JP5367289B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶分子が垂直配向した液晶セルと、液晶セルを挟んでクロスニコル配置された一対の偏光板とを有する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（まとめてオフ時と呼ぶ）に、液晶分子が基板面に対して垂直配向する。液晶分子が基板法線方向に配列すると、法線方向に正の１軸光学異方性を示す。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。

「垂直配向」とは、オフ時の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、電圧印加時（オン時と呼ぶ）に液晶分子のダイレクタが基板法線方向から傾いている状態と比べて、オフ時のダイレクタが基板面に対して垂直に近い向きに配向することを意味する。

基板法線方向から観察したとき、垂直配向モード液晶セルの光学特性はほぼ等方的であり、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によって支配される。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、液晶セルの光学的異方性が現れるようになり、また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。

特開昭６２−２１０４２３号に、２枚の偏光板と液晶セルとの間の一方または両方に、厚さ方向に負の一軸光学異方性または厚さ方向に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。液晶セルの厚さ方向に正の光学異方性が、厚さ方向に負の光学異方性を有する視角補償板により補償されることになる。ここで、「厚さ方向に負の一軸光学異方性または厚さ方向に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とした時、ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚの関係を有する視角補償板を意味する。特開２０００−１３１６９３号に、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。

厚さ方向に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。厚さ方向に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」と呼ぶこととする。なお、遅相軸が面内方向を向く、面内方向に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。

特開２０００−３９６１０号に、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。

特開２００３−２６２８６９号に、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。

液晶セルのリターデーションの増加が、液晶表示装置への印加電圧の変化に対する光透過率の変化の急峻性の促進に有効であることが知られている。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。

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ポリマ（以下「ノルボルネン系ＣＯＰ（cyclic olefin polymer）」と称す）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は、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。上記範囲を越えるＲｅ，Ｒｔｈ，Ｎｚを有する二軸フィルムは、リタデーションの面内均一性を確保することが困難になると考えられる。

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れば、
電圧無印加時に垂直配向する液晶セルと、
前記液晶セルを挟んで、クロスニコル配置された第１及び第２の偏光板と、
前記液晶セルと、前記第１の偏光板との間に配置され、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、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、光学異方性を有する第３の光学フィルムと、
前記第３の光学フィルムと前記第２の偏光板との間に配置され、光学異方性を有する第４の光学フィルムと、
を有し、
光学フィルム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１〜第４の光学フィルムの各々は、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚ、(ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≧１を満たし、前記第１〜第４の光学フィルムは面内位相差が±１０ｎｍのばらつきに収まる光学特性を有し、
前記第１の光学フィルムの遅相軸は、前記第１の偏光板の吸収軸と−１５°〜＋１５°の範囲の関係であり、
前記第１の光学フィルムの遅相軸と前記第２の光学フィルムの遅相軸とは７５°〜１０５°の範囲の関係であり、
前記第４の光学フィルムの遅相軸は、前記第２の偏光板の吸収軸と−１５°〜＋１５°の範囲の関係であり、
前記第３の光学フィルムの遅相軸と前記第４の光学フィルムの遅相軸とは７５°〜１０５°の範囲の関係である、
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片側２枚づつ配置することにより、入手容易な光学フィルムを用いて、視角補償可能な範囲を広くすることができる。

まず、従来のノーマリブラック型ＶＡモードの液晶表示素子を説明し、黒表示時における視角特性について考察する。

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時間アニールし、その後降温することにより、流動痕を除去し、垂直配向した液晶セル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、右方向を０°、左方向を１８０°、上方向を９０°、下方向を２７０°と、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。

液晶分子はダイレクタの方向の屈折率が高い正の一軸光学異方性を有する。オフ時の液晶セル２０内の液晶材料２３のプレチルトの方位は８９．９°とした。液晶分子が基板表面に対してほぼ垂直に配向するので、基板法線方向から観察した時、液晶層は等方的である。観察方向を基板法線方向から傾けると、液晶層の正の一軸光学異方性が影響するようになる。液晶セル２０の厚さ方向のリタデーション（単にリターデーションと呼ぶ）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左右から視角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°の向きに傾けた視角４５°で観察した場合、破線が、方位０°の向きに傾けた視角４５°で観察した場合の透過率を示す。いずれの曲線も、二軸フィルムの面内方向リターデーションＲｅの増加と共に、光透過率（漏れ光）が低下し、最小値をとり、その後増加する傾向を示している。適切なＲｅを有する二軸フィルムを用いることにより、漏れ光を抑制できることが判る。なお、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。

ところで、液晶セル２０のリタデーションΔｎｄを変化させると、透過率が最小になる面内リタデーションＲｅ１及びＲｅ２も変化する。リターデーションの異なる液晶セルには、異なるＲｅの二軸フィルムを用いることになろう。一般に、マルチプレックス駆動の場合、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は異なり、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ことになる。

図１の構成では、ＶＡモード液晶セルの両側に、偏光板の吸収軸と直交する方向に遅相軸を有する負の二軸フィルムを１枚づつ配置した。本発明者は、他の構成を検討した。

図３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、偏光板側から、同一光学特性の負の二軸フィルムである第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。液晶セル２０と裏側偏光板１０との間に、液晶セル側から、同一光学特性の負の二軸フィルムである第３の光学フィルム４２と第４の光学フィルム４３が配置されている。４枚の光学フィルム４０〜４３の光学特性は同一である。液晶セルの両側にそれぞれ２枚の負の二軸フィルムが配置されている。偏光板の吸収軸３２ａ、１１ａと、隣接する負の二軸フィルムの遅相軸４０ｓ、１２ｓはそれぞれ平行（方位角が同じ）であり、液晶セル側の負の二軸フィルムの遅相軸４１ｓ、４３ｓは、偏光板側の負の二軸フィルムの遅相軸と４０ｓ、１２ｓとそれぞれ直交する。

液晶セル２０のリタデーションΔｎｄは、例えば５００ｎｍである。第１〜第４の光学フィルム４０〜４３は、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚを満たす光学異方性を有する。第１〜第４の光学フィルム４０〜４３の各々の面内リタデーションＲｅ５〜Ｒｅ８は、０ｎｍ＜Ｒｅ≦３００ｎｍ、好ましくは３０ｎｍ≦Ｒｅ≦７０ｎｍ、例えば５０ｎｍであり、厚さ方向のリタデーションＲｔｈ５〜Ｒｔｈ８は、５０ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３００ｎｍ、好ましくは９０ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３００ｎｍ、例えば９０ｎｍである。４枚の光学フィルムを用いることにより、最大Ｒｔｈ＝１２００ｎｍを実現可能となる。

負の二軸フィルムの遅相軸の方向と液晶表示装置のオフ時の光学特性についてシミュレーションで検討した。液晶セル２０のリタデーションΔｎｄは５００ｎｍ、４枚の光学フィルム４０〜４３は、Ｒｅ＝５０ｎｍ、Ｒｔｈ＝９０ｎｍの同一光学特性を有するとした。全光学フィルムのＲｔｈの和は３６０ｎｍであり、液晶セルのリターデーション５００ｎｍの約７割強となる。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。４枚の光学フィルム４０〜４３の遅相軸の方位によるオフ時の光透過率への影響をシミュレーションで考察した。

図４は、基板法線方向から左右への観察角度と法線のなす角度の変化に対するオフ時の光透過率（漏れ光）の変化をサンプルごとに示すグラフである。図に示すように、クロスニコル配置の偏光板の吸収軸の中間方位、０°、９０°に光学フィルムの遅相軸を配置したサンプルをＳ１とし、４枚の光学フィルムの遅相軸の方位を偏光板の吸収軸と平行または直交する４５°、１３５°から選んだ７種類のサンプルをＳ２〜Ｓ８とした。

サンプルＳ４が、観察角度を基板法線方向から傾けても広い角度範囲で光透過率が飛び抜けて低い優れた特性を示している。サンプルＳ４の偏光板側の光学フィルム４０，４３の遅相軸は、１３５°、４５°であり、隣接する偏光板の吸収軸と平行である。しかし、光学フィルム４０，４３の遅相軸方位が１３５°、４５°であるサンプルＳ２，Ｓ３の光透過率は、観察角度を傾けると急激に増大してしまい、好ましくない。

最も優れた特性を示したサンプルＳ４の４枚の光学フィルムにおいて、偏光板側の光学フィルムの遅相軸は隣接する偏光板の吸収軸と平行であり、液晶セル側の光学フィルムの遅相軸は偏光板側の光学フィルムの遅相軸と直交している。この遅相軸配置が、基板法線方向から傾いた観察角度において漏れ光を抑制するのに最も効果的であると考えられる。

なお、第１〜第４の光学フィルム４０〜４３を、負の二軸フィルムに代えて、正のＡプレートで構成することも可能であろう。この場合も、遅相軸の好ましい方位は変わらないと考えられる。

ところで、角度配置には誤差が伴う。光学フィルム４０−４１，４２−４３は、予め貼り合わせた形で準備しても、偏光板との相対的配置は組み立て時に決まることが多いであろう。この段階で生じる角度誤差の影響を調べた。光学フィルム４０，４３の遅相軸方向が隣接する偏向板の吸収軸方位からずれる場合の影響をシミュレーションで考察した。光学フィルム４１，４２の遅相軸方位は、隣接する光学フィルム４０，４３の遅相軸方位と直交するとした。観察方位は、右方位（０°方位）５０°とする。

図５は、直交光学フィルム対４０−４１を偏光板３０の吸収軸方位（１３５°）に対して回転させ、直交光学フィルム対４２−４３を偏光板１０の吸収軸方位（４５°）に対して回転させた時の方位に対する、観察角度５０度における電圧無印加時の光透過率の変化を示すグラフである。横軸が光学フィルム４０の遅相軸の方位を示し、縦軸が光透過率を示す。光学フィルム４０の遅相軸方位が１２０°〜１５０°の範囲で、サンプルＳ１２，Ｓ１３、Ｓ１４の特性が特に優れている。第１の光学フィルム４０の遅相軸方位１２０°〜１５０°は、隣接する偏光板３０の吸収軸方位（１３５°）から±１５°以内であり、サンプルＳ１２，Ｓ１３、Ｓ１４は、第４の光学フィルム４３の遅相軸が３０°、４５°、６０°であり、隣接する偏光板１０の吸収軸方位（４５°）から±１５°以内である。これらの結果から、±１５°の方位範囲は、略同一方位とみなすことができよう。２つの方位間の角度が、−１５°〜＋１５°の範囲の関係を略平行と呼び、７５°〜１０５°の範囲の関係を略直交と呼ぶこととする。

以上の考察においては、４枚の光学フィルムの面内リターデーションＲｅは５０ｎｍとした。Ｒｅを３０ｎｍと７０ｎｍとした時、第１、第４の光学フィルムの遅相軸を回転させた図５の関係がどのように変化するかを調べた。

図６が、Ｒｅ＝３０ｎｍの場合、図７がＲｅ＝７０ｎｍの場合を示す。図６においては、光透過率（漏れ光）は若干増加しているが、図５とほぼ類似の傾向が観察される。偏光板に隣接する光学フィルムの遅相軸方位は、偏光板の吸収軸から±１５°以内の範囲が好ましいとの結論は変わらない。

図７においては、サンプルＳ３２，Ｓ３３，Ｓ３４の１３５°近傍の光透過率が上に凸の形状に変化し、１２０°〜１５０°の範囲の一部でサンプルＳ３５の光透過率より高くなっている。それでも、１２０°〜１５０°の範囲の光透過率は低いので、偏光板に隣接する光学フィルムの遅相軸方位は、偏光板の吸収軸から±１５°以内の範囲が好ましいとの結論は維持されると考えることができる。Ｒｅは３０ｎｍ〜７０ｎｍが好ましいといえる。図７を外し、図５、図６を採用すれば得られる光学特性はさらに好ましく、Ｒｅは３０ｎｍ〜５０ｎｍが更に好ましいといえる。

上述の検討においては、４枚の光学フィルムは全て同一の光学特性を有するとした。実際の光学フィルムにおいては、広い面積で完全に均一の光学特性、特にＲｅ，Ｒｔｈ、を実現することは難しい。そこで、第２の光学フィルム４１だけが、他の光学フィルムと異なるＲｅを有する場合をシミュレーションで考察した。

図８は、第２の光学フィルム４１のＲｅが５０ｎｍ（Ｓ４１），４０ｎｍ（Ｓ４２），６０ｎｍ（Ｓ４３）である場合の、観察角度に対する光透過率（漏れ光）の変化を示すグラフである。他の光学フィルムのＲｅは全て５０ｎｍである。第２の光学フィルムのＲｅが４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲で変化しても、視角特性の著しい変化は現れないことが判る。すなわち、第２の光学フィルムのＲｅが、５０ｎｍを中心として±１０ｎｍばらついても、視角特性に重大な変化は与えないと考えられる。第１、第３、第４の光学フィルムに対しても同様のシミュレーションを行い、いずれの場合も視角特性に与える影響は小さいことが判った。光学フィルムにおけるＲｅのばらつきは±１０ｎｍは許容範囲であると考えられる。リターデーションが±１０ｎｍのばらつきに収まる光学特性を略同一の光学特性と呼ぶ。

液晶セルのリターデーションΔｎｄを略５００ｎｍとし、各光学フィルムをノルボルネン系ＣＯＰで形成し、Ｒｅ＝５０ｎｍ、Ｒｔｈ＝９０ｎｍとした液晶表示装置を実際に作成し、外観観察を行った。光学フィルム４０，４１，４２，４３の遅相軸方位は１３５°、４５°、１３５°、４５°として貼り合わせた。外観観察の結果、上記シミュレーションと同様に、良好な背景視角特性が得られることを確認した。

液晶セルのリターデーションΔｎｄを最適と考えられる１５００ｎｍに設定し、光学フィルムの厚さ方向リターデーションＲｔｈを３００ｎｍとした場合をシミュレーションで考察した。Ｒｅは図３の場合と同様５０ｎｍである。

４枚の光学フィルムの遅相軸方位は偏光板の吸収軸に対して平行又は直交とした。具体的には、光学フィルム４０〜４３の遅相軸方位を、４５°、４５°、１３５°、１３５°としたサンプルをＳ５１、４５°、１３５°、４５°、１３５°としたサンプルをＳ５２、１３５°、４５°、１３５°、４５°としたサンプルをＳ５３とした。

図９は、Δｎｄ＝１５００ｎｍ、Ｒｔｈ＝３００ｎｍの場合の、観察角度に対する光透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸が、観察角度の基板法線方向から左右への傾き角度−８０°〜＋８０°を示し、縦軸が光透過率を％で示す。１３５°、４５°、１３５°、４５°の条件で、光透過率が最も低くなっている。図４のサンプルＳ４の特性と比べると、光透過率の低い角度範囲が狭くなっていることがわかる。液晶層のリターデーションΔｎｄが増加するに従って、深い観察角度における光透過率が上昇することは明らかであるので、良好な視角特性が得られる最大Δｎｄは略１５００ｎｍと推察できる。

シミュレーションで最適であった遅相軸方位を有する光学フィルムを備えた液晶表示装置を実際に作成し、外観観察を行った。シミュレーション結果と同様、ある程度は深い観察角度における光抜けを抑制している。Δｎｄ＝５００ｎｍの場合と較べると、光り抜けの度合いはかなり大きいことが判った。

二軸フィルムで光学フィルムを形成する場合を説明したが、Ｎｚ＝１である正の一軸光学異方性を有するフィルム、いわゆるＡプレートを用いても、良好な視角特性を実現できる。

全光学フィルムの厚さ方向リターデーションＲｔｈの総和は、液晶セルのリターデーションΔｎｄに対して１・Δｎｄ＞Ｒｔｈの総和＞０．５・Δｎｄであることが好ましい。

上記の実施例においては、低コスト化を考慮してＣプレートは用いなかった。Ｃプレートを併用することはできる。図３において、破線で示すように、第２の光学フィルム４１と液晶セル２０の間にＣプレート４５を挿入したり、液晶セル２０と第３の光学フィルム４２との間にＣプレート４６を挿入したり、両者を併用してもよい。

図１０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、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、置換、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。 参考例において、光学フィルムの面内リタデーションと、透過率との関係をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。 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。 実施例において、基板法線方向から左右への観察方向の変化に対するオフ時の光透過率（漏れ光）の変化を光学フィルムの遅相軸の方位を変えたサンプルごとに、シミュレーションで求めた結果を示すグラフである。 偏光板側光学フィルムの遅相軸方位を変化させた時のオフ時の光透過率の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。 Ｒｅを３０ｎｍとした時の図５同様の光透過率の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。 Ｒｅを７０ｎｍとした時の図５同様の光透過率の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。 第２の光学フィルムのＲｅを変化させた時の、観察角度に対する光透過率（漏れ光）の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。 Δｎｄ＝１５００ｎｍ、Ｒｔｈ＝３００ｎｍの場合の、観察角度に対する光透過率の変化をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。 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
４３ｓ 面内遅相軸
４５ Ｃプレート
４６ Ｃプレート
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 (5)

1. 電圧無印加時に垂直配向する液晶セルと、
   前記液晶セルを挟んで、クロスニコル配置された第１及び第２の偏光板と、
   前記液晶セルと、前記第１の偏光板との間に配置され、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、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、光学異方性を有する第３の光学フィルムと、
   前記第３の光学フィルムと前記第２の偏光板との間に配置され、光学異方性を有する第４の光学フィルムと、
   を有し、
   光学フィルム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１〜第４の光学フィルムの各々は、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚ、(ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≧１を満たし、前記第１〜第４の光学フィルムは略同一の面内位相差が±１０ｎｍのばらつきに収まる光学特性を有し、
   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略平行と−１５°〜＋１５°の範囲の関係であり、
   前記第１の光学フィルムの遅相軸と前記第２の光学フィルムの遅相軸とは略直交しており７５°〜１０５°の範囲の関係であり、
   前記第４の光学フィルムの遅相軸は、前記第２の偏光板の吸収軸に略平行と−１５°〜＋１５°の範囲の関係であり、
   前記第３の光学フィルムの遅相軸と前記第４の光学フィルムの遅相軸とは略直交している７５°〜１０５°の範囲の関係である、
   液晶表示装置。
2. 前記第１〜第４の光学フィルムの各々は、面内リタデーションＲｅが３０ｎｍ≦Ｒｅ≦７０ｎｍであり、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが９０ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３００ｎｍであり、前記液晶セルのリタデーションが５００ｎｍ〜１５００ｎｍである請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１〜第４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. 前記液晶セルをマルティプレックス駆動する駆動回路を更に有する請求項１〜３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
5. 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Ｃプレートを更に有する請求項１に記載の液晶表示装置。

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