(57)【要約】【課題】広い有効視野角を実現し、かつ製造上のばらつきによる有効視野角の変動を抑制した画像表示装置画像表示装置を提供すること。【解決手段】偏光板１と、偏光板１上にアレイ基板２と、液晶層３と、対向基板４と、光学補償フィルム５と、偏光板１の吸収軸と垂直に交わる吸収軸を有する偏光板６とを備える。光学補償フィルムは、偏光板の厚さ方向のリタデーションの平均値Δｎｚと、液晶層３のリタデーションΔｎＬＣｄＬＣを変数として、面内リタデーションが（１００−１．３Δｎｚ）以上、（３００−１．３Δｎｚ）以下であり、厚さ方向のリタデーションが（１．６−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以上、（２．１−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以下の値となるよう形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向の吸収軸を備えた光入射側偏光板と、第２方向の吸収軸を備えた光出射側偏光板と、前記光入射側偏光板と前記光出射側偏光板との間に配置された液晶層と、前記光入射側偏光板と前記光出射側偏光板との間に配置され、前記光入射側偏光板を通過して斜め方向に進行する光の偏光方向の前記出射側偏光板に対する射影を前記第２方向に一致させる光学補償フィルムとを備えた画像表示装置であって、
前記光学補償フィルムは、
前記入射側偏光板および前記光出射側偏光板のうち前記第１方向の吸収軸と前記第２方向の吸収軸との間に位置する部分における前記偏光板の法線方向のリタデーションΔｎｚの平均値と、前記液晶層のリタデーションΔｎＬＣｄＬＣとに基づいて決定される面内リタデーションおよび前記偏光板の法線方向に関するリタデーションを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記光学補償フィルムは、面内リタデーションの平均値が（１００−１．３Δｎｚ）以上、（３００−１．３Δｎｚ）以下であり、前記偏光板の法線方向に関するリタデーションの平均値が（１．６−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以上、（２．１−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光入射側偏光板および前記光出射側偏光板は、
吸収軸を備えた偏光フィルムと、
該偏光フィルムを上下に挟み込む２枚の補強板と、
をそれぞれ備え、前記偏光板の法線方向におけるリタデーションの平均値は、前記偏光フィルム間に位置する補強板における値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光学補償フィルムの遅相軸は、前記第１方向または前記第２方向にほぼ一致することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光入射側偏光板と前記光出射側偏光板との間に、アレイ基板と、該アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に封入された液晶層とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記液晶層は、電界非印加時において前記入射側偏光板に対して垂直方向に進行する通過光の偏光面の方向を維持するよう配向された液晶分子を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記第１方向と前記第２方向とがなす角は、ほぼ９０°であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記アレイ基板は、前記液晶層に対して基板表面とほぼ平行な方向に電界を印加可能な回路構造を備え、前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向は、前記電界の強度に応じて基板表面とほぼ平行な方向に回転することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２枚の偏光板を備えた画像表示装置に関し、特に、広い有効視野角を実現し、かつ製造上のばらつきによる有効視野角の変動を抑制した画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば液晶分子の電気光学効果を用いて画像表示を行う画像表示装置において、液晶分子を含む液晶層を狭持する基板表面に対して平行な方向に液晶分子の配向性を制御するための電界を印加する、いわゆる面内応答型（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：以下、「ＩＰＳ型」と称する）の画像表示装置が提案されている。ＩＰＳ型の画像表示装置は、基板に対して垂直方向に電界を印加する従来の画像表示装置と比較して、電圧保持特性や視野角の観点において優れた特性を有することから、近年特に有望視されている。
【０００３】
従来構造のＩＰＳ型の画像表示装置は、所定方向（以下、ｘ方向とする）の吸収軸を有する入射側偏光板と、アレイ基板と、ｘ方向と平行な方向または垂直な方向（以下、ｙ方向とする）に液晶分子の配向を揃えた液晶層と、対向基板と、光学補償フィルムと、ｙ方向の吸収軸を有する偏光板とを順次積層した構造を備える。
【０００４】
従来構造のＩＰＳ型の画像表示装置の動作について、いわゆるノーマリーブラックモードを例に説明する。白色表示を行う場合には、アレイ基板上に配置された回路構造によって液晶層に対して横方向の電界を印加することで液晶分子の配向を制御し、外部から入射する光を所望強度だけ透過させる。そして、黒色表示を行う場合には、入射側偏光板裏面からかかる偏光板に対して垂直方向で入射した光は吸収軸と垂直方向の偏光面を備えた光成分のみが透過し、偏光面を維持しつつ出射側偏光板に入射する。従って、出射側偏光板の吸収軸の方向と入射光の偏光面の方向とが一致し、入射光が遮蔽されることによって黒色表示が行われる。
【０００５】
かかる作用によって黒色表示が行われるのであるが、入射側偏光板の裏面に対して斜め方向から入射した光は、黒色表示の際に漏れ出すおそれがある。光が漏れ出す場合には、黒色表示にも関わらず画面上に一定の明度が表示されるため表示画像のコントラストが低下し、かかるコントラスト低下が視認上問題とならない視野角である有効視野角が低下することとなる。従来技術にかかる画像表示装置では、光学補償フィルムを設けることによって黒色表示の際に斜め方向に進行する光の漏れだしを抑制している。
【０００６】
入射側偏光板の表面に対して斜め方向から見た場合に、入射側偏光板の吸収軸と出射側偏光板の吸収軸とがなす角は９０度以外の角度となる。従って、斜め方向から入射し、入射側偏光板を通過した光の偏光面の方向は、出射側偏光板の吸収軸の方向と一致せず、一部が出射側偏光板を通過して黒色のコントラストが低下する。従って、黒色表示の際に斜め方向の光が漏れ出すことを抑制するため、光学補償フィルムによって、かかる斜め方向の光成分の偏光面を回転させて光進行方向から見て出射側偏光板の吸収軸と一致させることによって斜め方向の光についても高コントラストの黒色表示を実現し、広い有効視野角を実現している。
【０００７】
なお、光学補償フィルムは、入射側偏光板および出射側偏光板における作用をも考慮して特性が定められている。具体的には、入射側偏光板および出射側偏光板の厚さ方向のリタデーションΔｎｚに対して、光学補償フィルムの面内リタデーションが（１９０＋４Δｎｚ）〜（３９０＋４Δｎｚ）であり、厚み方向のリタデーションが（０．３＋０．００５Δｎｚ）〜（０．６５＋０．００５Δｎｚ）（Δｎｚ＜２０ｎｍ）、（０．２＋０．０１Δｎｚ）〜（０．５５＋０．０１Δｎｚ）（Δｎｚ≧２０ｎｍ）としている。かかる構造の光学補償フィルムを用いることによって、斜め方向の光に関するコントラストを向上させ、有効視野角を拡大している（特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２９８２８６９号明細書（第６頁、第１１−１２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の画像表示装置には様々な問題点が存在する。まず、上記の画像表示装置では、光学補償フィルムの特性が偏光板のみに基づいて決定され、液晶層の特性を考慮していないという問題を有する。液晶層は偏光板と組み合わせて光透過率を制御するためのものであるため、液晶層は本質的に光学的な異方性を有し、斜め方向に進行する光に対して作用することは避けられない。このため、斜め方向に進行する光の漏れだしを抑制するためには、光学補償フィルムを設計する際に偏光板のみならず液晶層の光学特性も考慮する必要がある。液晶層の光学特性を考慮せずに光学補償フィルムを形成した場合、一定の画像表示装置に関してコントラストの向上が果たせても、異なる液晶材料を用いて液晶層を形成した場合にコントラストが低下するおそれがある。
【００１０】
また、上記の画像表示装置に関して、実際には上記の特性を備えた光学補償フィルムの作製は容易ではないという問題を有する。光学補償フィルムの面内リタデーションはｘ方向の屈折率ｎｘと、ｙ方向の屈折率ｎｙの差分値に光学補償フィルムの膜厚ｄを乗算したものである。また、光学補償フィルムの厚さ方向（以下、ｚ方向と称する）のリタデーションは、ｘ方向の屈折率ｎｘと、ｚ方向の屈折率ｎｚの差分値を屈折率ｎｘとｙ方向の屈折率ｎｙとの差分値で除算した値である。従って、上記の面内リタデーションおよび厚さ方向のリタデーションを実現するためには光学補償フィルムを作製する際に特殊な加工を施す必要があり、製造上の負担を低減するためには、光学補償フィルムの面内リタデーションおよび厚さ方向のリタデーションが小さいことが望ましい。
【００１１】
また、実際に製造される画像表示装置は、必ずしも設計上の構造を完全に満たすものではなく、一定の幅で製造誤差が生じることが避けられない。すなわち、２枚の偏光板のなす角や、液晶層に含まれる液晶分子のプレチルト角等については、設計値と完全に一致したものを製造することは困難であり、これらの値に誤差が生じることを見越して光学補償フィルムの最適値を決定することが好ましい。しかしながら、上記の特許文献１についてはこの点に関する検討はなされておらず、実際に製品として画像表示装置を量産する場合に理論通りの効果を発揮できるか未知数である。
【００１２】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、広い有効視野角を実現し、光学補償フィルムの作製が容易であって、かつ製造誤差による有効視野角の変動を抑制した画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる画像表示装置は、第１方向の吸収軸を備えた光入射側偏光板と、第２方向の吸収軸を備えた光出射側偏光板と、前記光入射側偏光板と前記光出射側偏光板との間に配置された液晶層と、前記光入射側偏光板と前記光出射側偏光板との間に配置され、斜め方向に進行する光成分の偏光面を回転させる光学補償フィルムとを備えた画像表示装置であって、前記光学補償フィルムは、前記入射側偏光板および前記光出射側偏光板のうち前記第１方向の吸収軸と前記第２方向の吸収軸との間に位置する部分における前記偏光板の法線方向のリタデーションΔｎｚの平均値と、前記液晶層のリタデーションΔｎＬＣｄＬＣとに基づいて決定される面内リタデーションおよび前記偏光板の法線方向に関するリタデーションを有することを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、光学補償フィルムの面内リタデーションおよび偏光板の法線方向に関するリタデーションの平均値の範囲を決定するにあたって偏光板のリタデーションΔｎｚと液晶層のリタデーションΔｎＬＣｄＬＣとを考慮することとしたため、斜め方向に進行する光の偏光面の方向を出射側偏光板の吸収軸の方向と精度良く一致させることが可能となり、光の漏れだしを抑制して画像品位の低下を抑制することができる。
【００１５】
また、請求項２にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記光学補償フィルムは、面内リタデーションの平均値が（１００−１．３Δｎｚ）以上、（３００−１．３Δｎｚ）以下であり、前記偏光板の法線方向に関するリタデーションの平均値が（１．６−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以上、（２．１−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以下であることを特徴とする。
【００１６】
この請求項２の発明によれば、光学補償フィルムの面内リタデーションおよび偏光板の法線方向のリタデーションの平均値の範囲を低い値に限定したために光学補償フィルムの作製が容易であると共に、吸収軸間のなす角のずれ等の製造ばらつきによる画像品位の低下を抑制することができる。
【００１７】
また、請求項３にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記光入射側偏光板および前記光出射側偏光板は、吸収軸を備えた偏光フィルムと、該偏光フィルムを上下に挟み込む２枚の補強板と、をそれぞれ備え、前記偏光板の法線方向におけるリタデーションの平均値は、前記偏光フィルム間に位置する補強板における値に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記光学補償フィルムの遅相軸は、前記第２方向にほぼ一致することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記光入射側偏光板と前記光出射側偏光板との間に、アレイ基板と、該アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に封入された液晶層とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記液晶層は、電界非印加時において前記入射側偏光板に対して垂直方向に進行する通過光の偏光面の方向を維持するよう配向された液晶分子を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項７にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記第１方向と前記第２方向とがなす角は、ほぼ９０°であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項８にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記アレイ基板は、前記液晶層に対して基板表面とほぼ平行な方向に電界を印加可能な回路構造を備え、前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向は、前記電界の強度に応じて基板表面とほぼ平行な方向に回転することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である画像表示装置について説明する。なお、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２４】
本実施の形態にかかる画像表示装置は、液晶層の上下に偏光板を配置した画像表示装置において、偏光板間に光学補償フィルムを配置した構造を有する。かかる光学補償フィルムは、画像表示装置を構成する偏光板および液晶層の光学特性を考慮して形成され、具体的には偏光板の厚さ方向のリタデーションの平均値Δｎｚと、液晶層のリタデーションΔｎＬＣｄＬＣとを変数として、面内リタデーションが（１００−１．３Δｎｚ）以上、（３００−１．３Δｎｚ）以下であり、厚さ方向のリタデーションが（１．６−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以上、（２．１−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ）以下の値となるよう形成されている。かかる構造の光学補償フィルムを有することで、黒色表示の際に偏光板に対して斜め方向に進行する光の漏れだしを抑制してコントラストの低下を抑制することによって広い有効視野角を実現するのみならず、かつ製造のばらつきに対して有効視野角の変動を抑制している。また、液晶層の光学特性をも考慮していることから、光学特性の異なる様々な液晶材料を用いて液晶層を形成した場合であってもコントラストの低下を抑制することができる。以下、本実施の形態にかかる画像表示装置について詳細に説明を行う。
【００２５】
図１は、本実施の形態にかかる画像表示装置の全体構造を示す分解斜視図である。なお、図１では各部が分離した状態で図示されているが、かかる態様は理解を容易にするためのものであり、実際の物理的構造を示すものでないことはもちろんである。本実施の形態にかかる画像表示装置は、図１に示すように、偏光板１と、偏光板１上にアレイ基板２と、液晶層３と、対向基板４と、光学補償フィルム５と、偏光板１の吸収軸と垂直に交わる吸収軸を有する偏光板６とを備える。偏光板１は、所定の吸収軸を備えた偏光フィルム７と、偏光フィルム７を挟み込む補強板８、９とを備えた構造を有する。同様に、偏光板６は、偏光フィルム７の吸収軸に対して垂直方向の吸収軸を備えた偏光フィルム１０と、偏光フィルム１０を挟み込む補強板１１、１２とを備えた構造を有する。
【００２６】
アレイ基板２は、表示画素ごとに所定の回路構造を備え、上層に位置する液晶層３において、表示画素に対応した領域ごとに基板表面と平行方向の電界を印加する構造を有する。具体的には、表面上または表面近傍に配置され、電位制御が可能な画素電極と、ほぼ等しい電位に維持される共通電極とを備え、画素電極と共通電極との間に生じる電位差に基づいて液晶層３に含まれる液晶分子に対して電界を印加する構造を有する。
【００２７】
液晶層３は、所定方向に配向が揃えられた液晶分子を含む構造を有する。本実施の形態にかかる画像表示装置に用いる液晶分子としては、一般に画像表示装置に用いられるものであれば任意のものを使用することが可能である。アレイ基板２および対向基板４の内表面上には所定のラビング等が施された配向膜（図示省略）が形成されており、液晶層３に含まれる液晶分子は、配向膜の配向秩序に従って配向している。本実施の形態においては、液晶分子は、例えば、電界非印加時において偏光板１の吸収軸と液晶分子の長軸がほぼ一致するよう配向している。
【００２８】
対向基板４は、アレイ基板２と共に液晶層３を基板間に封入するためのものである。また、対向基板４は、必要に応じてカラー画像表示を可能とするためのカラーフィルタを備えた構造を有する。なお、アレイ基板２および対向基板４は、光透過性に優れた、透明プラスチック基板または無アルカリガラス等を備える。なお、本実施の形態において、アレイ基板２および対向基板４は、それぞれ平坦性に優れると共に光学的に等方性を備えた材料によって形成され、光学異方性を実質上無視しうるものとする。
【００２９】
偏光板１、６は、それぞれ吸収軸と垂直方向の偏光面を備えた光成分のみを透過させるためのものである。具体的には、偏光板１、６を構成する偏光フィルム７、１０は、分子構造に異方性を備えたヨウ素（Ｉ２）等の分子を含んで形成され、かかる分子の長軸方向を一方向に揃えることによって屈折率が異方性を有する構造を備える。また、補強板８、９、１１、１２は、それぞれトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等によって形成され、厚さ方向に所定のリタデーションを有する。なお、本実施の形態においては、偏光板１の吸収軸の方向をｘ方向とし、偏光板６の吸収軸をｙ方向とする。また、図１に示すように、ｘ方向およびｙ方向と直交する方向、すなわち、偏光板１および偏光板６の表面と垂直な方向をｚ方向とし、任意の方向ベクトルについて、ｚ方向となす角をθとし、方向ベクトルのｘｙ平面への正射影がｘ方向となす角をφとする。
【００３０】
光学補償フィルム５は、斜め方向、すなわちθ≠０となる方向に進行する光の偏光面を回転させ、偏光板６の吸収軸の方向と一致させるためのものである。具体的には、光学補償フィルム５は、その構造に光学異方性を有し、光学補償フィルム５の面内リタデーションΔＮｘｙは、
１００−１．３Δｎｚ≦ΔＮｘｙ≦３００−１．３Δｎｚ・・・（１）
であり、厚さ方向（ｚ方向）のリタデーションΔＮｚは、
１．６−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ≦ΔＮｚ≦２．１−０．００５Δｎｚ−０．００３８６ΔｎＬＣｄＬＣ・・・（２）
となるよう形成されている。なお、Δｎｚは、補強板９、１１のｚ方向に関するリタデーションの平均値である。具体的には、補強板９、１１におけるｘ方向の屈折率の平均値ｎｘ’、ｙ方向の屈折率の平均値ｎｙ’、ｚ方向の屈折率の平均値ｎｚ’、補強板９、１１の厚さの平均値ｄ’を用いて、
Δｎｚ＝［｛（ｎｘ’＋ｎｙ’）／２｝−ｎｚ’］×ｄ’・・・（３）
によって与えられる。ここで、補強板９、１１のリタデーションを考慮することとしたのは偏光フィルム７、１０間に位置する部材の光学異方性を考慮する必要があるためである。また（２）式において、ΔｎＬＣは液晶層３の面内方向に関する屈折率異方性（＝ｎｅ−ｎｏ）を示し、ｄＬＣは液晶層３の厚みを示すことから、ΔｎＬＣｄＬＣは液晶層３のリタデーションを示す。
【００３１】
光学補償フィルム５の面内リタデーションΔＮｘｙおよびｚ方向のリタデーションΔＮｚは、それぞれ光学補償フィルム５におけるｘ方向の屈折率ｎｘ、ｙ方向の屈折率ｎｙ、ｚ方向の屈折率ｎｚおよび光学補償フィルム５の膜厚ｄを用いて、
ΔＮｘｙ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ・・・（４）
ΔＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）・・・（５）
と表される。本実施の形態では光学補償フィルム５の屈折率および膜厚は、（１）式〜（５）式をそれぞれ満たすよう決定される。なお、光学補償フィルム５に対して垂直方向に進行する光の偏光面の変動を抑制するためには光学補償フィルム５における遅相軸の方向は、ｘ方向またはｙ方向のいずれかとほぼ一致することが好ましい。
【００３２】
次に、本実施の形態における光学補償フィルム５の作用について簡単に説明する。ここで、光学補償フィルムの作用を説明するにあたって、θ≠０°かつφ≠９０°×ｎ（ｎ：整数）の斜め方向に進行する光を考える。なお、φ＝９０°×ｎの場合には、θ≠０°であっても、光の進行方向から見た偏光板１の吸収軸と偏光板６の吸収軸とのなす角が９０°を維持することから、光の漏れだしは実質上無視できるものとして省略する。
【００３３】
図２は、かかる斜め方向に進行する光と、偏光板１、光学補償フィルム５および偏光板６との関係を説明するための図である。図１に示した構造の場合、例えばθ≠０かつ０＜φ＜９０°の方向に光が進行した場合、進行方向から見た偏光板１の吸収軸１３と偏光板６の吸収軸１４とがなす角は、９０°よりも大きな値を有する。従って、偏光板１を通過した光成分の偏光面（光進行方向から見て吸収軸１３に対して垂直に交わる）の方向と偏光板６の吸収軸１４の方向は一致せず、偏光板１を通過した光成分の一部が偏光板６を通過し、黒色表示を行っているにもかかわらず、一定の輝度の光が外部に出射されることとなる。偏光板１を通過した光成分の偏光面と偏光板６の吸収軸１４のなす角は、ｚ方向となす角θが大きくなるにつれて、およびｘ方向となす角φが４５°、１３５°、２２５°、３１５°の近傍で９０°からのずれが大きくなる。
【００３４】
また、偏光板１において偏光フィルム７を補強する補強板９と、偏光板６において偏光フィルム１０を補強する補強板１１と、液晶層３とが斜め方向の光に対して及ぼす影響も考慮する必要がある。上記のように、補強板９、１１はＴＡＣ等によって形成され、一般に光学的に異方性を有する。また、液晶層３は、光透過率を変化させるために光学的に異方性を有する液晶分子によって構成されることから、液晶層３全体に関しても光学的に異方性を有する。従って、偏光フィルム７を通過した光成分は、補強板９、１１および液晶層３のｚ方向のリタデーションの平均値に応じて位相差が生じることとなる。
【００３５】
従って、本実施の形態にかかる画像表示装置内において斜め方向に進行する光は偏光フィルム７を通過して直線偏光となった後、補強板９、１１および液晶層３によって位相差が生じて楕円偏光となる。光学補償フィルム５は、かかる位相差を調整して偏光フィルム１０に入射する直前で直線偏光状態に戻すとともに、直線偏光状態における偏光面が、偏光フィルム１０に入射する際に吸収軸１４と一致するよう調整する。
【００３６】
かかる動作について、図２を用いて説明する。図２は、斜め方向に進行する光について、画像表示装置を構成する各要素を通過する状態と、各要素を通過した際における光の振動形とを示す図である。なお、光の進行方向に対して垂直なｘ’軸と、光の進行方向およびｘ’軸に対して直交するｙ’軸を図２に示すよう定めている。図２に示すように、偏光フィルム７に対して下から斜め方向に入射した光は、偏光フィルム７を通過する際に吸収軸１３と平行な光成分の進行が妨げられ、吸収軸１３の方向と垂直の成分のみが通過する。従って、偏光フィルム７を通過した光は、図２に示すようにｘ’軸に対して所定の角度だけ傾いた直線偏光の状態となる。かかる状態において、斜め方向に進行する光のｘ’成分とｙ’成分との位相差はｎπ（ｎ：整数）、例えば０である。
【００３７】
そして、偏光フィルム７を通過した光は、さらに補強板９を通過する。上記のように、補強板９は光学的に異方性を有することから斜め方向に進行する光のｘ’成分とｙ’成分との位相差はΔφ１だけ増加し、楕円偏光状態となる。その後、光は液晶層３内を通過し、ｘ’成分とｙ’成分の位相差はΔφ２だけ増加する。従って、液晶層３を通過した時点における光のｘ’成分とｙ’成分との位相差は、Δφ１＋Δφ２となり、楕円偏光状態を維持する。
【００３８】
その後、斜め方向に進行する光は光学補償フィルム５に入射する。光学補償フィルム５は、例えば、補強板９、液晶層３および補強板１１を通過することによって加わる位相差をうち消すよう位相差を与える。具体的には、光学補償フィルム５は、斜め方向に進行する光に対して（１）式〜（５）式を満たす光学特性を備えることによって、−（Δφ１＋Δφ２＋Δφ３）だけ位相差を与える。なお、Δφ３は、補強板１１によって与えられる位相差を意味する。従って、光学補償フィルム５を通過した光のｘ’成分とｙ’成分の位相差は−Δφ３となり、楕円偏光状態を維持する。また、光学補償フィルム５は、（１）式〜（５）式を満たす光学特性を有することから、光が補強板１１を通過した時点で光の偏光方向が偏光フィルム７を通過した後の光の偏光方向に対して所定角度だけ回転するよう作用する。
【００３９】
そして、斜め方向に進行する光は補強板１１を通過して、偏光フィルム１０に到達する。補強板１１は、上記のようにΔφ３だけ位相差を与えることから、補強板１１を通過した後の光のｘ’成分とｙ’成分との位相差は０となり、補強板１１を通過した光は再び直線偏光状態になって偏光フィルム１０に入射する。また、光学補償フィルム５の作用により、補強板１１を通過した光の偏光方向は、偏光フィルム７を通過した直後と比較して所定角度だけ回転する。具体的には、光学補償フィルム５の作用によって補強板１１を通過した光の偏光方向は、光の進行方向に垂直に交差する平面に対する吸収軸１４の正射影とほぼ一致した方向となる。このため、偏光フィルム７を通過して斜め方向に進行した光成分の大部分は偏光フィルム１０によって進行が妨げられ、外部に漏れだす光量が視認不能な程度にまで抑制される。
【００４０】
上記した位相差Δφ１、Δφ２、Δφ３は、補強板９、１１の屈折率の平均値ｎｘ’、ｎｙ’、厚さの平均値ｄ’および液晶層３の屈折率異方性ΔｎＬＣ、厚さｄＬＣの値に依存する。一方で、光学補償フィルム５の光学特性は（１）式〜（３）式からも明らかなようにこれらの値をパラメータとして決定されることから、Δφ１、Δφ２、Δφ３の値が変動した場合であっても、斜め方向に進行する光に対して及ぼすことが可能であり、光の漏れだしを抑制することができる。
【００４１】
なお、図２に示した光の振動形の具体的形状に関しては、あくまで例示にすぎないことに注意する必要がある。すなわち、光の振動形は、各構成要素で印加される位相差Δφ１、Δφ２、Δφ３に依存するため、かかる位相差の値によって光の振動形は異なるものとなるためである。
【００４２】
次に、本実施の形態にかかる画像表示装置の利点について説明する。まず、本実施の形態にかかる画像表示装置では、光学補償フィルム５を備えることによってθ≠０かつφ≠９０°×ｎ（ｎ：整数）の方向（以下、「斜め方向」と称する）の光についてコントラストを改善することが可能であって、広い有効視野角を実現することが可能である。図３は、本実施の形態にかかる画像表示装置と、特許２９８２８６９号明細書に記載された画像表示装置（以下、「従来技術にかかる画像表示装置」と称する）と、光学補償フィルムを備えない画像表示装置に関して、黒色表示を行う際における光透過率のφ依存性を示すグラフである。なお、図３において、横軸は角度φ（０°≦φ≦３６０°）を示し、縦軸は光透過率を示す。また、曲線ｌ１は本実施の形態にかかる画像表示装置に関して黒色表示の際における光透過率を示し、曲線ｌ２、ｌ３はそれぞれ従来技術にかかる画像表示装置、光学補償フィルムを備えない画像表示装置の光透過率を示す。また、ｚ方向となす角θを８０°とし、偏光板１、６の面内リタデーションの平均値Δｎｚを５０ｎｍとし、液晶層３のリタデーションΔｎＬＣｄＬＣを３６２．５ｎｍとする。
【００４３】
図３に示すように、光学補償フィルムを備えない画像表示装置（曲線ｌ３）では、φ≠９０°×ｎの範囲で光透過率が高い値を示し、漏れ出す光の強度が大きな値となることが示されている。一方、本実施の形態にかかる画像表示装置（曲線ｌ１）および従来技術にかかる画像表示装置（曲線ｌ２）は、光学補償フィルムを備えた構造を有するために斜め方向の光透過率について著しい改善が見られる。また、曲線ｌ１と曲線ｌ２とを比較すると、光透過率はほぼ同等の値に抑制され、わずかながらも本実施の形態にかかる画像表示装置（曲線ｌ１）のほうが全体的に低い値に抑制されている。従って、本実施の形態にかかる画像表示装置は、斜め方向の光の透過率に関して、従来技術にかかる画像表示装置に劣らず優れた特性を有し、従来技術とほぼ同等の有効視野角を有することが示された。（２）式で示したようにｚ方向のリタデーションΔＮｚが液晶層３のリタデーションΔｎＬＣｄＬＣをも考慮して決定されることから、本実施の形態にかかる画像表示装置では、異なるリタデーションを有する液晶層によって画像表示装置を構成した場合であっても、従来技術とほぼ同等の特性を発揮することが可能であることが示された。
【００４４】
また、本実施の形態にかかる画像表示装置は、光学補償フィルム５の作製を容易に行うことが可能である。本実施の形態にかかる画像表示装置と、従来技術にかかる画像表示装置の面内リタデーション、ｚ方向のリタデーションの値の範囲について比較を行う。図４は、光学補償フィルムにおける面内リタデーションの取りうる範囲を比較したグラフである。また、図５は、光学補償フィルムにおけるｚ方向のリタデーションの取りうる範囲を比較したグラフである。
【００４５】
図４において、領域Ｉは本実施の形態における光学補償フィルム５の面内リタデーションの取りうる値の範囲を示し、領域ＩＩは、従来技術における光学補償フィルタの面内リタデーションの範囲を示す。図４に示すように領域Ｉは領域ＩＩに対して全体的に低い範囲に位置し、本実施の形態では従来技術と比較して光学補償フィルム５の面内リタデーションを低い値にすることが可能であることが示されている。
【００４６】
図５において、領域ＩＩＩは本実施の形態における光学補償フィルム５のｚ方向のリタデーションの取りうる範囲を示し、領域ＩＶは、従来技術における光学補償フィルタのｚ方向のリタデーションの範囲を示す。領域ＩＩＩと領域ＩＶとを比較すると明らかなように、本実施の形態における光学補償フィルム５のｚ方向のリタデーションの値は従来技術と比較して低い範囲に抑制されていることが示されている。
【００４７】
以上、図４および図５に示したように、本実施の形態における光学補償フィルム５の面内リタデーションおよびｚ方向のリタデーションの値は、従来技術にかかる画像表示装置と比較して低い範囲に抑制されている。（４）式および（５）式に示したように、面内リタデーションおよびｚ方向のリタデーションの値が低下するに従ってｎｘ、ｎｙ、ｎｚの値をほぼ同等のものとすることが可能である。従って、本実施の形態における光学補償フィルム５は、ｘ、ｙ、ｚ方向に関する光学的な異方性を従来よりも抑制することが可能となり、作製が容易になると共に製造歩留まりが向上する。
【００４８】
さらに、本実施の形態にかかる画像表示装置は、製造誤差による有効視野角の変動を抑制することが可能である。まず、本実施の形態にかかる画像表示装置は、偏光板１の吸収軸と、偏光板６の吸収軸とのなす角のずれに対して、黒色表示の際における光透過率の変動が抑制されることについて説明する。図６は、本実施の形態にかかる画像表示装置において、偏光板１の吸収軸と偏光板６の吸収軸とがなす角が８８°、９２°となった場合における光透過率の変化を示すグラフである。なお、図６において、曲線ｌ４は吸収軸１３、１４のなす角を９２°とした場合を示し、曲線ｌ５は吸収軸１３、１４のなす角を８８°とした場合を示す。また、図７は比較のためのグラフであって、従来技術にかかる画像表示装置において、偏光板の吸収軸間のなす角が変化した場合における光透過率の変化を示す。図７において、曲線ｌ６は吸収軸間のなす角が９２°の場合を示し、曲線ｌ７は８８°の場合を示す。なお、図６、図７において、吸収軸の角度以外の条件については、図３のグラフと同じであるものとする。
【００４９】
図６に示すように、本実施の形態にかかる画像表示装置は、吸収軸間の角度が変動した場合に、光透過率の最大値は０．００３程度となる。一方、従来技術にかかる画像表示装置は、図７に示すように、吸収軸間の角度が変動した場合に、光透過率の最大値は０．００３５に達する。従って、白色表示の際の光透過率が等しいと仮定すると、本実施の形態にかかる画像表示装置のコントラストの値は、従来技術にかかる画像表示装置と比較して１６％程度優れた値を有することが分かる。すなわち、本実施の形態にかかる画像表示装置は、従来技術にかかる画像表示装置と比較して吸収軸のずれに対するコントラストの低下を抑制することが可能であり、製造誤差に対する許容度が大きいという利点を有する。
【００５０】
また、図６および図７に示すように、光透過率の最低値は本実施の形態と従来技術とでほぼ同等の値を有する。そして、上記のように光透過率の最大値は本実施の形態にかかる画像表示装置の方が低いため、本実施の形態にかかる画像表示装置は、角度φの変化に対する光透過率の変動変動範囲の拡大を従来に比べて抑制できるという利点も有する。
【００５１】
次に、本実施の形態にかかる画像表示装置は、液晶層３に含まれる液晶分子のプレチルト角の変動に対して、黒色表示の際における光透過率の変動が抑制されることについて説明する。ここで、プレチルト角とは、アレイ基板２および対向基板４との界面近傍に位置する液晶分子の長軸方向と基板表面（ｘｙ平面）とがなす角のことをいう。図８は、液晶分子のプレチルト角が４°の画像表示装置で黒色表示を行った場合における光透過率のφ依存性について示すグラフである。なお、曲線ｌ８は本実施の形態にかかる画像表示装置における光透過率のφ依存性を示し、曲線ｌ９は従来技術にかかる画像表示装置における光透過率のφ依存性を示す。
【００５２】
図８に示すように、本実施の形態にかかる画像表示装置では、光透過率の最大値が０．００３５であるのに対して、従来技術にかかる画像表示装置では、光透過率の最大値が０．００４５となる。白色表示の際の光透過率が等しいと仮定した上で光透過率の差をコントラストの値に換算すると、本実施の形態にかかる画像表示装置は、コントラストに関しては従来技術と比較して２８％程度優れた値を有する。すなわち、本実施の形態にかかる画像表示装置は、従来技術にかかる画像表示装置と比較して液晶分子のプレチルト角のずれに対するコントラストの低下を抑制することがかの上あり、製造誤差に対する許容度が大きいという利点を有する。
【００５３】
また、曲線ｌ８と曲線ｌ９を比較すると明らかなように、光透過率の最小値については本実施の形態と従来技術においてほぼ同等な値を有する。一方、上記のように光透過率の最大値は本実施の形態にかかる画像表示装置が低い値を有することから、本実施の形態にかかる画像表示装置は、光透過率の変動範囲の拡大幅を従来技術よりも抑制することが分かる。
【００５４】
なお、実際に市場に流通している画像表示装置では、液晶分子のプレチルト角が３°〜５°程度となるよう制御されている。このため、実用上の観点からはプレチルト角が０°の場合における有効視野角ではなく、３°〜５°の場合の有効視野角が重視され、本実施の形態にかかる画像表示装置は、従来技術と比較して実用上の観点からも優れた視野角特性を有することが示される。
【００５５】
以上、本発明の内容について実施の形態を用いて説明してきたが、本発明は上記の記載の内容に限定されることはなく、当業者であれば様々な実施例、変形例等に想到することが可能である。例えば、実施の形態では電界非印加時に黒色表示画行われるノーマリーブラックモードの画像表示装置について説明したが、電界印加時に黒色表示画が行われるいわゆるノーマリーホワイトモードの画像表示に関して本発明を適用することが可能である。また、吸収軸の方向について、吸収軸１３をｘ方向、吸収軸１４をｙ方向となるよう偏光板１、６を形成しても良い。さらに、吸収軸１３と液晶層３に含まれる液晶分子の長軸方向とのなす角をほぼ垂直としても良い。
【００５６】
また、実施の形態ではＩＰＳ型の画像表示装置について説明したが、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）方式等異なる構造の画像表示装置に本発明を適用することも可能である。
【００５７】
さらに、実施の形態では偏光板が偏光フィルムを補強板で挟み込んだ構造としたが、偏光板の構造はかかるものに限定されるのではなく、別構造であって偏光板そのものがｚ方向のリタデーションを有する場合に適用することが可能である。かかる場合、偏光板全体のリタデーションを考慮するのではなく、偏光板のうち、２枚の偏光板にそれぞれ備わる吸収軸間に位置する部分のリタデーションに基づいてΔｎｚを決定すればよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、上記した特性の光学補償フィルムを設けたことによって、様々な光学特性を有する液晶層を用いた場合であっても斜め方向に進行する光の漏れだしを抑制できることに加えて、光学補償フィルムの面内リタデーションおよび偏光板の法線方向のリタデーションの平均値の範囲を低い値に限定したために光学補償フィルムの作製が容易であると共に、吸収軸間のなす角のずれ等の製造ばらつきによる画像品位の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態にかかる画像表示装置の全体構造を示す分解斜視図である。
【図２】実施の形態にかかる画像表示装置において、斜め方向に進行する光の漏れだしを抑制する作用について説明するための模式図である。
【図３】黒色表示の際に斜め方向に進行する光の光透過率のφ依存性を示すグラフである。
【図４】光学補償フィルムにおける面内リタデーションの取りうる範囲を示すグラフである。
【図５】光学補償フィルムにおけるｚ方向のリタデーションの取りうる範囲を示すグラフである。
【図６】実施の形態にかかる画像表示装置において、吸収軸間の変動に対して黒色表示の際における光透過率のφ依存性を示すグラフである。
【図７】従来技術にかかる画像表示装置において、吸収軸間の変動に対して黒色表示の際における光透過率のφ依存性を示すグラフである。
【図８】液晶分子のプレチルト角が４°の場合に対して、黒色表示の際における光透過率のφ依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１          偏光板
２          アレイ基板
３          液晶層
４          対向基板
５          光学補償フィルム
６          偏光板
７          偏光フィルム
８          補強板
９          補強板
１０      偏光フィルム
１１      補強板
１３      吸収軸
１４      吸収軸
１０１  偏光板
１０２  アレイ基板
１０３  液晶層
１０４  対向基板
１０５  光学補償フィルム
１０６  偏光板
【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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