JP2008197192A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
２次元光学等方液晶を表示装置に適用した際の視野角特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、前記第一の偏光層と前記液晶層との間に配置する第一の複屈折性媒体と、前記第二の偏光層と前記液晶層との間に配置する第二の複屈折性媒体と、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、面内の屈折率異方性が誘起される性質を有する液晶表示装置。
【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、２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、２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、２次元光学等方液晶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）、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。

解決しようとする課題は、２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。

上記課題を解決するため、以下の手段を用いる。

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、前記第一の偏光層と前記液晶層との間に配置する第一の複屈折性媒体と、前記第二の偏光層と前記液晶層との間に配置する第二の複屈折性媒体と、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、面内の屈折率異方性が誘起される性質を有する液晶表示装置の構成をとる。

ここで、「８８度以上９２度以下の角度」は、両方の軸方向がほぼ垂直の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、上記の液晶層は、主として光学的二軸性を有する液晶分子から成っている。「電界により、面内の屈折率異方性が誘起される性質を有する」とあるのは、上記第一及び第二の基板に平行な面内において、上記液晶層の屈折率が等しい状態（２次元で光学的等方な状態）から、電界により光学的異方性を発生する性質を意図している。

また、上記構成において、前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも小さく、前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす構成をとる。

また、前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも大きく、前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす構成をとる。

また、前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも小さく、前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が５以上であり、前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす構成をとる。

また、前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも小さく、前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が５以上である構成をとる。

また、前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも大きく、前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が−５以下であり、前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす構成をとる。

また、前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも大きく、前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が−５以下である構成をとる。

本発明を用いることにより、斜め視角における黒輝度の低減を実現できる。この結果、正面における高ＣＲ比，斜め視角における良好な階調性，斜め視角における高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。２次元的光学等方性を有する液晶層として、代表的な屈曲型液晶分子を用いた場合を想定するが、液晶層の複屈折性が、下記説明と合致すれば、本発明の効果を得ることが可能である。

液晶ＴＶが台頭するなか、自発光でな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するかが重要である。本発明は、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、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。更に、直交する偏光板間に複屈折性を有する液晶層が配置された場合、液晶層による偏光状態変化も無視できない。

これらの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。ポアンカレ球表示については、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したものを図４に示す。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、液晶層１５が配置する。液晶層１５は、屈曲型液晶分子が電圧無印加状態で第一の基板１６，第二の基板１４に対して垂直配向する構成をとる。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。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２８及び図２９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２８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２９は、共通電極１００が平板状に形成されている点で図２８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２８に比べ開効率を向上することが可能となる。

図１の構成において、図５に示した理想偏光状態変化を生じるには、第一の偏光層12Ｃと液晶層１５との間に配置する支持基材１２Ｂと、第二の偏光層１１Ｃと液晶層１５との間に配置する支持基材１１Ｂとが、複屈折性を有する媒体で構成される必要がある。また、偏光板の製造コストを考慮すると、１１Ｂおよび１２Ｂは同一であることが望ましい。

偏光板支持基材１１Ｂおよび１２Ｂに求められる複屈折性は、液晶層１５が黒表示時に有する複屈折性により決定される。屈曲型液晶分子が垂直配向し、電圧無印加状態かつ、水平方向の配向規制力が存在しない場合、液晶層１５はｘ−ｙ面内において複屈折性を有さず、斜め方向から見た際リタデーションを有する。つまり、ｘｙｚ方向それぞれの屈折率で表すと、黒表示時の液晶層は、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚあるいはｎｚ≧ｎｘ＝ｎｙ何れかを満たす。屈曲型液晶分子を選択することにより、何れかを選択可能である。

黒表示時の液晶層がｎｚ≧ｎｘ＝ｎｙを満たす場合、図１の構成において、理想偏光状態変化を生じるには、図６に示した光学構成が満足され、偏光板支持基材１１Ｂおよび
１２ＢのＮｚ係数が少なくとも０より大きい必要がある。図６において、１１Ｂ−Ｓおよび１２Ｂ−Ｓはそれぞれ、液晶層側の偏光板支持基材１１Ｂおよび１２Ｂの基板平行面内遅相軸である。この場合、偏光板支持基材１１Ｂによるポアンカレ球上の回転軸は、図５の２００Ｔより右側、偏光板支持基材１２Ｂによるポアンカレ球上の回転軸は、図５の
２０１Ａより左側となり、図７に示すような偏光状態変化が可能となる。同図から推測されるように、例えば偏光板支持基材１１Ｂあるいは１２ＢのＮｚ係数が例えば０.１ で、図７の偏光状態変化が実現されるのは、液晶層１５の斜め視角におけるリタデーションが小さい場合である。白表示時、正面で十分な透過率を得ること、液晶層の屈折率ｎｘ，
ｎｙ，ｎｚ間の屈折率差は通常大きくても０.１ 程度であることを考慮すると、偏光板支持基材１１Ｂおよび１２ＢのＮｚ係数は１以上となるのが一般的と考えられる。偏光板支持基材１１Ｂおよび１２ＢのＮｚ係数は、液晶層の黒表示時の屈折率、および液晶層厚により決定されるものである。図７において、３０１−１および３０１−２はそれぞれ、偏光板支持基材１１Ｂおよび１２Ｂによる偏光状態変化であり、３０１−Ｌ１は、液晶層
１５による偏光状態変化である。図７に示した偏光状態変化により、黒表示時の斜め視角における光漏れが低減されることは前述した通りである。

この場合、黒表示は、一般的ＶＡ方式と同等と考えられる。しかし、液晶層が屈曲型液晶分子により形成されているため、黒表示以外は、一般的ＶＡ方式と大きく異なる。一般的ＶＡ方式では、基板に対し垂直電界を印加することで、液晶分子の基板に対するチルト角（極角）を制御し、表示装置を正面から見た際のリタデーションを誘起する。しかし、この方法ではリタデーションの視角依存性が非常に大きくなる。また、この視角依存性が階調により大きく変化する。黒表示状態より液晶分子が方位角４５方向に一様に傾斜したと仮定した近似計算により、これを求めた結果を図１６に示す。横軸は液晶層を方位角
４５度方向から見た際の視角（極角）を、縦軸はリタデーションを示す。つまり、図１６では液晶層を方位角４５度方向から見た際に生じるリタデーションの視角（極角）依存性を表している。また、基板の法線方向に対する傾斜角度を液晶のチルト角とし、黒表示時、チルト角１０度，２０度，３０度，４０度のそれぞれで示している。この結果、所謂γ特性が視角により大きく変化してしまうことが分かる。これに対し、屈曲型液晶分子による二次元光学等方液晶層を適用した液晶表示装置の場合、例えば基板に対し横電界を印加することで、液晶分子の基板に対するツイスト角（方位角）を制御し、表示装置を正面から見た際のリタデーションを誘起させる、といったことが可能である。この場合の液晶層リタデーションの視角依存性を近似計算した結果を図１７に示す。図の表し方は図１６と同様で、観測方向（視角）は方位角４５度にとっている。図１６と比較すると、黒表示時は略同等であるが、黒表示時以外で、リタデーションの視角依存性が小さく、液晶ツイスト角による視角依存性の変化も小さいことが理解される。よって、この方法によれば、γ特性の視角依存性を抑制することが可能である。このような液晶制御法と、本発明による黒表示時の視角性能向上技術を組み合わせることにより、ＶＡ方式と同等の黒表示性能、
ＩＰＳ方式と同等の視角性能をあわせ持った液晶表示装置が実現可能である。

黒表示時の液晶層がｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚを満たす場合、図１の構成において、理想偏光状態変化を生じるには、偏光板支持基材１１Ｂおよび１２ＢのＮｚ係数が少なくとも１より小さく、図８に示した光学構成を満足すればよい。同図に示すように、偏光板支持基材
１１Ｂおよび１２Ｂの基板平行面内遅相軸１１Ｂ−Ｓ，１２Ｂ−Ｓはそれぞれ、隣接する偏光層吸収軸１１ＣＡ，１２ＣＡと平行である必要がある。但し、白表示時、正面で十分な透過率を得ること、液晶層の屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ間の屈折率差は通常大きくても
０.１ 程度であることを考慮すると、偏光板支持基材１１Ｂおよび１２ＢのＮｚ係数は０より小さくなるのが一般的と考えられる。この場合、偏光状態変化は図９に示すようになる。

図６あるいは図８において、偏光板支持基材１１Ｂと１２Ｂの何れか一方のＮｚ係数絶対値が十分大きい場合、液晶層の斜め視角におけるリタデーションを打ち消すｃ−plateの複屈折性を有しており、必ずしも基板平行面内遅相軸を定める必要はない。例えば、図６において偏光板支持基材１２Ｂが完全なｃ−plate でなくとも、Ｎｚ係数の絶対値が５以上であれば、本発明の効果を十分得られる。但し、黒表示時における正面の輝度を低減するためには、支持基材１２Ｂの面内遅相軸はｘ方向あるいはｙ方向に一致することが望ましい。支持基材１１Ｂの複屈折性および軸配置は、液晶層の複屈折性により以下の通り決定される。

黒表示時の液晶層がｎｚ≧ｎｘ＝ｎｙを満たす場合、光学構成は図１０のようになる。偏光板支持基材１２Ｂは、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚを満たすネガティブｃ−plate の複屈折性となり、偏光板支持基材１１ＢのＮｚ係数は１以上の必要がある。偏光状態変化は図１１に示すようになり、略理想偏光状態変化が可能である。この場合、偏光板支持基材１２Ｂを一般的ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム、偏光板支持基材１１Ｂをポジティブａ−plateとすると、コストを抑制することができる。

図１２のように、１１Ｂをネガティブｃ−plate 、１２ＢをＮｚ係数１以上としても等価な偏光状態変化を得ることが可能である。

黒表示時の液晶層がｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚを満たす場合、光学構成は図１３のようになる。偏光板支持基材１２Ｂは、ｎｚ≧ｎｘ＝ｎｙを満たすポジティブｃ−plate の複屈折性となり、偏光板支持基材１１ＢのＮｚ係数は０以下の必要がある。偏光状態変化は図１４に示すようになり、略理想偏光状態変化が可能である。

図１５のように、１１Ｂをポジティブｃ−plate 、１２ＢをＮｚ係数０以下としても等価な偏光状態変化を得ることが可能である。

（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。

本実施例の構成を図１、光学構成を図６に示す。屈曲型液晶分子の基板平行面内長軸がｘ方向へ一様配向した際の、主軸方向屈折率はそれぞれ、ｎｘ＝１.５８，ｎｙ＝１.５，ｎｚ＝１.６である。液晶層厚は、４.０μｍである。また、偏光板支持基材１２Ｂは、ノルボルネン系樹脂からなっており、Ｎｚ係数は３.０ 、正面方向におけるリタデーションは３０ｎｍである。偏光板支持基材１１Ｂは、ノルボルネン系樹脂からなっており、Ｎｚ係数は４.０、正面方向におけるリタデーションは４０ｎｍである。黒表示時、液晶層は基板平行面内屈折率が一様に（ｎｘ＋ｎｙ）／２＝１.５４ 、基板法線方向屈折率がｎｚ＝１.６ となる。これらの計算結果を図１８に示す。横軸は極角６０度における黒表示時の視角（方位角）を、縦軸は透過率を示す。つまり、図１８では（極角）６０度における黒表示時の透過率視角（方位角）依存性を表している。

比較として、偏光板支持基材として、一般的なＴＡＣフィルムを用いた場合を図１９、光学的等方性媒体を用いた場合を図２０に示す。表し方は図１８と同様である。偏光板支持基材１１Ｂおよび１２Ｂとして、光学的等方性媒体を用いた場合より、Ｎｚ係数が大きいＴＡＣフィルムを用いた場合の方が良好な黒表示がなされ、さらに本実施例構成の場合、黒表示時の視角性能が向上することが理解される。

本実施例の構成を図１、光学構成を図６に示す。屈曲型液晶分子の基板平行面内長軸がｘ方向へ一様配向した際の、主軸方向屈折率はそれぞれ、ｎｘ＝１.５８，ｎｙ＝１.５，ｎｚ＝１.６である。液晶層厚は、４.０μｍである。また、本実施例では、偏光板支持基材１１Ｂ，１２Ｂとしてノルボルネン系樹脂からなる共通部材を用いており、Ｎｚ係数は３.０ 、正面方向におけるリタデーションは４０ｎｍである。視角（極角）６０度における黒表示時の透過率視角依存性を求めた結果を図２１に示す。

本実施例の構成を図１、光学構成を図８に示す。屈曲型液晶分子の基板平行面内長軸がｘ方向へ一様配向した際の、主軸方向屈折率はそれぞれ、ｎｘ＝１.６，ｎｙ＝１.５２，ｎｚ＝１.５１である。液晶層厚は、４.０μｍである。また、本実施例では、偏光板支持基材１１Ｂ，１２Ｂとしてポリカーボネート系樹脂からなる共通部材を用いており、Ｎｚ係数は−１.０ 、正面方向におけるリタデーションは５０ｎｍである。視角（極角）６０度における黒表示時の透過率視角依存性を求めた結果を図２２に示す。

本実施例の構成を図１、光学構成を図１２に示す。屈曲型液晶分子の基板平行面内長軸がｘ方向へ一様配向した際の、主軸方向屈折率はそれぞれ、ｎｘ＝１.５８，ｎｙ＝１.５，ｎｚ＝１.６である。液晶層厚は、４.０μｍである。また、本実施例では、偏光板支持基材１１Ｂ,１２Ｂとしてノルボルネン系樹脂を用いており、Ｎｚ係数はそれぞれ、１.０，５.０ である。偏光板支持基材１１Ｂの基板平行面内遅相軸は、隣接する第二の偏光層１１Ｃの吸収軸１１ＣＡと平行関係にある。視角（極角）６０度における黒表示時の透過率視角依存性を求めた結果を図２３に示す。偏光板支持基材１１ＢのＮｚ係数絶対値が十分大きいため、図６と異なり、基板平行面内遅相軸が隣接する偏光層の吸収軸と平行関係であっても、黒表示時の斜め視角における輝度が低減されることが理解される。

本実施例の構成を図１、光学構成を図１３に示す。屈曲型液晶分子の基板平行面内長軸がｘ方向へ一様配向した際の、主軸方向屈折率はそれぞれ、ｎｘ＝１.６，ｎｙ＝１.５２，ｎｚ＝１.５１である。液晶層厚は、４.０μｍである。また、本実施例では、偏光板支持基材１１Ｂとしてポリカーボネート系樹脂、１２Ｂとしてノルボルネン系樹脂を用いており、Ｎｚ係数はそれぞれ、−５.０，０.０である。偏光板支持基材１２Ｂの基板平行面内遅相軸は、隣接する第一の偏光層１２Ｃの吸収軸１２ＣＡと直交関係にある。視角（極角）６０度における黒表示時の透過率視角依存性を求めた結果を図２４に示す。偏光板支持基材１２ＢのＮｚ係数絶対値が十分大きいため、図８と異なり、基板平行面内遅相軸が隣接する偏光層の吸収軸と直交関係であっても、黒表示時の斜め視角における輝度が低減されることが理解される。

本実施例の構成を図２５、光学構成を図２６に示す。

図２５では、図１の構成と比べ、液晶層１５と第二の基板１４との間に塗布法で形成された複屈折性媒体１８が配置する点が異なる。

屈曲型液晶分子の基板平行面内長軸がｘ方向へ一様配向した際の、主軸方向屈折率はそれぞれ、ｎｘ＝１.５８，ｎｙ＝１.５，ｎｚ＝１.６である。液晶層厚は、４.０μｍである。また、本実施例では、偏光板支持基材１１Ｂとして、一般的なＴＡＣフィルムを用いており、１２Ｂとして光学的等方性フィルムを用いている。複屈折性媒体１８は第二の基板１４の液晶層１５側に配置され、塗布により形成されている。この薄膜のＮｚ係数は
１.０ 、正面方向におけるリタデーションは１３０ｎｍである。視角（極角）６０度における黒表示時の透過率視角依存性を求めた結果を図２６に示す。

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。 本発明による液晶表示装置の特徴を説明するための特性図である。 本発明による液晶表示装置の特徴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
１１Ｂ−Ｓ，１２Ｂ−Ｓ，１８−Ｓ 基板平行面内遅相軸
１４ 第二の基板
１５ 液晶層
１６ 第一の基板
１８ 複屈折性媒体
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 (19)

1. 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、
   前記第一の偏光層と前記液晶層との間に配置する第一の複屈折性媒体と、
   前記第二の偏光層と前記液晶層との間に配置する第二の複屈折性媒体と、
   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、面内の屈折率異方性が誘起される性質を有する
   液晶表示装置。
2. 前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも小さく、
   前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、
   前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも大きく、
   前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、
   前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす
   請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも小さく、
   前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が５以上であり、
   前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす
   請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも小さく、
   前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が１以上であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、
   前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が５以上である
   請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも大きく、
   前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が−５以下であり、
   前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が前記第二の偏光層の吸収軸と８８度以上９２度以下の角度をなす
   請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶層は、電界無印加の状態において、前記第一及び第二の基板に平行な方向の屈折率が垂直な方向の屈折率よりも大きく、
   前記第一の複屈折性媒体はＮｚ係数が０以下であり、
   かつ前記第一及び第二の基板に平行な面内における遅相軸が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、
   前記第二の複屈折性媒体はＮｚ係数が−５以下である
   請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層は、電圧無印加の状態において、屈折率が２次元で等しい
   請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記第一の偏光層と前記第一の複屈折性媒体とは第一の偏光板を形成し、
   前記第二の偏光層と前記第二の複屈折性媒体とは第二の偏光板を形成する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記第一の複屈折性媒体は、前記第二の複屈折性媒体と複屈折性及び材料が共通する
    請求項２に記載の液晶表示装置。
11. 前記第一の複屈折性媒体は、前記第二の複屈折性媒体と複屈折性及び材料が共通する
    請求項３に記載の液晶表示装置。
12. 前記第一の複屈折性媒体はネガティブｃ−plateである
    請求項４に記載の液晶表示装置。
13. 前記第一の複屈折性媒体はトリアセチルセルロースを主成分とするフィルムである
    請求項４に記載の液晶表示装置。
14. 前記第一の複屈折性媒体はネガティブｃ−plateである
    請求項５に記載の液晶表示装置。
15. 前記第一の複屈折性媒体はトリアセチルセルロースを主成分とするフィルムである
    請求項５に記載の液晶表示装置。
16. 前記第一の複屈折性媒体はポジティブｃ−plateである
    請求項６に記載の液晶表示装置。
17. 前記第一の複屈折性媒体はポジティブｃ−plateである
    請求項７に記載の液晶表示装置。
18. 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。
19. 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、他方が平板状に形成される
    請求項１に記載の液晶表示装置。

Images