(57)【要約】【課題】高デューティ駆動時の表示画像のコントラスト比の低下を抑制した液晶表示素子を提供する。【解決手段】液晶表示素子１は、表面が垂直配向処理された一対の基板に挟持され、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層を備えた液晶セル２と、液晶セル２を挟持し、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が９０°±５°になるように配置された一対の偏光板３、４とを有する。偏光板３、４の少なくとも一方と液晶セル２との間には、互いに異なる光学軸を有する少なくとも二層の位相差フィルムからなる層構造５が設けられている。層構造５のリタデーション値は、０ｎｍより大きくて６０ｎｍ以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面がそれぞれ垂直配向処理された一対の基板に挟持され、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層を備えた液晶セルと、
前記液晶セルを挟持し、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が９０°±５°になるように配置された一対の偏光板とを有する液晶表示素子において、
前記一対の偏光板の少なくとも一方と前記液晶セルとの間に、互いに異なる光学軸を有する少なくとも二層の位相差フィルムからなる層構造が設けられていて、
前記層構造を構成する前記位相差フィルムの光学軸の方向は、前記液晶層に電圧を印加したときに前記液晶の分子が倒れ始める方向に対し略直交または略平行であって、該直交となる方向に配置された前記位相差フィルムのリタデーション値の合計値Ｘは、該平行となる方向に配置された前記位相差フィルムのリタデーション値の合計値Ｙより大きいことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記位相差フィルムは、一軸性の位相差フィルムであ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Ｘと前記Ｙとの差は、０ｎｍより大きくて６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記直交となる方向に配置された前記位相差フィルムの光学軸と、前記一対の偏光板の内でより近接する偏光板の吸収軸とのなす角度が、４０°±５°であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記液晶セルの非点灯部分に遮光部材を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記液晶表示素子はパッシブマトリクス型の液晶表示素子である請求項１〜５のいずれか一項に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】
一般に、透過型の液晶表示素子は、所定の方向に配向した数μｍ程度の極薄い液晶層と、この液晶層を挟持する透明な一対の薄い基板と、さらに、この基板を挟持して偏光子および検光子を構成する一対の偏光板とを有する。ここで、液晶層が設けられる側の基板面には、所定の形状にパターニングされた電極が形成されている。そして、この電極を介して液晶層に電圧を印加すると、液晶の配向が変化して、液晶表示素子を透過する光の量または波長が変わる。これにより、所望の表示を行うことが可能となる。
【０００３】
このように、液晶表示素子は、比較的単純な構造からなっている。また、構成部材の選択によって薄型化および軽量化が容易であり、また、低電圧での駆動も可能であることから、近年では、民生用のみならず車載用の表示素子としても盛んに利用されている。
【０００４】
ところで、液晶表示素子は、液晶層の初期配向状態並びに電圧印加時の動作状態および配向状態などから、いくつかのモードに分類される。例えば、液晶テレビや、自動車などの車両のインストルメントパネルなどいわゆる車載用に利用される液晶表示素子には、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが用いられる（例えば、特許文献１および２参照。）。ＶＡモードは、正面から見たときのコントラスト比が高く、また、視野角が広いことから、視認性に優れたモードである。
【０００５】
ＶＡモードは、一対の基板間に、初期配向状態が基板と概ね垂直（垂直配向）な負の誘電率異方性（Δε）を有する液晶層を挟持し、さらに、この基板を、通常はクロスニコルを構成するように配置した一対の偏光板で挟持することによって構成される。そして、基板面に形成された電極を介して液晶層に電圧を印加すると、液晶の配向が変化して、液晶層が電界に対して垂直、すなわち、液晶の配向方向が基板と平行になる。これにより、電圧を印加した部分と印加していない部分とで、液晶の屈折率異方性（Δｎ）と液晶層厚（ｄ）との積（Δｎ・ｄ）によって定まる光の透過特性、特に、色味に違いが生じる。この違いを利用することによって、所望の表示を行うことができる。
【０００６】
ところで、液晶の配向変化には、液晶の初期配向状態が密接に関わっている。ここで、液晶の初期配向状態は、上記したように概ね垂直に形成される。つまり、液晶は、完全な垂直配向状態をとらない場合が多い。完全な垂直配向になってしまうと、電圧を印加した際に液晶の配向が変化する方向が定まらず、表示素子内で均一な配向変化を行うことが困難となるためである。
【０００７】
したがって、垂直配向型の液晶表示素子では、液晶の配向変化を均一なものとするために、所望の配向変化の方向と一致するような若干の水平配向性を、基板表面の垂直配向性に加味している。具体的には、まず、液晶層を挟持する一対の基板表面に、垂直配向性の配向層を設ける。これにより、基板上での液晶層の垂直配向性を確保できる。次いで、例えば、所望の方向に適当な強度でのラビング処理を施す。すると、垂直配向性の基板表面に水平配向性を加味することができる。
【０００８】
このように、垂直配向性を確保しつつ、水平配向性を若干加味することによって、液晶層の動作方向を定めることができる。このとき、液晶層の初期配向状態は、基板に挟持される液晶層の厚み方向から若干傾斜して、すなわち、プレチルト角を有して垂直配向することになる。その結果、電圧印加時には、液晶は、初期の概ね垂直な状態からラビング方向であるプレチルト角の形成方向に傾斜を強め、ひいては、水平状態まで配向変化動作をする。
【０００９】
ＶＡモードにおいては、液晶は、上記のように、垂直配向から基板と平行になるように動作するのみである。すなわち、一般に、液晶層に旋光性は不要であり、他の液晶モードである、ツイストネマティック（ＴＮ）モードやスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）モードのように、コレステリック液晶や、カイラル剤とネマティック液晶とからなるツイストネマティック液晶は使用されない。ＶＡモードの場合、通常は、上記のような配向処理の施された基板によって、負の誘電異方性を有するネマティック液晶を挟持する構成がとられる。そして、電圧無印加時には、液晶層がそれを挟持する一対の基板に対して略垂直に配向しているので、液晶セルの法線方向に平行な視角方向については、良好な黒表示が得られ、高いコントラスト比の画像表示が実現できる。
【００１０】
しかし、液晶の配向変化、特に、電圧の印加によって引き起こされる液晶の配向変化により生じる液晶表示素子の透過率の変化においては問題がある。詳しくは、電圧印加に対する液晶表示素子の透過率変化が緩慢となる。特に、電圧印加により液晶が配向変化を開始して液晶表示素子の透過率が急速に変化し始める、いわゆる立ち上がり特性が緩やかであって、液晶表示素子の電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性が十分ではない。
【００１１】
このようなＶＡモードを単純マトリックス駆動の液晶表示素子に適用すると、その問題はより明確になる。
【００１２】
近年、液晶表示素子には、表示情報量の増大や、より高精細の表示が求められようになっている。しかし、かかる要求に応えるためには、高密度の表示が必要であり、マトリックス駆動の液晶表示素子においては、より高デューティでの駆動が必要となる。
【００１３】
マトリックス駆動の液晶表示素子において、高デューティ駆動を行おうとする場合、ＯＮ表示を行うためのＯＮ電圧と、ＯＦＦ表示を行うためのＯＦＦ電圧との差は、より小さくなる。すなわち、ＯＮ電圧とＯＦＦ電圧の差は、高デューティ駆動であるほど十分に確保できなくなる。それ故、マトリックス駆動の液晶表示素子にＶＡモードを適用しようとすると、電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性が十分ではないために、ＯＮ電圧とＯＦＦ電圧の差が不十分となって、十分なＯＮ透過率がとれなかったり、十分に低いＯＦＦ透過率が実現できなかったりする。その結果、液晶表示素子におけるコントラスト比の低下を招く。特に、高デューティ駆動時には、コントラスト比は激減してしまう。
【００１４】
このように、ＶＡモードでは、一定以上のデューティ駆動時において、表示画像のコントラスト比が低下し、また、これによって表示性能が低下するという問題があった。
【００１５】
そこで、ＶＡモードにおける電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性の不足を改善する方法として、所定のリタデーション値を具備した一軸性のリタデーションフィルムを液晶セルの外部に設ける方法が特許文献１に開示されている。
【００１６】
【特許文献１】特開平１０−１９７８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１に記載の方法は、ＶＡモードにおける電圧―透過率特性における立ち上がり特性の改善に有効であるものの、必要な一軸性リタデーションフィルムのリタデーション値が５ｎｍ〜１００ｎｍであり、さらに効果的なリタデーション値の範囲が２０ｎｍ〜５０ｎｍとされており、非常に小さなリタデーション値を有する位相差フィルムの使用が必須となる。しかしながら、こうした小さな値のリタデーション値を均一に備えた一軸性のリタデーションフィルムの製造は困難であり、これを用いたＶＡモードなどの液晶表示素子の提供は実質的な困難を伴う。
【００１８】
また、かかる特性を実現した一軸性リタデーションフィルムを製造できても、現状ではそれは非常に高価なものとなり、それを使用したＶＡモード等の液晶表示素子の高コスト化を招くことになってしまう。
【００１９】
さらに、特許文献１のように、ＶＡモードの電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性の不足を改善するため、所定のリタデーション値を具備した一軸性のリタデーションフィルムを液晶セルの外部に設ける場合、電圧の印加により非常に低い透過率の領域を構成することができる。しかし、その一方では、リタデーションフィルムの影響により電圧無印加時の透過率の増大が発生する。その結果、所定の電圧が印加されて形成されるＯＦＦ表示領域（低透過率領域）の透過率と、電圧が印加されない背景表示領域の透過率との間に差異が生じ、表示の均一性が著しく損なわれることがある。
【００２０】
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＶＡモード液晶表示素子で見られたような高デューティ駆動時の表示画像のコントラスト比の低下を抑制した新規な液晶表示素子の提供にある。より具体的には、比較的製造が容易な新規な層構造を設けることにより、電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性が改善され、高コントラスト比が実現された、新規な垂直配向型の液晶表示素子を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、表面がそれぞれ垂直配向処理された一対の基板に挟持され、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層を備えた液晶セルと、
前記液晶セルを挟持し、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が９０°±５°になるように配置された一対の偏光板とを有する液晶表示素子において、
前記一対の偏光板の少なくとも一方と前記液晶セルとの間に、互いに異なる光学軸を有する少なくとも二層の位相差フィルムからなる層構造が設けられていて、
前記層構造を構成する前記位相差フィルムの光学軸の方向は、前記液晶層に電圧を印加したときに前記液晶の分子が倒れ始める方向に対し略直交または略平行であって、該直交となる方向に配置された前記位相差フィルムのリタデーション値の合計値Ｘは、該平行となる方向に配置された前記位相差フィルムのリタデーション値の合計値Ｙより大きいことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明において、前記位相差フィルムは、一軸性の位相差フィルムとすることができる。
【００２４】
本発明において、前記前記Ｘと前記Ｙとの差は、０ｎｍより大きくて６０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
本発明において、前記直交となる方向に配置された前記位相差フィルムの光学軸と、前記一対の偏光板の内でより近接する偏光板の吸収軸とのなす角度は、４０°±５°であることが好ましい。
【００２６】
本発明において、前記液晶セルの非点灯部分には、遮光部材が設けられていることが好ましい。
【００２７】
本発明において、前記液晶表示素子はパッシブマトリクス型の液晶表示素子とすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、垂直配向型の液晶表示素子において、電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性を改善し、高デューティ駆動時においても高コントラスト比を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における液晶表示素子の特徴的な部分を説明するための模式的な分解斜視図である。また、図１は、液晶表示素子の構造と光学仕様を説明するための模式的な構成図でもある。
【００３０】
本実施の形態における液晶表示素子１は、図１（ａ）に示すように、液晶セル２と、液晶セル２を挟持し、一方の偏光板の吸収軸と他方の偏光板の吸収軸との交差角が９０°±５°になるように配置された一対の偏光板３および偏光板４と、偏光板３と液晶セル２との間に設けられて所定のリタデーション値＝Δｎ・ｄ2（Δｎは屈折率異方性、ｄ2は層厚）を有する層構造５とからなる。層構造５は、後に詳述するが、互いに異なる光学軸を有する２枚の位相差フィルムより構成されている。層構造５全体としてのリタデーション値は、０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下であり、いわゆる微小な位相差を実現している。尚、層構造５全体としてのリタデーション値についても後述する。
【００３１】
偏光板３および偏光板４の配置の詳細仕様を、図１（ｂ）と（ｅ）に示す。これらの図において、矢印は、偏光板の吸収軸の方位を示す。また、付記される数字は、偏光板３，４の吸収軸の設置角度を示す。この場合、図の水平方向は、液晶表示素子の正面左右方向に対応しており、この方向を基準として反時計回りを正方向としている。
【００３２】
液晶セル２は、負の誘電異方性を有する液晶からなる液晶層（図示せず）を、一対の基板（図示せず）で挟持して構成される。これらの基板の表面には、それぞれ、液晶が所定角度のプレチルト角を有して垂直配向するような配向処理が施されている。
【００３３】
図１（ｄ）は、液晶セル２における液晶層のプレチルト角の形成方向を示している。実線の矢印は、視認者側であるＦ側基板表面における液晶層の垂直配向のプレチルト角の形成方向を示す。また、点線の矢印は、反視認者側であるＲ側基板表面における液晶層の垂直配向のプレチルト角の形成方向を示している。図１（ｄ）にあるように、Ｆ、Ｒ両基板表面の垂直配向におけるプレチルト角の形成方向は、概ね同一な方向であって、いわゆる平行配向の状態となっている。
【００３４】
このような液晶の配向状態は、垂直配向性の配向層を設けることによって垂直配向処理されたＦ，Ｒ両基板に対し、適当な強度のアンチパララビング処理を施すことにより達成できる。また、層構造５は、複数の位相差フィルムを積層して構成される。図１（ｃ）において、矢印は、複数の位相差フィルムを積層して構成された層構造５全体としての光学軸の方位を示す。層構造５全体としての光学軸の方位は、液晶層に電圧を印加したときに液晶の分子が倒れ始める方向に対して直交となる方向に配置された位相差フィルムの光学軸と一致している。また、付記される数字は、層構造５全体としての光学軸の設置角度を示す。尚、図の水平方向、すなわち、液晶表示素子の正面左右方向を基準として、反時計回りを正方向としている。
【００３５】
次に、層構造５の構造、特にその形成方法について、模式的な図を用いて説明する。
【００３６】
図２は、本実施の形態における液晶表示素子の液晶セルと偏光板との間に設けられた層構造の構造と形成方法について説明する模式図である。
【００３７】
図２（ａ）は、本実施の形態における液晶表示素子が具備する層構造５を、二枚の通常範囲のリタデーション値を有する位相差フィルム１１、１２を用いて構成する方法を説明する模式図である。図２（ａ）において、位相差フィルム１１、１２上の矢印は、それぞれの光学軸の方位を示す。そして、付記される数字は、図の水平方向である、液晶表示素子の正面左右方向を基準とし、反時計回りを正方向として評価した位相差フィルムの光学軸の設置角度を示す。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、通常範囲のリタデーション値＝Ｘｎｍを有する位相差フィルム１１と、通常範囲のリタデーション値＝Ｙｎｍを有する位相差フィルム１２とを、設置角度を維持したまま積層することにより、層構造５を構成することができる。ここで、通常範囲のリタデーション値とは、本願明細書における非常に小さなリタデーション値を指すものではなく、比較的製造が容易である大きさのリタデーション値を言う。位相差フィルム１１、１２には、一軸性の位相差フィルムを用いることができる。尚、図１を参照して、液晶層に電圧を印加した場合、液晶の分子が倒れ始める方向は、紙面の上下方向であり、図２において、層構造５全体としての光学軸の方位は、紙面の左右方向となる。
【００３９】
図２（ａ）に示す方法によって得られる層構造５のリタデーション値は、積層される位相差フィルム１１と１２のリタデーション値ＸとＹの差（Ｘ−Ｙｎｍ）に等しくなる。したがって、この方法によれば、製造が容易で入手も容易な二枚のリタデーションフィルムから、所望のリタデーション値を有する微小位相差の層構造５を構成することができる。
【００４０】
尚、層構造５を構成する方法は、上記の二枚の位相差フィルム１１，１２から構成する方法のみによるものではない。製造容易で入手容易な通常範囲のリタデーション値を備えた複数枚の位相差フィルムを、上記と同様に積層して構成することも可能である。
【００４１】
例えば、図２（ｂ）は、製造容易で入手容易な通常範囲のリタデーション値を備えた４枚のリタデーションフィルムから、所望のリタデーション値を有する微小位相差の層構造５を構成する方法を示す図である。
【００４２】
図２（ｂ）に示すように、通常範囲のリタデーション値＝Ｘ1ｎｍを有する位相差フィルム２１と、通常範囲のリタデーション値＝Ｙ1ｎｍを有する位相差フィルム２２と、通常範囲のリタデーション値＝Ｘ2ｎｍを有する位相差フィルム２３と、通常範囲のリタデーション値＝Ｙ2ｎｍを有する位相差フィルム２４とを、設置角度を維持したまま順次積層することによって、層構造２５を構成することができる。このとき、層構造２５のリタデーション値は、積層される位相差フィルム２１と２２と２３と２４のリタデーション値から、式
｛（Ｘ1＋Ｘ2）−（Ｙ1＋Ｙ2）｝
にしたがって算出される。
【００４３】
図２（ｂ）の方法によれば、製造容易で入手容易な通常範囲のリタデーション値を備えた４枚のリタデーションフィルムから、所望とする微小なリタデーション値を有する微小位相差の層構造２５を構成することができる。また、層構造２５を上記の層構造５と置換し、図１（ａ）と同様の液晶セルや偏光板の対とともに使用することにより、本実施の形態における別の液晶表示素子を提供することができる。
【００４４】
次に、本実施の形態における液晶表示素子の特性を評価し、対応する従来のＶＡモード液晶表示素子の特性と比較した。
【００４５】
まず、評価対象となる液晶表示素子１について、その製造方法の一例を説明する。
【００４６】
液晶表示素子１の構造については、図１を用いて既に説明した通りである。
【００４７】
図１（ｂ）において、視認者側である偏光板３に示された矢印は、偏光板３の吸収軸の方向を示す。また、図１（ｅ）において、反視認者側である偏光板４に示された矢印は、偏光板４の吸収軸の方向を示している。
【００４８】
また、図１（ｄ）で、液晶セル２に示された実線の矢印は、液晶層を挟持する視認者側のＦ基板（図示せず）における液晶配向処理の方向であり、具体的には、この基板上に設けられた垂直配向膜に対するラビングの方向を示す。同様に、液晶セル２に示された点線の矢印は、液晶層を挟持する反視認者側のＲ基板（図示せず）における液晶配向処理の方向であり、具体的には、この基板上に設けられた垂直配向膜に対するラビングの方向を示す。
【００４９】
電圧を印加すると、液晶は、垂直配向の状態から、矢印と平行な方向に配向を変化させる。すなわち、電圧を印加したときに、液晶の分子が倒れ始める方向は、矢印と平行な方向、つまり、紙面の上下方向となり、この上下方向において配向が変化する。
【００５０】
液晶表示素子１の製造工程では、まず、一対のガラス基板の上に、所望の画像表示ができるようにパターニングされた電極層が設けられる。電極層は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）電極とすることができる。
【００５１】
次いで、ガラス基板の上に、電極層を被覆するようにして絶縁膜を設ける。絶縁膜は、例えば、ゾル−ゲル法によって形成されたＳｉＯ２−ＴｉＯ２からなる膜とすることができる。
【００５２】
次に、液晶層において、液晶が初期配向状態として垂直に配向するように配向膜を形成する。例えば、ＪＳＲ株式会社製の配向膜材料（商品名：ＪＡＬＳ−２０２１）をフレキソ印刷法にて成膜し、基板を１８０℃で焼成することによって、厚さ６００Å程度の配向膜を形成することができる。次いで、配向膜の表面にラビング処理を施して、プレチルト角を形成し、上記した電界印加時の液晶の動作方向を定める。このとき、プレチルト角は液晶層の厚み方向すなわち、液晶表示素子の法線方向を基準として０度と表記した場合に、０．５度とするが、０度より大きく５度以下とすることがＯＦＦ透過率を低く維持するために望ましい。
【００５３】
次に、配向膜の形成工程までを終えた基板によって、液晶層を挟み込む。液晶層はネマティック液晶の混合物からなる。
【００５４】
この際、例えば、樹脂スペーサを用いることによって、基板の間の距離（ｄ）を一定に保つことができる。また、液晶層としては、例えば、屈折率異方性（Δｎ）が０．０８９１８であるものを用いることができる。この場合、ｄ＝３．０３μｍとすると、液晶表示素子１のリタデーション（Δｎ・ｄ）は２７０ｎｍとなる。
【００５５】
次に、層構造５を配設する。具体的には、上記した図２（ａ）に示すように、符号１１に対応するリタデーション値＝５５５ｎｍを有する位相差フィルムと、符号１２に対応するリタデーション値＝５５０ｎｍを有する位相差フィルムとを用い、図２（ａ）に示す設置角度を維持したまま積層することにより、５ｎｍの微小リタデーション値を有した層構造５を構成する。
【００５６】
次いで、層構造５を構成する位相差フィルムの光学軸の方向が、液晶層に電圧を印加したときに、液晶の分子が倒れ始める方向に対して略直交または略平行であって、直交となる方向に配置された層構造を構成する位相差フィルムのリタデーション値の合計値Ｘが、平行となる方向に配置された層構造５を構成する位相差フィルムのリタデーション値の合計値Ｙより大きくなるように、液晶セル２の上に層構造５を重ねる。具体的には、層構造５が具備する光軸の方位を水平方向に維持しながら、図１に示すように、液晶セル２の液晶が配向する方向と９０度の角度をなすようにして、液晶セル２の上に層構造５を重ねる。
【００５７】
尚、５ｎｍの微小リタデーション値を有する層構造５を構成するに際し、積層される二枚の位相差フィルムのリタデーション値は、上記のように５５５ｎｍと５５０ｎｍに限定されるわけではない。本実施の形態においては、二枚の位相差フィルムのリタデーション値の差が５ｎｍであればよく、例えば、５６０ｎｍと５５５ｎｍの組み合わせや、５５０ｎｍと５４５ｎｍの組み合わせなども可能である。
【００５８】
次に、偏光板３、４の設置を行う。具体的には、液晶セル２と層構造５とを挟持して、偏光板３、４がクロスニコル配置となるように貼り付ける。このとき、図１に示すように、最上層のＦ偏光板の吸収軸を、図１（ｂ）の矢印が示す方向、すなわち、水平方向から反時計回りに４５度の方向に設定する。すなわち、電圧印加によって、液晶分子が倒れ始める方向と直交する方向に光学軸を向けた位相差フィルムとＦ偏光板との関係は、位相差フィルムの光学軸とＦ偏光板の吸収軸とのなす角度を４０°±５°とすることが好ましい。
【００５９】
液晶セルは、垂直配向型である。液晶のプレチルト角の方向は、図１（ｄ）において矢印で示されるラビング方向によって決められる。尚、図１（ｄ）において、実線の矢印はＦ側基板のラビング方向を示し、点線の矢印はＲ側基板のラビング方向を示している。電圧の印加によって液晶が傾斜動作をする方向は、液晶のプレチルト角の方向であり、この場合は各矢印の示す方向、すなわち基板に対して水平の方向となる。
【００６０】
尚、詳細は図示されないが、本実施の形態における液晶表示素子１は、パッシブマトリクス構造である。すなわち、画像表示を構成する各画素部分には、ＴＦＴ等のスイッチング素子は設けられておらず、電極層を用いたパッシブ駆動によって目的の画像が表示される。
【００６１】
次に、本実施の形態における比較例である従来ＶＡモード液晶表示素子を作成した。この素子は、上記の液晶表示素子１と比べて、層構造５を設けていないことを除けば同様の構造である。
【００６２】
液晶層としては、屈折率異方性（Δｎ）が０．０８９１８であるものを用いた。液晶層の厚み、すなわち、基板間の距離（ｄ）は、ｄ＝３．０３μｍであった。この場合、比較例である液晶表示素子のリタデーション（Δｎ・ｄ）は２７０ｎｍとなる。また、プレチルト角は０．５度とした。但し、液晶層の厚み方向、すなわち、液晶表示素子の法線方向を０度としている。
【００６３】
次に、本実施の形態における液晶表示素子の特性を評価し、対応する従来のＶＡモード液晶表示素子の特性と比較した。
【００６４】
液晶表示素子の駆動条件は、本実施の形態における液晶表示素子および比較例であるＶＡモードのいずれにおいても同様とし、１／３２デューティ、１／６バイアス駆動とした。そして、本実施の形態における液晶表示素子および比較例の電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性を比較するため、上記駆動条件にて電圧―透過率曲線を測定し、最大コントラスト比と最大コントラスト比条件における透過率を評価した。
【００６５】
その結果、本実施の形態における液晶表示素子の最大コントラスト比は３１６０であったのに対し、比較例であるＶＡモードのそれは７７０であった。また、最大コントラスト比条件における透過率は、本実施の形態における液晶表示素子では１２．４％であったのに対し、比較例では６．５％であった。したがって、本実施の形態における液晶表示素子は、従来例に比べて、コントラスト比と透過率のいずれもが格段に向上していることがわかった。
【００６６】
次に、本実施の形態の液晶表示素子によって得られる効果について、より詳細な検討を行った。
【００６７】
具体的には、まず、図２（ａ）で符号１１に対応するリタデーション値＝５６０ｎｍを有する位相差フィルムと、符号１２に対応するリタデーション値＝５５０ｎｍを有する位相差フィルムとを用い、図２（ａ）に示す設置角度を維持したまま積層することによって、１０ｎｍの微小リタデーション値を有する層構造５を構成した。
【００６８】
次に、上記した本実施の形態の液晶表示素子の製造方法の一例にしたがって、前記のリタデーション値５ｎｍの層構造と、１０ｎｍの層構造とを用い、別に準備した様々なリタデーション値を持つ液晶セルと組み合わせて、多数の液晶表示素子を構成した。そして、得られた液晶表示素子について光学特性の評価を行った。
【００６９】
また、上記と対応する様々なリタデーション値を有する液晶セルから構成された従来のＶＡモード液晶表示素子を作製し、上記の液晶表示素子の特性との比較を行った。尚、この素子は、本実施の形態における液晶表示素子と比べて、層構造を設けていないことを除けば同様の構造である。
【００７０】
液晶表示素子の駆動条件は、本実施の形態における液晶表示素子および比較例であるＶＡモードのいずれにおいても同様とし、１／３２デューティ、１／６バイアス駆動とした。
【００７１】
本実施の形態の液晶表示素子と比較例の仕様（液晶セルのリタデーション値、具備する層構造の微小リタデーション値）、これらを評価して得られた液晶表示素子の最大コントラスト比、および、最大コントラスト比条件における透過率を表１にまとめた。尚、本実施の形態の液晶表示素子において、リタデーション値５ｎｍの層構造を用いたものを実施例１とし、リタデーション値１０ｎｍの層構造を用いたものを実施例２としている。
【００７２】
表１．
2008089639.tif 000003
【００７３】
表１に示す評価結果より、本実施形態における液晶表示素子は、層構造のリタデーション値が５ｎｍの場合、１０ｎｍの場合のいずれであっても、従来のＶＡモード液晶表示素子に比べて、コントラスト比と透過率がともに格段に向上していることがわかった。
【００７４】
次に、本実施形態における液晶表示素子において、最適な層構造のリタデーション値を検討するため、上記した本実施形態の液晶表示素子の製造方法の一例にしたがって、層構造のリタデーション値が異なる以外は、同様の仕様の液晶表示素子を作製し、光学特性の評価を行った。
【００７５】
液晶表示素子の基本構成は、図１に示す通りとした。但し、層構造５のリタデーション値を５ｎｍ、１０ｎｍ、２５ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍと変えて、複数の液晶表示素子を準備した。また、比較例として、層構造を具備しない従来のＶＡモード液晶表示素子も準備した。
【００７６】
液晶セル２には、屈折率異方性（Δｎ）が０．０８９１８である液晶を用いた。液晶層の厚み、すなわち、基板の間の距離（ｄ）はｄ＝３．０３μｍであった。この場合、液晶表示素子のリタデーション（Δｎ・ｄ）は２７０ｎｍとなる。尚、比較例の液晶表示素子についても同様とした。
【００７７】
液晶表示素子の駆動条件は、本実施の形態における液晶表示素子および比較例であるＶＡモードのいずれにおいても同様とし、１／３２デューティ、１／６バイアス駆動とした。
【００７８】
評価結果を、図３に示すグラフにまとめた。図３では、本実施形態における液晶表示素子の層構造のリタデーション値と、最大コントラスト比との関係を表している。この結果から、微小リタデーション値を有する層構造を導入すると、導入してないＶＡモード（コントラスト比１６０）に比べて、液晶表示素子のコントラスト比が大きく向上することがわかった。したがって、微小リタデーション値を有する層構造を導入することが好ましいことがわかった。
【００７９】
また、図３に示す微小リタデーション値とコントラスト比の関係から、層構造のリタデーション値が５ｎｍまでの領域で液晶表示素子のコントラスト比は大きく向上し、５ｎｍ以上ではコントラスト比の向上の程度が比較的緩やかになることから、導入する層構造のリタデーション値として５ｎｍ以上がより好ましいことがわかった。
【００８０】
また、導入される層構造のリタデーション値が大きくなるにしたがって、電圧無印加時における透過率の増大が見られることがわかった。その結果、所定の電圧が印加されて形成されるＯＦＦ表示領域（低透過率領域）の透過率と、電圧が印加されない背景表示領域の透過率とは、本来同一となることが好ましいが、大きすぎるリタデーション値の層構造を液晶表示素子内に導入した場合、これらの間に差異が生じて、表示の均一性が著しく損なわれるおそれがあることがわかった。
【００８１】
そこで、層構造５のリタデーション値が５ｎｍ、１０ｎｍ、２５ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍと異なる以外は同様の構成を有する本実施形態の液晶表示素子を再度用い、層構造を具備しない従来のＶＡモード液晶表示素子を比較例として、背景表示領域の透過率の評価を行った。
【００８２】
図４は、本実施形態にかかる液晶表示素子の層構造のリタデーション値と、背景領域の透過率との関係を表す図である。
【００８３】
図４に示された結果より、微小リタデーション値を有する層構造の導入により、導入していないＶＡモードに比べ、液晶表示素子の背景領域の透過率は、徐々に大きくなることがわかった。したがって、本実施形態にかかる液晶表示素子において、微小リタデーション値を有する層構造を導入するに際しては、背景領域の透過率を考慮したリタデーション値を選択することが好ましいことがわかった。つまり、背景領域の透過率とＯＦＦ表示領域（低透過率領域）の透過率との差から表示の均一性が損なわれることを抑制し、視認者にとって問題とならないレベルに抑えられるようにして、最適な層構造のリタデーション値を定める必要がある。具体的には、層構造のリタデーション値の範囲を６０ｎｍ以下とすることが好ましく、３０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００８４】
以上の最大コントラスト比の評価結果および背景領域の透過率の評価結果から、本実施形態にかかる液晶表示素子の具備する層構造のリタデーション値は、０ｎｍより大きくて６０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上で６０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以上で３０ｎｍ以下であることがさらに好ましいことがわかった。
【００８５】
また、導入される層構造のリタデーション値が大きくなるにしたがって、電圧無印加時における透過率の増大が見られることがわかった。そして、その結果、大きすぎるリタデーション値の層構造を液晶表示素子内に導入すると、本来は同一であることが望ましい、所定の電圧が印加されて形成されるＯＦＦ表示領域（低透過率領域）の透過率と電圧が印加されない背景表示領域の透過率との間に差異が生じ、表示の均一性が著しく損なわれるおそれがある。この問題を改善するには、非点灯部分である背景表示領域と表示領域の周辺部分に遮光部を設けることが有効である。
【００８６】
図５は、遮光部としてのブラックマトリクスを非点灯部に導入した液晶表示素子の部分平面図である。また、図６は、図５の液晶表示素子の部分断面図である。尚、図５では、図６の絶縁膜および配向膜を省略している。
【００８７】
ブラックマトリクス３２としては、例えば、金属またはカーボンを絶縁性の樹脂に分散させたものを用いることができる。そして、図５に示すように、ブラックマトリクス３２は、マトリクス状に配設された透明電極３１の隙間領域を覆うようにして設けられる。より詳しくは、図６に示すように、液晶層（図示せず）を挟持する一対の基板のうちの一方の基板３５上で、透明電極３１を覆う絶縁層３３上に、透明電極３１間の隙間を埋めて非点灯部が遮光されるように配設されることが好ましい。そして、ブラックマトリクス３２の上には配向膜３４が設けられ、他方の基板とともに液晶層を挟持して液晶セルが構成される。
【００８８】
図５および図６に示すように、非点灯部である背景表示領域と周辺部分にブラックマトリクス３２を設けることにより、ＯＦＦ表示領域（低透過率領域）の透過率と電圧が印加されない背景表示領域の透過率との間に差が生じるのを抑制できる。したがって、液晶表示素子に上記した層構造を導入しても、ＯＦＦ表示領域と背景表示領域の透過率の差に起因した表示の均一性の低下は抑制され、より大きなリタデーション値を備えた層構造の導入も可能となる。
【００８９】
すなわち、非点灯部分である背景表示領域および表示領域の周辺部分に遮光部を設けることにより、上記した層構造の最適リタデーション値の範囲を、大きくなる方向により広げることができる。そして、非点灯部分である背景表示領域および表示領域の周辺部分と、ＯＦＦ表示領域との透過率の差異を低減し、液晶表示素子の表示均一性を向上させることが可能となる。
【００９０】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
【００９１】
以上述べたように、本発明における液晶表示素子では、上記特性の層構造を、製造または入手が容易であるリタデーション値を備えた位相差フィルムを用いて構成するので、電圧―透過率特性における立ち上がりの急峻性を簡便に改善することができ、高コントラスト比の画像表示を実現できる。
【００９２】
また、本発明においては、上記構成の位相差フィルムを設けることにより、視角を拡大させることができ、背景の光抜けやＯＮ表示での着色を防止することができる。したがって、視角特性に優れた液晶表示素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】（ａ）は、本実施の形態の液晶表示素子の模式的な分解斜視図であり、（ｂ）〜（ｅ）は、この液晶表示素子の構造と光学仕様を説明する図である。
【図２】（ａ）は層構造の形成方法を説明する図であり、（ｂ）は他の形成方法を説明する図である。
【図３】本実施の形態における液晶表示素子の層構造のリタデーション値と、最大コントラスト比との関係を示す図である。
【図４】本実施の形態における液晶表示素子の層構造のリタデーション値と、背景領域の透過率との関係を示す図である。
【図５】遮光部としてのブラックマトリクスを非点灯部に導入した液晶表示素子の部分平面図である。
【図６】図５の液晶表示素子の部分断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  液晶表示素子
２  液晶セル
３，４  偏光板
５  層構造
１１，１２，２１，２２，２３，２４  位相差フィルム
３１  透明電極
３２  ブラックマトリクス
３３  絶縁層
３４  配向膜
３５  基板
【図１】
2008089639.tif 000004
【図２】
2008089639.tif 000005
【図３】
2008089639.tif 000006
【図４】
2008089639.tif 000007
【図５】
2008089639.tif 000008
【図６】
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