(57)【要約】【課題】半透過型液晶表示装置における透過モードの視野角を拡大することができる視野角補償板およびそれを用いた液晶表示装置を提供する。【解決手段】ハイブリット配向しているディスコティック液晶を有する液晶表示装置用の視野角補償板。ディスコティック液晶のダイレクタのチルト角が、液晶表示装置側の界面の方が他方の界面より大きくなるようにハイブリット配向したディスコティック液晶層を有し、かつ、ディスコティック液晶のダイレクタの傾斜方向が、液晶表示装置内の表示用液晶のダイレクタの傾斜方向に略平行であることを特徴とする。【選択図】図１
2005141070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリット配向しているディスコティック液晶を有する液晶表示装置用の視野角補償板であって、
ディスコティック液晶のダイレクタのチルト角が、液晶表示装置側の界面の方が他方の界面より大きくなるようにハイブリット配向したディスコティック液晶層を有し、
かつ、ディスコティック液晶のダイレクタの傾斜方向が、液晶表示装置内の表示用液晶のダイレクタの傾斜方向に略平行であることを特徴とする視野角補償板。
【請求項２】
一対の基板、および該一対の基板に狭持され、基板面に対し略平行に、かつ一様に配向した表示用液晶層からなり、一つの画素に透過部と反射部を有する液晶パネルと、
該液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、
前記偏光板と液晶パネルとのあいだに配置された少なくとも１枚の位相差板と、
前記液晶パネルの背面の偏光板と液晶パネルとのあいだに配置された請求項１記載の視野角補償板
とからなることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半透過型液晶表示装置において透過モード（バックライト点灯時）の視野角を拡大するための視野角補償板およびそれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半透過型液晶表示装置は、反射モード（バックライト非点灯時）で表示を行なう反射部と透過モード（バックライト点灯時）で表示を行なう透過部とが１つの画素内に存在するように構成されたものである。
【０００３】
従来より用いられている半透過型液晶表示装置の一般的な構成は、図５に示されるように、一対の透明基板３１、３２のあいだに液晶３３が封入された液晶パネル３４と、該液晶パネル３４の前後両側に配置された第１位相差板３５および第２位相差板３６と、該一対の位相差板３５、３６の前後両側に配置された一対の偏光板３７、３８と、後方側の偏光板３８の後方に配置されたバックライト３９とを備えており、液晶パネル３４の一部が反射部４０となるように透明基板３２の一部に反射膜４２が形成され、該反射膜４２が形成されない残りの部分が透過部４１となるように構成されている。
【０００４】
反射部４０には反射鏡の役目をする反射膜４２が、通常は液晶パネル３４内に設置されている。この反射膜は、液晶パネル３４の外側（たとえば、液晶パネル３４と第２位相差板３６とのあいだ）に設置してある場合もある。
【０００５】
位相差板３５、３６は、少なくとも１枚、通常２枚の位相差板を貼り合わせたものである。
【０００６】
このように構成された半透過型液晶表示装置において、さらに透過モードの広視野角化のために、バックライト３９側にある第２位相差板３６の場所に、視野角補償板と呼ばれる特殊な位相差板の一種を設置する方法が一般的である。
【０００７】
たとえば、このような半透過型液晶パネルにおいて、バックライト側に屈折率主軸がパネル法線方向から傾斜した視野角補償板を設置することが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００８】
ノーマリーホワイトモードの場合、液晶層に電圧を印加して黒を表示する。このとき、液晶分子は基板面から起き上がっているので、見る方向をパネル法線から倒していったときの液晶層のリタデーション変化が大きい。そのため、視線を倒すと黒を表示していても光が漏れてきてしまい、視野角が狭い（半透過型の場合、視野角はコントラスト比が５になる視線角度で定義されるのが一般的である）。
【０００９】
前記のような特許文献１に記載される補償板は、この起き上がった液晶分子のリタデーションを相殺する様に働く（補償する）ので、視線を倒したときのリタデーション変化が小さくなり、黒の光漏れが改善し、視野角が広がる。
【００１０】
透過型液晶パネルにおいては、ハイブリット型（補償用のディスコティック液晶分子の起き上がり角（チルト角）が、補償板の表側と裏側で異なっている配向）の視野角補償板（商品名  ＷＶフィルム：富士写真フイルム（株）製）をパネルの両側に貼付することで広い視野角が得られる。
【００１１】
電圧を印加したときには、液晶分子は一様に起き上がるのではなく、基板界面では基板面に略平行で、そこからパネル内部に向かってだんだん起き上がっていく（パネル中央付近で一番起き上がっている）。この液晶分子の起き上がり角の変化に対応するように補償用のディスコティック液晶のチルト角を変化させたハイブリット型を用い、さらにパネル両側に貼付することで、補償効果を上げることができる（たとえば、非特許文献１参照）。
【００１２】
補償用液晶としてハイブリット配向した棒状のネマティック液晶を使用した視野角補償板、およびそれを使用した半透過型液晶パネルに関する特許が特許文献２に開示されている。パネル内の液晶分子の立上り方向と、補償用の液晶分子の立上り方向を逆にすることでリタデーションの補償を行なう。
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−２５８７６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５６６２２号公報
【非特許文献１】Ｈ．モリ、Ｙ．イトウ、Ｙ．ニシウラ、Ｔ．ナカムラおよびＹ．シナガワ共著「ＳＩＤ’９７ダイジェスト」（出版元：情報ディスプレイ学会（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、１９９７年５月発行、９４１〜９４４ページ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
透過型液晶表示装置の場合、前記特許文献１のような屈折率主軸が明確に定義できる視野角補償板では補償効果が不十分であり、ハイブリット配向型の視野角補償板が必要であることが知られている（Ｈ．モリ、Ｈ．ナガイ、Ｈ．ナカヤマ、Ｙ．イトウ、Ｋ．カメダ、Ｋ．アラカワおよびＫ．カワタ共著「ＳＩＤ’０３ダイジェスト」（出版元：情報ディスプレイ学会（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、２００３年５月発行、１０５８〜１０６１ページ））。
【００１５】
ハイブリット配向型の視野角補償板としては、補償用液晶としてディスコティック液晶を使用したＷＶフィルム（富士写真フイルム（株）製）と、棒状ネマティック液晶を使用したＮＨフィルム（日石三菱（株）製）がある。しかし、ＮＨフィルムはフィルム面内のリタデーションの均一性がＷＶフィルムに比べて劣るため、とくに画面サイズが大きい場合に、表示ムラとして視認されるという問題がある。一方、ＷＶフィルムはもともと大型の透過型液晶モニター向けであり、このような問題はない。したがって、視野角補償板としては、ハイブリット配向したディスコティック液晶を用いるＷＶフィルムの方が好ましい。
【００１６】
しかし、半透過型の場合、透過型液晶パネルのように使用者側に補償板を配置すると、反射モードでもこの補償板が偏光状態に影響するため、補償板をパネルの両側に貼付することはできず、バックライト側のみになる。また、使用者側には反射モードのために位相差板が設置されており、透過側表示装置とは光学的な設計が異なる。そのため、補償の効果が最大となる補償板の設置の仕方は、半透過型と透過型では異なる。
【００１７】
本発明はかかる問題を解消するためになされたものであり、半透過型液晶表示装置における透過モードの視野角が拡大することができる視野角補償板およびそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、ハイブリット型の視野角補償板を、補償用のディスコティック液晶のチルト角（ディスコティック液晶の「皿」の法線方向と基板面との角度）を、パネル側界面で大きく、偏光板側界面で小さくなるように配置する。
【００１９】
すなわち、本発明の視野角補償板は、ハイブリット配向しているディスコティック液晶を有する液晶表示装置用の視野角補償板であって、
ディスコティック液晶のダイレクタのチルト角が、液晶表示装置側の界面の方が他方の界面より大きくなるようにハイブリット配向したディスコティック液晶層を有し、
かつ、ディスコティック液晶のダイレクタの傾斜方向が、液晶表示装置内の表示用液晶のダイレクタの傾斜方向に略平行であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の液晶表示装置は、一対の基板および、該一対の基板に狭持され、基板面に対し略平行に、かつ一様に配向した表示用液晶層からなり、一つの画素に透過部と反射部を有する液晶パネルと、
該液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、
前記偏光板と液晶パネルとのあいだに配置された少なくとも１枚の位相差板と、
前記液晶パネルの背面の偏光板と液晶パネルとのあいだに配置された請求項１記載の視野角補償板とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、視野角補償板を半透過液晶パネルに貼付することにより、透過モードの視野角を拡大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
つぎに、本発明の視野角補償板およびそれを用いた液晶表示装置を図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００２３】
本実施の形態では、ハイブリット配向したディスコティック液晶による補償効果の簡単な説明を、半透過型で主流であるホモジニアス配向（パネル内で一様に、基板面に対して略平行に配向）した表示用液晶層を例にして、以下に行なう（前記非特許文献１参照）。電圧を印加して黒を表示した状態での、液晶パネル内の液晶分子Ｍ1の配向と補償用ディスコティック液晶Ｍ2の配向の模式図を図３に示す。
【００２４】
光が紙面内で進行する場合を考える。パネル内の表示用棒状液晶はダイレクタ方向（屈折率主軸のうち、主屈折率が異常光屈折率ｎｅである主軸方向を向いた単位ベクトルをダイレクタと呼ぶ）の主屈折率ｎｅが他の主屈折率ｎｏより大きく、補償用のディスコティック液晶はダイレクタ方向の主屈折率ｎｅが他の主屈折率ｎｏより小さい。そのため、図３に示されるように、表示用棒状液晶Ｍ1のダイレクタの傾斜方向（ダイレクタの基板面への射影の方向を傾斜方向と定義する）と、補償用のディスコティック液晶Ｍ2の傾斜方向とが平行になるようにディスコティック液晶層を配置すると、ディスコティック液晶のリタデーション（固有偏光に対する屈折率の差と光の透過した距離の積）は、棒状液晶のリタデーションを打ち消すように働く。実際には完全な相殺が達成されるわけではないが、補償用ディスコティック液晶がない場合に比べて、系全体のリタデーションは小さくなる。そのため、視線を倒したときのリタデーション変化が小さくなり、黒を表示したときの光漏れが改善し、視野角が広がる。
【００２５】
液晶による偏光状態の変化は、数学的には行列によって表わすことができる（ジョーンズ（Jones）行列と呼ばれる）。図３の場合、液晶（棒状、ディスコティックともに）の主屈折率方向の１つが常に紙面に垂直な方向を向いているので、系のどの場所でも固有偏光状態は同じ方向の直線偏光である。そのため、この直線偏光を基底にとれば、系のどの場所でもJones行列は対角行列になる。対角行列は可換なので、入れ替えをしても結果は変わらない。つまり、補償用のディスコティック液晶層を逆にしても、その補償効果は変わらない（ただし、透過型液晶表示素子の主流であるツイステッド・ネマティック（Twisted-Nematic（ＴＮ））配向の場合は、表示用棒状液晶のダイレクタの方向が上下基板間でねじれているので、固有偏光の向きが変わってしまうため、補償用のディスコティック液晶層を逆にすると、補償効果も変わる）。
【００２６】
通常、補償用ディスコティック液晶層は薄い樹脂フィルムのような支持体に貼付して使用される。この支持体としてはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）のようなリタデーションの小さいフィルムを使用されるが、完全にリタデーションが０であるわけではないので、位相差板として働き、視野角に影響を与える。しかし、屈折率主軸の１つが紙面に垂直になるように支持体を設置すれば、場所はどこを選んでも視野角に与える影響は同じになる。
【００２７】
以上のことをまとめると、以下の３つの結論が導き出される。
・電圧が印加されて立ち上がった棒状液晶と補償用ディスコティック液晶がペアを組んでリタデーションを補償することによって視野角が広くなる。
・ペアの組み方は、その並び順によらない。
・補償用ディスコティック液晶層の支持体は視野角に影響を与えるが、どこに支持体があるかは関係ない。
【００２８】
以上の説明は、液晶パネルを液晶の立上り方向（図３において紙面内の方向）から見た場合である。つぎは、立上り方向と垂直な方向から見た場合、つまり図３において紙面に垂直な平面内で光が進行する場合を考える。この場合の、パネル内の液晶分子の配向と補償用ディスコティック液晶の配向の模式図を図４に示す（光は図４では紙面内を進行する）。
【００２９】
この場合も、図に示したようなペアＰ1〜Ｐ6でリタデーションの打ち消しが生じ、補償用のディスコティック液晶層がない場合に比べて視野角が拡大する。
【００３０】
しかし、液晶の立上り方向から見た場合と異なり、液晶（棒状、ディスコティックともに）の主屈折率方向は紙面に垂直な方向には向いていないので、固有偏光状態は系の場所で異なる。そのため、ある場所での固有偏光を基底にとると、他の場所のＪｏｎｅｓ行列は対角行列では表わされない。一般的な行列は非可換なので、入れ替えをすると結果が変わる。つまり、液晶の立上り方向と垂直な方向から見た場合には、補償用のディスコティック液晶層を逆にすると、補償効果も変化する。
【００３１】
図４に示されるように表示用棒状液晶Ｍ1の両側に補償用ディスコティック液晶Ｍ2を配置する場合は、パネルと隣接するディスコティック液晶から順番にペアＰ1〜Ｐ6を組むように配置しないと効果的な補償は得られない。
【００３２】
透過型液晶パネルの主流である、透過型ＴＮパネルについて、前記の補償用ディスコティック液晶の配置の、視野角特性に与える影響を検討した結果を表１に示す。
【００３３】
透過型液晶パネルではコントラスト比（白表示の輝度を黒表示の輝度で割った値）が１０となる視線方向のパネル法線からの角度で視野角を定義するのが一般的なので、表１でもこの定義を採用した。表中の「方向」とは視線方向を倒していく方向のことで、たとえば「左」はパネルを左側から見たときの視野角である。
【００３４】
補償用ディスコティック液晶の配置を表示用棒状液晶と補償用ディスコティック液晶でペアを作るように正しく配置すると、左右方向では視野角が広くなることがわかる。これは、前記で簡単に考察したように、表示用棒状液晶と補償用ディスコティック液晶でペアを作るように視野角補償板を配置すると、効果的に補償が働くためである。
【００３５】
【表１】
2005141070.tif 000003
【００３６】
半透過型の場合、透過型のように補償板をパネルの両側に貼付することはできず、バックライト側のみで補償を行なうため、表示素子の両側に視野角補償板を貼付する場合のようなきれいなペアを作ることはできない。また、半透過型では視野角補償板とは別に位相差板を使用する。そのため、透過型のように単純な考察により、視野角補償板の正しい配置を決定することはできない。
【００３７】
以上に述べた理由から、半透過型の透過モードを広視野角化する場合は、このディスコティック液晶層の向きも検討する必要がある。しかし、そのような検討の報告は過去にない。
【００３８】
以上のことをまとめると、以下の３つの結論が導き出される。
・電圧が印加されて立ち上がった棒状液晶と補償用ディスコティック液晶がペアを組んでリタデーションを補償することで視野角が広くなる。
・ペアの組み方は、その並び順に依存するため、補償用ディスコティック液晶層の向きは検討する必要がある。
・補償用ディスコティック液晶層の支持体は視野角に影響を与え、どこに支持体があるかに依存するため、支持体をどこに配置するかは検討する必要がある。
【００３９】
つまり、半透過型液晶パネルの透過モードの広視野角化のために、補償用液晶層にハイブリッド配向したディスコティック液晶を使用した視野角補償板を使用する場合、とくに左右方向の視野角が、補償用ディスコティック液晶層の向き、および支持体の設置場所に依存するため、これらの最適化が必要である。
【００４０】
現在、市販品として入手可能な補償用液晶層にハイブリッド配向したディスコティック液晶を使用した視野角補償板は、ＷＶフィルム（商品名、富士写真フイルム（株）製）のみである。ＷＶフィルムは支持体のＴＡＣフィルム上にハイブリット配向した補償用ディスコティック液晶層を積層したものであり、ＴＡＣ側のディスコティック液晶のチルト角（ダイレクタの基板平面からの立上り角）が大きい視野角補償板である。
【００４１】
ディスコティック液晶層の向きを変えると、支持体であるＴＡＣの位置も自動的に変わるので、検討すべきディスコティック液晶層の向きおよびＴＡＣの位置の組合せは、以下の２通りである。
・ディスコティック液晶のチルト角が偏光板側より液晶パネル側が大きい。このときＴＡＣはディスコティック液層層とパネルのあいだに位置する
・ディスコティック液晶のチルト角が偏光板側より液晶パネル側が小さい。このときＴＡＣはディスコティック液層層と偏光板のあいだに位置する
【００４２】
実施の形態１
図１に示される本実施の形態の半透過型液晶表示装置のパネル構成は、一対の透明基板１、２のあいだに液晶３が封入された液晶パネル４と、該液晶パネル４の前後両側に配置された４枚の位相差板、すなわち第１位相差板５、第２位相差板６、第３位相差板７および第４位相差板８と、該４枚の位相差板５〜８の前後両側に配置された一対の偏光板９、１０と、後方側の偏光板１０の後方に配置されたバックライト１１とを備え、液晶パネル４の一部を反射部として透明基板２の内面側に反射膜（図示せず）が形成され、反射膜が形成されない残りの部分が透過部となるように構成され、さらに、液晶パネル４と後方側の第３位相差板７とのあいだには、支持体１２と、補償用ディスコティック液晶層１３とからなる視野角補償板１４が配置されている。
【００４３】
視野角補償板１４には市販の透過型ＴＮパネル用のＷＶフィルム（商品名、富士写真フイルム（株）製）などが用いられる。このＷＶフィルムを図１のようにＴＡＣフィルムからなる支持体１２が液晶パネル４側に来るように設置した。この場合、図２に示されるように補償用ディスコティック液晶１３のチルト角θcが偏光板１０側より液晶パネル４側が大きくなる。
【００４４】
ＷＶフィルムの正面（補償板面内）リタデーションＲｅは約−３５ｎｍ、厚さ方向のリタデーションＲｔｈは約１５６ｎｍ、平均傾斜角が約１９°のものを使用した。Ｒｅの値が負になっているのは、ＷＶフィルムのディスコティック液晶は、ディスコティック液晶の傾斜方向とは直交する方向にリタデーションを発生するためである。
【００４５】
使用者側の位相差板を、第１および第２位相差板５、６と２枚使用するのは以下の理由による。リタデーションは波長に依存するが（分散と呼ばれる）、位相差板（ポリカーボネートなどの透明樹脂製が一般的である）と液晶材料では、その分散が異なるので、位相差板が１枚の場合は、ある波長で光学特性を最適化すると、他の波長では最適な条件からずれてしまう。したがって、白表示の着色、黒表示の光漏れによるコントラスト比の低下の原因となる。位相差板を２枚組み合わせることにより、組み合わせた位相差板のリタデーションの分散を液晶材料の分散に近づけることで、広い波長範囲で光学特性を最適化することができることが知られている（特開平１０−６８８１６号公報参照）。通常、第１位相差板５は２００〜３００ｎｍ、第２位相差板６は８０〜１４０ｎｍのものを用いる。
【００４６】
バックライト側の位相差板を、第３および第４位相差板７、８と２枚使用するのも、同じ理由である。ただし、視野角補償板１４（ＷＶフィルム）もリタデーションＲｅを有するので、位相差板７とのリタデーションの合計が８０〜１４０ｎｍになるようにした。
【００４７】
各位相差板５〜８（住友化学工業（株）製）のリタデーションの値は表２の通りである。
【００４８】
【表２】
2005141070.tif 000004
【００４９】
液晶パネルの液晶層のリタデーションは３２０ｎｍとし、液晶層はホモジニアス配向（パネル内で一様に、基板面に対して略平行に配向）させた。表示用液晶のダイレクタの傾斜方向は、補償用ディスコティック液晶のダイレクタの傾斜方向と平行にし、この方向をパネル下方向とした。
【００５０】
比較例１
実施の形態１の構成で、ＷＶフィルムの貼付の向きを、ＴＡＣ側が偏光板側に来るよう裏表逆向きに設置した。この場合、補償用ディスコティック液晶のチルト角が偏光板側より液晶パネル側が小さくなる。
【００５１】
視野角の比較表
表３に実施の形態１と比較例１の視野角を示す。半透過型液晶表示素子の場合、コントラスト比が５となる視線方向のパネル法線からの角度で視野角を定義するのが一般的なので、表３でもこの定義を採用した。表３中の「方向」とは視線方向を倒していく方向のことで、たとえば「左」はパネルを左側から見たときの視野角である。
【００５２】
【表３】
2005141070.tif 000005
【００５３】
以上のように、本発明の視野角補償板、すなわち、ディスコティック液晶のダイレクタのチルト角が、液晶表示装置側の界面の方が他方の界面より大きくなるようにハイブリット配向したディスコティック液晶層を有し、かつ、ディスコティック液晶のダイレクタの傾斜方向が、液晶表示装置内の表示用液晶のダイレクタの傾斜方向に略平行であることを特徴とする視野角補償板を、ホモジニアス配向した表示用液晶層を備えた半透過型液晶表示素子に、パネル背面（使用者の反対側）の偏光板と液晶パネルのあいだに配置することにより、左右方向に視野角が広くなった。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の視野角補償板を備えた液晶表示装置の一実施の形態を示す断面説明図である。
【図２】図１の補償用ディスコティック液晶のチルト角を説明するための説明図である。
【図３】一般的な透過型液晶パネルにおける、液晶パネルの液晶分子の配向と、補償用ディスコティック液晶分子の配向を模式的に説明するための説明図であって、液晶分子の立上り方向からパネルを見た場合の説明図である。
【図４】一般的な透過型液晶パネルにおける、液晶パネルの液晶分子の配向と、補償用ディスコティック液晶分子の配向を模式的に説明するための説明図であって、液晶分子の立上り方向と垂直な方向からパネルを見た場合の説明図である。
【図５】一般的な半透過型液晶表示装置の断面説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
４  液晶パネル
５  第１位相差板
６  第２位相差板
７  第３位相差板
８  第４位相差板
９、１０  偏光板
１１  バックライト
１２  支持体
１３  補償用ディスコティック液晶
１４  視野角補償板
【図１】
2005141070.tif 000006
【図２】
2005141070.tif 000007
【図３】
2005141070.tif 000008
【図４】
2005141070.tif 000009
【図５】
2005141070.tif 000010