(57)【要約】【課題】  低階調間での階調反転現象の発生を抑制することができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、上記液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜しており、（Ａ）上記第二のλ／２位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ａ（ｎｍ）と、電圧無印加時の液晶層の基板面法線方向から見たときの位相差ｂ（ｎｍ）との組み合わせ、又は、（Ｂ）上記視角補償用の位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ｃ（ｎｍ）と、上記λ／４位相差板のＮｚ係数ｄとの組み合わせが調整された液晶表示装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、
該液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、
該視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜しており、
該第二のλ／２位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ａ（ｎｍ）と、電圧無印加時の液晶層の基板面法線方向から見たときの位相差ｂ（ｎｍ）との組み合わせは、下記式（１）及び（２）；
ｂ＝（６．７９７８）×ａ−１５１２    （１）
ｂ＝（−０．００４３５６８）×ａ３＋（３．３９３４）×ａ２＋（−８７２．６７）×ａ＋７４３２１    （２）
で表される線で囲まれる範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第一のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２６０〜２８０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記λ／４位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が８０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶層は、電圧無印加時に基板面法線方向から見たときの位相差が１０５〜３０５ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記視角補償用の位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が１００〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第二のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３８〜２６８ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】
第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、
該液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、
該視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜しており、
該λ／４位相差板は、二軸異方性を有し、
該視角補償用の位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ｃ（ｎｍ）と、λ／４位相差板のＮｚ係数ｄとの組み合わせは、下記式（３）及び（４）；
ｄ＝（−０．０００２７２２１５）×ｃ３＋（０．１０５７３９）×ｃ２＋（−１３．５４１４）×ｃ＋５７３．１７２    （３）
ｄ＝（−０．０００９０７９００）×ｃ３＋（０．３４８９４８）×ｃ２＋（−４４．５１４８）×ｃ＋１８８６．３４    （４）
で表される線で囲まれる範囲内であって、かつ、Ｎｚ係数ｄが
０．６＜ｄ＜１    （５）
であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記第一のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２６０〜２８０ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記λ／４位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が８０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶層は、電圧無印加時に基板面法線方向から見たときの位相差が１０５〜３０５ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記視角補償用の位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が１２２〜１２６ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第二のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３０〜２８０ｎｍであることを特徴とする請求項７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。より詳しくは、電界によって液晶セルの複屈折率を変化させて光透過率や色等を制御する光干渉色（ＥＣＢ；Electrically Controlled Birefringence）モードであって、液晶分子を基板面に対して平行な方向に配向させる方式に好適に用いられる液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄型かつ低消費電力であるため、パーソナルコンピュータ等のＯＡ機器、電子手帳や携帯電話機等の携帯情報端末機器、カメラ一体型ＶＴＲ等に広く用いられている。液晶表示装置は液晶セルの持つ特性を生かして表示を行う装置であり、その利用の方法には様々な種類がある。なかでも、ＥＣＢモードは、電場印加で液晶セルの複屈折を制御することに基づいており、多色カラー液晶表示方式として有用なものである。ＥＣＢモードは更に、液晶分子を基板面に対して平行に配向させるもの、垂直に配向させるもの等、様々な方式に分類される。
【０００３】
ＥＣＢモードの液晶表示装置は、通常、液晶層を挟持するように両側から基板、位相差板及び偏光板が重畳して設けられる。それぞれの基板は電極を有し、液晶層に対して一定の電圧を印加することができる。水平配向型ＥＣＢモードでの各層での光の偏光状態は、以下のとおりとなる。入射光は偏光板を通過することによって直線偏光となり、色補償用の１／２波長板に入射する。１／２波長板を通過後は、直線偏光のまま偏光軸の方向が変化する。その後、１／４波長板を通って直線偏光は円偏光状態となる。
【０００４】
液晶に印加される電圧がほぼゼロに近いとき、円偏光状態で液晶層に入った光は、液晶層のリタデーション（位相差）によって逆周りの円偏光状態となり、更に、１／４波長板によって直線偏光に変化する。その後、１／２波長板を経て偏光板とほぼ平行な軸をもつ直線偏光へと変化し、光は偏光板を透過して白表示となる。
【０００５】
一方、液晶に電圧が印加されているとき、印加電圧が有限であることや、基板付近の液晶分子については配向膜等のアンカリングによって、液晶は完全には垂直方向に配向しきれず、基板面法線方向から見たときに残留リタデーションが発生する。液晶残留リタデーションと１枚の１／４波長板の合計のリタデーションは、ほぼ１／４波長板分の位相差に相当し、１／４波長板を通過後の光は再び直線偏光となる。その後、１／２波長板を経て偏光板とほぼ直行する軸をもつ直線偏光へと変化し、光は偏光板を透過せず黒表示となる。
【０００６】
このようなＥＣＢモードの液晶表示装置としては、例えば、反射透過両用型の液晶表示装置において、反射表示と透過表示とで階調状態の整合性を位相差板によって調整した液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、ＥＣＢモードの液晶表示装置を用いる場合には、例えば、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合とその反対方向に視角を傾斜した場合とでは液晶層の実効的な複屈折量が大きく変わるために、視角特性に違いが生じ、表示品位の特性が見る角度によって変わってしまっていた。
【０００８】
これに対しては、視角補償用の位相差板を用いることで広視野角を実現する液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２の液晶表示装置では、基板と偏光板との間に視角補償用の位相差板を設けており、この位相差板は、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が小さくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が大きくなるように、かつ、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が大きくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が小さくなるように設計されている。これにより、視角特性の低下が補償され、広視野角に優れた表示品位が得られる。
【０００９】
ところが、水平配向型ＥＣＢモードの液晶表示装置に上述の技術を適用した場合、例えば、図１０−１及び図１０−２のように、第一の基板２と第二の基板３との間に液晶層１を挟持し、第二の基板側から透過光１０が照射される場合であって、第一の基板２のラビング方向を表示面の背面側から見て右方向に、第二の基板のラビング方向を表示面の背面側から見て左方向に処理した場合、一方に視角を傾けた際に低い階調間（黒、灰色等）で輝度が逆転する階調反転現象が発生することがあった。具体的には、中間表示時においては、図１０−１に示すように、各基板の法線方向から見たときは表示は灰色であるが、第二の基板３のラビング方向に視角を傾けたときは黒に階調が変化する。また、黒表示時においては、図１０−２に示すように、各基板の法線方向から見たときは表示は黒であるが、第二の基板３のラビング方向に視角を傾けたときは灰色に階調が変化する。なお、図１０−１及び図１０−２の装置外に示した楕円及び円は、その方向から見た液晶分子の屈折率を示し、楕円は灰色表示を示し、円は黒表示を示す。
【特許文献１】特開２０００−１８７２２０号公報
【特許文献２】特開２０００−２５８７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、低階調間での階調反転現象の発生を抑制することができる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、低階調間で階調反転現象を生じさせない表示について種々検討したところ、表示面に対する視角によって、位相差が異なることに着目した。そして、いずれのラビング方向に視角を傾けた場合であっても光の透過率が低階調間で逆転しない条件を検討した結果、（Ａ）位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差と、電圧無印加時の液晶層の基板面法線方向から見たときの位相差との組み合わせを下記式（１）及び（２）で囲まれる範囲内に設定する、又は、（Ｂ）視角補償用の位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差と、λ／４位相差板のＮｚ係数との組み合わせを下記式（３）及び（４）で囲まれる範囲内であって、かつ、Ｎｚ係数ｄを下記式（５）の範囲内となるように設定することにより、各位相差が補償されて低階調間で階調反転現象が起こらないことを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、上記液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜しており、上記第二のλ／２位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ａ（ｎｍ）と、電圧無印加時の液晶層の基板面法線方向から見たときの位相差ｂ（ｎｍ）との組み合わせは、下記式（１）及び（２）；
ｂ＝（６．７９７８）×ａ−１５１２    （１）
ｂ＝（−０．００４３５６８）×ａ３＋（３．３９３４）×ａ２＋（−８７２．６７）×ａ＋７４３２１    （２）
で表される線で囲まれる範囲内である液晶表示装置（以下、第一の液晶表示装置ともいう。）である。
【００１３】
また、本発明は、第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、上記液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜しており、上記λ／４位相差板は、二軸異方性を有し、上記視角補償用の位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ｃ（ｎｍ）と、λ／４位相差板のＮｚ係数ｄとの組み合わせは、下記式（３）及び（４）；
ｄ＝（−０．０００２７２２１５）×ｃ３＋（０．１０５７３９）×ｃ２＋（−１３．５４１４）×ｃ＋５７３．１７２    （３）
ｄ＝（−０．０００９０７９００）×ｃ３＋（０．３４８９４８）×ｃ２＋（−４４．５１４８）×ｃ＋１８８６．３４    （４）
で表される線で囲まれる範囲内であって、かつ、Ｎｚ係数ｄが
０．６＜ｄ＜１    （５）
である液晶表示装置（以下、第二の液晶表示装置ともいう。）でもある。
【００１４】
以下、本発明の第一の液晶表示装置について詳述する。
【００１５】
本発明の第一の液晶表示装置は、第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する。第一の基板及び第二の基板は、ガラスやプラスチック等でできた基板であり、通常、透光性を有する。第一の偏光板及び第二の偏光板は、光に対して特定の偏光成分のみを透過させる機能を有するものであり、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を含有するポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等からなる偏光成分を有するものが挙げられる。なお、偏光板には、必要に応じてトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等からなる支持層が設けられていてもよい。
【００１６】
本明細書においてλ／４位相差板とは、可視光領域において略１／４波長の正面位相差を生じさせる位相差板を意味する。λ／４位相差板により、垂直方向から入射した直線偏光、及び、斜め方向から入射した楕円偏光を円偏光にすることができる。また、λ／２位相差板とは、可視光領域において略１／２波長の正面位相差を生じさせる位相差板を意味する。λ／２位相差板により、λ／４位相差板における位相差の波長分散を制御し、液晶表示における中間調及び黒表示の着色等の変色を防ぐことができる。
【００１７】
上記液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成されている。すなわち、本発明の液晶表示装置は水平配向型ＥＣＢモードの表示方式を採用しており、電圧無印加時においては、液晶分子は基板面に対して平行な向きに配向しており、電圧印加時においては、液晶分子は基板面に対して斜め方向に傾斜することになる。そして、電圧印加時に液晶層を透過した直線偏光は円偏光になる、あるいは、円偏光は直線偏光になるため、これを利用して黒表示と白表示とを制御することができる。
【００１８】
上記視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜している。水平配向モードの液晶表示装置においては、電圧を印加した場合の液晶分子の基板に対する傾斜角は、基板近傍から中央部に向かって大きくなるよう連続的に変化する。このような液晶表示装置に対して視角を表示画面の法線方向から傾斜してゆくと、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が小さくなり、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合では液晶層の実効的な複屈折量が大きくなる。したがって、液晶層の実効的な複屈折量が視角に大きく依存し、光の透過量が変わってしまう。これに対して、上述のような位相差板によれば、液晶分子の光軸方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が小さくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が大きくなるように、また、液晶分子の光軸方向とは反対方向に視角を傾斜した場合の液晶層の実効的な複屈折量が大きくなることに対して、位相差板の実効的な複屈折量が小さくなるように設計することができる。そうすることで、全体として複屈折量が平均化されるので、広視野角に対して優れた表示品位が得られる。
【００１９】
上記第二のλ／２位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ａ（ｎｍ）と、電圧無印加時の液晶層の基板面法線方向から見たときの位相差ｂ（ｎｍ）との組み合わせは、下記式（１）及び（２）；
ｂ＝（６．７９７８）×ａ−１５１２    （１）
ｂ＝（−０．００４３５６８）×ａ３＋（３．３９３４）×ａ２＋（−８７２．６７）×ａ＋７４３２１    （２）
で表される線で囲まれる範囲内である。
【００２０】
図９は、従来の液晶表示装置における階調特性と視角との関係を示すグラフである。横軸が正面方向から斜め方向に傾けていったときの視角を示し、縦軸が透過率を示す。また、視角０°（正面方向）での全階調（白〜黒）を１０階調分に９分割して、明るい順に「Ｌ１（白）、Ｌ２、・・・、Ｌ１０（黒）」としている。図９の破線部で示すように視角が２０°付近になると低階調と高階調とで一度透過率の大きさが逆転し、階調反転現象が生じる。このような階調特性は、その視角方向における液晶層の位相差と各位相差板の位相差とを総合した位相差で決定されるため、階調反転は各位相差のバランスが最適化された特定の条件に設定されたときに改善される。本発明のように、上記式（１）及び（２）で表される線で囲まれる範囲内に各位相差を調整することで階調反転現象が発生しなくなり、より広い視角領域で階調特性を確保することができる。
【００２１】
以下、本発明の第一の液晶表示装置の好ましい形態について詳述する。
【００２２】
上記第一のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２６０〜２８０ｎｍであることが好ましく、上記λ／４位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が８０〜１００ｎｍであることが好ましく、上記液晶層は、電圧無印加時に基板面法線方向から見たときの位相差が１０５〜３０５ｎｍであることが好ましく、上記視角補償用の位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が１００〜１５０ｎｍであることが好ましく、上記第二のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３８〜２６８ｎｍであることが好ましい。このような範囲内に設定した場合、液晶層に対する電圧の印加を低減しつつ、低階調間での階調反転現象をより効果的に抑制することができる。なお、このような設定は、全てが上述のような範囲となっていることがより好ましい。
【００２３】
すなわち、第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、上記液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜している場合、上記第一のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２６０〜２８０ｎｍであり、上記λ／４位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が８０〜１００ｎｍであり、上記液晶層は、電圧無印加時に基板面法線方向から見たときの位相差が１０５〜３０５ｎｍであり、上記視角補償用の位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が１００〜１５０ｎｍであり、上記第二のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３８〜２６８ｎｍであることが好ましい。
【００２４】
以下、本発明の第二の液晶表示装置について詳述する。
【００２５】
本発明の第二の液晶表示装置は、第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、λ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、上記液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜している。このような本発明の第二の液晶表示装置の構成は、上述の第一の液晶表示装置の構成と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００２６】
上記λ／４位相差板は、二軸異方性を有するものである。本発明の第二液晶表示装置においては、視角補償用の位相差板の屈折率楕円体の位相差と、二軸異方性を有する（Ｎｚ係数が１でない）λ／４位相差板のＮｚ係数とを最適化することで、階調反転をなくすこととしている。
【００２７】
上記視角補償用の位相差板の基板面法線方向から見たときの位相差ｃ（ｎｍ）と、λ／４位相差板のＮｚ係数ｄとの組み合わせは、下記式（３）及び（４）；
ｄ＝（−０．０００２７２２１５）×ｃ３＋（０．１０５７３９）×ｃ２＋（−１３．５４１４）×ｃ＋５７３．１７２    （３）
ｄ＝（−０．０００９０７９００）×ｃ３＋（０．３４８９４８）×ｃ２＋（−４４．５１４８）×ｃ＋１８８６．３４    （４）
で表される線で囲まれる範囲内であって、かつ、Ｎｚ係数ｄが
０．６＜ｄ＜１    （５）
である。
【００２８】
Ｎｚ係数は、屈折率成分ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの大小関係を表す指標の一つであり、下記式（６）で表される。
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）    （６）
λ／４位相差板のＮｚ係数を用いて調整することによってもｚ方向の位相差の調整は可能であり、本発明の第二の液晶表示装置においては、階調反転特性の改善に不可欠なｚ方向の位相差の適正化を、視角補償用の位相差板のｚ方向の位相差の調整とともにλ／４位相差板のＮｚ係数を用いて調整することで位相差補償を行っている。本発明のように、上記式（３）及び（４）で表される線で囲まれる範囲内であって、かつ、Ｎｚ係数ｄを式（５）の範囲内となるように位相差及びＮｚ係数を調整することで、階調反転現象を抑制しつつ、更に、黒表示時の液晶印加電圧を低下させて液晶表示装置を駆動することができるようになる。黒表示時の液晶印加電圧を低下させるには、視角補償用の位相差板のｘｙ平面での位相差を下げればよく、実際には視角補償用の位相差板の厚みを小さくすることで達成される。ただし、これによって視角補償用の位相差板のｚ方向の位相差も減ってしまう。そこで、上述の範囲内にλ／４位相差板のＮｚ係数ｄを設定し、ｚ方向の位相差を補償することとしている。
【００２９】
以下、本発明の第二の液晶表示装置の好ましい形態について詳述する。
【００３０】
上記第一のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２６０〜２８０ｎｍであることが好ましく、上記λ／４位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が８０〜１００ｎｍであることが好ましく、上記液晶層は、電圧無印加時に基板面法線方向から見たときの位相差が１０５〜３０５ｎｍであることが好ましく、上記視角補償用の位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が１２２〜１２６ｎｍであることが好ましく、上記第二のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３０〜２８０ｎｍであることが好ましい。このような範囲内に設定した場合、液晶層に対する電圧の印加を低減しつつ、低階調間での階調反転現象をより効果的に抑制することができる。なお、このような設定は、全てが上述のような範囲となっていることがより好ましい。
【００３１】
すなわち、第一の偏光板、第一のλ／２位相差板、二軸異方性を有するλ／４位相差板、第一の基板、液晶層、第二の基板、視角補償用の位相差板、第二のλ／２位相差板、及び、第二の偏光板を、表示面側からこの順に積層して有する液晶表示装置であって、上記液晶層は、電圧無印加時に第一及び第二の基板面に対して水平方向に配向する、正の誘電率異方性を有する液晶材料で構成され、上記視角補償用の位相差板は、屈折率楕円体の少なくとも一つの主屈折率の方向が基板面法線方向に対して傾斜している場合、上記第一のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２６０〜２８０ｎｍであり、上記λ／４位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が８０〜１００ｎｍであり、上記液晶層は、電圧無印加時に基板面法線方向から見たときの位相差が１０５〜３０５ｎｍであり、上記視角補償用の位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が１２２〜１２６ｎｍであり、上記第二のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３０〜２８０ｎｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の液晶表示装置によれば、低階調間において階調反転現象の発生を抑制することができ、優れた表示品位を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に実施例を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
図１は、実施例１の液晶表示装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施例の液晶表示装置は、第一の偏光板８、第一のλ／２位相差板４、λ／４位相差板５、第一の基板２、液晶層１、第二の基板３、視角補償フィルム（ＮＲフィルム）６、第二のλ／２位相差板７、及び、第二の偏光板９が、表示面側からこの順に積層されて構成されている。本実施例において液晶材料は、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶分子を用いている。透過光１０は第二の基板３側から照射される。液晶層１及び各位相差板は、透過光１０を屈折させることができ、その屈折率の度合いは図１に示すような屈折率楕円体で表される。図１に示すように、液晶層１での屈折率は液晶分子の長軸の傾きによって決まり、第一のλ／２位相差板４は、長軸が基板面に対して平行な屈折率楕円体を有し、視角補償フィルム６は、長軸が基板面に対して平行な屈折率楕円体と、長軸が基板面に対して斜め方向に向いている屈折率楕円体とを有する。
【００３５】
図２は、本実施例の液晶表示装置の表示領域を示す模式図である。（ａ）は平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す一点鎖線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。本実施例においては、第二の基板３側がアクティブマトリクス基板であり、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガラス等の絶縁性を有する透明基板１２上に走査線２１及び信号線２２が直交するようにして配線され、かつ、これらの交点において、スイッチング素子であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２８が配置されている。また、走査線２１と信号線２２とで囲まれた領域で１つの画素が形成され、その形状にあわせて画素電極１４が形成されている。
【００３６】
ＴＦＴ２８は、ゲート電極２７、ゲート絶縁膜１６、ソース電極２４、ドレイン電極２５及び半導体層２３で構成されている。走査線２１に接続されたゲート電極２７は、ゲート絶縁膜１６に覆われている。ゲート絶縁膜１６上の、ゲート電極２７と重畳する領域には、半導体層２３が設けられている。半導体層２３の上には、信号線２２に接続されたソース電極２４と、画素電極１４に接続されたドレイン電極２５とが互いに間隔を空けて設けられている。そして、これらの電極等の上部には、一面に層間絶縁膜１８が設けられており、かつ、その上部に画素電極１４が形成されている。画素電極１４は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の光透過率の高い材料で構成されている。画素電極１４とドレイン電極２５とは重畳した構成となっており、コンタクトホール２６を介して電気的に接続されている。
【００３７】
本実施例においては、第一の基板２側がカラーフィルタ基板であり、ガラス等の絶縁性を有する透明基板１１の上に着色層１５が設けられ、更にその上に共通電極１３が積層されて構成されている。着色層１５は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色で構成されている。共通電極１３は画素電極１４と同様、ＩＴＯ等で構成されている。
【００３８】
このような第一の基板２及び第二の基板３の液晶層１側の最表面には高分子樹脂からなる配向膜１７が形成されており、この配向膜１７には、液晶分子を水平に配向させるラビング処理が施されている。ラビング処理は、第一の基板２と第二の基板３とで、互いに逆方向に向かって処理されている。そうすることで、液晶分子の配向方向が両基板近傍で同一となる。
【００３９】
本実施例においては、第一のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２６０〜２８０ｎｍとなるように、上記λ／４位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が８０〜１００ｎｍとなるように、上記液晶層は、電圧無印加時に基板面法線方向から見たときの位相差が１０５〜３０５ｎｍとなるように、上記視角補償用の位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が１００〜１５０ｎｍとなるように、上記第二のλ／２位相差板は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３８〜２６８ｎｍとなるように設定されている。
【００４０】
本実施例において視角補償フィルム６は一軸性であり、屈折率楕円体の１つの主屈折率の方向が各基板の法線方向に対して傾斜している。具体的には、図３に示すように、ｘ、ｙ及びｚ軸を有する三次元の直交座標系に対して、各基板の表面方向にｘ軸及びｙ軸が、各基板の法線方向にｚ軸が配置されるように設定されている。なお、ｚ軸は透過光の進行方向、液晶表示装置の裏面から表面に向かう方向を正とする。このとき視角補償フィルム６は、屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎａ、ｎｂ、ｎｃのうち、主屈折率ｎａがｙ軸と平行となっており、主屈折率ｎｂがｚ軸に対して傾斜しており、主屈折率ｎｃがｘ軸に対して傾斜している。具体的には、主屈折率ｎｂ、ｎｃはそれぞれ、ｘ及びｚ軸に対してｙ軸を中心とした反時計回りに傾斜角θを有する。また、視角補償フィルム６の屈折率楕円体の傾斜は、基板界面近傍に位置する液晶分子の傾斜方向と反対回転に設置されている。
【００４１】
第一のλ／２位相差板４及び第二のλ／２位相差板７は色補償のために設けられており、λ／４位相差板５は、直線偏光を円偏光に変換するために設けられている。本実施例のように第一の偏光板８、λ／２位相差板３及びλ／４位相差板４を積層して設けることで、より広い波長帯域に対応し、表示の色付きを抑えることが可能となる。なお、各位相差板は板状やフィルム状のものを用いている。
【００４２】
図４は、実施例１の液晶表示装置の液晶層及び第二のλ／２位相差板の屈折率楕円体を示す断面模式図である。図４に示すように、本実施例の液晶表示装置は水平配向型ＥＣＢモードの液晶表示装置であり、図４（ａ）は白表示時を示し、図４（ｂ）は中間調表示時を示し、図４（ｃ）は黒表示時を示す。図４（ａ）〜（ｃ）中の楕円は、各基板を法線方向から見たときの、その領域に位置する分子の屈折率楕円体を示す。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、白表示時においては、電圧を印加していないために液晶層１中の液晶分子４１、４２は基板面に対して水平方向に配向している。そのため、透過光１０は、液晶層１及び視角補償フィルム６を透過した後、第一の偏光板８によって遮断されず表示面に出射されることになり、白表示を示す。
【００４４】
図４（ｂ）に示すように、中間調表示時においては、電圧印加の調整によって液晶層１中の中間領域に位置する液晶分子４１は基板面に対して斜め方向に配向している。そのため、透過光１０は、液晶層１及び視角補償フィルム６を透過した後、一部が第一の偏光板８によって遮断されることになり、中間調表示を示す。なお、基板界面近傍に位置する液晶分子４２は、配向膜１７の影響を受けて電圧印加時においても基板面に対して水平方向に配向している。
【００４５】
図４（ｃ）に示すように、黒表示時においては、強力な電圧の印加によって液晶層１中の中間領域に位置する液晶分子４１は基板面に対してほぼ垂直方向に配向している。そのため、透過光１０は、液晶層１及び視角補償フィルム６を透過した後、第一の偏光板８によって遮断されることになり、黒表示を示す。なお、基板界面近傍に位置する液晶分子４２は、配向膜１７の影響を受けて電圧印加時においても基板面に対して水平方向に配向している。
【００４６】
本実施例の液晶表示装置においては、液晶層１の位相差と第二のλ／２位相差板７の位相差との組み合わせが好適に設定されている。図５は、本実施例の第二のλ／２位相差板７の位相差ａ（ｎｍ）と、液晶層１の位相差ｂ（ｎｍ）との好適な組み合わせの範囲を示すグラフである。図５に示すように、基板面法線方向から見たときの第二のλ／２位相差板７の位相差ａ（ｎｍ）と、電圧無印加時の液晶層１の基板面法線方向から見たときの位相差ｂ（ｎｍ）との組み合わせは、下記式（１）及び（２）；
ｂ＝（６．７９７８）×ａ−１５１２    （１）
ｂ＝（−０．００４３５６８）×ａ３＋（３．３９３４）×ａ２＋（−８７２．６７）×ａ＋７４３２１    （２）
で表される線で囲まれる範囲内に設定されている。
【００４７】
液晶層１の位相差が大きくなると液晶層１の厚みも大きくなる。すなわち、図４中の液晶層１のうち、電圧印加によっても液晶分子の傾斜があまり変化しない基板界面近傍に位置する液晶分子４２と、電圧印加によって傾斜が変化する液晶層１中の中間領域に位置する液晶分子４１とのいずれの領域も大きくなる。したがって、液晶層１の厚みを調整することで、液晶層１の位相差が容易に調整される。また、ＥＣＢモードの構成においては、第二のλ／２位相差板７は、その位相差を大きく設定することで視角補償フィルム６のうち、基板面と平行な方向に屈折率楕円体を有する分子４３の位相差を減少させるのと同様の効果を奏する。このことから、液晶層１の厚みと第二のλ／２位相差板７の厚みとを調整することによって、他の位相差板、特に視角補償フィルム６を調整することなく容易に位相差の調整が可能となる。
【００４８】
上述の式（１）及び（２）で囲まれる範囲は、視角を０〜８０°に傾けたときに透過率が低階調間で逆転しないような条件のシミュレーションから算出された範囲である。本実施例においてシミュレーションは、液晶表示器設計用シミュレータ（商品名：ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ、シンテック社製）を用い、第一の偏光板８、ＴＡＣフィルム、第一のλ／２位相差板４、λ／４位相差板５、第一の基板２、液晶層１、第二の基板３、ＴＡＣフィルム、視角補償フィルム６、第二のλ／２位相差板７、ＴＡＣフィルム、及び、第二の偏光板９をこの順に積層して有する液晶表示装置を用いた。また、電圧無印加時であって、かつ基板面法線方向（０°）から見たときのそれぞれの位相差は、第一のλ／２位相差板４の位相差が２７０ｎｍ、λ／４位相差板５の位相差が９０ｎｍ、液晶層１の位相差が波長５９０ｎｍの光において２７０ｎｍ、視角補償フィルム６の位相差が１２０ｎｍ、第二のλ／２位相差板７の位相差が２７０ｎｍであった。図５は、このようにして算出された範囲を示すグラフであり、液晶層１の位相差（１０５〜３０５ｎｍ）と第二のλ／２位相差板７（２３８〜２６８ｎｍ）の位相差とを、図５に示す直線及び曲線で囲まれた範囲内に設定することにより各位相差が補償され、低階調間で階調反転現象を生じさせなくすることができ、表示面のどの方向に対しても、液晶表示における中間調及び黒表示の変色が抑制されることになる。
【００４９】
本発明は、このように液晶層１の厚みと第二のλ／２位相差板７の厚みとを調整することによって、視角を０〜８０°に傾けたときに透過率が低階調間で逆転しないような条件に設定することに一つの特徴がある。
【００５０】
（実施例２）
実施例２の液晶表示装置は、基本構成としては実施例１と同様である。ただし、λ／４位相差板５としては、一軸性を有するもの（Ｎｚ係数＝１）ではなく、二軸異方性を有するものが用いられている点で実施例１と異なっている。また、本実施例の視角補償フィルム６は、基板面法線方向から見たときの位相差が１２２〜１２６ｎｍとなるように、第二のλ／２位相差板７は、基板面法線方向から見たときの位相差が２３０〜２８０ｎｍとなるように設定されている点で実施例１と異なっている。
【００５１】
ここで、λ／４位相差板５の位相差が８０ｎｍのときであって、かつＮｚ係数が１のときは、視角補償フィルム６の位相差は１３５ｎｍとなり、λ／４位相差板５の位相差が８０ｎｍ以上のときであって、かつＮｚ係数が１のときは、視角補償フィルム６の位相差は１３５ｎｍ以下となる。また、λ／４位相差板５の位相差が１００ｎｍのときであって、かつＮｚ係数が１のときは、視角補償フィルム６の位相差は１１５ｎｍとなり、λ／４位相差板５の位相差が１００ｎｍ以下のときであって、かつＮｚ係数が１のときは、視角補償フィルム６の位相差は１１５ｎｍ以上となる。
【００５２】
本実施例の液晶表示装置においては、視角補償フィルム６の位相差と、λ／４位相差板５のＮｚ係数との組み合わせが最適化されている。図６は、本実施例の基板面法線方向から見たときの視角補償フィルム６の位相差と、λ／４位相差板５のＮｚ係数との組み合わせとの好適な組み合わせの範囲を示すグラフである。図６に示すように、基板面法線方向から見たときの視角補償フィルム６の位相差ｃ（ｎｍ）と、λ／４位相差板５のＮｚ係数ｄとの組み合わせは、下記式（３）及び（４）；
ｄ＝（−０．０００２７２２１５）×ｃ３＋（０．１０５７３９）×ｃ２＋（−１３．５４１４）×ｃ＋５７３．１７２    （３）
ｄ＝（−０．０００９０７９００）×ｃ３＋（０．３４８９４８）×ｃ２＋（−４４．５１４８）×ｃ＋１８８６．３４    （４）
で表される線で囲まれる範囲内であって、かつ、Ｎｚ係数ｄが
０．６＜ｄ＜１    （５）
である。図６の２つの直線及び２つの曲線で囲まれた範囲内に設定することにより各位相差が補償され、低階調間での階調反転が抑止することができ、表示面のどの方向に対しても、液晶表示における中間調及び黒表示の変色が抑制され、かつ、より低い液晶印加電圧で液晶表示装置を駆動することができるようになる。なお、本実施例の範囲は、液晶表示器設計用シミュレータ（商品名：ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ、シンテック社製）を用い、低階調間で階調が逆転せず、かつ、液晶印加電圧が低減されるような条件のシミュレーションから算出された範囲である。
【００５３】
図７−１は、λ／４位相差板５のＮｚ係数と、視角補償フィルム６の屈折率楕円体の形状との関係を示す模式図であり、ｘ−ｚ平面での断面図である。屈折率楕円体の軸方向（ｘ、ｙ、ｚ）の定義は図７−２に示すとおりであり、それぞれの軸方向の屈折率は、ｎｘ、ｎｙ、ｎｚである。図７−１ではｙ軸は、紙面に対して貫通する方向に定義づけられることになる。図７−１に示すように、Ｎｚの値が大きくなるにつれ、屈折率楕円体のｚ方向の屈折率（ｎｚ）は小さくなる。図８は、本実施例における位相差補償の原理を示す視角補償フィルム６の屈折率楕円体の模式図である。図８（ａ）はＮｚ＝１（ｎｚ＝ｎｙ＜ｎｘ）のときの屈折率楕円体を示し、図８（ｂ）はＮｚ＜１（ｎｚ’＞ｎｚ=ｎｙ）のときの屈折率楕円体を示す。図８（ａ）に示すように、Ｎｚ＝１のとき、屈折率楕円体が長軸方向にｎａの大きさ、短軸方向にｎｂの大きさを有することとした場合、図８（ｂ）に示すように、Ｎｚ＜１（ｎｚ’＞ｎｚ=ｎｙ）のとき、視角を傾けたときの屈折率は、長軸方向にｎａよりも大きなｎａ’の大きさ、短軸方向に同じｎｂの大きさを有することになり、長軸方向にＮｚ＝１のときよりも大きな屈折率を有することになる。また、これにより視角を傾けたときの位相差が変化する。本実施例ではこの原理を用いて位相差補償を行っている。本実施例のように、上記式（３）及び（４）で表される線で囲まれる範囲内に視角補償フィルム６の位相差を調整し、更に、λ／４位相差板５のＮｚ係数を式（５）の範囲内に調整することで、階調反転現象の発生を抑制しつつ、より低い液晶印加電圧で液晶表示装置を駆動することが可能となる。
【００５４】
低階調での階調反転を発生させない構成において液晶印加電圧を低下させるには、視角補償フィルム６のｘ−ｙ平面での位相差を下げればよい。これは、実際には視角補償フィルム６の厚み（ｚ方向）を小さくすることで達成される。ただし、視角補償フィルム６は、厚みを下げれば同時にｚ方向の位相差も減ってしまう。そこで本実施例では、階調反転特性改善のために屈折率楕円体のｚ方向の位相差の適正化を行いつつ、更に液晶印加電圧低下のために視角補償フィルム６の厚みを減らしており、かつ、それによって減少した分のｚ方向の位相差を、λ／４位相差板５のＮｚ係数を変化させて最適化することとしている。そうすることで、階調反転特性の改善を達成しつつ、液晶印加電圧を低下させることが可能となる。具体的には、従来では３．９Ｖとしていた黒表示時の液晶印加電圧を３．４Ｖで駆動することができるようになる。なお、Ｎｚ係数は異なる延伸条件によって作製された位相差板を用いることによって調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１の液晶表示装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施例１の液晶表示装置の表示領域を示す模式図である。（ａ）は平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す一点鎖線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。
【図３】実施例１の液晶表示装置の視角補償フィルムの主屈折率を示す模式図である。
【図４】実施例１の液晶表示装置の液晶層及び第二のλ／２位相差板の屈折率楕円体を示す断面模式図である。（ａ）は白表示時を示し、（ｂ）は中間調表示時を示し、（ｃ）は黒表示時を示す。
【図５】実施例１の第二のλ／２位相差板の位相差ａ（ｎｍ）と、液晶層の位相差ｂ（ｎｍ）との好適な組み合わせの範囲を示すグラフである。
【図６】実施例２の視角補償フィルムの位相差と、λ／４位相差板のＮｚ係数との組み合わせの好適な組み合わせの範囲を示すグラフである。
【図７−１】Ｎｚ係数と屈折率楕円体の形状との関係を示す模式図であり、ｘ−ｚ平面での断面図である。
【図７−２】屈折率楕円体の軸方向（ｘ、ｙ、ｚ）の定義を示す斜視図である。
【図８】実施例２における位相差補償の原理を示す視角補償フィルムの屈折率楕円体の模式図である。（ａ）はＮｚ＝１のときの屈折率楕円体を示し、（ｂ）はＮｚ＜１のときの屈折率楕円体を示す。
【図９】従来の液晶表示装置における階調特性と視角との関係を示すグラフである。
【図１０−１】従来の水平配向型ＥＣＢモードの液晶表示装置の、中間表示時の視角特性を示す模式図である。
【図１０−２】従来の水平配向型ＥＣＢモードの液晶表示装置の、黒表示時の視角特性を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：液晶層
２：第一の基板（カラーフィルタ基板）
３：第二の基板（アクティブマトリクス基板）
４：第一のλ／２位相差板
５：λ／４位相差板
６：視角補償フィルム
７：第二のλ／２位相差板
８：第一の偏光板
９：第二の偏光板
１０：透過光
１１：透明基板（アクティブマトリクス基板側）
１２：透明基板（カラーフィルタ基板側）
１３：共通電極
１４：画素電極
１５：着色層
１６：ゲート絶縁膜
１７：配向膜
１８：層間絶縁膜
２１：走査線
２２：信号線
２３：半導体層
２４：ソース電極
２５：ドレイン電極
２６：コンタクトホール
２７：ゲート電極
２８：ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３１：第一の基板のラビング方向
３２：第二の基板のラビング方向
４１：液晶層中の中間領域に位置する液晶分子
４２：基板界面近傍に位置する液晶分子
４３：基板面と平行な方向に屈折率楕円体を有する分子
【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７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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