JP3599176B2

JP3599176B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3599176B2
Application number: JP2000261973A
Authority: JP
Inventors: 基裕山原; 威一郎井上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2020-08-30
Also published as: CN1295264A; KR100342956B1; CN1143166C; TWI228631B; KR20010050373A; JP2001147450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に液晶表示素子に位相差板を組み合わせることにより表示画面の視野角依存性を改善する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネマティック液晶表示素子を用いた液晶表示装置は、従来、時計や電卓などの数値セグメント型表示装置に広く用いられていたが、最近においては、ワードプロセッサ、ノート型パーソナルコンピュータ、車載用液晶テレビなどにも用いられるようになっている。
【０００３】
液晶表示装置は、一般に透光性の基板を有しており、この基板上に、画素をオン・オフさせるために電極線などが形成されている。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、薄膜トランジスタなどの能動素子が、液晶に電圧を印加する画素電極を選択駆動するスイッチング手段として上記の電極線とともに上記基板上に形成されている。さらにカラー表示を行う液晶表示装置では、基板上に赤色、緑色、青色などのカラーフィルタ層が設けられている。
【０００４】
上記のような液晶表示素子に用いられている液晶表示方式としては、液晶のツイスト角に応じて異なる方式が適宜選択される。例えば、アクティブ駆動型ツイストネマティック液晶表示方式（以降、ＴＮ方式と称する）や、マルチフレックス駆動型スーパーツイストネマティック液晶表示方式（以降、ＳＴＮ方式と称する）がよく知られている。
【０００５】
ＴＮ方式は、ネマティック液晶分子を９０°捩れた状態に配向し、その捩じれ方向にそって光を導くことにより表示を行う。ＳＴＮ方式は、ネマティック液晶分子のツイスト角を９０°以上に拡大することによって、液晶印加電圧のしきい値付近での透過率が急峻に変化することを利用している。
【０００６】
ＳＴＮ方式は、液晶の複屈折効果を利用するため、色の干渉によって表示画面の背景に特有の色が付く。このような不都合を解消し、ＳＴＮ方式で白黒表示を行うためには、光学補償板を用いることが有効であると考えられている。
【０００７】
光学補償板を用いた表示方式としては、ダブルスーパーツイストネマテイック位相補償方式（以降、ＤＳＴＮ方式と称する）と、光学異方性を有するフィルムを配置したフィルム型位相補償方式（以降、フィルム付加型方式と称する）とに大別される。
【０００８】
ＤＳＴＮ方式は、表示用液晶セルおよびこの表示用液晶セルと逆方向のツイスト角で捩じれ配向させた液晶セルを有する２層型の構造を用いている。フィルム付加型方式は、光学的異方性を有するフィルムを配置した構造を用いる。軽量性、低コスト性の観点から、フィルム付加型方式が有力であると考えられている。
【０００９】
このような位相補償方式の採用により自黒表示特性が改善されたため、ＳＴＮ方式の表示装置にカラーフィルター層を設けてカラー表示を可能にしたカラーＳＴＮ液晶表示装置が実現されている。
【００１０】
一方、ＴＮ方式は、ノーマリブラック方式とノーマリホワイト方式とに大別される。ノーマリブラック方式は、１対の偏光板をその偏光方向が相互に平行になるように配置して、液晶層にオン電圧を印加しない状態（オフ状態）で黒を表示する。ノーマリホワイト方式は、一対の偏光板をその偏光方向が相互に直交するように配置して、オフ状態で白色を表示する。表示コントラスト、色再現性、表示の視角依存性などの観点からノーマリホワイト方式が有力である。
【００１１】
ところで、上記のＴＮ液晶表示装置においては、液晶分子に屈折率異方性Δｎが存在していること、および、液晶分子が上下基板に対して傾斜して配向していることのために、観視者の見る方向や角度によって表示画像のコントラストが変化して、視角依存性が大きくなるという問題がある。
【００１２】
図１２はＴＮ液晶表示素子３１の断面構造を模式的に表したものである。この状態は中間調表示の電圧が印加され、液晶分子３２がやや立ち上がっている場合を示している。このＴＮ液晶表示素子３１において、一対の基板３３・３４の表面の法線方向を通過する直線偏光３５、および法線方向に対して傾きを持って通過する直線偏光３６・３７は、液晶分子３２と交わる角度がそれぞれ異なっている。
【００１３】
液晶分子３２には屈折率異方性Δｎが存在するため、各方向の直線偏光３５・３６・３７が液晶分子３２を通過すると正常光と異常光とが発生し、これらの位相差に伴って楕円偏光に変換されることになり、これが視角依存性の発生源となる。
【００１４】
さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分子３２は、基板３３と基板３４との中間部付近と基板３３または基板３４の近傍とではチルト角が異なっており、また法線方向を軸として液晶分子３２が９０°捩じれている状態にある。
【００１５】
以上のことにより、液晶層を通過する直線偏光３５・３６・３７は、その方向や角度によりさまざまな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を示すことになる。上記の視角依存性として、具体的には、画面法線方向から画面の下方向である正視角方向に視角を傾けて行くとある角度以上で表示画面が着色する現象（以下、「着色現象」という）や、白黒が反転する現象（以下、「反転現象」という）が発生する。また、画面の上方向である反視角方向に視野角を傾けて行くと、急激にコントラストが低下する。
【００１６】
また、上記の液晶表示装置では、表示画面が大きくなるにつれて、視角が狭くなるという問題もある。大きな液晶表示画面を近い距離で正面方向から見ると、視角依存性の影響のため画面の上部と下部とで表示された色が異なる場合がある。これは画面全体を見る見込み角が大きくなり、表示画面をより斜め方向から見るのと同じことになるからである。
【００１７】
このような視角依存性を改善するために、光学異方性を有する光学素子としての位相差板（位相差フィルム）を液晶表示素子と一方の偏光板との間に挿入することが提案されている。
【００１８】
この方法は、屈折率異方性を有する液晶分子を通過したために直線偏光から楕円偏光へ変換された光を、屈折率異方性を有する液晶層の片側または両側に介在させた位相差板を通過させることによって、視角に生ずる正常光と異常光の位相差変化を補償して直線偏光の光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするものである。
【００１９】
このような位相差板として、屈折率楕円体の１つの主屈折率方向を位相差板表面の法線方向に対して平行にしたものが、例えば特開平５−３１３１５９号公報に記載されている。しかしながら、この位相差板を用いても、正視角方向の反転現象を改善するには限界がある。
【００２０】
また、反転現象を解消するために、各表示パターン（画素）を複数に区分し、区分されたそれぞれの部分が独立した視角特性を有するように配向制御を施す、いわゆる画素分割法に光学位相差板を組み合わせる技術が、特開平６−１１８４０６号公報および特開平６−１９４６４５号公報には開示されている。
【００２１】
特開平６−１１８４０６号公報に開示されている液晶表示装置は、液晶パネルと偏光板との間に光学異方性フィルム（光学位相差板）が挿入されることにより、コントラストの向上などが図られている。特開平６−１９４６４５号公報に開示されている補償板（光学位相差板）は、補償板面に平行な方向の面内の屈折率より小さくなるように設定されていることにより、負の屈折率を有する。このため、電圧が印可されたときに液晶表示素子に生じる正の屈折率を補償して、視角依存性を低減させることができる。
【００２２】
しかしながら、画素分割法にこの位相差板を用いても、視角を傾けたときに斜め４５°方向で着色現象が発生したり、上下方向のコントラストの低下を均一に抑制することが難しい。
【００２３】
したがって、屈折率楕円体の１つの主屈折率方向を位相差板表面の法線方向に対して平行である屈折率楕円体が傾斜していない位相差板を用いて視角に依存して生ずるコントラスト変化、着色現象、反転現象を改善するには限界がある。
【００２４】
そこで、特開平６−７５１１６号公報には、位相差板として、屈折率楕円体の主屈折率方向が位相差板の表面の法線方向に対して傾斜しているものを用いる方法が提案されている。この方法では、位相差板として次の２種類のものを用いている。
【００２５】
一つは、屈折率楕円体の３つの主屈折率のうち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であり、かつ残り２つの主屈折率の一方の方向が位相差板の表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も位相差板表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜しており、このθの値が２０°≦θ≦７０°を満たしている位相差板である。
【００２６】
もう一つは、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ，ｎｂ，ｎｃがｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し表面内の主屈折率ｎａまたはｎｃの方向を軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率ｎｂの方向と、表面内の主屈折率ｎｃまたはｎａの方向とが時計まわり、または反時計まわりに傾斜している、屈折率楕円体が傾斜した位相差板である。
【００２７】
上記の２種類の位相差板について、前者はそれぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いることができる。また、後者は位相差板を１枚のみ用いるだけでなく、該位相差板を２枚組み合わせ、各々の主屈折率ｎｂの傾斜方向が互いに９０°の角度をなすように設定したものを用いることができる。
【００２８】
このような位相差板を液晶表示素子と偏光板との間に少なくとも１枚以上介在させることによって構成される液晶表示装置では、表示画像の視角に依存して生ずるコントラスト変化、着色現象、反転現象をある程度まで改善することができる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＴＮ液晶表示素子は液晶分子のツイスト角が約９０度である為、６時方向に視角を倒した場合、見かけのツイスト角が９０度を超えてしまうことになる。正面のツイスト角が９０度を超えた場合、正面においても階調反転現象が生じることから、視角を倒した場合においても同様のことが言える。したがって、従来のＴＮ液晶表示素子は６時方向に視角を倒した場合、見かけのツイスト角が９０度を超えて階調反転現象がどうしても生じることとなる。
【００３０】
ところが、上記の特開平６−７５１１６号公報で示された位相差板を用いただけでは上記階調反転現象を充分に防止することができず、高コントラストでかつ広視野角特性を実現することができない。
【００３１】
本発明は、上記した課題に鑑みなされたもので、その目的は、上記位相差板を介在した液晶表示装置において、液晶表示素子の配向膜と液晶分子がなす見かけのプレチルト角を最良の範囲に設定することで、位相差板による補償効果に加えて視角依存性を改善することにある。
【００３２】
本発明のさらに他の目的は、中間調表示時に、正視角方向（６時方向）の階調反転を効果的に改善することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、第１の透明電極層と第１の配向膜とが形成された第１の透光性基板と、第２の透明電極層と第２の配向膜とが形成された第２の透光性基板と、前記第１の透光性基板と前記第２の透光性基板との間に配置される液晶層とを含む液晶表示素子と、前記液晶表示素子の前記第１の透光性基板側に配置される第１の偏光子と、前記液晶表示素子の前記第２の透光性基板側に配置される第２の偏光子と、前記液晶表示素子と前記第１の偏光子との間に配置される少なくとも１つの第１の位相差板とを備えた液晶表示装置であって、前記液晶層は、液晶分子を含み、前記少なくとも１つの第１の位相差板のそれぞれは、３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含み、前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、前記主屈折率ｎｂの方向と前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの一方の方向とが、前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの他方の方向を軸として所定の角度だけ傾斜しており、前記第１の位相差板の前記主屈折率ｎｂの方向を前記第１の位相差板の表面に投影した方向が、前記第１の配向膜のラビング方向の方位と一致しており、かつ、前記第１の偏光子の吸収軸に沿った方位と一致しており、前記液晶分子のツイスト角が８０°以上８８°以下であり、そのことにより上記目的が達成される。
前記液晶表示素子と前記第２の偏光子との間に配置される少なくとも１つの第２の位相差板をさらに備え、前記少なくとも１つの第２の位相差板のそれぞれは、３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含み、前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、前記主屈折率ｎｂの方向と前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの一方の方向とが、前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの他方の方向を軸として所定の角度だけ傾斜しており、前記第２の位相差板の前記主屈折率ｎｂの方向を前記第２の位相差板の表面に投影した方向が、前記第２の配向膜のラビング方向の方位と一致しており、かつ、前記第２の偏光子の吸収軸に沿った方位と一致していてもよい。
前記液晶分子は、屈折率異方性を有し、波長５５０ｎｍの光に対する前記屈折率異方性Δｎ（５５０）が、０．０６０より大きく０．１２０より小さい範囲に設定されてもよい。
波長５５０ｎｍの光に対する前記屈折率異方性Δｎ（５５０）が、０．０７０以上０．０９５以下の範囲に設定されてもよい。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４０】
本実施の形態に係る液晶表示装置１００は、図１に示すように、液晶表示素子１と、一対の光学位相差板２・３と、一対の偏光板４・５とを備えている。液晶表示素子１は、対向して配される電極基板６・７の間に液晶層８を挟む構造をなしている。
【００４１】
電極基板６は、ベースとなるガラス基板（透光性基板）９の液晶層８側の表面にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電極１０が形成され、その上に配向膜１１が形成されている。電極基板７は、べースとなるガラス基板（透光性基板）１２の液晶層８側の表面にＩＴＯからなる透明電極１３が形成され、その上に配向膜１４が形成されている。
【００４２】
簡略化のため、図１は１画素分の構成を示しているが、液晶表示素子１の全体において、所定幅の帯状の透明電極１０、１３は、ガラス基板９、１２間では基板面に垂直な方向から見て相互に直交するように形成されている。両透明電極１０、１３が交差する部分は表示に寄与する画素に相当し、これらの画素は本液晶表示装置１００の全体においてマトリクス状に配設されている。
【００４３】
電極基板６、７はシール樹脂１５により貼り合わされており、電極基板６、７とシール樹脂１５とによって形成される空間内に液晶層８が封入されている。尚、詳細については後述するが、本液晶表示装置１００における液晶層８は、位相差板２、３による位相差の補償機能と最良な特性を有する組み合わせとなるように、液晶層８を構成する液晶材料にその屈折率異方性Δｎが所定の条件を満たすようなものが選択されている。
【００４４】
本液晶表示装置１００において、上記の液晶表示素子１に光学位相差板２、３と偏光板（偏光子）４、５とが形成されてなるユニットが液晶セル１６である。
【００４５】
配向膜には、電極基板間に介在する液晶層の液晶分子が捩れ配向するように、予めラビング処理等の配向処理が施されている。
【００４６】
ここで、液晶表示素子１の基準座標系ｘｙｚを定義する。図２（ａ）は、本発明の液晶表示素子１を観察者側から、すなわち電極基板６の上方からみた平面図であり、紙面に平行な液晶表示素子１の基板面をｘｙ平面とし、１２時方向（反視角方向）および６時方向（正視角方向）をｘ軸方向、３時方向および９時方向をｙ軸方向とする。また、基板面の法線方向をｚ軸方向とする。配向膜１１のラビング方向をＲ１、配向膜１４のラビング方向をＲ２とし、ラビング方向Ｒ１とラビング方向Ｒ２とのなす角が液晶分子のツイスト角αとなる。本発明においては、ツイスト角αは８０°〜８８°の範囲となるように、予め配向処理が施されている。
【００４７】
本発明において、視角を倒していくとツイスト角が見かけ上変化することに着目し、この見かけ上のツイスト角を適切に設定することによって、後述する位相差板を用いてＴＮ液晶表示素子の視野角特性を改善、特に６時方向の反転現象をなくすことを見出した。以下、視角を６時方向に傾けた時に、ツイスト角が見かけ上変化するふるまいおよびツイスト角の見かけ上の変化量について詳述する。
【００４８】
視角を倒していくとツイスト角が見かけ上変化する。視角φを正視角方向（６時方向）に正面方向（法線方向）から傾けて観察したときの見かけのツイスト角をβとする。ただし、正面方向（法線方向）すなわち視角を傾けないφ＝０°においてもツイスト角βが定義されるとする。正面方向（法線方向）から液晶表示素子１を観察すると、ある任意の３次元座標上でラビング方向Ｒ１はｘｙ平面の原点（０，０）と（１，ｔａｎ（π／２−α／２））を通る直線の方向であり、実際の配向膜１１のラビング方向Ｒ１に一致している。したがって、当然であるがツイスト角αとツイスト角βは一致する。次に、視角φを正視角方向（６時方向）の正面方向（法線方向）から傾けていくと、図２（ｂ）に示すように、見かけ上ラビング方向が実際のラビング方向Ｒ１とは異なった方向Ｒ３の方向に見え、見かけ上のラビング方向Ｒ３は、ｘｙ平面の原点（０，０）と（１，ｔａｎ（π／２−α／２）ｃｏｓφ）を通る直線の方向に見かけ上変化している。
【００４９】
ここで、ツイスト角αをパラメータとしたときの、視角φを変化させたときの見かけのツイスト角βの変化を図９に示す。図９より、例えばツイスト角α＝８４°のとき、φ＝０°においては見かけのツイスト角β＝８４°でありツイスト角αに一致する。視角φを徐々に傾けていくと、見かけのツイスト角βは次第に大きくなり、視角φ＝２６°の時、見かけのツイスト角βは９０°になることがわかる。さらに視角φを傾けていくと、見かけのツイスト角βは９０°を超えさらに大きくなる。同様に、ツイスト角α＝９０°のとき、φ＝０°においては見かけのツイスト角β＝９０°でありツイスト角αに一致し、視角φを傾けていくと、見かけのツイスト角βは次第に大きくなり、常に９０°より大きくなる。
【００５０】
ある任意の方向からＴＮ液晶表示素子を観察した時、その方向における見かけのツイスト角が９０°を超えた場合、その方向における階調反転現象が生じやすくなる。見かけのツイスト角が大きくなればなるほど階調反転現象が顕著に生じる。従来のＴＮ液晶表示素子のように、ツイスト角αが９０°に設定されていると、視角φを傾けていくと見かけのツイスト角βは常に９０°より大きい。そのため、正面方向からわずかに視角を倒しても階調反転現象が簡単に生じる。一方、例えばツイスト角α＝８４°とすると、視角φを傾けていても見かけのツイスト角βを小さく抑えられ、階調反転現象が起きにくくなり、視野角特性を格段に改善できる。
【００５１】
位相差板２、３は、液晶表示素子１とその両側に配される偏光板４、５との間にそれぞれ介在される。位相差板２、３は、透明な有機高分子からなる支持体にディスコティック液晶が傾斜配向またはハイブリッド配向され、かつ架橋されることにより形成されている。これにより、位相差板２、３における後述の屈折率楕円体が、位相差板２、３に対して傾斜するように形成される。
【００５２】
位相差板２、３の支持体としては、一般に偏光板によく用いられるトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）が信頼性も高く適している。それ以外では、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの耐環境性や耐薬品性に優れた無色透明の有機高分子フィルムが適している。
【００５３】
図３に示すように、位相差板２、３は、異なる３方向の主屈折率ｎａ、ｎｂおよびｎｃを有している。主屈折率ｎａの方向は、互いに直交座標ｘｙｚにおける各座標軸のうちｙ座標と方向が一致している。主屈折率ｎｂの方向は、位相差板２、３において画面に対応する表面に垂直なｚ軸座標（表面の法線方向）に対し矢印Ａの方向にθ傾いている。
【００５４】
位相差板２、３は、各主屈折率がｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を満たしている。これにより、光学軸が一つのみ存在するので、位相差板２、３は一軸性を備え、また、屈折率異方性が負になる。位相差板２、３の第１のリタデーション値（ｎｃ−ｎａ）×ｄは、ｎａ＝ｎｃであるため、ほぼ０ｎｍである。第２のリタデーション値（ｎｃ−ｎｂ）×ｄは、８０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内で任意の値に設定される。
【００５５】
第２のリタデーション値（ｎｃ−ｎｂ）×ｄをこのような範囲に設定することで、位相差板２、３による位相差の補償機能を確実に得ることができる。尚、上記のｎｃ−ｎａおよびｎｃ−ｎｂは屈折率異方性Δｎを表し、ｄは位相差板２・３の厚みを表している。
【００５６】
また、位相差板２、３の主屈折率ｎｂが傾いている角度θ、即ち、屈折率楕円体の傾斜角度θは、１５°≦θ≦７５°の範囲内で任意に設定される。傾斜角度θをこのような範囲に設定することで、屈折率楕円体の傾斜方向が時計回り反時計回りに係らず、位相差板２、３による位相差の補償機能を確実に得ることができる。
【００５７】
尚、位相差板２、３の配置については、位相差板２、３のうちの何れか一方のみを片側に配置した構成でも、また、位相差板２、３を片側に重ねて配置することもできる。さらに、３枚以上の位相差板を用いることもできる。
【００５８】
そして、本液晶表示装置１００においては、液晶表示素子１における偏光板４、５は、その吸収軸ＡＸ１・ＡＸ２が前記の配向膜１１、１４（図１多照）のラビング方向Ｒ１、Ｒ２と図４に示すように配置される。
【００５９】
上記のような位相差板２、３および偏光板４、５の配置により、本液晶表示装置１００は、オフ時において光を透過して白色表示を行ういわゆるノーマリホワイト表示を行う。
【００６０】
一般に液晶や位相差板（位相差フィルム）といった光学異方体においては、上記のような３次元方向の主屈折率ｎａ・ｎｂ・ｎｃの異方性が屈折率楕円体で表される。屈折率異方性Δｎは、この屈折率異方体をどの方向から観察するかによって異なる値になる。
【００６１】
次に、上記のように構成される本実施の形態に係る実施例を、比較例と共に説明する。
【００６２】
（実施例１）
本実施例では図１の液晶表示装置１００における液晶セル１６の配向膜に対して液晶分子のツイスト角が８０°、８２°、８４°、８６°および８８°となる液晶材料を用い、セル厚（液晶層８の厚み）を５μｍとした、５つのサンプル＃１〜＃５を用意した。
【００６３】
サンプル＃１〜＃５における位相差板２、３としては、透明な支持体（例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等）にディスコティック液晶を塗布し、ディスコティック液晶を傾斜配向した後に架橋させた、上述の第１リタデーション値が０ｎｍ、上述の第２リタデーション値が１３０ｎｍであり、主屈折率ｎｂの方向がｘｙｚ軸座標におけるｚ軸方向に対して矢印Ａ（図３）で示す方向に約２５°となるように傾いており、同様に主屈折率ｎｃの方向がｘ軸に対して矢印Ｂで示す方向に約２５°の角度をなしている位相差板（即ち、屈折率楕円体の傾斜角度θ＝２５°のもの）を用いた。
【００６４】
また、本実施例に対する比較例として、図１の液晶表示装置１００における液晶セル１６の配向膜に対して液晶分子のツイスト角が７８°、９０°となる液晶材料を用いた以外は本実施例と同様の比較サンプル＃１００、＃１０１を用意した。
【００６５】
上記サンプル＃１〜＃５および比較サンプル＃１００、＃１０１について、白色光のもと目視試験を行った結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】

【００６７】
実施例のサンプル＃３〜＃５については、正面及び１２時方向７０°から見てもコントラスト比の低下も気にならないほど良好な画質であった。また、６時方向５０°から見ても、階調反転が無く良好な画質であった。サンプル＃１及び＃２では、正面及び１２時方向７０°から見て、ややコントラスト比が低下していることが確認されるが、使用に耐え得る程度であった。また、６時方向５０°から見ても、階調反転が無く良好な画質であった。
【００６８】
これに対し、比較サンプル＃１００では、正面及び１２時方向７０°においてでさえ、使用に耐えない程度のコントラスト比低下が確認された。また、＃１０１では、６時方向５０°においてでさえ階調反転することが確認された。
【００６９】
また、図５に示すように、受光素子２１、増幅器２２および記録装置２３を備えた測定系５００を用いて、液晶表示装置１００の視角依存性を測定した。液晶表示装置１００の液晶セル１６は、前記のガラス基板９側の面１６ａが直交座標ｘｙｚの基準面ｘ−ｙの位置にするように設置されている。
【００７０】
受光素子２１は、一定の立体受光角で受光し得る素子であり、面１６ａに垂直なＺ方向に対して角度φ（視角）をなす方向における、座標原点から所定距離をおいた位置に配置されている。
【００７１】
測定時には、本測定系５００に設置された液晶セル１６に対し、面１６ａの反対側の面から波長５５０ｎｍの単色光を照射する。液晶セル１６を透過した単色光の一部は、受光素子２１に入射する。受光素子２１の出力は、増幅器２２で所定のレベルに増幅された後、波形メモリ、レコーダなどの記録装置２３によって記録される。
【００７２】
測定は、サンプル＃３、及び比較サンプル＃１００、及び＃１０１を用意した。このようなサンプル＃３、及び比較サンプル＃１００、及び＃１０１を、図５に示す測定系５００に設置して、受光素子２１が一定の角度φで固定された場合の、サンプル＃３、及び比較サンプル＃１００及び＃１０１への印加電圧に対する受光素子２１の出カレベルを測定した。
【００７３】
測定は、本実施例と同様に、受光素子２１を配置し、ｙ方向が画面の上側であり、ｘ方向が画面の左側であると仮定して、受光素子２１の配置位置を正面方向、６時方向５０°、１２時方向６０°にそれぞれ変えて行われた。
【００７４】
その結果を、図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図６（ａ）〜（ｃ）は、サンプル＃３、比較サンプル＃１００及び＃１０１に印加される電圧に対する光の透過率（透過率−液晶印加電圧特性）を表したグラフである。
【００７５】
図６（ａ）が図２の正面方向から測定を行った結果であり、図６（ｂ）が６時方向５０°、図６（ｃ）が１２時方向６０°から測定をそれぞれ行った結果である。
【００７６】
図６（ａ）〜（ｃ）において、それぞれ実線で示す曲線Ｌ１・Ｌ４・Ｌ７はツイスト角が９０°の比較サンプル＃１０１のものであり、破線で示す曲線Ｌ２・Ｌ５・Ｌ８が、ツイスト角８４°のサンプル＃３のもので、破線で示す曲線Ｌ３・Ｌ６・Ｌ９が、ツイスト角７８°の比較サンプル＃１００のものである。
【００７７】
本実施例のサンプル＃３と、比較例の比較サンプル＃１００、＃１０１とについて、正面方向の透過率−液晶印加電圧特性の比較した場合、図６（ａ）では、比較サンプル＃１００の曲線Ｌ３は電圧５Ｖ、６Ｖを印加しても十分に透過率が下がっていないが、サンブル＃３の曲線Ｌ２は電圧５．５Ｖ付近から十分に透過率が下がり、比較サンプル＃１０１の曲線Ｌ１についても電圧５．５Ｖ付近から十分に透過率が下がっていることが確認された。
【００７８】
また、図６（ｂ）において、６時方向５０°の透過率−液晶印加電圧特性の比較した場合、比較サンプル＃１００、及びサンプル＃３の曲線Ｌ５・Ｌ６とは、電圧３Ｖから６Ｖ付近でほぼ透過率が一定であるが、比較サンプル＃１０１の曲線Ｌ４は電圧３Ｖ付近から透過率が上がり、再び４Ｖ付近から透過率が下がり、階調反転を示す特性が示されている。
【００７９】
また、図６（ｃ）において、１２時方向６０°の透過率−液晶印加電圧特性の比較した場合、比較サンプル＃１００の曲線Ｌ９は電圧６Ｖを印加しても十分透過率が下がっていないが、サンプル＃３、及び比較サンプル＃１０１の曲線Ｌ８、Ｌ７については電圧６Ｖで十分に透過率が下がっていることが確認される。以上より、６時方向１２時方向がバランス良く改良されているのが、サンプル＃３であることが確認される。
【００８０】
また、位相差板２、３として、透明な支持体にディスコティック液晶をハイブリッド配向させた以外は、本実施例のサンプル＃１〜サンプル＃５、比較サンプル＃１００、＃１０１と同様の比較サンプルについても、上記と同様の結果が得られた。
【００８１】
図７に、ツイスト角８６°のサンプル＃３の、中間調表示する印加電圧での、コントラストが５以上で階調反転が発生しない領域を、影の領域で示す。同心円は、視角１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°および７０°を表す。図７に示すように、視角０〜５０°で全ての視角方向において、階調反転が発生していないことがわかる。
【００８２】
本実施例によれば、正視角方向（６時方向）のある視角φにおいて、視角φを正視角方向（６時方向）に傾けたときの見かけ上のツイスト角βが９０°より小さくなるように、実際のツイスト角αを設定することにより、正視角方向の中間調における反転現象を改善することができる。
【００８３】
実施例では、屈折率楕円体の傾斜について主屈折率ｎａがｙ軸方向、ｎｂがｚ軸方向、ｎｃがｘ軸方向と一致する屈折率楕円体を基準にしていたが、主屈折率ｎａがｙ軸方向、ｎｂがｘ軸方向、ｎｃがｚ軸方向と一致する屈折率楕円体を基準とした場合、前者の基準の傾斜角１５°と後者の基準の傾斜角７５°とが同一のものとなる。従って傾斜角は１５°から７５°の間に設定される。
【００８４】
（実施例２）
液晶層８の液晶材料の屈折率異方性Δｎの値を適切に選択することにより、視角特性のさらなる改善を図ることができる。実施例２においては、図１の液晶表示装置１００に波長５５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎ（５５０）がそれぞれ、０．０７０、０．０８０、０，０９５に設定された液晶材料を液晶層８に用い、セル厚（液晶層の厚み）を５μｍとした、３つのサンプル＃２１〜＃２３を用意した。
【００８５】
また、これらのサンプルセル＃２１〜＃２３における光学位相差板２、３としては、ディスコティック液晶を傾斜配向した前述の実施例１における光学位相差板２、３と同様のものを用いた。
【００８６】
そして、前述の実施例１で説明したと同様の図５に示す測定系５００を用いて、受光素子２１が一定の角度φで固定された場合の、サンプルセル＃２１〜＃２３への印加電圧に対する受光素子２１の出カレベルを測定した。
【００８７】
測定は、５０°角度φとなるように受光素子２１を配置し、Ｙ方向が画面の左側であり、Ｘ方向が画面の下側（正視角方向）であると仮定して、受光素子２１の配置位置を上方向（反視角方向）、下方向（正視角方向）、左右方向にそれぞれ変えて行った。
【００８８】
その結果を、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。図１０（ａ）〜（ｃ）は、サンプル＃２１〜＃２３に印加される電圧に対する光の透過率（透過率−液晶印加電圧特性）を表したグラフである。
【００８９】
図１０（ａ）が図２の１２時方向（反視角方向）から測定を行った結果であり、図１０（ｂ）が３時方向、図１０（ｃ）が９時方向から測定をそれぞれ行った結果である。
【００９０】
図１０（ａ）〜（ｃ）において、それぞれ一点鎖線で示す曲線Ｌ２１・Ｌ２４・Ｌ２７が、液晶層８にΔｎ（５５０）＝０．０７０の液晶材料を用いたサンプル＃２１のもので、実線で示す曲線Ｌ２２・Ｌ２５・Ｌ２８が、液晶層８にΔｎ（５５０）＝０．０８０の液晶材料を用いたサンプル＃２２のもので、破線で示す曲線Ｌ２３・Ｌ２６・Ｌ２９が、液晶層８にΔｎ（５５０）＝０．０９５の液晶材料を用いたサンプル＃２３のものである。図１０（ａ）〜（ｃ）において、階調反転が生じず、５〜６Ｖ程度の電圧を印加した際にも十分に透過率が下がっていることが確認された。これは後述する比較例２のサンプルの特性（図１１（ａ）〜（ｃ））と比較しても有意な効果上の相違を示すことが分かる。
【００９１】
（比較例２）
実施例２に対する比較例２として、図１の液晶セル１６における液晶層８に波長５５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎ（５５０）がそれぞれ、０．０６０、０．１２０に設定された液晶材料を用いた以外は実施例と同様の２つの比較サンプル＃２０１・＃２０２を用意し、図５に示す測定系５００に設置して、本実施例と同様の方法で受光素子２１が一定の角度φで固定された場合の比較サンプル＃２０１・＃２０２へ印加電圧に対する受光素子２１の出カレベルを測定した。
【００９２】
測定は、本実施例と同様に、測定は、５０°角度φとなるように受光素子２１を配置し、Ｙ方向が画面の左側であり、Ｘ方向が画面の下側（正視角方向）であると仮定して、受光素子２１の配置位置を上方向（反視角方向）、下方向（正視角方向）、左右方向にそれぞれ変えて行った。
【００９３】
その結果を図１１（ａ）〜（ｃ）に示す。図１１（ａ）〜（ｃ）は、比較サンプル＃２０１・＃２０２に印加される電圧に対する光の透過率（透過率−液晶印加電圧特性）を表したグラフである。
【００９４】
図１１（ａ）が図２の１２時方向（反視角方向）から測定を行った結累であり、図１１（ｂ）が図２の３時方向から測定を行った結果であり、図１１（ｃ）が図２の９時方向からの測定をそれぞれ行った結果である。
【００９５】
図１１（ａ）〜（ｃ）において、それぞれの実線で示す曲線Ｌ２０１・Ｌ２０３・Ｌ２０５が、液晶層８にΔｎ（５５０）＝０．０６０の液晶材料を用いた比較サンプル＃２０１のもので、破線で示す曲線Ｌ２０２・Ｌ２０４・Ｌ２０６が、液晶層８にΔｎ（５５０）が０．１２０の液晶材料を用いた比較サンプル＃２０２のものである。
【００９６】
図１１（ａ）において、Ｌ２０１では、電圧を４Ｖ以上とすると階調反転を示す特性が示されている。他方、Ｌ２０２では、電圧を４Ｖ以上とする際に、十分に透過率が下がらないことが示されている。図１１（ｂ）において、Ｌ２０４では電圧を４Ｖ以上とすることにより階調反転を生じる特性が示されている。図１１（ｃ）において、Ｌ２０６がＬ２０３と同様に電圧を４Ｖ以上とすることにより階調反転を生じる特性が示されている。
【００９７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、上記位相差板を介在した液晶表示装置において、液晶表示素子の配向膜と液晶分子がなす見かけのプレチルト角を最良の範囲に設定することで、位相差板による補償効果に加えて視角依存性を改善することができる。
【００９８】
さらに本発明によれば、中間調表示時に、正視角方向（６時方向）の階調反転を効果的に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置の構成を分解して示す断面図である。
【図２】上記液晶表示装置における配向膜のラビング方向と正視角方向との関係を示す説明図である。
【図３】上記液晶表示装置の位相差板における主屈折率を示す斜視図である。
【図４】上記液晶表示装置における偏光板および位相差板の光学的な配置を液晶表示装置の各部を分解して示す斜視図である。
【図５】上記液晶表示装置の視角依存性を測定する測定系を示す斜視図である。
【図６】実施例１と実施例１に対する比較例の液晶表示装置の透過率−液晶印加電圧特性を示すグラフである。
【図７】実施例１における液晶表示装置の視角特性を示すグラフである。
【図８】比較例１における液晶表示装置の視角特性を示すグラフである。
【図９】ツイスト角αおよび６時方向の視角φを変化させたときの見かけ上のツイスト角の変化を示す図である。
【図１０】実施例２における液晶表示装置の透過率−液晶印加電圧特性を示すグラフである。
【図１１】比較例２の液晶表示装置の透過率−液晶印加電圧特性を示すグラフである。
【図１２】ＴＮ液晶表示素子の断面構造の模式図である。
【符号の説明】
１液晶表示素子
２、３位相差板
４、５偏光板（偏光子）
８液晶層
９、１２ガラス基板
１０、１３透明電極
１１、１４配向膜

Claims

第１の透明電極層と第１の配向膜とが形成された第１の透光性基板と、第２の透明電極層と第２の配向膜とが形成された第２の透光性基板と、前記第１の透光性基板と前記第２の透光性基板との間に配置される液晶層とを含む液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の前記第１の透光性基板側に配置される第１の偏光子と、
前記液晶表示素子の前記第２の透光性基板側に配置される第２の偏光子と、
前記液晶表示素子と前記第１の偏光子との間に配置される少なくとも１つの第１の位相差板と
を備えた液晶表示装置であって、
前記液晶層は、液晶分子を含み、
前記少なくとも１つの第１の位相差板のそれぞれは、３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含み、前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、前記主屈折率ｎｂの方向と前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの一方の方向とが、前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの他方の方向を軸として所定の角度だけ傾斜しており、
前記第１の位相差板の前記主屈折率ｎｂの方向を前記第１の位相差板の表面に投影した方向が、前記第１の配向膜のラビング方向の方位と一致しており、かつ、前記第１の偏光子の吸収軸に沿った方位と一致しており、
前記液晶分子のツイスト角が８０°以上８８°以下である、液晶表示装置。
前記液晶表示素子と前記第２の偏光子との間に配置される少なくとも１つの第２の位相差板をさらに備え、
前記少なくとも１つの第２の位相差板のそれぞれは、３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含み、前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｃ＞ｎｂという関係を有し、前記主屈折率ｎｂの方向と前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの一方の方向とが、前記主屈折率ｎａおよび前記主屈折率ｎｃのうちの他方の方向を軸として所定の角度だけ傾斜しており、
前記第２の位相差板の前記主屈折率ｎｂの方向を前記第２の位相差板の表面に投影した方向が、前記第２の配向膜のラビング方向の方位と一致しており、かつ、前記第２の偏光子の吸収軸に沿った方位と一致している、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶分子は、屈折率異方性を有し、
波長５５０ｎｍの光に対する前記屈折率異方性Δｎ（５５０）が、０．０６０より大きく０．１２０より小さい範囲に設定される、請求項１に記載の液晶表示装置。
波長５５０ｎｍの光に対する前記屈折率異方性Δｎ（５５０）が、０．０７０以上０．０９５以下の範囲に設定される、請求項３に記載の液晶表示装置。