JP6159134B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関する。

情報表示装置として背景表示部や暗表示部の表示輝度が非常に低い表示装置が求められており、従来においては蛍光表示管ディスプレイが広く使われていたが、ディスプレイ自体に使用されているガラス基板の厚さが厚く重量も大きい欠点があり、さらに駆動用電源が特殊である問題がある。表示装置の重量を低く出来、車載電源をそのまま使用可能なデバイスとして液晶表示装置が挙げられるが、従来は正面観察時、及び左右観察時におけるコントラストが不十分であった。

なお、本明細書において、液晶表示装置とは情報表示を行う液晶表示素子と発光光源を有するバックライト、そしてそれらの動作制御を行う駆動回路、制御回路から形成される表示装置を言う。最近はバックライトの光源に無機ＬＥＤを用いて発光波長をほぼ単波長化することによりその波長のみにおけるコントラストを飛躍的に改善するノーマリーブラック型液晶表示素子が開発され情報表示装置として使用されてきている。

バックライトの発光波長に依存せず良好なノーマリーブラック表示を実現する液晶表示素子として、二枚の上下ガラス基板間に配置される液晶層内の液晶分子配向が基板に対して垂直又は略垂直に配向する「垂直配向モード」（以下ＶＡモード）液晶セルを略クロスニコル配置偏光板間に配置する素子がある。ガラス基板法線方位から観察した時、その光学特性はクロスニコル偏光板のそれとほぼ同等になり、その透過率が非常に低くなり高いコントラストを比較的簡単に実現することが可能となる。

さらに特許文献１に示されるように、上下偏光板と上下ガラス基板間の一方、又は両方に負の一軸光学異方性、又は負の二軸光学異方性を有する視角補償板を挿入することにより液晶表示装置を法線より左右斜めから観察した場合においても透過率の上昇が小さくコントラストが比較的低下しにくい良好な表示状態を実現することが可能である。この視角補償方法に関しては負の二軸光学異方性を有する視角補償板（以下負の二軸フィルムと表記）の面内位相差や面内遅相軸配置に関して特に有効な条件が特許文献２に示されている。

また、二軸光学異方性を有する略１／２波長板と負の一軸光学異方性を有する視角補償板（以下Ｃプレートと表記）を組み合わせることにより良好な視角特性を実現する方法が特許文献３に示されている。しかし、本手法は略１／２波長板としては波長板自体がどの方向から観察しても略１／２波長の位相差を実現する必要があるため、実際は正の二軸光学異方性が必要でありその実現は非常に難しい。そこで比較的製造しやすいと考えられる負の二軸フィルムとＣプレートを組み合わせる方法が特許文献４に開示されている。ただし特許文献４によると二軸フィルムの面内位相差は１９０ｎｍ以下、適用される液晶セルの液晶層内のリタデーション（液晶材料の複屈折をΔｎ、液晶層厚さをｄとした時のΔｎｄ）は２００ｎｍ〜５００ｎｍに限定されている。

ＶＡモード液晶表示素子をマルチプレックス駆動により１／６４デューティ以上で動作させる場合、液晶層内のリタデーションΔｎｄは少なくとも５５０ｎｍより大きいことが好ましく、８００ｎｍより大きいことがより好ましい。その理由は、電気光学特性における急峻性を出来るだけ良好にしなければ高デューティ駆動時においてＶＡモードの特徴である高コントラスト特性とオン電圧印加時における透過率をある程度高く維持することの両立が困難になるためである。

上記で示したようにΔｎｄが５００ｎｍ以下では上記手法により視角特性を改善できるがそれより大きいΔｎｄの場合は特許文献５および特許文献６に良好な視角特性を実現する視角補償方法が示されている。

特許文献５は（図２参照）、互いにクロスニコル配置された表側偏光板と裏側偏光板間にＶＡモード液晶セルが配置され、表側偏光板とＶＡモード液晶セル間に負の二軸フィルムがその面内遅相軸を表側偏光板の吸収軸に対して直交するように配置され、裏側偏光板とＶＡモード液晶セル間にＣプレートが配置された液晶表示装置を開示している。

特許文献６は（図３参照）、互いにクロスニコル配置された表側偏光板と裏側偏光板の間にＶＡモード液晶セルが配置され、表側偏光板とＶＡモード液晶セル間に負の二軸フィルムとＣプレートが、前者が表側偏光板に近接し、その面内遅相軸が表側偏光板の吸収軸に対して直交するよう配置された液晶表示装置を開示している。

フィルム状の光学補償板について、面内屈折率を遅相軸方位に関してｎｘ、進相軸方位に関してｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚ、厚さをｄとするとき、負の二軸フィルムは、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚの関係を有する光学補償板、Ｃプレートは、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの関係を有する光学補償板と定義される。また、面内位相差Ｒｅは、Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄで定義され、厚さ方向の位相差Ｒｔｈは、Ｒｔｈ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄで定義される。

負の二軸フィルムとして市場に流通する樹脂フィルムにはノルボルネン系環状オレフィン（以下ＣＯＰ）を材質とした厚さ略０．２ｍｍ以下程度の原反フィルムを二軸方位に延伸加工したものがある。これらのフィルムは、面内位相差Ｒｅが０＜Ｒｅ≦３００ｎｍ、厚さ方向の位相差Ｒｔｈが０＜Ｒｔｈ≦５００ｎｍでないと、フィルム内での光学パラメータの均一性の実現が難しいと考えられる。

Ｃプレートとして市場に流通する樹脂フィルムにはＣＯＰやトリアセチルセルロース（以下ＴＡＣ）が材質として用いられる。いずれのフィルムも一軸または二軸延伸加工されることから面内位相差Ｒｅは完全にゼロではなく７ｎｍ以下のものが多い。即ち、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの関係にある。厚さ方向リタデーションＲｔｈは最大でも２５０ｎｍ程度のものでないとフィルム面内Ｒｅや遅相軸の均一性を確保することができない。

負の二軸フィルムの最大Ｒｔｈ＝５００ｎｍとＣプレートの最大Ｒｔｈ＝２５０ｎｍを特許文献５と特許文献６記載の技術に適用すると、視角補償板の合算Ｒｔｈは、裏表偏光板の保護フィルムであるＴＡＣフィルムのＲｔｈ＝５０ｎｍを加算して８５０ｎｍ程度となる。この時良好な背景（電圧無印加時）視角特性が得られる液晶表示装置におけるＶＡモード液晶セルのΔｎｄは７５０ｎｍ〜９５０ｎｍ程度である。これ以上のΔｎｄを有するＶＡモード液晶表示素子と組み合わせる場合、特許文献５においては、裏側偏光板と液晶セル間に複数枚のＣプレートを挿入することが有効であることが示されている。一方特許文献６においてはすでに配置されるＣプレートとＶＡモード液晶セル間にさらにＣプレートを挿入することが有効であることが示されている。

特許第２０４７８８０号公報 特許第３３３０５７４号公報 特許第３２９９１９０号公報 特許第３８６３４４６号公報 特許第４８９４０３６号公報 特許第４８７３５５３号公報

本発明の一目的は、液晶層のリタデーションΔｎｄが６００ｎｍ以上である垂直配向液晶セルを有する液晶表示素子について、新規な視角補償技術を提供することである。

本発明の一観点によれば、互いにクロスニコル配置された第１偏光板及び第２偏光板と、前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置された垂直配向液晶セルと、ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚの光学的異方性を有し、前記第１偏光板と前記垂直配向液晶セルとの間に、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略直交するように配置された第１の光学フィルムと、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有し、前記第１の光学フィルムと前記垂直配向液晶セルとの間に配置された第２の光学フィルムと、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有し、前記垂直配向液晶セルと前記第２偏光板との間に配置された第３の光学フィルムとを有し、前記垂直配向液晶セルは、液晶層のリタデーションΔｎｄが６００ｎｍ以上であり、前記第１の光学フィルムは、面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ≦Ｒｅ１≦１２０ｎｍであり、厚さ方向リタデーションＲｔｈ１が５０ｎｍ≦Ｒｔｈ１≦５００ｎｍであり、前記第２の光学フィルムは、厚さ方向リタデーションＲｔｈ２が（１．０３７４Δｎｄ−３１９．２３）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３≦Ｒｔｈ２≦（１．０３７４Δｎｄ−１１１．７６）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３であり、前記第３の光学フィルムは、厚さ方向リタデーションＲｔｈ３が７３ｎｍ≦Ｒｔｈ３≦−１０７．６７＋０．３４６０９Δｎｄである、液晶表示素子、が提供される。

視角変化に伴うカラーシフトが抑制される。

図１は、実施例による液晶表示素子のパネル構造を示す概略斜視図である。 図２は、第１比較例による液晶表示素子のパネル構造を示す概略斜視図である。 図３は、第２比較例による液晶表示素子のパネル構造を示す概略斜視図である。 図４ａは、正面観察時の透過率を７％に設定したときの左右方位視角特性を示し、図４ｂは、透過率をパラメータとしたとき、色度ｘ、ｙが０．３５以下となる左方位極角観察角度最大値の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示す。 図４ｃは、透過率をパラメータとしたとき、色度ｘ、ｙが０．３５以下となる右方位極角観察角度最大値の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示し、図４ｄは、図４ｂ、図４ｃの左右視角特性においてｘとｙが０．３５以下であった極角観察角度範囲の合算値を視角範囲としたときの第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示す。 図５ａは、左方位における色度ｘ、ｙが０．３５以下となる最大極角観察角度の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示し、図５ｂは、左右視角特性におけるｘ、ｙが０．３５以下を実現する極角観察角度範囲を合算した視角範囲のＲｔｈ３依存性を示す。 図６ａ及び図６ｂは、負の二軸フィルムのＲｔｈ１をパラメータに加えた場合において、第２比較例よりも深い極角観察角度において色調変化が少ない条件を、Ｒｔｈ１とＲｔｈ３との関係、Ｒｔｈ１とＲｔｈ２との関係としてまとめたグラフである。 図７ａは、右方位のｘ、ｙ色度が０．３５以下である極角観察角度の最大値の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示し、図７ｂは、左右方位のｘ、ｙ色度が０.３５以下である極角観察角度の最大値を合算した視角範囲のＲｔｈ３依存性を示す。 図８ａは、液晶層のリタデーションΔｎｄと合算Ｒｔｈとの関係を示し、図８ｂは、第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３と合算Ｒｔｈとの関係を示す。 図８ｃは、図８ａと図８ｂに示した関係を合成して液晶層のリタデーションΔｎｄと第２のＣプレートＲｔｈ３の関係を示す。 図８ｄ及び図８ｅは、適切な面内位相差Ｒｅと厚さ方向位相差Ｒｔｈ１との関係を示す。 図９ａ及び図９ｂは、光学フィルムの厚さ方向リタデーション等の好適な条件をまとめた表である。

図１を参照して、本発明の実施例による液晶表示素子について説明する。図１は、実施例による液晶表示素子のパネル構造を示す概略斜視図である。互いにクロスニコル配置された表側偏光板１と裏側偏光板６との間に、垂直配向（ＶＡ）モード液晶セル４が配置されている。

表側偏光板１と液晶セル４との間に、負の二軸フィルムである第１の光学フィルム２と、Ｃプレートである第２の光学フィルム３とが積層して配置されている。第１の光学フィルム２は、表側偏光板１に近接し、面内遅相軸２ａが近接する偏光板吸収軸１ａに直交して配置される。Ｃプレート３の面内遅相軸３ａは、好ましくは近接する第１の光学フィルム２の遅相軸２ａに平行または直交に配置される。

液晶セル４と裏側偏光板６との間に、Ｃプレートである第３の光学フィルム５が挿入されている。第３の光学フィルム５の面内遅相軸５ａは、近接する裏側偏光板６の吸収軸６ａに対して平行または直交に配置される。

液晶セル４の液晶層は、裏表基板の内面に配置された電極間に液晶材料の閾値以上の電圧が印加されると、表側偏光板１の吸収軸１ａと裏側偏光板６の吸収軸６ａに対して４５°方向に傾斜する構成となっている。

図１は、裏表基板に対して配向処理を施しプレティルト角を発現させたモノドメインＶＡモードセル４を例示する。配向処理方位を矢印４ｕ及び４ｌで示す。なお、ＶＡモード液晶セル４は、裏表電極面に規則的に開口部、または突起等の配向制御要素を配置したマルチドメイン配向構造でもよい。

表側偏光板１、負の二軸フィルムである第１の光学フィルム２、Ｃプレートである第２の光学フィルム３、ＶＡモード液晶セル４、Ｃプレートである第３の光学フィルム５、及び裏側偏光板６により、実施例による液晶表示素子が形成される。

図１の液晶表示素子においては裏側基板の配向方位を下方位、表側基板の配向方位を上方位、表側基板の配向方位を時計回りに９０°回転させた方位を右方位、反時計回りに９０°回転させた方位を左方位と定義する。

ＶＡモード液晶セル４は、液晶層のリタデーションΔｎｄが６００ｎｍ以上の高Δｎｄのものを想定している。制御装置７が、ＶＡモード液晶セル４をマルチプレックス駆動する。マルチプレックス駆動のデューティは、デューティ比１／６４以上の高デューディを想定している。なお、デューティ比の分母であるデューティが大きいほど高デューティと呼ぶ。

なお、本実施例のパネル構造において、各構成要素の配置に関し、「平行」、「直交」、「４５°」という表現を用いた。しかし実際に液晶表示素子を作製する場合の角度配置は、いずれも±２〜３°程度までのばらつきが存在する。そこで、０°±３°の角度関係を「略平行」、９０°±３°の角度関係を「略直交」、４５°±３°の角度関係を「略４５°」と定義する。

また、本実施例のパネル構造において、裏表偏光板を互いに「クロスニコル配置」するという表現を用いた。ただし、実際に液晶表示素子を作製する場合は、吸収軸同士の角度配置が９０°±３°程度のばらつきを持つ。そこで、吸収軸同士のなす角度範囲が９０°±３°（略直交）となる配置を「クロスニコル配置」と定義する。

実施例による液晶表示素子を、一例として以下のような工程で作製した。所望のパターンを有する透明電極が形成されているガラス基板上に、日産化学製垂直配向膜を成膜した後、特開２００５−２３４２５４号公報の「発明を実施するための最良の形態」の欄に示されるラビング処理方法により、基板に配向処理を施した。なお、ガラス基板と配向膜の間には酸化シリコンなどの絶縁膜を形成しても良い。

その後２枚のガラス基板を、その上下面で垂直配向膜が近接するようにかつ、ラビング方向が反平行になるように、シール材により貼り合わせた。上下ガラス基板間の間隔は、４μｍ〜６μｍになるように球状スペーサーにて制御されている。

２枚のガラス基板間に、複屈折異方性Δｎが０．１以上０．２７以下で誘電率異方性Δεが負の液晶材料を注入した後、液晶材料の等方相温度より略２０℃高い温度で１時間焼成した。なお、プレティルト角は液晶材料のΔｎ、Δεの値に関わらず液晶セル面内で８９．８５°±０．１°であった。

２枚のガラス基板の外側に、偏光板吸収軸が略クロスニコル配置になるように偏光板を貼り合せる。偏光板はポラテクノ製ＶＨＣ１３Ｕを用いた。偏光板のガラス基板貼り合わせ面にはＲｅが約３ｎｍ〜５ｎｍのＴＡＣベースフィルムが存在し粘着材で下層と貼り合わせられている。負の二軸フィルムおよびＣプレートはノルボルネン系ＣＯＰフィルムを二軸延伸加工したものを用いた。バックライトの光源は標準光源Ｃとした。

次に、図２及び図３を参照して、第１比較例及び第２比較例による液晶表示素子について説明する。図２及び図３は、それぞれ、第１比較例及び第２比較例による液晶表示素子のパネル構造を示す概略斜視図である。

図２に示す第１比較例の液晶表示素子は、実施例の液晶表示素子から、Ｃプレートである第２の光学フィルム３を省略した積層構造を有する。

図３に示す第２比較例の液晶表示素子は、実施例の液晶表示素子から、Ｃプレートである第３の光学フィルム５を省略した積層構造を有する。

図２、３に示す第１比較例、第２比較例ともに、液晶表示素子の方位関係は、図１に示した実施例と同様である。

比較例の液晶表示素子において生じる問題について説明する。第１及び第２比較例の構造では、高Δｎｄを示すＶＡモード液晶表示装置を高デューティでマルチプレックス駆動したとき、明表示状態の表示部の視角特性を観察すると、液晶表示装置の表示面法線を基準に極角が深くなるにしたがってカラーシフトが観察され、表示品位が低下することがわかった。

第１比較例による光学フィルム（視角補償板）の配置構造を採用した場合は、観察角度を深くするにしたがって黄色や緑、青等にカラーシフトし、透過率が低下する傾向が観察された。また、第２比較例の視角補償板配置構造では、観察角度を深くするにしたがって黄色にカラーシフトし、透過率が上昇する傾向が観察された。

以下に説明するように、本願発明者の研究によれば、実施例による視角補償板配置構造を、厚さ方向リタデーション等の光学フィルム特性を適切に設定して用いることにより、高Δｎｄ（６００ｎｍ以上）のＶＡモード液晶表示素子を高デューティ（デューティが６４以上）でマルチプレックス駆動した場合の、明表示部の観察方向の変化、すなわち視角変化に対するカラーシフト、および透過率変化を抑制できることがわかった。

次に、シミュレーション解析に基づいて、視角変化に対するカラーシフトおよび透過率変化を抑制できる条件について考察する。本シミュレーション解析において、液晶パネル構造は、上記における実際の液晶表示素子と同様な構造とした。ただし、ガラス基板と透明電極は省略している。偏光板はポラテクノ製ＶＨＣ１３Ｕを用い、ＴＡＣベースフィルムは、Ｒｅを３ｎｍ、Ｒｔｈを５０ｎｍとした。負の二軸フィルムおよびＣプレートは、ノルボルネン系ＣＯＰフィルムを二軸延伸加工したものとした。バックライトの光源は標準光源Ｃとした。シンテック社製液晶表示機シミュレータＬＣＤＭＡＳＴＥＲ８を用いて解析を行った。
（１）Δｎｄ＝１０５０ｎｍ固定の場合
図１に示した実施例の液晶表示素子構造において、液晶層のリタデーションΔｎｄを１０５０ｎｍに設定し、負の二軸フィルム２の面内位相差Ｒｅを４５ｎｍ、厚さ方向位相差Ｒｔｈ１を４４０ｎｍに固定した。第１のＣプレート３の厚さ方向位相差Ｒｔｈ２、及び、第２のＣプレート５の厚さ方向位相差Ｒｔｈ３が変化したときに明表示時における１８０°方位（以下左方位）、および０°方位（以下右方位）の液晶表示素子の表示面法線方向を基準として極角観察角度を変化させた場合の明表示時透過率の視角特性を計算した。なお、Ｒｔｈ１＝Ｒｔｈ２＋Ｒｔｈ３とした。つまり、Ｒｔｈ１＋Ｒｔｈ２＋Ｒｔｈ３＝８８０ｎｍとした。

図４ａは、正面観察時の透過率を７％に設定したときの左右方位視角特性を示す。極角観察角度が負の場合は左方位、正の場合は右方位を表す。第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３が０ｎｍである場合が、第２比較例（図３）に対応する。第２比較例による視角補償の場合、極角±２５°程度から観察角度が大きく（深く）なると透過率が大きく上昇し、±５０°近辺で正面観察時の２倍以上の透過率となっていることがわかる。

Ｒｔｈ３の値が大きくなるにしたがって、観察角度が深くなった場合の最大透過率が低下する。第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３が４４０ｎｍに達し、第１のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ２＝０ｎｍとなった場合が、第１比較例（図２）に対応する。第１比較例による視角補償の場合、深い観察角度にて透過率がほぼゼロになる観察角度が存在するまでに変化が見られる。

Ｒｔｈ２とＲｔｈ３の設定により深い観察角度の透過率に大きな変化が観察されると同時に明表示状態の色調にも大きな変化が現れる。また、正面観察時透過率によっても影響を受ける。そこで、正面観察時透過率を３％、５％、７％、１０％としたとき、Ｒｔｈ２とＲｔｈ３を変化させた場合の左右方位極角観察角度変化に対するＸＹＺ表色系における色度ｘ及びｙを計算し、ｘとｙが共に０．３５以内になる左右方位極角観察角度を求めた。

図４ｂ、図４ｃは、透過率をパラメータとしたとき、前記ｘ、ｙが０．３５以下となる左方位及び右方位極角観察角度最大値の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示す。上述のように、Ｒｔｈ３＝０ｎｍが第２比較例による視角補償方法、Ｒｔｈ３＝４４０ｎｍが第１比較例による視角補償方法に対応する。

透過率により多少に違いは観察されるが、近い傾向が観察された。２つの比較例同士を比較するとＲｔｈ３＝０ｎｍである第２比較例の視角補償方法の方が、Ｒｔｈ３＝４４０ｎｍである第１比較例の視角補償方法に比べて、広い極角観察角度範囲で色調変化が小さい傾向がみられる。

また、第１比較例は、黄ばみだけでなく青色、赤色、紫など色々な色にカラーシフトする様子が観察され、第１比較例より第２比較例の方が、カラーシフトが小さくなる傾向があることがわかった。そこで、第２比較例を基準として、第２比較例よりもさらに色調変化が小さくできる条件に着目して考察を続ける。

Ｒｔｈ３が０ｎｍと４４０ｎｍの間となる実施例の視角補償方法では、左方位に関しては、正面透過率が５％以下であればＲｔｈ３が１４７ｎｍ（下限）〜２９３ｎｍ（上限）、１０％以下であればＲｔｈ３が１４７ｎｍ（下限）〜２２０ｎｍ（上限）の範囲で、第２比較例に比べて広い極角観察角度範囲で色調変化が小さく、右方位に関しては、正面透過率３％以下であればＲｔｈ３が１４７ｎｍ（下限）〜２９３ｎｍ（上限）、１０％以下であればＲｔｈ３が１４７ｎｍ（下限）〜２２０ｎｍ（上限）の範囲で、第２比較例に比べて広い極角観察角度範囲で色調変化が小さい。なお、第２比較例よりも視角範囲が広い領域で、視角範囲が最も小さいときのＲｔｈ３について下限、視角範囲が最も広いＲｔｈ３について上限と表現している。

図４ｄは、上記左右視角特性においてｘとｙが０．３５以下であった極角観察角度範囲の合算値を視角範囲としたときの第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示す。Ｒｔｈ３＝０ｎｍである第２比較例による視角補償方法では、正面観察時の透過率に大きく依存せずに、極角観察角度範囲（視角範囲）は９５°〜１００°の範囲である。それに対して、実施例による視角補償方法では、Ｒｔｈ３が１４７ｎｍ（下限）〜２２０ｎｍ（上限）の範囲において第１比較例よりも広い視角範囲を獲得している。特にＲｔｈ３＝２２０ｎｍの時は１２０°以上の視角範囲を実現することが可能であった。

再び図４ａを参照する。図４ｂ〜図４ｄを参照して説明したように、第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３が０ｎｍである第２比較例による視角補償方法と、第１のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ２＝０ｎｍ（第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３＝４４０ｎｍ）である第１比較例による視角補償方法との間の実施例の条件により、広い極角観察角度範囲で色調変化を抑制できることがわかった。特にＲｔｈ３＝２２０ｎｍの時は１２０°以上の視角範囲を実現することが可能であった。

図４ａに示す透過率特性について見ると、深い観察角度で透過率が大きく上昇する第２比較例と、深い観察角度で透過率が大きく低減する第１比較例との間の実施例では、浅い観察角度から深い観察角度まで平均化されたような透過率特性が得られていることがわかる。広い極角観察角度範囲で特に良好に色調変化が抑制できることがわかったＲｔｈ３＝２２０ｎｍでは、透過率特性も特に良好に平均化されていることがわかる。このように、視角変化に伴う色調変化を抑制できる条件は、視角変化に伴う透過率変化も抑制できることがわかった。

次に、負の二軸フィルムの厚さ方向位相差Ｒｔｈ１をパラメータとし、さらに第１及び第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ３を変化させたときの視角特性に関して検討した。負の二軸フィルムのＲｔｈ１は３００ｎｍ、２２０ｎｍ、１２０ｎｍ、５０ｎｍの４種類とした。この時、面内位相差Ｒｅは各Ｒｔｈ１において良好な視角特性が実現できる５０ｎｍ、５５ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍにそれぞれ設定した。本検討においてはＲｔｈ１＋Ｒｔｈ２＋Ｒｔｈ３＝８８０ｎｍとなるように各パラメータを変化させた。また正面透過率は７％に固定した。

図５ａは、左方位における色度ｘ、ｙが０．３５以下となる最大極角観察角度の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示す。Ｒｔｈ３＝０ｎｍの場合が第２比較例による視角補償方法に対応する。負の二軸フィルムの厚さ方向位相差Ｒｔｈ１により多少のばらつきは生じているが、その依存性は小さい。

Ｒｔｈ３が２７７ｎｍ以上６３３ｎｍ以下においては第２比較例よりも狭い極角観察角度範囲内でｘ、ｙが０．３５以下を示しているが、それ以外の範囲、すなわちＲｔｈ３が９２ｎｍ（下限）〜２５３ｎｍ（上限）及び６４６ｎｍ（下限）〜８３０ｎｍ（上限）の範囲で第２比較例と同等またはそれより深い極角観察角度まで色変化が生じない傾向が観察された。特にＲｔｈ３が１８４ｎｍ（下限）〜２５３ｎｍ（上限）及び６４６ｎｍ（下限）〜６６０ｎｍ（上限）の範囲では、すべてのＲｔｈ１条件で第２比較例よりも広い極角観察角度を示した。

図５ｂは、図４ｄで示したものと同様に、左右視角特性におけるｘ、ｙが０．３５以下を実現する極角観察角度範囲を合算した視角範囲のＲｔｈ３依存性を示す。Ｒｔｈ１の大きさにかかわらず第２比較例より広い視角範囲を獲得できるのは、Ｒｔｈ３が９２ｎｍ（下限）〜２５３ｎｍ（上限）及び６４６ｎｍ（下限）〜７６０ｎｍ（上限）の範囲であった。

負の二軸フィルムのＲｔｈ１をパラメータに加えた場合において、第２比較例よりも深い極角観察角度において色調変化が少ない条件を、Ｒｔｈ１とＲｔｈ３との関係、Ｒｔｈ１とＲｔｈ２との関係としてまとめたグラフが図６ａ及び図６ｂである。

図６ａは、Ｒｔｈ１とＲｔｈ３の関係をまとめたものである。深い極角観察角度において色調変化が少ないＲｔｈ３の範囲（囲みで例示する）は、Ｒｔｈ３が小さい領域と大きい領域の２種類が存在する。

Ｒｔｈ３が小さい領域においては上限、下限共にＲｔｈ１に依存しないほぼ一定した範囲であり、おおむね７３ｎｍ（下限）≦Ｒｔｈ３≦２５３ｎｍ（上限）の図示した帯状範囲に含まれる。

一方、Ｒｔｈ３が大きい範囲では下限はＲｔｈ１に依存せず６３３ｎｍ、上限はＲｔｈ１の大きさにより変化しておりＲｔｈ３＝８８０−Ｒｔｈ１の線形関数にて表現できる。即ち、６３３ｎｍ（下限）≦Ｒｔｈ３＜８８０−Ｒｔｈ１（上限）の範囲が好ましい。

図６ｂは、Ｒｔｈ１とＲｔｈ２の関係をまとめたものである。深い極角観察範囲において色調変化が少ない領域（囲みで例示する）は、左上から右下に延在する帯状領域と、Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ１がともに小さい領域の２つが存在する。

左上から右下に延在する帯状領域は、最小二乗法で線形関数フィッティングすると６６８．０３−１．００９Ｒｔｈ１（下限）≧Ｒｔｈ２≧７６２．５−０．９２０７９Ｒｔｈ１（上限）の範囲に含まれる。

一方、Ｒｔｈ１とＲｔｈ２が小さい領域は、０（下限）＜Ｒｔｈ２≦２４７．０９−１．１００７Ｒｔｈ１（上限）の範囲に含まれる。なお、この時Ｒｔｈ３は（Δｎｄ−７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ２≦Ｒｔｈ３≦（Δｎｄ−２７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ２の範囲内に含まれる。
（２）Δｎｄを変化させた場合
上記の検討においては、Δｎｄ＝１０５０ｎｍで固定していた。以下では、Δｎｄを他の値に変化させた場合について検討した結果を示す。

はじめに液晶層のリタデーションΔｎｄ＝８５０ｎｍとし、負の二軸フィルムにＲｅ／Ｒｔｈ１が５５ｎｍ／２２０ｎｍ、および４５ｎｍ／４４０ｎｍを用いた時、第１、第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ３を変化させ、その時の視角特性を計算した。Ｒｔｈ１＋Ｒｔｈ２＋Ｒｔｈ３＝６６０ｎｍとした。正面観察時の明表示時透過率は７％に固定設定した。

図７ａは、右方位のｘ、ｙ色度が０．３５以下である極角観察角度の最大値の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３依存性を示す。Ｒｔｈ３＝０ｎｍの時が第２比較例による視角補償方法に対応する。負の二軸フィルムのＲｔｈ１に依存しない傾向が観察されることが分かった。

図７ｂは、左右方位のｘ、ｙ色度が０.３５以下である極角観察角度の最大値を合算した視角範囲のＲｔｈ３依存性を示す。Ｒｔｈ３＝０ｎｍの第２比較例において、視角範囲は１１５°であったが、それより広い範囲の視角範囲を実現する実施例の条件はＲｔｈ３が７３ｎｍ（下限）〜１４７ｎｍ（上限）であった。

次に、図８ａに、液晶層のリタデーションΔｎｄと負の二軸フィルムおよび第１、第２のＣプレートにおける厚さ方向位相差Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ３の合算Ｒｔｈとの関係を計算した結果を示す。ここでＲｔｈ１＝４４０ｎｍに固定した。グラフにおいては最適条件と上限、下限値が示されているが、これは左右方位極角５０°観察時において背景の透過率が最も低くなる条件を最適、その透過率の２倍になるΔｎｄの下限と上限値をそれぞれ示している。

プロットを線形関数でフィッティングすると合算Ｒｔｈは、−３１９.２３＋１.０３７４Δｎｄ（下限）≦合算Ｒｔｈ≦−１１１.７６＋１.０３７４Δｎｄ（上限）で示される範囲内が良好な視角特性を実現できる。

そして、この時の第２のＣプレートの厚さ方向位相差Ｒｔｈ３と合算Ｒｔｈとの関係は、負の二軸フィルムの厚さ方向Ｒｔｈ１を２２０ｎｍ及び４４０ｎｍにした時、図８ｂに示すような関係にある。即ち負の二軸フィルムのＲｔｈ１にはほぼ依存せず、Ｒｔｈ３は、線形関数のフィッティングより、７３ｎｍ（下限）≦Ｒｔｈ３≦０.３３３６合算Ｒｔｈ−７０.４（上限）の範囲内に色調変化が抑制できる範囲（囲みで例示する）がある。

図８ａと図８ｂに示した関係を合成して液晶層のリタデーションΔｎｄと第２のＣプレートＲｔｈ３の関係を示したのが図８ｃである。

Ｒｔｈ３は、線形関数フィッティングより、７３ｎｍ≦Ｒｔｈ３≦−１０７.６７＋０.３４６０９Δｎｄの範囲内（囲みで例示する）に含まれる領域が、第１比較例よりも広い極角観察角度範囲において色変化を抑制できる。なお、この時Ｒｔｈ２は、（Δｎｄ−７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３≦Ｒｔｈ２≦（Δｎｄ−２７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３が適切な範囲である。

上記の検討は負の二軸フィルムにおける適切な面内位相差Ｒｅと厚さ方向位相差Ｒｔｈ１の関係を計算して用いていた。実施例の液晶表示素子構造において適切なＲｅのＲｔｈ１依存性を図８ｄに示す。

多項式関数カーブフィッティングにより適切なＲｅは
Ｒｅ≧１１７.０８−０.４７２５７Ｒｔｈ１＋０.０００９４８４７Ｒｔｈ１^２−３.２１７９ｅ−７Ｒｔｈ１^３
Ｒｅ≦１２７.０８−０.４７２５７Ｒｔｈ１＋０.０００９４８４７Ｒｔｈ１^２−６.２１７９ｅ−７Ｒｔｈ１^３
により囲われる範囲であった。

以上の検討においては負の二軸フィルムはＴＡＣフィルムをベースフィルムとして有する偏光板に貼り合わせられた構造を用いているが、前記ＴＡＣフィルムを除き偏光層と負の二軸フィルムが直接接着された、視角補償板一体型偏光板を用いてもよい。その場合の適切なＲｅのＲｔｈ１依存性を図８ｅに示す。

多項式関数カーブフィッティングにより適切なＲｅは
Ｒｅ≧１２９.２４−０.３７０４５Ｒｔｈ１−０.０００３６３０９Ｒｔｈ１^２＋３.１８７２ｅ−６Ｒｔｈ１^３−３.３８９１ｅ−９Ｒｔｈ１^４
Ｒｅ≦１３９.２４−０.３７０４５Ｒｔｈ１−０.０００３６３０９Ｒｔｈ１^２＋３.１８７２ｅ−６Ｒｔｈ１^３−３.３８９１ｅ−９Ｒｔｈ１^４
により囲われる範囲であった。

なお、図６ａにおいて、Ｒｔｈ３が大きな条件においても視角変化に対する色調変化が抑制できる条件が存在したが、この検討条件ではΔｎｄ＝１０５０ｎｍに固定していた。Δｎｄが変数に含まれる場合のＲｔｈ１とＲｔｈ３の関係は、Δｎｄ＞８５０ｎｍにおいて、６３３ｎｍ≦Ｒｔｈ３＜（Δｎｄ−１７０）−１.０９２１Ｒｔｈ１であり、この時Ｒｔｈ２は（Δｎｄ−７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３≦Ｒｔｈ２≦（Δｎｄ−２７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３が適切な範囲であった。

以上、シミュレーション解析結果に沿って説明したように、図１に示したような実施例による視角補償板の配置構造において、負の二軸フィルムである第１の光学フィルム、Ｃプレートである第２の光学フィルム、Ｃプレートである第３の光学フィルムの厚さ方向リタデーションＲｔｈ１、Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ３等を適切に選択することにより、視角変化時のカラーシフトを抑制することができる。

また、（図４ａ〜図４ｄを参照して説明したように、）視角変化時のカラーシフトを抑制できる条件により、視角変化時の透過率変化を抑制することもできる。

なお、Ｒｔｈ１＝４４０ｎｍ（Ｒｅ１＝４５ｎｍ）、Ｒｔｈ２＝Ｒｔｈ３＝２２０ｎｍ、Δｎｄ＝１０５０ｎｍとした液晶表示素子を実際に作製して、透過率５％に設定した時の外観観察をしたところ、シミュレーションと同様にカラーシフトが抑制されていることが確認できた。

なお、以上の検討においては、Ｃプレートとして二軸延伸加工したノルボルネン系環状オレフィン樹脂を想定したがその限りではない。例えば、延伸加工したＴＡＣフィルムや、配向制御されたコレステリックまたはディスコティック液晶ポリマーによるものでもよい。

図９ａ及び図９ｂの表に、以上のような考察等を踏まえて導き出された好適な条件をまとめる。

なお、図８ｄ及び図８ｅにおいて、負の二軸フィルムにおける適切な面内位相差Ｒｅ１の下限は４０ｎｍである。上限は、図８ｅにおいて最大のＲｅ１を示す１２０ｎｍである。従って、負の二軸フィルムの適切な面内位相差Ｒｅ１は、４０ｎｍ≦Ｒｅ１≦１２０ｎｍである。

負の二軸フィルムの厚さ方向位相差Ｒｔｈ１は、例えば、シミュレーションにおける下限５０ｎｍと、光学パラメータの均一性が得やすい上限５００ｎｍとの間で設定される。つまり、５０ｎｍ≦Ｒｔｈ１≦５００ｎｍである。

第１の視角補償技術（図９ａ参照／条件その１）は、液晶層のリタデーションが６００ｎｍ以上の垂直配向液晶層を有する液晶表示素子の裏表面に配置され、互いにクロスニコル配置された偏光板と一方の偏光板と液晶セルの間にｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚの光学的異方性を有する第１の光学フィルムとｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有する第２の光学フィルムが第１の光学フィルムを偏光板に近接するように積層して配置され、第１の光学フィルムの面内遅相軸は近接する偏光板吸収軸に対して略直交し、もう一方の偏光板と液晶セルの間にｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有する第３の光学フィルムが配置され、第１の光学フィルムの面内位相差Ｒｅ１は４０ｎｍ≦Ｒｅ１≦１２０ｎｍであり、厚さ方向リタデーションＲｔｈ１は５０ｎｍ≦Ｒｔｈ１≦５００ｎｍであり、第３の光学フィルムの厚さ方向リタデーションＲｔｈ３は７３ｎｍ≦Ｒｔｈ３≦−１０７.６７＋０.３４６０９Δｎｄ、第２の光学フィルムの厚さ方向リタデーションＲｔｈ２は（Δｎｄ−７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３≦Ｒｔｈ２≦（Δｎｄ−２７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３であることにより、１／６４デューティ以上のマルチプレックス駆動時において明表示における視角変化時のカラーシフトと透過率変化を抑制する視角補償効果を提供することができる。

第２の視角補償技術（図９ｂ参照／条件その２）は、液晶層のリタデーションが８５０ｎｍより大きい垂直配向液晶層を有する液晶表示素子の裏表面に配置され、互いにクロスニコル配置された偏光板と一方の偏光板と液晶セルの間にｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚの光学的異方性を有する第１の光学フィルムとｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有する第２の光学フィルムが第１の光学フィルムを偏光板に近接するように積層して配置され、第１の光学フィルムの面内遅相軸は近接する偏光板吸収軸に対して略直交し、もう一方の偏光板と液晶セルの間にｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有する第３の光学フィルムが配置され、第１の光学フィルムの面内位相差Ｒｅ１は４０ｎｍ≦Ｒｅ１≦１２０ｎｍであり、厚さ方向リタデーションＲｔｈ１は５０ｎｍ≦Ｒｔｈ１≦５００ｎｍであり、第３の光学フィルムの厚さ方向リタデーションＲｔｈ３は６３３ｎｍ≦Ｒｔｈ３＜（Δｎｄ−１７０）−１.０９２１Ｒｔｈ１であり、第２の光学フィルムの厚さ方向リタデーションＲｔｈ２は（Δｎｄ−７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３≦Ｒｔｈ２≦（Δｎｄ−２７０）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３であることにより、１／６４デューティ以上のマルチプレックス駆動時において明表示における視角変化時のカラーシフトと透過率変化を抑制する視角補償効果を提供することができる。

上記実施例の技術は、例えば、車載情報表示装置や、産業機器、家電製品向け情報表示装置に利用することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、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 表側偏光板
２ 第１の光学フィルム（負の二軸フィルム）
３ 第２の光学フィルム（第１のＣプレート）
４ ＶＡモード液晶セル
５ 第３の光学フィルム（第２のＣプレート）
６ 裏側偏光板
７ 制御装置

Claims (5)

1. 互いにクロスニコル配置された第１偏光板及び第２偏光板と、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置された垂直配向液晶セルと、
   ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚの光学的異方性を有し、前記第１偏光板と前記垂直配向液晶セルとの間に、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略直交するように配置された第１の光学フィルムと、
   ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有し、前記第１の光学フィルムと前記垂直配向液晶セルとの間に配置された第２の光学フィルムと、
   ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有し、前記垂直配向液晶セルと前記第２偏光板との間に配置された第３の光学フィルムと
   を有し、
   前記垂直配向液晶セルは、
   液晶層のリタデーションΔｎｄが６００ｎｍ以上であり、
   前記第１の光学フィルムは、
   面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ≦Ｒｅ１≦１２０ｎｍであり、
   厚さ方向リタデーションＲｔｈ１が５０ｎｍ≦Ｒｔｈ１≦５００ｎｍであり、
   前記第２の光学フィルムは、
   厚さ方向リタデーションＲｔｈ２が
   （１．０３７４Δｎｄ−３１９．２３）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３≦Ｒｔｈ２≦（１．０３７４Δｎｄ−１１１．７６）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３であり、
   前記第３の光学フィルムは、
   厚さ方向リタデーションＲｔｈ３が
   ７３ｎｍ≦Ｒｔｈ３≦−１０７．６７＋０．３４６０９Δｎｄである、
   液晶表示素子。
2. 互いにクロスニコル配置された第１偏光板及び第２偏光板と、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置された垂直配向液晶セルと、
   ｎｘ＞ｎｙ≧ｎｚの光学的異方性を有し、前記第１偏光板と前記垂直配向液晶セルとの間に、面内遅相軸が前記第１偏光板の吸収軸に対して略直交するように配置された第１の光学フィルムと、
   ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有し、前記第１の光学フィルムと前記垂直配向液晶セルとの間に配置された第２の光学フィルムと、
   ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの光学異方性を有し、前記垂直配向液晶セルと前記第２偏光板との間に配置された第３の光学フィルムと
   を有し、
   前記垂直配向液晶セルは、
   液晶層のリタデーションΔｎｄが８５０ｎｍより大きく、
   前記第１の光学フィルムは、
   面内位相差Ｒｅ１が４０ｎｍ≦Ｒｅ１≦１２０ｎｍであり、
   厚さ方向リタデーションＲｔｈ１が５０ｎｍ≦Ｒｔｈ１≦５００ｎｍであり、
   前記第２の光学フィルムは、
   厚さ方向リタデーションＲｔｈ２が
   （１．０３７４Δｎｄ−３１９．２３）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３≦Ｒｔｈ２≦（１．０３７４Δｎｄ−１１１．７６）−Ｒｔｈ１−Ｒｔｈ３であり、
   前記第３の光学フィルムは、
   厚さ方向リタデーションＲｔｈ３が
   ６３３ｎｍ≦Ｒｔｈ３＜（Δｎｄ−１７０）−１．０９２１Ｒｔｈ１である、
   液晶表示素子。
3. 前記第１の光学フィルムにおいて、面内位相差Ｒｅ１は、厚さ方向リタデーションＲｔｈ１に対して、
   Ｒｅ１≧１１７．０８−０．４７２５７Ｒｔｈ１＋０．０００９４８４７Ｒｔｈ１^２−３．２１７９ｅ−７Ｒｔｈ１^３
   Ｒｅ１≦１２７．０８−０．４７２５７Ｒｔｈ１＋０．０００９４８４７Ｒｔｈ１^２−６．２１７９ｅ−７Ｒｔｈ１^３
   の関係を満たす請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第１の光学フィルムにおいて、面内位相差Ｒｅ１は、厚さ方向リタデーションＲｔｈ１に対して、
   Ｒｅ１≧１２９．２４−０．３７０４５Ｒｔｈ１−０．０００３６３０９Ｒｔｈ１^２＋３．１８７２ｅ−６Ｒｔｈ１^３−３．３８９１ｅ−９Ｒｔｈ１^４
   Ｒｅ１≦１３９．２４−０．３７０４５Ｒｔｈ１−０．０００３６３０９Ｒｔｈ１^２＋３．１８７２ｅ−６Ｒｔｈ１^３−３．３８９１ｅ−９Ｒｔｈ１^４
   の関係を満たす請求項１または２に記載の液晶表示素子。
5. 前記第１〜第３の光学フィルムは、材質がノルボルネン系環状オレフィン樹脂であり、フィルムを互いに略直交する２方向へ延伸加工して形成された請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。