(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板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両側に配置される一対の偏光子と、
３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、
前記液晶層は、液晶分子を含み、
前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、
前記液晶層の液晶の配向は、前記液晶分子の配向方向が前記偏光子の吸収軸に対して実質的に４５度であるホモジニアス配向であり、
前記屈折率楕円体の前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｂ＞ｎｃという関係を有し、
前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ｎｃの方向と前記表面内の主屈折率ｎａまたはｎｂの方向とが前記主屈折率ｎａまたはｎｂの方向を軸として傾斜することにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、
前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、
前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と、前記偏光子の吸収軸に対する液晶分子の配向方向が実質的に４５度である液晶分子の配向方向とがほぼ平行または反平行になるように配置される、液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、
前記３つの主屈折率は、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚを満たし、ｘ軸、ｙ軸は前記負の位相差板の表面内にあり、ｚ軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、
前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率ｎｘ、ｎｙは、ｎｘ＞ｎｙという関係を有し、ｘ軸、ｙ軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板は、前記ｙ軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ１、ｎｙ１およびｎｚ１を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、
前記３つの主屈折率は、ｎｘ１＝ｎｙ１＞ｎｚ１を満たし、ｘ１軸、ｙ１軸は前記負の位相差板の表面内にあり、ｚ１軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、
前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ２、ｎｙ２およびｎｚ２を有する正の屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率ｎｘ２、ｎｙ２は、ｎｘ２＞ｎｙ２という関係を有し、ｘ２軸、ｙ２軸が
前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板は、前記ｙ２軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の前記傾斜方向と前記液晶分子のプレチルト方向とが実質的に反対方向となるように配置される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板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両側に配置される一対の偏光子と、
３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、
前記液晶層は、液晶分子を含み、
前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、
前記液晶層の液晶の配向は、前記液晶分子の配向方向が前記偏光子の吸収軸に対して実質的に４５度であるホモジニアス配向であり、
前記屈折率楕円体の前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｂ＞ｎｃという関係を有し、
前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ｎｃの方向と前記表面内の主屈折率ｎａまたはｎｂの方向とが前記主屈折率ｎａまたはｎｂの方向を軸として傾斜することにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、
前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率ｎｘ、ｎｙは、ｎｘ＞ｎｙという関係を有し、ｘ軸、ｙ軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、
前記正の位相差板は、前記ｙ軸が前記前記偏光軸の吸収軸に対する液晶分子の配向方向が実質的に４５度である液晶分子の配向方向と実質的に一致するように配置され、
前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と前記偏光子の前記吸収軸の方向とがほぼ平行または反平行になるように、または実質的に直交するように配置される液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ１、ｎｙ１およびｎｚ１を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、
前記３つの主屈折率は、ｎｘ１＝ｎｙ１＞ｎｚ１を満たし、ｘ１軸、ｙ１軸は前記負の位相差板の表面内にあり、ｚ１軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、
前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置される、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記屈折率楕円体の傾斜角度が、１０度以上８０度以下である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記屈折率楕円体の傾斜角度が、２０度以上５０度以下であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、１５ｎｍから７００ｎｍの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、３０ｎｍから１５００ｎｍの間に設定される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、３３ｎｍから１５９ｎｍの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、６６ｎｍから３１８ｎｍの間に設定される、請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、１ｎｍから２００ｎｍの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、２ｎｍから４００ｎｍの間に設定される、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、３０ｎｍから１５０ｎｍの間に設定され、
前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、６０ｎｍから３００ｎｍの間に設定される、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記吸収軸の方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−５度よリ大きく５０度より小さい、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−５度より大きく５度より小さく、望ましくは０度である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が４０度より大きく５０度より小さく、望ましくは４５度である、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、５ｎｍから２００ｎｍの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、１０ｎｍから４００ｎｍの間に設定される、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、３５ｎｍから１０５ｎｍの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、７０ｎｍから２１０ｎｍの間に設定される、請求項１７に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、１ｎｍから１００ｎｍの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、２ｎｍから１００ｎｍの間に設定される、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、１ｎｍから３０ｎｍの間に設定され、
前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、２ｎｍから６０ｎｍの間に設定される、請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、１ｎｍから１２５ｎｍの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、２ｎｍから２５０ｎｍの間に設定される、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、３０ｎｍから９０ｎｍの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、６０ｎｍから８０ｎｍの間に設定される、請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、１ｎｍから１００ｎｍの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、２ｎｍから２００ｎｍの間に設定される、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、５ｎｍから４０ｎｍの間に設定され、
前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、１０ｎｍから８０ｎｍの間に設定される、請求項２３に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記傾斜型位相差板は、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され、かつ架橋されることにより形成される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記傾斜型位相差板は、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る、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記液晶層の厚さと屈折率異方性（Δｎ）との積が１８０ｎｍから５００ｎｍの間にある、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記液晶層の厚さと屈折率異方性（Δｎ）との積が２２０ｎｍから３５０ｎｍの間にある、請求項２７に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】
正面方向およびそれに近い方向の透過光を、上下方向に拡散する素子をさらに備える、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３０】
前記液晶表示装置は３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率ｎｘ、ｎｙはｎｘ＞ｎｙという関係を有し、ｘ軸、ｙ軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記液晶表示素子との間に少なくとも１枚配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板の遅相軸であるｘ軸が、前記傾斜型位相差板の屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と略平行または略直交しており、
前記偏光子の吸収軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に４５度である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３１】
前記液晶表示装置は３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、
前記主屈折率ｎｘ、ｎｙはｎｘ＞ｎｙという関係を有し、ｘ軸、ｙ軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、
前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記偏光子との間に配置され、
前記偏光子は、吸収軸を有し、
前記正の位相差板の遅相軸であるｘ軸が、前記傾斜型位相差板の屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と略平行または略直交しており、
前記偏光子の吸収軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に４５度である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３２】
前記負の傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションとの合計と、前記液晶表示装置が黒表示される時の前記液晶層のリタデーションとの間の差が±１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３０記載の液晶表示装置。
【請求項３３】
前記負の傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションとの合計が、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３２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、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応答特性と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、アグ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、マルチプ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。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ィック位相補償方式（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。
【０００７】
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。このような位相補償方式の採用により白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。
【０００８】
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対の偏光子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、一対の偏光子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。
【０００９】
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。
【００１０】
図３４は、ＴＮ液晶表示素子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液晶表示素子において、一対の基板の表面の法線方向を通過する直線偏光、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は、液晶分子と交わる角度がそれぞれ異なっている。液晶分子には屈折率異方性Δｎが存在するため、各方向の直線偏光が液晶分子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。
【００１１】
さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分子は、基板と基板との中間部付近と基板または基板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が９０°捩じれている状態にある。
【００１２】
以上のことにより、液晶層を通過する直線偏光は、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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子との間に挿入することが提案されている（例えば、特開平５−３１３１５９号公報、等参照）。
【００１６】
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。
【００１７】
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と反視角方向の視野角を同時に改善するには限界がある。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
このような位相差板を液晶表示素子と偏光子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。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＴＮ方式やＳＴＮ方式は、液晶の応答が遅いという欠点がある。一般的にはＴＮ方式では３０ｍｓ、ＳＴＮ方式では１００ｍｓの応答時間を有する。ところが、通常の画像信号は６０Ｈｚで更新されるため、１フレーム時間の１６．７ｍｓ毎に新しい画像を表示している。よって、上述のような応答時間の遅い液晶方式では、応答が１フレーム時間以内に完了しないということになる。事実、現在の液晶表示装置による動画像表示においては残像が現われ、著しい表示品位の低下がみられる。
【００２４】
一方、これらよりも応答時間の短い液晶方式としてホモジニアス配向方式がよく知られている。この配向方式は、２枚のガラス基板上の配向膜のラビング方向が互いに反対向きに平行（反平行）であり、かつカイラル剤も加えられていないため、ＴＮ方式やＳＴＮ方式のようなツイスト構造が存在しない。したがって、配向構造が単純なため液晶の応答時間が、ツイスト構造を有する方式より短かくなると考えられている。実際、応答時間はＴＮ方式の約半分、ないしはそれ以下である。
【００２５】
しかし、このホモジニアス配向には幾つかの問題があった。
【００２６】
まず、図３５のような形態では図３６のような電圧−透過率曲線となり、数Ｖの電圧範囲で黒表示が得られないのである。このことを解決するために図３７のような一軸延伸フィルムの位相差板が加えられた。これにより、図３８のような電圧−透過率曲線が得られるようになり、黒表示も行なえるようになった。
【００２７】
ところが、この表示素子の視野角特性は図３９に示すように、十分な視野角特性を有していないことが容易に分かる。図４０に示すように、負の屈折率異方性を有する位相差板３０１を加えることによって視野角特性を改善する方法もよく知られた技術ではあるがこれも図４１のように必ずしも十分とは言いがたい。
【００２８】
負の傾斜型位相差板の利用は、ＴＮパネルにおいて広く視角補償に用いられることが知られている（ＵＳＰ  ５，５０６，７０６，Ｙａｍａｈａｒａ  Ｐａｔｅｎｔ  ｏｆ  ＳＨＡＲＰ  Ｃｏ．、特開平６−７５１１６）。しかしながら、負の傾斜型位相差板とＥＣＢモード（たとえばホモジニアス配向、ＳＴＮ配向など）の組み合わせは、一般に好ましいこととは思われていなかった。
【００２９】
このことは、以下の理由によって端的に示されれる。すなわち、傾斜型位相差板を用いる場合、その最適設計は３つのパラメータによって制限される。一つは、面内のリタデーション、一つは厚み方向のリタデーション、そして後一つは、位相差板に含まれる屈折率楕円体の対称軸（本発明では、ｎｚ方向）のフィルム表面からの傾き角である。この３つのパラメータを適切に選択することによって、多くの液晶モードに原理的には対応することができる。
【００３０】
しかしながら、実際の生産においては、３つのうちの２つのパラメータたとえば、面内のリタデーションと傾き角を決定すると、必然的に厚み方向のリタデーションが決定し、すべてのパラメータを最適化することができなかった。この問題を回避しようと思えば、液晶モード及び、パネルギャップが変更されるたびにフィルムの膜厚ばかりでなく位相差板材料そのものの変更が必要となり生産を考慮すると事実上３つのパラメータを最適化した位相差板を利用することはできなかった。
【００３１】
ＴＮ液晶モードにおいて、この技術が広く用いられるようになったのは、ラビング方向が上下で直交することによって、液晶層にかかる電圧があるレベル（多くの場合４から５Ｖに設定されている）を超えると、液晶層の面内残留リタデーションが事実上０、すなわち補償する必要がないために、任意の面内リタデーションを有するフィルムを上下で直交して用いることによって、厚み方向のリタデーションと傾き角を利用できることに基づいている。
【００３２】
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、高速応答性を有するホモジニアス配向させた液晶表示素子を用いて、これまでとは異なる種類、構成の位相差板により視野角依存性を改善し、広視野角、高表示品位、且つ高速応答の特徴を有する液晶表示装置を実現することにある。
【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、対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板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両側に配置される一対の偏光子と、３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、液晶分子を含み、前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、前記液晶層の液晶の配向は、前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に４５度であるホモジニアス配向であり、前記屈折率楕円体の前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｂ＞ｎｃという関係を有し、前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ｎｃの方向と前記表面内の主屈折率ｎａまたはｎｂの方向とが前記主屈折率ｎａまたはｎｂの方向を軸として傾斜することにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と、前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に４５度である液晶分子の配向方向とがほぼ平行または反平行になるように配置され、そのことにより上記目的が達成される。
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、前記３つの主屈折率は、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚを満たし、ｘ軸、ｙ軸は前記負の位相差板の表面内にあり、ｚ軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置されてもよい。
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率ｎｘ、ｎｙは、ｎｘ＞ｎｙという関係を有し、ｘ軸、ｙ軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、前記偏光子は、吸収軸を有し、前記正の位相差板は、前記ｙ軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置されてもよい。
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ１、ｎｙ１およびｎｚ１を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、前記３つの主屈折率は、ｎｘ１＝ｎｙ１＞ｎｚ１を満たし、ｘ１軸、ｙ１軸は前記負の位相差板の表面内にあり、ｚ１軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ２、ｎｙ２およびｎｚ２を有する正の屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率ｎｘ２、ｎｙ２は、ｎｘ２＞ｎｙ２という関係を有し、ｘ２軸、ｙ２軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、前記偏光子は、吸収軸を有し、前記正の位相差板は、前記ｙ２軸が前記偏光子の前記吸収軸と実質的に一致するように配置されてもよい。
前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の前記傾斜方向と前記液晶分子のプレチルト方向とが実質的に反対方向となるように配置される。
本発明に係る液晶表示装置は、対向する表面に透明電極層および配向膜がそれぞれ形成された一対の透光性基板と、前記一対の透光性基板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両側に配置される一対の偏光子と、３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃを有する屈折率楕円体を含む傾斜型位相差板とを備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、液晶分子を含み、前記配向膜の各々の表面上に配置される前記液晶分子のプレティルト角の方向と大きさは、互いに等しく、前記液晶層の液晶の配向は、前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に４５度であるホモジニアス配向し、前記屈折率楕円体の前記３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃは、ｎａ＝ｎｂ＞ｎｃという関係を有し、前記傾斜型位相差板の表面の法線方向に平行な主屈折率ｎｃの方向と前記表面内の主屈折率ｎａまたはｎｂの方向とが前記主屈折率ｎａまたはｎｂの方向を軸として傾斜することにより、前記屈折率楕円体は傾斜し、前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の前記傾斜方向と、前記傾斜型位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率ｎｘ、ｎｙは、ｎｘ＞ｎｙという関係を有し、ｘ軸、ｙ軸が前記正の位相差板の表面内に存在し、前記正の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置され、前記偏光子は、吸収軸を有し、前記正の位相差板は、前記ｙ軸が前記偏光子の吸収軸に対する配向方向が実質的に４５度である前記液晶分子の配向方向と実質的に一致するように配置され、前記傾斜型位相差板は、前記屈折率楕円体の傾斜方向を前記透光性基板の表面に投影した方向と前記偏光子の前記吸収軸の方向とがほぼ平行または反平行になるように、または実質的に直交するように配置され、そのことにより上記目的が達成される。
前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ１、ｎｙ１およびｎｚ１を有する負の屈折率楕円体を含む負の位相差板をさらに備え、前記３つの主屈折率は、ｎｘ１＝ｎｙ１＞ｎｚ１を満たし、ｘ１軸、ｙ１軸は前記負の位相差板の表面内にあり、ｚ１軸は前記負の位相差板の前記表面の法線方向にあり、前記負の位相差板は、前記液晶表示素子と前記偏光子との間に少なくとも１枚配置されてもよい。
前記屈折率楕円体の傾斜角度が、１０度以上８０度以下であってもよい。
前記屈折率楕円体の傾斜角度が、２０度以上５０度以下であってもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、１５ｎｍから７００ｎｍの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、３０ｎｍから１５００ｎｍの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、３３ｎｍから１５９ｎｍの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、６６ｎｍから３１８ｎｍの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、１ｎｍから２００ｎｍの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、２ｎｍから４００ｎｍの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板において、前記主屈折率ｎａと前記主屈折率ｎｃとの差と、前記傾斜型位相差板の厚さｄとの積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、３０ｎｍから１５０ｎｍの間に設定され、前記傾斜型位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎａ−ｎｃ）×ｄが、６０ｎｍから３００ｎｍの間に設定されてもよい。
前記偏光子は、吸収軸を有し、前記吸収軸の方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−５度よリ大きく５０度より小さくてもよい。
前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が−５度より大きく５度より小さく、望ましくは０度であってもよい。
前記液晶分子の配向方向と、前記傾斜型位相差板における前記屈折率楕円体の傾斜方向との間の角度が４０度より大きく５０度より小さく、望ましくは４５度であってもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、５ｎｍから２００ｎｍの間に設定され、前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、１０ｎｍから４００ｎｍの間に設定されてもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、３５ｎｍから１０５ｎｍの間に設定され、前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、７０ｎｍから２１０ｎｍの間に設定されてもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、１ｎｍから１００ｎｍの間に設定され、前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、２ｎｍから１００ｎｍの間に設定されてもよい。
前記負の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｚとの差と、前記負の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、１ｎｍから３０ｎｍの間に設定され、前記負の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｚ）×ｄが、２ｎｍから６０ｎｍの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、１ｎｍから１２５ｎｍの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、２ｎｍから２５０ｎｍの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、３０ｎｍから９０ｎｍの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、６０ｎｍから８０ｎｍの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、１ｎｍから１００ｎｍの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、２ｎｍから２００ｎｍの間に設定されてもよい。
前記正の位相差板において、前記主屈折率ｎｘと前記主屈折率ｎｙとの差と、前記正の位相差板の厚さｄとの積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、５ｎｍから４０ｎｍの間に設定され、前記正の位相差板が前記液晶表示素子の片側にのみ配置されている場合には、前記積（ｎｘ−ｎｙ）×ｄが、１０ｎｍから８０ｎｍの間に設定されてもよい。
前記傾斜型位相差板は、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され、かつ架橋されることにより形成されてもよい。
前記傾斜型位相差板は、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もよい。
前記液晶層の厚さと屈折率異方性（Δｎ）との積が１８０ｎｍから５００ｎｍの間にあってもよい。
前記液晶層の厚さと屈折率異方性（Δｎ）との積が２２０ｎｍから３５０ｎｍの間にあってもよい。
正面方向およびそれに近い方向の透過光を、上下方向に拡散する素子をさらに備えてもよい。
前記傾斜型位相差板は、傾斜軸を有し、前記液晶層は、液晶配向軸を有し、前記傾斜軸と前記液晶配向軸とは、略平行であり、前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む少なくとも１枚の正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率ｎｘ、ｎｙは、ｎｙ＞ｎｘという関係を有し、前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記液晶表示素子との間に配置され、前記正の位相差板は、光軸を有し、前記光軸は、前記傾斜型位相差板の前記傾斜軸と略平行または略直交であり、前記偏光子の偏光軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に４５度であってもよい。
前記傾斜型位相差板は、傾斜軸を有し、前記液晶層は、液晶配向軸を有し、前記傾斜軸と前記液晶配向軸とは、略平行であり、前記液晶表示装置は、３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙおよびｎｚを有する屈折率楕円体を含む少なくとも１枚の正の位相差板をさらに備え、前記主屈折率ｎｘ、ｎｙは、ｎｙ＞ｎｘという関係を有し、前記正の位相差板は、前記傾斜型位相差板と前記偏光子との間に配置され、前記正の位相差板は、光軸を有し、前記光軸は、前記傾斜型位相差板の前記傾斜軸と略平行または略直交であり、前記偏光子の偏光軸と前記正の位相差板の遅相軸とのなす角度が実質的に４５度であってもよい。
前記傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションとの合計と、前記液晶表示装置が黒表示される時の前記液晶層のリタデーションとの間の差が±１０ｎｍ以下であってもよい。
前記傾斜型位相差板の面内リタデーションと前記正の位相差板の面内リタデーションとの合計が、１００ｎｍ以下であってもよい。
【００６６】
上記構成によれば、直線偏光が複屈折性を有する液晶層を通過して、正常光と異常光とが発生し、これらの位相差に伴なって楕円偏光に変換されても、主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃがｎａ＝ｎｂ＞ｎｃで、主屈折率ｎｃを含む屈折率楕円体の短軸を光学位相差板の表面の法線に対し傾斜させた光学位相差板によって補償される。
【００６７】
また上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置し、さらに負の位相差板を配置することによりさらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。
【００６８】
さらに上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置し、さらに正の位相差板を配置することにより、さらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。
【００６９】
さらに上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置し、さらに正および負の位相差板を配置することにより、さらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。なお、上述の正の位相差板および負の位相差板の２枚を両方の特性を兼ね備えた二軸性の位相差板１枚に置き換えても構わない。
【００７０】
さらに上記構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子に上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板の屈折率楕円体の傾斜した方向と液晶分子のプレティルト方向とが反対方向に配置することにより、視角を倒した状態で観察したときの中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる構成にすることができる。なお、上述の光学位相差板は液晶表示素子の両側に設けられていればより好ましいが、液晶表示素子の片側に設けられていても、上記のように視角特性を改善することができる。
【００７１】
さらに上記の構成によれば、ホモジニアス配向の液晶表示素子の正面表示特性を正の位相差板により光学補償し、さらに上記屈折率楕円体が傾斜している位相差板により斜め視角を光学補償できることから、広い視角を有する液晶表示装置を得ることが出来る。
【００７２】
本発明に係る液晶表示装置ではガラス基板表面近傍の液晶の光学補償を屈折率楕円体が傾斜している位相差板により光学を行なっている。一方、本発明に係る他の液晶表示装置ではさらに液晶層の厚さ方向中央の液晶の光学補償を負の位相差板により光学を行なうことから、さらに深く視角を倒した状態で観察しても中間調や黒表示時における液晶分子の光学異方性を補償することができる。
【００７３】
なお、屈折率楕円体が傾斜している位相差板と負の位相差板の２枚を、その両者の光学特性を合成した２軸の位相差板やハイブリッド配向した位相差板１枚によって置き換えることも可能である。
【００７４】
さらに、ｎｘ＜ｎｙなる正の位相差板を負の傾斜型位相差板と組み合わせることの効果について述べる。すでに述べたように、傾斜型位相差板のパラメータは３種あり、任意の一つのパラメータは残り２つのパラメータの従属関数で示される。従って、ＴＮモードを除けば、３種のパラメータを同時に最適化することは、材料選定及び成膜プロセスに過大な負担を生じ事実上の生産が困難であった。
【００７５】
我々は、現在の材料系とプロセスの中で最適なパラメータを見いだしてきたことはすでに記載したとおりである。しかしながら、液晶パネルの設計は用途によって大きく変わるものであり、常にこれらの最適パラメータを実現できないこともある。我々はさらに検討を進め、視野角特性のみに重点を置いて考えるなら、厚み方向のリタデーションと傾き角を合わせることがより重要であり、面内のリタデーションは視野角特性に対しては、比較的効果が乏しいことがわかった。
【００７６】
また、面内のリタデーションは、黒表示状態の液晶層における残留面内リタデーション補償としての役割こそがほとんどであり、視野角特性にはほとんど寄与しないことがわかった。黒表示状態の液晶層における面内リタデーションが１００ｎｍを越えないときには、実用上問題のないコントラストが視角を倒した状態で得られる。
【００７７】
従って、正の位相差板を、遅相軸が液晶層のラビング方向と平行または直交するように配置することによって、液晶層と傾斜型位相差板との面内リタデーションの食い違いを補償できる。その場合でも、視野角特性の改善効果は最適な傾斜型位相差板のみで得られる視野角特性に匹敵し、適切な正の位相差板によって、傾斜型位相差板の面内リタデーションに関わらず良好な正面コントラストを得ることができる。また、液晶層、傾斜型位相差板および正の位相差板の黒表示時における面内リタデーションの総計は±１０ｎｍ以下に設定することができれば実用上十分といえるコントラスト２００以上が得られる。
【００７８】
本発明では、この正の位相差板をｎｘ＜ｎｙとして設計したが、実際には液晶層のリタデーションを補償することが目的であるためｎｘ＞ｎｙの設計になることもあり得る。実際の傾斜型位相差板の設計においては、傾斜角を大きくするほど製造が困難であり、一般に液晶層に対し面内リタデーションが不足することが多いことから、一般性を失わない範囲で考えやすいようにｎｘ＜ｎｙとした。
【００７９】
この正の位相差板は、液晶層の両側または片側、さらに傾斜型位相差板と液晶層、または傾斜型位相差板と偏光子に挟まれるなど様々な配置があるが、事実上どこにおいても有効に機能する。ただし、より対称で見やすい視野角特性を得るためおよびパネルの生産性を考慮すると同程度のリタデーションを有する２枚の正の位相差板を両側に対称に配置することが好ましい。
【００８０】
なお、上記すべての手段において液晶層は両基板を互いにラビング方向が互いに反平行になるように組み合わせて得られるホモジニアス配向とした。これは従来多くの液晶表示装置で採用されているＴＮ（ツイステッドネマチック）配向と比較して、液晶の配向にねじれ構造が存在していないため、電圧に対する応答速度の改善が見られ、典型例として約２倍の応答速度を得ることが出来る。この結果、高速動画の表示品位が従来液晶表示装置よりも改善した。
【００８１】
上述の発明では十分従来の液晶表示装置よりも視野角を拡大するという効果を有している。
【００８２】
しかし、左右視角に関してはほぼ対称に近い広い視角特性を有するものの、上下視角は対称ではない。よって、上述のレンズ素子を備えることによリ、極めて円筒対称に近い視角特性を得ることが出来、これによって現在のテレビ受像器の主流であるＣＲＴと何等遜色のない表示装置を液晶表示装置によって得られたのである。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による実施の形態を示す。なお、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００８４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である傾斜型位相差板１０２の斜視図である。傾斜型位相差板１０２は、高分子化合物などからなる支持体、例えばポリカボネート、ポリエステルなど、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。「ハイブリッド配向」とは薄膜の上下界面の配向（プレチルト角度）が異なる場合を指す。その結果、界面にはさまれた領域は配向が連続的に変形する。
【００８５】
なお、傾斜型位相差板１０２の光学特性は次のような屈折率楕円体１０２Ｐの状態により説明できる。すなわち、屈折率楕円体１０２Ｐの３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃがｎａ＝ｎｂ＞ｎｃという関係を有し、傾斜型位相差板１０２の表面１０２Ｓ内の主屈折率ｎａの方向を軸ａとして表面１０２Ｓの法線Ｚ方向に平行な主屈折率ｎｃの方向と、表面１０２Ｓ内の主屈折率ｎｂの方向とが時計回り、または反時計まわりに傾斜角θ１だけ傾斜することにより、上記屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜している。この結果、軸ａは傾斜型位相差板１０２の表面１０２Ｓ内にあり、軸ｂは傾斜型位相差板１０２の表面１０２Ｓと、また軸ｃは傾斜型位相差板１０２の表面１０２Ｓの法線Ｚと傾斜角θ１をなしている。ここで、法線方向Ｚから傾斜している軸ｃの方向を、傾斜型位相差板１０２の傾斜方向１０２Ｄと呼ぶ。なお、軸ａと軸ｂが入れ替わっても同様な特性をもつ位相差板が得られるのは明白である。
【００８６】
図２は、本発明である液晶表示装置１００の分解断面図である。表面にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる透明電極層１０３Ｐおよびポリイミド、ポリビニルアルコールなどがらなる配向膜１０３Ｑが形成された一対のガラス基板１０３Ｒを含む透光性基板１０３の間に、ネマチック液晶などからなる液晶層１０４が樹脂などからなる封止材１０４Ｐで封入されることによって構成される液晶表示素子１０５と、この液晶表示素子１０５の両側に配置される一対の偏光子１０１Ａ、１０１Ｂと、液晶表示素子１０５と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂとの間に図１に示す傾斜型位相差板１０２が介在していることによって、構成されている。
【００８７】
なお、液晶表示素子１０５に用いられている液晶１０４Ｑは、その屈折率異方性（Δｎ）が０．０６であり、厚さが４．５ミクロンとなるように調整した。一対のガラス基板１０３Ｒ上の配向膜１０３Ｑはやわらかい布でそれぞれ一方向１０３ＱＡ、１０３ＱＢにラビングされ、互いにそのラビング方向１０３ＱＡ、１０３ＱＢが反平行になるようにして液晶１０４Ｑを狭持している。さらに一対の偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸ（図５）は、互いに直交するように、かつ前述のラビング方向１０３ＱＡ、１０３ＱＢとそれぞれ４５度の角度をなしている。
【００８８】
まず、本発明の位相差板１０２を介在させない図３（液晶１０４Ｑとガラス基板１０３、偏光子１０１Ａ、１０１Ｂのみ図示）の液晶表示装置９００の、正面の電圧−透過率曲線を図４に示す。
【００８９】
電圧無印加時、およびその近傍が最も透過率が高く（電圧０Ｖ〜２Ｖ）、電圧増加によって透過率が低くなっていく。すなわち、ノーマリホワイト表示になっていると解釈できる。しかし、電圧７Ｖ以上においても透過率は０ではなく、十分な黒表示になっていないことが分かる。つまり、表示上、十分なコントラストを得ることが出来ない。
【００９０】
一方、発明の位相差板１０２を介在させた図５のような液晶表示装置１００の正面の、電圧−透過率曲線を図６に示す。
【００９１】
なお、位相差板１０２の諸物性値は以下の通りである。
主屈折率ｎａ＝ｎｂ＝１．５００、主屈折率ｎｃ＝１．４９７、傾斜角θ１＝４０度、厚さ１５ミクロン
位相差板１０２は、その傾斜方向１０２Ｄを前記透光性基板１０３の表面に投影した方向がラビング方向（配向方向）１０３ＱＡ、１０３ＱＢとほぼ平行、または反平行になるように、前述の液晶表示素子１０５の両側に貼り付けられている。図４と図６の違いは明らかであり、本発明の位相差板１０２を用いた液晶表示装置１００は電圧７Ｖにおいて十分な黒表示を実現し、そのコントラストは１００以上を示した。
【００９２】
図７を参照して、この原理を説明する。本液晶表示装置１００は、電圧無印加時、液晶分子１０４Ｑの配向方向がほぼ透光性基板１０３に対して平行であり、このとき最も大きいリターデーションを与える。そして、電圧印加によって、液晶分子１０４Ｑは徐々に透光性基板１０３の面から起きあがり、その結果、リターデーションは小さくなっていく。
【００９３】
したがって、液晶分子１０４Ｑの複屈折による透過率は減少していくのである。しかし、配向膜１０３Ｑのアンカリング力により、配向膜１０３Ｑ近傍の液晶分子１０４Ｑは電圧に対して十分に起きあがることが出来ない状態にある。よって、上述のように電圧７Ｖを印加しても、この配向膜１０３Ｑ近傍の液晶分子１０４Ｑによるリターデーションが完全に０にならず、結局、黒表示を行なうことが出来なかったのである。
【００９４】
一方、図１に示した位相差板１０２は、もし屈折率楕円体１０２Ｐの傾斜角θ１が０度であれば、正面リターデーションは０のままであるが、屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜していくと、リターデーションが発生し大きくなっていく。
【００９５】
つまり図８のように正面からみた屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜角０度では完全な円であったのが、傾斜させていくにつれて楕円になっていくことから理解できる。よって、傾斜方向１０２Ｄを前記透光性基板１０３の表面に投影した方向ととラビング方向（配向方向）１０３ＱＡ、１０３ＱＢがほぼ平行または反平行であれば、前述の電圧７Ｖ印加時の配向膜１０３Ｑ近傍の液晶１０４Ｑによるリターデーションと、位相差板１０２の正面リターデーションとが互いに打ち消すように働き、透過率を０とする、すなわち黒表示を行なうことが出来る。
【００９６】
位相差板１０２の正面リターデーションは、その屈折率楕円体１０２Ｐの主屈折率、傾斜角、厚さによって制御することが出来る。正面リターデーションの大きさを変化させると、液晶表示素子１０５と互いに打ち消す印加電圧が変化することになり、駆動電圧を任意の値、範囲に制御できるようになる。
【００９７】
図９には屈折率楕円体１０２Ｐの主屈折率、傾斜角を一定にし、厚さのみを変更させた場合の正面の電圧−透過率曲線を示す。位相差板１０２の物性値の制御により、電圧−透過率曲線を制御できることが分かる。もちろん、傾斜角、主屈折率を制御しても同様の効果が得られることは上記説明から明らかである。
【００９８】
このようにして、実用上十分な正面コントラストを備える液晶表示装置１００を得ることが出来る。本実施の形態では位相差板１０２を液晶表示素子１０５の両側に貼り付けたが、片側だけでも同様な効果を得ることが出来る。
【００９９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で用いた液晶表示素子および液晶表示装置を用いた。
【０１００】
ただし、本実施の形態における液晶表示装置に貼り付けた位相差板１０２は、次のような方位を満たすようにした。図１０を参照して、液晶表示素子１０５はあらかじめその配向膜１０３Ｑをラビング方向１０３ＱＡ、１０３ＱＢにラビングしておくことにより、液晶１０４Ｑの配向方向をラビング方向１０３ＱＡ、１０３ＱＢに規制することが出来る。さらに、多く場合、配向膜１０３Ｑ上の液晶１０４Ｑはプレチルト角θＰＣを有している。
【０１０１】
プレチルト角θＰＣとは図１０のように説明され、電圧無印加時であっても液晶分子１０４Ｑがわずかにガラス基板１０３の面から起きあがっているのである。本実施の形態ではこのプレチルト角θＰＣは約２度であった。ここで、電圧無印加時に液晶分子１０４Ｑがガラス基板１０３の面からプレチルト角θＰＣだけ起き上がっている方向を、プレチルト方向ＰＣＤと呼ぶ。プレチルト方向ＰＣＤは、電圧無印加時における液晶分子１０４Ｑの長軸方向、すなわち液晶分子１０４Ｑを表す屈折率楕円体の最大の主屈折率方向になる。
【０１０２】
屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜している位相差板１０２における屈折率楕円体１０２Ｐの傾斜方向１０２Ｄと液晶分子のプレチルト角θＰＣを表す方向ＰＣＤとが、反対方向となるように位相差板１０２を配置した。
【０１０３】
図１１に説明されるように、電圧無印加時に液晶分子１０４Ｑは、ガラス基板１０３の面からプレチルト角θＰＣだけ時計回りにプレチルト方向ＰＣＤに起き上がっている。位相差板１０２は、位相差板１０２の屈折率楕円体１０２Ｐの最小主屈折率ｎｃの方向である軸ｃが、ラビング方向１０３ＱＡおよびラビング方向１０３ＱＢを含むガラス基板１０３の面に垂直な平面内で、法線方向Ｚから反時計回りに傾斜角θ１だけ傾斜される、すなわち、法線方向Ｚから反時計回りに傾斜角θ１だけ傾斜されている方向が、傾斜方向１０２Ｄになるように配置されている。
【０１０４】
すなわち、液晶分子１０４Ｑのプレチルト方向ＰＣＤと位相差板１０２の傾斜方向１０２Ｄとが反対になるように位相差板１０２を配置するとは、ラビング方向１０３ＱＡおよびラビング方向１０３ＱＢを含むガラス基板１０３の面に垂直な平面内で、電圧無印加時に液晶分子１０４Ｑがガラス基板１０３の面から起き上がっている方向と、位相差板１０２の屈折率楕円体１０２Ｐの傾斜方向１０２Ｄが法線方向から傾斜する方向が反対方向になるように配置することを指す。
【０１０５】
実施の形態１において説明したように位相差板１０２の正面リターデーションは、その屈折率楕円体１０２Ｐの主屈折率、傾斜角、厚さによって制御することが出来る。そのため、本実施の形態では常に黒表示が電圧７Ｖで実現できるように主屈折率は固定し、傾斜角θ１と厚さｄを変化させた。
【０１０６】
すなわち、主屈折率はｎａ＝ｎｂ＝１．５００、ｎｃ＝１．４９７として、正面リターデーションが１８．６ｎｍになるように傾斜角θ１と厚さを変化させたのである。
【０１０７】
以下の表に位相差板１０２の、厚さ、傾斜角θ１、コントラスト１０を与える上視角、下視角、左右視角を示す。なお、上下左右は図１２に示すとおりである。
【０１０８】
なお、表中のリターデーションは、（ｎａ−ｎｃ）×ｄ（ｎｍ）を意味する。
【０１０９】
【表１】
0003596756.tif 000002
【０１１０】
表１のように傾斜角θ１＝３０度付近の位相差板１０２の時に最も広い視角特性を有することが分かった。図１３には傾斜角θ１＝３０度の時のコントラスト等高図を示す。なお、０°、９０°、１８０°および２７０°はそれぞれ、上、左、下、右視角方向を示す。内側の等高線は、コントラスト＝１０のときの等高線を示す。外側の等高線は、コントラスト＝５のときの等高線を示す。以降のコントラスト等高線を示す図のすべてについて同様である。
【０１１１】
上記データおよび実際の画像の評価から、傾斜角θ１は１０〜８０度、望ましくは２０〜５０度の時に視野角拡大の効果が確認された。また、リターデーションで言えば、１５〜７００ｎｍ、望ましくは３３〜１５９ｎｍの時に大きな表示の向上を確認することが出来た。なお、位相差板１０２を片面にのみ用いる場合は、リターデーションを２倍にすることが望ましいことを確認した。
【０１１２】
視野角拡大の原理を説明する。本実施の形態の液晶表示装置も実施の形態１と同様のため、７Ｖ印加時も、配向膜１０３Ｑのアンカリング力により、配向膜１０３Ｑ近傍の液晶１０４Ｑは電圧に対して十分に起きあがることが出来ない状態にある。したがって、この配向膜１０３Ｑ近傍の液晶１０４Ｑを表す屈折率楕円体は、近似的には正の屈折率楕円体でありその最大主屈折率方向が透光性基板１０３からやや起きあがっている状態であると考えられる。視野角拡大のためには、この配向膜１０３Ｑ近傍の液晶１０４Ｑによるリターデーションを正面だけでなく、広い角度において打ち消すことが要求される。
【０１１３】
本発明の位相差板１０２は、屈折率楕円体１０２Ｐの主屈折率がｎａ＝ｎｂ＞ｎｃの関係を有していることから、基本的には負の位相差板と考えることが出来る。そして、本発明では、その屈折率楕円体１０２Ｐを傾斜させている。したがって、液晶１０４Ｑのプレチルト方向ＰＣＤと位相差板１０２の傾斜方向１０２Ｄとが反対になるように位相差板１０２を配置すれば、上述の配向膜１０３Ｑ近傍の液晶１０４Ｑによるリターデーションと、この位相差板１０２のリターデーションは、互いに打ち消す関係を持つことが出来る。
【０１１４】
この結果、正面だけでなく、広い視角に置いて黒表示を行なうことが出来る。
【０１１５】
このようにして、実用上十分な視野角特性を備える液晶表示装置を得ることが出来る。
【０１１６】
本実施の形態では位相差板を液晶表示素子の両側に貼り付けたが、片側だけでも、やや左右非対称になるものの、実用上十分な表示性能を示す視野角拡大の効果を得ることが出来る。
【０１１７】
（実施の形態３）
本実施の形態では、負の屈折率異方性を有する位相差板３０１をポリカーボネートによって作成し、実施の形態２で用いた液晶表示装置の位相差板１０２と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの間に介在させた。その構成図を図１４に示す。
【０１１８】
なお、傾斜させた位相差板１０２は実施の形態２の傾斜角４０度、厚さ１５ミクロンのものを採用した。
【０１１９】
以下の表２に負の屈折率異方性を有する位相差板３０１のリターデーション、コントラスト１０を与える上視角、下視角、左右視角を示す。リターデーションは面内屈折率ｎｘ＝ｎｙ、法線方向屈折率ｎｚ、厚さｄとして
リターデーション＝（ｎｘ−ｎｚ）×ｄ
で与えられる。上下左右は実施の形態２と同じ定義である。
【０１２０】
【表２】
0003596756.tif 000003
【０１２１】
表２のようにリターデーション７０ｎｍ付近の位相差板３０１の時に最も広い視角特性を有することが分かった。図１５にはリターデーション７０ｎｍの時のコントラスト等高図を示す。
【０１２２】
上記データおよび実際の画像を観察することにより、リターデーションは５〜２００ｎｍ、望ましくは３５〜１０５ｎｍの時に視野角拡大の効果を確認できた。なお、位相差板３０１を片面にのみ用いる場合は、リターデーションを２倍にすることが望ましいことを確認した。
【０１２３】
この視野角拡大の原理を説明する。本実施の形態の液晶表示装置３００は、電圧印加によって、液晶１０４Ｑがガラス基板面から立ち上がり、正面リターデーションが小さくなることにより透過率変化が発生する。配向膜１０３Ｑ近傍の液晶１０４Ｑは十分に立ち上がることは出来ないが、そのリターデーションは屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜した位相差板１０２により補償するので、結果的には黒表示を得ることができることは実施の形態１、２で説明したとおりである。
【０１２４】
一方、液晶層１０４の中央部は電圧印加によりほぼ完全に立ち上がるので、この部分の正面リターデーションはほとんど存在せず、正面の透過率には寄与しない。つまり、液晶層１０４の中央部の屈折率楕円体は正の異方性を持ち、その最大主屈折率をあたえる軸は透光性基板１０３にほぼ垂直である。液晶層１０４の中央部の屈折率楕円体は透光性基板１０３の法線方向からは、前述の通り異方性が現われないが、斜めからは再び異方性が現われる。つまり、正面方向からはリターデーションが０になっているが、斜めからは０ではなく、結果的に正面からは黒に見えても、斜めからは光漏れが生じるのである。
【０１２５】
この光漏れを防ぐためには、透光性基板１０３の法線方向にその最大主屈折率をあたえる正の屈折率楕円体を捕償すれば良く、それは透光性基板１０３の法線方向にその最小主屈折率をあたえる負の屈折率楕円体を重ねることによって実現できる。
【０１２６】
このように負の屈折率異方性を有する位相差板３０１を加えることにより、視野角を拡大することが出来るのである。
【０１２７】
本実施の形態では位相差板３０１を液晶表示素子１０５の両側に貼り付けたが、片側だけでも、やや左右非対称になるものの、実用上の表示性能を向上する同様な効果を得ることが出来た。傾斜型位相差板１０２と負の位相差板３０１の配置の上下関係を入れ替えても同様な効果は得られる。
【０１２８】
また、傾斜型位相差板１０２と負の位相差板３０１を組み合わせたのと光学的に等価である位相差板を１枚、もしくは複数で形成しても良く、さらには光学特性が厚さ方向に一様でないハイブリッド配向によっても同様な効果が得られた。
【０１２９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、正の屈折率異方性を有する位相差板４０１Ａ、４０１Ｂをポリエステルによって作成し、実施の形態２で用いた液晶表示装置の位相差板１０２と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの間に介在させた。その構成図を図１６に示す。
【０１３０】
なお、傾斜させた位相差板１０２は実施の形態２の傾斜角４０度のものを採用した。
【０１３１】
以下の表３に本実施の形態におけるコントラスト１０を与える上視角、下視角、左右視角を示す。
リターデーションは面内屈折率ｎｘ、ｎｙ、厚さｄとして
リターデーション＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ＝７０ｎｍ
のものを採用した。上下左右は実施の形態２と同じ定義である。
【０１３２】
【表３】
0003596756.tif 000004
【０１３３】
図１７にはコントラスト等高図を示す。さらに図１８にはリターデーションと上視角６０度、下視角５０度のコントラストの関係を示す。これらのデータ、および実際の映像を観察することにより、リターデーションは１〜１２５ｎｍ、望ましくは１０〜９０ｎｍの時に、視野角拡大の効果を確認することが出来た。位相差板４０１Ａ、４０１Ｂのいずれか一方を片側のみにしか用いない場合は、上記値を２倍にすることが適当であることも確認された。
【０１３４】
この視野角拡大の原理を説明する。本実施の形態で用いた位相差板４０１Ａ、４０１Ｂは正の屈折率異方性を持つ屈折率楕円体で表わされる。そして最大主屈折率を与える軸４０１ＡＸ、４０１ＢＸがそれぞれ隣接する偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸに直交するように配置されている。したがって、この正の位相差板４０１Ａ、４０１Ｂは正面の複屈折、すなわち透過率には全く寄与しない。ところが斜め方向からはリターデーションが現われるため、実施の形態３と同様に黒表示時の液晶層１０４の斜方向のリターデーションを補償する効果を持つ。
【０１３５】
このように正の屈折率異方性を有する位相差板４０１Ａ、４０１Ｂを加えることにより、視野角を拡大することが出来るのである。
【０１３６】
本実施の形態では正の位相差板４０１Ａ、４０１Ｂを液晶表示素子１０５の両側に貼り付けたが、片側だけでも、やや左右非対称になるものの、実用上の表示性能の向上を示す同様な効果を得ることが出来た。
【０１３７】
また、両側に貼り付ける場合は、その最大主屈折率を与える軸４０１ＡＸ、４０１ＢＸが互いに直交していれば、必ずしも偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸと直交していなくても、視野角拡大の効果がある。片側の場合は、隣接する偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸと直交した配置にしておかなければ、正面のコントラストが著しく低下する。
【０１３８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態３の図１４に示す液晶表示装置３００（負の屈折率異方性を有する位相差板のリターデーションは７０ｎｍ）に対して、その負の位相差板３０１と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの間に、さらに正の位相差板４０１Ａ、４０１Ｂを１枚介在させた。その構成図を図１９に示す。
【０１３９】
以下の表に正の屈折率異方性を有する位相差板４０１Ａ、４０１Ｂのリターデーション、コントラスト１０を与える上視角、下視角、左右視角を示す。正の屈折率異方性を有する位相差板４０１Ａ、４０１Ｂのリターデーションは面内屈折率ｎｘ、ｎｙとして
リターデーション＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
で与えられる。上下左右は実施の形態２と同じ定義である。
【０１４０】
【表４】
0003596756.tif 000005
【０１４１】
表４のようにリターデーション１２０ｎｍ付近の位相差板４０１Ａ、４０１Ｂの時に最も広い視角特性を有することが分かった。しかし、リターデーション８０ｎｍ以上の場合は、下視角に置いて、黒に近い階調の表示において明暗が入れ替わるという、いわゆる反転現象が顕著に見られた。その結果、コントラストの点では広視角を有し、かつ反転現象がほとんど見られないリターデーション４０ｎｍの場合が最も表示品位が優れているように見えた。図２０にはリターデーション４０ｎｍの時のコントラスト等高図を示す。
【０１４２】
図２１にはリターデーションと上視角６０度、左視角６０度、下視角４０度のコントラストの関係を示す。このデータから、階調の反転を無視してコントラストを最重要視すればリターデーションが６０〜７０ｎｍ（片側時は倍の１２０〜１４０ｎｍ）が最適であることが分かる。
【０１４３】
この視野角拡大の原理は、実施の形態３、４で示したのと同じ作用であると考えられるので、ここでは省略する。
【０１４４】
本実施の形態では正の位相差板４０１Ａ、４０１Ｂを液晶表示素子１０５の片側に貼り付けたが、両側に互いに直交するように配置しても、同様な効果を得ることが出来た。
【０１４５】
なお、上記データ、および実際の画像の観察から、リターデーションが１〜１２５ｎｍ、望ましくは１０〜９０ｎｍの時に視野角拡大の効果を確認することが出来た。また、位相差板４０１Ａ、４０１Ｂを片側のみに用いる場合（本実施の形態）は、その２倍のリターデーションの時に同様な効果を確認することが出来た。
【０１４６】
また、本実施の形態で用いた正の位相差板４０１Ａ、４０１Ｂと負の位相差板３０１とを、屈折率楕円体が２軸性を有する位相差板１枚と置き換えることが出来るのは、光学的解析から明らかである。
【０１４７】
（実施の形態６）
図２２を参照して、実施の形態６に係る液晶表示装置６００を説明する。本実施の形態では屈折率楕円体が傾斜した位相差板１０２の配置の仕方が大きく異なる。すなわち、実施の形態２における１対の屈折率楕円体が傾斜した位相差板１０２の配置方向を、それぞれ４５度回転させ、位相差板１０２の傾斜方向１０２Ｄを前記透光性基板１０３の表面に投影した方向と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸとを平行、または直交するようにした。望ましくは平行の方が良い。
【０１４８】
さらに、ポリエステルからなる正の屈折率異方性を有する位相差板４０１をリターデーション１８．６ｎｍに調整し、透光性基板１０３と傾斜型位相差板１０２との間にそれぞれ介在させた。このリターデーションは実施の形態２などで用いた傾斜角４０度、厚さ１５ミクロンの傾斜した位相差板１０２の面内位相差と等しい。
【０１４９】
この正の位相差板４０１はその遅相軸（Ｘ軸）がラビング方向１０３ＱＡ、１０３ＱＢと直交するように配置してある。すなわち、液晶の配向方向が正の位相差板４０１のＹ軸と一致する。
【０１５０】
よって、実施の形態１で示した、電圧印加時の配向膜１０３Ｑ近傍の液晶１０４Ｑのリターデーションは、この正の位相差板４０１によって補償することが出来た。
【０１５１】
本実施の形態では、傾斜型位相差板１０２の物性値を変化させた。
【０１５２】
すなわち主屈折率ｎａ＝ｎｂ＝１．５００、主屈折率ｎｃ＝１．４９７は固定しておいて、その傾斜角、厚さのそれぞれを変化させた。以下の表５〜表７に、コントラスト１０を与える上視角、下視角、左右視角を示す。上下左右は実施の形態２の液晶の配向を同じように見たときに、同じ定義となるようにした。
【０１５３】
【表５】
0003596756.tif 000006
【０１５４】
【表６】
0003596756.tif 000007
【０１５５】
【表７】
0003596756.tif 000008
【０１５６】
傾斜角３０度、厚さ３０ミクロン近傍において、広い視角の表示を得ることができた。この時のコントラストの等高図を図２３に示す。
【０１５７】
なお、実際の画像の評価から、正の位相差板４０１のリターデーションは１〜１００ｎｍ、望ましくは５〜４０ｎｍの時に視野角拡大の効果を確認することが出来た。
【０１５８】
本実施の形態はこれまでの実施の形態とは正面のリターデーションの補償の仕方で大きく異なる。
【０１５９】
ところで、位相差板１０２の屈折率の波長分散特性が、液晶１０４Ｑの屈折率の波長分散特性と大きく異なると、結果的に表示上着色現象として現われ、表示品位の低下につながる。
【０１６０】
よって、実施の形態１〜５のような配置では正面のリターデーションの補償が傾斜型位相差板１０２によって行なわれるが、もしこの場合に着色現象が現われれば、本実施の形態の配置を利用することが出来る。すなわち傾斜型位相差板１０２より、本実施の形態で用いる正の位相差板４０１の方が材料の選択の自由度が広く、そのため位相差の波長分散の制御が容易であるからである。
【０１６１】
このようにして正面表示の着色現象が極めて少ない液晶表示装置を容易に得ることが出来た。
【０１６２】
（実施の形態７）
図２４を参照して、実施の形態７に係る液晶表示装置６５０を説明する。図２４に示すように、傾斜型位相差板１０２と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂとの間に負の位相差板３０１を挿入することもできる。この補償原理は実施の形態３で示した補償原理と同様である。傾斜型位相差板１０２については、傾斜角３０度、厚さ３０ミクロン近傍において、さらなる視野角拡大の効果を確認することが出来る。
【０１６３】
表８に負の屈折率異方性を有する位相差板３０１のリターデーション、コントラスト１０を与える上視角、下視角、左右視角を示す。負の屈折率異方性を有する位相差板３０１のリターデーションは面内屈折率ｎｘ、ｎｙとして
リターデーション＝（ｎｘ−ｎｚ）×ｄ
で与えられる。ただし、ｎｘ＝ｎｙである。上下左右は実施の形態２と同じ定義である。
【０１６４】
【表８】
0003596756.tif 000009
【０１６５】
負の位相差板３０１を片側にのみ設ける時は、リターデーションを２倍にすれば、ほぼ同等の視角特性が得られる。リターデーション＝２０ｎｍの時のコントラストの等高図を図２５に示す。
【０１６６】
図２６を参照して、実施の形態７に係る他の液晶表示装置７００を説明する。実施の形態７に係る液晶表示装置７００では、図２２を参照して前述した実施の形態６に係る液晶表示装置６００に対して、負の屈折率異方性を有する位相差板３０１が傾斜型位相差板１０２と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂとの間に加えられている。
【０１６７】
傾斜型位相差板１０２の軸ａは、液晶１０４Ｑに対して同じ側にある偏光子の吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸと直交または平行である。傾斜型位相差板１０２を液晶表示素子１０５の両側に設ける場合には、傾斜型位相差板１０２の互いの軸ａは直交する。
【０１６８】
正の位相差板４０１のｎｘ軸とは遅相軸を意味する。ｎｙ軸は進相軸を意味する。ｎｘ＞ｎｙが成立する。一般的に一軸延伸フィルムの延伸方向が遅相軸になる場合が多い（フィルム材料による）。負の位相差板３０１では、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚが成立する。ｎｚはフィルム法線に対応する。ｎｘ軸、ｎｙ軸は、フィルムの面内に存在する。
【０１６９】
以上の実施の形態１〜７において、液晶層１０４は厚さ４．５ミクロン、その液晶１０４Ｑには屈折率異方性として△ｎ＝０．０６、すなわちリターデーションとして２７０ｎｍとしてきた。このリターデーションに関しては、視野角を拡げ、かつ実用上の明るさなど他の表示品位も損なわないことを条件とし、１８０〜５００ｎｍ、望ましくは２２０〜３５０ｎｍが適当であることを確認することが出来た。
【０１７０】
本実施の形態１〜７では、すべて配向膜１０３Ｑを反平行にラビングした、いわゆるアンチパラレルラビングセル（ホモジニアスセルともいう）を採用した。この液晶モードは、実施の形態１〜７のように、位相差板１０２と組み合わせて視野角の拡大を行なうことが出来た。さらに表示性能に関して重要な応答時間も、従来のＴＮモードの典型例が３０ｍｓであったのに対し、本実施の形態では応答時間がＴＮの約半分という高速性能の向上も確認できた。
【０１７１】
これはＴＮ配向ではねじれ構造を有していたのに対して、ホモジニアス配向ではそれが無いため、配向構造の単純性から応答時間の短縮化が行なわれたと解釈できる。
【０１７２】
また、液晶層厚４．５ミクロンの場合、ＴＮモードでは、典型的には屈折率異方性が△ｎ＝０．０８程度であるのに対し、本発明の場合、典型的には△ｎ＝０．０６となり、従来の液晶より△ｎを小さくできる。一般的に△ｎを小さくすると液晶の粘性が下がるため、このことも液晶の応答時間の短縮化に効果がある。
【０１７３】
従来通りの△ｎ＝０．０８程度の液晶を用いた場合には液晶層の厚みを従来のものより薄くできる。この場合、その厚みの変化の２乗にほぼ比例する形で応答時間は短縮化される。このように、ホモジニアス配向を用いることで、視角特性だけではなく、動画表示の品位の向上に大きな効果を得ることが出来たのである。
【０１７４】
屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜した位相差板１０２の傾斜方向は、偏光子１０１Ａ、１０１Ｂの吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸと−５〜５０度の角度をなすときに視野角拡大の効果が現われることを確認した。ただし、液晶の実施の形態２〜６の原理にしたがって、液晶１０４Ｑのリターデーションを黒表示時に打ち消すように位相差板１０２を調整、または正の位相差板４０１の追加が必要であることは言うまでもない。
【０１７５】
さらには、実施の形態１、２、３、４、５においては屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜した位相差板１０２の傾斜方向は、液晶１０４Ｑの配向方向と−５〜５度の範囲にあれば効果が現われ、特に０度（一致）するときに最も大きな効果を確認できた。
【０１７６】
実施の形態６、７においては屈折率楕円体１０２Ｐが傾斜した位相差板１０２の傾斜方向は、液晶１０４Ｑの配向方向に対して４０〜５０度の範囲にあれば効果が現われ、特に４５度ときに最も大きな効果を確認できた。
【０１７７】
ところで、正面方向およびそれに近い方向の透過光を、上下方向に拡散する、すなわち一次元方向にのみレンズの効果を有する素子を本発明の液晶表示装置の表面に備えたところ、本液晶表示装置は、あらゆる角度から見ても、ほとんどその表示が変化しない、極めて広い視角を有するものとなった。
【０１７８】
本発明の液晶表示装置は、上述の実施の形態で示したとおり、上下左右の視角は従来液晶表示装置と比較して十分拡大することが出来た。しかし、左右視角に関してはほぼ対称に近い広い視角特性を有するものの、上下視角は対称ではなかった。これは実施の形態で示したコントラストの等高図を見ても明らかである。よって、上述のレンズ素子を備えることにより、極めて円筒対称に近い視角特性を得ることが出来、これによって現在のテレビ受像器の主流であるＣＲＴと何等遜色のない表示装置を液晶表示装置によって得られたのである。
【０１７９】
（実施の形態８）
図２７は、実施の形態８に係る液晶表示装置の説明図である。実施の形態１〜７で前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１８０】
液晶表示装置８００は、液晶表示素子１０５と偏光子１０１Ａ、１０１Ｂと負の傾斜型位相差板８０２と正の位相差板４０１とを備える。液晶表示素子１０５は、透光性基板１０３と液晶層１０４と含む。偏光子１０１Ａ、１０１Ｂは、吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸをそれぞれ有する。負の傾斜型位相差板８０２は、図１で示す傾斜型位相差板１０２と同じ形態をしている。負の傾斜型位相差板８０２は、その屈折率楕円体が傾斜しており、最小主屈折率ｎｃの方向である軸ｃは、傾斜型位相差板８０２の法線Ｚと傾斜角θ１をなしており、傾斜軸（傾斜方向）８０２Ｘを有する。正の位相差板４０１は、遅相軸４０１Ｘを有する。
【０１８１】
吸収軸１０１ＡＸ、１０１ＢＸは、直交して配置される。透光性基板１０３は、それぞれ反平行にラビングされる。液晶層１０４の液晶分子１０４Ｑは、一定方向のチルトを有している。正の位相差板４０１の遅相軸４０１Ｘは、液晶層１０４のラビング方向１０３ＱＡ、１０３ＱＢと平行または直交している。
【０１８２】
図１１に説明されるように、電圧無印加時に液晶分子１０４Ｑは、ガラス基板１０３の面からプレチルト角θＰＣだけ時計回りにプレチルト方向ＰＣＤに起き上がっている。一方、位相差板８０２の傾斜方向８０２Ｘが、ラビング方向１０３ＱＡおよびラビング方向１０３ＱＢを含むガラス基板１０３の面に垂直な平面内で、法線方向Ｚから反時計回りに傾斜するように、位相差板８０２は配置されている。
【０１８３】
すなわち、電圧無印加時に液晶分子１０４Ｑがガラス基板１０３の面から起き上がっている方向とは反対方向に、位相差板８０２の傾斜軸（傾斜方向）８０２Ｘが法線方向から傾斜するように、位相差板１０２が配置されている。
【０１８４】
正の位相差板４０１と負の傾斜型位相差板８０２とは、黒表示電圧が印加された状態の液晶層１０４のリタデーションを補償している。正の位相差板の遅相軸４０１Ｘは、偏光子の１０１Ａの吸収軸１０１ＡＸ、および１０１Ｂの吸収軸１０１ＢＸとそれぞれ約４５度の角度をなしている。また、負の傾斜型位相差板８０２の傾斜軸（傾斜方法）８０２Ｘを前記透光性基板の表面に投影した方向は、偏光子の１０１Ａの吸収軸１０１ＡＸ、および１０１Ｂの吸収軸１０１ＢＸとそれぞれ約４５度の角度をなしている。
【０１８５】
図２８は、実施の形態８に係る他の液晶表示装置の説明図である。実施の形態１〜７で前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。図２８は、正の位相差板４０１が偏光子１０１Ｂと傾斜型位相差板８０２との間に配置されている場合の構成図である。
【０１８６】
図２９から図３２は、実施の形態８に係るさらに他の液晶表示装置の説明図である。図２９から図３２は、負の傾斜型位相差板８０２および正の位相差板４０１の配置に関する図２７に示す液晶表示装置のバリエーションを示す。図２９から図３２に示すいずれの構成でも図２７に示す液晶表示装置の性能と同等の性能を得ることができる。以下図３２の構成に基づいて本実施の形態に係る液晶表示装置を説明する。
【０１８７】
先に示した実施の形態１の液晶表示装置を流用し、本実施の形態に係る液晶表示装置と比較するための構成を示す。公知の液晶表示装置作成技術を用いて、図５に示す構成の液晶表示装置１００を作成した。ただし、負の傾斜型位相差板１０２は、ｎａ＝ｎｂ＝１．５００、ｎｃ＝１．４９７、傾斜角＝３０度のものを用いた。また、液晶層１０４の厚みは３μｍ、液晶分子の複屈折（Δｎ）は１．０とした。この液晶表示装置１００に７Ｖの電圧を印加した状態を観察したところ良好な黒表示が得られず、正面コントラストは５０程度であった。また、明るい表示状態の時に白階調反転が観察された。
【０１８８】
このことは、以下のように説明される。すなわち負の位相差板１０２の傾斜角が低下したことにより、フィルムの面内リタデーションが低下すると同時に、液晶分子の複屈折（Δｎ）が大きくなっていることにより残留リタデーションが増大し、その結果、所望の電圧では、リタデーションが０に成らないためである。また、白階調反転は初期の液晶リタデーションが大きくなり半波長条件を越えたことにより発生した。
【０１８９】
図５に示す構成の液晶表示装置に、リタデーションの大きさが２０ｎｍの正の位相差板４０１を２枚追加し、図３２に示す構成を有する液晶表示装置１３００を作成した。電圧、透過率特性を測定したところ、電圧が５．０Ｖで透過率は最小になり、そのときのコントラストは２００であった。また、同時に白階調反転も解消した。これは２種類のフィルムにより電圧を印加しない時の液晶層のリタデーションも減少し、トータルのリタデーションが３００ｎｍが約２４０ｎｍに減少したことによる。また、このときの等コントラスト曲線は、図３３に示すようになり、良好な視野角特性を得ることができた。ラビング方向の非対称性についても、すでに述べた一方方向を拡散するレンズを適用することによって解消した。
【０１９０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、屈折率楕円体が傾斜した位相差板を介在した液晶表示装置において、ホモジニアス配向させた液晶表示素子を用いて視野角依存性を改善し、かつ応答速度を高速化することでき、従来の液晶表示装置よりも広視野角、高表示品位、かつ高速応答の特徴を有する液晶表示装置を提供することが出来た。
【０１９１】
また本発明によれば、正の位相差板を液晶層のラビング方向と一致または直交するように配置し、負の傾斜型位相差板と組み合わせて用いることによって、高コントラスト、広視野角の液晶表示装置を得ることができる。
【０１９２】
視野角特性は、最適化された負の傾斜型位相差板によって得られる特性とほぼ同等であり、１種類の傾斜型位相差板によって、多くの液晶材料セルギャップに対応することができる。
【０１９３】
さらに、正面コントラストを最大化する電圧（黒表示電圧）を調整することが可能となり、飛躍的に生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る傾斜型位相差板の斜視図。
【図２】実施の形態１に係る液晶表示装置の断面図。
【図３】従来の液晶表示装置の説明図。
【図４】従来の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図５】実施の形態１に係る液晶表示装置の説明図。
【図６】実施の形態１に係る液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図７】実施の形態１に係る傾斜型位相差板の原理の説明図。
【図８】実施の形態１に係る屈折率楕円体の説明図。
【図９】実施の形態１に係る屈折率楕円体の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図１０】実施の形態２に係るプレチルト角の説明図。
【図１１】実施の形態２に係るプレチルト角と傾斜型位相差板との関係を説明する図。
【図１２】実施の形態２に係る上視角、下視角および左右視角の説明図。
【図１３】実施の形態２に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図１４】実施の形態３に係る液晶表示装置の説明図。
【図１５】実施の形態３に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図１６】実施の形態４に係る液晶表示装置の説明図。
【図１７】実施の形態４に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図１８】実施の形態４に係るリターデーションとコントラストとの関係を示すグラフ。
【図１９】実施の形態５に係る液晶表示装置の説明図。
【図２０】実施の形態５に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図２１】実施の形態５に係るリターデーションとコントラストとの関係を示すグラフ。
【図２２】実施の形態６に係る液晶表示装置の説明図。
【図２３】実施の形態６に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図２４】実施の形態７に係る液晶表示装置の説明図。
【図２５】実施の形態７に係る他の液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図２６】実施の形態７に係る他の液晶表示装置の説明図。
【図２７】実施の形態８に係る液晶表示装置の説明図。
【図２８】実施の形態８に係る他の液晶表示装置の説明図。
【図２９】実施の形態８に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図３０】実施の形態８に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図３１】実施の形態８に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図３２】実施の形態８に係るさらに他の液晶表示装置の説明図。
【図３３】実施の形態８に係る液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図３４】ＴＮ液晶素子の断面図。
【図３５】従来の液晶表示装置の説明図。
【図３６】従来の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図３７】従来の他の液晶表示装置の説明図。
【図３８】従来の他の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図３９】従来の他の液晶表示装置のコントラスト等高図。
【図４０】従来のさらに他の液晶表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフ。
【図４１】従来のさらに他の液晶表示装置のコントラスト等高図。
【符号の説明】
１０１Ａ、１０１Ｂ  偏光子
１０２  傾斜型位相差板
１０５  液晶表示素子
３０１  負の位相差板
４０１  正の位相差板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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