JP2010060606A - 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１０００ｎｍ以下の垂直配向する液晶層と、第１の透明基板の前記液晶層とは反対側に配置された、負の二軸光学異方性を有する第１及び第２の視角補償板と、第１及び第２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、第２の視角補償板は、第１の透明基板と第１の視角補償板との間に配置され、第１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、第１の視角補償板の面内遅相軸と、第２の視角補償板の面内遅相軸とは直交するように配置され、第１の視角補償板の面内方向の位相差は、第２の視角補償板の面内方向の位相差よりも大きい液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図１

Description

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

マルチプレックス駆動により動作するセグメント表示、またはセグメント表示とドットマトリクス表示がともに可能な液晶表示装置に、背景表示部や暗表示部の表示輝度が非常に低いノーマリブラック型液晶表示素子が搭載されることが多くなっている。その多くはバックライトに単色ＬＥＤを用いたモノクロ表示で、液晶表示素子構造としてはツイストネマチック（ＴＮ）タイプが採用されている。

液晶層内の液晶分子配向が、液晶層を挟持する上下ガラス基板に対して垂直または略垂直に配向する垂直配向モードの液晶セルを、略クロスニコルに配置された偏光板間に配置する垂直配向型液晶表示素子が知られている。垂直配向型液晶表示素子は、ガラス基板法線方位から観察したとき、光学特性がクロスニコル配置された偏光板とほぼ同等となるため、光透過率が非常に低くなり、高コントラスト比を比較的容易に実現することができる。垂直配向型液晶表示素子によって、バックライトの発光波長に依存しない良好なノーマリブラック表示が可能となる。

上側偏光板と上側ガラス基板間、及び下側偏光板と下側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光学フィルム、または負の二軸光学異方性を有する光学フィルム（負の二軸フィルム）を配置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比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。

特許文献１に記載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）。

負の一軸光学異方性を有する光学フィルム（ネガティブＣプレート）としては、偏光板の保護フィルムに用いられている、溶融キャスト法でフィルム化された樹脂であるトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）や、溶融押し出し法でフィルム化したノルボルネン系環状オレフィンポリマ（ノルボルネンＣＯＰ）樹脂を、フィルム押し出し方向とその直交方向に関して延伸加工した二軸延伸フィルムが市販されている。

負の二軸フィルムとしては、特殊なＴＡＣ樹脂をフィルム長手方向と直交する方向に一軸延伸加工したフィルム、及び、ノルボルネンＣＯＰを二軸延伸加工したフィルムがある。これらはたとえば液晶テレビに用いられ、ネガティブＣプレートよりも大量に流通している。

ネガティブＣプレートは、ＴＡＣフィルムによるものの場合、入手可能なフィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈは５０ｎｍ以下であることがほとんどである。また、ノルボルネンＣＯＰによるものにおいても、入手可能なフィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈは３００ｎｍ以下である。Ｒｔｈが３００ｎｍより大きい光学フィルムは、たとえばコレステリック液晶ポリマを用いて作製されることが知られているが、現在のところ市販されていない。

負の二軸フィルムについては、入手可能な延伸ＴＡＣ、ノルボルネンＣＯＰともに、フィルムの面内位相差Ｒｅは、０ｎｍ＜Ｒｅ≦３００ｎｍ、そのうち多くは、２０ｎｍ＜Ｒｅ≦３００ｎｍ、厚さ方向の位相差の最大値は、２２０ｎｍ〜３５０ｎｍ程度である。

以下、従来例及び実施例による液晶表示素子について詳説する前に、光学フィルムにつき補足的に説明する。

平板状の光学フィルムにおける面内屈折率をｎｘ、ｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚとしたとき、負の一軸光学異方性を有する光学フィルム（ネガティブＣプレート）においては、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚ、負の二軸光学異方性を有する光学フィルム（負の二軸フィルム）においては、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係がある。

また、Ｎｚファクタを、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義すると、負の一軸光学異方性は、Ｎｚ≒∞、負の二軸光学異方性は、１＜Ｎｚ＜∞となる。

なお、Ｎｚ＝１の場合は、正の一軸光学異方性を示し、正の一軸光学異方性を有する光学フィルムはＡプレートと呼ばれる。Ａプレートにおいては、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚである。また、Ｎｚ＜１の場合は、主に正の二軸光学異方性を示すが、Ｎｚ＝０及びＮｚ＝−∞の場合は、光学軸が１つしか存在しないため除外される。Ｎｚ＝０である光学フィルムは負のＡプレート、Ｎｚ＝−∞である光学フィルムはポジティブＣプレートと呼ばれる。

光学フィルムの面内位相差Ｒｅは、フィルム厚さをｄとしたとき、Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）＊ｄ、厚さ方向の位相差Ｒｔｈは、Ｒｔｈ＝[{（ｎｘ−ｎｙ）／２}−ｎｚ]＊ｄで定義される。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、従来例による液晶表示素子を示す概略図である。特許文献２には、これらの液晶表示素子の構造を想定した技術が開示されている。

図１０（Ａ）に、第１の従来例による液晶表示素子の概略を示す。

クロスニコル配置された上側偏光板１０と下側偏光板２０との間に、モノドメイン垂直配向液晶セル３０が配置される。モノドメイン垂直配向液晶セル３０は、上側ガラス基板（透明基板）４、下側ガラス基板（透明基板）６、及び両基板４、６間に挟持されたモノドメイン垂直配向液晶層５を含んで構成される。垂直配向液晶セル３０の上側ガラス基板４と上側偏光板１０間に、たとえばノルボルネンＣＯＰ二軸延伸フィルムである第１の光学フィルム３が１枚配置される。

上側及び下側偏光板１０、２０はそれぞれ、ＴＡＣベースフィルム２上に偏光板偏光層１が配置された構成を備える。偏光板偏光層１は、たとえば延伸ポリビニルアルコールで形成される。

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、上側偏光板１０の偏光層１における吸収軸Ｆａｂは１３５°方位、下側偏光板２０の偏光層１の吸収軸Ｒａｂは４５°方位に配置されている。また、第１の光学フィルム３の面内遅相軸ＳＡ１が配置される方位は４５°である。

前述のように、第１の光学フィルムの厚さ方向の位相差Ｒｔｈは、およそ３００ｎｍ以下にしか設定できないため、第１の従来例による液晶表示素子においては、液晶層５のリターデーションΔｎｄが大きい場合、背景部や非表示部で、良好な視角補償が得られなくなる。

図１０（Ｂ）は、第２の従来例による液晶表示素子の概略図である。垂直配向液晶セル３０の下側ガラス基板６と下側偏光板２０間に、たとえばノルボルネンＣＯＰ二軸延伸フィルムである第２の光学フィルム７が１枚配置される点において、第１の従来例とは異なる。第２の光学フィルム７の面内遅相軸ＳＡ２が配置される方位は１３５°である。第１の従来例が片面補償の液晶表示素子であるのに対し、第２の従来例は、両面補償の液晶表示素子である。

第２の従来例による液晶表示素子においては、光学フィルムの厚さ方向の位相差を、第１及び第２の光学フィルムの合計として、最大約６００ｎｍにすることが可能である。しかしながら、上側及び下側偏光板１０、２０の吸収軸Ｆａｂ、Ｒａｂに対して、略４５°方位に設定された左右方位（１８０°−０°方位）の、法線方向から見て深い極角角度から観察した場合、明表示部の光透過率が極端に低くなり、表示が全く視認できないことがある。

本願発明者は、第１及び第２の従来例による液晶表示素子について、明表示時における左右方位視角特性をシミュレーションにより求めた。シミュレータには、（株）シンテック製のＬＣＤＭＡＳＴＥＲ６．１６を用いた。なお、本明細書中の他のシミュレーションにおいても、同じシミュレータを使用した。

第１及び第２の従来例ともに、垂直配向液晶セル３０を、液晶層５の中央分子配向方位が６時方位（２７０°方位）となるように設定した、基板表面に対するプレティルト角８９．９°のアンチパラレルモノドメイン配向とし、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を用いて構成した。液晶層５のリターデーションΔｎｄは、第１の従来例においては約４３０ｎｍ、第２の従来例においては約４４５ｎｍとした。上側及び下側偏光板１０、２０として、（株）ポラテクノ製のＳＨＣ１３Ｕを採用し、ＴＡＣベースフィルム２の面内位相差を３ｎｍ、厚さ方向の位相差を５０ｎｍに設定した。

第１及び第２の光学フィルム３、７は、前述のように、ノルボルネンＣＯＰ二軸延伸フィルムで構成される。シミュレーションにおいては、第１の従来例における、第１の光学フィルム３の面内位相差を５０ｎｍ、厚さ方向の位相差を３００ｎｍとした。また、第２の従来例においては、第１及び第２の光学フィルム３、７の面内位相差をともに３０ｎｍ、厚さ方向の位相差をともに１５０ｎｍとした。第１、第２の従来例ともに、電圧無印加時に右方位極角５０°から観察したときの光透過率が０．０３％未満である最適な光学フィルム条件である。

図１１は、正面観察時における光透過率を約１５％に設定したときの、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、第１の従来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の従来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。

図より、極角５０°より深い観察角度においては、第１の従来例による液晶表示素子（片面補償）の方が、光透過率が高いことがわかる。一方、左右対称性は、第２の従来例による液晶表示素子（両面補償）の方が良好である。

なお、本願発明者が、第１及び第２の従来例による液晶表示素子を実作したところ、第２の従来例においては、深い角度におけるカラーシフトが顕著に観察される傾向があり、外観上好ましくないことがわかった。

液晶表示素子を、マルチプレックス駆動により動作させる場合、より大きな表示容量、すなわちデューティ比を得るためには、電気光学特性における急峻性が良好である必要がある。垂直配向型液晶表示素子の場合、急峻性は明表示部の透過率に大きく影響を与えるため、表示輝度に反映される。

１／４デューティ駆動条件より表示容量を大きくしたい場合は、液晶層のリターデーションΔｎｄを３００ｎｍより大きくすることが好ましく、３６０ｎｍより大きくすることがより好ましい。１／１６デューティ駆動条件より表示容量を大きくしたい場合は、液晶層のリターデーションΔｎｄを５５０ｎｍより大きくすることが好ましく、６００ｎｍより大きくすることがより好ましい。１／１６デューティを超える表示容量が必要な場合、一般に入手可能な光学フィルムを用いて、第１及び第２の従来例による液晶表示素子を構成しても、良好な表示性能を獲得することは困難であると考えられる。

特許２０４７８８０号公報 特許第３３３０５７４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１０００ｎｍ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、負の二軸光学異方性を有する第１及び第２の視角補償板と、前記第１及び第２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、前記第２の視角補償板は、前記第１の透明基板と前記第１の視角補償板との間に配置され、前記第１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、前記第１の視角補償板の面内遅相軸と、前記第２の視角補償板の面内遅相軸とは直交するように配置され、前記第１の視角補償板の面内方向の位相差は、前記第２の視角補償板の面内方向の位相差よりも大きい液晶表示素子が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、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２００ｎｍ以上５００ｎｍ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、少なくとも一方がＡプレートであり、双方ともＡプレートでない場合には他方が負の二軸光学異方性を有する視角補償板である第１及び第２の視角補償板と、前記第１及び第２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、前記第２の視角補償板は、前記第１の透明基板と前記第１の視角補償板との間に配置され、前記第１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、前記第１の視角補償板の面内遅相軸と、前記第２の視角補償板の面内遅相軸とは直交するように配置され、前記第１の視角補償板の面内方向の位相差は、前記第２の視角補償板の面内方向の位相差よりも大きい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。

図１は、実施例による液晶表示素子の概略図である。

略クロスニコル配置された上側偏光板１０と下側偏光板２０との間に、垂直または略垂直配向処理が施された垂直配向液晶層を有する液晶セル、たとえばモノドメイン垂直配向液晶セル３０が配置される。モノドメイン垂直配向液晶セル３０は、上側ガラス基板（透明基板）４、下側ガラス基板（透明基板）６、及び両基板４、６間に挟持されたモノドメイン垂直配向液晶層５を含んで構成される。垂直配向液晶セル３０の上側ガラス基板４と上側偏光板１０との間に、上側偏光板１０側から順に、第１の光学フィルム８、第２の光学フィルム９が配置される。両光学フィルム８、９は、たとえばノルボルネンＣＯＰの延伸加工フィルムを用いることができる。

上側及び下側偏光板１０、２０として、たとえば（株）ポラテクノ製ＳＨＣ１３Ｕが用いられる。上側及び下側偏光板１０、２０はそれぞれ、ＴＡＣベースフィルム２上に偏光板偏光層１が配置された構成を備える。偏光板偏光層１は、たとえば延伸ポリビニルアルコールで形成される。なお、図示は省略したが、上側及び下側偏光板１０、２０には、液晶表示素子の外側面に、保護フィルムとなるＴＡＣフィルムが積層されている。

上側偏光板１０に近接して配置される第１の光学フィルム８の面内遅相軸ＳＡ１は、上側偏光板１０の吸収軸Ｆａｂと略直交に配置される。第１の光学フィルム８と垂直配向液晶セル３０との間に配置される第２の光学フィルム９の面内遅相軸ＳＡ２は、第１の光学フィルム８の面内遅相軸ＳＡ１と略直交に配置される。

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、上側偏光板１０の吸収軸Ｆａｂは１３５°方位、下側偏光板２０の吸収軸Ｒａｂは４５°方位、第１の光学フィルム８の面内遅相軸ＳＡ１は４５°方位、そして第２の光学フィルム９の面内遅相軸ＳＡ２は１３５°方位である。

垂直配向液晶層５は、たとえば屈折率異方性Δｎ＜０．１、誘電率異方性Δε＜−５．１の性質を示す（株）メルク製の液晶材料を用いて形成される。上側及び下側ガラス基板４、６の液晶層５側の面には、たとえば（株）日産化学製の配向膜材料ＳＥ１２１１を用いて、配向膜が形成されている。配向膜には、基板表面に対する略９０°、たとえば８９．９°のプレティルト角を実現するアンチパラレルモノドメイン垂直配向処理が施されている。垂直配向液晶層５の液晶層中央分子配向方位は、６時（２７０°）方位である。

なお、上側及び下側ガラス基板４、６には、配向膜の内側に、液晶層５の液晶分子の配向状態を変化させて、液晶表示素子の表示パターンをスイッチングする透明電極、たとえばＩＴＯ電極が配置されている。

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の光学フィルム８、９の光学特性を様々に変化させてシミュレーション解析を行い、良好な表示が実現される条件を調べた。

（Ｉ）まず、第１及び第２の光学フィルム８、９の双方に負の二軸フィルムを用いた場合について、液晶表示素子の電圧無印加時の視角特性、すなわち表示の背景部分の視角特性をシミュレートした。

（ｉ）はじめに、第１及び第２の光学フィルム８、９の厚さ方向の位相差Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２が等しい（Ｒｔｈ１＝Ｒｔｈ２）場合を検討した。Ｒｔｈ１（＝Ｒｔｈ２）が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、３００ｎｍである場合のそれぞれについて、右方位極角５０°観察時における背景部光透過率の液晶層リターデーションΔｎｄ依存性を解析した。解析は、第１及び第２の光学フィルム８、９の面内位相差Ｒｅ１、Ｒｅ２の様々な条件について行い、各条件下での、右方位極角５０°観察時における背景部光透過率を最小とするΔｎｄを探索した。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は、右方位極角５０°から観察したときの光透過率のＲｅ２依存性を、Ｒｅ１をパラメータとして示す解析結果のグラフである。図２（Ａ）〜（Ｃ）のグラフの横軸は、すべてＲｅ２を単位「ｎｍ」で表す。また、縦軸はすべて右方位極角５０°から観察したときの光透過率を単位「％」で表す。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）のグラフは、それぞれ順にＲｔｈ１（＝Ｒｔｈ２）を９０ｎｍ、１８０ｎｍ、３００ｎｍとしたときの解析結果である。なお、現在流通するノルボルネンＣＯＰとして実現可能なＲｔｈ１、Ｒｔｈ２の範囲は、およそ、９０ｎｍ≦Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２≦３００ｎｍである。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）においては、Ｒｅ１＝１００ｎｍのときのＲｅ２と光透過率との関係を曲線ａで示す。また、Ｒｅ１＝１４０ｎｍのときの両者の関係を曲線ｂで示す。更に、曲線ｃで、Ｒｅ１＝１８０ｎｍのときの両者の関係を示す。図２（Ｃ）においては、Ｒｅ１＝７０ｎｍ、１００ｎｍ、１４０ｎｍのときの両者の関係が、それぞれ順に曲線ａ、ｂ、ｃで示される。

図２（Ａ）〜（Ｃ）のいずれのグラフの曲線ａ〜ｃも、二次関数的な曲線となることがわかる。すなわち、各Ｒｅ１条件における右方位極角５０°観察時光透過率は、いずれもあるＲｅ２で極小値をとる二次関数的依存性を示すことが認められる。また、Ｒｅ１については、７０ｎｍ≦Ｒｅ１≦１８０ｎｍ、好ましくは、１００ｎｍ≦Ｒｅ１≦１５０ｎｍの範囲、Ｒｅ２については、１５ｎｍ≦Ｒｅ２≦７０ｎｍ、好ましくは、１５ｎｍ≦Ｒｅ２≦６０ｎｍの範囲において、良好な背景視角特性が得られることがわかる。なお、この範囲においては、すべてのＲｔｈ１（＝Ｒｔｈ２）条件において、Ｒｅ１＞Ｒｅ２である。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、右方位極角５０°から観察したときの光透過率が最小となる液晶層リターデーションΔｎｄのＲｅ２依存性を、Ｒｅ１をパラメータとして示すグラフである。図３（Ａ）〜（Ｃ）のグラフの横軸は、すべてＲｅ２を単位「ｎｍ」で表す。また、縦軸はすべて右方位極角５０°観察時の光透過率が最小となるときの液晶層リターデーションΔｎｄを単位「ｎｍ」で表す。

図２（Ａ）〜（Ｃ）の場合と同様に、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）のグラフは、それぞれ順にＲｔｈ１（＝Ｒｔｈ２）を９０ｎｍ、１８０ｎｍ、３００ｎｍとしたときの解析結果である。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）においては、Ｒｅ１＝１００ｎｍのときのＲｅ２とΔｎｄとの関係を曲線ａで示す。また、Ｒｅ１＝１４０ｎｍのときの両者の関係を曲線ｂで示す。更に、曲線ｃで、Ｒｅ１＝１８０ｎｍのときの両者の関係を示す。図３（Ｃ）においては、Ｒｅ１＝７０ｎｍ、１００ｎｍ、１４０ｎｍのときの両者の関係が、それぞれ順に曲線ａ、ｂ、ｃで示される。

図３（Ａ）〜（Ｃ）のグラフより、いずれのＲｔｈ１（Ｒｔｈ２）条件においても、右方位極角５０°観察時の光透過率が最小となるときの液晶層リターデーションΔｎｄは、Ｒｅ１が小さくなるにしたがって大きくなることがわかる。また、Ｒｅ２が大きくなるにつれて、大きくなる傾向があることも認められる。更に、液晶層のリターデーションΔｎｄが、２５０ｎｍ≦Δｎｄ≦１０００ｎｍ、より好ましくは、３００ｎｍ≦Δｎｄ≦７５０ｎｍの範囲にあるとき、良好な背景視角特性が得られると考えられる。

（ｉｉ）次に、本願発明者は、第１及び第２の光学フィルム８、９の厚さ方向の位相差Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２が異なる場合についても、シミュレーション解析を行った。第１の光学フィルム８の面内位相差Ｒｅ１を１８０ｎｍ、厚さ方向の位相差Ｒｔｈ１を１８０ｎｍに固定し、第２の光学フィルム９の厚さ方向の位相差Ｒｔｈ２を９０ｎｍ、１８０ｎｍ、及び３００ｎｍに変化させた場合における、右方位極角５０°観察時の背景部光透過率のＲｅ２（第２の光学フィルム９の面内位相差）依存性を計算した。シミュレーションにおいては、背景部光透過率が最小となるように、液晶層のリターデーションΔｎｄを適宜変更した。

図４は、計算結果を示すグラフである。グラフの横軸は、Ｒｅ２を単位「ｎｍ」で表し、縦軸は右方位極角５０°から観察したときの光透過率を単位「％」で表す。

曲線ａ、ｂ、ｃは、それぞれ、Ｒｔｈ２が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、３００ｎｍのときのＲｅ２と光透過率との関係を示す。

図より、Ｒｔｈ１＞Ｒｔｈ２（曲線ａ）の場合は、Ｒｅ２が大きい条件において、より良好な光透過率（低い光透過率）が得られ、Ｒｔｈ１＜Ｒｔｈ２（曲線ｃ）の場合は、Ｒｅ２が小さい条件において、より良好な光透過率（低い光透過率）が得られる傾向があることがわかる。ただ、いずれの場合も、良好な背景視角特性が実現される。

以上の検討より、Ｒｔｈ１≦Ｒｔｈ２（曲線ｂ、ｃ）、１００ｎｍ≦Ｒｅ１≦１５０ｎｍ、１５ｎｍ≦Ｒｅ２≦６０ｎｍである場合は、良好な背景視角特性が実現可能と考えられる。

（ｉｉｉ）図５に、変形例による液晶表示素子の概略図を示す。変形例による液晶表示素子は、上側ガラス基板４と第２の光学フィルム９との間にネガティブＣプレート１１が配置される点において、実施例による液晶表示素子と異なる。図５に示す液晶表示素子においては、１枚のネガティブＣプレート１１が配置されているが、複数のネガティブＣプレートを配置することもできる。

変形例による液晶表示素子は、液晶層５のリターデーションΔｎｄが、たとえば７５０ｎｍより大きい場合であっても、良好な視角特性を実現することが可能である。ただし、Δｎｄを大きくすると、深い極角観察角度からの光抜けが増加し、更に、Δｎｄ設定の面内均一性がシビアになる傾向がある。本願発明者が実機を製作したところ、１０００ｎｍ程度までのΔｎｄで、良好な表示が可能であることが確認された。

更に、本願発明者は、実施例及び変形例による液晶表示素子について、電圧印加時における左右視角特性に関しても調査を行った。その結果、図１０（Ａ）の第１の従来例（片面補償）と同様に、左右非対称の光透過率特性を有することがわかった。しかし、深い極角観察角度において、光透過率の顕著な不具合は観察されず、カラーシフトも図１０（Ｂ）に示す第２の従来例（両面補償）における場合に比べれば、明らかに小さいことが確認された。

（ＩＩ）続いて、本願発明者は、図１に示す実施例による液晶表示素子の構成において、第１及び第２の光学フィルム８、９の一方または双方にＡプレートが用いられる場合について、（Ｉ）と同様のシミュレーション解析を行った。

厚さ方向の位相差を大きくしたい高Δｎｄ設定の液晶表示素子の場合、Ａプレートの使用が有利に働かないこともある。しかし一軸延伸加工で済むため、製造コストの低減が可能となる。

（ｉ）本願発明者は、まず、第１の光学フィルム８がＡプレートである場合を検討した。第２の光学フィルム９を、厚さ方向の位相差Ｒｔｈ２が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、３００ｎｍである負の二軸フィルムとしたとき、及び、第２の光学フィルム９もＡプレートとしたとき（Ｒｔｈ２＝Ｒｅ２／２）の、右方位極角５０°観察時の背景部光透過率を最小とするＲｅ１（第１の光学フィルム８の面内位相差）とＲｅ２（第２の光学フィルム９の面内位相差）との関係を解析した。解析においては、第１、及び第２の光学フィルム８、９の光学パラメータの変化に応じて、液晶層５のリターデーションΔｎｄも適宜最適となるように変化させた。

図６は、解析結果を示すグラフである。グラフの横軸はＲｅ２を、縦軸はＲｅ１を、それぞれ単位「ｎｍ」で表す。曲線ａは、第２の光学フィルム９がＡプレートであるときの、Ｒｅ１とＲｅ２の関係を表す。また、曲線ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ、第２の光学フィルム９を、厚さ方向の位相差Ｒｔｈ２が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、３００ｎｍの負の二軸フィルムとしたときの、Ｒｅ１とＲｅ２の関係を表す。

図より、いずれの条件においても、Ｒｅ１とＲｅ２とは、ほぼ比例する関係にあることがわかる。また、Ｒｅ１＞Ｒｅ２であることも認められる。更に、Ｒｔｈ２の値が大きくなるほど、Ｒｅ１とＲｅ２との差が増加していることがわかる。なお、いずれの条件においても、第１の光学フィルム８（本解析においてはＡプレート）の面内位相差Ｒｅ１は、１００ｎｍ≦Ｒｅ１≦３００ｎｍの範囲が有効である。入手が容易なＡプレートの面内位相差は１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、及び２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲であるので、当該範囲で調整することが好ましいであろう。

図７は、解析時条件におけるＲｅ２と、液晶層５のリターデーションΔｎｄとの関係を示すグラフである。グラフの横軸はＲｅ２を、縦軸は液晶層５のリターデーションΔｎｄを、それぞれ単位「ｎｍ」で表す。曲線ａは、第２の光学フィルム９がＡプレートであるときの両者の関係を表す。また、曲線ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ、第２の光学フィルム９を、厚さ方向の位相差Ｒｔｈ２が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、３００ｎｍの負の二軸フィルムとしたときの、両者の関係を表す。

いずれの条件においても、Ｒｅ２とΔｎｄとの間には、上に凸の二次関数的相関性が認められる。また、各条件における最大のΔｎｄに設定するためには、Ｒｔｈ２の値が大きいほど、Ｒｅ２を小さくすればよいことがわかる。更に、Ｒｅ２は、０ｎｍ＜Ｒｅ２≦１５０ｎｍの範囲であることが好ましく、４５００／Ｒｔｈ２−１０ｎｍ≦Ｒｅ２≦４５００／Ｒｔｈ２＋１０ｎｍの範囲であることがより好ましいことがわかる。

（ｉｉ）次に、第１の光学フィルム８が負の二軸フィルムで、第２の光学フィルム９がＡプレートである場合について、シミュレーション解析を行った。第１の光学フィルム８（負の二軸フィルム）の厚さ方向の位相差Ｒｔｈ１が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、及び３００ｎｍである各場合について、右方位極角５０°観察時の背景部光透過率が最小になるＲｅ１とＲｅ２との関係を調べた。なお、液晶層５のリターデーションΔｎｄは、Ｒｅ１、Ｒｅ２、及びＲｔｈ１の値に応じて、適宜最適になるよう調整した。

図８は、各Ｒｔｈ１条件におけるＲｅ１とＲｅ２の相関性を示すグラフである。グラフの横軸はＲｅ２を、縦軸はＲｅ１を、それぞれ単位「ｎｍ」で表す。曲線ａ、ｂ、及びｃは、それぞれ、Ｒｔｈ１が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、及び３００ｎｍであるときの、Ｒｅ１とＲｅ２の関係を表す。

図より、いずれのＲｔｈ１条件においても、Ｒｅ１とＲｅ２とは、ほぼ比例する関係にあることがわかる。また、Ｒｅ１＞Ｒｅ２であることも認められる。更に、Ｒｔｈ１の値が大きくなるほど、Ｒｅ１とＲｅ２との差が小さくなることがわかる。

図９は、右方位極角５０°観察時の背景部光透過率が最小になるときのＲｅ２と液晶層５のリターデーションΔｎｄとの関係を示すグラフである。グラフの横軸はＲｅ２を、縦軸は液晶層５のリターデーションΔｎｄを、それぞれ単位「ｎｍ」で表す。曲線ａ、ｂ、及びｃは、それぞれ、Ｒｔｈ１が９０ｎｍ、１８０ｎｍ、及び３００ｎｍである場合の、Ｒｅ２とΔｎｄとの関係を表す。

図より、いずれのＲｔｈ１条件においても、Ｒｅ２が小さくなるほどΔｎｄを大きく設定できる傾向が見られる。Ｒｅ２は、１００ｎｍ以下とするのが好ましく、７０ｎｍ以下とするのが一層好ましいであろう。図８を参照すると、このときＲｅ１は、１４０ｎｍ以下、殊に１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下とすることが好ましい。

（ｉｉｉ）第１及び第２の光学フィルム８、９の一方または双方にＡプレートを用いる（ＩＩ）の場合において、第１の光学フィルム８の厚さ方向の位相差Ｒｔｈ１の好ましい範囲は、面内位相差Ｒｅ１の半分（Ｒｅ１／２）以上３００ｎｍ以下であると考えられる。また、同様に、第２の光学フィルム９の厚さ方向の位相差Ｒｔｈ２の好ましい範囲は、面内位相差Ｒｅ２の半分（Ｒｅ２／２）以上３００ｎｍ以下であると考えられる。

更に、液晶層５のリターデーションΔｎｄの良好な範囲は、図７及び図９に示す結果から、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より良好な範囲は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であると考えられる。より大きなΔｎｄを設定した場合に良好な背景視角特性を実現するためには、図５に示したように、上側ガラス基板４と第２の光学フィルム９との間に、少なくとも１枚のネガティブＣプレート１１を配置することが有効である。

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。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。たとえばセグメント表示、ドットマトリックス表示、及びそれら二つの表示がともに可能な液晶表示素子に好適に利用できる。また、ＴＦＴ駆動の液晶表示素子、及びたとえば１／４デューティ以上の表示容量を有するマルチプレックス駆動液晶表示素子に好適に利用できる。

実施例による液晶表示素子の概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、右方位極角５０°から観察したときの光透過率のＲｅ２依存性を、Ｒｅ１をパラメータとして示す解析結果のグラフである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、右方位極角５０°から観察したときの光透過率が最小となる液晶層リターデーションΔｎｄのＲｅ２依存性を、Ｒｅ１をパラメータとして示すグラフである。 Ｒｅ２と右方位極角５０°から観察したときの光透過率との関係を示すグラフである。 変形例による液晶表示素子の概略図である。 Ｒｅ１とＲｅ２との関係を示すグラフである。 Ｒｅ２と液晶層５のリターデーションΔｎｄとの関係を示すグラフである。 各Ｒｔｈ１条件におけるＲｅ１とＲｅ２の相関性を示すグラフである。 右方位極角５０°観察時の背景部光透過率が最小になるときのＲｅ２と液晶層５のリターデーションΔｎｄとの関係を示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来例による液晶表示素子を示す概略図である。 正面観察時における光透過率を約１５％に設定したときの、左右方位視角特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 偏光板偏光層
２ ＴＡＣベースフィルム
３ 第１の光学フィルム
４ 上側ガラス基板
５ 垂直配向液晶層
６ 下側ガラス基板
７ 第２の光学フィルム
８ 第１の光学フィルム
９ 第２の光学フィルム
１０ 上側偏光板
１１ ネガティブＣプレート
２０ 下側偏光板
３０ 垂直配向液晶セル
Ｆａｂ 上側偏光板偏光層吸収軸
Ｒａｂ 下側偏光板偏光層吸収軸
ＳＡ１ 第１の光学フィルムの面内遅相軸
ＳＡ２ 第２の光学フィルムの面内遅相軸

Claims (15)

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１０００ｎｍ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、負の二軸光学異方性を有する第１及び第２の視角補償板と、
   前記第１及び第２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、
   前記第２の視角補償板は、前記第１の透明基板と前記第１の視角補償板との間に配置され、
   前記第１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、
   前記第１の視角補償板の面内遅相軸と、前記第２の視角補償板の面内遅相軸とは直交するように配置され、
   前記第１の視角補償板の面内方向の位相差は、前記第２の視角補償板の面内方向の位相差よりも大きい液晶表示素子。
2. 前記第１の視角補償板の面内方向の位相差は、７０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下であり、前記第２の視角補償板の面内方向の位相差は、１５ｎｍ以上７０ｎｍ以下である請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１の視角補償板の面内方向の位相差は、１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、前記第２の視角補償板の面内方向の位相差は、１５ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、
   前記第１の視角補償板の厚さ方向の位相差は、前記第２の視角補償板の厚さ方向の位相差以下である請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記液晶層のリターデーションが３００ｎｍ以上７５０ｎｍ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. 更に、前記第１の透明基板と、前記第２の視角補償板との間に配置された、少なくとも１枚のネガティブＣプレートを備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 前記第１及び第２の視角補償板の厚さ方向の位相差は、ともに９０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 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２００ｎｍ以上５００ｎｍ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、少なくとも一方がＡプレートであり、双方ともＡプレートでない場合には他方が負の二軸光学異方性を有する視角補償板である第１及び第２の視角補償板と、
   前記第１及び第２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、
   前記第２の視角補償板は、前記第１の透明基板と前記第１の視角補償板との間に配置され、
   前記第１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、
   前記第１の視角補償板の面内遅相軸と、前記第２の視角補償板の面内遅相軸とは直交するように配置され、
   前記第１の視角補償板の面内方向の位相差は、前記第２の視角補償板の面内方向の位相差よりも大きい液晶表示素子。
8. 前記第１の視角補償板の厚さ方向の位相差は、前記第１の視角補償板の面内方向の位相差の１／２以上、３００ｎｍ以下であり、
   前記第２の視角補償板の厚さ方向の位相差は、前記第２の視角補償板の面内方向の位相差の１／２以上、３００ｎｍ以下である請求項７に記載の液晶表示素子。
9. 前記第１及び第２の視角補償板がともにＡプレート、または、前記第１の視角補償板がＡプレートで前記第２の視角補償板が負の二軸光学異方性を有する視角補償板であり、
   前記第１の視角補償板の面内方向の位相差が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
   前記第２の視角補償板の面内方向の位相差が０ｎｍより大きく１５０ｎｍ以下である請求項７または８に記載の液晶表示素子。
10. 前記第２の視角補償板の面内方向の位相差をＲｅ２、厚さ方向の位相差をＲｔｈ２とするとき、Ｒｅ２及びＲｔｈ２は、４５００／Ｒｔｈ２−１０ｎｍ≦Ｒｅ２≦４５００／Ｒｔｈ２＋１０ｎｍの関係を満たす請求項９に記載の液晶表示素子。
11. 前記第１の視角補償板の面内方向の位相差が、１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、または、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である請求項９または１０に記載の液晶表示素子。
12. 前記第１の視角補償板が負の二軸光学異方性を有する視角補償板で、前記第２の視角補償板がＡプレートであり、
    前記第１の視角補償板の面内方向の位相差が１４０ｎｍ以下であり、
    前記第２の視角補償板の面内方向の位相差が１００ｎｍ以下である請求項７または８に記載の液晶表示素子。
13. 前記第１の視角補償板の面内方向の位相差が、１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、
    前記第２の視角補償板の面内方向の位相差が７０ｎｍ以下である請求項１２に記載の液晶表示素子。
14. 前記液晶層のリターデーションが３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である請求項７〜１３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
15. 更に、前記第１の透明基板と、前記第２の視角補償板との間に配置された、少なくとも１枚のネガティブＣプレートを備える請求項７〜１４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。

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