JP3728409B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に液晶表示装置に関し、特に負の誘電率異方性を有する液晶を、液晶表示装置のパネル面に対して略垂直方向に配向した、いわゆるＶＡ（Vertically Aligned）モードで動作する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、コンピュータをはじめとする様々な情報処理装置の表示装置として広く使われている。液晶表示装置は小型で消費電力が低いため、特に携帯用途の情報処理装置に使われることが多いが、いわゆるデスクトップ型等、固定型の情報処理装置についても応用が検討されている。
【０００３】
ところで、従来の液晶表示装置では、正の誘電率異方性を有するｐ型液晶を、相互に対向する液晶表示装置の基板間に水平配向した、いわゆるＴＮ（ツイストネマチック）モードのものが主として使われてきた。ＴＮモードの液晶表示装置は、一方の基板に隣接する液晶分子の配向方向が、他方の基板に隣接する液晶分子の配向方向に対して９０°ツイストしていることを特徴とする。
【０００４】
かかるＴＮモードの液晶表示装置では、すでに様々な液晶が開発され、安価な製造技術が確立しているが、高いコントラストを実現することが困難で、その結果、一般にかかるＴＮモードの液晶表示装置では、液晶パネルを構成する液晶分子に電界が印加されない非駆動状態において白色を、また前記液晶分子に電界が印加される駆動状態において黒色表示を行うように構成されている（すなわちノーマリホワイトモード）。これは、従来のＴＮモード液晶表示装置の場合、非駆動状態において液晶分子が液晶パネルの面に平行に配向し、駆動状態において液晶分子の配向方向が液晶パネルに略垂直に変化するが、実際には、駆動状態においても液晶パネルの基板面に隣接する液晶分子は水平配向を維持し、かかる水平配向をした液晶分子が形成する複屈折により、光が駆動状態においても液晶パネルをある程度通過してしまうためである。仮にかかるＴＮモードの液晶表示装置において、背景を黒で表示しようとしても（すなわちノーマリブラックモード）、角波長での分散（波長分散）の結果、背景の黒が実際には完全な黒にならず、光が漏れたり着色したりしてしまうという問題が生じる。この場合の黒表示は、ノーマリホワイトモードの場合より更に悪いものである。このような事情で、従来のＴＮモードの液晶表示装置では、白色を背景色としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、負の誘電率異方性を有する液晶層を、液晶パネルを構成する一対の基板間に垂直配向あるいは垂直傾斜配向するように封入したＶＡモードの液晶表示装置では、非駆動状態において液晶分子が基板面に対して略垂直な配向を有するため、光は液晶層を、その偏光面をほとんど変化させることなく通過し、その結果基板の上下に偏光板を配設することにより、非駆動状態においてほぼ完全な黒色表示が可能である。換言すると、かかるＶＡモードの液晶表示装置は、ＴＮモードの液晶表示装置では不可能な、非常に高いコントラストを容易に実現することができる。また、液晶分子に駆動電界を印加した駆動状態では、液晶分子は液晶パネル中においてパネル面に平行に配向し、入射する光ビームの偏光面を回転させる。ただし、上記のＶＡモード液晶表示装置の駆動状態においては、水平配向した液晶分子は、一方の基板と他方の基板の間において、９０°ツイストを示す。このようにすることで、液晶層を通過する光の偏光面が回転する。
【０００６】
ＶＡモード自体は古くから知られており、例えば負の誘電率異方性を示す液晶の物性についても、すでに D. de Rossi 等が報告している（J. Appl. Phys. 49(3), March 1978）。
【０００７】
一方、従来より、ＶＡモードの液晶表示装置は、ＴＮモードの液晶表示装置に比べてコントラスト比は優れていても、応答時間、視角特性や電圧保持率等の表示品質が劣るとされ、実用化に向けた真剣な研究・開発努力はあまりなされていなかった。特に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使ったアクティブマトリクス方式の液晶パネルの実現は困難であると信じられていた。
【０００８】
一方、ＶＡモードの液晶表示装置では、従来のＣＲＴを超えるコントラストが得られるため、特にデスクトップ型の表示装置への応用が考えられるが、このようなデスクトップ型の液晶表示装置は、大面積を有し応答が高速であることの他に、特に広い視野角が得られることが要求される。
【０００９】
ＶＡモード液晶表示装置においては、特開昭６２−１８０３２６に、負の誘電率異方性を有する液晶を、一対のガラス基板間に、駆動電圧を印加しない非活性時に、液晶の分子配向が基板面に垂直あるいはハイブリッド配向をなすように封入する構成が公知である。この公知の構成では、駆動電圧を印加した状態では液晶分子は、基板面にほぼ平行に、９０°のツイスト角で配向する。また、この公知例では、前記一対の基板を挟むように、ポラライザおよびアナライザが、吸収軸が互いに直交するように配列される。
【００１０】
また、特開平３−５７２１は、負の誘電率異方性を有する液晶を一対の基板間に封入したＶＡモード液晶表示装置において、液晶層のリタデーションΔｎ・ｄを０．６μｍ〜０．９μｍの範囲に設定し、かかる構成の液晶パネルの両側に、光軸角が互いに直交するように、それぞれ複屈折媒体を配設する構成を開示している。この公知の構成では、さらにそれぞれの複屈折媒体の外側に、それぞれポラライザおよびアナライザを、クロスニコル状態で、かつ前記複屈折媒体の光軸角に対して４５°の角度をなすように配設する。
【００１１】
特開平５−５３１３４は、光導電層および液晶層を有する光導電型液晶ライトバルブを記載しているが、この公知例では、液晶層を構成する液晶として、誘電率異方性が負の液晶を使い、液晶分子の分子配向を、非駆動状態において電極に対して略垂直になるように設定する。また、この公知例は、かかる負の誘電率異方性を有する液晶層のリタデーションΔｎ・ｄを、０．３μｍ以上に設定する特徴を記載している。
【００１２】
さらに、特開平５−１１３５６１は、一対の基板の間に、液晶分子が基板面に対して垂直に配向するように封入されたＶＡモード液晶表示装置において、基板に隣接して、基板面に垂直な方向を光軸とする負の光学活性を有する光学補償手段と、基板面に平行な面内に光軸を有し正の光学活性を有する第１の１／４λ波長板と、さらに前記第１の１／４λ波長板の光軸に平行な光軸を有し負の光学活性を有する第２の１／４λ波長板とを配設し、さらにかかる構成の両側に、クロスニコル状態のポラライザおよびアナライザを配設した構成を開示している。
【００１３】
しかし、これらのいずれの構成においても、従来のＴＮ型あるいはＳＴＮ型液晶表示装置よりは実質的に高いコントラストを達成できるものの、デスクトップ型表示装置に要求される応答速度、視野角、輝度、低着色性を実現できるものはない。
【００１４】
そこで、本発明は、上記の課題を解決した、新規で有用なＶＡモードの液晶表示装置を提供することを概括的目的とする。
【００１５】
本発明のより具体的な目的は、応答速度、視野角およびコントラストについて最適化されたＶＡモード液晶表示装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、
互いに対向する、実質的に平行な第１および第２の基板と；前記第１の基板の前記第２の基板に面する第１の主面上に形成された第１の電極手段と；前記第２の基板の、前記第１の基板に面する第２の主面上に形成された第２の電極手段と；前記第１の基板の前記第１の主面上において、前記第１の電極手段を覆う第１の分子配向膜と；前記第２の基板の前記第２の主面上において、前記第２の電極手段を覆う第２の分子配向膜と；前記第１および第２の基板の間に封入された、負の誘電率異方性を有する液晶分子よりなる液晶層とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶層のリタデーションΔｎ・ｄが、前記液晶分子の前記液晶層中におけるツイスト角をΨとして、式
（９０＋Ψ）／５４９≦Δｎ・ｄ≦（１８０＋Ψ）／５４９
で表される範囲にあり、
前記リタデーションΔｎ・ｄは、
Δｎ・ｄ≦０．４μｍ
の範囲にあり、
前記液晶層は、５μm未満のセル厚を有し、
前記ツイスト角Ψは、０＜Ψ＜９０°の関係を満たすことを特徴とする液晶表示装置により、解決する。
【００１７】
以下、本発明の原理を説明する。
【００１８】
以下、本発明による液晶表示装置の作用を説明する。
【００１９】
図１は、本発明による液晶表示装置１０の基本的構成を示す図である。
【００２０】
図１を参照するに、液晶表示装置１０は相互に対向する一対のガラス基板１１Ａ，１１Ｂと、その間に封入される液晶層１２とより構成される液晶パネルを含み、前記液晶パネルの下方には矢印１３ａで示した方向に吸収軸を有する第１の偏光板（ポラライザ）１３Ａが、また上方には矢印３ｂで示した方向に吸収軸を有する第２の偏光板（アナライザ）１３Ｂが配設される。
【００２１】
液晶層１２を構成する液晶は、負の誘電率異方性を有するｎ型液晶であり、基板１１Ａ，１１Ｂ間に電界を印加しない液晶パネルの非駆動状態において、下側基板１１Ａ近傍の液晶分子１２ａは基板１１Ａに対して略垂直に配向する。同様に、上側基板１１Ｂ近傍の液晶分子１２ｂは、基板１１Ｂに対して略垂直に配向する。換言すると、液晶表示装置１０は、いわゆるＶＡモードで動作する液晶表示装置を構成する。
【００２２】
図１の構成例では、下側基板１１Ａは、その長手方向から反時計回り方向に約２２．５°オフセットした方向にラビングされた第１の配向膜（図示せず）を上主面に担持し、液晶分子の配向方向を示すダイレクタは、液晶分子１２ａについては、かかる第１の配向膜のラビング方向から上方に、約８７°の角度で傾いた方向をポイントする。同様に、下側基板１１Ｂは、その長手方向から時計回り方向に約２２．５°オフセットした方向にラビングされた第２の配向膜（図示せず）を下主面に担持し、液晶分子の配向方向を示すダイレクタは、液晶分子１２ｂについては、かかる第２の配向膜のラビング方向から下方に、約８７°の角度で傾いた方向をポイントする。すなわち、液晶層１２中において、液晶分子は上下の基板１１Ａ，１１Ｂの間で４５°のツイスト角を形成する。ただし、図１に示すように基板１１Ａ，１１Ｂから液晶パネルを形成する際、基板１１Ａ，１１Ｂはラビング方向が互いに４５°の角度で対向するような向きに組み合わされる。
【００２３】
基板１１Ａおよび１１Ｂよりなる液晶パネルの下側には、吸収軸１３ａを有するポラライザ１３Ａが配設され、下方から入射する光を吸収軸１３ａに直交する方向に偏光させる。同様に、液晶パネルの上側には、吸収軸１３ｂを有するアナライザ１３Ｂが配設され、液晶パネルを通過した光を、吸収軸１３ｂに直交する方向に偏光させる。従って、ポラライザ１３Ａおよびアナライザ１３Ｂが、吸収軸１３ａ，１３ｂが互いに直交するように配置されている場合、ポラライザ１３Ａで偏光した光が液晶パネルをそのまま偏光面の変化なしに通過すると、かかる光はアナライザ１３Ｂにより遮断され、黒表示が得られる。
【００２４】
基板１３Ａの外側および基板１３Ｂのそれぞれの配向膜の内側には透明電極（図示せず）が形成されるが、電極に駆動電圧を印加しない非駆動状態では、液晶層１２中の液晶分子は、液晶分子１２ａあるいは１２ｂのように、基板面に対して略垂直に配向し、その結果液晶パネルを通過する光の偏光状態はほとんど変化しない。すなわち、前記液晶表示装置１０では、非駆動状態において理想的な黒表示を実現する。これに対し、駆動状態では、液晶分子は基板面に略平行に傾斜し、液晶パネルを通過する光はかかる傾斜した液晶分子により偏光状態を変化させる。換言すると、液晶表示装置１０では、駆動状態において白表示が得られる。
【００２５】
図２（Ａ）は、かかる液晶表示装置１０について、ポラライザ１３Ａおよびアナライザ１３Ｂの吸収軸１３ａ，１３ｂの角度φ，θを様々に変化させた場合のコントラスト比を示す。ただし、角度φ，θは、図２（Ｂ）の平面図に示すように定義され、コントラスト比は、非駆動状態（駆動電圧０Ｖ）と５Ｖの駆動電圧を印加した状態を比較したものである。図２（Ａ）の例では、液晶層１２を構成する液晶として、Δｎ＝０．０８１３，Δε＝−４．６のもの（例えばメルクジャパン社より商品名ＭＪ９５７８５として入手可能な液晶製品）を使い、偏光板１３Ａ，１３Ｂとしては市販のもの、例えば日東電工製のＧ１２２０ＤＵを使った。また、液晶セルの厚さ、すなわち液晶層１２の厚さｄは３．５μｍに設定してある。ただし、Δｎ＝ｎｅ −ｎ０ であり、ｎｅ ，ｎｏ は、それぞれ液晶中における異常光および正常光の屈折率である。また、Δεは誘電率異方性を表す。
【００２６】
まず図２（Ｂ）を参照するに、この図は液晶表示装置１０における液晶分子のツイスト角、およびツイストの中心線に対するポラライザ吸収軸１３ａのなす角度φ，さらに前記ツイストの中心線に対するアナライザ吸収軸１３ｂのなす角度θを示す。ただし、図２（Ｂ）の平面図では、ツイスト角およびその中心線を明確に示すために、図１の表示とは異なり、液晶表示装置１０を、上側基板１１Ｂの向きを１８０°反転させ、下側基板１１Ａの向きと同じ方向になるように示してある。
【００２７】
図２（Ａ）を参照するに、液晶表示装置１０のコントラスト比は、ポラライザ１３Ａおよびアナライザ１３Ｂが直交ニコル状態、すなわち吸収軸１３ａと吸収軸１３ｂとが直交する状態において極大になり、特にφ＝４５°、すなわち図２（Ｂ）の０°−１８０°を結ぶ直線に対応するツイスト中心線を基準としたポラライザ吸収軸１３ａのなす角度が４５°の状態において、コントラストが最大になることがわかる。かかる直交ニコル状態では、同じくツイスト中心線を基準としたアナライザ吸収軸１３ｂのなす角度は１３５°になる。また、同様な最大コントラストは、図２（Ｂ）において角度φおよびθをそれぞれ−４５°および−１３５°に設定しても得られるのは明らかである。この場合には、図１において吸収軸１３ａの前記ツイスト中心線に対してなす角度が１３５°、また吸収軸１３ｂの前記ツイスト中心線に対してなす角度が４５°となる。
【００２８】
図２（Ａ）よりわかるように、本発明による液晶表示装置１０においては、φ，θのいずれの設定においても７００を越えるコントラスト比が得られるが、この結果は、高々１００程度のコントラスト比しか得られない通常のツイストネマチック（ＴＮ）液晶表示装置に対するＶＡ液晶表示装置の優位性を示すものである。
【００２９】
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、図１の液晶表示装置１０の動作特性を説明する図である。ただし、液晶および偏光板は、先に説明したものを使っている。
【００３０】
このうち、図３（Ａ）は、液晶表示装置１０に印加される電圧パルスの波形を示す波形図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の電圧パルスに対応して生じる液晶表示装置１０の透過率の変化を、液晶層１２にカイラル材を添加しなかった場合および添加した場合について、それぞれ実線および破線で示す。ただし、図３（Ｂ）の結果は、液晶セルの厚さｄを３．５μｍに設定したものについてのもので、液晶分子のツイスト角は、先に説明したように４５°としてある。図示の例では、カイラル材のピッチｐは、液晶層１２の厚さｄに対する比ｄ／ｐが０．２５になるように設定してある。図３（Ｂ）よりわかるように、カイラル材を添加しなかった場合には、液晶表示装置１０は、印加電圧パルスに対応した実質的に一定の高い光透過率を示すが、液晶層１２にカイラル材を添加した場合には、液晶表示装置１０の透過率は、時間と共に減少することがわかる。換言すると、ＶＡモードの液晶表示装置１０では、ＴＮモードの液晶表示装置で一般的に使われているカイラル材の添加は、好ましくない動的応答特性の劣化をもたらす。
【００３１】
図３（Ｃ）は、液晶セルの厚さｄを３．５μｍとした液晶表示装置１０において、液晶分子のツイスト角を０°〜９０°の範囲で変化させた場合について、動的透過率特性の変化を示す。図３（Ｃ）よりわかるように、図３（Ａ）の入力パルスに伴う動的透過率特性は、液晶分子のツイスト角によってはほとんど影響されない。かかるツイスト角の制御は、基板１１Ａ，１１Ｂ上の分子配向膜のラビング方向を制御することによりなされる。
【００３２】
図３（Ｄ）は、液晶セルの厚さｄを４．５μｍから２．５μｍの範囲で変化させた場合の動的透過率特性の変化を示す。図３（Ｄ）よりわかるように、図３（Ａ）の入力パルスに伴う透過率はセル厚ｄが減少するとともに減少するが、応答速度を示す指標、すなわちオン時においては透過率が０％から飽和値（透過率＝１００％）の９０％に達するまでの時間ＴＯＮ、またオフ時においては透過率が飽和値から１０％に下がるまでの時間ＴＯＦＦ が、セル厚が減少する程減少し、従って応答速度は増大することがわかる。特に、セル厚ｄを２．５μｍ以下に設定すると、動的透過率特性曲線の立ち上がりおよび立ち下がりが非常に急峻になる。 図４は、図１の液晶表示装置１０の視角特性をさらに改善するために、図１において、基板１１Ａ，１１Ｂおよびその間に封入された液晶層１２よりなる液晶パネル１１の一方に、位相差補償フィルム１４Ａを挿入した構成の液晶表示装置２０を示す。
【００３３】
図４を参照するに、位相差補償フィルム１４Ａは、z 方向に負のリタデーションΔｎ・ｄ１ （Δｎ＝ｎｙ −ｎｚ ＝ｎｘ −ｎｚ ；ｎｘ ，ｎｙ ，ｎｚはそれぞれ屈折率楕円体の主軸ｘ，ｙ，ｚ方向の屈折率、ｄ１ はリタデーションフィルムの厚さ）を有し、それぞれ液晶パネル１１とポラライザ１３Ａとの間に配設され、液晶パネル１１を通過する光の複屈折を補償する。
【００３４】
図５〜１４は、かかる位相差補償フィルム１４Ａを設けられた液晶表示装置２０の視角特性を、フィルム１４ＡのリタデーションＲ’の大きさを様々に変化させた場合について示す。ただし、図５〜１１において、円周方向の角度値０．０°，９０．０°，１８０．０°および２７０．０°はそれぞれの方位角を、また同心円はパネル正面方向を０°として測った視角を、２０°間隔で示す。従って、図示では最外周の同心円が８０．０°の視角を表す。また、各等高線は、コントラスト比ＣＲが５００．０，２００．０，１００．０，５０．０および１０．０の等コントラスト線を表す。図４〜６のいずれの場合においても視角特性は、先の場合と同様に、図３（Ａ）に示す０Ｖ／５Ｖの駆動電圧パルスを液晶パネルに印加した場合のものである。また、図５〜１４において、液晶パネル１１の複屈折Δｎを０．０８０４、セル厚ｄを３μｍ、さらに液晶分子のツイスト角を４５°、またプレチルト角を８９°とした。この場合、液晶パネル１１のリタデーションΔｎ・ｄは２４１ｎｍとなる。
【００３５】
図５の例では、リタデーションＲ’は１０８ｎｍで、液晶パネルのリタデーション値２４１ｎｍに対する比率Ｒ’／Δｎ・ｄは０．４５となるのに対し、図６の例では、リタデーションＲ’は１４４ｎｍで、前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄは０．６となっている。さらに、図７の例では、リタデーションＲ’は１８０ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄは０．７５に、図８の例では、リタデーションＲ’が１９８ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄが０．８２に、図９の例では、リタデーションＲ’が２１６ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄが０．９０に、図１０の例では、リタデーションＲ’が２３４ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄが０．９７に、図１１の例では、リタデーション合計値Ｒ’が２５２ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄが１．０５に、図１２の例では、リタデーションＲ’が２７０ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄが１．１２に、図１３の例では、リタデーションＲ’が２８８ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄが１．２０に、さらに図１４の例では、リタデーションＲ’が３２４ｎｍで前記比率Ｒ’／Δｎ・ｄが１．３４になっている。
【００３６】
図５〜１４を参照するに、液晶表示装置２０は、特に図９あるいは図１０に示す、比率Ｒ’／Δｎ・ｄが１近傍（０．９７〜１．０５）の範囲で、特に優れた視角特性を示すことがわかる。換言すると、図５〜１４の結果は、液晶パネル１１に隣接して、リタデーション値が液晶パネルのリタデーション値に略等しい位相差補償フィルム１４Ａを配設することにより、液晶表示装置２０の視角特性が著しく改善されることを示す。
【００３７】
以上に説明した結果は、図４の構成において、液晶パネル１１の上方に、前記位相差補償フィルム１４Ａとは別の位相差補償フィルム１４Ｂを配設した場合にも成立する。ただし、この場合、前記リターデションＲ’は、位相差補償フィルム１４Ａと位相差補償フィルム１４Ｂの合計値となる。
【００３８】
図１５〜２０は、図４の構成において、位相差補償フィルム１４Ａおよび／または１４Ｂの合計リタデーションＲ’を、液晶パネル１１のリタデーションΔｎ・ｄに略一致させ、液晶パネル１１中の液晶層１２の厚さｄを変化させた場合の視角特性を示す。ただし、図１５〜２０において、ＣＲ＝１０で表した等高線は、コントラスト比１０が得られる視角を示す。
【００３９】
図１５〜２０よりわかるように、厚さｄが１μｍ、従って液晶パネル１１のリタデーションΔｎ・ｄが８２ｎｍ、あるいはそれ以下になると視角特性が明らかに劣化し、また、厚さｄが５μｍ、従って液晶パネル１１のリタデーションΔｎ・ｄが４１０ｎｍ以上になると視角特性が再び劣化する。このことから、図４の液晶表示装置２０において、液晶パネル１１のリタデーションは、約８０ｎｍ以上、より好ましくは８２ｎｍ以上で、約４００ｎｍ以下、より好ましくは４１０ｎｍ以下に設定するのが好ましいことがわかる。
【００４０】
図２１〜２６は、液晶層１２の厚さｄを様々に変化させた場合の、図４の液晶表示装置２０の正面方向への透過率を、三原色を構成するそれぞれの色（Ｂ＝青，Ｇ＝緑，Ｒ＝青）について示したものである。ただし、透過率は、印加電圧を、０Ｖから６Ｖまで変化させながら測定した。
【００４１】
図２１〜２６よりわかるように、液晶層の厚さｄが１μｍ（Δｎ・ｄ＝８２ｎｍ）以下だと、６Ｖの駆動電圧を印加しても、透過率は、いずれの色においても非常に低い（図２１）。
【００４２】
これに対し、液晶層の厚さｄを１μｍ以上に増大させると、前記三原色の各色共、液晶表示装置駆動時の透過率は大きく増大し、特に図２４，２５に示すように、前記液晶層１２の厚さｄを４〜５μｍとした場合には、駆動電圧パルスの大きさを約４Ｖに設定することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色について、ほぼ同じ透過率が実現される。
【００４３】
一方、液晶層ｄの厚さをさらに増大させ、図２６に示すように６μｍあるいはそれ以上に設定した場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色について略等しい透過率が得られる駆動電圧は、３Ｖよりやや低いあたりであるが、この場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対する透過率が略等しくなる駆動電圧の範囲が図２４あるいは図２５におけるよりも狭まってしまう。換言すると、図２６の構成では、駆動電圧のわずかな変動で白表示が着色してしまう問題が生じる。しかし、実際に量産される液晶表示装置において、厳密な駆動電圧の制御は困難である。
このことからも、図４の液晶表示装置において、液晶層１２の厚さｄは、１μｍ以上、６μｍ以下であることが好ましい。これに伴い、液晶層１２のリタデーションは、約８０ｎｍ以上、約４００ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００４４】
図２７〜３０は、図４の液晶表示装置において、極角を＋８０°から−８０°まで変化させた場合に観測される色変化を、各方位角について示す。ただし、図２７〜３０は、観測された色変化を、ＣＩＥ（１９３１）標準表色系にプロットした図である。図２７〜３０中、太実線は方位角が０°の場合を、細実線は方位角が４５°の場合を、また破線は方位角が９０°の場合を示す。
【００４５】
まず、図２７を参照するに、液晶層１２の厚さｄを１μｍ、従って液晶パネル１１のリタデーションΔｎ・ｄを８２ｎｍとした場合、極角，方位角のいずれが変化しても、観測される色の変化はわずかである。しかし、図２８に示すように、液晶層１２の厚さｄが３μｍ（Δｎ・ｄ＝２４６ｎｍ）とした場合には、色変化はやや大きくなる。ただ、図２８の場合には、色変化の方位角依存性はまだ観測されない。
【００４６】
これに対し、液晶層１２の厚さｄを４μｍ（Δｎ・ｄ＝３２８ｎｍ）とした図２９の場合には、液晶表示装置２０の生じる色変化はさらに大きくなり、また方位角が９０°である場合と、０°あるいは４５°である場合とで、異なった色変化が観測されるようになる。さらに、図３０に示すように液晶層１２の厚さｄを５μｍ（Δｎ・ｄ＝４１０ｎｍ）に設定した場合、あるいは図３１に示すように、厚さｄを６μｍ（Δｎ・ｄ＝４９２ｎｍ）に設定した場合には、観測される色変化は非常に大きくなる。
【００４７】
図２７〜３１の結果は、ＶＡモードの液晶表示装置を、広視野角が要求されるフルカラー液晶表示装置に適用する場合には、液晶層１２のリタデーションΔｎ・ｄを約３００ｎｍ以下、例えば図２８と２９の中間の２８０ｎｍ程度に設定するのが好ましいことを示している。
【００４８】
さらに、本発明の発明者は、図４の液晶表示装置２０において、液晶層１２の上面と下面との間で液晶分子が形成するツイスト角が、視角特性に与える影響を、液晶層１２の厚さｄを３μｍに設定して調べた。
【００４９】
図３２〜３４は、ぞれぞれツイスト角を０°，９０°，１８０°とした場合の視角特性を示す。図３２〜３４よりわかるように、ツイスト角による視角特性の実質的な変化はほとんど見られない。
【００５０】
図４以降を参照して説明した以上の実験では、液晶表示装置２０を構成する液晶層１２に対し、通常のＴＮモード液晶表示装置では一般的に行われているカイラル材の添加は、一切行っていない。本発明の発明者は、さらに、ＶＡモード液晶表示装置において、カイラル材の添加が視角特性に与える影響を検討した。
【００５１】
ＶＡモードの液晶表示装置では、駆動電圧を印加しない非駆動状態では液晶分子は図３５（Ａ）に概略的に示すように略垂直配向しているため、視角特性に対するカイラル材の効果は顕著には現れないが、図３５（Ｂ）に示す液晶分子が水平配向する駆動状態では、カイラル材によるカイラルピッチの規制による、何らかの効果が現れると考えられる。図３５（Ｂ）の状態では、液晶分子は、カイラル材により、液晶層の厚さ方向に、カイラル材のカイラルピッチｐおよび液晶層の厚さｄで決まる一様なツイスト角でツイストする。これに対し、カイラル材を添加しない場合には、図３６（Ａ）に示すように、非駆動状態における液晶分子の配向はカイラル材を添加した図３５（Ａ）の場合と同じでも、駆動状態においては、カイラル材によるカイラルピッチの規制が存在しないため、液晶分子のツイストが不均一になる。すなわち、図３５（Ｂ）に示すように、液晶分子のツイストは、上下基板にそれぞれ担持されている分子配向膜の近傍では生じるものの、液晶層１２の厚さ方向***部の領域（図３６（Ｂ）中の領域Ｃ）では、液晶分子のツイストはほとんど生じない。
【００５２】
図３７は、図４の液晶表示装置２０において、液晶層１２の厚さｄを３μｍとし、さらに液晶分子のツイスト角を９０°とした場合について、カイラル材を添加してｄ／ｐ比を０．２５とした場合の視角特性を示す。図３７の視角特性は、同じ構成の液晶表示装置においてカイラル材を添加しなかった場合の視角特性を示す図３３と比較すると、コントラスト比が１０以上の領域が減少していることがわかる。すなわち、ＶＡモードの液晶表示装置では、視角特性の点からも、カイラル材を添加しないのが好ましいことが結論される。
【００５３】
図３８，３９は、同じく、液晶層１２の厚さｄを３μｍ、液晶分子のツイスト角を９０°とした場合の液晶表示装置２０の、液晶パネル正面方向へのＲ，Ｇ，Ｂ各色の輝度特性を示す。ただし、図３８は、カイラル材を添加した場合を、また図３９はカイラル材を添加しなかった場合を示す。明らかに、カイラル材を添加することにより、液晶表示装置の輝度が低下することがわかる。これは、カイラル材を添加した場合、駆動状態において図３５（Ｂ）に示すように、一様な液晶分子のツイストが生じるのに対し、カイラル材を添加しなかった場合、図３５６（Ｂ）に示すように、液晶表示装置の駆動状態において、液晶分子がツイストしない領域Ｃが形成され、この領域Ｃでは、光ビームは偏光面を効率よく変化させるためであると考えられる。すなわち、ＶＡモードの液晶表示装置では、輝度特性の点からも、カイラル材を添加しないのが好ましいことが結論される。
【００５４】
本発明の発明者は、さらに、図４の液晶表示装置２０において、液晶分子のプレチルト角を変化させて、視角特性の変化を調べた。その結果を図４０〜４３に示す。ただし、図４０はプレチルト角を８９．９９°に設定した場合を、図４１はプレチルト角を８５°に設定した場合を、図４２はプレチルト角を８０°に設定した場合を、また図４３はプレチルト角を７５°に設定した場合を示す。さらに、図４４は、標準的なＴＮモード液晶表示装置の視角特性を示す。
【００５５】
図４０〜４４を参照するに、プレチルト角が実質的に９０°になっている図４０の場合には最も広い視野角が実現されているのに対し、プレチルト角が減少するにつれて視野角も減少し、図４３に示すプレチルト角が７５°の場合には、図４４に示す標準的なＴＮモード液晶表示装置の視野角と同等になってしまう。
【００５６】
このことから、ＶＡモードの液晶表示装置においては、液晶分子のプレチルト角を７５°以上、好ましくは８７°以上、より好ましくは８９°以上に設定することが好ましい。
【００５７】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
図４５は、本発明の第１実施例による液晶表示装置３０の構成を示す断面図である。
【００５８】
図４５を参照するに、ＩＴＯよりなる透明電極３１ａ’およびラビング処理を行った配向膜３１ａを担持するガラス基板３１Ａと、同じくＩＴＯ電極３１ｂ’および同様なラビング処理を行った配向膜３１ｂを担持するガラス基板３１Ｂとが、ポリマー球３１Ｃをスペーサとして、配向膜３１ａ，３１ｂが相互に対向するような向きに合わせられ、シール材（図示せず）によりシールされ、液晶パネルが形成される。さらに、前記液晶パネル中において、前記配向膜３１ａおよび３１ｂで画成された空間内に、負の誘電率異方性を有する液晶、例えばメルクジャパン社製液晶ＭＪ９４１２９６（Δｎ＝０．０８０４，Δε＝−４）を真空注入法により封入し、液晶層３２を形成する。かかる構成では、液晶層３２の厚さ、すなわちセル厚ｄは、ポリマーのスペーサ球３１Ｃの径により決定される。
【００５９】
さらに、このようにして形成された液晶パネルの上下それぞれに位相差補償フィルム３３Ａ，３３Ｂが配設され、また位相差補償フィルム３３Ａの下側には、ポラライザ３４Ａが、また位相差補償フィルム３３Ｂの上側にはアナライザ３４Ｂが、先に図１あるいは図４に示したような、ツイスト中心線を基準とした方位に形成される。すなわち、図４５の液晶表示装置は、図４の構成において、第２の位相差補償フィルム１４Ｂを設けた場合に相当する。
【００６０】
【表１】

表１は、ツイスト角を４５°に設定した液晶表示装置３０において、液晶層３２の厚さｄを様々に変化させた場合の、各々の液晶表示装置の動作特性および視角特性の、２５°Ｃにおける評価結果を示す。ただし、表１には、配向膜３１ａ，３１ｂとして日産化学製の垂直配向材ＲＮ７８３を使い、偏光板３４Ａ，３４Ｂとして日東電工製のＧ１２２０ＤＵ偏光板あるいは住友化学製のＳＫ−１８３２ＡＰ７偏光板を使った場合の結果を示す。また、表１の液晶表示装置では、図４５に示した位相差補償フィルム３３Ａ，３３Ｂは省略してあるが、偏光板の保護フィルムがある程度のリターデーション補償作用を行う。例えば、前記Ｇ１２２０ＤＵ偏光板に付随する保護フィルムは大きさが４４ｎｍの負のリターデーションを示し、また前記ＳＫー１８３２ＡＰ７偏光板に付随する保護フィルムは大きさが５０ｎｍの負のリターデーションを示す。また、液晶層３２にはカイラル材は一切添加していない。
【００６１】
表１を参照するに、液晶層３２の厚さｄが減少するに伴って立ち上がり時間Ｔｏｎおよび立ち下がり時間Ｔｏｆｆ が減少し、液晶表示装置の応答速度が改善されることがわかる。また、前記液晶層の厚さｄが減少するに伴って、コントラスト比１０以上を与える視角範囲が増大する。ただし、先にも説明したように、液晶層の厚さが減少すると輝度が低下するため、先に説明したように、液晶層３２の厚さは、リタデーションΔｎ・ｄが約８０〜約４００ｎｍの範囲に納まるように設定する必要がある。
【００６２】
図４６（Ａ），（Ｂ）は、図４５の構成の液晶表示装置において、セル厚ｄを３μｍ、ツイスト角を４５°とした場合の視角特性を示す。ただし、図４６の例ではカイラル材は添加しておらず、また液晶には前記ＭＪ９４１２９６を、偏光板にはＧ１２２０ＤＵを使っている。ただし、図４６（Ａ），（Ｂ）の結果は、偏光板３４Ａ，３４Ｂが位相差補償フィルム３３Ｂ，３４Ｂを兼用した場合についてのものである。
【００６３】
図４６（Ａ）中、コントラスト比が１０以上の領域を白色で示すが、白色の領域は非常に広く、非常に広い視角特性が得られていることがわかる。また、図４６（Ｂ）よりわかるように、かかる液晶表示装置では、正面方向において２０００近いコントラスト比か得られる。
【００６４】
図４７（Ａ），（Ｂ）は、図４５の液晶表示装置において、市販の位相差補償フィルム（住友化学製ＶＡＣ０）を位相差補償フィルム３３Ａ，３３Ｂとして使った場合の視角特性を示す。ただし、液晶パネルは、２４１ｎｍのリタデーション値Δｎ・ｄを有するため、偏光板３４Ａ，３４Ｂおよび位相差補償フィルム３３Ａ，３３Ｂの合計リタデーション値Ｒ’の大きさを、前記２４１ｎｍに近い２１８ｎｍに設定している。
【００６５】
図４７（Ａ）よりわかるように、この場合コントラスト比が１０を越える視野角領域は、図４６（Ａ）の場合よりもさらに拡大し、またパネル正面方向のコントラスト比も、図４７（Ｂ）に示すように４０００に達することがわかる。
【００６６】
先に、図４０〜４４に関連して、プレチルト角が７５°以下になると、ＶＡモード液晶表示装置では、視角特性が従来のＴＮモード液晶表示装置程度に劣化することを説明したが、図４５のような、液晶層３２の上下に位相差補償フィルム３４Ａ，３４Ｂを有する構成では、プレチルト角が７５°においても、図４８に示すように、コントラスト比１０（ＣＲ＝１０）を与える領域は広くなり、液晶表示装置として満足できる視角特性が得られる。ただし、図４８は、液晶層３２の厚さが３μｍ、ツイスト角が４５°，プレチルト角が７５°の場合についてのものである。
［実施例２］
次に、本発明の第２実施例による液晶表示装置について説明する。
【００６７】
本実施例では、図４５の構成を有する液晶表示装置において、液晶として、先のＭＪ９４１２９６の代わりに同じメルク社製のＭＸ９５７８５（Δｎ＝０．０８１３，Δε＝−４．６）を使う。その他の構成は図４５の装置と同じであるため、装置の構成についての説明は省略する。
【００６８】
図４９は、液晶層３２のセル厚ｄを３μｍとした場合の本実施例による液晶表示装置の立ち上がり特性を、ツイスト角を０°，４５°および９０°とした場合について示す。この例では、液晶層３２中にカイラル材は添加していない。図４９よりわかるように、立ち上がり時間ＴＯＮは、ツイスト角が０°の場合を除き、印加電圧が４〜８Ｖの範囲で１０ｍｓ前後であり、液晶表示装置は非常に優れた立ち上がり特性を有することがわかる。これに対し、ＴＮモードの液晶表示装置では、立ち上がり時間ＴＯＮは一般に２０ｍｓ以上である。
【００６９】
図５０は、セル厚ｄを同じく３μｍとした場合の本実施例による液晶表示装置の立ち下がり特性を、ツイスト角を０°，４５°および９０°とした場合について示す。この例でも、液晶層３２中にカイラル材は添加していない。図５０よりわかるように、立ち下がり時間ＴＯＦＦ は、いずれのツイスト角においても、５ｍｓ前後であり、液晶表示装置は非常に優れた立ち下がり特性を有することがわかる。これに対し、ＴＮモードの液晶表示装置では、立ち下がり時間ＴＯＦＦは一般に４０ｍｓ以上である。
【００７０】
【表２】

表２は、本実施例による液晶表示装置において、偏光板３４Ａ，３４Ｂおよび位相差補償フィルム３３Ａ，３３Ｂが形成する負のリタデーションＲ’の合計値を変化させた場合の視角特性、特にコントラスト比１０を与える視角範囲および１１階調反転角度の変化を示す。１１階調反転角度とは、液晶パネルの正面方向に１１階調により中間調を行った場合に、かかる中間調を構成する階調の輝度が互いに反転して見えるような極角方向を表す。このような階調反転が生じると表示がつぶれて見にくくなる。このため、階調反転角度は、広い程好ましい。ただし、本実施例では液晶層３２のリタデーションΔｎ・ｄは正で、２４６ｎｍの値を有する。表２は、位相差補償フィルム３３Ａ，３３Ｂおよび偏光板３４Ａ，３４Ｂが形成するリタデーションＲ’の合計値を液晶層３２のリタデーションΔｎ・ｄに近く設定することにより、９０°，−９０°，１８０°の方位角において、視野角が拡大することがわかる。
【００７１】
【表３】

表３は、本実施例において、ツイスト角を変化させた場合の視角特性および１１階調反転角度の変化を示す。表３の結果は、ツイスト角による視角依存性は実質的に存在しないことを示す。ただし、表３の結果は、位相差補償フィルム３３Ａ，３３Ｂは設けず、偏光板３４Ａ，３４Ｂの位相差補償作用（Ｒ’＝８８ｎｍ）のみが存在する場合についてのものである。
［実施例３］
図５１は、本発明の第３実施例による液晶表示装置４０の構成を示す。ただし、図５１中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
図５１を参照するに、液晶表示装置４０は図４５に説明した液晶表示装置３０と類似した構成を有するが、図４５の負リタデーションを有するの位相差補償フィルム３３Ｂの代わりに、正のリタデーションを有する第１の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ と負のリタデーションを有する第２の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ とを、前記正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ を液晶パネル３１の近傍に、また負の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ をその外側に配設する点で異なっている。位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ は液晶パネル３１の主面に垂直な光軸を有するのに対し、位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ は液晶パネル３１の主面に平行な光軸を有する。
【００７３】
図５２は、図５１の液晶表示装置４０において、液晶層３２の厚さｄを３．５μｍ、ツイスト角を４５°とした場合の、様々な極角に対する黒表示状態（非駆動時）の透過率を示す。ただし、図５２においては、正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ のリタデーションを１００ｎｍとし、その光軸角θを様々に変化させている。光軸角θは、図５１に示したように、ツイスト中心軸に対して位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ の光軸がなす角度として定義される。その際、負の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ のリタデーション値は前記液晶パネル３１のリタデーションΔｎ・ｄに略等しく設定してあり、また図示した透過率は９０°方位角方向についてのものである。
【００７４】
図５２を参照するに、いずれの極角においても、光軸角θが約４５°の場合に、黒表示状態の透過率が最小になることがわかる。このように、黒表示の透過率をあらゆる視角について最小化することにより、視角特性の向上を実現することができる。図５２では、極角が０°および２０°の場合に、約１３５°の光軸角においても黒表示状態の透過率が最小になるが、この場合は極角が４０°以上において透過率が大きくなるため、望ましい視角特性の改善はもたらされない。
【００７５】
図５３は、図５１の液晶表示装置４０において、正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ のリタデーションを変化させた場合の黒表示状態の透過率を様々な極角について示す。ただし、図５３の場合にも、方位角は９０°としてある。
【００７６】
図５３を参照するに、正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ のリタデーション値を２０〜６０ｎｍの範囲に設定することにより、黒表示状態における透過率を、あらゆる極角について最小化することができる。この場合、透過率は０．００２を下回る。
【００７７】
図５４は、さらに図５１の液晶表示装置４０において、下側偏光板３４Ａと液晶パネル３１との間にも、負のリタデーションを有する別の負の位相差補償フィルムを配設し、前記別の負の位相差補償フィルムと前記位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ の合計のリタデーション値を前記液晶パネル３１のリタデーション値に略等しく設定した場合における、黒表示状態の透過率を、前記正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ のリタデーション値の関数として示す。
【００７８】
図５４よりわかるように、かかる構成により、黒表示状態における透過率の極角依存性は実質的に消滅し、位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ のリタデーションが５０〜６０ｎｍの範囲にある場合に透過率が最小になる。かかる位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ が有効であるためには、位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ のリタデーション値を約１００ｎｍ以下に設定する必要がある。
【００７９】
図５５は、図５１の液晶表示装置４０において、前記位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ のリタデーション値を３０ｎｍに固定し、位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ のリタデーション値Ｒ’を変化させた場合の黒表示状態における透過率を示す。ただし、先の場合と同様に、透過率は９０°方位角方向へのもので、極角の値を様々に変化させている。
【００８０】
図５５よりわかるように、透過率が最小となるのは、位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ が形成する負のリタデーションＲ’の値が約２５０ｎｍの場合であるが、この最適値は、液晶層３２のリタデーションΔｎ・ｄの値よりも多少小さい。先にも説明したように、正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ を設けない場合には、位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ の最適リタデーション値は、液晶層３２のリタデーション値Δｎ・ｄと等しい。すなわち、前記負の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ に加えて正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ を使う場合、負の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ の最適値は、液晶層３２のリタデーション値Δｎ・ｄよりも多少小さく設定する必要がある。いずれにせよ、負の位相差補償フィルムの合計リタデーション値Ｒ’は、位相差補償フィルム（３２Ｂ）２のみを使う場合でも、またさらに別の負の位相差補償フィルムを使う場合でも、液晶層３２のリタデーション値Δｎ・ｄの２倍以下に設定する必要がある。
【００８１】
図５６は、図５１の液晶表示装置４０の視角特性を示す。負の位相差補償フィルムだけを使った場合の対応する視角特性を示す図１７の結果と比較すると、コントラスト比が１０以上の領域の面積が拡大していることがわかる。
［実施例４］
図５７は、本発明の第４実施例による液晶表示装置５０の構成を示す。ただし、図５７中先に説明した部分には対応する参照符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
図５７を参照するに、液晶表示装置５０は図５１の液晶表示装置４０と同様な構成を有するが、前記位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ ，（３３Ｂ）２ と同様な位相差補償フィルム（３３Ａ）１ および（３３Ａ）２ を偏光板３４Ａと液晶パネル３１との間にも設ける。その際、正のリタデーションを有する位相差補償フィルム（３３Ａ）１ を液晶パネル３２に近い側に、負のリタデーションを有する位相差補償フィルム（３３Ａ）２ を液晶パネル３２から遠い側に設けることにより、液晶パネル３２の上側の構成と下側の構成が対称的になり、図５８に示すように視角特性がさらに向上する。
［実施例５］
図５９は、本発明の第５実施例による液晶表示装置６０の構成を示す。ただし、図５９中先に説明した部分には対応する参照符号を付し、説明を省略する。
【００８３】
図５９を参照するに、本実施例においては、先に説明した液晶表示装置４０において、正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ と負の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ とを設ける代わりに、単一の２軸性位相差補償フィルム３３Ｂ’を液晶パネル３１と偏光板３４Ｂとの間に挿入する。
【００８４】
位相差補償フィルム３３Ｂ’は光学的２軸性を有し、ｘ，ｙ，ｚの各方向への屈折率ｎＸ ，ｎｙ ，ｎｚ について、ｎＸ ＞ｎｙ ＞ｎｚ あるいはｎｙ ＞ｎＸ ＞ｎｚ が成立する。かかる２軸性位相差補償フィルムは公知であり、例えば特開昭５９−１８９３２５に記載されているものを使ってもよい。
【００８５】
かかる２軸性位相差補償フィルムが形成するリタデーションは、面内方向について式｜ｎＸ −ｎｙ ｜・ｄにより与えられ、また液晶パネル３２に垂直な方向（厚さ方向）に式（ｎＸ ＋ｎｙ ）２＋ｎｚ で与えられる。本実施例では、面内のリタデーション値を１２０ｎｍ以下、厚さ方向のリタデーションを液晶層３２のリタデーションΔｎ・ｄに等しく設定することにより、最適な結果が得られる。ただし、図５９の例では、位相差補償フィルム３３Ｂ’は、その面内遅相軸が偏光板３４Ｂの吸収軸に略平行になるように配設される。面内遅相軸は、ｎＸ＞ｎｙ ＞ｎｚ の関係が成立する場合にはｘ軸に、またｎｙ ＞ｎＸ ＞ｎｚ が成立する場合にはｙ軸に一致する。
［実施例６］
図６０は、本発明の第６実施例によるアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置７０の構成を示す。
【００８６】
本実施例においては、図５７の構成において、ガラス基板３１Ａまたは３１Ｂ上に、液晶パネル中に画成された画素に対応して複数の透明画素電極（３１ａ’）ＰＩＸＥＬ と、これを駆動するＴＦＴ（３１ａ’）ＴＦＴ とが形成される。すなわち、前記透明画素電極（３１ａ’）ＰＩＸＥＬ とＴＦＴ（３１ａ’）ＴＦＴ とは、図４５の電極３１ａ’あるいは３１ｂ’に対応する。また、前記基板３１Ａまたは３１Ｂ上には、マトリクス配列されたＴＦＴに駆動信号を供給するデータバスＤＡＴＡとこれを活性化するアドレスバスＡＤＤＲとが延在する。
【００８７】
図６１は、液晶表示装置７０の視角特性を、液晶としてメルクジャパン社ＭＪ９５７８５を使い、液晶層の厚さを３μｍとした場合について示す。この場合、液晶分子のツイスト角は４５°、液晶層３２のリタデーションΔｎ・ｄは２４１ｎｍとしてあり、分子配向膜３１ａ，３１ｂ（図４５参照）として日産化学性ＲＮ７８３を使っている。図６１よりわかるように、非常に広い視角範囲を有するアクティブマトリクス駆動液晶表示装置が得られる。
［実施例７］
以上に説明した各実施例においては、図６２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各々の画素で液晶の分子配向が一様な、いわゆる単一ドメイン分子配向構成を使っていた。ただし、図６２（Ａ）は液晶表示装置の一画素分の領域の平面図、図６２（Ｂ）は、図６２（Ａ）中の線Ａ−Ｂに沿った断面図、図６２（Ｃ）は図６２（Ｂ）の液晶表示装置に二つの異なった方向から入射光ＸおよびＹを入射させた場合の構成を示し、図中先に説明した部分には同一の参照符号を付してある。また、図６２（Ａ）において、実線の矢印は、上側基板３１Ｂに担持された分子配向膜３１ｂのラビング方向を、また点線の矢印は、下側基板３１Ａに担持された分子配向膜３１ａのラビング方向を示す。分子配向膜３１ｂのラビング方向と分子配向膜３１ａのラビング方向とはα１ の角度で交差するが、液晶分子のツイスト角を４５°に設定する場合には、前記角度α１ は４５°の角度に設定する。
【００８８】
図６２（Ｃ）よりわかるように、このような単一ドメイン分子配向構成を有する液晶表示装置においては、その駆動状態において、入射光Ｘの方向から見た分子配向と入射光Ｙの方向から見た分子配向とが異なるため、実質的な視角特性の低下が避けられない。
【００８９】
これに対し、図６３（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第７実施例による液晶表示装置の構成を示す。ただし、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００９０】
図６３（Ａ）〜（Ｃ）の構成では、図６３（Ｂ）に示すように、各々の画素において、紫外線改質分子配向膜３１ａ’，３１ｂ’を、それぞれ分子配向膜３１ａ，３１ｂの一部を覆うように形成する。かかる紫外線改質分子配向膜は、例えば分子配向膜３１ａ，３１ｂのラビングの後、別の分子配向膜をその上に堆積し、これに紫外線を照射して分子配向を変化させた後、各画素においてその一部だけを残すようにパターニングすることにより形成すればよい。
【００９１】
その際、図６３（Ｂ）の断面図に示すように、図６３（Ａ）の平面図の紙面下側の領域に前記改質分子配向膜３１ａ’を形成し、また紙面上側の領域に前記改質分子配向膜３１ｂ’を形成することにより、図６３（Ｃ）に示すように入射光ＸおよびＹを異なった方向から入射させた場合に、前記いずれの方向においても光が感受する液晶分子配向が、液晶表示装置の駆動状態において同等になり、液晶表示装置の視角特性がさらに改善される。
【００９２】
図６４（Ａ）〜（Ｃ）は本実施例の一変形例を示す。
【００９３】
図６４（Ａ）を参照するに、本実施例においては、紙面上側の領域と紙面下側の領域においてラビング方向を変化させてあり、その結果図６４（Ｂ）の断面図に示すように、分子配向が各画素中において右側領域と左側領域（図６４（Ａ）の上側領域と下側領域に対応）で異なる。その結果、図６４（Ｃ）に示すように、入射光ＸおよびＹを二つの異なった方向から入射させた場合、それそれの方向において液晶分子の配向は図６３（Ｃ）の場合と同様に等価になり、液晶表示装置の視角特性が向上する。
【００９４】
図６５は、図６４の構成の液晶表示装置において、角度α１ ，α２ をいずれも４５°、液晶層３２の厚さｄを３μｍとした場合の視角特性を示す。ただし、液晶表示装置は図６５において、液晶層３２として前記メルクジャパン社のＭＪ９５７８５を使い、カイラル材は添加していない。すなわち、液晶層３２は、この場合リタデーションΔｎ・ｄとして２８７ｎｍの値を有し、ツイスト角は４５°に設定される。また、図５７に示す正および負の位相差補償フィルムを、正の位相差補償フィルム（３３Ａ）１ ，（３３Ａ）１ の合計リタデーション値Ｒが２５ｎｍ、負の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ ，の合計リタデーション値Ｒ’が１６０ｎｍになるように設けている。
【００９５】
図６５を参照するに、液晶表示装置をこのように構成することにより、コントラスト比が１０を下回る領域は非常に限定されており、非常にすぐれた視角特性が得られることがわかる。
【００９６】
図６６は、同じ構成の液晶表示装置の視角特性のシミュレーションの結果であるが、これによれば、液晶表示装置は各部材の最適化により、さらに優れた視角特性を実現可能であることがわかる。
【００９７】
図６７は、前記第１〜第７の各実施例で記載した液晶表示装置を使って構成した直視型液晶表示装置１００の構成を示す。
【００９８】
図６７を参照するに、直視型液晶表示装置１００は、前記液晶表示装置１０〜７０のいずれであってもよいＶＡモード液晶表示装置１０１と、その背後に配設された面光源１０３とより構成される。液晶表示装置１０１には、複数の画素領域１０２が画成され、前記面光源１０３から放射されるバックライトを光学的に変調する。一方、面光源１０３は、蛍光管等の線光源を含む光源部１０３と、前記線光源から放射された光を拡散させ、前記液晶表示装置１０１の全面を、２次元的に照明する光拡散部１０４とよりなる。
【００９９】
先に各実施例で説明した本発明によるＶＡモード液晶表示装置は、特に広い視角特性を与えるため、図６７に示したような構成の直視型液晶表示装置に特に適している。
［実施例８］
先に、図３５，３６において、本発明によるＶＡモード液晶表示装置では、液晶層中にカイラル材は添加しない方が好ましいことを説明した。しかし、これは本発明ではカイラル材を添加できない、あるいはすべきではないということではない。実際、液晶層中における液晶分子のカイラルピッチをカイラル材により、適当な範囲で規制することにより、表示の明るさ、コントラスト比および応答速度を最適に保持したまま、表示の着色を最小化することが可能になる。
【０１００】
以下、かかるカイラル材を使った本発明の第８実施例について説明する。
【０１０１】
図６８は、図５１の構成の液晶表示装置４０において、液晶層３２としてメルクジャパン社製ＭＸ９４１２９６（Δｎ＝０．０８２，Δε＝−４．６）を使い、偏光板３４Ａ，３４Ｂには日東電工製Ｇ１２２０ＤＵを、さらに正の位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ として屈折率ｎｘ ＝１．５０１，ｎｙ ＝ｎｚ ＝１．５の複屈折フィルムを、また負の位相差補償フィルム（３３Ｂ）２ として屈折率ｎｘ ＝ｎｙ ＝１．５０１，ｎｚ ＝１．５の複屈折フィルムを使った場合において、液晶層３２に添加したカイラル材のピッチｐを様々に変化させた場合の視角特性の変化を示す。ただし、液晶層３２の厚さｄは３．２５μｍに固定し、また液晶分子のツイスト角は４５°としている。ただし、図６８中、「順カイラル」方向は、カイラル材のツイスト方向が液晶分子のツイスト方向に一致する場合を、また「逆カイラル」方向は、カイラル材のツイスト方向が液晶分子のツイスト方向と逆方向である場合を示す。
【０１０２】
図６８を参照するに、前記ｄ／ｐ比の絶対値｜ｄ／ｐ｜が０．３７５（＝Ψ／１２０°；Ψはツイスト角で、今の場合４５°）以内であれば、５０°を超える視野角が確保できることがわかる。ただし、上記絶対値表示において、カイラルピッチｐは、順カイラル方向を＋、逆カイラル方向を−として表現している。
【０１０３】
図６９〜７６は、先に説明した図２７〜３１と同様な図であり、前記図５１の液晶表示装置４０において、カイラル材を添加することにより、ｄ／ｐ比を様々に変化させた場合の着色特性を示す。ただし、液晶層の厚さｄは３．２５μｍに設定している。このうち、図６９はカイラル材を添加しない場合で、図２８におおよそ対応するのに対し、図７０はｄ／ｐ比を順カイラル方向に０．０３２５とした場合を、また図７１はｄ／ｐ比を順カイラル方向に０．１３とした場合を、図７２はｄ／ｐ比を順カイラル方向に０．３２５とした場合を、さらに図７３はｄ／ｐ比を順カイラル方向に０．６５とした場合を示す。これに対し、図７４は、ｄ／ｐ比を逆カイラル方向に０．０３２５とした場合を、図７５はｄ／ｐ比を逆カイラル方向に０．１３とした場合を、さらに図７６はｄ／ｐ比を逆カイラル方向に０．３２５に設定した場合を示す。
【０１０４】
図６９〜７６を参照するに、液晶表示装置の着色は、カイラル材により、カイラルピッチを順カイラル方向に規制することにより減少させることができるのがわかる。これに対し、逆カイラル方向へのカイラルピッチの規制は着色特性を劣化させる。図６８の視野角特性を考えると、厚さｄが３．２５μｍの液晶層では、ｄ／ｐ比の絶対値｜ｄ／ｐ｜をΨ／１２０°以内に設定するのが好ましいことが結論される。
【０１０５】
図７７は、｜ｄ／ｐ｜を約Ψ／３６０°に固定し、セル厚ｄとツイスト角Ψとを様々に変化させた場合の表示特性の評価を示す。
【０１０６】
図７７を参照するに、評価は４段階で行い、良い方から悪い方に順に、◎，○，△，×で表示した。先の実施例でも説明したように、セル厚ｄおよびリタデーションΔｎ・ｄが小さすぎると応答特性は速くなるが透過率が低くなってしまう問題が生じる。これに対し、セル厚ｄを大きくすると着色が激しくなっていまう。またツイスト角Ψを大きくしすぎると、応答時間が長くなってしまう。結論として、液晶層のリタデーションΔｎ・ｄが図７７に実線で示した領域、すなわち式
Ψ／５４９≦Δｎ・ｄ≦（２２５＋Ψ）／５４９
で与えられる範囲内にあれば、特に式
（９０＋Ψ）／５４９≦Δｎ・ｄ≦（１８０＋Ψ）／５４９
で与えられる範囲内にあれば、優れた表示特性が得られることがわかる。ただし、上の式において、ツイスト角Ψの単位は度（°）としている。
【０１０７】
図７８，７９は、図５７の液晶表示装置５０において、位相差補償フィルム（３３Ａ）１ を除去し、液晶分子のツイスト角Ψを４５°、液晶層３２のセル厚ｄを４μｍ、位相差補償フィルム（３３Ａ）２ ，（３３Ｂ）２ による負の合計リタデーション値Ｒ’を３００ｎｍ、位相差補償フィルム（３３Ｂ）１ による正のリタデーション値Ｒを２５ｎｍとした場合に、さらにｄ／ｐ比が０．１２５となるように液晶層３２中にカイラル材を添加した場合の視角特性と着色特性とをそれぞれ示す。
【０１０８】
通常のＴＮ型液晶表示装置の視角特性と着色特性を示す図８０，８１と比較するに、本実施例による液晶表示装置は、視野角および着色共、従来のＴＮ型液晶表示装置のものに対して大きく改善されていることがわかる。
【０１０９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【０１１０】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、垂直配向構成の液晶表示装置において、前記液晶層のリタデーションΔｎ・ｄが、Δｎ・ｄ≦０．４ｎｍの範囲において、前記液晶分子の前記液晶層中におけるツイスト角をΨとして、式
（９０＋Ψ）／５４９≦Δｎ・ｄ≦（１８０＋Ψ）／５４９
で表される範囲に入るように、また前記液晶層のセル厚が５μｍ未満であり、前記ツイスト角Ψが、０＜Ψ＜９０°の関係を満たすように、液晶分子のツイスト角を最適に制御することにより、明るく、応答速度が速く、さらに着色の少ない液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の基本的構成を説明する図である。
【図２】図１の液晶表示装置のコントラスト比と、液晶パネルに対するポラライザ，アナライザの方位との関係を説明する図である。
【図３】図１の液晶表示装置の動的特性を示す図である。
【図４】図１の液晶表示装置において、さらに位相差補償板を設けた構成を示す図である。
【図５】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を０．４５とした場合の視角特性を示す図である。
【図６】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を０．６とした場合の視角特性を示す図である。
【図７】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を０．７５とした場合の視角特性を示す図である。
【図８】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を０．８２とした場合の視角特性を示す図である。
【図９】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を０．９０とした場合の視角特性を示す図である。
【図１０】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を０．９７とした場合の視角特性を示す図である。
【図１１】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を１．０５とした場合の視角特性を示す図である。
【図１２】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を１．１２とした場合の視角特性を示す図である。
【図１３】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を１．２０とした場合の視角特性を示す図である。
【図１４】図４の液晶表示装置において、液晶パネルのリターデーション値に対する位相差補償板の合計リターデーション値の比の値を１．３４とした場合の視角特性を示す図である。
【図１５】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを１μｍ、液晶層のリタデーション値を８２ｎｍとした場合の視角特性を示す図である。
【図１６】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを２μｍ、液晶層のリタデーション値を１６４ｎｍとした場合の視角特性を示す図である。
【図１７】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを３μｍ、液晶層のリタデーション値を２４６ｎｍとした場合の視角特性を示す図である。
【図１８】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを４μｍ、液晶層のリタデーション値を３２８ｎｍとした場合の視角特性を示す図である。
【図１９】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを５μｍ、液晶層のリタデーション値を４１０ｎｍとした場合の視角特性を示す図である。
【図２０】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを６μｍ、液晶層のリタデーション値を４９２ｎｍとした場合の視角特性を示す図である。
【図２１】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを１μｍとした場合の透過率特性を示す図である。
【図２２】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを２μｍとした場合の透過率特性を示す図である。
【図２３】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを３μｍとした場合の透過率特性を示す図である。
【図２４】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを４μｍとした場合の透過率特性を示す図である。
【図２５】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを５μｍとした場合の透過率特性を示す図である。
【図２６】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを６μｍとした場合の透過率特性を示す図である。
【図２７】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを１μｍとした場合の着色特性を示す図である。
【図２８】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを３μｍとした場合の着色特性を示す図である。
【図２９】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを４μｍとした場合の着色特性を示す図である。
【図３０】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを５μｍとした場合の着色特性を示す図である。
【図３１】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを６μｍとした場合の着色特性を示す図である。
【図３２】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを３μｍ、ツイスト角を０°とした場合の視角特性を示す図である。
【図３３】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを３μｍ、ツイスト角を９０°とした場合の視角特性を示す図である。
【図３４】図４の液晶表示装置において、液晶層の厚さを３μｍ、ツイスト角を１８０°とした場合の視角特性を示す図である。
【図３５】（Ａ），（Ｂ）は、図４の液晶表示装置において、カイラル材を含んだ液晶層中の分子配向を、それぞれ非駆動状態および駆動状態について示す図である。
【図３６】（Ａ），（Ｂ）は、図４の液晶表示装置において、カイラル材を含まない液晶層中の分子配向を、それぞれ非駆動状態および駆動状態について示す図である。
【図３７】図４の液晶表示装置において、液晶層中にカイラル材を添加した場合の視角特性を示す図である。
【図３８】図４の液晶表示装置において、液晶層中にカイラル材を添加した場合の透過率特性を示す図である。
【図３９】図４の液晶表示装置において、液晶層中にカイラル材を添加しない場合の透過率特性を示す図である。
【図４０】図４の液晶表示装置において、プレチルト角を９０°に設定した場合の視角特性を示す図である。
【図４１】図４の液晶表示装置において、プレチルト角を８５°に設定した場合の視角特性を示す図である。
【図４２】図４の液晶表示装置において、プレチルト角を８０°に設定した場合の視角特性を示す図である。
【図４３】図４の液晶表示装置において、プレチルト角を７５°に設定した場合の視角特性を示す図である。
【図４４】標準的なＴＮモード液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図４５】本発明の第１実施例による液晶表示装置の構成を示す図である。
【図４６】図４５の液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図４７】図４５の液晶表示装置において、位相差補償板を設けた場合の視角特性を示す図である。
【図４８】図４５の液晶表示装置において、プレチルト角を７５°とし、液晶パネルの上下に位相差補償フィルムを配設した場合の視角特性を示す図である。
【図４９】本発明の第２実施例による液晶表示装置の立ち上がり特性を示す図である。
【図５０】本発明の第２実施例による液晶表示装置の立ち下がり特性を示す図である。
【図５１】本発明の第３実施例による液晶表示装置の構成を示す図である。
【図５２】図５１の液晶表示装置における黒表示状態の透過率を示す図である。
【図５３】図５１の液晶表示装置における黒表示状態の透過率を示す別の図である。
【図５４】図５１の液晶表示装置における黒表示状態の透過率を示す別の図である。
【図５５】図５１の液晶表示装置における黒表示状態の透過率を示す別の図である。
【図５６】図５１の液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図５７】本発明の第４実施例による液晶表示装置の構成を示す図である。
【図５８】図５７の液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図５９】本発明の第５実施例による液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６０】本発明の第６実施例による液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６１】図６０の液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図６２】単一ドメイン構成を有する本発明による液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６３】分割配向構成を有する本発明の第７実施例による液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６４】図６３の液晶表示装置の一変形例を示す図である。
【図６５】図６４の液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図６６】図６４の液晶表示装置の視角特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図６７】本発明による垂直配向液晶表示装置を使った直視型液晶表示装置の構成を示す図である。
【図６８】本発明の第８実施例による、カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図６９】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その一）である。
【図７０】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その二）である。
【図７１】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その三）である。
【図７２】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その四）である。
【図７３】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その五）である。
【図７４】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その六）である。
【図７５】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その七）である。
【図７６】カイラル材を添加した場合の垂直配向液晶表示装置の着色特性を示す色度図（その八）である。
【図７７】
好ましいツイスト角とセル厚の組み合わせを示す図である。
【図７８】
第８実施例の一変形例による液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図７９】
図７８の液晶表示装置の着色特性を示す色度図である。
【図８０】
従来のＴＮ型液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図８１】
図８０の従来のＴＮ型液晶表示装置の着色特性を示す色度図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０ 液晶表示装置
１１，３１ 液晶パネル
１１Ａ，１１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ ガラス基板
１２，３２ 液晶層
１３Ａ，１３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ 偏光板
１４Ａ，１４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，（３４Ａ）１ ，（３４Ｂ）１ ，（３４Ａ）２ ，（３２Ｂ）２ 位相差補償フィルム
３１ａ，３１ｂ 分子配向膜
３１ａ’，３１ｂ’ （３１ａ’）ＰＩＸＥＬ 電極
（３１ａ’）ＴＦＴ ＴＦＴ
３１ｃ スペーサ
１００ 直視型液晶表示装置
１０１ 垂直配向液晶表示装置
１０２ 画素
１０３ 面光源
１０４ 光源部
１０６ 線光源

Claims (1)

1. 互いに対向する、実質的に平行な第１および第２の基板と；前記第１の基板の前記第２の基板に面する第１の主面上に形成された第１の電極手段と；前記第２の基板の、前記第１の基板に面する第２の主面上に形成された第２の電極手段と；前記第１の基板の前記第１の主面上において、前記第１の電極手段を覆う第１の分子配向膜と；前記第２の基板の前記第２の主面上において、前記第２の電極手段を覆う第２の分子配向膜と；前記第１および第２の基板の間に封入された、負の誘電率異方性を有する液晶分子よりなる液晶層とを備えた液晶表示装置において、
   前記液晶層のリタデーションΔｎ・ｄが、前記液晶分子の前記液晶層中におけるツイスト角をΨとして、式
   （９０＋Ψ）／５４９≦Δｎ・ｄ≦（１８０＋Ψ）／５４９
   で表される範囲にあり、
   前記リタデーションΔｎ・ｄは、
   Δｎ・ｄ≦０．４μｍ
   の範囲にあり、
   前記液晶層は、５μm未満のセル厚を有し、
   前記ツイスト角Ψは、０＜Ψ＜９０°の関係を満たすことを特徴とする液晶表示装置。

Images