JP4708710B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、ＩＰＳ（In-Plane Switching）型の液晶表示装置に関する。
ＩＰＳ型の液晶表示装置は、液晶の配向方向とガラス基板とが平行であり、ＴＮ（Twist Nematic）型の液晶表示装置に比して、高視野角を実現できる利点がある。図５は、一般的なＩＰＳ型の液晶表示装置を断面図で示している。この液晶表示装置２００は、バックライト光源側から、偏光板２０１と、ＴＦＴ基板２０２と、液晶層２０３と、ＣＦ基板２０４と、偏光板２０５とを有する。ＩＰＳ型の液晶表示装置２００では、それぞれＴＦＴ基板２０２上に形成された画素電極２０８と対向電極２０９との間の電位差によって液晶２１０に基板平行方向の電界が印加されて、液晶２１０が駆動される。
一般に、ＩＰＳ型の液晶表示装置２００は、高視野角を実現できる利点はあるものの、例えば黒表示時において、液晶表示装置２００を偏光板２０１又は２０５の偏光軸から４５度の方位角で視野角をつけて観察すると、光漏れが観察され、この光漏れによって表示色黒が赤みがかって観察される問題がある。この光漏れは、偏光板２０１又は２０５の偏光軸から４５度の方位角で液晶表示装置２００を観察すると、一対の偏光板２０１、２０５の偏光軸のなす角が９０度よりも大きく見えること、偏光板２０１及び２０５を構成する保護層（図示せず）がだ円偏光に見えて保護層を通過する光に位相差が生じること、及び、液晶層２０３を斜め視野から観察すると複屈折が生じることにより発生する。
図６は、ＩＰＳ型の液晶表示装置の黒表示時における視野角と観察される色度との関係を示している。同図では、視野角の変化による色度の変化を色温度の変化として示している。一般に、色温度１０００Ｋは赤色に対応し、２８００Ｋから３２００Ｋの範囲は橙色から黄色に対応する。また、３２００Ｋから５０００Ｋの範囲は、無色に対応し、５０００Ｋを超える範囲は、青色に対応する。黒表示時に正面視野（視野角０度）で観察される色度が色温度１１０００Ｋ付近であるとき、液晶表示装置を、視野角を増加させて観察すると、同図に示すように、視野角の増加に伴って観察される色温度が急激に低下する。この色温度の低下は、赤み成分の増加を意味する。
斜め視野での光漏れ、及び、正面視野と斜め視野との間で観察される色味の変化は、液晶表示装置の表示品質を低下させるため、好ましくない。斜め視野での光漏れを低減し、色味の変化を抑制する技術としては、特許文献１に記載された技術や、特許文献２に記載された技術がある。これらの技術では、所定の光学特性を有する光学補償層（位相差板）を用いて、光漏れを低減し、正面視野と斜め視野との間での色度変化を抑制しようとしている。
特開平１０−３０７２９１号公報
特開２００１−２４２４６２号公報
図５に示すように、液晶表示装置２００では、屈折率が２前後である絶縁層（ＳｉＮｘ層）２０７が、屈折率が例えば１．５４であるガラス基板２０６と、屈折率が１．５前後である液晶層２０３との間に挟みこまれている。一般に、ある屈折率を持つ層が、それよりも屈折率が小さい２つの層の間に挟み込まれている場合には、光の干渉によって、屈折率の小さな層によって挟み込まれた層の膜厚に応じて、透過光の波長特性（透過率−波長特性）が変化する。液晶表示装置２００では、絶縁層２０７の正面視野方向の膜厚（ｄ）と、斜め視野方向の見かけ上の膜厚（ｄ’）とが異なる値となっており、この絶縁層２０７の見かけ上の膜厚の違いにより、正面視野方向の透過率の波長特性と、斜め視野方向の透過率の波長特性とが異なっている。
例えばバックライト光源として、ＲＧＢの３原色に対応する波長にそれぞれピークを持つ３波長光源を使用し、正面視野での光の透過率の波長特性は、バックライト光のピークに対応する波長の光を低下させない場合について考える。この場合、斜め視野での光の透過率の波長特性が、バックライト光の３つのピークうちのの少なくとも１つのピークに対応する波長の光を低下させるものであったときには、正面視野での透過光の波長スペクトルと、斜め視野での透過光の波長スペクトルとの間に大きな差が生じ、液晶表示装置２００の観察者は、正面視野と斜め視野との間で、大きな色味の変化を感じることとなる。このように、絶縁層２０７の膜厚は、液晶表示装置２００の表示品質に影響を与えるものであるが、特許文献１や特許文献２を含め、従来、正面視野での光透過率の波長特性と、斜め視野での光透過率との波長特性とを考慮して、絶縁層２０７の膜厚を設定することはなされていなかった。
本発明は、正面視野と斜め視野との間で色味の変化を低減でき、表示品質の低下を抑制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、本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する光入射側基板及び光出射側基板と、前記光入射側基板及び光出射側基板を挟んで対向し、偏光軸が相互に直交する光入射側偏光板及び光出射側偏光板とを有するＩＰＳ型液晶表示装置において、前記光入射側基板上に互いに隣接して形成された絶縁層が、該絶縁層よりも屈折率が小さな２つの層に挟まれており、前記絶縁層はＳｉＮｘで形成され、前記絶縁層の厚みをｄ（ｎｍ）、ｋを０，１，２のいずれかの整数として、下記式：
ｄ＝（１００＋１７０×ｋ）±３０
が成立することを特徴とする。
ｄ＝（１００＋１７０×ｋ）±３０
が成立することを特徴とする。
本発明の液晶表示装置では、絶縁層の膜厚が上記式を満たす範囲内に設定されているため、正面視野で観察される色味と、斜め視野で観察される色味との間の変化を抑制できる。一般に、ある層が、その層よりも屈折率が小さな層によって挟み込まれているときには、光の干渉により、挟み込まれた層の膜厚に応じて、その層を透過する光の波長特性が変化する。本発明者らは、シミュレーションを行い、絶縁層の膜厚を、上記式を満たす範囲内に設定し、正面視野方向の透過光の波長特性と、斜め視野方向の透過光の波長特性とを制御することにより、正面視野と斜め視野との間で生じる色味の変化を抑制できることを突き止め、本発明をなすに至ったものである。なお、絶縁層が積層された複数の層からなるときには、小さな屈折率を有する層によって挟みこまれた複数の層の膜厚の合計を、上記式を満たす範囲内に設定すればよい。
本発明の液晶表示装置では、前記光入射側偏光板が、光入射側から見て順次に第１の保護層、偏光子及び第２の保護層から成り、前記第２の保護層は、厚さ方向の光軸を持ち且つ厚みに応じたリタデーションを有しており、前記第２の保護層の厚みｔ（μｍ）が、０＜ｔ≦５７の範囲にあることが好ましい。この場合、斜め視野で観察される色温度を５０００Ｋ以上にして、正面視野と斜め視野との間で生じる色味の変化を、観察者が色味の変化を感じないレベルにまで抑制できる。
本発明の液晶表示装置では、前記光入射側偏光板が、光入射側から見て順次に第１の保護層、偏光子及び第２の保護層から成り、前記第２の保護層は、厚さ方向の光軸を持ち且つ厚みに応じたリタデーションを有しており、前記第２保護層の面内リタデーションが０よりも大きく４．５ｎｍ以下であり、厚さ方向のリタデーションが０よりも大きく４５ｎｍ以下であることが好ましい。この場合にも、上記と同様に、斜め視野で観察される色温度を５０００Ｋ以上にして、正面視野と斜め視野との間で生じる色味の変化を、観察者が色味の変化を感じないレベルにまで抑制できる。
本発明の液晶表示装置は、正面視野で観察される色味と、斜め視野で観察される色味との間の変化を抑制することができ、表示品質の高い液晶表示装置を得ることができる。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態例の液晶表示装置を示している。本実施形態例の液晶表示装置は、ＩＰＳ型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、偏光板１０１、ＴＦＴ基板１０２、液晶層１０３、ＣＦ基板１０４、及び、偏光板１０５を順次に有する。液晶表示装置１００では、光入射側の偏光板１０１の偏光軸と光出射側の偏光板１０５の偏光軸とは、互いに直交するように配置される。
偏光板１０１は、バックライト光源側から、第１の保護層１１１、偏光子１１２、第２の保護層１１３を順次に有する。第１及び第２保護層１１１、１１３は、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）を用いて構成され、それぞれ厚さ方向に光軸を有し、厚みに応じたリタデーションを有している。ＴＦＴ基板１０２は、ガラス基板１０６上に形成された絶縁層（ＳｉＮｘ層）１０７を含む。絶縁層１０７は、例えば図示しないＴＦＴのゲート絶縁膜、及び、ＴＦＴの層間絶縁膜として構成される。
例えば、絶縁層１０７の屈折率は１．８５〜２．０であり、ガラス基板１０６の屈折率は１．５４、液晶層１０３の屈折率は１．４５〜１．５５程度である。液晶表示装置１００では、絶縁層１０７が、それより屈折率の小さなガラス基板１０６と液晶層１０３とによって挟み込まれており、絶縁層１０７の光透過率の波長特性は、絶縁層１０７の膜厚に応じて変化する。液晶表示装置１００では、絶縁層１０７の見かけ上の膜厚が正面視野と斜め視野との間で変化するため、正面視野での絶縁層１０７の光透過率の波長特性と、斜め視野での絶縁層１０７の光透過率の波長特性とが異なる特性となる。
ところで、液晶表示装置１００からは、ＣＦ基板１０４上に形成された図示しないカラーフィルタによってＲＧＢの３原色それぞれに対応する波長の光が多く出射される。このため、上記のように絶縁層１０７の光透過率の波長特性が正面視野と斜め視野との間で異なっている場合でも、ＲＧＢの３原色それぞれに対応する波長において、正面視野と斜め視野との間での光透過率の変化が少ない場合には、正面視野と斜め視野との間の色度（色温度）の変化を抑制できると考えられる。
本発明者らは、絶縁層１０７の膜厚を変化させてシミュレーションを行い、絶縁層１０７の膜厚と、斜め視野で観察される色温度との関係調べ、正面視野で観察される色温度と斜め視野で観察される色温度との差が少なく、表示品質の低下が抑制できる絶縁層１０７の膜厚を求めた。なお、斜め視野として、偏光板１０１又は１０５の偏光軸からの角度が４５度の方位となる方位角を採用した。また、色温度の低下は、図６に示すように、視野角４０度でほぼ収束するため、斜め視野としては、視野角４０度を採用した。
図２は、シミュレーションによる、黒表示時における絶縁層の膜厚と斜め視野で観察される色温度との関係を示している。シミュレーション条件として、ガラス基板１０６の屈折率（可視光の中心波長である５５０ｎｍの光に対する屈折率）を１．５４、絶縁層１０７の屈折率を１．８７、液晶層１０３の屈折率を１．４５〜１．５５に設定した。また、偏光板１０１を構成する第２保護層１１３の膜厚を８０μｍに設定し、正面視野で観察される色温度を１４０００Ｋ〜１５０００Ｋに設定した。同図に示すように、斜め視野で観察される色温度は、２５００Ｋ付近〜３６００Ｋ付近の間で、絶縁層１０７の膜厚の変化に伴って周期的変化する。
上記シミュレーションの結果から、図２において、斜め視野で観察される色温度が、無色とされる色温度３２００Ｋ以上となる絶縁層１０７の膜厚ｄ［ｎｍ］を求めると、
ｄ＝（１００＋１７０×ｋ）±３０ （１）
ただしｋ＝０，１，２，３，４，５
が得られる。絶縁層１０７の膜厚を、式（１）を満たす範囲内に設定するときには、色温度の低下を抑制して、正面視野と斜め視野との間での色味の変化を抑制できることがわかる。
ｄ＝（１００＋１７０×ｋ）±３０ （１）
ただしｋ＝０，１，２，３，４，５
が得られる。絶縁層１０７の膜厚を、式（１）を満たす範囲内に設定するときには、色温度の低下を抑制して、正面視野と斜め視野との間での色味の変化を抑制できることがわかる。
ここで、色味は、観察者によっても周辺環境によっても感じ方が異なってくるため、本発明者らは、照明として蛍光灯を用いた周辺環境において、正面視野で観察される色温度が１４０００Ｋ〜１５０００Ｋであるとき、斜め視野で観察される色温度がどのくらいのレベルまで低下すると、観察者が、色味の変化を感ずるかについて実験を行った。その結果、斜め視野で観察される色温度が５０００Ｋ以上であれば、正面視野と斜め視野との間で色味の変化が感じられないという結論を得た。この結論から、絶縁層１０７の膜厚を式（１）を満たす値に設定した場合には、上記のように、色味の変化はある程度抑制できるものの、色味の変化を全く感じないレベルにまで色温度の低下を抑制することはできないということが判明した。
斜め視野での光漏れは、光入射側の偏光板１０１を構成する第２保護層１１３で生じるリタデーションによっても発生するため、第２保護層１１３で生じる不要なリタデーションを抑制することで、斜め視野での色温度を５０００Ｋ以上とすることができると考えられる。本発明者らは、第２保護層１１３の膜厚（リタデーション）を変化させてシミュレーションを行い、第２保護層１１３の膜厚と、斜め視野で観察される色温度との関係を調べ、正面視野と斜め視野との間で色味の変化を感じないレベルにまで色温度の低下を抑制できる第２保護層１１３の膜厚を求めた。
図３は、シミュレーションによる、黒表示時における第２保護層１１３の膜厚と斜め視野で観察される色温度との関係を示している。このシミュレーションでは、各層の屈折率として、図２のシミュレーション条件と同様な条件を用いた。また、絶縁層１０７の膜厚は、代表値として、図２において色温度が３２００Ｋとなる膜厚５８０ｎｍを採用した。このシミュレーションから、黒表示時において、第２保護層１１３の膜厚が小さいほど、言い換えれば、第２保護層１１３が有するリタデーションが小さいほど、斜め視野で観察される色温度が高くなるという結果が得られた。
上記シミュレーション結果から、図３において、斜め視野での色温度が５０００Ｋ以上となる第２保護層１１３の膜厚を求めると、
０μｍ＜第２保護層の膜厚≦５７μｍ （２）
が得られる。ここで、第２保護層１１３の膜厚５７μｍは、面内のリタデーション４．５ｎｍ、及び、厚さ方向のリタデーション４５ｎｍに対応し、式（２）は、０ｎｍ＜第２保護層の面内のリタデーション≦４．５ｎｍ、及び、０ｎｍ＜第２保護層の厚さ方向のリタデーション≦４５ｎｍと等価である。
０μｍ＜第２保護層の膜厚≦５７μｍ （２）
が得られる。ここで、第２保護層１１３の膜厚５７μｍは、面内のリタデーション４．５ｎｍ、及び、厚さ方向のリタデーション４５ｎｍに対応し、式（２）は、０ｎｍ＜第２保護層の面内のリタデーション≦４．５ｎｍ、及び、０ｎｍ＜第２保護層の厚さ方向のリタデーション≦４５ｎｍと等価である。
本実施形態例では、絶縁層１０７の膜厚が式（１）を満たすように設定することで、斜め視野での色温度の低下を抑制し、正面視野と斜め視野との間での色味の変化を低減することができる。また、光入射側の偏光板１０１を構成する第２保護層１１３の膜厚が式（２）を満たすように設定する場合には、斜め視野での色温度を、正面視野と斜め視野の間で色味の変化をほとんど感じない５０００Ｋ以上とすることができ、表示品質の高い液晶表示装置を得ることができる。
なお、本発明の液晶表示装置では、絶縁層と液晶層との間に、絶縁層に比して屈折率が小さい層を挿入することもできる。例えば、図４に示すように、絶縁層１０７が、その絶縁層の屈折率よりも小さな屈折率を有する２つのガラス基板１０６、１０８に挟み込まれる構成とすることができ、この場合にも、絶縁層１０７の膜厚を式（１）を満たす範囲内に設定し、偏光板１０１の第２保護層の膜厚が式（２）を満たすように設定することで、上記実施形態例と同様に、表示品質の高い液晶表示装置を得ることができる。また、屈折率が低い層によって挟み込まれた絶縁層が積層された複数の層からなるときには、その積層された複数の層の膜厚の合計が、式（１）を満たすように設定することで、色味の変化を低減できる。
以上、本発明をその好適な実施形態例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、上記実施形態例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。
１００：液晶表示装置
１０１、１０５：偏光板
１０２：ＴＦＴ基板
１０３：液晶層
１０４：カラーフィルタ基板
１０６、１０８：ガラス基板
１０７：絶縁層
１１１、１１３：保護層
１１２：偏光子
１０１、１０５：偏光板
１０２：ＴＦＴ基板
１０３：液晶層
１０４：カラーフィルタ基板
１０６、１０８：ガラス基板
１０７：絶縁層
１１１、１１３：保護層
１１２：偏光子
Claims (3)
- 液晶層を挟んで対向する光入射側基板及び光出射側基板と、前記光入射側基板及び光出射側基板を挟んで対向し、偏光軸が相互に直交する光入射側偏光板及び光出射側偏光板とを有するＩＰＳ型液晶表示装置において、
前記光入射側基板上に互いに隣接して形成された絶縁層が、該絶縁層よりも屈折率が小さな２つの層に挟まれており、
前記絶縁層はＳｉＮｘで形成され、
前記絶縁層の厚みをｄ（ｎｍ）、ｋを０，１，２のいずれかの整数として、下記式：
ｄ＝（１００＋１７０×ｋ）±３０
が成立することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記光入射側偏光板が、光入射側から見て順次に第１の保護層、偏光子及び第２の保護層から成り、前記第２の保護層は、厚さ方向の光軸を持ち且つ厚みに応じたリタデーションを有しており、
前記第２の保護層の厚みｔ（μｍ）が、
０＜ｔ≦５７
の範囲にある、請求項１に記載の液晶表示装置。 - 前記光入射側偏光板が、光入射側から見て順次に第１の保護層、偏光子及び第２の保護層から成り、前記第２の保護層は、厚さ方向の光軸を持ち且つ厚みに応じたリタデーションを有しており、
前記第２保護層の面内リタデーションが０よりも大きく４．５ｎｍ以下であり、厚さ方向のリタデーションが０よりも大きく４５ｎｍ以下である、請求項１に記載の液晶表示装置。
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