JPH1172777A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH1172777A
JPH1172777A JP9235181A JP23518197A JPH1172777A JP H1172777 A JPH1172777 A JP H1172777A JP 9235181 A JP9235181 A JP 9235181A JP 23518197 A JP23518197 A JP 23518197A JP H1172777 A JPH1172777 A JP H1172777A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 上下左右方向の反転現象を解消すると共に、
視角に応じた位相差を解消し、特に、液晶の閾値電圧に
近い電圧が印加された中間調表示状態での反視角方向の
階調反転を効果的に改善し、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
封入してなる液晶表示素子1と、この両側に配置される
一対の偏光板4・5との間に、屈折率異方性が負で、屈
折率楕円体が傾斜した光学位相差板2・3を少なくとも
1枚介在させた液晶表示装置において、液晶層8を異な
る比率で分割してそれぞれ異なる方向に配向させると共
に、液晶層における液晶分子の長軸と配向膜とのなす角
であるプレティルト角を、液晶に液晶の閾値電圧に近い
電圧を印加して中間の色調を表示した状態で反視角方向
の階調反転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、液晶表示素子に光学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そって光
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、液晶分子が上下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12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、表
示画面の法線方向から表示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、表示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、視野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表示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。これは表示画面全
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光学位相差板(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−
600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
介在させた光学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】このような光学位相差板として、屈折率楕
円体の1つの主屈折率方向を光学位相差板の表面の法線
方向に対して平行にしたものが、例えば特開平5−31
3159号公報に記載されている。しかしながら、この
光学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、光学位相差板として、屈折率楕円体の主屈折率方向
が光学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、光
学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光学位相差
板の表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も光学
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
いる光学位相差板である。
【0020】もう一つは、屈折率楕円体の3つの主屈折
率na 、nb 、nc がna =nc >nb という関係を有
し、表面内の主屈折率na またはnc の方向を軸とし
て、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方向と、表
面内の主屈折率nc またはnaの方向とが時計まわり、
または反時計まわりに傾斜している、屈折率楕円体が傾
斜した光学位相差板である。
【0021】上記の2種類の光学位相差板について、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、後者は光学位相差板を1枚のみ用いる
だけでなく、該光学位相差板を2枚組み合わせ、各々の
主屈折率nb 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】このような屈折率楕円体が傾斜した光学位
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
介在させることによって構成される液晶表示装置では、
屈折率楕円体の主屈折率方向が表面の法線方向に対して
傾斜していない光学位相差板を用いた場合よりも、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、及び反転現象を改善することができる。
【0023】また、反転現象を解消するための技術も種
々案出されており、例えば特開昭57−186735号
公報には、各表示パターン(画素)を複数に区分し、区
分されたそれぞれの部分が独立した視角特性を有するよ
うに配向制御を施す、いわゆる画素分割法が開示されて
いる。この方法によれば、それぞれの区分において、液
晶分子が互いに異なる方向に立ち上がるので、視角を上
下方向に傾けたとき視角依存性を解消することができ
る。
【0024】また、特開平6−118406号公報及び
特開平6−194645号公報には、上記の画素分割法
に光学位相差板を組み合わせる技術が開示されている。
特開平6−118406号公報に開示されている液晶表
示装置は、液晶パネルと偏光板との間に光学異方性フィ
ルム(光学位相差板)が挿入されることにより、コント
ラストの向上などが図られている。特開平6−1946
45号公報に開示されている補償板(光学位相差板)
は、補償板面に平行な方向の面内の屈折率がほぼなく、
かつ補償板面に垂直な方向の屈折率が面内の屈折率より
小さくなるように設定されていることにより、負の屈折
率を有する。このため、電圧が印加されたときに、液晶
表示素子に生じる正の屈折率を補償して、視角依存性を
低減させることができる。
【0025】
【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号公報で示されたよ
うな屈折率楕円体が傾斜した光学位相差板を用いただけ
では必ずしも充分であるとは言えず、未だ改善の余地を
有している。
【0026】また、反転現象を解消するための上記した
画素分割法では、確かに、視角を上下方向に傾けたとき
の反転現象を解消することはできるが、その際、コント
ラスト低下が起こり、表示された黒が白みを帯びてグレ
ーに見えてしまい、かつ、左右方向に視角を傾けたとき
に視角依存性が生じるという欠点もある。
【0027】また、上記の画素分割法に光学位相差板を
介在させる手法は、視角を傾けたときに斜め45°方向
で着色現象が発生する。そして、画素を分割する比率が
同じである液晶表示素子を用いているので、上下方向に
視角を傾けたときのコントラストの低下を抑制すること
には限界がある。これは、次の理由による。
【0028】上記のような画素分割法では、画素の分割
比率が同じであることにより、TN液晶表示素子の正視
角方向(画面に垂直な方向から表示コントラストが良く
なる方向)と反視角方向(画面に垂直な方向から表示コ
ントラストが低下する方向)との視角特性が平均化され
る。ところが、実際の正視角方向の視角特性と反視角特
性の視角特性は相反するので、上記の画素分割法に光学
位相差板を組み合わせても、上下方向のコントラスト低
下を均一に抑制することは難しい。特に、視角を正視角
方向に傾けた場合、反転現象が発生したり、表示画像が
黒くつぶれやすくなったりする傾向がある。
【0029】本発明は、上記した課題に鑑みなされたも
ので、その目的は、上記のように屈折率楕円体が傾斜し
た光学位相差板の補償効果に加えて視角依存性をさらに
改善することであり、特に、視角を上下方向に傾けたと
きに生じる反転現象を抑えると共に、その際のコントラ
ストの低下及び表示画像が白く見える傾向をほぼ均一に
抑制し、かつ、液晶の閾値電圧に近い電圧が印加された
中間調表示状態での反視角方向の階調反転を効果的に改
善することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明の液晶表示装置は、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ほぼ90°捻じれ配向した液晶層が
封入されてなる液晶表示素子と、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枚介在された光学位相差
板であって、屈折率楕円体の3つの主屈折率na
b 、nc がna =nc >nb という関係を有し、表面
内の主屈折率na またはnc の方向を軸として、表面の
法線方向に平行な主屈折率nb の方向と、表面内の主屈
折率nc またはna 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
斜している光学位相差板とを備え、上記配向膜が、各画
素における液晶層が異なる比率で分割された分割液晶層
をそれぞれ異なる方向に配向し、かつ、上記液晶層にお
ける液晶分子の長軸と配向膜とのなす角であるプレティ
ルト角が、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加して
中間の色調を表示した状態で反視角方向の階調反転が発
生しない範囲に設定されていることを特徴としている。
【0031】上記構成によれば、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ても、主屈
折率na 、nb 、nc がna =nc >nb で、主屈折率
b を含む屈折率楕円体の短軸を光学位相差板の表面の
法線方向に対し傾斜させた光学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のみによって
も、さらなる視角依存性の改善が要求されるなかでは必
ずしも充分であるとは言えず、本願発明者らは、さらな
る研究を重ねた結果、液晶層における液晶分子の長軸と
配向膜とがなすプレティルト角が、特に液晶に液晶の閾
値電圧に近い電圧を印加して中間の色調を表示した状態
で反視角方向の階調反転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。
【0032】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上記プレティルト角を、液
晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加して中間の色調を
表示した状態で反視角方向の階調反転が発生しない範囲
に設定している。これにより、当該中間の色調を呈した
画面における反視角方向の階調反転を無くして、画面の
視角依存性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着色においても、光学位相差板
の補償機能のみの場合よりも、さらに改善することがで
きた。
【0033】そして、さらに、本発明の液晶表示装置で
は、液晶層が異なる比率で分割された分割液晶層とし、
互いに異なる方向に配向している。これにより、相反す
る正視角方向の視角特性と反視角特性の視角特性との差
をなくし、両視角特性を近づけることができる。それゆ
え、視角を上下方向に傾けたときに生じるコントラスト
の低下および表示画像が白く見える傾向をほぼ均一に抑
制することができ、特に、黒をより鮮明に表示すること
が可能となる。
【0034】ところで、上記プレティルト角を大きくす
るほど、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加して中
間の色調を表示した状態で反視角方向の階調反転が起こ
らなくなることが判明したが、その反面、プレティルト
角を大きくし過ぎると、当該中間の色調を表示した状態
で正視角方向の輝度が急激に低下することが判明した。
そこで、請求項2記載の発明の液晶表示装置では、上記
の請求項1の構成において、プレティルト角が、さら
に、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加して中間の
色調を表示した状態で正視角方向の急激な輝度低下が発
生しない範囲に設定されており、これにより、当該中間
の色調を表示した状態で正視角方向の輝度が急激に低下
することを防止できる。
【0035】液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加し
て中間の色調を表示した状態で反視角方向の階調反転が
発生せず、また、当該中間の色調を表示した状態で正視
角方向の急激な輝度低下の発生しない範囲とは、具体的
には、請求項3に記載したように、分割液晶層のそれぞ
れの配向部分において、少なくとも片方の基板上におけ
るプレティルト角を4°より大きく15°未満の範囲に
設定することである。
【0036】これにより、通常の液晶表示装置にて要求
される視角50°において、若干の反視角方向の階調反
転が起こる場合もあるが、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。
【0037】そして、視角70°といったさらに広視野
角の液晶表示装置においては、請求項4に記載したよう
に、上記のプレティルト角を、6°以上14°以下の範
囲に設定することである。
【0038】これにより、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、当該中間の色調を表示
した状態で反視角方向の階調反転のないものとできる。
【0039】また、上記の課題を解決するために、請求
項5記載の発明の液晶表示装置は、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
板の間にほぼ90°捻じれ配向した液晶層が封入されて
なる液晶表示素子と、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枚介在された光学位相差板であっ
て、屈折率楕円体の3つの主屈折率na 、nb 、nc
a =nc >nb という関係を有し、表面内の主屈折率
a またはnc の方向を軸として、表面の法線方向に平
行な主屈折率nbの方向と、表面内の主屈折率nc また
はna 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光
学位相差板とを備え、上記配向膜が、各画素における液
晶層が異なる比率で分割された分割液晶層をそれぞれ異
なる方向に配向し、かつ、液晶の閾値電圧に近い電圧を
液晶に印加することで得られる中間の色調を表示するた
めの印加電圧値が、当該中間の色調を表示した状態で反
視角方向の階調反転が発生しない範囲に設定されている
ことを特徴としている。
【0040】上記構成によれば、請求項1の構成と同様
に、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
偏光に変換されても、上記の光学位相差板によってこの
位相差は補償される。しかしながら、このような補償機
能によっても、さらなる視角依存性の改善が要求される
なかでは必ずしも充分であるとは言えず、本願発明者ら
は、さらなる研究を重ねた結果、液晶の閾値電圧に近い
電圧を液晶に印加することで得られる中間の色調を表示
するための印加電圧値が、当該中間の色調を表示した状
態で反視角方向の階調反転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。
【0041】本発明の液晶表示装置では、液晶の閾値電
圧に近い電圧を液晶に印加することで得られる中間の色
調を表示するための印加電圧値を、当該中間の色調を表
示した状態で反視角方向の階調反転が発生しない範囲に
設定している。これにより、当該中間の色調を呈した画
面における反視角方向の階調反転を無くして、画面の視
角依存性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着色においても、光学位相差板の補
償機能のみの場合よりも、さらに改善することができ
た。
【0042】そして、さらに、本発明の液晶表示装置で
も、請求項1の構成と同様に、液晶層が異なる比率で分
割された分割液晶層で、互いに異なる方向に配向されて
いるので、相反する正視角方向の視角特性と反視角特性
の視角特性との差をなくし、両視角特性を近づけること
ができる。それゆえ、視角を上下方向に傾けたときに生
じるコントラストの低下および表示画像が白く見える傾
向をほぼ均一に抑制することができ、特に、黒をより鮮
明に表示することが可能となる。
【0043】ところで、当該中間の色調を表示するため
の電圧は、例えばノーマリホワイト表示の場合、オフ状
態の透過率に対する白階調時の透過率を基に設定される
が、その透過率を下げるほど、白階調時の反視角方向の
階調反転が起こらなくなることが判明したが、その反
面、透過率をあまり低く設定し過ぎると、正視角方向で
輝度が急激に低下することが判明した。そこで、請求項
6記載の発明の液晶表示装置では、上記の請求項5の構
成において、液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加す
ることで得られる中間の色調を表示するための印加電圧
値が、さらに、当該中間の色調を表示した状態で正視角
方向の急激な輝度低下が発生しない範囲に設定されてお
り、これにより、当該中間の色調を表示した状態で正視
角方向の輝度が急激に低下することを防止できる。
【0044】液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加し
て中間の色調を表示した状態で反視角方向の階調反転が
発生せず、また、当該中間の色調を表示した状態で正視
角方向の急激な輝度低下の発生しない範囲とは、具体的
には、請求項7に記載したように、液晶の閾値電圧に近
い電圧を液晶に印加することで得られる中間の色調を表
示するための印加電圧値を、液晶へ電圧印加の無い明状
態(オフ状態)での透過率の85%より大きい透過率を
得るように設定することである。
【0045】これにより、通常の液晶表示装置にて要求
される視角50°において、若干の反視角方向の階調反
転が起こる場合もあるが、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。
【0046】そして、視角70°といったさらに広視野
角の液晶表示装置においては、請求項8に記載したよう
に、液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加することで
得られる中間の色調を表示するための印加電圧値を、液
晶へ電圧印加の無い明状態(オフ状態)での透過率の9
0%以上97%以下の範囲に入る透過率を得るように設
定することである。
【0047】これにより、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、当該中間の色調を表示
した状態で反視角方向の階調反転のないものとできる。
【0048】また、請求項9に記載のように、上記した
請求項1、2、3、5、6又は7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550n
mの光に対する屈折率異方性Δn(550)を、0.0
60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。
【0049】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ため、液
晶画面において、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。
【0050】この場合、さらに、請求項10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、液晶表示素
子に生じる視角に対応する位相差をより効果的に解消す
ることができるため、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。
【0051】また、請求項11に記載のように、上記し
た請求項1、2、3、5、6、7又は9の発明の液晶表
示装置においては、全ての光学位相差板において、屈折
率楕円体の傾斜角が15°から75°の間に設定されて
いることが好ましい。
【0052】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、屈折率楕円体の傾斜角を1
5°から75°の間に設定することで、前述した本発明
の備えた光学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。
【0053】また、請求項12に記載のように、上記し
た請求項1、2、3、5、6、7又は9の発明の液晶表
示装置においては、全ての光学位相差板において、主屈
折率na と主屈折率nb との差と、光学位相差板の厚さ
dとの積(na −nb )×dが、80nmから250n
mの間に設定されていることが好ましい。
【0054】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、主屈折率na と主屈折率n
b との差と、光学位相差板の厚さdとの積(na
b )×dを、80nmから250nmの間に設定する
ことで、前述した本発明の備えた光学位相差板による位
相差の補償機能を確実に得ることができる。
【0055】また、請求項13に記載したように、請求
項1又は5に記載の液晶表示装置においては、上記光学
位相差板が、上記画素内で最も大きい上記分割液晶層に
対して、上記配向膜の内面近傍の液晶分子が上記透明電
極により電圧を印加されたときの傾斜方向と、屈折率楕
円体の傾斜方向とが反対になるように配置されているこ
とが好ましい。
【0056】上記の構成において、最も大きい分割液晶
層に対して、光学位相差板の表面に対する屈折率楕円体
の傾斜方向と、電圧印加時の上記液晶分子の傾斜方向が
反対であれば、その液晶分子による光学特性と屈折率楕
円体すなわち光学位相差板の光学特性とが逆に設定され
る。したがって、配向膜の内面近傍の液晶分子は、配向
の影響を受けて電圧印加時でも立ち上がらないが、その
液晶分子による光学特性の偏りを光学位相差板で補償す
ることができる。
【0057】これにより、視角を正視角方向に傾けたと
きに、反転現象が抑制され、かつ、黒くつぶれない良好
な表示画像を得ることができる。また、視角を反視角方
向に傾けたときにコントラストの低下が抑制されるの
で、白みを帯びない良好な表示画像を得ることができ
る。しかも、左右方向について反転現象を抑制すること
ができる。
【0058】また、請求項14に記載したように、請求
項13に記載の液晶表示装置においては、分割液晶層を
2つの第1および第2分割液晶層に分割する場合、第1
分割液晶層と第2分割液晶層との大きさの比が6:4か
ら19:1の範囲に設定されていることが好ましい。
【0059】これにより、屈折率楕円体の傾斜方向が特
定された上記の構成において、視角特性をより向上させ
ることができる。
【0060】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態1〕本発明の実施の一形態について図1な
いし図5に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【0061】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、一対の光学位相差板
2・3と、一対の偏光板(偏光子)4・5とを備えてい
る。
【0062】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。
【0063】簡略化のため、図1は1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。
【0064】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。液晶層8には、透明電極10・13を介して、駆動
回路17より表示データに基づいた電圧が印加される。
【0065】本液晶表示装置において、上記の液晶表示
素子1に光学位相差板2・3と偏光板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、互いに状態の異なる2つの領域を有している。
これにより、液晶層8において上記の2つの領域に面す
る第1分割部(分割液晶層・第1分割液晶層)8aと第
2分割部(分割液晶層・第2分割液晶層)8bとでは、
液晶分子の配向状態が異なるように制御される。配向膜
11・14は、2つの領域間で、液晶分子に付与するプ
レティルト角を異ならせたり、液晶分子のプレティルト
方向を基板面に垂直な方向について反対向きにさせたり
して上記のような異なる配向状態を与える。
【0066】プレティルト角とは、図2に示すように、
液晶分子20の長軸と配向膜14(11)とがなす角ψ
のことであり、配向膜11・14に対するラビングと、
液晶材料との組み合わせによって決定されるものであ
る。
【0067】そして、詳細については後述するが、本実
施の形態の液晶表示装置では、視角を上下方向および左
右方向に傾けたときの視角特性を向上させるために、液
晶層8は異なる比率で分割され、かつ、上記液晶層8の
プレティルト角が、光学位相差板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
設定されている。
【0068】光学位相差板2・3は、液晶表示素子1と
その両側に配される偏光板4・5との間にそれぞれ介在
される。光学位相差板2・3は、透明な有機高分子から
なる支持体にディスコティック液晶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、光学位相差板2・3における後
述の屈折率楕円体が、光学位相差板2・3に対し傾斜す
るように形成される。
【0069】光学位相差板2・3の上記支持体として
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(TAC)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(PET)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。
【0070】図3に示すように、光学位相差板2・3
は、異なる3方向の主屈折率na ・nb ・nc を有して
いる。主屈折率na 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nb の方向は、光学位相差板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。主屈折率nc の方
向は、x座標軸(上記の表面)に対し矢印Bの方向にθ
傾いている。
【0071】光学位相差板2・3は、各主屈折率がna
=nc >nb という関係を満たしている。これにより、
光学軸が1つのみ存在するので、光学位相差板2・3は
一軸性を備え、また、屈折率異方性が負になる。光学位
相差板2・3の第1のリタデーション値(nc −na
×dは、na =nc であるため、ほぼ0nmである。第
2のリタデーション値(nc −nb )×dは、80nm
〜250nmの範囲内で任意の値に設定される。第2の
リタデーション値(nc −nb )×dをこのような範囲
内に設定することで、光学位相差板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。尚、上記のnc
−na およびnc −nb は屈折率異方性Δnを表し、d
は光学位相差板2・3の厚みを表している。
【0072】一般に、液晶や光学位相差板(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na ・nc ・nb 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
円体をどの方向から観察するかによって異なる値にな
る。
【0073】また、光学位相差板2・3の主屈折率nb
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
ている。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
係わらず、光学位相差板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。
【0074】尚、光学位相差板2・3の配置について
は、光学位相差板2・3のうちの何れか一方のみを片側
に配置した構成でも、また、光学位相差板2・3を片側
に重ねて配置することもできる。さらに、3枚以上の光
学位相差板を用いることもできる。
【0075】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・14(図1参
照)に接する液晶分子の長軸L1 ・L2 とそれぞれ直交
するように配置される。本液晶表示装置では、長軸L1
・L2 が互いに直交しているため、吸収軸AX1 ・AX
2 も互いに直交している。
【0076】ここで、図3に示すように、光学位相差板
2・3に異方性を与える方向に傾斜する主屈折率nb
方向が光学位相差板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、光学位相差板2は方向
D(方向D1 )が長軸L1 と平行になるように配され、
光学位相差板3は方向D(方向D2 )が長軸L2 と平行
になるように配される。
【0077】上記のような光学位相差板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。
【0078】次に、前述した、液晶層8の分割、並び
に、液晶層8の分割状態下において、光学位相差板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
わせとなるような液晶層8のプレティルト角を設定して
いることについて、詳細に説明する。
【0079】前述したように、液晶層8においては、視
角を上下方向および左右方向に傾けたときの視角特性を
向上させるために、1つの画素が異なる比率で第1分割
部8aと第2分割部8bとに分割されている。具体的に
は、第1分割部8aと第2分割部8bとは、その比率
が、6:4から19:1の範囲内となるように設定され
ている。
【0080】また、配向膜11・14は、図5に示すよ
うに、第1分割部8aと第2分割部8bのそれぞれに対
し直交するプレティルト方向で液晶分子を配向させる。
配向膜11のプレティルト方向P1 ・P2 は、第1分割
部8aと第2分割部8bとで互いに逆方向となるように
設定されている。配向膜14のプレティルト方向P3
4 も同様に互いに逆方向となるように設定されてい
る。尚、液晶層8は、透明電極10・13の何れの長手
方向に沿って分割されていてもよい。
【0081】このような液晶層8を有する液晶表示素子
1に光学位相差板2・3を組み合わせれば、正視角方向
の視角特性と反視角特性の視角特性とに適した配向状態
を得ることができる。これにより、視角を上下方向に傾
けたときに生じるコントラストの低下および表示画像が
白く見える傾向を抑制することができる。この結果、特
に、コントラストの低下の影響を大きく受ける黒をより
黒らしく鮮明に表示することができる。
【0082】また、液晶表示素子1においては、1画素
当たりの液晶層8において最も大きい第1分割部8aに
対して、前記の屈折率楕円体の光学位相差板2・3に対
する傾斜方向と、配向膜11・14の近傍に配される液
晶分子のプレティルト方向とが反対となるように設定す
ることがさらに望ましい。
【0083】これにより、液晶表示素子1への電圧印加
時に、配向の影響を受けて傾斜したままの状態にある上
記液晶分子による光学特性の偏りを光学位相差板2・3
で補償することができる。
【0084】その結果、視角を正視角方向に傾けたとき
の反転現象が抑制され、黒くつぶれない良好な表示画像
を得ることができる。また、視角を反視角方向に傾けた
ときにコントラストの低下が抑制されるので、白みを帯
びない良好な表示画像を得ることができる。その上、左
右方向について反転現象を抑制することも可能になる。
【0085】さらに、液晶層8においては、前述した如
く、光学位相差板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のプ
レティルト角が設定されている。
【0086】詳細に言えば、液晶の閾値電圧に近い電圧
を液晶に印加した中間調表示状態、ここではノーマリホ
ワイト表示であるので白に近い中間調表示状態で、反視
角方向の階調反転が発生しない範囲にプレティルト角を
設定している。以下、白に近い中間調を白階調と呼ぶ。
【0087】一方、白階調時の反視角方向の階調反転は
プレティルト角を大きくするほど起こり難くなることが
実験的に確認されたが、その反面、プレティルト角を大
きくし過ぎると、正視角方向での白階調時の輝度の急激
な低下が発生することも確認された。つまり、プレティ
ルト角の設定には、白階調時に正視角方向の急激な輝度
低下が発生しない範囲とすることも必要となる。
【0088】具体的には、少なくとも配向膜11又は配
向膜14の何方かの材料及び液晶材料として、プレティ
ルト角が4°より大きく15°未満の範囲となるような
配向膜材料と液晶材料との組み合わせが用いられてい
る。この場合、より好ましくは、プレティルト角が6°
以上14°以下の範囲となるような配向膜材料と液晶材
料との組み合わせとすることである。この設定範囲は、
液晶層8が上記した分割比で分割されているものすべて
に共通の範囲である。
【0089】このように、少なくとも対向する片側のプ
レティルト角を4°より大きく15°未満の範囲内に設
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、問題となるような白階調時の反視角方
向の階調反転のない、どの方向から見ても充分に使用に
耐え得るものとできる。
【0090】そして特に、プレティルト角を6°以上1
4°以下の範囲内に設定することで、視角70°におい
て、白階調時の反視角方向の階調反転の全く無いものと
できる。
【0091】さらに、本実施の形態の液晶表示装置で
は、液晶層8における液晶材料として、波長550nm
の光に対する屈折率異方性Δn(550)が、0.06
0より大きく0.120より小さい範囲に設計されたも
のが選択されている。この場合、より好ましくは、上記
Δn(550)が、0.070以上0.095以下の範
囲に設計された液晶材料を用いることである。
【0092】これにより、光学位相差板2・3による位
相差の補償機能、及びプレティルト角を上記の範囲に設
定したことによる補償機能に加えて、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
することが可能となる。
【0093】以上のように、本実施の形態の液晶表示装
置は、液晶表示素子1と偏光板4・5の間に、屈折率楕
円体の3つの主屈折率na 、nb 、nc がna =nc
bという関係を有し、表面内の主屈折率na 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
b の方向と、表面内の主屈折率nc またはna 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光学位相差板2
・3を備えた構成の液晶表示装置において、各画素にお
ける液晶層8を異なる比率で分割して異なる方向に配向
させると共に、液晶層8におけるプレティルト角を、液
晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加した中間調表示状
態で、反視角方向の階調反転が発生しない範囲に設定し
た構成である。
【0094】これにより、液晶表示素子1に生じる視角
に対応する位相差の上記の光学位相差板2・3による補
償機能と共に、液晶層8の分割による補償機能、加え
て、光学位相差板2・3の補償機能を最良の組み合わせ
となるように、プレティルト角を上記の範囲に設定した
ことによる補償機能により、視角を上下方向に傾けたと
きに生じる反転現象を抑えると共に、その際のコントラ
ストの低下及び表示画像が白く見える傾向をほぼ均一に
抑制し、また、視角に依存した反視角方向の白階調時
(ノーマリホワイト表示であるので)に発生する反転現
象を特に効果的に改善することも可能であり、高品質の
画像を表示できる。
【0095】しかも、本実施の形態の液晶表示装置で
は、液晶層8における液晶材料として、波長550nm
の光に対する屈折率異方性Δn(550)が、0.06
0より大きく0.120より小さい範囲に設計されたも
のを用いているので、光学位相差板2・3による位相差
の補償機能、及びプレティルト角を上記の範囲に設定し
たことによる補償機能に加えて、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
ことが可能となる。
【0096】なお、ここでは、ノーマリホワイト表示の
液晶表示装置を例示して説明したが、ノーマリブラック
表示の液晶表示装置においても、光学位相差板2・3に
よる補償効果に合わせて、プレティルト角を液晶の閾値
電圧に近い電圧を液晶に印加した中間調表示(黒階調)
で反視角方向の階調反転が発生しない範囲に設定し、こ
れによる補償効果を得ることで、上記と同様の効果を得
ることができる。
【0097】また、本実施の形態においては、単純マト
リクス方式の液晶表示装置について述べたが、本発明
は、これ以外に、TFTなどの能動スイッチング素子を
用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置につい
ても適用が可能である。
【0098】〔実施の形態2〕本発明の実施の他の形態
について図1に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。尚、説明の便宜上、前記の実施の形態にて示した部
材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記
し、その説明を省略する。
【0099】本実施の形態に係る液晶表示装置は、前述
の実施の形態1にて示した図1の液晶表示装置とほぼ同
様の構成を有している。異なる点は、実施の形態1の液
晶表示装置では、光学位相差板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、
上記液晶層8のプレティルト角が、液晶層8に液晶の閾
値電圧に近い電圧を印加した中間調表示状態で反視角方
向の階調反転が発生しない範囲に設定されていたのに対
し、本実施の形態の液晶表示装置では、光学位相差板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に液晶の閾値電圧に近い
電圧を印加することで得られる中間調を表示するための
印加電圧値を、当該中間調の表示状態で反視角方向の階
調反転が発生しない範囲に設定している点である。
【0100】以下、この点を詳細に説明する。本実施の
形態の液晶表示装置は、ノーマリホワイト表示であるの
で、液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加した中間調
表示状態、即ち、白階調を行うための印加電圧値が、該
電圧を印加した状態で反視角方向の階調反転が発生しな
い範囲に設定されている。
【0101】一方、白階調時の透過率を下げるほど、白
階調時の反視角方向の階調反転が起こらなくなることが
実験的に確認されたが、その反面、透過率を低く設定し
過ぎると、正視角方向、左右方向で輝度が急激に低下し
てしまう。つまり、白階調時の透過率を決定する液晶印
加電圧の設定には、白階調時に正視角方向、左右方向の
急激な輝度低下が発生しない範囲に設定することも必要
となる。
【0102】具体的には、白階調時における液晶印加電
圧が、液晶印加電圧がゼロのオフ状態の透過率100%
に対して85%より大きい透過率を得るように設定され
ている。この場合、より好ましくは、白階調時における
液晶印加電圧を、オフ状態の透過率100%に対して9
0%以上97%以下の範囲に入る透過率を得るように設
定することである。この設定範囲は、液晶層8が上記し
た分割比で分割されているものすべてに共通の範囲であ
る。
【0103】このように白階調時の液晶印加電圧をオフ
状態の透過率100%に対して85%より大きい透過率
を得るように設定することで、通常の液晶表示装置にて
要求される視角50°において、問題となるような白階
調時の反視角方向の階調反転のない、どの方向から見て
も充分に使用に耐え得るものとできる。
【0104】そして特に、白階調時の液晶印加電圧をオ
フ状態の透過率100%に対して90%以上97%以下
の範囲に設定することで、視角70°において、白階調
時の反視角方向の階調反転の全く無いものとできる。
【0105】即ち、本実施の形態の液晶表示装置は、液
晶表示素子1と偏光板4・5の間に、屈折率楕円体の3
つの主屈折率na 、nb 、nc がna =nc >nb とい
う関係を有し、表面内の主屈折率na またはnc の方向
を軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方
向と、表面内の主屈折率nc またはna 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光学位相差板2・3を備
えた構成の液晶表示装置において、液晶の閾値電圧に近
い電圧を液晶に印加した中間調表示状態を行うための印
加電圧値を、該電圧を印加した状態で反視角方向の階調
反転が発生しない範囲に設定した構成である。
【0106】これにより、液晶表示素子1に生じる視角
に対応する位相差の上記の光学位相差板2・3による補
償機能と共に、液晶層8の分割による補償機能、加え
て、白階調時の液晶印加電圧を上記の範囲に設定したこ
とによる補償機能により、視角を上下方向に傾けたとき
に生じる反転現象を抑えると共に、その際のコントラス
トの低下及び表示画像が白く見える傾向をほぼ均一に抑
制し、また、視角に依存した反視角方向の白階調時(ノ
ーマリホワイト表示であるので)に発生する反転現象を
特に効果的に改善することも可能であり、高品質の画像
を表示できる。
【0107】さらに、本実施の形態の液晶表示装置で
も、液晶層8における液晶材料として、波長550nm
の光に対する屈折率異方性Δn(550)が、0.06
0より大きく0.120より小さい範囲に設計されたも
のを、より好ましくは、上記Δn(550)が、0.0
70以上0.095以下の範囲に設計された液晶材料を
用いることで、光学位相差板2・3による位相差の補償
機能、及び白階調時の液晶印加電圧を上記の範囲に設定
したことによる補償機能に加えて、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
ることが可能となる。
【0108】なお、ここでも、ノーマリホワイト表示の
液晶表示装置を例示して説明したが、ノーマリブラック
表示の液晶表示装置においても、光学位相差板2・3に
よる補償効果に合わせて、液晶の閾値電圧に近い電圧を
液晶に印加して得られる中間調を表示(黒階調)するた
めの液晶印加電圧を、該中間調で反視角方向の階調反転
が発生しない範囲に設定し、これによる補償効果を得る
ことで、上記と同様の効果を得ることができる。
【0109】また、前述の実施の形態1と同様に、単純
マトリクス方式の液晶表示装置以外に、TFTなどの能
動スイッチング素子を用いたアクティブマトリクス方式
の液晶表示装置についても適用が可能である。
【0110】
【実施例】次に、本実施の形態1・2に係る液晶表示装
置の実施例を、比較例と共に、図1、及び、図6ないし
図11を用いて、以下に説明する。
【0111】(実施例1)本実施例では、図6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。
【0112】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。
【0113】ここでは、図1の液晶表示装置における液
晶セル16の配向膜11・14に、日本合成ゴム社製の
オプトマーAL(商品名)を用い、第1分割部8a:第
2分割部8bが、6:4、17:3、19:1に設定さ
れた液晶材料を液晶層8に用い、セル厚(液晶層8の厚
み)を5μmとした、3つのサンプル♯1〜♯3を用意
した。
【0114】サンプル♯1〜♯3における光学位相差板
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)にディスコティック液晶を塗
布し、ディスコティック液晶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0n
m、上述の第2のリタデーション値が100nmであ
り、図3に示す、主屈折率nb 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nc 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。
【0115】このようなサンプル♯1〜♯3を、図6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♯1〜♯3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。
【0116】測定は、30°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、下方向、左方向、右方向にそれぞれ変えて
行われた。また、z軸方向に受光素子21を配置した状
態でも行われた。
【0117】その結果を、図7(a)〜(c)に示す。
図7(a)〜(c)は、サンプル♯1〜♯3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)を表したグラフである。図7(a)が、分割比6:
4のサンプル♯1の測定結果であり、図7(b)が分割
比17:3のサンプル♯2、図7(c)が分割比19:
1のサンプル♯3の測定結果である。
【0118】上記の(a)〜(c)において、実線で表
される曲線L1はz軸方向、破線で表される曲線L2は
下方向、点線で表される曲線L3は右方向、一点鎖線で
表される曲線L4は上方向、二点鎖線で表される曲線L
5は左方向の特性をそれぞれ表している。
【0119】図7(b)から分かるように、分割比1
7:3のサンプル♯2では、中間調表示域における透過
率−印加電圧特性において、曲線L2・L3・L4・L
5が曲線L1に近接していることが確認された。それゆ
え、中間調表示域では、画面の上下左右のいずれの方向
に視角を傾けてもほぼ同様な視角特性を得ることができ
る。
【0120】下方向の測定では、オン状態で透過率がほ
ぼ7%という低い一定値に保たれ、反転現象が確認され
なかった。また、上方向の測定では、オン状態で透過率
が下方向で測定された透過率より低い値であり十分低下
していることが確認された。
【0121】図7(a)(c)に示すサンプル♯1・♯3
においても、概ね上記と同じ視角特性の改善が確認され
た。具体的には、図7(a)に示すように、分割比が
6:4から、中間調表示域およびオン状態で曲線L2
(下方向)と曲線L4(上方向)とが近づく傾向が現れ
始め、分割比が大きくなるにしたがってその傾向が強ま
る。一方、図8(c)に示すように、分割比が19:1
から、曲線L2(下方向)が曲線L1(z軸方向)に近
づく傾向が現れ始め、分割比が小さくなるにしたがって
その傾向が強まる。これにより、下方向(正視角方向)
について、表示画像が黒くつぶれる現象は抑制される。
【0122】さらに、細かく分割比を変化させて調べた
結果、分割比が7:3から9:1の範囲に設定されてい
る場合には、上記の17:3の場合のように、下方向と
上方向とでバランスのとれた、良好な視角特性の改善が
見られることが確認された。
【0123】なお、本液晶表示装置においては、液晶表
示素子1の両側に2枚の光学位相差板2・3が設けられ
ているが、いずれか1枚だけでも、上記のような視角特
性を得ることができる。1枚の場合、上下方向の視角特
性はバランスがとれて改善されるが、左右方向の視角特
性は非対称になる。これに対し、2枚の場合、上下方向
の視角特性は1枚の場合と同様に改善されるとともに、
左右方向の視角特性も対称になり、上下方向と同様に改
善される。
【0124】ここで、比較のために、第1分割部8a:
第2分割部8bが1:1に設定された比較用のサンプル
♯101を作成して、同様に図7に示す測定系に設置
し、視角依存性を測定した。その結果を透過率−印加電
圧特性のグラフを図8に示す。
【0125】このグラフにおいて、実線で表される曲線
L11はz軸方向、破線で表される曲線L12は下方
向、点線で表される曲線L13は右方向、一点鎖線で表
される曲線L14は上方向、二点鎖線で表される曲線L
15は左方向の特性をそれぞれ表している。
【0126】この結果より、左右方向については、オン
状態で十分低い透過率が得られ、視角特性に問題はない
ことが確認された。これに対し、上下方向については、
オン状態で十分に透過率が低下していないことが確認さ
れた。このように、本比較例の液晶表示装置は、上下方
向に視角依存性を有している。
【0127】(実施例2)本実施例では、図1の液晶表
示装置における液晶セル16の配向膜11・14に、日
本合成ゴム社製のオプトマーAL(商品名)を用い、上
記配向膜11・14に対してプレティルト角が、2.0
°,4.0°,6.0°,8.0°,14.0°,1
5.0°,16.0°となる液晶材料を用い、セル厚
(液晶層8の厚み)を5μmとした、5つのサンプル♯
11〜♯17を用意した。なお、液晶層8における第1
分割部8a:第2分割部8bは、17:3とした。
【0128】これらサンプル♯11〜♯17のプレティ
ルト角の測定は、サンプル♯11〜♯17の材料を注入
したホモジニアスセルを作成し、プレティルト角測定装
置NSMAP−3000LCD(シグマ光機社製)で測
定した。
【0129】また、サンプル♯11〜♯17における光
学位相差板2・3としては、ディスコティック液晶を傾
斜配向した前述の実施例1における光学位相差板2・3
と同様のものを用いた。
【0130】これらサンプル♯11〜♯17に対して、
白階調時の印加電圧を種々変えて、白色光のもと目視試
験を行った結果を表1〜表7に示す。
【0131】
【表1】
【0132】表1は、白階調を得るための液晶印加電圧
として、液晶への印加電圧がゼロのオフ状態における、
液晶セル16の表面の法線方向の透過率を100%とし
てその100%の透過率を法線方向において得る値を個
々のサンプル毎に設定し、白階調時の表示状態を調べた
結果である。
【0133】表1より、透過率を100%として白階調
時の電圧を設定した場合、プレティルト角を8.0°,
14.0°としたサンプル♯14,♯15では、視角を
70°として反視角方向から見ても階調反転は確認され
ず良好な画質であった。
【0134】また、プレティルト角を6.0°としたサ
ンプル♯13では、視角60°までは全く問題はなく、
良好な画質であった。視角70°では、反視角方向でや
や階調がつぶれるが、階調反転は確認されず使用には充
分な画質であった。
【0135】また、プレティルト角を4.0°としたサ
ンプル♯12では、視角60°までは全く問題はなく、
良好な画質であった。視角70°では、階調反転が確認
されたが、これは使用に耐え得るものであった。
【0136】プレティルト角を15.0°としたサンプ
ル♯16では、視角60°までは良好な画質であった
が、視角70°で正視角方向から見た場合に使用に耐え
ない程輝度が低下することが確認された。
【0137】一方、プレティルト角を2.0°としたサ
ンプル♯11では、視角50°においてでさえ反視角方
向から見た場合に、階調反転が確認され、また、プレテ
ィルト角を16.0°としたサンプル♯17では、視角
50°においてでさえ正視角方向から見た場合に使用に
耐えない程の輝度低下が確認された。
【0138】
【表2】
【0139】表2は、オフ状態の透過率に対する透過率
を97%として白階調時の電圧を個々のサンプル毎に設
定して調べた結果である。
【0140】表2より、透過率を97%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を6.0°,
8.0°,14.0°としたサンプル♯13,♯14,
♯15では、視角を70°として反視角方向から見ても
階調反転は確認されず良好な画質であった。
【0141】プレティルト角を4.0°としたサンプル
♯12では、視角50°までは反視角方向から見ても階
調反転は確認されず良好な画質であったが、視角60°
で階調がつぶれた。しかしながら、階調反転は確認され
なかったので、視角60°でも使用に耐え得るものであ
った。プレティルト角を15.0°としたサンプル♯1
6では、視角50°までは良好な画質であったが、視角
60°で正視角方向から見た場合に、使用に耐えない程
輝度が低下することが確認された。
【0142】一方、プレティルト角を2.0°としたサ
ンプル♯11では、視角50°においてでさえ反視角方
向から見た場合に階調反転が確認された。また、プレテ
ィルト角を16.0°としたサンプル♯17では、視角
50°においてでさえ正視角方向から見た場合に使用に
耐えない程の輝度低下が確認された。
【0143】
【表3】
【0144】表3は、オフ状態の透過率に対する透過率
を95%として白階調時の電圧を個々のサンプル毎に設
定して調べた結果である。これは、透過率を97%とし
て電圧設定を行った表2と同じ結果であった。
【0145】
【表4】
【0146】表4は、オフ状態の透過率に対する透過率
を92%として白階調時の電圧を個々のサンプル毎に設
定して調べた結果である。
【0147】表4より、透過率を92%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を6.0°,
8.0°,14.0°としたサンプル♯13,♯14,
♯15では、視角を70°として反視角方向から見ても
階調反転は確認されず良好な画質であった。
【0148】プレティルト角を4.0°としたサンプル
♯12では、視角60°までは反視角方向から見ても階
調反転は確認されず良好な画質であったが、視角70°
で階調が反転した。しかしながら、使用に耐え得る程度
のものであった。プレティルト角を15.0°としたサ
ンプル♯16では、視角50°までは良好な画質であっ
たが、視角60°で正視角方向から見た場合に使用に耐
えない程輝度が低下することが確認された。プレティル
ト角を2.0°としたサンプル♯11では、視角50°
で階調が反転したが、使用に耐え得る程度のものであっ
た。
【0149】一方、プレティルト角を16.0°とした
サンプル♯17では、視角50°においてでさえ正視角
方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度低下が確認
された。
【0150】
【表5】
【0151】表5は、オフ状態の透過率に対する透過率
を90%として白階調時の電圧を個々のサンプル毎に設
定して調べた結果である。
【0152】表5より、透過率を90%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を6.0°,
8.0°としたサンプル♯13,♯14では、視角を7
0°として反視角方向から見ても階調反転は確認されず
良好な画質であった。
【0153】プレティルト角を14.0°としたサンプ
ル♯15では、視角50°までは良好な画質であった
が、視角60°で正視角方向から見た場合に輝度が低下
することが確認された。しかしながら、この輝度低下は
使用に耐え得る程度のものであった。プレティルト角を
4.0°としたサンプル♯12では、視角60°までは
反視角方向から見ても階調反転は確認されず良好な画質
であったが、視角70°で階調がつぶれた。しかしなが
ら、階調反転は無く、使用に耐え得る程度のものであっ
た。プレティルト角を15.0°としたサンプル♯16
では、視角50°で正視角方向から見た場合に輝度が低
下することが確認されたが、この輝度低下は使用に耐え
得る程度のものであった。プレティルト角を2.0°と
したサンプル♯11では、視角50°で階調がつぶれ、
視角60で階調が反転したが、何れも使用に耐え得る程
度のものであった。
【0154】一方、プレティルト角を16.0°とした
サンプル♯17では、視角50°においてでさえ正視角
方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度低下が確認
された。
【0155】
【表6】
【0156】表6は、オフ状態の透過率に対する透過率
を87%として白階調時の電圧を個々のサンプル毎に設
定して調べた結果である。
【0157】表6より、透過率を87%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を4.0°,
6.0°,8.0°としたサンプル♯12,♯13,♯
14では、視角50°までは良好な画質であったが、視
角60°で正視角方向から見た場合に輝度が低下するこ
とが確認された。しかしながら、この輝度低下は使用に
耐え得る程度のものであった。なお、視角70°では、
正視角方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度低下
が確認された。
【0158】プレティルト角を14.0°としたサンプ
ル♯15では、視角50°、視角60°で正視角方向か
ら見た場合に輝度が低下することが確認されたが、使用
に耐え得る程度のものであった。なお、視角70°で
は、正視角方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度
低下が確認された。
【0159】プレティルト角を15.0°,16.0°
としたサンプル♯16,♯17では、視角50°におい
てでさえ、正視角方向から見た場合に使用に耐えない程
の輝度低下が確認された。
【0160】プレティルト角を2.0としたサンプル♯
11では、視角50°までは反視角方向から見ても階調
反転は確認されず良好な画質であったが、視角60°で
正視角方向から見た場合に輝度低下が確認された。しか
しながら、使用に耐え得る程度のものであった。なお、
視角70°では、正視角方向から見た場合に使用に耐え
ない程の輝度低下が確認された。
【0161】
【表7】
【0162】表7は、オフ状態の透過率に対する透過率
を85%として白階調時の電圧を個々のサンプル毎に設
定して調べた結果である。
【0163】表7より、透過率を85%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を4.0°,
6.0°,8.0°,14.0°,15.0°,16.
0°としたサンプル♯12,♯13,♯14,♯15,
♯16,♯17では、視角50°においてでさえ正視角
方向、左右方向から見た場合に、使用に耐えない程の輝
度低下が確認された。
【0164】一方、プレティルト角を2.0としたサン
プル♯11では、視角50°で正視角方向から見た場合
に輝度低下が確認されたが、使用に耐え得るものであっ
た。なお、視角60°では、正視角方向から見た場合に
使用に耐えない程の輝度低下が確認された。
【0165】即ち、表1〜表7より、プレティルト角を
調整すること、或いは、白階調時の透過率を調整するこ
とで、反視角方向の階調反転を改善できると言える。そ
の場合、白階調の透過率として通常設定される95〜9
7%程度では、プレティルト角を4°より大きく15°
未満の範囲とすることで、視角50°において反視角方
向の階調反転を改善し、かつ、正視角方向の輝度低下も
ない良好な表示とできると言える。そして、さらに、6
°以上14°以下の範囲とすることで、広視野角の視角
70°においても反視角方向の階調反転を改善し、か
つ、正視角方向の輝度低下もない良好な表示とできると
言える。
【0166】また、通常設定される4°〜14°のプレ
ティルト角では、白階調時の透過率として85%より大
きい透過率を得るようにすることで、視角50°におい
て反視角方向の階調反転を改善し、かつ、正視角方向の
輝度低下もない良好な表示とできると言える。そして、
さらに、90%以上97%以下の範囲に入る透過率を得
るようにすることで、広視野角の視角70°においても
反視角方向の階調反転を改善し、かつ、正視角方向の輝
度低下もない良好な表示とできると言える。
【0167】また、プレティルト角の調整と白階調時の
透過率の調整とを組み合わせることで、さらに、改善の
効果が得られると言える。
【0168】次に、上記と同じサンプル♯11とサンプ
ル♯14に対して、図6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調べた。
【0169】この測定系において、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。
【0170】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。
【0171】ここでは、受光素子21が一定の角度φで
固定された場合の、上記の実施例サンプル♯11,♯1
4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。
【0172】測定は、50°の角度φとなるように受光
素子21を配置し、y方向が画面の左側であり、x方向
が画面の下側(正視角方向)であると仮定して、受光素
子21の配置位置を上方向(反視角方向)、下方向(正
視角方向)、左方向、右方向にそれぞれ変えて行われ
た。
【0173】その結果を、図9(a)〜(c)に示す。
図9(a)〜(c)は、プレティルト角を8.0°とし
たサンプル♯14及びプレティルト角を2.0°とした
サンプル♯11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)を表したグラフである。
【0174】図9(a)が図5の上方向から測定を行っ
た結果であり、図9(b)が図5の下方向、図9(c)
が左方向から測定をそれぞれ行った結果である。尚、右
方向からの測定も図9(c)と同じであった。以下、左
方向、右方向を、横方向と総称する。
【0175】図9(a)において、一点鎖線で示す曲線
L21は、正面、即ち表面の法線方向から測定した結果
であり、サンプル♯11,♯14とも、同じ透過率−液
晶印加電圧特性となる。
【0176】図9(a)〜(c)において、実線で表す
L22・L24・L26が、サンプル♯14のもので、
破線で示す曲線L23・L25・L27が、サンプル♯
11のものである。
【0177】サンプル♯14及びサンプル♯11につい
て、上方向の透過率−液晶印加電圧特性を比較した場
合、図9(a)より、サンプル♯11の曲線L23は、
1V付近から2V付近に欠けて透過率が一度上がってか
ら下がり、こぶを持っているのに対し、サンプル♯14
の曲線L22は、1V付近から2V付近に欠けて透過率
がほぼ一定であり、こぶが消滅し、反転現象が無いこと
が確認された。
【0178】また、図9(b)(c)にて、下方向及び横
方向の透過率−液晶印加電圧特性を比較すると、サンプ
ル♯14の曲線L24・L26はそれぞれサンプル♯1
1の曲線L25・L27に対して少し速く透過率が落ち
始めることを示しているが、図9(b)では2V付近、
図9(c)では2.7V付近から、サンプル♯14とサ
ンプル♯11の透過率はほぼ一致しており、プレティル
ト角を8.0°と大きくしたことによる悪影響はないこ
とが確認できる。
【0179】また、光学位相差板2・3として、透明な
支持体にディスコティック液晶をハイブリッド配向させ
た以外は、上記のサンプル♯11〜♯17と同様のサン
プルに対しても、上記と同様の結果が得られた。
【0180】(実施例3)本実施例では、図1の液晶表
示装置における液晶セル16の配向膜11・14に、日
本合成ゴム社製のオプトマーAL(商品名)を用い、上
記配向膜11・14に対してプレティルト角が6°で、
かつ波長550nmにおける屈折率異方性Δn(55
0)がそれぞれ、0.070、0.080、0.095
に設定された液晶材料を液晶層8(分割比17:3)に
用い、セル厚(液晶層8の厚み)を5μmとした、3つ
のサンプル♯21〜♯23を用意した。
【0181】尚、プレティルト角の測定は、サンプル♯
21〜♯23の材料を注入したホモジニアスセルを作成
し、プレティルト角測定装置NSMAP−3000にて
行った。
【0182】また、サンプル♯21〜♯23における光
学位相差板2・3としては、ディスコティック液晶を傾
斜配向した前述の実施例1における光学位相差板2・3
と同様のものを用いた。
【0183】このようなサンプル♯21〜♯23を、図
6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♯21〜♯23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。
【0184】測定は、50°の角度φとなるように受光
素子21を配置し、y方向が画面の左側であり、x方向
が画面の下側(正視角方向)であると仮定して、受光素
子21の配置位置を上方向(反視角方向)、左方向、右
方向にそれぞれ変えて行われた。
【0185】その結果を、図10(a)〜(c)に示
す。図10(a)〜(c)は、サンプル♯31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)を表したグラフである。
【0186】図10(a)〜(c)において、それぞれ
一点鎖線で示す曲線L31・L34・L37が、液晶層
8にΔn(550)=0.070の液晶材料を用いたサ
ンプル♯21のもので、実線で示す曲線L32・L35
・L38が、液晶層8にΔn(550)=0.080の
液晶材料を用いたサンプル♯22のもので、破線で示す
曲線L33・L36・L39が、液晶層8にΔn(55
0)=0.095の液晶材料を用いたサンプル♯23の
ものである。
【0187】また、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(分割比17:3)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つの比較用のサンプ
ル♯201・♯202を用意し、図6に示す測定系に設
置して、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サンプル♯201・♯202
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。
【0188】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、y方向が画面の
上側であり、x方向が画面の下側(正視角方向)である
と仮定して、受光素子21の配置位置を上方向、右方
向、左方向にそれぞれ変えて行われた。
【0189】その結果を、図11(a)〜(c)に示
す。図11(a)〜(c)は、比較用のサンプル♯20
1・♯202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)を表したグラフである。
【0190】図11(a)が図5の上方向からの測定を
行った結果であり、図11(b)が図5の右方向、図1
1(c)が左方向からの測定をそれぞれ行った結果であ
る。
【0191】図11(a)〜(c)において、それぞれ
実線で示す曲線L40・L42・L44が、液晶層8に
Δn(550)=0.060の液晶材料を用いたサンプ
ル♯201のもので、破線で示す曲線L41・L43・
L45が、液晶層8にΔn(550)が0.120の液
晶材料を用いたサンプル♯202のものである。
【0192】サンプル♯21〜♯23とサンプル♯20
1・♯202とについて、上方向の透過率−液晶印加電
圧特性を比較した場合、図10(a)では、曲線L31
・L32・L33とも電圧を高くするに伴って透過率が
充分下がることが確認された。これに対して、図11
(a)では、曲線L41は、図10(a)の曲線L31
・L32・L33と比較して、電圧を高くしていっても
充分に透過率が下がっていない。また、曲線L40は、
電圧を高くしていくに伴い透過率は一度低下してから再
び上昇する反転現象が確認された。
【0193】同様に、サンプル♯21〜♯23とサンプ
ル♯201・♯202とについて、右方向の透過率−液
晶印加電圧特性を比較した場合、図10(b)では、曲
線L34・L35・L36とも電圧を高くしていくと透
過率はほぼ0近くになるまで低下していることが確認さ
れた。また、図11(b)でも、曲線L42は電圧を高
くしていくと、図10(b)と同様に透過率がほぼ0近
くになるまで低下するが、曲線L43については上記の
反転現象が確認された。
【0194】同様に、サンプル♯21〜♯23とサンプ
ル♯201・♯202とについて、左方向の場合でも右
方向と同様に、図10(c)の曲線L37・L38・L
39および図11(c)の曲線L44は電圧を高くして
いくと、すべて透過率はほぼ0近くになるまで低下する
が、図11(c)の曲線L45のみ、反転現象が確認さ
れた。
【0195】さらに、サンプル♯21〜♯23とサンプ
ル♯201・♯202とについて、白色光のもとで目視
確認を行った。
【0196】サンプル♯21〜♯23及びサンプル♯2
01については、視角を50°としてどの方向から見て
も、着色は確認されず良好な画質であった。これに対
し、サンプル♯202については、視角を50°として
左右方向から見た場合に、黄色から橙色に着色している
ことが確認された。
【0197】以上の結果から、図10(a)〜(c)で
示したように、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、電圧を印加していくと透過率は充分低下し、反転
現象も見られないため、視野角が拡大し、また、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。
【0198】それに対して、図11(a)〜(c)で示
したように、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、0.060、0.1
20に設定された液晶材料を用いた場合には、視角依存
性は充分に改善されないことがわかる。
【0199】また、光学位相差板2・3として、透明な
支持体にディスコティック液晶をハイブリッド配向させ
た以外は、上記のサンプル♯21〜♯23及びサンプル
♯201・♯202と同様のサンプルに対しても、同様
の結果が得られた。
【0200】また、上記光学位相差板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結果、15°
≦θ≦75°の範囲内であれば、光学位相差板2・3に
おけるディスコティック液晶の配向の状態に関係なく、
基本的に変化しなかった。尚、上記範囲を越えた場合に
は、反視角方向の視野角が広がらないことが確認され
た。
【0201】さらに、上記光学位相差板2・3の第2の
リタデーション値を変化させて、第2のリタデーション
値に対する透過率−液晶印加電圧特性の依存性を調べた
結果、第2のリタデーション値が80nm〜250nm
の範囲内であれば、光学位相差板2・3におけるディス
コティック液晶の配向の状態に関係なく、基本的に変化
しなかった。尚、上記範囲を越えた場合には、横方向の
視野角が広がらないことが確認された。
【0202】また、上記比較用のサンプル♯201・♯
202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♯24〜♯26を用意し、図6に示した
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サンプル♯24〜♯
26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。
【0203】その結果、屈折率異方性Δn(550)を
0.100としたサンプル♯25、及び屈折率異方性Δ
n(550)を0.115としたサンプル♯26では、
角度φ50°とした場合、左右方向において電圧を高く
するとわずかに透過率の上昇が確認された。しかしなが
ら、目視においては反転現象は生じておらず、この程度
の透過率の上昇は使用に耐えうるものであった。上方向
の結果においては何ら問題なかった。
【0204】一方、屈折率異方性Δn(550)を0.
065としたサンプル♯24では、図11(a)に示し
た比較用のサンプル♯201と同様に、上方向において
電圧を高くすると透過率は一度沈んで浮き上がるような
曲線となったが、サンプル♯201のものに比べて透過
率の上昇の度合は小さく、使用に耐えうるものであっ
た。左右方向の結果においては何ら問題なかった。
【0205】また、目視検査においては、サンプル♯2
5・♯26では、黄色から橙色の若干の着色が確認され
たが、問題にならない程度であった。サンプル♯24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も
のであった。
【0206】また、補足として、サンプル♯24とサン
プル♯201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表示時の透過率を測定し
た。その結果、サンプル♯201では、使用に耐えない
程度の透過率の低下が見られた。これに対し、サンプル
♯24では、若干の透過率の低下が確認されたが、使用
に耐えうる程度のものであった。
【0207】さらに、図1の液晶表示装置における液晶
セル16の配向膜11・14に日本合成ゴム社製のオプ
トマーAL(商品名)を用い、上記配向膜11・14に
対してプレティルト角が4°、8°、14°となる液晶
材料を液晶層8にそれぞれ用いた場合にも、同様の結果
が得られた。
【0208】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明の液
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ほぼ90°
捻じれ配向した液晶層が封入されてなる液晶表示素子
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枚介在された光学位相差板であって、屈折率楕円体の
3つの主屈折率na 、nb、nc がna =nc >nb
いう関係を有し、表面内の主屈折率na またはncの方
向を軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nb
方向と、表面内の主屈折率nc またはna 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光学位相差板とを備
え、上記配向膜が、各画素における液晶層が異なる比率
で分割された分割液晶層をそれぞれ異なる方向に配向
し、かつ、上記液晶層における液晶分子の長軸と配向膜
とのなす角であるプレティルト角が、液晶に液晶の閾値
電圧に近い電圧を印加して中間の色調を表示した状態で
反視角方向の階調反転が発生しない範囲に設定されてい
る構成である。
【0209】請求項2記載の発明の液晶表示装置は、請
求項1の構成において、液晶層における液晶分子の長軸
と配向膜とのなす角であるプレティルト角が、さらに、
液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加して中間の色調
を表示した状態で正視角方向の急激な輝度低下が発生し
ない範囲に設定されている構成である。
【0210】請求項3記載の発明の液晶表示装置は、請
求項2の構成において、上記分割液晶層のそれぞれの配
向部分において、少なくとも片方の基板上におけるプレ
ティルト角が4°より大きく15°未満の範囲に設定さ
れている構成である。
【0211】請求項4に記載の発明の液晶表示装置は、
請求項3の構成において、プレティルト角が6°以上1
4°以下の範囲に設定されている構成である。
【0212】これにより、請求項1ないし請求項4に記
載の発明の液晶表示装置では、液晶表示素子の位相差変
化を光学位相差板による補償機能のみの場合よりもさら
に改善し、特に、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印
加して中間の色調を呈した画面における反視角方向の階
調反転を無くして、画面の視角依存性をより一層防止す
ることができる。したがって、このような光学位相差板
と液晶表示素子とを含む液晶表示装置は、階調反転現象
や反視角方向のコントラスト比の低下を防止することが
できる。
【0213】加えて、異なる比率で分割した分割液晶層
の補償効果により、相反する正視角方向の視角特性と反
視角特性の視角特性との差をなくし、両視角特性を近づ
けることができる、これにより、視角を上下方向に傾け
たときに生じるコントラストの低下および表示画像が白
く見える傾向をほぼ均一に抑制することができる。
【0214】特に、請求項3記載の発明の液晶表示装置
では、通常の液晶表示装置にて要求される視角50°で
あらゆる方向から見た場合においても、充分に使用に耐
えうる程度にまで液晶画面の階調反転現象を抑えること
が可能となる。
【0215】さらに、請求項4記載の発明の液晶表示装
置では、視角70°といったさらに広視野角の液晶表示
装置において、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加
して中間の色調を呈した画面における反視角方向の階調
反転が全くない状態を実現できる。
【0216】それゆえ、請求項1ないし請求項4記載の
発明の構成を採用することで、従来の液晶表示装置に比
べ、表示画像の品質を格段に向上させることができると
いう効果を奏する。
【0217】請求項5記載の発明の液晶表示装置は、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ほぼ90°捻じれ配向した液
晶層が封入されてなる液晶表示素子と、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枚介在された光学
位相差板であって、屈折率楕円体の3つの主屈折率
a 、nb 、nc がna =nc >nb という関係を有
し、表面内の主屈折率na またはnc の方向を軸とし
て、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方向と、表
面内の主屈折率nc またはna 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光学位相差板とを備え、上記配向
膜が、各画素における液晶層が異なる比率で分割された
分割液晶層をそれぞれ異なる方向に配向し、かつ、液晶
の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加することで得られる
中間の色調を表示するための印加電圧値が、当該中間の
色調を表示した状態で反視角方向の階調反転が発生しな
い範囲に設定されている構成である。
【0218】請求項6記載の発明の液晶表示装置は、請
求項5の構成において、液晶の閾値電圧に近い電圧を液
晶に印加することで得られる中間の色調を表示するため
の印加電圧値が、さらに、当該中間の色調を表示した状
態で正視角方向の急激な輝度低下が発生しない範囲に設
定されている構成である。
【0219】請求項7記載の発明の液晶表示装置は、請
求項6の構成において、液晶の閾値電圧に近い電圧を液
晶に印加することで得られる中間の色調を表示するため
の印加電圧値が、液晶へ電圧印加の無い明状態での透過
率の85%より大きい透過率を得るように設定されてい
る構成である。
【0220】請求項8記載の発明の液晶表示装置は、請
求項7の構成において、液晶の閾値電圧に近い電圧を液
晶に印加することで得られる中間の色調を表示するため
の印加電圧値が、液晶へ電圧印加の無い明状態での透過
率の90%以上97%以下の範囲に入る透過率を得るよ
うに設定されている構成である。
【0221】これにより、請求項5ないし請求項8記載
の発明の液晶表示装置では、液晶表示素子の位相差変化
を光学位相差板による補償機能のみの場合よりもさらに
改善し、特に、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加
して中間の色調を呈した画面における反視角方向の階調
反転を無くして、画面の視角依存性をより一層防止する
ことができる。したがって、このような光学位相差板と
液晶表示素子とを含む液晶表示装置は、階調反転現象や
反視角方向のコントラスト比の低下を防止することがで
きる。
【0222】加えて、異なる比率で分割した分割液晶層
の補償効果により、相反する正視角方向の視角特性と反
視角特性の視角特性との差をなくし、両視角特性を近づ
けることができる、これにより、視角を上下方向に傾け
たときに生じるコントラストの低下および表示画像が白
く見える傾向をほぼ均一に抑制することができる。
【0223】特に、請求項7記載の発明の液晶表示装置
では、通常の液晶表示装置にて要求される視角50°で
あらゆる方向から見た場合においても、充分に使用に耐
えうる程度にまで液晶画面の階調反転現象を抑えること
が可能となる。
【0224】さらに、請求項8記載の発明の液晶表示装
置では、視角70°といったさらに広視野角の液晶表示
装置において、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加
して中間の色調を呈した画面における反視角方向の階調
反転が全くない状態を実現できる。
【0225】それゆえ、請求項5ないし請求項8記載の
発明の構成を採用することで、従来の液晶表示装置に比
べ、表示画像の品質を格段に向上させることができると
いう効果を奏する。
【0226】また、請求項9記載の発明の液晶表示装置
は、請求項1、2、3、5、6又は7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(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。
【0227】これにより、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ため、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。
【0228】それゆえ、請求項9記載の発明の構成を採
用することで、請求項1、2、3、5、6又は7に記載
の発明の液晶表示装置の表示画像の品質をさらに向上さ
せることができるという効果を奏する。
【0229】また、請求項10記載の発明の液晶表示装
置は、請求項9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
(550)が、0.070以上0.095以下に範囲に
設定されているので、請求項9に記載の発明の液晶表示
装置よりも、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し、極めて良好な表示画像
の品質を実現できるという効果を奏する。
【0230】請求項11記載の発明の液晶表示装置は、
請求項1、2、3、5、6、7又は9の構成において、
全ての光学位相差板において、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構成である。
【0231】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、屈折率楕円体の傾斜角を1
5°から75°の間に設定することで、前述した本発明
の備えた光学位相差板による位相差の補償機能を確実に
得ることができるので、請求項1、2、3、5、6又は
7に記載の発明の液晶表示装置の視認性を確実に向上し
得るという効果を奏する。
【0232】請求項12に記載の発明の液晶表示装置
は、請求項1、2、3、5、6、7又は9の構成におい
て、全ての光学位相差板において、主屈折率na と主屈
折率nb との差と、光学位相差板の厚さdとの積(na
−nb )×dが、80nmから250nmの間に設定さ
れている構成である。
【0233】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、主屈折率na と主屈折率n
b との差と、光学位相差板の厚さdとの積(na
b )×dを、80nmから250nmの間に設定する
ことで、前述した本発明の備えた光学位相差板による位
相差の補償機能を確実に得ることができるので、請求項
1、2、3、5、6、7又は9に記載の発明の液晶表示
装置の視認性を確実に向上し得るという効果を奏する。
【0234】請求項13に記載の発明の液晶表示装置
は、請求項1の構成において、上記光学位相差板が、上
記画素内で最も大きい上記分割液晶層に対して、上記配
向膜の内面近傍の液晶分子が上記透明電極により電圧を
印加されたときの傾斜方向と、屈折率楕円体の傾斜方向
とが反対になるように配置されている構成である。
【0235】これにより、配向の影響を受けて電圧印加
時でも立ち上がらない、配向膜の内面近傍の液晶分子に
よる光学特性の偏りを光学位相差板で補償することがで
きる。それゆえ、視角を正視角方向に傾けたときに反転
現象が抑制されるので、黒くつぶれない良好な表示画像
を得ることができる。また、視角を反視角方向に傾けた
ときにコントラストの低下が抑制されるので、白みを帯
びない良好な表示画像を得ることができる。しかも、左
右方向について反転現象を抑制することが可能になる。
【0236】したがって、請求項13記載の発明の構成
を採用すれば、さらに、請求項1記載の発明の液晶表示
装置の視角特性を大幅に向上させることができるという
効果を奏する。
【0237】請求項14記載の発明の液晶表示装置は、
請求項13の構成において、上記分割液晶層として第1
分割液晶層とこれより小さい第2分割液晶層とが設けら
れ、上記第1分割液晶層と上記第2分割液晶層との大き
さの比が6:4から19:1の範囲に設定されている構
成である。
【0238】これにより、請求項13に記載の発明の液
晶表示装置の視角特性をより確実に向上させることがで
きるという効果を奏する。
【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】液晶分子の長軸と配向膜とがなす角であるプレ
ティルト角を示す説明図である。
【図3】上記液晶表示装置の光学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光学位
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】上記液晶表示装置に備えられた1画素における
液晶分子のプレティルト方向を示す説明図である。
【図6】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7】実施例1に関するもので、(a)は液晶層の配
向分割比が6:4であるときの上記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り、(b)は液
晶層の配向分割比が17:3であるときの上記液晶表示
装置の透過率−液晶印加電圧特性を示すグラフであり、
(c)は液晶層の配向分割比が19:1であるときの上
記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8】実施例1の比較例に関するもので、液晶層の配
向分割比が1:1であ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2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10】実施例3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11】実施例3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12】TN液晶表示素子における液晶分子のねじれ
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 光学位相差板 4・5 偏光板(偏光子) 8 液晶層 8a 第1分割部(分割液晶層、第1分割液晶
層) 8b 第2分割部(分割液晶層、第2分割液晶
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 (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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ほぼ90°捻
    じれ配向した液晶層が封入されてなる液晶表示素子と、 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
    介在された光学位相差板であって、屈折率楕円体の3つ
    の主屈折率na 、nb 、nc がna =nc >nb という
    関係を有し、表面内の主屈折率na またはnc の方向を
    軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方向
    と、表面内の主屈折率nc またはna 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光学位相差板とを備え、 上記配向膜が、各画素における液晶層が異なる比率で分
    割された分割液晶層をそれぞれ異なる方向に配向し、か
    つ、 上記液晶層における液晶分子の長軸と配向膜とのなす角
    であるプレティルト角が、液晶に液晶の閾値電圧に近い
    電圧を印加して中間の色調を表示した状態で反視角方向
    の階調反転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。
  2. 【請求項2】上記液晶層における液晶分子の長軸と配向
    膜とのなす角であるプレティルト角が、さらに、液晶に
    液晶の閾値電圧に近い電圧を印加して中間の色調を表示
    した状態で正視角方向の急激な輝度低下が発生しない範
    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。
  3. 【請求項3】上記分割液晶層のそれぞれの配向部分にお
    いて、少なくとも片方の基板上におけるプレティルト角
    が4°より大きく15°未満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。
  4. 【請求項4】上記プレティルト角が6°以上14°以下
    の範囲に設定されていることを特徴とする請求項3に記
    載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】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ほぼ90°捻
    じれ配向した液晶層が封入されてなる液晶表示素子と、 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
    介在された光学位相差板であって、屈折率楕円体の3つ
    の主屈折率na 、nb 、nc がna =nc >nb という
    関係を有し、表面内の主屈折率na またはnc の方向を
    軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方向
    と、表面内の主屈折率nc またはna 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光学位相差板とを備え、 上記配向膜が、各画素における液晶層が異なる比率で分
    割された分割液晶層をそれぞれ異なる方向に配向し、か
    つ、 液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加することで得ら
    れる中間の色調を表示するための印加電圧値が、当該中
    間の色調を表示した状態で反視角方向の階調反転が発生
    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。
  6. 【請求項6】液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加す
    ることで得られる中間の色調を表示するための印加電圧
    値が、さらに、当該中間の色調を表示した状態で正視角
    方向の急激な輝度低下が発生しない範囲に設定されてい
    ることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加す
    ることで得られる中間の色調を表示するための印加電圧
    値が、液晶へ電圧印加の無い明状態での透過率の85%
    より大きい透過率を得るように設定されていることを特
    徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加す
    ることで得られる中間の色調を表示するための印加電圧
    値が、液晶へ電圧印加の無い明状態での透過率の90%
    以上97%以下の範囲に入る透過率を得るように設定さ
    れていることを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装
    置。
  9. 【請求項9】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、2、3、5、6
    又は7に記載の液晶表示装置。
  10. 【請求項10】上記液晶層における液晶材料の、波長5
    50nm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9に記載の液晶表示装置。
  11. 【請求項11】全ての光学位相差板において、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、3、5、6、7又は9
    に記載の液晶表示装置。
  12. 【請求項12】全ての光学位相差板において、主屈折率
    a と主屈折率nb との差と、光学位相差板の厚さdと
    の積(na −nb )×dが、80nmから250nmの
    間に設定されていることを特徴とする請求項1、2、
    3、5、6、7又は9に記載の液晶表示装置。
  13. 【請求項13】上記光学位相差板が、上記画素内で最も
    大きい上記分割液晶層に対して、上記配向膜の内面近傍
    の液晶分子が上記透明電極により電圧を印加されたとき
    の傾斜方向と、屈折率楕円体の傾斜方向とが反対になる
    ように配置されていることを特徴とする請求項1又は5
    に記載の液晶表示装置。
  14. 【請求項14】上記分割液晶層として第1分割液晶層と
    これより小さい第2分割液晶層とが設けられ、上記第1
    分割液晶層と上記第2分割液晶層との大きさの比が6:
    4から19:1の範囲に設定されていることを特徴とす
    る請求項13に記載の液晶表示装置。
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