JP3687921B2

JP3687921B2 - Liquid crystal display element using optical anisotropic element

Info

Publication number: JP3687921B2
Application number: JP32262094A
Authority: JP
Inventors: 裕行森
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: JPH0850270A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表示コントラスト及び表示色の視角特性改良された液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
日本語ワードプロセッサやディスクトップパソコン等のＯＡ機器の表示装置の主流であるＣＲＴは、薄型軽量、低消費電力という大きな利点をもった液晶表示素子に変換されてきている。現在普及している液晶表示素子（以下ＬＣＤと称す）の多くは、ねじれネマティック液晶を用いている。このような液晶を用いた表示方式としては、複屈折モードと旋光モードとの２つの方式に大別できる。
【０００３】
複屈折モードを用いたＬＣＤは、液晶分子配列のねじれ角９０°以上ねじれたもので、急崚な電気光学特性をもつ為、能動素子（薄膜トランジスタやダイオード）が無くても単純なマトリクス状の電極構造でも時分割駆動により大容量の表示が得られる。しかし、応答速度が遅く（数百ミリ秒）、諧調表示が困難という欠点を持ち、能動素子を用いた液晶表示素子（ＴＦＴ−ＬＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤなど）の表示性能を越えるまでにはいたらない。
【０００４】
ＴＦＴ−ＬＣＤやＭＩＭ−ＬＣＤには、液晶分子の配列状態が９０°ねじれた旋光モードの表示方式（ＴＮ型液晶表示素子）が用いられている。この表示方式は、応答速度が速く（数＋ミリ秒）、容易に白黒表示が得られ、高い表示コントラストを示すことから他の方式のＬＣＤと比較して最も有力な方式である。しかし、ねじれネマティック液晶を用いている為に、表示方式の原理上、見る方向によって表示色や表示コントラストが変化するといった視角特性上の問題があり、ＣＲＴの表示性能を越えるまでにはいたらない。
【０００５】
ＳＩＤ’９２Ｄｉｇｅｓｔｐ．７９８などに見られるように、画素を分割し、それぞれ電圧印加時のチルト方向を逆向きにして、視角特性を補償する方法が提案されている。この方法によると、上下方向の階調反転に関する視角特性は改善されるが、コントラストの視角特性はほとんど改善されない。
【０００６】
特開平４−２２９８２８号、特開平４−２５８９２３号公報などに見られるように、一対の偏光板とＴＮ液晶セルの間に、位相差フィルムを配置することによって視野角を拡大しようとする方法が提案されている。
【０００７】
上記特許公報で提案された位相差フィルムは、液晶セルの表面に対して、垂直な方向に位相差がほぼゼロのものであり、真正面からはなんら光学的な作用を及ぼさず、傾けたときに位相差が発現し、液晶セルで発現する位相差を補償しようというものである。しかし、これらの方法によってもＬＣＤの視野角はまだ不十分であり、更なる改良が望まれている。
【０００８】
また、特開平４−３６６８０８号、特開平４−３６６８０９号公報では、光学軸が傾いたカイラルネマチック液晶を含む液晶セルを位相差フィルムとして用いて視野角を改良しているが、２層液晶方式となりコストが高く、非常に重たいものとなっている。さらに特開平４−１１３３０１号、特開平５−８０３２３号、特開平５−１５７９１３号公報に、液晶セルに対して、高分子鎖、光軸または光学弾性軸が傾斜している位相差フィルムを用いている方法が提案されているが、一軸性のポリカーボネートを斜めにスライスして用いる等、大面積の位相差フィルムを低コストでは得難いという問題点があった。またＳＴＮ−ＬＣＤに関しての視野角改善については言及しているもののＴＮ−ＬＣＤの視野角改善について何等具体的効果が示されていない。
【０００９】
また、特開平５−２１５９２１号公報においては一対の配向処理された基盤に硬化時に液晶性を示す棒状化合物を挟持した形態の複屈折板によりＬＣＤの光学補償をする案が提示されているが、この案では従来から提案されているいわゆるダブルセル型の補償板と何ら変わることがなく、大変なコストアップになり事実上大量生産には向かない。さらにＴＮ型ＬＣＤの全方位視野角改善についてはその効果が示されていない。
【００１０】
また、特開平３−９３２６号、及び特開平３−２９１６０１号公報においては配向膜が設置されたフィルム状基盤に高分子液晶を塗布することによりＬＣＤ用の光学補償板とする案が記載されているが、この方法では分子を斜めに配向させることは不可能であるため、やはりＴＮ型ＬＣＤの全方位視野角改善は望めない。
【００１１】
更に、ＥＰ０５７６３０４Ａ１には、一対の偏光板と液晶セルとの間に、光学軸がフィルム面に対し垂直でもなく、平行でもない光学異方素子を配置することによって、視野角を拡大しようとする方法が提案されている。この方法は、上記の液晶セルの表面に対して垂直な方向に位相差がほぼゼロの位相差フィルムを配置する方法よりは、視野角特性が改善されるものの、それでもまだ不十分である。特に、車載用や、ＣＲＴの代替として考えた場合には、現状の視野角では全く対応できないのが実状である。
【００１２】
液晶分子は、液晶分子の長軸方向と短軸方向とに異なる屈折率を有することは一般に知られている。この様な屈折率の異方性を示す液晶分子にある偏光が入射すると、その偏光は液晶分子の角度に依存して偏光状態が変化する。ねじれネマティック液晶の液晶セルの分子配列は、液晶セルの厚み方向に液晶分子の配列がねじれた構造を有しているが、液晶セル中を透過する光は、このねじれた配列の液晶分子の個々の液晶分子の向きによって逐次偏光して伝搬する。従って、液晶セルに対し光が垂直に入射した場合と斜めに入射した場合とでは、液晶セル中を伝搬する光の偏光状態は異なり、その結果、見る方向によって表示のパターンが全く見えなくなったりするという現象として現れ、実用上好ましくない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＴＮ液晶セルにおいて、正面コントラストを低下させずに、表示コントラスト及び表示色の視角特性の改善された液晶表示素子を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により達成された。
（１）２枚の電極基板間に、ねじれ角がほぼ９０°のＴＮ型液晶を挟持してなる液晶セルと、その両側に配置された２枚の偏光素子と、該液晶セルと各々の偏光素子との間に少なくとも１枚のフィルム状の光学異方素子を配置した液晶表示素子において、該光学異方素子はレターデーション値がゼロとなる方向が存在せず、レターデーション値の絶対値が最小となる方向がフィルム法線方向でも面方向でもなく、かつ、該光学異方素子のレターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向と、該光学異方素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向のなす角が１３５°〜２２５°であることを特徴とする液晶表示素子。
（２）２枚の偏光素子が直交しており、かつ、一方の偏光素子と該偏光素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向とが平行または直交していることを特徴とする（１）に記載の液晶表示素子。
（３）該光学異方素子のレターデーション値の絶対値が最小となる方向と法線方向とのなす角が５°〜８５°であることを特徴とする（２）に記載の液晶表示素子。
【００１５】
以下、図面を用いてＴＮ型液晶表示素子を例にとり本発明の作用を説明する。図１、図２、図３は、液晶セルにしきい値電圧以上の電圧を印加した場合の液晶セル中を伝搬する光の偏光状態を示したものであり、電圧無印加時では明状態を示すものである。図２は、液晶セルに光が垂直に入射した場合の光の偏光状態を示した図である。自然光０が偏光軸１．１をもつ偏光板１に垂直に入射したとき、偏光板１を透過した光は、直線偏光１．３となる。
【００１６】
図中３．３は、ＴＮ液晶セルに十分に電圧を印加した時の液晶分子の配列状態を、概略的に１つの液晶分子モデルで示したものである。液晶セル中の液晶分子３．３の分子長軸が光の進路１．４と平行な場合、入射面（光の進路に垂直な面内）での屈折率の差が生じないので、液晶セル中を伝搬する常光と異常光の位相差が生じず直線偏光１．３は液晶セルを透過すると直線偏光のまま伝搬する。偏光板２の偏光軸２．１を偏光板１の偏光軸１．１と垂直に設定すると、液晶セルを透過した光３．１は偏光板を透過することができず暗状態となる。
【００１７】
図３は、液晶セルに光が斜めに入射した場合の光の偏光状態を示した図である。入射光の自然光０が斜めに入射した場合、偏光板１を透過した偏光光１．３はほぼ直線偏光になる。（実際の場合、偏光板の特性により楕円偏光になる）。この場合、液晶の屈折率異方性により液晶セルの入射面において屈折率の差が生じ、液晶セルを透過する光３．１は楕円偏光して偏光板２を透過してしまう。この様な斜方入射における光の透過は、コントラストの低下を招き好ましくない。
【００１８】
本発明は、この様な斜方入射におけるコントラストの低下を防ぎ、視角特性を改善し、同時に、正面のコントラストを改善しようとするものである。
図１に本発明による構成の一例を示した。偏光板２と液晶セル３との間に本発明の光学異方素子７が配置されている。この光学異方素子７は光学軸に対して光が入射する角度が大きくなる程大きく偏光する複屈折体と同様な働きをする。この様な構成の液晶表示素子に図３の場合と同様に光が斜方入射し液晶セル３を透過した楕円偏光した光３．１は、光学異方素子の積層体７を透過する時の位相遅延作用によって楕円偏光が元の直線偏光に変調され、種々の斜方入射においても同一な透過率が得られる視角依存性のない良好な液晶表示素子が実現できた。
【００１９】
本発明によって、液晶表示素子の視角特性を大幅に向上できたことについては以下のように推定している。
ＴＮ−ＬＣＤの多くは、ノーマルーホワイトモードが採用されている。このモードにおいて、視角を大きくすることに伴って、黒表示部からの光の透過率が著しく増大し、結果としてコントラストの急激な低下を招いていることになる。
黒表示は電圧印加時の状態であるが、この時には、ＴＮセルは、光学軸が、セルの表面に対する法線方向から若干傾いた正の一軸性光学異方体とみなすことができる。このわずかな光軸の傾斜によって真正面でも複屈折が生じるだけではなく、セルの上下方向すなわち主視角方向で視野角の著しい非対称性が生じ、上下どちらか一方または両方向の視野角が著しく損なわれることになる。
【００２０】
液晶セルの光学軸が液晶セルの表面に対する法線方向から傾いている場合、光学軸が法線方向にある光学異方体では、その補償が不十分であることが予想される。また、液晶セルが正の光学異方体と見なせるのであれば、それを補償するための光学異方体は、負の一軸性光学異方体が好ましい（図４）。
【００２１】
しかし、ＴＮ型液晶セルの光学異方性を正の一軸性とみなすのはあくまでも近似であり、実際には液晶セルは単純な正の光学異方体ではなく、ねじれ配向しており、チルト角も変化している。したがって、光軸が傾斜した負の一軸性光学異方体で補償することはおのずと限界がある。本発明者らは、鋭意検討した結果、更に大幅な視野角改善をし、ＣＲＴ代替の可能性を切り開くためには、レターデーション値がゼロとなる方向、すなわち、光軸が存在せず、レターデーション値の絶対値が最小となる方向がフィルム法線方向でも面方向でもない光学異方素子を用いることによって実現できることを突き止めた。また、その具体的方法として、負の一軸性を有すると共に光軸がフイルム法線方向にある光学異方体と、負の一軸性を有すると共に光軸が傾斜した光学異方体、または、負の一軸性を有する屈折率楕円体の光軸が厚み方向に連続的に変化している光学異方体とを重ねることにより、光軸が存在せずＲｅ値の最小値がフイルム法線方向でも面方向でもない光学特性を実現できた。本発明により、視野角特性の大幅な改善を実現できた。
【００２２】
本発明におけるレターデーションは、光学異方素子を光学特性が均一だと見なせる層まで分割し、ある方向から見たときのそれぞれの層のレターデーションの絶対値を足し合わせたものである。本発明における光学異方素子は、あらゆる方向から見たときに、レターデーションの絶対値に最小値が存在し、その方向は、フィルム法線方向でもなく、面方向でもない。また、レターデーションの絶対値の最小値はゼロではない。本発明においては、そのような光学異方素子を少なくとも１枚用いる。
【００２３】
本発明においては、レターデーション値がゼロになる方向が存在せず、レターデーション値の絶対値が最小となる方向がフィルム法線方向でも面方向でもないフィルム状光学異方素子を、レターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向と、該光学異方素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向のなす角αが１３５゜〜２２５゜となるように配置することによって、補償能が最大となる。
【００２４】
例えば、図５のように光学異方素子を配置する。αは、図５をｚ軸方向に見たときの図６のように定義される。すなわち、光学異方素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向から右回りを正として、光学異方素子のレターデーション値の絶対値が最小となる方向とのなす角である。
【００２５】
好ましくは、図７と図８に示したように、このような光学異方素子を２枚、液晶セルを挟むように配置し、それぞれの光学異方素子を、レターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向と、該光学異方素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向のなす角が１３５°〜２２５°に配置する。更に好ましくは、図８で定義される、２枚の光学異方素子をレターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向同士のなす角βが９０°〜１８０°の範囲にあることが好ましい。
【００２６】
または、図９および図１０に示したように、このような光学異方素子を２枚、液晶セルの一方の側に積層し、液晶セルに近い側の光学異方素子のレターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向と、該光学異方素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向のなす角が１３５°〜２２５°に配置することが好ましい。より好ましくは、液晶セルに遠い側の光学異方素子のレターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向と、該光学異方素子に遠い方の液晶セル基板のラビング方向のなす角が−４５°〜４５°に配置することが好ましい。更には、図１０で定義される、２枚の光学異方素子をレターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向同士のなす角βが０°〜９０°であることが好ましい。
【００２７】
本発明における、光軸が存在せず、レターデーション値の絶対値が最小となる方向がフィルム法線方向でも面方向でもない光学異方素子を実現する具体的方法として、負の一軸性を有すると共に光軸が傾斜した光学異方体、または、光学的に負の一軸性を有する屈折率楕円体の光軸が厚み方向に連続的に変化している光学異方体と、負の一軸性を有すると共に光軸がフイルム法線方向にある光学異方体を重ねる方法が好ましい。
【００２８】
本発明における負の一軸性とは、光学異方体の３軸方向屈折率を、その値が小さい順にｎ１、ｎ２、ｎ３としたとき、ｎ１＜ｎ２＝ｎ３の関係を有するものである。従って光学軸方向の屈折率が最も小さいという特性を有するものである。ただし、ｎ２とｎ３の値は厳密に等しい必要はなく、ほぼ等しければ十分である。具体的には、
｜ｎ２−ｎ３｜／｜ｎ２−ｎ１｜≦０．２
であれば実用上問題はない。
【００２９】
本発明における光学異方素子のレターデーション値の絶対値が最小となる方向とフィルム法線とのなす角は、視野角特性を大幅に改良する条件として、シート面の法線方向から５゜〜８５゜傾いていることが好ましく、５゜〜４０゜がより好ましく、１０゜〜３０゜が最も好ましい。光学異方体を光学的に一様と見なせる部分にまで厚み方向に分割し、分割した厚みｄと複屈折Δｎ（＝ｎ２−ｎ１）の積Δｎ・ｄを厚み方向すべてについて足し合わせたものを、厚み方向レターデーション値と定義すると、
５０≦（厚み方向レターデーション値）≦４００（ｎｍ）
の条件を満足することが好ましい。
【００３０】
光軸が法線方向から傾斜した光学的に負の一軸性であるか、または、光学的に負の一軸性を有する屈折率楕円体の光軸が厚み方向に連続的に変化している構造である光学異方体に使用される素材は特に制限はないが、各種高分子素材、液晶、または、それらのブレンド物などが好適に利用される。これらの中では、液晶、特に、ディスコティック液晶を用いることが好ましい。ここでいうディスコティック液晶は、熱、光等で反応する基を有しており、結果的に反応により重合または架橋し、高分子量化し液晶性を失ったものも含まれるものとする。
【００３１】
本発明における負の一軸性を有すると共に光軸がフイルム法線方向にある光学異方体については、面内の主屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎz、厚さをｄとした時、
０≦｜ｎx−ｎy｜×ｄ≦５０（ｎｍ）
より好ましくは、
０≦｜ｎx−ｎy｜×ｄ≦２０（ｎｍ）
であり、かつ、下記条件を満たすことによって、視野角拡大に著しい効果をもたらす。即ち好ましくは、
２０≦｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ≦３００（ｎｍ）
であり、更に好ましくは
３０≦｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ≦１５０（ｎｍ）
である。
【００３２】
負の一軸性を有すると共に光軸がフイルム法線方向にある光学異方体に使用される素材は、特に限定はないが、各種高分子素材、液晶、または、それらのブレンド物などが好適に利用される。これらの中では、高分子素材から成るフィルムが好ましい。このような高分子フィルムは、光透過率が８０％以上であり、上記のように、正面での光学特性が等方性に近いことが好ましい。従って、ゼオネックス（日本ゼオン）、ＡＲＴＯＮ（日本合成ゴム）、フジタック（富士写真フイルム）などの商品名で売られている固有複屈折率が小さい素材が好ましい。しかし、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォンなどの固有複屈折率が大きい素材であっても製膜時に分子配向を制御することによって光学的に等方性にすることも可能であり、それらも好適に利用できる。
【００３３】
本発明における、光軸が存在せず、レターデーション値の絶対値が最小となる方向がフィルム法線方向でも面方向でもない光学異方素子は、具体的には、光軸がフイルム法線方向である負の一軸性フイルムに配向膜を塗布し、ラビング処理し、その上にディスコティック液晶を連続的に薄く塗布することによって実現できる。液晶セルにこのような光学異方素子を装着する場合、ディスコティック液晶層を液晶セル寄りに配置する場合と、一軸性フィルムを液晶セル寄りに配置する場合があるが、本発明においては、どちらに配置しても構わない。しかし、補償能を最大限に発揮するには、ディスコティック液晶層を液晶セル寄りに配置する方が好ましい。
【００３４】
本発明において、２枚の偏光素子は、正面コントラストを十分出すために、直交して用いることが好ましい。具体的には、２枚の偏光素子のなす角は、９０゜±５゜であることが好ましい。また、本発明の視野角拡大効果を十分引き出すためには、偏光素子と、該偏光素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向とが平行、または、直交であることが好ましい。具体的には、平行である場合は０゜±５゜、直交である場合は９０゜±５゜であることが好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
実施例１
ゼラチン薄膜（０．１μｍ）を塗設したトリアセチルセルロースの１００μｍ厚フィルム（富士写真フイルム（株）製）上に長鎖アルキル変性ポバール（クラレ（株）製ＭＰ−２０３）を塗布し、温風にて乾燥させた後、ラビング処理を行い配向膜を形成した。面内の主屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎz、厚さをｄとした時、トリアセチルセルロースフィルムは、｜ｎx−ｎy｜×ｄ＝３ｎｍ、｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ＝７０ｎｍであり、ほぼ負の一軸性であり、光軸がほぼフイルム法線方向にあった。
【００３６】
この配向膜上に下記ディスコティック液晶を塗布し、その後、ＵＶ光を照射し、架橋した。ディスコティック液晶層の厚みは、およそ１．０μｍであった。このディスコティック液晶層は、主屈折率の小さい順にｎ１、ｎ２、ｎ３としたとき、ｎ１＜ｎ２＝ｎ３の関係を有しており、負の一軸性であった。また、光軸はフィルム法線方向から３５°傾斜していた。ディスコティック液晶層の厚みをＤとしたとき、（ｎ２−ｎ１）・Ｄ＝１２０ｎｍであった。
【００３７】
【化１】

【００３８】
このようにして得られた光学異方素子のあらゆる方向からのΔｎ・Ｄを島津製作所製エリプソメーター（ＡＥＰ−１００）で測定したところ、フィルム法線方向から３７°傾斜した方向から測定したときにΔｎ・Ｄの絶対値が最小となり（すなわち、レターデーション値の最小となる方向は２２゜である）、最小値は１７ｎｍであった。また、Δｎ・Ｄの絶対値が最小となる方向をフィルム面に正射影した方向と、ディスコティック液晶層の光軸をフィルム面に正射影した方向は一致していた。
【００３９】
液晶の異常光と常光の屈折率の差と液晶セルのギャップサイズの積が４７０ｎｍで、ねじれ角が９０度のＴＮ型液晶セルに、上記光学異方素子１枚を、各光学素子が図５と同様な配置になるように装着した。各光学素子の装着角度は、図１１に示したとおりである。光学異方素子のレターデーション値の絶対値が最小となる方向を液晶セル基板上に正射影した方向と、該光学異方素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向のなす角αは２２５°とした。
【００４０】
液晶セルに対して、５５Ｈｚ矩形波で電圧を印加した。白表示１Ｖ、黒表示５Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比測定を大塚電子製ＬＣＤ−５０００にて行い、等コントラスト曲線を描いた。その結果を図１７に示す。
【００４１】
比較例１
実施例１と同じＴＮ型液晶セルに、光学異方素子を装着せずに、図１２のように配置した。この場合も実施例１と同様な全方位でのコントラスト比測定を行った。等コントラスト曲線の結果を図１８に示す。
【００４２】
実施例２
図７のような構成で、実施例１に用いた光学異方素子を、実施例１と同じＴＮ型液晶セルに２枚、液晶セルを挟むように配置した。各光学素子の装着角度は図１３に示したとおりである。α１は１７５°、α２は１８５°とした。
実施例１と同様な全方位でのコントラスト比測定を行った。等コントラスト曲線の結果を図１９に示す。
【００４３】
比較例２
図７のような構成で、実施例１に用いた光学異方素子を、実施例１と同じＴＮ型液晶セルに２枚、液晶セルを挟むように配置した。各光学素子の装着角度は図１４に示したとおりである。α１は−５°、α２は５°とした。
実施例１と同様な全方位でのコントラスト比測定を行った。等コントラスト曲線の結果を図２０に示す。
【００４４】
実施例３
図９のような構成で、実施例１に用いた光学異方素子を、実施例１と同じＴＮ型液晶セルに２枚、液晶セルの上側に積層して配置した。各光学素子の装着角度は図１５に示したとおりである。α１は１８５°、α２は−５°とした。
実施例１と同様な全方位でのコントラスト比測定を行った。等コントラスト曲線の結果を図２１に示す。
【００４５】
比較例３
図９のような構成で、実施例１に用いた光学異方素子を、実施例１と同じＴＮ型液晶セルに２枚、液晶セルの上側に積層して配置した。各光学素子の装着角度は図１６に示したとおりである。α１は５°、α２は１７５°とした。
実施例１と同様な全方位でのコントラスト比測定を行った。等コントラスト曲線の結果を図２２に示す。
【００４６】
実施例４
ゼラチン薄膜（０．１μｍ）を塗設したトリアセチルセルロースの１００μｍ厚フィルム（富士写真フイルム（株）製）上に長鎖アルキル変性ポバール（クラレ（株）製ＭＰ−２０３）を塗布し、４０℃温風にて乾燥させた後、ラビング処理を行い配向膜を形成した。面内の主屈折率をｎx、ｎy、厚さ方向の屈折率をｎz、厚さをｄとした時、トリアセチルセルロースフィルムは、｜ｎx−ｎy｜×ｄ＝３ｎｍ、｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ＝４０ｎｍであり、ほぼ負の一軸性であり、光軸がほぼフイルム法線方向にあった。
【００４７】
この配向膜上に下記ディスコティック液晶１．６ｇ、フェノールＥＯ変成（ｎ＝１）アクリレート（Ｍ−１０１東亜合成）０．４ｇ、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ５３１−１イーストマンケミカル）０．０５ｇ、イルガキュアー９０７０．０１ｇを３．６５ｇのメチルエチルケトンに溶解した塗布液を、ワイヤーバーで塗布（＃４バー使用）し、金属の枠に貼り付けて１２０℃の高温槽中で３分間加熱し、ディスコティック液晶を配向させた後、１２０℃のまま高圧水銀灯を用いて１分間ＵＶ照射し、室温まで放冷した。ディスコティック液晶層の厚みは、およそ１．０μｍであった。
【００４８】
【化２】

【００４９】
このようにして得られた光学異方素子のあらゆる方向からのレターデーション値を島津製作所製エリプソメーター（ＡＥＰ−１００）で測定したところ、フィルム法線方向から３３°傾斜した方向から測定したときにレターデーション値の絶対値が最小となり（すなわち、レターデーション値の最小となる方向は光学異方素子中では２０゜である）、最小値は１０ｎｍであった。また、レターデーション値の絶対値が最小となる方向をフィルム面に正射影した方向と、ディスコティック液晶層の光軸をフィルム面に正射影した方向は一致していた。また、厚み方向レターデーション値は１１０ｎｍであった。
【００５０】
更に、測定部分のディスコティック液晶層を除去した後の支持体の光学特性を、同様にエリプソメーターで測定した。ディスコティック液晶層を除去する前後でのレターデーション値の差から、ディスコティック液晶層は、配向膜付近での光軸と法線方向のなす角が２０゜、エアー面付近での光軸と法線方向のなす角が５０゜で連続的に変化していることがわかった。ディスコティック液晶層全体としては光軸が存在しなかった。
【００５１】
液晶の屈折率異方性Δｎが０．０８であるネマティック液晶材料を用い、セルギャプサイズを４．５μｍに設定した、ねじれ角が９０度のＴＮ型液晶セルに、該光学異方素子を２枚、液晶セルを挟むように配置した。各光学素子の装着角度は図１３に示したとおりである。α１は１８０°、α２は１８０°とした。
【００５２】
液晶セルに対して、１ｋＨｚの矩形波で電圧を印加した。白表示１Ｖ、黒表示５Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比測定を大塚電子製ＬＣＤ−５０００にて行い、等コントラスト曲線を描いた。その結果を図２３に示す。
【００５３】
実施例５
実施例４と同じＴＮ型液晶セルを用い、２枚の偏光素子をそれぞれ、偏光方向と、その偏光素子に近い方の液晶セル基板のラビング方向とが一致するように配置する。
実施例４と同様な全方位でのコントラスト比測定を行った。等コントラスト曲線の結果を図２４に示す。
【００５４】
実施例６
実施例４で作成した配向膜上に、実施例４で用いたディスコティック液晶と、下記ディスコティック液晶を重量比４：１で混合したものにメチルエチルケトンを加え、全体として１０ｗｔ％溶液とし、スピンコートにより２０００ｒｐｍで塗布を行った。１８０℃まで昇温、熱処理した後、室温まで冷却し、およそ１．０μｍのディスコティック液晶層を形成させた。
【００５５】
【化３】

【００５６】
このようにして得られた光学異方素子のあらゆる方向からのレターデーション値を島津製作所製エリプソメーター（ＡＥＰ−１００）で測定したところ、フィルム法線方向から３７°傾斜した方向から測定したときにレターデーション値の絶対値が最小となり（すなわち、レターデーション値の最小となる方向は光学異方素子中では２２゜である）、最小値は１４ｎｍであった。また、レターデーション値の絶対値が最小となる方向をフィルム面に正射影した方向と、ディスコティック液晶層の光軸をフィルム面に正射影した方向は一致していた。また、厚み方向レターデーション値は、１００ｎｍであった。
【００５７】
更に、測定部分のディスコティック液晶層を除去した後の支持体の光学特性を、同様にエリプソメーターで測定した。ディスコティック液晶層を除去する前後でのレターデーション値の差から、ディスコティック液晶層は厚み方向にほぼ均一に配向しており、ディスコティック液晶層全体として光軸が存在することがわかった。光軸が法線方向となす角は４０゜であった。
【００５８】
実施例４と同じＴＮ型液晶セルに、該光学異方素子を２枚、液晶セルを挟むように配置した。各光学素子の装着角度は図１３に示したとおりである。α１は１８０°、α２は１８０°とした。
実施例４と同様な全方位でのコントラスト比測定を行った。等コントラスト曲線の結果を図２５に示す。
【００５９】
本発明である実施例１〜６は、比較例１〜３に比べて、大幅に視野角特性が改善されていることがわかる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＮ型液晶表示素子の視角特性が改善され、視認性にすぐ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、本発明をＴＦＴやＭＩＭなどの３端子、２端子素子を用いたアクティブ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子の構成の１実施例を説明する図である。
【図２】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成図と表示面に垂直に光が入射する場合の光の透過状態を説明する図である。
【図３】従来のＴＮ型液晶表示素子の構成図と表示面に斜めに光が入射する場合の光の透過状態を説明する図である。
【図４】光学軸が法線方向から傾いた負の一軸性光学異方体によって視角特性が改善される原理を示した模式図である。
【図５】本発明の液晶表示素子の構成の１実施例を説明する図である。
【図６】図５をｚ軸方向に見た場合の軸構成を説明する図である。
【図７】本発明の液晶表示素子の構成の１実施例を説明する図である。
【図８】図７をｚ軸方向に見た場合の軸構成を説明する図である。
【図９】本発明の液晶表示素子の構成の１実施例を説明する図である。
【図１０】図９をｚ軸方向に見た場合の軸構成を説明する図である。
【図１１】実施例１の軸構成を説明する図である。
【図１２】比較例１の軸構成を説明する図である。
【図１３】実施例２の軸構成を説明する図である。
【図１４】比較例２の軸構成を説明する図である。
【図１５】実施例３の軸構成を説明する図である。
【図１６】比較例３の軸構成を説明する図である。
【図１７】実施例１の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図１８】比較例１の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図１９】実施例２の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図２０】比較例２の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図２１】実施例３の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図２２】比較例３の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図２３】実施例４の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図２４】実施例５の等コントラスト曲線を説明する図である。
【図２５】実施例６の等コントラスト曲線を説明する図である。
【符号の説明】
０−−−−−−−−−入射光
１、２ −−−−−−偏光板
１．１、２．１−−−偏光軸
１．３−−−−−−−偏光子から出た光
１．４−−−−−−−光の進む方向
３−−−−−−−−−ＴＮ型液晶セル
３．１−−−−−−−ＴＮ型液晶セルから出た光
３．３−−−−−−−液晶分子
７−−−−−−−−−光学異方素子[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a liquid crystal display element with improved display contrast and viewing angle characteristics of display colors.
[0002]
[Prior art]
CRT, which is the mainstream of display devices for OA equipment such as Japanese word processors and desktop personal computers, has been converted into a liquid crystal display element having the great advantages of being thin and light and low power consumption. Many of liquid crystal display elements (hereinafter referred to as LCDs) that are currently popular use twisted nematic liquid crystals. Display systems using such liquid crystals can be broadly divided into two systems, birefringence mode and optical rotation mode.
[0003]
LCDs using the birefringence mode are twisted angles of 90 ° or more in the liquid crystal molecular alignment, and have steep electro-optical characteristics. Therefore, even if there are no active elements (thin film transistors and diodes), a simple matrix electrode Even in the structure, large-capacity display can be obtained by time-division driving. However, the response speed is slow (several hundred milliseconds), and gradation display is difficult, so that the display performance of liquid crystal display elements (TFT-LCD, MIM-LCD, etc.) using active elements cannot be exceeded. .
[0004]
TFT-LCD and MIM-LCD use a rotation mode display system (TN type liquid crystal display element) in which the alignment state of liquid crystal molecules is twisted by 90 °. This display method is the most powerful method compared with other types of LCDs because it has a high response speed (several + milliseconds), easily obtains black and white display, and exhibits high display contrast. However, since the twisted nematic liquid crystal is used, there is a problem in viewing angle characteristics that the display color and the display contrast change depending on the viewing direction due to the principle of the display method, and the display performance of the CRT cannot be exceeded.
[0005]
SID'92 Digest p. 798 and the like, a method has been proposed in which pixels are divided and the tilt direction at the time of voltage application is reversed to compensate the viewing angle characteristics. According to this method, the viewing angle characteristic regarding the gradation inversion in the vertical direction is improved, but the contrast viewing angle characteristic is hardly improved.
[0006]
As seen in JP-A-4-229828, JP-A-4-258923, etc., there is a method for expanding the viewing angle by arranging a retardation film between a pair of polarizing plates and a TN liquid crystal cell. Proposed.
[0007]
The retardation film proposed in the above patent publication has a phase difference of almost zero in the direction perpendicular to the surface of the liquid crystal cell, and does not exert any optical action from the front, and is tilted. This is to compensate for the phase difference that occurs in the liquid crystal cell. However, even with these methods, the viewing angle of the LCD is still insufficient, and further improvements are desired.
[0008]
In JP-A-4-366808 and JP-A-4-366809, a liquid crystal cell including a chiral nematic liquid crystal with an inclined optical axis is used as a retardation film, but the viewing angle is improved. The cost is high and it is very heavy. Further, in JP-A-4-113301, JP-A-5-80323, and JP-A-5-157913, a retardation film having a polymer chain, an optical axis or an optical elastic axis inclined with respect to a liquid crystal cell is used. However, there has been a problem that it is difficult to obtain a large-area retardation film at a low cost, for example, by slicing uniaxial polycarbonate obliquely. Further, although reference has been made to the viewing angle improvement for the STN-LCD, no specific effect has been shown for the viewing angle improvement of the TN-LCD.
[0009]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-215921 proposes a method for optically compensating an LCD by a birefringent plate in a form in which a rod-like compound exhibiting liquid crystal properties is sandwiched between a pair of alignment-treated substrates. In this proposal, there is no change from the so-called double cell type compensator which has been proposed in the past, so that the cost is increased and it is practically not suitable for mass production. Further, no effect is shown for improving the omnidirectional viewing angle of the TN type LCD.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-9326 and 3-291601 describe an optical compensation plate for an LCD by applying a polymer liquid crystal to a film-like substrate on which an alignment film is provided. However, since it is impossible to orient molecules at an angle by this method, it is impossible to improve the omnidirectional viewing angle of a TN type LCD.
[0011]
Further, EP 0576304A1 discloses a method for expanding a viewing angle by disposing an optical anisotropic element whose optical axis is neither perpendicular nor parallel to the film surface between a pair of polarizing plates and a liquid crystal cell. Has been proposed. Although this method improves viewing angle characteristics compared with the method of disposing a retardation film having a substantially zero retardation in the direction perpendicular to the surface of the liquid crystal cell, it is still insufficient. In particular, when it is considered as an in-vehicle use or an alternative to a CRT, the actual situation is that the current viewing angle cannot be used at all.
[0012]
It is generally known that liquid crystal molecules have different refractive indexes in the major axis direction and the minor axis direction of the liquid crystal molecules. When polarized light enters the liquid crystal molecules exhibiting such anisotropy of refractive index, the polarization state of the polarized light changes depending on the angle of the liquid crystal molecules. The molecular arrangement of the twisted nematic liquid crystal cell has a structure in which the liquid crystal molecules are twisted in the thickness direction of the liquid crystal cell. Depending on the orientation of the liquid crystal molecules, the light is sequentially polarized and propagated. Therefore, the polarization state of the light propagating through the liquid crystal cell differs depending on whether the light is perpendicularly incident or obliquely incident on the liquid crystal cell. As a result, the display pattern may be completely invisible depending on the viewing direction. It appears as a phenomenon that is not preferable in practice.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a liquid crystal display element with improved display contrast and viewing angle characteristics of display color without reducing front contrast in a TN liquid crystal cell.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The above problems have been achieved by the following means.
(1) Between two electrode substratesTN type liquid crystal with twist angle of almost 90 °A liquid crystal display in which a liquid crystal cell is sandwiched, two polarizing elements are disposed on both sides of the liquid crystal cell, and at least one film-like optical anisotropic element is disposed between the liquid crystal cell and each polarizing element In the element, the optical anisotropic element has no direction in which the retardation value is zero, the direction in which the absolute value of the retardation value is minimum is neither the film normal direction nor the plane direction, and the optical anisotropic element The angle formed by orthogonally projecting the direction in which the absolute value of the retardation value of the element is minimum onto the liquid crystal cell substrate and the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the optical anisotropic element is 135 ° to 225 °. There is a liquid crystal display element.
(2) Two polarizing elements are orthogonal to each other, and one polarizing element and the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the polarizing element are parallel or orthogonal to each other (1Liquid crystal display element as described in.
(3) The angle between the direction in which the absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element is minimum and the normal direction is 5 ° to 85 ° (2Liquid crystal display element as described in.
[0015]
Hereinafter, the operation of the present invention will be described using a TN liquid crystal display element as an example with reference to the drawings. 1, 2 and 3 show the polarization state of light propagating through the liquid crystal cell when a voltage higher than the threshold voltage is applied to the liquid crystal cell, and shows a bright state when no voltage is applied. Is. FIG. 2 is a diagram showing a polarization state of light when light enters the liquid crystal cell vertically. When natural light 0 is perpendicularly incident on a polarizing plate 1 having a polarization axis 1.1, light transmitted through the polarizing plate 1 becomes linearly polarized light 1.3.
[0016]
3.3 in the figure schematically shows the alignment state of the liquid crystal molecules when a sufficient voltage is applied to the TN liquid crystal cell, using one liquid crystal molecule model. When the molecular long axis of the liquid crystal molecule 3.3 in the liquid crystal cell is parallel to the light path 1.4, there is no difference in refractive index at the incident surface (in the plane perpendicular to the light path). There is no phase difference between ordinary light and extraordinary light propagating inside, and the linearly polarized light 1.3 propagates as linearly polarized light when transmitted through the liquid crystal cell. When the polarizing axis 2.1 of the polarizing plate 2 is set perpendicular to the polarizing axis 1.1 of the polarizing plate 1, the light 3.1 transmitted through the liquid crystal cell cannot pass through the polarizing plate and is in a dark state.
[0017]
FIG. 3 is a diagram showing a polarization state of light when light is incident on the liquid crystal cell obliquely. When the natural light 0 of the incident light is incident obliquely, the polarized light 1.3 transmitted through the polarizing plate 1 becomes almost linearly polarized light. (In practice, it becomes elliptically polarized light due to the characteristics of the polarizing plate). In this case, a difference in refractive index occurs on the incident surface of the liquid crystal cell due to the refractive index anisotropy of the liquid crystal, and the light 3.1 transmitted through the liquid crystal cell is elliptically polarized and transmitted through the polarizing plate 2. Such transmission of light at an oblique incidence is not preferable because it causes a decrease in contrast.
[0018]
The present invention is intended to prevent such a decrease in contrast during oblique incidence, improve viewing angle characteristics, and at the same time improve front contrast.
FIG. 1 shows an example of a configuration according to the present invention. The optical anisotropic element 7 of the present invention is disposed between the polarizing plate 2 and the liquid crystal cell 3. The optically anisotropic element 7 functions in the same manner as a birefringent body that is polarized as the incident angle of light with respect to the optical axis increases. As in the case of FIG. 3, the elliptically polarized light 3.1 that is obliquely incident on the liquid crystal display device having such a configuration and transmitted through the liquid crystal cell 3 is transmitted through the laminated body 7 of optical anisotropic elements. Due to the phase delay action, the elliptically polarized light is modulated to the original linearly polarized light, and an excellent liquid crystal display element having no viewing angle dependency that can obtain the same transmittance even under various oblique incidences can be realized.
[0019]
It is estimated as follows that the viewing angle characteristics of the liquid crystal display element can be greatly improved by the present invention.
Many TN-LCDs employ a normal-white mode. In this mode, as the viewing angle is increased, the transmittance of light from the black display portion is remarkably increased, resulting in a sharp decrease in contrast.
Black display is a state when a voltage is applied. At this time, the TN cell can be regarded as a positive uniaxial optical anisotropic body whose optical axis is slightly inclined from the normal direction to the surface of the cell. This slight inclination of the optical axis not only causes birefringence even in front of the cell, but also causes significant asymmetry of the viewing angle in the vertical direction of the cell, that is, the main viewing angle direction, and the viewing angle in either one or both directions is significantly impaired. become.
[0020]
When the optical axis of the liquid crystal cell is tilted from the normal direction to the surface of the liquid crystal cell, it is expected that the optical anisotropic body having the optical axis in the normal direction is insufficiently compensated. Further, if the liquid crystal cell can be regarded as a positive optical anisotropic body, the optical anisotropic body for compensating it is preferably a negative uniaxial optical anisotropic body (FIG. 4).
[0021]
However, regarding the optical anisotropy of a TN type liquid crystal cell as positive uniaxial, it is only an approximation. Actually, the liquid crystal cell is not a simple positive optical anisotropic body but is twisted and has a tilt angle. Has also changed. Therefore, it is naturally limited to compensate with a negative uniaxial optical anisotropic body having an inclined optical axis. As a result of intensive studies, the present inventors have further improved the viewing angle and opened up the possibility of CRT substitution, in the direction in which the retardation value becomes zero, that is, there is no optical axis, and the letter It has been found that this can be realized by using an optical anisotropic element in which the direction in which the absolute value of the foundation value is minimum is neither the film normal direction nor the plane direction. As a specific method, an optical anisotropic body having negative uniaxiality and an optical axis in the film normal direction, an optical anisotropic body having negative uniaxiality and inclined optical axis, or negative When the optical axis of the refractive index ellipsoid having uniaxiality is overlapped with an optical anisotropic body whose thickness is continuously changing in the thickness direction, the optical axis does not exist and the minimum value of Re can be obtained even in the film normal direction. Optical characteristics that are not in the plane direction could be realized. According to the present invention, the viewing angle characteristics can be greatly improved.
[0022]
The retardation in the present invention is obtained by dividing the optical anisotropic element into layers that can be regarded as having uniform optical characteristics, and adding the absolute values of the retardation of each layer when viewed from a certain direction. The optically anisotropic element in the present invention has a minimum retardation absolute value when viewed from all directions, and the direction is neither a film normal direction nor a plane direction. In addition, the minimum absolute value of retardation is not zero. In the present invention, at least one such optical anisotropic element is used.
[0023]
In the present invention, there is no direction in which the retardation value becomes zero, and the direction in which the absolute value of the retardation value is minimum is neither the film normal direction nor the surface direction.FilmAn angle α formed between the direction in which the optical anisotropic element is orthogonally projected on the liquid crystal cell substrate in the direction in which the absolute value of the retardation value is minimum and the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the optical anisotropic element isTo be between 135 ° and 225 °By arranging in, the compensation ability is maximized.
[0024]
For example, an optical anisotropic element is arranged as shown in FIG. α is defined as shown in FIG. 6 when FIG. 5 is viewed in the z-axis direction. That is, the angle between the right direction from the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the optical anisotropic element and the direction in which the absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element is minimized.
[0025]
Preferably, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, two such optical anisotropic elements are arranged so as to sandwich the liquid crystal cell, and each optical anisotropic element has a minimum absolute value of retardation value. The angle formed between the direction orthogonally projected on the liquid crystal cell substrate and the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the optical anisotropic element is set to 135 ° to 225 °. More preferably, the angle β formed between the directions in which two optical anisotropic elements defined in FIG. 8 are orthogonally projected onto the liquid crystal cell substrate in the direction in which the absolute value of the retardation value is minimum is 90 ° to 180 °. It is preferably in the range of °.
[0026]
Alternatively, as shown in FIGS. 9 and 10, two such optical anisotropic elements are stacked on one side of the liquid crystal cell, and the absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element on the side close to the liquid crystal cell is obtained. It is preferable that the angle formed between the direction in which the direction having the minimum value is orthogonally projected on the liquid crystal cell substrate and the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the optical anisotropic element is 135 ° to 225 °. More preferably, the direction in which the absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element far from the liquid crystal cell is orthogonally projected onto the liquid crystal cell substrate and the liquid crystal cell substrate far from the optical anisotropic element The angle formed by the rubbing direction is preferably -45 ° to 45 °. Furthermore, the angle β formed by orthogonally projecting the direction in which the absolute value of the retardation value of the two optical anisotropic elements defined in FIG. 10 is the minimum onto the liquid crystal cell substrate is 0 ° to 90 °. It is preferable that
[0027]
In the present invention, as a specific method for realizing an optical anisotropic element in which the optical axis does not exist and the direction in which the absolute value of the retardation value is minimized is neither the film normal direction nor the plane direction, it has negative uniaxiality. In addition, an optically anisotropic body whose optical axis is inclined, or an optically anisotropic body whose optical axis of an optically negative refractive index ellipsoid continuously changes in the thickness direction, and negative uniaxiality. And an optical anisotropic body having an optical axis in the film normal direction is preferably overlapped.
[0028]
The negative uniaxiality in the present invention has a relationship of n1 <n2 = n3, where n1, n2, and n3 are given in ascending order of the triaxial refractive index of the optical anisotropic body. Therefore, it has the characteristic that the refractive index in the optical axis direction is the smallest. However, the values of n2 and n3 do not have to be exactly equal, and it is sufficient if they are almost equal. In particular,
| N2-n3 | / | n2-n1 | ≦ 0.2
If so, there is no practical problem.
[0029]
The angle formed between the direction in which the absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element in the present invention is minimum and the film normal is 5 ° to the normal to the sheet surface as a condition for greatly improving the viewing angle characteristics. The angle is preferably 85 °, more preferably 5 ° to 40 °, and most preferably 10 ° to 30 °. An optical anisotropic body is divided in the thickness direction to a portion that can be regarded as optically uniform, and the product Δn · d of the divided thickness d and birefringence Δn (= n2−n1) is added in all thickness directions. When defined as the thickness direction retardation value,
50 ≦ (thickness direction retardation value) ≦ 400 (nm)
It is preferable to satisfy the following conditions.
[0030]
A structure in which the optical axis is optically negative uniaxial with the optical axis inclined from the normal direction, or the optical axis of a refractive index ellipsoid having optically negative uniaxiality continuously changes in the thickness direction The material used for the optical anisotropic body is not particularly limited, but various polymer materials, liquid crystals, or blends thereof are preferably used. In these, it is preferable to use a liquid crystal, especially a discotic liquid crystal. The discotic liquid crystal herein includes a group that reacts with heat, light, or the like, and as a result, includes a polymer that is polymerized or cross-linked by reaction to have a high molecular weight and lose liquid crystallinity.
[0031]
For an optical anisotropic body having negative uniaxiality and an optical axis in the film normal direction in the present invention, the in-plane main refractive index is nx, ny, the thickness direction refractive index is nz, and the thickness is d. When
0 ≦ | nx−ny | × d ≦ 50 (nm)
More preferably,
0 ≦ | nx−ny | × d ≦ 20 (nm)
In addition, by satisfying the following conditions, a remarkable effect is brought about in widening the viewing angle. That is, preferably
20 ≦ {(nx + ny) / 2−nz} × d ≦ 300 (nm)
And more preferably
30 ≦ {(nx + ny) / 2−nz} × d ≦ 150 (nm)
It is.
[0032]
The material used for the optical anisotropic body having negative uniaxiality and the optical axis in the film normal direction is not particularly limited, but various polymer materials, liquid crystals, or blends thereof are preferable. Used. Among these, a film made of a polymer material is preferable. Such a polymer film preferably has a light transmittance of 80% or more, and as described above, the optical properties at the front are preferably close to isotropic. Accordingly, a material having a small intrinsic birefringence, such as ZEONEX (Nippon ZEON), ARTON (Nippon Synthetic Rubber), or FUJITAC (Fuji Photo Film) is preferred. However, even a material having a large intrinsic birefringence such as polycarbonate, polyarylate, polysulfone, polyethersulfone can be made optically isotropic by controlling the molecular orientation during film formation, They can also be used suitably.
[0033]
In the present invention, the optical anisotropic element in which the optical axis does not exist and the direction in which the absolute value of the retardation value is minimum is neither the film normal direction nor the plane direction is specifically, the optical axis is the film normal direction. This can be realized by applying an alignment film to a negative uniaxial film, rubbing, and continuously applying a thin discotic liquid crystal thereon. When such an optical anisotropic element is mounted on a liquid crystal cell, there are cases where a discotic liquid crystal layer is disposed closer to the liquid crystal cell and a uniaxial film is disposed closer to the liquid crystal cell. You may arrange in. However, in order to maximize the compensation capability, it is preferable to dispose the discotic liquid crystal layer closer to the liquid crystal cell.
[0034]
In the present invention, the two polarizing elements are preferably used orthogonally in order to obtain a sufficient front contrast. Specifically, the angle formed by the two polarizing elements is preferably 90 ° ± 5 °. In order to sufficiently bring out the viewing angle widening effect of the present invention, it is preferable that the polarizing element and the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the polarizing element are parallel or orthogonal. Specifically, it is preferably 0 ° ± 5 ° when parallel and 90 ° ± 5 ° when orthogonal.
[0035]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
Example 1
A long chain alkyl-modified poval (MP-203 manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was coated on a triacetyl cellulose 100 μm thick film (Fuji Photo Film Co., Ltd.) coated with a gelatin thin film (0.1 μm) and warm air After drying, the film was rubbed to form an alignment film. When the in-plane main refractive index is nx, ny, the refractive index in the thickness direction is nz, and the thickness is d, the triacetylcellulose film is | nx−ny | × d = 3 nm, {(nx + ny) / 2. −nz} × d = 70 nm, almost negative uniaxiality, and the optical axis was almost in the film normal direction.
[0036]
The following discotic liquid crystal was applied on this alignment film, and then irradiated with UV light for crosslinking. The thickness of the discotic liquid crystal layer was approximately 1.0 μm. This discotic liquid crystal layer had a relationship of n1 <n2 = n3 when n1, n2, and n3 in order of increasing main refractive index, and was negative uniaxial. Further, the optical axis was inclined 35 ° from the film normal direction. When the thickness of the discotic liquid crystal layer was D, (n2-n1) · D = 120 nm.
[0037]
[Chemical 1]

[0038]
When Δn · D from all directions of the optically anisotropic element thus obtained was measured with an ellipsometer (AEP-100) manufactured by Shimadzu Corporation, it was measured from a direction inclined by 37 ° from the film normal direction. The absolute value of Δn · D was minimized (that is, the direction in which the retardation value was minimized was 22 °), and the minimum value was 17 nm. In addition, the direction in which the absolute value of Δn · D was orthogonally projected onto the film surface coincided with the direction in which the optical axis of the discotic liquid crystal layer was orthogonally projected onto the film surface.
[0039]
The product of the difference in refractive index between liquid crystal extraordinary light and ordinary light and the gap size of the liquid crystal cell is 470 nm and the twist angle is 90 degrees. One optical anisotropic element is shown in FIG. It was attached so that it might become the same arrangement. The mounting angle of each optical element is as shown in FIG. The angle α between the direction in which the direction in which the absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element is minimum is orthogonally projected onto the liquid crystal cell substrate and the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the optical anisotropic element is 225 °. It was.
[0040]
A voltage was applied to the liquid crystal cell with a 55 Hz rectangular wave. The contrast ratio was measured with an LCD-5000 manufactured by Otsuka Electronics using the ratio of transmittance of white display 1V and black display 5V (white display) / (black display) as a contrast ratio, and an isocontrast curve was drawn. . The result is shown in FIG.
[0041]
Comparative Example 1
The same TN type liquid crystal cell as that of Example 1 was arranged as shown in FIG. 12 without mounting an optical anisotropic element. In this case, the contrast ratio measurement in all directions as in Example 1 was performed. The result of the isocontrast curve is shown in FIG.
[0042]
Example 2
In the configuration as shown in FIG. 7, two optical anisotropic elements used in Example 1 were arranged in the same TN type liquid crystal cell as in Example 1 so that the liquid crystal cell was sandwiched between them. The mounting angle of each optical element is as shown in FIG. α1 was 175 ° and α2 was 185 °.
Contrast ratio measurement in all directions similar to Example 1 was performed. The result of the isocontrast curve is shown in FIG.
[0043]
Comparative Example 2
In the configuration as shown in FIG. 7, two optical anisotropic elements used in Example 1 were arranged in the same TN type liquid crystal cell as in Example 1 so that the liquid crystal cell was sandwiched between them. The mounting angle of each optical element is as shown in FIG. α1 was −5 ° and α2 was 5 °.
Contrast ratio measurement in all directions similar to Example 1 was performed. The result of the isocontrast curve is shown in FIG.
[0044]
Example 3
In the configuration as shown in FIG. 9, two optical anisotropic elements used in Example 1 were stacked on the upper side of the liquid crystal cell in the same TN type liquid crystal cell as in Example 1. The mounting angle of each optical element is as shown in FIG. α1 was 185 ° and α2 was −5 °.
Contrast ratio measurement in all directions similar to Example 1 was performed. The result of the isocontrast curve is shown in FIG.
[0045]
Comparative Example 3
In the configuration as shown in FIG. 9, two optical anisotropic elements used in Example 1 were stacked on the upper side of the liquid crystal cell in the same TN type liquid crystal cell as in Example 1. The mounting angle of each optical element is as shown in FIG. α1 was 5 ° and α2 was 175 °.
Contrast ratio measurement in all directions similar to Example 1 was performed. The result of the isocontrast curve is shown in FIG.
[0046]
Example 4
A long chain alkyl-modified poval (MP-203, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was coated on a 100 μm thick film (manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd.) of triacetylcellulose coated with a gelatin thin film (0.1 μm), and 40 ° C After drying with warm air, a rubbing treatment was performed to form an alignment film. When the in-plane main refractive index is nx, ny, the refractive index in the thickness direction is nz, and the thickness is d, the triacetylcellulose film is | nx−ny | × d = 3 nm, {(nx + ny) / 2. −nz} × d = 40 nm, almost negative uniaxiality, and the optical axis was almost in the film normal direction.
[0047]
On this alignment film, 1.6 g of the following discotic liquid crystal, 0.4 g of phenol EO modified (n = 1) acrylate (M-101 Toagosei Co., Ltd.), 0.05 g of cellulose acetate butyrate (CAB531-1 Eastman Chemical), Iruga A coating solution in which 0.01 g of Cure 907 is dissolved in 3.65 g of methyl ethyl ketone is applied with a wire bar (using a # 4 bar), attached to a metal frame and heated in a high-temperature bath at 120 ° C. for 3 minutes. After aligning the tick liquid crystal, UV irradiation was performed for 1 minute using a high-pressure mercury lamp at 120 ° C., and the mixture was allowed to cool to room temperature. The thickness of the discotic liquid crystal layer was approximately 1.0 μm.
[0048]
[Chemical 2]

[0049]
When the retardation values from all directions of the optically anisotropic element thus obtained were measured with an ellipsometer (AEP-100) manufactured by Shimadzu Corporation, when measured from a direction inclined by 33 ° from the film normal direction. The absolute value of the retardation value was minimized (that is, the direction in which the retardation value was minimized was 20 ° in the optical anisotropic element), and the minimum value was 10 nm. The direction in which the absolute value of the retardation value was orthogonally projected onto the film surface coincided with the direction in which the optical axis of the discotic liquid crystal layer was orthogonally projected onto the film surface. The thickness direction retardation value was 110 nm.
[0050]
Furthermore, the optical characteristics of the support after removing the discotic liquid crystal layer in the measurement portion were similarly measured with an ellipsometer. Due to the difference in retardation values before and after removing the discotic liquid crystal layer, the discotic liquid crystal layer has an angle between the optical axis near the alignment film and the normal direction of 20 °, and the optical axis near the air surface and the method. It was found that the angle formed by the line direction changed continuously at 50 °. There was no optical axis in the entire discotic liquid crystal layer.
[0051]
A nematic liquid crystal material having a liquid crystal refractive index anisotropy Δn of 0.08, a cell gap size of 4.5 μm, a TN type liquid crystal cell with a twist angle of 90 degrees, and the optical anisotropic element 2 A sheet and a liquid crystal cell were sandwiched. The mounting angle of each optical element is as shown in FIG. α1 was 180 ° and α2 was 180 °.
[0052]
A voltage was applied to the liquid crystal cell with a rectangular wave of 1 kHz. The contrast ratio was measured with an LCD-5000 manufactured by Otsuka Electronics using the ratio of transmittance of white display 1V and black display 5V (white display) / (black display) as a contrast ratio, and an isocontrast curve was drawn. . The result is shown in FIG.
[0053]
Example 5
The same TN type liquid crystal cell as in Example 4 is used, and the two polarizing elements are respectively arranged so that the polarization direction coincides with the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate closer to the polarizing element.
Contrast ratio measurement in all directions similar to Example 4 was performed. The result of the isocontrast curve is shown in FIG.
[0054]
Example 6
On the alignment film prepared in Example 4, methyl ethyl ketone is added to a mixture of the discotic liquid crystal used in Example 4 and the following discotic liquid crystal in a weight ratio of 4: 1 to obtain a 10 wt% solution as a whole, and spin coating is performed. Was applied at 2000 rpm. After heating to 180 ° C. and heat treatment, it was cooled to room temperature to form a discotic liquid crystal layer having a thickness of about 1.0 μm.
[0055]
[Chemical 3]

[0056]
When the retardation values from all directions of the optical anisotropic element thus obtained were measured with an ellipsometer (AEP-100) manufactured by Shimadzu Corporation, when measured from a direction inclined by 37 ° from the film normal direction. The absolute value of the retardation value was minimized (that is, the direction in which the retardation value was minimized was 22 ° in the optical anisotropic element), and the minimum value was 14 nm. The direction in which the absolute value of the retardation value was orthogonally projected onto the film surface coincided with the direction in which the optical axis of the discotic liquid crystal layer was orthogonally projected onto the film surface. The thickness direction retardation value was 100 nm.
[0057]
Furthermore, the optical characteristics of the support after removing the discotic liquid crystal layer in the measurement portion were similarly measured with an ellipsometer. From the difference in retardation values before and after removing the discotic liquid crystal layer, it was found that the discotic liquid crystal layer was aligned substantially uniformly in the thickness direction, and the optical axis was present as a whole of the discotic liquid crystal layer. The angle between the optical axis and the normal direction was 40 °.
[0058]
Two optical anisotropic elements were placed in the same TN liquid crystal cell as in Example 4 so as to sandwich the liquid crystal cell. The mounting angle of each optical element is as shown in FIG. α1 was 180 ° and α2 was 180 °.
Contrast ratio measurement in all directions similar to Example 4 was performed. The result of the isocontrast curve is shown in FIG.
[0059]
It can be seen that Examples 1 to 6 according to the present invention have significantly improved viewing angle characteristics as compared with Comparative Examples 1 to 3.
[0060]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the viewing angle characteristic of TN type | mold liquid crystal display element can be improved, and the liquid crystal display element of a high quality display which is excellent in visibility can be provided. Further, it goes without saying that excellent effects can be obtained even when the present invention is applied to an active matrix liquid crystal display element using three-terminal and two-terminal elements such as TFT and MIM.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a configuration of a liquid crystal display element of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a conventional TN liquid crystal display element and a light transmission state when light is incident perpendicularly to a display surface.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a conventional TN liquid crystal display element and a light transmission state when light is incident obliquely on a display surface.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the principle that viewing angle characteristics are improved by a negative uniaxial optical anisotropic body whose optical axis is inclined from the normal direction.
FIG. 5 is a diagram for explaining one embodiment of the configuration of the liquid crystal display element of the present invention.
6 is a diagram illustrating an axial configuration when FIG. 5 is viewed in the z-axis direction. FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining one embodiment of the configuration of the liquid crystal display element of the present invention.
8 is a diagram illustrating an axial configuration when FIG. 7 is viewed in the z-axis direction. FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining one embodiment of the configuration of the liquid crystal display element of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining an axis configuration when FIG. 9 is viewed in the z-axis direction.
FIG. 11 is a diagram illustrating a shaft configuration according to the first embodiment.
12 is a diagram illustrating a shaft configuration of Comparative Example 1. FIG.
FIG. 13 is a diagram illustrating a shaft configuration according to the second embodiment.
14 is a diagram illustrating a shaft configuration of Comparative Example 2. FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating a shaft configuration according to a third embodiment.
FIG. 16 is a diagram for explaining a shaft configuration of Comparative Example 3;
FIG. 17 is a diagram illustrating an isocontrast curve according to the first embodiment.
18 is a diagram illustrating an isocontrast curve of Comparative Example 1. FIG.
FIG. 19 is a diagram illustrating an isocontrast curve according to the second embodiment.
20 is a diagram illustrating an isocontrast curve of Comparative Example 2. FIG.
FIG. 21 is a diagram for explaining an iso-contrast curve of Example 3.
22 is a diagram illustrating an isocontrast curve of Comparative Example 3. FIG.
FIG. 23 is a diagram for explaining an iso-contrast curve of Example 4.
FIG. 24 is a diagram for explaining an iso-contrast curve of Example 5.
FIG. 25 is a diagram for explaining an iso-contrast curve of Example 6.
[Explanation of symbols]
0 --------- Incident light
1, 2, ------ Polarizing plate
1.1, 2.1 --- Polarization axis
1.3 ------- Light emitted from the polarizer
1.4 ------- Direction of light
3 --------- TN type liquid crystal cell
3.1 ------- Light emitted from a TN type liquid crystal cell
3.3 ------- Liquid crystal molecules
7 --------- Optically anisotropic element

Claims

A liquid crystal cell in which a TN liquid crystal having a twist angle of approximately 90 ° is sandwiched between two electrode substrates, two polarizing elements disposed on both sides of the liquid crystal cell, and the liquid crystal cell and each polarizing element In a liquid crystal display element in which at least one film-like optical anisotropic element is disposed between the optical anisotropic elements, the optical anisotropic element has no direction in which the retardation value becomes zero, and the absolute value of the retardation value is minimized. The direction is neither a film normal direction nor a plane direction, and the direction in which the absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element is minimum is orthogonally projected onto the liquid crystal cell substrate, and is close to the optical anisotropic element An angle formed by the rubbing direction of the liquid crystal cell substrate is 135 ° to 225 °.

The two polarizing elements are orthogonal to each other, and one polarizing element and a rubbing direction of a liquid crystal cell substrate closer to the polarizing element are parallel or orthogonal to each other. Liquid crystal display element.

The liquid crystal display element according to claim 2, wherein an angle formed between a direction in which an absolute value of the retardation value of the optical anisotropic element is minimum and a normal direction is 5 ° to 85 °.