JP5367277B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対の偏光板がクロスニコル配置され、液晶分子が垂直配向した液晶表示装置に関する。

車載用情報表示装置として、重量の軽減が可能で車載電源をそのまま使用することができる液晶表示装置が注目されている。外観上の高級感を高めるために、背景表示部や暗表示部の表示輝度を低くすることが求められている。バックライトの光源に、発光ダイオードを用いて発光をほぼ単一波長化することにより、その波長域においてのみコントラストを飛躍的に高めるノーマリブラック型液晶表示素子が開発されている。

バックライトの発光波長に依存せず、良好なノーマリブラック表示を実現する液晶表示装置として、垂直配向モード（ＶＡモード）の液晶セルを利用した表示装置が注目されている。ＶＡモードの液晶セルにおいては、電圧無印加時またはオフ電圧印加時に、液晶分子が基板面に対して垂直配向する。ここで、「垂直配向」とは、液晶分子のダイレクタの向きが基板面に対して厳密に垂直であることを意味するのではなく、液晶分子のダイレクタが、電圧印加時に基板法線方向から傾いている状態と比べて、基板面に対して垂直に近い向きに配向している状態を意味する。この液晶セルを、ほぼクロスニコル配置した２枚の偏光板の間に配置して液晶表示素子を構成することにより、ノーマリブラック表示が実現される。

基板法線方向から観察したとき、液晶表示素子の光学特性は、クロスニコル配置した偏光板の光学特性とほぼ同等になる。このため、透過率が非常に低くなり、高いコントラストを比較的容易に実現することが可能になる。ところが、斜め方向から観察すると、黒表示状態において光漏れが生じる。これは、液晶層に複屈折が生じるため、及び２枚の偏光板の透過軸が直交関係からずれるためである。斜め方向から観察したときのコントラストの低下を抑制するために、下記の種々の方法が提案されている。

特許文献１に、２枚の偏光板と液晶セルとの間の一方または両方に、負の一軸光学異方性または負の二軸光学異方性を有する視角補償板を挿入した液晶表示素子が開示されている。ここで、「負の二軸光学異方性を有する視角補償板」とは、基板またはフィルムの面内における遅相軸方位をｘ軸、進相軸方位をｙ軸とし、厚さ方向をｚ軸とし、屈折率のｘ、ｙ、ｚ成分をそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしたとき、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を有する視角補償板を意味する。特許文献２に、二軸光学異方性を有する視角補償板の面内位相差や面内遅相軸の配置に関して有効な条件が開示されている。

負の一軸光学異方性を有する視角補償板は、「負のＣプレート」と呼ばれる。また、負の二軸光学異方性を有する視角補償板を「負の二軸フィルム」ということとする。なお、遅相軸が面内方向を向く正の一軸光学異方性を有する視角補償板、すなわちｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚの関係を有する光学フィルムは、「正のＡプレート」と呼ばれる。正のＡプレートは、負の二軸フィルムの屈折率ｎｙとｎｚとが等しくなった特殊な場合と考えることができる。

特許文献３に、二軸光学異方性を有するほぼ１／２波長板と、負のＣプレートとを用いる方法が開示されている。この方法では、１／２波長板自体が、どの方向から観察してもほぼ１／２波長の位相差を生じさせる必要があるため、実際には正の二軸光学異方性を有する１／２波長板が必要である。ところが、正の二軸光学異方性を有する１／２波長板の実現は困難である。

特許文献４に、負の二軸フィルムと負のＣプレートとを組み合わせる方法が開示されている。この方法では、二軸フィルムの面内リタデーションが１９０ｎｍ以下、液晶層のリタデーションが２００〜５００ｎｍに限定される。ここで、液晶層のリタデーションは、液晶材料の屈折率異方性をΔｎ、液晶層の厚さをｄとしたとき、Δｎｄで表される。

特開昭６２−２１０４２３号公報 特開２０００−１３１６９３号公報 特開２０００−３９６１０号公報 特開２００３−２６２８６９号公報

ＶＡモードの液晶表示素子を、１／４デューティ〜１／２４０デューティでマルチプレックス駆動するには、液晶層のリタデーションΔｎｄを３２０ｎｍより大きくすることが好ましく、３６０ｎｍより大きくすることがより好ましい。液晶層のリタデーションが小さくなると、高デューティ駆動時において、ノーマリブラック型ＶＡモード液晶表示素子の特徴である高コントラスト特性と、オン電圧印加時における透過率を高く維持することとの両立が困難になるためである。

負の二軸フィルムとして、ノルボルネン系環状オレフィン（以下、「ノルボルネン系ＣＯＰ」と記す。）からなる原反フィルムを二軸延伸加工したものや、トリアセチルセルロース（以下、「ＴＡＣ」と記す。）をベースにしたフィルムを延伸加工したものが市場に流通している。

ノルボルネン系ＣＯＰを用いた負の二軸フィルムでは、リタデーションの面内均一性を確保するという観点から、一般的に、面内リタデーションＲｅが３０ｎｍ〜３００ｎｍ、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが３００ｎｍ以下、Ｎｚファクタが１〜１２の範囲内である。ここで、面内遅相軸方位の屈折率をｎｘ、面内進相軸方位の屈折率をｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚ、厚さをｄとしたとき、Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）／ｄ、Ｒｔｈ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄ、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で表される。

市場に流通しているＴＡＣベースの二軸フィルムのリタデーション及びＮｚファクタの範囲は、ノルボルネン系ＣＯＰを用いたものよりもさらに狭い。一般的に、面内リタデーションＲｅが４０〜７０ｎｍ、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが１２０〜２２０ｎｍである。

理想的なＣプレートにおいては、面内リタデーションＲｅが０であるが、実際に市場に流通しているＣプレートの面内リタデーションＲｅは、厳密には０ではない。一般的なＣプレートの面内リタデーションＲｅは、好ましくは７ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以下になるように設定されている。また、市場に多く流通しているＣプレートは、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが５０ｎｍ程度のＴＡＣフィルムであり、それ以外の厚さ方向のリタデーションＲｔｈを持つＣプレートを入手することは困難である。

一般的に入手可能な負の二軸フィルムや負のＣプレートを用いて、従来の視角補償方法により、ノーマリブラック型ＶＡモードの液晶表示素子の視角補償を行う場合、液晶層のリタデーションの範囲が制約される。

本発明の目的は、容易に入手可能な光学異方性フィルムを用いて、視角補償可能な範囲を広くすることができる液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によると、
相互にクロスニコル配置された第１及び第２の偏光板と、
前記第１の偏光板と第２の偏光板との間に配置され、電圧無印加時に垂直配向する液晶セルと、
前記液晶セルと、前記第１の偏光板との間に配置された光学異方性を有する第１の光学フィルムと、
前記第１の光学フィルムと前記液晶セルとの間に配置された光学異方性を有する第２の光学フィルムと、
前記第２の偏光板と前記液晶セルとの間に配置された光学異方性を有する第３の光学フィルムと
を有し、
前記第１〜第３の光学フィルムの各々の面内遅相軸の方位をｘ軸、それに直交する面内方位をｙ軸、フィルム面に垂直な方向をｚ軸とし、屈折率のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸成分を、それぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしたとき、前記光学フィルムの各々は、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚ、かつ、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≧１を満たし、面内リタデーションが０ｎｍよりも大きく３００ｎｍ以下であり、厚さ方向のリタデーションが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
前記第１の光学フィルムの遅相軸は、前記第１の偏光板の吸収軸に平行であり、
前記第２の光学フィルムの遅相軸と前記第３の光学フィルムの遅相軸とは相互に直交しており、
前記第２の光学フィルムの遅相軸と、前記第１の偏光板の吸収軸とのなす角度が７５°〜１０５°である液晶表示装置が提供される。

上述の光学異方性を持つ光学フィルムを複数枚配置することにより、入手容易な光学フィルムを採用することが可能になる。

ノーマリブラック型ＶＡモードの液晶表示素子の黒表示時における視角特性を、従来の光学フィルムの構成により改善するための好ましい条件について説明する。

図１に、従来のノーマリブラック型ＶＡモードの液晶表示素子の模式図を示す。クロスニコル配置された裏側偏光板１０と表側偏光板３０との間に、液晶セル２０が配置されている。裏側偏光板１０と液晶セル２０との間に、負の二軸フィルム１５が配置されている。表側偏光板３０と液晶セル２０との間に、もう１つの負の二軸フィルム２５が配置されている。

液晶セル２０は、一対の基板２１、２２、及びその間の間隙内に保持された液晶材料２３を含む。基板２１及び２２の対向面には、それぞれコモン電極及びセグメント電極が形成され、さらに、垂直配向膜が形成されている。垂直配向膜には、ラビング方向が相互に反平行になるように、ラビング処理が施されている。このラビング処理には、例えば特開２００５−２３４２５４号公報に示された方法を適用することができる。

基板２１と２２との間隔は、例えば２〜６μｍになるように球状スペーサで調整されている。液晶材料２３の屈折率異方性Δｎは０．０８以上０．２５以下であり、誘電率異方性Δεは負である。プレチルト角（液晶分子のダイレクタと基板面とのなす角度）は約８９．９°である。液晶材料２３を基板２１と２２との間に注入した後、液晶材料２３の等方相温度よりも約２０℃高い温度で１時間焼成することにより液晶セル２０が得られる。

裏側偏光板１０及び表側偏光板３０には、例えば、株式会社ポラテクノ製のＳＨＣ１３Ｕを用いる。裏側偏光板１０は、ＴＡＣベースフィルム１２と、その表面に形成された偏光層１１により構成される。表側偏光板３０は、ＴＡＣベースフィルム３１と偏光層３２とにより構成される。ＴＡＣベースフィルム１２及び３１が、偏光層１１及び３２よりも内側（液晶セル２０側）に配置される。ＴＡＣベースフィルム１２及び３１の各々の面内リタデーションＲｅは３ｎｍであり、厚さ方向のリタデーションＲｔｈは５０ｎｍである。偏光層１１及び３２の外側の表面は、ＴＡＣ等の保護フィルムで保護される。

負の二軸フィルム１５及び２５には、例えば、ノルボルネン系ＣＯＰフィルムを二軸延伸加工したものを用いることができる。両者の光学特性は同一とした。すなわち、二軸フィルム１５の面内リタデーションＲｅ１と二軸フィルム２５の面内リタデーションＲｅ２とは等しく、二軸フィルム１５の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ１と二軸フィルム２５の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ２とは等しい。

裏側偏光板１０の外側にバックライトが配置され、表側偏光板３０側から液晶表示素子を視認する。

液晶表示素子を正面から観察する状態で、右及び左が、それぞれ０°、１８０°となり、上及び下が、それぞれ９０°、２７０°となるように方位角を定義する。裏側偏光板１０の吸収軸１１ａ及び面内遅相軸１２ｓの方位を４５°、表側偏光板３０の吸収軸３２ａ及び面内遅相軸３１ｓの方位を１３５°とした。

裏側に配置された負の二軸フィルム１５の面内遅相軸１５ｓは、それに近接する裏側偏光板１０の吸収軸１１ａと直交する方位、すなわち方位１３５°とした。表側に配置された負の二軸フィルム２５の面内遅相軸２５ｓは、それに近接する表側偏光板３０の吸収軸３２ａと直交する方位、すなわち方位４５°とした。

液晶セル２０内の液晶材料２３のプレチルトの方位は９０°とした。

液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが３６０ｎｍ、６００ｎｍ、及び９００ｎｍの場合について、黒表示状態の液晶表示素子を視角４５°で観察したときの透過率と、二軸フィルムの面内リタデーションＲｅとの関係を、シミュレーションにより算出した。

図２に、シミュレーション結果を示す。横軸は、二軸フィルム１５及び２５のリタデーションＲｅ１及びＲｅ２を単位「ｎｍ」で表し、縦軸は透過率を単位％で表す。二軸フィルム１５及び２５の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ１及びＲｔｈ２の各々は、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが３６０ｎｍ、６００ｎｍ、及び９００ｎｍのときに、それぞれ１１０ｎｍ、２２０ｎｍ、及び３００ｎｍとした。

図２の実線が、方位１８０°の向きに傾けた視線で観察した場合、破線が、方位０°の向きに傾けた視線で観察した場合の透過率を示す。方位０°の場合と方位１８０°の場合とで、透過率が異なるのは、液晶セル２０のプレチルト角を８９．９°としたためである。プレチルト角が９０°、すなわち液晶分子が厳密に垂直配向している場合には、方位０°の透過率と方位１８０°の透過率とは一致する。

透過率が最小になるように、二軸フィルム１５及び２５の面内リタデーションＲｅ１及びＲｅ２を選択することにより、コントラストを高めることができる。透過率が最小になる面内リタデーションＲｅ１及びＲｅ２は、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄに依存することがわかる。一般に、マルチプレックス駆動のデューティ条件によって、液晶セル２０の最適なリタデーションΔｎｄが異なり、デューティ条件ごとに液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが決定される。このため、デューティ条件の異なる液晶表示素子ごとに、光学特性の異なる負の二軸フィルムを用いなければならない。

図３に、負の二軸フィルムと負のＣプレートとを用いて視角補償を行う従来の液晶表示素子の模式図を示す。図３に示した例では、裏側偏光板１０と液晶セル２０との間には、光学フィルムを配置せず、表側偏光板３０と液晶セル２０との間に、液晶セル２０側から順番に、負のＣプレート２６及び負の二軸フィルム２７を配置している。負の二軸フィルム２７の面内遅相軸２７ｓは、表側偏光板３０の吸収軸３２ａと直交する。すなわち、面内遅相軸２７ｓの方位は４５°である。その他の構成は、図１に示した液晶表示素子の構成と同一である。

図４に、図２と同様のシミュレーション結果を示す。二軸フィルム２７の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ４は２２０ｎｍとした。負のＣプレート２６の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ３は、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが３６０ｎｍ、６００ｎｍ、及び９００ｎｍの場合に、それぞれ０ｎｍ、２２０ｎｍ、及び４４０ｎｍとした。厚さ方向のリタデーションＲｔｈ３が０ｎｍのＣプレートは、光学異方性を有しない透明な板である。

液晶セル２０のリタデーションΔｎｄがいずれの場合でも、負の二軸フィルム２７の面内リタデーションＲｅ４が約５０ｎｍのときに、透過率が最小になっている。このため、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが異なる複数の液晶表示素子に、同一の光学特性を持つ負の二軸フィルムを採用することができる。また、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが３６０ｎｍ以下の液晶表示素子に用いられる負の二軸フィルム及びＣプレートを流用することができる。このため、コスト低減を図ることが可能である。

図３では、Ｃプレート２６と負の二軸フィルム２７とを、表側偏光板３０と液晶セル２０との間に配置したが、Ｃプレート２６と負の二軸フィルム２７との一方を、表側偏光板３０と液晶セル２０との間に配置し、他方を裏側偏光板１０と液晶セル２０との間に配置しても、同様の効果が得られることがシミュレーションにより確認された。また、実際に液晶表示素子を作製し、シミュレーション解析結果が再現されることを確認した。

ところが、広い領域に亘って面内リタデーションＲｅが０のＣプレート２６を実現することは困難である。

図５に、第１の実施例による液晶表示素子の概略模式図を示す。表側偏光板３０と液晶セル２０との間に、第１の光学フィルム４０と第２の光学フィルム４１とが配置されている。第１の光学フィルム４０が表側偏光板３０側に配置され、第２の光学フィルム４１が液晶セル２０側に配置されている。裏側偏光板１０と液晶セル２０との間には、第３の光学フィルム４２が配置されている。裏側偏光板１０、液晶セル２０、表側偏光板３０の構成は、図１に示した液晶表示素子と同一である。

液晶セル２０のリタデーションΔｎｄは、例えば４１０ｎｍである。第１〜第３の光学フィルム４０〜４２には、負の二軸フィルムまたは正のＡプレートが用いられる。すなわち、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２は、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚを満たす光学異方性を有する。第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の各々の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７は、例えば５０ｎｍであり、厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ７は、例えば９０ｎｍである。

裏側偏光板１０の吸収軸１１ａの方位を４５°とし、表側偏光板３０の吸収軸３２ａの方位を１３５°とする。第２の光学フィルム４１の面内遅相軸４１ｓと、第３の光学フィルム４２の面内遅相軸４２ｓとが相互に直交するように配置されている。第１の光学フィルム４０の遅相軸４０ｓの方位角Φ５が４５°のときと、１３５°のときについて、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６を０°〜１８０°の範囲内で変化させたときの透過率をシミュレーションにより求めた。

図６に、シミュレーションの結果を示す。横軸は面内遅相軸方位Φ６を単位「°」で表し、縦軸は透過率を単位「％」で表す。なお、透過率は、方位０°、視角５０°の条件で観察したときのものである。「視角」は、液晶セルの法線方向と視線とのなす角度で定義される。

面内遅相軸方位Φ５が４５°のときは、面内遅相軸方位Φ６が１０°〜２０°、及び８０°〜９０°の範囲内で透過率が低くなる傾向を示す。一方、面内遅相軸方位Φ５が１３５°のときは、面内遅相軸方位Φ６が３０°〜６０°の範囲内で透過率が低くなる傾向を示す。図６では、方位０°の向きに傾けた視線で観察した結果であるが、次に、全方位の視角特性を算出した。

図７Ａ〜図７Ｄに、そのシミュレーション結果を示す。図７Ａ〜図７Ｄは、等透過率曲線を示す。中心が、視角０°、すなわち正面観察のときの透過率を表し、４個の同心円は、内側から順番に、視角２０°、４０°、６０°、及び８０°に対応する。右方向、上方向、左方向、及び下方向が、それぞれ方位０°、９０°、１８０°、及び２７０°に対応する。等透過率曲線で示される透過率は、内側から順番に、透過率０．０２％、０．０５％、０．１％、０．２％、０．５％、及び１％である。

図７Ａは、面内遅相軸方位Φ５＝４５°、Φ６＝９０°の視角特性を示し、図７Ｂは、面内遅相軸方位Φ５＝１３５°、Φ６＝３０°の視角特性を示し、図７Ｃは、面内遅相軸方位Φ５＝１３５°、Φ６＝４５°の視角特性を示し、図７Ｄは、面内遅相軸方位Φ５＝１３５°、Φ６＝６０°の視角特性を示す。

面内遅相軸方位Φ５及びΦ６を、それぞれ４５°及び９０°とした場合には、上下及び左右方位の視角特性は比較的良好であるが、視線を４５°及び１３５°の方位に傾けたときの透過率の増加が顕著である。面内遅相軸方位Φ５が４５°の場合に透過率が小さくなるもう１つの条件、すなわち面内遅相軸方位Φ６が１５°である場合にもシミュレーションを行ったが、面内遅相軸方位Φ６が９０°の場合と同様に、視線を４５°及び１３５°の方位に傾けたときの透過率の増加が顕著であることが判明した。これに対し、図７Ｂ〜図７Ｄに示すように、面内遅相軸方位Φ５を１３５°にすると、視線を４５°及び１３５°の方位に傾けたときの透過率の増加傾向が少ない。特に、面内遅相軸方位Φ６を４５°にすると、視線を４５°及び１３５°の方位に傾けたときの透過率の増加が極わずかであることがわかった。

図８に、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７を、これらが相互に等しい条件の下で変化させたときの透過率のシミュレーション結果を示す。面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７が、３０ｎｍ、５０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍ、及び１２０ｎｍの場合についてシミュレーションを行った。面内遅相軸方位Φ５は１３５°とし、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸４１ｓと、第３の光学フィルム４２の面内遅相軸４２ｓとは直交関係であるとした。図８の横軸は、面内遅相軸方位Φ６を単位「°」で表し、縦軸は透過率を単位「％」で表す。なお、透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察したときのものである。

面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７が５０ｎｍよりも小さい場合には、面内遅相軸方位Φ６が４５°の近傍で、透過率が最小になる傾向を示す。一方、面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７が５０ｎｍよりも大きい場合には、面内遅相軸方位Φ６が３０°及び６０°の近傍で極小値をとり、面内遅相軸方位Φ６が４５°の近傍で極大値をとる。面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７が５０ｎｍよりも大きくなるに従って、この傾向を保ったまま透過率が増加する。この評価結果からわかるように、比較的良好な視角特性を得るために、面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７を３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内に設定することが好ましい。

図９に、第１の光学フィルム４０の面内リタデーションＲｅ５が、第２及び第３の光学フィルム４１、４２の面内リタデーションＲｅ６、Ｒｅ７と異なる場合の視角特性のシミュレーション結果を示す。横軸は第２の光学フィルム４１の遅相軸方位Φ６を単位「°」で表し、縦軸は透過率を単位「％」で表す。なお、透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察したときのものである。第２及び第３の光学フィルム４１、４２の面内リタデーションＲｅ６、Ｒｅ７は共に５０ｎｍとした。

少なくとも、面内リタデーションＲｅ５が３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内で、透過率はほぼ近似した変動を示すことがわかる。第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６が３０°〜６０°の範囲内で、低い透過率が得られている。この評価結果は、第１の光学フィルム４０の面内リタデーションＲｅ５が、面内で均一ではなく、３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内で変動しても、視角特性に大きな影響はないことを示している。

図１０に、第３の光学フィルム４２の面内リタデーションＲｅ７が、第１及び第２の光学フィルム４０、４１の面内リタデーションＲｅ５、Ｒｅ６と異なる場合の視角特性のシミュレーション結果を示す。横軸は第２の光学フィルム４１の遅相軸方位Φ６を単位「°」で表し、縦軸は透過率を単位「％」で表す。なお、透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察したときのものである。第１及び第２の光学フィルム４０、４１の面内リタデーションＲｅ５、Ｒｅ６は共に５０ｎｍとした。

少なくとも、面内リタデーションＲｅ７が３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内で、透過率はほぼ近似した変動を示す。第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６が３０°〜６０°の範囲内で、低い透過率が得られている。この評価結果は、第３の光学フィルム４２の面内リタデーションＲｅ７が、面内で均一ではなく、３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内で変動しても、視角特性に大きな影響はないことを示している。

図１１に、第２の光学フィルム４１の面内リタデーションＲｅ６が、第１及び第３の光学フィルム４０、４２の面内リタデーションＲｅ５、Ｒｅ７と異なる場合の視角特性のシミュレーション結果を示す。横軸は第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６を単位「°」で表し、縦軸は透過率を単位「％」で表す。なお、透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察したときのものである。第１及び第３の光学フィルム４０、４２の面内リタデーションＲｅ５、Ｒｅ７は５０ｎｍとした。

少なくとも、面内リタデーションＲｅ６が３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内で、透過率はほぼ近似した変動を示す。第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６が３０°〜６０°の範囲内で、低い透過率が得られている。この評価結果は、第２の光学フィルム４１の面内リタデーションＲｅ６が、面内で均一ではなく、３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内で変動しても、視角特性に大きな影響はないことを示している。

以上の解析結果より、良好な視角特性を実現するために、第１の光学フィルム４０の面内遅相軸方位Φ５を１３５°に設定することが好ましいと考えられる。すなわち、第１の光学フィルム４０の面内遅相軸４０ｓと、表側偏光板３０の吸収軸３２ａとを、相互に平行に配置することが好ましい。このとき、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６を、３０°〜６０°の範囲内にすることが好ましい。すなわち、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸４１ｓと、表側偏光板３０の吸収軸３２ａとのなす角度を７５°〜１０５°の範囲内とすることが好ましい。また、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸４１ｓと、第３の光学フィルム４２の面内遅相軸４２ｓとは、相互に直交させることが好ましい。また、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の各々の面内位相差Ｒｅ５〜Ｒｅ７を、３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内にすることが好ましい。さらに、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の各々の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７と、第１〜第３の光学フィルムの面内リタデーションの平均値との差が１０ｎｍ以下であることが好ましい。

液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが５５０ｎｍ〜１０８０ｎｍの場合に、上記構成により、視角特性の低下を効果的に抑制することができる。

また、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の面内方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ７の和を、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄの０．５倍〜１倍の範囲内とすることが好ましい。

また、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２として、面内リタデーションが０よりも大きく３００ｎｍ以下のものを用いても、視角特性改善効果を得ることが可能である。このような光学異方性を持つ負の二軸フィルムは、容易に入手することができる。

次に、第２の実施例について説明する。第２の実施例による液晶表示装置では、図５に示した液晶表示装置において、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ７を３００ｎｍとした。厚さ方向のリタデーション３００ｎｍは、ノルボルネン系環状オレフィンを用いた光学フィルムにおいて、均一に加工することが可能な範囲の最大値に相当する。液晶セル２０のリタデーションΔｎｄを１０８０ｎｍとし、液晶分子のプレチルト角を８９．９°とした。第１の光学フィルム４０の面内遅相軸方位Φ５を１３５°とし、第３の光学フィルム４２の面内遅相軸４２ｓと、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸４１ｓとを、相互に直交に配置した。第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７をすべて３０ｎｍにした場合、５０ｎｍにした場合、及び７０ｎｍにした場合について、透過率のシミュレーションを行った。

図１２にシミュレーションの結果を示す。横軸は第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６を単位「°」で表し、縦軸は透過率を単位「％」で表す。なお、透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察したときのものである。第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７が３０ｎｍ、５０ｎｍ、及び７０ｎｍのいずれの場合でも、面内遅相軸方位Φ６が１５°〜７０°の範囲内で、透過率が相対的に低くなっている。この範囲は、第１の実施例において面内遅相軸方位Φ６の好適な範囲であった３０°〜６０°を含んでいる。

上記第１及び第２の実施例から、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２として、厚さ方向のリタデーションが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下のものを用いても、視角特性改善効果が期待できると考えられる。

図１３に、第３の実施例による液晶表示装置の概略模式図を示す。以下、図５に示した第１の実施例による液晶表示装置との相違点について説明する。第２の光学フィルム４１と液晶セル２０との間に、第４の光学フィルム４３が配置されている。その他の配置は、第１の実施例の場合と同一である。

第１〜第３の光学フィルム４０〜４２は負の二軸フィルムである。各々の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７は５０ｎｍであり、厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ７は２２０ｎｍである。このような光学異方性を持つ負の二軸フィルムには、ノルボルネン系環状オレフィンを用いることが可能であり、容易に入手することができる。第４の光学フィルム４３は、厚さ方向のリタデーションＲｔｈ８が２２０ｎｍの負のＣプレートである。すなわち、第４の光学フィルム４３の面内リタデーションは０である。

図１４に、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄと、透過率との関係のシミュレーション結果を示す。横軸は、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄを単位「ｎｍ」で表し、縦軸は、透過率を単位「％」で表す。第１の光学フィルム４０の面内遅相方位Φ５及び第３の光学フィルム４２の面内遅相軸方位Φ７を共に１３５°とし、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６を４５°とした。透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察した時のものである。

図１４の曲線ｂが、図１３に示した第３の実施例による液晶表示装置の透過率を示し、曲線ａが、図５に示した第１の実施例による液晶表示装置の透過率を示す。両者とも、下に向かって凸の曲線であり、両者の形状は近似している。図１３に示した第３の実施例による液晶表示装置の方が、より大きなリタデーションΔｎｄにおいて透過率が最小値を示す。透過率が最小値を示すリタデーションΔｎｄの差は、第４の光学フィルム４３の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ８に相当する。このように、負のＣプレートである第４の光学フィルム４３を配置すると、リタデーションΔｎｄがより大きな液晶セル２０において、良好な視角特性を実現することが可能になる。

なお、負のＣプレートとして市販されている光学フィルムにおいては、その面内リタデーションが厳密に０であるわけではなく、７ｎｍ程度の面内リタデーションを持つ場合もある。第４の光学フィルム４３として、面内リタデーションが７ｎｍ以下の負の二軸フィルムを用いてもよい。

上記第３の実施例では、第４の光学フィルム４３を１枚の負のＣプレートで構成したが、複数の負のＣプレートで構成してもよい。また、第４の光学フィルム４３を、液晶セル２０と第３の光学フィルム４２との間に配置してもよい。また、複数の負のＣプレートを用いる場合、一部のＣプレートを液晶セル２０と第２の光学フィルム４１との間に配置し、残りのＣプレートを液晶セル２０と第３の光学フィルム４２との間に配置してもよい。

このように、第４の光学フィルム４３を配置することによって、第１〜第３の光学フィルム４０〜４２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ７の合計の不足分を補い、より良好な視角特性を得ることができる。

第４の光学フィルム４３の厚さ方向のリタデーションは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることが好ましい。この範囲の厚さ方向のリタデーションを持つ負のＣプレートは入手が容易である。液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが４６０ｎｍ〜１３８０ｎｍの範囲内である場合に、第４の光学フィルム４３を配置することが特に有効である。

第１〜第４の光学フィルム４０〜４３の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ８の合計が、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄの０．５倍〜１倍になるように設定することが好ましい。

図１５に、第４の実施例による液晶表示装置の概略模式図を示す。第４の実施例では、図１３に示した第３の実施例による液晶表示装置の第４の光学フィルム４３に代えて、第５の光学フィルム４４及び第６の光学フィルム４５が配置されている。第５の光学フィルム４４が、第２の光学フィルム４１側に配置され、第６の光学フィルム４５が、液晶セル２０側に配置されている。その他の光学フィルムの配置は、第３の実施例の場合と同一である。第５の光学フィルム４４及び第６の光学フィルム４５は、正のＡプレートまたは負の二軸フィルムである。第５の光学フィルム４４の面内遅相軸４４ｓと、第６の光学フィルム４５の面内遅相軸４５ｓとは、相互に直交させることが好ましい。

第１〜第３の光学フィルム４０〜４２、第５及び第６の光学フィルム４４、４５の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ７、Ｒｅ９、Ｒｅ１０の各々が５０ｎｍであり、厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ７、Ｒｔｈ９、Ｒｔｈ１０の各々が２２０ｎｍである場合の透過率と、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄとの関係をシミュレーションにより求めた。透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察したときのものである。

その結果を、図１４に曲線ｃで示す。第１の光学フィルム４０の面内遅相軸方位Φ５、及び第３の光学フィルム４２の面内遅相軸方位Φ７を１３５°とし、第２の光学フィルム４１の面内遅相軸方位Φ６を４５°とした。第５の光学フィルム４４の面内遅相軸方位Φ９を９０°とし、第６の光学フィルム４５の面内遅相軸方位Φ１０を０°とした。

曲線ｃの形状は、他の曲線ａ及びｂに近似しており、図１３に示した液晶表示装置の透過率を示す曲線ｂに比べて、より大きなリタデーションΔｎｄにおいて、最小値を示している。これは、第５及び第６の光学フィルム４４、４５の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ９、Ｒｔｈ１０の合計が、図１３に示した第４の光学フィルム４３の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ８よりも大きいためである。このように、面内遅相軸を相互に直交させた２枚の正のＡプレートまたは負の二軸フィルムを、液晶セル２０と第２の光学フィルム４１との間に配置することにより、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄがより大きな場合にも、視角補償を行うことが可能になる。

第５の光学フィルム４４の面内遅相軸方位Φ９と、透過率との関係をシミュレーションにより求めた。なお、第５の光学フィルム４４の面内遅相軸４４ｓと、第６の光学フィルム４５の面内遅相軸４５ｓとの直交関係は維持した状態で、面内遅相軸方位Φ９を変化させた。

図１６にシミュレーション結果を示す。横軸は面内遅相軸方位Φ９を単位「°」で表し、縦軸は透過率を単位「％」で表す。この透過率は、方位０°、視角５０°の視線で観察したときのものである。第５の光学フィルム４４の面内遅相軸方位Φ９が９０°〜１８０°の範囲内で、相対的に低い透過率が得られている。良好な視角特性を得るために、面内遅相軸方位Φ９を９０°〜１８０°の範囲内とすることが好ましく、１１５°〜１５５°の範囲内とすることがより好ましい。すなわち、第５の光学フィルム４４の面内遅相軸４４ｓと、それに隣接する第２の光学フィルム４１の面内遅相軸４１ｓとを直交させるか、または直交関係からのずれ角を±２０°以内にすることが好ましい。

第１〜第３の光学フィルム４０〜４２、第５及び第６の光学フィルム４４、４５として、面内リタデーションが３０ｎｍより大きく７０ｎｍ以下、厚さ方向のリタデーションが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の正のＡプレートまたは負の二軸フィルムを用いることが好ましい。液晶セル２０のリタデーションΔｎｄが５１０ｎｍ〜１３８０ｎｍの範囲内のときに、上記第４の実施例の構成が特に有効である。

上記第４の実施例では、第２の光学フィルム４１と液晶セル２０との間に、面内遅相軸が相互に直交する一対の第５及び第６の光学フィルム４４、４５を配置したが、面内遅相軸が相互に直交する一対の負の二軸フィルムを、複数組配置してもよい。複数組配置することにより、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄがより大きな場合にも、視角補償を行うことが可能になる。

第１〜第３の光学フィルム４０〜４２、第５及び第６の光学フィルム４４、４５の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ７、Ｒｔｈ９、Ｒｔｈ１０の合計が、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄの０．５倍〜１倍になるように設定することが好ましい。

図１７に、上記実施例による液晶表示素子を用いた表示装置のブロック図を示す。液晶表示素子８０が、相互に平行配置された複数のコモン電極８１と、それに直交配置された複数のセグメント電極８２とを含む。コモン電極８１とセグメント電極８２との交点が画素を構成する。

駆動回路９０が、セグメント出力回路９２とコモン出力回路９１とを含む。コモン出力回路９１はコモンバス９３を介してコモン電極８１にコモン電圧を供給する。セグメント出力回路９２は、セグメントバス９４を介してセグメント電極８２にセグメント電圧を供給する。駆動回路９０は、液晶表示素子８０をマルチプレックス駆動する。ある画素のコモン電極８１とセグメント電極８２とに印加される電位差がオフ電圧以下であれば、その画素が黒表示状態になり、オン電圧以上であれば、その画素が白表示状態になる。

液表表示素子８０を、上記実施例による構成とすることにより、黒表示状態の視角特性を改善することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

参考例による液晶表示素子の概略構成を示す模式図である。 参考例による液晶表示素子に用いられている光学フィルムの面内リタデーションと、透過率との関係をしめすグラフである。 他の参考例による液晶表示素子の概略構成を示す模式図である。 他の参考例による液晶表示素子に用いられている負の二軸フィルムの面内リタデーションと、透過率との関係をしめすグラフである。 第１の実施例による液晶表示素子の概略構成を示す模式図である。 第１の実施例おいて、第２の光学フィルムの面内遅相軸の方位と、透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 第１の実施例による液晶表示素子において、シミュレーションにより求めた等透過率曲線を示すグラフである。 第１の実施例おいて、第１〜第３の光学フィルムの面内リタデーションを等しくしたときの第２の光学フィルムの面内遅相軸の方位と、透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 第１の実施例おいて、第２及び第３の光学フィルムの面内リタデーションを等しくし、第１の光学フィルムの面内リタデーションを変化させたときの第２の光学フィルムの面内遅相軸の方位と、透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 第１の実施例おいて、第１及び第２の光学フィルムの面内リタデーションを等しくし、第３の光学フィルムの面内リタデーションを変化させたときの第２の光学フィルムの面内遅相軸の方位と、透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 第１の実施例おいて、第１及び第３の光学フィルムの面内リタデーションを等しくし、第２の光学フィルムの面内リタデーションを変化させたときの第２の光学フィルムの面内遅相軸の方位と、透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 第２の実施例おいて、第２の光学フィルムの面内遅相軸の方位と、透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 第３の実施例による液晶表示素子の概略構成を示す模式図である。 第１、３、４の実施例による液晶表示装置の液晶セルのリタデーションと透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 第４の実施例による液晶表示素子の概略構成を示す模式図である。 第４の実施例において、第５の光学フィルムの面内遅相軸の方位と、透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 液晶表示装置のブロック図である。

符号の説明

１０ 裏側偏光板
１１ 偏光層
１１ａ 吸収軸
１２ ＴＡＣベースフィルム
１２ｓ 面内遅相軸
１５ 負の二軸フィルム
１５ｓ 面内遅相軸
２０ 液晶セル
２１、２２ 基板
２３ 液晶材料
２５ 負の二軸フィルム
２５ｓ 面内遅相軸
２６ Ｃプレート
２７ 負の二軸フィルム
２７ｓ 面内遅相軸
３０ 表側偏光板
３１ ＴＡＣベースフィルム
３１ｓ 面内遅相軸
３２ 偏光層
３２ａ 吸収軸
４０ 第１の光学フィルム
４０ｓ 面内遅相軸
４１ 第２の光学フィルム
４１ｓ 面内遅相軸
４２ 第３の光学フィルム
４２ｓ 面内遅相軸
４３ 第４の光学フィルム
４４ 第５の光学フィルム
４４ｓ 面内遅相軸
４５ 第６の光学フィルム
４５ｓ 面内遅相軸
８０ 液晶表示素子
８１ コモン電極
８２ セグメント電極
９０ 駆動回路
９１ コモン出力回路
９２ セグメント出力回路
９３ コモンバス
９４ セグメントバス

Claims (8)

1. 相互にクロスニコル配置された第１及び第２の偏光板と、
   前記第１の偏光板と第２の偏光板との間に配置され、電圧無印加時に垂直配向する液晶セルと、
   前記液晶セルと、前記第１の偏光板との間に配置された光学異方性を有する第１の光学フィルムと、
   前記第１の光学フィルムと前記液晶セルとの間に配置された光学異方性を有する第２の光学フィルムと、
   前記第２の偏光板と前記液晶セルとの間に配置された光学異方性を有する第３の光学フィルムと
   を有し、
   前記第１〜第３の光学フィルムの各々の面内遅相軸の方位をｘ軸、それに直交する面内方位をｙ軸、フィルム面に垂直な方向をｚ軸とし、屈折率のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸成分を、それぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしたとき、前記光学フィルムの各々は、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚ、かつ、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≧１を満たし、面内リタデーションが０ｎｍよりも大きく３００ｎｍ以下であり、厚さ方向のリタデーションが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
   前記第１の光学フィルムの遅相軸は、前記第１の偏光板の吸収軸に平行であり、
   前記第２の光学フィルムの遅相軸と前記第３の光学フィルムの遅相軸とは相互に直交しており、
   前記第２の光学フィルムの遅相軸と、前記第１の偏光板の吸収軸とのなす角度が７５°〜１０５°である液晶表示装置。
2. 前記液晶セルのリタデーションが５５０ｎｍ〜１０８０ｎｍであり、
   前記第１〜第３の光学フィルムの面内リタデーションが３０ｎｍ〜７０ｎｍである請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１〜第３の光学フィルムの各々の厚さ方向のリタデーションの合計が、前記液晶セルのリタデーションの０．５倍〜１倍である請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. さらに、
   前記第２の光学フィルムと前記液晶セルとの間、または前記第３の光学フィルムと前記液晶セルとの間に配置され、面内リタデーションが７ｎｍ以下、厚さ方向のリタデーションが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）が１以上の第４の光学フィルムを有し、
   前記液晶セルのリタデーションが４６０ｎｍ〜１３８０ｎｍである請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１〜第４の光学フィルムの厚さ方向のリタデーションの合計が、前記液晶セルのリタデーションの０．５倍〜１倍である請求項４に記載の液晶表示装置。
6. さらに、
   前記第２の光学フィルムと前記液晶セルとの間、または前記第３の光学フィルムと前記液晶セルとの間に配置された光学異方性を有する第５及び第６の光学フィルムを有し、
   前記第５及び第６の光学フィルムの各々の面内遅相軸の方位をｘ軸、それに直交する面内方位をｙ軸、フィルム面に垂直な方向をｚ軸とし、屈折率のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸成分を、それぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしたとき、前記第５及び第６の光学フィルムの各々は、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚ、かつ、（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≧１を満たし、前記第５及び第６の光学フィルムの各々の面内リタデーションが３０ｎｍよりも大きく７０ｎｍ以下であり、厚さ方向のリタデーションが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、液晶セルのリタデーションが５１０ｎｍ〜１３８０ｎｍである請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１〜第３の光学フィルム及び前記第５及び第６の光学フィルムの厚さ方向のリタデーションの合計が、前記液晶セルのリタデーションの０．５倍〜１倍である請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１〜第３の光学フィルムの各々の面内リタデーションと、前記第１〜第３の光学フィルムの面内リタデーションの平均値との差が１０ｎｍ以下である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。