JP2008197193A

JP2008197193A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008197193A
Application number: JP2007029940A
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Inventors: Daisuke Kajita; 大介梶田; Ikuo Hiyama; 郁夫桧山; Shintaro Takeda; 新太郎武田
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Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-28
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Abstract

【課題】
３次元的光学等方液晶を表示装置に適用した際の視角依存性の問題を解決する。
【解決手段】
光入射側の第一の偏光層を有する第一の基板と、光出射側の第二の偏光層を有する第二の基板と、前記第一及び第二の基板間に配置する液晶層と、前記第一及び第二の偏光層間に配置する第一の複屈折性フィルムと、前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の偏光層間に配置する第二の複屈折性フィルムと、を有し、前記液晶層は、前記画素電極及び共通電極により印加される電界により、屈折率異方性が誘起される性質を有し、前記第一及び第二の複屈折性フィルムの面内の遅相軸は前記第一の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなし、前記第一の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも大きく、前記第二の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも小さい液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置および液晶パネルに関するもので、３次元的光学等方性を有する液晶層に電界を印加することで、光の透過・遮断を制御する液晶表示装置において、その視野角性能の大幅な改善に関するものである。

ツイステッドネマチック（ＴＮ）表示方式のコントラストと視野角特性を改善するための液晶表示素子の方式としては、たとえばインプレーンスイッチング（横電界）表示方式（以下「ＩＰＳ方式」という。）や、マルチドメインバーチカルアライメント表示方式
（以下「ＶＡ方式」という。）が知られている。これらの方式は、ＴＮ方式に比べ視野角とコントラストを大幅に改善することが可能となる。

しかしＩＰＳ，ＶＡ方式において液晶層は、光学的に一軸的な媒体であるため、そのままでは透過率に視野角の依存性が生じる。さらに、ネマチック液晶材料は分子の熱的な揺らぎに起因される光散乱を示す。ＩＰＳ，ＶＡ方式においては電圧無印加時に黒表示するため、黒表示であっても原理的にこの光散乱による光漏れによるコントラストの低下が避けられない。これらのような光学異方性や、光散乱といった課題は、ネマチック液晶材料を用いた表示デバイスに固有の問題である。

これに対し、近年光学的に３次元又は２次元で等方性を有する液晶（以下、「等方性液晶」と呼ぶ。）の材料が知られている。この等方性液晶は、液晶層に対し電圧無印加時には液晶分子の配列が光学的に３次元又は２次元に等方であり、電圧印加により電圧印加方向に複屈折性が誘起される性質を有する。近年報告されている等方性液晶の材料は、３次元で等方性を有するものとしては、スメクチックブルー相，コレステリックブルー相がある。また２次元で等方性を有するものとしては、屈曲型液晶分子、所謂ベントコア構造がある。ベントコア構造は液晶化合物を基板に対し垂直配向したものであり、電圧無印加時において、液晶層の面内において等方性を有する。その他にも、キュービック相，スメクチックＱ相，ミセル相，逆ミセル相、又はスポンジ相などが知られている。

下記非特許文献１では、従来温度範囲が極めて狭く、デバイスへの実用が困難であったブルー相の温度範囲拡大について記載されている。また下記非特許文献２では、ベントコア構造の光学的二軸性について等、等方性液晶の材料及びその性質が記載されている。

更に下記特許文献１では、等方性液晶を用いた液晶パネルの具体的な電極構造等について開示されている。

特開２００６−３８４０号公報 Harry J.Coles 、ネイチャー、４３６巻、９９７−１０００頁、２００５年 Bharat R. Acharya他、LIQUID CRYSTALS TODAY、VOL.１３，No.１，１−４、２００４年

このように、等方性液晶について従来の液晶と異なる性質が解明されてきている。しかし、上記公知文献には、３次元光学等方液晶を実際に表示装置に適用した際に考えられる、視野角特性の問題については考慮されていない。

我々の検討によると、ブルー相を表示装置に適用すると、正面から見た際のコントラスト比（以下ＣＲ比），斜めから見た際の階調特性，高階調における視角特性に関して画質上長所があるものの、黒表示時に斜めから見た際の光漏れが著しく、斜めから見た際の
ＣＲ比低下、斜めから見た際の低階調色再現性低下といった短所を有することが判明した。

解決しようとする問題点は、３次元的光学等方性を有する液晶層に電界を印加することで、光の透過・遮断を制御し、電圧無印加状態で黒表示を実現する液晶表示装置において、黒表示時、斜め方向において輝度上昇が生じる点である。

本出願に係る発明は、例えば以下の手段により達成される。

本発明の一の実施形態として、光入射側の第一の偏光層を有する第一の基板と、光出射側の第二の偏光層を有する第二の基板と、前記第一及び第二の基板間に配置する液晶層と、前記第一及び第二の偏光層間に配置する第一の複屈折性フィルムと、前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の偏光層間に配置する第二の複屈折性フィルムと、前記第一及び第二の基板の一方に配置する画素電極及び共通電極と、を有し、前記第一の偏光層の吸収軸は前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなし、前記液晶層は、前記画素電極及び共通電極により印加される電界により、屈折率異方性が誘起される性質を有し、前記第一及び第二の複屈折性フィルムの面内の遅相軸は前記第一の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなし、前記第一の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも大きく、前記第二の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも小さい液晶表示装置の構成をとる。

ここで、「複屈折性フィルム」とは、後の説明で用いられる光学位相補償フィルム又は、光学的異方性を有する支持部材（例えばＴＡＣを用いた支持部材）を示す。光源に近い側のものを第一の複屈折性フィルムとし、遠い側のものを第二の複屈折性フィルムと規定したものであり、その具体的な構成については後に詳述する。また、「８８度以上９２度以下の角度」は、両方の軸方向がほぼ垂直関係にあることを意図したものであり、本発明の効果を得られると考えられる誤差範囲として、±２度の範囲としたものである。

また、本発明の他の実施形態として、光入射側の第一の偏光層を有する第一の基板と、光出射側の第二の偏光層を有する第二の基板と、前記第一及び第二の基板間に配置する液晶層と、前記第一及び第二の偏光層間に配置する第一の複屈折性フィルムと、前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の偏光層間に配置する第二の複屈折性フィルムと、前記第一及び第二の基板の一方に配置する画素電極及び共通電極と、を有し、前記第一の偏光層の吸収軸は前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなし、前記液晶層は、前記画素電極及び共通電極により印加される電界により、屈折率異方性が誘起される性質を有し、前記第一及び第二の複屈折性フィルムの面内の遅相軸は前記第一の偏光層の吸収軸と−２度以上２度以下の角度をなし、前記第一の複屈折性フィルムはＮｚ係数が0.5よりも小さく、前記第二の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも大きい液晶表示装置の構成をとる。

ここで、「−２度以上２度以下の角度」は、両方の軸方向がほぼ平行関係にあることを意図したものであり、本発明の効果を得られると考えられる誤差範囲として、±２度の範囲としたものである。

また、上記構成において、前記第一及び第二の基板のいずれか一方に、前記第一及び第二の複屈折性フィルムを配置する液晶表示装置の構成をとる。

また、上記構成において、前記第一の基板に前記第一の複屈折性フィルムを配置し、前記第二の基板に前記第二の複屈折性フィルムを配置する液晶表示装置の構成をとる。

また、上記構成において、前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の複屈折性フィルムの少なくとも一方が、前記第一又は第二の偏光層の支持基材を構成する液晶表示装置の構成をとる。

また、上記構成において、前記液晶層は、電圧無印加の状態において、屈折率が３次元で等しい液晶表示装置の構成をとる。

また、上記構成において、前記第一の複屈折性フィルムはトリアセチルセルロースを有する液晶表示装置の構成をとる。

また、上記構成において、前記第一の複屈折性媒体と前記第二の複屈折性媒体の少なくとも一方が一軸異方性媒体である液晶表示装置の構成をとる。

また、上記構成において、前記画素電極及び共通電極は前記第一の基板に配置し、前記画素電極と前記共通電極の両方が櫛歯形状に形成される液晶表示装置の構成をとる。

また、上記構成において、前記画素電極及び共通電極は前記第一の基板に配置し、前記画素電極と前記共通電極の一方が櫛歯形状に形成され、他方が平板形状に形成される液晶表示装置の構成をとる。

本発明を用いることにより、黒表示時の斜め視野における輝度低減を実現できる。この結果、正面における高ＣＲ比、斜め視野における良好な階調性，斜め視野における高ＣＲ比を高水準で鼎立した液晶表示装置を実現可能である。

以下、本発明の内容を具体的に説明する。

液晶ＴＶが台頭するなか、自発光で無い液晶ディスプレイは、白表示時は、如何に照明装置からの光を透過し、黒表示時は如何に光を遮断するかが重要である。本発明は、３次元的光学等方性を有する液晶を適用した液晶表示装置において、特に黒表示の斜めから見た際の輝度低減に関するものである。

まず、黒表示時に斜め方向から見た場合、輝度が上昇する要因について説明する。図２を用いて座標系の定義を示す。照明装置からの光６０が入射し、液晶素子で光が変調され、表示面１０Ｄから光が出射するとき、表示面１０Ｄの表示面法線方向８０Ｎ，表示面水平方向７０Ｈ，表示面垂直方向７０Ｖとし、視認方向８０Ｖをとると、視野角８２をθ、視認方向８０Ｖの表示面１０Ｄへの視認方向の表示面への射影方向８０Ａとすると、表示面水平方向７０Ｈとの成す角を方位角８１として、Φで示す。また、特に断りがない場合、ｘｙｚ座標を同図の通り設定する。

次に、直交する一対の偏光板において、視野角θ，方位角Φを、θ≠０°Φ≠０°，
１８０°±９０°として、光漏れの理由について考える。図３左図に示すように２枚の偏光板の吸収軸１１ＣＡと１２ＣＡ（又は透過軸１１ＣＴ，１２ＣＴ）を直交させた場合、偏光板の法線方向から入射した光は、入射側の偏光板で直線偏光になり、出射側の偏光板により吸収され、黒表示をすることができる。一方、図３右図に示すように、斜め方向から見た場合（θ≠０°Φ≠０°，１８０°，±９０°）は、反対側の偏光板の透過軸と平行な成分を有し、反対側の偏光板で光が完全には遮断されずに光漏れを生じる。ブルー相は、電圧無印加状態において光学的等方性のため、液晶層の影響を考慮する必要はないが、この偏光板の視角特性を考慮しなければ、黒表示時斜め視角において光漏れが生じることとなる。

現象を理解するためには、ポアンカレ球表示を使用すると非常に分かり易い。光が複屈折性媒体へ垂直入射する単純な系において、ポアンカレ球を用いて、偏光状態変化を記述する方法については、例えば、応用物理学会光学懇話会編「結晶光学」森北出版株式会社出版１９８４年第１版第４刷発行、第５章ｐ１０２〜ｐ１６３に開示されている。ストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、光の進行方向に対し垂直な面でｘ，ｙ軸をとり、その電界振幅をそれぞれＥｘ，Ｅｙとし、ＥｘとＥｙの相対的位相差をδ（＝δｙ−δｘ）とすると、
（数１）
Ｓ０＝＜｜Ｅｘ｜²＞＋＜｜Ｅｙ｜²＞
Ｓ１＝＜｜Ｅｘ｜²＞−＜｜Ｅｙ｜²＞
Ｓ２＝＜２ＥｘＥｙcosδ＞
Ｓ３＝＜２ＥｘＥｙsinδ＞
と表され、完全偏光の場合Ｓ０²＝Ｓ１²＋Ｓ２²＋Ｓ３²となる。また、これをポアンカレ球上に表示すると、図４のようになる。つまり、空間直交座標系の各軸にＳ１,Ｓ２,Ｓ３軸を取り、偏光状態を表すＳ点は、強度Ｓ０の半径とする球面上に位置する。ある偏光状態Ｓの点をとり、緯度Ｌａ及び経度Ｌｏを用いて表示すると、完全偏光の場合、Ｓ０²＝Ｓ１²＋Ｓ２²＋Ｓ３²であるため、半径１の球を考え、
（数２）
Ｓ１＝cosＬａ cosＬｏ
Ｓ２＝cosＬａ sinＬｏ
Ｓ３＝cosＬａ
となる。ここで、ポアンカレ球上では、上半球は右回りの偏光、下半球は左回りの偏光、赤道上は直線偏光、上下両極はそれぞれ右円偏光，左円偏光が配置される。

図３の状態をポアンカレ球上で考えると図５に示すようになる。ここで、図５は、方位角Φ＝４５°，θ＝６０°で見た場合で、右図はＳ１−Ｓ２面への、左図はＳ１−Ｓ３面への射影を示す。光の入射側偏光板透過軸１２ＣＴの偏光状態は２００Ｔ、吸収軸12ＣＡに偏光成分を持つ直線偏光は２００Ａ、出射側の偏光板透過軸１１ＣＴは２０１Ｔ、吸収軸１１ＣＡに偏光成分を有する直線偏光は２０１Ａで示される。つまり、２００Ｔと201Aの距離３１１が光漏れとなる。従って、２００Ｔの偏光状態を２０１Ａの偏光状態へ、変換３００を行うことで光漏れをなくすことができる。

ポアンカレ球上における偏光状態変化は、全て赤道上のある軸を中心とした回転変換で表現されるが、我々の検討によると、ｘｙｚ方向の屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ全てが異なる一般的な二軸異方性媒体透過前後におけるポアンカレ球上の偏光状態変化は、斜め方向から見たリタデーションΔｎｄ（ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ，φ，θ）およびＮｚ係数で決定される。斜め方向から見たリタデーションΔｎｄ（ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ，φ，θ）により、回転変換の回転角度が決定され、Ｎｚ係数により回転軸が決定される。ここで、Ｎｚ係数とは、次式で表される。

（数３）
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
図１は、本発明による液晶表示装置の基本構成である。

光入射側の第一の偏光層１２Ｃを備えた第一の基板１６と、光出射側の第二の偏光層
１１Ｃを備えた第二の基板１４を有する。ここで、第一及び第二の基板のそれぞれの吸収軸が、略垂直（小さい方の成す角度が８８°〜９０°）に配置されている。

第一の偏光層１２Ｃの両側には、支持基材１２Ａ，１２Ｂが配置し、第一の偏光板１２を構成する。同様に、第二の偏光層１１Ｃの両側には、支持基材１１Ａ，１１Ｂが配置し、第二の偏光板１１を構成する。

また、第一の基板１６と第二の基板１４との間に、ブルー相の液晶層１５が配置する。第一の基板１６又は第二の基板１４の少なくともいずれか一方の基板の液晶層１５に近い側に、各画素に対向して少なくとも一対の電極を有するマトリクス駆動の電極群が設けられ液晶層１５に水平方向の電界印加が可能である。

ここで、図１左図では、第二の基板１４と、第二の偏光層１１Ｃを支持する支持基材
１１Ｂとの間に、複屈折性を有する第一の光学位相補償フィルム１３が配置される。また、第一の基板１６と第一の偏光層１２Ｃとの間に配置する支持基材１２Ｂとしては、複屈折性を有さず略光学的等方性のものを用いる。

一方、図１右図では、第一の基板１６と、第一の偏光層１２Ｃを支持する支持基材12Ｂとの間に、複屈折性を有する第一の光学位相補償フィルム１３が配置される。また、第二の基板１４と第二の偏光層１１Ｃとの間に配置する支持基材１１Ｂとしては、複屈折性を有さず略光学的等方性のものを用いる。左図，右図の何れの場合においても、本発明の効果を等しく得られる。この第一の光学位相補償フィルム１３の光学特性等詳細に関しては、後述する。

以上説明した第一の偏光板１２から第二の偏光板１１までの間を液晶表示素子１０と称する。液晶表示素子１０の背面には、照明装置５０が配置されている。この背面照明装置５０は、ランプ５１，ランプからの光を反射する反射板５２、及びランプから液晶表示素子へ照射される光を拡散する拡散板５３で構成される。

図１７及び図１８は、図１における第一の基板１６から第二の基板１４までの間の詳細構造について、一例を示したものである。

図１７では、第一の基板１６上に、櫛歯状に形成された共通電極１００が配置し、絶縁膜１０５を介して映像信号線１０４が配置する。更に、保護膜１０６を介し、櫛歯状に形成された画素電極１０１が配置する。一方第二の基板には、画素ごとにカラーフィルタ
１０３が配置し、各画素を区切るようにブラックマトリクス１０２が配置する。

ここで、共通電極１００と画素電極１０１間に生じる電位差により、液晶層１５に電界を印加して透過率を制御する。

図１８は、共通電極１００が平板状に形成されている点で図１７の構成と異なる。共通電極１００には透明電極が用いられる。この構成により、図１７に比べ開効率を向上することが可能となる。

次に、図１左図の光学的構成を図６，図８を使って説明する。図６，図８は共に図１左図における、第一の偏光層１２Ｃ〜第二の偏光層１１Ｃ間の光学的構成を表している。ここで、略光学的等方性の支持基材１２Ｂ，光学的等方媒体のブルー相で構成される液晶層１５，第一の基板１６、及び第二の基板１４は光学特性に影響を与えないため、図６，図８では省略して考えることができる。

従って、図６，図８で視角特性に影響する光学部材のみを記述すると、第一の偏光層
１２Ｃ，第一の光学位相補償フィルム１３，第二の偏光層の支持基材１１Ｂ，第二の偏光層１１Ｃとなる。

また、同図において１３−Ｓおよび１１Ｂ−Ｓはそれぞれ、第一の光学位相補償フィルム１３および第二の偏光層の支持基材１１Ｂのｘ−ｙ面内の遅相軸を表す。更に、11ＣＡ，１１ＣＴはそれぞれ、第二の偏光層１１Ｃの吸収軸，透過軸を表し、１２ＣＡ，12ＣＴはそれぞれ、第一の偏光層１２Ｃの吸収軸，透過軸を表す。

図６の構成では、第一の光学位相補償フィルム１３の遅相軸１３−Ｓ、および支持基材１１Ｂの遅相軸１１Ｂ−Ｓは、共に第一の偏光層１２Ｃの吸収軸１２ＣＡと略垂直（８８度以上９２度以下）となる。

一方、図８の構成では、第一の光学位相補償フィルム１３の遅相軸１３−Ｓ、および支持基材１１Ｂの遅相軸１１Ｂ−Ｓは、共に第一の偏光層１２Ｃの吸収軸１２ＣＡと略平行（−２度以上２度以下）となる。

図６の光学構成において、理想偏光状態変化を生じるには、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より大きく、第二の偏光層の支持基材１１ＢのＮｚ係数が０.５より小さければよい。この場合、偏光状態変化は図７に示すようになる。同図において、３０１−１は第一の光学位相補償フィルム１３による偏光状態変化、３０１−２は第二の偏光層の支持基材１１Ｂによる偏光状態変化を示している。

一方、図８の光学構成において、理想偏光状態変化を生じるには、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より小さく、第二の偏光層の支持基材１１ＢのＮｚ係数が０.５より大きければよい。この場合、偏光状態変化は図９に示すようになる。同図において、３０１−１は第一の光学位相補償フィルム１３による偏光状態変化、３０１−２は第二の偏光層の支持基材１１Ｂによる偏光状態変化を示している。

図１右図の構成においても、同様に考えることができる。図１右図では、略光学的等方性の支持基材１１Ｂ，光学的等方媒体のブルー相で構成される液晶層１５，第一の基板
１６、及び第二の基板１４は光学特性に影響を与えないため、省略して考えることができる。

この場合、図６，図８において、第一の光学位相補償フィルム１３を第一の偏光層の支持基材１２Ｂに置き換え、かつ第二の偏光層の支持基材１１Ｂを第一の光学位相補償フィルム１３と置き換えれば、軸配置を維持したまま図１右図の構成を考えることができる。

即ち、図１右図の構成において、支持基材１２Ｂと第一の光学位相補償フィルム１３との遅相軸が、第一の偏光層１２Ｃの吸収軸と略垂直の場合には、支持基材１２ＢのＮｚ係数が０.５より大きく、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より小さくなれば良い。反対に支持基材１２Ｂと第一の光学位相補償フィルム１３との遅相軸が、第一の偏光層１２Ｃの吸収軸と略平行の場合には、支持基材１２ＢのＮｚ係数が０.５より小さく、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より大きくなれば良い。

このように、液晶層１５が等方性であるため、図１左図と図１右図は光学的には等価と考えることができる。

１種の二軸異方性複屈折媒体によっても同様の効果が得られる。偏光状態変化の原理は、Jpn. J. Appl. Phys. の論文タイトル“Optimum Film Compensation of Viewing Angleof Contrast in In-Plane-Switching-Mode Liquid Crystal Display”，Y. Saitoh著、
１９９８年、Vol.３７、pp.４８２２−４８２８に詳細に示されているものと同じである。黒表示時の光学構成を図１３に示す。ここで、１８はＮｚ係数０.５、リタデーション２７０ｎｍの複屈折媒体である。この場合、斜め視角における偏光状態変化は、図５のようになり、斜め方向における黒表示時の輝度を低減可能である。図１３では、複屈折媒体１８の面内遅相軸１８−Ｓは、第一の偏光板吸収軸１２ＣＡと平行であるが、垂直であっても同様の効果が得られる。
〔実施例〕
以下に具体的な実施例を示して、本願発明の内容を更に詳細に説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本実施例においては、J. Opt. Soc. Am. の論文タイトル“Optical
in Stratified and Anisotropic Media:4×4-Matrix Formulation”、D. W. BERREMAN 著、１９７２年、volume ６２、No.４、pp.５０２−５１０、に開示されている４４マトリクス法を用いた光学シミュレーションを用いて数値計算し検討した結果も含まれる。ここで、シミュレーションにおいては、通常のバックライトに使用されている３波長冷陰極間の分光特性，Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの分光透過特性，偏光板偏光層としては、日東電工製１２２４ＤＵの分光特性を使用した。また、光学位相補償フィルムの波長分散はポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン，ノルボルネン系材料等のものを用いたが、これらに限定されるものではない。

また、実施例中で用いる垂直，９０°といった表現は、完全な垂直を意味しているわけではなく、略垂直あるいは小さい方のなす角度が８８〜９０°と読み替えても話の本質には何ら影響するものではない。平行といった表現についても同様である。

更に、実施例中では現在の一般的構成を述べるため、一枚の光学位相補償フィルムにつき一つの複屈折性機能が実現されることを前提として記述されているが、実施例中で示したそれぞれの光学位相補償フィルムの複屈折性が複数の光学位相補償フィルムの組み合わせにより実現されてもよい。また、光学位相補償フィルムおよび偏光層が、基板上に材料が塗布され、配向処理が行われることにより形成されてもよい。ただしこの場合、実施例中で示した構成は変化する場合がある。具体的には、偏光層は基板の液晶層側に配置される場合が考えられる。このとき実施例中で示した液晶層の反対側に配置される偏光板支持基材とは、偏光層が形成される基板あるいは基板と偏光層間に形成される全ての部材となり、実施例中で示した液晶層側に配置される偏光板支持基材とは、存在しないあるいは、偏光層と塗布により形成される光学位相補償フィルム間に形成される部材となる。本発明は、光学的構成に重きを置くものであり、本発明で示した光学的構成が実現されれば、物理的構成に依らず、本発明の効果は達成可能である。

本実施例の構造を図１０に、光学的構成を図１１に示す。図１１は、図６と光学的に等価である。

図１０に示す表示装置は、図１右図に示すものと比べ、第一の光学位相補償フィルム
１３と第一の基板１６との間に第二の光学位相補償フィルム１７を配置する点で積層構造が異なる。更に、本実施例の構成では、支持基材１１Ｂおよび１２Ｂが光学的等方性であり、２枚の光学位相補償フィルム（第一の光学位相補償フィルム１３及び第二の光学位相補償フィルム１７）を用いる点が特徴である。

図１０の積層構造において、光学特性に影響を与えない支持基材１２Ｂ，支持基材11Ｂ，液晶層１５，第一の基板１６，第二の基板１４を省略すると、図１１に示す構成となる。図１１では、図６の説明を同様に考えることができ、第一の光学位相補償フィルム１３及び第二の光学位相補償フィルム１７の遅相軸が、第一の偏光層１２Ｃの吸収軸１２ＣＡと垂直な場合は、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より大きく、第二の光学位相補償フィルム１７のＮｚ係数が０.５より小さくなれば良い。

本実施例では、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数は１.５、第二の光学位相補償フィルム１７のＮｚ係数は０.０であり、第一の光学位相補償フィルム１３のリタデーションは５０ｎｍ、第二の光学位相補償フィルム１７のリタデーションは１００ｎｍである。第一の光学位相補償フィルム１３は、ノルボルネン系樹脂，第二の光学位相補償フィルム１７はポリカーボネート系樹脂により形成される。

本実施例の視角特性を求めた結果を図１４に示す。

横軸は黒表示時の視角（極角）６０度からみた場合の視角（方位角）を、縦軸はリタデーションを示す。つまり、図１４では黒表示時の極角６０度における、透過率の方位角依存性を表している。

比較として、本発明を適用しない一般的液晶表示装置の光学構成とした場合の結果を図１５に示す。ここで、図１５の結果に表される一般的構成とは、図１において第一の光学位相補償フィルム１３が配置されず、かつ支持基材１１Ｂおよび１２Ｂとして一般的TAC（トリアセチルセルロース）フィルムを適用した構成である。図１４と図１５を比較すると、本発明により、黒表示時の視角特性が大幅に向上することが理解される。

尚、本実施例では、第一の光学位相補償フィルム１３及び第二の光学位相補償フィルム１７の遅相軸が、第一の偏光層１２Ｃの吸収軸１２ＣＡと垂直な場合を挙げたが、平行な場合については図８と同様に考えることができる。この場合は、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より小さく、第二の光学位相補償フィルム１７のＮｚ係数が０.５より大きくなれば良い。

本実施例の構造を図１右に、光学的構成を図８に示す。本実施例では、偏光板支持基材１１Ｂとして、一般的ＴＡＣフィルムを用い、偏光板支持基材１２Ｂは、光学的等方性である。ここで、一般的ＴＡＣフィルムは、Ｎｚ係数が非常に大きく、当然０.５より大きい。そこで、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数として、０.５より小さい０.３を選択した。ここで、このＴＡＣフィルムは面内位相差が非常に小さく、１軸異方性のネガティブｃ−plate とほぼ等価に考えることが可能である。よって、ＴＡＣフィルムの遅相軸方向に関しては、図６に１１Ｂ−Ｓで示した方向でなくとも本発明の効果を十分得ることが可能である。第一の光学位相補償フィルム１３は、主としてポリカーボネートにより形成されるものである。黒表示時の視角（極角）６０度における透過率の視角(方位角)依存性を求めた結果を図１６に示す。

本実施例の構造を図１２に、光学的構成を図８に示す。

図１２に示す表示装置は、図１右図に示すものと比べ、第一の光学位相補償フィルム
１３と第一の偏光層１２Ｃとの間の支持基材１２Ｂがないこと、第二の基板１４と第二の偏光層１１Ｃとの間に支持基材１１Ｂではなく第二の光学位相補償フィルム１７を配置すること、で積層構造が異なる。

本実施例では、第一の光学位相補償フィルム１３は、ポリカーボネートにより形成され、第一の偏光層１２Ｃの支持基材を兼ねており、Ｎｚ係数は０.３である。また、第二の光学位相補償フィルム１７として表されたものは、一般的に支持基材として用いられる
ＴＡＣフィルムである。また、第一の光学位相補償フィルム１３及び第二の光学位相補償フィルム１７の遅相軸は第一の偏光層１２Ｃの吸収軸と平行に設定されている。また、第一および第二の基板１６，１４の少なくとも一方には、液晶層１５に横電界を印加するマトリクス電極群が形成される。本実施例では、一般的ＩＰＳ方式と同様の櫛歯電極が形成されている。これにより、白表示時はＩＰＳ方式と同等の複屈折性が、液晶層１５に誘起される。

本実施例では、第一の光学位相補償フィルム１３（第一の複屈折性媒体）と第二の光学位相補償フィルム１７（第二の複屈折性媒体）が、隣接しない。しかし、黒表示時の液晶層が光学的等方であるため、液晶層１５は光学特性の検討で省略して考えることができる。この結果、図１２の光学特性は、図８の支持基材１１Ｂを第二の光学位相補償フィルム１７に置き換えたもので表される。

この場合、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より小さく、第二の光学位相補償フィルム１７のＮｚ係数が０.５より大きくなれば良い。

よって、光学位相補償フィルムのリタデーションを２００ｎｍとすることで、黒表示時の視角特性は実施例２に等しく、図１６のようになる。

本実施例では、白表示時の斜め視角における透過率を向上することも可能である。シミュレーションによると、第一の光学位相補償フィルム１３（第一の複屈折性媒体）と第二の光学位相補償フィルム１７（第二の複屈折性媒体）が隣接する場合と比較して、約１％白表示時の全視角最小透過率が向上する。よって、黒表示時の斜め視角における輝度低減と白表示時の斜め視角における輝度向上を両立することが可能である。

尚、本実施例では、第一の光学位相補償フィルム１３及び第二の光学位相補償フィルム１７の遅相軸が、第一の偏光層１２Ｃの吸収軸１２ＣＡと平行な場合を挙げたが、垂直な場合については図６と同様に考えることができる。この場合は、第一の光学位相補償フィルム１３のＮｚ係数が０.５より大きく、第二の光学位相補償フィルム１７のＮｚ係数が０.５より小さくなれば良い。

本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。本発明の液晶表示装置を説明するための定義図である。本発明の液晶表示装置を説明するための概念図である。本発明の液晶表示装置を説明するための一般的なポアンカレ球表示である。本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。本発明による液晶表示装置の光学構成図である。本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。本発明による液晶表示装置の光学構成図である。本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。本発明による液晶表示装置の光学構成図である。本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。本発明による液晶表示装置の光学構成図である。本発明の効果を説明するための特性図である。本発明の効果を説明するための特性図である。本発明の効果を説明するための特性図である。本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。

符号の説明

１０液晶表示素子
１０Ｄ表示面
１１第二の偏光板
１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ支持基材
１１Ｃ第二の偏光層
１１ＣＡ，１２ＣＡ吸収軸
１１ＣＴ，１２ＣＴ偏光透過軸
１２第一の偏光板
１２Ｃ第一の偏光層
１３第一の光学位相補償フィルム
１１Ｂ−Ｓ，１２Ｂ−Ｓ，１３−Ｓ，１７−Ｓ，１８−Ｓ遅相軸
１４第二の基板
１５液晶層
１６第一の基板
１７第二の光学位相補償フィルム
５０照明装置
５１ランプ
５２反射板
５３拡散板
６０入射光
７０Ｈ表示面水平方向
７０Ｖ表示面垂直方向
８０Ａ視認方向の表示面への射影方向
８０Ｎ表示面法線方向
８０Ｖ視認方向
８１方位角
８２視野角
１００共通電極
１０１画素電極
１０２ブラックマトリクス
１０３カラーフィルタ
１０４映像信号線
１０５絶縁膜
１０６保護膜

Claims

光入射側の第一の偏光層を有する第一の基板と、
光出射側の第二の偏光層を有する第二の基板と、
前記第一及び第二の基板間に配置する液晶層と、
前記第一及び第二の偏光層間に配置する第一の複屈折性フィルムと、
前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の偏光層間に配置する第二の複屈折性フィルムと、
前記第一及び第二の基板の一方に配置する画素電極及び共通電極と、
を有し、
前記第一の偏光層の吸収軸は前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなし、
前記液晶層は、前記画素電極及び共通電極により印加される電界により、屈折率異方性が誘起される性質を有し、
前記第一及び第二の複屈折性フィルムの面内の遅相軸は前記第一の偏光層の吸収軸と
８８度以上９２度以下の角度をなし、
前記第一の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも大きく、
前記第二の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも小さい
液晶表示装置。
前記第一及び第二の基板のいずれか一方に、前記第一及び第二の複屈折性フィルムを配置する
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第一の基板に前記第一の複屈折性フィルムを配置し、
前記第二の基板に前記第二の複屈折性フィルムを配置する
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の複屈折性フィルムの少なくとも一方が、前記第一又は第二の偏光層の支持基材を構成する
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶層は、電圧無印加の状態において、屈折率が３次元で等しい
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第一の複屈折性フィルムはトリアセチルセルロースを有する
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第一の複屈折性媒体と前記第二の複屈折性媒体の少なくとも一方が一軸異方性媒体である
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記画素電極及び共通電極は前記第一の基板に配置し、
前記画素電極と前記共通電極の両方が櫛歯形状に形成される
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記画素電極及び共通電極は前記第一の基板に配置し、
前記画素電極と前記共通電極の一方が櫛歯形状に形成され、他方が平板形状に形成される
請求項１に記載の液晶表示装置。
光入射側の第一の偏光層を有する第一の基板と、
光出射側の第二の偏光層を有する第二の基板と、
前記第一及び第二の基板間に配置する液晶層と、
前記第一及び第二の偏光層間に配置する第一の複屈折性フィルムと、
前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の偏光層間に配置する第二の複屈折性フィルムと、
前記第一及び第二の基板の一方に配置する画素電極及び共通電極と、
を有し、
前記第一の偏光層の吸収軸は前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなし、
前記液晶層は、前記画素電極及び共通電極により印加される電界により、屈折率異方性が誘起される性質を有し、
前記第一及び第二の複屈折性フィルムの面内の遅相軸は前記第一の偏光層の吸収軸と−２度以上２度以下の角度をなし、
前記第一の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも小さく、
前記第二の複屈折性フィルムはＮｚ係数が０.５よりも大きい
液晶表示装置。
前記第一及び第二の基板のいずれか一方に、前記第一及び第二の複屈折性フィルムを配置する
請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記第一の基板に前記第一の複屈折性フィルムを配置し、
前記第二の基板に前記第二の複屈折性フィルムを配置する
請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記第一の複屈折性フィルムと前記第二の複屈折性フィルムの少なくとも一方が、前記第一又は第二の偏光層の支持基材を構成する
請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記液晶層は、電圧無印加の状態において、屈折率が３次元で等しい
請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記第一の複屈折性フィルムはトリアセチルセルロースを有する
請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記第一の複屈折性媒体と前記第二の複屈折性媒体の少なくとも一方が一軸異方性媒体である
請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記画素電極及び共通電極は前記第一の基板に配置し、
前記画素電極と前記共通電極の両方が櫛歯形状に形成される
請求項１０に記載の液晶表示装置。
前記画素電極及び共通電極は前記第一の基板に配置し、
前記画素電極と前記共通電極の一方が櫛歯形状に形成され、他方が平板形状に形成される
請求項１０に記載の液晶表示装置。