WO2012026341A1

WO2012026341A1 - 液晶表示パネル

Info

Publication number: WO2012026341A1
Application number: PCT/JP2011/068392
Authority: WO
Inventors: 箕浦　潔; 坂井　彰; 登喜生田口
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2012-03-01
Also published as: EP2610668A4; JP5091368B2; US20130148053A1; TW201219913A; TWI506343B; JPWO2012026341A1; CN103069330A; EP2610668A1; CN103069330B

Abstract

　本発明の液晶表示パネル（１００）は、ノーマリブラックモードで表示が可能であり、液晶層と一対の基板を有する液晶セル（１２）と、液晶セル（１２）の背面側に配置された第１偏光板（１４）と、液晶セルの観察者側に配置された第２偏光板（１６）と、第２偏光板の観察者側に配置されたモスアイ構造を有する反射防止層（１８）とを備え、第１偏光板（１４）の透過軸は表示面内の垂直方向に平行に配置され、第２偏光板（１６）の透過軸は表示面内の水平方向に平行に配置されている。本発明によると、斜め視角における黒浮きが抑制される。

Description

液晶表示パネル

　本発明は、液晶表示パネルに関し、特に、ノーマリブラック（ＮＢ）モードで表示を行う液晶表示パネルに好適に用いられる。

　現在、液晶テレビなどの大型の表示パネルとして、ＮＢモードで表示を行う垂直配向（Vertical Alignment：ＶＡ）モードの液晶表示パネルが広く用いられている。特に、視野角特性を改善するために、１つの画素内に液晶分子の配向方位が異なる複数のドメインを含む、マルチドメインＶＡ（Multidomain ＶＡ：ＭＶＡ）モードの液晶表示パネルが広く用いられている。１つの画素内に形成される複数のドメインは、典型的には、各ドメイン内の液晶分子の配向方位が４５°、１３５°、２２５°および３１５°となる４種類のドメインを含む。ここで、方位角の０°を時計の文字盤の３時方向とし、反時計回りを正とする。液晶層を間に介してクロスニコルに配置される２つの偏光板の透過軸（＝偏光軸）の一方は、表示面内の水平方向（３時－９時に平行）に、他方は垂直方向（６時－１２時に平行）に配置される。これは光の利用効率、すなわち表示輝度を高めるためである。

　ＭＶＡモードでは、垂直配向型液晶層を挟んで対向する一対の基板の液晶層側に、配向規制構造（ドメイン規制構造とも言われる）を設けることによって、複数のドメインを形成している。配向規制構造としては、電極に設けたスリット（開口部）あるいはリブ（突起構造）が用いられ、液晶層の両側から配向規制力を発揮する（例えば、特許文献１、２）。

　しかしながら、スリットやリブを用いると、従来のＴＮモードで用いられていた配向膜によってプレチルト方向を規定した場合と異なり、スリットやリブが線状であることから、液晶分子に対する配向規制力が画素内で不均一となるため、例えば、応答速度に分布が生じるという問題がある。また、スリットやリブを設けた領域の光の透過率が低下するので、表示輝度が低下するという問題もあった。

　これらの問題を回避するために、ＶＡモード液晶表示装置についても、配向膜によってプレチルト方向を規定することによって配向分割構造を形成することが好ましい。この様なＶＡモードの液晶表示装置の１つとして、互いの基板でプレチルト方向が直交する垂直配向膜を用いることにより、液晶分子がツイスト構造となるＶＡモード（ＲＴＮ（Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードまたはＶＡＴＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードともいう）が知られている（例えば、特許文献３～６参照。）。ＲＴＮモードでは、各垂直配向膜によって規定される液晶分子のプレチルト方向は、液晶層を介してクロスニコル配置される一対の偏光板の吸収軸と平行または直交する。ＲＴＮモードでは、液晶層に十分な電圧（少なくとも最高階調の表示のための信号電圧）が印加されたとき液晶層の層面内および厚さ方向における中央付近の液晶分子のチルト方向は、一対の配向膜によって規定される２つのプレチルト方向を略２等分する方向になる。この液晶層の中央付近の液晶分子のチルト方向が各ドメイン内の液晶分子の配向方位に対応する。プレチルト方向を規定する方法としては光配向法が好ましく、本出願人は世界で初めて実用化した（「ＵＶ²Ａ技術」と呼んでいる。）。

　出願人が、世界に先駆けＭＶＡモードの液晶表示パネルを用いた液晶テレビを量産し市場に供給した際、クロスニコルに配置される２つの偏光板の内の、観察者側の偏光板の透過軸を表示面内の垂直方向（時計の文字盤に例えると６時－１２時に平行な方向）に配置することにした。この偏光板の透過軸の配置は、現在、ＶＡモード（ＭＶＡモードおよびＲＴＮモードを含む）の液晶表示パネル（特にＴＶ用などの大型液晶表示パネル）において業界標準になっている。

　上記の偏光板の透過軸の配置は、偏光サングラスをかけた観察者にも映像がみえるようにするために選ばれた。なお、偏光サングラスは、特に屋外でのぎらつきの原因となる水平な表面からの反射光に多く含まれるＳ偏光（偏光軸は水平方向）を除去するために、その偏光軸は垂直方向（鉛直方向）になるように配置されている。

　また、ＮＢモードとして、ＩＰＳ（Ｉｎ　Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードもテレビ用の液晶表示パネルに用いられており、最近は、ブルー相を用いた液晶表示パネルも開発されつつある。ＩＰＳモードの液晶表示パネルについては、偏光板の透過軸を４５°方位に配置したものが知られているが、上記の理由から、観察者側の偏光板の透過軸を表示面内の水平方向に配置することは避けられていた。

　一方、出願人は、モスアイ構造を有する反射防止膜（「モスアイ型反射防止膜」ということがある。）の開発を行っている。モスアイ構造は、微細な凸部（円錐状あるいは釣鐘状）を有し、実効屈折率が連続的に変化するので、反射率を１％未満、さらには０．２％以下まで低下させることができる。また、モスアイ型反射防止膜は、誘電体多層膜を利用した反射防止膜に比べ、反射を防止できる光の波長範囲が広く、且つ、入射角度範囲が広いという特徴を有している（特許文献７から１０）。また、モスアイ構造の製造方法としては、アルミニウムを陽極酸化することによって得られる陽極酸化ポーラスアルミナ層を用いる方法が量産性に優れている（特許文献８から１０）。

　特許文献１から１０の開示内容の全てを参考のために本明細書に援用する。

特開平１１－２４２２２５号公報（米国特許第６７２４４５２号明細書）特開２０００－１５５３１７号公報（米国特許第６８７９３６４号明細書）特開平１１－３５２４８６号公報特開２００２－２７７８７７号公報特開平１１－１３３４２９号公報特開平１０－１２３５７６号公報特表２００１－５１７３１９号公報特表２００３－５３１９６２号公報特開２００５－１５６６９５号公報国際公開第２００６／０５９６８６号

　本発明者が、ＶＡモードの液晶表示パネルにモスアイ構造を有する反射防止膜を配置したところ、斜め視角における黒浮きが顕著になるという、予想だにしない問題が発生した。この問題は、ＶＡモードの液晶表示パネルに限らず、ＮＢモードの他の液晶表示装置についても起こる。

　本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、モスアイ構造を有する反射防止膜を備えたノーマリブラックモードの液晶表示パネルにおける、斜め視角での黒浮きを抑制することにある。

　本発明の液晶表示パネルは、ノーマリブラックモードで表示が可能な液晶表示パネルであって、液晶層と一対の基板を有する液晶セルと、前記液晶セルの背面側に配置された第１偏光板と、前記液晶セルの観察者側に配置された第２偏光板と、前記第２偏光板の観察者側に配置されたモスアイ構造を有する反射防止層とを備え、前記第１偏光板の透過軸は表示面内の垂直方向に平行に配置され、前記第２偏光板の透過軸は表示面内の水平方向に平行に配置されている。

　ある実施形態の液晶表示パネルは、垂直配向モード、ＩＰＳモード、または、ブルー相モードである。

　ある実施形態において、前記液晶セルの表示面内の水平方向の長さは、垂直方向の長さよりも大きい。

　ある実施形態の液晶表示パネルは、前記第２偏光板の観察者側に配置された防眩層をさらに有し、前記防眩層のヘイズ率は１０％未満である。

　ある実施形態において、前記防眩層は前記反射防止層と一体に形成されている。

　本発明の液晶表示装置は、上記のいずれかの液晶表示パネルと、前記第１偏光板のさらに背面側に設けられたバックライト装置とを備える。

　本発明によると、ＶＡモードの液晶表示パネルにモスアイ構造を有する反射防止膜を配置しても、斜め視角における黒浮きが顕著になるという問題の発生を防止できる。

（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示パネル１００を模式的に示す分解斜視図であり、（ｂ）は液晶表示パネル１００を上から見た図であり、バックライトから出射された光が反射される様子を併せて示している。（ａ）は、比較例の液晶表示パネル５００を模式的に示す分解斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は、液晶表示パネル５００’および液晶表示パネル５００を上から見た図であり、バックライトから出射された光が反射される様子を併せて示している。（ａ）～（ｃ）はモスアイ型反射防止層の反射率の計算に用いたモデルを説明するための図である。（ａ）～（ｆ）は種々のモスアイ型反射防止層のＳ波およびＰ波の反射率の計算結果を示すグラフであり、横軸は入射角（極角）であり、縦軸は反射率である。（ａ）はモスアイ型反射防止層のＳ波およびＰ波の反射率の実測値を示すグラフであり、（ｂ）はモスアイ型反射防止層のＳＥＭ像を示す図である。偏光板の透過軸の配置と、黒表示状態における透過率（黒輝度）との関係を説明するためのグラフであり、（ａ）はモスアイ型反射防止膜を備えない場合の実測値を示し、（ｂ）はモスアイ型反射防止膜を備える場合の実測値を示す。観察者側の表面の処理（ＡＧ処理および反射防止処理）状態が異なる液晶表示パネルの白表示状態の透過率（白輝度）の極角依存性を示すグラフであり、（ａ）～（ｃ）は相対輝度を示し、（ｄ）～（ｆ）は未処理の液晶表示パネルの白輝度を基準に規格化した結果（輝度増大率）を示す。観察者側の表面の処理（ＡＧ処理および反射防止処理）状態が異なる液晶表示パネルの黒表示状態の透過率（黒輝度）の極角依存性を示すグラフであり、（ａ）～（ｃ）は相対輝度を示し、（ｄ）～（ｆ）は未処理の液晶表示パネルの黒輝度を基準に規格化した結果（輝度増大率）を示す。図７に対応し、円偏光を利用する液晶表示パネルについて観察者側の表面の処理状態の違いを検討した結果を示す図である。図８に対応し、円偏光を利用する液晶表示パネルについて観察者側の表面の処理状態の違いを検討した結果を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明による実施形態の液晶表示パネルを説明するが、本発明は例示する実施形態に限定されない。

　まず、図２を参照して、本発明者が見出した、モスアイ型反射防止層を備えた液晶表示パネルにおける問題を説明し、その後で、図１を参照して、本発明による実施形態の液晶表示パネルの構成および作用・効果を説明する。一般に、テレビ用の表示パネルなど、液晶セルの表示面内の水平方向の長さは、垂直方向の長さよりも大きく、水平方向における視角特性が重要である。そこで、以下では、水平方向（３時－９時方向、すなわち方位角０°－１８０°方向）における視角特性に注目する。

　図２（ａ）は、比較例の液晶表示パネル５００を模式的に示す分解斜視図であり、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、液晶表示パネル５００’および液晶表示パネル５００を上から見た図であり、バックライトから出射された光が反射される様子を併せて示している。図２（ｂ）に示す液晶表示パネル５００’は、例えば現在市販されているＶＡモードの液晶表示パネルであり、図２（ｃ）に示す比較例の液晶表示パネル５００は、液晶表示パネル５００’の観察者側の表面に、モスアイ型反射防止層５８を設けたものである。

　図２（ｂ）の液晶表示パネル５００’は、液晶セル５２と、液晶セル５２の背面側（バックライト側）に配置された第１偏光板５４と、液晶セル５２の観察者側に配置された第２偏光板５６とを有している。上述したように、現在市販されているＶＡモードの液晶表示パネルの偏光板の透過軸は、第１偏光板５４の透過軸（＝偏光軸）が水平方向（３時－９時方向）に平行で、観察者側の第２偏光板５６の透過軸が垂直方向（１２時－６時方向）に平行に配置されている。偏光板５４、５６に示した矢印が透過軸を示している。図２（ｃ）の液晶表示パネル５００は、液晶表示パネル５００’の観察者側の表面に、モスアイ型反射防止層５８をさらに有する。

　次に、黒表示状態において液晶表示パネルの観察者側の出射される光の強度（黒輝度）を評価する。以下では、液晶表示パネルと空気との界面の反射だけを考慮し、他の界面における反射は無視する。以下の説明において、下記の表記を用いる。
　　Ｉ₀：バックライトから出射され第１偏光板に入射する光の強度
　　ｒ_s1：第１偏光板のＳ偏光反射率
　　ｒ_p1：第１偏光板のＰ偏光反射率
　　ｒ_s2：第２偏光板のＳ偏光反射率
　　ｒ_p2：第２偏光板のＰ偏光反射率
　　ｒ_s2’：反射防止膜のＳ偏光反射率
　　ｒ_p2’：反射防止膜のＰ偏光反射率
　　Ａs：偏光板のＳ偏光吸収率
　　Ａp：偏光板のＰ偏光吸収率
　　Ｄ_PS：偏光解消率Ｐ偏光→Ｓ偏光
　　Ｄ_SP：偏光解消率Ｓ偏光→Ｐ偏光
　　Ｉ_t：観察者側に出射される光の強度（液晶パネルを透過した光の強度）

　液晶表示パネル５００’は、従来のＶＡモードの液晶表示パネルであり、図２（ｂ）に示すように、第１偏光板５４の透過軸（＝偏光軸）は表示面内の水平方向に平行に配置され、第２偏光板５６の透過軸は表示面内の垂直方向に平行に配置されている。

　バックライトから出射され第１偏光板５４に入射した光の一部は反射されるので、第１偏光板５４内へ入る光の強度は、
　　　（Ｉ₀/２）（１－ｒ_s1）＋（Ｉ₀/２）（１－ｒ_p1）
となる。なお、バックライトから出射される光は非偏光であるので、Ｓ偏光とＰ偏光とを５０％（＝Ｉ₀/２）ずつ含む。なお、Ｓ偏光は入射面（方位角０°－１８０°方向）に垂直（図２（ｂ）、（ｃ）では紙面に垂直）に振動する偏光であり、Ｐ偏光は入射面内（図２（ｂ）、（ｃ）では紙面に平行）で振動する偏光である。

　第１偏光板５４内で、Ｓ偏光は吸収率Ａｓで吸収されるので、第１偏光板５４を透過し液晶セル５２に入射する光の強度は、
　　　（Ｉ₀/２）（１－ｒ_s1）（１－Ａｓ）＋（Ｉ₀/２）（１－ｒ_p1）
となる。第１項は殆どゼロであり、第２項だけを考えればよい。すなわち、液晶セル５２内にはＰ偏光だけが入射すると考えることができる。

　液晶セル５２に入射したＰ偏光の内、液晶セル５２内等でＳ偏光に変換（偏光解消）された光の強度は、（Ｉ₀/２）（１－ｒ_p1）Ｄ_PSであらわされ、その内で第２偏光板５６と空気界面で反射されなかった成分が観察者側に出射される。従って、液晶表示パネル５００’において観察者側の出射される光の強度Ｉ_tは、次式（１）で表される。
　　Ｉ_t＝（Ｉ₀/２）（１－ｒ_p1）Ｄ_PS（１－ｒ_s2）　　　　　（１）

　なお、偏光解消は、液晶セル内の回路要素（例えばＴＦＴや配線）による散乱や反射に起因すると考えられる。また、黒表示状態では、理想的には液晶層はＰ偏光に対して位相差を与えないが、液晶層内の不均一さや位相差板（ここでは省略）による複屈折による偏光解消も考えられる。ここでは、Ｐ偏光からＳ偏光への偏光解消と、Ｓ偏光からＰ偏光への偏光解消とは同じ比率で起こると仮定する。この仮定の妥当性は実験的に裏付けられている。

　次に、図２（ｃ）に示す液晶表示パネル５００において観察者側の出射される光の強度Ｉ_t’を評価する。液晶表示パネル５００は、従来のＶＡモードの液晶表示パネル５００’の観察者側にモスアイ型反射防止層５８を設けたものである。従って、液晶表示パネル５００において観察者側の出射される光の強度Ｉ_t’は、上記式（１）の反射率ｒ_s2をｒ_s2’に代えることによって得られる次式（２）で表される。
　　Ｉ_t’＝（Ｉ₀/２）（１－ｒ_p1）Ｄ_PS（１－ｒ_s2’）　　　　（２）

　ここで、ｒ_s2’＜＜ｒ_s2の関係があるので、Ｉ_t’＞＞Ｉ_tとなる。すなわち、従来のＶＡモードの液晶表示パネル５００’の観察者側の表面にモスアイ型反射防止層５８を設けると、黒表示状態における透過率が上昇し、表示品位が低下することになる。

　次に、図１に示す本発明による実施形態の液晶表示パネル５００において観察者側の出射される光の強度Ｉ_t’’を評価する。

　液晶表示パネル１００では、第１偏光板１４、第２偏光板１６の透過軸の配置が液晶表示パネル５００とは逆に、偏光板１４の透過軸は表示面内の垂直方向に平行に配置され、偏光板１６の透過軸は表示面内の水平方向に平行に配置されている。

　上記と同様に、バックライトから出射され第１偏光板１４に入射する光の一部は反射されるので、第１偏光板１４内へ入る光の強度は、
　　（Ｉ₀/２）（１－ｒ_s1）＋（Ｉ₀/２）（１－ｒ_p1）
である。

　液晶表示パネル１００では、第１偏光板１４内で、Ｐ偏光は吸収率Ａｐで吸収されるので、第１偏光板１４を透過し、液晶セル１２に入射する光の強度は、
　　（Ｉ₀/２）（１－ｒ_s1）＋（Ｉ₀/２）（１－ｒ_p1）（１－Ａｐ）
となり、第２項は殆どゼロであり、第１項だけを考えればよい。すなわち、液晶セル１２内にはＳ偏光だけが入射すると考えることができる。

　液晶セル１２に入射したＳ偏光の内、液晶セル１２内等でＰ偏光に変換（偏光解消）された光の強度は、（Ｉ₀/２）（１－ｒ_s1）Ｄ_SPであらわされ、その内で第２偏光板１６と空気界面で反射されなかった成分が観察者側に出射される。従って、液晶表示パネル１００において観察者側の出射される光の強度Ｉ_t’’は、次式（３）で表される。
　　Ｉ_t’’＝（Ｉ₀/２）（１－ｒ_s1）Ｄ_SP（１－ｒ_p2’）　　　　　（３）

　ここで、後述する計算の結果から分かるように、
　　ｒ_s1（＝ｒ_s2）＞ｒ_s2’＞ｒ_p2≒ｒ_p2’
の関係が概ね成立する。

　従って、Ｉ_t’’≒Ｉ_t＜Ｉ_t’となり、本発明による実施形態の液晶表示パネル１００の構成を採用すると、モスアイ型反射防止膜１８を設けることによる黒輝度の上昇による表示品位の低下を防止することができる。

　以下に、計算結果および実験結果の一部を示して本発明による実施形態の液晶表示パネルをより詳細に説明する。

　まず、図３を参照して、モスアイ型反射防止層の構造および計算に用いたモデルを説明する。

　図３（ａ）は、モスアイ型反射防止層の模式的な断面図である。モスアイ構造は、緻密に配列された微細な凸部を有する。可視光（波長３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）に対して反射防止機能を有するモスアイ構造の微細な凸部は、円錐状または釣鐘状であることが好ましく、高さｈは１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下程度が好ましく、隣接凸部間距離Ｄｉｎｔも概ね１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。ここでは、図３（ａ）に示すように、頂点を含む断面がほぼ二等辺三角形で表される微細な凸部を有するモスアイ構造を考える。以下で例示する計算では、モスアイ構造の屈折率（実効屈折率）が凸部の高さに対して線形に変化するとした。

　このようなモスアイ構造の屈折率（実効屈折率）は、図３（ｂ）に示す、空気側から基材側へ向かって屈折率が増大する複数の層を有する積層体の屈折率と等価であると考えることができる。すなわち、モスアイ構造の屈折率は、図３（ｃ）に示すように、空気（屈折率ｎ＝１．００）側から基材（ｎ＝１．５０）側へと段階的に増大する。例示する計算では、層数を３０とし、各層の厚さは等しいとした。また、凸部の高さｈは、１８０ｎｍ、２１０ｎｍ、３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍおよび１２００ｎｍの６種類について、Ｓ偏光およびＰ偏光の反射率を求めた。反射率の計算は、実効屈折率媒体理論（例えば、鶴田匡夫著、応用光学（培風館）第４章）によった。比較のために、基材（ｎ＝１．５０）の平坦な表面におけるＳ偏光およびＰ偏光の反射率を求めた。計算結果を図４（ａ）～（ｆ）に示す。

　図４（ａ）～（ｆ）は、順に、凸部の高さｈが１８０ｎｍ、２１０ｎｍ、３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍおよび１２００ｎｍのモスアイ型反射防止層のＳ波およびＰ波の反射率の計算結果を示すグラフであり、横軸は入射角（極角）である。

　まず、図４（ａ）を参照する。平坦な表面での反射率を見ると、Ｐ偏光の反射率（Ｐ偏光ｒｅｆ）が、約５６°（ブリュースター角）で０になるのに対し、Ｓ偏光の反射率（Ｓ偏光ｒｅｆ）は入射角が増大するにつれて増大する。また、Ｓ偏光の反射率（Ｓ偏光ｒｅｆ）とＰ偏光の反射率（Ｐ偏光ｒｅｆ）との差は、入射角が５０°を超える付近から急激に増大する。すなわち、斜め入射（極角が５０°～８０°）においては、Ｓ偏光の反射率（Ｓ偏光ｒｅｆ）はＰ偏光の反射率（Ｐ偏光ｒｅｆ）よりもかなり大きいことがわかる。

　次に、図４（ａ）中のモスアイでの反射率を見ると、Ｐ偏光の反射率（Ｐ偏光モス）は、平坦な表面でのＰ偏光の反射率（Ｐ偏光ｒｅｆ）とほとんど差がないことがわかる。一方、Ｓ偏光の反射率（Ｓ偏光モス）は、平坦な表面でのＳ偏光の反射率（Ｓ偏光ｒｅｆ）よりも低下している。すなわち、斜め入射の場合には、上述した、ｒ_s1（＝ｒ_s2）＞ｒ_s2’＞ｒ_p2≒ｒ_p2’の関係にあることが分かる。

　図４（ａ）～（ｆ）を比較すると明らかなように、凸部の高さｈが増すにしたがって、Ｓ偏光の反射率（Ｓ偏光モス）およびＰ偏光の反射率（Ｐ偏光モス）は低下するが、その程度は、Ｓ偏光の反射率（Ｓ偏光モス）の方が顕著である。例えば、図４（ｃ）におけるＰ偏光の反射率（Ｐ偏光モス）は、図４（ａ）におけるＰ偏光の反射率（Ｐ偏光モス）とほとんど差がないのに対し、図４（ｃ）におけるＳ偏光の反射率（Ｓ偏光モス）は、図４（ａ）におけるＳ偏光の反射率（Ｓ偏光モス）よりも明らかに小さい。図４（ｄ）～（ｆ）を見ると、モスアイでのＰ偏光の反射率（Ｐ偏光モス）が、平坦な表面でのＰ偏光の反射率（Ｐ偏光ｒｅｆ）よりも小さくなっているが、モスアイでのＳ偏光の反射率（Ｓ偏光モス）は、それよりも大きな比率で、平坦な表面でのＳ偏光の反射率（Ｓ偏光ｒｅｆ）よりも小さくなっている。このように、斜め入射光に対しては、モスアイ構造の凸部の高さに拘わらず、上述した、ｒ_s1（＝ｒ_s2）＞ｒ_s2’＞ｒ_p2≒ｒ_p2’の関係が概ね成立することが分かる。

　このように、モスアイ型反射防止層を設けると、入射角が５０°を超える程度の斜め入射の場合、Ｓ偏光の反射率がＰ偏光の反射率も顕著に低下するので、Ｓ偏光の透過率が顕著に増大する。その結果、図２を参照して説明したように、従来のＶＡモードの液晶表示パネル５００’にモスアイ型反射防止層を設けると、斜め視角における黒浮きが顕著になることがわかる。

　図５を参照して、実験結果の一例を説明する。図５（ａ）は、モスアイ型反射防止層のＳ波およびＰ波の反射率の実測値を示すグラフであり、図５（ｂ）はモスアイ型反射防止層のＳＥＭ像を示す図である。実験に用いた試料は、特許文献４に記載の方法に基づいて作製したポーラスアルミナ層を有する型を用いて、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム上にアクリル系紫外線硬化樹脂で反射防止層を形成したものである。また、反射率は、上記のようにモスアイ型反射防止層を設けたＴＡＣフィルムを黒色アクリル板上に貼付し、日本分光製の分光光度計Ｖ－５５０を用いて，極角５°の正反射の反射スペクトル測定を行った。

　図５（ａ）に示す反射率の入射角依存性は、図４を参照して上述した結果と良く整合していることが分かる。定量的に比較すると、図５（ａ）のグラフは、図４（ｄ）に近い。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、ここで用いた反射防止層の凸部の高さは約２００ｎｍであり、図４（ｄ）の計算に用いた凸部の高さ６００ｎｍに比べて約３分の１でしかない。この不一致は、実際の試料の反射率の測定には、散乱光が影響しているためと考えられる。

　次に、図６を参照して、出願人が現在量産しているＭＶＡモードの液晶表示パネル（従来例Ｉ）を用いて、本発明による実施形態を説明する。

　図６は、偏光板の透過軸の配置と、黒表示状態における透過率（黒輝度）との関係を説明するためのグラフであり、図６（ａ）はモスアイ型反射防止膜を備えない場合の実測値を示し、図６（ｂ）はモスアイ型反射防止膜を備える場合の実測値を示す。従来例Ｉの液晶表示パネルは、液晶セルと２枚の偏光板との間に視角特性を改善するための位相差層が設けられている。また、バックライトとしては、冷陰極線管（ＣＣＦＬ）バックライトを用いた。

　従来例Ｉの液晶表示パネルは、背面側の偏光板の透過軸は表示面内の水平方向に平行であり、観察者側の偏光板の透過軸は表示面内の垂直方向に平行である。参考例ＩＩの液晶表示パネルは、偏光板の透過軸の配置が従来例Ｉの液晶表示パネルとは逆であり、背面側の偏光板の透過軸は表示面内の垂直方向に平行であり、観察者側の偏光板の透過軸は表示面内の水平方向に平行である。比較例ＩＩＩの液晶表示パネルは従来例Ｉの液晶表示パネルの観察者側表面に、モスアイ型反射防止層を設けたものであり、実施例ＩＶの液晶表示パネルは従来例Ｉの液晶表示パネルの観察者側表面に、モスアイ型反射防止層を設けたものである。これらの構成を下記の表１にまとめて示す。

　図６（ａ）から、従来例Ｉおよび参考例ＩＩの液晶表示パネルの黒輝度の差は小さく、偏光板の透過軸の配置による黒輝度に対する影響が小さいことが分かる。これに対し、図６（ｂ）から分かるように、実施例ＩＶの液晶表示パネルの黒輝度は、比較例ＩＩＩの液晶表示パネルの黒輝度よりも小さく、特に極角の大きい範囲でこの差が顕著である。すなわち、上述したように、ＶＡモードの液晶表示パネルにモスアイ型反射防止層を設けた場合、偏光板の透過軸の配置によって、斜め視角における黒輝度が大きく変化し、本実施形態の配置を採用することによって、斜め視角における黒浮きを抑制できることがわかる。

　次に、図７および図８を参照して、観察者側の表面処理状態が異なる液晶表示パネルについて、表示輝度に対する偏光板の透過軸の配置の影響を検討した結果を説明する。図７は、観察者側表面の処理状態が異なる液晶表示パネルの白表示状態の透過率（白輝度）の極角依存性を示すグラフであり、図７（ａ）～（ｃ）は相対輝度を示し、図７（ｄ）～（ｆ）は未処理の液晶表示パネルの白輝度を基準に規格化した結果（輝度増大率）を示す。図８は、観察者側表面の処理状態が異なる液晶表示パネルの黒表示状態の透過率（黒輝度）の極角依存性を示すグラフであり、図８（ａ）～（ｃ）は相対輝度を示し、図８（ｄ）～（ｆ）は未処理の液晶表示パネルの黒輝度を基準に規格化した結果（輝度増大率）を示す。表面処理としては、防眩処理（ＡＧ処理）および反射防止処理の複数の組み合わせを検討した。図７および図８中のＡ～Ｇは、以下の表面処理を表す。ヘイズ率は、モスアイ型反射層を設けたＴＡＣフィルムを透明なガラス板上に貼付し、日本電色工業社製のヘイズメーターＮＤＨ２０００によって測定した。
　　　Ａ：クリア（未処理：ＡＧ処理および反射防止処理のいずれもなし）
　　　Ｂ：低ヘイズ（ヘイズ率８．０％、反射防止処理はなし）
　　　Ｃ：クリア低反射（ヘイズ率０．５％、低反射コーティング：反射率約１％）
　　　Ｄ：ＡＧＬＲ（ヘイズ率１３．０％、低反射コーティング：反射率約１％）
　　　Ｅ：クリアモス（ヘイズ率０．５％、モスアイ型反射防止層：反射率０．１％以下）
　　　Ｆ：低ヘイズモス（ヘイズ率１．７％、モスアイ型反射防止層：反射率０．１％以下）
　　　Ｇ：高ヘイズモス（ヘイズ率３０．０％、モスアイ型反射防止層：反射率０．１％以下）

　ここで用いた液晶表示パネルＶはＵＶ²Ａ技術を用いて製造したＶＡモードの液晶表示パネルであり、背面側の偏光板の透過軸は表示面内の水平方向に平行に配置されており、観察者側の偏光板の透過軸は表示面内の垂直方向に平行に配置されている。バックライトとしてはＬＥＤバックライトを用いた。この液晶表示パネルＶの構成を表２に示す。

　図７（ａ）および（ｄ）ならびに、図８（ａ）および（ｄ）は、液晶表示パネルの表示面内の水平方向（方位角０°－１８０°）における輝度または輝度増大率の極角依存性を示しており、図７（ｂ）および（ｅ）ならびに、図８（ｂ）および（ｅ）は、液晶表示パネルの表示面内の対角４５°方向（方位角４５°－２２５°）における輝度または輝度増大率の極角依存性を示しており、図７（ｃ）および（ｆ）ならびに、図８（ｃ）および（ｆ）は、液晶表示パネルの表示面内の垂直方向（方位角９０°－２７０°）における輝度または輝度増大率の極角依存性を示している。すなわち、図７（ｃ）および（ｆ）ならびに、図８（ｃ）および（ｆ）は、従来の液晶表示装置の偏光板の透過軸の配置を逆にしたものの表示面内の水平方向（方位角０°－１８０°）における視角依存性を示していることになり、図７（ｃ）および（ｆ）ならびに、図８（ｃ）および（ｆ）中のＥ、ＦおよびＧは、本発明による実施形態の液晶表示パネルの表示面内の水平方向における視角依存性を示していることになる。

　図７（ａ）および（ｄ）を見るとわかるように、モスアイ型反射防止層を設けたＥ、Ｆ、Ｇの斜め視角における白輝度は、いずれもＡ～Ｄよりも大きい。また、図７（ａ）および（ｄ）と図７（ｃ）および（ｆ）とを比較するとわかるように、偏光板の透過軸の配置関係を従来の逆にすることによって、モスアイ型反射防止層を設けたＥ、Ｆ、Ｇの斜め視角における白輝度が低減される。図７（ｂ）および（ｅ）の結果は、図７（ａ）および（ｄ）の結果と図７（ｃ）および（ｆ）の結果との中間の結果となっている。

　図８（ａ）および（ｂ）を見るとわかるように、モスアイ型反射防止層を設けたＥ（クリアモス）の斜め視角における黒輝度は、Ａ～ＤおよびＦ、Ｇよりも大きい。ＥとＦ（低ヘイズモス）およびＧ（高ヘイズモス）との比較から、ＡＧ性を付与することによって、斜め視角における黒輝度を抑制することができることがわかる。但し、Ｇ（高ヘイズモス）は、正面付近の黒輝度が上昇していることから、ヘイズ率はあまり高すぎないことが好ましいことが分かる。Ｂ（低ヘイズ、ヘイズ率８．０％）の正面付近の黒輝度がＡ（クリア）を超えていないことから、ヘイズ率が１０％未満であればよいと考えられる。

　また、図８（ａ）および（ｄ）と図８（ｃ）および（ｆ）とを比較するとわかるように、偏光板の透過軸の配置関係を従来の逆にすることによって、モスアイ型反射防止層を設けたＥ（クリアモス）の斜め視角における黒輝度はＡ（クリア）の黒輝度よりも低いレベルまで低減される。また、Ｆ（低ヘイズモス）の斜め視角における黒輝度も、偏光板の透過軸の配置関係を従来の逆にすることによって低減されている。高ヘイズ値を有するＧの正面付近の黒輝度は、偏光板の透過軸の配置関係を逆にしても、Ａ（クリア）を超えており、好ましくない。すなわち、正面視の黒輝度の観点からは、ヘイズ率は１０％未満とすることが好ましい。図８（ｂ）および（ｅ）の結果は、図８（ａ）および（ｄ）の結果と図８（ｃ）および（ｆ）の結果とのほぼ中間の結果となっている。

　上記の説明では、液晶層に直線偏光を入射させる構成を有する液晶表示パネルＶを例示したが、液晶層に円偏光を入射させる構成としてもよい。円偏光を利用する液晶表示パネルＶＩの構成を表３に示す。液晶表示パネルＶにおける観察者側の偏光板と位相差層（遅相軸１３５°）とを合わせて円偏光板と呼ばれることがある。当然のことながら、本明細書において単に「偏光板」と呼ぶものは、直線偏光板である。液晶表示パネルＶＩのように、液晶セルの観察者側に設けられた円偏光板は、液晶表示パネルの内部反射を吸収するので、表示品位を向上させることができる。

　図９および図１０を参照して、円偏光を利用する液晶表示パネルについて観察者側の表面の処理状態の違いを検討した結果を説明する。図９（ａ）～（ｆ）は、図７（ａ）～（ｆ）に対応し、図１０（ａ）～（ｆ）は図８（ａ）～（ｆ）に対応する。

　図９および図１０と図７および図８との比較から、円偏光を利用する液晶表示パネルについてもほぼ同様の結果が得られることが分かる。すなわち、図９（ｃ）および（ｆ）ならびに、図１０（ｃ）および（ｆ）中のＥ、ＦおよびＧは、本発明による実施形態の液晶表示パネルの表示面内の水平方向における視角依存性を示しており、斜め視角における白輝度も黒輝度も、偏光板の透過軸の配置関係を従来の逆にすることによって低減されることが分かる。また、正面視の黒輝度の観点から、ヘイズ率は１０％未満とすることが好ましい。

　ここでは、ＶＡモードの液晶表示パネルを例示したが、本発明はこれに限られず、ＩＰＳモードやブルー相モードなどのノーマリブラックモードの液晶表示パネルに広く適用できる。なお、ＶＡモードの液晶表示パネルおよびブルー相モードの液晶表示パネルは、特に、黒表示品位が高いので、本発明の効果が顕著に得られる。ＶＡモードの液晶表示パネルの液晶層は、電圧無印加時には基板法線方向（すなわち表示面法線方向）に配向しているので、表示面に垂直に入射する直線偏光に対して光学異方性を示さない。また、ブルー相の液晶層は、電圧無印加状態では、表示面に垂直に入射する直線偏光に対してだけでなく、斜めに入射する直線偏光に対しても光学的に等方性を有するので、黒表示品位が高い。

　本発明は、ＶＡモードの液晶表示パネルに広く適用される。

　１２　液晶セル
　１４　第１偏光板
　１６　第２偏光板
　１８　モスアイ型反射防止層
　１００　液晶表示パネル

Claims

　ノーマリブラックモードで表示が可能な液晶表示パネルであって、
　液晶層と一対の基板を有する液晶セルと、
　前記液晶セルの背面側に配置された第１偏光板と、
　前記液晶セルの観察者側に配置された第２偏光板と、
　前記第２偏光板の観察者側に配置されたモスアイ構造を有する反射防止層と
を備え、
　前記第１偏光板の透過軸は表示面内の垂直方向に平行に配置され、前記第２偏光板の透過軸は表示面内の水平方向に平行に配置されている、液晶表示パネル。
　前記液晶表示パネルは、垂直配向モード、ＩＰＳモード、または、ブルー相モードである、請求項１に記載の液晶表示パネル。
　前記液晶セルの表示面内の水平方向の長さは、垂直方向の長さよりも大きい、請求項１または２に記載の液晶表示パネル。
　前記第２偏光板の観察者側に配置された防眩層をさらに有し、前記防眩層のヘイズ率は１０％未満である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
　前記防眩層は前記反射防止層と一体に形成されている、請求項４に記載の液晶表示パネル。
　請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示パネルと、
　前記第１偏光板のさらに背面側に設けられたバックライト装置と
を備える液晶表示装置。