JP2004326137A - Liquid crystal display device - Google Patents

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Shinichi Terashita
慎一 寺下
Bunichi Shimoshikiriyou
文一 下敷領
Shuichi Kanzaki
修一 神崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a gradation inverting phenomenon without depending on observing direction in a liquid crystal display device having liquid crystal regions where liquid crystal molecules are axis-symmetrically aligned in every pixel region, excellent visual field angle characteristics and high contrast. <P>SOLUTION: A phase difference compensation element having negative double refractivity and the relation n<SB>x</SB>>n<SB>y</SB>>n<SB>z</SB>about main refractive indices n<SB>x</SB>and n<SB>y</SB>in an intra-surface direction and the main refractive index n<SB>z</SB>in the thickness direction is disposed between a liquid crystal cell wherein liquid crystal molecules are nearly vertically aligned when no voltage is applied and liquid crystal molecules are axis-symmetrically aligned in every liquid crystal region and a polarizing plate disposed in a orthogonally crossed nicols state. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。特に、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビジョン装置などの平面ディスプレイやシャッタ効果を利用した表示装置などに好適に用いられる広視野角特性を有する液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device. In particular, the present invention relates to a liquid crystal display device having a wide viewing angle characteristic suitably used for a flat display such as a personal computer, a word processor, an amusement device, a television device, and a display device using a shutter effect.

上述の広視角特性を有する液晶表示装置として、本発明者らは、液晶分子を各絵素ごとに軸対称状に配向させた表示モード(Axially Symmetric Aligned Microcell Mode:ASMモード)を特開平7−120728号公報に開示している。この方式は、液晶と光硬化性樹脂の混合物から相分離を利用して液晶分子を軸対称状に配向させる技術であり、電圧を印加することにより軸対称状に配向した液晶分子が基板に対して垂直に配向するNp型液晶材料を用いた表示モードである。   As a liquid crystal display device having the above-described wide viewing angle characteristics, the present inventors disclosed a display mode (Axially Symmetric Aligned Microcell Mode: ASM mode) in which liquid crystal molecules are axially symmetrically arranged for each picture element. No. 120728. In this method, liquid crystal molecules are axially symmetrically aligned by using phase separation from a mixture of liquid crystal and a photocurable resin. This is a display mode using an Np-type liquid crystal material that is vertically aligned.

この従来のASMモードの液晶表示装置においては、誘電率異方性Δεが正の液晶材料を使用している。この表示モードは、液晶分子が軸対称配向しているので全ての方向において優れた表示特性を有するが、偏光板の吸収軸を直交クロスニコル状態にした場合には視野角特性が低下する傾向がある。また、電圧OFF時の光抜けを防止するためにBM(ブラックマトリックス)の遮光部の面積を大きく設定しなければならないという問題があった。さらに、この従来のASMモードは、液晶分子の軸対称配向を得るために複雑な温度制御を必要とする相分離工程を使用するので製造が難しく、また、得られる軸対称配向が不安定であり、特に高温において信頼性に欠けるという問題があった。   In this conventional ASM mode liquid crystal display device, a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy Δε is used. This display mode has excellent display characteristics in all directions because the liquid crystal molecules are axially symmetrically aligned.However, when the absorption axis of the polarizing plate is in a crossed Nicol state, the viewing angle characteristics tend to decrease. is there. In addition, there is a problem that the area of the light shielding portion of the BM (black matrix) must be set large in order to prevent light leakage when the voltage is turned off. Furthermore, this conventional ASM mode is difficult to manufacture because it uses a phase separation process that requires complicated temperature control in order to obtain an axisymmetric alignment of liquid crystal molecules, and the obtained axisymmetric alignment is unstable. In particular, there is a problem that reliability is low at high temperatures.

これらの問題を解決するための手段として、本発明者らは、特願平8−341590号において、絵素領域毎に液晶分子が軸対称配向した液晶領域を有し、全方位視角特性に優れた高コントラストの液晶表示装置およびそれを比較的簡単に製造できる製造方法を提案している。   As a means for solving these problems, the present inventors have disclosed in Japanese Patent Application No. 8-341590 that each pixel region has a liquid crystal region in which liquid crystal molecules are axially symmetrically aligned, and has excellent omnidirectional viewing angle characteristics. Proposed a high-contrast liquid crystal display device and a method for manufacturing the same relatively easily.

この提案の液晶表示装置においては、一対の基板間に負の誘電率異方性(Δε<0)の液晶分子からなる液晶層が挟持され、両基板の液晶層に接する表面に垂直配向層が設けられている。また、少なくとも一方の基板には絵素領域を取り囲むように凸部が設けられている。さらに、一対の基板を挟んで一対の偏光板が各々の吸収軸を直交させて配設されている。この液晶表示装置によれば、特に複雑な製造工程を必要とすることなく、電圧無印加時には液晶分子が一対の基板に対して略垂直に配向し、電圧印加時には液晶分子が絵素領域毎に軸対称状に配向する配向状態を実現することができる。   In the proposed liquid crystal display device, a liquid crystal layer composed of liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy (Δε <0) is sandwiched between a pair of substrates, and a vertical alignment layer is provided on a surface of both substrates in contact with the liquid crystal layer. Is provided. Also, at least one substrate is provided with a projection so as to surround the picture element region. Further, a pair of polarizing plates are disposed with the absorption axes orthogonal to each other with the pair of substrates interposed therebetween. According to this liquid crystal display device, the liquid crystal molecules are oriented substantially perpendicularly to the pair of substrates when no voltage is applied, and the liquid crystal molecules are aligned in each pixel region when voltage is applied, without requiring a complicated manufacturing process. It is possible to realize an alignment state in which the alignment is performed in an axially symmetric manner.

上述の提案された液晶表示装置によれば、電圧無印加時には液晶分子が一対の基板に対してほぼ垂直な方向に配向しているので、基板の法線方向に平行な視角方向については良好な黒状態が得られ、高コントラストの表示が得られる。しかし、視角を変化させて観察した場合、(i)偏光板自身の特性により視角依存性が生じること、および(ii)垂直配向している液晶分子のリタデーション値は方向によって変化しているので、液晶層のリタデーション値に視角依存性が生じること、に起因して光漏れが観察され、コントラスト比の低下が起こる。   According to the above-described proposed liquid crystal display device, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are oriented in a direction substantially perpendicular to the pair of substrates, so that the viewing angle direction parallel to the normal direction of the substrates is good. A black state is obtained, and a high-contrast display is obtained. However, when the observation is performed while changing the viewing angle, (i) the viewing angle dependency is caused by the characteristics of the polarizing plate itself, and (ii) the retardation value of the vertically aligned liquid crystal molecules changes depending on the direction. Due to the viewing angle dependence of the retardation value of the liquid crystal layer, light leakage is observed and the contrast ratio decreases.

このうち、偏光板自身の特性による視角依存性については、以下の通りである。上記広視角モードの液晶表示装置に対して、偏光板の偏光軸(透過軸)方向から入射された光が液晶層の屈折率楕円体を横切るときには常光のみまたは異常光のみの成分しか有さないが、偏光板の吸収軸から方位角が45゜ずれた斜め方向から入射された光が液晶層の屈折率楕円体を横切るときには常光と異常光との両成分を有するために楕円偏光となるため、見かけ上、互いに直交した偏光板の吸収軸が互いに開いた状態に対応して光の漏れが顕著になる。   Among them, the viewing angle dependency due to the characteristics of the polarizing plate itself is as follows. When the light incident on the liquid crystal display device in the wide viewing angle mode from the direction of the polarization axis (transmission axis) of the polarizing plate crosses the refractive index ellipsoid of the liquid crystal layer, it has only ordinary light or only extraordinary light. However, when light incident from an oblique direction whose azimuth is shifted by 45 ° from the absorption axis of the polarizing plate crosses the refractive index ellipsoid of the liquid crystal layer, it becomes elliptically polarized light because it has both components of ordinary light and extraordinary light. Apparently, light leakage becomes remarkable in a state where the absorption axes of the polarizing plates orthogonal to each other are open to each other.

また、液晶層のリタデーション値による視角依存性については、以下の通りである。上記液晶表示装置においては、電圧無印加時に液晶分子が一対の基板に対してほぼ垂直な方向に配向しているので、斜めから観察したときに視角によってリタデーションの値が異なり、視角依存性が観測されるようになる。   The viewing angle dependence of the retardation value of the liquid crystal layer is as follows. In the above liquid crystal display device, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are oriented in a direction substantially perpendicular to the pair of substrates, so that when viewed obliquely, the retardation value differs depending on the viewing angle, and the viewing angle dependence is observed. Will be done.

このような偏光板自身の視角依存性と液晶層の視角依存性との相乗効果により、互いに直交している偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向に視角特性の特に悪い領域が発生するのである。例えば、偏光板の吸収軸方向に対して45゜の方向においては、一定の方向の視角、例えば35゜〜50゜程度でコントラストが著しく低下し、さらには階調特性が反転するという問題があり、特に、中間階調表示時には表示特性の悪化が大きかった。   Due to such a synergistic effect of the viewing angle dependency of the polarizing plate itself and the viewing angle dependency of the liquid crystal layer, a region having particularly poor viewing angle characteristics occurs in a direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the polarizing plate which is orthogonal to each other. is there. For example, in the direction of 45 ° with respect to the absorption axis direction of the polarizing plate, there is a problem that the contrast is remarkably reduced at a viewing angle in a certain direction, for example, about 35 ° to 50 °, and further, the gradation characteristic is inverted. In particular, display characteristics deteriorated significantly at the time of halftone display.

本発明は、上述した従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、吸収軸からのずれに伴う視野角特性の悪化を解消し、概ね軸対称の視野角特性を有する液晶表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the related art, and provides a liquid crystal display device that eliminates deterioration of viewing angle characteristics due to a deviation from an absorption axis and has a substantially axially symmetric viewing angle characteristic. The purpose is to do.

本発明の液晶表示装置は、一対の基板に挟持され、負の誘電異方性を有する液晶分子からなる液晶層を有する液晶セルと、該液晶セルを挟持し、偏光板の吸収軸が互いに直交する一対の偏光板と、該一対の偏光板と該液晶セルとの間の少なくとも一方に設けられた位相差補償素子と、を有し、該液晶層は複数の液晶領域を有し、該一対の基板は該液晶層側の表面に垂直配向層を有し、該液晶分子は電圧印加時に該複数の液晶領域毎に軸対称状に配向する、液晶表示装置であって、該位相差補償素子は、負の複屈折率を有し、それぞれ互いに直交するx、y、及びz軸方向に3つの主屈折率nx,ny,nzを有し、該液晶セルの面内方向の主屈折率をnx,nyとし、該液晶セルの厚み方向の主屈折率をnzとするとき、nx>ny>nzの関係を有し、そのことによって上記目的が達成される。 A liquid crystal display device of the present invention includes a liquid crystal cell sandwiched between a pair of substrates and having a liquid crystal layer made of liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy, and an absorption axis of a polarizing plate that sandwiches the liquid crystal cell and is orthogonal to each other. A pair of polarizing plates, and a phase difference compensating element provided on at least one of the pair of polarizing plates and the liquid crystal cell; the liquid crystal layer has a plurality of liquid crystal regions; A liquid crystal display device having a vertical alignment layer on the surface of the liquid crystal layer side, wherein the liquid crystal molecules are axially symmetrically aligned for each of the plurality of liquid crystal regions when a voltage is applied; has a negative birefringence, x orthogonal to each other respectively, y, and z-axis to the three principal refractive indices n x, a n y, a n z, the main-plane direction of the liquid crystal cell the refractive index n x, and n y, when a principal refractive index in the thickness direction of the liquid crystal cell and n z, Seki n x> n y> n z Have the above object is met.

前記位相差補償素子は、前記一対の偏光板と前記液晶セルとの間に1つずつ設けられていてもよい。   The phase difference compensating elements may be provided one by one between the pair of polarizing plates and the liquid crystal cell.

前記位相差補償素子は、面内方向と厚み方向にリタデーションを有する2軸性フィルム、又は面内方向にリタデーションを有する1軸性フィルムと厚み方向にリタデーションを有する1軸性フィルムとを貼り合わせた積層フィルムからなっていてもよい。   The phase difference compensating element is formed by laminating a biaxial film having retardation in the in-plane direction and the thickness direction, or a uniaxial film having retardation in the in-plane direction and a uniaxial film having retardation in the thickness direction. It may be composed of a laminated film.

前記位相差補償素子のx軸方向は、該位相差補償素子に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交させて配置されていることが好ましい。   It is preferable that the x-axis direction of the phase difference compensating element is arranged to be substantially orthogonal to the absorption axis of the polarizing plate adjacent to the phase difference compensating element.

前記位相差補償素子のx軸方向と前記偏光板の吸収軸に直交する方向とのずれが1゜以下であることが好ましい。   It is preferable that the deviation between the x-axis direction of the phase difference compensating element and the direction orthogonal to the absorption axis of the polarizing plate be 1 ° or less.

前記液晶分子の複屈折率をΔn、前記液晶層の平均厚さをdLC、および前記位相差補償素子の厚さをdfとするとき、該位相差補償素子の面内方向のリタデーション値df(nx−ny)が該液晶層のリタデーション値dLC・Δnより小さいことが好ましい。 The birefringence index of the liquid crystal molecules [Delta] n, when the average thickness of the liquid crystal layer d LC, and the thickness of the retardation compensation element and d f, the retardation retardation value d in the plane direction of the compensating element it is preferable f (n x -n y) is smaller than the retardation value d LC · [Delta] n of the liquid crystal layer.

前記位相差補償素子は、0.035≦{df(nx−ny)}/(dLC・Δn)≦0.15を満足することが好ましい。 The retardation compensation element preferably satisfies the 0.035 ≦ {d f (n x -n y)} / (d LC · Δn) ≦ 0.15.

前記液晶分子の複屈折率をΔn、前記液晶層の平均厚さをdLC、および前記位相差補償素子の厚さをdfとするとき、該位相差補償素子の厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)が該液晶層のリタデーション値dLC・Δnより小さいことが好ましい。 The birefringence index of the liquid crystal molecules [Delta] n, when the average thickness of the liquid crystal layer to be d LC, and the thickness of the retardation compensation element d f, the retardation retardation value d in the thickness direction of the compensation element it is preferable f (n x -n z) is smaller than the retardation value d LC · [Delta] n of the liquid crystal layer.

前記位相差補償素子の厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)が0よりも大きいことが好ましい。更に、前記位相差補償素子の面内方向のリタデーション値df(nx−ny)と厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)との比が2以上であることが好ましく、前記位相差補償素子の面内方向のリタデーション値df(nx−ny)と厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)との比が3以上6以下であることがより一層好ましい。 It is preferable retardation value d f a thickness direction of the retardation compensation element (n x -n z) is greater than 0. Furthermore, it is preferable that the ratio between the in-plane direction of the retardation compensation element retardation value d f (n x -n y) and thickness direction retardation values d f (n x -n z) is 2 or more , that the ratio between the in-plane direction of the retardation compensation element retardation value d f (n x -n y) and thickness direction retardation values d f (n x -n z) is 3 to 6 Even more preferred.

前記位相差補償素子の平均屈折率が1.4以上1.7以下であることが好ましい。   It is preferable that the phase difference compensating element has an average refractive index of 1.4 or more and 1.7 or less.

前記液晶層のリタデーション値dLC・Δnが300〜550nmの範囲にあることが好ましい。 The liquid crystal layer preferably has a retardation value d LC · Δn in the range of 300 to 550 nm.

前記一対の偏光板のうち、観察者側の偏光板の表面に反射防止膜またはアンチグレア防眩層が設けられていてもよい。前記アンチグレア防眩層の表面に反射防止膜が設けられていることが好ましい。   An anti-reflection film or an anti-glare anti-glare layer may be provided on the surface of the polarizing plate on the viewer side among the pair of polarizing plates. It is preferable that an antireflection film is provided on the surface of the antiglare antiglare layer.

以下に、本発明の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the present invention will be described.

本発明によると、電圧無印加時に液晶分子が垂直配向し、電圧印加時には絵素領域毎に軸対称状または同心円状に配向する液晶表示装置において、直交クロスニコル状態に配置された一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に、負の複屈折率を有し、面内方向の主屈折率nx,ny、および厚み方向の主屈折率nzについてnx>ny>nzの関係を有する位相差補償素子(典型的には位相差フィルムまたは位相差板)を設けることにより、偏光板自身の特性による視角依存性および液晶層のリタデーション値の視角依存性を補償して、観測方向によらずに等コントラスト・コンター曲線を円状にすることが可能である。また、液晶層は垂直配向と軸対称配向との間を電圧によって変化するので優れた視角特性を有する。さらに、誘電異方性が負の液晶材料を用いて電圧無印加時に垂直配向状態をとるノーマリーブラックモードの表示を行うので、高コントラストの表示が可能である。 According to the present invention, in a liquid crystal display device in which liquid crystal molecules are vertically aligned when no voltage is applied and are axially symmetric or concentric for each pixel region when voltage is applied, a pair of polarizing plates arranged in an orthogonal crossed Nicols state between at least one polarizing plate of the substrate adjacent thereto has a negative birefringence, the principal refractive indices n x in the plane direction, n y, and the thickness direction for the principal refractive index n z the n x> n y> be provided (retardation film or the retardation plate typically) retardation compensation element having a relationship of n z, the retardation value of the viewing angle dependence and the liquid crystal layer due to the characteristics of the polarizing plate itself By compensating for viewing angle dependency, it is possible to make the isocontrast contour curve circular regardless of the observation direction. In addition, the liquid crystal layer has excellent viewing angle characteristics because it changes between vertical alignment and axially symmetric alignment depending on the voltage. Further, since a normally black mode display in which a liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy takes a vertical alignment state when no voltage is applied is performed, a high-contrast display is possible.

この位相差補償素子は、一対の偏光板のうちの一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に設けてもよく、一対の偏光板の各々とそれに隣接する基板との間に1枚ずつ設けてもよい。   The phase difference compensating element may be provided between one of the pair of polarizing plates and a substrate adjacent thereto, and one between each pair of polarizing plates and the substrate adjacent thereto. It may be provided.

この位相差補償素子は、面内方向と厚み方向とにリタデーションを有する2軸性のフィルムであっても、2枚の2軸性フィルムの積層フィルムであっても、或いは面内方向にリタデーションを有する1軸性フィルムと厚み方向にリタデーションを有する1軸性フィルムとを貼り合わせた積層構造のものであっても同様に用いることができる。   This retardation compensation element may be a biaxial film having retardation in an in-plane direction and a thickness direction, a laminated film of two biaxial films, or a retardation in an in-plane direction. A laminated structure in which a uniaxial film having the film and a uniaxial film having a retardation in the thickness direction can be similarly used.

この位相差補償素子は、その主屈折率のうちのnxの方向をその位相差補償素子に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交させて配置させることにより、上記視角依存性の補償機能を充分発揮させることができる。 The retardation compensation element, by placing by substantially orthogonal to the absorption axis of the polarizing plate adjacent the direction of n x of its principal refractive index in the retardation compensation element, the viewing angle dependence of compensation Can be fully exhibited.

尚、後述する実施形態に示すように、位相差補償素子の遅相軸と偏光板の吸収軸に直交する方向とのずれが1゜より大きいと、偏光板クロスニコル下での偏光度性能が低下して光抜けが生じ、充分な黒レベルやコントラストが得られないので、位相差補償素子の遅相軸と偏光板の吸収軸に直交する方向とは、そのずれが1゜以下であるのが望ましい。   As will be described in an embodiment to be described later, when the difference between the slow axis of the phase difference compensating element and the direction orthogonal to the absorption axis of the polarizing plate is larger than 1 °, the degree of polarization performance under the polarizing plate crossed Nicols is reduced. As a result, light leakage occurs and sufficient black level and contrast cannot be obtained. Therefore, the difference between the slow axis of the phase difference compensating element and the direction perpendicular to the absorption axis of the polarizing plate is 1 ° or less. Is desirable.

液晶分子の複屈折率Δn、液晶層の平均厚さdLC、および位相差補償素子の厚さdfに対して、位相差補償素子の面内リタデーション値df(nx−ny)を液晶層のリタデーション値dLC・Δnより小さくすることにより上記視角依存性の補償効果を大きくすることができる。特に、位相差補償素子の面内リタデーション値df(nx−ny)を液晶層のリタデーション値dLC・Δnの3.5%〜15%の範囲にすると、後述する図35に示すように高コントラストの表示を得ることが可能である。 Birefringence Δn of the liquid crystal molecules, the average thickness of the liquid crystal layer d LC, and the retardation compensation element with respect to the thickness d f, plane retardation value d f of the phase difference compensating element (n x -n y) By making the retardation value d LC · Δn of the liquid crystal layer smaller, the effect of compensating for the viewing angle dependency can be increased. In particular, when the in-plane retardation value d f of the phase difference compensating element (n x -n y) in the range of 3.5% to 15% of the retardation value d LC · [Delta] n of the liquid crystal layer, as shown in FIG. 35 to be described later Thus, it is possible to obtain a display with high contrast.

液晶分子の複屈折率Δn、液晶層の平均厚さdLC、および位相差補償素子の厚さdfに対して、位相差補償素子の厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)を液晶層のリタデーション値dLC・Δnより小さくすることにより上記視角依存性の補償効果を大きくすることができる。特に、位相差補償素子の厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)を液晶層のリタデーション値dLC・Δnの30%〜80%の範囲にすると、位相差補償素子の効果を大きくすると共に色特性が良好な表示を得ることが可能である。 Birefringence Δn of the liquid crystal molecules, the average thickness d LC of the liquid crystal layer, and the thickness d f of the phase compensation element, a retardation value in the thickness direction of the phase compensation element d f (n x -n z Is smaller than the retardation value d LC · Δn of the liquid crystal layer, the effect of compensating the viewing angle dependency can be increased. In particular, when the thickness direction of the retardation value d f (n x -n z) of the phase difference compensating element in the range of 30% to 80% of the retardation value d LC · [Delta] n of the liquid crystal layer, the effect of the retardation compensation element It is possible to obtain a display having a large size and good color characteristics.

位相差補償素子の面内方向のリタデーション値df(nx−ny)と厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)との比(又は屈折率差比)は、0よりも大きいのが望ましい。後述する実施形態に示すように、両リタデーション値の比が0よりも大きい場合、即ち、厚さ方向のリタデーション値が0でない場合、視野角補償効果が生じるからである。特に、両リタデーション値の比を2以上にすると、コントラスト比10で視野角60゜以上の良好な表示状態を実現することができる。さらに、両リタデーション値の比を3以上6以下にすると、コントラスト比20で視野角60゜以上のさらに優れた表示状態を実現することができる。 尚、上記位相差補償素子の材料としては平均屈折率1.4以上1.7以下のポリカーボネイト等の高分子材料を用いることができ、可視光領域において透明(透過率90%以上)な位相差補償素子が得られる。 The ratio of the retardation values in the plane direction of the retardation compensation element d f (n x -n y) and thickness direction retardation values d f (n x -n z) ( or refractive index difference ratio) is from 0 Is also desirable. This is because, as shown in an embodiment described later, when the ratio between the two retardation values is larger than 0, that is, when the retardation value in the thickness direction is not 0, the viewing angle compensation effect occurs. In particular, when the ratio of both retardation values is 2 or more, a favorable display state with a viewing angle of 60 ° or more at a contrast ratio of 10 can be realized. Further, when the ratio of the two retardation values is 3 or more and 6 or less, a more excellent display state with a contrast ratio of 20 and a viewing angle of 60 ° or more can be realized. In addition, a polymer material such as polycarbonate having an average refractive index of 1.4 or more and 1.7 or less can be used as a material of the phase difference compensating element, and a transparent (transmissivity of 90% or more) phase difference in a visible light region can be used. A compensating element is obtained.

ここで、液晶層のリタデーション値dLC・Δnを300〜550nmの範囲にすることにより、電圧印加時の視角特性を向上させると共に階調反転を防ぐことが可能であり、後述する実施形態に示すようにコントラスト比10で視野角60゜以上の良好な表示状態が得られる。 Here, by setting the retardation value d LC · Δn of the liquid crystal layer in the range of 300 to 550 nm, it is possible to improve the viewing angle characteristics at the time of applying a voltage and to prevent grayscale inversion. Thus, a good display state with a viewing angle of 60 ° or more at a contrast ratio of 10 can be obtained.

一対の偏光板のうち、前面側の偏光板の表面に反射防止膜またはアンチグレア防眩層を設けることにより、上記視角依存性の補償効果を大きくすることができる。また、その上に反射防止膜を設けることにより、上記視角依存性の補償効果をさらに大きくすることができる。   By providing an anti-reflection film or an anti-glare anti-glare layer on the surface of the polarizing plate on the front side of the pair of polarizing plates, the effect of compensating for the viewing angle dependence can be increased. Further, by providing an antireflection film thereon, the effect of compensating for the viewing angle dependency can be further increased.

また、位相差補償素子を設けた場合には広視野角方向で色付きが生じることがあるが、前面側の偏光板の表面にアンチグレア防眩層を設け、さらにその表面に反射防止膜を設けることにより、この色付きを補償することができる。   When a phase difference compensating element is provided, coloring may occur in a wide viewing angle direction.However, an anti-glare anti-glare layer is provided on the front surface of the polarizing plate, and an anti-reflection film is further provided on the surface. Can compensate for this coloring.

以上詳述したように、本発明によれば、電圧無印加時に液晶分子が基板に対して略垂直に配向し、電圧印加時には液晶分子が絵素毎に軸対称または同心円状に配向した液晶領域を有する液晶表示装置において、観測方向によらずに階調反転現象を防ぐことができるので、広い視野角領域で高コントラストの表示を得ることが可能である。なお、液晶領域は典型的には絵素毎に形成されるが、絵素内に複数の液晶領域を形成しても良い。   As described in detail above, according to the present invention, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules are oriented substantially perpendicular to the substrate, and when the voltage is applied, the liquid crystal molecules are axially symmetric or concentrically aligned for each pixel. In the liquid crystal display device having the above, since the gradation inversion phenomenon can be prevented regardless of the observation direction, it is possible to obtain a high-contrast display in a wide viewing angle region. Note that the liquid crystal region is typically formed for each picture element, but a plurality of liquid crystal regions may be formed in a picture element.

このように優れた特性を有する本発明の液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビジョン装置などの平面ディスプレイやシャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁などに好適に用いられる。   The liquid crystal display device of the present invention having such excellent characteristics is suitably used for a flat panel display such as a personal computer, a word processor, an amusement device, and a television device, a display plate using a shutter effect, a window, a door, and a wall. Can be

以下に本発明の実施の形態について説明する。
(基本動作)
図1を参照しながら、本発明に係る液晶表示装置100の動作原理を説明する。図1(a)及び図1(b)は電圧無印加時の状態を示し、図1(c)及び図1(d)は電圧印加時の状態を示す。なお、図1(a)及び図1(c)は断面図であり、図1(b)及び図1(d)は上面をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察した結果を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
(basic action)
The operation principle of the liquid crystal display device 100 according to the present invention will be described with reference to FIG. 1A and 1B show a state when no voltage is applied, and FIGS. 1C and 1D show a state when a voltage is applied. 1 (a) and 1 (c) are cross-sectional views, and FIGS. 1 (b) and 1 (d) are views showing the results of observing the upper surface with a crossed Nicol state polarizing microscope.

この液晶表示装置100は、一対の基板32と34の間に、誘電異方性(Δε)が負(Nn型)の液晶分子42からなる液晶層40が挟持されている。一対の基板32と34の液晶層40に接する表面には、垂直配向層38a及び38bが形成されている。また、一対の基板32と34の少なくとも一方の液晶層40側の面には凸部36が形成されている。この凸部36によって、液晶層40はdoutとdinの2種類の異なる厚さを有する。その結果、後述するように、電圧印加時に軸対称配向を呈する液晶領域が凸部36によって包囲される領域に規定される。なお、図1において、液晶層40に電圧を印加するために一対の基板32と34に形成されている電極は省略してある。   In the liquid crystal display device 100, a liquid crystal layer 40 composed of liquid crystal molecules 42 having a negative dielectric anisotropy (Δε) (Nn type) is sandwiched between a pair of substrates 32 and 34. Vertical alignment layers 38a and 38b are formed on the surfaces of the pair of substrates 32 and 34 that are in contact with the liquid crystal layer 40. In addition, a convex portion 36 is formed on at least one surface of the pair of substrates 32 and 34 on the liquid crystal layer 40 side. Due to the convex portions 36, the liquid crystal layer 40 has two different thicknesses of dout and din. As a result, as described later, a liquid crystal region exhibiting an axially symmetric orientation when a voltage is applied is defined as a region surrounded by the protrusion 36. In FIG. 1, electrodes formed on the pair of substrates 32 and 34 for applying a voltage to the liquid crystal layer 40 are omitted.

この液晶表示装置100において、電圧無印加時には図1(a)に示すように、液晶分子42が垂直配向層38a、38bの配向規制力によって基板に垂直な方向に配向している。電圧無印加状態の絵素領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると、図1(b)に示すように暗視野を呈する(ノーマリーブラックモード)。   In the liquid crystal display device 100, when no voltage is applied, as shown in FIG. 1A, the liquid crystal molecules 42 are aligned in a direction perpendicular to the substrate by the alignment control force of the vertical alignment layers 38a and 38b. Observation of the picture element region in the state where no voltage is applied by a polarizing microscope in a crossed Nicol state shows a dark field as shown in FIG. 1B (normally black mode).

一方、液晶表示装置100に電圧を印加すると、負の誘電異方性を有する液晶分子42に、液晶分子の長軸を電界の方向に対して垂直に配向させる力が働くので、図1(c)に示すように基板に垂直な方向から傾く(中間調表示状態)。なお、この図1(c)において、44は中心軸を示す。この状態の絵素領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると、図1(d)に示すように吸収軸に沿った方向に消光模様が観察される。   On the other hand, when a voltage is applied to the liquid crystal display device 100, a force acts on the liquid crystal molecules 42 having negative dielectric anisotropy to orient the major axis of the liquid crystal molecules perpendicularly to the direction of the electric field. As shown in ()), it is inclined from the direction perpendicular to the substrate (halftone display state). In FIG. 1C, reference numeral 44 denotes a central axis. When the picture element region in this state is observed with a crossed Nicols polarizing microscope, an extinction pattern is observed in a direction along the absorption axis as shown in FIG.

図2に、本発明に係る液晶表示装置100の電圧透過率曲線を示す。横軸は液晶層に印加される電圧を表し、縦軸は相対透過率を表す。   FIG. 2 shows a voltage transmittance curve of the liquid crystal display device 100 according to the present invention. The horizontal axis represents the voltage applied to the liquid crystal layer, and the vertical axis represents the relative transmittance.

電圧無印加時のノーマリーブラック状態から電圧を上昇していくと、透過率が徐々に増加する。ここで、相対透過率が10%となる電圧をVth(閾値電圧)と呼ぶ。更に電圧を上昇すると、透過率はさらに上昇して飽和に至る。この透過率が飽和する電圧をVstと呼ぶ。液晶層40に印加する電圧が1/2VthからVstの間にある場合には、透過率は図2に示した動作範囲内を可逆的に変化する。1/2Vth付近の電圧を印加した状態においては、液晶分子は基板に対してほぼ垂直配向しているが、軸対称配向の中心軸に対する対称性を記億しており、1/2Vthを越える電圧を印加すると可逆的に軸対称配向状態に戻ると考えられる。しかしながら、印加する電圧が1/2Vthよりも低くなると液晶分子がほぼ垂直配向状態に戻るので、再度電圧を印加すると液晶分子が倒れる方向が一意的に決まらないため、軸対称配向の中心軸が複数存在することになって透過率が安定しない。   As the voltage is increased from the normally black state when no voltage is applied, the transmittance gradually increases. Here, the voltage at which the relative transmittance becomes 10% is called Vth (threshold voltage). When the voltage is further increased, the transmittance further increases and reaches saturation. The voltage at which the transmittance is saturated is called Vst. When the voltage applied to the liquid crystal layer 40 is between 1/2 Vth and Vst, the transmittance reversibly changes within the operating range shown in FIG. When a voltage of about 1/2 Vth is applied, the liquid crystal molecules are almost vertically aligned with the substrate, but the symmetry of the liquid crystal molecules with respect to the central axis of the axisymmetric alignment is recorded. Is considered to reversibly return to the axisymmetric alignment state when. However, when the applied voltage is lower than 1/2 Vth, the liquid crystal molecules return to a substantially vertical alignment state. When the voltage is applied again, the direction in which the liquid crystal molecules fall is not uniquely determined. Because of the presence, the transmittance is not stable.

液晶セル中にNn型の液晶材料を注入した段階では、印加電圧が1/2Vthよりも低い場合と同様の挙動をする。そこで、一旦、1/2Vth以上の電圧を印加することにより、凸部36で包囲された領域内(絵素領域に対応)で複数の中心軸が1つになり、図2に示した電圧透過率特性を示すようになる。   At the stage when the Nn-type liquid crystal material is injected into the liquid crystal cell, the behavior is the same as when the applied voltage is lower than 1/2 Vth. Therefore, once a voltage of 1/2 Vth or more is applied, a plurality of central axes become one in a region surrounded by the convex portion 36 (corresponding to a pixel region), and the voltage transmission shown in FIG. It shows rate characteristics.

なお、「絵素」は一般に表示を行う最小単位として定義されており、本願明細書において「絵素領域」とは、「絵素」に対応する液晶表示素子の一部の領域を指す。縦横比が大きい絵素(長絵素)の場合、1つの長絵素に対して複数の絵素領域を形成してもよいが、各絵素に対応して形成される絵素領域の数は、軸対称配向が安定に形成され得る限り、できるだけ少ないほうが好ましい。また、本願明細書において「軸対称配向」とは、放射状、同心円状(タンジェンシャル状)、渦巻状等の配向状態を言う。   In addition, “picture element” is generally defined as a minimum unit for performing display. In the specification of the present application, “picture element area” indicates a partial area of a liquid crystal display element corresponding to “picture element”. In the case of a picture element having a large aspect ratio (long picture element), a plurality of picture element areas may be formed for one long picture element. Is preferably as small as possible as long as the axially symmetric orientation can be formed stably. In the specification of the present application, “axially symmetric orientation” refers to an orientation state such as radial, concentric (tangential), or spiral.

(液晶材料)
本発明で用いられる液晶材料は、負の誘電率異方性(Δε<0)を有する、いわゆるNn型の液晶材料である。Δεの絶対値の大きさは用途により適宜設定でき、一般的には、駆動電圧を低下させるという観点から大きな絶対値を有することが好ましい。
(Liquid crystal material)
The liquid crystal material used in the present invention is a so-called Nn-type liquid crystal material having negative dielectric anisotropy (Δε <0). The magnitude of the absolute value of Δε can be appropriately set depending on the application, and generally, it is preferable to have a large absolute value from the viewpoint of reducing the drive voltage.

電圧印加時のdLC・Δn(リタデーション)は、装置の透過率や視角特性など装置特性の重要な特性を左右する重要な要素である。本発明の表示モードでは、液晶材料固有のΔnと液晶層厚dLCの積で決まる液晶セル固有のリタデーションを最適値に限定する必要は必ずしもない。 D LC · Δn (retardation) at the time of applying a voltage is an important factor that determines important characteristics of the device such as transmittance and viewing angle characteristics of the device. In the display mode of the present invention, they need not necessarily be limited to the optimum value of the liquid crystal cell specific retardation determined by the product of the liquid crystal material specific Δn and liquid crystal layer thickness d LC.

図3に、リタデーションの最適値(透過率最大になるファーストミニマム条件:dLC・Δn=550nm)よりも大きなリタデーション値を有する液晶表示装置の電圧透過率曲線を示す。 FIG. 3 shows a voltage transmittance curve of the liquid crystal display device having a retardation value larger than the optimum value of the retardation (first minimum condition for maximizing the transmittance: d LC · Δn = 550 nm).

このような液晶表示装置については、相対透過率の最大点を越えた領域を使用する必要はなく、相対透過率が単調に増加する領域で液晶表示装置を駆動すればよい。すなわち、図3において相対透過率が最大となる電圧を最大駆動電圧(Vmax)と設定すればよい。   In such a liquid crystal display device, it is not necessary to use a region exceeding the maximum point of the relative transmittance, and the liquid crystal display device may be driven in a region where the relative transmittance monotonously increases. That is, the voltage at which the relative transmittance becomes maximum in FIG. 3 may be set as the maximum drive voltage (Vmax).

本発明においては、使用する最大駆動電圧でのリタデーション値が重要である。ここで、液晶セルを作製したときの液晶分子の見掛け上のΔn(屈折率の異方性:最大駆動電圧での値)と液晶層の平均厚さdLCの積dLC・Δn(リタデーション値)が約300nm〜550nmであることが好ましく、さらに、300nm〜500nmであることが好ましい。この範囲では電圧印加時の透過率や電圧無印加時の視角特性が良好であり、視角によって印加電圧の大きさと透過率の関係が逆転する、いわゆる階調反転(コントラスト反転)現象が生じない。 In the present invention, the retardation value at the maximum drive voltage used is important. Here, the product d LC · Δn (retardation value) of the apparent Δn (anisotropy of the refractive index: the value at the maximum driving voltage) of the liquid crystal molecules and the average thickness d LC of the liquid crystal layer when the liquid crystal cell is manufactured. ) Is preferably about 300 nm to 550 nm, and more preferably 300 nm to 500 nm. In this range, the transmittance when voltage is applied and the viewing angle characteristics when no voltage is applied are good, and the so-called gradation inversion (contrast inversion) phenomenon in which the relationship between the magnitude of the applied voltage and the transmittance is reversed depending on the viewing angle does not occur.

一方、透過率が極大となる点としてはセカンドミニマム条件(リタデーション値:1000nm〜1400nm)も存在するが、この範囲では電圧無印加時の視角特性が劣り、さらに、階調反転(コントラスト反転)現象を起こすことがある。   On the other hand, there is a second minimum condition (retardation value: 1000 nm to 1400 nm) where the transmittance is maximized. However, in this range, the viewing angle characteristics when no voltage is applied are inferior, and further, the gradation inversion (contrast inversion) phenomenon occurs. May cause.

以下、dLC・Δnについて、本発明者らが行った2つのシミュレーション結果を参照しながらさらに詳しく説明する。 Hereinafter, d LC · Δn will be described in more detail with reference to two simulation results performed by the present inventors.

(1)まず、液晶材料のΔnを約0.08に固定し、液晶セルのセル厚を4μmから8μmに変化させ、各々のdLC・Δnに対して等コンター視野角特性が最大となるように2軸性位相差補償素子を最適化するために、電気光学実験(シミュレーション)を行った。そして、視野角特性、階調反転及び透過率とリタデーションとの関係を評価した。尚、コントラスト比の算出においては、透過率が飽和する印加電圧(10V)時を100%とし、黒レベルには透過率0.1%の電圧を、白レベルには透過率95%の電圧を用いた。 (1) First, Δn of the liquid crystal material is fixed to about 0.08, and the cell thickness of the liquid crystal cell is changed from 4 μm to 8 μm so that the equal contour viewing angle characteristic is maximized for each d LC · Δn. In order to optimize the biaxial phase difference compensating element, an electro-optical experiment (simulation) was performed. Then, the viewing angle characteristics, gradation inversion, and the relationship between the transmittance and the retardation were evaluated. In the calculation of the contrast ratio, the voltage at the time of the applied voltage (10 V) at which the transmittance is saturated is set to 100%, the voltage of the transmittance of 0.1% is applied to the black level, and the voltage of the transmittance of 95% is applied to the white level. Using.

図4、図5はコントラスト比10及び20の視野角θ、図6はコントラスト反転角θ、図7は10V印加時の透過率を、各々液晶セルのリタデーションdLC・Δnに対してプロットした図である。ここで、位相差補償素子としては、面内屈折率差と厚さ方向(法線方向)の屈折率差との比を4.5としたものを用いた。ここで、方位角Φ=0を下偏光板の吸収軸方向とする。 4 and 5 are plots of viewing angles θ of contrast ratios 10 and 20, FIG. 6 is a plot of contrast inversion angle θ, and FIG. 7 is a plot of transmittance at 10 V applied with respect to the retardation d LC · Δn of the liquid crystal cell. It is. Here, as the phase difference compensating element, one having a ratio of the in-plane refractive index difference to the refractive index difference in the thickness direction (normal direction) of 4.5 was used. Here, the azimuth angle Φ = 0 is defined as the absorption axis direction of the lower polarizing plate.

図4の結果から、コントラスト比が10の場合、全方位の視野角が60゜以上の特性を有するdLC・Δnの領域は300nm〜550nmであり、dLC・Δnがこの範囲内にあることが好ましいことがわかる。 From the results of FIG. 4, it is found that when the contrast ratio is 10, the region of d LC · Δn having a characteristic that the omnidirectional viewing angle is 60 ° or more is 300 nm to 550 nm, and d LC · Δn is within this range. Is preferable.

さらに、図5に示すようにコントラスト比が20の場合、dLC・Δnが増加すると共に視野角が減少することがわかる。また、図6から、反転角が全方位で60゜以上であり、ほぼ円形の視野角特性が得られる範囲は300nm〜400nmの領域であることがわかる。よって、コントラスト比20が要求されるような場合や、ほぼ円形の視野角特性が要求されるような用途に好ましい範囲としては、dLC・Δnが300nm〜400nmである。 Furthermore, if the contrast ratio is 20, as shown in FIG. 5, it can be seen that the viewing angle decreases with d LC · [Delta] n is increased. FIG. 6 shows that the reversal angle is 60 ° or more in all directions, and the range in which a substantially circular viewing angle characteristic is obtained is a range of 300 nm to 400 nm. Therefore, and if such a contrast ratio of 20 is required, the use in the preferred range as substantially circular required viewing angle characteristics, d LC · [Delta] n is 300 nm to 400 nm.

一方、液晶セルのリタデーションがファーストミニマム条件を超えると、表示性能(視野角、反転角特性)が著しく低下することが一般的に知られているが、図7に示すように、最大透過率が得られるdLC・Δnは550nmである。従って、この点が液晶材料のファーストミニマムであり、550nmを超える液晶セルの条件では充分な表示性能を得ることができないことがわかる。 On the other hand, it is generally known that when the retardation of the liquid crystal cell exceeds the first minimum condition, the display performance (viewing angle, inversion angle characteristics) is remarkably deteriorated. However, as shown in FIG. The resulting d LC · Δn is 550 nm. Therefore, this point is the first minimum of the liquid crystal material, and it is understood that sufficient display performance cannot be obtained under the condition of the liquid crystal cell exceeding 550 nm.

(2)次に、液晶セルのセル厚を5μmに固定し、材料のΔnを0.07から0.1に変化させ、各々のdLC・Δnに対して等コンター視野角特性が最大となるように2軸性位相差補償素子を最適化するために、電気光学実験(シミュレーション)を行った。そして、視野角特性、階調反転及び透過率とリタデーションの関係を評価した。尚、コントラスト比の算出においては、透過率が飽和する印加電圧(10V)時を100%とし、黒レベルには透過率0.1%の電圧を、白レベルには透過率95%の電圧を用いた。 (2) Next, the cell thickness of the liquid crystal cell is fixed at 5 μm, the material Δn is changed from 0.07 to 0.1, and the equal contour viewing angle characteristic is maximized for each d LC · Δn. In order to optimize the biaxial phase difference compensating element as described above, an electro-optical experiment (simulation) was performed. Then, the viewing angle characteristics, gradation inversion, and the relationship between transmittance and retardation were evaluated. In the calculation of the contrast ratio, the voltage at the time of the applied voltage (10 V) at which the transmittance is saturated is set to 100%, and the voltage of the transmittance 0.1% is applied to the black level, and the voltage of the transmittance 95% is applied to the white level. Using.

図8、図9はコントラスト比10及び20の視野角θ、図10はコントラスト反転角θ、図11は10V印加時の透過率を、各々液晶セルのリタデーションdLC・Δnに対してプロットした図である。ここで、位相差補償素子としては、面内屈折率差と厚さ方向(法線方向)の屈折率差との比を4.5としたものを用いた。 8 and 9 show the viewing angles θ of the contrast ratios 10 and 20, FIG. 10 shows the contrast inversion angle θ, and FIG. 11 shows the transmittance when 10 V is applied with respect to the retardation d LC · Δn of the liquid crystal cell. It is. Here, as the phase difference compensating element, one having a ratio of the in-plane refractive index difference to the refractive index difference in the thickness direction (normal direction) of 4.5 was used.

図8の結果から、コントラスト比が10の場合、全方位の視野角が60゜以上の特性を有するdLC・Δnの領域は300nm〜550nmであり、dLC・Δnがこの範囲内にあることが好ましい。 From the results in FIG. 8, when the contrast ratio is 10, the region of d LC · Δn having a characteristic that the viewing angle in all directions is 60 ° or more is 300 nm to 550 nm, and d LC · Δn is within this range. Is preferred.

さらに、図9に示すようにコントラスト比が20の場合、dLC・Δnが増加すると共に視野角が減少することがわかる。また、図10から、反転角が全方位で60゜以上であり、ほぼ円形の視野角特性が得られる範囲は300nm〜400nmの領域であることがわかる。よって、コントラスト比20が要求されるような場合や、ほぼ円形の視野角特性が要求されるような用途に好ましい範囲としては、dLC・Δnが300nm〜400nmである。 Furthermore, if the contrast ratio is 20, as shown in FIG. 9, it can be seen that the viewing angle decreases with d LC · [Delta] n is increased. FIG. 10 shows that the inversion angle is 60 ° or more in all directions, and the range in which a substantially circular viewing angle characteristic can be obtained is a range of 300 nm to 400 nm. Therefore, and if such a contrast ratio of 20 is required, the use in the preferred range as substantially circular required viewing angle characteristics, d LC · [Delta] n is 300 nm to 400 nm.

一方、図11に示すように、液晶セルのリタデーションが増加するに伴って10V印加時の透過率は増加している。   On the other hand, as shown in FIG. 11, as the retardation of the liquid crystal cell increases, the transmittance when 10 V is applied increases.

以上の(1)及び(2)のシミュレーション結果から、本発明の液晶表示装置において最適なdLC・Δnの領域は300nm〜550nm、さらに好ましくは300nm〜400nmであると言える。 From the simulation results of (1) and (2) above, it can be said that the optimal d LC · Δn region in the liquid crystal display device of the present invention is 300 nm to 550 nm, and more preferably 300 nm to 400 nm.

液晶層における液晶分子のツイスト角も液晶表示装置の透過率を決定する重要な要素のひとつであり、本発明においてはリタデーション値と同様に、最大駆動電圧におけるツイスト角が重要である。   The twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is also one of the important factors that determine the transmittance of the liquid crystal display device. In the present invention, the twist angle at the maximum driving voltage is important as in the retardation value.

最大駆動電圧印加時のツイスト角が45〜110°であるのが好ましく、透過率の観点からは100゜であるのがさらに好ましい。   The twist angle when the maximum drive voltage is applied is preferably 45 to 110 °, and more preferably 100 ° from the viewpoint of transmittance.

本発明はNn型の液晶分子を用いているので、液晶分子の見掛け上のツイスト角は電圧に依存する。電圧無印加時のツイスト角はほぼ0°であり、電圧の増加に伴いツイスト角が増加し、十分な電圧を印加すると液晶材料固有のツイスト角に近づく。   Since the present invention uses Nn-type liquid crystal molecules, the apparent twist angle of the liquid crystal molecules depends on the voltage. The twist angle when no voltage is applied is almost 0 °, and the twist angle increases with an increase in the voltage. When a sufficient voltage is applied, the twist angle approaches the twist angle inherent to the liquid crystal material.

最大駆動電圧におけるツイスト角とリタデーション値は、両者がともに好ましい範囲内にあるのが好ましく、この場合にはさらに効果的に透過率を最大値に近づけることができる。   It is preferable that the twist angle and the retardation value at the maximum drive voltage are both within preferable ranges. In this case, the transmittance can be more effectively brought close to the maximum value.

(光硬化性樹脂)
図2を参照しながら上述したように、本発明の液晶表示装置には1/2Vth以上の電圧を常に印加することが好ましい。
(Photocurable resin)
As described above with reference to FIG. 2, it is preferable to constantly apply a voltage of V Vth or more to the liquid crystal display device of the present invention.

基板に対して垂直に配向した液晶分子に電圧を印加すると、液晶分子が倒れる方向が一義的に決定されず、その結果、過渡的に複数の中心軸が形成される現象が起こる。一方、電圧を印加し続けると凸部で規定された領域内に唯一の中心軸が形成され、1/2Vth以上の電圧を印加している限り、この状態が安定に存在する。   When a voltage is applied to liquid crystal molecules oriented perpendicular to the substrate, the direction in which the liquid crystal molecules fall is not uniquely determined, and as a result, a phenomenon occurs in which a plurality of central axes are transiently formed. On the other hand, when the voltage is continuously applied, only one central axis is formed in the region defined by the convex portion, and this state is stably present as long as the voltage of 1/2 Vth or more is applied.

そこで、軸対称配向を安定化するために1/2Vth以上の電圧を印加した状態で、予め液晶材料中に混合しておいた光硬化性樹脂を硬化させることによって、液晶層に接する表面に軸対称配向固定層を形成することができ、これにより液晶分子の軸対称配向を安定化させることができる。光硬化性樹脂を硬化した後は、1/2Vth以上の電圧を取り除いても複数の中心軸が形成されることなく、再現性よく軸対称配向が形成される。   Therefore, by applying a voltage of 1/2 Vth or more to stabilize the axially symmetric alignment, the photocurable resin previously mixed in the liquid crystal material is cured, so that the surface in contact with the liquid crystal layer can be fixed. A symmetric alignment fixed layer can be formed, whereby the axially symmetric alignment of liquid crystal molecules can be stabilized. After curing the photocurable resin, even if the voltage of 1/2 Vth or more is removed, a plurality of central axes are not formed, and an axially symmetric orientation is formed with good reproducibility.

この光硬化性樹脂としては、アクリレート系、メタアクリレート系、スチレン系、及びこれらの誘導体を使用することができる。これらの樹脂に光重合開始剤を添加することにより、より効率的に光硬化性樹脂を硬化させることができる。また、熱硬化性樹脂を用いることもできる。   As the photocurable resin, acrylate, methacrylate, styrene, and derivatives thereof can be used. By adding a photopolymerization initiator to these resins, the photocurable resin can be more efficiently cured. Further, a thermosetting resin can also be used.

硬化性樹脂の添加量は、材料により最適値が異なるため、本発明では特に限定しないが、樹脂含有量(液晶材料を含む全体の重量に対する%)が約0.1%〜5%であることが好ましい。約0.1%より少ないと軸対称配向状態を硬化した樹脂によって安定化することができず、約5%を越えると垂直配向層の効果が阻害されて液晶分子が垂直配向からずれるので、透過率が上昇(光り抜け)して電圧OFF時の黒状態が劣化する。   The addition amount of the curable resin is not particularly limited in the present invention because the optimum value differs depending on the material, but the resin content (% based on the total weight including the liquid crystal material) is about 0.1% to 5%. Is preferred. If it is less than about 0.1%, the axisymmetric alignment state cannot be stabilized by the cured resin, and if it exceeds about 5%, the effect of the vertical alignment layer is hindered, and the liquid crystal molecules deviate from the vertical alignment. The rate increases (light leakage), and the black state when the voltage is turned off deteriorates.

(位相差補償素子)
従来技術の項で説明したように、2枚の直交した偏光板間に垂直配向した液晶材料を挟んだ場合、正面方向では良好な黒状態が得られ、高コントラストの表示が得られる。しかし、視角を変化させて観察した場合、(i)偏光板自身の特性による視角依存性、および(ii)液晶層のリタデーションによる視角依存性に起因して光漏れが観測され、コントラスト比の低下が起こる。
(Phase difference compensation element)
As described in the description of the related art, when a vertically aligned liquid crystal material is sandwiched between two orthogonal polarizing plates, a good black state is obtained in the front direction, and a high-contrast display is obtained. However, when observation is performed while changing the viewing angle, light leakage is observed due to (i) the viewing angle dependence due to the characteristics of the polarizing plate itself, and (ii) the viewing angle dependence due to the retardation of the liquid crystal layer, and the contrast ratio decreases. Happens.

そこで、本発明にあっては、一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に位相差補償素子を配置する。位相差補償素子は、位相差板や複数の位相差板から構成される。また、位相差板は位相差フィルムを含む。   Therefore, in the present invention, a phase difference compensating element is disposed between at least one of the pair of polarizing plates and a substrate adjacent thereto. The phase difference compensating element is composed of a phase difference plate or a plurality of phase difference plates. Further, the retardation plate includes a retardation film.

図12は本発明に用いる位相差補償素子の主屈折率の方向を示す斜視図である。ここで、位相差補償素子の表面に平行な面をx−y平面とする直交座標系を定義し、位相差補償素子の屈折率楕円体の3つの主屈折率をnx,ny,nzとする。面内方向の主屈折率はnx,nyと定義され、厚み方向の主屈折率はnzと定義される。この位相差補償素子は負の複屈折率を有し、面内方向の主屈折率nx,ny、および厚み方向の主屈折率nzについてnx>ny>nzの関係を有する。この関係を満たす位相差補償素子においては、最大の主屈折率であるnxの方向(x軸方向)が遅相軸の方向となる。 FIG. 12 is a perspective view showing the direction of the main refractive index of the phase difference compensating element used in the present invention. Here, a plane parallel to the surface of the retardation compensation element defining an orthogonal coordinate system with the x-y plane, the three principal refractive indices of the index ellipsoid of the phase difference compensating element n x, n y, n z . Main refractive index in the plane direction is defined as n x, n y, the main refractive index in the thickness direction is defined as n z. The retardation compensation element has a negative birefringence, with the relationship between the in-plane direction of the principal refractive indices n x, n y, and a main refractive index in the thickness direction n z for n x> n y> n z . In the phase difference compensating element satisfies this relationship, the direction of n x is the largest principal refractive index (x-axis direction) is the direction of the slow axis.

このような位相差補償素子あるいはそれを構成する位相差板または位相差フィルムの材料としては、例えばポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、液晶性高分子、三酢酸セルロース等の可視光領域において透明(透過率90%以上)な高分子材料が挙げられ、これらの材料の平均屈折率は約1.4以上約1.7以下である。   Examples of the material of such a retardation compensating element or a retardation plate or a retardation film constituting the same include, for example, visible light such as polycarbonate, polyvinyl alcohol, polystyrene, polymethyl methacrylate (PMMA), liquid crystalline polymer, and cellulose triacetate. High molecular materials which are transparent in the optical region (transmittance of 90% or more) are mentioned, and these materials have an average refractive index of about 1.4 or more and about 1.7 or less.

この位相差補償素子は、複数の位相差フィルムを各々の光学軸の方位角を異ならせて積層した積層型位相差フィルム等を用いてもよい。面内方向にリタデーションを有する1軸性フィルムと厚み方向にリタデーションを有する1軸性フィルムとを貼り合わせた積層型位相差フィルムを用いた場合でも、面内方向と厚み方向とにリタデーションを有する2軸性のフィルムを用いた場合でも同様に視野角特性改善の効果が得られる。或いは、2枚の2軸性位相差フィルムを積層したフィルムであってもよい。   The retardation compensating element may be a laminated retardation film obtained by laminating a plurality of retardation films with different azimuths of respective optical axes. Even when a laminated retardation film obtained by laminating a uniaxial film having retardation in the in-plane direction and a uniaxial film having retardation in the thickness direction is used, a film having retardation in the in-plane direction and in the thickness direction can be obtained. Even when an axial film is used, the effect of improving the viewing angle characteristics can be obtained similarly. Alternatively, a film obtained by laminating two biaxial retardation films may be used.

図13(a)に示すように、液晶セル134の両側を挟んで偏光板132a、132bを配置し、偏光板132a、132bと液晶セル134との間に2軸性位相差フィルム133a、133bを配置し、偏光板132aの背面側にバックライト131を配置した液晶表示装置においては、例えば、以下の様に構成であってもよい。   As shown in FIG. 13A, polarizing plates 132a and 132b are arranged so as to sandwich both sides of a liquid crystal cell 134, and biaxial retardation films 133a and 133b are provided between the polarizing plates 132a and 132b and the liquid crystal cell 134. In a liquid crystal display device in which the backlight 131 is disposed on the rear side of the polarizing plate 132a, for example, the following configuration may be adopted.

図13(b)および図13(c)に示すように、偏光板132a、132bの少なくとも一方は、偏光層136a、136bがそれぞれ、一対の支持フィルム135aと137a、または支持フィルム135bと137bに挟持され、支持された構成を有し、偏光板132a、132bが面内または面法線方向にリタデーションを有する、一般的に市販されている偏光板(例えば、日東電工社や住友化学工業社から入手可能)を用いてもよい。この場合、本発明の液晶表示装置において視角補償に用いられる位相差補償素子のリタデーションは、偏光板132aおよび132bのリタデーションも含み、このリタデーションの値を本発明に従って調整することによって、視野角特性改善効果が得られる。なお、上記の例では、支持フィルムを偏光層の両側に設けたが、片側に設けても良い。   As shown in FIGS. 13B and 13C, at least one of the polarizing plates 132a and 132b has the polarizing layers 136a and 136b sandwiched between a pair of supporting films 135a and 137a or a pair of supporting films 135b and 137b, respectively. A polarizing plate 132a, 132b having a retardation in the plane or in the normal direction of the plane (e.g., obtained from Nitto Denko Corporation or Sumitomo Chemical Co., Ltd.). (Possible). In this case, the retardation of the phase difference compensating element used for the viewing angle compensation in the liquid crystal display device of the present invention includes the retardation of the polarizing plates 132a and 132b. By adjusting the value of the retardation according to the present invention, the viewing angle characteristics can be improved. The effect is obtained. In the above example, the support films are provided on both sides of the polarizing layer, but may be provided on one side.

支持フィルムとしては、例えば、TAC(triacetic acid cellulose)、PET(polyethylenetelephthalate)、PETG(polyethyleneglycol)、PMMA(polymethyl methacrylate)、PC(polycarbonate)、ARTON、ZENOXなどからなる一軸性または2軸性のフィルムを用いることができる。特に、TACは位相差フィルムと比較して硬いので、支持フィルムとして好適に用いられる。TACからなる支持フィルムは、例えば、法線方向に約50〜約60nm程度のリタデーションを、面内方向に約5〜約10nmのリタデーションを有する。   As the support film, for example, TAC (triacetic acid cellulose), PET (polyethylene phthalate), PETG (polyethyleneglycol), PMMA (polymethylmethacrylate, PMMA (polymethylmethacrylate), PC (PolymethylMethacrylate), PC (PolyethylMethanacryl), and PC (PolyZnA) are available. Can be used. In particular, TAC is suitably used as a support film because it is harder than a retardation film. The support film made of TAC has, for example, a retardation of about 50 to about 60 nm in a normal direction and a retardation of about 5 to about 10 nm in an in-plane direction.

この位相差補償素子は、一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に設けてもよく、両方の偏光板とそれに隣接する基板との間に設けてもよい。   The phase difference compensating element may be provided between one polarizing plate and a substrate adjacent thereto, or may be provided between both polarizing plates and a substrate adjacent thereto.

この位相差補償素子の主屈折率のうちのnxの方向と位相差補償素子に隣接する偏光板の吸収軸とは45゜〜135゜の角度で配置するのが好ましく、67゜〜113゜の角度で配置するのがさらに好ましい。さらに、両者を互いに直交させると偏光板自身の特性による視角依存性および液晶層のリタデーションによる視角依存性を補償する機能を充分に発揮することができるので好ましい。 It is preferably arranged in 45 ° and 135 ° angle to the absorption axis of the polarizing plate adjacent to the direction and the phase difference compensating element n x of the main refractive index of the retardation compensation element, 67 ° to 113 ° It is more preferable to arrange them at an angle. Further, it is preferable to make the two orthogonal to each other, since the function of compensating the viewing angle dependency due to the characteristics of the polarizing plate itself and the viewing angle dependency due to the retardation of the liquid crystal layer can be sufficiently exhibited.

尚、偏光板クロスニコル下で評価を行ったところ、図14に示すように、位相差補償素子の遅相軸と偏光板の吸収軸との直交精度が1゜より大きいと、偏光板クロスニコル下での偏光度性能が低下して光抜けが生じ、充分な黒レベルやコントラストが得られなかった。従って、位相差補償素子の主屈折率nxの方向と偏光板の吸収軸に直交する方向とは、そのずれが1゜以下であるのが望ましい。 The evaluation was performed under a polarizing plate crossed Nicols. As shown in FIG. 14, when the orthogonal precision between the slow axis of the phase difference compensating element and the absorption axis of the polarizing plate was larger than 1 °, the polarizing plate crossed Nicols were used. The lower polarization degree performance was lowered to cause light leakage, and sufficient black level and contrast could not be obtained. Therefore, the direction orthogonal to the absorption axis direction and the polarizing plate of the main refractive indices n x of the phase compensation element, the deviation is desirably not more than 1 °.

液晶分子の複屈折率Δn、液晶層の平均厚さdLC、位相差補償素子の厚さdfとすると、位相差補償素子の面内リタデーション値df(nx−ny)が液晶層のリタデーション値dLC・Δnより小さいことが好ましい。さらに好ましくは、液晶層のリタデーション値dLC・Δnの3.5%〜15%の範囲である。3.5%未満では視角特性の改善効果が低くなり、15%を超える場合には視角を倒した場合の色調の変化が大きくなることがある。 Birefringence Δn of the liquid crystal molecules, the average thickness of the liquid crystal layer d LC, when the thickness d f of the phase difference compensating element, in-plane retardation value d f (n x -n y) of the phase difference compensating element liquid crystal layer Is preferably smaller than the retardation value d LC · Δn. More preferably, it is in the range of 3.5% to 15% of the retardation value d LC · Δn of the liquid crystal layer. If it is less than 3.5%, the effect of improving the viewing angle characteristics is low, and if it exceeds 15%, the change in color tone when the viewing angle is reduced may be large.

また、位相差補償素子の厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)が液晶層のリタデーション値dLC・Δnより小さいことが好ましい。さらに好ましくは、液晶層のリタデーション値dLC・Δnの30%〜80%の範囲である。30%未満では位相差補償素子の効果が小さく、80%を超える場合には広視角方向で色付きが大きくなることがある。 Further, it is preferable that the retardation value d f in the thickness direction of the phase compensation element (n x -n z) is smaller than the retardation value d LC · [Delta] n of the liquid crystal layer. More preferably, it is in the range of 30% to 80% of the retardation value d LC · Δn of the liquid crystal layer. If it is less than 30%, the effect of the phase difference compensating element is small, and if it is more than 80%, coloring may become large in a wide viewing angle direction.

以下に、この位相差補償素子による視野角補償のメカニズムについて、ノーマリーブラックモードの場合を例に挙げて説明する。   Hereinafter, the mechanism of the viewing angle compensation by the phase difference compensating element will be described by taking the case of the normally black mode as an example.

一般に、偏光板の偏光特性と液晶分子の軸対称配向の光学特性から、偏光板の吸収軸に対して方位角45゜方向においては、軸方向に比べて視野角特性が劣化することがわかっている。   In general, from the polarization characteristics of the polarizing plate and the optical characteristics of the axis-symmetric alignment of the liquid crystal molecules, it has been found that the viewing angle characteristics are deteriorated in the azimuth angle of 45 ° with respect to the absorption axis of the polarizing plate as compared with the axial direction. I have.

図15に示すように、位相差補償素子を設けずに偏光板のみが配置されている液晶セルに対して、電圧off時に視野角を正面から斜めに倒していくと、図16に示すように、屈折率楕円体のために見かけの屈折率が変化する。よって、光学特性が変化して良好な視野角特性が得られない。   As shown in FIG. 15, when the viewing angle is inclined obliquely from the front at the time of the voltage off with respect to the liquid crystal cell in which only the polarizing plate is provided without providing the phase difference compensating element, as shown in FIG. , The apparent refractive index changes due to the refractive index ellipsoid. As a result, the optical characteristics change and good viewing angle characteristics cannot be obtained.

一方、図17に示すように、位相差補償素子を設けた液晶セルに対して、電圧off時に偏光板の吸収軸に対して45゜方向で視野角を正面から斜めに倒しても、図18に示すように、見かけの屈折率楕円体がほぼ球になるので、斜めから液晶セルを見ても光学特性が殆ど変化しない。よって、図19及び図20に示すように、電圧off時及び電圧on時において視野角を倒した場合でも、黒表示と白表示とが正面から見た場合と見かけ上は同じになるので、視野角特性が良好に補償される。さらに、偏光板の吸収軸方向に対しては、図21〜図24に示すように、位相差補償素子を設けても元々の視野角特性は劣化しない。従って、全方位で良好な視野角特性を得ることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 17, even when the viewing angle is inclined obliquely from the front in the direction of 45 ° with respect to the absorption axis of the polarizing plate when the voltage is off, as shown in FIG. As shown in the figure, since the apparent refractive index ellipsoid is substantially spherical, the optical characteristics hardly change even when the liquid crystal cell is viewed obliquely. Therefore, as shown in FIGS. 19 and 20, even when the viewing angle is lowered at the time of voltage off and at the time of voltage on, the black display and the white display are apparently the same as when viewed from the front. The angular characteristics are well compensated. Further, as shown in FIGS. 21 to 24, the original viewing angle characteristics do not deteriorate in the direction of the absorption axis of the polarizing plate even if the phase difference compensating element is provided. Therefore, good viewing angle characteristics can be obtained in all directions.

上述したシミュレーション(1)及び(2)において、位相差補償素子(位相差フィルム)の面内方向の屈折率差と厚さ方向の屈折率差との比を4.5にした最適位相差フィルムの面内及び法線方向のリタデーションと液晶セルのリタデーションとの関係を評価した結果を各々図25及び図26に示す。これらの図から、dLC・Δnが増加するに従って面内方向及び厚さ方向の最適リタデーションが増加していることがわかる。 In the above simulations (1) and (2), the optimum retardation film in which the ratio between the in-plane refractive index difference and the thickness direction refractive index difference of the retardation compensation element (retardation film) is 4.5. 25 and 26 show the results of evaluation of the relationship between the in-plane and normal direction retardations of the liquid crystal and the retardation of the liquid crystal cell, respectively. From these figures, it can be seen that the optimum retardation in the in-plane direction and the thickness direction increases as d LC · Δn increases.

ところで、位相差補償素子の面内方向のリタデーション値df(nx−ny)と厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)との比(又は屈折率差比)は、図27〜図30に示すように、0よりも大きいのが望ましい。両リタデーション値の比が0でない場合、即ち、厚さ方向(法線方向)のリタデーション値が0でない場合、視野角補償効果が生じるからである。 Incidentally, the ratio of the retardation values in the plane direction of the retardation compensation element d f (n x -n y) and thickness direction retardation values d f (n x -n z) ( or refractive index difference ratio) is As shown in FIG. 27 to FIG. 30, it is desirable that the value is larger than 0. This is because the viewing angle compensation effect occurs when the ratio between the two retardation values is not 0, that is, when the retardation value in the thickness direction (normal direction) is not 0.

さらに、図27及び図29に示すように、面内方向と厚さ方向の屈折率差比(リタデーション比)を2以上にすると、コントラスト比10で視野角60゜以上の良好な表示状態を実現することができる。   Further, as shown in FIGS. 27 and 29, when the refractive index difference ratio (retardation ratio) in the in-plane direction and the thickness direction is set to 2 or more, a favorable display state with a viewing angle of 60 ° or more at a contrast ratio of 10 is realized. can do.

ここで、視野角60゜以上を規定しているのは、現在、一般的に用いられているTNモードの液晶表示装置の視野角が60゜であることからである。一方、コントラスト比10を規定しているのは、一般的な広視野角モードのコントラスト比が10程度であるからである。さらに、コントラスト比10でIPSやVA等の液晶表示モードを考慮して視野角70゜以上を実現するためには、屈折率差比2.5以上とするのが好ましい。   Here, the reason why the viewing angle is set to 60 ° or more is that the viewing angle of the TN mode liquid crystal display device which is generally used at present is 60 °. On the other hand, the reason why the contrast ratio is set to 10 is that the contrast ratio in a general wide viewing angle mode is about 10. Further, in order to realize a viewing angle of 70 ° or more in consideration of a liquid crystal display mode such as IPS or VA at a contrast ratio of 10, it is preferable to set the refractive index difference ratio to 2.5 or more.

特に、図28に示すように、屈折率差比3以上6以下では、コントラスト比20で視野角60゜以上のさらに優れた視野角補償効果が得られる。このグラフにおいて、屈折率差比3〜6の部分は、視野角が45゜及び135゜の方向の特性がその他の方向の特性を超える部分である。よって、屈折率差比3以上6以下の範囲では、45゜及び135゜方向の視角特性が改善されると共に、ほぼ円状の視角特性が得られる。   In particular, as shown in FIG. 28, when the refractive index difference ratio is 3 or more and 6 or less, a more excellent viewing angle compensation effect with a contrast ratio of 20 and a viewing angle of 60 ° or more can be obtained. In this graph, the portion having a refractive index difference ratio of 3 to 6 is a portion in which the characteristics in the directions of the viewing angles of 45 ° and 135 ° exceed the characteristics in the other directions. Therefore, in the range of the refractive index difference ratio of 3 or more and 6 or less, the viewing angle characteristics in the 45 ° and 135 ° directions are improved, and a substantially circular viewing angle characteristic is obtained.

ここで、視野角60゜以上を規定しているのは、現在、一般的に用いられているTNモードの液晶表示装置の視野角が60゜であることからである。一方、コントラスト比20を規定しているのは、一般的な広視野角モードよりもさらに厳しい条件で良好な表示特性を実現することができるからである。   Here, the reason why the viewing angle is set to 60 ° or more is that the viewing angle of the TN mode liquid crystal display device which is generally used at present is 60 °. On the other hand, the reason why the contrast ratio 20 is defined is that good display characteristics can be realized under more severe conditions than in a general wide viewing angle mode.

(垂直配向層)
垂直配向層は、液晶分子を垂直に配向させる表面を有していればよく、その材料は無機材料でも有機材料でもかまわない。例えば、ポリイミドタイプ(JALS204(日本合成ゴム)や1211(日産化学))や無機系(EXP−OA003(日産化学工業))などが使用できる。
(Vertical alignment layer)
The vertical alignment layer only needs to have a surface for vertically aligning liquid crystal molecules, and the material may be an inorganic material or an organic material. For example, a polyimide type (JALS204 (Nihon Synthetic Rubber) or 1211 (Nissan Chemical)) or an inorganic type (EXP-OA003 (Nissan Chemical Industries)) can be used.

(偏光板)
偏光板を直交ニコル状態に配置することにより、垂直配向した液晶材料を挟んだ場合にノーマリーブラックモードの良好な黒状態が得られ、高コントラストの表示が得られる。この偏光板としては、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、ポリビニルホルマールフィルム、ポリビニルアセタールフィルム、ポリ(エチレン−酢酸)共重合体系ケン化フィルムのような親水性高分子フィルムにヨウ素や親水性高分子を吸着配向せしめたヨウ素系偏光フィルムや染料系偏光フィルム等、およびポリビニルアルコール系フィルムを脱水処理したりポリ塩化ビニルフィルムを脱塩酸処理したりしてポリエンを配向せしめたポリエン系偏光フィルム等を用いることができる。
(Polarizer)
By arranging the polarizing plates in a crossed Nicols state, a good black state in a normally black mode can be obtained when a vertically aligned liquid crystal material is interposed, and a high-contrast display can be obtained. As the polarizing plate, for example, iodine or a hydrophilic polymer is adsorbed on a hydrophilic polymer film such as a polyvinyl alcohol-based film, a polyvinyl formal film, a polyvinyl acetal film, and a poly (ethylene-acetic acid) copolymer-based saponified film. It is possible to use an oriented iodine-based polarizing film or a dye-based polarizing film, or a polyene-based polarizing film or the like in which a polyvinyl alcohol-based film is dehydrated or a polyvinyl chloride film is dehydrochlorinated and the polyene is oriented. it can.

また、偏光板の表面に反射防止膜またはアンチグレア防眩層を設けることにより、吸収軸方向に対して45゜ずれた方向の視野角特性をさらに改善することができる。特に、このアンチグレア防眩層は、ハードコート層に防眩処理がなされたものである。ハードコート層に用いるバインダー樹脂としては、ハード性能を有し、透明性のあるものであればどのような樹脂でも用いることができ、例えば熱硬化性樹脂、電離放射線硬化型樹脂等が挙げられる。なお、本発明において、「ハード性能を有する」または「ハードコート」とは、JISK5400に示される鉛筆硬度試験によりH以上の硬度を示すものを言う。   Further, by providing an anti-reflection film or an anti-glare anti-glare layer on the surface of the polarizing plate, the viewing angle characteristics in a direction shifted by 45 ° from the absorption axis direction can be further improved. In particular, this anti-glare anti-glare layer is obtained by subjecting a hard coat layer to an anti-glare treatment. As the binder resin used for the hard coat layer, any resin having a hard property and having transparency can be used, and examples thereof include a thermosetting resin and an ionizing radiation-curable resin. In the present invention, “having a hard property” or “hard coat” refers to a material having a hardness of H or more according to a pencil hardness test shown in JIS K5400.

上記熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、尿素樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アミノアルキッド樹脂、メラミン−尿素共縮合樹脂、珪素樹脂、ポリシロキサン樹脂等を用いることができる。   As the thermosetting resin, for example, a phenol resin, a urea resin, a diallyl phthalate resin, a melamine resin, a guanamine resin, an unsaturated polyester resin, a polyurethane resin, an epoxy resin, an aminoalkyd resin, a melamine-urea cocondensation resin, a silicon resin, A polysiloxane resin or the like can be used.

上記電離放射線硬化型樹脂は、電子線または紫外線照射により硬化させることができるものである。この電離放射線硬化型樹脂はアクリレート系の官能基を有するものが好ましく、例えば比較的低分子量のポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂や多価アルコール等の多官能化合物のアクリレートまたはメタアクリレート等のオリゴマーまたはプレポリマー等を用いることができる。特に好ましくはポリエステルアクリレートとポリウレタンアクリレートの混合物である。   The ionizing radiation-curable resin can be cured by irradiation with an electron beam or ultraviolet rays. The ionizing radiation-curable resin preferably has an acrylate-based functional group, for example, a relatively low-molecular-weight polyester resin, polyether resin, acrylic resin, epoxy resin, urethane resin, alkyd resin, spiroacetal resin, polybutadiene resin, Oligomers or prepolymers such as acrylates or methacrylates of polyfunctional compounds such as polythiol polyene resins and polyhydric alcohols can be used. Particularly preferred is a mixture of polyester acrylate and polyurethane acrylate.

ハードコート層に施す防眩処理とは、表面に微細に凹凸を形成することにより外光を散乱させて観察者の眼に直接反射光が入らないようにする処理を言い、例えば賦型フィルムを用いる方法またはバインダー樹脂に微粒子を添加する方法等がある。   The anti-glare treatment applied to the hard coat layer is a treatment for preventing external reflected light from directly entering the observer's eyes by scattering external light by forming fine irregularities on the surface. There is a method of using or a method of adding fine particles to the binder resin.

賦型フィルムを用いる方法は、例えば以下のようにして行う。まず、偏光板表面に電離放射線硬化型樹脂組成物を塗工し、未硬化状態の塗膜上に、表面に微細な凹凸を有するマット状の賦型フィルムをラミネートする。次に、このラミネートされた塗工物に電離放射線を照射して塗膜を完全に硬化させた後、賦型フィルムを剥離することにより表面に微細な凹凸が形成された防眩層が形成される。   The method using a shaping film is performed, for example, as follows. First, an ionizing radiation-curable resin composition is applied to the surface of a polarizing plate, and a mat-like shaped film having fine irregularities on the surface is laminated on an uncured coating film. Next, after irradiating the laminated coating with ionizing radiation to completely cure the coating film, an antiglare layer having fine irregularities formed on the surface is formed by peeling off the molding film. You.

また、バインダー樹脂に添加される微粒子としては、ビーズやフィラー等が挙げられ、例えば無定形シリカ粉末、ポリカーボネート粒子、アクリレート系樹脂ビーズ、メタクリレート系樹脂ビーズ等が挙げられる。   The fine particles added to the binder resin include beads and fillers, such as amorphous silica powder, polycarbonate particles, acrylate resin beads, and methacrylate resin beads.

さらに、偏光板の表面に、上記アンチグレア防眩層に加えて反射防止膜(アンチリフレクションコーティング層)を設けることにより、吸収軸に対して45゜ずれた方向の視野角特性のさらなる改善を図ることができる。この反射防止膜は光の干渉を利用して反射光を軽減させるものであり、例えば無機材料からなる誘電体薄膜を積層したものを用いることができる。無機材料としては、例えばLiF、MgF2、3NaF・AlF3、AlF3、SiOx(x:1.8<x<2.2)等が挙げられる。無機材料からなる薄膜の形成方法は気相法が好ましく、例えば真空状着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法等が挙げられる。 Further, by providing an anti-reflection film (anti-reflection coating layer) on the surface of the polarizing plate in addition to the anti-glare anti-glare layer, the viewing angle characteristics in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis can be further improved. Can be. This antireflection film reduces reflected light by utilizing light interference. For example, a film obtained by laminating a dielectric thin film made of an inorganic material can be used. Examples of the inorganic material include LiF, MgF 2 , 3NaF · AlF 3 , AlF 3 , and SiO x (x: 1.8 <x <2.2). The method of forming a thin film made of an inorganic material is preferably a gas phase method, and examples thereof include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a plasma CVD method.

以下、本発明の実施形態についてさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically, but the present invention is not limited thereto.

(実施形態1)
図31を参照しながら、本実施形態1の液晶表示装置の製造方法について説明する。図31(a)は本実施形態1の液晶表示装置の断面図であり、図31(b)はその平面図である。
(Embodiment 1)
The method for manufacturing the liquid crystal display device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 31A is a cross-sectional view of the liquid crystal display device according to the first embodiment, and FIG. 31B is a plan view thereof.

まず、表面に透明電極63(ITO:100nm)が形成された基板62上に、感光性ポリイミドを用いて高さ約5μmのスペーサー65を絵素領域外を形成した。次に、アクリル系ネガレジストを用いて高さ約3μmの凸部66を形成した。ここで、凸部66で包囲される領域、すなわち絵素領域の大きさは100μm×100μmとした。その上に、JALS204(日本合成ゴム)をスピンコートして垂直配向層68を形成した。さらに、表面に透明電極64(ITO:100μm)が形成されたもう一方の基板61上にも同じ材料を用いて、垂直配向層67を形成した。その後、両者を貼り合わせて液晶セルを作製した。   First, a spacer 65 having a height of about 5 μm was formed outside the pixel region using photosensitive polyimide on a substrate 62 having a transparent electrode 63 (ITO: 100 nm) formed on the surface. Next, a convex portion 66 having a height of about 3 μm was formed using an acrylic negative resist. Here, the size of the region surrounded by the convex portion 66, that is, the size of the pixel region was 100 μm × 100 μm. A vertical alignment layer 68 was formed thereon by spin-coating JALS204 (Japanese synthetic rubber). Further, a vertical alignment layer 67 was formed on the other substrate 61 having a transparent electrode 64 (ITO: 100 μm) formed on the surface by using the same material. Thereafter, the two were bonded to each other to produce a liquid crystal cell.

作製したセル中に、Nn型液晶材料(Δε=−4.0、Δn=0.08、セルギャップ5μmで90°ツイストとなるように液晶材料固有のツイスト角を設定、リタデーション値dLC・Δn=400nm)を注入し、電圧を7V印加した。電圧印加直後、初期状態では軸対称配向の配向軸が複数存在する状態となり、さらに、電圧印加状態を続けると絵素領域ごとに1つの軸対称配向領域(モノドメイン)が形成された。 In the fabricated cell, an Nn-type liquid crystal material (Δε = −4.0, Δn = 0.08, a twist angle specific to the liquid crystal material is set so as to be 90 ° twist at a cell gap of 5 μm, and a retardation value d LC · Δn = 400 nm) and a voltage of 7 V was applied. Immediately after the application of the voltage, in the initial state, a plurality of orientation axes having an axially symmetric orientation exist, and when the voltage application state is continued, one axially symmetric orientation region (monodomain) is formed for each pixel region.

次に、図32に示すように、液晶セル100の両側に偏光板101、102および位相差補償素子103、104を配置して液晶表示装置を完成した。図32(a)は本実施形態における液晶セル、偏光板および位相差補償素子の配置図であり、図32(b)は偏光板の吸収軸方向と位相差補償素子の3つの主屈折率のうちの最大の主屈折率であるnxの方向、すなわち遅相軸方向との関係を示す図である。この図32に示すように、液晶セル100の両外側に上側偏光板101および下側偏光板102を各々の吸収軸が直交するように配置した。また、上側偏光板101と液晶セル100との間に第1の位相差補償素子103を配置し、下側偏光板102と液晶セル100との間に第2の位相差補償素子104を配置した。第1の位相差補償素子103および第2の位相差補償素子104は共に、図12に示したような位相差補償素子であり、ここでは面内のリタデーション値df(nx−ny)を42nm、厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)を170nmとした。 Next, as shown in FIG. 32, polarizing plates 101 and 102 and phase difference compensating elements 103 and 104 were arranged on both sides of the liquid crystal cell 100 to complete a liquid crystal display device. FIG. 32A is a layout diagram of a liquid crystal cell, a polarizing plate, and a phase difference compensating element in the present embodiment. FIG. 32B is a diagram showing the absorption axis direction of the polarizing plate and the three main refractive indices of the phase difference compensating element. It is a figure which shows the relationship with the direction of nx which is the largest principal refractive index among them, ie, the slow axis direction. As shown in FIG. 32, an upper polarizing plate 101 and a lower polarizing plate 102 are arranged on both outer sides of the liquid crystal cell 100 such that their absorption axes are orthogonal to each other. In addition, a first phase difference compensating element 103 is arranged between the upper polarizing plate 101 and the liquid crystal cell 100, and a second phase difference compensating element 104 is arranged between the lower polarizing plate 102 and the liquid crystal cell 100. . The first phase compensation element 103 and the second phase compensation element 104 are both a phase compensation element such as shown in FIG. 12, wherein the plane of the retardation values d f (n x -n y) the 42 nm, and the thickness direction retardation value d f (n x -n z) and 170 nm.

得られた液晶表示装置の構造は、垂直配向層68の断面形状が図31に示したようにすり鉢状となっており、その厚さの位置(絵素中央から周辺部に至る)による変化を示す曲線の微分係数は正であり、絵素領域内の液晶層厚さの変化を示す曲線の微分係数は負である。   In the structure of the obtained liquid crystal display device, the cross-sectional shape of the vertical alignment layer 68 is in a mortar shape as shown in FIG. 31, and changes in the thickness position (from the center of the picture element to the peripheral portion) are not affected. The derivative of the curve shown is positive, and the derivative of the curve showing the change in the thickness of the liquid crystal layer in the picture element region is negative.

この実施形態1の液晶セルの軸対称配向は、1/2Vth以上の電圧を印加している状態では安定であり、電圧を1/2Vthより低くすると軸対称配向の状態が崩れて初期状態に戻ってしまった。再び電圧を印加すると初期の軸対称配向の中心軸が複数存在する状態を経て、絵素領域ごとに1つずつ中心軸を有する軸対称配向状態になった。この現象は、20回実施しても変化がなかった。ここで、実施形態1の液晶セルの電気光学特性を測定するために、1/2Vth以上の電圧を印加して軸対称状態を形成した後、電気光学特性の測定中は軸対称配向が安定な電圧範囲(1/2Vth以上)で測定した。   The axially symmetric orientation of the liquid crystal cell of the first embodiment is stable when a voltage of 1/2 Vth or more is applied, and when the voltage is lower than 1/2 Vth, the state of the axially symmetric orientation collapses and returns to the initial state. I have. When a voltage was applied again, the state was changed to an axially symmetric orientation state in which a plurality of central axes of the initial axis symmetry existed, and one central axis was provided for each pixel region. This phenomenon did not change even after 20 runs. Here, in order to measure the electro-optical characteristics of the liquid crystal cell of Embodiment 1, after applying a voltage of 1/2 Vth or more to form an axially symmetric state, the axially symmetric orientation is stable during the measurement of the electro-optical characteristics. The measurement was performed in the voltage range (1/2 Vth or more).

図33に本実施形態1の液晶表示装置の電気光学特性を示す。図33から明らかなように、本実施形態1の液晶表示装置においては、OFF状態における透過率が低く、良好なコントラスト比(CR=300:1、5V)が得られた。   FIG. 33 shows the electro-optical characteristics of the liquid crystal display device according to the first embodiment. As is clear from FIG. 33, in the liquid crystal display device of Embodiment 1, the transmittance in the OFF state was low, and a good contrast ratio (CR = 300: 1, 5V) was obtained.

また、図34に本実施形態1の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す。図34において、Φは方位角(表示面内の角度:下偏光板の吸収軸を0°とする)、θは視角(表示面法線からの傾き角)であり、ハッチングはコントラスト比が20:1以上の領域を示す。図34に示すように、従来の液晶表示装置においては視角特性が特に悪い領域である偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向をも含めた広い視角範囲において高いコントラスト比が得られており、ほぼ円状の視角特性を得ることができた。   FIG. 34 shows the viewing angle characteristics of the contrast in the liquid crystal display device of the first embodiment. In FIG. 34, Φ is the azimuth (angle in the display plane: the absorption axis of the lower polarizing plate is 0 °), θ is the viewing angle (the inclination angle from the normal to the display plane), and the hatching indicates a contrast ratio of 20. : Indicates one or more areas. As shown in FIG. 34, in the conventional liquid crystal display device, a high contrast ratio is obtained in a wide viewing angle range including a direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the polarizing plate, which is a particularly poor viewing angle characteristic. A substantially circular viewing angle characteristic was obtained.

(実施形態2)
本実施形態2では、実施形態1と同様にして図31に示した液晶セルを作製し、実施形態1と同様に、図32に示したような配置で液晶セル100の両側に偏光板101、102および位相差補償素子103、104を配置して液晶表示装置を完成した。但し、この実施形態2では、Nn型液晶材料(Δε=−3.3、Δn=0.0773、セルギャップ6μmで90゜ツイストとなるように液晶材料固有のツイスト角を設定、リタデーション値dLC・Δn=450nm)を注入した。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the liquid crystal cell shown in FIG. 31 is manufactured in the same manner as in the first embodiment, and the polarizing plates 101 are disposed on both sides of the liquid crystal cell 100 in the arrangement shown in FIG. The liquid crystal display device was completed by arranging 102 and the phase difference compensating elements 103 and 104. However, in the second embodiment, the twist angle specific to the liquid crystal material is set so that the Nn-type liquid crystal material (Δε = −3.3, Δn = 0.0773, 90 ° twist at a cell gap of 6 μm), and the retardation value d LC .DELTA.n = 450 nm).

図35に本実施形態2の液晶表示装置の電気光学特性について、実施形態1と同様にして測定した結果を示す。ここでは、視角θ=40゜、方位角Φ=45゜に固定し、位相差補償素子の面内のリタデーション値df(nx−ny)を変化させて測定した。図35に示すように、コントラスト比が10以上となる位相差補償素子の面内のリタデーション値df(nx−ny)の範囲は16.0nm〜65.0nmであり、液晶層のリタデーション値dLC・Δnの3.5%〜15%であった。また、コントラスト比が最大となるのは面内のリタデーション値(nx−ny)・dfが約42.5nmの値を取るときであり、液晶層のリタデーション値dLC・Δnの約9.5%であった。さらに、視角θ=40゜、方位角Φ=135゜に固定し、位相差補償素子の面内のリタデーション値(nx−ny)・dfを変化させて測定した場合にも、図35と同様の結果が得られた。 FIG. 35 shows the results of measuring the electro-optical characteristics of the liquid crystal display device of the second embodiment in the same manner as in the first embodiment. Here, the viewing angle theta = 40 °, the azimuth angle [Phi = 45 ° and fixed, was determined by changing the retardation value d f in the plane of the phase compensation element (n x -n y). As shown in FIG. 35, the range of the retardation value d f in the plane of the retardation compensation element contrast ratio of 10 or more (n x -n y) is 16.0Nm~65.0Nm, retardation of the liquid crystal layer It was 3.5% to 15% of the value d LC · Δn. Also, is when the retardation value in the plane of the contrast ratio is maximized (n x -n y) · d f has a value of about 42.5 nm, about the retardation value d LC · [Delta] n of the liquid crystal layer 9 0.5%. Further, the viewing angle theta = 40 °, the azimuth angle [Phi = 135 ° is fixed, even when measured by varying retardation value in the plane of the retardation compensation element of (n x -n y) · d f, FIG. 35 The same result as was obtained.

(比較例1)
比較例1では、実施形態1と同様にして図31に示した液晶セルを作製し、液晶セルの両側に一対の偏光板を各々の吸収軸が直交するように配置して液晶表示装置を完成した。但し、この比較例1では位相差補償素子は設けなかった。 図36に比較例1の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す。図36において、Φは方位角(表示面内の角度)、θは視角(表示面法線からの傾き角)であり、ハッチングはコントラスト比が10:1以上の領域を示す。図36に示すように、偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向(図36の(イ)または(ロ)に示す方向)の視角特性が悪く、特に視角が35゜以上になるとコントラストが著しく低下していた。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the liquid crystal cell shown in FIG. 31 was manufactured in the same manner as in Embodiment 1, and a pair of polarizing plates were arranged on both sides of the liquid crystal cell so that the respective absorption axes were orthogonal to each other to complete the liquid crystal display device. did. However, in Comparative Example 1, no phase difference compensating element was provided. FIG. 36 shows the viewing angle characteristics of the contrast in the liquid crystal display device of Comparative Example 1. In FIG. 36, Φ is an azimuth angle (angle in the display surface), θ is a viewing angle (angle of inclination from the normal to the display surface), and hatching indicates a region where the contrast ratio is 10: 1 or more. As shown in FIG. 36, the viewing angle characteristics in the direction shifted from the absorption axis of the polarizing plate by 45 ° (the direction shown in (a) or (b) of FIG. 36) are poor. In particular, when the viewing angle is 35 ° or more, the contrast is remarkable. Had declined.

(比較例2)
比較例2では、実施形態1と同様にして図31に示した液晶セルを作製し、液晶セルの両側に上側偏光板および下側偏光板を各々の吸収軸が直交するように配置した。また、上側偏光板と液晶セルとの間に第1の位相差補償素子を配置し、下側偏光板と液晶セルとの間に第2の位相差補償素子を配置した。但し、この比較例2では、第1の位相差補償素子および第2の位相差補償素子は共にフリスビー型と呼ばれる位相差補償素子で、nx=nyであり、厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)は150nmとした。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the liquid crystal cell shown in FIG. 31 was manufactured in the same manner as in Embodiment 1, and an upper polarizing plate and a lower polarizing plate were arranged on both sides of the liquid crystal cell such that their absorption axes were orthogonal to each other. Further, a first phase difference compensating element was arranged between the upper polarizing plate and the liquid crystal cell, and a second phase difference compensating element was arranged between the lower polarizing plate and the liquid crystal cell. However, in Comparative Example 2, the first phase difference compensating element and the second phase difference compensating element are both frisbee type phase difference compensating elements, nx = ny , and the retardation value d in the thickness direction is f (n x -n z) was 150nm.

図37に比較例2の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す。図37において、Φは方位角(表示面内の角度)、θは視角(表示面法線からの傾き角)であり、ハッチングはコントラスト比が10:1以上の領域を示す。位相差補償素子が設けられていない比較例1に比べると、偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向の視角特性がいくらか改善されているものの、特に視角が40゜以上になると依然コントラストが著しく低下していた。   FIG. 37 shows the viewing angle characteristics of contrast in the liquid crystal display device of Comparative Example 2. In FIG. 37, Φ is an azimuth angle (angle in the display surface), θ is a viewing angle (inclination angle from the display surface normal), and hatching indicates a region where the contrast ratio is 10: 1 or more. Compared with Comparative Example 1 in which the phase difference compensating element is not provided, the viewing angle characteristics in the direction shifted from the absorption axis of the polarizing plate by 45 ° are somewhat improved, but the contrast is still remarkably increased particularly when the viewing angle is 40 ° or more. Had declined.

(実施形態3)
本実施形態3では、実施形態1と同様にして図31に示した液晶セルを作製し、実施形態1と同様に、図32に示したような配置で液晶セル100の両側に偏光板101、102および位相差補償素子103、104を配置して液晶表示装置を完成した。但し、この実施形態3では、上側偏光板101の表面にヘイズ3.5%、光沢度80%のアンチグレア防眩層を設けた。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the liquid crystal cell shown in FIG. 31 is manufactured in the same manner as in the first embodiment, and similarly to the first embodiment, the polarizing plates 101 are provided on both sides of the liquid crystal cell 100 in the arrangement shown in FIG. The liquid crystal display device was completed by arranging 102 and the phase difference compensating elements 103 and 104. However, in the third embodiment, an antiglare antiglare layer having a haze of 3.5% and a gloss of 80% was provided on the surface of the upper polarizing plate 101.

図38に本実施形態3の液晶表示装置について、4階調(液晶駆動電圧:2.77V、3.74V、4.8V、7.77V)の階調特性を示す。図38(a)は上側偏光板101の吸収軸方向における階調特性であり、図38(b)は上側偏光板101の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。また、比較のために、図39に実施形態1の液晶表示装置の4階調(液晶駆動電圧:2.77V、3.74V、4.8V、7.77V)の階調特性を示す。図39(a)は上側偏光板101の吸収軸方向における階調特性であり、図39(b)は上側偏光板101の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。   FIG. 38 shows gradation characteristics of four gradations (liquid crystal drive voltage: 2.77 V, 3.74 V, 4.8 V, 7.77 V) for the liquid crystal display device of the third embodiment. FIG. 38A shows the gradation characteristics in the absorption axis direction of the upper polarizing plate 101, and FIG. 38B shows the gradation characteristics in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the upper polarizing plate 101. For comparison, FIG. 39 shows the gradation characteristics of four gradations (liquid crystal driving voltage: 2.77 V, 3.74 V, 4.8 V, 7.77 V) of the liquid crystal display device of Embodiment 1. FIG. 39 (a) shows the gradation characteristics in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate 101, and FIG. 39 (b) shows the gradation characteristics in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the upper polarizing plate 101.

この図38および図39に示すように、偏光板にアンチグレア防眩層を設けることにより、視角を倒していくと表れる黒レベルの上昇を押さえることができた。特に、吸収軸から45゜ずれた方向における視野角60゜のところでの黒レベルの上昇が顕著に押さえられており、コントラスト比を向上させて視角特性を改善することができた。   As shown in FIGS. 38 and 39, by providing the anti-glare antiglare layer on the polarizing plate, it was possible to suppress an increase in the black level which appears as the viewing angle was lowered. In particular, the increase in black level at a viewing angle of 60 ° in a direction shifted by 45 ° from the absorption axis was significantly suppressed, and the viewing angle characteristics could be improved by improving the contrast ratio.

(実施形態4)
本実施形態4では、実施形態3と同様にして図31に示した液晶セルを作製し、実施形態3と同様に、図32に示したような配置で液晶セル100の両側に偏光板101、102および位相差補償素子103、104を配置して液晶表示装置を完成した。但し、この実施形態4では、上側偏光板101の表面にヘイズ13%、光沢度40%のアンチグレア防眩層を設けた。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, the liquid crystal cell shown in FIG. 31 is manufactured in the same manner as in the third embodiment, and similarly to the third embodiment, the polarizing plates 101 are provided on both sides of the liquid crystal cell 100 in the arrangement shown in FIG. The liquid crystal display device was completed by arranging 102 and the phase difference compensating elements 103 and 104. However, in the fourth embodiment, an antiglare antiglare layer having a haze of 13% and a gloss of 40% was provided on the surface of the upper polarizing plate 101.

図40に本実施形態4の液晶表示装置について、4階調(液晶駆動電圧:2.77V、3.74V、4.8V、7.77V)の階調特性を示す。図40(a)は上側偏光板101の吸収軸方向における階調特性であり、図40(b)は上側偏光板101の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。   FIG. 40 shows gradation characteristics of four gradations (liquid crystal drive voltage: 2.77 V, 3.74 V, 4.8 V, 7.77 V) of the liquid crystal display device of the fourth embodiment. FIG. 40A shows the gradation characteristics in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate 101, and FIG. 40B shows the gradation characteristics in the direction shifted from the absorption axis of the upper polarizing plate 101 by 45 °.

この図40に示すように、実施形態3と同様に、偏光板にアンチグレア防眩層を設けることにより、視角を倒していくと表れる黒レベルの上昇を押さえることができた。また、本実施形態4ではヘイズを大きくすることにより、実施形態3に比べて視野角60゜のところで特に吸収軸から45゜ずれた方向における黒レベルの上昇が顕著に押さえられており、さらにコントラスト比を向上させて視角特性を改善することができた。   As shown in FIG. 40, as in Embodiment 3, by providing an anti-glare antiglare layer on a polarizing plate, it was possible to suppress an increase in the black level that appears as the viewing angle is reduced. In the fourth embodiment, by increasing the haze, the increase in the black level at a viewing angle of 60 °, particularly in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis, is significantly suppressed as compared with the third embodiment. The viewing angle characteristics could be improved by increasing the ratio.

(実施形態5)
本実施形態5では、実施形態3と同様にして図31に示した液晶セルを作製し、実施形態3と同様に、図32に示したような配置で液晶セル100の両側に偏光板101、102および位相差補償素子103、104を配置して液晶表示装置を完成した。但し、この実施形態5では、上側偏光板101の表面にヘイズ3.5%、光沢度80%のアンチグレア防眩層を設けた上に、さらに反射防止膜を設けた。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, the liquid crystal cell shown in FIG. 31 is manufactured in the same manner as in the third embodiment, and similarly to the third embodiment, the polarizing plates 101 are provided on both sides of the liquid crystal cell 100 in the arrangement shown in FIG. The liquid crystal display device was completed by arranging 102 and the phase difference compensating elements 103 and 104. However, in Embodiment 5, an anti-glare anti-glare layer having a haze of 3.5% and a gloss of 80% was provided on the surface of the upper polarizing plate 101, and an anti-reflection film was further provided.

図41に本実施形態5の液晶表示装置について、4階調(液晶駆動電圧:2.77V、3.74V、4.8V、7.77V)の階調特性を示す。図41(a)は上側偏光板101の吸収軸方向における階調特性であり、図41(b)は上側偏光板101の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。   FIG. 41 shows gradation characteristics of four gradations (liquid crystal drive voltage: 2.77 V, 3.74 V, 4.8 V, 7.77 V) of the liquid crystal display device of the fifth embodiment. FIG. 41A shows the gradation characteristics in the absorption axis direction of the upper polarizing plate 101, and FIG. 41B shows the gradation characteristics in the direction shifted from the absorption axis of the upper polarizing plate 101 by 45 °.

この図41に示すように、反射防止膜を設けることにより、視角を倒していくと表れる黒レベルの上昇を実施形態3に比べてさらに押さえることができ、さらにコントラスト比を向上させて視角特性を改善することができた。   As shown in FIG. 41, by providing the anti-reflection film, it is possible to further suppress the increase in the black level that appears when the viewing angle is lowered as compared with the third embodiment, and further improve the contrast ratio to improve the viewing angle characteristics. Could be improved.

(実施形態6)
本実施形態6では、実施形態3と同様にして図31に示した液晶セルを作製し、実施形態3と同様に、図32に示したような配置で液晶セル100の両側に偏光板101、102および位相差補償素子103、104を配置して液晶表示装置を完成した。但し、この実施形態6では、上側偏光板101の表面にヘイズ13%、光沢度40%のアンチグレア防眩層を設けた上に、さらに反射防止膜を設けた。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, the liquid crystal cell shown in FIG. 31 is manufactured in the same manner as in the third embodiment, and the polarizing plates 101 are disposed on both sides of the liquid crystal cell 100 in the arrangement shown in FIG. The liquid crystal display device was completed by arranging 102 and the phase difference compensating elements 103 and 104. However, in the sixth embodiment, an anti-glare antiglare layer having a haze of 13% and a gloss of 40% is provided on the surface of the upper polarizing plate 101, and an antireflection film is further provided.

図42に本実施形態6の液晶表示装置について、4階調(液晶駆動電圧:2.77V、3.74V、4.8V、7.77V)の階調特性を示す。図42(a)は上側偏光板101の吸収軸方向における階調特性であり、図42(b)は上側偏光板101の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。   FIG. 42 shows the gradation characteristics of four gradations (liquid crystal drive voltage: 2.77 V, 3.74 V, 4.8 V, 7.77 V) for the liquid crystal display device of the sixth embodiment. 42A shows the gradation characteristics in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate 101, and FIG. 42B shows the gradation characteristics in the direction shifted from the absorption axis of the upper polarizing plate 101 by 45 °.

この図42に示すように、反射防止膜を設けることにより、視角を倒していくと表れる黒レベルの上昇を実施形態4に比べてさらに押さえることができ、さらにコントラスト比を向上させて視角特性を改善することができた。   As shown in FIG. 42, by providing an anti-reflection film, an increase in black level that appears when the viewing angle is reduced can be further suppressed as compared with the fourth embodiment, and the viewing angle characteristics can be further improved by further improving the contrast ratio. Could be improved.

(実施形態7)
図43を参照しながら、実施形態7の液晶表示装置の製造方法について説明する。本実施形態の液晶表示装置の液晶セルは、図31の液晶セルと同様の構造を有しているので、図31を併せて参照しながら、説明する。
(Embodiment 7)
With reference to FIG. 43, a method for manufacturing the liquid crystal display of the seventh embodiment will be described. Since the liquid crystal cell of the liquid crystal display device of the present embodiment has the same structure as the liquid crystal cell of FIG. 31, it will be described with reference to FIG.

まず、表面に透明電極(例えば、約100nmの厚さのITO膜)が形成された基板上に、感光性ポリイミドを用いて高さ約6μmのスペーサを絵素領域外に形成した。次に、アクリル系ネガレジストを用いて高さ約3μmの凸部66を形成した。ここで、凸部66で包囲される領域、すなわち絵素領域の大きさは100μm×100μmとした。その上に、JALS204(日本合成ゴム)をスピンコートして垂直配向層68を形成した。さらに、表面に透明電極64(ITO:100μm)が形成されたもう一方の基板61上にも同じ材料を用いて、垂直配向層67を形成した。その後、両者を貼り合わせて液晶セルを作製した。   First, on a substrate having a transparent electrode (for example, an ITO film having a thickness of about 100 nm) formed on the surface, a spacer having a height of about 6 μm was formed outside the picture element region using photosensitive polyimide. Next, a convex portion 66 having a height of about 3 μm was formed using an acrylic negative resist. Here, the size of the region surrounded by the convex portion 66, that is, the size of the pixel region was 100 μm × 100 μm. A vertical alignment layer 68 was formed thereon by spin-coating JALS204 (Japanese synthetic rubber). Further, a vertical alignment layer 67 was formed on the other substrate 61 having a transparent electrode 64 (ITO: 100 μm) formed on the surface by using the same material. Thereafter, the two were bonded to each other to produce a liquid crystal cell.

作製したセル中に、Nn型液晶材料(Δε=−3.0、Δn=0.073、セルギャップ6μmで90°ツイストとなるように液晶材料固有のツイスト角を設定、リタデーション値dLC・Δn=450nm)を注入し、電圧を7V印加した。電圧印加直後、初期状態では軸対称配向の配向軸が複数存在する状態となり、さらに、電圧印加状態を続けると絵素領域ごとに1つの軸対称配向領域(モノドメイン)が形成された。 In the fabricated cell, an Nn-type liquid crystal material (Δε = −3.0, Δn = 0.073, a twist angle specific to the liquid crystal material is set so as to be 90 ° twist at a cell gap of 6 μm, and a retardation value d LC · Δn = 450 nm) and a voltage of 7 V was applied. Immediately after the application of the voltage, in the initial state, a plurality of orientation axes having an axially symmetric orientation exist, and when the voltage application state is continued, one axially symmetric orientation region (monodomain) is formed for each pixel region.

次に、図43に示すように、液晶セルの両側に偏光板および位相差補償素子を配置して液晶表示装置を完成した。図43は本実施形態における液晶セル、偏光板および位相差補償素子の配置図であり、偏光板の吸収軸方向と位相差補償素子の3つの主屈折率のうちの最大の主屈折率であるnxの方向、すなわち遅相軸方向との関係を示す図である。この図43に示すように、液晶セルの両外側に上側偏光板および下側偏光板を各々の吸収軸が直交するように配置した。また、上側偏光板と液晶セルとの間に位相差補償素子を配置した。本実施形態の位相差補償素子は、ポリカーボネート材料を用いて2軸延伸法で形成した。ここでは面内のリタデーション値df(nx−ny)を42nm、厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)を191nmとした。 Next, as shown in FIG. 43, a polarizing plate and a phase difference compensating element were arranged on both sides of the liquid crystal cell to complete a liquid crystal display device. FIG. 43 is a layout diagram of the liquid crystal cell, the polarizing plate, and the phase difference compensating element in the present embodiment, and shows the absorption axis direction of the polarizing plate and the maximum main refractive index among the three main refractive indexes of the phase difference compensating element. It is a figure which shows the relationship with the direction of nx, ie, the slow axis direction. As shown in FIG. 43, an upper polarizing plate and a lower polarizing plate were arranged on both outer sides of the liquid crystal cell such that their absorption axes were orthogonal to each other. Further, a phase difference compensating element was arranged between the upper polarizing plate and the liquid crystal cell. The retardation compensation element of the present embodiment was formed by a biaxial stretching method using a polycarbonate material. This was 42nm-plane retardation values d f (n x -n y) , the thickness direction retardation value d f (n x -n z) and 191 nm.

他の実施形態と異なる点は、位相差補償素子が液晶セルの片側(一方)にのみ設けられている点である。なお、位相差補償素子としては、本実施形態では一枚で2軸方向のリタデーションを有する位相差補償素子を用いたが、これに限定されるものではなく、液晶表示装置全体として、2軸方向のリタデーションを有するもの、すなわち、x,y及びz軸方向の屈折率nx,ny及びnzがnx>ny>nzなる条件を満足すれば良いことは、他の実施形態と同様である。   The difference from the other embodiments is that the phase difference compensating element is provided only on one side (one side) of the liquid crystal cell. In this embodiment, a single phase difference compensating element having retardation in the biaxial direction is used as the phase difference compensating element. However, the present invention is not limited to this. That is, as long as the refractive index nx, ny and nz in the x, y and z-axis directions satisfy the condition of nx> ny> nz, as in the other embodiments.

図44に本実施形態の液晶表示装置のコントラスト比の視角特性を示す。ハッチングは、コントラスト比が10:1以上の領域を示す。本実施形態の液晶表示装置で、クロスニコル状態に配置された偏光板の影響により、視角特性が悪い領域である両偏光板の吸収軸に挟まれる45°方向において、位相差補償素子の無い場合に比べて1.7倍のコントラスト比10の視野角が広がり、全方位において高いコントラスト比が得ることができた。本実施形態7では、位相差補償素子を前面側の偏光板と液晶セルとの間に配置したが、後面側の偏光板と液晶セルとの間に配置しても同様の視野角特性が得られた。   FIG. 44 shows the viewing angle characteristics of the contrast ratio of the liquid crystal display device of the present embodiment. Hatching indicates a region where the contrast ratio is 10: 1 or more. In the liquid crystal display device of the present embodiment, the case where there is no phase difference compensating element in the 45 ° direction sandwiched between the absorption axes of both polarizing plates, which is a region where the viewing angle characteristics are poor, due to the influence of the polarizing plates arranged in a crossed Nicols state The viewing angle with a contrast ratio of 1.7, which is 1.7 times as wide as that of, was widened, and a high contrast ratio could be obtained in all directions. In the seventh embodiment, the phase difference compensating element is disposed between the front polarizer and the liquid crystal cell. However, the same viewing angle characteristics can be obtained even when the retardation compensator is disposed between the rear polarizer and the liquid crystal cell. Was done.

また、偏光板の吸収軸に対して45°方向の視野角補償において、位相差補償素子の無い場合に比べて、1倍よりの広い視野角補償効果が得られた位相差補償素子の面内と法線方向のリタデーションの条件は、それぞれ、約5nm〜約70nm、約60nm〜約280nmの範囲であった。   Further, in the viewing angle compensation in the direction of 45 ° with respect to the absorption axis of the polarizing plate, an in-plane compensation of the phase difference compensating element was obtained in which the effect of compensating the viewing angle more than 1 times was obtained as compared with the case without the phase difference compensating element. And the conditions of the normal direction retardation were in the range of about 5 nm to about 70 nm and about 60 nm to about 280 nm, respectively.

(実施形態8)
本実施形態では、実施形態7と同じ液晶セルを用いて、位相差補償素子として2軸延伸法で作製した2枚の位相差板を、2枚の偏光板と液晶セルとの間にそれぞれ1枚ずつ配置した液晶表示装置について説明する。なお、本実施形態の位相差補償素子は、面内のリタデーション値df(nx−ny)が43nm、厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)が191nmのポリカーボネート材料からなる位相差補償素子を用いた。本実施形態における液晶セルも、電圧無印加時に液晶分子が基板に対して略垂直配向し、電圧印加時には基板に垂直な軸を中心に軸対称配向する液晶層を有する。
(Embodiment 8)
In the present embodiment, the same liquid crystal cell as in Embodiment 7 is used, and two retardation plates produced by a biaxial stretching method as retardation compensating elements are provided between the two polarizing plates and the liquid crystal cell, respectively. The liquid crystal display devices arranged one by one will be described. The phase difference compensating element in accordance with the present embodiment, the retardation value d f in the plane (n x -n y) is 43 nm, the thickness direction retardation value d f (n x -n z) is a polycarbonate material 191nm The following phase difference compensating element was used. The liquid crystal cell in the present embodiment also has a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicularly to the substrate when no voltage is applied, and are axially symmetrical about an axis perpendicular to the substrate when voltage is applied.

本実施形態の液晶表示装置の構成を図45に示す。一対の位相差補償素子は、それぞれの遅相軸が互いに直交するように配置されている。また、偏光板は、一方の位相差補償素子の遅相軸が偏光板の吸収軸と直交するように配置されており、且つ、一対の偏光板は、それぞれの吸収軸が互いに直交するように(クロスニコル状態)配置されている。   FIG. 45 shows the configuration of the liquid crystal display device of the present embodiment. The pair of phase difference compensating elements are arranged such that their slow axes are orthogonal to each other. Further, the polarizing plate is disposed so that the slow axis of one phase difference compensating element is orthogonal to the absorption axis of the polarizing plate, and the pair of polarizing plates is such that the respective absorption axes are orthogonal to each other. (Cross Nicols state).

図46に本実施形態の液晶表示装置のコントラスト比の視角特性を示す。ハッチングは、コントラスト比が10:1以上の領域を示す。本実施形態の液晶表示装置で、クロスニコル状態に配置された偏光板の影響により、視角特性が悪い領域である両偏光板の吸収軸に挟まれる45°方向において、位相差補償素子の無い場合に比べて2.3倍のコントラスト比10の視野角が広がり、全方位において高いコントラスト比が得ることができた。   FIG. 46 shows the viewing angle characteristics of the contrast ratio of the liquid crystal display device of the present embodiment. Hatching indicates a region where the contrast ratio is 10: 1 or more. In the liquid crystal display device of the present embodiment, the case where there is no phase difference compensating element in the 45 ° direction sandwiched between the absorption axes of both polarizing plates, which is a region where the viewing angle characteristics are poor, due to the influence of the polarizing plates arranged in a crossed Nicols state The viewing angle with a contrast ratio of 2.3, which is 2.3 times wider than that of, was widened, and a high contrast ratio was obtained in all directions.

また、偏光板の吸収軸に対して45°方向の視野角補償において、位相差補償素子の無い場合に比べて、1倍よりの広い視野角補償効果が得られた位相差補償素子の面内と法線方向のリタデーションの条件は、それぞれ、約5nm〜約70nm、約60nm〜約280nmの範囲であった。   Further, in the viewing angle compensation in the direction of 45 ° with respect to the absorption axis of the polarizing plate, an in-plane compensation of the phase difference compensating element was obtained in which the effect of compensating the viewing angle more than 1 times was obtained as compared with the case without the phase difference compensating element. And the conditions of the normal direction retardation were in the range of about 5 nm to about 70 nm and about 60 nm to about 280 nm, respectively.

本発明に係る液晶表示装置の動作原理を説明する図である。(a)及び(b)は電圧無印加時の状態を示し、(c)及び(d)は電圧印加時の状態を示し、(a)及び(c)は断面図を示し、(b)及び(d)は上面をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察した結果を示す。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation principle of the liquid crystal display device according to the present invention. (A) and (b) show a state when no voltage is applied, (c) and (d) show a state when a voltage is applied, (a) and (c) show cross-sectional views, and (b) and (D) shows the result of observing the upper surface with a polarizing microscope in a crossed Nicols state. 液晶表示装置の電圧透過率曲線を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a voltage transmittance curve of the liquid crystal display device. リタデーションの最適値よりも大きなリタデーション値を有する液晶表示装置の電圧透過率曲線を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a voltage transmittance curve of a liquid crystal display device having a retardation value larger than an optimal value of retardation. 液晶のΔnを0.0773としてdLCを4μm〜8μmに変化させたdLC・Δnと、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜におけるコントラスト比10の視野角との関係を示す図である。Shows the d LC · [Delta] n was changed to 4μm~8μm the d LC of the liquid crystal [Delta] n as .0773, [Phi = 0 °, 45 °, the relationship between the viewing angle of a contrast ratio of 10 at 90 ° and 135 ° It is. 液晶のΔnを0.0773としてdLCを4μm〜8μmに変化させたdLC・Δnと、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜におけるコントラスト比20の視野角との関係を示す図である。Shows the d LC · [Delta] n was changed to 4μm~8μm the d LC of the liquid crystal [Delta] n as .0773, [Phi = 0 °, 45 °, the relationship between the viewing angle contrast ratio 20 at 90 ° and 135 ° It is. 液晶のΔnを0.0773としてdLCを4μm〜8μmに変化させたdLC・Δnと、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜における反転角との関係を示す図である。And d LC · [Delta] n was changed to 4μm~8μm the d LC of the liquid crystal [Delta] n as 0.0773, [Phi = 0 °, 45 °, a diagram showing the relationship between the inversion angle of 90 ° and 135 °. 液晶のΔnを0.0773としてdLCを4μm〜8μmに変化させたdLC・Δnと、電圧10V印加時の透過率との関係を示す図である。And d LC · [Delta] n of varying d LC in 4μm~8μm the liquid crystal [Delta] n as 0.0773 is a diagram showing the relationship between the transmittance when a voltage 10V is applied. 液晶層の厚みdLCを5μmとしてΔnを0.07〜0.1に変化させたdLC・Δnと、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜におけるコントラスト比10の視野角との関係を示す図である。The difference between d LC · Δn in which Δn was changed from 0.07 to 0.1 with the thickness d LC of the liquid crystal layer being 5 μm and the viewing angle of the contrast ratio 10 at φ = 0 °, 45 °, 90 ° and 135 °. It is a figure showing a relation. 液晶層の厚みdLCを5μmとしてΔnを0.07〜0.1に変化させたdLC・Δnと、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜におけるコントラスト比20の視野角との関係を示す図である。The difference between d LC · Δn in which Δn is changed from 0.07 to 0.1 with the thickness d LC of the liquid crystal layer being 5 μm and the viewing angle of the contrast ratio 20 at Φ = 0 °, 45 °, 90 ° and 135 °. It is a figure showing a relation. 液晶層の厚みdLCを5μmとしてΔnを0.07〜0.1に変化させたdLC・Δnと、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜における反転角との関係を示す図である。Shows the d LC · [Delta] n was varied [Delta] n as 5μm to 0.07 to 0.1 the thickness d LC of the liquid crystal layer, [Phi = 0 °, 45 °, the relationship between the inversion angle of 90 ° and 135 ° It is. 液晶層の厚みdLCを5μmとしてΔnを0.07〜0.1に変化させたdLC・Δnと、電圧10V印加時の透過率との関係を示す図である。Shows the d LC · [Delta] n in which the thickness d LC of the liquid crystal layer to change the [Delta] n as 5μm to 0.07 to 0.1, the relationship between the transmittance in the voltage of 10V is applied. 本発明に用いる位相差補償素子の主屈折率の方向を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a direction of a main refractive index of a phase difference compensating element used in the present invention. (a)から(c)は、本発明に使用可能な他の位相差補償素子の例を示す断面図である。(A) to (c) are cross-sectional views showing examples of other phase difference compensating elements that can be used in the present invention. 位相差補償素子の遅相軸と偏光板の吸収軸の直交方向からのずれと、光の漏れ量との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a shift from a direction perpendicular to a slow axis of a phase difference compensating element and an absorption axis of a polarizing plate and a light leakage amount. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、偏光板吸収軸方向を示す図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing a polarizing plate absorption axis direction. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、偏光板吸収軸方向における屈折率楕円体のイメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing an image of a refractive index ellipsoid in a polarizing plate absorption axis direction. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、偏光板吸収軸方向から45゜方向を示す図である。It is a figure for explaining the mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a figure showing 45 degrees from a polarizing plate absorption axis direction. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、偏光板吸収軸方向から45゜方向における屈折率楕円体のイメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing an image of a refractive index ellipsoid in a direction at 45 ° from a polarizing plate absorption axis direction. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、電圧off時に図17の画面を斜めから見た場合を示す図である。FIG. 18 is a diagram for explaining the mechanism of viewing angle compensation by the phase difference compensating element, and is a diagram showing a case where the screen of FIG. 17 is viewed obliquely when the voltage is off. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、電圧on時に図17の画面を斜めから見た場合を示す図である。FIG. 18 is a diagram for explaining a mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing a case where the screen of FIG. 17 is viewed obliquely when a voltage is turned on. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、偏光板吸収軸方向を示す図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing a polarizing plate absorption axis direction. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、偏光板吸収軸方向における屈折率楕円体のイメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing an image of a refractive index ellipsoid in a polarizing plate absorption axis direction. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、電圧off時に図21の画面を斜めから見た場合を示す図である。FIG. 22 is a diagram for explaining the mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing a case where the screen of FIG. 21 is viewed obliquely when the voltage is off. 位相差補償素子による視野角補償のメカニズムを説明するための図であり、電圧on時に図21の画面を斜めから見た場合を示す図である。FIG. 22 is a diagram for explaining a mechanism of viewing angle compensation by a phase difference compensating element, and is a diagram showing a case where the screen of FIG. 21 is viewed obliquely when a voltage is turned on. 液晶のΔnを0.0773としてdLCを4μm〜8μmに変化させたdLC・Δnと、面内屈折率差と厚さ方向の屈折率差との比を4.5とした最適位相差フィルムの面内及び法線方向のリタデーションとの関係を示す図である。Optimum phase difference films and d LC · [Delta] n of varying d LC in 4μm~8μm the liquid crystal [Delta] n as 0.0773, the ratio between the refractive index difference of the in-plane refractive index difference and the thickness direction and 4.5 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the in-plane and normal-direction retardations of FIG. 液晶層の厚みdLCを5μmとしてΔnを0.07〜0.1に変化させたdLC・Δnと、面内屈折率差と厚さ方向の屈折率差との比を4.5とした最適位相差フィルムの面内及び法線方向のリタデーションとの関係を示す図である。And d LC · [Delta] n in which the thickness d LC of the liquid crystal layer to change the [Delta] n as 5μm to 0.07 to 0.1, the ratio of the refractive index difference of the in-plane refractive index difference and the thickness direction is 4.5 It is a figure which shows the relationship with the in-plane and normal-direction retardation of an optimal retardation film. 位相差補償素子の面内屈折率差(0.001)に対する法線方向の屈折率差比と、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜におけるコントラスト比10の視野角との関係を示す図である。The relationship between the ratio of the refractive index difference in the normal direction to the in-plane refractive index difference (0.001) of the phase difference compensating element and the viewing angle of the contrast ratio 10 at Φ = 0 °, 45 °, 90 ° and 135 °. FIG. 位相差補償素子の面内屈折率差(0.001)に対する法線方向の屈折率差比と、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜におけるコントラスト比20の視野角との関係を示す図である。The relationship between the ratio of the refractive index difference in the normal direction to the in-plane refractive index difference (0.001) of the phase difference compensating element and the viewing angle of the contrast ratio 20 at Φ = 0 °, 45 °, 90 ° and 135 °. FIG. 位相差補償素子の面内屈折率差(0.001)に対する法線方向の屈折率差比と、Φ=0゜、45゜、90゜及び135゜における反転角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the refractive index difference ratio of the normal direction with respect to the in-plane refractive index difference (0.001) of a phase difference compensation element, and the inversion angle in (phi) = 0 degree, 45 degree, 90 degree, and 135 degree. . LC・Δnが390nmの液晶セルにおいて、位相差補償素子の面内屈折率差(0.001)に対して法線方向の屈折率差比を変化させた場合の位相差補償素子の面内及び法線方向のリタデーションの関係を示す図である。In a liquid crystal cell having d LC · Δn of 390 nm, the in-plane of the phase difference compensating element when the refractive index difference ratio in the normal direction to the in-plane refractive index difference (0.001) of the phase difference compensating element is changed FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the retardation in the normal direction and the normal direction. (a)は実施形態1の液晶表示装置の断面図であり、(b)はその平面図である。1A is a cross-sectional view of the liquid crystal display device of Embodiment 1, and FIG. 1B is a plan view thereof. (a)は実施形態1における液晶セル、偏光板および位相差補償素子の配置図であり、(b)は偏光板の吸収軸方向と位相差補償素子の最大の主屈折率であるnxの方向との関係を示す図である。(A) a liquid crystal cell in the first embodiment, a layout view of a polarizing plate and a retardation compensation element, (b) is the n x is the largest principal refractive index of the absorption axis direction and the phase difference compensating element of the polarizer It is a figure showing the relation with a direction. 実施形態1の液晶表示装置の電気光学特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating electro-optical characteristics of the liquid crystal display device according to the first embodiment. 実施形態1の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating viewing angle characteristics of contrast in the liquid crystal display device according to the first embodiment. 実施形態2の液晶表示装置の電気光学特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating electro-optical characteristics of the liquid crystal display device according to the second embodiment. 比較例1の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating viewing angle characteristics of contrast in the liquid crystal display device of Comparative Example 1. 比較例2の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating viewing angle characteristics of contrast in the liquid crystal display device of Comparative Example 2. 実施形態3の液晶表示装置について、4階調の階調特性を示す図である。(a)は上側偏光板の吸収軸方向における階調特性であり、(b)は上側偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。FIG. 14 is a diagram illustrating four gradation characteristics of the liquid crystal display device according to the third embodiment. (A) is the gradation characteristic in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate, and (b) is the gradation characteristic in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the upper polarizing plate. 実施形態1の液晶表示装置について、4階調の階調特性を示す図である。(a)は上側偏光板の吸収軸方向における階調特性であり、(b)は上側偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。FIG. 4 is a diagram illustrating four gradation characteristics of the liquid crystal display device according to the first embodiment. (A) is the gradation characteristic in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate, and (b) is the gradation characteristic in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the upper polarizing plate. 実施形態4の液晶表示装置について、4階調の階調特性を示す図である。(a)は上側偏光板の吸収軸方向における階調特性であり、(b)は上側偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。FIG. 14 is a diagram illustrating four gradation characteristics of the liquid crystal display device according to the fourth embodiment. (A) is the gradation characteristic in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate, and (b) is the gradation characteristic in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the upper polarizing plate. 実施形態5の液晶表示装置について、4階調の階調特性を示す図である。(a)は上側偏光板の吸収軸方向における階調特性であり、(b)は上側偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。FIG. 14 is a diagram illustrating four gradation characteristics of the liquid crystal display device according to the fifth embodiment. (A) is the gradation characteristic in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate, and (b) is the gradation characteristic in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the upper polarizing plate. 実施形態6の液晶表示装置について、4階調の階調特性を示す図である。(a)は上側偏光板の吸収軸方向における階調特性であり、(b)は上側偏光板の吸収軸から45゜ずれた方向における階調特性である。FIG. 14 is a diagram illustrating four gradation characteristics of the liquid crystal display device according to the sixth embodiment. (A) is the gradation characteristic in the direction of the absorption axis of the upper polarizing plate, and (b) is the gradation characteristic in the direction shifted by 45 ° from the absorption axis of the upper polarizing plate. 実施形態7における液晶セル、偏光板および位相差補償素子の配置図である。FIG. 14 is a layout diagram of a liquid crystal cell, a polarizing plate, and a phase difference compensating element in Embodiment 7. 実施形態7の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating viewing angle characteristics of contrast in the liquid crystal display device of Embodiment 7. 実施形態8における液晶セル、偏光板および位相差補償素子の配置図である。FIG. 15 is a layout diagram of a liquid crystal cell, a polarizing plate, and a phase difference compensating element in Embodiment 8. 実施形態8の液晶表示装置におけるコントラストの視角特性を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating viewing angle characteristics of contrast in the liquid crystal display device of Embodiment 8.

符号の説明Explanation of reference numerals

100 液晶表示装置、液晶セル
101、102 偏光板
103、104 位相差補償素子
32、34、61、62 基板
38a、38b、67、68 垂直配向層
36、66 凸部
40 液晶層
42 液晶分子
63、64 透明電極
65 スペーサー
Reference Signs List 100 liquid crystal display device, liquid crystal cell 101, 102 polarizing plate 103, 104 phase difference compensating element 32, 34, 61, 62 substrate 38a, 38b, 67, 68 vertical alignment layer 36, 66 convex part 40 liquid crystal layer 42 liquid crystal molecule 63, 64 Transparent electrode 65 Spacer

Claims (1)

一対の基板に挟持され、負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる液晶層を有する液晶セルと、
該液晶セルを挟持し、偏光板の吸収軸が互いに直交する一対の偏光板と、
該一対の偏光板と該液晶セルとの間に1つずつ設けられた位相差補償素子とを備えた液晶表示装置であって、
該液晶分子は電圧無印加時に該一対の基板に対してほぼ垂直な方向に配向し、
該位相差補償素子は、負の複屈折率を有し、それぞれ互いに直交するx、y、及びz軸方向に3つの主屈折率nx,ny,nzを有し、該液晶セルの面内方向の主屈折率をnx,nyとし、該液晶セルの厚み方向の主屈折率をnzとするとき、nx>ny>nzの関係を有し、
該位相差補償素子は、該位相差補償素子のx軸方向が該位相差補償素子に隣接する偏光板の吸収軸にほぼ直交するように配置され、
該位相差補償素子の面内方向のリタデーション値df(nx−ny)と厚さ方向のリタデーション値df(nx−nz)との比が2以上である、液晶表示装置。
A liquid crystal cell sandwiched between a pair of substrates and having a liquid crystal layer made of liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy,
A pair of polarizing plates sandwiching the liquid crystal cell and having absorption axes of the polarizing plates orthogonal to each other,
A liquid crystal display device comprising: a pair of polarizing plates; and a phase difference compensating element provided one by one between the liquid crystal cell,
The liquid crystal molecules are oriented in a direction substantially perpendicular to the pair of substrates when no voltage is applied,
Phase difference compensating element has a negative birefringence, x orthogonal to each other respectively, y, and z-axis to the three principal refractive indices n x, n y, has a n z, of the liquid crystal cell the main refractive index in the plane direction n x, and n y, the main refractive index in the thickness direction of the liquid crystal cell when a n z, has a relation of n x> n y> n z ,
The phase difference compensating element is arranged such that an x-axis direction of the phase difference compensating element is substantially orthogonal to an absorption axis of a polarizing plate adjacent to the phase difference compensating element,
Phase difference ratio between the retardation value d f retardation values d f in the plane direction of the compensating element (n x -n y) and thickness direction (n x -n z) is 2 or more, a liquid crystal display device.
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