(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの一面を向かい合わせて配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたプレティルト角が９０°未満のモノドメイン垂直配向液晶層と、
前記第１基板の他面側に配置された第１偏光板と、
前記第２基板の他面側に配置された第２偏光板と、
前記第１基板と前記第１偏光板との間、又は前記第１基板と前記液晶層との間の何れかに配置された第１光学素子と、
前記第２基板と前記第２偏光板との間、又は前記第２基板と前記液晶層との間の何れかに配置された第２光学素子、
を含み、
前記第１偏光板と前記第２偏光板は、それぞれの吸収軸が互いに略直交し、かつ当該吸収軸のそれぞれが前記液晶層の厚さ方向の中央における液晶分子の配向方位に対して４５°の角度をもって配置されており、
前記第１光学素子は、前記第１基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ当該光軸の傾斜角が前記第１基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下であり、
前記第２光学素子は、前記第２基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ当該光軸の傾斜角が前記第２基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下である、
液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１光学素子と前記第２光学素子のそれぞれの厚さ方向のリタデーションＲｔｈが等しい、
請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれは、前記厚さ方向のリタデーションＲｔｈが１１０ｎｍ以上であり、かつ前記傾斜角をθとするとθ≦４９４３／Ｒｔｈの関係を有する、
請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記液晶層は、リタデーションΔｎｄが前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれの前記厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対してΔｎｄ＝（Ｒｔｈ×２＋１００ｎｍ）の関係にあり、
前記液晶層は、前記リタデーションΔｎｄを基準に±１８０００／Δｎｄ（ｎｍ）のマージンを許容する、
請求項２又は３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
第１基板及び第２基板とそれらの間に配置された液晶層とを有する液晶素子と組み合わせて用いられる光学素子であって、
前記液晶素子は、
互いの一面を向かい合わせて配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたプレティルト角が９０°未満のモノドメイン垂直配向液晶層と、
前記第１基板の他面側に配置された第１偏光板と、
前記第２基板の他面側に配置された第２偏光板と、
を含み、前記第１偏光板と前記第２偏光板は、それぞれの吸収軸が互いに略直交し、かつ当該吸収軸のそれぞれが前記液晶層の厚さ方向の中央における液晶分子の配向方位に対して４５°の角度をもって配置されており、
前記光学素子は、
前記第１基板と前記第１偏光板との間、又は前記第１基板と前記液晶層との間の何れかに配置される第１光学素子と、
前記第２基板と前記第２偏光板との間、又は前記第２基板と前記液晶層との間の何れかに配置される第２光学素子と、
を含み、
前記第１光学素子は、前記第１基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ当該光軸の傾斜角が前記第１基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下であり、
前記第２光学素子は、前記第２基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ光軸の傾斜角が前記第２基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下である、
光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の視角特性の改善技術等に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
上記のような垂直配向型の液晶表示素子は、視角補償技術を組み合わせることにより、正面観察時だけでなく斜め観察時においても背景表示部や非表示部における透過率を著しく低下させ、広い視角特性を得ることができる。例えば、特許第２０４７８８０号公報（特許文献１）には、液晶表示素子の各基板と各偏光板との間の一方または両方に負の光学異方性（一軸光学異方性または二軸光学異方性）を有する光学フィルムを配置することにより、視角特性を向上させる技術が開示されている。また、特許第３３３０５７４号公報（特許文献２）には、負の二軸光学異方性を有する光学フィルムの面内位相差や面内遅延軸配置に関して特に有効な手法が開示されている。
【０００４】
ここで、負の一軸光学異方性と負の二軸光学異方性について説明する。平板上の光学フィルムにおける面内屈折率をｎｘ，ｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚとしたとき、負の一軸光学異方性においてはｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚ、負の一軸光学異方性においてはｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係がある。さらに、ＮｚファクターをＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）と定義すると、負の一軸光学異方性はＮｚ≒∞、負の二軸光学異方性は∞＞Ｎｚ＞１とそれぞれ表せる。以下においては、厚さ方向の位相差Ｒｔｈは（（ｎｘ−ｎｙ）／２−ｎｚ））ｄと定義する。
【０００５】
上記の負の一軸光学異方性を示す光学フィルムは一般にＣプレートと呼ばれる。このような光学フィルムとしては、例えば、(a)ノルボルネン系環状オレフィン樹脂フィルムを逐次二軸延伸加工したもの、(b)トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等のフィルム面内の屈折率よりフィルム厚さ方向の屈折率が小さくなる樹脂を用いて溶融キャスト法等により作製したもの、(c)光の波長より短い螺旋ピッチのコレステリック相を示す液晶ポリマーを配向処理した樹脂フィルム上に塗布したもの、(d)ディスコティック相を示す液晶ポリマーを垂直配向処理した樹脂フィルム上に塗布したもの、などが知られている。このうち、面内位相差をできるだけ小さくでき、かつ歩留まりよく加工可能なのは上記(b)〜(d)の手法、すなわち(a)の延伸加工以外の手法である。
【０００６】
なお、現在一般に流通するＣプレートは必ずしもｎｘ＝ｎｙの条件を満たしていない。上記した(a)〜(d)の各々では、概ね（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ（ｄ：フィルム厚さ）が７ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下のものが存在する。従って、一般には面内位相差が数ｎｍ程度である場合（すなわち厳密に０でない場合）も含めてＣプレートと呼ばれている。
【０００７】
ところで、特許文献１に開示されるような構造の液晶表示素子においては、液晶層のリタデーションを適切に設定し、かつＣプレートを配置することにより、ほぼ良好な電圧無印加時の視角特性（背景視角特性）を得られるが、Ｃプレートのみでは表側偏光板および裏側偏光板の視角特性を補償することは困難である。詳細には、表側偏光板と表側基板の間にのみＣプレートを配置した場合には、上下基板間に電圧を印加して明表示状態としたときの左右方向の視角特性を観察すると、液晶層のリタデーションが大きくなるに従って左右の非対称性が現れる。また、表側偏光板と表側基板の間および裏側偏光板と裏側基板の間のそれぞれにＣプレートを配置した場合には、深い観察角度において表示が暗くなる現象が見られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２０４７８８０号公報
【特許文献２】特許第３３３０５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明に係る具体的態様は、液晶表示素子（特に垂直配向型の液晶表示素子）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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る一態様の液晶表示素子は、
互いの一面を向かい合わせて配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたプレティルト角が９０°未満のモノドメイン垂直配向液晶層と、
前記第１基板の他面側に配置された第１偏光板と、
前記第２基板の他面側に配置された第２偏光板と、
前記第１基板と前記第１偏光板との間、又は前記第１基板と前記液晶層との間の何れかに配置された第１光学素子と、
前記第２基板と前記第２偏光板との間、又は前記第２基板と前記液晶層との間の何れかに配置された第２光学素子、
を含み、
前記第１偏光板と前記第２偏光板は、それぞれの吸収軸が互いに略直交し、かつ当該吸収軸のそれぞれが前記液晶層の厚さ方向の中央における液晶分子の配向方位に対して４５°の角度をもって配置されており、
前記第１光学素子は、前記第１基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ当該光軸の傾斜角が前記第１基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下であり、
前記第２光学素子は、前記第２基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ当該光軸の傾斜角が前記第２基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下である、液晶表示素子である。
（２）上記した（１）の液晶表示素子は、前記第１光学素子と前記第２光学素子のそれぞれの厚さ方向のリタデーションＲｔｈが等しい、ことも好ましい。
（３）上記した（１）または（２）の液晶表示素子において、前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれは、前記厚さ方向のリタデーションＲｔｈが１１０ｎｍ以上であり、かつ前記傾斜角をθとするとθ≦４９４３／Ｒｔｈの関係を有する、ことも好ましい。
（４）上記した（２）または（３）の液晶表示素子において、前記液晶層は、リタデーションΔｎｄが前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれの前記厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対してΔｎｄ＝（Ｒｔｈ×２＋１００ｎｍ）の関係にあり、前記液晶層は、前記リタデーションΔｎｄを基準に±１８０００／Δｎｄ（ｎｍ）のマージンを許容する、ことも好ましい。
（５）本発明に係る一態様の光学素子は、
第１基板及び第２基板とそれらの間に配置された液晶層とを有する液晶表示素子と組み合わせて用いられる光学素子であって、
前記液晶素子は、
互いの一面を向かい合わせて配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との相互間に配置されたプレティルト角が９０°未満のモノドメイン垂直配向液晶層と、
前記第１基板の他面側に配置された第１偏光板と、
前記第２基板の他面側に配置された第２偏光板と、
を含み、前記第１偏光板と前記第２偏光板は、それぞれの吸収軸が互いに略直交し、かつ当該吸収軸のそれぞれが前記液晶層の厚さ方向の中央における液晶分子の配向方位に対して４５°の角度をもって配置されており、
前記光学素子は、
前記第１基板と前記第１偏光板との間、又は前記第１基板と前記液晶層との間の何れかに配置される第１光学素子と、
前記第２基板と前記第２偏光板との間、又は前記第２基板と前記液晶層との間の何れかに配置される第２光学素子と、
を含み、
前記第１光学素子は、前記第１基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ当該光軸の傾斜角が前記第１基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下であり、
前記第２光学素子は、前記第２基板の一面又は他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とを有し、光軸の傾く方位が前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交して配置され、かつ光軸の傾斜角が前記第２基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下である、光学素子である。
【００１１】
本発明に係る一態様の液晶表示素子は、（ａ）互いの一面を向かい合わせて配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）第１基板と第２基板との相互間に配置された液晶層と、（ｃ）第１基板の他面側に配置された第１偏光板と、（ｄ）第２基板の他面側に配置された第２偏光板と、（ｅ）第１基板と第１偏光板との間、又は第１基板と液晶層との間の何れかに配置された第１光学素子と、を含む。上記した第１光学素子は、（ｆ）第１基板の一面又は他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、（ｇ）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と、を含む。
【００１２】
上記構成によれば、第１基板の一面又は他面に対して光軸が傾いたＣプレートとして機能する第１光学素子が得られる。このような第１光学素子を第１基板と第１偏光板との間、又は第１基板と液晶層との間の何れかに配置することにより、液晶表示素子（特に垂直配向型の液晶表示素子）の視角特性が改善される。詳細には、上記構成によれば、先行例における表側偏光板と表側基板の間にのみ従来のＣプレートを配置した場合における明表示時の左右非対称性を解消することができる。また、表側偏光板と表側基板の間および裏側偏光板と裏側基板の間のそれぞれに従来のＣプレートを配置した場合における左右方位の深い観察角度における透過率の低下を解消することもできる。さらに、従来のＣプレートでは困難であった偏光板の視角特性を解消し、特に偏光板の吸収軸と４５°方位における背景視角特性および明表示時視角特性を改善することができる。
【００１３】
上記の液晶表示素子は、第１光学素子と同様な構造の第２光学素子が第２基板と第２偏光板との間、又は第２基板と液晶層との間の何れかに配置されることも好ましい。それにより、視角特性を改善する効果をより高めることができる。
【００１４】
また、上記の液晶表示素子において、第１光学素子（または第２光学素子）は、光軸の傾斜角が第１基板の一面又は他面の法線方向を基準にして０°より大きく４５°以下であることがより好ましい。
【００１５】
また、上記の液晶表示素子において、第１光学素子（または第２光学素子）は、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが１１０ｎｍ以上であり、かつ傾斜角をθとするとθ≦４９４３／Ｒｔｈの関係を有することが好ましい。
【００１６】
また、上記の液晶表示素子において、液晶層は、例えば垂直配向であり、かつリタデーションΔｎｄが２９３ｎｍ以上１３００ｎｍ以下であり、かつ第１光学素子（または第２光学素子）のリタデーションＲｔｈに対してΔｎｄ＝（Ｒｔｈ×２＋１２５ｎｍ）±１８０００／Ｒｔｈの関係を有する、ことが好ましい。
【００１７】
液晶層のΔｎｄについては、Ｒｔｈの最小値が１１０ｎｍとすると２９３（＝３４５−５２）ｎｍ以上、Ｒｔｈの最大値が６００ｎｍとすると約１３００ｎｍ（＝６００ｎｍ×２＋１００ｎｍ）と見積もれるからである。また、液晶層のΔｎｄとＲｔｈの関係は、Δｎｄ＝Ｒｔｈ×２＋１２５ｎｍ程度であるが、マージンが±１８０００／Ｒｔｈ程度存在するからである。
【００１８】
本発明に係る他態様の光学素子は、第１基板及び第２基板と、それらの間に配置された液晶層とを有する液晶表示素子と組み合わせて用いられる光学素子であって、（ａ）主面を有する基礎部と、（ｂ）主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、（ｃ）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と、を含み、（ｄ）第１基板若しくは第２基板の少なくとも１つと液晶層との間、又は、第１基板若しくは第２基板の少なくとも１つの外側に配置して用いられる、光学素子である。
【００１９】
このような光学素子を組み合わせることにより、上記のように液晶表示素子（特に垂直配向型の液晶表示素子）の視角特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態の光学素子の構造を模式的に示した斜視図である。
【図２】図１に示した光学素子の屈折率分布を説明するための図である。
【図３】光学素子の製造方法の一例について概略的に説明するための図である。
【図４】光学素子の製造方法の一例についてより詳細に説明するための図である。
【図５】光学素子の製造方法の一例についてより詳細に説明するための図である。
【図６】光学素子のリタデーション特性を測定した例を示す図である。
【図７】一実施形態の液晶表示素子の構造を示す模式斜視図である。
【図８】Ｒｔｈを１１０ｎｍ、２２０ｎｍ、３３０ｎｍのそれぞれとしたときの最適Δｎｄ時の液晶表示素子を右方位５０°から観察したときの背景透過率の傾斜角θ依存性を示す図である。
【図９】Ｒｔｈを２２０ｎｍとしたときの左右方向の背景視角特性のθ依存性を示す図である。
【図１０】Ｒｔｈとθの関係を示す図である。
【図１１】各Ｒｔｈおよびθにおける右方位５０°において最低透過率が得られるΔｎｄを示した図である。
【図１２】各Ｒｔｈ条件における明表示時の左右視角特性の計算結果を示す。
【図１３】各Ｒｔｈ条件における明表示時の左右視角特性の計算結果を示す。
【図１４】各Ｒｔｈ条件における明表示時の左右視角特性の計算結果を示す。
【図１５】比較例の液晶表示素子の構造を示す模式斜視図である。
【図１６】比較例の液晶表示素子における明表示時の左右視角特性を示す図である。
【図１７】比較例の液晶表示素子における明表示時の左右視角特性を示す図である。
【図１８】液晶表示素子の他の構成例の模式断面図である。
【図１９】液晶セルの内側に凹凸部等を設ける場合における基板構成例の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、一実施形態の光学素子（傾斜Ｃプレート）の構造を模式的に示した斜視図である。図１（ａ）に示すように、光学素子は、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、を含んで構成される。
【００２３】
凹凸部５０は、図１（ｂ）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５１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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。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）。
【００２６】
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。
【００２７】
図２は、図１に示した光学素子の屈折率分布（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、本実施形態の光学素子は、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。
【００２８】
次に、上記した光学素子の製造方法の一例について説明する。始めに、図３に基づいて製造方法の一例を概略的に説明する。
【００２９】
図３（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３（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。
【００３０】
次いで、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が硬化して光学素子の凹凸部５０となる。
【００３１】
次いで、図３（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３（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。
【００３２】
次に、図４および図５に基づいて、製造方法の一例をより詳細に説明する。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、土台６３の上側に金型６０をセットする。金型６０の大きさは、例えば横８０ｍｍ×縦６０ｍｍ程度とすることができる。この金型６０には、表面に離型剤もしくはコーティング剤が施されていることが望ましい。
【００３４】
次いで、図４（ｂ）に示すように、金型６０の上に所定量の紫外線硬化性樹脂材料６１を供給する。紫外線硬化性樹脂材料６１としては、例えば屈折率１．５１の材料を用いることができる。本工程における紫外線硬化性樹脂材料６１の供給量（滴下量）を制御することにより、光学素子の凹凸部５０を所望の大きさに形成できる。
【００３５】
次いで、図４（ｃ）に示すように、金型６０の上に、紫外線硬化性樹脂材料６１を挟んでガラス基板６２を重ね合わせる。なお、ガラス基板６２としては、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜などの透明導電膜を片面に有する基板を用いることもできる。
【００３６】
さらに、図４（ｄ）に示すように、ガラス基板６２の裏面側に厚手の石英（例えば円形のもの）などの透明な基板６４を配置する。次いで、図４（ｅ）に示すように、所定の治具６５を用いてこの基板６４をプレスする。例えば、１分間以上プレスすることが望ましい。それにより、ガラス基板６２が金型６０側へ押圧され、紫外線硬化性樹脂材料６１が金型６０とガラス基板６２の間隙において十分に広がる。
【００３７】
次いで、図５（ａ）に示すように、基板６４およびガラス基板６２を介して紫外線を照射することにより紫外線硬化性樹脂材料６１を硬化させる。それにより、ガラス基板６２の片面上に凹凸部５０が形成される。本工程において、遮光マスク等を用いて紫外線の照射範囲を制御することによっても光学素子の凹凸部５０の大きさを加減できる。本工程における紫外線の照射量は例えば２０Ｊ／ｃｍ２程度とすればよい。なお、樹脂が硬化すればよいため、照射量はさほど厳密ではない。ただし、ガラス基板６２がＩＴＯ膜を有するものである場合には、ＩＴＯ膜が紫外線を吸収することを考慮し、ＩＴＯ膜の膜厚に応じて紫外線の照射量を加減する必要がある。
【００３８】
次いで、図５（ｂ）に示すように基板６４、治具６５を取り外す。さらに、図５（ｃ）に示すように、別の治具６６を土台６３の下側にセットする。この治具６６には複数（例えば８つ）の突起部６６ａが設けられている。各突起部６６ａは、ある程度の固さを有し、かつ先端に弾力性を有している。また、土台６３には、各突起部６６ａに対応した位置に設けられた複数の貫通孔６３ａを有している。
【００３９】
次いで、図５（ｄ）に示すように、各貫通孔６３ａに各突起部６６ａを貫通させるようにして土台６３に治具６６を組み合わせることによって各突起部６６ａをガラス基板６２に突き当てて、ガラス基板６２を金型６０から剥離する。このとき、ガラス基板６２がなるべく平行状態を保ったまま上方向へ移動するように治具６６を移動させる。
【００４０】
以上により、図５（ｅ）に示すように、基礎部５１としてのガラス基板６２上に透明樹脂膜からなる凹凸部５０が完成する。その後、この凹凸部５０が形成されたガラス基板６２を洗浄機により洗浄する。洗浄は、例えば、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線（ＵＶ）照射、赤外線（ＩＲ）乾燥の順に行うことができるがこれに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００４１】
次いで、図５（ｆ）に示すように、凹凸部５０を覆う光学膜５２を形成する。光学膜５２の材料としては、下地に配向処理を必要とするものとしないものとがあり、本実施形態では配向処理が不要な材料を用いる。上記したように本実施形態では、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が形成される。ここでは、例えば、液状の材料を凹凸部５０上に滴下し、フィルムアプリケーターを使って均一な厚さに広げる。このときの条件としては、例えば、下地のガラス基板６２とフィルムアプリケーターのバーとの距離を１５４μｍとし、フィルムアプリケーターの移動速度を４．２ｍｍ／秒とする。フィルムアプリケーターの移動方向は、凹凸部５０の溝の延在方向（面５０ａの長手方向）と平行にすることが望ましい。このようにして得られる本実施形態の光学膜５２は、平均膜厚が５．３μｍである。ただし、下地が片鋸状の断面を有する凹凸部５０であるから、光学膜５２の膜厚は位置により異なる。
【００４２】
以上により、上記した図１に示した光学素子が完成する。この光学素子の光学膜５２のリタデーション特性を測定した例を図６に示す。図６において、横軸は測定角度を示し、縦軸はリタデーションの値を示す。横軸のΦｓ＝０°のところが光学素子の法線方向から光を入射したときのリタデーションであり、通常のＣプレート膜であればこのΦｓ＝０のときに最大のリタデーションを示す。ところが、図６に例示する光学素子では、Φｓ＝−１８°付近の測定角度のときにリタデーションが最大値を示している。したがって、本実施形態における光学素子はその光軸が傾いたＣプレート（傾斜Ｃプレート）になっていることがわかる。このような光学素子を用いることにより、液晶表示素子（特に垂直配向型）の視角特性を大幅に向上することができる。以下では、本実施形態の光学素子を組み合わせた液晶表示素子の構成例について詳細に説明する。
【００４３】
図７は、一実施形態の液晶表示素子の構造を示す模式斜視図である。図７に示す本実施形態の液晶表示装置は、対向配置された第１基板４および第２基板６と、両基板の間に配置された液晶層５と、を主に備える。第１基板４の外側には第１偏光板１０が配置され、第２基板６の外側には第２偏光板２０が配置されている。第１基板４と第１偏光板１０の間には第１光学素子３が配置され、第２基板６と第２偏光板２０の間には第２光学素子７が配置されている。液晶表示素子の左右方位は、図示の方位座標系において１８０°，０°方位（９時，３時方位）としている。
【００４４】
第１基板４および第２基板６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４と第２基板６との相互間には、例えばスペーサー（粒状体）が分散して配置されており、それらのスペーサーにより第１基板４と第２基板６との間隙が所定距離（例えば数μｍ程度）に保たれる。第１基板４および第２基板６の各々の表面には、液晶層５に電圧を印加するための電極が適宜設けられる（図示省略）。これら第１基板４および第２基板６と液晶層５により液晶セル３０が構成されている。
【００４５】
液晶層５は、第１基板４と第２基板６と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５が構成されている。液晶層５に図示された柱状体は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向を模式的に示したものである。図示のように、本実施形態の液晶表示装置においては、液晶層５の液晶分子の配向状態がモノドメイン配向に規制されている。本実施形態における液晶層５のプレティルト角は、垂直に極めて近い角度（例えば８９．９°）に設定されている。本実施形態の液晶層５は、中央における液晶分子の配向方位が２７０°方位である。液晶層５を構成する液晶材料のΔｎは例えば０．１５程度であり、Δεは例えば−３．５程度である。
【００４６】
第１偏光板１０は、偏光層１とＴＡＣ（Cellulose triacetate）ベースフィルム２を有する。ＴＡＣベースフィルム２は保護フィルムとしての役割を果たす。本実施形態では、第１偏光板１０は、図示した方位座標系において吸収軸Ｆａｂが１３５°の方位に設定されている。同様に、第２偏光板２０は、偏光層１とＴＡＣベースフィルム２を有する。本実施形態では、第２偏光板２０は、図示した方位座標系において吸収軸Ｒａｂが４５°の方位に設定されている。
【００４７】
各ＴＡＣベースフィルム２は、例えば、厚さ方向リタデーションが５０ｎｍ、面内リタデーションが３ｎｍである。第１偏光板１０のＴＡＣベースフィルム２はその遅相軸が第１偏光板１０の吸収軸と平行に設定されている。同様に、第２偏光板１０のＴＡＣベースフィルム２はその遅相軸が第２偏光板２０の吸収軸と平行に設定されている。
【００４８】
第１光学素子３および第２光学素子７は、それぞれ、上記した本実施形態に係る光学素子である（図１等参照）。すなわち、第１光学素子３は、凹凸部５０、基礎部５１および光学膜５２を有しており、凹凸部５０の各面５０ａが第１基板４の一面又は他面に対して略同一の角度で傾斜するように配置されている。同様に、第２光学素子７は、凹凸部５０、基礎部５１および光学膜５２を有しており、凹凸部５０の各面５０ａが第２基板６の一面又は他面に対して略同一の角度で傾斜するように配置されている。
【００４９】
第１光学素子３は、その光軸が傾く方位Ｆｏｂが図示のように近接する第１偏光板１０の吸収軸Ｆａｂに対してほぼ直交するように配置される。同様に、第２光学素子７は、その光軸が傾く方位Ｒｏｂが図示のように近接する第２偏光板２０の吸収軸Ｒａｂに対してほぼ直交するように配置される。第１光学素子３の配置について、凹凸部５０および光学膜５２が形成されている側を第１基板４と対向するようにするかその逆とするかは、光軸が傾く方位Ｆｏｂが上記のように配置される限りにおいて任意である。第２光学素子７についても同様である。
【００５０】
また、第１光学素子３と第２光学素子７は、光軸が傾く方位Ｆｏｂ、Ｒｏｂが互いにほぼ直交するように配置されている。液晶層５との関係でいうと、第１光学素子３の光軸が傾く方位Ｆｏｂは、液晶層５の中央における液晶分子の配向方位（２７０°方位）に対して時計回りに４５°の位置にあり、第２光学素子７の光軸が傾く方位Ｒｏｂは、液晶層５の中央における液晶分子の配向方位（２７０°方位）に対して時計回りに１３５°の位置にある。
【００５１】
本実施形態の液晶表示素子は以上のような構成を備えており、次にその視角特性についてのシミュレーション解析結果を説明する。シミュレーションにおいては、第１光学素子３および第２光学素子７のそれぞれの厚さ方向の位相差Ｒｔｈおよび光軸の傾斜角θは同一とし、面内位相差は０ｎｍであるとした。
【００５２】
図８は、Ｒｔｈを１１０ｎｍ、２２０ｎｍ、３３０ｎｍのそれぞれとしたときの最適Δｎｄ時の液晶表示素子を右方位５０°から観察したときの背景透過率の傾斜角θ依存性を示す図である。何れのＲｔｈにおいてもθ＝０°のときは透過率が０．３６％程度と光抜けが大きいが、θを変化させることにより正面観察時の透過率とほぼ同等な透過率にできるθの値が存在することがわかる。θの値はＲｔｈが大きくなるに従って小さくなる傾向がみられる。
【００５３】
図９は、Ｒｔｈを２２０ｎｍとしたときの左右方向の背景視角特性のθ依存性を示す図である。上記した図８の結果に従い、θが０°〜１５°の間では深い観察角度において光抜けがθの増加に従って減少する傾向がみられる。また、θ＝１５°の場合には、観察角度が６０°および−６０°のそれぞれにおいても正面観察時（観察角度０°）の透過率とほぼ同等な広視野角特性が得られていることがわかる。
【００５４】
図１０は、Ｒｔｈとθの関係を示す図である。実線は右方位５０°において各Ｒｔｈ条件で最も透過率が低い状態が得られるθを示しており、図中に示すように傾斜角＝３２１２／Ｒｔｈの近似式で表される。破線はθ＝０とほぼ同じ透過率が得られる最大傾斜角θを示しており、図中に示すように傾斜角＝４９４３／Ｒｔｈの近似式で表される。何れの条件においてもθはＲｔｈに反比例する結果が得られている。従って、上記構成の本実施形態の液晶表示素子において傾斜角θ≦４９４３／Ｒｔｈを満足する条件とすれば、従来構造の液晶表示素子と同等以上の背景視角特性が得られる。
【００５５】
図１１は、各Ｒｔｈおよびθにおける右方位５０°において最低透過率が得られるΔｎｄを示した図である。何れのＲｔｈにおいてもθが増加するに従ってΔｎｄが減少する傾向にある。一般的な従来構造の液晶表示素子における液晶層のマージンは、外観観察や電気光学特性の評価から、視角特性が最も良好なΔｎｄ条件を中心に±１８０００／Δｎｄ［ｎｍ］程度存在することから、本実施形態の液晶表示素子においても同様なマージンが認められる。
【００５６】
図１２〜図１４は、各Ｒｔｈ条件における明表示時の左右視角特性の計算結果を示す。Ｒｔｈは１１０ｎｍ、２２０ｎｍ、３３０ｎｍとし、それぞれΔｎｄは左右背景５０°観察時に透過率が最低となるΔｎｄを図１１から対応させている。明表示時の透過率は正面観察時に約１０％前後になるように設定したが、比較のためにそれぞれの正面観察時の透過率を１として規格化した左右相対透過率視角特性により評価を行った。図１２にはＲｔｈ＝１１０ｎｍ時の特性、図１３にはＲｔｈ＝２２０ｎｍ時の特性、図１４にはＲｔｈ＝３３０ｎｍ時の特性が示されている。各図には傾斜角θをいくつか変えたときの曲線が示されている。図示のように、傾斜角θが大きくなるに従って何れのＲｔｈにおいても深い観察角度において明表示時の相対透過率が上昇する傾向がみられる。ただし、Ｒｔｈが大きくなるに従って正面観察時に対する上昇度合いが少なくなる傾向がある。しかし、このような場合、液晶層５にカイラル材を添加するか、上下配向方向をねじれるように設定すれば透過率を改善できる。カイラル材はｄ／ｐ設定を０．５より大きく０．７４より小さくすると透過率向上の効果が観察される。さらに上下配向方向は液晶層５の中央における液晶分子の配向方向は２７０°方位にて固定した状態で１８０°〜２４０°に設定することでより透過率上昇が望めることがわかった。
【００５７】
次に、比較例の液晶表示素子についてその構成と視角特性を説明する。図１５は、比較例の液晶表示素子の構造を示す模式斜視図である。なお、上記した本実施形態の液晶表示素子と共通する構成要素については同一の符号を用いて示し、その詳細については説明を省略する。
【００５８】
図１５（ａ）に示す比較例の液晶表示素子は、上記した本実施形態の液晶表示素子と比較すると、光学素子３、７が用いられておらず、第１基板４と第１偏光板１０との間に一般的なＣプレート３１が配置されている点が主に異なっている。また、図１５（ｂ）に示す比較例の液晶表示素子は、上記した本実施形態の液晶表示素子と比較すると、第１光学素子３、第２光学素子７が用いられておらず、第１基板４と第１偏光板１０との間に一般的なＣプレート３１が配置され、第２基板６と第２偏光板２０との間に一般的なＣプレート７１が配置されている点が主に異なっている。図１５（ａ）の液晶表示素子においては、Ｃプレート３１のＲｔｈを２２０ｎｍ、４４０ｎｍ、６６０ｎｍとした。図１５（ｂ）の液晶表示素子においては、Ｃプレート３１、７１の各Ｒｔｈを２２０ｎｍ、４４０ｎｍ、６６０ｎｍとした。いずれの液晶表示素子においても、液晶層５およびＣプレート３１、７１の屈折率の波長分散は等しくなく、液晶層５の液晶材料は正の波長分散を有し、Ｃプレート３１、７１は波長分散を有しない。その他の諸条件は上記した本実施形態の液晶表示素子と共通である。
【００５９】
図１６は、上記した図１５（ａ）に示す比較例の液晶表示素子における明表示時の左右視角特性を示す図である。また、図１７は、上記した図１５（ｂ）に示す比較例の液晶表示素子における明表示時の左右視角特性を示す図である。なお、明表示については、正面観察時において透過率が１０％程度になるように定義した。図１６においてはＲｔｈ、すなわちΔｎｄが大きくなるに従って左右の深い観察角度における透過率が上昇すると同時に左右透過率の非対称性が強くなることがわかる。一方、図１７においては、Ｒｔｈが大きくなるに従って左右の深い観察角度における透過率が大幅に減少し、透過率がほぼ０％になる、すなわち表示が全く見えない領域が発生することがわかる。このように、一般的なＣプレートを用いた比較例の液晶表示素子における視角特性は劣っており、これと比較して上記した本実施形態の液晶表示素子は視角特性に優れていることがわかる。
【００６０】
なお、本発明は上記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。
【００６１】
例えば、上記した実施形態においては第１基板４側に第１光学素子３を配置し、第２基板６側に第２光学素子７を配置していたが、いずれかの光学素子を省略した場合であっても従来例に比べて視角特性を改善する効果が得られる。
【００６２】
また、上記した実施形態における第１基板４と第１光学素子３を一体することも可能であり、同様に第２基板６と第２光学素子７とを一体することも可能である。この場合の構成例の模式断面図を図１８に示す。なお、図示の都合上、光学膜５２の詳細形状については簡略化して示す（後述の図１９も同様）。
【００６３】
図１８（ａ）に示す構成例では、第１基板４を光学素子の基礎部（図１参照）としても兼用されている。すなわち、基礎部としての第１基板４上に凹凸部５０および光学膜５２が設けられており、これらが全体として第１光学素子３ａとして機能する。同様に、基礎部としての第２基板６上に凹凸部５０および光学膜５２が設けられており、これらが全体として第２光学素子７ａとして機能する。
【００６４】
なお、図１８（ａ）に示す構成例では、凹凸部５０および光学膜５２が液晶セルの外側（液晶層５と接しない側）に配置されているが、図１８（ｂ）に示す構成例のように、凹凸部５０および光学膜５２が液晶セルの内側（液晶層５と接する側）に配置されていてもよい。さらに、一方の基板（例えば第１基板４）に設けられた凹凸部５０等が液晶セルの内側に配置され、他方の基板（例えば第２基板６）に設けられた凹凸部５０等が液晶セルの外側に配置されてもよい。
【００６５】
液晶セルの内側に凹凸部等を設ける場合における構成についてさらに詳述する。この場合の基板構成例の模式断面図を図１９に示す。図１９（ａ）は、第１基板４（または第２基板６）の一面にＩＴＯ膜等からなる電極１１を設け、さらにその上側に凹凸部５０および光学膜５２を設けた構成例である。この場合には、例えばＩＴＯ等の導電膜付きのガラス基板を適宜パターニングすることにより、第１基板４（または第２基板６）上に電極１１を設けておき、その上側に凹凸部５０等を順次形成すればよい。また、図示のように光学膜５２の上側に配向膜８を設けることができる。
【００６６】
図１９（ｂ）は、第１基板４（または第２基板６）の一面に凹凸部５０および光学膜５２を設け、さらにその上側に電極１１を設けた構成例である。この場合には、例えばガラス基板上に凹凸部５０および光学膜５２を設けた後に、酸化珪素膜等の絶縁膜９を適宜に形成し、その上にＩＴＯ等の導電膜を形成し、パターニングすることにより電極１１を形成できる。また、その電極１１の上側に配向膜８を設けることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１…偏光層、  ２…ＴＡＣベースフィルム、  ３、３ａ、３ｂ…第１光学素子、  ４…第１基板、  ５…液晶層、  ６…第２基板、  ７、７ａ、７ｂ…第２光学素子、  ８…配向膜、  ９…絶縁膜、  １０…第１偏光板、  １１…電極、  ２０…第２偏光板、  ３０…液晶セル、  ５０…凹凸部、  ５０ａ…面、  ５１…基礎部、  ５２…光学膜、  ６０…金型、  ６１…光硬化性樹脂材料、  ６２…ガラス基板、  ６３…土台、  ６３ａ…貫通孔、  ６４…基板、  ６５、６６…治具、  ６６ａ…突起部
【図１】
0005525267.tif 000002
【図１８】
0005525267.tif 000003
【図１９】
0005525267.tif 000004
【図２】
0005525267.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005525267.tif 000008
【図６】
0005525267.tif 000009
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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