JP3807584B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ用モニターディスプレイ及び、ビデオ映像等を表示する液晶表示装置に関し、特に視角特性に優れた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の視角を拡大するために、様々な表示モードが提案されている。代表的な例として、▲１▼横電界を用いることで液晶分子を基板表面に平行に運動させるＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐ１ａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、▲２▼電圧無印加時に液晶分子を基板表面に対して概ね垂直配向させておき、電圧印加時の液晶の傾斜方向を分割する液晶表示装置（特開平７−２８０６８号公報）、▲３▼電圧無印加時に液晶分子を基板表面に概水平に配向させておき、電圧印加時に液晶分子の立ち上がり方向の異なる領域を形成することにより視角を拡大する液晶表示装置（特開平１０−３０８１号公報）や▲４▼電圧無印加時に黒表示をするノーマリブラックモードにおいて、光学補償素子を用いて視角を拡大する液晶表示装置（特開平５−２８９０９７号公報）を挙げることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼ＩＰＳモードでは、表示絵素内に非透明の電極を複数設ける必要があるため、開口部分が減少し、表示装置の透過率（表示輝度）が低くなるという問題があった。▲２▼特開平７−２８０６８号公報に開示の液晶表示装置は、誘電率異方性が負の液晶材料（ｎ型液晶）と垂直配向処理した基板を用いているので、通常の誘電率異方性が正の液晶材料（ｐ型液晶）と水平配向処理した基板を用いる場合に比べて液晶材料の注入に要する時間が２倍以上長くなり、製造効率が低下するという問題があった。▲３▼特開平１０−３０８１号公報に開示の液晶表示装置では基板の上下に配置した透明電極により液晶分子を駆動するので、ＩＰＳモードで問題となった透過率の低下は生じず、また誘電率異方性が正の液晶材料と水平配向処理した基板を用いるので特開平７−２８０６８号公報で問題となった製造効率が低下する問題は生じないが、視角特性が特開平７−２８０６８号公報に開示されている液晶表示装置よりも劣るという問題があった。特開平１０−３０８１号公報に開示の液晶表示装置は、特に、表示面の上下方向での階調特性が非対称であるという問題があった。
【０００４】
また、▲４▼特開平５−２８９０９７号公報開示の液晶表示装置は、図４８に示すように、駆動用液晶パネル４と、その平面方向における複屈折異方性を光学的に補償する複屈折異方性補償パネル３とが光学的に連続的に積層されてなり、さらに、視角依存補償パネル２を重ねてなり、一対の偏光子１,５が、上記パネル２,３,４を挟持して、それらの吸収軸（１．１、５．１）が互いに直交するように配置されている。複屈折異方性補償パネル３は、その光軸（３．１又は３．２）（ラビング方向）が駆動用液晶パネル４の基板表面に平行で、かつ、駆動用液晶パネル４の光軸（４．１又は４．２）（ラビング方向）に直交するように配置されており、視角依存補償パネル２は、その光軸（２．１）（ラビング方向）が駆動用液晶パネル４の基板表面に直交するように配置されている。上記従来技術においては、視角依存補償パネル２を重ねていることにより、ある程度の視角改善の効果が得られるものの、視角を倒していったときにコントラストが低下し、十分な視角特性が得られていなかった。加えて、従来技術に開示された駆動用液晶パネルでは、電圧印加時に表示面内で均一な配向及び透過率を安定して得ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上述の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、製造効率及び透過率を犠牲にすることなく視角の特性に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、それぞれが透明な第１及び第２基板と、該第１と第２基板との間に挟持され、正の誘電異方性を有するネマティック液晶材料からなる液晶層と、該第１及び第２基板にそれぞれ設けられ、該第１及び第２基板に略垂直な電界を該液晶層に印加する第１及び第２電極と、該第１及び第２基板のそれぞれの外側に設けられ、直交ニコル状態に配置された第１及び第２偏光板と、該第１基板と該第１偏光板との間に設けられた正の屈折率異方性を有する第１位相差補償素子と、該第２基板と前記第２偏光板との間に設けられた正の屈折率異方性を有する第２位相差補償素子と、該第１位相差補償素子と該第１偏光板との間、または該第２位相差補償素子と該第２偏光板との間に設けられた、基板の法線方向に最大の屈折率を有する第３位相差補償素子とを有し、該液晶層は、表示絵素領域ごとに、電圧印加状態において液晶分子の配向が互いに異なる第１及び第２ドメインを少なくとも有し、該第１及び第２ドメインの液晶分子は、電圧無印加状態において、配向状態が略同一であって該第１及び第２基板の表面に対して略平行に配向し、前記第１及び第２位相差補償素子のリタデーションの合計が概ね液晶層のリタデーションと一致し、電圧無印加状態に正面方向からの観測において黒表示がなされるように前記第１及び第２位相差補償素子が配置され、前記第３位相差補償素子の遅相軸は前記第１及び第２基板と略直交しており、前記第１、第２および第３の位相差補償素子は、電圧無印加状態において、前記第１及び第２ドメインの該液晶分子の屈折率異方性を補償し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１０】
前記第３位相差補償素子が設けられていない該第１位相差補償素子と該第１偏光板との間、または該第２位相差補償素子と該第２偏光板との間に、第４位相差補償素子をさらに有し、該第４位相差補償素子は、基板の法線方向に最大の屈折率を有し、該第４位相差補償素子の遅相軸は前記第１及び第２基板と略直交する構成としてもよい。
【００１３】
前記第１ドメイン及び第２ドメイン内の前記液晶分子は、平行配向している、構成としてもよい。
【００１４】
前記第１ドメイン及び第２ドメイン内の前記液晶分子は、ツイスト配向している、構成としてもよい。
【００１６】
前記液晶層は、前記表示絵素領域ごとに、複数の前記第１ドメインと複数の前記第２ドメインを有し、該第１ドメインと該第２ドメインの数は同数である、構成としてもよい。前記第１及び第２ドメインの面積の総和が互いに等しいことが好ましい。
【００１７】
以下、作用について説明する。
【００１８】
本発明の液晶表示装置は、直交ニコル状態に配置された一対の偏光板の間に配置された、正の誘電異方性を有するネマティック液晶材料からなる液晶層に略垂直な電界を印加することによって、ノーマリーブラックモード（電圧無印加時に黒表示）の表示を行う。液晶層は、表示絵素領域ごとに、液晶分子の配向が互いに異なる第１及び第２ドメインを少なくとも有するので、視角方向による表示品質の変化を抑制することができる。位相差補償素子は、電圧無印加状態において、基板の表面に対して略平行に配向する液晶分子の屈折率異方性を正面を含むすべての観測方向で補償し、視角依存性の少ない黒表示を実現する。また、位相差補償素子として、正の屈折率異方性を有し、液晶層の両側に配置された一対の位相差板を用い、それらの遅相軸を基板表面に平行で且つ液晶層の遅相軸と直交するように配置すると、正面方向から観測したときの液晶分子の屈折率異方性を効果的に補償することができる。
【００１９】
さらに、正の屈折率異方性を有する位相差板を、その遅相軸が基板と略垂直となるように配置することによって、遅相軸が基板面内にある液晶層と位相差補償素子との観測方向（視角方向）を倒した時のリタデーションの変化を補償することができる。
【００２０】
さらに、正の屈折率異方性を有する位相差板を、その遅相軸が偏光板の偏光軸と直交する（液晶層の遅相軸と４５°となる）ように配置することによって、楕円偏光の回転を補償することができる。結果、正面を含むすべての観測方向で良好な黒表示が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照いながら、本発明の実施形態を説明する。先ず、図１を参照しながら、本発明の液晶表示装置の動作原理を説明する。
【００２２】
図１は、本発明による液晶表示装置１００を模式的に表した図である。図１では、透過型液晶表示装置を例示する。
【００２３】
液晶表示装置１００は、液晶層１０１と、液晶層１０１に電圧を印加する一対の電極１００ａ及び１００ｂと、液晶層１０１の両側に配置された一対の位相差板（勿論、位相差補償フィルム、液晶セル等適切な屈折率異方性を有するものであれば何を用いてもよい）１０２及び１０３と、さらに、位相差板１０２及び１０３のそれぞれの外側に設けられた位相差板１０４及び１０５と位相差板１１０及び１１１、これらの構成要素を挟持し、直交ニコル状態に配置された一対の偏光板１０８及び１０９を有している。なお、位相差板１０４及び１０５と位相差板１１０及び１１１は、省略しても良いし、１枚または任意組み合わせで複数設けても良い。図１中の楕円は液晶分子を模式的に表し、矢印は各位相差板の屈折率楕円体（全て正の一軸性の特性を有する）の最大の屈折率を有する軸（すなわち遅相軸）であり、偏光板１０８及び１０９中の矢印は偏光板の偏光軸（透過軸）である。
【００２４】
図１に示した液晶層１０１は、電圧を印加していない状態における、１表示絵素領域内の液晶分子の配向を示している。液晶材料としては、正の誘電異方性を有するネマティック液晶材料（Ｎｐ液晶材料と略す）を用いる。液晶分子は、電圧無印加状態において、一対の基板（不図示）の表面に概平行に配向している。液晶層１０１を挟持するように一対の基板の液晶層１０１側に形成された電極１００ａ及び１００ｂに電圧を印加することによって、基板の表面に略垂直な方向の電界が液晶層に印加される。
【００２５】
液晶層１０１は、図１に示したように、各表示絵素領域内で、互いに異なる配向状態を有する第１ドメイン１０１ａ及び第２ドメイン１０１ｂを有している。図１の例では、第１ドメイン１０１ａ内の液晶分子と第２ドメイン１０１ｂ内の液晶分子のダイレクターが互いに１８０°異なる方位角方向に配向している。電極１００ａと１００ｂとの間に電圧を印加すると、第１ドメイン１０１ａ内の液晶分子は時計回りに立ち上がり、第２ドメイン１０１ｂ内の液晶分子は反時計回りに立ち上がるように、すなわち互いに反対方向に立ち上がるように、液晶分子の配向が制御されている。この様な液晶分子のダイレクターの配向は、配向膜を用いた公知の配向制御技術を用いて実現できる。ダイレクターの配向方向が１８０°異なる第１ドメインと第２ドメインを１つの表示絵素領域内に複数形成すると、視角特性を更に均一にすることができる。
【００２６】
このように、配向分割された表示絵素を有する液晶表示装置１００の中間調表示画像を、表示面の法線方向から第１ドメイン１０１ａ側に視角を倒して観察した画像の輝度変化と、第２ドメイン１０１ｂ側に倒して観察した画像の輝度変化とは、対称になる。好ましくは、第１ドメイン１０１ａの面積と第２ドメイン１０１ｂの面積はほぼ同じであることが好ましい。なお、各表示絵素領域ごとに各ドメインの面積を同じにする必要は必ずしも無く、表示面全体で、第１ドメイン１０１ａの面積の和と第２ドメイン１０１ｂの面積の和とが互いに等しい構成としてもよい。配向分割の構成は上記の例に限られない。
【００２７】
図１に示したように、第１ドメイン１０１ａ内の液晶分子のダイレクターと第２ドメイン１０１ｂ内の液晶分子のダイレクターとは、方位角方向が互いに１８０°異なる方向に配向しており、この方向は、図１中の矢印６０９で表される方向と平行である。従って、表示面に垂直に入射する光に対する液晶分子の屈折率は、方向６０９に偏光方向を有する偏光に対する屈折率が最大で、方向６０９に直交する方向６０８に対する屈折率が最小となる。本願明細書においては、方向６０９を電圧無印加状態における液晶層の遅相軸方向とする。より一般的には、電圧無印加状態における液晶層の遅相軸方向は、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が電圧によって立ち上がる方向の方位角方向と定義する。この定義は、液晶分子が基板表面に対して平行配向（反平行も含む）した液晶層だけでなく、ツイスト配向した液晶層についても適用できる。
【００２８】
位相差板１０２及び１０３は、典型的にはともに正の一軸性の屈折率異方性を有し、その遅相軸（図１中の矢印方向）は、電圧無印加時の液晶層１０１の遅相軸と直交するように配置されている。従って、電圧無印加状態における液晶分子の屈折率異方性に起因する光漏れを抑制し、その結果として黒表示（ノーマリーブラック特性）が得られる。
【００２９】
位相差板１０４及び１０５は、典型的にはともに正の一軸性の屈折率異方性を有し、その遅相軸（図１中の矢印方向）は、基板表面に対して垂直（すなわち、液晶層１０１、位相差板１０２及び１０３の遅相軸と垂直）に配置されており、視角変化に伴う透過率変化を補償する。特に黒表示時における、視角変化に伴う光漏れ（黒浮き）を抑制する。したがって、位相差板１０４及び１０５を設けることにより、さらに視角特性が優れた表示を提供することができるものの、位相補償板１０４及び１０５は省略しても良いし、いずれか一方のみ用いていも良い。
【００３０】
位相差板１１０及び１１１は、典型的にはともに正の一軸性の屈折率異方性を有し、その遅相軸（図１中の矢印方向）は、偏光板の偏光軸に対して直交（すなわち、液晶層１０１、位相差板１０２及び１０３の遅相軸と４５°をなす）に配置されており、楕円偏光の偏光軸の回転を補償する。したがって、位相差板１１１０及び１１１を設けることにより、さらに視角特性が優れた表示を提供することができるものの、位相補償板１１０及び１１１は省略しても良いし、いずれか一方のみ用いていも良い。
【００３１】
上記の位相差板は、必ずしも一軸性の屈折率異方性を有する必要はなく、正の２軸性屈折率異方性を有してもよい。正の２軸性屈折率異方性を有する位相差板を用いた例については、後の実施形態において例示する。
【００３２】
以下に、本発明の構成要素について、さらに詳細に説明する。
【００３３】
（正の誘電異方性を有するネマティック液晶材料：Ｎｐ液晶材料）
本発明では、現在広く用いられているＴＮモードの液晶表示装置と同様、水平配向処理を施した基板とＮｐ液晶材料を用いる。従って、特開平７−２８０６８号公報の液晶表示装置のように垂直配向処理を施した基板とＮｎ液晶材料を用いる場合に比べて、液晶材料の注入時間を約１／２以下に短縮できる。一般に、Ｎｐ液晶材料はＮｎ液晶材料に比べて低粘度であること、及び、水平配向処理基板表面は垂直配向処理基板表面に比べて液晶材料に対して高い濡れ性を有していること等の要因が相乗的に影響し、その結果、液晶材料を高速で注入できる。液晶表示装置の製造の各工程に要する時間の中で、液晶材料の注入時間は大きな割合を占めており、その時間を大幅に短縮することは、液晶表示装置の製造効率の大幅な向上につながる。
【００３４】
（垂直電界）
本発明では、液晶層を挟持するように配設された一対の電極（少なくとも一方は必然的に透明電極である）によって、液晶層に垂直（基板に垂直）な電界を印加し、液晶分子を駆動する。すなわち、従来のＴＮモードの液晶表示装置と同様の開口率が得られるので、ＩＰＳモードのように不透明な電極を表示絵素領域内に形成する必要がないので、ＩＰＳモードの液晶表示装置よりも高い絵素開口率を有する液晶表示装置が得られる。
【００３５】
（配向分割）
現在、広く用いられているＴＮモードを含め、液晶分子を液晶層の厚さ方向に運動させることにより透過率を変化させる液晶表示装置では、表示輝度の視角依存性が大きい（視角特性が劣る）という問題がある。この問題を図２Ａ、２Ｂ、２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａ及び２Ｂは、ツイスト配向した液晶層２０３を有する液晶表示装置を模式的に示す。こられの図において、直交ニコル状態に配置された一対の偏光板２０６と２０７の間に、一対の電極２０１と２０２に液晶層２０３が挟持されている。液晶層２０３の厚さ方向の中央付近に位置する液晶分子の長軸が図面の面内に位置する（一番長く見える）ように描いてある。図２Ａは電圧無印加状態、図２Ｂは電圧印加状態を示す。
【００３６】
図２Ａに示したように、電圧無印加状態においては、厚さ方向の中央付近の液晶分子２０３ａは基板表面とほぼ平行に配向している。この状態を、視角方向２０４と２０５とから観察しても、差は認められない。一方、図２Ｂに示したように、中間調を表示する電圧を印加した状態では、視角方向によって、観察される状態は異なる。これは、液晶分子が正の一軸性の屈折率異方性（葉巻状の屈折率楕円体）を有していることに起因する。電圧を印加すると、液晶分子２０３ｂは、プレチルトで決められた方向に立ち上がる（この例では、反時計回り）。この液晶分子２０３ｂを２０４方向（液晶分子２０３ｂの長軸方向に一致）から観察すると、葉巻状の液晶分子２０３ｂの屈折率異方性は消失する（液晶分子２０３ｂは円形に見える）。一方、２０５方向から、液晶分子２０３ｂを観察すると、屈折率異方性は最大となる。
【００３７】
従って、矢印２０４の方向から液晶セル中の液晶分子２０３ｂを見ると、大多数の液晶分子は円形に見える、即ち液晶層の屈折率異方性は小さなる。故に、偏光板２０６を透過した直線偏光は液晶層２０３で何ら偏光状態を変化させること無く偏光板２０７に到達し、偏光板２０６の偏光軸に直交した偏光軸を持つ偏光板２０７によって遮断されるため透過率が低下する。一方、矢印２０５の方向から液晶セル中の液晶分子２０３ｂを見るとき大多数の液晶分子は棒状に見える。即ち、液晶層２０３の屈折率異方性は最大となる。故に、偏光板２０６を通過した偏光は液晶層２０３によってその偏光状態が変化し、偏光板２０７を透過する光の量は最大となる。
【００３８】
その結果、図２Ｃに示すように液晶分子の立ち上がり方向（図２Ｂ）の矢印２０４の方向）と、その逆方向（図２Ｂの矢印２０５の方向に視角を変化させたときの表示の輝度変化が大きく異なる。一般的には、液晶表示装置上方向（１２時方向）が２０５方向、下方向（６時方向））が２０４方向となるように設定されている。なお、図２中のそれぞれの曲線は、異なる印加電圧に対する透過率を示す。正面透過率の高い方から順に印加電圧が高くなる（ノーマリホワイト）。
【００３９】
即ち、従来のＴＮモードでは、液晶分子の配向方向に沿って視角を変化させた場合に著しく輝度変化を生じていた。前述の説明から理解されるように、このような階調特性の非対称性は、ＴＮモードに限らず、液晶分子が液晶セルのセル厚方向に運動する表示モードであって、かつ配向分割が成されていないモードに共通してみられる。
【００４０】
絵素領域毎に配向分割することによって、階調特性の視角方向に対する非対称性を改善し、上下、左右対称な階調特性（視角特性）が得られる。このことを図３Ａ〜３Ｅを参照しながら説明する。図３Ａ、３Ｂに示すように、例えば一絵素領域を電圧による液晶分子の立ち上がり方向が１８０°異なるＡ、Ｂ二つの領域（第１ドメイン及び第２ドメイン）に分割する。電圧無印加状態においては、図３Ａに示すように、いずれの領域の液晶分子も基板表面に対してほぼ平行に配向している（プレチルト角を簡単のために無視する）。中間調表示の電圧を印加すると、図３Ｂに示したように、領域Ａの液晶分子３０３ａは反時計回り、領域Ｂの液晶分子３０３ｂは時計回り方向にそれぞれ立ち上がる（この立ち上がり方向はプレチルト方向によって決められる）。領域Ａ及びＢのそれぞれの階調特性は、先に説明したように、視角方向３０４及び３０５に依存し、それぞれ、図３Ｃ及び図３Ｄのようになる。領域Ａと領域Ｂは一つの絵素領域内に存在するため、一絵素領域全体の階調特性は、図３Ｃと図３Ｄの階調特性を、それぞれの領域の面積比を考慮して平均したものとなる。従って、領域Ａの面積ＳＡと領域Ｂの面積をＳＢを１：１に設定すれば、図３Ｅに示すように矢印３０４方向と矢印３０５の両方向で対称な階調特性が得られる。
【００４１】
次に、配向分割の効果が得られる範囲を見積もる為に、ＳＡとＳＢの比率と階調特性について説明する。図３Ｅで示した階調特性のうち、正面での透過率が５０％の電圧印加状態の視角依存性を図４Ａに示す。上下の対称性の目安として、図３Ａ及び３Ｂの矢印３０４（上）及び３０５（下）の方向の視角５０°の透過率ＴＡ及びＴＢの比ＴＡ／ＴＢと、領域Ａ及び領域Ｂの面積ＳＡとＳＢとの割合ＳＡ／（ＳＡ＋ＳＢ）との関係を図４Ｂに示す。図４Ｂより、ＳＡの割合が、０．５付近で上下の階調特性がほぼ対称（ＴＡ／ＴＢ＝約１）であることがわかる。
【００４２】
なお、配向分割は、２分割に限られず、表示面全体で電圧印加時の液晶分子の起上り方向が逆の２つの領域の面積の和が実質的に同じであれば良い。表示の均一性を考慮すると、配向分割の単位は小さいほうが好ましく、一絵素領域ごとに２つ以上に配向分割することが好ましい。さらに、図４Ｃ及び図４Ｄに示したように、絵素領域毎に複数の領域Ａと複数の領域Ｂとを設け、２つの領域Ａ及びＢを交互に配置する構成としても良い。絵素領域ごとに領域Ａと領域Ｂをそれぞれ複数形成し、配向分割の単位を小さくすることによって、視角特性を更に均一にすることができる。その理由は、図４Ｅに示すように、液晶表示装置を斜め方向から観測するときにＡ，Ｂ各領域のみを透過してくる光（矢印４０２Ａ，４０２Ｂ）に対して、ＡＢ２領域をまたがって透過する光（矢印４０１）の割合が増加するからである。
【００４３】
（ノーマリーブラックモード及びコントラスト比の改善）
電圧無印加時に黒表示状態となるノーマリーブラックモードにおいて、位相差補償素子を用いることによって、視角特性を改善する。視角特性とは、液晶表示装置の表示面に垂直な方向からずれた方向（斜め方向）から観察した際に生じる表示画像の見かけ上の変化であり、視角特性（視角に依存して変化する表示特性）には、階調変化、コントラスト比の変化、色変化などがある。階調変化に関しては、上述のように、配向分割によって改善できる。以下では、ノーマリーブラックモードと位相差補償素子との組み合わせによる、コントラスト比の視角依存性の改善について説明する。
【００４４】
コントラスト比（ＣＲ）とは最大透過率（白表示時の透過率）を最低透過率（黒表示時の透過率）で除した値で定義される。通常の液晶表示装置では、斜め方向からの観測に伴なう透過率変化は、白表示状態場合に比して黒表示状態の場合の方が大きい。従って、コントラスト比の視角特性を改善する為には、黒表示時の斜め観測に伴う透過率変化（黒浮き）を改善すればよい。
【００４５】
このことを図５Ａ〜図５Ｆを参照しながら説明する。ノーマリーブラックモードを実現する為には、電圧無印加時に水平配向した液晶層の持つ屈折率異方性を補償すればよい（キャンセルすればよい）。この補償は、図１の位相差板１０２，１０３によって成される。図５Ａにおいては位相差板５０２，５０３が位相差板１０２，１０３と同一の役割を果たしている。本発明の液晶層は図５Ａに示したように電圧無印加時に概ね水平配向している。液晶層を液晶表示装置の正面方向からみたとき、図５Ｂの矢印５０８の方向（配向方向）の屈折率が最大で、それに直交する方向の屈折率は最小である。本発明では、例えば、最大の屈折率と最小の屈折率の差に液晶層の厚さを乗じた値、即ち液晶層のリタデーション値は概ね２５０ｎｍ（５０ｎｍ〜５００ｎｍ）程度に設定する。よって、仮に位相差板５０２，５０３を用いなければ偏光板５０４，５０５で挟まれた液晶層５０１は複屈折効果により光を透過することは言うまでもない。そこで、ノーマリーブラックの特性を実現する為に正の一軸性の屈折率異方性を有する位相差板５０２，５０３を用いる。具体的には、位相差板５０２及び５０３のリタデーション値は概ね液晶層のリタデーション値の１／２の値、即ち概ね１２５ｎｍとし、その遅相軸を矢印５０９、５１０（５０８に直交）に一致させる。このとき、５０２及び５０３のリタデーション値は１２５ｎｍに限定されない。
【００４６】
５０２と５０３のリタデーション値の合計が概ね液晶層のリタデーション値と一致し、結果、電圧無印加時に正面方向からの観測において黒表示がなされていればよい。
【００４７】
さらに、液晶層のリタデーション値の波長依存特性と位相差板５０２，５０３のリタデーション値の合計の波長依存特性についても適切に調整する（例えば一致させる）ことにより、結果電圧無印加時の正面からの観測において良好な黒表示が得られていることが好ましい。これにより液晶層での複屈折効果を位相差板の複屈折効果により補償できる為、ノーマリーブラック特性を得る事ができる。
【００４８】
次に、ノーマリーブラック型と、ノーマリーホワイト型での黒浮き改善の為の位相差補償方法の違いについて説明する。図５Ａに示すように電圧無印加時に黒表示となる液晶表示装置の場合、領域Ａと領域Ｂの液晶層は略同一の配向を状態にある。一方図５Ｄに示すノーマリーホワイト型、即ち電圧印加時に黒表示を行なう場合では領域Ａと領域Ｂの配向が異なっている。黒表示状態のリタデーション値の角度依存性に影響を与える。
【００４９】
図５Ａにおいて矢印５２０及び５２１の方向から観測した場合のＡ，Ｂ各領域のリタデーション値の変化を図５Ｃに、矢印５２２及び５２３の方向に変化させた場合のリタデーション値の変化を図５Ｇに示す。比較の為に図５Ｄに示したノーマリーホワイト型での矢印５２０及び５２１の方向から観測したした場合のＡ，Ｂ領域のリタデーション値の変化を図５Ｆに、矢印５２２及び５２３の方向に傾いて観測した場合のリタデーション値の変化を図５Ｈに示す。
【００５０】
図５Ｃ及び図５Ｇによれば、矢印５２０，５２１，５２２及び５２３何れの方向への角度変化に対しても領域Ａのリタデーション値の角度依存性は領域Ｂのそれに一致している。加えて、５２０、５２１、５２２及び５２３いずれの方向への角度変化に対するリタデーション値の変化も概ね同一である。特に何れの領域でも、何れの方向への角度変化でもリタデーション値の極点（図では下に凸の点）が、一致している（図では０deg）である。かつそれぞれも一致している。即ち、本発明によると、ノーマリーブラック状態において、領域Ａ、領域Ｂとも同一の位相差補償素子による位相差補償が可能となる。さらに、前記極点が０ｄｅｇであるので、位相補償素子の屈折率の主軸の２つを液晶パネル表面に平行な面内に、残る１つの主軸を液晶パネル表面の法線に平行に設定できる。そして一軸でよい。これは、領域Ａと領域Ｂの黒表示時の液晶層の配向がほぼ同様であることに起因している。更に、図５Ｃと図５Ｇとを比較すれば、矢印５２０，５２１，５２２及び５２３何れの方向への角度変化に対してもほぼ同一の変化をしている。これは、液晶層５０１の液晶分子が水平配向しているため液晶層の遅相軸と、位相差板５０２，５０３の遅相軸が同一平面内にあって、且つ直交していることに起因している。以上より、本発明では、領域Ａ、領域Ｂ同一の、且つ屈折率の主軸の一つが位相差板表面の法線に平行で、かつ残る２つの主軸が位相差板表面に平行な面内にある位相差補償素子による位相差補償による黒浮き改善が可能であることが解る。
【００５１】
一方、図５Ｆによれば矢印５２０，５２１の方向への角度変化に対するリタデーション値の変化は、領域Ａと領域Ｂで大きく異なっている。一例を示せば、領域Ａのリタデーション値は矢印５２０の方向に角度を傾けたとき最小値を取るのに対して領域Ｂのリタデーション値は矢印５２１の方向に傾けたときに最小値をとる。以上より、図５Ａの液晶表示装置で黒浮きを改善する為には、領域Ａ、領域Ｂそれぞれに対応する、異なった位相差補償素子が必要となる。領域Ａ，Ｂ一つの絵素を分割した領域であり、それぞれの面積が非常に微少である点から、実際には黒浮き改善の為の位相差補償は困難である。
【００５２】
（表示面の法線方向に遅相軸を有する位相差板）
図１の位相差板１０４，１０５によって、斜め観測に伴なう液晶層１０１、位相差板１０２、１０３のリタデーション変化を補償し、黒浮きを補償することにある。即ち、図５Ｃ及び図５Ｇのリタデーション角度依存性を補償し、リタデーション値を角度によらず一定（ほぼゼロ）にすることにある。その具体的な手法を上げれば、図１に示すように正の一軸性の屈折率屈折率異方性を有する液晶セル及び位相差板を用い、且つ黒表示時にその遅相軸が液晶セル表面に平行な面内に含まれている液晶表示装置の場合には、正の一軸性の屈折率異方性を有する位相差板を用い、その遅相軸を液晶セル表面の法線に平行に配置すれば良い。
【００５３】
この事について、液晶分子及び位相差板の屈折率異方性の角度変化に注目しつつ図６を用いて簡単に説明する。図６においては。図１の液晶層１０１の屈折率楕円体を６０１、位相差板１０２，１０３の屈折率楕円体を６０２，６０３とした。何れの屈折率楕円体も、正の一軸性を有しており、且つその光学軸は液晶セル表面に平行な面内にある。
【００５４】
これら屈折率楕円体７０６（遅相軸７０４、遅相軸に直交する円７０５）を斜め方向から見たときの屈折率変化を図７Ａ〜７Ｅを用いて説明する。先ず、液晶表示装置を正面から見る場合にを考える。液晶層あるいは位相差板の複屈折に寄与する屈折率異方性は入射直線偏光の進行方向を法線とする平面内にあって直線偏光の偏光軸７０１と４５°を成す二軸７０２と７０３に平行な方向の屈折率差である。従って、正面方向の透過率に寄与する屈折率異方性は図７Ａのｎａ１とｎｂ１の差ｎａ１−ｎｂ１である。
【００５５】
液晶分子あるいは位相差板の屈折率楕円体の長軸方向に視角を傾斜させた場合に透過率に寄与する屈折率異方性は、図７Ｂのｎａ２とｎｂ２の差ｎａ２−ｎｂ２となる。この場合図７Ｂに示すように屈折率ｎａ２は、図７Ａに示したｎａ１に比して小さくなる。一方、ｎｂ１とｎｂ２は等しい（ｎｂ１＝ｎｂ２）。即ち、屈折率楕円体の長軸に沿って視角を傾斜させる場合屈折率異方性は減少していく方向にある。
【００５６】
図７Ｃに示すように屈折率楕円体の短軸に沿って視角を変化させる場合透過率に寄与する屈折率異方性はｎａ３とｎｂ３との差ｎａ３−ｎｂ３となる。即ち、屈折率楕円体の短軸方向に沿って視角を変化させる場合には屈折率異方性は変化しない。
【００５７】
最後に、屈折率楕円体の主軸が表示装置の表示面の法線に一致している場合について考える。正面方向から見た場合に透過率に寄与する屈折率は図７Ｄに示したｎａ４とｎｂ４の差ｎａ４−ｎｂ４となる。即ち、ｎａ４＝ｎｂ４なる屈折率楕円体を有する位相差板を用いる場合には正面方向の透過率は何ら変化しないことになる。視角を斜め方向に変化させた場合、図７Ｅに示すｎａ５とｎｂ５との差ｎａ５−ｎｂ５となる。即ち、このような屈折率楕円体では視角を正面方向から傾斜させるに連れて屈折率異方性は増加する。つまり、図７Ｂの屈折率変化を補償する効果がある。
【００５８】
図７において述べた単一の屈折率楕円体の場合の議論を踏まえて、本発明の一実施形態である図６の屈折率楕円体群おける位相差補償効果をまとめる。図６に示した本発明の一実施形態における電圧無印加時の液晶層及び位相差板を表す屈折率楕円体群において、直線偏光（偏光方向６０７）が入射した場合に、２つの方位角方向６０８及び６０９で示される方位角方向に視角を変化した場合の透過率に影響する屈折率異方性の変化、増減を表１にまとめる。
【００５９】
【表１】
上表により、液晶表示装置表面の法線方向に最大の屈折率を有する屈折率楕円体を持つ位相差板によって斜め方向の視角変化を補償できることが解る。さらに、透過率に寄与する屈折率は入射直線偏光の偏光軸と４５°を成す方向の屈折率である。よって、この方向の屈折率が液晶表示装置表面の法線方向の屈折率よりも小さければ良いことは容易に理解できる。
【００６１】
（液晶層の遅相軸に対して４５°方向の遅相軸を有する位相差板）
図１に示した位相差板１１０及び１１１は、それらに入射した楕円偏光（直線偏光を含む）の主軸を回転させる。
【００６２】
コントラスト比の改善のためには黒表示状態において、斜め方向から見たときの透過率の増加（黒浮き）を抑制する必要がある。すなわち、いかなる角度からでも偏光板１０９に入射する偏光は、偏光板１０９の偏光軸（透過軸）に直交する偏光軸を有する直線偏光、すなわち楕円率がゼロで、且つ主軸が１０９の偏光軸に直交する楕円偏光とする必要がある。視角変化に伴う液晶層１０１のリターデーション変化は、上述の位相差板１０４及び１０５で補償される。このリターデーション変化の補償は、主に楕円偏光の楕円率の増加を抑制する（ゼロにする）ことに対応する。さらに、良好なコントラストを得るためには、視角変化に伴う楕円偏光の主軸の回転を補償する必要がある。位相差板１１０及び１１１は、この楕円偏光の主軸の回転を補償する。
【００６３】
図８に、液晶分子の長軸に平行な方位角方向（矢印６０９の方向）において視角を６０°に設定した場合の黒表示状態における透過率と、位相差板１１０及び１１１のリターデーション値との関係を示す。図８から明らかなように、位相差板１１０及び１１１のリタデーション値を適宜設定し、楕円偏光の主軸の回転角度を調節することによって、良好な黒表示が得られることが分かる。位相差板１１０及び１１１のいずれか一方のみを用いることもできる。
【００６４】
【実施例】
まず、以下の実施例の説明で共通して使用する、液晶層、偏光板、位相差板の構成を特徴付けるパラメータを次のように定義する。
【００６５】
各パラメータ、特に角度の値の定義は液晶パネルに上に適当に設定したＸＹＺ直交座標系を基準として行なう。図９（ａ）〜（ｃ）に示したように基準となる座標系は、ＸＹ平面が液晶パネル表面に平行であればよく、Ｘ軸及びＹ軸の向きは何ら制限されない（図９（ｂ）〜（ｃ）のいずれでもよい）。ただし、一つの液晶表示装置においては、液晶層、偏光板、位相差板何れに対しても共通の軸とする。以下の説明ではこの基準となる座標系の主軸をＸ＿ＲＥＦ，Ｙ＿ＲＥＦ，Ｚ＿ＲＥＦとする。
【００６６】
液晶層の液晶分子の配向状態を特徴付けるパラメータについて図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は液晶セルの斜視図である。以下の説明は、簡単の為に均一な配向状態にあるドメインについて説明する。絵素領域が複数のドメインに配向分割された構成において、各ドメインの液晶層を特徴付けるパラメータは、▲１▼液晶層のリタデーション値、▲２▼液晶層のツイスト角度及び▲３▼液晶分子（液晶層の厚み方向の中間に位置する液晶分子）の配向方向（液晶層の遅相軸）である。
【００６７】
図１０（ｂ）は液晶層の断面図である。液晶層のリタデーション値は、基板５１０１及び５１０２で挟持された液晶層の液晶分子５１０３の屈折率異方性△ｎと、基板５１０１（例えば、カラーフィルタを形成した基板）と基板５１０２（例えばＴＦＴアレイを形成した基板）との距離（液晶層の厚さ＝セルギャップ）ｄとの積ｄ・△ｎとする。
【００６８】
図１０（ｃ）は液晶セルを観測者側から観測したときの平面図である。直線５１０４は光源側基板５１０２に隣接した液晶分子の長軸に平行な直線であり、直線５１０５は観測者側基板５１０１に隣接した液晶分子の長軸に平行な直線である。簡単の為に液晶分子のツイスト角度が９０°以下の場合について説明する。この場合、液晶層のツイスト角は直線５１０４を直線５１０４が直線５１０５に一致するまで回転させたときの回転角度であって、反時計回りの回転を正とする。この角度を、図中にθtwistとして示した。
【００６９】
液晶層の配向方向は次のように定義する。図１０（ｃ）に示したθtwistを二等分する直線を直線５１０６とする。この直線５１０６は、液晶層の厚さ方向の中間に位置する液晶分子が電界によって立ち上がる方向と一致し、液晶層の配向方向または遅相軸と呼ぶ。液晶層に中間的な透過率を与える電圧（中間調電圧）を印加したとき、液晶層中の液晶分子の中でその長軸が直線５１０６と平行な液晶分子を考える。液晶セルの直線５１０６に平行な断面図を図１０（ｄ）に示す。液晶分子の起き上がり方向を矢先とし、かつ直線５１０６に平行な矢印を５１０７とする。液晶層の配向方向は反時計回りを正としたときの基準軸Ｘ＿ＲＥＦとの成す角度βとする。
【００７０】
偏光板のパラメータは、偏光軸（透過軸）の方向（角度）である。偏光軸の方向の規定の仕方を説明する（図示せず）。偏光軸の方向は、基準軸Ｘ＿ＲＥＦとの成す角度で規定し、反時計回りを正として表した。無論、任意の偏光軸の方向αで表される偏光板と、α＋１８０°及びα−１８０°で表される偏光板の偏光軸の方向はすべて等価である。
【００７１】
位相差板のパラメータについて定義する。位相差板のパラメータは▲１▼面内リタデーション値（表示面に平行な面内）、▲２▼厚さ方向リタデーション値（液晶表示面に垂直な方向）、▲３▼ａ軸の角度（Ｘ＿ＲＥＦとａ軸の成す角度）である。
【００７２】
位相差板の屈折率楕円体を図１１に示す。本実施例で用いる位相差板の屈折率楕円体の３つの主軸をａ，ｂ及びｃとする。主軸ａ，ｂ及びｃは直交座標系を成している。また主軸ａ，ｂは位相板表面に平行な面内、即ち表示面に平行な面内にある。この時、主軸ａ，ｂ及びｃに沿った屈折率の値をそれぞれｎａ，ｎｂ及びｎｃとする。また、位相差板の厚さをｄとする。
【００７３】
▲１▼ 位相差板の面内リタデーションは、ｄ・（ｎａ−ｎｂ）と定義する。
【００７４】
▲２▼ 厚さ方向リタデーションは、ｄ・（ｎａ−ｎｃ）と定義する。
【００７５】
▲３▼ ａ軸の角度は、基準軸Ｘ＿ＲＥＦとａ軸の成す角度γと定義する。角度の符号は反時計回りを正とする。
【００７６】
（液晶セルの作製・配向分割）
本実施例で用いる液晶セルの作製方法、とくに配向分割の方法について説明する。本発明の液晶表示装置は公知の製造方法を適宜組み合わせることによって製造することができる。
【００７７】
液晶セルは、通常のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板上に現行のＴＮ液晶セルを作製するのとほぼ同様の条件で作製する。但し、本実施例では、ラビング方向（角度）が、従来のＴＮ型液晶セルと異なる。また、二分割配向を形成する為に、配向膜に対するＵＶ光照射によってプレチルト角度を制御する。
【００７８】
図１２（ａ）は本実施例における液晶セルを観測者側基板からみた模式図である。図中の矢印１２０２はカラーフィルタ基板側のラビング方向、矢印１２０３はＴＦＴ基板側のラビング方向である。
【００７９】
前記のラビング方向でラビング処理を施した基板に液晶を注入し、再配向処理を施した後の液晶分子の配向状態について説明する。図１２（ａ）のＸ−Ｘ’断面、即ちラビング方向に平行な断面の液晶分子１２０６の配向は、模式的に図１２（ｂ）のように表されると考えられる。液晶分子１２０６と観測者側基板１２０５あるいは光源側基板１２０４との成す角度はほぼ同一であり、しかも液晶セルのほぼ中間層の液晶分子は基板表面とほぼ平行に配向している。この液晶層に電圧を印加すれば中間層の液晶分子は矢印１２０７あるいは１２０８の方向に同一の確率で回転し得る（立ち上がり得る）。
【００８０】
そこで、本発明では上下基板のいずれか一方にＵＶ光を照射してからラビングを行なった。この状態でのＸ−Ｘ’断面の液晶分子の配向を模式的に図１２（ｃ）に示す。一つの絵素を二つの領域Ａ，Ｂに分割してＵＶ照射を行なった。
【００８１】
領域Ａでは対向基板の配向膜に対してＵＶ光を照射し、領域ＢではＴＦＴ基板側の配向膜のみにＵＶ光を照射する。このような処理を施した液晶セルの光学特性を評価した結果、領域Ａの中間層の液晶分子は矢印１２０７の方向に、領域Ｂの液晶分子は矢印１２０８の方向に回転したことを確認した。即ち、液晶層の厚さ方向の中間付近に位置する液晶分子の配向（プレチルト）を制御することができた。なお、ラビング処理を行った後で、ＵＶ照射をおこなってもよい。さらに、ＵＶ照射とラビング以外の手段で分割配向を行ってもよい。
【００８２】
さらに、スペーサービーズには、遮光性のビーズを用いるのが好ましい。
【００８３】
なぜなら、本発明は液晶層のリタデーションを位相差板で補償することにより、ノーマリーブラック特性を得ているからである。すなわち、ビーズ等により液晶層のリタデーション値が変化すればその部分では黒表示が得られなくなり、結果コントラストを低下するからである。故にそのような部分は遮光する（遮光性のビーズを用いる）か、そのような部分を設けない（ビーズレスにする）等適切な対策が必要になる。
【００８４】
（実施例１）
本発明の一実施例を図１に示す。図１において１０１は液晶セルを、１０２，１０３，１０４，１０５，１１０、１１１は位相差板を、１０８，１０９は偏光板を表している。
【００８５】
液晶セル１０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【００８６】
【表２】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【００８８】
【表３】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【００９０】
【表４】
図１３に本実施例の液晶表示装置の透過率と印加電圧との関係を示す。図１３においては、印加電圧４Ｖの時の透過率を１００％とした。図１３から本実施例の液晶表示装置は、印加電圧０Ｖにおいて黒を表示し、印加電圧の上昇に伴い透過率が上昇（白表示）していることが分かる。
【００９２】
図１４Ａ〜１４Ｃに、８階調表示状態における、各階調における透過率の視角（極角：表示面法線に対する角度）依存性を示す。図１４ＡはＸ＿ＲＥＦ軸に平行な方位各方向における視角変化を、図１４ＢはＸ＿ＲＥＦ±４５°の軸に平行な方位角方向の視角変化、図１４ＣはＹ＿ＲＥＦ軸に平行な方位角方向の視角変化をそれぞれ示す。これらの図から、本実施例の液晶表示装置の階調特性は、概ね対称であることが分かる。
【００９３】
図１５に、印加電圧４Ｖの時の透過率を印加電圧０Ｖの時の透過率で除した値（コントラスト比）の等コントラスト線図を示す。円の中心は表示面の法線方向（視角０°）、各同心円は内側から、視角２０°、４０°、６０°、８０°をそれぞれ示す。また、図の横軸はＸ＿ＲＥＦ軸、縦軸はＹ＿ＲＥＦをそれぞれ示している。等コントラスト曲線は、内側から、コントラスト比（ＣＲ）＝１００，５０，２０をそれぞれ示す。この図より明らかに様に、本実施例の液晶表示装置は、全ての方位角方向において、ＣＲ＝５０以上の表示が、視角６０°以上の範囲で得られ、優れた視角特性に有することが分かる。
【００９４】
（実施例２）
本発明の実施例２の液晶表示装置の構成を図１６に模式的に示す。図１６において６１０１は液晶セルを、６１０２，６１０３，６１０４，６１０５は位相差板を、６１０６，６１０７は偏光板を表している。
【００９５】
液晶セル６１０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【００９６】
【表５】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【００９８】
【表６】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１００】
【表７】
本実施例の液晶表示装置も実施例１と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１０２】
（実施例３）
本発明の実施例３の液晶表示装置の構成を図１７に模式的に示す。図１７において６２０１は液晶セルを、６２０２，６２０３，６２０４，６２０５は位相差板を、６２０６，６２０７は偏光板を表している。
【０１０３】
液晶セル６２０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１０４】
【表８】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１０６】
【表９】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１０８】
【表１０】
本実施例の液晶表示装置も実施例１と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１１０】
（実施例４）
本発明の実施例４の液晶表示装置の構成を図１８に模式的に示す。図１８において６３０１は液晶セルを、６３０２，６３０３，６３０４は位相差板を、６３０５，６３０６は偏光板を表している。液晶セル６３０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１１１】
【表１１】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１１３】
【表１２】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１１５】
【表１３】
本実施例の液晶表示装置も実施例１と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１１７】
（実施例５）
本発明の実施例５の液晶表示装置の構成を図１９に模式的に示す。図１９において６４０１は液晶セルを、６４０２，６４０３，６４０４，６４０５は位相差板を、６４０６，６４０７は偏光板を表している。
【０１１８】
液晶セル６４０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１１９】
【表１４】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１２１】
【表１５】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１２３】
【表１６】
本実施例の液晶表示装置も実施例１と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１２５】
（実施例６）
本発明の実施例６の液晶表示装置の構成を図２３に模式的に示す。図２３において６５０１は液晶セルを、６５０２，６５０３，６５０４は位相差板を、６５０５，６５０６は偏光板を表している。
【０１２６】
液晶セル６５０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１２７】
【表１７】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１２９】
【表１８】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１３１】
【表１９】
実施例１〜６は全て液晶層のツイスト角度が０°であったが、本発明の効果はこれに限定されない。液晶層に任意のツイスト角度を設けることにより、各パラメータの選択範囲、及びマージン等を拡大することが出来る。また、特にツイスト角度が０°以上９０°より小さい範囲では液晶にカイラル剤を混入すること無く容易に配向分割が行なえる。以下で、その一例としてツイスト角度３０°の実施例を示す。
【０１３３】
（実施例７）
本発明の実施例７の液晶表示装置の構成を図１に模式的に示す。図１において１０１は液晶セルを、１０２，１０３，１０４，１０５，１１０，１１１は位相差板を、１０８，１０９は偏光板を表している。
【０１３４】
液晶セル１０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１３５】
【表２０】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１３７】
【表２１】
位相差板１０２，１０３，１０４，１０５，１１０，１１１のパラメータを以下に示す。
【０１３９】
【表２２】
図２０に本実施例の液晶表示装置の透過率と印加電圧との関係を示す。図２０においては、印加電圧４Ｖの時の透過率を１００％とした。図２０から本実施例の液晶表示装置は、印加電圧０Ｖにおいて黒を表示し、印加電圧の上昇に伴い透過率が上昇（白表示）していることが分かる。
【０１４１】
図２１Ａ〜２１Ｃに、８階調表示状態における、各階調における透過率の視角（極角：表示面法線に対する角度）依存性を示す。図２１ＡはＸ＿ＲＥＦ軸に平行な方位各方向における視角変化を、図２１ＢはＸ＿ＲＥＦ±４５°の軸に平行な方位角方向の視角変化、図２１ＣはＹ＿ＲＥＦ軸に平行な方位角方向の視角変化をそれぞれ示す。これらの図から、本実施例の液晶表示装置の階調特性は、概ね対称であることが分かる。
【０１４２】
図２２に、印加電圧４Ｖの時の透過率を印加電圧０Ｖの時の透過率で除した値（コントラスト比）の等コントラスト線図を示す。円の中心は表示面の法線方向（視角０°）、各同心円は内側から、視角２０°、４０°、６０°、８０°をそれぞれ示す。また、図の横軸はＸ＿ＲＥＦ軸、縦軸はＹ＿ＲＥＦをそれぞれ示している。等コントラスト曲線は、内側から、コントラスト比（ＣＲ）＝１００，５０，２０をそれぞれ示す。この図より明らかに様に、本実施例の液晶表示装置は、全ての方位角方向において、ＣＲ＝１０以上の表示が、視角６０°以上の範囲で得られ、優れた視角特性に有することが分かる。
【０１４３】
（実施例８）
本発明の実施例８の液晶表示装置の構成を図１６に模式的に示す。図１６において６１０１は液晶セルを、６１０２，６１０３，６１０４，６１０５は位相差板を、６１０６，６１０７は偏光板を表している。
【０１４４】
液晶セル６１０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１４５】
【表２３】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１４７】
【表２４】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１４９】
【表２５】
本実施例の液晶表示装置も実施例７と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１５１】
（実施例９）
本発明の実施例９の液晶表示装置の構成を図１７に模式的に示す。図１７において６２０１は液晶セルを、６２０２，６２０３，６２０４，６２０５は位相差板を、６２０６，６２０７は偏光板を表している。
【０１５２】
液晶セル６２０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１５３】
【表２６】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１５５】
【表２７】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１５７】
【表２８】
本実施例の液晶表示装置も実施例７と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１５９】
（実施例１０）
本発明の実施例１０の液晶表示装置の構成を図１８に模式的に示す。図１８において６３０１は液晶セルを、６３０２，６３０３，６３０４は位相差板を、６３０５，６３０６は偏光板を表している。
【０１６０】
液晶セル６３０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１６１】
【表２９】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１６３】
【表３０】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１６５】
【表３１】
本実施例の液晶表示装置も実施例７と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１６７】
（実施例１１）
本発明の実施例１１の液晶表示装置の構成を図１９に模式的に示す。図１９において６４０１は液晶セルを、６４０２，６４０３，６４０４，６４０５は位相差板を、６４０６，６４０７は偏光板を表している。
【０１６８】
液晶セル６４０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１６９】
【表３２】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１７１】
【表３３】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１７３】
【表３４】
本実施例の液晶表示装置も実施例７と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１７５】
（実施例１２）
本発明の実施例１２の液晶表示装置の構成を図２３に模式的に示す。図２３において６５０１は液晶セルを、６５０２，６５０３，６５０４は位相差板を、６５０５，６５０６は偏光板を表している。
【０１７６】
液晶セル６５０１は絵素毎にＡ，Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１７７】
【表３５】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１７９】
【表３６】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１８１】
【表３７】
本実施例の液晶表示装置も実施例７と同様に、極めて良好な視角特性を有する。
【０１８３】
（実施例１３）
実施例３では、位相差板６２０４,６２０５によって、斜め観測に伴なう液晶層６２０１、位相差板６２０２,６２０３のリタデーション変化による黒表示時における黒浮きを補償している。本発明で用いられる偏光板は、その表面にＴＡＣ等の保護フィルムを設けてもよい。偏光板の保護材料にＴＡＣ等の屈折率異方性を有するものを用いる場合、斜め観測に伴う黒表示時における黒浮きを抑制するための光学設計を行う場合でもＴＡＣの屈折率異方性を考慮する必要がある。液晶層６２０１、位相差板６２０２,６２０３のリタデーション変化に加えて、ＴＡＣのリタデーション変化をも考慮して、位相差板６２０４,６２０５のリタデーション値を適切に選び、黒浮きを補償することにより、視角特性をより改善することが可能となる。以下の実施例では、ＴＡＣを独立した位相差補償素子（位相差板）と見なしている。
【０１８４】
図２４を参照しながら本実施例を説明する。図２４において２４０１は液晶セルを、２４０２,２４０３,２４０４,２４０５は位相差板を、２４０８,２４０９は偏光板を表している。また、２４０６,２４０７は偏光板を保護する目的で設けたＴＡＣである。ＴＡＣは屈折率異方性を有しているため、図２４では偏光板と液晶セルの間のＴＡＣは独立の位相差板として示した。
【０１８５】
液晶セル２４０１は絵素毎にＡ、Ｂ二つの領域に配向分割されている。各領域の配向パラメータは次の通りである。
【０１８６】
【表３８】
偏光板のパラメータは以下の通りである。
【０１８８】
【表３９】
位相差板のパラメータを以下に示す。
【０１９０】
【表４０】
図２５に本実施例の液晶表示装置の透過率と印加電圧との関係を示す。図２５においては、印加電圧４Ｖの時の透過率を１００％とした。図２５から本実施例の液晶表示装置は、印加電圧０Ｖにおいて黒を表示し、印加電圧の上昇に伴い透過率が上昇（白表示）するノーマリーブラックの電気光学特性を有している。
【０１９２】
図２６〜図２９に、８階調表示状態における、各階調における透過率の視角（極角：表示面法線に対する角度）依存性を示す。図２６はＸ＿ＲＥＦ軸に平行な方位各方向における視角変化を、図２７はＸ＿ＲＥＦ＋４５°の軸に平行な方位角方向の視角変化、図２８はＸ＿ＲＥＦ−４５°の軸に平行な方位角方向の視角変化、図２９はＹ＿ＲＥＦ軸に平行な方位角方向の視角変化をそれぞれ示す。これらの図から、本実施例の液晶表示装置の階調特性は、概ね対称であることが分かる。
【０１９３】
図３０に、印加電圧４Ｖの時の透過率を印加電圧０Ｖの時の透過率で除した値（コントラスト比）の等コントラスト線図を示す。円の中心は表示面の法線方向（視角０°）、各同心円は内側から、視角２０°、４０°、６０°、８０°をそれぞれ示す。また、図の横軸はＸ＿ＲＥＦ軸、縦軸はＹ＿ＲＥＦをそれぞれ示している。等コントラスト曲線は、内側から、コントラスト比（ＣＲ）＝５０を示す。この図より明らかな様に、本実施例の液晶表示装置は、全ての方位角方向において、ＣＲ＝５０以上の表示が、視角６０°以上の範囲で得られ、優れた視角特性に有することが分かる。
【０１９４】
実施例１３は、表３８〜表４０に示した諸条件の基で行なっているが、本発明の効果はこの条件に限られない。即ち、電圧無印加状態で略水平配向しており、かつ電圧印加時に少なくとも２種類の配向状態を呈する液晶層を有し、その液晶層が電圧無印加時に呈する屈折率異方性を全方向に渡って略補償する様に設計した位相差補償素子を有していればよい。
【０１９５】
例えば、図２４に示した構成の液晶表示装置において液晶層のリタデーション値を変化させた場合でも、それぞれに最適な位相差板を見出すことが出来る。その結果を図３１〜図３３に示す。図３１の横軸ＲＬＣは液晶層のリタデーション値（表３８参照）、縦軸Ｒ１は図２４に示した位相差補償素子２４０２,２４０３のリタデーション値ｄ・（ｎａ−ｎｂ）（＝Ｒ１）であり、図中の曲線は液晶層のリタデーション値に対応した最適なＲ１の値を示している。
【０１９６】
図３２の横軸は前記Ｒ１、縦軸Ｒ２ａは位相差板番号２４０４,２４０５のリタデーション値ｄ・（ｎａ−ｎｂ）であり、図中の曲線はＲ１に対応した最適なＲ２ａの値を示している。
【０１９７】
図３３の横軸は前記Ｒ２ａ、縦軸−Ｒ２ｂは位相差板番号２４０４,２４０５のリタデーション値−ｄ・（ｎａ−ｎｃ）であり、図中の曲線はＲ２ａに対応した最適なＲ２ｂの値を示している。
【０１９８】
図３１〜図３３に示した各リタデーション値で構成した液晶表示装置は何れも良好な視野角特性を呈する。即ち、本発明の効果は本発明に記載の各施例に記載した各リタデーション設定値に限定されるものではなく、液晶層と位相差補償素子のリタデーション値を適切に設定することで良好な視野角特性を得ることができる。また、液晶層のリタデーション値が概ね２４０ｎｍ〜３２０ｎｍの範囲で本発明の効果が十分に得られる。
【０１９９】
更に、本発明の効果は図３１〜図３３に示した条件に限定されない。なぜなら、図３１、３２に示した曲線は液晶セルのリタデーション変化に対して表４０に示した、偏光板保護材料ＴＡＣ、２４０６及び２４０７のリタデーション値を基に最適化した値であり、その材料及びリタデーション値等が変化すれば、それに伴なって図３１及び３２に示した曲線が変化するからである。また、図３１に示した曲線は表３８に示したツイスト角度、配向方向と表４０に示した位相差板２４０２、２４０３のｎａ軸の設定値の場合に成立する曲線であり、これらの値が変化すれば図３０の曲線も変化する。さらに、図３１は液晶セル２４０１が電圧無印加状態で黒表示を呈するようにすればよく、一般にポアンカレ球等を用いればこのような効果を発生する位相差補償素子の設定、様々な液晶配向（ツイスト角、配向方向）に対して無数に見出すことが出来る。この場合でも、例えば位相差補償素子２４０２,２４０３もしくはそれに代わる位相差補償素子を用いて、電圧無印加時での斜め観察において黒浮きが抑制でき、良好な視野角特性が得られる。前記の各実施例に対して黒浮きが抑制されることは具体的に示されている。また、ノーマリーブラック特性を得ることのできる液晶セル、位相差補償素子及び偏光板の配置の組合せが無数に存在することについては、実施例１４で簡単に説明する。
【０２００】
（実施例１３−Ａ〜１３−Ｄ及び比較例１３−Ｅ〜１３−Ｈ）
実施例１３では液晶セル２４０１の上下に同一の屈折率異方性を有する位相差補償素子２４０２と２４０３、２４０４と２４０５及び２４０６と２４０７を配置してある。本実施例ではこれらセルの上下に配した位相差補償素子を片側に配した場合の効果を確認する。但し、偏光板を保護するためのＴＡＣ、即ち位相差板２４０６と２４０７は常に液晶セル上下に配置する。
【０２０１】
以下で説明する実施例における各位相差補償素子の配置（有り無し）を下表にまとめる。
【０２０２】
【表４１】
（実施例１３−Ａ）
実施例１３−Ａにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し、表４１で示したように位相差補償素子２４０５は取り除いてある。
【０２０４】
先ず、液晶セルのパラメータを表４２に示す。
【０２０５】
【表４２】
次に、偏光子のパラメータを表４３に示す。
【０２０７】
【表４３】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表４４に示す。
【０２０９】
【表４４】
本実施例１３−Ａにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図３４に示す。
【０２１１】
（実施例１３−Ｂ）
実施例１３−Ｂにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し、表４１で示したように位相差補償素子２４０４は取り除いてある。
【０２１２】
先ず、液晶セルのパラメータを表４５に示す。
【０２１３】
【表４５】
次に、偏光子のパラメータを表４６に示す。
【０２１５】
【表４６】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表４７に示す。
【０２１７】
【表４７】
本実施例１３−Ｂにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図３５に示す。
【０２１９】
（実施例１３−Ｃ）
実施例１３−Ｃにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し、表４１で示したように位相差補償素子２４０２は取り除いてある。
【０２２０】
先ず、液晶セルのパラメータを表４８に示す。
【０２２１】
【表４８】
次に、偏光子のパラメータを表４９に示す。
【０２２３】
【表４９】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表５０に示す。
【０２２５】
【表５０】
本実施例１３−Ｃにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図３６に示す。
【０２２７】
（実施例１３−Ｄ）
実施例１３−Ｄにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し、表４１で示したように位相差補償素子２４０３は取り除いてある。
【０２２８】
先ず、液晶セルのパラメータを表５１に示す。
【０２２９】
【表５１】
次に偏光子のパラメータを表５２に示す。
【０２３１】
【表５２】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表５３に示す。
【０２３３】
【表５３】
本実施例１３−Ｄにおけるにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図３７に示す。
【０２３５】
（比較例１３−Ｅ）
比較例１３−Ｅにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し、表４１で示したように位相差補償素子２４０２及び２４０５は取り除いてある。
【０２３６】
先ず、液晶セルのパラメータを表５４に示す。
【０２３７】
【表５４】
次に、偏光子のパラメータを表５５に示す。
【０２３９】
【表５５】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表５６に示す。
【０２４１】
【表５６】
本比較例１３−Ｅにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図３８に示す。
【０２４３】
（比較例１３−Ｆ）
比較例１３−Ｆにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し、表４１で示したように位相差補償素子２４０２及び２４０４は取り除いてある。
【０２４４】
先ず、液晶セルのパラメータを表５７に示す。
【０２４５】
【表５７】
次に、偏光子のパラメータを表５８に示す。
【０２４７】
【表５８】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表５９に示す。
【０２４９】
【表５９】
本比較例１３−Ｆにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図３９に示す。
【０２５１】
（比較例１３−Ｇ）
比較例１３−Ｇにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し、表４１で示したように位相差補償素子２４０３及び２４０５は取り除いてある。
【０２５２】
先ず、液晶セルのパラメータを表６０に示す。
【０２５３】
【表６０】
次に、偏光子のパラメータを表６１に示す。
【０２５５】
【表６１】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表６２に示す。
【０２５７】
【表６２】
本比較例１３−Ｇにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図４０に示す。
【０２５９】
（比較例１３−Ｈ）
比較例１３−Ｈにおける液晶表示装置の構成について以下に説明する。液晶表示装置の基本的な構成は図２４に示した通りである。但し表４１で示したように位相差補債素子２４０３及び２４０４は取り除いてある。
【０２６０】
先ず、液晶セルのパラメータを表６３に示す。
【０２６１】
【表６３】
次に、偏光子のパラメータを表６４に示す。
【０２６３】
【表６４】
最後に、位相差補償素子のパラメータを表６５に示す。
【０２６５】
【表６５】
本比較例１３−Ｈにおける液晶表示装置での、印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した等コントラスト・コンタ曲線を図４１に示す。
【０２６７】
実施例１３に比して位相差補償素子２４０２また２４０３の何れか一方と位相差補償素子２４０４または２４０５の何れか一方を同時に取り除いた比較例１３−Ｅ,１３−Ｆ,１３−Ｇ及び１３−Ｈの等コントラスト・コンタ曲線（図３８、図３９、図４０及び図４１）では、Ｘ−ＲＥＦ±４５ｄｅｇ軸方向、Ｘ−ＲＥＦ及びＹ−ＲＥＦ軸方向を含め視野角５０ｄｅｇ以上ではコントラストが２０以下であり、視野角特性が劣っている。
【０２６８】
実施例１３に比して位相差補償素子２４０２または２４０３の何れか一方のみを取り除いた実施例１３−Ｃ,１３−Ｄの等コントフスト・コンタ曲線（図３６、図３７参照）は、前記比較例１３−Ｅ,１３−Ｆ,１３−Ｇ及び１３−Ｈの等コントラスト・コンタ曲線に比してＸ−ＲＥＦ及びＹ−ＲＥＦ軸方向の特性が優れている。
【０２６９】
実施例１３に比して位相差補償素子２４０４または２４０５の何れか一方のみを取り除いた実施例１３−Ａ,１３−Ｂの等コントラスト・コンタ曲線（図３４、図３５参照）は、前記比較例１３−Ｅ,１３−Ｆ,１３−Ｇ及び１３−Ｈの等コントラスト・コンタ曲線に比してＸ−ＲＥＦ±４５ｄｅｇ軸方向の特性が優れている。
【０２７０】
位相差補償素子２４０２と２４０３の組み合わせ、あるいは位相差補償素子２４０４と２４０５の組み合わせのうち、何れか一つの組み合わせの位相差補償素子を液晶セルの上下に配すれば良好な視野角特性が得られる。
【０２７１】
望ましくは、実施例１３に示すように液晶セルを挟んで光源側と観測者側に同数の位相差補償素子を略対称に配した場合がより良好な視野角特性がられる。更に望ましくは、液晶セルの中間層から等距離にある位相差補償素子のリタデーション値を、光源側と観測者側で同一の値とすればよい。また、実施例１３では、位相差補償素子２４０２と２４０３及び２４０４と２４０５の組合せが同一のリタデーション値を有する位相差補償素子の組合せであり、実施例１３−Ａ〜実施例１３−Ｄでは位相差補償素子２４０２と２４０３及び２４０４と２４０５の組合せの中で何れかの位相差補償素子を取り除いてあった、即ちリタデーション値がゼロであった。このことから、位相差補償素子２４０２と２４０３及び２４０４と２４０５の組合せの中で何れかの位相差補償素子を取り除かず、且つ同一の組合せとしない場合でも良好な視野角特性が得られると推測できる。
【０２７２】
また、実施例９と実施例１３を比較すれば、両実施例に共通点として光源側偏光子（６２０６,２４０８）の透過軸と観測者側偏光子（６２０７,２４０９）の透過軸が直交している点、位相差補償素子６２０４,６２０５,２４０４,２４０５のｎａ軸がそれらにもっとも近接した位相差補償素子の透過軸に概ね直交している点である。この時、光源側偏光子の角度には何ら制限はない。即ち実施例で示した４５ｄｅｇに限らず、−４５ｄｅｇでもその他の任意の角度でよい。但し、それが概ね０ｄｅｇ又は９０ｄｅｇの時は、電圧印加時（白表示時に）十分な透過率を得られないことに注意しなければならない。これらの共通点が満たされればツイスト角０ｄｅｇの液晶セルに対して本発明の効果が得られる。更に良好な効果を得るために実施例９及び１３では位相差補償素子６２０２と６２０３及び２４０２と２４０３のｎａ軸を平行にし、且つそれらｎａ軸を液晶セル６２０１、２４０１のラビング軸に直交してある。
【０２７３】
（実施例１４）
先に示した実施例９では、ツイスト角度３０°の液晶セルに対して液晶表示装置の正面方向で良好な黒表示を得るために、実施例１３等に示したツイスト無しの状態の時の液晶セルに隣接した位相差板のｎａ軸を変化させた。具体的には、ツイスト角度ゼロでは液晶セル上下の位相差補償素子のｎａ軸は平行であったが、ツイスト角３０°では適切な挟み角（実施例９では１８．８°）を持ったものとした。本実施例ではこれ以外の方法によってもツイスト角度が０°以外の液晶セルに対して実施例９と同様正面方向で良好な黒表示を得ることが可能であることを示す。また、最後にポアンカレ球の考えを用いれば電圧無印加時に於いて正面方向で黒表示を得ることの出来る位相差補償素子の組み合わせが無数に存在することを簡潔に示す。
【０２７４】
実施例１４の液晶セルの構成は図２４と同様である。但し、偏光子、液晶セル及び位相差補償素子のパラメータは異なる。実施例１４における液晶セル２４０１のパラメータを表６６に示す。
【０２７５】
【表６６】
次に、実施例１４における偏光板のパラメータを表６７に示す。
【０２７７】
【表６７】
最後に、実施例１４における位相差補償素子のパラメータを表６８に示す。
【０２７９】
【表６８】
本実施例の液晶表示装置の正面方向での印加電圧−透過率特性を図４２に示す。図４２に示す様に、本実施例の液晶表示装置は印加電０Ｖ程度で透過率が概ね０％であり、印加電圧が概ね１．５Ｖ以上の領域では印加電圧の増加に伴って透過率が増加するノーマリー・ブラックの電気光学特性を示すことがわかる。また、印加電圧０Ｖ付近の透過率が概ね０％程度であることから良好なコントラスト特性が得られていることもわかる。
【０２８１】
次に、本実施例の液晶表示装置における視角変化に対する等コントラスト曲線を図４３に示す。図４３の等コントラスト・コンタ曲線は印加電圧４Ｖの透過率を印加電圧０Ｖの透過率で除した値である。図４３より、本実施例の液晶表示装置はその他の実施例１３及び実施例９等と同様良好な電気光学特性を示すことが解る。
【０２８２】
次に、正面方向で黒表示を得るための液晶セル、偏光板及び位相差補償素子それぞれの設定の組み合わせは無数存在することを以下に例示する。
【０２８３】
先ず、実施例１４において液品表示装置の正面方向からの観測で黒表示が得られる点についてを図４４のポアンカレ球を用いて概観する。
【０２８４】
点Ａ 偏光子２４０８及び位相差補償素子２４０６を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｂ 位相差補償素子２４０４を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｃ 位相差補償素子２４０２を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｄ 液晶セル２４０１を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｅ 位相差補償素子２４０３を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｆ 位相差補償素子２４０５及び２４０７を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｇ 偏光子２４０９が透過する光の偏光状態を示す点
軸１ 位相差補償素子２４０６による復屈折作用に対応するポアンカレ球での回転軸
軸ｍ 位相差補償素子２４０４及び２４０５よる復屈折化作用に対応するポアンカレ球での回転軸
軸ｎ 位相差補償素子２４０２による復屈折化作用に対応するポアンカレ球での回転軸
軸ｏ１ 液晶セル中の位相差補償素子２４０２に隣接した液晶分子による復屈折作用に対応するポアンカレ球での回転軸
軸ｏ２ 液晶セル中の位相差補償素子２４０３に隣接した液晶分子による復屈折作用に対応するポアンカレ球での回転軸
軸ｐ 位相差補償素子２４０７による復屈折化作用に対応するポアンカレ球での回転軸
図４４はポアンカレ球を極点から見た図である。従って、図４４の中心点Ｓは円偏光、外周の円上（赤道上）の点は直線偏光を、中心点Ｓの外であって外周の内側の点は楕円偏光を示している。また図の外周に付記した数字は対応する直線偏光の偏光軸とＸ−ＲＥＦ軸の成す角度である。
【０２８５】
図４４を参照しながら、実施例１４で示した液晶表示装置において、波長５５０ｎｍの光の光源から観測者までの偏光状態の変化を説明する。
【０２８６】
図２４に示した偏光板２４０８を透過する直線偏光は赤道上のＡ点である。位相差補償素子２４０６のｎａ軸は偏光板２４０８の透過軸に直行しているのでＡ点の直線偏光は位相差補償素子２４０６によって軸ｌの周りに回転する。その結果Ａ点は移動しない。
【０２８７】
次に、位相差補償素子２４０４のｎａ軸は−４５ｄｅｇであるので赤道上のＡ点は軸ｍの周りに回転する。また、位相差補償素子２４０４のｄ・（ｎａ−ｎｂ）の値は９２ｎｍであるから、その回転角度は６０°である。その結果、赤道上のＡ点はＢ点に移動する。
【０２８８】
次に、位相差補償素子２４０２のｎａ軸は０°であるから、Ｂ点は軸ｎの周りに回転する。また、位相差補償素子２４０２のｄ・（ｎａ−ｎｂ）の値は７５ｎｍであるから、その回転角度は４９°である。その結果、Ｂ点はＣ点へと移動する。
【０２８９】
次に、液晶セル２４０１は光源側から観測者側へ向かって、その屈折率異方性の主軸が１０５°〜７５°まで連続的に回転しているから、ｏ１〜ｏ２まで連続的に変化する軸の周りを回転する。また、液晶セル２４０１のリタデーションの値は２６０ｎｍであるから、軸周りの回転角は１７０°である。その結果、Ｃ点は概ね図のような軌跡をたどりつつ、赤道を経由してＣ点のある半球とは異なる半球状のＤ点に到達する。
【０２９０】
次に、位相差補償素子２４０３のｎａ軸は０°であるから、軸ｎの周りに回転する。また、位相差補償素子２４０３のリタデーション値ｄ・（ｎａ−ｎｂ）は７５ｎｍであるから回転角度は４９°である。その結果、Ｄ点はＥ点に到達する。
【０２９１】
次に、位相差補償素子２４０５のｎａ軸は４５ｄｅｇであるから、Ｅ点は軸ｍの周りに回転する。また、位相差補償素子２４０５のｄ・（ｎａ−ｎｂ）の値は９２ｎｍであるから、その回転角度は６０°である。その結果、Ｅ点は概ね赤道上にあるＦ点に移動する。
【０２９２】
次に、位相差補償素子２４０７のｎａ軸は偏光子２４０９の透過軸に直行しているから、Ｄ点は軸ｐの周りに回転する。その結果、Ｆ点は移動しない。
【０２９３】
最後に、偏光板２４０９の透過軸Ｇ点はＦ点の対角に位置しているので、位相差補償素子２４０７を透過した偏光は偏光子２４０９によって遮断される。結果、本実施例の液晶表示装置は印加電圧０Ｖの透過率が略０％であるノーマリー・ブラックの電気光学特性を示す。
【０２９４】
次に、液晶セルのツイスト角度が３０°である今一つの実施例９の場合についても実施例１４同様に検証できる。図４５に実施例９における偏光状態の変化の軌跡を示す。
【０２９５】
点Ａ 偏光子６２０６及び位相差補償素子６２０４を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｂ 位相差補償素子６２０２を透過した光の偏光状熊を示す点
点Ｃ 液晶セル６２０１を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｄ 位相差補償素子６２０３及び６２０５を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｅ 偏光子６２０７が透過する光の偏光状態を示す点
詳細な説明は省略するが、図１７に示した偏光子６２０６を透過した直線偏光はＡ点にある、位相差補償素子６２０４はＡ点を移動しない、位相差補償素子６２０２はＡ点の偏光をＢ点に移動する、液晶セル６２０１はＢ点の偏光をＣ点に移動する、位相差補償素子６２０３はＣ点の偏光をＤ点に移動する。位相差補償素子６２０５はＤ点を移動しない。Ｄ点はＡ点と同一の点であり、それは観測者側の偏光子６２０７が透過する直線偏光の偏光状態Ｅの対角にあるため、位相差補償素子６２０５を透過した偏光は偏光子６２０７によって遮断される。結果、実施例９の液晶表示装置もまた印加電圧０Ｖの透過率が略０％であるノーマリー・ブラックの電気光学特性を示す。
【０２９６】
最後に、液晶セルのツイスト角度が０°である場合、例えば実施例１３についても実施例１４同様に検証する。図４６（ａ）及び（ｂ）に実施例１３における偏光状態の変化の軌跡を示す。
【０２９７】
点Ａ 偏光子２４０８、位相差補償素子２４０６及び２４０４を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｂ 位相差補償素子２４０２を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｃ 液晶セル２４０１を透過した光の偏光状態を示す点
点Ｄ 位相差補償素子２４０３、２４０５及び２４０７を透過した光の偏光状態を示す軸
点Ｅ 偏光子２４０９が透過する光の偏光状態を示す点
詳細な説明は省略するが、図２４に示した偏光子２４０８を透過した直線偏光はＡ点にある。位相差補償素子２４０６及び２４０４はＡ点を移動しない。位相差補償素子２４０２はＡ点の偏光をＢ点に移動する、液晶２４０１はＢ点の偏光をＢ点と異なる半球上にあるＣ点に移動する。位相差補償素子２４０３はＣ点の偏光を赤道上のＤ点に移動する。位相差補償素子２４０５及び２４０７はＤ点を移動しない。Ｄ点はＡ点と概ね同一の点であり、それは観測者側の偏光子２４０９が透過する直線偏光の偏光状態Ｅの対角にあるため、位相差補償素子２４０７を透過した偏光は偏光子２４０９によって遮断される。結果、実施例１３の液晶表示装置もまた印加電圧０Ｖの透過率が略０％であるノーマリー・ブラックの電気光学特性を示す。
【０２９８】
以上、実施例について説明したように、電圧無印加時に黒表示となるノーマリー・ブラックの特性を得るためには、光源側の偏光板を透過した時の光の偏光状態を観測者側の偏光板が透過する光の偏光状態の対角、即ち観測者側の偏光板が吸収する光の偏光状態に移動するように液晶セル及び位相差補償素子のパラメータを適切に設定すれば良い。この様な設定はポアンカレ球の考えを用いれば無数に見出すことが出来る。なぜなら、図４７に示すようにポアンカレ球上で光源側偏光板の透過する偏光状態Ａを観測者側偏光板の吸収する偏光状態Ｚに移動する軌跡は無数に取り得るからである。
【０２９９】
但し、良好な視野角特性を得るという観点からは、液晶セルを光源側と観測者側に同数の位相差補償素子を略対称に配しするほうが好ましいことは上記比較例で述べた通りである。
【０３００】
【発明の効果】
上述したように、本発明によると、視角方向による表示品質の変化が著しく小さいノーマリーブラックモードの液晶表示装置が提供される。本発明の液晶表示装置は、従来の広視角液晶表示装置のように製造効率や透過率を犠牲にすることがない。本発明の液晶表示装置は、コンピュータ用モニターディスプレイ及びビデオ映像等を表示する液晶表示装置など、広視角が要求される表示装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例を模式的に示した斜視図である。
【図２Ａ】電圧無印加時の液晶分子配向を模式的に示す断面図である。
【図２Ｂ】電圧印加時の液晶分子配向を模式的に示す模式図である。
【図２Ｃ】領域ＡとＢの断面内で視角を変化した場合の領域Ａの透過率変化を正面の透過率をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図３Ａ】黒表示状態における配向分割した液晶領域Ａ及びＢ内の液晶分子の配向状態を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】中間調表示状態における配向分割した液晶領域Ａ及びＢ内の液晶分子の配向状態を模式的に示す断面図である。
【図３Ｃ】領域Ａの視角変化に対する透過率変化を正面の透過率をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図３Ｄ】領域Ｂの視角変化に対する透過率変化を正面の透過率をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図３Ｅ】領域ＡとＢとの視角変化に対する総合的な透過率変化を正面の透過率をパラメータとしてあらわしたグラフである。
【図４Ａ】絵素分割比（領域Ａ，Ｂの面積比）と階調の対称性を説明する図であり、対称性の評価に用いる透過率の定義を説明する図である。
【図４Ｂ】絵素分割比（領域Ａ，Ｂの面積比）と階調の対称性を説明する図であり、領域Ａ、Ｂの面積比と階調の対称性を示す図である。
【図４Ｃ】本発明による１表示絵素領域の配向分割の変形例を模式的に示す図である。
【図４Ｄ】本発明による１表示絵素領域の配向分割のた他の変形例を模式的に示す図である。
【図４Ｅ】配向分割の単位を小さくすることによって、視角特性を更に均一にすることができる理由を説明するための模式図である。
【図５Ａ】ノーマリーブラックの液晶表示装置において、黒表示時の液晶分子配向の模式断面図である。
【図５Ｂ】水平配向セルにおいて、ノーマリーブラック特性を得る為の偏光板の吸収軸、液晶分子の配向軸、位相差板の遅相軸の相対的な関係を示す図である。
【図５Ｃ】ノーマリーブラックの表示装置において、黒表示状態で液晶分子の配向方向に沿って視角を変化させた場合のリタデーション値の変化を示すグラフである。
【図５Ｄ】ノーマリーホワイトの液晶表示装置において、黒表示時の液晶分子配向の模式断面図である。
【図５Ｅ】水平配向セルにおいて、ノーマリーホワイト特性を得る為の偏光板の吸収軸、液晶分子の配向軸の相対的な関係を示す図である。
【図５Ｆ】ノーマリーホワイトの液晶表示装置において、黒表示状態で液晶分子の配向方向に沿って視角を変化させた場合のリタデーション値の変化を示すグラフである。
【図５Ｇ】ノーマリーブラックの表示装置において、黒表示状態で液晶分子の配向方向に直交する向に沿って視角を変化させた場合のリタデーション値の変化を示すグラフである。
【図５Ｈ】ノーマリーホワイトの液晶表示装置において、黒表示状態で液晶分子の配向方向に直交する方向に沿って視角を変化させた場合のリタデーション値の変化を示すグラフである。
【図６】本発明においてコントラストの視角特性の改善について説明する図である。本発明の一実施形態における、液晶層、位相差板群の屈折率楕円体及び入射直線偏光の偏光軸を示してある。
【図７Ａ】正の一軸性の屈折率異方性を有する屈折率楕円体を示す図である。
【図７Ｂ】平面の法線方向から、その遅相軸との成す角度が４５°である直線偏光を入射した場合の透過光を説明する図である。
【図７Ｃ】正の一軸性の屈折率異方性を有する屈折率楕円体に、その遅相軸が含まれる平面の法線に遅相軸に沿って傾斜した方向から、その遅相軸との成す角度が４５°である直線偏光を入射した場合の透過光を説明する図である。
【図７Ｄ】正の一軸性の屈折率異方性を有する屈折率楕円体に、その遅相軸の方向から、直線偏光を入射した場合の透過光を説明する図である。
【図７Ｅ】正の一軸性の屈折率異方性を有する屈折率楕円体に、その遅相から傾斜した方向から、直線偏光を入射した場合の透過光を説明する図である。
【図８】４５°位相差板のリタデーションと黒表示状態における透過率との関係を示すグラフである。
【図９】実施例の構成を説明するための主軸方向の定義をあらわす図である。
【図１０】実施例の構成を説明するための模式図である。
【図１１】実施例で用いられる位相差板の屈折率楕円体を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置における液晶セルを説明する模式図である。（ａ）はラビング方向を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のラビング処理によるセル厚方向の液晶分子の配向状態を示す模式図である。（ｃ）は、（ａ）のラビング処理と、配向分割処理を併用した場合のセル厚方向の液晶分子の配向状態を示す模式図である。
【図１３】本発明による実施例の液晶表示装置の透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１４Ａ】本発明による実施例の液晶表示装置の８階調表示状態における、各階調における透過率の視角依存性を示す（Ｘ＿ＲＥＦ軸に平行な方位各方向）グラフである。
【図１４Ｂ】本発明による実施例の液晶表示装置の８階調表示状態における、各階調における透過率の視角依存性を示す（Ｘ＿ＲＥＦ±４５°の軸に平行な方位各方向）グラフである。
【図１４Ｃ】本発明による実施例の液晶表示装置の８階調表示状態における、各階調における透過率の視角依存性を示す（Ｙ＿ＲＥＦ軸に平行な方位各方向）グラフである。
【図１５】本発明による実施例の液晶表示装置の等コントラスト線図を示す。
【図１６】本発明の一実施例の構成を模式的に示す図である。
【図１７】本発明の他の実施例の構成を模式的に示す図である。
【図１８】本発明の他の実施例の構成を模式的に示す図である。
【図１９】本発明の他の実施例の構成を模式的に示す図である。
【図２０】本発明による実施例の液晶表示装置の透過率と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図２１Ａ】本発明による実施例の液晶表示装置の８階調表示状態における、各階調における透過率の視角依存性を示す（Ｘ＿ＲＥＦ軸に平行な方位各方向）グラフである。
【図２１Ｂ】本発明による実施例の液晶表示装置の８階調表示状態における、各階調における透過率の視角依存性を示す（Ｘ＿ＲＥＦ±４５°の軸に平行な方位各方向）グラフである。
【図２１Ｃ】本発明による実施例の液晶表示装置の８階調表示状態における、各階調における透過率の視角依存性を示す（Ｙ＿ＲＥＦ軸に平行な方位各方向）グラフである。
【図２２】本発明による実施例の液晶表示装置の等コントラスト線図を示す。
【図２３】本発明の他の実施例の構成を模式的に示す図である。
【図２４】実施例１３、実施例１３−Ａ〜１３−Ｄ、比較例１３−Ｅ〜１３−Ｈ及び１４における液晶表示装置の構成を説明する図である。
【図２５】実施例１３の液晶表示装置における、正面方向から観測した透過率−印加電圧特性を示す図である。
【図２６】実施例１３の液晶表示装置における、８階調表示でのＸ＿ＲＥＦ軸方向の視角変化に対する各階調の透過率変化を示す図である。
【図２７】実施例１３の液晶表示装置における、８階調表示でのＸ＿ＲＥＦ＋４５ｄｅｇ軸方向の視覚化に対する各階調の透過率変化を示す図である。
【図２８】実施例１３の液晶表示装置における、８階調表示でのＸ＿ＲＥＦ−４５ｄｅｇ軸方向の視角変化に対する各階調の透過率変化を示す図である。
【図２９】実施例１３の液晶表示装置における、８階調表示でのＹ＿ＲＥＦ軸方向の視角変化に対する各階調の透過率変化を示す図である。
【図３０】実施例１３の液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図３１】実施例１３における液晶セルのリタデーション値ｄ・△ｎ（ＲＬＣ）に対する位相差補償素子２４０２及び２４０３のリタデーション値ｄ・（ｎａ−ｎｂ）（Ｒ１）の最適値を示す図である。
【図３２】実施例１３における位相差補償素子２４０２及び２４０３のリタデーション値ｄ・（ｎａ−ｎｂ）（Ｒ１）に対する位相差補償素子２４０４及び２４０５のリタデーション値ｄ・（ｎａ−ｎｂ）（Ｒ２ａ）の最適値を示す図である。
【図３３】実施例１３における位相差補償素子２４０４及び２４０５のリタデーション値ｄ・（ｎａ−ｎｂ）（Ｒ２ａ）に対する位相差補償素子２４０４及び２４０５のリタデーション値−ｄ・（ｎａ−ｎｃ）（−Ｒ２ｂ）の最適値を示す図である。
【図３４】実施例１３−Ａの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図３５】実施例１３−Ｂの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図３６】実施例１３−Ｃの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図３７】実施例１３−Ｄの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図３８】比較例１３−Ｅの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図３９】比較例１３−Ｆの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図４０】比較例１３−Ｇの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図４１】比較例１３−Ｈの液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図４２】実施例１４の液晶表示装置における、正面方向から観測した透過率−印加電圧特性を示す図である。
【図４３】実施例１４の液晶表示装置における、等コントラスト・コンタ曲線を示す図である。
【図４４】実施例１４の液晶表示装置において、液晶表示装置内で印加電圧０Ｖのとき、液晶セル表面の法線に平行に透過する光の偏光状態の変化を説明する図を示す図である。
【図４５】実施例９の液晶表示装置において、液晶表示装置内で印加電圧０Ｖのとき、液晶セル表面の法線に平行に透過する光の偏光状態の変化を説明する図である。
【図４６】（ａ）及び（ｂ）は、実施例１３の液晶表示装置において、液晶表示装置内で印加電圧０Ｖのとき、液晶セル表面の法線に平行に透過する光の偏光状態の変化を説明する図である。
【図４７】電圧無印加時に概ね水平配向した液晶セルを用いて、ノーマリー・ブラックの電気光学特性を得ることの出来る液晶セル、位相差補償素子及び偏光子のパラメーターが無数に存在することを説明する図である。
【図４８】特開平５−２８９０９７号公報に開示されている液晶表示装置の模式図である。
【符号の説明】
１００ 液晶表示装置
１００ａ、１００ｂ 電極
１０１ 配向二分割液晶層
１０１ａ、１００ｂ 配向分割された領域
１０２、１０３、１０４、１０５、１１０、１１１ 位相差板
１０８、１０９ 偏光板
１２０１ 対向基板のラビング方向
１２０２ ＴＦＴ基板のラビング方向
１２０４ ＴＦＴ基板
１２０５ 対向基板
１２０６ 液晶分子
１２０７ 電圧印加により液晶分子が起き上がる方向を示す矢印
１２０８ 電圧印加により液晶分子が起き上がる方向を示す矢印[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a monitor display for a computer and a liquid crystal display device for displaying video images, and more particularly to a liquid crystal display device having excellent viewing angle characteristics.
[0002]
[Prior art]
Various display modes have been proposed in order to enlarge the viewing angle of the liquid crystal display device. Typical examples are: (1) IPS (In-P1ane Switching) mode in which liquid crystal molecules are moved parallel to the substrate surface by using a lateral electric field, and (2) liquid crystal molecules are generally perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied. A liquid crystal display device (Japanese Patent Laid-Open No. 7-28068) that divides the liquid crystal tilt direction when a voltage is applied, and (3) a liquid crystal molecule is oriented substantially horizontally on the substrate surface when no voltage is applied, In a liquid crystal display device (Japanese Patent Laid-Open No. 10-3081) that expands the viewing angle by forming regions with different rising directions of liquid crystal molecules when a voltage is applied, and (4) a normally black mode that displays black when no voltage is applied, A liquid crystal display device (JP-A-5-289097) that enlarges the viewing angle by using an optical compensation element can be given.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
{Circle around (1)} In the IPS mode, since it is necessary to provide a plurality of non-transparent electrodes in the display picture element, there is a problem that the opening portion is reduced and the transmittance (display luminance) of the display device is lowered. (2) The liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-28068 uses a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy (n-type liquid crystal) and a substrate that has been subjected to vertical alignment treatment. Compared with the case where a liquid crystal material (p-type liquid crystal) having a positive directionality and a substrate subjected to a horizontal alignment treatment are used, the time required for injecting the liquid crystal material is more than twice as long, and there is a problem that the production efficiency is lowered. (3) In the liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-3081, liquid crystal molecules are driven by transparent electrodes arranged above and below the substrate, so that a reduction in transmittance, which is a problem in the IPS mode, does not occur. Since a liquid crystal material having a positive rate anisotropy and a substrate subjected to a horizontal alignment treatment are used, there is no problem of lowering the production efficiency, which is a problem in Japanese Patent Laid-Open No. 7-28068, but the viewing angle characteristic is Japanese Patent Laid-Open No. 7-28068. There was a problem that it was inferior to the liquid crystal display device disclosed in the publication. The liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-3081 has a problem that the gradation characteristic in the vertical direction of the display surface is asymmetric.
[0004]
(4) The liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-289097 includes a driving
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device excellent in viewing angle characteristics without sacrificing manufacturing efficiency and transmittance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device according to the present invention includes a transparent first and second substrate, a liquid crystal layer made of a nematic liquid crystal material sandwiched between the first and second substrates and having positive dielectric anisotropy, A first electrode and a second electrode which are provided on the first and second substrates, respectively, and which apply an electric field substantially perpendicular to the first and second substrates to the liquid crystal layer, and each of the first and second substrates. First and second polarizing plates provided outside and arranged in a crossed Nicols state, and a first position having a positive refractive index anisotropy provided between the first substrate and the first polarizing plate A phase difference compensation element, a second phase difference compensation element having a positive refractive index anisotropy provided between the second substrate and the second polarizing plate, the first phase difference compensation element, and the first phase difference compensation element. The maximum in the normal direction of the substrate provided between the polarizing plate or between the second retardation compensation element and the second polarizing plate Refractive index The liquid crystal layer has at least first and second domains in which the orientation of liquid crystal molecules is different from each other in a voltage application state for each display picture element region. The liquid crystal molecules in the second domain and the second domain have substantially the same alignment state when no voltage is applied, and are aligned substantially parallel to the surfaces of the first and second substrates. The total retardation of the element is almost the same as the retardation of the liquid crystal layer, so that black display is made when no voltage is applied when observed from the front. The first and second phase difference compensating elements are And the slow axis of the third phase difference compensating element is the first and Second substrate And the first, second and third phase difference compensating elements compensate for the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules in the first and second domains in a state where no voltage is applied, This achieves the above object.
[0010]
Between the first retardation compensation element and the first polarizing plate not provided with the third retardation compensation element, or between the second retardation compensation element and the second polarizing plate, The fourth phase difference compensation element further includes a phase difference compensation element, It has the maximum refractive index in the normal direction of the substrate, The slow axis of the fourth phase difference compensating element is the first and Second substrate It is good also as a structure substantially orthogonal to.
[0013]
The liquid crystal molecules in the first domain and the second domain may be arranged in parallel.
[0014]
The liquid crystal molecules in the first domain and the second domain may be twisted.
[0016]
The liquid crystal layer may have a plurality of first domains and a plurality of second domains for each display picture element region, and the number of the first domains and the second domains may be the same. . The sum of the areas of the first and second domains is preferably equal to each other.
[0017]
The operation will be described below.
[0018]
The liquid crystal display device of the present invention applies a substantially vertical electric field to a liquid crystal layer made of a nematic liquid crystal material having positive dielectric anisotropy arranged between a pair of polarizing plates arranged in a crossed Nicols state, Displays normally black mode (black display when no voltage is applied). Since the liquid crystal layer has at least first and second domains in which the orientation of liquid crystal molecules is different from each other for each display picture element region, a change in display quality due to a viewing angle direction can be suppressed. The phase difference compensation element compensates for the refractive index anisotropy of liquid crystal molecules aligned almost parallel to the surface of the substrate in the absence of voltage applied in all observation directions including the front, and displays black with little viewing angle dependency. Is realized. Further, as the phase difference compensation element, a pair of phase difference plates having positive refractive index anisotropy and disposed on both sides of the liquid crystal layer are used, and their slow axes are parallel to the substrate surface and the liquid crystal layer When arranged so as to be orthogonal to the slow axis, the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules when observed from the front direction can be effectively compensated.
[0019]
Further, by arranging a retardation plate having positive refractive index anisotropy so that its slow axis is substantially perpendicular to the substrate, the liquid crystal layer having the slow axis in the substrate plane and the retardation compensation element It is possible to compensate for the change in retardation when the observation direction (viewing angle direction) is tilted.
[0020]
Further, by arranging a retardation plate having positive refractive index anisotropy so that its slow axis is perpendicular to the polarization axis of the polarizing plate (45 ° to the slow axis of the liquid crystal layer), an elliptical shape is obtained. Polarization rotation can be compensated. As a result, good black display can be obtained in all observation directions including the front.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the operation principle of the liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to FIG.
[0022]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a liquid
[0023]
The liquid
[0024]
The
[0025]
As shown in FIG. 1, the
[0026]
As described above, the luminance change of the image obtained by observing the halftone display image of the liquid
[0027]
As shown in FIG. 1, the directors of the liquid crystal molecules in the first domain 101a and the directors of the liquid crystal molecules in the second domain 101b are oriented in directions different from each other by 180 °. The direction is parallel to the direction represented by the
[0028]
Both of the
[0029]
The
[0030]
[0031]
The retardation plate does not necessarily have uniaxial refractive index anisotropy, and may have positive biaxial refractive index anisotropy. An example using a retardation plate having positive biaxial refractive index anisotropy will be described in the following embodiment.
[0032]
Below, the component of this invention is demonstrated in detail.
[0033]
(Nematic liquid crystal material having positive dielectric anisotropy: Np liquid crystal material)
In the present invention, a substrate subjected to horizontal alignment treatment and an Np liquid crystal material are used, as in a TN mode liquid crystal display device widely used at present. Therefore, the injection time of the liquid crystal material can be shortened to about ½ or less as compared with the case of using the substrate and the Nn liquid crystal material that have been subjected to the vertical alignment treatment as in the liquid crystal display device of Japanese Patent Laid-Open No. 7-28068. In general, the Np liquid crystal material has a lower viscosity than the Nn liquid crystal material, and the surface of the horizontally aligned substrate has higher wettability with respect to the liquid crystal material than the surface of the vertically aligned substrate. Factors influence synergistically, so that liquid crystal material can be injected at high speed. The time required for injecting the liquid crystal material accounts for a large proportion of the time required for each process of manufacturing the liquid crystal display device, and greatly reducing the time leads to a significant improvement in the manufacturing efficiency of the liquid crystal display device. .
[0034]
(Vertical electric field)
In the present invention, an electric field perpendicular to the liquid crystal layer (perpendicular to the substrate) is applied by a pair of electrodes (at least one is necessarily a transparent electrode) disposed so as to sandwich the liquid crystal layer, and the liquid crystal molecules are To drive. That is, since the aperture ratio similar to that of the conventional TN mode liquid crystal display device can be obtained, it is not necessary to form an opaque electrode in the display pixel region as in the IPS mode. A liquid crystal display device having a high pixel aperture ratio can be obtained.
[0035]
(Orientation division)
In a liquid crystal display device that changes the transmittance by moving liquid crystal molecules in the thickness direction of the liquid crystal layer, including the TN mode that is widely used at present, the viewing angle dependency of display luminance is large (the viewing angle characteristic is inferior). There is a problem. This problem will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, and 2C. 2A and 2B schematically show a liquid crystal display device having a twist-aligned
[0036]
As shown in FIG. 2A, when no voltage is applied, the
[0037]
Accordingly, when the
[0038]
As a result, as shown in FIG. 2C, the luminance change of the display when the viewing angle is changed in the rising direction of the liquid crystal molecules (the direction of the
[0039]
That is, in the conventional TN mode, when the viewing angle is changed along the alignment direction of the liquid crystal molecules, the luminance changes remarkably. As can be understood from the above description, such asymmetry of the gradation characteristics is not limited to the TN mode, but is a display mode in which liquid crystal molecules move in the cell thickness direction of the liquid crystal cell, and alignment division is achieved. It is common to the mode that is not done.
[0040]
By dividing the orientation for each picture element region, the asymmetry of the gradation characteristics with respect to the viewing angle direction is improved, and gradation characteristics (viewing angle characteristics) that are vertically and horizontally symmetrical are obtained. This will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 3A and 3B, for example, one picture element region is divided into two regions A and B (first domain and second domain) in which the rising direction of the liquid crystal molecules by voltage differs by 180 °. In the state where no voltage is applied, as shown in FIG. 3A, the liquid crystal molecules in any region are aligned substantially parallel to the substrate surface (the pretilt angle is ignored for the sake of simplicity). When a halftone display voltage is applied, as shown in FIG. 3B, the
[0041]
Next, in order to estimate the range in which the effect of orientation division can be obtained, the ratio of SA and SB and the gradation characteristics will be described. Among the gradation characteristics shown in FIG. 3E, FIG. 4A shows the viewing angle dependence of a voltage application state where the front transmittance is 50%. As a measure of vertical symmetry, the ratio TA / TB of transmittance TA and TB at a viewing angle of 50 ° in the directions of arrows 304 (upper) and 305 (lower) in FIGS. 3A and 3B, and area SA of regions A and B FIG. 4B shows the relationship between the ratio SA / (SA + SB) of SB and SB. FIG. 4B shows that the upper and lower gradation characteristics are almost symmetrical (TA / TB = about 1) when the SA ratio is around 0.5.
[0042]
Note that the alignment division is not limited to two, and the sum of the areas of the two regions in which the rising direction of the liquid crystal molecules at the time of voltage application is reversed on the entire display surface may be substantially the same. In consideration of display uniformity, the unit of orientation division is preferably small, and it is preferable to perform orientation division into two or more for each pixel region. Further, as shown in FIGS. 4C and 4D, a plurality of regions A and a plurality of regions B may be provided for each picture element region, and the two regions A and B may be alternately arranged. By forming a plurality of regions A and regions B for each pixel region and reducing the unit of orientation division, the viewing angle characteristics can be made more uniform. The reason for this is that, as shown in FIG. 4E, when the liquid crystal display device is observed from an oblique direction, the light (
[0043]
(Normally black mode and improved contrast ratio)
Viewing angle characteristics are improved by using a phase difference compensation element in a normally black mode in which a black display state is obtained when no voltage is applied. The viewing angle characteristic is an apparent change of a display image that occurs when observed from a direction (oblique direction) deviated from the direction perpendicular to the display surface of the liquid crystal display device. The viewing angle characteristic (display that changes depending on the viewing angle) Characteristics) include gradation change, contrast ratio change, color change, and the like. As described above, the gradation change can be improved by the orientation division. Hereinafter, improvement of the viewing angle dependency of the contrast ratio by the combination of the normally black mode and the phase difference compensation element will be described.
[0044]
The contrast ratio (CR) is defined by a value obtained by dividing the maximum transmittance (transmittance during white display) by the minimum transmittance (transmittance during black display). In a normal liquid crystal display device, the change in transmittance accompanying observation from an oblique direction is larger in the black display state than in the white display state. Therefore, in order to improve the viewing angle characteristic of the contrast ratio, it is sufficient to improve the transmittance change (black float) accompanying oblique observation during black display.
[0045]
This will be described with reference to FIGS. 5A to 5F. In order to realize the normally black mode, the refractive index anisotropy of the horizontally aligned liquid crystal layer when no voltage is applied may be compensated (can be canceled). This compensation is performed by the
[0046]
It is only necessary that the sum of the retardation values 502 and 503 substantially coincides with the retardation value of the liquid crystal layer, and as a result, black is displayed in the observation from the front direction when no voltage is applied.
[0047]
Further, by appropriately adjusting (for example, matching) the wavelength dependence characteristic of the retardation value of the liquid crystal layer and the total wavelength dependence characteristic of the retardation values of the
[0048]
Next, the difference in the phase difference compensation method for improving black float between the normally black type and the normally white type will be described. As shown in FIG. 5A, in the case of a liquid crystal display device that displays black when no voltage is applied, the liquid crystal layers in region A and region B are in substantially the same orientation. On the other hand, in the normally white type shown in FIG. 5D, that is, when black display is performed when a voltage is applied, the orientations of the regions A and B are different. It affects the angle dependency of the retardation value in the black display state.
[0049]
FIG. 5A shows changes in the retardation values of the A and B regions when observed from the directions of
[0050]
According to FIGS. 5C and 5G, the angular dependence of the retardation value of the region A matches that of the region B with respect to the angle change in any direction of the
[0051]
On the other hand, according to FIG. 5F, the change of the retardation value with respect to the angle change in the directions of the
[0052]
(Phase difference plate with slow axis in the normal direction of the display surface)
The
[0053]
This will be briefly described with reference to FIG. 6 while paying attention to the angle change of the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules and the retardation plate. In FIG. The refractive index ellipsoid of the
[0054]
The refractive index change when these refractive index ellipsoids 706 (
[0055]
The refractive index anisotropy that contributes to the transmittance when the viewing angle is tilted in the major axis direction of the refractive index ellipsoid of the liquid crystal molecules or the retardation plate is the difference na2-nb2 between na2 and nb2 in FIG. 7B. In this case, as shown in FIG. 7B, the refractive index na2 is smaller than na1 shown in FIG. 7A. On the other hand, nb1 and nb2 are equal (nb1 = nb2). That is, when the viewing angle is inclined along the major axis of the refractive index ellipsoid, the refractive index anisotropy is in a decreasing direction.
[0056]
As shown in FIG. 7C, when the viewing angle is changed along the minor axis of the refractive index ellipsoid, the refractive index anisotropy contributing to the transmittance is the difference na3-nb3 between na3 and nb3. That is, when the viewing angle is changed along the minor axis direction of the refractive index ellipsoid, the refractive index anisotropy does not change.
[0057]
Finally, consider the case where the principal axis of the refractive index ellipsoid coincides with the normal of the display surface of the display device. The refractive index that contributes to the transmittance when viewed from the front is the difference na4-nb4 between na4 and nb4 shown in FIG. 7D. That is, when a retardation plate having a refractive index ellipsoid of na4 = nb4 is used, the transmittance in the front direction does not change at all. When the viewing angle is changed in an oblique direction, the difference na5 to nb5 between na5 and nb5 shown in FIG. 7E is obtained. That is, in such a refractive index ellipsoid, the refractive index anisotropy increases as the viewing angle is inclined from the front direction. That is, there is an effect of compensating for the refractive index change of FIG. 7B.
[0058]
Based on the discussion in the case of a single refractive index ellipsoid described in FIG. 7, the phase difference compensation effect in the refractive index ellipsoid group of FIG. 6 which is an embodiment of the present invention will be summarized. In the refractive index ellipsoid group representing the liquid crystal layer and the retardation plate when no voltage is applied in the embodiment of the present invention shown in FIG. 6, when linearly polarized light (polarization direction 607) is incident, two azimuth directions Table 1 summarizes changes and increases / decreases in refractive index anisotropy that affect the transmittance when the viewing angle is changed in the azimuth direction indicated by 608 and 609.
[0059]
[Table 1]
From the above table, it can be seen that the change in viewing angle in the oblique direction can be compensated by the retardation plate having the refractive index ellipsoid having the maximum refractive index in the normal direction of the surface of the liquid crystal display device. Furthermore, the refractive index that contributes to the transmittance is the refractive index in the direction of 45 ° with the polarization axis of the incident linearly polarized light. Therefore, it can be easily understood that the refractive index in this direction should be smaller than the refractive index in the normal direction of the surface of the liquid crystal display device.
[0061]
(Phase difference plate having a slow axis of 45 ° with respect to the slow axis of the liquid crystal layer)
The
[0062]
In order to improve the contrast ratio, it is necessary to suppress an increase in transmittance (black float) when viewed from an oblique direction in the black display state. That is, polarized light incident on the
[0063]
FIG. 8 shows the transmittance in the black display state when the viewing angle is set to 60 ° in the azimuth angle direction (direction of arrow 609) parallel to the major axis of the liquid crystal molecules, and the retardation values of the
[0064]
【Example】
First, parameters that characterize the configuration of a liquid crystal layer, a polarizing plate, and a retardation plate, which are commonly used in the description of the following embodiments, are defined as follows.
[0065]
The definition of each parameter, especially the angle value, is performed with reference to an XYZ orthogonal coordinate system appropriately set on the liquid crystal panel. As shown in FIGS. 9A to 9C, the reference coordinate system is not limited as long as the XY plane is parallel to the surface of the liquid crystal panel, and the directions of the X axis and the Y axis are not limited at all (FIG. 9B). Any of () to (c)]. However, in one liquid crystal display device, a common axis is used for all of the liquid crystal layer, the polarizing plate, and the retardation plate. In the following description, the main axes of the reference coordinate system are X_REF, Y_REF, and Z_REF.
[0066]
The parameters characterizing the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a perspective view of a liquid crystal cell. The following description describes a domain in a uniform orientation for simplicity. In the structure in which the pixel region is divided into a plurality of domains, the parameters characterizing the liquid crystal layer of each domain are: (1) retardation value of the liquid crystal layer, (2) twist angle of the liquid crystal layer, and (3) liquid crystal molecules (liquid crystal It is the orientation direction (slow axis of the liquid crystal layer) of the liquid crystal molecules located in the middle of the layer thickness direction.
[0067]
FIG. 10B is a cross-sectional view of the liquid crystal layer. The retardation value of the liquid crystal layer includes the refractive index anisotropy Δn of the
[0068]
FIG. 10C is a plan view when the liquid crystal cell is observed from the observer side. A
[0069]
The alignment direction of the liquid crystal layer is defined as follows. A straight line that bisects θtwist shown in FIG. This
[0070]
The parameter of the polarizing plate is the direction (angle) of the polarization axis (transmission axis). A method of defining the direction of the polarization axis will be described (not shown). The direction of the polarization axis is defined by the angle formed with the reference axis X_REF, and the counterclockwise direction is represented as positive. Of course, the directions of the polarization axes of the polarizing plate represented by an arbitrary polarization axis direction α and the polarizing plates represented by α + 180 ° and α−180 ° are all equivalent.
[0071]
The parameters of the phase difference plate are defined. Parameters of retardation plate are as follows: (1) In-plane retardation value (in plane parallel to display surface), (2) Thickness direction retardation value (direction perpendicular to liquid crystal display surface), (3) Angle of a-axis (X_REF And the angle formed by the a axis.
[0072]
FIG. 11 shows a refractive index ellipsoid of the retardation plate. The three principal axes of the refractive index ellipsoid of the retardation plate used in this embodiment are a, b, and c. The main axes a, b and c form an orthogonal coordinate system. The main axes a and b are in a plane parallel to the surface of the phase plate, that is, in a plane parallel to the display surface. At this time, the refractive index values along the main axes a, b, and c are defined as na, nb, and nc, respectively. In addition, the thickness of the retardation plate is assumed to be d.
[0073]
(1) The in-plane retardation of the retardation plate is defined as d · (na−nb).
[0074]
(2) Thickness direction retardation is defined as d · (na-nc).
[0075]
(3) The angle of the a axis is defined as an angle γ formed by the reference axis X_REF and the a axis. The sign of the angle is positive in the counterclockwise direction.
[0076]
(Liquid crystal cell fabrication / alignment division)
A method for manufacturing a liquid crystal cell used in this embodiment, particularly a method for alignment division will be described. The liquid crystal display device of the present invention can be produced by appropriately combining known production methods.
[0077]
The liquid crystal cell is manufactured under substantially the same conditions as the current TN liquid crystal cell on an ordinary TFT (thin film transistor) substrate. However, in this embodiment, the rubbing direction (angle) is different from the conventional TN type liquid crystal cell. Further, in order to form a bipartite alignment, the pretilt angle is controlled by irradiating the alignment film with UV light.
[0078]
FIG. 12A is a schematic view of the liquid crystal cell in this embodiment as viewed from the observer side substrate. In the figure, an
[0079]
The alignment state of the liquid crystal molecules after the liquid crystal is injected into the substrate subjected to the rubbing process in the rubbing direction and subjected to the realignment process will be described. The orientation of the
[0080]
Therefore, in the present invention, rubbing was performed after irradiating either one of the upper and lower substrates with UV light. FIG. 12C schematically shows the alignment of the liquid crystal molecules in the XX ′ section in this state. One pixel was divided into two areas A and B, and UV irradiation was performed.
[0081]
In region A, the alignment film on the counter substrate is irradiated with UV light, and in region B, only the alignment film on the TFT substrate side is irradiated with UV light. As a result of evaluating the optical characteristics of the liquid crystal cell subjected to such treatment, it was confirmed that the liquid crystal molecules in the intermediate layer in the region A were rotated in the direction of the
[0082]
Furthermore, it is preferable to use light-shielding beads as the spacer beads.
[0083]
This is because the present invention obtains normally black characteristics by compensating the retardation of the liquid crystal layer with a retardation plate. That is, if the retardation value of the liquid crystal layer changes due to beads or the like, black display cannot be obtained at that portion, resulting in a decrease in contrast. Therefore, it is necessary to take appropriate measures such as shielding light from such a part (using light-shielding beads) or not providing such a part (beadless).
[0084]
Example 1
An embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, 101 denotes a liquid crystal cell, 102, 103, 104, 105, 110, and 111 denote retardation plates, and 108 and 109 denote polarizing plates.
[0085]
The
[0086]
[Table 2]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0088]
[Table 3]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0090]
[Table 4]
FIG. 13 shows the relationship between the transmittance of the liquid crystal display device of this example and the applied voltage. In FIG. 13, the transmittance when the applied voltage is 4 V is 100%. FIG. 13 shows that the liquid crystal display device of this example displays black at an applied voltage of 0 V, and the transmittance increases (white display) as the applied voltage increases.
[0092]
14A to 14C show the viewing angle (polar angle: angle with respect to the display surface normal) dependency of the transmittance in each gradation in the 8-gradation display state. 14A shows the viewing angle change in each direction parallel to the X_REF axis, FIG. 14B shows the viewing angle change in the azimuth direction parallel to the X_REF ± 45 ° axis, and FIG. 14C shows the viewing angle change in the azimuth direction parallel to the Y_REF axis. Each is shown. From these figures, it can be seen that the gradation characteristics of the liquid crystal display device of this example are substantially symmetrical.
[0093]
FIG. 15 shows an isocontrast diagram of a value (contrast ratio) obtained by dividing the transmittance when the applied voltage is 4V by the transmittance when the applied voltage is 0V. The center of the circle indicates the normal direction of the display surface (
[0094]
(Example 2)
The configuration of the liquid crystal display device of Example 2 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 16,
[0095]
The
[0096]
[Table 5]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0098]
[Table 6]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0100]
[Table 7]
The liquid crystal display device of this example also has a very good viewing angle characteristic as in Example 1.
[0102]
Example 3
The configuration of the liquid crystal display device of Example 3 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 17,
[0103]
The
[0104]
[Table 8]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0106]
[Table 9]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0108]
[Table 10]
The liquid crystal display device of this example also has a very good viewing angle characteristic as in Example 1.
[0110]
Example 4
The configuration of the liquid crystal display device of Example 4 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 18, 6301 represents a liquid crystal cell, 6302, 6303 and 6304 represent retardation plates, and 6305 and 6306 represent polarizing plates. The
[0111]
[Table 11]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0113]
[Table 12]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0115]
[Table 13]
The liquid crystal display device of this example also has a very good viewing angle characteristic as in Example 1.
[0117]
(Example 5)
FIG. 19 schematically shows the configuration of the liquid crystal display device according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 19, 6401 represents a liquid crystal cell, 6402, 6403, 6404 and 6405 represent retardation plates, and 6406 and 6407 represent polarizing plates.
[0118]
The
[0119]
[Table 14]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0121]
[Table 15]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0123]
[Table 16]
The liquid crystal display device of this example also has a very good viewing angle characteristic as in Example 1.
[0125]
(Example 6)
The configuration of the liquid crystal display device of Example 6 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 23,
[0126]
The
[0127]
[Table 17]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0129]
[Table 18]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0131]
[Table 19]
In all of Examples 1 to 6, the twist angle of the liquid crystal layer was 0 °, but the effect of the present invention is not limited to this. By providing an arbitrary twist angle in the liquid crystal layer, the selection range of each parameter, the margin, and the like can be expanded. In particular, when the twist angle is in the range of 0 ° to less than 90 °, the alignment can be easily divided without mixing a chiral agent into the liquid crystal. In the following, an example with a twist angle of 30 ° is shown as an example.
[0133]
(Example 7)
The configuration of the liquid crystal display device of Example 7 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 1, 101 denotes a liquid crystal cell, 102, 103, 104, 105, 110, and 111 denote retardation plates, and 108 and 109 denote polarizing plates.
[0134]
The
[0135]
[Table 20]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0137]
[Table 21]
The parameters of the
[0139]
[Table 22]
FIG. 20 shows the relationship between the transmittance of the liquid crystal display device of this example and the applied voltage. In FIG. 20, the transmittance when the applied voltage is 4 V is 100%. As can be seen from FIG. 20, the liquid crystal display device of this example displays black at an applied voltage of 0 V, and the transmittance increases (white display) as the applied voltage increases.
[0141]
21A to 21C show the viewing angle (polar angle: angle with respect to the normal to the display surface) dependence of the transmittance in each gradation in the 8-gradation display state. 21A shows the change in viewing angle in each azimuth direction parallel to the X_REF axis, FIG. 21B shows the change in viewing angle in the azimuth direction parallel to the axis of X_REF ± 45 °, and FIG. 21C shows the change in viewing angle in the azimuth direction parallel to the Y_REF axis. Each is shown. From these figures, it can be seen that the gradation characteristics of the liquid crystal display device of this example are substantially symmetrical.
[0142]
FIG. 22 shows an isocontrast diagram of a value (contrast ratio) obtained by dividing the transmittance when the applied voltage is 4V by the transmittance when the applied voltage is 0V. The center of the circle indicates the normal direction of the display surface (
[0143]
(Example 8)
The configuration of the liquid crystal display device of Example 8 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 16,
[0144]
The
[0145]
[Table 23]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0147]
[Table 24]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0149]
[Table 25]
Similarly to the seventh embodiment, the liquid crystal display device of the present embodiment also has extremely good viewing angle characteristics.
[0151]
Example 9
The configuration of the liquid crystal display device of Example 9 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 17,
[0152]
The
[0153]
[Table 26]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0155]
[Table 27]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0157]
[Table 28]
Similarly to the seventh embodiment, the liquid crystal display device of the present embodiment also has extremely good viewing angle characteristics.
[0159]
(Example 10)
The configuration of the liquid crystal display device of Example 10 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 18, 6301 represents a liquid crystal cell, 6302, 6303 and 6304 represent retardation plates, and 6305 and 6306 represent polarizing plates.
[0160]
The
[0161]
[Table 29]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0163]
[Table 30]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0165]
[Table 31]
Similarly to the seventh embodiment, the liquid crystal display device of the present embodiment also has extremely good viewing angle characteristics.
[0167]
(Example 11)
The configuration of the liquid crystal display device of Example 11 of the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 19, 6401 represents a liquid crystal cell, 6402, 6403, 6404 and 6405 represent retardation plates, and 6406 and 6407 represent polarizing plates.
[0168]
The
[0169]
[Table 32]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0171]
[Table 33]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0173]
[Table 34]
Similarly to the seventh embodiment, the liquid crystal display device of the present embodiment also has extremely good viewing angle characteristics.
[0175]
(Example 12)
FIG. 23 schematically shows the configuration of the liquid crystal display device according to Example 12 of the present invention. In FIG. 23,
[0176]
The
[0177]
[Table 35]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0179]
[Table 36]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0181]
[Table 37]
Similarly to the seventh embodiment, the liquid crystal display device of the present embodiment also has extremely good viewing angle characteristics.
[0183]
(Example 13)
In the third embodiment, the
[0184]
The present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 24, 2401 represents a liquid crystal cell, 2402, 2403, 2404, and 2405 represent retardation plates, and 2408 and 2409 represent polarizing plates.
[0185]
The
[0186]
[Table 38]
The parameters of the polarizing plate are as follows.
[0188]
[Table 39]
The parameters of the phase difference plate are shown below.
[0190]
[Table 40]
FIG. 25 shows the relationship between the transmittance of the liquid crystal display device of this example and the applied voltage. In FIG. 25, the transmittance when the applied voltage is 4 V is 100%. From FIG. 25, the liquid crystal display device of this example has a normally black electro-optical characteristic in which black is displayed at an applied voltage of 0 V and the transmittance increases (white display) as the applied voltage increases.
[0192]
FIG. 26 to FIG. 29 show the viewing angle (polar angle: angle with respect to the display surface normal) dependency of the transmittance in each gradation in the 8-gradation display state. 26 shows the change in viewing angle in each azimuth direction parallel to the X_REF axis, FIG. 27 shows the change in viewing angle in the azimuth direction parallel to the axis of X_REF + 45 °, and FIG. 28 shows the viewing angle in the azimuth direction parallel to the axis of X_REF−45 °. FIG. 29 shows the change in viewing angle in the azimuth direction parallel to the Y_REF axis. From these figures, it can be seen that the gradation characteristics of the liquid crystal display device of this example are substantially symmetrical.
[0193]
FIG. 30 shows an isocontrast diagram of a value (contrast ratio) obtained by dividing the transmittance when the applied voltage is 4V by the transmittance when the applied voltage is 0V. The center of the circle indicates the normal direction of the display surface (
[0194]
Although Example 13 is performed based on various conditions shown in Tables 38 to 40, the effects of the present invention are not limited to these conditions. That is, it has a liquid crystal layer that is substantially horizontally aligned when no voltage is applied and exhibits at least two alignment states when a voltage is applied, and the liquid crystal layer exhibits refractive index anisotropy exhibited when no voltage is applied in all directions. It is only necessary to have a phase difference compensating element designed so as to be compensated across.
[0195]
For example, even when the retardation value of the liquid crystal layer is changed in the liquid crystal display device having the configuration shown in FIG. 24, the optimum retardation plate can be found for each. The results are shown in FIGS. The horizontal axis RLC in FIG. 31 is the retardation value of the liquid crystal layer (see Table 38), and the vertical axis R1 is the retardation value d · (na−nb) (= R1) of the phase
[0196]
In FIG. 32, the horizontal axis represents the R1, the vertical axis R2a represents the retardation value d · (na−nb) of the
[0197]
The horizontal axis in FIG. 33 is the R2a, the vertical axis -R2b is the retardation value -d · (na-nc) of the
[0198]
All of the liquid crystal display devices configured with the retardation values shown in FIGS. 31 to 33 exhibit good viewing angle characteristics. That is, the effects of the present invention are not limited to the retardation setting values described in the respective examples described in the present invention, and a good field of view can be obtained by appropriately setting the retardation values of the liquid crystal layer and the retardation compensation element. Angular characteristics can be obtained. In addition, the effects of the present invention can be sufficiently obtained when the retardation value of the liquid crystal layer is approximately in the range of 240 nm to 320 nm.
[0199]
Furthermore, the effects of the present invention are not limited to the conditions shown in FIGS. This is because the curves shown in FIGS. 31 and 32 are values optimized based on the retardation values of the polarizing plate protective materials TAC, 2406 and 2407 shown in Table 40 with respect to the change in retardation of the liquid crystal cell. This is because if the retardation value changes, the curves shown in FIGS. 31 and 32 change accordingly. Further, the curve shown in FIG. 31 is a curve that is established in the case of the twist angle and the orientation direction shown in Table 38 and the set value of the na axis of the
[0200]
(Examples 13-A to 13-D and Comparative Examples 13-E to 13-H)
In the thirteenth embodiment, phase
[0201]
The following table summarizes the arrangement (existence / non-existence) of each phase difference compensation element in the embodiments described below.
[0202]
[Table 41]
(Example 13-A)
The configuration of the liquid crystal display device in Example 13-A will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0204]
First, Table 42 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0205]
[Table 42]
Next, Table 43 shows the parameters of the polarizer.
[0207]
[Table 43]
Finally, Table 44 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0209]
[Table 44]
FIG. 34 shows an equi-contrast contour curve obtained by dividing the transmittance at the applied voltage of 4 V by the transmittance at the applied voltage of 0 V in the liquid crystal display device of Example 13-A.
[0211]
(Example 13-B)
The configuration of the liquid crystal display device in Example 13-B will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0212]
First, Table 45 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0213]
[Table 45]
Next, Table 46 shows the parameters of the polarizer.
[0215]
[Table 46]
Finally, Table 47 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0217]
[Table 47]
FIG. 35 shows an equicontrast / contour curve obtained by dividing the transmittance of the applied voltage of 4 V by the transmittance of the applied voltage of 0 V in the liquid crystal display device of Example 13-B.
[0219]
(Example 13-C)
The configuration of the liquid crystal display device in Example 13-C will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0220]
First, Table 48 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0221]
[Table 48]
Next, polarizer parameters are shown in Table 49.
[0223]
[Table 49]
Finally, Table 50 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0225]
[Table 50]
FIG. 36 shows an equicontrast contour curve obtained by dividing the transmittance of the applied voltage 4 V by the transmittance of the applied voltage 0 V in the liquid crystal display device of Example 13-C.
[0227]
(Example 13-D)
The configuration of the liquid crystal display device in Example 13-D will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0228]
First, Table 51 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0229]
[Table 51]
Next, Table 52 shows the parameters of the polarizer.
[0231]
[Table 52]
Finally, Table 53 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0233]
[Table 53]
FIG. 37 shows an equicontrast contour curve obtained by dividing the transmittance of the applied voltage of 4 V by the transmittance of the applied voltage of 0 V in the liquid crystal display device in Example 13-D.
[0235]
(Comparative Example 13-E)
The configuration of the liquid crystal display device in Comparative Example 13-E will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0236]
First, Table 54 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0237]
[Table 54]
Next, the parameters of the polarizer are shown in Table 55.
[0239]
[Table 55]
Finally, Table 56 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0241]
[Table 56]
FIG. 38 shows an equi-contrast contour curve obtained by dividing the transmittance at the applied voltage of 4 V by the transmittance at the applied voltage of 0 V in the liquid crystal display device according to Comparative Example 13-E.
[0243]
(Comparative Example 13-F)
The configuration of the liquid crystal display device in Comparative Example 13-F will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0244]
First, Table 57 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0245]
[Table 57]
Next, polarizer parameters are shown in Table 58.
[0247]
[Table 58]
Finally, Table 59 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0249]
[Table 59]
FIG. 39 shows an equicontrast contour curve obtained by dividing the transmittance of the applied voltage of 4 V by the transmittance of the applied voltage of 0 V in the liquid crystal display device of Comparative Example 13-F.
[0251]
(Comparative Example 13-G)
The configuration of the liquid crystal display device in Comparative Example 13-G will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0252]
First, Table 60 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0253]
[Table 60]
Next, polarizer parameters are shown in Table 61.
[0255]
[Table 61]
Finally, Table 62 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0257]
[Table 62]
FIG. 40 shows an equi-contrast contour curve obtained by dividing the transmittance at the applied voltage of 4 V by the transmittance at the applied voltage of 0 V in the liquid crystal display device of Comparative Example 13-G.
[0259]
(Comparative Example 13-H)
The configuration of the liquid crystal display device in Comparative Example 13-H will be described below. The basic configuration of the liquid crystal display device is as shown in FIG. However, as shown in Table 41, the phase
[0260]
First, Table 63 shows the parameters of the liquid crystal cell.
[0261]
[Table 63]
Next, Table 64 shows the parameters of the polarizer.
[0263]
[Table 64]
Finally, Table 65 shows the parameters of the phase difference compensation element.
[0265]
[Table 65]
FIG. 41 shows an equi-contrast contour curve obtained by dividing the transmittance at the applied voltage of 4 V by the transmittance at the applied voltage of 0 V in the liquid crystal display device of Comparative Example 13-H.
[0267]
Comparative Examples 13-E, 13-F, 13-G, and 13- in which either one of the phase
[0268]
The equal contour curves (see FIGS. 36 and 37) of Examples 13-C and 13-D in which only one of the phase
[0269]
The iso-contrast contour curves (see FIGS. 34 and 35) of Examples 13-A and 13-B in which only one of the phase
[0270]
A favorable viewing angle characteristic can be obtained by arranging any one of the combination of the phase
[0271]
Desirably, better viewing angle characteristics can be obtained when the same number of phase difference compensating elements are arranged substantially symmetrically on the light source side and the viewer side across the liquid crystal cell as shown in the thirteenth embodiment. More preferably, the retardation value of the retardation compensation element equidistant from the intermediate layer of the liquid crystal cell may be set to the same value on the light source side and the observer side. In Example 13, the combination of phase
[0272]
Further, when Example 9 and Example 13 are compared, the transmission axis of the light source side polarizer (6206, 2408) and the transmission axis of the observer side polarizer (6207, 2409) are orthogonal to each other as a common point. The na axis of the phase
[0273]
(Example 14)
In the above-described ninth embodiment, in order to obtain a good black display in the front direction of the liquid crystal display device with respect to a liquid crystal cell having a twist angle of 30 °, the liquid crystal in the non-twisted state shown in the thirteenth embodiment or the like. The na axis of the retardation plate adjacent to the cell was changed. Specifically, when the twist angle is zero, the na axes of the phase difference compensation elements above and below the liquid crystal cell are parallel, but when the twist angle is 30 °, an appropriate sandwich angle (18.8 ° in Example 9) is provided. It was. In the present embodiment, it is shown that it is possible to obtain a good black display in the front direction as in Embodiment 9 with respect to a liquid crystal cell having a twist angle other than 0 ° by other methods. Finally, it briefly shows that there are innumerable combinations of phase difference compensation elements that can obtain a black display in the front direction when no voltage is applied by using the Poincare sphere concept.
[0274]
The configuration of the liquid crystal cell of Example 14 is the same as that shown in FIG. However, the parameters of the polarizer, the liquid crystal cell, and the phase difference compensation element are different. Table 66 shows the parameters of the
[0275]
[Table 66]
Next, Table 67 shows the parameters of the polarizing plate in Example 14.
[0277]
[Table 67]
Finally, Table 68 shows parameters of the phase difference compensation element in Example 14.
[0279]
[Table 68]
FIG. 42 shows applied voltage-transmittance characteristics in the front direction of the liquid crystal display device of this example. As shown in FIG. 42, the liquid crystal display device of this example has a transmittance of approximately 0% when the applied voltage is about 0 V, and the transmittance increases with an increase in the applied voltage in the region where the applied voltage is approximately 1.5 V or more. It can be seen that the increase in normally black electro-optical properties is exhibited. It can also be seen that good contrast characteristics are obtained because the transmittance around the applied voltage of 0 V is approximately 0%.
[0281]
Next, FIG. 43 shows an isocontrast curve with respect to a change in viewing angle in the liquid crystal display device of this example. The isocontrast contour curve in FIG. 43 is a value obtained by dividing the transmittance at the applied voltage of 4V by the transmittance at the applied voltage of 0V. From FIG. 43, it can be seen that the liquid crystal display device of this example exhibits good electro-optical characteristics as in the case of other examples 13 and 9.
[0282]
Next, it will be exemplified below that there are innumerable combinations of settings of the liquid crystal cell, the polarizing plate, and the phase difference compensation element for obtaining a black display in the front direction.
[0283]
First, the point that black display is obtained by observation from the front direction of the liquid product display device in Example 14 will be outlined using the Poincare sphere in FIG.
[0284]
Point A Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Point B Point indicating the polarization state of light transmitted through the phase
Point C Point indicating the polarization state of light transmitted through the phase
Point D Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Point E Point indicating the polarization state of light transmitted through the phase
Point F Point indicating the polarization state of the light transmitted through the phase
Point G Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Axis 1 A rotation axis in the Poincare sphere corresponding to the birefringence effect by the phase
Axis m Rotation axis in Poincare sphere corresponding to the birefringence action by phase
Axis n Rotation axis in Poincare sphere corresponding to birefringence action by phase
Axis o1 Rotation axis in Poincare sphere corresponding to the birefringence action by the liquid crystal molecules adjacent to the phase
Axis o2 Rotation axis in Poincare sphere corresponding to the birefringence action by the liquid crystal molecules adjacent to the phase
Axis p Rotation axis in Poincare sphere corresponding to birefringence action by phase
FIG. 44 is a view of the Poincare sphere as viewed from the extreme points. Therefore, the center point S in FIG. 44 indicates circularly polarized light, the point on the outer circle (on the equator) indicates linearly polarized light, and the point outside the center point S and inside the outer periphery indicates elliptically polarized light. In addition, the numbers attached to the outer periphery of the figure are the angles formed by the polarization axis of the corresponding linearly polarized light and the X-REF axis.
[0285]
With reference to FIG. 44, the change in the polarization state from the light source having a wavelength of 550 nm to the observer in the liquid crystal display device shown in Example 14 will be described.
[0286]
The linearly polarized light transmitted through the
[0287]
Next, since the na axis of the phase
[0288]
Next, since the na axis of the phase
[0289]
Next, since the principal axis of refractive index anisotropy of the
[0290]
Next, since the na axis of the phase
[0291]
Next, since the na axis of the phase
[0292]
Next, since the na axis of the phase
[0293]
Finally, since the transmission axis G point of the
[0294]
Next, the case of the present Example 9 in which the twist angle of the liquid crystal cell is 30 ° can be verified as in Example 14. FIG. 45 shows the locus of change in the polarization state in the ninth embodiment.
[0295]
Point A Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Point B Point indicating a polarized bear of light transmitted through the phase
Point C Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Point D Point indicating the polarization state of light transmitted through the phase
Point E Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Although detailed description is omitted, the linearly polarized light transmitted through the
[0296]
Finally, when the twist angle of the liquid crystal cell is 0 °, for example, Example 13 is verified in the same manner as Example 14. 46 (a) and 46 (b) show the change locus of the polarization state in Example 13. FIG.
[0297]
Point A Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Point B Point indicating the polarization state of light transmitted through the phase
Point C Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Point D An axis indicating the polarization state of light transmitted through the phase
Point E Point indicating the polarization state of light transmitted through the
Although detailed description is omitted, the linearly polarized light transmitted through the
[0298]
As described above, in order to obtain normally black characteristics that display black when no voltage is applied, the polarization state of light when transmitted through the light source side polarizing plate is determined by the observer side polarizing plate. The parameters of the liquid crystal cell and the phase difference compensation element may be set appropriately so as to shift to the diagonal of the polarization state of the light transmitted through the light, that is, the polarization state of the light absorbed by the polarizing plate on the observer side. Such a setting can be found innumerably using the Poincare sphere idea. This is because, as shown in FIG. 47, an infinite number of trajectories can be taken on the Poincare sphere to move the polarization state A transmitted by the light source side polarizing plate to the polarization state Z absorbed by the observer side polarizing plate.
[0299]
However, as described in the above comparative example, from the viewpoint of obtaining good viewing angle characteristics, it is preferable that the same number of phase difference compensation elements are arranged substantially symmetrically on the light source side and the viewer side. .
[0300]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a normally black mode liquid crystal display device in which a change in display quality depending on a viewing angle direction is remarkably small is provided. The liquid crystal display device of the present invention does not sacrifice manufacturing efficiency and transmittance unlike the conventional wide viewing angle liquid crystal display device. The liquid crystal display device of the present invention is suitably used for a display device that requires a wide viewing angle, such as a computer monitor display and a liquid crystal display device for displaying video images.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing liquid crystal molecule alignment when no voltage is applied.
FIG. 2B is a schematic diagram schematically showing liquid crystal molecule alignment during voltage application.
FIG. 2C is a graph showing the change in transmittance of the region A when the viewing angle is changed in the cross section of the regions A and B, using the front transmittance as a parameter.
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing an alignment state of liquid crystal molecules in liquid crystal regions A and B obtained by alignment division in a black display state.
FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal regions A and B divided in alignment in the halftone display state.
FIG. 3C is a graph showing a change in transmittance with respect to a change in viewing angle in region A, using the front transmittance as a parameter.
FIG. 3D is a graph showing a change in transmittance with respect to a change in viewing angle in region B using the front transmittance as a parameter.
FIG. 3E is a graph showing a total transmittance change with respect to a change in viewing angle between regions A and B, using the front transmittance as a parameter.
FIG. 4A is a diagram for explaining picture element division ratio (area ratio of regions A and B) and gradation symmetry, and a diagram for explaining the definition of transmittance used for evaluation of symmetry.
FIG. 4B is a diagram for explaining a pixel division ratio (area ratio of regions A and B) and gradation symmetry, and a diagram showing an area ratio of regions A and B and gradation symmetry;
FIG. 4C is a diagram schematically showing a modification of the orientation division of one display picture element region according to the present invention.
FIG. 4D is a diagram schematically showing another modification example of orientation division of one display picture element region according to the present invention.
FIG. 4E is a schematic diagram for explaining the reason why the viewing angle characteristic can be made more uniform by reducing the unit of orientation division.
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of liquid crystal molecular alignment during black display in a normally black liquid crystal display device.
FIG. 5B is a diagram showing a relative relationship between an absorption axis of a polarizing plate, an alignment axis of liquid crystal molecules, and a slow axis of a retardation plate for obtaining a normally black characteristic in a horizontal alignment cell.
FIG. 5C is a graph showing a change in retardation value when the viewing angle is changed along the alignment direction of liquid crystal molecules in a black display state in a normally black display device.
FIG. 5D is a schematic cross-sectional view of liquid crystal molecule alignment during black display in a normally white liquid crystal display device.
FIG. 5E is a diagram showing a relative relationship between an absorption axis of a polarizing plate and an alignment axis of liquid crystal molecules for obtaining a normally white characteristic in a horizontal alignment cell.
FIG. 5F is a graph showing a change in retardation value when the viewing angle is changed along the alignment direction of liquid crystal molecules in a black display state in a normally white liquid crystal display device.
FIG. 5G is a graph showing changes in the retardation value when the viewing angle is changed along the direction orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules in a black display state in a normally black display device.
FIG. 5H is a graph showing a change in retardation value in a normally white liquid crystal display device when the viewing angle is changed along a direction orthogonal to the alignment direction of liquid crystal molecules in a black display state.
FIG. 6 is a diagram for explaining improvement in contrast viewing angle characteristics in the present invention. FIG. 3 shows a liquid crystal layer, a refractive index ellipsoid of a retardation plate group, and a polarization axis of incident linearly polarized light in an embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a diagram showing a refractive index ellipsoid having positive uniaxial refractive index anisotropy.
FIG. 7B is a diagram for explaining transmitted light when linearly polarized light having an angle of 45 ° with respect to the slow axis is incident from the normal direction of the plane.
FIG. 7C shows a refractive index ellipsoid having positive uniaxial refractive index anisotropy and its slow axis from a direction inclined along the slow axis with respect to the normal line of the plane including the slow axis; It is a figure explaining the transmitted light at the time of entering the linearly polarized light whose angle which is formed is 45 degrees.
FIG. 7D is a diagram illustrating transmitted light when linearly polarized light is incident on a refractive index ellipsoid having positive uniaxial refractive index anisotropy from the direction of its slow axis.
FIG. 7E is a diagram illustrating transmitted light when linearly polarized light is incident on a refractive index ellipsoid having positive uniaxial refractive index anisotropy from a direction inclined from its slow phase.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between retardation of a 45 ° phase difference plate and transmittance in a black display state.
FIG. 9 is a diagram showing a definition of a main axis direction for explaining a configuration of an example.
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a configuration of an example.
FIG. 11 is a diagram schematically showing a refractive index ellipsoid of a retardation plate used in Examples.
FIG. 12 is a schematic view illustrating a liquid crystal cell in a liquid crystal display device of the present invention. (A) is a figure which shows the rubbing direction, (b) is a schematic diagram which shows the orientation state of the liquid crystal molecule of the cell thickness direction by the rubbing process of (a). (C) is a schematic diagram showing the alignment state of the liquid crystal molecules in the cell thickness direction when the rubbing treatment (a) and the alignment division treatment are used in combination.
FIG. 13 is a graph showing a relationship between transmittance and applied voltage of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14A is a graph showing the viewing angle dependence of the transmittance at each gradation in the eight gradation display state of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention (directions parallel to the X_REF axis).
FIG. 14B is a graph showing the viewing angle dependence of the transmittance at each gradation in the eight gradation display state of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention (azimuth directions parallel to the X_REF ± 45 ° axis);
FIG. 14C is a graph showing the viewing angle dependence of the transmittance at each gradation in the eight gradation display state of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention (directions parallel to the Y_REF axis).
FIG. 15 is an isocontrast diagram of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of an example of the present invention.
FIG. 17 is a diagram schematically showing the configuration of another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram schematically showing the configuration of another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram schematically showing a configuration of another embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the transmittance and the applied voltage of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 21A is a graph showing the viewing angle dependence of the transmittance at each gradation in the eight gradation display state of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention (directions parallel to the X_REF axis).
FIG. 21B is a graph showing the viewing angle dependence of the transmittance at each gradation in the eight gradation display state of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention (directions parallel to the axis of X_REF ± 45 °).
FIG. 21C is a graph showing the viewing angle dependence of the transmittance at each gradation in the eight gradation display state of the liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention (directions parallel to the Y_REF axis).
FIG. 22 is an isocontrast diagram of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a diagram schematically showing a configuration of another embodiment of the present invention.
24 is a diagram illustrating a configuration of a liquid crystal display device in Example 13, Examples 13-A to 13-D, and Comparative Examples 13-E to 13-H and 14. FIG.
25 is a diagram showing transmittance-applied voltage characteristics observed from the front direction in the liquid crystal display device of Example 13. FIG.
FIG. 26 is a diagram illustrating a change in transmittance of each gradation with respect to a change in viewing angle in the X_REF axis direction in 8-gradation display in the liquid crystal display device of Example 13.
FIG. 27 is a diagram showing a change in transmittance of each gradation with respect to visualization in the X_REF + 45 deg axis direction in 8-gradation display in the liquid crystal display device of Example 13;
FIG. 28 is a diagram illustrating a change in transmittance of each gradation with respect to a change in viewing angle in the X_REF-45 deg axis direction in 8-gradation display in the liquid crystal display device of Example 13.
29 is a diagram showing a change in transmittance of each gradation with respect to a change in viewing angle in the Y_REF axis direction in 8-gradation display in the liquid crystal display device of Example 13. FIG.
30 is a diagram showing isocontrast contour curves in the liquid crystal display device of Example 13. FIG.
FIG. 31 is a diagram illustrating an optimum value of retardation values d · (na−nb) (R1) of
32 shows the retardation values d · (na−nb) (R2a) of the phase
FIG. 33 shows retardation values −d · (na−nc) (− R2b) of
34 is a diagram showing isocontrast contour curves in the liquid crystal display device of Example 13-A. FIG.
FIG. 35 is a diagram showing isocontrast / contour curves in the liquid crystal display device of Example 13-B.
FIG. 36 is a diagram showing isocontrast / contour curves in the liquid crystal display device of Example 13-C.
FIG. 37 is a diagram showing isocontrast / contour curves in the liquid crystal display device according to Example 13-D.
38 is a diagram showing isocontrast contour curves in the liquid crystal display device of Comparative Example 13-E. FIG.
FIG. 39 is a diagram showing an iso-contrast / contour curve in the liquid crystal display device of Comparative Example 13-F.
40 is a diagram showing isocontrast / contour curves in the liquid crystal display device of Comparative Example 13-G. FIG.
41 is a diagram showing isocontrast / contour curves in the liquid crystal display device of Comparative Example 13-H. FIG.
42 is a diagram showing transmittance-applied voltage characteristics observed from the front direction in the liquid crystal display device of Example 14. FIG.
43 is a diagram showing isocontrast contour curves in the liquid crystal display device of Example 14. FIG.
44 is a diagram illustrating a change in the polarization state of light transmitted in parallel to the normal line of the surface of the liquid crystal cell when the applied voltage is 0 V in the liquid crystal display device of Example 14. FIG. .
45 is a diagram for explaining a change in polarization state of light transmitted in parallel with the normal line of the surface of the liquid crystal cell when the applied voltage is 0 V in the liquid crystal display device of Example 9. FIG.
46 (a) and 46 (b) show changes in the polarization state of light transmitted parallel to the normal of the liquid crystal cell surface when the applied voltage is 0 V in the liquid crystal display device of Example 13 in the liquid crystal display device of Example 13. FIG.
FIG. 47 illustrates that there are innumerable parameters of a liquid crystal cell, a phase difference compensation element, and a polarizer that can obtain normally black electro-optical characteristics using a liquid crystal cell that is generally horizontally aligned when no voltage is applied. It is a figure to do.
FIG. 48 is a schematic view of a liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-289097.
[Explanation of symbols]
100 Liquid crystal display device
100a, 100b electrode
101 Aligned and split liquid crystal layer
101a, 100b Orientation-divided regions
102, 103, 104, 105, 110, 111 retardation plate
108, 109 Polarizing plate
1201 Rubbing direction of counter substrate
1202 TFT substrate rubbing direction
1204 TFT substrate
1205 Counter substrate
1206 Liquid crystal molecules
1207 An arrow indicating the direction in which liquid crystal molecules rise when a voltage is applied
1208 An arrow indicating the direction in which liquid crystal molecules rise when a voltage is applied
Claims (6)
該第１と第２基板との間に挟持され、正の誘電異方性を有するネマティック液晶材料からなる液晶層と、
該第１及び第２基板にそれぞれ設けられ、該第１及び第２基板に略垂直な電界を該液晶層に印加する第１及び第２電極と、
該第１及び第２基板のそれぞれの外側に設けられ、直交ニコル状態に配置された第１及び第２偏光板と、
該第１基板と該第１偏光板との間に設けられた正の屈折率異方性を有する第１位相差補償素子と、
該第２基板と前記第２偏光板との間に設けられた正の屈折率異方性を有する第２位相差補償素子と、
該第１位相差補償素子と該第１偏光板との間、または該第２位相差補償素子と該第２偏光板との間に設けられた、基板の法線方向に最大の屈折率を有する第３位相差補償素子とを有し、
該液晶層は、表示絵素領域ごとに、電圧印加状態において液晶分子の配向が互いに異なる第１及び第２ドメインを少なくとも有し、
該第１及び第２ドメインの液晶分子は、電圧無印加状態において、配向状態が略同一であって該第１及び第２基板の表面に対して略平行に配向し、
前記第１及び第２位相差補償素子のリタデーションの合計が概ね液晶層のリタデーションと一致し、電圧無印加状態に正面方向からの観測において黒表示がなされるように前記第１及び第２位相差補償素子が配置され、前記第３位相差補償素子の遅相軸は前記第１及び第２基板と略直交しており、
前記第１、第２および第３の位相差補償素子は、電圧無印加状態において、前記第１及び第２ドメインの該液晶分子の屈折率異方性を補償する、液晶表示装置。First and second substrates, each transparent,
A liquid crystal layer made of a nematic liquid crystal material sandwiched between the first and second substrates and having positive dielectric anisotropy;
First and second electrodes provided on the first and second substrates, respectively, for applying an electric field substantially perpendicular to the first and second substrates to the liquid crystal layer;
First and second polarizing plates provided outside each of the first and second substrates and arranged in a crossed Nicols state;
A first phase difference compensation element having a positive refractive index anisotropy provided between the first substrate and the first polarizing plate;
A second retardation compensation element having a positive refractive index anisotropy provided between the second substrate and the second polarizing plate;
The maximum refractive index in the normal direction of the substrate provided between the first retardation compensation element and the first polarizing plate or between the second retardation compensation element and the second polarizing plate. A third phase difference compensating element having
The liquid crystal layer has at least first and second domains in which the orientation of liquid crystal molecules is different from each other in a voltage application state for each display pixel region,
The liquid crystal molecules of the first and second domains have substantially the same alignment state when no voltage is applied, and are aligned substantially parallel to the surfaces of the first and second substrates.
The total retardation of the first and second phase compensation element is substantially coincident with the retardation of the liquid crystal layer, the first and second phase difference as the black display is performed at the observation from the front direction when no voltage is applied A compensation element is disposed, and a slow axis of the third phase difference compensation element is substantially orthogonal to the first and second substrates ;
The liquid crystal display device, wherein the first, second, and third phase difference compensating elements compensate for the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules in the first and second domains in a state where no voltage is applied.
該第４位相差補償素子は、基板の法線方向に最大の屈折率を有し、該第４位相差補償素子の遅相軸は前記第１及び第２基板と略直交する、請求項１に記載の液晶表示装置。A fourth phase difference between the first phase difference compensation element not provided with the third phase difference compensation element and the first polarizing plate, or between the second phase difference compensation element and the second polarizing plate; A phase difference compensation element;
The fourth phase difference compensation element has a maximum refractive index in a normal direction of the substrate, and a slow axis of the fourth phase difference compensation element is substantially orthogonal to the first and second substrates. A liquid crystal display device according to 1.
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