JP2012173672A - 液晶パネル、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外で利用された場合でも良好な画質を得ることのできるＩＰＳ方式の液晶パネルを提供する。
【解決手段】液晶パネルは第１の位相差板１２を有している。第１の位相差板１２は、液晶パネルの表側から第１の偏光板１１を通して入射した光が第１の方向に旋回する円偏光に近づくように、当該第１の位相差板１２を透過する光に位相差を生じさせる。また、液晶パネルは、液晶層２２と第２の偏光板１５との間に配置される位相差板１３，１４をさらに備えている。位相差板１３，１４の位相差値と遅相軸方向Ｄ２，Ｄ３は、液晶パネルの裏側から第２の偏光板１５を通して入射した光が、位相差板１３，１４の透過と黒表示時の液晶層２２の透過とによって、第１の方向とは反対の第２の方向に旋回する円偏光に近づくように、設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライトユニットによって光が照射されるＩＰＳ方式の液晶パネルに関し、特に、画質に対する外光の影響を低減するための技術に関する。

液晶層を挟む２つの透明基板のうち少なくとも一方の基板に、画素電極と共通電極の双方が形成されたＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネルが利用されている（例えば、下記特許文献１）。この種の液晶パネルは、その画質が液晶パネルを見る方向に依存し難くいことから、近年需要が拡大している。

特開２０１１-０１７８３４号公報

近年の携帯端末や電子看板の普及により、屋外で利用される液晶表示装置が多くなってきている。液晶表示装置が屋外で利用される場合、液晶パネルを透過したバックライトユニットからの光だけでなく、液晶パネルで反射した外光も観者の目に届くため、画質が悪化し易い。つまり、外光が強い環境下での画質向上には液晶パネルの反射率低減が重要である。また、外光が強くない屋内環境下での画質向上には、黒表示時の液晶パネルの光透過率を低減することが有効である。すなわち、黒表示時の透過率を０に近づけることができれば、コントラスト比が高くなり、良好な画質を得やすくなる。

本発明の目的は、外光の反射を抑えるとともに黒表示時の光透過率を低減し、屋内と屋外のいずれで利用された場合でも良好な画質を得ることのできるＩＰＳ方式の液晶パネル及び液晶表示装置を提供することにある。

本発明に係る液晶パネルは、バックライトユニットによって裏側から光を照射して利用する液晶パネルである。前記液晶パネルは、前記液晶パネルの表側に配置される第1の偏光板と、前記液晶パネルの裏側に配置される第２の偏光板と、ＩＰＳ方式で駆動される液晶分子を含む液晶層を有し前記第１の偏光板と前記第２の偏光板との間に配置される液晶セルとを有する。また、前記液晶パネルは、前記液晶層と前記第１の偏光板との間に配置される第１の位相差板を有している。前記第１の位相差板は、前記液晶パネルの表側から前記第１の偏光板を通して入射した光が第１の方向に旋回する円偏光に近づくように、当該第１の位相差板を透過する光に位相差を生じさせる。前記液晶パネルは、前記液晶層と前記第２の偏光板との間に配置される少なくとも１つの位相差板をさらに備えている。前記液晶層は黒表示時と白表示時とでは互いに異なる位相差値を有している。前記少なくとも１つの位相差板の位相差値と遅相軸方向は、前記液晶パネルの裏側から前記第２の偏光板を通して入射した光が、当該少なくとも１つの位相差板の透過と黒表示時の前記液晶層の透過とによって、前記第１の方向とは反対の第２の方向に旋回する円偏光に近づくように、設定されている。また、本発明に係る液晶表示装置は上記液晶パネルを含む。

本発明によれば、第１の偏光板を通して入射し液晶セルで反射する外光は、第１の位相差板を２回透過することによって、第１の偏光板の吸収軸方向に振動する直線偏光に近くなる。そのため、液晶セルで反射した外光が液晶パネルの表面から出ることを抑えることができる。また、液晶パネルの裏側から入射した光（バックライトユニットの出射光）は、黒表示時には、少なくとも１つの位相差板の透過と液晶層の透過とによって、第２の方向に旋回する円偏光に近づけられる。そのため、この光は、第１の位相差板の透過によって第１の偏光板の吸収軸方向に振動する直線偏光に近くなる。その結果、黒表示時の光透過率が低くなり、良好な黒表示が得られる。さらに、白表示時に液晶層が有する位相差値は黒表示時に液晶層が有する位相差値とは異なっている。そのため、白表示時においては、少なくとも１つの位相差板と液晶層とを透過したバックライトユニットの出射光は円偏光とならず、第１の偏光板で吸収されない。その結果、白表示が可能となる。

本発明の一態様では、前記少なくとも１つの位相差板は、前記第１の位相差板が有する位相差値と遅相軸方向とに応じて設定された位相差値と遅相軸方向とを有する第２の位相差板と、前記液晶層と前記第２の位相差板との間に配置され、黒表示時に前記液晶層が有する位相差値と遅相軸方向とに応じて設定された位相差値と遅相軸方向とを有する第３の位相差板と、を含んでもよい。この態様によれば、液晶パネルの裏側から第２の偏光板を通して入射した光を、液晶層を透過した時点で、第１の方向とは反対の第２の方向に旋回する円偏光に近づけることが容易となる。

この態様では、前記第２の位相差板の前記位相差値と前記遅相軸方向は、前記第１の位相差板が生じる位相差を補償するように設定され、前記第３の位相差板の前記位相差値と前記遅相軸方向は、黒表示時に前記液晶層が生じる位相差を補償するように設定されてもよい。こうすることによって、前記第２の位相差板の前記位相差値と前記遅相軸方向と、前記第３の位相差板の前記位相差値と前記遅相軸方向とを、容易に決定できる。

また、この態様では、前記第1の位相差板は、前記第１の偏光板の吸収軸方向に対して略４５度傾斜した遅相軸方向を有する１／４波長板であり、前記第２の位相差板は、前記第１の位相差板の遅相軸方向に対して略垂直な遅相軸方向を有する１／４波長板でもよい。この態様によれば、第１の偏光板を通して入射し液晶セルで反射する外光は、第１の位相差板を２回透過することによって、第１の偏光板の吸収軸に沿った方向に振動する直線偏光となる。また、第２の位相差板も１／４波長板であるので、良好な黒表示が得やすくなる。

また、この態様では、前記第３の位相差板は、黒表示時の前記液晶層の位相差値に相当する位相差値を有し、且つ、その遅相軸方向は黒表示時の前記液晶層の遅相軸方向に略垂直とされてもよい。この態様によれば、良好な黒表示が得やすくなる。

また、本発明の他の態様では、前記第1の位相差板は、前記第１の偏光板の吸収軸方向に対して略４５度傾斜した遅相軸方向を有する１／４波長板でもよい。この態様によれば、第１の偏光板を通して入射し液晶セルで反射する外光は、第１の位相差板を２回透過することによって、第１の偏光板の吸収軸に沿った方向に振動する直線偏光となる。

また、本発明の他の態様では、前記液晶層は黒表示時に白表示時よりも大きな位相差値を有し、黒表示時の前記液晶層の位相差値と白表示時の前記液晶層の位相差値との差は、１００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下でもよい。この態様によれば、十分な白表示を得ることができる。

また、本発明のさらに他の態様では、前記液晶層は黒表示時に白表示時よりも大きな位相差値を有し、黒表示時の前記液晶層の位相差値と白表示時の前記液晶層の位相差値との差は、１／４波長以上且つ１／２波長以下でもよい。この態様によれば、十分な白表示を得ることができる。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。 上記液晶表示装置の液晶パネルを構成する光学部材の遅相軸方向又は吸収軸方向を説明するための図である。 液晶層が有する位相差値の変化を説明する為の図である。 黒表示時の偏光状態変化の例を説明するための図である。 黒表示時の偏光状態変化の例を説明するための図である。 白表示時の偏光状態変化の例を説明するための図である。 黒表示時の液晶層の位相差値と白表示時の液晶層の位相差値との差と、液晶パネルの光透過率との関係の例を示すグラフである。 上記実施形態の他の例による液晶パネルを構成する光学部材の遅相軸方向又は吸収軸方向を示す図である。 図７に示す例の液晶パネルが黒表示を行う場合の偏光状態変化の例を説明するための図である。 図７に示す例の液晶パネルが黒表示を行う場合の偏光状態変化の例を説明するための図である。 図７に示す例の液晶パネルが白表示を行う場合の偏光状態変化の例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る液晶表示装置１の構成を概略的に示す断面図である。図２は液晶表示装置１の液晶パネル１０を構成する光学部材の遅相軸方向又は吸収軸方向を説明するための図である。

液晶表示装置１は、図１に示すように、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶パネル１０と、液晶パネル１０の裏側に配置されるバックライトユニット２と、を有している。液晶パネル１０は、バックライトユニット２によってその裏側から光が照射される。

液晶パネル１０は、その表側に配置される第１の偏光板１１と、その裏側に配置される第２の偏光板１５とを備えている。第１の偏光板１１と第２の偏光板１５はクロスニコル配置をなすように配置されている。すなわち、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２は、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して略垂直となっている（図２参照）。

図１に示すように、液晶パネル１０は、第１の偏光板１１と第２の偏光板１５との間に配置される液晶セル２０を有している。液晶セル２０は、互いに対向する２つの透明基板２１，２５と、２つの透明基板２１，２５によって挟まれる液晶層２２とを有している。液晶層２２はＩＰＳ方式で駆動される液晶分子を含んでいる。液晶セル２０の表側に位置する透明基板２１には図示しないカラーフィルタが形成されている。

液晶セル２０の裏側に配置される透明基板２５には画素電極２５ａと共通電極２５ｂの双方が形成されている。電極２５ａ，２５ｂは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電材料で形成されている。画素電極２５ａは、透明基板２５上において格子状に配置された複数の画素のそれぞれに設けられている。画素電極２５ａには、各画素に設けられた薄膜トランジスタ（不図示）を介して、各画素の階調値に応じた電圧が印加される。

画素電極２５ａと共通電極２５ｂは絶縁膜２５ｃを挟んで互いに反対側に形成されている。図１の例では、共通電極２５ｂ上に絶縁膜２５ｃが形成され、絶縁膜２５ｃ上に画素電極２５ａが形成されている。画素電極２５ａには複数のスリットが形成されており、各画素の画素電極２５ａを平面視した場合、当該画素電極２５ａは櫛歯状を呈している。画素電極２５ａは配光膜（不図示）で覆われており、液晶層２２が含む液晶分子の初期配向方向は配光膜によって規定されている。なお、画素電極２５ａと共通電極２５ｂの配置や形態はこれに限られない。例えば、共通電極２５ｂにも複数のスリットが形成されてもよい。また、透明基板２５上に画素電極２５ａが形成され、画素電極２５ａ上に絶縁膜２５ｃが形成され、絶縁膜２５ｃ上に共通電極２５ｂが形成されてもよい。

上述したように液晶層２２はＩＰＳ方式で駆動される液晶分子を含んでいる。すなわち、液晶層２２は画素電極２５ａが生じる電界によって透明基板２１，２５と平行な面内で回転する液晶分子を含んでいる。液晶分子の回転によって液晶層２２の遅相軸方向は透明基板２１，２５と平行な面内で回転し、それにより光の透過が制御される。遅相軸方向は、黒表示時の方向Ｌｂ（図２参照）と白表示時の方向Ｌｗ（図２参照）との間で回転する。液晶層に電界を印加した際の（一般的には白表示時の）遅相軸方向及び位相差値は、液晶層内で一様でない。そのため、この説明では液晶層２２の遅相軸方向Ｌｂ，Ｌｗと位相差値とを、次のように定義する。液晶層２２に直線偏光を入射し、当該直線偏光に生じた偏光状態変化を観測する。液晶層２２が面内で一様に配向したまま遅相軸方向が変化したことにより、直線偏光にこの偏光状態変化が生じたものとして、液晶層２２の実効的な遅相軸方向及び位相差値を求める。この説明では、このような方法で求められる方向及び値を遅相軸方向Ｌｂ，Ｌｗ及び位相差値と定義する。本発明の液晶表示装置においては、コントラスト比を高くするため、白表示時の遅相軸方向Ｌｗは、黒表示時の遅相軸方向Ｌｂに対して略４５度となるよう設定する。

図２に示す例では、黒表示時の液晶層２２の遅相軸方向Ｌｂは、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して垂直である。なお、黒表示時の遅相軸方向Ｌｂはこれに限られず、適宜変更されてよい。例えば、黒表示時の遅相軸方向Ｌｂは、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１と平行でもよい。また、遅相軸方向Ｌｂは、第1の偏光板１１の吸収軸方向に対して予め設定された角度（例えば、略４５度）だけ傾斜していてもよい。

ここで、黒表示時とは、液晶セル２０の光透過率が最小となるように、画素電極２５ａに印加される電圧が制御された時である。白表示時とは、光透過率が最大となるように、画素電極２５ａに印加される電圧が制御された時である。この例の液晶パネル１０はノーマリーブラック（Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｂｌａｃｋ）方式のパネルであり、黒表示時とは画素電極２５ａへ印加される電圧が最小（例えば０）であり、液晶分子が配光膜によって規定される初期配向方向にある時である。白表示時とは画素電極２５ａへ印加される電圧が最大の時であり、液晶分子が初期配向方向から略４５度傾斜した時である。

液晶層２２は、黒表示時と白表示時とでは互いに異なる位相差値を有する。具体的には、液晶層２２は、白表示時に、黒表示時よりも低い位相差値を有する。白表示時の位相差値は例えば略１／２波長であり、黒表示時の位相差値は１／２波長よりも大きい。黒表示時の位相差値は、後において説明する理由から、１波長に近いことが望ましい。

図３は液晶層２２が有する位相差値の変化を説明する為の図である。同図（ａ）は、液晶層２２が有する液晶分子Ｍの黒表示時の配向を概略的に示し、同図（ｂ）は、液晶分子Ｍの白表示時の配向を概略的に示している。

この例の液晶パネル１０は上述したようにノーマリーブラック方式である。そのため、図３（ａ）に示すように、黒表示時（すなわち、画素電極２５ａの電圧が最小の時）には、液晶分子Ｍは水平に配置され、液晶分子Ｍの長軸方向は初期配向方向となっている。この例では、液晶分子Ｍの長軸方向は第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に垂直な方向となっている。白表示時には、画素電極２５ａの近傍に、図３（ｂ）の実線Ｅで例示される強フリンジ電界が形成される。これにより、画素電極２５a端部で液晶分子Ｍが面内で大きく回転する。その結果、液晶分子Ｍの連続体としての性質により液晶層２２全体が面内で回転する。しかし、画素電極２５ａの直上の液晶分子Ｍは起き上がり、２つの透明基板２１，２５の対向方向に傾斜する。そのため、白表示時に液晶層２２が有する位相差値は、黒表示時に有する位相差値よりも低くなる。

図１に示すように、液晶パネル１０は、液晶セル２０と第１の偏光板１１との間に、第１の位相差板１２を有している。第１の位相差板１２は、液晶パネル１０の表側から第１の偏光板１１を通して入射した光（すなわち直線偏光）が円偏光に近づくように、当該第１の位相差板１２を透過する光に位相差を生じさせる。すなわち、第１の偏光板１１を通して当該第１の位相差板１２に入射してくる直線偏光が円偏光に近づくように、第１の位相差板１２の位相差値Ｒ１と遅相軸方向Ｄ１（図２参照）とが設定されている。

この例では、第１の位相差板１２は１／４波長板である。また、図２に示すように、第１の位相差板１２の遅相軸方向Ｄ１は第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して略４５度傾斜している。そのため、第１の偏光板１１を通して入射してくる直線偏光は、第１の位相差板１２の透過によって、円偏光となる。

第１の位相差板１２により、液晶パネル１０による外光の反射が抑えられる。図２を参照して説明すると、外光Ｌ１は第１の偏光板１１を透過することで、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して垂直な方向に振動する直線偏光Ｌ２となる。その直線偏光Ｌ２は第１の位相差板１２によって、右旋回または左旋回の円偏光Ｌ３に変換される。円偏光Ｌ３は、液晶セル２０の透明基板２１で反射すると、その旋回方向を反転させた上で、再び第１の位相差板１２に入射する。円偏光Ｌ３には第１の位相差板１２の２回目の透過によってさらに位相差が加えられ、円偏光Ｌ３は直線偏光Ｌ４に変換される。直線偏光Ｌ４の振動方向は第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１と平行となっている。そのため、直線偏光Ｌ４は第１の偏光板１１で吸収され、液晶パネル１０による外光の反射が低減される。

図１及び図２に示すように、液晶パネル１０は、液晶セル２０と第２の偏光板１５との間に、第２の位相差板１４と第３の位相差板１３とを有している。位相差板１４，１３の位相差値Ｒ２、Ｒ３と遅相軸方向Ｄ２，Ｄ３（図２参照）は、液晶パネル１０の裏側から第２の偏光板１５を通して入射した光が、位相差板１４，１３の透過と黒表示時の液晶層２２の透過とによって円偏光（液晶パネル１０の表側から入射し第１の位相差板１２を１回透過した円偏光とは逆旋回の円偏光）に近づくように、設定されている。これにより、バックライトユニット２の出射光は、位相差板１４，１３と黒表示時の液晶層２２と第１の位相差板１２とを透過することによって、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１と平行に振動する直線偏光に近くなり、当該第１の偏光板１１で吸収される。その結果、良好な黒表示が得られる。また、白表示時に液晶層２２が有する位相差値は、上述したように、黒表示時に液晶層２２が有する位相差値とは異なっている。そのため、白表示時においては、位相差板１４，１３と液晶層２２とを透過したバックライトユニット２の出射光は円偏光とならず、第１の偏光板１１で吸収されない。その結果、白表示が可能となる。なお、好ましくは、位相差板１４，１３の位相差値Ｒ２、Ｒ３と遅相軸方向Ｄ２，Ｄ３は、液晶パネル１０の裏側から第２の偏光板１５を通して入射した光が、位相差板１４，１３の透過と黒表示時の液晶層２２の透過とによって円偏光となるように設定される。

第２の位相差板１４の位相差値Ｒ２と遅相軸方向Ｄ２は、第１の位相差板１２が有する位相差値Ｒ１と遅相軸方向Ｄ１とに応じて設定されている。この例では、位相差値Ｒ２と遅相軸方向Ｄ２は、第１の位相差板１２が生じる位相差を補償できるように設定されている。すなわち、この例の第２の位相差板１４は、黒表示時に、バックライトユニット２の出射光に対して第１の位相差板１２が生じる位相差を補償（相殺）する位相差板である。例えば、第２の位相差板１４の位相差値Ｒ２は第１の位相差板１２の位相差値Ｒ１に等しく、遅相軸方向Ｄ２は第１の位相差板１２の遅相軸方向Ｄ１と略垂直に設定される。

この例では、第２の位相差板１４は、第１の位相差板１２と同様に、１／４波長板である。また、第２の位相差板１４の遅相軸方向Ｄ２は、図２に示すように、第１の位相差板１２の遅相軸方向Ｄ１に対して略垂直であり、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２に対して略４５度傾斜している。そのため、第２の偏光板１５を透過した直線偏光は、第２の位相差板１４の透過によって、円偏光となる。なお、第２の位相差板１４の位相差値Ｒ２は１波長（λ）と位相差値Ｒ１との差（λ−Ｒ１、例えば３／４波長）に設定されてもよい。この場合、第２の位相差板１４の遅相軸方向Ｄ２は第１の位相差板１２の遅相軸方向Ｄ１と平行でもよい。

図１に示すように、第３の位相差板１３は、液晶セル２０と第２の位相差板１４との間に配置されている。第３の位相差板１３の位相差値Ｒ３と遅相軸方向Ｄ３は、黒表示時に液晶層２２が有する位相差値と遅相軸方向Ｌｂとに応じて設定されている。この例では、位相差値Ｒ３と遅相軸方向Ｄ３は、黒表示時に液晶層２２が生じる位相差を補償するように設定されている。すなわち、この例の第３の位相差板１３は、バックライトユニット２の出射光に対して黒表示時に液晶層２２が生じさせる位相差を補償（相殺）することができる位相差板である。例えば、第３の位相差板１３の位相差値Ｒ３は黒表示時に液晶層２２が有する位相差値に等しい。また、第３の位相差板１３の遅相軸方向Ｄ３は黒表示時の液晶層２２の遅相軸方向Ｌｂと略垂直に設定されている（図２参照）。上述したように、図２に示す例では、黒表示時には、液晶層２２の遅相軸方向Ｌｂは、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に垂直で、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２に平行である。したがって、第３の位相差板１３の遅相軸方向Ｄ３は、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に平行で、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２に垂直である。

液晶パネル１０の裏側から入射する光（すなわちバックライトユニット２の出射光）に生じる偏光状態変化について、ポアンカレ球を用いて説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、黒表示時の偏光状態変化の例を説明するための図である。図５は白表示時の偏光状態変化の例を説明するための図である。これらの図において（ｂ）がポアンカレ球を示し、（ａ）はポアンカレ球上の各点が表す偏光状態と液晶パネル１０内の位置との関係を示している。これらの図に示すポアンカレ球において、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の値はストークスパラメータである。また、ここでは光強度を１としている。すなわち、Ｓ１＾２＋Ｓ２＾２＋Ｓ３＾２＝１である。極（Ｓ３＝１）は右旋回の円偏光を示し、極（Ｓ３＝−１）は左旋回の円偏光を示している。赤道上（Ｓ３＝０）の各点は直線偏光である。また、この説明では、第２の偏光板１５を透過した直線偏光Ｐ１は（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（０，−１，０）の点で示されている。

まず、黒表示時の偏光状態変化の例について説明する。上述したように、第２の位相差板１４の遅相軸方向Ｄ２は第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２に対して略４５度傾斜し、その位相差値Ｒ２は１／４波長である。そのため、図４Ａに示すように、直線偏光Ｐ１は、第２の位相差板１４の透過によってＳ１軸を中心にπ／２（ｒａｄ）だけ回転変換され、円偏光Ｐ２となる。

第３の位相差板１３の遅相軸方向Ｄ３は、上述したように、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２と略垂直である。そのため、円偏光Ｐ２は、第３の位相差板１３の透過によってＳ２軸を中心に回転変換され、楕円偏光Ｐ３となる。また、第３の位相差板１３の位相差値Ｒ３は、上述したように、黒表示時の液晶層２２の位相差値に等しい。また、黒表示時の液晶層２２の位相差値は１／２波長よりも大きい。そのため、円偏光Ｐ２から楕円偏光Ｐ３に至る回転変換の回転角は、π（ｒａｄ）よりも大きくなる。

上述したように、第３の位相差板１３の位相差値Ｒ３と遅相軸方向Ｄ３は、黒表示時に液晶層２２が生じる位相差を補償するように設定されている。すなわち、位相差値Ｒ３は黒表示時に液晶層２２が有する位相差値に等しく、遅相軸方向Ｄ３と黒表示時の液晶層２２の遅相軸方向Ｌｂは略垂直である。そのため、図４Ｂに示すように、楕円偏光Ｐ３は、液晶層２２の透過によって、第３の位相差板１３の透過時とは逆方向にＳ２軸を中心にして回転変換される。また、その回転変換の回転角は、第３の位相差板１３の透過による回転変換の回転角と等しい。そのため、楕円偏光Ｐ３は、液晶層２２の透過によって、円偏光Ｐ４（Ｐ４＝Ｐ２、この例では右旋回の円偏光）となる。なお、この例では、第１の偏光板１１を通して入射した外光は、第１の位相差板１２を１回透過することによって、左旋回の円偏光となる。すなわち、第２の偏光板１５を透過した直線偏光は、第２の位相差板１４と第３の位相差板１３と液晶層２２の３つの部材を透過することによって、第１の位相差板１２を透過した外光とは逆旋回の円偏光となっている。

上述したように、第１の位相差板１２は第２の位相差板１４と等しい位相差値を有し、且つ、それらの遅相軸方向Ｄ１，Ｄ２は互いに垂直となっている。そのため、円偏光Ｐ４は、第１の位相差板１２の透過によって、Ｓ１軸を中心にして第２の位相差板１４の透過時とは逆方向に同じ回転角で回転し、直線偏光Ｐ５（Ｐ５＝Ｐ１）となる。第１の偏光板１１と第２の偏光板１５はクロスニコル配置をなしており、直線偏光Ｐ５は第１の偏光板１１で吸収される。その結果、良好な黒表示が得られる。

次に、白表示時の偏光状態変化について説明する。図５に示すように、液晶パネル１０の裏側から入射した光は、第３の位相差板１３を透過した楕円偏光Ｐ３に至るまでは、黒表示時と同じ偏光変換を受ける。

上述したように、白表示時の液晶層２２の遅相軸方向Ｌｗは、黒表示時の遅相軸方向Ｌｂに対して略４５度傾斜している。すなわち、白表示時には、液晶層２２の遅相軸方向は第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２に対して略４５度傾斜する。また、上述したように、白表示時には液晶層２２は１／２波長の位相差値を有する。そのため、楕円偏光Ｐ３は、液晶層２２においてＳ１軸を中心にしてπ（ｒａｄ）だけ回転変換され、楕円偏光Ｐ６となる。

楕円偏光Ｐ６は、第１の位相差板１２の透過によってＳ１軸を中心にしてπ／２（ｒａｄ）回転変換され、直線偏光Ｐ７となる。上述したように、第１の位相差板１２の遅相軸方向Ｄ１と第２の位相差板１４の遅相軸方向Ｄ２は互いに垂直である。そのため、楕円偏光Ｐ６は、第１の位相差板１２の透過によって、第２の位相差板１４の透過による回転変換とは逆方向に回転変換される。ここで、直線偏光Ｐ７の振動方向は、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して垂直な方向に近いため、良好な白表示が得られる。

図５から理解され得るように、黒表示時の液晶層２２の位相差値（第３の位相差板１３の位相差値Ｒ３）と、白表示時の液晶層２２の位相差値（１／２波長）との差が１／４波長以上且つ１／２波長以下であれば、Ｐ３の偏光状態のＳ３の値が０以上となる。その結果、直線偏光Ｐ７の振動方向と第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１との間の角度が４５度より大きくなるため、十分な白表示が得られる。特に、黒表示時の液晶層２２の位相差値（第３の位相差板１３の位相差値Ｒ３）が１波長であり、白表示時の液晶層２２の位相差値が１／２波長であるときに、Ｐ３が右旋回の円偏光となる。その結果、直線偏光Ｐ７の振動方向が第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に垂直となるため、最良の白表示が得られる。例えば緑色光（波長＝５５０ｎｍ）を基準とした場合、黒表示時に液晶層２２が有する位相差値と白表示時に液晶層２２が有する位相差値との差を２７５ｎｍにすることで、最良の白表示が得られる。さらに、黒表示時における透明基板２５からの反射光を抑制する観点からも、黒表示時に液晶層２２が有する位相差値は１波長に近いことが望ましい。

黒表示時の液晶層２２の位相差値と白表示時に液晶層２２が有する位相差値との間のこのような大きな差は、例えば、次のような方法で得られる。液晶分子として高い誘電率異方性を有する材料を用いることで、白表示時に液晶分子が透明基板２１，２５の対向方向に傾斜する傾向を強くできる。その結果、２つの位相差値の差を拡大できる。また、黒表示時の液晶層２２の位相差値が１波長に近くなるように液晶層２２の厚さを設定するとともに、白表示時の液晶層２２の位相差値が１／２に近づくように白表示時に画素電極２５ａに印加すべき電圧を設定する。この方法によっても、２つの位相差値の差を１／２波長に近づけることができる。また、画素電極２５ａの幅及び／又は間隔を大きくし、フリンジ電界を生じる電極端部の密度を減らす。すなわち、櫛歯状に形成された画素電極２５ａの各櫛歯に該当する部分の幅及び／又は間隔を大きくし、櫛歯に該当する部分の縁（フリンジ電界を生じる部分）の、１画素における密度を減らす。これにより、液晶分子Ｍを積極的に起き上がらせることが可能となり、２つの位相差値の差を１／２波長に近づけることができる。画素電極２５ａの櫛歯に該当する部分の幅や間隔を液晶層２２の厚みの２倍以上とすることで、特に良好な効果が得られる。

図６は、黒表示時の液晶層２２の位相差値と白表示時の液晶層２２の位相差値との差と、液晶パネル１０の光透過率との関係の例を示すグラフである。同図において横軸は、白表示時の液晶層２２の位相差値（１／２波長）と黒表示時の液晶層２２の位相差値（１／２波長＋α）との差（α）を示し、縦軸は光透過率を示している。

上述したように、第３の位相差板１３の位相差値Ｒ３及び遅相軸方向Ｄ３は、黒表示時に液晶層２２が生じる位相差を補償するよう設定されている。また、第２の位相差板１４の位相差値Ｒ２と遅相軸方向Ｄ２は第１の位相差板１２が生じる位相差を補償するように設定されている。そのため、同図の線Ａで示されるように、黒表示時の光透過率は、差（α）によらず、低い値となっている。白表示時の光透過率は、同図の線Ｂで示されるように、差（α）が高くなるにつれて徐々に高くなっている。そして、白表示時の光透過率は、差（α）が上述した２７５ｎｍの時に、最大となっている。この最大値は一般的なＩＰＳ方式と同等の値である。なお、差（α）が１００ｎｍ以上で３００ｎｍ以下であれば、十分な白表示が得られる。

本実施形態の他の例について説明する。図７は本実施形態の他の例である液晶パネル１１０を構成する光学部材の遅相軸方向又は吸収軸方向を示す図である。同図において、これまで説明した箇所と同一箇所には同一符号を付している。以下では、上述した液晶パネル１０と同一事項についてはその説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

同図に示すように、液晶パネル１１０は液晶層１２２を有している。黒表示時の液晶層１２２の遅相軸方向Ｌｂは、上述した液晶層２２とは異なり、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１と第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２の双方に対して傾斜している。具体的には、黒表示時の液晶層１２２の遅相軸方向Ｌｂは、吸収軸方向Ａ１，Ａ２に対して略４５度傾斜している。また、黒表示時の液晶層１２２の遅相軸方向Ｌｂは、第１の位相差板１２の遅相軸方向Ｄ１と略平行で、第２の位相差板１４の遅相軸方向Ｄ２に垂直となっている。

一方、白表示時の遅相軸方向Ｌｗは、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して垂直で、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２と平行となっている。なお、白表示時の遅相軸方向Ｌｗの方向や黒表示時の遅相軸方向Ｌｂはこれに限られない。例えば、白表示時の遅相軸方向Ｌｗの方向は、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１と平行で、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２に対して垂直でもよい。白表示時に液晶層１２２が有する位相差値と黒表示時に液晶層１２２が有する位相差値は、上述の液晶層２２と同様である。

液晶パネル１１０は第３の位相差板１１３をさらに有している。第３の位相差板１１３は、第３の位相差板１３と同様に、黒表示時に液晶層１２２が有する位相差値と遅相軸方向Ｌｂとに応じて設定された位相差値Ｒ３と遅相軸方向Ｄ３とを有している。具体的には、第３の位相差板１１３の位相差値Ｒ３と遅相軸方向Ｄ３は、黒表示時に液晶層１２２が生じる位相差を補償するように設定されている。すなわち、第３の位相差板１１３の位相差値は黒表示時に液晶層１２２が有する位相差値に等しく、且つ遅相軸方向Ｄ３は黒表示時の液晶層１２２の遅相軸方向Ｌｂと略垂直に設定されている。

液晶パネル１１０の裏側から入射する光（すなわちバックライトユニット２の出射光）に生じる偏光状態変化について、ポアンカレ球を用いて説明する。図８Ａ及び図８Ｂは、黒表示時の偏光状態変化の例を説明するための図である。図９は白表示時の偏光状態変化の例を説明するための図である。これらの図においても（ｂ）がポアンカレ球を示し、（ａ）はポアンカレ球上の各点が表す偏光状態と液晶パネル１１０内の位置との関係を示している。

まず、黒表示時に生じる偏光状態変化について説明する。図４Ａを参照して説明したように、第２の偏光板１５を透過した直線偏光Ｐ１は、第２の位相差板１４においてＳ１軸を中心にπ／２（ｒａｄ）だけ回転変換され、円偏光Ｐ２となる。

第３の位相差板１１３の遅相軸方向Ｄ３は、上述したように、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２に対して略４５度傾斜している。そのため、図８Ａに示すように、円偏光Ｐ２は、第３の位相差板１１３の透過によって、Ｓ１軸を中心に回転変換され、楕円偏光Ｐ３となる。また、第３の位相差板１１３の位相差値Ｒ３は、黒表示時の液晶層１２２の位相差値に相当し、黒表示時の液晶層１２２の位相差値は１／２波長よりも大きい。そのため、円偏光Ｐ２を楕円偏光Ｐ３にする回転変換の回転角は、π（ｒａｄ）よりも大きくなる。

上述したように、第３の位相差板１１３の遅相軸方向Ｄ３と黒表示時の液晶層１２２の遅相軸方向Ｌｂは略垂直である。そのため、図８Ｂに示すように、楕円偏光Ｐ３は、液晶層１２２の透過によって、第３の位相差板１１３の透過による回転変換とは逆方向に、Ｓ１軸を中心にして回転変換される。また、第３の位相差板１１３の位相差値Ｒ３は黒表示時の液晶層１２２の位相差値と等しい。そのため、回転変換の回転角は、第３の位相差板１１３の透過による回転変換と同じである。その結果、楕円偏光Ｐ３は、液晶層１２２の透過によって、円偏光Ｐ４（Ｐ４＝Ｐ２）となる。

上述したように、第１の位相差板１２は第２の位相差板１４と等しい位相差値を有し、且つ、それらの遅相軸方向Ｄ１，Ｄ２は互いに垂直となっている。そのため、円偏光Ｐ４は、Ｓ１軸を中心にして第２の位相差板１４の透過による回転変換とは逆方向に同じ回転角で回転し、直線偏光Ｐ５（Ｐ５＝Ｐ１）となる。第１の偏光板１１と第２の偏光板１５はクロスニコル配置をなしており、直線偏光Ｐ５は第１の偏光板１１で吸収される。その結果、良好な黒表示が得られる。

次に、白表示時に生じる変更変換について説明する。図９に示すように、液晶パネル１０の裏側から入射した光は、第３の位相差板１１３を透過した楕円偏光Ｐ３に至るまでは、黒表示時と同じ偏光変換を受ける。

白表示時の液晶層１２２の遅相軸方向Ｌｗは、上述したように、第２の偏光板１５の吸収軸方向Ａ２と平行となる。また、白表示時には液晶層１２２は１／２波長の位相差値を有する。そのため、楕円偏光Ｐ３は、液晶層１２２の透過によってＳ２軸を中心にしてπ（ｒａｄ）だけ回転変換され、楕円偏光Ｐ６となる。

楕円偏光Ｐ６は、第１の位相差板１２の透過によって、Ｓ１軸を中心にしてπ／２（ｒａｄ）回転変換され、楕円偏光Ｐ７となる。上述したように、第１の位相差板１２の遅相軸方向と第２の位相差板１４の遅相軸方向は互いに垂直である。そのため、楕円偏光Ｐ６は、第１の位相差板１２の透過によって、第２の位相差板１４の透過による回転変換とは逆方向に回転変換され、楕円偏光Ｐ７となる。円偏光Ｐ２から楕円偏光Ｐ３への回転変換、及び、楕円偏光Ｐ６から楕円偏光Ｐ７への回転変換は、Ｓ１軸を中心になされ、楕円偏光Ｐ３から楕円偏光Ｐ６への回転変換は、Ｓ２軸を中心にしてπ／２（ｒａｄ）回転変換される。そのため、楕円偏光Ｐ７の長軸方向は第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して垂直となる。その結果、楕円偏光Ｐ７の一部は第１の偏光板１１を透過し、良好な白表示が得られる。

図９から理解され得るように、黒表示時の液晶層１２２の位相差値（第３の位相差板１１３の位相差値Ｒ３）と、白表示時の液晶層１２２の位相差値（１／２波長）との差が１／４波長以上且つ１／２波長以下である場合、Ｐ３の偏光状態のＳ３の値が０以上となる。その結果、この場合には、Ｐ７で示す偏光は、円偏光（この例では、左旋回の円偏光）又は、第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に対して垂直な長軸方向を有する楕円偏光となる。そのため、十分な白表示が得られる。特に、黒表示時の液晶層１２２の位相差値（第３の位相差板１１３の位相差値Ｒ３）が１波長であり、白表示時の液晶層１２２の位相差値が１／２波長であるときに、Ｐ３が円偏光（図９の例では右旋回の円偏光）となる。その結果、直線偏光Ｐ７の振動方向が第１の偏光板１１の吸収軸方向Ａ１に垂直となるため、最良の白表示が得られる。

以上説明したように、本実施形態では、液晶層２２と第１の偏光板１１との間に、第１の位相差板１２が配置されている。第１の位相差板１２は、液晶パネル１０，１１０の表側から第１の偏光板１１を通して入射した光が円偏光に近づくように、当該第１の位相差板１２を透過する光に位相差を生じさせている。そのため、液晶表示装置１が屋外で使用された場合であっても、液晶パネル１０による外光の反射を抑えることが出来る。また、本実施形態では、第２の位相差板１４と第３の位相差板１３，１１３の位相差値Ｒ２，Ｒ３と遅相軸方向Ｄ２，Ｄ３は、液晶パネル１０，１１０の裏側から第２の偏光板１５を通して入射した光が、位相差板１４，１３，１１３の透過と黒表示時の液晶層２２，１２２の透過とによって、円偏光（液晶パネル１０，１１０の表側から入射し第１の位相差板１２を１回透過した円偏光とは逆旋回の円偏光）に近づくように、設定されている。そのため、良好な黒表示が得られる。さらに、液晶層２２，１２２は、黒表示時と白表示時とでは互いに異なる位相差値を有している。そのため、十分な白表示が得られる。

なお、本発明は以上説明した液晶パネル１０，１１０に限られず、種々の変更が可能である。例えば、位相差板１２，１３，１４，１１３はフィルムや塗布膜で形成されてもよい。また、図２と図７に示した光学構成が満足されるならば、位相差板１２，１３，１４，１１３は透明基板２１や透明基板２５の液晶層２２側に配置されてもよい。

また、以上の説明では、第１の位相差板１２と第２の位相差板１４として１／４波長板を例示したが、これらの位相差板が有する位相差値は１／４波長から僅かにずれていてもよい。

また、液晶パネル１０，１１０には、視野拡大フィルムなど他の光学部材が設けられてもよい。

１ 液晶表示装置、２ バックライトユニット、１０，１１０ 液晶パネル、１１ 第１の偏光板、１２ 第１の位相差板、１３，１１３ 第３の位相差板、１４ 第２の位相差板、１５ 第２の偏光板、２０ 液晶セル、２１ 透明基板、２２，１２２ 液晶層、２５ 透明基板、２５ａ 画素電極、２５ｂ 共通電極、２５ｃ 絶縁膜、Ａ１，Ａ２ 吸収軸方向、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 遅相軸方向、Ｌｂ 黒表示時の液晶層の遅相軸方向、Ｌｗ 白表示時の液晶層の遅相軸方向。

Claims (9)

1. バックライトユニットによって裏側から光を照射して利用する液晶パネルにおいて、
   前記液晶パネルの表側に配置される第1の偏光板と、
   前記液晶パネルの裏側に配置される第２の偏光板と、
   ＩＰＳ方式で駆動される液晶分子を含む液晶層を有し、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板との間に配置される液晶セルと、
   前記液晶層と前記第１の偏光板との間に配置される第１の位相差板であって、前記液晶パネルの表側から前記第１の偏光板を通して入射した光が第１の方向に旋回する円偏光に近づくように、当該第１の位相差板を透過する光に位相差を生じさせる第１の位相差板と、
   前記液晶層と前記第２の偏光板との間に配置される少なくとも１つの位相差板と、を備え、
   前記液晶層は黒表示時と白表示時とでは互いに異なる位相差値を有し、
   前記少なくとも１つの位相差板の位相差値と遅相軸方向は、前記液晶パネルの裏側から前記第２の偏光板を通して入射した光が、当該少なくとも１つの位相差板の透過と黒表示時の前記液晶層の透過とによって、前記第１の方向とは反対の第２の方向に旋回する円偏光に近づくように、設定されている、
   ことを特徴とする液晶パネル。
2. 請求項１に記載の液晶パネルにおいて、
   前記少なくとも１つの位相差板は、
   前記第１の位相差板が有する位相差値と遅相軸方向とに応じて設定された位相差値と遅相軸方向とを有する第２の位相差板と、
   前記液晶層と前記第２の位相差板との間に配置され、黒表示時に前記液晶層が有する位相差値と遅相軸方向とに応じて設定された位相差値と遅相軸方向とを有する第３の位相差板と、を含む、
   ことを特徴とする液晶パネル。
3. 請求項２に記載の液晶パネルにおいて、
   前記第２の位相差板の前記位相差値と前記遅相軸方向は、前記第１の位相差板が生じる位相差を補償するように設定され、
   前記第３の位相差板の前記位相差値と前記遅相軸方向は、黒表示時に前記液晶層が生じる位相差を補償するように設定されている、
   ことを特徴とする液晶パネル。
4. 請求項２に記載の液晶パネルにおいて、
   前記第1の位相差板は、前記第１の偏光板の吸収軸方向に対して略４５度傾斜した遅相軸方向を有する１／４波長板であり、
   前記第２の位相差板は、前記第１の位相差板の遅相軸方向に対して略垂直な遅相軸方向を有する１／４波長板である、
   ことを特徴とする液晶パネル。
5. 請求項２に記載の液晶パネルにおいて、
   前記第３の位相差板は、黒表示時の前記液晶層の位相差値に相当する位相差値を有し、且つ、その遅相軸方向は黒表示時の前記液晶層の遅相軸方向に略垂直となっている、
   ことを特徴とする液晶パネル。
6. 請求項１に記載の液晶パネルにおいて、
   前記第1の位相差板は、前記第１の偏光板の吸収軸方向に対して略４５度傾斜した遅相軸方向を有する１／４波長板である、
   ことを特徴とする液晶パネル。
7. 請求項１に記載の液晶パネルにおいて、
   前記液晶層は黒表示時に白表示時よりも大きな位相差値を有し、
   黒表示時の前記液晶層の位相差値と白表示時の前記液晶層の位相差値との差は、１００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下である、
   ことを特徴とする液晶パネル。
8. 請求項１に記載の液晶パネルにおいて、
   前記液晶層は黒表示時に白表示時よりも大きな位相差値を有し、
   黒表示時の前記液晶層の位相差値と白表示時の前記液晶層の位相差値との差は、１／４波長以上且つ１／２波長以下である、
   ことを特徴とする液晶パネル。
9. 請求項１乃至８に記載の液晶パネルを含む液晶表示装置。
   

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