(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基板の一方側に配置された第一の偏光層と、
第二の基板の他方側に配置された第二の偏光層と、
前記第一の基板と前記第二の基板間に有し、液晶分子が前記第一の基板または前記第二の基板に平行且つ一方向に配向されて黒表示を可能とする液晶層と、
前記第一の偏光層と前記第二の偏光層の両側にそれぞれ配置された支持基材と、
照明装置とを有し、
前記第一の偏光層は前記照明装置側に配置され、
前記第一の偏光層の吸収軸と前記第二の偏光層の吸収軸とは略垂直であり、
前記第一の偏光層の吸収軸と液晶層の面内の遅相軸とは略平行であって、
前記第一の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内において屈折率異方性を有し、
前記第一の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３に対して、ｎ１＞ｎ２≒ｎ３が満たされ、
前記第一の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材の面内における遅相軸と前記第一の偏光層の吸収軸とは略平行であって、
前記液晶層と前記第二の偏光層との間に第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムが配置され、
前記第一の光学位相補償フィルムおよび前記第二の光学位相補償フィルムは面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３としたとき下記（１）乃至（３）のいずれか一つを満たし、
（１）前記第一の光学位相補償フィルムは１.２＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（２）前記第一の光学位相補償フィルムは０.８＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜１.２を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは−５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（３）前記第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.８を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
前記第一の光学位相補償フィルムが前記第二の偏光層側に配置され、
前記第二の光学位相補償フィルムが前記液晶層側に配置され、
前記第一の光学位相補償フィルム及び前記第二の光学位相補償フィルムの面内の遅相軸は前記液晶層の面内の遅相軸とは略平行であり、
視野角を変化させたときの前記黒表示時の透過率最大値が１.２％以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
第一の基板の一方側に配置された第一の偏光層と、
第二の基板の他方側に配置された第二の偏光層と、
前記第一の基板と前記第二の基板間に有し、液晶分子が前記第一の基板または前記第二の基板に平行且つ一方向に配向されて黒表示を可能とする液晶層と、
前記第一の偏光層と前記第二の偏光層の両側にそれぞれ配置された支持基材と、
照明装置とを有し、
前記第一の偏光層は前記照明装置側に配置され、
前記第一の偏光層の吸収軸と前記第二の偏光層の吸収軸とは略垂直であり、
前記第一の偏光層の吸収軸と液晶層の面内の遅相軸とは略垂直であって、
前記第二の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内において屈折率異方性を有し、
前記第二の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３に対して、ｎ１＞ｎ２≒ｎ３が満たされ、
前記第二の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材の面内における遅相軸と前記第二の偏光層の吸収軸とは略平行であって、
前記液晶層と前記第一の偏光層間に第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムが配置され、
前記第一の光学位相補償フィルムおよび前記第二の光学位相補償フィルムは面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３としたとき下記（１）乃至（３）のいずれか一つを満たし、
（１）前記第一の光学位相補償フィルムは１.２＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（２）前記第一の光学位相補償フィルムは０.８＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜１.２を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは−５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（３）前記第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.８を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
前記第一の光学位相補償フィルムが前記第一の偏光層側に配置され、
前記第二の光学位相補償フィルムが前記液晶層側に配置され、
前記第一の光学位相補償フィルム及び前記第二の光学位相補償フィルムの面内の遅相軸が前記液晶層の面内の遅相軸と略平行であり、
視野角を変化させたときの前記黒表示時の透過率最大値が１.２％以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
第一の基板の一方側に配置された第一の偏光層と、
第二の基板の他方側に配置された第二の偏光層と、
前記第一の基板と前記第二の基板間に有し、液晶分子が前記第一の基板または前記第二の基板に平行且つ一方向に配向されて黒表示を可能とする液晶層と、
前記第一の偏光層と前記第二の偏光層の両側にそれぞれ配置された支持基材と、
照明装置とを有し、
前記第一の偏光層は前記照明装置側に配置され、
前記第一の偏光層の吸収軸と前記第二の偏光層の吸収軸とは略垂直であり、
前記第一の偏光層の吸収軸と液晶層の面内の遅相軸とは略平行であって、
前記第一の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内において屈折率異方性を有し、
前記第一の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３に対して、ｎ１＞ｎ２≒ｎ３が満たされ、
前記第一の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材の面内における遅相軸と前記第一の偏光層の吸収軸とは略平行であって、
前記液晶層と前記第二の偏光層との間に第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムが配置され、
前記第一の光学位相補償フィルムおよび前記第二の光学位相補償フィルムは面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３としたとき下記（１）乃至（３）のいずれか一つを満たし、
（１）前記第一の光学位相補償フィルムは１.２＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（２）前記第一の光学位相補償フィルムは０.８＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜１.２を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは−５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（３）前記第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.８を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
前記第一の光学位相補償フィルムは前記液晶層側に配置され、
前記第二の光学位相補償フィルムは前記第二の偏光層側に配置され、
前記第一の光学位相補償フィルム及び前記第二の光学位相補償フィルムの面内の遅相軸は前記液晶層の面内の遅相軸と略垂直であり、
視野角を変化させたときの前記黒表示時の透過率最大値が１.２％以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
第一の基板の一方側に配置された第一の偏光層と、
第二の基板の他方側に配置された第二の偏光層と、
前記第一の基板と前記第二の基板間に有し、液晶分子が前記第一の基板または前記第二の基板に平行且つ一方向に配向されて黒表示を可能とする液晶層と、
前記第一の偏光層と前記第二の偏光層の両側にそれぞれ配置された支持基材と、
照明装置とを有し、
前記第一の偏光層は前記照明装置側に配置され、
前記第一の偏光層の吸収軸と前記第二の偏光層の吸収軸とは略垂直であり、
前記第一の偏光層の吸収軸と液晶層の面内の遅相軸とは略垂直であって、
前記第二の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内において屈折率異方性を有し、
前記第二の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材は、面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３に対して、ｎ１＞ｎ２≒ｎ３が満たされ、
前記第二の偏光層の前記液晶層側に配置された支持基材の面内における遅相軸と前記第二の偏光層の吸収軸とは略平行であって、
前記液晶層と前記第一の偏光層間に第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムが配置され、
前記第一の光学位相補償フィルムおよび前記第二の光学位相補償フィルムは面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３としたとき下記（１）乃至（３）のいずれか一つを満たし、
（１）前記第一の光学位相補償フィルムは１.２＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（２）前記第一の光学位相補償フィルムは０.８＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜１.２を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは−５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
（３）前記第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.８を満たし、かつ、前記第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。
前記第一の光学位相補償フィルムは前記液晶層側に配置され、
前記第二の光学位相補償フィルムは前記第一の偏光層側に配置され、
前記第一の光学位相補償フィルム及び前記第二の光学位相補償フィルムの面内の遅相軸は前記液晶層の面内の遅相軸と略垂直であり、
視野角を変化させたときの前記黒表示時の透過率最大値が１.２％以下であ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、液晶ディスプレイに関するもので、特に水平方向に配向した液晶分子を横方向の電界を印加することにより光を透過・遮断を制御するインプレーンスイッチングモード（ＩＰＳ）の液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶に印加する電界の方向を基板に対して平行な方向にする方式（以下、横電界方式またはＩＰＳモード）として、１枚の基板上に設けた櫛歯電極を用いた方式が、特許文献１，特許文献２，特許文献３に提案されている。この方式により、液晶分子は主に基板に対して平行な面内で回転するので、斜めから見た場合の電界印加時と非印加時における複屈折率の度合の相違が小さく、視野角が広いことが知られている。
【０００３】
しかしながら、ＩＰＳモードは、液晶自体の複屈折率の変化は小さいものの、偏光板の特性により偏光板の吸収軸からずれた方位の斜め方向から見た場合光が漏れることがわかっている。このような偏光板の斜め方向の光漏れを無くすために位相差板を用いる方式が特許文献４に開示されている。この文献は、基本的にはＶＡモードについて液晶の影響を考慮して偏光板のみの視野角を改善していることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献５には、観察方向により白の色変化が生じるのを解決する手段が開示されている。
【０００５】
更に、特許文献６には、黒表示の視野角特性を改善するために、偏光板の一方の内側に位相差板を配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６３−２１９０７号公報
【特許文献２】特開平９−８０４２４号公報
【特許文献３】特開２００１−０５６４７６号公報
【特許文献４】特開２００１−３５００２２号公報
【特許文献５】特許第３２０４１８２号公報
【特許文献６】特許第２９８２８６９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】応用物理学会光学懇話会編  「結晶光学」森北出版株式会社出版  １９８４年第１版第４刷発行、第５章ｐ１０２〜ｐ１６３
【非特許文献２】J. Opt. Soc. Am. の論文タイトル“Optical in Stratified and  Anisotropic Media:４×４−Matrix Formulation”D.W. BERREMAN著  １９７２年、 volume ６２、No４、Ｐ５０２〜ｐ５１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、水平方向に配向した液晶分子を横方向の電界を印加することにより光の透過・遮断を制御するインプレーンスイッチング（ＩＰＳ）モードの液晶表示装置において、斜め方向において輝度上昇と色付きが生じる点である。
【０００９】
ＩＰＳモードは、水平方向にホモジニアスな配向をした液晶分子と、吸収軸が画面正面に対して上下と左右の方向をさして直交するように配置した２枚の偏光板を用いており、上下左右方向から画面を斜めに見るときには、２枚の偏光板の吸収軸は直交して見る位置関係にあり、ホモジニアス配向の液晶分子と一方の偏光板吸収軸は平行であるため、十分に黒輝度を小さくできる。これに対して方位角４５°の方向から画面を斜めに見ると、２枚の偏光板の吸収軸の成す角度が９０°からずれるため、透過光が複屈折を生じ光が漏れるために十分に黒輝度を小さくできない。更には、波長により斜め方向の光漏れ量が異なり、色づきを生じる。
【００１０】
上述した引用文献では、視野角特性を輝度特性のみで議論しており、この色変化の問題については一切考慮されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、ＩＰＳモードにおいて黒表示についても、全方位のあらゆる角度で良好な表示を得るために、斜め方向から見た際の黒表示の輝度上昇と色づきを共に低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第一の基板の一方側に配置された第一の偏光層と、第二の基板の他方側に配置された第二の偏光層と、第一の基板と第二の基板間に有し、液晶分子が第一の基板または第二の基板に平行且つ一方向に配向されて黒表示を可能とする液晶層と、第一の偏光層と第二の偏光層の両側にそれぞれ配置された支持基材と、照明装置とを有し、第一の偏光層は照明装置側に配置され、第一の偏光層の吸収軸と第二の偏光層の吸収軸とは略垂直であり、第一の偏光層の吸収軸と液晶層の面内の遅相軸とは略平行であって、第一の偏光層の液晶層側に配置された支持基材は、面内において屈折率異方性を有し、第一の偏光層の液晶層側に配置された支持基材は、面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３に対して、ｎ１＞ｎ２≒ｎ３が満たされ、
第一の偏光層の液晶層側に配置された支持基材の面内における遅相軸と第一の偏光層の吸収軸とは略平行であって、液晶層と第二の偏光層との間に第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムが配置され、第一の光学位相補償フィルムおよび第二の光学位相補償フィルムは面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３としたとき下記（１）乃至（３）のいずれか一つを満たし、（１）第一の光学位相補償フィルムは１.２＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）を満たし、かつ、第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。（２）第一の光学位相補償フィルムは０.８＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜１.２を満たし、かつ、第二の光学位相補償フィルムは−５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。（３）第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.８を満たし、かつ、第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。第一の光学位相補償フィルムが第二の偏光層側に配置され、第二の光学位相補償フィルムが液晶層側に配置され、第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムの面内の遅相軸は液晶層の面内の遅相軸とは略平行であり、視野角を変化させたときの前記黒表示時の透過率最大値が１.２％以下であることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１３】
また、第一の基板の一方側に配置された第一の偏光層と、第二の基板の他方側に配置された第二の偏光層と、第一の基板と第二の基板間に有し、液晶分子が第一の基板または第二の基板に平行且つ一方向に配向されて黒表示を可能とする液晶層と、第一の偏光層と第二の偏光層の両側にそれぞれ配置された支持基材と、照明装置とを有し、第一の偏光層は照明装置側に配置され、第一の偏光層の吸収軸と第二の偏光層の吸収軸とは略垂直であり、第一の偏光層の吸収軸と液晶層の面内の遅相軸とは略垂直であって、第二の偏光層の液晶層側に配置された支持基材は、面内において屈折率異方性を有し、第二の偏光層の液晶層側に配置された支持基材は、面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３に対して、ｎ１＞ｎ２≒ｎ３が満たされ、第二の偏光層の液晶層側に配置された支持基材の面内における遅相軸と第二の偏光層の吸収軸とは略平行であって、液晶層と第一の偏光層間に第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムが配置され、第一の光学位相補償フィルムおよび第二の光学位相補償フィルムは面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３としたとき、下記（１）乃至（４）のいずれか一つを満たし、（１）第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.８を満たし、かつ、第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。（２）第一の光学位相補償フィルムは１.２＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜５を満たし、かつ、第二の光学位相補償フィルムは（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。（３）第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）を満たし、かつ、第二の光学位相補償フィルムは０.２＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜０.５を満たす。（４）第一の光学位相補償フィルムは０.５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）を満たし、かつ、第二の光学位相補償フィルムは−５＜（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１−ｎ２）＜−０.２を満たす。第一の光学位相補償フィルムが第一の偏光層側に配置され、第二の光学位相補償フィルムが液晶層側に配置され、第一の光学位相補償フィルム及び第二の光学位相補償フィルムの面内の遅相軸が液晶層の面内の遅相軸と略平行であり、視野角を変化させたときの前記黒表示時の透過率最大値が１.２％以下であることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１４】
また、参考発明として、偏光層の両側に支持基材を有する偏光板であって、少なくとも一方の前記支持基材が、面内において屈折率異方性を有し、面内における遅相軸方向の屈折率ｎ１，面内における進相軸方向の屈折率ｎ２，厚さ方向の屈折率ｎ３に対して、ｎ１＞ｎ２≒ｎ３が満たされ、面内において屈折率異方性を有する前記支持基材の遅相軸と前記偏光層の吸収軸が略平行であることを特徴とする偏光板である。
【発明の効果】
【００１５】
斜め視野における液晶層の影響を低減し、斜め方向の黒輝度および色づきの低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図７】本発明の液晶表示装置を説明するための定義図である。
【図８】本発明の液晶表示装置を説明するための一般的なポアンカレ球表示である。
【図９】本発明の液晶表示装置を説明するための概念図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図１１】本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図１２】本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図１３】本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図１４】本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図１５】本発明の液晶表示装置を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図１７】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図１８】本発明に用いた光学シミュレーション手法を説明するための概念図である。
【図１９】本発明に用いた光学シミュレーション手法を説明するための概念図である。
【図２０】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図２１】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図２２】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図２３】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図２４】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図２５】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図２６】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図２７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図２８】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図２９】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図３０】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図３１】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図３２】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図３３】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図３４】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図３５】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図３６】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図３７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図３８】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図３９】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図４０】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図４１】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図４２】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図４３】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図４４】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図４５】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図４６】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図４７】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図４８】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図４９】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図５０】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図５１】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図５２】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図５３】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図５４】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図５５】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図５６】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図５７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図５８】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図５９】ノルボルネン系材料により形成された光学位相補償フィルムのリタデーションと波長の関係の一例を示した特性図である。
【図６０】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図６１】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図６２】本発明の液晶表示装置の一実施例を説明するためのポアンカレ球表示である。
【図６３】本発明の液晶表示装置の一実施例において用いられる光学位相補償フィルムのリタデーションと波長の関係の代表例を示した特性図である。
【図６４】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図６５】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図６６】本発明の液晶表示装置の一実施例の特性図である。
【図６７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【図６８】本発明の液晶表示装置の一実施例を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の内容を具体的に説明する。
【００１８】
液晶ＴＶが台頭するなか、自発光で無い液晶ディスプレイは、白表示時は、如何に照明装置からの光を透過し、黒表示時は如何に光を遮断すするかが重要である。本発明は、特に黒表示の斜めから見たときに輝度低減と同時に如何に色づきを無くすかに関するものである。
【００１９】
まず、黒表示時に斜め方向から見た場合、なぜ輝度が上昇し、色づきが生じるかについて説明する前に、図７を用いて定義を示す。照明装置からの入射光６０が入射し、液晶素子で光が変調され、表示面１０Ｄから光が出射するとき、表示面１０Ｄの表示面法線方向８０Ｎ，表示面水平方向を７０Ｈ，表示面垂直方向を７０Ｖとし、視認方向８０Ｖをとると、視野角８２をθ，視認方向８０Ｖの表示面１０Ｄへの射影方向を８０Ａとすると、表示面水平方向７０Ｈとの成す角を方位角８１として、Φで示す。
【００２０】
次に、直交する一対の偏光板において、視野角θ，方位角Φを、θ≠０°，Φ≠０°，１８０°，±９０°として、光漏れの理由について考える。図９の左図に示すように２枚の偏光板の吸収軸１１ＣＡと１２ＣＡ（又は透過軸１１ＣＴ，１２ＣＴ）を直交させた場合、偏光板の法線方向から入射した光は、入射側の偏光板で直線偏光になり、出射側の偏光板により吸収され、黒表示をすることができる。一方、図９の右図に示すように、斜め方向から見た場合（θ≠０°，Φ≠０°，１８０°，±９０°）は、反対側の偏光板の透過軸と平行な成分を有し、反対側の偏光板で光が完全には遮断されずに光漏れを生じる。更に、直交する偏光板間に平行配向の液晶層が配置された場合、液晶層の配向軸が入射側偏光板の吸収軸に平行であれば液晶層の影響を受けないが、液晶層の配向軸がずれる若しくは２枚の偏光板が直交からずれると液晶層の影響を受けることが我々の検討で判明した。
【００２１】
これらの偏光状態を理解するためには、ポアンカレ球表示を使用すると非常に分かり易い。ポアンカレ球表示については、非特許文献１に開示されている。ストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、光の進行方向に対し垂直な面でｘ，ｙ軸をとり、その電界振幅をそれぞれＥｘ，Ｅｙとし、ＥｘとＥｙの相対的位相差をδ（＝δｙ−δｘ）とすると、
（数１）
Ｓ０＝＜｜Ｅｘ｜2＞＋＜｜Ｅｙ｜2＞
Ｓ１＝＜｜Ｅｘ｜2＞−＜｜Ｅｙ｜2＞
Ｓ２＝＜２ＥｘＥｙcosδ＞
Ｓ３＝＜２ＥｘＥｙsinδ＞
と表され、完全偏光の場合Ｓ０2＝Ｓ１2＋Ｓ２2＋Ｓ３2となる。また、これをポアンカレ球上に表示すると、図８に示すようになる。つまり、空間直交座標系の各軸にＳ１，Ｓ２，Ｓ３軸を取り、偏光状態を表すＳ点は、強度Ｓ０の半径とする球面上に位置する。ある偏光状態Ｓの点をとり、緯度Ｌａ及び経度Ｌｏを用いて表示すると、完全偏光の場合、Ｓ０2＝Ｓ１2＋Ｓ２2＋Ｓ３2であるため、半径１の球を考え、
（数２）
Ｓ１＝cosＬａcosＬｏ
Ｓ２＝cosＬａsinＬｏ
Ｓ３＝cosＬａ
となる。ここで、ポアンカレ球上では、上半球は右回りの偏光、下半球は左回りの偏光、赤道上は直線偏光、上下両極はそれぞれ右円偏光，左円偏光が配置される。
【００２２】
図９の状態をポアンカレ球上で考えると図１０に示すようになる。ここで、図１０は、方位角Φ＝４５°，θ＝６０°で見た場合で、右図はＳ１−Ｓ２面への、左図はＳ１−Ｓ３面への射影を示す。光の入射側の偏光板透過軸１２ＣＴの偏光状態は２００Ｔ、吸収軸１２ＣＡに偏光成分を持つ直線偏光は２００Ａ、出射側の偏光板透過軸１１ＣＴは２０１Ｔ、吸収軸１１ＣＡに偏光成分を有する直線偏光は２０１Ａで示される。つまり、２００Ｔと２０１Ａの距離３１１が光漏れとなる。従って、２００Ｔの偏光状態を２０１Ａの偏光状態へ、変換３００を行うことで光漏れをなくすことができる事がわかる。
【００２３】
図１０は、偏光層のみの理想状態を考えたが、通常の偏光板は、偏光層の両側に支持基材が配置されており、その支持基材が通常トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）からなり、面内の位相差が殆ど無いが、厚み方向にリタデーションＲ・ｈをもっている。ここで、支持基材の面内の遅相軸をｘ軸方向に平行とし、ｘ，ｙ軸方向それぞれの屈折率をｎｘ，ｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚ、厚さｈとすると、
（数３）
Ｒ・ｈ＝（(ｎｘ＋ｎｙ)／２−ｎｚ）・ｈ
として表される。
【００２４】
このリタデーションＲ・ｈにより、垂直入射では偏光状態に影響を受けないが斜め入射時に支持基材の影響を受けて偏光状態が変化する。ここで、図３に示す光学的な層構成で偏光状態の変化を考える。液晶層１５の両側に偏光板１１，１２が配置され、入射側偏光板１２の内側には支持基材１２Ｂ、出射側偏光板１１は内側に支持基材１１Ｂが配置されている。ここで、液晶の配向軸１５Ｓは、入射側偏光板１２の吸収軸１２ＣＡに平行、透過軸１２ＣＴに垂直で、出射側偏光板１１の吸収軸１１ＣＡに垂直、透過軸１１ＣＴに平行に配置し、これをｏ−modeと呼び、図５に示すように上下偏光板の軸が９０°回転している場合、つまり、液晶の配向軸１５Ｓは、入射側偏光板１２の吸収軸１２ＣＡに垂直、透過軸１２ＣＴに平行で、出射側偏光板１１の吸収軸１１ＣＡに平行、透過軸１１ＣＴに垂直に配置し場合をｅ−modeと呼ぶ。また、通常は、偏光層１１Ｃ，１２Ｃの外側に図１，図２に示すように支持基材１１Ａ，１２Ａが配置されるが偏光状態を考える上では必要ないために省略した。この図３の構成について、ポアンカレ球上で偏光状態の変化を図１１の左図を用いて考える。ここで、液晶層１５の屈折率異方性ΔｎＬＣ、そのギャップをｄＬＣとし、その積ΔｎＬＣ・ｄＬＣをリタデーションと称する。また、以下断りが無い場合には、各物性値は波長５５０ｎｍ光の値として考える。図１０と同様に方位角Φ＝４５°，視野角θ＝６０°から見た場合の光について考えると、偏光層１２Ｃの透過軸１２ＣＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、支持基材１２ＢのリタデーションＲ１・ｈ１によりＳ１軸を−１側から見て時計回りにリタデーションＲ１・ｈ１分回転し、偏光状態２０２の左回りの楕円偏光に変換される。更に、液晶層１５により、２００Ｔの点を中心に時計回りに液晶層のリタデーションΔｎＬＣ・ｄＬＣ分回転３０１し、偏光状態２０３の右回りの楕円偏光に変換される。更に出射側偏光板１１の支持基材１１ＢのリタデーションＲ２・ｈ２により、Ｓ１軸を−１側から見て時計回りにリタデーションＲ２・ｈ２分回転し、偏光状態２０４の右回りの楕円偏光に変換される。ここで、出射側の偏光層１１Ｃの吸収軸１１ＣＡに一致する偏光状態は２０１Ａであり、偏光状態２０４と２０１Ａの距離３１０分だけ光が漏れることになる。
【００２５】
更には、図１１の左図では、５５０ｎｍの光について考えたが、図１１の右図で図４の構成について、可視光領域は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであるので、略等価である４００ｎｍ〜７００ｎｍの光について考える。図１０と同様に方位角Φ＝４５°，視野角θ＝６０°から見た場合の光について考えると、偏光層１２Ｃの透過軸１２ＣＴを透過した光の偏光状態は２００Ｔとなり、支持基材１２ＢのリタデーションＲｈ１によりＳ１軸を−１側から見て時計回りにリタデーションＲ１・ｈ１分回転し、偏光状態２１２の左回りの楕円偏光に変換される。ここで、偏光状態２１２の直線の長さは、波長によりリタデーションが異なるため、光の波長より異なる偏光状態に変換される事を示す。更に、液晶層１５により、２００Ｔの点を中心に時計回りに液晶層のリタデーションΔｎＬＣ・ｄＬＣ分回転し、波長により広がりのある偏光状態２１３の楕円偏光に変換される。図からも分かるように短波長では左回りの楕円偏光で、長波長では右回りの楕円偏光となる。更に出射側偏光板１１の支持基材１１ＢのリタデーションＲ２・ｈ２により、Ｓ１軸を−１側から見て時計回りにリタデーションＲ２・ｈ２分回転し、偏光状態２１４の楕円偏光に変換される。ここで、出射側の偏光層１１Ｃの吸収軸１１ＣＡに一致する偏光状態は２０１Ａであり、偏光状態２１４と２０１Ａの距離の分だけ光が漏れ、波長により光の漏れ量が異なることが分かった。従って、斜めから見た場合色づきが生じることが理解できる。
【００２６】
また、この考え方に基づくと、色づきに最も寄与するの液晶層による偏光状態変化であることが分かる。つまり、黒表示時に斜め視野における液晶層の影響を低減しながら、光学位相補償フィルムにより斜め方向における光漏れを低減することが課題となる。本発明は、この課題を解決するものである。
【００２７】
本発明を説明する。本発明の液晶表示装置の構成を図１に示す。光入射側の第一の偏光板１２を備えた第一基板１６ともう一方の第二の偏光板１１を備えた第二基板１４間のそれぞれの吸収軸が略垂直（小さい方の成す角度が８８°〜９０°）に配置し、液晶層１５の液晶分子が前記基板１４，１６に平行且つ、一方向に配向されて黒表示を可能とする液晶層１５が２枚の基板１４，１６間に挟持されている。また、偏光板１１および１２の液晶層側の支持基材１１Ｂ，１２Ｂは屈折率が等方性である。更に、第一の基板１６又は第二基板１４のいずれか一方の基板の液晶層１５に近い側に、各画素に対向して一対の電極を有するマトリクス駆動の電極群が設けられ、背面に照明装置５０が配置されている。また、図１左は、液晶層１５の配向軸が入射側偏光板１２の吸収軸に平行、透過軸に垂直なｏ−modeである。この場合、図１左のように複数の光学位相補償フィルムが液晶層１５と第二の偏光板１１間に挟持される。更に、図１右は、液晶層１５の配向軸が入射側偏光板１２の吸収軸に垂直、透過軸に平行なｅ−modeである。この場合、図１右のように複数の光学位相補償フィルムが第一の偏光板１２と液晶層１５間に挟持される。
【００２８】
図１左は偏光板支持基材１１Ａ，１２Ａを含むが、これらは偏光状態を考える場合、無視できる。これらを省略し、偏光板１１および１２，液晶層１５の軸方向を明示した光学的構成図を考えると図４のようになる。偏光板支持基材１１Ｂおよび１２Ｂが屈折率等方性媒質であるため、このように考えられる。図４のような光学的構成において、斜め方向からの光漏れを光学位相補償フィルム１３により低減する方法を考える。
【００２９】
図１２，図１３にポアンカレ球を用いて偏光状態変化を示す。第一の偏光板１２に対し斜め入射した光の偏光状態は、前述した通り２００Ｔのように表される。図４の構成では、偏光板支持基材１２Ｂが屈折率等方性であるため、入射光は偏光状態２００Ｔを保ったまま、液晶層１５に入射する。ここで、液晶層１５に封入される液晶分子の面内における遅相軸をｘ軸方向に平行とし、ｘ，ｙ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚ、面内リタデーションをΔｎ・ｄｒとすると、
（数４）
ｎｘ＞ｎｙ≒ｎｚ
Δｎ・ｄｒ＝(ｎｘ−ｎｙ)・ｄｒ
であり、このように面内においてのみ屈折率異方性を持ち、厚さ方向の屈折率が面内屈折率の小さいものと略等しい媒体をポジティブａ−plateと呼ぶことにし、今後ポジティブａ−plateのリタデーションとは面内のリタデーションを指すことにする。ポジティブａ−plateに直線偏光が入射した場合の偏光状態変化は、ポアンカレ球上では、屈折率が大きい主軸（今の場合ｙ方向）、つまり遅相軸を軸とした回転変換で表される。今考えている図４の光学的構成では、第一の偏光板１２の吸収軸と液晶層１５の遅相軸１５Ｓが一致しているため、ポアンカレ球上の回転変換は図１２のように考えられる。つまり、第一の偏光板１２透過後の偏光状態２００Ｔに対して、液晶層１５の遅相軸４０１を軸として回転変換３０１がなされる。よって、第一の偏光板吸収軸１２ＣＡと液晶層１５の遅相軸１５Ｓの方向が高精度で一致していれば、液晶層１５透過前後で偏光状態は変化しない。
【００３０】
次に、複数の光学位相補償フィルム１３透過前後の偏光状態変化について考える。図１３に示すように、液晶層１５透過後の偏光状態２００Ｔを第二の偏光板吸収軸方向１１ＣＡの直線偏光状態２０１Ａに変換すればよいことが理解できる。
【００３１】
つまり、偏光板支持基材が屈折率等方性であり、かつｏ−modeの場合、図４のように第一の偏光板１２と液晶層１５間に屈折率異方性を持つ層を配置せず、第二の偏光板１１と液晶層１５間に複数の光学位相補償フィルム１３を配置することにより、斜め入射光に対し液晶層の影響を排し、光漏れを低減することができる。液晶層の影響がないため前述したように、斜め入射光に対し、色づきと光漏れ双方を低減できることとなる。
【００３２】
次に、図１右のｅ−modeの場合を考える。図６に偏光板支持基材１１Ａおよび１２Ａを省略し、液晶層１５および偏光板１１，１２の軸方向を明示した光学的構成を示す。この場合の偏光状態変化をポアンカレ球により図１４，図１５に示す。図１４は、複数の光学位相補償フィルム１３透過前後の偏光状態変化を示している。このようにｅ−modeの場合、液晶層１５に光が入射する前に、第一の偏光板１２透過後の偏光状態２００Ｔから第二の偏光板の吸収軸１１ＣＡの直線偏光状態２０１Ａへ変換する。これにより、液晶層の遅相軸１５Ｓ方向と液晶層１５に入射する光の偏光方向を一致させることができる。この場合、前述したように液晶層１５透過前後の偏光状態変化は図１５に示すようになる。つまり、液晶層１５の影響を排したこととなる。
【００３３】
つまり、偏光板支持基材が屈折率等方性であり、かつｅ−modeの場合、図４のように第二の偏光板１１と液晶層１５間に屈折率異方性を持つ層を配置せず、第一の偏光板１２と液晶層１５間に複数の光学位相補償フィルム１３を配置することにより、斜め入射光に対し液晶層の影響を排し、光漏れを低減することができる。
【００３４】
光が液晶層に斜め入射する際、液晶層の影響を排するためには、ｏ−modeの場合は、第一の偏光板と液晶層間に複屈折性媒体を配置せず、ｅ−modeの場合は、第二の偏光板と液晶層間に複屈折媒体を配置せず、且つ液晶層に光が入射する前に適切な偏光状態変換を行えば良い。
【００３５】
更に、図１３および図１４から、複数の光学位相補償フィルム１３による偏光状態変化は、方向を逆とするだけで良い。よって、ｏ−mode，ｅ−modeそれぞれの場合に対して、図１のように適切な層構成をとり、更に複数の光学位相補償フィルム１３それぞれの軸を適切に設定すると、複数の光学位相補償フィルムの仕様（光学位相補償フィルムの種類，構成，リタデーション）が同じならば、ｏ−modeの場合とｅ−modeの場合で黒表示時の視野角特性は略等しくなる。
【００３６】
この考え方に従うと、偏光板支持基材は必ずしも屈折率等方性である必要はなく、図２左に示すように、ｏ−modeの場合は、第二の偏光板１１の液晶層１５側の支持基材１１Ｄが複屈折性媒体であっても良い。この場合、複数の光学位相補償フィルム１３と複屈折性の偏光板支持基材１１Ｄの組み合わせにより、図１３のような偏光状態変換が可能であれば、図１の構成と同等の黒表示特性でありながら、光学位相補償フィルム数低減により部材コストが低減できる可能性がある。ｅ−modeの場合も同様で、図２右に示すように、第一の偏光板１２の液晶層１５側の支持基材１２Ｄが複屈折媒体であっても良い。この場合、複数の光学位相補償フィルム１３と複屈折性の偏光板支持基材１２Ｄの組み合わせにより、図１４のような偏光状態変換が可能であれば、図１の構成と同等の黒表示特性でありながら、光学位相補償フィルム数低減により部材コストが低減できる可能性がある。なお、図２左のｏ−modeの場合は、第一の偏光板１２および第二の偏光板１１それぞれの外側の支持基材１２Ａおよび１１Ａは、等方性媒体であっても複屈折性媒体であっても黒表示時の視野角特性に何ら影響を及ぼすものではない。よって、図２左の構成をとる際に、支持基材１１Ａを複屈折性媒体とした方が生産性向上等の利点があるならば、複屈折性媒体としても良い。図２右のｅ−modeの場合も同様である。
【００３７】
別の考え方として、偏光板支持基材による偏光状態変化を光学位相補償フィルムにより打ち消す、という方法も考えられる。後述するように、ｏ−modeの場合に、第一の偏光板支持基材がネガティブｃ−plateに等価であるならば、ポジティブｃ−plateを第一の偏光板と液晶層間に配置することによりこの効果を打ち消すことが可能である。ｅ−modeの場合は、第二の偏光板と液晶層間に、第二の偏光板支持基材の影響を打ち消す光学位相補償フィルムを配置すれば良い。これは、複屈折性媒体が配置されていないことと略等価である。更に考えを拡張すると、ｏ−modeの場合は、第一の偏光板と液晶層間で複屈折性による偏光状態変化が生じず、ｅ−modeの場合は、第二の偏光板と液晶層間で複屈折性による偏光状態変化が生じなければよい。
【００３８】
このように、我々は斜め視野における液晶層の偏光状態変化に対する影響を排することで、斜め視野における輝度変化と色変化双方を低減する方法を見出した。また、この場合光学位相補償フィルムの仕様をｏ−modeの場合とｅ−modeの場合で配置以外等しくすることで、視野角特性が等しくなることも見出した。しかし、我々の検討によるとｅ−modeの構成の方が信頼性という観点から優れていることが分かった。これは、次のような理由による。図１左のｏ−modeの構成とした場合、複数の光学位相補償フィルム１３は、液晶表示装置の第二の偏光板１１に接している。このため、液晶表示装置使用者が液晶表示装置の表示面に触れるといったことにより、第二の偏光板１１を通して複数の光学位相補償フィルム１３に力が加わることが考えられる。ここで、現在、光学位相補償フィルムの材料として用いられている材料は、力により屈折率が変化するものが多い。このような材料により図１左の光学位相補償フィルム１３が形成されていると、前述したような状況で光学位相補償フィルムの屈折率が変化し、面内表示むらが生じやすくなる。
【００３９】
これに対して、図１右のｅ−modeの場合は、このようなことは起こり難い。液晶表示装置使用者が表示面に力を加えたとしても、光学位相補償フィルム１３は二枚の基板１４および１６の裏側にあるため、力が伝わりにくいからである。
【００４０】
ここまで説明した方法は、斜め視野における液晶層の影響を排し、黒表示時の視野角特性を向上させるものであるが、別の考え方として、例えば、三原色カラーフィルタを用いた液晶表示装置において、赤色，緑色，青色それぞれの表示領域毎に液晶層の厚さを最適化し、各色光に対し液晶層により同様の偏光状態変化がなされる、という手法も有効である。この手法によると、黒表示時および白表示時の視野角特性を向上させることが可能である。
〔実施例〕
以下に具体的な実施例を示して、本願発明の内容を更に詳細に説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本実施例においては、非特許文献２に開示されている４４マトリクス方法を用いた光学シミュレーションを用いて数値計算し検討した結果も含まれる。ここで、シミュレーションにおいては、通常のバックライトに使用されている３波長冷陰極間の分光特性，Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの分光透過特性，偏光板偏光層としては、日東電工製１２２４ＤＵの分光特性を使用した。また、光学位相補償フィルムの波長分散はポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン，ノルボルネン系材料等のものを用いたがこれらに限定されるものではない。
【００４１】
また、実施例中で用いる垂直，９０°といった表現は、完全な垂直を意味しているわけではなく、略垂直あるいは小さい方のなす角度が８８〜９０°と読み替えても話の本質には何ら影響するものではない。平行といった表現についても同様である。
【００４２】
更に、実施例中では現在の一般的構成を述べるため、一枚の光学位相補償フィルムにつき一つの複屈折性機能が実現されることを前提として記述されているが、実施例中で示したそれぞれの光学位相補償フィルムの複屈折性が複数の光学位相補償フィルムの組み合わせにより実現されてもよい。また、光学位相補償フィルムおよび偏光層が、基板上に材料が塗布され、配向処理が行われることにより形成されてもよい。ただしこの場合、実施例中で示した構成は変化する場合がある。具体的には、偏光層は基板の液晶層側に配置される場合が考えられる。このとき実施例中で示した液晶層の反対側に配置される偏光板支持基材とは、偏光層が形成される基板あるいは基板と偏光層間に形成される全ての部材となり、実施例中で示した液晶層側に配置される偏光板支持基材とは、存在しないあるいは、偏光層と塗布により形成される光学位相補償フィルム間に形成される部材となる。本発明は、光学的構成に重きを置くものであり、本発明で示した光学的構成が実現されれば、物理的構成に依らず、本発明の効果は達成可能である。このため実施例中では、適宜光学的構成を示している。
【００４３】
液晶セルや電極構造，基板，偏光板の偏光層、及び照明装置はＩＰＳとして従来から用いられるものがそのまま適用できる。本発明は、液晶表示装置の構成及び偏光板支持基材、追加した光学補償フィルムに関するものである。
【００４４】
更に、液晶層に対して電圧無印加時（黒表示時）における液晶分子長軸の基板に対する小さい方の角度（プレティルト角）は、実施例において示すシミュレーションでは０°としたが、±３°の範囲では本実施例で示した傾向に大きな差は生じなかった。ただし、プレティルト角０°の場合が最も良好な特性を示した。
【００４５】
ここで用いられる用語を以下の通り定義する。
・複屈折性を有する：面内（ｘ，ｙ）および厚さ（ｚ）方向のリタデーションが約１０ｎｍより大きく約５５０ｎｍ以下の場合。
・略等方性を有する：面内（ｘ，ｙ）および厚さ（ｚ）方向のリタデーションが０より大きく約１０ｎｍ以下の場合。
・ｅ−mode：第一の偏光板１２の吸収軸１２ＣＡと電圧無印加時の液晶分子の配向軸１５Ｓの方向が略垂直（小さい方のなす角が８８°〜９０°）の場合。
・ｏ−mode：第一の偏光板１２の吸収軸１２ＣＡと電圧無印加時の液晶分子の配向軸１５Ｓの方向が略水平（小さい方のなす角が０°〜２°）の場合。
・ポジティブａ−plate：面内において屈折率が異方性を有し、厚さ方向の屈折率が面内の屈折率の小さいものと略等しい媒体。面内における遅相軸方向の屈折率ｎｘ，面内における進相軸方向の屈折率ｎｙ，厚さ方向の屈折率ｎｚ，厚さｄｒとした場合、ｎｘ＞ｎｙ≒ｎｚで、ポジティブａ−plateの面内リタデーションΔｎ・ｄｒ＝(ｎｘ−ｎｙ)・ｄｒ。Ｎｚ係数が０.８〜１.２の光学位相補償フィルムに相当。
・ポジティブｃ−plate：面内において屈折率が等方性を有し、厚さ方向の屈折率が大きい媒体。面内における遅相軸方向の屈折率ｎｘ，面内における進相軸方向の屈折率ｎｙ，厚さ方向の屈折率ｎｚ,厚さｈとした場合、ｎｚ＞ｎｘ≒ｎｙで、ポジティブｃ−plateのリタデーションＲ・ｈ＝(ｎｚ−(ｎｘ＋ｎｙ)／２)・ｈ。Ｎｚ係数が−５以下の光学位相補償フィルムに相当。
・ネガティブａ−plate：面内において屈折率が異方性を有し、厚さ方向の屈折率が面内の屈折率の大きいものと略等しい媒体。面内における遅相軸方向の屈折率ｎｘ，面内における進相軸方向の屈折率ｎｙ，厚さ方向の屈折率ｎｚ，厚さｄｒとした場合、ｎｘ≒ｎｚ＞ｎｙで、ネガティブａ−plateの面内リタデーションΔｎ・ｄｒ＝(ｎｙ−ｎｘ)・ｄｒ。Ｎｚ係数が−０.２〜０.２の光学位相補償フィルムに相当。
・ネガティブｃ−plate：面内において屈折率が等方性を有し、厚さ方向の屈折率が小さい媒体。面内における遅相軸方向の屈折率ｎｘ，面内における進相軸方向の屈折率ｎｙ，厚さ方向の屈折率ｎｚ，厚さｈとした場合、ｎｚ＜ｎｘ≒ｎｙで、ネガティブｃ−plateのリタデーションＲ・ｈ＝（(ｎｘ＋ｎｙ)／２−ｎｚ）・ｈ。Ｎｚ係数が５以上の光学位相補償フィルムに相当。
【実施例１】
【００４６】
本参考例の構造を図１に、光学的構成を図１６に示す。図１６左はｏ−modeの場合、図１６右はｅ−modeの場合を示す。本参考例では、光学位相補償フィルムとしてポジティブｃ−plateとポジティブａ−plateを１枚ずつ用いる。ここで、面内で屈折率が等方性であり、厚さ方向の屈折率が大きいものをポジティブｃ−plateと呼ぶこととする。数３に従いリタデーションＲ・ｈを式で表すと、次のようになる。
（数５）
ｎｚ＞ｎｘ≒ｎｙ
Ｒ・ｈ＝(ｎｚ−(ｎｘ＋ｎｙ)／２)・ｈ
今後、ポジティブｃ−plateのリタデーションとは、この厚さ方向のリタデーションを指すとする。図１６において、１３Ｃ１がポジティブｃ−plate、１３Ａ１がポジティブａ−plateを示している。また、１３Ａ１Ｓはポジティブａ−plateの遅相軸方向である。同図に示すように、ｏ−modeの場合は、ポジティブａ−plateの遅相軸１３Ａ１Ｓと液晶層の遅相軸１５Ｓを略平行とし、ｅ−modeの場合は、ポジティブａ−plateの遅相軸１３Ａ１Ｓと液晶層の遅相軸１５Ｓを略垂直とする必要があることが我々の検討により判明した。この構成により、図１３および図１４で示した偏光状態変換が可能となる。ポアンカレ球上で偏光状態変化を表すと図１７のようになる。３０５Ｃ１がポジティブｃ−plateによる偏光状態変化、３０５Ａ１がポジティブａ−plateによる偏光状態変化である。
【００４７】
ここで、ポジティブａ−plate１３Ａおよびポジティブｃ−plate１３Ｃ１のリタデーションにより黒表示時の視野角特性は大きく変化するため、光学シミュレーションによりリタデーションを決定する必要がある。ここで、シミュレーションにより求める評価指標が必要となる。本発明は、黒表示時に視野角を変化させたときの輝度変化と色変化低減が目的であるため、それぞれの評価指標を導入する。
【００４８】
輝度変化の指標としては、視野角を変化させたときの透過率最大値を導入する。図１８によりこれを説明する。同図は、光学位相補償フィルムの仕様が異なる三種類の液晶表示装置において、黒表示時の透過率視野角特性を評価したもので、方位角を固定して、極角のみを変化させた場合である。同図により、仕様３が最も輝度変化の特性が良好となる。ここで、それぞれの仕様における透過率最大値を比較しても同様の結果が得られることが分かる。４５１Ｔ１，４５１Ｔ２，４５１Ｔ３はそれぞれ仕様１，２，３の透過率最大値である。このように、透過率最大値が小さいならば、視野角変化に伴う輝度変化も小さいと言える。
【００４９】
次に、色変化の指標としてはΔｘｙを導入する。図１９に説明図を示す。図１９はある光学位相補償フィルム仕様において、黒表示時の色をＣＩＥ１９３１ｘｙ色度座標上にプロットしたものであり、全方位角，全極角方向から見た全ての色度座標をプロットしている。結果として、同図に示す楕円領域が得られる。視野角変化に伴う色変化を低減することは、同図における楕円領域を小さくすることに相当する。そこで、この楕円の長軸の長さを評価指標とする。これがΔｘｙである。
【００５０】
ポジティブｃ−plateのリタデーションを３０ｎｍから１７０ｎｍまで変化させ、これと独立にポジティブａ−plateのリタデーションを５０ｎｍから２００ｎｍまで変化させたときの最大透過率変化を図２０、Δｘｙの変化を図２１に示す。図２０において、４６０はポジティブｃ−plateのリタデーションを１７０ｎｍから３０ｎｍへ小さくした場合の変化を示している。同図によると、最大透過率はポジティブａ−plateのリタデーション変化に対して下に凸の変化をしており、ポジティブａ−plateのリタデーションが１４０ｎｍ程度で輝度変化が最小となることが分かる。具体的には、ポジティブｃ−plateのリタデーションが８０ｎｍ、ポジティブａ−plateのリタデーションが１４０ｎｍのとき、輝度変化が最小となった。次に、色変化について図２１を見る。同図によると、Δｘｙはポジティブａ−plateのリタデーション変化に対して上に凸の変化をしており、最大透過率の変化の仕方と逆となることが理解できる。つまり、輝度変化を最小とする位相差板仕様で、色変化も最小とすることは不可能である。この様子を図２２および図２３を用いて示す。図２２は、最大透過率が１.２％以下となるポジティブｃ−plateおよびポジティブａ−plateのリタデーションを示すものである。例えば、同図においてポジティブｃ−plateのリタデーションが８０ｎｍ、ポジティブａ−plateのリタデーションが１４０ｎｍの場合、最大透過率が１.２％以下という条件を満たすが、ポジティブｃ−plateのリタデーションが１６０ｎｍ、ポジティブａ−plateのリタデーションが１４０ｎｍの場合は条件を満たさない。ここで、１.２％という値は官能評価により決定した。同様にして、Δｘｙが０.１５以下となる条件を図２３に示す。同図によると、輝度変化が小さくなる条件近傍で色変化が大きくなっているため、前述したポジティブｃ−plateのリタデーションが８０ｎｍ、ポジティブａ−plateのリタデーションが１４０ｎｍという輝度変化のみを考慮した条件は、色変化の条件を満たすことができない。
【００５１】
図２４に輝度変化と色変化双方の条件を満たすポジティブｃ−plateおよびポジティブａ−plateのリタデーションを示す。これは当然、輝度変化と色変化許容値の設定により変化するが、輝度変化と色変化双方の低減が困難である本質は同じである。我々の検討によると、黒表示時の輝度変化と色変化双方を低減する最適仕様は、ポジティブｃ−plateのリタデーションが６０ｎｍ、ポジティブａ−plateのリタデーションが１７０ｎｍであった。
【００５２】
前述したように、図１６左に示すｏ−modeの場合の構成と、図１６右に示すｅ−modeの場合の構成をとることで、ここで求めたポジティブｃ−plateおよびポジティブａ−plateのリタデーションに対する黒表示時の視野角特性変化の傾向は略同じである。
【００５３】
また、図１６の構成において、ポジティブａ−plate１３Ａ１とポジティブｃ−plate１３Ｃ１の位置を入れ替え、ポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓを９０°異にしたときにも同様の偏光状態変化が得られ、図２２〜図２４で示した結果が同じであることが分かった。
【００５４】
ここで、ポジティブｃ−plateやポジティブａ−plateという用語は本来、完全な一軸異方性媒体を表すが、これに近い二軸異方性媒体を用いても本参考例で示した傾向は大きく
変化しないことが分かった。本参考例では、ポジティブｃ−plateは後述するＮｚ係数が
−５以下の光学位相補償フィルム、ポジティブａ−plateはＮｚ係数が０.８〜１.２の光学位相補償フィルムと置き換えても本参考例で示した傾向は大きく変化しないことが確認された。
【００５５】
また、本参考例で示した計算結果では光学位相補償フィルム材料としてノルボルネン系材料を用いた場合を想定し、光学位相補償フィルムの屈折率の波長依存性を設定したものであるが、ＰＣやポリスチレンを用いた場合にも略同様の結果が得られた
【実施例２】
【００５６】
本参考例の構造を図１、光学的構成を図２５に示す。図２５左はｏ−modeの場合、図２５右はｅ−modeの場合を示す。本参考例では、光学位相補償フィルムとしてネガティブｃ−plateとネガティブａ−plateを１枚ずつ用いる。ここで、面内で屈折率が等方性であり、厚さ方向の屈折率が小さいものをネガティブｃ−plateと呼ぶこととする。数３に従いリタデーションＲ・ｈを式で表すと、次のようになる。今後、ネガティブｃ−plateのリタデーションとは次の厚さ方向のリタデーションを指すとする。
（数６）
ｎｚ＜ｎｘ≒ｎｙ
Ｒ・ｈ＝（(ｎｘ＋ｎｙ)／２−ｎｚ）・ｈ
また、面内に屈折率異方性を持ち、厚さ方向の屈折率が面内屈折率の大きいものと略等しいものをネガティブａ−plateと呼ぶこととする。数４に従い、リタデーションを式で表すと、次のようになる。今後、ネガティブａ−plateのリタデーションとは次の面内リタデーションを指すとする。
（数７）
ｎｙ≒ｎｚ＞ｎｘ
Δｎ・ｄｒ＝(ｎｙ−ｎｘ)・ｄｒ
ネガティブａ−plateには、屈折率が大きい主軸が二つあるが、今後ネガティブａ−plateの遅相軸と述べる場合、面内屈折率の大きい方向を指すものとする（数７ではｎｙの方向）。
【００５７】
ここで、これらの光学位相補償フィルムの作用について説明しておく。ポジティブｃ−plate、ネガティブｃ−plateそれぞれに、ある偏光状態にある光が入射したとき、ポアンカレ球上の偏光状態変化について考えると、ポジティブｃ−plateとネガティブｃ−plateのリタデーションが等しい場合、互いに１８０°逆方向の偏光状態変化が起きる。
【００５８】
また、ポジティブａ−plate，ネガティブａ−plateそれぞれに、ある偏光状態にある光が入射したとき、ポアンカレ球上の偏光状態変化について考えると、ポジティブｃ−plateとネガティブｃ−plateのリタデーションが等しい場合、互いに１８０°逆方向の偏光状態変化が起きる。ただし、両ａ−plateは面内屈折率異方性を持つため、遅相軸方向に注意が必要であり、互いに逆方向の偏光状態変化を起こすためには、ポジティブａ−plateとネガティブａ−plateの遅相軸を面内において９０°異にする必要がある。
【００５９】
さて、図２５において、１３Ｃ２がネガティブｃ−plate、１３Ａ２がネガティブａ−plateを示している。また、１３Ａ２Ｓはネガティブａ−plateの遅相軸方向である。同図に示すように、ｏ−modeの場合は、ネガティブａ−plateの遅相軸１３Ａ２Ｓと液晶層の遅相軸１５Ｓを略平行とし、ｅ−modeの場合は、ネガティブａ−plateの遅相軸１３Ａ２Ｓと液晶層の遅相軸１５Ｓを略垂直とする必要があることが我々の検討により判明した。この構成により、図１３および図１４で示した偏光状態変換が可能となる。ポアンカレ球上で黒表示時の偏光状態変化を表すと図２６のようになる。３０５Ｃ２がネガティブｃ−plateによる偏光状態変化、３０５Ａ２がネガティブａ−plateによる偏光状態変化である。図１７と比較すると、偏光状態変換が全く逆方向の経路でなされることが理解できる。よって、ネガティブｃ−plateおよびネガティブａ−plateの屈折率波長依存性が同程度であるならば、実施例１で求めたそれぞれのリタデーションの組み合わせと黒表示時の視野角特性の関係は略等しくなる。
【００６０】
また、図２５の構成において、ネガティブａ−plate１３Ａ２とネガティブｃ−plate１３Ｃ２の位置を入れ替え、ネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓを９０°異にしたときにも同様の偏光状態変化が得られ、図２２〜図２４で示した結果が同じであることが分かった。
【００６１】
ここで、ネガティブｃ−plateやネガティブａ−plateという用語は本来、完全な一軸異
方性媒体を表すが、これに近い二軸異方性媒体を用いても本参考例で示した傾向は大きく変化しないことが分かった。本参考例では、ネガティブｃ−plateは後述するＮｚ係数が５以上の光学位相補償フィルム、ネガティブａ−plateはＮｚ係数が−０.２〜０.２の光学位相補償フィルムと置き換えても本参考例で示した傾向は大きく変化しないことが確認された。
【００６２】
光学位相補償フィルムの材料をノルボルネン系，ＰＣ，ポリスチレン等に変更した場合の取り扱いも実施例１と同様である。また、図２５に示したｏ−mode，ｅ−modeそれぞれの構成および軸配置をとることで、ｏ−mode，ｅ−modeの黒表示時の視野角特性を同じくすることができることも実施例１と同様である。
【実施例３】
【００６３】
本参考例の構造を図１、四種の光学的構成を図２７および図２８に示す。図２７および図２８の左図はｏ−modeの場合、図２７および図２８の右図はｅ−modeの場合を示す。本参考例では、光学位相補償フィルムとしてポジティブａ−plateとネガティブａ−plateを１枚ずつ用いる。ポジティブａ−plateとネガティブａ−plateを用いて、図１３および図１４に示した偏光状態変換を行うためには、図２７および図２８に示した四通りの構成があることが我々の検討により判明した。
【００６４】
図２７左はｏ−modeの場合で、液晶層１５側にネガティブａ−plate１３Ａ２を配置する構成であり、ネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓおよびポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓを共に第一の偏光板１２の吸収軸１２ＣＡに平行としている。図２９にこの構成における黒表示時の偏光状態変換を示す。図１３で示した偏光状態変化が起こることが理解できる。
【００６５】
図２７右はｅ−modeの場合で、液晶層１５側にポジティブａ−plate１３Ａ１を配置する構成であり、ネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓおよびポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓを共に第一の偏光板１２の吸収軸１２ＣＡに平行としている。図３０にこの構成における黒表示時の偏光状態変換を示す。図１４で示した偏光状態変化が起こることが理解できる。
【００６６】
図２８左はｏ−modeの場合で、液晶層１５側にポジティブａ−plate１３Ａ１を配置する構成であり、ネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓおよびポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓを共に第一の偏光板１２の吸収軸１２ＣＡに垂直としている。図３１にこの構成における黒表示時の偏光状態変換を示す。図１３で示した偏光状態変化が起こることが理解できる。
【００６７】
図２８左はｅ−modeの場合で、液晶層１５側にネガティブａ−plate１３Ａ１を配置する構成であり、ネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓおよびポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓを共に第一の偏光板１２の吸収軸１２ＣＡに垂直としている。図３２にこの構成における黒表示時の偏光状態変換を示す。図１４で示した偏光状態変化が起こることが理解できる。
【００６８】
図２９〜図３２により、図２７および図２８で示した四種の構成における偏光状態変化は互いに対称的であり、偏光状態変化の経路，順番が異なるのみであることが分かる。つまり、ポジティブａ−plateおよびネガティブａ−plateのリタデーションの組み合わせが同じであれば、四種の構成は略同じ視野角特性を黒表示時に示すことになる。そこで、後述する光学シミュレーションによる光学位相補償フィルムのリタデーションの検討には図２８左の構成のみを用いる。
【００６９】
実施例１において図２２を求めたのと同じく、図３３に図２８左の構成における黒表示時の最大透過率とΔｘｙをポジティブａ−plateとネガティブａ−plateそれぞれのリタデーションを変化させて計算し、最大透過率が１.２％以下となる条件を求めた結果を示す。また、図３４にΔｘｙが０.１５以下となる条件を求めた結果を示す。更に、図３５に最大透過率が１.２％以下であり、且つΔｘｙが０.１５以下となる条件を求めた結果を示す。実施例１と同じく、黒表示時の輝度変化と色変化双方を低減することが困難であることが分かる。また、図２９〜図３２より分かるようにポジティブａ−plateによる偏光状態変換とネガティブａ−plateによる偏光状態変換は対称的であるため、図３３〜図３５も原点を通る対角線に対して略線対称となっている。つまり、ポジティブａ−plateのリタデーションが３０ｎｍ、ネガティブａ−plateのリタデーションが１６０ｎｍという条件と、ポジティブａ−plateのリタデーションが１６０ｎｍ、ネガティブａ−plateのリタデーションが３０ｎｍという条件は黒表示時の視野角特性については等価である。図３３において、最大透過率が最も低くなるのはポジティブａ−plateおよびネガティブａ−plateのリタデーションが９０ｎｍのときであったが、図３４から分かるように、この条件近傍では色変化低減の条件が満足されない。我々の検討では、輝度変化と色変化低減を両立する条件は、ポジティブａ−plateのリタデーションが１４０ｎｍ、ネガティブａ−plateのリタデーションが６０ｎｍであった。前述したように、この傾向は図２７および図２８で示した全ての構成において、略共通である。
【００７０】
ここで、ポジティブａ−plateやネガティブａ−plateという用語は本来、完全な一軸異方性媒体を表すが、これに近い二軸異方性媒体を用いても本参考例で示した傾向は大きく変化しないことが分かった。本参考例では、ポジティブａ−plateは後述するＮｚ係数が０.８〜１.２の光学位相補償フィルム、ネガティブａ−plateはＮｚ係数が−０.２〜０.２の光学位相補償フィルムと置き換えても本参考例で示した傾向は大きく変化しないことが確認された。
【００７１】
また、本参考例で示した計算結果では光学位相補償フィルム材料としてノルボルネン系材料を用いた場合を想定し、光学位相補償フィルムの屈折率の波長依存性を設定したものであるが、ＰＣやポリスチレンを用いた場合にも略同様の結果が得られた。
【実施例４】
【００７２】
本実施例の構造を図１、光学的構成を図３６および図３７に示す。図３６および図３７の左図はｏ−modeの場合の構成であり、図３６および図３７の右図はｅ−modeの場合の構成を示している。本実施例では、光学位相補償フィルムとしてＮｚ係数＞０.５およびＮｚ係数＜０.５のものを各々１枚用いる。Ｎｚ係数とは屈折率に関して二軸異方性を有する媒体の複屈折性を表現する場合、頻繁に用いられる量であり、面内の遅相軸をｘ軸方向に平行とし、ｘ，ｙ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｚ軸方向つまり厚さ方向の屈折率をｎｚとすると、次式で表される。
（数８）
Ｎｚ＝(ｎｘ−ｎｚ)／(ｎｘ−ｎｙ)
ここで、面内屈折率が大きい主軸方向を二軸異方性の光学位相補償フィルムの遅相軸と呼ぶこととする。また、今後単に二軸異方性媒体のリタデーションと呼ぶ場合、面内リタデーションを指すこととする。
【００７３】
図３６および図３７において、１３Ｎ１がＮｚ係数＞０.５の光学位相補償フィルムであり、１３Ｎ１Ｓが同光学位相補償フィルムの遅相軸方向である。更に、１３Ｎ２がＮｚ係数＜０.５の光学位相補償フィルムであり、１３Ｎ２Ｓが同光学位相補償フィルムの遅相軸方向である。図１に示した構成において、Ｎｚ係数＞０.５およびＮｚ係数＜０.５の光学位相補償フィルムを各々一枚用いて図１３あるいは図１４のような偏光状態変換を行うには、図３６および図３７で示した四種類の構成が考えられることが我々の検討により判明した。図３８〜図４１にそれぞれの構成における黒表示時の偏光状態変化をポアンカレ球を用いて示す。図３８は図３６左の構成における偏光状態変化、図３９は図３６右の構成における偏光状態変化、図４０は図３７左の構成における偏光状態変化、図４１は図３７右の構成における偏光状態変化を示している。
【００７４】
これらより、四種の偏光状態変化は互いに対称的であり、二枚の光学位相補償フィルムのリタデーションが等しいならば、四種のどの構成をとっても黒表示時の視野角特性は略同等となることが理解できる。そこで、二枚の光学位相補償フィルムのリタデーションと黒表示時の視野角特性の関係を検討する光学シミュレーションは、図３６左の構成においてのみ行った。
【００７５】
実施例１において図２２を求めたのと同じく、図４２に図３６左の構成における黒表示時の最大透過率とΔｘｙを二枚の光学位相補償フィルムそれぞれの面内リタデーションを変化させて計算し、最大透過率が１.２％以下となる条件を求めた結果を示す。更に、図４３にΔｘｙが０.１５以下も同時に満足する条件を求めた結果を示す。尚、この結果は、図３６左において、光学位相補償フィルム１３Ｎ１をＮｚ係数１.５、光学位相補償フィルム１３Ｎ２をＮｚ係数−１.５とした場合のものである。まず着目すべきは本実施例で示した構成では、斜め視野における輝度変化と色変化低減条件において、実施例１〜３と比較して光学位相補償フィルムの面内リタデーションを小さくできることである。実施例１〜３および本実施例は、光学位相補償フィルムの遅相軸を液晶層の遅相軸に対し、完全に平行あるいは垂直とできる場合は、真正面から液晶表示装置を見た場合の黒表示特性は、光学位相補償フィルム無しの場合と何ら変化しない。しかし、製造上±２度程度の軸ずれが発生した場合、真正面における黒表示特性が劣化する。ここで、面内リタデーションが大きい光学位相補償フィルムを用いた構成と小さい光学位相補償フィルムを用いた構成それぞれにおいて、軸ずれが発生した場合、面内リタデーションが小さい光学位相補償フィルムを用いた構成の方が真正面における黒表示特性の劣化を抑制できる。本実施例で示した構成は、これを実現できるものである。
【００７６】
更に、図４２および図４３によるとＮｚ係数１.５の光学位相補償フィルムのリタデーションがＮｚ係数−１.５の光学位相補償フィルムのリタデーションに比較して幾分大きい。これは、それぞれの光学位相補償フィルムによる偏光状態変化が非対称であることに起因することが我々の検討により判明した。図３８に示すように、ポアンカレ球上でＳ２−Ｓ３面に対称な偏光状態変化が起これば、双方のリタデーションを小さくできることが分かった。このような条件は、Ｎｚ係数＞０.５を満たす光学位相補償フィルムのＮｚ係数をＮｚ１、Ｎｚ係数＜０.５を満たす光学位相補償フィルムのＮｚ係数をＮｚ２とすると、次式で表されることが判明した。
（数９）
Ｎｚ１＋Ｎｚ２≒１
図４４〜図４６に、この条件を満たす構成で、最大透過率が１.２％以下となる条件を示す。更に、図４７〜図４９にΔｘｙが０.１５以下も同時に満足する条件を示す。図４４および図４７はＮｚ係数−１およびＮｚ係数２の光学位相補償フィルムを用いた場合、図４５および図４８はＮｚ係数−１.５およびＮｚ係数２.５の光学位相補償フィルムを用いた場合、図４６および図４９はＮｚ係数−２およびＮｚ係数３の光学位相補償フィルムを用いた場合である。図４２と図４４〜図４６を比較すると、後者の条件は二枚の光学位相補償フィルムの面内リタデーションが小さいことが理解できる。また、図４４〜図４６に示した領域は原点を通る対角線に対して対称であることが分かる。これは、前述した偏光状態変化の対称性が実現されていることを示唆している。この結果、色変化低減も実現する図４７〜図４９の条件も二枚の光学位相補償フィルムの面内リタデーションが小さくなっている。更に、図４４〜図４６を比較すると、Ｎｚ係数の絶対値が大きい構成の方が二枚の光学位相補償フィルムの面内リタデーションを小さくできることが分かる。
【００７７】
本実施例の特殊な場合として、片方の光学位相補償フィルムのＮｚ係数の絶対値を大きくした場合がある。この場合、この光学位相補償フィルムは略ｃ−plateと同様と考えることができるようになり、偏光状態変化も実施例１あるいは２で示したものと類似のものとなる。よって、実施例１および２と同じく、この光学位相補償フィルムの遅相軸方向は面内である程度自由に決定できる。
【００７８】
本実施例で示した計算結果では光学位相補償フィルム材料としてノルボルネン系材料を用いた場合を想定し、光学位相補償フィルムの屈折率の波長依存性を設定したものであるが、ＰＣやポリスチレンを用いた場合にも略同様の結果が得られた。
【実施例５】
【００７９】
実施例１〜４では、偏光板支持基材が屈折率等方性の場合に、液晶層の影響を排することを考えた。しかし、偏光板支持基材が複屈折性を有する場合でも、液晶層の影響を排することが原理的に可能である。
【００８０】
図５０に本実施例の光学的構成を示す。図５０左はｏ−modeの場合、図５０右はｅ−modeの場合を示している。同図において、第一および第二の偏光板の支持基材１２Ｂおよび１１Ｂは共に複屈折性を有する。１３Ｋ１は、光学位相補償フィルムであって、第一の偏光板の支持基材１２Ｂの複屈折性を打ち消し、同様に１３Ｋ２も光学位相補償フィルムであって、第二の偏光板の支持基材１１Ｂの複屈折性を打ち消す。例えば、偏光板支持基材がポジティブｃ−plateの場合、リタデーションが等しいネガティブｃ−plateを図５０のように配置することで、偏光板支持基材の複屈折性を打ち消したことになる。偏光板支持基材がポジティブａ−plateの場合、リタデーションが等しいネガティブａ−plateを遅相軸が偏光板支持基材の遅相軸と略垂直となるようにして、図５０のように配置すれば偏光板支持基材の複屈折性を打ち消したことになる。現在、一般に用いられている偏光板支持基材としてはＴＡＣが挙げられるが、これは前述したようにネガティブｃ−plateと等価であるので、第一および第二の偏光板共にＴＡＣを支持基材とする場合は、図５０において、１３Ｋ１および１３Ｋ２をポジティブｃ−plateとすればよい。
【００８１】
このようにして、偏光板支持基材が複屈折性を有する場合にも、屈折率等方性の偏光板支持基材を用いたのと同じ状況を得ることが可能となる。つまり、図５０は図４および図６と等価と考えられる。従って、複数の光学位相補償フィルム１３も実施例１〜４と全く同様に考えることで、液晶層の影響を排し、黒表示時斜めから見たときの輝度変化と色変化を低減することが可能となる。
【実施例６】
【００８２】
図５１に本参考例の光学的構成を示す。図５１左はｏ−modeの場合、図５１右はｅ−modeの場合を示している。同図において、１３Ｋは偏光板支持基材の影響を打ち消す光学位相補償フィルムである。同図に示すように、ｏ−modeの場合は、第一の偏光板支持基材１２Ｂの影響を光学位相補償フィルム１３Ｋにより打ち消し、ｅ−modeの場合は、第二の偏光板支持基材１１Ｂの影響を光学位相補償フィルム１３Ｋにより打ち消している。更に、ｏ−modeの場合は、複数の光学位相補償フィルム１３を液晶層１５と第二の偏光板支持基材１１Ｂ間に配置する。ｅ−modeの場合は、複数の光学位相補償フィルム１３を第一の偏光板支持基材１２Ｂと液晶層１５間に配置する。
【００８３】
図５２に本参考例における黒表示時の偏光状態変化を示す。図５２左はｏ−modeの場合、図５２右はｅ−modeの場合を示している。同図において、３１１Ｐ１３は図５１における光学位相補償フィルム１３による偏光状態変化、３１１Ｓ２は図５１左のｏ−modeの場合、第二の偏光板支持基材１１Ｂによる偏光状態変化、図５１右のｅ−modeの場合、第一の偏光板支持基材１２Ｂによる偏光状態変化である。
【００８４】
まず、ｏ−modeの場合について説明する。図５１左に示すように、第一の偏光板支持基材の影響を打ち消しているため、図５２左の偏光状態変化において液晶層の影響がない。光が液晶層を透過した後は、図５２に示すように光学位相補償フィルム１３により偏光状態変化３１１Ｐ１３が起こり、偏光状態は３１１Ｑとなる。この偏光状態Ｑが、第二の偏光板支持基材１１Ｂによる偏光状態変化３１１Ｓ２により偏光状態２０１Ａ：PoutＡとなれば、実施例５と同じく液晶層の影響を排して、視野角による輝度変化，色変化を低減できることになる。つまり、第二の偏光板吸収軸に一致する偏光状態２０１Ａ：PoutＡから第二の偏光板支持基材１１Ｂによる偏光状態変化３１１Ｓ２の逆変化を行った場合の偏光状態が３１１Ｑであり、液晶層透過後の偏光状態２００Ｔ：PinＴを３１１ＱＱへ変換するように複数の光学位相補償フィルム１３を決定すればよい。
【００８５】
次に、ｅ−modeの場合について説明する。図５１右および図５２右において、入射光６０は第一の偏光層１２Ｃにより、偏光状態２００Ｔ：PinＴとなるが、第一の偏光板支持基材１２Ｂにより偏光状態変化３１１Ｓ１が生じ、偏光状態は３１１Ｑとなる。この後、複数の光学位相補償フィルム１３により偏光状態変化３１１Ｐ１３が生じ、偏光状態が２０１Ａ：PoutＡとなったとすれば、この後液晶層により大きな偏光状態変化は生じない。更に、図５１右に示すように第二の偏光板支持基材１１Ｂの影響を光学位相補償フィルム１３Ｋにより打ち消しているため、液晶層透過後の偏光状態２０１Ａ：PoutＡが保たれたまま第二の偏光層へ入射することになる。よって、実施例５と同じく液晶層の影響を排して、視野角による輝度変化，色変化を低減できたことになる。つまり、偏光状態３１１Ｑを第二の偏光板吸収軸に一致する偏光状態２０１Ａ：PoutＡへ変換するように複数の光学位相補償フィルム１３を決定すればよい。
【００８６】
一例として、偏光板支持基材がＴＡＣで形成され、光学位相補償フィルムとしてポジティブｃ−plateおよびポジティブａ−plateを用いる場合を示す。図５３に光学的構成を示す。図５３左はｏ−modeの場合、図５３右はｅ−modeの場合である。同図において１３Ｃ１−１はポジティブｃ−plateであり、隣接するＴＡＣの影響を打ち消しており、図５１で示した光学位相補償フィルム１３Ｋの役割を果たしている。図５３において、１３Ｃ１−２および１３Ａ１はそれぞれ、ポジティブｃ−plateとポジティブａ−plateであり、図５１で示した複数の光学位相補償フィルム１３の役割を果たしている。また、ポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓは、ｏ−modeの場合、液晶層の遅相軸１５Ｓと平行、ｅ−modeの場合、液晶層の遅相軸１５Ｓと直交している。図５４に、この構成における偏光状態変化を示す。図５４左はｏ−modeの場合、図５４右はｅ−modeの場合である。同図において、３１１Ｃ１−２および３１１Ａ１はそれぞれ、図５３におけるポジティブｃ−plate１３Ｃ１−２および１３Ａ１による偏光状態変化である。また、図５４において、３１１Ｔ１および３１１Ｔ２は、それぞれ第一の偏光板支持基材による偏光状態変化，第二の偏光板支持基材による偏光状態変化である。図５４によると、図５２で考えた偏光状態変化がポジティブｃ−plateおよびポジティブａ−plateにより可能であることが理解できる。
【００８７】
我々の検討によると、図５１における複数の光学位相補償フィルムとして、ネガティブｃ−plateおよびネガティブａ−plateを一枚ずつ用いた場合、ポジティブａ−plateおよびネガティブａ−plateを一枚ずつ用いた場合、Ｎｚ係数が０.２〜０.８の光学位相補償フィルムを一枚用いた場合にも図５２に示した偏光状態変換が可能であった。
【実施例７】
【００８８】
図１に本参考例の構成、図５５に光学的構成を示す。両図において、左はｏ−modeの場合、右はｅ−modeの場合を示している。また、図１において、偏光板支持基材１１Ｂおよび１２Ｂは屈折率等方性である。本参考例は、図１における複数の光学位相補償フィルム１３をポジティブｃ−plate，ポジティブａ−plate，ネガティブｃ−plate，ネガティブａ−plateをそれぞれ一枚ずつ用いて構成するものである。図５５の構成では、ｏ−modeの場合、ポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓおよびネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓを液晶層１５の遅相軸１５Ｓと平行としている。また、ｅ−modeの場合は、ポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓおよびネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓを液晶層１５の遅相軸１５Ｓと垂直としている。
【００８９】
図５６に本参考例における黒表示時の偏光状態変化を示す。同図において、３１２Ｃ１，３１２Ａ１，３１２Ａ２，３１２Ｃ２はそれぞれ、図５６におけるポジティブｃ−plate１３Ｃ１，ポジティブａ−plate１３Ａ１，ネガティブａ−plat１３Ａ２，ネガティブｃ−plate１３Ｃ２による偏光状態変化である。我々の検討によると、図５６の偏光状態変化では、ポジティブｃ−plateとネガティブｃ−plateおよびポジティブａ−plateとネガティブａ−plateによる偏光状態変化が対称的であり、視野角による色変化が低減されることが判明した。
【００９０】
同様の偏光状態変化が、図５７の構成によっても得られる。同図左はｏ−modeの場合、同図右はｅ−modeの場合を示している。図５５と図５７では、四枚の光学位相補償フィルムの配置が異なり、また、図５７ではポジティブａ−plate１３Ａ１の遅相軸１３Ａ１Ｓおよびネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓが、ｏ−modeの場合は、液晶層１５の遅相軸１５Ｓと平行、ｅ−modeの場合は、液晶層１５の遅相軸１５Ｓと直交している。この構成における黒表示時の偏光状態変化を図５８に示す。図５６と図５８の偏光状態変化は対称的であることが分かる。つまり、図５５，図５７の構成は偏光状態変化に関して略等価である。
【実施例８】
【００９１】
本参考例では、光学位相補償フィルムの屈折率波長依存性を変化させ、さらに黒表示時の輝度変化と色変化を低減する方法を示す。
【００９２】
一例として、実施例３で示した構成について、本参考例を適用した場合を説明する。光学的構成は図２７，図２８の通りである。実施例３では、ポジティブａ−plate１３Ａ１および、ネガティブａ−plate１３Ａ２はＰＣ，ポリスチレン，ノルボルネン系材料等により形成されているとし、これらの屈折率波長依存性を設定して光学シミュレーションを行った結果を示した。図５９にノルボルネン系材料により形成されたポジティブａ−plateのリタデーションの屈折率依存性を示す。同図によると、短波長においてリタデーションが大きく、長波長においてリタデーションが小さいことが分かる。光学位相補償フィルム材料としてＰＣ，ポリスチレンを用いた場合もこの傾向は同様であった。このような光学位相補償フィルムを用いた場合、図２７左の構成において偏光状態変化が波長によりどのように変化するか考える。
【００９３】
ポアンカレ球上で偏光状態変化を考える場合、ある軸を中心とした回転変換で表現される。回転の角度は、２πＲ／λとなる。ここで、Ｒはリタデーション、λは波長である。
【００９４】
いま、図２７左の構成において、ポジティブａ−plate１３Ａ１およびネガティブａ−plate１３Ａ２のリタデーションを設定し、波長５５０ｎｍ程度の緑色の光が第二の偏光板１１に到達するまでに、図６０のような偏光状態変化を受けるとする。このとき、緑色の光は略第二の偏光板において吸収される。このとき、波長６００ｎｍ程度の赤色の光が受ける偏光状態変化を図６１に示す。赤色光は緑色光より波長が長いため、前述した回転変換の回転角度は緑色の場合より小さくなる。同様に波長４２０ｎｍ程度の青色光についても偏光状態変化を図６２に示す。青色光は緑色光より波長が短いため、前述した回転変換の回転角度は緑色の場合より大きくなる。つまり、いずれか一波長の光について図６０のような偏光状態変化が得られたとしても、それ以外の波長の光については図６１や図６２のような偏光状態変化が生じてしまう。これが、黒表示時の斜め視野における輝度変化と色変化双方に影響を及ぼすことが分かった。
【００９５】
そこで、光学位相補償フィルムのリタデーションの屈折率波長依存性を変化させて、このような現象を避ける手段を考えた。前述した回転変換の回転角度を波長に依らず一定とするためには、
（数１０）
Ｒ／λ＝Ｋ（一定）
となればよい。つまり、Ｒ＝Ｋλであり、光学位相補償フィルムのリタデーションと波長が線形関係にあればよいことが分かった。数１０よりＫは正数である。図６３にこのような考えから得られた理想的な光学位相補償フィルムのリタデーション波長依存性を示す。同図は一例であり、波長５３３ｎｍの光に対して、リタデーションが１４０ｎｍとなるポジティブａ−plateのリタデーション波長依存性である。ポジティブａ−plateおよびネガティブａ−plateがこのようなリタデーション波長依存性を持つとして、図２７左の構成における黒表示時の視野角特性を光学シミュレーションにより再度検討した。
【００９６】
実施例３において図３３を求めたのと同じく、図６４に図２７左の構成における黒表示
時の最大透過率とΔｘｙをポジティブａ−plateとネガティブａ−plateそれぞれのリタデーションを変化させて計算し、最大透過率が１.２％以下となる条件を求めた結果を示す。また、図６５にΔｘｙが０.１５以下となる条件を求めた結果を示す。更に、図６６に最大透過率が１.２％以下であり、且つΔｘｙが０.１５以下となる条件を求めた結果を示す。図３３と図６４，図３４と図６５，図３５と図６６を比較すると、本参考例で考えたリタデーション波長依存性を持つ光学位相補償フィルムにより、構成が同一であっても黒表示時の視野角特性が大幅に改善されることが分かる。最大輝度およびΔｘｙ低減の度合いも、本参考例で考えたリタデーション波長依存性を持つ光学位相補償フィルムを用いた場合大幅に改善された。
【００９７】
更に、このような傾向は、青色光，緑色光，赤色光に対するリタデーションをそれぞれＲR，ＲG，ＲBとすると、次の関係を満たす光学位相補償フィルムを少なくとも一枚用いた場合にも得られた。
（数１１）
ＲR＞ＲG＞ＲB
また、これは実施例１〜９の構成全てにおいて同様の結果が得られた。また、光学位相補償フィルムだけではなく、屈折率異方性を有する偏光板支持基材がこのようなリタデーション波長依存性を持つ場合にも同様の結果が得られた。
【実施例９】
【００９８】
本実施例の構成図を図１、光学的構成図を図６７に示す。両図において、左図はｏ−modeの場合、右図はｅ−modeの場合を示している。本実施例では、偏光板支持基材１１Ｂおよび１２Ｂが複屈折性媒体であり、ポジティブａ−plateと同様の屈折率異方性を有する。また、図６７に示す通り、支持基材の遅相軸１１ＢＳおよび１２ＢＳは、それぞれに隣接する偏光層の吸収軸１１ＣＡおよび１２ＣＡに平行である。
【００９９】
このような偏光板を用い、図６７の構成としたとき、複数の光学位相補償フィルム１３透過前後において、ｏ−modeの場合図１３、ｅ−modeの場合図１４に示すような偏光状態変化が起きる場合、図６７左図と図４および図６７右図と図６の光学的構成は、偏光状態変化に関して等価であることが分かった。つまり、横電界方式において、本実施例で示した偏光板を用いる場合、実施例５等のように斜め視野における液晶層の影響を排するため、偏光板支持基材の複屈折性を打ち消す、あるいは実施例７のようにネガティブａ−plateを用いて斜め視野における液晶層の影響を低減する必要がない。実施例１〜４のように複数の光学位相補償フィルム１３により、ｏ−modeの場合は図１３、ｅ−modeの場合は図１４に示される偏光状態変換を行うことのみ考えればよい。
【０１００】
また、同様の効果はネガティブａ−plateを偏光板支持基材とし、この遅相軸を隣接する偏光層の吸収軸と垂直とした場合にも得られる。
【実施例１０】
【０１０１】
図１の構成を有する液晶表示装置を生産する際、複数の光学位相補償フィルム１３を基板１４あるいは１６と貼り合わせ、更に偏光板１１あるいは１２と貼り合わせる作業を行うより、偏光板と複数の光学位相補償フィルムを予め貼り合わせたものを一枚の偏光板として用いた方が生産性が向上する。
【０１０２】
例えば、実施例１で示した図１６の構成を有する液晶表示装置を生産する際、偏光板とポジティブａ−plateとポジティブｃ−plateを同図の通り貼り合わせたものを一枚の偏光板として用いればよい。
【０１０３】
更に、このような場合、複数の光学位相補償フィルムが偏光板支持基材としての機能を果たせる場合は、図１において、偏光板支持基材１１Ｂあるいは１２Ｂが不必要となり、部材低減が可能となる。
【０１０４】
これは、実施例２〜１１で述べた構成を有する液晶表示装置を生産する際にも同様である。
【実施例１１】
【０１０５】
図２に本実施例の構成図を示す。図２左はｏ−modeの場合、図２右はｅ−modeの場合を示している。本実施例では、ｏ−modeの場合、第二の偏光板支持基材１１ＤがＴＡＣにより形成され、第一の偏光板支持基材が屈折率等方性であり、ｅ−modeの場合、第一の偏光板支持基材１２ＤがＴＡＣにより形成され、第二の偏光板支持基材が屈折率等方性であるとする。また、複数の光学位相補償フィルム１３として、ネガティブａ−plateを一枚用いるとする。
【０１０６】
本実施例の光学的構成を図６８に示す。同図の通りネガティブａ−plate１３Ａ２の遅相軸１３Ａ２Ｓを液晶層１５の遅相軸１５Ｓと平行とする。この場合、実施例１あるいは実施例２で示した構成による偏光状態変化と略等価な偏光状態変化が得られることが分かった。図２２〜図２４において、ポジティブｃ−plateリタデーションをＴＡＣにより形成された偏光板支持基材のリタデーションと読み替えると、図２２〜図２４の結果もそのまま図６８の構成に適用できた。
【０１０７】
図２４に示した輝度変化と色変化双方を低減する条件の一部は、現在偏光板支持基材として用いられているＴＡＣにより十分達成できることが分かった。また、ＴＡＣは前述した外力による屈折率変動に対する耐性が非常に高いため、図６８の構成により、黒表示時の斜め視野における輝度変化および色変化の低減と共に、部材低減，信頼性向上の効果が得られることが分かった。
【０１０８】
ＴＡＣに偏光板支持基材としての機能と複数の光学位相補償フィルムの一枚としての機能を持たせる考えは、実施例９のように光学的構成を考えた際、偏光層に隣接してネガティブｃ−plateが配置される場合全てに適用可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…液晶表示素子、１０Ｄ…表示面、１１…出射側偏光板、１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ…支持基材、１１Ｃ，１２Ｃ…偏光層、１１ＣＡ，１２ＣＡ…吸収軸、１１ＣＴ，１２ＣＴ…偏光透過軸、１２…入射側偏光板、１３…複数の光学位相補償フィルム、１３Ａ１…ポジティブａ−plate、１３Ａ１Ｓ，１３Ａ２Ｓ…遅相軸、１３Ａ２…ネガティブａ−plate、１３Ｃ１…ポジティブｃ−plate、１３Ｃ２…ネガティブｃ−plate、１５…液晶層、１５Ｓ…液晶配向軸（液晶遅相軸）、５０…照明装置、５１…ランプ、５２…反射板、５３…拡散板、６０…入射光、７０Ｈ…表示面水平方向、７０Ｖ…表示面垂直方向、８０Ａ…視認方向の表示面への射影方向、８０Ｎ…表示面法線方向、８０Ｖ…視認方向、８１…方位角、８２…視野角。
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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