TWI801602B - 液晶面板及液晶顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

液晶面板(101)具備液晶單元(20)、第一偏光件(30)、第二偏光件(40)、及光學各向異性元件(50)。液晶單元具備包含於無電場狀態下平行配向之液晶分子之液晶層、及配置於液晶層之第一主面之彩色濾光片(22)。光學各向異性元件(50)之遲相軸方向(53)與第二偏光件之吸收軸方向(45)平行。光學各向異性元件之厚度方向延遲、與液晶單元之彩色濾光片之厚度方向延遲於波長550 nm及波長650 nm之各者滿足特定之關係。

Description

液晶面板及液晶顯示裝置
本發明係關於一種於液晶單元與偏光件之間具備光學各向異性元件之液晶面板。又，本發明係關於一種使用有上述液晶面板之液晶顯示裝置。
液晶面板於一對偏光件之間具備液晶單元。液晶單元於一對基板間具備液晶層，於一般的液晶單元中，於配置於液晶層之視認側之基板(彩色濾光片基板)設置有彩色濾光片，於配置於光源側之基板(TFT(thin-film transistor，薄膜電晶體)基板)設置有像素電極、及TFT元件等。
橫向電場效應(IPS，In-Plane Switching)方式之液晶單元中，於無電場狀態下，液晶分子於與基板面大致平行之方向平行配向，藉由橫方向之電場施加使液晶分子於與基板面平行之面內旋轉，控制光之透過(白顯示)與遮蔽(黑顯示)。如IPS方式般，於無電場狀態下液晶分子平行配向之橫向電場方式之液晶面板之視角特性優異。
IPS方式之液晶顯示裝置根據液晶單元之無電場狀態下之液晶分子之配向方向(以下，有記載為「初始配向方向」之情形)、與配置於液晶單元之正背之偏光件之吸收軸方向之關係，大致分為O模式與E模式。於O模式下，配置於液晶單元之光源側之偏光件之吸收軸方向、與液晶之初始配向方向平行。於E模式下，配置於液晶單元之光源側之偏光件之吸收軸方向、與液晶之初始配向方向正交。
IPS方式之液晶顯示裝置於在相對於偏光件之吸收軸成45度之角度(方位角45度、135度、225度、315度)自傾斜方向視認之情形時，黑顯示之漏光較大，易產生對比度之降低或色移。該漏光係因自傾斜方向視認之情形時，配置於液晶單元之正背之偏光件之於「表觀上之吸收軸方向」所成的角度自90°偏移所致。
以降低自傾斜方向視認時之漏光為目的，提出於液晶單元與偏光件之間配置光學各向異性元件(相位差板)之方法。例如，專利文獻1中，提出於液晶單元與一偏光件之間，配置具有nx＞nz＞ny之折射率各向異性之光學各向異性元件。nx為面內遲相軸方向之折射率，ny為面內進相軸方向之折射率，nz為厚度方向(法線方向)之折射率。
就補償偏光件之表觀上之吸收軸方向之角度偏移之觀點而言，較理想為光學各向異性元件之延遲為波長之1/2，且以Nz＝(nx－nz)/(nx－ny)表示之Nz係數為0.5(參照圖5之龐加萊球)。光學各向異性元件之延遲根據波長而不同。於使用有光學各向異性元件之液晶顯示裝置之光學補償中，一般以使比視感度較高之綠色光(波長550 nm附近)之漏光變小之方式進行光學設計。因此，為了補償偏光件之表觀上之軸方向之角度偏移，使用波長550 nm之延遲為275 nm左右之光學各向異性元件即可。
除偏光件之表觀上之軸方向之偏移外，其他光學元件之特性亦會成為黑顯示時之漏光之原因。例如，專利文獻2中，提出考慮於偏光件之液晶單元側之表面作為保護膜設置之三乙醯纖維素(TAC)膜之雙折射，調整用於光學補償之光學各向異性元件之光學特性。專利文獻3中，作為設置於偏光件表面之保護膜，提出使用原冰片烯系樹脂膜等低雙折射膜。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平4-371903號公報 [專利文獻2]日本專利特開2001-258041號公報 [專利文獻3]日本專利特開2004-4641號公報
[發明所欲解決之問題]
設置於液晶單元之基板之彩色濾光片之面內延遲大致為0，但於厚度方向上具有數nm～數十nm之延遲。如上所述，於配置於偏光件與液晶單元之間之光學元件具有雙折射之情形時，藉由考慮其光學特性調整光學各向異性元件之光學特性，可進而降低自傾斜方向視認時之漏光。
如上所述，液晶面板之光學補償針對比視感度較高之綠色(波長550 nm附近)光實現最佳化。因此，於黑顯示時，光學設計自最佳值之偏移較大之波長之光洩漏，畫面著色而被視認到。於光學設計上，難以使自傾斜方向視認時之色相為完全中性，故於黑顯示時，根據產生有漏光之光之波長，畫面稍許著色而被視認到。藍色(波長450 nm附近)相較紅色(波長650 nm附近)之比視感度低，故黑顯示之色相有喜好藍色系之傾向。
根據本發明者等人之研究，於特定構成之液晶面板中，考慮彩色濾光片之厚度方向延遲之影響，以使綠色之漏光成為最小之方式進行光學各向異性元件之設計之情形時，判明有如下傾向，即，紅色之光之漏光較大，自傾斜方向視認時黑顯示之畫面以紅色系之色相被視認到。具體而言，發現如下問題，即，於配置於液晶單元之光源側之偏光件之吸收軸方向、與光學各向異性元件之遲相軸方向正交之情形時，若考慮彩色濾光片之厚度方向延遲之影響而以綠色之漏光變小之方式進行光學設計，則有亦抑制紅色之漏光之傾向。另一方面，於配置於液晶單元之光源側之偏光件之吸收軸方向、與光學各向異性元件之遲相軸方向平行之情形時，若考慮彩色濾光片之厚度方向延遲之影響而以綠色之漏光成為最小之方式進行光學設計，則紅色之漏光較大，黑顯示容易成為紅色系之色相。
本發明之目的在於提供一種圖像顯示裝置，於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向平行配置之液晶面板中，考慮彩色濾光片之影響而降低自傾斜方向視認時之黑顯示之漏光，並且降低黑顯示時之紅色著色，視認性優異。 [解決問題之技術手段]
本發明之液晶面板具備：液晶單元，其具備包含於無電場狀態下平行配向之液晶分子之液晶層、及配置於液晶層之第一主面(視認側)之彩色濾光片；第一偏光件，其配置於液晶單元之第一主面(視認側)；及第二偏光件，其配置於液晶單元之第二主面(光源側)。第一偏光件之吸收軸方向、與第二偏光件之吸收軸方向正交。
彩色濾光片至少具有綠色透過區域及紅色透過區域。彩色濾光片之綠色透過區域較佳為，波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 為50 nm以下。彩色濾光片之紅色區域較佳為，波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 為50 nm以下。Ct550 及Ct650 均大於0。Ct550 及Ct650 例如可為1 nm以上、3 nm以上或5 nm以上。
本發明之液晶面板具備配置於第一偏光件與第二偏光件之間之光學各向異性元件。光學各向異性元件之遲相軸方向與第二偏光件之吸收軸方向平行。光學各向異性元件之波長650 nm之正面延遲Re650 與厚度方向延遲Rt650 之比Rt650 /Re650 為0.2～0.8。
較佳為，光學各向異性元件之波長650 nm之厚度方向延遲Rt650 (nm)與彩色濾光片之紅色透過區域之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 (nm)滿足下述式(1a)或(2a)： Rt650 ≧0.37(Ct650 )＋116...(1a) Rt650 ≦-0.44(Ct650 )＋116...(2a)。
本發明之第一實施形態之液晶面板為O模式，液晶單元之無電場狀態下之液晶分子之配向方向(初始配向方向)、與第二偏光件之吸收軸方向平行。O模式之液晶面板中，於液晶單元與第一偏光件之間、即液晶單元之視認側，配置有光學各向異性元件。
第一實施形態中，較佳為光學各向異性元件之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 (nm)與彩色濾光片之綠色透過區域之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 (nm)滿足下述式(3a)： 0.97(Ct550 )＋73≦Rt550 ≦0.49(Ct550 )＋205...(3a)。
本發明之第二實施形態之液晶面板為E模式，液晶單元之液晶分子之初始配向方向、與第二偏光件之吸收軸方向正交。E模式之液晶面板中，於液晶單元與第二偏光件之間、即於液晶單元之光源側，配置有光學各向異性元件。
第二實施形態中，較佳為光學各向異性元件之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 (nm)與彩色濾光片之綠色透過區域之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 (nm)滿足下述式(8a)： 0.69(Ct550 )＋70≦Rt550 ≦1.35(Ct550 )＋200...(8a)。
本發明之液晶顯示裝置具備配置於上述液晶面板之第二主面側之光源。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種液晶顯示裝置，藉由考慮彩色濾光片之雙折射進行光學設計，可降低自傾斜方向視認時之黑亮度，並且抑制黑顯示之紅色著色，視認性優異。
[液晶面板整體之概略] 圖1係表示第一實施形態之液晶面板101中之光學元件之配置之構成概念圖。圖2係包含液晶面板101與光源110之液晶顯示裝置201之模式剖視圖。圖3係表示第二實施形態之液晶面板102中之光學元件之配置之構成概念圖。圖4係包含液晶面板102與光源110之液晶顯示裝置202之模式剖視圖。
液晶面板具備配置於液晶單元20之第一主面(視認側)之第一偏光件30、及配置於液晶單元20之第二主面(光源側)之第二偏光件40。第一偏光件30之吸收軸方向35與第二偏光件40之吸收軸方向45正交。
第一實施形態之液晶面板101及液晶顯示裝置201為O模式，配置於液晶單元20之光源110側之第二偏光件40之吸收軸方向45、與液晶層10之液晶分子之初始配向方向11平行。第二實施形態之液晶面板102及液晶顯示裝置202為E模式，配置於液晶單元20之光源110側之第二偏光件40之吸收軸方向45、與液晶層10之液晶分子之初始配向方向11正交。
本發明之液晶面板於第一偏光件30與第二偏光件40之間具備光學各向異性元件。第一實施形態之O模式之液晶面板101於液晶單元20與第一偏光件30之間具備光學各向異性元件50。第二實施形態之E模式之液晶面板102於液晶單元20與第二偏光件40之間具備光學各向異性元件60。任一形態下，第二偏光件40之吸收軸方向45、與光學各向異性元件50、60之遲相軸方向53、63均平行。
再者，本說明書中，所謂「正交」不僅指完全正交之情形，還包含實質上正交，其角度一般為90±2°之範圍，較佳為90±1°，更佳為90±0.5之範圍。同樣地，所謂「平行」不僅指完全平行，還包含實質上平行，其角度一般為±2°以內，較佳為±1°以內，更佳為±0.5°以內。
[液晶單元] 液晶單元20於第一基板21與第二基板25之間具備液晶層10。在配置於液晶層之視認側之第一基板21(彩色濾光片基板)設置有彩色濾光片22。彩色濾光片22至少具有綠色透過區域22G及紅色透過區域22R。在配置於液晶層10之光源側之第二基板25(TFT基板)，設置有用以控制液晶之配向方向之切換元件(一般為TFT元件)等。
於彩色濾光片22之綠色透過區域22G，設置有對於波長500～600 nm附近之光具有相對較高之透過率之綠色濾光片。綠色濾光片較佳為於波長500～600 nm附近具有極大透過率。綠色透過區域之波長550 nm之透過率例如為30%以上。綠色透過區域之波長450 nm之透過率較佳為10%以下。綠色透過區域之波長650 nm之透過率較佳為10%以下，更佳為5%以下。
於紅色透過區域22R，設置有對於相較波長600 nm更長波長之可見光具有相對較高之透過率之紅色濾光片。紅色透過區域之波長650 nm之透過率例如為30%以上。紅色透過區域之波長550 nm之透過率及波長450 nm之透過率均較佳為10%以下，更佳為5%以下。
彩色濾光片22亦可包含除綠色透過區域22G及紅色透過區域22R以外之區域，一般而言，包含藍色透過區域22B。藍色透過區域22B設置有對於相較波長500 nm更短波長之可見光具有相對較高之透過率之藍色濾光片。藍色透過區域之波長450 nm之透過率例如為30%以上。藍色透過區域之波長550 nm之透過率及波長650 nm之透過率均較佳為10%以下，更佳為5%以下。
彩色濾光片亦可進而具有相對於除上述以外之特定之波長區域具有相對較高之透光率之透光區域。較佳為於鄰接之透過區域之分界設置有黑矩陣。
液晶層10包含於無電場狀態下平行配向之液晶分子。所謂平行配向之液晶分子係指液晶分子之配向向量相對於基板平面平行且均勻地配向之狀態者。再者，液晶分子之配向向量亦可相對於基板平面稍許傾斜(預傾斜)。液晶單元之預傾斜角一般為3°以下，較佳為1°以下，更佳為0.5°以下。
作為包含於無電解狀態下平行配向之液晶分子之液晶單元，可列舉橫向電場效應(IPS)模式、邊緣場切換(FFS，Fringe- field Switching)模式、鐵電性液晶(FLC，Ferroelectric Liquid Crystal)模式等。作為液晶分子，可使用向列型液晶或層列型液晶等。一般而言，IPS模式及FFS模式之液晶單元中使用向列型液晶，FLC模式之液晶單元中使用層列型液晶。
[偏光件] 於液晶單元20之第一主面側配置有第一偏光件30，於第二主面側配置有第二偏光件40。偏光件係將自然光或任意之偏光轉換為直線偏光者。作為第一偏光件30及第二偏光件40，根據目的而可採用任意適當之偏光件。例如，可列舉使碘或二色性染料等二色性物質吸附於聚乙烯醇系膜、部分縮甲醛化聚乙烯醇系膜、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物系部分皂化膜等親水性高分子膜並進行單軸延伸而成者、聚乙烯醇之脫水處理物或聚氯乙烯之脫氯化氫處理物等多烯系配向膜等。
該等偏光件中，就具有較高之偏光度之觀點而言，可較佳地使用使碘或二色性染料等二色性物質吸附於聚乙烯醇、部分縮甲醛化聚乙烯醇等聚乙烯醇系膜且配向於特定方向之聚乙烯醇(PVA，polyvinyl alcohol)系偏光件。例如，藉由對聚乙烯醇系膜實施碘染色及延伸而可獲得PVA系偏光件。
作為PVA系偏光件，亦可使用厚度為10 μm以下之薄型偏光件。作為薄型偏光件，例如可列舉記載於日本專利特開昭51-069644號公報、日本專利特開2000-338329號公報、WO2010/100917號手冊、專利第4691205號說明書、專利第4751481號說明書等中之薄型偏光膜。此種薄型偏光件例如藉由包含將PVA系樹脂層與延伸用樹脂基材以積層體之狀態延伸之步驟、及碘染色之步驟之製法而獲得。
[光學各向異性元件] 光學各向異性元件50、60係面內之遲相軸方向之折射率nx、面內之進相軸方向之折射率ny、及厚度方向之折射率nz滿足nx＞nz＞ny之相位差膜。配置於液晶單元20之上下之偏光件30、40以吸收軸方向35、45正交之方式而配置，但若自傾斜方向視認液晶面板，則偏光件30、40之於表觀上之吸收軸方向所成之角大於90°(產生自正交偏光之偏移)，故產生漏光。
藉由於液晶單元20與偏光件30、40之間配置滿足nx＞nz＞ny之相位差膜，可補償偏光件之表觀上之軸偏移，減少自傾斜方向視認畫面時之漏光。尤其相對於偏光件之吸收軸成45度之角度(方位角45度、135度、225度、315度)上之黑亮度降低，對比度提高。
第一實施形態之O模式之液晶面板101中，於液晶單元20與視認側之第一偏光件30之間配置有光學各向異性元件50。第二實施形態之E模式之液晶面板102中，於液晶單元20與光源側之第二偏光件40之間配置有光學各向異性元件60。
光學各向異性元件50、60之波長550 nm之正面延遲Re550 較佳為150～400 nm，更佳為180～370 nm，進而佳為200～350 nm。光學各向異性元件之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 較佳為75～200 nm，更佳為90～185 nm，進而佳為100～175 nm。再者，正面延遲Re、及厚度方向延遲Rt使用面內之遲相軸方向之折射率nx、面內之進相軸方向之折射率ny、及厚度方向之折射率nz以如下般定義： Re＝(nx－ny)×d Rt＝(nx－nz)×d。
關於考慮彩色濾光片之厚度方向延遲之光學各向異性元件之Re及Rt之範圍，將於以下詳細敍述。
光學各向異性元件50、60較佳為，以Nz＝(nx－nz)/(nx－ny)定義之Nz係數為0.2～0.8。根據上述Re及Rt之定義，亦可表示為Nz＝Rt/Re。本說明書中，Nz係數係根據波長650 nm之折射率而算出。即，Nz係數為波長650 nm之正面延遲Re650 與厚度方向延遲Rt650 之比Rt650 /Re650 。因此，光學各向異性元件較佳為，Rt650 /Re650 為0.2～0.8。再者，藉由聚合物膜之延伸而製作之相位差膜中，一般而言，根據波長550 nm之折射率算出之Nz係數、與根據波長650 nm之折射率算出之Nz係數大致相同。
光學各向異性元件之Nz係數更佳為0.3～0.7，進而佳為0.4～0.6。有如下傾向，即，Nz係數越接近0.5，則於較廣視角範圍漏光越降低。
作為構成光學各向異性元件之材料，可列舉聚碳酸酯系樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯等聚酯系樹脂、聚芳酯系樹脂、聚碸、聚醚碸等碸系樹脂、聚苯硫醚等硫系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、環狀聚烯烴系(聚降冰片烯系)樹脂、聚醯胺樹脂、聚乙烯或聚丙烯等聚烯烴系樹脂、纖維素酯類等。亦可使用液晶材料作為光學各向異性元件之材料。
於使用聚合物材料之情形時，藉由使聚合物膜朝至少一方向延伸或收縮而可提高特定方向之分子配向性，從而製作光學各向異性元件(相位差膜)。將聚合物膜與熱收縮性膜積層之狀態下，一面朝一方向延伸，一面利用熱收縮性膜之收縮力使膜朝與延伸方向正交之方向收縮，藉此可獲得具有nx＞nz＞ny之折射率各向異性之光學各向異性元件。
光學各向異性元件之厚度根據構成光學各向異性元件之材料等而可適當選擇。於使用聚合物材料之情形時，光學各向異性元件之厚度一般為3 μm～200 μm左右。於使用液晶材料之情形時，光學各向異性元件之厚度(液晶層之厚度)一般為0.1 μm～20 μm左右。
光學各向異性元件具有特定之Re及Rt即可，光學各向異性元件之材料、厚度及製作方法並不限定於以上所述。
[光學各向異性元件之光學補償原理] 本發明中，藉由根據彩色濾光片之雙折射設定光學各向異性元件之光學特性，而可光學性補償偏光件之表觀上之軸方向之偏移、與彩色濾光片之雙折射之影響之兩者，獲得自傾斜方向視認時之漏光較少、且黑顯示之色相為中性之液晶顯示裝置。具體而言，以如下方式設定光學各向異性元件之光學特性，即，彩色濾光片22之綠色透過區域22G之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 、與光學各向異性元件50、60之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 滿足特定之關係；且彩色濾光片22之紅色透過區域22R中之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 、與光學各向異性元件50、60之波長650 nm之厚度方向延遲Rt650 滿足特定之關係。
＜未考慮彩色濾光片之雙折射之情形時之光學補償＞ 首先，參照圖5，對使用具有nx＞nz＞ny之折射率各向異性之光學各向異性元件補償偏光件之表觀上之軸方向偏移之原理進行說明。圖5中，利用龐加萊球說明藉由光學各向異性元件50補償圖1所示之O模式之液晶面板101之偏光件30、40之表觀上之軸方向偏移之狀況。
透過光源側偏光件40之光為直線偏光，自正面視認液晶顯示裝置之情形時，透過偏光件之光以龐加萊球之赤道上之點P0 表示。視認側偏光件30之吸收軸方向35與光源側偏光件40之吸收軸方向45正交，故透過視認側偏光件30之光以龐加萊球之赤道上之點P1 表示。
液晶單元20中之液晶分子之初始配向方向11與偏光件40之吸收軸方向45平行，故透過偏光件40之光之偏光狀態於透過液晶單元之後亦不會變化。即，透過液晶單元之光之偏光狀態不會自龐加萊球上之點P0 移動。透過液晶單元20之光P0 、與透過視認側偏光件30之光P1 為相互正交之直線偏光，故透過液晶單元20之光全部由視認側偏光件30吸收，可實現黑顯示。
若以偏光件之吸收軸方向為基準自方位角45°、以畫面之法線方向為基準之斜率(極角)θ之方向視認液晶顯示裝置，則光源側偏光件40之表觀上之軸方向自P0 移動至P'0 ，視認側偏光件30之表觀上之軸方向自P1 移動至P'1 。極角θ越大，則偏光件之表觀上之軸方向之變化越大。
透過光源側偏光件40之光P'0 與透過視認側偏光件30之光P'1 不存在正交關係，故產生黑顯示之漏光。為防止由此種表觀上之軸方向之偏移導致之漏光，必需使透過液晶單元20之後之光之偏光狀態為與透過視認側偏光件30之光P'1 正交之直線偏光PA 。
圖1所示之O模式之液晶面板101中，光源側偏光件40之吸收軸方向45、與液晶單元20之初始配向方向11平行，故自傾斜方向視認時之表觀上之初始配向方向11與光源側偏光件之吸收軸方向45同樣地移動。因此，透過偏光件40之光之偏光狀態於透過液晶單元之後亦未變化，未自龐加萊球上之點P'0 移動。
透過液晶單元20之光入射至光學各向異性元件50。Nz係數為0.5之光學各向異性元件50無論自哪個角度視認，表觀上之光學軸方向均不會變化，在連結P0 與P1 之線上存在遲相軸。光學各向異性元件50之正面延遲(相對於法線方向之光之延遲)Re為波長λ之1/2。於Nz＝0.5之情形時，即使光之透過方向產生變化，表觀上之延遲亦不會變化，以λ/2固定。λ/2之延遲對應於相位差π，故透過液晶單元20之光P'0 藉由透過光學各向異性元件50而以軸P0 -P1 為中心於龐加萊球上順時針方向旋轉180°，移動至點PA 。
如上所述，直線偏光PA 係與透過視認側偏光件30之光P'1 正交之直線偏光，故偏光狀態藉由光學各向異性元件50而變化之光PA 由視認側偏光件30吸收，可實現黑顯示。
如圖6所示，第二偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件50之遲相軸方向53正交的O模式之液晶面板106中，利用光學各向異性元件50進行之偏光狀態之轉換於龐加萊球上成為順時針方向轉半圈，故如圖5之單點鏈線所示，龐加萊球上之軌跡穿過南半球。由於旋轉角度為180°，故與圖1所示之液晶面板之情形同樣地，透過光學各向異性元件50之光之偏光狀態由龐加萊球上之點PA 表示，且由視認側偏光件30吸收，故可實現黑顯示。
於圖3所示之E模式之液晶面板102中，液晶單元20之液晶分子之初始配向方向11與光源側偏光件40之吸收軸方向45正交，故自傾斜方向視認時之表觀上之初始配向方向11與光源側偏光件40之吸收軸方向45產生自90°之偏移。因此，於光源側偏光件40與液晶單元20之間配置光學各向異性元件60，使透過光源側偏光件40之直線偏光P'0 藉由光學各向異性元件60而移動至龐加萊球上之點PA 。如此，將來自光源側偏光件40之直線偏光P'0 藉由光學各向異性元件60轉換成直線偏光PA 之後入射至液晶單元20，藉此透過液晶單元之光之偏光狀態並未自PA 變化，由視認側偏光件30吸收，故可實現黑顯示。
如圖7所示，第二偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件60之遲相軸方向63正交之E模式之液晶面板107中，於利用光學各向異性元件60進行之偏光狀態之轉換之於龐加萊球上的軌跡成為北半球抑或南半球之點不同，但光學補償之原理與圖3所示之液晶面板102相同。
如上所述，於未考慮彩色濾光片之雙折射之影響之情形時，光學各向異性元件之光學設計並不依存於光學各向異性元件之光軸方向與偏光件之光軸方向所成之角(平行抑或正交)、及液晶單元之初始配向方向與偏光件之光軸方向所成之角(為O模式抑或為E模式)。
＜彩色濾光片之厚度方向延遲＞ 如上所述，於液晶單元20中設置於液晶層10之視認側之彩色濾光片22之面內之延遲大致為0，但厚度方向具有數nm～數十nm之延遲。於綠色透過區域22G，相對於透過率最高之波長550 nm附近之光之厚度方向延遲對視認性造成影響。同樣之理由，於紅色透過區域22R，相對於透過率較高之波長650 nm附近之光之厚度方向延遲對視認性造成影響。因此，於評估彩色濾光片之厚度方向延遲時，適當的是對於綠色透過區域(綠的彩色濾光片)，使用波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 進行評估，對於紅色透過區域(紅的彩色濾光片)，使用波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 進行評估。
為了抑制自傾斜方向視認時之漏光，較佳為彩色濾光片之厚度方向延遲較小。綠色透過區域之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 較佳為50 nm以下，更佳為40 nm以下，進而佳為35 nm以下，特佳為30 nm以下。彩色濾光片之紅色區域之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 較佳為50 nm以下，更佳為40 nm以下，進而佳為35 nm以下，特佳為30 nm以下。彩色濾光片之厚度方向延遲較理想為0，但難以使彩色濾光片之厚度方向延遲完全為0。因此，Ct550 及Ct650 大於0。Ct550 及Ct650 例如可為1 nm以上、3 nm以上或5 nm以上。
＜考慮彩色濾光片之雙折射之光學補償之原理＞ 首先，參照圖8A，對圖1所示之O模式之液晶面板101之彩色濾光片之厚度方向延遲之影響、及考慮其之光學補償進行說明。自傾斜方向視認之情形時，透過液晶單元20之液晶層10之後之光之偏光狀態由龐加萊球上之點P'0 表示，此與未考慮彩色濾光片之雙折射之情形(圖5)相同。
透過液晶層之光入射至彩色濾光片22。彩色濾光片之正面延遲大致為0，且具有特定之厚度方向延遲，故可作為具有nx＝ny＞nz之折射率各向異性之負C板逼近。傾斜方向之光因負C板之厚度方向延遲之影響而使偏光狀態變化，沿龐加萊球上之經線自點P'0 南下而移動至點PC 。
與圖5之情形同樣地，於光學各向異性元件之相位差為π之情形(於龐加萊球上旋轉180°之情形)時，透過光學各向異性元件之光之偏光狀態由圖8A之點P'A 表示，位於龐加萊球之北半球。為了使透過光學各向異性元件50之後之光為赤道上之點PA 表示之直線偏光，必需使由光學各向異性元件所致之於龐加萊球上之旋轉角度大於180°。即，若考慮彩色濾光片之雙折射之影響，則於圖1所示之O模式之液晶面板101上，為了使透過光學各向異性元件50之後之光為直線偏光，必需使光學各向異性元件50之相位差大於π。
圖8B表示第二偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件50之遲相軸方向53正交之圖6之O模式之液晶面板106之光學補償的狀況。透過作為負C板逼近之彩色濾光片22之後之光之偏光狀態與圖8A之情形同樣地，由龐加萊球之南半球之點PC 表示。於光學各向異性元件之相位差為π之情形時，若自點PC 於龐加萊球上順時針方向旋轉半圈而旋轉180°，則通過赤道而到達北半球之點P'A 。為了使透過光學各向異性元件50之後之光為由赤道上之點PA 表示之直線偏光，必需使由光學各向異性元件所致之於龐加萊球上之旋轉角度小於180°。即，若考慮彩色濾光片之雙折射之影響，則於圖6所示之O模式之液晶面板106中，為了使透過光學各向異性元件50之後之光為直線偏光，必需使光學各向異性元件50之相位差小於π。
圖9A表示第二偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件60之遲相軸方向63正交之圖7之E模式之液晶面板107之光學補償的狀況。與圖8A及圖8B之情形同樣地，若透過液晶單元之後之光PL 透過作為負C板逼近之彩色濾光片22，則偏光狀態變化，沿龐加萊球上之經線南下。為了使透過彩色濾光片之後之光為直線偏光PA 且由視認側偏光件30吸收，必需使透過液晶單元之後之光PL 位於龐加萊球上之北半球。
與圖5之情形同樣地，光學各向異性元件之相位差為π，若使透過光源側偏光件之直線偏光P'0 藉由光學各向異性元件而移動至龐加萊球上之點PA ，則透過液晶單元之光之偏光狀態未自PA 變化。然而，透過液晶單元之後之光因彩色濾光片之厚度方向延遲之影響而沿龐加萊球上之經線南下，故透過彩色濾光片之後之光成為位於南半球之橢圓偏光，未由視認側偏光件30吸收之光作為漏光而被視認到。
圖7所示之E模式之液晶面板107中，如圖9A所示，藉由使光學各向異性元件60之相位差小於π(使由光學各向異性元件所致之於龐加萊球上之旋轉角度小於180°)而能夠進行適當之光學補償。透過相位差小於π之光學各向異性元件之光之偏光狀態由龐加萊球之南半球上之點PR 表示。偏光狀態因液晶層10之相位差之影響而轉換，以軸PA -P'1 為中心於龐加萊球上順時針方向旋轉，故透過液晶層10之後之光之偏光狀態由龐加萊球之北半球上之點PL 表示。如上所述，若透過液晶單元之後之光PL 透過彩色濾光片22，則沿龐加萊球上之經線南下，到達赤道上之點PA 。因此，透過彩色濾光片之後之光PA 由視認側偏光件30適當吸收，從而可防止漏光。
圖9B表示第二偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件60之遲相軸方向63平行之圖3之E模式之液晶面板102之光學補償的狀況。液晶面板102中，若使光學各向異性元件60之相位差大於π(使由光學各向異性元件所致之於龐加萊球上之旋轉角度大於180°)，則透過光學各向異性元件之後之光之偏光狀態位於龐加萊球之南半球上之點PR 。以後，與圖9A之情形同樣地，藉由透過液晶層10而移動至北半球上之點PL ，藉由透過彩色濾光片22而到達赤道上之點PA ，故透過彩色濾光片之後之光PA 由視認側偏光件30適當吸收。
如上所述，為了藉由光學各向異性元件以抵消彩色濾光片之雙折射之影響之方式進行光學補償，必需根據彩色濾光片之厚度方向延遲之大小而調整光學各向異性元件之相位差。於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向平行之情形時，即，圖1所示之O模式之液晶面板101(參照圖8A)、及圖3所示之E模式之液晶面板102(參照圖9B)中，為進行適當之光學補償，必需使光學各向異性元件之相位差大於π(使延遲大於λ/2)。另一方面，於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向正交之情形時，即，圖6所示之O模式之液晶面板106(參照圖8B)、及圖7所示之E模式之液晶面板107(參照圖9A)中，為進行適當之光學補償，必需使光學各向異性元件之相位差小於π(使延遲小於λ/2)。
[光學各向異性元件之光學設計] 以下，對與液晶單元之彩色濾光片之厚度方向延遲對應之光學各向異性元件之較佳光學特性，夾雜光學模擬之研究結果進行說明。
於光學模擬中，使用Shintec公司製造之液晶顯示器用模擬器「LCD MASTER Ver.8.1.0.3」，並使用LCD Master之擴展功能，求出方位角45°、極角60°之方向上之黑顯示之亮度、及黑顯示之CIE1976色空間之色度(u'，v')。
O模式之液晶顯示裝置之模擬中，如圖2所示，將自光源110側依序積層光源側偏光件40、於液晶層10之視認側具備彩色濾光片22之IPS液晶單元20、光學各向異性元件50、及視認側偏光件30而成者作為模擬模型。於E模式之液晶顯示裝置之模擬中，如圖4所示，將自光源110側依序積層光源側偏光件40、光學各向異性元件60、於液晶層10之視認側具備彩色濾光片22之IPS液晶單元20、及視認側偏光件30而成者作為模擬模型。
於模擬中，IPS液晶單元之液晶層之正面延遲設為339 nm，預傾斜角設為0°。光學各向異性元件之Nz係數設為0.5，延遲之波長色散設為Re650 /Re550 ＝Rt650 /Rt550 ＝0.95，將Rt650 變更為各種值。彩色濾光片於0～60 nm之範圍按5 nm刻度變更綠色透過區域之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 、及紅色透過區域之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 。
於O模式之液晶面板中，將使Ct650 及Rt650 變更為各種值時之黑顯示之色度示於圖10A及圖10B。於E模式之液晶面板中，將使Ct650 及Rt650 變更為各種值時之黑顯示之色度示於圖11A及圖11B。
圖10A係如圖1所示光源側偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件50之遲相軸方向53平行之液晶面板101(關於光學補償原理參照圖8A)之模擬結果。圖10B係如圖6所示光源側偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件50之遲相軸方向53正交之液晶面板106(關於光學補償原理參照圖8B)之模擬結果。圖11A係如圖7所示光源側偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件60之遲相軸方向63正交之液晶面板107(關於光學補償原理參照圖9A)之模擬結果。圖11B係如圖3所示光源側偏光件40之吸收軸方向45與光學各向異性元件60之遲相軸方向63平行之液晶面板102(關於光學補償原理參照圖9B)之模擬結果。
如圖10B及圖11A所示，於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向正交之情形時，發現隨著彩色濾光片之紅色透過區域之厚度方向延遲Ct650 變大，使光學各向異性元件之厚度方向延遲Rt650 變化時之u'之最大值變小的傾向。又，於Ct650 為0～60 nm之範圍中，不管光學各向異性元件之厚度方向延遲Rt650 之值如何，u'均不會超過0.35。即，可知於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向正交之情形時，圖6所示之O模式之液晶面板106及圖7所示之E模式之液晶面板107之任一者，自傾斜方向視認時黑顯示之畫面均未顯著地著色成紅色。
另一方面，如圖10A及圖11B所示，於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向平行之情形時，發現隨著彩色濾光片之紅色透過區域之厚度方向延遲Ct650 變大，使光學各向異性元件之厚度方向延遲Rt650 變化時之u'之最大值變大傾的向。又，圖10A及圖11B中，與圖10B及圖11A相比，u'依存於彩色濾光片之紅色透過區域之厚度方向延遲Ct650 及光學各向異性元件之厚度方向延遲Rt650 而較大地變化，且亦發現超過0.35之情形。
根據該等結果可知，於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向平行之情形時，圖1所示之O模式之液晶面板101及圖3所示之E模式之液晶面板102之任一者，均因彩色濾光片之紅色透過區域之雙折射之影響，而自傾斜方向視認時，黑顯示著色成紅色。即，可知於光源側偏光件之吸收軸方向與光學各向異性元件之遲相軸方向平行之液晶面板中，於考慮彩色濾光片之雙折射之影響而進行光學補償之情形時，除減小綠色之漏光而提高對比度之外，還需以降低因紅色之漏光導致之黑顯示之著色之方式進行光學各向異性元件之光學設計。
＜第一實施形態：O模式之液晶面板之光學設計＞ (色度之調整) 圖12係根據圖1所示之O模式之液晶面板101之模擬結果，將黑顯示之色度成為特定值之條件繪圖而成之曲線圖。橫軸為彩色濾光片之紅色透過區域之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 ，縱軸為光學各向異性元件之波長650 nm之厚度方向延遲Rt650 。於各個Ct650 ，將方位角45°、極角60°之方向上之黑顯示之色度u'成為0.35之點以塗黑之圓標記及塗黑之三角標記表示。於Rt650 位於塗黑之圓標記與塗黑之三角標記之間之情形時，u'超過0.35，黑顯示著色成紅色而被視認到。於Rt650 位於相較塗黑之圓標記更靠上側、或相較塗黑之三角標記更靠下側之情形時，u'未達0.35，可抑制黑顯示之紅色著色。
由圖12可理解，u'＝0.35之分界之上限側及下限側均能以直線逼近。曲線圖中之直線由下述之式(1)及式(2)表示： Rt650 ＝0.37(Ct650 )＋116...(1) Rt650 ＝-0.44(Ct650 )＋116...(2)。
因此，彩色濾光片22之紅色透過區域22R之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 、與光學各向異性元件50之波長650 nm厚度方向延遲Rt650 滿足下述式(1a)或(2a)之情形時，u'成為0.35以下，可實現紅色調經降低之黑顯示。 Rt650 ≧0.37(Ct650 )＋116...(1a) Rt650 ≦-0.44(Ct650 )＋116...(2a)。
圖12之塗白之圓標記及塗白之三角標記表示黑顯示之色度u'成為0.314之點。於Rt650 位於塗白之圓標記與塗黑之圓標記之間之情形時，u'為0.314～0.35，於Rt650 位於相較塗白之圓標記更靠上側之情形時，u'小於0.314。同樣地，於Rt650 位於塗白之三角標記與塗黑之三角標記之間之情形時，u'為0.314～0.35，於Rt650 位於相較塗白之三角標記更靠下側之情形時，u'小於0.314。
由塗白之圓標記表示之u'＝0.314之分界能以與上述式(1)平行之直線：Rt650 ＝0.37(Ct650 )＋121逼近。由塗白之三角標記表示之u'＝0.314之分界能以與上述式(2)平行之直線：Rt650 ＝-0.44(Ct650 )＋108逼近。
因此，於彩色濾光片之紅色透過區域之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 、與光學各向異性元件之波長650 nm之厚度方向延遲Rt650 滿足下述式(1b)或(2b)之情形時，u'成為0.314以下，可實現紅色調經進一步降低之黑顯示。 Rt650 ≧0.37(Ct650 )＋121...(1b) Rt650 ≦-0.44(Ct650 )＋108...(2b)。
根據上述結果，可謂於圖1所示之O模式之液晶面板中，於Ct650 與Rt650 滿足下述式(1c)或(2c)之情形時，可實現紅色調經降低之黑顯示。 Rt650 ≧0.37(Ct650 )＋C1 ...(1c) Rt650 ≦-0.44(Ct650 )＋C2 ...(2c)。
如上所述，將u'＝0.35作為分界之情形時，式(1c)之C1 為116 nm，式(2c)之C2 為116 nm。換言之，於以滿足u'≦0.35之方式設定條件之情形時，如上述式(1a)及式(2a)般，使C1 ＝116 nm、C2 ＝116 nm即可。根據相同之觀點，於以滿足u'≦0.314之方式設定條件之情形時，如上述式(1b)及式(2b)般，使C1 ＝121 nm、C2 ＝108 nm即可。為了進一步減小黑顯示之u'，將C1 較大地設定，且將C2 較小地設定即可。
式(1c)之C1 可為116以上之任意之數。C1 亦可為116 nm、121 nm、124 nm、126 nm、128 nm、130 nm、132 nm、134 nm、136 nm、138 nm、或140 nm。同樣地，式(2c)之C2 可為116以下之任意之數。C2 亦可為116 nm、112 nm、108 nm、105 nm、102 nm、100 nm、98 nm、96 nm、94 nm、92 nm、或90 nm。
就減小自傾斜方向視認時之黑顯示之色度u'之觀點而言，光學各向異性元件50之波長650 nm之Rt650 若滿足上述式(1c)或(2c)，則其上限或下限並未特別限定。然而，如下所述，若考慮用以使黑亮度降低之Rt550 之範圍、及光學各向異性元件50之延遲之波長色散Rt650 /Rt550 ，則Rt650 之上限及下限自然會被決定。
(亮度之調整) 如上所述，藉由根據彩色濾光片之厚度方向延遲Ct650 調整光學各向異性元件之Rt650 而抑制紅色之漏光，從而可降低黑顯示之u'。另一方面，為了使黑顯示時之漏光量(黑亮度)降低，較佳為以使比視感度較高之綠色光之漏光變小之方式進行光學設計。
圖13係根據圖1所示之O模式之液晶面板101之模擬結果，將黑亮度成為特定值之條件繪圖而成之曲線圖。橫軸為彩色濾光片之綠色透過區域之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 ，縱軸為光學各向異性元件之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 。於各個Ct550 ，將方位角45°、極角60°之方向上之黑亮度具有相同之Ct550 、且成為未使用光學各向異性元件之液晶顯示裝置之一半之點以塗黑之圓標記及塗黑之三角標記表示。於Rt550 位於塗黑之圓標記與塗黑之三角標記之間之情形時，與不具有光學各向異性元件之情形相比，自傾斜方向視認時之黑亮度降低至一半以下。
由圖13而可理解，與未使用光學各向異性元件之情形相比，黑亮度成為1/2之區域之分界之上限側及下限側均能以直線逼近。曲線圖中之直線由下述式(3)及式(4)表示： Rt550 ＝0.97(Ct550 )＋73...(3) Rt550 ＝0.49(Ct550 )＋205...(4)。
因此，於彩色濾光片22之綠色透過區域22G之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 、與光學各向異性元件50之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 滿足下述式(3a)之情形時，與未使用光學各向異性元件之情形相比，傾斜方向之黑亮度成為1/2以下。 0.97(Ct550 )＋73≦Rt550 ≦0.49(Ct550 )＋205...(3a)。
圖13之塗白之圓標記及塗白之三角標記表示黑亮度成為未使用光學各向異性元件之液晶顯示裝置之黑亮度之1/5之點。於Rt550 位於塗白之圓標記與塗白之三角標記之間之情形時，與不具有光學各向異性元件之情形相比，黑亮度降低至1/5以下。
以塗白之圓標記表示之分界能以與上述式(3)平行之直線：Rt550 ＝0.97(Ct550 )＋98逼近。以塗白之三角標記表示之分界能以與上述式(4)平行之直線：Rt550 ＝0.49(Ct550 )＋180逼近。因此，於彩色濾光片之綠色透過區域之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 、與光學各向異性元件之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 滿足下述式(3b)之情形時，與未使用光學各向異性元件之情形相比較，可使黑亮度降低至1/5以下，實現對比度較高之顯示。 0.97(Ct550 )＋98≦Rt550 ≦0.49(Ct550 )＋180...(3b)。
根據上述結果，可謂於圖1所示之O模式之液晶面板中，於Ct550 與Rt550 滿足下述式(3c)之情形時，可消除彩色濾光片之雙折射之影響，實現傾斜方向之黑亮度經降低之顯示。 0.97(Ct550 )＋C3 ≦Rt550 ≦0.49(Ct550 )＋C4 ...(3c)
如上所述，將黑亮度設為未使用光學各向異性元件之液晶顯示裝置之黑亮度之1/2以下之情形時，如上述式(3a)般，設為C3 ＝73 nm、C4 ＝205 nm即可。根據相同之觀點，將黑亮度設為未使用光學各向異性元件之液晶顯示裝置之黑亮度之1/5以下之情形時，如上述式(3b)般，設為C3 ＝98、C4 ＝180 nm即可。為了進一步減小傾斜方向之黑亮度，將C3 較大地設定，且將C4 較小地設定即可。式(3c)之C3 可為73以上之任意之數。C3 亦可為73 nm、88 nm、98 nm、108 nm、113 nm、118 nm、123 nm、或128 nm。同樣地，式(3c)之C4 可為205以下之任意之數。C4 亦可為205 nm、190 nm、180 nm、173 nm、168 nm、163 nm、158 nm、153 nm、或148 nm。
如圖13所示，彩色濾光片之厚度方向延遲Ct550 越大，則用以使自傾斜方向視認時之黑亮度降低之光學各向異性元件之Rt550 之最佳值越大。此亦可根據圖8A所示之光學補償之原理而理解。彩色濾光片之厚度方向延遲Ct550 較大，此對應於圖8A中P'0 與PC 之距離較大(PC 之南緯較大)。PC 之南緯越較大地偏離赤道，為了使透過光學各向異性元件50之後之光移動至龐加萊球之赤道上，必需使光學各向異性元件之相位差越大。因此，如圖13所示，Ct550 越大，為了使黑亮度降低而必需使Rt550 越大。
(黑亮度降低與色度之兼顧) 為了降低自傾斜方向視認時之黑亮度，根據彩色濾光片之厚度方向延遲Ct550 ，以滿足上述式(3c)之方式設定光學各向異性元件之Rt550 ，且以滿足上述式(1c)或(2c)之方式設定光學各向異性元件之Rt650 即可。然而，Rt550 及Rt650 並非可個別地設定各者，Rt650 /Rt550 為與光學各向異性元件之延遲之波長色散對應之固定之值。
例如，於彩色濾光片之綠色透過區域之厚度方向延遲Ct550 為10 nm之情形時，若光學各向異性元件之Rt550 為130 nm，則自傾斜方向視認時之黑亮度較小，能實現高對比度之顯示。如上述模擬中所設定，於光學各向異性元件具有Rt650 /Rt550 ＝0.95之波長色散之情形時，若Rt550 ＝130 nm，則Rt650 ＝124 nm。
由於紅色彩色濾光片與綠色彩色濾光片之材料不同，故兩者之Rth不同，有紅色彩色濾光片之Ct650 大於綠色彩色濾光片之Ct550 之情形。例如，若彩色濾光片22之紅色透過區域22R之厚度方向延遲Ct650 為30 nm，則於Rt650 ＝124 nm之情形時，均不滿足上述式(1a)及式(1b)之任一者，自傾斜方向視認時之色度u'超過0.35，黑顯示著色成紅色而被視認到。
由上述例而可理解，於圖1所示之O模式之液晶面板中，即便以黑亮度變小之方式進行光學各向異性元件之光學設計，亦有黑顯示之色度u'變大，黑顯示著色成紅色之情形。相對於此，考慮彩色濾光片之厚度方向延遲Ct550 及Ct650 、以及光學各向異性元件之延遲之波長色散Rt650 /Rt550 ，以滿足上述式(3c)(此處，C3 為73 nm以上，C4 為205 nm以下)、且滿足上述式(1c)或(2c)之方式(此處，C1 為116 nm以上，C2 為116 nm以下)設定光學各向異性元件之厚度方向延遲即可。
再者，相位差膜之厚度方向延遲之波長色散Rt650 /Rt550 一般與正面延遲之波長色散Re650 /Re550 大致相等，為0.8～1.2之範圍內。若考慮一般的波長色散之範圍，則於Ct650 為10 nm以上之情形時，Rt550 滿足式(3c)，且Rt650 滿足式(2c)之情形較少。因此，較佳為以使Rt550 滿足上述式(3c)，且Rt650 滿足上述式(1c)之方式設定光學各向異性元件之延遲。
光學各向異性元件50之正面延遲Re550 及Re650 以使Rt550 及Rt650 成為上述範圍之方式設定即可。如上所述，光學各向異性元件50之厚度方向延遲Rt相對於正面延遲Re之比Nz＝Rt/Re為0.2～0.8，故於該約束條件下，根據光學各向異性元件之厚度方向延遲Rt550 及Rt650 、以及Nz係數而設定正面延遲Re550 及Re650 。
具體而言，光學各向異性元件50之波長650 nm之正面延遲Re650 較佳為Rt650 之2倍左右。因此，Re650 較佳為滿足下述式(1d)或(2d)。 Re650 ≧0.74(Ct650 )＋C11 ...(1d) Re650 ≦-0.88(Ct650 )＋C12 ...(2d)。
C11 為C1 之2倍，具體而言，C11 為232 nm以上。C11 亦可為232 nm、236 nm、242 nm、248 nm、252 nm、256 nm、260 nm、264 nm、268 nm、272 nm、276 nm、或280 nm。C12 為C2 之2倍，具體而言，C12 為232 nm以下。C12 亦可為232 nm、224 nm、216 nm、210 nm、204 nm、200 nm、196 nm、192 nm、188 nm、184 nm、或180 nm。若考慮光學各向異性元件之延遲之波長色散，則光學各向異性元件50之Re650 較佳為滿足上述式(1d)。
光學各向異性元件50之波長550 nm之正面延遲Re550 較佳為Rt550 之2倍左右。因此，Re550 較佳為滿足下述式(3d)： 1.94(Ct550 )＋C13 ≦Re550 ≦0.98(Ct550 )＋C14 ...(3d)。
C13 為C3 之2倍，具體而言，C13 為146 nm以上。C13 亦可為145 nm、175 nm、185 nm、215 nm、225 nm、235 nm、245 nm、或255 nm。C14 為C4 之2倍，具體而言，C14 為410 nm以下。C14 亦可為410 nm、380 nm、360 nm、345 nm、335 nm、325 nm、315 nm、305 nm、或295 nm。
＜第二實施形態：E模式之液晶面板之光學設計＞ 圖14係根據圖3所示之E模式之液晶面板102之模擬結果，將黑顯示之色度成為特定值之條件繪圖而成之曲線圖。與圖12同樣地，將方位角45°、極角60°之方向上之黑顯示之色度u'成為0.35之點以塗黑之圓標記及塗黑之三角標記表示，將黑顯示之色度u'成為0.314之點以塗白之圓標記及塗白之三角標記表示。
與圖12之情形同樣地，圖14中u'＝0.35之分界亦能以下述式(6)及式(7)表示之直線逼近： Rt650 ＝0.37(Ct650 )＋116...(6) Rt650 ＝-0.44(Ct650 )＋120...(7)。
因此，於液晶面板102中，於彩色濾光片22之紅色透過區域22R之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 、與光學各向異性元件50之波長650 nm之厚度方向延遲Rt650 滿足下述式(6a)或(7a)之情形時，u'成為0.35以下，可實現紅色調經降低之黑顯示。 Rt650 ≧0.37(Ct650 )＋116...(6a) Rt650 ≦-0.44(Ct650 )＋120...(7a)。
再者，式(6)與關於O模式之液晶面板101之式(1)相同。式(7)以與關於O模式之液晶面板101之式(2)平行之直線表示。圖14中，作為參考，以虛線表示式(2)之直線。
以塗白之圓標記表示之u'＝0.314之分界能以與上述式(6)平行之直線：Rt650 ＝0.37(Ct650 )＋121逼近。以塗白之三角標記表示之u'＝0.314之分界能以與上述式(2)平行之直線：Rt650 ＝-0.44(Ct650 )＋108逼近。
因此，於彩色濾光片之紅色透過區域之波長650 nm之厚度方向延遲Ct650 、與光學各向異性元件之波長650 nm之厚度方向延遲Rt650 滿足下述式(6b)或(7b)之情形時，u'成為0.314以下，可實現紅色調經進一步降低之黑顯示。 Rt650 ≧0.37(Ct650 )＋121...(6b) Rt650 ≦-0.44(Ct650 )＋108...(7b)。
根據上述結果，可謂於圖3所示之E模式之液晶面板102中，於Ct650 與Rt650 滿足下述式(6c)或(7c)之情形時，可實現紅色調經降低之黑顯示。 Rt650 ≧0.37(Ct650 )＋C6 ...(6c) Rt650 ≦-0.44(Ct650 )＋C7 ...(7c)。
於以滿足u'≦0.35之方式設定條件之情形時，如上述之式(6a)及式(7a)般，使C6 ＝116 nm、C7 ＝120 nm即可，於以滿足u'≦0.314之方式設定條件之情形時，如上述之式(6b)及式(7b)般，使C6 ＝121 nm、C7 ＝108 nm即可。為了進而減小黑顯示之u'，將C6 較大地設定，且將C7 較小地設定即可。
式(6c)之C6 可為116以上之任意之數。C6 可為與上述C1 同等之數值，C6 亦可為116 nm、118 nm、121 nm、124 nm、126 nm、128 nm、130 nm、132 nm、134 nm、136 nm、138 nm、或140 nm。同樣地，式(7c)之C7 可為120以下之任意之數。C7 可為與上述C2 同等之數值，亦可為121 nm、116 nm、112 nm、108 nm、105 nm、102 nm、100 nm、98 nm、96 nm、94 nm、92 nm、或90 nm。若考慮光學各向異性元件之延遲之波長色散，則光學各向異性元件60之Rt650 較佳為滿足上述式(6c)。
就減小自傾斜方向視認時之黑顯示之色度u'之觀點而言，光學各向異性元件60之波長650 nm之Rt650 若滿足上述之式(6c)或(7c)，則其上限或下限並未特別限定。然而，關於第一實施形態如上所述，若考慮用以使黑亮度降低之Rt550 之範圍、及光學各向異性元件60之延遲之波長色散Rt650 /Rt550 ，則Rt650 之上限及下限自然會被決定。
圖15係根據圖3所示之E模式之液晶面板102之模擬結果，將黑亮度成為特定值之條件繪圖而成之曲線圖。與圖13同樣地，將方位角45°、極角60°之方向上之黑亮度成為未使用光學各向異性元件之液晶顯示裝置之一半的點以塗黑之圓標記及塗黑之三角標記表示，將黑亮度成為未使用光學各向異性元件之液晶顯示裝置之1/5之點以塗白之圓標記及塗白之三角標記表示。
與圖13之情形同樣地，圖15中，與未使用光學各向異性元件之情形相比較，黑亮度成為1/2之區域之分界能以直線逼近，曲線圖中之直線由下述之式(8)及式(9)表示： Rt550 ＝0.69(Ct550 )＋70...(8) Rt550 ＝1.35(Ct550 )＋200...(9)。
因此，液晶面板102中，於彩色濾光片22之綠色透過區域22G之波長550 nm之厚度方向延遲Ct550 、與光學各向異性元件50之波長550 nm之厚度方向延遲Rt550 滿足下述式(8a)之情形時，與未使用光學各向異性元件之情形相比，黑亮度成為1/2以下。 0.69(Ct550 )＋70≦Rt550 ≦1.35(Ct550 )＋200...(8a)。
以塗白之三角標記表示之點能以與上述式(8)平行之直線：Rt550 ＝0.69(Ct550 )＋98逼近。以塗白之圓標記表示之點能以與上述式(9)平行之直線：Rt550 ＝1.35(Ct550 )＋180逼近。因此，於Ct550 與Rt550 滿足下述式(8b)之情形時，與未使用光學各向異性元件之情形相比，黑亮度成為1/5以下。 0.69(Ct550 )＋98≦Rt550 ≦1.35(Ct550 )＋171...(8b)。
根據上述結果，可謂於圖3所示之E模式之液晶面板102中，於Ct550 與Rt550 滿足下述式(8c)之情形時，可消除彩色濾光片之雙折射之影響，實現自傾斜方向視認時之黑亮度降低之顯示。 0.69(Ct550 )＋C8 ≦Rt550 ≦1.35(Ct550 )＋C9 ...(8c)。
於將傾斜方向之黑亮度設為未使用光學各向異性元件時之1/2以下之情形時，如上述式(8a)般，使C8 ＝70 nm、C9 ＝200 nm即可。根據相同之觀點，於將傾斜方向之黑亮度設為未使用光學各向異性元件時之1/5以下之情形時，如上述式(8b)般，使C3 ＝98、C4 ＝171 nm即可。為了進而減小傾斜方向之黑亮度，將C8 較大地設定，且將C9 較小地設定即可。
式(8c)之C8 可為70以上之任意之數。C8 亦可為78 nm、88 nm、98 nm、108 nm、113 nm、118 nm、123 nm、或128 nm。同樣地，式(8c)之C9 可為200以下之任意之數。C9 亦可為200 nm、190 nm、180 nm、173 nm、168 nm、163 nm、158 nm、153 nm、或148 nm。
如圖15所示，彩色濾光片之厚度方向延遲Ct550 越大，則用以使自傾斜方向視認時之黑亮度降低之光學各向異性元件之Rt550 之最佳值越大。此亦可根據圖9B所示之光學補償之原理而理解。
於圖3所示之E模式之液晶面板102中，為了降低自傾斜方向視認時之黑亮度，根據彩色濾光片之厚度方向延遲Ct550 ，以滿足上述式(8c)之方式設定光學各向異性元件之Rt550 ，且以滿足上述式(6c)或(7c)之方式設定光學各向異性元件之Rt650 即可。
與對O模式之液晶面板之例所作之說明同樣地，若考慮光學各向異性元件之波長色散Rt650 /Rt550 ，則於Ct650 為10 nm以上之情形時，Rt550 滿足式(8c)、且Rt650 滿足式(7c)之情形較少。因此，較佳為以使Rt550 滿足上述式(8c)、且Rt650 滿足上述式(6c)之方式設定光學各向異性元件60之延遲。
光學各向異性元件60之正面延遲Re550 及Re650 以使Rt550 及Rt650 成為上述範圍之方式設定即可。光學各向異性元件60之波長650 nm之正面延遲Re650 較佳為Rt650 之2倍左右。因此，Re650 較佳為滿足下述式(6d)或(7d)： Re650 ≧0.74(Ct650 )＋C16 ...(6d) Re650 ≦-0.88(Ct650 )＋C17 ...(7d)。
C16 為C6 之2倍，具體而言，C16 為232 nm以上。C16 亦可為232 nm、236 nm、242 nm、248 nm、252 nm、256 nm、260 nm、264 nm、268 nm、272 nm、276 nm、或280 nm。C17 為C7 之2倍，具體而言，C17 為240 nm以下。C12 亦可為240 nm、232 nm、224 nm、216 nm、210 nm、204 nm、200 nm、196 nm、192 nm、188 nm、184 nm、或180 nm。若考慮光學各向異性元件之延遲之波長色散，則光學各向異性元件60之Re650 較佳為滿足上述式(6d)。
光學各向異性元件60之波長550 nm之正面延遲Re550 較佳為Rt550 之2倍左右。因此，Re550 較佳為滿足下述式(8d)： 1.38(Ct550 )＋C18 ≦Re550 ≦2.70(Ct550 )＋C19 ...(8d)。
C18 為C8 之2倍，具體而言，C18 為140 nm以上。C18 亦可為155 nm、175 nm、185 nm、215 nm、225 nm、235 nm、245 nm、或255 nm。C19 為C9 之2倍，具體而言，C19 為400 nm以下。C19 亦可為400 nm、380 nm、360 nm、345 nm、335 nm、325 nm、315 nm、305 nm、或295 nm。
[各光學構件之配置] 如上所述，第一實施形態之液晶面板101以使配置於液晶單元20之視認側之光學各向異性元件50對應於彩色濾光片22之厚度方向延遲Ct550 及Ct650 而具有特定之光學特性之方式進行光學設計。第二實施形態之液晶面板102以使配置於液晶單元20之光源側之光學各向異性元件60對應於Ct550 及Ct650 而具有特定之光學特性之方式進行光學設計。
第一實施形態之液晶面板101於視認側偏光件30與光學各向異性元件50之間、或於光源側偏光件40與液晶單元20之間，亦可具備光學等向性膜作為偏光件保護膜。第二實施形態之液晶面板102於視認側偏光件30與液晶單元20之間、或於光源側偏光件40與光學各向異性元件60之間，亦可具備光學等向性膜作為偏光件保護膜。藉由於偏光件之表面設置偏光件保護膜而可提高偏光件之耐久性。
用作偏光件保護膜之光學等向性膜係指對於透過法線方向及傾斜方向之任一方向之光，實質上均未將其偏光狀態轉換者。具體而言，光學等向性膜中，正面延遲Re較佳為10 nm以下，厚度方向延遲Rt較佳為20 nm以下。光學等向性膜之正面延遲更佳為5 nm以下。光學等向性膜之厚度方向延遲更佳為10 nm以下，進而佳為5 nm以下。
液晶面板亦可包含除上述以外之光學層或其他構件。例如，較佳為於偏光件30、40之外表面(未與液晶單元20對向之面)設置偏光件保護膜。設置於偏光件之外表面之偏光件保護膜可為光學等向性，亦可為具有光學各向異性者。另一方面，設置於視認側偏光件30之液晶單元20側之面、及光源側偏光件40之液晶單元20側之偏光件保護膜要求如上所述為光學等向性。
第一實施形態之液晶面板101較佳為於視認側偏光件與液晶單元20之間，不包含除光學各向異性元件50以外之光學各向異性元件，且於光源側偏光件40與液晶單元20之間，較佳為不包含光學各向異性元件。第二實施形態之液晶面板102於光源側偏光件與液晶單元20之間，較佳為不包含除光學各向異性元件60以外之光學各向異性元件，且於視認側偏光件30與液晶單元20之間，較佳為不包含光學各向異性元件。
藉由將液晶單元與上述各光學構件積層而形成液晶面板。於其形成過程中，可將各構件依序個別地積層於液晶單元上，亦可使用預先將若干個構件積層而成者。該等光學構件之積層順序並未特別限制。亦可將偏光件與光學各向異性元件積層而預先形成積層偏光板，且將該積層偏光板經由黏著劑(未圖示)而與液晶單元貼合。如上所述，亦可於偏光件之表面設置偏光件保護膜。於偏光件與光學各向異性元件之間，亦可設置光學等向性膜作為偏光件保護膜。
於各構件之積層中，可較佳地使用接著劑或黏著劑。作為接著劑或黏著劑，可適當選擇使用以丙烯酸系聚合物、聚矽氧系聚合物、聚酯、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚乙烯醚、乙酸乙烯酯/氯乙烯聚合物、改性聚烯烴、環氧系聚合物、氟系聚合物、橡膠系聚合物等為基礎聚合物者。
[液晶顯示裝置] 藉由於上述液晶面板之第二主面側(偏光件40側)配置光源110而形成液晶顯示裝置。於液晶面板與光源之間，亦可設置增亮膜(未圖示)。增亮膜亦可與光源側偏光件一體設置。例如，可使用將增亮膜經由接著劑層而貼合於第二偏光件之外表面(光源側之面)者。又，於偏光件與增亮膜之間，亦可設置偏光件保護膜。
10‧‧‧液晶層 11‧‧‧初始配向方向 20‧‧‧液晶單元 21‧‧‧彩色濾光片基板 22‧‧‧TFT基板 22B‧‧‧藍色透過區域 22G‧‧‧綠色透過區域 22R‧‧‧紅色透過區域 25‧‧‧TFT基板 30‧‧‧偏光件 35‧‧‧吸收軸(方向) 40‧‧‧偏光件 45‧‧‧吸收軸(方向) 50‧‧‧光學各向異性元件(相位差板) 53‧‧‧遲相軸(方向) 60‧‧‧光學各向異性元件(相位差板) 63‧‧‧遲相軸(方向) 101‧‧‧液晶面板 102‧‧‧液晶面板 106‧‧‧液晶面板 107‧‧‧液晶面板 110‧‧‧光源 201‧‧‧液晶顯示裝置 202‧‧‧液晶顯示裝置 P0‧‧‧點 P1‧‧‧點 P'0‧‧‧光 P'1‧‧‧光 PA‧‧‧點 P'A‧‧‧點 PC‧‧‧點 PL‧‧‧光 PR‧‧‧點 θ‧‧‧極角
圖1係第一實施形態之液晶面板(O模式)之構成概念圖。 圖2係第一實施形態之液晶顯示裝置(O模式)之模式剖視圖。 圖3係第二實施形態之液晶面板(E模式)之構成概念圖。 圖4係第二實施形態之液晶顯示裝置(E模式)之模式剖視圖。 圖5係利用龐加萊球說明藉由光學各向異性元件對偏光件之表觀上之軸方向偏移進行光學補償之狀況的說明圖。 圖6係參考例之液晶面板(O模式)之構成概念圖。 圖7係參考例之液晶面板(E模式)之構成概念圖。 圖8A、B係利用龐加萊球說明O模式之液晶面板之光學補償之狀況的說明圖。 圖9A、B係利用龐加萊球說明E模式之液晶面板之光學補償之狀況的說明圖。 圖10A、B係O模式之液晶顯示裝置之黑顯示之色度之模擬結果。 圖11A、B係E模式之液晶顯示裝置之黑顯示之色度之模擬結果。 圖12係將O模式之液晶顯示裝置之黑顯示之色度u'成為特定值之條件繪圖而成之曲線圖。 圖13係將O模式之液晶顯示裝置之黑顯示之亮度成為特定值之條件繪圖而成之曲線圖。 圖14係將E模式之液晶顯示裝置之黑顯示之色度u'成為特定值之條件繪圖而成之曲線圖。 圖15係將E模式之液晶顯示裝置之黑顯示之亮度成為特定值以下之條件繪圖而成之曲線圖。
10‧‧‧液晶層
11‧‧‧初始配向方向
20‧‧‧液晶單元
30‧‧‧偏光件
35‧‧‧吸收軸(方向)
40‧‧‧偏光件
45‧‧‧吸收軸(方向)
50‧‧‧光學各向異性元件(相位差板)
53‧‧‧遲相軸(方向)
101‧‧‧液晶面板

Claims (7)

  1. 一種液晶面板，其具備：液晶單元，其具備包含於無電場狀態下平行配向之液晶分子之液晶層、及配置於上述液晶層之第一主面且至少具有綠色透過區域及紅色透過區域之彩色濾光片；第一偏光件，其配置於上述液晶單元之第一主面；第二偏光件，其配置於上述液晶單元之第二主面；及光學各向異性元件，其配置於上述第一偏光件與第二偏光件之間；且上述第一偏光件之吸收軸方向與上述第二偏光件之吸收軸方向正交，上述光學各向異性元件之遲相軸方向與上述第二偏光件之吸收軸方向平行，上述光學各向異性元件中，波長650nm之正面延遲Re650與厚度方向延遲Rt650之比Rt650/Re650為0.2~0.8，上述彩色濾光片之綠色透過區域中，波長550nm之厚度方向延遲Ct550大於0且為50nm以下，上述彩色濾光片之紅色透過區域中，波長650nm之厚度方向延遲Ct650大於0且為50nm以下，上述液晶單元之無電場狀態下之上述液晶分子之配向方向、與上述第二偏光件之吸收軸方向平行，上述光學各向異性元件配置於上述液晶單元與上述第一偏光件之 間，上述光學各向異性元件之波長550nm之厚度方向延遲Rt550(nm)與上述Ct550(nm)滿足下述式(3a)：0.97(Ct550)+73≦Rt550≦0.49(Ct550)+205...(3a)上述Rt650(nm)與上述Ct650(nm)滿足下述式(1a)或(2a)：Rt650≧0.37(Ct650)+116...(1a) Rt650≦-0.44(Ct650)+116...(2a)，此處，對於面內之遲相軸方向之折射率nx、面內之進相軸方向之折射率ny及厚度方向之折射率nz，正面延遲Re650係以(nx-ny)×d而定義之值，且厚度方向延遲Rt650、Ct550及Ct650係以Rt=(nx-nz)×d而定義之值。
  2. 如請求項1之液晶面板，其中上述Rt550與上述Ct550滿足下述式(3b)：0.97(Ct550)+98≦Rt550≦0.49(Ct550)+180...(3b)。
  3. 如請求項1或2之液晶面板，其中上述Rt650與上述Ct650滿足下述式(1b)或(2b)：Rt650≧0.37(Ct650)+121...(1b) Rt650≦-0.44(Ct650)+108...(2b)。
  4. 一種液晶面板，其具備：液晶單元，其具備包含於無電場狀態下平行配向之液晶分子之液晶層、及配置於上述液晶層之第一主面且至少具有綠色透過區域及紅色透過 區域之彩色濾光片；第一偏光件，其配置於上述液晶單元之第一主面；第二偏光件，其配置於上述液晶單元之第二主面；及光學各向異性元件，其配置於上述第一偏光件與第二偏光件之間；且上述第一偏光件之吸收軸方向、與上述第二偏光件之吸收軸方向正交，上述光學各向異性元件之遲相軸方向、與上述第二偏光件之吸收軸方向平行，對於上述光學各向異性元件，波長650nm之正面延遲Re650與厚度方向延遲Rt650之比Rt650/Re650為0.2~0.8，對於上述彩色濾光片之綠色透過區域，波長550nm之厚度方向延遲Ct550為50nm以下，對於上述彩色濾光片之紅色透過區域，波長650nm之厚度方向延遲Ct650大於0且為50nm以下，上述液晶單元之無電場狀態下之上述液晶分子之配向方向、與上述第二偏光件之吸收軸方向正交，上述光學各向異性元件配置於上述液晶單元與上述第二偏光件之間，上述光學各向異性元件之波長550nm之厚度方向延遲Rt550(nm)與上述Ct550(nm)滿足下述式(8a)：0.69(Ct550)+70≦Rt550≦1.35(Ct550)+200...(8a)上述Rt650(nm)與上述Ct650(nm)滿足下述式(6a)或(7a)： Rt650≧0.37(Ct650)+116...(6a) Rt650≦-0.44(Ct650)+120...(7a)，此處，對於面內之遲相軸方向之折射率nx、面內之進相軸方向之折射率ny及厚度方向之折射率nz，正面延遲Re650係以(nx-ny)×d而定義之值，且厚度方向延遲Rt650、Ct550及Ct650係以Rt=(nx-nz)×d而定義之值。
  5. 如請求項4之液晶面板，其中上述Rt550與上述Ct550滿足下述式(8b)：0.69(Ct550)+98≦Rt550≦1.35(Ct550)+171...(8b)。
  6. 如請求項4或5之液晶面板，其中上述Rt650與上述Ct650滿足下述式(6b)或(7b)：Rt650≧0.37(Ct650)+121...(6b) Rt650≦-0.44(Ct650)+108...(7b)。
  7. 一種液晶顯示裝置，其具備：如請求項1至6中任一項之液晶面板、及配置於上述液晶面板之第二主面側之光源。
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