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JP3452755B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3452755B2
JP3452755B2 JP08854197A JP8854197A JP3452755B2 JP 3452755 B2 JP3452755 B2 JP 3452755B2 JP 08854197 A JP08854197 A JP 08854197A JP 8854197 A JP8854197 A JP 8854197A JP 3452755 B2 JP3452755 B2 JP 3452755B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に、液晶表示素子に光学位相差板を組み合わせる
ことにより表示画面の視角依存性を改善する液晶表示装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ネマティック液晶表示素子を用いた液晶
表示装置は、従来、時計や電卓などの数値セグメント型
表示装置に広く用いられていたが、最近においては、ワ
ードプロセッサ、ノート型パーソナルコンピュータ、車
載用液晶テレビなどにも用いられるようになっている。
【0003】液晶表示素子は、一般に透光性の基板を有
しており、この基板上に、画素をオン・オフさせるため
に電極線などが形成されている。例えば、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置においては、薄膜トランジス
タなどの能動素子が、液晶に電圧を印加する画素電極を
選択駆動するスイッチング手段として上記の電極線とと
もに上記の基板上に形成されている。さらに、カラー表
示を行う液晶表示装置では、基板上に赤色、緑色、青色
などのカラーフィルタ層が設けられている。
【0004】上記のような液晶表示素子に用いられる液
晶表示方式としては、液晶のツイスト角に応じて異なる
方式が適宜選択される。例えば、アクティブ駆動型ツイ
ストネマティック液晶表示方式(以降、TN方式と称す
る)や、マルチプレックス駆動型スーパーツイストネマ
ティック液晶表示方式(以降、STN方式と称する)が
よく知られている。
【0005】TN方式は、ネマティック液晶分子を90
°捩じれた状態に配向し、その捩じれの方向にそって光
を導くことにより表示を行う。STN方式は、ネマティ
ック液晶分子のツイスト角を90°以上に拡大すること
によって、液晶印加電圧のしきい値付近での透過率が急
峻に変化することを利用している。
【0006】STN方式は、液晶の複屈折効果を利用す
るため、色の干渉によって表示画面の背景に特有の色が
付く。このような不都合を解消し、STN方式で白黒表
示を行うためには、光学補償板を用いることが有効であ
ると考えられている。光学補償板を用いた表示方式とし
ては、ダブルスーパーツイストネマティック位相補償方
式(以降、DSTN方式と称する)と、光学的異方性を
有するフィルムを配置したフィルム型位相補償方式(以
降、フィルム付加型方式と称する)とに大別される。
【0007】DSTN方式は、表示用液晶セルおよびこ
の表示用液晶セルと逆方向のツイスト角で捩じれ配向さ
せた液晶セルを有する2層型の構造を用いている。フィ
ルム付加型方式は、光学的異方性を有するフィルムを配
置した構造を用いる。軽量性、低コスト性の観点から、
フィルム付加型方式が有力であると考えられている。こ
のような位相補償方式の採用により白黒表示特性が改善
されたため、STN方式の表示装置にカラーフィルタ層
を設けてカラー表示を可能にしたカラーSTN液晶表示
装置が実現されている。
【0008】一方、TN方式は、ノーマリブラック方式
とノーマリホワイト方式とに大別される。ノーマリブラ
ック方式は、一対の偏光板をその偏光方向が相互に平行
になるように配置して、液晶層にオン電圧を印加しない
状態(オフ状態)で黒を表示する。ノーマリホワイト方
式は、一対の偏光板をその偏光方向が相互に直交するよ
うに配置して、オフ状態で白色を表示する。表示コント
ラスト、色再現性、表示の視角依存性などの観点からノ
ーマリホワイト方式が有力である。
【0009】ところで、上記のTN液晶表示装置におい
ては、液晶分子に屈折率異方性Δnが存在しているこ
と、および、液晶分子が上下基板に対して傾斜して配向
していることのために、観視者の見る方向や角度によっ
て表示画像のコントラストが変化して、視角依存性が大
きくなるという問題がある。
【0010】図10は、TN液晶表示素子31の断面構
造を模式的に表したものである。この状態は中間の色調
(以下、中間調と称する)を表示するための電圧が印加
され、液晶分子32がやや立ち上がっている場合を示し
ている。このTN液晶表示素子31において、一対の基
板33・34の表面の法線方向を通過する直線偏光3
5、および法線方向に対して傾きを持って通過する直線
偏光36・37は、液晶分子32と交わる角度がそれぞ
れ異なっている。液晶分子32には屈折率異方性Δnが
存在するため、各方向の直線偏光35・36・37が液
晶分子32を通過すると正常光と異常光とが発生し、こ
れらの位相差に伴って楕円偏光に変換されることにな
り、これが視角依存性の発生源となる。
【0011】さらに、実際の液晶層の内部では、液晶分
子32は、基板33と基板34との中間部付近と基板3
3または基板34の近傍とではチルト角が異なってお
り、また法線方向を軸として液晶分子32が90°捻じ
れている状態にある。
【0012】以上のことにより、液晶層を通過する直線
偏光35・36・37は、その方向や角度によりさまざ
まな複屈折効果を受け、複雑な視角依存性を示すことに
なる。
【0013】上記の視角依存性として、具体的には、表
示画面の法線方向から表示面の下方向である正視角方向
に視角を傾けて行くと、ある角度以上で表示画像が着色
する現象(以下、「着色現象」という)や、白黒が反転
する現象(以下、「反転現象」という)が発生する。ま
た、表示画面の上方向である反視角方向に視角を傾けて
行くと、急激にコントラストが低下する。
【0014】また、上記の液晶表示装置では、表示画面
が大きくなるにつれて、視野角が狭くなるという問題も
ある。大きな液晶表示画面を近い距離で正面方向から見
ると、視角依存性の影響のため表示画面の上部と下部と
で表示された色が異なる場合がある。これは表示画面全
体を見る見込み角が大きくなり、表示画面をより斜めの
方向から見るのと同じことになるからである。
【0015】このような視角依存性を改善するために、
光学異方性を有する光学素子としての光学位相差板(位
相差フィルム)を液晶表示素子と一方の偏光板との間に
挿入することが提案されている(例えば、特開昭55−
600号公報、特開昭56−97318号公報等参
照)。
【0016】この方法は、屈折率異方性を有する液晶分
子を通過したために直線偏光から楕円偏光へ変換された
光を、屈折率異方性を有する液晶層の片側または両側に
介在させた光学位相差板を通過させることによって、視
角に生ずる正常光と異常光の位相差変化を補償して直線
偏光の光に再変換し、視角依存性の改善を可能にするも
のである。
【0017】このような光学位相差板として、屈折率楕
円体の1つの主屈折率方向を光学位相差板表面の法線方
向に対して平行にしたものが、例えば特開平5−313
159号公報に記載されている。しかしながら、この光
学位相差板を用いても、正視角方向の反転現象を改善す
るには限界がある。
【0018】また、反転現象を解消するために、例え
ば、特開昭57−186735号公報には、各表示パタ
ーン(画素)を複数に区分し、区分されたそれぞれの部
分が独立した視角特性を有するように配向制御を施す、
いわゆる画素分割法が開示されている。この方法によれ
ば、それぞれの区分において、液晶分子が互いに異なる
方向に立ち上がるので、視角依存性を解消することがで
きる。しかしながら、上下方向に視角を傾けたときにコ
ントラストが低下するという問題は解消されない。
【0019】また、特開平6−118406号公報及び
特開平6−194645号公報には、上記の画素分割法
に光学位相差板を組み合わせる技術が開示されている。
【0020】特開平6−118406号公報に開示され
ている液晶表示装置は、液晶パネルと偏光板との間に光
学異方性フィルム(光学位相差板)が挿入されることに
より、コントラストの向上などが図られている。特開平
6−194645号公報に開示されている補償板(光学
位相差板)は、補償板面に平行な方向の面内の屈折率が
ほぼなく、かつ補償板面に垂直な方向の屈折率が面内の
屈折率より小さくなるように設定されていることによ
り、負の屈折率を有する。このため、電圧が印加された
ときに、液晶表示素子に生じる正の屈折率を補償して、
視角依存性を低減させることができる。
【0021】しかしながら、画素分割法にこの光学位相
差板を用いても、視角を傾けたときに斜め45°方向で
着色現象が発生したり、上下方向のコントラストの低下
を均一に抑制することが難しい。
【0022】したがって、屈折率楕円体の1つの主屈折
率方向を位相差板表面の法線方向に対して平行である屈
折率楕円体が傾斜していない光学位相差板を用いて視角
に依存して生じるコントラスト変化、着色現象、反転現
象を改善するには限界がある。
【0023】そこで、特開平6−75116号公報に
は、光学位相差板として、屈折率楕円体の主屈折率方向
が光学位相差板の表面の法線方向に対して傾斜している
ものを用いる方法が提案されている。この方法では、光
学位相差板として次の2種類のものを用いている。
【0024】一つは、屈折率楕円体の3つの主屈折率の
うち、最小の主屈折率の方向が表面に対して平行であ
り、かつ残り2つの主屈折率の一方の方向が光学位相差
板の表面に対してθの角度で傾斜し、他方の方向も光学
位相差板表面の法線方向に対して同様にθの角度で傾斜
しており、このθの値が20°≦θ≦70°を満たして
いる光学位相差板である。
【0025】もう一つは、屈折率楕円体の3つの主屈折
率na 、nb 、nc がna =nc >nb という関係を有
し、表面内の主屈折率na またはnc の方向を軸とし
て、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方向と、表
面内の主屈折率na またはncの方向とが時計まわり、
または反時計まわりに傾斜している、屈折率楕円体が傾
斜した光学位相差板である。
【0026】上記の2種類の光学位相差板について、前
者はそれぞれ一軸性のものと二軸性のものを用いること
ができる。また、後者は光学位相差板を1枚のみ用いる
だけでなく、該光学位相差板を2枚組み合わせ、各々の
主屈折率nb の傾斜方向が互いに90°の角度をなすよ
うに設定したものを用いることができる。
【0027】このような光学位相差板を液晶表示素子と
偏光板との間に少なくとも1枚介在させることによって
構成される液晶表示装置では、表示画像の視角に依存し
て生ずるコントラスト変化、着色現象、及び反転現象を
ある程度まで改善することができる。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】ところが、今日のさら
なる広視野角、高表示品位の液晶表示装置が望まれる状
況下において、さらなる視角依存性の改善が要求されて
おり、上記の特開平6−75116号公報で示された光
学位相差板を用いただけでは必ずしも充分であるとは言
えず、未だ改善の余地を有している。
【0029】本発明は、上記した課題に鑑みなされたも
ので、その第1の目的は、上記の光学位相差板による補
償効果に加えて視角依存性をさらに改善することであ
り、特に液晶の閾値電圧に近い電圧が印加された中間調
表示状態での反視角方向の階調反転を効果的に改善する
ことにある。
【0030】また、第2の目的は、上記の光学位相差板
による補償効果に加えて視角依存性をさらに改善するこ
とにあり、特に着色現象を効果的に改善することにあ
る。
【0031】
【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、請求項1の発明に係る液晶表示装置は、対
向する表面に透明電極層及び配向膜がそれぞれ形成され
た一対の透光性基板の間にほぼ90°捻じれ配向した液
晶層が封入されてなる液晶表示素子と、上記液晶表示素
子の両側に配置される一対の偏光子と、上記液晶表示素
子と上記偏光子との間に少なくとも1枚介在された光学
位相差板であって、屈折率楕円体の3つの主屈折率
a 、nb 、nc がna =nc >nb という関係を有
し、表面内の主屈折率na またはnc の方向を軸とし
て、表面の法線方向に平行な主屈折率nbの方向と、表
面内の主屈折率nc またはna の方向とが時計まわり、
または反時計まわりに傾斜することにより、上記屈折率
楕円体が傾斜している光学位相差板とを備え、かつ、
階調を行うための印加電圧値が、液晶へ電圧印加の無い
状態での透過率の90%以上97%以下の範囲に入る透
過率を得るように設定されていることを特徴としてい
る。
【0032】上記構成によれば、主屈折率na 、nb
c がna =nc >nb という関係にあり、主屈折率n
b を含む屈折率楕円体の短軸を光学位相差板の表面の法
線方向に対し傾斜させた光学位相差板が液晶層と偏光子
との間に介在されているので、直線偏光が複屈折性を有
する液晶層を通過して、正常光と異常光とが発生し、こ
れらの位相差に伴って楕円偏光に変換される場合、視角
に応じて生ずる正常光と異常光との位相差変化がこの光
学位相差板によって補償される。
【0033】しかしながら、このような補償機能によっ
ても、さらなる視角依存性の改善が要求されるなかでは
必ずしも充分であるとは言えず、本願発明者らは、さら
なる研究を重ねた結果、白階調を行うための印加電圧値
が、当該白階調を表示した状態で反視角方向の階調反転
に影響することを見い出し、本発明を完成させるに至っ
た。
【0034】本発明の液晶表示装置では、白階調時の印
加電圧値が、液晶へ電圧印加の無い状態での透過率の9
0%以上97%以下の範囲に入る透過率を得るように設
定している。これにより、当該中間の色調を呈した画面
における反視角方向の階調反転を無くして、画面の視角
依存性をより一層防止することが可能となった。尚、コ
ントラスト変化や着色においても、光学位相差板の補償
機能のみの場合よりも、さらに改善することができた。
【0035】また、請求項に記載のように、上記プレ
ティルト角を3°以上11°以下の範囲に設定すること
で、視角50°において反視角方向の階調反転を改善し
た良好な表示とできる。
【0036】また、請求項に記載したように、上記プ
レティルト角を4°以上10°以下の範囲に設定するこ
とにより、階調つぶれや正視角方向の輝度低下のない良
好な表示とできる。
【0037】また、請求項に記載のように、上記した
請求項1、2、又は3の発明の液晶表示装置において
は、液晶層における液晶材料の、波長550nmの光に
対する屈折率異方性Δn(550)を、0.060より
大きく0.120より小さい範囲に設定することが好ま
しい。
【0038】これは、可視光領域の中心領域となる波長
550nmの光に対する液晶材料の屈折率異方性Δn
(550)が0.060以下または0.120以上の場
合、視角方向によっては反転現象やコントラスト比の低
下が発生することが確認されたためである。そこで、液
晶材料の波長550nmの光に対する屈折率異方性Δn
(550)を、0.060より大きく0.120より小
さい範囲に設定することにより、液晶表示素子に生じる
視角に対応する位相差を解消することができるため、液
晶画面において、視角に依存して生じる着色現象はもち
ろんのこと、コントラスト変化、左右方向の反転現象等
もさらに改善することができる。
【0039】この場合、さらに、請求項に記載のよう
に、液晶層における液晶材料の、波長550nmの光に
対する屈折率異方性Δn(550)を、0.070以上
0.095以下の範囲に設定することで、液晶表示素子
に生じる視角に対応する位相差をより効果的に解消する
ことができるため、液晶表示画像におけるコントラスト
変化、左右方向の反転現象を確実に改善することができ
る。
【0040】また、請求項に記載のように、上記した
請求項1、2、3、4、又は5の発明の液晶表示装置に
おいては、全ての光学位相差板において、屈折率楕円体
の傾斜角が15°から75°の間に設定されていること
が好ましい。
【0041】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、屈折率楕円体の傾斜角を1
5°から75°の間に設定することで、前述した本発明
の備えた光学位相差板による位相差の補償機能を確実に
得ることができる。
【0042】また、請求項に記載のように、上記した
請求項1、2、3、4、5、又は6の発明の液晶表示装
置においては、全ての光学位相差板において、主屈折率
aと主屈折率nb との差と、光学位相差板の厚さdと
の積(na −nb )×dが、80nmから250nmの
間に設定されていることが好ましい。
【0043】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、主屈折率na と主屈折率n
b との差と、光学位相差板の厚さdとの積(na
b )×dを、80nmから250nmの間に設定する
ことで、前述した本発明の備えた光学位相差板による位
相差の補償機能を確実に得ることができる。
【0044】
【発明の実施の形態】〔実施の形態1〕 本発明の実施の一形態について図1ないし図9に基づい
て説明すれば、以下の通りである。
【0045】本実施の形態に係る液晶表示装置は、図1
に示すように、液晶表示素子1と、一対の光学位相差板
2・3と、一対の偏光板(偏光子)4・5とを備えてい
る。
【0046】液晶表示素子1は、対向して配される電極
基板6・7の間に液晶層8を挟む構造をなしている。電
極基板6は、ベースとなるガラス基板(透光性基板)9
の液晶層8側の表面にITO(インジウム錫酸化物)か
らなる透明電極10が形成され、その上に配向膜11が
形成されている。電極基板7は、ベースとなるガラス基
板(透光性基板)12の液晶層8側の表面にITOから
なる透明電極13が形成され、その上に配向膜14が形
成されている。
【0047】簡略化のため、図1は2画素分の構成を示
しているが、液晶表示素子1の全体において、所定幅の
帯状の透明電極10・13は、ガラス基板9・12のそ
れぞれに所定間隔をおいて配され、かつ、ガラス基板9
・12間では基板面に垂直な方向から見て相互に直交す
るように形成されている。両透明電極10・13が交差
する部分は表示を行なう画素に相当し、これらの画素は
本液晶表示装置の全体においてマトリクス状に配設され
ている。
【0048】電極基板6・7は、シール樹脂15により
貼り合わされており、電極基板6・7とシール樹脂15
とによって形成される空間内に液晶層8が封入されてい
る。液晶層8には、透明電極10・13を介して、駆動
回路(電圧印加手段)17より表示データに基づいた電
圧が印加される。
【0049】尚、詳細については後述するが、本液晶表
示装置においては、光学位相差板2・3による位相差の
補償機能と最良な特性を有する組み合わせとなるよう
に、上記液晶層8のプレティルト角が設定されている。
【0050】本液晶表示装置において、上記の液晶表示
素子1に光学位相差板2・3と偏光板4・5とが形成さ
れてなるユニットが液晶セル16である。
【0051】配向膜11・14は、介在する液晶分子が
約90°の捻じれ配向となるように、予めラビング処理
が施されている。図2に示すように、配向膜11のラビ
ング方向R1と配向膜14のラビング方向R2とは、互
いに直交する方向に設定されている。
【0052】光学位相差板2・3は、液晶表示素子1と
その両側に配される偏光板4・5との間にそれぞれ介在
される。光学位相差板2・3は、透明な有機高分子から
なる支持体にディスコティック液晶が傾斜配向またはハ
イブリッド配向され、かつ架橋されることにより形成さ
れている。これにより、光学位相差板2・3における後
述の屈折率楕円体が、光学位相差板2・3に対して傾斜
するように形成される。
【0053】光学位相差板2・3の支持体としては、一
般に偏光板によく用いられるトリアセチルセルロース
(TAC)が信頼性も高く適している。それ以外では、
ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレー
ト(PET)などの耐環境性や耐薬品性に優れた無色透
明の有機高分子フィルムが適している。
【0054】図3に示すように、光学位相差板2・3
は、異なる3方向の主屈折率na ・nb ・nc を有して
いる。主屈折率na の方向は、互いに直交座標xyzに
おける各座標軸のうちy座標軸と方向が一致している。
主屈折率nb の方向は、光学位相差板2・3において画
面に対応する表面に垂直なz座標軸(表面の法線方向)
に対し矢印Aの方向にθ傾いている。
【0055】光学位相差板2・3は、各主屈折率がna
=nc >nb という関係を満たしている。これにより、
光学軸が1つのみ存在するので、光学位相差板2・3は
一軸性を備え、また、屈折率異方性が負になる。光学位
相差板2・3の第1のリタデーション値(nc −na
×dは、na =nc であるため、ほぼ0nmである。第
2のリタデーション値(nc −nb )×dは、80nm
〜250nmの範囲内で任意の値に設定される。第2の
リタデーション値(nc −nb )×dをこのような範囲
内に設定することで、光学位相差板2・3による位相差
の補償機能を確実に得ることができる。尚、上記のnc
−na およびnc −nb は屈折率異方性Δnを表し、d
は光学位相差板2・3の厚みを表している。
【0056】また、光学位相差板2・3の主屈折率nb
が傾いている角度θ、即ち、屈折率楕円体の傾斜角度θ
は、15°≦θ≦75°の範囲内で任意の値に設定され
る。傾斜角度θをこのような範囲内に設定することで、
屈折率楕円体の傾斜の方向が時計回り反時計回りに係わ
らず、光学位相差板2・3による位相差の補償機能を確
実に得ることができる。
【0057】尚、光学位相差板2・3の配置について
は、光学位相差板2・3のうちの何れか一方のみを片側
に配置した構成でも、また、光学位相差板2・3を片側
に重ねて配置することもできる。さらに、3枚以上の光
学位相差板を用いることもできる。
【0058】そして、図4に示すように、本液晶表示装
置においては、液晶表示素子1における偏光板4・5
は、その吸収軸AX1 ・AX2 が前記の配向膜11・1
4(図1参照)のラビング方向R1 ・R2 とそれぞれ平
行となるように配置される。本液晶表示装置では、ラビ
ング方向R1 ・R2 が互いに直交しているため、吸収軸
AX1 ・AX2 も互いに直交している。
【0059】ここで、図3に示すように、光学位相差板
2・3に異方性を与える方向に傾斜する主屈折率nb
方向が光学位相差板2・3の表面に投影された方向をD
と定義する。図4に示すように、光学位相差板2は方向
D(方向D1 )がラビング方向R1 と平行になるように
配され、光学位相差板3は方向D(方向D2 )がラビン
グ方向R2 と平行になるように配される。
【0060】上記のような光学位相差板2・3および偏
光板4・5の配置により、本液晶表示装置は、オフ時に
おいて光を透過して白色表示を行ういわゆるノーマリホ
ワイト表示を行う。
【0061】一般に、液晶や光学位相差板(位相差フィ
ルム)といった光学異方体においては、上記のような3
次元方向の主屈折率na ・nc ・nb の異方性が屈折率
楕円体で表される。屈折率異方性Δnは、この屈折率楕
円体をどの方向から観察するかによって異なる値にな
る。
【0062】次に、前述した、液晶層8におけるプレテ
ィルト角の設定について詳細に説明する。
【0063】プレティルト角とは、図5に示すように、
液晶分子20の長軸と配向膜14(11)とがなす角ψ
のことであり、配向膜11・14に対するラビングと、
液晶材料との組み合わせによって決定されるものであ
る。
【0064】前述したように、本液晶表示装置では、光
学位相差板2・3による位相差の補償機能と最良な特性
を有する組み合わせとなるように、上記液晶層8のプレ
ティルト角が設定されており、詳細に言えば、このプレ
ティルト角が、液晶の閾値電圧に近い電圧を液晶に印加
した中間調表示状態、ここではノーマリホワイト表示で
あるので白に近い中間調表示状態で、反視角方向の階調
反転が発生しない範囲に設定されている。以下、白に近
い中間調を白階調と呼ぶ。
【0065】一方、プレティルト角は大きくするほど、
白階調時の反視角方向の階調反転が起こらなくなること
が実験的に確認されたが、その反面、プレティルト角を
大きくし過ぎると、正視角方向での白階調時の輝度の急
激な低下が発生することも確認された。つまり、プレテ
ィルト角の設定には、白階調時に正視角方向の急激な輝
度低下が発生しない範囲とすることも必要となる。
【0066】具体的には、配向膜11・14及び液晶材
料として、プレティルト角が2°より大きく12°未満
の範囲となるような配向膜と液晶材料との組み合わせが
用いられている。この場合、より好ましくは、プレティ
ルト角が4°以上10°以下の範囲となるような配向膜
と液晶材料との組み合わせとすることである。
【0067】このようにプレティルト角を2°より大き
く12°未満の範囲内に設定することで、通常の液晶表
示装置にて要求される視角50°において、問題となる
ような白階調時の反視角方向の階調反転のない、どの方
向から見ても充分に使用に耐え得るものとできる。
【0068】そして特に、プレティルト角を4°以上1
0°以下の範囲内に設定することで、視角70°におい
て、白階調時の反視角方向の階調反転の全く無いものと
できる。
【0069】さらに、本実施の形態の液晶表示装置で
は、液晶層8における液晶材料として、波長550nm
の光に対する屈折率異方性Δn(550)が、0.06
0より大きく0.120より小さい範囲に設計されたも
のが選択されている。この場合、より好ましくは、上記
Δn(550)が、0.070以上0.095以下の範
囲に設計された液晶材料を用いることである。
【0070】これにより、光学位相差板2・3による位
相差の補償機能、及びプレティルト角を上記の範囲に設
定したことによる補償機能に加えて、反視角方向のコン
トラスト比の低下、左右方向の反転現象をより一層改善
することが可能となる。
【0071】以上のように、本実施の形態の液晶表示装
置は、液晶表示素子1と偏光板4・5の間に、屈折率楕
円体の3つの主屈折率na 、nb 、nc がna =nc
bという関係を有し、表面内の主屈折率na またはn
c の方向を軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率
b の方向と、表面内の主屈折率nc またはna の方向
とが時計まわり、または反時計まわりに傾斜することに
より、上記屈折率楕円体が傾斜している光学位相差板2
・3を備えた構成の液晶表示装置において、液晶層8に
おけるプレティルト角を、液晶の閾値電圧に近い電圧を
液晶に印加した中間調表示状態で、反視角方向の階調反
転が発生しない範囲に設定した構成である。
【0072】これにより、液晶表示素子1に生じる視角
に対応する位相差の上記の光学位相差板2・3による補
償機能と共に、プレティルト角を上記の範囲に設定した
ことによる補償機能により、視角に依存した反視角方向
の白階調時(ノーマリホワイト表示であるので)に発生
する反転現象を特に効果的に改善することが可能であ
り、同時に、コントラスト変化も改善して、高品質の画
像を表示できる。
【0073】しかも、本実施の形態の液晶表示装置で
は、液晶層8における液晶材料として、波長550nm
の光に対する屈折率異方性Δn(550)が、0.06
0より大きく0.120より小さい範囲に設計されたも
のを用いているので、光学位相差板2・3による位相差
の補償機能、及びプレティルト角を上記の範囲に設定し
たことによる補償機能に加えて、反視角方向のコントラ
スト比の低下、左右方向の反転現象をより一層改善する
ことが可能となる。
【0074】なお、ここでは、ノーマリホワイト表示の
液晶表示装置を例示して説明したが、ノーマリブラック
表示の液晶表示装置においても、光学位相差板2・3に
よる補償効果に合わせて、プレティルト角を液晶の閾値
電圧に近い電圧を液晶に印加した中間調表示(黒階調)
で反視角方向の階調反転が発生しない範囲に設定し、こ
れによる補償効果を得ることで、上記と同様の効果を得
ることができる。
【0075】また、本実施の形態においては、単純マト
リクス方式の液晶表示装置について述べたが、本発明
は、これ以外に、TFTなどの能動スイッチング素子を
用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置につい
ても適用が可能である。
【0076】〔実施の形態2〕 本発明の実施の他の形態について図1に基づいて説明す
れば、以下の通りである。尚、説明の便宜上、前記の実
施の形態にて示した部材と同一の機能を有する部材に
は、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【0077】本実施の形態に係る液晶表示装置は、前述
の実施の形態1にて示した図1の液晶表示装置とほぼ同
様の構成を有している。異なる点は、実施の形態1の液
晶表示装置では、光学位相差板2・3による位相差の補
償機能と最良な特性を有する組み合わせとなるように、
上記液晶層8のプレティルト角が、液晶層8に液晶の閾
値電圧に近い電圧を印加した中間調表示状態で反視角方
向の階調反転が発生しない範囲に設定されていたのに対
し、本実施の形態の液晶表示装置では、光学位相差板2
・3による位相差の補償機能と最良な特性を有する組み
合わせとなるように、液晶層8に液晶の閾値電圧に近い
電圧を印加することで得られる中間調を表示するための
印加電圧値を、当該中間調の表示状態で反視角方向の階
調反転が発生しない範囲に設定している点である。
【0078】以下、この点を詳細に説明する。
【0079】本実施の形態の液晶表示装置は、ノーマリ
ホワイト表示であるので、液晶の閾値電圧に近い電圧を
液晶に印加した中間調表示状態、即ち、白階調を行うた
めの印加電圧値が、該電圧を印加した状態で反視角方向
の階調反転が発生しない範囲に設定されている。
【0080】一方、白階調時の透過率を下げるほど、白
階調時の反視角方向の階調反転が起こらなくなることが
実験的に確認されたが、その反面、透過率を低く設定し
過ぎると、正視角方向、左右方向で輝度が急激に低下し
てしまう。つまり、白階調時の透過率を決定する液晶印
加電圧の設定には、白階調時に正視角方向、左右方向の
急激な輝度低下が発生しない範囲に設定することも必要
となる。
【0081】具体的には、白階調時における液晶印加電
圧が、液晶印加電圧がゼロのオフ状態の透過率100%
に対して85%より大きい透過率を得るように設定され
ている。この場合、より好ましくは、白階調時における
液晶印加電圧を、オフ状態の透過率100%に対して9
0%以上97%以下の範囲に入る透過率を得るように設
定することである。
【0082】このように白階調時の液晶印加電圧をオフ
状態の透過率100%に対して85%より大きい透過率
を得るように設定することで、通常の液晶表示装置にて
要求される視角50°において、問題となるような白階
調時の反視角方向の階調反転のない、どの方向から見て
も充分に使用に耐え得るものとできる。
【0083】そして特に、白階調時の液晶印加電圧をオ
フ状態の透過率100%に対して90%以上97%以下
の範囲に設定することで、視角70°において、白階調
時の反視角方向の階調反転の全く無いものとできる。
【0084】即ち、本実施の形態の液晶表示装置は、液
晶表示素子1と偏光板4・5の間に、屈折率楕円体の3
つの主屈折率na 、nb 、nc がna =nc >nb とい
う関係を有し、表面内の主屈折率na またはnc の方向
を軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方
向と、表面内の主屈折率nc またはna の方向とが時計
まわり、または反時計まわりに傾斜することにより、上
記屈折率楕円体が傾斜している光学位相差板2・3を備
えた構成の液晶表示装置において、液晶の閾値電圧に近
い電圧を液晶に印加した中間調表示状態を行うための印
加電圧値を、該電圧を印加した状態で反視角方向の階調
反転が発生しない範囲に設定した構成である。
【0085】これにより、液晶表示素子1に生じる視角
に対応する位相差の上記の光学位相差板2・3による補
償機能と共に、白階調時の液晶印加電圧を上記の範囲に
設定したことによる補償機能により、視角に依存した反
視角方向の白階調時(ノーマリホワイト表示であるの
で)に発生する反転現象を特に効果的に改善することが
可能であり、同時に、コントラスト変化も改善して、高
品質の画像を表示できる。
【0086】さらに、本実施の形態の液晶表示装置で
も、液晶層8における液晶材料として、波長550nm
の光に対する屈折率異方性Δn(550)が、0.06
0より大きく0.120より小さい範囲に設計されたも
のを、より好ましくは、上記Δn(550)が、0.0
70以上0.095以下の範囲に設計された液晶材料を
用いることで、光学位相差板2・3による位相差の補償
機能、及び白階調時の液晶印加電圧を上記の範囲に設定
したことによる補償機能に加えて、反視角方向のコント
ラスト比の低下、左右方向の反転現象をより一層改善す
ることが可能となる。
【0087】なお、ここでも、ノーマリホワイト表示の
液晶表示装置を例示して説明したが、ノーマリブラック
表示の液晶表示装置においても、光学位相差板2・3に
よる補償効果に合わせて、液晶の閾値電圧に近い電圧を
液晶に印加して得られる中間調を表示(黒階調)するた
めの液晶印加電圧を、該中間調で反視角方向の階調反転
が発生しない範囲に設定し、これによる補償効果を得る
ことで、上記と同様の効果を得ることができる。
【0088】また、前述の実施の形態1と同様に、単純
マトリクス方式の液晶表示装置以外に、TFTなどの能
動スイッチング素子を用いたアクティブマトリクス方式
の液晶表示装置についても適用が可能である。
【0089】
【実施例】次に、本実施の形態1及び2に係る液晶表示
装置の効果を裏付ける実施例を説明する。
【0090】(実施例1) 本実施例は、上記の実施の形態1及び実施の形態2に係
る液晶表示装置の効果を裏付けるためのものであり、こ
こでは、図1の液晶表示装置における液晶セル16の配
向膜11・14に、日本合成ゴム社製のオプトマーAL
(商品名)を用い、上記配向膜11・14に対してプレ
ティルト角が、2.0°,3.0°,4.0°,5.0
°,10.0°,11.0°,12.0°となる液晶材
料を用い、セル厚(液晶層8の厚み)を5μmとした、
5つのサンプルセル♯1〜♯7を用意した。
【0091】これらサンプルセル♯1〜♯7のプレティ
ルト角の測定は、サンプルセル♯1〜♯7の材料を注入
したホモジニアスセルを作成し、プレティルト角測定装
置NSMAP−3000LCD(シグマ光機社製)で測
定した。
【0092】また、サンプルセル♯1〜♯7における光
学位相差板2・3としては、透明な支持体(例えば、ト
リアセチルセルロース(TAC)等)にディスコティッ
ク液晶を塗布し、ディスコティック液晶を傾斜配向させ
て架橋して形成してなる、上述の第1のリタデーション
値が0nm、上述の第2のリタデーション値が100n
mであり、主屈折率nb の方向がxyz軸座標における
z軸方向に対して矢印Aで示す方向に約20°となるよ
うに傾いており、同様に主屈折率nc の方向がx軸に対
して矢印Bで示す方向に約20°の角度をなしているも
の(即ち、屈折率楕円体の傾斜角度θ=20°のもの)
を用いた。
【0093】これらサンプルセル♯1〜♯7に対して、
白階調時の印加電圧を種々変えて、白色光のもと目視試
験を行なった結果を表1〜表7に示す。
【0094】
【表1】
【0095】表1は、白階調を得るための液晶印加電圧
として、液晶への印加電圧がゼロのオフ状態における、
液晶セル16の表面の法線方向の透過率を100%とし
てその100%の透過率を法線方向において得る値を個
々のサンプルセル毎に設定し、白階調時の表示状態を調
べた結果である。
【0096】表1より、透過率を100%として白階調
時の電圧を設定した場合、プレティルト角を5.0°,
10.0°としたサンプルセル♯4,♯5では、視角を
70°として反視角方向から見ても階調反転は確認され
ず良好な画質であった。
【0097】また、プレティルト角を3.0°としたサ
ンプルセル♯2、プレティルト角を4.0°としたサン
プルセル♯3では、何れも視角60°までは反視角方向
から見ても階調反転は確認されず良好な画質であった
が、視角70°とすると、サンプルセル♯2では、使用
に耐えうる程度の階調反転が確認され、サンプルセル♯
3では階調反転は無いものの、階調がつぶれた。しかし
ながら、何れも、視角70°で充分に使用に耐え得るも
のであった。
【0098】プレティルト角を11.0°としたサンプ
ルセル♯6では、視角60°までは良好な画質であった
が、視角70°で正視角方向から見た場合に使用に耐え
ない程輝度が低下することが確認された。
【0099】一方、プレティルト角を2.0°としたサ
ンプルセル♯1では、視角50°においてでさえ反視角
方向から見た場合に、階調反転が確認され、また、プレ
ティルト角を12.0°としたサンプルセル♯7では、
視角50°においてでさえ正視角方向から見た場合に使
用に耐えない程の輝度低下が確認された。
【0100】
【表2】
【0101】表2は、オフ状態の透過率に対する透過率
を97%として白階調時の電圧を個々のサンプルセル毎
に設定して調べた結果である。
【0102】表2より、透過率を97%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を4.0°,
5.0°,10.0°としたサンプルセル♯3,♯4,
♯5では、視角を70°として反視角方向から見ても階
調反転は確認されず良好な画質であった。
【0103】プレティルト角を3.0°としたサンプル
セル♯2では、視角50°までは反視角方向から見ても
階調反転は確認されず良好な画質であったが、視角60
°で階調がつぶれた。しかしながら、階調反転は確認さ
れなかったので、視角60°でも使用に耐え得るもので
あった。プレティルト角を11.0°としたサンプルセ
ル♯6では、視角50°までは良好な画質であったが、
視角60°で正視角方向から見た場合に、使用に耐えな
い程輝度が低下することが確認された。
【0104】一方、プレティルト角を2.0°としたサ
ンプルセル♯1では、視角50°においてでさえ反視角
方向から見た場合に階調反転が確認された。また、プレ
ティルト角を12.0°としたサンプルセル♯7では、
視角50°においてでさえ正視角方向から見た場合に使
用に耐えない程の輝度低下が確認された。
【0105】
【表3】
【0106】表3は、オフ状態の透過率に対する透過率
を95%として白階調時の電圧を個々のサンプルセル毎
に設定して調べた結果である。これは、透過率を95%
として電圧設定を行った表2と同じ結果であった。
【0107】
【表4】
【0108】表4は、オフ状態の透過率に対する透過率
を92%として白階調時の電圧を個々のサンプルセル毎
に設定して調べた結果である。
【0109】表4より、透過率を92%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を4.0°,
5.0°,10.0°としたサンプルセル♯3,♯4,
♯5では、視角を70°として反視角方向から見ても階
調反転は確認されず良好な画質であった。
【0110】プレティルト角を3.0°としたサンプル
セル♯2では、視角60°までは反視角方向から見ても
階調反転は確認されず良好な画質であったが、視角70
°で階調が反転した。しかしながら、使用に耐え得る程
度のものであった。プレティルト角を11.0°とした
サンプルセル♯6では、視角50°までは良好な画質で
あったが、視角60°で正視角方向から見た場合に使用
に耐えない程輝度が低下することが確認された。プレテ
ィルト角を2.0°としたサンプルセル♯1では、視角
50°で階調が反転したが、使用に耐え得る程度のもの
であった。
【0111】一方、プレティルト角を12.0°とした
サンプルセル♯7では、視角50°においてでさえ正視
角方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度低下が確
認された。
【0112】
【表5】
【0113】表5は、オフ状態の透過率に対する透過率
を90%として白階調時の電圧を個々のサンプルセル毎
に設定して調べた結果である。
【0114】表5より、透過率を90%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を4.0°,
5.0°としたサンプルセル♯3,♯4では、視角を7
0°として反視角方向から見ても階調反転は確認されず
良好な画質であった。
【0115】プレティルト角を10.0°としたサンプ
ルセル♯5では、視角50°までは良好な画質であった
が、視角60°で正視角方向から見た場合に輝度が低下
することが確認された。しかしながら、この輝度低下は
使用に耐え得る程度のものであった。プレティルト角を
3.0°としたサンプルセル♯2では、視角60°まで
は反視角方向から見ても階調反転は確認されず良好な画
質であったが、視角70°で階調がつぶれた。しかしな
がら、階調反転は無く、使用に耐え得る程度のものであ
った。プレティルト角を11.0°としたサンプルセル
♯6では、視角50°で正視角方向から見た場合に輝度
が低下することが確認されたが、この輝度低下は使用に
耐え得る程度のものであった。プレティルト角を2.0
°としたサンプルセル♯1では、視角50°で階調がつ
ぶれ、視角60で階調が反転したが、使用に耐え得る程
度のものであった。
【0116】一方、プレティルト角を12.0°とした
サンプルセル♯7では、視角50°においてでさえ正視
角方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度低下が確
認された。
【0117】
【表6】
【0118】表6は、オフ状態の透過率に対する透過率
を87%として白階調時の電圧を個々のサンプルセル毎
に設定して調べた結果である。
【0119】表6より、透過率を87%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を3.0°,
4.0°,5.0°としたサンプルセル♯2,♯3,♯
4では、視角50°までは良好な画質であったが、視角
60°で正視角方向から見た場合に輝度が低下すること
が確認された。しかしながら、この輝度低下は使用に耐
え得る程度のものであった。なお、視角70°では、正
視角方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度低下が
確認された。
【0120】プレティルト角を10.0°としたサンプ
ルセル♯5では、視角50°、視角60°で正視角方向
から見た場合に輝度が低下することが確認されたが、使
用に耐え得る程度のものであった。なお、視角70°で
は、正視角方向から見た場合に使用に耐えない程の輝度
低下が確認された。
【0121】プレティルト角を11.0°,12.0°
としたサンプルセル♯6,♯7では、視角50°におい
てでさえ、正視角方向から見た場合に使用に耐えない程
の輝度低下が確認された。
【0122】プレティルト角を2.0としたサンプルセ
ル♯1では、視角50°までは反視角方向から見ても階
調反転は確認されず良好な画質であったが、視角60°
で正視角方向から見た場合に輝度低下が確認された。し
かしながら、使用に耐え得る程度のものであった。な
お、視角70°では、正視角方向から見た場合に使用に
耐えない程の輝度低下が確認された。
【0123】
【表7】
【0124】表7は、オフ状態の透過率に対する透過率
を85%として白階調時の電圧を個々のサンプルセル毎
に設定して調べた結果である。
【0125】表7より、透過率を85%として白階調時
の電圧を設定した場合、プレティルト角を3.0°,
4.0°,5.0°,10.0°,11.0°,12.
0°としたサンプルセル♯2,♯3,♯4,♯5,♯
6,♯7では、視角50°においてでさえ正視角方向、
左右方向から見た場合に、使用に耐えない程の輝度低下
が確認された。
【0126】一方、プレティルト角を2.0としたサン
プルセル♯1では、視角50°で正視角方向から見た場
合に輝度低下が確認されたが、使用に耐え得るものであ
った。なお、視角60°では、正視角方向から見た場合
に使用に耐えない程の輝度低下が確認された。
【0127】即ち、表1〜表7より、プレティルト角を
調整すること、或いは、白階調時の透過率を調整するこ
とで、反視角方向の階調反転を改善できると言える。そ
の場合、白階調の透過率として通常設定される95〜9
7%程度では、プレティルト角を2°より大きく12°
未満の範囲とすることで、視角50°において反視角方
向の階調反転を改善し、かつ、正視角方向の輝度低下も
ない良好な表示とできると言える。そして、さらに、4
°以上10°以下の範囲とすることで、広視野角の視角
70°においても反視角方向の階調反転を改善し、か
つ、正視角方向の輝度低下もない良好な表示とできると
言える。
【0128】また、通常設定される2°〜10°のプレ
ティルト角では、白階調時の透過率として85%より大
きい透過率を得るようにすることで、視角50°におい
て反視角方向の階調反転を改善し、かつ、正視角方向の
輝度低下もない良好な表示とできると言える。そして、
さらに、90%以上97%以下の範囲に入る透過率を得
るようにすることで、プレティルト角を調整すること
で、広視野角の視角70°においても反視角方向の階調
反転を改善し、かつ、正視角方向の輝度低下もない良好
な表示とできると言える。
【0129】また、プレティルト角の調整と白階調時の
透過率の調整とを組み合わせることで、さらに、改善の
効果が得られると言える。
【0130】次に、上記と同じサンプルセル♯1とサン
プルセル♯4に対して、図6に示すように、受光素子2
1、増幅器22および記録装置23を備えた測定系を用
いて、液晶表示装置の視角依存性を調べた。
【0131】この測定系において、液晶表示装置の液晶
セル16は、前記のガラス基板9側の面16aが直交座
標XYZの基準面X−Yに位置するように設置される。
受光素子21は、一定の立体受光角で受光し得る素子で
あり、面16aに垂直なZ方向に対して角度φ(視角)
をなす方向における、座標原点から所定距離をおいた位
置に配置されている。
【0132】測定時には、本測定系に設置された液晶セ
ル16に対し、面16aの反対側の面から波長550n
mの単色光を照射する。液晶セル16を透過した単色光
の一部は、受光素子21に入射する。受光素子21の出
力は、増幅器22で所定のレベルに増幅された後、波形
メモリ、レコーダなどの記録装置23によって記録され
る。
【0133】ここでは、受光素子21が一定の角度φで
固定された場合の、上記の実施例サンプル♯1,♯4へ
の印加電圧に対する受光素子21の出力レベルを測定し
た。
【0134】測定は、50°の角度φとなるように受光
素子21を配置し、Y方向が画面の左側であり、X方向
が画面の下側(正視角方向)であると仮定して、受光素
子21の配置位置を上方向(反視角方向)、下方向(正
視角方向)、左右方向にそれぞれ変えて行われた。
【0135】その結果を、図7(a)〜(c)に示す。
図7(a)〜(c)は、プレティルト角を5.0°とし
たサンプルセル♯4及びプレティルト角を2.0°とし
たサンプルセル♯1に印加される電圧に対する光の透過
率(透過率−液晶印加電圧特性)を表したグラフであ
る。
【0136】図7(a)が図2の上方向から測定を行っ
た結果であり、図7(b)が図2の下方向、図7(c)
が左右方向から測定をそれぞれ行った結果である。
【0137】図7(a)において、一点鎖線で示す曲線
L1は、正面、即ち表面の法線方向から測定した結果で
あり、サンプルセル♯1,♯4とも、同じ透過率−液晶
印加電圧特性となる。
【0138】図7(a)〜(c)において、実線で表す
L2・L4・L6が、サンプルセル♯4のもので、破線
で示す曲線L3・L5・L7が、サンプルセル♯1のも
のである。
【0139】サンプルセル♯4及びサンプルセル♯1に
ついて、上方向の透過率−液晶印加電圧特性を比較した
場合、図7(a)より、サンプルセル♯1の曲線L3
は、1V付近から2V付近に欠けて透過率が一度上がっ
てから下がり、こぶを持っているのに対し、サンプルセ
ル♯4の曲線L2は、1V付近から2V付近に欠けて透
過率がほぼ一定であり、こぶが消滅し、反転現象が無い
ことが確認された。
【0140】また、図7(b)(c)にて、下方向及び左
右方向の透過率−液晶印加電圧特性を比較すると、サン
プルセル♯4の曲線L4・L6はそれぞれサンプルセル
♯1の曲線L5・L7に対して少し速く透過率が落ちは
じめることを示しているが、図7(b)では2.5V付
近、図7(c)では3V付近から、サンプルセル♯4の
透過率はサンプルセル♯1のものにほぼ一致しており、
プレティルト角を5.0°と大きくしたことによる悪影
響はないことが確認できる。
【0141】また、光学位相差板2・3として、透明な
支持体にディスコティック液晶をハイブリッド配向させ
た以外は、上記のサンプルセル♯1〜♯7と同様のサン
プルセルに対しても、上記と同様の結果が得られた。
【0142】(実施例2) 本実施例は、上記の実施の形態1及び2に係る液晶表示
装置の効果を裏付けるためのものであり、ここでは、図
1の液晶表示装置における液晶セル16の配向膜11・
14に、日本合成ゴム社製のオプトマーAL(商品名)
を用い、上記配向膜11・14に対してプレティルト角
が3°で、かつ波長550nmにおける屈折率異方性Δ
n(550)がそれぞれ、0.070、0.080、
0.095に設定された液晶材料を液晶層8に用い、セ
ル厚(液晶層8の厚み)を5μmとした、3つのサンプ
ルセル♯16〜♯18を用意した。
【0143】ここでも、プレティルト角は、サンプルセ
ル♯16〜♯18の材料を注入したホモジニアスセルを
作成し、プレティルト角測定装置NSMAP−3000
にて測定した。
【0144】また、これらサンプルセル♯16〜♯18
における光学位相差板2・3としては、ディスコティッ
ク液晶を傾斜配向した前述の実施例1における光学位相
差板2・3と同様のものを用いた。
【0145】そして、前述の実施例1で説明したと同様
の図6に示す測定系を用いて、受光素子21が一定の角
度φで固定された場合の、サンプルセル♯16〜♯18
への印加電圧に対する受光素子21の出力レベルを測定
した。
【0146】測定は、実施例1と同様に、50°の角度
φとなるように受光素子21を配置し、Y方向が画面の
左側であり、X方向が画面の下側(正視角方向)である
と仮定して、受光素子21の配置位置を上方向(反視角
方向)、下方向(正視角方向)、左右方向にそれぞれ変
えて行われた。
【0147】その結果を、図8(a)〜(c)に示す。
図8(a)〜(c)は、サンプルセル♯16〜♯18に
印加される電圧に対する光の透過率(透過率−液晶印加
電圧特性)を表したグラフである。
【0148】図8(a)が図2の上方向から測定を行っ
た結果であり、図8(b)が図2の右方向、図8(c)
が左方向から測定をそれぞれ行った結果である。
【0149】図8(a)〜(c)において、それぞれ一
点鎖線で示す曲線L8・L11・L4が、液晶層8にΔ
n(550)=0.070の液晶材料を用いたサンプル
セル♯16のもので、実線で示す曲線L9・L12・L
15が、液晶層8にΔn(550)=0.080の液晶
材料を用いたサンプルセル♯17のもので、破線で示す
曲線L10・L13・L16が、液晶層8にΔn(55
0)=0.095の液晶材料を用いたサンプルセル♯1
8のものである。
【0150】また、本実施例に対する比較例として、図
1の液晶セル16における液晶層8に波長550nmに
おける屈折率異方性Δn(550)がそれぞれ、0.0
60、0.120に設定された液晶材料を用いた以外は
本実施例と同様の2つの比較用サンプルセル♯103,
♯104を用意し、図6に示す測定系に設置して、本実
施例と同様の方法で受光素子21が一定の角度φで固定
された場合の比較用サンプルセル♯103,♯104へ
の印加電圧に対する受光素子21の出力レベルも測定し
た。
【0151】測定は、本実施例と同様に、50°の角度
φとなるように受光素子21を配置し、Y方向が画面の
左側であり、X方向が画面の下側(正視角方向)である
と仮定して、受光素子21の配置位置を上方向(反視角
方向)、右方向、左方向にそれぞれ変えて行われた。
【0152】その結果を、図9(a)〜(c)に示す。
図9(a)〜(c)は、比較例サンプル♯103,♯1
04に印加される電圧に対する光の透過率(透過率−液
晶印加電圧特性)を表したグラフである。
【0153】図9(a)が図2の上方向から測定を行っ
た結果であり、図9(b)が図2の右方向、図9(c)
が左方向からの測定をそれぞれ行った結果である。
【0154】図9(a)〜(c)において、実線で示す
曲線L17・L19・L21が、液晶層8にΔn(55
0)=0.060の液晶材料を用いた比較用サンプルセ
ル♯103のもので、破線で示す曲線L18・L20・
L22が、液晶層8にΔn(550)が0.120の液
晶材料を用いた比較用サンプルセル♯104のものであ
る。
【0155】サンプルセル♯16〜♯18と、比較用サ
ンプルセル♯103,♯104とについて、上方向の透
過率−液晶印加電圧特性を比較した場合、図8(a)で
は、曲線L9・L8・L10とも電圧を高くするに伴っ
て透過率が充分下がることが確認された。これに対し
て、図9(a)では、曲線L18は、図8(a)の曲線
L8・L9・L10と比較して、電圧を高くしていって
も充分に透過率が下がっていない。また、曲線L17
は、電圧を高くしていくに伴い透過率は一度低下してか
ら再び上昇する反転現象が確認された。
【0156】同様に、サンプルセル♯16〜♯18と比
較用サンプルセル♯103,♯104とについて、右方
向の透過率−液晶印加電圧特性を比較した場合、図8
(b)では、曲線L11・L12・L13とも電圧を高
くしていくと透過率はほぼ0近くになるまで低下してい
ることが確認された。また、図9(b)でも、曲線L1
9は電圧を高くしていくと、図8(b)と同様に透過率
がほぼ0近くになるまで低下するが、曲線L20につい
ては上記の反転現象が確認された。
【0157】同様に、サンプルセル♯16〜♯18と比
較用サンプルセル♯103,♯104とについて、左方
向の場合でも右方向と同様のことが確認された。
【0158】さらに、サンプルセル♯16〜♯18と比
較用サンプルセル♯103,♯104とについて、白色
光のもとで目視確認を行った。
【0159】サンプルセル♯16〜♯18及び比較用サ
ンプルセル♯103については、視角を50°としてど
の方向から見ても、着色は確認されず良好な画質であっ
た。これに対し、比較用サンプルセル♯104について
は、視角を50°として左右方向から見た場合に、黄色
から橙色に着色していることが確認された。
【0160】以上の結果から、図8(a)〜(c)で示
したように、液晶層8に波長550nmにおける屈折率
異方性Δn(550)がそれぞれ、0.070、0.0
80、0.095に設定された液晶材料を用いた場合に
は、電圧を印加していくと透過率は充分低下し、反転現
象も見られないため、視野角が拡大し、また、着色現象
もなく、液晶表示装置の表示品位が格段に向上している
ことがわかる。
【0161】それに対して、図9(a)〜(c)で示し
たように、液晶層8に波長550nmにおける屈折率異
方性Δn(550)がそれぞれ、0.060、0.12
0に設定された液晶材料を用いた場合には、視角依存性
は充分に改善されないことがわかる。
【0162】また、光学位相差板2・3として、透明な
支持体にディスコティック液晶をハイブリッド配向させ
た以外は、上記のサンプルセル♯16〜♯18、及び比
較用サンプルセル♯103,♯104と同様の、サンプ
ルセル、比較用サンプルセルに対しても、同様の結果が
得られた。
【0163】また、上記光学位相差板2・3の屈折率楕
円体の傾斜角度θを変化させて、傾斜角度θに対する透
過率−液晶印加電圧特性の依存性を調べた結果、15°
≦θ≦75°の範囲内であれば、光学位相差板2・3に
おけるディスコティック液晶の配向の状態に関係なく、
基本的に変化しなかった。尚、上記範囲を越えた場合に
は、反視角方向の視野角が広がらないことが確認され
た。
【0164】さらに、上記光学位相差板2・3の第2の
リタデーション値を変化させて、第2のリタデーション
値に対する透過率−液晶印加電圧特性の依存性を調べた
結果、第2のリタデーション値が80nm〜250nm
の範囲内であれば、位相差板2・3におけるディスコテ
ィック液晶の配向の状態に関係なく、基本的に変化しな
かった。尚、上記範囲を越えた場合には、左右方向の視
野角が広がらないことが確認された。
【0165】また、上記比較用サンプルセル♯103,
♯104の目視試験の結果を基に、図1の液晶セル16
における液晶層8に波長550nmにおける屈折率異方
性Δn(550)がそれぞれ、0.065、0.10
0、0.115の液晶材料を用いた以外は本実施例と同
様の3つのサンプルセル♯19〜♯21を用意し、図6
に示した測定系を用いて、本実施例と同様の方法で受光
素子21が一定の角度φで固定された場合のサンプルセ
ル♯19〜♯21への印加電圧に対する受光素子21の
出力レベルを測定した。また、それぞれ白色光のもとで
目視確認を行った。
【0166】その結果、屈折率異方性Δn(550)を
0.100としたサンプルセル♯20、及び屈折率異方
性Δn(550)を0.115としたサンプルセル♯2
1では、角度φ50°とした場合、左右方向において電
圧を高くするとわずかに透過率の上昇が確認された。し
かしながら、目視においては反転現象は生じておらず、
この程度の透過率の上昇は使用に耐えうるものであっ
た。上方向の結果においては何ら問題なかった。一方、
屈折率異方性Δn(550)を0.065としたサンプ
ルセル♯19では、前述した比較用サンプルセル♯10
3と同様に、上方向において電圧を高くすると透過率は
一度沈んで浮き上がるような曲線となったが、図9
(a)に示した比較用サンプルセル♯103のものに比
べて透過率の上昇の度合は小さく、使用に耐えうるもの
であった。左右方向の結果においては何ら問題なかっ
た。
【0167】また、目視検査においては、サンプルセル
♯20,♯21では、黄色から橙色の若干の着色が確認
されたが、問題にならない程度であった。サンプルセル
♯19では、若干ではあるが青みを呈していることが確
認された。しかしながら、この程度の青みも問題になら
ないものであった。
【0168】また、補足として、サンプルセル♯19と
比較用サンプルセル♯103とについて、1V程度の電
圧を印加し、液晶セル16の表面の法線方向の白表示時
の透過率を測定した。その結果、比較用サンプルセル♯
103では、使用に耐えない程度の透過率の低下が見ら
れた。これに対し、サンプルセル♯19では、若干の透
過率の低下が確認されたが、使用に耐えうる程度のもの
であった。
【0169】さらに、図1の液晶表示装置における液晶
セル16の配向膜11・14に日本合成ゴム社製のオプ
トマーAL(商品名)を用い、上記配向膜11・14に
対してプレティルト角が4°,5°,10°,11°と
なる液晶材料を液晶層8にそれぞれ用いた場合において
も同様の結果が得られた。
【0170】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明に係る液
晶表示装置は、対向する表面に透明電極層及び配向膜が
それぞれ形成された一対の透光性基板の間にほぼ90°
捻じれ配向した液晶層が封入されてなる液晶表示素子
と、上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子
と、上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも
1枚介在された光学位相差板であって、屈折率楕円体の
3つの主屈折率na 、nb、nc がna =nc >nb
いう関係を有し、表面内の主屈折率na またはncの方
向を軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nb
方向と、表面内の主屈折率nc またはna の方向とが時
計まわり、または反時計まわりに傾斜することにより、
上記屈折率楕円体が傾斜している光学位相差板とを備
え、かつ、白階調を行うための印加電圧値が、液晶へ電
圧印加の無い状態での透過率の90%以上97%以下の
範囲に入る透過率を得るように設定されている構成であ
る。
【0171】請求項2の発明に係る液晶表示装置は、請
求項1の構成において、上記液晶層における液晶分子の
長軸と配向膜とのなす角であるプレティルト角が3°以
上11°以下の範囲に設定されている。
【0172】請求項3の発明に係る液晶表示装置は、請
求項2の構成において、上記プレティルト角が4°以上
10°以下の範囲に設定されているに設定されている構
成である。
【0173】これにより、請求項1ないし請求項の発
明に係る液晶表示装置では、液晶表示素子の位相差変化
を光学位相差板による補償機能のみの場合よりもさらに
改善し、特に、液晶に液晶の閾値電圧に近い電圧を印加
して中間の色調を呈した画面における反視角方向の階調
反転を無くして、画面の視角依存性をより一層防止する
ことができるので、このような光学位相差板と液晶表示
素子とを含む液晶表示装置は、階調反転現象や反視角方
向のコントラスト比の低下を防止することができる。
【0174】特に、請求項の発明に係る液晶表示装置
では、通常の液晶表示装置にて要求される視角50°で
あらゆる方向から見た場合においても、充分に使用に耐
えうる程度にまで液晶画面の階調反転現象を抑えること
が可能となる。
【0175】それゆえ、上記構成は、白黒表示における
コントラスト比が観視者の視角方向によって影響されな
いため、液晶表示装置の表示画像の品質が格段に向上す
るという効果を奏する。
【0176】また、請求項の発明に係る液晶表示装置
は、請求項1、2、又は3の構成において、液晶層にお
ける液晶材料の、波長550nmの光に対する屈折率異
方性Δn(550)が、0.060より大きく0.12
0より小さい範囲に設定されている構成である。
【0177】これにより、液晶表示素子に生じる視角に
対応する位相差を解消することができるため、表示画面
において、視角に依存して生じる着色現象はもちろんの
こと、コントラスト変化、左右方向の反転現象等もさら
に改善することができる。
【0178】また、請求項の発明に係る液晶表示装置
は、請求項の構成において、液晶層における液晶材料
の、波長550nmの光に対する屈折率異方性Δn(5
50)が、0.070以上0.095以下に範囲に設定
されている構成である。
【0179】これにより、より一層、視角に依存して生
じるコントラスト変化、左右方向の反転現象等を改善す
ることができる。
【0180】請求項の発明に係る液晶表示装置は、請
求項1、2、3、4、又は5の構成において、全ての光
学位相差板において、屈折率楕円体の傾斜角が15°か
ら75°の間に設定されている構成である。
【0181】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、屈折率楕円体の傾斜角を1
5°から75°の間に設定することで、前述した本発明
の備えた光学位相差板による位相差の補償機能を確実に
得ることができ、視認性を確実に向上し得る。
【0182】請求項の発明に係る液晶表示装置は、請
求項1、2、3、4、5又は6の構成において、全ての
光学位相差板において、主屈折率na と主屈折率nb
の差と、光学位相差板の厚さdとの積(na −nb )×
dが、80nmから250nmの間に設定されている構
成である。
【0183】このように、液晶表示装置に介在される全
ての光学位相差板において、主屈折率na と主屈折率n
b との差と、光学位相差板の厚さdとの積(na
b )×dを、80nmから250nmの間に設定する
ことで、前述した本発明の備えた光学位相差板による位
相差の補償機能を確実に得ることができ、視認性を確実
に向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置の構
成を分解して示す断面図である。
【図2】上記液晶表示装置における配向膜のラビング方
向と正視角方向との関係を示す説明図である。
【図3】上記液晶表示装置の光学位相差板における主屈
折率を示す斜視図である。
【図4】上記液晶表示装置における偏光板および光学位
相差板の光学的な配置を液晶表示装置の各部を分解して
示す斜視図である。
【図5】液晶分子の長軸と配向膜とがなす角であるプレ
ティルト角を示す説明図である。
【図6】上記液晶表示装置の視角依存性を測定する測定
系を示す斜視図である。
【図7】実施例1と実施例1に対する比較例の液晶表示
装置の透過率−液晶印加電圧特性を示すグラフである。
【図8】実施例2における液晶表示装置の透過率−液晶
印加電圧特性を示すグラフである。
【図9】実施例2に対する比較例の液晶表示装置の透過
率−液晶印加電圧特性を示すグラフである。
【図10】TN液晶表示素子における液晶分子のねじれ
配向を示す模式図である。
【符号の説明】
1 液晶表示素子 2・3 光学位相差板 4・5 偏光板(偏光子) 8 液晶層 9・12 ガラス基板(透光性基板) 10・13 透明電極(透明電極層) 11・14 配向膜

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向する表面に透明電極層及び配向膜がそ
    れぞれ形成された一対の透光性基板の間にほぼ90°捻
    じれ配向した液晶層が封入されてなる液晶表示素子と、 上記液晶表示素子の両側に配置される一対の偏光子と、 上記液晶表示素子と上記偏光子との間に少なくとも1枚
    介在された光学位相差板であって、屈折率楕円体の3つ
    の主屈折率na 、nb 、nc がna =nc >nb という
    関係を有し、表面内の主屈折率na またはnc の方向を
    軸として、表面の法線方向に平行な主屈折率nb の方向
    と、表面内の主屈折率nc またはna の方向とが時計ま
    わり、または反時計まわりに傾斜することにより、上記
    屈折率楕円体が傾斜している光学位相差板とを備え、 かつ、白階調を行うための印加電圧値が、液晶へ電圧印
    加の無い状態での透過率の90%以上97%以下の範囲
    に入る透過率を得るように設定されていることを特徴と
    する液晶表示装置。
  2. 【請求項2】上記液晶層における液晶分子の長軸との配
    向膜とのなす角であるプレチルト角が3°以上11°以
    下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1に
    記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】上記プレティルト角が4°以上10°以下
    の範囲に設定されていることを特徴とする請求項2に記
    載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】上記液晶層における液晶材料の、波長55
    0nmの光に対する屈折率異方性Δn(450)が、
    0.060より大きく0.120より小さい範囲に設定
    されていることを特徴とする請求項1、2又は3に記載
    の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】上記液晶層における液晶材料の、波長55
    0nmの光に対する屈折率異方性Δ n(450)が、
    0.070以上0.095以下の範囲に設定されている
    ことを特徴とする請求項に記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項6】全ての光学位相差板において、屈折率楕円
    体の傾斜角が15°から75°の間に設定されているこ
    とを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の
    液晶表示装置。
  7. 【請求項7】全ての光学位相差板において、主屈折率n
    a と主屈折率n b との差と、光学位相差板の厚さdとの
    積(n a −n b )×dが、80nmから250nmの間
    設定されていることを特徴とする請求項1から6のい
    ずれか1項に記載の液晶表示装置。
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