(57)【要約】【課題】  斜め方向から見た時のオフ状態のセングメント電極を見えないようにする液晶表示素子を提供する。【解決手段】  液晶表示素子は、対向配置された一対のガラス基板と、前記一対の基板の各々の対向面に形成された透明電極パターンと、前記透明電極を覆って前記基板上に形成された、配向膜を含む膜構成と、前記一対の基板間に挟持され、リターデーション値が２．５μｍより上で３μｍ以下であるツイステッドネマチック液晶層と、偏光軸が平行な一対の偏光板とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対のガラス基板と、
前記一対の基板の各々の対向面に形成された透明電極パターンと、
前記透明電極を覆って前記基板上に形成された、配向膜を含む膜構成と、
前記一対の基板間に挟持され、リターデーション値が２．５μｍより上で３μｍ以下であるツイステッドネマチック液晶層と、
偏光軸が平行な一対の偏光板と
を有する液晶表示素子。
【請求項２】
前記配向膜のプレチルト角が０．３°以上１．５°以下である請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記液晶層は、着色ギャップコントロール材を含む請求項１又は２記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶セルがツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶セルである液晶表示素子において、ネガ表示（遮光型）を行う場合、液晶の旋光性を利用して偏光板を通ってきた光を９０°ねじって黒色を出す必要がある。しかし、その旋光性には、下記式（Ａ）に示すような波長依存性があり、完全な黒色を得ることは困難であった。
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…（Ａ）
但し、
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【０００３】
全ての色に対し、比較的良好な黒色を得るためには、透過率のバウンドが小さくなる、高いリターデーション領域を用いればよい。一方で、リターデーションの値を高く設定するということは、それだけ液晶層の厚さ（セル厚）が厚くなることを意味する。しかし、液晶表示素子のレスポンス特性は、セル厚が厚くなればなるほど、その二乗に比例して遅くなるため、液晶層の厚さをなるべく薄くする必要がある。
【０００４】
従来、液晶の屈折率異方性（Δｎ）とセル厚（ｄ）の条件を規定して（例えば、Δｎｄの値が、２．３〜２．５μｍ）、ネガ表示ＴＮ液晶表示素子に最適なセル構成としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０７７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術のセル条件で液晶表示素子を作製すると、正面方向から見たときの液晶表示素子の表示状態には問題は無いものの、斜め方向（例えば、視認方向３０°）から見ると、オフ状態のセグメント電極が表示して見えること（以下、本明細書では「ＯＦＦセグメント見え不良」と呼ぶ）があり、表示品位を著しく低下させる。
【０００７】
本発明の目的は、斜め方向から見た時のオフ状態のセングメント電極を見えないようにする液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、液晶表示素子は、対向配置された一対のガラス基板と、前記一対の基板の各々の対向面に形成された透明電極パターンと、前記透明電極を覆って前記基板上に形成された、配向膜を含む膜構成と、前記一対の基板間に挟持され、リターデーション値が２．５μｍより上で３μｍ以下であるツイステッドネマチック液晶層と、偏光軸が平行な一対の偏光板とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、斜め方向から見た時のオフ状態のセングメント電極を見えないようにする液晶表示素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施例による液晶表示素子１０１の概略断面図である。液晶セルがツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶セルである場合を説明する。
【００１１】
セグメント電極パターン基板１Ａ及びコモン電極パターン基板１Ｂ（以降、両基板をあわせて単にガラス基板１と呼ぶ）の各々の上に透明膜であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィーにて所望のＩＴＯ電極パターン２（セグメント電極２Ｓ又はコモン電極２Ｃ）および外部取出し配線２ｔに整形する。
【００１２】
パターニングしたＩＴＯ付きガラス基板１を洗浄し、該ガラス基板１のＩＴＯ表面上にフレキソ印刷にて絶縁膜（有機系酸化シリコン膜）４を５００〜２０００Åの厚さで形成する。この絶縁膜４は必須では無いが、上下基板間の短絡防止のため形成することが望ましい。フレキソ印刷の他に、メタルマスクを用い、蒸着やスパッタなどの方法で絶縁膜を形成してもよい。
【００１３】
続いて、絶縁膜４の上に絶縁膜４とほぼ同じパターンで、低プレチルトの液晶配向膜５をフレキソ印刷等で形成する。例えば、プレチルト角０．３°〜１．５°のポリイミド膜を５００〜８００Åの厚さで形成し、ラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、液晶配向膜５上を擦る工程である。上下基板間の液晶３ｘの捩れ角が９０°（左捩れ）になるようラビング処理の方向を設定する。
【００１４】
ガラス基板１の一方の表面上に、シール材６を所定のパターンにスクリーン印刷する。シール材６の形成にはスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いてもよい。シール材には、例えば三井化学より入手可能な熱硬化性のＥＳ−７５００を用いる。光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でもよい。このシール材６は直径１２．２５μｍ（又は、１２．５μｍ、１２．７５μｍ）の大きさのグラスファイバー２ｗｔ％と、直径１３μｍ（又は、１３．２５μｍ、１３．５μｍ）のＡｕ鍍金を施したスチレンボール１ｗｔ％とを含んでいる。
【００１５】
ガラス基板１の他方の表面上には、例えば、直径１２．２５μｍ（又は、１２．５μｍ、１２．７５μｍ）の着色プラスチックボール（早川ゴム株式会社製ハヤビーズ）をギャップコントロール材７として乾式散布法にて散布する。着色プラスチックボールをギャップコントロール材７として用いることにより、ギャップコントロール材の光り抜けを目立たないようにする。
【００１６】
２つの基板１Ａ、１Ｂを、液晶配向膜５が内側になるよう所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を行なって、シール材６を硬化する。なお、光硬化性のシール材を用いる場合は光処理を行って、シール材６を硬化する。
【００１７】
その後、スクライバー装置によりガラス基板に傷をつけ、ブレイキングにより所定の大きさ、形に分割して空セルを作成する。
【００１８】
空セルに液晶３ｘを真空注入する。ここでは、例えば、大日本インキ化学工業製のΔεが正のネマティック液晶（ミクスチャー：Δｎ＝０．２１０（２０℃））を用いる。その後エンドシール材で注入口を封止する。その後ガラス基板の面取りと洗浄を行い、液晶セル１０１ｃを作成する。液晶セル１０１ｃに一対の偏光板８を偏光軸が平行となるように（平行ニコル配置で）貼り付けＴＮモードのノーマリー・ブラック（ノーマリーオフ）型の液晶表示素子１０１を完成する。
【００１９】
なお、セル厚ｄは、上述したものに限らない。ただし、セル厚（ｄ）の変更に伴い液晶材料の屈折率異方性（Δｎ）の値を変更して、リターデーション値（Δｎｄ）を、２．５μｍより上で３μｍ以下、望ましくは２．６〜２．８μｍとなるように、調整する必要がある。
【００２０】
本発明者は、リターデーション値が異なる液晶表示素子１０１を３種類（セル厚Ｂ〜Ｄ）と比較例（セル厚Ａの液晶表示素子）を作製して、比較した。
【００２１】
比較例のものは、プレチルト角１．５°のポリイミド膜を液晶配向膜として用い、直径１２μｍの大きさのグラスファイバー、直径１２．２５μｍのＡｕ鍍金を施したスチレンボール、ギャップコントロール材として直径１２μｍの無着色プラスチックボール（早川ゴム株式会社製ハヤビーズ）を用いた。その他の構成は、実施例のものと同様である。作製後、セル厚を測定したところ、１２．１μｍであった。また、リターデーション値は、２．５４μｍであった。以降、比較例による液晶表示素子をセル厚Ａの液晶表示素子と呼ぶ。
【００２２】
セル厚Ｂの液晶表示素子１０１は、直径１２．２５μｍの大きさのグラスファイバー、直径１３μｍのＡｕ鍍金を施したスチレンボール、直径１２．２５μｍの着色プラスチックボールを用いて作製した。作製後、セル厚を測定したところ、表示部分で１２．５μｍであった。リターデーション値で２．６２μｍであった。
【００２３】
セル厚Ｃの液晶表示素子１０１は、直径１２．５μｍの大きさのグラスファイバー、直径１３．２５μｍのＡｕ鍍金を施したスチレンボール、直径１２．５μｍの着色プラスチックボールを用いて作製した。作製後、セル厚を測定したところ、表示部分で１２．８μｍであった。リターデーション値で２．６９μｍであった。
【００２４】
セル厚Ｄの液晶表示素子１０１は、直径１２．７５μｍの大きさのグラスファイバー、直径１３．５μｍのＡｕ鍍金を施したスチレンボール、直径１２．７５μｍの着色プラスチックボールを用いて作製した。作製後、セル厚を測定したところ、表示部分で１３．１μｍであった。リターデーション値で２．７５μｍであった。
【００２５】
なお、セル厚Ｂ〜Ｄの液晶表示素子１０１にはプレチルト角０．７°のポリイミド膜を液晶配向膜として用いた。
【００２６】
図２は、本発明の実施例によるセル厚Ｂの液晶表示素子を視角方向３０度から観察した時の写真を基にした概念図である。
【００２７】
図３は、比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子を視角方向３０度から観察した時の写真を基にした概念図である。図中、ハッチングを施した部分がオフ状態のセグメント電極が表示されている（ＯＦＦセグメント見え不良の）部分である。
【００２８】
いずれも駆動は、１／２ＤＵＴＹ駆動で５Ｖの交流電圧を印加した。
【００２９】
図２に示す本発明の実施例によるセル厚Ｂの液晶表示素子１０１の場合は、高いコントラストが得られており、ＯＦＦセグメント見え不良はほとんど観察されなかった。これに対して、図３に示す比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の場合は、コントラストが著しく低下し、ＯＦＦセグメント見え不良がはっきりと観察できた。したがって、視角方向３０度から観察した場合は、本発明の実施例による液晶表示素子１０１が比較例によるものと比べて、コントラスト及びＯＦＦセグメント見え不良の抑制ともに明らかに優れていることがわかった。
【００３０】
なお、図示しないが、視角方向１０度から観察した場合は、本発明の実施例及び比較例ともに、高いコントラストが得られた。また、ＯＦＦセグメント見え不良が観察されることは、ほとんど無かった。
【００３１】
図４は、視角方向１０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分のスペクトル特性を現すグラフである。
【００３２】
図５は、視角方向４０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分のスペクトル特性を現すグラフである。
【００３３】
図６は、視角方向１０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分の色度を現すグラフである。
【００３４】
図７は、視角方向４０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分の色度を現すグラフである。
【００３５】
図４及び図６に示すように、セル厚が厚くなると、分光特性カーブが長波長側（図中右方向）へ特性シフトし、それに伴い、液晶表示素子色味（色度）は、Ｗｈｉｔｅ点（図中、Ｘで示す）を中心に右回りに色変化することがわかる。図５及び図７から分かるように、視角を上方向に振った場合もスタート位置が変わるだけで変化の傾向は同じである。
【００３６】
図４及び図５に示すように、セル厚Ａの液晶表示素子とセル厚Ｂ〜Ｄの液晶表示素子とでは、分光特性のカーブのシフト量は、およそ振動ピッチの半ピッチ分に相当しているが、さらにセル厚を上げて、振動ピッチの１ピッチ相当分変化させると、セル厚Ａの特性に近いものとなり、液晶表示素子の見栄えも同様の傾向を示すものと考えられる。
【００３７】
また、図６及び図７に示すように、同一セル厚における視角を振った時の液晶表示素子背景色の色度変化を見ると、セル厚Ａ（比較例）の場合、背景部の色変化は大きく、一方セル厚Ｂ（実施例）では最も変化が少ないことが分かる。
【００３８】
このように、セル厚設定値を変える事で、液晶表示素子の見栄えに変化を及ぼすため、ディスプレイとして最も見栄えのよい設定として上述したセル厚設定の範囲内とすることが重要である。
【００３９】
図８は、視角方向１０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の色度を比較するグラフである。図中、黒丸は背景部分を、白丸はＯＦＦ状態のセグメント電極部分（ＯＦＦセグメント部）の色度を示す。視角方向１０度からの場合は、いずれの液晶表示素子においても、背景部分とＯＦＦセグメント部との色度の差はさほど大きくない。したがって、視角方向１０度から測定した場合、いずれの液晶表示素子においても、ＯＦＦセグメント見え不良は観察されにくいと考えられる。
【００４０】
図９は、視角方向４０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の色度を比較するグラフである。図中、黒丸は背景部分を、白丸はＯＦＦ状態のセグメント電極部分（ＯＦＦセグメント部）の色度を示す。セル厚Ｄの液晶表示素子における背景部分とＯＦＦセグメント部との色度の差はセル厚Ｂのものに比べると若干大きいが、セル厚Ｂ及びセル厚Ｄともに、比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子に比べると、背景部分とＯＦＦセグメント部との色度の差は非常に小さい。比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子は、視角方向４０度から測定した場合の色度の差が非常に大きいのでＯＦＦセグメント見え不良が観察されるものと考えられる。
【００４１】
図１０は、視角方向１０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の透過率を比較するグラフである。視角方向１０度からの場合は、いずれの液晶表示素子においても、背景部分とＯＦＦセグメント部との透過率の差はさほど大きくない。したがって、視角方向１０度から測定した場合、いずれの液晶表示素子においても、ＯＦＦセグメント見え不良は観察されにくいと考えられる。
【００４２】
図１１は、視角方向４０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の透過率を比較するグラフである。セル厚Ｄの液晶表示素子においては、背景部分とＯＦＦセグメント部との透過率の差は０．１％未満であり、もっとも良好な結果を得られた。セル厚Ｂの液晶表示素子においては、比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子よりも若干透過率の差が少ない。したがって、視角方向４０度から測定した場合、セル厚Ｄの液晶表示素子においては、背景部分とＯＦＦセグメント部との透過率の差が非常に少ないので、ＯＦＦセグメント見え不良は観察されにくいと考えられる。
【００４３】
ＯＦＦセグメント見え不良の原因としては、背景部とＯＦＦ状態のセグメント電極部分（ＯＦＦセグメント部）との色度差及び透過率差の２つの観点があり、色度及び透過率ともに背景部とＯＦＦセグメント部との間に差が無ければ、ＯＦＦセグメント部は観察されにくい。
【００４４】
色度差だけを比較すると、セル厚Ｂの液晶表示素子が良いが、透過率差（及びその絶対値が低いこと）も考慮すると、セル厚Ｄの液晶表示素子が良いことがわかる。それ以上のセル厚となると、また徐々にセル厚Ａの液晶表示素子の見栄えに近づいていくことになるが、急激に見栄えが変化する性質のものではない。
【００４５】
以上、本発明の実施例によれば、ネガ表示型のＴＮモード液晶表示素子１０１において、作製条件及び構成材料を最適化することにより、斜め方向から見た時のＯＦＦセグメント見え不良に対し対応することができる。具体的には、液晶層３のリターデーション値を２．５μｍより上で３μｍ以下、望ましくは２．６〜２．８μｍとし、かつ液晶配向膜５のプレチルト角を０．３〜１．５°とすることにより、ＯＦＦセグメント見え不良を抑制することができる。
【００４６】
また、着色ギャップコントロール材７を用いることにより、セル厚が厚くなったことに起因するギャップコントロール材の光抜けを抑制することができる。
【００４７】
本発明の実施例は、ネガ型表示のＴＮモード液晶セルを用いる車載用ディスプレイ、遊戯用表示、携帯電話・デジタルカメラ用表示、オーディオ機器用表示などの、情報表示関連全般に適用することができる。なお、ディスプレイ全面ではなく表示の一部に本実施例を適用する場合を含む。
【００４８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例による液晶表示素子１０１の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例によるセル厚Ｂの液晶表示素子を視角方向３０度から観察した時の写真を基にした概念図である。
【図３】比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子を視角方向３０度から観察した時の写真を基にした概念図である。
【図４】視角方向１０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分のスペクトル特性を現すグラフである。
【図５】視角方向４０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分のスペクトル特性を現すグラフである。
【図６】視角方向１０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分の色度を現すグラフである。
【図７】視角方向４０度から測定した本発明の実施例及び比較例によるセル厚Ａ〜Ｄの液晶表示素子の背景部分の色度を現すグラフである。
【図８】視角方向１０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の色度を比較するグラフである。
【図９】視角方向４０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の色度を比較するグラフである。
【図１０】視角方向１０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の透過率を比較するグラフである。
【図１１】視角方向４０度から測定した本発明の実施例によるセル厚Ｂ及びＤの液晶表示素子と比較例によるセル厚Ａの液晶表示素子の背景部分とＯＦＦ状態のセグメント電極部分の透過率を比較するグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ、１Ｂ…ガラス基板、２Ｓ…セグメント電極、２Ｃ…コモン電極、２Ｌ…配線、３…液晶層、４…絶縁膜、５…配向膜、６…シール材、７…ギャップコントロール材、８…偏光板、１０１…液晶表示素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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