JP2010113304A - 液晶表示素子及び液晶表示装置 - 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、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、第１の透明基板と第１の偏光板との間、または、第２の透明基板と第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、第１、第２の偏光板のうち、近接する偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する視角補償板とを有する液晶表示素子であって、該液晶表示素子における、液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦４００ｎｍであり、視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦４０ｎｍであり、液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．１２×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４０×Ｒｔｈａｌｌである液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図８

Description

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

液晶層内の液晶分子配向を基板に対して垂直または略垂直とする「垂直配向型」液晶表示素子は、電圧無印加時における黒レベルが非常に良好である。また、液晶セルの片面または両面において、液晶セルと偏光板との間に、適切なパラメータを有する負の光学異方性を有する光学補償板を導入することにより、更に良好な視角特性を得ることができる。

負の一軸光学異方性を有する光学補償板、いわゆる（ネガティブ）Ｃプレートを用いる視角補償方法の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の液晶表示素子においては、Ｃプレートは、上側偏光板と近接する液晶セルのガラス基板間、または下側偏光板と近接する液晶セルのガラス基板間、またはその両方に配置される。

この方法により、垂直配向液晶層の光学異方性を相殺して、電圧無印加時における光透過率の視角依存性を解消することが可能である。

しかし液晶セルの両面に貼り合わされる偏光板はクロスニコルに配置されているため、正面観察時においては良好な黒状態を実現できるが、視角を変化させた場合、特に上下偏光板の吸収軸から４５°方位ずれた方向から観察したときに、光抜けが観察される。これは「偏光板の視角特性」のために生じる現象である。「偏光板の視角特性」は、液晶表示素子の視角特性を劣化させることが知られている。

特許文献１には、負の二軸光学異方性を有する光学補償板を用いて「偏光板の視角特性」による液晶表示素子の視角特性の劣化を防止する方法も記載されている。

負の二軸光学異方性を有する光学補償板を使用して行う、効果の大きい視角補償方法の発明の開示もある（たとえば、特許文献２参照）。

特許文献２には、面内リタデーションが１２０ｎｍ以下である負の二軸光学異方性を有する光学補償板を、上下偏光板と上下ガラス基板との間の少なくとも一方に配置すること、光学補償板の面内リタデーションを、より好ましくは２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下とすること、光学補償板の厚さ方向のリタデーションを液晶層のリタデーションの２倍以下とすること、光学補償板を、面内遅相軸が近接する偏光板の吸収軸に対して略平行または略直交となるように配置すること、等によって、視角補償の効果を高めることができる旨が記されている。

特に、負の二軸光学異方性を有する光学補償板を、その面内遅相軸が近接する偏光板の吸収軸と直交するように配置することにより、Ｃプレートを用いた場合に生じる「偏光板の視角特性」に起因する液晶表示素子の視角特性の劣化の問題を解消することができる。この結果、液晶表示素子を偏光板吸収軸から４５°方位の斜め方向から観察した場合でも、正面観察時とほぼ同等の光透過率を実現することができる。

以下、負の二軸光学異方性を有する光学補償板を、負の二軸フィルムと呼ぶ。フィルム状の光学補償板について、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、厚さ方向の屈折率をｎｚ、厚さをｄとするとき、Ｃプレートは、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ の関係を有する光学補償板、負の二軸フィルムは、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚ の関係を有する光学補償板と定義される。また、面内リタデーションＲｅは、Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）＊ｄ で定義され、厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、Ｒｔｈ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２ −ｎｚ）＊ｄ で定義される。

（ｉ）特許文献２に記載された、負の二軸フィルムを用いた最適な視角補償方法を適用した垂直配向型液晶表示素子、（ｉｉ）冷陰極管や無機ＬＥＤ(Light Emitting Diode)などで構成された白色光源、あるいは有機ＬＥＤなどで構成された、複数のピーク発光波長を有するマルチカラー光源を備えるバックライト、（ｉｉｉ）液晶表示素子に電気信号を印加し、明暗表示状態のスイッチングを行う駆動装置、を有する液晶表示装置においては、電圧無印加時、偏光板吸収軸から４５°方位の、液晶表示素子の法線方向に対して深い極角角度（たとえば５０°）方向から観察した場合に、青色、紫色、黄色などに着色した光抜け状態が認められることがある。

この光抜け状態は、特許文献２記載の視角補償方法が、光学補償板の面内リタデーションＲｅと、液晶層で発現する光学特性（光軸が厚さ方向に正の一軸光学異方性を示す光学特性）とを巧みに組み合わせることにより、偏光板の視角特性を改善する技術であることに基づく。光学補償板は、偏光板とともに液晶層の視角特性も補償するが、偏光板の視角補償と液晶層の視角補償とに要求される光学補償板の波長分散特性は異なっており、一方の波長分散特性に合わせると、他方の視角補償が不十分となる。このため、特許文献２に示される視角補償方法は、特に偏光板吸収軸から４５°方位の、極角の深い観察角度における光透過率を低く抑制することはできても、色調変化を抑制することは非常に難しい。

本願発明者は、上述の現象を具体的に把握するために、シミュレーション解析を行った。シミュレーションには、（株）シンテック製の液晶表示器シミュレータ ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ６を使用した。

図８に、シミュレーション対象とした液晶表示素子の構造を示す。

クロスニコル配置された上側（表側）偏光板（視角補償板付偏光板）１４と下側（裏側）偏光板１５との間に、モノドメイン垂直配向型液晶セル１０が配置される。モノドメイン垂直配向型液晶セル１０は、上側ガラス基板（透明基板）１１、下側ガラス基板（透明基板）１２、及び両基板１１、１２間に挟持されたモノドメイン垂直配向液晶層１３を含んで構成される。上側及び下側ガラス基板１１、１２の液晶層１３側の面には、たとえばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)で透明電極が形成されている。

液晶層１３のリタデーションは略３２０ｎｍとした。また、液晶層１３は、基板面内方向を０°としたときのプレティルト角８９°に設定されたアンチパラレル配向構造を想定し、プレティルト角の方位は、液晶層１３の厚さ方向の中央で上側及び下側偏光板１４、１５の吸収軸となす角度が４５°である方位（図示の方位座標系において２７０°方位）とした。

上側偏光板（視角補償板付偏光板）１４は、偏光層１４ａと負の二軸フィルム１４ｂを含んで構成される。偏光層１４ａの吸収軸は１３５°方位とした。負の二軸フィルム１４ｂは、ノルボルネン系環状オレフィンフィルムで形成し、その面内遅相軸方位は、最近傍の偏光層（偏光層１４ａ）の吸収軸に直交するように、４５°方位とした。更に、負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅは５５ｎｍ、厚さ方向のリタデーションＲｔｈは２２０ｎｍに設定した。

下側偏光板１５は、偏光層１５ａとＴＡＣフィルム１５ｂを含んで構成される。偏光層１５ａの吸収軸は４５°方位である。ＴＡＣフィルム１５ｂは、Ｃプレートとして機能することが知られている。ＴＡＣフィルム１５ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、略６０ｎｍに設定した。

なお、上側偏光板（視角補償板付偏光板）１４はＴＡＣフィルムを備えない。また、上側及び下側偏光板１４、１５の偏光層１４ａ、１５ａは、（株）ポラテクノ製のＳＫＮ１８２４３Ｔを想定した。更に、下側偏光板１５の下部に配置されるバックライト２０の光源として、標準光源Ｃ（白色光源）を用いた。

一方、比較のために、特許文献１に示される液晶表示素子構造（Ｃプレートを使用して補償する液晶表示素子構造）に関しても、シミュレーション解析を行った。

図９に当該液晶表示素子構造を示す。吸収軸方位が１３５°の偏光層１６ａ上にＴＡＣフィルム１６ｂの配置された上側偏光板１６を用いた点、モノドメイン垂直配向型液晶セル１０の上側ガラス基板１１と上側偏光板１６との間にＣプレート１７を配置した点を除いては、図８に示す液晶表示素子構造と等しい。

上側偏光板１６は、下側偏光板１５と同一の偏光板である。Ｃプレート１７は、ノルボルネン系環状オレフィンフィルムで形成し、その厚さ方向のリタデーションＲｔｈは１８０ｎｍとした。

図１０は、図８及び図９に示した構造の液晶表示素子における、電圧無印加時の分光スペクトルを表すグラフである。本図に示すのは、方位０°、かつ、液晶表示素子の基板法線方向を極角０°と定義した場合の極角５０°方向からの観察で得られた分光スペクトルである。

グラフの横軸は光の波長を単位「ｎｍ」で表し、グラフの縦軸は光透過率を単位「％」で表す。また、実線で示す曲線（曲線ａ）は、負の二軸フィルムを備える図８の液晶表示素子における分光スペクトルを表し、破線で示す曲線（曲線ｂ）は、Ｃプレートを備える図９の液晶表示素子におけるそれを表す。

曲線ａを参照する。図８の液晶表示素子においては、波長が約５３０ｎｍの光の透過率が０である状態が実現されるが、約５３０ｎｍから長波長側または短波長側にシフトするにしたがって、光抜けが増加する傾向が見られる。なお、シミュレーション条件と同条件で作製した液晶表示素子を目視観察したところ、基板法線方向から深い極角、かつ偏光板吸収軸方位における観察で、液晶表示素子には赤紫色の着色が認められた。

曲線ｂを参照する。図９の液晶表示素子は、図８の液晶表示素子に比べて、全体の光抜けの程度が大きいことがわかる。ただその光抜けの状態は、広い波長範囲でフラットであることが理解される。作製された実機を図８の液晶表示素子において着色が認められた方位、観察角度から観察したところ、光抜けは大きいが、着色はほとんど認められなかった。

負の二軸フィルムを用いて視角補償を行う図８の液晶表示素子においては、偏光板の視角特性をすべての波長範囲では、完全に解消できないために光抜けが生じ、光学補償板や液晶層の設定パラメータなどにより、様々な色調に着色すると考えられる。また、負の二軸フィルムのパラメータや液晶層厚のばらつきが、色調変化として顕著に現れ、表示ムラの原因になりやすいものと思われる。

一方、Ｃプレートを用いる図９の液晶表示素子においては、輝度ムラを生じる可能性は考えられるが、色調変化は、図８の液晶表示素子に比べて大幅に軽減され、各パラメータのマージンは大きい。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）を参照する。次いで、本願発明者は、図８及び図９に示す液晶表示素子について、左右方位である１８０°、０°方位における視角特性を調べた。

図１１（Ａ）は、図８の液晶表示素子を、極角５０°方向から観察したときの分光スペクトルを示し、図１１（Ｂ）は、図９の液晶表示素子についてのそれを示す。両図ともに、グラフの横軸は光の波長を単位「ｎｍ」で表し、グラフの縦軸は光透過率を単位「％」で表す。また、実線で示す曲線ａは、方位０°における観察結果、破線で示す曲線ｂは、方位１８０°における観察結果である。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）のいずれにおいても、０°方位観察時と１８０°方位観察時とで、スペクトルに違いが見られる。これは液晶層がプレティルト角を有するモノドメイン垂直配向である場合にのみ見られる現象であり、プレティルト角が９０°であれば、左右方位の視角特性に差は生じないが、プレティルト角が９０°より小さくなればなるほど、左右の非対称性が拡大する。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）の両図を比較すると、図１１（Ｂ）（図９のＣプレートを用いた液晶表示素子）においては、スペクトルが比較的フラットであるため、外観上は左右方位で輝度の違いのみ認識されるが、図１１（Ａ）（図８の二軸フィルムを用いた液晶表示素子）においては、最低透過率が得られる波長が左右で異なることから、外観上左右方位で異なる色調が観察されると考えられる。図８と同一構造をもつ液晶表示素子の実機を観察したところ、左右方位で色調の相違が明確に認められた。

近時の垂直配向型液晶表示素子においては、光透過率における視角特性の良好さが優先されるため、視角特性を補償する光学補償板には、輝度の視角特性が良好な負の二軸フィルムが用いられることが多い。

負の二軸フィルムとしては、ノルボルネン系環状オレフィン材料を用いた（株）オプテス製の新ゼオノア、ＴＡＣ素材をベースに延伸加工した（株）コニカミノルタオプト製光学フィルムのｎ−ＴＡＣ、（株）富士フイルム製のＶ−ＴＡＣなどが上市されており、大量に流通している。これに対し、Ｃプレートと同等な光学特性を有する光学フィルムとしては、（株）住友化学工業製のＶＡＣフィルムなどが上市されているが、市場での流通量は急速に減少しており、入手が困難になりつつある。

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、及び液晶表示装置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、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、前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１、第２の偏光板のうち、近接する偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する視角補償板とを有する液晶表示素子であって、該液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦４００ｎｍであり、前記視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦４０ｎｍであり、前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．１２×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４０×Ｒｔｈａｌｌである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、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、前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第１の視角補償板と、前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第２の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第２の視角補償板とを有する液晶表示素子であって、該液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦７００ｎｍであり、前記第１及び第２の視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦３０ｎｍであり、前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．０８×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４３×Ｒｔｈａｌｌである液晶表示素子が提供される。

更に、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、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、前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１、第２の偏光板のうち、近接する偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する視角補償板とを有する液晶表示素子と、前記第２の偏光板の、前記第２の透明基板とは反対側に配置された白色光源とを備え、前記液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦４００ｎｍであり、前記視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦４０ｎｍであり、前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．１２×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４０×Ｒｔｈａｌｌであり、前記白色光源で前記液晶表示素子を照明して、前記第１の透明基板の法線方向から観察したときの色度をｘ０、ｙ０とし、前記第２の偏光板の吸収軸と４５°をなす方位において、前記第１の透明基板の法線方向と５０°をなす方向から観察したときの色度をｘ、ｙとするとき、ｘ０−０．０２≦ｘ≦ｘ０＋０．０２、かつ、ｙ０−０．０２≦ｙ≦ｙ０＋０．０２である液晶表示装置が提供される。

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、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、前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第１の視角補償板と、前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第２の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第２の視角補償板とを有する液晶表示素子と、前記第２の偏光板の、前記第２の透明基板とは反対側に配置された白色光源とを備え、前記液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦７００ｎｍであり、前記第１及び第２の視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦３０ｎｍであり、前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．０８×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４３×Ｒｔｈａｌｌであり、前記白色光源で前記液晶表示素子を照明して、前記第１の透明基板の法線方向から観察したときの色度をｘ０、ｙ０とし、前記第２の偏光板の吸収軸と４５°をなす方位において、前記第１の透明基板の法線方向と５０°をなす方向から観察したときの色度をｘ、ｙとするとき、ｘ０−０．０２≦ｘ≦ｘ０＋０．０２、かつ、ｙ０−０．０２≦ｙ≦ｙ０＋０．０２である液晶表示装置が提供される。

本発明によれば、良好な表示を実現可能な液晶表示素子、及び液晶表示装置を提供することができる。

本願発明者は、図８に示す液晶表示素子構造において、負の二軸フィルム１４ｂの厚さ方向リタデーションＲｔｈを２００ｎｍに固定し、負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅと、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを変化させた場合の、電圧無印加時における左右方位（１８０°−０°方位）における視角特性に関してシミュレーション解析を行った。

シミュレーションには、（株）シンテック製の液晶表示器シミュレータ ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ６を使用した。上側偏光板（視角補償板付偏光板）１４及び下側偏光板１５の偏光層１４ａ、１５ａは（株）ポラテクノ製ＳＨＣ１３Ｕで形成した。上側偏光板１４の偏光層１４ａの吸収軸は１３５°方位、ノルボルネン系環状オレフィン樹脂で形成される負の二軸フィルム１４ｂの面内遅相軸は、これと直交する４５°方位とした。下側偏光板１５のＴＡＣフィルム１５ｂは、厚さ方向のリタデーションを約５０ｎｍ、面内リタデーションを約３ｎｍとし、面内遅相軸は偏光層１５ａの吸収軸に平行（４５°方位）に配置されるとした。

モノドメイン垂直配向型液晶セル１０の液晶層１３におけるプレティルト角は約８９°とした。また、電圧印加時には液晶層１３の厚さ方向中央部分の液晶分子が、上側及び下側偏光板１４、１５の吸収軸となす角が略４５°である下方位（２７０°方位）に傾斜するアンチパラレル配向とした。更に、下側偏光板１５の下部（液晶セル１０と反対側）に配置されるバックライト２０の光源として、標準光源Ｃ（白色光源）を用いた。

なお、図８に示す液晶表示素子構造における従来技術の最適条件は、負の二軸フィルム１４ｂの厚さ方向リタデーションＲｔｈが２００ｎｍであるとき、面内リタデーションＲｅは約６５ｎｍ、液晶層１３のリタデーションΔｎｄは約２８０ｎｍである。

図１はシミュレーション結果を示すｘｙ色度図である。本図には、負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅを様々に設定し、偏光層１５ａの吸収軸方位と４５°をなす方位である右方位（０°方位）の、極角５０°方向から観察した場合の、ｘｙ色度の液晶層１３リタデーションΔｎｄ依存性を示した。

図の横軸はｘ色度座標を示し、縦軸はｙ色度座標を示す。曲線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、及びｆは、それぞれ負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅが、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、及び５０ｎｍである場合のシミュレーション結果を示す。また、曲線ｇは、負の二軸フィルム１４ｂに代えてＣプレート（Ｒｔｈ＝２００ｎｍのノルボルネン系環状オレフィンフィルム）を配置した液晶表示素子について、シミュレーションを行って得られた結果である。

液晶表示素子を正面（基板法線方向）から観察したときの色度は、ｘ＝０．３１０、ｙ＝０．３０６であった。この正面観察時の色度座標を中心に±０．０２以内の範囲を、本図においては、正方形の周及び内部の領域で表した。この領域に含まれるＲｅ及びΔｎｄ条件であれば、概ね着色が観察されず、比較的ニュートラルな光抜け状態が得られる。

すべての曲線ａ〜ｇについて、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを大きくするにしたがい、ｘ色度座標及びｙ色度座標の組み合わせが、色度図上で右上から左下に移動した。すなわち、すべてのＲｅ条件において、Δｎｄが小さい場合は、ｘ値、ｙ値とも大きい値を示し、Δｎｄが大きくなるにつれてｘ値、ｙ値とも小さくなる傾向が見られた。また、本図から明らかなように、Ｒｅが小さいほど、Δｎｄによるｘ値、ｙ値の変化は小さく、ｘ値、ｙ値が無彩色表示の実現可能な付近（正方形領域付近）を変化するようになる。

図２は、右方位（０°方位）の極角５０°方向から観察した場合における光透過率のΔｎｄ依存性を、各Ｒｅ値について示すグラフである。グラフの横軸は、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを単位「ｎｍ」で示し、縦軸は、右方位極角５０°観察時の光透過率を単位「％」で示す。

曲線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅは、それぞれ負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅが、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、及び４０ｎｍである場合のΔｎｄ依存性を示す。また、曲線ｇは、負の二軸フィルム１４ｂに代えてＣプレート（Ｒｔｈ＝２００ｎｍのノルボルネン系環状オレフィンフィルム）を配置した液晶表示素子についての、Δｎｄと右方位極角５０°観察時の光透過率との関係を示す。更に、本図に斜線を付した領域は、図１における正方形の周及び内部の領域に含まれる領域である。すなわち、液晶表示素子の正面観察時の色度座標を中心に±０．０２以内の範囲に含まれる領域であって、概ね着色が観察されず、比較的ニュートラルな光抜け状態が得られる領域を示す。

負の二軸フィルム１４ｂ（曲線ａ〜ｅ）に係る斜線付与領域と、Ｃプレート（曲線ｇ）に係るそれとを比較すると、Δｎｄの値にかかわらず、前者における光透過率は、後者における光透過率の２／３以下となっている。また、Ｒｅ＞１５ｎｍの場合には、負の二軸フィルム１４ｂに係る斜線付与領域における光透過率は、Ｃプレートに係る斜線付与領域における光透過率の１／２以下となっている。

本図を参照すると、右方位極角５０°方向から観察したときの色度を、正面観察時色度を中心に±０．０２以内とし、かつ、右方位極角５０°方向から観察したときの光透過率を、負の二軸フィルム１４ｂに代えてＣプレート（Ｒｔｈ＝２００ｎｍのノルボルネン系環状オレフィンフィルム）を配置した液晶表示素子の場合の約２／３以下とするＲｅ及びΔｎｄ条件は、ほぼ、５ｎｍ≦Ｒｅ≦４０ｎｍ、３１０ｎｍ≦Δｎｄ＜３５０ｎｍであると考えることができるであろう。この範囲においては、着色及び光抜けの抑制された、良好な表示を実現することができる。

また、光透過率を約１／２以下とする、より好ましいＲｅ及びΔｎｄ条件は、ほぼ、１５ｎｍ＜Ｒｅ＜３０ｎｍ、３１０ｎｍ≦Δｎｄ＜３３５ｎｍであると考えることができるであろう。この範囲では、より良好な表示を実現することができる。

ところで、シミュレーション解析の対象とした液晶表示素子において、液晶層１３以外の厚さ方向リタデーション発現要素は、光学補償板（負の二軸フィルム１４ｂ、Ｒｔｈ＝２００ｎｍ）及び下側偏光板１５のＴＡＣフィルム１５ｂ（Ｒｔｈ＝５０ｎｍ）であり、これらの合計（光学補償要素による厚さ方向リタデーション：Ｒｔｈａｌｌ）は２５０ｎｍである。

Ｒｔｈａｌｌを用いて、上記好ましいΔｎｄの範囲を記述すると、３１０ｎｍ≦Δｎｄ＜３５０ｎｍを、１．２４×Ｒｔｈａｌｌ＜Δｎｄ＜１．４０×Ｒｔｈａｌｌと表し、３１０ｎｍ≦Δｎｄ＜３３５ｎｍを、１．２４×Ｒｔｈａｌｌ＜Δｎｄ＜１．３４×Ｒｔｈａｌｌと表してもよいであろう。

図３は、シミュレーション解析の対象とした液晶表示素子（Ｒｔｈ＝２００ｎｍ）において、負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅを２５ｎｍ、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを約３２０ｎｍ（約１．２８Ｒｔｈａｌｌ）に設定した場合、及び、負の二軸フィルム１４ｂに代えてＣプレート（Ｒｔｈ＝２００ｎｍのノルボルネン系環状オレフィンフィルム）を配置し、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを約２８０ｎｍとした液晶表示素子について、左右方位の極角５０°方向から観察した透過率スペクトルを示すグラフである。

グラフの横軸は光の波長を単位「ｎｍ」で表し、グラフの縦軸は光透過率を単位「％」で表す。曲線ａ及びｂは、それぞれシミュレーション解析の対象とした液晶表示素子（Ｒｔｈ＝２００ｎｍ、Ｒｅ＝２５ｎｍ、Δｎｄ＝３２０ｎｍ）を、右方位極角５０°方向から観察した場合、及び左方位極角５０°方向から観察した場合の透過率を示す。また、曲線ｃ及びｄは、それぞれ負の二軸フィルム１４ｂに代えてＣプレート（Ｒｔｈ＝２００ｎｍのノルボルネン系環状オレフィンフィルム）を配置し、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを約２８０ｎｍとした液晶表示素子についてのそれらを示す。

負の二軸フィルムの場合（曲線ａ、ｂ）、Ｃプレートの場合（曲線ｃ、ｄ）ともに、プレティルト角の影響により、左右透過率スペクトルに差が見られるが、広い波長範囲において光透過率はほぼフラットである。このことから、光抜け状態が無彩色であることが理解される。

また、右方位においては、負の二軸フィルムの場合（曲線ａ）の光透過率は０．２３６％、Ｃプレートの場合（曲線ｃ）のそれは０．５８６％である。左方位においては、負の二軸フィルムの場合（曲線ｂ）の光透過率は０．２８６％、Ｃプレートの場合（曲線ｄ）のそれは０．６５３％である。このように、負の二軸フィルムを用いた液晶表示素子においては、Ｃプレートを使用した液晶表示素子に比べて、光透過率（光抜け）を１／２以下とすることができることが確認された。

次に、本願発明者は、シミュレーション解析の対象とした液晶表示素子、及び当該液晶表示素子において上側偏光板１４の二軸フィルム１４ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈを３５０ｎｍとした液晶表示素子について、右方位極角５０°方向観察時の色度が、正面観察時色度（ｘ＝０．３１０、ｙ＝０．３０６）の±０．０２以内に収まるＲｅとΔｎｄ／Ｒｔｈａｌｌとの関係を調べた。

図４に解析結果を示す。図４の横軸は、上側偏光板１４の負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅを単位「ｎｍ」で表す。また、縦軸は液晶層１３のリタデーションΔｎｄと、光学補償要素による厚さ方向リタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌの比（Δｎｄ／Ｒｔｈａｌｌ）を、任意単位で表す。図中に斜線を付した領域が、右方位極角５０°方向観察時の色度が、正面観察時色度の±０．０２以内に収まる範囲を示す。

本図に示す結果より、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが大きいと、良好な表示が可能となるＲｅ及びΔｎｄの範囲が小さくなることがわかる。

また、２００ｎｍ≦Ｒｔｈ≦３５０ｎｍ、すなわち、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦４００ｎｍにおいては、５ｎｍ≦Ｒｅ≦４０ｎｍ、１．１２×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４０×Ｒｔｈａｌｌを満たすとき、右方位極角５０°方向観察時の色度が、正面観察時色度の±０．０２以内に収まることがわかる。

図１〜図４に結果を示すシミュレーション解析においては、図８に示す液晶表示素子構造をその対象とした。図８に示す液晶表示素子構造において、偏光層とＴＡＣフィルムとを備える偏光板を上側偏光板として用い、視角補償板付偏光板を下側偏光板として使用した場合についても、同様の結果を得ることができる。

また、本願発明者は、図５に示す液晶表示素子構造、すなわち図９の液晶表示素子において、Ｃプレート１７を負の二軸フィルム１８に代替した構造の液晶表示素子についても同様の解析を行った。

その結果、負の二軸プレート１８のＲｔｈを１５０ｎｍとし、Ｒｔｈａｌｌを２５０ｎｍとした場合、及び、負の二軸プレート１８のＲｔｈを３００ｎｍとし、Ｒｔｈａｌｌを４００ｎｍとした場合の双方において、図８に示す液晶表示素子構造を対象としたシミュレーション解析で得られた好適条件（たとえばＲｔｈａｌｌ、Ｒｅ、及びΔｎｄに関する好適条件）とほぼ同等の好適条件が得られることが確認された。

続いて、本願発明者は、図６に示す構造の液晶表示素子についても同様の検討を行い、正面観察時の色度（ｘ＝０．３１０、ｙ＝０．３０６）を中心に±０．０２の範囲内に収まるＲｔｈａｌｌ、Ｒｅ、及びΔｎｄの関係をシミュレーションにより解析した。

図６に示す液晶表示素子は、図８に示すそれと比べ、偏光層１５ａ及びＴＡＣフィルム１５ｂを含む下側偏光板１５に代えて、偏光層１９ａ及び負の二軸フィルム１９ｂを含む下側偏光板（視角補償板付偏光板）１９を備える点で異なっている。また、上側偏光板１４の偏光層１４ａの吸収軸方位、及び負の二軸フィルム１４ｂの面内遅相軸方位においても異なる。ただし、図６に示す液晶表示素子においても、上側及び下側偏光板１４、１９はクロスニコルに配置される。

図６に示す液晶表示素子においては、上側偏光板１４の偏光層１４ａの吸収軸は４５°方位、負の二軸フィルム１４ｂの面内遅相軸は、これと直交する１３５°方位に配置される。また、下側偏光板１９の偏光層１９ａの吸収軸は１３５°方位、負の二軸フィルム１９ｂの面内遅相軸は、これと直交する４５°方位に配置される。

なお、上側偏光板１４と下側偏光板１９とは、等しい光学パラメータを有する。また、図６に示す液晶表示素子においても、下側偏光板１９の下部に、白色光源を有するバックライト２０を配置する。光源としては標準光源Ｃを用いた。

図７に、上側及び下側偏光板１４、１９の負の二軸フィルム１４ｂ、１９ｂの厚さ方向リタデーションＲｔｈを、１２５ｎｍ、２２０ｎｍ、及び３５０ｎｍに設定した場合における、正面観察時の色度を中心に±０．０２以内に収まるＲｅとΔｎｄ／Ｒｔｈａｌｌとの組み合わせの範囲を斜線で示す。

厚さ方向のリタデーションＲｔｈが大きくなるにしたがって、良好な表示が可能となるＲｅ及びΔｎｄの範囲が小さくなるのは、図８に示した液晶表示素子構造の場合と同様である。

本図に示す結果より、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦７００ｎｍ、５ｎｍ≦Ｒｅ≦３０ｎｍ、１．０８×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４３×Ｒｔｈａｌｌであれば、色度差が正面観察時と０．０２以内の、ほぼ無彩色の表示が得られることがわかる。

なお、本願発明者は、図６に示す液晶表示素子構造において、偏光層１４ａと負の二軸フィルム１４ｂとの間、及び／または、偏光層１９ａと負の二軸フィルム１９ｂとの間に、ＴＡＣフィルムを配置した場合についても解析を行い、図７に示す結果とほぼ同等の結果を得た。

以上、実施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、実施例においては、標準光源Ｃを光源として用いたが、標準光源Ｄ６５を使用した場合においても同様の結果が得られた。すなわち、少なくとも光源が白色である場合、上述の好適な光学パラメータの範囲は、有効であることがわかった。

また、実施例においては、モノドメイン配向で、かつ、上下基板間で捩れ構造のないアンチパラレル配向の液晶層を備える液晶表示素子をシミュレーションの対象としているが、これに限られない。液晶層内にカイラル材が添加されていてもよいし、上下基板間で捩れ構造を取るように、ガラス基板上に配向処理が施されていてもよい。また、電圧印加時に液晶分子が複数の配向方位を有するマルチドメイン構造を採ってもよい。

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、及び液晶表示装置一般に利用可能である。たとえば、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とをともに行う車載用情報表示装置、カーオーディオの表示部、コピー機などの操作パネル表示部、その他の情報表示パネルに好適に利用できる。

シミュレーション結果を示すｘｙ色度図である。 右方位（０°方位）の極角５０°方向から観察した場合における光透過率のΔｎｄ依存性を、各Ｒｅ値について示すグラフである。 シミュレーション解析の対象とした液晶表示素子（Ｒｔｈ＝２００ｎｍ）において、負の二軸フィルム１４ｂの面内リタデーションＲｅを２５ｎｍ、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを約３２０ｎｍ（約１．２８Ｒｔｈａｌｌ）に設定した場合、及び、負の二軸フィルム１４ｂに代えてＣプレート（Ｒｔｈ＝２００ｎｍのノルボルネン系環状オレフィンフィルム）を配置し、液晶層１３のリタデーションΔｎｄを約２８０ｎｍとした液晶表示素子について、左右方位の極角５０°方向から観察した透過率スペクトルを示すグラフである。 解析結果を示す図である。 図９の液晶表示素子において、Ｃプレート１７を負の二軸フィルム１８に代替した構造の液晶表示素子を示す。 図８に示す液晶表示素子において、偏光層１５ａ及びＴＡＣフィルム１５ｂを含む下側偏光板１５に代えて、偏光層１９ａ及び負の二軸フィルム１９ｂを含む下側偏光板（視角補償板付偏光板）１９を備える液晶表示素子である。 上側及び下側偏光板１４、１９の負の二軸フィルム１４ｂ、１９ｂの厚さ方向リタデーションＲｔｈを、１２５ｎｍ、２２０ｎｍ、及び３５０ｎｍに設定した場合における、正面観察時の色度を中心に±０．０２以内に収まるＲｅとΔｎｄ／Ｒｔｈａｌｌとの組み合わせの範囲を示す。 シミュレーション対象とした液晶表示素子の構造を示す。 特許文献１に示される液晶表示素子構造を示す。 図８及び図９に示した構造の液晶表示素子における、電圧無印加時の分光スペクトルを表すグラフである。 （Ａ）は、図８の液晶表示素子を、極角５０°方向から観察したときの分光スペクトルを示し、（Ｂ）は、図９の液晶表示素子についてのそれを示す。

符号の説明

１０ モノドメイン垂直配向型液晶セル
１１ 上側ガラス基板
１２ 下側ガラス基板
１３ 液晶層
１４ 上側偏光板（視角補償板付偏光板）
１４ａ 偏光層
１４ｂ 負の二軸フィルム
１５ 下側偏光板
１５ａ 偏光層
１５ｂ ＴＡＣフィルム
１６ 上側偏光板
１６ａ 偏光層
１６ｂ ＴＡＣフィルム
１７ Ｃプレート
１８ 負の二軸フィルム
１９ 下側偏光板（視角補償板付偏光板）
１９ａ 偏光層
１９ｂ 負の二軸フィルム
２０ バックライト

Claims (4)

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、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、
   前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１、第２の偏光板のうち、近接する偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する視角補償板と
   を有する液晶表示素子であって、
   該液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦４００ｎｍであり、
   前記視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦４０ｎｍであり、
   前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．１２×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４０×Ｒｔｈａｌｌである液晶表示素子。
2. 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、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、
   前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第１の視角補償板と、
   前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第２の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第２の視角補償板と
   を有する液晶表示素子であって、
   該液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦７００ｎｍであり、
   前記第１及び第２の視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦３０ｎｍであり、
   前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．０８×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４３×Ｒｔｈａｌｌである液晶表示素子。
3. 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、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、
   前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１、第２の偏光板のうち、近接する偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する視角補償板と
   を有する液晶表示素子と、
   前記第２の偏光板の、前記第２の透明基板とは反対側に配置された白色光源と
   を備え、
   前記液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦４００ｎｍであり、
   前記視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦４０ｎｍであり、
   前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．１２×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４０×Ｒｔｈａｌｌであり、
   前記白色光源で前記液晶表示素子を照明して、前記第１の透明基板の法線方向から観察したときの色度をｘ０、ｙ０とし、前記第２の偏光板の吸収軸と４５°をなす方位において、前記第１の透明基板の法線方向と５０°をなす方向から観察したときの色度をｘ、ｙとするとき、ｘ０−０．０２≦ｘ≦ｘ０＋０．０２、かつ、ｙ０−０．０２≦ｙ≦ｙ０＋０．０２である液晶表示装置。
4. 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、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、
   前記第１の透明基板と前記第１の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第１の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第１の視角補償板と、
   前記第２の透明基板と前記第２の偏光板との間に、面内遅相軸が、前記第２の偏光板の吸収軸に直交するように配置された、負の二軸光学異方性を有する第２の視角補償板と
   を有する液晶表示素子と、
   前記第２の偏光板の、前記第２の透明基板とは反対側に配置された白色光源と
   を備え、
   前記液晶表示素子における、前記液晶層以外の厚さ方向のリタデーションの総和Ｒｔｈａｌｌは、２５０ｎｍ≦Ｒｔｈａｌｌ≦７００ｎｍであり、
   前記第１及び第２の視角補償板の面内方向のリタデーションＲｅは、５ｎｍ≦Ｒｅ≦３０ｎｍであり、
   前記液晶層のリタデーションΔｎｄは、１．０８×Ｒｔｈａｌｌ≦Δｎｄ≦１．４３×Ｒｔｈａｌｌであり、
   前記白色光源で前記液晶表示素子を照明して、前記第１の透明基板の法線方向から観察したときの色度をｘ０、ｙ０とし、前記第２の偏光板の吸収軸と４５°をなす方位において、前記第１の透明基板の法線方向と５０°をなす方向から観察したときの色度をｘ、ｙとするとき、ｘ０−０．０２≦ｘ≦ｘ０＋０．０２、かつ、ｙ０−０．０２≦ｙ≦ｙ０＋０．０２である液晶表示装置。

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