見た場合におけるコントラストを実用上十分に高い値に維持したまま、着色や階調つぶれをさらに抑制すべく、研究を重ねた結果、基材フィルムの厚み方向のリターデーションは、上記第１および第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションと同等に作用するわけではないことを見出し、特に、正の１軸異方性を有する第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションを、上記コントラストが最大になるように設定する際、当該リターデーションは、液晶の有するリターデーションに依存せず、上記基材フィルムの有する厚み方向のリターデーションに依存していること、並びに、コントラストが最大になるような上記各リターデーションを基準に、所定の範囲に設定することによって、着色や階調つぶれを効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
本発明の液晶表示装置では、上記第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションＲｐを上記基材フィルムの厚み方向のリターデーションＲｔａｃに応じて設定し、上記第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションＲｎを上記液晶および基材フィルムの厚み方向のリターデーションＲｌｃおよびＲｔａｃに応じて設定すると共に、斜め方向から見た場合のコントラストが実用上十分に高い値に維持したまま、着色や階調つぶれを許容できる範囲に、上記リターデーションＲｐおよびＲｎを設定している。これにより、基材フィルムの厚み方向のリターデーションを、上記第１および第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションと同等に扱う場合と異なり、上記斜め方向から見た場合のコントラストが実用上十分に高い値に維持され、しかも、着色や階調つぶれが許容範囲内に抑えられた液晶表示装置を確実に得ることができる。
【００１６】
さらに、上記第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションＲｐの範囲が液晶の厚み方向のリターデーションＲｌｃに依存していないので、厚みの異なる液晶と共に用いる場合であっても、上記リターデーションＲｐの範囲が変化しない。したがって、厚み方向のリターデーションＲｌｃが互いに異なる液晶間で、基材フィルムおよび第１位相差フィルムを共用でき、生産性を向上できる。
【００１７】
また、上記着色や階調つぶれの抑制が特に要求される場合には、上記各構成に加えて、上記リターデーションＲｐが上記αの９０％以上かつ１１０％以下に設定されていると共に、上記リターデーションＲｎが上記βの６５％以上かつ８５％以下に設定されている方が望ましい。これにより、斜め方向から見た場合の着色や階調つぶれがさらに抑制された液晶表示装置を得ることができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る液晶表示装置は、上記各構成に加えて、上記液晶は、負の誘電異方性を有している方が望ましい。当該構成によれば、基板に対して略垂直方向の電界を印加することによって、基板の法線方向に配向した液晶分子を電界強度に応じて傾斜させることができ、正の誘電異方性を有している場合よりも、電極の構造を簡略化できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図１ないし図１２に基づいて説明すると以下の通りである。なお、詳細は後述するように、本発明は、他の液晶セルにも適用できるが、以下では、好適な一例として、マルチドメイン配向の液晶セルについて説明する。
【００２０】
本実施形態に係る液晶表示装置１は、図１に示すように、垂直配向（ＶＡ）方式の液晶セル１１と、当該液晶セル１１の両側に配された偏光板１２・１３と、一方の偏光板１２および液晶セル１１の間に配された正の１軸性フィルム（第１位相差フィルム）１４と、他方の偏光板１３および液晶セル１１の間に配された負の１軸性フィルム（第２位相差フィルム）１５とを積層して構成されている。
【００２１】
上記液晶セル１１は、図２に示すように、画素に対応する画素電極２１ａ（後述）が設けられたＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板１１ａと、対向電極２１ｂが設けられた対向基板１１ｂと、両基板１１ａ・１１ｂにて挟持され、負の誘電異方性を有するネマチック液晶からなる液晶層１１ｃとを備えている。なお、本実施形態に係る液晶表示装置１は、カラー表示可能であり、上記対向基板１１ｂには、各画素の色に対応するカラーフィルタが形成されている。
【００２２】
さらに、上記画素電極２１ａが形成されたＴＦＴ基板１１ａには、液晶層１１ｃ側の表面に垂直配向膜２２ａが形成されている。同様に、上記対向電極２１ｂが形成された対向基板１１ｂの液晶層１１ｃ側の表面には、垂直配向膜２２ｂが形成されている。これにより、上記両電極２１ａ・２１ｂ間に電圧が印加されていない状態において、両基板１１ａ・１１ｃ間に配された液晶層１１ｃの液晶分子Ｍが、上記基板１１ａ・１１ｂ表面に対して垂直に配向する。また、両電極２１ａ・２１ｂ間に電圧が印加されると、液晶分子Ｍは、上記基板１１ａ・１１ｂの法線方向に沿った状態（電圧無印加状態）から、印加電圧に応じた傾斜角で傾斜する（図３参照）。なお、両基板１１ａ・１１ｂが対向しているので、特に区別する必要がある場合を除いて、それぞれの法線方向および面内方向を、単に法線方向あるいは面内方向と称する。
【００２３】
ここで、本実施形態に係る液晶セル１１は、マルチドメイン配向の液晶セルであって、各画素が複数の範囲（ドメイン）に分割され、配向方向、すなわち、電圧印加時に液晶分子Ｍが傾斜する際の方位（傾斜角の面内成分）が、各ドメイン間で異なるように制御されている。
【００２４】
具体的には、図４に示すように、上記画素電極２１ａには、断面形状が山型で、面内の形状がジグザグと略直角に曲がる突起列２３ａ…が、ストライプ状に形成されている。同様に、上記対向電極２１ｂには、法線方向の形状が山型で、面内の形状がジグザグと略直角に曲がる突起列２３ｂ…が、ストライプ状に形成されている。これらの両突起列２３ａ・２３ｂの面内方向における間隔は、突起列２３ａの斜面の法線と突起列２３ｂの斜面の法線とが略一致するように配されている。また、上記各突起列２３ａ・２３ｂは、上記画素電極２１ａおよび対向電極２１ｂ上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー工程で加工することで形成されている。
【００２５】
ここで、突起列２３ａの近傍では、液晶分子が斜面に垂直になるように配向する。加えて、電圧印加時において、突起列２３ａの近傍の電界は、突起列２３ａの斜面に平行になるように傾く。ここで、液晶分子は、長軸が電界に垂直な方向に傾き、液晶の連続性によって、突起列２３ａの斜面から離れた液晶分子も斜面近傍の液晶分子と同様の方向に配向する。同様にして、電圧印加時において、突起列２３ｂの近傍の電界は、突起列２３ｂの斜面に平行になるように傾く。ここで、液晶分子は、長軸が電界に垂直な方向に傾き、液晶の連続性によって、突起列２３ｂの斜面から離れた液晶分子も斜面近傍の液晶分子と同様の方向に配向する。
【００２６】
これらの結果、各突起列２３ａ…および２３ｂ…において、角部Ｃ以外の部分を線部と称すると、突起列２３ａの線部Ｌ２３ａと突起列２３ｂの線部Ｌ２３ｂとの間の領域では、電圧印加時における液晶分子の配向方向の面内成分は、線部Ｌ２３ａから線部２３ｂへの方向の面内成分と一致する。
【００２７】
ここで、各突起列２３ａ・２３ｂは、角部Ｃで略直角に曲がっている。したがて、液晶分子の配向方向は、画素内で４分割され、画素内に、液晶分子の配向方向が互いに異なるドメインＤ１〜Ｄ４を形成できる。
【００２８】
一方、図１に示す偏光板１２・１３は、それぞれ、偏光フィルム１２ａ・１３ｂと、偏光フィルム１２ａ・１３ａを保持する基材フィルムとしてのトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム１２ｂ・１３ｂとを備えている。上記両ＴＡＣフィルム１２ａ・１３ａは、負の１軸光学異方性を有しており、それぞれの光軸は、液晶セル１１の法線方向と略一致するように設定されている。また、上記両偏光板１２・１３は、偏光板１２の吸収軸ＡＡ１２と偏光板１３の吸収軸ＡＡ１３とが直交するように配置されている。さらに、両偏光板１２・１３は、それぞれの吸収軸ＡＡ１２・ＡＡ１３と、電圧印加時における、上記各ドメインＤ１〜Ｄ４の液晶分子の配向方向の面内成分とが、４５度の角度をなすように配置されている。
【００２９】
また、液晶セル１１の一方に積層された正の１軸性フィルム１４は、フィルム面内方向の屈折率をｎｘｐおよびｎｙｐ、法線方向の屈折率をｎｚｐとしたとき、ｎｘｐ＞ｎｙｐ＝ｎｚｐなる特性を持った光学異方性フィルムであって、面内方向のリターデーションＲｐは、フィルム厚をｄｐとしたとき、以下の式（１）に示すように、
Ｒｐ＝ｄｐ・（ｎｘｐ−ｎｙｐ） …（１）
で算出される。さらに、正の１軸性フィルム１４は、その遅相軸ＳＬ１４が、液晶セル１１から見て同じ側の偏光板１２の吸収軸ＡＡ１２と直交するように配されている。
【００３０】
一方、液晶セル１１の他方に積層された負の１軸性フィルム１５は、フィルム面内の屈折率をｎｘｎおよびｎｙｎ、法線方向の屈折率をｎｚｎとしたとき、ｎｘｎ＝ｎｙｎ＞ｎｚｎなる特性を持った光学異方性フィルムであり、厚み方向のリターデーションＲｎは、フィルム厚をｄｎとしたとき、以下の式（２）に示すように、
Ｒｎ＝ｄｎ・{（ｎｘｎ＋ｎｙｎ）／２−ｎｚｎ} …（２）
で算出される。また、負の１軸性フィルム１５は、その光軸が液晶セル１１の法線方向と略一致するように配されている。
【００３１】
上記構成の液晶表示装置１では、画素電極２１ａと対向電極２１ｂとの間に電圧を印加している間、液晶セル１１の液晶分子は、図３に示すように、法線方向に対して、電圧に応じた角度だけ傾斜配向している。これにより、液晶セル１１を通過する光には、電圧に応じた位相差が与えられる。
【００３２】
ここで、両偏光板１２・１３の吸収軸ＡＡ１２・ＡＡ１３は、互いに直交するように配置されており、詳細は後述するように、正の１軸性フィルム１４および負の１軸性フィルム１５は、液晶セル１１の液晶分子が図２に示すように法線方向に配向している場合に液晶セル１１が透過光に与えてしまう位相差を補償するように構成されている。
【００３３】
したがって、出射側の偏光板（例えば、１２）へ入射する光は、液晶セル１１が与える位相差に応じた楕円偏光になり、当該入射光の一部が偏光板１２を通過する。この結果、印加電圧に応じて偏光板１２からの出射光量を制御でき、階調表示が可能となる。
【００３４】
さらに、上記液晶セル１１では、画素内に、液晶分子の配向方向が互いに異なるドメインＤ１〜Ｄ４が形成されている。したがって、あるドメイン（例えば、Ｄ１）に属する液晶分子の配向方向に平行な方向から液晶セル１１を見た結果、当該液晶分子が透過光に位相差を与えることができない場合であっても、残余のドメイン（この場合は、Ｄ２〜Ｄ４）の液晶分子は、透過光に位相差を与えることができる。したがって、各ドメイン同士が、互いに光学的に補償し合うことができる。この結果、液晶セル１１を斜め方向から見た場合の表示品位を改善し、視野角を拡大できる。
【００３５】
一方、画素電極２１ａと対向電極２１ｂとの間に電圧を印加していない間、液晶セル１１の液晶分子は、図２に示すように、垂直配向状態にある。この状態（電圧無印加時）では、法線方向から液晶セル１１へ入射した光は、各液晶分子によって位相差が与えられず、偏光状態を維持したままで液晶セル１１を通過する。この結果、出射側の偏光板（例えば、１２）へ入射する光は、偏光板１２の吸収軸ＡＡ１２に略平行な方向の直線偏光となり、偏光板１２を通過することができない。この結果、液晶表示装置１は、黒を表示できる。
【００３６】
ここで、斜め方向から液晶セル１１に入射した光には、液晶分子によって、液晶分子の配向方向との間の角度、すなわち、入射光と液晶セル１１の法線方向との間の角度（極角）に応じた位相差が与えられる。したがって、正の１軸性フィルム１４および負の１軸性フィルム１５がなければ、偏光板１２に入射する光は、極角に応じた楕円偏光となり、その一部が偏光板１２を通過してしまう。この結果、本来黒表示であるべき、垂直配向状態であるにも拘らず、光漏れが発生し、表示のコントラストが低下すると共に、着色や階調つぶれが発生する虞れがある。
【００３７】
ところが、図１に示す構成では、正の１軸性フィルム１４および負の１軸性フィルム１５が設けられているので、それぞれのリターデーションが適切に設定されていれば、液晶セル１１が極角に応じて与えた位相差を打ち消すことができる。この結果、光漏れを防止して、斜め方向から見た場合のコントラストを向上できると共に、着色や階調つぶれを防止できる。
【００３８】
ここで、本実施形態に係る液晶表示装置１では、斜め視角の表示品位として、実使用上十分高いコントラストを維持しつつ、良好な色味および良好な階調特性を示す液晶表示装置を得るために、より詳細には、斜め方向から見た場合のコントラストを１０以上と、実用上十分に高い値に保ちながら、上記方向からの観察者が着色および階調つぶれを殆ど感じないようにするために、正の１軸性フィルム１４および負の１軸性フィルム１５のリターデーションが以下のように設定されている。
【００３９】
具体的には、ＴＡＣフィルム１２ｂ・１３ｂの厚み方向のリターデーションをＲｔａｃ〔ｎｍ〕、上記リターデーションＲｐに関するパラメータα１〔ｎｍ〕を、以下の式（３）に示すように、
α１＝１３５−０．７×Ｒｔａｃ …（３）
とすると、正の１軸性フィルム１４の面内方向のリターデーションＲｐは、α１の８０％以上かつ１２０％以下の値に設定されている。
【００４０】
また、液晶セル１１の厚み方向のリターデーションをＲｌｃ〔ｎｍ〕、上記リターデーションＲｎに関するパラメータβ１〔ｎｍ〕を、以下の式（４）に示すように、
β１＝Ｒｌｃ−６５−１．４×Ｒｔａｃ …（４）
とすると、負の１軸性フィルム１５の厚み方向のリターデーションＲｎは、β１の６０％以上かつ９０％以下の値に設定されている。
【００４１】
このように、上記リターデーションＲｐ・Ｒｎを、上記パラメータα１・β１を基準にして、図５に示す範囲Ａ１に設定することによって、液晶表示装置１を斜め方向から見た場合のコントラストを１０以上と、実用上十分に高い値に保ちながら、上記斜め方向からの観察者が着色および階調つぶれを殆ど感じず、良好な視野角特性を持った液晶表示装置１を確実に得ることができる。
【００４２】
さらに、上記範囲Ａ１の外周部よりも内部の方が、上記観察者によって把握される着色および階調つぶれが減少するが、特に、図５に示す範囲Ａ２のように、上記リターデーションＲｐを上記α１の９０％以上かつ１１０％以下の値に設定すると共に、上記リターデーションＲｎを上記β１の６５％以上かつ８５％以下に設定することによって、さらに良好な視野角特性を持った液晶表示装置１を実現できる。
【００４３】
なお、当該領域Ａ２内では、上記着色および階調つぶれの改善効果が上記観察者によって認識されず、上記着色および階調つぶれの改善効果が実質上飽和している。したがって、当該領域Ａ２内に設定することによって、同程度の良好な表示品位を有する液晶表示装置１を実現できる。また、上記リターデーションＲｐを上記α１と同一に設定し、上記リターデーションＲｎを上記β１と同一に設定すると、斜め方向から見た場合のコントラストが最大になる。さらに、上記リターデーションＲｐを上記α１の８０％〜１２０％に設定し、上記リターデーションＲｎを上記β１の８５％〜９０％に設定すれば、着色や階調つぶれを許容範囲内に抑え、しかも、上記領域Ａ２に比較してコントラストを向上できる。
【００４４】
また、図６に示す液晶表示装置１ａのように、図１に示す液晶表示装置１と比較して積層順序を変更し、正の１軸性フィルム１４と液晶セル１１との間に、負の１軸性フィルム１５を配置しても同様の効果が得られる。
【００４５】
ここで、上記式（３）および後述の図７から明らかなように、正の１軸性フィルム１５のリターデーションＲｐは、液晶セル１１のセル厚ｄｌｃ、すなわち、液晶セル１１の厚み方向のリターデーションＲｌｃに依存せず、ＴＡＣフィルム１２ｂ・１３ｂの厚み方向のリターデーションＲｔａｃにのみ依存している。
【００４６】
したがって、厚みの異なる液晶セル１１と共に用いる場合であっても、正の１軸性フィルム１４およびＴＡＣフィルム１２ｂ・１３ｂの最適値は、変化しない。この結果、図１または図６に示す順番で、液晶セル１１、偏光板１２・１３、正の１軸性フィルム１４および負の１軸性フィルム１５を積層した液晶表示装置１（１ａ）では、互いに異なる液晶セル１１間で、正の１軸性フィルム１４およびＴＡＣフィルム１２ｂ・１３を共用できる。なお、この場合であっても、負の１軸性フィルム１５は、液晶セル１１に応じて選択される。
【００４７】
〔実施例１〕
本実施例では、液晶セル１１として、液晶層１１ｃの屈折率異方性Δｎが０．０８であり、厚み（セル厚ｄｌｃが、それぞれ、３．０〔μｍ〕、４．０〔μｍ〕および５．０〔μｍ〕の液晶セル、すなわち、厚み方向のリターデーションＲｌｃ（＝ｄｌｃ・Δｎ）が、それぞれ、２４０〔ｎｍ〕、３２０〔ｎｍ〕および４００〔ｎｍ〕の液晶セルを用意した。また、ＴＡＣフィルム１２ｂ・１３ｂとして、厚み方向のリターデーションＲｔａｃが、それぞれ０〔ｎｍ〕、３０〔ｎｍ〕、５０〔ｎｍ〕、８０〔ｎｍ〕のＴＡＣフィルムを用意した。さらに、上記各液晶セル１１およびＴＡＣフィルム１２ｂ・１３ｂの組み合わせのそれぞれについて、斜め方向から見た場合のコントラストが最大となるＲｐおよびＲｎを求めた。この結果、図７に示すような実験結果が得られた。
【００４８】
なお、コントラストを測定する際、液晶表示装置１が実際に使用される場合の視野角が、液晶セル１１の法線からの角度（極角）が０度〜６０度であり、極角が大きくなる程、コントラストが低下することから、図８に示すように、極角が６０度の方向からコントラストを測定した。また、コントラストを測定する際の方位（面内での方向）は、コントラストが偏光フィルム１２ａ・１３ａの吸収軸ＡＡ１２・ＡＡ１３を基準に４５度の方位で最も低下することから、両吸収軸ＡＡ１２・ＡＡ１３を基準に４５度の方位から測定した。
【００４９】
これにより、正の１軸性フィルム１４の面内方向のリターデーションＲｐが上述のパラメータα１と同一であり、負の１軸性フィルム１５の厚み方向のリターデーションＲｎが上述のパラメータβ１と同一の場合に、最大のコントラストの液晶表示装置１が得られることを確認できた。また、上記実験結果を一次式で近似することによって、上述の式（３）および（４）が算出できた。
【００５０】
さらに、上記リターデーションＲｐおよびＲｎをそれぞれ５％ずつ変化させながら、観察者が各液晶表示装置１の着色および階調つぶれを上記斜め方向から評価した。特に、観察者は、着色現象の有無として、上記斜め方向において、白が黄色や青みがかった色にシフトする現象の有無を評価し、階調つぶれの有無として、明るい領域の階調がつぶれ映像の表現力が低下する現象の有無を評価した。
【００５１】
これによって、液晶セル１１の厚み方向のリターデーションＲｌｃ、および、ＴＡＣフィルム１２ｂ・１３ｂのリターデーションＲｔａｃが、上記値のいずれであっても、上記リターデーションＲｐが、上記パラメータα１の８０％以上かつ１２０％以下の値であり、しかも、上記リターデーションＲｎが、上記パラメータβ１の６０％以上かつ９０％以下の値であれば、上記斜め方向（極角６０度）におけるコントラストが１０を超え、実使用上、十分なコントラストを維持していることも確認できた。さらに、上記リターデーションＲｐおよびＲｎが上記範囲に設定されていれば、液晶表示装置１は、上記斜め方向からの観察者が着色および階調つぶれを殆ど感じず、良好な視野角特性を示すことが確認された。また、上記リターデーションＲｐが、パラメータα１の８０％より小さいか１２０％よりも大きい場合、および、上記リターデーションＲｎが、パラメータβ１の６０％より小さいか９０％よりも大きい場合は、上記斜め方向からの観察者によって、例えば、白が黄色や青みがかった色にシフトする着色現象、あるいは、明るい領域における階調つぶれによって映像の表現力が低下する現象が明確に確認され、観察者が着色や階調つぶれを許容できないことも確認された。
【００５２】
加えて、液晶セル１１の厚み方向のリターデーションＲｌｃ、および、ＴＡＣフィルム１２ｂ・１３ｂのリターデーションＲｔａｃが、上記値のいずれであっても、上記リターデーションＲｐが、上記パラメータα１の９０％以上かつ１１０％以下の値であり、しかも、上記リターデーションＲｎが、上記パラメータβ１の６５％以上かつ８５％以下の値であれば、上記リターデーションＲｐが上記パラメータα１の８０％〜９０％または１１０％〜１２０％、あるいは、上記リターデーションＲｎが上記パラメータβ１の６０％〜６５％または８５％〜９０％の場合に比べて、上記斜め方向からの観察者によって把握される着色および階調つぶれが減少することが確認できた。
【００５３】
また、上記リターデーションＲｐが、上記パラメータα１の９０％以上かつ１１０％以下の値であり、しかも、上記リターデーションＲｎが、上記パラメータβ１の６５％以上かつ８５％以下の値であれば、上記着色および階調つぶれの改善効果が実質上飽和し、上記斜め方向からの観察者は、各リターデーションＲｐおよびＲｎが当該範囲に設定されている複数の液晶表示装置１同士の間で、着色および階調つぶれの相違を確認できず、同程度の良好な表示品位が得られることを確認できた。
【００５４】
なお、上記領域Ａ２におけるリターデーションＲｐの中心値は、上記斜め方向からコントラストを最大にする上記リターデーションＲｐ（＝α１）の１００％（同一の値）であることが確認できた。一方、上記領域Ａ２におけるリターデーションＲｎの中心値は、上記斜め方向からコントラストを最大にする上記リターデーションＲｎ（＝β１）の７５％であり、負の１軸性フィルム１５の厚み方向のリターデーションＲｎをコントラストの最適値β１よりも小さく設定する方が着色現象や階調つぶれを改善できることも確認できた。
【００５５】
また、上記リターデーションＲｐを上記α１の８０％〜１２０％に設定し、上記リターデーションＲｎを上記β１の８５％〜９０％に設定すれば、着色や階調つぶれを許容範囲内に抑え、しかも、上記領域Ａ２に比較してコントラストを向上できることが確認できた。
【００５６】
さらに、図６に示す液晶表示装置１ａのように、図１に示す液晶表示装置１と比較して積層順序を変更し、正の１軸性フィルム１４と液晶セル１１との間に、負の１軸性フィルム１５を配置した構成についても、上記リターデーションＲｌｃおよびＲｔａｃが、上記値のいずれであっても、上記斜め視角（極度６０度）において最大コントラストを得るためのリターデーションＲｐ、Ｒｎが、図１の液晶表示装置１の場合と同じであり、液晶表示装置１ａの場合でも、液晶表示装置１の場合と同様の範囲に上記リターデーションＲｐおよびＲｎを設定することによって、同様の効果が得られることも確認できた。
【００５７】
なお、上記では、液晶セル１１を図２ないし図４のように構成して、画素における液晶分子の配向方向を４つに分割する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図９および図１０に示す構造など、他の構造によって配向方向を４分割しても同様の効果が得られる。
【００５８】
具体的には、図９に示す画素電極２１ａを用いた液晶セルでは、図４に示す突起列２３ａ・２３ｂが省略されており、画素電極２１ａに四角錐状の突起２４が設けられている。なお、当該突起２４も、上記突起列２３ａと同様に、画素電極２１ａ上に、感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー工程で加工することによって形成できる。
【００５９】
この構成でも、突起２４の近傍では、液晶分子が各斜面に垂直になるように配向する。加えて、電圧印加時において、突起２４の部分の電界は、突起２４の斜面に平行になる方向に傾く。これらの結果、電圧印加時において、液晶分子の配向角度の面内成分は、最も近い斜面の法線方向の面内成分（方向Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３またはＰ４）と等しくなる。したがって、画素領域は、傾斜時の配向方向が互いに異なる、４つのドメインＤ１〜Ｄ４に分割される。この結果、図２ないし図４の構造の液晶セル１１と同様の効果が得られる。
【００６０】
なお、例えば、４０インチのような大型の液晶テレビを形成する場合、各画素のサイズは、１ｍｍ四方程度と大きくなり、画素電極２１ａに１つずつ突起２４を設けただけでは、配向規制力が弱まり、配向が不安定になる虞れがある。したがって、この場合のように、配向規制力が不足する場合には、各画素電極２１ａ上に複数の突起２４を設ける方が望ましい。
【００６１】
さらに、例えば、図１６に示すように、対向基板１１ｂの対向電極２１ｂ上にＹ字状のスリットを上下方向（面内で、略方形状の画素電極２１ａのいずれかの辺に平行な方向）に対称に連結してなる配向制御窓２５を設けても、マルチドメイン配向を実現できる。
【００６２】
当該構成では、対向基板１１ｂの表面のうち、配向制御窓２５の直下の領域では、電圧を印加しても、液晶分子を傾斜させる程の電界がかからず、液晶分子が垂直に配向する。一方、対向基板１１ｂの表面のうち、配向制御窓２５の周囲の領域では、対向基板１１ｂに近づくに従って、配向制御窓２５を避けて広がるような電界が発生する。ここで、液晶分子は、長軸が電界に垂直な方向に傾き、液晶分子の配向方向の面内成分は、図中、矢印で示すように、配向制御窓２５の各辺に略垂直になる。したがって、この構成であっても、画素における液晶分子の配向方向を４つに分割でき、図２ないし図４の構造の液晶セル１１と同様の効果が得られる。
【００６３】
また、上記では、配向方向を４分割する場合について説明したが、図１１および図１２に示すように、放射状配向の液晶セル１１を用いても同様の効果が得られる。
【００６４】
具体的には、図１１に示す構造では、図９に示す突起２４に代えて、略半球状の突起２６が設けられている。この場合も、突起２６の近傍では、液晶分子は、突起２６の表面に垂直になるように配向する。加えて、電圧印加時において、突起２６の部分の電界は、突起２６の表面に平行になる方向に傾く。これらの結果、電圧印加時に液晶分子が傾斜する際、液晶分子は、面内方向で突起２６を中心にした放射状に傾きやすくなり、液晶セル１１の各液晶分子は、放射状に傾斜配向できる。なお、上記突起２６も、上記突起２４と同様の工程で形成できる。また、上記突起２４と同様に、配向規制力が不足する場合には、各画素電極２１ａ上に複数の突起２６を設ける方が望ましい。
【００６５】
また、図１２に示す構造では、図９に示す突起２４に代えて、画素電極２１ａに円形のスリット２７が形成されている。これにより、電圧を印加した際、画素電極２１ａの表面のうち、スリット２７の直上の領域では、液晶分子を傾斜させる程の電界がかからない。したがって、この領域では、電圧印加時でも液晶分子は垂直に配向する。一方、画素電極２１ａの表面のうち、スリット２７近傍の領域では、電界は、スリット２７へ厚み方向で近づくに従って、スリット２７を避けるように傾斜して広がる。ここで、液晶分子は、長軸が垂直な方向に傾き、液晶の連続性によって、スリット２７から離れた液晶分子も同様の方向に配向する。したがって、画素電極２１ａに電圧を印加した場合、各液晶分子は、配向方向の面内成分が、図中、矢印で示すように、スリット２７を中心に放射状に広がるように配向、すなわち、スリット２７の中心を軸として軸対称に配向できる。ここで、上記電界の傾斜は、印加電圧によって変化するため、液晶分子の配向方向の基板法線方向成分（傾斜角度）は、印加電圧によって制御できる。なお、印加電圧が増加すると、基板法線方向に対する傾斜角が大きくなり、各液晶分子は、表示画面に略平行で、しかも、面内では放射状に配向する。また、上記突起２６と同様に、配向規制力が不足する場合には、各画素電極２１ａ上に複数のスリット２７を設ける方が望ましい。
【００６６】
ところで、上記では、画素における液晶分子の配向方向が分割される場合について説明したが、配向分割しない液晶セル（モノドメインの液晶セル）であっても、略同様の効果が得られる。
【００６７】
この場合、画素電極２１ａ・対向電極２２ｂには、突起列２３ａなどが設けられず、それぞれ平坦に形成されている。さらに、モノドメイン配向の液晶セルの場合、マルチドメイン配向や放射状傾斜配向の液晶セルとは異なり、製造工程にラビング工程が設けられており、液晶層１１ｃの液晶分子のラビング方向が、両基板１１ａ・１１ｂで反平行となるように設定される。また、上記ラビング方向と、偏光板１２・１３の吸収軸ＡＡ１２・ＡＡ１３とが４５度の角度になるように、液晶セル１１や偏光板１２・１３が配される。この場合であっても、電圧無印加時には、画素の液晶分子が、図２の場合と同様に、基板法線方向（垂直）に配向している。したがって、上記実施形態と同様の偏光板１２・１３、および、位相差板（１４・１５）を用いることにより、同様の効果が得られる。
【００６８】
ただし、図１および図６に示す液晶表示装置１・１ａは、液晶セル１１から一方の偏光板１２までに配される部材の光学的特性と、液晶セル１１から他方の偏光板１３までに配される部材の光学的特性とが一致しないので、液晶セル１１を左の方位または右の方位から見たときのコントラストと、液晶セル１１を上の方位または下の方位から見たときのコントラストとが、互いに異なる虞れがある。したがって、これらの液晶表示装置１・１ａにおいて、上下左右の視角特性のバランスを取ることが要求される場合は、４分割配向や放射状配向など、各画素の液晶分子の配向方向が４方向以上に分割される液晶セルを用いる方が望ましい。
【００６９】
また、上記では、液晶セル１１の液晶層１１ｃが負の誘電異方性を有する場合を例にして説明したが、これに限るものではない。正の誘電異方性を有する場合であっても、図２と同様に、黒表示時に液晶分子が液晶セル１１の基板に対して垂直に配向する液晶セルであれば、同様の効果が得られる。
【００７０】
この場合は、例えば、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードで用いる櫛歯電極構造のように、基板平行方向に電界を発生させる電極を用いることによって、液晶層１１ｃに基板平行方向に電界を印加する。この場合であっても、電圧無印加時（無電界時）には、画素の液晶分子は、図２と同様に、基板に対して垂直方向に配向する。したがって、上記実施形態と同様の偏光板１２・１３、および、位相差板（１４・１５）を用いることで、同様の効果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係る液晶表示装置は、以上のように、垂直配向方式の液晶セルおよび上記両偏光板の一方の間に配され、正の１軸異方性を有する第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションをＲｐ〔ｎｍ〕、上記両偏光板の他方および上記液晶セルの間に配され、負の１軸異方性を有する第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｎ〔ｎｍ〕、上記偏光板の基材フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｔａｃ〔ｎｍ〕、上記液晶の厚み方向のリターデーションをＲｌｃ〔ｎｍ〕とし、上記Ｒｐに関するパラメータα〔ｎｍ〕を、α＝１３５−０．７×Ｒｔａｃ、上記Ｒｎに関するパラメータβ〔ｎｍ〕を、β＝Ｒｌｃ−６５−１．４×Ｒｔａｃとするとき、上記リターデーションＲｐは、上記αの８０％以上かつ１２０％以下に設定されていると共に、上記リターデーションＲｎは、上記βの６０％以上かつ９０％以下に設定されている構成である。
【００７２】
また、本発明に係る液晶表示装置は、上記第２位相差フィルムを、上記液晶から見て第１位相差フィルムとは反対側に配する代わりに、当該第２位相差フィルムを、上記第１位相差フィルムと同じ側、かつ、第１位相差フィルムと偏光板との間に配置した構成である。
【００７３】
これらの構成によれば、第１および第２位相差フィルムのリターデーションが上述の範囲に設定されているので、基材フィルムの厚み方向のリターデーションを、上記第１および第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションと同等に扱う場合と異なり、上記斜め方向から見た場合のコントラストが実用上十分に高い値に維持され、しかも、着色や階調つぶれが許容範囲内に抑えられた液晶表示装置を確実に得ることができるという効果を奏する。
【００７４】
さらに、上記第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションＲｐの範囲が液晶の厚み方向のリターデーションＲｌｃに依存していないので、厚み方向のリターデーションＲｌｃが互いに異なる液晶間で、基材フィルムおよび第１位相差フィルムを共用でき、生産性を向上できるという効果を併せて奏する。
【００７５】
本発明に係る液晶表示装置は、以上のように、上記各構成に加えて、上記リターデーションＲｐが上記αの９０％以上かつ１１０％以下に設定されていると共に、上記リターデーションＲｎが上記βの６５％以上かつ８５％以下に設定されている構成である。これにより、斜め方向から見た場合の着色や階調つぶれがさらに抑制された液晶表示装置を得ることができるという効果を奏する。
【００７６】
本発明に係る液晶表示装置は、以上のように、上記各構成に加えて、上記液晶は、負の誘電異方性を有している構成である。当該構成によれば、基板に対して略垂直方向の電界を印加することによって、基板の法線方向に配向した液晶分子を電界強度に応じて傾斜させることができ、正の誘電異方性を有している場合よりも、電極の構造を簡略化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示すものであり、液晶表示装置の要部構成を示す模式図である。
【図２】 上記液晶表示装置に設けられた液晶セルを示すものであり、電圧無印加状態を示す模式図である。
【図３】 上記液晶表示装置に設けられた液晶セルを示すものであり、電圧印加状態を示す模式図である。
【図４】 上記液晶セルの構成例を示すものであり、画素電極近傍を示す平面図である。
【図５】 上記液晶表示装置に設けられた正の１軸性フィルムの面内方向のリターデーションおよび負の１軸性フィルムの厚み方向のリターデーションの好適な範囲を示すものであり、各リターデーションを、それぞれに関するパラメータに対する相対値で示した図面である。
【図６】 上記液晶表示装置の変形例を示すものであり、液晶表示装置の要部構成を示す模式図である。
【図７】 本発明の実施例を示すものであり、液晶セルと偏光板との組み合わせについて、上記各リターデーションの最適値の実験結果を示す図面である。
【図８】 液晶表示装置において、コントラストの評価方法を示す図面である。
【図９】 上記各液晶表示装置の他の構成例を示すものであり、液晶セルの画素電極を示す斜視図である。
【図１０】 上記各液晶表示装置のさらに他の構成例を示すものであり、液晶セルの画素電極近傍を示す平面図である。
【図１１】 上記各液晶表示装置の別の構成例を示すものであり、液晶セルの画素電極を示す斜視図である。
【図１２】 上記各液晶表示装置のまた別の構成例を示すものであり、液晶セルの画素電極および対向電極を示す斜視図である。
【図１３】 従来技術を示すものであり、液晶表示装置の要部構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１・１ａ 液晶表示装置
１１ 液晶セル
１１ａ Thin Film Transistor基板（基板）
１１ｂ 対向基板（基板）
１１ｃ 液晶層（液晶）
１２・１３ 偏光板
１２ｂ・１３ｂ トリアセチルセルロースフィルム（基材フィルム）
１４ 正の１軸性フィルム（第１位相差フィルム）
１５ 負の１軸性フィルム（第２位相差フィルム）

Claims (2)

1. 液晶を挟持すると共に当該液晶の液晶分子を表面に概ね垂直に配向させる２枚の基板が設けられた液晶セルと、当該液晶セルの両側に配され、それぞれの吸収軸が互いに直交するように配された２枚の偏光板と、上記両偏光板の一方および液晶セルの間に配され、正の１軸異方性を有する第１位相差フィルムと、上記両偏光板の他方および上記液晶セルの間に配され、負の１軸異方性を有する第２位相差フィルムとを備え、
   上記両偏光板には、光軸が上記基板に概ね垂直になるように配置され、負の１軸異方性を有する基材フィルムが設けられ、上記第１位相差フィルムの遅相軸は、上記液晶から見て同じ側の上記偏光板の吸収軸と直交するように配され、上記第２位相差フィルムの光軸が上記基板に概ね垂直になるように配されている液晶表示装置のリターデーション設定方法において、
   上記第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションをＲｐ〔ｎｍ〕、上記第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｎ〔ｎｍ〕、上記基材フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｔａｃ〔ｎｍ〕、上記液晶の厚み方向のリターデーションをＲｌｃ〔ｎｍ〕とし、
   上記Ｒｐに関するパラメータα〔ｎｍ〕を、
   α＝１３５−０．７×Ｒｔａｃ、
   上記Ｒｎに関するパラメータβ〔ｎｍ〕を、
   β＝Ｒｌｃ−６５−１．４×Ｒｔａｃ
   とするとき、
   上記リターデーションＲｐを、上記液晶表示装置を構成する液晶セルに応じることなく基材フィルムにのみ応じて、上記αの８０％以上かつ１２０％以下になるように設定すると共に、
   上記リターデーションＲｎを、上記液晶表示装置を構成する液晶セル及び基材フィルムに応じて、上記βの６０％以上かつ９０％以下になるように設定することを特徴とする液晶表示装置のリターデーション設定方法。
2. 液晶を挟持すると共に当該液晶の液晶分子を表面に概ね垂直に配向させる２枚の基板が設けられた液晶セルと、当該液晶セルの両側に配され、それぞれの吸収軸が互いに直交するように配された２枚の偏光板と、上記両偏光板の一方および上記液晶セルの間に配され、正の１軸異方性を有する第１位相差フィルムと、
   上記第１位相差フィルムおよび上記液晶セルの間に配され、負の１軸異方性を有する第２位相差フィルムとを備え、
   上記両偏光板には、光軸が上記基板に概ね垂直になるように配置され、負の１軸異方性を有する基材フィルムが設けられ、上記第１位相差フィルムの遅相軸は、上記液晶から見て同じ側の上記偏光板の吸収軸と直交するように配され、上記第２位相差フィルムの光軸が上記基板に概ね垂直になるように配されている液晶表示装置のリターデーション設定方法において、
   上記第１位相差フィルムの面内方向のリターデーションをＲｐ〔ｎｍ〕、上記第２位相差フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｎ〔ｎｍ〕、上記基材フィルムの厚み方向のリターデーションをＲｔａｃ〔ｎｍ〕、上記液晶の厚み方向のリターデーションをＲｌｃ〔ｎｍ〕とし、
   上記Ｒｐに関するパラメータα〔ｎｍ〕を、
   α＝１３５−０．７×Ｒｔａｃ
   上記Ｒｎに関するパラメータβ〔ｎｍ〕を、
   β＝Ｒｌｃ−６５−１．４×Ｒｔａｃ
   とするとき、
   上記リターデーションＲｐを、上記液晶表示装置を構成する液晶セルに応じることなく基材フィルムにのみ応じて、上記αの８０％以上かつ１２０％以下になるように設定する と共に、
   上記リターデーションＲｎを、上記液晶表示装置を構成する液晶セル及び基材フィルムに応じて、上記βの６０％以上かつ９０％以下になるように設定することを特徴とする液晶表示装置のリターデーション設定方法。

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