(57)【要約】【課題】黒表示における斜め視角方向での光漏れが抑制された視野角の広い液晶表示素子を提供する。【解決手段】垂直配向型液晶セル１を挟んでその表示の観察側となる表側と裏側に、第１、第２液晶補償フィルム２ａ、２ｂが夫々配置され、これらを挟んでその表裏両側に第１、第２円偏光用位相差板３ａ、３ｂが夫々配置され、さらにこれらを挟んでその表裏両側に、第１、第２偏光板５ａ、５ｂが各透過軸５１ａ、５１ｂを互いに直交させると共に対応する側の前記第１、第２円偏光用位相差板３ａ、３ｂの各遅相軸３１ａ、３１ｂに４５°で交差させて配置され、第１偏光板５ａと第１円偏光位相差板３ａの間に、視野角補償用の二軸性位相差板４がその遅相軸４１を第１偏光板５ａの透過軸５１ａに平行に位置させて配置されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された一対の透明基板間に液晶を封入してなる液晶セルと、
互いに直交する透過軸と吸収軸を備え、前記液晶セルの表示を観察する表側に配置された第１偏光板と、
互いに直交する透過軸と吸収軸を備え、前記透過軸を前記第１偏光板の透過軸と直交させて前記液晶セルの裏側に配置された第２偏光板と、
互いに直交する遅相軸と進相軸を備え、前記遅相軸を前記第１偏光板の透過軸又は吸収軸に平行に位置させて前記表偏光板と前記液晶セル間に配置された視野角補償用位相差板とを、有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶セルを挟んでその表裏両側には、前記液晶セルの位相差を補償するための第１、第２液晶補償フィルムが夫々配置され、
さらに、前記液晶セルとその両側に夫々配置された液晶補償フィルムを挟んでその表裏両側に、１／４波長の位相差を備える第１、第２円偏光用位相差板が夫々配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記液晶セルは、電界が作用していない初期状態において液晶分子が一対の透明基板面に対し実質的に垂直な方向に配向している垂直配向型液晶セルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記視野角補償用位相差板の面内位相差が１００ｎｍ〜４００ｎｍで、その面内方向の互いに直交する方向と厚さ方向の各屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、
−０．５≦Ｎｚ＝（ｎｚ−ｎｘ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦１．０
の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記視野角補償用位相差板の面内位相差が２８０±２０ｎｍでその前記Ｎｚ値が０．３５±０．１５であり、前記第１、第２円偏光用位相差板の面内位相差が共に１４０±２０ｎｍ、前記第１、第２液晶補償フィルムの位相差が共に−１２０±２０ｎｍ、及び、前記液晶セルのΔｎ・ｄが３６０±２０ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一対の偏光板をクロスニコル配置した液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶セルを挟んでその表裏両側に配置する一対の偏光板は、通常、夫々の透過軸を互いに直交させて配置（クロスニコル配置）される（例えば特許文献１参照）。このように一対の偏光板をクロスニコル配置した液晶表示素子においては、入射側の偏光板を透過した光が間に配置される液晶層等で複屈折作用を受けることなく実質的に入射したままの偏光状態で出射する場合に、出射側つまり観察側の偏光板により吸収されて黒表示がなされる。
【特許文献１】特開平８−１５６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、上述の液晶表示素子においては、その正面方向（表示面に対して垂直方向）では光漏れの無い良好な黒表示が得られるが、視角を正面方向から傾けるに従って徐々に光漏れが多くなり良好な黒表示を得ることができない、つまり視野角が狭い、という問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、黒表示における斜め視角方向での光漏れが有効に抑制された視野角の広い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】
【０００５】
本発明の請求項１に記載の液晶表示素子は、平行に配置された一対の透明基板間に液晶を封入してなる液晶セルと、互いに直交する透過軸と吸収軸を備え、前記液晶セルの表示を観察する表側に配置された第１偏光板と、互いに直交する透過軸と吸収軸を備え、前記透過軸を前記第１偏光板の透過軸と直交させて前記液晶セルの裏側に配置された第２偏光板と、互いに直交する遅相軸と進相軸を備え、前記遅相軸を前記第１偏光板の透過軸又は吸収軸に平行に位置させて前記表偏光板と前記液晶セル間に配置された視野角補償用位相差板とを、有することを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に記載の液晶表示素子は、請求項１に記載の液晶表示素子において、前記液晶セルを挟んでその表裏両側に、前記液晶セルの位相差を補償するための第１、第２液晶補償フィルムが夫々配置され、さらに、前記液晶セルとその両側に夫々配置された液晶補償フィルムを挟んでその表裏両側に、１／４波長の位相差を備える第１、第２円偏光用位相差板が夫々配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３に記載の液晶表示素子は、請求項１又は請求項２の液晶表示素子において、前記液晶セルが、電界が作用していない初期状態において液晶分子が一方の透明基板側から他方の透明基板側へ透明基板に対し実質的に直角の方向に配向した垂直配向型液晶セルであることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４に記載の液晶表示素子は、請求項３に記載の液晶表示素子において、前記視野角補償用位相差板の面内位相差が１００ｎｍ〜４００ｎｍで、その面内方向の互いに直交する方向と厚さ方向の各屈折率をｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、
−０．５≦Ｎｚ＝（ｎｚ−ｎｘ）／（ｎｘ−ｎｙ）≦１．０
の関係を満たすことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項５に記載の液晶表示素子は、請求項３に記載の液晶表示素子において、前記視野角補償用位相差板の面内位相差が２８０±２０ｎｍでその前記Ｎｚ値が０．３５±０．０５であり、前記第１、第２円偏光用位相差板の面内位相差が共に１４０±２０ｎｍ、前記第１、第２液晶補償フィルムの位相差が共に−１２０±２０ｎｍ、及び、前記液晶セルの位相差が３６０±２０ｎｍであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液晶表示素子によれば、視野角の広い液晶表示素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態としての液晶表示素子を示す模式的断面図で、図２はその分解斜視図である。
【００１２】
本実施形態の液晶表示素子は、液晶セル１の表示の観察側となる表側に、第１液晶補償フィルム２ａ、第１円偏光用位相差板３ａ、視野角補償用位相差板４、及び第１偏光板５ａが順次重畳設置され、液晶セル１の裏側に、第２液晶補償フィルム２ｂ、第２円偏光用位相差板３ｂ、及び第２偏光板５ｂが順次重畳設置されてなる。
【００１３】
液晶セル１は、一対の平行なガラス基板１１、１２間に挟持された液晶層の液晶分子が、電界が作用していない初期状態において一方のガラス基板１１及びガラス基板１２側の基板面に対して実質的に垂直な方向に配向した、垂直配向型液晶セルである。この垂直配向型液晶セル１は、初期状態での基板に平行な平面内における屈折率異方性は略０であるから、層厚方向の屈折率が面内方向の屈折率よりも大きい光学的に正の屈折率楕円体とみなされる。すなわち、初期状態においては、この液晶セルの法線の方向に進む光に対するリタデーションの値は、実質的に０である。本実施形態の垂直配向型液晶セル１のリタデーションの値を表す液晶材料の屈折率異方性Δｎと層厚ｄとの積Δｎ・ｄは、３６０±２０ｎｍ（電界が印加され液晶分子が基板面と実質的に平行に倒伏した状態）である。
【００１４】
第１、第２液晶補償フィルム２ａ、２ｂは、黒表示における斜め視角方向での光漏れの原因となる液晶セル１の残留リタデーションを補償するために設置されている。垂直配向型液晶セル１は上述したように正の屈折率楕円体とみなせるから、この液晶セル１の残留リタデーションを補償するために、第１、第２液晶補償フィルム２ａ、２ｂとして屈折率楕円体が負の光学フィルムを用いる。本実施形態の第１、第２液晶補償フィルム２ａ、２ｂのリタデーションは、夫々、−１２０±２０ｎｍに設定されている。
【００１５】
第１、第２円偏光用位相差板３ａ、３ｂは、面内位相差（リタデーション）が１４０±２０ｎｍの１／４波長板で、且つ、その面内で互いに直交する方向における屈折率をｎｘ、ｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚとした場合に、
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）  ・・・  （１）
で表されるＮｚ値が１．０、つまりｎｙ＝ｎｚの一軸性位相差板である。これら第１、第２円偏光用位相差板３ａ、３ｂは、図２に示すように、夫々の遅相軸３１ａ、３１ｂを対応する第１、第２偏光板５ａ、５ｂの透過軸５１ａ、５１ｂに対し４５±５°で交差させて配置することにより円偏光板を構成する。
【００１６】
第１、第２偏光板５ａ、５ｂは、夫々、互い直交する透過軸５１ａと吸収軸５２ａ及び透過軸５１ａと吸収軸５１ｂとを備え、夫々の透過軸５１ａ、５１ｂを互いに直交させて配置されている。
【００１７】
そして、視野角補償用位相差板４は、面内位相差が１００〜４００ｎｍで且つ上記（１）式で定義されるＮｚ値が−０．５〜１．０の範囲内に設定され、黒表示における斜め視角方向での光漏れを抑制し視野角を拡げるために設けられる位相差板であり、その遅相軸４１を隣接する第１偏光板５ａの透過軸５１ａに平行に位置させて配置されている。本実施形態では、面内位相差が２８０±２０ｎｍ、Ｎｚ値が０．３５±０．１５に設定されている。
【００１８】
ここで、本実施形態の液晶表示素子における各光学軸の配置構成について図２に基づきより具体的に説明すると、本液晶表示素子の表示面の水平方向に沿った中心線（以下、水平線という）をｈとした場合に、第１偏光板５ａの透過軸５１ａを前記水平線ｈに平行（交差角度が０度）に位置させてある。したがって、視野角補償用位相差板４の遅相軸４１も水平線ｈに平行で、第１円偏光用位相差板３ａの遅相軸３１ａは水平線ｈに対し１３５±５°で交差し、第２円偏光用位相差板３ｂの遅相軸３１ｂは水平線ｈに対し４５±５°で交差し、第２偏光板５ｂの透過軸５１ｂは水平線ｈに対し９０±５°で交差している。
【００１９】
以上のように構成された本実施形態の液晶表示素子によれば、一対の第１、第２液晶補償フィルム２ａ、２ｂにより液晶分子が垂直配向した液晶セル１の残留リタデーションが補償されて黒表示における斜め視角からの光漏れが防止され、一対の第１、第２円偏光用位相差板３ａ、３ｂにより白表示における光透過率を向上させることができ、且つ、視野角補償位相差板４により、第１、第２円偏光用位相差板３ａ、３ｂを介することにより発生する黒表示における斜め視角方向からの光漏れが防止される。
【００２０】
その結果、黒表示における斜め視角方向における光漏れが確実に防止され、コントラスト比が正面方向だけでなく斜め視角方向においても高い高視野角の垂直配向型液晶表示素子が得られる。
【００２１】
次に、本実施形態の垂直配向型液晶表示素子による上述の効果を確認するために行った実験の結果について、図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）の視野角特性図に基づき説明する。この効果確認実験においては、比較例として、上記視野角補償位相差板４を設けないだけでその他の構成は上記実施形態と同じである垂直配向型液晶表示素子を用いた。
【００２２】
図３（ａ）は、比較例としての液晶表示素子における黒表示での斜め視角からの光漏れを示しており、光漏れの割合が最大（０．０４以上）になる領域が、第１円偏光用位相差板３ａの遅相軸３１ａの延在方向に対応する方位つまり方位角が１３５°と３１５°の各方位近傍と、第２円偏光用位相差板３ｂの遅相軸３１ｂの延在方向に対応する方位つまり方位角が４５°と２２５°の各方位近傍において、視角を正面方向から６０°以上に傾けた場合に発生している。
【００２３】
これに対して、本実施形態の液晶表示素子では、図３（ｂ）に示すように、全視野角範囲にわたり、光漏れの割合が最大で０．００４７であり、０．０４以上は勿論０．０２以上になる領域も発生していない。
【００２４】
また、図４（ａ）は、比較例の液晶表示素子における視角に対するコントラストの変化を示しており、方位角が０°、９０°、１８０°、２７０°の各方位近傍で、視角を５７°以上に傾けると、コントラスト比が１０以下の低表示品質領域が発生している。
【００２５】
これに対して、本実施形態の液晶表示素子による場合、コントラスト比が１０以下の低表示品質領域は全視野角範囲にわたり発生しておらず、全方位における視角５０°以内の視野角範囲で４０以上のコントラスト比が確保されている。
【００２６】
以上のように、本実施形態の液晶表示素子では、表示の観察側の第１偏光板５ａと第１円偏光用位相差板３ａの間に視野角補償用の二軸性位相差板４をその遅相軸４１を第１偏光板５ａの透過軸５１ａに平行に位置させて配置したから、垂直配向型液晶表示素子の全視野角範囲において、黒表示における光漏れが解消され、コントラスト比が１０以下となる低表示品質領域の発生が防止される。
【００２７】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、液晶セルがツイステッドネマチック型液晶セル等の垂直配向型以外の液晶セルである場合も、本発明を有効に適用することができる。この場合、クロスニコル配置した一対の偏光板間に配置する位相差板、光学補償フィルム等の光学部材の数やそれらの組合せ及びリタデーション値や光学軸の配置等の光学的諸条件を最適設定することにより、上記実施形態と同様に、黒表示における斜め視角方向での光漏れが解消された視野角の広い液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態としての液晶表示素子を示す模式的断面図である。
【図２】上記液晶表示素子における各種光学軸の配置構成を示す分解斜視図である。
【図３】視角に応じた黒表示における光漏れの分布特性を示す視野角図で、（ａ）は比較例としての液晶表示素子による特性を示し、（ｂ）は上記液晶表示素子による特性を示している。
【図４】視角に応じたコントラスト比の分布特性を示す視野角図で、（ａ）は比較例による特性を示し、（ｂ）上記液晶表示素子による特性を示している。
【符号の説明】
【００２９】
１                            液晶セル
２ａ                          第１液晶補償フィルム
２ｂ                          第２液晶補償フィルム
３ａ                          第１円偏光用位相差板
３１ａ                        遅相軸
３ｂ                          第２円偏光用位相差板
３１ｂ                        遅相軸
４                            視野角補償用位相差板
４１                          遅相軸
５ａ                          第１偏光板
５１ａ                        透過軸
５ｂ                          第２偏光板
５１ｂ                        透過軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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