JP2014126605A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】広視角で表示が良好な液晶表示素子を提供する。
【解決手段】液晶表示素子１００は、パッシブマトリクス駆動方式で駆動される垂直配向型の液晶セル１０と、直交ニコルの関係で配置された第１及び第２の偏光フィルタ２０，３０と、第１の偏光フィルタ２０と液晶セル１０の間に位置する第１の位相差部４１と、第２の偏光フィルタ３０と液晶セル１０の間に位置する第２の位相差部４２と、を備える。第１の位相差部４１は、Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有し、第２の位相差部４２は、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有する。第２の偏光フィルタ３０の吸収軸は、液晶ダイレクタ方向Ｎに対して４５°の角度となり、且つ、第２の位相差部４２の面内方向の遅相軸と直交する。オン電圧の値は、正面コントラストが最大となる電圧値の９５％以上１００％未満に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子に関し、詳しくは、パッシブマトリクス駆動方式で駆動される垂直配向型の液晶表示素子に関する。

液晶表示素子として、例えば、特許文献１にパッシブマトリクス駆動方式で駆動される垂直配向（ＶＡ）型の液晶表示素子が開示されている。特許文献１に係る液晶表示素子は、視角補償のため、液晶セルの上方に二軸性位相差板を積層した構造を有している。

特許第４９０１５４１号公報

ＶＡ型の液晶表示素子を高いデューティ比で駆動した場合、高いコントラストを得ようとすると表示の視角依存性が高まり、表示の視角依存性を小さくしようとするとコントラストが低くなるという問題があった。特許文献１のように位相差板の諸条件を適宜調整するだけでは、この問題を解消するには不十分だった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、広視角で表示が良好な液晶表示素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明に係る液晶表示素子は、
パッシブマトリクス駆動方式で駆動される垂直配向型の液晶セルと、
前記液晶セルの前面側に位置する第１の偏光フィルタと、
前記液晶セルの背面側に位置し、前記第１の偏光フィルタと直交ニコルの関係で配置された第２の偏光フィルタと、
前記第１の偏光フィルタと前記液晶セルの間に位置する第１の位相差部と、
前記第２の偏光フィルタと前記液晶セルの間に位置する第２の位相差部と、を備え、
面内のＸ軸方向の屈折率をＮｘ、面内でＸ軸に垂直なＹ軸方向の屈折率をＮｙ、Ｘ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向の屈折率をＮｚとしたとき、前記第１の位相差部は、Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有し、前記第２の位相差部は、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有し、
前記第２の偏光フィルタは、その吸収軸が、前記液晶セルにオン電圧が印加されたときに液晶分子が倒れ込む方向に対して４５°の角度となり、且つ、前記第２の位相差部の面内方向の遅相軸と直交するように配置され、
前記オン電圧の値は、正面コントラストが最大となる電圧値の９５％以上１００％未満に設定されている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、広視角で表示が良好である。

本発明の一実施形態に係る液晶表示素子の概略断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、液晶分子に付与されるプレティルトを説明するための図である。 同上実施形態に係る片側ラビング処理を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、各光軸の関係を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、オン電圧の好ましい条件を説明するためのシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、デューティ比をいくつか変化させて行ったシミュレーション結果を示す図である。 オン透過率とプレティルト角との関係のグラフを示す図である。 液晶セルの一方の面側のみにプレティルトを付与した場合の、透過率と電圧との関係のグラフを示す図である。 （ａ）は、図７のグラフの元となるデータを示す図である。（ｂ）は、図８のグラフの元となるデータを示す図である。 図９（ｂ）に続く図である。 （ａ）〜（ｃ）は、同上実施形態における位相差部構成の有用性を説明するための等コントラスト特性を示す図である。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

（液晶表示素子１００の構成）
本発明の一実施形態に係る液晶表示素子１００は、図１に示すように、液晶セル１０と、第１の偏光フィルタ２０と、第２の偏光フィルタ３０と、第１の位相差部４１と、第２の位相差部４２と、制御装置５０と、を備える。

液晶セル１０は、パッシブマトリクス駆動方式で駆動される垂直配向型の液晶セルである。液晶セル１０は、一対の透明基板１１Ｆ，１１Ｒと、透明電極部１２Ｆ，１２Ｒと、配向膜１３Ｆ，１３Ｒと、両基板を接合するシール材１４と、両基板とシール材１４とによって形成される空間に封入された液晶層１５と、を備える。

透明基板１１Ｆ，１１Ｒは、例えば、ガラス、プラスチック等から透明に形成されている。透明基板１１Ｆ，１１Ｒは、液晶層１５を挟んで対向して配置されている。透明基板１１Ｆは、液晶セル１０の前面側（使用者側）に位置する。透明基板１１Ｒは液晶セル１０の背面側に位置する。

透明電極部１２Ｆ，１２Ｒは、それぞれ、透明基板１１Ｆ，１１Ｒの互いに対向する面（対向面）上に形成されている。透明電極部１２Ｆ，１２Ｒは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等から透明に形成されている。透明電極部１２Ｆは、透明基板１１Ｆ上に形成されており、互いに平行に第１の方向に延在する複数の透明電極からなる。透明電極部１２Ｆは、信号電極として機能する。透明電極部１２Ｒは、透明基板１１Ｒ上に形成されており、第１の方向と垂直な第２の方向に延在する複数の透明電極からなる。透明電極部１２Ｒは、走査電極として機能する。透明電極部１２Ｆ，１２Ｒには、パッシブ駆動方式で電圧が印加される。つまり、液晶セル１０は、パッシブマトリクス型である（単純マトリクス型とも呼称される）。

配向膜１３Ｆ，１３Ｒは、それぞれ、液晶層１５に接する垂直配向膜であり、例えばポリイミドから、公知の方法（例えば、フレクソ印刷）によって形成される。配向膜１３Ｆは、透明電極部１２Ｆを液晶層１５側から覆う。配向膜１３Ｒは、透明電極部１２Ｒを液晶層１５側から覆う。

ここで、液晶セル１０では、液晶層１５の液晶分子１５Ａのプレティルト角θｐの角度が８９°以上という条件を満たすように設定されている（以下、この条件を「条件１」と言う）。プレティルトとは、オン電圧印加時に液晶分子１５Ａが倒れる方向（以下、液晶ダイレクタ方向Ｎとも言う）を規定するため、液晶分子１５Ａを垂直方向から若干倒すことをいう。プレティルト角θｐは、透明基板１１Ｆ又は１１Ｒの主面と、液晶分子１５Ａの長軸ＭＡとのなす角であって鋭角となる角をいう（図２（ｂ）参照）。つまり、液晶分子１５Ａにプレティルトを付与するにつれ、プレティルト角θｐの角度は、９０°から減少する。

具体的には、液晶セル１０の前面側のプレティルト角θｐと背面側のプレティルト角θｐとの角度が共に８９°以上に設定されている。この場合、配向膜１３Ｆ，１３Ｒの両者にラビング処理が施される。これにより、ラビング方向に液晶分子１５Ａが倒れ込むように、プレティルトが付与される。

より好ましくは、液晶セル１０の一方の面側のプレティルト角θｐの角度が８９°以上に設定され、他方の面側の液晶分子１５Ａにはプレティルトが付与されないように液晶セル１０は構成されている。この場合、例えば、配向膜１３Ｆにのみラビング処理を施すことで、液晶分子１５Ａにプレティルトを付与する。配向膜１３Ｆには、所定の方向（図３に示すラビング方向Ｒ）にラビング処理が施され、細かい溝が形成されている。このようにラビング処理が施された配向膜１３Ｆは、液晶分子１５Ａの長軸ＭＡ（図２（ａ）、（ｂ）参照）が１つの方位に揃うように配向させる（モノドメイン配向）。これにより、図３に示すように、液晶セル１０の前面側の液晶分子１５Ａｆにはプレティルトが付与される。一方、背面側の配向膜１３Ｒにはラビング処理が施されていないため、液晶セル１０の背面側の液晶分子１５Ａｒは、透明基板１１Ｒに対して略垂直に立つことになる。なお、裏側の配向膜１３Ｒにのみラビング処理を施すようにしてもよい。条件１をどのように見出したかについては、後述する。

液晶層１５は、誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材から構成されている。また、液晶層１５は、その屈折率異方性Δｎとその厚さｄとの積で表されるリタデーションΔｎ・ｄの値が、例えば、０．８〜０．９μｍ程度に設定されている。液晶層１５にしきい電圧以上の電圧が印加されると、略垂直に配向された液晶分子１５Ａが、液晶ダイレクタ方向Ｎに倒れ込むように挙動する。そして、オン電圧が印加されたときは、液晶分子は両透明基板の主面と実質的に平行となる。

第１及び第２の偏光フィルタ２０，３０は、一方の面側から入射した光を、吸収軸に直交する透過軸に沿った直線偏光として他方の面側から出射する。第１の偏光フィルタ２０は、液晶セル１０の前面側に位置する。第２の偏光フィルタ３０は、液晶セル１０の背面側に位置する。
第１及び第２の偏光フィルタ２０，３０は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれの吸収軸２０Ａと吸収軸３０Ａとが直交するように配置されている（直交ニコル配置）。また、吸収軸２０Ａ、吸収軸３０Ａ各々と液晶ダイレクタ方向Ｎとのなす角の角度が４５°と設定されている。第１及び第２の偏光フィルタ２０，３０としては、例えば、染料系の偏光フィルムであるＳＨＣ−１３Ｕ（株式会社ポラテクノ社製）を用いることができる。

第１の位相差部４１は、第１の偏光フィルタ２０と液晶セル１０の間に位置する。第１の位相差部４１は、一軸光学異方性を有する。具体的には、第１の位相差部４１は、面内のＸ軸方向の屈折率をＮｘ、面内でＸ軸に垂直なＹ軸方向の屈折率をＮｙ、Ｘ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向の屈折率をＮｚとしたとき、Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有する。

第１の位相差部４１は、例えば、面内方向のリタデーションＲｅが０ｎｍ、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが２２０ｎｍに設定されたものである。第１の位相差部４１は、例えば、ネガティブＣプレートと呼ばれる位相差板からなる。第１の位相差部４１は、オフ電圧印加時における液晶層１５の厚さ方向のリタデーションを第２の位相差部４２と協同して補償するように、そのＲｔｈの値が設定されている。

第２の位相差部４２は、第２の偏光フィルタ３０と液晶セル１０の間に位置する。第２の位相差部４２は、二軸光学異方性を有する。具体的には、第２の位相差部４２は、屈折率が、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有する。第２の位相差部４２は、例えば、二軸性位相差板からなる。

第２の位相差部４２は、面内方向のリタデーションＲｅが、オン電圧印加時に液晶分子１５Ａが透明基板１１Ｆ，１１Ｒの主面と完全に平行にはならなくとも、光を効率的に透過させるように設定されている。Ｒｅは、第２の位相差部４２の厚さをＤとしたとき、Ｒｅ＝（Ｎｘ−Ｎｙ）・Ｄで表される。Ｒｅは、例えば５０ｎｍに設定されている。また、第２の位相差部４２は、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが、オフ電圧印加時における液晶層１５の厚さ方向のリタデーションの一部を補償するように設定されている。Ｒｔｈは、Ｒｔｈ＝{（Ｎｘ−Ｎｙ）／２−Ｎｚ}・Ｄで表される。Ｒｔｈは、例えば４４０ｎｍに設定されている。

第２の位相差部４２は、面内で屈折率が最も大きい方向に向く遅相軸ＳＡ（図４（ａ）、（ｂ）参照）と、遅相軸ＳＡと直交し屈折率が最も小さい方向に向く進相軸（図示せず）と、を有する。遅相軸ＳＡは、図４（ａ）に示すように、平面視で（液晶セル１０の基板法線方向から見た場合）、吸収軸２０Ａと平行であり、吸収軸３０Ａと直交する。

ここで、使用者が液晶表示素子１００を、液晶セル１０の基板法線方向から見た場合の、左右方向に沿う軸を基準とし、この軸から反時計回りに角度が０°から増えるとする（つまり、３時方向が０°）。このように角度を規定すれば、図４（ｂ）に示すように、吸収軸２０Ａは４５°方向に、液晶ダイレクタ方向Ｎは９０°の方向に、遅相軸ＳＡは４５°方向に、吸収軸３０Ａは１３５°の方向に沿う。

第２の偏光フィルタ３０の背面側には、図示しないバックライトが備えられている。液晶表示素子１００は、バックライトからの光により透過表示を行う。

制御装置５０は、透明電極部１２Ｆ，１２Ｒと電気的に接続されている。制御装置５０は、パッシブマトリクス駆動方式により、液晶層１５にオン電圧、オフ電圧を印加して、液晶表示素子１００を駆動する。
本実施形態では、制御装置５０が、透明電極部１２Ｆ，１２Ｒを介して液晶層１５に印加するオン電圧の値は、正面コントラストが最大となる電圧値の９５％以上１００％未満という条件を満たすように設定されている（以下、この条件を「条件２」と言う）。条件２をどのように見出したかについては、後述する。

液晶表示素子１００では、液晶分子１５Ａが倒れ始めるしきい電圧よりも低い値にオフ電圧が設定されている。そのため、液晶層１５にオフ電圧を印加しても液晶分子１５Ａは実質的に垂直に配向したままである。この場合、背面側から第２の偏光フィルタ３０を通過した光は、液晶層１５によって偏光方向がほとんど変化しない。そのため、液晶セル１０を背面側から透過した光のほとんどは、第２の偏光フィルタ３０と直交ニコルの関係で配置された第１の偏光フィルタ２０を透過できない。従って、オフ電圧が印加された領域の表示は黒く視認される（ノーマリブラックモード）。なお、第２の位相差部４２によっても光が偏光するため、液晶セル１０を背面側から透過した光のうち若干の光が第１の偏光フィルタ２０を通過する。しかし、液晶表示素子１００は、後述するように、オフ電圧印加時の透過率が表示品位に問題のない程度に抑制されている。

一方、液晶層１５にオン電圧を印加すると、オン電圧が印加えられた領域の液晶分子１５Ａが液晶ダイレクタ方向Ｎ側に傾く。このとき、特に液晶層１５の断面中間に位置する液晶分子１５Ａは、その長軸ＭＡが基板主面と実質的に平行となるように挙動する。これにより、液晶層１５を透過する光に複屈折が起き、光の偏光方向が変化し、液晶セル１０を背面側から透過した光は第１の偏光フィルタ２０を透過する。従って、オン電圧が印加された領域が透過表示状態となる。なお、パッシブ駆動方式においては、オン電圧とオフ電圧の差に制限があるため、オン時においても、液晶分子１５Ａが完全に平行となるわけではない。そのため、液晶セル１０を背面側から透過した光の全てが第１の偏光フィルタ２０を透過するわけではない。しかし、第２の偏光フィルタ３０側からの光は、液晶セル１０に達する前に第２の位相差部４２を透過することにより、光学的に補償され、液晶層１５を効率的に透過する。

ここからは、本願発明者がどのようにして条件１、２を見出したかについて説明する。まず、条件２について説明する。

（条件２について）
前述のように、パッシブ駆動方式においては、オン電圧とオフ電圧の差に制限がある。従来、この制限の中で、正面コントラストが最大となるようにオン電圧が決定されるのが一般的であった。以下、正面コントラストが最大となるオン電圧を、「ＶｍａｘＣＲ」と表す。なお、コントラストは、所定の表示領域におけるオン時の輝度をオフ時の輝度を除して求められる。
オン電圧をＶｍａｘＣＲとした場合、正面見栄えは良いが、視角を正面から傾けたときのオフ透過率（オフ電圧印加時の透過率）が上昇する傾向があり、表示の視角依存性が高まってしまう。従って、広視角で表示を良好とすることが困難であった。一方、視角依存性を低めようとオン電圧を下げすぎると、正面コントラストが低下してしまう。

そこで、本願発明者は、広視角で表示が良好なオン電圧の条件を求めるために、シミュレーションを行った。シミュレーション結果を図５（ａ）、（ｂ）に示す。ここでのシミュレーションは、上述した液晶表示素子１００の構成において、以下の諸条件の下で行ったものである。

（Ａ１）液晶層１５：Δｎ・ｄ＝０．８３μｍ
（Ａ２）プレティルト：液晶セル１０の前面側の液晶分子１５Ａにはプレティルトを付与せず、背面側の液晶分子１５Ａのプレティルト角θｐの角度を８９．４°に設定
（Ａ３）駆動条件：１／６４デューティ、１／６バイアス

これら条件の下で、オン電圧を、ＶｍａｘＣＲを基準に上下させて、図５（ａ）、（ｂ）に示す各結果を導いた。なお、ここで示すオン電圧の値は、デューティ比をスタティック駆動における電圧値に換算したものである（後述の各種シミュレーションについても同様）。

図５（ａ）、（ｂ）では、オン電圧を「Ｖｏｎ」と、ＶｍａｘＣＲを１００％としたときのオン電圧の百分率を「割合」と、正面コントラストを「正面ＣＲ」と、オン電圧印加時の正面透過率を「ＯＮ透過率」と、等コントラスト特性を「等ＣＲ」と、オフ電圧印加時の透過率の視角特性を「ＯＦＦ透過率」と表している。
等コントラスト特性は、コントラストの上限を１００として円形チャートで示したものであり、チャートでは、コントラストが１００に近い領域に「ｒ」、０に近い領域に「ｂ」、その中間である５０に近い領域に「ｇ」と符号を付している。
オフ電圧印加時の透過率（オフ透過率）の視角特性は、透過率の上限を１としている。この特性も同様に円形チャートで示し、透過率が１に近い領域に「ｒ」、０に近い領域に「ｂ」、その中間である０．５に近い領域に「ｇ」と符号を付している。なお、オフ透過率の視角特性を示す円形チャートにおいては、オフ透過率が低い領域ｂが広範に渡っているほうが、様々な視角でオフ電圧印加時の光抜けが小さいといえるので、好ましい。

また、正面見栄え、及び、視角を正面からずらしたときの視角見栄えについて、以下のように評価した。

（正面見栄え）
◎（非常に良好）…正面ＣＲが１２０以上、ＯＮ透過率が６％以上
○（良好） …正面ＣＲが８０以上、ＯＮ透過率が３％以上
△（許容可） …正面ＣＲが４０以上、ＯＮ透過率が１．５％以上
×（許容不可） …正面ＣＲが４０未満、ＯＮ透過率が１．５％未満

（視角見栄え）
視角見栄えは、円形チャートが示す特性に基づいて評価されたものである。ここでは、最良視認方向とは反対側の視角を反視角と呼んでいる。
◎（非常に良好）…反視角方向以外のコントラスト及びＯＦＦ透過率の変化が非常に小さい
○（良好） …反視角方向以外のコントラスト及びＯＦＦ透過率の変化が小さい
×（許容不可） …コントラスト及びＯＦＦ透過率の変化が大きく、表示が良好な視角範囲が狭い

図５（ａ）を参照すると、オン電圧がＶｍａｘＣＲの場合（Ｖｏｎ＝３．６７ｖ）、当然、正面見栄えは非常に良好である。しかし、等コントラスト特性を見ると、コントラストが高い領域ｒは正面付近にしかなく、オフ透過率特性を見ると、上下の視角方向でオフ透過率が高くなってしまう領域ｒがあるため、表示が良好な視角範囲が狭い。これは、オン電圧をＶｍａｘＣＲよりも上げた場合（Ｖｏｎ＝３．７２ｖ）も同様である。

一方、オン電圧をＶｍａｘＣＲよりも上げた場合を順に見ていく。
図５（ａ）で、割合がＶｍａｘＣＲの９８．６％のとき（Ｖｏｎ＝３．６２ｖ）を参照すれば、正面見栄えは、○と良好である。等コントラスト特性を見ると、コントラストが高い領域ｒが左右方向に広がり、コントラストが低い領域ｂもＶｍａｘＣＲのときよりも小さくなっている。オフ透過率特性を見ると、ＶｍａｘＣＲのときに上下視角方向にあったオフ透過率が高い領域ｒがだいぶ小さくなっており、オフ透過率が低い領域ｂがＶｍａｘＣＲのときよりも広がっており、表示が良好な視角範囲が広くなっていることがわかる。

次に、図５（ｂ）で、割合がＶｍａｘＣＲの９７．５％のとき（Ｖｏｎ＝３．５８ｖ）、割合がＶｍａｘＣＲの９６．２％のとき（Ｖｏｎ＝３．５３ｖ）、割合がＶｍａｘＣＲの９５．１％のとき（Ｖｏｎ＝３．４９ｖ）を見ていくと、正面見栄えは、順に○、△、△と、良好から許容可の評価となっている。等コントラスト特性を見ると、割合が９７．５％から９５．１％のときは、コントラストが高い領域ｒが左右方向に良好に広がっている。オフ透過率特性を見ると、割合が９７．５％から９５．１％へと減少するにつれて、オフ透過率が低い領域ｂが広がっていくのがわかる。従って、視角見栄えの評価は、◎と非常に良好となっている。

割合をさらに下げ、ＶｍａｘＣＲの９３．７％のとき（Ｖｏｎ＝３．４４ｖ）を見ると（図５（ｂ））、視角見栄えは、◎と非常に良好であるが、正面コントラストが低下しすぎるため、正面見栄えの評価は、×と許容不可となる。

以上のシミュレーション結果からの評価により、オン電圧の値を、正面コントラストが最大となる電圧値の９５％以上１００％未満（０．９５・ＶｍａｘＣＲ≦Ｖｏｎ＜ＶｍａｘＣＲ）に設定すれば、広視角で良好な表示を実現できると本願発明者は見出した。

続いて、本願発明者は、オン電圧が条件２を満たす値に設定し、デューティ比をいくつか変化させてシミュレーションを行った。このシミュレーション結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。比較対象として各デューティ比におけるＶｍａｘＣＲも併記した。
なお、同図に示す「Ｖｏｎ」、「割合」、「正面ＣＲ」、「ＯＮ透過率」、「等ＣＲ」、「ＯＦＦ透過率」が表す意味は、前述の図５（ａ）、（ｂ）と同様である。また、等コントラスト特性、及び、オフ電圧印加時の透過率の視角特性の表し方についても図５（ａ）、（ｂ）と同様である。図５（ａ）、（ｂ）に示すシミュレーションとは、駆動条件のみが異なる。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動条件が「１／１６デューティ、１／５バイアス（図では、１／１６Ｄ、１／５Ｂ）」、「１／３２デューティ、１／６バイアス」、「１／６４デューティ、１／８バイアス」、「１／１２８デューティ、１／１２バイアス」の各条件において、オン電圧がＶｍａｘＣＲとなるときよりも、割合が小さいほうが、当然、正面コントラストの点では劣っている。
しかしながら、等コントラスト特性、及び、オフ電圧印加時の透過率の視角特性を参照すると、いずれの駆動条件のときでも、ＶｍａｘＣＲよりも電圧が低いほうが、コントラストが良好な範囲が広く（範囲ｒ）、オフ透過率が低い範囲が広く（範囲ｂ）、広視角において表示が良好であることがわかる。例えば、「１／１６デューティ、１／５バイアス」のときを参照すれば、ＶｍａｘＣＲのとき（Ｖｏｎ＝４．１３ｖ）よりも、割合が９５．２％となるとき（Ｖｏｎ＝３．９３ｖ）のほうが、コントラストが高い領域ｒが左右視角方向に広く、オフ透過率が低い領域ｂが全視角方向に広範囲渡っていることがわかる。このシミュレーション結果から、駆動条件によらず、オン電圧が条件２を満たすように設定すれば、広視角で良好な表示を実現できることがわかる。

なお、シミュレーションでは、室温状態２５℃の材料物性値を入力した。温度によりＶmaxＣＲが若干変化するが、オン電圧を条件２を満たすように設定すれば、様々な温度条件下において広視角で良好な表示を実現できるという趣旨に変わりはない。

（条件１について）
ここからは、条件１をどのように見出したかについて説明する。
図７に、オン透過率とプレティルト角との関係のグラフを示す。これは、図９（ａ）に示すデータに基づいて描かれたものである。図９（ａ）のデータは、シミュレーションにより導出したものである。同図の「ｍａｘＣＲ」は、オン電圧がＶｍａｘＣＲとなるときの正面コントラストを示したものである。また、ＯＮ透過率は、オン電圧がＶｍａｘＣＲとなるときの正面透過率である。後述する図９（ｂ）及び図１０も同様のシミュレーションによるデータであり、図９（ａ）と対応したものとなっている。
ここでのシミュレーションは、上述した液晶表示素子１００の構成において、以下の諸条件の下で行ったものである。

（Ｂ１）液晶層１５：Δｎ・ｄ＝０．９１μｍ
（Ｂ２）駆動条件：１／６４デューティ、１／８バイアス

また、図７の折れ線６１は、液晶セル１０の背面側の液晶分子１５Ａにのみプレティルトを付与した際（つまり、片側のみラビング）のオン透過率とプレティルト角との関係を示す。折れ線６２は、液晶セル１０の両面側の液晶分子１５Ａにプレティルトを付与した際（つまり、両側ラビング）のオン透過率とプレティルト角との関係を示す。

まず、折れ線６２を参照すると、プレティルト角θｐが８８．７°の場合、オン透過率が低すぎて表示品位上採用できない（このとき、図９（ａ）に示すように、正面コントラスト３１、オン透過率３．７０％）。
図７、図９（ａ）を参照すると、プレティルト角θｐが８９°以上の場合においては、オン透過率、正面コントラストともに良好な値を示す。そして、プレティルト角θｐが８９．９°の場合、オン透過率、正面コントラスト共に、最大となっている。しかし、両側にラビング処理を施した場合、プレティルト角θｐが概ね８９．７°を超えると、液晶分子１５Ａが所望の方向と逆に倒れやすくなり（所謂ディスクリネーションが発生する）、表示安定性が悪化してしまう

ここで、片側ラビングと両側ラビングとで、液晶層１５が含む液晶分子１５Ａの平均的なプレティルト角θｐが同等に設定されている場合、片側ラビングによれば、両側ラビングに比べ、液晶セル１０の一方の面側の界面における液晶分子１５Ａに、大きなプレティルトを付与することができる。これにより、透明基板の面内方向の配向規制力が得られ、ディスクリネーションの発生を抑制し、表示安定性を高めることができる。
次に、折れ線６１を参照すると、片側ラビングのほうが、両側ラビング時よりもオン透過率に優れていることがわかる。つまり、片側ラビングにより、表示安定性を高めつつ、オン電圧印加時の透過率を高めることができることがわかる。

以上の考察により、両側ラビングの際は、液晶セル１０の前面側のプレティルト角θｐと背面側のプレティルト角θｐとの角度が共に８９°以上（約８９．７°以下であることが好ましい）に設定するものとした。そして、より好ましくは、液晶セル１０の一方の面側のプレティルト角θｐの角度が８９°以上（約８９．７°以下であることが好ましい）に設定され、他方の面側の液晶分子１５Ａにはプレティルトが付与されないように液晶セル１０を構成するものとした。

また、図８に片側ラビングの際の、透過率と液晶層１５に印加する電圧との関係のグラフを示す。このグラフは、図９（ｂ）、図１０に示すデータに基づいて描かれたものである。このグラフにおいて、曲線７１はθｐ＝８８．７°のときの特性を示し、曲線７２はθｐ＝８９．０°のときの特性を示し、曲線７３はθｐ＝８９．３°のときの特性を示し、曲線７４はθｐ＝８９．６°のときの特性を示す。曲線７１〜７４からわかるように、プレティルト角θｐを増加させるほど、電圧に対する透過率の変化が急峻となる。このように急峻にすれば、オン電圧を高く設定しても、オフ電圧印加時の透過率を抑えることができるため、急峻性の観点からはθｐは、大きいほうが好ましい。以上の考察により、液晶セル１０の一方の面側に位置する液晶分子１５Ａにのみプレティルトを付与するのがより好ましいことがわかる。

また、図１１（ａ）〜（ｃ）に、比較例１、２と液晶表示素子１００の等コントラスト特性を示す。これは、オン電圧を３．５８ｖとしたときのシミュレーション結果である。等コントラスト特性の表し方は、図５（ａ）等と同様である。
比較例１は、液晶表示素子１００から第１及び第２の位相差部４１、４２を除いた構成の液晶表示素子である。比較例２は、液晶セル１０の両面にネガティブＣプレートを配置した構成の液晶表示素子である。比較例１は、上及び左右の視角方向にコントラストが低い領域ｂが広がっており、コントラストが高い領域ｒの範囲も狭い（図１１（ａ））。比較例２では、比較例１よりも領域ｂが大幅に狭くなり、表示品位が良好であるが、領域ｒが若干狭い（図１１（ｂ））。液晶表示素子１００では、比較例２よりもさらに領域ｂが狭くなり、且つ、領域ｒが左右視角方向に広がっていることがわかる。
このように、第１の位相差部４１と第２の位相差部４２を有した液晶表示素子１００は、表示が良好な視角範囲が広くなっていることがわかる。

以上のシミュレーション結果は、シンテック株式会社製のシミュレーションソフト「ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ」により導出した。

なお、本発明は上記の実施形態及び図面によって限定されるものではない。上記の実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。

第２の位相差部４２として、一枚の二軸性位相差板（二軸プレート）の代わりに、二枚の一軸性位相差板を組み合わせたものを用いてもよい。具体的には、ネガティブＣプレート（Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚ）とポジティブＡプレート（Ｎｘ＞Ｎｙ＝Ｎｚ）を組み合わせればよい。この場合、第２の偏光フィルタ３０の吸収軸３０Ａが、ポジティブＡプレートの面内方向の遅相軸と直交するように構成すればよい。

液晶表示素子１００は、液晶セル１０の背面側に反射層（半透過反射層も含む）を設けた反射型のものであってもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１００…液晶表示素子
１０…液晶セル
１５…液晶層
１５Ａ…液晶分子
Ｎ…液晶ダイレクタ方向
２０…第１の偏光フィルタ
２０Ａ…吸収軸
３０…第２の偏光フィルタ
３０Ａ…吸収軸
４１…第１の位相差部
４２…第２の位相差部
ＳＡ…遅相軸
５０…制御装置

Claims (3)

1. パッシブマトリクス駆動方式で駆動される垂直配向型の液晶セルと、
   前記液晶セルの前面側に位置する第１の偏光フィルタと、
   前記液晶セルの背面側に位置し、前記第１の偏光フィルタと直交ニコルの関係で配置された第２の偏光フィルタと、
   前記第１の偏光フィルタと前記液晶セルの間に位置する第１の位相差部と、
   前記第２の偏光フィルタと前記液晶セルの間に位置する第２の位相差部と、を備え、
   面内のＸ軸方向の屈折率をＮｘ、面内でＸ軸に垂直なＹ軸方向の屈折率をＮｙ、Ｘ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向の屈折率をＮｚとしたとき、前記第１の位相差部は、Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有し、前記第２の位相差部は、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚとなる特性を有し、
   前記第２の偏光フィルタは、その吸収軸が、前記液晶セルにオン電圧が印加されたときに液晶分子が倒れ込む方向に対して４５°の角度となり、且つ、前記第２の位相差部の面内方向の遅相軸と直交するように配置され、
   前記オン電圧の値は、正面コントラストが最大となる電圧値の９５％以上１００％未満に設定されている、
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記液晶セルでは、液晶分子のプレティルト角の角度が８９°以上に設定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記液晶セルでは、一方の面側の液晶分子のプレティルト角の角度が８９°以上９０°未満に設定され、他方の面側の液晶分子にはプレティルトが付与されていない、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。