JP5657287B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子における視角補償技術に関する。

良好な黒表示特性を得られる液晶表示素子として垂直配向型の液晶表示素子が知られている。垂直配向型の液晶表示素子とは、二枚の基板とそれらの間に挟まれた液晶層を備え、かつ液晶層内の液晶分子が各基板の表面に対して垂直または略垂直に配向した液晶表示素子である。このような垂直配向型の液晶表示素子を略クロスニコルに配置した２つの偏光板の間に配置して基板法線方位から観察すると、その光学特性はクロスニコル配置の偏光板における光学特性とほぼ同等となる。すなわち、電圧無印加時の透過率を非常に低くすることができるので、高いコントラストを比較的簡単に実現できる。

しかし、垂直配向型の液晶表示素子は、電気光学特性における急峻性が良好とはいえない。このため、比較的に高いデューティ比（例えば１／６４ｄｕｔｙ以上）のマルチプレックス駆動条件にて動作される場合に良好なコントラストを保持するには明表示時の透過率を低くする必要がある。

これに対し、特開２００４−３５５０３２号公報（特許文献１）には、垂直配向型の液晶表示素子の電圧無印加時における良好な暗表示特性と水平配向ＳＴＮ型液晶表示素子の電気光学特性における良好な急峻性を両立する垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子が開示されている。

上記した特許文献１に開示される液晶表示素子は、液晶層と上下基板のそれぞれとの界面におけるプレティルト角を８５°以下６０°以上に設定し、上下基板の配向容易軸を１８０°以上２７０°以下になるように液晶層をねじれ配向させ、かつ液晶層内に配置される液晶材料にカイラル材を添加することにより液晶層厚ｄと液晶材料のピッチｐの比ｄ／ｐを０≦ｄ／ｐ≦０．７としている。また、上下基板のそれぞれの外側にクロスニコル配置した偏光板を設け、かつ各偏光板の透過軸を液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の電圧印加時の配向方向に対して平行または略４５°に設定している。

この液晶表示素子の動作原理については特許文献１に詳しく記載されており、その最大の特徴は電圧無印加時における液晶層内の弾性自由エネルギーを高くすることにより外場印加に対する配向変形の急峻性を高めることにある。より具体的には、当該液晶表示素子においては、液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の電圧無印加時における傾斜角度は、上記したようにプレティルト角を８５°以下としているにも関わらず略９０°となっている。これは、一般的な水平配向ＳＴＮ型液晶表示素子においてプレティルト角が数°とされているにも関わらず液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の電圧無印加時における傾斜角度が０°に近い状態になっていることと類似した傾向であると考えられる。このような特徴に起因して、垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子は良好な急峻性を有すると考えられる。

上記した垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子は、電圧無印加時における暗表示の視角特性について未だ改善の余地がある。これに対し、本願発明者らは、例えば特許２０４７８８０号公報（特許文献２）に示されるような従来の視角補償技術を適用することを検討した。具体的には、上記の視角補償技術は、上基板と上側偏光板の間、下基板と下側偏光板の間の一方または両方に負の一軸光学異方性を有する光学板または負の二軸光学異方性を有する光学板を配置するというものである。しかし、上記の視角補償技術を垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子に適用しても十分な視角特性を得られないことが分かった。

なお、負の一軸光学異方性を有する光学板（光学フィルム）は一般にＣプレートと呼ばれており、面内屈折率をｎｘ，ｎｙ（ｎｘ方向を遅相軸とする）、厚さ方向の屈折率をｎｚとしたときにｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有する。また、負の二軸光学異方性を有する光学板（光学フィルム）は一般に二軸プレート（二軸フィルム）と呼ばれており、面内屈折率をｎｘ，ｎｙ（ｎｘ方向を遅相軸とする）、厚さ方向の屈折率をｎｚとしたときにｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を有する。

特開２００４−３５５０３２号公報 特許２０４７８８０号公報

本発明に係る具体的態様は、垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の視角特性を向上させることが可能な技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の液晶素子は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、（ｃ）前記第１基板の外側に配置された第１光学板と、（ｄ）前記第１光学板を挟んで前記第１基板の外側に配置された第２光学板と、（ｅ）前記第１光学板及び前記第２光学板を挟んで前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、（ｆ）前記第２基板の外側に配置された第３光学板と、（ｇ）前記第３光学板を挟んで前記第２基板の外側に配置された第４光学板と、（ｈ）前記第３光学板及び前記第４光学板を挟んで前記第２基板の外側に配置された第２偏光板、を備え、（ｉ）前記第１偏光板と前記第２偏光板は、各々の吸収軸が略直交に配置され、かつ何れか一方の前記吸収軸を前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向と略平行に配置されており、前記第１光学板及び前記第３光学板は、それぞれ、負の一軸光学異方性を有する傾斜Ｃプレートであり、各々の光軸がプレート面法線に対して０°より大きく１５°以下の範囲で傾き、かつ各々の前記光軸の傾き方向が相互に反平行に配置され、かつ前記第１偏光板側からみた前記第１光学板の前記光軸の傾き方向が前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向に対して略平行に配置されるとともに、前記第２偏光板側からみた前記第３光学板の前記光軸の傾き方向が前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向に対して略反平行に配置されている。（ｊ）前記第２光学板及び前記第４光学板は、それぞれ、面内屈折率をｎｘ、ｎｙ（ただし、ｎｘ方向が遅相軸）として厚さ方向の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有するＣプレート、又はｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を有する二軸プレートであり前記第２光学板の前記遅相軸が前記第１偏光板の前記吸収軸に対して略直交であり、前記第４光学板の前記遅相軸が前記第２偏光板の前記吸収軸に対して略直交であり、前記第２光学板及び前記第４光学板の面内リターデーションは、それぞれ０ｎｍ以上５５ｎｍ以下である。（ｋ）前記液晶層は、前記液晶分子に対して前記第１基板の基板面及び前記第２基板の基板面を基準としてそれぞれ８３°〜７０°の範囲のプレティルト角が与えられ、かつ、前記第１基板と前記第２基板の間で１８０°〜２７０°の範囲のねじれ角が与えられ、かつ、カイラル材が添加されており、前記液晶層のリターデーションに対して、前記第１光学板、前記第２光学板、前記第３光学板及び前記第４光学板による厚さ方向のリターデーションが０．５倍〜１．０倍の関係を有している。

上記の液晶表示素子においては、第１基板、第２基板のそれぞれと液晶層の界面側に存在する液晶分子は９０°よりも大きく傾斜しているが、液晶層の層厚方向の略中央に存在する液晶分子は９０°に近い角度になっていると考えられる。このため、上記のように第１基板と第１偏光板の間に特性の異なる２つの光学板を設けるとともに第２基板と第２偏光板の間に特性の異なる２つの光学板を設けることにより、第１基板、第２基板と液晶層との界面側のダイレクタ分布に基づくリターデーションと液晶層の層厚方向の略中央のダイレクタ分布に基づくリターデーションを別々に補償することができる。具体的には、第１光学板および第３光学板を用いることにより、第１基板、第２基板のそれぞれと液晶層の界面側におけるリターデーションが補償され、第２光学板および第４光学板により液晶層の層厚方向の中央付近におけるリターデーションが補償される。したがって、垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の電圧無印加時における視角特性を向上させることが可能となる。

上記の液晶表示素子において、前記第１光学板及び前記第３光学板の各々は、例えば、前記プレート面に対して略同一の角度で傾斜し、かつ一方向に配列された複数の面を有する凹凸部と、前記凹凸部を覆って設けられており、負の一軸光学異方性を示す光学膜、を有する。

上記構成によれば、良好な特性の第１光学板および第３光学板が得られる。

上記の液晶表示素子においては、例えば、前記第２光学板及び前記第４光学板の各々をＣプレートとしてもよい。また、前記第２光学板及び前記第４光学板の何れか一方をＣプレートとし、他方を二軸プレートとしてもよい。また、前記第２光学板及び前記第４光学板の何れも二軸プレートとしてもよい。

一実施形態の液晶表示素子の構造を示す模式的な断面図である。 図１に示した各傾斜Ｃプレートの屈折率分布（屈折率楕円体）を説明するための図である。 各傾斜Ｃプレートにおける「光軸の傾き」について説明するための図である。 各傾斜Ｃプレートの具体的な構成例を示す斜視図である。 図１に示した液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。 １つのＣプレートを二軸プレートに置き換えた構成の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。 ２つのＣプレートを二軸プレートに置き換えた構成の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。 各実施形態の液晶表示素子の電圧無印加時における視角特性の計算により得られた等透過率曲線を示す図である。 第１比較例の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。 第２比較例の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。 第３比較例の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。 各比較例の液晶表示素子の電圧無印加時における視角特性の計算により得られた等透過率曲線を示す図である。 傾斜Ｃプレートの製造方法の一例について説明するための図である。 傾斜Ｃプレートのリターデーション特性を測定した例を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の液晶表示素子の構造を示す模式的な断面図である。図１に示す本実施形態の液晶表示素子（液晶表示装置）は、対向配置された第１基板（上側基板）１および第２基板（下側基板）２と、両基板の間に配置された液晶層３と、を主に備える。第１基板１の外側には第１偏光板４が配置され、第２基板２の外側には第２偏光板５が配置されている。第１基板１と第１偏光板４の間には、第１傾斜Ｃプレート６および第１Ｃプレート７が配置されている。第２基板２と第２偏光板５の間には、第２傾斜Ｃプレート８および第２Ｃプレート９が配置されている。液晶層３の周囲は、第１基板１と第２基板２の相互間に介在するシール材によって封止されている。なお、第１傾斜Ｃプレート６が「第１光学板」に対応し、第１Ｃプレート７が「第２光学板」に対応し、第２傾斜Ｃプレート８が「第３光学板」に対応し、第２Ｃプレート９が「第４光学板」に対応する。

第１基板１および第２基板２は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板１と第２基板２との相互間には、スペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、第１基板１と第２基板２との間隙、すなわちセル厚が所定値（本実施形態では５μｍ程度）に保たれる。図示を省略するが第１基板１および第２基板２の各々には、液晶層３に電圧を印加するための電極が設けられている。各電極は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。第１基板１の電極と第２基板２の電極とが平面視において重なる箇所が液晶表示素子における表示部となる。また、第１基板１および第２基板２の各々には、液晶層３の液晶分子の配向制御を行うための配向膜が設けられている。本実施形態においては、各配向膜として、液晶層３の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を略垂直配向状態に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。各配向膜にはラビング処理等の配向処理が施されている。

液晶層３は、第１基板１と第２基板２の相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層３が構成されている。本実施形態における液晶層３のプレティルト角は、概ね基板面を基準にして８０°程度に設定されている。また、液晶層３の液晶材料の複屈折率Δｎは０．２２６であり、液晶層３のリターデーションは１１３０ｎｍである。また、液晶層３の液晶材料には、右ねじれのカイラル剤が添加されており、ｄ／ｐ値が０．６に設定されている。また、液晶層３のねじれ角が右ねじれ２５０°となるように、第１基板１および第２基板２のそれぞれの配向容易軸（配向処理方向）が配置されている。

第１傾斜Ｃプレート６は、第１基板１と第１偏光板４の間であって、第１Ｃプレート７よりも第１基板１に近い側に配置されている。第１傾斜Ｃプレート６は、その光軸が法線方向から所定角度（例えば１０°程度）で傾いている。光軸の傾きについては後ほどさらに詳述する。本実施形態の第１傾斜Ｃプレート６は、例えば厚さ方向のリターデーションＲｔｈが２２０ｎｍである。

第１Ｃプレート７は、第１基板１と第１偏光板４の間であって、第１傾斜Ｃプレート６よりも第１偏光板４に近い側に配置されている。この第１Ｃプレート７は、理想的には、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの間にｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有する位相差板である。なお、現時点で入手可能なＣプレート、例えば逐次二軸延伸加工を施したノルボルネン系環状オレフィンを材質としたＣプレートにおいては、面内位相差Ｒｅを完全にゼロとするのは困難である。そこで本実施形態では、Ｒｅが５ｎｍ未満である位相差板を第１Ｃプレート７として用いている。本実施形態の第１Ｃプレート７は、例えば厚さ方向のリターデーションが２２０ｎｍである。

第２傾斜Ｃプレート８は、第２基板２と第２偏光板５の間であって、第２Ｃプレート９よりも第２基板２に近い側に配置されている。この第２傾斜Ｃプレート８は、光軸が法線方向から所定角度（例えば１０°程度）で傾いている。光軸の傾きについては後ほどさらに詳述する。本実施形態の第２傾斜Ｃプレート８は、例えば厚さ方向のリターデーションＲｔｈが２２０ｎｍである。

第２Ｃプレート９は、第２基板２と第２偏光板５の間であって、第２傾斜Ｃプレート８よりも第２偏光板５に近い側に配置されている。この第２Ｃプレート９についても、理想的には、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの間にｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有する位相差板であるが、実際上、面内位相差Ｒｅを完全にゼロとするのは困難である。そのため、Ｒｅが５ｎｍ未満である位相差板を第２Ｃプレート９として用いている。本実施形態の第２Ｃプレート９は、例えば厚さ方向のリターデーションが２２０ｎｍである。

なお、第１Ｃプレート７、第２Ｃプレート９のそれぞれの厚さ方向のリターデーションは、（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）の計算式で規定される。ここでいうｎｘ、ｎｙはｘ方向、ｙ方向のそれぞれの屈折率であり、ｄは各プレートの厚さである。また、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれについては、光軸方向（屈折率異方性の生じない軸方向）でリターデーションを評価する。本実施形態では、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれについて、光軸方向でのリターデーションは、例えば２２０ｎｍ程度である。

図２は、図１に示した各傾斜Ｃプレートの屈折率分布（屈折率楕円体）を説明するための図である。一般にＣプレートと呼ばれる光学素子は、図２（ａ）に示すように、光学素子の面内をＸ−Ｙ平面、厚さ方向をＺとしたときに、それぞれの座標方位に対応する屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚにはｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚの関係があり、光軸がｎｚ方位にあり、扁平な碁石のような楕円体形状を有している。これに対して、本実施形態の傾斜Ｃプレートは、図２（ｂ）に示すように、厚さ方向、すなわち法線方向（Ｚ方向）に対して光軸がある角度（傾斜角）θだけ傾いた楕円体形状を有している。

図３は、各傾斜Ｃプレートにおける「光軸の傾き」について説明するための図である。図３に示すように、第１傾斜Ｃプレート６および第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれは、その光軸が観測者側からみて傾いている。すなわち、光軸がプレート面６ａ（または８ａ）に対して一定の角度で傾いている。光軸傾き角θは、例えばプレート面６ａ（または８ａ）の法線方向から１０°くらいである。光軸傾き角θの好適な数値については後述する。また、図中においては光軸の傾いている方向を矢印で示している。この矢印で示される方向を以下の説明では「光軸傾き方向」と呼ぶ。

図４は、各傾斜Ｃプレートの具体的な構成例を示す斜視図である。上記した第１傾斜Ｃプレート６および第２傾斜Ｃプレート８の各々は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、鋸歯状断面を有する凹凸部５０と、この凹凸部５０を支持する基礎部５１と、凹凸部５０を覆って形成された光学膜５２と、を含んで構成することができる。

凹凸部５０は、図４（ａ）に示すように、それぞれが一方向に延在する複数の面５０ａを有する。なお、図中では代表して１つの面５０ａのみ符号を示している。凹凸部５０は、例えば光硬化型樹脂からなる。本実施形態の凹凸部５０は、複数の三角形を所定のピッチＰで一方向に配列した断面形状を有する。各三角形は、例えば頂角７５°、底角が１５°および９０°である。別言すれば、本実施形態の凹凸部５０は、一方向に延びた微小なプリズムを複数配列してなる。ピッチＰは例えば２０μｍであり、このときの凹凸部５０の高さは約５．２μｍである。なお、頂角、底角、ピッチＰ、高さのそれぞれの数値は一例であり、これに限定されない。加工精度にも依存するが、凹凸部５０の形成後のプロセスや外観観察時の見栄え等を考慮すると、ピッチＰは１〜１００μｍ、底角Φは０°より大きく４５°以下が好ましい。これにより、高さｔはＰ×ｔａｎΦで表されるが、その中でも０．３〜１００μｍがより好ましい。

基礎部５１は、例えばガラス基板などの透明基板からなり、凹凸部５０が形成されている側とは反対側に主面５１ａを有する。上述した凹凸部５０の複数の面５０ａは、図示のように基礎部５１の主面５１ａに対して略同一の角度で傾斜しており、かつ一方向（図中左右方向）に配列されている。すなわち、本例においては主面５１ａが上記した「プレート面」に相当する。なお、基礎部５１と凹凸部５０とが一体になっていてもよい（例えば樹脂一体成形）。

光学膜５２は、図４（ｂ）に示すように凹凸部５０を覆って形成される。この光学膜５２は、例えば高分子材料からなる。例えば本実施形態では、ｎｘ、ｎｙがそれぞれ１．７１、ｎｚが１．５９の屈折率を有する高分子材料を用いて光学膜５２が形成されている。この高分子材料は、膜厚を１．８μｍとしたときの厚さ方向の位相差Ｒｔｈが約２２０ｎｍ、膜厚を３．５μｍとしたときのＲｔｈが約４４０ｎｍ、膜厚を５．３μｍとしたときのＲｔｈが約６６０ｎｍとなるものである。

なお、ここでは傾斜Ｃプレートの一例として微小なプリズム状の凹凸部を覆うように光学膜を設けたものを挙げたが、傾斜Ｃプレートの構造はこれに限定されない。例えば、各傾斜Ｃプレートは、フィルムを上下から挟み込むローラー回転によるフィルム延伸工程における延伸ローラーの上下各ローラーの回転速度に差を持たせることにより作製することができる。他にも例えば、可視波長より短いツイストピッチを有するコレステリック液晶やディスコティック液晶をティルト配向させる方法等が利用可能である。

図５は、図１に示した液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。図５においては、観測者に対して奥側から、第２偏光板５、第２Ｃプレート９、第２傾斜Ｃプレート８、第２基板２、液晶層３、第１基板１、第１傾斜Ｃプレート６、第１Ｃプレート７、第１偏光板４の順に配置されている。各光学軸の方位の基準(０°)は図中に示された通りである。

第１基板１と第２基板２の各々の配向処理方向（本例ではラビング方向）は１４５°、２１５°とされ、液晶層３の液晶分子のねじれ角が右ねじれ２５０°となり、液晶層３の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が２７０°の方向となるように設定される。

第１偏光板４の吸収軸は、例えば図示のように９０°の方向に設定される。これに対して、第２偏光板５の吸収軸は、例えば図示のように０°の方向に設定される。これに対応し、すなわち、本実施形態では、第１偏光板４と第２偏光板５とは直交ニコル配置とされている。

第１傾斜Ｃプレート６は、例えば第１偏光板４側からみたとき図示のように光軸傾き方向が２７０°の方向に設定される。これに対して、第２傾斜Ｃプレート８は、例えば第２偏光板５側からみたとき図示のように光軸傾き方向が９０°の方向に設定される。図示のように、第１傾斜Ｃプレート６と第２傾斜Ｃプレート８の各々の光軸傾き方向は反平行に設定されている。第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８の各々の光軸の傾き角θは例えば１０°である。

第１Ｃプレート７は、その光軸が面法線方向に設定される。また、第１Ｃプレート７において僅かに存在する面内遅相軸は、第１偏光板４の吸収軸に略直交しており、図示のように０°の方向に設定される。同様に、第２Ｃプレート９は、その光軸が面法線方向に設定される。また、第２Ｃプレート９において僅かに存在する面内遅相軸は、第２偏光板５の吸収軸に略直交しており、図示のように９０°の方向である。

ところで、図１に示した液晶表示素子においては２つのＣプレート（第１Ｃプレート７、第２Ｃプレート９）が用いられていたが、これらのいずれか１つ若しくは両方を二軸プレートに置き換えてもよい。ここでいう「二軸プレート」とは、負の二軸光学異方性を有する光学板をいう。以下に、１つのＣプレートを二軸プレートと置き換えた場合、２つのＣプレートを二軸プレートと置き換えた場合のそれぞれについて、光学軸の配置状態を説明する。なお、液晶表示素子の構造については図１に示したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

図６は、１つのＣプレートを二軸プレートに置き換えた構成の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。図６においては、観測者に対して奥側から、第２偏光板５、二軸プレート９ａ、第２傾斜Ｃプレート８、第２基板２、液晶層３、第１基板１、第１傾斜Ｃプレート６、第１Ｃプレート７、第１偏光板４の順に配置されている。各光学軸の方位の基準(０°)は図中に示された通りである。本例の液晶表示素子は、第２Ｃプレート９を二軸プレート９ａに置き換えた点を除いては図１に示した液晶表示素子と同様に構成されている。

二軸プレート９ａは、第２基板２と第２偏光板５の間であって、第２傾斜Ｃプレート８よりも第２偏光板５に近い側に配置されている。この二軸プレート９ａは、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの間にｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を有する位相差板である。本実施形態の二軸プレート９ａは、例えば、面内位相差が５５ｎｍであり、厚さ方向のリターデーションが２２０ｎｍである。なお、二軸プレート９ａの厚さ方向のリターデーションは、（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）ｄの計算式で規定され、二軸プレート９ａの面内リターデーションは、（ｎｘ−ｎｙ）ｄの計算式で規定される。ここでいうｎｘ、ｎｙ、ｎｚはｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれの屈折率であり、ｄはプレートの厚さである。

図６に示すように、二軸プレート９ａの面内遅相軸は、隣接する第２偏光板５の吸収軸に略直交しており、９０°の方向に設定されている。なお、第１基板１、第２基板２、液晶層３、第１偏光板４、第２偏光板５、第１傾斜Ｃプレート６、第１Ｃプレート７および第２傾斜Ｃプレート８の各々については上記と同様な光学軸の配置となっている。

図７は、２つのＣプレートを二軸プレートに置き換えた構成の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。図７においては、観測者に対して奥側から、第２偏光板５、第２二軸プレート９ａ、第２傾斜Ｃプレート８、第２基板２、液晶層３、第１基板１、第１傾斜Ｃプレート６、第１二軸プレート７ａ、第１偏光板４の順に配置されている。各光学軸の方位の基準(０°)は図中に示された通りである。本例の液晶表示素子は、第１Ｃプレート７を第１二軸プレート７ａに置き換えた点と、第２Ｃプレート９を第２二軸プレート９ａに置き換えた点を除いては図１に示した液晶表示素子と同様に構成されている。

第１二軸プレート７ａは、第１基板１と第１偏光板４の間であって、第１傾斜Ｃプレート６よりも第１偏光板４に近い側に配置されている。また、第２二軸プレート９ａは、第２基板２と第２偏光板５の間であって、第２傾斜Ｃプレート８よりも第２偏光板５に近い側に配置されている。これらの第１二軸プレート７ａ、第２二軸プレート９ａの詳細構造については上記と同様である。

図７に示すように、第１二軸プレート７ａの面内遅相軸は、第１偏光板４の吸収軸に略直交しており、０°の方向に設定されている。また、第２二軸プレート９ａの面内遅相軸は、第２偏光板５の吸収軸に略直交しており、９０°の方向に設定されている。なお、第１基板１、第２基板２、液晶層３、第１偏光板４、第２偏光板５、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８の各々については上記と同様な光学軸の配置となっている。

図８は、上記した各実施形態の液晶表示素子の電圧無印加時における視角特性の計算により得られた等透過率曲線を示す図である。詳細には、図８（ａ）は図５に示した実施形態の液晶表示素子、図８（ｂ）は図６に示した実施形態の液晶表示素子、図８（ｃ）は図７に示した実施形態の液晶表示素子の等透過率曲線を示している。図８において円の中心は各液晶表示素子を法線方向から観察した時の透過率を示しており、各方位に対して観察極角角度が大きくなるに従って放射状に広がるグラフを示している。なお、電圧印加時における最良視認方位は１２時方位（９０°方向）である。視角特性の計算時においては、各Ｃプレートの面内位相差Ｒｅを４ｎｍと仮定し、各二軸プレートの面内位相差Ｒｅを５５ｎｍと仮定した。また、各偏光板の保護フィルムＴＡＣについては厚さ方向Ｒｔｈを５０ｎｍ、面内位相差Ｒｅを３ｎｍと仮定した。

図８（ａ）〜図８（ｃ）の各図において、円の最も内側の等高線の透過率が０．０２％であり、円の外側に向かうに従って０．０５％、０．１％、０．２％の各透過率の等高線が示されている。これらの図に示すように、各実施形態の液晶表示素子は、ほぼ全領域において透過率が０．５％未満であり、明らかに光抜けが抑制されていることが分かる。特に、上下方向の光抜けが改善されると同時に上下方向、左右方向の透過率分布の対称性が改善されている。

ここで、上記した各実施例に対する比較例について説明する。

図９は、第１比較例の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。図９に示す第１比較例の液晶表示素子は、観測者に対して奥側から、第２偏光板、２つのＣプレート、第２基板、液晶層、第１基板、２つのＣプレート、第１偏光板の順に配置されている。第１比較例の液晶表示素子は、第２偏光板側、第１偏光板側のそれぞれにおける光学補償用素子として、２枚ずつのＣプレートを用いた点を除いては図１に示した液晶表示素子と同様に構成されている。第２偏光板側に配置される各Ｃプレートは、その光軸が面法線方向に設定される。また、これらのＣプレートは、僅かに存在する面内遅相軸が第２偏光板の吸収軸と略直交しており、図示のように９０°の方向に設定されている。同様に、第１偏光板側に配置される各Ｃプレートは、その光軸が面法線方向に設定される。また、これらのＣプレートは、僅かに存在する面内遅相軸が第１偏光板の吸収軸と略直交しており、図示のように０°の方向に設定されている。

図１０は、第２比較例の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。図１０に示す第２比較例の液晶表示素子は、観測者に対して奥側から、第２偏光板、二軸プレート、Ｃプレート、第２基板、液晶層、第１基板、２つのＣプレート、第１偏光板の順に配置されている。第２比較例の液晶表示素子は、第２偏光板側における光学補償用素子として二軸プレートとＣプレートを用いた点を除いては、第１比較例の液晶表示素子と同様に構成されている。第２偏光板側に配置される二軸プレートは、面内遅相軸が第２偏光板の吸収軸と略直交しており、図示のように９０°の方向に設定されている。

図１１は、第３比較例の液晶表示素子における光学軸の配置状態を示す図である。図１１に示す第３比較例の液晶表示素子は、観測者に対して奥側から、第２偏光板、二軸プレート、Ｃプレート、第２基板、液晶層、第１基板、Ｃプレート、二軸プレート、第１偏光板の順に配置されている。第３比較例の液晶表示素子は、第１偏光板側における光学補償用素子として二軸プレートとＣプレートを用いた点を除いては、第２比較例の液晶表示素子と同様に構成されている。第１偏光板側に配置される二軸プレートは、面内遅相軸が第１偏光板の吸収軸と略直交しており、図示のように０°の方向に設定されている。

図１２は、上記した各比較例の液晶表示素子の電圧無印加時における視角特性の計算により得られた等透過率曲線を示す図である。詳細には、図１２（ａ）は第１比較例の液晶表示素子、図１２（ｂ）は第２比較例の液晶表示素子、図１２（ｃ）は第３比較例の液晶表示素子の等透過率曲線を示している。図１２において円の中心は各液晶表示素子を法線方向から観察した時の透過率を示しており、各方位に対して観察極角角度が大きくなるに従って放射状に広がるグラフを示している。なお、電圧印加時における最良視認方位は１２時方位（９０°方向）である。視角特性の計算時においては、各Ｃプレートの面内位相差Ｒｅを４ｎｍと仮定し、各二軸プレートの面内位相差Ｒｅを５５ｎｍと仮定した。また、各偏光板の保護フィルムＴＡＣについては厚さ方向Ｒｔｈを５０ｎｍ、面内位相差Ｒｅを３ｎｍと仮定した。

図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の各図において、円の最も内側の等高線の透過率が０．０２％であり、円の外側に向かうに従って０．０５％、０．１％、０．２％、０．５％、１．０％の各透過率の等高線が示されている。これらの図に示すように、各比較例の液晶表示素子は、いずれも上下方向において光抜けが著しく、視角特性が不十分であることが分かる。従来の一般的な垂直配向型液晶表示素子と比べても上下方向における視角特性に劣る。

以上のように本実施形態によれば、第１光学板および第３光学板を用いることにより、第１基板、第２基板のそれぞれと液晶層の界面側におけるリターデーションが補償され、第２光学板および第４光学板により液晶層の層厚方向の中央付近におけるリターデーションが補償される。したがって、垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の電圧無印加時における視角特性を向上させることが可能となる。

次に、上記した傾斜Ｃプレートの製造方法の一例について図１３に基づいて説明する。

図１３（ａ）に示すように、光学素子の凹凸部５０に対応した形状を有する金型６０を用意する。次いで、図１３（ｂ）に示すように、金型６０の上に光硬化性樹脂材料６１を滴下する。例えば、紫外線硬化型樹脂材料が用いられる。なお、熱硬化性樹脂材料を用いてもよい。

次いで、図１３（ｃ）に示すように、光硬化性樹脂材料６１を挟んで金型６０にガラス基板６２を重ね合わせ、ガラス基板６２をプレスする。このガラス基板６２は、光学素子の基礎部５１となる。次いで、ガラス基板６２を介して光硬化性樹脂材料６１に光照射（本例では紫外線照射）を行うことにより、光硬化性樹脂材料６１を硬化させる。これにより、金型６０の形状が転写された光硬化性樹脂材料６１が硬化し、ガラス基板６２上に凹凸部５０が形成される。

次いで、図１３（ｄ）に示すように、金型６０からガラス基板６０を剥離する。その後、図１３（ｅ）に示すように、基礎部５１としてのガラス基板６２の凹凸部５０の上側に光学膜５２を形成する。例えば、液状の材料を凹凸部５０上に滴下し、均一な厚さに広げた後に固化させることにより、凹凸部５０を覆う光学膜５２が得られる。以上により、光学素子が完成する

以上により、上記した一例の傾斜Ｃプレートが完成する。この傾斜Ｃプレートのリターデーション特性を測定した例を図１４に示す。図１４において、横軸は測定角度を示し、縦軸はリターデーションの値を示す。横軸のΦｓ＝０°の位置が傾斜Ｃプレートの法線方向から光を入射したときのリターデーションである。通常のＣプレートであればこのΦｓ＝０のときに最大のリターデーションを示す。これに対して本実施形態の傾斜ＣプレートではΦｓが０より大きい測定角度又は小さい測定角度（図示の例ではΦｓ＝−１８°付近）のときにリターデーションが最大値を示している。したがって、光軸が傾いたＣプレートである傾斜Ｃプレートが得られていることが分かる。Φｓの大きさについては、凹凸部５０の形状や光学膜５２の光学的特性等により適宜に調整できる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。

例えば、上記した実施形態においては液晶層のねじれ角を２５０°と設定していたがこれに限定されず、１８０°〜２７０°程度の範囲内において適宜に設定できる。また、プレティルト角については８０°としていたがこれに限定されず、８３°〜７０°、より好ましくは８１°〜７２°の範囲内において適宜に設定できる。また、各傾斜Ｃプレートの光軸傾き角θについては上記のプレティルト角と相関があり、（９０°−プレティルト角±５°）程度の角度に設定されることが好ましい。また、各実施形態においても、液晶層のリターデーションΔｎｄに対して、第１偏光板と第２偏光板の間に存在する液晶層以外の層による厚さ方向のリターデーションが０．５倍〜１．０倍の関係にあることが好ましい。

また、上記した実施形態における第１基板と第１傾斜Ｃプレートを一体することも可能であり、同様に第２基板と第２傾斜Ｃプレートとを一体することも可能である。この場合に、各傾斜Ｃプレートは、液晶層と接する側（内側）に配置されてもよいし、液晶層と接しない側（外側）に配置されてもよい。

１…第１基板（上側基板）、２…第２基板（下側基板）、３…液晶層、４…第１偏光板、５…第２偏光板、６…第１傾斜Ｃプレート、７…第１Ｃプレート、７ａ…二軸プレート、８…第２傾斜Ｃプレート、９…第２Ｃプレート、９ａ…二軸プレート

Claims (5)

1. 対向配置された第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、
   前記第１基板の外側に配置された第１光学板と、
   前記第１光学板を挟んで前記第１基板の外側に配置された第２光学板と、
   前記第１光学板及び前記第２光学板を挟んで前記第１基板の外側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の外側に配置された第３光学板と、
   前記第３光学板を挟んで前記第２基板の外側に配置された第４光学板と、
   前記第３光学板及び前記第４光学板を挟んで前記第２基板の外側に配置された第２偏光板、
   を含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板は、各々の吸収軸が略直交に配置され、かつ何れか一方の前記吸収軸を前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向と略平行に配置されており、
   前記第１光学板及び前記第３光学板は、それぞれ、負の一軸光学異方性を有する傾斜Ｃプレートであり、各々の光軸がプレート面法線に対して０°より大きく１５°以下の範囲で傾き、かつ各々の前記光軸の傾き方向が相互に反平行に配置され、かつ前記第１偏光板側からみた前記第１光学板の前記光軸の傾き方向が前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向に対して略平行に配置されるとともに、前記第２偏光板側からみた前記第３光学板の前記光軸の傾き方向が前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向に対して略反平行に配置されており、
   前記第２光学板及び前記第４光学板は、それぞれ、面内屈折率をｎｘ、ｎｙ（ただし、ｎｘ方向が遅相軸）として厚さ方向の屈折率をｎｚとしたときに、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有するＣプレート、又はｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係を有する二軸プレートであり、
   前記第２光学板の前記遅相軸が前記第１偏光板の前記吸収軸に対して略直交であり、前記第４光学板の前記遅相軸が前記第２偏光板の前記吸収軸に対して略直交であり、
   前記第２光学板及び前記第４光学板の面内リターデーションは、それぞれ０ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、
   前記液晶層は、前記液晶分子に対して前記第１基板の基板面及び前記第２基板の基板面を基準としてそれぞれ８３°〜７０°の範囲のプレティルト角が与えられ、かつ、前記第１基板と前記第２基板の間で１８０°〜２７０°の範囲のねじれ角が与えられ、かつ、カイラル材が添加されており、
   前記液晶層のリターデーションに対して、前記第１光学板、前記第２光学板、前記第３光学板及び前記第４光学板による厚さ方向のリターデーションが０．５倍〜１．０倍の関係を有している、液晶表示素子。
2. 前記第１光学板及び前記第３光学板の各々は、
   前記プレート面に対して略同一の角度で傾斜し、かつ一方向に配列された複数の面を有する凹凸部と、
   前記凹凸部を覆って設けられており、負の一軸光学異方性を示す光学膜、を有する請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第２光学板及び前記第４光学板が何れも前記Ｃプレートである、請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第２光学板及び前記第４光学板の何れか一方が前記Ｃプレートであり他方が前記二軸プレートである、請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
5. 前記第２光学板及び前記第４光学板が何れも前記二軸プレートである、請求項１又は２に記載の液晶表示素子。

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