(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正の屈折率異方性と正の誘電率異方性をもつ液晶分子がその動作時にはベンド配列した液晶層と、これに積層され主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板と、前記液晶層に電圧を印加する手段とを有し、前記液晶の屈折率異方性と液晶層の厚みとの積を７９０ｎｍ以上１１９０ｎｍ以下にしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
正の誘電率異方性を１０以上にした請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
液晶層の厚みを６μｍ以下にした請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
正の屈折率異方性と負の誘電率異方性をもつ液晶分子がベンド配列した液晶層と、これに積層され主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板と、前記液晶層に電圧を印加する手段とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、映像や文字情報を表示する液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型軽量の特長により、薄型テレビ、カー・ナビゲーション・システム、パーソナル・コンピュータやワード・プロセッサなどのフラット・ディスプレイとして広く用いられるようになっている。
液晶表示には、それぞれに特長のある数多くの表示モードが提案されている。中でも、米国特許公報４５６６７５８号公報に開示されているパイセル（Ｐｉセル、あるいはπセル）は、そのスイッチング速度が２ｍｓｅｃ程度と高速であるため、動画表示用のディスプレイとして注目され、研究開発がさかんである。
【０００３】
このパイセルにおいては液晶分子はベンド配列しており、法線方向からの等価的なリターデーションを印加電圧の大きさにより制御して透過光量を変え、表示を行っている。
特開平７−４９５０９号公報には、このパイセルに固定の負の位相差を発生する部材を付加して、動作電圧を低下させたり、視野角特性を拡大する技術が開示されている。これにより、駆動電圧が５ボルト以下に低下し、階調表示でのコントラスト反転を考えた視野角範囲は位相板のない場合に比べて広がっている。しかしながら黒表示特性の視野角依存はまだ大きいため、法線方向からの傾き角が増すにつれて表示に黒浮きが発生してしまう。負の位相差を発生する部材としては、正の複屈折媒体をパイセルの光学軸と直交させる、あるいは負の複屈折媒体をパイセルの光学軸に平行に配置するなどの方法が考えられるが、この特許には詳細は開示されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成ではいまだ視野角特性が不十分であり、特に、黒表示特性の視野角依存が大きいため、正面からはずれた方向から表示を見た場合に黒表示状態の透過率が大きく増加する。このため、正面からはずれた方向からディスプレイを見た場合に黒浮きが発生し、表示が白っぽくなって色相が極端に淡くなったり、コントラストが大きく低下するといった課題を有している。
【０００５】
また、電圧を印加する前の液晶層の配向状態はスプレイ配向であり、実際にはこの状態からベンド配向させるのは容易ではなく、スプレイからベンドへの配向転移を促すためには、表示を白黒させる動作電圧よりもはるかに高い電圧を加える必要があるといった課題を有する。
したがって、この発明の目的は、視野角特性の向上を図ることができる液晶表示装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の液晶表示装置は、正の屈折率異方性と正の誘電率異方性をもつ液晶分子がその動作時にはベンド配列した液晶層と、これに積層され主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板と、液晶層に電圧を印加する手段とを有し、液晶の屈折率異方性と液晶層の厚みとの積を７９０ｎｍ以上１１９０ｎｍ以下にしたものである。
【０００９】
このように、正の屈折率異方性と正の誘電率異方性をもつ液晶分子がその動作時にはベンド配列した液晶層に、主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板を積層したので、液晶層の液晶分子の方向と位相板の光学媒体の光学軸方向が対応し、オンまたはオフ状態にある液晶層の光学伝搬特性の視野角依存性を補償して良好な黒表示を行い、液晶表示装置の視野角特性を改善することかできる。同時に、液晶の複屈折と液晶層の厚みの積を７９０〜１１９０ｎｍの間に設定することにより、液晶表示装置の正面輝度を高くし、かつ白表示の視野角による色相変化を少なくするという作用を有する。
【００１０】
請求項２記載の液晶表示装置は、請求項１において、正の誘電率異方性を１０以上にした。このように、液晶の誘電率異方性を１０以上に設定することで、動作時のベンド配向転移を容易にすると同時に、動作電圧を低くするという作用を有する。
請求項３記載の液晶表示装置は、請求項１または２において、液晶層の厚みを６μｍ以下にした。このように、液晶層の厚みを６μｍ以下にすることで、液晶層の厚みを従来のＴＮ並まで薄くすることができ、その結果液晶層内の電界強度が強まるため、動作時のベンド配向転移を容易にすると同時に、動作電圧を低くするという作用を有する。
【００１２】
請求項４記載の液晶表示装置は、正の屈折率異方性と負の誘電率異方性をもつ液晶分子がベンド配列した液晶層と、これに積層され主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板と、液晶層に電圧を印加する手段とを有することを特徴とする。
このように、正の屈折率異方性と負の誘電率異方性をもつ液晶分子がベンド配列した液晶層に、主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板を積層したので、請求項１と同様にオンまたはオフ状態にある液晶層の光学伝搬特性の視野角依存性を補償して良好な黒表示を行い、液晶表示装置の視野角特性を改善するという作用を有する同時に、電圧印加前の状態から安定なベンド配向が存在する作用を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の参考例１の液晶表示装置を図１から図９に基づいて説明する。図１にこの発明の参考例１である液晶表示装置の構成を示す。図において、４，５は基板であり、液晶層１を挟持している。基板４，５上には液晶層１に電圧を供給するための電極２，３が形成されている。８，９は偏光表示を行うための偏光板、１０は照明用のバックライトである。６，７は位相板であり、液晶層１のリターデーションや視野角依存を補償して、表示の白黒化や視野角特性の拡大を行っている。いずれか一方の基板４，５上には、図示されていないが、薄膜トランジスタやダイオードなどのスイッチング素子が形成されている。
【００１６】
図２は、各光学要素の配置角を示すために、図１を偏光板８の側から見た平面図で、１１は液晶分子の光軸の正射影の方向を、１２と１３は位相板６，７における負の光学媒体の光軸の正射影の方向を示しており、これらの光軸の正射影の方向１１，１２，１３はほぼ平行となっている。また、１４と１５は偏光板７，８の偏光軸方向である。なお、図中の破線は、液晶層１の背面（バックライト側）にある素子を示している。
【００１７】
図３は、液晶層１の図２のＡ−Ａ’線での断面における、液晶分子１６の配列状態を示す模式図である。図中の（ａ）には液晶層１にオフ電圧が印加された場合、（ｂ）にはオン電圧が印加された場合が示されており、いずれも正の屈折率異方性と正の誘電率異方性を持つ液晶分子１６が厚み方向にベンド配列している。オン状態はオフ状態より高い電圧が印加されているので、オン状態は液晶分子１６がより立ち上がった状態となり、法線方向から液晶層１を見た場合の等価的なリターデーションが小さくなっている。
【００１８】
液晶層１に電圧を印加していない場合の液晶分子１６の配列は、図４（ａ）に示す１８０度ねじれ配列、（ｂ）に示すスプレイ配列のいずれであっても構わないが、オフ状態では図３（ａ）のベンド配列を安定化させるのに十分なオフ電圧が印加されていることが必要である。
位相板６，７は、負の屈折率異方性をもつ光学媒体１７を図５に示すようにハイブリッド配列させた構成をとっている。位相板６と７のリターデーションの和は、オン状態の液晶層１とほぼ等しくなっている。負の光学媒体１７の光学軸方向は、位相板６では液晶層１の上半分の液晶分子１６のオン状態の分子配列（液晶分子の光学軸方向）に、位相板７では液晶層１の下半分の液晶分子１６のオン状態の分子配列に、それぞれ対応するように配列している。即ち、それぞれの近接面においては、液晶層１の上面の液晶分子１６の方向と位相板６の下面の光学媒体１７の主軸方向、および液晶層１の下面の液晶分子１６の方向と位相板７の上面の光学媒体１７の主軸方向は、ほぼ平行となっている。さらに、この近接面から液晶層１と位相板６，７の内部に等しいリターデーションだけ進んだ層においても、液晶分子１６の方向と位相板６，７の光学媒体１７の主軸方向はほぼ平行になっている。
【００１９】
図６は、位相板６，７による視野角特性向上の原理を説明するための図である。図にはオン状態の液晶層１の液晶分子１６と位相板６，７の光学媒体１７の配列が示されており、説明の便宜上、液晶層１は２１ａ，２２ａ……２５ａ，２６ａ……２９ａ，３０ａの１０個の薄層に、位相板６は２１ｂ，２２ｂ……２５ｂの５つの薄層に、位相板７は２６ｂ……２９ｂ，３０ｂの５つの薄層に分割されている。ここで、薄層２１ａと２１ｂの組、薄層２２ａと２２ｂの組、……薄層２５ａと２５ｂの組、薄層２６ａと２６ｂの組、……薄層２９ａと２９ｂの組、薄層３０ａと３０ｂの組を考えると、それぞれの組は主軸が平行で等しいリターデーションを持つ正負の複屈折媒体となっている。
【００２０】
まず、液晶層１の下半分と位相板７について偏光の伝播を考えると、薄層３０ａと３０ｂは隣接しているので、あらゆる方向に進む光に対して理想的には互いの複屈折の影響を打ち消し合う。従って、偏光伝播を考える場合に薄層３０ａと３０ｂの組はないものとして取り扱うことができる。薄層３０ａと３０ｂをないものと考えると、次は薄層２９ａと２９ｂとが隣接するものとして取り扱うことができる。この組も主軸の方向が平行で等しいリターデーションを持つ正負の複屈折媒体なので、あらゆる方向に進む光に対して理想的には互いの複屈折の影響を打ち消し合う。従って、光学伝播を考える場合に薄層２９ａと２９ｂの組はないものとして取り扱うことができる。同様に考えて、薄層２８ａと２８ｂの組から薄層２６ａと２６ｂの組までもお互いに視野角特性を打ち消し合い、理想的にはないものとして取り扱うことができる。さらに、液晶層１の上半分と位相板６についても同様に考えると、薄層２１ａと２１ｂの組から薄層２５ａと２５ｂの組までもお互いに視野角特性を打ち消し合い、理想的にはないものとして取り扱うことができる。
【００２１】
偏光の伝播は、数学的には４行４列の要素からなる各薄層の伝播行列Ｔ21a ，Ｔ22a ，……Ｔ30a ，Ｔ21b ，Ｔ22b ，……Ｔ30b を用いて（数１）で表される。Ｅx とＥy はそれぞれｘ方向とｙ方向に振動面をもつ電界成分、Ｈx とＨy はそれぞれｘ方向とｙ方向に振動面をもつ磁界成分を表し、添字のinとout はそれぞれ入射光と出射光を示している。
【００２２】
【数１】
0003650499.tif 000002
【００２３】
この式を用いて考えると、上記の現象は行列の掛け算の（ｐ）の部分から、Ｔ21a とＴ21b の積、Ｔ22a とＴ22b の積、……Ｔ25a とＴ25b の積の順に単位行列となり、（ｑ）の部分から、Ｔ30a とＴ30b の積、Ｔ29a とＴ29b の積、……Ｔ26a とＴ26b の積の順に単位行列となり、理想的には入射偏光と出射偏光が等しくなるものと考えられる。
【００２４】
このとき、偏光板８，９の偏光軸１４と１５が直交するように配置しておけば、電圧無印加時には上記のように液晶層１と位相板６，７の特性は完全に補償し合うので、表示は黒となる。この黒表示は偏光板特性で定まるものであり、非常に良好な視野角特性を持っており、視野角によらずコントラストの高い液晶表示装置を得ることができる。また、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルターを形成した３つの画素の混色を用いて色表示を行う場合に、オフ状態となっている色が視野角を振っても漏れにくいので、例えば赤表示を行った場合に緑や青の画素からの漏れ光がほとんどなく、視野角による色相変化の小さい液晶表示装置を得ることができる。
【００２５】
液晶層１がオフ状態にある場合には、先に説明したように液晶層１のリターデーションがオン状態より大きくなっているので、位相板６，７との間での光学伝搬特性が上記の補償条件からずれる。このため、液晶層１と位相板６，７を通過した光は偏光板８を通過するようになり、白表示が行われる。このリターデーションの変化を有効に利用するため、入射側の偏光板９の偏光軸１５が液晶層１の液晶分子１６の射影の方向（図２の１１の方向）となす角度はほぼ４５°に設定されている。
【００２６】
図７は、この参考例の液晶表示装置における白表示時と黒表示時の輝度の視野角依存を示したものである。液晶の複屈折（屈折率異方性）Δｎと液晶層１の厚みｄとの積（Δｎ×ｄ）は８４０ｎｍに設定した。図中のφは、図２においてＡからＡ’に向かう方向を０度として反時計回りにとった方位角であり、θは法線方向からの倒れ角である。縦軸はバックライト１０の輝度を１００％としたときの表示面の輝度である。この参考例に示す液晶表示装置は、各方位とも黒表示特性が非常に良好であり、コントラストの視野角依存も従来のものに比べて格段に少ない。白黒反転は左右方向（０度−１８０度方向）すなわち図７（ａ）に示すφ＝０°の特性図において、倒れ角７０度付近で生じるのみであり、非常に視野角の広い液晶表示装置を得ることができた。
【００２７】
図８は、上記の液晶表示装置において、Δｎ×ｄを変化させて白表示（オフ状態）の正面輝度を測定した結果である。位相板６，７の複屈折量も液晶層１に合わせて、上記の補償条件となるように変化させている。オン電圧は８ボルト、オフ電圧は２ボルトである。ベンド配向の安定性の面からオフ電圧を２ボルト以下にすることは好ましくなかった。Δｎ×ｄが１２３０ｎｍのとき、輝度は最大値２８％を示した。この図では、この最大値を１００％とした相対輝度を縦軸にとっている。
【００２８】
Δｎ×ｄが１２３０ｎｍ以上の場合には、オン状態とオフ状態の間での偏光変調が過変調状態にあるので、オフ電圧を２ボルトより高く設定することにより、図中の破線に示すように、白表示輝度を相対値でほぼ１００％にすることができる。従って、Δｎ×ｄの値を７９０ｎｍ以上に設定すれば正面輝度が最大値の７０％以上となり実用上十分な明るさが得られるし、これを９１０ｎｍ以上に設定すれば正面輝度が限界値の８０％以上、９９０ｎｍ以上に設定すれば正面輝度が限界値の９０％以上となり、さらに明るい表示を得ることができる。
【００２９】
一方、このような液晶表示装置では、白表示の色相が観察方向によって変化する。特に、方位角φが９０度と２７０度の方向では、倒れ角が増すとともに表示がやや黄色味がかる。図９は、色度の視野角依存のΔｎ×ｄ依存を示すものである。縦軸は、液晶表示装置を倒れ角３０度のコーン状の方向から、方位角０度から３６０度まで５度おきに測定した色差の平均である。以下、これを平均色差と呼ぶ。色差は、正面方向の表示特性を基準として算出してあり、表色系はＬ* ａ* ｂ* 色度系に基づいている。また、色差は輝度差を考慮しないで計算したもの（ΔＣ）である。図中の破線は、Δｎ×ｄが１２３０ｎｍ以上の場合に、オフ電圧を調整した場合の特性を示している。
【００３０】
図からわかるように、Δｎ×ｄの値が大きすぎる場合には白表示の色相変化が大である。フィルム位相板により視野角特性を改善したＴＮ型の液晶表示装置について同様の測定を行うと、平均色差は３．５程度であった。この参考例の液晶表示装置では、Δｎ×ｄが１１９０ｎｍ以上の場合は、平均色差が位相板付きＴＮ型の２倍以上（７以上）となるので、白表示の色相変化の面からこれは好ましくない。Δｎ×ｄを１０３０ｎｍ以下としておけば、平均色差が５以下（即ち位相板付きＴＮ型の約１．５倍以下）となり、色相変化の面からもかなり良好な視野角特性が得られる。さらに、Δｎ×ｄを９１０ｎｍ以下としておけば平均色差は３．５以下で、位相板付きＴＮ型に優る特性を得ることができる。
【００３１】
従って、正面輝度と白表示の色相変化の両面を総合すると、Δｎ×ｄの値は７９０〜１１９０ｎｍの間に設定するのが、正面の相対輝度が７０％以上で平均色差が７以下となるので望ましい。しかしながら、例えば個人用のノートパソコン用のディスプレイ等のように正面への光利用効率が重視される用途では、Δｎ×ｄを９１０〜１１９０ｎｍの間に設定しておけば、相対輝度が８０％以上で色相変化が実用上十分な液晶表示装置を得ることができる。Δｎ×ｄが９９０ｎｍ以上であれば、明るさの面からはさらに望ましい。一方、テレビなど複数の人間が見ることの多い用途では視野角特性が重要であるので、色相変化を重視して、Δｎ×ｄの値は７９０〜１０３０ｎｍの間に設定するのがよい。特に、９１０ｎｍ以下に設定した場合には、非常に色相変化の少ない液晶表示装置を得ることができる。
【００３２】
この参考例においては、液晶層１を上下に２分する中心面から液晶表示装置を見た場合、上側には液晶層１の半分とそれを補償する位相板６，７が配置され、下側には上側の液晶層１と位相板６，７を鏡面対称にしたものが配置されている。このように構成上の対称性がよいため、位相板６，７を片側に配置したものに比べて、表示における視野角特性の対称性がよく、見やすい表示ができるという利点がある。また、２枚の位相板６，７のそれぞれが液晶層１の半分を補償する役割を果たしているため、位相板特性のばらつきの表示特性への影響が少ないという利点や、２枚の位相板６，７をうまく組み合わせることにより位相板６，７の特性ばらつきをキャンセルすることができるという利点がある。また、液晶の複屈折Δｎと液晶層１の厚みｄの積を７９０〜１１９０ｎｍの間に設定することにより、液晶表示装置の正面輝度を高くし、かつ白表示の視野角による色相変化を少なくするという作用を有する。
【００３３】
なお、この参考例では、位相板６，７がオン状態にある液晶層１の光学特性を補償するものとしたが、これはこのように限定されるものではなく、オフ状態にある液晶層１の光学特性を補償してこれを黒表示とするように位相板６，７を構成しても同様の効果を得ることができる。オフ状態を補償する構成においても、偏光板８，９の配置角などの構成はオン状態を補償する構成と同様にすればよく、液晶層１のΔｎ×ｄも上記の範囲に設定するのが望ましい。
【００３４】
以下、オン状態を補償する構成（オン補償構成）とオフ状態を補償する構成（オフ補償構成）を比較する。液晶層１の分子配列は印加電圧とともに飽和するが、オン補償構成はこの飽和領域にある液晶を補償している。このため、オン補償構成は補償の安定度がよく非常に良好な黒表示が得られる。これに対し、オフ補償構成は、オフ電圧印加時の液晶を補償しているので黒表示が行われる電圧レベルが低い。このため、駆動ＩＣの耐圧や電源電圧の制限のため十分高い電圧が印加できない場合にも黒表示は良好なレベルにあり、駆動の低電圧化を図る場合に有効である。
【００３５】
一方、実際の表示動作をするためには、液晶層１がその動作範囲でベンド配向となっていることが必要である。このベンド配向が安定に存在させるためには、電圧印加前の初期のスプレイ配向からベンド配向への転移を促す必要があるが、容易にベンド配向になるためにはできるだけ液晶分子１６を法線方向に立たせることが必要になる。通常は電圧印加により、液晶分子１６を立たせ、ベンド配向転移を促す方法がとられる。
【００３６】
そこで、スプレイ−ベンド転移がいかなる条件で容易となるかを、液晶の誘電率異方性Δε、液晶層１の厚みｄを変えて観察した。実際の動作でスプレイ−ベンド転移するには、電圧を印加した状態でベンド配向の核が発生し、かつその核が絵素全体に拡がることが必要である。従って、各条件でのベンド配向の転移しやすさを、核発生の有無、核発生後の絵素全体への拡がる時間で判断した。なお絵素サイズは、通常のＴＦＴパネルで設計されているもので、０．３μｍ×０. １μｍとした。また、印加電圧は７Ｖとした。また、検討した液晶はＴＦＴ用であるＺＬＩ４７９２を基準に、弾性定数の変化の少ないもので、誘電率異方性Δεを変えたものを使用した。また、通常の表示パネルが電源を入れた後、遅くとも１０秒以内に正常に動作する必要があることも評価する上で考慮した。
【００３７】
評価結果を表１に示す。表より、Δεが９以上で核発生が起こった後１０秒以内に絵素全体がベンド配向となる条件がでる。この条件の内、実際パネル作製に適している液晶層１の厚みｄ＝４μｍ以上を勘案すると、Δε１０以上が望ましいことがわかる。また、Δεが１０以上でも確実にベンド配向させるためには、液晶層の１厚みｄは６μｍ以下が望ましい。
【００３８】
【表１】
0003650499.tif 000003
【００３９】
この発明の第１の実施の形態の液晶表示装置を図１０および図１１に基づいて説明する。図１０は、この発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の構成を示すものである。この実施の形態は、参考例１において２枚に分割されていた位相板６を１枚にまとめ、液晶層１の片側に配置した構造をもっている。図１１に、この実施の形態における液晶分子１６と負の光学媒体１７の配列状態を示す。負の光学媒体１７は液晶分子１６と同様にベンド配列している。
【００４０】
光学補償の原理は、参考例１で説明したように、液晶層１と位相板６を薄層に分割し、液晶層１と位相板６の近接面から薄層の組がその光学特性を順次キャンセルするものと考えることができる。偏光板８の配置角については、偏光板８の偏光軸と、液晶層１の液晶分子軸方向のなす角度を４５°程度に設定すれば、参考例１と同様に、液晶層１のリターデーションの変化を有効に利用することができる。
【００４１】
この実施の形態の液晶表示装置においても、図７に示す参考例１と同様に、非常に視野角特性の良好な黒表示を行うことができた。Δｎ×ｄが正面輝度および色度の視野角特性に及ぼす影響も、参考例１で説明したものと同様で、基本的には７９０〜１１９０ｎｍの間が望ましい。特に、個人用のノートパソコン用ディスプレイ等のように正面の光利用効率が重視される用途では、Δｎ×ｄを９１０〜１１９０ｎｍの間に設定するのが望ましく、９９０ｎｍ以上であれば、明るさの面でさらに望ましい。一方、テレビなど複数の人間が見ることの多い用途では視野角による色相変化を低く抑えるために、Δｎ×ｄの値を７９０〜１０３０ｎｍの間に設定するのがよく、９１０ｎｍ以下に設定すればさらに良好な視野角特性の液晶表示装置を得ることができる。
【００４２】
なお、この実施の形態では、位相板６がオン状態にある液晶層１の光学特性を補償するものとしたが、これはこのように限定されるものではなく、オフ状態にある液晶層１の光学特性を補償してこれを黒表示とするように位相板６を構成しても同様の効果を得ることができる。オフ状態を補償する構成においても、偏光板８の配置角などの構成はオン状態を補償する構成と同様にすればよく、液晶層１のΔｎ×ｄも上記の説明の範囲に設定するのが望ましい。参考例１で説明したのと同様の理由で、オン状態を補償する構成では補償の安定度がよく非常に良好な黒表示が得られるし、オフ状態を補償する構成は駆動の低電圧化を図る場合に有効である。
【００４３】
また、位相板６の配置についても、この実施の形態では、位相板６が液層層１からみて観察者の側に配置されているものとしたが、これは液層層１からみてバックライト１０の側に配置してもかまわない。
この発明の第２の実施の形態の液晶表示装置を図１２に基づいて説明する。この実施の形態では、液晶材料として負の誘電率異方性を有するものを用い、かつ電圧印加前の初期の状態での液晶の配向を図１２（ａ）のようにしている。また、電圧印加時には液晶分子１６は図１２（ｂ）のようになる。
【００４４】
このとき、初期配向状態を得るために、配向膜には垂直配向剤を用い、その配向膜を液晶層１を挟持する両基板に塗布した後、配向膜をラビング処理した。ラビング処理した方向は、それぞれの基板で図１２の矢印で示した方向１８である。このときの配向膜上の液晶分子のプレチルト角は約８５°であった。
この状態でも、第１の実施の形態と同様な補償原理で液晶層１にベンド配向した位相板を配置しても良好な黒表示が得られる。
【００４６】
以上の場合は、電圧無印加状態で既にベンド配向となり、かつこの状態で補償して黒表示としているが、勿論この実施の形態でも電圧を印加したところで、光学補償させるような位相板を用いてもかまわない。
つぎに、この発明の参考例２として参考例１の液晶表示装置に用いた位相板の製造方法を図１３ないし図１８に基づいて説明する。参考例１に用いた負の複屈折をもつ光学媒体をハイブリッド配列させた位相板は、配向処理された基板の上のネマティック液晶と高分子の混合物に電界や磁界を印加してネマティック液晶を所定の配列に保ちながら高分子ネットワークを形成した後に、高分子ネットワーク内のネマティック液晶をディスコティック液晶に置換することにより作製することができる。これは、配列制御が困難なディスコティック液晶を、比較的容易に配列制御できるネマティック液晶と置換することにより、所望の配列分布させるものである。より具体的で好ましい作製方法としては、図１３〜図１８に工程図を示した方法がある。
【００４７】
まず、図１３に示すように、例えばセルロース・トリアセテートなどの光学的に等方的なフィルム基材１０１の表面を、ラビングなどにより配向処理する。１０２はラビングロールである。このときフィルム基材１０１の表面にポリイミドなどの配向膜を形成しておいてもよい。
次いで、ネマティック液晶と光重合型の高分子の混合物１０３を、図１４に示すように、ロールコート法により上記フィルム基材１０１の上に塗布する。１０４はロールコータのロールである。混合物１０３は必要により溶媒に溶かしても構わないし、塗布はスピンコートや各種の印刷法を用いてもよい。光重合型の高分子としては紫外線硬化型のアクリル樹脂などを用いることができる。溶剤を用いた場合には、次工程の前に塗布溶液を乾燥させて溶媒をとばしておく。
【００４８】
次に、図１５に示すように、フィルム法線方向に電界または磁界を印加しながら紫外光１０５を照射することにより高分子のネットワーク１０７を形成する。図には電界印加の場合が記してあり、１１１，１１２は電極である。図のように紫外光の照射経路中に電極１１１がある場合には、この電極１１１は紫外光を透過するように透明電極、またはメッシュ状の電極などで構成するのがよい。このとき、混合層１０３の上面はフリー界面となっているので液晶には界面からの束縛がなく、電界や磁界の方向に平行、即ちフィルム法線方向に、ネマティック液晶は液晶分子長軸を整列して並ぶ。一方、混合層１０３の下面では、ネマティック液晶はフィルム基材１０１の表面のアンカリング効果により、所定のチルト角をもって１方向に整列する。この結果、ハイブリッド構造をもった配列が安定化するように高分子のネットワーク１０７が形成される。電界や磁界の強度を変化させれば、このハイブリッド配列の状態を制御でき、高分子ネットワーク１０７の状態を制御できるので、オン補償とオフ補償に対応する位相板を得たり、液晶材料や駆動電圧の違いによる表示セルの特性差に対応した位相板を得ることができる。また、必要に応じて電界や磁界の方向は法線方向から若干ずらしてもかまわない。なお、照射光は高分子がネットワーク形成する波長であれば可視光でもかまわないし、電界と磁界は併用することも可能である。
【００４９】
その後、図１６に示すように、例えばメタノールなどの溶媒１０６に上記フィルムを浸析して、上記のフィルム上に形成された高分子にネマティック液晶が混在したもの１０３からネマティック液晶を除去する。浸析する代わりに、第２の溶媒を上記フィルム上にシャワー状に注いでも同様の結果を得ることができる。次いで、図１７に示すように、例えばトリフェニレン系の化合物やベンゼン環の側鎖として長鎖型あるいは板状の官能基を放射状に配置したベンゼン誘導体などのディスコティック液晶１０８をシリンジ１０９より滴下する。このディスコティック液晶１０８は、ネマティック液晶の抜けた高分子ネットワーク１０７の中に浸入、分散する。高分子ネットワーク１０７には上記ネマティック液晶のハイブリッド構造に対応した異方性を備えているので、ディスコティック液晶１０８にもハイブリッド構造が与えられる。このハイブリッド構造は、上記に述べたように電磁界の印加条件により、高分子ネットワーク１０７の状態を変えて制御することができる。なお、シリンジ１０９やフィルム基材１０１の加熱によりディスコティック液晶１０８の流動性を高めることはプロセス時間短縮のために有効である。滴下の代わりに、ディスコティック液晶１０８の中に上記のフィルムを浸析したり、上記フィルム上にディスコティック液晶１０８をロールコート法や印刷法により塗布してもよい。また、ディスコティック液晶単体を用いる代わりに、ディスコティック液晶１０８を適当な溶媒に溶かしたものを用いて、後に溶媒を除去する方法を用いることもできる。
【００５０】
この後、余分な液晶を除去して図１８に示すように、高分子ネットワーク１０７内にハイブリッド構造をもったディスコティック液晶１０８が分散した光学層１１０がフィルム基材１０１の上に乗った構造の位相板を得ることができる。
ディスコティック液晶１０８の流動性が低く、位相板の物理的安定性が良好な場合は、このまま位相板として用いても構わないが、上記のように形成されたフィルムの他方の面（図１８では上面）に、例えばセルロース・トリアセテートなどの光学的に等方的なフィルムを形成し、ディスコティック液晶１０８を含む層を上下から保護すれば、位相板の安定度が増加する。偏光板や他の位相板を積層する場合には、これらを上側の保護フィルムの代用とすることもできる。ディスコティック液晶１０８の流動性が高い場合には、所定の大きさに裁断の後フィルム側面を封止するのが望ましい。
【００５１】
なお、図１３〜図１８を用いた上記の説明では、光学層１１０を形成する基板として個片に加工されたフィルム基材１０１を用いているが、フィルム基材１０１に代えて位相板、偏光板、または液晶パネルの表面に光学層１１０を形成しても構わない。
さらに、この参考例は図１９に工程概念図を示すように、ロール状のフィルム基材に連続的に位相板を形成するのに特に適している。図では、図１３〜図１８と同じ要素には同じ番号を付けており、説明を省略する。送り出し側のロール１２１から、フィルム基材１０１が連続的に供給され、図１３〜図１８で説明したのと同様のプロセスを経て、受け取り側のロール１２２に巻きとられる。このとき、フィルム基材１０１の表面には、図示しないが光学層１１０が形成されている。この後すぐに、裁断等の加工を行っても構わないし、ロールの形状で他のフィルムと貼合せしてもよい。このように連続生産を行えば生産量が大幅に拡大し、位相板を安価に大量に供給できるという利点が生じる。
この発明の参考例３の位相板の製造方法について説明する。この参考例では、参考例２に示した位相板の製造方法において、末端に反応基が形成されたディスコティック液晶を用いる。これを高分子ネットワーク中に分散させて図１８に示す構造を得た後、ディスコティック液晶相互、および高分子−ディスコティック液晶間で架橋反応させる。架橋反応は、加熱や光照射により生じさせることができる。架橋により安定性の良好な位相板を得ることができる。この場合は、位相板側面を封止する必要はない。また、特に上面（または下面）をキズ等から保護する必要がない場合には、フィルム基材１０１と反対側の保護フィルムを形成しなくてもよい。
【００５２】
この発明の参考例４の位相板の製造方法について説明する。この参考例では、参考例３に示した位相板の製造方法において、高分子材料やディスコティック液晶末端基の選定や、架橋反応条件の設定により、図１８の構造を得た後にディスコティック液晶相互のみに架橋反応を起こさせる。その後、図１６と同様の工程により、光学層１１０の中にある高分子ネットワーク１０７をトルエン等の溶媒により除去すると、光学薄層がディスコティック液晶のみから形成されるようになる。次いで、図１７と同様の工程によりディスコティック液晶を光学薄層内に分散させ、この部分も架橋させる。結果的に得られる位相板は、図１８に示す光学層１１０の高分子がディスコティック液晶に置換され、位相板の光学層１１０全体がディスコティック液晶から形成されたものになる。
【００５３】
参考例２，３の方法で形成された位相板は、高分子ネットワークとディスコティック液晶との間の屈折率差により光の散乱等で偏光状態が変化して、表示特性が劣化することがあるが、当参考例の方法で得られた位相板は均質性がよく、さらに良好な表示特性を得ることができる。
つぎに、この発明の参考例５として第１の実施の形態の液晶表示装置に用いた位相板の製造方法について説明する。すなわち、参考例２から４で説明した製造方法で得られたハイブリッド配列位相板を、ディスコティック液晶の光学軸が垂直になった側を内側にして、２枚の位相板を貼り合わせる。これにより、ベンド配列の位相板を得ることができる。この場合は、ハイブリッド配列位相板の製造時に上面への保護フィルムを形成しなくても、できあがったベンド位相板の両面には保護層が形成されているという利点がある。
【００５５】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の液晶表示装置によれば、正の屈折率異方性と正の誘電率異方性をもつ液晶分子がその動作時にはベンド配列した液晶層に、主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板を積層したので、液晶層の液晶分子の方向と位相板の光学媒体の光学軸方向が対応し、オンまたはオフ状態にある液晶層の光学伝搬特性の視野角依存性を補償して良好な黒表示を行い、液晶表示装置の視野角特性を改善することができる。同時に、液晶の複屈折と液晶層の厚みの積を７９０〜１１９０ｎｍの間に設定することにより、液晶表示装置の正面輝度を高くし、かつ白表示の視野角による色相変化を少なくするという効果を有する。
【００５６】
請求項２では、液晶の誘電率異方性を１０以上に設定することで、動作時のベンド配向転移を容易にすると同時に、動作電圧を低くするという効果を有する。
請求項３では、液晶層の厚みを６μｍ以下にすることで、液晶層の厚みを従来のＴＮ並まで薄くすることができ、その結果液晶層内の電界強度が強まるため、動作時のベンド配向転移を容易にすると同時に、動作電圧を低くするという効果を有する。
【００５８】
この発明の請求項４記載の液晶表示装置によれば、正の屈折率異方性と負の誘電率異方性をもつ液晶分子がベンド配列した液晶層に、主軸がベンド配列した負の屈折率異方性をもつ光学媒体よりなる位相板を積層したので、請求項１と同様にオンまたはオフ状態にある液晶層の光学伝搬特性の視野角依存性を補償して良好な黒表示を行い、液晶表示装置の視野角特性を改善するという効果を有する同時に、電圧印加前の状態から安定なベンド配向存在する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の参考例１の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】  この発明の参考例１の液晶表示装置の光学部材の配置方向を示す平面図である。
【図３】  この発明の参考例１の液晶表示装置の液晶層における液晶の電圧印加時の配列状態を模式的に示す断面図である。
【図４】  この発明の参考例１の液晶表示装置の液晶層における液晶の電圧無印加時の配列状態を模式的に示す断面図である。
【図５】  この発明の参考例１の位相板における光学媒体の配列状態を模式的に示す断面図である。
【図６】  この発明の参考例１における液晶層と位相板の分子および光学軸の配列関係を模式的に示す断面図である。
【図７】  この発明の参考例１の液晶表示装置の白表示輝度と黒表示輝度の視野角依存性を示す特性図である。
【図８】  この発明の参考例１の液晶表示装置の白表示輝度と液晶層のΔｎ×ｄとの関係を示す特性図である。
【図９】  この発明の参考例１の液晶表示装置の平均色差と液晶層のΔｎ×ｄとの関係を示す特性図である。
【図１０】  この発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１１】  この発明の第１の実施の形態の液晶表示装置における液晶層と位相板の分子および光学軸の配列関係を模式的に示す断面図である。
【図１２】  この発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の液晶層における液晶の配列状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】  この発明の参考例２の位相板の製造方法においてフィルム基材表面を配向処理する工程説明図である。
【図１４】  図１３の次工程でネマティック液晶と光重合型の高分子の混合物を塗布する工程説明図である。
【図１５】  図１４の次工程で高分子ネットワークを形成する工程説明図である。
【図１６】  図１５の次工程でネマティック液晶を除去する工程説明図である。
【図１７】  図１６の次工程でディスコティック液晶を滴下する工程説明図である。
【図１８】  図１７の次工程で高分子ネットワーク内にディスコティック液晶が分散した光学層が形成された状態の工程説明図である。
【図１９】  この発明の参考例２の位相板の製造方法の別の例の工程図である。
【符号の説明】
１  液晶層
２，３  電極
４，５  基板
６，７  位相板
８，９  偏光板
１０  バックライト
１１  液晶分子の光軸の正射影
１２，１３  負の光学媒体の光軸の正射影
１４，１５  偏光板の偏光軸
１６  液晶分子
１７  負の光学媒体
１８  ラビング方向
１０１  フィルム基材
１０２  ラビングロール
１０３  ネマティック液晶と高分子の混合物
１０４  ロールコータのロール
１０５  紫外光
１０６  溶媒
１０７  高分子ネットワーク
１０８  ディスコティック液晶
１０９  シリンジ
１１０  光学層
１２１，１２２  ロール
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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