JPH0996810A - 液晶表示素子および光学異方素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視角依存性とくにコントラスト比、表示色の
視角依存性を改善する。 【解決手段】 ２枚の偏光板１、４間に配置され、２枚
の基板３ａ、３ｂ間に挟持されて電圧無印加時にねじれ
た配向をしている液晶層３ｅを有して液晶の旋光性を用
いて光制御する駆動用液晶セルとを具備する液晶表示素
子において、偏光板と駆動用液晶セル間に、基板３ａ、
３ｂの法線に対して傾いた方向での旋光性が、基板の法
線の方向での旋光性よりも大きい光学異方性物質層２ｃ
からなる光学異方素子２を配置する。また光学異方素子
２は、その光軸の角度が光学異方素子表面に対して、光
学異方素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子およ
びこれに使用する光学異方素子に係わる。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、薄型軽量・低消費電力
という大きな利点をもつ為、腕時計や電卓、日本語ワー
ドプロセッサ、パーソナルコンピュータ等のディスプレ
イとしてだけではなく、液晶表示素子の利点を積極的に
活用した新規な構想の製品にも活用されている。中でも
パーソナルコンピュータなどに用いられる液晶表示素子
は、大面積・大容量表示化しており、表示面の大きさが
対角１０インチ、６４０×４８０画素といったものが主
流になってきた。このクラスの液晶表示素子に用いられ
ている表示方式としては、大きく２つに分類できる。１
つは、単純マトリクス方式、もう１つはアクティブマト
リクス方式である。

【０００３】単純マトリクス方式は、液晶を櫛形の透明
電極が付いた２枚のガラス基板で挟んだけの単純な構造
をしている。それゆえ、単純マトリクス方式において
は、液晶に高い性能が要求される。この性能を説明する
前に、液晶表示素子の表示原理について説明する。液晶
表示素子の表示は、液晶にかかる電圧を変化させて液晶
分子の向き変化させて表示を行っている。一般に、大き
なコントラスト比を得るには大きな電圧差が必要であ
る。しかし、６４０×４８０画素もの表示を実現するに
は、暗と明の電圧差は約１Ｖと小さく、１Ｖ差だけで液
晶分子の大きな状態変化が要求される。これを実現する
ため、多くの研究がなされてきたが、１９８５年、シェ
ーファらの研究グループは液晶分子の配列のねじれ角
（ツイスト角）を大きくすることで配列の変化が電圧に
対して敏感に変化し、また、大きなねじれ角で安定な配
列を得るには、液晶分子はある程度の傾きを持っている
ことが必要であることを見いだした。この研究報告以
来、これを実現するための配向技術が盛んに行われ実用
化に成功した。

【０００４】配列６４０×４８０画素もの表示を実現す
るには、一般にツイスト角は１８０゜以上必要であり、
このようにツイスト角が大きいことから、この液晶をス
ーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）と呼ばれた。し
かし、初期のＳＴＮディスプレイは背景が黄色で緑の文
字表示など表示に色づきがあり、白黒の表示ではなかっ
た。これは、ツイスト角が大きいためで、このような表
示の着色を解消する手段として、液晶層の配列が逆の方
向にねじれた第２の液晶セルを偏光板と液晶セルの間に
配置することによって白黒表示を実現できることが特公
昭６３−５３５２８号公報にて報告されている。

【０００５】この白黒化の原理は、液晶分子がねじれ配
列とされる第１の液晶セルを透過し旋光分散を生じた光
を、第１の液晶セルと対象構造の第２の液晶セルに透過
させることによって旋光分散を解消した。その結果、光
の旋光分散に起因する着色が解消され、白黒表示を実現
することができる。このような変換を正確に変換を行う
には、光学補償板である第２の液晶セルは、第１の液晶
セルとリタデーション値がほぼ同一で、かつねじれ方向
が相互間で逆であり、それらの配置は、相互に最近接す
る液晶分子の配向方位が直交するように構成することが
必要である。

【０００６】この他の手段としては、前述した第２の液
晶セルの替わりに光学異方性フィルムを用いる手法も種
々提案されている。これは、光学異方性フィルムを液晶
セル上に積層することにより、第２の液晶セルとほぼ同
一な機能をもたせる手法である。

【０００７】以上述べた光学補償によりＳＴＮディスプ
レイでも白黒表示が可能となり、更にカラーフィルタと
の組み合わせにより、より付加価値の高いカラー表示も
実現することができる。しかし、単純マルチプレクス方
式は、電圧平均化法に基づく時分割駆動を原理としてい
る為、表示容量を増大するために走査線数を増加する
と、光を遮断する際の電圧値と、光を透過させるの際の
電圧値との差が著しく減少し、その結果コントラスト比
が小さくなったり、液晶の応答速度が遅くなる本質的な
問題がある。また、この様な従来技術は、液晶表示素子
を見る時の方位や角度によって表示画が反転して見えた
り、表示画が全く見えなくなったり、あるいは表示が色
づくといった現象として観測され、より表示品位の高い
液晶表示素子を実現する際、大きく問題となる。

【０００８】一方、アクティブマトリクス方式は、各表
示画素ごとに薄膜トランジスタやダイオードからなるス
イッチング素子を具備しているため、走査線の数に関係
なく各画素の液晶層に任意の電圧比を設定できる。従っ
て、単純マトリクス方式の場合の様な特別な性能は液晶
には要求されない。ツイスト角をＳＴＮのように大きく
する必要はなく、９０゜とされている。

【０００９】ツイスト角が９０゜の液晶セル（ＴＮ）
は、ねじれ角が小さく光がねじれに忠実に追随して旋光
するために旋光分散が小さく、無彩色で高コントラスト
な表示が得られる。また、電圧に対する応答もＳＴＮよ
り速い。アクティブマトリクス方式とＴＮとを組み合わ
せることにより、大表示容量でコントラスト比が高く、
応答速度が速い液晶表示素子が実現することができる。
また、各画素毎にスイッチング素子があるため中間的電
圧を印加できこれにより中間調表示も可能である。更
に、カラーフィルタと組み合わせることにより、フルカ
ラー表示も実現が容易である。

【００１０】しかし、アクティブマトリクス方式の場合
でも、２値表示をした場合にはそれほどでもないが、中
間調を表示したときに、見る方向によって表示画が反転
して見えたり、表示画が全く見えなくなったり、あるい
は表示が色づくといった現象として観測され、より表示
品位の高い液晶表示素子を実現する際、大きく問題とな
る。

【００１１】このような表示の視角依存性を低減させる
手段として、特開昭６２−２１４２３号公報に、２枚の
偏光板の間に液晶セルと光学異方性が厚み方向に負のポ
リマーフィルムである複屈折層を配置することが開示さ
れている。一方、特開平３−６７２１９号公報に、螺旋
ピッチ長と屈折率の積が４００ｎｍ以下のコレステリッ
ク液晶相を示す液晶化合物（または高分子液晶）からな
る複屈折層を液晶セル上に配置することが開示されてい
る。これら２つの提案は、垂直配列（配向基板に対して
液晶分子が垂直に配列したもの）した液晶セルの場合し
か考案されてなく、ＴＮ方式やＳＴＮ方式のようなねじ
れた配列をした液晶セルの場合には考えられていない。
また、特願平３−１２１５７８号公報にツイスト角３６
０゜以上の配列で、チルト角をもつ光学補償素子で液晶
表示素子の視野角を制御する提案もあるが、階調表示を
した場合には視野角拡大の効果がまだ十分とはいえな
い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた液晶表示素
子の基本的な表示原理は、液晶に印加する電圧により液
晶分子の向きを変化させ、液晶セルに光学的な変化を生
じさせて光制御を行なうところにある。

【００１３】従って、液晶表示素子を傾けてみると液晶
分子の向きが変化して見え方が変わる視角依存性があ
り、特に微妙な中間調を表示する場合、液晶分子の傾き
具合を細かく変化させるのでより視角依存性が顕著であ
る。

【００１４】このような、液晶分子の配列の見え方の視
角依存性により、表示画が反転して見えたり全く識別で
きなかったりするといった現象として観測され、特にカ
ラーフィルターと組み合わせてフルカラー表示を行う際
には、表示画の再現性が著しく低下し大きく問題とな
る。

【００１５】本発明は上記不都合を解決するものであ
り、コントラスト比および表示色の視角依存性を改善し
た液晶表示素子およびこれに使用する光学異方素子を得
るものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下に示す特
徴をもつ液晶表示素子にある。

【００１７】２枚の偏光板と、これら２枚の偏光板間に
配置され、２枚の基板間に挟持されて電圧無印加時にね
じれた配向をしている液晶層を有して液晶の旋光性を用
いて光制御する駆動用液晶セルとを具備する液晶表示素
子において、旋光性を有して前記偏光板と前記駆動用液
晶セル間に、前記基板の法線に対して傾いた方向での旋
光性が、前記基板の法線の方向での旋光性よりも大きい
光学異方性物質層からなる光学異方素子を配置したこと
を特徴とする液晶表示素子。

【００１８】光学異方素子の光軸の角度が駆動用液晶セ
ルの基板表面に対して前記光学異方素子の層厚方向に連
続的あるいは段階的に変化していることを特徴とするし
上記の液晶表示素子。

【００１９】光学異方素子の光軸の角度が駆動用液晶セ
ルの基板表面にほぼ平行であり、前記基板から離れた側
で前記基板の法線ににほぼ沿うように前記光学異方素子
の層内で変化している上記の液晶表示素子。

【００２０】光学異方素子の光軸の角度が駆動用液晶セ
ルの基板の法線にほぼ沿っており、前記基板から離れた
側で前記基板表面にほぼ平行になるように前記光学異方
素子の層内で変化している上記の液晶表示素子。

【００２１】光学異方素子を形成する光学異方性単位の
光軸の光学異方素子の層厚方向の配列が、ベンド配列で
ある液晶表示素子。

【００２２】光学異方素子を形成する光学異方性単位の
光軸の光学異方素子の層厚方向の配列が、スプレイ配列
である液晶表示素子。

【００２３】駆動用液晶セルの基板の法線方向から見た
ときに光学異方素子の層内のそれぞれの光軸の向きが単
一の軸上に揃って配列した上記の液晶表示素子。

【００２４】層を有し、光軸の角度が駆動用液晶セルの
基板の法線にほぼ沿っており、前記基板から離れた側で
前記基板表面にほぼ平行になるように層内で変化してお
り、かつ前記駆動用液晶セルの基板の法線方向から見た
ときに前記光学異方素子の光軸の向きが単一の軸上にあ
る第１の光学異方素子と、層を有し、光軸の角度が駆動
用液晶セルの基板表面にほぼ平行であり、前記基板から
離れた側で前記基板の法線にほぼ沿うように層内で変化
しており、かつ前記駆動用液晶セルの基板の法線方向か
ら見たときに前記層内のそれぞれの光軸の向きが単一の
軸上に揃って配列した第２の光学異方素子とがそれぞれ
少なくとも１つ配置されていることを特徴とする上記の
液晶表示素子。

【００２５】単一の軸が偏光板の吸収軸に対して平行ま
たは直交して配置されている上記の液晶表示素子。

【００２６】偏光板と光学異方素子との間に厚さ方向に
対して光学異方性が負号である第２の光学異方素子を配
置してなる上記の液晶表示素子。

【００２７】上記の光学異方性物質層が高分子液晶から
なる上記の液晶表示素子。

【００２８】２枚の偏光板と、これら２枚の偏光板間に
配置され、２枚の基板間に挟持されて電圧無印加時にね
じれた配向をしている液晶層を有して液晶の旋光性を用
いて光制御する駆動用液晶セルとを具備する液晶表示素
子において、前記駆動用液晶セルが基板法線を基準にし
て対称的に傾けた２方向において旋光性の大きい第１の
方向と旋光性の小さい第２の方向を有するものであり、
前記偏光板と前記駆動用液晶セル間に、前記基板の法線
に対して傾けた方向での旋光性が、前記基板の法線の方
向での旋光性よりも大きく、前記基板の法線を基準にし
て対称的に傾けた前記２方向において旋光性の小さい前
記第１の方向と旋光性の大きい前記第２の方向を有する
光学異方素子を配置して、前記駆動用液晶セルの旋光性
の非対称を前記光学異方素子が補償してなる液晶表示素
子。

【００２９】さらに本発明は以下に示す特徴をもつ光学
異方素子にある。

【００３０】光学異方性物質層からなる光学異方素子に
おいて、前記光学異方性物質層が、光学異方素子表面の
法線に対して傾いた方向での旋光性が、前記法線の方向
での旋光性よりも大きいことを特徴とする光学異方素
子。

【００３１】光学異方素子の光軸の角度が光学異方素子
表面に対して、前記光学異方素子の層厚方向に連続的あ
るいは段階的に変化していることを特徴とする上記の光
学異方素子。

【００３２】光学異方素子の光軸の角度が光学異方素子
の一方の側の表面にほぼ平行であり、前記光学異方素子
の他の側の表面の法線ににほぼ沿うように前記光学異方
素子の層内で変化している上記の光学異方素子。

【００３３】光学異方素子の光軸の角度が光学異方素子
の一方の側の表面の法線にほぼ沿っており、前記光学異
方素子の他の表面の側にほぼ平行になるように前記光学
異方素子の層内で変化している上記の光学異方素子。

【００３４】光学異方素子の層内のそれぞれの光軸の向
きが前記光学異方素子の層の面方向に単一な軸上に揃っ
て配列した上記の光学異方素子。

【００３５】光学異方性物質層が高分子液晶からなる上
記の光学異方素子。

【００３６】光学異方素子が光学異方素子表面の法線を
基準にして対称的に傾けた２方向において旋光性の大き
い第１の方向と旋光性の小さい第２の方向を有する上記
の光学異方素子。

【００３７】ここに、本発明における光学異方性単位と
は、厚さのある光学異方素子が一例として複数の層の積
層構造である場合、これらの各層をいう。各層はそれぞ
れが特定の方向を向いた光軸を有している単位であり、
これを積層した場合に、光軸が徐々に連続的または段階
的にその傾きを変化する構成を有する。本発明において
は、光学異方素子が、層構造を有さないが、光軸が厚さ
方向に変化する構成も、光学異方性単位の光軸が厚さ方
向に連なって変化するものと定義する。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明は、上記により課題を解決
するものであり、液晶表示素子のコントラスト比や階調
表示時の明るさ・表示色の視角依存性を同時に軽減す
る、もしくは、液晶表示素子のある特定のコントラスト
比が得られる領域をある特定の方位、視角に制御しよう
とするものであるが、その作用について以下に説明す
る。

【００３９】ＴＮやＳＴＮなどの液晶表示素子におい
て、光が液晶表示素子の表示面に垂直に入射する場合と
斜めに入射する場合とでは、液晶表示素子中を伝搬する
光の偏光状態は異なり、この偏光状態の違いが表示画の
反転現象や着色現象に直接反映する。この様な現象は、
液晶表示素子の表示面を見る角度を表示面法線（正面）
から大きく傾けていくと観測され、特に液晶層に電圧を
印加する手段を有する液晶セル（以下駆動セルと呼ぶ）
の液晶層に電圧が印加されている画素で顕著に見られ
る。

【００４０】図２３（ａ）、（ｂ）は、従来のＴＮ液晶
表示素子の表示面（基板面）法線から左右および上下方
向に０゜から６０゜まで傾いた時の表示輝度の角度依存
性を示す図である。１から８レベルと示されているの
は、階調表示の各階調番号で、液晶セルに印加される電
圧が順に異なっている。レベル１は０Ｖ、レベル８は５
Ｖが液晶セルに印加されている。例えば、上方位の場
合、ディスプレイの表示面の法線から傾ける角度（視
角）を０゜（正面）から６０゜へと大きくなるにつれ
て、輝度はだんだん大きくなっている。実際の表示で
は、表示色が白っぽくなる（白抜け）として観測され
る。

【００４１】一方、図２３（ｂ）に示すように、下方位
についてみると、視角を正面（０゜）から６０゜へと傾
けていくと、上方位とは逆に輝度は低下していく。この
現象は、実際の表示画においては、表示色が暗くなる
（黒つぶれ）として観測される。また、正面において、
もっとも明るい表示レベル１とそれより低い階調レベル
２は、上方位の視角３５゜で大小関係が逆転しており、
実際の表示画においては、写真のフィルムのネガの様な
反転した表示（反転）として観測される。どの階調レベ
ルに関しても視角変化しても透過率が変化しないのが理
想である。しかし、実際のＴＮの視角特性は図２３に示
した様に左右方位の特性は比較的良いが、上下方位の特
性が悪い。

【００４２】このような現象がおきるのは上述のように
液晶表示素子の視角特性は、液晶表示素子を入射する光
の入射角度により偏光状態が異なることに起因するから
であるが、これについてＴＮ型を例に詳しく説明する。

【００４３】図３にＴＮ−ＬＣＤ（ＴＮ型液晶素子）の
動作原理を示す。図３（ａ）は電極３ｃ、３ｄに電圧無
印加時のＴＮセル中の液晶分子ＬＭの配列状態を示して
いる。電圧Ｖが印加されていない時には、液晶分子は基
板に対してほぼ平行に液晶層の厚さ方向（図ではＺ軸の
方向）に液晶分子同士が平行になって連続的にねじれた
配列をしている。液晶分子は分子長軸方向に光軸を有し
ており、液晶分子の並列配列がひとつの光軸面を形成す
る。この配列に入射光ＬA のうち偏光子Ｐｉにより偏光
された光Ｌｉが入射すると、偏光面は液晶分子ＬＭのね
じれ配列に従って回転し、液晶層をでたところでは偏光
面は、液晶層を入る前の偏光面に対し液晶層のツイスト
角分回転する。この回転した方向に検光子Ｐｏの透過軸
Ｐｏｔを合わせると透過光Ｌｏが得られる。

【００４４】図３（ｂ）は、電圧印加時のＴＮセル中の
液晶分子の配列状態を示している。電圧Ｖの印加により
液晶分子ＬＭは立ち上がり、セルの中央付近の液晶分子
ＬＭｃは電極近傍の液晶分子ＬＭｓよりも傾く。電極３
ｃ、３ｄ近傍の液晶分子ＬＭｓの傾きが小さいのは、電
極−液晶層界面の配向規制力（液晶を配列させるために
必要）があるためである。電圧Ｖの大きさに応じて液晶
分子の傾きが大きくなり、これと同時にねじれ配列も歪
み、電圧が更に大きくなるとついにはねじれが解かれ
る。このような状態に偏光Ｌｉが入射すると、ねじれ配
列ではないために、すなわち光軸面が単一の軸上にある
ために、偏光面Ｌｐは回転せず液晶層を進行し、液晶層
を出たところでは偏光面は液晶層に入射する前と変わら
ない。従って、検光子Ｐｏの透過軸Ｐｏｔは偏光面Ｌｐ
と直交するので偏光は透過できない。また、中間調を表
示するには液晶層に印加する電圧の大きさをこれより小
さく設定し、配列のねじれ配列を若干残し、液晶層を出
射する偏光面を幾分回転させて中間の透過光を得る。

【００４５】以上の原理により、ＴＮ素子は透過光をね
じれ配列の歪みを利用して制御している。次に、斜め方
向の光に対してはどのような現象が起きるのか説明す
る。

【００４６】図４は中間調を表示する時の分子配列状態
に斜めから光が入射する状態を説明する図である。図４
（ａ）は、中間調表示時の分子配列状態ＬＭint と２つ
の入射光の方向Ｌ、Ｕの関係を示す斜視図で、これをよ
りわかりやすくするため、Ｙ軸方向から見た図を図４
（ｂ）、（ｃ）に示す。ここに駆動用液晶セルの基板の
法線方向をＺ軸、基板面をＸＹ軸で表している。上下の
基板の電極３ｃ、３ｄ付近の液晶分子ＬＭｓは基板面に
対してやや傾きをもって配列している。この傾きはプレ
チルトと呼ばれ、一般に、プレチルトとは基板−液晶界
面における液晶分子の傾きのことを示し、その傾きの角
度をプレチルト角α０という。電圧無印加時には、上下
の基板３ａ、３ｂ間にわたり同一の角度でもって傾いて
いる。電圧Ｖが印加される領域にわたり所定の傾き（プ
レチルト）があると、電圧が印加された際の傾き方向が
プレチルトの方向に揃うので、その結果均一な表示がで
きる。もし、プレチルトがない場合には、電圧が印加さ
れた時に液晶分子の傾く方向がまちまちとなり、傾き方
向の異なる領域の境界に欠陥線が発生し表示品位を著し
く低下させる原因となる。従って、均一な表示を得るに
はプレチルトは不可欠であり、その角度は１゜から６゜
が一般的である。液晶表示素子には、全てプレチルトが
付与されている。

【００４７】従って、図４（ｂ）、（ｃ）に示したよう
に、特に中間調を表示した際には、液晶分子の配列状態
はＺ軸に対して非対称になる。図４（ｂ）の＋Ｘ軸から
＋Ｚ軸の方向へ斜めに入射する偏光Ｌに関しては、図５
のＬＭ−Ｌに示した様に、配列は液晶分子ＬＭに傾きが
ない状態（あたかも電圧無印加の配列状態）となり偏光
面は大きく回転することができる。その結果、透過光は
正面からの入射光（Ｚ軸に平行な光）に対する出射光の
強度よりも大きくなる。一方、図４（ｃ）のようにこれ
と反対の基板法線を基準にして対称的な方位から（−Ｘ
軸から＋Ｚ軸の方向へ斜めに）入射する偏光Ｕに対して
は、図５のＬＭ−Ｕに示した様に、配列は液晶分子ＬＭ
が大きく傾いた状態（あたかも更に大きな電圧が印加さ
れた配列状態）となり偏光面は回転することができなく
なる。その結果、透過光は正面からの入射光（Ｚ軸に平
行な光）に対する出射光の強度よりも小さくなる。図２
３との対応関係は、図４のＬの方位は図２３（ｂ）の上
方位に、図４のＵの方位は、図２３（ｂ）の下方位に相
当する。

【００４８】以上説明したように、中間調での透過光の
方位依存性は液晶分子の配列の非対称性に起因する。こ
の配列の非対称性は、光が入射する方位により偏光面の
回転（旋光性）角度が異なり、その結果透過率に変化を
生じる。ＴＮ−ＬＣＤでは、上方位では旋光性が生じ、
下方位では旋光性が減る傾向があるといえる。従って、
これを改善するには上方位で旋光性が減り、下方位で旋
光性が生じる光学異方素子を加えることにより、液晶表
示素子の視角依存性を改善することができる。本発明の
主旨は、如何にしてこのような特性をもつ光学異方素子
を提供するかというところにある。

【００４９】次に、具体的に本発明の光学異方素子につ
いて説明する。

【００５０】まず、光学異方素子に要求される特性をま
とめると、求められる特性は「上方位と下方位間で旋光
の回転方向が逆」ということになる。図６は、本発明の
光学異方素子の光軸の配列状態を示す図で、図６（ａ）
は本発明の実施形態の光学異方素子の断面図であり、楕
円で示されているのは光学異方素子を構成する光学異方
体ＬＤを示しており楕円の長軸が光軸ＯL に相当する。
下側の基板３ｄから上側の基板３ｃにかけて長軸の傾き
が連続的に変化しており、下の基板３ｄ付近では基板面
に対しほぼ平行で上の基板３ｃ付近ではほぼ垂直である
（ハイブリット配向）。この配列を上から見た例が図６
（ｂ）に示されている。図中の楕円内の矢印は、光軸の
向きを示している。層内のそれぞれの光軸の向きが同一
平面上にあり、すなわち単一の軸上に揃って配列してい
る。図６（ｃ）はＺ軸から斜めに観測したときの配列図
である。傾き方向は図中のＸＹＺ軸で示されている。こ
れと逆の斜め方向から見た図を図６（ｄ）に示した。図
６（ｃ）、（ｄ）から分かるように、図６（ａ）の配列
をＺ軸より斜めから観測すると、（ｃ）では下から上に
進行するに従い進行方向からみて左ねじれ、（ｄ）では
この逆の右ねじれで配列している。この様に斜め配列し
ている光学異方素子により、先ほど述べた「上方位と下
方位間で旋光の回転方向が逆」という性質が実現でき
る。

【００５１】次に、この様な光学異方素子をどのように
駆動用液晶セルと組み合わせると良好な補償効果が得ら
れるかを次に説明する。

【００５２】図７（ａ）は、図３、４、５に示した駆動
用液晶セルを、図６と同様に矢印を加えて示した図で、
符号Ｌipが入射光の偏光軸、符号Ｌopが出射光の偏光軸
を表している。図７（ａ）は光学異方素子を、（ｂ）は
中間調に相当する電圧を印加した駆動用液晶セル（Ｔ
Ｎ）をＺ軸から見た図である。（ｃ）はＺ軸上から＋Ｘ
側に倒して見たときの光学異方素子の光軸の配列を示し
た図であり、図中に直線偏光が入射した場合の旋光状態
を示した。この方向では光学異方素子は、入射光の偏光
面を左方向に回転させる性質（左旋光能）がある。
（ｄ）に（ｃ）と同じ方向から見たときの駆動セルの配
列状態を示した。液晶分子は中間調に相当する電圧（液
晶が動作する臨界電圧（しきい値電圧）よりやや大きい
電圧）が印加されているため斜めに傾いていており、こ
の方向から見ると液晶分子の長軸方向の長さと短軸方向
の長さがほぼ同じとなる配向部分が生じる。その為、入
射偏光はあまり旋光せずに透過し、出射光の偏光軸Ｌop
の方向は入射光の偏光軸Ｌipとほぼ変わらない。これが
表示が暗くなる「黒つぶれ」と呼ばれる表示異常の原因
であり、この場合、左回りに偏光を旋光させれば（旋光
能を増加させる）これが改善される。それには、先ほど
示した図（ｃ）の光学異方素子がこれに適合する。図
（ｃ）の光学異方素子には左旋光能があり、駆動用液晶
セルで足りない旋光を補う。

【００５３】一方、これと逆方位について、図（ｅ）、
（ｆ）を用いて説明する。図（ｅ）（ｆ）は、図（ａ）
の光学異方素子をＺ軸の方向から−Ｘ軸より観測したと
きの光軸の配列を示したもので、図の入射光に対して右
に旋回させる特性をもつ（右旋光能）。図（ｆ）は、図
（ｄ）と同様中間調の電圧が印加された状態であり、こ
の方向からは実際には液晶分子が傾いているのにもかか
わらず傾いていないように見え、その為大きな旋光能が
でる。これが表示が必要以上に表示が明るくなる「白抜
け」と呼ばれる表示異常の原因となり、左回りの旋光を
抑制する右旋光を適用すれば余分な旋光を解消でき「白
抜け」が改善される。図（ｅ）の光学異方素子は右旋光
能があり、これを駆動セルと組み合わせることで特性改
善が得られる。

【００５４】以上、光学異方素子表面に法線に対して傾
いた方向での旋光性が、前記法線の方向での旋光性より
も大きいハイブリット配向の光学異方素子を例にして視
野角拡大の原理説明をしたが、ハイブリット配向でねじ
れ配向した光学異方素子や、上下基板間で均一にチルト
配向した光学異方素子でもハイブリット配向の光学異方
素子と類似の特性が得られ、それは液晶表示素子の設計
仕様に応じて選択することができる。

【００５５】さらに図８（ａ）に示すように表裏面２
ｄ、２ｅ間の層内て光軸ＯL がスプレイ配列の光学異方
素子を用いると、（ｂ）（ｃ）で矢印ＴW に示すよう
に、斜め方向から観測される配列のねじれ角は、より大
きくなり良好な補償効果が得られる。またベンド配列に
ついても同様である。

【００５６】また、ＴＮを例に説明したが、ＳＴＮでも
同様の原理が適用できるのでＳＴＮの視角を改善する手
段として用いることも可能である。

【００５７】上述した光学異方素子は、主に「黒つぶ
れ」や「白抜け」の表示異常に関し大きな改善効果があ
る。発明者らは、光軸が光学異方素子の厚み方向で、光
学異方性が負号の光学異方素子を更に付加すると、更に
良い改良効果を得ることを見いだした。次に、光学異方
性が負号の光学異方素子を用いる際に視野角特性が改善
される原理について説明する。

【００５８】駆動用液晶セルにしきい値電圧以上の電圧
が印加された状態を３次元の屈折率楕円体で表すと図９
に示すようになる。Ｚ軸は液晶セルの厚み方向で、ＸＹ
面は液晶セルの基板面に相当する。複屈折現象は、この
屈折率楕円体ＲA の中心点をある方向からみた時の観測
点と、屈折率楕円体ＲA の中心点とを結ぶ線の屈折率楕
円体ＲA の中心点上の法線面が、屈折率楕円体ＲA を切
断した時に形成される楕円状の切断面の形状（ここで
は、２次元面内の屈折率体と呼ぶ）により示される。こ
の２次元面内の屈折率体の長軸と短軸の長さの差が、常
光と異常光の位相差に相当し、液晶セルを挟む偏光板の
透過軸が互いに直交していれば、その位相差が零のとき
液晶セルの透過光は遮断され、位相差が零ではないとき
にはその位相差と入射光の波長に応じた透過光が生じ
る。

【００５９】液晶セルの基板面に垂直に光が入射した場
合（すなわち液晶セルを真正面から見たとき）には、２
次元面内の屈折率体ＲA4は円となり、常光と異常光の位
相差は零となるが、液晶セルの基板面から傾いた方向Ｒ
A1より光が入射した場合、屈折率体ＲA5は楕円となり、
常光と異常光の位相差が生じ、真正面方向と斜め方向で
は液晶セルを透過する光の偏光状態は異なる。

【００６０】図９の屈折率楕円体ＲA を見る角度、すな
わち視角ＲA3を大きくしていくと視軸ＲA1の２次元面内
の屈折率体ＲA5はｎRA1 の長さ方向に大きくなり、視軸
ＲA1の方向から見た時より大きい透過光が観測される。
理想的には、どの方位でも視角を変化したとき、２次元
面内の屈折率体の形状が変化しないことが望ましい。

【００６１】このような光学的な補償は、図１０に示す
ような円盤状の屈折率楕円体ＲB を図９の屈折率楕円体
ＲA のＺ軸上に配置する（すなわち液晶セルの上あるい
は下に隣接して配置する）ことにより実現できる。こう
すると、視角ＲA3を大きくしていったとき、屈折率楕円
体ＲA の２次元面内の屈折率体ＲA5がｎRA1 の長さ方向
に大きくなるのに対して、屈折率楕円体ＲB のｎRA2 の
長さ方向の屈折率が大きくなり、その結果、合成された
２次元面内の屈折率体は円になり、屈折率楕円体ＲA を
光学的に補償することができ、視角特性が向上する。

【００６２】実際の液晶表示素子では駆動用液晶セルの
屈折率楕円体は、図９に示したように楕円の長軸は、表
示面に対して垂直ではなく、若干傾いている。従って、
これを補償する図１０の光学異方素子の屈折率楕円体Ｒ
B はこれに合わせて円盤形状の短軸が傾いているのが好
ましい。

【００６３】実際には図１０に示すような屈折率楕円体
は、光軸が連続的にねじれた配列をした光学異方性物質
層からなる光学異方素子や、厚み方向よりも面内方向の
屈折率の方が小さい材料で構成することにより実現でき
る。

【００６４】以下に、光軸が連続的にねじれた配列をし
た光学異方性物質層からなる光学異方素子で光学異方性
が負号の光学異方素子を実現する仕方について説明す
る。

【００６５】一般に、駆動用液晶セルは、液晶セルに印
加する電圧によって可視の波長領域の光（一般には３８
０ｎｍから７５０ｎｍまでの領域）の偏光方向を積極的
に変化させて表示している。

【００６６】一方、本発明の光学補償用の光学異方素子
の場合、光学異方性物質層の光軸が連続的にねじれてい
るため、光学異方素子の光学条件によっては旋光性が生
じることがある。ここで旋光性とは、光が媒質中を進行
するに従ってその光の振動方向が、進行方向を軸として
左または右に旋回する性質のことを示す。光軸が連続的
にねじれた光学異方素子のリタデーション値を一定とし
た時、光軸のねじれピッチが長い場合、光はその光軸の
ねじれに従ってその偏光面を回転させるが、光軸のねじ
れピッチが短い場合、光はその光軸のねじれに追従でき
なくなり、旋光現象は起きない。光学異方素子の旋光性
が大きいと、素子を透過する光の偏光面を変化させてし
まいその結果、コントラスト比を減少させてしまった
り、場合によっては光の波長により偏光面が種々変化
し、光学異方素子を透過した光が着色するなどの問題が
生じる。

【００６７】従って、少なくとも光学異方素子の可視光
に対する旋光性は、駆動用液晶セルの可視光に対する旋
光性に比べて小さくなるようにすることが必要である。
旋光性は、媒質を透過する光の波長と、光が透過する媒
質により大きく依存する。旋光性の大小は、光軸の変化
に対する媒質のリタデーション値の変化の度合いで表さ
れる。

【００６８】従って、駆動用液晶セルの旋光性の大小
は、駆動用液晶セルの液晶の常光に対する屈折率ｎｏと
異常光に対する屈折率ｎｅとの差を△ｎ1 （＝ｎｅ−ｎ
ｏ：屈折率異方性）、液晶層の厚みをｄ1 、液晶層のね
じれ配列の角度（ツイスト角）をＴ1 とすると、 △ｎ1 ・ｄ1 ／Ｔ1 ＝ Ｒ1 ／Ｔ1 [1.1] 但し Ｒ1 ＝△ｎ1 ・ｄ1 （リタデーション値） で表せる。

【００６９】同様にして補償用光学異方素子の旋光性の
大小は、補償用光学異方素子の光学異方性物質層の屈折
率異方性を△ｎ2 、積層された光学異方性物質層の厚み
をｄ2 、光学異方性物質層の光軸の総ねじれ角度をＴ2
とすると、 △ｎ2 ・ｄ2 ／Ｔ2 ＝ Ｒ2 ／Ｔ2 [1.2]) 但し Ｒ2 ＝△ｎ2 ・ｄ2 で表すことができる。

【００７０】従って、補償用光学異方素子の旋光性と駆
動用液晶セルの旋光性の大小関係は、(1.1) 、(1.2) 式
から （Ｒ1 ／Ｔ1 ）＞（Ｒ2 ／Ｔ2 ） [1.3] となる。

【００７１】光学異方性物質層の光軸が連続的にねじれ
ている光学異方素子中の光の伝搬は、次式によって示さ
れるパラメータで表せる（C.Z.Van Doorn ,Physics Let
ters42A, 7(1973) ）。 ｆ＝λ／（ｐ×△ｎ） [1.4] 但し λは真空中の光の波長（可視の波長範囲） ｐは光軸のねじれピッチ長（ｐ＝ｄ／Ｔ）。

【００７２】ｆ＜＜１の場合には、光学異方素子中の光
は偏光面が光軸のねじれ角に従い変化し、旋光性を持
つ。先述したように光学異方素子は旋光性が小さいこと
が望ましく、光学異方素子はｆ＞＞１の条件を満たすこ
とが必要である。よって、光学異方素子は、[1.4] 式か
ら ｐ×△ｎ＜λ [1.5] が成り立つことが必要である。

【００７３】ところで、ツイスト角が非常に大きい、す
なわち螺旋ピッチの長さが短い液晶をコレステリック液
晶と一般に称すが、この液晶の螺旋ピッチの長さｐとコ
レステリック液晶の平均屈折率ｎとの積ｎ×ｐの値が、
可視の波長範囲（条件によって異なり、短波長端は３６
０ｎｍから４００ｎｍ、長波長端は７６０ｎｍから８３
０ｎｍの範囲）にあると、選択散乱を生じる（J.L.Ferg
ason ; Molecular Crystals. 1. 293(1966) ）。このよ
うな現象はコレステリック液晶セルにだけ見られる現象
ではなく、光学異方体の光軸が連続的にねじれた光学異
方素子でも起こり得る。選択散乱が生じると光学異方素
子の着色現象が生じ表示色が変化する。従って、光学異
方素子を形成する光学異方性物質層の平均屈折率ｎと、
光軸のねじれピッチｐとの積ｎ×ｐが可視の波長範囲か
ら除くようにすると着色現象が防止できる。

【００７４】また、光学異方素子は、高分子フィルムを
延伸することにより光学異方性を生じさせた位相差フィ
ルム（retardation film）を積層したものや、ねじれ配
列させた液晶セル、ならびに高分子液晶をねじれ配列さ
せた薄膜により実現できる。この場合、例えば駆動用液
晶セルの基板の少なくともどちらか一方にこの高分子層
を塗布することにより得られ、製造上容易となりより望
ましい液晶表示素子が得られる。例えばポリシロキサン
主鎖とし、側鎖にビフェニルベンゾエートとコレステリ
ル基を適当な比で有したような高分子共重合体などを用
いることなどができる。又は、アクリロイルオキシ基な
どを用いた重合性官能基を付与した紫外線により硬化す
る液晶を用いても本発明の光学異方素子を実現すること
が可能である。

【００７５】以下本発明の液晶表示素子の実施形態を詳
細に説明する。

【００７６】（実施形態１）図１および図２に本実施形
態における液晶表示素子の断面図を示す。液晶表示素子
は２枚の偏光板１、４（LLC2-92-18:SANRITZ社製) と、
これらの間に視角補償用の光学異方素子である液晶セル
２と駆動用液晶セル３とを挟む構成を有している。偏光
板１は透明基板１ｂの内側に偏光膜１ａを挟んで付けた
ものであり、偏光板４も同様に透明基板４ｂに偏光膜４
ａをつけて形成される。

【００７７】光学異方素子として視角補償用液晶セル２
はこれらの偏光板１、４間に配置され、透明基板２ａ,
２ｂ間に液晶２ｃを介在させた液晶セル構造を有する。
基板２ａ, ２ｂは表面にＳｉＯ2 を斜方蒸着し、間にね
じれネマティック液晶にカイラル剤S811(E. Merck Co.,
ltd 製) を混入した液晶層である光学異方性物質層がね
じれ角が２７０゜で導入され、液晶分子は５０°のプレ
チルト角を保ったまま下側基板２ｂから上側基板２ａへ
と反時計回りにねじれている（左ねじれ）。視角補償用
液晶セル２に用いた光学異方性物質層としての液晶材料
の△ｎは０．１８９、螺旋ピッチは1 ．３３μm 、層厚
は１μｍである。

【００７８】駆動用液晶セル３は視角補償用液晶セル２
と偏光板４間に配置される。２枚の上側基板３ａと下側
基板３ｂのとはそれぞれ透明電極３ｃ、３ｄを形成して
おり、駆動電源３ｆに接続される。基板３ａ、３ｂ間に
正の誘電異方性をもつねじれネマティック液晶（ＺＬＩ
−４２８７、E.Merck Co.Ltd．社製）にカイラル剤Ｓ８
１１（商品名、E.Merck Co.Ltd．社製）を混入したもの
が、ねじれ角が９０°で導入され、駆動電源３ｆからの
印加電圧に応じて状態を変化する。電圧無印加時はねじ
れ配列を維持する。

【００７９】駆動用液晶セル３に用いた液晶のΔｎは
０．０９３、液晶層の厚みは５．５μｍである。駆動用
液晶セル３の液晶分子は下側基板３ｂから上側基板３ｂ
へと反時計回りにねじれている（左ねじれ）。本セル３
は９０°ツイスト角のにＴＮセルとして動作し、旋光作
用により光制御する。

【００８０】図２（ａ）は本実施形態における液晶表示
素子の構成を示す分解斜視図である。(1.1) 及び(4.1)
は２枚の偏光板１および４の透過軸であり、これらは互
いに直交し(1.1) はＹ軸に対し基板の法線方向である＋
Ｚ方向から見て反時計回りに１３５°で配置される。
(3.1) 、(3.2) は駆動用液晶セル３の上側基板３ａと下
側基板３ｂのラビング軸すなわち配向処理方向で、これ
らは互いに直交し、Ｙ軸に対しラビング軸(3.1) とのな
す角は＋Ｚ方向から見て反時計回りで４５°で配置され
る。

【００８１】光学異方素子である視角補償用液晶セル２
の(2.1) 、(2.2) はそれぞれ上側と下側の基板２ａ、２
ｂのラビング軸で、これらは互いに直交し、視角補償用
液晶セル２はラビング軸(2.2) が駆動用液晶セル３のラ
ビング軸(3.1) と平行になるように配置される。すなわ
ち、液晶分子ＬＭの光軸ＯL （図６）はこれらラビング
軸に沿って配置され、液晶層が基板のラビング処理され
た面に接する側における液晶層の光軸となる。

【００８２】偏光板１は透過軸(1.1) が視角補償用液晶
セル２のラビング軸(2.1) と直交するように配置した。

【００８３】本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標
系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電
源３ｆから駆動用液晶セル３の電極３ｃ−３ｄ間に印加
する電圧）は、１Ｖから５Ｖまで変化させた。結果を図
１１に示す。図１１は上下左右の４方位の印加電圧−透
過率特性がそれぞれ示されており、正面から６０゜まで
視角を３０゜ごと変化させたときの透過率を示してい
る。理想は、どの視角でも正面（視角θ＝０゜）の透過
率曲線と同一であることである。正面の方向では、ある
電圧を越えると電圧の増加と共に透過率が減少する。

【００８４】図１２は従来技術の比較例のＴＮ−ＬＣＤ
の印加電圧−透過率特性図であるが、下方位の特性は視
角が大きくなるに従い透過率が減少する。これは実際に
階調表示をした場合には「黒つぶれ」が生じることに相
当する。また、視角６０゜での３Ｖ付近の透過率の再増
加は、実際の表示では「反転」に相当する。上方位につ
いてみれば、３Ｖの電圧で視角が０゜から６０゜へと大
きくなるにつれて、透過率は増加してゆく。これは実際
の表示では「白ぬけ」に相当する。

【００８５】本実施形態の場合、図１１をみると、下方
位の透過率の低下および、３Ｖ付近の透過率の再増加が
改善されている。すなわち、下方位の黒つぶれと反転が
改良されている。また上方位の白抜けも若干改良されて
いるのが、３から５Ｖ領域の視角３０、６０゜の透過率
の比較からわかる。

【００８６】実際に本構成でカラーフィルターを液晶セ
ル内に具備した画面サイズ対角１０インチからなるＴＦ
Ｔ−ＬＣＤを作成したところ、方位や視角を変化させて
も表示内容が識別できる良好なフルカラー表示が得られ
た。

【００８７】（比較例１）実施形態１において、視角補
償用液晶セル２が無い場合の電圧−透過率特性を測定し
た。測定結果を図１２に示す。本比較例では角度によっ
て上方位においては表示が白くなり、下方向においては
表示が黒くなったり階調が反転したりする現象が見られ
た。

【００８８】（比較例２）実施形態１において、視角補
償用液晶セル２の配向膜としてチルト角が１゜のポリイ
ミドを用いて作製した。それ以外の条件は、実施形態１
と全く同一である。電圧−透過率特性を測定結果を図１
４に示す。視角補償用液晶セル２のプレチルト角が小さ
くなることで、正面方向で透過率が完全に下がりきらず
コントラスト比の低下が生じる。また、斜め方向の特性
も従来例の特性図１２と比較すると分かる通り、上方位
を除く方位の特性が悪くなった。

【００８９】（実施形態２）図１３は本実施形態におけ
る液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。実施形
態１において、光学異方素子である視角補償用液晶セル
２は下側基板２ｂの液晶と接する面側にポリイミドAL−
１０５１（日本合成ゴム製）が塗布され、その表面にラ
ビング処理が施されている。プレチルト角は１゜であ
る。一方、上側基板２ａの液晶と接する側には、垂直配
向処理が施されている。用いた液晶材料の△ｎは０．０
３９で、液晶層の厚みは４．４μｍである。液晶分子の
光軸すなわち光学異方素子の光軸は、駆動用液晶セル３
側でセルに平行で、層厚方向に連続的に変化して液晶セ
ル３から離れた側でセル基板の法線方向にほぼ沿ってい
る。ツイスト角は０°である。

【００９０】(1.1) 及び(4.1) は偏光板１及び４の透過
軸であり、これらは互いに直交し(1.1) はＹ軸に対し＋
Ｚ方向から見て反時計回りに１３５゜で配置される。
(3.1)と(3.2) は駆動用液晶セル３の上側と下側の基板
３ａ, ３ｂのラビング軸で、これらは互いに直交し、Ｙ
軸に対しラビング軸(3.1) とのなす角は＋Ｚ方向から見
て反時計回りで４５゜で配置される。

【００９１】視角補償用液晶セル２の光軸(2.2) は下側
の基板２ｂのラビング軸で、駆動用液晶セル３の上側基
板のラビング軸(3.1) に直交し、下側基板のラビング軸
( ３. ２) と平行になるように配置される。

【００９２】偏光板１の透過軸(1.1) は、駆動用液晶セ
ル３の上側基板のラビング軸( ３.１) と平行になるよ
うに配置した。

【００９３】本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標
系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電
源３ｆから駆動用液晶セル３の電極３ｃ−３ｄ間に印加
する電圧）は、１Ｖから５Ｖまで変化させた。結果を図
１５に示す。比較例１の電圧−透過率特性（図１２）と
比較すると、上下方向、特に下方位において、黒つぶれ
と階調の反転が減少し視角が拡大した。実際に本構成で
カラーフィルターを液晶セル内に具備した画面サイズ対
角１０インチからなるＴＦＴ−ＬＣＤを作製したとこ
ろ、方位や視角を変化させても表示内容が識別できる良
好なフルカラー表示が得られた。

【００９４】（実施形態３）本実施形態の構成図を図１
６に示す。実施形態１において、第１の光学異方素子で
ある視角補償用液晶セル２と駆動用液晶セル３との間
に、光学異方性が厚み方向を光軸としたとき負号となる
第２の光学異方素子である光学異方素子５を配置した。
光学異方素子５は、光軸（図１６中にｎz と図示）が厚
み方向のＺ軸に対しＸＺ面内で６０゜（δ）傾き、この
光軸法線面の屈折率が光軸方向の屈折率より大きい。リ
タデーション値は−１４０ｎｍである。本構成の液晶表
示素子を図２（ｂ）の座標軸で定義される方位により電
気光学特性を測定した結果を図１７に示す。比較例１の
特性図である図１２と比較するとわかるように、実施形
態１の上方位の特性がさらに改善されている。

【００９５】（実施形態４）本実施形態の構成を図１８
に示す。実施形態２において第１の光学異方素子である
視角補償用液晶セル２と駆動用液晶セル３との間に、第
２の光学異方素子として、負の光学異方性を持つ光学異
方素子５を配置した。構成を図１８に示す。光学異方素
子５は、光軸（図１８中にｎＺと図示）がＺ軸と平行
で、この光軸法線面の屈折率が光軸方向の屈折率より大
きい。リタデーション値は−１４０ｎｍである。本構成
の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で定義される方位
により電気光学特性を測定した結果を、図１９に示す。
比較例１の特性図１２と比較するとわかるように、実施
形態２の上方位の特性が更に改良された。

【００９６】（実施形態５）実施形態２において視角補
償用液晶セル２と駆動用液晶セル３との間にねじれ角が
７２０゜の第２の視角補償用液晶セルを配置した。用い
た液晶材料の△ｎは０．０３９、ピッチ長は３．５μｍ
である。液晶層の厚みは７．０μｍで、配向はポリイミ
ド膜を上下基板間で反対方向にラビングすることにより
水平に配向されている。第２の補償セルは、補償セルの
ラビング軸が、駆動用液晶セル３の下側基板のラビング
軸と平行になるように配置した。本構成の液晶表示素子
を図２（ｂ）の座標系で定義される方位により電気光学
特性を測定した結果を、図２０に示す。従来例である比
較例１の特性図１２と比較するとわかるように、実施形
態２の上方位の特性が改良された。

【００９７】（実施形態６）構成を図２１に示すよう
に、実施形態２において光学異方性物質層を液晶層で形
成した液晶セルからなる光学異方素子である視角補償用
液晶セル２と駆動用液晶セル３との間に、負の光学異方
性を持つ高分子共重合体でできた光学異方素子６を配置
した。光学異方素子６は、光軸（図中にｎz と図示）が
Ｚ軸と平行で、この光軸法線面の屈折率ｎx 、ｎy が光
軸方向の屈折率ｎz より大きい。リタデーション値は−
１００ｎｍである。視角補償用液晶セル２の液晶層の厚
みは３．４μｍである駆動用液晶セル３と偏光板４との
間には、光学異方素子６と同一の光学異方素子７が駆動
用液晶セル３側に配置され、視角補償用液晶セル５が光
学異方素子７と偏光板４との間に配置される。視角補償
用液晶セル５は、視角補償用液晶セル２と同一の配向膜
で作製され上側の基板が(5.1) の矢印の方向にラビング
されている。偏光板４の側の基板の視角補償用液晶セル
５の液晶に接する側の基板表面には垂直配向処理が施さ
れている。ラビング軸５．１は、駆動用液晶セル３の上
側基板のラビング軸３．１と平行である。

【００９８】本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標
系で定義される方位により電気光学特性を測定した結果
を、図２２に示す。従来例の特性を示す図１２と比較す
るとわかるように、上下左右全ての方位に関し、本実施
形態の方が実施形態２よりも視角特性が改良された。

【００９９】（実施形態７）実施形態２において視角補
償用液晶セル２と５をポリシロキサン主鎖とし、側鎖に
ビフェニルベンゾエートとコレステリル基を適当な比で
有したような高分子共重合体で作製したところ、実施形
態６と同様な特性が得られた。さらに高分子共重合体で
光学異方素子を作製することにより、より薄型の液晶表
示素子が実現する。

【０１００】

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示素子のコント
ラスト、表示色の視角特性が改善され、視認性にすぐれ
る高品位表示の液晶表示素子を提供することができる。

【０１０１】なお、本発明はＴＦＴを用いたＴＮ−ＬＣ
Ｄのみについて触れたが、ＭＩＭなどを用いたアクティ
ブマトリクスおよびＳＴＮなどのシンプルマトリクス液
晶表示素子に応用しても優れた効果が得られることは言
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の構成を示す断面図。

【図２】本発明の実施形態１を説明するもので、（ａ）
は構成を示す分解斜視図、（ｂ）は電気光学特性を測定
する座標系を説明する図。

【図３】ＴＮ−ＬＣＤの動作原理を説明する図。

【図４】ＴＮ−ＬＣＤの視角特性の発生原理を説明する
図。

【図５】ＴＮ−ＬＣＤの視角特性の発生原理を説明する
図。

【図６】本発明の光学異方素子の配列状態を示す図。

【図７】本発明の光学異方素子を用いた場合の光学補償
原理を説明する図。

【図８】本発明におけるスプレイ配列の光学異方素子を
用いた場合の光学補償原理を説明する図。

【図９】電圧印加時の駆動セルの屈折率楕円体を示す
図。

【図１０】厚み方向に屈折率異方性が負号の光学異方素
子の屈折率楕円体を示した図。

【図１１】実施形態１の液晶表示素子の電気光学特性。

【図１２】従来例の液晶表示素子の電気光学特性

【図１３】実施形態２の構成を説明する図。

【図１４】比較例の電気光学特性

【図１５】実施形態２の効果を説明する図。

【図１６】実施形態３の構成を説明する図。

【図１７】実施形態３の効果を説明する図。

【図１８】実施形態４の構成を説明する図。

【図１９】実施形態４の効果を説明する図。

【図２０】実施形態５の効果を説明する図。

【図２１】実施形態６の構成を説明する図。

【図２２】実施形態６の効果を説明する図。

【図２３】従来のＴＮ−ＬＣＤの輝度の視角依存性を示
す曲線図。

【符号の説明】

１、４…偏光板 ２… 光学異方素子 ２ｃ… 光学異方性物質層 ３… 駆動用液晶セル

フロントページの続き (72)発明者 羽藤 仁 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の偏光板と、これら２枚の偏光板間
   に配置され、２枚の基板間に挟持されて電圧無印加時に
   ねじれた配向をしている液晶層を有して液晶の旋光性を
   用いて光制御する駆動用液晶セルとを具備する液晶表示
   素子において、前記偏光板と前記駆動用液晶セル間に、
   旋光性を有して前記基板の法線に対して傾いた方向での
   旋光性が、前記基板の法線の方向での旋光性よりも大き
   い光学異方素子を配置したことを特徴とする液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】 光学異方素子の光学異方性単位の光軸の
   角度が駆動用液晶セルの基板表面に対して前記光学異方
   素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化して、か
   つ光学異方性単位の光学異方性が正号であいることを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 光学異方素子の光学異方性単位の光軸の
   角度が駆動用液晶セルの基板表面にほぼ平行であり、前
   記基板から離れた側で前記基板の法線ににほぼ沿うよう
   に前記光学異方素子の層内で変化している請求項１また
   は２記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 光学異方素子の光学異方性単位の光軸の
   角度が駆動用液晶セルの基板の法線にほぼ沿っており、
   前記基板から離れた側で前記基板表面にほぼ平行になる
   ように前記光学異方素子の層内で変化している請求項１
   または２記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 光学異方素子を形成する光学異方性単位
   の光軸の光学異方素子の層厚方向の配列が、ベンド配列
   である請求項１または２記載の液晶表示素子。
6. 【請求項６】 光学異方素子を形成する光学異方性単位
   の光軸の光学異方素子の層厚方向の配列が、スプレイ配
   列である請求項１または２記載の液晶表示素子。
7. 【請求項７】 駆動用液晶セルの基板の法線方向から見
   たときに光学異方素子の層内のそれぞれの光軸の向きが
   単一の軸上に揃って配列した請求項１乃至４記載のいず
   れかの液晶表示素子。
8. 【請求項８】 層を有し、光軸の角度が駆動用液晶セル
   の基板の法線にほぼ沿っており、前記基板から離れた側
   で前記基板表面にほぼ平行になるように層内で変化して
   おり、かつ前記駆動用液晶セルの基板の法線方向から見
   たときに前記層内のそれぞれの光軸の向きが単一の軸上
   に揃って配列された第１の光学異方素子と、 層を有し、光軸の角度が前記駆動用液晶セルの基板表面
   にほぼ平行であり、前記基板から離れた側で前記基板の
   法線にほぼ沿うように層内で変化しており、かつ前記駆
   動用液晶セルの基板の法線方向から見たときに前記層内
   のそれぞれの光軸の向きが単一の軸上に揃って配列され
   た第２の光学異方素子とがそれぞれ少なくとも１つ配置
   されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素
   子。
9. 【請求項９】 単一の軸が偏光板の吸収軸に対して平行
   または直交して配置されている請求項１記載の液晶表示
   素子。
10. 【請求項１０】 偏光板と光学異方素子との間に厚さ方
    向に対して光学異方性が負号である第２の光学異方素子
    を配置してなる請求項８に記載の液晶表示素子。
11. 【請求項１１】 光学異方素子が高分子液晶からなる請
    求項１に記載の液晶表示素子。
12. 【請求項１２】 ２枚の偏光板と、これら２枚の偏光板
    間に配置され、２枚の基板間に挟持されて電圧無印加時
    にねじれた配向をしている液晶層を有して液晶の旋光性
    を用いて光制御する駆動用液晶セルとを具備する液晶表
    示素子において、前記駆動用液晶セルが基板法線を基準
    にして対称的に傾けた２方向において旋光性の大きい第
    １の方向と旋光性の小さい第２の方向を有するものであ
    り、 前記偏光板と前記駆動用液晶セル間に、前記基板の法線
    に対して傾けた方向での旋光性が、前記基板の法線の方
    向での旋光性よりも大きく、前記基板の法線を基準にし
    て対称的に傾けた前記２方向において旋光性の小さい前
    記第１の方向と旋光性の大きい前記第２の方向を有する
    光学異方素子を配置して、前記駆動用液晶セルの旋光性
    の非対称を前記光学異方素子が補償してなる液晶表示素
    子。
13. 【請求項１３】 光学異方性物質層からなる光学異方素
    子において、前記光学異方性物質層が、光学異方素子表
    面の法線に対して傾いた方向での旋光性が、前記法線の
    方向での旋光性よりも大きいことを特徴とする光学異方
    素子。
14. 【請求項１４】 光学異方素子の光軸の角度が光学異方
    素子表面に対して、前記光学異方素子の層厚方向に連続
    的あるいは段階的に変化していることを特徴とする請求
    項１３記載の光学異方素子。
15. 【請求項１５】 光学異方素子の光軸の角度が光学異方
    素子の一方の側の表面にほぼ平行であり、前記光学異方
    素子の他の側の表面の法線にほぼ沿うように前記光学異
    方素子の層内で変化している請求項１３または１４記載
    の光学異方素子。
16. 【請求項１６】 光学異方素子の光軸の角度が前記光学
    異方素子の一方の側の表面の法線にほぼ沿っており、前
    記光学異方素子の他の表面の側にほぼ平行になるように
    前記光学異方素子の層内で変化している請求項１３また
    は１４記載の光学異方素子。
17. 【請求項１７】 光学異方素子の光軸の層のそれぞれの
    向きが前記光学異方素子の層の面方向に単一な軸上に揃
    って配列した請求項１３記載の光学異方素子。
18. 【請求項１８】 光学異方性物質層が高分子液晶からな
    る請求項１３に記載の光学異方素子。
19. 【請求項１９】 光学異方素子が光学異方素子表面の法
    線を基準にして対称的に傾けた２方向において旋光性の
    大きい第１の方向と旋光性の小さい第２の方向を有する
    請求項１３記載の光学異方素子。