JP4686164B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能なＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）技術を用いた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。

現在、市場で広く利用されているツイステッド・ネマチック（ＴＮ）型液晶表示装置は、光学的に正の屈折率異方性を有する液晶分子が一対の基板間で略９０°捩れ配列されて構成されており、その捩れ配列を制御することにより液晶層に入射した光の旋光性を調節している。このＴＮ型液晶表示装置は、比較的、容易に製造できるものの、その視野角は狭く、また応答速度が遅いため、特にＴＶ画像等の動画表示には不都合があった。

一方、視野角及び応答速度を改善可能な液晶表示装置として、ＯＣＢ型液晶表示装置が注目されている。ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板間にベンド配列させた液晶分子を有する液晶層が保持された構造を有している。このＯＣＢ型液晶表示装置は、ＴＮ型液晶表示装置に比して応答速度が改善され、さらに液晶分子の配列状態により液晶層を通過する光の複屈折の影響を光学的に自己補償できるため視野角が広いという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１５６７４３号公報

しかしながら、広視野角の表示装置では、表示した個人情報や機密情報を周囲からでも容易に観察可能であるため、使用目的によっては狭視野角の表示装置が求められるケースもある。これまでは、表示装置の表面に光学フィルムを追加したり、偏光めがねを用いたりすることで狭視野角化を実現していたが、このような方法では、常に狭視野角の状態になってしまったり、切り替え作業が煩雑になってしまう。

そこで、この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、広視野角の表示モードと、狭視野角の表示モードとを容易に切り替えることが可能であり、いずれの表示モードにおいても応答速度が高速であり且つ表示品位に優れた液晶表示装置を提供することにある。

この発明の態様にかかる液晶表示装置は、
一対の基板間にベンド配列した液晶分子を含む第１液晶層を保持して構成されマトリクス状に配置された表示画素を備えた液晶パネルと、前記第１液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記第１液晶層の面内方向及び厚み方向のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子と、を備え、前記第１液晶層に印加する電圧によって前記液晶分子による複屈折量を変化させて画像を表示する液晶表示装置であって、
前記光学補償素子は、厚み方向にリタデーションを有すると共に、そのリタデーション量が可変可能に構成され、前記第１液晶層に所定表示に対応した第１電圧を印加したときに、前記第１液晶層の厚み方向のリタデーション量と前記光学補償素子の厚み方向のリタデーション量との総和が略ゼロとなる第１表示モードと、前記第１液晶層に前記所定表示に対応した第２電圧を印加したときに、前記第１液晶層の厚み方向のリタデーション量と前記光学補償素子の厚み方向のリタデーション量との総和が前記第１表示モードの総和と異なる第２表示モードと、を切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、広視野角の表示モードと、狭視野角の表示モードとを容易に切り替えることが可能であり、いずれの表示モードにおいても応答速度が高速であり且つ表示品位に優れた液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。この実施の形態では、液晶表示装置として、特に、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モードの液晶表示装置を例に説明する。

図１に示すように、ＯＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板すなわちアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層（第１液晶層）３０を保持して構成された液晶パネル１を備えている。この液晶パネル１は、例えば透過型であり、アレイ基板１０側に配置された図示しないバックライトユニットからのバックライト光を対向基板２０側に透過可能に構成されている。また、この液晶パネル１は、実質的に画像を表示する有効表示部２を備えている。この有効表示部２は、マトリクス状に配置された表示画素ＰＸによって構成されている。

アレイ基板１０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１１を用いて形成されている。このアレイ基板１０は、絶縁基板１１の一方の主面にアクティブ素子１２、画素電極１３、配向膜１４などを備えている。アクティブ素子１２は、各表示画素ＰＸに配置され、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｍｅｔａｌ）などで構成されている。画素電極１３は、各表示画素ＰＸに配置され、アクティブ素子１２に電気的に接続されている。この画素電極１３は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜１４は、絶縁基板１１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。

対向基板２０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１を用いて形成されている。この対向基板２０は、絶縁基板２１の一方の主面に対向電極２２、配向膜２３などを備えている。単一の対向電極２２は、有効表示部２内において全表示画素に共通に配置され、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜２３は、絶縁基板２１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。

なお、カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶パネル１は、複数色の表示画素、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色画素を有している。すなわち、赤色画素は赤色波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備え、緑色画素は緑色波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備え、青色画素は青色波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板１０または対向基板２０の主面に配置されている。

上述したような構成のアレイ基板１０と対向基板２０とは、図示しないスペーサを介して互いに所定のギャップを維持した状態で貼り合わせられている。液晶層３０は、これらアレイ基板１０と対向基板２０との間のギャップに封入されている。液晶層３０に含まれる液晶分子３１は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する材料を選択可能である。

このようなＯＣＢ型液晶表示装置は、液晶層３０に電圧を印加した所定の表示状態において、図１に示したようにベンド配列した液晶分子３１を含む液晶層３０のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子４０を備えている。この光学補償素子４０は、液晶パネル１の一方の主面すなわちアレイ基板１０側外面に配置された第１補償素子４０Ａと、液晶パネル１の他方の主面すなわち対向基板２０側外面に配置された第２補償素子４０Ｂと、で構成されている。

例えば図２に示すように、第１補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、及び、位相差板としての機能を有する複数の光学素子４２Ａ及び４３Ａを有している。同様に、第２補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ｂ、及び、位相差板としての機能を有する複数の光学素子４２Ｂ及び４３Ｂを有している。

光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、後に説明するように、主にその厚み方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。また、光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、後に説明するように、主にその面内方向にリタデーション（位相差）を有する位相差板として機能する。

図３に示すように、配向膜１４及び２３は、パラレル配向処理されている（すなわち図中の矢印Ａで示す方向にラビング処理されている）。これにより、液晶分子３１の光軸の正射影（液晶配向方向）は、図中矢印Ａと平行となる。画像を表示可能な状態、すなわち所定のバイアスを印加した状態では、液晶分子３１は、矢印Ａで規定される液晶層３０の断面内において、図１に示したようにアレイ基板１０と対向基板２０との間においてベンド配列する。

このとき、偏光板４１Ａ及び４１Ｂは、それぞれの透過軸が図中の矢印Ｂで示す方向を向くように配置されている。つまり、偏光板４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれの透過軸は、液晶配向方向Ａに対して４５°の角度をなし、しかも、互いに平行である。このように、それぞれの透過軸が互いに平行になるように配置された偏光板４１Ａ及び４１Ｂを備えた液晶パネル１では、これらの間にある物体の複屈折量（リタデーション量）が波長λの入射光に対して実効的にλ／２であれば光は透過せず、黒画像が表示される。逆に、偏光板４１Ａ及び４１Ｂ間にある物体の複屈折量（リタデーション量）が実効的にゼロであれば光は透過し、白画像（もしくはカラー画像）が表示される。

なお、それぞれの透過軸が互いに直交するクロスニコル配置された偏光板４１Ａ及び４１Ｂを備えた液晶パネル１では、これらの間にある物体のリタデーション量が実効的にゼロもしくは波長λの整数倍であれば光は透過せず、黒画像が表示される。

光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、ある特定の電圧印加状態（例えば黒画像を表示する状態）で、画面を正面方向から観察した時に影響する液晶層３０のリタデーションの影響を補償するようなリタデーション量を有している。すなわち、ＯＣＢ型液晶表示装置では、ベンド配列した液晶分子に対して電圧を印加しても、すべての液晶分子が基板の法線方向に沿って配列せず、液晶層３０におけるリタデーション量が完全に所定値すなわちλ／２に一致しない。

そこで、光学素子４３Ａ及び４３Ｂの光軸は、液晶層３０においてリタデーションを発生する方向すなわち液晶配向方向（液晶分子を正射影したときの光軸方向）Ａに平行な方向Ａまたは直交する方向Ｄに設定されており、これら光学素子４３Ａ及び４３Ｂは、必要に応じて方向Ａまたは方向Ｄに所定のリタデーション量を有している。これが「面内方向にリタデーションを有する位相差板」４３Ａ及び４３Ｂに相当する。なお、ここでは、面内方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向で規定されるものであるが、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙのみを考慮するのではなく、各光学部材を面内に正射影したときの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。

これにより、液晶層３０が有する面内方向でのリタデーションを補償して、液晶層３０と位相差板４３Ａ及び４３Ｂとを複合してリタデーション量Δｎ・ｄがλ／２になる状態を形成し、画面を正面方向から観察した時に黒画像を表示することが可能となる。なお、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏであり（但し、ｎｅを異常光線屈折率及びｎｏを常光線屈折率とする）、ｄは光学素子の厚みとする。

光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、液晶分子３１とは逆の光学特性（例えば負の一軸性）を有している。すなわち、ＯＣＢ型液晶表示装置において、黒画像を表示する際には、液晶層３０に比較的高い電圧が印加されているため、大多数の液晶分子３１は、電界方向に配列する（基板の法線方向に立ち上がる）。液晶分子３１は、分子の長軸方向の主屈折率ｎｚが他方向の主屈折率ｎｘ及びｎｙよりも大きい正の一軸性の光学特性を有する分子である。ここでは、液晶分子３１について、便宜上、長軸方向（厚み方向）をＺ方向とし、これに直交する面内方向をＸ方向及びＹ方向とした。

液晶分子３１が基板の法線方向に立ち上がった状態では、画面を正面方向から観察した場合、主屈折率の分布が等方的である（すなわち面内の主屈折率が等価（ｎｘ＝ｎｙ）である）ため、リタデーションは発生しない。しかしながら、画面を斜め方向から観察した場合、液晶分子３１の側面の影響により、長軸方向の主屈折率ｎｚが増大し（ｎｘ、ｎｙ＜ｎｚ）、傾斜方向に応じたリタデーションが発生する。このため、液晶層３０を通過した光の一部が偏光板４１Ｂを透過してしまい、明るくなってしまう（つまり、黒画像を表示することができない）。

そこで、光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、その厚み方向の主屈折率ｎｚが相対的に小さく、面内の主屈折率ｎｘ及びｎｙが相対的に大きく（ｎｘ、ｎｙ＞ｎｚ）なるように設定されている。これが「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」４２Ａ及び４２Ｂに相当する。なお、ここでは、厚み方向とは、面内のＸ方向及びＹ方向に加えてこれらに直交するＺ方向で規定されるものであり、液晶層や位相差板などの各光学部材の屈折率を考慮する際には、３次元的に主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚすべてを考慮したものである。

このような光学素子４２Ａ及び４２Ｂを組み合わせて用いることにより、これら液晶層３０及び光学補償素子４０におけるリタデーション量の総和をほぼゼロとすることができる。これにより、液晶層３０が有する厚み方向でのリタデーションをキャンセルすることができ、黒画像を表示した状態の画面を斜め方向から観察した場合において、液晶層３０でのリタデーションの影響を補償することができる。

このように、液晶層に電圧を印加して黒画像を表示する状態において、面内方向で発生する液晶層のリタデーションを「面内方向にリタデーションを有する位相差板」で補償するとともに、斜め方向で発生する液晶層のリタデーションを「厚み方向にリタデーションを有する位相差板」で補償することにより、ＯＣＢ型液晶表示装置において、視野角特性及び表示品位を向上することが可能となる。

ところで、光学補償素子４０を構成する第１補償素子４０Ａ及び第２補償素子４０Ｂの少なくとも一方は、ハイブリッド配列した液晶分子を含む液晶層（第２液晶層）を備えた液晶セルを含んでいる。例えば、図４に示すように、液晶セル１００は、一対の基板すなわち第１基板１１０と第２基板１２０との間に液晶層（第２液晶層）１３０を保持して構成されている。この液晶セル１００は、画素構造を備えていない。

より詳細に説明すると、第１基板１１０は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１１１を用いて形成されている。この第１基板１１０は、絶縁基板１１１の一方の主面に第１共通電極１１３、配向膜１１４などを備えている。第１共通電極１１３は、絶縁基板１１１の主面全体に配置されたベタ電極である。この第１共通電極１１３は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜１１４は、絶縁基板１１１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。

また、第２基板１２０も第１基板１１０と同様に構成されており、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板１２１の一方の主面に第２共通電極１２２、配向膜１２３などを備えている。第２共通電極１２２は、絶縁基板１２１の主面全体に配置されたベタ電極であり、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜１２３は、絶縁基板１２１の主面全体を覆うように配置され、光透過性を有する材料によって形成されている。

このような構成の液晶セル１００において、一方の配向膜（例えば第１基板１１０側の配向膜１１４）は、液晶分子１３１を基板に対してほぼ垂直に配向するような特性を有している。また、他方の配向膜（例えば第２基板１２０側の配向膜１２３）は、液晶分子１３１を基板に対してほぼ水平に配向するような特性を有している。液晶分子１３１は、これらの特性を有した配向膜１１４及び１２３による配向制御により、第１基板１１０近傍では略垂直に配向し、第２基板１２０近傍では水平に配向しており、この間では連続的にベンド配列している。

このような液晶セル１００は、例えば、第１補償素子４０Ａ及び第２補償素子４０Ｂに含まれる光学素子４３Ａ及び４３Ｂとして適用可能である。すなわち、ハイブリッド配列した液晶層１３０は、その面内方向及び厚み方向にリタデーションを有している。このため、液晶セル１００は、液晶層１３０に印加される電圧（すなわち第１共通電極１１３と第２共通電極１２２との間に形成される電位差）に応じて、液晶層３０における面内のリタデーションの影響を補償するようなリタデーション量を形成可能である。

例えば、液晶セル１００において、液晶層１３０に比較的低レベルの電圧Ｖａ（例えば０Ｖ）を印加した状態では、液晶分子１３１はハイブリッド配列している。このため、液晶層１３０は、面内方向においてはリタデーション量Ｒｅａを有するとともに、厚み方向においてはリタデーション量Ｒｔｈａを有する。これに対して、液晶層１３０に比較的高レベルの電圧Ｖｂ（Ｖａ＜Ｖｂ）を印加した状態では、液晶分子１３１は配向膜１２３付近を除いて略基板に対して垂直に配列している。このため、液晶層１３０は、面内方向における液晶分子１３１によるリタデーションの影響が緩和され、リタデーション量Ｒｅｂ（Ｒｅａ＞Ｒｅｂ）を有するとともに、厚み方向における液晶分子１３１によるリタデーションの影響が増し、リタデーション量Ｒｔｈｂ（Ｒｔｈａ＜Ｒｔｈｂ）を有する。

このような液晶セル１００を組み合わせた光学補償素子４０を用いることにより、広視野角表示モード（第１表示モード）と狭視野角表示モード（第２表示モード）とを容易に切り替えることが可能な表示装置を提供できる。すなわち、液晶表示装置は、図５に示すように、第１表示モードと第２表示モードとを切り替えるモード切替機構２００を備えている。このモード切替機構２００は、設定された表示モードに応じて、液晶パネル１に印加される電圧を制御する第１電圧制御回路２１０及び液晶セル１００に印加される電圧を制御する第２電圧制御回路２２０に対して制御信号を出力する。

第１電圧制御回路２１０は、モード切替機構２００からの制御信号に基づき、液晶層３０に印加される電圧（すなわち画素電極１３と対向電極２２との間に形成される電位差）を制御する。例えば、第１表示モードにおいて、黒を表示する表示状態を形成するためには、第１電圧制御回路２１０は、液晶層３０に比較的大きな電圧Ｖ１を印加する。また、第２表示モードにおいては、黒を表示する表示状態を形成するためには、第１電圧制御回路２１０は、液晶層３０に比較的小さな電圧Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）を印加する。

第２電圧制御回路２２０は、モード切替機構２００からの制御信号に基づき、液晶層１３０に印加される電圧（すなわち第１共通電極１１３と第２共通電極１２２との間に形成される電位差）を制御する。例えば、第１表示モードにおいて、黒を表示する表示状態を形成するためには、第２電圧制御回路２２０は、液晶層１３０に比較的小さな電圧Ｖａを印加する。また、第２表示モードにおいては、黒を表示する表示状態を形成するためには、第２電圧制御回路２２０は、液晶層１３０に比較的小さな電圧Ｖｂ（Ｖａ＜Ｖｂ）を印加する。

このように、液晶層３０及び１３０に印加する電圧を制御することによって表示モードを切り替える原理について説明する。なお、ここでは、光学補償素子４０を構成する第１補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、位相差板としての機能を有する光学素子４２Ａ、及び、位相差板としての機能を有する光学素子４３Ａとして液晶セル１００を有している。また、光学補償素子４０を構成する第２補償素子４０Ｂも同様に、偏光板４１Ｂ、位相差板としての機能を有する光学素子４２Ｂ、及び、位相差板としての機能を有する光学素子４３Ｂとして液晶セル１００を有している。

すなわち、図６に示すように、第１表示モードにおいては、液晶パネル１の液晶層３０に電圧Ｖ１（例えば１．５Ｖ）が印加されており、面内方向において所定のリタデーション量Ｒｅａ（例えば１００ｎｍ）を有するとともに、厚み方向においてはリタデーション量Ｒｔｈａ（例えば１９０ｎｍ）を有する。また、光学素子４３Ａ及び４３Ｂとしての液晶セル１００のそれぞれの液晶層１３０には電圧Ｖａ（例えば０Ｖ）が印加されており、それぞれ、面内方向において所定のリタデーション量Ｒｅａ（例えば８７．５ｎｍ）を有するとともに、厚み方向においてはリタデーション量Ｒｔｈａ（例えば１５０ｎｍ）を有する。

このとき、面内方向については、液晶層３０及び光学補償素子４０（特に液晶セル１００）のリタデーション量Ｒｅａの総和は、２７５ｎｍである。このため、偏光板４１Ａを通過した波長５５０ｎｍの直線偏光は、液晶層３０及び光学補償素子４０を通過した際にλ／２の位相差が付与され、その振動面が９０°回転する。これにより、波長５５０ｎｍの直線偏光は、偏光板４１Ｂを通過することができず、黒表示状態が形成される。

また、厚み方向については、液晶層３０及び液晶セル１００のリタデーション量Ｒｔｈａの総和は、４９０ｎｍである。第１補償素子４０Ａ及び第２補償素子４０Ｂにそれぞれ含まれる光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、これら液晶層３０及び液晶セル１００のリタデーション量Ｒｔｈａの総和をキャンセルするようなリタデーション量を有している。ここでは、光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、それぞれ−２４５ｎｍのリタデーション量を有しており、その総和は−４９０ｎｍである。このため、液晶層３０及び光学補償素子４０のリタデーション量Ｒｔｈａの総和は、略ゼロとなり、黒画像を表示した状態の画面を斜め方向から観察した場合において、液晶層３０でのリタデーションの影響を補償することができる。

つまり、第１表示モードにおいては、正面方向で画面を観察したときには光抜けの少ない良好な黒表示を実現することができ、また、斜め方向から画面を観察したときには良好な表示品位を実現することができ、広視野角化が可能となる。

これに対して、図７に示すように、第２表示モードにおいては、液晶層３０に第１表示モードでの印加電圧Ｖ１より小さな電圧Ｖ２（例えば０Ｖ）が印加されており、面内方向において所定のリタデーション量Ｒｅｂ（例えば１３８ｎｍ）を有するとともに、厚み方向においてはリタデーション量Ｒｔｈｂ（例えば１６０ｎｍ）を有する。また、光学素子４３Ｂとしての液晶セル１００の液晶層１３０には第１表示モードと同様に電圧Ｖａが印加されており、それぞれ、面内方向において所定のリタデーション量Ｒｅｂ（例えば８７．５ｎｍ）を有するとともに、厚み方向においてはリタデーション量Ｒｔｈｂ（例えば１５０ｎｍ）を有する。また、光学素子４３Ａとしての液晶セル１００の液晶層１３０には電圧Ｖｂ（例えば５Ｖ）が印加されており、それぞれ、面内方向において所定のリタデーション量Ｒｅｂ（例えば４９．５ｎｍ）を有するとともに、厚み方向においてはリタデーション量Ｒｔｈｂ（例えば１５５ｎｍ）を有する。

このとき、面内方向については、液晶層３０及び光学補償素子４０（特に液晶セル１００）のリタデーション量Ｒｅｂの総和は、第１表示モードと略等しくなるように設定されている（この例では２７５ｎｍである）。つまり、表示モードの切り替えに伴って、液晶層３０は、光学素子４３Ａの液晶層１３０への印加電圧が変化したことによるリタデーション量の変化を補償するようなリタデーション量に設定されるよう、液晶層３０への印加電圧が設定されている。

このように、第１表示モードと第２表示モードとでリタデーション量Ｒｅｂの総和を略等しくしたことにより、いずれの表示モードにおいても正面方向から画面を観察した際に同様の表示品位が得られる。また、偏光板４１Ａ及び４１Ｂの透過軸が平行になるよう配置された場合には、液晶層３０及び光学補償素子４０を通過する光の主波長をλとしたときに、第１表示モードと第２表示モードとでリタデーション量Ｒｅｂの総和をλ／２としたことにより、いずれの表示モードにおいても、同様の表示品位の黒表示状態を形成することが可能である。

また、厚み方向については、液晶層３０及び液晶セル１００のリタデーション量Ｒｔｈｂの総和は、４６５ｎｍである。第１補償素子４０Ａ及び第２補償素子４０Ｂにそれぞれ含まれる光学素子４２Ａ及び４２Ｂは、先に説明したように、第１表示モードにおいてこれら液晶層３０及び液晶セル１００のリタデーション量Ｒｔｈａの総和をキャンセルするようなリタデーション量（例えば−４９０ｎｍ）を有している。このため、第２表示モードにおける液晶層３０及び光学補償素子４０のリタデーション量Ｒｔｈｂの総和は、第１表示モードとは異なる（−２５ｎｍ）。これは、黒画像を表示した状態の画面を斜め方向から観察した場合において、液晶層３０でのリタデーションの影響を補償できていないことを意味する。

つまり、第２表示モードにおいては、面内方向で画面を観察したときには第１表示モードと同様に光抜けの少ない良好な黒表示を実現することができるが、画面を斜め方向から観察したときには輝度反転を生じ、良好な表示品位を実現することができない。故に、狭視野角化が可能となる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、液晶パネルに含まれる液晶層及び光学補償素子を構成する液晶セルに含まれる液晶層に印加する電圧を制御することにより、広視野角化が可能な表示モード及び狭視野角化が可能な表示モードを容易に切り替えることができる。また、いずれの表示モードにおいても、画面を正面方向から観察したときには、液晶パネルの透過率を十分に低減することができ、コントラストを向上することが可能となるとともに、色づきの少ない黒画像を表示することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施の形態では、いずれの表示モードにおいても液晶パネル１における面内方向のリタデーションを補償するよう機能するとともに厚み方向のリタデーションを一方の表示モードにおいてのみ補償するよう機能する液晶セル１００は、液晶パネル１の両側に配置したが、少なくとも一方に配置されていれば良い。すなわち、図８に示すように、光学補償素子４０を構成する第１補償素子４０Ａは、偏光板４１Ａ、厚み方向のリタデーションを補償する光学素子４２Ａ、及び、正面方向のリタデーションを補償する液晶セル１００によって構成され、第２補償素子４０Ｂは、偏光板４１Ａ、厚み方向のリタデーションを補償する光学素子４２Ａ、及び、正面方向のリタデーションを補償する光学素子４３Ｂによって構成されても良い。

また、上述した実施の形態では、図６及び図７に示したように、液晶セル１００を液晶パネル１の両側に配置した場合、一方の液晶セル１００（４３Ｂ）に印加する電圧はＶａで固定し、他方の液晶セル１００（４３Ａ）に印加する電圧をそれぞれの表示モードに合わせてＶａまたはＶｂに制御したが、それぞれの表示モードに合わせて両方の液晶セル１００に印加する電圧を制御しても良い。

さらに、液晶セル１００を液晶パネル１の外面に直接配置する場合、液晶セル１００を構成する絶縁基板が液晶パネル１を構成する絶縁基板と同一であっても良い。つまり、１枚の絶縁基板の一方の主面に液晶パネル用の対向電極または画素電極を配置するとともに、他方の主面に液晶セル用の第１共通電極または第２共通電極を配置しても良い。これにより、部材の共有化が可能であり、液晶表示装置全体の薄型化が可能である。

図１は、この発明の一実施の形態としてのＯＣＢ型液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２は、ＯＣＢ型液晶表示装置に適用される光学補償素子の構成を概略的に示す図である。 図３は、図２に示した光学補償素子を構成する各光学部材の光軸方向と液晶配向方向との関係を示す図である。 図４は、図２に示した光学補償素子を構成する液晶セルの構造を概略的に示す断面図である。 図５は、図１に示した液晶表示装置に適用可能なモード切替機構の構成を概略的に示す図である。 図６は、図１に示した液晶表示装置における第１表示モードを説明するための図である。 図７は、図１に示した液晶表示装置における第２表示モードを説明するための図である。 図８は、図１に示した液晶表示装置に適用可能な他の構成例を説明するための図である。

符号の説明

１…液晶パネル
１０…アレイ基板
２０…対向基板
３０…液晶層（第１液晶層）
３１…液晶分子
４０（Ａ、Ｂ）…光学補償素子
４１（Ａ、Ｂ）…偏光板
４２（Ａ、Ｂ）…光学素子（厚み方向にリタデーションを有する位相差板）
４３（Ａ、Ｂ）…光学素子（面内方向にリタデーションを有する位相差板）
１００…液晶セル
１１０…第１基板
１２０…第２基板
１３０…液晶層（第２液晶層）
１３１…液晶分子

Claims (7)

1. 一対の基板間にベンド配列した液晶分子を含む第１液晶層を保持して構成されマトリクス状に配置された表示画素を備えた液晶パネルと、
   前記第１液晶層に電圧を印加した所定の表示状態において、前記第１液晶層の面内方向及び厚み方向のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子と、
   を備え、前記第１液晶層に印加する電圧によって前記液晶分子による複屈折量を変化させて画像を表示する液晶表示装置であって、
   前記光学補償素子は、厚み方向にリタデーションを有すると共に、そのリタデーション量が可変可能に構成され、
   前記第１液晶層に所定表示に対応した第１電圧を印加したときに、前記第１液晶層の厚み方向のリタデーション量と前記光学補償素子の厚み方向のリタデーション量との総和が略ゼロとなる第１表示モードと、
   前記第１液晶層に前記所定表示に対応した第２電圧を印加したときに、前記第１液晶層の厚み方向のリタデーション量と前記光学補償素子の厚み方向のリタデーション量との総和が前記第１表示モードの総和と異なる第２表示モードと、を切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光学補償素子は、面内方向及び厚み方向にリタデーションを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１表示モードにおける前記第１液晶層の面内方向のリタデーション量と前記光学補償素子の面内方向のリタデーション量との総和と、前記第２表示モードにおける前記第１液晶層の面内方向のリタデーション量と前記光学補償素子の面内方向のリタデーション量との総和とが略等しいことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記光学補償素子は、ハイブリッド配列した液晶分子を含む第２液晶層を備えて構成される液晶セルを含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記光学補償素子は、前記液晶パネルの一方の主面に配置された第１補償素子と、前記液晶パネルの他方の主面に配置された第２補償素子と、で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶セルは、一対のベタ電極間に前記第２液晶層を保持して構成されたことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１表示モードが広視野角モードであり、前記第２表示モードが狭視野角モードであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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