JP4421271B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能なＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）技術を用いた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。
現在、市場で広く利用されているツイステッド・ネマチック（ＴＮ）型液晶表示装置は、光学的に正の屈折率異方性を有する液晶分子が一対の基板間で略９０°捩れ配列されて構成されており、その捩れ配列を制御することにより液晶層に入射した光の旋光性を調節している。このＴＮ型液晶表示装置は、比較的、容易に製造できるものの、その視野角は狭く、また応答速度が遅いため、特にＴＶ画像等の動画表示には不向きである。
一方、視野角及び応答速度を改善可能な液晶表示装置として、ＯＣＢ型液晶表示装置が注目されている。ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板間にベンド配列が可能な液晶分子を有する液晶層が挟持されてなるものである。このＯＣＢ型液晶表示装置は、ＴＮ型液晶表示装置に比して応答速度が一桁改善され、さらに液晶分子の配列状態により液晶層を通過する光の複屈折の影響を光学的に自己補償できるため視野角が広いという利点がある。
このようなＯＣＢ型液晶表示装置を用いて画像を表示する場合、複屈折性を制御し偏光板との組み合せによって、例えば高電圧印加時に光を遮断して黒を表示し、低電圧印加時に光を透過して白を表示することが考えられる。
しかしながら、黒を表示する際には、大多数の液晶分子は高電圧印加により電界方向に沿って配列する（すなわち基板の法線方向に配列する）が、基板近傍の液晶分子は配向膜との相互作用で法線方向に配列せず、光は所定方向に位相差の影響を受ける。このため、画面の正面方向（すなわち基板の法線方向）から観察した場合、黒表示時の透過率を十分に低減させることができず、コントラストの低下を招く。
そこで、例えば一軸性の位相差板を組み合わせることで、黒表示時の液晶層の位相差を補償し、透過率を十分に低減させることが知られている。また、画面の斜め方向からの観察に対しても十分に透過率の低い黒表示を実現する、あるいは階調特性を補償する手法として、例えば特許文献１に開示されるように、ハイブリッド配列した光学的に負の光学異方体を有する位相差板を組み合わせることも知られている。
（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１９７８６２号公報
従来のＯＣＢ型液晶表示装置の構成では、画面を正面方向から観察した際に色づき、特に、青み付きが顕著に認識される課題がある。
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高い応答速度とともに、視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置を提供することにある。
この発明の一態様によれば、
一対の基板間にベンド配列が可能な液晶分子を有する液晶層を狭持して構成された液晶パネルと、
前記液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記液晶層のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子と、
を備え、前記液晶層に印加する電圧によって前記液晶層に含まれる液晶分子による複屈折量を変化させて画像を表示する液晶表示装置であって、
前記光学補償素子は、正面方向にリタデーションを有する少なくとも第１位相差板及び第２位相差板を有し、
各波長の光に対するリタデーション量Δｎ・ｄ（但し、ｎｅを異常光線屈折率及びｎｏを常光線屈折率としたとき、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏであり、ｄは厚みとする）を所定波長の光に対するリタデーション量Δｎλ・ｄで規格化した値をΔｎ／Δｎλとしたき、
所定波長より短波長の光に対して、前記第１位相差板における規格化した値Δｎ／Δｎλは前記液晶層における規格化した値Δｎ／Δｎλよりも大きく、前記第２位相差板における規格化した値Δｎ／Δｎλは、前記液晶層における規格化した値Δｎ／Δｎλよりも小さいことを特徴とする液晶表示装置が提供される。
この発明によれば、高い応答速度とともに、視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置を提供することができる。
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。この実施の形態では、液晶表示装置として、特に、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード方式による液晶表示装置を例に説明する。
図１に示すように、ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板すなわちアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層３０を挟持して構成された液晶パネル１を備えている。この液晶パネル１は、例えば透過型であり、アレイ基板１０側に配置された図示しないバックライトユニットからのバックライト光を対向基板２０側に透過可能に構成されている。
アレイ基板１０は、ガラスなどの絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面にアクティブ素子１２、画素電極１３、配向膜１４などを備えている。アクティブ素子１２は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｍｅｔａｌ）などで構成されている。画素電極１３は、画素毎に配置され、アクティブ素子１２に電気的に接続されている。この画素電極１３は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜１４は、絶縁基板１１の主面全体を覆うように配置されている。
対向基板２０は、ガラスなどの絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面に対向電極２２、配向膜２３などを備えている。対向電極２２は、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜２３は、絶縁基板２１の主面全体を覆うように配置されている。
なお、カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶パネル１は、複数色例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色画素を有している。すなわち、赤色画素は赤色波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備え、緑色画素は緑色波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備え、青色画素は青色波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板１０または対向基板２０の主面に配置されている。
上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、図示しないスペーサを介して互いに所定のギャップを維持した状態で貼り合わせられている。液晶層３０は、これらアレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップに封入されている。液晶層３０に含まれる液晶分子３１は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する材料を選択可能である。
このようなＯＣＢ型液晶表示装置は、液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子４０を備えている。この光学補償素子４０は、例えば図２に示すように、液晶パネル１のアレイ基板１０側外面及び対向基板２０側外面にそれぞれ設けられている。
アレイ基板１０側の光学補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、及び、複数の位相差板４２Ａ及び４３Ａを有している。同様に、対向基板２０側の光学補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ｂ、及び、複数の位相差板４２Ｂ及び４３Ｂを有している。位相差板４２Ａ及び４２Ｂは、後に説明するように、その厚み方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。また、位相差板４３Ａ及び４３Ｂは、後に説明するように、その正面方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。
図３に示すように、配向膜１４及び２３は、パラレル配向処理されている（すなわち図中の矢印Ａで示す方向にラビング処理されている）。これにより、液晶分子３１の光軸の正射影（液晶配向方向）は、図中矢印Ａと平行となる。画像を表示可能な状態、すなわち所定のバイアスを印加した状態では、液晶分子３１は、矢印Ａで規定される液晶層３０の断面内において、アレイ基板１０と対向基板２０との間においてベンド配列する。
このとき、偏光板４１Ａは、その透過軸が図中の矢印Ｂで示す方向を向くように配置されている。また、偏光板４１Ｂは、その透過軸が図中の矢印Ｃで示す方向を向くように配置されている。つまり、偏光板４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれの透過軸は、液晶配向方向Ａに対して４５°の角度をなし、しかも、互いに直交する。このように、偏光板の透過軸が互いに直交する配置はクロスニコルと呼ばれ、これらの間にある物体の複屈折量（リタデーション量）が実効的に０であれば光は透過せず、表示は黒となる。
ＯＣＢ型液晶表示装置では、ベンド配列した液晶分子に対して高い電圧を印加しても、すべての液晶分子が基板の法線方向に沿って配列せず、液晶層のリタデーションが完全にはゼロにならない。例えば、図１に示した液晶パネル１において、画素電極１３と対向電極２２との間に４．５Ｖの電位差を与えた場合、液晶層３０が有するリタデーション量は６０ｎｍであった。
そこで、光学補償素子４０は、ある特定の電圧印加状態（例えば高電圧を印加して黒を表示する状態）で、画面を正面から観察した時に影響する液晶層３０のリタデーションをキャンセルするようなリタデーションを有する位相差板を備えている。つまり、このような位相差板の光軸は、液晶層３０においてリタデーションを発生する方向すなわち液晶配向方向（液晶分子を正射影したときの光軸方向）Ａに直交する方向Ｄに平行となり、方向Ｄにリタデーションを有している。これが「正面方向にリタデーションを有する位相差板」４３Ａ及び４３Ｂに相当する。なお、ここでは、正面方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向で規定されるものであるが、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙのみを考慮するのではなく、各光学部材を面内に正射影したときの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。
これにより、液晶層３０が有する正面方向でのリタデーションをキャンセルさせて、液晶層３０と位相差板４３Ａ及び４３Ｂとを複合してリタデーション量が実効的にゼロになる状態を形成し、正面方向から観察した時に黒を表示することが可能となる。すなわち、印加電圧によって液晶層３０が有するリタデーションを調整し、位相差板４３Ａ及び４３Ｂの有するリタデーションとつりあう表示状態が黒表示状態に相当する。
このように、ＯＣＢ型液晶表示装置においては、その正面方向から観察したときの黒表示は、正面方向にリタデーションを有する位相差板４３Ａ及び４３Ｂを用いた前述したようなメカニズムで達成可能である。しかしながら、光学補償素子４０に含まれる位相差板の調整はこれに留まらない。ＯＣＢ型液晶表示装置の特徴の１つとして、広視野角であることが挙げられるが、ＯＣＢ型液晶表示装置であれば必ず広視野角になるというものではない。広視野角化は、液晶層と位相差板とのリタデーションを調整し、それぞれのバランスをとることで達成するものである。
広視野角の特徴を有する液晶表示装置では、特に黒表示の広視野角特性が重要である。これは、映像として黒のしまり具合が映像の切れやコントラスト感などに大きく影響を与えるためである。ここでは、黒を表示した際に、広視野角化を実現するすなわちどの角度から見ても黒が表示できる光学補償を考える。
ＯＣＢ型液晶表示装置の黒表示時に際しては、液晶層３０に比較的高い電圧が印加されているため、大多数の液晶分子３１は、電界方向に配列する（基板の法線方向に立ち上がる）。液晶分子３１は、図４に示すように、分子の長軸方向の主屈折率ｎｚが他方向の主屈折率ｎｘ及びｎｙよりも大きい正の一軸性の光学特性を有する分子である。ここでは、液晶分子３１について、便宜上、長軸方向（厚み方向）をＺ方向とし、これに直交する面内方向をＸ方向及びＹ方向とした。
液晶分子３１が基板の法線方向に立ち上がった状態では、画面を正面方向から観察した場合、主屈折率の分布が等方的である（すなわち面内の主屈折率が等価（ｎｘ＝ｎｙ）である）ため、リタデーションは発生しない。しかしながら、画面を斜め方向から観察した場合、液晶分子３１の側面の影響により、長軸方向の主屈折率ｎｚが増大し（ｎｘ、ｎｙ＜ｎｚ）、傾斜方向に応じたリタデーションが発生する。このため、液晶層３０を通過した光の一部がクロスニコル偏光板４１Ａ及び４１Ｂを透過してしまい、明るくなってしまう（つまり、黒を表示することができない）。
そこで、光学補償素子４０は、液晶分子３１とは逆の光学特性（例えば負の一軸性）を有する位相差板を備えている。つまり、このような位相差板は、その厚み方向の主屈折率ｎｚが相対的に小さく、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙが相対的に大きい（ｎｘ、ｎｙ＞ｎｚ）。これが「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」４２Ａ及び４２Ｂに相当する。なお、ここでは、厚み方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向に加えてこれらに直交するＺ方向で規定されるものであり、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、３次元的に主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。
このような位相差板４２Ａ及び４２Ｂを組み合わせて用いることにより、黒表示状態の画面を斜め方向から観察した場合において、液晶層３０でのリタデーションの発生を相殺することができる。
すなわち、図５に示すように、画面を正面方向から観察した場合には、液晶分子３１もこの位相差板４２Ａ（または４２Ｂ）も、主屈折率の分布が等方的である（すなわち面内の主屈折率が等価（ｎｘ＝ｎｙ）である）ため、リタデーションは発生しない。一方で、画面を斜め方向から観察した場合には、発生する液晶分子３１のリタデーションとこの位相差板４２Ａ（または４２Ｂ）の発生するリタデーションとが直交する。つまり、液晶分子３１における主屈折率の分布はｎｘ、ｎｙ＜ｎｚとなり、液晶層においては厚み方向の主屈折率ｎｚの影響が支配的なリタデーションが発生する一方で、位相差板４２Ａ（または４２Ｂ）における主屈折率分布はｎｘ、ｎｙ＞ｎｚとなり、位相差板においては厚み方向に直交する面内方向の主屈折率ｎｘまたはｎｙの影響が支配的なリタデーションが発生する。
これら液晶層及び位相差板におけるリタデーション量の絶対値をほぼ等価とすることにより、互いのリタデーションを相殺することが可能である。これにより、液晶層３０が有する厚み方向でのリタデーションをキャンセルさせて、液晶層３０と位相差板４２Ａ及び４２Ｂとを複合してリタデーション量が実効的にゼロになる状態を形成し、斜め方向から観察したときであっても黒を表示することが可能となる。
このように、液晶層に比較的高電圧を印加して黒表示を行った場合、正面方向で発生する液晶層のリタデーションを「正面方向にリタデーションを有する位相差板」でキャンセルさせ、斜め方向で発生する液晶層のリタデーションを「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」で相殺することがＯＣＢ液晶表示装置における広視野角化の基本的な考え方である。
これまでは、単一の波長で考えてきた。通常、輝度を重視するため、５５０ｎｍ付近の緑色波長での特性が最良になるようにリタデーションを調整してきた。しかしながら、液晶層も位相差板もそれぞれの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚが波長依存性を有している。
図６は、液晶層、及び、正面方向にリタデーションを有する位相差板のそれぞれのリタデーション量Δｎ・ｄの波長分散特性の一例を示したものである。ここでは、横軸を波長（ｎｍ）とし、縦軸を各波長の光に対するリタデーション量Δｎ・ｄを、所定波長の光すなわちλ＝５５０ｎｍの光に対するリタデーション量Δｎλ・ｄで規格化した値Δｎ／Δｎλとしており、値Δｎ／Δｎλの波長分散特性を示している。なお、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏであり（但し、ｎｅを異常光線屈折率及びｎｏを常光線屈折率とする）、ｄは光学素子の厚みとする。図中の実線Ｌ１は液晶層に対応し、一点鎖線Ｌ２は正面方向にリタデーションを有する位相差板に対応する。
このように、波長５５０ｎｍでは適切な光学補償が行われたとしても、波長が異なると適切な調整にならず、色づき課題が発生する。特に、正面方向にリタデーションを有する位相差板では、５５０ｎｍより短波長側において、液晶層の波長分散特性と大きな違いがあるため、画面を正面方向から観察した際の液晶層のリタデーションを十分にキャンセルできていない。このため、特に、正面方向から画面を観察した際に、青み付きが認識されてしまう。なお、ここでは、正面方向にリタデーションを有する位相差板として、ＰＣ（ポリカーボネート）フィルムを用いた。
そこで、このような液晶層及び正面方向にリタデーションを有する位相差板の波長分散特性の相違を補償するために、光学補償素子は、正面方向にリタデーションを有する少なくとも２つの位相差板（すなわち第１位相差板及び第２位相差板）を備えている。以下、このような光学補償素子を備えたＯＣＢ型液晶表示装置の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図７に示すように、第１実施形態に係るＯＣＢ型液晶表示装置は、液晶パネル１のアレイ基板１０側外面及び対向基板２０側外面にそれぞれ光学補償素子４０Ａ及び４０Ｂを備えている。
アレイ基板１０側の光学補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、厚み方向にリタデーションを有する位相差板４２Ａ、正面方向にリタデーションを有する第１位相差板４３Ａ、及び、正面方向にリタデーションを有する第２位相差板４４Ａを有している。同様に、対向基板２０側の光学補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ｂ、厚み方向にリタデーションを有する位相差板４２Ｂ、正面方向にリタデーションを有する第１位相差板４３Ｂ、及び、正面方向にリタデーションを有する第２位相差板４４Ｂを有している。なお、液晶配向方向に対する偏光板の透過軸方向及び各種位相差板の光軸方向は、図２及び図３に示した例と同様である。
第１位相差板４３Ａ及び４３Ｂは、例えば先に説明した例と同様に、ＰＣフィルムである。このような第１位相差板４３Ａ及び４３Ｂは、図６に示したような波長分散特性を有している。すなわち、所定波長（５５０ｎｍ）より短波長の光に対して、第１位相差板４３Ａ及び４３Ｂにおける規格化した値Δｎ／Δｎλは、液晶層３０における規格化した値Δｎ／Δｎλよりも大きい。
この場合、第２位相差板４４Ａ及び４４Ｂとしては、液晶層３０及び第１位相差板４３Ａ及び４３Ｂの波長分散特性の相違を補償するような波長分散特性を有するものが選択される。すなわち、所定波長（５５０ｎｍ）より短波長の光に対して、第２位相差板４４Ａ及び４４Ｂにおける規格化した値Δｎ／Δｎλが、液晶層３０における規格化した値Δｎ／Δｎλよりも小さいことが要求される。つまり、このような第２位相差板は、第１位相差板の波長分散特性を相殺する効果がある。
このような第２位相差板４４Ａ及び４４Ｂとしては、例えば延伸ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムなどが適用可能である。なお、ここで、ＴＡＣフィルムの延伸方向は、第１位相差板のリタデーション方向と同じとした。
図８は、液晶層、第１位相差板、及び、第２位相差板のそれぞれのリタデーション量Δｎ・ｄの波長分散特性の一例を示したものである。ここでも図６と同様に、各波長の光に対するリタデーション量Δｎ・ｄを、所定波長の光すなわちλ＝５５０ｎｍの光に対するリタデーション量Δｎλ・ｄで規格化しており、値Δｎ／Δｎλの波長分散特性を示している。図中の実線Ｌ１は液晶層に対応し、一点鎖線Ｌ２は第１位相差板に対応し、破線Ｌ３は第２位相差板に対応する。
図８に示すように、所定波長より短波長側においては、第１位相差板の波長分散特性は液晶層の波長分散特性よりも大きく、また、第２位相差板の波長分散特性は液晶層の波長分散特性より小さい。換言すると、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの可視光波長範囲（あるいは所定波長５５０ｎｍより短波長側の波長範囲）における値Δｎ／Δｎλの最大値と最小値との差は、第１位相差板の方が液晶層より大きく、また、第２位相差板の方が液晶層より小さい。さらに別の言い方をすると、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの可視光波長範囲（あるいは所定波長５５０ｎｍより短波長側の波長範囲）における波長分散特性曲線の傾きは、第１位相差板の方が液晶層より大きく、また、第２位相差板の方が液晶層より小さい。
つまり、液晶層における値Δｎ／Δｎλの波長分散特性に対して大きな波長分散特性を有する第１位相差板と、液晶層における値Δｎ／Δｎλの波長分散特性に対して小さな波長分散特性を有する第２位相差板とを組み合わせ、第１位相差板及び第２位相差板の総合的な波長分散特性を液晶層の波長分散特性とほぼ等価とすることにより、画面を正面方向から観察した時に液晶層に発生するリタデーションをキャンセルできるとともに液晶層におけるリタデーションの波長分散特性を補償することができる。
このため、画面を正面方向から観察したとき、液晶パネルの透過率を十分に低減することができ、コントラストを向上することが可能となるとともに、色づきの少ない黒表示が可能となる。したがって、視野角特性及び表示品位に優れた液晶表示装置を提供することができる。
上述したような光学補償素子４０は、例えば偏光板、厚み方向にリタデーションを有する位相差板、及び、正面方向にリタデーションを有する第１位相差板が一体的に構成された光学素子に、液晶表示装置における全体的な波長分散特性を調整する機能を有した第２位相差板を付加することで製造可能である。例えば、光学補償素子４０は、光学素子の表面に、正面方向にリタデーションを有する第２位相差板として機能する材料を塗布するか第２位相差板として機能するフィルムを貼り付けることで製造される。つまり、光学補償素子は、第２位相差板を最も液晶パネル側に備えている。
なお、光学補償素子は、偏光板などとともに第２位相差板が一体的に構成された光学素子の表面に、第１位相差板を備えても良く、この場合、第１位相差板を最も液晶パネル側に備えることになる。
このような製造方法により光学補償素子を製造することは、製造プロセスの簡素化、製造コストの低減化、さらには光学補償素子の低コスト化などをもたらし、製造プロセス上、極めて有効である。
また、第２位相差板（または第１位相差板）は、同一波長の光に対して第１位相差板（または第２位相差板）におけるリタデーション量と液晶層におけるリタデーション量との差とほぼ等しいリタデーション量を形成するような厚みを有することが望ましい。すなわち、リタデーション量は、上述したように、各光学部材の厚みｄに依存する。したがって、光学補償素子を構成する正面方向にリタデーションを有する複数の位相差板について、それぞれの厚みの組み合わせで液晶層のリタデーション量をキャンセルするよう最適化する必要がある。
つまり、液晶層における値Δｎ／Δｎλの波長分散特性に対して、比較的差の小さい波長分散特性を有する位相差板についてはその厚みは比較的薄く設定し、また、比較的差の大きい波長分散特性を有する位相差板についてはその厚みは比較的厚く設定することが要求される。図８に示した例では、液晶層における値Δｎ／Δｎλの波長分散特性に対して、第１位相差板及び第２位相差板における波長分散特性の差がほぼ同等であるため、ここでは第２位相差板の厚みは第１位相差板の厚みと同等にすることが望ましい。なお、この第１実施形態では、第１位相差板４３Ａ及び４３Ｂの厚みを１００μｍとしたのに対して、第２位相差板４４Ａ及び４４Ｂの厚みを１００μｍとすることが最適であった。
（第２実施形態）
図９に示すように、第２実施形態に係るＯＣＢ型液晶表示装置は、第１実施形態と同様に、液晶パネル１のアレイ基板１０側外面及び対向基板２０側外面にそれぞれ光学補償素子４０Ａ及び４０Ｂを備えている。なお、第１実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
アレイ基板１０側の光学補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、厚み方向にリタデーションを有する位相差板４２Ａ、正面方向にリタデーションを有する第１位相差板４３Ａ、及び、第２位相差板４４Ａを有している。一方、対向基板２０側の光学補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ｂ、厚み方向にリタデーションを有する位相差板４２Ｂ、及び、正面方向にリタデーションを有する第１位相差板４３Ｂを有しており、第２位相差板に相当するものは備えていない。
既に説明したように、第２位相差板（または第１位相差板）は、同一波長の光に対して第１位相差板（または第２位相差板）におけるリタデーション量と液晶層におけるリタデーション量との差とほぼ等しいリタデーション量を形成するような厚みを有することが望ましい。
すなわち、光学補償素子を構成する正面方向にリタデーションを有する複数の位相差板について、それぞれの厚みの組み合わせで液晶層のリタデーション量をキャンセルするよう最適化すればよい（ΔｎＬＣ・ｄＬＣ≒Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２；但し、ΔｎＬＣ、Δｎ１、Δｎ２をそれぞれ液晶層、第１位相差板、第２位相差板におけるΔｎとし、ｄＬＣ、ｄ１、ｄ２をそれぞれ液晶層、第１位相差板、第２位相差板におけるｄとする）。つまり、液晶表示装置に備えられる２つの第１位相差板４３Ａ及び４３Ｂによる総合的な波長分散特性を１つの第２位相差板４４Ａによる波長分散特性で相殺し、その結果として残る波長分散特性が、液晶層３０による波長分散特性とほぼ一致していれば良い。
この第２実施形態では、図８に示したような波長分散特性を有する第１位相差板及び第２位相差板を適用した場合、第１位相差板４３Ａ及び４３Ｂの厚みを１００μｍとしたのに対して、第２位相差板４４Ａの厚みを第１位相差板の２倍に相当する２００μｍとすることが最適であった。
このような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるのはもちろんのこと、これに加えて、一方の光学補償素子のみに第２位相差板を設ければ良く、光学部材の数を減らすことができ、コスト削減が可能となる。
（第３実施形態）
図１０に示すように、第３実施形態に係るＯＣＢ型液晶表示装置は、第１実施形態と同様に、液晶パネル１のアレイ基板１０側外面及び対向基板２０側外面にそれぞれ光学補償素子４０Ａ及び４０Ｂを備えている。なお、第１実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
アレイ基板１０側の光学補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、厚み方向にリタデーションを有する位相差板４２Ａ、及び、正面方向にリタデーションを有する第１位相差板４３Ａを有している。一方、対向基板２０側の光学補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ｂ、厚み方向にリタデーションを有する位相差板４２Ｂ、及び、正面方向にリタデーションを有する第２位相差板４４Ｂを有している。
この第３実施形態では、図８に示したような波長分散特性を有する第１位相差板及び第２位相差板を適用した場合、第１位相差板４３Ａの厚みを２００μｍとしたのに対して、第２位相差板４４Ｂの厚みを２００μｍとすることが最適であった。
このような第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるのはもちろんのこと、これに加えて、一方の光学補償素子のみに第１位相差板及び第２位相差板を設ければ良く、光学部材の数をさらに減らすことができ、コスト削減が可能となる。
これら第１乃至第３実施形態で説明したように、第１位相差板及び第２位相差板として機能するそれぞれの光学部材は、液晶表示装置を構成する上で光学補償素子に少なくとも１つずつ備えられていれば良い。つまり、第１位相差板として機能する光学部材は、アレイ基板１０側の光学補償素子４０Ａ及び対向基板側の光学補償素子４０Ｂの少なくとも一方に含まれていれば良い。同様に、第２位相差板として機能する光学部材は、アレイ基板１０側の光学補償素子４０Ａ及び対向基板側の光学補償素子４０Ｂの少なくとも一方に含まれていれば良い。要するに、第１位相差板と第２位相差板とにおける正面方向のリタデーション量の総和（Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２）がポイントであり、第１位相差板におけるリタデーション量（Δｎ１・ｄ１）と第２位相差板におけるリタデーション量（Δｎ２・ｄ２）とをそれぞれどのように振り分けても良く、この総和が液晶層における正面方向でのリタデーション量（ΔｎＬＣ・ｄＬＣ）にほぼ等価な関係を形成するようこれら各光学部材の厚みの組み合わせを最適化することにより、広視野角で良好な表示品位を実現できることは既に説明した通りである。
（第４実施形態）
上述した実施の形態では、色づきの課題に対して正面方向にリタデーションを有する複数の位相差板を組み合わせることで対処してきたが、各色画素においてそれぞれ黒を表示する電圧が異なる色画素間で互いに異なる電圧調整機構を有しても良い。
すなわち、液晶パネル１は、複数色の色画素として、赤色画素、緑色画素、及び、青色画素を有している。黒を表示する際には、各色画素において、液晶層に高電圧を印加するが、この黒表示用の電圧を赤色画素、緑色画素、及び、青色画素でそれぞれ異ならせることで、黒表示時での各色画素におけるリタデーションを調整するものである。この方式により、正面方向での色づき課題、波長依存性を補正することができる。
例えば、図２に示したような光学補償素子４０Ａ及び４０Ｂとマルチギャップ構造の液晶パネル１とを組み合わせた場合、各色画素での液晶層３０、及び、正面方向にリタデーションを有する位相差板４３Ａ及び４３Ｂのそれぞれによるリタデーション量Δｎ・ｄの波長分散特性は、例えば図１１に示すようになる。ここでも図６と同様に、各波長の光に対するリタデーション量Δｎ・ｄを、所定波長の光すなわちλ＝５５０ｎｍの光に対するリタデーション量Δｎλ・ｄで規格化しており、値Δｎ／Δｎλの波長分散特性を示している。図中の実線Ｌ１は液晶層に対応し、一点鎖線Ｌ２は正面方向にリタデーションを有する位相差板に対応する。なお、ここで適用した液晶パネル１では、黒表示用の駆動電圧は、青色画素において４．３Ｖであり、緑色画素において４．５Ｖであり、赤色画素において４．６Ｖとした。
図１１に示すように、電圧調整機構を搭載したことにより、各色画素の液晶層による波長分散特性は、特にそれぞれの色の中心波長（４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ）付近で十分に補償されている。
したがって、既に説明した第１乃至第３実施形態における各光学補償素子と、ここで説明した電圧調整機構とを組み合わせることにより、さらに広視野角で良好な表示品位を実現できる。つまり、上述した第１乃至第３実施形態による構成であっても、完全な光学補償はできないが、特性の微調整に電圧調整機構を採用することは有効である。
すなわち、第１位相差板及び第２位相差板として最適な材料としては、大きな選択肢がないため、これらの位相差板で微調整することは困難である。第１実施形態で説明したような光学補償素子と電圧調整機構とを組み合わせる場合、緑色画素の液晶層３０に印加する電圧を４．５Ｖとし、青色画素の液晶層３０に印加する電圧を４．４Ｖ、赤色画素の液晶層３０に印加する電圧を４．５Ｖとするのが良かった。この条件では、色純度の悪化もなく良好な表示品位が得られた。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、正面方向にリタデーションを有する第１位相差板及び第２位相差板は、ＰＣ（ポリカーボネート）フィルム、延伸ＴＡＣフィルムなどの他に、負の一軸性を有する光学異方体（例えばディスコチック液晶分子）を位相差板の厚み方向にハイブリッド配列したフィルムであっても良い。また、これら第１位相差板及び第２位相差板は、偏光板の透過軸方向に位相差を持たせたフィルムと兼用したフィルムや、厚み方向に位相差を持たせたフィルムと兼用しても良い。この場合、二軸性フィルムになる場合もある。
図１は、この発明の一実施の形態としてのＯＣＢ型液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２は、ＯＣＢ型液晶表示装置に適用される光学補償素子の構成を概略的に示す図である。 図３は、図２に示した光学補償素子を構成する各光学部材の光軸方向と液晶配向方向との関係を示す図である。 図４は、画面を斜め方向から観察した時に液晶層に発生するリタデーションを説明するための図である。 図５は、図４に示した液晶層に発生するリタデーションの光学的補償を説明するための図である。 図６は、図２に示した構成の液晶表示装置における各光学部材によるリタデーション量Δｎ・ｄの波長分散特性の一例を示したものである。 図７は、第１実施形態に係るＯＣＢ型液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図８は、図７に示した構成の液晶表示装置における各光学部材によるリタデーション量Δｎ・ｄの波長分散特性の一例を示したものである。 図９は、第２実施形態に係るＯＣＢ型液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図１０は、第３実施形態に係るＯＣＢ型液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図１１は、電圧調整機構を搭載した液晶表示装置における各光学部材によるリタデーション量Δｎ・ｄの波長分散特性の一例を示したものである。
符号の説明
１…液晶パネル
１０…アレイ基板
２０…対向基板
３０…液晶層
３１…液晶分子
４０（Ａ、Ｂ）…光学補償素子
４１（Ａ、Ｂ）…偏光板
４２（Ａ、Ｂ）…厚み方向にリタデーションを有する位相差板
４３（Ａ、Ｂ）…正面方向にリタデーションを有する位相差板（第１位相差板）
４４（Ａ、Ｂ）…正面方向にリタデーションを有する位相差板（第２位相差板）
ｎｘ、ｎｙ…面内の主屈折率
ｎｚ…厚み方向の主屈折率

Claims (6)

  1. 一対の基板間にベンド配列が可能な液晶分子を有する液晶層を狭持して構成された液晶パネルと、
    前記液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記液晶層のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子と、
    を備え、前記液晶層に印加する電圧によって前記液晶層に含まれる液晶分子による複屈折量を変化させて画像を表示する液晶表示装置であって、
    前記光学補償素子は、正面方向にリタデーションを有する少なくとも第１位相差板及び第２位相差板を有し、
    各波長の光に対するリタデーション量Δｎ・ｄ（但し、ｎｅを異常光線屈折率及びｎｏを常光線屈折率としたとき、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏであり、ｄは厚みとする）を所定波長の光に対するリタデーション量Δｎλ・ｄで規格化した値をΔｎ／Δｎλとしたき、
    所定波長より短波長の光に対して、前記第１位相差板における規格化した値Δｎ／Δｎλは前記液晶層における規格化した値Δｎ／Δｎλよりも大きく、前記第２位相差板における規格化した値Δｎ／Δｎλは、前記液晶層における規格化した値Δｎ／Δｎλよりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記液晶分子は、表示状態において、一対の基板間においてベンド配列したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記光学補償素子は、前記第１位相差板または前記第２位相差板を最も前記液晶パネル側に備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第１位相差板は、一対の基板のうち少なくとも一方の基板側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第２位相差板は、一対の基板のうち少なくとも一方の基板側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  6. 前記液晶パネルは、複数色の色画素を有し、前記色画素においてそれぞれ黒を表示する電圧が異なる色画素間で互いに異なる電圧調整機構を有する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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