(57)【要約】【課題】  黒表示時の斜め視野における光漏れと色シフトを低減できる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  偏光層に面内位相差＝３５〜２４５ｎｍ、ｎｏ＝ｎ１＝ｎｚ＞ｎｅ＝ｎ２（ｎ１、ｎ２はｘｙ平面内で直交する光学軸方向の屈折率）なる複屈折特性を有する負の一軸性の位相差板ｎａを、該位相差板ｎａの光軸と前記偏光子の吸収軸とを平行に重ね、さらに面内位相差＝０〜１５ｎｍ、厚み方向位相差＝５０〜１２３ｎｍなる複屈折特性を有する負の一軸性の位相差板ｎｃを、該位相差板の光軸が前記偏光子面に垂直となるように重ね、偏光層保護層−偏光層−位相差板ｎａ−位相差板ｎｃの順に重ねてなる偏光板と、偏光層の保護層に面内位相差＝０〜１０ｎｍ、厚み方向位相差＝０〜３５ｎｍなる複屈折特性を有する位相差板ｎｉを、偏光層保護層−偏光層―位相差板ｎｉの順に配置した偏光板の組み合わせである光学補償偏光板、及びこれを使用したホモジニアス配向の液晶層を備える液晶表示装置。【選択図】    図２
2006208983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光層保護層、第１の偏光層、位相差板ｎａ、及び、負の一軸性の位相差板ｎｃを順次に重ねて成る第１の偏光板と、第２の偏光層保護層、第２の偏光層、及び、位相差板ｎｉを順次に重ねて成る第２の偏光板とを組み合わせた光学補償偏光板であって、
前記位相差板ｎａは、面内位相差が３５〜２４５ｎｍ、屈折率の関係がｎｏ＝ｎ１≧ｎｚ＞ｎｅ＝ｎ２（ｎ１、ｎ２は偏光層面に平行な位相差板面内で直交する光学軸方向の屈折率）なる複屈折特性を有し、該位相差板ｎａの光学軸と前記偏光層の吸収軸とが直交し、
前記位相差板ｎｃは、面内位相差が０〜１５ｎｍ、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍなる複屈折特性を有し、該位相差板ｎｃの光軸が前記偏光層面に直交し、
前記位相差板ｎｉは、面内位相差が０〜１０ｎｍ、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍなる複屈折特性を有することを特徴とする光学補償偏光板。
【請求項２】
前記負の一軸性位相差板ｎｃの面内位相差が０〜１０ｎｍであり、厚み方向位相差ｎｃ１の範囲が、位相差板ｎｉの面内位相差が０〜７ｎｍ、及び、厚み方向位相差ｎｉ１が０〜１７ｎｍの範囲では、
５７．０−０．２３×ｎｉ１＋０．１１×ｎｉ１２
≦  ｎｃ１  ≦  １２０．０−０．４２×ｎｉ１−０．０８×ｎｉ１２
であることを特徴とする、請求項１に記載の光学補償偏光板。
【請求項３】
前記位相差板ｎｃが複数層から成る、請求項１又は２に記載の光学補償偏光板。
【請求項４】
前記位相差板ｎｃの少なくとも一部は、偏光層保護層（ＴＡＣ）で構成される、請求項３に記載の光学補償偏光板。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一に記載の光学補償偏光板を備え、該光学補償偏光板が、ホモジニアス配向液晶セルを挟んで、吸収軸を互いに直交して配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
前記位相差板ｎａの屈折率ｎ２の光学軸方向と、ホモジニアス配向液晶の光軸の向きとが平行に配置されていることを特徴とする、請求項５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、光学補償偏光板及び液晶表示装置に関し、更に詳しくは、表示コントラストの視野角特性と表示色の視野角特性が改善を実現する光学補償偏光板、及び、そのような光学補償偏光板を使用したホモジニアス配向の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素電極とコモン電極との間に、基板に平行な方向の電場を形成して画像表示を行うＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モードの液晶表示素子が提案されている。ＩＰＳモードの液晶表示素子は、ＴＮモードの液晶表示素子に比して、広い視野角が得られることで知られている。ＩＰＳモードの液晶表示素子は、一般に、一対の基板と、これらに狭持された液晶層と、各基板の外側に貼り付けられた第一及び第二の偏光板とを有する。液晶表示素子では、偏光板と液晶層の配向方向とが、電極間に電場を印加していないときに黒表示となるように初期配向が設定されており、電場を印加したときにλ／４となるように液晶層の配向方向を変化させることで、白を表示する。
【０００３】
液晶表示素子において、偏光板は、液晶の配向の変化によって、光の透過を制御するために使用される。偏光板は、通常、偏光層に透明保護膜（ＴＡＣ：トリアセチルセルロース）を積層して構成されている。偏光層は、入射光を互いに直交する２つの偏光成分に分け、その一方の成分（振動方向が偏光層の透過軸と平行な成分）のみ通過させ、他方の成分（振動方向が偏光層の吸収軸と平行な成分）を吸収、又は、分散する光学素子である。
【０００４】
透過型ＩＰＳを含むホモジニアス配向液晶層を有する液晶表示素子は、液晶セルを、その厚さ方向の両側から偏光板で挟んで構成され、一般に、両側の偏光層は、互いの透過軸が直交するように配置される。透過軸を直交させた一対の偏光層を、直交偏光子と言う。一般に、直交偏光子の特性は視野角依存性があり、直交偏光子に対して斜め方向から光が入射すると透過軸の方向が変化する。従って、垂直入射光に対して、第一と第二の偏光層を各々の透過軸が互いに直交するように重ね合わせた場合でも、斜め入射光に対しては、交差角度が直角からずれるため、第一の偏光層を通過した偏光は、第二の偏光層の透過軸と平行な方向の成分を有し、この成分が第２の偏光層を透過して光漏れを生じる。
【０００５】
上記したような直交偏光子の視野角依存性は、液晶表示素子の画面の明るさ、コントラストに影響を与え、色合いなどを良く視認できる視覚範囲（視野角）を狭くする原因となる。視野角の広い液晶表示素子を実現するには、直交偏光子の視野角依存性を低減して光漏れがほとんど生じない視覚範囲（視野角）を広くする光学補償偏光板の開発が必須である。そのような光学補償偏光板として、これまでに、いくつかのものが提案されている。
【０００６】
ＩＰＳモードのようなホモジニアス配向の液晶表示素子に対する、このような光漏れを抑制する技術としては、特許文献１に記載された技術がある。この技術では、二軸性の複屈折フィルム（光学補償層）を用いて、斜め入射光の第２の偏光子の透過軸と平行となる成分が、これと垂直となるように補償して、光漏れを抑制している。
【特許文献１】特開２００１−２４２４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記した従来技術では、液晶層と同様に波長依存性を有する光学補償層を追加するため、単純に一枚追加しただけでは、特定の波長に対しては大きな効果を期待できるものの、全ての波長を光学補償することができないため、光漏れが生じるという問題がある。また、偏光板は偏光層と透明保護層（ＴＡＣ）とで構成されているが、この透明保護層（ＴＡＣ）は厚みに応じたリタデーションを有しており、光入射側偏光板で直線偏光となった斜め入射光が、透明保護層（ＴＡＣ）で楕円偏光となり、液晶層でさらに偏光変化を起こし、光漏れと色付きを起こす問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、斜め入射時における偏光層を透過した光の偏光状態を垂直入射時と等しくする働きを有し、広い波長範囲において偏光子の光学特性の変化を補償して、視野角の広い液晶表示装置を実現できる光学補償偏光板、及び、そのような光学補償偏光板を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の光学補償偏光板は、第１の偏光層保護層、第１の偏光層、位相差板ｎａ、及び、負の一軸性の位相差板ｎｃを順次に重ねて成る第１の偏光板と、第２の偏光層保護層、第２の偏光層、及び、位相差板ｎｉを順次に重ねて成る第２の偏光板とを組み合わせた光学補償偏光板であって、前記位相差板ｎａは、面内位相差が３５〜２４５ｎｍ、屈折率の関係がｎｏ＝ｎ１≧ｎｚ＞ｎｅ＝ｎ２（ｎ１、ｎ２は偏光層面に平行な位相差板面内で直交する光学軸方向の屈折率）なる複屈折特性を有し、該位相差板ｎａの光学軸と前記偏光層の吸収軸とが直交し、前記位相差板ｎｃは、面内位相差が０〜１５ｎｍ、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍなる複屈折特性を有し、該位相差板ｎｃの光軸が前記偏光層面に直交し、前記位相差板ｎｉは、面内位相差が０〜１０ｎｍ、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍなる複屈折特性を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の光学補償偏光板では、前記負の一軸性位相差板ｎｃの面内位相差が０〜１０ｎｍであり、厚み方向位相差ｎｃ１の範囲が、位相差板ｎｉの面内位相差が０〜７ｎｍ、及び、厚み方向位相差ｎｉ１が０〜１７ｎｍの範囲では、
５７．０−０．２３×ｎｉ１＋０．１１×ｎｉ１２
≦  ｎｃ１  ≦  １２０．０−０．４２×ｎｉ１−０．０８×ｎｉ１２
とすることが好ましい。
【００１１】
本発明の光学補償偏光板は、前記位相差板ｎｃを複数の層により構成できる。
【００１２】
本発明の光学補償偏光板では、前記位相差板ｎｃの少なくとも一部は、偏光層保護層（ＴＡＣ）で構成される構成を採用できる。
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、上記本発明の光学補償偏光板を備え、該光学補償偏光板が、ホモジニアス配向液晶セルを挟んで、吸収軸を互いに直交して配置されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の液晶表示装置では、前記位相差板ｎａの屈折率ｎ２の光学軸方向と、ホモジニアス配向液晶の光軸の向きとが平行に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学補償偏光板及び液晶表示装置では、液晶表示装置における黒表示時の斜め視野での光漏れを低減できる。また、正面視野と斜め視野との間の色度の変化を抑制できるため、表示品質を高めることができる。本発明の好ましい態様では、入射側偏光板の液晶層側にある偏光層保護層の厚み方向位相差の小さいものを採用し、望ましくは厚み方向位相差を１７ｎｍ以下とすることで、液晶層に斜め入射する光が偏光層保護層で楕円偏光になることを抑える。これにより、液晶層で生じる波長に依存した位相変化を小さく抑え、直線偏光に近い状態で光を透過させることができる。また、出射側偏光層と液晶層との間に配置された光学補償層は、負の一軸光学特性で光軸が偏光層面に垂直な方向の位相差板ｎｃで、液晶層から出射した直線偏光をいったん楕円偏光に変換し、次に負の一軸または二軸光学特性で屈折率が最も小さい光学軸が偏光層面に平行な方向の位相差板ｎａによって、位相差板ｎｃから出射した楕円偏光を再び直線偏光に戻す役割をもつ。この偏光変化をした偏光光は、液晶層から出射した偏光の偏光軸方向と、位相差板ｎａを出射した後の偏光の偏光軸の方向とは異なっており、位相差板ｎａの面内位相差を３５〜２４５ｎｍの範囲内に設定し、位相差板ｎｃの厚み方向位相差を５０〜１２３ｎｍの範囲内に設定することで、斜め入射光に対して交差角度が直角からずれてしまう直交偏光子の視野角依存性を打ち消す（出射側偏光板の吸収軸方向に偏光軸を変化させる）働きを有する。この光学補償層は、一枚の二軸位相差板で一方向（例えば直線的）に光学補償した場合に、位相差板が有する複屈折率の波長依存性がそのまま色分散として現れるのに対し、二枚の位相差板の組合せで二方向（例えば波長依存性の大きい短波長ほど遠回りをさせる）に光学補償をすることによって、出射側で波長依存性が打ち消され、色分散が小さくなる。これにより、液晶層と光学補償層の複屈折率波長依存性を小さく抑えて、黒表示時の斜め方向光漏れを抑えると同時に、色付きのない広い波長域で光学補償が可能となり、視野角特性を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施形態例の液晶表示素子を断面図で示している。この液晶表示素子１００は、ホモジニアス配向液晶層を有するＩＰＳモードの液晶表示素子として構成され、バックライト光源側から順に、光入射側の第一偏光板１０１、薄膜トランジスタ・アレイ基板（ＴＦＴ基板）１０２、液晶層１０３、カラーフィルタ（ＣＦ）基板１０４、及び、光出射側の第二偏光板１０５を有する。液晶層１０３とＴＦＴ基板１０２との間には、配向膜１１１が配置され、液晶層１０３とＣＦ基板１０４との間には配向膜１１３が配置される。ＴＦＴ基板１０２は、ガラス基板１０６、絶縁膜１０７、ＴＦＴ１０８、画素電極１０９、及び、対向電極１１０を有する。
【００１７】
ＴＦＴ１０８は、画素電極１０９に供給する電位を制御する。液晶表示素子１００では、画素電極１０９と対向電極１１０とがＴＦＴ基板１０２上に形成され、液晶層１０３の液晶分子１１２に横方向の電場が印加される。絶縁層１０７は、シリコン窒化膜を含む。ＣＦ基板１０４は、カラーフィルタ１１４、遮光層１１５、及び、ガラス基板１１６を有する。カラーフィルタ１１４は、液晶層１０３を通過した光を、ＲＧＢの３原色の何れかの色に着色する。遮光層１１５は、ＴＦＴ１０８や図示しないデータ線等を遮光する。ただし、モノクロの液晶表示素子においてはカラーフィルタ１１４を除いた構成となる。
【００１８】
図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の液晶表示素子１００の一部を拡大して示している。図２（ａ）は、光出射側の第二偏光板１０５、位相差板１１７、１１８、及び、ＣＦ基板１０４を構成するガラス基板１１６を示しており、同図（ｂ）は、光入射側の第一偏光板１０１、位相差板１１９、及び、ＴＦＴ基板１０２を構成するガラス基板１０６を拡大して示している。光入射側の第一偏光板１０１は、同図（ｂ）に示すように、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）からなる偏光層１２０、及び、例えばＴＡＣから成る保護層１２１を有する。また、光出射側の第二偏光板１０５は、同図（ａ）に示すように、偏光層１２０、及び保護層１２４を有する。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１６と光出射側の第二偏光板１０５の間には、所定の光学特性を有する位相差板１１７、１１８が配置され、同図（ｂ）に示すように、ガラス基板１０６と光入射側の第一偏光板１０１の間には、所定の光学特性を有する位相差板１１９が配置される。通常の偏光板は、偏光層の両側を保護層（ＴＡＣ）で挟んだ形で使用される。本実施形態においては、光出射側偏光板１０５、及び光入射側偏光板１０１のガラス基板側の保護層を、位相差板１１７と１１８、及び１１９にそれぞれに置き換えた形になり、位相差板に、偏光層の保護層の役割も持たせている。各保護層１２１、１２４は、それぞれ、光軸が偏光板面に垂直方向の負の一軸位相差板と同様に作用し、それぞれの厚みに応じた位相差を有する。位相差板１１７、１１８、１１９は、例えばフィルム貼り付けやコーティングにより形成できる。また、位相差板１１９の厚み方向位相差を０ｎｍとする場合は、保護層なしで直接に偏光板をガラス基板に貼り付けても、偏光光の位相変化が起きないため、同等の効果を得ることができる。
【００２０】
上記、液晶表示素子１００を構成する光学補償偏光板を、図２の構造でシミュレーションを行い、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を含む光学特性について、黒表示時の斜め視野における光漏れを、気にならないレベルへ低減できる条件を求めた。なお、シミュレーションに先立ち、通常のＩＰＳモードの液晶表示素子において、バックライトの輝度を徐々に低下させたとき、バックライトの輝度をどのレベルまで下げると、黒表示時の斜め視野における光漏れが表示品質にあまり影響を与えなくなるのかを実験により確認した。実験の結果、バックライトの輝度を通常の１／２とすれば、黒表示時の斜め視野における光漏れは、表示にあまり影響を与えなくなり、バックライトの輝度を１／４にすれば、斜め視野における光漏れは殆ど観察されないことを確認できた。そこで、上記黒表示時斜め視野から観察した場合における光漏れが気にならないレベルとしては、直交偏光子を斜めから観察した場合における光漏れの輝度（光漏れ量）を基準として、その光漏れの量が、半分となるレベルを採用した。
【００２１】
また、色度差にΔｕ‘ｖ’を用い、光学補償なしにおける正面と斜め視野方向との色度差を１として、正面方向、及び斜め視野方向から観察したときの色度差が光学補償により悪化しない範囲を、併せて範囲選択の条件に採用した。なお、位相差板１１７、１１９の厚み方向位相差の範囲選択基準は、偏光板保護層として一般的に使用され、同じく（ｎ１−ｎ２）≒０の負の一軸光学特性を有する８０μｍのＴＡＣ（厚み方向リタデーション＝５０ｎｍ）を、位相差板１１７、１１９に使用した場合に比べて光漏れを抑える効果が得られる範囲とした。これらの斜め視野方向としては、偏光板の光軸からの方位角４５度、極角４５度となる方向を採用した。
【００２２】
各位相差板の位相差については、図３に示すように、面内の光学的主軸方向の屈折率をｎ１、ｎ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚとするとき、換算の厚みをｄ［ｍｍ］として、面内の位相差を（ｎ１−ｎ２）×ｄの絶対値として定義し、厚み方向の位相差を［｛（ｎ１＋ｎ２）／２｝−ｎｚ］×ｄとして定義する。シミュレーションでは、（ｎ１−ｎ２）≒０の負の一軸光学特性を有する位相差板１１７、１１９を使用し、（ｎｓ―ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）＝０の光学特性を有する位相差板１１８を使用した。
【００２３】
シミュレーションにより、黒表示時における方位角４５度、極角４５度の方向からの斜め視野における光漏れを気にならないレベルとすることができる範囲を、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍと８０ｎｍ、位相差板１１８の面内位相差を１３０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０〜５０ｎｍの条件で導出し図４に示した。本シミュレーションの範囲においては、位相差板１１９の厚み方向位相差の全範囲において、透過率比は０．５以下であり、光学補償効果を確認することができる。それぞれの位相差板の効果の詳細を見ていくと、位相差板１１７の厚み方向位相差を大きく、位相差板１１９の厚み方向位相差を小さくすることで、透過率が低下することが分かる。
【００２４】
次に、位相差板１１７の範囲を、位相差板１１８の面内位相差が１３０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０ｎｍの条件で導出し図５に示した。これより、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍ〜１２３ｎｍの範囲で透過率が低下することが分かる。位相差板１１８の範囲は、位相差板１１７の厚み方向位相差が８０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０ｎｍの条件で導出し図６に示す。これより、位相差板１１８の面内位相差は３５ｎｍ〜２４５ｎｍの範囲で透過率比が０．５以下となる。
【００２５】
一方、正面と斜め視野方向の色度差が悪化しない範囲を、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍと８０ｎｍ、位相差板１１８の面内位相差が１３０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０〜５０ｎｍの条件で導出して図７に示した。本シミュレーションの範囲においては、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍでは、位相差板１１９の厚み方向位相差が０〜５０ｎｍの範囲の全てで色度差比が１以下となる。次に、位相差板１１７の厚み方向位相差が８０ｎｍの時には、位相差板１１９の厚み方向位相差が３５ｎｍ以下で色度差比が１以下となり、さらに位相差板１１９の位相差が小さくなるに従い色度差が小さくなる。
【００２６】
上記のように色度差には位相差板１１７の厚み方向位相差に依存性があることから、輝度低下に効果のあった位相差板１１７の厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍを含む範囲でシミュレーションを行い、色度差が１以下となる、位相差板１１７と１１９の厚み方向位相差の組合せを導出し図８に示した。この図より透過率比が０．５以下、色度差が１以下となる部分を選択すると図８の長方形の太線で囲った部分、つまり、位相差板１１９の厚み方向リタデーションが０〜３５ｎｍの範囲にあるとき、位相差板１１７の厚み方向リタデーションが５０〜１２３ｎｍの範囲にあれば良いことが分かる。
【００２７】
図８に示す結果から、色度差に効果の大きい範囲として、色度差が半分となる範囲を選択した場合、位相差板１１９の厚み方向位相差ｎｉ１が０〜１７ｎｍの範囲で、位相差板１１７の厚み方向位相差ｎｃ１は
５７．０−０．２３×ｎｉ１＋０．１１×ｎｉ１２
≦ｎｃ１≦１２０．０−０．４２×ｎｉ１−０．０８×ｎｉ１２
の範囲にあれば良い。このように位相差板１１９の厚み方向位相差を通常偏光板の保護層に使用されるＴＡＣの厚み方向位相差よりも小さくすることによって、液晶層での偏光変化が小さくなるため、本光学補償偏光板をホモジニアス配向の液晶表示素子に用いることにより、輝度比と色度差を共に半減値まで低減することが可能である。
【００２８】
また、黒表示時斜め方向の光漏れを抑制した結果として、正面方向のコントラストが向上し、より高精細な表示が可能となる。これは液晶表示素子の視認性向上を目的として使用されるヘイズ処理をした偏光板の表面処理を、光学補償のない黒表示時に斜め方向の光漏れが大きい液晶表示素子に適用した場合、斜め方向の出射光が表面処理によって正面方向へ出射されコントラストを悪化させる問題に対し、表面処理により正面方向へ出射される斜め方向の光を、光学補償を行って抑制し、黒表示正面方向の輝度が低下するためである。
【００２９】
本実施形態例では、位相差板１１７、１１９の位相差の組み合わせを図８中の太線枠に示す範囲、かつ位相差板１１８を図６中の透過率比０．５以下の範囲に設定することで、正面方向と斜め視野方向の色度差を悪化させないで、黒表示時の斜め視野方向における光漏れを気にならないレベルにまで低減している。これは、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を、上記範囲内の組み合わせに設定することにより、液晶層１０３、ＣＦ基板１０４で生じる光の分散を、位相差板１１７、１１８によって抑えることができ、その結果、光出射側の第二偏光板１０５を構成する偏光層１２０の位置で、光分散が少ない状態を作り出すことができるためであると考えられる。本実施形態例では、上記のように、黒表示時の斜め視野における光漏れを低減し、液晶表示素子の表示品質を向上させることができる。
【００３０】
次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。本発明の第二実施形態の液晶表示素子は図１に示す断面構造と同様な構造を有する。本実施形態においても、液晶表示素子１００は、ホモジニアス配向液晶層を有するＩＰＳモードの液晶表示素子として構成され、バックライト光源側から順に光入射側の第一偏光板１０１、薄膜トランジスタ・アレイ基板（ＴＦＴ基板）１０２、液晶層１０３、カラーフィルタ（ＣＦ）基板１０４、及び、光出射側の第二偏光板１０５を有する。液晶層１０３とＴＦＴ基板１０２との間には、配向膜１１１が配置され、液晶層１０３とＣＦ基板１０４との間には配向膜１１３が配置される。ＴＦＴ基板１０２は、ガラス基板１０６、絶縁膜１０７、ＴＦＴ１０８、画素電極１０９、及び、対向電極１１０を有する。
【００３１】
ＴＦＴ１０８は、画素電極１０９に供給する電位を制御する。液晶表示素子１００では、画素電極１０９と対向電極１１０とがＴＦＴ基板１０２上に形成され、液晶層１０３の液晶分子１１２に横方向の電場が印加される。絶縁層１０７は、シリコン窒化膜を含む。ＣＦ基板１０４は、カラーフィルタ１１４、遮光層１１５、及び、ガラス基板１１６を有する。カラーフィルタ１１４は、液晶層１０３を通過した光を、ＲＧＢの３原色の何れかの色に着色する。遮光層１１５は、ＴＦＴ１０８や図示しないデータ線等を遮光する。ただし、モノクロの液晶表示素子においてはカラーフィルタ１１４を除いた構成となる。
【００３２】
図９（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形態における液晶表示素子１００の一部を拡大して示している。図９（ａ）は、光出射側の第二偏光板１０５、位相差板１１８、１２５、１２３、及び、ＣＦ基板１０４を構成するガラス基板１１６を示しており、同図（ｂ）は、光入射側の第一偏光板１０１、位相差板１１９、及び、ＴＦＴ基板１０２を構成するガラス基板１０６を拡大して示している。ここで、位相差板１２３と１２５は偏光板面に垂直方向に光軸を有する負の一軸位相差板であり、２枚あわせて、第一実施形態の位相差板１１７と同じ光学特性となるように設定する。これら２枚の位相差板１２３、１２５のうちの一方を、偏光板保護層として一般的に用いられるＴＡＣのような位相差板１１７と同じ偏光板面に垂直な方向に光軸を有する負の一軸光学特性のものを位相差板として用い、ＴＡＣで不足する位相差を、他方の位相差板で補う形で第一実施形態と同様な効果が得られるためである。
【００３３】
以下では、位相差板１２３と１２５を合わせて、位相差板１１７と置き換えて説明する。光入射側の第一偏光板１０１は、図９（ｂ）に示すように、例えばＰＶＡからなる偏光層１２０、及び、例えばＴＡＣから成る保護層１２１を有する。また、光出射側の第二偏光板１０５は、同図（ａ）に示すように、偏光層１２０、及び保護層１２４を有する。通常の偏光板は偏光層の両側を保護層（ＴＡＣ）で挟んだ形で使用されるが、本実施形態では、光出射側偏光板、及び光入射側偏光板のガラス基板側の保護層を、位相差板１１７と１１８、１１９それぞれに置き換えた形になり、位相差板に偏光層の保護層の役割も持たせている。各保護層１２１、１２４は、それぞれ、光軸が偏光板面に垂直方向の負の一軸位相差板と同様に作用し、それぞれの厚みに応じた位相差を有する。
【００３４】
図９（ａ）に示すように、ガラス基板１１６と光出射側の第二偏光板１０５の間には、所定の光学特性を有する位相差板１１７、１１８が配置され、同図（ｂ）に示すように、ガラス基板１０６と光入射側の第一偏光板１０１の間には、所定の光学特性を有する位相差板１１９が配置される。位相差板１１７、１１８、１１９は、例えばフィルム貼り付けやコーティングにより形成できる。また、位相差板１１９の厚み方向位相差が０ｎｍの場合は、保護層なしで直接偏光板をガラス基板に貼り付けても同等の効果を得ることができる。
【００３５】
上記、液晶表示素子１００を構成する光学補償偏光板を、図９に示す構造でシミュレーションを行い、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を含む光学特性について、黒表示時の斜め視野における光漏れを、気にならないレベルへ低減できる条件を求めた。なお、シミュレーションに先立ち、通常のＩＰＳモードの液晶表示素子において、バックライトの輝度を徐々に低下させたとき、バックライトの輝度をどのレベルまで下げると、黒表示時の斜め視野における光漏れが表示品質にあまり影響を与えなくなるのかを実験により確認した。実験の結果、バックライトの輝度を通常の１／２とすれば、黒表示時の斜め視野における光漏れは、表示にあまり影響を与えなくなり、バックライトの輝度を１／４にすれば、斜め視野における光漏れは殆ど観察されないことを確認できた。そこで、上記黒表示時斜め視野から観察した場合における光漏れが気にならないレベルとしては、直交偏光子を斜めから観察した場合における光漏れの輝度（光漏れ量）を基準として、その光漏れの量が、半分となるレベルを採用した。
【００３６】
また、正面方向、及び斜め視野方向から観察したときの色度差が光学補償して悪化しない範囲（光学補償なしの正面と斜め視野方向の色度差を１として比較、色度差にはΔｕ‘ｖ’を用いた。）を併せて範囲選択の条件に採用した。なお、位相差板１１７、１１９の厚み方向位相差の範囲選択基準は、偏光板保護層として一般的に使用され、同じく（ｎ１−ｎ２）≒０の負の一軸光学特性を有する、８０μｍＴＡＣ（厚み方向リタデーション＝５０ｎｍ）を位相差板１１７、１１９に使用した場合に比べて光漏れを抑える効果が得られる範囲とした。これらの斜め視野方向としては、偏光板の光軸からの方位角４５度、極角４５度となる方向を採用した。
【００３７】
各位相差板の位相差については、図３に示すように、面内の光学的主軸方向の屈折率をｎ１、ｎ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚとするとき、換算の厚みをｄ［ｍｍ］として、面内の位相差を（ｎ１−ｎ２）×ｄの絶対値として定義し、厚み方向の位相差を［｛（ｎ１＋ｎ２）／２｝−ｎｚ］×ｄとして定義する。シミュレーションでは、（ｎ１−ｎ２）≒０の負の一軸光学特性を有する位相差板１１７、１１９、（ｎｓ―ｎｚ）／（ｎｓ−ｎｆ）＝０の光学特性を有する位相差板１１８を使用した。
【００３８】
シミュレーションにより、黒表示時の方位角４５度、極角４５度の方向からの斜め視野における光漏れを気にならないレベルとすることができる範囲を、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍと８０ｎｍ、位相差板１１８の面内位相差が１３０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０〜５０ｎｍの条件で導出すると、図４に示すものと同様となった。本シミュレーションの範囲においては、位相差板１１９の厚み方向位相差の全範囲において、透過率比は０．５以下であり、光学補償効果が確認できる。それぞれの位相差板の効果の詳細を見ていくと、位相差板１１７の厚み方向位相差を大きく、位相差板１１９の厚み方向位相差を小さくすることで、透過率が低下することが分かる。
【００３９】
次に位相差板１１７の範囲を、位相差板１１８の面内位相差が１３０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０ｎｍの条件で導出すると、図５に示すものと同様となった。これより、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍ〜１２３ｎｍの範囲で透過率が低下することが分かる。位相差板１１８の範囲は、位相差板１１７の厚み方向位相差が８０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０ｎｍの条件で導出すると、図６に示すものと同様となった。これより、位相差板１１８の面内位相差は３５ｎｍ〜２４５ｎｍの範囲で透過率比が０．５以下となる。
【００４０】
一方、正面と斜め視野方向の色度差が悪化しない範囲を、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍと８０ｎｍ、位相差板１１８の面内位相差が１３０ｎｍ、位相差板１１９の厚み方向位相差が０〜５０ｎｍの条件で導出すると、図７に示すものと同様となった。本シミュレーションの範囲においては、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍでは、位相差板１１９の厚み方向位相差が０〜５０ｎｍの範囲の全てで色度差比が１以下となる。次に、位相差板１１７の厚み方向位相差が８０ｎｍの時には位相差板１１９の厚み方向位相差が３５ｎｍ以下で色度差比が１以下となり、さらに位相差板１１９の位相差が小さくなるに従い色度差が小さくなる。
【００４１】
上記のように色度差には位相差板１１７の厚み方向位相差に依存性があることから、輝度低下に効果のあった位相差板１１７の厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍを含む範囲でシミュレーションを行い、色度差が１以下となる、位相差板１１７と１１９の厚み方向位相差の組合せを導出すると、図８に示すものと同様となった。この図より、透過率比が０．５以下、色度差が１以下となる部分を選択すると、図８の長方形の太線で囲った部分、つまり、位相差板１１９の厚み方向リタデーションが０〜３５ｎｍの範囲にあるとき、位相差板１１７の厚み方向リタデーションが５０〜１２３ｎｍの範囲にあれば良いことが分かる。
【００４２】
色度差に効果の大きい範囲として、色度差が半分となる範囲を選択した場合、位相差板１１９の厚み方向位相差ｎｉ１が０〜１７ｎｍの範囲で、位相差板１１７の厚み方向位相差ｎｃ１は
５７．０−０．２３×ｎｉ１＋０．１１×ｎｉ１２
≦ｎｃ１≦１２０．０−０．４２×ｎｉ１−０．０８×ｎｉ１２
の範囲にあれば良い。このように位相差板１１９の厚み方向位相差を通常偏光板の保護層に使用されるＴＡＣの厚み方向位相差よりも小さくすることによって、液晶層での偏光変化が小さくなるため、本光学補償偏光板をホモジニアス配向の液晶表示素子に用いることにより、輝度比と色度差を共に半減値まで低減することが可能である。
【００４３】
また、これらの黒表示時の斜め方向の光漏れを抑制した結果として、正面方向のコントラストが向上し、より高精細な表示が可能となる。これは、液晶表示素子の視認性向上を目的として使用されるヘイズ処理をした偏光板の表面処理を、光学補償をせずに黒表示時斜め方向の光漏れが大きい液晶表示素子に適用した場合、斜め方向の出射光が表面処理によって正面方向へ出射されコントラストを悪化させる問題に対し、表面処理により正面方向へ出射される斜め方向の光を、光学補償を行って抑制し、黒表示正面方向の輝度が低下するためである。
【００４４】
本実施形態例では、位相差板１１７、１１９の位相差の組み合わせを図８中の太線枠に示す範囲、かつ位相差板１１８を図６中の透過率比０．５以下の範囲に設定することで、正面方向と斜め視野方向の色度差を悪化させないで、黒表示時の斜め視野方向における光漏れを気にならないレベルにまで低減している。これは、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を、上記範囲内の組み合わせに設定することにより、液晶層１０３、ＣＦ基板１０４で生じる光の分散を、位相差板１１７、１１８によって抑えることができ、その結果、光出射側の第二偏光板１０５を構成する偏光層１２０の位置で、光分散が少ない状態を作り出すことができるためであると考えられる。本実施形態例では、上記のように、黒表示時の斜め視野における光漏れを低減し、液晶表示素子の表示品質を向上させる事ができる。
【００４５】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光学補償偏光板及び液晶表示装置は、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第一実施形態の液晶表示素子の断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の液晶表示素子１００の一部を拡大して示す断面図。
【図３】位相差板のリタデーションを提示する斜視図。
【図４】位相差板１１７、１１９と透過率比の関係を示すグラフ。
【図５】位相差板１１７と透過率比との関係を示すグラフ。
【図６】黒表示時の光漏れを低減できる位相差板１１９の面内位相差の範囲を示すグラフ。
【図７】位相差板１１７、１１９と色度差比の関係を示すグラフ。
【図８】透過率比を０．５以下、色度差比を１以下とする、位相差板１１７と１１９の厚み方向位相差の範囲を示すグラフ。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第二実施形態の液晶表示素子の一部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１００：液晶表示素子
１０１、１０５：偏光板
１０２：ＴＦＴ基板
１０３：液晶層
１０４：カラーフィルタ基板
１０６、１１６：ガラス基板
１０７：絶縁層
１０８：ＴＦＴ
１０９：画素電極
１１０：対向電極
１１１、１１３：配向膜
１１２：液晶分子
１１４：カラーフィルタ
１１５：遮光層
１１７：位相差板ｎｃ
１１８：位相差板ｎａ
１１９：位相差板ｎｉ
１２０：偏光層
１２１、１２４：保護層（ＴＡＣ）
１２３、１２５：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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