(57)【要約】【課題】垂直配向型液晶セルを用いて、コントラスト向上が図られたモノカラー背景のネガ表示を行なう液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、垂直配向型の液晶セルと、液晶セルの一方側に配置された第１のニュートラル偏光板と、液晶セルの他方側に、第１のニュートラル偏光板に対しクロスニコル配置されたカラー偏光板と、他方側に、吸収軸方向が、第１のニュートラル偏光板の吸収軸方向に対してクロスニコル配置から所定角度ずれて配置された第２のニュートラル偏光板とを有する。【選択図】図３
2010286522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直配向型の液晶セルと、
前記液晶セルの一方側に配置された第１のニュートラル偏光板と、
前記液晶セルの他方側に、前記第１のニュートラル偏光板に対しクロスニコル配置されたカラー偏光板と、
前記他方側に、吸収軸方向が、前記第１のニュートラル偏光板の吸収軸方向に対してクロスニコル配置から所定角度ずれて配置された第２のニュートラル偏光板と
を有する液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２のニュートラル偏光板は、前記カラー偏光板の吸収軸方向に対して吸収軸方向のずれ角度の大きさが４°以下となるように配置された請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第２のニュートラル偏光板は、前記カラー偏光板の吸収軸方向に対して吸収軸方向のずれ角度の大きさが２°以上となるように配置された請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記他方側は観察者側である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記カラー偏光板は、前記第２のニュートラル偏光板よりも前記液晶セル側に配置されている請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
さらに、白色のバックライトを有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記カラー偏光板は、赤のカラー偏光板である請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光板を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばカーオーディオ等の表示のデザイン性を高めるため、モノカラー背景のネガ表示（例えば赤背景白表示）を行なう液晶表示装置が求められている。
【０００３】
例えば、９０°ツイストのツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を、ニュートラル偏光板と、所定波長領域の光は透過されるカラー偏光板とで挟み、背景を色づかせる技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。  
【０００４】
カラー偏光板は、偏光度の高いものを入手することが難しい。カラー偏光板の偏光度が低いと、背景が明るくなり、背景と表示とのコントラストの高いモノカラー背景のネガ表示を行なうことが難しい。
【０００５】
垂直配向（ＶＡ）型の液晶表示素子は、視角方向による色変化が少ない等の利点がある。垂直配向型液晶セルを用いて、コントラストの高いモノカラー背景のネガ表示を行なう液晶表示装置を実現できれば望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５５３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一目的は、垂直配向型液晶セルを用いて、コントラスト向上が図られたモノカラー背景のネガ表示を行なう液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、垂直配向型の液晶セルと、前記液晶セルの一方側に配置された第１のニュートラル偏光板と、前記液晶セルの他方側に、前記第１のニュートラル偏光板に対しクロスニコル配置されたカラー偏光板と、前記他方側に、吸収軸方向が、前記第１のニュートラル偏光板の吸収軸方向に対してクロスニコル配置から所定角度ずれて配置された第２のニュートラル偏光板とを有する液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
第１のニュートラル偏光板と、これに対しクロスニコル配置されたカラー偏光板とで、垂直配向液晶セルを挟むことにより、カラー偏光板で透過された有彩色の背景が得られ、さらに、第１のニュートラル偏光板に対してクロスニコル配置から所定角度ずらした第２のニュートラル偏光板により、有彩色の背景を暗くすることができる。これにより、表示と背景とのコントラスト向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、比較例の液晶表示装置の概略断面図である。
【図２】図２は、液晶セルの表示面内でのニュートラル偏光板及びカラー偏光板の吸収軸方向を示す、比較例の液晶表示装置の概略平面図である。
【図３】図３は、実施例の液晶表示装置の概略断面図である。
【図４】図４は、液晶セルの表示面内での下方ニュートラル偏光板、カラー偏光板、及び上方ニュートラル偏光板の吸収軸方向を示す、実施例の液晶表示装置の概略平面図である。
【図５】図５は、実施例の液晶表示装置において、背景の視角による色差が、吸収軸角度差によってどのように変化するか調べた結果をまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、比較例の液晶表示装置について説明する。
【００１２】
図１は、比較例の液晶表示装置の概略断面図である。比較例の液晶表示装置は、垂直配向（ＶＡ）型の液晶セル１を有する。液晶セル１は、対向配置されたガラス基板１ａと、これらに挟持された誘電率異方性が負の液晶層１ｅと、両ガラス基板それぞれの液晶層側内面に、基板側から形成された透明電極１ｂ、絶縁膜１ｃ、及び垂直配向膜１ｄを含む。
【００１３】
透明電極１ｂは例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で形成される。垂直配向膜１ｄに、液晶分子に例えば８９．５°のプレチルト角が付与されるように、例えばラビングで配向処理が行われている。
【００１４】
液晶材料の複屈折率Δｎ×セル厚ｄで規定される、厚さ断面内のリターデーションΔｎｄが３００ｎｍ〜５００ｎｍ、例えば３８０ｎｍ程度となるように、液晶材料の複屈折率、セル厚が選択されている。
【００１５】
液晶セル１に対し観察者側を上方と呼ぶこととし、その反対側を下方と呼ぶこととする。液晶セル１の下方に、白色のバックライト１０が配置されている。バックライト１０は例えば、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。
【００１６】
液晶セル１の下方側ガラス基板１ａ上に、視角補償フィルム２が貼り合わされている。視角補償フィルム２として、面内方向の屈折率より厚さ方向の屈折率が小さい負の一軸性光学異方性を有する透明フィルム（Ｃプレート）、または、面内方向の屈折率より厚さ方向の屈折率が小さく面内方向に遅相軸を持つ負の二軸光学異方性を有する透明フィルムを用いることができる。
【００１７】
視角補償フィルム２上に、さらに、ニュートラル偏光板３が貼り合わされている。ニュートラル偏光板は、吸収軸方向の偏光成分に対し可視波長領域全域に吸収が生じるように作られた偏光板である。
【００１８】
例えば、視角補償フィルム２及びニュートラル偏光板３として、厚さ断面内のリターデーションが２２０ｎｍのＣプレート付きニュートラル偏光板（例えば、（株）ポラテクノ製０００Ｒ２２０Ｎ−ＳＨ３８Ｌ２Ｓ（−）（補償板Ｃプレート＋偏光板ＳＨＣ−１３Ｕの貼合品））を用いることができる。
【００１９】
液晶セル１の上方側ガラス基板１ａ上に、カラー偏光板４が貼り合わされている。カラー偏光板は、吸収軸方向の偏光成分に対し所定の波長成分に吸収の偏りを生じるように作られた偏光板である。これにより、吸収軸方向の偏光に対して所定の透過光スペクトルが得られる。ここではカラー偏光板４として、赤色の透過光が得られるものを想定しており、例えば、（株）ポラテクノ製ＳＨＣ−ＳＲ３ＵＬ２Ｓを用いることができる。
【００２０】
図２は、液晶セルの表示面内でのニュートラル偏光板３及びカラー偏光板４の吸収軸方向Ｄ３及びＤ４を示す、比較例の液晶表示装置の概略平面図である。観察者の右方向を０°とし、反時計回りに増加するように角度を定義している。最良視認方向を９０°とする。
【００２１】
ニュートラル偏光板３の吸収軸方向Ｄ３は、４５°−２２５°方向に設定され、カラー偏光板４の吸収軸方向Ｄ４は、１３５°−３１５°方向に設定されている。すなわち、ニュートラル偏光板３とカラー偏光板４とは、吸収軸方向が互いに直交するように、クロスニコル配置されている。
【００２２】
なお、視角補償フィルム２として負の二軸光学異方性を有するものを用いるときは、その面内方向の遅相軸方向を、カラー偏光板４の吸収軸方向と直交（透過軸方向と平行）とすることが好ましい。
【００２３】
比較例の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶セル１が、クロスニコル配置されたニュートラル偏光板３とカラー偏光板４とに挟まれた構造を有する。これにより、液晶セル１への電圧無印加時に、全面がカラー偏光板４の透過色（赤）で表示され、電圧印加時に、表示部分が白表示され、背景がカラー偏光板４の透過色（赤）で表示される。このようにして、モノカラー背景のネガ表示を行なう液晶表示装置が得られる。
【００２４】
ただし、カラー偏光板は、そもそも特定の色成分が透過してカラーが得られるように作られたものであり、ニュートラル偏光板に比べて偏光度が低い。これに起因して、比較例の液晶表示装置は、赤背景を暗くすることが難しく、赤背景に対する白表示の明度差が小さくなる（コントラストが低くなる）ので、判読性を高めた表示が難しい。
【００２５】
次に、本発明の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００２６】
図３は、実施例の液晶表示装置の概略断面図である。実施例の液晶表示装置は、比較例の液晶表示装置のカラー偏光板４上に、さらにニュートラル偏光板５を貼り合わせた構造を有する。ニュートラル偏光板５として、例えば、（株）ポラテクノ製ＳＨＣ−１３Ｕを用いることができる。ここで、下方側、上方側のニュートラル偏光板３、５を、それぞれ、下方ニュートラル偏光板３、上方ニュートラル偏光板５と呼ぶこととする。
【００２７】
図４は、液晶セルの表示面内での下方ニュートラル偏光板３、カラー偏光板４、及び上方ニュートラル偏光板５の吸収軸方向Ｄ３、Ｄ４、及びＤ５を示す、実施例の液晶表示装置の概略平面図である。下方ニュートラル偏光板３、カラー偏光板４の吸収軸方向Ｄ３、Ｄ４については、比較例で述べた通りであり、下方ニュートラル偏光板３とカラー偏光板４とがクロスニコル配置されている。
【００２８】
上方ニュートラル偏光板５の吸収軸方向Ｄ５は、１３７°−３１７°方向に設定されている。すなわち、上方ニュートラル偏光板５の吸収軸方向Ｄ５は、カラー偏光板４の吸収軸方向Ｄ４に対し、２°ずらされて設定されている。
【００２９】
もし、上方ニュートラル偏光板５の吸収軸方向Ｄ５がカラー偏光板４の吸収軸方向Ｄ４と一致していたら、すなわち、上方ニュートラル偏光板５も下方ニュートラル偏光板３とクロスニコル配置されていたら、カラー偏光板４の吸収軸方向の偏光成分が、上方ニュートラル偏光板５で吸収されることにより黒背景となり、カラー偏光板による有彩色の背景が得られない。
【００３０】
実施例の液晶表示装置では、上方ニュートラル偏光板５が、吸収軸方向Ｄ５をカラー偏光板４の吸収軸方向Ｄ４に対し２°ずらされて、下方ニュートラル偏光板３に対するクロスニコル配置から外されている。
【００３１】
これにより、カラー偏光板４の吸収軸方向の赤色の偏光成分の一部が、上方ニュートラル偏光板５を透過するので、ダークブラウンのような暗い赤背景を得ることができる。暗い赤背景となるので、白表示との明度差が大きくなり（コントラストが高くなり）、判読性の向上が図られる。
【００３２】
黒背景でなく有彩色背景を得るために、下方ニュートラル偏光板３の吸収軸方向に対して上方ニュートラル偏光板５の吸収軸方向が、クロスニコル配置から所定角度ずらされているが、暗い有彩色背景とするために、両偏光板の吸収軸方向は、吸収軸方向が一致して高い光透過率となるパラレルニコル配置からも外されている。
【００３３】
カラー偏光板４側に配置されたニュートラル偏光板５の吸収軸方向Ｄ５の、カラー偏光板４の吸収軸方向Ｄ４に対するずれ角度の大きさ（これを、吸収軸角度差と呼ぶこととする）を２°〜１５°として、色味の発現状態を検討した。吸収軸角度差が大きくなるに従って、明るい色味が発現する。
【００３４】
図５は、赤背景の視角による、Ｌａｂ表色系における色差が、吸収軸角度差によってどのように変化するか調べた結果をまとめた表である。吸収軸角度差（ニュートラル偏光板のズレ角）が２°、４°、６°のときの、正面観察時と横３０°観察時とにおける明度Ｌ、色度ａ、ｂ、及び、正面観察時と横３０°観察時との色差を示す。
【００３５】
正面観察時と横３０°観察時との、明度差をΔＬ、色度差をΔａ、Δｂとすると、色差ΔＥは、ΔＥ＝（Δａ２+Δｂ２＋ΔＬ２）１／２と表される。
【００３６】
色差が３以上あると色変化が大きいと感じられることから、暗い背景かつ視角変化による色差を小さくする（視野角を広くする）ためには、吸収軸角度差を６°程度より小さくするのが良いであろう。
【００３７】
吸収軸角度差は４°以下とすることが、暗い背景かつ視角による色差を小さくするために特に好ましいといえる。
【００３８】
ただし、吸収軸角度差を２°未満とすると、カラー偏光板の色味がほとんど発現せず、ほぼ黒背景となってしまう。従って、吸収軸角度差は２°以上とすることがさらに好ましい。
【００３９】
吸収軸角度差が２°、４°のときの、デューティ駆動における表示状態について調べた。バックライトとして白色ＬＥＤを使用し、駆動電圧５．０Ｖ、１／４デューティ、１／３バイアス、駆動周波数１２８Ｈｚで駆動したときの、ＸＹＺ表色系における色度座標は以下のようなものであった。
【００４０】
吸収軸角度差が２°の場合
オン部：（ｘ，ｙ）＝（０．２９１，０．２９９）  Ｌ＝１０１．８
オフ部：（ｘ，ｙ）＝（０．５０３，０．３４３）  Ｌ＝２．４
コントラスト値４２
吸収軸角度差が４°の場合
オン部：（ｘ，ｙ）＝（０．２９０，０．３０３）  Ｌ＝９８．７
オフ部：（ｘ，ｙ）＝（０．５５５，０．３４９）  Ｌ＝３．９
コントラスト値２５
これより、オン部の色味もほぼ白色中心に近い特性であり、かつオフ部も純色に近い赤味を持つとともに低い輝度であり、例えば２０以上の高いコントラストが得られることが分かる。
【００４１】
なお、カラー偏光板とニュートラル偏光板の、２枚の偏光板で挟んだ９０°ツイストのツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶表示素子を用いたモノカラー背景のネガ表示の液晶表示装置を、例えば駆動電圧５．０Ｖ、１／４デューティ、１／３バイアス、周波数１２８Ｈｚでダイナミック駆動したときのコントラストは、例えば４〜５程度である。
【００４２】
なお、ＴＮ型のこのような液晶表示装置に比べて、ＶＡ型の実施例の液晶表示装置は、急峻性が高く、視野角を広くしやすい。
【００４３】
なお、以上の実施例で、赤色のカラー偏光板の場合を説明したが、どの色のカラー偏光板であっても、適当に小さな吸収軸角度差で暗い有彩色背景が得られることは共通と考えられるので、青色、緑色、黄色等のカラー偏光板についても同様にして、暗い有彩色背景を得ることができる。上述の角度条件は、赤色のカラー偏光板に対して検討したものであるが、どの色のカラー偏光板を用いる場合であっても、１つの目安となろう。
【００４４】
他色のカラー偏光板（ポラテクノ製の品名）を例示すると、（少し橙の）赤色偏光板（Ｒ−１８２５５Ｔ）、黄色偏光板（Ｙ１−１８２８８Ｔ）、緑色偏光板（Ｇ−１８２５０Ｔ）、青色偏光板（ＳＨＣ−Ｂ２５Ｕ、ＳＨＣ−Ｂ１５Ｕ）、赤紫色偏光板（Ｖ１２−１８２４５Ｔ）、紫色偏光板（Ｖ２２−１８２４５Ｔ）、青紫色偏光板（Ｖ３２−１８２４５Ｔ、Ｖ３２−１８２４０Ｔ）等が挙げられる。
【００４５】
なお、カラー偏光板側のニュートラル偏光板をカラー偏光板よりも観察者側に配置した例を説明したが、カラー偏光板をカラー偏光板側のニュートラル偏光板よりも観察者側に配置した構造でも同様に、暗い有彩色背景を得ることができる。ただし、観察者側にニュートラル偏光板が配置されている構造の方が、偏光板による外光の反射光が無彩色となるので好ましい。
【００４６】
なお、一方のニュートラル偏光板をバックライト側に配置し、カラー偏光板と他方のニュートラル偏光板の組を観察者側に配置する例を説明したが、上下（観察者側とバックライト側）を反転し、一方のニュートラル偏光板を観察者側に配置し、カラー偏光板と他方のニュートラル偏光板の組をバックライト側に配置する構造でも同様に、高コントラストの有彩色背景を得ることができる。
【００４７】
つまり、観察者側ニュートラル偏光板とバックライト側カラー偏光板とをクロスニコル配置し、バックライト側のニュートラル偏光板の吸収軸方向を、カラー偏光板の吸収軸方向に対して例えば２°〜４°ずらした設定とする。なお、視角補償フィルムを加える場合は、液晶セルと偏光板との間の何れに配置しても構わない。
【００４８】
なお、実施例で、視角補償フィルムと貼合せたニュートラル偏光板を、バックライト側に配置した。このような貼合偏光板は、アンチグレア等の表面処理の品種があまりないので、上記実施例で、観察者側に配置せずに、バックライト側に配置した。そして、観察者側のニュートラル偏光板として、単品のニュートラル偏光板を配置した。単品のニュートラル偏光板は、アンチグレア、ハードコート等の表面加工された品種の選択の幅が、比較的広い。
【００４９】
以上説明したように、垂直配向型液晶セルの一方側に配置したニュートラル偏光板に対し、液晶セルの他方側に、カラー偏光板をクロスニコル配置し、さらにこの他方側に、一方側のニュートラル偏光板吸収軸方向に対し吸収軸方向をクロスニコル配置から所定角度ずらして（カラー偏光板吸収軸方向に対し吸収軸方向を所定角度ずらして）ニュートラル偏光板を配置することにより、有彩色背景を暗くすることができる。背景と表示とのコントラスト向上が図られる。
【００５０】
以上の実施例の技術が適用できる製品として、モノカラー背景の液晶表示装置が挙げられ、例えば赤背景白表示、緑背景白表示、青背景白表示の液晶表示装置が挙げられる。具体的には例えば、車載用ヒートコントロール（ヒーコン）、オーディオ、マルチインフォメーション用の表示デバイスが挙げられる。
【００５１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００５２】
１  垂直配向型液晶セル
１ａ  ガラス基板
１ｂ  透明電極
１ｃ  絶縁膜
１ｄ  垂直配向膜
１ｅ  液晶層
２  視角補償フィルム
３、５  ニュートラル偏光板
４  カラー偏光板
１０  バックライト
【図１】
2010286522.tif 000003
【図２】
2010286522.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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