WO2005078516A1

WO2005078516A1 - 液晶表示素子

Info

Publication number: WO2005078516A1
Application number: PCT/JP2005/001758
Authority: WO
Inventors: Yuzo Hisatake
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co., Ltd.
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2005-08-25
Also published as: CN1918508A; US7561233B2; CN100447649C; TWI322290B; KR20060117995A; US20060290854A1; JPWO2005078516A1; KR100778167B1; JP5264054B2; TW200604636A

Abstract

　ＯＣＢモードの液晶表示素子であって、第１偏光層（５１）と液晶層（３０）との間に面内方位に位相差を生ずる第１位相差層（４１）をその遅相軸が第１偏光層（５１）の吸収軸と直交するよう配置し、第２偏光層（５２）と第１位相差層（４１）との間に面内方位に位相差を生ずる第２位相差層（４２）をその遅相軸が液晶分子の傾く面内方位と直交する方位となるよう配置し、なおかつ、第２偏光層（５２）と第１位相差層（４１）との間に液晶表示素子の法線方向に光軸を有するとともに層全体で負の一軸性の機能を有する第３位相差層（４３）を配置したことを特徴とする。

Description

明細書

：液晶表示素子

技術分野

[0001] この発明は、液晶表示素子に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能な OCB (Optically Compensated Bend)モードの液晶表示素子に関する。

背景技術

[0002] 液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力である等の様々な特徴を有しており、 O A機器、情報端末、時計、及びテレビ等の様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ (以下、 TFTという）を有する液晶表示装置は、その高い応答性から、携帯テレビやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとして用いられてヽる。

[0003] 近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。これら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述した TFTが形成するアレイ構造を微細化することによって実現されてヽる。

[0004] 一方、表示速度の高速ィ匕に関しては、従来の表示モードに代わって、例えばネマティック液晶を用いた OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、 VAN (Vertically Aligned Nematic)モード、 HAN(Hybrid Aligned Nematic)モード、および π配列モード、並びにスメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶 (SSFLC: Surface-Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal)モードおよび反強誘電'性液晶 (AFLC: Anti-Ferroelectric Liquid Crystal)モードが検討されている。

[0005] これら表示モードのうち、視野角及び応答速度を改善可能な液晶表示装置として、 OCBモードの液晶表示装置が注目されている。この OCBモード液晶表示装置は、一対の基板間にベンド配列が可能な液晶分子を有する液晶層が挟持されてなるものである。この OCBモード液晶表示装置は、 TNモードに比して応答速度が一桁改善され、さらに液晶分子の配列状態により液晶層を通過する光の複屈折の影響を光学的に自己補償できるため視野角が広、と、う利点がある。

[0006] このような OCBモードの液晶表示装置を用いて画像を表示する場合、複屈折性を制御し偏光板との組み合わせによって、例えば高電圧印加時に光を遮断して黒を表示し、低電圧印加時に光を透過して白を表示することが考えられる。

[0007] し力しながら、黒を表示する際には、大多数の液晶分子は高電圧印加により電界方向に沿って配列する（すなわち基板の法線方向に配列する）が、基板近傍の液晶分子は配向膜との相互作用により法線方向に配列せず、光は所定方向に位相差の影響を受ける。このため、画面を正面方向（すなわち基板の法線方向）から観察した場合、黒表示時の透過率を十分に低減させることができず、コントラストの低下を招く

[0008] そこで、例えば一軸性の位相差板を組み合わせることで、黒表示時の液晶層の位相差を補償し、透過率を十分に低減させることが知られている。また、画面を斜め方向から観察した場合でも十分に透過率の低ヽ黒表示を実現する、あるいはコントラスト特性を補償する手法として、例えば特許文献 1に開示されるように、ハイブリッド配列した光学的に負のディスコティック液晶分子を有するディスコティック液晶層を位相差板として組み合わせることも知られている。（例えば、特開平 10-197862号公報参照。）。

[0009] OCBモードの液晶表示装置にぉ、て、従来の構成では、それぞれの吸収軸 (または透過軸）が互いに直交するような配置された 2枚の偏光板の間にベンド配列した液晶分子力なるベンド液晶層が配置されており、黒表示時の視野角特性を補償するために、 2つのディスコティック液晶層及び 2つの 2軸性位相差板を用いて構成されている。

[0010] このような従来構成においては、光学的に補償すべき対象が 3つある。すなわち、ベンド液晶層の法線方向における正の位相差、ベンド液晶層の面内方位における残留位相差、及び、偏光板の正の 2色性が補償対象である。

[0011] すなわち、ベンド液晶層は、全体的に見ると、 2軸の屈折率異方体 (nz>nx>ny) である。このため、ベンド液晶層は、その法線方向に正の位相差を有するとともに、その面内方位に位相差を有している。法線方向における位相差は、主にディスコテイツク液晶層及び 2軸性位相差板を用いて補償している。また、面内方位における残留位相差は、主に、ディスコティック液晶層を用いて補償している。 [0012] し力しながら、これら液晶起因の位相差は、波長分散性が大き、。一方で、法線方向の位相差を補償するための 2軸性位相差板は、延伸フィルムによって形成されたものが多ぐ液晶分子を含むような位相差板ほど波長分散性を大きくすることができない。したがって、法線方向の位相差について、特定波長に対して補償できたとしてもその他の大部分の波長に対してベンド液晶層と 2軸性位相差板との波長分散性が合致せず、十分な補償ができない。このため、画面の法線力もの傾きに対するコントラスト特性及び色再現性すなわちコントラスト及び色の視野角特性が不十分であるといつた問題がある。

[0013] なお、面内方位の位相差を補償するためのディスコティック液晶層は、ベンド液晶層と同様に波長分散性が大きく、可視域の波長範囲内にお、てベンド液晶層の面内方位における位相差を略補償できている。このため、画面の法線方向でのコントラスト特性及び色再現性は良好である。

[0014] また、偏光板における正の 2色性は、 2色性方位と直交する方位に遅相軸を持つ 2 軸性位相差板を用いて補償可能である。し力しながら、偏光板の 2色性は、ベンド液晶層の波長分散性とは逆極性の波長分散性を有している（例えば、ベンド液晶層の波長分散性は短波長ほど位相差が大きい特性であるのに対して、偏光板の波長分散性は長波長ほど位相差が大きい特性である)。これに対して、 2軸性位相差板は波長分散性が小さい。したがって、正の 2色性について、特定波長に対して補償できたとしてもその他の大部分の波長に対して偏光板と 2軸性位相差板との波長分散性が合致せず、十分な補償ができない。このため、コントラスト及び色の視野角特性が不十分であると、つた問題がある。

[0015] さらに、このような問題に加えて、ディスコティック液晶層及び 2軸性位相差板は、製造コストが高ぐ液晶表示装置全体のコストアップを招くといった課題もある。発明の開示

[0016] この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、視野角特性及び表示品位に優れ、し力も、コスト低減が可能な液晶表示素子を提供することにある。

[0017] この発明の態様による液晶表示素子は、一対の基板間にネマティック液晶層を挟持したドットマトリクス型の液晶パネルを第

1偏光層と第 2偏光層との間に配置した液晶表示素子であり、画素に電圧を印加して V、な、状態にぉ、て、前記液晶層の界面近傍の液晶分子は基板の法線方向に対して傾きを持っており、且つそれぞれの基板近傍の液晶分子は基板面内で傾く面内方位が略同じ方位であるスプレイ状若しくはベンド状の分子配列をなし、前記画素に電圧を印加し前記液晶分子の傾き角をベンド状の分子配列にて制御することによって液晶層の位相差を変調させて表示の明暗を制御するベンドモードの液晶表示素子であって、

前記第 1偏光層と前記液晶層との間に、面内方位に位相差を生ずる第 1位相差層をその遅相軸が前記第 1偏光層の吸収軸と直交するよう配置し、

前記第 2偏光層と前記第 1位相差層との間に、面内方位に位相差を生ずる第 2位相差層をその遅相軸が前記液晶分子の傾く面内方位と直交する方位となるよう配置し、

なおかつ、前記第 2偏光層と前記第 1位相差層との間に、前記液晶表示素子の法線方向に光軸を有するとともに層全体で負の一軸性の機能を有する第 3位相差層を配置したことを特徴とする。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、この発明の一実施の形態としての OCB型液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。

[図 2]図 2は、 OCB型液晶表示装置に適用される光学補償素子の構成を概略的に示す図である。

[図 3]図 3は、図 2に示した光学補償素子を構成する各光学部材の光軸方向と液晶配向方向との関係を示す図である。

[図 4]図 4は、画像を表示可能な状態でのベンド液晶層における位相差を説明するための図である。

圆 5]図 5は、第 1位相差層及び第 2位相差層において生ずる位相差を説明するための図である。

[図 6]図 6は、第 3位相差層において生ずる位相差を説明するための図である。 [図 7]図 7は、クロス-コル偏光板を透過する光の透過率についての波長分散性を説明するための図である。

[図 8]図 8は、偏光板における正の 2色性の補償原理を説明するための図である。

[図 9]図 9は、偏光板における正の 2色性の補償原理を説明するための図である。

[図 10]図 10は、光学補償された偏光層及び位相差層を透過する光の透過率についての波長分散性を説明するための図である。

[図 11]図 11は、実施例に係る OCB型液晶表示装置の構成を概略的に示す図である

[図 12]図 12は、実施例に係る OCB型液晶表示装置による黒表示時の視野角依存性を説明するための色度図である。

[図 13]図 13は、実施例に係る OCB型液晶表示装置によるコントラストの視野角依存性を説明するための図である。

[図 14]図 14は、実施例に係る OCB型液晶表示装置による 8階調について、画免の左右方向に傾、た角度にっ、ての輝度の測定結果を示す図である。

[図 15]図 15は、実施例に係る OCB型液晶表示装置による 8階調について、画免の上下方向に傾、た角度にっ、ての輝度の測定結果を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示素子について図面を参照して説明する。この実施の形態では、複屈折モードの液晶表示素子として、特に、 OCB (0 ptically Compensated Bend)モード方式による液晶表示装置を例に説明する。

[0020] 図 1に示すように、 OCB型液晶表示装置は、一対の基板すなわちアレイ基板 10と対向基板 20との間に液晶層（ネマティック液晶層） 30を保持して構成されたドットマトリクス型の液晶パネル 1を備えている。この液晶パネル 1は、例えば透過型であり、ァレイ基板 10側に配置された図示しないバックライトユニットからのバックライト光を対向基板 20側に透過可能に構成されてヽる。

[0021] アレイ基板 10は、ガラスなどの絶縁基板 11を用いて形成されている。このアレイ基板 10は、絶縁基板 11の一方の主面にスイッチング素子 12、画素電極 13、配向膜 1 4などを備えている。スイッチング素子 12は、 TFT(Thin Film Transistor)や MI M (Metal Insulated Metal)、 TFT (Thin Film Diode)などで構成されている。画素電極 13は、マトリクス状の画素毎に配置され、スイッチング素子 12に電気的に接続されている。この画素電極 13は、例えば ITO (Indium Tin Oxide)や IZO (In dium Zinc Oxide)などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜 14は、絶縁基板 11の主面全体を覆うように配置されている。

[0022] 対向基板 20は、ガラスなどの絶縁基板 21を用いて形成されている。この対向基板 20は、絶縁基板 21の一方の主面に対向電極 22、配向膜 23などを備えている。対向電極 22は、例えば ITOや IZOなどの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。配向膜 23は、絶縁基板 21の主面全体を覆うように配置されている。

[0023] なお、カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶パネル 1は、複数色例えば赤（ R)、緑 (G)、青 (B)の色画素を有している。すなわち、赤色画素は赤色波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備え、緑色画素は緑色波長の光を透過する緑色カラ一フィルタを備え、青色画素は青色波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板 10または対向基板 20の主面に配置されている。

[0024] 上述したような構成のアレイ基板 10と対向基板 20とは、図示しないスぺーサを介して互いに所定のギャップを維持した状態で貼り合わせられている。液晶層 30は、これらアレイ基板 10と対向基板 20との間のギャップに封入されている。液晶層 30に含まれる液晶分子 31は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する材料を選択可能である。

[0025] このような液晶パネル 1は、一対の偏光層すなわち第 1偏光層 51と第 2偏光層 52との間に配置されている。第 1偏光層 51は、例えば液晶パネル 1の光入射側すなわちアレイ基板 10の外面側に配置されている。第 2偏光層 52は、例えば液晶パネル 1の光出射側すなわち対向基板 20の外面側に配置されている。また、第 1偏光層 51と液晶パネル 1との間、及び、第 2偏光層 52と液晶パネル 2との間には、所定の表示状態における液晶層 30の位相差、及び、第 1偏光層 51及び第 2偏光層 52の正の 2色性を光学的に補償する光学補償素子 40が配置されている。

[0026] 例えば、図 2に示すように、第 1偏光層 51と液晶パネル 1との間に配置された光学補償素子 40Aは、第 1位相差層 (Aプレート) 41を有している。また、第 2偏光層 52と液晶パネル 1との間に配置された光学補償素子 40Bは、第 2位相差層（Aプレート) 4 2及び第 3位相差層（Cプレート) 43を有している。なお、第 1位相差層 41は、第 1偏光層 51と液晶層 30との間であればどこに配置されても良い。また、第 2位相差層 42 は、第 2偏光層 52と第 1位相差層 41との間であればどこには位置されても良い。さらに、第 3位相差層 43は、第 2偏光層 52と第 1位相差層 41との間であればどこには位置されても良い。

[0027] いま、図 3に示すように、アレイ基板 10及び対向基板 20の主面と平行な平面を便宜上基板面と称し、この基板面内の方位を面内方位と称する。ここでは、画面の左右方位が図中矢印 Aで示した 0° 方位に対応し、画面の上下方位が図中矢印 Bで示した 90° 方位に対応するものとする。

[0028] 配向膜 14及び 23は、パラレル配向処理されている。すなわち、配向膜 14及び 23 は、ともに図中の矢印 Aで示す方向にラビング処理されている。これにより、液晶分子 31の光軸の正射影 (液晶配向方向）は、図中矢印 Bと平行となる。つまり、液晶分子 31は、画素に電圧を印加していない状態において、配向膜 14及び 23の影響により、液晶層 30の界面近傍において基板面の法線方向（液晶層の厚み方向）に対して傾きを持って配列しており、し力も、アレイ基板 10及び対向基板 20の近傍において、傾く面内方位が基板面内で略同じ方位であり、略 90° 方位に傾いている。

[0029] このとき、液晶分子 31は、アレイ基板 10と対向基板 20との間でスプレイ状若しくはベンド状の分子配列をなしている。また、画像を表示可能な状態、例えば所定のバイァスを印加した状態では、液晶分子 31は、矢印 Bで規定される液晶層 30の断面内にお、て、アレイ基板 10と対向基板 20との間にお、てベンド状に配列して！/、る。

[0030] 第 1偏光層 51は、その光軸 (すなわち透過軸または吸収軸）が図中の矢印 Cで示した 135° 方位を向くように配置されている。また、第 2偏光層 52は、その光軸 (透過軸または吸収軸）が図中の矢印 Dで示した 45° 方位を向くように配置されている。つまり、第 1偏光層 51及び第 2偏光層 52のそれぞれの光軸は、液晶配向方向 Bに対して 45° の角度をなし、し力も、互いに直交する。

[0031] OCB型液晶表示装置では、画素に電圧を印加し、液晶分子 31の傾き角をベンド状の分子配列にて制御することにより、液晶層 30の位相差を変調させて表示の明暗を制御している。

[0032] ところで、上述したように、ベンド液晶層 30に対して高い電圧を印加しても、すべての液晶分子 31が基板の法線方向に沿って配列せず、液晶層 30は位相差を有する。すなわち、ベンド液晶層 30は、全体的に見ると、図 4に示すように、 2軸の屈折率異方体 (nz>nx>ny)である。このため、ベンド液晶層 30は、その法線方向（z方向）に正の位相差を有するとともに、その面内方位 (X— y平面）に位相差を有している。ここでは、 X軸が 0° 方位に対応するものとし X軸方向の主屈折率を nx、 y軸が 90° 方位に対応するものとし y軸方向の主屈折率を ny、 z軸が基板面の法線方位に対応するものし z軸方向の主屈折率を nzとする。

[0033] このような液晶層 30の面内方位における位相差を光学的に補償するために、第 2 位相差層 42が設けられている。すなわち、この第 2位相差層 42は、ある特定の電圧印加状態 (例えば高電圧を印加して黒を表示する状態；暗表示時)で、液晶層 30の面内方位における位相差 (画面を正面方向から観察した時に影響する液晶層 30の位相差)をキャンセルするような位相差機能を有して、る。

[0034] この第 2位相差層 42は、図 5に示すように、 1軸の屈折率異方性 (nx>ny=nz)を有している。ここでは、第 2位相差層 42は、 X軸が 0° 方位に対応し、 y軸が 90° 方位に対応し、 z軸が基板面の法線方位に対応するように配置される。つまり、このような第 2位相差層 42の光軸 (すなわち遅相軸）の方位 (0° 方位) Aは、液晶層 30の面内方位において位相差を発生する方位（90° 方位)すなわち液晶配向方向 Bに直交する。すなわち、第 2位相差層 42は、方位 Aに位相差を有する。

[0035] これにより、液晶層 30が有する面内方位での位相差をキャンセルさせて、液晶層 3 0と第 2位相差層 42とを複合してリタデーンヨン量が実効的にゼロになる状態を形成し、画面の正面方向（基板面の法線方向）から観察した時に十分なコントラストを得ることが可能となる。

[0036] このような位相差を有する第 2位相差層 42は、液晶ポリマーによって形成可能である。この液晶ポリマーは、例えばネマティック液晶ポリマー力もなる。この第 2液晶層 4 2は、液晶ポリマーの分子長軸が第 2位相差層 42の遅相軸方位すなわち 0° 方位と略平行となるように液晶ポリマー分子を配列させることによって形成される。

[0037] このような液晶分子を用いて形成した第 2位相差層 42の波長分散性は、少なくとも可視域の波長範囲内において、同様に液晶分子力なる液晶層 30の波長分散性と略合致する。つまり、波長 440nmでの値を波長 620nmでの値で割った比を波長分散値としたとき、第 2位相差層 42における位相差の波長分散値がベンド状の分子配列をなした液晶層 30における屈折率異方性 Δ nlcの波長分散値と略等、。このため、画面を正面方向から観察した時に、良好なコントラスト特性及び色再現性を実現できる。

[0038] 第 2位相差層 42の位相差値 R2は、位相差層を形成する液晶ポリマーの屈折率異方性と位相差層の層厚とを制御することにより調整可能である。ここでは、第 2位相差層 42の位相差値 R2は、ベンド状の分子配列をなした液晶層 30に特定の電圧を印加したとき (例えば黒表示時の電圧を印加したとき）の面内方位における位相差値 R1 cと略等しく設定されている。厳密には、位相差値 R2と位相差値 Rlcとの絶対値が略等しぐそれぞれの極性 (正または負）は異なる。このため、特に、特定の電圧を印加した際の液晶層 30の面内方位における位相差がキャンセルされ、良好なコントラスト特性を実現できる。

[0039] また、第 2位相差層 42の位相差値 R2は、波長 550nmにおいて、 lOOnm以下に設定されている。位相差値 R2が小さいほど、黒表示を得る液晶層 30の液晶分子の平均傾き角は大きくなる。つまり垂直配向に近い分子配列となる。従って位相差値 R 2力小さいほど、黒表示を得るために画素に印加する電圧は大きくなる。電圧値が大きすぎると駆動に負荷が力かるので問題となるが、低すぎると電気光学特性が急峻になりすぎるのでマージンが取れなくなる。液晶層厚の制御性やスイッチング素子 12の特性ばらつきなどを考慮すると位相差値 R2は lOOnm以下とするのが好ましヽ。なお、位相差値 R2を小さくしすぎると前述したように駆動電圧が高くなつてしまうが、これは液晶材料の誘電率異方性にも依存するので位相差値 R2の下限値は一概には決められない。

[0040] 一方で、上述したような液晶層 30の法線方向（厚み方向）における正の位相差を光学的に補償するために、第 3位相差層 43が設けられている。すなわち、この第 3位相差層 43は、その法線方向に光軸を有するとともに、ある特定の電圧印加状態 (例えば高電圧を印加して黒を表示する状態)で、層全体で液晶分子 31とは逆の光学特性すなわち負の一軸性の位相差機能を有している。つまり、この第 3位相差層 43は、液晶層 30の法線方向における位相差 (画面を斜め方向から観察した時に影響する液晶層 30の位相差)をキャンセルするような位相差を生ずる。より望ましくは、第 3位相差層 43は、第 1偏光層 51と第 2偏光層 52との間に配置された第 3位相差層 43以外の構成部材における法線方向の位相差の和 R が波長 550nmにおいて略ゼロ

(total)

となるとなるような位相差を生ずる。

[0041] この第 3位相差層 43は、図 6に示すように、その層厚方向（法線方向）の主屈折率 n zが相対的に小さぐ面内方位の主屈折率 nx及び nyが相対的に大きい 1軸の屈折率異方性 (nx=ny>nz)を有している。ここでは、第 3位相差層 43は、 x軸が 0° 方位に対応し、 y軸が 90° 方位に対応し、 z軸が基板面の法線方位に対応するよう〖こ配置される。つまり、このような第 3位相差層 43の光軸 (すなわち遅相軸）の方位は、液晶層 30の法線方向に平行となる。すなわち、第 3位相差層 43は、法線方向に位相差を有する。

[0042] これにより、液晶層 30が有する法線方向での位相差をキャンセルさせて、液晶層 3 0と第 3位相差層 43とを複合してリタデーンヨン量が実効的にゼロになる状態を形成し、画面を斜め方向から観察した時でも十分なコントラストを得ることが可能となる。つまり、コントラストの視野角特性を改善することが可能となる。

[0043] このような位相差を有する第 3位相差層 43は、液晶ポリマーによって形成可能である。この液晶ポリマーは、例えばカイラルネマティック液晶ポリマー若しくはコレステリック液晶ポリマー力もなる。この第 3位相差層 43は、液晶ポリマーの螺旋軸が第 3位相差層 43の主面の法線方向（層厚方向）に対して略平行であり、液晶ポリマーの捩れピッチを Pとし、且つ波長 400nmにおける液晶ポリマーの平均屈折率を n (= ( (ne 2+no²) Z2) ^1/2 ;但し、 neを異常光線に対する主屈折率とし、 noを常光線に対する主屈折率とする）としたとき、値 (nX P)が 400nm未満となるように形成される。また、第 3位相差層 43は、ディスコティック液晶ポリマーによって形成しても良い。この場合、第 3位相差層 43は、液晶ポリマーの分子光軸が第 3位相差層 43の主面の法線方向に対して略平行となるように液晶ポリマー分子を配列させることによって形成される

[0044] このような液晶分子を用いて形成した第 3位相差層 43の波長分散性は、少なくとも可視域の波長範囲内において、同様に液晶分子力なる液晶層 30の波長分散性と略合致する。つまり、第 3位相差層 43における位相差の波長分散値がベンド状の分子配列をなした液晶層 30における屈折率異方性 Δ nlcの波長分散値と略等、。より望ましくは、第 3位相差層 43の位相差 R3の波長分散値は、第 1偏光層 51と第 2偏光層 52との間に配置された第 3位相差層 43以外の構成部材における法線方向の位相差の和 R の波長分散値と略等しい。このため、画面を斜め方向から観察した

(total)

時に、良好な色再現性を実現できる。つまり、色再現性の視野角特性を改善することが可能となる。したがって、広視野角化が可能となる。

[0045] 上述したように、ベンド液晶層 30における 2つの光学的補償対象、すなわち（1)暗表示時での面内方位における残留位相差を第 2位相差層 42により波長分散性も含めて補償するとともに、（2)法線方向における正の位相差を第 3位相差層 43により波長分散性も含めて補償することが可能となる。残る 1つの光学的補償対象、すなわち (3)第 1偏光層 51及び第 2偏光層 52における正の 2色性は、第 1位相差層 41により波長分散性も含めて補償可能である。

[0046] すなわち、一般に適用される偏光板は、正の 2色性を有している。つまり、偏光板は、 1方向に吸収軸を持つのみである。このような偏光板を 2つ組み合わせ、それぞれの吸収軸が基板面内で互いに直交するように配置した場合の 2つの偏光板を透過する光の透過率について検討する。基板面に対する法線方向（正面方向）から観察した場合、互いの吸収軸が直交しているため、図 7の Aで示すように、可視域の略全域において透過率を約 0%とすることができる。

[0047] これに対して、基板面に対して斜め方向から観察した場合、互いの吸収軸の交差角は 90° ではない（90° より小さいもしくは見方によっては 90° より大きい）。このため、一部の光が 2つの偏光板を透過する。略真横 (基板面の法線に対して約 89° 傾いた方向）から観察した場合、互いの吸収軸の交差角はほぼゼロとなる。このため、図 7の Bに示すように、 2つの偏光板を透過する光の透過率は、平行偏光板の場合とほぼ等しい。つまり、直線偏光が 2つの偏光板を透過する。また、基板面の法線に対して 45° 傾いた方向から観察した場合 (45° 視角）は、図 7の Cに示すように、 A及び Bで示した透過率の中間の透過率となる。つまり、 2つの偏光板を透過した光は円偏光となる。

[0048] これを補償するには、図 8に示すように、偏光板の透過軸方位に遅相軸を有する（異方性を持つ)位相差板を付与すればよい。ここでは、偏光板は、 X軸方向に吸収軸を有するとともに y軸方向に透過軸を有するものとする（nx>ny =nz)。このような偏光板の透過軸に異方性を付与するためには、 y軸方向に遅相軸を有する（ny>nx =nz)位相差板を組み合わせる。これらの組み合わせにより、負の 2色性を有する偏光板として機能させることが可能となる。

[0049] この原理は、図 9に示す通りである。すなわち、基板面に対する法線方向（正面方向）から観察した場合、偏光板の透過軸と位相差板の遅相軸とが互いに直交している（軸の交差角が 90° ) ₀このため、一方の偏光板を透過した直線偏光の位相はずれず、直線偏光が出射される。

[0050] これに対して、基板面に対して斜め方向から観察した場合、例えば基板面の法線に対して 60° 傾いた方向から観察した場合 (60° 視角）、偏光板の透過軸と位相差板の遅相軸との交差角は 30° となる。このとき、偏光板の出射光の楕円性を位相差に置き換えると、（η Χ λ Ζ4 Χ視角分）となる。但し、 η= 1、 2、 3…である。つまり、ここに示した例では、偏光板及び位相差板を透過した光は、（η Χ λ Ζ4 Χ 60° )に相当する楕円性が付与された楕円偏光となる。このような楕円偏光を直線偏光として出射するためには、楕円偏光に（（90° —視角） X nZm X λ )の位相差を与えれば良い。但し、 η= 1、 2、 3…であり、 m= 2、 4、 6…である。ここに示した例では、上述した楕円偏光は、（30° X nZm X λ )の位相差を付与することにより直線偏光となる。つまり、偏光板の 2色性を補償するための位相差板の位相差は、逆波長分散性を有することが望ましい。しかしながら、逆波長分散性を有する位相差板は材料の精製が難しぐ製造コストが高い。

[0051] そこで、この実施の形態では、第 1偏光層 51と液晶層 30との間に、面内方位に位相差を生ずる第 1位相差層 41をその遅相軸が第 1偏光層 51の吸収軸と直交するように配置している。すなわち、この第 1位相差層 41は、第 1偏光層 51及び第 2偏光層 5 2における正の 2色性を補償するような位相差を生ずる。

[0052] この第 1位相差層 41は、図 5に示すように、 1軸の屈折率異方性 (nx>ny=nz)を有している。ここでは、第 1偏光層 51の吸収軸が基板面内において 135° 方位に対応し、第 2偏光層 52の吸収軸が基板面内において 45° 方位に対応するものとしたとき、第 1位相差層 41は、 X軸力 5° 方位に対応し、 y軸が 135° 方位に対応し、 z軸が基板面の法線方位に対応するように配置される。つまり、このような第 1位相差層 4 1の遅相軸の方位 (45° 方位）は、第 1偏光層 51の吸収軸方位（135° 方位）に直交する。換言すると、第 1位相差層 41の遅相軸の方位 (45° 方位）は、第 1偏光層 5 1の透過軸方位 (45° 方位）と平行である。

[0053] このような位相差を有する第 1位相差層 41は、波長分散性が大きい特徴を活かし、液晶ポリマーによって形成可能である。この液晶ポリマーは、例えばネマティック液晶ポリマーからなる。この第 1液晶層 41は、液晶ポリマーの分子長軸が第 1位相差層 41 の遅相軸方位すなわち 45° 方位と略平行となるように液晶ポリマー分子を配列させること〖こよって形成される。

[0054] このような液晶分子を用いて形成した第 1位相差層 41の波長分散性は、少なくとも可視域の波長範囲内において、第 1偏光層 51及び第 2偏光層 52の 2色性を補償するために必要な波長分散性と略合致する。このような第 1位相差層 41の位相差値 R1 は、位相差層を形成する液晶ポリマーの屈折率異方性 Δ ηΐと位相差層の層厚 tlとを制御することにより調整可能である。すなわち、第 1位相差層 41の位相差値 R1は、屈折率異方性と層厚とを乗じた値、すなわち（ Δ nl X tl)で与えられる。

[0055] つまり、第 1位相差層 41は、液晶ポリマー層における液層分子の波長 440nm及び 620nmにおける屈折率異方性 Δ nl 及び Δ nl をそれぞれ乗じた値 ( Δ nl

(440) (620) (44

X tl)及び（Δ ηΐ X tl)が、入射光の波長えに対して、略 m Z8 (m= l、 2、

0) (620)

3、 4、…；)となるように設定された層厚 tl及び屈折率異方性を有する液晶ポリマーによって形成される。

[0056] ここでは、第 1位相差層 41は、青の波長に対して λ Ζ2、赤の波長に対しては λ Ζ

4の位相差を与えるような波長分散性を有するように形成される。これにより、図 10に示すように、基板面に対して斜め方向例えば基板面の法線に対して 45° 傾いた方向から観察した場合 (45° 視角）であっても、第 1偏光層 51及び第 2偏光層 52における 2色性の影響を補償することができ、可視域の略全域にぉヽて透過率を約 0%とすることができる。このような液晶ポリマーを用いて形成した第 1位相差層 41は、延伸位相差板 (例えばアートン)よりも優れた補償性能を有し、し力も製造コストも低く抑えることができる。さらに、液晶ポリマーを数 mの膜厚で塗布することで第 1位相差層 41を形成することが可能であり、延伸位相差板よりも厚みを低減することが可能となり、薄型化に有利である。

[0057] (実施例）

図 11に示すように、 OCB型液晶表示装置は、液晶パネルに含まれるベンド液晶層 30を第 1偏光層 51と第 2偏光層 52との間に配置することによって構成されている。ベンド液晶層 30に含まれる液晶分子は、 90° 方位に配向されている。この液晶層 30 は、先に図 4を参照して説明したように、画像を表示可能な状態において、 X軸方向の主屈折率を nx、 yy軸方向の主屈折率を ny、 z軸方向の主屈折率を nzとしたとき、 nz>nx>nyの関係を有している。なお、 X軸は 0° 方位に対応し、 y軸は 90° 方位に対応し、 z軸は基板面の法線方向に対応するものとする。この実施例では、液晶層 30は、ネマティック液晶層によって構成され、黒表示時に 550nmの波長に対して法線方向に 440nmの位相差を有するとともに、面内方位に 42nmの位相差を有している。

[0058] なお、第 1偏光層 51は、その吸収軸が 135° 方位に対応するように配置されている。また、第 2偏光層 52は、その吸収軸が 45° 方位に対応するように配置されている。第 1偏光層 51及び第 2偏光層 52は、例えばヨウ素を含むポリビュルアルコール (PV A)によって形成されている。これら第 1偏光層 51及び第 2偏光層 52は、一対のベースフイルムの間に配置されている。これらのベースフィルムは、例えば TAC (トリァセチルセルロース）によって形成されている。また、このベースフィルムは、例えば 1つ当たり 40 /z mの厚さを有しており、法線方向に 40nmの位相差を有している。実質的には、第 1偏光層 51と液晶層 30との間に配置された 1つのベースフィルム B51、及び、第 2偏光層 52と液晶層 30との間に配置された 1つのベースフィルム B52のそれぞれの位相差を考慮すれば良!、ため、法線方向に 80nmの位相差を有すること〖こなる。

[0059] いま、液晶層 30が法線方向に 440nmの位相差を有しており、ベースフィルム B51 及び B52がそれぞれ 40nmの位相差を有して!/、るため、残りの—360nmの位相差を第 3位相差層 43によって補償すればよい。

[0060] この実施例では、第 3位相差層 43は、ベースフィルム B52の液晶層 30側主面 (表面）に形成される。すなわち、ベースフィルム B52の表面を所定方向にラビング処理した後、カイラルネマティック液晶材料を 18 /z mの厚みで塗布する。このカイラルネマティック液晶材料は、例えばナトリウム線の波長に対して 0. 116の屈折率異方性 Δ η を有するようなネマティック液晶ポリマー (独、 BASF社製）に、カイラル材 S811 (英、メルク社製)を添加することによって得られる。さらに、このようなカイラルネマティック液晶材料に紫外線を照射する。これにより、塗布された液晶材料を硬化させる。

[0061] このようにして得られた第 3位相差層 43は、先に図 6を参照して説明したように、 nx

=ny>nzの関係を有している。なお、 X軸は 0° 方位に対応し、 y軸は 90° 方位に対応し、 z軸は基板面の法線方向に対応するものとする。また、平均屈折率 nが 1. 55 であり、捩れピッチ Pが約 206nmであり、（nX P)値は約 320nmとなり、 400nm未満であった。

[0062] 第 2位相差層 42は、第 3位相差層 43の液晶層 30側主面 (表面）に形成される。すなわち、第 3位相差層 43の表面を 0° 方位 (第 2偏光板 52の吸収軸と 45° の角度をなす方位）にラビング処理した後、ネマティック液晶材料を 0. 4 mの厚みで塗布する。このネマティック液晶材料は、例えばナトリウム線の波長に対して 0. 116の屈折率異方性 Δ ηを有するようなネマティック液晶ポリマー (独、 BASF社製)である。さらに、このようなネマティック液晶材料に紫外線を照射する。これにより、塗布された液晶材料を硬化させる。

[0063] このようにして得られた第 2位相差層 42は、先に図 5を参照して説明したように、 nx

>ny=nzの関係を有している。なお、 X軸は 0° 方位に対応し、 y軸は 90° 方位に対応し、 z軸は基板面の法線方向に対応するものとする。

[0064] このように、ベースフィルム B52の一方の主面に第 2偏光層 52を有するとともに、ベ一スフイルム B52の他方の主面に第 3位相差層 43及び第 2位相差層 42を有した積層体は、液晶パネル 1の対向基板 20側に設けられる。すなわち、例えばアクリル系の接着剤を第 2位相差層 42の表面に約 20 mの厚さでコーティングする。上述した積層体は、接着剤を介して対向基板 20を構成する絶縁基板 21に直接貼り付けられる

[0065] 一方、第 1位相差層 41は、ベースフィルム B51の液晶層 30側主面（表面）に形成される。すなわち、ベースフィルム B51の表面を 45° 方位 (第 1偏光板 51の吸収軸と 9 0° の角度をなす方位）にラビング処理した後、ネマティック液晶材料を所定の厚みで塗布する。このネマティック液晶材料は、例えばナトリウム線の波長に対して 0. 11 6の屈折率異方性 Δ nを有するようなネマティック液晶ポリマー (独、 BASF社製)である。このとき、ネマティック液晶材料を塗布する厚みは、青の波長に対して λ Ζ2、赤の波長に対しては λ Ζ4の位相差を与えるように設定され、この実施例では、約 1. 6 mの厚みに設定される。さらに、このようなネマティック液晶材料に紫外線を照射する。これにより、塗布された液晶材料を硬化させる。

[0066] このようにして得られた第 1位相差層 41は、先に図 5を参照して説明したように、 nx

>ny=nzの関係を有している。なお、 X軸は 45° 方位に対応し、 y軸は 135° 方位に対応し、 z軸は基板面の法線方向に対応するものとする。

[0067] このように、ベースフィルム B51の一方の主面に第 1偏光層 51を有するとともに、ベ一スフイルム B51の他方の主面に第 1位相差層 41を有した積層体は、液晶パネル 1 のアレイ基板 10側に設けられる。すなわち、例えばアクリル系の接着剤を第 1位相差層 41の表面に約 20 mの厚さでコーティングする。上述した積層体は、接着剤を介してアレイ基板 10を構成する絶縁基板 11に直接貼り付けられる。

[0068] この実施例における OCB型液晶表示装置によれば、第 1位相差層 41及び第 2位相差層 42の最適化により、図 12に示したような黒表示時の色度の視野角依存性を得ることができた。すなわち、図中の P1は基板面の法線方向から観察した場合の色度座標を示し、 P2は法線方向に対して画面の右側（0° 方位）に 80° 傾いた方向から観察した場合の色度座標を示し、 P3は法線方向に対して画面の左側（180° 方位 )に 80° 傾いた方向から観察した場合の色度座標を示している。 P1乃至 P3の 3点ともに略等しい座標値 (視野角に関わらず色味の変化が少ない）となり、色再現性の視野角特性を改善できたことが確認できた。

[0069] また、第 3位相差層 43の最適化により、図 13に示したように、コントラストの視野角依存性を得ることができた。例えば、コントラスト比 C (R、 G、 B) = 500 : 1及び 100 : 1 の視野角を上下左右方向全体にわたって拡大することができ、コントラストの視野角特性を改善できたことが確認できた。

[0070] さらに、この実施例における OCB型液晶表示装置によれば、 8段階の階調について、法線に対して画面の左右方向に傾いた角度 (視角）についてそれぞれの輝度を測定したところ、図 14に示したような結果が得られた。すなわち、いずれの角度につ Vヽても低階調の輝度が高階調の輝度を上回るような、わゆる反転現象は確認されな力つた。同様に、 8段階の階調について、法線に対して画面の上下方向に傾いた角度 (視角）についてそれぞれの輝度を測定したところ、図 15に示したような結果が得られた。すなわち、いずれの角度についても低階調の輝度が高階調の輝度を上回る反転現象は確認されなかった。

[0071] なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなぐその実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

[0072] 例えば、第 1位相差層 41は、 2枚以上の位相差フィルムによって形成しても良い。この第 1位相差層 41は、主に第 1位相差層 51及び第 2位相差層における正の 2色性を補償するものであり、第 1位相差層 51と液晶層 30と間の第 1位相差層 51に近接する位置、及び、第 2位相差層 52と液晶層 30と間の第 2位相差層 52に近接する位置の少なくとも一方に設けられて、れば良、。

[0073] また、第 2位相差層 42は、 2枚以上の位相差フィルムによって形成しても良い。この第 2位相差層 42は、主に液晶層 30における面内方位の位相差を補償するものであり、第 1位相差層 41と第 1偏光層 51または第 2偏光層 52との間に設けられていれば良い。 [0074] 同様に、第 3位相差層 43は、 2枚以上の位相差フィルムによって形成しても良い。この第 3位相差層 43は、主に液晶層 30における法線方向の位相差を補償するものであり、第 1位相差層 41と第 1偏光層 51または第 2偏光層 52との間に設けられていれば良い。

産業上の利用可能性

[0075] この発明によれば、視野角特性及び表示品位に優れ、し力も、コスト低減が可能な液晶表示素子を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 一対の基板間に液晶層を保持した液晶パネルと、

前記液晶パネルの光入射側に配置された第 1偏光層と、

前記液晶パネルの光出射側に配置された第 2偏光層と、を有した液晶表示素子であって、

前記液晶表示素子の暗表示時に前記液晶層が面内方向に残留位相差を有し、且つ前記液晶層が厚み方向に正の位相差を有する複屈折モードの液晶表示素子において、

前記第 1偏光層と前記液晶層との間に、前記第 1偏光層を経た光に対して視野角特性を補償する正の 1軸位相差層である第 1位相差層を配置し、

前記第 2偏光層と前記第 1位相差層との間に、前記液晶層の残留位相差を補償する第 2位相差機能と、前記液晶層の厚み方向の正の位相差を補償する第 3位相差機能とを有することを特徴とする液晶表示素子。

[2] 前記第 3位相差機能を有する第 3位相差層は、液晶ポリマーによって形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の液晶表示素子。

[3] 前記液晶ポリマーは、カイラルネマティック液晶ポリマー若しくはコレステリック液晶ポリマーからなり、その螺旋軸が前記第 3位相差層の主面の法線方向に対して略平行であり、捩れピッチを Pとし、波長 400nmにおける前記液晶ポリマーの平均屈折率を nとしたとき、値 (n X P)が 400nm未満であることを特徴とする請求項 2に記載の液晶表示素子。

[4] 前記液晶ポリマーは、ディスコティック液晶ポリマー力もなり、その分子光軸が前記第 3位相差層の主面の法線方向に対して略平行であることを特徴とする請求項 2〖こ記載の液晶表示素子。

[5] 波長 440nmでの値を波長 620nmでの値で割った比を波長分散値としたとき、前記第 3位相差層における位相差の波長分散値が前記ベンド状の分子配列をなした前記液晶層における屈折率異方性 Δ nlcの波長分散値と略等、ことを特徴とする請求項 2に記載の液晶表示素子。

[6] 前記第 1位相差層は、液晶ポリマーによって形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の液晶表示素子。

[7] 前記液晶ポリマーは、ネマティック液晶ポリマーからなり、その分子長軸が前記第 1 位相差層の遅相軸方位と略平行であることを特徴とする請求項 6に記載の液晶表示素子。

[8] 前記第 1位相差層を構成する前記液晶ポリマーの層厚 tlに前記液晶ポリマー層の液晶分子の波長 440nm及び 620nmにおける屈折率異方性 Δ nl 及び Δ nl

(440) (620 をそれぞれ乗じた値 ( Δ ηΐ X tl)及び（ Δ nl X tl)力波長 λに対して、略

) (440) (620)

m Z8 (m= l、 2、 3、 4、…；)であることを特徴とする請求項 6に記載の液晶表示素子。

[9] 前記第 2位相差機能を有する第 2位相差層は、液晶ポリマーによって形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の液晶表示素子。

[10] 前記液晶ポリマーは、ネマティック液晶ポリマーからなり、その分子長軸が前記第 2 位相差層の遅相軸方位と略平行であることを特徴とする請求項 9に記載の液晶表示素子。

[11] 波長 440nmでの値を波長 620nmでの値で割った比を波長分散値としたとき、前記第 2位相差層における位相差の波長分散値が前記ベンド状の分子配列をなした前記液晶層における屈折率異方性 Δ nlcの波長分散値と略等、ことを特徴とする請求項 9に記載の液晶表示素子。

[12] 前記第 2位相差層の位相差値 R2が前記ベンド状の分子配列をなした前記液晶層に特定の電圧を印加したときの面内方位における位相差値 Rlcと略等しいことを特徴とした請求項 11に記載の液晶表示素子。

[13] 前記第 2位相差機能を有する第 2位相差層の位相差値 R2は、波長 550nmにおヽて、 lOOnm以下であることを特徴とした請求項 1に記載の液晶表示素子。

[14] 前記第 3位相差機能を有する第 3位相差層における法線方向の位相差 R3と、前記第 1偏光層と前記第 2偏光層との間に配置された前記第 3位相差層以外の構成部材における法線方向の位相差の和 R が波長 550nmにおいて略ゼロとなることを特

(total)

徴とする請求項 1に記載の液晶表示素子。

[15] 波長 440nmでの値を波長 620nmでの値で割った比を波長分散値としたとき、前記位相差 R3の波長分散値が前記位相差の和 R の波長分散値と略等 U、ことを

(.total)

特徴とする請求項 14に記載の液晶表示素子。

[16] 前記第 1位相差層が 2枚以上の位相差フィルムによって形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の液晶表示素子。

[17] 前記第 2位相差機能を有する第 2位相差層が 2枚以上の位相差フィルムによって形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の液晶表示素子。

[18] 前記第 3位相差機能を有する第 3位相差層が 2枚以上の位相差フィルムによって形成されたことを特徴とする請求項 1に記載の液晶表示素子。

[19] 一対の基板間にネマティック液晶層を挟持したドットマトリクス型の液晶パネルを第 1偏光層と第 2偏光層との間に配置した液晶表示素子であり、画素に電圧を印加して V、な、状態にぉ、て、前記液晶層の界面近傍の液晶分子は基板の法線方向に対して傾きを持っており、且つそれぞれの基板近傍の液晶分子は基板面内で傾く面内方位が略同じ方位であるスプレイ状若しくはベンド状の分子配列をなし、前記画素に電圧を印加し前記液晶分子の傾き角をベンド状の分子配列にて制御することによって液晶層の位相差を変調させて表示の明暗を制御するベンドモードの液晶表示素子であって、

なおかつ、前記第 2偏光層と前記第 1位相差層との間に、前記液晶表示素子の法線方向に光軸を有するとともに層全体で負の一軸性の機能を有する第 3位相差層を配置したことを特徴とする液晶表示素子。