JP6330060B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

複数人が同時に見ることが多いテレビでは、広視野角の液晶表示装置が要求される。また、車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に使われる小型液晶表示装置でも、運転手や助手席の人物が表示を認識できるように、広視野角の液晶表示装置が要求される。

広視野角の液晶表示装置としては、従来、縦電界を利用する垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードや、横電界を利用するＩＰＳ（In-Plane Switching）モードなどが用いられるが、これらの液晶表示装置でも要求される広視野角を得ることは難しい。

特許第５２６５６１４号公報

本発明は、視野角を向上させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。

本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光源部と、前記光源部からの光を透過し、垂直配向（ＶＡ）型である液晶パネルと、前記液晶パネルを挟む第１及び第２ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムと、前記第１及び第２ＴＡＣフィルムを挟む第１及び第２位相差板と、前記第１及び第２位相差板を挟む第１及び第２偏光板とを具備する。前記液晶パネルの表示面の垂線は、前記光源部の光出射面の垂線に対して傾いている。前記第１及び第２偏光板はそれぞれ、互いに概略直交する第１及び第２吸収軸を有し、前記第１及び第２位相差板はそれぞれ、互いに概略直交する第１及び第２遅相軸を有し、前記第１及び第２遅相軸はそれぞれ、前記第１及び第２吸収軸と概略４５°で交差し、前記第１及び第２ＴＡＣフィルムはそれぞれ、互いに概略直交する第３及び第４遅相軸を有する。前記第１及び第２ＴＡＣフィルムの各々は、厚み方向位相差が２０ｎｍ以上かつ７０ｎｍ以下であり、面内位相差が７ｎｍ以下であり、前記第１及び第２位相差板の各々は、面内位相差が１３０ｎｍ以上かつ１５０ｎｍ以下であり、Ｎ_ｚ係数が１．４以上かつ１．７以下である。ｎ_ｘを遅相軸方向の屈折率、ｎ_ｙを進相軸方向の屈折率、ｎ_ｚを厚み方向の屈折率とすると、Ｎ_ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）である。

本発明によれば、視野角を向上させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

本実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。 液晶表示装置の構成を示す斜視図。 液晶表示装置の構成を示す斜視図。 液晶パネルの構成を示す断面図。 液晶表示装置の動作を説明する図。 液晶表示装置の動作を説明する図。 第１位相差板の屈折率楕円体を説明する模式図。 第１ＴＡＣフィルムの屈折率楕円体を説明する模式図。 オフ状態における液晶層の屈折率楕円体を説明する模式図。 第２ＴＡＣフィルムの屈折率楕円体を説明する模式図。 第２位相差板の屈折率楕円体を説明する模式図。 図７乃至図１１の屈折率楕円体を纏めた図。 本実施形態に係る視野角に応じたコントラスト比のシミュレーション結果。 本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を模式的に示す断面図。 比較例に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。 比較例に係る屈折率楕円体を説明する図。 比較例に係る視野角に応じたコントラスト比のシミュレーション結果。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（用語および記号の定義）
本明細書における用語および記号の定義は下記の通りである。

（１）屈折率（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚ）
「ｎ_ｘ」は面内の屈折率が最大になる方向（すなわち、遅相軸方向）の屈折率である。「ｎ_ｙ」は面内で遅相軸と直交する方向（すなわち、進相軸方向）の屈折率である。「ｎ_ｚ」は厚み方向の屈折率である。
ｘ方向（遅相軸）の屈折率ｎ_ｘと、ｙ方向（進相軸）の屈折率ｎ_ｙとの間には、次式の関係がある。
ｎ_ｘ≧ｎ_ｙ
（２）面内位相差（Ｒ_ｏ）
「Ｒ_ｏ」は、波長λ（ｎｍ）の光で測定したフィルムの面内位相差である。本実施形態では、可視光の中心付近、例えば、５００〜６００ｎｍの間の任意の波長λが用いられる。面内位相差Ｒ_ｏは、フィルムの厚みをｄ（ｎｍ）としたとき、以下の式で求められる。
Ｒ_ｏ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）×ｄ
（３）厚み方向位相差（Ｒ_ｔｈ）
「Ｒ_ｔｈ」は、波長λ（ｎｍ）の光で測定したフィルムの厚み方向位相差である。厚み方向位相差Ｒ_ｔｈは、フィルムの厚みをｄ（ｎｍ）としたとき、以下の式で求められる。
Ｒ_ｔｈ＝｛（ｎ_ｘ＋ｎ_ｙ）／２−ｎ_ｚ｝×ｄ
（４）Ｎ_ｚ係数
Ｎ_ｚ係数は、以下の式で求められる。
Ｎ_ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）
（５）ネガティブＣプレート
ネガティブＣプレートは、屈折率の関係を模式的に示す屈折率楕円体が「ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ＞ｎ_ｚ」の関係を有する位相差フィルムである。

［１］液晶表示装置の構成
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置１の構成を示す断面図である。液晶表示装置１は、液晶パネル（ＬＣＰ）２０、一対の偏光板（ＰＯＬ）１０−１、１０−２、一対の位相差板（λ／４）１１−１、１１−２、及び一対のＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム１２−１、１２−２を備える。図１において、図面の理解を容易にするために、偏光板に“ＰＯＬ”、位相差板に“λ／４”を付記している。

液晶パネル２０の一方の主面上には、ＴＡＣフィルム１２−１、位相差板１１−１、偏光板１０−１が順に積層される。液晶パネル２０の他方の主面上には、ＴＡＣフィルム１２−２、位相差板１１−２、偏光板１０−２が順に積層される。

液晶パネル２０は、垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードを有する。液晶パネル２０は、液晶層に電界が印加されない（液晶層間の電圧が概略ゼロである）オフ状態と、液晶層に電界が印加される（液晶層間に正の電圧が印加される）オン状態とを有する。ＶＡ型の液晶パネル２０では、オフ状態において液晶分子が垂直方向に配向し、オン状態において液晶分子が水平方向に向かって傾く。液晶パネル２０の具体的な構成については後述する。

図２及び図３は、液晶表示装置１の構成を示す斜視図である。図２は、オフ状態の液晶パネル２０を模式的に示しており、図３は、オン状態の液晶パネル２０を模式的に示している。図２及び図３において、各レイヤーに示した２本の一点鎖線は、互いに直交する基準線である。ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２、及び液晶層２２には、屈折率楕円体の上面図を模式的に示している。

偏光板１０−１、１０−２は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有する。偏光板１０−１、１０−２は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光（直線偏光した光成分）を透過し、吸収軸に平行な振動面を有する直線偏光（直線偏光した光成分）を吸収する。偏光板１０−１、１０−２は、互いの透過軸が直交するように、すなわち直交ニコル状態で配置される。図２の例では、偏光板１０−１の吸収軸は、基準軸に対して概略４５°の角度をなすように設定される。

位相差板１１−１、１１−２は、屈折率異方性を有しており、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する遅相軸及び進相軸を有する。位相差板１１−１、１１−２は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間に所定のリタデーション（λを透過する光の波長としたとき、λ／４の位相差）を与える機能を有する。すなわち、位相差板１１−１、１１−２は、λ／４板から構成される。位相差板１１−１、１１−２は、直線偏光を円偏光に、また円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。

位相差板１１−１、１１−２は、互いの遅相軸が直交するように配置される。位相差板１１−１の遅相軸は、偏光板１０−１の吸収軸に対して概略４５°の角度をなすように設定される。位相差板１１−２の遅相軸は、偏光板１０−２の吸収軸に対して概略４５°の角度をなすように設定される。なお、前述した偏光板及び位相差板を規定する角度は、所望の動作を実現可能な誤差、及び製造工程に起因する誤差を含むものとする。例えば、前述した概略４５°は、４５°±５°の範囲を含むものとする。また、前述した直交は、９０°±５°の範囲を含むものとする。

ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２は、透過光に位相差を付与する機能を有する位相差フィルム（位相差補償フィルム）である。ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２は、ネガティブＣプレートから構成される。ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２の構成については後述する。

（液晶パネル２０の構成）
次に、液晶パネル２０の構成の一例について説明する。図４は、液晶パネル２０の構成を示す断面図である。

液晶パネル２０は、カラーフィルター及び共通電極等が形成されるカラーフィルター基板（ＣＦ基板）２１−１と、スイッチング素子（ＴＦＴ）及び画素電極等が形成されかつＣＦ基板２１−１に対向配置されるＴＦＴ基板２１−２と、ＣＦ基板２１−１及びＴＦＴ基板２１−２間に挟持される液晶層２２とを備える。ＣＦ基板２１−１及びＴＦＴ基板２１−２の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板）から構成される。ＴＦＴ基板２１−２は、光源部（バックライト）に対向配置され、バックライトからの照明光は、ＴＦＴ基板２１−２側から液晶パネル２０に入射する。

液晶層２２は、ＣＦ基板２１−１及びＴＦＴ基板２１−２間を貼り合わせるシール材２３によって封入された液晶材料から構成される。液晶材料は、ＣＦ基板２１−１及びＴＦＴ基板２１−２間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。また、液晶層２２は、誘電異方性を有する液晶分子を備えた液晶層から構成され、例えば、ネマティック液晶から構成される。

前述したように、液晶モードとしては、ＶＡモードが用いられる。すなわち、液晶層２２は、ポジ型（ｐ型）液晶材料からなり、電圧（電界）を印加していない状態（初期配向状態）で基板面に対してほぼ垂直に配向させる。なお、図示は省略するが、ＣＦ基板２１−１及びＴＦＴ基板２１−２の各々において液晶層２２と接する面には、液晶層２２の配向を制御する配向膜が設けられる。

ＴＦＴ基板２１−２の液晶層２２側には、複数のスイッチング素子２４が設けられる。スイッチング素子２４としては、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）が用いられる。ＴＦＴ２４は、走査線に電気的に接続されるゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層（例えばアモルファスシリコン層）と、半導体層上に離間して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。ソース電極は、信号線に電気的に接続される。

ＴＦＴ２４上には、絶縁層２５が設けられる。絶縁層２５上には、複数の画素電極２６が設けられる。絶縁層２５内かつＴＦＴ２４のドレイン電極上には、画素電極２６に電気的に接続されたコンタクトプラグ２７が設けられる。

ＣＦ基板２１−１の液晶層２２側には、カラーフィルター２８が設けられる。カラーフィルター２８は、複数の着色フィルター（着色部材）を備え、具体的には、複数の赤フィルター２８−Ｒ、複数の緑フィルター２８−Ｇ、及び複数の青フィルター２８−Ｂを備える。一般的なカラーフィルターは光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で構成される。隣接したＲ、Ｇ、Ｂの三色のセットが表示の単位（画素）となっており、１つの画素中のＲ、Ｇ、Ｂのいずれか単色の部分はサブピクセル（サブ画素）と呼ばれる最小駆動単位である。ＴＦＴ２４及び画素電極２６は、サブピクセルごとに設けられる。以下の説明では、画素とサブ画素との区別が特に必要な場合を除き、サブ画素を画素と呼ぶものとする。

赤フィルター２８−Ｒ、緑フィルター２８−Ｇ、及び青フィルター２８−Ｂの境界部分、及び画素（サブピクセル）の境界部分には、遮光用のブラックマトリクス（遮光膜）ＢＭが設けられる。すなわち、ブラックマトリクスＢＭは、網目状に形成される。ブラックマトリクスＢＭは、例えば、着色部材間の不要な光を遮蔽し、コントラストを向上させるために設けられる。

カラーフィルター２８及びブラックマトリクスＢＭ上には、共通電極２９が設けられる。共通電極２９は、液晶パネル２０の表示領域全体に平面状に形成される。

共通電極２９上には、各画素に対応して突起部３０が設けられる。突起部３０は、例えば樹脂から構成され、例えば円錐形を有している。突起部３０は、液晶分子が傾く方向を制御する機能を有する。この複数の突起部３０により、液晶層２２は、液晶分子が傾く方向が異なる複数の領域（ドメイン）から構成される。すなわち、液晶パネル２０は、いわゆるマルチドメイン方式を用いている。マルチドメイン方式を用いることで、視野角依存性を改善することができる。

画素電極２６、コンタクトプラグ２７、及び共通電極２９は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。絶縁層２５としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。

［２］動作
次に、上記のように構成された液晶表示装置１の動作について説明する。図５は、オフ状態における液晶表示装置１の動作を説明する図である。図５には、表示面側（断面図の上）から見た配向状態を示している。なお、以下の動作は、画面に垂直方向に進む光に対する説明である。

オフ状態において、液晶層２２の液晶分子は、その長軸が垂直方向に配向する。バックライトからの入射光は、偏光板１０−２を透過して直線偏光になり、さらに位相差板１１−２を透過して円偏光になる。液晶層２２は、基板に平行な平面内における屈折率異方性が概略ゼロである。よって、円偏光は、液晶層２２を概略同じ状態を保ったまま透過する。続いて、液晶層２２を透過した円偏光は、位相差板１１−１を透過して直線偏光になる。この直線偏光は、偏光板１０−１の吸収軸と平行であるため、偏光板１０−１で吸収される。よって、オフ状態において、液晶表示装置１は、黒表示となる。すなわち、液晶表示装置１は、ノーマリーブラック型である。

図６は、オン状態における液晶表示装置１の動作を説明する図である。オン状態において、液晶層２２の液晶分子は、水平方向に向かって傾くように配向する。波長λ＝５５０ｎｍとすると、オン状態における液晶層２２のリタデーションΔｎｄは、２７５ｎｍ（＝λ/２）程度である。「Δｎ」は、液晶層の複屈折性であり、「ｄ」は、液晶層の厚みである。

バックライトからの入射光は、偏光板１０−２を透過して直線偏光になり、さらに位相差板１１−２を透過して円偏光になる。液晶層２２は、Δｎｄ＝２７５ｎｍを有するため、円偏光は、液晶層２２を透過して反対回りの円偏光になる。続いて、液晶層２２を透過した円偏光は、位相差板１１−１を透過して直線偏光になる。この直線偏光は、偏光板１０−１の透過軸と平行であるため、偏光板１０−１を透過する。よって、オン状態において、液晶表示装置１は、白表示となる。具体的には、カラーフィルターに応じたカラー表示が実現される。

ところで、本実施形態では、視野角を広くするために、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２を備える。以下に、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２による光学補償の作用について説明する。

まず、位相差板１１−１、ＴＡＣフィルム１２−１、液晶層２２、ＴＡＣフィルム１２−２、及び位相差板１１−２の順に、これらの屈折率を模式的に示す屈折率楕円体について説明する。なお、図７乃至図１１は、オフ状態における液晶表示装置１に含まれる部材の屈折率楕円体を説明する模式図であり、上面図、正面図、及び側面図に関する方向は、図２を基準にしている。

図７は、位相差板１１−１（λ／４（１）と表記）の屈折率楕円体を説明する模式図である。図７（ａ）は、屈折率楕円体の構成を示しており、屈折率楕円体の上面図、正面図、及び側面図を示している。図７（ｂ）は、画面の垂線から角度４５°で入射する光に対する屈折率楕円体の構成を示している。図７（ｂ）において、中心にある楕円（又は円）は、上面図であり、周囲の８つの楕円はそれぞれ、８つの方位（０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、及び３１５°）から見て、画面の垂線から角度４５°の光軸に対して垂直な面で屈折率楕円体を切断した場合の断面図である。すなわち、画面の垂線から角度４５°で入射（透過）する光に対する位相差板１１−１の屈折率（複屈折）の概略が、図７（ｂ）から理解できる。なお、切断面は、屈折率楕円体の中心を通る。以下に説明する図８乃至図１１についても図７と同様である。

図７の位相差板１１−１において、屈折率楕円体は、その長軸が面内（水平面）における横方向に向いている。この屈折率楕円体は、「ｎ_ｘ＞ｎ_ｙ」の関係を有する。位相差板１１−１（及び１１−２）のより具体的な条件については後述する。

図８はＴＡＣフィルム１２−１（ＴＡＣ（１）と表記）の屈折率楕円体を説明する模式図である。図８のＴＡＣフィルム１２−１において、屈折率楕円体は、円盤形である。ＴＡＣフィルム１２−１は、ネガティブＣプレートから構成され、屈折率楕円体が「ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ＞ｎ_ｚ」の関係を有する。ＴＡＣフィルム１２−１（及び１２−２）のより具体的な条件については後述する。なお、ネガティブＣプレートの一般的な定義が「ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ＞ｎ_ｚ」であるが、厳密には、「ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ」にならない可能性がある。よって、本実施形態では、「ｎ_ｘ≒ｎ_ｙ＞ｎ_ｚ」の関係を有するフィルムをネガティブＣプレートと呼ぶ場合がある。

図９は、オフ状態における液晶層２２の屈折率楕円体を説明する模式図である。図９の液晶層２２において、屈折率楕円体（液晶分子）は、その長軸が垂直方向に向いている。液晶分子の長軸に沿った屈折率（異常光の屈折率）ｎ_ｅ、液晶分子の短軸に沿った屈折率（常光の屈折率）ｎ_０である。オフ状態における液晶層２２は、ポジティブＣプレートから構成され、屈折率楕円体が「ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ＜ｎ_ｚ」の関係を有する。ｎ_０＝ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ、ｎ_ｅ＝ｎ_ｚである。

図１０は、ＴＡＣフィルム１２−２（ＴＡＣ（２）と表記）の屈折率楕円体を説明する模式図である。図１０のＴＡＣフィルム１２−２において、屈折率楕円体は、円盤形である。ＴＡＣフィルム１２−２は、ネガティブＣプレートから構成され、屈折率楕円体が「ｎ_ｘ＝ｎ_ｙ＞ｎ_ｚ」の関係を有する。

図１１は、位相差板１１−２（λ／４（２）と表記）の屈折率楕円体を説明する模式図である。図１１の位相差板１１−２において、屈折率楕円体は、その長軸が面内における縦方向に向いている。この屈折率楕円体は、「ｎ_ｘ＞ｎ_ｙ」の関係を有する。

図１２は、図７乃至図１１の屈折率楕円体を纏めた図である。図１２には、前述したように、画面（上面）の垂線から斜め４５°で透過する光に対する複屈折の様子が示される。

前述したように、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２は、ネガティブＣプレートから構成され、また、オフ状態の液晶層２２は、ポジティブＣプレートから構成される。図１２から理解できるように、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２と液晶層２２とは、複屈折の方向が直交している。このため、液晶層２２の複屈折は、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２の複屈折によって低減される。これにより、広視野角を実現できる。図１２には、位相差補償の効果を示しており、図１２の三角は、コントラスト比が良好であることを意味し、図１２の丸は、コントラスト比がより良好であることを意味する。

以下に、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２、及び位相差板１１−１、１１−２の条件について説明する。位相差やＮ_ｚ係数は、可視光の中心付近、例えば、５００〜６００ｎｍの間の任意の波長における値であれば良いが、本実施形態では、ＴＡＣフィルム及び位相差板に関する数値は、波長λ＝５９０ｎｍの可視光を用いた場合の値とする。

本実施形態では、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２は、その厚み方向位相差Ｒ_ｔｈが２０ｎｍ以上かつ７０ｎｍ以下に設定され、より好ましくは、３０ｎｍ以上かつ６０ｎｍ以下に設定される。また、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２は、その面内位相差Ｒ_ｏが０以上かつ７ｎｍ以下に設定され、より好ましくは、０以上かつ５ｎｍ以下に設定される。

図８及び図１０に示すように、ＴＡＣフィルム１２−１の遅相軸は、ＴＡＣフィルム１２−２の遅相軸と概略直交するように配置される。遅相軸は、屈折率ｎ_ｘの方向（Ｘ方向）に対応する。これにより、ＴＡＣフィルム１２−１の面内位相差とＴＡＣフィルム１２−１の面内位相差とが相殺されるように働く。よって、ＴＡＣフィルム１２−１及びＴＡＣフィルム１２−２全体としての面内位相差をより小さくできる（ゼロに近づけることができる）ため、正面コントラストを向上させることができる。なお、ＴＡＣフィルムの遅相軸と位相差板の遅相軸との関係は任意に設定可能である。

なお、オフ状態の液晶層２２を画面の垂線から４５度の角度で透過する光に作用する液晶層２２のリタデーションΔｎｄ´は、１００ｎｍ程度である。厚さｄ´は、画面の垂線から４５度の角度で液晶層２２を透過する光に対応する液晶層２２の厚さである。この液晶層２２のリタデーションを低減するために、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２合計の厚さ方向位相差Ｒｔｈは、１００ｎｍ程度であることが望ましい。

位相差板１１−１、１１−２は、その面内位相差Ｒ_ｏが１３０ｎｍ以上かつ１５０ｎｍ以下に設定され、より好ましくは、１３５ｎｍ以上かつ１４５ｎｍ以下に設定される。また、位相差板１１−１、１１−２は、そのＮ_ｚ係数が１．４以上かつ１．７以下に設定され、より好ましくは、１．５以上かつ１．６５以下に設定される。位相差板１１−１、１１−２のＮ_ｚ係数を上記条件に設定することで、見る方向によって複屈折が変化することに起因する視野角依存性を低減することができる。

図１３は、視野角に応じたコントラスト比のシミュレーション結果である。コントラスト比は、白輝度（最大輝度）／黒輝度（最小輝度）で定義される。図１３において、最外の円周に記載された数値は、方位角（°）を表しており、複数の同心円が表す数値は、画面の中心（又はある基準点）を通る垂線と、画面の中心から測定点を通る直線とのなす角度（°）、すなわち、画面を観測者に対して傾ける角度を表している。

図１３には、コントラスト比が、１００以下の領域、１００より大きく２００以下の領域、２００より大きく３００以下の領域、３００より大きく４００以下の領域、４００より大きく５００以下の領域を示している。図１３から理解できるように、液晶層２２の複屈折を低減するために、液晶層２２を挟むＴＡＣフィルム１２−１、１２−２を新たに設けることで、視野角を向上できる。

［３］適用例
次に、本実施形態に係る液晶表示装置１の適用例（実施例）について説明する。本実施形態に係る液晶表示装置１は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に適用することができる。

図１４は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置５０を模式的に示す断面図である。ヘッドアップディスプレイ装置５０は、図１に示した液晶表示装置１、光源部５１、反射部材５２、及び表示部材５３を備える。

光源部５１は、例えば面形状を持つ光源（面光源）から構成され、液晶表示装置１に照明光を供給する。光源部５１に含まれる発光素子としては、例えば白色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられる。液晶表示装置１は、光源部５１からの照明光を透過して光変調を行う。そして、液晶表示装置１は、車速等の運転情報を示す画像を表示する。

反射部材５２は、平面鏡、又は凹面鏡などから構成される。反射部材５２は、液晶表示装置１からの表示光を表示部材５３に向けて反射する。反射部材５２として凹面鏡を用いた場合、凹面鏡は、液晶表示装置１からの表示光を所定の拡大率で拡大する。

表示部材５３は、液晶表示装置１から出射される表示光を投射するために使用され、表示光を運転者５４へ反射することで、表示光を虚像５５として表示させる。表示部材５３は、例えば車両のフロントガラスである。また、表示部材５３は、ヘッドアップディスプレイ装置５０専用に設けられた半透明なスクリーン（コンバイナー）であっても良い。コンバイナーは、例えば、車両のダッシュボード上に配置されたり、運転者５４の前方に配置されたルームミラーに装着されたり、フロントガラスの上部に設置されたサンバイザーに装着されて使用される。コンバイナーは、例えば、曲面を有する板状の合成樹脂製の基材からなり、その基材の表面には酸化チタン、酸化シリコンなどからなる蒸着膜が施され、この蒸着膜によって半透過の機能を備える。

図１４の実線で示すように、光源部５１から出射された照明光は、液晶表示装置１を透過するとともに光変調される。液晶表示装置１を透過した表示光は、反射部材５２によって反射され、表示部材５３に投射される。この表示部材５３への表示光の投射によって得られる虚像（表示像）５５が運転者５４に視認される。これにより、運転者５４は、運転席の正面前方に表示される虚像５５を風景と重畳させて観察することができる。

一方で、図１４の破線で示すように、外光の一部は、表示部材５３を透過して反射部材５２によって反射され、液晶表示装置１に照射される。外光とは、表示部材５３の外側（液晶表示装置１が配置される側と反対側）から入射する種々の光であり、例えば太陽光等の外部からの光である。この時、液晶表示装置１の表示面（画面）と光源部５１の主面（照明光が出射する面）とがほぼ平行、すなわち、外光の光軸と液晶表示装置１の表示面とがほぼ垂直である場合、液晶表示装置１により反射された光は、外光と逆の光路を辿り、表示部材５３に投射される。このため、本来、表示されるべきでない不要な像が発生し、運転者５４が視認する表示像の表示品質が低下する。

ここで、液晶表示装置１の表示面は、光源部５１の主面に対して所定のチルト角θだけ傾いている。換言すると、液晶表示装置１の表示面の垂線は、光源部５１の光路（又は外光の光路）に対して所定のチルト角θだけ傾いている。チルト角θは、０°より大きくかつ４５°以下であり、具体的には、１０°以上かつ３０°以下である。これにより、外光が液晶表示装置１によって反射された反射光は、液晶表示装置１の表示光と同じ方向には反射されず、図１４の破線で示す光路のように、光源部５１の光路に対して角度２θの方向に反射される。この結果、液晶表示装置１の反射光に起因して表示特性が劣化するのを抑制できる。

さらに、前述したように、本実施形態に係る液晶表示装置１は、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２を用いて液晶層２２の複屈折を低減しているので、広視野角を実現できる。よって、図１４に示すように、液晶表示装置１の表示面と光源部５１の主面とを所定のチルト角θだけ傾けた場合でも、液晶表示装置１の表示特性が劣化するのを抑制できる。

［４］比較例
次に、比較例に係る液晶表示装置について説明する。図１５は、比較例に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。

比較例は、本実施形態のＴＡＣフィルム１２−１、１２−２を備えていない。すなわち、液晶パネル２０の一方の主面には、位相差板１１−１、及び偏光板１０−１が積層され、液晶パネル２０の他方の主面には、位相差板１１−２、及び偏光板１０−２が積層される。

図１６は、比較例に係る屈折率楕円体を説明する図である。図１６には、図１２と同様に、画面（上面）の垂線から斜め４５°で透過する光に対する複屈折の様子が示されている。図１６には、オフ状態の液晶層の複屈折の様子が示される。

比較例では、液晶層の複屈折が低減されない。このため、比較例に係る液晶表示装置は、本実施形態に比べて、広視野角を実現できない。

図１７は、比較例に係る視野角に応じたコントラスト比のシミュレーション結果である。図１３と図１７とを比較すると、本実施形態では、比較例に比べて、視野角が向上しているのが理解できる。

［５］効果
以上詳述したように本実施形態では、液晶表示装置１は、垂直配向（ＶＡ）型である液晶パネル２０と、液晶パネル２０を挟むＴＡＣフィルム１２−１、１２−２と、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２を挟む位相差板１１−１、１１−２と、位相差板１１−１、１１−２を挟む偏光板１０−１、１０−２とを備える。そして、オフ状態の液晶層２２は、ポジティブＣプレートから構成されるのに対して、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２は、ネガティブＣプレートから構成される。

従って本実施形態によれば、液晶表示装置１の画面を斜めから見た場合に、ＴＡＣフィルム１２−１、１２−２は、液晶層２２の複屈折を低減するように機能する。これにより、オフ状態において液晶表示装置１の画面を斜めから見た場合に、液晶表示装置１の複屈折を低減できる。この結果、コントラスト比の視野角特性を向上させることができる。すなわち、オフ状態での表示（黒表示）がより改善されるため、コントラスト比を向上させることができる。

なお、本明細書において、板やフィルムは、その部材を例示した表現であり、その構成に限定されるものではない。すなわち、位相差板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であっても良い。偏光板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であっても良い。ＴＡＣフィルムは、フィルム状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有する層やその他の部材であっても良い。

また、本実施形態に係る液晶表示装置は、ヘッドアップディスプレイ装置以外の様々な表示装置、特に、広視野角特性が望まれる様々な表示装置に適用できる。例えば、本実施形態に係る液晶表示装置は、テレビ、パーソナルコンピューター、携帯電話、携帯情報端末、ゲーム機器、カーナビゲーション装置、電子辞書、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、及び各種モニターなどに適用できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１…液晶表示装置、１０…偏光板、１１…位相差板、１２…ＴＡＣフィルム、２０…液晶パネル、２１…基板、２２…液晶層、２３…シール材、２４…スイッチング素子、２５…絶縁層、２６…画素電極、２７…コンタクトプラグ、２８…カラーフィルター、２９…共通電極、３０…突起部、５０…ヘッドアップディスプレイ装置、５１…光源部、５２…反射部材、５３…表示部材、５４…運転者、５５…虚像

Claims (4)

1. 光源部と、
   前記光源部からの光を透過し、垂直配向（ＶＡ）型である液晶パネルと、
   前記液晶パネルを挟む第１及び第２ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムと、
   前記第１及び第２ＴＡＣフィルムを挟む第１及び第２位相差板と、
   前記第１及び第２位相差板を挟む第１及び第２偏光板と、
   を具備し、
   前記液晶パネルの表示面の垂線は、前記光源部の光出射面の垂線に対して傾いており、
   前記第１及び第２偏光板はそれぞれ、互いに概略直交する第１及び第２吸収軸を有し、
   前記第１及び第２位相差板はそれぞれ、互いに概略直交する第１及び第２遅相軸を有し、
   前記第１及び第２遅相軸はそれぞれ、前記第１及び第２吸収軸と概略４５°で交差し、
   前記第１及び第２ＴＡＣフィルムはそれぞれ、互いに概略直交する第３及び第４遅相軸を有し、
   前記第１及び第２ＴＡＣフィルムの各々は、厚み方向位相差が２０ｎｍ以上かつ７０ｎｍ以下であり、面内位相差が７ｎｍ以下であり、
   前記第１及び第２位相差板の各々は、面内位相差が１３０ｎｍ以上かつ１５０ｎｍ以下であり、Ｎ_ｚ係数が１．４以上かつ１．７以下であり、
   ｎ_ｘを遅相軸方向の屈折率、ｎ_ｙを進相軸方向の屈折率、ｎ_ｚを厚み方向の屈折率とすると、
   Ｎ_ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）
   であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記第１及び第２ＴＡＣフィルムの各々は、ネガティブＣプレートから構成されることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記第１及び第２位相差板の各々は、１／４波長板から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記液晶パネルを透過した光を表示部材に向けて反射する反射部材をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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