(57)【要約】【課題】光源の視角制御が可能であって、かつ、表示品位の高い液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明に係る液晶表示装置は、光源と液晶表示パネル１の間に配設され、光源側に配置された偏光子１１の透過軸５１とその透過軸５２の方向が一致する直線偏光素子２１と、直線偏光素子２１と液晶表示パネル１の間に配設される位相差フィルム２２とを具備する。位相差フィルム２２は、厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が４００ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の範囲にあり、ｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙ、若しくはｎｚ＜ｎｘ＝ｎｙを満足する。【選択図】図１
2011002596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過軸が互いに直交する一対の偏光子、前記偏光子間に配設された一対の透明基板、及び前記透明基板間に封止された液晶層を備える液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの観察者側とは反対に配置される光源と、
前記光源と前記液晶表示パネルの間に配設され、前記光源側に配置された前記偏光子の透過軸とその透過軸の方向が一致する直線偏光素子と、
前記直線偏光素子と前記液晶表示パネルの間に配設される位相差フィルムと
を具備し、
前記位相差フィルムは、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎｚ、Ｚ軸に垂直な面内の中で最大屈折率方向をＸ軸としてその屈折率をｎｘ、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎｙ、前記位相差フィルムの厚みをｄｆとしたときに、
Ｒｔｈ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝×ｄｆで定義される厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が４００ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の範囲にあり、かつｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙ、若しくはｎｚ＜ｎｘ＝ｎｙを満足する液晶表示装置。
【請求項２】
前記直線偏光素子が、反射型の直線偏光子、又は非反射型の直線偏光子であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
透過軸が互いに直交する一対の偏光子、前記偏光子間に配設された一対の透明基板、及び前記透明基板間に封止された液晶層を備える液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの観察者側とは反対に配置される光源と、
前記光源と前記液晶表示パネルの間に配設され、前記光源側に近接する前記偏光子の透過軸とその透過軸が一致する直線偏光素子と、
前記直線偏光素子と前記液晶表示パネルの間に配設される位相差フィルムと
を具備し、
前記位相差フィルムは、ディスコティック液晶がハイブリッド配向した液晶フィルムが４枚積層されたものであって、
当該ディスコティック液晶の配向方向は、実質的に液晶フィルム間で同一となるように積層されており、かつ前記直線偏光素子の透過軸と平行又は直交するように配置したものである液晶表示装置。
【請求項４】
前記直線偏光素子が、反射型の直線偏光子、又は非反射型の直線偏光子であることを特徴とする請求項３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、液晶表示装置に関する。より詳細には、液晶表示パネルの反視認側に光源が配設された液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルは、液晶そのものが視角依存性を有する。正面からの光に対しては、液晶表示パネルの旋光性あるいは複屈折性による制御が働き、シャッターとしての機能を充分に発揮する。一方、斜め光に対しては、液晶表示パネルの旋光性あるいは複屈折性による条件がずれ、シャッターとしての機能を充分に発揮せず、黒表示時において光漏れが生じる。このため、液晶表示パネルの広視野角化を実現する技術の開発が精力的になされてきた。
【０００３】
その一方、視認可能な範囲を制限するディスプレイも求められている。例えば、電車や飛行機内などの不特定多数の人間がいる場所で、機密保持、プライバシー保護の観点から、近傍の人間から表示内容が認識されないように、ディスプレイの視野角を狭くしたい用途もある。また、車載のＣＩＤ（Center Information Display）では、ディスプレイの設置角度によっては、表示がフロントガラスに映りこんでしまい、運転する上での安全性が確保できない場合がある。その移りこみを防止するためには、フロントガラスの方向への光を出射させないようにしなければならない。
【０００４】
上述のような狭視野角や、ある方向への光出射を防止する技術として、プリズムシート、ルーバーフィルム、視野角制御フィルム等のプライバシーフィルターが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００５】
特許文献１においては、光が透過する透過部と光を遮光する遮光部を一定間隔で交互に配置したルーバーフィルムが提案されている。ルーバーフィルムに入射した光は、透過部を透過する際の透過角度がルーバー遮光部によって制限されることで、光の出射角度が限定される。その結果、表示装置の正面方向に対して所定の角度以上をなす視角において、表示装置の映像を視認できなくなる。
【０００６】
しかしながら、ルーバーフィルムにおいては、液晶表示パネル内のカラーフィルタとルーバー遮光部とが干渉することで、ある特定の周期でモアレが発生するという問題がある。モアレを防止する方法として、ルーバー遮光部を表示装置の画面の縦横方向に対して傾斜させる方法があるが、その場合、画面の左右（又は上下）対称の視野角特性とはならないという問題が生じる。
【０００７】
特許文献２においては、一方向の視野角を制御する方法として、液晶分子が傾斜配向した１枚の液晶フィルム（位相差層）と、偏光子（偏光層）とを積層した視野角制御フィルムが提案されている。この視野角制御フィルムにおいて、液晶フィルムの遅相軸（若しくは進相軸）と、偏光子の透過軸を平行、又は垂直となるように配設する。また、特許文献２においては、二方向の視野角を制御する方法として、液晶分子が傾斜配向した２枚の液晶フィルムの遅相軸（若しくは進相軸）を互いに直交するように積層し、さらに、偏光子の透過軸の方向を、一方の液晶フィルムの液晶配向方向と平行となるように積層した視野角制御フィルムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，１２８，６８５号
【特許文献２】特開２００７−２７９１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
昨今においては、ますます表示品位の優れたディスプレイが求められている。上述した視野角を制限するディスプレイにおいても例外ではなく、視野角の制限機能と、正面からディスプレイ画面を見たときの優れた表示品位とを兼ね備えた技術が求められている。
【００１０】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、視野角の制限機能と、正面から画面を見たときの優れた表示品位とを兼ね備える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】
【００１１】
本発明に係る第１の態様の液晶表示装置は、透過軸が互いに直交する一対の偏光子、前記偏光子間に配設された一対の透明基板、及び前記透明基板間に封止された液晶層を備える液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察者側とは反対に配置される光源と、前記光源と前記液晶表示パネルの間に配設され、前記光源側に配置された前記偏光子の透過軸とその透過軸の方向が一致する直線偏光素子と、前記直線偏光素子と前記液晶表示パネルの間に配設される位相差フィルムとを具備する。前記位相差フィルムは、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎｚ、Ｚ軸に垂直な面内の中で最大屈折率方向をＸ軸としてその屈折率をｎｘ、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎｙ、前記位相差フィルムの厚みをｄｆとしたときに、
Ｒｔｈ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝×ｄｆで定義される厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が４００ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の範囲にあり、ｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙ、若しくはｎｚ＜ｎｘ＝ｎｙを満足する。
【００１２】
本発明に係る第２の態様の液晶表示装置は、透過軸が互いに直交する一対の偏光子、前記偏光子間に配設された一対の透明基板、及び前記透明基板間に封止された液晶層を備える液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察者側とは反対に配置される光源と、前記光源と前記液晶表示パネルの間に配設され、前記光源側に近接する前記偏光子の透過軸とその透過軸が一致する直線偏光素子と、前記直線偏光素子と前記液晶表示パネルの間に配設される位相差フィルムとを具備する。前記位相差フィルムは、ディスコティック液晶がハイブリッド配向した液晶フィルムが４枚積層されたものであって、当該ディスコティック液晶の配向方向は、実質的に液晶フィルム間で同一となるように積層されており、かつ前記直線偏光素子の透過軸と平行又は直交するように配置したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、視野角の制限機能と、正面から画面を見たときの優れた表示品位とを兼ね備える表示装置を提供することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係る液晶表示装置の構成を示す模式的な分解斜視図。
【図２】（ａ）は実施形態１に係る液晶表示装置に電圧が印加されていない場合の模式的断面図、（ｂ）は実施形態１に係る液晶表示装置に電圧を印加した場合の模式的断面図。
【図３】実施形態１に係る液晶表示装置の等輝度線図。
【図４】実施形態１に係る液晶表示装置において、方位角４５°において、透過率を極角に対してシュミレーションしたグラフ。
【図５】（ａ）（ｂ）実施形態１に係る液晶表示装置の偏光状態をシュミレーションしたグラフ。
【図６】実施形態２に係る液晶表示装置の模式的な分解斜視図。
【図７】実施形態３に係る液晶表示装置の模式的な分解斜視図。
【図８】実施形態３に係る液晶フィルムの模式的斜視図。
【図９】実施形態３に係る液晶表示装置の等輝度線図。
【図１０】図９の方位角φが０°（水平方向）、４５°方向、９０°（垂直方向）において、極角θに対して透過率をプロットした図。
【図１１】実施形態４に係る液晶表示装置の模式的な分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは異なる。
［実施形態１］
【００１６】
図１は、実施形態１に係る液晶表示装置１０１の構成を示す模式的な分解斜視図である。図２（ａ）に、液晶表示装置１０１に電圧が印加されていない場合の模式的断面図、図２（ｂ）に、液晶表示装置１０１に電圧を印加した場合の模式的断面図を示す。実施形態１においては、ＩＰＳ(In-Plane Switching)モードの液晶表示装置を例として説明するが、ＦＦＳ（Fringe Field Switching)モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ (Twisted Nematic)モード等を含め、表示方式に制限なく本発明を適用することができる。
【００１７】
液晶表示装置１０１は、図１に示すように、主要構成部材として液晶表示パネル１とバックライトユニット８を有する。液晶表示パネル１は、図１及び図２に示すように、薄膜トランジスタアレイ基板（以下、「ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板」と称する）３、対向基板４、液晶層６、一対の偏光子（光源側偏光子１１、観察者側偏光子１２）を備える。ＴＦＴ基板３と対向基板４は、シール材５を用いて形成されたシールパターンを介して貼り合わされ、これらによって形成される空間に液晶層６が封止されている。液晶層６を構成する液晶分子７を、説明の便宜上、模式的に拡大して図示する。
【００１８】
ＴＦＴ基板３は、ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の基板からなる透明性絶縁基板上にスイッチング素子（不図示）、絶縁膜（不図示）、櫛形電極である共通電極３１、同じく櫛形電極である画素電極３２等が形成されている。画素電極３２は、ＴＦＴ基板３の液晶層６側の各画素領域に形成され、映像信号線（不図示）を介して選択された映像信号が供給される。画素電極３２と離間して配置された共通電極３１には、共通信号線（不図示）を介して共通信号が供給される。そして、これらの電極や配線等の上には、液晶分子７を配向させる役割を担う第１配向膜（不図示）等が形成されている。
【００１９】
対向する共通電極３１と画素電極３２からなる櫛形電極は、基板に平行な電圧を印加して、液晶層６を構成する液晶分子７のねじれ変形させる役割を担う。そして、この液晶分子７のねじれ変形の度合いに応じて光透過率が制御される。スイッチング素子（不図示）は、ＴＦＴなどにより構成され、絶縁膜上の画素電極３２に電圧を供給する役割を担う。ＴＦＴ基板３の外側主面には、光源側偏光子１１が配設されている。液晶表示パネル１のシャッターとしての機能は、その殆どが旋光性あるいは複屈折性を利用しており、液晶表示パネルに入射する光は、一方向に振動する直線偏光とする必要がある。このため、前述したように、自然光や円偏光から直線偏光のみを取り出す役割を持っている光源側偏光子１１を配設している。
【００２０】
対向基板４は、透明性絶縁基板、遮光層（ブラックマトリックス層）（不図示）、色材層として機能するカラーフィルタ層（不図示）、第２配向膜（不図示）等を備えている。透明性絶縁基板は、ガラス基板や石英基板などの透過性を有する基板により構成することができる。対向基板４の外側主面には、観察者側偏光子１２が配設されている。
【００２１】
光源側偏光子１１は、通常、透明保護フィルム間に挟持された構造となっている。観察者側偏光子１２においても同様である。光源側偏光子１１及び観察者側偏光子１２は、入射光の互いに直交する２つの偏光成分をその一方（振動方向が偏光子の透過軸と平行な成分）のみを通過させ、他の成分（振動方向が偏光子の吸収軸と平行な成分）を吸収する光学素子である。光源側偏光子１１の透過軸５１と観察者側偏光子１２の透過軸５３は、互いに直交する方向に配設されている。
【００２２】
バックライトユニット８は、液晶表示パネル１の反視認側（背面側）に配置されており、液晶表示パネル１を介して視認側へ光を照射するように構成されている。バックライトユニット８としては、少なくとも光源を備える。バックライトユニット８は、光源の他、導光板、反射シート、拡散シート、プリズムシートなどの一般的な構成のものを制限なく具備することができる。液晶表示パネル１は、バックライトユニット８からの光を通過、又は遮断させるシャッターとしての機能を果たすことで所定の画像、諧調を表示する。
【００２３】
バックライトユニット８と液晶表示パネル１との間には、バックライトユニット８側から、直線偏光素子であり、輝度向上フィルムとして機能する反射型の直線偏光子（以下、「反射偏光子」と称する）２１、位相差フィルム２２がこの順に配設されている。
【００２４】
位相差フィルム２２は、液晶表示装置を観察者側の正面から見た際の光学特性に影響を与えず、かつ視野角制限機能を有するように、実施形態１においては、面内方向において複屈折性を示さず、かつ、厚み方向において複屈折性を示すＣ−ｐｌａｔｅを用いた。
【００２５】
より具体的には、位相差フィルム２２であるＣ−ｐｌａｔｅとして、厚さ方向をＺ軸としてその軸方向における屈折率をｎｚ、Ｚ軸に垂直な面内の中で最大屈折率方向をＸ軸としてその屈折率をｎｘ、Ｚ軸とＸ軸に垂直な方向をＹ軸としてその軸方向における屈折率をｎｙ、位相差フィルム２２の厚みをｄｆとしたときに、
Ｒｔｈ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ｝×ｄｆで定義される厚み方向位相差Ｒｔｈが、４００以上、８００ｎｍ以下のものを用いた。また、ｎｘ＝ｎｙのものを用いた。すなわち、面内位相差Ｒｅが、実質的にゼロであるものを用いた。ここで、ｎｘ＝ｎｙ＜ｎｚの関係にあるものをポジティブＣ−ｐｌａｔｅとし、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係にあるものをネガティブＣ−ｐｌａｔｅとする。実施形態１においては、ポジティブＣ−ｐｌａｔｅであっても、ネガティブＣ−ｐｌａｔｅであってもよい。
【００２６】
反射偏光子２１は、光源からの出射光の偏光分離と、不要とされた偏光成分の反射再利用を実行する機能を担う。換言すると、通常、光源側偏光子１１によって、バックライトユニット８から出射された光の光量は、液晶表示パネル１に入射する際に半分程度になってしまうが、反射偏光子２１を配設することにより、不要とされた成分の反射再利用を行うことができる。これにより、消費電力を抑制しつつ、液晶表示装置１０１の輝度を上昇させることができる。実施形態１においては、反射偏光子２１として、輝度向上フィルムであるＤＢＥＦ（登録商標（住友３Ｍ社製））を適用した。
【００２７】
ＤＢＥＦ（登録商標）は、高複屈折性高分子を用い、高屈折率材料／低屈折率材料を組み合わせた積層構造を有する多層膜光学フィルムである。これにより、面内のある方向に屈折率差をもち、それと直交する方向では屈折率差をもたない構造となっている。ＤＢＥＦ（登録商標）は、このような構造を有することで、屈折率差のある方向に振動している光（例えば、Ｓ偏光成分）を反射し、屈折率差のない方向に振動している光（例えば、Ｐ偏光成分）を透過する特性を有する。
【００２８】
反射偏光子２１の透過軸５２の方向を、液晶表示パネル１の光源側に配置する光源側偏光子１１の透過軸５１の方向と揃える。これにより、液晶表示パネル１に入射できる振動方向の偏光以外は、反射偏光子２１でバックライトユニット８側に反射若しくは散乱する。バックライトユニット８内に設けられた光源からの再反射光は、部分的に偏光状態を変化させ、反射偏光子２１に再入射する際に部分的に透過する。この過程を繰り返すことにより光利用率が向上し、正面輝度が約１．３倍向上する。
【００２９】
液晶表示装置１０１は、その他、駆動信号を発生する制御基板（不図示）、この制御基板を端子（不図示）に電気的に接続するＦＦＣ（Flexible Flat Cable）（不図示）等も備えている。
【００３０】
液晶表示装置１０１は、例えば次のように動作して画像が表示される。すなわち、制御基板から電気信号が入力されると、共通電極３１及び画素電極３２に駆動電圧が加わり、駆動電圧に合わせて液晶分子７の分子の方向が変わる。例えば、ｐ型液晶の場合、液晶分子７は、電界方向に向こうとするため、ねじれ変形が誘起される。そして、液晶分子７のねじれ変形の度合いにより光の透過率を制御する。光はバックライトユニット８から発せられ、ＴＦＴ基板３、液晶分子７及び対向基板４を介して外部へ透過あるいは遮断されることにより、液晶表示装置１０１に映像等が表示される。
【００３１】
バックライトユニット８からの光は、通常、いろいろな偏光状態のものがランダムに混ざったものである。実施形態１においては、バックライトユニット８から出射した光は、まず、反射偏光子２１を通過する。反射偏光子２１により、バックライトユニット８から出射した光が直線偏光となる。そして、位相差フィルム２２において、斜め視野からの偏光状態が制御される。実施形態１においては、上記構成の反射偏光子２１と位相差フィルム２２を配設することにより、光源側偏光子１１を通過した段階において、斜め視野における光の偏光状態と正面視野からの光の偏光状態を異ならせることが可能となり、指向性の高い光を得ることができる。
【００３２】
図３に、実施形態１に係る液晶表示装置１０１の等輝度線の視野角依存性をシュミレーションした結果を示す。より具体的には、バックライトユニット８から出射した光が反射偏光子２１とポジティブＣ−ｐｌａｔｅ若しくはネガティブＣ−ｐｌａｔｅである位相差フィルム２２を通過し、光源側偏光子１１を出射した直後の輝度をシュミレーションした結果を示す。図３中の中心が液晶表示パネル１の法線方向（正面方向）に相当し、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度（極角）であり、それぞれ、内側から２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。ここで示した特性図は、法線方向に対して、等輝度が０．３、０．２、０．１、０．０３に相当する領域を結ぶことで得られたものである。なお、正面の輝度（透過率）は、０．３５程度であった。同図において、左右方向の右端部を０°（時計の３時の方向を方位角０°）として反時計回りに３６０°の特性を示している。図３において用いた位相差フィルム２２は、厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が６００ｎｍのポジティブＣ−ｐｌａｔｅを用いた。また、計算に用いたバックライトとしては、まったく指向性がなく、完全な等方性の光源を前提とした。
【００３３】
図３より、方位角φが４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向の４つの斜め方向は、極角６０°以上において、光量が正面方向よりも１／１０以下となることがわかる。
【００３４】
図４は、方位角４５°において、光源側偏光子１１を出射した直後の透過率（光強度）について、位相差フィルムの厚み方向位相差Ｒｔｈを変更したときの、極角に対する透過率をシュミレーションした結果である。図４より、厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が４００〜８００ｎｍの上記構成の位相差フィルム２２を挿入することにより、極角６０°以上において、方位角φが４５°、１３５°、２２５°、３１５°の４つの斜め方向の光量が正面方向の光の透過項量よりも１／３以下となることがわかる。さらに、厚み方向位相差が６００ｎｍ、７００ｎｍ、極角６０°においては、光の透過光量が正面方向の１／１０以下となることがわかる。
【００３５】
光源側偏光子１１を出射した後は、液晶表示パネル１と観察者側偏光子１２を通過することになるが、その間の指向性は、液晶表示パネル１の視角依存性に強く依存する。しかし、液晶表示パネル１に斜め入射した光の量が正面方向の光量よりも低減している方向での光抜けによる視認性の劣化を低減することができる。
【００３６】
次に、図５（ａ）と図５（ｂ）を参照しつつ、実施形態１に係る液晶表示装置１０１を斜め方向から見たときに、視野角が制御される理由を説明する。図５（ａ）は、視角方向が方位角φ＝４５°、極角θ＝６０°において、バックライトユニット８から出射した光が反射偏光子２１と位相差フィルム２２（厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が７００ｎｍのポジティブＣ−ｐｌａｔｅ）を通過した直後の光（波長が５５０ｎｍ）の偏光状態（Ｅｐ、Ｅｓ）を計算し、図示したものである。図５（ｂ）は、視角方向が方位角φ＝４５°、極角θ＝６０°において、液晶表示パネル１の光源側偏光子１１を１００％通過する偏光状態（Ｅｐ、Ｅｓ）を計算し、図示したものである。
【００３７】
反射偏光子２１の透過軸５２の方向と、光源側偏光子１１の透過軸５１の方向を共に方位角φを０°方向に設定した場合、視角方向が方位角φ＝４５°、極角θ＝６０°では、光源側偏光子１１を１００％通過するためには、Ｅｐ軸とのなす角が約３６．５°時計回りにある成分方向が大きいほど通過する。逆に、この成分が小さいほど光は遮断される。
【００３８】
視角方向が方位角φ＝４５°、極角θ＝６０°の方向において、反射偏光子２１と位相差フィルム（厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が７００ｎｍのポジティブＣ−ｐｌａｔｅ）を通過した直後の光（波長が５５０ｎｍ）の偏光状態（Ｅｐ、Ｅｓ）は、図５（ａ）より、完全な直線偏光ではなく若干の楕円偏光になっている。この楕円偏光の長軸方向は、光を通過させる偏光方向とは約９０°回転した方向にあることがわかる（図５（ｂ）参照）。この場合、光を透過させる偏光成分は小さいので、殆どの光は透過することができない。以上より、反射偏光子２１と液晶表示パネル１の光源側偏光子１１との間に、厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が４００〜８００ｎｍのポジティブＣ−ｐｌａｔｅ若しくはネガティブＣ−ｐｌａｔｅを挿入すると、視角方向によって光の指向性を効果的に制御することが可能となる。
【００３９】
上記特許文献１に記載のルーバーフィルムを配設した場合、一方向の光抜け（光モレ）しか防止することができなかった。また、ルーバー遮光部によって透過光を制限しているために、ルーバー遮光部に遮断されて透過できない光が発生し、正面から見た輝度が低下するという問題があった。さらに、前述したように、液晶表示パネル内のカラーフィルタとルーバー遮光部とが干渉することで、ある特定の周期でモアレが発生するという問題もあった。
【００４０】
現在利用されている多くの液晶表示装置で用いられているバックライトは、指向性が低く、液晶表示装置の視野角の制御は、液晶表示パネルが主に担っている。実施形態１によれば、バックライトユニット８からの光線の指向性を反射偏光子２１と位相差フィルム２２により制御する。従って、上記特許文献１のようにモアレが発生するのを防止することができる。
【００４１】
上記特許文献２において、本発明者が検討したところ、光源の指向性を持たせていると言えるような結果が得られなかった。一方、実施形態１によれば、正面から見た時の画質を変えず、二方向（方位角φが４５、１３５°、２２５°、３１５°の４つの方位角の方向）からの光抜けを防止することができる。
【００４２】
また、実施形態１によれば、光源側偏光子１１の透過軸５１と、反射偏光子２２の透過軸５２を一致させ、液晶表示パネル１に入射できる振動方向の偏光以外は、反射偏光子２１でバックライトユニット８側に反射若しくは散乱させ、再度、その光を再利用している。その結果、正面輝度を向上させることができる。従って、省電力化を図ることも可能となる。
【００４３】
また、位相差フィルム２２として、面内方向に複屈折性を示さず、厚み方向において複屈折性を示す位相差フィルムを適用しているので、正面方向において複屈折性を示さない。このため、正面から見た際の画質、輝度（光強度）は位相差フィルム２２を配設しても低下しない。従って、上記構成の反射偏光子２１、位相差フィルム２２を適用することにより、正面から見た時の画質、輝度（光強度）を低下させることなく、視野角の範囲を制御することができる。
【００４４】
反射偏光子２１は、現在の液晶表示装置に通常配設されている。従って、新たに追加する部材として位相差フィルム２２のみとすることができる。上記特許文献２においては、新たに偏光子と液晶フィルムを配設する必要があったが、実施形態１によれば、位相差フィルム２２を追加するのみで上記効果を得ることができる。すなわち、部品点数の上昇を特許文献２に比して減らすことができるので、コスト削減、及び歩留まり低下を図ることができる。
【００４５】
以上、実施形態１によれば、液晶表示装置のある視角からの光モレを防止して所望の指向性を高める機能を有しながら、モアレが発生せず、安価、大面積、高画質を実現させることができる。
【００４６】
［実施形態２］
次に、上記実施形態１とは異なる液晶表示装置の例について説明する。なお、以降の実施形態において、上記実施形態１と同一の要素部材には、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００４７】
実施形態２に係る液晶表示装置は、直線偏光素子の構成が上記実施形態１と異なるが、それ以外の構成は上記実施形態１と同様である。
【００４８】
図６は、実施形態２に係る液晶表示装置１０２の模式的な分解斜視図である。液晶表示装置１０２は、直線偏光素子として非反射型の直線偏光子２１ａ（以下、「非反射偏光子２１ａ」と称する）が配設されている。非反射偏光子２１ａは、上記実施形態１の反射偏光子２１と異なり、反射特性を有しないものである。非反射偏光子２１ａの透過軸５２の方向は、光源側偏光子１１の透過軸５１の方向と一致させる。バックライトユニット８から出射したいろいろな偏光状態がランダムに混ざった光が、非反射偏光子２１ａにより直線偏光となる。この直線偏光は、位相差フィルム２２に入射する。位相差フィルム２２により、斜め視野からの偏光状態を制御することが可能となる。位相差フィルム２２としては、上記実施形態１と同様のもの（厚み方向位相差Ｒｔｈの絶対値が４００〜８００ｎｍのＣ−ｐｌａｔｅ）を適用した。
【００４９】
実施形態２によれば、光源側偏光子１１を通過した段階において、斜め視野における光の偏光状態と、正面視野からの光の偏光状態が異なるものとなり、バックライトユニット８からの光を指向性の高い光線とすることができる。具体的には、二方向（隣接する方位角のなす角が９０°の４つの方位角の方向）の光量を正面方向の光量よりも低減させた指向性のある光を得ることができる。例えば、極角６０°以下において、二方向の光量を正面方向の光量よりも１／３以下とした指向性のある光線とすることができる。また、非反射偏光子２１ａと位相差フィルム２２を適用することにより、ある視角からの光モレを防止して所望の指向性を高める機能を有しながら、モアレが発生せず、安価、大面積、高画質を実現させることができる。
【００５０】
［実施形態３］
次に、上記実施形態１、２とは異なる液晶表示装置の例について説明する。実施形態３に係る液晶表示装置は、位相差フィルムの構成が上記実施形態１と異なるが、それ以外の構成は上記実施形態１と同様である。
【００５１】
図７は、実施形態３に係る液晶表示装置１０３の模式的な分解斜視図である。液晶表示装置１０３は、直線偏光素子として上記実施形態１と同様の反射偏光子２１が配設されている。また、位相差フィルム２２ｂとして、ディスコティック液晶がハイブリッド配向した液晶フィルム２３が４枚積層されたものを用いている。
【００５２】
液晶フィルム２３を構成するディスコティック液晶の配向方向は、反射偏光子２１の透過軸５１の方向と平行又は直交するように配置されている。４枚の液晶フィルム２３それぞれは、互いにディスコティック液晶層の配向方向が同一となるように配設する。実施形態３においては、ディスコティック液晶の配向方向は、反射偏光子２１の透過軸５１の方向を平行とした例について説明する。すなわち、実施形態１においては光源側偏光子１１の透過軸の方向、反射偏光子２１の透過軸の方向を同一とし、４枚の液晶フィルム２３のディスコティック液晶層の配向方向をこれに対して同一に配設する（図７参照）。
【００５３】
図８に、実施形態３に係るディスコティック液晶がハイブリッド配向した１枚の液晶フィルム２３の模式的斜視図を示す。液晶フィルム２３は、ＴＡＣ（Tri Acetyl Cellulose）層２３Ａ上に、ディスコティック液晶層２３Ｂが積層された構造となっている。ＴＡＣ層２３Ａは、ディスコティック液晶層２３Ｂを塗布する機材としての役割を担う。ＴＡＣ層２３Ａには、液晶配向膜（不図示）が塗布されており、ラビング処理が施されている。ディスコティック液晶層２３Ｂは、ディスコティック液晶分子２３Ｃの配向が一様でないハイブリッド配向した状態で固定化された液晶フィルムである。ディスコティック液晶分子２３Ｃは、ＴＡＣ層２３Ａ側では、ディスコティック液晶分子のディスク面が、ＴＡＣ層２３Ａの主面に対してほぼ平行に配向している。一方、ディスコティック液晶層２３Ｂの主面のうちのＴＡＣ層２３Ａとは接していない側においては、ディスコティック液晶層２３Ｂを構成する液晶分子のディスク面は、ＴＡＣ層２３Ａに対して高チルト角にて配向している。
【００５４】
ディスコティック液晶層２３Ｂの立ち上がり方向は、ラビング方向に平行になるため、正面方向から見た場合、ラビング方向に負の位相差（リタデーション）が発生する。このようなディスコティック液晶分子をハイブリッド配向させた視野角補償機能を有するものとしては、例えば、富士写真フィルム社製のＷＶフィルム（Wide Viewing  フィルム）を適用することができる。
【００５５】
４枚の液晶フィルム２３において、ＴＡＣ層２３Ａは、反射偏光子２１側に配設する。換言すると、液晶表示パネル１側にディスコティック液晶層２３Ｂが配置される構成とする。
【００５６】
図９に、実施形態３に係る液晶表示装置１０３の等輝度線の視野角依存性をシュミレーションした結果を示す。より具体的には、バックライトユニット８から出射した光が反射偏光子２１と、４枚の液晶フィルム２３からなる位相差フィルム２２ｂとを通過し、光源側偏光子１１を出射した直後の輝度をシュミレーションした。図９中の中心が液晶表示パネル１の法線方向（正面方向）に相当し、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度（極角）であり、それぞれ、内側から２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。ここで示した特性図は、法線方向に対して、等輝度が０．３、０．２、０．１、０．０３に相当する領域を結ぶことで得られたものである。同図において、左右方向の右端部を０°（時計の３時の方向を方位角０°）として反時計回りに３６０°の特性を示している。計算に用いたバックライトとしては、まったく指向性がなく、完全な等方性の光源とする。また、液晶フィルムの光学モデルとして、厚み方向位相差Ｒｔｈ＝１５６ｎｍ、平均傾斜角（β）＝１８．９°、面内位相差Ｒｅ＝３１．９ｎｍを適用した。
【００５７】
図９より、一方向（２つの方位角φが９０°、２７０°の方向）において、光の強度が正面方向のものよりも低い指向性のある光に変換されることがわかる。
【００５８】
図１０に、方位角φが０°、４５°、９０°方向における透過率（光強度）の極角θ（視角方向と正面方向とのなす角）の依存性を示す。図１０より、方位角φが９０°方向で、極角θが６０°以上において、光の透過光量が正面方向の１／１０以下まで減ることがわかる。このように、反射偏光子２１と光源側偏光子１１の間に上記構成の４枚の液晶フィルム２３を配置することによって、一方向（２つの方位角φが９０°、２７０°の方向）の光量を正面方向の光量よりも１／１０以下にできる指向性のある光を得ることができる。
【００５９】
光源側偏光子１１を出射した後は、液晶表示パネル１と観察者側偏光子１２を通過することになるが、その間の指向性は、液晶表示パネル１の視角依存性に強く依存する。しかしながら、液晶表示パネル１に斜め入射した光の量が正面方向の光量よりも低減した方向においては、光抜けによる視認性の劣化を低減することができる。
【００６０】
実施形態３によれば、光源側偏光子１１を通過した段階において、斜め視野における光の偏光状態と、正面視野からの光の偏光状態が異なるものとなり、光源を指向性の高い光線とすることができる。具体的には、正面方向から一方向（互いのなす角が１８０°の２つの方位角の方向）の光量を正面方向の光量よりも低減させた指向性のある光を得ることができる。例えば、極角６０°において、一方向の光量を正面方向の光量よりも１／１０以下とした指向性のある光線とすることができる。また、反射偏光子２１と位相差フィルム２２ｂを適用することにより、ある視角からの光モレを防止して所望の指向性を高める機能を有しながら、モアレが発生せず、安価、大面積、高画質を実現させることができる。また、反射偏光子２１を適用することにより、液晶表示パネル１に入射できる振動方向の偏光以外は、反射偏光子２１でバックライトユニット８側に反射若しくは散乱させ、再度、その光を再利用している。その結果、正面輝度を向上させることができる。従って、省電力化を図ることも可能となる。
【００６１】
なお、ディスコティック液晶層２３Ｂの配向制御方法としては、ラビング法に限定されず、別の方法により配向制御してもよい。また、ＴＡＣ層２３Ａに代えて、同等の機能を有する支持体を適用してもよい。また、ディスコティック液晶層２３Ｂの配向が得られればよく、必ずしもＴＡＣ層２３Ａを有していなくてもよい。
【００６２】
［実施形態４］
次に、上記実施形態１〜３とは異なる液晶表示装置の例について説明する。実施形態４に係る液晶表示装置は、直線偏光素子の構成が上記実施形態３と異なるが、それ以外の構成は上記実施形態３と同様である。
【００６３】
図１１は、実施形態４に係る液晶表示装置１０４の模式的な分解斜視図である。液晶表示装置１０４は、直線偏光素子として非反射型の直線偏光子２１ｃ（以下、「非反射偏光子２１ｃ」と略記する）が配設されている。非反射偏光子２１ｃは、上記実施形態３の反射偏光子２１と異なり、反射特性を有しないものである。非反射偏光子２１ｃの透過軸５２の方向は、光源側偏光子１１の透過軸５１の方向と一致させる。バックライトユニット８から出射されるいろいろな偏光状態がランダムに混ざった光が、非反射偏光子２１ｃを通過することにより直線偏光となる。この直線偏光は、位相差フィルム２２ｃとして機能する４枚の液晶フィルム２３に入射する。４枚の液晶フィルム２３それぞれの液晶分子の配向方向は、上記実施形態３と同様に、光源側偏光子１１の透過軸５１の方向と平行又は直交するように配置する。すなわち、４枚の液晶フィルム２３の液晶分子の配向方向は、いずれも同一方向となるように積層する。４枚の液晶フィルム２３により、斜め視野からの偏光状態を制御することが可能となる。
【００６４】
実施形態４によれば、光源側偏光子１１を通過した段階において、斜め視野における光の偏光状態と、正面視野からの光の偏光状態を異なるものとすることにより、バックライトユニット８からの光を指向性の高い光線とすることができる。具体的には、一方向（互いのなす角が１８０°の２つの方位角の方向）の光量を正面方向の光量よりも低減させた指向性のある光を得ることができる。例えば、極角６０°において、一方向の光量を正面方向の光量よりも１／１０以下とした指向性のある光線とすることができる。また、非反射偏光子２１ｃと位相差フィルム２２を適用することにより、ある視角からの光モレを防止して所望の指向性を高める機能を有しながら、モアレが発生せず、安価、大面積、高画質を実現させることができる。
【００６５】
なお、上記実施形態１〜４においては、直線偏光素子と位相差フィルムをバックライトユニット８と液晶表示パネル１の間に配設させる例について述べたが、バックライトユニット８内に直線偏光素子と位相差フィルムを配設させてもよい。逆に、直線偏光素子と位相差フィルムを液晶表示パネル１内に一体的に配設させてもよい。バックライトユニット８内に直線偏光素子と位相差フィルムを配設させる場合には、光線の状態を変化させるフィルム等の部材のうちの最上層に、位相差フィルムが配設されるようにすればよい。また、その下層に直線偏光素子を配設するようにすればよい。一方、液晶表示パネル１内に直線偏光素子と位相差フィルムを配設させる場合には、光線の状態を変化させるフィルム等の部材のうちの最下層に直線偏光素子を配設し、その上層に位相差フィルムを配設するようにすればよい。また、位相差フィルムを液晶表示パネル１側に、直線偏光素子をバックライトユニット８側に配設する構成としてもよい。
【００６６】
また、直線偏光素子と位相差フィルムの間には、光源側からの入射光の光学特性を実質的に変化させない部材が配設されていてもよい。また、上記実施形態１〜４においては、バックライトユニット８からの出射光として、指向性のない光を用いた例について説明したが、本発明に係る直線偏光素子、位相差フィルム以外の光学素子を用いて指向性を付与することを排除するものではない。
【符号の説明】
【００６７】
１      液晶表示パネル
３      アレイ基板
４      対向基板
５      シール
６      液晶層
７      液晶分子
８      バックライトユニット
１１    光源側偏光子
１２    観察者側偏光子
２１    反射偏光子
２２    位相差フィルム
２３    液晶フィルム
２３Ａ  ＴＡＣ層
２３Ｂ  ディスコティック液晶層
２３Ｃ  ディスコティック液晶分子
３１    共通電極（櫛形電極）
３２    画素電極（櫛形電極）
５１    光源側偏光子の透過軸
５２    反射偏光子の透過軸
５３    観察者側偏光子の透過軸
５５    液晶フィルムの液晶の配向方向
１０１〜１０４  液晶表示装置
【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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