(57)【要約】半透過型液晶表示装置は、互いに対向して配置されたアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に液晶層ＬＱを保持した液晶表示パネルＬＰＮと、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光制御素子ＰＯＬ１と、対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光制御素子ＰＯＬ２と、を備えている。第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、液晶層ＬＱに楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように、自身を通過する光の偏光状態を制御することを特徴とする。
2004092814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれが反射部及び透過部を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光制御素子と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光制御素子と、を備え、
前記第１偏光制御素子及び前記第２偏光制御素子は、前記液晶層に楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように、偏光状態を制御し、
しかも、前記楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率は、０．５以上０．８５以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶層に入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率は、その最大値と最小値との差が０．１５より小さい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】
前記第１偏光制御素子及び前記第２偏光制御素子のそれぞれは、少なくとも１つの偏光板と、少なくとも１つの位相差板とで構成された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４】
前記位相差板は、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／４波長の位相差を与え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】
少なくとも前記第２偏光制御素子においては、前記偏光板の吸収軸と、前記位相差板の遅相軸との成す鋭角の角度は、２５度以上６５度以下の範囲に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６】
前記第１偏光制御素子側から前記液晶表示パネルを照明するバックライトユニットを備えた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７】
表示モードがノーマリーホワイトであ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８】
マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれが反射部及び透過部を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光制御素子と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光制御素子と、を備え、
前記第１偏光制御素子及び前記第２偏光制御素子のそれぞれは、１つの偏光板と、１つの位相差板とで構成され、前記液晶層に楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように、偏光状態を制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
少なくとも前記第２偏光制御素子においては、前記偏光板の吸収軸と、前記位相差板の遅相軸との成す鋭角の角度は、２５度以上で４０度より小さい範囲または４５度より大きく６５度以下の範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、液晶表示装置に係り、特に、外光を利用して画像を表示する反射部とバックライト光を利用して画像を表示する透過部とを一画素内に有する半透過型液晶表示装置に関する。
【背景技術】  半透過型液晶表示装置は、同一画素内において、反射電極を有する反射部と、透過電極を有する透過部とを備えている。このような半透過型液晶表示装置は、暗所においては、画素内の透過部を利用してバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過型液晶表示装置として機能し、明所においては、画素内の反射部を利用して外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射型液晶表示装置として機能する。これにより、消費電力を大幅に低減することができる。
半透過型液晶表示装置は、液晶表示パネルを構成するアレイ基板及び対向基板の外面にそれぞれ光の偏光状態を制御する偏光制御素子を備えている。これらの偏光制御素子は、偏光板と、２種類の位相差板（所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／２波長の位相差を与える１／２波長板、及び、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／４波長の位相差を与える１／４波長板）とを組み合わせて構成された円偏光板である。すなわち、偏光制御素子は、液晶層に入射する所定波長の光の偏光状態を円偏光とするように制御するものである。
位相差板を構成する複屈折材料は、常光線に対する屈折率ｎｏ及び異常光線に対する屈折率ｎｅが光の波長に依存する特性を有している。このため、位相差板のリタデーション値Δｎ・ｄ（＝ｎｏ・ｄ−ｎｅ・ｄ；ｄはそれぞれの光線の進行方向に沿った複屈折材料の厚さ）は、通過する光の波長に依存することになる。したがって、偏光板と１種類の位相差板とで偏光制御素子を構成した場合、特定波長の光が偏光制御素子に入射し、偏光板を通過した直線偏光の偏光状態に所定のリタデーション（例えば１／４波長）を付与した場合にのみ円偏光を形成することができる。このため、カラー表示に利用されるすべての波長範囲において、所定のリタデーションを付与して円偏光を形成するためには、少なくとも２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を組み合わせて使用してリタデーション値の波長依存性を緩和しなければならない。
しかしながら、このような構成の半透過型液晶表示装置においては、偏光制御素子の厚みによって装置全体の薄型化が阻害され、しかも、複数の位相差板を必要とする偏光制御素子によって装置全体のコストアップを招くといった課題がある。
これに対して、例えば、特開平０１−２７００２４号公報によれば、偏光板と１種類の位相差板（１／４波長板）とを組み合わせて偏光制御素子を構成した、表示モードがノーマリーブラックの透過型液晶表示装置が提案されている。この特許文献によれば、偏光制御素子は、円偏光板として利用しているが、上述したように波長依存性が高い。このため、カラー表示に利用されるすべての波長範囲において、所定のリタデーションを付与できるような偏光制御素子を実現することは困難であり、所望する円偏光が得られない。したがって、表示モードがノーマリーホワイトの半透過型液晶表示装置において、上述した特許文献に開示されたような偏光制御素子を適用しても、反射率、透過率、コントラストといった光学特性が著しく低下してしまう。
【発明の開示】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、薄型化及び低コスト化が実現できるとともに、光学特性の良好な液晶表示装置を提供することにある。
この発明の第１の様態による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれが反射部及び透過部を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光制御素子と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光制御素子と、を備え、
前記第１偏光制御素子及び前記第２偏光制御素子は、前記液晶層に楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように、偏光状態を制御し、
しかも、前記楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率は、０．５以上０．８５以下であることを特徴とする。
この発明の第２の様態による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素のそれぞれが反射部及び透過部を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第１基板と第２基板との間に液晶層を保持した液晶表示パネルと、
前記第１基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光制御素子と、
前記第２基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光制御素子と、を備え、
前記第１偏光制御素子及び前記第２偏光制御素子のそれぞれは、１つの偏光板と、１つの位相差板とで構成され、前記液晶層に楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように、偏光状態を制御することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。
図２は、図１に示した液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図である。
図３は、図２に示した液晶表示装置において液晶分子のダイレクタ、第１偏光板及び第２偏光板の吸収軸、及び、第１位相差板及び第２位相差板の遅相軸の配置関係を説明するための図である。
図４は、実施形態１で適用される第１偏光制御素子及び第２偏光制御素子での吸収軸及び遅相軸のＸ軸に対する成す角度と、第１位相差板及び第２位相差板のリタデーション値とを示す図である。
図５は、偏光制御素子によって得られる楕円偏光の楕円率の波長に対する分布の一例を示した図である。
図６は、図５に示したような楕円率の波長依存性を有する偏光制御素子を用いて構成した比較例１及び比較例２における光学特性の比較結果を示す図である。
図７は、偏光制御素子によって形成された楕円偏光の楕円率の成す角度θに対する分布の一例を示した図である。
図８は、楕円偏光の長軸とＸ軸との成す角度θ’の角度θに対する分布の一例を示した図である。
図９は、実施形態１で適用される偏光制御素子によって得られる楕円偏光の楕円率の波長に対する分布を示した図である。
図１０は、比較例１及び実施形態１における光学特性の比較結果を示す図である。
図１１は、実施形態２で適用される第１偏光制御素子及び第２偏光制御素子での吸収軸及び遅相軸のＸ軸に対する成す角度と、第１位相差板及び第２位相差板のリタデーション値とを示す図である。
図１２は、実施形態２で適用される偏光制御素子によって得られる楕円偏光の楕円率の波長に対する分布を示した図である。
図１３は、比較例３及び実施形態２における光学特性の比較結果を示す図である。
図１４は、実施形態３で適用される第１偏光制御素子及び第２偏光制御素子での吸収軸及び遅相軸のＸ軸に対する成す角度と、第１位相差板及び第２位相差板のリタデーション値とを示す図である。
図１５は、比較例４及び実施形態３における光学特性の比較結果を示す図である。
図１６は、実施形態３の液晶表示装置における法線との成す角度Θに対する楕円率の分布の一例を示す図である。
図１７は、実施形態３の液晶表示装置におけるコントラストの視野角依存性の特性図である。
図１８は、実施形態４で適用される第１偏光制御素子及び第２偏光制御素子での吸収軸及び遅相軸のＸ軸に対する成す角度と、第１位相差板及び第２位相差板のリタデーション値とを示す図である。
図１９は、比較例５及び実施形態４における光学特性の比較結果を示す図である。
図２０は、実施形態４の液晶表示装置における法線との成す角度Θに対する楕円率の分布の一例を示す図である。
図２１は、実施形態４の液晶表示装置におけるコントラストの視野角依存性の特性図である。
図２２は、実施形態５で適用される第１偏光制御素子及び第２偏光制御素子での吸収軸及び遅相軸のＸ軸に対する成す角度と、第１位相差板及び第２位相差板のリタデーション値とを示す図である。
図２３は、比較例６及び実施形態５における光学特性の比較結果を示す図である。
図２４は、実施形態５の液晶表示装置における法線との成す角度Θに対する楕円率の分布の一例を示す図である。
図２５は、実施形態５の液晶表示装置におけるコントラストの視野角依存性の特性図である。
図２６は、比較例の液晶表示装置における法線との成す角度Θに対する楕円率の分布の一例を示す図である。
図２７は、比較例の液晶表示装置におけるコントラストの視野角依存性の特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】    以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの半透過型カラー液晶表示装置であって、液晶表示パネルＬＰＮを備えている。この液晶表示パネルＬＰＮは、アレイ基板（第１基板）ＡＲと、アレイ基板ＡＲと互いに対向して配置された対向基板（第２基板）ＣＴと、これらアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された液晶層ＬＱと、を備えて構成されている。
また、この液晶表示装置は、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第１偏光制御素子ＰＯＬ１、及び、対向基板ＣＴの液品層ＬＱを保持する面とは反対の外面に設けられた第２偏光制御素子ＰＯＬ２を備えている。さらに、この液晶表示装置は、第１偏光制御素子ＰＯＬ１側から液晶表示パネルＬＰＮを照明するバックライトユニットＢＬを備えている。
このような液晶表示装置は、画像を表示する表示領域ＤＳＰにおいて、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを備えている。各画素ＰＸは、外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射部ＰＲと、バックライトユニットＢＬからのバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過部ＰＴと、を有している。
アレイ基板ＡＲは、ガラス板や石英板などの透光性を有する絶縁基板１０を用いて形成される。すなわち、このアレイ基板ＡＲは、表示領域ＤＳＰにおいて、画素毎に配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、これら画素電極ＥＰの行方向に沿ってそれぞれ形成されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これら画素電極ＥＰの列方向に沿って形成されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸにおいて走査線Ｙ及び信号線Ｘの交差位置近傍に配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子すなわち薄膜トランジスタＷ、液晶容量ＣＬＣと並列に補助容量ＣＳを構成するよう画素電極ＥＰに容量結合してｎ本の走査線Ｙと略平行に形成された補助容量線ＡＹなどを有している。
アレイ基板ＡＲは、さらに、表示領域ＤＳＰの周辺の駆動回路領域ＤＣＴにおいて、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤ、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを有している。走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行の薄膜トランジスタＷが走査信号によってオンするタイミングでｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応する薄膜トランジスタＷを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。
各薄膜トランジスタＷは、Ｎチャネル薄膜トランジスタであり、絶縁基板１０上に配置されたポリシリコン半導体層１２を有している。ポリシリコン半導体層１２は、チャネル領域１２Ｃを挟んだ両側にそれぞれソース領域１２Ｓ及びドレイン領域１２Ｄを有している。このポリシリコン半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。
薄膜トランジスタＷのゲート電極ＷＧは、１本の走査線Ｙに接続され（あるいは走査線Ｙと一体的に形成され）、走査線Ｙ及び補助容量線ＡＹとともにゲート絶縁膜１４上に配置されている。これらゲート電極ＷＧ、走査線Ｙ、及び、補助容量線ＡＹは、層間絶縁膜１６によって覆われている。
薄膜トランジスタＷのソース電極ＷＳは、１個の画素電極ＥＰに接続されるとともに、ポリシリコン半導体層１２のソース領域１２Ｓにコンタクトしている。薄膜トランジスタＷのドレイン電極ＷＤは、１本の信号線Ｘに接続される（あるいは信号線Ｘと一体に形成される）とともに、ポリシリコン半導体層１２のドレイン領域１２Ｄにコンタクトしている。これらソース電極ＷＳ、ドレイン電極ＷＤ、及び、信号線Ｘは、有機絶縁膜１８によって覆われている。
画素電極ＥＰは、反射部ＰＲに対応して設けられた反射電極ＥＰＲ及び透過部ＰＴに対応して設けられた透過電極ＥＰＴを有している。反射電極ＥＰＲは、有機絶縁膜１８上に配置され、ソース電極ＷＳと電気的に接続されている。この反射電極ＥＰＲは、アルミニウムなどの金属反射膜によって形成される。透過電極ＥＰＴは、層間絶縁膜１６上に配置され、反射電極ＥＰＲと電気的に接続されている。この透過電極ＥＰＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透光性を有する金属膜によって形成される。すべての画素ＰＸの画素電極ＥＰは、配向膜２０によって覆われている。
一方、対向基板ＣＴは、ガラス板や石英板などの透光性を有する絶縁基板３０を用いて形成される。すなわち、この対向基板ＣＴは、表示領域ＤＳＰにおいて、各画素ＰＸを区画するブラックマトリクス３２、ブラックマトリクス３２によって囲まれた各画素に配置されたカラーフィルタ３４、単一の対向電極ＥＴなどを備えている。
ブラックマトリクス３２は、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘなどの配線部に対向するように配置されている。カラーフィルタ３４は、複数の異なる色、例えば赤色、青色、緑色といった３原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び、緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び、緑色画素に対応して配置されている。
なお、カラーフィルタ３４は、反射部ＰＲと透過部ＰＴとで光学濃度が異なるように形成しても良い。すなわち、反射部ＰＲでは、表示に寄与する外光がカラーフィルタ３４を２回通過するのに対して、透過部ＰＴでは、表示に寄与するバックライト光がカラーフィルタ３４を１回通過するのみである。したがって、反射部ＰＲと透過部ＰＴとで色味を整えるためには、反射部ＰＲに配置された着色樹脂の光学濃度を透過部ＰＴに配置された着色樹脂の半分程度にすることが望ましい。
対向電極ＥＴは、すべての画素ＰＸの画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの透光性を有する金属膜によって形成され、補助容量線ＡＹと電気的に接続されている。また、この対向電極ＥＴは、配向膜３６によって覆われている。
このような対向基板ＣＴと、上述したようなアレイ基板ＡＲとをそれぞれの配向膜２０及び３６が対向するように配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサにより、所定のギャップが形成される。すなわち、反射部ＰＲには、透過部ＰＴのほぼ半分程度のギャップが形成される。この実施の形態では、反射部ＰＲのギャップは約２．５μｍであり、透過部ＰＴのギャップは約４．８μｍに設定した。
液晶層ＬＱは、これらアレイ基板ＡＲの配向膜２０と対向基板ＣＴの配向膜３６との間に形成されたギャップに封入された液晶分子４０を含む液晶組成物で構成さていれる。この実施の形態では、液晶組成物としてＭＪ９８１５９４（メルク社製、Δｎ＝０．０６５）を適用し、液晶分子４０のツイスト角は０ｄｅｇとした。
第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、これらを通過した光の偏光状態を制御する。すなわち、第１偏光制御素子ＰＯＬ１は、液晶層ＬＱに楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように自身を通過する光の偏光状態を制御する。したがって、第１偏光制御素子ＰＯＬ１に入射したバックライト光の偏光状態は、楕円偏光に変換される。その後、第１偏光制御素子ＰＯＬ１から出射されたバックライト光は、楕円偏光の偏光状態を保って液晶層ＬＱに入射する。
また、第２偏光制御素子ＰＯＬ２も同様に、液晶層ＬＱに楕円偏光の偏光状態を有する光が入射するように自身を通過する光の偏光状態を制御する。したがって、第２偏光制御素子ＰＯＬ２に入射した外光の偏光状態は、楕円偏光に変換される。その後、第２偏光制御素子ＰＯＬ２から出射された外光は、楕円偏光の偏光状態を保って液晶層ＬＱに入射する。
第１偏光制御素子ＰＯＬ１は、少なくとも１つの第１偏光板５１と、少なくとも１つの第１位相差板５２とで構成されている。また、第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、少なくとも１つの第２偏光板６１と、少なくとも１つの第２位相差板６２とで構成されている。これら第１位相差板５２及び第２位相差板６２は、所定波長の光に対して常光線と異常光線との間に１／４波長の位相差を与えるいわゆる１／４波長板である。
ここで適用される偏光板は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する吸収軸及び透過軸を有している。このような偏光板は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な１方向の振動面を有する光すなわち直線偏光の偏光状態を有する光を取り出すものである。
また、ここで適用される位相差板は、互いに直交する遅相軸及び進相軸を有している。遅相軸は、複屈折において相対的に屈折率の大きな軸に対応する。この遅相軸は、常光線の振動面と一致するものとする。進相軸は、複屈折において相対的に屈折率の小さな軸に対応する。この進相軸は、異常光線の振動面と一致するものとする。常光線及び異常光線の屈折率をそれぞれｎｏ及びｎｅとし、それぞれの光線の進行方向に沿った位相差板の厚さをｄとしたとき、位相差板のリタデーション値Δｎ・ｄ（ｎｍ）は、（ｎｏ・ｄ−ｎｅ・ｄ）で定義される。
以下の説明では、偏光板５１及び６１については吸収軸５１Ｔ及び６１Ｔによってそれぞれの配置を特定し、また、位相差板５２及び６２については遅相軸５２Ｄ及び６２Ｄによってそれぞれの配置を特定するものとする。
すなわち、図３に示すように、この実施の形態に係る液晶表示装置においては、対向基板側から観察したとき、対向基板ＣＴの主面に平行な平面内において、便宜上、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義する。ここで、液晶層ＬＱをホモジニアス配向した液晶分子４０を含む液晶組成物で構成した場合、液晶分子４０のダイレクタ４０ＤをＹ軸とする。
第２偏光板６１は、その吸収軸６１ＴとＸ軸との間に成す角度Ａ（ｄｅｇ）で配置される。第２位相差板６２は、その遅相軸６２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｂ（ｄｅｇ）で配置される。第１偏光板５１は、その吸収軸５１ＴとＸ軸との間に成す角度Ｃ（ｄｅｇ）で配置される。第１位相差板５２は、その遅相軸５２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｄ（ｄｅｇ）で配置される。
この実施の形態では、図４に示すように、成す角度Ａは１°であり、成す角度Ｂは３８°である。このため、第２偏光板６１の吸収軸６１Ｔと第２位相差板６２の遅相軸６２Ｄとの成す鋭角の角度θ２は３７°である。また、成す角度Ｃは１００°であり、成す角度Ｂは１５５°である。このため、第１偏光板５１の吸収軸５１Ｔと第１位相差板５２の遅相軸５２Ｄとの成す鋭角の角度θ１は５５°である。なお、第１位相差板５２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１６０ｎｍである。また、第２位相差板６２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４０ｎｍである。
これらＡ乃至Ｄの成す角度や第１位相差板５２及び第２位相差板６２のリタデーション値は、液晶表示パネルＬＰＮの画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電位差を与えていない電圧無印加時のリタデーション値や、画素電極ＥＰと対向電極ＥＴとの間に電位差を与えた電圧印加時の残留リタデーション値により変化するため、図４に示したような値のみに限定されるものではない。
このように、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、それぞれを構成する偏光板５１及び６１の吸収軸と位相差板５２及び６２の遅相軸との間の成す鋭角の角度θが所定範囲の角度となるように構成されている。
一般に、表示モードがノーマリーホワイトの半透過型カラー液晶表示装置では、液晶表示パネルＬＰＮに入射する光の偏光状態として円偏光を使用するのが通常である。つまり、楕円率（＝短軸方向の振幅／長軸方向の振幅）が１に近い偏光状態の光を液晶表示パネルＬＰＮに入射させる必要がある。
ところが、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２を構成する各位相差板のリタデーション値は、通過する光の波長に依存して異なる。このため、カラー表示に利用されるすべての波長範囲例えば４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光に対して、所定のリタデーション（例えば１／４波長）を与えて円偏光を形成するためには、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２が有するリタデーション値の波長依存性を緩和しなければならない。
偏光板と、少なくとも２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）とを組み合わせて偏光制御素子を構成することで、リタデーション値の波長依存性を緩和することは可能である。すなわち、図５の（ａ）に示すように、偏光板と２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）とを組み合わせて構成した偏光制御素子は、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの全波長範囲の光について、ほぼ等しくかつ高い楕円率を得ることが可能である。つまり、このような構成の偏光制御素子を適用することにより、通過する光の波長にかかわらず円偏光に近い偏光状態の光が得られる。
しかしながら、このような構成の偏光制御素子を適用した場合、装置全体の薄型化が阻害されるだけでなく、コストアップを招くといった課題がある。これに対して、偏光板と１種類の位相差板（１／４波長板）とを組み合わせて構成した偏光制御素子を適用した場合、薄型化及びコストダウンが可能であるが、所望する光学特性が得られないといった課題がある。すなわち、このような構成の偏光制御素子では、図５の（ｂ）に示すように、波長５５０ｎｍの光に対して１／２波長板及び１／４波長板を組み合わせて構成した偏光制御素子を用いた場合と同等の楕円率を得られるように構成しても、１／４波長板におけるリタデーション値の波長依存性により、短波長側で楕円率が著しく低下する。
２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を含む偏光制御素子を備えた液品表示装置を比較例１とし、１種類のみの位相差板（１／４波長板）を含む偏光制御素子を備えた液晶表示装置を比較例２として、それぞれの光学特性を比較した。
すなわち、図６に示すように、比較例１及び比較例２において、波長５５０ｎｍの光に対してほぼ同等の高い楕円率０．８８が得られるように構成した場合、比較例１では、反射部による反射率が７％であったのに対して、比較例２では、反射部による反射率が６．３％と１０％低下していた。なお、ここで測定した反射率は、液晶表示装置の対向基板側から入射した白色の外光（入射光）の強度に対する、反射部により反射された反射光の強度の割合に相当し、ミノルタ社製の反射率計ＣＭ−５０８Ｄを用いて測定した。入射光は、対向基板に対してほぼ垂直な方向（対向基板の法線方向）から入射した拡散光である。反射光の強度は、対向基板の法線から８°傾斜した位置に配置した検出器によって測定した。
また、比較例１では、コントラストが２５であったのに対して、比較例２では、コントラストが８と著しく低下していた。なお、ここで測定したコントラストは、暗室内においてトプコン社製の測定機器ＢＭ−５Ａを用いて測定した。
さらに、比較例１では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１９、０．３３９）であったのに対して、比較例２では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３３３、０．３５８）であり、黄色に着色する方向にシフトしていた。なお、ここでの色味（色度座標値）は、上述した各測定機器による測定と並行して測定した。
このように、１種類のみの位相差板（１／４波長板）を含む偏光制御素子では、この位相差板におけるリタデーション値の波長依存性により、一部の波長の光に対しては極めて円偏光に近い高い楕円率の偏光状態を形成することができるが、他の波長の光に対しては楕円率が著しく低下してしまう。特に、測定波長範囲において、楕円率の最大値と最小値との差が大きいほど光学特性の劣化を招くことになる。
そこで、この実施の形態に係る半透過型液晶表示装置は、円偏光もしくはそれに近いような高い楕円率を有する偏光状態の光を利用するのではなく、所定範囲の楕円率を有する楕円偏光の偏光状態の光を積極的に利用することを特徴とするものである。つまり、薄型化及びコストダウンといった課題に着目した場合、半透過型液晶表示装置に適用される偏光制御素子は、偏光板と、１種類の位相差板（１／４波長板）とで構成されることが望ましい。また、特に反射表示で良好は光学特性を得るといった課題に着目した場合、カラー表示に利用されるすべての波長範囲例えば４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光に対して、所定範囲の楕円率の偏光状態を形成することが望ましい。
したがって、ある特定波長の光に対してのみ円偏光に近似した極めて高い楕円率を得ようとするのではなく、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲の光に対してほぼ均一な楕円率が得られるよう、偏光板と１種類の位相差板（１／４波長板）とを組み合わせて偏光制御素子を構成すればよい。
つまり、ここでは、（１）偏光制御素子を構成する位相差板の遅相軸と偏光板の吸収軸との成す角度θ（ｄｅｇ）に応じて偏光制御素子を通過する光の偏光状態が異なり、偏光制御素子によって形成された楕円偏光の楕円率は角度θに依存して変化すること、（２）この実施の形態で適用する偏光制御素子を構成する位相差板すなわち１／４波長板は、通過する光の波長によってリタデーション値が異なる（リタデーション値の波長依存性）こと、を利用している。
すなわち、カラー表示を形成する青色の代表的な波長として４７０ｎｍの光、緑色の代表的な波長として５５０ｎｍの光、及び、赤色の代表的な波長として６１０ｎｍの光について、偏光制御素子によって形成された楕円偏光の楕円率の角度θ（ｄｅｇ）に対する変化をシミュレーションした。図７に示すように、このシミュレーション結果によれば、偏光制御素子を通過する光の波長によって異なる分布が得られることが確認された。また、偏光制御素子によって形成された楕円偏光の長軸とＸ軸との成す鋭角の角度θ’（ｄｅｇ）の、角度θに対する変化をシミュレーションした。図８に示すように、このシミュレーション結果によれば、偏光制御素子を通過する光の波長によって異なる分布が得られることが確認された。なお、θ’の符号は正（＋）を図３における左回り（反時計回り）の角度（矢印ａ）とし、負（−）を図３における右回り（時計回り）の角度（矢印ｂ）とした。
図７に示した例では、波長５５０ｎｍの光については、角度θに対して楕円率の変化が比較的大きく、最大で約０．８５程度の楕円率が得られる。また、波長６１０ｎｍの光についても、角度θに対して楕円率の変化が比較的大きく、最大で約０．８５程度の楕円率が得られる。一方で、波長４７０ｎｍの光ついては、角度θに対して楕円率の変化が比較的小さく、最大でも約０．７程度の楕円率しか得られない。
図７に示した例において角度θ＝４５°とし、波長５５０ｎｍの光について最大の楕円率（約０．８５）を得ようとした時、波長４７０ｎｍの光ついては最大でも約０．７程度の楕円率しか得られず、その差が０．１５程度となり、比較例２で説明したような光学特性の劣化がみられる。
これに対して、角度θが４０度より小さい場合、または、角度θが４５度より大きい鋭角の場合、各波長の光で得られる楕円率の差を０．１５より小さくすることができる。これは、カラー表示に利用されるすべての波長範囲（例えば４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍ）の光に対して、ほぼ均一な楕円率の偏光状態を形成することができることを意味する。これにより、光学特性の改善の傾向がみられる。
より望ましくは、角度θを３０度以下、または、角度θを５０度以上の鋭角とすることにより、カラー表示に利用されるすべての波長範囲（４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍ）の光に対して、楕円率の差が０．１以下の楕円偏光を形成することができ、更なる光学特性の改善効果が期待できる。
したがって、この実施の形態に係る液晶表示装置に上述したような構成の偏光制御素子を適用する場合、偏光制御素子における角度θを４０度より小さい角度、または、４５度より大きい鋭角に設定する、より望ましくは、角度θを３０度以下、または、５０度以上の鋭角に設定する。これにより、液晶層に入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率は、その最大値と最小値との差が０．１５より小さい、望ましくは０．１以下に設定することができる。これにより、光学特性を改善することができるとともに、良好な表示品位を実現することができる。
また、比視感度の相対的に高い緑色の光例えば波長５５０ｎｍの光について着目すると、偏光制御素子を通過して形成された楕円偏光の楕円率が０．６５より小さい場合、他の波長の光の楕円率との差を小さくすることができる（すなわち波長依存性を低減できる）。しかしながら、このような偏光制御素子を備えた液晶表示装置では、反射部による反射率が著しく低下してしまう。特に、楕円率が０．５を下回る場合、反射部による反射率が１０％以上低下してしまい、反射型液晶表示装置として利用した場合に表示される画像の品位が著しく低下してしまうので好ましくない。
同様に、波長５５０ｎｍの光について、偏光制御素子を通過して形成された楕円偏光の楕円率が０．８を上回る場合では、上述したように波長依存性が大きくなるため、他の波長の光との楕円率差が０．１５程度まで拡大してしまう。特に、楕円率が０．８５を上回る場合、反射型液晶表示装置として利用した場合に表示される白色の色味が黄色に着色化し、表示される画像の品位が著しく低下してしまうので好ましくない。
このように、波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．５以上０．８５以下とするためには、偏光制御素子における角度θは２５度以上６５度以下に設定される。また望ましくは、波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．６５以上０．８以下とするためには、偏光制御素子における角度θは２８度以上４０度以下、または、４８度以上５７度以下に設定される。
したがって、この実施の形態に係る液晶表示装置に上述したような構成の偏光制御素子を適用する場合、偏光制御素子における角度θを上述した範囲に設定することにより、液晶層に入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率は、０．５以上０．８５以下の範囲、望ましくは、０．６５以上０．８以下の範囲に設定することができる。これにより、光学特性を改善することができるとともに、良好な表示品位を実現することができる。
以上のことから、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２におけるθは、２５度以上６５度以下の範囲に設定される。また、楕円率の差（０．１５より小さい）及び５５０ｎｍの光の楕円率（０．５以上０．８５以下）の範囲を考慮すると、θは、２５度以上で４０度より小さい範囲または４５度より大きく６５度以下の範囲に設定されることが望ましい。
この実施の形態では、反射部による反射特性すなわち反射率及びコントラストの改善を重視している。このような観点から、まず、第２偏光制御素子ＰＯＬ２における第２偏光板６１の吸収軸６１Ｔと第２位相差板６２の遅相軸６２Ｄとの成す角度θ２を最適化する。すなわち、第２偏光板６１を介して第２位相差板６２を通過した光の楕円率を０．５以上０．８５以下とし、かつ、４５０ｎｍから６５０ｎｍまでの波長範囲での楕円率の最大と最小との差を０．１５より小さい条件に設定する。つまり、この実施の形態では、先に説明したように、第２偏光制御素子ＰＯＬ２における角度θ２を３７度に設定している。
続いて、第１偏光制御素子ＰＯＬ１における第１偏光板５１の吸収軸５１Ｔと第１位相差板５２の遅相軸５２Ｄとの成す角度θ１を最適化する。すなわち、第２偏光板６１と第２位相差板６２とを通過した光の偏光状態と逆行列（ポアンカレ球上では原点対称）となるような条件に設定される。つまり、この実施の形態では、先に説明したように、第１偏光制御素子ＰＯＬ１における角度θ１を５５度に設定している。
なお、ここで適用した第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、図９に示したように、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの全波長範囲でほぼ等しい楕円率が得られ、通過する光の波長にかかわらずほぼ均一な楕円率を有する偏光状態の楕円偏光が得られる（全波長範囲での楕円率の最大値と最小値との差は約０．１である）。また、第１偏光制御素子ＰＯＬ１も、図９に示したような第２偏光制御素子ＰＯＬ２とほぼ同等の特性が得られる。
したがって、この実施の形態によれば、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、これらを通過する光の偏光状態を制御し、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光を形成することができ、しかも、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．５以上０．８５以下とすることができる。加えて、この実施の形態によれば、液晶層ＬＱに入射する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率をほぼ均一とすることができ、楕円率の最大値と最小値との差を０．１５より小さい条件に設定することが可能となる。
このように最適化された第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２を備えた液晶表示装置を実施形態１とし、先に説明した比較例１とのそれぞれの光学特性を比較した。なお、ここでの比較例１及び実施形態１はともに表示モードがノーマリーホワイトの半透過型液晶表示装置として構成されている。
このようなノーマリーホワイトモードの半透過型液晶表示装置による反射表示及び透過表示の動作について、より詳細に説明する。
まず、反射部ＰＲにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を生じさせていない状態すなわち電圧無印加時において、以下のように動作する。すなわち、対向基板ＣＴ側から入射した外光は、第２偏光制御素子ＰＯＬ２を通過することにより例えば時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換された後、対向基板ＣＴを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられた後に反射電極ＥＰＲに達する。反射電極ＥＰＲにより反射された反射光は、その時点でπの位相差が与えられ、再び液晶層ＬＱを通過する際にπ／２の位相差が与えられる。つまり、液晶層ＬＱを往復した楕円偏光は２πの位相差が与えられることになる。したがって、反射部ＰＲによって反射された反射光は、時計回りの楕円偏光の偏光状態を保って対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２偏光制御素子ＰＯＬ２を通過可能であるため、カラーフィルタ３４の色に即した単色の明表示に寄与する。
一方、反射部ＰＲにおける液晶層ＬＱを通過する光は、液晶層ＬＱに電位差を生じさせた状態すなわち電圧印加時において、以下のように動作する。すなわち、電圧無印加時と同様に、対向基板ＣＴ側から入射した外光は、第２偏光制御素子ＰＯＬ２を通過することにより例えば時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、対向基板ＣＴを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、電圧印加時の液晶層ＬＱの残留リタデーションが０の場合には、液晶層ＬＱを通過する際に位相差の影響を受けないので、そのままの偏光状態を保って反射電極ＥＰＲに達する。反射電極ＥＰＲにより反射された反射光は、前述と同様にその時点でπの位相差が与えられ、再び液晶層ＬＱを通過するが、位相差の影響を受けないので、液晶層ＬＱを往復した楕円偏光はπの位相差が与えられることになる。つまり、反射部ＰＲによって反射された反射光は、反時計回りの楕円偏光の偏光状態に変換されて対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２偏光制御素子ＰＯＬ２を通過しない。このため、暗表示すなわち黒表示となる。
なお、液晶層ＬＱに電圧を印加した場合には、基板界面の液晶分子は、配向規制力（アンカリング）により完全に立ちきらないため、電圧印加時の液晶層ＬＱの残留リタデーションは０ではなく、数〜数十ｎｍ程度の残留リタデーションを有するのが通常である。その際は、第２偏光制御素子ＰＯＬ２を構成する第２位相差板６２のリタデーション値を液晶層ＬＱの残留リタデーションの分だけ小さくすることにより、反射電極ＥＰＲに達する光の偏光状態は液晶層ＬＱの残留リタデーションが０の時と同一となり、上述と同様なメカニズムで黒表示を行うことができる。
このように、反射部ＰＲでは、外光を選択的に反射することによって画像を表示する。
透過部ＰＴにおける液晶層ＬＱを通過する光は、電圧無印加時において、以下のように動作する。すなわち、バックライトユニットＢＬから出射されたバックライト光は、第１偏光制御素子ＰＯＬ１を通過することにより例えば反時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、アレイ基板ＡＲを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、反射部ＰＲの約２倍のギャップを有する透過部ＰＴにおいて液晶層ＬＱを通過する際にπの位相差が与えられる。つまり、透過部ＰＴを透過した透過光は、時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２偏光制御素子ＰＯＬ２を通過可能であるため、カラーフィルタ３４の色に即した単色の明表示に寄与する。
一方、透過部ＰＴにおける液晶層ＬＱを通過する光は、電圧印加時において、以下のように動作する。すなわち、電圧無印加時と同様に、アレイ基板ＡＲ側から入射したバックライト光は、第１偏光制御素子ＰＯＬ１を通過することにより例えば反時計回りの楕円偏光の偏光状態を有するように変換され、アレイ基板ＡＲを介して液晶層ＬＱに入射する。この楕円偏光は、例えば電圧印加時の液晶層の残留リタデーションが０の場合には、液晶層ＬＱを通過する際に位相差の影響を受けないので、そのままの偏光状態を保って対向基板ＣＴを通過する。この楕円偏光は、第２偏光制御素子ＰＯＬ２を通過しない。このため、暗表示、すなわち黒表示となる。
このように、透過部ＰＴでは、バックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する。
上述したように動作する半透過型液晶表示装置について、比較例１及び実施形態１のそれぞれの光学特性は、図１０に示す通りである。すなわち、比較例１は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．８８が得られ、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲でほぼ同等の楕円率が得られるように構成されている。また、実施形態１は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．７５が得られ、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲でほぼ同等の楕円率が得られるように構成されている。
比較例１では、反射部による反射率が７％であったのに対して、実施形態１でも、比較例１とほぼ同等の反射率が得られ、６．９８％であり、比較例２より改善されていた。また、比較例１では、反射部によるコントラストが２５であったのに対して、実施形態１では、コントラストが許容範囲内の１５となり、比較例２よりも改善されていた。さらに、比較例１では、反射部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１９、０．３３９）であったのに対して、実施形態１では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３２１、０．３４１）であり、比較例１とほぼ同等の白味が実現でき、比較例２よりも改善されていた。
また、比較例１では、透過部による透過率が４．４％であったのに対して、実施形態１でも、比較例１とほぼ同等の透過率が得られ、４．４％であった。また、比較例１では、透過部によるコントラストが１３６であったのに対して、実施形態１では、コントラストが許容範囲内の１１３であった。さらに、比較例１では、透過部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３０３、０．３２７）であったのに対して、実施形態１では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１０、０．３３０）であり、比較例１とほぼ同等の白味が実現できた。
このように、偏光板と１つの位相差板（１／４波長板）とで偏光制御素子を構成した場合であっても、偏光板の吸収軸と位相差板の遅相軸との成す角度を最適化した状態で半透過型液晶表示装置に適用することにより、偏光板と２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）とを組み合わせて構成した偏光制御素子を適用した半透過型液晶表示装置と同等の機能を実現することができ、反射部による反射表示及び透過部による透過表示のいずれにおいても良好は光学特性を実現することができる。
したがって、偏光制御素子の構成を簡素化でき、しかも厚さを薄くすることができるため、低コスト及び薄型化を同時に実現した半透過型液晶表示装置を提供することが可能となる。
（他の実施形態；実施形態２）
上述した実施形態１では、液晶層ＬＱは、ツイスト角が０度（すなわちホモジニアス配向）の液晶分子４０を含むような液晶組成物によって構成したが、この発明は、液晶分子４０のツイスト角によって限定されるものではない。
例えば、液晶層ＬＱは、ツイスト角が４５度となるようにツイスト配向した液晶分子を含むような液晶組成物によって構成してもよい。このような場合も同様に、図３に示した平面内において、液晶分子４０のダイレクタ４０ＤをＹ軸とする。
第２偏光板６１は、その吸収軸６１ＴとＸ軸との間に成す角度Ａで配置される。第２位相差板６２は、その遅相軸６２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｂで配置される。第１偏光板５１は、その吸収軸５１ＴとＸ軸との間に成す角度Ｃで配置される。第１位相差板５２は、その遅相軸５２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｄで配置される。
この実施形態２では、図１１に示すように、成す角度Ａは１０°であり、成す角度Ｂは５０°である。このため、第２偏光板６１の吸収軸６１Ｔと第２位相差板６２の遅相軸６２Ｄとの成す鋭角の角度θ２は４０°である。また、成す角度Ｃは１００°であり、成す角度Ｂは１５４°である。このため、第１偏光板５１の吸収軸５１Ｔと第１位相差板５２の遅相軸５２Ｄとの成す鋭角の角度θ１は５４°である。なお、第１位相差板５２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４０ｎｍである。また、第２位相差板６２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１２０ｎｍである。
これらＡ乃至Ｄの成す角度や第１位相差板５２及び第２位相差板６２のリタデーション値は、電圧無印加時のリタデーション値や、電圧印加時の残留リタデーション値により変化するため、図１１に示したような値のみに限定されるものではない。
ここで適用した第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、図１２に示したように、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの全波長範囲でほぼ等しい楕円率が得られ、通過する光の波長にかかわらずほぼ均一な楕円率を有する偏光状態の楕円偏光が得られる（全波長範囲での楕円率の最大値と最小値との差は約０．１３である）。また、第１偏光制御素子ＰＯＬ１も、図１２に示したような第２偏光制御素子ＰＯＬ２とほぼ同等の特性が得られる。
したがって、この実施形態２によれば、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、これらを通過する光の偏光状態を制御し、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光を形成することができ、しかも、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．５以上０．８５以下とすることができる。加えて、この実施形態２によれば、液晶層ＬＱに入射する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率をほぼ均一とすることができ、楕円率の最大値と最小値との差を０．１５より小さい条件に設定することが可能となる。
図１２に示したように最適化された特性を有する第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２を備えた液晶表示装置（実施形態２）と、２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を含む偏光制御素子を備えた液晶表示装置（比較例３）とのそれぞれの光学特性を比較した。なお、ここでの比較例３及び実施形態２はともに、ツイスト角４５度の液晶分子を含む液晶層を備え、表示モードがノーマリーホワイトの半透過型液晶表示装置として構成されている。
図１３に示すように、比較例３は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．８８が得られ、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲でほぼ同等の楕円率が得られるように構成されている。実施形態２は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．７３が得られ、かつ、４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長範囲でほぼ同等の楕円率が得られるように構成されている。このような場合、比較例３では、反射部による反射率が７．２０％であったのに対して、実施形態２でも、比較例３とほぼ同等の反射率が得られ、７．２１％であった。また、比較例３では、反射部によるコントラストが１５であったのに対して、実施形態２では、コントラストが許容範囲内の１０であった。さらに、比較例３では、反射部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１５、０．３４８）であったのに対して、実施形態２では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１７、０．３４４）であり、比較例３とほぼ同等の白味が実現できた。
また、比較例３では、透過部による透過率が４．４０％であったのに対して、実施形態２でも、比較例３とほぼ同等の透過率が得られ、４．４０％であった。また、比較例３では、透過部によるコントラストが７０であったのに対して、実施形態２では、コントラストが比較例３より高い８０であった。さらに、比較例３では、透過部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１７、０．３３７）であったのに対して、実施形態２では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３２１、０．３４５）であり、比較例３とほぼ同等の白味が実現できた。
このように、実施形態２においても、実施形態１と同様の効果が得られた。
（他の実施形態；実施形態３）
この実施形態３では、液晶組成物としてＭＪ０１２１６６（メルク社製、Δｎ＝０．０６）を適用し、液晶分子４０のツイスト角は０ｄｅｇとした（ホモジニアス配向）。また、この実施形態３では、反射部ＰＲのギャップは約２．８μｍであり、透過部ＰＴのギャップは約５．１μｍに設定した。
このような実施形態３においても同様に、図３に示した平面内において、液晶分子４０のダイレクタ４０ＤをＹ軸とする。図１４に示すように、第２偏光板６１の吸収軸６１ＴとＸ軸との間に成す角度Ａは、１°である。第２位相差板６２の遅相軸６２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｂは、３６°である。このため、第２偏光板６１の吸収軸６１Ｔと第２位相差板６２の遅相軸６２Ｄとの成す鋭角の角度θ２は３５°である。第１偏光板５１の、吸収軸５１ＴとＸ軸との間に成す角度Ｃは、９３．５°である。第１位相差板５２の遅相軸５２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｄは、１４６．５°である。このため、第１偏光板５１の吸収軸５１Ｔと第１位相差板５２の遅相軸５２Ｄとの成す鋭角の角度θ１は５３°である。なお、第１位相差板５２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４５ｎｍである。また、第２位相差板６２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４５ｎｍである。
これらＡ乃至Ｄの成す角度や第１位相差板５２及び第２位相差板６２のリタデーション値は、電圧無印加時のリタデーション値や、電圧印加時の残留リタデーション値により変化するため、図１４に示したような値のみに限定されるものではない。
この実施形態３によれば、上述したように最適化された第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、これらを通過する光の偏光状態を制御し、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光を形成することができ、しかも、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．５以上０．８５以下とすることができる。加えて、この実施形態３によれば、液晶層ＬＱに入射する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率をほぼ均一とすることができ、楕円率の最大値と最小値との差を０．１５より小さい条件に設定することが可能となる。
最適化された特性を有する第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２を備えた液晶表示装置（実施形態３）と、２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を含む偏光制御素子を備えた液晶表示装置（比較例４）とのそれぞれの光学特性を比較した。なお、ここでの比較例４及び実施形態３はともに、ホモジニアス配向の液晶分子を含む液晶層を備え、表示モードがノーマリーホワイトの半透過型液晶表示装置として構成されている。
図１５に示すように、比較例４は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．６７が得られ、かつ、波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率はその最大値と最小値との差が０．０７となるように構成されている。実施形態３は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．６７が得られ、かつ、波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率はその最大値と最小値との差が０．１となるように構成されている。
比較例４では、反射部による反射率が８．３０％であったのに対して、実施形態３でも、比較例４とほぼ同等の反射率が得られ、８．３０％であった。また、比較例４では、反射部によるコントラストが１３であったのに対して、実施形態３では、コントラストが許容範囲内の１２であった。さらに、比較例４では、反射部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１７、０．３４３）であったのに対して、実施形態３では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３２１、０．３４４）であり、比較例４とほぼ同等の白味が実現できた。
また、比較例４では、透過部による透過率が４．２０％であったのに対して、実施形態３でも、比較例４とほぼ同等の透過率が得られ、４．２０％であった。また、比較例４では、透過部によるコントラストが６０であったのに対して、実施形態３では、コントラストが比較例４より高い７０であった。さらに、比較例４では、透過部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．２８９、０．３２７）であったのに対して、実施形態３では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．２９５、０．３３０）であり、比較例４とほぼ同等の白味が実現できた。
このように、実施形態３においても、実施形態１と同様の効果が得られた。
また、この実施形態３において、透過部における光学特性、特に透過部におけるコントラストの視野角依存性を評価した。図１６は、実施形態３に係る液晶表示装置の主視角方向及び反主視角方向における楕円率の分布をシミュレーションした結果を示す図である。
なお、図３に示すように、液晶表示パネルの法線ＺとＹ軸とを含むＹ−Ｚ平面内において、法線Ｚを基準としてＹ軸の正（＋）の方向に倒れたときの法線Ｚとのなす角度Θ（ｄｅｇ）を正（＋）とし、法線Ｚを基準としてＹ軸の負（−）の方向に倒れたときの法線Ｚとのなす角度Θを負（−）とする。このとき、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄは、法線Ｚとのなす角度Θが負の範囲に存在する。ここでは、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄが存在する範囲すなわちΘが０°から（−９０）°までの範囲を主視角方向（画面下方向）とし、液晶分子４０のダイレクタ４０Ｄが存在しない範囲すなわちΘが０°から９０°までの範囲を反主視角方向（画面上方向）とする。
図１６に示すように、実施形態３においては、特に画面の下方向すなわち主視角方向で楕円偏光の楕円率を大きくすることができ、主視角方向全域において０．４５以上の楕円率を有する楕円偏光を形成することができた。しかも、主視角方向の楕円率分布の変化を緩やかにすることができた。これにより、主視角方向で液晶表示パネルＬＰＮに入射する楕円偏光を円偏光に近い偏光状態とすることができ、主視角方向での液晶層のリタデーション値を効果的に光学補償することが可能となる。
図１７は、実施形態３に係る液晶表示装置の透過部におけるコントラストの視野角依存性をシミュレーションした特性図である。このような特性図では、中心が液晶表示パネルの法線方向に相当し、０（ｄｅｇ）方向がＸ軸上の正（＋）の方向、１８０（ｄｅｇ）方向がＸ軸上の負（−）の方向、９０（ｄｅｇ）方向がＹ軸上の正（＋）の方向（画面上方向：反主視角方向）、２７０（ｄｅｇ）方向がＹ軸上の負（−）の方向（画面下方向：主視角方向）に相当する。また、法線方向を中心とした同心円は、法線に対する倒れ角度であり、それぞれ２０°、４０°、６０°、８０°に相当する。この特性図は、各方向について等しいコントラストが得られる角度を結ぶことで得られたものである。
図１７を参照して明らかなように、実施形態３においては画面の上下方向での視野角依存性が改善され、特に主視角方向のコントラスト低下が改善できていることが確認できた。これは、液晶表示パネルに入射する楕円偏光の楕円率を向上し、液晶層のリタデーション値を補償できたことによるものである。
このような実施形態３によれば、透過表示において、主視角方向での視野角を拡大することができ、コントラストの視角依存性を改善することができる。
（他の実施形態；実施形態４）
この実施形態４では、液晶組成物としてＭＪ９８１５４９（メルク社製、Δｎ＝０．０６５）を適用し、液晶分子４０のツイスト角は０ｄｅｇとした（ホモジニアス配向）。また、この実施形態４では、反射部ＰＲのギャップは約２．６μｍであり、透過部ＰＴのギャップは約４．８μｍに設定した。
このような実施形態４においても同様に、図３に示した平面内において、液晶分子４０のダイレクタ４０ＤをＹ軸とする。図１８に示すように、第２偏光板６１の吸収軸６１ＴとＸ軸との間に成す角度Ａは、１°である。第２位相差板６２の遅相軸６２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｂは、３６°である。このため、第２偏光板６１の吸収軸６１Ｔと第２位相差板６２の遅相軸６２Ｄとの成す鋭角の角度θ２は３５°である。第１偏光板５１の吸収軸５１ＴとＸ軸との間に成す角度Ｃは、９１．５°である。第１位相差板５２の遅相軸５２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｄは、１４５°である。このため、第１偏光板５１の吸収軸５１Ｔと第１位相差板５２の遅相軸５２Ｄとの成す鋭角の角度θ１は５３．５°である。なお、第１位相差板５２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４５ｎｍである。また、第２位相差板６２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４５ｎｍである。
これらＡ乃至Ｄの成す角度や第１位相差板５２及び第２位相差板６２のリタデーション値は、電圧無印加時のリタデーション値や、電圧印加時の残留リタデーション値により変化するため、図１８に示したような値のみに限定されるものではない。
この実施形態４によれば、上述したように最適化された第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、これらを通過する光の偏光状態を制御し、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光を形成することができ、しかも、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．５以上０．８５以下とすることができる。加えて、この実施形態４によれば、液晶層ＬＱに入射する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率をほぼ均一とすることができ、楕円率の最大値と最小値との差を０．１５より小さい条件に設定することが可能となる。
最適化された特性を有する第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２を備えた液晶表示装置（実施形態４）と、２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を含む偏光制御素子を備えた液晶表示装置（比較例５）とのそれぞれの光学特性を比較した。なお、ここでの比較例５及び実施形態４はともに、ホモジニアス配向の液晶分子を含む液晶層を備え、表示モードがノーマリーホワイトの半透過型液晶表示装置として構成されている。
図１９に示すように、比較例５は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．６７が得られ、かつ、波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率はその最大値と最小値との差が０．０７となるように構成されている。実施形態４は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．６７が得られ、かつ、波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率はその最大値と最小値との差が０．１となるように構成されている。
比較例５では、反射部による反射率が７．５０％であったのに対して、実施形態４でも、比較例５とほぼ同等の反射率が得られ、７．６０％であった。また、比較例５及び実施形態４では、反射部によるコントラストが２３であった。さらに、比較例５では、反射部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３２７、０．３６１）であったのに対して、実施形態４では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３２２、０．３５５）であり、比較例５とほぼ同等の白味が実現できた。
また、比較例５及び実施形態４では、透過部による透過率が４．２０％であった。また、比較例５では、透過部によるコントラストが１２５であったのに対して、実施形態４では、コントラストが比較例５より高い１８８であった。さらに、比較例５では、透過部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３０３、０．３２８）であったのに対して、実施形態４では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３０４、０．３２７）であり、比較例５とほぼ同等の白味が実現できた。
このように、実施形態４においても、実施形態１と同様の効果が得られた。
また、この実施形態４において、透過部における光学特性、特に透過部におけるコントラストの視野角依存性を評価した。図２０は、実施形態４に係る液晶表示装置の主視角方向及び反主視角方向における楕円率の分布をシミュレーションした結果を示す図である。
図２０に示すように、実施形態４においては、特に画面の下方向すなわち主視角方向で楕円偏光の楕円率を大きくすることができ、主視角方向全域において０．４５以上の楕円率を有する楕円偏光を形成することができた。しかも、主視角方向の楕円率分布の変化を緩やかにすることができた。これにより、主視角方向で液晶表示パネルＬＰＮに入射する楕円偏光を円偏光に近い偏光状態とすることができ、主視角方向での液晶層のリタデーション値を効果的に光学補償することが可能となる。
図２１は、実施形態４に係る液晶表示装置の透過部におけるコントラストの視野角依存性をシミュレーションした特性図である。図２１を参照して明らかなように、実施形態４においては画面の上下方向での視野角依存性が改善され、特に主視角方向のコントラスト低下が改善できていることが確認できた。これは、液晶表示パネルに入射する楕円偏光の楕円率を向上し、液晶層のリタデーション値を補償できたことによるものである。
このような実施形態４によれば、透過表示において、主視角方向での視野角を拡大することができ、コントラストの視角依存性を改善することができる。
（他の実施形態；実施形態５）
この実施形態５では、液晶組成物としてＭＪ０３２５９１（メルク社製、Δｎ＝０．０７）を適用し、液晶分子４０のツイスト角は０ｄｅｇとした（ホモジニアス配向）。また、この実施形態５では、反射部ＰＲのギャップは約２．４μｍであり、透過部ＰＴのギャップは約４．６μｍに設定した。
このような実施形態５においても同様に、図３に示した平面内において、液晶分子４０のダイレクタ４０ＤをＹ軸とする。図２２に示すように、第２偏光板６１の吸収軸６１ＴとＸ軸との間に成す角度Ａは、１°である。第２位相差板６２の遅相軸６２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｂは、３６°である。このため、第２偏光板６１の吸収軸６１Ｔと第２位相差板６２の遅相軸６２Ｄとの成す鋭角の角度θ２は３５°である。第１偏光板５１の吸収軸５１ＴとＸ軸との間に成す角度Ｃは、８９°である。第１位相差板５２の遅相軸５２ＤとＸ軸との間に成す角度Ｄは、１４４°である。このため、第１偏光板５１の吸収軸５１Ｔと第１位相差板５２の遅相軸５２Ｄとの成す鋭角の角度θ１は５５°である。なお、第１位相差板５２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４５ｎｍである。また、第２位相差板６２のリタデーション値（Ｒ値）は波長５５０ｎｍの光に対して１４５ｎｍである。
これらＡ乃至Ｄの成す角度や第１位相差板５２及び第２位相差板６２のリタデーション値は、電圧無印加時のリタデーション値や、電圧印加時の残留リタデーション値により変化するため、図２２に示したような値のみに限定されるものではない。
この実施形態５によれば、上述したように最適化された第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２は、これらを通過する光の偏光状態を制御し、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光を形成することができ、しかも、液晶層ＬＱに入射する楕円偏光の偏光状態を有する波長５５０ｎｍの光の楕円率を０．５以上０．８５以下とすることができる。加えて、この実施形態５によれば、液晶層ＬＱに入射する波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率をほぼ均一とすることができ、楕円率の最大値と最小値との差を０．１５より小さい条件に設定することが可能となる。
最適化された特性を有する第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２を備えた液晶表示装置（実施形態５）と、２種類の位相差板（１／２波長板及び１／４波長板）を含む偏光制御素子を備えた液晶表示装置（比較例６）とのそれぞれの光学特性を比較した。なお、ここでの比較例６及び実施形態５はともに、ホモジニアス配向の液晶分子を含む液晶層を備え、表示モードがノーマリーホワイトの半透過型液晶表示装置として構成されている。
図２３に示すように、比較例６は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．６７が得られ、かつ、波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率はその最大値と最小値との差が０．０７となるように構成されている。実施形態５は、波長５５０ｎｍの光に対して楕円率０．６７が得られ、かつ、波長範囲４５０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光の楕円率はその最大値と最小値との差が０．１となるように構成されている。
比較例６及び実施形態４では、反射部による反射率が９．７０％であった。また、比較例６では、反射部によるコントラストが１５であったのに対して、実施形態５では、反射部によるコントラストが１４であった。さらに、比較例６では、反射部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．２９９、０．３１７）であったのに対して、実施形態５では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３０１、０．３１９）であり、比較例６とほぼ同等の白味が実現できた。
また、比較例６及び実施形態５では、透過部による透過率が５．２０％であった。また、比較例６及び実施形態５では、透過部によるコントラストが１２０であった。さらに、比較例６では、透過部により表示された画像の白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３１９、０．３３８）であったのに対して、実施形態５では、白色の色味が色度座標上において（ｘ，ｙ）＝（０．３２０、０．３３８）であり、比較例６とほぼ同等の白味が実現できた。
このように、実施形態５においても、実施形態１と同様の効果が得られた。
また、この実施形態５において、透過部における光学特性、特に透過部におけるコントラストの視野角依存性を評価した。図２４は、実施形態５に係る液晶表示装置の主視角方向及び反主視角方向における楕円率の分布をシミュレーションした結果を示す図である。
図２４に示すように、実施形態５においては、特に画面の下方向すなわち主視角方向で楕円偏光の楕円率を大きくすることができ、主視角方向全域において０．４５以上の楕円率を有する楕円偏光を形成することができた。しかも、主視角方向の楕円率分布の変化を緩やかにすることができた。これにより、主視角方向で液晶表示パネルＬＰＮに入射する楕円偏光を円偏光に近い偏光状態とすることができ、主視角方向での液晶層のリタデーション値を効果的に光学補償することが可能となる。
図２５は、実施形態５に係る液晶表示装置の透過部におけるコントラストの視野角依存性をシミュレーションした特性図である。図２５を参照して明らかなように、実施形態５においては画面の上下方向での視野角依存性が改善され、特に主視角方向のコントラスト低下が改善できていることが確認できた。これは、液晶表示パネルに入射する楕円偏光の楕円率を向上し、液晶層のリタデーション値を補償できたことによるものである。
このような実施形態５によれば、透過表示において、主視角方向での視野角を拡大することができ、コントラストの視角依存性を改善することができる。
（比較例）
図２６は、比較例における液晶表示装置の主視角方向及び反主視角方向における楕円率の分布をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、例えば比較例４における液晶表示装置についてシミュレーションした結果を示しているが、比較例５及び６も同様の結果が得られる。図２６に示すように、比較例においては、Θが大きくなるほど（すなわち法線に対する倒れ角度が大きくなるほど）楕円率が著しく低下してしまい、しかも、主視角方向の楕円率分布の変化が急峻であった。このため、主視角方向での液晶層のリタデーション値を十分に光学補償することができなかった。
図２７は、比較例における液晶表示装置の透過部におけるコントラストの視野角依存性をシミュレーションした特性図である。図２７に示すように、画面の上下方向での視野角依存性が十分に改善できず、特に主視角方向のコントラスト低下が顕著であった。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
図２に示した例では、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２のそれぞれは、１つの偏光板５１及び６１と、１つの位相差板５２及び６２とで構成されているが、上述したように液晶層ＬＱに入射する楕円偏光を形成するものであれば、この組み合わせに限定されるものではない。すなわち、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２のそれぞれは、複数の偏光板や、複数の位相差板、複数種類の位相差板を組み合わせて構成しても良いし、位相差板５２及び６２の少なくとも一方が二軸性の位相差板またはハイブリッド配向した液晶フィルムであっても良い。
また、第１偏光制御素子ＰＯＬ１及び第２偏光制御素子ＰＯＬ２のそれぞれは、高分子フィルム製の位相差板を偏光板に貼り合わせて構成しても良いし、偏光坂上に液晶フィルムを配置して構成しても良い。液晶フィルムを備えた偏光制御素子は、偏光板上に液晶組成物、例えばネマティック液晶を含む液晶組成物をコーティングした後に硬化処理することによって形成される。このとき、液晶フィルムの厚さは、所望のリタデーション値を得られるように設定される。このような液晶フィルムを備えた偏光制御素子を適用する場合、液晶フィルムに含まれる液晶分子のダイレクタを上述した遅相軸方向に一致させれば良い。
さらに、薄膜トランジスタＷがＮチャネル薄膜トランジスタで構成された例について説明したが、同様の各種駆動信号を発生できる構成であれば、他の構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】    以上説明したように、この発明によれば、薄型化及び低コスト化が実現できるとともに、光学特性の良好な液晶表示装置を提供することができる。
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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