JP5912713B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関する。

基板に対して水平に液晶分子が配向し、上下基板間で液晶分子の配向方位が９０°ねじれたＴＮ液晶セルを２枚の平行ニコル偏光板間に配置し、一方の基板面における液晶分子配向方位と平行又は直交に偏光板吸収軸を配置した時、透過光強度Ｔは、液晶材料の屈折率異方性をΔｎ、上下基板間距離をｄ、入射波長をλとした時、下式（１）により示される。


・・・（１）

上記式（１）においてλ＝４５０，５５０，６５０ｎｍそれぞれについて、Δｎｄをパラメータにした時の透過光強度の変化をプロットしたのを図１７に示す。Δｎｄ増加に従って透過光強度が０になる極小値が得られ、最も小さいΔｎｄで得られるパラメータを第１ミニマム、以下第２、第３ミニマムと続く。透過光の波長により極小値を取るΔｎｄの値が異なることもわかる。

従来のノーマリーホワイト型ＴＮ液晶表示素子の場合、Δｎｄを第１ミニマムに設定することが多いが、ノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子の場合は図１７で示した通り良好な無彩色暗状態を得ることは困難であると考えられる。

９０°ねじれＴＮ液晶セルにおいて液晶層のリタデーションΔｎｄが入射波長λより著しく大きい、すなわちΔｎｄ＞＞λの場合、液晶セルの一方の基板面から入射した直線偏光はすべての波長において液晶層内で偏光状態を全く変化させず９０°旋光し、もう一方の基板面から直線偏光で出射する。

この条件はモーガン条件と呼ばれるが、実際の液晶表示素子に適用する場合、明暗表示をスイッチングする応答時間が遅くなり実用に堪えないことから、少なくともＲＧＢの主３波長において透過率を低くすることにより、略無彩色暗状態を実現するための技術が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１には、ねじれ角が９０°のＴＮ液晶表示素子においてΔｎｄを略２．６４ｕｍにすることが示されており、特許文献２にはΔｎｄを２．３〜２．５ｕｍにすることが示されている。なお、これらの液晶表示素子において液晶セルの外側に配置される偏光板はいずれも平行ニコル配置である。

特開平６−１６０８００号公報 特開２００２−１０７７６５号公報

例えば、自動車内のスピードメーターに液晶表示素子を内蔵させる際、運転席の正面に配置することから、外光の入射度合いにより、運転手等の写りこみが発生し表示品位を低下する場合がある。これを抑制するためには、例えば、液晶表示素子をあおり配置する。すなわち液晶表示素子を１２時方位又は６時方位へ傾斜させた状態で、運転手等に観察させる。ところが、従来のノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子においては正面観察時におけるコントラストを重視した設計手法にて製品が製造されていることから、１２時方位又は６時方位へ傾斜させた状態での観察は、コントラスト低下が懸念され、表示品位が劣化するものと考えられる。

本発明の目的は、ノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子において、６時方位又は１２時方位の斜めから観察した場合のコントラストを向上させ、表示品位を改善することである。

本発明の一観点によれば、液晶表示素子は、所定の間隔で対向して配置された第１の基板及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板のそれぞれの対向面側に形成された電極と、前記第１の基板の対向面側に形成され、第１の方向に配向処理を行った第１の配向膜と、前記第２の基板の対向面側に形成され、第２の方向に配向処理を行った第２の配向膜と、前記一対の基板に挟持され、前記第２の基板から前記第１の基板に向かって捩れた配向状態を有し、ねじれ角が４０°以上９０°以下であり、リタデーションΔｎｄが１．５μｍ〜２．２５μｍである液晶層と、前記第１及び第２の基板を挟んで配置される、前記第１の基板に近接する第１の偏光板及び前記第２の基板に近接する第２の偏光板とを有し、前記第１の偏光板は、その吸収軸と前記第１の方向とのなす角度が、前記第２の偏光板から前記第１の偏光板へ光が伝播した時の前記液晶層のねじれ方向に対して０°より大きく９°以下の範囲内となるように配置され、前記第２の偏光板は、その吸収軸と前記第２の方向に直交する方向とのなす角度が、前記第２の偏光板から前記第１の偏光板へ光が伝播した時の前記液晶層のねじれ方向とは逆の方向に対して０°より大きく９°以下の範囲内となるように配置され、正面観察時を基準に液晶層中央分子配向方位と平行な方位に極角０°より大きく４０°以下の範囲で明表示／暗表示により示されるコントラストが最も高い観察方向が存在することを特徴とする。

本発明によれば、ノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子において、６時方位又は１２時方位の斜めから観察した場合のコントラストを向上させ、表示品位を改善することができる。

本発明の実施例によるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子１００の一画素内の概略的な断面図である。 本発明の実施例によるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子１００の座標系を表す概念図である。 ねじれ角左４０°〜９０°のそれぞれにおいて、正面観察時最低透過率を得ることができる裏側偏光板吸収軸Ｐ１と表側偏光板吸収軸Ｐ２の角度を示す表である。 図３に示す各ねじれ角における最低透過率をプロットしたグラフである。 裏側基板配向方位Ｒ１＝−４５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋４５°、ねじれ角Ψ＝−９０°の左ねじれ９０°液晶セルを正面から観察した場合に、暗状態（電圧無印加時）における最低透過率を得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。 裏側基板配向方位Ｒ１＝−５５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋５５°、ねじれ角Ψ＝−７０°の左ねじれ７０°液晶セルを正面から観察した場合に、暗状態（電圧無印加時）における最低透過率を得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。 裏側基板配向方位Ｒ１＝−４５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋４５°、ねじれ角Ψ＝＋９０°の左ねじれ９０°液晶セルを正面から観察した場合に、暗状態（電圧無印加時）における最低透過率を得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。 左ねじれ９０°条件時におけるコントラストとそのコントラストが得られる極角をカッコ内に示した裏表偏光板吸収軸配置依存性を示すグラフである。 各ねじれ角条件にて得られる２７０°方位の最大コントラストが得られる際のα及び−βをまとめた表である。 各ねじれ角条件にて得られる２７０°方位の最大コントラストが得られる際の明電圧印加時透過率の偏光板配置依存を示す表である。 図９と図１０に示す解析の両者において良好な表示特性を２７０°方位にて得られている条件を斜線でしめした図である。 裏側基板配向方位Ｒ１＝−４５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋４５°、ねじれ角Ψ＝−９０°の左ねじれ９０°液晶セルの２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。 裏側基板配向方位Ｒ１＝−５５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋５５°、ねじれ角Ψ＝−７０°の左ねじれ７０°液晶セルの２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。 裏側基板配向方位Ｒ１＝−θ°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋θ°、ねじれ角Ψ＝＋４０〜９０°の左ねじれ液晶セルの２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。 ２７０°方位の最大コントラストが得られる極角の液晶層厚ｄ依存性を示すグラフである。 ２７０°方位の最大コントラストが得られる極角の明表示時印加実効値電圧依存性を示すグラフである。 入射波長λ＝４５０，５５０，６５０ｎｍそれぞれについて、Δｎｄをパラメータにした時の透過光強度の変化をプロットしたグラフである。

図１は、本発明の実施例によるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子１００の概略的な断面図である。実施例によるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子１００は、相互に平行に対向配置された表側基板１、裏側基板２、及び両基板１、２間に挟持されたツイストネマチック液晶層３を含んで構成される。

表側基板１は、表側透明基板１２、表側透明基板１２上に形成された透明電極１３、及び透明電極１３上に形成された表側配向膜１４を含む。裏側基板２は、裏側透明基板２２、裏側透明基板２２上に形成された透明電極２３、透明電極２３上に形成された裏側配向膜２４を含む。

表側、裏側透明基板１２、２２は、たとえばガラスで形成される。透明電極１３、２３は、たとえばＩＴＯ等の透明導電材料で形成される。

液晶層３は、表側基板１の表側配向膜１４と、裏側基板２の裏側配向膜２４との間に配置される。液晶層３内の液晶分子は分子配列が略水平で一方の基板から他方の基板に向かって捩れた配向状態を有する。液晶層３に使用する液晶材料は、例えば、Δｎが０．２５のネマチック液晶である。液晶層３を形成する液晶材料にはカイラル剤が添加されている。カイラルピッチｐ、液晶層の厚さ（セル厚）ｄとしたとき、ｄ／ｐが０．１となるように調整する。液晶層３の厚さｄは、５〜９μｍに設定するので、液晶層３のリタデーションΔｎｄは１．２５〜２．２５μｍであり、好ましくは１．５〜２．２５μｍである。

表側及び裏側配向膜１４、２４には、ラビングにより配向処理が施されている。表側配向膜１４と裏側配向膜２４の配向処理方向（ラビング方位）間角度ψを、後述するように、９０°及び７０°に設定してシミュレータによる解析を行った。なお、配向処理により発現するプレティルト角は１．５°とした。

駆動電源２０が、表裏透明電極１３、２３に電気的に接続されている。駆動電源２０によって、電極１３及び２３に電圧を印加することが可能である。

表側基板１、裏側基板２それぞれの液晶層３と反対側の面には、表側偏光板１１、裏側偏光板２１が配置される。両偏光板１１、２１は、例えば、ポラテクノ製ＳＨＣ１３Ｕを用いることが可能である。

なお、光源は裏側偏光板２１の下に配置され、光源からの光は裏側偏光板２１から入射して、液晶層３等を介して、表側偏光板１１から出射する。

図２は、本発明の実施例によるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子１００の座標系を表す概念図である。本明細書及び全ての図面において図２に示す座標系を用いる。

本発明の実施例によるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子１００の座標系は、図２に示すように観察者から（表側基板１側から）見て右方位が０°、上方位（１２時方位）が９０°、左方位が１８０°、下方位（６時方位）が２７０°の反時計回り方位座標系であり、各種軸方位は液晶表示素子の表面から観察した時のものである。

裏側基板２のラビング方位（点線の矢印）を裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板１のラビング方位（破線の矢印）を表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板２１の吸収軸（二点鎖線の矢印）を裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板１１の吸収軸（一点鎖線の矢印）を表側偏光板吸収軸Ｐ２とし、裏側偏光板２１から表側偏光板１１へ光が伝播した時の２枚の基板１、２間の液晶層３のねじれ角である裏側基板配向方位Ｒ１と表側基板配向方位Ｒ２間の角度をψ、裏側基板配向方位Ｒ１と裏側偏光板吸収軸Ｐ１間角度をφ１、表側基板配向方位Ｒ２と表側偏光板吸収軸Ｐ２間角度をφ２と定義する。また、本実施例では、液晶層中央分子配向方向は、２７０°（６時方位）に固定した。

なお、本明細書及び図面における「ねじれ方向」は、特に指定がない場合、裏側偏光板２１から表側偏光板１１へ光が伝播した時、すなわち紙面裏面から光が入射し表面から出射する場合における方向であり、紙面上、時計回りが「左ねじれ」、反時計回りが「右ねじれ」である。例えば、図４に示すように、「９０°左回り」の場合は、図面上（観察者から見た場合）は時計回り方向（右方向）に９０°回転するように示される。したがって、液晶層３のツイスト方向が「左回り」の場合は、反時計回りの方向が「ねじれ方向」であり、時計回りの方向が「逆ねじれ方向」である。また、液晶層３のツイスト方向が「右回り」の場合は、時計回りの方向が「ねじれ方向」であり、反時計回りの方向が「逆ねじれ方向」である。

本発明の実施例は、裏側基板配向（ラビング）方位Ｒ１、表側基板配向（ラビング）方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を調整することにより、正面観察時よりも、６時方位又は１２時方位において斜めから観察した時に、良好なコントラストが得られるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子を実現するものである。したがって、裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の最適値を得るために、本発明者らは、液晶表示素子１００の光学特性をシンテック製液晶表示機シミュレータＬＣＤＭＡＳＴＥＲ７．２により解析した。

正面観察時における電圧無印加時に最低透過率が得られる偏光板配置を得るため、上下基板間のねじれ角を左４０°〜９０°に変化させたとき、夫々のねじれ角条件における、正面観察時透過率の裏表偏光板吸収軸配置依存性を調査した。なお、液晶層中央分子配向方位は２７０°で固定した。また、液晶層厚ｄは９ｕｍとした。

図３は、ねじれ角左４０°〜９０°のそれぞれにおいて、正面観察時最低透過率を得ることができる裏側偏光板吸収軸Ｐ１と表側偏光板吸収軸Ｐ２の角度を示す表である。

図３の表から、９０°ねじれ条件では表側偏光板吸収軸Ｐ２及び裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度が共に４５°に設定された場合に、正面観察時最低透過率（Ｔ＝０．２１８４７６％）が得られることがわかる。８０°ねじれ条件では表側偏光板吸収軸Ｐ２及び裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度がそれぞれ５０°、４０°に設定された場合に、正面観察時最低透過率（Ｔ＝０．１７８０３４％）が得られることがわかる。７０°ねじれ条件では表側偏光板吸収軸Ｐ２及び裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度がそれぞれ５５°、３５°に設定された場合に、正面観察時最低透過率（Ｔ＝０．１４１９２７％）が得られることがわかる。６０°ねじれ条件では表側偏光板吸収軸Ｐ２及び裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度がそれぞれ６０°、３０°に設定された場合に、正面観察時最低透過率（Ｔ＝０．１１０３０８％）が得られることがわかる。５０°ねじれ条件では表側偏光板吸収軸Ｐ２及び裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度がそれぞれ６５°、２５°に設定された場合に、正面観察時最低透過率（Ｔ＝０．０８３２９５％）が得られることがわかる。４０°ねじれ条件では表側偏光板吸収軸Ｐ２及び裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度がそれぞれ７０°、２０°に設定された場合に、正面観察時最低透過率（Ｔ＝０．０６１０４９％）が得られることがわかる。

以上から、ねじれ角左４０°〜９０°のすべてに共通することは、表側偏光板吸収軸Ｐ２は近接する基板面の配向方向（表側基板配向方位Ｒ２）に対して平行で、裏側偏光板吸収軸Ｐ１は近接するもう一方の基板面の配向方向（裏側基板配向方位Ｒ１）に直交する配置となるときに、正面観察時最低透過率を得られることがわかった。

図４は、図３に示す各ねじれ角における最低透過率をプロットしたグラフである。各ねじれ角における偏光板配置は、図３に示す最低透過率を得られるものである。このグラフでは、横軸にねじれ角を取り、縦軸に上記偏光板配置において得られる最低透過率をプロットした。

グラフから明らかなように、ねじれ角が増加するに従って透過率が上昇する傾向が見られる。従って、より高いコントラストが得られやすいねじれ角条件は９０°より小さいねじれ角であると考えられる。

なお、右ねじれの場合についても同様に検討したが、この場合は、裏側偏光板吸収軸Ｐ１と近接する基板面の配向方位（裏側基板配向方位Ｒ１）を平行にし、表側偏光板吸収軸Ｐ２ともう一方の近接する基板面の配向方位（表側基板配向方位Ｒ２）に直交する配置をすれば上述の左ねじれと同じ結果が得られることを確認した。

図５は、裏側基板配向方位Ｒ１＝−４５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋４５°、ねじれ角Ψ＝−９０°の左ねじれ９０°液晶セルを正面から観察した場合に、暗状態（電圧無印加時）における最低透過率を得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。

図３及び図４を参照して説明したように、左ねじれ液晶セルでは、表側偏光板吸収軸Ｐ２は近接する基板面の配向方向（表側基板配向方位Ｒ２）に対して平行で、裏側偏光板吸収軸Ｐ１は近接するもう一方の基板面の配向方向（裏側基板配向方位Ｒ１）に直交する配置となるときに、正面観察時最低透過率を得られる。したがって、グラフに示すように、左ねじれ９０°液晶セルにおいて、正面観察時に最低透過率が得られる条件は、表側偏光板吸収軸Ｐ２の角度は表側基板配向方位Ｒ２と平行な＋４５°であり、裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度は裏側基板配向方位Ｒ１と直交する＋４５°である。なお、本実施例では、液晶層中央分子配向方向は、２７０°に固定している。

図６は、裏側基板配向方位Ｒ１＝−５５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋５５°、ねじれ角Ψ＝−７０°の左ねじれ７０°液晶セルを正面から観察した場合に、暗状態（電圧無印加時）における最低透過率を得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。

図３及び図４を参照して説明したように、左ねじれ液晶セルでは、表側偏光板吸収軸Ｐ２は近接する基板面の配向方向（表側基板配向方位Ｒ２）に対して平行で、裏側偏光板吸収軸Ｐ１は近接するもう一方の基板面の配向方向（裏側基板配向方位Ｒ１）に直交する配置となるときに、正面観察時最低透過率を得られる。したがって、グラフに示すように、左ねじれ９０°液晶セルにおいて、正面観察時に最低透過率が得られる条件は、表側偏光板吸収軸Ｐ２の角度は表側基板配向方位Ｒ２と平行な＋５５°であり、裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度は裏側基板配向方位Ｒ１と直交する＋５５°である。

図７は、裏側基板配向方位Ｒ１＝−４５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋４５°、ねじれ角Ψ＝＋９０°の左ねじれ９０°液晶セルを正面から観察した場合に、暗状態（電圧無印加時）における最低透過率を得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。

裏側偏光板吸収軸Ｐ１を近接する基板面の配向方向（裏側基板配向方位Ｒ１）に対して平行で、表側偏光板吸収軸Ｐ２を近接するもう一方の基板面の配向方向（表側基板配向方位Ｒ２）に直交するように配置することもできる。例えば、グラフに示すように、左ねじれ９０°液晶セルにおいて、裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度を裏側基板配向方位Ｒ１と平行な−４５°（１３５°）とし、表側偏光板吸収軸Ｐ２の角度を表側基板配向方位Ｒ２と直交する−４５°（１３５°）とすることもできる。

次に、６時方位に最大コントラストが得られる偏光板配置について考察する。上記で示した正面観察、電圧無印加時の最低透過率が得られる偏光板配置を基準に、裏表偏光板の配置角度を変化させたときに、６時方位にて得られる最大コントラスト及びその極角を探査した。ここでは、１／４ｄｕｔｙ，１／３ｂｉａｓマルチプレックス駆動条件で、略５Ｖの駆動電圧を印加した際の明表示電圧（実効値電圧で２．８Ｖ）と暗表示電圧（実効値電圧で１．６２Ｖ）にて全方位、極角０°〜６０°間の輝度を計算し、等コントラスト（明電圧印加時透過率／暗電圧印加時透過率）曲線を算出した。

図８は、左ねじれ９０°条件時におけるコントラストとそのコントラストが得られる極角をカッコ内に示した裏表偏光板吸収軸配置依存性を示すグラフである。なお、偏光板配置は、表側偏光板吸収軸Ｐ２に関しては近接する基板面の配向方向（表側基板配向方位Ｒ２）に平行な場合が横軸の０°、マイナス側は近接する基板面の配向方向に対して、時計回りに回転した時、プラス側は逆時計回りに回転したときの角度αを示している。一方、裏側偏光板吸収軸Ｐ１に関しては近接する基板面の配向方向（裏側基板配向方位Ｒ１）に直交な場合が縦軸の０°、マイナス側とプラス側の定義は表側偏光板吸収軸Ｐ２の場合と同様とし、角度をβと定義する。

図８のグラフには｜α｜＝｜−β｜の結果のみ示されているが、これは、表記以外の領域では左右視角特性のバランスが良好ではないことが確認された為である。

図８において太字で示される領域は、２７０°方位にて最大コントラストが得られている条件である。太字で示される領域は、角度αがプラスで角度βがマイナスの領域に観察され、角度αが６〜７°の範囲内、角度βが−６〜−７°の範囲内であった。すなわち、正面観察、電圧無印加時における最低透過率が得られた裏表偏光板配置よりも互いの吸収軸の交差角度が大きくなる方向にシフトしていることがわかる。そして、太字で示される領域のコントラストはいずれもα＝β＝０°の条件に比べて高い値を示すことがわかった。

次に、９０°より小さいねじれ角の場合についても上記と同様な解析を行った。その結果を９０°ねじれ角の場合とともに図９に示す。ここで、縦軸にはαと−β（即ち｜α｜＝｜−β｜）を示し、横軸としてねじれ角を示した。表には２７０°方位にて得られる最大コントラストとカッコ内にその極角を示している。さらに、図８と同じく、２７０°容易にて最大コントラストが得られている条件は太字で示されている。

図９から明らかなように、９０°ねじれよりも４０°〜８０°ねじれの方が太字で示されている条件α、−βが多い。また、得られるコントラスト自体も高い。特に７０°ねじれ以下においては、２００以上のコントラストが得られる条件が多く観察されることが分かった。これは図４に示したように正面観察、電圧無印加時においてねじれ角が小さくなる方にて透過率が低くなる現象と相関性があると考えられる。

図１０は、各ねじれ角条件にて得られる２７０°方位の最大コントラストが得られる際の明電圧印加時透過率の偏光板配置依存を示す表である。縦横軸設定は図９と同じである。また、図中、太字で示される条件は９０°ねじれ液晶セルにおいて、α＝β＝０°で得られた明表示透過率の０．９倍以上の透過率が得られていることを示している。高い透過率はねじれ角が大きい領域で得られやすく５０°以下では低い値しかえられず、６０〜８０°で比較的高い透過率が得られる条件が多く観察されることが分かった。

図１１は、図９と図１０に示す解析の両者において良好な表示特性を２７０°方位にて得られている条件を斜線でしめした図である。図１１に示すように、ねじれ角が６０°の場合は、αと−βは２°〜７°の範囲、ねじれ角が７０°の場合は、αと−βは３°〜７°の範囲、ねじれ角が８０°の場合は、αと−βは４°〜６°の範囲である。したがって、良好は表示特性を２７０°方位にて得られている条件は、ねじれ角は６０°〜８０°、αと−βは２°〜７°の範囲であることが分かった。

以上の解析結果から、２７０°方位の最大コントラストが得られる液晶層３のねじれ角及び偏光板吸収軸をずらす角度α及び−βの範囲は、ねじれ角は４０°以上９０°以下、αと−βは０°より大きく９°以下の範囲であり、好ましくは、ねじれ角は６０°以上８０°以下、αと−βは２°以上７°以下の範囲であると考えられる。

したがって、左ねじれ液晶セルにおいて、２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる条件は、表側偏光板吸収軸Ｐ２を表側基板配向方位Ｒ２から角度α分反時計回り方向に回転（＋α回転）させ、裏側偏光板吸収軸Ｐ１を裏側基板配向方位Ｒ１と直交する方向から角度β分時計回り方向に回転（−β回転）させることである。したがって、左ねじれ４０〜９０°液晶セルにおいて、２７０°方位斜め観察時に最大コントラストが得られる条件は、表側偏光板吸収軸Ｐ２を表側基板配向方位Ｒ２（７０〜４５°）から角度α（０°より大きく９°以下、好ましくは２°〜７°）分反時計回り方向に回転（＋α回転）させ、裏側偏光板吸収軸Ｐ１を裏側基板配向方位Ｒ１（１６０°〜１３５°）と直交する方向（７０°〜４５°）から角度β（０°より大きく９°以下、好ましくは２°〜７°）分時計回り方向に回転（−β回転）させることである。

図１２は、裏側基板配向方位Ｒ１＝−４５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋４５°、ねじれ角Ψ＝−９０°の左ねじれ９０°液晶セルの２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。

左ねじれ液晶セルにおいて、２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる条件は、正面観察時に良好な表示特性を得られる条件を基準として、表側偏光板吸収軸Ｐ２を角度α分反時計回り方向に回転（＋α回転）させ、裏側偏光板吸収軸Ｐ１を角度β分時計回り方向に回転（−β回転）させることである。したがって、左ねじれ９０°液晶セルにおいて、２７０°方位斜め観察時に最大コントラストが得られる条件は、表側偏光板吸収軸Ｐ２の角度が表側基板配向方位Ｒ２と平行な＋４５°に角度α分足した（反時計回りに回転させた）角度であり、裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度が裏側基板配向方位Ｒ１と直交する＋４５°から角度β分引いた（時計回りに回転させた）角度である。なお、α及び−βは、上述したように０°より大きく９°以下の範囲であることが好ましいが、ねじれ角が９０°の場合は、上述したように、｜α｜＝｜−β｜＝６〜７°であることがさらに好ましい。また、本実施例では、液晶層中央分子配向方向は、２７０°に固定している。

図１３は、裏側基板配向方位Ｒ１＝−５５°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋５５°、ねじれ角Ψ＝−７０°の左ねじれ７０°液晶セルの２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。

左ねじれ液晶セルにおいて、２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる条件は、表側偏光板吸収軸Ｐ２を表側基板配向方位Ｒ２から角度α分反時計回り方向に回転（＋α回転）させ、裏側偏光板吸収軸Ｐ１を裏側基板配向方位Ｒ１と直交する方向から角度β分時計回り方向に回転（−β回転）させることである。したがって、左ねじれ７０°液晶セルにおいて、２７０°方位斜め観察時に最大コントラストが得られる条件は、表側偏光板吸収軸Ｐ２の角度が表側基板配向方位Ｒ２と平行な＋５５°に角度α分足した（反時計回りに回転させた）角度であり、裏側偏光板吸収軸Ｐ１の角度が裏側基板配向方位Ｒ１と直交する＋５５°から角度β分引いた（時計回りに回転させた）角度である。なお、α及び−βは、上述したように０°より大きく９°以下の範囲であることが好ましいが、ねじれ角が６０〜８０°の場合は、上述したように、｜α｜＝｜−β｜＝２°〜７°であることがさらに好ましい。また、本実施例では、液晶層中央分子配向方向は、２７０°に固定している。

図１４は、裏側基板配向方位Ｒ１＝−θ°、表側基板配向方位Ｒ２＝＋θ°、ねじれ角Ψ＝＋４０〜９０°の左ねじれ液晶セルの２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得られる裏側基板配向方位Ｒ１、表側基板配向方位Ｒ２、裏側偏光板吸収軸Ｐ１、表側偏光板吸収軸Ｐ２、液晶層中央分子配向方向の関係を示すグラフである。

裏側偏光板吸収軸Ｐ１を裏側基板配向方位Ｒ１から角度β分反時計回り方向に回転（＋β回転）させ、表側偏光板吸収軸Ｐ２を表側基板配向方位Ｒ２と直交する方向から角度α分時計回り方向に回転（−α回転）させることでも、左ねじれ液晶セルにおいて、２７０°方位斜め観察時に、最大コントラストを得ることができる。したがって、裏側偏光板吸収軸Ｐ１を裏側基板配向方位Ｒ１（１６０°〜１３５°）から角度β（０°より大きく９°以下、好ましくは２°〜７°）分反時計回り方向に回転（＋β回転）させ、表側偏光板吸収軸Ｐ２を表側基板配向方位Ｒ２（７０°〜４５°）と直交する方向（１６０°〜１３５°）から角度α（０°より大きく９°以下、好ましくは２°〜７°）分時計回り方向に回転（−α回転）させることでも最大コントラストを得ることができる。

なお、以上の検討では、主に左ねじれのみを扱ったが、右ねじれの液晶層３においても裏表偏光板配置と、近接基板面の配向方位間角度α、βを逆に設定することにより同様に取り扱うことが可能である。

次に、図１３に示す２７０°方位にて非常に良好な表示性能を示す左７０°ねじれ、裏側偏光板６０°，表側偏光板３０°（｜α｜＝｜−β｜＝５°）において液晶層のセル厚が変化した場合の表示性能の変化を検討した。

図１５は、２７０°方位の最大コントラストが得られる極角の液晶層厚ｄ依存性を示すグラフである。液晶層３の厚さｄが大きくなるに従って、最大コントラストが得られる極角角度が増加する傾向があることがわかった。その中でも液晶層中央分子配向方位と等しい方位に最大コントラストが得られるのは液晶層３の厚さｄが５μｍ〜９μｍの範囲内にあるときであったことから、Δｎｄは１．２５μｍ〜２．２５μｍである。このΔｎｄの条件（Δｎｄ＝１．２５μｍ〜２．２５μｍ）はねじれ角６０〜８０°で共通していることを確認した。

上述した最大コントラストの検証には１／４ｄｕｔｙ、１／３ｂｉａｓマルチプレックス駆動時、駆動電圧が略５Ｖに設定されることを想定したが、電圧を変化させた場合、２７０°方位に最大コントラストを示す条件が維持可能かどうかの確認検討を行った。

図１６は、２７０°方位の最大コントラストが得られる極角の明表示時印加実効値電圧依存性を示すグラフである。明表示の駆動電圧実効値を２．８Ｖ（マルチプレックス駆動時に略５Ｖ）を中心に電圧を低下させた場合と増加させた場合の表示特性を評価した。

実効値電圧２．８Ｖを中心にマイナス０．２Ｖｒｍｓ、プラス０．３Ｖｒｍｓの範囲で２７０°方位に対して最大コントラストが得られることが分かった。さらに詳しく調べた結果、極角が０°より大きく４０°以下で最大コントラストが得られるように駆動電圧で制御可能であることが分かった。

この現象は、特に暗表示状態の配向状態により２７０°方位に対して最大コントラストが得られるように制御できることが分かった。従って、駆動条件としては暗表示電圧が０Ｖｒｍｓにならないマルチプレックス駆動が好ましく、１／３ｄｕｔｙ、１／３ｂｉａｓよりｄｕｔｙ、バイアス値を大きく設定することがより好ましい。

以上、本発明の実施例によれば、最良視認方位の正面から傾斜させた観察角度において最も高いコントラストが得られるノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子を提供することができる。あおり配置した場合にも高い表示品位を得ることができるので、アンチグレアなどの拡散処理を行わずに、表示素子表面への写りこみ等を抑制することができる。

なお、上述の実施例においては、液晶表示素子１００のセル厚ｄが均一である場合のみを説明したが、少なくとも一方の基板面に凹凸がランダムに配置され、液晶層３のリタデーションΔｎｄが１．２５μｍ〜２．２５μｍの範囲内に収まる構造であれば、実施例と同様の効果を得ることが可能である。

また、液晶層３内に２ｗｔ％以下程度の二色性色素を添加すると最大コントラストがさらに改善される。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

１…表側基板、２…裏側基板、３…ツイストネマチック液晶層、１１…表側偏光板、１２…表側透明基板、１３…透明電極、１４…表側配向膜、２１…裏側偏光板、２２…裏側透明基板、２３…透明電極、２４…裏側配向膜、Ｒ１…裏側基板配向方位、Ｒ２…表側基板配向方位、Ｐ１…裏側偏光板吸収軸、Ｐ２…表側偏光板吸収軸、１００…ノーマリーブラック型ＴＮ液晶表示素子

Claims (6)

1. 所定の間隔で対向して配置された第１の基板及び第２の基板と、
   前記第１及び第２の基板のそれぞれの対向面側に形成された電極と、
   前記第１の基板の対向面側に形成され、第１の方向に配向処理を行った第１の配向膜と、
   前記第２の基板の対向面側に形成され、第２の方向に配向処理を行った第２の配向膜と、
   前記一対の基板に挟持され、前記第２の基板から前記第１の基板に向かって捩れた配向状態を有し、ねじれ角が４０°以上９０°以下であり、リタデーションΔｎｄが１．５μｍ〜２．２５μｍである液晶層と、
   前記第１及び第２の基板を挟んで配置される、前記第１の基板に近接する第１の偏光板及び前記第２の基板に近接する第２の偏光板とを有し、
   前記第１の偏光板は、その吸収軸と前記第１の方向とのなす角度が、前記第２の偏光板から前記第１の偏光板へ光が伝播した時の前記液晶層のねじれ方向に対して０°より大きく９°以下の範囲内となるように配置され、
   前記第２の偏光板は、その吸収軸と前記第２の方向に直交する方向とのなす角度が、前記第２の偏光板から前記第１の偏光板へ光が伝播した時の前記液晶層のねじれ方向とは逆の方向に対して０°より大きく９°以下の範囲内となるように配置され、
   正面観察時を基準に液晶層中央分子配向方位と平行な方位に極角０°より大きく４０°以下の範囲で明表示／暗表示により示されるコントラストが最も高い観察方向が存在することを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記液晶層中央分子配向方位は、前記液晶表示素子の１２時方位又は６時方位のいずれかである請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記第１の偏光板は、その吸収軸と前記第１の方向とのなす角度が、前記第２の偏光板から前記第１の偏光板へ光が伝播した時の前記液晶層のねじれ方向に対して２°より大きく７°以下の範囲内となるように配置され、
   前記第２の偏光板は、その吸収軸と前記第２の方向に直交する方向とのなす角度が、前記第２の偏光板から前記第１の偏光板へ光が伝播した時の前記液晶層のねじれ方向とは逆の方向に対して２°より大きく７°以下の範囲内となるように配置される請求項１又は２記載の液晶表示素子。
4. 前記液晶層内に２ｗｔ％以下の二色性色素が添加された請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記第１及び第２の基板の少なくとも一方の前記液晶層に近接する面において、面内にランダムな凹凸が形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. マルチプレックス駆動時におけるｄｕｔｙをｎ、バイアスをｂとしたとき、ｎとｂとが３以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。