(57)【要約】【課題】広視野角を実現することができる液晶表示装置の提供。【解決手段】液晶層３を挟持する第１透明基板１０及び第２透明基板２０の両外側に吸収軸が略直交する第１偏光板１及び第２偏光板２が配置され電圧無印加時に液晶分子は基板に平行に配向し電圧印加時に電界方向に配向する液晶表示装置であって、液晶層３と少なくとも一方の偏光板との間に、正の誘電異方性を持つ液晶分子を斜め又はハイブリッドに配向して固定化した液晶フィルム４と一軸フィルム５とを配設し、液晶フィルム４の配向方向と一軸フィルム５の遅相軸とが略直交し、一軸フィルム５の遅相軸と第２偏光板２の吸収軸とが略４５°になり、液晶層３の配向方向と液晶フィルム４の配向方向とが略等しく、液晶フィルム４の液晶層３側の液晶分子のチルト方向と液晶層３の液晶フィルム４側の液晶分子のチルト方向とが略等しくなるようにする。【選択図】図２
2008064843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透明基板と第２透明基板とを有し、前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に液晶層が挟持され、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層側には、それぞれ前記液晶層に電圧を印加するための透明電極を有し、前記液晶層は電圧無印加時には液晶分子がアンチパラレル配向をしており、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層とは反対側には、それぞれ第１偏光板と第２偏光板とを有し、前記液晶層と前記第１偏光板との間または前記液晶層と前記第２偏光板との間の少なくとも一方に、正の誘電異方性を有する液晶分子を斜め配向またはハイブリッド配向して固定化させた液晶フィルムと、正の一軸性の位相差フィルムとが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶層の前記液晶フィルム側の液晶分子のチルト方向と前記液晶フィルムの前記液晶層側の液晶分子のチルト方向とが略同じ方向を向き、前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向と前記位相差フィルムの遅相軸とが略直交し、前記第１偏光板の吸収軸と前記第２偏光板２の吸収軸とが略直交し、前記位相差フィルムの遅相軸と前記第１偏光板または前記第２偏光板の吸収軸とが略４５°になるように設置されてい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】
第１透明基板と第２透明基板とを有し、前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に液晶層が挟持され、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層側には、それぞれ電圧を印加するための透明電極が積層され、前記液晶層の液晶は正の誘電異方性を有する液晶であって、電圧無印加時には前記液晶層の液晶分子がツイスト配向し、電圧印加時には前記液晶層の液晶分子が前記透明電極間に生じる電界により透明基板平面に対して略垂直に配向しており、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層とは反対側には、それぞれ第１偏光板と第２偏光板とが配置され、前記第１透明基板と前記第１偏光板との間または前記第２透明基板と前記第２偏光板との少なくとも一方に、正の誘電異方性を有する液晶分子を斜め配向またはハイブリッド配向して固定化させた液晶フィルムと、正の一軸性の位相差フィルムとが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶層の液晶分子の平均配向方向と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とが略同じ方向を向き、前記液晶層の前記液晶フィルム側の液晶分子のチルト方向の前記液晶層の液晶分子の平均配向方向成分と前記液晶フィルムの前記液晶層側の液晶分子のチルト方向とが略同じ方向を向き、前前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向と前記位相差フィルムの遅相軸とが略直交し、前記第１偏光板の吸収軸と前記第２偏光板の吸収軸とが略直交し、前記位相差フィルムの遅相軸と前記第１偏光板または前記第２偏光板の吸収軸とが略４５°になるように設置され、かつ、前記液晶層のツイスト角度は、０°より大きく９５°以下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。
【請求項５】
前記第１透明基板と前記第１偏光板との間または前記第２透明基板と前記第２偏光板との間のいずれか一方に、前記液晶フィルムと前記位相差フィルムとを設置している構成において、
前記液晶層の電圧印加時の位相差βと前記液晶フィルムの位相差γと前記位相差フィルムの位相差ωとは、｜β-（γ-ω）｜＜２０ｎｍとなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶層の電圧無印加時の位相差αと前記液晶フィルムの位相差γと前記位相差フィルムの位相差ωとは、１３８ｎｍ＜α−（γ−ω）＜４１３ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第１透明基板と前記第１偏光板との間に第１液晶フィルムと第１位相差フィルムとが配置され、前記第２透明基板と前記第２偏光板との間に第２液晶フィルムと第２位相差フィルムとが配置されている構成において、
前記液晶層の電圧印加時の位相差βと前記第１位相差フィルムの位相差ω１と前記第２位相差フィルムの位相差ω２と前記第１液晶フィルムの位相差γ１と前記第２液晶フィルムの位相差γ２とは、｜β−（ω１−γ１）−（ω２−γ２）｜＜２０ｎｍとなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記液晶層の電圧無印加時の位相差αと前記第１位相差フィルムの位相差ω１と前記第２位相差フィルムの位相差ω２と前記第１液晶フィルムの位相差γ１と前記第２液晶フィルムの位相差γ２とは、１３８ｎｍ＜α−（γ１−ω１）−（γ２−ω２）＜４１３ｎｍであることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第１偏光板または前記第２偏光板の少なくとも一方が、前記第１透明基板と前記第１透明基板の液晶層側の透明電極との間または前記第２透明基板と前記第２透明基板の液晶層側の透明電極との間に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記第１透明基板もしくは前記第２透明基板のいずれか一方にスイッチング素子が配列されたアクティブマトリクス基板を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記第１透明基板もしくは前記第２透明基板のいずれか一方にカラーフィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一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、液晶表示装置に関し、特に、液晶層と偏光板との間に視野角補償手段を備える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄型軽量で低消費電力であることから、携帯電話やPDA(Personal Digital Assistants)などのモバイル機器やPOS（Point of Sales）Systemのような産業用途、TV用のディスプレイなど、屋内外を問わず多岐に渡る用途で使用されている。
【０００３】
液晶表示装置としては一般的にはTN(Twisted Nematic)を用いたものが主に使用されているが、視野角が狭いために正面以外の方向から見た場合に白黒反転してしまい、視認性が悪いという問題がある。そこで、視野角を改善するためには、ディスコティック液晶などの負の異方性を持つ分子を配向させたフィルムを用いて視野角補償を行う方法がよく使用されている（例えば、下記特許文献１〜３）。
【０００４】
また、液晶分子を基板に垂直に配向させ、電界により液晶分子を基板に平行方向に配向させることで表示を行うVA(Vertical Alignment)方式や、液晶分式を基板に平行にホモジーニアス配向させて、横電界方向に電圧を印加し、液晶分子を基板平面方向に回転させて表示を行うIPS(In Plane Switching)方式なども提案されているが、構造が複雑になるため歩留まりの低下を引き起こしていた。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１５２３７号公報（第７−１２頁、第２図）
【特許文献２】特開２００５−２８３６１２号公報（第４−９頁、第１図）
【特許文献３】特開２００５−０１０７４０号公報（第５−８頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、ツイストネマチック（TN）液晶を用いて広視野角を実現する手法として、特開平２−１５２３７号公報（特許文献１）に明らかにされている手法がある。すなわち、正の誘電異方性を有する液晶で構成された液晶層とそれを挟持する第１透明基板と第２透明基板を有し、第１透明基板と第２透明基板の液晶層側には液晶層に電圧を印加し液晶分子を透明基板に垂直に配向させるための透明電極が積層され、透明電極のさらに液晶層側には液晶層の液晶分子を配向させる配向膜が積層されており、第１透明基板と第２透明基板の液晶層とは反対側にそれぞれ第１偏光板と第２偏光板が設置され、第１透明基板と第１偏光板の間または第２透明基板と第２偏光板の間の少なくとも一方に、２枚の異方性フィルムの光軸が互いに直交するように配置する構成である。この手法を用いた場合、２枚の異方性フィルムの光軸を直交になるように配置することで、面内では光学異方性を有さず、フィルム平面に垂直な方向に負の異方性を有するため、透明電極間で電界を印加し液晶層の液晶分子が透明基板に垂直に配向したとき生じる斜め方向の位相差を補償することができ、視野角を拡大することが出来る。しかしながら、この手法を用いた場合では、液晶の立ち上がり方向により生じる位相差の異方性を補償することが出来ず、広視野角を得ることに限界があった。
【０００７】
また、別の手法として、特開２００５−２８３６１２号公報（特許文献２）に明らかにされている手法がある。すなわち、第１透明基板と第２透明基板と、第１透明基板と第２透明基板に挟持される液晶層を有し、液晶層はアンチパラレル配向させたネマチック液晶で構成され、第１透明基板と第２透明基板の液晶層側には液晶層に電圧を印加し液晶分子を透明基板に垂直に配向させるための透明電極が積層され、第１透明基板と第２透明基板の液晶層とは反対側にそれぞれ第１偏光板と第２偏光板を有し、第１透明基板と第１偏光板の間または第２透明基板と第２偏光板の間の少なくとも一方に光学補償フィルムを有し、その光学補償フィルムの分子の平均配向方向がフィルム面に対して略平行である液晶セルであって、液晶セルは２以上の画素を有し、各々の画素の液晶層の液晶分子の配向状態が電圧無印加時または電圧印加時に互いに異なる２以上の領域からなる構造である。この構造を用いた場合、光学補償フィルムの分子の平均配向がフィルム面に対して略平行であること、また液晶分子の配向状態が互いに異なる２以上の領域と記載されているものの、実施例の手法では、特許文献１と同様に液晶の立ち上がり方向により生じる位相差の異方性を補償することが出来ない。
【０００８】
さらに、別の手法として、特開２００５−０１０７４０号公報（特許文献３）に明らかにされている手法がある。本公報の半透過液晶表示装置は、画素内に透過領域と反射領域を有する構造になっている液晶セルで構成されており、第１透明基板と第２透明基板に挟持される液晶層を有し、第１透明基板と第２透明基板の液晶層側には液晶層に電圧を印加し液晶分子を透明基板に垂直に配向させるための透明電極が積層され、第１透明基板と第２透明基板の液晶層とは反対側にはそれぞれ第１楕円偏光板と第２楕円偏光板を有し、第１楕円偏光板のみがハイブリッド配向を固定化したフィルムを有している構成である。この構成の場合、楕円偏光板を２枚使用するため構成が複雑になること、また楕円偏光板を２回通過する必要があるため、楕円偏光板の屈折率異方性の波長分散と液晶層の屈折率異方性の波長分散を最適化することが困難であり、黒表示時に光漏れを起こしコントラストの低下を引き起こすという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、広視野角を実現することができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、第１透明基板と第２透明基板とを有し、前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に液晶層が挟持され、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層側には、それぞれ前記液晶層に電圧を印加するための透明電極を有し、前記液晶層は電圧無印加時には液晶分子がアンチパラレル配向をしており、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層とは反対側には、それぞれ第１偏光板と第２偏光板とを有し、前記液晶層と前記第１偏光板との間または前記液晶層と前記第２偏光板との間の少なくとも一方に、正の誘電異方性を有する液晶分子を斜め配向またはハイブリッド配向して固定化させた液晶フィルムと、正の一軸性の位相差フィルムとが配置されているものである。液晶フィルムと正の一軸性の位相差フィルムの順序は、第１偏光板又は第２偏光板、正の一軸性の位相差フィルム、液晶フィルム、液晶層の順が好ましい。ここで、第１透明基板と第２透明基板は、互いに平行に配置されている。また、アンチパラレル配向とは、図１３に示すように、第１透明基板側のラビング方向と第２透明基板側のラビング方向が１８０°逆である、すなわち液晶分子の配向が略平行であってかつ液晶層の第１透明基板側の液晶分子のチルト方向と液晶層の第２透明基板側の液晶分子のチルト方向が１８０°逆の方向を向いている状態を指す。また、チルトとは、液晶分子を配向させた場合に液晶分子が透明基板平面に対してある角度を持って配向した時の立ち上がりのことを意味し、チルト角とは透明基板平面と液晶分子のなす角のうち鋭角である角度をいう。また、チルト方向という場合、液晶分子の配向方向であって透明基板平面方向成分でチルト角を有する方向のことを言う。ここでは、チルト角は、ラビング方向と一致している。また、斜め配向とは、液晶フィルムの液晶分子の配向が略平行であって、液晶フィルム平面方向に対してチルトを有する配向のことをいい、ハイブリッド配向とは、液晶フィルムの液晶分子の配向が液晶フィルムの上面と下面で傾きが異なる配向をいう。ハイブリッド配向をした液晶フィルムとしては、代表的には、正の誘電異方性を有するネマチック液晶をハイブリッド配向させ固定化したフィルムであるＮＨフィルム（新日本石油製）があげられるが、これに限らない。また、正の一軸性の位相差フィルムは、ポリカーボネートやノルボルネン等の樹脂を延伸したものがあり、代表的には、ＡＲＴＯＮ（ＪＳＲ製）ＺＥＯＮＯＲ（日本ゼオン製）が挙げられるが、これらに限らない。また、正の一軸性の位相差フィルムには、液晶をホモジーニアス配向させ高分子化し固定したフィルムを用いることも出来る。
【００１１】
本発明においては、前記液晶層の前記液晶フィルム側の液晶分子のチルト方向と前記液晶フィルムの前記液晶層側の液晶分子のチルト方向とが略同じ方向を向き、前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向と前記位相差フィルムの遅相軸とが略直交し、前記第１偏光板の吸収軸と前記第２偏光板２の吸収軸とが略直交し、前記位相差フィルムの遅相軸と前記第１偏光板または前記第２偏光板の吸収軸とが略４５°になるように設置されている構成とすることができる。
【００１２】
また、本発明は、第１透明基板と第２透明基板とを有し、前記第１透明基板と前記第２透明基板との間に液晶層が挟持され、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層側には、それぞれ電圧を印加するための透明電極が積層され、前記液晶層の液晶は正の誘電異方性を有する液晶であって、電圧無印加時には前記液晶層の液晶分子がツイスト配向し、電圧印加時には前記液晶層の液晶分子が前記透明電極間に生じる電界により透明基板平面に対して略垂直に配向しており、前記第１透明基板及び前記第２透明基板の前記液晶層とは反対側には、それぞれ第１偏光板と第２偏光板とが配置され、前記第１透明基板と前記第１偏光板との間または前記第２透明基板と前記第２偏光板との少なくとも一方に、正の誘電異方性を有する液晶分子を斜め配向またはハイブリッド配向して固定化させた液晶フィルムと、正の一軸性の位相差フィルムとが配置されているものである。液晶フィルムと正の一軸性の位相差フィルムの順序は、第１偏光板又は第２偏光板、正の一軸性の位相差フィルム、液晶フィルム、液晶層の順が好ましい。
【００１３】
本発明においては、前記液晶層の液晶分子の平均配向方向と前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向とが略同じ方向を向き、前記液晶層の前記液晶フィルム側の液晶分子のチルト方向の前記液晶層の液晶分子の平均配向方向成分と前記液晶フィルムの前記液晶層側の液晶分子のチルト方向とが略同じ方向を向き、前前記液晶フィルムの液晶分子の配向方向と前記位相差フィルムの遅相軸とが略直交し、前記第１偏光板の吸収軸と前記第２偏光板の吸収軸とが略直交し、前記位相差フィルムの遅相軸と前記第１偏光板または前記第２偏光板の吸収軸とが略４５°になるように設置され、かつ、前記液晶層のツイスト角度は、０°より大きく９５°以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、前記第１透明基板と前記第１偏光板との間または前記第２透明基板と前記第２偏光板との間のいずれか一方に、前記液晶フィルムと前記位相差フィルムとを設置している構成において、前記液晶層の電圧印加時の位相差（残留位相差）βと前記液晶フィルムの位相差γと前記位相差フィルムの位相差ωとは、｜β-（γ-ω）｜＜２０ｎｍとなることが好ましい。ここで位相差は光の波長が５５０ｎｍのときの位相差をいう。
【００１５】
また、本発明においては、前記液晶層の電圧無印加時の位相差（初期位相差）αと前記液晶フィルムの位相差γと前記位相差フィルムの位相差ωとは、１３８ｎｍ＜α−（γ−ω）＜４１３ｎｍであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明においては、前記第１透明基板と前記第１偏光板との間に第１液晶フィルムと第１位相差フィルムとが配置され、前記第２透明基板と前記第２偏光板との間に第２液晶フィルムと第２位相差フィルムとが配置されている構成において、前記液晶層の電圧印加時の位相差βと前記第１位相差フィルムの位相差ω１と前記第２位相差フィルムの位相差ω２と前記第１液晶フィルムの位相差γ１と前記第２液晶フィルムの位相差γ２とは、｜β−（ω１−γ１）−（ω２−γ２）｜＜２０ｎｍとなることが好ましい。
【００１７】
また、本発明においては、前記液晶層の電圧無印加時の位相差αと前記第１位相差フィルムの位相差ω１と前記第２位相差フィルムの位相差ω２と前記第１液晶フィルムの位相差γ１と前記第２液晶フィルムの位相差γ２とは、１３８ｎｍ＜α−（γ１−ω１）−（γ２−ω２）＜４１３ｎｍであることが好ましい。
【００１８】
また、本発明においては、前記第１偏光板または前記第２偏光板の少なくとも一方が、前記第１透明基板と前記第１透明基板の液晶層側の透明電極との間または前記第２透明基板と前記第２透明基板の液晶層側の透明電極との間に形成されている構成とすることができる。
【００１９】
また、本発明においては、前記第１透明基板もしくは前記第２透明基板のいずれか一方にスイッチング素子が配列されたアクティブマトリクス基板を備えた構成とすることができる。また、本発明においては、前記第１透明基板もしくは前記第２透明基板のいずれか一方にカラーフィルタを備えた構成とすることが出来る。
【００２０】
このように、本発明は上記構成により、電圧を印加した時に界面付近の規制力により配向が変化しにくい液晶分子と液晶層の液晶分子のチルト方向に起因する位相差の非対称性を補償することで視野角の低下を抑制し、広視野角を実現することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の液晶表示装置によれば、第１透明基板と第２透明基板とを有し、前記第１透明基板と前記第２透明基板に挟持される液晶層３を有し、前記第１透明基板と前記第２透明基板の液晶層３とは反対側にそれぞれ第１偏光板と第２偏光板を備え、前記第１透明基板と前記第２透明基板の液晶層３側にはそれぞれ第１透明電極と第２透明電極を有し、第１透明電極と第２透明電極に電圧を印加することで電界を生じさせ、電界により液晶層３の液晶分子の配向を変化させる方式において、広視野角を実現することができる。
【００２２】
その理由は、液晶分子がアンチパラレル配向又はツイスト配向をした液晶層３を有し、第１透明基板と第１偏光板との間または第２透明基板と第２偏光板との間の少なくとも一方に、透明基板側から正の誘電異方性を有する液晶分子を斜め配向またはハイブリッド配向して固定化させた液晶フィルム（以下、液晶フィルムと呼ぶ。）と、正の一軸性の位相差フィルム（以下、一軸フィルムと呼ぶ。）を順に設けると共に、液晶層の液晶フィルム側の液晶分子のチルト方向のうち液晶層の液晶分子の平均配向方向成分と液晶フィルムのチルト方向とがほぼ同じ方向を向き、液晶フィルムの液晶分子の平均配向方向と一軸フィルムの遅相軸とがほぼ直交し、第１偏光板の吸収軸と第２偏光板の吸収軸とが互いにほぼ直交し、一軸フィルムの遅相軸と該一軸フィルムに近い側の偏光板の吸収軸とがほぼ４５°になるように各構成部材を配置しているため、液晶層に電圧を印加した時に界面付近の配向規制力により配向が変化しにくい液晶分子を液晶フィルムの液晶分子の配向によって補償することができ、界面付近の液晶分子に起因する視野角の低下を改善し良好な視認性を得ることができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、その好ましい一実施の形態において、第１透明基板１０と第２透明基板１１を有し、正の誘電異方性を有する液晶分子で構成される液晶層３が第１透明基板１０と第２透明基板１１により挟持され、第１透明基板１０及び第２透明基板１１の液晶層３とは反対側には、それぞれ第１偏光板１と第２偏光板２とが互いに吸収軸がほぼ直交するように配置され、第１透明基板１０と第１偏光板１の間または第２透明基板１１と第２偏光板２の間の少なくとも一方に、透明基板側から液晶フィルム４と一軸フィルム５を配設し、液晶フィルム４の液晶分子の平均配向方向と一軸フィルム５の遅相軸とは互いにほぼ直交するように配置し、一軸フィルム５の遅相軸と一軸フィルムに近い側の偏光板の吸収軸とがほぼ４５°になるように配置し、液晶層３の液晶フィルム４側の液晶分子のチルト方向の液晶層３の液晶分子の平均配向方向の成分が、液晶フィルム４の液晶層３側のチルト方向と略一致しており、液晶層３の液晶分子が電圧無印加時に透明基板平面に対して略平行であってかつ液晶分子がアンチパラレル配向または０°より大きく９５°以下のツイスト配向するように構成する。以下図面を参照して詳述する。
【実施例１】
【００２４】
まず、本発明の第１実施例に係る液晶表示装置について、図１乃至図９を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図であり、図２及び図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施例の液晶表示装置における光の状態の変化を模式的に示す概要図である。また、図４乃至図８は、液晶表示装置を説明する屈折率楕円体を示す図であり、図９は、本実施例の液晶表示装置の視野角特性を示す図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本実施例の液晶表示装置は、液晶層３と、液晶層３を挟持する第１透明基板１０及び第２透明基板１１とを備え、第１透明基板１０及び第２透明基板１１の液晶層３側には透明電極膜（図示せず）と液晶分子を配向させるための配向膜（図示せず）とが形成されている。また、第１透明基板１０の液晶層３とは反対側に第１偏光板１が設置され、第２透明基板１１の液晶層３とは反対側に第２偏光板２が設置され、第１偏光板１と第２偏光板２の吸収軸は互いに略直交するように設置されている。透明基板は、材質としては、例えば、ガラス基板、及び、プラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板の材質としては、代表的には、ポリカーボネート(ＰＣ)樹脂、または、ポリエーテルスルホン(ＰＥＳ)樹脂であるが、これに限られない。また偏光板は、代表的には、ヨウ素や２色性染料を吸着させたポリビニルアルコールを延伸させたものが使われるが、これに限られない。
【００２６】
また、第１偏光板１と液晶層３との間、または、第２偏光板２と液晶層３との間の少なくとも一方（図では第２偏光板２と液晶層３との間）には、正の誘電率異方性を有する（長軸方向の誘電率が短軸方向の誘電率よりも大きい）液晶分子をハイブリッド配向又は斜めに配向して固定化した液晶フィルム４（たとえば、ＮＨフィルム、新日本石油株式会社製）と、一軸フィルム５とが設置されており、第２偏光板２の液晶層３とは反対側に表示光源としてバックライト２０を備えている。
【００２７】
上記構成において、液晶フィルム４の液晶分子の平均配向方向のフィルム平面方向成分と一軸フィルム５の遅相軸の方向（屈折率が最大となる方向）とがほぼ直交している。また、液晶層３はアンチパラレル配向であり、液晶層３の液晶フィルム４側のチルト方向と液晶フィルム４の液晶分子の液晶層３側のチルト方向とがほぼ同じである。また、液晶フィルム４の液晶分子の配向方向と第２偏光板２の吸収軸とのなす角はほぼ４５°である。ここで、液晶フィルム４の液晶分子の配向は、図１３に示すように、電圧を印加したときの液晶層の液晶フィルム４側の液晶分子の配向ψLCLの平均配向方向と液晶フィルム４の液晶分子の配向ψLCFの平均配向方向とが、ψLCLの平均配向方向の絶対値＋ψLCF平均配向方向の絶対値＝９０°になることが望ましいが、それ以下になっても視野角を補償する効果が得られる。また、図示では、液晶層３と液晶フィルム４の液晶分子がその境界から見て、それぞれの分子が略直交になるように書いているが、ψLCF＋ψLCL＜９０°であれば視野角を補償する効果が得られるため、たとえば、液晶フィルム４の液晶分子の配向を斜め配向にすることが出来る。
【００２８】
また、液晶層３の電圧無印加時（初期状態）の位相差をα、電圧印加時の位相差をβ、液晶フィルム４の位相差をγ、一軸フィルム５の位相差をωとしたとき、α、β、γ、ωは式（１）および式（２）の範囲内になるようにする。
【００２９】
１００ｎｍ＜α−（ω−γ）＜４００ｎｍ  ・・・（１）
｜β−（ω−γ）｜＜２０ｎｍ  ・・・（２）
【００３０】
なお、液晶フィルム４や一軸フィルム５、液晶層３、第１偏光板１、第２偏光板２の構成材料や製造方法、厚さ等は特に限定されない。また、第１透明基板１０または第２透明基板１１のいずれかにマトリクス状にＴＦＴ（Thin Film Transistor）またはＴＦＤ（Thin Film Diode）等のスイッチング素子を配置したアクティブマトリクス基板を用いてもよいし、画素数が少なければ、セグメント状または格子状に電極を配置してパッシブ駆動を行うこともできる。また、カラーフィルタを備えることで、良好なカラー表示を行うことができる。
【００３１】
次に、図３乃至図５を用いて本実施例の液晶表示装置の動作について説明する。図３（ａ）は、本実施例の液晶表示装置において、液晶層３に電圧を印加しないときの光の状態の変化を示し、図３（ｂ）は、液晶層３に電圧を印加したときの光の状態の変化を示す。また、図４及び図５は、図３（ｂ）における概略斜視図であり、屈折率楕円体により説明している。
【００３２】
まず、液晶層３に電圧を印加していないときの動作を説明する。図３（ａ）に示すように、基板に垂直方向から観察した場合、バックライトから出射した光は、第２偏光板２を通過して直線偏光になり、一軸フィルム５と液晶フィルム４を通過する。このとき、一軸フィルム５の遅相軸と液晶フィルム４の液晶分子の配向方向とが直交しているため、それぞれの位相差が同じ場合は、元の直線偏光と同じ状態で液晶層３に入射する。ここでは、液晶フィルム４の位相差と一軸フィルム５の位相差を異ならせることで、液晶層３に電圧を印加した際の残留位相差を補償するために液晶フィルム４を出射した光は楕円偏光となって液晶層３に入射させている。液晶層３の位相差は電圧無印加時にはαだけあるために、液晶フィルム４を出射した光は、液晶層３を通過し偏光状態を変化させる。ここで液晶層３の位相差αを２分の１波長にしておくと、偏光は約９０°位相がずれた直線偏光になるため、第１偏光板１を通過して明るい表示を行う。
【００３３】
一方、第１透明基板１０及び第２透明基板１１の透明電極間に電圧を印加する、すなわち液晶層３に電圧を印加した状態では、図３（ｂ）に示すように、液晶層３に入射する前の光の状態は同じであるが、液晶層３の液晶分子は電界方向に配向し、基板に対して略垂直に配向するため、液晶層３の位相差がなくなり、光は状態を変えずにそのまま進み、第１偏光板１の吸収軸と同じであるために吸収され、光は出射せずに暗い表示を行う。
【００３４】
ただし、液晶層３の液晶分子が完全に基板に対して垂直に配向すれば位相差が０になるが、実際には透明基板の界面近傍の液晶分子が界面の規制力により垂直に配向しないことや、低電圧駆動する場合には、配向しない液晶分子に起因する位相差が無視できないため、残留リタデーションを生じる。黒表示をする印加電圧での残留リタデーションをβとすると、残留リタデーションは一軸フィルム５と液晶フィルム４により補償することができる。
【００３５】
具体的には、図４及び図５に示すように、一軸フィルム５の位相差をω、液晶フィルム４の位相差をγとすると、残留リタデーションを補償するためには、残留リタデーションに対して直交方向に位相差を入れる必要がある。また、一軸フィルム５を液晶層３の液晶分子の配向方向に対して直交するように設置しているため、一軸フィルム５の位相差は液晶フィルム４の位相差よりも大きいことが必要であり、すなわちω−γ＞０である。このとき、残留リタデーションを補償する位相差は、残留リタデーションとほぼ同じ位相差が必要であり、本願発明者の知見によれば、｜β−（ω−γ）｜＜２０ｎｍに設定することで、液晶層３の残留リタデーションを液晶フィルム４と一軸フィルム５とで補償することができ、面内では位相差がなくなり、暗い表示ができる。また、電圧無印加時には、α−（ω−γ）が２分の１波長になることで透過率が最大となるが、すべての材料の屈折率が波長により変わるために、４分の１波長＜α−（ω−γ）＜４分の３波長の範囲であれば、明るくコントラストが高い表示が可能になる。
【００３６】
次に、基板に対して垂直方向から視野角を変えた場合について説明する。液晶層３に電圧を印加した場合、液晶層３の液晶分子はほぼ基板に対して垂直に配向する。そのため正面方向から見た場合には液晶分子は位相差を持たないが、視野角を変えた場合には位相差を発現することになる。一軸フィルム５と液晶フィルム４を直交に組み合わせた場合に、厚さ方向の位相差は、平面方向と比較すると屈折率が小さい成分のみの合成となるため、厚さ方向に位相差が小さい負の一軸フィルムと扱うことができる。
【００３７】
ここで垂直な方向に配向した液晶層３と負の一軸フィルムを積層すると、斜め方向から見た場合には、液晶層３により生じる位相差と負の一軸フィルムにより生じる位相差がちょうど直交して生じるために、視野角方向に生じる位相差を補償することができる。さらに、残留リタデーションを一軸フィルム５で補償する方法によっても同様に視野角方向に生じる位相差を補償する効果がある（図６及び図７参照）。
【００３８】
また、液晶層３の液晶分子の基板界面から基板近傍の領域では配向規制力が働くために、電圧を印加しても垂直にならない液晶分子があるのは先に述べた。本構造では、アンチパラレル配向を採用しているために、垂直にならない成分はある特定のチルトを持って並んでいることになるため、チルト方向から見た場合とチルト方向とは反対の方向から見た場合とは非対称になり、チルト方向に対して左右方向でも非対称な位相差となるが、液晶分子を斜めまたはハイブリッド配向して固定化した液晶フィルム４を採用することにより、その非対称性を改善することが出来る。
【００３９】
図８及び図９を用いて具体的に説明する。図８に示すように、液晶層３の液晶フィルム４側の液晶分子のチルト方向に対して、液晶フィルム４の液晶層３側のチルト方向を同一方向に設置する。液晶フィルム４を通過する光はチルト方向から入射する場合には位相差が小さくなり、チルトとは反対側から入射する光は位相差が大きくなる。液晶層３でも同様に通過する光は、チルト方向から入射する場合には位相差が小さくなり、チルトとは反対側から入射する光は位相差が大きくなる。
【００４０】
このように、液晶層３の液晶フィルム４側の液晶分子のチルト方向に対して、液晶フィルム４の液晶層３側のチルト方向を同一方向にすることで、液晶層３の位相差が小さくなる場合には、液晶フィルム４の位相差が増加し、その逆に液晶層３の位相差が大きくなる場合には、液晶フィルム４の位相差が減少し、チルト方向と逆チルト方向で同等の位相差にすることが出来る。さらにチルト方向から９０°方向または−９０°方向から見た場合には、位相差のずれよりも、入射光に対する光軸が変わるが、液晶フィルム４を入れることにより補償することが出来る。
【００４１】
ここで、一軸フィルム５の位相差値が１７５ｎｍ、液晶フィルム４の正面方向の位相差値が１１０ｎｍ、液晶層３の電圧無印加時の位相差を２７５ｎｍで作成した液晶表示装置の視野角特性を図９に示す。図９より、上下方向１００°以上、左右方向１４０°以上で対称性のある視野角特性を得ることが出来た。従来のＴＮ方式の視野角特性を図１５に特許文献１の方式の視野角特性を図１４に示す。従来のＴＮ方式の液晶表示装置であっても、特許文献１の方式であっても、左右方向では広い視野角を得れるものの上下方向では効果が得られず、液晶フィルム４を使用することで上下方向でも広視野角で良好な視野角特性を得られる。
【００４２】
なお、ここでは第２の偏光板２と液晶層３との間に一軸フィルム５と液晶フィルム４を配置したが、第１の偏光板１と液晶層３の間に設置してもよい。また、前述では第２透明基板１１の液晶層３とは反対側に第２偏光板２、一軸フィルム５、液晶フィルム４を配置したが、第２透明基板１１と第２透明基板に配設した透明電極の間に配置してもよい。また、第１の偏光板１と液晶層３との間と、第２偏光板２と液晶層３の間との両方に設置してもよいが、この場合、第１偏光板１と液晶層３との間に設置した一軸フィルム５の位相差（ω１）と液晶フィルム４の位相差（γ１）の差と、第２偏光板２と液晶層３との間に設置した一軸フィルム５の位相差（ω２）と液晶フィルム４の位相差（γ２）の差の合計と液晶の残留リタデーションの位相差の値がほぼ同じになる必要があり、すなわち、｜β−（ω１−γ１）−（ω２−γ２）｜＜２０ｎｍの範囲にはいる必要がある。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明の第２実施例に係る液晶表示装置について、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０は、本発明の第２実施例に係る液晶表示装置の液晶の配向と平均配向方向を示す図であり、図１１は、本実施例に係る液晶表示装置における光の状態の変化を模式的に示す概要図である。また、図１２は、本実施例の液晶表示装置の視野角特性を示す図である。
【００４４】
第２実施例では、液晶層の液晶分子がツイスト配向している場合（すなわち、液晶分子の長軸方向が基板面に平行で、上下の基板間でねじれている配向状態）について説明する。ツイスト配向している場合は、図１０に示すように、液晶フィルムの液晶分子のチルト方向は、液晶層の電圧無印加時の液晶分子のダイレクタ方向（平均配向方向）であって液晶層の液晶フィルム側の液晶分子のチルト方向の前記ダイレクタ方向成分（平均配向方向成分）に一致するように設置する。ツイスト配向している場合でも、ツイスト角度が小さい場合は電圧印加時に残留リタデーションが生じ、ツイスト角度が大きくなるにつれて基板界面の第１偏光板側の液晶分子と第２偏光板側の液晶分子のなす角が９０°になるために残留リタデーションは減少し、ツイスト角度が９０°になると残留位相差がなくなる。
【００４５】
すなわち、ツイストが大きくなると式（２）のβが小さくなり、９０°ツイストでは残留位相差はなくなり、すなわち式（３）のようになる。さらに一軸フィルムの位相差値ωと液晶フィルムの位相差γは式（４）のようになる。なお、液晶表示装置の動作及び効果については、第１の実施例と同じであるので説明を省略する。
【００４６】
｜β−（ω−γ）｜＜２０ｎｍ  ・・・（２）
β＝０（９０°ツイスト時）  ・・・（３）
ω＝γ  ・・・（４）
【００４７】
このような構成にすることにより、図１２に示すように、広い視野角を実現することが出来た。また、上記効果は、液晶層のツイスト角度が０°より大きく、９５°以下の範囲において得られることを確認している。
【００４８】
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、本発明の液晶表示装置は上記実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
安価で広視野角が必要なディスプレイを用いる装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置における光の状態の変化を示す概要図である。
【図３（ａ）】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置における光の状態の変化（電圧無印加時）を示す概要図である。
【図３（ｂ）】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置における光の状態の変化（電圧印加時）を示す概要図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置を説明する屈折率楕円体を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置を説明する屈折率楕円体を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置を説明する屈折率楕円体を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置を説明する屈折率楕円体を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置を説明する屈折率楕円体を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の視野角特性を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の液晶の配向と平均配向方向を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置における光の状態の変化を示す概要図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の視野角特性を示す図である。
【図１３】本発明の液晶フィルムの液晶分子と液晶層の液晶分子の配向の関係を示した概略図である。
【図１４】特許文献１に記載の液晶表示装置の視野角特性を示す図である。
【図１５】広視野角を実現する手法を使わないＴＮ方式の液晶表示装置の視野角特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  第１偏光板
２  第２偏光板
３  液晶層
４  液晶フィルム
５  一軸フィルム
１０  第１透明基板
１１  第２透明基板
２０  バックライト
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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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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