JP2004317714A - 液晶表示装置および積層位相差板 - Google Patents

Abstract

【課題】黒表示の着色が抑制され、高コントラスト比の表示が可能で、且つ、低コストで製造可能なノーマリブラックモードのツイストネマチック型液晶表示装置およびそれに好適に用いられる積層位相差板を提供する。
【解決手段】一対の基板１１ａ、１１ｂおよびこれらの間に設けられた液晶層１２を備える液晶セル１０と、液晶セル１０を介して互いに対向する一対の偏光板２０ａ、２０ｂとを有し、ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置であり、一方の偏光板２０ａと液晶セル１０との間に配置された第１の光学補償素子１と、第１の光学補償素子１と一方の偏光板２０ａとの間に配置された第２の光学補償素子２とをさらに有する。第１の光学補償素子１は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の旋光度の波長依存性を補償し、第２の光学補償素子２は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の楕円率の波長依存性を補償する。
【選択図】 図１

Description

【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、ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置に関する。また、本発明は、そのような液晶表示装置に用いられる積層位相差板にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示装置として、ノーマリホワイトモードで表示を行うＴＮ（ツイストネマチック）型の液晶表示装置が広く利用されている。
【０００３】
ノーマリホワイトモードの液晶表示装置では、画素内で画素電極が存在しない領域（例えばバスラインと画素電極との間）は、常に電圧無印加状態であるために常に光が透過している。この光は、白表示時には特に問題とはならないが、黒表示時には光漏れとなるので表示のコントラスト比を低下させてしまう。そのため、一般的には、この光漏れを防止するために前面側の基板に遮光層が設けられる。
【０００４】
この遮光層は、２枚の基板の貼り合わせ精度を考慮し、光漏れが発生する領域よりも広く設置されるので、画素の開口率を大きく低下させてしまう。そのため、このような遮光層は、高開口率の液晶表示装置を実現する上で不利な要素となっていた。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するため、電圧無印加状態で黒表示を行うノーマリブラックモードが提案されている。ノーマリブラックモードのＴＮ型液晶表示装置では、液晶分子が液晶層の厚さ方向に沿ってねじれ配向した状態において黒表示が行われる。
【０００６】
ところが、ノーマリブラックモードのＴＮ型液晶表示装置では、液晶層の屈折率異方性が波長依存性（波長分散特性）を有しているために、黒表示が色付くという新たな問題が発生してしまう。
【０００７】
５５０ｎｍがファーストミニマム条件となるようにリタデーションΔｎ・ｄが調整された液晶層についてこの問題を説明する。この液晶層に黒表示状態（ねじれ角が９０°で配向している状態）において直線偏光を入射させると、液晶層を通過後には、波長５５０ｎｍの光は、入射した直線偏光と偏光方向が直交した直線偏光となる。ところが、液晶層の屈折率異方性が波長分散特性を有しているので、その他の波長の光は、液晶層から出射したときには楕円偏光となってしまう。さらに、この楕円偏光の長軸方位は、直線偏光として出射する波長５５０ｎｍの光の偏光方向からずれている。このような長軸方位のずれは、ねじれ配向の液晶層に特有の現象であり、ねじれのないホモジニアス配向の液晶層では生じない現象である。
【０００８】
このように、ノーマリブラックモードのＴＮ型液晶表示装置では、黒表示状態において液晶層を通過した光は、所望の直線偏光状態ではない成分を含んでおり、波長５５０ｎｍの光は観察者側の偏光板によって遮光されるものの、その他の波長の光は観察者側の偏光板をいくらか通過してしまう。そのため、黒表示が色付き、コントラスト比が低下する。
【０００９】
この問題を解決するために、多数の位相差フィルムを用いて色補償をする方法（非特許文献１）や、遅相軸が厚さ方向に沿ってねじれ、液晶層の波長依存性と逆の波長依存性を有するねじれ位相板により補償する方法（特許文献１）が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１８８２３２号公報
【非特許文献１】
Ｓｅｒｇａｎ、外３名、「Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｂｌａｃｋ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｗｉｄｅ Ｖｉｅｗｉｎｇ Ａｎｇｌｅ Ｕｓｉｎｇ Ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｉｎ−ｐｌａｎｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｆｉｌｍｓ」、Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．、１９９８年３月、第３７巻、ｐ．８８９−８９４
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に開示されている方法では、多数の位相差フィルムを用いるので、製造コストの上昇や表示装置の厚さの増加を招いてしまう。また、特許文献１に開示されている方法では、ねじれ位相板の生産性が低く、工業的に利用しにくいので、製造コストが上昇してしまう。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、黒表示の着色が抑制され、高コントラスト比の表示が可能で、且つ、低コストで製造可能なノーマリブラックモードのツイストネマチック型液晶表示装置およびそれに好適に用いられる積層位相差板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示装置は、一対の基板および前記一対の基板間に設けられた液晶層を備える液晶セルと、前記液晶セルを介して互いに対向する一対の偏光板とを有し、ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置であって、前記一対の偏光板の一方と前記液晶セルとの間に配置された第１の光学補償素子と、前記第１の光学補償素子と前記一方の偏光板との間に配置された第２の光学補償素子とをさらに有し、前記第１の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の旋光度の波長依存性を補償し、前記第２の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の楕円率の波長依存性を補償し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記第１の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光のうち、特定の波長の直線偏光の偏光方向を実質的に変化させずに、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光の楕円長軸方向を前記特定の波長の直線偏光の偏光方向と実質的に同じにする機能を有する。
【００１５】
ある好適な実施形態において、前記第２の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光のうち、前記特定の波長の直線偏光を直線偏光のまま通過させ、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光を実質的に直線偏光にする機能を有する。
【００１６】
あるいは、本発明による液晶表示装置は、一対の基板および前記一対の基板間に設けられた液晶層を備える液晶セルと、前記液晶セルを介して互いに対向する一対の偏光板とを有し、ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置であって、前記一対の偏光板の一方と前記液晶セルとの間に配置された第１の光学補償素子と、前記第１の光学補償素子と前記一方の偏光板との間に配置された第２の光学補償素子とをさらに有し、前記第１の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光のうち、特定の波長の直線偏光の偏光方向を実質的に変化させずに、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光の楕円長軸方向を前記特定の波長の直線偏光の偏光方向と実質的に同じにする機能を有し、前記第２の光学補償素子は、前記特定の波長の直線偏光を直線偏光のまま通過させ、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光を実質的に直線偏光にする機能を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記第１の光学補償素子は、前記液晶層に平行な面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有し、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の旋光度の波長依存性に応じて、前記第１の光学補償素子の遅相軸と前記第１の光学補償素子の面内リタデーションの波長分散特性とが所定の状態に設定されており、そのことによって前記第１の光学補償素子の前記機能が奏される。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記第２の光学補償素子は、前記液晶層に平行な面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有し、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の楕円率の波長依存性に応じて、前記第２の光学補償素子の遅相軸と前記第２の光学補償素子の面内リタデーションの波長分散特性とが所定の状態に設定されており、そのことによって前記第２の光学補償素子の前記機能が奏される。
【００１９】
前記特定の波長は４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域に含まれることが好ましく、５００ｎｍ以上６００ｎｍの波長域に含まれることがさらに好ましい。
【００２０】
黒表示状態における前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄの値は３９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることが好ましく、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下であることがより好ましく、４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２１】
前記第１の光学補償素子は、前記液晶層に平行な平面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な平面内に遅相軸を有し、前記第１の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_１の値は、７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であり、前記第１の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と８５°以上９５°以下の角をなすことが好ましい。前記第１の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_１の値は、１０５ｎｍ以上１７５ｎｍ以下であることがより好ましく、また、前記第１の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶分子の黒表示状態における配向方向と８６°以上９４°以下の角をなすことがより好ましく、略９０°の角をなすことがさらに好ましい。
【００２２】
前記第２の光学補償素子は、前記液晶層に平行な平面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な平面内に遅相軸を有し、前記第２の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_２は、前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄと、０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５０≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋８０の関係を満足し、前記第２の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と４２°以上４８°以下の角をなすことが好ましい。前記第２の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_２は、前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄと、０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５５≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋７５の関係を満足することがより好ましく、また、前記第２の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶分子の黒表示状態における配向方向と４３°以上４７°以下の角をなすことがより好ましく、略４５°の角をなすことがさらに好ましい。
【００２３】
あるいは、本発明による液晶表示装置は、一対の基板、前記一対の基板間に設けられた液晶層、および、前記一対の基板の前記液晶層側の表面に設けられた一対の配向層を備える液晶セルと、前記液晶セルを介して互いに対向する一対の偏光板とを有し、ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置であって、前記一対の偏光板の一方と前記液晶セルとの間に配置された第１の光学補償素子と、前記第１の光学補償素子と前記一方の偏光板との間に配置された第２の光学補償素子とをさらに有し、黒表示状態における前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄの値は３９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、前記第１の光学補償素子および前記第２の光学補償素子は、それぞれ前記液晶層に平行な面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有し、前記第１の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_１の値は、７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であり、前記第１の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と８５°以上９５°以下の角をなし、前記第２の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_２は、前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄと、０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５０≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋８０の関係を満足し、前記第２の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と４２°以上４８°以下の角をなしており、そのことによって上記目的が達成される。
【００２４】
前記第１の光学補償素子および前記第２の光学補償素子は、前記液晶セルに対して観察者側に配置されていてもよい。
【００２５】
前記第１の光学補償素子および前記第２の光学補償素子は、前記液晶セルに対して観察者とは反対側に配置されていてもよい。
【００２６】
前記第１の光学補償素子は一軸光学異方性を有する位相差フィルムであることが好ましい。
【００２７】
前記第２の光学補償素子は一軸光学異方性を有する位相差フィルムであることが好ましい。
【００２８】
典型的には、前記一対の偏光板の他方の偏光板の透過軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と略平行または略垂直である。
【００２９】
典型的には、前記液晶層のツイスト角は８５°以上９５°以下である。
【００３０】
本発明による積層位相差板は、第１層および第２層を含む積層構造を備えた積層位相差板であって、前記第１層および第２層は、それぞれ層面に平行な面内に遅相軸を有するとともにそれぞれ層面に平行な面内にリタデーションを有し、前記第１層の面内リタデーションの値は、７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であり、前記第２層の面内リタデーションの値は、２２０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下であり、前記第２層の遅相軸は、前記第１層の遅相軸と４２°以上４８°以下の角をなし、そのことによって上記目的が達成される。
【００３１】
前記第２層の遅相軸は、前記第１層の遅相軸と略４５°の角をなしていることが好ましい。
【００３２】
本発明による積層位相差板は、ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置に好適に用いられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
図１に、本実施形態における液晶表示装置１００の構成を模式的に示す。
【００３５】
液晶表示装置１００は、液晶セル１０と、液晶セル１０を介して互いに対向する一対の偏光板２０ａおよび２０ｂとを有し、ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置である。
【００３６】
液晶セル１０は、一対の基板１１ａおよび１１ｂと、これらの間に設けられた液晶層１２とを備えている。液晶層１２の配向状態は、液晶層１２を介して互いに対向する電極１３ａおよび１３ｂによって制御される。図１では、電圧無印加状態の液晶層１２に含まれる液晶分子を模式的に示している。液晶層１２のツイスト角は、典型的には、８５°以上９５°以下である。また、本実施形態では、液晶層１２は、背面側の基板１１ｂ側から前面側の基板１１ａ側に向かって液晶分子が反時計回りにねじれ配向するように設定されている。
【００３７】
液晶セル１０がアクティブマトリクス駆動される場合には、電極１３ａおよび１３ｂは、画素ごとに設けられた画素電極とそれに対向する対向電極であり、液晶セル１０の画素ごとにＭＩＭ素子やＴＦＴ素子などのアクティブ素子が設けられる。また、液晶セル１０が単純マトリクス駆動される場合には、電極１３ａおよび１３ｂは、ストライプ状に形成される。
【００３８】
本実施形態では、一対の基板１１ａおよび１１ｂの液晶層１２側の表面に、一対の配向層１４ａおよび１４ｂが設けられている。配向層１４ａおよび１４ｂは、例えばラビング処理が施された水平配向膜である。
【００３９】
液晶セル１０の外側に配置された偏光板２０ａおよび２０ｂは、液晶層１２に電圧が印加されていない状態で黒表示を行うことができるように透過軸が設定されている。
【００４０】
液晶表示装置１００は、ノーマリブラックモードで表示を行うので、ノーマリホワイトモードのように画素内で電極が存在しない領域に遮光層を設ける必要がなく、開口率を高くして明るい表示を実現することができる。
【００４１】
本実施形態における液晶表示装置１００は、さらに、観察者側の偏光板２０ａと液晶セル１０との間に配置された第１の光学補償素子１と、この第１の光学補償素子１と偏光板２０ａとの間に配置された第２の光学補償素子２とを有している。以下、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２の機能を説明する。
【００４２】
まず、黒表示状態において液晶層１２を通過した光の偏光状態をポアンカレ球を用いて説明する。「ポアンカレ球」は、図２に示すように、偏光状態を表現するストークスパラメータＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３のうち、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を直交座標系の各軸にとったときのＳ_０（強度）を半径とする球であり、光の偏光状態はこのポアンカレ球の球面上の点の位置で表わされる。このような表示方法は「ポアンカレ球表示」と呼ばれる。
【００４３】
ポアンカレ球面上の点Ｓの緯度Ｌａは、楕円率角の２倍、経度Ｌｏは楕円長軸方位角の２倍を表し、正の楕円率角が右回りの円偏光に対応する。従って、ポアンカレ球の上半球に右回り偏光、下半球に左回り偏光が表示される。また、赤道上には楕円率角がゼロの光すなわち直線偏光が表示され、上下両極にそれぞれ右円偏光と左円偏光とが表示される。
【００４４】
黒表示状態において液晶層１２に入射する光（偏光板２０ｂを介して直線偏光として入射する）が液晶層１２から出射したときの偏光状態を図３（ａ）および（ｂ）に示す。図３（ａ）は、Ｓ_２軸とＳ_３軸とを含む平面上に、図３（ｂ）は、Ｓ_１軸とＳ_３軸とを含む平面上にポアンカレ球上の点を正射影した図である。図３（ａ）および（ｂ）では、波長４００ｎｍから７００ｎｍの光を示しており、また、このときの液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄは４８０ｎｍで波長５５０ｎｍの光に対してファーストミニマム条件を満足している。なお、正面リタデーションΔｎ・ｄは、層面に垂直に（厚さ方向に平行に）入射する光に対して液晶層１２が示すリタデーションである。
【００４５】
図３（ａ）において、Ｓ_２軸の座標が異なることは、偏光の長軸方位が異なっていることを表しており、Ｓ_２＝０は、偏光の長軸方位が液晶層１２への入射時の直線偏光の偏光方向と直交していることを示す。なお、本願明細書では、特にことわらない限り、「偏光の長軸方位」は、楕円偏光の楕円長軸方向だけでなく直線偏光の偏光方向もさすこととする。また、図３（ａ）および（ｂ）において、Ｓ_３軸の座標が異なることは、偏光の楕円率が異なっていることを示し、Ｓ_３＝０が直線偏光、Ｓ_３＝１が右円偏光、Ｓ_３＝−１が左円偏光を示している。
【００４６】
図３（ａ）に示したように、波長５５０ｎｍの偏光（図中に□で示している）はその長軸方位が入射時の直線偏光の偏光方向と直交している。これに対して、その他の波長の偏光、例えば波長４５０ｎｍの偏光（図中に△で示している）や波長６５０ｎｍの偏光（図中に○で示している）は、その長軸方位が波長５５０ｎｍの光とは異なっている。また、波長５５０ｎｍの偏光が直線偏光であるのに対して、その他の波長の偏光は直線偏光ではなく楕円偏光となっている。
【００４７】
このように、ツイストネマチック型の液晶表示装置１００では、黒表示状態の液晶層１２を通過した光のうちの特定の波長成分（ここでは波長５５０ｎｍの光）だけが所望の直線偏光状態となっており、液晶層１２を通過した偏光はその長軸方位や楕円率が波長によって異なっている。すなわち、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光は、「旋光度」および「楕円率」に波長依存性（波長分散）を有している。偏光の「旋光度」は、液晶層１２による偏光の長軸方位の変化を角度で表したものである。また、偏光の「楕円率」は、偏光の電場ベクトルが伝搬方向に垂直な平面内で描く形状の長軸と短軸との比であり、直線偏光の楕円率はゼロ、円偏光の楕円率は１であるといえる。
【００４８】
液晶表示装置１００が備える第１の光学補償素子１は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の「旋光度」の波長依存性（波長分散）を補償する。
【００４９】
典型的には、第１の光学補償素子１は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光のうち、特定の波長の直線偏光の偏光方向を実質的に変化させずに、その特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光の楕円長軸方向を、その特定の波長の直線偏光の偏光方向と実質的に同じにする機能を有する。本実施形態における第１の光学補償素子１は、既に所望の偏光状態が得られている波長５５０ｎｍの偏光の長軸方位を実質的に変化させずに、その他の波長の偏光の長軸方位を波長５５０ｎｍの偏光の長軸方位と実質的に同じにする。
【００５０】
上記機能を有する第１の光学補償素子１は、例えば、液晶層１２に平行な平面内に遅相軸を有し、この遅相軸が第１の光学補償素子１に近い方の配向層１４ａの配向規制方向に対してほぼ直交するように配置されている。つまり、第１の光学補償素子１の遅相軸は、第１の光学補償素子１に近い方の基板１１ａ近傍に位置する液晶分子の黒表示状態における配向方向と実質的に直交するように配置されている。このような配置とすることによって、波長５５０ｎｍの光に対して位相差を与えることなく、他の波長の光に位相差を与えることが可能になるので、波長５５０ｎｍの偏光の長軸方位を実質的に変化させることなく、他の波長の偏光の長軸方位を変化させることができる。
【００５１】
このように遅相軸が設定された第１の光学補償素子１を光が通過したときの偏光状態の変化は、図３（ａ）のグラフ上の点を、Ｓ_２＝０、Ｓ_３＝０の点を中心に反時計回りに回転させることと等価である。従って、もともとＳ_２＝０、Ｓ_３＝０の位置にある波長５５０ｎｍの光の経度を変えずに、他の波長の光の経度を変化させることができる。
【００５２】
図３（ａ）のグラフ上での回転角度は、第１の光学補償素子１が液晶層１２に平行な平面内に有するリタデーションの大きさに依存するので、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１の大きさを適宜調整することによって、図３（ａ）のグラフ上での回転角を制御し、偏光の長軸方位の変化を制御することができる。
【００５３】
ただし、図３（ａ）からもわかるように、液晶層１２を通過した各波長の光は、ポアンカレ球面上で赤道上に並んでいるわけではなく、図３（ａ）のグラフ上で直線状に分布しているわけではない。そのため、経度のばらつきをより小さくして偏光の長軸方位のずれをより小さくするためには、すべての波長の光を一様な角度で回転させるよりも、波長に応じて回転角を異ならせることが好ましい。
【００５４】
例えば、第１の光学補償素子１が、ある波長の光に対してその波長の４分の１の大きさの面内リタデーションＲｅ_１を有する場合には、その波長の光は図３（ａ）のグラフ上で反時計回りに略９０°回転させられるが、第１の光学補償素子１としてすべての波長の光に対してλ／４板として機能するものを用いると、すべての波長の光が反時計回りに略９０°回転させられるので、すべての波長の光を同一経線上に並べることは難しい。
【００５５】
本実施形態では、５５０ｎｍよりも短い波長域の光および５５０ｎｍよりも長い波長域の光は、図３（ａ）および（ｂ）に示したように、Ｓ_３＜０の領域に分布している。そのため、５５０ｎｍよりも短い波長域の光を９０°よりも大きな角度で回転させ、５５０ｎｍよりも長い波長域の光を９０°よりも小さな角度で回転させることによって、偏光の長軸方位のずれをより小さくすることができる。
【００５６】
波長に応じて回転角を適切に設定するために、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１の波長分散特性を利用することができる。一般に、波長λの光に対する第１の光学補償素子１の面内リタデーションをＲｅ_{１， λ}とすると、波長λの光の図３のグラフ上での回転角θ_１は、下式で表すことができる。
【００５７】
θ_１＝３６０×Ｒｅ_{１， λ}／λ（°）
【００５８】
従って、Ｒｅ_{１， λ}を適切に設定することによって、各波長の光の回転角θ_１を所望のものとすることができ、偏光の長軸方位のずれをより小さくし、偏光の長軸方位を実質的にそろえることができる。
【００５９】
このように、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の旋光度の波長依存性に応じて、第１の光学補償素子１の遅相軸と面内リタデーションＲｅ_１の波長分散特性とを所定の状態（偏光の長軸方位をそろえ得る状態）に設定することによって、第１の光学補償素子１はその機能を好適に奏する。
【００６０】
第１の光学補償素子１としては、例えば、ポリカーボネートから形成された一軸光学異方性を有する位相差フィルムであって、波長５５０ｎｍの光に対する面内リタデーションＲｅ_１が１３８ｎｍで、図４に◆で示した波長分散特性を有する位相差フィルムを用いることができる。なお、図４では、波長５５０ｎｍの光に対する面内リタデーションを１として示している。
【００６１】
図５（ａ）および（ｂ）に、液晶層１２および第１の光学補償素子１を通過した後の光の偏光状態を示す。図５（ａ）は、Ｓ_２軸とＳ_３軸とを含む平面上に、ポアンカレ球上の点を正射影した図であり、図５（ｂ）は、Ｓ_１軸とＳ_３軸とを含む平面上に、ポアンカレ球上の点を正射影した図である。図５（ａ）に示したように、第１の光学補償素子１を通過させることによって、すべての波長の光のＳ_２の値を５５０ｎｍの光のＳ_２の値と実質的に同じとすることができ、すべての波長の偏光の長軸方位を実質的にそろえることができる。後述する第２の光学補償素子２による光学補償の容易さの観点から、偏光の長軸方位のばらつきはできるだけ小さいことが好ましい。
【００６２】
上述したように、第１の光学補償素子１を通過した光は、偏光の長軸方位がすべての波長にわたってほぼそろっている。ただし、第１の光学補償素子１を通過した光は、Ｓ_３の値（ポアンカレ球面上の緯度）が波長ごとに異なっており、直線偏光成分だけではなく、楕円偏光成分も含んでいる。つまり、この時点では、光は、その楕円率に波長依存性（波長分散）を有している。
【００６３】
第２の光学補償素子２は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の「楕円率」の波長依存性（波長分散）を補償する。
【００６４】
典型的には、第２の光学補償素子２は、黒表示状態において液晶層１２に入射する偏光のうち、特定の波長の直線偏光を直線偏光のまま通過させ、その特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光を実質的に直線偏光にする機能を有する。本実施形態における第２の光学補償素子２は、波長５５０ｎｍの直線偏光を直線偏光のまま通過させ、その他の波長の楕円偏光を実質的に直線偏光にする。
【００６５】
上記機能を有する第２の光学補償素子２は、例えば、液晶層１２に平行な面内に遅相軸を有し、この遅相軸が液晶セル１０を第２の光学補償素子２側から見たときに配向層１４ａの配向規制方向と反時計回りに略４５°の角をなすように配置されている。つまり、第２の光学補償素子２の遅相軸は、第２の光学補償素子２に近い方の基板１１ａ近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と略４５°の角をなすように配置されている。
【００６６】
このように遅相軸が設定された第２の光学補償素子２を光が通過したときの偏光状態の変化は、図５（ｂ）のグラフ上の点を、Ｓ_１＝０、Ｓ_３＝０の点を中心に反時計回りに回転させることと等価である。図５（ｂ）のグラフ上での回転角度は、第２の光学補償素子２が液晶層１２に平行な平面内に有するリタデーションの大きさに依存するので、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２の大きさを適切に調整することによって、図５（ｂ）のグラフ上での回転角を制御し、楕円率の変化を制御することができる。なお、液晶層１２のねじれ方向が異なる場合、すなわち、液晶分子が基板１１ｂ側から基板１１ａ側に向かって時計回りにねじれ配向するように液晶層１２を設定した場合には、第２の光学補償素子２の遅相軸が観察者側の基板１１ａ近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と時計回りに略４５°の角をなすように設置することによって、同様の機能を奏することができる。
【００６７】
ここで、波長５５０ｎｍの光を直線偏光のままとするためには、例えば、波長５５０ｎｍの光の回転角度が略１８０°となるように、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２を設定すればよい。
【００６８】
ただし、図５（ａ）、（ｂ）からもわかるように、液晶層１２および第１の光学補償素子１を通過した各波長の光は、ポアンカレ球面上での緯度が異なっており、Ｓ_３の値すなわち楕円率が異なっている。従って、すべての波長の光を一様に略１８０°回転させても、楕円率の波長依存性を補償することはできない。そのため、波長に応じて回転角を異ならせる必要がある。
【００６９】
本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、５５０ｎｍよりも短い波長域の光がＳ_３＞０の領域に分布し、５５０ｎｍよりも長い波長域の光がＳ_３＜０の領域に分布している。そのため、５５０ｎｍよりも低波長の光を１８０°よりも大きな角度で回転させ、５５０ｎｍよりも高波長の光を１８０°よりも小さな角度で回転させることによって、楕円率の波長依存性を補償することができる。
【００７０】
波長に応じて回転角を適切に設定するために、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２の波長分散特性を利用できる。一般に、波長λの光に対する第２の光学補償素子２の面内リタデーションをＲｅ_{２， λ}とすると、波長λの光のズ５（ｂ）のグラフ上での回転角θ_２は、下式で表すことができる。
【００７１】
θ_２＝３６０×Ｒｅ_{２， λ}／λ（°）
【００７２】
従って、Ｒｅ_{２， λ}を適切に設定することによって、各波長の光の回転角θ_２を所望のものとすることができ、楕円率の波長依存性を補償することができる。
【００７３】
このように、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の楕円率の波長依存性に応じて、第２の光学補償素子２の遅相軸と面内リタデーションＲｅ_２の波長分散特性とを所定の状態（偏光の楕円率をそろえ得る状態）に設定することによって、第２の光学補償素子２はその機能を好適に奏する。
【００７４】
第２の光学補償素子２としては、例えば、ポリビニルアルコールから形成された一軸光学異方性を有する位相差フィルムであって、波長５５０ｎｍの光に対してλ／２板として機能し、図４に■で示した波長分散特性を有する位相差フィルムを用いることができる。
【００７５】
図６（ａ）、（ｂ）に、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２の両方を通過した後の光の偏光状態を示す。図６（ａ）、（ｂ）に示したように、第２の光学補償素子２を通過させることによってすべての波長の光のＳ_３の値を０に近づけることができ、すべての波長の光を実質的に直線偏光とすることができる。また、このとき、Ｓ_２の値もすべての波長にわたってほぼ０であり、偏光の長軸方位が実質的にそろっている。このように、第１の光学補償素子１と第２の光学補償素子２を通過した光は、可視領域のほぼ全域（特に△、□、○で示した４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）にわたって偏光方向のそろった直線偏光となっている。従って、観察者側の偏光板２０ａと背面側の偏光板２０ｂとを所定の関係となるように配置（ここではクロスニコル配置）することにより、黒表示状態において液晶層１２を通過した光を可視領域のほぼ全域にわたって観察者側の偏光板２０ａで高効率で遮ることができ、従って、黒表示の着色が抑制される。そのため、液晶表示装置１００では高コントラスト比の表示が実現される。
【００７６】
ここで、図７を参照しながら、黒表示状態において液晶表示装置１００を通過する光の偏光状態の変化を改めて説明する。図７では、左側に液晶表示装置１００の各構成要素を模式的に示し、右側に各構成要素を通過した後の光の偏光状態をＲＧＢの色ごとに模式的に示している。図７中、偏光板２０ａおよび２０ｂに付した矢印は透過軸を示し、基板１０ａおよび１０ｂに付した矢印は、それぞれの基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向（配向層１４ａ、１４ｂの配向規制方向）を示している。また、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２に付した矢印は遅相軸を示している。
【００７７】
バックライトから出射して背面側の偏光板２０ｂを通過した光は、偏光方向が偏光板２０ｂの透過軸に平行な直線偏光となる。この直線偏光は、電圧無印加状態の液晶層１２を通過すると、液晶層１２の旋光性により、偏光方向が略９０°回転する。ただし、Ｇ光がちょうど９０°回転した直線偏光であるのに対して、Ｂ光およびＲ光は楕円偏光となっており、その楕円長軸方位はＧ光の偏光方向と異なっている。
【００７８】
これらの光が第１の光学補償素子１を通過すると、Ｂ光およびＲ光の楕円長軸方位がＧ光の偏光方向と実質的に同じにされ、旋光度の波長依存性が補償される。そして、これらの光が第２の光学補償素子２を通過すると、楕円偏光であるＢ光およびＧ光が直線偏光とされ、楕円率の波長依存性が補償される。その結果、Ｒ、Ｇ、Ｂのすべての光が偏光方向のそろった直線偏光となる。
【００７９】
このようにして旋光度および楕円率の波長依存性が補償された光は、観察者側の偏光板２０ａの透過軸と直交する直線偏光であるので、偏光板２０ａでそのほとんどが吸収される。
【００８０】
上述したように、本発明による液晶表示装置１００は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の旋光度の波長依存性を補償する第１の光学補償素子１と、楕円率の波長依存性を補償する第２の光学補償素子２とを備えているので、黒表示の着色が抑制されたコントラスト比の高い表示を行うことができる。本発明によれば、液晶層１２に相対的に近い第１の光学補償素子１と、液晶層１２に相対的に遠い第２の光学補償素子２とを用い、旋光度の波長依存性と楕円率の波長依存性とを別途に補償するので、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２のそれぞれとして、比較的単純な構成を有し、工業的に利用しやすいものを用いることができる。そのため、製造コストの低減をはかることができる。
【００８１】
第１の光学補償素子１や第２の光学補償素子２としては、例えば、一軸光学異方性を有する位相差フィルムを用いることができる。このように、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２はそれぞれ一枚の位相差フィルムで構成し得るので、多数の位相差フィルムを積層する必要がなく、液晶表示装置の薄型化をはかることもできる。
【００８２】
第１の光学補償素子１として一軸性の位相差フィルムのような単純な構成の素子を用いる場合、第１の光学補償素子１を、特定の波長の偏光の長軸方位を変化させずに他の波長の偏光の長軸方位をその特定の波長の偏光の長軸方位にそろえるように構成することが好ましい。すべての波長の偏光の長軸方位を変化させて偏光の長軸方位をそろえることは、一軸性の位相差フィルムのような単純な構成の素子を用いて容易には実現できないからである。なお、第１の光学補償素子１での光学補償に際して偏光の長軸方位が固定される上記特定の波長は、黒表示状態において液晶層を通過する光のうち、所望の偏光状態が得られる波長である。上記の説明では、この特定の波長が５５０ｎｍであり、緑の波長域に含まれる場合を示したが、必ずしもこれに限定されるわけではない。ただし、この特定の波長は４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域に含まれることが好ましい。この特定の波長が視感度の高い５００ｎｍ以上６００ｎｍの波長域に含まれていると、明るさ・コントラスト比とも良好となる。また、この特定の波長が４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長域に含まれている場合には、明るさ・コントラスト比がわずかに低下するものの、良好な白表示が実現される。
【００８３】
第２の光学補償素子２は、典型的には、特定の波長の直線偏光を直線偏光のまま（さらには偏光方向が直交するように）通過させ、他の波長の楕円偏光を実質的に直線偏光とする機能を有する。本発明によれば、液晶層１２に相対的に近い一軸性の位相差フィルムを用いて旋光度の波長依存性の補償を行うので、第２の光学補償素子２として一軸性の位相差フィルムのような単純な構成の素子を用いてもこのような機能を奏させることが容易となる。
【００８４】
第１の光学補償素子１を用いて好適に光学補償を行うためには、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の旋光度の波長依存性に応じて、第１の光学補償素子１の遅相軸と面内リタデーションＲｅ_１の波長分散特性とを所定の状態に設定することが好ましい。
【００８５】
また、第２の光学補償素子２を用いて好適に光学補償を行うためには、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の楕円率の波長依存性に応じて、第２の光学補償素子２の遅相軸と面内リタデーションＲｅ_２の波長分散特性とを所定の状態に設定することが好ましい。
【００８６】
本発明による実施形態の液晶表示装置１００は、例えば以下のようにして製造することができる。
【００８７】
まず、一対の基板（例えばガラス基板）１１ａおよび１１ｂを用意する。次に、それぞれの基板１１ａ、１１ｂ上に、スパッタリング法を用いて透明導電層（例えばＩＴＯ膜）を厚さ１００ｎｍ〜１４０ｎｍで形成し、その後、透明導電層をフォトリソグラフィー法を用いてパターニングすることによって、透明電極１３ａ、１３ｂを形成する。
【００８８】
続いて、透明電極１３ａ、１３ｂが形成された基板１１ａ、１１ｂ上に、スピンコート法を用いて水平配向膜１４ａ、１４ｂを５０ｎｍの厚さで形成し、この水平配向膜１４ａ、１４ｂにラビング処理を施す。このとき、水平配向膜１４へのラビング処理は、基板１１ａ、１１ｂを対向配置したときにラビング方向が互いに略直交するように施す。
【００８９】
次に、一対の基板１１ａおよび１１ｂをセルギャップが５．２μｍとなるように貼り合わせる。具体的には、一方の基板上にプラスチックスペーサを散布した後、一対の基板１１ａおよび１１ｂを互いに対向するように配置し、表示領域の周辺に印刷された熱硬化型の接着剤を硬化させることにより両基板を固定する。
【００９０】
続いて、一対の基板１１ａおよび１１ｂ間の間隙に真空注入法を用いて液晶材料を充填することによって液晶層１２を形成する。ここでは、液晶材料として、屈折率異方性Δｎが０．０９２４のネマチック液晶材料に光学活性物質ＣＢ１５を０．１５ｗｔ％含有させたものを用いる。このとき、液晶層１２が電圧無印加状態で９０°ねじれ配向状態をとり、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄが４８０ｎｍとなるように液晶材料を設定する。また、液晶分子のねじれ方向は、背面側の基板１１ｂ側から前面側の基板１１ａ側に向かって反時計回りになるように設定する。
【００９１】
このようにして作製された液晶セル１０は、波長が５５０ｎｍの光に対してファーストミニマム条件を満足している。
【００９２】
次に、第１の光学補償素子１として、ポリカーボネートから形成された面内リタデーションＲｅ_１が１４０ｎｍの一軸性の位相差フィルム１を観察者側の基板１１ａ上に設置する。このとき、観察者側の基板１１ａ近傍の液晶分子の配向方向と位相差フィルム１の遅相軸とが直交するように設置する。なお、ここで位相差フィルム１の材料としてポリカーボネートを用いるのは、その屈折率異方性が、上記の液晶材料からなる液晶層１２を通過する偏光の長軸方位をそろえるのに適した波長分散特性をもつためである。用いる液晶層１２のツイスト角や液晶材料の光学的な物性値が異なれば、第１の光学補償素子１として好適に機能する波長分散特性も異なり得るので、液晶層１２のツイスト角や液晶材料の光学的な物性値に応じて、位相差フィルム１の材料を選択すればよい。
【００９３】
続いて、第２の光学補償素子として、ポリビニルアルコールから形成された面内リタデーションＲｅ_２が２７０ｎｍの一軸性の位相差フィルム２を位相差フィルム１上に設置する。このとき、この位相差フィルム２の遅相軸が、位相差フィルム１の遅相軸に対して液晶セル１０の上側（観察者側）からみて時計回りに４５°の角をなすように設置する。つまり、観察者側の基板１１ａ近傍の液晶分子の配向方向に対して位相差フィルム２の遅相軸が反時計回りに４５°の角をなすように設置する。なお、液晶層１２のねじれ方向が異なる場合、すなわち、時計回りの場合には、位相差フィルム２の遅相軸が基板１１ａ近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と時計回りに略４５°の角をなすように設置する。また、ここで位相差フィルム２の材料としてポリビニルアルコールを用いるのは、その屈折率異方性が、上記の液晶材料からなる液晶層１２を通過する偏光をすべての波長にわたって実質的に直線偏光とするのに適した波長分散特性をもつためである。用いる液晶層１２のツイスト角や液晶材料の光学的な物性値が異なれば、第２の光学補償素子２として好適に機能する波長分散特性も異なり得るので、液晶層１２のツイスト角や液晶材料の光学的な物性値に応じて、位相差フィルム２の材料を選択すればよい。
【００９４】
その後、背面側の偏光板２０ｂをその透過軸が背面側の基板１１ｂ近傍の液晶分子の配向方向と略平行になるように配置し、観察者側の偏光板２０ａを背面側の偏光板２０ｂに対してクロスニコルの関係になるように配置することによって液晶表示装置１００が完成する。なお、背面側の偏光板２０ｂをその透過軸が背面側の基板１１ｂ近傍の液晶分子の配向方向と略直交するように配置し、観察者側の偏光板２０ａを観察者側の偏光板２０ｂに対してクロスニコルの関係になるように配置してもよい。
【００９５】
このようにして作製した液晶表示装置１００の電気光学特性を図８（ａ）に示す。なお、図８（ａ）には、比較のために、第１の光学補償素子１と第２の光学補償素子２とが設けられていない点以外は液晶表示装置１００とほぼ同様の構成を有する比較例の液晶表示装置の電気光学特性も併せて示している。
【００９６】
図８（ａ）に実線で示した液晶表示装置１００の透過率は、同図中に破線で示した比較例の液晶表示装置の透過率に比べて、黒表示状態において低い値を示しており、液晶表示装置１００においてより暗い黒表示が実現され、コントラスト比が向上していることがわかる。具体的には、比較例の液晶表示装置のコントラスト比が５０であるのに対し、本実施形態ではコントラスト比３００以上の高品位の表示が実現できる。
【００９７】
また、図８（ｂ）に、液晶表示装置１００の黒表示時の分光透過率特性を示す。実線で示した液晶表示装置１００の黒表示状態における透過率は、破線で示した比較例の液晶表示装置の黒表示状態における透過率に比べて可視光全域において低く、液晶表示装置１００では良好な黒表示が実現されていることがわかる。
【００９８】
なお、ここでは、第１の光学補償素子１の材料としてポリカーボネート、第２の光学補償素子２の材料としてポリビニルアルコールを例示しているが、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２の材料はこれらに限定されない。第１の光学補償素子１の材料は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の旋光度の波長依存性を好適に補償することができるよう、その材料の屈折率異方性と屈折率異方性の波長分散特性とを考慮して選択すればよい。また、第２の光学補償素子２の材料は、黒表示状態において液晶層１２を通過する偏光の楕円率の波長依存性を好適に補償することができるよう、その材料の屈折率異方性と屈折率異方性の波長分散特性とを考慮して選択すればよい。
【００９９】
また、ここでは、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２として一軸光学異方性を有する位相差フィルムを用いたが、光学補償が可能な他の素子を用いてもよく、第１の光学補償素子１および／または第２の光学補償素子２に、他の補償機能を付加してもよい。ただし、製造コストを低減して生産性を向上する観点からは、一軸光学異方性を有する位相差フィルムを用いることが好ましい。
【０１００】
以下、液晶層１２、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２の好ましい構成を説明する。なお、以下では、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄ、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１、第２の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_２は、液晶層１２がファーストミニマム条件を満足する波長の光（ここでは波長５５０ｎｍの光）に対するリタデーションである。
【０１０１】
（液晶層）
液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄ（液晶層１２に垂直に入射する光に対するリタデーション）の値を変化させ、表示特性を評価した。具体的には液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄが３７０ｎｍ〜５８０ｎｍの液晶表示装置をそれぞれ作製し、表示特性を測定した。このとき、第１の光学補償素子１としてポリカーボネイトから形成された面内リタデーションＲｅ_１が１４０ｎｍの位相差フィルムを用い、第２の光学補償素子２としてポリビニルアルコールから形成された位相差フィルムを用いた。第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２は、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄの変化に応じてコントラスト比が最大になるように適宜設定した。第１の光学補償素子１は、その遅相軸と観察者側の基板１１ａ近傍の液晶分子の配向方向とが直交するように設置し、第２の光学補償素子２は、その遅相軸が、観察者側の基板１１ａ近傍の液晶分子の配向方向に対して液晶セル１０の上側からみて反時計回りに４５°の角をなすように設置した。
【０１０２】
図９に、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄとコントラスト比との関係を示す。図９からわかるように、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄを３９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下とすることによって、コントラスト比が１００以上の良好な表示を実現することができる。また、正面リタデーションΔｎ・ｄを４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下とすることによって、コントラスト比が２００以上のより良好な表示を実現することができ、正面リタデーションΔｎ・ｄを４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下とすることによって、コントラスト比が３００以上のさらに良好な表示を実現することができる。
【０１０３】
（第１の光学補償素子）
まず、液晶層１２の好ましい構成について説明したのと同様に液晶表示装置を作成し、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１の値を変化させてその表示特性を測定した。このとき、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄを４８０ｎｍに設定し、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２を２７５ｎｍに設定した。
【０１０４】
図１０に、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１とコントラスト比との関係を示す。図１０からわかるように、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１を７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下とすることによって、コントラスト比が１００以上の良好な表示を実現することができる。また、面内リタデーションＲｅ_１を１０５ｎｍ以上１７５ｎｍ以下とすることによって、コントラスト比が２００以上のより良好な表示を実現することができる。
【０１０５】
次に、第１の光学補償素子１の遅相軸と、第１の光学補償素子１に近い方の基板１１ａ近傍に位置する液晶分子の黒表示状態での配向方向とのなす角αを変化させ、表示特性を評価した。このとき、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄを４８０ｎｍ、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１を１４０ｎｍ、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２を２７５ｎｍに設定した。
【０１０６】
図１１に、角αとコントラスト比との関係を示す。図１０からわかるように、角αを８５°以上９５°以下とすることによって、コントラスト比がほぼ１００以上の良好な表示を実現することができる。また、角αを８６°以上９４°以下とすることによって、コントラスト比が２００以上のより良好な表示を実現することができる。さらに、角αを略９０°とすると、コントラスト比を約３００とすることができるので、表示品位の観点からはもっとも好ましい。
【０１０７】
上述したように、良好な表示を実現する観点からは、第１の光学補償素子１の面内リタデーションＲｅ_１の値が７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であり、第１の光学補償素子１の遅相軸と、第１の光学補償素子１に近い方の基板１１ａ近傍に位置する液晶分子の黒表示状態での配向方向とのなす角αが８５°以上９５°以下であることが好ましい。
【０１０８】
（第２の光学補償素子）
まず、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄを３７０ｎｍから５８０ｎｍまで変化させ、コントラスト比が最大になる第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２を測定した。このとき、第１の光学補償素子１としてはポリカーボネイトから形成された面内リタデーションＲｅ_１が１４０ｎｍの位相差フィルムを用い、第２の光学補償素子２としてはポリビニルアルコールから形成された位相差フィルムを用いた。
【０１０９】
図１２に、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄと、最大のコントラスト比を与える第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２との関係を示す。図１２からわかるように、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄが３７０ｎｍ〜５８０ｎｍの場合、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２がＲｅ_２＝０．４４×（Δｎ・ｄ）＋６５の関係を満足することによって、ほぼ最大のコントラスト比が得られる。
【０１１０】
次に、液晶層１２の正面リタデーションΔｎ・ｄを４８０ｎｍとし、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２を２００ｎｍから３２０ｎｍまで変化させて表示特性を評価した。
【０１１１】
図１３に、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２とコントラスト比との関係を示す。図１３および上記の式からわかるように、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２が２７６．２ｎｍのときに最大のコントラスト比が得られる。また、図１３からわかるように、最大のコントラスト比を与える面内リタデーションＲｅ_２の値とのずれが１５ｎｍ以下であると、コントラスト比が１００以上の良好な表示を実現することができる。従って、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２が０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５０≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋８０の関係を満足することによって良好な表示を実現することができる。さらに、最大のコントラスト比を与える面内リタデーションＲｅ_２の値とのずれが１０ｎｍ以下であると、コントラスト比が２００以上のより良好な表示を実現することができる。従って、第２の光学補償素子２の面内リタデーションＲｅ_２が０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５５≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋７５の関係を満足することによってより良好な表示を実現することができる。
【０１１２】
続いて、第２の光学補償素子２の遅相軸と、第１の光学補償素子１に近い方の基板１１ａ近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向とのなす角βを変化させ、表示特性を評価した。なお、βの値は、液晶セル１０を第２の光学補償素子２側から見たときの時計回りを正、反時計回りを負とした。
【０１１３】
図１４に、角βとコントラスト比との関係を示す。図１４からわかるように、角βを反時計まわりに４２°以上４８°以下とすることによって、コントラスト比がほぼ１００以上の良好な表示を実現することができる。また、角βを反時計回りに４３°以上４７°以下とすることによって、コントラスト比が２００以上のより良好な表示を実現することができる。さらに、角βを反時計回りに略４５°とすると、コントラスト比を約３００とすることができるので、表示品位の観点からはもっとも好ましい。
【０１１４】
なお、上述の説明では、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２が液晶セル１０に対して観察者側に配置されている場合について説明したが、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２が液晶セル１０に対して観察者と反対側に配置されてもよい。図１５に示す液晶表示装置１００´は、液晶表示装置１００の上下を逆転させたものに相当し、光学的に液晶表示装置１００と等価であるので、黒表示状態において液晶層を通過する偏光の旋光度および楕円率の波長依存性が、第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２によって補償される。そのため、黒表示の着色が抑制され、コントラスト比の高い表示を行うことができる。
【０１１５】
（積層位相差板）
本発明による液晶表示装置に用いられる第１の光学補償素子１および第２の光学補償素子２は、例えば、図１６（ａ）、（ｂ）に示すような積層位相差板２００であってもよい。なお、図１６（ｂ）は、積層位相差板２００を示す分解斜視図であり、同図中の矢印は遅相軸を示している。積層位相差板２００は、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層２０１および第２層２０２を含む積層構造を備えている。
【０１１６】
第１層２０１および第２層２０２は、それぞれ層面に平行な面内に遅相軸を有するとともにそれぞれ層面に平行な面内にリタデーションを有している。第１層２０１は、上述した第１の光学補償素子として機能し、第２層２０２は、第２の光学補償素子として機能する。
【０１１７】
積層位相差板２００は、ノーマリブラックモードで表示を行うＴＮ型の液晶表示装置に用いることができ、黒表示状態において液晶層を通過する偏光の旋光度および楕円率の波長依存性を可視光域のほぼ全域にわたって補償することができる。つまり、積層位相差板２００は、広帯域波長補償板として機能する。典型的には、第１層２０１が第２層２０２よりも液晶セルに近いように配置される。
【０１１８】
一般的な仕様の液晶表示装置において好適に光学補償を行うためには、第１層２０１の面内リタデーションの値は、図１０からもわかるように、７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１１９】
また、第２層２０２の面内リタデーションの値は、液晶セルの液晶層の正面リタデーションをΔｎ・ｄとすると、図１２および図１３からもわかるように、０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５０≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋８０であることが好ましい。図９からわかるように、液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄが３９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることによって良好なコントラスト比が得られるので、正面リタデーションΔｎ・ｄがこの範囲にある液晶層を備えた液晶セルに対しては、第２層２０２の面内リタデーションは、上式より２２０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下であることが好ましい。従って、好適に光学補償を行うためには、第２層２０２の面内リタデーションの値は、２２０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下であることが好ましいといえる。
【０１２０】
また、第２層２０２の遅相軸は、図１４からもわかるように、第１層２０１の遅相軸と４２°以上４８°以下の角をなしていることが好ましく、４３°以上４７°以下の角をなしていることがより好ましく、略４５°の角をなしていることがさらに好ましい。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によると、黒表示の着色が抑制され、高コントラスト比の表示が可能で、且つ、低コストで製造可能なノーマリブラックモードのツイストネマチック型液晶表示装置が提供される。
【０１２２】
また、本発明によると、そのような液晶表示装置に好適に用いられる積層位相差板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の液晶表示装置１００を模式的に示す断面図である。
【図２】ポアンカレ球を示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、液晶層を通過した光の偏光状態を示す図である。
【図４】ポリカーボネートから形成された位相差フィルムおよびポリビニルアルコールから形成された位相差フィルムの面内リタデーションの波長分散特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、第１の光学補償素子を通過した光の偏光状態を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、第２の光学補償素子を通過した光の偏光状態を示す図である。
【図７】黒表示状態において液晶表示装置１００を通過する光の偏光状態の変化を模式的に示す図である。
【図８】（ａ）は、液晶表示装置１００の電気光学特性を示すグラフであり、（ｂ）は、液晶表示装置１００の黒表示時の分光透過率特性を示すグラフである。
【図９】液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄとコントラスト比との関係を示すグラフである。
【図１０】第１の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_１とコントラスト比との関係を示すグラフである
【図１１】第１の光学補償素子の遅相軸と第１の光学補償素子に近い方の基板近傍に位置する液晶分子の黒表示状態での配向方向とのなす角αと、コントラスト比との関係を示すグラフである。
【図１２】液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄと、最大のコントラスト比を与える第２の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_２との関係を示すグラフである。
【図１３】第２の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_２とコントラスト比との関係を示すグラフである。
【図１４】第２の光学補償素子の遅相軸と第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向とのなす角βと、コントラスト比との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明による実施形態の他の液晶表示装置１００’を模式的に示す断面図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態の積層位相差板２００を模式的に示す図であり、（ｂ）は、積層位相差板２００を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１の光学補償素子
２ 第２の光学補償素子
１０ 液晶セル
１１ａ、１１ｂ 基板
１２ 液晶層
１３ａ、１３ｂ 電極
１４ａ、１４ｂ 配向層
２０ａ、２０ｂ 偏光板
１００、１００’ 液晶表示装置
２００ 積層位相差板
２０１ 第１層
２０２ 第２層

Claims (20)

1. 一対の基板および前記一対の基板間に設けられた液晶層を備える液晶セルと、
   前記液晶セルを介して互いに対向する一対の偏光板とを有し、
   ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置であって、
   前記一対の偏光板の一方と前記液晶セルとの間に配置された第１の光学補償素子と、
   前記第１の光学補償素子と前記一方の偏光板との間に配置された第２の光学補償素子とをさらに有し、
   前記第１の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の旋光度の波長依存性を補償し、
   前記第２の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の楕円率の波長依存性を補償する、液晶表示装置。
2. 前記第１の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光のうち、特定の波長の直線偏光の偏光方向を実質的に変化させずに、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光の楕円長軸方向を前記特定の波長の直線偏光の偏光方向と実質的に同じにする機能を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光のうち、前記特定の波長の直線偏光を直線偏光のまま通過させ、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光を実質的に直線偏光にする機能を有する、請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 一対の基板および前記一対の基板間に設けられた液晶層を備える液晶セルと、
   前記液晶セルを介して互いに対向する一対の偏光板とを有し、
   ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置であって、
   前記一対の偏光板の一方と前記液晶セルとの間に配置された第１の光学補償素子と、
   前記第１の光学補償素子と前記一方の偏光板との間に配置された第２の光学補償素子とをさらに有し、
   前記第１の光学補償素子は、黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光のうち、特定の波長の直線偏光の偏光方向を実質的に変化させずに、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光の楕円長軸方向を前記特定の波長の直線偏光の偏光方向と実質的に同じにする機能を有し、
   前記第２の光学補償素子は、前記特定の波長の直線偏光を直線偏光のまま通過させ、前記特定の波長よりも短い波長域および長い波長域の楕円偏光を実質的に直線偏光にする機能を有する、液晶表示装置。
5. 前記第１の光学補償素子は、前記液晶層に平行な面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有し、
   黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の旋光度の波長依存性に応じて、前記第１の光学補償素子の遅相軸と前記第１の光学補償素子の面内リタデーションの波長分散特性とが所定の状態に設定されており、そのことによって前記第１の光学補償素子の前記機能が奏される、請求項２から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記第２の光学補償素子は、前記液晶層に平行な面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有し、
   黒表示状態において前記液晶層を通過する偏光の楕円率の波長依存性に応じて、前記第２の光学補償素子の遅相軸と前記第２の光学補償素子の面内リタデーションの波長分散特性とが所定の状態に設定されており、そのことによって前記第２の光学補償素子の前記機能が奏される、請求項２から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記特定の波長は４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域に含まれる、請求項２から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 黒表示状態における前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄの値は３９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記第１の光学補償素子は、前記液晶層に平行な平面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な平面内に遅相軸を有し、
   前記第１の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_１の値は、７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であり、
   前記第１の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と８５°以上９５°以下の角をなす、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記第２の光学補償素子は、前記液晶層に平行な平面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な平面内に遅相軸を有し、
    前記第２の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_２は、前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄと、０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５０≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋８０の関係を満足し、
    前記第２の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と４２°以上４８°以下の角をなす、請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
11. 一対の基板、前記一対の基板間に設けられた液晶層、および、前記一対の基板の前記液晶層側の表面に設けられた一対の配向層を備える液晶セルと、
    前記液晶セルを介して互いに対向する一対の偏光板とを有し、
    ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置であって、
    前記一対の偏光板の一方と前記液晶セルとの間に配置された第１の光学補償素子と、
    前記第１の光学補償素子と前記一方の偏光板との間に配置された第２の光学補償素子とをさらに有し、
    黒表示状態における前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄの値は３９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
    前記第１の光学補償素子および前記第２の光学補償素子は、それぞれ前記液晶層に平行な面内にリタデーションを有するとともに前記液晶層に平行な面内に遅相軸を有し、
    前記第１の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_１の値は、７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であり、前記第１の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と８５°以上９５°以下の角をなし、
    前記第２の光学補償素子の面内リタデーションＲｅ_２は、前記液晶層の正面リタデーションΔｎ・ｄと、０．４４・（Δｎ・ｄ）＋５０≦Ｒｅ_２≦０．４４・（Δｎ・ｄ）＋８０の関係を満足し、前記第２の光学補償素子の遅相軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と４２°以上４８°以下の角をなす、液晶表示装置。
12. 前記第１の光学補償素子および前記第２の光学補償素子は、前記液晶セルに対して観察者側に配置されている、請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
13. 前記第１の光学補償素子および前記第２の光学補償素子は、前記液晶セルに対して観察者とは反対側に配置されている、請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
14. 前記第１の光学補償素子は一軸光学異方性を有する位相差フィルムである請求項１から１３のいずれかに記載の液晶表示装置。
15. 前記第２の光学補償素子は一軸光学異方性を有する位相差フィルムである請求項１から１４のいずれかに記載の液晶表示装置。
16. 前記一対の偏光板の他方の偏光板の透過軸は、前記液晶層に含まれる液晶分子であって前記一対の基板のうちの前記第１の光学補償素子に近い方の基板近傍の液晶分子の黒表示状態における配向方向と略平行または略垂直である、請求項１から１５のいずれかに記載の液晶表示装置。
17. 前記液晶層のツイスト角は８５°以上９５°以下である請求項１から１６のいずれかに記載の液晶表示装置。
18. 第１層および第２層を含む積層構造を備えた積層位相差板であって、
    前記第１層および第２層は、それぞれ層面に平行な面内に遅相軸を有するとともにそれぞれ層面に平行な面内にリタデーションを有し、
    前記第１層の面内リタデーションの値は、７５ｎｍ以上２１０ｎｍ以下であり、
    前記第２層の面内リタデーションの値は、２２０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下であり、
    前記第２層の遅相軸は、前記第１層の遅相軸と４２°以上４８°以下の角をなす、積層位相差板。
19. 前記第２層の遅相軸は、前記第１層の遅相軸と略４５°の角をなす、請求項１８に記載の積層位相差板。
20. ノーマリブラックモードで表示を行うツイストネマチック型の液晶表示装置に用いられる、請求項１８または１９に記載の積層位相差板。

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