JP2010039120A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な表示を実現する。
【解決手段】 第１及び第２の透明基板と、第１及び第２の透明基板間に挟持された、リターデーションが３００ｎｍ以上９４０ｎｍ以下の垂直配向する液晶層と、第１の透明基板の液晶層とは反対側に配置された、２枚または３枚の負の二軸光学異方性を有する視角補償板であって、各々が、厚さ方向に９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の位相差と、面内方向に１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の位相差をもつ視角補償板と、２枚または３枚の視角補償板の第１の透明基板とは反対側に配置された第１の偏光板と、第２の透明基板の液晶層とは反対側に、第１の偏光板とクロスニコルに配置された第２の偏光板とを有し、各々の視角補償板の面内遅相軸と、第１の偏光板の吸収軸とは直交するように配置されている液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶表示素子（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）に関する。

車載用の情報表示装置として、外観上の高級感を意図した背景表示部や、暗表示部の表示輝度が非常に低い表示装置が求められている。

従来広く使用されていた蛍光表示管ディスプレイは、ディスプレイに用いられているガラス基板が厚く、重量が大きいという欠点があり、更に駆動用の電源が特殊であるという問題もあった。

表示装置の重量が小さく、車載電源を駆動用の電源として利用可能なデバイスとして、液晶表示装置があげられる。しかし従来の液晶表示装置は、正面観察時、及び左右観察時におけるコントラストが十分ではなかった。

なお、本明細書において、液晶表示装置とは、情報表示を行う液晶表示素子と、発光光源を備えるバックライト、そしてそれらの動作制御を行う駆動回路、及び制御回路から構成される表示装置をいう。

近年、バックライトの光源に無機ＬＥＤを用いて、発光波長をほぼ単波長化することにより、その波長でのコントラストを飛躍的に改善するノーマリブラック型液晶表示素子が開発され、車載用情報表示装置として利用されている。

バックライトの発光波長に依存せず、良好なノーマリブラック表示を可能とする液晶表示素子として、垂直配向モード（ＶＡモード）の液晶セルを、略クロスニコル配置された偏光板間に配置する構成が知られている。ここで垂直配向モード（ＶＡモード）とは、上下ガラス基板間に形成される液晶層内の液晶分子が基板に対して、垂直または略垂直に配向する液晶配向モードをいう。上記構成を有する液晶表示素子を、ガラス基板法線方位から観察したとき、その光学特性は、クロスニコル配置された２枚の偏光板のそれとほぼ同等になる。すなわち光透過率が非常に低くなるため、高コントラストの表示を比較的容易に実現することができる。

上下偏光板と上下ガラス基板間の一方または双方に、負の一軸光学異方性を有する視角補償板（Ｃプレート）、または負の二軸光学異方性を有する視角補償板（負の二軸フィルム）を挿入した液晶表示素子の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この液晶表示素子によれば、斜め方向から観察した場合においても、光透過率の上昇とコントラストの低下とが抑制され、良好な表示を実現することが可能である。

この視角補償方法については、負の二軸フィルムの面内位相差や面内遅相軸配置に関する効果的な条件が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

また、二軸光学異方性を有する略１／２波長板とＣプレートを組み合わせることで、良好な視角特性を得る液晶表示素子の発明が開示されている（たとえば、特許文献３）。しかしながら特許文献３に記載された液晶表示素子は、観察方向によらず略１／２波長の位相差を実現する略１／２波長板を構成要件とするため、実際には正の二軸光学異方性が必要であり、この液晶表示素子の実現は困難である。

特許文献３に記載された発明ように、二軸光学異方性を有する略１／２波長板とＣプレートを組み合わせるのではなく、負の二軸フィルムとＣプレートとを組み合わせる液晶表示素子の発明も公知である（たとえば、特許文献４参照）。特許文献４には、二軸フィルムの面内位相差は１９０ｎｍ以下、適用される液晶セルの液晶層内のリターデーションは、２００ｎｍ〜５００ｎｍであるとの記載がある。

電圧印加時においても良好な視角特性を獲得するためには、液晶分子を１つの画素内で複数の方向に配向させるマルチドメイン配向が有効である。これをＶＡモードの液晶表示素子で実現するためには、電極形状を工夫し、液晶層内で斜め方向に電界を発生させ、その方向に液晶分子を配向制御する斜め電界配向制御法（たとえば、特許文献５参照）や、基板表面に形成した土手状突起により液晶分子の配向制御を行う方法（たとえば、特許文献６参照）が知られている。

液晶表示素子の左右方位の視角特性を重視する場合、マルチドメイン配向でなく、液晶セル全面で液晶分子が均一な方向に配向する、モノドメイン配向の液晶セルを用いて、良好な視角特性を実現することができる。均一なモノドメイン配向は、たとえば垂直配向膜に対する光配向処理方法（たとえば、特許文献７参照）や、特定の表面自由エネルギを有する垂直配向膜に対するラビング処理方法（たとえば、特許文献８参照）により実現可能である。

ＶＡモードの液晶表示素子を、マルチプレックス駆動により、１／４〜１／２４０デューティで動作させる場合、液晶層のリターデーションΔｎｄは、少なくとも３２０ｎｍ、好ましくは３６０ｎｍより大きい必要がある。電気光学特性における急峻性をできるだけ良好にしなければ、高デューティ駆動時においてＶＡモードの特徴である高コントラスト特性とＯＮ電圧印加時における透過率をある程度高く維持することの両立が困難となるためである。

現在、液晶表示素子に用いられる光学フィルムは、原料樹脂から、溶融キャスト法や溶融押し出し法により連続的にフィルム化され、最終的にはロール状に巻き取る方法で製造された原反フィルムである。原反フィルムの面内方向、及び厚さ方向に位相差を発現させるためには、主に延伸加工が施される。延伸工程は、原反フィルムを、ロールトゥロール法によりロール巻き取り方向（ＭＤ方向）と、ＭＤ方向に直交する方向（ＴＤ方向）とに、加熱状態下で延伸させる工程である。

負の二軸フィルムとして市場に流通する樹脂フィルムの多くは、ノルボルネン系環状オレフィン（ＣＯＰ）を材料とした、厚さ約０．２ｍｍ以下程度の原反フィルムをＭＤ方向、及びＴＤ方向に二軸延伸加工し、ＭＤ方向、またはＴＤ方向に面内遅相軸を発現させたものである。

これらのフィルムにおいては、面内位相差Ｒｅ（樹脂フィルムの面内屈折率を遅相軸方位に関してｎｘ、進相軸方位に関してｎｙ、フィルムの厚さをｄとしたとき、 Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）＊ｄ で定義される。）は、０ｎｍより大きく３００ｎｍ以下、好ましくは４ｎｍより大きく３００ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍより大きく３００ｎｍ以下、厚さ方向の位相差Ｒｔｈ（更に、厚さ方向の屈折率をｎｚとしたとき、Ｒｔｈ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２ −ｎｚ）＊ｄ で定義される。）は、３５０ｎｍ以下、面内方向と厚さ方向の屈折率比を表現するのに用いられるＮｚファクタ（Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ） で定義される。）は、１より大きく５６より小さい条件、より好ましくは、１より大きく１２より小さいという条件でなければ、ＲｅとＲｔｈの面内均一性の実現は困難であると考えられる。

なお、延伸加工後のフィルムの厚さは数十μｍ程度である。また、元々Ｃプレートの光学特性を示す偏光板のベースフィルムや、保護フィルムとして使用されているトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）をベースに材質を改善し、ＭＤ方向、またはＴＤ方向に面内遅相軸が発現するように延伸加工を行い、負の二軸フィルム化した光学フィルムも市販されている。これらのフィルムの面内位相差Ｒｅは、ノルボルネン系ＣＯＰに比べ範囲が狭く、４０〜７０ｎｍ程度である。また厚さ方向の位相差Ｒｔｈは、１２０ｎｍ以上２２０ｎｍ以下である。

市販されている負の二軸フィルムを用い、特許文献２に記載されている発明を実施すると、負の二軸フィルムを、液晶セルと片側偏光板間にだけ配置した場合、液晶層のリターデーションΔｎｄは約５００ｎｍ未満となる。また、負の二軸フィルムを、液晶セルと両側偏光板間に配置した場合の、液晶層のリターデーションΔｎｄは約８５０ｎｍ未満となる。

しかしながら、比較例を参照して後述するように、視角補償板を、液晶セルと両側偏光板間に配置する構成の液晶表示素子においては、液晶層のリターデーションΔｎｄが大きいと、明表示時における左右方位の深い極角観察角度、特に４５°より大きい角度において、表示がほとんど視認できなくなるという現象が見られる。したがって、リターデーションΔｎｄが大きい条件、すなわちデューティ比が大きい駆動条件で良好な表示品位を得ようとする場合は、液晶セルと片側偏光板間に二軸フィルムを配置する方法、または特許文献４に記載があるような、負の二軸フィルムとＣプレートとを積層して配置する方法が有効であると考えられる。

しかし前者の方法によると、約５００ｎｍ程度のリターデーションΔｎｄまでしか対応することができず、また高デューティ駆動時の良好な表示特性の実現が困難である。後者の方法では、高価なＣプレートを用いる必要があるため、液晶表示素子の製造コストが上昇する。

特許２０４７８８０号公報 特許第３３３０５７４号公報 特許３２９９１９０号公報 特許３８６３４４６号公報 特許３８３４３０４号公報 特許２９４７３５０号公報 特許２８７２６２８号公報 特開２００５−２３４２５４号公報

本発明の目的は、良好な表示を実現することのできる液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、第１及び第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板間に挟持された、リターデーションが３００ｎｍ以上９４０ｎｍ以下の垂直配向する液晶層と、前記第１の透明基板の前記液晶層とは反対側に配置された、２枚または３枚の負の二軸光学異方性を有する視角補償板であって、各々が、厚さ方向に９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の位相差と、面内方向に５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の位相差をもつ視角補償板と、前記２枚または３枚の視角補償板の前記第１の透明基板とは反対側に配置された第１の偏光板と、前記第２の透明基板の前記液晶層とは反対側に、前記第１の偏光板とクロスニコルに配置された第２の偏光板とを有し、前記各々の視角補償板の面内遅相軸と、前記第１の偏光板の吸収軸とは直交するように配置されている液晶表示素子が提供される。

本発明によれば、良好な表示を実現可能な液晶表示素子を提供することができる。

実施例、及び比較例による液晶表示素子の詳細な説明に先立って、それら液晶表示素子とその製造方法の概略について述べる。

以下に示す実施例、及び比較例による液晶表示素子の製造に当たっては、ガラス上に所望のパターンが形成された透明電極（ＩＴＯ電極）が配置されたガラス基板上に、（株）チッソ石油化学製の材料を使用して垂直配向膜を成膜した後、前述の特許文献８記載のラビング処理方法で基板に配向処理を施した。なお、ガラス基板と配向膜との間には、ＳｉＯ_２などの絶縁膜を形成してもよい。

次に、配向処理のなされた２枚の基板を、お互いの垂直配向膜が近接するように、かつ、ラビング方向が反平行となるように、シール材により貼り合わせた。

基板の貼り合わせにおいては、球状スペーサを用いて、両基板間の間隔が２〜６μｍとなるように制御した。

貼り合わせた２枚のガラス基板間には、複屈折異方性Δｎが０．０８以上０．２６以下で、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を注入し、液晶材料の等方相温度より約２０℃高い温度で１時間焼成した。作製された実施例、比較例による液晶表示素子の液晶セルにおける液晶分子のプレティルト角は、液晶材料のΔｎ、Δεの値にかかわらず、約８９．９°であった。

液晶セルの２枚のガラス基板の外側には、偏光板吸収軸が略クロスニコル配置となるように偏光板を貼り合わせた。偏光板には（株）ポラテクノ製ＳＨＣ１３Ｕを用いた。偏光板のガラス基板側の貼り合わせ面には、面内位相差Ｒｅが約３〜５ｎｍのＴＡＣベースフィルムが存在し、接着剤で偏光層と接着されている。なお、シミュレーション解析においては、ＴＡＣベースフィルムの面内位相差Ｒｅを３ｎｍ、厚さ方向の位相差Ｒｔｈを５０ｎｍとした。

液晶セルのガラス基板と偏光板間に配置される負の二軸フィルムは、ノルボルネン系ＣＯＰフィルムを二軸延伸加工したものを用いた。

シミュレーション解析には、（株）シンテック製「ＬＣＤＭＡＳＴＥＲ６．１６」を使用した。

図１〜図３を参照して、比較例による液晶表示素子の明表示時における視角特性シミュレーション解析について説明する。

図１は、第１の比較例による液晶表示素子を示す概略図である。

クロスニコル配置された表側（上側）偏光板１０と裏側（下側）偏光板２０との間に、モノドメイン垂直配向型液晶セルが配置される。モノドメイン垂直配向型液晶セルは、上側ガラス基板（透明基板）４、下側ガラス基板（透明基板）５、及び両基板４、５間に挟持されたモノドメイン垂直配向液晶層３０を含んで構成される。液晶セルの下側ガラス基板５と裏側偏光板２０間に、負の二軸フィルム３が１枚配置される。

表側及び裏側偏光板１０、２０はそれぞれ、ＴＡＣベースフィルム２上に偏光層１が配置された構成を備える。なお、図示は省略したが、偏光層１上には、ＴＡＣで形成された表面保護フィルムが配置される。

液晶表示素子の左右方位を１８０°−０°（９時−３時）方位と定義する、図示の方位座標系において、上側ガラス基板４のラビング方位Ｒｕｂは２７０°、下側ガラス基板５のラビング方位Ｒｕｂは９０°であり、液晶層３０中央の分子の配向方位は９０°（１２時）である。また、表側偏光板１０の偏光層１における吸収軸ａｂ、及びＴＡＣベースフィルム２の面内遅相軸ＴＡＣｓｌは１３５°方位、裏側偏光板２０のそれらは４５°方位に配置されている。負の二軸フィルム３の面内遅相軸Ｂｓｌは、近接する偏光板の吸収軸と略直交に配置するため、その方位は１３５°である。負の二軸フィルム３の面内位相差Ｒｅは５０ｎｍ、厚さ方向の位相差Ｒｔｈは３００ｎｍとした。

第１の比較例による液晶表示素子についてシミュレーション解析を行ったところ、最適な電圧無印加時（背景）視角特性が得られる液晶層３０のリターデーションΔｎｄは約４６５ｎｍであった。

図２は、第２の比較例による液晶表示素子を示す概略図である。第１の比較例においては、液晶セルの下側ガラス基板５と裏側偏光板２０間に、負の二軸フィルムが１枚配置されていた。第２の比較例においては、液晶セルの上側ガラス基板４と表側偏光板１０との間に第１の負の二軸フィルム３ａ、下側ガラス基板５と裏側偏光板２０との間に第２の負の二軸フィルム３ｂが配置される。その他の構成は第１の比較例と同様である。

第１の負の二軸フィルム３ａの面内遅相軸Ｂｓｌ１は、近接する偏光板１０の偏光層１の吸収軸ａｂに略直交とされるため、その方位は４５°である。また、第２の負の二軸フィルム３ｂの面内遅相軸Ｂｓｌ２は、近接する偏光板２０の偏光層１の吸収軸ａｂに略直交とされるため、その方位は１３５°である。

第１及び第２の負の二軸フィルム３ａ、３ｂの面内位相差Ｒｅはともに２０ｎｍ、厚さ方向の位相差Ｒｔｈはともに３００ｎｍとした。

第２の比較例による液晶表示素子についてシミュレーション解析を行ったところ、最適な電圧無印加時（背景）視角特性が得られる液晶層３０のリターデーションΔｎｄは約８２５ｎｍであった。

本願発明者は、第１及び第２の比較例による液晶表示素子について、正面観察時約１３〜１４％の光透過率になるように駆動電圧を調整したときの、左右観察時視角特性を計算した。

図３は、第１の比較例による液晶表示素子（片面補償）と、第２の比較例による液晶表示素子（両面補償）における左右観察時視角特性を示すグラフである。

グラフの横軸は左右方位観察角度を単位「°」で表し、縦軸は光透過率を単位「％」で表す。曲線ａが、第１の比較例による液晶表示素子（片面補償）の左右観察時視角特性を示し、曲線ｂが、第２の比較例による液晶表示素子（両面補償）の左右観察時視角特性を示す。

曲線ｂより、第２の比較例による液晶表示素子（両面補償）においては、光透過率は左右方位で対称ではあるが、左右観察角度４５°以上で光透過率が非常に低くなることがわかる。

実際に製作した第２の比較例による液晶表示素子においても、４５°以上の左右観察角度では、表示がほとんど視認できなかった。更に、実際に製作した液晶表示素子においては、観察角度を深くするに従って明表示の色調が大幅に変化するカラーシフト現象が著しく観察された。

これは、第２の比較例のような構造の液晶表示素子において、リターデーションΔｎｄがある程度大きい場合には、偏光板吸収軸から４５°方位に関して、深い角度から観察すると、光透過率の減少及びカラーシフトが大きくなることが原因であると考えられる。

本願発明者が、２枚の負の二軸フィルム３ａ、３ｂの面内位相差Ｒｅ、及び厚さ方向の位相差Ｒｔｈを調整し、リターデーションΔｎｄを変化させて観察したところ、Δｎｄ≧５００ｎｍの範囲においては、同様の現象が生じることが確認された。

他方、曲線ａより、第１の比較例による液晶表示素子（片面補償）においては、透過率変化は左右方位で非対称となるが、観察角度が深い場合であっても、第２の比較例ほど光透過率の低下は見られないことがわかる。

実際に製作した第１の比較例による液晶表示素子においても、深い角度から観察したとき、表示が認識できなくなるということはなかった。また、実際に製作した第１の比較例による液晶表示素子においては、カラーシフトがほとんど観察されなかった。

これらより、第１の比較例の方が第２の比較例よりも、明表示時における視角特性が良好であると判断される。しかし市販されている負の二軸フィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈでは、リターデーションΔｎｄをせいぜい５００ｎｍ程度までしか対応させることができない。このため、第１の比較例による液晶表示素子においても、高デューティ駆動時、特に１／３２デューティ以上における良好な表示特性を実現するのは困難であると判断される。

図４は、実施例による液晶表示素子を示す概略図である。

クロスニコル配置された表側（上側）偏光板１０と裏側（下側）偏光板２０との間に、上側ガラス基板４、下側ガラス基板５に対して略垂直配向した液晶層３０を有する垂直配向型液晶セルが配置される。液晶セルの下側ガラス基板５と裏側偏光板２０間に、第１の負の二軸フィルム３ｃ、第２の負の二軸フィルム３ｄが積層されて配置される。

表側及び裏側偏光板１０、２０はそれぞれ、ＴＡＣベースフィルム２上に偏光層１が配置された構成を有する。なお、図示は省略したが、偏光層１上には、ＴＡＣで形成された表面保護フィルムが配置される。

上側ガラス基板４のラビング方位Ｒｕｂは２７０°、下側ガラス基板５のラビング方位Ｒｕｂは９０°であり、液晶層３０中央の分子の配向方位は９０°（１２時）である。また、表側偏光板１０の偏光層１における吸収軸ａｂ、及びＴＡＣベースフィルム２の面内遅相軸ＴＡＣｓｌは１３５°方位、裏側偏光板２０のそれらは４５°方位に配置されている。

第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの面内遅相軸Ｂｓｌ１、Ｂｓｌ２は、近接する裏側偏光板２０の吸収軸ａｂに対して略直交に配置するのが好ましい。このため、たとえば、面内遅相軸Ｂｓｌ１、Ｂｓｌ２は１３５°方位に配置される。

本願発明者は、実施例による液晶表示素子において、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの良好な光学パラメータを求めるシミュレーション解析を行った。

まず、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの光学パラメータが等しい場合について検討した。第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの厚さ方向の位相差Ｒｔｈを３００ｎｍに固定し、面内位相差Ｒｅを変化させて、実施例による液晶表示素子における左右方位背景視角特性を計算した。

左右方位背景視角特性は、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２５ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、１０ｎｍの各場合について算出した。算出に当たり、液晶層のリターデーションΔｎｄは、各Ｒｅにおける最適な値を用いた。

具体的には、面内位相差Ｒｅが５０ｎｍ及び４０ｎｍのときにはリターデーションΔｎｄを８４０ｎｍ、３０ｎｍ及び２５ｎｍのときには８２５ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、及び１０ｎｍのときには８１０ｎｍとして計算を行った。

図５は、シミュレーション解析の結果を示すグラフである。グラフの横軸は、リニアな目盛りで左右方位観察角度を単位「°」で表し、縦軸は、対数目盛りで光透過率を単位「％」で表す。曲線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、及びｇは、それぞれ順に、面内位相差Ｒｅが、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２５ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、及び１０ｎｍの場合の左右方位の視角特性を示す。

面内位相差Ｒｅが大きい条件では、深い観察角度における光透過率が大きくなる傾向が見られる。また、観察角度が３０°〜４５°近辺で光抜けが大きくなる傾向が見られる。ここで左右観察角度４５°（±４５°）における光透過率に着目した場合、光透過率は、面内位相差Ｒｅが１５ｎｍのとき最も低い。

本願発明者は、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの厚さ方向の位相差Ｒｔｈが３００ｎｍ以外の場合についても調査を行った。Ｒｔｈが９０ｎｍ、２２０ｎｍ、及び３５０ｎｍの各場合につき、右方位４５°観察時における光透過率のＲｅ依存性を計算した。計算に当たり、厚さ方向の位相差Ｒｔｈが９０ｎｍのときには液晶層のリターデーションΔｎｄを３６０ｎｍとした。また、厚さ方向の位相差Ｒｔｈが２２０ｎｍ、３５０ｎｍのときには、それぞれリターデーションΔｎｄを６３０ｎｍ、８９０ｎｍとした。

図６は、厚さ方向の位相差Ｒｔｈの各値における、右方位４５°観察時光透過率の面内位相差Ｒｅ依存性を示すグラフである。

グラフの横軸は、リニアな目盛りで第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの面内位相差Ｒｅを単位「ｎｍ」で表し、縦軸は対数目盛りで、右方位４５°から観察した光透過率を単位「％」で表す。曲線ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、それぞれ順に、厚さ方向の位相差Ｒｔｈが、９０ｎｍ、２２０ｎｍ、３５０ｎｍ、及び３００ｎｍの場合の両者の関係を示す。

厚さ方向の位相差Ｒｔｈの各値によって、最適な面内位相差Ｒｅが異なることがわかる。また、最適な面内位相差Ｒｅは、厚さ方向の位相差Ｒｔｈの値が大きくなるにしたがって、低くなる傾向が認められる。図から判断すると、厚さ方向の位相差Ｒｔｈが、９０ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３５０ｎｍ、面内位相差Ｒｅが、５ｎｍ≦Ｒｅ≦３０ｎｍの範囲であれば、良好な視角特性を得ることができるだろう。このうち、２２０ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３５０ｎｍ、５ｎｍ≦Ｒｅ≦２５ｎｍの範囲、より好ましくは、７ｎｍ＜Ｒｅ≦２０ｎｍの範囲であれば、たとえば１／１６デューティ以上の高デューティ駆動における良好な表示品質を実現することも可能であると考えられる。

本願発明者は、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの面内位相差Ｒｅ、及び厚さ方向の位相差Ｒｔｈをともに上記の範囲内とする液晶表示素子について、左右方位視角特性を調べた。

図７は、Ｒｅ＝２５ｎｍ、Ｒｔｈ＝２２０ｎｍ、液晶層のリターデーションΔｎｄ＝６３０ｎｍとする液晶表示素子と、Ｒｅ＝１５ｎｍ、Ｒｔｈ＝３００ｎｍ、液晶層のリターデーションΔｎｄ＝８２５ｎｍとする液晶表示素子について、光透過率１３〜１４％設定時明表示における左右方位視角特性を示すグラフである。

グラフの横軸は、左右方位観察角度を単位「°」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。曲線ａが、Ｒｅ＝２５ｎｍ、Ｒｔｈ＝２２０ｎｍ、Δｎｄ＝６３０ｎｍの液晶表示素子に関する左右方位視角特性を示し、曲線ｂが、Ｒｅ＝１５ｎｍ、Ｒｔｈ＝３００ｎｍ、Δｎｄ＝８２５ｎｍの液晶表示素子に関する左右方位視角特性を示す。

グラフより、どちらの液晶表示素子においても、４５°以上の深い角度から観察した場合も含めて、高い光透過率が実現されていることが確認される。すなわち、図７に左右方位視角特性を示した２つの液晶表示素子はともに、図３に曲線ａで視角特性を示した第１の比較例同様、深い角度においても表示の視認性を低下させることのない液晶表示素子でありながら、第１の比較例とは異なり、大きなリターデーションΔｎｄ（６３０ｎｍ、８２５ｎｍ）に対応している。

このため、これらの液晶表示素子は、高デューティ駆動時においても、良好な表示特性を実現することが可能である。

次に、本願発明者は、実施例による液晶表示素子の、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄが異なる値の光学パラメータを有する場合について検討した。

実施例による液晶表示素子において、液晶層のリターデーションΔｎｄを８２５ｎｍ、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの厚さ方向の位相差Ｒｔｈをともに３００ｎｍとし、面内位相差Ｒｅを、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄで相互に違えて左右方位視角特性を解析した。

図８は、左右方位視角特性の解析結果を示すグラフである。

グラフの横軸は、左右方位観察角度を単位「°」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。第１の負の二軸フィルム３ｃの面内位相差をＲｅ１、第２の負の二軸フィルム３ｄの面内位相差をＲｅ２と表記するとき、曲線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅは、それぞれ順に、（Ｒｅ１，Ｒｅ２）が、（２５ｎｍ，５ｎｍ）、（２０ｎｍ，１０ｎｍ）、（１５ｎｍ，１５ｎｍ）、（１０ｎｍ，２０ｎｍ）、及び（５ｎｍ，２５ｎｍ）のときの左右方位視角特性を示す。

Ｒｅ１＞Ｒｅ２の場合（曲線ａ、ｂ）は、５０°以上の観察角度において、光抜けが大きくなる。一方、Ｒｅ１＜Ｒｅ２の場合（曲線ｄ、ｅ）は、３５°近傍の観察角度において光抜けが増大し、５０°以上の観察角度においては、Ｒｅ１＞Ｒｅ２の場合（曲線ａ、ｂ）よりも一層光抜けが大きくなる。光抜けは、 Ｒｅ２−Ｒｅ１ の値が大きくなるほど大きい。図８に示す結果より、背景の視角特性を広くできるのは、Ｒｅ１≧Ｒｅ２の場合であることがわかる。

続いて本願発明者らは、実施例による液晶表示素子において、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの面内位相差Ｒｅを等しくし、厚さ方向の位相差Ｒｔｈを相互に違えて左右方位視角特性を解析した。解析においては、液晶層のリターデーションΔｎｄを６３０ｎｍ、第１及び第２の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄの面内位相差Ｒｅを２０ｎｍに設定した。

図９は、左右方位視角特性の解析結果を示すグラフである。

グラフの横軸は、左右方位観察角度を単位「°」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。第１の負の二軸フィルム３ｃの厚さ方向の位相差をＲｔｈ１、第２の負の二軸フィルム３ｄの厚さ方向の位相差をＲｔｈ２と表記するとき、曲線ａ、ｂ、及びｃは、それぞれ順に、（Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２）が、（１４０ｎｍ，３００ｎｍ）、（２２０ｎｍ，２２０ｎｍ）、及び（３００ｎｍ，１４０ｎｍ）のときの左右方位視角特性を示す。

曲線ａ〜ｃは、観察角度３５°近傍で最も顕著な差を示し、曲線ｃにおけるＲｔｈ（Ｒｔｈ１＝３００ｎｍ、Ｒｔｈ２＝１４０ｎｍ）で最も光抜けが大きい。Ｒｔｈ１≦Ｒｔｈ２の範囲が好ましいことがわかる。

以上、液晶セルの下側ガラス基板５と裏側偏光板２０間に、２枚の負の二軸フィルムが積層配置された、実施例による液晶表示素子について説明した。積層配置される負の二軸フィルムが２枚より多い場合であっても、視角特性を向上させることができると考えられる。そこで本願発明者は、実施例による液晶表示素子において、下側ガラス基板５と裏側偏光板２０間に、３枚の負の二軸フィルムを配置した液晶表示素子（変形例による液晶表示素子）について検討した。

３枚の負の二軸フィルムの面内遅相軸は、近接する裏側偏光板２０の吸収軸ａｂに対して略直交（１３５°方位）に配置した。また、すべての負の二軸フィルムの面内位相差Ｒｅ及び厚さ方向の位相差Ｒｔｈは等しいとした。

図１０は、液晶層のリターデーションΔｎｄを８７０ｎｍとし、各二軸フィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈを２２０ｎｍに固定したときの、左右方位視角特性のＲｅ依存性を示すグラフである。

グラフの横軸は、リニアな目盛りで左右方位観察角度を単位「°」で表し、縦軸は、対数目盛りで光透過率を単位「％」で表す。曲線ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、それぞれ順に、面内位相差Ｒｅが、１５ｎｍ、１０ｎｍ、７ｎｍ、及び５ｎｍの場合の左右方位の視角特性を示す。

グラフから、面内位相差Ｒｅの値により、特に深い観察角度における光抜けの度合いが異なることが認められる。また、最適な面内位相差Ｒｅの値は７ｎｍ（曲線ｃ）であることがわかる。図５を参照して説明したように、負の二軸フィルムを２枚挿入したときの最適な面内位相差Ｒｅの値は１５ｎｍであった。負の二軸フィルムの枚数によって最適な面内位相差Ｒｅが異なることが理解される。

しかし本図と図５との比較から明らかなように、負の二軸フィルムを３枚挿入した場合（変形例）は、挿入枚数が２枚の場合（実施例）と比べ、良好な暗状態が得られる観察角度範囲が狭くなる。また、面内位相差Ｒｅの変化に対して視角特性の変化が大きくなる。したがって、負の二軸フィルムの挿入は３枚以内であることが望ましく、２枚とすることが最も好ましいと考えられる。

挿入する負の二軸フィルムが３枚である場合にも、各々の負の二軸フィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈが、９０ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３５０ｎｍ、面内位相差Ｒｅが、５ｎｍ≦Ｒｅ≦３０ｎｍの範囲であれば、良好な視角特性を得ることができるだろう。２２０ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３５０ｎｍ、５ｎｍ≦Ｒｅ≦２５ｎｍの範囲、より好ましくは７ｎｍ＜Ｒｅ≦２０ｎｍの範囲であれば、たとえば１／１６デューティ以上の高デューティ駆動における良好な表示品質を実現することも可能であると考えられる。

なお、実施例については図８を参照して説明したのと同様に、変形例についても、下側ガラス基板と裏側偏光板との間に配置された３枚の負の二軸フィルムの面内位相差Ｒｅを、偏光板に近い方からＲｅ１、Ｒｅ２、Ｒｅ３としたとき、Ｒｅ１≧Ｒｅ２≧Ｒｅ３と設定することが、良好な表示を実現するために望ましい。

また、実施例については図９を参照して説明したのと同様に、変形例についても、下側ガラス基板と裏側偏光板との間に配置された３枚の負の二軸フィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈを、偏光板に近い方からＲｔｈ１、Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ３としたとき、Ｒｔｈ１≦Ｒｔｈ２≦Ｒｔｈ３と設定することが、良好な表示を実現するために望ましい。

更に、図８に結果を示した解析においては、２枚の負の二軸フィルムの面内位相差の和を３０ｎｍとしたが、実施例の場合は２枚、変形例の場合は３枚の負の二軸フィルムの面内位相差の和を２０ｎｍより大きく、６０ｎｍ以下とすることで一層良好な表示を実現することができるであろう。

また、実施例、変形例による液晶表示素子ともに、液晶層のリターデーションΔｎｄが、３００ｎｍ≦Δｎｄ≦９４０ｎｍの範囲で、良好な表示を実現することができるであろう。５００ｎｍ≦Δｎｄ≦９４０ｎｍの範囲であれば、高デューティ駆動条件下においても、良好な品質で表示を行うことが可能であろう。たとえば、マルチプレックス駆動により、１／４デューティ〜１／２４０デューティで動作させた場合であっても、良好な表示品位を保つことが可能である。

以上、実施例、及び変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、実施例、及び変形例においては、液晶セルの下側ガラス基板５と裏側偏光板２０との間に、２枚または３枚の負の二軸フィルム３ｃ、３ｄを積層したが、更に、図１１に示すように、下側ガラス基板５、及びこれと隣接する負の二軸フィルム３ｄとの間に、Ｃプレート６を挿入することも可能である。

Ｃプレート６を挿入することで、液晶層のリターデーションΔｎｄが大きい場合であっても、良好な視角特性を得ることができる。この構成においては、すべての負の二軸フィルム及びＣプレートの厚さ方向の位相差Ｒｔｈの合計は、液晶層のリターデーションΔｎｄの０．５倍〜１倍とすることが好ましい。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

液晶表示素子一般に利用可能である。たとえばマルチプレックス駆動液晶表示装置に好適に利用できる。

第１の比較例による液晶表示素子を示す概略図である。 第２の比較例による液晶表示素子を示す概略図である。 第１の比較例による液晶表示素子（片面補償）と、第２の比較例による液晶表示素子（両面補償）における左右観察時視角特性を示すグラフである。 実施例による液晶表示素子を示す概略図である。 シミュレーション解析の結果を示すグラフである。 厚さ方向の位相差Ｒｔｈの各値における、右方位４５°観察時光透過率の面内位相差Ｒｅ依存性を示すグラフである。 Ｒｅ＝２５ｎｍ、Ｒｔｈ＝２２０ｎｍ、Δｎｄ＝６３０ｎｍとする液晶表示素子と、Ｒｅ＝１５ｎｍ、Ｒｔｈ＝３００ｎｍ、Δｎｄ＝８２５ｎｍとする液晶表示素子について、光透過率１３〜１４％設定時明表示における左右方位視角特性を示すグラフである。 左右方位視角特性の解析結果を示すグラフである。 左右方位視角特性の解析結果を示すグラフである。 液晶層のリターデーションΔｎｄを８７０ｎｍとし、各二軸フィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈを２２０ｎｍに固定したときの、左右方位視角特性のＲｅ依存性を示すグラフである。 変形例による液晶表示素子を示す概略図である。

符号の説明

１ 偏光層
２ ＴＡＣベースフィルム
３ 二軸フィルム
３ａ、３ｃ 第１の二軸フィルム
３ｂ、３ｄ 第２の二軸フィルム
４ 上側ガラス基板
５ 下側ガラス基板
６ Ｃプレート
１０ 表側偏光板
２０ 裏側偏光板
３０ モノドメイン垂直配向液晶層
ａｂ 偏光層吸収軸
ＴＡＣｓｌ ＴＡＣフィルム面内遅相軸
Ｂｓｌ 二軸フィルム遅相軸
Ｂｓｌ１ 第１の二軸フィルム遅相軸
Ｂｓｌ２ 第２の二軸フィルム遅相軸
Ｒｕｂ ガラス基板上のラビング方位

Claims (7)

1. 第１及び第２の透明基板と、
   前記第１及び第２の透明基板間に挟持された、リターデーションが３００ｎｍ以上９４０ｎｍ以下の垂直配向する液晶層と、
   前記第１の透明基板の前記液晶層とは反対側に配置された、２枚または３枚の負の二軸光学異方性を有する視角補償板であって、各々が、厚さ方向に９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の位相差と、面内方向に５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の位相差をもつ視角補償板と、
   前記２枚または３枚の視角補償板の前記第１の透明基板とは反対側に配置された第１の偏光板と、
   前記第２の透明基板の前記液晶層とは反対側に、前記第１の偏光板とクロスニコルに配置された第２の偏光板と
   を有し、
   前記各々の視角補償板の面内遅相軸と、前記第１の偏光板の吸収軸とは直交するように配置されている液晶表示素子。
2. 前記液晶層のリターデーションが５００ｎｍ以上９４０ｎｍ以下であり、
   前記視角補償板の各々が、厚さ方向に２２０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の位相差と、面内方向に５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の位相差をもつ請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記視角補償板の各々が、面内方向に７ｎｍより大きく２０ｎｍ以下の位相差をもつ請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記２枚または３枚の視角補償板の面内方向の位相差の和が２０ｎｍより大きく、６０ｎｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記２枚または３枚の視角補償板は、第１の視角補償板と前記第１の視角補償板より前記第１の透明基板に近い位置に配置された第２の視角補償板とを含み、
   前記第１の視角補償板は、前記第２の視角補償板以上の面内方向の位相差を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 前記第１の視角補償板は、前記第２の視角補償板以下の厚さ方向の位相差を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 更に、前記第１の透明基板と、前記２枚または３枚の視角補償板との間に、Ｃプレートを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。

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