JP5416996B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明はノーマリホワイトのツイステッドネマチック型液晶表示素子に関する。

車載用のオーディオ表示装置やヒートコントロール表示装置等に用いられる液晶表示素子（ＬＣＤ）には広い視野角特性が求められる。

図１Ａ〜図１Ｃに、偏光板がクロスニコルに配置され、ツイスト角が９０°のツイステッドネマチック型液晶表示素子（ＴＮ−ＬＣＤ）の断面図を模式的に示す。上部基板５１及び下部基板５４の対向面上に、それぞれ透明電極が形成されている。これらの透明電極に電圧を印加すると、上部基板５１と下部基板５４とに挟まれた液晶層に電界が発生する。

図２Ａに、単純マトリクス方式のＴＮ−ＬＣＤの透明電極の平面図を模式的に示す。複数のコモン電極３０が下部基板５４の対向面上に形成され、複数のセグメント電極３１が上部基板５１の対向面上に形成されている。コモン電極３０及びセグメント電極３１の各々は、一方向に長い平面形状を有し、コモン電極３０とセグメント電極３１は互いに交差する。両者の交差する領域３２の各々が１つの画素を形成する。このＴＮ−ＬＣＤは、デューティ駆動回路３３によりデューティ駆動される。

図２Ｂに、セグメント方式の透明電極の平面図を模式的に示す。コモン電極３０が、下部基板５４の対向面上に形成され、７つのセグメント電極３１が上部基板５１の対向面上に形成されている。セグメント電極３１とコモン電極３０とが重なる領域が画素３２を形成する。このＴＮ−ＬＣＤは、デューティ駆動回路３３によりデューティ駆動される。

ＴＮ−ＬＣＤの表示領域のうち、画素以外の領域を「背景」と呼ぶこととする。

図１Ａは、背景内の液晶分子５０の配向状態を示している。各液晶分子５０には、電圧印加時の立ち上がり方向を規定するために、プレチルト角が付与されている。図１Ｂは、オンセグメントにおける液晶分子５０の配向状態を示している。「オンセグメント」とは、コモン電極とセグメント電極とに選択波形の電圧が印加されている画素を意味する。オンセグメントにおいては、液晶層に厚さ方向の電界が発生し、液晶分子５０が大きく立ち上がる。オンセグメントにおいても、液晶分子５０は基板面に対して完全に垂直に立ち上がっているわけではなく、大部分の液晶分子５０は、基板面の法線方向から僅かに傾いている。大部分の液晶分子５０が傾いた方向が、最良視認方向５２に相当する。最良視認方向５２に沿った視線でオンセグメントを観察すると、液晶層の屈折率異方性がほとんど発現されず、良好な黒表示が得られる。

図１Ｃは、オフセグメントにおける液晶分子５０の配向状態を示している。「オフセグメント」とは、コモン電極に選択波形の電圧が印加されており、セグメント電極に非選択波形の電圧が印加されている画素を意味する。セグメント電極に非選択波形の電圧が印加された場合でも液晶層にはわずかに電界が発生するため、液晶分子５０は背景内の液晶分子５０に比べて傾斜角が大きくなっている。大部分の液晶分子５０のダイレクタに平行な視認方向５３に沿った視線でオフセグメントを観察すると、液晶層の屈折率異方性がほとんど発現されず、黒表示になってしまう。このため、オフセグメントとオンセグメントとの十分なコントラストが確保できなくなる現象が生じる。また、オフセグメントには非選択波形の電圧が印加されているため、オフセグメントの透過率と背景の透過率とに差が生じてしまう。このように、背景に対してオフセグメントが目立つ現象を、「オフセグメント見え」と呼ぶこととする。

一般的に、ＴＮ−ＬＣＤの透過率の算出には、Ｇｏｏｃｈ＆Ｔａｒｒｙの式より導かれる以下の数式（１）に従う透過率の値が参考にされる。

ここで、Ｔ_Ｂはノーマリブラック型ＬＣＤの背景における透過率、ｄはセル厚、Δｎは液晶材料の屈折率異方性、λは光の波長である。上述の数式（１）から、透過率Ｔ_Ｂは、液晶材料の屈折率異方性Δｎ、セル厚ｄ、光の波長λに依存することがわかる。

数式（１）ではｓｉｎの項が０になる時に透過率Ｔ_Ｂが０となって最小値をとる。数式（１）においてｓｉｎの項が０となるのは、
（π／２）｛１＋（２Δｎｄ／λ）^２ ｝^１／２＝ｍπ（ｍは整数）
の時である。ｍ＝１のときを第１ミニマム条件、ｍ＝２のときを第２ミニマム条件という。たとえば、第１ミニマム条件は、Δｎｄ／λ＝（３^１／２）／２となる。

数式（１）からは、ノーマリブラック型ＬＣＤの液晶層が、Ｔ_Ｂ＝０となるリタデーションを有するときに、黒表示状態における透過率が最も低くなり、コントラストが最も良くなると予測できる。

一方、ノーマリホワイト型ＬＣＤの背景における透過率は下記の数式（２）で表される。

ここで、Ｔ_Ｗはノーマリホワイト型ＬＣＤの背景における透過率であり、Ｔ_Ｗ＝１となるときに透過率が最大となる。

一般的に、ノーマリブラック型ＬＣＤにおいて、コントラストを高くするための最適条件は、Ｔ_Ｂ＝０である。一方、ノーマリホワイト型ＬＣＤにおいては、一般的にＴ_Ｗ＝１の条件を満たすリタデーションが採用される。

図３に、上記式（２）のリタデーションΔｎｄを０．５６７、０．６３６、及び０．７６０としたときの透過率Ｔ_Ｗと波長λとの関係を示す。一例として、バックライトが波長６３０ｎｍにピーク波長を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されたノーマリホワイト型ＬＣＤのリターデーションの好適値を、図３に基づいて考察する。一般的には、波長６３０ｎｍで高い透過率を示すリタデーションΔｎｄを採用することが好ましい。図３に示した３つのリタデーションでは、Δｎｄ＝０．７６０よりもΔｎｄ＝０．６３６が好ましく、さらに、Δｎｄ＝０．５６７が最も好ましい。

ただし、オフセグメント見えを抑制する観点からはΔｎｄ＝０．５６７の条件が必ずしも好適であるとはいえない。

特開昭６０−１５９７２９

本発明の目的は、オフセグメント見えを抑制することが可能な液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によると、
対向配置された２枚の基板、前記基板の対向面上に形成された水平配向膜、及び該２枚の基板に狭持されたツイステッドネマチック液晶層を含む液晶セルと、
前記液晶セルを挟み、透過軸が相互に交差するように配置された２枚の偏光板と、
前記偏光板の一方の偏光板よりも外側に配置され、ある波長でピークを示すスペクトルを持つ光を発するバックライトと
を有し、
前記液晶層のリタデーションは、前記バックライトのピーク波長の０．９５倍以上１．４３倍以下であり、
前記液晶層のツイスト角が９５°〜１２０°の範囲内であり、
前記２枚の偏光板の透過軸に平行な仮想直線で構成される４つの角のうち、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子のダイレクタの方向に直交する方位に向かって開いた角が６０°〜８０°の範囲内である、ノーマリホワイト型の水平配向ツイストネマチック型液晶表示素子が提供される。

液晶表示素子のオフセグメント見えを抑制することができる。

（１Ａ）は、ノーマリホワイト型ＴＮ−ＬＣＤの背景内の液晶分子の配向状態を示し、（１Ｂ）は、オンセグメント内の液晶分子の配向状態を示し、（１Ｃ）は、オフセグメント内の液晶分子の配向状態を示す模式的な断面図である。 （２Ａ）は、単純マトリクス方式のＴＮ−ＬＣＤの透明電極の平面図であり、（２Ｂ）はセグメント方式のＴＮ−ＬＣＤの透明電極の平面図である。 Ｇｏｏｃｈ＆Ｔａｒｒｙの式に基づいて、ノーマリホワイト型ＬＣＤの背景における透過率と波長との関係を表したグラフである 比較例及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの概略分解斜視図である。 （５Ａ）は、短冊状に分割する前の空セルの概略平面図であり、（５Ｂ）は、短冊状に分割された空セルの概略平面図であり、（５Ｃ）は、液晶セル単位に分割された液晶セルの概略平面図である。 比較例及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの下部基板及び上部基板のラビング方向を示す平面図である。 比較例及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの下部偏光板及び上部偏光板の透過軸の方向を示す平面図である。 視認方向の定義を説明するための線図である。 （８Ａ）及び（８Ｂ）は、それぞれ比較例１及び比較例２によるＴＮ−ＬＣＤのラビング方向及び偏光板の透過軸の方向を示す平面図である。 （８Ｃ）は、実施例によるＴＮ−ＬＣＤのラビング方向及び偏光板の透過軸の方向を示す平面図である。 比較例１、比較例２、及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤのセル厚、屈折率異方性、及び液晶層のリタデーションを示す図表である。 （１１Ａ）及び（１１Ｂ）は、それぞれ比較例１及び比較例２によるＴＮ−ＬＣＤの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１１Ｃ）は、実施例によるＴＮ−ＬＣＤの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１２Ａ）及び（１２Ｂ）は、それぞれ比較例１によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性を０．１０７及び０．１０２としたときの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１２Ｃ）及び（１２Ｄ）は、それぞれ比較例１によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性を０．０８６及び０．０７１としたときの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１３Ａ）及び（１３Ｂ）は、それぞれ比較例２によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性を０．１２１及び０．１１４としたときの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１３Ｃ）及び（１３Ｄ）は、それぞれ比較例２によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性を０．０９６及び０．０８０としたときの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１４Ａ）及び（１４Ｂ）は、それぞれ実施例によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性を０．１７３及び０．１６４としたときの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１４Ｃ）及び（１４Ｄ）は、それぞれ実施例によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性を０．１３８及び０．１１４としたときの駆動電圧と透過率との関係を、視認方向ごとに示すグラフである。 （１５Ａ）は、最良視認方向に沿う視線でＴＮ−ＬＣＤを観察したときの透過率、及び透過率の比を示す図表であり、（１５Ｂ）は、傾斜角４０°の視認方向に沿う視線でＴＮ−ＬＣＤを観察したときの透過率、及び透過率の比を示す図表であ。

図４に、実施例及び比較例によるＬＣＤの分解斜視図を示す。下部基板１１及び上部基板２の各々の対向面に、透明電極が形成されている。一方の基板上の透明電極がコモン電極となり、他方の基板上の透明電極がセグメント電極となる。

下部基板１１及び上部基板２の対向面上に、透明電極を覆うように、それぞれ酸化シリコンからなる絶縁膜１０及び３が形成されている。絶縁膜１０及び３の上に、それぞれ配向膜９及び４が形成されている。下部基板１１と上部基板２との外周に沿って配置されたメインシールパターン６により、両者の間に閉じた空間が画定される。この空間が、液晶材料５及びギャップコントロール材８で充填されている。メインシールパターン６の一部に、液晶材料を注入するための液晶材料注入口が形成されている。液晶材料注入口は、液晶材料注入後に、エンドシール７により塞がれる。

以下、評価用ＬＣＤの作製方法について説明する。

下部基板１１及び上部基板２の各々の対向面上に、パターニングされた透明電極を形成する。透明電極には、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が用いられる。下部基板１１及び上部基板２の対向面に、それぞれ酸化シリコンからなる絶縁膜１０及び３を、例えばスパッタリングにより形成する。絶縁膜１０及び３は、ＬＣＤの信頼性向上のために設けられる。

絶縁膜１０及び３の上に、それぞれ配向膜９及び４を形成する。配向膜９及び４には、液晶分子に低プレチルト角を付与する性質を有するポリイミド膜を用いた。配向膜９及び４は、フレキソ印刷またはインクジェット印刷によりポリイミド膜を成膜した後、温度１５０℃〜２３０℃の条件で焼成することにより形成される。焼成後、配向膜９及び４のラビング処理を行う。

下部基板１１の対向面上に、ギャップコントロール材８を散布する。ギャップコントロール材８はセル厚を調整する機能を有する。ギャップコントロール材８の散布には、乾式散布法を使用した。具体的には、ギャップコントロール材８を帯電させ、帯電したギャップコントロール材８を基板上に付着させる。ギャップコントロール材８にはプラスチックボールや真絲球等が使われる。比較例及び実施例ではプラスチックボールを用いた。

比較例１及び比較例２のＬＣＤに用いたギャップコントロール材８の直径は６．０μｍであり、実施例のＬＣＤに用いたギャップコントロール材の直径は５．０μｍである。

上部基板２の対向面に、メインシールパターン６を形成する。メインシールパターン６の形成には、スクリーン印刷法を用いた。なお、ディスペンサを用いてメインシールパターン６を形成してもよい。メインシールパターン６には、熱硬化性のシール材ＥＳ−７５００（三井化学製）を用いた。なお、光硬化性シール材や光・熱併用型シール材などを用いてもよい。

メインシールパターン６は、シール層の厚みを決めるためのグラスファイバーを数ｗｔ％含む。ここでは、ギャップコントロール材８と同じ直径を有するグラスファイバーを用いた。また、メインシールパターン６の一部分には、グラスファイバーの直径よりも１μｍ程度大きなＡｕボールを数ｗｔ％含む導電性シール材が用いられる。導電性シール材は、下部基板１１上の電極と、上部基板２上の電極とを、電気的に導通させる。

次に、下部基板１１と上部基板２とを位置合わせして貼り合わせる。両者をプレスした状態で熱処理を行うことにより、シール材を硬化させる。ここではホットプレス法により、温度１５０℃の条件で熱処理を行った。これにより、液晶材料充填前の空セルが得られる。

次に、スクライバ装置を用いて基板表面に傷をつけ、ブレーキング装置を用いて、空セルを短冊状に分割する。

図５Ａに、短冊状に分割する前の空セル４０の平面図を示す。１枚の空セル４０は、例えば３行３列の行列状に配置された９つの液晶セルを含む。液晶セルの各々の周囲は、メインシールパターン６でシールされており、内側に、液晶材料が充填される空洞４１が画定される。メインシールパターン６の一部に、液晶注入口４３が備えられている。

図５Ｂに、短冊状に分割された空セル４５の平面図を示す。短冊状の空セル４５は、短冊状に分割する前の空セル４０に画定された液晶セルの一列分に相当する。短冊状の空セル４５の状態で、液晶材料を充填するための空洞４１が、液晶注入口４３を経由して、外部の空間と繋がる。

次に、短冊状の空セル４５の状態で、液晶注入口４３を通して、空洞４１内に液晶材料を注入する。液晶材料の注入には、真空注入法を適用することができる。注入後、液晶注入口４３を、図４に示したエンドシール７により封止する。さらに配向を整えるために、液晶材料の相転移温度以上まで、短冊状のセルを加熱する。ここでは、温度１２０℃、加熱時間３０分の条件で熱処理を行った。これにより、液晶材料が注入された短冊状のセルが得られる。

図５Ｃに示すように、短冊状のセルを、個々の液晶セル４６に分割する。この分割は、短冊状に分割する前の空セル４０の段階で、スクライブ装置により形成した傷に沿って行われる。次に、洗剤、有機溶剤などにより、液晶セル４６の洗浄を行う。

洗浄後、図４に示したように、下部基板１１及び上部基板２の外側の表面に、それぞれ下部偏光板１２及び上部偏光板１を貼り付ける。液晶セルの基板面内の一方向を方位の基準（０°）とする。一例として、液晶セルを正面から観察したときの右向きの方位を基準方位０°と定義する。基準方位から反時計回りに回転する向きを、方位角の正の向きとする。すなわち、液晶セルを正面から観察したときの上、左、下向きが、それぞれ方位９０°、１８０°、及び２７０°に対応する。

図６に、比較例１、比較例２、及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの上部基板２及び下部基板１１のラビング方向を示す。比較例１によるＴＮ−ＬＣＤの上部基板２のラビング方向１３は、２２５°の方位を向き、下部基板１１のラビング方向１５は、１３５°の方位を向く。液晶分子は、上部基板２から下部基板１１に向かって、反時計回りにツイストする。すなわち、厚さ方向に関してほぼ中央に位置する液晶分子のダイレクタは、９０°（または２７０°）の方位を向く。このとき、液晶分子のツイスト角α_１は９０°になる。

比較例２及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの上部基板２のラビング方向１４及び下部基板１１のラビング方向１６は、それぞれ２２０°及び１４０°の方位を向く。液晶分子のツイスト角α_２は１００°になる。

図７に、比較例１、比較例２、及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの上部偏光板１及び下部偏光板１２の透過軸の方位を示す。

比較例１によるＴＮ−ＬＣＤの下部偏光板１２の透過軸１９は４５°の方位を向き、上部偏光板１の透過軸２２は１３５°の方位を向く。２枚の偏光板１及び１２の透過軸に平行な仮想直線で構成される４つの角のうち０°の方位に向かって開いた角を、偏光板の設置角と呼ぶこととする。比較例１においては、偏光板の設置角β_１は９０°になる。

比較例２によるＴＮ−ＬＣＤの下部偏光板１２の透過軸２０は５０°の方位を向き、上部偏光板１の透過軸２３は１３０°の方位を向く。偏光板の設置角β_２は１００°になる。

実施例によるＴＮ−ＬＣＤの下部偏光板１２の透過軸２１は３５°の方位を向き、上部偏光板１の透過軸２４は１４５°の方位を向く。偏光板の設置角β_３は７０°になる。

図８９に、比較例１によるＬＣＤのラビング方向と偏光板の透過軸との関係を示す。上部基板２のラビング方向１３は２２５°の方位を向き、上部偏光板１の透過軸１９は、４５°の方位から２２５°の方位に延びる。すなわち、ラビング方向１３と透過軸１９とは、相互に平行である。下部基板１１のラビング方向１５は１３５°の方位を向き、下部偏光板１２の透過軸２２は、１３５°の方位から３１５°の方位に延びる。すなわち、ラビング方向１５と透過軸２２とは、相互に平行である。

図９Ｂに、比較例２によるＬＣＤのラビング方向と偏光板の透過軸との関係を示す。上部基板２のラビング方向１４は２２０°の方位を向き、上部偏光板１の透過軸２０は、５０°の方位から２３０°の方位に延びる。下部基板１１のラビング方向１６は１４０°の方位を向き、下部偏光板１２の透過軸２３は、１３０°の方位から３１０°の方位に延びる。すなわち、ラビング方向に平行な２本の仮想直線で構成される４つの角の２等分線は、それぞれ透過軸に平行な２本の仮想直線で構成される４つの角の２等分線と平行である。

図９Ｃに、実施例によるＬＣＤのラビング方向と偏光板の透過軸との関係を示す。上部基板２のラビング方向１４は２２０°の方位を向き、上部偏光板１の透過軸２１は、３５°の方位から２１５°の方位に延びる。下部基板１１のラビング方向１６は１４０°の方位を向き、下部偏光板１２の透過軸２４は、１４５°の方位から３２５°の方位に延びる。すなわち、比較例２の場合と同様に、ラビング方向に平行な２本の仮想直線で構成される４つの角の２等分線は、それぞれ透過軸に平行な２本の仮想直線で構成される４つの角の２等分線と平行である。

図１０に、比較例１、比較例２、及び実施例によるＬＣＤのセル厚ｄ、液晶材料の屈折率異方性Δｎ、及びリタデーションΔｎｄを示す。比較例１、比較例２、及び実施例によるＬＣＤは、それぞれ図２に示したΔｎｄ＝０．５６７、０．６３６、及び０．７６０の曲線に対応する。バックライトの波長である６３０ｎｍにおいて、比較例１によるＬＣＤの透過率が最も高くなることがわかる。図２に示したグラフから、比較例１によるＬＣＤが、最も表示品質が良いと予測される。

比較例１、比較例２、及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤを、オフセグメント見えの程度によって評価した。以下、評価結果について説明する。

ＴＮ−ＬＣＤの駆動電圧は５Ｖであり、駆動条件は１／４デューティ、１／２バイアスである。バイアス電圧は２．５Ｖであり、オンセグメントにおいては、上下の電極間に７．５Ｖの実効電圧が印加され、オフセグメントにおいては、上下の電極間に２．５Ｖの実効電圧が印加される。バックライトには、波長６３０ｎｍの発光ダイオードを用いた。

図８に、視認方向の定義を示す。視認方向は、ＴＮ−ＬＣＤ４６の基板面の法線方向から９０°の方位に向かって傾けた方向８１とする。この視認方向８１に沿った視線でＴＮ−ＬＣＤ４６を観察する。法線方向から視認方向への傾斜角をφとする。比較例１、比較例２、及び実施例によるＬＣＤの最良視認方向の傾斜角φは１０°である。

図１１Ａ〜図１１Ｃに、それぞれ比較例１、比較例２、及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの駆動電圧と、透過率との関係を示す。横軸は駆動電圧を単位「Ｖ」で表し、縦軸はＬＣＤの透過率を単位「％」で表す。グラフ中の白抜き記号はオンセグメントにおける透過率を示し、黒べた記号は、オフセグメントにおける透過率を示す。また、四角、三角、及び丸記号は、それぞれ傾斜角φが１０°、３０°、及び４０°の視認方向に沿う視線で観察したときの透過率を示す。

以下、駆動電圧を５Ｖとしたときの透過率について考察する。比較例１、比較例２、及び実施例のいずれのＬＣＤにおいても、傾斜角φが１０°の視認方向に沿う視線で観察したとき、すなわち最良視認方向に沿う視線で観察したとき、オンセグメントとオフセグメントとで高いコントラストが得られている。

リターデーションΔｎｄを０．７６０とした実施例によるＴＮ−ＬＣＤでは、図２に示したように、波長６３０ｎｍ近傍において、リタデーションΔｎｄを０．５６７及び０．６３６とした比較例１及び比較例２のＴＮ−ＬＣＤに比べて、透過率が低くなっている。すなわち、実施例によるＬＣＤで採用したリタデーションは、ノーマリホワイト型ＴＮ−ＬＣＤの最適なリタデーションからずれている。このように、実施例によるＬＣＤのリタデーションが最適値からずれているにも関わらず、最良視認方向に沿う視線で観察したときに、比較例１及び比較例２のＴＮ−ＬＣＤと同等のコントラストが得られている。

実施例によるＴＮ−ＬＣＤでは、図９Ｃに示したように、液晶分子のツイスト角α_２を９０°よりも大きくしている。さらに、ツイスト角を大きくしたことに対応して、偏光板の設置角β_３を９０°よりも小さくしている。この２つの特徴により、実施例によるＴＮ−ＬＣＤにおいては、リタデーションを最適値からずらしているにも関わらず、最良視認方向に沿う視線で観察した場合に、比較例１及び比較例２のＴＮ−ＬＣＤと同等の表示品質が得られていると考えられる。

傾斜角φが４０°の視認方向に沿う視線で観察する場合には、比較例１及び比較例２のＴＮ−ＬＣＤにおいては、最良視認方向に沿う視線で観察する場合と比べて、オフセグメントの透過率が著しく低くなっている。背景の透過率は、動作電圧が０Ｖのときの透過率にほぼ等しい。図１１Ａ〜図１１Ｃにおいては、動作電圧が１Ｖ〜２Ｖ程度のときの透過率が、背景の透過率に近いと考えられる。

比較例１によるＴＮ−ＬＣＤにおいては、視認方向の傾斜角φを４０°にした場合に、背景の透過率が約２６％になる。これに対し、駆動電圧が５Ｖのときのオフセグメントの透過率は約５％である。このように、背景の透過率と、オフセグメントの透過率との差が、非常に大きい。このため、背景に対してオフセグメントが目立ってしまう。比較例２によるＴＮ−ＬＣＤにおいても、同様の傾向が見られる。

これに対し、実施例によるＴＮ−ＬＣＤでは、図１１Ｃに示されているように、視認方向の傾斜角φが４０°のときにも、オフセグメントにおいて約２０％の透過率が得られている。このため、オンセグメントとオフセグメントとで十分なコントラストが得られ、かつ背景に対してオフセグメントが目立つことはない。

このように、実施例によるＴＮ−ＬＣＤは、比較例１及び比較例２によるＬＣＤに比べて、良好な視角特性が得られている。

上述ように、ＬＣＤのリタデーションΔｎｄ、液晶分子のツイスト角、及び偏光板の透過軸の方位を好適化することにより、最良視認方向における表示品質を確保しつつ、視認方向の傾斜角φを大きくしたときの表示品質の劣化を抑制することが可能になる。この場合のリタデーションの好適値は、Ｇｏｏｃｈ＆Ｔａｒｒｙの式から導出した図２の透過率の波長依存性に基づいて決定される好適値からずれている。

次に、比較例１、比較例２、及び実施例によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性Δｎを変化させた場合の透過率特性について評価を行った。屈折率異方性Δｎ以外の構成は、図１１Ａ〜図１１Ｃに透過率特性を示したＴＮ−ＬＣＤの構成と同一である。

図１２Ａ〜図１２Ｄに、比較例１によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性Δｎを、それぞれ０．１０７、０．１０２、０．０８６、及び０．０７１とした場合の透過率特性を示す。いずれの屈折率異方性の場合においても、視認方向の傾斜角φが４０°の条件では、オフセグメントの透過率が著しく低下している。このため、十分なコントラストが得られないことがわかる。

図１３Ａ〜図１３Ｄに、比較例２によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性Δｎを、それぞれ０．１２１、０．１１４、０．０９６、及び０．０８０とした場合の透過率特性を示す。いずれの屈折率異方性の場合においても、視認方向の傾斜角φが４０°の条件では、オフセグメントの透過率が著しく低下している。このため、十分なコントラストが得られないことがわかる。なお、屈折率異方性Δｎを小さくした方が、オフセグメント見えを抑制する効果が高い。

図１４Ａ〜図１４Ｄに、実施例によるＴＮ−ＬＣＤの液晶材料の屈折率異方性Δｎを、それぞれ０．１７３、０．１６４、０．１３８、及び０．１１４とした場合の透過率特性を示す。比較例１及び比較例２に比べて、いずれの屈折率異方性の場合にも、視認方向の傾斜角φが４０°の条件で、オフセグメントにおける十分な透過率が確保されている。

屈折率異方性Δｎが相対的に大きな図１４Ａ及び図１４Ｂの場合、視認方向の傾斜角φが３０°及び４０°の条件で、動作電圧を徐々に大きくしたとき、透過率が一旦極小値を示し、その後上昇するバウンド現象が顕著に現れる。このバウンド現象のため、オンセグメントの透過率が高くなってしまう。ただし、オフセグメントの透過率も、動作電圧５Ｖ近傍で一旦高くなるため、視認方向によらず明るい表示が得られる。

屈折率異方性Δｎが相対的に小さな図１４Ｄの場合、最良視認方向における透過率が十分低くならない。このため、コントラストが低下してしまう。また、視認方向の傾斜角φを４０°にしたとき、オフセグメントにおける透過率が低くなり、オフセグメント見えを抑制する効果が不十分である。

図１５Ａに、実施例によるＴＮ−ＬＣＤの、最良視認方向におけるオンセグメント、オフセグメント、及び背景の透過率を、液晶材料の屈折率異方性Δｎごとに示す。なお、オンセグメントに対するオフセグメントの透過率の比、及び背景に対するオフセグメントの透過率の比を併せて示す。図１５Ｂに、視認方向の傾斜角φを４０°にしたときのこれらの値を示す。

屈折率異方性Δｎが０．１５２のとき、最良視認方向、及び傾斜角φが４０°の視認方向のいずれにおいても、比較的高いコントラストが得られている。屈折率異方性Δｎが０．１６４及び０．１７３の場合にも、視認方向の傾斜角φを４０°にしたときにおけるオフセグメント見えを抑制する効果が得られている。ただし、この条件では、オンセグメントの透過率が高くなるため、コントラストが低下してしまう。

屈折率異方性Δｎが０．１３８のときにも、視認方向の傾斜角φを４０°にしたときにおけるオフセグメント見えを抑制する効果が得られている。ただし、この場合、最良視認方向においてコントラストが低下してしまっている。

上述の評価結果より、屈折率異方性Δｎの好適な範囲は０．１２〜０．１８であると考えられる。さらに、より好適な範囲は、０．１３５〜０．１６５であると考えられる。実施例によるＴＮ−ＬＣＤのセル厚が５μｍであるため、リタデーションΔｎｄの好適な範囲は、０．６μｍ〜０．９μｍであり、より好適な範囲は、０．６７５μｍ〜０．８２５μｍとなる。

Ｇｏｏｃｈ＆Ｔａｒｒｙの式から得られる第１ミニマス条件は、バックライトの波長をλとしたとき、下記の式で与えられる。

バックライトの波長が６３０ｎｍのとき、第１ミニマス条件を満たすリタデーションΔｎｄは、０．５４６μｍになる。ところが、上記実施例で考察したように、オフセグメント見えを抑制する観点から、リタデーションΔｎｄの好適な範囲は、０．５４６μｍからずれる。具体的には、上述のように、リタデーションΔｎｄの好適な範囲は０．６μｍ〜０．９μｍであり、より好適な範囲は、０．６７５μｍ〜０．８２５μｍである。すなわち、リタデーションの好適な範囲は、第１ミニマム条件を満たすリタデーションの１．１倍〜１．６５倍であり、より好適な範囲は、第１ミニマム条件を満たすリタデーションの１．２４倍〜１．５１倍である。

第１ミニマム条件を満たすリタデーションΔｎｄは、０．８６６λであるため、リタデーションの好適な範囲は、０．９５λ〜１．４３λであり、より好適な範囲は、１．０７λ〜１．３１λであると考えられる。

リタデーションΔｎｄの上述の好適な範囲は、可視光の波長域において成立すると考えられる。すなわち、バックライトのピーク波長がλであるとき、液晶層のリタデーションΔｎｄの好適な範囲は０．９５λ〜１．４３λであり、より好適な範囲は１．０７λ〜１．３１λである
バックライトに白色光を用いる場合には、上述のピーク波長λを、可視光のほぼ中心波長である５５０ｎｍに設定すればよい。すなわち、液晶層のリタデーションΔｎｄの好適な範囲は０．５２２μｍ〜０．７８６μｍであり、より好適な範囲は０．５８８μｍ〜０．７２０μｍである。

従来、バックライトのピーク波長が６３０ｎｍのＴＮ−ＬＣＤにおいては、高コントラストを得るために、Ｇｏｏｃｈ＆Ｔａｒｒｙの式の第１ミニマム条件に基づいて、液晶層のリタデーションΔｎｄを０．４７〜０．５５とすることが一般的でった。実施例においては、液晶層のリタデーションを、従来の範囲からずらすことにより、オフセグメント見えを抑制することが可能になる。

上記実施例では、液晶分子のツイスト角を１００°としたが、ツイスト角を９５°〜１２０°の範囲内に設定してもよい。ツイスト角を９０°よりもやや大きくすることにより、リタデーションΔｎｄを第１ミニマム条件からずらしても、コントラストの低下を抑制しつつ、オフセグメント見えを抑制することができる。

液晶層の厚さ方向に関して中央の液晶分子のダイレクタの向く方位を９０°及び２７０°としたとき、２枚の偏光板の透過軸に平行な直線で構成される４つの角のうち、０°及び１８０°の方位に向かって開く角の大きさ（透過軸の設置角）を、実施例では７０°に設定した。より一般的に、透過軸の設置角を６０°〜８０°としてもよい。液晶分子のツイスト角を９０°よりも大きくしたことに対応して、透過軸の設置角を６０°〜８０°の範囲内にすることにより、コントラストの低下を抑制しつつ、オフセグメント見えを抑制することができる。

なお、液晶分子のツイスト角が大きくなるに従って、屈折率異方性Δｎを大きくし、かつ透過軸の設置角を小さくすることが好ましい。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１ 上部偏光板
２ 上部基板
３、１０ 絶縁膜
４、９ 配向膜
５ 液晶層
６ メインシールパターン
７ エンドシール
８ ギャップコントロール材
１１ 下部基板
１２ 下部偏光板
１３、１４ 下部基板のラビング方向
１５、１６ 上部基板のラビング方向
１９、２０、２１ 下部偏光板の透過軸
２２、２３、２４ 下部偏光板の透過軸
３０ コモン電極
３１ セグメント電極
３２ 画素
３３ デューティ駆動回路
４０ 分割前の空セル
４１ 空洞
４３ 液晶注入口
４５ 短冊状の空セル
４６ 液晶セル
５０ 液晶分子
５１ 上部基板
５２ 最適視認方向
５３ 視認方向
５４ 下部基板
８１ 視認方向

Claims (2)

1. 対向配置された２枚の基板、前記基板の対向面上に形成された水平配向膜、及び該２枚の基板に狭持されたツイステッドネマチック液晶層を含む液晶セルと、
   前記液晶セルを挟み、透過軸が相互に交差するように配置された２枚の偏光板と、
   前記偏光板の一方の偏光板よりも外側に配置され、ある波長でピークを示すスペクトルを持つ光を発するバックライトと
   を有し、
   前記液晶層のリタデーションは、前記バックライトのピーク波長の０．９５倍以上１．４３倍以下であり、
   前記液晶層のツイスト角が９５°〜１２０°の範囲内であり、
   前記２枚の偏光板の透過軸に平行な仮想直線で構成される４つの角のうち、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子のダイレクタの方向に直交する方位に向かって開いた角が６０°〜８０°の範囲内である、ノーマリホワイト型の水平配向ツイストネマチック型液晶表示素子。
2. さらに、前記液晶セルをデューティ駆動する駆動回路を有する請求項１に記載の液晶表示素子。