WO2009113208A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2009113208A1
WO2009113208A1 PCT/JP2008/071037 JP2008071037W WO2009113208A1 WO 2009113208 A1 WO2009113208 A1 WO 2009113208A1 JP 2008071037 W JP2008071037 W JP 2008071037W WO 2009113208 A1 WO2009113208 A1 WO 2009113208A1
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WO
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liquid crystal
rth
wavelength
crystal cell
retardation film
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PCT/JP2008/071037
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坂井彰
長谷川雅浩
二宮郁雄
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シャープ株式会社
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    • G02F2413/00—Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates
    • G02F2413/12—Biaxial compensators

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device suitable for a liquid crystal display device in which the wavelength dispersion characteristics of a liquid crystal cell and a retardation film are optimally designed.
  • TFT-LCDs TFT-type liquid crystal display devices
  • a TFT-LCD will be described as an example.
  • the present invention is not limited to a TFT-LCD, and can be applied to a simple matrix LCD, a plasma address LCD, and the like.
  • the liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates each having an electrode formed thereon, and can be applied to all LCDs that perform display by applying a voltage between the electrodes.
  • the most widely used method in TFT-LCDs is a so-called TN mode in which liquid crystals having positive dielectric anisotropy are horizontally aligned between substrates facing each other.
  • the TN mode liquid crystal display device is characterized in that the alignment direction of liquid crystal molecules adjacent to one substrate is twisted by 90 ° with respect to the alignment direction of liquid crystal molecules adjacent to the other substrate.
  • Such a TN mode liquid crystal display device has established an inexpensive manufacturing technique and is industrially mature, but there is room for improvement in that it is difficult to achieve high contrast.
  • VA mode liquid crystal display device in which liquid crystals having negative dielectric anisotropy are vertically aligned between mutually opposing substrates is disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • a VA (Vertical Alignment) mode liquid crystal display device liquid crystal molecules are aligned in a direction substantially perpendicular to the substrate surface when no voltage is applied. Show little birefringence or optical rotation, and light passes through the liquid crystal cell with almost no change in its polarization state.
  • the VA mode liquid crystal display device having the above-described configuration has room for improvement in that it is difficult to increase the viewing angle.
  • the liquid crystal cell hardly shows birefringence in the front, and the two polarizing elements are completely orthogonal to each other, so that a substantially complete black display state is realized.
  • the liquid crystal cell exhibits birefringence and apparently has a phase difference, and the geometrical relative relationship between the two polarizing elements is apparently not orthogonal so that light leaks and contrasts. This is because the viewing angle is lowered and as a result, the viewing angle is narrowed.
  • the VA mode liquid crystal display device is provided with a retardation film for the purpose of canceling an excessive phase difference at an oblique viewing angle of the liquid crystal cell and maintaining the orthogonality of the polarizing elements arranged in a crossed Nicols at the oblique viewing angle.
  • a polarizing element is disposed on both sides of a vertically aligned liquid crystal cell, and the optical element is in-plane between the polarizing element and the liquid crystal cell, and the uniaxial position of the extraordinary refractive index> ordinary refractive index.
  • Phase difference film (so-called positive type A plate), uniaxial phase difference film (so-called negative type C plate) having an optical axis outside the plane (in the normal direction of the film) and extraordinary refractive index ⁇ ordinary refractive index, or biaxial A technique for enlarging the viewing angle by disposing at least one of the retardation films is disclosed (for example, see Patent Documents 1 to 4).
  • (1) and (2) are realized by disposing an appropriate retardation film.
  • Wide viewing angle technology using such a retardation film is widely known, but in any conventional technology, the phase difference condition is optimally designed only at a single wavelength (usually around 550 nm). Except for the wavelength, there is room for improvement in that light leakage occurs during black display, and thus a coloring phenomenon occurs at an oblique viewing angle.
  • the present inventors have (1) maintaining the orthogonality of polarizing elements arranged in crossed Nicols in the oblique viewing angle at the time of black display, and (2) the oblique viewing angle. Canceling the extra phase difference of the liquid crystal cell from the standpoint of chromatic dispersion characteristics, and compensating each with a different phase difference film in the liquid crystal display device, reverse wavelength dispersion phase difference film (reverse wavelength).
  • reverse wavelength dispersion phase difference film reverse wavelength
  • the present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that is not colored during black display in a wide viewing angle range and has a high contrast ratio.
  • the inventors of the present invention have made various studies on a liquid crystal display device which is not colored in a wide viewing angle range and has a high contrast ratio.
  • liquid crystal cells other than the liquid crystal layer are used.
  • the constituent materials for example, color filter layers, transparent electrode materials such as ITO
  • a coloring phenomenon at an oblique viewing angle can be achieved using an inverse wavelength dispersion type biaxial retardation film having a small retardation. I found that it can be suppressed.
  • the inventors pay attention to the retardation of the liquid crystal cell together with the retardation of the retardation film, optimize the retardation of the retardation film at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm, and a wavelength of 650 nm, and a wavelength of 450 nm.
  • the present invention includes a first polarizing element, a liquid crystal cell, and a second polarizing element in which the first polarizing element and the absorption axis direction are orthogonal when the display surface is viewed in this order, in this order,
  • a liquid crystal display device having a retardation film between at least one of the first polarizing element and the liquid crystal cell and between the second polarizing element and the liquid crystal cell, wherein the retardation film is When the display surface is viewed in plan, the in-plane slow axis is perpendicular to the absorption axis of the polarizing element on the same side with respect to the liquid crystal cell and satisfies the following formulas (1) to (4)
  • a biaxial retardation film of the type wherein the liquid crystal cell includes a liquid crystal layer and at least a blue, green and red color filter layer for separating blue, green and red, respectively, between a pair of transparent substrates
  • R0 (B) / R0 (G) ⁇ 0.965 (1) Rth (B) / Rth (G) ⁇ 0.965 (2) R0 (R) / R0 (G) ⁇ 1.015 (3) Rth (R) / Rth (G) ⁇ 1.015 (4) Rth_LC (B) / Rth_LC (G) ⁇ 1.000 (5) Rth_LC (R) / Rth_LC (G) ⁇ 1.000 (6)
  • R0 (B), R0 (G), and R0 (R) are in-plane retardations of the retardation film at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm, and a wavelength of 650 nm, respectively.
  • Rth (G) and Rth (R) are thickness direction retardations of the retardation film at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm and a wavelength of 650 nm, respectively
  • Rth_LC (B) in the formulas (5) and (6) Rth_LC (G) and Rth_LC (R) are thickness direction retardations of the liquid crystal cell at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm, and a wavelength of 650 nm, respectively.
  • the present invention is described in detail below.
  • the liquid crystal display device of the present invention includes a first polarizing element, a liquid crystal cell, and a second polarizing element whose absorption axis azimuth is orthogonal to the first polarizing element when the display surface is viewed in this order.
  • a retardation film is provided between at least one of the first polarizing element and the liquid crystal cell and between the second polarizing element and the liquid crystal cell.
  • the “polarizing element” refers to an element having a function of changing natural light into linearly polarized light, and may be a so-called polarizer.
  • any of the first polarizing element and the second polarizing element may be a polarizer (a polarizing element on the back surface side) or an analyzer (a polarizing element on the observation surface side).
  • the liquid crystal cell usually has a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates.
  • the first polarizing element and the second polarizing element are arranged so that the absorption axes are orthogonal to each other when the display surface is viewed in plan (crossed Nicols arrangement). Since the birefringence is hardly exhibited in the front direction at the time, the liquid crystal display device of the present invention can realize a substantially complete black display state in the front direction when no voltage is applied.
  • the absorption axis direction (direction) of the first polarizing element is completely orthogonal to the absorption axis direction (direction) of the second polarizing element. If the high contrast ratio can be obtained in the front direction, the absorption axis direction of the first polarizing element and the absorption axis direction of the second polarizing element are not limited thereto.
  • the angle formed may be shifted by about ⁇ 1 ° (more preferably 0.5 °) from 90 ° when the display surface is viewed in plan.
  • O-type polarizing element in which an anisotropic material such as an iodine complex having dichroism is adsorbed and oriented on a polyvinyl alcohol (PVA) film is used as the polarizing element.
  • An O-type polarizing element absorbs light oscillating in a specific direction (defined as an absorption axis) in the element plane, oscillates in a direction perpendicular to the absorption axis in the element plane, and in the element normal direction.
  • a polarizing element that transmits oscillating light is assumed that a so-called O-type polarizing element in which an anisotropic material such as an iodine complex having dichroism is adsorbed and oriented on a polyvinyl alcohol (PVA) film.
  • the “retardation film” refers to a layer having optical anisotropy, and includes a birefringent layer, a retardation plate, an optically anisotropic layer, a birefringent medium, and an optically anisotropic film. It is synonymous with retardation compensation film and the like.
  • the retardation film in the present invention may be a sheet.
  • the retardation film has an in-plane slow axis perpendicular to the absorption axis of the polarizing element on the same side as the liquid crystal cell when the display surface is viewed in plan, and the above formulas (1) to (4) It is a reverse wavelength dispersion type biaxial retardation film satisfying the above.
  • green light having a wavelength of about 550 nm but also blue light having a wavelength of about 450 nm and red light having a wavelength of about 650 nm are optimally designed, so that the phase difference condition is optimized. It is possible to provide a high-quality liquid crystal display device that is not colored during display and has a high contrast ratio.
  • the in-plane slow axis of the retardation film is completely orthogonal to the absorption axis of the polarizing element on the same side with respect to the liquid crystal cell.
  • the polarizing element on the same side as the in-plane slow axis of the retardation film and the liquid crystal cell may be used as long as a high contrast ratio can be obtained in the front direction.
  • the angle formed with the absorption axis may be shifted from 90 ° by ⁇ 1 ° (more preferably 0.5 °) when the display surface is viewed in plan.
  • R0 (B) / R0 (G) and / or Rth (B) / Rth (G) exceeds 0.965, a blue coloring phenomenon may occur during black display. Furthermore, if R0 (R) / R0 (G) and / or Rth (R) / Rth (G) is less than 1.015, a red coloring phenomenon may occur during black display.
  • the liquid crystal cell includes a liquid crystal layer and at least a blue, green, and red color filter layer that separates three colors of blue, green, and red, respectively, between a pair of transparent substrates, and the above formula (5) And a vertical alignment type liquid crystal cell satisfying (6).
  • the reverse wavelength dispersion type biaxial retardation film having a relatively small phase difference as compared with the conventional one is used. can do.
  • the thickness direction retardation of the liquid crystal cell is the total value of the thickness direction retardations of all the media inside the pair of transparent substrates including the pair of transparent substrates, that is, the entire liquid crystal cell is sampled.
  • the thickness direction retardation measured as. Therefore, in the liquid crystal cell, when the liquid crystal cell constituent members such as the transparent substrate and the color filter layer have a phase difference in addition to the liquid crystal layer, the thickness direction retardation of the liquid crystal cell is a total value including them. It is.
  • red is preferably a color having a dominant wavelength of 620 nm or more and 680 nm or less, and more preferably a color having a dominant wavelength of 630 nm or more and 670 nm or less.
  • Green is preferably a color having a dominant wavelength of 520 nm or more and less than 580 nm, and more preferably a color having a dominant wavelength of 530 nm or more and 570 nm or less.
  • Blue is preferably a color having a dominant wavelength of 420 nm or more and less than 480 nm, and more preferably a color having a dominant wavelength of 430 nm or more and 470 nm or less.
  • the liquid crystal cell includes a liquid crystal layer, a blue color filter layer that transmits (separates) blue, a green color filter layer that transmits (separates) green, and red between a pair of transparent substrates. You may have a red color filter layer which permeate
  • the liquid crystal display device of the present invention is not particularly limited as long as the liquid crystal display device includes the above-described constituent elements, and may or may not have other members as constituent elements. A preferred embodiment of the liquid crystal display device of the present invention will be described in detail below.
  • the liquid crystal display device includes the first polarizing element, the first retardation film, the liquid crystal cell, the second retardation film, and the first polarizing element and the absorption axis when the display surface is viewed in plan view.
  • the first retardation film has an in-plane slow axis perpendicular to the absorption axis of the first polarizing element when the display surface is viewed in plan.
  • a reverse wavelength dispersion type biaxial retardation film satisfying the above formulas (1) to (4), wherein the second retardation film has an in-plane slow axis when the display surface is viewed in plan view.
  • the liquid crystal display device includes: (a) the first polarizing element when the first polarizing element, the first retardation film, the liquid crystal cell, the second retardation film, and the display surface are viewed in plan view. And the second polarizing element whose absorption axis directions are orthogonal to each other in this order, and the first retardation film has an in-plane slow axis when the display surface is viewed in plan, and an absorption axis of the first polarizing element.
  • the slow axis may be a negative C plate that is orthogonal or parallel to the absorption axis of the second polarizing element and satisfies the above formulas (1) to (4), or (b) When viewing the first polarizing element, the first retardation film, the liquid crystal cell, the second retardation film, and the display surface in plan view
  • the first polarizing element and the second polarizing element having the absorption axis directions orthogonal to each other in this order.
  • the first retardation film has an in-plane slow axis that is first when the display surface is viewed in plan view.
  • the second retardation film 2 is a reverse wavelength dispersion type biaxial retardation film orthogonal to the absorption axis of the polarizing element and satisfying the above formulas (1) to (4), and the second retardation film has an in-plane retardation. May be a negative C plate that satisfies the above formulas (2) and (4). As a result, it is possible to realize a high contrast ratio without coloring in a wide viewing angle range without reducing the contrast ratio in the front direction.
  • the in-plane slow axis of the second retardation film is completely perpendicular to or parallel to the absorption axis of the second polarizing element.
  • the in-plane slow axis of the second retardation film and the second polarizing element may be shifted by about ⁇ 1 ° 1 (more preferably, 0.5 °) from 90 ° when the display surface is viewed in plan view.
  • the angle formed between the in-plane slow axis of the retardation film and the absorption axis of the second polarizing element is ⁇ 1 ° (more preferably 0.5%) from perfect parallel when the display surface is viewed in plan. °) Degree may be different.
  • a certain two axes or directions are orthogonal (orthogonal), and the angle formed by both axes or both directions is preferably exactly 90 °, but high contrast in the front direction. If the ratio can be obtained, it is not necessarily strictly 90 °, and both axes or both directions only need to be substantially orthogonal. Specifically, if it is within the range of 90 ° to ⁇ 1 ° (more preferably ⁇ 0.5 °), the effects of the present invention are sufficiently obtained. Further, in this specification, it is preferable that two axes or directions are parallel (parallel), and an angle formed by both axes or both directions is preferably exactly 0 °, but a high contrast ratio is obtained in the front direction.
  • a TAC (triacetyl cellulose) film that is generally used practically as a protective film for a polarizing element is suitable as the second retardation film.
  • the retardation film preferably satisfies R0 (B) / R0 (G) ⁇ 0.965 (more preferably 0.940).
  • the retardation film has Rth (B) / Rth (G) of R0. More preferably, it is substantially equal to (B) / R0 (G).
  • the retardation film preferably satisfies R0 (B) / R0 (G) ⁇ 0.818. preferable.
  • the retardation film preferably satisfies R0 (R) / R0 (G) ⁇ 1.015 (more preferably 1.040).
  • the retardation film has Rth (R) / Rth (G) of R0. More preferably, it is substantially equal to (R) / R0 (G).
  • the retardation film preferably satisfies R0 (R) / R0 (G) ⁇ 1.181. preferable.
  • the liquid crystal cell preferably satisfies 0.818 ⁇ Rth_LC (B) / Rth_LC (G) ⁇ 1.000, and 0.818 ⁇ Rth_LC (B). It is more preferable to satisfy /Rth_LC(G) ⁇ 0.965.
  • the liquid crystal cell preferably satisfies 1.000 ⁇ Rth_LC (R) / Rth_LC (G) ⁇ 1.181, and 1.015 ⁇ Rth_LC (R). More preferably, /Rth_LC(G) ⁇ 1.181 is satisfied.
  • the thickness of the liquid crystal layer corresponding to the region where the blue, green and red color filter layers are provided is d (R), d (G) and d (B), respectively. It is preferable that at least one of (R), d (G), and d (B) is different from the others, and it is more preferable that d (R), d (G), and d (B) are different from each other. Thereby, the liquid crystal cell which satisfy
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid crystal display device of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the transition of the polarization state in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention, and shows the S1-S3 plane of the Poincare sphere.
  • 3A and 3B are diagrams for explaining the transition of the polarization state in a conventional liquid crystal display device.
  • FIG. 3A shows the case of a wavelength of 450 nm
  • FIG. 3B shows the case of a wavelength of 550 nm
  • FIG. 4A and 4B are diagrams for explaining the transition of the polarization state in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A shows the case of a wavelength of 450 nm
  • FIG. 4B shows the case of a wavelength of 550 nm
  • (C) shows the case of a wavelength of 650 nm.
  • the liquid crystal display device of the present invention includes a vertical alignment type liquid crystal cell 10, a pair of polarizing elements 14f and 14r arranged with the liquid crystal cell 10 interposed therebetween, the liquid crystal cell 10 and the first polarizing element.
  • the first polarizing element 14r and the second polarizing element 14f are substantially orthogonal to each other (the angle formed by both axes is within 90 ° ⁇ 1 °, more Preferably, it is arranged (crossed Nicol arrangement) so as to be within 90 ° ⁇ 0.5 °.
  • a backlight unit (not shown) is disposed as a light source on the opposite side of the polarizing film 14r that does not face the liquid crystal cell 10.
  • a protective film such as a TAC (triacetyl cellulose) film is disposed outside the first polarizing element 14r and the second polarizing element 14f.
  • the first biaxial retardation film 15r and the second biaxial retardation film 15f also function as protective films that protect the first polarizing element 14r and the second polarizing element 14f.
  • Each member excluding the backlight unit is bonded with an adhesive or an adhesive.
  • the liquid crystal cell 10 includes first and second transparent substrates 11r and 11f, and a liquid crystal layer 13 made of liquid crystal sealed between the transparent substrates 11r and 11f and vertically aligned with respect to the transparent substrates 11r and 11f. It is configured to include. On the transparent substrate 11f, a blue pixel having a blue color filter layer 12B, a green pixel having a green color filter layer 12G, and a red pixel having a red color filter layer 12R are fixed.
  • one pixel is constituted by three subpixels (subpixels) of blue, green, and red adjacent to each other, and various color displays are possible.
  • the color filter layers 12B, 12G, and 12R are formed on the second transparent substrate 11f side, but are formed on the first transparent substrate 11r side. May be.
  • the liquid crystal cell 10 is a vertical alignment type liquid crystal cell that performs black display by aligning the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 13 perpendicularly to the surfaces of the transparent substrates 11r and 11f.
  • the liquid crystal display mode for performing black display by aligning the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 13 perpendicularly to the surfaces of the transparent substrates 11r and 11f include a TN mode, an ECB mode, a VA mode, and an OCB mode.
  • the “vertical alignment type liquid crystal cell” does not have to be a liquid crystal cell in which liquid crystal molecules are aligned strictly perpendicular to the substrate surface, but the liquid crystal molecules are substantially aligned with respect to the substrate surface.
  • a liquid crystal cell that is vertically aligned may be used.
  • transparent substrates 11r and 11f conventional ones can be used as appropriate, and for example, glass can be used.
  • conventional polarizing elements 14r and 14f can be appropriately used.
  • a material obtained by adsorbing and orienting an anisotropic material such as an iodine complex having dichroism on a polyvinyl alcohol (PVA) film is used. can do.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the liquid crystal layer 13 a conventional one can be used as appropriate, and for example, a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy can be used.
  • the vertical alignment can be realized by using a vertical alignment film (not shown) typically made of polyimide or the like.
  • the biaxial retardation films 15r and 15f have the main refractive index in the in-plane direction of the retardation film as nx and ny (nx> ny), the main refractive index in the out-of-plane direction as nz, and the thickness of the retardation film as d. In any case, the relationship is nx>ny> nz.
  • the retardation films 15r and 15f are in-plane retardations R0 (B), R0 (G) and R0 (R) of a retardation film at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm and a wavelength of 650 nm, respectively, a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm and a wavelength of 650 nm.
  • a retardation film of the reverse wavelength dispersion type in which the retardation Rth (B), Rth (G), Rth (R) in the thickness direction of the retardation film satisfies the following formulas (1) to (4).
  • a reverse wavelength dispersion type biaxial retardation film for example, a modified polycarbonate film having a fluorene skeleton, a modified cellulose film having an appropriately controlled degree of acetylation, and the like can be used as appropriate.
  • the formation method of the biaxial retardation films 15r and 15f is not particularly limited. In the case of a film, for example, a solvent casting method, a melt extrusion method, or the like can be used.
  • a method of simultaneously forming a plurality of retardation films by a co-extrusion method may be used. Further, as long as a desired phase difference is expressed, the film may be unstretched or may be subjected to appropriate stretching.
  • the stretching method is not particularly limited, and other specific stretching is performed under the action of the shrinkage force of the heat-shrinkable film, in addition to the roll-to-roll tensile stretching method, the inter-roll compression stretching method, the tenter transverse uniaxial stretching method, the longitudinal and transverse biaxial stretching method. The law etc. can be used.
  • R0 (B) / R0 (G) ⁇ 0.965 (more preferably 0.940) (1) Rth (B) / Rth (G) ⁇ 0.965 (more preferably 0.940) (2) R0 (R) / R0 (G) ⁇ 1.015 (more preferably 1.040) (3) Rth (R) / Rth (G) ⁇ 1.015 (more preferably 1.040) (4)
  • the biaxial retardation films 15r and 15f are R0 (B), R0 (G) and R0 (R), respectively.
  • Rth (B), Rth (G), and Rth (R) preferably satisfy the following formulas (A) to (D).
  • the biaxial retardation films 15r and 15f have Rth (B) / Rth (G) as R0 (B) / R0 (G), respectively. It is more preferable that Rth (R) / Rth (G) is approximately equal to R0 (R) / R0 (G).
  • the retardation of the biaxial retardation films 15r and 15f is not specifically limited on the condition that it has the effect of improving the viewing angle of the liquid crystal display device.
  • An optimum value can be selected as appropriate in consideration of the thickness direction retardation Rth_LC.
  • the in-plane slow axis (x-axis direction) of the biaxial retardation film 15r is substantially orthogonal to the absorption axis of the polarizing element 14r when the display surface is viewed in plan (the angle formed by both axes is (Set within 90 ° ⁇ 1 °, more preferably within 90 ° ⁇ 0.5 °)
  • the in-plane slow axis (x-axis direction) of the biaxial retardation film 15f When viewed in a plan view, it is substantially orthogonal to the absorption axis of the polarizing element 14f (the angle between both axes is set within 90 ° ⁇ 1 °, and more preferably within 90 ° ⁇ 0.5 °. ).
  • the “in-plane slow axis of the retardation film” refers to the direction of the dielectric principal axis (x-axis direction) corresponding to the main refractive index nx.
  • the “optical axis” is different from the optical axis in the strict sense in the field of crystal optics, and is assumed to conform to the following definition. That is, the “optical axis” means the main axis corresponding to the main refractive index having the maximum absolute value of the difference from the average value among the three main refractive indexes of the retardation film. Therefore, even when the retardation film is optically biaxial, the “optical axis” of the retardation film is not two but one.
  • the “optical axis” of the biaxial retardation film corresponds to a conventionally defined optical axis when it is optically approximated to a uniaxial retardation film.
  • Conventional color filter layers 12B, 12G, and 12R can be appropriately used.
  • a pigment-dispersed color filter layer can be used.
  • the thickness of the blue color filter layer 12B > (the thickness of the green color filter layer 12G)> (the thickness of the red color filter layer 12R) is set. Accordingly, the thickness of the liquid crystal layer 13 satisfies the relationship of (thickness of the liquid crystal layer 13 of the red pixel)> (thickness of the liquid crystal layer 13 of the green pixel)> (thickness of the liquid crystal layer 13 of the blue pixel). .
  • the thickness direction retardation of the liquid crystal cell 10 is represented by the following formulas (5) and (6).
  • the thickness of the liquid crystal layer 13 of each color pixel is not limited to the above relationship. This is because the optimum thickness of the liquid crystal layer 13 varies depending on the phase difference and the wavelength dispersion of the color filter layers 12B, 12G, and 12R, and the birefringence wavelength dispersion of the liquid crystal material forming the liquid crystal layer 13.
  • Rth_LC (B), Rth_LC (G), and Rth_LC (R) are thickness direction retardations of the liquid crystal cell 10 at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm, and a wavelength of 650 nm, respectively.
  • the thickness direction retardation of the liquid crystal cell is a total value of thickness direction retardations of all the media inside the pair of transparent substrates including the pair of transparent substrates, that is, the entire liquid crystal cell. Is a thickness direction phase difference measured using as a sample. Therefore, in the liquid crystal cell, when the liquid crystal cell constituent members such as the transparent substrate and the color filter layer have a phase difference in addition to the liquid crystal layer, the thickness direction retardation of the liquid crystal cell is a total value including them.
  • Rth_LC (B), Rth_LC (G), and Rth_LC (R) preferably satisfy the following formulas (E) and (F).
  • the thickness of the liquid crystal layer 13 is adjusted by adjusting the thickness of the color filter layers 12B, 12G, and 12R for each color pixel, but the color filter layers 12B, 12G, and 12R are adjusted.
  • the thickness of the liquid crystal layer 13 may be adjusted by providing a thickness adjusting layer made of a transparent material separately from the thickness of each color pixel.
  • both the color filter layers 12B, 12G, and 12R and the thickness adjustment layer may have different thicknesses for each color pixel, and the thickness of the liquid crystal layer 13 may be adjusted.
  • liquid crystal cell constituent members for example, an alignment film, a transparent electrode, a TFT element, a metal wiring, etc.
  • liquid crystal cell constituent members for example, an alignment film, a transparent electrode, a TFT element, a metal wiring, etc.
  • the color filter layer of the prior art generally has a C plate type phase difference.
  • the C-plate type phase difference is defined as nx ⁇ ny ⁇ nz when the main refractive index in the in-plane direction (x direction, y direction) is nx, ny, and the main refractive index in the out-of-plane direction (z direction) is nz. Is a phase difference in which the optical axis is in the out-of-plane direction.
  • the C plate may be classified as a positive C plate or a negative C plate depending on whether the value of (abnormal light refractive index) ⁇ (ordinary light refractive index) is positive or negative. That is, if nx ⁇ ny ⁇ nz, it is a positive C plate, and if nx ⁇ ny> nz, it is a negative C plate.
  • the green color filter layer tends to be a positive C plate
  • the blue color filter layer and the red color filter layer tend to be a negative C plate.
  • Rth (G) + 14 nm
  • Rth (R) ⁇ 6 nm. Met.
  • the thickness direction retardation Rth of the liquid crystal layer is represented by the product ⁇ n ⁇ d of the birefringence ⁇ n of the liquid crystal and the cell thickness d when the alignment state of the liquid crystal layer is vertical alignment.
  • ⁇ n (B) ⁇ n (G)
  • ⁇ n (R) ⁇ n (R)
  • ⁇ n (G) 0.09
  • ⁇ ( B) / ⁇ (G) 1.05
  • ⁇ (R) / ⁇ (G) 0.97.
  • the thickness direction retardations Rth_LC (B), Rth_LC (G) and Rth_LC (R) of the liquid crystal cell are adjusted.
  • the relative relationship can be arbitrarily adjusted.
  • Poincare sphere The idea of Poincare sphere is widely known in the field of crystal optics and the like as a useful technique for tracking the polarization state changing through the phase difference element (for example, Hiroshi Takasaki, “Crystal optics”, Morikita Publishing, 1975, p.146-163).
  • phase difference element for example, Hiroshi Takasaki, “Crystal optics”, Morikita Publishing, 1975, p.146-163
  • right-handed polarized light is represented in the upper hemisphere
  • left-handed polarized light is represented in the lower hemisphere
  • linearly polarized light is represented in the equator
  • right circularly polarized light and left circularly polarized light are represented in the upper and lower poles.
  • the two polarization states that are symmetric with respect to the center of the sphere form a pair of orthogonal polarization because the absolute values of the ellipticity angles are equal and the polarities are opposite.
  • the effect of the retardation film on the Poincare sphere is that the point representing the polarization state immediately before passing through the retardation film is centered on the slow axis on the Poincare sphere (2 ⁇ ) ⁇ (phase difference) / (wavelength) ( The unit is to convert to a point rotated and rotated by an angle determined by rad).
  • the rotation center and the rotation angle when observed from an oblique direction are determined by the slow axis and the phase difference at the observation angle.
  • these can be calculated, for example, by solving the Fresnel wavefront normal equation and knowing the vibration direction and wave number vector of the natural vibration mode in the retardation film, and the slow phase when observed from an oblique direction.
  • the liquid crystal display device of the first embodiment of the present invention is referred to as an azimuth (hereinafter referred to as an azimuth angle of 45 °) that bisects the absorption axis directions of the first polarizing element 14r and the second polarizing element 14f.
  • an azimuth hereinafter referred to as an azimuth angle of 45 °
  • the light emitted from the backlight has a polarization state immediately after passing through the first polarizing element 14r, which is located at the point P0 on the Poincare sphere and can be absorbed by the second polarizing element 14f represented by the point E, that is, This does not coincide with the extinction position of the second polarizing element 14f.
  • This situation is illustrated in the S1-S3 plane of the Poincare sphere as shown in FIG. Although the points representing the respective polarization states are actually on the Poincare sphere, they are projected onto the S1-S3 plane. For simplicity, the absorption and interface reflection of each optical element are ignored, and ⁇ n (typically 0.0001 to 0.1) of each of the retardation films 15r and 15f is the average refractive index (1 4 to 1.6).
  • the points P0 and E When observed from the front direction (not shown), the points P0 and E, which should have overlapped, do not overlap when observed from an oblique direction with an azimuth angle of 45 ° and a polar angle of 60 °. If there is no phase difference film 15r, 15f, light leakage will occur in the observation from an oblique direction. However, since the liquid crystal cell 10 and the retardation films 15r and 15f are actually present, the situation is different. First, by passing through the first biaxial retardation film 15r, the polarization state at the point P0 becomes Poincare sphere. A rotation conversion of a specific angle is performed around the slow axis of the first biaxial retardation film 15r represented by the upper point B1, and the point P1 is reached.
  • the liquid crystal display device of the first embodiment of the present invention blocks light from the backlight even when observed from an azimuth angle of 45 ° and a polar angle of 60 °, as in the case of observation from the front direction. Can do.
  • the description of the polarization state on the Poincare sphere as described above is basically a description of monochromatic light having a specific wavelength (generally assuming a wavelength of around 550 nm).
  • the conversion amount of the polarization state due to the retardation of the retardation film is (2 ⁇ ) ⁇ Since it is determined by (phase difference) / (wavelength) (unit is rad), the phase difference required to obtain the same polarization state conversion amount varies depending on the wavelength of light. Specifically, a longer phase difference is required for longer wavelengths.
  • the amount of conversion of the polarization state differs for each wavelength.
  • green monochromatic light having a wavelength of 550 nm When the optimally designed retardation film and liquid crystal cell are used, as shown in FIGS. 3A to 3C, green light having a wavelength of 550 nm is converted into a point P3 that overlaps with the point E.
  • blue light having a wavelength of 450 nm and red light having a wavelength of 650 nm are changed to a point P3 different from the point E.
  • there is a problem that blue and red light leakage occurs and the black display of the liquid crystal display device is colored which is known as a problem of the liquid crystal display device of the prior art.
  • the retardation films 15r and 15f and the liquid crystal cell 10 satisfy the relationships of the above formulas (1) to (6).
  • FIGS. 4A to 4C in the same manner that green light having a wavelength of 550 nm is converted to a point P3 that overlaps with the point E, blue light having a wavelength of 450 nm and red light having a wavelength of 650 nm are also converted. Since each point is converted to a point P3 overlapping with the point E, a high-quality black display without coloring can be obtained.
  • the most ideal wavelength dispersion characteristic of the retardation film and the liquid crystal cell is (retardation) ⁇ (wavelength).
  • the relations of the above formulas (1) to (6) are obtained. It has been found that a high-quality black display without coloring can be obtained as long as it is satisfied.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid crystal display device of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the transition of the polarization state in the liquid crystal display device of the second embodiment of the present invention, and shows the S1-S3 plane of the Poincare sphere.
  • 7A and 7B are diagrams for explaining the transition of the polarization state in the liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A shows the case of a wavelength of 450 nm
  • FIG. 7B shows the case of a wavelength of 550 nm.
  • (C) shows the case of a wavelength of 650 nm.
  • the liquid crystal display device of the present invention includes a vertical alignment type liquid crystal cell 20, a pair of polarizing elements 24f and 24r disposed with the liquid crystal cell 20 interposed therebetween, and the liquid crystal cell 20 and one polarizing element 14r. And a TAC (triacetylcellulose) film 26f disposed between the liquid crystal cell 20 and the second polarizing element 24f.
  • TAC triacetylcellulose
  • the first polarizing element 24r and the second polarizing element 24f have absorption axes that are substantially orthogonal to each other (the angle between both axes is within 90 ° ⁇ 1 °, More preferably, it is arranged so as to be within 90 ° ⁇ 0.5 ° (crossed Nicol arrangement).
  • a backlight unit (not shown) is disposed as a light source on the opposite side of the polarizing film 24r that does not face the liquid crystal cell 20.
  • a protective film such as a TAC (triacetyl cellulose) film is disposed outside the first polarizing element 24r and the second polarizing element 24f.
  • the first biaxial retardation film 25r and the TAC film 26f also function as protective films that protect the first polarizing element 24r and the second polarizing element 24f.
  • Each member excluding the backlight unit is bonded with an adhesive or an adhesive.
  • the liquid crystal cell 20 includes a first and second transparent substrates 21r and 21f, and a liquid crystal layer 23 made of liquid crystal sealed between the transparent substrates 21r and 21f and vertically aligned with respect to the transparent substrates 21r and 21f. It is configured to include. On the transparent substrate 21f, a red pixel on which the blue color filter layer 22B is disposed, a green pixel on which the green color filter layer 22G is disposed, and a red pixel on which the red color filter layer 22R is disposed are constant.
  • one pixel is constituted by three subpixels (subpixels) of blue, green, and red adjacent to each other, and various color displays are possible.
  • the color filter layers 22B, 22G, and 22R are formed on the second transparent substrate 21f side, but are formed on the first transparent substrate 21r side. May be.
  • the liquid crystal cell 20 of the second embodiment of the present invention can be the same as the liquid crystal cell 10 of the first embodiment of the present invention.
  • the polarizing elements 24f and 24r of the second embodiment of the present invention can be the same as the polarizing elements 14f and 14r of the first embodiment of the present invention, respectively. The same applies to other members.
  • the main refractive index in the in-plane direction of the retardation film is nx, ny (nx> ny), the main refractive index in the out-of-plane direction is nz, and the thickness of the retardation film is d.
  • the relationship is nx> ny> nz.
  • the phase difference film 25r has an in-plane retardation R0 (B), R0 (G) and R0 (R) of a retardation film at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm, and a wavelength of 650 nm, and a wavelength at a wavelength of 450 nm, a wavelength of 550 nm, and a wavelength of 650 nm, respectively.
  • the thickness direction retardation Rth (B), Rth (G) and Rth (R) of the retardation film satisfy the above formulas (1) to (4) (formulas (1) to (4) in the first embodiment).
  • This is a so-called reverse wavelength dispersion type retardation film.
  • a reverse wavelength dispersion type biaxial retardation film for example, a modified polycarbonate film having a fluorene skeleton, a modified cellulose film having an appropriately controlled degree of acetylation, and the like can be used as appropriate.
  • the method for forming the biaxial retardation film 25r is not particularly limited. In the case of a film, for example, a solvent casting method, a melt extrusion method, or the like can be used.
  • a method of simultaneously forming a plurality of retardation films by a co-extrusion method may be used. Further, as long as a desired phase difference is expressed, the film may be unstretched or may be subjected to appropriate stretching.
  • the stretching method is not particularly limited, and other specific stretching is performed under the action of the shrinkage force of the heat-shrinkable film, in addition to the roll-to-roll tensile stretching method, the inter-roll compression stretching method, the tenter transverse uniaxial stretching method, the longitudinal and transverse biaxial stretching method. The law etc. can be used.
  • the biaxial retardation film 25r is composed of R0 (B), R0 (G), R0 (R), and Rth.
  • B), Rth (G), and Rth (R) preferably satisfy the above formulas (A) to (D) (formulas (A) to (D) in Embodiment 1).
  • the biaxial retardation film 25r has Rth (B) / Rth (G) substantially equal to R0 (B) / R0 (G). Is more preferable, and it is more preferable that Rth (R) / Rth (G) is substantially equal to R0 (R) / R0 (G).
  • the TAC film 26f functions as a protective film and also functions as a retardation film.
  • the retardation of the biaxial retardation film 25r is not particularly limited as long as it has an effect of improving the viewing angle of the liquid crystal display device, and the thickness direction retardation of the liquid crystal cell 20 as a whole.
  • the in-plane slow axis (x-axis direction) of the biaxial retardation film 25r is substantially orthogonal to the absorption axis of the polarizing element 24r when the display surface is viewed in plan (the angle formed by both axes is It is set within 90 ° ⁇ 1 °, more preferably within 90 ° ⁇ 0.5 °).
  • the in-plane retardation R0 (G) of the TAC film 26f is preferably zero. However, as a result of investigation by the present inventor, it has been found that if it is 10 nm or less, the same effect as in the case of zero can be obtained. .
  • the in-plane slow axis (x-axis direction) and the absorption axis of the polarizing element 24f are substantially orthogonal when the display surface is viewed in plan.
  • An angle between both axes is within 90 ° ⁇ 1 °, more preferably within 90 ° ⁇ 0.5 °
  • substantially parallel an angle between both axes is within 0 ° ⁇ 1 °, more preferably, 0 ° ⁇ 0.5 ° or less
  • Conventional color filter layers 22B, 22G, and 22R can be appropriately used.
  • a pigment-dispersed color filter layer can be used.
  • the thickness of the blue color filter layer 22B> (the thickness of the green color filter layer 22G)> (the thickness of the red color filter layer 22R) is set. Accordingly, the thickness of the liquid crystal layer 23 satisfies the relationship of (thickness of the liquid crystal layer 23 of the red pixel)> (thickness of the liquid crystal layer 23 of the green pixel)> (thickness of the liquid crystal layer 23 of the blue pixel). .
  • this relationship is determined to optimize the wavelength dispersion of the thickness direction retardation of the liquid crystal cell 20 as a whole, and the thickness direction retardation of the liquid crystal cell 20 is determined by the above formulas (5) and (6) (
  • the thickness of the liquid crystal layer 23 of each color pixel is not limited to the above relationship as long as the relationship of the expressions (5) and (6) in the first embodiment is satisfied. This is because the optimal thickness of the liquid crystal layer 23 varies depending on the phase difference and wavelength dispersion of the color filter layers 22B, 22G, 22R and the like, and the birefringence wavelength dispersion of the liquid crystal material forming the liquid crystal layer 23.
  • Rth_LC (B), Rth_LC (G), and Rth_LC (R) are the above formulas (E) and (F) (formulas in the first embodiment) It is preferable to satisfy (E) and (F)).
  • the effects of the present invention will be described by tracking the transition of the polarization state on the Poincare sphere.
  • the liquid crystal display device of the second embodiment of the present invention is observed from an oblique direction with an azimuth angle of 45 ° and a polar angle of 60 °.
  • the light emitted from the backlight has a polarization state immediately after passing through the first polarizing element 24r, which is located at the point P0 on the Poincare sphere, and can be absorbed by the second polarizing element 24f represented by the point E, that is, This does not match the extinction position of the second polarizing element.
  • This situation is illustrated in the S1-S3 plane of the Poincare sphere as shown in FIG.
  • the points P0 and E When observed from the front direction (not shown), the points P0 and E, which should have overlapped, do not overlap when observed from an oblique direction with an azimuth angle of 45 ° and a polar angle of 60 °. If there is no phase difference film 25r, light leakage will occur in observation from an oblique direction as it is. However, since the liquid crystal cell 20 and the retardation film 25r are actually present, the situation is different. First, by passing through the biaxial retardation film 25r, the polarization state at the point P0 is the point B1 on the Poincare sphere. A rotation angle of a specific angle is received around the slow axis of the represented biaxial retardation film 25r, and the point P1 is reached.
  • the liquid crystal display device blocks light from the backlight even when observed from an azimuth angle of 45 ° and a polar angle of 60 °, as in the case of observation from the front direction. Can do.
  • the biaxial retardation film 25r and the liquid crystal cell 20 have the above formulas (1) to (6) (the formula (1 in the first embodiment) ) To (6)) are satisfied, as shown in FIGS. 7 (a) to (c), the blue light having a wavelength of 450 nm is converted into the point P2, as in the case where green light having a wavelength of 550 nm is converted to the point P2. And red light having a wavelength of 650 nm are also converted to point P2. Even if the last conversion by the TAC film 26f gives a different polarization conversion amount for each wavelength, the difference in the change amount with respect to the entire conversion amount is small, as shown in FIGS.
  • the TAC film 26f It has been found that it is more preferable that the in-plane retardation R0 and the thickness direction retardation Rth also satisfy the relationships of the above formulas (1) to (4). Note that a TAC film that is practically used as a protective film for a polarizing element is a so-called reverse wavelength dispersion film that actually satisfies the relationships of the above formulas (1) to (4).
  • Example 1 A liquid crystal display device similar to that of the first embodiment of the present invention was actually manufactured as Example 1. Each optical parameter (phase difference and its wavelength dispersion) is summarized in Table 1 together with that of Example 2.
  • Example 2 A liquid crystal display device similar to that of the second embodiment of the present invention was actually manufactured as Example 2.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid crystal display device of Comparative Example 4.
  • the liquid crystal display device of Comparative Example 4 includes a vertical alignment type liquid crystal cell 30, a pair of polarizing elements 34 f and 34 r disposed with the liquid crystal cell 30 interposed therebetween, the liquid crystal cell 30, and the first liquid crystal cell 30.
  • a negative C plate 35r disposed between the polarizing elements 34r, and a positive A plate 36f disposed between the liquid crystal cell 30 and the second polarizing element 34f.
  • a backlight unit (not shown) is disposed as a light source on the opposite side of the polarizing film 34r that does not face the liquid crystal cell 20.
  • the first polarizing element 34r and the second polarizing element 34f are arranged so that their absorption axes are substantially orthogonal to each other, and the positive A plate 36f has its slow axis substantially the same as the absorption axis of the second polarizing element 34f. They were arranged so as to be orthogonal.
  • the color filter layer thickness liquid crystal cell thickness is the same for each color.
  • Measurement method of viewing angle of chromaticity of liquid crystal display Measurement was performed using a viewing angle measuring device (trade name: Ez-Contrast 160, manufactured by ELDIM).
  • Ez-Contrast 160 manufactured by ELDIM
  • a backlight mounted on a commercially available liquid crystal television manufactured by Sharp Corporation, LC-42GX3W was used as the light source.
  • the u′v ′ chromaticity point for black display in the front direction (polar angle 0 °) and the u′v ′ chromaticity point for black display in the oblique direction with an azimuth angle of 45 ° and a polar angle of 60 ° are measured.
  • the distance between the points was ⁇ E (45, 60).
  • Tables 1 and 2 show the measurement results of the optical parameters (phase difference and its wavelength dispersion), contrast viewing angle, and chromaticity viewing angle of each example and comparative example. From the evaluation results shown in Tables 1 and 2, the liquid crystal display devices of Examples 1 and 2 of the present invention have CR (45, 60) equal to or higher than the liquid crystal display devices of Comparative Examples 1 to 3 according to the prior art. Thus, it was found that ⁇ E (45, 60) is small and the display performance is excellent. Further, it was found that the reverse wavelength dispersion retardation film had the same display performance although the necessary retardation of the reverse wavelength dispersion retardation film was small as compared with the liquid crystal display device of Comparative Example 4 according to the prior art.
  • the present invention it is possible to provide a high-quality liquid crystal display device having a high contrast ratio without coloring in a wide viewing angle range while suppressing a necessary retardation of a reverse wavelength dispersion retardation film that is difficult to manufacture. Proven.
  • FIG. 1 It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the liquid crystal display device of 1st embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the transition of the polarization state in the liquid crystal display device of 1st embodiment of this invention, and shows S1-S3 plane of a Poincare sphere. It is a figure for demonstrating the transition of the polarization state in the conventional liquid crystal display device, (a) shows the case of wavelength 450nm, (b) shows the case of wavelength 550nm, (c) shows the wavelength of 650nm. Show the case.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a liquid crystal display device of Comparative Example 4.

Landscapes

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Abstract

本発明は、広視角範囲で黒表示時に着色がなく、コントラスト比が高い液晶表示装置を提供する。本発明は、Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）及びＲｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）が０．９６５以下、Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）及びＲｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）が１．０１５以上である逆波長分散型の２軸性位相差フィルムと、青、緑及び赤のカラーフィルタ層を有し、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．０００及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≧１．０００を満たす垂直配向型液晶セルとを備える液晶表示装置。Ｒ０（Ｂ）、Ｒ０（Ｇ）及びＲ０（Ｒ）は、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける位相差フィルムの面内位相差であり、Ｒｔｈ（Ｂ）、Ｒｔｈ（Ｇ）及びＲｔｈ（Ｒ）とＲｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）とは、波長４５０、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける位相差フィルム及び液晶セルの厚み方向位相差である。

Description

液晶表示装置
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、液晶セルと位相差フィルムの波長分散特性とが最適設計された液晶表示装置に好適な液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、コンピュータやテレビジョンをはじめとする様々な情報処理装置の表示装置として、広く用いられている。特にＴＦＴ方式の液晶表示装置（以下、「ＴＦＴ－ＬＣＤ」ともいう）が広く普及し、市場の一層の拡大が期待されており、これに伴って、画質のより一層の向上が要望されている。以下、ＴＦＴ－ＬＣＤを例として説明するが、本発明は、ＴＦＴ－ＬＣＤに限定されるものではなく、単純マトリクス方式のＬＣＤや、プラズマアドレス方式のＬＣＤ等にも適用可能であり、一般的に、それぞれに電極が形成された一対の基板間に液晶を狭持し、それぞれの電極間に電圧を印加することで表示を行うＬＣＤ全般に適用可能なものである。
現在まで、ＴＦＴ－ＬＣＤで最も広く使用されてきた方式は、正の誘電率異方性を有する液晶を、相互に対向する基板間に水平配向させた、いわゆるＴＮモードであった。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。このようなＴＮモードの液晶表示装置では、安価な製造技術も確立し、産業的には成熟しているが、高いコントラストを実現することが難しいという点で改善の余地がある。
これに対し、負の誘電率異方性を有する液晶を、相互に対向する基板間に垂直配向させた、いわゆるＶＡモードの液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１等に開示されるように、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶表示装置においては、電圧無印加時において、液晶分子が基板面に対し略垂直な方向に配向しているため、液晶セルはほとんど複屈折性も旋光性も示さず、光はその偏光状態をほとんど変化させることなく液晶セルを通過する。したがって、液晶セルの上下に一対の直線偏光素子をその吸収軸が互いに略直交するように配することにより、電圧無印加時において、略完全な黒表示状態を実現できる。電圧印加時には、液晶分子が傾斜して基板に略平行となり、大きな複屈折性を示して白表示となる。したがって、このようなＶＡモードの液晶表示装置は、ＴＮモードでは不可能な、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。
しかしながら、上述の構成を有するＶＡモードの液晶表示装置においては、視野角の拡大が難しいという点で改善の余地があった。ＶＡモードの液晶表示装置は、上述したように正面では液晶セルがほとんど複屈折性を示さず、また２枚の偏光素子も完全に直交するため、略完全な黒表示状態が実現される。しかしながら、斜め視角においては、液晶セルが複屈折性を示し、見かけ上位相差を有することとなり、また２枚の偏光素子の幾何学的な相対関係も見かけ上直交ではなくなるために光漏れしてコントラストが下がり、結果として視野角が狭くなるためである。そのため、ＶＡモードの液晶表示装置には、液晶セルの斜め視角における余分な位相差のキャンセルや、クロスニコル配置された偏光素子の直交性を斜め視角において保持する目的で、位相差フィルムが設けられることが多い。例えば、従来では、垂直配向液晶セルの両側に偏光素子を配し、該偏光素子と該液晶セルとの間に、面内に光軸をもち異常光屈折率＞常光屈折率の１軸性位相差フィルム（いわゆるポジ型Ａプレート）、面外（フィルム法線方向）に光軸をもち異常光屈折率＜常光屈折率の１軸性位相差フィルム（いわゆるネガ型Ｃプレート）、又は、２軸性位相差フィルムのいずれかを少なくとも１枚配することにより、視野角を拡大する技術が開示されている（例えば、特許文献１～４参照。）。
上述のように、ＶＡモードの液晶表示装置の広視野角化には、（１）斜め視角においても正面と同様に、クロスニコルに配置された偏光素子の直交性を保持すること、（２）斜め視角における液晶セルの余分な位相差をキャンセルすることが重要であり、従来では、適当な位相差フィルムを配置することにより、（１）と（２）とを実現している。このような位相差フィルムを用いた広視野角化技術は広く知られているが、いずれの従来技術においても、単波長（通常５５０ｎｍ付近）でのみ位相差条件が最適設計されているため、設計波長以外では黒表示時に光漏れが起こり、したがって、斜め視角において着色現象が発生するという点で改善の余地があった。
本発明者らは、上記の問題点を解決するため、（１）黒表示時に斜め視角において正面と同様に、クロスニコル配置された偏光素子の直交性を保持することと、（２）斜め視角における液晶セルの余分な位相差をキャンセルすることとを波長分散特性の見地から完全に分離して、それぞれを液晶表示装置内の異なる位相差フィルムで補償し、逆波長分散位相差フィルム（逆波長分散型の位相差フィルム）を用いた構成とすることで上記課題を解決することができることに想到し、先に特許出願している（例えば、特許文献５参照。）。
特開２０００－３９６１０号公報 特開平１１－２５８６０５号公報 特開平１０－１５３８０２号公報 特開２０００－１３１６９３号公報 国際公開第０６／００１４４８号パンフレット
しかしながら、特許文献５の技術によれば、各位相差層に必要とされる波長５５０ｎｍにおける面内位相差｜Ｒｘｙ（５５０）｜が大きいため、逆波長分散位相差フィルムの製造が一般的に難しいという点で改善の余地があった。逆波長分散位相差フィルムは、本質的に位相差を発現しにくいからである。また、斜め視角における着色現象を更に抑制することが求められていた。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、広い視角範囲において黒表示時における着色がなく、かつコントラスト比が高い液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、広い視角範囲において着色がなく、かつコントラスト比が高い液晶表示装置について種々検討したところ、上記（１）及び（２）の問題の手当てに加えて、液晶層以外の液晶セル構成材料（例えばカラーフィルタ層、ＩＴＯ等の透明電極材料等）が示す位相差を補償することにより、位相差の小さい逆波長分散型の２軸性位相差フィルムを用いて斜め視角における着色現象を抑制できることを見いだした。このように、本発明者らは、位相差フィルムの位相差とともに、液晶セルの位相差に着目し、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける位相差フィルムの位相差を最適化するとともに、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける液晶セルの厚み方向位相差を最適化することにより、従来に比べて位相差が比較的小さい逆波長分散型の２軸性位相差フィルムを用いたとしても、斜め視角にける着色現象を充分に抑制できることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、第一の偏光素子と、液晶セルと、表示面を平面視したときに上記第一の偏光素子と吸収軸方位が直交する第二の偏光素子とをこの順に有するとともに、上記第一の偏光素子及び上記液晶セルの間と、上記第二の偏光素子及び上記液晶セルの間との少なくとも一方の間に位相差フィルムを有する液晶表示装置であって、上記位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が上記液晶セルに対して同じ側にある偏光素子の吸収軸と直交し、かつ、下記式（１）～（４）を満たす逆波長分散型の２軸性位相差フィルムであり、上記液晶セルは、一対の透明基板間に、液晶層と、青色、緑色及び赤色の三色をそれぞれ分離する少なくとも青色、緑色及び赤色のカラーフィルタ層とを有し、かつ、下記式（５）及び（６）を満たす垂直配向型の液晶セルである液晶表示装置である。
Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）≦０．９６５　　　　（１）
Ｒｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≦０．９６５　　（２）
Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）≧１．０１５　　　　（３）
Ｒｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≧１．０１５　　（４）
Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．０００　　（５）
Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≧１．０００　　（６）
式（１）～（４）中、Ｒ０（Ｂ）、Ｒ０（Ｇ）及びＲ０（Ｒ）はそれぞれ、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける上記位相差フィルムの面内位相差であり、Ｒｔｈ（Ｂ）、Ｒｔｈ（Ｇ）及びＲｔｈ（Ｒ）はそれぞれ、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける上記位相差フィルムの厚み方向位相差であり、式（５）及び（６）中、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）はそれぞれ、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける上記液晶セルの厚み方向位相差である。
以下に、本発明を詳述する。
本発明の液晶表示装置は、第一の偏光素子と、液晶セルと、表示面を平面視したときに上記第一の偏光素子と吸収軸方位が直交する第二の偏光素子とをこの順に有するとともに、上記第一の偏光素子及び上記液晶セルの間と、上記第二の偏光素子及び上記液晶セルの間との少なくとも一方の間に位相差フィルムを有する。本明細書で「偏光素子」とは、自然光を直線偏光に変える機能を有する素子のことであり、偏光子と呼ばれるものであってもよい。また、上記第一の偏光素子及び第二の偏光素子は、いずれがポーラライザ（背面側の偏光素子）又はアナライザ（観察面側の偏光素子）であってもよい。上記液晶セルは、通常、一対の基板と、該一対の基板間に挟まれた液晶層とを有するものである。上記第一の偏光素子と第二の偏光素子とは、表示面を平面視したときに、吸収軸が互いに直交するように配置（クロスニコル配置）されており、上記液晶セルは、電圧無印加時において正面方向では複屈折性をほとんど示さないため、本発明の液晶表示装置は、電圧無印加時に正面方向において略完全な黒表示状態を実現することができる。なお、本発明の液晶表示装置は、表示面を平面視したときに、上記第一の偏光素子の吸収軸方位（方向）が上記第二の偏光素子の吸収軸方位（方向）と完全に直交している形態に限定されるものではなく、正面方向において高いコントラスト比を得ることができるのであれば、上記第一の偏光素子の吸収軸方位と上記第二の偏光素子の吸収軸方位とのなす角度は、表示面を平面視したときに、９０°から±１°（より好適には、０．５°）程度ずれていてもよい。また、本発明においては、偏光素子として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに２色性を有するヨウ素錯体等の異方性材料を吸着配向させた、いわゆるＯタイプ偏光素子を用いることを前提としている。Ｏタイプ偏光素子とは、素子平面内の特定の方向（吸収軸と定義）に振動する光を吸収し、素子平面内で吸収軸に直交する方向に振動する光、及び、素子法線方向に振動する光を透過する偏光素子のことである。更に、本明細書で「位相差フィルム」とは、光学的異方性を有する層のことであり、複屈折層、位相差板、光学異方性層、複屈折媒体、光学異方性フィルム、位相差補償フィルム等と同義である。また、本発明における位相差フィルムは、シートであってもよい。
上記位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が上記液晶セルに対して同じ側にある偏光素子の吸収軸と直交し、かつ、上記式（１）～（４）を満たす逆波長分散型の２軸性位相差フィルムである。これにより、波長５５０ｎｍ付近の緑色の光のみならず、波長４５０ｎｍ付近の青色の光と波長６５０ｎｍ付近の赤色の光とについても、位相差条件が最適に設計されることとなり、広い視角範囲において黒表示時における着色がなく、コントラスト比が高い高品位な液晶表示装置の提供が可能となる。なお、本発明の液晶表示装置は、表示面を平面視したときに、上記位相差フィルムの面内遅相軸が上記液晶セルに対して同じ側にある偏光素子の吸収軸と完全に直交している形態に限定されるものではなく、正面方向において高いコントラスト比を得ることができるのであれば、上記位相差フィルムの面内遅相軸と上記液晶セルに対して同じ側にある偏光素子の吸収軸とのなす角度は、表示面を平面視したときに、９０°から±１°（より好適には、０．５°）程度ずれていてもよい。また、Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）及び／又はＲｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）が０．９６５を超えると、黒表示時に青色の着色現象が発生することがある。更に、Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）及び／又はＲｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）が１．０１５未満であると、黒表示時に赤色の着色現象が発生することがある。
上記液晶セルは、一対の透明基板間に、液晶層と、青色、緑色及び赤色の三色をそれぞれ分離する少なくとも青色、緑色及び赤色のカラーフィルタ層とを有し、かつ、上記式（５）及び（６）を満たす垂直配向型の液晶セルである。このように、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける液晶セルの厚み方向位相差を最適化することにより、従来に比べて比較的位相差が小さい逆波長分散型の２軸性位相差フィルムを利用することができる。ただし、上記液晶セルの厚み方向位相差は、上記一対の透明基板を含む上記一対の透明基板の内側にある全ての媒体の厚み方向位相差の合計値であり、すなわち、上記液晶セル全体を試料として測定した厚み方向位相差である。したがって、上記液晶セルにおいて、上記液晶層の他に、上記透明基板、上記カラーフィルタ層等の液晶セル構成部材が位相差を有する場合、上記液晶セルの厚み方向位相差は、それらを含む合計値である。なお、本明細書において、赤色とは、主波長が６２０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下の色であることが好ましく、主波長が６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下の色であることがより好ましい。緑色とは、主波長が５２０ｎｍ以上、５８０ｎｍ未満の色であることが好ましく、主波長が５３０ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下の色のことがより好ましい。青色とは、主波長が４２０ｎｍ以上、４８０ｎｍ未満の色であることが好ましく、主波長が４３０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下の色のことがより好ましい。このように、上記液晶セルは、一対の透明基板間に、液晶層と、青色を透過（分離）する青色のカラーフィルタ層と、緑色を透過（分離）する緑色のカラーフィルタ層と、赤色を透過（分離）する赤色のカラーフィルタ層とを有してもよい。
本発明の液晶表示装置は、上記構成要素として備えるものである限り、その他の部材を構成要素として有していても有していなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
上記液晶表示装置は、第一の偏光素子と、第一の位相差フィルムと、液晶セルと、第二の位相差フィルムと、表示面を平面視したときに上記第一の偏光素子と吸収軸方位が直交する第二の偏光素子とをこの順に有し、上記第一の位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が第一の偏光素子の吸収軸と直交し、かつ、上記式（１）～（４）を満たす逆波長分散型の２軸性位相差フィルムであり、上記第二の位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が第二の偏光素子の吸収軸と直交し、かつ、上記式（１）～（４）を満たす逆波長分散型の２軸性位相差フィルムであってもよい。これにより、正面方向でのコントラスト比を低下させることなく、広い視角範囲において着色がなく高いコントラスト比を実現することができる。
上記液晶表示装置は、（ａ）第一の偏光素子と、第一の位相差フィルムと、液晶セルと、第二の位相差フィルムと、表示面を平面視したときに上記第一の偏光素子と吸収軸方位が直交する第二の偏光素子とをこの順に有し、上記第一の位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が第一の偏光素子の吸収軸と直交し、かつ、上記式（１）～（４）を満たす逆波長分散型の２軸性位相差フィルムであり、上記第二の位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が第二の偏光素子の吸収軸と直交するか平行であり、かつ、上記式（１）～（４）を満たすネガ型Ｃプレートである形態であってもよいし、（ｂ）第一の偏光素子と、第一の位相差フィルムと、液晶セルと、第二の位相差フィルムと、表示面を平面視したときに上記第一の偏光素子と吸収軸方位が直交する第二の偏光素子とをこの順に有し、上記第一の位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が第一の偏光素子の吸収軸と直交し、かつ、上記式（１）～（４）を満たす逆波長分散型の２軸性位相差フィルムであり、上記第二の位相差フィルムは、面内位相差がゼロであり、かつ、上記式（２）及び（４）を満たすネガ型Ｃプレートである形態であってもよい。これにより、正面方向でのコントラスト比を低下させることなく、広い視角範囲において着色がなく高いコントラスト比を実現することができる。なお、上記（ａ）の形態は、表示面を平面視したときに、上記第二の位相差フィルムの面内遅相軸が上記第二の偏光素子の吸収軸と完全に直交するか平行である形態に限定されるものではなく、正面方向において高いコントラスト比を得ることができるのであれば、直交の場合、上記第二の位相差フィルムの面内遅相軸と上記第二の偏光素子の吸収軸とのなす角度は、表示面を平面視したときに、９０°から±１° （より好適には、０．５°）程度ずれていてもよいし、平行の場合、上記第二の位相差フィルムの面内遅相軸と上記第二の偏光素子の吸収軸とのなす角度は、表示面を平面視したときに、完全な平行から±１°（より好適には、０．５°）程度ずれていてもよい。このように、本明細書で、ある二つの軸又は方向が直交する（直交である）とは、両軸又は両方向のなす角が厳密に９０°であることが好ましいが、正面方向において高いコントラスト比を得ることができるのであれば必ずしも厳密に９０°である必要はなく、両軸又は両方向が実質的に直交していればよい。具体的には、９０°から±１°（より好適には、±０．５°）の範囲内であれば本発明の作用効果が充分に得られる。また、本明細書で、ある二つの軸又は方向が平行である（平行する）とは、両軸又は両方向のなす角が厳密に０°であることが好ましいが、正面方向において高いコントラスト比を得ることができるのであれば必ずしも厳密に０°である必要はなく、両軸又は両方向が実質的に平行であればよい。具体的には、０°から±１°（より好適には、±０．５°）の範囲内であれば本発明の作用効果が充分に得られる。また、製造プロセスの簡略化及び低コスト化の観点からは、上記第二の位相差フィルムとしては、偏光素子の保護フィルムとして一般に実用がなされているＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムが好適である。
黒表示時に青色の着色現象を抑制する観点からは、上記位相差フィルムは、Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）≦０．９６５（より好適には０．９４０）を満たすことが好ましく、青色の２軸性パラメータを緑色の２軸性パラメータと同じにして黒表示時に青色の着色現象をより効果的に抑制する観点からは、上記位相差フィルムは、Ｒｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）がＲ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）と略等しいことがより好ましい。一方、フィルム厚を増大させずに黒表示時に青色の着色現象を効果的に抑制する観点からは、上記位相差フィルムは、Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）≧０．８１８を満たすことがより好ましい。一般的に逆波長分散型の位相差フィルムにおける波長分散の理論最適値はＲ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）＝０．８１８（＝４５０／５５０）である一方で、逆波長分散型の位相差フィルムは、Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）が小さい程、位相差の発現性が小さくなり、位相差フィルムが分厚くなってしまう傾向にあるためである。理論最適値０．８１８から同じ０．０１０ずれるのであれば、０．８０８よりも０．８２８の方がより好ましい。
黒表示時に赤色の着色現象を抑制する観点からは、上記位相差フィルムは、Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）≧１．０１５（より好適には１．０４０）を満たすことが好ましく、赤色の２軸性パラメータを緑色の２軸性パラメータと同じにして黒表示時に赤色の着色現象をより効果的に抑制する観点からは、上記位相差フィルムは、Ｒｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）がＲ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）と略等しいことがより好ましい。一方、フィルム厚を増大させずに黒表示時に赤色の着色現象を効果的に抑制する観点からは、上記位相差フィルムは、Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）≦１．１８１を満たすことがより好ましい。一般的に逆波長分散型の位相差フィルムにおける波長分散の理論最適値はＲ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）＝１．１８１（＝６５０／５５０）である一方で、逆波長分散型の位相差フィルムは、Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）が大きい程、位相差の発現性が小さくなり、位相差フィルムが分厚くなってしまう傾向にあるためである。理論最適値１．１８１から同じ０．０１０ずれるのであれば，１．１９１よりも１．１７１の方がより好ましい。
黒表示時に青色の着色現象を抑制する観点からは、上記液晶セルは、０．８１８≦Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．０００を満たすことが好ましく、０．８１８≦Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦０．９６５を満たすことがより好ましい。
黒表示時に赤色の着色現象を抑制する観点からは、上記液晶セルは、１．０００≦Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．１８１を満たすことが好ましく、１．０１５≦Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．１８１を満たすことがより好ましい。
上記液晶表示装置は、上記青色、緑色及び赤色のカラーフィルタ層が設けられた領域に対応する上記液晶層の厚みをそれぞれｄ（Ｒ）、ｄ（Ｇ）及びｄ（Ｂ）とするとき、ｄ（Ｒ）、ｄ（Ｇ）及びｄ（Ｂ）のうちの少なくとも一つが他と異なることが好ましく、ｄ（Ｒ）、ｄ（Ｇ）及びｄ（Ｂ）が互いに異なることがより好ましい。これにより、上記式（５）及び（６）を満たす液晶セルを容易に実現することができる。
本発明によれば、広い視角範囲において黒表示時における着色がなく、かつコントラスト比が高い液晶表示装置を実現することができる。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
（本発明の第一の実施形態）
本発明を適用した液晶表示装置の第一の実施の形態について、図１～４を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一の実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。図２は、本発明の第一の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり、ポアンカレ球のＳ１－Ｓ３平面を示す。図３は、従来の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり（ａ）は、波長４５０ｎｍの場合を示し、（ｂ）は、波長５５０ｎｍの場合を示し、（ｃ）は、波長６５０ｎｍの場合を示す。図４は、本発明の第一の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり（ａ）は、波長４５０ｎｍの場合を示し、（ｂ）は、波長５５０ｎｍの場合を示し、（ｃ）は、波長６５０ｎｍの場合を示す。
本発明の液晶表示装置は図１に示すように、垂直配向型の液晶セル１０と、液晶セル１０を挟んで配置された一対の偏光素子１４ｆ、１４ｒと、液晶セル１０及び第一の偏光素子１４ｒの間に配置された第一の２軸性位相差フィルム１５ｒと、液晶セル１０及び第二の偏光素子１４ｆの間に配置された第二の２軸性位相差フィルム１５ｆとを備える。第一の偏光素子１４ｒと第二の偏光素子１４ｆとは、液晶セル１０の表示面を平面視したときに、吸収軸が互いに略直交（両軸のなす角が９０°±１°以内、より好適には、９０°±０．５°以内）となるように配置（クロスニコル配置）されている。また、偏光フィルム１４ｒの液晶セル１０と面しない反対の面側には、光源としてバックライトユニット（図示せず）が配置されている。更に、第一の偏光素子１４ｒ及び第二の偏光素子１４ｆの外側にはそれぞれ、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム等の保護フィルムが配置されている。そして、第一の２軸性位相差フィルム１５ｒ及び第二の２軸性位相差フィルム１５ｆは、第一の偏光素子１４ｒ及び第二の偏光素子１４ｆを保護する保護フィルムとしても機能する。なお、バックライトユニットを除く各部材はそれぞれ、接着剤又は粘着材により貼り合わされている。液晶セル１０は、第一及び第二の透明基板１１ｒ、１１ｆと、それらの透明基板１１ｒ、１１ｆ間に封入され、透明基板１１ｒ、１１ｆに対して垂直配向させた液晶からなる液晶層１３とを含んで構成されている。透明基板１１ｆには、青色のカラーフィルタ層１２Ｂが配置された青色画素と、緑色のカラーフィルタ層１２Ｇが配置された緑色画素と、赤色のカラーフィルタ層１２Ｒが配置された赤色画素とが一定の順番で配列されており、相互に隣接する青色、緑色及び赤色の３つのサブピクセル（サブ画素）により１つのピクセル（画素）が構成され、種々の色表示を可能としている。なお、本発明の第一の実施形態（図１）では、カラーフィルタ層１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒは第二の透明基板１１ｆ側に形成されているが、第一の透明基板１１ｒ側に形成されていてもよい。
以下、各構成部材について詳述する。
液晶セル１０は、液晶層１３中の液晶分子を透明基板１１ｒ、１１ｆ面に対して垂直に配向させることで黒表示を行う垂直配向型の液晶セルである。液晶層１３中の液晶分子を透明基板１１ｒ、１１ｆ面に垂直に配向させることで黒表示を行う液晶表示モードとしては、ＴＮモード、ＥＣＢモード、ＶＡモード、ＯＣＢモード等が挙げられる。このように、本明細書で「垂直配向型の液晶セル」とは、液晶分子を基板面に対して厳密に垂直に配向させる液晶セルである必要はなく、液晶分子を基板面に対して実質的に垂直に配向させる液晶セルでもよい。
透明基板１１ｒ、１１ｆには、従来のものを適宜用いることができ、例えばガラスを使用することができる。また偏光素子１４ｒ、１４ｆにも、従来のものを適宜用いることができ、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに２色性を有するヨウ素錯体等の異方性材料を吸着配向させたもの等を使用することができる。液晶層１３についても、従来のものを適宜用いることができ、例えば、誘電率異方性が負のネマチック液晶を使用することができる。垂直配向は、典型的にはポリイミド等からなる垂直配向膜（図示せず）を使用することで実現できる。
２軸性位相差フィルム１５ｒ、１５ｆは、位相差フィルムの面内方向の主屈折率をｎｘ、ｎｙ（ｎｘ＞ｎｙ）とし、面外方向の主屈折率をｎｚ、位相差フィルムの厚みをｄとしたとき、いずれもｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を有している。また、位相差フィルムの面内位相差Ｒ０を（ｎｘ－ｎｙ）×ｄ、位相差フィルムの厚み方向位相差Ｒｔｈを（ｎｚ－（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄと定義するとき、２軸性位相差フィルム１５ｒ、１５ｆは、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍそれぞれにおける位相差フィルムの面内位相差Ｒ０（Ｂ）、Ｒ０（Ｇ）及びＲ０（Ｒ）と、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍそれぞれにおける位相差フィルムの厚み方向位相差Ｒｔｈ（Ｂ）、Ｒｔｈ（Ｇ）、Ｒｔｈ（Ｒ）とが下記式（１）～（４）を満たす、いわゆる逆波長分散型の位相差フィルムである。このような逆波長分散型の２軸性位相差フィルムとしては、例えば、フルオレン骨格を有する変性ポリカーボネート系フィルムや、アセチル化度を適切に制御した変性セルロース系フィルム等を適宜使用することができる。２軸性位相差フィルム１５ｒ、１５ｆの形成方法については特に限定されず、フィルムの場合、例えば溶剤キャスト法、溶融押出し法等を用いることができる。共押出し法により、複数の位相差フィルムを同時に形成する方法であってもよい。また、所望の位相差が発現してさえいれば、無延伸であってもよいし、適当な延伸が施されていてもよい。延伸方法も特に限定されず、ロール間引張り延伸法、ロール間圧縮延伸法、テンター横一軸延伸法、縦横二軸延伸法の他、熱収縮性フィルムの収縮力の作用下に延伸を行う特殊延伸法等を用いることができる。
Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）≦０．９６５（より好適には０．９４０）　　　　（１）
Ｒｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≦０．９６５（より好適には０．９４０）　　（２）
Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）≧１．０１５（より好適には１．０４０）　　　　（３）
Ｒｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≧１．０１５（より好適には１．０４０）　　（４）
また、フィルム厚を増大させずに黒表示時に着色現象を効果的に抑制する観点からは、２軸性位相差フィルム１５ｒ、１５ｆはそれぞれ、Ｒ０（Ｂ）、Ｒ０（Ｇ）及びＲ０（Ｒ）と、Ｒｔｈ（Ｂ）、Ｒｔｈ（Ｇ）、Ｒｔｈ（Ｒ）とが、下記式（Ａ）～（Ｄ）を満たすことが好ましい。
Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）≧０．８１８　　　　（Ａ）
Ｒｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≧０．８１８　　（Ｂ）
Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）≦１．１８１　　　　（Ｃ）
Ｒｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≦１．１８１　　（Ｄ）
更に、黒表示時に着色現象をより効果的に抑制する観点からは、２軸性位相差フィルム１５ｒ、１５ｆはそれぞれ、Ｒｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）がＲ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）と略等しいことがより好ましく、Ｒｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）がＲ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）と略等しいことがより好ましい。
２軸性位相差フィルム１５ｒ、１５ｆの位相差は、液晶表示装置の視野角を改善する効果を有することを条件として具体的には特に限定されるものではなく、後述する液晶セル１０全体としての厚み方向位相差Ｒｔｈ＿ＬＣを考慮した上で、適宜最適な値が選択され得る。例えば、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）＝３２０ｎｍの液晶セルに対しては、面内位相差Ｒ０（Ｇ）＝５５ｎｍ及びＲｔｈ（Ｇ）＝－１２５ｎｍの２軸性位相差フィルムを使用することができる。また、２軸性位相差フィルム１５ｒの面内遅相軸（ｘ軸方向）は、表示面を平面視したときに、偏光素子１４ｒの吸収軸と略直交しており（両軸のなす角が９０°±１°以内、より好適には、９０°±０．５°以内に設定されている）、２軸性位相差フィルム１５ｆの面内遅相軸（ｘ軸方向）は、表示面を平面視したときに、偏光素子１４ｆの吸収軸と略直交している（両軸のなす角が９０°±１°以内、より好適には、９０°±０．５°以内に設定されている）。
このように、本明細書で「位相差フィルムの面内遅相軸」とは、主屈折率ｎｘに対応する誘電主軸の方向（ｘ軸方向）のことである。また、本明細書で「光学軸」とは、結晶光学分野でいう厳密な意味での光学軸とは異なり、次の定義に従うとする。すなわち、「光学軸」とは、位相差フィルムの三つの主屈折率のうち、それらの平均値との差の絶対値が最大である主屈折率に対応する主軸を意味する。そのため、位相差フィルムが光学的に２軸性を有するときも、該位相差フィルムの「光学軸」は二本ではなく一本である。このように、２軸性位相差フィルムの「光学軸」は、それを１軸性位相差フィルムに光学的に近似した場合の従来定義の光学軸に相当する。
カラーフィルタ層１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒには、従来のものを適宜用いることができる。例えば、顔料分散型のカラーフィルタ層を使用することができる。本発明の第一の実施形態（図１）では、（青色カラーフィルタ層１２Ｂの厚み）＞（緑色カラーフィルタ層１２Ｇの厚み）＞（赤色カラーフィルタ層１２Ｒの厚み）となるように設定されており、それに伴って液晶層１３の厚みが、（赤色画素の液晶層１３の厚み）＞（緑色画素の液晶層１３の厚み）＞（青色画素の液晶層１３の厚み）の関係を満たしている。この関係は、後述の通り、液晶セル１０全体としての厚み方向位相差の波長分散を最適化すべく決定されるもので、液晶セル１０の厚み方向位相差が下記式（５）及び（６）の関係を満足しさえすれば、各色画素の液晶層１３の厚みは上記の関係に限定されるものではない。カラーフィルタ層１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒ等が有する位相差及びその波長分散や、液晶層１３を形成する液晶材料の複屈折の波長分散によって、最適な液晶層１３の厚みは異なるためである。
Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．０００（より好適には０．９６５）　　（５）
Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≧１．０００（より好適には１．０１５）　　（６）
式（５）及び（６）中、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）はそれぞれ、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける液晶セル１０の厚み方向位相差である。ここで、厚み方向位相差とは、媒体の面内方向の主屈折率をｎｘ、ｎｙ（ｎｘ≧ｎｙ）とし、面外方向の主屈折率をｎｚ、媒体の厚みをｄとしたとき、Ｒｔｈ＝（ｎｚ－（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄと定義される。また、本明細書中、液晶セルの厚み方向位相差とは、一対の透明基板を含む一対の透明基板の内側にある全ての媒体の厚み方向位相差の合計値であり、すなわち、液晶セル全体を試料として測定した厚み方向位相差である。したがって、液晶セルにおいて、液晶層の他に、透明基板、カラーフィルタ層等の液晶セル構成部材が位相差を有する場合、液晶セルの厚み方向位相差は、それらを含む合計値である。
また、黒表示時に着色現象をより効果的に抑制する観点からは、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）は、下記式（Ｅ）及び（Ｆ）を満たすことが好ましい。
Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≧０．８１８　　（Ｅ）
Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．１８１　　（Ｆ）
なお、本発明の第一の実施形態では、カラーフィルタ層１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒの厚みを各色画素で調整することで液晶層１３の厚みを調整しているが、カラーフィルタ層１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒの厚みは各色画素で一定とし、それとは別に透明材料からなる厚み調整層を設けることで液晶層１３の厚みを調整するものであってもよい。もちろん、カラーフィルタ層１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒと厚み調整層との両方を各色画素で異なる厚みとし、液晶層１３の厚みを調整するものであってもよい。
なお、ここまでの説明で図示と説明を省略した液晶セル構成部材（例えば配向膜、透明電極、ＴＦＴ素子、金属配線等）についても、それぞれ従来のものを適宜使用することが可能である。
次に、液晶セル１０の位相差について説明する。本発明者が検討した結果、従来技術のカラーフィルタ層は、一般にＣプレート型の位相差を有することがわかっている。Ｃプレート型の位相差とは、面内方向（ｘ方向、ｙ方向）の主屈折率をｎｘ、ｎｙ、面外方向（ｚ方向）の主屈折率をｎｚとするとき、ｎｘ≒ｎｙ≠ｎｚの関係を満たし、光学軸が面外方向にある位相差のことである。ｚ方向からの光線入射に対して複屈折がおこらないため、液晶表示装置を法線方向から観察した場合の光学特性には影響を与えないが、斜め方向から観察した場合の光学特性には影響を与える。また、Ｃプレートは（異常光屈折率）－（常光屈折率）の値の正又は負に応じて、ポジ型Ｃプレート又はネガ型Ｃプレートと分類されることもある。すなわち、ｎｘ≒ｎｙ＜ｎｚであればポジ型Ｃプレート、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚであればネガ型Ｃプレートである。本発明者の検討結果によると、緑色カラーフィルタ層はポジ型Ｃプレートに、青色カラーフィルタ層及び赤色カラーフィルタ層はネガ型Ｃプレートになる傾向が強いことが判明している。例えば、市販の液晶テレビＡを分解して解析した結果、カラーフィルタ層のＲｔｈの各波長での値は、Ｒｔｈ（Ｂ）＝－１ｎｍ、Ｒｔｈ（Ｇ）＝＋１４ｎｍ及びＲｔｈ（Ｒ）＝－６ｎｍであった。別の液晶テレビＢを分解して解析した結果、カラーフィルタ層層のＲｔｈの各波長での値は、Ｒｔｈ（Ｂ）＝－１８ｎｍ、Ｒｔｈ（Ｇ）＝＋１２ｎｍ及びＲｔｈ（Ｒ）＝－８ｎｍであった。更に別の液晶テレビＣを分解して解析した結果、カラーフィルタ層層のＲｔｈの各波長での値は、Ｒｔｈ（Ｂ）＝－１３ｎｍ、Ｒｔｈ（Ｇ）＝＋７ｎｍ及びＲｔｈ（Ｒ）＝－１１ｎｍであった。
液晶層の厚み方向位相差Ｒｔｈは、液晶層の配向状態が垂直配向の場合、液晶の複屈折Δｎとセル厚ｄの積Δｎ×ｄで表わされる。波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍそれぞれにおける液晶の複屈折をΔｎ（Ｂ）、Δｎ（Ｇ）及びΔｎ（Ｒ）とすると、一般的な液晶材料では、Δｎ（Ｇ）＝０．０９、Δ（Ｂ）／Δ（Ｇ）＝１．０５及びΔ（Ｒ）／Δ（Ｇ）＝０．９７のような値となる。したがって、例えばセル厚ｄ＝３．４μｍとして従来の液晶セルを作製すると、液晶層のＲｔｈの各波長での値は、Ｒｔｈ（Ｂ）＝３２１．３ｎｍ、Ｒｔｈ（Ｇ）＝３０６ｎｍ及びＲｔｈ（Ｒ）＝２９６．８２ｎｍとなる。この液晶セルが、例えば、前述の液晶テレビＡで使用されていたと同様のカラーフィルタ層を有する場合、液晶セルの厚み方向位相差Ｒｔｈ＿ＬＣの各波長での値は、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）＝３２１．３ｎｍ－１ｎｍ＝３２０．３ｎｍ、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）＝３０６ｎｍ＋１４ｎｍ＝３２０ｎｍ及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）＝２９６．８２ｎｍ－６ｎｍ＝２９３．８２ｎｍとなり、本発明の効果を得るために必要な式（５）及び（６）の条件を満足しない。
一方、カラーフィルタ層の厚みを各色画素で調整することで、液晶層の厚みを各色画素で調整すれば、液晶セルの厚み方向位相差Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）の相対関係は任意に調整が可能である。例えば、青色、緑色及び赤色のカラーフィルタ層が設けられた領域に対応する液晶層の厚みをそれぞれｄ（Ｂ）、ｄ（Ｇ）及びｄ（Ｒ）とするとき、ｄ（Ｂ）、ｄ（Ｇ）及びｄ（Ｒ）をそれぞれ、３．２μｍ、３．４μｍ及び３．９μｍと設定することで、液晶セルの厚み方向位相差Ｒｔｈ＿ＬＣの各波長での値は、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）＝３０２．４ｎｍ－１ｎｍ＝３０１．４ｎｍ、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）＝３０６ｎｍ＋１４ｎｍ＝３２０ｎｍ及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）＝３４０．４７ｎｍ－６ｎｍ＝３３４．４７ｎｍとなり、本発明の効果を得るために必要な式（５）及び（６）の条件を満足することができる。
次に、ポアンカレ球上で偏光状態の変遷を追跡することで、本発明の作用効果を説明する。ポアンカレ球による考え方は、位相差素子を通して変化する偏光状態の追跡に有用な手法として結晶光学等の分野で広く知られている（例えば、高崎宏著、「結晶光学」、森北出版、１９７５年、ｐ．１４６－１６３参照。）。ポアンカレ球では、上半球には右周り偏光、下半球には左周り偏光が表され、赤道には直線偏光、上下両極には右円偏光及び左円偏光がそれぞれ表される。球の中心に対して対称な関係にある二つの偏光状態は、楕円率角の絶対値が等しくかつ極性が逆であることから、直交偏光の対を成している。また、ポアンカレ球上における位相差フィルムの効果は、位相差フィルム通過直前の偏光状態を表す点を、ポアンカレ球上での遅相軸を中心に（２π）×（位相差）／（波長）（単位はｒａｄ）で決定される角度だけ回転移動させた点に変換することである。斜め方向から観察した場合の回転中心と回転角度は、その観察角度での遅相軸と位相差により決定される。詳しい説明は省略するが、これらは、例えばフレネルの波面法線方程式を解き、位相差フィルム中の固有振動モードの振動方向と波数ベクトルを知ることで計算でき、斜め方向から観察した場合の遅相軸は、観察角度と（ｎｘ－ｎｚ）／（ｎｘ－ｎｙ）（＝Ｒｔｈ／Ｒ０＋０．５）で定義される２軸性パラメータＮＺに依存し、斜め方向から観察した場合の位相差は、観察角度と２軸性パラメータＮＺとＲ０又はＲｔｈとに依存する。すなわち、２軸性パラメータＮＺが同じであれば、回転中心（遅相軸）は同じであり、回転角度（位相差）はＲ０又はＲｔｈに比例すると考えられる。
ここで、本発明の第一の実施形態の液晶表示装置を、第一の偏光素子１４ｒと第二の偏光素子１４ｆの吸収軸方位を２等分する方位（以下、方位角４５°と呼ぶこともある）に、６０°傾斜した方向（以下、極角６０°と呼ぶこともある）から観察した場合を考える。バックライトから出射した光は、第一の偏光素子１４ｒを透過した直後の偏光状態はポアンカレ球上で点Ｐ０に位置し、点Ｅで表わされる第二の偏光素子１４ｆが吸収できる偏光状態、すなわち、第二の偏光素子１４ｆの消光位と一致しない。この様子をポアンカレ球のＳ１－Ｓ３平面で図示すると図２のようになる。各偏光状態を表す点は実際にはポアンカレ球面上にあるが、それらをＳ１－Ｓ３平面に投影して図示している。また簡単のため、各光学素子の吸収や界面反射は無視し、各位相差フィルム１５ｒ、１５ｆのΔｎ（典型的には０．０００１～０．１）は位相差フィルムの平均的な屈折率（１．４～１．６）に比べて充分小さいとした。
正面方向から観察した場合（図示せず）は重なっていたはずの点Ｐ０と点Ｅが、方位角４５°極角６０°の斜め方向から観察すると重ならなくなるため、仮に、液晶セル１０も位相差フィルム１５ｒ、１５ｆも無いとすると、このままでは斜め方向からの観察において光漏れが発生してしまう。ところが実際には液晶セル１０及び位相差フィルム１５ｒ、１５ｆがあるので事情は異なり、まず、第一の２軸性位相差フィルム１５ｒを通過することにより、点Ｐ０にあった偏光状態は、ポアンカレ球上の点Ｂ１で表わされる第一の２軸性位相差フィルム１５ｒの遅相軸を中心に特定角度の回転変換を受け、点Ｐ１に到達する。次に、液晶セル１０を通過することにより、ポアンカレ球上のＳ１軸で表わされる液晶セル１０の遅相軸を中心に特定角度の回転変換を受け、点Ｐ２に到達する。最後に、第二の２軸性位相差フィルム１５ｆを通過することにより、ポアンカレ球上の点Ｂ２で表わされる第二の２軸性位相差フィルム１５ｆの遅相軸を中心に特定角度の回転変換を受け、最終的に到達する点Ｐ３が点Ｅと重なる。このようにして、本発明の第一の実施形態の液晶表示装置は、方位角４５°極角６０°から観察しても、正面方向からの観察と同様にバックライトからの光を遮断することができる。なお、上述のようなポアンカレ球上での偏光状態の説明は、基本的にはある特定波長（一般的には波長５５０ｎｍ前後を想定）の単色光についての説明である。先にも説明したように、ポアンカレ球上で考えると、位相差フィルムの位相差による偏光状態の変換量（図中の矢印の長さ、より正確にはその回転角）は、（２π）×（位相差）／（波長）（単位はｒａｄ）で決定されるため、同じ偏光状態の変換量を得るために必要な位相差は光の波長によって異なる。具体的には長波長ほど大きな位相差が必要である。
言い換えると、長波長ほど大きな位相差が得られる位相差フィルム及び液晶セルを用いない場合には、波長毎に偏光状態の変換量が異なることになり、例えば波長５５０ｎｍの緑色の単色光に対して最適設計された位相差フィルム及び液晶セルを用いた場合、図３（ａ）～（ｃ）に示すように、波長５５０ｎｍの緑色の光は点Ｅと重なる点Ｐ３に変換される一方で、それ以外の例えば波長４５０ｎｍの青色や波長６５０ｎｍの赤色の光は点Ｅとは異なる点Ｐ３に変化される。その結果、青色及び赤色の光漏れが発生し液晶表示装置の黒表示が着色してしまうという問題が発生し、従来技術の液晶表示装置の問題点として知られている。
一方、本発明の第一の実施形態の液晶表示装置においては、上述のように、位相差フィルム１５ｒ、１５ｆ及び液晶セル１０が上記式（１）～（６）の関係を満たしているので、図４（ａ）～（ｃ）に示すように、波長５５０ｎｍの緑色の光が点Ｅと重なる点Ｐ３に変換されるのと同様に、波長４５０ｎｍの青色の光及び波長６５０ｎｍの赤色の光もそれぞれ点Ｅと重なる点Ｐ３に変換されるため、着色のない高品位な黒表示を得ることができる。なお、位相差フィルム及び液晶セルの最も理想的な波長分散特性は、（位相差）∝（波長）であるが、本発明者が検討した結果、上記式（１）～（６）の関係を満たしさえすれば、着色のない高品位な黒表示が得られることが判明している。
（本発明の第二の実施形態）
本発明を適用した液晶表示装置の第二の実施の形態について、図５～７を参照しながら説明する。図５は、本発明の第二の実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。図６は、本発明の第二の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり、ポアンカレ球のＳ１－Ｓ３平面を示す。図７は、本発明の第二の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり（ａ）は、波長４５０ｎｍの場合を示し、（ｂ）は、波長５５０ｎｍの場合を示し、（ｃ）は、波長６５０ｎｍの場合を示す。
本発明の液晶表示装置は図５に示すように、垂直配向型の液晶セル２０と、液晶セル２０を挟んで配置された一対の偏光素子２４ｆ、２４ｒと、液晶セル２０及び一の偏光素子１４ｒの間に配置された２軸性位相差フィルム２５ｒと、液晶セル２０及び第二の偏光素子２４ｆの間に配置されたＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム２６ｆとを備える。第一の偏光素子２４ｒと第二の偏光素子２４ｆとは、液晶セル２０の表示面を平面視したときに、吸収軸が互いに略直交と（両軸のなす角が９０°±１°以内、より好適には、９０°±０．５°以内）なるように配置（クロスニコル配置）されている。また、偏光フィルム２４ｒの液晶セル２０と面しない反対の面側には、光源としてバックライトユニット（図示せず）が配置されている。更に、第一の偏光素子２４ｒ及び第二の偏光素子２４ｆの外側にはそれぞれ、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム等の保護フィルムが配置されている。そして、第一の２軸性位相差フィルム２５ｒ及びＴＡＣフィルム２６ｆは、第一の偏光素子２４ｒ及び第二の偏光素子２４ｆを保護する保護フィルムとしても機能する。なお、バックライトユニットを除く各部材はそれぞれ、接着剤又は粘着材により貼り合わされている。液晶セル２０は、第一及び第二の透明基板２１ｒ、２１ｆと、それらの透明基板２１ｒ、２１ｆ間に封入され、透明基板２１ｒ、２１ｆに対して垂直配向させた液晶からなる液晶層２３とを含んで構成されている。透明基板２１ｆには、青色のカラーフィルタ層２２Ｂが配置された赤色画素と、緑色のカラーフィルタ層２２Ｇが配置された緑色画素と、赤色のカラーフィルタ層２２Ｒが配置された赤色画素とが一定の順番で配列されており、相互に隣接する青色、緑色及び赤色の３つのサブピクセル（サブ画素）により１つのピクセル（画素）が構成され、種々の色表示を可能としている。なお、本発明の第二の実施形態（図５）では、カラーフィルタ層２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒは第二の透明基板２１ｆ側に形成されているが、第一の透明基板２１ｒ側に形成されていてもよい。
以下、各構成部材について詳述するが、２軸性位相差フィルム２５ｒと、ＴＡＣフィルム２６ｆを除く他の構成部材は、第一の実施形態と全く同様であるから説明を省略する。例えば、本発明の第二の実施形態の液晶セル２０は、本発明の第一の実施形態の液晶セル１０と全く同一のものを使用することができる。また、本発明の第二の実施形態の偏光素子２４ｆ、２４ｒはそれぞれ、本発明の第一の実施形態の偏光素子１４ｆ、１４ｒと全く同一のものを使用することができる。その他の部材についても同様である。
２軸性位相差フィルム２５ｒは、位相差フィルムの面内方向の主屈折率をｎｘ、ｎｙ（ｎｘ＞ｎｙ）とし、面外方向の主屈折率をｎｚ、位相差フィルムの厚みをｄとしたとき、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を有している。また、位相差フィルムの面内位相差Ｒ０を（ｎｘ－ｎｙ）×ｄ、位相差フィルムの厚み方向位相差Ｒｔｈを（ｎｚ－（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄと定義するとき、２軸性位相差フィルム２５ｒは、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍそれぞれにおける位相差フィルムの面内位相差Ｒ０（Ｂ）、Ｒ０（Ｇ）及びＲ０（Ｒ）と、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍそれぞれにおける位相差フィルムの厚み方向位相差Ｒｔｈ（Ｂ）、Ｒｔｈ（Ｇ）及びＲｔｈ（Ｒ）とが上記式（１）～（４）（実施形態１中の式（１）～（４））を満たす、いわゆる逆波長分散型の位相差フィルムである。このようは逆波長分散型の２軸性位相差フィルムとしては、例えば、フルオレン骨格を有する変性ポリカーボネート系フィルムや、アセチル化度を適切に制御した変性セルロース系フィルム等を適宜使用することができる。２軸性位相差フィルム２５ｒの形成方法については特に限定されず、フィルムの場合、例えば溶剤キャスト法、溶融押出し法等を用いることができる。共押出し法により、複数の位相差フィルムを同時に形成する方法であってもよい。また、所望の位相差が発現してさえいれば、無延伸であってもよいし、適当な延伸が施されていてもよい。延伸方法も特に限定されず、ロール間引張り延伸法、ロール間圧縮延伸法、テンター横一軸延伸法、縦横二軸延伸法の他、熱収縮性フィルムの収縮力の作用下に延伸を行う特殊延伸法等を用いることができる。
また、フィルム厚を増大させずに黒表示時に着色現象を効果的に抑制する観点からは、２軸性位相差フィルム２５ｒは、Ｒ０（Ｂ）、Ｒ０（Ｇ）及びＲ０（Ｒ）と、Ｒｔｈ（Ｂ）、Ｒｔｈ（Ｇ）、Ｒｔｈ（Ｒ）とが、上記式（Ａ）～（Ｄ）（実施形態１中の式（Ａ）～（Ｄ））を満たすことが好ましい。
更に、黒表示時に着色現象をより効果的に抑制する観点からは、２軸性位相差フィルム２５ｒは、Ｒｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）がＲ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）と略等しいことがより好ましく、Ｒｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）がＲ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）と略等しいことがより好ましい。
ＴＡＣフィルム２６ｆは、面内方向の主屈折率をｎｘ、ｎｙとし、面外方向の主屈折率をｎｚ、フィルムの厚みをｄとしたとき、ｎｘ＝ｎｙ（又はｎｘ≒ｎｙ）＞ｎｚの関係を有する、いわゆるネガ型Ｃプレートである。このように、ＴＡＣフィルム２６ｆは、保護フィルムとして機能するとともに、位相差フィルムとしても機能する。
２軸性位相差フィルム２５ｒの位相差は、液晶表示装置の視野角を改善する効果を有することを条件として具体的には特に限定されるものではなく、液晶セル２０全体としての厚み方向位相差Ｒｔｈ＿ＬＣと、ＴＡＣフィルム２６ｆの厚み方向位相差Ｒｔｈとを考慮した上で、適宜最適な値が選択され得る。例えば、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）＝３２０ｎｍの液晶セルとＲｔｈ（Ｇ）＝－５０ｎｍのＴＡＣフィルムとに対しては、面内位相差Ｒ０（Ｇ）＝６５ｎｍ及びＲｔｈ（Ｇ）＝－２２５ｎｍの２軸性位相差フィルムを使用することができる。また、２軸性位相差フィルム２５ｒの面内遅相軸（ｘ軸方向）は、表示面を平面視したときに、偏光素子２４ｒの吸収軸と略直交している（両軸のなす角が９０°±１°以内、より好適には、９０°±０．５°以内に設定されている）。ＴＡＣフィルム２６ｆの面内位相差Ｒ０（Ｇ）はゼロであることが好ましいが、本発明者が検討した結果、１０ｎｍ以下であればゼロの場合と同様の効果が得られることが判明している。ＴＡＣフィルム２６ｆの面内位相差Ｒ０（Ｇ）がゼロでない場合には、表示面を平面視したときに、その面内遅相軸（ｘ軸方向）と偏光素子２４ｆの吸収軸とが略直交（両軸のなす角が９０°±１°以内、より好適には、９０°±０．５°以内）又は略平行（両軸のなす角が０°±１°以内、より好適には、０°±０．５°以内）であることが好ましい。
カラーフィルタ層２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒには、従来のものを適宜用いることができる。例えば、顔料分散型のカラーフィルタ層を使用することができる。本発明の第二の実施形態（図５）では、（青色カラーフィルタ層２２Ｂの厚み）＞（緑色カラーフィルタ層２２Ｇの厚み）＞（赤色カラーフィルタ層２２Ｒの厚み）となるように設定されており、それに伴って液晶層２３の厚みが、（赤色画素の液晶層２３の厚み）＞（緑色画素の液晶層２３の厚み）＞（青色画素の液晶層２３の厚み）の関係を満たしている。この関係は、後述の通り、液晶セル２０全体としての厚み方向位相差の波長分散を最適化すべく決定されるもので、液晶セル２０の厚み方向位相差が上記式（５）及び（６）（実施形態１中の式（５）及び（６））の関係を満足しさえすれば、各色画素の液晶層２３の厚みは上記の関係に限定されるものではない。カラーフィルタ層２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒ等が有する位相差及びその波長分散や、液晶層２３を形成する液晶材料の複屈折の波長分散によって、最適な液晶層２３の厚みは異なるためである。
また、黒表示時に着色現象をより効果的に抑制する観点からは、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）は、上記式（Ｅ）及び（Ｆ）（実施形態１中の式（Ｅ）及び（Ｆ））を満たすことが好ましい。
次に、ポアンカレ球上で偏光状態の変遷を追跡することで、本発明の作用効果を説明する。本発明の第二の実施形態の液晶表示装置を、方位角４５°極角６０°の斜め方向から観察した場合を考える。バックライトから出射した光は、第一の偏光素子２４ｒを透過した直後の偏光状態はポアンカレ球上で点Ｐ０に位置し、点Ｅで表わされる第二の偏光素子２４ｆが吸収できる偏光状態、すなわち、第二の偏光素子の消光位と一致しない。この様子をポアンカレ球のＳ１－Ｓ３平面で図示すると図６のようになる。各偏光状態を表す点は実際にはポアンカレ球面上にあるが、それらをＳ１－Ｓ３平面に投影して図示している。また簡単のため、各光学素子の吸収や界面反射は無視し、２軸性位相差フィルム２５ｒ及びＴＡＣフィルム２６ｆのΔｎ（典型的には０．０００１～０．１）は位相差フィルム及びＴＡＣフィルムの平均的な屈折率（１．４～１．６）に比べて充分小さいとした。
正面方向から観察した場合（図示せず）は重なっていたはずの点Ｐ０と点Ｅが、方位角４５°極角６０°の斜め方向から観察すると重ならなくなるため、仮に、液晶セル２０も位相差フィルム２５ｒも無いとすると、このままでは斜め方向からの観察において光漏れが発生してしまう。ところが実際には液晶セル２０及び位相差フィルム２５ｒがあるので事情は異なり、まず、２軸性位相差フィルム２５ｒを通過することにより、点Ｐ０にあった偏光状態は、ポアンカレ球上の点Ｂ１で表わされる２軸性位相差フィルム２５ｒの遅相軸を中心に特定角度の回転変換を受け、点Ｐ１に到達する。次に、液晶セル２０を通過することにより、ポアンカレ球上のＳ１軸で表わされる液晶セル２０の遅相軸を中心に特定角度の回転変換を受け、点Ｐ２に到達する。最後に、ＴＡＣフィルム２６ｆを通過することにより、ポアンカレ球上のＳ１軸で表わされる液晶セル２０の遅相軸を中心に特定角度の回転変換を受け、最終的に到達する点Ｐ３が点Ｅと重なる。このようにして、本発明の第二の実施形態の液晶表示装置は、方位角４５°極角６０°から観察しても、正面方向からの観察と同様にバックライトからの光を遮断することができる。
本発明の第二の実施形態の液晶表示装置においては、上述のように、２軸性位相差フィルム２５ｒと液晶セル２０が上記式（１）～（６）（実施形態１中の式（１）～（６））の関係を満たしているので、図７（ａ）～（ｃ）に示すように、波長５５０ｎｍの緑色の光が点Ｐ２に変換されるのと同様に、波長４５０ｎｍの青色の光及び波長６５０ｎｍの赤色の光もそれぞれ点Ｐ２に変換される。最後のＴＡＣフィルム２６ｆによる変換が、仮に波長毎に異なる偏光変換量を与えるとしても、全体の変換量に対してその変化量の差異は小さく、図７（ａ）～（ｃ）に示すように、波長５５０ｎｍの緑色の光が点Ｅと重なる点Ｐ３に変換されるのと同様に、波長４５０ｎｍの青色の光及び波長６５０ｎｍの赤色の光もそれぞれ点Ｅと略重なる点Ｐ２に変換されるため、着色のない高品位な黒表示を得ることができる。なお、位相差フィルム及び液晶セルの最も理想的な波長分散特性は（位相差）∝（波長）であるが、本発明者が検討した結果、上記式（１）～（６）の関係を満たしさえすれば、着色のない高品位な黒表示が得られることが判明している。また、位相差フィルムの面内位相差Ｒ０を（ｎｘ－ｎｙ）×ｄ、位相差フィルムの厚み方向位相差Ｒｔｈを（ｎｚ－（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄと定義するとき、ＴＡＣフィルム２６ｆの面内位相差Ｒ０及び厚み方向位相差Ｒｔｈも上記式（１）～（４）の関係を満たすことがより好ましいことが判明している。なお、偏光素子の保護フィルムとして実用がなされているＴＡＣフィルムは実際に上記式（１）～（４）の関係を満たすいわゆる逆波長分散フィルムである。
以下に実施例を揚げ本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
＜実施例１＞
本発明の第一の実施の形態と同様の液晶表示装置を実際に製造し実施例１とした。各光学パラメータ（位相差とその波長分散）は、実施例２のものとあわせて表１にまとめてある。
＜実施例２＞
本発明の第二の実施の形態と同様の液晶表示装置を実際に製造し実施例２とした。
＜比較例１＞
位相差フィルムの材料を変更し、位相差の波長分散特性を変更したことを除いては、実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、比較例１の液晶表示装置とした。各光学パラメータ（位相差とその波長分散）は、他の各比較例のものとあわせて表２にまとめてある。
＜比較例２＞
液晶セルのセル厚を変更し、位相差の波長分散特性を変更したことを除いては、実施例１と同様の液晶表示装置を作成し、比較例２の液晶表示装置とした。
＜比較例３＞
液晶セルのセル厚を変更し、位相差の波長分散特性を変更したことを除いては、実施例２と同様の液晶表示装置を作成し、比較例３の液晶表示装置とした。
＜比較例４＞
図８は、比較例４の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。特許文献６の実施例９を参考に、図８に示すような液晶表示装置を製造し比較例４とした。比較例４の液晶表示装置は、図８に示すように、垂直配向型の液晶セル３０と、液晶セル３０を挟んで配置された一対の偏光素子３４ｆ、３４ｒと、液晶セル３０及び第一の偏光素子３４ｒの間に配置されたネガ型Ｃプレート３５ｒと、液晶セル３０及び第二の偏光素子３４ｆの間に配置されたポジ型Ａプレート３６ｆとにより構成されている。また、偏光フィルム３４ｒの液晶セル２０と面しない反対の面側には、光源としてバックライトユニット（図示せず）が配置されている。第一の偏光素子３４ｒと第二の偏光素子３４ｆとは吸収軸が互いに略直交となるように配置し、ポジ型Ａプレート３６ｆはその遅相軸が第二の偏光素子３４ｆの吸収軸と略直交するように配置した。また、カラーフィルタ層の厚さ（液晶セル厚）は各色で同じとしてある。
＜評価＞
（面内位相差Ｒ０及び厚み方向位相差Ｒｔｈの測定方法）
デュアルリターダー・ローテート方式のポラリメータ（商品名：ＡｘｏＳｃａｎ、Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）を用いて測定した。Ｒ０は位相差フィルムの法線方向から実測した。Ｒｔｈは位相差フィルムや液晶セルの法線方向から位相差を測定するとともに、法線方向からΘ（Θ＝０°～５０°）傾斜した斜め方向から位相差を測定し、公知の屈折率楕円体式のカーブフィッティングにより算出した。傾斜方位は面内遅相軸と直交する方位とした。
（液晶表示装置のコントラスト視野角測定方法）
視野角測定装置（商品名：Ｅｚ－Ｃｏｎｔｒａｓｔ１６０、ＥＬＤＩＭ社製）を用いて測定した。光源には市販の液晶テレビ（シャープ社製、ＬＣ－４２ＧＸ３Ｗ）搭載のバックライトを用いた。方位角４５°極角６０°の斜め方向における白表示及び黒表示の輝度を測定し、その比をＣＲ（４５、６０）とした。
（液晶表示装置の色度視野角測定方法）
視野角測定装置（商品名：Ｅｚ－Ｃｏｎｔｒａｓｔ１６０、ＥＬＤＩＭ社製）を用いて測定した。光源には市販の液晶テレビ（シャープ社製、ＬＣ－４２ＧＸ３Ｗ）搭載のバックライトを用いた。正面方向（極角０°）における黒表示のｕ’ｖ’色度点と、方位角４５°極角６０°の斜め方向における黒表示のｕ’ｖ’色度点とを測定し、その２点間の距離をΔＥ（４５、６０）とした。
（評価結果）
各実施例及び比較例の光学パラメータ（位相差とその波長分散）と、コントラスト視野角、色度視野角の測定結果を表１及び２に示す。表１及び２に示した評価結果から、本発明の実施例１、２の液晶表示装置は、従来技術による比較例１～３の液晶表示装置と比べて、ＣＲ（４５、６０）は同等以上で、ΔＥ（４５、６０）は小さく、表示性能が優れることがわかった。また、従来技術による比較例４の液晶表示装置と比べて逆波長分散位相差フィルムの必要位相差が小さいにも関わらず、同等の表示性能を有することがわかった。すなわち、本発明により、製造が難しい逆波長分散位相差フィルムの必要位相差を小さく抑えつつ、広い視角範囲において着色がなく、コントラスト比が高い高品位な液晶表示装置の提供が可能であることが実証された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
本願は、２００８年３月１３日に出願された日本国特許出願２００８－６４１０２号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
本発明の第一の実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。 本発明の第一の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり、ポアンカレ球のＳ１－Ｓ３平面を示す。 従来の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり（ａ）は、波長４５０ｎｍの場合を示し、（ｂ）は、波長５５０ｎｍの場合を示し、（ｃ）は、波長６５０ｎｍの場合を示す。 本発明の第一の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり（ａ）は、波長４５０ｎｍの場合を示し、（ｂ）は、波長５５０ｎｍの場合を示し、（ｃ）は、波長６５０ｎｍの場合を示す。 本発明の第二の実施形態の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。 本発明の第二の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり、ポアンカレ球のＳ１－Ｓ３平面を示す。 本発明の第二の実施形態の液晶表示装置における偏光状態の変遷を説明するための図であり（ａ）は、波長４５０ｎｍの場合を示し、（ｂ）は、波長５５０ｎｍの場合を示し、（ｃ）は、波長６５０ｎｍの場合を示す。 比較例４の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。
符号の説明
１０、２０、３０：液晶セル
１１ｒ、２１ｒ、３１ｒ：第一の透明基板
１１ｆ、２１ｆ、３１ｆ：第二の透明基板
１２Ｂ、２２Ｂ、３２Ｂ：青色のカラーフィルタ層
１２Ｇ、２２Ｇ、３２Ｇ：緑色のカラーフィルタ層
１２Ｒ、２２Ｒ、３２Ｒ：赤色のカラーフィルタ層
１３、２３、３３：液晶層
１４ｒ、２４ｒ、３４ｒ：第一の偏光素子
１４ｆ、２４ｆ、３４ｆ：第二の偏光素子
１５ｒ、２５ｒ：第一の２軸性位相差フィルム
１５ｆ：第二の２軸性位相差フィルム
２６ｆ：ＴＡＣフィルム
３５ｒ：ネガ型Ｃプレート
３５ｆ：ポジ型Ａプレート

Claims (2)

  1. 第一の偏光素子と、液晶セルと、表示面を平面視したときに該第一の偏光素子と吸収軸方位が直交する第二の偏光素子とをこの順に有するとともに、該第一の偏光素子及び該液晶セルの間と、該第二の偏光素子及び該液晶セルの間との少なくとも一方の間に位相差フィルムを有する液晶表示装置であって、
    該位相差フィルムは、表示面を平面視したときに面内遅相軸が該液晶セルに対して同じ側にある偏光素子の吸収軸と直交し、かつ、下記式（１）～（４）を満たす逆波長分散型の２軸性位相差フィルムであり、
    該液晶セルは、一対の透明基板間に、液晶層と、青色、緑色及び赤色の三色をそれぞれ分離する少なくとも青色、緑色及び赤色のカラーフィルタ層とを有し、かつ、下記式（５）及び（６）を満たす垂直配向型の液晶セルであることを特徴とする液晶表示装置。
    Ｒ０（Ｂ）／Ｒ０（Ｇ）≦０．９６５　　　　（１）
    Ｒｔｈ（Ｂ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≦０．９６５　　（２）
    Ｒ０（Ｒ）／Ｒ０（Ｇ）≧１．０１５　　　　（３）
    Ｒｔｈ（Ｒ）／Ｒｔｈ（Ｇ）≧１．０１５　　（４）
    Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≦１．０００　　（５）
    Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）／Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）≧１．０００　　（６）
    式（１）～（４）中、Ｒ０（Ｂ）、Ｒ０（Ｇ）及びＲ０（Ｒ）はそれぞれ、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける該位相差フィルムの面内位相差であり、
    Ｒｔｈ（Ｂ）、Ｒｔｈ（Ｇ）及びＲｔｈ（Ｒ）はそれぞれ、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける該位相差フィルムの厚み方向位相差であり、
    式（５）及び（６）中、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｂ）、Ｒｔｈ＿ＬＣ（Ｇ）及びＲｔｈ＿ＬＣ（Ｒ）はそれぞれ、波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ及び波長６５０ｎｍにおける該液晶セルの厚み方向位相差である。
  2. 前記液晶表示装置は、前記青色、緑色及び赤色のカラーフィルタ層が設けられた領域に対応する前記液晶層の厚みをそれぞれｄ（Ｒ）、ｄ（Ｇ）及びｄ（Ｂ）とするとき、ｄ（Ｒ）、ｄ（Ｇ）及びｄ（Ｂ）のうちの少なくとも一つが他と異なることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
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