JPH0933906A

JPH0933906A - 液晶素子及び液晶装置

Info

Publication number: JPH0933906A
Application number: JP7178706A
Authority: JP
Inventors: Jun Iba; 潤伊庭
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた光学特性の液晶素子、並びに視野角特
性の向上した液晶素子を提供する。【解決手段】液晶素子の基板の外側に、正の一軸異方
性を有し光軸が基板に対して垂直な位相差フィルム（複
屈折性フィルム、リタデーションフィルム）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶素子及び液晶装
置に関するものであり、特に液晶表示装置の視野角特性
の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明の背景を明らかにするために、図
を参照して液晶表示装置の基本的な動作を簡潔に説明す
る。

【０００３】図１１は、液晶素子の一例を示す模式的な
断面図である。

【０００４】本素子は、偏光板１００、１１４、液晶を
挟持するガラス基板１０１、１１３、所定の分光特性を
有するカラーフィルタ１０２、カラーフィルタの凹凸を
補正する平坦化膜１０３、画素に電圧を印加する透明電
極１０４、１１２、液晶を配向させるための配向膜１０
５、１１１、液晶層１１０からなっている。

【０００５】上下一対のガラス基板１０１、１１３によ
って挟持された液晶層１１０は液晶層１１０と接する基
板面に設けられた配向膜１０５、１１１によって、電圧
無印加状態で所定の配向状態となっている。配向膜とし
ては、ポリイミド等の有機高分子膜をラビング処理した
もの等が用いられる。

【０００６】ここで、上下基板間で９０度の捻じれ配向
状態である捻じれネマティック（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅ
ｍａｔｉｃ、以下ＴＮと略す）液晶を例にして、その光
学的動作について述べる。電圧無印加時のＴＮ液晶素子
において、入射側の偏光板１００を通過した光は、ガラ
ス基板１０１、透明電極１０４、配向膜１０５を通過し
た後、液晶層１１０内の液晶分子の光軸方向に入射し、
液晶層１１０の捻じれ配列に沿って旋光する。その結
果、液晶層１１０から出射した光は、入射光からみて偏
光面が９０°回転している。この液晶層１１０から出射
した光は配向膜１１１、透明電極１１２、平坦化膜１０
３、カラーフィルタ１０２、ガラス基板１１３を通過し
た後、出射側の偏光板１１４に達する。出射側の偏光板
１１４の偏光軸は入射側の偏光板１００の偏光軸に対し
て直交に設定されているため光が透過し、白表示がなさ
れる。

【０００７】一方十分な電圧を印加した場合には、液晶
層１１０内の液晶分子の配列が変化し液晶分子が電界に
平行に配列するので、前述した旋光作用が失われる。従
って、入射光の偏光面は回転せずにそのまま液晶層１１
０を通過するため、出射側の偏光板１１４の偏光軸に垂
直な偏光面となり、偏光板１１４を通過することが出来
ず、黒表示がなされる。このように、偏光板を互いの偏
光軸が直交するように配置し、電圧印加により明状態
（白）から暗状態（黒）にスイッチさせる表示形態をノ
ーマリーホワイト（ポジ）表示と呼ぶ。

【０００８】このようなＴＮ液晶素子を用いた液晶表示
装置には、大画面化が困難であるといった問題点があ
り、そのような問題点を改善する液晶素子として、液晶
の捻じれを大きくした超捻じれネマティック（Ｓｕｐｅ
ｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ、以下ＳＴＮと略
す）液晶素子、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を用いて
駆動するアクティブマトリックス型液晶素子等が生み出
されているが、液晶の基本的な光学的動作はＴＮ液晶素
子と同様である。

【０００９】また、強誘電性液晶分子の屈折率異方性を
利用した強誘電性液晶素子があり、特にＣｌａｒｋとＬ
ａｇｅｒｗａｌｌによってメモリー性を有する表面安定
化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）素子が提案されている
（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許４３６７
９２４号明細書等）。このＳＳＦＬＣ素子は、液晶分子
をその第１の安定状態と第２の安定状態の間でスイッチ
ングさせ、それにクロスニコルに配置した二枚の偏光板
を組み合わせることによって白黒表示を行なう。

【００１０】図１２にＳＳＦＬＣ素子の模式的な斜視図
を示す。図１２において、１２１ａ、１２１ｂは液晶を
挟持する上下基板、１２２は強誘電性液晶層、１３１
ａ、１３１ｂは電圧を印加するための電極、１３３ａ、
１３３ｂはそれぞれ強誘電性液晶の第１、第２の安定状
態、１３４ａ、１３４ｂはそれぞれ上向き、下向きの双
極子モーメントである。これらのほかに、偏光板、透明
電極、配向膜等（図示せず）が設けられている。

【００１１】強誘電性液晶は、一般に特定の温度域にお
いてカイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ^* ）相またはＨ
（ＳｍＨ^* ）相を有するカイラルスメクチック液晶であ
る。そして、ＳＳＦＬＣでは、この強誘電性液晶を非螺
旋状態として用いている。この状態において、電極１３
１ａ、１３１ｂに印加される電圧によって電界Ｅａ、Ｅ
ｂが生じると、液晶分子の双極子モーメントは、それぞ
れ上向き１３４ａ、下向き１３４ｂを向き、それに応じ
て液晶分子はそれぞれ第１の安定状態１３３ａ、第２の
安定状態１３３ｂをとる。

【００１２】２枚の偏光板をクロスニコルに配置した時
のＳＳＦＬＣの光透過率は、Ｉ／Ｉ₀ ＝ｓｉｎ² ２α・ｓｉｎ² （πΔｎｄ／λ）（Ｉ：透過光強度、Ｉ₀ ：入射光強度、α：液晶分子の
光軸と一方の偏光板の偏光軸のなす角、Δｎ：屈折率異
方性、ｄ：液晶層の厚さ、λ：入射光の波長）で表され
る。通常、液晶分子の光軸は液晶分子の長軸に一致して
いる。

【００１３】上記式によれば、液晶分子軸が一方の偏光
板の偏光軸と平行である場合に透過率が０となり、液晶
分子軸と偏光板の偏光軸のなす角が４５°の場合に透過
率が最大となる。つまり、前述の第１の安定状態の際に
液晶分子軸が一方の偏光板の偏光軸と平行になるように
することにより暗状態（黒）とし、第２の安定状態の際
に液晶分子軸が偏光板の偏光軸に対してある角度を持つ
ようにして明状態（白）とする。

【００１４】このような液晶素子を用いた液晶表示装置
において、見る方向によって表示性能が異なる視野角特
性が従来より問題となっている。

【００１５】視野角特性悪化の原因について以下に述べ
る。ＧｏｏｃｈとＴａｒｒｙ（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙ
ｓｉｃｓｖｏｌ．８（１９８５）Ｐ．１５７５）によ
れば、二枚の偏光板の偏光軸と平行にしたＴＮ液晶の光
透過率Ｉ／Ｉ₀ は、Ｉ／Ｉ₀ ＝ｓｉｎ² 〔π（１＋ｕ² ）^1/2 ／２〕／（１
＋ｕ² ）で表される。ここでＩは透過光強度、Ｉ₀ は入射光強
度、またｕ＝２Δｎｄ／λ（Δｎ：異常光の屈折率ｎ_e
と常光の屈折率ｎ_o の差の絶対値｜ｎ_e −ｎ_o ｜、ｄ：
液晶層の厚さ、λ：波長）である。ここで、Δｎｄをリ
タデーションという。つまり、液晶層のリタデーション
Ｒ_lc＝Δｎｄの値によって、液晶セルの光透過率が異な
るのである。よって、Ｒ_lcを最適に設計すれば、表示特
性を最適にすることが出来る。ところが、ｎ_e は入射光
の入射角に応じて変化する。そのため、例えば基板面に
垂直に入射した光に対してＲ_lcを最適化した場合でも、
斜めからの入射光は液晶層内を斜めに通過するため、ｎ
_e の変化に伴ってＲ_lcに変化が生じ、透過率の入射角依
存性が生じてしまう。また、液晶分子は、基板に対して
一定の角度いわゆるプレチルト角をもって一定方向に配
向する。このように、液晶分子の配向が非対称であるた
め、入射角が等しくても向きによってＲ_lcが異なるとい
った、非対称な視野角特性が生じる。

【００１６】さて、前述したようにＳＳＦＬＣの光透過
率は、Ｉ／Ｉ₀ ＝ｓｉｎ² ２α・ｓｉｎ² （πΔｎｄ／λ）で表される。

【００１７】ＳＳＦＬＣにおいても、液晶層のリタデー
ションＲ_lc＝Δｎｄの値によって、液晶セルの光透過率
が異なるという点はＴＮ液晶と同様である。また、透過
率の入射角依存性が生じる点や、液晶分子の配向の非対
称性によって非対称な視野角特性が生じるという点もＴ
Ｎ液晶と同様である。

【００１８】ＴＮ液晶素子におけるＲ_lcの非対称性を補
正する方法としては、例えば、リタデーション値の異な
る複数の光学異方素子を用いるという、特開平５−２３
２４６４号公報に開示された技術がある。

【００１９】しかしながら、このような視野角特性の悪
化は液晶自体の問題だけではなく、液晶素子に使用され
ている種々の部材にも原因があることが判明した。次に
その説明を行なう。

【００２０】本明細書中では、リタデーション等によっ
て表される複屈折異方性のことを、光学異方性という。

【００２１】カラーフィルタ１０２、平坦化膜１０３、
配向膜１０５、１１１の材料として、ポリイミド系樹
脂、ポリアミド系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ系樹脂
等が知られているが、これらの材料を使用することによ
り、カラーフィルタ、平坦化膜、配向膜等に複屈折が生
じることがある。

【００２２】表１に例としてポリアミドの屈折率を測定
した結果を示す。ここで、屈折率ｎ_i （ｉ＝Ｘ、Ｙ、
Ｚ）について、Ｘ軸及びＹ軸は表示面（基板面）と平行
にとり、Ｚ軸は表示面（基板面）と垂直にとる。表１か
ら明らかなように、ポリアミドは負の一軸異方性を有
し、光軸が表示面に垂直な方向（Ｚ軸方向）に配向して
いる。ここで、常光の屈折率ｎ_o はｎ_X 、ｎ_Y に等し
く、異常光の屈折率ｎ_e はｎ_Z 以上ｎ_X （ｎ_Y ）以下で
ある。表示面に垂直な方向（Ｚ軸方向）から光が入射し
た場合、ｎ_e ＝ｎ_o となり表示特性に変化はないが、入
射角度が大きくなるに従ってｎ_e の値が小さくなり、そ
れに伴って｜ｎ_e −ｎ_o ｜が大きくなる。即ち、ポリア
ミドによる不要なリタデーションＲ_pa＝Δｎｄ（Δｎ：
異常光の屈折率ｎ_e と常光の屈折率ｎ_o の差の絶対値｜
ｎ_e −ｎ_o ｜であり、ポリアミドの場合表１よりΔｎの
最大値は０．０４５、ｄ：ポリアミド膜の厚さ）が生じ
る。そして、液晶単体で最適化されたＲ_lcに付加的なＲ
_paが加わり、視野角特性等の表示性能が悪化してしま
う。

【００２３】

【表１】

【００２４】しかしながら、この問題に対して、根本的
な解決策が見いだされずにいた。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、本発明の課題とするところ
は、基板面に対して垂直に配向した一軸性光学異方部材
のリタデーションを補償し、優れた光学特性の液晶素子
及び液晶装置、並びに視野角特性の向上した液晶表示素
子及び液晶表示装置を提供することである。

【００２６】特に本発明は、液晶素子中の表示面に対し
て垂直に配向した負の一軸性光学異方性を有する部材の
リタデーションを補償し、視野角特性の優れた液晶表示
素子及び液晶表示装置を提供することを目的としてい
る。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、対向する一対の基板間
に液晶を挟持した液晶素子において、該液晶素子の基板
面に対して光学軸が垂直に配向した第一の一軸性光学異
方部材と、該液晶素子の基板面に対して光学軸が垂直に
配向し且つ該第一の一軸性光学異方部材と光学異方性の
正負が異なる第二の一軸性光学異方部材と、を有するこ
とを特徴とする液晶素子である。

【００２８】また、本発明は、対向する一対の基板間に
液晶を挟持し、該基板と該液晶の間に、該液晶素子の基
板面に対して光学軸が垂直に配向した第一の一軸性光学
異方部材を有する液晶素子において、該一対の基板の外
側に、該液晶素子の基板面に対して光学軸が垂直に配向
し、且つ該第一の一軸性光学異方部材と光学異方性の正
負が異なる第二の一軸性光学異方部材を有することを特
徴とする液晶素子である。

【００２９】本発明の第一の態様は、前記第一の一軸性
光学異方部材が負の一軸光学異方性を有し、前記第二の
一軸性光学異方部材が正の一軸光学異方性を有している
液晶素子である。

【００３０】本発明の第二の態様は、前記第一の一軸性
光学異方部材が正の一軸光学異方性を有し、前記第二の
一軸性異方部材が負の一軸光学異方性を有している液晶
素子である。

【００３１】前記第一の一軸性光学異方部材としては、
ポリイミド、ポリアミド等の有機高分子などが用いられ
るが、一軸性光学異方性を有していればどのようなもの
であっても構わない。また、前記第一の一軸性光学異方
部材は、カラーフィルタ、平坦化膜等の機能性部材であ
ることが好ましい。

【００３２】前記第二の一軸性光学異方部材としては種
々のものが用いられ得るが、高分子からなる複屈折性フ
ィルムが好適に用いられ、側鎖型高分子液晶を高分子等
からなるフィルムに塗布したものも好適に用いられる。

【００３３】また、前記第二の一軸性光学異方部材のリ
タデーションの値は、前記第一の一軸性光学異方部材の
リタデーションの値と等しいことが好ましい。

【００３４】さらに、前記第二の一軸性光学異方部材の
リタデーションの最大値は３０〜３６０ｎｍであること
がより好ましい。

【００３５】前記第一の一軸性光学異方部材と前記第二
の一軸性光学異方部材は、液晶層から見て同じ側にある
ことが、液晶層を通過する偏光が直線偏光となる点で好
ましい。

【００３６】また、前記第二の一軸性光学異方部材は液
晶層から見て出射側にあることが、装置の設計が簡便に
なる点で好ましい。

【００３７】本発明の液晶素子に用いられる液晶として
は、前述したＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶、強誘電性液晶及び
／または反強誘電性液晶などのカイラルスメクチック液
晶等が好適に用いられる。また液晶の駆動法としては、
単純マトリックス方式、アクティブマトリックス方式等
が好適に用いられる。

【００３８】本発明によれば、液晶素子を、該液晶素子
の基板面に対して光軸が垂直に配向し、互いに光学異方
性の正負が異なる第一及び第二の光学異方部材を配置し
た構成とすることによって、リタデーションの補償を行
なう。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を用いて詳細に説明する。

【００４０】図１は、本発明にかかる液晶素子の第一の
例を表す模式的な断面図である。本例は、カラー液晶表
示素子に関するものである。

【００４１】本素子は、偏光板１０、２４、液晶を挟持
するガラス基板１１、２３、所定の分光特性を有するカ
ラーフィルタ１２、カラーフィルタの凹凸を補正する平
坦化膜１３、画素単位で液晶に電圧を印加する透明電極
１４、２２、液晶を所望の配向状態に配向させる配向膜
１５、２１、液晶層２０、正の一軸異方性を有し光軸が
ガラス基板に対して垂直な位相差フィルム（複屈折性フ
ィルム、リタデーションフィルム）５０からなってい
る。

【００４２】カラーフィルタ１２、平坦化膜１３は負の
一軸性光学異方性を有するポリアミド系樹脂、ポリイミ
ド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の材料か
らなっており、スピンコート、ロールコート等の処理に
よって基板上に設けられ、基板面に対して垂直に配向し
ている。なお、カラーフィルタ１２、平坦化膜１３のい
ずれか一方のみが基板面に垂直に配向していてもよく、
さらに、平坦化膜１３は存在しなくてもよい。また、カ
ラーフィルタ１２、平坦化膜１３は配向膜２１と透明電
極２２の間に配置されていてもよい。また、上記の部材
以外にも、例えば、絶縁膜等の部材が設けられていても
よく、これらの部材が光学異方性を有し基板面に垂直に
配向した部材であってもよい。

【００４３】位相差フィルム５０は例えばポリカーボネ
ート、ポリサルフォン、ポリアリレート等の高分子フィ
ルムに圧縮、延伸の処理を施すことによって、フィルム
中の配向および複屈折性を制御して所望の光学異方性を
与えることによって作製される。また、高分子液晶の高
次構造を制御することによってメソゲン基の光学異方性
を発現させることによって位相差フィルム５０を作製す
ることもできる。

【００４４】また、側鎖型高分子液晶のメソゲンを含む
側鎖を、基板面に対して垂直に配向させることにより、
光学異方性を発現させ、位相差フィルム５０を作製する
こともできる。

【００４５】上下一対のガラス基板１１、２３によって
挟持された液晶層２０は、液晶層２０に接した面に設け
られたポリイミド等からなる配向膜１５、２１によって
配向処理がなされ、電圧無印加状態で所定の配向となっ
ている。液晶層２０にはネマティック液晶、カイラルス
メクチック液晶等種々の液晶が用いられる。

【００４６】次に、本素子の偏光状態について説明す
る。

【００４７】図２は、本素子のうち偏光状態を変化させ
る部材のみ（偏光板１０、カラーフィルタ１２、平坦化
膜１３、液晶層２０、位相差フィルム５０、偏光板２
４）を抽出して示している。５２は本素子に入射する
光、５３は偏光板１０からの出射光の偏光、５４は液晶
層２０からの出射光の偏光、５５はカラーフィルタ１
２、平坦化膜１３からの出射光の偏光、５６は位相差フ
ィルム５０からの出射光の偏光、５７は偏光板２４を通
過して本素子から出射する光を示している。ただし、入
射光５２は表示面に対してある角度をもって斜めから入
射しているとする。なお、図２は液晶層２０がＴＮ液晶
層であり、かつ白表示をしている場合である。

【００４８】図２において、ランダムな偏光を有する入
射光５２は偏光板１０により直線偏光５３となる。直線
偏光５３は液晶層２０で偏光面が９０°回転し直線偏光
５４となる。リタデーションΔｎｄを有するカラーフィ
ルタ１２、平坦化膜１３は、光軸が表示面（基板面）に
垂直な負の一軸光学異方性を有するため、入射光にその
入射角に応じた位相差δを与える。そのため直線偏光５
４は、カラーフィルタ１２、平坦化膜１３を通過するこ
とにより楕円偏光５５となる。これに対し、位相差フィ
ルム５０は、光軸が表示面（基板面）に垂直な正の一軸
光学異方性を有するため、カラーフィルタ１２、平坦化
膜１３とは逆の位相差−δを入射光に与える。そのため
楕円偏光５５は、位相差フィルム５０を通過することに
より位相が補償された直線偏光５６となる。図２の場
合、直線偏光５６は偏光板２４の偏光軸とほぼ平行であ
るので、出射光５７の強度は大きく、白表示が得られ
る。

【００４９】カラーフィルタ１２、平坦化膜１３にポリ
アミドを用いた場合、表１に示すように異常光の屈折率
の最大値が１．６３５、常光の屈折率が１．６８０であ
るので、カラーフィルタ１２、平坦化膜１３の両者を合
わせた層厚を３．０μｍとすると、Δｎｄの最大値は１
３５ｎｍとなり、位相差フィルム６０としてはΔｎｄの
最大値が１３５ｎｍの正の一軸光学異方性を有するもの
を使用する。通常、位相差フィルムの厚さは６０μｍ程
度であるので、Δｎの最大値は約０．００２程度であれ
ばよい。

【００５０】このように、位相差フィルム５０は、カラ
ーフィルタ１２、平坦化膜１３で生じる位相差δを補償
するので、液晶素子の視野角特性を向上させることが出
来る。

【００５１】本例では位相差フィルム５０の設計が容易
である。なぜなら、偏光を変化させる様々な光学部材が
存在していても、出射側の偏光５５の状態のみでリタデ
ーション値Δｎｄを決定することができ、この偏光５５
の状態は液晶素子に位相差フィルム５０及び偏光板２４
を設けないようにすることで、容易に測定できるからで
ある。なお、位相差フィルム５０のリタデーション値Δ
ｎｄは、偏光５６の偏光板２４の偏光軸方向成分が最大
となるように設定すればよい。

【００５２】なお、カラーフィルタ１２、平坦化膜１３
は液晶層２０の入射側に配置されていてもよい。

【００５３】ここで、本例の変形例として、液晶層２０
がＳＳＦＬＣ層である場合について簡単に説明する。

【００５４】図１において、ランダムな偏光を有する入
射光は、偏光板１０を通過することにより偏光板１０の
偏光軸に平行な直線偏光となる。白表示の場合を例にと
って説明すると、上記直線偏光は、液晶層２０の有する
複屈折異方性により、出射側の偏光板２４の偏光軸に平
行な成分を有する偏光となる。さらに、カラーフィルタ
１２、平坦化膜１３によって、入射光の入射角に応じた
位相差δが与えられる。そして、この入射光の入射角に
応じた位相差δが、位相差フィルム５０によって補償さ
れる。

【００５５】次に、第二の例について説明する。本例
は、第一の例とは位相差フィルムの位置が異なってい
る。第二の例を表す液晶表示素子の模式的な断面図を図
３に示す。

【００５６】図３において、６０は位相差フィルムであ
り、入射側の偏光板１０とガラス基板１１の間に挿入さ
れている。その他の部材及びそれらの位置関係は、図１
（第一の実施態様例）と同様であるので、図１と同じ符
号を付し説明は省略する。

【００５７】次に、本素子の偏光状態について説明す
る。

【００５８】図４は、本素子のうち偏光状態を変化させ
る部材のみ（偏光板１０、位相差フィルム６０、カラー
フィルタ１２、平坦化膜１３、液晶層２０、偏光板２
４）を抽出して示している。６２は本素子に入射する
光、６３は偏光板１０からの出射光の偏光、６４は位相
差フィルム６０からの出射光の偏光、６５は液晶層２０
からの出射光の偏光、６６はカラーフィルタ１２、平坦
化膜１３からの出射光の偏光、６７は偏光板２４を通過
して本素子から出射する光を示している。ただし、入射
光６２は表示面に対してある角度をもって斜めから入射
しているとする。なお、図４は液晶層２０がＴＮ液晶層
であり、かつ白表示をしている場合である。

【００５９】図４において、ランダムな偏光を有する入
射光６２は偏光板１０により直線偏光６３となる。リタ
デーションΔｎｄを有する位相差フィルム６０は、光軸
が表示面（基板面）に垂直な正の一軸光学異方性を有す
るため、入射光にその入射角に応じた位相差−δを与え
る。そのため直線偏光６３は、位相差フィルム６０を通
過することにより楕円偏光６４となる。楕円偏光６４は
液晶層２０で偏光面が９０°回転し楕円偏光６５とな
る。そして、カラーフィルタ１２、平坦化膜１３は、光
軸が表示面（基板面）に垂直な負の一軸光学異方性を有
するので、位相差フィルム６０とは逆の位相差δを入射
光に与える。そのため楕円偏光６５は、カラーフィルタ
１２、平坦化膜１３を通過することにより、直線偏光６
６となる。図４の場合、直線偏光６６は偏光板２４の偏
光軸とほぼ平行であるので、出射光６７の強度は大き
く、白表示が得られる。

【００６０】このように、位相差フィルム６０は、あら
かじめ偏光に位相差−δを与えることにより、カラーフ
ィルタ１２、平坦化膜１３で生じる位相差δを補償する
ので、液晶素子の視野角特性を向上させることが出来
る。

【００６１】なお、カラーフィルタ１２、平坦化膜１３
は液晶層２０から見て光の入射側に配置されていてもよ
い。

【００６２】第三の例として、カラーフィルタ１２、平
坦化膜１３を液晶層２０の入射側に配置すること以外は
第二の例同様である液晶表示素子について説明する。

【００６３】第三の例を表す液晶表示素子の模式的な断
面図を図５にしめす。また、本素子のうち偏光状態を変
化させる部材のみを抽出して図６に示す。なお、図６は
液晶層２０がＴＮ液晶層であり、かつ白表示をしている
場合である。

【００６４】図６において、ランダムな偏光を有する入
射光３２は偏光板１０により直線偏光３３となる。リタ
デーションΔｎｄを有する位相差フィルム３０は、光軸
が表示面（基板面）に垂直な正の一軸光学異方性を有す
るため、入射光にその傾きに応じた位相差−δを与え
る。そのため直線偏光３３は、位相差フィルム３０を通
過することにより楕円偏光３４となる。カラーフィルタ
１２、平坦化膜１３は、光軸が表示面（基板面）に垂直
な負の一軸光学異方性を有するので、位相差フィルム３
０とは逆の位相差δを入射光に与える。そのため楕円偏
光３４は、カラーフィルタ１２、平坦化膜１３を通過す
ることにより、直線偏光３５となる。そして、直線偏光
３５は液晶層２０で偏光面が９０°回転し直線偏光３６
となる。図６の場合、直線偏光３６は偏光板２４の偏光
軸とほぼ平行であるので、出射光３７の強度は大きく、
白表示が得られる。

【００６５】このように、位相差フィルム３０は、あら
かじめ偏光に位相差−δを与えることにより、カラーフ
ィルタ１２、平坦化膜１３で生じる位相差δを補償する
ので、液晶素子の視野角特性を向上させることが出来
る。

【００６６】また、位相差フィルムは、図７に示すよう
にガラス基板２３と出射側の偏光板２４の間に挿入して
もよい。

【００６７】以上の例において、位相差フィルムとカラ
ーフィルタ１２、平坦化膜１３は液晶層２０から見て同
じ側にあることがより好ましい。これらを液晶層２０か
ら見て同じ側に配置することにより、液晶層２０を通過
する偏光が直線偏光となるためである。液晶層を通過す
る偏光が楕円偏光となるとＴＮ液晶素子の場合、偏光面
が完全に９０°回転せず表示性能が劣る可能性がある。

【００６８】また、一般的にカラーフィルタ１２、平坦
化膜１３の厚さはそれぞれ１〜２μｍ、２〜４μｍ程度
であり、Δｎの最大値は０．０３〜０．０６程度である
ため、位相差フィルムのリタデーションΔｎｄの最大値
は、３０〜３６０ｎｍの範囲で適宜選択される。

【００６９】以上の例においては、主としてＴＮ液晶素
子を例にとり説明を行なったが、ＳＴＮ、ＳＳＦＬＣ等
その他のモードであっても、液晶以外の部材によって生
じる光学異方性に対する本発明の作用は同様である。

【００７０】つづいて本発明の実験例について図面を用
いて説明する。以下の実験例は、カイラルスメクチック
液晶を用いた表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）素
子に関するものである。

【００７１】（実験例１）３００ｍｍ×３２０ｍｍ、
１．１ｍｍ厚のガラス基板に、Ｃｒ膜をスパッタによっ
て形成した後、フォトリソグラフィによってパターニン
グして、膜厚１００ｎｍの遮光層を形成した。次に、顔
料が分散されたポリイミド系感光性樹脂をスピンナーに
よって塗布した後、フォトリソグラフィでパターニング
し、膜厚１．５μｍのカラーフィルタ膜（Ｒ、Ｇ、Ｂ
共）を形成した。さらに、膜厚１．５μｍのポリアミド
系平坦化膜を、コーティングによって形成した。その
後、ＩＴＯをスパッタによって形成した後、フォトリソ
グラフィによってパターニングして、膜厚１５０ｎｍの
ストライプ状の透明電極を形成した。続いて、膜厚２０
ｎｍのポリイミド系配向膜配向膜をフレキソ印刷及び焼
成により形成し、ラビング処理を施した。

【００７２】同様に基板上にＩＴＯ透明電極及びポリイ
ミド系配向膜を設けラビング処理した基板を対向させ、
エポキシ系接着剤によって貼り合わせることにより、液
晶セルを作製し、ピリミジン系のカイラルスメクチック
液晶組成物を注入して、水平配向させた。

【００７３】つづいて、側鎖型液晶性高分子を高分子フ
ィルムに塗布することによって、垂直配向した正の光学
異方性を有する複屈折性フィルムを得た。そして、この
複屈折性フィルムをカラーフィルタを有する基板の外側
に貼りつけ、両側基板の外側に偏光板をクロスニコルに
貼りつけた。そして、カラーフィルタを有さない基板側
から光が入射するようにバックライトを設け、周知の方
法により電圧印加手段を設けて液晶表示装置とした。

【００７４】このようにして作製された液晶表示装置
は、前述した第一の実施態様例にあたり、その模式的な
断面図は図１に示される通りである。

【００７５】カラーフィルタと平坦化膜の厚さの和ｄが
３．０μｍ、これらによって生じたΔｎｄの最大値は１
３５ｎｍであった。本実験例では、複屈折性フィルムの
Δｎｄの最大値が１３５ｎｍとなるように設計した。

【００７６】本実験例の液晶表示装置における視野角特
性を測定した結果を図８に示す。図８中のφ、θは図１
０に示す通り、それぞれ表示面に投影された透過光の方
位角、表示面法線からの傾き角を表す。また、図８中の
曲線は等コントラスト曲線であり、内側ほど高いコント
ラストとなっていることを示す。本実施例の液晶表示装
置は、コントラストの方位角依存性が小さく視野角特性
が非常に優れている。

【００７７】（実験例２）実験例１と同様にして、液晶
表示装置を作製した。但し、複屈折性フィルムは設けな
かった。

【００７８】本実験例の液晶表示装置における視野角特
性を測定した結果を図９に示す。方位角によってコント
ラストの変化が大きく、視野角特性があまり良くないこ
とがわかる。

【００７９】（実験例３）実験例１と同様にして、液晶
表示装置を作製した。但し、複屈折性フィルムはカラー
フィルタを有さない基板の外側（ガラス基板と偏光板の
間）に設けた。本実験例の液晶表示装置は、前述した第
二の実施態様例にあたり、その模式的な断面図は図３に
示される通りである。

【００８０】本実験例の液晶表示装置における視野角特
性を測定したところ、実験例１同様、コントラストの方
位角依存性が小さく視野角特性が非常に優れていること
がわかった。

【００８１】（実験例４）実験例１と同様にして、液晶
表示装置を作製した。但し、複屈折性フィルムは両側基
板の外側に設けた。

【００８２】本実験例の液晶表示装置における視野角特
性を測定したところ、実験例１同様、コントラストの方
位角依存性が小さく視野角特性が非常に優れていること
がわかった。

【００８３】以上の実験例中、実験例１、３、４が本発
明の実施例であり、実験例２が比較例である。実験例１
（図８）と実験例２（図９）の比較から明らかなよう
に、位相差フィルムを設けることによって視野角特性が
大幅に改善されていることがわかる。

【００８４】上記実験例はカイラルスメクチック液晶を
用いて行なったが、その他の液晶を用いても構わない。
また、本発明の液晶素子乃至液晶表示装置の構成も上記
実施態様例及び実験例に限ったものではなく、例えばカ
ラーフィルタを設けない白黒モードの液晶表示素子や、
液晶シャッタ等であってもよい。

【００８５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
液晶素子の基板面に対して垂直に配向した第一の一軸性
光学異方部材のリタデーションを、前記第一の一軸性光
学異方部材とは異方性の正負が異なりかつ液晶素子の基
板面に対して垂直に配向した第二の一軸性光学異方部材
によって補償することにより、優れた光学特性の液晶素
子及び液晶装置、並びに視野角特性が向上した液晶表示
素子及び液晶表示装置を提供することができる。

【００８６】特に、本発明によれば、カラーフィルタや
平坦化膜等、液晶層以外の一軸性光学異方部材の持つ負
のリタデーションを、高分子液晶等からなる正の一軸性
光学異方性を有する位相差フィルムによって補償するこ
とにより、優れた光学特性の液晶素子及び液晶装置、並
びに視野角特性が向上した液晶表示素子及び液晶表示装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の例における液晶素子を表す模式
的な断面図。

【図２】本発明の第一の例における偏光状態を示す模式
的な分解図。

【図３】本発明の第二の例における液晶素子を表す模式
的な断面図。

【図４】本発明の第二の例における偏光状態を示す模式
的な分解図。

【図５】本発明の第三の例における液晶素子を表す模式
的な断面図。

【図６】本発明の第三の例における偏光状態を示す模式
的な分解図。

【図７】本発明の第三の例の変形例における液晶素子を
表す模式的な断面図。

【図８】本発明の実験例１における視野角特性の測定結
果を示す図。

【図９】本発明の実験例２における視野角特性の測定結
果を示す図。

【図１０】本発明の実験例における視野角特性の測定法
を説明する斜視図。

【図１１】一般的な液晶素子の模式的な断面図。

【図１２】表面安定化強誘電性液晶素子を表す模式的な
透視図。

【符号の説明】

１０偏光板１１ガラス基板１２カラーフィルタ１３平坦化膜１４透明電極１５配向膜２０液晶層２１配向膜２２透明電極２３ガラス基板２４偏光板３０位相差フィルム３２入射光３３、３４、３５、３６偏光３７出射光４０位相差フィルム５０位相差フィルム５２入射光５３、５４、５５、５６偏光５７出射光６０位相差フィルム６２入射光６３、６４、６５、６６偏光６７出射光１００偏光板１０１ガラス基板１０２カラーフィルタ１０３平坦化膜１０４透明電極１０５配向膜１１０液晶層１１１配向膜１１２透明電極１１３ガラス基板１１４偏光板１２１ａ、１２１ｂ基板１２２強誘電性液晶層１３１ａ、１３１ｂ電極１３３ａ第１の安定状態１３３ｂ第２の安定状態１３４ａ、１３４ｂ双極子モーメント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の基板間に液晶を挟持した
液晶素子において、該液晶素子の基板面に対して光学軸
が垂直に配向した第一の一軸性光学異方部材と、該液晶
素子の基板面に対して光学軸が垂直に配向し、且つ該第
一の一軸性光学異方部材と光学異方性の正負が異なる第
二の一軸性光学異方部材と、を有することを特徴とする
液晶素子。
【請求項２】対向する一対の基板間に液晶を挟持し、
該基板と該液晶の間に、該液晶素子の基板面に対して光
学軸が垂直に配向した第一の一軸性光学異方部材を有す
る液晶素子において、該一対の基板の該液晶と反対側
に、該液晶素子の基板面に対して光学軸が垂直に配向
し、且つ該第一の一軸性光学異方部材と光学異方性の正
負が異なる第二の一軸性光学異方部材を有することを特
徴とする液晶素子。
【請求項３】前記第一の一軸性光学異方部材が正の光
学異方性を有し、前記第二の一軸性光学異方部材が負の
光学異方性を有していることを特徴とする請求項１ある
いは請求項２のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項４】前記第一の一軸性光学異方部材が負の光
学異方性を有し、前記第二の一軸性光学異方部材が正の
光学異方性を有していることを特徴とする請求項１ある
いは請求項２のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項５】前記第一の一軸性光学異方部材がポリア
ミド乃至ポリイミドからなることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項６】前記第一の一軸性光学異方部材がカラー
フィルタであることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の液晶素子。
【請求項７】前記第二の一軸性光学異方部材が少なく
とも複屈折性高分子フィルムを有してなることを特徴と
する請求項１〜６のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項８】前記第二の一軸性光学異方部材が少なく
とも側鎖型液晶性高分子を有してなることを特徴とする
請求項１〜７のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項９】前記第二の一軸性光学異方部材が側鎖型
液晶性高分子を高分子フィルムに塗布してなることを特
徴とする請求項８記載の液晶素子。
【請求項１０】前記第一の一軸性光学異方部材のリタ
デーションの値と前記第二の一軸性光学異方部材のリタ
デーションの値が等しいことを特徴とする請求項１〜９
のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１１】前記第一の一軸性光学異方部材と前記
第二の一軸性光学異方部材が液晶層から見て同じ側にあ
ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の
液晶素子。
【請求項１２】前記第二の一軸性光学異方部材のリタ
デーションの最大値が３０〜３６０ｎｍであることを特
徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１３】前記液晶がネマティック液晶であるこ
とを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の液晶
素子。
【請求項１４】前記液晶がカイラルスメクチック液晶
であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記
載の液晶素子。
【請求項１５】前記液晶が強誘電性液晶であることを
特徴とする請求項１４記載の液晶素子。
【請求項１６】請求項１〜１５のいずれかに記載の液
晶素子と該液晶素子を駆動する手段とを有する液晶装
置。
【請求項１７】請求項１６記載の液晶装置を用いた液
晶表示装置。