JPH10186354A

JPH10186354A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10186354A
Application number: JP8346035A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Yamahara; 基裕山原; Shigemitsu Mizushima; 繁光水嶋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-07-14
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JP3452743B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示素子に生じる視角に応じた位相差を
解消し、特に視野角が大きくなるにつれて生じる液晶画
面の着色現象を効果的に防止し、高品質の画像を表示で
きる液晶表示装置を提供する。【解決手段】一対の電極基板６・７の間に液晶層８を
封入することによって構成される液晶表示素子１と、液
晶表示素子１の片側に配置される一対の偏光子４との間
に位相差板２・３を重ねて介在させる。位相差板２・３
は、それぞれ表面内の主屈折率ｎ_aまたはｎ_cの方向を
軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率ｎ_bの方向
と、表面内の主屈折率ｎ_cまたはｎ_aの方向とが時計ま
わり、または反時計まわりに傾斜しており、屈折率異方
性が正（ｎ_a＜ｎ_b＜ｎ_c）である。また、液晶層８に
おける液晶材料の屈折率異方性Δｎの光の波長に対する
変化を、視野角に依存した液晶画面の着色が発生しない
範囲に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に、液晶表示素子に位相差板を組み合わせること
により表示画面の視角依存性を改善する液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ネマティック液晶表示素子を用いた液晶
表示装置は、従来、時計や電卓などの数値セグメント型
表示装置に広く用いられていたが、最近においては、ワ
ードプロセッサ、ノート型パーソナルコンピュータ、車
載用液晶テレビなどにも用いられるようになっている。

【０００３】液晶表示素子は、一般に透光性の基板を有
しており、この基板上に、画素をオン・オフさせるため
に電極線などが形成されている。例えば、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置においては、薄膜トランジス
タなどの能動素子が、液晶に電圧を印加する画素電極を
選択駆動するスイッチング手段として上記の電極線とと
もに上記の基板上に形成されている。さらに、カラー表
示を行う液晶表示装置では、基板上に赤色、緑色、青色
などのカラーフィルタ層が設けられている。

【０００４】上記のような液晶表示素子に用いられる液
晶表示方式としては、液晶のツイスト角に応じて異なる
方式が適宜選択される。例えば、アクティブ駆動型ツイ
ストネマティック液晶表示方式（以降、ＴＮ方式と称す
る）や、マルチプレックス駆動型スーパーツイストネマ
ティック液晶表示方式（以降、ＳＴＮ方式と称する）が
よく知られている。

【０００５】ＴＮ方式は、ネマティック液晶分子を９０
°捩じれた状態に配向し、その捩じれの方向に沿って光
を導くことにより表示を行う。ＳＴＮ方式は、ネマティ
ック液晶分子のツイスト角を９０°以上に拡大すること
によって、液晶印加電圧のしきい値付近での透過率が急
峻に変化することを利用している。

【０００６】ＳＴＮ方式は、液晶の複屈折効果を利用す
るため、色の干渉によって表示画面の背景に特有の色が
付く。このような不都合を解消し、ＳＴＮ方式で白黒表
示を行うためには、光学補償板を用いることが有効であ
ると考えられている。光学補償板を用いた表示方式とし
ては、ダブルスーパーツイストネマティック位相補償方
式（以降、ＤＳＴＮ方式と称する）と、光学的異方性を
有するフィルムを配置したフィルム型位相補償方式（以
降、フィルム付加型方式と称する）とに大別される。

【０００７】ＤＳＴＮ方式は、表示用液晶セルおよびこ
の表示用液晶セルと逆方向のツイスト角で捩じれ配向さ
せた液晶セルを有する２層型の構造を用いている。フィ
ルム付加型方式は、光学的異方性を有するフィルムを配
置した構造を用いる。軽量性、低コスト性の観点から、
フィルム付加型方式が有力であると考えられている。こ
のような位相補償方式の採用により白黒表示特性が改善
されたため、ＳＴＮ方式の表示装置にカラーフィルタ層
を設けてカラー表示を可能にしたカラーＳＴＮ液晶表示
装置が実現されている。

【０００８】一方、ＴＮ方式は、ノーマリブラック方式
とノーマリホワイト方式とに大別される。ノーマリブラ
ック方式は、一対の偏光板をその偏光方向が相互に平行
になるように配置して、液晶層にオン電圧を印加しない
状態（オフ状態）で黒を表示する。ノーマリホワイト方
式は、一対の偏光板をその偏光方向が相互に直交するよ
うに配置して、オフ状態で白色を表示する。表示コント
ラスト、色再現性、表示の視角依存性などの観点からノ
ーマリホワイト方式が有力である。

【０００９】ところで、上記のＴＮ液晶表示装置におい
ては、液晶分子に屈折率異方性Δｎが存在しているこ
と、および、液晶分子が２枚の対向する基板に対して傾
斜して配向していることのために、観視者の見る方向や
角度によって表示画像のコントラストが変化して、視角
依存性が大きくなるという問題がある。

【００１０】図１０は、ＴＮ液晶表示素子３１の断面構
造を模式的に表したものである。この状態は中間調表示
の電圧が印加され、液晶分子３２がやや立ち上がってい
る場合を示している。このＴＮ液晶表示素子３１におい
て、一対の基板３３・３４の表面の法線方向を通過する
直線偏光３５、および法線方向に対して傾きを持って通
過する直線偏光３６・３７は、液晶分子３２と交わる角
度がそれぞれ異なっている。液晶分子３２には屈折率異
方性Δｎが存在するため、各方向の直線偏光３５・３６
・３７が液晶分子３２を通過すると正常光と異常光とが
発生し、これらの位相差に伴って楕円偏光に変換される
ことになり、これが視角依存性の発生源となる。

【００１１】さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分
子３２は、基板３３と基板３４との中間部付近と基板３
３または基板３４の近傍とではチルト角が異なってお
り、また法線方向を軸として液晶分子３２が９０°捻じ
れている状態にある。

【００１２】以上のことにより、液晶層を通過する直線
偏光３５・３６・３７は、その方向や角度によりさまざ
まな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を示すことに
なる。

【００１３】上記の視角依存性として、具体的には、画
面法線方向から画面の下方向である正視角方向に視角を
傾けて行くと、ある角度以上で表示画像が着色する現象
（以下、「着色現象」という）や、白黒が反転する現象
（以下、「反転現象」という）が発生する。また、画面
の上方向である反視角方向に視角を傾けて行くと、急激
にコントラストが低下する。

【００１４】また、上記の液晶表示装置では、表示画面
が大きくなるにつれて、視角が狭くなるという問題もあ
る。大きな液晶表示画面を近い距離で正面方向から見る
と、視角依存性の影響のため画面の上部と下部とで表示
された色が異なる場合がある。これは画面全体を見る見
込み角が大きくなり、表示画面をより斜めの方向から見
るのと同じことになるからである。

【００１５】このような視角依存性を改善するために、
光学異方性を有する光学素子としての位相差板（位相差
フィルム）を液晶表示素子と一方の偏光板との間に挿入
することが提案されている（例えば、特開昭５５−６０
０号公報、特開昭５６−９７３１８号公報等参照）。

【００１６】この方法は、屈折率異方性を有する液晶分
子を通過したために直線偏光から楕円偏光へ変換された
光を、屈折率異方性を有する液晶層の片側または両側に
介在させた位相差板を通過させることによって、視角に
生ずる正常光と異常光の位相差変化を補償して直線偏光
の光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするもので
ある。

【００１７】このような位相差板として、屈折率楕円体
の１つの主屈折率方向を位相差板表面の法線方向に対し
て平行にしたものが、例えば特開平５−３１３１５９号
公報に記載されている。しかしながら、この位相差板を
用いても、正視角方向の反転現象を改善するには限界が
ある。

【００１８】そこで、特開平６−７５１１６号公報に
は、位相差板として、屈折率楕円体の主屈折率方向が位
相差板の表面の法線方向に対して傾斜しているものを用
いる方法が提案されている。この方法では、位相差板と
して次の２種類のものを用いている。

【００１９】一つは、屈折率楕円体の３つの主屈折率の
うち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であ
り、かつ残り２つの主屈折率の一方の方向が位相差板の
表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も位相差板
表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜してお
り、このθの値が２０°≦θ≦７０°を満たしている位
相差板である。

【００２０】もう一つは、屈折率楕円体の３つの主屈折
率ｎ_a、ｎ_b、ｎ_cがｎ_a＜ｎ_c＜ｎ_bという関係を有
し、表面内の主屈折率ｎ_aまたはｎ_cの方向を軸とし
て、表面の法線方向に平行な主屈折率ｎ_bの方向と、表
面内の主屈折率ｎ_cまたはｎ_aの方向とが時計まわり、
または反時計まわりに傾斜することによって傾斜してい
る屈折率楕円体で屈折率異方性が表された位相差板であ
る。

【００２１】上記の２種類の位相差板について、前者は
それぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いることがで
きる。また、後者は位相差板を１枚のみ用いるだけでな
く、該位相差板を２枚組み合わせ、各々の主屈折率ｎ_b
の傾斜方向が互いに９０°の角度をなすように設定した
ものを用いることができる。

【００２２】このような位相差板を液晶表示素子と偏光
板との間に少なくとも１枚以上介在させることによって
構成される液晶表示装置では、表示画像の視角に依存し
て生ずるコントラスト変化、着色現象、反転現象をある
程度まで改善することができる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、今日のさら
なる広視野角、高表示品位の液晶表示装置が望まれる状
況下において、さらなる視角依存性の改善が要求されて
おり、上記の特開平６−７５１１６号公報で開示された
位相差板を用いた場合は、必ずしも充分であるとは言え
ず、未だ改善の余地を残している。

【００２４】本発明は、上記した課題に鑑みてなされた
もので、その目的は、上記位相差板を介在した液晶表示
装置において、液晶層に用いる液晶材料の波長に対する
屈折率異方性Δｎの変化を最良な範囲に設定すること
で、位相差板による補償効果に加えてさらに視角依存性
を改善することにあり、特に着色現象を効果的に改善す
ることにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る液
晶表示装置は、対向する表面に透明電極層及び配向膜が
それぞれ形成された一対の透光性基板の間に液晶層を封
入することによって構成される液晶表示素子と、上記液
晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液
晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚介在さ
れた位相差板であって、屈折率楕円体の３つの主屈折率
ｎ_a、ｎ_b、ｎ_cがｎ_a＜ｎ_b＜ｎ_cという関係を有
し、表面内の主屈折率ｎ_aまたはｎ_cの方向を軸とし
て、表面の法線方向に平行な主屈折率ｎ_bの方向と、表
面内の主屈折率ｎ_aまたはｎ_cの方向とが時計まわり、
または反時計まわりに傾斜することにより、上記屈折率
楕円体が傾斜している位相差板とを備えた液晶表示装置
において、上記の課題を解決するために、以下の手段を
講じていることを特徴としている。

【００２６】すなわち、上記液晶表示装置は、上記液晶
表示素子に封入された液晶層における液晶材料の屈折率
異方性Δｎの光の波長に対する変化が、視角に依存した
液晶画面の着色が発生しない範囲に設定されている。

【００２７】上記構成では、直線偏光が複屈折性を有す
る液晶層を通過して、正常光と異常光とが発生し、これ
らの位相差に伴って楕円偏光に変換される場合、主屈折
率ｎ_a、ｎ_b、ｎ_cがｎ_a＜ｎ_b＜ｎ_cという関係にあ
り、主屈折率ｎ_bを含む屈折率楕円体の短軸を位相差板
の表面の法線方向に対し傾斜させた位相差板を液晶層と
偏光子との間に介在させる。これによれば、視角に応じ
て生ずる正常光と異常光との位相差変化が位相差板によ
って補償される。しかしながら、このような補償機能だ
けでは、さらなる視角依存性の改善の要求される状況下
にあっては必ずしも充分であるとは言えない。

【００２８】そこで、本願発明者らは、研究を重ねた結
果、液晶層における液晶材料の屈折率異方性Δｎの光の
波長に対する変化が、特に液晶画面（表示画面）の着色
に影響することを見い出し、本発明を完成させるに至っ
た。

【００２９】本発明の液晶表示装置では、液晶表示素子
に封入された液晶層における液晶材料の屈折率異方性Δ
ｎの光の波長に対する変化を、視角に依存した液晶画面
の着色が発生しない範囲に設定している。これにより、
画面の着色をより一層防止することが可能となった。
尚、コントラスト変化や反転現象においても、位相差板
の補償機能のみの場合よりも、改善することができた。

【００３０】液晶材料の屈折率異方性Δｎの光の波長に
対する変化の視角に依存した液晶画面の着色が発生しな
い範囲とは、具体的には、請求項２に記載した範囲であ
る。

【００３１】即ち、液晶層における液晶材料の、波長４
５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波
長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）
の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）を、０．００７０
以上０．０２５０以下の範囲に設定することである。

【００３２】上記の差を少なくともこの範囲に設定する
ことで、通常の液晶表示装置にて要求される視角５０°
において、若干の色付きはあるものの、どの方向から見
ても充分に使用に耐えうる表示特性を得ることができ
る。

【００３３】そして、視角７０°に対応する、さらに広
視野角の液晶表示装置においては、液晶材料の屈折率異
方性Δｎの光の波長に対する変化の視角に依存した液晶
画面の着色が発生しない範囲を、請求項３に記載した範
囲にすることが好ましい。

【００３４】即ち、液晶層における液晶材料の、波長４
５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波
長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）
の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）を、０．０２００
以上０．０２５０以下の範囲に設定する。

【００３５】この範囲とすることで、広視野角の液晶表
示装置にて要求される視角７０°においてあらゆる方向
から見ても、全く着色現象のない表示を実現することが
できる。

【００３６】また、請求項４に記載のように、上記した
請求項１又は２の発明の液晶表示装置においては、液晶
層における液晶材料の、波長５５０ｎｍの光に対する屈
折率異方性Δｎ（５５０）を、０．０６０より大きく
０．１２０より小さい範囲に設定することが好ましい。

【００３７】これは、可視光領域の中心領域となる波長
５５０ｎｍの光に対する液晶材料の屈折率異方性Δｎ
（５５０）が０．０６０以下または０．１２０以上の場
合、視角方向によっては反転現象やコントラスト比の低
下が発生することが確認されたためである。そこで、液
晶材料の波長５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ
（５５０）を、０．０６０より大きく０．１２０より小
さい範囲に設定することにより、液晶表示素子に生じる
視角に対応する位相差を解消することができる。それゆ
え、表示画面において、視角に依存して生じる着色現象
はもちろんのこと、コントラスト変化、左右方向の反転
現象等もさらに改善することができる。

【００３８】この場合、さらに、請求項５に記載のよう
に、液晶層における液晶材料の、波長５５０ｎｍの光に
対する屈折率異方性Δｎ（５５０）を、０．０７０以上
０．０９５以下の範囲に設定することで、視角に応じて
液晶表示素子に生じる位相差をより効果的に解消するこ
とができる。それゆえ、液晶表示画像におけるコントラ
スト変化、左右方向の反転現象、着色現象を確実に改善
することができる。

【００３９】また、請求項６に記載のように、上記した
請求項１、２又は４の発明の液晶表示装置では、全ての
位相差板において屈折率楕円体の傾斜角が１５°から７
５°の間に設定されていることが好ましい。

【００４０】このように、液晶表示装置に介在される全
ての位相差板において屈折率楕円体の傾斜角を１５°か
ら７５°の間に設定することで、前述した位相差板によ
る位相差の補償機能を確実に得ることができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１ないし図９に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。

【００４２】本実施の形態に係る液晶表示装置は、図１
に示すように、液晶表示素子１と、一対の位相差板２・
３と、一対の偏光板（偏光子）４・５とを備えている。

【００４３】液晶表示素子１は、対向して配される電極
基板６・７の間に液晶層８を挟む構造をなしている。電
極基板６は、ベースとなるガラス基板（透光性基板）９
の液晶層８側の表面にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）か
らなる透明電極１０が形成され、その上に配向膜１１が
形成されている。電極基板７は、ベースとなるガラス基
板（透光性基板）１２の液晶層８側の表面にＩＴＯから
なる透明電極１３が形成され、その上に配向膜１４が形
成されている。

【００４４】簡略化のため、図１は２画素分の構成を示
しているが、液晶表示素子１の全体において、所定幅の
帯状の透明電極１０・１３は、ガラス基板９・１２のそ
れぞれに所定間隔をおいて配され、かつ、ガラス基板９
・１２間では基板面に垂直な方向から見て相互に直交す
るように形成されている。両透明電極１０・１３が交差
する部分は表示を行なう画素に相当し、これらの画素は
本液晶表示装置の全体においてマトリクス状に配設され
ている。尚、透明電極１０・１３は、図示しない駆動回
路により表示データに基づいた電圧が印加される。

【００４５】電極基板６・７は、シール樹脂１５により
貼り合わされており、電極基板６・７とシール樹脂１５
とによって形成される空間内に液晶層８が封入されてい
る。尚、詳細については後述するが、本液晶表示装置に
おける液晶層８は、位相差板２・３による位相差の補償
機能と最良な特性を有する組み合わせとなるように、液
晶層８を構成する液晶材料にその屈折率異方性Δｎが所
定の条件を満たすようなものが選択されている。

【００４６】本液晶表示装置において、上記の液晶表示
素子１に位相差板２・３と偏光板（偏光子）４・５とが
形成されてなるユニットが液晶セル１６である。配向膜
１１・１４は、介在する液晶分子が約９０°の捻じれ配
向するように、予めラビング処理が施されている。図２
に示すように、配向膜１１のラビング方向Ｒ₁と、配向
膜１４のラビング方向Ｒ₂とは、互いに直交する方向に
設定されている。

【００４７】位相差板２・３は、液晶表示素子１と偏光
板４との間に重ねられて介在される。位相差板２・３
は、透明な有機高分子からなる支持体に屈折率異方性が
正の液晶ポリマーが傾斜配向またはハイブリッド配向さ
れ、かつ架橋されることにより形成されている。これに
より、位相差板２・３における後述の屈折率楕円体が、
位相差板２・３に対し傾斜するように形成される。

【００４８】位相差板２・３の支持体としては、一般に
偏光板によく用いられるトリアセチルセルロース（ＴＡ
Ｃ）が信頼性も高く適している。それ以外では、ポリカ
ーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）などの耐環境性や耐薬品性に優れた無色透明の有
機高分子フィルムが適している。

【００４９】図３に示すように、位相差板２・３は、異
なる３方向の主屈折率ｎ_a・ｎ_b・ｎ_cを有している。
主屈折率ｎ_aの方向は、互いに直交座標ｘｙｚにおける
各座標軸のうちｙ座標軸と方向が一致している。主屈折
率ｎ_bの方向は、位相差板２・３において画面に対応す
る表面に垂直なｚ座標軸（表面の法線方向）に対し矢印
Ａの方向にθ傾いている。

【００５０】位相差板２・３は、各主屈折率がｎ_a＜ｎ
_b＜ｎ_cという関係を満たしている。これにより、光学
軸が２本存在するので、位相差板２・３は二軸性を備
え、また、屈折率異方性が正になる。位相差板２・３の
第１のリタデーション値（ｎ_c−ｎ_a）×ｄは２２０ｎ
ｍであり、第２のリタデーション値（ｎ_c−ｎ_b）×ｄ
は３５ｎｍである。尚、上記のｎ_c−ｎ_aおよびｎ_c−
ｎ_bは屈折率異方性Δｎを表し、ｄは位相差板２・３の
厚みを表している。

【００５１】また、位相差板２・３の主屈折率ｎ_bが傾
いている角度θ、即ち、屈折率楕円体の傾斜角度θは、
１５°≦θ≦７５°の範囲内で任意の値に設定される。
傾斜角度θをこのような範囲内に設定することで、屈折
率楕円体の傾斜の方向が時計回り反時計回りに関わら
ず、位相差板２・３による位相差の補償機能を確実に得
ることができる。

【００５２】尚、位相差板２・３の配置については、何
れか一方の位相差板２（３）のみを片側に配置すること
もできる。さらに、３枚以上の位相差板を用いることも
できる。

【００５３】そして、図４に示すように、本液晶表示装
置においては、液晶表示素子１における偏光板４・５
は、その吸収軸ＡＸ₁・ＡＸ₂が前記の配向膜１１・１
４（図１参照）のラビング方向Ｒ₁・Ｒ₂とそれぞれ平
行になるように配置される。本液晶表示装置では、ラビ
ング方向Ｒ₁・Ｒ₂が互いに直交しているため、吸収軸
ＡＸ₁・ＡＸ₂も互いに直交している。

【００５４】ここで、図３に示すように、位相差板２・
３に異方性を与える方向に傾斜する主屈折率ｎ_bの方向
が位相差板２・３の表面に投影された方向をＤと定義す
る。図４に示すように、位相差板３は方向Ｄ（方向
Ｄ₂）がラビング方向Ｒ₁と平行になるように配され、
位相差板２は方向Ｄ（方向Ｄ₁）がラビング方向Ｒ₂と
平行になるように配される。

【００５５】上記のような位相差板２・３および偏光板
４・５の配置により、本液晶表示装置は、オフ時におい
て光を透過して白色表示を行ういわゆるノーマリホワイ
ト表示を行う。

【００５６】一般に、液晶や位相差板（位相差フィル
ム）といった光学異方体においては、上記のような３次
元方向の主屈折率ｎ_a・ｎ_c・ｎ_bの異方性が屈折率楕
円体で表される。屈折率異方性Δｎは、この屈折率楕円
体が観察される方向に応じて異なる値になる。

【００５７】次に、液晶層８について詳細に説明する。

【００５８】前述したように、液晶層８においては、位
相差板２・３による位相差の補償機能と最良な特性を有
する組み合わせとなるように、液晶層８を構成する液晶
材料として、その屈折率異方性Δｎが所定の条件を満た
す液晶材料が用いられている。所定の条件とは、屈折率
異方性Δｎの光の波長に対する変化が視角に依存した液
晶画面の着色が発生しない範囲に設定されることであ
る。

【００５９】具体的には、以下に示す設定範囲の条件を
満たすように設計された液晶材料が注入されている。

【００６０】即ち、液晶材料の波長４５０ｎｍの光に対
する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍの光
に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の差であるΔｎ
（４５０）−Δｎ（６５０）は、０．００７０以上０．
０２５０以下の範囲に設定されている。より好ましく
は、上記のΔｎ（４５０）−Δｎ（６５０）は、０．０
２００以上０．０２５０以下の範囲に設定されている。

【００６１】このような条件を満たすように設計された
液晶材料を用いることで、位相差板２・３による位相差
の補償機能による表示画面の視角に依存して生ずるコン
トラスト変化、反転現象、着色現象の改善のみならず、
表示画面の着色現象をさらに改善できる。

【００６２】詳細には、広い方の上記の範囲内で少なく
とも１つの値を満たすように設計された液晶材料を用い
ることで、通常の液晶表示装置にて要求される視角５０
°において、若干の色付きはあるものの、どの方向から
見ても充分に使用に耐えうるものとできる。

【００６３】特に、上記のより好ましいとされる範囲内
で少なくとも１つの値を満たすことで、視角７０°でど
の方向から見ても着色の一切ないものとできる。

【００６４】また、この範囲を満たすように設計された
液晶材料を用いることで、コントラスト変化、反転現象
についても、位相差板２・３の補償機能のみによる場合
よりも改善される。

【００６５】さらに、本液晶表示装置においては、上記
の条件が満たされていると共に、以下に示す条件が同時
に満たされていることが好ましい。この場合、液晶層８
においてこの条件が満たされている。

【００６６】即ち、液晶材料の波長５５０ｎｍの光に対
する屈折率異方性Δｎ（５５０）が、０．０６０より大
きく０．１２０より小さい範囲に設定されている。より
好ましくは、上記Δｎ（５５０）が、０．０７０以上
０．０９５以下の範囲に設定されている。

【００６７】このような条件をも満たすことで、位相差
板２・３による位相差による補償機能および前記の屈折
率異方性Δｎの差の範囲の条件に基づいた補償機能によ
る視角依存性の改善に加えて、反視角方向のコントラス
ト比の低下、左右方向の反転現象をより一層改善するこ
とが可能になる。

【００６８】図５に、本液晶表示装置における液晶層８
に用いることのできる一液晶材料の、波長（λ）に対す
るΔｎ（λ）（波長−屈折率異方性Δｎ特性）を、実線
の曲線ａにて示す。尚、図５には、従来の液晶表示装置
における液晶層に用いられている一液晶材料の波長
（λ）に対するΔｎ（λ）を、一点鎖線の曲線ｂにて比
較のために示す。

【００６９】曲線ａと曲線ｂとを比べると、本液晶表示
装置での波長−屈折率異方性Δｎ特性の勾配は、従来の
液晶表示装置での波長−屈折率異方性Δｎ特性の勾配に
比べて大きくなっていることがわかる。

【００７０】また、図６には、本液晶表示装置における
液晶層８に用いることのできる他の一液晶材料の、波長
（λ）に対するΔｎ（λ）／Δｎ（５５０）を、実線の
曲線ｃにて示す。尚、図６には、比較のために、従来の
液晶表示装置における液晶層に用いられている他の一液
晶材料の波長（λ）に対するΔｎ（λ）／Δｎ（５５
０）を、一点鎖線の曲線ｄにて示す。

【００７１】曲線ｃと曲線ｄとを比べると、本液晶表示
装置でのΔｎ（λ）／Δｎ（５５０）の変化の勾配も、
従来の液晶表示装置でのΔｎ（λ）／Δｎ（５５０）の
変化の勾配に比べて大きくなっていることがわかる。

【００７２】このように構成される本実施の形態の液晶
表示装置は、視角に応じて液晶表示素子１に生じる位相
差を位相差板２・３による補償機能と共に、液晶層８に
おける液晶材料を透過する光の波長に対する屈折率異方
性Δｎの変化を、液晶画面の着色が生じない範囲に設定
されたことに基づく補償機能を備えている。これによ
り、視角に依存したコントラスト変化、反転現象、着色
現象が改善され、高品質の画像を表示できる。

【００７３】次に、上記のように構成される本実施の形
態に係る実施例を、比較例と共に説明する。（実施例１）本実施例では、図１の液晶表示装置におけ
る液晶セル１６の液晶層８に、波長４５０ｎｍにおける
屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長６５０ｎｍにおける
屈折率異方性Δｎ（６５０）との差であるΔｎ（４５
０）−Δｎ（６５０）がそれぞれ、０．００７０、０．
００９０、０．０１２０、０．０２００、０．０２５０
に設定された液晶材料を用い、セル厚（液晶層８の厚
み）が５μｍに設定されている５つのサンプル♯１〜♯
５を用いた。

【００７４】サンプル♯１〜♯５における位相差板２・
３としては、透明な支持体（例えば、トリアセチルセル
ロース（ＴＡＣ）等）に屈折率異方性が正の液晶ポリマ
ーを塗布し、その液晶ポリマーを傾斜配向させて架橋し
て形成してなる、上述の第１のリタデーション値が２２
０ｎｍ、上述の第２のリタデーション値が３５ｎｍであ
り、主屈折率ｎ_bの方向がｘｙｚ軸座標におけるｚ軸方
向に対して矢印Ａで示す方向に約２０°となるように傾
いており、同様に主屈折率ｎ_cの方向がｘ軸に対して矢
印Ｂで示す方向に約２０°の角度をなしているもの（即
ち、屈折率楕円体の傾斜角度θ＝２０°のもの）を用い
た。

【００７５】また、本実施例に対する比較例として、図
１の液晶表示装置における液晶セル１６の液晶層８に、
上記Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が０．００４５の
液晶材料を用いた以外は本実施例と同様の比較サンプル
♯１００を用いた。

【００７６】上記のサンプル♯１〜♯５および比較サン
プル♯１００について、白色光のもと目視試験を行なっ
た結果を表１に示す。

【００７７】

【表１】

【００７８】実施例のサンプル♯４および♯５について
は、視角を７０°としてあらゆる方向から見た場合で
も、着色は確認されず良好な画質が得られた。サンプル
♯３では、６０°の視角まではあらゆる方向から見た場
合でも着色は確認されず良好な画質が得られた。サンプ
ル♯２では、５０°の視角まではあらゆる方向から見た
場合でも着色は確認されず良好な画質が得られた。サン
プル♯１では、視角５０°にて左右方向から見た場合に
着色が確認されたが、使用に耐えうる程度の着色であっ
た。

【００７９】これに対し、比較例サンプル♯１００で
は、視角５０°であっても、左右方向から見た場合に、
使用に耐えない程の黄色からだいだい色の着色が確認さ
れた。また、位相差板２・３として、透明な支持体に屈
折率異方性が正の液晶ポリマーをハイブリッド配向させ
たものについても上記と同様の結果が得られた。

【００８０】（実施例２）ここでは、図７に示すよう
に、受光素子２１、増幅器２２および記録装置２３を備
えた測定系を用いて、液晶表示装置の視角依存性を測定
した。液晶表示装置の液晶セル１６は、前記のガラス基
板９側の面１６ａが直交座標ｘｙｚの基準面ｘ−ｙに位
置するように設置されている。受光素子２１は、一定の
立体受光角で受光し得る素子であり、面１６ａに垂直な
ｚ方向に対して角度φ（視角）をなす方向における、座
標原点から所定距離をおいた位置に配置されている。

【００８１】測定時には、本測定系に設置された液晶セ
ル１６に対し、面１６ａの反対側の面から波長５５０ｎ
ｍの単色光を照射する。液晶セル１６を透過した単色光
の一部は、受光素子２１に入射する。受光素子２１の出
力は、増幅器２２で所定のレベルに増幅された後、波形
メモリ、レコーダなどの記録装置２３によって記録され
る。

【００８２】本実施例では、図１の液晶セル１６におけ
る液晶層８に波長５５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎ
（５５０）がそれぞれ、０．０７０、０．０８０、０．
０９５に設定された液晶材料を用い、セル厚（液晶層８
の厚み）が５μｍに設定されている３つのサンプル♯６
〜♯８を用いた。

【００８３】サンプル♯６〜♯８における位相差板２・
３としては、屈折率異方性が正の液晶ポリマーを傾斜配
向させた前述の実施例１における位相差板２・３と同様
のものを用いた。

【００８４】このようなサンプル♯６〜♯８を、図７に
示す測定系に設置して、受光素子２１が一定の角度φで
固定された場合の、サンプル♯６〜♯８への印加電圧に
対する受光素子２１の出力レベルを測定した。

【００８５】測定は、５０°の角度φとなるように受光
素子２１を配置し、ｙ方向が画面の上側であり、ｘ方向
が画面の左側であると仮定して、受光素子２１の配置位
置を上方向に固定して行われた。

【００８６】その結果を、サンプル♯６〜♯８に印加さ
れる電圧に対する光の透過率（透過率−液晶印加電圧特
性）を表した図８のグラフにて示す。図８において、一
点鎖線で示す曲線Ｌ１がサンプル♯６の特性であり、実
線で示す曲線Ｌ２がサンプル♯７の特性であり、破線で
示す曲線Ｌ３がサンプル♯８の特性である。

【００８７】実施例に対する比較例として、図１の液晶
セル１６における液晶層８に波長５５０ｎｍにおける屈
折率異方性Δｎ（５５０）がそれぞれ、０．０６０、
０．１２０に設定された液晶材料を用いた以外は実施例
と同様の２つの比較サンプル♯１０１・♯１０２を用意
した。また、図７に示す測定系を用いて、本実施例と同
様の方法で受光素子２１が一定の角度φで固定された場
合の比較サンプル♯１０１・♯１０２への印加電圧に対
する受光素子２１の出力レベルを測定した。

【００８８】測定は、本実施例と同様に、５０°の角度
φとなるように受光素子２１を配置し、受光素子２１の
配置位置を上方向に固定して行われた。

【００８９】その結果を、比較サンプル♯１０１・♯１
０２に印加される電圧に対する光の透過率（透過率−液
晶印加電圧特性）を表した図９のグラフにて示す。図９
において、実線で示す曲線Ｌ１０が比較サンプル♯１０
１の特性であり、破線で示す曲線Ｌ１１が比較サンプル
♯１０２の特性である。

【００９０】本実施例のサンプル♯６〜♯８と、比較例
の比較サンプル♯１０１・♯１０２とについて、上方向
の透過率−液晶印加電圧特性を以下のように比較した。
図８のＬ１、Ｌ２、Ｌ３にて示すように、サンプル♯６
〜♯８で共に印加電圧が高くなるにつれて透過率が十分
下がることが確認された。これに対して、図９のＬ１１
にて示すように、比較サンプル♯１０２の場合、印加電
圧が高くなっても十分に透過率が下がっていない。ま
た、図９のＬ１０にて示すように、比較サンプル♯１０
１の場合、印加電圧が高くなるにつれて透過率が一度低
下してから再び上昇する反転現象が確認された。

【００９１】実施例のサンプル♯６〜♯８については、
５０°の視角に対し、どの方向からも着色が確認されず
良好な画質が得られた。これに対し、比較サンプル♯１
０１・♯１０２については、５０°の視角に対し、左右
方向の観察によって黄色からだいだい色の着色が確認さ
れた。

【００９２】上述のように、液晶層８に波長５５０ｎｍ
における屈折率異方性Δｎ（５５０）がそれぞれ、０．
０７０、０．０８０、０．０９５に設定された液晶材料
を用いた場合には、図８に示す特性に基づいて、印加電
圧が高くなると透過率が十分低下し、反転現象も見られ
ないため、視野角が拡大することが明らかである。ま
た、この場合、着色現象もなく、液晶表示装置の表示品
位が格段に向上していることがわかる。

【００９３】それに対して、液晶層８に波長５５０ｎｍ
における屈折率異方性Δｎ（５５０）がそれぞれ、０．
０６０、０．１２０に設定された液晶材料を用いた場合
には、図９に示す特性に基づいて、視角依存性は十分に
改善されないことがわかる。

【００９４】また、位相差板２・３として、透明な支持
体に屈折率異方性が正の液晶ポリマーをハイブリッド配
向させた以外は、上記サンプル♯６〜♯８、比較サンプ
ル♯１０１・♯１０２と同様の、サンプル、比較サンプ
ルに対しても、同様の結果が得られた。

【００９５】また、上記位相差板２・３の屈折率楕円体
の傾斜角度θを変化させて、傾斜角度θに対する透過率
−液晶印加電圧特性の依存性を調べた。その結果、１５
°≦θ≦７５°の範囲内でθが変化すれば、位相差板２
・３における液晶ポリマーの配向の状態に関係なく、そ
の依存性は基本的に変化しなかった。尚、上記範囲を越
えた場合には、反視角方向の視角が広がらないことが確
認された。

【００９６】また、上記比較サンプル♯１０１・♯１０
２の目視試験の結果を基に、図１の液晶セル１６におけ
る液晶層８に波長５５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎ
（５５０）がそれぞれ、０．０６５、０．１００、０．
１１５の液晶材料を用いた以外は本実施例と同様の３つ
のサンプル♯９〜♯１１を本実施例のサンプルとして用
意した。これらのサンプル♯９〜♯１１についても、図
７に示した測定系を用いて、それぞれへの印加電圧に対
する受光素子２１の出力レベルを測定した。また、それ
ぞれ白色光のもとで目視確認を行った。

【００９７】その結果、サンプル♯１０・♯１１では、
５０°の角度φの場合、上方向については良好な透過率
が得られた。一方、サンプル♯９では、上方向の透過率
は、電圧を高くしていくと、前述した比較サンプル♯１
０１と同様に一度最小値となった後に上昇する特性を示
すが（図９参照）、その上昇の度合いが比較サンプル♯
１０１より小さい。したがって、サンプル♯９によれ
ば、サンプル♯１０・♯１１ほど良好な透過率が得られ
ないものの、使用に耐えうる程度の透過率を得ることが
できる。

【００９８】また、目視の検査においては、サンプル♯
１０・♯１１では、黄色からだいだい色の若干の着色が
確認されたが、その着色は問題にならない程度であっ
た。サンプル♯９では、若干ではあるが青みを呈してい
ることが確認された。しかしながら、この程度の青みも
問題にならない程度のものであった。

【００９９】また、補足として、サンプル♯９と比較サ
ンプル♯１０１について、１Ｖ程度の電圧を印加し、液
晶セル１６の表面の法線方向の白色表示時の透過率を測
定した。その結果、比較サンプル♯１０１では、使用に
耐えない程度の透過率の低下が見られたが、サンプル♯
９では、使用に耐えうる程度の透過率の低下であった。

【０１００】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明に係る液
晶表示装置は、対向する表面に透明電極層及び配向膜が
それぞれ形成された一対の透光性基板の間に液晶層を封
入することによって構成される液晶表示素子と、上記液
晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液
晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚介在さ
れた位相差板であって、屈折率楕円体の３つの主屈折率
ｎ_a、ｎ_b、ｎ_cがｎ_a＜ｎ_b＜ｎ_cという関係を有
し、表面内の主屈折率ｎ_aまたはｎ_cの方向を軸とし
て、表面の法線方向に平行な主屈折率ｎ_bの方向と、表
面内の主屈折率ｎ_aまたはｎ_cの方向とが時計まわり、
または反時計まわりに傾斜することにより、上記屈折率
楕円体が傾斜している位相差板とを備えた液晶表示装置
において、上記液晶表示素子に封入された液晶層におけ
る液晶材料の屈折率異方性Δｎの光の波長に対する変化
が、視角に依存した液晶画面の着色が発生しない範囲に
設定されている構成である。

【０１０１】請求項２の発明に係る液晶表示装置は、請
求項１の構成において、液晶層における液晶材料の、波
長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）
と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５
０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０．００
７０以上０．０２５０以下の範囲に設定されている構成
である。

【０１０２】請求項３の発明に係る液晶表示装置は、請
求項２の構成において、液晶層における液晶材料の、波
長４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）
と波長６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５
０）の差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０．０２
００以上０．０２５０以下の範囲に設定されている構成
である。

【０１０３】これにより、請求項１ないし請求項３の発
明に係る液晶表示装置では、液晶表示素子の位相差変化
が位相差板による補償機能のみの場合よりもさらに改善
される。特に、視角に依存した液晶画面の着色がより一
層抑えられる。それゆえ、このような位相差板と液晶表
示素子とを含む液晶表示装置は、反転現象、反視角方向
のコントラスト比の低下および着色現象を抑えることが
できる。

【０１０４】特に、請求項２の発明に係る液晶表示装置
では、通常の液晶表示装置にて要求される５０°の視角
であらゆる方向から見た場合においても、十分に使用に
耐えうる程度にまで液晶画面の着色を抑えることが可能
となる。

【０１０５】さらに、請求項３の発明に係る液晶表示装
置では、７０°の視角に対応する、さらに広視野角の液
晶表示装置において、どの方向から見ても全く液晶画面
の着色のない状態を実現できる。

【０１０６】このように、上記構成は、白黒表示におけ
るコントラスト比が観視者の視角方向によって影響され
ないため、液晶表示装置の表示画像の品位を格段に向上
させることができるという効果を奏する。

【０１０７】また、請求項４の発明に係る液晶表示装置
は、請求項１又は２の構成において、液晶層における液
晶材料の、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δ
ｎ（５５０）が、０．０６０より大きく０．１２０より
小さい範囲に設定されている構成である。

【０１０８】これにより、視角に対応して液晶表示素子
に生じる位相差が解消される。それゆえ、表示画面にお
いて、視角に依存して生じる着色現象はもちろんのこ
と、コントラスト変化、左右方向の反転現象等もさらに
改善することができる。

【０１０９】また、請求項５の発明に係る液晶表示装置
は、請求項４の構成において、液晶層における液晶材料
の、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（５
５０）が、０．０７０以上０．０９５以下の範囲に設定
されている構成である。

【０１１０】これにより、請求項４の発明に係る液晶表
示装置よりも、より一層、視角に依存して生じるコント
ラスト変化、左右方向の反転現象等を改善することがで
きる。

【０１１１】請求項６の発明に係る液晶表示装置は、請
求項１、２又は４の構成において、全ての位相差板での
屈折率楕円体の傾斜角が１５°から７５°の間に設定さ
れている構成である。

【０１１２】このように、液晶表示装置に介在される全
ての位相差板において、屈折率楕円体の傾斜角を１５°
から７５°の間に設定することで、前述した本発明の備
えた位相差板による位相差の補償機能を確実化すること
ができる。その結果、視認性を確実に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置の構
成を分解して示す断面図である。

【図２】上記液晶表示装置における配向膜のラビング方
向と正視角方向との関係を示す説明図である。

【図３】上記液晶表示装置の位相差板における主屈折率
を示す斜視図である。

【図４】上記液晶表示装置における偏光板および位相差
板の光学的な配置を液晶表示装置の各部を分解して示す
斜視図である。

【図５】上記液晶表示装置の液晶層に用いられる一液晶
材料の波長に対する屈折率異方性Δｎを示すグラフであ
る。

【図６】上記液晶表示装置の液晶層に用いられる一液晶
材料の波長に対するΔｎ（λ）／Δｎ（５５０）を示す
グラフである。

【図７】上記液晶表示装置の視角依存性を測定する測定
系を示す斜視図である。

【図８】実施例１における液晶表示装置の透過率−液晶
印加電圧特性を示すグラフである。

【図９】実施例１に対する比較例の液晶表示装置の透過
率−液晶印加電圧特性を示すグラフである。

【図１０】ＴＮ液晶表示素子における液晶分子の捩じれ
配向を示す模式図である。

【符号の説明】

１液晶表示素子２・３位相差板４・５偏光板（偏光子）８液晶層９・１２ガラス基板（透光性基板）１０・１３透明電極（透明電極層）１１・１４配向膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する表面に透明電極層及び配向膜がそ
れぞれ形成された一対の透光性基板の間に液晶層を封入
することによって構成される液晶表示素子と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも１枚
介在された位相差板であって、屈折率楕円体の３つの主
屈折率ｎ_a、ｎ_b、ｎ_cがｎ_a＜ｎ_b＜ｎ_cという関係
を有し、表面内の主屈折率ｎ_aまたはｎ_cの方向を軸と
して、表面の法線方向に平行な主屈折率ｎ_bの方向と、
表面内の主屈折率ｎ_cまたはｎ_aの方向とが時計まわ
り、または反時計まわりに傾斜することにより、上記屈
折率楕円体が傾斜している位相差板とを備えた液晶表示
装置において、上記液晶表示素子に封入された液晶層における液晶材料
の屈折率異方性Δｎの光の波長に対する変化が、視角に
依存した液晶画面の着色が発生しない範囲に設定されて
いることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】上記液晶層における液晶材料の、波長４５
０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長
６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の
差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０．００７０以
上０．０２５０以下の範囲に設定されていることを特徴
とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】上記液晶層における液晶材料の、波長４５
０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（４５０）と波長
６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（６５０）の
差Δｎ（４５０）−Δｎ（６５０）が、０．０２００以
上０．０２５０以下の範囲に設定されていることを特徴
とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】上記液晶層における液晶材料の、波長５５
０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（５５０）が、
０．０６０より大きく０．１２０より小さい範囲に設定
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液
晶表示装置。
【請求項５】上記液晶層における液晶材料の、波長５５
０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（５５０）が、
０．０７０以上０．０９５以下の範囲に設定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】全ての位相差板において、屈折率楕円体の
傾斜角が１５°から７５°の間に設定されていることを
特徴とする請求項１、２又は４に記載の液晶表示装置。