JP6363006B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、垂直配向型の液晶表示装置に関する。

垂直配向型の液晶表示装置は、基本的構成として、対向配置される２つの基板と、それら基板間に設けられる垂直配向の液晶層と、基板外側にそれぞれ配置される２つの偏光板を備えている。この垂直配向型の液晶表示装置において、２つの偏光板の吸収軸を互いに直交した配置（クロスニコル配置）とし、かつ基板と偏光板の間に視角補償板を配置することにより、正面観察時および斜め方向からの観察時において非常に良好な暗表示が得られるようになり、優れたノーマリーブラック表示を実現することができる。

このような垂直配向型の液晶表示装置において、さらに一方基板の裏面側の偏光板よりも外側に反射板を設けることでバックライト不要の反射型の液晶表示装置を得ることができる。また、さらに一方基板の裏面側の偏光板よりも外側に半透過板を設け、かつバックライトを設けることで半透過型の液晶表示装置を得ることができる。しかし、ノーマリーブラック表示の液晶表示装置では背景表示部（非表示部）が暗表示となるため、反射による表示を観察すると観察者には非常に暗く感じる。特に、表示部において文字や図柄を用いるセグメント表示型の液晶表示装置においてはその傾向が強い。このため、反射型や半透過型の液晶表示装置においては、ノーマリーホワイト表示が広く用いられる。上記のような垂直配向型の液晶表示装置に関する従来技術は、例えば特開２００２−４０４２８号公報（特許文献１）や特開２０１３−２３８７８４号公報（特許文献２）に開示されている。

特許文献１に開示される液晶表示装置は、ランダムまたは面内で連続的な配向変化をする液晶層を有している場合に、上基板と下基板のそれぞれの外側に円偏光板を配置することにより、液晶層の配向不均一を不可視化して透過率を上昇させている。この液晶表示装置の原理については、上記した２つの円偏光板の円偏向回転方向が同じである場合に、液晶層のリタデーションをΔとすると、出力光強度Ｉｏｕｔがｃｏｓ^２（Δ／２）に相関することが示されている。すなわち、液晶層の基板面内での配向方向は出力光強度に対して無関係であることが示されている。

ここで、垂直配向した液晶層の電圧無印加時におけるリタデーションはほぼゼロとなるため出力光強度Ｉｏｕｔは最大になり、液晶層に閾値電圧以上の電圧が印加されると配向変化によってリタデーションが増加することから出力光強度Ｉｏｕｔは最小へ向かって変化する。すなわち、ノーマリーホワイト表示を実現することができる。この文献において、円偏光板は直線偏光板と１／４波長板を組み合わせて構成されており、直線偏光板の配置については任意でよいことが示されている。また、この文献では、基板面内の一方向に配向処理が施された液晶層を有するモノドメイン垂直配向型の液晶表示装置に関する実施例も示されている。この実施例ではノーマリーブラック表示とした場合が示されているが、２つの円偏光板の組み合わせを変更すればノーマリーホワイト表示とすることもできる。さらにこの文献では、上下各基板と各円偏光板の間に負の一軸光学異方性を有する位相差板を配置することによって視角特性が改善されることも示されている。

特許文献２に開示される液晶表示装置は、２つの基板と、それら基板間に設けられる垂直配向の液晶層と、基板外側にそれぞれ配置される２つの偏光板（直線偏光板）を備え、さらに、各基板と各偏光板の間の少なくとも一方に位相差板を配置したことを特徴としている。この液晶表示装置における位相差板は、面内遅相軸が各偏光板の吸収軸に対して４５°の角度をなして配置され、かつこの面内遅相軸が液晶層の電圧印加時における液晶層の層厚方向の中央における配向方向に対して直交するように配置されている。また、位相差板については、その面内位相差値の合計が２００〜３２０ｎｍであることが好ましく、正の一軸光学異方性または負の二軸光学異方性を示す光学特性を有することが好ましい、とされている。

ところで、上記した特許文献１に開示される公知技術に基づいて透過型かつノーマリーホワイト表示のモノドメイン垂直配向型の液晶表示装置を作製し、電圧無印加時における背景視角特性を観察したところ、視認方位を液晶表示装置の左右方位（３時方位、９時方位）へ変化させて深い極角角度から外観観察すると背景の色が黄色から茶色に変化する現象（カラーシフト）が生じて表示品位が低下することが分かった。これについては、特許文献１に開示があるように、上下各基板と各円偏光板の間に負の一軸光学異方性を有する位相差板を配置することによってカラーシフトが抑制される。

他方、上記した特許文献２に開示される公知技術に基づいて、上下基板のうち一方の基板と偏光板との間に面内位相差が略１／２波長である位相差板を配置し、他方の基板と偏光板との間には位相差板を設けない構成としてノーマリーホワイト表示のモノドメイン垂直配向型の液晶表示装置を作製して外観を観察したところ、上記した特許文献１に基づいて作製した液晶表示装置の場合と同様のカラーシフトが観察された。

上記した公知技術に基づくノーマリーホワイト表示のモノドメイン垂直配向型の液晶表示装置に対して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追加する場合、その構成と考えられるのは、特許文献１の公知技術に基づく液晶表示装置において液晶層に近接する位置に視角補償板を配置することである。しかし、上記のような視角補償板を付加することはコストアップにつながるという点で不利になると考えられる。

なお本出願において、位相差板の面内屈折率をｎｘ、ｎｙ、厚さ方向屈折率をｎｚとし、ｎｘ方向を面内遅相軸と定義するとき、正の一軸光学異方性はｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ、正の二軸光学異方性はｎｘ＞ｎｙ＜ｎｚ、負の一軸光学異方性はｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ、負の二軸光学異方性はｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚで定義される。なお、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚを有する光学フィルムは正のＡプレートと呼ばれ、ｎｘ＝ｎｚ＞ｎｙを有する光学フィルムは負のＡプレートと呼ばれ、ｎｘ＝ｎｙ＜ｎｚを有する光学フィルムは負のＣプレートと呼ばれる。

特開２００２−４０４２８号公報 特開２０１３−２３８７８４号公報

本発明に係る具体的態様は、ノーマリーホワイト表示の垂直配向型の液晶表示装置における左右方向観察時のカラーシフトを低コストに抑制することが可能な技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の液晶表示装置は、ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、（ａ）対向配置される第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、（ｃ）前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、（ｄ）前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、（ｅ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、（ｆ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、を含み、（ｇ）前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、（ｈ）前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、（ｉ）前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を有する、液晶表示装置である。

本発明に係る他の態様の液晶表示装置は、ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、（ａ）対向配置される第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、（ｃ）前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、（ｄ）前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、（ｅ）前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第１光学板と、（ｆ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、を含み、（ｇ）前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、（ｈ）前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、（ｉ）前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を有する、液晶表示装置である。

本発明に係る他の態様の液晶表示装置は、ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、（ａ）対向配置される第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、（ｃ）前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、（ｄ）前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、（ｅ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、（ｆ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、（ｇ）前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第３光学板と、を含み、（ｈ）前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、（ｉ）前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、（ｊ）前記第３光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ３が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、（ｋ）前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１及び前記Ｒｅ３との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−（Ｒｅ１＋Ｒｅ３）≦３２０ｎｍの関係を有する、液晶表示装置である。

本発明に係る他の態様の液晶表示装置は、ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、（ａ）対向配置される第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、（ｃ）前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、（ｄ）前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、（ｅ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、（ｆ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、（ｇ）前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第３光学板と、を含み、（ｈ）前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、（ｉ）前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、（ｊ）前記第３光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ３が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略直交に配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、（ｋ）前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ３との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ３≦３２０ｎｍの関係を有する、液晶表示装置である。

本発明に係る他の態様の液晶表示装置は、ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、（ａ）対向配置される第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、（ｃ）前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、（ｄ）前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、（ｅ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、（ｆ）前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、（ｇ）前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第３光学板と、を含み、（ｈ）前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、（ｉ）前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略直交に配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、（ｊ）前記第３光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ３が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、（ｋ）前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を有する、液晶表示装置である。

上記いずれかの構成によれば、ノーマリーホワイト表示の垂直配向型の液晶表示装置における左右方向観察時のカラーシフトを低コストに抑制することができる。

図１は、第１実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。 図２は、液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。 図３は、第２実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。 図４は、第２実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。 図５は、第３実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。 図６は、第３実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。 図７は、第４実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。 図８は、第４実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。 図９は、第５実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。 図１０は、第５実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。 図１１は、比較例の分光スペクトル計算結果を示す図である。 図１２（Ａ）は、実施例１の分光スペクトル計算結果を示す図である。図１２（Ｂ）は、実施例２の分光スペクトル計算結果を示す図である。 図１３（Ａ）は、実施例３の分光スペクトル計算結果を示す図である。図１３（Ｂ）は、実施例４の分光スペクトル計算結果を示す図である。 図１４（Ａ）は、実施例５の分光スペクトル計算結果を示す図である。図１４（Ｂ）は、実施例６の分光スペクトル計算結果を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、第１実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。この液晶表示装置は、対向配置された第１基板１および第２基板２と、第１基板１に設けられた第１電極１１と、第２基板２に設けられた第２電極１２と、第１基板１と第２基板２の間に配置された液晶層７を基本構成として備える。

第１実施形態の液晶表示装置は、例えば、電極同士の重なり合う領域が表示したい文字や図案を形作るように構成され、基本的に予め定めた文字等のみを表示可能であり、概ね、有効表示領域内における面積比で５０％以下程度の領域が文字等の表示に寄与するものであるセグメント表示型の液晶表示装置である。なお、液晶表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配列されたドットマトリクス表示型であってもよいし、セグメント表示型とドットマトリクス型が混合したものであってもよい。

第１基板１および第２基板２は、それぞれ例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。図示のように、第１基板１と第２基板２は、所定の間隙（例えば４μｍ程度）を設けて貼り合わされている。

第１電極１１は、第１基板１の一面側に設けられている。同様に、第２電極１２は、第２基板２の一面側に設けられている。第１電極１１および第２電極１２は、それぞれ例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。

第１配向膜３は、第１基板１の一面側に第１電極１１を覆うようにして設けられている。第２配向膜４は、第２基板２の一面側に第２電極１２を覆うようにして設けられている。これらの第１配向膜３、第２配向膜４としては、液晶層７の配向状態を略垂直配向に規制する垂直配向膜が用いられている。本実施形態では、各配向膜３、４にはラビング処理等の一軸配向処理が施されている。これにより、液晶層７には、８８．５°〜８９．９°程度の高いプレティルト角が与えられる。

液晶層７は、第１基板１と第２基板２の間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を用いて液晶層７が構成される。液晶層７に図示された太線は、液晶層７における液晶分子の配向方向を模式的に示したものである。ここで、液晶層７の層厚方向の略中央における液晶分子の電圧印加時の配向方向１３は、第１基板１の側から見た平面視における液晶分子の倒れる方向として規定される。この配向方向１３は、各配向膜３、４への一軸配向処理によって定まるものであり、本実施形態においては、配向方向１３と一軸配向処理の方向とが略平行である。

第１偏光板５は、第１基板１の外側に配置されている。同様に、第２偏光板６は、第２基板２の外側に配置されている。第１偏光板５と第２偏光板６は、各々の吸収軸が互いに略直交するように配置されている。

第１光学板２１は、第１偏光板５と第１基板１の間であって第１偏光板５に近い側に配置されている。この第１光学板２１は、負の二軸光学異方性を有する光学板である。第２光学板２２は、第１偏光板５と第１基板１の間であって第１基板に近い側に配置されている。この第２光学板２２は、正の一軸光学異方性を有する光学板である。なお、第１光学板２１と第２光学板２２の配置順は逆でもよい。すなわち、第１光学板２１が第１基板１に近い側に配置され、第２光学板２２が第１偏光板５に近い側に配置されてもよい。

第１光学板２１の面内位相差Ｒｅ１は４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定される。これに対して、第２光学板２２の面内位相差Ｒｅ２は、上記の面内位相差Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を満たすように設定される。

図２は、液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。いずれも、第１基板１の側から平面視した場合の光学軸が示されている。図示のように、電界印加時の液晶層の配向方向１３が６時方位（２７０°方向）であるとすると、第１偏光板５の吸収軸は電界印加時の液晶層の配向方向１３に対して４５°の角度をなす方向に配置され、第２偏光板６の吸収軸は電界印加時の液晶層の配向方向１３に対して４５°の角度をなす方向に配置されている。また、上記のように第１偏光板５と第２偏光板６の吸収軸同士は略直交する方向に配置される。

第１光学板２１の面内遅相軸は、この第１光学板２１と近接する第１偏光板５の吸収軸に対して４５°の角度をなす方向に配置される。図示の例では６時−１２時方位（９０°−２７０°）に配置されている。また、この面内遅相軸は、電界印加時の液晶層の配向方向１３と略平行に配置されている。

第２光学板２２の面内遅相軸は、この第２光学板２２と近接する第１偏光板５の吸収軸に対して４５°の角度をなす方向に配置される。図示の例では３時−９時方位（０°−１８０°）に配置されている。また、この面内遅相軸は、電界印加時の液晶層の配向方向１３と略直交に配置されている。別言すれば、第１光学板２１の面内遅相軸と第２光学板２２の面内遅相軸とは互いに直交して配置される。

図３は、第２実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。また、図４は、この第２実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。上記した図１、図２に示した第１実施形態との違いは、第１光学板２１が第２基板２と第２偏光板６の間に配置されている点であり、それ以外は上記実施形態と同様である。

第２実施形態における第１光学板２１は、第１実施形態と同様に負の二軸光学異方性を有する光学板であり、図４に示すようにその面内遅相軸が近接する第２偏光板６の吸収軸と略４５°の角度をなす方向に配置されている。図示の例では６時−１２時方位（９０°−２７０°）に配置されている。また、この面内遅相軸は、電界印加時の液晶層の配向方向１３と略平行に配置されており、第２光学板２２の面内遅相軸とは互いに直交して配置される。なお、第１光学板２１と第２光学板２２の配置を入れ替えてもよい。

第２実施形態においても、第１光学板２１の面内位相差Ｒｅ１は４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定され、第２光学板２２の面内位相差Ｒｅ２は、上記の面内位相差Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を満たすように設定される。

図５は、第３実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。また、図６は、この第３実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。上記した図１、図２に示した第１実施形態との違いは、第２基板２と第２偏光板６の間に第３光学板２３が追加して配置されている点であり、それ以外は上記の第１実施形態と同様である。

第３光学板２３は、第１光学板２１と同様に負の二軸光学異方性を有する光学板であり、図６に示すようにその面内遅相軸が近接する第２偏光板６の吸収軸と略４５°の角度をなす方向であって電界印加時の液晶層の配向方向１３と略平行に配置されている。図示の例では６時−１２時方位（９０°−２７０°）に配置されている。また、この第３光学板の面内遅相軸は、第１光学板２１の面内遅相軸とは互いに平行に配置され、第２光学板２２の面内遅相軸とは互いに直交して配置される。なお、第１光学板２１と第２光学板２２の配置を入れ替えてもよい。

第３実施形態においては、第１光学板２１の面内位相差Ｒｅ１は４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定され、第３光学板の面内位相差Ｒｅ３も４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定される。また、第２光学板２２の面内位相差Ｒｅ２は、上記の面内位相差Ｒｅ１、Ｒｅ３との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−（Ｒｅ１＋Ｒｅ３）≦３２０ｎｍの関係を満たすように設定される。

図７は、第４実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。また、図８は、この第４実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。この第４実施形態の液晶表示装置は、上記した図５、図６に示した第３実施形態における第３光学板２３を第３光学板２３ａに置き換えた点であり、それ以外は上記実施形態と同様である。

第３光学板２３ａは、第１光学板２１と同様に負の二軸光学異方性を有する光学板であり、図８に示すようにその面内遅相軸が近接する第２偏光板６の吸収軸と略直交する方向に配置されている。図示の例では１３５°−３１５°方向に配置されている。また、この第３光学板の面内遅相軸は、第１光学板２１の面内遅相軸、第２光学板２２の面内遅相軸とはそれぞれ４５°の角度をなす方向に配置されている。なお、第１光学板２１と第２光学板２２の配置を入れ替えてもよい。

第４実施形態においては、第１光学板２１の面内位相差Ｒｅ１は４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定され、第３光学板２３ａの面内位相差Ｒｅ３も４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定される。また、第２光学板２２の面内位相差Ｒｅ２は、上記の面内位相差Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を満たすように設定される。

図９は、第５実施形態の液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。また、図１０は、この第５実施形態における液晶層の電界印加時の配向方向と各偏光板、各光学板の光学軸の配置関係を示す図である。この第５実施形態の液晶表示装置は、上記した図５、図６に示した第３実施形態における第１光学板２１を第１光学板２１ａに置き換えた点であり、それ以外は上記実施形態と同様である。

第１光学板２１ａは、第３光学板２３と同様に負の二軸光学異方性を有する光学板であり、図１０に示すようにその面内遅相軸が近接する第１偏光板５の吸収軸と略直交する方向に配置されている。図示の例では４５°−２２５°方向に配置されている。また、この第１光学板２１ａの面内遅相軸は、第２光学板２２の面内遅相軸、第３光学板２３の面内遅相軸とはそれぞれ４５°の角度をなす方向に配置されている。なお、第１光学板２１ａと第２光学板２２の配置を入れ替えてもよい。

第５実施形態においては、第１光学板２１ａの面内位相差Ｒｅ１は４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定され、第３光学板の面内位相差Ｒｅ３も４０ｎｍ〜７０ｎｍに設定される。また、第２光学板２２の面内位相差Ｒｅ２は、上記の面内位相差Ｒｅ３との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ３≦３２０ｎｍの関係を満たすように設定される。

次に、上記した実施形態の液晶表示装置における電圧無印加時の背景表示部（非表示部）の色調をシミュレーション解析によって評価した結果について、比較例と合わせて説明する。シミュレーション解析の条件は以下の通りである。これらの条件とした液晶表示装置における、３時方位、９時方位（０°方向、１８０°方向）における法線から５０°傾けた（極角５０°）ときの電圧無印加時の分光スペクトルを計算した。

＜シミュレーション時の共通条件＞
・液晶層厚：４μｍ
・液晶材料：Δｎ＝０．０９１４、Δε＝−５．１、カイラル材の添加なし
・プレティルト角：８９．５°（第１基板、第２基板ともに）
・電圧印加時の液晶層の層厚方向の中央における配向方向：６時方位（２７０°方向）
・光源：標準光源Ｄ６５
・シミュレータ：シンテック製液晶表示器シミュレータＬＣＤＭＡＳＴＥＲ

＜比較例＞
・液晶表示装置の構造：特許文献２に開示される構造
・位相差板：面内位相差２７５ｎｍの正の一軸光学異方性を有する光学板

図１１は、比較例の分光スペクトル計算結果を示す図である。なお、図中においてＰｏｌａは０が正面観察時、５０が極角５０°観察時を示している（以下において同様）。図示のように、正面観察時にはほぼニュートラルなスペクトルが得られているのに対して極角５０°観察時には短波長側の透過率に大きな低下がみられる。すなわち、背景色が黄色または茶色に変化しており、表示品位が低下している。この比較例について実際に同条件の液晶表示装置を作製し、背景表示部の外観観察を行ったところ、上記したシミュレーション解析結果と同様の結果が得られた。すなわち、比較例の液晶表示装置では左右方位における視角特性を観察したとき、観察角度が深くなるにしたがって背景表示部の色調が黄色から茶色へとカラーシフトして表示品位が低下することが確認された。

＜実施例１＞
・液晶表示装置の構造：第１実施形態の構造（図１、２参照）
・第１光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・第２光学板：面内位相差３３０ｎｍの正の一軸光学異方性を有する光学板

図１２（Ａ）は、実施例１の分光スペクトル計算結果を示す図である。図示のように、実施例１の液晶表示装置では、正面観察時と極角５０°観察時を比べると、上記した比較例の場合に比べて短波長側の透過率変化は小さく、長波長側の透過率変化が大きいという傾向が見られた。ただし、分光スペクトル同士の透過率の差は大きく出ているが外観上の色調変化としては黄色や茶色へ変化する傾向ではなく、３時方位に視角を傾けたときにわずかに青色気味に色調が変化する程度であり、外観上の違和感は小さいと考えられる。すなわち、背景表示部の左右方位におけるカラーシフトが抑制された表示状態を実現できると考えられる。この実施例１についても実際に同条件の液晶表示装置を作製し、背景表示部の外観観察を行ったところ、上記したシミュレーション解析結果と同様の結果が得られた。

＜実施例２＞
・液晶表示装置の構造：第２実施形態の構造（図３、４参照）
・第１光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・第２光学板：面内位相差３３０ｎｍの正の一軸光学異方性を有する光学板

図１２（Ｂ）は、実施例２の分光スペクトル計算結果を示す図である。図示のように、実施例２の液晶表示装置においても上記した実施例１の場合と同等な分光スペクトルが得られていることから、視角変化に対する色調変化は比較例に比べて抑制されると考えられる。

＜実施例３＞
・液晶表示装置の構造：第２実施形態の構造（図３、４参照）
・第１光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・第２光学板：面内位相差２５５ｎｍの正の一軸光学異方性を有する光学板

＜実施例４＞
・液晶表示装置の構造：第２実施形態の構造（図３、４参照）
・第１光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・第２光学板：面内位相差３７５ｎｍの正の一軸光学異方性を有する光学板

図１３（Ａ）は、実施例３の分光スペクトル計算結果を示す図であり、図１３（Ｂ）は、実施例４の分光スペクトル計算結果を示す図である。なお、ここでは第２光学板の面内位相差を変化させた場合について検討した。具体的には、上記した実施例２がＲｅ２＝３３０ｎｍ、Ｒｅ２−Ｒｅ１＝２７５ｎｍの場合であり、実施例３がＲｅ２＝２５５ｎｍ、Ｒｅ２−Ｒｅ１＝２００ｎｍの場合であり、実施例４がＲｅ２＝３７５ｎｍ、Ｒｅ２−Ｒｅ１＝３２０ｎｍの場合である。

図１２（Ｂ）に示した実施例２の結果と比較すると、正面観察時のスペクトルは（Ｒｅ２−Ｒｅ１）に依存する傾向がみられ、具体的には（Ｒｅ２−Ｒｅ１）の値が小さい場合には色調が青色系、値が大きい場合には黄色系の色調に変化する傾向がみられた。図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）の３つに示される分光スペクトルであれば外観上は許容可能な範囲であると考えられる。それらに対し、極角５０°観察時の分光スペクトルについては、図１３（Ａ）に示す場合には広い波長域でほぼ等しい割合で透過率が低下しているのみであり、これは輝度変化としては観察されるが色調の変化としては大きくないことが分かる。図１３（Ｂ）に示す場合は、図１２（Ｂ）の場合と同様に短波長側の透過率変化が小さく、長波長側の変化が大きい傾向にあることから、視角を深くするにしたがって青色系に色調が変化する傾向が観察される。しかし、大きな変化としては観察されないと考えられる。これらの実施例についても実際に同条件の液晶表示装置を作製し、背景表示部の外観観察を行ったところ、上記したシミュレーション解析結果と同様の結果が得られた。

以上の観察結果から、第１光学板と第２光学板の面内位相差の関係は２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍが好ましいといえる。上記各実施例では第１光学板の面内位相差を５５ｎｍに固定していたが、ノーマリーブラック表示の垂直配向型液晶表示装置に適用される負の二軸光学異方性を有する光学板の面内位相差Ｒｅは４０ｎｍ〜７０ｎｍが適切であり、実際に市販される負の二軸光学異方性を有する光学板としてもその値範囲をもつものの流通量が多い。負の二軸光学異方性を有する光学板の厚さ方向位相差Ｒｔｈについては、材質として環状オレフィンポリマーを用いた場合には最大で５００ｎｍ程度を実現できるが、面内の均一性を重視した場合は４４０ｎｍ程度までが好ましい。この条件下においてノーマリーブラック表示の垂直配向型液晶表示装置に適用する場合、厚さ方向位相差Ｒｔｈが小さくなるにしたがって面内位相差Ｒｅを大きくすることが好ましいといえる。我々は市販される光学板において、面内位相差Ｒｅ、厚さ方向位相差Ｒｔｈの組み合わせとしては、「Ｒｅ＝４５ｎｍ、Ｒｔｈ＝４４０ｎｍ」、「Ｒｅ＝５５ｎｍ、Ｒｔｈ＝２２０ｎｍ」、「Ｒｅ＝６０ｎｍ、Ｒｔｈ＝１２０ｎｍ」等が存在することを確認している。

＜実施例５＞
・液晶表示装置の構造：第３実施形態の構造（図５、６参照）
・第１光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・第２光学板：面内位相差３８５ｎｍの正の一軸光学異方性を有する光学板
・第３光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・Ｒｅ２−（Ｒｅ１＋Ｒｅ３）＝２７５ｎｍ

図１４（Ａ）は、実施例５の分光スペクトル計算結果を示す図である。図示のように、実施例５の液晶表示装置では、正面観察時および極角５０°観察時を比較すると、短波長側での透過率変化が小さく、長波長側での透過率変化が大きい傾向があり、視角が深くなるにしたがって青色系に色調が変化すると考えられる。外観観察上は正面観察時との色調変化は小さく、少なくとも比較例よりは色調変化が抑制されると考えられる。

＜実施例６＞
・液晶表示装置の構造：第４実施形態の構造（図７、８参照）
・第１光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・第２光学板：面内位相差３３０ｎｍの正の一軸光学異方性を有する光学板
・第３光学板：面内位相差５５ｎｍ、厚さ方向位相差２２０ｎｍの負の二軸光学異方性を有する光学板
・Ｒｅ２−（Ｒｅ１＋Ｒｅ３）＝２７５ｎｍ

図１４（Ｂ）は、実施例６の分光スペクトル計算結果を示す図である。図示のように、実施例６の液晶表示装置では、正面観察時および極角５０°観察時を比較すると、短波長側での透過率変化が小さく、長波長側での透過率変化が大きい傾向があり、視角が深くなるにしたがって青色系に色調が変化すると考えられる。外観観察上は正面観察時との色調変化は小さく、少なくとも比較例よりは色調変化が抑制されると考えられる。

なお、図示を省略するが第５実施形態の構造に対応する実施例についても上記と同様にシミュレーション解析したところ、実施例６と同等の計算結果が得られた。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記において光学板（二軸フィルム）の面内位相差は５５ｎｍに固定されていたが、適切な面内位相差の範囲は４０〜７０ｎｍ程度である。一方で、厚さ方向位相差は、液晶層厚ｄと液晶材料の福屈折率Δｎの積であるΔｎｄに応じて調整する必要がある。

また、上記した実施形態等では、ラビング処理等の配向処理によって液晶層を一方位に配向されたモノドメイン配向型の液晶表示装置を例示していたが、互いに異なる配向方位を有する２種類のドメインを有するデュアルドメイン配向型の液晶表示装置においても本発明を適用することができる。この場合には、液晶層への電界印加時に配向制御要素（突起や開口など）によって制御される液晶層の層厚方向の中央における配向方向との関係において偏光板や各波長板の配置を設定すればよい。

１：第１基板
２：第２基板
３：第１配向膜
４：第２配向膜
５：第１偏光板
６：第２偏光板
７：液晶層
１１：第１電極
１２：第２電極
１３：液晶層の層厚方向の中央における配向方向
２１、２１ａ：第１光学板
２２：第２光学板
２３、２３ａ：第３光学板

Claims (5)

1. ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、
   対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、
   前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、
   を含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、
   前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、
   前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を有する、
   液晶表示装置。
2. ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、
   対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、
   前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、
   前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第１光学板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、
   を含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、
   前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、
   前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を有する、
   液晶表示装置。
3. ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、
   対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、
   前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、
   前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第３光学板と、
   を含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、
   前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、
   前記第３光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ３が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、
   前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１及び前記Ｒｅ３との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−（Ｒｅ１＋Ｒｅ３）≦３２０ｎｍの関係を有する、
   液晶表示装置。
4. ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、
   対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、
   前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、
   前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第３光学板と、
   を含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、
   前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、
   前記第３光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ３が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略直交に配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、
   前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ３との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ３≦３２０ｎｍの関係を有する、
   液晶表示装置。
5. ノーマリーホワイト表示の液晶表示装置であって、
   対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された垂直配向又は略垂直配向の液晶層と、
   前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に配置された第２偏光板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第１光学板と、
   前記第１基板と前記第１偏光板との間に配置された第２光学板と、
   前記第２基板と前記第２偏光板との間に配置された第３光学板と、
   を含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板の各吸収軸は互いに略直交して配置され、かつ当該各吸収軸は電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、
   前記第１光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略直交に配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略４５°の角度をなして配置されており、
   前記第３光学板は、負の二軸光学異方性を有し、面内位相差Ｒｅ３が４０ｎｍ〜７０ｎｍであり、面内遅相軸が前記第２偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略平行に配置されており、
   前記第２光学板は、正の一軸光学異方性を有し、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略４５°の角度をなして配置され、かつ電界印加時における前記液晶層の層厚方向の略中央での配向方向に対して略直交に配置されており、面内位相差Ｒｅ２が前記Ｒｅ１との間で、２００ｎｍ≦Ｒｅ２−Ｒｅ１≦３２０ｎｍの関係を有する、
   液晶表示装置。

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