JP4708756B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モードの液晶表示装置に関する。

一般に、ＩＰＳモードの液晶表示装置は、液晶層と、それらを挟み込む一対の基板と、各基板の外側にそれぞれ貼り付けられた一対の偏光板とを有する。ＩＰＳモードの液晶表示装置では、液晶層の液晶分子の初期配向は、電界が印加されない状態で黒表示となるように設定され、電界を印加したときに、液晶分子の配向方向が概ね４５°回転して白表示となるように設定されている。ＩＰＳモードの液晶表示装置は、液晶の回転方向が基板に平行な方向であり、ＴＮ（Twist Nematic）モードの液晶表示装置に比して、高視野角を実現できる。

ＩＰＳモードの液晶表示装置では、黒表示時に、斜め視野から液晶表示装置を観察すると、光漏れが観察されることが知られている。このような光漏れを抑制する技術としては、特許文献１に記載された技術がある。この技術では、液晶層とは逆の複屈折を有し、光軸が液晶のチルト方向と同一の方向に傾斜した複屈折フィルム（光学補償層）を用いて、液晶層の複屈折を補償し、光漏れを抑制している。
特開２００２−５５３４１号公報（図１、段落００１７〜００２１）

ところで、通常、ＩＰＳモードの液晶表示装置では、液晶は、基板にほぼ平行なホモジニアス配向とされているが、実際には、配向膜によって、ＴＦＴ基板との界面、及び、ＣＦ基板との界面のそれぞれで、プレチルト角を有している。ＩＰＳモードの液晶表示装置では、このプレチルト角の影響により、液晶表示装置の観察方向によって光漏れ状態が変化するため、視野角に依存して、わずかではあるが、光漏れの量が異なって観察される。

図１６（ａ）は、アンチパラレル配向の液晶層を有するＩＰＳモードの液晶表示装置の液晶の配向の様子を断面図で示し、同図（ｂ）は、この液晶表示装置を正面から見たときの液晶の配向の様子を示している。液晶表示装置では、同図（ａ）に示すように、液晶分子２０１は、ＴＦＴ基板側ではθｔ１１のプレチルト角を有し、ＣＦ基板側ではθｃ１１のプレチルト角を有している。アンチパラレル配向では、｜θｔ１１｜＝｜θｃ１１｜であり、液晶分子の立ち上がり方向は、ＴＦＴ基板側とＣＦ基板側とで、逆方向となっている。

図１７は、シミュレーションによって計算された、アンチパラレル配向の液晶表示装置における黒表示時の輝度ビューイングコーンを示している。同図では、図１６（ａ）に示すＺ方向を極角０度（正面方向）とし、図１６（ｂ）に示すＹ方向を方位角０度として、方位角０度〜３６０度、極角０度〜８０度について、黒表示時に観察される光漏れの輝度を等高図で示している。なお、シミュレーションでは、プレチルト角については、｜θｔ１１｜＝｜θｃ１｜＝１.５°であり、液晶分子の立ち上がり方向が、ＴＦＴ基板側では＋Ｘ方向であり、ＣＦ基板側では−Ｘ方向である液晶表示装置を用いた。

図１８は、方位角２５度／２０５度方向、及び、方位角６５度／２４５度方向における極角と輝度との関係を示している。同図では、図１７中の輝度の最大値を１として、輝度を規格化して示している。方位角２５度方向をプラス側として、方位角２０５度方向をマイナス側とすると、方位角２５度／２０５度方向では、グラフ（ａ）に示すように、プラス側（上側）での光漏れのピークが、マイナス側（下側）での光漏れのピークよりも大きくなっており、双方のピークには大きな差が生じている。また、グラフ（ｂ）に示すように、方位角６５度／２４５度方向では、マイナス側（方位角２４５度）の光漏れのピークとプラス側（方位角６５度）の光漏れのピークとの比が約２：１となっており、双方のピークには大きな差が生じている。

アンチパラレル配向では、図１６（ａ）に示すように、液晶分子の立ち上がり方向がＴＦＴ基板側とＣＦ基板側とで逆方向となっている。この影響で、液晶分子が、図１６（ｂ）に示すようにＸ方向に沿って配列されている場合には、Ｘ方向に沿って斜め上から見たときと、斜め下から見たときとで、液晶分子の見え方が異なる。これにより、図１７及び図１８に示すように、黒表示時の輝度の視野角特性が上下方向で非対称となり、液晶表示装置の表示品質が悪化する。

図１９は、スプレイ配向の液晶表示装置の液晶の配向の様子を断面図で示している。スプレイ配向では、液晶分子は、同図に示すように、ＴＦＴ基板側ではθｔ２２のプレチルト角を有し、ＣＦ基板側ではθｃ２２のプレチルト角を有している。スプレイ配向では、アンチパラレル配向（図１６（ａ））におけるＴＦＴ基板側又はＣＦ基板側の液晶分子の配向方向（液晶の立ち上がる向き）の何れかを１８０度回転させて、正面から見たときに、ＴＦＴ基板側とＣＦ基板側とで、液晶分子の立ち上がり方向を同じ向きとしている。これにより、Ｘ方向に沿って斜め上から見た場合と斜め下から見た場合とで、液晶分子の見え方の差が小さくなり、スプレイ配向では、アンチパラレル配向で問題となる黒表示時の輝度視野角特性の上下非対称性を改善できる。

図２０は、シミュレーションによって計算された、スプレイ配向の液晶表示装置における黒表示時の輝度ビューイングコーンを示している。同図では、図１７と同様に、Ｚ方向を極角０度（正面方向）とし、Ｙ方向を方位角０度として、方位角０度〜３６０度、極角０度〜８０度について、黒表示時に観察される光漏れの輝度を等高図で示している。シミュレーションでは、プレチルト角については、｜θｔ２２｜＝｜θｃ２２｜＝１.５°であり、液晶分子の立ち上がり方向が、ＴＦＴ基板側及びＣＦ基板側の双方で＋Ｘ方向である液晶表示装置を用いた。

図２１は、方位角２５度／２０５度方向、及び、方位角６５度／２４５度方向における極角と輝度との関係を示している。同図では、グラフ（ａ）は、図２０の方位角２５度／２０５度方向における極角と規格化された輝度との関係を示し、グラフ（ｂ）は方位角６５度／２４５度方向における極角と規格化された輝度との関係を示している。例えば方位角６５度／２４５度方向における上側の光漏れのピークと、下側の光漏れのピーク上側の光漏れのピークとの比が約１．３５：１となっている。図１８と図２１とを比較すると、スプレイ配向の液晶表示装置では、アンチパラレル配向の液晶表示装置に比して、上側と下側とで輝度のピークの差を小さくでき、上下方向での非対称性を改善できることがわかる。

しかしながら、黒表示時の光漏れが強いときには、観察者は、光漏れの視野角依存性を感じにくい状況にあるものの、光学補償層を用いて、光漏れの量を低く抑えると、わずかな光漏れの違いを敏感に感じ取るようになって、光漏れの視野角依存性を強く感じるようになる。このため、光漏れを低減すると、今度は、光漏れの視野角依存性によって、液晶表示装置の表示品質が低下するという問題が発生する。ここで、スプレイ配向の液晶表示装置では、光漏れの非対称性が幾分改善されるものの、その改善では十分でなく、さらなる表示品質の向上が求められている。

本発明は、光漏れを抑制すると共に、黒表示時の光漏れの非対称性を低減して、表示品質を向上できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の視点の液晶表示装置は、画素電極と対向電極とが配置された第１の基板と、ツイスト角がほぼ０°で基板面に対して液晶分子長軸方向がほぼ平行に配列され、前記第１の基板に配置された画素電極と対向電極とによる基板と平行な電界により駆動される液晶層と、第２の基板と、光学補償層と、を順に積層させた横方向電界方式の液晶表示装置において、前記第１の基板に対して垂直な方向をｚ方向とし、ｚ方向において当該第１の基板から前記第２の基板に向かう方向を＋ｚ方向とし、ツイスト角がほぼ０°の液晶分子長軸方向を前記第１の基板平面に投影した方向をｘ方向とし、ｘ方向において前記画素電極から前記対向電極に向かう方向を＋ｘ方向とし、ｘ方向とｚ方向とに直交する方向をｙ方向とし、＋ｘ方向と＋ｚ方向とから右手系で＋ｙ方向を規定し、液晶分子のｘ方向に対する傾斜角度の正負を、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値も増加する傾斜を表す角度を正、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値が減少する傾斜を表す角度を負と定義するとき、前記液晶層は、前記第１の基板近傍において当該第１の基板と液晶分子とがなす正のプレチルト角θｐ１を、前記第２の基板近傍において当該第２の基板と液晶分子とがなす負のプレチルト角θｐ４をそれぞれ有し、θｐ１＝−θｐ４であり、前記光学補償層は、進相軸がｙ方向を向き、遅相軸がｘ方向から正の所定角度θｓ傾いた方向を向き、厚さ方向の光学弾性軸がｚ方向から前記所定角度θｓ傾いた方向とした場合において、θｓ＝０としたときの前記光学補償層の光学特性が、遅相軸方向の屈折率をｎｘ、進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚ、前記光学補償層の厚みをｄとしたとき、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦０．５であり、かつ、９４ｎｍ≦（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ≦２１４ｎｍの関係にあり、前記プレチルト角θｐ４が−１．９５≦θｐ４＜−１．６５の範囲にあるとき、前記所定角度θｓが、０．６６１×θｐ４−０．５４４≦θｓ≦４．７６×θｐ４＋７．５４の範囲にあり、前記プレチルト角θｐ４が−１．６５≦θｐ４≦−０．５の範囲にあるとき、前記所定角度θｓが、０．６６１×θｐ４−０．５４４≦θｓ≦０．５２４×θｐ４＋０．５２４の範囲にあることを特徴とする。

本発明の第１の視点の液晶表示装置では、光学補償層の遅相軸及び厚さ方向の光学的弾性軸を、ｙ方向（進相軸方向）を回転軸として、回転角θｓだけ回転させている。これにより、液晶層のプレチルト角による上下方向のリタデーションの差を小さくすることができ、視野角特性の非対称性を小さくすることができる。

本発明の第１の視点の液晶表示装置では、ある方位角方向での光漏れのピークと、その方位角方向とは１８０度逆の方位角方向での光漏れのピークとの比を小さくできる。

また、本発明の第１の視点の液晶表示装置では、斜め視野で観察される光漏れの量を、光学補償をしない液晶表示装置で観察される斜め視野での光漏れの量の１／２以下にすることができ、斜め視野の光漏れを気にならないレベルにすることができる。

上記目的を達成するために、本発明の第２の視点の液晶表示装置は、画素電極と対向電極とが配置された第１の基板と、ツイスト角がほぼ０°で基板面に対して液晶分子長軸方向がほぼ平行に配列され、前記第１の基板に配置された画素電極と対向電極とによる基板と平行な電界により駆動される液晶層と、第２の基板と、光学補償層と、を順に積層させた横方向電界方式の液晶表示装置において、前記第１の基板に対して垂直な方向をｚ方向とし、ｚ方向において当該第１の基板から前記第２の基板に向かう方向を＋ｚ方向とし、ツイスト角がほぼ０°の液晶分子長軸方向を前記第１の基板平面に投影した方向をｘ方向とし、ｘ方向において前記画素電極から前記対向電極に向かう方向を＋ｘ方向とし、ｘ方向とｚ方向とに直交する方向をｙ方向とし、＋ｘ方向と＋ｚ方向とから右手系で＋ｙ方向を規定し、液晶分子のｘ方向に対する傾斜角度の正負を、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値も増加する傾斜を表す角度を正、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値が減少する傾斜を表す角度を負と定義するとき、前記液晶層は、前記第１の基板近傍において当該第１の基板と液晶分子とがなす正のプレチルト角θｐ２を、前記第２の基板近傍において当該第２の基板と液晶分子とがなす負のプレチルト角θｐ３をそれぞれ有し、前記光学補償層は、進相軸がｙ方向を向き、遅相軸がｘ方向を向き、厚さ方向の光学弾性軸がｚ方向とした場合において、前記光学補償層の光学特性が、遅相軸方向の屈折率をｎｘ、進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚ、前記光学補償層の厚みをｄとしたとき、０≦（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦０．５であり、かつ、９４ｎｍ≦（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ≦２１４ｎｍの関係にあり、前記プレチルト角θｐ２が０．５００≦θｐ２＜０．６２５の範囲にあるとき、−１．５１×θｐ２−１．２３≦θｐ３≦−０．９９９×θｐ２＋０．９３６の関係にあり、前記プレチルト角θｐ２が０．６２５≦θｐ２≦２．０の範囲にあるとき、−１．５１×θｐ２−１．２３≦θｐ３≦−２．４２×θｐ２＋１．８２の関係にあることを特徴とする。

本発明の第２の視点の液晶表示装置では、プレチルト角を、第１の基板側と第２の基板側とで異なる値としているため、液晶分子を第１の基板側から第２の基板側まで重ねてみると、液晶層の光学的弾性軸は、Ｚ方向からプレチルト角の差に応じた角度だけずれることとなる。これにより、液晶層のプレチルト角による上下方向のリタデーションの差を小さくすることができ、視野角特性の非対称性を小さくすることができる。

本発明の第２の視点の液晶表示装置では、ある方位角方向での光漏れのピークと、その方位角方向とは１８０度逆の方位角方向での光漏れのピークとの比を小さくできる。

また、本発明の第２の視点の液晶表示装置では、斜め視野で観察される光漏れの量を、光学補償をしない液晶表示装置で観察される斜め視野での光漏れの量の１／２以下にすることができ、斜め視野の光漏れを気にならないレベルにすることができる。

本発明の液晶表示装置では、液晶表示装置を１の方位角方向から観察したときの輝度のピーク値と、前記１の方位角方向と逆の方位角方向から観察したときの輝度のピーク値との比が、１．２以下であることが好ましい。この場合、黒表示時の光漏れの非対称性を、気にならないレベルにまで低減することができる。

本発明の液晶表示装置は、液晶層のプレチルト角による上下方向のリタデーションの差を小さくすることができる。これにより、視野角特性の非対称性を小さくすることができ、コントラスト視野角特性を改善できる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。

第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示装置を断面図で示している。液晶表示装置１００は、ＩＰＳモードの液晶表示装置として構成され、バックライト光源側から順に、光入射側の偏光板１０１、薄膜トランジスタ・アレイ基板（ＴＦＴ基板）１０２、配向膜１１１、液晶層１０３、配向膜１１３、カラーフィルタ（ＣＦ）基板１０４、光学補償層１１８、及び、光出射側の偏光板（第２偏光板）１０５を有する。

液晶層１０３は、ツイスト角がほぼ０°でスプレイ配向された液晶分子１１２を有する。図２は、液晶層１０３における液晶の配向の様子を示している。プレチルト角については、基板平行方向を０度とし、その正負を、図３に示すように、基板面から反時計回り方向に立ちあがる方向を正とし、時計回り方向に立ち上がる方向を負と定義する。図２では、液晶分子１１２は、図２に示すように、ＴＦＴ基板１０２側では、配向膜１１１によって正の方向にθｔ２（０＜θｔ２≦２度）のプレチルト角で立ち上がっている。また、ＣＦ基板１０４側では、配向膜１１３によって負の方向にθｃ２（｜θｃ２｜＝｜θｔ２｜）のプレチルト角で立ち上がっている。

ＴＦＴ基板１０２は、図１に示すように、ガラス基板１０６、絶縁膜１０７、ＴＦＴ１０８、画素電極１０９、及び、対向電極１１０を有する。ＴＦＴ１０８は、画素電極１０９に供給する電位を制御する。ＣＦ基板１０４は、着色層１１４、遮光層１１５、及び、ガラス基板１１６を有する。着色層１１４は、液晶層１０３を通過した光を、ＲＧＢの３原色の何れかの色に着色する。遮光層１１５は、ＴＦＴ１０８や図示しないデータ線等を遮光する。液晶表示装置１００では、画素電極１０９と対向電極１１０との間の電位差により、液晶分子１１２に横方向の電界が印加されて画像の表示が行われる。

光学補償層１１８は、所定の光学特性を有し、黒表示時の光漏れを抑制する働きを有する。図４は、光学補償層１１８の光学特性を模式的に示している。同図では、液晶分子１１２の長軸方向を基板平面に投影した方向をＸ方向とし、基板平面内でＸ方向に直交する方向をＹ方向とし、基板垂直方向をＺ方向とする。また、各方向において、正の向きを、同図中に矢印で示す方向とする。

光学補償層１１８の３つの光学的弾性軸をそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとする。光学的弾性軸（進相軸）ｎｙは、Ｙ方向を向いている。光学的弾性軸ｎｘ（遅相軸）は、ＸＺ平面内でＹ方向の正の方向から見て反時計回りの回転を正方向の回転として、Ｘ方向から、正の方向にθ１だけ回転させた方向を向いている。また、光学的弾性軸ｎｚは、Ｚ方向から、正の方向にθ１だけ回転させた方向を向いている。このように、光学補償層１１８の光学的弾性軸は、光学的弾性軸ｎｙを回転軸として、光学的弾性軸ｎｘ及びｎｚが、それぞれＸ方向及びＺ方向からθ１だけ回転されたかたちとなっている。

本発明者らは、上記構成を有する液晶表示装置１００についてシミュレーションを行い、液晶分子１１２のプレチルト角と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１とについて、光漏れの非対称性を気にならないレベルにまで低減できる組合せの範囲を求めた。このシミュレーションに先立ち、本発明者らは、以下に示す実験を行って、まず、斜め視野での光漏れを、どの程度まで光漏れを抑制すれば光漏れを気にならないレベルにすることができるかを確認し、次いで、対角方向の光漏れのピークの比を、どの程度まで低減すれば光漏れの非対称性を気にならないレベルにすることができるかを確認した。

斜め視野での光漏れの量に関しては、通常のＩＰＳ型の液晶表示装置において、バックライトの輝度を徐々に低下させたとき、バックライトの輝度をどのレベルまで下げると、斜め視野における光漏れが表示品質にあまり影響を与えなくなるのかを実験により確認した。実験の結果、バックライトの輝度を通常の１／２とすれば、斜め視野における光漏れは、表示にあまり影響を与えなくなり、バックライトの輝度を１／４にすれば、斜め視野における光漏れはほとんど観察されないことを確認できた。そこで、上記斜め視野における光漏れが気にならないレベルとしては、通常のＩＰＳ型の液晶表示装置（光学補償層なし）を斜めから観察した場合における光漏れの輝度（光漏れの量）を基準として、その光漏れの量が、半分となるレベルを採用した。また、斜め視野方向としては、偏光板の偏光軸からの方位角が４５度となる方向を採用した。

斜め視野での光漏れの非対称性については、対角方向で輝度差が出るように光軸を配置して設計したパネルを試作し、そのパネルを目視観察して、対角方向の輝度の差（比）がどの程度にまで低減されるとなると輝度差を感じなくなるのかを実験により確認した。その実験の結果、対角方向の輝度のピークの比を１．２：１程度以下とすれば、非対称性が気にならないレベルになることが確認できた。

図５は、シミュレーションにより得られた、回転角θ１を０度としたときの光学補償層１１８のリタデーション（（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ）と光漏れの輝度比との関係を示している。このシミュレーションでは、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦０．５の光学特性を有する光学補償層１１８を用いた。同図において、輝度比は、光学補償層１１８を有する液晶表示装置を斜め視野から観察した場合における光漏れの量と、光学補償層１１８を有しない通常のＩＰＳ型の液晶表示装置を斜めから観察した場合における光漏れの量との比を示している。同図から、光学補償層１１８のリタデーションを、９４ｎｍ≦（ｎｘ−ｎｙ）ｘ ｄ ≦２１４ｎｍの範囲とすることで、光漏れの輝度比を０．５以下として、光漏れを気にならないレベルにできることわかる。

図６は、シミュレーションにより得られた黒表示時の輝度ビューイングコーンを示している。このシミュレーションでは、プレチルト角θｃ２を−１．５度とし、光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１を１．５度とした。同図では、図１７と同様に、方位角０度〜３６０度、及び、極角０度〜８０度について、黒表示時の輝度を、等高線で示していている。図７は、図６の方位角２５度／２０５度方向と方位角６５度／２４５度方向とにおける極角と輝度との関係を示している。同図では、図６に示す輝度分布の輝度の最大値を１として、輝度を規格化して示している。

図６に示すように、輝度分布は、方位角９０度／２７０度方向の線を中心として、ほぼ左右対称になっている。また、図６及び図７に示すように、方位角２５度／２０５度付近、及び、方位角６５度／２４５度付近では、極角が６０度〜８０度の間で、光漏れのピークが現れている。以下では、方位角２５度方向及び６５度方向をプラス側とし、それとは逆方向の方位角２０５度方向及び２４５度方向をマイナス側として、方位角２５度／２０５度方向、及び、方位角６５度／２４５度方向の双方について、プラス側（上側）の輝度のピークと、マイナス側（下側）の輝度のピークとの比をそれぞれ１．２以下とするプレチルト角θｃ２と光学補償層の光学的弾性軸の回転角θ１との組み合わせを求める。

図８は、シミュレーションにより得られた、プレチルト角と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１との組合せと、輝度比との関係を３次元グラフで示している。このシミュレーションでは、ＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ２を−２度〜−０．５度範囲で変化させ、光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１を−２度〜＋２度の範囲で変化させて、プレチルト角θｃ２と回転角θ１との各組み合わせについて、方位角２５度／２０５度方向のプラス側における輝度のピークとマイナス側における輝度のピークとの比を輝度比として求めた。光学補償層１１８については、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦０．５の光学特性を有し、（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ＝１３０ｎｍの光学特性を有する光学補償層１１８を使用した。

図９は、シミュレーションにより得られた、プレチルト角と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１との組合せと、輝度比との関係を３次元グラフで示している。このシミュレーションでは、図８と同様に、ＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ２を−２度〜−０．５度範囲で変化させ、光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１を−２度〜＋２度の範囲で変化させて、プレチルト角θｃ２と回転角θ１との各組み合わせについて、方位角６５度／２４５度方向のプラス側における輝度のピークとマイナス側における輝度のピークとの比を輝度比として求めた。

図８に示すシミュレーション結果及び図９に示すシミュレーション結果のそれぞれについて、輝度比が１．２以下となる範囲と、１．２を超える範囲との境界を１次式で近似して、それらを重ねて平面的に示すと、図１０に示すグラフが得られる。同図において、方位角２５度／２０５度方向で、輝度比が１．２以下となる範囲をプレチルト角θｃ２と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１とを用いて表すと、
0.661×θｃ２−0.544 ≦ θ１ ≦ 0.524×θｃ２＋0.524 （１）
となる。また、方位角６５度／２４５度方向で、輝度比が１．２以下となる範囲は、
θ１ ≦ 4.76×θｃ２＋7.54 （２）
と表される。

プレチルト角θｃ２と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１との組合せが、式（１）及び（２）を同時に満すとき、つまりは図１０中に斜線で示す領域内にあるときには、方位角２５度／２０５度方向、及び、６５度／２４５度方向の双方で、輝度比を１．２以下とすることができる。斜線で示す領域を、プレチルト角θｃ２と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１とを用いて表すと、
領域Ａ：
0.661×θｃ２−0.544 ≦ θ１ ≦ 4.76×θｃ２＋7.54 （３）
ただし、−1.95 ≦ θｃ２ ＜ −1.65
領域Ｂ：
0.661×θｃ２−0.544 ≦ θ１ ≦ 0.524×θｃ２＋0.524 （４）
ただし、−1.65 ≦ θｃ２ ≦ −0.5
となる。

本実施形態では、光学補償層１１８の光学的弾性軸ｎｘ及び光学的弾性軸ｎｚを回転角θ１だけ傾斜させているため、液晶層のプレチルト角による上下方向のリタデーションの差を小さくすることができる。これにより、視野角特性の非対称性を小さくすることができ、コントラスト視野角特性を改善できる。また、プレチルト角θｃ２と回転角θ１との組合せを、上記領域Ａ、Ｂ内の組合せに設定することにより、対角方向での輝度のピークの比を１．２以下とすることができ、光漏れの非対称性を観察者が気にならないレベルにまで低減させることができる。

第２実施形態
本発明の第２実施形態の液晶表示装置は、図１に示す断面構造と同様な構造を有する。本実施形態は、液晶分子１１２の配向と、光学補償層１１８の光学特性とが、第１実施形態と相違する。図１１は、本実施形態の液晶表示装置１００ａにおける液晶の配向の様子を示している。液晶分子１１２は、ＴＦＴ基板１０２側では、図２に示すように、正の方向にθｔ３（０＜θｔ３≦２度）のプレチルト角で立ち上がっている。また、ＣＦ基板１０４側では、負の方向にθｃ３のプレチルト角で立ち上がっている。図１２は、本実施形態における光学補償層の光学特性を模式的に示している。本実施形態では、光学補償層１１８ａの３つの光学的弾性軸は、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と一致する。

本発明者らは、上記構成を有する液晶表示装置１００ａについてシミュレーションを行い、ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ３とについて、光漏れの非対称性を気にならないレベルにまで低減できる組合せの範囲を求めた。このシミュレーションでは、第１実施形態と同様に、方位角２５度／２０５度方向、及び、方位角６５度／２４５度方向の双方について、プラス側（上側）の輝度のピークと、マイナス側（下側）の輝度のピークとの比をそれぞれ１．２以下とするＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ３との組み合わせを求めた。光学補償層１１８ａについては、０≦（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦０．５の光学特性を有し、（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ＝１３０ｎｍの光学特性を有する光学補償層１１８ａを使用した。

図１３は、方位角２５度／２０５度方向における、ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ３との組合せと、輝度比との関係を３次元グラフで示している。また、図１４は、方位角６５度／２４５度方向における、ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ３との組合せと、輝度比との関係を３次元グラフで示している。

図１３に示すシミュレーション結果及び図１４に示すシミュレーション結果のそれぞれについて、輝度のピークの比が１．２以下となる範囲と、１．２を超える範囲との境界を１次式で近似して、それらを重ねて平面的に示すと、図１５に示すグラフが得られる。同図において、方位角２５度方向で、輝度比が１．２以下となる範囲を、ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０２側のプレチルト角θｃ３とを用いて表すと、
−1.51×θｔ３−1.23 ≦ θｃ３ ≦ −0.999×θｔ３＋0.936 （５）
となる。また、方位角６５度方向で、輝度比が１．２以下となる範囲は、
θｃ３ ≦ −2.42×θｔ３+1.82 （６）
と表される。

ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０２側のプレチルト角θｃ３との組合せが、式（５）及び（６）を同時に満すとき、つまりは図１５中に斜線で示す領域内にあるときには、方位角２５度／２０５度方向、及び、６５度／２４５度方向の双方で、輝度比を１．２以下とすることができる。斜線で示す領域を、プレチルト角θｃ２と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１とを用いて表すと、
領域Ｃ：
−1.51×θｔ３−1.23 ≦ θｃ３ ≦ −0.999×θｔ３＋0.936 （７）
ただし0.500 ≦ θｔ３ ＜ 0.625
領域Ｄ：
−1.51×θｔ３−1.23 ≦ θｃ３ ≦θｃ３ ≦ −2.42×θｔ３+1.82 （８）
ただし0.625 ≦ θｔ３ ≦ 2.0
となる。

本実施形態では、液晶分子１１２は、ＴＦＴ基板１０２側ではプレチルト角θｔ３で立ち上がり、ＣＦ基板１０４側ではプレチルト角θｃ３で立ち上がっている。双方のプレチルト角θｔ３、θｃ３が異なる場合には、液晶分子１１２をＴＦＴ基板１０２側からＣＦ基板１０４側まで重ねてみたときに、光学的弾性軸は、Ｚ方向からプレチルト角の差に応じた角度だけずれることとなる。これにより、光学補償層１１８の光学的弾性軸を回転角θ１だけ傾けた第１実施形態と同様に、液晶層のプレチルト角による上下方向のリタデーションの差を小さくすることができ、視野角特性の非対称性を小さくすることができる。また、ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ３との組合せを、上記領域Ｃ、Ｄ内の組合せに設定することにより、対角方向での輝度のピークの比を１．２以下とすることができ、光漏れの非対称性を観察者が気にならないレベルにまで低減させることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の液晶表示装置は、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。例えば、液晶層を挟み込み一対の基板のうちの一方に反射板を設けて、液晶表示装置を、反射型又は半透過型の液晶表示装置として構成することもできる。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置を示す断面図。 液晶層１０３における液晶の配向の様子を示す断面図。 液晶分子の立ち上がり方向と回転方向の正負との関係を示す断面図。 光学補償層１１８の光学特性を模式的に示す立体斜視図。 シミュレーションにより得られた、回転角θ１を０度としたときの光学補償層１１８のリタデーション（（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ）と光漏れの輝度比との関係を示すグラフ。 シミュレーションにより得られた黒表示時の輝度ビューイングコーン。 図６の方位角２５度／２０５度方向と方位角６５度／２４５度方向とにおける極角と輝度との関係を示すグラフ。 シミュレーションにより得られた、プレチルト角と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１との組合せと、輝度比との関係を示す３次元グラフ。 シミュレーションにより得られた、プレチルト角と光学補償層１１８の光学的弾性軸の回転角θ１との組合せと、輝度比との関係を示す３次元グラフ。 図８に示すシミュレーション結果と図９に示すシミュレーション結果とを平面的に重ねて示すグラフ。 本実施形態の液晶表示装置１００ａにおける液晶の配向の様子を示す断面図。 本実施形態における光学補償層の光学特性を模式的に示す立体斜視図。 方位角２５度／２０５度方向における、ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ３との組合せと、輝度比との関係を示す３次元グラフ。 方位角６５度／２４５度方向における、ＴＦＴ基板１０２側のプレチルト角θｔ３とＣＦ基板１０４側のプレチルト角θｃ３との組合せと、輝度比との関係を示す３次元グラフ。 図１３に示すシミュレーション結果と図１４に示すシミュレーション結果とを平面的に重ねて示すグラフ。 （ａ）は、アンチパラレル配向の液晶層を有するＩＰＳモードの液晶表示装置の液晶の配向の様子を示す断面図、同図（ｂ）は、この液晶表示装置を正面から見たときの液晶の配向の様子を示す平面図。 シミュレーションによって計算された、アンチパラレル配向の液晶表示装置における黒表示時の輝度ビューイングコーン。 方位角２５度／２０５度方向、及び、方位角６５度／２４５度方向における極角と輝度との関係を示すグラフ。 スプレイ配向の液晶表示装置の液晶の配向の様子を示す断面図。 シミュレーションによって計算された、スプレイ配向の液晶表示装置における黒表示時の輝度ビューイングコーン。 方位角２５度／２０５度方向、及び、方位角６５度／２４５度方向における極角と輝度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１００：液晶表示装置
１０１、１０５：偏光板
１０２：ＴＦＴ基板
１０３：液晶層
１０４：ＣＦ基板
１０６、１１６：ガラス基板
１０７：絶縁膜
１０８：ＴＦＴ
１０９：画素電極
１１０：対向電極
１１１、１１３：配向膜
１１２：液晶分子
１１４：着色層
１１５：遮光層
１１８：光学補償層

Claims (3)

1. 画素電極と対向電極とが配置された第１の基板と、ツイスト角がほぼ０°で基板面に対して液晶分子長軸方向がほぼ平行に配列され、前記第１の基板に配置された画素電極と対向電極とによる基板と平行な電界により駆動される液晶層と、第２の基板と、光学補償層と、を順に積層させた横方向電界方式の液晶表示装置において、
   前記第１の基板に対して垂直な方向をｚ方向とし、ｚ方向において当該第１の基板から前記第２の基板に向かう方向を＋ｚ方向とし、ツイスト角がほぼ０°の液晶分子長軸方向を前記第１の基板平面に投影した方向をｘ方向とし、ｘ方向において前記画素電極から前記対向電極に向かう方向を＋ｘ方向とし、ｘ方向とｚ方向とに直交する方向をｙ方向とし、＋ｘ方向と＋ｚ方向とから右手系で＋ｙ方向を規定し、液晶分子のｘ方向に対する傾斜角度の正負を、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値も増加する傾斜を表す角度を正、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値が減少する傾斜を表す角度を負と定義するとき、
   前記液晶層は、前記第１の基板近傍において当該第１の基板と液晶分子とがなす正のプレチルト角θｐ１を、前記第２の基板近傍において当該第２の基板と液晶分子とがなす負のプレチルト角θｐ４をそれぞれ有し、θｐ１＝−θｐ４であり、
   前記光学補償層は、進相軸がｙ方向を向き、遅相軸がｘ方向から正の所定角度θｓ傾いた方向を向き、厚さ方向の光学弾性軸がｚ方向から前記所定角度θｓ傾いた方向とした場合において、θｓ＝０としたときの前記光学補償層の光学特性が、遅相軸方向の屈折率をｎｘ、進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚ、前記光学補償層の厚みをｄとしたとき、０＜（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦０．５であり、かつ、９４ｎｍ≦（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ≦２１４ｎｍの関係にあり、
   前記プレチルト角θｐ４が−１．９５≦θｐ４＜−１．６５の範囲にあるとき、前記所定角度θｓが、０．６６１×θｐ４−０．５４４≦θｓ≦４．７６×θｐ４＋７．５４の範囲にあり、
   前記プレチルト角θｐ４が−１．６５≦θｐ４≦−０．５の範囲にあるとき、前記所定角度θｓが、０．６６１×θｐ４−０．５４４≦θｓ≦０．５２４×θｐ４＋０．５２４の範囲にあることを特徴とする液晶表示装置。
2. 画素電極と対向電極とが配置された第１の基板と、ツイスト角がほぼ０°で基板面に対して液晶分子長軸方向がほぼ平行に配列され、前記第１の基板に配置された画素電極と対向電極とによる基板と平行な電界により駆動される液晶層と、第２の基板と、光学補償層と、を順に積層させた横方向電界方式の液晶表示装置において、
   前記第１の基板に対して垂直な方向をｚ方向とし、ｚ方向において当該第１の基板から前記第２の基板に向かう方向を＋ｚ方向とし、ツイスト角がほぼ０°の液晶分子長軸方向を前記第１の基板平面に投影した方向をｘ方向とし、ｘ方向において前記画素電極から前記対向電極に向かう方向を＋ｘ方向とし、ｘ方向とｚ方向とに直交する方向をｙ方向とし、＋ｘ方向と＋ｚ方向とから右手系で＋ｙ方向を規定し、液晶分子のｘ方向に対する傾斜角度の正負を、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値も増加する傾斜を表す角度を正、ｘ方向の座標値が増加した場合にｚ方向の座標値が減少する傾斜を表す角度を負と定義するとき、
   前記液晶層は、前記第１の基板近傍において当該第１の基板と液晶分子とがなす正のプレチルト角θｐ２を、前記第２の基板近傍において当該第２の基板と液晶分子とがなす負のプレチルト角θｐ３をそれぞれ有し、
   前記光学補償層は、進相軸がｙ方向を向き、遅相軸がｘ方向を向き、厚さ方向の光学弾性軸がｚ方向とした場合において、前記光学補償層の光学特性が、遅相軸方向の屈折率をｎｘ、進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚ、前記光学補償層の厚みをｄとしたとき、０≦（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦０．５であり、かつ、９４ｎｍ≦（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ≦２１４ｎｍの関係にあり、
   前記プレチルト角θｐ２が０．５００≦θｐ２＜０．６２５の範囲にあるとき、−１．５１×θｐ２−１．２３≦θｐ３≦−０．９９９×θｐ２＋０．９３６の関係にあり、
   前記プレチルト角θｐ２が０．６２５≦θｐ２≦２．０の範囲にあるとき、−１．５１×θｐ２−１．２３≦θｐ３≦−２．４２×θｐ２＋１．８２の関係にあることを特徴とする液晶表示装置。
3. 液晶表示装置を１の方位角方向から観察したときの輝度のピーク値と、前記１の方位角方向と逆の方位角方向から観察したときの輝度のピーク値との比が、１．２以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示装置。

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