(57)【要約】【課題】  良好な円偏光特性を有する偏光板、および透過モードにおける表示が明るく、高コントラストであり、視野角依存性の少ない液晶表示素子を提供する。【解決手段】  偏光板および２枚以上の光学異方層からなる光学異方素子から少なくとも構成される円偏光板であって、前記光学異方素子がネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）を含み、前記液晶フィルム（Ａ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲａ、残りの光学異方層のうちいずれか一枚の光学異方層の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲｂとしたとき、Ｒｂ＝α×（Ｒａ−１）＋１の関係を持ち、かつαが０．２〜０．８であることを特徴とする円偏光板、および該円偏光板を具備する液晶表示素子。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光板および２枚以上の光学異方層からなる光学異方素子から少なくとも構成される円偏光板であって、前記光学異方素子がネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）を含み、前記液晶フィルム（Ａ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲａ、残りの光学異方層のうちいずれか一枚の光学異方層の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲｂとしたとき、Ｒｂ＝α×（Ｒａ−１）＋１の関係を持ち、かつその時のαが０．２〜０．８であることを特徴とする円偏光板。
【請求項２】
前記光学異方素子が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）および高分子延伸フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする請求項１記載の円偏光板。
【請求項３】
前記光学異方素子が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）およびネマチック配向構造を固定化した液晶フィルム（Ｂ）から少なくとも構成されることを特徴とする請求項１記載の円偏光板。
【請求項４】
前記液晶フィルム（Ａ）が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、その状態から冷却することにより該配向をガラス固定化した液晶フィルムである請求項１〜３のいずれかの項に記載の円偏光板。
【請求項５】
前記液晶フィルム（Ａ）が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、光または熱による架橋反応により該配向を固定化した液晶フィルムである請求項１〜３のいずれかの項に記載の円偏光板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの項に記載の円偏光板を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】
透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルと、該第１の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された少なくとも1枚の位相差補償板と1枚の偏光板を具備し、該第２の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に請求項１〜５のいずれかの項に記載の円偏光板を少なくとも有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項８】
透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルと、該第２の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された少なくとも1枚の位相差補償板と1枚の偏光板を具備し、該第１の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に請求項１〜５のいずれかの項に記載の円偏光板を少なくとも有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】
透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルを具備し、該液晶セルの両側に請求項１〜５のいずれかの項に記載の円偏光板を少なくとも有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかのいずれかの項に記載の円偏光板と該円偏光板以外に光学異方層（Ｃ）を少なくとも有する液晶表示素子であって、該円偏光板を構成するネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲａ、光学異方層（Ｃ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲｃとしたとき、Ｒｃ＝α×（Ｒａ−１）＋１の関係を持ち、かつその時のαが０．２〜０．８であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１１】
該液晶層としてツイステッドネマチックモードを用いることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
該液晶層としてスーパーツイステッドネマチックモードを用いることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の液晶表示素子。
【請求項１３】
該液晶層としてＥＣＢモードを用いることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の液晶表示素子。
【請求項１４】
該液晶層としてＨＡＮモードを用いることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の液晶表示素子。
【請求項１５】
該液晶層としてＯＣＢモードを用いることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の液晶表示素子。
【請求項１６】
該液晶層としてＩＰＳモードを用いることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の液晶表示素子。
【請求項１７】
該液晶層としてＶＡモードを用いることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの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、円偏光板およびこれを備えた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示素子はその薄型軽量な特徴を大きく活かせる、携帯型情報端末機器のディスプレイとしての市場拡大の期待が高まっている。携帯型電子機器は通常バッテリー駆動であるがために消費電力を抑えることが重要な課題となっている。そのため、携帯型用途の液晶表示素子等としては、電力消費が大きいバックライトを使用しない、若しくは、常時使用しないで済み、低消費電力化、薄型化、軽量化が可能である反射型液晶表示素子が特に注目されている。
【０００３】
反射型液晶表示素子としては、液晶セルを１対の偏光板で挟み、さらに外側に反射板を配置した偏光板２枚型の反射型液晶表示素子が、白黒表示用として広く使用されている。さらに最近では、液晶層を偏光板と反射板で挟んだ偏光板１枚型の反射型液晶表示素子が偏光板２枚型よりも原理的に明るくカラー化も容易なことから、提案、実用化されている。偏光板１枚型の反射型液晶表示素子では、偏光板と液晶セルの間に配置される位相差板には略円偏光板機能を持たせるため１／４波長板を使用し、更に液晶セル内の液晶層厚を略１／４波長程度の厚さにさせることにより、ノーマリーホワイト型反射型液晶表示素子を実現している（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。しかしながら、これら反射型液晶表示素子は、通常外光を利用して表示を行うため、暗い環境下で用いる場合には表示が見えにくくなるという欠点を有する。
この問題を解決する技術として、偏光板１枚型の反射型液晶表示素子においては、反射板の代わりに入射光の一部を透過する性質を持つ半透過反射板を使用し、かつバックライトを備えた半透過反射型液晶表示素子が提案されている（特許文献３参照）。この場合、バックライト非点灯の状態では外光を利用した反射型（反射モード）として、暗い環境ではバックライトを点灯させた透過型（透過モード）として使用することができる。
【特許文献１】特開平６−１１７１１号公報
【特許文献２】国際公開第９８／４３２０号パンフレット
【特許文献３】特開平１０−２０６８４６号公報
【０００４】
この偏光板１枚型の半透過反射型液晶表示素子では、透過モードにおいては半透過反射層を通して液晶セルに略円偏光を入射させる必要があることから、１枚または複数枚のポリカーボネートに代表される高分子延伸フィルムと偏光板からなる円偏光板を半透過反射層とバックライトの間に配置させる必要がある。しかしながら、透過モードの液晶表示素子においては、液晶分子の持つ屈折率異方性のため斜めから見たときに表示色が変化するあるいは表示コントラストが低下するという視野角の問題が本質的に避けられず、高分子延伸フィルムを用いた円偏光板では、この視野角拡大は本質的に難しい。
また、特に透過モードの高画質化が著しく、さらなる高コントラスト化や色純度の向上が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、良好な円偏光特性を有し、および透過モードにおける表示が明るく、高コントラストであり、視野角依存性の少ない液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１は、偏光板および２枚以上の光学異方層からなる光学異方素子から少なくとも構成される円偏光板であって、前記光学異方素子がネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）を含み、前記液晶フィルム（Ａ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲａ、残りの光学異方層のうちいずれか一枚の光学異方層の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲｂとしたとき、Ｒｂ＝α×（Ｒａ−１）＋１の関係を持ち、かつその時のαが０．２〜０．８であることを特徴とする円偏光板に関する。
【０００７】
本発明の第２は、前記光学異方素子が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）および高分子延伸フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする前記記載の円偏光板に関する。
本発明の第３は、前記光学異方素子が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）およびネマチック配向構造を固定化した液晶フィルム（Ｂ）から少なくとも構成されることを特徴とする前記記載の円偏光板に関する。
本発明の第４は、前記液晶フィルム（Ａ）が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、その状態から冷却することにより該配向をガラス固定化した液晶フィルムであることを特徴とする前記記載の円偏光板に関する。
本発明の第５は、前記液晶フィルム（Ａ）が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、光または熱による架橋反応により該配向を固定化した液晶フィルムであることを特徴とする前記記載の円偏光板に関する。
【０００８】
本発明の第６は、前記記載の円偏光板を有することを特徴とする液晶表示素子に関する。
本発明の第７は、透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルと、該第１の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された少なくとも1枚の位相差補償板と1枚の偏光板を具備し、該第２の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に前記記載の円偏光板を少なくとも有することを特徴とする液晶表示素子に関する。
【０００９】
本発明の第８は、透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルと、該第２の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された少なくとも1枚の位相差補償板と1枚の偏光板を具備し、該第１の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に前記記載の円偏光板を少なくとも有することを特徴とする液晶表示素子に関する。
【００１０】
本発明の第９は、透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルを具備し、該液晶セルの両側に前記記載の円偏光板を少なくとも有することを特徴とする液晶表示素子に関する。
【００１１】
本発明の第１０は、前記の円偏光板と該円偏光板以外に光学異方層（Ｃ）を少なくとも有する液晶表示素子であって、該円偏光板を構成するネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲａ、光学異方層（Ｃ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲｃとしたとき、Ｒｃ＝α×（Ｒａ−１）＋１の関係を持ち、かつその時のαが０．２〜０．８であることを特徴とする液晶表示素子に関する。
【００１２】
本発明の第１１は、該液晶層としてツイステッドネマチックモードを用いることを特徴とする前記記載の液晶表示素子に関する。
本発明の第１２は、該液晶層としてスーパーツイステッドネマチックモードを用いることを特徴とする前記記載の液晶表示素子に関する。
本発明の第１３は、該液晶層としてＥＣＢモードを用いることを特徴とする前記記載の液晶表示素子に関する。
本発明の第１４は、該液晶層としてＨＡＮモードを用いることを特徴とする前記記載の液晶表示素子に関する。
本発明の第１５は、該液晶層としてＯＣＢモードを用いることを特徴とする前記記載の液晶表示素子に関する。
本発明の第１６は、該液晶層としてＩＰＳモードを用いることを特徴とする前記記載の液晶表示素子に関する。
本発明の第１７は、該液晶層としてＶＡモードを用いることを特徴とする前記記載の液晶表示素子に関する。
【００１３】
以下に本発明を詳述する。
本発明の円偏光板は、偏光板および２枚以上の光学異方層からなる光学異方素子から少なくとも構成される。光学異方素子は複数枚使用しても良いが、１枚でも十分な光学特性を得ることができる。
該偏光板は、本発明の目的が達成し得るものであれば特に制限されず、液晶表示素子に通常用いられるものを適宜使用することができる。具体的には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）や部分アセタール化ＰＶＡのようなＰＶＡ系やエチレン−酢酸ビニル共重合体の部分ケン化物等からなる親水性高分子フィルムに、ヨウ素および／または２色性色素を吸着して延伸した偏光フィルム、ＰＶＡの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物のようなポリエン配向フィルムなどからなる偏光フィルムを使用することができる。また、反射型の偏光フィルムも使用することができる。
【００１４】
該偏光板は、偏光フィルム単独で使用しても良いし、強度向上、耐湿性向上、耐熱性の向上等の目的で偏光フィルムの片面または両面に透明保護層等を設けたものであっても良い。透明保護層としては、ポリエステルやトリアセチルセルロース等の透明プラスチックフィルムを直接または接着層を介して積層したもの、透明樹脂の塗布層、アクリル系やエポキシ系等の光硬化型樹脂層などが挙げられる。これら透明保護層を偏光フィルムの両面に被覆する場合、両側に異なる保護層を設けても良い。
【００１５】
本発明の円偏光板を構成する光学異方素子は、２枚以上の光学異方層から構成され、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）を少なくとも含み、可視光域で略４分の１波長の位相差を有する素子である。
ここで言うネマチックハイブリッド配向とは、液晶分子がネマチック配向しており、このときの液晶分子のダイレクターとフィルム平面のなす角がフィルム上面と下面とで異なった配向形態を言う。したがって、上面界面近傍と下面界面近傍とで該ダイレクターとフィルム平面との成す角度が異なっていることから、該フィルムの上面と下面との間では該角度が連続的に変化しているものといえる。
またネマチックハイブリッド配向状態を固定化したフィルムは、液晶分子のダイレクターがフィルムの膜厚方向のすべての場所において異なる角度を向いている。したがって当該フィルムは、フィルムという構造体として見た場合、もはや光軸は存在しない。
【００１６】
本発明で用いられる液晶フィルムは、フィルムの一方の界面付近ではダイレクターとフィルム平面との成す角度が、絶対値として通常４０゜〜９０゜、好ましくは６０゜〜９０゜の角度をなしており、当該面の反対側の界面付近においては、絶対値として通常０゜〜３０゜、好ましくは０゜〜２０゜の角度を成しており、その平均チルト角は、絶対値として通常５゜〜３５゜、好ましくは７゜〜３３゜、さらに好ましくは１０゜〜３０゜、最も好ましくは１３゜〜２７゜の範囲である。平均チルト角が上記範囲から外れた場合、斜め方向から見た場合のコントラストの低下等の恐れがあり望ましくない。
なお、本発明でいう平均チルト角とは、液晶フィルム（Ａ）の膜厚方向における液晶分子のダイレクターとフィルム平面との成す角度の平均値を意味するものである。平均チルト角は、クリスタルローテーション法を応用して求めることができる。
【００１７】
本発明に用いられる光学異方素子を構成する液晶フィルム（Ａ）は、上記のようなネマチックハイブリッド配向状態が固定化されたものであれば、如何様な液晶から形成されたものであっても構わない。例えば、低分子液晶物質を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向に形成後、光架橋や熱架橋によって当該配向を固定化して得られる液晶フィルムや、高分子液晶物質を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向に形成後、冷却することによって当該配向をガラス固定化して得られる液晶フィルムを用いることができる。なお本発明でいう液晶フィルムとは、フィルム自体が液晶性を呈するか否かを問うものではなく、低分子液晶物質、高分子液晶物質などの液晶物質をフィルム化することによって得られるものを意味する。
【００１８】
また液晶フィルムの法線方向から見た場合の面内の見かけのリターデーション値としては、ネマチックハイブリッド配向したフィルムでは、ダイレクターに平行な方向の屈折率（以下ｎｅと呼ぶ）と垂直な方向の屈折率（以下ｎｏと呼ぶ）が異なっており、ｎｅからｎｏを引いた値を見かけ上の複屈折率とした場合、見かけ上のリターデーション値は見かけ上の複屈折率と絶対膜厚との積で与えられる。この見かけ上のリターデーション値は、エリプソメトリー等の偏光光学測定により容易に求めることができる。
【００１９】
本発明に使用する光学異方層としては、透明性と均一性に優れたものであれば特に制限されないが、高分子延伸フィルムや、液晶からなる光学補償フィルムが好ましく使用できる。高分子延伸フィルムとしては、セルロース系、ポリカーボネート系、ポリアリレート系、ポリスルフォン系、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系、ポリアクリル系、ポリエーテルスルフォン系、環状オレフィン系高分子等からなる１軸又は２軸位相差フィルムを例示することができる。中でもポリカーボネート系がコスト面およびフィルムの均一性から好ましい。
【００２０】
また、ここで言う液晶からなる光学補償フィルムとは、液晶を配向させてその配向状態から生じる光学異方性を利用できるフィルムであれば特に制限されるものではない。例えばネマチック液晶やディスコチック液晶、スメクチック液晶等を利用した各種光学機能性フィルムなど公知のものを使用することが可能である。特に、ネマチック配向構造を固定化した液晶フィルム（Ｂ）を好ましく使用することができる。
【００２１】
以下、本発明の円偏光板を構成する光学異方素子のリターデーション値について説明する。
ネマチックハイブリッド配向した液晶フィルム（Ａ）１枚と光学異方層１枚と組み合わせる場合は、５５０ｎｍの単色光での複屈折光の位相差が略１／４波長である１／４波長板と５５０ｎｍの単色光での複屈折光の位相差が略１／２波長である１／２波長板とを、それらの遅相軸が交差した状態で貼り合わせることにより、良好な円偏光特性が得られる。１／４波長板のリターデーション値は、通常７０ｎｍ〜１８０ｎｍ、好ましくは９０ｎｍ〜１６０ｎｍ、特に好ましくは１２０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲である。１／２波長板のリターデーション値は、通常１８０ｎｍ〜３２０ｎｍ、好ましくは２００ｎｍ〜３００ｎｍ、特に好ましくは２２０ｎｍ〜２８０ｎｍの範囲である。１／４波長板と１／２波長板のリターデーション範囲が上記から外れた場合、液晶ディスプレイに不必要な色付きが生じる恐れがある。
【００２２】
１／４波長板の遅相軸と１／２波長板の遅相軸のなす角度は、通常、鋭角側で４０度〜９０度、好ましくは５０度〜８０度、特に好ましくは５５度〜７５度の範囲である。
ネマチックハイブリッド配向した液晶フィルム（Ａ）は、１／４波長板に使用しても良いし、１／２波長板に使用してもよい。
１／４波長板に液晶フィルム（Ａ）を使用する場合は、１／２波長板には他の光学異方層を使用し、１／２波長板に液晶フィルム（Ａ）を使用する場合は、１／４波長板に他の光学異方層を使用すれば良い。
【００２３】
液晶表示素子における液晶フィルム（Ａ）からなる光学異方素子の具体的な配置条件について説明するが、より具体的な配置条件を説明するにあたり、液晶フィルム（Ａ）のフィルム面の上下、該液晶フィルム（Ａ）のチルト方向および液晶セル層のプレチルト方向をそれぞれ以下に説明する。
図１に、液晶分子のチルト角及びツイスト角の概念を示す。また図２に、第２の光学異方素子を構成する液晶フィルムの配向構造の概念を示す。
まず液晶フィルム面の上下を、該液晶フィルム（Ａ）のフィルム界面近傍における液晶分子ダイレクターとフィルム平面との成す角度によってそれぞれ定義すると、液晶分子のダイレクターとフィルム平面との成す角度が鋭角側で４０〜９０度の角度を成している面をｂ面とし、該角度が鋭角側で０〜３０度の角度を成している面をｃ面とする。
この補償素子のｂ面から液晶フィルム（Ａ）層を通してｃ面を見た場合、液晶分子ダイレクターとダイレクターのｃ面への投影成分が成す角度が鋭角となる方向で、かつ投影成分と平行な方向を補償素子のチルト方向と定義する。
【００２４】
次いで通常、液晶セル層のセル界面では、駆動用低分子液晶はセル界面に対して平行ではなくある角度もって傾いており一般にこれをプレチルト角と言うが、セル界面の液晶分子のダイレクターとダイレクターの界面への投影成分とがなす角度が鋭角である方向で、かつダイレクターの投影成分と平行な方向を液晶セル層のプレチルト方向と定義する（図３参照）。
【００２５】
以下、本発明の円偏光板を構成する光学異方素子のリターデーションの波長分散について述べる。
ネマチックハイブリッド配向した液晶フィルム（Ａ）１枚と光学異方層１枚を組み合わせる場合は、液晶フィルム（Ａ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおけるリターデーションΔｎｄの比（Δｎｄ（４５０ｎｍ）／Δｎｄ（５９０ｎｍ））をＲａ、光学異方層の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおけるリターデーションの比をＲｂとしたとき、Ｒｂ＝α×（Ｒａ−１）＋１の関係を持ち、かつその時のαが０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７となるような関係をもたせることにより、良好な円偏光特性を得ることが出来る。αが上記の範囲を外れた場合、液晶ディスプレイに不必要な色付きが生じたり、コントラストの低下を招く恐れがある。
【００２６】
本発明の円偏光板は、以上説明した偏光板と、液晶フィルム（Ａ）を含む２枚の光学異方層からなる光学異方素子とから少なくとも構成される。
さらに本発明の円偏光板は、偏光板と光学異方素子の他に、保護層、反射防止層、防眩処理層、ハードコート層、接着層、粘着層、光拡散層、光拡散性接着層等を１層または複数層含んでいても良い。
【００２７】
本発明は、前記した本発明の円偏光板を具備する液晶表示素子にも関する。
液晶表示素子は一般的に、偏光板、液晶セル、および必要に応じて位相差補償板、半透過反射層、光拡散層、バックライト、フロントライト、光制御フィルム、導光板、プリズムシート等の部材から構成されるが、本発明の液晶表示素子においては、前記した本発明の円偏光板を使用する点を除いて特に制限は無い。また該円偏光板の使用位置は特に制限はなく、また、１カ所でも複数カ所でも良い。
【００２８】
液晶セルとしては特に制限されず、電極を備える一対の透明基板で液晶層を狭持したもの等の一般的な液晶セルが使用できる。
液晶セルを構成する透明基板としては、液晶層を構成する液晶性を示す材料を特定の配向方向に配向させるものであれば特に制限はない。具体的には、基板自体が液晶を配向させる性質を有している透明基板、基板自体は配向能に欠けるが、液晶を配向させる性質を有する配向膜等をこれに設けた透明基板等がいずれも使用できる。また、液晶セルの電極は、公知のものが使用できる。通常、液晶層が接する透明基板の面上に設けることができ、配向膜を有する基板を使用する場合は、基板と配向膜との間に設けることができる。
【００２９】
液晶層を形成する液晶性を示す材料としては、特に制限されず、各種の液晶セルを構成し得る通常の各種低分子液晶物質、高分子液晶物質およびこれらの混合物が挙げられる。また、これらに液晶性を損なわない範囲で色素やカイラル剤、非液晶性物質等を添加することもできる。
該液晶セルは、前記電極基板および液晶層の他に、後述する各種の方式の液晶セルとするのに必要な各種の構成要素を備えていても良い。
【００３０】
液晶セルの方式としては、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）方式、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）方式、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）方式、ＡＳＭ（Axially Symmetric Aligned Microcell）方式、ハーフトーングレイスケール方式、ドメイン分割方式、あるいは強誘電性液晶、反強誘電性液晶を利用した表示方式等の各種の方式が挙げられる。
また、液晶セルの駆動方式も特に制限はなく、ＳＴＮ−ＬＣＤ等に用いられるパッシブマトリクス方式、並びにＴＦＴ(Thin Film Transistor)電極、ＴＦＤ(Thin Film Diode)電極等の能動電極を用いるアクティブマトリクス方式、プラズマアドレス方式等のいずれの駆動方式であっても良い。
【００３１】
半透過反射層としては、特に制限されず、アルミニウム、銀、金、クロム、白金等の金属やそれらを含む合金、酸化マグネシウム等の酸化物、誘電体の多層膜、選択反射を示す液晶又はこれらの組み合わせ等を例示することができる。これら反射層は平面であっても良く、また曲面であっても良い。さらに半透過反射層は、凹凸形状など表面形状に加工を施して拡散反射性を持たせたもの、液晶セルの観察者側と反対側の前記電極基板上の電極を兼備させたもの、反射層の厚みを薄くしたり、穴をあける等の加工を施すことで光を一部透過させるようにしたもの、またそれらを組み合わせたものであっても良い。
【００３２】
光拡散層は、入射光を等方的あるいは異方的に拡散させる性質を有するものであれば、特に制限はない。例えば２種以上の領域からなり、その領域間に屈折率差をもつものや、表面形状に凹凸を付けたものが挙げられる。前記２種以上の領域からなり、その領域間に屈折率差をもつものとしては、マトリックス中にマトリックスとは異なる屈折率を有する粒子を分散させたものが例示される。該拡散層はそれ自身が粘接着性を有するものであっても良い。
また光拡散層の全光線透過率は、５０％以上であることが好ましく、特に７０％以上であることが好ましい。さらに当該光拡散層のヘイズ値は、通常１０〜９５％であり、好ましくは４０〜９０％であり、さらに好ましくは６０〜９０％であることが望ましい。
【００３３】
前記バックライト、フロントライト、光制御フィルム、導光板、プリズムシートとしては、特に制限されず公知のものを使用することができる。
本発明の液晶表示素子は、前記した構成部材以外にも他の構成部材を付設することができる。例えば、カラーフィルターを本発明の液晶表示素子に付設することにより、色純度の高いマルチカラー又はフルカラー表示を行うことができるカラー液晶表示素子を作製することができる。
【００３４】
本発明における液晶表示素子としては、電極を備える一対の透明基板で液晶層を狭持した液晶セルと、観察者から見て該液晶層よりも後方に設置された半透過反射層（電極を兼備したものでもよい）を少なくとも備える半透過反射型液晶表示素子であって、該円偏光板は、該液晶層よりも観察者側にあっても、観察者から見て該半透過反射層よりも後方にあっても、該液晶層の両側にあっても良い。
【００３５】
上記の構成からなる液晶表示素子としては以下の態様を挙げることができる。なお、本発明で言う半透過反射性電極を有する基板とは、半透過反射性の電極を有する基板のみならず、半透過反射層と電極を備える透明基板とから構成される場合も含む意味である。
（１）透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルと、該第１の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された少なくとも1枚の位相差補償板と1枚の偏光板を具備し、該第２の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に本発明の円偏光板を少なくとも有する液晶表示素子。
（２）透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルと、該第２の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された少なくとも1枚の位相差補償板と1枚の偏光板を具備し、該第１の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に本発明の円偏光板を少なくとも有する液晶表示素子。
（３）透明電極を有する第１の基板と、半透過反射性電極を有する第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板間で液晶層を挟持された液晶セルを具備し、該液晶セルの両側に本発明の円偏光板を少なくとも有する液晶表示素子。
【００３６】
該円偏光板を観察者側のみに配置する場合は、観察者から見て該半透過反射層よりも後方に、少なくとも１枚の位相差補償板と偏光板を配置し、該円偏光板を観察者側から見て該半透過反射層よりも後方にのみ配置する場合は、該液晶層よりも観察者側に少なくとも１枚の位相差補償板と偏光板を配置する。
該円偏光板は、観察者から見て該半透過反射層よりも後方にあった方が好ましく、該液晶層の両側にあった方が特に好ましい。
このタイプの液晶表示素子では、最後方にバックライトを設置することで反射モードと透過モード両方の使用が可能となる。
【００３７】
該位相差補償板としては、高分子延伸フィルムや、液晶からなる光学補償フィルムが好ましく使用できる。特に、高分子延伸フィルムおよび／または液晶からなる光学補償フィルムを２枚用いたものが、良好な表示を得ることができることから望ましい。
高分子延伸フィルムとしては、セルロース系、ポリカーボネート系、ポリアリレート系、ポリスルフォン系、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系、ポリアクリル系、ポリエーテルスルフォン系、環状オレフィン系高分子等からなる１軸又は２軸位相差フィルムを例示することができる。また、液晶からなる光学補償フィルムとしては、液晶を配向させてその配向状態から生じる光学異方性を利用できるフィルムであれば特に制限されるものではなく、例えばネマチック液晶やディスコチック液晶、スメクチック液晶等を利用した各種光学機能性フィルムなど公知の光学補償フィルムが挙げられる。
また該液晶表示素子は、液晶セルの外側に拡散層を設けるか、拡散反射性の半透過反射層を液晶セルの電極に用いたものが良好な表示特性を与えることから望ましいと言える。
【００３８】
また本発明は、本発明の円偏光板と該円偏光板以外に光学異方層（Ｃ）を少なくとも有する液晶表示素子であって、該円偏光板を構成するネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲａ、光学異方層（Ｃ）の光の波長４５０ｎｍにおける複屈折率と５９０ｎｍにおける複屈折率の比をＲｃとしたとき、Ｒｃ＝α×（Ｒａ−１）＋１の関係を持ち、かつその時のαが０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７である液晶表示素子である。
光学異方層（Ｃ）は、特にその用途や種類を限定されるものではないが、一つの例としては、前記位相差補償板を挙げることができる。該位相差補償板に使用する光学異方層（Ｃ）としては一枚であっても、二枚以上であっても良い。二枚以上を用いる場合は、αが０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７の範囲であれば、それぞれの値は同一であっても良いし、別の値であっても良い。
光学異方層（Ｃ）としては、高分子延伸フィルムや、液晶からなる光学補償フィルムが好ましく使用できる。高分子延伸フィルムとしては、セルロース系、ポリカーボネート系、ポリアリレート系、ポリスルフォン系、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系、ポリアクリル系、ポリエーテルスルフォン系、環状オレフィン系高分子等からなる１軸又は２軸位相差フィルムを例示することができる。また、液晶からなる光学補償フィルムとしては、液晶を配向させてその配向状態から生じる光学異方性を利用できるフィルムであれば特に制限されるものではなく、例えばネマチック液晶やディスコチック液晶、スメクチック液晶等を利用した各種光学機能性フィルムなど公知の光学補償フィルムが挙げられる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の円偏光板は良好な円偏光特性を有する。本発明の円偏光板を用いることにより、透過モードにおける表示が明るく、高コントラストであり、視野角依存性の少ない液晶表示素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本実施例におけるリターデーションΔｎｄは特に断りのない限り波長５５０ｎｍにおける値とする。また、光の波長４５０ｎｍにおけるリターデーションと５９０ｎｍにおけるリターデーションの比をＤ値［Ｄ値＝Δｎｄ（４５０ｎｍ）／Δｎｄ（５９０ｎｍ）]と定義し、説明を行う。
【００４１】
（実施例１）
本発明の半透過反射型の液晶表示素子の概略については図４を用いて、実施例１の構成については図５を用いて説明する。
図４記載の通り、第２の基板７にＡｌ等の反射率の高い材料で形成された半透過反射電極６が設けられ、第１の基板３に対向電極４が設けられ、半透過反射電極６と対向電極４との間に正の誘電率異方性を示す液晶材料からなる液晶層５が挟持されている。第１の基板３の対向電極４が形成された側の反対面に位相差補償板２及び偏光板１が設けられており、第２の基板７の半透過反射電極６が形成された面の反対側に該光学異方素子８と該偏光板９とから構成される該円偏光板１２が設けられている。該偏光板９の背面側にはバックライト１０が設けられている。
【００４２】
膜厚方向の平均チルト角が２８度のネマチックハイブリッド配向が固定化された液晶フィルム（Ａ）１５とネマチック配向が固定化された液晶フィルム（Ｂ）１６を作成し、図５に示したような配置でＥＣＢ型の半透過反射型液晶表示素子を作製した。
使用した液晶セル１１は、液晶材料としてＺＬＩ−１６９５（Ｍｅｒｃｋ社製）を用い、ホモジニアス配向させた。液晶層厚は５．０μｍであり、液晶層の基板両界面のプレチルト角２度であり、液晶セルのΔｎｄは、略３１０ｎｍであった。
【００４３】
液晶セル１１の観察者側（図の上側）に偏光板１（厚み約１８０μｍ；住友化学工業（株）製ＳＱＷ−８６２）を配置し、偏光板１と液晶セル１１との間に、位相差補償板２として、一軸延伸したポリカーボネートフィルムからなる高分子延伸フィルム１３及び１４を配置した。高分子延伸フィルム１３の△ｎｄは略２５０ｎｍ、高分子延伸フィルム１４の△ｎｄは略１１３ｎｍであった。
【００４４】
また、光学異方素子として、観察者から見て液晶セル１１の後方にネマチックハイブリッド配向した液晶フィルム（Ａ）１５及びネマチック配向が固定化された液晶フィルム（Ｂ）１６を配置し、更に背面に偏光板９を配置した。ハイブリッドネマチック配向構造を固定化した液晶フィルム（Ａ）１５の△ｎｄは１００ｎｍ、Ｄ値は１．１２、液晶フィルム（Ｂ）１６の△ｎｄは２６５ｎｍ、Ｄ値は１．０６であった。このＤ値からαを求めると、０．５となる。
偏光板１及び９の吸収軸、高分子延伸フィルム１３、１４及び液晶フィルム（Ｂ）１６の遅相軸、液晶セル１１の両界面のプレチルト方向、液晶フィルム（Ａ）１５のチルト方向は図５に記載した条件で配置した。
【００４５】
図６は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示６Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。このときの正面におけるコントラスト比は４５４であった。
図７は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖから黒表示６Ｖまで６階調表示した時の左右方向での透過率の視野角特性を示している。
図８は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖから黒表示６Ｖまで６階調表示した時の上下方向での透過率の視野角特性を示している。
図６〜８から特に透過モードにおいて良好な視野角特性を持っていることが分かった。
【００４６】
（比較例１）
ネマチック配向が固定化された液晶フィルム（Ｂ）１７を作成し、液晶セル１１の背面側に配置したネマチック配向が固定化された液晶フィルム（Ｂ）１６の代わりに、液晶フィルム（Ｂ）１７を図５に記載した条件で配置にした以外は、実施例１と同様の液晶表示素子を作製した。液晶フィルム（Ｂ）１７のΔｎｄは２６５ｎｍ、Ｄ値は１．１３であった。液晶フィルム（Ａ）１５のＤ値は１．１２であるため、このときのαは１．１であった。
【００４７】
図９は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示６Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。このときの正面におけるコントラスト比は４１２であった。
図１０は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖから黒表示６Ｖまで６階調表示した時の左右方向での透過率の視野角特性を示している。
図１１は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖから黒表示６Ｖまで６階調表示した時の上下方向での透過率の視野角特性を示している。
視野角特性は、実施例１と同様、広い視野角特性が得られていることがわかる。
但し、実施例１では正面のコントラストは４５４と比較例１の４１２に比べて約１０％もコントラストが向上していることが分かる。
【００４８】
（比較例２）
ネマチック配向が固定化された液晶フィルム（Ｂ）１８を作成し、液晶セル１１の背面側に配置したネマチック配向が固定化された液晶フィルム（Ａ）１５の代わりに、液晶フィルム（Ｂ）１８を図５に記載した条件で配置にした以外は、実施例１と同様の液晶表示素子を作製した。液晶フィルム（Ｂ）１８のΔｎｄは１００ｎｍ、Ｄ値は１．０６であった。液晶フィルム（Ｂ）１６のＤ値は１．０６であるため、このときのαは１であった。
【００４９】
図１２は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示６Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。このときの正面におけるコントラスト比は４２１であった。
図１３は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖから黒表示６Ｖまで６階調表示した時の左右方向での透過率の視野角特性を示している。
図１４は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖから黒表示６Ｖまで６階調表示した時の上下方向での透過率の視野角特性を示している。
視野角特性について、実施例１、２と比較例１を比較する。
【００５０】
全方位の等コントラスト曲線を図６と図１２で比較すると、ハイブリッドネマチック構造を持つ液晶フィルム（Ａ）１５を用いた実施例１の場合の方が、液晶フィルム（Ｂ）１８を用いた比較例２の場合に比べ、大幅に視野角特性が改善されていることが分かる。
また、透過モードでの欠点となる左右、上下方向の階調特性を図７、８と図１３、１４で比較すると、ハイブリッドネマチック構造を持つ液晶フィルムを用いることにより、反転特性が大幅に改善されていることが分かる。
また、実施例１では正面のコントラストは４５４と比較例１の４１２に比べて約１０％もコントラストが向上していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】液晶分子のチルト角及びツイスト角を説明するための概念図である。
【図２】第２の光学異方素子を構成する液晶性フィルムの配向構造の概念図である。
【図３】液晶セルのプレチルト方向を説明する概念図である。
【図４】本発明の請求項７記載の半透過反射型の液晶表示素子を模式的に表した断面図である。
【図５】実施例１における偏光板の吸収軸、液晶セルのプレチルト方向、高分子延伸フィルムの遅相軸および液晶フィルムのチルト方向の角度関係を示した平面図である。
【図６】実施例１における半透過反射型液晶表示素子を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。
【図７】実施例１における半透過反射型液晶表示素子を０Ｖから６Ｖまで６階調表示した時の左右方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図８】実施例１における半透過反射型液晶表示素子を０Ｖから６Ｖまで６階調表示した時の上下方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図９】比較例１における半透過反射型液晶表示素子を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。
【図１０】比較例１における半透過反射型液晶表示素子を０Ｖから６Ｖまで６階調表示した時の左右方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図１１】比較例１における半透過反射型液晶表示素子を０Ｖから６Ｖまで６階調表示した時の上下方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図１２】比較例２における半透過反射型液晶表示素子を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。
【図１３】比較例２における半透過反射型液晶表示素子を０Ｖから６Ｖまで６階調表示した時の左右方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図１４】比較例２における半透過反射型液晶表示素子を０Ｖから６Ｖまで６階調表示した時の上下方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，９：偏光板
２：位相差補償板
３：第１の基板
４：対向電極
５：液晶層
６：半透過反射電極
７：第２の基板
８：光学異方素子
１０：バックライト
１１：液晶セル
１２：円偏光板
１３，１４：ポリカーボネート
１５：液晶フィルム（Ａ）
１６：液晶フィルム（Ｂ）
【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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