(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツイスト角が略９０°のねじれネマチック型液晶セルおよびこのセルの両側に配置された２枚の偏光板からなるノーマリーホワイトモードの液晶表示装置において、
(1) フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有する光学補償層（Ａ）、
(2) 光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）、および
(3) 光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ）
の３種の特性の異なる光学補償層がそれぞれ少なくとも１層ずつ、液晶セルとその両側の偏光板との間に、偏光板／光学補償層（Ａ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層（Ｃ）／液晶セル／光学補償層（Ｃ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層（Ａ）／偏光板、の順に積層されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
積層された３種の光学補償層のうち、光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）は、液晶セルの光出射側から見た場合にその光学軸の上側になる方向が、液晶セルの光入射側および光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビング方向に対して略＋１８０°の関係になるよう設定されている請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
積層された３種の光学補償層のうち、光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ）は、その遅相軸の方向が、液晶セルの光入射側および光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビング方向に対して略垂直の関係になるよう設定されている請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、視野角特性、特に、表示コントラストおよび階調反転の視野角特性が改善された液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（以下、ＬＣＤと表わす）として現在最もよく用いられているものは、透明電極を形成した一対のガラス基板の間に、ガラス基板の法線方向に螺旋軸を有し、そのネジレ角度が約９０度であるような配向構造を有したネマチック液晶を挟持した液晶セルが、吸収軸が直交となるように配置された一対の直線偏光フィルムの間に挟まれた、ノーマリホワイト（以下、ＮＷと表わす）モードのツイステッドネマチック型ＬＣＤ（以下、ＴＮ−ＬＣＤと表わす）である。ＮＷモードのＴＮ−ＬＣＤは、電圧を印加しない状態では入射した直線偏光が液晶セルの旋光性により９０度回転して出射されるため白状態となり、電圧を印加した状態では液晶分子がガラス基板に対して起き上がり、旋光性が消失し入射した直線偏光はその状態を保ったまま出射されるため黒状態となる。また、この白状態、黒状態とその中間状態を利用することで、階調表示を行っている。
【０００３】
しかし、ＬＣＤに用いられるネマチック液晶は、分子構造が棒状で、分子軸方向の屈折率が大きい正の屈折率異方性を示すものであり、ＬＣＤを斜めに通過する光の偏光状態の変化は、この液晶の屈折率異方性による位相差のためにＬＣＤの法線方向とは異なったものとなる。このため、ＬＣＤの法線方向から外れた角度から表示を見た場合、コントラストの低下や、階調表示が逆転する階調反転などの現象が起こるという視野角特性を示す。
【０００４】
この視野角特性は液晶分子の屈折率異方性が原因であることから、液晶分子の屈折率異方性による位相差を補償するために、液晶とは逆の屈折率異方性を示す位相差フィルムを用いた改良が検討されている。視野角特性の改良は、主として黒表示、即ち電圧印加状態における視野角特性を改良することで、大きな効果が得られる。電圧印加状態では液晶分子はガラス基板に垂直に近い状態に配向していることから、この状態をガラス基板法線方向に光学軸を有する正の屈折率異方体と見なし、これを補償する位相差フィルムとして、フィルム法線方向に光学軸を有しかつ負の屈折率異方性を有する位相差フィルムを用いる方法が、特開平２−０１５２３９号公報や特開平３−１０３８２３号公報などに開示されている。しかしながら、実際のＬＣＤにおいては、電圧印加状態にあっても、ガラス基板付近の液晶分子は基板の配向膜の拘束力に起因して、ガラス基板に近い部分では傾斜状態のままであるため、フィルム法線方向に光学軸を有しかつ負の屈折率異方性を有する位相差フィルムでは、液晶セルによりもたらされる偏光状態を十分に補償することは難しい。
【０００５】
このような傾斜状態の液晶分子をも併せて補償するため、光学軸がフィルム法線方向から傾斜した方向にありかつ負の屈折率異方性を有する位相差フィルムを用いる方法も、特開昭６３−２３９４２１号公報や特開平６−２１４１１６号公報などに記載されている。しかし、これらの方法では、電圧印加状態の液晶セルに対する補償状態は改善されるものの、印加電圧がより低いために傾斜状態の液晶部分が増加してより複雑な配向形態をとる中間階調表示状態においては、補償が不完全となるため、表示コントラストの視野角は改善されるが、階調反転現象を改善することは困難であり、結果として不完全な視野角特性しか得ることができない。
【０００６】
また別の方法として、液晶と同じ正の屈折率異方性を持ちながらも、光学軸をフィルム法線方向から傾斜させた状態とした位相差板を用いても視野角特性を改良できることが、特開平５−０８０３２３号公報、特開平７−３０６４０６号公報やＷＯ９６／１０７７３号公報などに記載されている。これらの報告では、正の屈折率異方性を有しかつ光学軸をフィルム法線方向から傾斜させた状態とした位相差板を用いることが液晶セルの階調反転を抑制するのに有効であることが示されているが、いかなる形態で使用した場合にその効果が発現されるのかに関しては何ら具体的には言及されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようにＴＮ−ＬＣＤの視野角特性の改良に用いられる光学補償板については、表示コントラストのみならず階調反転も合わせたトータルでの視野角特性を飛躍的に改善できるものは見いだされていない状況にあった。かかる状況に鑑み、本発明者らが鋭意検討した結果、光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学補償層に対し、フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有する光学補償層、および、正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層を組合せ、さらにこれら３種の特性の異なる光学補償層を偏光板と液晶セルに対して特定の順序で積層して用いることにより、表示コントラストと階調反転の両方の視野角特性を大幅に改善できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ツイスト角が略９０°のねじれネマチック型液晶セルおよびこのセルの両側に配置された２枚の偏光板からなるノーマリーホワイトモードの液晶表示装置において、
(1) フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有する光学補償層（Ａ）、
(2) 光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）、および
(3) 光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ）
の３種の特性の異なる光学補償層がそれぞれ少なくとも１層ずつ、液晶セルとその両側の偏光板との間に、偏光板／光学補償層（Ａ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層（Ｃ）／液晶セル／光学補償層（Ｃ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層（Ａ）／偏光板、の順に積層されていることを特徴とする液晶表示装置に関するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる、フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有する光学補償層（Ａ）としては、必要な光学特性を満たすものであれば特に限定されるものではなく、例えば、溶剤キャスト法による製膜時の高分子の配向により、フィルム面内のレターデーションは小さく、かつフィルム厚み方向の屈折率（ｎt ）がフィルム面内の平均屈折率（ｎp ）よりも小さいという屈折率構造を持たせた透明高分子のキャストフィルムや、透明高分子の二軸延伸フィルム、特開平５−１９６８１９号公報に記載されている無機層状化合物を用いた位相差板、特開平５−２４９４５７号公報に記載されている屈折率の異なる物質の交互多層薄膜による補償板等を用いることができる。
【００１０】
フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せず、フィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有する光学補償層（Ａ）の光学特性は、面内のレターデーション値（ＲA ）、および厚み方向のレターデーション値（ＲA'＝(ｎp−ｎt)×ｄ、ｄ：フィルム厚み）により規定される。これらの値は、使用する液晶セルの光学特性および最終的に必要とされる視野角特性により適宜選択されるが、通常はＲA ＝０〜１００nm、ＲA'＝５０〜２５０nmの範囲で用いられる。
【００１１】
本発明に用いる、光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）としては、必要な光学特性を満たすものであれば特に限定されるものではなく、例えば、特開平４−１２０５１２号公報や特開平６−２２２２１３号公報に記載されている熱可塑性樹脂を電場や磁場印加あるいは異周速圧延により配向させた傾斜配向シート、特開平７−１５２０３５号公報や特開平７−１９１２１６号公報に記載されている電場や磁場等の印加下あるいは配向膜による配向制御下での配向固定による液晶性重合体の傾斜配向層、また、ＷＯ９６／１０７７３号公報に記載されている透明基板上への無機誘電体等の斜方蒸着による光学異方性層等を用いることができる。
【００１２】
光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）の光学特性は、光学軸の液晶セル基板の法線方向からの傾斜角度（θ）、および光学補償層正面から測定した場合のレターデーション値（ＲB ）により規定される。これらの値は、使用する液晶セルの光学特性および最終的に必要とされる視野角特性により適宜選択されるが、通常はθ＝２０〜７０°、ＲB ＝２０〜２００nmの範囲で用いられる。
【００１３】
本発明に用いる、光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ）としては、必要な光学特性を満たすものであれば特に限定されるものではなく、例えば、一般的に位相差板として用いられている熱可塑性樹脂の一軸延伸フィルムや、液晶性物質の面内一軸配向層等を用いることができる。
【００１４】
光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ）の光学特性は、補償層面内のレターデーション値（ＲC ）により規定され、この値は、使用する液晶セルの光学特性および最終的に必要とされる視野角特性により適宜選択されるが、通常は ＲC＝１０〜１００nmの範囲である。
【００１５】
３種の特性の異なる光学補償層は、液晶セルとその両側の偏光板との間に、偏光板／光学補償層（Ａ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層（Ｃ）／液晶セル／光学補償層（Ｃ）／光学補償層（Ｂ）／光学補償層（Ａ）／偏光板、の順に積層される。各々の光学補償層（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、前述の各光学補償層がそれぞれ１枚ずつであってもよいし、必要であれば各層内に複数の光学補償層を用いてもよい。
【００１６】
本発明の光学補償層の積層構成においては、液晶セルの光入射側および光出射側の各基板のラビング方向と、各々の側に配置される光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から２０〜７０°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ）の光学軸の方向との関係が、視野角特性の改良効果に大きな影響を与える。光学軸の方向は、使用する液晶セルの光学特性および最終的に必要とされる視野角特性により適宜選択されるが、液晶セルの光出射側から見た場合に光学補償層（Ｂ）の光学軸の上側になる方向が、液晶セルの光入射側および光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビング方向に対して、液晶セルの光出射側から見て左回りの方向を正としたときに略＋１８０°の関係になるよう設定した場合、視野角改良効果が最も大きく発現する。
【００１７】
さらに、本発明の光学補償層の積層構成においては、液晶セルの光入射側および光出射側の各基板のラビング方向と、光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ）の遅相軸の方向の関係が、視野角特性の改良効果に大きな影響を与える。遅相軸の方向は、使用する液晶セルの光学特性および最終的に必要とされる視野角特性により適宜選択されるが、液晶セルの光入射側および光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビング方向に対して略垂直の関係になるよう設定した場合、視野角改良効果がより大きく発現する。
【００１８】
セル両側の偏光板の吸収軸方向は、最終的に必要とされるＬＣＤの光学特性に応じて、光入射側および光出射側のいずれもそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビング方向に対して略垂直（Ｅモード）あるいは略平行（Ｏモード）のいずれかより選択される。なお、本発明における光学補償層のレターデーション値（ＲA 、ＲA'、ＲB 、ＲC ）および光学軸の傾斜方向は、当業者においては常法に基づく測定により得られるものである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、表示コントラストおよび階調反転の視野角特性が著しく改善されたＴＮ−ＬＣＤを得ることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
実施例１
特開平５−１９６８１９号公報に記載された方法に基づき、フィルム面内に屈折率異方性が殆ど存在せずフィルム厚み方向の屈折率が面内の屈折率より小さい特性を有する光学補償層（Ａ１）を作製した。また、ＷＯ９６／１０７７３号公報に記載された方法に基づき、光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から４５°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ１）を作製した。さらに、溶剤キャスト法により製膜されたポリカーボネートフィルムを一軸延伸することにより、光学的に正の屈折率異方性を有する一軸配向性の光学補償層（Ｃ１）を作製した。シャープ（株）製のＴＦＴ−ＴＮ液晶テレビ（ＣＲＹＳＴＡＬＴＲＯＮ、４Ｅ−Ｌ１）の液晶セルとその両側の偏光板との間に、上記の３種の光学補償層を、偏光板／光学補償層（Ａ１）／光学補償層（Ｂ１）／光学補償層（Ｃ１）／液晶セル／光学補償層（Ｃ１）／光学補償層（Ｂ１）／光学補償層（Ａ１）／偏光板の順に積層してＴＮ−ＬＣＤを作製した。このとき、液晶セルの光出射側から見た場合に光学補償層（Ｂ１）の光学軸の上側になる方向が、液晶セルの光入射側および光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビング方向に対して＋１８０°の関係になり、かつ、光学補償層（Ｃ１）の遅相軸の方向が液晶セルの光入射側および光出射側においてそれぞれに近い側の液晶セル基板のラビング方向に対して垂直の関係になるように設定した。このＴＮ−ＬＣＤにおいては、表示コントラストおよび階調反転の視野角特性はいずれも上下左右すべての方向で良好であり、従来のＴＮ−ＬＣＤと比較してはるかに優れたものであった。
【００２２】
実施例２
ＷＯ９６／１０７７３号公報に記載された方法に基づき、光学的に正の屈折率異方性を有しかつ光学軸がフィルム法線方向から６５°傾斜している特性を有する光学補償層（Ｂ２）を作製した。光学補償層（Ｂ）として上記の光学補償層（Ｂ２）を用いたほかは実施例１と同様にして、３種の光学補償層を積層したＴＮ−ＬＣＤを作製した。このＴＮ−ＬＣＤにおいては、表示コントラストおよび階調反転の視野角特性はいずれも上下左右すべての方向で良好であり、従来のＴＮ−ＬＣＤと比較してはるかに優れたものであった。
【００２３】
比較例１
光学補償層の積層順序を、偏光板／光学補償層（Ｃ１）／光学補償層（Ｂ１）／光学補償層（Ａ１）／液晶セル／光学補償層（Ａ１）／光学補償層（Ｂ１）／光学補償層（Ｃ１）／偏光板の順にしたほかは実施例１と同様にして、３種の光学補償層を積層したＴＮ−ＬＣＤを作製した。このＴＮ−ＬＣＤにおいては、左右および下方向の表示コントラストの視野角は良好であったが、上方向は悪く、また階調反転の視野角特性は上下左右ともあまり良好ではなかった。