JP5234310B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、一対の透明基板と透明基板間に保持された液晶層とを有する液晶セルと、液晶セルを挟み込み、光軸が互いに直交するように配置された第１及び第２の偏光板とを有する液晶表示装置に関する。

初期配向がホモジニアス配向のノーマリーブラックタイプの液晶表示装置は、液晶層と、液晶層を挟み込む一対のガラス基板と、クロスニコル配置された一対の偏光板とを有する。このような液晶表示装置としては、例えばＩＰＳ（In Plane Switching）型やＦＦＳ（Fringe Field Switching）型と呼ばれる液晶表示装置がある。上記液晶表示装置は、液晶層に、ガラス基板と平行な方向の電界を印加し、液晶の配向方向を制御して表示を行う。ＩＰＳ型やＦＦＳ型の液晶表示装置は、液晶の配向方向とガラス基板とが平行であることから、ＴＮ（Twist Nematic）型の液晶表示装置に比して、広視野角を実現できる利点がある。

ところで、ＩＰＳ型やＦＦＳ型の液晶表示装置では、黒表示状態において、特に、一対の偏光板の偏光方向に対して４５°の方位から視野角をつけて観察すると、光漏れや色度変化が観察され、表示品質が低下することが知られている。この問題に対し、光学補償層を用いることで、黒表示時の斜め視野光漏れと色変動を抑える技術がある（例えば、特許文献１参照）。

図８に、特許文献１に記載された液晶表示装置の一部を示す。液晶セル２１０は、ホモジニアス配向された液晶層と、液晶層を挟み込む一対のガラス基板とを有する。偏光板２０４は、偏光層を構成するＰＶＡ（ポリビニルアルコール）層から成る偏光子２０１と、偏光子２０１を挟み込む一対の偏光子保護層２０２、２０３とを有する。偏光板２０８は、偏光層を構成するＰＶＡ層から成る偏光子２０６と、偏光子２０６を挟み込む一対の偏光子保護層２０５、２０７とを有する。

偏光板２０４の光軸（光吸収軸又は光透過軸）と、偏光板２０８の光軸とは、互いに直交している。偏光板２０８の光吸収軸と液晶セル２１０における液晶配向方向は、ほぼ平行となっている。偏光子保護層２０２、２０３、及び、２０７は、光軸が厚み方向にあり、厚み方向に約５０ｎｍのリタデーションを有している。また、偏光子保護層２０５は、同様に、光軸が厚み方向にあり、厚み方向に０〜２５ｎｍのリタデーションを有している。

光学補償層２１４は、偏光板２０４と液晶セル２１０との間に配置される。光学補償層２１４は、面内の遅相軸方向の屈折率をｎｓ、面内の進相軸方向の屈折率をｎｆ、厚み方向の屈折率をｎｚとしたとき、それぞれの関係が（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５で、かつ、面内リタデーションＲｅが８０ｎｍ≦Ｒｅ≦２３０ｎｍの範囲にある二軸異方性層である。この光学補償層２１４を、面内の遅相軸と液晶配向方向とが平行となるように配置する。特許文献１では、斜め視野方向での偏光子保護層２０５の位相変化を小さく、望ましくは０ｎｍの等方性にすることで、偏光子２０６を通過した光を直線偏光のまま液晶層へ入射させる。特許文献１では、液晶層の配向方向が光入射面にあることから偏光変化を受けないため、色付きを小さくできるとしている。
特開２００５−１９６１４９号公報（段落００６１）

特許文献１では、黒表示時の斜め視野での色度の変動幅は小さくなるものの、実質的に補償する層が二軸異方性層一層で、この二軸異方性層の複屈折率が正分散特性の構成のため、二軸異方性層の波長依存性が残る。このような構成では、バックライトスペクトルやカラーフィルタの透過スペクトルの変化によって色味変化が発生するため、最適な色味となるように、異方性層の位相差を調整する。しかし、このような調整を行っても、例えばバックライトスペクトルのＢ領域とＲ領域とのそれぞれのピーク位置が離れて波長依存性が大きくなる場合など、色変動を解決できない場合は、異方性層の波長依存性をより小さく、理想的にはなくす必要がある。波長依存性をなくすには、光の短波長領域になるほどリタデーションが小さくなる逆分散特性の材料が必要であるが、このような材料で、上記した構成を実現する二軸異方性層の製造は難しいという問題がある。

本発明は、斜め視野における波長分散特性を抑制できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、ホモジニアス配向の液晶層と、前記液晶層を挟み込む一対の透明基板とを有する液晶セルと、前記液晶セルの光入射面に、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ直交に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる光学特性が等方性の偏光子保護層とを有する第１の偏光板と、前記液晶セルの光出射面に、光軸が前記第１の偏光板の光軸と直交で、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる面内リタデーションがほぼ０ｎｍで厚み方向のリタデーションが２０ｎｍ乃至９０ｎｍの範囲にある偏光子保護層とを有する第２の偏光板とを、備え、前記液晶層と前記第２の偏光板との間に、前記第２の偏光板から順次に、層面内遅相軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、層面内遅相軸方向の屈折率をｎｓ、層面内進相軸方向の屈折率をｎｆ、層厚み方向の屈折率をｎｚとした場合に、波長５５０ｎｍにおけるＮｚ係数が（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５の関係を満たす、光学的に二軸異方性を有する第１の光学異方性層と、６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの各波長における厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＞Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＞Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）の関係を満たし、かつ、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）−Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）≦９２ｎｍの関係を満たす、液晶セル面に対してほぼ垂直方向に光軸を有する第２の光学異方性層とを、有することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置は、ホモジニアス配向の液晶層と、前記液晶層を挟み込む一対の透明基板とを有する液晶セルと、前記液晶セルの光出射面に、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ直交に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる光学特性が等方性の偏光子保護層とを有するか、又は、偏光子を有し、前記液晶層と偏光子の間に偏光子保護層を含まない第１の偏光板と、前記液晶セルの光入射面に、光軸が前記第１の偏光板の光軸と直交で、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる面内リタデーションがほぼ０ｎｍで厚み方向のリタデーションが２０ｎｍ乃至９０ｎｍの範囲にある偏光子保護層とを有する第２の偏光板とを、備え、前記液晶層と前記第２の偏光板との間に、層面内遅相軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、層面内遅相軸方向の屈折率をｎｓ、層面内進相軸方向の屈折率をｎｆ、層厚み方向の屈折率をｎｚとした場合に、波長５５０ｎｍにおけるＮｚ係数が（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５の関係を満たす、光学的に二軸異方性を有する第１の光学異方性層と、前記液晶層と前記第１の偏光板との間に、６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの各波長における厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＜Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＜Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）を満たし、かつ、Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）−Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦９２ｎｍを満たす、液晶セル面に対してほぼ垂直方向に光軸を有する第２の光学異方性層とを、有することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、液晶セル面に対して垂直方向に光軸を有する異方性層（第２の光学異方性層）により、斜め視野での光漏れを抑制する異方性層（第１の光学異方性層）で生じる波長依存性を打ち消すことで、斜め視野における波長分散特性を抑制することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示装置の構成を示している。液晶表示装置は、偏光板（Ｐ１）１０４、液晶セル１１０、異方性層（Ｃｐ）１１６（第２の光学異方性層）、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５（第１の光学異方性層）、及び、偏光板（Ｐ２）１０８を有する。本実施形態の液晶表示装置の構成は、図８に示す関連技術の液晶表示装置の構成に、異方性層（Ｃｐ）１１６が追加された構成である。

液晶セル１１０は、ホモジニアス配向の液晶層と、液晶層を挟み込む一対の透明基板（ガラス基板）とを有している。透明基板のうちの一方には、カラーフィルタが形成されており、１画素は、少なくともＲＧＢの各色に対応した領域を含んでいる。液晶セル１１０の液晶層における液晶は、正の比誘電率を有する。或いは、負の比誘電率を有する液晶を使用してもよい。偏光板（Ｐ１）１０４の背面側には、図示しないバックライトが配置されている。液晶表示装置は、バックライトを光源とし、液晶セル１１０で光の透過と遮光をコントロールして表示を行う。

偏光板（Ｐ１）１０４及び偏光板（Ｐ２）１０８は、液晶セル１１０を、光入射側及び光出射側から挟み込む。光入射側の偏光板（Ｐ１）１０４は、偏光子１０１と、偏光子１０１を挟み込む一対の偏光子保護層１０２、１０３とを有する。偏光板（Ｐ１）１０４における液晶セル１１０側の偏光子保護層１０３は、光学的に等方性を有する。光出射側の偏光板（Ｐ２）１０８は、偏光子１０５と、偏光子１０５を挟み込む一対の偏光子保護層１０６、１０７とを有する。偏光板（Ｐ２）１０８における液晶セル１１０側の偏光子保護層１０７は、面内リタデーションがほぼ０ｎｍで、厚み方向のリタデーションが２０ｎｍ以上で９０ｎｍ以下の範囲にある。

偏光子１０１における光吸収軸と、偏光子１０５における光吸収軸とは、互いに直交する方向とする。具体的には、偏光子１０１における光吸収軸をＹ方向に平行な方向とし、偏光子１０５における光吸収軸をＸ方向に平行な方向とする。偏光子１０１、１０５における光透過軸は、光吸収軸と直交する方向であり、偏光子１０１における光透過軸と、偏光子１０５における光透過軸とは、互いに直交する。液晶セル１１０における液晶の初期配向方向（液晶の光学軸方向）は、偏光板（Ｐ１）１０４の偏光子１０１における光吸収軸と平行とする。

二軸異方性層（Ｂｉ）１１５及び異方性層（Ｃｐ）１１６は、偏光板（Ｐ２）１０８と液晶セル１１０内の液晶セルとの間に、偏光板（Ｐ２）１０８側からこの順で配置される。二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の３次元屈折率の関係は、液晶セル面に平行な面内の遅相軸方向の屈折率をｎｓ、面内の進相軸方向の屈折率をｎｆ、厚み方向の屈折率をｎｚとしたとき、（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５である。異方性層（Ｃｐ）１１６は、液晶セル面に対してほぼ垂直方向に光軸を有する。二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の遅相軸（ｎｓ）と、電圧無印加時の液晶配向方向と、偏光板（Ｐ２）１０８の光透過軸とは、ほぼ平行に配置される。３次元屈折率（ｎｓ，ｎｆ，ｎｚ）については、エリプソメータや平行ニコル回転法を利用した自動複屈折計（王子計測株式会社製ＫＯＢＲＡ）等を用いて求めることができる。

二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の波長５５０ｎｍの光における面内リタデーションＲｅ（Ｒｅ＝（ｎｓ−ｎｆ）×ｄ）は、異方性層（Ｃｐ）１１６の波長５５０ｎｍの光における厚み方向のリタデーションＲｔｈ（Ｒｔｈ＝｛（ｎｓ＋ｎｆ）／２−ｎｚ｝×ｄ）をαとしたとき、８０ｎｍ＋α≦Ｒｅ≦２３０ｎｍ＋αの範囲にある。また、異方性層（Ｃｐ）１１６の画素内の赤、青、緑の領域におけるＲ（６５０ｎｍ）・Ｇ（５５０ｎｍ）・Ｂ（４５０ｎｍ）の各波長領域における厚み方向のリタデーションＲｔｈは、
青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＞緑領域Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＞赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）
の関係を満たしている。青領域のリタデーションと赤領域のリタデーションとの差は、
青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）−赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）≦９２ｎｍ
とする。

なお、図１では、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５及び異方性層（Ｃｐ）１１６を、液晶セル１１０の外部に配置する例を示しているが、これらは、液晶セル１１０内の液晶層と偏光板（Ｐ２）１０８との間に配置されていればよいので、液晶セル１１０が、液晶層よりも偏光板（Ｐ２）１０８側に二軸異方性層（Ｂｉ）１１５及び異方性層（Ｃｐ）１１６の少なくとも一方を内蔵する構成も可能である。例えば、液晶セル１１０内のカラーフィルタ層にて、カラーフィルタの青、緑、赤に、それぞれ上記した関係の厚み方向のリタデーションを持たせ、カラーフィルタ層が異方性層（Ｃｐ）１１６を兼ねる構成も可能である。

液晶セル１１０の液晶層に電圧が印加されない状態で、液晶表示装置を正面視野から観察した場合を考える。この状態では、偏光板（Ｐ１）１０４の光透過軸、液晶層の光軸、液晶層面にほぼ垂直な方向の異方性層（Ｃｐ）１１６の光軸、液晶層面内に平行な面内にある二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の遅相軸が、互いに直交又は平行な配置となる。このため、光入射側の偏光板（Ｐ１）１０４を通過した光は、偏光変化を起こさずに、光出射側の偏光板（Ｐ２）１０８に到達する。偏光板（Ｐ１）１０４の光透過軸と偏光板（Ｐ２）１０８の光透過軸とは直交しているため、偏光板（Ｐ２）１０８に入射した光は、偏光板（Ｐ２）１０８で吸収される。従って、正面視野では、液晶表示装置は黒表示となる。

次に、斜め方向から観察した場合を考える。斜め方向から液晶表示装置を観察すると、正面方向では直交していた偏光板（Ｐ１）１０４の光透過軸及び偏光板（Ｐ２）１０８の光透過軸とが、直交方向からずれる。これにより、光漏れが発生する。関連技術における光学補償手法（図８）では、この光漏れを、以下のようにして抑制している。まず、一方の液晶セル側の偏光子保護層、例えば光入射側の偏光板２０８の偏光子保護層２０５を等方性にする。この偏光子保護層２０５を、セル面に対して垂直方向に光軸を有する負の一軸異方性のものから等方性のものに代えることで、液晶層に対して、直線偏光のままで光を入射することができる。

液晶層では、配向方向（光軸）が光入射面にあるために偏光変化が起こらず、直線偏光のままで透過させることができる。このため、ここまでは入射直線偏光のままで各層を透過し、色付き（波長分散）は発生しない。ここで、等方性とした偏光子保護層２０５の代わりに、入手の容易な一軸位相差板を液晶層光軸方向と平行に配置して用いても、上記と同様の効果を得ることができる。これは、上記の液晶層で偏光変化が起きないのと同じ状態であるため、液晶層に入射する偏光状態は変わらないためである。

次に、光学補償層（二軸異方性層）２１４の３次元屈折率の関係が（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５にある場合、光学補償層２１４と出射側偏光板２０４の液晶層側の偏光子保護層２０３のリタデーションとの組み合わせにより、斜め視野にて、これらを、液晶セル２１０を出射した直線偏光と出射側偏光板２０４の光吸収軸との間に光軸があるλ／２波長板とすることができる。この部分で、斜め視野にて、液晶セル２１０を出射した直線偏光の偏光方向を、出射側偏光板２０４の光透過軸と直交するように偏光変化させることで、斜め視野での光を漏れを抑えることができる。

図２に、方位角φ及び極角（９０°−θ）の定義を示す。図２に示すＸ軸を偏光板の光軸方向として、偏光板の光軸方向を方位角φ＝０と定義する。また、ＸＹ平面からＺ軸への回転角をθと定義し、極角を（９０°−θ）と定義する。図３に、光学補償層２１４の面内リタデーションＲｅと、方位角４５°、極角４５°（θ＝４５°）での透過率比との関係を示す。図３では、透過率比（輝度比）は、光学補償層２１４（二軸異方性層（Ｂｉ）１１５）がない状態における方位角４５°、極角４５°での黒表示時の輝度（黒輝度）を１として規格化している。ここでは、光学補償しない場合に比べて、十分に光漏れを抑制できる範囲として、光学補償しない場合に比して黒輝度を半分以下とする範囲（輝度比０．５以下の範囲）を選定する。図３より、輝度比を０．５以下とする二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の面内リタデーションＲｅの範囲として、８０ｎｍ≦Ｒｅ≦２３０ｎｍが得られる。

上記のように、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の面内リタデーションＲｅを、８０ｎｍ≦Ｒｅ≦２３０ｎｍとすることで、光漏れを抑制できる。しかし、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５と偏光子保護層とによる位相差補償は、実質的に一方向の偏光変化であるため、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の複屈折波長依存性による色付きが発生する。本実施形態では、この部分の複屈折波長依存性を、液晶セル面に対してほぼ垂直方向に光軸を有する異方性層（Ｃｐ）１１６を追加することで抑える。すなわち、異方性層（Ｃｐ）１１６にて、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５で生じる偏光変化と逆方向に偏光変化させることで、異方性層（Ｃｐ）１１６−二軸異方性層（Ｂｉ）１１５−偏光子保護層１０７の全体を、広帯域波長板化する。

異方性層（Ｃｐ）１１６を追加する場合、波長５５０ｎｍの光における二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の面内リタデーションをＲｅ（５５０ｎｍ）、緑領域における異方性層（Ｃｐ）１１６の厚み方向のリタデーションＲｔｈ（５５０ｎｍ）をαとおけば、これらの組合せのリタデーションは、Ｒｅ−αで表せる。従って、これら２つの層の波長５５０ｎｍの光におけるリタデーションを、光漏れが抑制できる範囲である８０ｎｍ〜２３０ｎｍとするためには、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の波長５５０ｎｍの光における面内リタデーションＲｅをα分だけシフトさせて、８０ｎｍ＋α≦Ｒｅ≦２３０ｎｍ＋αの範囲とすればよい。この範囲とすることで、光漏れの抑制が可能である。

図４に、二軸異方性層（Ｂｉ）の面内リタデーション及び異方性層（Ｃｐ）の厚み方向のリタデーションの波長依存性を示す。同図では、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の面内リタデーションＲｅ／λ、及び、異方性層（Ｃｐ）１１６の厚み方向のリタデーションＲｔｈ／λを、それぞれ５５０ｎｍで規格化して示している。異方性層（Ｃｐ）１１６−二軸異方性層（Ｂｉ）１１５−偏光子保護層１０７の全体を広帯域波長板化するためには、図４に示すように、異方性層（Ｃｐ）１１６の光学特性条件は、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５で生じる複屈折波長依存性を打ち消すだけの大きさであればよい。

広帯域波長板化できる条件を求めるために、異方性層（Ｃｐ）１１６の厚み方向をリタデーションＲｔｈをパラメータにしてシミュレーションを行った。シミュレーション条件を表１に、結果を表２から表４に示す。本シミュレーションでは、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の波長依存性（緑領域を基準として、緑領域と青領域との差、緑領域と赤領域との差）によって色付きが発生していることから、緑領域における波長５５０ｎｍの光に対するリタデーションＲｔｈ（５５０ｎｍ）を０ｎｍに固定し、青領域における波長４５０ｎｍの光に対するリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）と赤領域における波長６５０ｎｍの光に対するリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）とをパラメータとして、計算を行った。結果には、偏光状態を表現するストークスパラメータ（ｓ１，ｓ２，ｓ３）を用い、赤領域及び青領域それぞれのストークスパラメータが、緑領域のストークスパラメータに近づく範囲（緑領域の偏光状態に揃った状態、緑領域のストークスパラメータとの距離Ｒが小さい）から、異方性層（Ｃｐ）１１６の光学特性条件を導いた。

表２は、関連技術相当の異方性層（Ｃｐ）１１６なしのシミュレーション結果を示している。ここでは、緑領域（５５０ｎｍ）でのストークスパラメータは、（ｓ１，ｓ２，ｓ３）＝（０，０，０）とする。表３は、赤領域のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）のシミュレーション結果を示している。赤領域で、波長６５０ｎｍの光に対するリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）を０ｎｍからマイナス方向に変化させると、緑領域のストークスパラメータ（ｓ１，ｓ２，ｓ３）＝（０，０，０）との距離Ｒは、約−２６ｎｍで最小となり、次第に離れて約−５０ｎｍで、０ｎｍのときと同程度の距離となる。このことから、赤領域における波長６５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）を、−５０ｎｍ≦赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＜０ｎｍの範囲とすることで、赤の色付きを抑えることができることがわかる。

次に、表４は、青領域のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）のシミュレーション結果を示している。青領域で、波長４５０ｎｍの光に対するリタデーションを０ｎｍからプラス方向に変化させると、緑領域のストークスパラメータとの距離Ｒは、約２０ｎｍで最小となり、次第に離れて約４２ｎｍで、０ｎｍのときと同程度の距離となる。このことから、青領域における波長４５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）を、０ｎｍ＜青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦４２ｎｍの範囲とすることで、青の色付きを抑えることができることがわかる。

上記シミュレーション結果から、異方性層（Ｃｐ）１１６の緑領域における波長５５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（５５０ｎｍ）をほぼ０ｎｍとする場合は、異方性層（Ｃｐ）１１６の青領域における波長４５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）を青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＞０とし、赤領域における波長６５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）を赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＜０とすることで、色付きを抑制できることがわかる。これは、３次元屈折率（ｎｓ，ｎｆ，ｎｚ）の関係で言えば、青領域は（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≧１とし、赤領域は（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦−１とすることに相当する。

また、青領域における波長４５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションと、赤領域における波長６５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションとの差は、青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）−赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）≧９２ｎｍとすればよい。より詳細には、異方性層（Ｃｐ）１１６の青領域における波長４５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）は、０ｎｍ＜青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦４２ｎｍの範囲とし、赤領域における波長６５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）は、−５０ｎｍ≦赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＜０ｎｍの範囲とすればよい。この範囲に設定することで、色ずれを抑えることができる。

上記シミュレーションでは、異方性層（Ｃｐ）１１６の緑領域における波長５５０ｎｍの光に対するリタデーションＲｔｈ（５５０ｎｍ）を、緑領域Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）≒０ｎｍとして計算した。緑領域Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）≒０ｎｍとする場合は、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の波長５５０ｎｍの光における面内リタデーションＲｅは、関連技術と同様に、８０ｎｍ≦Ｒｅ≦２３０ｎｍとすればよい。この場合は、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５として、関連技術と同様の光学特性のものを用いることができ、新しい光学特性のものを準備しなくても、異方性層（Ｃｐ）１１６の各波長におけるリタデーションを、画素内の青、緑、赤の各領域に対応させて、上記したリタデーションに設定することで、広帯域波長板化が可能である。

異方性層（Ｃｐ）１１６の緑領域のリタデーションを、Ｒｈｔ（５５０ｎｍ）≠０とする場合は、青領域及び赤領域のそれぞれにおける波長４５０ｎｍの光及び波長６５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）を、それぞれ緑領域Ｒｔｈの厚み方向のリタデーション（α）分だけずらしてやればよい。この場合、各領域の各波長に対するリタデーションの関係は、青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＞緑領域Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＞赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）となる。異方性層（Ｃｐ）１１６の赤領域における波長６５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）は、上記した範囲からα分だけシフトさせて、−５０ｎｍ＋α≦赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＜αの範囲とすればよい。同様に、青領域における波長４５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）は、α＜青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦４２ｎｍ＋αとすればよい。

なお、上記で計算した結果は、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の波長４５０ｎｍの光における位相差と波長５５０ｎｍの光における位相差との比（４５０ｎｍ／５５０ｎｍ）が、一般的な約１．２のもので計算した結果である。この値が変われば、異方性層（Ｃｐ）１１６の光学特性範囲も変化することになる。そのときは、上記と同様な手順によって、広帯域波長板化が可能な異方性層（Ｃｐ）１１６の厚み方向のリタデーションＲｔｈの範囲を導けばよい。

図５に、図８に示す関連技術の構成での正面方向及び斜め視野での透過光スペクトルとバックライトスペクトルとを示す。斜め視野は、φ＝偏光板光吸収軸＋４５°、極角９０°−θ＝４５°の方向とする。正面方向では、液晶セルの透過率スペクトルがバックライトスペクトルピークの部分で強度差がないため色付きがない。これに対し、斜め視野では、液晶セルの透過率スペクトルが青領域と赤領域で大きく異なっており、色づきが発生する。また、例えば、図５中に矢印で示す部分のように、バックライトスペクトルの赤領域のピークが右（長波長側）にずれたときには、赤色の斜め視野での透過率が上昇し、赤の強度が強まるため、表示色が赤方向に色シフトする。

図６に、本実施形態における正面方向及び斜め視野での透過光スペクトルとバックライトスペクトルとを示す。図５と図６とを比較すると、本実施形態の構成とすることで、斜め視野での赤、緑、青の各領域の透過率の差を小さくできることがわかる。また、斜め視野での透過光スペクトルの波長変化に対する透過率変化が小さいため、図６中に矢印で示す部分のように、バックライトスペクトルの赤領域のピークが右にずれたときでも、赤色の斜め視野での透過率はあまり変化せず、色シフトが発生しない。このように、本実施形態では、斜め視野で観察した際に、正面方向との色度差が小さく、かつ、バックライトスペクトルによらない光学補償が可能である。

本実施形態では、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の液晶セル１１０側に、液晶セル面に対して垂直方向に光軸を有する異方性層（Ｃｐ）１１６を追加する。この異方性層（Ｃｐ）１１６により、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５で生じる波長分散を補償することで、斜め視野における色付きを抑制できる。具体的には、異方性層（Ｃｐ）１１６の各波長の光に対する厚み方向のリタデーションを、画素内の赤領域、緑領域、青領域のそれぞれに対応して、赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＞緑領域Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＞青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）に設定する。このように設定することで、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５と異方性層（Ｃｐ）１１６との組合せにおけるリタデーションの波長依存性を低くすることができ、色付きを抑制できる。本実施形態の液晶表示装置は、広視野角を実現できるため、広視野角が求められるデスクトップモニターやＴＶの用途に好適に用いることができる。

図７は、本発明の第２実施形態の液晶表示装置を示している。本実施形態の構成は、図８に示す構成にて、光入射側と光出射側とを入れ替え、液晶セル１１０と光出射側の偏光板（Ｐ１）１０４との間に異方性層（Ｃｐ）１１６を挿入した構成である。本実施形態では、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５は、光入射側の偏光板（Ｐ２）１０８と液晶セル１１０との間に配置される。偏光板（Ｐ２）１０８の液晶セル１１０側の偏光子保護層１０７の面内リタデーションはほぼ０ｎｍで、厚み方向のリタデーションＲｔｈは２０ｎｍ乃至９０ｎｍである。

二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の３次元屈折率の関係は、面内遅相軸方向の屈折率をｎｓ、面内進相軸方向の屈折率をｎｆ、厚み方向の屈折率をｎｚとしたとき、（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５である。二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の遅相軸（ｎｓ）と、電圧無印加時の液晶配向方向と、偏光板（Ｐ２）１０８の光透過軸とは、平行に配置する。波長５５０ｎｍの光に対する二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の面内リタデーションＲｅは、緑領域における異方性層（Ｃｐ）１１６の波長５５０ｎｍの光に対する厚み方向のリタデーションＲｔｈ（５５０ｎｍ）をαとして、８０ｎｍ−α≦Ｒｅ≦２３０ｎｍ−αの範囲とする。

異方性層（Ｃｐ）１１６は、光出射側の偏光板（Ｐ１）１０４と液晶セル１１０との間に配置される。偏光板（Ｐ１）１０４の液晶セル１１０側の偏光子保護層１０３は、光学特性が等方性を有する。この偏光子保護層１０３を配置しない構成も可能である。異方性層（Ｃｐ）１１６は、液晶セル面に対して、ほぼ垂直方向に光軸を有する。異方性層（Ｃｐ）１１６のＲ（６５０ｎｍ）、Ｇ（５５０ｎｍ）、Ｂ（４５０ｎｍ）の光に対するリタデーションＲｔｈは、青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＜緑領域Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＜赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）の関係を満たす。赤領域のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）と青領域のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）との差は、第１実施形態と同様に９２ｎｍ以下、すなわち、赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）−青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦９２ｎｍとする。緑領域のリタデーションＲｔｈ（５５０ｎｍ）をほぼ０ｎｍ、すなわち、等方性とする場合は、青領域のリタデーションＲｔｈ（４５０ｎｍ）をＲｔｈ（４５０ｎｍ）＜０とし、赤領域のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）をＲｔｈ（６５０ｎｍ）＞０とすればよい。このとき、０ｎｍ＜赤領域Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）≦５０ｎｍ、−４２ｎｍ≦青領域Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＜０ｎｍである。

二軸異方性層（Ｂｉ）１１５は、第１実施形態と同様に、斜め視野にて、光入射側偏光板（Ｐ２）１０８の偏光子１０５の光透過軸と、光出射側偏光板（Ｐ１）１０４の偏光子１０１の光吸収軸との間に光軸を有するλ／２板として機能する。光入射側の偏光子１０５を透過した直線偏光は、二軸異方性層（Ｂｉ）１１５で偏光方向が変化し、光出射側の偏光子１０１の光吸収軸に平行となる。ここで、全ての光の偏光状態が揃っていれば、液晶配向方向（光軸）は光入射面に含まれる配置であるため、液晶層を透過する間に偏光変化は生じない。しかし、正確には、光出射側の偏光子１０１の光吸収軸に一致するのは波長５５０ｎｍの付近の光のみであり、波長４５０ｎｍや６５０ｎｍの光は、偏光子１０１と二軸異方性層（Ｂｉ）１１５の複屈折波長依存性により、異なる偏光状態（楕円偏光）になる。このような状態で液晶層に入射するため、波長４５０ｎｍや６５０ｎｍの光は、液晶層のほぼλ／２板リタデーション（正面方向で２５０ｎｍ〜４５０ｎｍ）によって変化し、液晶層を出射した光は、液晶入射前の偏光回転方向と左右逆回転の楕円偏光となる。そのため、第１実施形態で与えたのとは逆符号のリタデーションの異方性層（Ｃｐ）１１６を、偏光板（Ｐ１）１０４と液晶セル１１０との間に配置することで、偏光子保護層１０７と二軸異方性層（Ｂｉ）１１５と液晶層とで生じる複屈折波長依存性を打ち消し、全波長領域で、光出射側の偏光子１０１の光吸収軸方向に揃った直線偏光とすることができ、色付きの発生を抑えることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の液晶表示装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置の構成を示す斜視図。 方位角及び極角の定義を示す斜視図。 二軸異方性層（Ｂｉ）の面内リタデーションと透過率比との関係を示すグラフ。 二軸異方性層（Ｂｉ）の面内リタデーション及び異方性層（Ｃｐ）の厚み方向のリタデーションの波長依存性を示すグラフ。 関連技術における透過率の波長依存性を示すグラフ。 第１実施形態における透過率の波長依存性を示すグラフ。 本発明の第２実施形態の液晶表示装置の構成を示す斜視図。 関連技術の液晶表示装置の構成を示す斜視図。

符号の説明

１０１、１０５：偏光子
１０２、１０３、１０６、１０７：偏光子保護層
１０４、１０８：偏光板
１１０：液晶セル
１１５：二軸異方性層（Ｂｉ）
１１６：異方性層（Ｃｐ）

Claims (10)

1. ホモジニアス配向の液晶層と、前記液晶層を挟み込む一対の透明基板とを有する液晶セルと、
   前記液晶セルの光入射面に、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ直交に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる光学特性が等方性の偏光子保護層とを有する第１の偏光板と、
   前記液晶セルの光出射面に、光軸が前記第１の偏光板の光軸と直交で、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる面内リタデーションがほぼ０ｎｍで厚み方向のリタデーションが２０ｎｍ乃至９０ｎｍの範囲にある偏光子保護層とを有する第２の偏光板とを、備え、
   前記液晶層と前記第２の偏光板との間に、前記第２の偏光板から順次に、層面内遅相軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、層面内遅相軸方向の屈折率をｎｓ、層面内進相軸方向の屈折率をｎｆ、層厚み方向の屈折率をｎｚとした場合に、波長５５０ｎｍにおけるＮｚ係数が（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５の関係を満たす、光学的に二軸異方性を有する第１の光学異方性層と、
   ６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの各波長における厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＞Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＞Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）の関係を満たし、かつ、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）−Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）≦９２ｎｍの関係を満たす、液晶セル面に対してほぼ垂直方向に光軸を有する第２の光学異方性層とを、有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２の光学異方性層のＲｔｈ（６５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＞０、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）≒０、Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＜０であり、かつ、−５０ｎｍ≦Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＜０ｎｍ、０＜Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦４２ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 波長４５０ｎｍにおける前記第２の光学異方性層の３次元屈折率の関係が、（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≧１であり、波長６５０ｎｍおける前記第２の光学異方性層の３次元屈折率の関係が、（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦−１であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. ホモジニアス配向の液晶層と、前記液晶層を挟み込む一対の透明基板とを有する液晶セルと、
   前記液晶セルの光出射面に、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ直交に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる光学特性が等方性の偏光子保護層とを有するか、又は、偏光子を有し、前記液晶層と偏光子の間に偏光子保護層を含まない第１の偏光板と、
   前記液晶セルの光入射面に、光軸が前記第１の偏光板の光軸と直交で、光透過軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、偏光子と、前記液晶層と前記偏光子の間に設けられる面内リタデーションがほぼ０ｎｍで厚み方向のリタデーションが２０ｎｍ乃至９０ｎｍの範囲にある偏光子保護層とを有する第２の偏光板とを、備え、
   前記液晶層と前記第２の偏光板との間に、層面内遅相軸が前記液晶層に電圧が印加されていない状態における液晶配向方向とほぼ平行に配置され、層面内遅相軸方向の屈折率をｎｓ、層面内進相軸方向の屈折率をｎｆ、層厚み方向の屈折率をｎｚとした場合に、波長５５０ｎｍにおけるＮｚ係数が（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦０．５の関係を満たす、光学的に二軸異方性を有する第１の光学異方性層と、
   前記液晶層と前記第１の偏光板との間に、６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの各波長における厚み方向のリタデーションＲｔｈ（６５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＜Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＜Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）を満たし、かつ、Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）−Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦９２ｎｍを満たす、液晶セル面に対してほぼ垂直方向に光軸を有する第２の光学異方性層とを、有することを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記第２の光学異方性層のＲｔｈ（６５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＜０、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）≒０、Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＞０であり、かつ、０ｎｍ＜Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）≦５０ｎｍ、−４２ｎｍ≦Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）＜０ｎｍであることを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 波長４５０ｎｍにおける前記第２の光学異方性層の３次元屈折率の関係が、（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≦−１であり、波長６５０ｎｍにおける前記第２の光学異方性層の３次元屈折率の関係が、（ｎｓ−ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）≧１であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第２の光学異方性層のＲｔｈ（５５０ｎｍ）を、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＝αとした場合に、前記第１の光学異方性層の面内リタデーションＲｅが、波長５５０ｎｍにおいて８０ｎｍ＋α≦Ｒｅ≦２３０ｎｍ＋αの範囲にあり、かつ、前記第２の光学異方性層のＲｔｈ（６５０ｎｍ）が−５０ｎｍ＋α≦Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）＜０ｎｍ＋αで、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が０ｎｍ＋α＜Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦４２ｎｍ＋αであるとことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２の光学異方性層のＲｔｈ（５５０ｎｍ）を、Ｒｔｈ（５５０ｎｍ）＝αとした場合に、前記第１の光学異方性層の面内リタデーションＲｅが波長５５０ｎｍにおいて８０ｎｍ−α≦Ｒｅ≦２３０ｎｍ−αの範囲にあり、かつ、前記第２の光学異方性層のＲｔｈ（６５０ｎｍ）が０ｎｍ＋α≦Ｒｔｈ（６５０ｎｍ）≦５０ｎｍ＋αで、Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）が−４２ｎｍ＋α＜Ｒｔｈ（４５０ｎｍ）≦０ｎｍ＋αの範囲にあることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記第２の光学異方性層が、波長５５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲で等方性であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 前記液晶層の液晶が、正の比誘電率を有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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