偏光板対及び液晶表示装置
【課題】 黒表示時の斜め視野における光漏れと色シフトを低減できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
位相差板１１９は、第１偏光板１０１の光出射側に配置され、面内位相差が０〜１０ｎｍで、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍの複屈折特性を有する。位相差板１１７及び位相差板１１８は、第２偏光板１０５の光入射側に配置される。位相差板１１７は、面内位相差が０〜１５ｎｍで、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍの複屈折特性を有する。また、かつ、正の一軸性の光学特性を有し、光軸が前記偏光層面に垂直になるように配置される。位相差板１１８は、面内位相差が３５〜２４５ｎｍの複屈折を有し、該複屈折特性の面内光学軸のうちで屈折率が大きい方の光学軸と前記第１の偏光層の光吸収軸とが直交するように配置される。
【解決手段】
位相差板１１９は、第１偏光板１０１の光出射側に配置され、面内位相差が０〜１０ｎｍで、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍの複屈折特性を有する。位相差板１１７及び位相差板１１８は、第２偏光板１０５の光入射側に配置される。位相差板１１７は、面内位相差が０〜１５ｎｍで、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍの複屈折特性を有する。また、かつ、正の一軸性の光学特性を有し、光軸が前記偏光層面に垂直になるように配置される。位相差板１１８は、面内位相差が３５〜２４５ｎｍの複屈折を有し、該複屈折特性の面内光学軸のうちで屈折率が大きい方の光学軸と前記第１の偏光層の光吸収軸とが直交するように配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光板対及び液晶表示装置に関し、更に詳しくは、表示コントラストの視野角特性と表示色の視野角特性が改善できる偏光板対、及び、そのような偏光板対を用いたホモジニアス配向の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素電極とコモン電極との間に基板に平行な電場を形成して画像表示を行うＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モードの液晶表示装置が提案されている。このＩＰＳモードの液晶表示装置（液晶表示素子）は、ＴＮモードの液晶表示装置に比して、広い視野角が得られることで知られている。ＩＰＳモードの液晶表示装置は、一対の基板と、これらに狭持された液晶層と、各基板の外側に貼り付けられた第１及び第２の偏光板とで構成されている。
【０００３】
第１及び第２の偏光板は、液晶表示装置において、液晶の配向の変化を可視化させる働きを有する。偏光板は、通常、偏光層に透明保護膜（ＴＡＣ：トリアセチルセルロース）を積層して構成されている。偏光層は、入射光を互いに直交する２つの偏光成分に分け、そのうちの一方である振動方向が偏光層の透過軸と平行な成分のみ通過させ、他方の成分である振動方向が偏光層の吸収軸と平行な成分を吸収、又は、分散する光学素子である。液晶表示素子では、偏光板と液晶層との配向方向が、電極間に電場を印加していないときに黒表示となるように設定され、電場を印加したときにλ／２となるように液晶層の配向を変化させ、白表示となるように設定されている。
【０００４】
一般に、透過型ＩＰＳモードなどのホモジニアス配向の液晶層を有する液晶表示装置は、液晶セルをその厚さ方向の両側から偏光板で挟んで構成され、両側の偏光層は互いの透過軸を直交させて配置されている。透過軸を直交させた一対の偏光層は、直交偏光子と呼ばれる。一般に、直交偏光子の特性は視野角依存性があり、直交偏光子に対して斜め方向から光が入射すると透過軸の方向が変化する。従って、垂直入射光に対して、第１及び第２の偏光層を各々の透過軸が互いに直交するように重ね合わせても、斜め入射光に対しては交差角度が直角からずれ、第１の偏光層を通過した偏光は第２の偏光層の透過軸と平行な方向の成分を有し、この成分が第２の偏光層を透過して光漏れを生じる。
【０００５】
上記した直交偏光子の視野角依存性は、液晶表示装置の画面の明るさ、コントラスト、色合いなどを良く視認できる視覚範囲（視野角）を狭くする原因となる。視野角の広い液晶表示装置を実現するためには、直交偏光子の視野角依存性を低減して光漏れのほとんど生じない、視覚範囲（視野角）を広くする光学補償偏光板の開発が必須であり、これまでに、いくつか提案されている。例えば、ＩＰＳモードなどのホモジニアス配向の液晶表示装置に関して、上記した光漏れを抑制する技術としては、特許文献１に記載された技術がある。この技術では、二軸性の複屈折フィルム（光学補償層）を用いて、斜め入射光の第２の偏光子の透過軸と平行となる成分が垂直となるように補償して、光漏れを抑制している。
【特許文献１】特開２００１−２４２４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、液晶層と同様に波長依存性を有する光学補償層を追加するため、単純に一枚追加しただけでは、特定の波長に対しては効果が期待できるものの、全ての波長を光学補償することができないことで光漏れが生じ、漏れる光の波長によって方位角に依存した色つきも生じるという問題がある。また、偏光板は、通常、偏光層と透明保護層で構成されているが、この透明保護層は厚みに応じたリタデーションを有しており、光入射側の偏光板で直線偏光となった斜め入射光が、透明保護層で楕円偏光となり、液晶層で更に偏光変化を起こして、不用意な光漏れと色つきを増加させるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、斜め入射時における偏光層を透過した光の偏光状態を垂直入射時と等しくする働きを有し、広い波長範囲において偏光子の光学特性の変化を補償でき、視野角の広い液晶表示装置を実現できる偏光板対、及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の偏光板対は、相互に対向し、それぞれが偏光層を含む第１及び第２の偏光板から成る偏光板対であって、前記第１の偏光板は、面内位相差が０〜１０ｎｍで、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍの複屈折特性を有する第１の位相差板を、前記偏光層の前記第２の偏光板に近い側の面に備え、前記第２の偏光板は、面内位相差が３５〜２４５ｎｍの複屈折を有し、該複屈折特性の面内光学軸のうちで屈折率が大きい方の光学軸と前記第１の偏光層の光吸収軸とが平行又は直交するように配置される第２の位相差板と、面内位相差が０〜１５ｎｍで、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍの複屈折特性を有し、かつ、正の一軸性の光学特性を有し、光軸が前記偏光層面に垂直になるように配置された第３の位相差板とを、前記偏光層の前記第１の偏光板に近い側の面に備えることを特徴とする。
【０００９】
例えば、第１の偏光板側を光入射側に配置し、第２の偏光板側を光出射側に配置する場合について考える。また、第２偏光板では、第２偏光板の偏光層の第１の偏光板に対向する側（光入射側、液晶表示装置における液晶層側）に配置される第２及び第３の位相差板が、光入射側から第３の位相差板、第２の位相差板の順序で配置する場合について考える。本発明の偏光板対では、第１の偏光板の偏光層の第２の偏光板に対向する側（光出射側、液晶表示装置における液晶層側）に、偏光層の保護層の役割を兼ねる第１の位相差板を配置する。この第１の位相差板の厚み方向の位相差を小さく、望ましくは１７ｎｍ以下とすることで、液晶層に斜めに入射する光が、偏光層の保護層で楕円偏光になるのを抑える。これにより、液晶層で生じる波長に依存した位相変化を低く抑え、直線偏光に近い状態で光を通過させることができる。また、光出射側では、正の一軸光学特性で光軸が偏光層面に垂直な方向の第３の位相差板で、液晶層から出射した直線偏光をいったん楕円偏光に変換し、次いで、位相差板面内の光学軸方向の屈折率がｎ１＜ｎ２の光学特性を持つ第２の位相差板で、第３の位相差板から出射される楕円偏光を再び直線偏光に戻す。液晶層から出射した偏光の偏光軸方向と第２の位相差板を出射した後の偏光の偏光軸方向とは異なっており、第２の位相差板の面内位相差を３５０〜２４５ｎｍの範囲内、第３の位相差板の厚み方向の位相差を５０〜１２３ｎｍの範囲内に設定することで、直交偏光子の視野角依存性を打ち消すことができる。１枚の二軸位相差板で、例えば直線的に一方向に光学補償した場合には、位相差板が有する複屈折率の波長依存性がそのまま色分散として現れる。これに対し、本発明では、２枚の正の一軸位相差板の組み合わせで２方向に光学補償することによって、出射側で波長依存性を打ち消して、色分散を低減する。これにより、本発明の偏光板対を用いた液晶表示装置において、液晶層と第１〜第３の位相差板との複屈折率波長依存性を低く抑えて、正面方向と斜め視野方向の色味の変化（色度差）を悪化させずに、黒表示時の斜め方向の光漏れを抑えることができ、液晶表示装置の視野角特性を改善することができる。第１の偏光板を光出射側に配置し、第２の偏光板を光入射側に配置する場合にも、第１〜第３の位相差板を用いて光学補償することにより、上記と同様な効果を得ることができる。
【００１０】
本発明の偏光板対では、前記第３の位相差板の面内位相差が０〜７ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｉ１）が０〜１７ｎｍの範囲であり、前記第２の位相差板の面内位相差が０〜１０ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｃ１）が、
57.0−0.23×ni1+0.11×ni12≦ nc1 ≦ 120.0−0.42×ni1−0.08×ni12
の範囲であることが好ましい。この場合、正面視野と斜め視野とにおける色度差を、光学補償なしの場合に比して、低く抑えることができる。
【００１１】
本発明の偏光板対では、前記第１の偏光板は前記偏光層の前記第２の偏光板から遠い側の面に、前記第２の偏光板は前記偏光層の前記第１の偏光板に遠い側の面に、それぞれ保護層を備える構成を採用できる。これら保護層には、例えば、偏光保護層として一般的に用いられるＴＡＣを用いることができる。
【００１２】
本発明の偏光板対では、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設される構成を採用することができる。或いは、これに代えて、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設される構成を採用することもできる。第２の位相差板と、第３の位相差板の順序を入れ替えても、効果は同等であり、セル設計に応じて、適宜選択すればよい。
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、上記本発明の偏光板対と、ホモジニアス配向の液晶層と、該液晶層を挟む一対の基板とを備え、第１及び第２の偏光板が前記一対の基板を挟んで配置されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の液晶表示装置は、本発明の偏光板対を用いることで、黒表示時の斜め視野方向方の光漏れを抑えることができると共に、色つきのない光学補償が可能となり、視野角特性を改善できる。
【００１５】
本発明の液晶表示装置では、前記第２の位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行又は直交する構成を採用できる。
【００１６】
本発明の液晶表示装置では、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と直交する構成を採用できる。また、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行する構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の偏光板対及び液晶表示装置では、例えば光入射側に第１の偏光板を配置し、第１の偏光板の偏光層を通過した光を第１の位相差板で偏光変化させ、その後、第２及び第３の位相差板で更に偏光変化させた光を第２偏光板の偏光層に入射する。このように光学補償することで、第２の偏光板の偏光層の位置で光分散が少ない状態を作り出すことができ、黒表示時の斜め視野における光漏れを低減し、液晶表示素子の表示品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示素子を断面図で示している。この液晶表示素子１００は、ホモジニアス配向の液晶層を有する、ＩＰＳモードの液晶表示装置の液晶表示素子として構成され、バックライト光源側から順に光入射側の第１偏光板１０１、薄膜トランジスタ・アレイ基板（ＴＦＴ基板）１０２、液晶層１０３、カラーフィルタ（ＣＦ）基板１０４、及び、光出射側の第２偏光板１０５を有する。液晶層１０３とＴＦＴ基板１０２との間には、配向膜１１１が配置され、液晶層１０３とＣＦ基板１０４との間には配向膜１１３が配置される。ＴＦＴ基板１０２は、ガラス基板１０６、絶縁層１０７、ＴＦＴ１０８、画素電極１０９、及び、対向電極１１０を有する。
【００１９】
ＴＦＴ１０８は、画素電極１０９に供給する電位を制御する。液晶表示素子１００では、画素電極１０９と対向電極１１０とがＴＦＴ基板１０２上に形成され、液晶層１０３の液晶分子１１２に横方向の電場が印加される。絶縁層１０７は、シリコン窒化膜を含む。ＣＦ基板１０４は、カラーフィルタ１１４、遮光層１１５、及び、ガラス基板１１６を有する。カラーフィルタ１１４は、液晶層１０３を通過した光を、ＲＧＢの３原色の何れかの色に着色する。遮光層１１５は、ＴＦＴ１０８や図示しないデータ線等を遮光する。ただし、モノクロの液晶表示素子においてはカラーフィルタ１１４を除いた構成となる。
【００２０】
図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の液晶表示装置１００の一部を拡大して示している。図２（ａ）は、光出射側の第２偏光板１０５、位相差板１１７、１１８、及び、ＣＦ基板１０４を構成するガラス基板１１６を示しており、同図（ｂ）は、光入射側の第１偏光板１０１、位相差板１１９、及び、ＴＦＴ基板１０２を構成するガラス基板１０６を拡大して示している。光入射側の第１偏光板１０１は、同図（ｂ）に示すように、例えばＰＶＡからなる偏光層１２０、及び、例えばＴＡＣから成る保護層１２１を有する。また、光出射側の第２偏光板１０５は、同図（ａ）に示すように、偏光層１２０、及び保護層１２４を有する。
【００２１】
位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）、及び、１１９（ｎｉ）は、それぞれ所定の光学特性を有する。光出射側では、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１６上に位相差板１１８及び位相差板１１７が順次にこの順で積層され、その上に、第２偏光板１０５が配置される。一方、光入射側では、同図（ｂ）に示すように、第１偏光板１０１上に位相差板１１９が配置され、その上に、ガラス基板１０６が配置される。これら位相差板１１７、１１８、１１９は、例えばフィルム貼り付けやコーティングにより形成される。
【００２２】
通常、偏光板は、偏光層の両側を保護層（ＴＡＣ）で挟み込んだ形で使用される。本実施形態では、第１偏光板１０１のガラス基板１０６側に位相差板１１９（ｎｉ）を配置し、偏光層１２０を保護層１２１と位相差板１１９で挟み込んで、位相差板１１９に保護層の役割も持たせている。同様に、第２偏光板１０５のガラス基板１１６側に位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）を配置して、位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）に保護層の役割も持たせている。
【００２３】
ここで、保護層１２１、１２４は、それぞれ、光軸が偏光板面に垂直方向の負の一軸位相差板と同様に作用し、それぞれの厚みに応じた位相差を有するが、偏光層１２０の外側に配置されているため表示に影響はない。また、位相差板１１９として、厚み方向の位相差が０ｎｍのものを使用する場合には、位相差板１１９では、偏光光の位相変化が起きないため、第１偏光板１０１をガラス基板１０６に直接貼り付けても、位相差板１１９の厚み方向位相差が０ｎｍの場合と、同等の効果を得ることが出来る。
【００２４】
上記、液晶表示装置１００を構成する光学補償偏光板を、図２の構造でシミュレーションし、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を含む光学特性について、黒表示時の斜め視野における光漏れを、気にならないレベルにまで低減できる条件を求めた。なお、シミュレーションに先立ち、通常のＩＰＳモードの液晶表示素子において、バックライトの輝度を徐々に低下させたとき、バックライトの輝度をどのレベルまで下げると、黒表示時の斜め視野における光漏れが表示品質にあまり影響を与えなくなるのかを実験により確認した。実験の結果、バックライトの輝度を通常の１／２とすれば、黒表示時の斜め視野における光漏れは、表示にあまり影響を与えなくなり、バックライトの輝度を１／４にすれば、斜め視野における光漏れは殆ど観察されないことを確認できた。そこで、上記黒表示時斜め視野から観察した場合における光漏れが気にならないレベルとしては、直交偏光子を斜めから観察した場合における光漏れの輝度（光漏れ量）を基準として、その光漏れの量が、半分となるレベルを採用した。また、正面方向、及び斜め視野方向から観察したときの色度差が光学補償して悪化しない範囲（光学補償なしの正面と斜め視野方向の色度差を１として比較、色度差にはΔｕ‘ｖ’を用いた。）を併せて範囲選択の条件に採用した。これらの斜め視野方向としては、偏光板の光軸からの方位角４５度、極角４５度となる方向を採用した。
【００２５】
各位相差板の位相差については、図３に示すように、面内の光学的主軸方向の屈折率をｎ１、ｎ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚとするとき、換算の厚みをｄ［ｍｍ］として、面内の位相差を（ｎ１−ｎ２）×ｄの絶対値として定義し、厚み方向の位相差を［｛（ｎ１＋ｎ２）／２｝−ｎｚ］×ｄの絶対値として定義する。シミュレーションでは、（ｎ１−ｎ２）≒０の一軸光学特性を有する位相差板１１７（ｎ１、ｎ２＜ｎｚ）、１１９（ｎ１、ｎ２≧ｎｚ）、ｎ１＜ｎ２の光学特性を有する位相差板１１８を使用した。軸配置は位相差板１１８の光軸を偏光層１２０の光軸と直交させ、位相差板１１７の光軸を偏光層面に垂直にし、位相差板１１９を偏光層面に垂直に配置し、液晶配向方向を位相差板１１８の光軸と一致させて行った。なお、この構成においては、液晶配向方向が偏光層の光軸に平行又は垂直のどちらであっても、液晶層での位相変化を抑える構成であるため、光学補償効果に大きな差はない。
【００２６】
図４は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１９の厚み方向の位相差と透過率比との関係を示している。シミュレーションでは、位相差板１１８の面内位相差を１３０ｎｍとし、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍと８０ｎｍの場合について、位相差板１１９の厚み方向位相差を０〜５０ｎｍの範囲で変化させて、直交偏光子（光学補償なし）を斜め視野から観察した際の透過率との比を求めた。図４に示すように、位相差板１１９の厚み方向位相差の全範囲において、透過率比は０．５以下であり、光学補償による視野角特性の向上の効果が確認できる。それぞれの位相差板の効果の詳細を見ていくと、位相差板１１７の厚み方向位相差については５０ｎｍより大きくし、位相差板１１９の厚み方向位相差については５０ｎｍより小さくすることで、透過率比が低下し、光学補償の効果が高いことが分かる。
【００２７】
図５は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１７の厚み方向の位相差と透過率比との関係を示している。このシミュレーションでは、位相差板１１８の面内位相差を１３０ｎｍとし、位相差板１１９の厚み方向の位相差を０ｎｍとした。図５を参照すると、位相差板１１８の厚み方向の位相差が５０ｎｍ〜１２３ｎｍの範囲では、透過率比が１よりも小さくなることがわかる。図６は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１８の面内位相差と透過率比との関係を示している。このシミュレーションでは、位相差板１１７の厚み方向の位相差を８０ｎｍとし、位相差板１１９の厚み方向の位相差を０ｎｍとした。図６を参照すると、位相差板１１８の面内方向の位相差が、３５ｎｍ〜２４５ｎｎの範囲では、透過率比を０．５以下とすることができ、黒表示時の方位角４５度、極角４５度の方向からの斜め視野における光漏れを気にならないレベルとすることができることがわかる。
【００２８】
図７は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１９の厚み方向の位相差と、色度差の比との関係を示している。このシミュレーションでは、位相差板１１８の面内位相差を１３０ｎｍとし、位相差板１１７の厚み方向が５０ｎｍと８０ｎｍの場合について、位相差板１１９の厚み方向の位相差を０〜５０ｎｍの範囲で変化させて、正面視野と斜め視野における色度差の比を求めた。図７に示すように、位相差板１１７の厚み方向の位相差が５０ｎｍの場合には、位相差板１１９の厚み方向の位相差が０〜５０ｎｍの全範囲で、色度差が１以下となり、正面視野と斜め視野方向の色度差が悪化しない。また、位相差板１１７の厚み方向の位相差が８０ｎｍの場合には、位相差板１１９の厚み方向の位相差が３５ｎｍ以下で色度差比が１以下となり、更には、１７ｎｍ以下で、色度差比を０．５以下とすることができる。
【００２９】
図８は、位相差板１１７の厚み方向の位相差と、位相差板１１９の厚み方向の位相差との組み合わせと、色度差比との関係を示している。上記のように、色度差比には、位相差板１１７の厚み方向の位相差に依存性があることから、輝度低下に効果のあった位相差板１１７の厚み方向位相差（５０〜１２３ｎｍ）を含む範囲でシミュレーションを行い、色度差が１以下となる、位相差板１１７と１１９の厚み方向位相差の組合せを導出したことろ、図８に示すシミュレーション結果が得られた。同図において、透過率比が０．５以下となり、かつ、色度差比が１以下となる部分を選択すると、同図中に長方形の太線で囲った部分、すなわち、位相差板１１９の厚み方向リタデーションが０〜３５ｎｍの範囲で、かつ、位相差板１１７の厚み方向リタデーションが５０〜１２３ｎｍの範囲が得られる。また、位相差板１１７の厚み方向位相差ｎｃ１とし、図８において、色度差比の低減の効果が大きい範囲として、色度差比が半分（０．５）となる範囲を求めると、位相差板１１９の厚み方向位相差ｎｉ１が０〜１７ｎｍの範囲で、
57.0-0.23×ni1+0.11×ni12 ≦ nc1 ≦ 120.0-0.42×ni1-0.08×ni12
が得られる。
【００３０】
本実施形態例では、位相差板１１７、１１９の位相差の組み合わせを、図８中の太線枠に示す範囲にし、かつ、位相差板１１８の位相差を、図６中の透過率比が０．５以下となる範囲に設定することで、正面方向と斜め視野方向の色度差を悪化させないで、黒表示時の斜め視野方向における光漏れを気にならないレベルにまで低減している。これは、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を、上記範囲内の組み合わせに設定することにより、液晶層１０３、ＣＦ基板１０４で生じる光の分散を、位相差板１１７、１１８によって抑えることができ、その結果、光出射側の第２偏光板１０５を構成する偏光層１２０の位置で、光分散が少ない状態を作り出すことができるためであると考えられる。
【００３１】
本実施形態では、光入射側の第１偏光板１０１の液晶層１０３側の偏光層１２０の保護層として、厚み方向に位相差が小さい、好ましくは、厚み方向の位相差が１７ｎｍ以下の位相差板１１９（ｎｉ）を使用し、液晶層１０３に斜めに入射する光が偏光保護層で楕円偏光になることを抑える。これにより、液晶層１０３で生じる、波長に依存した位相変化を低く抑え、直線偏光に近い状態で、光を通過させることができる。一方、光出射側では、正の一軸光学特性で光軸が偏光層面に垂直な方向の位相差板１１７（ｎｃ）によって、液晶層１０３から出射した直線偏光をいったん楕円偏光に変換し、次に、位相差板面内の光学軸方向屈折率がｎ１＜ｎ２なる光学特性である位相差板１１８（ｎａ）で、位相差板１１７（ｎｃ）から出射した楕円偏光を再び直線偏光に戻す。液晶層１０３から出射した偏光の偏光軸の方向と、位相差板１１８（ｎａ）を出射した後の偏光の偏光軸の方向とは異なっており、位相差板１１８（ｎａ）の面内位相差を３５〜２４５ｎｍとし、位相差板１１７（ｎｃ）の厚み方向の位相差を５０ｎｍ〜１２３ｎｍの範囲に設定することで、斜め入射光に対して交差角度が直角からずれるという直交偏光子の視野角依存性を打ち消す、つまり、出射側の第２偏光板の吸収軸方向に偏光軸を変化させることができる。
【００３２】
１枚の二軸位相差板を用いて、一方向に、例えば直線的に光学補償した場合には、位相差板が有する複屈折率の波長依存性がそのまま色分散として現れることになる。これに対し、２枚の正の一軸位相差板の組み合わせで二方向に光学補償することによって、例えば波長依存性の大きい短波長ほど遠回りさせ、出射側で波長依存性が打ち消され、色分散が小さくなる。これにより、液晶層１０３と光学補償層（位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ））との複屈折波長依存性を低く抑えて、黒表示時の斜め方向の光漏れを抑えると同時に、色付きのない広い波長域で光学補償が可能となり、視野角特性を改善でき、液晶表示素子の表示品質を向上させることができる。
【００３３】
液晶表示装置では、視認性向上を目的として、表面をヘイズ処理した偏光板を用いることがある。そのような液晶表示装置では、黒表示時に斜め方向の光漏れが大きいと、斜め方向の出射光が、偏光板の表面処理によって正面視野方向へ出射されて、正面視野におけるコントラスト比を悪化させる問題がある。本実施形態では、位相差板１１７、１１８、１１９を用いて光学補償することによって斜め方向の光を低減することができるため、黒表示時に、偏光板の表面処理によって正面方向へ出射される光を抑制することができ、黒表示時の正面方向の輝度を低下させることによって、正面方向のコントラスト比を向上し、より高精細な表示が可能となる。
【００３４】
図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態の液晶表示素子における光出射側の第１偏光板１０１付近、及び、光出射側の第２偏光板１０５付近をそれぞれ拡大して示している。本実施形態の液晶表示素子は、図１に示す第１実施形態の液晶表素子１００と同様な構成を有している。本実施形態では、ＣＦ基板１０４（図１）を構成するガラス基板１１６上に位相差板１１７及び位相差板１１８が順次にこの順で積層され、位相差板１１７及び１１８の積層順が、図２（ａ）に示す順序と反対となる点で、第１実施形態と相違する。本実施形態においては、位相差板１１７は、第２偏光板１０５の偏光層１２０を保護する役割も果している。
【００３５】
シミュレーションにより、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を含む光学特性について、黒表示時の斜め視野における光漏れを気にならないレベルに低減できる条件を求めた。シミュレーション条件については、第１実施形態におけるシミュレーションの条件と同じ条件を用い、位相差板１１８の光軸については、偏光層１２０の光軸と直交する方向とした。このような条件でシミュレーションを行ったところ、図４〜図８に示す、第１実施形態と同様なシミュレーション結果が得られた。本実施形態のように、一軸光学特性を有する位相差板１１７（ｎ１、ｎ２＜ｎｚ）と、ｎ１＜ｎ２の光学特性を有する位相差板１１８との積層順を逆にした液晶表示素子についても、第１実施形態と同様に、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差の組み合わせを所定の範囲内の組合せとすることで、黒表示時の斜め方向の光漏れを低減し、液晶表示素子の表示品質を向上できる。
【００３６】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３実施形態の液晶表示素子における光出射側の第１偏光板１０１付近、及び、光出射側の第２偏光板１０５付近をそれぞれ拡大して示している。本実施形態の液晶表示素子は、図１に示す第１実施形態の液晶表素子１００と同様な構成を有している。本実施形態は、位相差板１１７（ｎｃ）が、２つの位相差板１２３、１２５からなる点で、第２実施形態と相違する。
【００３７】
位相差板１２３及び１２５は、それぞれ偏光板面に垂直方向に光軸を有する一軸位相差板として構成される。位相差板１２３及び１２５の何れか一方を、偏光板の保護層として一般的に用いられるＴＡＣを用いて構成し、他方を、ＴＡＣで過不足する位相差を補うように構成し、２つの位相差板１２３及び１２５を合わせて、第２実施形態の位相差板１１７と同じ光学特性を有するように設定する。このように、位相差板１１７を、２つの位相差板１２３、１２５の積層により構成する場合にも、位相差板１１７全体の位相差を、第２実施形態と同様とすることで、第２実施形態と同様に、黒表示時の斜め方向の光漏れを低減して、液晶表示素子の表示品質を向上できる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、第１偏光板１０１及び位相差板１１９（ｎｉ）を光入射側に配置し、第２偏光板１０５、及び、位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）を光出射側に配置する例を示したが、この順序を逆にして、第１偏光板１０１及び位相差板１１９（ｎｉ）を光出射側に配置し、第２偏光板１０５、及び、位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）を光入射側に配置することもできる。光入射方向を入れ替えて、第２偏光板１０５側から光を入射する場合でも、位相差板１１７〜１１９の組み合わせによる光学補償の効果は、第１偏光板１０１側から光を入射する場合と同等である。
【００３９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の偏光板対及び液晶表示素子は、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態の液晶表示素子の断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の液晶表示素子１００の部分を拡大して示す、実施例１の断面図。
【図３】位相差板のリタデーションを提示する斜視図。
【図４】位相差板１１７、１１９と透過率比の関係を示すグラフ。
【図５】位相差板１１７と透過率比との関係を示すグラフ。
【図６】黒表示時の光漏れを低減できる位相差板１１９の面内位相差の範囲を示すグラフ。
【図７】位相差板１１７、１１９と色度差比の関係を示すグラフ。
【図８】透過率比を０．５以下、色度差比を１以下とする、位相差板１１７と１１９の厚み方向位相差の範囲を示すグラフ。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２実施形態の液晶表示素子の一部を拡大して示す断面図。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第３実施形態の液晶表示素子の一部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１００：液晶表示素子
１０１、１０５：偏光板
１０２：ＴＦＴ基板
１０３：液晶層
１０４：カラーフィルタ基板
１０６、１１６：ガラス基板
１０７：絶縁層
１０８：ＴＦＴ
１０９：画素電極
１１０：対向電極
１１１、１１３：配向膜
１１２：液晶分子
１１４：カラーフィルタ
１１５：遮光層
１１７：位相差板ｎｃ
１１８：位相差板ｎａ
１１９：位相差板ｎｉ
１２０：偏光層
１２１、１２４：保護層（ＴＡＣ）
１２３、１２５：位相差板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光板対及び液晶表示装置に関し、更に詳しくは、表示コントラストの視野角特性と表示色の視野角特性が改善できる偏光板対、及び、そのような偏光板対を用いたホモジニアス配向の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素電極とコモン電極との間に基板に平行な電場を形成して画像表示を行うＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モードの液晶表示装置が提案されている。このＩＰＳモードの液晶表示装置（液晶表示素子）は、ＴＮモードの液晶表示装置に比して、広い視野角が得られることで知られている。ＩＰＳモードの液晶表示装置は、一対の基板と、これらに狭持された液晶層と、各基板の外側に貼り付けられた第１及び第２の偏光板とで構成されている。
【０００３】
第１及び第２の偏光板は、液晶表示装置において、液晶の配向の変化を可視化させる働きを有する。偏光板は、通常、偏光層に透明保護膜（ＴＡＣ：トリアセチルセルロース）を積層して構成されている。偏光層は、入射光を互いに直交する２つの偏光成分に分け、そのうちの一方である振動方向が偏光層の透過軸と平行な成分のみ通過させ、他方の成分である振動方向が偏光層の吸収軸と平行な成分を吸収、又は、分散する光学素子である。液晶表示素子では、偏光板と液晶層との配向方向が、電極間に電場を印加していないときに黒表示となるように設定され、電場を印加したときにλ／２となるように液晶層の配向を変化させ、白表示となるように設定されている。
【０００４】
一般に、透過型ＩＰＳモードなどのホモジニアス配向の液晶層を有する液晶表示装置は、液晶セルをその厚さ方向の両側から偏光板で挟んで構成され、両側の偏光層は互いの透過軸を直交させて配置されている。透過軸を直交させた一対の偏光層は、直交偏光子と呼ばれる。一般に、直交偏光子の特性は視野角依存性があり、直交偏光子に対して斜め方向から光が入射すると透過軸の方向が変化する。従って、垂直入射光に対して、第１及び第２の偏光層を各々の透過軸が互いに直交するように重ね合わせても、斜め入射光に対しては交差角度が直角からずれ、第１の偏光層を通過した偏光は第２の偏光層の透過軸と平行な方向の成分を有し、この成分が第２の偏光層を透過して光漏れを生じる。
【０００５】
上記した直交偏光子の視野角依存性は、液晶表示装置の画面の明るさ、コントラスト、色合いなどを良く視認できる視覚範囲（視野角）を狭くする原因となる。視野角の広い液晶表示装置を実現するためには、直交偏光子の視野角依存性を低減して光漏れのほとんど生じない、視覚範囲（視野角）を広くする光学補償偏光板の開発が必須であり、これまでに、いくつか提案されている。例えば、ＩＰＳモードなどのホモジニアス配向の液晶表示装置に関して、上記した光漏れを抑制する技術としては、特許文献１に記載された技術がある。この技術では、二軸性の複屈折フィルム（光学補償層）を用いて、斜め入射光の第２の偏光子の透過軸と平行となる成分が垂直となるように補償して、光漏れを抑制している。
【特許文献１】特開２００１−２４２４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、液晶層と同様に波長依存性を有する光学補償層を追加するため、単純に一枚追加しただけでは、特定の波長に対しては効果が期待できるものの、全ての波長を光学補償することができないことで光漏れが生じ、漏れる光の波長によって方位角に依存した色つきも生じるという問題がある。また、偏光板は、通常、偏光層と透明保護層で構成されているが、この透明保護層は厚みに応じたリタデーションを有しており、光入射側の偏光板で直線偏光となった斜め入射光が、透明保護層で楕円偏光となり、液晶層で更に偏光変化を起こして、不用意な光漏れと色つきを増加させるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、斜め入射時における偏光層を透過した光の偏光状態を垂直入射時と等しくする働きを有し、広い波長範囲において偏光子の光学特性の変化を補償でき、視野角の広い液晶表示装置を実現できる偏光板対、及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の偏光板対は、相互に対向し、それぞれが偏光層を含む第１及び第２の偏光板から成る偏光板対であって、前記第１の偏光板は、面内位相差が０〜１０ｎｍで、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍの複屈折特性を有する第１の位相差板を、前記偏光層の前記第２の偏光板に近い側の面に備え、前記第２の偏光板は、面内位相差が３５〜２４５ｎｍの複屈折を有し、該複屈折特性の面内光学軸のうちで屈折率が大きい方の光学軸と前記第１の偏光層の光吸収軸とが平行又は直交するように配置される第２の位相差板と、面内位相差が０〜１５ｎｍで、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍの複屈折特性を有し、かつ、正の一軸性の光学特性を有し、光軸が前記偏光層面に垂直になるように配置された第３の位相差板とを、前記偏光層の前記第１の偏光板に近い側の面に備えることを特徴とする。
【０００９】
例えば、第１の偏光板側を光入射側に配置し、第２の偏光板側を光出射側に配置する場合について考える。また、第２偏光板では、第２偏光板の偏光層の第１の偏光板に対向する側（光入射側、液晶表示装置における液晶層側）に配置される第２及び第３の位相差板が、光入射側から第３の位相差板、第２の位相差板の順序で配置する場合について考える。本発明の偏光板対では、第１の偏光板の偏光層の第２の偏光板に対向する側（光出射側、液晶表示装置における液晶層側）に、偏光層の保護層の役割を兼ねる第１の位相差板を配置する。この第１の位相差板の厚み方向の位相差を小さく、望ましくは１７ｎｍ以下とすることで、液晶層に斜めに入射する光が、偏光層の保護層で楕円偏光になるのを抑える。これにより、液晶層で生じる波長に依存した位相変化を低く抑え、直線偏光に近い状態で光を通過させることができる。また、光出射側では、正の一軸光学特性で光軸が偏光層面に垂直な方向の第３の位相差板で、液晶層から出射した直線偏光をいったん楕円偏光に変換し、次いで、位相差板面内の光学軸方向の屈折率がｎ１＜ｎ２の光学特性を持つ第２の位相差板で、第３の位相差板から出射される楕円偏光を再び直線偏光に戻す。液晶層から出射した偏光の偏光軸方向と第２の位相差板を出射した後の偏光の偏光軸方向とは異なっており、第２の位相差板の面内位相差を３５０〜２４５ｎｍの範囲内、第３の位相差板の厚み方向の位相差を５０〜１２３ｎｍの範囲内に設定することで、直交偏光子の視野角依存性を打ち消すことができる。１枚の二軸位相差板で、例えば直線的に一方向に光学補償した場合には、位相差板が有する複屈折率の波長依存性がそのまま色分散として現れる。これに対し、本発明では、２枚の正の一軸位相差板の組み合わせで２方向に光学補償することによって、出射側で波長依存性を打ち消して、色分散を低減する。これにより、本発明の偏光板対を用いた液晶表示装置において、液晶層と第１〜第３の位相差板との複屈折率波長依存性を低く抑えて、正面方向と斜め視野方向の色味の変化（色度差）を悪化させずに、黒表示時の斜め方向の光漏れを抑えることができ、液晶表示装置の視野角特性を改善することができる。第１の偏光板を光出射側に配置し、第２の偏光板を光入射側に配置する場合にも、第１〜第３の位相差板を用いて光学補償することにより、上記と同様な効果を得ることができる。
【００１０】
本発明の偏光板対では、前記第３の位相差板の面内位相差が０〜７ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｉ１）が０〜１７ｎｍの範囲であり、前記第２の位相差板の面内位相差が０〜１０ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｃ１）が、
57.0−0.23×ni1+0.11×ni12≦ nc1 ≦ 120.0−0.42×ni1−0.08×ni12
の範囲であることが好ましい。この場合、正面視野と斜め視野とにおける色度差を、光学補償なしの場合に比して、低く抑えることができる。
【００１１】
本発明の偏光板対では、前記第１の偏光板は前記偏光層の前記第２の偏光板から遠い側の面に、前記第２の偏光板は前記偏光層の前記第１の偏光板に遠い側の面に、それぞれ保護層を備える構成を採用できる。これら保護層には、例えば、偏光保護層として一般的に用いられるＴＡＣを用いることができる。
【００１２】
本発明の偏光板対では、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設される構成を採用することができる。或いは、これに代えて、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設される構成を採用することもできる。第２の位相差板と、第３の位相差板の順序を入れ替えても、効果は同等であり、セル設計に応じて、適宜選択すればよい。
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、上記本発明の偏光板対と、ホモジニアス配向の液晶層と、該液晶層を挟む一対の基板とを備え、第１及び第２の偏光板が前記一対の基板を挟んで配置されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の液晶表示装置は、本発明の偏光板対を用いることで、黒表示時の斜め視野方向方の光漏れを抑えることができると共に、色つきのない光学補償が可能となり、視野角特性を改善できる。
【００１５】
本発明の液晶表示装置では、前記第２の位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行又は直交する構成を採用できる。
【００１６】
本発明の液晶表示装置では、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と直交する構成を採用できる。また、前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行する構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の偏光板対及び液晶表示装置では、例えば光入射側に第１の偏光板を配置し、第１の偏光板の偏光層を通過した光を第１の位相差板で偏光変化させ、その後、第２及び第３の位相差板で更に偏光変化させた光を第２偏光板の偏光層に入射する。このように光学補償することで、第２の偏光板の偏光層の位置で光分散が少ない状態を作り出すことができ、黒表示時の斜め視野における光漏れを低減し、液晶表示素子の表示品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示素子を断面図で示している。この液晶表示素子１００は、ホモジニアス配向の液晶層を有する、ＩＰＳモードの液晶表示装置の液晶表示素子として構成され、バックライト光源側から順に光入射側の第１偏光板１０１、薄膜トランジスタ・アレイ基板（ＴＦＴ基板）１０２、液晶層１０３、カラーフィルタ（ＣＦ）基板１０４、及び、光出射側の第２偏光板１０５を有する。液晶層１０３とＴＦＴ基板１０２との間には、配向膜１１１が配置され、液晶層１０３とＣＦ基板１０４との間には配向膜１１３が配置される。ＴＦＴ基板１０２は、ガラス基板１０６、絶縁層１０７、ＴＦＴ１０８、画素電極１０９、及び、対向電極１１０を有する。
【００１９】
ＴＦＴ１０８は、画素電極１０９に供給する電位を制御する。液晶表示素子１００では、画素電極１０９と対向電極１１０とがＴＦＴ基板１０２上に形成され、液晶層１０３の液晶分子１１２に横方向の電場が印加される。絶縁層１０７は、シリコン窒化膜を含む。ＣＦ基板１０４は、カラーフィルタ１１４、遮光層１１５、及び、ガラス基板１１６を有する。カラーフィルタ１１４は、液晶層１０３を通過した光を、ＲＧＢの３原色の何れかの色に着色する。遮光層１１５は、ＴＦＴ１０８や図示しないデータ線等を遮光する。ただし、モノクロの液晶表示素子においてはカラーフィルタ１１４を除いた構成となる。
【００２０】
図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の液晶表示装置１００の一部を拡大して示している。図２（ａ）は、光出射側の第２偏光板１０５、位相差板１１７、１１８、及び、ＣＦ基板１０４を構成するガラス基板１１６を示しており、同図（ｂ）は、光入射側の第１偏光板１０１、位相差板１１９、及び、ＴＦＴ基板１０２を構成するガラス基板１０６を拡大して示している。光入射側の第１偏光板１０１は、同図（ｂ）に示すように、例えばＰＶＡからなる偏光層１２０、及び、例えばＴＡＣから成る保護層１２１を有する。また、光出射側の第２偏光板１０５は、同図（ａ）に示すように、偏光層１２０、及び保護層１２４を有する。
【００２１】
位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）、及び、１１９（ｎｉ）は、それぞれ所定の光学特性を有する。光出射側では、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１６上に位相差板１１８及び位相差板１１７が順次にこの順で積層され、その上に、第２偏光板１０５が配置される。一方、光入射側では、同図（ｂ）に示すように、第１偏光板１０１上に位相差板１１９が配置され、その上に、ガラス基板１０６が配置される。これら位相差板１１７、１１８、１１９は、例えばフィルム貼り付けやコーティングにより形成される。
【００２２】
通常、偏光板は、偏光層の両側を保護層（ＴＡＣ）で挟み込んだ形で使用される。本実施形態では、第１偏光板１０１のガラス基板１０６側に位相差板１１９（ｎｉ）を配置し、偏光層１２０を保護層１２１と位相差板１１９で挟み込んで、位相差板１１９に保護層の役割も持たせている。同様に、第２偏光板１０５のガラス基板１１６側に位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）を配置して、位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）に保護層の役割も持たせている。
【００２３】
ここで、保護層１２１、１２４は、それぞれ、光軸が偏光板面に垂直方向の負の一軸位相差板と同様に作用し、それぞれの厚みに応じた位相差を有するが、偏光層１２０の外側に配置されているため表示に影響はない。また、位相差板１１９として、厚み方向の位相差が０ｎｍのものを使用する場合には、位相差板１１９では、偏光光の位相変化が起きないため、第１偏光板１０１をガラス基板１０６に直接貼り付けても、位相差板１１９の厚み方向位相差が０ｎｍの場合と、同等の効果を得ることが出来る。
【００２４】
上記、液晶表示装置１００を構成する光学補償偏光板を、図２の構造でシミュレーションし、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を含む光学特性について、黒表示時の斜め視野における光漏れを、気にならないレベルにまで低減できる条件を求めた。なお、シミュレーションに先立ち、通常のＩＰＳモードの液晶表示素子において、バックライトの輝度を徐々に低下させたとき、バックライトの輝度をどのレベルまで下げると、黒表示時の斜め視野における光漏れが表示品質にあまり影響を与えなくなるのかを実験により確認した。実験の結果、バックライトの輝度を通常の１／２とすれば、黒表示時の斜め視野における光漏れは、表示にあまり影響を与えなくなり、バックライトの輝度を１／４にすれば、斜め視野における光漏れは殆ど観察されないことを確認できた。そこで、上記黒表示時斜め視野から観察した場合における光漏れが気にならないレベルとしては、直交偏光子を斜めから観察した場合における光漏れの輝度（光漏れ量）を基準として、その光漏れの量が、半分となるレベルを採用した。また、正面方向、及び斜め視野方向から観察したときの色度差が光学補償して悪化しない範囲（光学補償なしの正面と斜め視野方向の色度差を１として比較、色度差にはΔｕ‘ｖ’を用いた。）を併せて範囲選択の条件に採用した。これらの斜め視野方向としては、偏光板の光軸からの方位角４５度、極角４５度となる方向を採用した。
【００２５】
各位相差板の位相差については、図３に示すように、面内の光学的主軸方向の屈折率をｎ１、ｎ２とし、厚さ方向の屈折率をｎｚとするとき、換算の厚みをｄ［ｍｍ］として、面内の位相差を（ｎ１−ｎ２）×ｄの絶対値として定義し、厚み方向の位相差を［｛（ｎ１＋ｎ２）／２｝−ｎｚ］×ｄの絶対値として定義する。シミュレーションでは、（ｎ１−ｎ２）≒０の一軸光学特性を有する位相差板１１７（ｎ１、ｎ２＜ｎｚ）、１１９（ｎ１、ｎ２≧ｎｚ）、ｎ１＜ｎ２の光学特性を有する位相差板１１８を使用した。軸配置は位相差板１１８の光軸を偏光層１２０の光軸と直交させ、位相差板１１７の光軸を偏光層面に垂直にし、位相差板１１９を偏光層面に垂直に配置し、液晶配向方向を位相差板１１８の光軸と一致させて行った。なお、この構成においては、液晶配向方向が偏光層の光軸に平行又は垂直のどちらであっても、液晶層での位相変化を抑える構成であるため、光学補償効果に大きな差はない。
【００２６】
図４は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１９の厚み方向の位相差と透過率比との関係を示している。シミュレーションでは、位相差板１１８の面内位相差を１３０ｎｍとし、位相差板１１７の厚み方向位相差が５０ｎｍと８０ｎｍの場合について、位相差板１１９の厚み方向位相差を０〜５０ｎｍの範囲で変化させて、直交偏光子（光学補償なし）を斜め視野から観察した際の透過率との比を求めた。図４に示すように、位相差板１１９の厚み方向位相差の全範囲において、透過率比は０．５以下であり、光学補償による視野角特性の向上の効果が確認できる。それぞれの位相差板の効果の詳細を見ていくと、位相差板１１７の厚み方向位相差については５０ｎｍより大きくし、位相差板１１９の厚み方向位相差については５０ｎｍより小さくすることで、透過率比が低下し、光学補償の効果が高いことが分かる。
【００２７】
図５は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１７の厚み方向の位相差と透過率比との関係を示している。このシミュレーションでは、位相差板１１８の面内位相差を１３０ｎｍとし、位相差板１１９の厚み方向の位相差を０ｎｍとした。図５を参照すると、位相差板１１８の厚み方向の位相差が５０ｎｍ〜１２３ｎｍの範囲では、透過率比が１よりも小さくなることがわかる。図６は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１８の面内位相差と透過率比との関係を示している。このシミュレーションでは、位相差板１１７の厚み方向の位相差を８０ｎｍとし、位相差板１１９の厚み方向の位相差を０ｎｍとした。図６を参照すると、位相差板１１８の面内方向の位相差が、３５ｎｍ〜２４５ｎｎの範囲では、透過率比を０．５以下とすることができ、黒表示時の方位角４５度、極角４５度の方向からの斜め視野における光漏れを気にならないレベルとすることができることがわかる。
【００２８】
図７は、シミュレーションにより得られた、位相差板１１９の厚み方向の位相差と、色度差の比との関係を示している。このシミュレーションでは、位相差板１１８の面内位相差を１３０ｎｍとし、位相差板１１７の厚み方向が５０ｎｍと８０ｎｍの場合について、位相差板１１９の厚み方向の位相差を０〜５０ｎｍの範囲で変化させて、正面視野と斜め視野における色度差の比を求めた。図７に示すように、位相差板１１７の厚み方向の位相差が５０ｎｍの場合には、位相差板１１９の厚み方向の位相差が０〜５０ｎｍの全範囲で、色度差が１以下となり、正面視野と斜め視野方向の色度差が悪化しない。また、位相差板１１７の厚み方向の位相差が８０ｎｍの場合には、位相差板１１９の厚み方向の位相差が３５ｎｍ以下で色度差比が１以下となり、更には、１７ｎｍ以下で、色度差比を０．５以下とすることができる。
【００２９】
図８は、位相差板１１７の厚み方向の位相差と、位相差板１１９の厚み方向の位相差との組み合わせと、色度差比との関係を示している。上記のように、色度差比には、位相差板１１７の厚み方向の位相差に依存性があることから、輝度低下に効果のあった位相差板１１７の厚み方向位相差（５０〜１２３ｎｍ）を含む範囲でシミュレーションを行い、色度差が１以下となる、位相差板１１７と１１９の厚み方向位相差の組合せを導出したことろ、図８に示すシミュレーション結果が得られた。同図において、透過率比が０．５以下となり、かつ、色度差比が１以下となる部分を選択すると、同図中に長方形の太線で囲った部分、すなわち、位相差板１１９の厚み方向リタデーションが０〜３５ｎｍの範囲で、かつ、位相差板１１７の厚み方向リタデーションが５０〜１２３ｎｍの範囲が得られる。また、位相差板１１７の厚み方向位相差ｎｃ１とし、図８において、色度差比の低減の効果が大きい範囲として、色度差比が半分（０．５）となる範囲を求めると、位相差板１１９の厚み方向位相差ｎｉ１が０〜１７ｎｍの範囲で、
57.0-0.23×ni1+0.11×ni12 ≦ nc1 ≦ 120.0-0.42×ni1-0.08×ni12
が得られる。
【００３０】
本実施形態例では、位相差板１１７、１１９の位相差の組み合わせを、図８中の太線枠に示す範囲にし、かつ、位相差板１１８の位相差を、図６中の透過率比が０．５以下となる範囲に設定することで、正面方向と斜め視野方向の色度差を悪化させないで、黒表示時の斜め視野方向における光漏れを気にならないレベルにまで低減している。これは、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を、上記範囲内の組み合わせに設定することにより、液晶層１０３、ＣＦ基板１０４で生じる光の分散を、位相差板１１７、１１８によって抑えることができ、その結果、光出射側の第２偏光板１０５を構成する偏光層１２０の位置で、光分散が少ない状態を作り出すことができるためであると考えられる。
【００３１】
本実施形態では、光入射側の第１偏光板１０１の液晶層１０３側の偏光層１２０の保護層として、厚み方向に位相差が小さい、好ましくは、厚み方向の位相差が１７ｎｍ以下の位相差板１１９（ｎｉ）を使用し、液晶層１０３に斜めに入射する光が偏光保護層で楕円偏光になることを抑える。これにより、液晶層１０３で生じる、波長に依存した位相変化を低く抑え、直線偏光に近い状態で、光を通過させることができる。一方、光出射側では、正の一軸光学特性で光軸が偏光層面に垂直な方向の位相差板１１７（ｎｃ）によって、液晶層１０３から出射した直線偏光をいったん楕円偏光に変換し、次に、位相差板面内の光学軸方向屈折率がｎ１＜ｎ２なる光学特性である位相差板１１８（ｎａ）で、位相差板１１７（ｎｃ）から出射した楕円偏光を再び直線偏光に戻す。液晶層１０３から出射した偏光の偏光軸の方向と、位相差板１１８（ｎａ）を出射した後の偏光の偏光軸の方向とは異なっており、位相差板１１８（ｎａ）の面内位相差を３５〜２４５ｎｍとし、位相差板１１７（ｎｃ）の厚み方向の位相差を５０ｎｍ〜１２３ｎｍの範囲に設定することで、斜め入射光に対して交差角度が直角からずれるという直交偏光子の視野角依存性を打ち消す、つまり、出射側の第２偏光板の吸収軸方向に偏光軸を変化させることができる。
【００３２】
１枚の二軸位相差板を用いて、一方向に、例えば直線的に光学補償した場合には、位相差板が有する複屈折率の波長依存性がそのまま色分散として現れることになる。これに対し、２枚の正の一軸位相差板の組み合わせで二方向に光学補償することによって、例えば波長依存性の大きい短波長ほど遠回りさせ、出射側で波長依存性が打ち消され、色分散が小さくなる。これにより、液晶層１０３と光学補償層（位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ））との複屈折波長依存性を低く抑えて、黒表示時の斜め方向の光漏れを抑えると同時に、色付きのない広い波長域で光学補償が可能となり、視野角特性を改善でき、液晶表示素子の表示品質を向上させることができる。
【００３３】
液晶表示装置では、視認性向上を目的として、表面をヘイズ処理した偏光板を用いることがある。そのような液晶表示装置では、黒表示時に斜め方向の光漏れが大きいと、斜め方向の出射光が、偏光板の表面処理によって正面視野方向へ出射されて、正面視野におけるコントラスト比を悪化させる問題がある。本実施形態では、位相差板１１７、１１８、１１９を用いて光学補償することによって斜め方向の光を低減することができるため、黒表示時に、偏光板の表面処理によって正面方向へ出射される光を抑制することができ、黒表示時の正面方向の輝度を低下させることによって、正面方向のコントラスト比を向上し、より高精細な表示が可能となる。
【００３４】
図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態の液晶表示素子における光出射側の第１偏光板１０１付近、及び、光出射側の第２偏光板１０５付近をそれぞれ拡大して示している。本実施形態の液晶表示素子は、図１に示す第１実施形態の液晶表素子１００と同様な構成を有している。本実施形態では、ＣＦ基板１０４（図１）を構成するガラス基板１１６上に位相差板１１７及び位相差板１１８が順次にこの順で積層され、位相差板１１７及び１１８の積層順が、図２（ａ）に示す順序と反対となる点で、第１実施形態と相違する。本実施形態においては、位相差板１１７は、第２偏光板１０５の偏光層１２０を保護する役割も果している。
【００３５】
シミュレーションにより、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差を含む光学特性について、黒表示時の斜め視野における光漏れを気にならないレベルに低減できる条件を求めた。シミュレーション条件については、第１実施形態におけるシミュレーションの条件と同じ条件を用い、位相差板１１８の光軸については、偏光層１２０の光軸と直交する方向とした。このような条件でシミュレーションを行ったところ、図４〜図８に示す、第１実施形態と同様なシミュレーション結果が得られた。本実施形態のように、一軸光学特性を有する位相差板１１７（ｎ１、ｎ２＜ｎｚ）と、ｎ１＜ｎ２の光学特性を有する位相差板１１８との積層順を逆にした液晶表示素子についても、第１実施形態と同様に、位相差板１１７、１１８、１１９の位相差の組み合わせを所定の範囲内の組合せとすることで、黒表示時の斜め方向の光漏れを低減し、液晶表示素子の表示品質を向上できる。
【００３６】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３実施形態の液晶表示素子における光出射側の第１偏光板１０１付近、及び、光出射側の第２偏光板１０５付近をそれぞれ拡大して示している。本実施形態の液晶表示素子は、図１に示す第１実施形態の液晶表素子１００と同様な構成を有している。本実施形態は、位相差板１１７（ｎｃ）が、２つの位相差板１２３、１２５からなる点で、第２実施形態と相違する。
【００３７】
位相差板１２３及び１２５は、それぞれ偏光板面に垂直方向に光軸を有する一軸位相差板として構成される。位相差板１２３及び１２５の何れか一方を、偏光板の保護層として一般的に用いられるＴＡＣを用いて構成し、他方を、ＴＡＣで過不足する位相差を補うように構成し、２つの位相差板１２３及び１２５を合わせて、第２実施形態の位相差板１１７と同じ光学特性を有するように設定する。このように、位相差板１１７を、２つの位相差板１２３、１２５の積層により構成する場合にも、位相差板１１７全体の位相差を、第２実施形態と同様とすることで、第２実施形態と同様に、黒表示時の斜め方向の光漏れを低減して、液晶表示素子の表示品質を向上できる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、第１偏光板１０１及び位相差板１１９（ｎｉ）を光入射側に配置し、第２偏光板１０５、及び、位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）を光出射側に配置する例を示したが、この順序を逆にして、第１偏光板１０１及び位相差板１１９（ｎｉ）を光出射側に配置し、第２偏光板１０５、及び、位相差板１１７（ｎｃ）、１１８（ｎａ）を光入射側に配置することもできる。光入射方向を入れ替えて、第２偏光板１０５側から光を入射する場合でも、位相差板１１７〜１１９の組み合わせによる光学補償の効果は、第１偏光板１０１側から光を入射する場合と同等である。
【００３９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の偏光板対及び液晶表示素子は、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態の液晶表示素子の断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の液晶表示素子１００の部分を拡大して示す、実施例１の断面図。
【図３】位相差板のリタデーションを提示する斜視図。
【図４】位相差板１１７、１１９と透過率比の関係を示すグラフ。
【図５】位相差板１１７と透過率比との関係を示すグラフ。
【図６】黒表示時の光漏れを低減できる位相差板１１９の面内位相差の範囲を示すグラフ。
【図７】位相差板１１７、１１９と色度差比の関係を示すグラフ。
【図８】透過率比を０．５以下、色度差比を１以下とする、位相差板１１７と１１９の厚み方向位相差の範囲を示すグラフ。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２実施形態の液晶表示素子の一部を拡大して示す断面図。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の第３実施形態の液晶表示素子の一部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１００：液晶表示素子
１０１、１０５：偏光板
１０２：ＴＦＴ基板
１０３：液晶層
１０４：カラーフィルタ基板
１０６、１１６：ガラス基板
１０７：絶縁層
１０８：ＴＦＴ
１０９：画素電極
１１０：対向電極
１１１、１１３：配向膜
１１２：液晶分子
１１４：カラーフィルタ
１１５：遮光層
１１７：位相差板ｎｃ
１１８：位相差板ｎａ
１１９：位相差板ｎｉ
１２０：偏光層
１２１、１２４：保護層（ＴＡＣ）
１２３、１２５：位相差板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に対向し、それぞれが偏光層を含む第１及び第２の偏光板から成る偏光板対であって、
前記第１の偏光板は、面内位相差が０〜１０ｎｍで、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍの複屈折特性を有する第１の位相差板を、前記偏光層の前記第２の偏光板に近い側の面に備え、
前記第２の偏光板は、面内位相差が３５〜２４５ｎｍの複屈折を有し、該複屈折特性の面内光学軸のうちで屈折率が大きい方の光学軸と前記第１の偏光層の光吸収軸とが平行又は直交するように配置される第２の位相差板と、面内位相差が０〜１５ｎｍで、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍの複屈折特性を有し、かつ、正の一軸性の光学特性を有し、光軸が前記偏光層面に垂直になるように配置された第３の位相差板とを、前記偏光層の前記第１の偏光板に近い側の面に備えることを特徴とする偏光板対。
【請求項２】
前記第３の位相差板の面内位相差が０〜７ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｉ１）が０〜１７ｎｍの範囲であり、前記第２の位相差板の面内位相差が０〜１０ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｃ１）が、
57.0−0.23×ni1+0.11×ni12≦ nc1 ≦ 120.0−0.42×ni1−0.08×ni12
の範囲である、請求項１に記載の偏光板対。
【請求項３】
前記第１の偏光板は前記偏光層の前記第２の偏光板から遠い側の面に、前記第２の偏光板は前記偏光層の前記第１の偏光板に遠い側の面に、それぞれ保護層を備える、請求項１又は２に記載の光学補償用偏光板対。
【請求項４】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設される、請求項１〜３の何れか一に記載の偏光板対。
【請求項５】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設される、請求項１〜３の何れか一に記載の光学補償用偏光板対。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか一に記載の偏光板対と、ホモジニアス配向の液晶層と、該液晶層を挟む一対の基板とを備え、第１の偏光板と第２の偏光板とが前記一対の基板を挟んで配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行又は直交する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と直交する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
相互に対向し、それぞれが偏光層を含む第１及び第２の偏光板から成る偏光板対であって、
前記第１の偏光板は、面内位相差が０〜１０ｎｍで、厚み方向位相差が０〜３５ｎｍの複屈折特性を有する第１の位相差板を、前記偏光層の前記第２の偏光板に近い側の面に備え、
前記第２の偏光板は、面内位相差が３５〜２４５ｎｍの複屈折を有し、該複屈折特性の面内光学軸のうちで屈折率が大きい方の光学軸と前記第１の偏光層の光吸収軸とが平行又は直交するように配置される第２の位相差板と、面内位相差が０〜１５ｎｍで、厚み方向位相差が５０〜１２３ｎｍの複屈折特性を有し、かつ、正の一軸性の光学特性を有し、光軸が前記偏光層面に垂直になるように配置された第３の位相差板とを、前記偏光層の前記第１の偏光板に近い側の面に備えることを特徴とする偏光板対。
【請求項２】
前記第３の位相差板の面内位相差が０〜７ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｉ１）が０〜１７ｎｍの範囲であり、前記第２の位相差板の面内位相差が０〜１０ｎｍ、厚み方向の位相差（ｎｃ１）が、
57.0−0.23×ni1+0.11×ni12≦ nc1 ≦ 120.0−0.42×ni1−0.08×ni12
の範囲である、請求項１に記載の偏光板対。
【請求項３】
前記第１の偏光板は前記偏光層の前記第２の偏光板から遠い側の面に、前記第２の偏光板は前記偏光層の前記第１の偏光板に遠い側の面に、それぞれ保護層を備える、請求項１又は２に記載の光学補償用偏光板対。
【請求項４】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設される、請求項１〜３の何れか一に記載の偏光板対。
【請求項５】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設される、請求項１〜３の何れか一に記載の光学補償用偏光板対。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか一に記載の偏光板対と、ホモジニアス配向の液晶層と、該液晶層を挟む一対の基板とを備え、第１の偏光板と第２の偏光板とが前記一対の基板を挟んで配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行又は直交する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板に近い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と直交する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第２の位相差板が、前記第３の位相差板よりも前記第１の偏光板よりも遠い側に配設されており、前記第２位相差板の屈折率が大きい方の光学軸が、前記ホモジニアス配向の液晶層の光軸と平行する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−７９１１５（Ｐ２００７−７９１１５Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６６７２３（Ｐ２００５−２６６７２３）
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（３０３０１８８２７）ＮＥＣ液晶テクノロジー株式会社 (547)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（３０３０１８８２７）ＮＥＣ液晶テクノロジー株式会社 (547)
【Ｆターム（参考）】
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