JP4255893B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧が印加されていないときに液晶分子がパネル面に対しほぼ垂直方向に配向する垂直配向型液晶表示装置に関し、特に液晶パネルと偏光板との間に位相差フィルムを配置した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に比べて薄くて軽量であり、低電圧で駆動できて消費電力が小さいという利点がある。そのため、液晶表示装置は、テレビ、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ディスクトップ型ＰＣ、ＰＤＡ（携帯端末）及び携帯電話など、種々の電子機器に使用されている。特に、各画素（サブピクセル）毎にスイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を設けたアクティブマトリクス型液晶表示装置は、その駆動能力の高さからＣＲＴにも匹敵する優れた表示特性を示し、ディスクトップ型ＰＣやテレビなど従来ＣＲＴが使用されていた分野にも広く使用されるようになった。

一般的に、液晶表示装置は、２枚の透明基板と、これらの基板間に封入された液晶とにより構成されている。一方の基板には画素毎に画素電極及びＴＦＴ等が形成され、他方の基板には画素電極に対向するカラーフィルタと、各画素共通のコモン（共通）電極とが形成されている。以下、画素電極及びＴＦＴが形成された基板をＴＦＴ基板と呼び、ＴＦＴ基板に対向して配置される基板を対向基板と呼ぶ。また、ＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶を封入してなる構造物を液晶パネルという。

従来は、ＴＦＴ基板と対向基板との間に水平配向型液晶（誘電率異方性が正の液晶）を封入し、液晶分子をツイスト配向させるＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶表示装置が一般的であった。しかし、ＴＮ型液晶表示装置には視野角特性が悪く、画面を斜め方向から見たときにコントラストや色調が大きく変化するという欠点がある。このため、近年、ＴＮ型液晶表示装置に比べて視野角特性が優れているＶＡ（Vertical Alignment）型液晶表示装置が広く使用されるようになった。ＶＡ型液晶表示装置では、ＴＦＴ基板と対向基板との間に垂直配向型液晶（誘電率異方性が負の液晶）が封入されている。

図１は従来のＶＡ型液晶表示装置の構成を示す模式図である。液晶パネル１０は、上述したようにＴＦＴ基板と対向基板との間に垂直配向型液晶を封入して構成されている。この液晶パネル１０の一方の面側（図では下側）には偏光板１１が配置され、他方の面側（図では上側）には偏光板１２が配置されている。偏光板１１は偏光層１１ａを保護層１１ｂ，１１ｃで挟んだ構造を有している。これと同様に、偏光板１２は偏光層１２ａを保護層１２ｂ，１２ｃで挟んだ構造を有している。これらの偏光板１１，１２は、吸収軸を相互に直交させて配置される。

液晶パネル１０と偏光板１１との間には負の位相差を有する位相差フィルム１３が配置されており、液晶パネル１０と偏光板１２との間には正の位相差を有する位相差フィルム１４が配置されている。位相差フィルム１３は、図２（ａ）に示すように、フィルム面に対し垂直な方向に負の位相差を有しており、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとしたときに、ｎｘ≫ｎｙ＝ｎｚとなる。この負の位相差を有するフィルム１３は、ｃプレートと呼ばれる。

また、位相差フィルム１４は、図２（ｂ）に示すように、フィルム面の面内方向に正の位相差を有しており、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとしたときに、ｎｘ＝ｎｙ≫ｎｚとなる。この正の位相差を有するフィルム１４は、ａプレートと呼ばれる。従来、これらの位相差フィルム１３，１４としては、ノルボルネン系の樹脂フィルム、例えばＪＳＲ社製のアートンフィルムを延伸したものが用いられている。このノルボルネン系の樹脂フィルムは位相差の波長依存性は殆どなく、特性はフラットである。

これらの位相差フィルム１３，１４を用いたときの視野角特性を図３に示す。但し、図３は、図４に示すように液晶パネル１０の水平方向（Ｘ方向）に対し４５°の方位（φ＝４５°）で、且つ液晶パネル１０の法線に対し６０°の方向（θ＝６０°）から画面を見たときの黒表示時の光の透過率を計算した結果を示している。この図３から、位相差フィルム１３，１４を使用すると、位相差フィルムがないときに比べて斜め方向の漏れ光が著しく低減されることがわかる。

特開２００３−２７９９９２号公報には、水平配向型液晶を使用したホモジニアス配向型液晶表示装置、ＴＮ型液晶表示装置又はＳＴＮ型液晶表示装置において、液晶パネルと、この液晶パネルの一方の面側の視野角補償用光学フィルムとの間にノルボルネン又はポリサルファンを主成分とする位相差層を配置して、リタデーションの波長依存性に起因する着色を抑制することが記載されている。

また、特開平７−１９８９４３号公報には、液晶パネル（液晶セル）の外側に位相差フィルム及び楕円偏光板を配置して視野角特性を改善した液晶表示装置が記載されている。
特開２００３−２７９９９２号公報 特開平７−１９８９４３号公報

ところで、本願発明者等は、上述した従来の液晶表示装置には以下に示す問題点があると考える。すなわち、図３からわかるように、位相差フィルムを使用することにより黒表示時の斜め方向への光漏れが著しく低減されるが、青色光（波長約４００〜４５０ｎｍ）及び赤色光（波長約７００〜７５０ｎｍ）の光漏れがわずかながら発生する。このため、例えば暗い部屋で液晶表示装置に画像を表示したときに、黒表示の部分が斜め方向から見たときに紫色に見えることがある。

また、バックライトやフロントライト等の光源を使用する液晶表示装置では、光源から発生する熱により表示品質が低下することがある。

以上から、本発明の目的は、斜め方向への光の漏れを従来に比べてより一層低減できて表示品質が優れた液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、バックライトやフロントライト等の光源からの熱による表示品質の低下を回避できる液晶表示装置を提供することである。

本願第１発明の液晶表示装置は、一対の基板間に垂直配向型液晶を封入してなる液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の面側に配置された第１の偏光板と、前記液晶パネルの他方の面側に配置された第２の偏光板とを有し、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板との間に、３８０乃至７８０ｎｍの波長範囲における面内位相差が光の波長が長いほど大きい第１の位相差層と、３８０乃至７８０ｎｍの波長範囲における負の位相差が光の波長が長いほど小さい第２の位相差層との少なくとも一方を有することを特徴とする。

従来から、液晶表示装置の液晶層の光学的効果を相殺するため、又は光の偏光方向を回転させるために位相差フィルムが使用されているが、位相差フィルムには波長による光学効果の依存性が無いものが使用されていた。しかし、本願発明者等の実験及び研究から、波長による光学効果の依存性がない位相差フィルムでは、黒表示時に青色光又は赤色光の斜め方向への漏れが発生することが判明している。

液晶層の光学的効果を相殺するための位相差フィルムでは、入射光の波長λが短いほどΔｎｄ／λで表される液晶層の光学的効果は大きいので、この効果を相殺するためには入射光の波長が長いほど負の位相差を小さくする必要がある。光の偏光方向を回転させるための位相差フィルムでは、入射光の波長λが長いほど面内位相差を大きくする必要がある。これらの位相差フィルムを両方配置することが好ましいが、いずれか一方の位相差フィルムだけでも、従来に比べて光の漏れを抑制することができる。

本願発明の液晶表示装置は、一対の基板間に垂直配向型液晶を封入してなる液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の面側に配置された光源と、前記液晶パネルと前記光源との間に配置された第１の偏光板と、前記液晶パネルの他方の面側に配置された第２の偏光板と、前記液晶パネルと前記第１の偏光板との間に配置された第１の円偏光子と、前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間に配置された第２の円偏光子と、前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間にのみ配置され、前記液晶パネルの液晶層の屈折率異方性を補償する複数の屈折率異方性フィルムとを有し、前記複数の屈折率異方性フィルムは、面内方向の屈折率のｎｘ軸が交互に直交するように配置されていることを特徴とする。

ＭＶＡ型液晶表示装置では、ドメイン規制用構造物の近傍での透過率が低くなるため、ＴＮ型液晶表示装置に比べて白表示時の輝度が低くなるという欠点がある。これを回避するためには液晶パネルと偏光板との間に円偏光子を配置すればよい。しかしながら、この場合は、円偏光子を配置しない場合に比べて視野角が狭くなる。

本発明では、液晶層の負の屈折率異方性を補償する屈折率異方性補償フィルムを使用して視野角を広くする。屈折率異方性補償フィルムとしては、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムのような高分子フィルムを使用する。しかし、この種のフィルムは、バックライト等から発生する熱により特性が変化し、表示むらの原因となる。

そこで、本発明においては、屈折率異方性補償フィルムを、液晶パネルを挟んでバックライト等の光源と反対側に配置する。これにより、バックライト等から発生する熱による屈折率異方性補償フィルムの特性の変化が抑制され、良好な表示品質が得られる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。

図５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模式図である。液晶パネル１１０は、ＴＦＴ基板と対向基板との間に垂直配向型液晶（誘電率異方性が負の液晶）を封入して構成されている。本実施形態においては、液晶パネル１１０として１画素内に電圧印加時の液晶分子の配向方向が相互に異なる４つの領域（ドメイン）を有するＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment ）型液晶パネルを使用する。但し、液晶パネル１１０としては、垂直配向型液晶を使用するものであればよく、ＭＶＡ型に限定されない。

液晶パネル１１０の一方の面側（図では下側）には偏光板１１１が配置され、他方の面側（図では上側）には偏光板１１２が配置されている。偏光板１１１は、偏光層１１１ａを保護層１１１ｂ，１１１ｃで挟んだ構造を有している。これと同様に、偏光板１１２は、偏光層１１２ａを保護層１１２ｂ，１１２ｃで挟んだ構造を有している。これらの偏光板１１１，１１２は、吸収軸を相互に直交させて配置される。

液晶パネル１１０と偏光板１１１との間には負の位相差を有する位相差フィルム（ｃプレート）１１３が配置されており、液晶パネル１１０と偏光板１１２との間には正の位相差を有する位相差フィルム（ａプレート）１１４が配置されている。

本願発明はａプレート及びｃプレートの入射光の波長に対する位相差を、垂直配向型液晶表示装置に最適化した点が従来と異なる。以下、その詳細について説明する。

本願発明者等は、黒表示時における斜め方向への青色光及び赤色光の漏れを最小にするという観点から、ａプレート及びｃプレートの波長毎の位相差の最適値を計算により求めた。図６は、横軸に入射光の波長をとり、縦軸にａプレート及びｃプレートの位相差をとって、ａプレート及びｃプレートにおける入射光の波長と位相差の最適値との関係を示す図である。この図６からわかるように、入射光の波長が３８０〜７８０ｎｍの範囲（可視光の範囲）では、波長が長いほど面内位相差が大きくなるａプレートを使用し、かつ波長が長いほど負の位相差が小さくなるｃプレートを使用することにより、光の漏れを最低限に抑えることができる。

一般的に、光に対する位相差の効果はΔｎｄ／λで表される。液晶層の光学的効果を議論する場合、Δｎは液晶の屈折率異方性、ｄはセルギャップ、λは入射光の波長である。液晶の屈折率異方性Δｎも入射光の波長により変化し、入射光の波長λが短いほど液晶の屈折率異方性Δｎは小さい値になる。そして、セルギャップｄが一定の場合には、入射光の波長λが短いほどΔｎｄ／λの値は大きくなり、入射光の波長λが長いほどΔｎｄ／λの値は小さくなる。

ｃプレートは、液晶層の光学的効果を相殺するために使用する。入射光の波長λが短いほどΔｎｄ／λで表される液晶層の光学的効果は大きいので、この効果を相殺するためにも、入射光の波長λが短いほどｃプレートの光学的効果、即ち負の位相差Ｒth（Ｒth＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×フィルムの厚さ）を大きくする必要がある。このため、図６に示すように、ｃプレートの最適値は入射光の波長λが短いほど大きい値となる。

一方、ａプレートは光学的効果の補償ではなくて、光の偏光方向を回転させるために使用する。この場合、フィルム自体の光学的な効果であるΔｎｄ／λ（Δｎはフィルムの異方性、ｄはフィルムの厚さ、λは光の波長）を、入射光の波長λによる光学的効果の違いがないように調整する必要がある。すなわち、図６に示すように入射光の波長λが長い場合には、Δｎを大きくする必要がある。

このように、ａプレートとｃプレートとの作用が異なることから、要求される最適な光学効果の波長依存性が入射光の波長に対して逆になる。

図７は、横軸に入力光波長をとり、縦軸に透過率をとって、ａプレート及びｃプレートの最適化の効果を示す図である。図７において、破線（図中、a:flat, c:flatと表記）はａプレート及びｃプレートがいずれも波長依存性を有しないとき（特性がフラットのとき）の入射光の波長と透過率との関係を示し、一点鎖線（図中、a:flat, c:optimizedと表記）はｃプレートを最適化し、ａプレートが波長依存性を有しないときの入射光の波長と透過率との関係を示し、二点鎖線（図中、a:optimized, c:flatと表記）はａプレートを最適化し、ｃプレートが波長依存性を有しないときの入射光の波長と透過率との関係を示し、実線（図中、a:optimized, c:optimizedと表記）はａプレート及びｃプレートをいずれも最適化したときの入射光の波長と透過率との関係を示す。

この図７からわかるように、ａプレート及びｃプレートのいずれか一方を図６に示すように最適化することにより、光の漏れを従来に比べて少なくすることができる。また、ａプレート及びｃプレートの両方を最適化した場合は、青色光及び赤色光の漏れをより一層低減することができる。

本実施形態においては、ａプレートとして図８（ａ）に示すように波長λが長いほど面内位相差が大きくなる逆分散フィルムを使用する。図８（ｂ）に示すように、逆分散フィルム１２１は従来からλ／４波長板として使用されており、偏光板１２２と組み合わせて円偏光板を構成し、反射板１２０からの光の反射を防止する反射防止フィルムとして使用されている。このような構造の反射防止フィルムは反射型液晶表示装置に使用されており、反射型液晶表示装置の前面に反射防止フィルムを配置すると黒表示の視野角が広がることが知られている。

このように、逆分散フィルムは従来から反射防止フィルムに使用されているが、本実施形態においては逆分散フィルムをａプレートとして使用する。ａプレートとして使用可能な逆分散フィルムには、例えば帝人株式会社製ＷＲＦフィルムがある。

一方、ｃプレートとしては、液晶パネル１１０の液晶層が垂直配向しているので、水平配向した液晶を用いたものが補償目的として好適である。そこで、本実施形態においては、ｃプレートとして、図９に示すように螺旋構造を有するコレステリック液晶を使用している。

ここで、ａプレートとｃプレートとについて、最適解とのずれと表示特性との関係とを検証した結果について説明する。液晶の屈折率異方性は波長依存性を有しており、その傾向はほぼ液晶材料一般に共通のものである。

ａプレートの最適面内位相差は、図６から下記（１）式に示すようになる。
最適面内位相差＝０．２３５×波長（λ）−３５．３ …（１）
また、ｃプレートの最適な負の位相差は、図６から下記（２）式に示すようになる。
最適な負の位相差＝−０．１９７５×波長（λ）＋２９１．０５ …（２）
本願発明者等は、更に実験を進めた結果、ａプレートの隣にある偏光板の保護フィルムとして使用されているＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムによってａプレートの最適な値が左右されることが判明した。そして、上記（１）式を発展させて、保護層であるＴＡＣフィルムの緑波長における負の位相差をＲ_TAC 、入射光の波長をλとすると、ａプレートの最適面内位相差は、下記（３）式に示すようになるとの知見を得た。
最適面内位相差＝０．２３５×λ−（Ｒ_TAC −５０）／２−３５
＝０．２３５×λ−Ｒ_TAC ／２−１０ …（３）
更に、種々実験を行った結果、面内位相差が下記（４）式の範囲内にあるときには、従来に比べて表示特性を改善することができることが判明した。
面内位相差（ｎｍ）＝（０．２３５±０．０２）×λ−Ｒ_TAC ／２
−１０±２０ …（４）
また、ｃプレートの最適な負の位相差は、液晶層のΔｎｄに依存している。偏光板に用いられる保護層の緑波長における負の位相差をＲ_TAC 、液晶層の緑（Green ）波長におけるΔｎｄをＲ_LCG 、光の波長をλとすると、ｃプレートの最適な負の位相差は下記（５）式に示すようになる。
最適な負の位相差＝−０．１９７５×λ＋Ｒ_LCG ＋５５−Ｒ_TAC ×２ …（５）
更に、種々実験を行った結果、負の位相差が下記（６）式の範囲内にあるときには、従来に比べて表示特性を改善することができることが判明した。
負の位相差（ｎｍ）＝−（０．２±０．０２）×λ＋Ｒ_LCG ＋５５
−Ｒ_TAC ×２±３０ …（６）
このように、本実施形態においては、ａプレート及びｃプレートの入力光の波長に対する位相差を最適化しているので、青色光や赤色光の斜め方向への光漏れが従来に比べてより一層低減される。これにより、本実施形態の液晶表示装置は，従来に比べてより良好な表示特性が得られる。

（変形例１）
図１０は本実施形態の変形例１を示す模式図である。この図１０において、図５と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

変形例１においては、液晶パネル１１０と、上側の偏光板１１２との間に位相差フィルム（ｃプレート）１１３及び位相差フィルム（ａプレート）１１４を液晶パネル１１０側からこの順に重ねて配置している。位相差フィルム１１４の面内位相差は前述の式（３）又は式（４）に応じて設定されており、位相差フィルム１１３の負の位相差は前述の式（５）又は式（６）に応じて設定されている。

このような液晶表示装置においても、上述の実施形態の液晶表示装置と同様の効果を得ることができる。

（変形例２）
図１１は本実施形態の変形例２を示す模式図である。この図１１において、図５と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

変形例２においては、液晶パネル１１０と下側の偏光板１１１との間に位相差フィルム（ａプレート）１１４を配置し、液晶パネル１１０と上側の偏光板１１２との間に位相差フィルム（ｃプレート）１１３を配置している。位相差フィルム１１４の面内位相差は前述の式（３）又は式（４）に応じて設定されており、位相差フィルム１１３の負の位相差は前述の式（５）又は式（６）に応じて設定されている。

このような液晶表示装置においても、上述の実施形態の液晶表示装置と同様の効果を得ることができる。

（変形例３）
図１２は本実施形態の変形例３を示す模式図である。この図１２において、図５と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

変形例３においては、液晶パネル１１０と下側の偏光板１１１との間に位相差フィルム（ａプレート）１１４及び位相差フィルム（ｃプレート）１１３を偏光板１１１側からこの順に重ねて配置している。位相差フィルム１１４の面内位相差は前述の式（３）又は式（４）に応じて設定されており、位相差フィルム１１３の負の位相差は前述の式（５）又は式（６）に応じて設定されている。

このような液晶表示装置においても、上述の実施形態の液晶表示装置と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
図１３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模式図である。なお、本実施形態は、本発明をＭＶＡ型液晶表示装置に適用した例を示している。

本実施形態の液晶表示装置は、液晶パネル２０１と、偏光板２０２ａ，２０２ｂと、円偏光子２０３ａ，２０３ｂと、屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂと、バックライト２０７とにより構成されている。

液晶パネル２０１は、ＴＦＴ基板と対向基板との間に誘電率異方性が負の液晶を挟んで構成されている。ＴＦＴ基板には画素毎に画素電極及びＴＦＴ等が形成され、対向基板にはコモン電極及びカラーフィルタ等が形成されている。また、ＴＦＴ基板及び対向基板のうちの少なくとも一方には、ドメイン規制用構造物として、突起又は画素電極若しくは対向電極のスリットが設けられている。ドメイン規制用構造物は、１画素内に、電圧印加時に液晶分子の傾斜方向が相互に異なる２以上の領域を形成するためのものである。

バックライト２０７は蛍光管２０５と導光板２０６とにより構成されており、液晶パネル２０１の一方の面側（図１３では下側）に配置されている。蛍光管２０５から出射された光は導光板２０６内に進入し、導光板２０６の反射面で液晶パネル２０１に向けて反射される。

偏光板２０２ａ及び円偏光子２０３ａは液晶パネル２０１とバックライト２０７との間に配置されている。また、偏光板２０２ｂ及び円偏光子２０３ｂは液晶パネル２０１の他方の面側（図１３では上側）に配置されており、屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂは液晶パネル２０１と円偏光子２０３ｂとの間に配置されている。屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂは位相差フィルムの一種であり、後述するように液晶パネル２０１に封入された液晶の屈折率異方性を補償するためのフィルムである。この屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂとしては、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム、ポリカーボネートフィルム、ＪＳＲ社製アートンフィルム、日本ゼオン社製ゼオノアフィルム及びノルボルネン系フィルム等を使用することができる。

この図１３に示すように、本実施形態の液晶表示装置は、液晶パネル２０１を挟んでバックライト２０７の反対側にのみ屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂを配置したことを特徴としている。以下、その理由について説明する。

ＭＶＡ型液晶表示装置は、ＴＮ型液晶表示装置に比べて視野角特性は優れているものの、白表示時の輝度が低いという欠点がある。これは、ドメイン規制用構造物である突起や画素電極又は対向電極に設けられたスリットの近傍で液晶分子が最適な方位からずれた方位に傾斜するためである。この場合、液晶分子の最適な傾斜方位とは、偏光板の透過軸の方位と等しい方位をいう。液晶分子の傾斜方位が偏光板の透過軸の方位からずれると、白表示時の光の透過率が低減する。

このような欠点を解消するために、図１４に示すように、液晶パネル２０１とその両側に配置される偏光板（直線偏光板）２０２ａ，２０２ｂとの間にそれぞれ円偏光子（円偏光板）２０３ａ，２０３ｂを配置することが考えられる。この種の液晶表示装置では、液晶層を通過する光は円偏光となり、その結果ドメイン規制用構造物（突起又はスリット）の近傍の液晶分子の傾斜方位と最適な傾斜方位とのずれの影響が殆どなくなり、光の透過率が向上して白表示時の輝度が高くなる。

しかし、単に円偏光子を用いただけでは、通常のＭＶＡ型液晶表示装置と比較して視野角が狭くなるという欠点がある。そこで、液晶の負の屈折率異方性を補償して視野角を広くする必要がある。このような用途には、相互に直交し且つフィルム面に平行な２つの方向（Ｘ方向及びＹ方向）の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚの関係が成り立つ高分子フィルムを使用する。本願では、このような高分子フィルムを、屈折率異方性補償フィルムと呼んでいる。

屈折率異方性補償フィルムの液晶パネルに対し垂直方向の補償能力Ｒは、下記（７）式で表される。
Ｒ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄ …（７）
但し、ｄは屈折率異方性補償フィルムの厚さである。

ところで、液晶表示装置に使用される偏光板（直線偏光板）は、所定の方向に振動する光のみを透過するＰＶＡ（ポリビニルアルコール）フィルムと、その両側に貼着されてＰＶＡフィルムを外的応力や湿度などから保護する高分子フィルム（以下、保護フィルムという）とにより構成されている。保護フィルムも補償能力を有しているため、液晶のリタデーションＲ_LCと、屈折率異方性補償フィルムの補償能力Ｒとの関係は、下記（８）の不等式を満たすものであることが好ましい。
Ｒ_LC＞ａ×Ｒ …（８）
ここで、ａは屈折率異方性補償フィルムの枚数である。現在、一般的に製造されている屈折率異方性補償フィルムの補償能力Ｒは、３０ｎｍ≦Ｒ≦１５０ｎｍである。

屈折率異方性補償フィルムのＸ方向の屈折率ｎｘとＹ方向の屈折率ｎｙとは同じ値であることが好ましいが、製造上の理由によりＸ方向の屈折率ｎｘとＹ方向の屈折率ｎｙとを同じ値とすることは極めて難しい。このため、一般的な屈折率異方性補償フィルムではＸ方向の屈折率ｎｘとＹ方向の屈折率ｎｙとの差により面内方向の位相差が発生する。この場合、２枚以上の屈折率異方性補償フィルムをｎｘ軸が交互に直交するように（クロスニコルに）配置することにより、面内位相差を自己補償し、その影響を現れにくくすることができる。

図１５は、２枚の屈折率異方性補償フィルムを使用した液晶表示装置（参考例）を示す模式図である。この液晶表示装置では、液晶パネル２０１の一方の面側（光入射側）に、液晶パネル２０１側から順に、屈折率異方性補償フィルム２０４ａ、円偏光子２０３ａ及び偏光板２０２ａが配置されている。また、液晶パネル２０１の他方の面側（光出射側）には、液晶パネル２０１側から順に、屈折率異方性補償フィルム２０４ｂ、円偏光子２０３ｂ及び偏光板２０２ｂが配置されている。

この図１５に示すように、液晶パネル２０１とその両側の偏光板２０２ａ，２０２ｂとの間に円偏光子２０３ａ，２０３ｂと屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂとがそれぞれ配置された液晶表示装置では、白表示時の輝度の低下を抑制しつつ、良好な視野角特性を実現することができる。

しかしながら、本願発明者等の実験及び研究により、図１５に示すように屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂを液晶パネル２０１の両側に配置した液晶表示装置では、表示むらが発生しやすいことが判明している。以下に、その詳細について説明する。

屈折率異方性補償フィルムは温度の変化により伸縮して、液晶表示装置の表示特性に影響を与える。このため、室温では画像を綺麗に表示することができても、温度が例えば６０℃になると、黒表示時における光の透過量が上昇して、本来黒であるべき部分が灰色に見える黒浮きと呼ばれる現象が発生する。屈折率異方性補償フィルム全体の温度が上昇したときにはパネル全面が灰色の表示となるが、屈折率異方性補償フィルムに局所的に温度が高い領域や温度が低い領域があるときには表示むらとなり、表示特性の劣化が目視で容易に認識できるようになる。

通常の透過型液晶表示装置には、バックライトの光源として蛍光管（冷陰極管）が使用されている。蛍光管は光とともに熱を発生するので、蛍光管の近くの部分では温度が上昇する。これにより、屈折率異方性補償フィルムのうち蛍光管に近い部分の温度が上昇し、光の透過量が上昇して灰色に見える領域となる。一方、屈折率異方性補償フィルムのうち蛍光管から離れた部分では温度が殆ど上昇せず、蛍光管に近い部分との間で透過率の差が大きくなり、表示むらが発生して表示品位が著しく劣化する。

以下、バックライトを使用した透過型液晶表示装置において、バックライトを点灯して液晶パネルの温度を測定した結果について説明する。

図１６は、液晶パネルの温度測定時の状態を示す模式図である。液晶パネル２０１の下に蛍光管２０５と導光板２０６とにより構成されるバックライト２０７を配置し、液晶パネル２０１の導光板２０６に接する面のうち蛍光管２０５の近傍の部分及びパネル中央の部分における温度と、液晶パネル２０１の導光板２０６に対し反対側の面のうち蛍光管２０５の近傍の部分及びパネル中央の部分における温度とを測定した。その結果を、下記表１に示す。

この表１から、液晶パネル２０１の導光板２０６に接触する面のうち蛍光管２０５の近傍の部分における温度が極めて高く、蛍光管２０５の近傍であっても、導光板２０６側の面と反対側の面とでは４℃以上の温度差があることがわかる。このことから、本実施形態のように温度変化により表示特性に大きな影響を与える屈折率異方性補償フィルムを液晶パネル２０１を挟んでバックライト２０７の反対側の面に配置すると、表示特性の劣化を抑制できることがわかる。

なお、表１はバックライトを使用したときの結果であるが、反射型液晶表示装置の一部で使用されるフロントライトの場合も、これと同様に、液晶パネルのフロント面のうち蛍光管に近い部分の温度が最も高くなることが推測される。また、図１７の平面図に示すように、導光板２０６のうち蛍光管２０５の中央に対応する部分の温度が最も高くなると予想される。

以下、本実施形態の液晶表示装置を実際に製造し、表示特性を比較例と比較した結果について説明する。

試験体として、１５型ＸＧＡ（１０２４×７６８ピクセル、ピクセルピッチが２９７μｍ）の液晶パネルを用意した。この液晶パネルはＴＦＴ基板と対向基板との間に誘電率異方性が負の液晶を封入した構造を有している。

図１８は、試験体として用いた液晶パネルのＴＦＴ基板の２画素分の領域を示す平面図である。

この図１８に示すように、液晶パネルのＴＦＴ基板には、水平方向に延びる複数のゲートバスライン２１１と、垂直方向に延びる複数のデータバスライン２１２とが形成されている。これらのゲートバスライン２１１とデータバスライン２１２との間には第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜）が形成されており、ゲートバスライン２１１とデータバスライン２１２との間を電気的に分離している。これらのゲートバスライン２１１及びデータバスライン２１２により区画される矩形の領域がそれぞれ画素領域となる。

各画素領域にはＴＦＴ２１４と画素電極２１５とが形成されている。本実施形態においては、図１８に示すように、ゲートバスライン２１１の一部をＴＦＴ２１４のゲート電極としており、ゲートバスライン２１１を挟んでソース電極２１４ａ及びドレイン電極２１４ｂが相互に対向して形成されている。ＴＦＴ２１４のドレイン電極２１４ｂはデータバスライン２１２と接続され、ソース電極２１４ａは画素電極２１５と電気的に接続されている。

画素電極２１５は、ＩＴＯ等の透明導電体により形成されている。この画素電極２１５には、電圧印加時の液晶分子の配向方向が４方向となるように、ドメイン規制用構造物としてスリット２１５ａが形成されている。すなわち、画素電極２１５は、水平方向に対し４５°方向に延びる複数のスリット２１５ａが設けられた第１の領域（右上の領域）と、１３５°方向に延びる複数のスリット２１５ａが設けられた第２の領域（左上の領域）と、２２５°方向に延びる複数のスリット２１５ａが設けられた第３の領域（左下の領域）と、３１５°方向に延びる複数のスリット２１５ａが設けられた第４の領域（右下の領域）とに区分けされている。スリット２１５ａの幅は３μｍであり、スリット２１５ａ間の間隔も３μｍである。電圧印加時には、図１８に模式的に示すように、液晶分子２００はスリット２１５ａの方向に傾斜し、１画素内に液晶分子の傾斜方向が相互に異なる４つのドメインが形成される。

一方、対向基板には、カラーフィルタと、コモン電極とが形成されている。カラーフィルタには、赤色、緑色及び青色の３種類があり、各画素毎に赤色、緑色及び青色のいずれか１色のカラーフィルタが配置されている。コモン電極はＩＴＯ等の透明導電体により形成されている。

なお、ＴＦＴ基板のベースとして、板厚が０．７ｍｍのガラス基板（日本電気硝子製ＯＡ−２）を使用した。また、ＴＦＴ基板及び対向基板の表面には、印刷法を用いて垂直配向膜（ＪＳＲ製のポリイミド材料）を形成し、１８０℃で６０分の熱処理を行った。更に、ＴＦＴ基板と対向基板との間には、直径が４μｍのスペーサ（積水ファインケミカル製）を配置した。

このように構成された液晶パネルを使用し、実施例の液晶表示装置を製造した。この実施例の液晶表示装置は、図１３に示すように、一方の面側（光出射側）に円偏光子２０３ｂが貼着された偏光板２０２ｂと、２枚の屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂとを配置し、他方の面側（バックライト側の面）に円偏光子２０３ａが貼着された偏光板２０２ａを配置している。屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂには、富士写真フィルム製のＴＡＣフィルムを使用した。また、屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂは、クロスニコルに配置した。

一方、比較例１として、図１４に示すように、液晶パネル２０１の両側に円偏光子２０３ａ，２０３ｂが貼着された偏光板２０２ａ，２０２ｂを配置した液晶表示装置を製造した。この比較例１の液晶表示装置は、屈折率異方性補償フィルムを有していない。

また、比較例２として、図１５に示すように、液晶パネル２０１の両側に円偏光子２０３ａ，２０３ｂが貼着された偏光板２０２ａ，２０２ｂを配置し、液晶パネル２０１と偏光板２０２ａ，２０２ｂとの間にそれぞれ屈折率異方性補償フィルム２０４ａ，２０４ｂを配置した液晶表示装置を製造した。

これらの実施例及び比較例１，２の液晶表示装置の視野角特性を調べた。図１９は実施例の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図、図２０は比較例１の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図、図２１は比較例２の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図である。これらの図１９〜図２１において、等コントラスト曲線のうち最も外側の曲線はコントラストが１０となる角度を示している。一般的に、視野角はコントラストが１０以上となる角度範囲で定義されている。

これらの図１９〜図２１からわかるように、屈折率異方性補償フィルムを使用している実施例及び比較例２の液晶表示装置は、上下左右８０°の方向でコントラストが１０を超えており、屈折率異方性補償フィルムを使用していない比較例１の液晶表示装置に比べて視野角特性が優れている。

実施例の液晶表示装置と比較例２の液晶表示装置とでは視野角特性が殆ど同じである。しかし、実施例及び比較例１の液晶表示装置では表示むらが認識できないのに対し、比較例２の液晶表示装置ではバックライトから発生する熱のよる表示むらが発生した。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）一対の基板間に垂直配向型液晶を封入してなる液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の面側に配置された第１の偏光板と、
前記液晶パネルの他方の面側に配置された第２の偏光板とを有する液晶表示装置において、
前記第１の偏光板と前記第２の偏光板との間に、３８０乃至７８０ｎｍの波長範囲における面内位相差が光の波長が長いほど大きい第１の位相差層と、３８０乃至７８０ｎｍの波長範囲における負の位相差が光の波長が長いほど小さい第２の位相差層との少なくとも一方を有することを特徴とする液晶表示装置。

（付記２）一対の基板間に垂直配向型液晶を封入してなる液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の面側に配置された第１の偏光板と、
前記液晶パネルの他方の面側に配置された第１の偏光板とを有する液晶表示装置において、
前記第１の偏光板と前記第２の偏光板との間に、３８０乃至７８０ｎｍの波長範囲における面内位相差が光の波長が長いほど大きい第１の位相差層と、３８０乃至７８０ｎｍの波長範囲における負の位相差が光の波長が長いほど小さい第２の位相差層との両方を有することを特徴とする液晶表示装置。

（付記３）前記第１及び第２の偏光板のうち前記第１の位相差層に近接する偏光板の保護層の緑波長における負の位相差をＲ_TAC 、前記第１の位相差層の面内位相差をＲ_aplate（ｎｍ）、光の波長をλとしたときに、前記第１の位相差層の面内位相差Ｒ_aplateが下記式で示す範囲内であることを特徴とする付記１又は２に記載の液晶表示装置。
（０．２３５±０．０２）×λ−Ｒ_TAC ／２−１０±２０
（付記４）前記第１及び第２の偏光板のうち前記第２の位相差層に近接する偏光板の保護層の緑波長における負の位相差をＲ_TAC 、前記液晶パネルの液晶層の緑波長におけるΔｎｄをＲ_LCG 、光の波長をλとしたときに、前記第２の位相差層の負の位相差（ｎｍ）が下記式で示す範囲内であることを特徴とする付記１又は２に記載の液晶表示装置。
−（０．２±０．０２）×λ＋Ｒ_LCG ＋５５−Ｒ_TAC ×２±３０
（付記５）前記第１の位相差層として高分子フィルムが使用されていることを特徴とする付記１又は２記載の液晶表示装置。

（付記６）前記第２の位相差層として液晶を用いたフィルムが使用されていることを特徴とする付記１又は２に記載の液晶表示装置。

（付記７）一対の基板間に垂直配向型液晶を封入してなる液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の面側に配置された光源と、
前記液晶パネルと前記光源との間に配置された第１の偏光板と、
前記液晶パネルの他方の面側に配置された第２の偏光板と、
前記液晶パネルと前記第１の偏光板との間に配置された第１の円偏光子と、
前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間に配置された第２の円偏光子とを有する液晶表示装置において、
前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間にのみ、前記液晶パネルの液晶層の屈折率異方性を補償する複数枚の屈折率異方性補償フィルムが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
（付記８）前記屈折率異方性補償フィルムの面内方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、フィルム面に対し垂直な方向の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚの関係が成り立つことを特徴とする付記７に記載の液晶表示装置。

（付記９）前記液晶パネルの液晶層のリタデーションの値をＲ_LC、前記屈折率異方性補償フィルムの（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄ（但し、ｄは高分子フィルムの厚さ）の値をＲ、前記屈折率異方性補償フィルムの枚数をａとしたときに、
Ｒ_LC＞ａ×Ｒの関係が満たされることを特徴とする付記７又は８に記載の液晶表示装置。

（付記１０）前記複数枚の屈折率異方性補償フィルムは、ｎｘ軸の方向が交互に直交して配置されていることを特徴とする付記７乃至９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

（付記１１）前記屈折率異方性補償フィルムが、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムであることを特徴とする付記７乃至１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

図１は、従来のＶＡ型液晶表示装置の構成を示す模式図である。 図２（ａ）は負の位相差を有する位相差フィルムを示す模式図、図２（ｂ）は正の位相差を有する位相差フィルムを示す模式図である。 図３は、位相差フィルムを用いたときの視野角特性を示す図である。 図４は、図３の視野角特性の計算の前提となる条件（視野方向）を示す模式図である。 図５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模式図である。 図６は、ａプレート及びｃプレートにおける入射光の波長と位相差の最適値との関係を示す図である。 図７は、ａプレート及びｃプレートの最適化の効果を示す図である。 図８（ａ）は、ａプレートとして使用する逆分散フィルムの波長と面内位相差との関係を示す図、図８（ｂ）は逆分散フィルムを偏光板とを組み合わせて構成したλ／４波長板の例を示す模式図である。 図９は、ｃプレートとして使用するコレステリック液晶の螺旋構造を示す模式図である。 図１０は、第１の実施形態の変形例１を示す模式図である。 図１１は、第１の実施形態の変形例２を示す模式図である。 図１２は、第１の実施形態の変形例３を示す模式図である。 図１３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模式図である。 図１４は、液晶パネルとその両側に配置される偏光板との間にそれぞれ円偏光子を配置した液晶表示装置の例を示す模式図である。 図１５は、２枚の屈折率異方性補償フィルムを使用した液晶表示装置の例を示す模式図である。 図１６は、液晶パネルの温度測定時の状態を示す模式図である。 図１７は、導光板の温度分布を示す模式図である。 図１８は、第２の実施形態において試験体として用いた液晶パネルのＴＦＴ基板の２画素分の領域を示す平面図である。 図１９は、実施例の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図である。 図２０は、比較例１の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図である。 図２１は、比較例２の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図である。

符号の説明

１０，１１０，２０１…液晶パネル、
１１，１２，１１１，１１２，１２２，２０２ａ，２０２ｂ…偏光板、
１３，１１３…位相差フィルム（ｃプレート）、
１４，１１４…位相差フィルム（ａプレート）、
１２０…反射板、
１２１…逆分散フィルム、
２００…液晶分子、
２０３ａ，２０３ｂ…円偏光子、
２０４ａ，２０４ｂ…屈折率異方性補償フィルム、
２０５…蛍光管、
２０６…導光板、
２０７…バックライト、
２１１…ゲートバスライン、
２１２…データバスライン、
２１４…ＴＦＴ、
２１５…画素電極、
２１５ａ…スリット（ドメイン規制用構造物）。

Claims (2)

1. 一対の基板間に垂直配向型液晶を封入してなる液晶パネルと、
   前記液晶パネルの一方の面側に配置された光源と、
   前記液晶パネルと前記光源との間に配置された第１の偏光板と、
   前記液晶パネルの他方の面側に配置された第２の偏光板と、
   前記液晶パネルと前記第１の偏光板との間に配置された第１の円偏光子と、
   前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間に配置された第２の円偏光子と、
   前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間にのみ配置され、前記液晶パネルの液晶層の屈折率異方性を補償する複数の屈折率異方性フィルムとを有し、
   前記複数の屈折率異方性フィルムは、面内方向の屈折率のｎｘ軸が交互に直交するように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記屈折率異方性補償フィルムの面内方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、フィルム面に対し垂直な方向の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚの関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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