JP2005301315A - Liquid crystal display device and optical anisotropic device - Google Patents

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正仁 石川
Atsuyuki Manabe
敦行 真鍋
Yasuharu Tanaka
康晴 田中
Masumi Okamoto
ますみ 岡本
Hitoshi Hado
仁 羽藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve viewing angle dependency characteristics, especially, a contrast ratio and viewing angle dependency of display colors. <P>SOLUTION: In a liquid crystal display element has at least two polarizers 1 and 4, a driving liquid crystal cell having liquid crystal 3e sandwiched between two substrates 3a and 3b, and optical anisotropic layers, which are characterized in that at lest one or more optical anisotropic layers differing in sign of optical anisotropy of an optical anisotropic unit are combined and arranged and angles of respective optical axes are not constant along the thickness. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学的補償がされた液晶表示素子および光学的補償用の光学異方素子に関する。   The present invention relates to an optically compensated liquid crystal display element and an optically anisotropic element for optical compensation.

液晶表示素子は、薄型軽量・低消費電力という大きな利点をもつ為、腕時計や電卓、日本語ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等のディスプレイとしてだけではなく、液晶表示素子の利点を積極的に活用した新規な構想の製品にも活用されている。中でもパーソナルコンピュータなどに用いられる液晶表示素子は、大面積・大容量表示化しており、表示面の大きさが対角10インチ、640×480画素といったものが主流になってきた。このクラスの液晶表示素子に用いられている表示方式としては、大きく2つに分類できる。1つは、単純マトリクス方式、もう1つはアクティブマトリクス方式である。   Since the liquid crystal display element has the great advantage of being thin, lightweight and low power consumption, it is not only used as a display for watches, calculators, Japanese word processors, personal computers, etc., but also a new concept that actively utilizes the advantages of liquid crystal display elements. It is also used in other products. In particular, liquid crystal display elements used in personal computers and the like have a large area and large capacity display, and a display surface of 10 inches diagonal and 640 × 480 pixels has become mainstream. The display methods used in this class of liquid crystal display elements can be roughly classified into two types. One is a simple matrix system and the other is an active matrix system.

単純マトリクス方式は、液晶を櫛形の透明電極が付いた2枚のガラス基板で挟んだだけの単純な構造をしている。それゆえ、単純マトリクス方式においては、液晶に高い性能が要求される。この液晶に要求される性能を説明する前に、液晶表示素子の表示原理について説明する。液晶表示素子の表示は、液晶にかかる電圧を変化させて液晶分子の向き変化させて表示を行っている。一般に、大きなコントラスト比を得るには大きな電圧差が必要である。しかし、640×480画素もの表示を実現するには、暗と明の電圧差は約1Vと小さく、1V差だけで液晶分子の大きな状態変化が要求される。これを実現するため、長い間、多くの研究者らにより検討され、1985年、シェーファらの研究グループによりなされた。彼らの研究によると、液晶分子の配列のねじれ角(ツイスト角)を大きくすることで配列の変化が電圧に対して敏感に変化し、また、大きなねじれ角で安定な配列を得るには、液晶分子はある程度の傾きを持っていることが必要であることを見いだした。この研究報告以来、これを実現するための配向技術が盛んに行われ実用化に成功した。   The simple matrix method has a simple structure in which liquid crystal is sandwiched between two glass substrates with comb-shaped transparent electrodes. Therefore, high performance is required for the liquid crystal in the simple matrix system. Before explaining the performance required for this liquid crystal, the display principle of the liquid crystal display element will be explained. In the display of the liquid crystal display element, the voltage applied to the liquid crystal is changed to change the direction of the liquid crystal molecules. In general, a large voltage difference is required to obtain a large contrast ratio. However, in order to realize a display of 640 × 480 pixels, the voltage difference between dark and light is as small as about 1V, and a large change in the state of liquid crystal molecules is required only by 1V difference. In order to achieve this, it was studied by many researchers for a long time, and in 1985, it was made by a research group of Schaefer et al. According to their research, by increasing the twist angle (twist angle) of the alignment of liquid crystal molecules, the change in alignment changes sensitively to voltage, and in order to obtain a stable alignment with a large twist angle, liquid crystal It was found that the numerator needs to have a certain inclination. Since this research report, orientation technology to realize this has been actively performed and successfully put into practical use.

配列640×480画素もの表示を実現するには、一般にツイスト角は180゜以上必要であり、このようにツイスト角が大きいことから、この液晶をスーパーツイストネマティック(STN)と呼ばれた。しかし、初期のSTNディスプレイは背景が黄色で緑の文字表示など表示に色づきがあり、白黒の表示ではなかった。これは、ツイスト角が大きいためで、このような表示の着色を解消する手段として、液晶層の配列が逆の方向にねじれた第2の液晶セルを偏光板と液晶セルの間に配置することによって白黒表示を実現できることが特許文献1にて報告されている。   In order to realize a display having an array of 640 × 480 pixels, generally, the twist angle is required to be 180 ° or more. Since the twist angle is large as described above, this liquid crystal is called a super twist nematic (STN). However, the initial STN display had a yellow background and a green character display, and was not a monochrome display. This is because the twist angle is large, and as a means for eliminating such display coloring, a second liquid crystal cell in which the alignment of the liquid crystal layer is twisted in the opposite direction is disposed between the polarizing plate and the liquid crystal cell. It is reported in Patent Document 1 that monochrome display can be realized by the above.

この白黒化の原理は、液晶分子がねじれ配列とされる第1の液晶セルを透過し旋光分散を生じた光を、第1の液晶セルと対象構造の第2の液晶セルに透過させる事によって旋光分散を解消した。その結果、光の旋光分散に起因する着色が解消され、白黒表示を実現することができる。このような変換を正確に行うには、光学補償板である第2の液晶セルは、第1の液晶セルとリタデーション値がほぼ同一で、かつねじれ方向が相互間で逆であり、それらの配置は、相互に最近接する液晶分子の配向方位が直交するように構成することが必要である。   The principle of black-and-white conversion is that light transmitted through a first liquid crystal cell in which liquid crystal molecules are arranged in a twisted manner and causing optical rotation dispersion is transmitted through the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell of the target structure. The optical rotation dispersion has been eliminated. As a result, coloring due to optical rotatory dispersion of light is eliminated, and monochrome display can be realized. In order to perform such conversion accurately, the second liquid crystal cell, which is an optical compensator, has substantially the same retardation value as that of the first liquid crystal cell, and the twist directions are opposite to each other. It is necessary to configure so that the orientation directions of the liquid crystal molecules closest to each other are orthogonal.

この他の手段としては、前述した第2の液晶セルの替わりに光学異方性フィルムを用いる手法も種々提案されている。これは、光学異方性フィルムを液晶セル上に数枚積層することにより、第2の液晶セルとほぼ同一な機能をもたせる手法である。   As other means, various methods using an optically anisotropic film instead of the above-described second liquid crystal cell have been proposed. This is a method of providing almost the same function as the second liquid crystal cell by laminating several optically anisotropic films on the liquid crystal cell.

以上述べた光学補償によりSTNディスプレイでも白黒表示が可能となり、更にカラーフィルタとの組み合わせにより、より付加価値の高いカラー表示も実現することができる。しかし、単純マルチプレクス方式は、電圧平均化法に基づく時分割駆動を原理としている為、表示容量を増大するために走査線数を増加すると、光を遮断する際の電圧値と、光を透過させる際の電圧差が著しく減少し、その結果コントラスト比が小さくなったり、液晶の応答速度が遅くなる本質的な問題がある。また、この様な従来技術は、液晶表示素子を見る時の方位や角度によって表示画が反転して見えたり、表示画が全く見えなくなったり、あるいは表示が色づくといった現象として観測され、より表示品位の高い液晶表示素子を実現する際、大きく問題となる。   With the optical compensation described above, monochrome display is possible even on STN displays, and color display with higher added value can also be realized by combining with color filters. However, since the simple multiplex method is based on time-division driving based on the voltage averaging method, if the number of scanning lines is increased to increase the display capacity, the voltage value when light is blocked and the light is transmitted. There is an essential problem that the voltage difference during the process is remarkably reduced, and as a result, the contrast ratio becomes small and the response speed of the liquid crystal becomes slow. In addition, such a conventional technique is observed as a phenomenon in which the display image appears to be reversed depending on the azimuth and angle when viewing the liquid crystal display element, or the display image is not visible at all, or the display is colored. When a liquid crystal display element having a high level is realized, it becomes a big problem.

一方、アクティブマトリクス方式は、各表示画素ごとに薄膜トランジスタやダイオードからなるスイッチング素子を具備しているため、走査線の数に関係なく各画素の液晶層に任意の電圧比を設定できる。従って、単純マトリクス方式の場合の様な特別な性能は液晶には要求されない。ツイスト角をSTNのように大きくする必要はなく、90゜とされている。   On the other hand, since the active matrix system includes a switching element formed of a thin film transistor or a diode for each display pixel, an arbitrary voltage ratio can be set in the liquid crystal layer of each pixel regardless of the number of scanning lines. Therefore, special performance as in the case of the simple matrix system is not required for the liquid crystal. There is no need to increase the twist angle as in STN, and it is 90 °.

ツイスト角が90゜の液晶セル(TN)は、ねじれ角が小さいため旋光分散がなく、無彩色で高コントラストな表示が得られる。また、電圧に対する応答もSTNより速い。アクティブマトリクス方式とTNとを組み合わせることにより、大表示容量でコントラスト比が高く、応答速度が速い液晶表示素子が実現することができる。また、各画素毎にスイッチング素子があるため中間的電圧を印加できこれにより中間調表示も可能である。更に、カラーフィルタと組み合わせることにより、フルカラー表示も実現が容易である。   A liquid crystal cell (TN) having a twist angle of 90 ° has a small twist angle, and therefore has no optical rotation dispersion, and an achromatic and high-contrast display can be obtained. Also, the response to voltage is faster than STN. By combining the active matrix method and TN, a liquid crystal display element having a large display capacity, a high contrast ratio, and a high response speed can be realized. Further, since there is a switching element for each pixel, an intermediate voltage can be applied, thereby enabling halftone display. Further, by combining with a color filter, full color display can be easily realized.

しかし、アクティブマトリクス方式の場合でも、2値表示をした場合にはそれほどでもないが、中間調を表示したときに、見る方向によって表示画が反転して見えたり、表示画が全く見えなくなったり、あるいは表示が色づくといった現象として観測され、より表示品位の高い液晶表示素子を実現する際、大きく問題となる。   However, even in the case of the active matrix method, it is not so much in the case of binary display, but when displaying a halftone, the display image may be reversed depending on the viewing direction, or the display image may not be visible at all, Alternatively, it is observed as a phenomenon that the display is colored, and it becomes a big problem when realizing a liquid crystal display element with higher display quality.

このような表示の視角依存性を低減させる手段として、特許文献2に2枚の偏光板の間に、液晶セルと光学異方性が厚み方向に負のポリマーフィルムである複屈折層を配置することが開示されている。一方、特許文献3に、螺旋ピッチ長と屈折率の積が400nm以下のコレステリック液晶相を示す液晶化合物(または高分子液晶)からなる複屈折層を液晶セル上に配置することが開示されている。これら2つの提案は、垂直配列(配向基板に対して液晶分子が垂直に配列したもの)した液晶セルの場合しか考慮されてなく、TN方式やSTN方式のようなねじれた配列をした液晶セルの場合には考えられていない。また、特願平3−121578号(特許文献4)にツイスト角360゜以上の配列で、チルト角をもつ光学補償素子で液晶表示素子の視野角を制御する提案もあるが、階調表示をした場合には視野角拡大の効果がまだ十分とはいえない。そして、負の光学異方性物質の光軸を斜め配列させ、TN-LCDの視野角特性を改善する技術報告もされている(非特許文献1)が、全ての方位に関しては補償できていない。
特公昭63−53528号公報 特開昭62−21423号公報 特開平3−67219号公報 特開平4−349429号公報 第21回液晶討論会講演予稿集、p.298 〜301
As a means for reducing the viewing angle dependency of such a display, in Patent Document 2, a liquid crystal cell and a birefringent layer having a negative optical anisotropy in the thickness direction are arranged between two polarizing plates. It is disclosed. On the other hand, Patent Document 3 discloses disposing a birefringent layer made of a liquid crystal compound (or polymer liquid crystal) exhibiting a cholesteric liquid crystal phase having a product of a helical pitch length and a refractive index of 400 nm or less on a liquid crystal cell. . These two proposals are considered only in the case of a liquid crystal cell having a vertical alignment (liquid crystal molecules aligned vertically with respect to an alignment substrate), and a liquid crystal cell having a twisted arrangement such as a TN type or STN type. In case not considered. Japanese Patent Application No. 3-121578 (Patent Document 4) proposes controlling the viewing angle of a liquid crystal display element with an optical compensation element having a twist angle of 360 ° or more and having a tilt angle. In this case, the effect of widening the viewing angle is not yet sufficient. There is also a technical report (Non-Patent Document 1) that improves the viewing angle characteristics of the TN-LCD by arranging the optical axes of negative optically anisotropic materials obliquely, but cannot compensate for all orientations. .
Japanese Patent Publication No. 63-53528 Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-21423 JP-A-3-67219 JP-A-4-349429 Proceedings of the 21st Liquid Crystal Symposium, p.298-301

以上述べた液晶表示素子の基本的な表示原理は、液晶に印加する電圧により液晶分子の向きを変化させ、液晶セルに光学的な変化を生じさせるところにある。   The basic display principle of the liquid crystal display element described above is that the direction of the liquid crystal molecules is changed by the voltage applied to the liquid crystal to cause an optical change in the liquid crystal cell.

従って、液晶表示素子を傾けてみると液晶分子の向きが変化して見え、特に微妙な中間調を表示する場合、液晶分子の傾き具合を細かく変化させるのでより顕著である。   Therefore, when the liquid crystal display element is tilted, the orientation of the liquid crystal molecules appears to change, and particularly when a delicate halftone is displayed, the inclination of the liquid crystal molecules is changed finely, which is more remarkable.

このような、液晶分子の配列の見え方の視角依存性により、表示画が反転して見えたり全く識別できなかったりするといった現象として観測され、特にカラーフィルターと組み合わせてフルカラー表示を行う際には、表示画の再現性が著しく低下し大きく問題となる。   Due to the viewing angle dependence of the appearance of the liquid crystal molecules, it is observed as a phenomenon that the display image appears reversed or cannot be identified at all, especially when full color display is performed in combination with a color filter. As a result, the reproducibility of the display image is significantly reduced, which is a serious problem.

本発明は上記不都合を解決するものであり、コントラスト比および表示色の視角依存性を改善した液晶表示素子およびこれに使用する光学異方素子を得るものである。   The present invention solves the above inconveniences, and provides a liquid crystal display element having improved contrast ratio and viewing angle dependency of display color, and an optical anisotropic element used therefor.

本発明は、以下に示す特徴をもつ液晶表示素子にある。   The present invention resides in a liquid crystal display element having the following characteristics.

本発明は、少なくとも2枚の偏光板の間に、2枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる光学異方性層が少なくともそれぞれ1層以上組合わされて配置され、それぞれの光軸の角度が前記厚さ方向に対して一定でないことを特徴とする光学異方性層を有す液晶表示素子を得るものである。   The present invention includes a driving liquid crystal cell in which a liquid crystal is sandwiched between two substrates between at least two polarizing plates, and at least optical anisotropic layers having different signs of optical anisotropy of optical anisotropy units. A liquid crystal display element having an optically anisotropic layer is obtained, wherein one or more layers are combined and each optical axis angle is not constant with respect to the thickness direction.

さらに本発明は、少なくとも2枚の偏光板の間に、2枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる異光学方性層が少なくともそれぞれ1層以上組合わされて配置され、前記組合わされた光学異方性層の法線方向より傾いた方向で旋光性をもっていることを特徴とする光学異方性層を有す液晶表示素子を得るものである。   Furthermore, the present invention provides a driving liquid crystal cell having a liquid crystal sandwiched between two substrates between at least two polarizing plates, and different optically anisotropic layers having different optical anisotropy signs. A liquid crystal display element having an optically anisotropic layer, wherein the liquid crystal display element has an optically anisotropic layer, wherein the liquid crystal display element is arranged in combination of at least one layer and has optical rotation in a direction inclined from a normal direction of the combined optically anisotropic layer To get.

前記光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し光学異方性層厚方向に連続的に変化していることが好ましい。   The optical axis of the optical anisotropy unit of the optical anisotropic layer whose optical anisotropy unit is positive is continuous in the optical anisotropic layer thickness direction with respect to the optical anisotropic layer thickness direction. It is preferable to have changed to.

前記光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し光学異方性層厚方向に連続的に変化しており、前記光軸の方位が同一の向きに配列していることが好ましい。   The optical axis of the optical anisotropy unit of the optical anisotropic layer continuously changes in the optical anisotropic layer thickness direction with respect to the optical anisotropic layer thickness direction, and the direction of the optical axis is the same direction It is preferable that they are arranged.

前記光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層と光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の組合せ体を、駆動用液晶セルの両面側に配置してなることが好ましい。   A combination of an optically anisotropic layer having a negative optical anisotropy of the optically anisotropic unit and an optically anisotropic layer having an optically anisotropic unit having a positive optical anisotropy It is preferable to arrange on both sides of the cell.

前記負の光学異方性である光学異方性単位からなる光学異方性層を駆動用液晶セルに隣接させて配置することが好ましい。   It is preferable that an optically anisotropic layer composed of the optically anisotropic unit having the negative optical anisotropy is disposed adjacent to the driving liquid crystal cell.

前記光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し連続的に変化している光学異方性層の光軸の傾き角が小さい方の面を前記駆動用液晶セルに隣接させて配置することを特徴とすることが好ましい。   The optical axis of the optical anisotropic layer in which the optical axis of the optical anisotropic unit is continuously changing with respect to the thickness direction of the optical anisotropic layer, and the surface with the smaller tilt angle of the optical axis of the optical anisotropic layer It is preferable that the liquid crystal cell is disposed adjacent to the driving liquid crystal cell.

前記光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光軸方位と、光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層の光軸方位とが互いに直交して配置されることが好ましい。   The optical axis orientation of the optically anisotropic layer in which the optical anisotropy unit has a positive sign, and the optical axis of the optically anisotropic layer in which the optical anisotropy unit has a negative sign. It is preferable that the azimuths are arranged perpendicular to each other.

さらに上記液晶表示素子において、前記光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し光学異方性層厚方向に連続的に変化していることを特徴とする光学異方素子を配置する。   Furthermore, in the above liquid crystal display element, the optical axis of the optical anisotropy unit of the optical anisotropic layer in which the optical anisotropy of the optical anisotropy unit is positive is optically anisotropic with respect to the thickness direction of the optical anisotropic layer. An optically anisotropic element characterized by continuously changing in the thickness direction of the active layer is disposed.

本発明によれば、液晶表示素子のコントラスト、表示色の視角特性が改善され、視認性に優れる高品位表示の液晶表示素子を提供することができる。また本発明は、特定の条件下、たとえばカーナビゲーションなどのある方向のみの視角を変化させたいときにも使用できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the contrast of a liquid crystal display element and the viewing angle characteristic of a display color can be improved, and the liquid crystal display element of the high quality display which is excellent in visibility can be provided. The present invention can also be used when it is desired to change the viewing angle only in a certain direction under certain conditions, such as car navigation.

本発明は、上記により課題を解決するものであり、液晶表示素子のコントラスト比や階調表示時の明るさ、表示色の視角依存性を同時に軽減したり、液晶表示素子のある特定のコントラスト比が得られる領域をある特性の方位、視角に制御しようするものである。その作用について以下に説明する。   The present invention solves the above-described problems, and simultaneously reduces the contrast ratio of the liquid crystal display element, the brightness at the time of gradation display, and the viewing angle dependency of the display color, or a specific contrast ratio of the liquid crystal display element. It is intended to control the region where the image is obtained to have a certain direction and viewing angle. The operation will be described below.

TNやSTNなどの液晶表示素子において、光が液晶表示素子の表示面に垂直に入射する場合と斜めに入射する場合とでは、液晶表示素子中を伝搬する光の偏光状態は異なり、この偏光状態の違いが表示画の反転現象や着色現象に直接反映する。このような現象は、液晶表示素子の表示面を見る角度を表示面法線から大きく傾けていくと観測され、特に液晶層に電圧を印加する手段を有する液晶セル(以下駆動セルという)の液晶層に電圧が印加されている画素で顕著に見られる。   In liquid crystal display elements such as TN and STN, the polarization state of light propagating in the liquid crystal display element differs depending on whether light is incident on the display surface of the liquid crystal display element perpendicularly or obliquely. This difference directly reflects the inversion phenomenon and coloring phenomenon of the display image. Such a phenomenon is observed when the viewing angle of the liquid crystal display element is greatly tilted from the normal to the display surface. In particular, the liquid crystal of a liquid crystal cell (hereinafter referred to as a driving cell) having means for applying a voltage to the liquid crystal layer. This is noticeable in pixels where a voltage is applied to the layer.

図35は従来のTN液晶表示素子の表示面法線から左右の方向に0°から60°まで傾いた時の表示輝度の角度依存性を示す図である。1から8レベルと示されているのは、階調表示の各階調番号で、液晶セルに印加される電圧が順に異なっている。レベル1は0V、レベル8は5Vが液晶セルに印加されている。例えば、上方位の場合、ディスプレイの表示面の法線から傾ける角度(視角)を0°(正面)から60°へと大きくなるにつれて、輝度は徐々に大きくなっている。実際の表示では、表示色が白っぽくなる(白抜け)として観測される。一方、下方位についてみると、視角を正面(0°)から60°へと傾けていくと、上方位とは逆に輝度は低下していく。この現象は、実際の表示画においては、表示色が暗くなる(黒つぶれ)として観測される。また、正面において、最も明るい表示レベル1とそれより低い階調レベル2は、上方位の視角35°で大小関係が逆転しており、実際の表示画においては、写真フィルムのネガのような反転した表示(反転)として観測される。どの階調レベルに関しても視角変化しても透過率が変化しないのが理想である。しかし、実際のTNの視角特性は図35に示したように左右方位の特性は比較的よいが、上下方位の特性は悪い。   FIG. 35 is a diagram showing the angle dependence of display luminance when tilting from 0 ° to 60 ° in the left-right direction from the display surface normal of the conventional TN liquid crystal display element. The levels 1 to 8 are indicated by the gradation numbers of gradation display, and the voltages applied to the liquid crystal cells are sequentially different. Level 1 is 0V and level 8 is 5V applied to the liquid crystal cell. For example, in the case of the upward orientation, the luminance gradually increases as the angle (viewing angle) tilted from the normal line of the display surface of the display increases from 0 ° (front) to 60 °. In the actual display, the display color is observed to become whitish (clear white). On the other hand, regarding the lower position, when the viewing angle is tilted from the front (0 °) to 60 °, the luminance decreases contrary to the upper direction. This phenomenon is observed in the actual display image as a dark display color (blackout). In the front, the brightest display level 1 and the lower gradation level 2 are reversed in magnitude at an upward viewing angle of 35 °, and the actual display image is reversed like a photographic film negative. Observed (inverted). Ideally, the transmittance does not change even if the viewing angle changes for any gradation level. However, as shown in FIG. 35, the actual viewing angle characteristic of TN is relatively good in the left-right direction characteristic but poor in the vertical direction characteristic.

このような現象がおきるのは、上述のように液晶表示素子の視角特性は、液晶表示素子に入射する光の入射角度により偏光状態が異なることに起因するためであるが、これについてTNを例に詳しく説明する。   Such a phenomenon occurs because the viewing angle characteristic of the liquid crystal display element is caused by the polarization state being different depending on the incident angle of the light incident on the liquid crystal display element as described above. This will be explained in detail.

図3にTN型液晶表示素子の動作原理を示す。図3(a)は電極3c、3dに電圧無印加時のTNセル中の液晶分子LMの配列状態を示している。電圧Vが印加されていない時には、液晶分子は基板に対してほぼ平行に液晶層の厚さ方向(図ではZ軸の方向)に液晶分子同士が平行になって連続的にねじれた配列をしている。この配列に偏光子Piにより偏光された光Liが入射すると、偏光面は液晶分子LMのねじれ配列にしたがって回転し、液晶層を出たところでは偏光面は、液晶層に入る前の偏光面に対し液晶層のツイスト角分回転する。この回転した方向に検光子Poの透過軸Potを合わせると透過光Loが得られる。   FIG. 3 shows the operating principle of the TN liquid crystal display element. FIG. 3A shows the alignment state of the liquid crystal molecules LM in the TN cell when no voltage is applied to the electrodes 3c and 3d. When the voltage V is not applied, the liquid crystal molecules are arranged in a continuously twisted manner with the liquid crystal molecules parallel to the thickness direction of the liquid crystal layer (in the figure, the Z-axis direction) substantially parallel to the substrate. ing. When light Li polarized by the polarizer Pi is incident on this arrangement, the plane of polarization rotates according to the twisted arrangement of the liquid crystal molecules LM, and when exiting the liquid crystal layer, the plane of polarization enters the plane of polarization before entering the liquid crystal layer. In contrast, the liquid crystal layer rotates by the twist angle. When the transmission axis Pot of the analyzer Po is aligned with the rotated direction, the transmitted light Lo is obtained.

図3(b)は、電圧印加時のTNセル中の液晶分子の配列状態を示している。電圧Vの印加により液晶分子LMは立上がり、セルの中央付近の液晶分子LMcは電極近傍の液晶分子LMsよりも傾く。電極3c、3d近傍の液晶分子LMsの傾きが小さいのは、電極−液晶層界面の配向規制力(液晶を配向させるために必要)があるためである。電圧Vの大きさに応じて液晶分子の傾きが大きくなり、これと同時にねじれ配列も歪み、電圧がさらに大きくなるとついにはねじれが解かれる。このような状態に偏光Liが入射すると、ねじれ配列ではないために偏光面Lpは回転せず液晶層を進行し、液晶層を出たところでは偏光面は液晶層に入射する前と変わらない。したがって検光子Poの透過軸Potは偏光面Lpと直交するので偏光は透過できない。また、中間調を表示するには液晶層に印加する電圧の大きさをこれより小さく設定し、配向のねじれ配列を若干残し、液晶層を出射する偏光面を幾分回転させて中間の透過光を得る。   FIG. 3B shows the alignment state of the liquid crystal molecules in the TN cell when a voltage is applied. By applying the voltage V, the liquid crystal molecules LM rise, and the liquid crystal molecules LMc near the center of the cell are tilted more than the liquid crystal molecules LMs near the electrode. The reason why the inclination of the liquid crystal molecules LMs in the vicinity of the electrodes 3c and 3d is small is that there is an alignment regulating force (necessary for aligning the liquid crystal) at the electrode-liquid crystal layer interface. The inclination of the liquid crystal molecules increases according to the magnitude of the voltage V, and at the same time, the twisted arrangement is distorted. When the voltage is further increased, the twist is finally released. When polarized light Li is incident in such a state, the polarization plane Lp does not rotate and proceeds through the liquid crystal layer because it is not twisted, and the polarization plane is the same as it was before entering the liquid crystal layer when exiting the liquid crystal layer. Therefore, since the transmission axis Pot of the analyzer Po is orthogonal to the polarization plane Lp, polarized light cannot be transmitted. In order to display halftones, the voltage applied to the liquid crystal layer is set smaller than this, the twisted alignment of the alignment is left slightly, and the polarization plane exiting the liquid crystal layer is rotated slightly to obtain intermediate transmitted light. Get.

以上の原理により、透過光をねじれ配列の歪みを利用して制御している。次に斜め方向の光に対する現象を説明する。   Based on the above principle, transmitted light is controlled using distortion of the twisted arrangement. Next, a phenomenon with respect to light in an oblique direction will be described.

図4は中間調を表示するときの分子配列状態に斜めから光が入射する状態を説明する図である。図4(a)は、中間調表示時の分子配列状態LMintと2つの入射光の方向L、Uの関係を示す斜視図で、これをよりわかりやすくするため、Y軸方向から見た図を図4(b)、(c)に示す。ここに駆動用液晶セルの基板の法線方向をZ軸、基板面をXY軸で表している。上下の基板の電極3c、3d付近の液晶分子LMsはやや傾きをもって配列している。この傾きはプレチルト角と呼ばれ、一般に、プレチルトとは基板−液晶界面における液晶分子の傾きのことを示し、その傾きの角度をプレチルト角α0という。電圧無印加時には、上下の基板3a、3b間にわたり同一の角度で傾いている。電圧Vが印加される領域にわたり所定の傾き(プレチルト)があると、電圧が印加された際の傾き方向がプレチルトの方向に揃うので、その結果均一な表示ができる。もし、プレチルトがない場合には、電圧が印加されたときに液晶分子の傾く方向がまちまちとなり、傾き方向の異なる領域の境界に欠陥線が発生し表示品位を著しく低下させる原因となる。したがって均一な表示を得るためにはプレチルトは不可欠であり、その角度はTNモードにおいては1°から6°が一般的である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which light is incident obliquely on the molecular arrangement state when displaying a halftone. FIG. 4A is a perspective view showing the relationship between the molecular arrangement state LMint at the time of halftone display and the directions L and U of the two incident lights, and in order to make this easier to understand, a diagram viewed from the Y-axis direction is shown. 4 (b) and 4 (c). Here, the normal direction of the substrate of the driving liquid crystal cell is represented by the Z axis, and the substrate surface is represented by the XY axis. The liquid crystal molecules LMs near the electrodes 3c and 3d on the upper and lower substrates are arranged with a slight inclination. This tilt is called a pretilt angle. In general, the pretilt indicates a tilt of liquid crystal molecules at the substrate-liquid crystal interface, and the tilt angle is referred to as a pretilt angle α0. When no voltage is applied, the upper and lower substrates 3a and 3b are inclined at the same angle. If there is a predetermined tilt (pretilt) over the region to which the voltage V is applied, the tilt direction when the voltage is applied is aligned with the pretilt direction, so that uniform display can be achieved. If there is no pretilt, the direction in which the liquid crystal molecules are tilted varies when a voltage is applied, and a defect line is generated at the boundary between regions having different tilt directions, which causes a significant deterioration in display quality. Accordingly, in order to obtain a uniform display, the pretilt is indispensable, and the angle is generally 1 ° to 6 ° in the TN mode.

したがって図4(b)、(c)に示したように、特に中間調を表示した際には、液晶分子の配列状態はY軸に対して非対称になる。図4(b)の+X軸から+Z軸の方向へ斜めに入射するLの偏光に関しては、図5のLM−Lに示したように、配列は液晶分子LMに傾きがない状態(あたかも電圧無印加時の配列状態)となり偏光面は大きく回転することができる。その結果、透過光は正面からの入射光(Z軸に平行な光)に対する出射光の強度よりも大きくなる。一方、図4(c)のこれと反対の方位から(−X軸から+Z軸の方向へ斜めに)入射する偏光Uに対しては、図5のLM−Uに示したように、配列は液晶分子LMが大きく傾いた状態(あたかもさらに大きな電圧が印加された配列状態)となり偏光面は回転することができなくなる。その結果、透過光は正面からの入射光(Z軸に平行な光)に対する出射光の強度よりも小さくなる。図35との対応関係は、図4のLの方位は図35の上方位に、図4のUの方位は図35の下方位に相当する。   Therefore, as shown in FIGS. 4B and 4C, the alignment state of the liquid crystal molecules is asymmetric with respect to the Y axis, particularly when a halftone is displayed. With respect to the L polarized light incident obliquely in the direction from the + X axis to the + Z axis in FIG. 4B, as shown in LM-L in FIG. 5, the alignment is not tilted in the liquid crystal molecules LM (as if no voltage is applied). The polarization plane can be rotated greatly. As a result, the transmitted light becomes larger than the intensity of the outgoing light with respect to the incident light from the front (light parallel to the Z axis). On the other hand, as shown in LM-U of FIG. 5, for the polarized light U incident from the opposite direction of FIG. 4C (obliquely from the −X axis to the + Z axis), the arrangement is as follows. The liquid crystal molecules LM are in a largely inclined state (as if they were in an arrangement state where a larger voltage is applied), and the polarization plane cannot be rotated. As a result, the transmitted light becomes smaller than the intensity of the outgoing light with respect to the incident light from the front (light parallel to the Z axis). 35 corresponds to the upper direction in FIG. 35 and the lower direction in FIG. 4 corresponds to the lower direction in FIG.

以上説明したように、中間調での透過光の方位依存性は液晶分子の配列の非対称性に起因する。この配列の非対称性は、光が入射する方位により偏光面の回転(旋光性)角度が異なり、その結果透過率に変化を生じる。TN型液晶表示素子では、上方位では旋光性が生じ、下方位では旋光性が減じる傾向があるといえる。したがって、これを改善するには上方位で旋光性が減り、下方位で旋光性が生じる光学異方素子を加えることにより、液晶表示素子の視角依存性を改善することができる。   As described above, the orientation dependency of transmitted light in a halftone is due to the asymmetry of the alignment of liquid crystal molecules. This asymmetry of the arrangement causes the rotation (optical rotation) angle of the polarization plane to be different depending on the direction in which light is incident, resulting in a change in transmittance. In the TN type liquid crystal display element, it can be said that optical rotation occurs in the upper direction and optical rotation tends to decrease in the lower direction. Therefore, in order to improve this, the viewing angle dependency of the liquid crystal display element can be improved by adding an optical anisotropic element in which the optical rotation decreases in the upper direction and the optical rotation occurs in the lower position.

第1に光学異方素子に要求される特性をまとめると、光学異方素子に求められる特性は、上下方位のいずれかの視角特性が良好でない駆動用液晶セルに対して、上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆であるということになる。   First, the characteristics required for the optical anisotropic element are summarized as follows. The characteristics required for the optical anisotropic element are the upper direction and the lower direction with respect to the driving liquid crystal cell in which any viewing angle characteristic in the vertical direction is not good. This means that the rotation direction of the optical rotation is reversed.

さらに、第2に他の方位に対して視角特性を改善する特性であることが要求される。   Furthermore, secondly, it is required to have a characteristic that improves the viewing angle characteristic with respect to other directions.

本発明は、このような特性をもつ光学異方素子およびこの光学異方素子を備えた液晶表示素子を得るものである。   The present invention provides an optical anisotropic element having such characteristics and a liquid crystal display element including the optical anisotropic element.

本発明に関する光学異方素子の構成について説明する。   The configuration of the optical anisotropic element according to the present invention will be described.

本発明における光学異方素子は、光学異方性を持つ膜、板、シート状の平面体であり、厚みを有する。光学異方性が負号の素子では、図9に示すように、平面を構成するXY軸方向に対して垂直なZ軸即ち光軸の屈折率が小さい。   The optical anisotropic element in the present invention is a film, plate, or sheet-like planar body having optical anisotropy, and has a thickness. In an element having a negative optical anisotropy, as shown in FIG. 9, the refractive index of the Z axis, that is, the optical axis perpendicular to the XY axis direction constituting the plane is small.

光軸が一定の方向を向いた光学異方性を持つ薄い層を光学異方性単位と定義し、上記光学異方素子は、この単位が多層に積載された構成であるとする。各層の境界が区分されないものも含む。   A thin layer having optical anisotropy in which the optical axis is directed in a certain direction is defined as an optical anisotropy unit, and the optical anisotropic element has a configuration in which the units are stacked in multiple layers. Including those where the boundaries of each layer are not separated.

従って、本発明の代表構成は、少なくとも1枚の偏光板と、2枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、複数の光学異方性単位が厚さ方向に連なる少なくとも1つの光学異方素子とで構成され、前記光学異方素子は前記光学異方性単位の光学異方性が前記厚さ方向に対して負号であり、それぞれの光軸の角度が前記厚さ方向に対して一定でなく、かつ前記厚さ方向で最小の旋光性を有するように配列されていることを特徴とする液晶表示素子にある。   Therefore, the representative configuration of the present invention is that at least one polarizing plate, a driving liquid crystal cell in which liquid crystal is sandwiched between two substrates, and at least one optical element in which a plurality of optical anisotropy units are continuous in the thickness direction. The optical anisotropic element has a negative optical anisotropy of the optical anisotropy unit with respect to the thickness direction, and an angle of each optical axis is in the thickness direction. On the other hand, the liquid crystal display element is arranged so as to be not constant and to have a minimum optical rotation in the thickness direction.

例えばその一実施例として、素子の一方の面から他方の面にかけて、光軸が一方の面でほぼ面に平行で、他方の面にかけて徐々に傾きを変化させ他方の面でほぼ垂直になるハイブリッド構造の光学異方素子を上げることができる。   For example, as one example, a hybrid in which the optical axis is substantially parallel to one surface from one surface of the element to the other surface, and gradually changes in inclination to the other surface and is substantially perpendicular to the other surface. An optically anisotropic element having a structure can be raised.

さらに視角依存性を改善するために、本発明は、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる光学異方性層が少なくともそれぞれ1層以上組合わされた光学異方素子組合体にある。これらの異方性素子は組合わされた光学異方性層の法線方向より傾いた方向での旋光性が、法線方向での旋光性より大きいことを特徴とし、例えば正と負号の光学異方性体を一対とする組合せ体として用いる。これを例えば駆動用液晶セルの両面側に配置する。   In order to further improve the viewing angle dependency, the present invention provides an optical anisotropic element combination in which at least one optical anisotropic layer having different optical anisotropy signs of optical anisotropy units is combined. is there. These anisotropic elements are characterized in that the optical rotatory power in the direction inclined from the normal direction of the combined optically anisotropic layer is larger than the optical rotatory power in the normal direction, for example, positive and negative optical Used as a pair of anisotropic bodies. For example, these are arranged on both sides of the driving liquid crystal cell.

まず、光学異方素子に要求される特性をまとめると、光学異方素子に求められる特性は、「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」ということにある。   First, the characteristics required for the optical anisotropic element are summarized as follows. The characteristic required for the optical anisotropic element is that the rotation direction of the optical rotation is reversed between the upper direction and the lower direction.

図6は、本発明の光学異方素子の光軸の配列状態を示す図で、図6(a)は本発明の光学異方素子の断面図であり、楕円で示されているのは光学異方素子を構成する光学異方性単位LDを示しており、楕円の短軸法線が光軸OLに相当する。単位は1つの分子でもよいし、積層などでつらなる複数の分子から構成されてもよい。   FIG. 6 is a view showing the arrangement of the optical axes of the optical anisotropic element of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view of the optical anisotropic element of the present invention. An optical anisotropy unit LD constituting an anisotropic element is shown, and an elliptical short axis normal corresponds to the optical axis OL. The unit may be a single molecule or may be composed of a plurality of molecules formed by stacking.

下側の基板2dから上側の基板2aにかけて長軸の傾きが連続的に変化しており、下基板2d付近では基板面に対してほぼ垂直で上基板2a付近でほぼ平行である(ハイブリッド配向)。この配列を上から見た例が図6(b)に示されている。図中の矢印は、光軸の向きを示している。図6(c)はZ軸から斜めに観測したときの配列図である。傾き方向は図中のXYZ軸で示されている。これと逆の斜め方向から見た図を図6(d)に示した。図(c)(d)からわかるように、図6(a)の配列をZ軸より斜めから観測すると、(c)では下から上に進行するにしたがい進行方向から見て左ねじれ、(d)ではこの逆の右にねじれて配列している。このように斜めに配列している光学異方素子により、上述の「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」という特性が実現できる。   The inclination of the major axis continuously changes from the lower substrate 2d to the upper substrate 2a, and is substantially perpendicular to the substrate surface in the vicinity of the lower substrate 2d and substantially parallel in the vicinity of the upper substrate 2a (hybrid orientation). . An example of this arrangement as seen from above is shown in FIG. The arrow in the figure indicates the direction of the optical axis. FIG. 6C is an arrangement diagram when observed obliquely from the Z axis. The tilt direction is indicated by XYZ axes in the figure. A view seen from the opposite oblique direction is shown in FIG. As can be seen from FIGS. 6 (c) and 6 (d), when the array of FIG. 6 (a) is observed obliquely from the Z-axis, in FIG. ) Is twisted to the right of the opposite. By the optically anisotropic elements arranged obliquely in this way, the above-mentioned characteristic that “the rotation direction of the optical rotation is opposite between the upper direction and the lower direction” can be realized.

また、本発明の光学異方素子としての光学異方素子は、その厚さ方向に光学的に光学異方性物質層単位を多層に積層した構造とみることができる。各層単位が光軸をもち、これらの光軸の傾きが連続的にまたは段階的に変化している構成である。   The optical anisotropic element as the optical anisotropic element of the present invention can be regarded as a structure in which optically anisotropic material layer units are optically laminated in the thickness direction. Each layer unit has an optical axis, and the inclination of these optical axes changes continuously or stepwise.

さらに、厚さ方向で最小の旋光性を有する光軸配列をとっている。   Furthermore, the optical axis arrangement having the minimum optical rotation in the thickness direction is taken.

次にこのような光学異方素子をどのようにして駆動セルと組み合わせると良好な補償効果が得られるかについて説明する。   Next, how such an optically anisotropic element is combined with a drive cell to obtain a good compensation effect will be described.

図7(a)は、図3、4、5に示した駆動セルを、図6と同様に矢印を加えて示した図で、符号Lipが入射光の偏光軸、符号Lopが出射光の偏光軸を表している。図7(a)は光学異方素子を、(b)は中間調に相当する電圧を印加した駆動セル(TN)をZ軸から見た図である。(c)はZ軸上から+X軸側に倒して見たときの光学異方素子を構成する各光学異方性物質層の分子の配列を示した図であり、図中に直線偏光が入射した場合の旋光状態を示した。この方向では光学異方素子は、入射光の偏光面を左方向に回転させる性質(左旋光能)がある。(d)に(c)と同じ方向から見たときの駆動セルの配列状態を示した。液晶分子は中間調に相当する電圧(液晶が動作する臨界電圧(しきい値電圧)よりやや大きい電圧)が印加されているために斜めに傾いており、この方向から見ると液晶分子の長軸方向の長さと短軸方向の長さがほぼ同じとなる配向部分が生じる。そのため、入射偏光はあまり旋光せずに透過し、出射光の偏光軸Lopの方向は入射光の偏光軸Lipとほぼ変わらない。これが表示が暗くなる「黒つぶれ」と呼ばれる表示異常の原因であり、この場合、左回りに偏光を旋光(旋光能を増加させる)させれば、これが改善される。それには、前述の図(c)の光学異方素子がこれに適合する。図(c)の光学異方素子には左旋光能があり、駆動セルで足りない旋光を補う。   FIG. 7A is a diagram showing the drive cell shown in FIGS. 3, 4 and 5 with an arrow added as in FIG. 6, where the symbol Lip is the polarization axis of the incident light and the symbol Lop is the polarization of the emitted light. Represents an axis. FIG. 7A shows an optical anisotropic element, and FIG. 7B shows a drive cell (TN) to which a voltage corresponding to a halftone is applied, as viewed from the Z axis. (C) is a diagram showing the molecular arrangement of each optical anisotropic material layer constituting the optical anisotropic element when viewed from the Z-axis to the + X-axis side, in which linearly polarized light is incident. The optical rotation state was shown. In this direction, the optical anisotropic element has the property of rotating the polarization plane of incident light in the left direction (left rotation ability). (D) shows the arrangement state of the driving cells when viewed from the same direction as (c). The liquid crystal molecules are inclined obliquely because a voltage equivalent to halftone (a voltage slightly higher than the critical voltage (threshold voltage) at which the liquid crystal operates) is applied, and the major axis of the liquid crystal molecules is viewed from this direction. An orientation portion is produced in which the length in the direction and the length in the minor axis direction are substantially the same. Therefore, the incident polarized light is transmitted without rotating much, and the direction of the polarization axis Lop of the emitted light is almost the same as the polarization axis Lip of the incident light. This is a cause of display abnormality called “blackout” that darkens the display. In this case, if the polarization is rotated counterclockwise (the optical rotation is increased), this can be improved. For this purpose, the optical anisotropic element shown in FIG. The optically anisotropic element shown in FIG. 2C has a left optical rotation ability, and compensates for the optical rotation that is insufficient with the drive cell.

一方、これと逆方位については、図(e)(f)を用いて説明する。図(e)(f)は、図(a)の光学異方素子をZ軸の方向から−X軸より観測したときの光軸の配列を示したもので、図の入射光に対して右に旋回させる特性(右旋光能)をもつ。図(f)は、図(d)と同様、中間調の電圧が印加された状態であり、この方向からは実際には液晶分子が傾いているのにもかかわらず傾いてないように見え、そのため大きな旋光能がでる。これが表示が必要以上に明るくなる「白抜け」と呼ばれる表示異常の原因となり、左回りの旋光を抑制する右旋光を適用すれば余分な旋光を解消でき「白抜け」が改善される。図(e)の光学異方素子は右旋光能があり、これを駆動セルと組み合わせることで素子の特性改善がはかれる。   On the other hand, the reverse orientation will be described with reference to FIGS. (E) and (f) show the arrangement of the optical axes when the optical anisotropic element in FIG. (A) is observed from the -X axis from the Z-axis direction. Has the property of turning right (right rotation). FIG. (F) is a state in which a halftone voltage is applied, as in FIG. (D). From this direction, although the liquid crystal molecules are actually inclined, it does not appear to be inclined, As a result, a large optical rotation is achieved. This causes a display abnormality called “white spot” in which the display becomes brighter than necessary. If right rotation that suppresses counterclockwise rotation is applied, excess rotation can be eliminated and “white spot” is improved. The optically anisotropic element shown in FIG. 4E has a right-handed rotation ability, and the characteristics of the element can be improved by combining it with a drive cell.

以上、光学異方素子表面の法線に対して傾いた方向での旋光性が、法線の方向での旋光性よりも大きいハイブリッド配向の光学異方素子を例にして視野拡大の原理説明をしたが、ハイブリッド配向でねじれ配向した光学異方素子や、上下基板間で均一にチルト配向した光学異方素子でもハイブリッド配向の光学異方素子と類似の特性が得られ、それは液晶表示素子の設計仕様に応じて選択することができる。また、TNを例に説明したが、STNでも同様の原理が適用できるので、STNの視角を改善する手段として用いることも可能である。   As described above, the principle of field expansion is explained by taking as an example an optically anisotropic element having a hybrid orientation in which the optical rotation in the direction inclined with respect to the normal to the surface of the optical anisotropic element is larger than the optical rotation in the direction of the normal. However, optical anisotropic elements that are twisted and aligned in a hybrid orientation and optical anisotropic elements that are tilt-aligned uniformly between the upper and lower substrates can obtain characteristics similar to those of hybrid anisotropic optical elements. It can be selected according to the specifications. Further, although TN has been described as an example, since the same principle can be applied to STN, it can be used as means for improving the viewing angle of STN.

負の光学異方性を示す光学異方体を上述のようなハイブリッド配列により素子の斜め方向の旋光性の方が正面方向(Z軸)よりも大きい特性をもつことにより、主に「黒つぶれ」や「白抜け」の表示異常に関し、大きな改善効果がある。また、上述の説明では光学異方素子を構成する光学異方性単位の光学異方性が負号である場合を示したが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示す場合は、光学異方性が正号でも同様な効果を発揮するのはいうまでもない。   The optically anisotropic body exhibiting negative optical anisotropy has the characteristic that the optical rotation in the oblique direction of the element is larger than the front direction (Z axis) by the hybrid arrangement as described above. ”And“ white spot ”display abnormalities are greatly improved. Further, in the above description, the case where the optical anisotropy of the optical anisotropy unit constituting the optical anisotropic element is a negative sign is shown, but the case where the optical rotation property in the oblique direction is larger than that in the front direction. It goes without saying that the same effect is exhibited even when the optical anisotropy is positive.

また、上述の説明ではハイブリッド配列について示したが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示すのはこのような配列のみではなく、素子法線方向から見たときに光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸が素子面方向にねじれた配列でも、光学異方素子の両端面での光軸の向きが同一で、内部配列が連続的または段階的変化した配列や例えばハイブリッド配列を2つ重ねたベンド配列やスプレイ配列でも同一の効果が得られる。また、光学異方素子のリタデーション値は、駆動用液晶セルのリタデーション値よりも小さな値であることが望ましく、中間調を表示する電圧が印加された時の駆動用液晶セルのリタデーション値近傍の値であることがより望ましい。しかし、この値は製品仕様や量産性などにより依存し必ずしもこの限りでない。また、組み合わされて使用する光学異方素子やその枚数などにより、光学異方素子の配列や配置などは製品仕様、量産性、コストなどにより種々変化する。   In the above description, the hybrid arrangement is shown. However, it is not only such an arrangement that the optical rotation in the oblique direction is larger than that in the front direction, but optical anisotropy when viewed from the element normal direction. Even if the optical axis of the optical anisotropy unit constituting the element is twisted in the direction of the element surface, the direction of the optical axis at the both end faces of the optical anisotropic element is the same, and the internal arrangement is continuously or stepwise changed For example, the same effect can be obtained with a bend array or a spray array in which two hybrid arrays are stacked. Further, the retardation value of the optical anisotropic element is preferably smaller than the retardation value of the driving liquid crystal cell, and is a value near the retardation value of the driving liquid crystal cell when a voltage indicating halftone is applied. Is more desirable. However, this value depends on product specifications and mass productivity, and is not necessarily limited to this. Further, the arrangement and arrangement of the optical anisotropic elements vary depending on the product specifications, mass productivity, cost, and the like depending on the optical anisotropic elements used in combination and the number of the optical anisotropic elements.

また、製品仕様に視角特性を組み合わせる際に、STNに用いられるような2軸性の光軸をもつ光学異方素子や、光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方体を種々配列された光学異方素子、あるいは光学異方性物質の光学異方性が2軸性である光学異方体を種々配列させた光学異方素子などと組み合わせて使用しても同様な効果が得られることはいうまでもない。   In addition, when combining viewing angle characteristics with product specifications, optical anisotropic elements with biaxial optical axes, such as those used in STN, and optical anisotropics with positive optical anisotropy in the optical anisotropy unit. Even when used in combination with an optical anisotropic element in which the body is arranged in various ways, or an optical anisotropic element in which the optical anisotropy in which the optical anisotropy of the optical anisotropic material is biaxial is arranged in various ways, etc. Needless to say, an advantageous effect can be obtained.

負の光学異方性を示す物質としてトリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたC18H6(OCOC7H15)6 やベンゼン核を有するC6(OCOCmH2m+1)6 などがあり、これらはディスコティック液晶と呼ばれる。これらを液晶相を示す温度領域で所望な配列を形成させ、配列が変化しないように結晶相で使用することなどもできる。また、液晶相を示す温度範囲を液晶モジュールの動作温度範囲にし、電界等により配列を制御できるように光学異方素子を作製すれば視角特性を電圧制御することも可能である。   Substances exhibiting negative optical anisotropy include C18H6 (OCOC7H15) 6 with an ester bond on the triphenylene nucleus and C6 (OCOCmH2m + 1) 6 with a benzene nucleus, and these are called discotic liquid crystals. These may be used in a crystal phase so that a desired arrangement is formed in a temperature region showing a liquid crystal phase and the arrangement does not change. Further, if the optical anisotropic element is manufactured so that the temperature range showing the liquid crystal phase is set to the operating temperature range of the liquid crystal module and the arrangement can be controlled by an electric field or the like, the viewing angle characteristics can be voltage controlled.

本発明では、光学異方素子を構成する光学異方性物質が、光学異方性の光軸の傾きが異なる負号なのでさらに良い視角改善効果を発揮する。次に光学異方性が負号の液晶を用いる際に視野角特性が改善される原理を説明する。   In the present invention, since the optically anisotropic substance constituting the optically anisotropic element is a negative sign having a different optical anisotropy optical axis inclination, a better viewing angle improving effect is exhibited. Next, the principle of improving the viewing angle characteristics when using a liquid crystal having a negative optical anisotropy will be described.

駆動用液晶セルにしきい値電圧以上の電圧が印加された状態を3次元の屈折率楕円体で表すと図8に示すようになる。Z軸は液晶セルの厚み方向で、XY面は液晶セルの基板面に相当する。複屈折現象は、この屈折率楕円体RA の中心点をある方向から見たときの観測点と、屈折率楕円体RA の中心点とを結ぶ線の屈折率楕円体RA の中心点上の法線面が、屈折率楕円体RA を切断したときに形成される楕円状の切断面の形状(ここでは、2次元面内の屈折率体と呼ぶ)により示される。この2次元面内の屈折率体の長軸と短軸の長さの差が、常光と異常光の位相差に相当し、液晶セルを挟む偏光板の透過軸が互いに直交していれば、その位相差が零のとき液晶セルの透過光は遮断され、位相差が零でないときにはその位相差と入射光の波長に応じた透過光が生じる。   A state where a voltage higher than the threshold voltage is applied to the driving liquid crystal cell is represented by a three-dimensional refractive index ellipsoid as shown in FIG. The Z axis is the thickness direction of the liquid crystal cell, and the XY plane corresponds to the substrate surface of the liquid crystal cell. The birefringence phenomenon is a method on the center point of the index ellipsoid RA of the line connecting the observation point when the center point of the index ellipsoid RA is viewed from a certain direction and the center point of the index ellipsoid RA. The line surface is indicated by the shape of an elliptical cut surface formed when the refractive index ellipsoid RA is cut (herein referred to as a refractive index body in a two-dimensional plane). If the difference between the major axis and minor axis length of the refractive index body in the two-dimensional plane corresponds to the phase difference between ordinary light and extraordinary light, and the transmission axes of the polarizing plates sandwiching the liquid crystal cell are orthogonal to each other, When the phase difference is zero, the transmitted light of the liquid crystal cell is blocked, and when the phase difference is not zero, transmitted light corresponding to the phase difference and the wavelength of the incident light is generated.

液晶セルの基板面に垂直に光が入射した場合(液晶セルを真正面から見たとき)には、2次元面内の屈折率体RA4は円となり、常光と異常光の位相差は零となるが、液晶セルの基板面から傾いた方向RA1より光が入射した場合、屈折率楕円体RA5は楕円となり、常光と異常光の位相差が生じ、真正面方向と斜め方向では液晶セルを透過する光の偏光状態は異なる。   When light is incident perpendicularly to the substrate surface of the liquid crystal cell (when the liquid crystal cell is viewed from the front), the refractive index body RA4 in the two-dimensional plane is a circle, and the phase difference between ordinary light and extraordinary light is zero. However, when light is incident from a direction RA1 tilted from the substrate surface of the liquid crystal cell, the refractive index ellipsoid RA5 becomes an ellipse, causing a phase difference between ordinary light and extraordinary light. The polarization states of are different.

図8の屈折率楕円体RA を見る角度、すなわち視角RA3を大きくしていくと視軸RA1の2次元面内の屈折率体RA5はnRA1 の長さ方向に大きくなり、視軸RA1の方向から見たときより大きい透過光が観測される。理想的には、どの方位でも視角を変化したとき、2次元面内の屈折率体の形状が変化しないことが望ましい。   When the angle of viewing the refractive index ellipsoid RA in FIG. 8, ie, the viewing angle RA3 is increased, the refractive index body RA5 in the two-dimensional plane of the visual axis RA1 increases in the length direction of nRA1, and from the direction of the visual axis RA1. Larger transmitted light is observed when viewed. Ideally, it is desirable that the shape of the refractive index body in the two-dimensional plane does not change when the viewing angle is changed in any orientation.

このような光学的な補償は、図9に示すような円盤状の屈折率楕円体RB を図8の屈折率楕円体RA のZ軸上に配置する(すなわち液晶セルの上あるいは下に隣接して配置する)ことにより実現できる。このような構成にすると、視角RA3を大きくしていったとき、屈折率楕円体RA の2次元面内の屈折率体RA がnRA1 の長さ方向に大きくなるのに対して、屈折率楕円体RB のnRA2 の長さ方向の屈折率が大きくなり、その結果、合成された2次元面内の屈折率体は円になり、屈折率楕円体RA を光学的に補償することができ、視角特性が向上する。   In such optical compensation, a disk-shaped refractive index ellipsoid RB as shown in FIG. 9 is arranged on the Z axis of the refractive index ellipsoid RA in FIG. 8 (that is, adjacent to the upper or lower portion of the liquid crystal cell). Can be realized. With such a configuration, when the viewing angle RA3 is increased, the refractive index body RA in the two-dimensional plane of the refractive index ellipsoid RA increases in the length direction of nRA1, whereas the refractive index ellipsoid. The refractive index of RB in the length direction of nRA2 increases, and as a result, the combined refractive index body in the two-dimensional plane becomes a circle, and the refractive index ellipsoid RA can be optically compensated, and the viewing angle characteristics Will improve.

実際の液晶表示素子では駆動用液晶セルの屈折率楕円体は、図8に示したように楕円の長軸は、表示面に対して垂直ではなく、若干傾いている。従って、これを補償する図9の光学異方素子の屈折率楕円体RB はこれに合わせて円盤形状の短軸が傾いているのが好ましい。   In an actual liquid crystal display element, the refractive index ellipsoid of the driving liquid crystal cell has a long axis of the ellipse that is not perpendicular to the display surface but slightly tilted as shown in FIG. Therefore, the refractive index ellipsoid RB of the optical anisotropic element shown in FIG. 9 that compensates for this is preferably such that the minor axis of the disk shape is inclined accordingly.

実際には図9に示すような屈折率楕円体は、光軸が連続的にねじれた配列をした光学異方性物質層からなる光学異方素子や、厚み方向よりも面内方向の屈折率の方が小さい材料で構成することにより実現できる。   Actually, the refractive index ellipsoid as shown in FIG. 9 is an optically anisotropic element composed of an optically anisotropic material layer in which the optical axis is continuously twisted, or a refractive index in the in-plane direction rather than the thickness direction. This can be realized by using a smaller material.

以下、光軸が連続的にねじれた配列をした光学異方性物質層からなる光学異方素子で、光学異方性が負号の光学異方素子を実現する方法について説明する。   Hereinafter, a method for realizing an optically anisotropic element having a negative optical anisotropy with an optically anisotropic element composed of an optically anisotropic material layer having an optical axis continuously twisted will be described.

一般に駆動用液晶セルは、液晶セルに印加する電圧によって可視の波長領域の光(一般には380nmから750nmまでの領域)の偏光方向を積極的に変化させて表示している。   In general, a driving liquid crystal cell performs display by actively changing the polarization direction of light in a visible wavelength region (generally, a region from 380 nm to 750 nm) according to a voltage applied to the liquid crystal cell.

一方、本発明の光学補償用の光学異方素子の場合、光学異方性物質層の光軸が連続的にねじれているため、光学異方素子の光学条件によっては旋光性が生じることがある。ここで旋光性とは、光が媒質中を進行するに従ってその光の振動方向が、進行方向を軸として左または右に旋回する性質のことを示す。光軸が連続的にねじれた光学異方素子のリタデーション値を一定としたとき、光軸のねじれピッチが長い場合、光はその光軸のねじれに従ってその偏光面を回転させるが、光軸のねじれピッチが短い場合、光はその光軸のねじれに追従できなくなり、旋光現象は起きない。光学異方素子の旋光性が大きいと、素子を透過する光の偏光面を変化させてしまい、その結果コントラスト比を減少させてしまったり、場合によっては光の波長により偏光面が種々変化し、光学異方素子を透過した光が着色するなどの問題が生じる。   On the other hand, in the case of the optically anisotropic element for optical compensation of the present invention, the optical axis of the optically anisotropic material layer is continuously twisted, so that optical rotation may occur depending on the optical conditions of the optically anisotropic element. . Here, the optical rotation indicates the property that the vibration direction of the light turns to the left or right around the traveling direction as the light travels in the medium. When the retardation value of an optically anisotropic element whose optical axis is continuously twisted is constant, and the twist pitch of the optical axis is long, the light rotates its polarization plane according to the twist of the optical axis. When the pitch is short, the light cannot follow the twist of the optical axis, and the optical rotation phenomenon does not occur. If the optical rotatory power of the optical anisotropic element is large, the polarization plane of the light transmitted through the element is changed, resulting in a decrease in the contrast ratio, and in some cases the polarization plane changes variously depending on the wavelength of the light, There arises a problem that light transmitted through the optical anisotropic element is colored.

従って、少なくとも光学異方素子の可視光に対する旋光性は、駆動用液晶セルの可視光に対する旋光性に比べて小さくなるようにすることが必要である。旋光性は、媒質を透過する光の波長と、光が透過する媒質により大きく依存する。旋光性の大小は、光軸の変化に対する媒質のリタデーション値の変化の度合いで表される。   Therefore, at least the optical rotatory power with respect to visible light of the optically anisotropic element needs to be smaller than the optical rotatory power with respect to visible light of the driving liquid crystal cell. The optical rotation depends largely on the wavelength of light transmitted through the medium and the medium through which the light is transmitted. The magnitude of the optical rotation is represented by the degree of change in the retardation value of the medium with respect to the change in the optical axis.

従って、駆動用液晶セルの旋光性の大小は、駆動用液晶セルの液晶の常光に対する屈折率noと異常光に対する屈折率neとの差をΔn1 (=ne−no:屈折率異方性)、液晶層の厚みをd1 、液晶層のねじれ配列の角度(ツイスト角)をT1 とすると、 Δn1 ・d1 /T1 = R1 /T1 [1.1]ただし R1 =Δn1 ・d1 (リタデーション値)
で表すことができる。
Therefore, the optical rotation of the liquid crystal cell for driving is determined by the difference between the refractive index no for the ordinary light and the refractive index ne for the extraordinary light of the liquid crystal of the driving liquid crystal cell by Δn1 (= ne−no: refractive index anisotropy), If the thickness of the liquid crystal layer is d1 and the twisted angle (twist angle) of the liquid crystal layer is T1, Δn1 · d1 / T1 = R1 / T1 [1.1] where R1 = Δn1 · d1 (retardation value)
It can be expressed as

同様にして補償用光学異方素子の旋光性の大小は、補償用光学異方素子の光学異方性物質層の屈折率異方性をΔn2 、積層された光学異方性物質層の厚みをd2 、光学異方性物質層の光軸の総ねじれ角度をT2 とすると、 Δn2 ・d2 /T2 = R2 /T2 [1.2] ただし R2 =Δn2 ・d2で表すことができる。   Similarly, the optical rotatory power of the compensating optical anisotropic element is determined by the refractive index anisotropy of the optical anisotropic material layer of the compensating optical anisotropic element Δn2 and the thickness of the laminated optical anisotropic material layer. If the total twist angle of the optical axis of the optically anisotropic material layer is T2, Δn 2 · d 2 / T 2 = R 2 / T 2 [1.2] where R 2 = Δn 2 · d 2.

従って、補償用光学異方素子の旋光性と駆動用液晶セルの旋光性の大小関係は、[1.1] 、[1.2] 式から (R1 /T1 )>(R2 /T2 ) [1.3] となる。   Therefore, the magnitude relationship between the optical rotatory power of the compensating optical anisotropic element and the optical rotatory power of the driving liquid crystal cell is (R1 / T1)> (R2 / T2) [1.3] from the equations [1.1] and [1.2].

光学異方性物質層の光軸が連続的にねじれている光学異方素子中の光の伝搬は、次式によって示されるパラメータで表せる(C. Z. Van Doorn, Physics Letters 42A, 7(1973) )。   The propagation of light in an optical anisotropic element in which the optical axis of the optically anisotropic material layer is continuously twisted can be expressed by a parameter represented by the following equation (C. Z. Van Doorn, Physics Letters 42A, 7 (1973)).

f=λ/(p×Δn) [1.4] ただし λは真空中の光の波長(可視の波長範囲)
pは光軸のねじれピッチ長(p=d/T)
f<<1の場合には、光学異方素子中の光は偏光面が光軸のねじれ角に従い変化し、旋光性を持つ。先述したように光学異方素子は旋光性が小さいことが望ましく、光学異方素子はf>>1の条件を満たすことが必要である。よって光学異方性は、[1.4] 式から p×Δn<λ [1.5] が成り立つことが必要である。
f = λ / (p × Δn) [1.4] where λ is the wavelength of light in the vacuum (visible wavelength range)
p is the twist pitch length of the optical axis (p = d / T)
In the case of f << 1, the polarization plane of the light in the optical anisotropic element changes according to the twist angle of the optical axis and has optical rotation. As described above, it is desirable that the optical anisotropic element has a small optical rotation, and the optical anisotropic element needs to satisfy the condition of f >> 1. Therefore, the optical anisotropy needs to satisfy p × Δn <λ [1.5] from the equation [1.4].

ところで、ツイスト角が非常に大きい、すなわち螺旋ピッチの長さが短い液晶をコレステリック液晶と一般に称すが、この液晶の螺旋ピッチの長さpとコレステリック液晶の平均屈折率nとの積n×pの値が、可視の波長範囲(条件によって異なり、短波長端は360nmから400nm、長波長端は760nmから830nmの範囲)にあると選択散乱を生じる(J. L. Fergason ; Molecular Crystals. 1. 293(1966) )。このような現象はコレステリック液晶セルにだけ見られる現象ではなく、光学異方体の光軸が連続的にねじれた光学異方素子でも起こり得る。選択散乱が生じると光学異方素子の着色現象が生じて表示色が変化する。従って、光学異方素子を形成する光学異方性物質層の平均屈折率nと、光軸のねじれピッチpとの積n×pが可視の波長範囲から外れるようにすると着色現象が防止できる。   By the way, a liquid crystal having a very large twist angle, that is, a liquid crystal having a short helical pitch is generally referred to as a cholesteric liquid crystal. The product of the length p of the helical pitch of the liquid crystal and the average refractive index n of the cholesteric liquid crystal is n × p. When the value is in the visible wavelength range (depending on conditions, the short wavelength end is 360 nm to 400 nm and the long wavelength end is 760 nm to 830 nm), selective scattering occurs (JL Fergason; Molecular Crystals. 1. 293 (1966) ). Such a phenomenon is not only observed in the cholesteric liquid crystal cell, but can also occur in an optical anisotropic element in which the optical axis of the optical anisotropic body is continuously twisted. When selective scattering occurs, a coloring phenomenon of the optical anisotropic element occurs and the display color changes. Therefore, the coloring phenomenon can be prevented if the product n × p of the average refractive index n of the optically anisotropic material layer forming the optical anisotropic element and the twist pitch p of the optical axis is out of the visible wavelength range.

また、光学異方素子は高分子フィルムを延伸することにより光学異方性を生じさせた位相差フィルム(retardation film)を積層したものや、ねじれ配列させた液晶セル、ならびに高分子液晶をねじれ配列させた薄膜によって実現できる。この場合、例えば駆動用液晶セルの基板の少なくともどちらか一方にこの高分子層を塗布することによって得られるため製造上容易となり、より望ましい液晶表示素子が得られる。例えばポリシロキサンを主鎖とし、側鎖にビフェニルベンゾエートとコレステリル基を適当な比で有したような高分子共重合体などを用いることなどができる。   Optical anisotropic elements are made by laminating retardation films with optical anisotropy produced by stretching polymer films, twisted liquid crystal cells, and twisted polymer liquid crystals. It can be realized by the thin film. In this case, for example, since it is obtained by applying this polymer layer to at least one of the substrates of the driving liquid crystal cell, it is easy to manufacture and a more desirable liquid crystal display element can be obtained. For example, a polymer copolymer having polysiloxane as the main chain and biphenylbenzoate and cholesteryl groups in an appropriate ratio in the side chain can be used.

これらの光学異方素子は偏光板、基板間だけでなく、基板の内側のセル内に作製しても同様な効果が得られる。例えば高分子液晶を基板の内側に塗布し、その上に配向膜を作製しても良い。   Even if these optical anisotropic elements are produced not only between the polarizing plate and the substrate but also in a cell inside the substrate, the same effect can be obtained. For example, polymer liquid crystal may be applied to the inside of the substrate, and an alignment film may be formed thereon.

しかし、光学異方素子に求められる特性である「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」を一枚あるいは同種のも複数枚で実現しようとすると厚みが増し、リタデーション値が大きくなりすぎ表示色が変化してしまう欠点がある。この原因は光学異方素子を透過する光は、旋光とともに複屈折効果が生じ、直線偏光が楕円偏光となり、その楕円率が光の波長により異なることで透過光に波長依存性が発生し、色づきが生まれる。   However, if one of the same or the same type is used to achieve the characteristics required for an optically anisotropic element, “the direction of rotation of the optical rotation is reversed between the upper and lower positions”, the thickness increases and the retardation value increases. There is a drawback that the display color changes too much. This is because the light transmitted through the optical anisotropic element has a birefringence effect along with the optical rotation, the linearly polarized light becomes elliptically polarized light, and the ellipticity varies depending on the wavelength of the light. Is born.

そこで、所望な旋光能と色づきを解消するには、光学異方性が異符号の光学異方性単位からなる光学異方素子をこれと同様なハイブリット配列したものとを正号と負号の素子を組み合わせることで、両方の要求性能が得られることを見出した。   Therefore, in order to eliminate the desired optical rotation and coloring, an optical anisotropic element composed of optical anisotropy units having different signs of optical anisotropy is replaced with a positive and negative sign. It has been found that both required performances can be obtained by combining elements.

次に、負号の光学異方素子に組合せる正の光学異方素子について説明する。   Next, a positive optical anisotropic element combined with a negative optical anisotropic element will be described.

負号の光学異方素子で説明したと同様に、上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆である特性を得る場合について説明する。   As in the case of the negative optical anisotropic element, a case will be described in which a characteristic in which the rotation direction of the optical rotation is opposite between the upper direction and the lower direction is obtained.

図24は、本発明の光学異方素子の光軸の配列状態を示す図で、図24(a)は本発明の実施形態の光学異方素子の断面図であり、楕円で示されているのは光学異方素子を構成する光学異方体LDを示しており楕円の長軸が光軸OL に相当する。下側の基板2bの電極から上側の基板2aの電極にかけて長軸の傾きが連続的に変化しており、下の基板電極付近では基板面に対しほぼ平行で上の基板電極付近ではほぼ垂直である(ハイブリット配向)。この配列を上から見た例が図24(b)に示されている。図中の楕円内の矢印は、光軸の向きを示している。層内のそれぞれの光軸の向きが同一平面上にあり、すなわち単一の軸上に揃って配列している。図24(c)はZ軸から斜めに観測したときの配列図である。傾き方向は図中のXYZ軸で示されている。これと逆の斜め方向から見た図を図24(d)に示した。図24(c)、(d)から分かるように、図24(a)の配列をZ軸より斜めから観測すると、(c)では下から上に進行するに従い進行方向からみて左ねじれ、(d)ではこの逆の右ねじれで配列している。この様に斜め配列している光学異方素子により、先ほど述べた「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」という性質が実現できる。   FIG. 24 is a diagram showing an arrangement state of optical axes of the optical anisotropic element of the present invention, and FIG. 24A is a cross-sectional view of the optical anisotropic element of the embodiment of the present invention, which is indicated by an ellipse. Indicates an optically anisotropic body LD constituting an optically anisotropic element, and the major axis of the ellipse corresponds to the optical axis OL. The inclination of the major axis continuously changes from the electrode on the lower substrate 2b to the electrode on the upper substrate 2a, and is substantially parallel to the substrate surface in the vicinity of the lower substrate electrode and substantially vertical in the vicinity of the upper substrate electrode. Yes (hybrid orientation). An example of this arrangement as seen from above is shown in FIG. The arrow in the ellipse in the figure indicates the direction of the optical axis. The directions of the optical axes in the layer are on the same plane, that is, they are aligned on a single axis. FIG. 24C is an arrangement diagram when observed obliquely from the Z axis. The tilt direction is indicated by XYZ axes in the figure. A view seen from the opposite oblique direction is shown in FIG. As can be seen from FIGS. 24C and 24D, when the array of FIG. 24A is observed obliquely from the Z-axis, in FIG. ) Is arranged with the reverse right twist. By the optically anisotropic elements arranged obliquely in this way, the above-described property that “the rotation direction of the optical rotation is opposite between the upper direction and the lower direction” can be realized.

次に、この様な光学異方素子をどのように駆動用液晶セルと組み合わせると良好な補償効果が得られるかを次に説明する。   Next, how such an optical anisotropic element is combined with a driving liquid crystal cell to obtain a good compensation effect will be described next.

図25(a)は、図3、4、5に示した駆動用液晶セルを、図24と同様に矢印を加えて示した図で、符号Lipが入射光の偏光軸、符号Lopが出射光の偏光軸を表している。図25(a)は光学異方素子を、(b)は中間調に相当する電圧を印加した駆動用液晶セル(TN)をZ軸から見た図である。(c)はZ軸上から+X側に倒して見たときの光学異方素子の光軸の配列を示した図であり、図中に直線偏光が入射した場合の旋光状態を示した。この方向では光学異方素子は、入射光の偏光面を左方向に回転させる性質(左旋光能)がある。(d)に(c)と同じ方向から見たときの駆動用液晶セルの配列状態を示した。液晶分子は中間調に相当する電圧(液晶が動作する臨界電圧(しきい値電圧)よりやや大きい電圧)が印加されているため斜めに傾いていており、この方向から見ると液晶分子の長軸方向の長さと短軸方向の長さがほぼ同じとなる配向部分が生じる。そのため、入射偏光はあまり旋光せずに透過し、出射光の偏光軸Lopの方向は入射光の偏光軸Lipとほぼ変わらない。これが表示が暗くなる「黒つぶれ」と呼ばれる表示異常の原因であり、この場合、左回りに偏光を旋光させれば(旋光能を増加させる)これが改善される。それには、先ほど示した図(c)の光学異方素子がこれに適合する。図(c)の光学異方素子には左旋光能があり、駆動用液晶セルで足りない旋光を補う。   FIG. 25A is a diagram showing the driving liquid crystal cell shown in FIGS. 3, 4 and 5 with an arrow added as in FIG. 24. Reference symbol Lip is the polarization axis of incident light, and reference symbol Lop is outgoing light. Represents the polarization axis. FIG. 25A shows an optical anisotropic element, and FIG. 25B shows a driving liquid crystal cell (TN) to which a voltage corresponding to a halftone is applied as viewed from the Z axis. (C) is the figure which showed the arrangement | sequence of the optical axis of an optical anisotropic element when it sees from the Z-axis to the + X side, and showed the optical rotation state when linearly polarized light injects into the figure. In this direction, the optical anisotropic element has the property of rotating the polarization plane of incident light in the left direction (left rotation ability). (D) shows the arrangement of the driving liquid crystal cells when viewed from the same direction as (c). The liquid crystal molecules are tilted obliquely because a voltage equivalent to halftone (a voltage slightly higher than the critical voltage (threshold voltage) at which the liquid crystal operates) is applied, and when viewed from this direction, the long axis of the liquid crystal molecules An orientation portion is produced in which the length in the direction and the length in the minor axis direction are substantially the same. Therefore, the incident polarized light is transmitted without rotating much, and the direction of the polarization axis Lop of the emitted light is almost the same as the polarization axis Lip of the incident light. This is the cause of the display abnormality called “blackout” that darkens the display. In this case, if the polarized light is rotated counterclockwise (increases the optical rotation ability), this is improved. For this purpose, the optically anisotropic element shown in FIG. The optical anisotropic element shown in FIG. 3C has a left optical rotation ability, and the driving liquid crystal cell compensates for the insufficient optical rotation.

一方、これと逆方位について、図(e)、(f)を用いて説明する。図(e)(f)は、図(a)の光学異方素子をZ軸の方向から−X軸より観測したときの光軸の配列を示したもので、図の入射光に対して右に旋回させる特性をもつ(右旋光能)。図(f)は、図(d)と同様中間調の電圧が印加された状態であり、この方向からは実際には液晶分子が傾いているのにもかかわらず傾いていないように見え、そのため大きな旋光能がでる。これが表示が必要以上に表示が明るくなる「白抜け」と呼ばれる表示異常の原因となり、左回りの旋光を抑制する右旋光を適用すれば余分な旋光を解消でき「白抜け」が改善される。図(e)の光学異方素子は右旋光能があり、これを駆動用液晶セルと組み合わせることで特性改善が得られる。   On the other hand, the opposite direction will be described with reference to FIGS. (E) and (f) show the arrangement of the optical axes when the optical anisotropic element in FIG. (A) is observed from the -X axis from the Z-axis direction. It has the property of turning to the right (right rotation ability). FIG. (F) shows a state in which a halftone voltage is applied as in FIG. (D). From this direction, although the liquid crystal molecules are actually inclined, it does not appear to be inclined. There is a great optical rotation. This causes a display anomaly called “white spot” that makes the display brighter than necessary, and if the right rotation that suppresses counterclockwise rotation is applied, the extra rotation can be eliminated and “white spot” is improved. . The optically anisotropic element shown in FIG. 4E has a right-handed rotation ability, and characteristics can be improved by combining this with a driving liquid crystal cell.

以上、光学異方素子表面の法線に対して傾いた方向での旋光性が、前記法線の方向での旋光性よりも大きいハイブリッド配向の光学異方素子を例にして視野角拡大の原理説明をしたが、ハイブリット配向でねじれ配向した光学異方素子や、上下基板間で均一にチルト配向した光学異方素子でもハイブリット配向の光学異方素子と類似の特性が得られ、それは液晶表示素子の設計仕様に応じて選択することができる。また、TNを例に説明したが、STNやハイブリッド配列の(Hybrid Aligned Nematic)でも同様の原理が適用できるのでSTNの視角を改善する手段として用いることも可能である。   As described above, the principle of the viewing angle expansion is exemplified by the optical orientation element of the hybrid orientation in which the optical rotation in the direction inclined with respect to the normal of the surface of the optical anisotropic element is larger than the optical rotation in the direction of the normal. Although explained, an optical anisotropic element that is twist-aligned by hybrid alignment and an optical anisotropic element that is tilt-aligned uniformly between the upper and lower substrates can obtain characteristics similar to those of the hybrid alignment optical anisotropic element. Can be selected according to the design specifications. Further, although TN has been described as an example, the same principle can be applied to STN or hybrid aligned (Hybrid Aligned Nematic), and therefore, it can be used as means for improving the viewing angle of STN.

以上から、負の光学異方性を示す光学異方単位を上述の様なハイブリット配列により素子の斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性をもつことにより、主に「黒つぶれ」や「白抜け」の表示異常に関し大きな改善効果があるが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示すのは光学異方性物質の光学異方性が正号でも同様な効果を発揮する。   From the above, the optically anisotropic unit exhibiting negative optical anisotropy has a characteristic that the optical rotation in the oblique direction of the element is larger than that in the front direction by the hybrid arrangement as described above. There is a big improvement effect on the display abnormality of “white spot”, but the optical rotation in the oblique direction shows a characteristic larger than that in the front direction, even if the optical anisotropy of the optically anisotropic substance is a positive sign. Demonstrate.

本発明はこの正号と負号の光学異方性をもつ光学異方性層または素子を少なくとも1枚ずつ組合せることにより、全方位にわたって、駆動用液晶セルの視角依存特性を改善することができるものである。   The present invention improves the viewing angle dependency of the driving liquid crystal cell in all directions by combining at least one optically anisotropic layer or element having positive and negative optical anisotropies. It can be done.

なお、上述の説明では各光学異方素子を光学異方性単位がハイブリット配列になっている場合について示したが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示すのはこの様な配列のみではなく、素子法線方向から見たとき光学異方素子を構成する光学異方性物質層の光軸が素子面方向にねじれた配列でも、光学異方素子の両端面での光軸の向きが同一で、内部配列が連続的、段階的に変化していても同一の効果が得られる。   In the above description, each optical anisotropic element is shown in the case where the optical anisotropy unit is in a hybrid arrangement. However, the optical rotation in the oblique direction shows a characteristic larger than that in the front direction. Even if the optical axis of the optical anisotropic material layer constituting the optical anisotropic element is twisted in the element surface direction when viewed from the normal direction of the element as well as the arrangement, the optical axes at both end faces of the optical anisotropic element The same effect can be obtained even if the orientations of the two are the same and the internal sequence is changed continuously or stepwise.

以上のような光学異方素子を実現するには、例えばアクリロイルオキシ基などの重合性官能基を液晶に付与した紫外線硬化型の液晶を用いると良い。   In order to realize the above optically anisotropic element, for example, an ultraviolet curable liquid crystal in which a polymerizable functional group such as an acryloyloxy group is added to the liquid crystal may be used.

発明の液晶表示素子の実施形態を詳細に説明する。   Embodiments of the liquid crystal display element of the invention will be described in detail.

(実施形態1)図1および図2に本実施形態における液晶表示素子の断面図を示す。液晶表示素子10は2枚の偏光板1、4(LLC2-92-18:SANRITZ 社製)と、これらの間に視角補償用の光学異方素子である液晶セル2と駆動用液晶セル3とを挟む構成を有している。偏光板1は透明基板1bの内側に偏光膜1aをはさんで付けたものであり、偏光板4も同様に透明基板4bに偏光膜4aをつけて形成される。   (Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 are sectional views of a liquid crystal display element according to this embodiment. The liquid crystal display element 10 includes two polarizing plates 1 and 4 (LLC2-92-18 manufactured by SANRITZ), a liquid crystal cell 2 which is an optical anisotropic element for viewing angle compensation, and a driving liquid crystal cell 3 between them. It has the structure which pinches | interposes. The polarizing plate 1 has a polarizing film 1a sandwiched inside a transparent substrate 1b, and the polarizing plate 4 is similarly formed by attaching a polarizing film 4a to a transparent substrate 4b.

光学異方素子として視角補償用液晶セル2はこれらの偏光板1、4間に配置され、透明基板2a、2b間に光学異方性物質層2cを介在させたセル構造を有する。基板2a、2bはそれぞれ異なる角度で表面にSiO2 を斜方蒸着し、間に光学異方性が負であるディスコティック液晶(トリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたC18H6(OCOC7 H15)6)が光学異方性物質層として導入されており、プレチルト角は駆動用液晶セル3に近い方を30°、遠い方を60°としている。視角補償用液晶セル2に用いた光学異方性物質層のΔndは−570nmである。   A viewing angle compensating liquid crystal cell 2 as an optically anisotropic element is disposed between the polarizing plates 1 and 4 and has a cell structure in which an optically anisotropic material layer 2c is interposed between the transparent substrates 2a and 2b. The substrates 2a and 2b are obliquely vapor-deposited on the surface at different angles, and a discotic liquid crystal with negative optical anisotropy (C18H6 (OCOC7 H15) 6 with an ester bond in the triphenylene nucleus and an alkyl chain)) Is introduced as an optically anisotropic material layer, and the pretilt angle is 30 ° closer to the driving liquid crystal cell 3 and 60 ° farther away. Δnd of the optically anisotropic material layer used in the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 is −570 nm.

駆動用液晶セル3は視角補償用液晶セル2と偏光板4間に配置される。2枚の上側基板3aと下側基板3bとはそれぞれ透明電極3c、3dを形成しており、駆動電源3fに接続される。基板3a、3b間に正の誘電率異方性を持つねじれネマティック液晶(ZLI−4287、E. Merck Co. Ltd 社製)にカイラル剤S811(商品名、E. Merck Co. Ltd 社製)を混入したものが、ねじれ角が90°で導入され、駆動電源3fからの印加電圧に応じて状態を変化する。電圧無印加時はねじれ配列を維持する。   The driving liquid crystal cell 3 is disposed between the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 and the polarizing plate 4. The two upper substrates 3a and the lower substrate 3b form transparent electrodes 3c and 3d, respectively, and are connected to the drive power supply 3f. A chiral agent S811 (trade name, manufactured by E. Merck Co. Ltd.) is applied to a twisted nematic liquid crystal (ZLI-4287, manufactured by E. Merck Co. Ltd.) having positive dielectric anisotropy between the substrates 3a, 3b. The mixed material is introduced at a twist angle of 90 °, and the state changes according to the applied voltage from the drive power supply 3f. The torsional arrangement is maintained when no voltage is applied.

駆動用液晶セル3に用いた液晶のΔnは0.093、液晶層の厚みは5.5μmである。駆動用液晶セル3の液晶分子は下側基板3bから上側基板3aへと反時計回りにねじれている(左ねじれ)。本セル3は90°ツイスト角のTNセルとして動作し、旋光作用により光制御する。   The Δn of the liquid crystal used in the driving liquid crystal cell 3 is 0.093, and the thickness of the liquid crystal layer is 5.5 μm. The liquid crystal molecules of the driving liquid crystal cell 3 are twisted counterclockwise (left twist) from the lower substrate 3b to the upper substrate 3a. This cell 3 operates as a TN cell having a 90 ° twist angle, and performs light control by an optical rotation action.

図2(a)は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。(1.1)および(4.1)は2枚の偏光板1および4の透過軸であり、これらは互いに直交し(1.1)はY軸に対し基板の法線方向である+Z方向から見て反時計回りに135°で配置される。(3.1)、(3.2)は駆動用液晶セル3の上側基板3aと下側基板3bのラビング軸すなわち配向処理方向で、これらは互いに直交し、Y軸に対しラビング軸(3.1)とのなす角は+Z方向から見て反時計回りで45°で配置される。   FIG. 2A is an exploded perspective view showing the configuration of the liquid crystal display element in the present embodiment. (1.1) and (4.1) are the transmission axes of the two polarizing plates 1 and 4, which are orthogonal to each other, and (1.1) is the + Z direction which is the normal direction of the substrate with respect to the Y axis It is arranged at 135 ° counterclockwise when viewed from the side. (3.1) and (3.2) are the rubbing axes of the upper substrate 3a and the lower substrate 3b of the driving liquid crystal cell 3, that is, the alignment treatment direction, which are orthogonal to each other and are rubbed with respect to the Y axis (3. The angle formed with 1) is 45 ° counterclockwise when viewed from the + Z direction.

光学異方素子である視角補償用液晶セル2の(2.1)、(2.2)はそれぞれ上側と下側の基板2a、2bのラビング軸で、視角補償用液晶セル2はラビング軸(2.2)が駆動用液晶セル3のラビング軸(3.1)と平行になるように配置される。すなわち、液晶分子LMの光軸OL (図6)はこれらラビング軸に沿って配置され、液晶層が基板のラビング処理された面に接する側における液晶層の光軸となる。   (2.1) and (2.2) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 which is an optically anisotropic element are the rubbing axes of the upper and lower substrates 2a and 2b, respectively, and the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 is a rubbing axis ( 2.2) is arranged so as to be parallel to the rubbing axis (3.1) of the driving liquid crystal cell 3. In other words, the optical axis OL (FIG. 6) of the liquid crystal molecules LM is arranged along these rubbing axes, and becomes the optical axis of the liquid crystal layer on the side where the liquid crystal layer is in contact with the rubbed surface of the substrate.

偏光板1は透過軸(1.1)が視角補償用液晶セル2のラビング軸(2.1)と直交するように配置した。   The polarizing plate 1 was disposed so that the transmission axis (1.1) was orthogonal to the rubbing axis (2.1) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2.

本構成の液晶表示素子を図2(b)の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値(駆動電圧3fから駆動用液晶セル3の電極3c−3d間に印加する電圧)は、1Vから5Vまで変化させた。結果を図10に示す。図10は上下左右の4方位の印加電圧−透過率特性がそれぞれ示されており、正面から60°まで視角を30°ごと変化させたときの透過率を示している。理想はどの角度でも正面(視角θ=0°)の透過率曲線と同一であることである。正面の方向では、ある電圧を越えると電圧の増加と共に透過率が減少する。   The liquid crystal display element of this configuration was measured for electro-optical characteristics in the coordinate system of FIG. The voltage value at the time of measurement (the voltage applied between the driving voltage 3f and the electrodes 3c-3d of the driving liquid crystal cell 3) was changed from 1V to 5V. The results are shown in FIG. FIG. 10 shows applied voltage-transmittance characteristics in four directions, up, down, left, and right, and shows the transmittance when the viewing angle is changed by 30 ° from the front to 60 °. The ideal is that any angle is identical to the transmittance curve of the front (viewing angle θ = 0 °). In the front direction, when a certain voltage is exceeded, the transmittance decreases as the voltage increases.

図11は従来技術の比較例1のTN−LCDの印加電圧−透過率特性図であるが、下方位の特性は視角が大きくなるに従い透過率が減少する。これは実際に階調表示をした場合には「黒つぶれ」が生じることに相当する。また、視角60°での3V付近の透過率の再増加は、実際の表示では「反転」に相当する。上方位についてみれば、3Vの電圧で視角が0°から60°へと大きくなるにつれて、透過率が増大してゆく。これは実際の表示では「白抜け」に相当する。   FIG. 11 is a graph showing applied voltage-transmittance characteristics of the TN-LCD according to Comparative Example 1 of the prior art. In the lower characteristics, the transmittance decreases as the viewing angle increases. This corresponds to the occurrence of “blackout” when the gradation is actually displayed. Further, the re-increase of the transmittance near 3 V at a viewing angle of 60 ° corresponds to “inversion” in actual display. Looking at the upper direction, the transmittance increases as the viewing angle increases from 0 ° to 60 ° at a voltage of 3V. This corresponds to “white spots” in actual display.

本実施形態の場合、図10を見ると、下方位の特性はほとんど変わらず、右方位、上方位は悪化しており、左方位についてのみ視角60°での「反転」が減少しており改善がみられる。   In the case of this embodiment, when looking at FIG. 10, the characteristics of the lower position are hardly changed, the right direction and the upper direction are deteriorated, and the “reversal” at the viewing angle of 60 ° is decreased only for the left direction and is improved. Is seen.

このような特性はカーナビゲーションまたは個人用情報端末などの特定方向のみの視角を改善したいときに利用可能である。   Such characteristics can be used when it is desired to improve the viewing angle only in a specific direction, such as car navigation or personal information terminals.

(比較例1)実施形態1において、視角補償用液晶セル2が無い場合の電圧−透過率特性を測定した。測定結果を図11に示す。本比較例では角度によって上方位においては表示が白くなり、下方位においては表示が黒くなったり階調が反転したりする現象が見られた。   (Comparative Example 1) In the first embodiment, the voltage-transmittance characteristics when the viewing angle compensating liquid crystal cell 2 is not provided were measured. The measurement results are shown in FIG. In this comparative example, depending on the angle, there was a phenomenon that the display turned white in the upper direction and the display turned black or the gradation was inverted in the lower position.

(実施形態2)図12は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。実施形態1において、光学異方素子である視角補償用液晶セル2は下側基板2bの液晶と接する面側にポリイミドAL−1051(日本合成ゴム製)が塗布され、その表面にラビング処理が施されている。プレチルト角は1°である。一方、上側基板2aの液晶と接する側には、垂直配向処理が施されている。こうして作製した視角補償用液晶セルのΔndは−570nmである。液晶分子の光軸すなわち光学異方素子の光軸は、駆動用液晶セル側でセルに平行で、層厚方向に連続的に変化して液晶セル3から離れた側でセル基板の法線方向にほぼ沿っている。ツイスト角は0°である。   (Embodiment 2) FIG. 12 is an exploded perspective view showing a configuration of a liquid crystal display element in this embodiment. In the first embodiment, the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 which is an optically anisotropic element is coated with polyimide AL-1051 (manufactured by Nippon Synthetic Rubber) on the side of the lower substrate 2b in contact with the liquid crystal and subjected to rubbing treatment on the surface. Has been. The pretilt angle is 1 °. On the other hand, a vertical alignment process is performed on the side of the upper substrate 2a in contact with the liquid crystal. The viewing angle compensation liquid crystal cell thus produced has a Δnd of −570 nm. The optical axis of the liquid crystal molecules, that is, the optical axis of the optical anisotropic element is parallel to the cell on the driving liquid crystal cell side and continuously changes in the layer thickness direction, and is normal to the cell substrate on the side away from the liquid crystal cell 3. Almost along. The twist angle is 0 °.

(1.1)および(4.1)は偏光板1および4の透過軸であり、これらは互いに直交し(1.1)はY軸に対し+Z方向から見て反時計回りに135°で配置される。(3.1)と(3.2)は駆動用液晶セル3の上側と下側の基板3a、3bのラビング軸で、これらは互いに直交し、Y軸に対しラビング軸(3.1)とのなす角は+Z方向から見て反時計回りで45°で配置される。   (1.1) and (4.1) are transmission axes of the polarizing plates 1 and 4, which are orthogonal to each other, and (1.1) is 135 ° counterclockwise with respect to the Y axis as viewed from the + Z direction. Be placed. (3.1) and (3.2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates 3a and 3b of the driving liquid crystal cell 3, which are orthogonal to each other and the rubbing axis (3.1) and the Y axis. Is arranged at 45 ° counterclockwise when viewed from the + Z direction.

視角補償用液晶セル2の光軸(2.2)は下側の基板2bのラビング軸で、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.1)に直交し、下側基板のラビング軸(3.1)と平行になるように配置される(ハイブリッド配列)。   The optical axis (2.2) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 is the rubbing axis of the lower substrate 2b, and is orthogonal to the rubbing axis (3.1) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3, and the rubbing of the lower substrate. Arranged parallel to the axis (3.1) (hybrid arrangement).

偏光板1の透過軸(1.1)は、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.1)と平行になるように配置する。   The transmission axis (1.1) of the polarizing plate 1 is arranged so as to be parallel to the rubbing axis (3.1) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3.

本構成の液晶表示素子を図2(b)の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値(駆動電源3fから駆動用液晶セル3の電極3c−3d間に印加する電圧)は、1Vから5Vまで変化させた。結果を図13に示す。従来例の特性図11と比較すると分かる通り、上方位、右方位の視角は悪化しているが、下方位の「反転」がほぼ無くなり、左方位の視角60°のコントラストが改善されている。   The liquid crystal display element of this configuration was measured for electro-optical characteristics in the coordinate system of FIG. The voltage value at the time of measurement (voltage applied between the driving power supply 3f and the electrodes 3c-3d of the driving liquid crystal cell 3) was changed from 1V to 5V. The results are shown in FIG. As can be seen from comparison with the characteristic diagram 11 of the conventional example, the viewing angles of the upper direction and the right direction are deteriorated, but the “inversion” of the lower side is almost eliminated, and the contrast at the viewing angle of 60 ° in the left direction is improved.

(実施形態3)実施形態2において、視角補償用液晶セル2の液晶層をツイスト角10°のねじれ配列となるようにした。ツイスト方向は下側基板2bから上側基板2aへと反時計回りにねじれている(左ねじれ)。それ以外の条件は、実施形態2と全く同一である。電圧−透過率特性を図14に示す。ツイスト角が10°であるため実施形態2とあまり大きな違いは見られないが、視角補償用液晶セル2にねじれが加わったことで、左右方位の反転が大きくなり、下方位のコントラストが改善された。   (Embodiment 3) In Embodiment 2, the liquid crystal layer of the viewing angle compensating liquid crystal cell 2 is arranged in a twisted arrangement with a twist angle of 10 °. The twist direction is twisted counterclockwise from the lower substrate 2b to the upper substrate 2a (left twist). The other conditions are exactly the same as in the second embodiment. The voltage-transmittance characteristics are shown in FIG. Although the twist angle is 10 °, there is not much difference from the second embodiment. However, the twist of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 increases the reversal of the horizontal direction and improves the lower contrast. It was.

(実施形態4)図15は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。第1の光学異方素子である視角補償用液晶セル2は実施形態2における視角補償用液晶セル2と同様である。   (Embodiment 4) FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration of a liquid crystal display element in this embodiment. The viewing angle compensation liquid crystal cell 2 which is the first optical anisotropic element is the same as the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 in the second embodiment.

第2の光学異方素子である視角補償用液晶セル5は、前記の視角補償用液晶セル2の構造を上下反対にしたものである。前記視角補償用液晶セル2の下側基板2bおよび前記視角補償用液晶セル5の上側基板5aの液晶と接する面側にポリイミドAL−1051(日本合成ゴム製)が塗布され、その表面にラビング処理が施されている。プレチルト角は1°である。一方、前記視角補償用液晶セル2の上側基板2aおよび前記視角補償用液晶セル5の下側基板5bの液晶と接する側には、垂直配向処理が施されている。視角補償用セルのΔndは両セルとも−570nmである。液晶分子の光軸すなわち光学異方素子の光軸は、前記視角補償用液晶セル2の駆動用液晶セルに近い側でセル基板表面に平行であり、層厚方向に連続的に変化して液晶セル4から離れた側でセル基板の法線方向にほぼ沿っており、セル5はその逆である。   The viewing angle compensation liquid crystal cell 5 which is the second optical anisotropic element has the structure of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 turned upside down. Polyimide AL-1051 (manufactured by Nippon Synthetic Rubber) is applied to the surface of the lower substrate 2b of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 and the upper substrate 5a of the viewing angle compensation liquid crystal cell 5 in contact with the liquid crystal, and the surface thereof is rubbed. Is given. The pretilt angle is 1 °. On the other hand, a vertical alignment process is performed on the side of the upper substrate 2a of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 and the lower substrate 5b of the viewing angle compensation liquid crystal cell 5 in contact with the liquid crystal. The Δnd of the viewing angle compensation cell is −570 nm in both cells. The optical axis of the liquid crystal molecules, that is, the optical axis of the optical anisotropic element, is parallel to the cell substrate surface on the side close to the driving liquid crystal cell of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 and continuously changes in the layer thickness direction. It is substantially along the normal direction of the cell substrate on the side away from the cell 4, and the cell 5 is the opposite.

ツイスト角は両セルとも0°である。   The twist angle is 0 ° for both cells.

(1.1)および(4.1)は偏光板1および4の透過軸であり、これらは互いに直交し(1.1)はY軸に対し+Z方向から見て反時計回りに135°で配置される。(3.1)と(3.2)は駆動用液晶セル3の上側と下側の基板3a、3bのラビング軸で、これらは互いに直交し、Y軸に対しラビング軸(3.1)とのなす角は+Z方向から見て反時計回りで45°で配置される。   (1.1) and (4.1) are transmission axes of the polarizing plates 1 and 4, which are orthogonal to each other, and (1.1) is 135 ° counterclockwise with respect to the Y axis as viewed from the + Z direction. Be placed. (3.1) and (3.2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates 3a and 3b of the driving liquid crystal cell 3, which are orthogonal to each other and the rubbing axis (3.1) and the Y axis. Is arranged at 45 ° counterclockwise when viewed from the + Z direction.

視角補償用液晶セル2の光軸(2.2)は下側の基板2bのラビング軸で、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.1)に直交し、下側基板のラビング軸(3.2)と平行になるように配置される。   The optical axis (2.2) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 is the rubbing axis of the lower substrate 2b, and is orthogonal to the rubbing axis (3.1) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3, and the rubbing of the lower substrate. Arranged to be parallel to the axis (3.2).

視角補償用液晶セル5の光軸(5.1)は上側の基板5aのラビング軸で、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.1)に平行で、下側基板のラビング軸(3.2)と直交するように配置される。   The optical axis (5.1) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 5 is the rubbing axis of the upper substrate 5a, parallel to the rubbing axis (3.1) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3, and the rubbing axis of the lower substrate. Arranged so as to be orthogonal to (3.2).

偏光板1の透過軸(1.1)は、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.1)と平行になるように配置した。   The transmission axis (1.1) of the polarizing plate 1 was arranged so as to be parallel to the rubbing axis (3.1) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3.

本構成の液晶表示素子を図2(b)の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値(駆動電源3fから駆動用液晶セル3の電極3c−3d間に印加する電圧)は、1Vから5Vまで変化させた。結果を図16に示す。従来例の特性図11と比較すると左方位および下方位の特性は悪くなったが、右方位の「反転」が無くなり、上方位の「白抜け」も改善された。   The liquid crystal display element of this configuration was measured for electro-optical characteristics in the coordinate system of FIG. The voltage value at the time of measurement (voltage applied between the driving power supply 3f and the electrodes 3c-3d of the driving liquid crystal cell 3) was changed from 1V to 5V. The results are shown in FIG. Compared with the characteristic diagram 11 of the conventional example, the left azimuth and lower directional characteristics were deteriorated, but the “inversion” of the right azimuth disappeared and the “white spot” of the upper azimuth was also improved.

(実施形態5)図17は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。第1の光学異方素子である視角補償用液晶セル2は実施形態2における視角補償用液晶セル2と似た構造である。ただし片側基板はSiO2 を斜方蒸着し、下側基板のプレチルト角は60°である。上側基板2aの液晶と接する側には、垂直配向処理が施されている。   (Embodiment 5) FIG. 17 is an exploded perspective view showing a configuration of a liquid crystal display element in this embodiment. The viewing angle compensation liquid crystal cell 2 which is the first optical anisotropic element has a structure similar to the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 in the second embodiment. However, SiO2 is obliquely deposited on one side substrate, and the pretilt angle of the lower side substrate is 60 °. A vertical alignment process is performed on the side of the upper substrate 2a in contact with the liquid crystal.

第2の光学異方素子である視角補償用液晶セル5は、前記の視角補償用液晶セル2の構造を上下反対にしたものである。視角補償用セルのΔndは両セルとも−180nmである。ツイスト角は両セルとも0°である。   The viewing angle compensation liquid crystal cell 5 which is the second optical anisotropic element has the structure of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 turned upside down. The Δnd of the viewing angle compensation cell is −180 nm in both cells. The twist angle is 0 ° for both cells.

(1.1)および(4.1)は偏光板1および4の透過軸であり、これらは互いに直交し、(1.1)はY軸に対し+Z方向から見て反時計回りに135°で配置される。(3.1)と(3.2)は駆動用液晶セル3の上側と下側の基板3a、3bのラビング軸で、これらは互いに直交し、Y軸に対しラビング軸(3.1)とのなす角は+Z方向から見て反時計回りで45°で配置される。   (1.1) and (4.1) are transmission axes of the polarizing plates 1 and 4, which are orthogonal to each other, and (1.1) is 135 ° counterclockwise with respect to the Y axis as viewed from the + Z direction. It is arranged with. (3.1) and (3.2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates 3a and 3b of the driving liquid crystal cell 3, which are orthogonal to each other and the rubbing axis (3.1) and the Y axis. Is arranged at 45 ° counterclockwise when viewed from the + Z direction.

視角補償用液晶セル2の光軸(2.2)は下側の基板2bの配向方向で、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.3)に直交し、下側基板のラビング軸(3.2)と平行になるように配置される。   The optical axis (2.2) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 is the orientation direction of the lower substrate 2b and is orthogonal to the rubbing axis (3.3) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3, and the rubbing of the lower substrate. Arranged to be parallel to the axis (3.2).

視角補償用液晶セル5の光軸(5.1)は上側の基板5aの配向方向で、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.1)に平行で、下側基板のラビング軸(3.2)と直交するように配置される。   The optical axis (5.1) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 5 is the alignment direction of the upper substrate 5a, parallel to the rubbing axis (3.1) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3, and the rubbing axis of the lower substrate. Arranged so as to be orthogonal to (3.2).

偏光板1の透過軸(1.1)は、駆動用液晶セル3の上側基板のラビング軸(3.1)と平行になるように配置した。   The transmission axis (1.1) of the polarizing plate 1 was arranged so as to be parallel to the rubbing axis (3.1) of the upper substrate of the driving liquid crystal cell 3.

本構成の液晶表示素子を図2(b)の座標系で電気光学特性を測定し。測定時の電圧値(駆動電源3fから駆動用液晶セル3の電極3c、3d間に印加する電圧)は、1Vから5Vまで変化させた。結果を図18に示す。従来例(比較例1)の特性図11と比較すると、下方位の「反転」は悪くなったが、左右方位の「反転」が無くなり、上方位の「白抜け」も大きく改善された。   The liquid crystal display element of this configuration is measured for electro-optical characteristics in the coordinate system of FIG. The voltage value at the time of measurement (voltage applied between the driving power source 3f and the electrodes 3c and 3d of the driving liquid crystal cell 3) was changed from 1V to 5V. The results are shown in FIG. Compared with the characteristic diagram 11 of the conventional example (Comparative Example 1), the lower “inversion” is worse, but the “inversion” in the horizontal direction is eliminated, and the “outline” in the upper direction is greatly improved.

(実施形態6)図19は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。本実施形態においての光学異方素子である視角補償用液晶セル20は2層の光学異方層から構成されており、実施形態4における視角補償用セル2および5が重なった構造である。Δndは−380nmとした。   (Embodiment 6) FIG. 19 is an exploded perspective view showing a configuration of a liquid crystal display element in this embodiment. The viewing angle compensation liquid crystal cell 20 which is an optically anisotropic element in the present embodiment is composed of two optical anisotropic layers, and the viewing angle compensation cells 2 and 5 in the fourth embodiment overlap each other. Δnd was −380 nm.

図20は視角補償用液晶セル2の+X軸方向から見た断面図である。両面に垂直配向処理を行った基板2dを境界として、+Z軸方向から見たときの光軸方向が、上部2a・2d間は図19のセル2におけるラビング軸(2.1)方向、下部2d・2b間は(2.2)方向と異なっている。このラビング軸(2.1)および(2.2)を同方向にすると光軸が単一軸上になり、異なる方向にすると本実施形態に示す通り2軸になる。また液晶層をツイストさせることにより、光軸が連続的に変化する。   FIG. 20 is a cross-sectional view of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 as viewed from the + X-axis direction. The optical axis direction when viewed from the + Z-axis direction with the substrate 2d subjected to the vertical alignment treatment on both sides as the boundary is between the upper 2a and 2d, the rubbing axis (2.1) direction in the cell 2 of FIG. 19, and the lower 2d -The distance between 2b is different from the (2.2) direction. When the rubbing axes (2.1) and (2.2) are in the same direction, the optical axis is on a single axis, and when the rubbing axes are in different directions, there are two axes as shown in the present embodiment. Further, the optical axis is continuously changed by twisting the liquid crystal layer.

本構成の液晶表示素子を図2(b)の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値(駆動電源3fから駆動用液晶セル3の電極3c−3d間に印加する電圧)は、1Vから5Vまで変化させた。従来例の特性を示す図11と比較すると下方位の「反転」「黒つぶれ」が改善され、他の方位についてはあまり変化がない。   The liquid crystal display element of this configuration was measured for electro-optical characteristics in the coordinate system of FIG. The voltage value at the time of measurement (voltage applied between the driving power supply 3f and the electrodes 3c-3d of the driving liquid crystal cell 3) was changed from 1V to 5V. Compared with FIG. 11 showing the characteristics of the conventional example, lower “inversion” and “blackout” are improved, and there is not much change in other directions.

本実施例において使用した光学異方素子は、実施例4に示すように数枚の本発明の光学異方素子を組み合わせることによっても同様の特性のものが得られる。また光学異方性が負号の液晶をベンド配列・ベンドツイスト配列させることにより、1層の光学異方層からなる光学異方素子を作製することが可能である。   The optically anisotropic element used in the present embodiment can be obtained by combining several optical anisotropic elements of the present invention as shown in the fourth embodiment. Further, an optical anisotropic element composed of one optical anisotropic layer can be produced by arranging a liquid crystal having a negative optical anisotropy in a bend alignment / bend twist alignment.

(実施形態7)本実施形態の構成を図21に示す。実施形態2において第1の光学異方素子である視角補償用液晶セル2と駆動用液晶セル3との間に、不安定なディスコティック配列の光学異方性を補うことを目的に二軸性位相差フィルム50を配置した。特性的には大きな改善は見られなかったが、配列不良による表示むらを緩和することができた。   (Embodiment 7) The configuration of this embodiment is shown in FIG. In the second embodiment, biaxiality is used to compensate for the optical anisotropy of the unstable discotic alignment between the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 and the driving liquid crystal cell 3 which are the first optical anisotropic elements. A retardation film 50 was disposed. Although there was no significant improvement in characteristics, display irregularities due to poor alignment could be alleviated.

(実施形態8)実施形態2において視角補償用液晶セル2をポリシロキサン主鎖とし、側鎖にビフェニルベンゾエートとコレステリル基を適当な比で有したような高分子共重合体で作製したところ、実施形態2と同様な特性が得られた。さらに高分子共重合体で光学異方素子を作製することにより、より薄型の液晶表示素子が実現する。   (Embodiment 8) When the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 in Embodiment 2 was made of a polysiloxane main chain and a polymer copolymer having biphenylbenzoate and cholesteryl groups in an appropriate ratio in the side chain, Characteristics similar to those of Form 2 were obtained. Furthermore, a thinner liquid crystal display element is realized by producing an optically anisotropic element with a polymer copolymer.

(実施形態9)図22に本実施形態における液晶表示素子の断面図を、図23にその作用を説明する図を示す。液晶表示素子は2枚の偏光板(LLC2-92-18:SANRITZ 社製)1、4と、これらの間に視角補償用の光学異方素子である液晶セル2、5、6、7と駆動用液晶セル3とを挟む構成を有している。   (Embodiment 9) FIG. 22 is a cross-sectional view of a liquid crystal display element according to this embodiment, and FIG. The liquid crystal display element is driven by two polarizing plates (LLC2-92-18: manufactured by SANRITZ) 1, 4 and liquid crystal cells 2, 5, 6, 7 that are optical anisotropic elements for viewing angle compensation between them. The liquid crystal cell 3 is sandwiched.

光学異方素子2、5として用いる視角補償用液晶セルは、これらの偏光板1と駆動用液晶セル3間に配置される。光学異方素子2は光学異方性が正号である。   The viewing angle compensating liquid crystal cell used as the optical anisotropic elements 2 and 5 is disposed between the polarizing plate 1 and the driving liquid crystal cell 3. The optical anisotropic element 2 has a positive optical anisotropy.

透明基板2a、2b間に液晶2cを介在させた液晶セル構造を有する。基板2a、2bはそれぞれ異なる配向処理がなされ、2aは垂直配向、2bは水平配向がなされ、2bの水平配向処理としては、配向膜上をラビングを行い約2゜のチルト配向が得られている。液晶2cとして、光学異方性が正であるネマティック液晶(ZLI−4287、E. Merck Co. Ltd 社製)が用いられ、1.9 μmの厚みを有し、リタデーション(液晶の光学異方性と液晶層厚との積)は180nm である。光学異方素子7(基板7a、7b)は光学異方性素2と同一の光学異方性が正号の素子であり、これを裏返して配置される。   It has a liquid crystal cell structure in which a liquid crystal 2c is interposed between the transparent substrates 2a and 2b. The substrates 2a and 2b are subjected to different alignment processes, 2a is a vertical alignment, 2b is a horizontal alignment, and as the horizontal alignment process of 2b, a tilt alignment of about 2 ° is obtained by rubbing the alignment film. . As the liquid crystal 2c, nematic liquid crystal (ZLI-4287, manufactured by E. Merck Co. Ltd.) having a positive optical anisotropy is used, and has a thickness of 1.9 μm and retardation (optical anisotropy of liquid crystal and liquid crystal The product of the layer thickness is 180 nm. The optically anisotropic element 7 (substrates 7a and 7b) is an element having the same optical anisotropy as that of the optical anisotropy element 2, and is disposed upside down.

光学異方素子5は光学異方性かけ負号である視角補償用セルからなり、透明基板5a、5b間に液晶5cを介在させた液晶セル構造を有する。   The optical anisotropic element 5 is composed of a viewing angle compensation cell which is a negative sign of optical anisotropy, and has a liquid crystal cell structure in which a liquid crystal 5c is interposed between transparent substrates 5a and 5b.

透明基板3bには角度で表面にSiO2 を斜方蒸着し、光学異方性が負であるディスコティック液晶(トリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたC18H6(OCOC7 H15)6)が光学異方性物質層として導入されており、プレチルト角は駆動用液晶セル4に近い方を60°、遠い方を90°としている。リタデーションは−220nmである。光学異方素子6(基板6a、6b)は光学異方素子5と同一の光学異方性が負号の視角補償用セルからなり、これを裏返して配置される。   On the transparent substrate 3b, SiO2 is obliquely deposited on the surface at an angle, and a discotic liquid crystal (C18H6 (OCOC7 H15) 6 having an ester bond on a triphenylene nucleus and an alkyl chain) is optically anisotropic. The pretilt angle is 60 ° closer to the driving liquid crystal cell 4 and 90 ° farther from the driving liquid crystal cell 4. The retardation is -220 nm. The optically anisotropic element 6 (substrates 6a and 6b) is composed of a viewing angle compensation cell having the same optical anisotropy as that of the optically anisotropic element 5, and is disposed upside down.

光学異方素子2、5と光学異方素子6、7とはそれぞれ対をなしており、光学異方性が負号である素子が駆動用液晶セル3に対面する配置となっている。すなわち、駆動用液晶セル3は光学異方性が負号の光学異方素子5と負号の光学異方素子6間に配置される。   The optical anisotropic elements 2 and 5 and the optical anisotropic elements 6 and 7 make a pair, and an element having a negative optical anisotropy faces the driving liquid crystal cell 3. That is, the driving liquid crystal cell 3 is disposed between the optical anisotropic element 5 having a negative optical anisotropy and the optical anisotropic element 6 having a negative sign.

駆動用液晶セル3の上側基板3aはカラーフィルタ上に透明電極3a1が形成された基板3aと各絵素に薄膜トランジスタおよび画素電極3b1が形成された基板3b間に液晶3cが挟持され、電圧無印加時に90゜ねじれの配向を形成する。液晶3cはネマティック液晶(ZLI−4287、E. Merck Co. Ltd 社製)にカイラル剤S811(商品名、E. Merck Co. Ltd 社製)を混入したものが、ねじれ角が90°で導入され、電圧印加手段である駆動電源4Eからの印加電圧に応じて状態を変化する。電圧無印加時はねじれ配列を維持する。   The upper substrate 3a of the driving liquid crystal cell 3 has a liquid crystal 3c sandwiched between a substrate 3a on which a transparent electrode 3a1 is formed on a color filter and a substrate 3b on which a thin film transistor and a pixel electrode 3b1 are formed on each picture element. Sometimes forms a 90 ° twist orientation. Liquid crystal 3c is a nematic liquid crystal (ZLI-4287, manufactured by E. Merck Co. Ltd) mixed with a chiral agent S811 (trade name, manufactured by E. Merck Co. Ltd) with a twist angle of 90 °. The state changes according to the applied voltage from the drive power supply 4E which is a voltage applying means. The torsional arrangement is maintained when no voltage is applied.

駆動用液晶セル3に用いた液晶のΔnは0.093、液晶層の厚みは5.0μmである。駆動用液晶セル3の液晶分子は下側基板3bから上側基板3aへと反時計回りにねじれている(左ねじれ)。本セル3は90°ツイスト角のTNセルとして動作し、旋光作用により光制御する。   The Δn of the liquid crystal used for the driving liquid crystal cell 3 is 0.093, and the thickness of the liquid crystal layer is 5.0 μm. The liquid crystal molecules of the driving liquid crystal cell 3 are twisted counterclockwise (left twist) from the lower substrate 3b to the upper substrate 3a. This cell 3 operates as a TN cell having a 90 ° twist angle, and performs light control by an optical rotation action.

図26は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解説明図で(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は側面図である。(1.1)および(4.1)は2枚の偏光板1および7の吸収軸であり、これらは互いに直交し(1.1)はX軸に対し基板の法線方向である+Z方向から見て反時計回りに45°で配置される。   FIG. 26 is an exploded explanatory view showing the configuration of the liquid crystal display element in the present embodiment, wherein (a) is a perspective view, (b) is a top view, and (c) is a side view. (1.1) and (4.1) are the absorption axes of the two polarizing plates 1 and 7, which are orthogonal to each other, and (1.1) is the + Z direction which is the normal direction of the substrate with respect to the X axis. It is arranged at 45 ° counterclockwise when viewed from the side.

(3.1)、(3.2)は駆動用液晶セルの上側基板3aと下側基板3bのラビング軸すなわち配向処理方向で、これらは互いに直交し、X軸に対しラビング軸(3.1)とのなす角は+Z方向から見て反時計回りで135°で配置される。   (3.1) and (3.2) are the rubbing axes of the upper substrate 3a and the lower substrate 3b of the driving liquid crystal cell, that is, the alignment treatment direction, which are orthogonal to each other and are rubbed with respect to the X axis (3.1). ) Is arranged at 135 ° counterclockwise when viewed from the + Z direction.

正の光学異方素子2はその光学異方性単位の光軸20Uが同一方位にそろって配列し、かつ(c) の側面図に見られるように下側基板で約2゜のチルト配向で、上基板で略90゜でその間は連続的に傾いて配列してる(ハイブリット配列)。これらの光学異方性単位の光軸の平均、すなわち平均光軸2OAは、X軸に対し+Z方向から見て反時計回りで225°で配置される。   The positive optical anisotropic element 2 has its optical anisotropy unit optical axis 20U aligned in the same direction, and has a tilt orientation of about 2 ° on the lower substrate as seen in the side view of FIG. The upper substrate is arranged at an angle of approximately 90 ° while being continuously inclined (hybrid arrangement). The average of the optical axes of these optical anisotropy units, that is, the average optical axis 2OA is arranged at 225 ° counterclockwise when viewed from the + Z direction with respect to the X axis.

液晶セル3の他の面側に配置される正の光学異方素子7も、光学異方素子2と同様の構成で、その配置は+Z軸から見て光学異方素子2を天地逆転させ、かつ平均光軸60Aを+Z軸からX軸に対し135°となっている。   The positive optical anisotropic element 7 disposed on the other surface side of the liquid crystal cell 3 has the same configuration as that of the optical anisotropic element 2, and the arrangement is such that the optical anisotropic element 2 is reversed upside down as viewed from the + Z axis. The average optical axis 60A is 135 ° from the + Z axis to the X axis.

一方、負の光学異方素子5は、光学異方性単位の光軸5OU(屈折率の最も小さい方向を光軸と定義する)は、図26(c) に示してあるとおり上基板で90゜、下基板で60゜傾き、その間は傾き角が連続的に変化している。したがって平均光軸5OAは素子面に対し斜めになり、その向きは+Z軸からみてX軸より、−45°で配置される。   On the other hand, the negative optical anisotropic element 5 has an optical axis 5OU of optical anisotropy unit (the direction with the smallest refractive index is defined as the optical axis) on the upper substrate as shown in FIG. The tilt angle is continuously changing during the tilt of 60 ° on the lower substrate. Therefore, the average optical axis 5OA is inclined with respect to the element surface, and the direction thereof is arranged at −45 ° from the X axis when viewed from the + Z axis.

負の光学異方素子5も光学異方素子3と同様の構成であり、+Z軸から見て光学異方素子2を天地逆転させ、かつ平均光軸60Aは平均光軸20Aを+Z軸からX軸に対し45゜となるように配置される。   The negative optical anisotropic element 5 has the same configuration as that of the optical anisotropic element 3, and the optical anisotropic element 2 is turned upside down when viewed from the + Z axis, and the average optical axis 60A changes the average optical axis 20A from the + Z axis to X. Arranged at 45 ° to the axis.

本構成の液晶表示素子を図2(b)の座標系で観察点の角度、方位角φ、視角θを変えて電気光学特性を測定した。測定時の電圧値(駆動電圧3fから駆動用液晶セル3の液晶層4Cに印加する電圧を、0Vから5Vまで変化させ、液晶パネルの透過率を測定した。結果を図27に示す。図27は上下左右の4方位の印加電圧−透過率特性がそれぞれ示されており(カラーフィルターによる透過率の減少分は除いて)、正面から60°まで視角を30°ごと変化させたときの透過率を示している。どの角度でも正面(視角θ=0°)の透過率曲線と同一であることが理想的な特性である。   The liquid crystal display element of this configuration was measured for electro-optical characteristics by changing the observation point angle, azimuth angle φ, and viewing angle θ in the coordinate system of FIG. The transmissivity of the liquid crystal panel was measured by changing the voltage value at the time of measurement (the voltage applied from the driving voltage 3f to the liquid crystal layer 4C of the driving liquid crystal cell 3 from 0 V to 5 V. The result is shown in FIG. 27. 4 shows the applied voltage-transmittance characteristics in four directions, top, bottom, left, and right (excluding the decrease in transmittance due to the color filter), and the transmittance when the viewing angle is changed by 30 ° from the front to 60 °. The ideal characteristic is that the angle is the same as the transmittance curve of the front (viewing angle θ = 0 °) at any angle.

図28は従来技術の光学異方素子を用いない場合の印加電圧−透過率特性図である。下方位の特性は視角が大きくなるに従い透過率が減少する。これは実際に階調表示をした場合には「黒つぶれ」が生じることに相当する。また、視角60°での3V付近の透過率の再増加は、実際の表示では「反転」に相当する。上方位についてみれば、3Vの電圧で視角が0°から60°へと大きくなるにつれて、透過率が増大してゆく。これは実際の表示では「白抜け」に相当する。   FIG. 28 is a graph showing applied voltage-transmittance characteristics when a conventional optical anisotropic element is not used. In the characteristic of the downward direction, the transmittance decreases as the viewing angle increases. This corresponds to the occurrence of “blackout” when the gradation is actually displayed. Further, the re-increase of the transmittance near 3 V at a viewing angle of 60 ° corresponds to “inversion” in actual display. Looking at the upper direction, the transmittance increases as the viewing angle increases from 0 ° to 60 ° at a voltage of 3V. This corresponds to “white spots” in actual display.

本実施形態の場合、図27では全ての方位の特性に改善が見られ、特に0Vでの斜め60゜での透過率は、上方位をのぞき高い値を示しており、斜め方向でも明るい表示が実現できる。   In the case of the present embodiment, in FIG. 27, the characteristics of all the azimuths are improved. In particular, the transmittance at 60 ° obliquely at 0V shows a high value except the upper azimuth, and a bright display is obtained even in the oblique direction. realizable.

実際の本液晶表示素子を64階調表示させ観測したところ、角度を大きくしても良好な表示が得られた。   When the actual liquid crystal display element was observed with 64 gradations, good display was obtained even when the angle was increased.

(比較例2)実施形態9において、負の光学異方素子3、5のみで、正の光学異方素子2、6が無い場合の電圧−透過率特性を測定した。測定結果を図29に示す。本比較例では下方位の特性は多少改善されるが、左右での5Vでの透過率が高くコントラスト比が低い。   (Comparative Example 2) In the ninth embodiment, voltage-transmittance characteristics were measured when only the negative optical anisotropic elements 3 and 5 and no positive optical anisotropic elements 2 and 6 were present. The measurement results are shown in FIG. In this comparative example, the lower-order characteristics are somewhat improved, but the transmittance at 5 V on the left and right is high and the contrast ratio is low.

(比較例3)図22の実施形態9に対して、正の光学異方素子2、7のみで、負の光学異方素子5、6が無い場合の電圧−透過率特性を測定した。測定結果を図30に示す。本比較例では上右左方位の透過率は5Vでも低く押さえられてはいるが、下方位での透過率の急激な低下が著しく、反転、黒つぶれが生じる。   (Comparative Example 3) The voltage-transmittance characteristics in the case where the negative optical anisotropic elements 5 and 6 are not provided with only the positive optical anisotropic elements 2 and 7 in the ninth embodiment shown in FIG. The measurement results are shown in FIG. In this comparative example, the transmissivity in the upper right and left directions is kept low even at 5 V, but the abrupt decrease in transmissivity in the lower position is significant, and inversion and blackout occur.

(実施形態10)実施形態9において第1の光学異方素子である視角補償用液晶セル2と駆動用液晶セル3との間に、不安定なディスコティック配列の光学異方性を補うことを目的に二軸性位相差フィルムを配置した。特性的には大きな改善は見られなかったが、配列不良による表示ムラを緩和することができた。   (Embodiment 10) In Embodiment 9, the optical anisotropy of unstable discotic alignment is compensated between the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 and the driving liquid crystal cell 3 which are the first optical anisotropic elements. A biaxial retardation film was arranged for the purpose. Although there was no significant improvement in characteristics, display unevenness due to poor alignment could be alleviated.

(実施形態11)図31および図32に本実施形態における液晶表示素子を示す。液晶表示素子10は2枚の偏光板1、4(LLC-92-18:SANRITZ 社製)と、これらの間に視角補償用の光学異方素子である液晶セル2と駆動用液晶セル3とを挟む構成を有している。偏光板1は透明基板に偏光膜を挟んでつけたものであり、偏光板4も同様に透明基板に偏光膜をつけて形成される。   (Embodiment 11) FIGS. 31 and 32 show a liquid crystal display element in this embodiment. The liquid crystal display element 10 includes two polarizing plates 1 and 4 (LLC-92-18: manufactured by SANRITZ), and a liquid crystal cell 2 and a driving liquid crystal cell 3 which are optical anisotropic elements for viewing angle compensation between them. It has the structure which pinches | interposes. The polarizing plate 1 is formed by sandwiching a polarizing film on a transparent substrate, and the polarizing plate 4 is similarly formed by attaching a polarizing film to a transparent substrate.

光学異方素子として視角補償用液晶セル2はこれらの偏光板1、4間に配置され、透明基板2a、2b間に光学異方性物質層2cを介在させたセル構造を有する。基板2a、2bはそれぞれ異なる角度で表面にSiO2 を斜め蒸着し、間に光学異方性が負号であるディスコティック液晶(トリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたC18H6(OCOC7 H15)6)が光学異方性物質層として導入されており、プレチルト角(基板面に対する光軸20Uの傾き)は駆動用液晶セル3に近い方を30°、遠い方を約90°としている(図33参照)。視角補償用液晶セル2に用いた光学異方性物質層の実効的なΔndは−60nmである。   A viewing angle compensating liquid crystal cell 2 as an optically anisotropic element is disposed between the polarizing plates 1 and 4 and has a cell structure in which an optically anisotropic material layer 2c is interposed between the transparent substrates 2a and 2b. Substrates 2a and 2b are formed by obliquely depositing SiO2 on the surface at different angles, with a negative optical anisotropy between them (a C18H6 (OCOC7 H15) 6 with an ester bond on a triphenylene nucleus and an alkyl chain)) Is introduced as an optically anisotropic material layer, and the pretilt angle (inclination of the optical axis 20U with respect to the substrate surface) is 30 ° closer to the driving liquid crystal cell 3 and about 90 ° farther (see FIG. 33). ). The effective Δnd of the optically anisotropic material layer used in the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 is −60 nm.

駆動用液晶セル3は視角補償用液晶セル2と偏光板4間に配置される。2枚の上側基板3aと下側基板3bとはそれぞれ透明電極3a1、3b1を形成しており、駆動電源3Eに接続される。基板3a、3b間に正の誘電異方性をもつネマティック液晶(ZLI-4287、E.Merck Co.Ltd.製)が充填され、駆動電源3Eからの印加電圧に応じて状態を変化する。電圧無印加時はハイブリッド配列を維持する。   The driving liquid crystal cell 3 is disposed between the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 and the polarizing plate 4. The two upper substrates 3a and the lower substrate 3b form transparent electrodes 3a1 and 3b1, respectively, and are connected to the drive power supply 3E. Nematic liquid crystal (ZLI-4287, manufactured by E. Merck Co. Ltd.) having positive dielectric anisotropy is filled between the substrates 3a and 3b, and the state changes according to the applied voltage from the drive power supply 3E. The hybrid arrangement is maintained when no voltage is applied.

駆動用液晶セル3の液晶分子のΔndは0.093、液晶層の厚みは5.0μmである。駆動用液晶セル3の液晶分子は下側基板3bから上側基板3aへチルト角がほぼ垂直から水平へと変化して配列する(ハイブリッド配列)。   The Δnd of the liquid crystal molecules in the driving liquid crystal cell 3 is 0.093, and the thickness of the liquid crystal layer is 5.0 μm. The liquid crystal molecules of the driving liquid crystal cell 3 are arranged with the tilt angle changing from substantially vertical to horizontal from the lower substrate 3b to the upper substrate 3a (hybrid arrangement).

図32は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。   FIG. 32 is an exploded perspective view showing the configuration of the liquid crystal display element in the present embodiment.

(1.1)および(4.1)は2枚の偏光板1および4の透過軸であり、これらは互いに直交し(1.1)はY軸に対し基板の法線方向である+Z方向から見て反時計回りに45°で配置される。(3.1)は駆動用液晶セル3の上側基板3aのラビング軸すなわち配向処理方向で、Y軸に対しラビング軸(3.1)とのなす角は+Z方向から見て反時計回りで180°で配置される。(3.2)は下側基板3bの配向方向で、ほぼ−Z方向と一致する。   (1.1) and (4.1) are the transmission axes of the two polarizing plates 1 and 4, which are orthogonal to each other, and (1.1) is the + Z direction that is the normal direction of the substrate with respect to the Y axis It is arranged at 45 ° counterclockwise when viewed from the side. (3.1) is the rubbing axis of the upper substrate 3a of the driving liquid crystal cell 3, that is, the alignment processing direction, and the angle formed by the rubbing axis (3.1) with respect to the Y axis is 180 counterclockwise when viewed from the + Z direction. Arranged at °. (3.2) is the orientation direction of the lower substrate 3b, and substantially coincides with the -Z direction.

光学異方素子である視角補償用液晶セル2の(2.1)、(2.2)はそれぞれ上側と下側の基板2a、2bの配向処理方向で、視角補償用液晶セル2はその配向処理方向(2.2)が駆動用液晶セル3のラビング軸(3.1)と平行になるように配置される。   (2.1) and (2.2) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 which is an optically anisotropic element are the orientation treatment directions of the upper and lower substrates 2a and 2b, respectively, and the viewing angle compensation liquid crystal cell 2 is oriented. The processing direction (2.2) is arranged so as to be parallel to the rubbing axis (3.1) of the driving liquid crystal cell 3.

偏光板1は透過軸(1.1)が視角補償用液晶セル2のラビング軸(2.1)と45°の角度をなすように配置した。   The polarizing plate 1 was arranged such that the transmission axis (1.1) formed an angle of 45 ° with the rubbing axis (2.1) of the viewing angle compensation liquid crystal cell 2.

本構成の液晶表示素子を図2(b)の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値(駆動電圧3Eから駆動用液晶セル3の電極3a1、3b1間に印加する電圧)は0Vから5Vまで変化させた。結果を図34に示す。図34は上下左右の階調ごとの視角−輝度特性がそれぞれ示されており、正面から60°まで視角を10°ごとに変化させたときの各階調輝度を示している。理想はどの角度でも正面(視角θ=0°)の透過率曲線と同一であることである。   The liquid crystal display element of this configuration was measured for electro-optical characteristics in the coordinate system of FIG. The voltage value at the time of measurement (the voltage applied between the driving voltage 3E and the electrodes 3a1, 3b1 of the driving liquid crystal cell 3) was changed from 0V to 5V. The results are shown in FIG. FIG. 34 shows the viewing angle-luminance characteristics for each of the upper, lower, left, and right gradations, and each gradation luminance when the viewing angle is changed every 10 degrees from the front to 60 degrees. The ideal is that any angle is identical to the transmittance curve of the front (viewing angle θ = 0 °).

本実施形態の場合、図34を見ると、TNと比較して上下左右いずれの方位においても「反転」が減少しており、また黒の透過率が増大しにくいため、広い視角で良好なコントラストが得られる。   In the case of the present embodiment, when FIG. 34 is viewed, “inversion” is reduced in any of the top, bottom, left, and right directions as compared with TN, and the black transmittance is difficult to increase. Is obtained.

なお、本発明はTFTを用いたTN型液晶表示素子について説明したが、MIMなどを用いたアクティブマトリクスおよびSTNなどのシンプルマトリクス液晶表示素子に応用しても優れた効果が得られることは言うまでもない。   Although the present invention has been described with reference to a TN type liquid crystal display element using TFT, it goes without saying that an excellent effect can be obtained even when applied to an active matrix using MIM or the like and a simple matrix liquid crystal display element such as STN. .

本発明の実施形態1の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施形態1を説明するもので、(a)は構成を示す分解斜視図、(b)は電気光学特性を測定する座標系を説明する図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention, in which (a) is an exploded perspective view illustrating a configuration, and (b) is a diagram illustrating a coordinate system for measuring electro-optical characteristics. TN型液晶表示素子の動作原理を説明する図。The figure explaining the principle of operation of a TN type liquid crystal display element. TN型液晶表示素子の視角特性の発生原理を説明する図。The figure explaining the generation | occurrence | production principle of the viewing angle characteristic of a TN type | mold liquid crystal display element. TN型液晶表示素子の視角特性の発生原理を説明する図。The figure explaining the generation | occurrence | production principle of the viewing angle characteristic of a TN type | mold liquid crystal display element. 本発明の光学異方素子の配列状態を示す図。The figure which shows the arrangement | sequence state of the optical anisotropic element of this invention. 本発明の光学異方素子を用いた場合の光学補償原理を説明する図。The figure explaining the optical compensation principle at the time of using the optically anisotropic element of this invention. 電圧印加時の駆動セルの屈折率楕円体を示す図。The figure which shows the refractive index ellipsoid of the drive cell at the time of a voltage application. 厚み方向に屈折率異方性が負号の光学異方素子の屈折率楕円体を示した図。The figure which showed the refractive index ellipsoid of the optically anisotropic element whose refractive index anisotropy is a negative sign in the thickness direction. 実施形態1の液晶表示素子の電気光学特性。2 is an electro-optical characteristic of the liquid crystal display element of Embodiment 1. 従来例の液晶表示素子の電気光学特性。Electro-optical characteristics of conventional liquid crystal display elements. 実施形態2の構成を説明する図。FIG. 9 illustrates a configuration of a second embodiment. 実施形態2の効果を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating an effect of the second embodiment. 実施形態3の効果を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the third embodiment. 実施形態4の構成を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration of a fourth embodiment. 実施形態4の効果を説明する図。FIG. 10 is a diagram illustrating an effect of the fourth embodiment. 実施形態5の構成を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration of a fifth embodiment. 実施形態5の構成を説明する図。FIG. 6 illustrates a configuration of a fifth embodiment. 実施形態6の構成を説明する図。FIG. 10 illustrates a configuration of a sixth embodiment. 実施形態6の作用を説明する図。FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of a sixth embodiment. 実施形態7の構成を説明する図。FIG. 9 illustrates a configuration of a seventh embodiment. 実施形態9の構成を説明する図。FIG. 10 illustrates a configuration of a ninth embodiment. 実施形態9の効果を説明する図。FIG. 10 is a diagram illustrating an effect of the ninth embodiment. 本発明に係わる正の光学異方素子の配列状態を示す図。The figure which shows the arrangement | sequence state of the positive optical anisotropic element concerning this invention. 本発明に係わる正の光学異方素子を用いた場合の光学補償原理を説明する図。The figure explaining the optical compensation principle at the time of using the positive optical anisotropic element concerning this invention. 実施形態9の液晶表示素子の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a liquid crystal display element of Embodiment 9. 実施形態9の液晶表示素子の電気光学特性を示す曲線図。FIG. 10 is a curve diagram showing electro-optical characteristics of the liquid crystal display element of Embodiment 9. 従来例の液晶表示素子の電気光学特性を示す曲線図。FIG. 6 is a curve diagram showing electro-optical characteristics of a liquid crystal display element of a conventional example. 比較例2の電気光学特性を示す曲線図。FIG. 6 is a curve diagram showing electro-optical characteristics of Comparative Example 2. 比較例3の電気光学特性を示す曲線図。FIG. 9 is a curve diagram showing electro-optical characteristics of Comparative Example 3. 実施形態11の液晶表示素子の断面図。Sectional drawing of the liquid crystal display element of Embodiment 11. FIG. 実施形態11の液晶表示素子の構成図。FIG. 16 is a configuration diagram of a liquid crystal display element of Embodiment 11. 実施形態11の液晶表示素子の模式図。FIG. 20 is a schematic diagram of a liquid crystal display element according to an eleventh embodiment. 実施形態11の液晶表示素子の電気光学特性を示す曲線図。FIG. 25 is a curve diagram showing electro-optical characteristics of the liquid crystal display element of Embodiment 11. 従来のTN型液晶表示素子の輝度の視角依存性を示す曲線図。The curve figure which shows the viewing angle dependence of the brightness | luminance of the conventional TN type | mold liquid crystal display element.

符号の説明Explanation of symbols

1、4…偏光板
2、5 …光学異方性層
2c …光学異方性物質層
3 …駆動用液晶セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 4 ... Polarizing plate 2, 5 ... Optically anisotropic layer 2c ... Optically anisotropic material layer 3 ... Drive liquid crystal cell

Claims (8)

少なくとも2枚の偏光板の間に、2枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる光学異方性層が少なくともそれぞれ1層以上組合わされて配置され、それぞれの光軸の角度が前記厚さ方向に対して一定でないことを特徴とする光学異方性層を有す液晶表示素子。   A liquid crystal cell for driving in which a liquid crystal is sandwiched between two substrates between at least two polarizing plates and at least one optical anisotropic layer having different optical anisotropy signs from each other. A liquid crystal display element having an optically anisotropic layer, wherein the liquid crystal display elements are arranged in combination, and an angle of each optical axis is not constant with respect to the thickness direction. 少なくとも2枚の偏光板の間に、2枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる光学異方性層が少なくともそれぞれ1層以上組合わされて配置され、前記組合わされた光学異方性層の法線方向より傾いた方向で旋光性をもっていることを特徴とする光学異方性層を有す液晶表示素子。   A liquid crystal cell for driving in which a liquid crystal is sandwiched between two substrates between at least two polarizing plates and at least one optical anisotropic layer having different optical anisotropy signs from each other. A liquid crystal display element having an optically anisotropic layer, characterized in that it is arranged in combination and has optical rotation in a direction inclined from the normal direction of the combined optically anisotropic layer. 光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し光学異方性層厚方向に連続的に変化していることを特徴とする請求項2記載の液晶表示素子。   The optical axis of the optical anisotropy unit of the optical anisotropy layer whose optical anisotropy unit is positive is continuous in the optical anisotropic layer thickness direction with respect to the optical anisotropic layer thickness direction. The liquid crystal display element according to claim 2, wherein the liquid crystal display element is changed. 光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し光学異方性層厚方向に連続的に変化しており、前記光軸の方位が同一の向きに配列していることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示素子。   The optical axis of the optical anisotropy unit of the optical anisotropic layer continuously changes in the optical anisotropic layer thickness direction with respect to the optical anisotropic layer thickness direction, and the orientation of the optical axis is the same direction. 3. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is arranged. 光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層と光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の組合せ体を、駆動用液晶セルの両面側に配置してなる請求項1、2および4のいずれか記載の液晶表示素子。   A liquid crystal cell for driving a combination of an optically anisotropic layer having a negative optical anisotropy unit and an optically anisotropic layer having a positive optical anisotropy unit. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is disposed on both sides of the liquid crystal display element. 負の光学異方性である光学異方性単位からなる光学異方性層を駆動用液晶セルに隣接させて配置することを特徴とする請求項1、2、4および5のいずれか記載の液晶表示素子。   6. An optically anisotropic layer comprising an optically anisotropic unit having negative optical anisotropy is disposed adjacent to a driving liquid crystal cell, according to any one of claims 1, 2, 4, and 5. Liquid crystal display element. 光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し連続的に変化している光学異方性層の光軸の傾き角が小さい方の面を前記駆動用液晶セルに隣接させて配置することを特徴とする請求項1、2、4、5および6のいずれか記載の液晶表示素子。   The optical axis of the optical anisotropy layer is continuously changing with respect to the thickness direction of the optical anisotropic layer. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is disposed adjacent to the liquid crystal cell for use. 光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光軸方位と、光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層の光軸方位とが互いに直交して配置されることを特徴とする請求項1、2、4、5、6および7のいずれか記載の液晶表示素子。   Optical axis orientation of an optically anisotropic layer whose optical anisotropy unit is positive, and optical axis orientation of an optically anisotropic layer whose optical anisotropy unit is negative And the liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display elements are arranged orthogonal to each other.
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