JP4015840B2 - 液晶素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子に関し、特に、映像や文字情報を表示する液晶表示素子や光スイッチング素子等の光を制御する素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶素子は、ワードプロセッサやコンピュータ等のモニタ、投写型テレビや携帯用小型テレビの表示パネル、あるいは光スイッチング素子等の光を制御する素子として幅広く利用されている。このような液晶素子の代表例としては、ツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶や、垂直配向（ＶＡ）液晶を用いた液晶素子等が挙げられる。
【０００３】
一方、最近では、米国特許公報第４５６６７５８号に開示されたパイセル（Ｐｉセルまたはπセル）が、広視野角であるとともに液晶の応答速度が２ｍｓｅｃ程度と高速であるため、動画表示用のディスプレイとして注目されており、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）液晶モードと呼ばれ研究開発が盛んに行われている。
【０００４】
図９はこのようなＯＣＢ液晶モードの液晶素子の構成を示す断面図であり、（ａ）は液晶素子に低電圧が印加されて白表示となった状態を示す図、（ｂ）は液晶素子に高電圧が印加されて黒表示となった状態を示図である。
【０００５】
図９において、この液晶素子は、互いに対向する入射側基板３０３と出射側基板３０９との間にＯＣＢ液晶からなる液晶層３０６が挟持されている。入射側基板３０３の内面には電極３０４および配向膜３０５がこの順で積層されており、出射側基板３０９の内面には電極３０８および配向膜３０７がこの順で積層されている。これらの基板３０３，３０９の外面には、光学補償フィルム３０２，３１０および偏光板３０１，３１１がこの順でそれぞれ配設されている。
【０００６】
このＯＣＢ液晶モードの液晶素子では、図９（ａ）に示すように、両基板３０４，３０８間に低電圧が印加された状態において液晶層３０６の中央付近の液晶分子が比較的湾曲した状態でベンド配向する。ここでは、このように液晶が比較的湾曲した状態で白表示となる（ノーマリーホワイトモード）。一方、両基板３０４，３０８間に高電圧を印加することにより、図９（ｂ）に示すように中央付近の液晶分子が基板３０３，３０９に対して垂直方向に配向した状態となり黒表示となる。
【０００７】
このようなＯＣＢ液晶モードの液晶素子において正面コントラストを向上させるためには、黒表示時における液晶素子の透過光量を極力少なくして光漏れを抑制する必要がある。なお、液晶素子のコントラストは、一般的に、白表示時の透過率（透過光量）を黒表示時の透過率（透過光量）で割った値で示され、黒表示時の透過率（透過光量）が小さい、すなわち黒表示時における光漏れが少ないほど、コントラストが大きくなるので好ましい。
【０００８】
このようなＯＣＢ液晶モードの液晶素子において、黒表示時における光漏れを抑制する方法としては、前述のように入射光側および出射光側の基板３０３，３０９にそれぞれ光学補償フィルム３０２，３１０を挿入して光を補償する方法が一般的である。
【０００９】
例えば、図９に示すような単純な構造を有する表示パネル、すなわち、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）やカラーフィルタ等を備えていない簡単な構造を有するＯＣＢ液晶モードの単純表示パネルを用いて正面コントラストを測定すると、５００〜８００の高い正面コントラストが得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、実際にモニタやテレビ用表示パネルに用いられている構造を有する表示パネル、すなわちＴＦＴやカラーフィルタ等を備えた構造を有するＯＣＢ液晶モードの表示パネルを用いて正面コントラストを測定すると、１００〜２００と非常に低い値しか得られない。このような正面コントラスト低下の要因の１つには、斜めから入射した光によって生じる正面コントラストの低下が挙げられる。
【００１１】
以下、図１０を参照しながら、カラーフィルタオンアレイ構造を有するＯＣＢ液晶モードの液晶素子における正面コントラスト低下の発生機構について説明する。なお、カラーフィルタオンアレイ構造とは、ＴＦＴが設けられたアレイ基板にカラーフィルタが設けられた構造である。
【００１２】
図１０の液晶素子は、ＴＦＴ（図示せず）が設けられ光の入射側にあたるアレイ基板４０７と光の出射側の対向基板４０１とが対向配置され、両基板４０１，４０７間にＯＣＢ液晶からなる液晶層４２０が挟持されてなる。対向基板４０１の内面には、電極４０２および配向膜４０３がこの順で積層されている。一方、ＴＦＴが設けられたアレイ基板４０７の内面にはソース線４１２が設けられ、ソース線４１２が形成されたアレイ基板４０７の表面を覆うようにカラーフィルタ４０６が設けられている。このカラーフィルタ４０６上にはさらに電極４０５および配向膜４０４がこの順で設けられている。対向基板４０１およびアレイ基板４０７の外面には、それぞれ光学補償フィルム４１１，４０８および偏光板４１０，４０９がこの順で配設されている。
【００１３】
なお、この場合の液晶層４２０は、電極４０２，４０５間に高電圧が印加されて液晶層４２０の中央付近の液晶分子が基板４０１，４０７に対して垂直方向に配向した状態であり、この状態で液晶素子は黒表示となる。
【００１４】
図１０において、液晶素子に斜めに入射した光（以下、入射光という）４１３は、偏光板４０９、光学補償フィルム４０８およびアレイ基板４０７を斜めに通過してカラーフィルタ４０６に達する。このカラーフィルタ４０６において、入射光４１３は様々な方向に散乱される。ここでは、様々な方向に散乱される光のうち、入射方向と同一の斜め方向に進む光（以下、斜め通過光という）４１５と、両基板４０１，４０７の法線方向に進み液晶素子の正面を垂直に抜けてくる光（以下、正面通過光という）４１４とについて考える。
【００１５】
斜め通過光４１５はカラーフィルタ４０６を斜めに通過し、さらに電極４０５、配向膜４０４、液晶層４２０、配向膜４０３、電極４０２、基板４０１、光学補償フィルム４１１および偏光板４１０中を斜めに通過してそのまま斜めに外部に出射しようとする。
【００１６】
ここで、この液晶素子においては、このように斜めに抜けてくる斜め通過光４１５を補償するために、このような光に対して、光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０におけるリタデーション（位相差）の合計値がほぼ０になるように光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０のリタデーションの値が設定されており、また、このようにリタデーションが０になる時に液晶素子が黒表示となるように偏光板４１０，４０９の偏向軸が設定されている。このため、液晶素子の外部に斜め通過光４１５が出射するのを抑制することが可能となり、ほとんど光が漏れない。
【００１７】
一方、カラーフィルタ４０６による散乱により液晶層４２０の法線方向に進むようになった正面通過光４１４は、カラーフィルタ４０６、電極４０５、配向膜４０４、液晶層４２０、配向膜４０３、電極４０２、基板４０１、光学補償フィルム４１１および偏光板４１０中を垂直に通過して液晶素子の正面を垂直に抜けてくる。
【００１８】
ところで、このようなＯＣＢモードの液晶素子においては、液晶素子のアレイ基板４０７側の偏光板４０９の主面から素子に垂直に入射し素子中を垂直に通過して外部に出射する光を補償するために、このような光に対して光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０におけるリタデーションの合計値がほぼ０になるように光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０のリタデーションの値が設定され、前述のようにその場合に黒表示となるように偏光板４１０，４０９の偏向軸が設定されている。このため、このように素子に垂直に入射しかつ素子中を垂直に進む光は液晶素子外部へ出射されない。
【００１９】
一方、カラーフィルタ４０６により散乱されて液晶素子を垂直に抜けてくる正面通過光４１４は、液晶素子に垂直に入射し素子中を垂直に通過して外部に出射する光（以下、垂直通過光という）と比べて、カラーフィルタ４０６に達するまでに素子中を斜めに進んでくる点で異なった経路をたどる。この斜めに進む経路において正面通過光４１４は光学補償フィルム４０８を通過する。
【００２０】
ここで、光学補償フィルム４０８では、このフィルム４０８を斜めに通過する正面通過光４１４に対してと垂直に通過する垂直通過光に対してとでリタデーションの値が異なっており、よって、光学補償フィルム４０８を光が斜めに通過する場合と垂直に通過する場合とでは光のリタデーションの値に差が生じる。このため、垂直通過光と正面通過光４１４とでは、光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０におけるリタデーションの合計値が光学補償フィルム４０８の分だけずれて異なった値となり、よって、正面通過光４１４のリタデーションは０からはずれる。このため、正面通過光４１４を補償することができず、その結果、正面通過光４１４が外部に出射するのを抑制することができずに光漏れが発生する。それにより、液晶素子において正面コントラストが低下する。
【００２１】
上記のような黒表示の際の光漏れに起因するコントラストの低下は、素子の正面から漏れる光を光学補償フィルムで補償する必要がほとんどないＴＮ液晶モードやＶＡ液晶モードの素子に比べて、ＯＣＢ液晶モードの液晶素子において特に顕著である。
【００２２】
本発明は、ＯＣＢ液晶モード素子における低コントラストの問題を解決するためになされたもので、ＯＣＢ液晶モードの特徴である高速応答および広視野角に加えて正面コントラストの向上が実現された液晶素子を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶素子は、互いに対向する第１、第２の基板間にベンド配向可能な液晶層が挟持され、前記第１の基板の主面にカラーフィルタが配設され、前記第１の基板の外側に第１の偏光板が配置され、前記第２の基板の外側に第２の偏光板が配置され、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間および前記第２の基板と前記第２の偏光板との間の少なくともいずれかに少なくとも前記液晶層の法線方向におけるリタデーションを補償するための光学補償フィルムが配設された液晶素子であって、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間における前記液晶層の法線方向のリタデーションと少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間における前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差より小さいものである（請求項１）。
【００２４】
かかる構成においては、液晶素子の斜めから入射した光がカラーフィルタにおいて散乱されて光の進行方向が変化し光が素子中を第１および第２の基板の法線方向に通過して素子の正面を垂直に抜けてくるようになっても、この光漏れを低減することが可能となる。このように、本発明に係る液晶素子においては、光漏れを低減することが可能となり、よって、正面コントラストの向上を実現することが可能となる。
【００２５】
前記光学補償フィルムが、さらに視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償するためのものであってもよい（請求項２）。かかる構成とすると、液晶素子において視野角補償することが可能となり、良好な視野角特性を実現することが可能となる。
【００２６】
前記光学補償フィルムが、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間にのみ配設されても良い（請求項３）。かかる構成においては、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に光学補償フィルムが配設されていないため、ここではリタデーションが生じない。よって、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間における前記液晶層の法線方向のリタデーションと少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間における前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差よりも小さくなる。
【００２７】
前記光学補償フィルムが第１、第２の光学補償フィルムで構成され、前記第１の光学補償フィルムが前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に配設され、前記第２の光学補償フィルムが前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に配設され、前記第１の光学補償フィルムにおける前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の光学補償フィルムにおける前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差より小さくてもよい（請求項４）。
【００２８】
前記光学補償フィルムが、さらに視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償するためのものであり、前記第１の光学補償フィルムが視野角特性における前記液晶素子の一部のリタデーションを補償する部分を有し、前記第２の光学補償フィルムが、視野角特性における前記液晶素子の残部のリタデーションを補償する部分と、前記液晶層全体の法線方向におけるリタデーションを補償する部分とを有していてもよい（請求項５）。
【００２９】
前記視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償する部分がディスコティック液晶層で構成され、前記液晶層の法線方向におけるリタデーションを補償する部分が２軸の位相差フィルムで構成されてもよい（請求項６）。
【００３０】
かかる構成においては、２軸位相差フィルムの膜厚や構成材料を適宜選択することにより、このフィルムにおける位相差を所望の値に設定することが可能となる。
【００３１】
前記少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向が、前記法線を含む任意の平面内において前記法線に対し所定角度をなす方向であってもよい（請求項７）。
【００３２】
前記第１または第２の基板のいずれかにこれをアクティブマトリクス基板として機能させるための薄膜トランジスタが設けられ、前記薄膜トランジスタが設けられた基板の側から表示用の光が入射するよう構成されてもよい（請求項８）。
【００３３】
かかる構成とすると、高い正面コントラストが実現されたアクティブマトリクス方式の液晶素子が得られる。この液晶素子においては、液晶素子の斜めから入射した光が薄膜トランジスタにおいて散乱されて光の進行方向が変化した場合においても、上記のカラーフィルタにおいて光が散乱された場合と同様に、散乱された光を補償することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。
【００３５】
図１において、液晶素子は、所定の間隔で対向するように配置された対向基板１０８とＴＦＴ基板１１４との間に液晶層１２０が挟持され、対向基板１０８の外面には偏光板１３３が配置されるとともに、ＴＦＴ基板１１４の外面には光学補償フィルム１３４および偏光板１３２がこの順で配置されている。つまり、光学補償フィルムは対向基板１０８側のみに設けられ、ＴＦＴ基板１１４側には設けられていない。
【００３６】
対向基板１０８はガラス基板１０１を有し、ガラス基板１０１の内面には、ブラックマトリックス１０２が形成されるとともに、このブラックマトリックス１０２が形成されたガラス基板１０１の表面を覆うようにカラーフィルタ１０３が形成されている。このカラーフィルタ１０３上には、オーバーコート層１０４、透明電極１０６および配向膜１０７がこの順に形成されている。
【００３７】
一方、ＴＦＴ基板１１４は、内面にスイッチング素子としてのＴＦＴ（図示せず）、ソース線１１５およびゲート線（図示せず）が形成されたガラス基板１１０を有し、それらが形成されたガラス基板１１０の表面上に絶縁層１１８、透明電極１１２および配向膜１１３がこの順に形成されている。このように、本実施の形態の液晶素子は、スイッチング素子としてＴＦＴを有するアクティブマトリクス方式の素子である。
【００３８】
対向基板１０８とＴＦＴ基板１１４との間に挟持された液晶層１２０の液晶分子は、液晶素子に低電圧を印加した際にベンド配向を示すネマティック液晶分子である。すなわち、本実施の形態の液晶素子はＯＣＢ液晶モードの素子であり、液晶素子に低電圧が印加されて液晶分子が比較的湾曲したベンド配向を示した状態が白表示、また、図１のように液晶素子に高電圧が印加されて液晶層１２０の中央付近の液晶分子が対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４に対して垂直に配向した状態が黒表示となるノーマリーホワイトモードの素子である。なお、黒表示の場合、液晶層１２０の中央付近ではほとんどの液晶分子が対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４に対して垂直方向を向くが、対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４と液晶層１２０との界面の液晶分子は界面の規制力により基板１０８，１１４の主面に対してほぼ平行もしくは数度から３０度程度傾いた状態を示す。
【００３９】
光学補償フィルム１３４は、ガラス基板１１０側から順に、ディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂが順に積層された多層構造を有する。２軸位相差フィルム１３４ｂは、正面方向における液晶層１２０及びディスコチック液晶層１３４ａのリタデーションを相殺するように設定されている。以下、このような正面方向におけるリタデーションの設定を基本的なリタデーション設定と呼ぶ。また、ディスコチック液晶層１３４ａのリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０全体及びディスコチック液晶層１３４ａのリタデーションを補償するよう設定されている。以下、このような視野角特性におけるリタデーションの設定を視野角補償用のリタデーション設定と呼ぶ。ここで、本実施の形態ではノーマリホワイトモードであるので、これらの設定は黒表示となる所定の高電圧が印加されたときの液晶層１２０の配向状態を基準に設定される。また、ノーマリブラックモードの場合にも、これらの設定は黒表示時を基準に設定されるため、電圧無印加もしくは低電圧が印加された時の液晶層１２０の配向状態を基準に設定される。このことは、以下の実施の形態においても、特に断らないが、同様である。そして、一対の偏光板１３２，１３３の偏光軸は、偏光板１３２から入射した光の偏光板１３３におけるリタデーションが丁度０である場合に、両者間における光の透過率がほぼ０になるように設定されている。なお、ディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂのリタデーションは、一般に、厚さまたは構成材料を適宜選択することにより、所望の値に設定することが可能である。
【００４０】
次に、以上のように構成された液晶素子の動作を説明する。
【００４１】
図１において、透明電極１１２と透明電極１０６との間に黒表示電圧が印加されると、液晶層１２０は、図１に示すような中央付近の液晶分子が対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４に対して垂直方向を向いた状態になる。
【００４２】
この状態で、光が液晶素子にＴＦＴ基板１１４側から斜めに入射すると、その入射光１４１は、偏光板１３２、光学補償フィルム１３４、ガラス基板１１０、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、オーバーコート層１０４を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達する。そして、カラーフィルタ１０３により入射光１４１は様々な方向に散乱される。この様々な方向に散乱された光のうち、入射方向と同一の斜め方向に進む光（以下、斜め直進光という）１４３と、液晶層１２０の法線方向（つまりガラス基板１０１，１１０の法線方向：以下、正面方向という）に進んで液晶素子の正面を垂直に抜けてくる光（以下、正面散乱光という）１４２とに着目する。
【００４３】
そうすると、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３及びガラス基板１０１を斜めに通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、この斜め直進光１４３は、液晶素子に斜めに入射しそのまま素子中を斜めに進行するので、その過程で、液晶層１２０及び２軸位相差フィルム１３４ｂによって生じるリタデーションがディスコチック液晶層１３４ａによって生じるリタデーションによってほぼ相殺されて、そのリタデーションがほぼ０になる。よって、この斜め直進光１４３は偏光板１３３からほとんど出射されず、その光漏れが防止される。
【００４４】
一方、カラーフィルタ１０３により正面方向に散乱された正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３及びガラス基板１０１を垂直に通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。この場合、正面散乱光１４２は、斜め直進光１４３とは異なる経路をたどるが、ガラス基板１０１側には光学補償フィルムが設けられていないため、正面散乱光１４２のリタデーションは光学補償フィルム１３４および液晶層１２０のリタデーションの合計値で決まる。したがって、光学補償フィルム１３４および液晶層１２０中を同一経路で通過してきた斜め直進光１４３と正面散乱光１４２との間にはリタデーションの差はなく、よって、正面散乱光１４２のリタデーションは斜め直進光１４３のリタデーションと同じくほぼ０になる。このため、カラーフィルタ１０３により散乱されて進行方向が変化した正面散乱光１４２も、前述の斜め直進光１４３と同様に補償される。したがって、正面散乱光１４２は外部ほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００４５】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有する基板１０８側には光学補償フィルムを設けないので、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを防止することができる。このため、このような液晶素子においては、従来のＯＣＢ液晶モードの特徴である高速応答および広視野角が実現されるだけでなく、従来においては困難であった高い正面コントラストを実現することが可能となる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、図２において、図１と同一の符号は同一または相当する部分を示している。
【００４６】
本実施の形態における液晶素子では、対向基板１０８側のガラス基板１０１と偏光板１３３との間に光学補償フィルム１３５がさらに設けられている。この光学補償フィルム１３５は、正面方向および液晶層１２０の法線に斜めの方向（以下、斜め方向という）におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。そして、この２つの補償フィルム１３４，１３５について、実施の形態１で述べた基本的なリタデーション設定及び視野角補償用のリタデーション設定がなされている。これ以外の点は実施の形態１の液晶素子と同様である。
【００４７】
次に、このように構成された液晶素子の動作を説明する。この液晶素子では、黒表示時において、ＴＦＴ基板１１４側から斜めに光が入射すると、この入射光１４１は、偏光板１３２、光学補償フィルム１３４、ガラス基板１１０、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、オーバーコート層１０４を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達する。そして、カラーフィルタ１０３により入射光１４１は様々な方向に散乱される。
【００４８】
この散乱された光のうち、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３、ガラス基板１０１、および光学補償フィルム１３５を斜めに通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、実施の形態１で述べたように、この斜め直進光１４３のリタデーションは、その経路に存在する液晶層１２０および光学補償フィルム１３４，１３５によって生じるリタデーションが互いに相殺されてほぼ０となり、そのため、斜め直進光１４３は偏光板１３３から外部にほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００４９】
一方、前記散乱された光のうち、正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３、ガラス基板１０１、および光学補償フィルム１３５を垂直に通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。したがって、光学補償フィルム１３５を垂直に通過する正面散乱光１４２のリタデーションは、光学補償フィルム１３５を斜めに通過する斜め直進光１４３のリタデーションとは異なる値となり差が生じる。しかしながら、本実施の形態では、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されている。そのため、従来例のように、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションと同じに設定されている場合に比べて、斜め直進光１４３のリタデーションに対する正面散乱光１４２のリタデーションの差が小さくなり、その分、光漏れが低減される。
【００５０】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有する対向基板１０８側の光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、他方のＴＦＴ基板１１４側の光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されているので、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを、低減することができる。
【００５１】
次に、光学補償フィルム１３５の変形例を説明する。上記構成例では、正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さくなるようにしたが、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の角度、例えば前記法線方向から３０度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合においても上記と同様の効果が得られる。
【００５２】
また、正面方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合において、斜め方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも大きくてもよく、また、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の所定角度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合においては、前記法線方向から一定の角度傾いた方向以外の方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも大きくてもよい。これらの場合においては、上記と同様の効果が得られる。
【００５３】
また、前記法線方向からの傾きが０度から９０度までの全ての範囲を含む方向であり、この全ての方向におけるリタデーションの全ての平均値が光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合においては、より効果的に光漏れを防止して正面コントラストを向上させることができるのでさらに好ましい。
【００５４】
続いて、本実施の形態の実施例について説明する。
［実施例１］
図３は本実施の形態の実施例１による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００５５】
図３に示すように、本実施例では、光学補償フィルム１３５は、ディスコチック液晶層で構成される。このディスコチック液晶層１３５のリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０の対向基板１０８側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、光学補償フィルム１３４は、ディスコチック液晶層１３４ａと２軸位相差フィルム１３４ｂとで構成されている。そして、ディスコチック液晶層１３４ｂのリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０のＴＦＴ基板１１４側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２軸位相差フィルム１３４ｂは、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。
【００５６】
このような構成とすると、対向基板１０８側の光学補償フィルム１３５のリタデーションがＴＦＴ基板１１４側の光学補償フィルム１３４のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。そして、実施の形態１と較べると、視野角特性を補償するためのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａが、液晶層１２０の各々の補償対象となる部分に近い位置に配置されているので、その分、視野角特性が向上する。
［実施例２］
図４は本実施の形態の実施例２による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００５７】
図４に示すように、本実施例では、２つの基板１０８，１１４のいずれの側の光学補償フィルム１３５，１３４も、それぞれ、ガラス基板１０１，１１０側から順にディスコチック液晶層１３５ａ，１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂ，１３４ｂが積層された２層構造を有している。そして、２つのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａのリタデーションが、視野角特性における液晶層１２０全体のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２つの２軸位相差フィルム１３４ｂ，１３５ｂが、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。そして、対向基板１０８側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、それぞれ、ＴＦＴ基板１１４側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。具体的には、対向基板１０８側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の厚さが、それぞれ、ＴＦＴ基板１１４側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の厚さよりも薄いものとなっている。
【００５８】
このような構成としても、対向基板１０８側の光学補償フィルム１３５のリタデーションがＴＦＴ基板１１４側の光学補償フィルム１３４のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。図５において図１と同一符号は同一又は相当する部分を示している。
【００５９】
図５に示すように、本実施の形態の液晶素子は、ＴＦＴ基板２１７側にカラーフィルタ１０３が形成されたカラーフィルタオンアレイ構造を有し、これに伴って以下のように実施の形態１の液晶素子と異なる点を有している。これ以外の点は実施の形態１の液晶素子と同様である。
【００６０】
すなわち、本実施の形態の液晶素子では、ＴＦＴ基板２１７が、ガラス基板１１０の内面に、ブラックマトリクス１０２、このブラックマトリクス１０２を覆うカラーフィルタ１０３、ＴＦＴ（図示せず）、ソース線およびゲート線（図示せず）、これらを覆う絶縁層１１８、透明電極１１２、並びに配向膜１１３が順に積層されて構成されている。また、対向基板２１６は、ガラス基板１０１の内面に、透明電極１０２および配向膜１０７がこの順に積層されて構成されている。そして、対向基板２１６側に、実施の形態１の光学補償フィルム１３４に相当する光学補償フィルタ１３５が配置され、ＴＦＴ基板２１７側には光学補償フィルタは配置されていない。つまり、光学補償フィルタ１３５について、実施の形態１で述べた基本的なリタデーション設定及び視野角補償用のリタデーション設定がなされている。
【００６１】
次に、以上のように構成された液晶素子の動作を説明する。黒表示状態において、液晶素子にＴＦＴ基板１１４側から斜めに光が入射すると、その入射光１４１は、偏光板１３２およびガラス基板１１０を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達し、そこで、カラーフィルタ１０３によって様々な方向に散乱される。
【００６２】
この散乱された光のうち、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１および光学補償フィルム１３５を斜めに通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、実施の形態１で述べたように、この斜め直進光１４３は、そのリタデーションがほぼ０であるので、偏光板１３３から外部にはほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００６３】
一方、前記散乱された光のうち、正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１および光学補償フィルム１３５を垂直に通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。ここで、このような正面散乱光１４２は、素子に斜めに入射してからカラーフィルタ１０３に達するまで素子中を斜めに通過するため、素子に垂直に入射しそのまま素子中を垂直に通過する光、すなわち基本的なリタデーション設定がなされた光（以下、垂直通過光という）とは異なった経路をたどる。しかしながら、本実施の形態ではＴＦＴ基板２１７側に光学補償フィルムフィルムが設けられていないため、カラーフィルタ１０３に達するまでに入射光１４１が素子中を斜めに進む経路においてはリタデーションを生じない。したがって、正面散乱光１４２におけるリタデーションは、前述の垂直通過光のリタデーションと等しく、すなわち、前述のようにほぼ０となる。つまり、正面散乱光１４２は、垂直通過光と同様に補償され、偏光板１３３から外部には出射されず、光漏れが防止される。
【００６４】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有するＴＦＴ基板２１７側には光学補償フィルムを設けないので、カラーフィルタオンアレイ構造の液晶素子において、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを防止することができる。
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、図６において、図１と同一の符号は同一または相当する部分を示している。
【００６５】
本実施の形態における液晶素子では、ＴＦＴ基板２１７側のガラス基板１１０と偏光板１３２との間に光学補償フィルム１３４がさらに設けられている。この光学補償フィルム１３４は、斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。そして、この２つの補償フィルム１３４，１３５について、実施の形態１で述べた基本的なリタデーション設定及び視野角補償用のリタデーション設定がなされている。これ以外の点は実施の形態３の液晶素子と同様である。
【００６６】
次に、このように構成された液晶素子の動作を説明する。この液晶素子では、黒表示時において、ＴＦＴ基板２１７側から斜めに光が入射すると、この入射光１４１は、偏光板１３２、光学補償フィルム１３４およびガラス基板１１０を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達する。そして、カラーフィルタ１０３により入射光１４１は様々な方向に散乱される。
【００６７】
この散乱された光のうち、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１、および光学補償フィルム１３５を斜めに通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、この斜め直進光１４３のリタデーションは、その経路に存在する液晶層１２０および光学補償フィルム１３４，１３５によって生じるリタデーションが互いに相殺されてほぼ０となり、そのため、斜め直進光１４３は偏光板１３３から外部にほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００６８】
一方、前記散乱された光のうち、正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１および光学補償フィルム１３５を垂直に通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。したがって、光学補償フィルム１３４を斜めに通過する正面散乱光１４２は、前述の垂直通過光とはリタデーションが異なる値となり差が生じる。しかしながら、本実施の形態では、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されている。そのため、従来例のように、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションと同じに設定されている場合に比べて、垂直通過光のリタデーションに対する正面散乱光１４２のリタデーションの差が小さくなり、その分、光漏れが低減される。
【００６９】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有するＴＦＴ基板２１７側の光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、他方の対向基板２１６側の光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されているので、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを、低減することができる。
【００７０】
次に、光学補償フィルム１３４の変形例を説明する。上記構成例では、正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さくなるようにしたが、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の角度、例えば前記法線方向から３０度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合においても上記と同様の効果が得られる。
【００７１】
また、正面方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合において、斜め方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも大きくてもよく、また、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の所定角度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合においては、前記法線方向から一定の角度傾いた方向以外の方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも大きくてもよい。これらの場合においては、上記と同様の効果が得られる。
【００７２】
また、前記法線方向からの傾きが０度から９０度までの全ての範囲を含む方向であり、この全ての方向におけるリタデーションの全ての平均値が光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合においては、より効果的に光漏れを防止して正面コントラストを向上させることができるのでさらに好ましい。
【００７３】
続いて、本実施の形態の実施例について説明する。
［実施例１］
図７は本実施の形態の実施例１による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００７４】
図７に示すように、本実施例では、光学補償フィルム１３４は、ディスコチック液晶層で構成される。このディスコチック液晶層１３４のリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０の対向基板２１６側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、光学補償フィルム１３５は、ディスコチック液晶層１３５ａと２軸位相差フィルム１３５ｂとで構成されている。そして、ディスコチック液晶層１３５ａのリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０のＴＦＴ基板２１７側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２軸位相差フィルム１３５ｂは、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。
【００７５】
このような構成とすると、対向基板２１６側の光学補償フィルム１３４のリタデーションがＴＦＴ基板２１７側の光学補償フィルム１３５のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。そして、実施の形態３と較べると、視野角特性を補償するためのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａが、液晶層１２０の各々の補償対象となる部分に近い位置に配置されているので、その分、視野角特性が向上する。
［実施例２］
図８は本実施の形態の実施例２による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００７６】
図８に示すように、本実施例では、２つの基板２１６，２１７のいずれの側の光学補償フィルム１３５，１３４も、それぞれ、ガラス基板１０１，１１０側から順にディスコチック液晶層１３５ａ，１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂ，１３４ｂが積層された２層構造を有している。そして、２つのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａのリタデーションが、視野角特性における液晶層１２０全体のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２つの２軸位相差フィルム１３４ｂ，１３５ｂが、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。そして、ＴＦＴ基板２１７側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、それぞれ、対向基板２１６側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。具体的には、ＴＦＴ基板２１７側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の厚さが、それぞれ、対向基板２１６側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の厚さよりも薄いものとなっている。
【００７７】
このような構成としても、ＴＦＴ基板２１７側の光学補償フィルム１３４のリタデーションが対向基板２１６側の光学補償フィルム１３５のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。
【００７８】
上記の実施の形態１〜４においては、液晶素子がＴＦＴ基板を備えたアクティブマトリクス方式である場合について説明したが、本発明をパッシブマトリクス方式の液晶素子に適用することも可能である。なお、本発明をアクティブマトリクス方式の液晶素子に適用すると、液晶素子に斜めに入射した光がＴＦＴにより散乱されて光の進行方向が変化した場合においても上記と同様に光を補償することが可能である。
【００７９】
また、上記の実施の形態１〜４においては、液晶素子がベンド配向したネマティック液晶から構成されるＯＣＢ液晶モードの素子である場合について説明したが、本発明に係る液晶素子はＯＣＢ液晶モードの素子に限定されるものではなく、ベンド配向したネマティック液晶から構成されるＯＣＢ液晶モード以外の素子であってもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、ＯＣＢ液晶モードの特徴である高速応答および広視野角に加えて正面コントラストの向上が実現された液晶素子を提供することが可能であるという効果を奏する。このような液晶素子が実現されることにより、例えば、高品位の液晶モニター、液晶テレビ、携帯用表示素子、車搭載用表示素子、高信頼性のスイッチング素子を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の実施例１に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の実施例２に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の実施例１に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の実施例２に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図９】ＯＣＢ液晶モードの液晶素子を説明するための模式的な素子の断面図である。
【図１０】図９の液晶素子における正面コントラストの低下の発生を説明するための模式的な素子の断面図である。
【符号の説明】
１０１，１１０，２０１，２０７ ガラス基板
１０２ ブラックマトリックス
１０３，２０６ カラーフィルタ
１０４ オーバーコート層
１０６，１１２，２０２，２０５ 透明電極
１０７，１１３，２０３，２０４ 配向膜
１０８ 対向基板
１１４ ＴＦＴ基板
１２０，２２０ 液晶層
１３２，１３３，２０９，２１０ 偏光板
１３４，１３５，２０８，２１１ 光学補償フィルム
１３４ａ，１３５ａ，２０８ａ，２１１ａ ディスコチック液晶層
１３４ｂ，１３５ｂ，２０８ｂ，２１１ｂ ２軸位相差フィルム
１４１，１４２，１４３，２１３，２１４，２１５ 光
２１２ ソース電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子に関し、特に、映像や文字情報を表示する液晶表示素子や光スイッチング素子等の光を制御する素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶素子は、ワードプロセッサやコンピュータ等のモニタ、投写型テレビや携帯用小型テレビの表示パネル、あるいは光スイッチング素子等の光を制御する素子として幅広く利用されている。このような液晶素子の代表例としては、ツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶や、垂直配向（ＶＡ）液晶を用いた液晶素子等が挙げられる。
【０００３】
一方、最近では、米国特許公報第４５６６７５８号に開示されたパイセル（Ｐｉセルまたはπセル）が、広視野角であるとともに液晶の応答速度が２ｍｓｅｃ程度と高速であるため、動画表示用のディスプレイとして注目されており、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）液晶モードと呼ばれ研究開発が盛んに行われている。
【０００４】
図９はこのようなＯＣＢ液晶モードの液晶素子の構成を示す断面図であり、（ａ）は液晶素子に低電圧が印加されて白表示となった状態を示す図、（ｂ）は液晶素子に高電圧が印加されて黒表示となった状態を示図である。
【０００５】
図９において、この液晶素子は、互いに対向する入射側基板３０３と出射側基板３０９との間にＯＣＢ液晶からなる液晶層３０６が挟持されている。入射側基板３０３の内面には電極３０４および配向膜３０５がこの順で積層されており、出射側基板３０９の内面には電極３０８および配向膜３０７がこの順で積層されている。これらの基板３０３，３０９の外面には、光学補償フィルム３０２，３１０および偏光板３０１，３１１がこの順でそれぞれ配設されている。
【０００６】
このＯＣＢ液晶モードの液晶素子では、図９（ａ）に示すように、両基板３０４，３０８間に低電圧が印加された状態において液晶層３０６の中央付近の液晶分子が比較的湾曲した状態でベンド配向する。ここでは、このように液晶が比較的湾曲した状態で白表示となる（ノーマリーホワイトモード）。一方、両基板３０４，３０８間に高電圧を印加することにより、図９（ｂ）に示すように中央付近の液晶分子が基板３０３，３０９に対して垂直方向に配向した状態となり黒表示となる。
【０００７】
このようなＯＣＢ液晶モードの液晶素子において正面コントラストを向上させるためには、黒表示時における液晶素子の透過光量を極力少なくして光漏れを抑制する必要がある。なお、液晶素子のコントラストは、一般的に、白表示時の透過率（透過光量）を黒表示時の透過率（透過光量）で割った値で示され、黒表示時の透過率（透過光量）が小さい、すなわち黒表示時における光漏れが少ないほど、コントラストが大きくなるので好ましい。
【０００８】
このようなＯＣＢ液晶モードの液晶素子において、黒表示時における光漏れを抑制する方法としては、前述のように入射光側および出射光側の基板３０３，３０９にそれぞれ光学補償フィルム３０２，３１０を挿入して光を補償する方法が一般的である。
【０００９】
例えば、図９に示すような単純な構造を有する表示パネル、すなわち、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）やカラーフィルタ等を備えていない簡単な構造を有するＯＣＢ液晶モードの単純表示パネルを用いて正面コントラストを測定すると、５００〜８００の高い正面コントラストが得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、実際にモニタやテレビ用表示パネルに用いられている構造を有する表示パネル、すなわちＴＦＴやカラーフィルタ等を備えた構造を有するＯＣＢ液晶モードの表示パネルを用いて正面コントラストを測定すると、１００〜２００と非常に低い値しか得られない。このような正面コントラスト低下の要因の１つには、斜めから入射した光によって生じる正面コントラストの低下が挙げられる。
【００１１】
以下、図１０を参照しながら、カラーフィルタオンアレイ構造を有するＯＣＢ液晶モードの液晶素子における正面コントラスト低下の発生機構について説明する。なお、カラーフィルタオンアレイ構造とは、ＴＦＴが設けられたアレイ基板にカラーフィルタが設けられた構造である。
【００１２】
図１０の液晶素子は、ＴＦＴ（図示せず）が設けられ光の入射側にあたるアレイ基板４０７と光の出射側の対向基板４０１とが対向配置され、両基板４０１，４０７間にＯＣＢ液晶からなる液晶層４２０が挟持されてなる。対向基板４０１の内面には、電極４０２および配向膜４０３がこの順で積層されている。一方、ＴＦＴが設けられたアレイ基板４０７の内面にはソース線４１２が設けられ、ソース線４１２が形成されたアレイ基板４０７の表面を覆うようにカラーフィルタ４０６が設けられている。このカラーフィルタ４０６上にはさらに電極４０５および配向膜４０４がこの順で設けられている。対向基板４０１およびアレイ基板４０７の外面には、それぞれ光学補償フィルム４１１，４０８および偏光板４１０，４０９がこの順で配設されている。
【００１３】
なお、この場合の液晶層４２０は、電極４０２，４０５間に高電圧が印加されて液晶層４２０の中央付近の液晶分子が基板４０１，４０７に対して垂直方向に配向した状態であり、この状態で液晶素子は黒表示となる。
【００１４】
図１０において、液晶素子に斜めに入射した光（以下、入射光という）４１３は、偏光板４０９、光学補償フィルム４０８およびアレイ基板４０７を斜めに通過してカラーフィルタ４０６に達する。このカラーフィルタ４０６において、入射光４１３は様々な方向に散乱される。ここでは、様々な方向に散乱される光のうち、入射方向と同一の斜め方向に進む光（以下、斜め通過光という）４１５と、両基板４０１，４０７の法線方向に進み液晶素子の正面を垂直に抜けてくる光（以下、正面通過光という）４１４とについて考える。
【００１５】
斜め通過光４１５はカラーフィルタ４０６を斜めに通過し、さらに電極４０５、配向膜４０４、液晶層４２０、配向膜４０３、電極４０２、基板４０１、光学補償フィルム４１１および偏光板４１０中を斜めに通過してそのまま斜めに外部に出射しようとする。
【００１６】
ここで、この液晶素子においては、このように斜めに抜けてくる斜め通過光４１５を補償するために、このような光に対して、光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０におけるリタデーション（位相差）の合計値がほぼ０になるように光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０のリタデーションの値が設定されており、また、このようにリタデーションが０になる時に液晶素子が黒表示となるように偏光板４１０，４０９の偏向軸が設定されている。このため、液晶素子の外部に斜め通過光４１５が出射するのを抑制することが可能となり、ほとんど光が漏れない。
【００１７】
一方、カラーフィルタ４０６による散乱により液晶層４２０の法線方向に進むようになった正面通過光４１４は、カラーフィルタ４０６、電極４０５、配向膜４０４、液晶層４２０、配向膜４０３、電極４０２、基板４０１、光学補償フィルム４１１および偏光板４１０中を垂直に通過して液晶素子の正面を垂直に抜けてくる。
【００１８】
ところで、このようなＯＣＢモードの液晶素子においては、液晶素子のアレイ基板４０７側の偏光板４０９の主面から素子に垂直に入射し素子中を垂直に通過して外部に出射する光を補償するために、このような光に対して光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０におけるリタデーションの合計値がほぼ０になるように光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０のリタデーションの値が設定され、前述のようにその場合に黒表示となるように偏光板４１０，４０９の偏向軸が設定されている。このため、このように素子に垂直に入射しかつ素子中を垂直に進む光は液晶素子外部へ出射されない。
【００１９】
一方、カラーフィルタ４０６により散乱されて液晶素子を垂直に抜けてくる正面通過光４１４は、液晶素子に垂直に入射し素子中を垂直に通過して外部に出射する光（以下、垂直通過光という）と比べて、カラーフィルタ４０６に達するまでに素子中を斜めに進んでくる点で異なった経路をたどる。この斜めに進む経路において正面通過光４１４は光学補償フィルム４０８を通過する。
【００２０】
ここで、光学補償フィルム４０８では、このフィルム４０８を斜めに通過する正面通過光４１４に対してと垂直に通過する垂直通過光に対してとでリタデーションの値が異なっており、よって、光学補償フィルム４０８を光が斜めに通過する場合と垂直に通過する場合とでは光のリタデーションの値に差が生じる。このため、垂直通過光と正面通過光４１４とでは、光学補償フィルム４０８，４１１および液晶層４２０におけるリタデーションの合計値が光学補償フィルム４０８の分だけずれて異なった値となり、よって、正面通過光４１４のリタデーションは０からはずれる。このため、正面通過光４１４を補償することができず、その結果、正面通過光４１４が外部に出射するのを抑制することができずに光漏れが発生する。それにより、液晶素子において正面コントラストが低下する。
【００２１】
上記のような黒表示の際の光漏れに起因するコントラストの低下は、素子の正面から漏れる光を光学補償フィルムで補償する必要がほとんどないＴＮ液晶モードやＶＡ液晶モードの素子に比べて、ＯＣＢ液晶モードの液晶素子において特に顕著である。
【００２２】
本発明は、ＯＣＢ液晶モード素子における低コントラストの問題を解決するためになされたもので、ＯＣＢ液晶モードの特徴である高速応答および広視野角に加えて正面コントラストの向上が実現された液晶素子を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶素子は、互いに対向する第１、第２の基板間にベンド配向可能な液晶層が挟持され、前記第１の基板の主面にカラーフィルタが配設され、前記第１の基板の外側に第１の偏光板が配置され、前記第２の基板の外側に第２の偏光板が配置され、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間および前記第２の基板と前記第２の偏光板との間の少なくともいずれかに少なくとも前記液晶層の法線方向におけるリタデーションを補償するための光学補償フィルムが配設された液晶素子であって、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間における前記液晶層の法線方向のリタデーションと少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間における前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差より小さいものである（請求項１）。
【００２４】
かかる構成においては、液晶素子の斜めから入射した光がカラーフィルタにおいて散乱されて光の進行方向が変化し光が素子中を第１および第２の基板の法線方向に通過して素子の正面を垂直に抜けてくるようになっても、この光漏れを低減することが可能となる。このように、本発明に係る液晶素子においては、光漏れを低減することが可能となり、よって、正面コントラストの向上を実現することが可能となる。
【００２５】
前記光学補償フィルムが、さらに視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償するためのものであってもよい（請求項２）。かかる構成とすると、液晶素子において視野角補償することが可能となり、良好な視野角特性を実現することが可能となる。
【００２６】
前記光学補償フィルムが、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間にのみ配設されても良い（請求項３）。かかる構成においては、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に光学補償フィルムが配設されていないため、ここではリタデーションが生じない。よって、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間における前記液晶層の法線方向のリタデーションと少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間における前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差よりも小さくなる。
【００２７】
前記光学補償フィルムが第１、第２の光学補償フィルムで構成され、前記第１の光学補償フィルムが前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に配設され、前記第２の光学補償フィルムが前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に配設され、前記第１の光学補償フィルムにおける前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の光学補償フィルムにおける前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差より小さくてもよい（請求項４）。
【００２８】
前記光学補償フィルムが、さらに視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償するためのものであり、前記第１の光学補償フィルムが視野角特性における前記液晶素子の一部のリタデーションを補償する部分を有し、前記第２の光学補償フィルムが、視野角特性における前記液晶素子の残部のリタデーションを補償する部分と、前記液晶層全体の法線方向におけるリタデーションを補償する部分とを有していてもよい（請求項５）。
【００２９】
前記視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償する部分がディスコティック液晶層で構成され、前記液晶層の法線方向におけるリタデーションを補償する部分が２軸の位相差フィルムで構成されてもよい（請求項６）。
【００３０】
かかる構成においては、２軸位相差フィルムの膜厚や構成材料を適宜選択することにより、このフィルムにおける位相差を所望の値に設定することが可能となる。
【００３１】
前記少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向が、前記法線を含む任意の平面内において前記法線に対し所定角度をなす方向であってもよい（請求項７）。
【００３２】
前記第１または第２の基板のいずれかにこれをアクティブマトリクス基板として機能させるための薄膜トランジスタが設けられ、前記薄膜トランジスタが設けられた基板の側から表示用の光が入射するよう構成されてもよい（請求項８）。
【００３３】
かかる構成とすると、高い正面コントラストが実現されたアクティブマトリクス方式の液晶素子が得られる。この液晶素子においては、液晶素子の斜めから入射した光が薄膜トランジスタにおいて散乱されて光の進行方向が変化した場合においても、上記のカラーフィルタにおいて光が散乱された場合と同様に、散乱された光を補償することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。
【００３５】
図１において、液晶素子は、所定の間隔で対向するように配置された対向基板１０８とＴＦＴ基板１１４との間に液晶層１２０が挟持され、対向基板１０８の外面には偏光板１３３が配置されるとともに、ＴＦＴ基板１１４の外面には光学補償フィルム１３４および偏光板１３２がこの順で配置されている。つまり、光学補償フィルムは対向基板１０８側のみに設けられ、ＴＦＴ基板１１４側には設けられていない。
【００３６】
対向基板１０８はガラス基板１０１を有し、ガラス基板１０１の内面には、ブラックマトリックス１０２が形成されるとともに、このブラックマトリックス１０２が形成されたガラス基板１０１の表面を覆うようにカラーフィルタ１０３が形成されている。このカラーフィルタ１０３上には、オーバーコート層１０４、透明電極１０６および配向膜１０７がこの順に形成されている。
【００３７】
一方、ＴＦＴ基板１１４は、内面にスイッチング素子としてのＴＦＴ（図示せず）、ソース線１１５およびゲート線（図示せず）が形成されたガラス基板１１０を有し、それらが形成されたガラス基板１１０の表面上に絶縁層１１８、透明電極１１２および配向膜１１３がこの順に形成されている。このように、本実施の形態の液晶素子は、スイッチング素子としてＴＦＴを有するアクティブマトリクス方式の素子である。
【００３８】
対向基板１０８とＴＦＴ基板１１４との間に挟持された液晶層１２０の液晶分子は、液晶素子に低電圧を印加した際にベンド配向を示すネマティック液晶分子である。すなわち、本実施の形態の液晶素子はＯＣＢ液晶モードの素子であり、液晶素子に低電圧が印加されて液晶分子が比較的湾曲したベンド配向を示した状態が白表示、また、図１のように液晶素子に高電圧が印加されて液晶層１２０の中央付近の液晶分子が対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４に対して垂直に配向した状態が黒表示となるノーマリーホワイトモードの素子である。なお、黒表示の場合、液晶層１２０の中央付近ではほとんどの液晶分子が対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４に対して垂直方向を向くが、対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４と液晶層１２０との界面の液晶分子は界面の規制力により基板１０８，１１４の主面に対してほぼ平行もしくは数度から３０度程度傾いた状態を示す。
【００３９】
光学補償フィルム１３４は、ガラス基板１１０側から順に、ディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂが順に積層された多層構造を有する。２軸位相差フィルム１３４ｂは、正面方向における液晶層１２０及びディスコチック液晶層１３４ａのリタデーションを相殺するように設定されている。以下、このような正面方向におけるリタデーションの設定を基本的なリタデーション設定と呼ぶ。また、ディスコチック液晶層１３４ａのリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０全体及びディスコチック液晶層１３４ａのリタデーションを補償するよう設定されている。以下、このような視野角特性におけるリタデーションの設定を視野角補償用のリタデーション設定と呼ぶ。ここで、本実施の形態ではノーマリホワイトモードであるので、これらの設定は黒表示となる所定の高電圧が印加されたときの液晶層１２０の配向状態を基準に設定される。また、ノーマリブラックモードの場合にも、これらの設定は黒表示時を基準に設定されるため、電圧無印加もしくは低電圧が印加された時の液晶層１２０の配向状態を基準に設定される。このことは、以下の実施の形態においても、特に断らないが、同様である。そして、一対の偏光板１３２，１３３の偏光軸は、偏光板１３２から入射した光の偏光板１３３におけるリタデーションが丁度０である場合に、両者間における光の透過率がほぼ０になるように設定されている。なお、ディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂのリタデーションは、一般に、厚さまたは構成材料を適宜選択することにより、所望の値に設定することが可能である。
【００４０】
次に、以上のように構成された液晶素子の動作を説明する。
【００４１】
図１において、透明電極１１２と透明電極１０６との間に黒表示電圧が印加されると、液晶層１２０は、図１に示すような中央付近の液晶分子が対向基板１０８およびＴＦＴ基板１１４に対して垂直方向を向いた状態になる。
【００４２】
この状態で、光が液晶素子にＴＦＴ基板１１４側から斜めに入射すると、その入射光１４１は、偏光板１３２、光学補償フィルム１３４、ガラス基板１１０、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、オーバーコート層１０４を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達する。そして、カラーフィルタ１０３により入射光１４１は様々な方向に散乱される。この様々な方向に散乱された光のうち、入射方向と同一の斜め方向に進む光（以下、斜め直進光という）１４３と、液晶層１２０の法線方向（つまりガラス基板１０１，１１０の法線方向：以下、正面方向という）に進んで液晶素子の正面を垂直に抜けてくる光（以下、正面散乱光という）１４２とに着目する。
【００４３】
そうすると、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３及びガラス基板１０１を斜めに通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、この斜め直進光１４３は、液晶素子に斜めに入射しそのまま素子中を斜めに進行するので、その過程で、液晶層１２０及び２軸位相差フィルム１３４ｂによって生じるリタデーションがディスコチック液晶層１３４ａによって生じるリタデーションによってほぼ相殺されて、そのリタデーションがほぼ０になる。よって、この斜め直進光１４３は偏光板１３３からほとんど出射されず、その光漏れが防止される。
【００４４】
一方、カラーフィルタ１０３により正面方向に散乱された正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３及びガラス基板１０１を垂直に通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。この場合、正面散乱光１４２は、斜め直進光１４３とは異なる経路をたどるが、ガラス基板１０１側には光学補償フィルムが設けられていないため、正面散乱光１４２のリタデーションは光学補償フィルム１３４および液晶層１２０のリタデーションの合計値で決まる。したがって、光学補償フィルム１３４および液晶層１２０中を同一経路で通過してきた斜め直進光１４３と正面散乱光１４２との間にはリタデーションの差はなく、よって、正面散乱光１４２のリタデーションは斜め直進光１４３のリタデーションと同じくほぼ０になる。このため、カラーフィルタ１０３により散乱されて進行方向が変化した正面散乱光１４２も、前述の斜め直進光１４３と同様に補償される。したがって、正面散乱光１４２は外部ほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００４５】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有する基板１０８側には光学補償フィルムを設けないので、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを防止することができる。このため、このような液晶素子においては、従来のＯＣＢ液晶モードの特徴である高速応答および広視野角が実現されるだけでなく、従来においては困難であった高い正面コントラストを実現することが可能となる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、図２において、図１と同一の符号は同一または相当する部分を示している。
【００４６】
本実施の形態における液晶素子では、対向基板１０８側のガラス基板１０１と偏光板１３３との間に光学補償フィルム１３５がさらに設けられている。この光学補償フィルム１３５は、正面方向および液晶層１２０の法線に斜めの方向（以下、斜め方向という）におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。そして、この２つの補償フィルム１３４，１３５について、実施の形態１で述べた基本的なリタデーション設定及び視野角補償用のリタデーション設定がなされている。これ以外の点は実施の形態１の液晶素子と同様である。
【００４７】
次に、このように構成された液晶素子の動作を説明する。この液晶素子では、黒表示時において、ＴＦＴ基板１１４側から斜めに光が入射すると、この入射光１４１は、偏光板１３２、光学補償フィルム１３４、ガラス基板１１０、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、オーバーコート層１０４を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達する。そして、カラーフィルタ１０３により入射光１４１は様々な方向に散乱される。
【００４８】
この散乱された光のうち、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３、ガラス基板１０１、および光学補償フィルム１３５を斜めに通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、実施の形態１で述べたように、この斜め直進光１４３のリタデーションは、その経路に存在する液晶層１２０および光学補償フィルム１３４，１３５によって生じるリタデーションが互いに相殺されてほぼ０となり、そのため、斜め直進光１４３は偏光板１３３から外部にほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００４９】
一方、前記散乱された光のうち、正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３、ガラス基板１０１、および光学補償フィルム１３５を垂直に通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。したがって、光学補償フィルム１３５を垂直に通過する正面散乱光１４２のリタデーションは、光学補償フィルム１３５を斜めに通過する斜め直進光１４３のリタデーションとは異なる値となり差が生じる。しかしながら、本実施の形態では、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されている。そのため、従来例のように、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションと同じに設定されている場合に比べて、斜め直進光１４３のリタデーションに対する正面散乱光１４２のリタデーションの差が小さくなり、その分、光漏れが低減される。
【００５０】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有する対向基板１０８側の光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、他方のＴＦＴ基板１１４側の光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されているので、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを、低減することができる。
【００５１】
次に、光学補償フィルム１３５の変形例を説明する。上記構成例では、正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さくなるようにしたが、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の角度、例えば前記法線方向から３０度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合においても上記と同様の効果が得られる。
【００５２】
また、正面方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合において、斜め方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも大きくてもよく、また、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の所定角度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合においては、前記法線方向から一定の角度傾いた方向以外の方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも大きくてもよい。これらの場合においては、上記と同様の効果が得られる。
【００５３】
また、前記法線方向からの傾きが０度から９０度までの全ての範囲を含む方向であり、この全ての方向におけるリタデーションの全ての平均値が光学補償フィルム１３５の方が光学補償フィルム１３４よりも小さい場合においては、より効果的に光漏れを防止して正面コントラストを向上させることができるのでさらに好ましい。
【００５４】
続いて、本実施の形態の実施例について説明する。
［実施例１］
図３は本実施の形態の実施例１による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００５５】
図３に示すように、本実施例では、光学補償フィルム１３５は、ディスコチック液晶層で構成される。このディスコチック液晶層１３５のリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０の対向基板１０８側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、光学補償フィルム１３４は、ディスコチック液晶層１３４ａと２軸位相差フィルム１３４ｂとで構成されている。そして、ディスコチック液晶層１３４ｂのリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０のＴＦＴ基板１１４側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２軸位相差フィルム１３４ｂは、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。
【００５６】
このような構成とすると、対向基板１０８側の光学補償フィルム１３５のリタデーションがＴＦＴ基板１１４側の光学補償フィルム１３４のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。そして、実施の形態１と較べると、視野角特性を補償するためのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａが、液晶層１２０の各々の補償対象となる部分に近い位置に配置されているので、その分、視野角特性が向上する。
［実施例２］
図４は本実施の形態の実施例２による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００５７】
図４に示すように、本実施例では、２つの基板１０８，１１４のいずれの側の光学補償フィルム１３５，１３４も、それぞれ、ガラス基板１０１，１１０側から順にディスコチック液晶層１３５ａ，１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂ，１３４ｂが積層された２層構造を有している。そして、２つのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａのリタデーションが、視野角特性における液晶層１２０全体のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２つの２軸位相差フィルム１３４ｂ，１３５ｂが、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。そして、対向基板１０８側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、それぞれ、ＴＦＴ基板１１４側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。具体的には、対向基板１０８側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の厚さが、それぞれ、ＴＦＴ基板１１４側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の厚さよりも薄いものとなっている。
【００５８】
このような構成としても、対向基板１０８側の光学補償フィルム１３５のリタデーションがＴＦＴ基板１１４側の光学補償フィルム１３４のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。図５において図１と同一符号は同一又は相当する部分を示している。
【００５９】
図５に示すように、本実施の形態の液晶素子は、ＴＦＴ基板２１７側にカラーフィルタ１０３が形成されたカラーフィルタオンアレイ構造を有し、これに伴って以下のように実施の形態１の液晶素子と異なる点を有している。これ以外の点は実施の形態１の液晶素子と同様である。
【００６０】
すなわち、本実施の形態の液晶素子では、ＴＦＴ基板２１７が、ガラス基板１１０の内面に、ブラックマトリクス１０２、このブラックマトリクス１０２を覆うカラーフィルタ１０３、ＴＦＴ（図示せず）、ソース線およびゲート線（図示せず）、これらを覆う絶縁層１１８、透明電極１１２、並びに配向膜１１３が順に積層されて構成されている。また、対向基板２１６は、ガラス基板１０１の内面に、透明電極１０２および配向膜１０７がこの順に積層されて構成されている。そして、対向基板２１６側に、実施の形態１の光学補償フィルム１３４に相当する光学補償フィルタ１３５が配置され、ＴＦＴ基板２１７側には光学補償フィルタは配置されていない。つまり、光学補償フィルタ１３５について、実施の形態１で述べた基本的なリタデーション設定及び視野角補償用のリタデーション設定がなされている。
【００６１】
次に、以上のように構成された液晶素子の動作を説明する。黒表示状態において、液晶素子にＴＦＴ基板１１４側から斜めに光が入射すると、その入射光１４１は、偏光板１３２およびガラス基板１１０を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達し、そこで、カラーフィルタ１０３によって様々な方向に散乱される。
【００６２】
この散乱された光のうち、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１および光学補償フィルム１３５を斜めに通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、実施の形態１で述べたように、この斜め直進光１４３は、そのリタデーションがほぼ０であるので、偏光板１３３から外部にはほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００６３】
一方、前記散乱された光のうち、正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１および光学補償フィルム１３５を垂直に通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。ここで、このような正面散乱光１４２は、素子に斜めに入射してからカラーフィルタ１０３に達するまで素子中を斜めに通過するため、素子に垂直に入射しそのまま素子中を垂直に通過する光、すなわち基本的なリタデーション設定がなされた光（以下、垂直通過光という）とは異なった経路をたどる。しかしながら、本実施の形態ではＴＦＴ基板２１７側に光学補償フィルムフィルムが設けられていないため、カラーフィルタ１０３に達するまでに入射光１４１が素子中を斜めに進む経路においてはリタデーションを生じない。したがって、正面散乱光１４２におけるリタデーションは、前述の垂直通過光のリタデーションと等しく、すなわち、前述のようにほぼ０となる。つまり、正面散乱光１４２は、垂直通過光と同様に補償され、偏光板１３３から外部には出射されず、光漏れが防止される。
【００６４】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有するＴＦＴ基板２１７側には光学補償フィルムを設けないので、カラーフィルタオンアレイ構造の液晶素子において、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを防止することができる。
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４に係る液晶素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、図６において、図１と同一の符号は同一または相当する部分を示している。
【００６５】
本実施の形態における液晶素子では、ＴＦＴ基板２１７側のガラス基板１１０と偏光板１３２との間に光学補償フィルム１３４がさらに設けられている。この光学補償フィルム１３４は、斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。そして、この２つの補償フィルム１３４，１３５について、実施の形態１で述べた基本的なリタデーション設定及び視野角補償用のリタデーション設定がなされている。これ以外の点は実施の形態３の液晶素子と同様である。
【００６６】
次に、このように構成された液晶素子の動作を説明する。この液晶素子では、黒表示時において、ＴＦＴ基板２１７側から斜めに光が入射すると、この入射光１４１は、偏光板１３２、光学補償フィルム１３４およびガラス基板１１０を斜めに通過してカラーフィルタ１０３に達する。そして、カラーフィルタ１０３により入射光１４１は様々な方向に散乱される。
【００６７】
この散乱された光のうち、斜め直進光１４３は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１、および光学補償フィルム１３５を斜めに通過して偏光板１３３から外部に出射しようとする。しかし、この斜め直進光１４３のリタデーションは、その経路に存在する液晶層１２０および光学補償フィルム１３４，１３５によって生じるリタデーションが互いに相殺されてほぼ０となり、そのため、斜め直進光１４３は偏光板１３３から外部にほとんど出射されず、光漏れが防止される。
【００６８】
一方、前記散乱された光のうち、正面散乱光１４２は、カラーフィルタ１０３、透明電極１１２、配向膜１１３、液晶層１２０、配向膜１０７、透明電極１０６、ガラス基板１０１および光学補償フィルム１３５を垂直に通過して、偏光板１３３から外部に出射しようとする。したがって、光学補償フィルム１３４を斜めに通過する正面散乱光１４２は、前述の垂直通過光とはリタデーションが異なる値となり差が生じる。しかしながら、本実施の形態では、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されている。そのため、従来例のように、光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３５の正面方向および斜め方向におけるリタデーションと同じに設定されている場合に比べて、垂直通過光のリタデーションに対する正面散乱光１４２のリタデーションの差が小さくなり、その分、光漏れが低減される。
【００６９】
このように、本実施の形態の液晶素子においては、カラーフィルタ１０３を有するＴＦＴ基板２１７側の光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、他方の対向基板２１６側の光学補償フィルム１３４の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さく設定されているので、斜めから入射してカラーフィルタ１０３で正面方向に散乱された光の漏れを、低減することができる。
【００７０】
次に、光学補償フィルム１３４の変形例を説明する。上記構成例では、正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さくなるようにしたが、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の角度、例えば前記法線方向から３０度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合においても上記と同様の効果が得られる。
【００７１】
また、正面方向におけるリタデーションが、光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合において、斜め方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも大きくてもよく、また、液晶層１２０の法線を含む任意の平面内において前記法線方向から一定の所定角度傾いた方向におけるリタデーションの平均値が光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合においては、前記法線方向から一定の角度傾いた方向以外の方向におけるリタデーションは光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも大きくてもよい。これらの場合においては、上記と同様の効果が得られる。
【００７２】
また、前記法線方向からの傾きが０度から９０度までの全ての範囲を含む方向であり、この全ての方向におけるリタデーションの全ての平均値が光学補償フィルム１３４の方が光学補償フィルム１３５よりも小さい場合においては、より効果的に光漏れを防止して正面コントラストを向上させることができるのでさらに好ましい。
【００７３】
続いて、本実施の形態の実施例について説明する。
［実施例１］
図７は本実施の形態の実施例１による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００７４】
図７に示すように、本実施例では、光学補償フィルム１３４は、ディスコチック液晶層で構成される。このディスコチック液晶層１３４のリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０の対向基板２１６側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、光学補償フィルム１３５は、ディスコチック液晶層１３５ａと２軸位相差フィルム１３５ｂとで構成されている。そして、ディスコチック液晶層１３５ａのリタデーションは、視野角特性における液晶層１２０のＴＦＴ基板２１７側の半分のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２軸位相差フィルム１３５ｂは、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。
【００７５】
このような構成とすると、対向基板２１６側の光学補償フィルム１３４のリタデーションがＴＦＴ基板２１７側の光学補償フィルム１３５のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。そして、実施の形態３と較べると、視野角特性を補償するためのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａが、液晶層１２０の各々の補償対象となる部分に近い位置に配置されているので、その分、視野角特性が向上する。
［実施例２］
図８は本実施の形態の実施例２による液晶素子を模式的に示す断面図である。
【００７６】
図８に示すように、本実施例では、２つの基板２１６，２１７のいずれの側の光学補償フィルム１３５，１３４も、それぞれ、ガラス基板１０１，１１０側から順にディスコチック液晶層１３５ａ，１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂ，１３４ｂが積層された２層構造を有している。そして、２つのディスコチック液晶層１３４ａ，１３５ａのリタデーションが、視野角特性における液晶層１２０全体のリタデーションを補償するよう設定されている。また、２つの２軸位相差フィルム１３４ｂ，１３５ｂが、正面方向における液晶層１２０全体のリタデーションを相殺するよう設定されている。そして、ＴＦＴ基板２１７側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションが、それぞれ、対向基板２１６側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の正面方向および斜め方向におけるリタデーションよりも小さくなるように設定されている。具体的には、ＴＦＴ基板２１７側のディスコチック液晶層１３４ａおよび２軸位相差フィルム１３４ｂの各々の厚さが、それぞれ、対向基板２１６側のディスコチック液晶層１３５ａおよび２軸位相差フィルム１３５ｂの各々の厚さよりも薄いものとなっている。
【００７７】
このような構成としても、ＴＦＴ基板２１７側の光学補償フィルム１３４のリタデーションが対向基板２１６側の光学補償フィルム１３５のリタデーションより小さくなるので、前述の通り、その分、従来例に比べて光漏れを低減することができる。
【００７８】
上記の実施の形態１〜４においては、液晶素子がＴＦＴ基板を備えたアクティブマトリクス方式である場合について説明したが、本発明をパッシブマトリクス方式の液晶素子に適用することも可能である。なお、本発明をアクティブマトリクス方式の液晶素子に適用すると、液晶素子に斜めに入射した光がＴＦＴにより散乱されて光の進行方向が変化した場合においても上記と同様に光を補償することが可能である。
【００７９】
また、上記の実施の形態１〜４においては、液晶素子がベンド配向したネマティック液晶から構成されるＯＣＢ液晶モードの素子である場合について説明したが、本発明に係る液晶素子はＯＣＢ液晶モードの素子に限定されるものではなく、ベンド配向したネマティック液晶から構成されるＯＣＢ液晶モード以外の素子であってもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、ＯＣＢ液晶モードの特徴である高速応答および広視野角に加えて正面コントラストの向上が実現された液晶素子を提供することが可能であるという効果を奏する。このような液晶素子が実現されることにより、例えば、高品位の液晶モニター、液晶テレビ、携帯用表示素子、車搭載用表示素子、高信頼性のスイッチング素子を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の実施例１に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の実施例２に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の実施例１に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の実施例２に係る液晶素子の黒表示時における模式的な断面図である。
【図９】ＯＣＢ液晶モードの液晶素子を説明するための模式的な素子の断面図である。
【図１０】図９の液晶素子における正面コントラストの低下の発生を説明するための模式的な素子の断面図である。
【符号の説明】
１０１，１１０，２０１，２０７ ガラス基板
１０２ ブラックマトリックス
１０３，２０６ カラーフィルタ
１０４ オーバーコート層
１０６，１１２，２０２，２０５ 透明電極
１０７，１１３，２０３，２０４ 配向膜
１０８ 対向基板
１１４ ＴＦＴ基板
１２０，２２０ 液晶層
１３２，１３３，２０９，２１０ 偏光板
１３４，１３５，２０８，２１１ 光学補償フィルム
１３４ａ，１３５ａ，２０８ａ，２１１ａ ディスコチック液晶層
１３４ｂ，１３５ｂ，２０８ｂ，２１１ｂ ２軸位相差フィルム
１４１，１４２，１４３，２１３，２１４，２１５ 光
２１２ ソース電極
Claims (10)
- 互いに対向する第１、第２の基板間にベンド配向可能な液晶層が挟持され、前記第１の基板の主面にカラーフィルタが配設され、前記第１の基板の外側に第１の偏光板が配置され、前記第２の基板の外側に第２の偏光板が配置され、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間および前記第２の基板と前記第２の偏光板との間の少なくともいずれかに少なくとも前記液晶層の法線方向におけるリタデーションを補償するための光学補償フィルムが配設された液晶素子において、
前記第１の基板と前記第１の偏光板との間における前記液晶層の法線方向のリタデーションと少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間における前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差より小さい液晶素子。 - 前記光学補償フィルムが、さらに視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償するためのものである請求項１記載の液晶素子。
- 前記光学補償フィルムが、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間にのみ配設された請求項１記載の液晶素子。
- 前記光学補償フィルムが第１、第２の光学補償フィルムで構成され、前記第１の光学補償フィルムが前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に配設され、前記第２の光学補償フィルムが前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に配設され、
前記第１の光学補償フィルムにおける前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差が、前記第２の光学補償フィルムにおける前記法線方向のリタデーションと前記斜めな方向のリタデーションとの差より小さい請求項１記載の液晶素子。 - 前記光学補償フィルムが、さらに視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償するためのものであり、
前記第１の光学補償フィルムが視野角特性における前記液晶素子の一部のリタデーションを補償する部分を有し、
前記第２の光学補償フィルムが、視野角特性における前記液晶素子の残部のリタデーションを補償する部分と、前記液晶層全体の法線方向におけるリタデーションを補償する部分とを有するものである請求項４記載の液晶素子。 - 前記視野角特性における前記液晶素子のリタデーションを補償する部分がディスコティック液晶層および２軸の位相差フィルムで構成される請求項２記載の液晶素子。
- 前記少なくとも１つの前記法線方向に斜めな方向が、前記法線を含む任意の平面内において前記法線に対し所定角度をなす方向である請求項１記載の液晶素子。
- 前記第１または第２の基板のいずれかにこれをアクティブマトリクス基板として機能させるための薄膜トランジスタが設けられ、前記薄膜トランジスタが設けられた基板の側から表示用の光が入射するよう構成された請求項１記載の液晶素子。
- 前記第１の基板が視認側であり、
前記光学補償フィルムは、少なくとも前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に配設されている請求項１記載の液晶素子。 - 前記第２の基板が視認側であり、
前記光学補償フィルムは、少なくとも前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に配設されている請求項１記載の液晶素子。
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