JP5508700B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、直線偏光主導型の電界制御複屈折（ＥＣＢ；Electrically Controlled Birefringence）モードの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、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。

このような液晶表示装置においては、視野角の拡大が望まれている。

例えば、特許文献１には、ベースフィルム上にディスコティック液晶を一軸方向にハイブリッド配向させた光学フィルムを適用した半透過型の液晶表示装置が開示されている。この光学フィルムは、液晶表示セルとバックライトとの間に配置されている。このような構成によれば、バックライトから出射された後に光学フィルムを透過する光は、ハイブリッド配向されたディスコティック液晶の作用を受けて透過光の入射角に応じて複屈折の変化する方向が液晶表示セルの複屈折の変化する方向と逆向きの光として出射されるため、視野角を拡大できる。

一方で、バックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過型の液晶表示装置についても視野角の拡大が望まれている。

例えば、特許文献２には、液晶分子のねじれ角がゼロ度であって且つホモジニアス配向したＥＣＢ方式を利用した表示方式を採用し、液晶セルの両側に偏光板を備え、且つ、一方の偏光板と液晶セルとの間に第１の光学異方性層及び第２の光学異方性層を備えた透過型液晶表示装置が開示されている。特に、第１の光学異方性層は、ネマティックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから構成されている。
特開２００４−２７１７８６号公報 特開２００７−３１６２１１号公報

特に、特許文献２に記載された構成のように、直線偏光を利用したＥＣＢモードにおいて、視野角拡大効果を狙って配置した液晶フィルムは高価であり、コストアップの要因となっている。

また、ＥＣＢモードにおいては、リタデーションの設計が極めて重要である。特に、液晶フィルムのリタデーションは、固定化された液晶分子の配向状態などに基づいて決定されるが、所望の配向状態が得られなかった場合などには設計値から大幅にずれるおそれがある。このような場合、ＥＣＢモードでは、表示に悪影響を及ぼす。

液晶表示装置として組み立てられた後の表示性能評価で、液晶層を含む位相差板が所望のリタデーションを有していないことに起因してＮＧ判定となった場合には、位相差板の貼り替えが必要となる。

液晶セルの後方（つまりバックライト側）に液晶フィルムを配置した構成では、液晶フィルムがバックライトに貼り付けられているため、貼り替えが必要となった液晶フィルムを含む光学素子はバックライトから剥がす必要がある。光学素子とバックライトとは両面テープなどで強固に接着されていることが多いため、光学素子が剥がされた後のバックライトは再利用できないことが多い。バックライトは、液晶表示装置の構成部品の中でも比較的高価であるため、再利用できない場合には、歩留まりの低下及び製造コストの増大を招くおそれがある。

さらに、上述した液晶フィルムは、比較的波長分散が大きいといった特性を有している。つまり、透過する光の波長によっては付与するリタデーションが理想値よりも大きく異なることがある。このため、例えば表示モードがノーマリホワイトの構成において、黒を表示した際に青に色づき、表示品位の劣化を招くおそれがある。

この発明は、上記した課題に鑑みなされたものであって、その目的は、コストの低減が可能であるとともに表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様による液晶表示装置は、
第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した構成の液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを前記第１基板側から照明するバックライトと、
前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置された第１偏光板と、
前記液晶表示パネルの前記第２基板側に配置された第２偏光板と、を備えた直線偏光主導型のＥＣＢモードの液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記第１偏光板との間、または、前記液晶表示パネルと前記第２偏光板との間に配置され、前記液晶表示パネルの前記液晶層における残留リタデーションと略同等の面内リタデーションを有するとともに、その遅相軸が前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向に対して直交するように配置された第１位相差板を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、コストの低減が可能であるとともに表示品位の良好な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。ここでは、バックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過表示部を備えた液晶表示装置を例に説明する。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、例えばアクティブマトリクスタイプのカラー液晶表示装置であって、透過型の液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板（第１基板）ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向して配置された対向基板（第２基板）ＣＴと、これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱと、を備えて構成されている。

また、この液晶表示装置は、液晶表示パネルＬＰＮの一方の外面（すなわちアレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱと接触する面とは反対側の面）に設けられた第１光学素子ＯＤ１、及び、液晶表示パネルＬＰＮの他方の外面（すなわち対向基板ＣＴの液晶層ＬＱと接触する面とは反対側の面）に設けられた第２光学素子ＯＤ２を備えている。さらに、この液晶表示装置は、第１光学素子ＯＤ１側から液晶表示パネルＬＰＮを照明するバックライトＢＬを備えている。

このような液晶表示パネルＬＰＮは、画像を表示する表示領域ＤＳＰを備えている。表示領域ＤＳＰは、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。

アレイ基板ＡＲは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板１０を用いて形成されている。すなわち、このアレイ基板ＡＲは、表示領域ＤＳＰにおいて、絶縁基板１０の一方の主面（つまり、液晶層ＬＱと対向する面）に、画素毎に配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、これらの画素電極ＥＰの行方向に沿ってそれぞれ形成されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これらの画素電極ＥＰの列方向に沿ってそれぞれ形成されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいて走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部を含む領域に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子Ｗなどを有している。

アレイ基板ＡＲは、さらに、表示領域ＤＳＰの周辺の駆動回路領域ＤＣＴにおいて、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤを構成する少なくとも一部、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを構成する少なくとも一部を備えている。走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行のスイッチング素子Ｗが走査信号によってオンするタイミングでｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応するスイッチング素子Ｗを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、ｎチャネルの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成され、絶縁基板１０の上に配置された半導体層１２を備えている。この半導体層１２は、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成可能であり、ここではポリシリコンによって形成されている。半導体層１２は、チャネル領域１２Ｃを挟んだ両側にそれぞれソース領域１２Ｓ及びドレイン領域１２Ｄを有している。この半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのゲート電極ＷＧは、走査線Ｙに接続されている（あるいは走査線Ｙと一体的に形成されている）。ゲート電極ＷＧ及び走査線Ｙは、ともにゲート絶縁膜１４上に配置されている。これらのゲート電極ＷＧ、及び、走査線Ｙは、層間絶縁膜１６によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、層間絶縁膜１６上においてゲート電極ＷＧの両側に配置されている。ソース電極ＷＳは、信号線Ｘに接続される（あるいは信号線Ｘと一体に形成される）とともに、半導体層１２のソース領域１２Ｓにコンタクトしている。ドレイン電極ＷＤは、画素電極ＥＰに接続される（あるいは画素電極ＥＰと一体に形成される）とともに、半導体層１２のドレイン領域１２Ｄにコンタクトしている。これらのソース電極ＷＳ、ドレイン電極ＷＤ、及び信号線Ｘは、有機絶縁膜１８によって覆われている。

画素電極ＥＰは、有機絶縁膜１８上に配置され、有機絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極ＷＤと電気的に接続されている。この画素電極ＥＰは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。すべての画素ＰＸに対応した画素電極ＥＰは、配向膜２０によって覆われている。

一方、対向基板ＣＴは、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板３０を用いて形成されている。すなわち、この対向基板ＣＴは、表示領域ＤＳＰにおいて、絶縁基板３０の一方の主面（つまり、液晶層３０と対向する面）に、対向電極ＥＴなどを備えている。対向電極ＥＴは、複数の画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。また、この対向電極ＥＴは、配向膜３６によって覆われている。

カラー表示タイプの液晶表示装置は、各画素に対応して液晶表示パネルＬＰＮの内面に設けられたカラーフィルタ層３４を備えている。図２に示した例では、カラーフィルタ層３４は、対向基板ＣＴに設けられている。カラーフィルタ層３４は、互いに異なる複数の色、例えば赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。なお、このようなカラーフィルタ層３４は、アレイ基板ＡＲ側に配置しても良い。

また、各画素ＰＸは、図示しないブラックマトリクスによって区画されている。このブラックマトリクスは、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘ、スイッチング素子Ｗなどの配線部に対向するように配置されている。

このような対向基板ＣＴと、上述したようなアレイ基板ＡＲとをそれぞれの配向膜２０及び配向膜３６を対向するように配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサ（例えば、樹脂材料によって一方の基板と一体的に形成された柱状スペーサ）により、所定のギャップが形成される。なお、配向膜２０及び配向膜３６のそれぞれのラビング方向は互いに平行であり、逆向きである。これらのアレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴは、シール材によって貼り合わせられている。

液晶層ＬＱは、これらのアレイ基板ＡＲの配向膜２０と対向基板ＣＴの配向膜３６との間に形成されたギャップに封入された液晶分子４０を含む液晶組成物によって構成されている。この実施の形態では、ＥＣＢモードを採用しており、液晶層ＬＱは、ツイスト角が０ｄｅｇのホモジニアス配向した液晶分子４０を含んでいる。

この実施の形態に係る液晶表示装置において、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、これらを通過した光の偏光状態を制御する。

すなわち、図３及び図４に示すように、第１光学素子ＯＤ１は、第１偏光板ＰＬ１のみによって構成されている。つまり、第１偏光板ＰＬ１は、液晶表示パネルＬＰＮとバックライトＢＬとの間に配置されている。この第１偏光板ＰＬ１は、アレイ基板ＡＲを構成する絶縁基板１０の外面に接着されている。

第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光板ＰＬ２と、第１位相差板ＲＦ１とによって構成されている。第２偏光板ＰＬ２は、液晶表示パネルＬＰＮの対向基板側に配置されている。第１位相差板ＲＦ１は、液晶表示パネルＬＰＮと第２偏光板ＰＬ２との間に配置されている。この第１位相差板ＲＦ１は、対向基板ＣＴを構成する絶縁基板３０に接着されている。また、第２偏光板ＰＬ２は、第１位相差板ＲＦ１の上に接着されている。

なお、この実施の形態では、第１位相差板ＲＦ１が第２光学素子ＯＤ２に含まれる場合について説明するが、第１光学素子ＯＤ１に含まれていても良い。この場合、第１位相差板ＲＦ１は、液晶表示パネルＬＰＮと第１偏光板ＰＬ１との間に配置される。

ここで適用される第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。このような偏光板は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な１方向の振動面を有する光すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。

ここで適用される第１位相差板ＲＦ１は、光学的に異方性を有する位相差板であり、例えばシクロオレフィン系ポリマーなどを用いた高分子延伸フィルムによって構成されている。この第１位相差板ＲＦ１は、互いに直交する遅相軸及び進相軸を有しており、所定の面内リタデーションを有している。

屈折率異方性を有する液晶分子４０の配列が印加電圧に応じて変化する液晶層ＬＱや、屈折率異方性を有する位相差板において、複屈折を議論する上では、相対的に屈折率の大きな軸が遅相軸に対応し、相対的に屈折率の小さな軸が進相軸に対応する。遅相軸は、異常光線の振動面と一致するものとする。進相軸は、常光線の振動面と一致するものとする。

液晶層ＬＱを通過する常光線及び異常光線の屈折率をそれぞれｎｏ及びｎｅとし、それぞれの光線の進行方向に沿った液晶層ＬＱの厚さをｄとしたとき、液晶層ＬＱの位相差（リタデーション）は、Δｎ・ｄ（ｎｍ）＝（ｎｅ×ｄ−ｎｏ×ｄ）で定義される（つまり、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ）。

位相差板については、互いに直交する３つの軸に対応した主屈折率を適用し、位相差板の面内での互いに直交する軸に対応した主屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方向（すなわち位相差板の厚み方向）の軸に対応した主屈折率をｎｚとしたとき、位相差板の厚みをｄとすると、位相差板の正面位相差あるいは面内リタデーション（Ｒｅ）は、Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄで定義される。また、位相差板の厚み方向のリタデーション（Ｒｔｈ）は、Ｒｔｈ＝（ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄで定義される。

次に、直線偏光主導型のＥＣＢモードにおける黒表示時の光学補償について、第２光学素子ＯＤ２における第１位相差板ＲＦ１の面内リタデーション（Ｒｅ）と、黒表示時における液晶層ＬＱの残留リタデーションＲとの関係について検討する。

ここでは、第１偏光板ＰＬ１の吸収軸Ａ１と第２偏光板ＰＬ２の吸収軸Ａ２とが直交し、表示モードがノーマリホワイトである場合について説明する。

すなわち、第１光学素子ＯＤ１の第１偏光板ＰＬ１を通過したバックライト光は、直線偏光に変換され、液晶層ＬＱに入射する。第１偏光板ＰＬ１の吸収軸Ａ１がＹ軸と平行である場合、この直線偏光の長軸方向はＸ軸と平行である。液晶層ＬＱ及び第１位相差板ＲＦ１において、電圧無印加時（あるいは低電圧印加時）に通過した直線偏光に対してλ／２の位相差を付与することにより、液晶層ＬＱ及び第１位相差板ＲＦ１を通過した光は、液晶層ＬＱに入射する前の直線偏光と直交する直線偏光に変換される。つまり、この直線偏光の振動面はＸ軸に直交するＹ軸と平行となる。したがって、第２光学素子ＯＤ２において、Ｘ軸と平行な吸収軸Ａ２を有する第２偏光板５２を適用することにより、他の位相差板を適用することなしに液晶層ＬＱを通過した直線偏光を高透過率で透過させることができる（白表示）。

一方、液晶層ＬＱ及び第１位相差板ＲＦ１において、電圧印加時（あるいは高電圧印加時）に液晶層ＬＱ及び第１位相差板ＲＦ１を通過した直線偏光に対して付与する位相差を略ゼロとすることにより、液晶層ＬＱ及び第１位相差板ＲＦ１を通過した光は、液晶層ＬＱに入射する前の直線偏光と同等の偏光状態を維持している。つまり、この直線偏光の振動面はＸ軸と平行となる。したがって、第２光学素子ＯＤ２において、Ｘ軸と平行な吸収軸Ａ２を有する第２偏光板５２を適用することにより、他の位相差板を適用することなしに液晶層ＬＱを通過した直線偏光を高吸収率で吸収させることができる（黒表示）。

ここで、液晶層ＬＱの残留リタデーションＲについて説明する。液晶層ＬＱに黒表示のための電圧（黒表示電圧）を印加した場合、液晶層ＬＱの断面において、基板界面から離れた中央部（ミッドプレーン）に位置する液晶分子４０は、電界の方向にその長軸方向がほぼ平行となるように配列している。このため、液晶層ＬＱのミッドプレーンの正面位相差は実質的にゼロ（ｎｍ）とみなすことができる。しかしながら、基板界面に隣接して配向した液晶分子４０は、界面の配向規制力（アンカリング）の影響を受け、電圧に対する応答が鈍く、ほぼ初期の配向状態を維持している。このため、液晶層ＬＱの基板界面近傍での正面位相差はゼロ（ｎｍ）とはならない。したがって、黒表示のために十分に高い黒表示電圧を液晶層ＬＱに印加しても、基板界面のアンカリングの影響により液晶層ＬＱには正面位相差が残ることになる。これを一般に残留リタデーションと称している。

本実施の形態においては、第１位相差板ＲＦ１は、液晶表示パネルＬＰＮの液晶層ＬＱにおける残留リタデーションＲと略同等の面内リタデーションＲｅを有するとともに、その遅相軸Ｄ１が液晶層ＬＱに含まれる液晶分子４０の配向方向に対して直交するように配置されている。

これにより、黒表示時の液晶層ＬＱの残留リタデーションＲがキャンセルされ、黒表示時には、液晶表示パネルＬＰＮと第１位相差板ＲＦ１とが協働して通過する光に対する面内リタデーションをゼロとしている。このため、黒表示の光学補償がなされ、高いコントラスト比（ＣＲ）を得ることが可能となる。

ここで、第１位相差板ＲＦ１の面内リタデーションＲｅは、残留リタデーションＲとの関係に基づき所定波長（例えば５５０ｎｍ）において５０ｎｍ以下に設定されることが望ましく、ここに示した例では４０ｎｍとした。すなわち、液晶層ＬＱに印加する電圧が高いほどある程度は残留リタデーションを低減できるが、駆動回路の性能や耐圧などの観点から液晶層ＬＱに対して極度に高い電圧を印加することは望ましくない。液晶層ＬＱに印加する電圧としては最大で５〜６Ｖ程度であり、このときの残留リタデーションＲが５０ｎｍ以下となることから、第１位相差板ＲＦ１の面内リタデーションＲｅは５０ｎｍ以下に設定することが望ましい。

次に、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２の液晶表示パネルＬＰＮへの具体的な配置について検討する。

ここでは、対向基板ＣＴ側から液晶表示装置を観察した場合のアレイ基板ＡＲ（または対向基板ＣＴ）の主面に平行な平面内において、便宜上、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義し、この平面の法線方向（あるいは光の進行方向）をＺ軸と定義する。面内とは、Ｘ軸及びＹ軸で規定される平面内に相当する。ここで、例えば、Ｘ軸は画面の水平方向に対応し、Ｙ軸は画面の垂直方向に対応するものとする。また、Ｘ軸の正（＋）の方向（０°方位）が画面の右側に対応し、Ｘ軸の負（−）の方向（１８０°方位）が画面の左側に対応するものとする。さらに、Ｙ軸の正（＋）の方向（９０°方位）が画面の上側に対応し、Ｙ軸の負（−）の方向（２７０°方位）が画面の下側に対応するものとする。

液晶表示パネルＬＰＮにおいては、アレイ基板ＡＲ側の配向膜２０のラビング方向Ｒｂ１は、Ｘ軸に対して３１５°の方位に設定されている。また、対向基板ＣＴ側の配向膜３６のラビング方向Ｒｂ２は、配向膜２０のラビング方向Ｒｂ１と平行且つ逆向きであって、Ｘ軸に対して１３５°の方位に設定されている。つまり、ホモジニアス配向した液晶分子４０の配向方向は、１３５°−３１５°の方位に相当する。

第１偏光板ＰＬ１は、その吸収軸Ａ１が液晶分子４０の配向方向に対して略４５°の角度をなすように、例えば９０°−２７０°の方位を向くように配置される。第２偏光板ＰＬ２は、その吸収軸Ａ２が第１偏光板ＰＬ１の吸収軸Ａ１と直交するように配置され、ここでは吸収軸Ａ２が０°−１８０°の方位を向くように配置される。

第１位相差板ＲＦ１の液晶表示パネルＬＰＮへの配置は、液晶分子４０の配向方向に基づいて設定される。すなわち、第１位相差板ＲＦ１は、その遅相軸Ｄ１が液晶分子４０の配向方向とほぼ直交するように配置され、ここでは、４５°−２２５°の方位を向くように配置される。

なお、液晶分子の配向方向が上記条件とは異なる場合でも、上記角度の関係を維持していれば良い。

このような構成の液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性を測定したところ、図５に示すような結果が得られた。ここで、コントラスト比の視野角依存性に関する測定結果を示す図においては、中心が液晶表示パネルＬＰＮの法線方向に相当し、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度（視角）が２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。ここで示した特性図は、各方位について等コントラスト比の領域を結ぶことで得られたものである。

図５に示したように、本構成によれば、等コントラスト比（ＣＲ）＝１０：１の視野角範囲は、画面の上下及び画面の左右でともに十分な広視野角化を実現できていることが確認できた。

このような視野角特性は、ツイステッド・ネマティック（ＴＮ）モードの液晶表示パネルの両側に、ディスコティック液晶分子を液晶状態において法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた液晶フィルムを配置した構成（比較例１）と同等であった。また、本構成の液晶表示装置全体の厚みは、比較例よりも薄い。さらに、本構成の液晶表示装置のコストについては、比較例よりも低コストであった。

また、本構成の液晶表示装置のコストについては、ホモジニアス配向の液晶表示パネルと、ネマティック液晶分子を液晶状態において法線方向に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた液晶フィルムとを組み合わせた構成（比較例２）と比較して、低コストであった。また、液晶フィルムに起因した貼り替えが大幅に低減され、歩留まりが改善し、コストの低減が可能となった。

さらに、本構成によれば、図６の色度座標に示したように、白表示状態（電圧無印加時）Ｗから黒表示状態（電圧印加時）Ｂｋまでの間でのカラーシフトが低減され、特に、比較例２と対比して、黒を表示した際の青味付きを抑制できることが確認され、表示品位の向上が可能となった。

第１位相差板ＲＦ１について、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方向の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で与えられるＮｚ係数による視野角特性の変化をシミュレーションした。図７に示すように、特にＮｚ係数に依存して大幅に視野角特性が変化することはなかったが、全方位にわたって比較的広い視野角を得ようとしたときには、Ｎｚ係数は１．０以上に設定されることが望ましい。

また、第１位相差板ＲＦ１を含む光学素子においては、偏光板を構成する偏光子層を支持体層と第１位相差板とで挟持する構成を適用してもよい。すなわち、図８に示すように、支持体層１０１、この支持体層１０１上に配置された偏光子層１０２、及び、この偏光子層１０２上においてその進相軸が偏光子層１０２の吸収軸に対して４５°の角度をなすように配置された位相差層１０３を有する光学素子１００が適用可能である。

支持体層１０１は、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）によって形成可能である。偏光子層１０２は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）によって形成可能である。位相差層１０３は、残留リタデーションＲと同等の面内リタデーションＲｅを有するシクロオレフィン系ポリマーによって形成されている。

偏光板は、通常、一対の支持体層によって偏光子層を挟持した構成が採用されているが、このような光学素子１００を適用することにより、第１光学素子ＯＤ１または第２光学素子ＯＤ２を構成する部品点数を削減することができ、薄型化及び低コスト化が可能となる。

次に、他の実施形態について説明する。なお、上述した実施の形態と同一構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

すなわち、図９及び図１０に示すように、第１光学素子ＯＤ１は、第１偏光板ＰＬ１と、第２位相差板ＲＦ２と、によって構成されている。第１偏光板ＰＬ１は、液晶表示パネルＬＰＮとバックライトＢＬとの間に配置されている。第２位相差板ＲＦ２は、第１偏光板ＰＬ１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置されている。

第２位相差板ＲＦ２は、アレイ基板ＡＲを構成する絶縁基板１０の外面に接着されている。第１偏光板ＰＬ１は、第２位相差板ＲＦ２の上に接着されている。

第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光板ＰＬ２と、第１位相差板ＲＦ１と、第３位相差板ＲＦ３と、第４位相差板ＲＦ４と、によって構成されている。第２偏光板ＰＬ２は、液晶表示パネルＬＰＮの対向基板側に配置されている。第１位相差板ＲＦ１は、液晶表示パネルＬＰＮと第２偏光板ＰＬ２との間に配置されている。第３位相差板ＲＦ３は、第２偏光板ＰＬ２と第１位相差板ＲＦ１との間に配置されている。第４位相差板ＲＦ４は、第１位相差板ＲＦ１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置されている。

第４位相差板ＲＦ４は、対向基板ＣＴを構成する絶縁基板３０に接着されている。第１位相差板ＲＦ１は、第４位相差板ＲＦ４の上に接着されている。第３位相差板ＲＦ３は、第１位相差板ＲＦ１の上に接着されている。第２偏光板ＰＬ２は、第３位相差板ＲＦ３の上に接着されている。

なお、この実施の形態において、第１光学素子ＯＤ１と第２光学素子ＯＤ２とを入れ替えても良い。

ここで適用される第２位相差板ＲＦ２及び第３位相差板ＲＦ３は、光学的に異方性を有する位相差板であり、ディスコティック液晶分子を液晶状態において法線方向（すなわち位相差板の厚み方向）に沿ってハイブリッド配向した状態で固定化させた液晶フィルムによって構成されている。

第４位相差板ＲＦ４は、高分子延伸フィルムなどによって構成され、ネガティブＣプレート相当の屈折率異方性（ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ）を有している。つまり、この第４位相差板ＲＦ４は、所定の厚み方向のリタデーションＲｔｈを有している。

この実施の形態においても、第１位相差板ＲＦ１は、液晶表示パネルＬＰＮの液晶層ＬＱにおける残留リタデーションＲと略同等の面内リタデーションＲｅを有するとともに、その遅相軸Ｄ１が液晶層ＬＱに含まれる液晶分子４０の配向方向に対して直交するように配置されている。これにより、黒表示時の液晶層ＬＱの残留リタデーションＲがキャンセルされる。

次に、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２の液晶表示パネルＬＰＮへの具体的な配置について検討する。

液晶表示パネルＬＰＮにおける液晶分子４０の配向方向、第１位相差板ＲＦ１の遅相軸Ｄ１の方位、第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２の吸収軸Ａ１及びＡ２の方位については、図４に示した例と同一である。

第２位相差板ＲＦ２は、その光軸Ｄ２が第１偏光板ＰＬ１の吸収軸Ａ１と平行となるように配置され、ここでは、９０°の方位を向くように配置されている。第３位相差板ＲＦ３は、その光軸Ｄ３が第２偏光板ＰＬ２の吸収軸Ａ２と平行となるように配置され、ここでは、０°の方位を向くように配置されている。

なお、液晶分子４０の配向方向が上記条件とは異なる場合でも、上記角度の関係を維持していれば良い。

このような構成の液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性を測定したところ、図１１に示すような結果が得られた。本構成によれば、等コントラスト比（ＣＲ）＝１０：１の視野角範囲は、図４などに示した本実施形態の構成と比較して、画面の上下及び画面の左右でともにさらなる広視野角化を実現できていることが確認できた。

また、本構成によれば、図１２の色度座標に示したように、白表示状態（電圧無印加時）Ｗから黒表示状態（電圧印加時）Ｂｋまでの間でのカラーシフトが低減され、黒を表示した際の青味付きを抑制できることが確認され、表示品位の向上が可能となった。

第４位相差板ＲＦ４について、その厚み方向のリタデーションＲｔｈによる視野角特性の変化をシミュレーションした。図１３に示すように、特にリタデーションＲｔｈに依存して大幅に視野角特性が変化することはなかったが、全方位にわたって比較的広い視野角を得ようとしたときには、所定波長（例えば５５０ｎｍ）において１００ｎｍ以下に設定されることが望ましい。

次に、さらなる他の実施形態について説明する。なお、上述した実施の形態と同一構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

すなわち、図１４及び図１５に示すように、第１光学素子ＯＤ１は、図９などに示した例と同様に、第１偏光板ＰＬ１と、第２位相差板ＲＦ２と、によって構成されている。第１偏光板ＰＬ１は、液晶表示パネルＬＰＮとバックライトＢＬとの間に配置されている。第２位相差板ＲＦ２は、第１偏光板ＰＬ１と液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置されている。

第２光学素子ＯＤ２は、第２偏光板ＰＬ２と、第１位相差板ＲＦ１’と、第３位相差板ＲＦ３と、によって構成されている。第２偏光板ＰＬ２及び第３位相差板は、図９などに示した例と同一構成である。

なお、この実施の形態において、第１光学素子ＯＤ１と第２光学素子ＯＤ２とを入れ替えても良い。

ここで適用される第１位相差板ＲＦ’は、光学的に負の２軸の屈折率異方性を有しており、上記した面内リタデーションＲｅに加えて厚み方向のリタデーションＲｔｈを有している。すなわち、ここでの第１位相差板ＲＦ１’は、図９などに示した例の第１位相差板ＲＦ１と第４位相差板ＲＦ４との機能を兼ね備えたものに相当する。これにより、光学素子を構成する部品点数を削減することができ、装置全体の薄型化が可能となるとともに低コスト化が可能となる。

このような構成の液晶表示装置について、コントラスト比の視野角依存性を測定したところ、図９に示した例と同等の広視野角化が可能となることが確認できた。

第１位相差板ＲＦ１について、Ｎｚ係数による視野角特性の変化をシミュレーションした。図１６に示すように、特にＮｚ係数に依存して大幅に視野角特性が変化することはなかったが、全方位にわたって比較的広い視野角を得ようとしたときには、Ｎｚ係数は１．０以上に設定されることが望ましい。

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。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、図２に示した液晶表示装置に適用可能な第１光学素子及び第２光学素子の構成を概略的に示す図である。 図４は、図３に示した構成例において、液晶分子の配向方向に対する各位相差板の遅相軸の方位及び各偏光板の吸収軸の方位を説明するための図である。 図５は、図３に示した構成の液晶表示装置において透過表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示す図である。 図６は、図３に示した構成の液晶表示装置における白表示状態から黒表示状態までのカラーシフトをシミュレーションした結果を示す図である。 図７は、図３に示した構成の液晶表示装置における第１位相差板のＮｚ係数による視野角特性の変化をシミュレーションした結果を示す図である。 図８は、図３に示した構成の液晶表示装置における第１位相差板と偏光板とを一体化した光学素子の構成を説明するための図である。 図９は、図２に示した液晶表示装置に適用可能な第１光学素子及び第２光学素子の他の構成を概略的に示す図である。 図１０は、図９に示した構成例において、液晶分子の配向方向に対する各位相差板の遅相軸の方位及び各偏光板の吸収軸の方位を説明するための図である。 図１１は、図９に示した構成の液晶表示装置において透過表示を行った際のコントラスト比の視野角依存性をシミュレーションした結果を示す図である。 図１２は、図９に示した構成の液晶表示装置における白表示状態から黒表示状態までのカラーシフトをシミュレーションした結果を示す図である。 図１３は、図９に示した構成の液晶表示装置における第４位相差板のリタデーションＲｔｈによる視野角特性の変化をシミュレーションした結果を示す図である。 図１４は、図２に示した液晶表示装置に適用可能な第１光学素子及び第２光学素子の他の構成を概略的に示す図である。 図１５は、図１４に示した構成例において、液晶分子の配向方向に対する各位相差板の遅相軸の方位及び各偏光板の吸収軸の方位を説明するための図である。 図１６は、図１４に示した構成の液晶表示装置における第１位相差板のＮｚ係数による視野角特性の変化をシミュレーションした結果を示す図である。

符号の説明

ＬＰＮ…液晶表示パネル ＰＸ…画素
ＡＲ…アレイ基板 ＣＴ…対向基板 ＬＱ…液晶層 ＢＬ…バックライト
ＯＤ１…第１光学素子 ＯＤ２…第２光学素子
ＰＬ１…第１偏光板 ＰＬ２…第２偏光板
ＲＦ１…第１位相差板 ＲＦ２…第２位相差板
ＲＦ３…第３位相差板 ＲＦ４…第４位相差板

Claims (7)

1. 第１配向膜を備えた第１基板と第２配向膜を備えた第２基板との間に液晶層を保持した構成であり前記第１配向膜及び前記第２配向膜のそれぞれのラビング方向が互いに平行であり逆向きである液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを前記第１基板側から照明するバックライトと、
   前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置された第１偏光板と、
   前記液晶表示パネルの前記第２基板側に配置された第２偏光板と、を備えたＥＣＢモードの液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルと前記第１偏光板との間、または、前記液晶表示パネルと前記第２偏光板との間に配置され、前記液晶表示パネルの前記液晶層における残留リタデーションと略同等の面内リタデーションを有するとともに、その遅相軸が前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向に対して直交するように配置された第１位相差板と、
   前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され、前記第１偏光板の吸収軸と平行な光軸を有するようにディスコティック液晶分子がハイブリッド配向した第２位相差板と、
   前記第２偏光板と前記第１位相差板との間に配置され、前記第２偏光板の吸収軸と平行な光軸を有するようにディスコティック液晶分子がハイブリッド配向した第３位相差板と、
   前記第１位相差板と前記液晶表示パネルとの間に配置され、ネガティブＣプレート相当の第４位相差板と、を備え、
   前記第１位相差板の面内リタデーションは、５０ｎｍ以下に設定され、
   前記第１位相差板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方向の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で与えられるＮｚ係数が１．０以上に設定されたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１偏光板または前記第２偏光板は、支持体層、及び、前記支持体層上に配置された偏光子層によって構成され、
   前記第１位相差板は、前記偏光子層上に配置されたシクロオレフィン系ポリマーによって形成され、その遅相軸が偏光子層の吸収軸に対して４５°の角度をなすことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第４位相差板の厚み方向のリタデーションＲｔｈは、１００ｎｍ以下に設定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。
4. 第１配向膜を備えた第１基板と第２配向膜を備えた第２基板との間に液晶層を保持した構成であり前記第１配向膜及び前記第２配向膜のそれぞれのラビング方向が互いに平行であり逆向きである液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを前記第１基板側から照明するバックライトと、
   前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置された第１偏光板と、
   前記液晶表示パネルの前記第２基板側に配置された第２偏光板と、を備えたＥＣＢモードの液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルと前記第１偏光板との間、または、前記液晶表示パネルと前記第２偏光板との間に配置され、前記液晶表示パネルの前記液晶層における残留リタデーションと略同等の面内リタデーションを有するとともに、その遅相軸が前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向に対して直交するように配置された第１位相差板と、
   前記第１偏光板と前記液晶表示パネルとの間に配置され、前記第１偏光板の吸収軸と平行な光軸を有するようにディスコティック液晶分子がハイブリッド配向した第２位相差板と、
   前記第２偏光板と前記第１位相差板との間に配置され、前記第２偏光板の吸収軸と平行な光軸を有するようにディスコティック液晶分子がハイブリッド配向した第３位相差板と、を備え、
   前記第１位相差板の面内リタデーションは、５０ｎｍ以下に設定され、
   前記第１位相差板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方向の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で与えられるＮｚ係数が１．０以上に設定され、しかも、
   前記第１位相差板は、２軸の屈折率異方性を有し、前記面内リタデーションに加えて厚み方向のリタデーションを有することを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記第１位相差板は、その面内での互いに直交する方位の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、その法線方向の屈折率をｎｚとしたときに、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）で与えられるＮｚ係数が１．０以上に設定されたことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層に含まれる液晶分子は、ホモジニアス配向していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１偏光板の吸収軸と前記第２偏光板の吸収軸とが直交し、
   表示モードがノーマリホワイトであ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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