(57)【要約】  透過反射型液晶表示装置（１００，２００）は、特に暗状態とコントラストの点で視覚特性を改良するように設計された平行配向型の液晶層（１５）を挟んだ偏光板と補償板の組よりなる。反射部では、光学素子の配置は、偏光板（１１）、（２軸あるいは１軸の）第１のリタデーション膜（１２）、（２軸あるいは１軸の）第２のリタデーション膜（１３）、負の１軸の第３のリタデーション膜（１４）、互にそれぞれの光軸に配向された液晶セル（１５）とを有する。透過部では、視覚側ではリタデーション膜と偏光板の配置は、液晶表示装置のバックライト側で逆の順に繰り返される。
2008500595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方直線偏光板と、第１リタデーションフィルムと、第２リタデーションフィルムと、第３リタデーションフィルムと、液晶層と、第４リタデーションフィルムと、第５リタデーションフィルムと、第６リタデーションフィルムと、後方直線偏光板とが順に前方側から配されて構成される液晶表示装置であって、
前記液晶層は、印加される電界に応じて複屈折状態を変化させることの可能な平行配向型の液晶材料からなり、
前記第３及び第４リタデーションフィルムは、負の複屈折率を有しかつ無電界下における前記液晶層の液晶分子のダイレクタに略平行な光学軸を有し、
前記第２及び第５リタデーションフィルムの各々は、前記ダイレクタと平行な遅軸を有し、当該遅軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｘとし当該遅軸に直交する進軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｙとしかつ当該遅軸及び進軸に直交する方向における当該フィルムの屈折率をｎｚとした場合におけるＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）の式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、
暗状態における前記液晶層のリタデーションの値と、前記第２ないし第５リタデーションフィルムのリタデーションの値との和は、当該入射光の波長の略半分に相当し、
前記第１及び第６リタデーションフィルムの各々は、前記式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、当該入射光の波長の略半分に相当するリタデーションを有する、
液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置であって、前記前方直線偏光板の吸収軸，第１リタデーションフィルムの遅軸，第６リタデーションフィルムの遅軸及び後方直線偏光板の吸収軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°，−６６°，３°の角度を形成し、前記第１及び第６リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第２及び第５リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．６とした液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置であって、前記前方直線偏光板の吸収軸，第１リタデーションフィルムの遅軸，第６リタデーションフィルムの遅軸及び後方直線偏光板の吸収軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°，−６６°，３°の角度を形成し、前記第２及び第５リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第１及び第６リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．３とした液晶表示装置。
【請求項４】
直線偏光板と、第１リタデーションフィルムと、第２リタデーションフィルムと、第３リタデーションフィルムと、液晶層と、光反射層とが順に前方側から配されて構成される液晶表示装置であって、
前記液晶層は、印加される電界に応じて複屈折状態を変化させることの可能な平行配向型の液晶材料からなり、
前記第３リタデーションフィルムは、負の複屈折率を有しかつ無電界下における前記液晶層の液晶分子のダイレクタに略平行な光学軸を有し、
前記第２リタデーションフィルムは、前記ダイレクタと平行な遅軸を有し、当該遅軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｘとし当該遅軸に直交する進軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｙとしかつ当該遅軸及び進軸に直交する方向における当該フィルムの屈折率をｎｚとした場合におけるＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）の式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、
暗状態における前記液晶層のリタデーションの値と、前記第２及び第３リタデーションフィルムのリタデーションの値との和は、当該入射光の波長の略４分の１に相当し、
前記第１リタデーションフィルムは、前記式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、当該入射光の波長の略半分に相当するリタデーションを有する、
液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液晶表示装置であって、前記直線偏光板の吸収軸及び第１リタデーションフィルムの遅軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°の角度を形成し、前記第１リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第２リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．６とした液晶表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の液晶表示装置であって、前記直線偏光板の吸収軸及び第１リタデーションフィルムの遅軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°の角度を形成し、前記第２リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第１リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．３とした液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行配向型液晶層を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学変調手段として平行配向型液晶層を有する反射型の液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４９１２６号公報（例えば、段落番号［０００７］ないし［００１３］）
【０００３】
この公報に開示されている液晶光学素子は、平行配向型液晶層及びその前方側及び後方側にそれぞれ配される偏光板及びミラー電極を有し、さらにその平行配向型液晶層と偏光板との間に２種類の位相差板を配する構成を採り、広い視角範囲にわたり当該素子において明るく高コントラストの表示を得ることを目的として、これら位相差板及び液晶層のリタデーションの値を最適化している。
【０００４】
しかしながら、かかる最適化は、ＨＡＮ（hybrid aligned nematic）型液晶層やベンド配向型（bend）液晶層を用いる構成にも可能なものとなっており、平行配向型液晶層を用いる構成に特化されたものではなく、当該平行配向型液晶層の利点を活かし尽くしたものとは言い難い。
【０００５】
本発明者は、平行配向型又はホモジニアス配向型（以下、これらを平行配向型と総称する。）の液晶層は、これを挟む上下の基板面に対し、所定の基準電界（例えば無電界）の下では基本的に全ての液晶分子が平行にかつ同一方位に配列されているので、換言すれば、当該液晶分子のダイレクタの向きが実質的に当該基板面に平行となっているので、他のタイプのものよりも当該液晶分子の平均チルト角を正確かつ容易に把握することができる、という点に着目した。また、平行配向型液晶層は、例えばベンド配向型液晶層に求められるバイアス電圧の如き配向制御のための付加的な条件を必要とせず、比較的簡単な配向制御の形態を採ることができる点にも着目した。そしてこれらの着目点から、かかる平行配向型の利点を活かした当該平行配向型特有の最適化態様こそが、当該平行配向型液晶層を用いた表示装置において最も効果的に所望の視角特性を得ることができるものとの認識に至った。
【０００６】
また、上記特許文献に記載のものとは異なるアプローチにて所望の視角特性を得る方策も望まれる他、最近実用化されているいわゆる半透過型など、反射型以外の液晶表示装置に平行配向型液晶層を適用する場合における当該最適化が期待される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、平行配向型液晶層の利点を活かしつつ所望の視角特性を得ることのできる液晶表示装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、平行配向型液晶層の利点を活かしつつ所望の視角特性を得ることのできる反射型、透過型及び半透過型の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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による液晶表示装置は、前方直線偏光板と、第１リタデーションフィルムと、第２リタデーションフィルムと、第３リタデーションフィルムと、液晶層と、第４リタデーションフィルムと、第５リタデーションフィルムと、第６リタデーションフィルムと、後方直線偏光板とが順に前方側から配されて構成される液晶表示装置であって、前記液晶層は、印加される電界に応じて複屈折状態を変化させることの可能な平行配向型の液晶材料からなり、前記第３及び第４リタデーションフィルムは、負の複屈折率を有しかつ無電界下における前記液晶層の液晶分子のダイレクタに略平行な光学軸を有し、前記第２及び第５リタデーションフィルムの各々は、前記ダイレクタと平行な遅軸を有し、当該遅軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｘとし当該遅軸に直交する進軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｙとしかつ当該遅軸及び進軸に直交する方向における当該フィルムの屈折率をｎｚとした場合におけるＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）の式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、暗状態における前記液晶層のリタデーションの値と、前記第２ないし第５リタデーションフィルムのリタデーションの値との和は、当該入射光の波長の略半分に相当し、前記第１及び第６リタデーションフィルムの各々は、前記式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、当該入射光の波長の略半分に相当するリタデーションを有する、液晶表示装置としている。
【００１０】
このようにすることにより、前方偏光板の吸収軸に平行な方向に振動する偏光状態の光成分が表示装置の暗状態において所定の視角において生じる可能性を最も高く（又は比較的に高く）するよう第１及び第２リタデーション並びに第５及び第６リタデーションフィルムの２軸性を規定することができるので、暗状態のときの当該所定の視角において前方偏光板により光は確実に遮断され、良好な黒表示が達成される。また、第３及び第４リタデーションフィルムは、平行配向型の液晶層が呈する視角変化に対するリタデーション変化の偏りを解消することができるので、上記良好な黒表示と相俟って高いコントラスト比の範囲を広げ、また階調反転しない範囲を広め、もって視角特性を向上させることができる。
【００１１】
この態様において、前記前方直線偏光板の吸収軸，第１リタデーションフィルムの遅軸，第６リタデーションフィルムの遅軸及び後方直線偏光板の吸収軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°，−６６°，３°の角度を形成し、前記第１及び第６リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第２及び第５リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．６としたり、前記前方直線偏光板の吸収軸，第１リタデーションフィルムの遅軸，第６リタデーションフィルムの遅軸及び後方直線偏光板の吸収軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°，−６６°，３°の角度を形成し、前記第２及び第５リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第１及び第６リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．３としたりすることができる。これにより、より厳密な最適化が達成されることとなる。
【００１２】
上記態様は、透過型の液晶表示をなす構成又は装置を指向するものであるが、反射型のものに対しても本発明は適用可能である。反射型の場合は、直線偏光板と、第１リタデーションフィルムと、第２リタデーションフィルムと、第３リタデーションフィルムと、液晶層と、光反射層とが順に前方側から配されて構成される液晶表示装置であって、前記液晶層は、印加される電界に応じて複屈折状態を変化させることの可能な平行配向型の液晶材料からなり、前記第３リタデーションフィルムは、負の複屈折率を有しかつ無電界下における前記液晶層の液晶分子のダイレクタに略平行な光学軸を有し、前記第２リタデーションフィルムは、前記ダイレクタと平行な遅軸を有し、当該遅軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｘとし当該遅軸に直交する進軸の方向における当該フィルムの屈折率をｎｙとしかつ当該遅軸及び進軸に直交する方向における当該フィルムの屈折率をｎｚとした場合におけるＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）の式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、暗状態における前記液晶層のリタデーションの値と、前記第２及び第３リタデーションフィルムのリタデーションの値との和は、当該入射光の波長の略４分の１に相当し、前記第１リタデーションフィルムは、前記式によって得られるＮｚの値が１以下の材料からなり、当該入射光の波長の略半分に相当するリタデーションを有する、液晶表示装置という態様となる。
【００１３】
この態様も、上記透過型と同様の効果を得ることができる。また、透過モードによる表示及び反射モードによる表示を兼ねる半透過型液晶表示装置においては、上記２つの態様の特徴を合わせ持つことになる。
【００１４】
そしてここでも同様に、前記直線偏光板の吸収軸及び第１リタデーションフィルムの遅軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°の角度を形成し、前記第１リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第２リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．６としたり、前記直線偏光板の吸収軸及び第１リタデーションフィルムの遅軸は、前記ダイレクタに対して平面図上それぞれ略８７°，６６°の角度を形成し、前記第２リタデーションフィルムのＮｚの値を略１とし、前記第１リタデーションフィルムのＮｚの値を略０．３としたりして、高度な最適化を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、上述した態様その他の本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の一実施例による液晶表示装置の構成を概略的に示している。
【００１７】
この液晶表示装置１００は、透過型液晶表示装置であり、表示画面側である前方側から順に、直線偏光板（Pol）１１と、半波長（λ／２）板である第１リタデーションフィルム（Ret1）１２と、第２リタデーションフィルム（Ret2）１３と、第３リタデーションフィルム（Ret3）１４と、液晶層（ＬＣ）１５と、第４リタデーションフィルム（Ret4）２４と、第５リタデーションフィルム（Ret5）２３と、第６リタデーションフィルム（Ret6）２２と、直線偏光板（Pol）２１とが配されて構成される。直線偏光板１１及び第１ないし第３リタデーションフィルム１２〜１４は、実質的右円偏光及び左円偏光機能の一方を有する手段を形成し、第４ないし第６リタデーションフィルム２４〜２２及び直線偏光板２１は、実質的右円偏光及び左円偏光機能の他方を有する手段を形成する。直線偏光板２１のさらに後方にはバックライト２０が配置される。なお、ここでは説明を簡明とするため主要な構成要素のみ挙げているが、実際には他の構成要素も当該表示装置１００に含みうるものである。
【００１８】
液晶層１５に対して最も外側に配される第１及び第６リタデーションフィルム１２，２２は、入射光の波長λの略半分の固定リタデーション、すなわちλ／２の値を有する２軸性フィルム又は１軸性フィルムが適用される。かかる入射光としては、概して３８０ｎｍないし７８０ｎｍの波長のものを想定している。第２リタデーションフィルム１３と第３リタデーションフィルム１４の組及び第４リタデーションフィルム２４と第５リタデーションフィルム２５の組は、それぞれ全体としてλ／４のリタデーションを有するものとされ、第２及び第５リタデーションフィルム１３，２３は２軸性フィルム又は１軸性フィルムが適用され、第３及び第４リタデーションフィルム１４，２４は負の複屈折率を有する１軸性フィルムが適用される。なお、後述によって明らかにされるように、第１及び第６リタデーションフィルムが２軸性のとき第２及び第５リタデーションフィルムが１軸性とされる場合、第１及び第６リタデーションフィルムが１軸性のとき第２及び第５リタデーションフィルムが２軸性とされる場合、さらにこれらのリタデーションフィルムが全て２軸性とされる場合がある。
【００１９】
液晶層１５は、先述したような平行配向型の液晶材料を有する。詳述すると、液晶層１５は図２に示されるような分子配列を有するものであり、基本的に当該液晶分子１５ｍの初期配向を定める上下の配向層１７，１８のラビング方向１９に沿ってその液晶分子全部が配向される。別言すれば、液晶分子１５ｍの屈折率楕円体の長軸が全てラビング方向１９に平行に、すなわち液晶分子１５ｍのダイレクタがラビング方向１９と平行にされる。なお、ここでは配向層１７，１８のラビング方向１９を液晶層１５の配向させる方向（（初期）配向方向）としているが、ラビング以外にも当該配向方向を規定する手法を採用してもよい。図１における液晶層１５には、上下の配向層のラビング方向がそれぞれ実線矢印と破線矢印とで表されている。
【００２０】
第２及び第５リタデーションフィルム１３，２３の遅軸並びに第３及び第４リタデーションフィルム１４，２４の光学軸は、液晶層１５のダイレクタに平行とされる。一方、第１及び第６リタデーションフィルム１２，２２の遅軸は、平面図上、当該ダイレクタに対して所定の角度をなしており、この角度は本例では形成される鋭角の値としてそれぞれ６６°，−６６°としている。また、偏光板１１，２１の吸収軸は、当該ダイレクタとのなす角度をそれぞれ８７°，３°としている。
【００２１】
第２ないし第５リタデーションフィルム１３，１４，２４，２３及び液晶層１５は、当該装置１００の黒表示動作（暗状態）において全体として入射光の波長の略２分の１のリタデーション（λ／２）を有するものとされている。上述したように、第２及び第３リタデーションフィルム１３，１４の組と第４及び第５リタデーションフィルム２４，２３の組は、各々が全体でλ／４のリタデーションを呈するので、液晶層１５は、その暗状態において０に相当するリタデーションを呈するように制御される。より具体的には、液晶層１５に所定強度の電界がかけられ、図２に示されるような液晶分子１５ｍの長軸が垂直に立ち、複屈折の十分小さい状態がつくられることになる。
【００２２】
図１に線Ｌｂで示されるように、バックライト２０から液晶表示装置１００に入射した外光は、先ず直線偏光板２１を透過して直線偏光になり、次に第６リタデーションフィルム２２を透過してλ／２のリタデーションが付され、所定の方向に変えられた直線偏光となる。その後、かかる直線偏光は第５及び第４リタデーションフィルム２３，２４に入り右（又は左）回りの楕円偏光になり液晶層１５に導かれる。黒表示動作（暗状態）のときには、液晶層１５のリタデーションがほぼゼロ（但し、本例では円偏光にするため約６０ｎｍとしている）となっており、液晶層１５に入射した楕円偏光をほぼそのままの方向の楕円偏光のまま第３リタデーションフィルム１４へ導くこととなる。第３及び第２リタデーションフィルム１４，１３は、この透過して来た楕円偏光を、所定の偏光方向の直線偏光に変換し、さらにこの直線偏光は第１リタデーションフィルム１２により付されるλ／２のリタデーションによってさらにその偏光方向が変えられて前方偏光板１１に導かれる。偏光板１１は、この直線偏光の偏光方向に丁度平行にその吸収軸を有するので、第１リタデーションフィルム１２から入った光は遮断（吸収）され、当該装置１００の画面から出ることなく黒表示となる。
【００２３】
一方、白表示動作（明状態）のときは、図１に線Ｌｗにて示されるように、同様に右（又は左）回りの楕円偏光が液晶層１５に入射するが、液晶層１５はこのときλ／２（約３００ｎｍ）のリタデーションを奏しており、液晶層１５に入射した楕円偏光とは反転した方向の楕円偏光を第３リタデーションフィルム１４に導く。第３及び第２リタデーションフィルム１４，１３はこの楕円偏光を黒表示のときのものと直交する偏光方向の直線偏光に変換し、それを第１リタデーションフィルム１２に導く。第１リタデーションフィルム１２に導かれたこの光は、ここで付されるλ／２のリタデーションによってさらにその偏光方向が変えられた直線偏光となって前方偏光板１１に導かれる。偏光板１１は、この直線偏光の偏光方向に直交する吸収軸及び平行な透過軸を有するので、第１リタデーションフィルム１２から入った光は透過させられ、当該装置１００の画面から出て白表示となる。
【００２４】
中間調表示の場合は、液晶層１５が表示すべき中間色又は明度に応じたリタデーションを奏し、第３リタデーションフィルム１４にはそれに対応した振動成分の楕円偏光が導かれる。これにより偏光板１１には、その吸収軸に直交する直線偏光成分が当該色又は明度に応じた分だけ入り、これが画面から出ることになり、中間調表示が達成される。
【００２５】
本実施例においては、上述した各層の光学的な軸やリタデーションなどの規定の他に、次のような考察に基づいて、第３リタデーションフィルム１４，液晶層１５及び／又は第４リタデーションフィルム２４の構成と、第１及び第２リタデーションフィルム１２，１３並びに第５及び第６リタデーションフィルム２３，２２の２軸性とを規定することにより視角特性を向上させている。
【００２６】
図３は、液晶層１５のリタデーションの視角依存性を示すグラフであり、横軸を視角の値、縦軸をリタデーションの値とし、視角の各値は、画面をその法線Ｎ（図１参照）に沿って真正面から見たときのポイントを０°としこれを基準にして画面の上下方向において視角を変えて見た場合を示している。なお、図１の上部に示される９０°，２７０°は画面の上下の方角を、１８０°，０°は画面の左右の方角を示している。視角は法線Ｎと視線とのなす角ｘで表される。
【００２７】
ここでは、暗状態とすべく液晶層１５に電圧４Ｖ，４．５Ｖ，５Ｖを印加したときの視角対リタデーションの特性曲線がそれぞれ描かれている。このグラフから、いずれもリタデーションは視角０°に対しては非対称の視角依存性があるとともに、負の視角領域において正の大きなリタデーションを持つことが分かる。
【００２８】
図４のグラフは、第３リタデーションフィルム１４と第４リタデーションフィルム２４とを重ねた場合における同様の視角対リタデーションの特性曲線を示している。これによれば、負の視角領域において負の大きなリタデーションを持つことが分かる。
【００２９】
いま、ｘを視角の変数とすれば、図３に示されるような液晶層１５のリタデーションを関数ｆ（ｘ）で表し、図４に示されるような第３及び第４リタデーションフィルム１４，２４のリタデーションをそれぞれ関数ｇ１（ｘ），ｇ２（ｘ）で表すことができる。これら層及びフィルム１４，１５，２４の３層構造において得られるリタデーションは、ｈ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｇ１（ｘ）＋ｇ２（ｘ）となり、図５に示されるようになる。図５も、液晶層１５に電圧４Ｖ，４．５Ｖ，５Ｖを印加したときのそれぞれのケースを示している。
【００３０】
このとき、画面の法線Ｎを基準にして正の視角（ｘ１）で画面を見た場合のリタデーションｈ（ｘ１）と負の視角（−ｘ１）で画面を見た場合のリタデーションｈ（−ｘ１）とが等しくなるように、すなわちｈ（ｘ１）＝ｈ（−ｘ１）が成立するように第３リタデーションフィルム１４，液晶層１５及び／又は第４リタデーションフィルム２４を構成するのが好ましい。基本的には、図３の特性曲線に対して図４の特性曲線が相補的な関係を有するよう第３及び第４リタデーションフィルム１４，２４が構成される。本例では、液晶層１５が図３に示されるように負の視角領域で正の大きなリタデーションを奏する偏りの特性があるので、この偏りを解消可能なように、第３及び第４リタデーションフィルム１４，２４は図４に示されるように同じ負の視角領域で負の大きなリタデーションを奏するように構成される。そのため、第３及び第４リタデーションフィルム１４，２４は負の複屈折率を有しかつ液晶層１５の液晶分子のダイレクタと略平行な光学軸を有するものとされているのである。また、図５の実際の特性に基づき、液晶層１５の暗状態における印加電圧を４．１Ｖにするとｈ（ｘ１）とｈ（−ｘ１）とをより厳密に等しくすることができる。
【００３１】
このように、液晶層１５の上下に配される第３及び第４リタデーションフィルム１４，２４によって上下の視角特性を対称的なものとすることができる。
【００３２】
第１及び第２リタデーションフィルム１２，１３並びに第５及び第６リタデーションフィルム２３，２２の２軸性は、次のように規定することにより最適化される。
【００３３】
図６は、ポアンカレ球にて表示装置１００における光の偏光状態を示すものであり、ポアンカレ球のＳ１−Ｓ２平面に光の偏光状態を示す位置を投影させて表したものである。横軸はポアンカレ球のＳ１軸方向における原点からの距離を示し、縦軸はＳ２軸方向における原点からの距離を示している。ここで、Ｓ１軸は、ポアンカレ球において横方向に振動する光の成分と縦方向に振動する光の成分との間における偏光状態の程度を表すものであり、原点から遠いほど横又は縦の振動方向の直線偏光成分が支配的であることを示す。Ｓ２軸は、ポアンカレ球においてＳ１軸と直交するものであり、上記縦及び横の振動方向の丁度中間の４５度斜め方向に振動する光の成分と１３５度斜め方向に振動する光の成分との間における偏光状態の程度を表すものであり、原点から遠いほど当該斜め方向の直線偏光成分が支配的であることを示す。Ｓ３軸は、Ｓ１及びＳ２軸の双方に直交するものであり、右円偏光成分と左円偏光成分との間における偏光状態の程度を表すものであり、原点から遠いほど真円の軌道にて振動する成分が支配的であることを示す。図６に示される一点鎖線は、ポアンカレ球の赤道すなわちＳ１軸とＳ２軸とを含む円形平面の端部を示している。
【００３４】
図６に示される赤道上のポイントｐ０は、偏光板１１の吸収軸に平行に振動する光の偏光状態の位置を示している。このポイントｐ０に対応する偏光状態の光が偏光板１１に入射すると原理的には全て遮断（吸収）され、最も暗い状態をつくることができる。したがって、表示装置１００の暗状態において第１リタデーションフィルム１２から偏光板１１に入る光をポイントｐ０に位置させることによりコントラストの最適化が図られることになる。
【００３５】
偏光板１１に入る直前の光の状態をポイントｐ０に近づけるために、第１及び第２リタデーションフィルム１２，１３並びに第５及び第６リタデーションフィルム２３，２２の２軸性の程度が調整される。２軸性の程度を表すパラメータとして、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）なる式を用いる。ここで、ｎｘは当該フィルムの主面に平行な遅軸の方向における屈折率、ｎｙは当該フィルムの主面に平行でかつ当該遅軸に直交する進軸の方向における屈折率、ｎｚは当該遅軸及び進軸に直交する方向における屈折率である。
【００３６】
図６は、第１及び第６リタデーションフィルム１２，２２のＮｚの値を１とした場合に、第２及び第５リタデーションフィルム１３，２３のＮｚの値を１から０まで漸次変えることにより得られる偏光板１１の入射光の視角６０°の状態をドットで示している。かかるＮｚの値の変化に伴い、矢印の曲線のような偏光状態の変化を呈することが分かる。また、第２及び第５リタデーションフィルム１３，２３のＮｚの値が概ね０．６となるときに最もポイントｐ０に近づくことが分かる。したがって、第１及び第６リタデーションフィルム１２，２２のＮｚの値を１とし、第２及び第５リタデーションフィルム１３，２３のＮｚの値を０．６近傍に設定すれば、暗状態おいて最も黒い表示が得られることになる。
【００３７】
図７は、今度は反対に、第２及び第５リタデーションフィルム１３，２３のＮｚの値を１とした場合に第１及び第６リタデーションフィルム１２，２２のＮｚの値を１から０まで漸次変えることにより得られる偏光板１１の入射光の視角６０°の状態をドットで示している。かかるＮｚの値の変化に伴い、矢印の曲線のような偏光状態の変化を呈し、第１及び第６リタデーションフィルム１２，２２のＮｚの値が概ね０．３となるときに最もポイントｐ０に近づくことが分かる。したがって、第２及び第５リタデーションフィルム１３，２３のＮｚの値を１とし、第１及び第６リタデーションフィルム１２，２２のＮｚの値を０．３近傍に設定すれば、暗状態おいて最も黒い表示が得られることになる。
【００３８】
なお、Ｎｚの値が１の場合当該フィルムは１軸性であることを示しこれ以外の場合（Ｎｚ≠１）は２軸性を示す。Ｎｚが１以下の値においてポイントｐ０に近づくので、リタデーションフィルム１３，２３，１２，２２のＮｚの値は１以下と規定することができる。Ｎｚの値は１より大きいケースもありうるが、ポイントｐ０に十分に偏光状態を近づけるためにはＮｚの値は１以下にするべきである。また、Ｎｚの値が０以下の場合もあるが、本例の場合はポイントｐ０から遠くなるので採用されない。したがって、０＜Ｎｚ≦１と規定することができる。要は、偏光板１１の吸収軸に平行な方向に振動する偏光状態の光成分が表示装置１００の暗状態において所定の視角（ここでは６０°）において生じる可能性を最も高く（又は比較的に高く）するよう第１及び第２リタデーション並びに第５及び第６リタデーションフィルムの２軸性を規定するために、Ｎｚの値を用いている。さらに注記するに、第１及び第２リタデーション並びに第５及び第６リタデーションフィルムはいずれも２軸性すなわちＮｚ＜１の条件を満たすようにすることも可能である。この場合、それぞれが０＜Ｎｚ＜１を充足する中間的な値を有することとなる。
【００３９】
図８は、画面上の全方角における視角特性を示しており、（Ａ１），（Ｂ１）及び（Ｃ１）は、それぞれ比較例，上記図６の例及び上記図７の例によるコントラスト比の分布を、（Ａ２），（Ｂ２）及び（Ｃ２）は、それぞれ比較例，上記図６の例及び上記図７の例による階調反転領域の分布を示している。比較例としては、文献「K. Hosaki
et al. ”Novel Ultra-Thin Hybrid Aligned Nematic Compensators for Wide-Viewing-Angle Transflective TFT-LCDs”, SID 03 DIGEST, P-122, pp. 692-695, May 20, 2003」に記載の構成を適用した。
【００４０】
いずれも図の左右方向の右端部を０度として反時計回りに３６０度の特性を示している。グラフは、当該グラフの円の中心を画面の正視状態としこれから全角度方向において視線をずらした場合に得られるコントラスト比又は階調の反転の度合いを等高線で示したものである。すなわち、０度方向が画面の左右方向における右端部に対応するとすると、例えば０度方向であれば真正面に画面を見ている状態から画面の左右方向において右側に視線を向けていき、それらの値を得る。このような値の取得を他の角度方向に対しても行い、全角度方向において取得した値から、当該値の等高線が得られるのである。
【００４１】
等コントラスト特性のグラフでは、極めて高いコントラスト比（１００以上）を呈する範囲をドットを付して示し、極めて低いコントラスト比を呈する範囲を斜線を付して示している。また、階調反転特性のグラフでは、階調反転が生じる範囲（８階調の場合）を×印を付して示している。
【００４２】
これらの図から分かるように、比較例のものに比べ、本実施例による（Ｂ１）及び（Ｃ１）においてはコントラスト比の高い領域が広くかつ概ね対称の形を呈し、（Ｂ２）及び（Ｃ２）においては階調反転する領域が狭いものとなる。
【００４３】
なお、図８の上下左右は、画面の上下左右に対応するものである。したがって、実施例によれば、画面の上下左右において極端に視線を傾けた場合には階調反転し易いことになるが、図１に示されるような各層及びフィルムの軸を回転させれば、例えば画面の対角線方向に当該階調反転領域を回転させることも可能である。
【実施例２】
【００４４】
図９は、本発明の他の実施例による液晶表示装置の構成を概略的に示している。
【００４５】
この液晶表示装置２００は、反射型液晶表示装置であり、図１に示されたものと同等部分は同一の符号が付されており、それらの詳細については上述に委ね省略する。
【００４６】
本実施例においては、第４ないし第６リタデーションフィルム２４〜２２及び偏光板２１並びにバックライト２０に代えて、光反射層（Ref）１６が液晶層１５の背面側に配される。直線偏光板１１及び第１ないし第３リタデーションフィルム１２〜１４は、実質的右円偏光又は左円偏光機能を有する手段を形成する。
【００４７】
図９に線Ｌｂで示されるように、液晶表示装置２００に入射した外光は、先ず直線偏光板１１を透過して直線偏光になり、次に第１リタデーションフィルム１２を透過してλ／２のリタデーションが付され、所定の方向に変えられた直線偏光となる。その後、かかる直線偏光は第２及び第３リタデーションフィルム１３，１４に入り右（又は左）回りの楕円偏光になり液晶層１５に導かれる。黒表示動作（暗状態）のときには、液晶層１５のリタデーションがほぼゼロ（但し、本例では円偏光にするため約３０ｎｍとしている）となっており、反射層１６には右（又は左）円偏光が到達する（以上、往路）。復路においては、液晶層１５からの光が反射層１６によって反射されるとここで方向の反転された左（又は右）円偏光となり液晶層１５に入る。ここで再び液晶層１５を通過すると、往路において液晶層１５に入射した楕円偏光を反転した方向の楕円偏光となって第３及び第２リタデーションフィルム１４，１３に入る。第３及び第２リタデーションフィルム１４，１３は、この反射して来た楕円偏光を、往路において第２リタデーションフィルム１３に入射した直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に変換する。この直線偏光が第１リタデーションフィルム１２を透過すると、λ／２のリタデーションが付され、往路において第１リタデーションフィルム１２に入射した直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光に変換され、偏光板１１へと導かれる。偏光板１１は、この直線偏光の偏光方向に丁度平行にその吸収軸を有するので、第１リタデーションフィルム１２から入った光は遮断（吸収）され、当該装置１００の画面から出ることなく黒表示となる。
【００４８】
一方、白表示動作（明状態）のときは、図１に線Ｌｗにて示されるように、同様に右（又は左）回りの楕円偏光が液晶層１５に入射するが、液晶層１５はこのときλ／４（約１５０ｎｍ）のリタデーションを奏しており、反射層１６には所定の偏光方向の直線偏光が導かれる（以上、往路）。復路において、反射層１６はこれを反射するが、直線偏光である故にその偏光方向を変えずに液晶層１５にそのまま戻すことになる。液晶層１５は、この反射して来た直線偏光をそのリタデーションにより、往路において当該液晶層に入射した楕円偏光と同じ方向の右（又は左）回り楕円偏光に変換し、第３及び第２リタデーションフィルム１４，１３に導く。第３及び第２リタデーションフィルム１４，１３はこの反射光を往路において当該フィルム１３に入射した直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に変換して第１リタデーションフィルム１２に導く。第１リタデーションフィルム１２も、往路において当該フィルム１２に入射した直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に変換して直線偏光板１１に戻す。偏光板１１は、この直線偏光の偏光方向に直交する吸収軸及び平行な透過軸を有するので、第１リタデーションフィルム１２から入った光は透過させられ、当該装置１００の画面から出て白表示となる。
【００４９】
中間調表示の場合は、液晶層１５が表示すべき中間色又は明度に応じたリタデーションを奏し、第３リタデーションフィルム１４にはそれに対応した振動成分の楕円偏光を戻す。これにより偏光板１１には、その吸収軸に直交する直線偏光成分が当該色又は明度に応じた分だけ入り、これが画面から出ることになり、中間調表示が達成される。
【００５０】
本実施例においても、上述と同様に、第３リタデーションフィルム１４及び液晶層１５の構成と、第１及び第２リタデーションフィルム１２，１３の２軸性とを規定することにより視角特性を向上させている。すなわち、先の実施例における第４リタデーションフィルム２４の機能は、本実施例では光の復路において第３リタデーションフィルム１４が機能することになるので、第３リタデーションフィルム１４を２枚重ねた形態を図４及び図５の考察に当てはめ、当該フィルムのリタデーションの視角依存性や液晶層１５に対する黒表示における印加電圧値を設定すればよい。また、先の実施例における第５及び第６リタデーションフィルム２３，２２の機能は、本実施例では光の復路において第２及び第１リタデーションフィルム１３，１２が機能することになるので、第１リタデーションフィルム１２のＮｚの値を１とした場合の第２リタデーションフィルム１３のＮｚの値について図６の考察に当てはめ、或いは、第２リタデーションフィルム１３のＮｚの値を１とした場合の第１リタデーションフィルム１２のＮｚの値について図７の考察に当てはめ、暗状態において最も効果的なＮｚの値を選択すれば同様の効果を得られる。
【００５１】
なお、液晶層１５のリタデーションは、扱われる光が往復光路を有し液晶層１５を２度通過するので透過型表示装置のものの半分の値となっている。また、同じ理由で、暗状態における液晶層１５のリタデーションの値と、第２及び第３リタデーションフィルムのリタデーションの値との和は、透過型表示装置における暗状態における液晶層１５のリタデーションの値と、第２ないし第５リタデーションフィルムのリタデーションの値との和の半分となっている。
【００５２】
以上、透過型と反射型の液晶表示装置について説明したが、いわゆる半透過型液晶表示装置にも本発明は適用可能である。すなわち、基本的には透過型液晶表示装置１００の構成に対し液晶層１５と第４リタデーションフィルム２４との間に部分的に光反射層を配する構成とされる。また、この場合の光反射層は、各画素において反射領域を形成しそれ以外は透過領域とされるものとするが可能である。また、光反射層３１は、画素電極を兼ねるように形成されてもよい。かかる半透過型液晶表示装置の光反射層の構成は、文献の「M. Kubo, et al.”Development of Advanced TFT with Good Legibility under Any Intensity of Ambient Light”, IDW’99, Proceedings of The Sixth International Display Workshops, AMD3-4, page 183-186, Dec. 1, 1999, sponsored by ITE and SID」などを参照することができる。
【００５３】
この場合、当該反射領域では図９において説明される光の振舞いを呈し、当該透過領域では図１において説明される光の振舞いを呈することとなり、反射及び透過の両モードにおいて上述と同様の効果を期待することができる。
【００５４】
なお、図１に示される透過型表示装置では、偏光板２１と第４ないし第６リタデーションフィルム２４〜２２とが右円偏光手段を形成するものとして説明したが、これらが左円偏光手段を形成するものとして改変することもできる。この場合、偏光板１１と第１ないし第３リタデーションフィルム１２〜１４とが左円偏光手段を形成することになる。すなわち、液晶層１５を上下に挟む一方及び他方の円偏光手段は、そのうちの片方が右回りの円偏光をなせばもう片方はその反対の左回りの円偏光をなす役目を担う。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、種々の変形が可能であることは勿論であるし、当該液晶表示装置に付加的な構成要素を加えて実現することも可能である。また、上述においては「遅軸」や「進軸」、「ダイレクタ」、「配向方向」、「直交」、「平行」などの用語によって本発明特有の技術的特徴を表したが、別の用語によりそうした特徴を表現されうるので、本発明においては特に、これらが意味する真の技術的事項を指向するものであることに留意すべきである。
【００５６】
さらに、本発明は、上記実施例に必ずしも限定されるものではなく、当業者であれば請求の範囲に記載の主旨から逸脱することなく種々の改変例を導き出せることも言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例による透過型液晶表示装置の概略的構造を透視画法的に描かれた模式図。
【図２】本発明に適用される平行配向型液晶層の構成を示す概略斜視図。
【図３】図１の液晶表示装置における液晶層のリタデーションの視角依存性を示すグラフ。
【図４】第３リタデーションフィルムと第４リタデーションフィルムとを重ねた場合における視角対リタデーションの特性曲線を示すグラフ。
【図５】第３リタデーションフィルム，液晶層及び第４リタデーションフィルムの３層構造の視角対リタデーションの特性曲線を示すグラフ。
【図６】ポアンカレ球にて第１のケースにおける表示装置における光の偏光状態を示すグラフ。
【図７】ポアンカレ球にて第２のケースにおける表示装置における光の偏光状態を示すグラフ。
【図８】比較例，図６の例及び図７の例によるコントラスト比の分布及び階調反転領域の分布を示すグラフ。
【図９】本発明の他の実施例による反射型液晶表示装置の概略的構造を透視画法的に描かれた模式図。
【符号の説明】
【００５８】
１００…透過型液晶表示装置
１１…直線偏光板
１２…第１リタデーションフィルム
１３…第２リタデーションフィルム
１４…第３リタデーションフィルム
１５…液晶層
２０…バックライト
２１…直線偏光板
２２…第６リタデーションフィルム
２３…第５リタデーションフィルム
２４…第４リタデーションフィルム
１５ｍ…液晶分子
１７，１８…配向層
１９…ラビング方向
２００…反射型液晶表示装置
１６…光反射層
【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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【国際調査報告】
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