(57)【要約】【課題】 視角依存性特にコントラスト比、表示色の視角依存性を改善する。【解決手段】 少なくとも１枚の偏光板１、４と、２枚の基板３ａ、３ｂ間に液晶３ｅを挟持した駆動用液晶セルと、１層以上の光学異方性単位からなる少なくとも１つの光学異方素子２，５とで構成され、前記光学異方素子を構成する光学異方性単位の前記駆動用液晶セルに近い側と遠い側の層の光軸の素子面とのなす角がほぼ同じであり、その中間の層の光軸の角度が変化しており、かつ前記光学異方素子の光学異方性が厚さ方向に対して負号であることを特徴とする液晶表示素子。【選択図】  図１７
2005189888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の偏光板と、２枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、１層以上の光学異方性単位からなる少なくとも１つの光学異方素子とで構成され、前記光学異方素子を構成する光学異方性単位の前記駆動用液晶セルに近い側と遠い側の層の光軸の素子面とのなす角がほぼ同じであり、その中間の層の光軸の角度が変化しており、かつ前記光学異方素子の光学異方性が厚さ方向に対して負号であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
光学異方素子の光軸と駆動用液晶セルの基板表面とのなす角度が前記駆動用液晶セルに近い側と遠い側とではほぼ同じであるが、中間部では前記光学異方素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
駆動用液晶セルの基板の法線方向から見たときに、光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸の方向が単一軸上にあることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項４】
駆動用液晶セルの基板の法線方向から見たときに、光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸の方向が２方向以上あることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項５】
駆動用液晶セルの基板の法線方向から見たときに、光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸が素子面内に連続的または段階的にねじれている請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項６】
複数の光学異方性単位が厚さ方向に連なる光学異方素子において、前記光学異方素子の光軸と表面とのなす角度が、前記光学異方素子中の上下の表面近傍で異なり、前記光学異方素子の光学異方性が厚さ方向に対して負号であることを特徴とする光学異方素子。
【請求項７】
光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸の角度が光学異方素子表面に対して、前記光学異方素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化していることを特徴とする請求項６記載の光学異方素子。
【請求項８】
光学異方素子を構成する光学異方性単位の素子面側の光軸の向きが光学異方素子表面にほぼ平行であり、前記光学異方素子の他の側の光軸の向きは素子法線になり、その中間層の光軸は前記光学異方素子の層内で連続的に変化している請求項６又は請求項７記載の光学異方素子。
【請求項９】
光学異方素子を構成する光学異方性単位の素子面側の光軸の向きが光学異方素子表面の法線方向に沿っており、前記光学異方素子の他の側の光軸が表面素子にほぼ平行になり、その中間層の光軸は層内で連続的に変化している請求項６または請求項７記載の光学異方素子。
【請求項１０】
光学異方素子を構成する光学異方性単位のそれぞれの光軸の向きが光学異方素子表面の法線方向から見たとき単一の軸上に揃った配列をしている請求項６、７および９のいずれか記載の光学異方素子。
【請求項１１】
光学異方素子を構成する光学異方性単位のそれぞれの光軸の向きが光学異方素子表面の法線方向から見たとき素子面方向にねじれて配列をしている請求項６、８および９のいずれか記載の光学異方素子。
【請求項１２】
光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸と表面とのなす角度が、一方の側と他の側とではほぼ同じであるが、中間部においては変化しており、かつ前記光学異方素子の光学異方性が厚さ方向に対して負号であることを特徴とする光学異方素子。
【請求項１３】
光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸と表面とのなす角度が、一方の側と他の側とではほぼ同じであるが、中間部では前記光学異方素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化していることを特徴とする請求項１２記載の光学異方素子。
【請求項１４】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに、前記光学異方素子を構成する光学異方性単位のそれぞれの光軸の方向が単一軸上にあることを特徴とする請求項１２記載の光学異方素子。
【請求項１５】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに、前記光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸の方向が２方向以上であることを特徴とする請求項１２記載の光学異方素子。
【請求項１６】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに、前記光学異方素子を構成する光学異方性単位のそれぞれの光軸が連続的または段階的に素子面方向にねじれている請求項１２記載の光学異方素子。
【請求項１７】
光学異方素子の光学異方性物質層が、有機または無機材料、あるいは高分子液晶からなることを特徴とする請求項６または請求項１２記載の光学異方素子。
【請求項１８】
少なくとも２枚の偏光板の間に、２枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる異光学方性層が少なくともそれぞれ１層以上組合わされて配置され，前記組合わされた光学異方性層の法線方向より傾いた方向での旋光性が，法線方向での旋光性より大きいことを特徴とする光学異方性層を有す液晶表示素子。
【請求項１９】
光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し均一に斜め、あるいは光学異方性層厚方向に連続的に変化していることを特徴とする請求項１８記載の液晶表示素子。
【請求項２０】
光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し均一に斜め、あるいは光学異方性層厚方向に連続的に変化しており、前記光軸の方位が同一の向きに配列していることを特徴とする請求項１９記載の液晶表示素子。
【請求項２１】
光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層と光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の組合せ体を、駆動用液晶セルの両面側に配置してなる請求項１８記載の液晶表示素子。
【請求項２２】
負の光学異方性である光学異方性単位からなる光学異方性層を駆動用液晶セルに隣接させて配置することを特徴とする請求項１８または２１記載の液晶表示素子。
【請求項２３】
光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し連続的に変化している光学異方性層の光軸の傾き角が小さい方の面を前記駆動用液晶セルに隣接させて配置することを特徴とする請求項２２記載の液晶表示素子。
【請求項２４】
光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光軸方位と、光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層の光軸方位とが互いに直交して配置されることを特徴とする請求項２２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、光学的補償がされた液晶表示素子および光学的補償用の光学異方素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、薄型軽量・低消費電力という大きな利点をもつ為、腕時計や電卓、日本語ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等のディスプレイとしてだけではなく、液晶表示素子の利点を積極的に活用した新規な構想の製品にも活用されている。中でもパーソナルコンピュータなどに用いられる液晶表示素子は、大面積・大容量表示化しており、表示面の大きさが対角１０インチ、６４０×４８０画素といったものが主流になってきた。このクラスの液晶表示素子に用いられている表示方式としては、大きく２つに分類できる。１つは、単純マトリクス方式、もう１つはアクティブマトリクス方式である。
【０００３】
単純マトリクス方式は、液晶を櫛形の透明電極が付いた２枚のガラス基板で挟んだけの単純な構造をしている。それゆえ、単純マトリクス方式においては、液晶に高い性能が要求される。この液晶に要求される性能を説明する前に、液晶表示素子の表示原理について説明する。液晶表示素子の表示は、液晶にかかる電圧を変化させて液晶分子の向き変化させて表示を行っている。一般に、大きなコントラスト比を得るには大きな電圧差が必要である。しかし、６４０×４８０画素もの表示を実現するには、暗と明の電圧差は約１Ｖと小さく、１Ｖ差だけで液晶分子の大きな状態変化が要求される。これを実現するため、長い間、多くの研究者らにより検討され、１９８５年、シェーファらの研究グループによりなされた。彼らの研究によると、液晶分子の配列のねじれ角（ツイスト角）を大きくすることで配列の変化が電圧に対して敏感に変化し、また、大きなねじれ角で安定な配列を得るには、液晶分子はある程度の傾きを持っていることが必要であることを見いだした。この研究報告以来、これを実現するための配向技術が盛んに行われ実用化に成功した。
【０００４】
配列６４０×４８０画素もの表示を実現するには、一般にツイスト角は１８０゜以上必要であり、このようにツイスト角が大きいことから、この液晶をスーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）と呼ばれた。しかし、初期のＳＴＮディスプレイは背景が黄色で緑の文字表示など表示に色づきがあり、白黒の表示ではなかった。これは、ツイスト角が大きいためで、このような表示の着色を解消する手段として、液晶層の配列が逆の方向にねじれた第２の液晶セルを偏光板と液晶セルの間に配置することによって白黒表示を実現できることが特許文献１にて報告されている。
【０００５】
この白黒化の原理は、液晶分子がねじれ配列とされる第１の液晶セルを透過し旋光分散を生じた光を、第１の液晶セルと対象構造の第２の液晶セルに透過させる事によって旋光分散を解消した。その結果、光の旋光分散に起因する着色が解消され、白黒表示を実現することができる。このような変換を正確に行うには、光学補償板である第２の液晶セルは、第１の液晶セルとリタデーション値がほぼ同一で、かつねじれ方向が相互間で逆であり、それらの配置は、相互に最近接する液晶分子の配向方位が直交するように構成することが必要である。
【０００６】
この他の手段としては、前述した第２の液晶セルの替わりに光学異方性フィルムを用いる手法も種々提案されている。これは、光学異方性フィルムを液晶セル上に数枚積層することにより、第２の液晶セルとほぼ同一な機能をもたせる手法である。
【０００７】
以上述べた光学補償によりＳＴＮディスプレイでも白黒表示が可能となり、更にカラーフィルタとの組み合わせにより、より付加価値の高いカラー表示も実現することができる。しかし、単純マルチプレクス方式は、電圧平均化法に基づく時分割駆動を原理としている為、表示容量を増大するために走査線数を増加すると、光を遮断する際の電圧値と、光を透過させるの際の電圧差が著しく減少し、その結果コントラスト比が小さくなったり、液晶の応答速度が遅くなる本質的な問題がある。また、この様な従来技術は、液晶表示素子を見る時の方位や角度によって表示画が反転して見えたり、表示画が全く見えなくなったり、あるいは表示が色づくといった現象として観測され、より表示品位の高い液晶表示素子を実現する際、大きく問題となる。
【０００８】
一方、アクティブマトリクス方式は、各表示画素ごとに薄膜トランジスタやダイオードからなるスイッチング素子を具備しているため、走査線の数に関係なく各画素の液晶層に任意の電圧比を設定できる。従って、単純マトリクス方式の場合の様な特別な性能は液晶には要求されない。ツイスト角をＳＴＮのように大きくする必要はなく、９０゜とされている。
【０００９】
ツイスト角が９０゜の液晶セル（ＴＮ）は、ねじれ角が小さいため旋光分散がなく、無彩色で高コントラストな表示が得られる。また、電圧に対する応答もＳＴＮより速い。アクティブマトリクス方式とＴＮとを組み合わせることにより、大表示容量でコントラスト比が高く、応答速度が速い液晶表示素子が実現することができる。また、各画素毎にスイッチング素子があるため中間的電圧を印加できこれにより中間調表示も可能である。更に、カラーフィルタと組み合わせることにより、フルカラー表示も実現が容易である。
【００１０】
しかし、アクティブマトリクス方式の場合でも、２値表示をした場合にはそれほどでもないが、中間調を表示したときに、見る方向によって表示画が反転して見えたり、表示画が全く見えなくなったり、あるいは表示が色づくといった現象として観測され、より表示品位の高い液晶表示素子を実現する際、大きく問題となる。
【００１１】
このような表示の視角依存性を低減させる手段として、特許文献２に２枚の偏光板の間に、液晶セルと光学異方性が厚み方向に負のポリマーフィルムである複屈折層を配置することが開示されている。一方、特許文献３に、螺旋ピッチ長と屈折率の積が４００ｎｍ以下のコレステリック液晶相を示す液晶化合物（または高分子液晶）からなる複屈折層を液晶セル上に配置することが開示されている。これら２つの提案は、垂直配列（配向基板に対して液晶分子が垂直に配列したもの）した液晶セルの場合しか考慮されてなく、ＴＮ方式やＳＴＮ方式のようなねじれた配列をした液晶セルの場合には考えられていない。また、特許文献４にツイスト角３６０゜以上の配列で、チルト角をもつ光学補償素子で液晶表示素子の視野角を制御する提案もあるが、階調表示をした場合には視野角拡大の効果がまだ十分とはいえない。そして、負の光学異方性物質の光軸を斜め配列させ、TN-LCDの視野角特性を改善する技術報告もされている（非特許文献１）が、全ての方位に関しては補償できていない。
【特許文献１】特公昭６３−５３５２８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２１４２３号公報
【特許文献３】特開平３−６７２１９号公報
【特許文献４】特開平４−３４９４２９号公報
【非特許文献１】第２１回液晶討論会講演予稿集、p.298 〜301
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上述べた液晶表示素子の基本的な表示原理は、液晶に印加する電圧により液晶分子の向きを変化させ、液晶セルに光学的な変化を生じさせるところにある。
【００１３】
従って、液晶表示素子を傾けてみると液晶分子の向きが変化して見え、特に微妙な中間調を表示する場合、液晶分子の傾き具合を細かく変化させるのでより顕著である。
【００１４】
このような、液晶分子の配列の見え方の視角依存性により、表示画が反転して見えたり全く識別できなかったりするといった現象として観測され、特にカラーフィルターと組み合わせてフルカラー表示を行う際には、表示画の再現性が著しく低下し大きく問題となる。
【００１５】
本発明は上記不都合を解決するものであり、コントラスト比および表示色の視角依存性を改善した液晶表示素子およびこれに使用する光学異方素子を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、以下に示す特徴をもつ液晶表示素子にある。
【００１７】
また、少なくとも１枚の偏光板と、２枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、１層以上の光学異方性単位からなる少なくとも１つの光学異方素子とで構成された、前記光学異方素子の光軸と駆動用液晶セルの基板表面とのなす角度が前記駆動用液晶セルに近い側と遠い側とではほぼ同じであるが、中間部においては変化しており、かつ前記光学異方素子の光学異方性が厚さ方向に対して負号であることを特徴とする液晶表示素子を得るものである。
【００１８】
光学異方素子の光軸と駆動用液晶セルの基板表面とのなす角度が前記駆動用液晶セルに近い側と遠い側とではほぼ同じであるが、中間部では前記光学異方素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化していることが好ましい。
【００１９】
駆動用液晶セルの基板の法線方向から見たときに、光学異方素子の光軸の方向が単一軸上にあることが好ましい。
【００２０】
駆動用液晶セルの基板の法線方向から見たときに、光学異方素子の光軸の方向が２方向以上あることが好ましい。
【００２１】
駆動用液晶セルの基板の法線方向から見たときに、光学異方素子の光軸が連続的または段階的にねじれていることが好ましい。
【００２２】
複数の光学異方性単位が厚さ方向に連なる光学異方素子において、前記光学異方素子の光軸と表面とのなす角度が、前記光学異方素子中の上下の表面近傍で異なり、前記光学異方素子の光学異方性が厚さ方向に対して負号であることを特徴とする光学異方素子。
【００２３】
光学異方素子の光軸の角度が光学異方素子表面に対して、前記光学異方素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化していることが好ましい。
【００２４】
光学異方素子の光軸の角度が光学異方素子表面にほぼ平行であり、前記光学異方素子の他の側の表面の法線にほぼ沿うように前記光学異方素子の層内で変化していることが好ましい。
【００２５】
光学異方素子の光軸の角度が光学異方素子表面の法線にほぼ沿っており、前記光学異方素子の他の側の表面にほぼ平行になるように前記光学異方素子の層内で変化していることが好ましい。
【００２６】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに光学異方素子の光軸の向きが単一の軸上にあることが好ましい。
【００２７】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに光学異方素子の光軸の向きがねじれていることが好ましい。
【００２８】
光学異方素子の光軸と表面のなす角度が、一方の側と他の側とではほぼ同じであるが、中間部では変化しており、かつ前記光学異方素子の光学異方性が厚さ方向に対して負号であることを特徴とする光学異方素子。
【００２９】
光学異方素子の光軸と表面のなす角度が、一方の側と他の側とではほぼ同じであるが、中間部では前記光学異方素子の層厚方向に連続的あるいは段階的に変化していることが好ましい。
【００３０】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに、前記光学異方素子の光軸の方向が単一軸上にあることを特徴とすることが好ましい。
【００３１】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに、前記光学異方素子の光軸の方向が２方向以上あることを特徴とすることが好ましい。
【００３２】
光学異方素子表面の法線方向から見たときに、前記光学異方素子の光軸が連続的または段階的にねじれていることを特徴とすることが好ましい。
【００３３】
光学異方素子の光学異方性物質層が、有機または無機材料、あるいは高分子液晶からなることが好ましい。
【００３４】
さらに本発明は、少なくとも２枚の偏光板の間に、２枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる異光学方性層が少なくともそれぞれ１層以上組合わされて配置され，前記組合わされた光学異方性層の法線方向より傾いた方向での旋光性が，法線方向での旋光性より大きいことを特徴とする光学異方性層を有す液晶表示素子を得るものである。
【００３５】
前記光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し均一に斜め、あるいは光学異方性層厚方向に連続的に変化していることが好ましい。
【００３６】
前記光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し均一に斜め、あるいは光学異方性層厚方向に連続的に変化しており、前記光軸の方位が同一の向きに配列していることが好ましい。
【００３７】
前記光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層と光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の組合せ体を、駆動用液晶セルの両面側に配置してなることが好ましい。
【００３８】
前記負の光学異方性である光学異方性単位からなる光学異方性層を駆動用液晶セルに隣接させて配置することが好ましい。
【００３９】
前記光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し連続的に変化している光学異方性層の光軸の傾き角が小さい方の面を前記駆動用液晶セルに隣接させて配置することを特徴とすることが好ましい。
【００４０】
前記光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光軸方位と、光学異方性単位の光学異方性が負号である光学異方性層の光軸方位とが互いに直交して配置されることが好ましい。
【００４１】
さらに上記液晶表示素子において、前記光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方性層の光学異方性単位の光軸が光学異方性層厚方向に対し均一に斜め、あるいは光学異方性層厚方向に連続的に変化していることを特徴とする光学異方素子を配置する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、液晶表示素子のコントラスト、表示色の視角特性が改善され、視認性に優れる高品位表示の液晶表示素子を提供することができる。また本発明は、特定の条件下、たとえばカーナビゲーションなどのある方向のみの視角を変化させたいときにも使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明は、上記により課題を解決するものであり、液晶表示素子のコントラスト比や階調表示時の明るさ、表示色の視角依存性を同時に軽減したり、液晶表示素子のある特定のコントラスト比が得られる領域をある特性の方位、視角に制御しようするものである。その作用について以下に説明する。
【００４４】
ＴＮやＳＴＮなどの液晶表示素子において、光が液晶表示素子の表示面に垂直に入射する場合と斜めに入射する場合とでは、液晶表示素子中を伝搬する光の偏光状態は異なり、この偏光状態の違いが表示画の反転現象や着色現象に直接反映する。このような現象は、液晶表示素子の表示面を見る角度を表示面法線から大きく傾けていくと観測され、特に液晶層に電圧を印加する手段を有する液晶セル（以下駆動セルという）の液晶層に電圧が印加されている画素で顕著に見られる。
【００４５】
図３５は従来のＴＮ液晶表示素子の表示面法線から左右の方向に０°から６０°まで傾いた時の表示輝度の角度依存性を示す図である。１から８レベルと示されているのは、階調表示の各階調番号で、液晶セルに印加される電圧が順に異なっている。レベル１は０Ｖ、レベル８は５Ｖが液晶セルに印加されている。例えば、上方位の場合、ディスプレイの表示面の法線から傾ける角度（視角）を０°（正面）から６０°へと大きくなるにつれて、輝度は徐々に大きくなっている。実際の表示では、表示色が白っぽくなる（白抜け）として観測される。一方、下方位についてみると、視角を正面（０°）から６０°へと傾けていくと、上方位とは逆に輝度は低下していく。この現象は、実際の表示画においては、表示色が暗くなる（黒つぶれ）として観測される。また、正面において、最も明るい表示レベル１とそれより低い階調レベル２は、上方位の視角３５°で大小関係が逆転しており、実際の表示画においては、写真フィルムのネガのような反転した表示（反転）として観測される。どの階調レベルに関しても視角変化しても透過率が変化しないのが理想である。しかし、実際のＴＮの視角特性は図３５に示したように左右方位の特性は比較的よいが、上下方位の特性は悪い。
【００４６】
このような現象がおきるのは、上述のように液晶表示素子の視角特性は、液晶表示素子に入射する光の入射角度により偏光状態が異なることに起因するためであるが、これについてＴＮを例に詳しく説明する。
【００４７】
図３にＴＮ型液晶表示素子の動作原理を示す。図３（ａ）は電極３ｃ、３ｄに電圧無印加時のＴＮセル中の液晶分子ＬＭの配列状態を示している。電圧Ｖが印加されていない時には、液晶分子は基板に対してほぼ平行に液晶層の厚さ方向（図ではＺ軸の方向）に液晶分子同士が平行になって連続的にねじれた配列をしている。この配列に偏光子Ｐｉにより偏光された光Ｌｉが入射すると、偏光面は液晶分子ＬＭのねじれ配列にしたがって回転し、液晶層を出たところでは偏光面は、液晶層に入る前の偏光面に対し液晶層のツイスト角分回転する。この回転した方向に検光子Ｐｏの透過軸Ｐｏｔを合わせると透過光Ｌｏが得られる。
【００４８】
図３（ｂ）は、電圧印加時のＴＮセル中の液晶分子の配列状態を示している。電圧Ｖの印加により液晶分子ＬＭは立上がり、セルの中央付近の液晶分子ＬＭｃは電極近傍の液晶分子ＬＭｓよりも傾く。電極３ｃ、３ｄ近傍の液晶分子ＬＭｓの傾きが小さいのは、電極−液晶層界面の配向規制力（液晶を配向させるために必要）があるためである。電圧Ｖの大きさに応じて液晶分子の傾きが大きくなり、これと同時にねじれ配列も歪み、電圧がさらに大きくなるとついにはねじれが解かれる。このような状態に偏光Ｌｉが入射すると、ねじれ配列ではないために偏光面Ｌｐは回転せず液晶層を進行し、液晶層を出たところでは偏光面は液晶層に入射する前と変わらない。したがって検光子Ｐｏの透過軸Ｐｏｔは偏光面Ｌｐと直交するので偏光は透過できない。また、中間調を表示するには液晶層に印加する電圧の大きさをこれより小さく設定し、配向のねじれ配列を若干残し、液晶層を出射する偏光面を幾分回転させて中間の透過光を得る。
【００４９】
以上の原理により、透過光をねじれ配列の歪みを利用して制御している。次に斜め方向の光に対する現象を説明する。
【００５０】
図４は中間調を表示するときの分子配列状態に斜めから光が入射する状態を説明する図である。図４（ａ）は、中間調表示時の分子配列状態ＬＭｉｎｔと２つの入射光の方向Ｌ、Ｕの関係を示す斜視図で、これをよりわかりやすくするため、Ｙ軸方向から見た図を図４（ｂ）、（ｃ）に示す。ここに駆動用液晶セルの基板の法線方向をＺ軸、基板面をＸＹ軸で表している。上下の基板の電極３ｃ、３ｄ付近の液晶分子ＬＭｓはやや傾きをもって配列している。この傾きはプレチルト角と呼ばれ、一般に、プレチルトとは基板−液晶界面における液晶分子の傾きのことを示し、その傾きの角度をプレチルト角α０という。電圧無印加時には、上下の基板３ａ、３ｂ間にわたり同一の角度で傾いている。電圧Ｖが印加される領域にわたり所定の傾き（プレチルト）があると、電圧が印加された際の傾き方向がプレチルトの方向に揃うので、その結果均一な表示ができる。もし、プレチルトがない場合には、電圧が印加されたときに液晶分子の傾く方向がまちまちとなり、傾き方向の異なる領域の境界に欠陥線が発生し表示品位を著しく低下させる原因となる。したがって均一な表示を得るためにはプレチルトは不可欠であり、その角度はＴＮモードにおいては１°から６°が一般的である。
【００５１】
したがって図４（ｂ）、（ｃ）に示したように、特に中間調を表示した際には、液晶分子の配列状態はＹ軸に対して非対称になる。図４（ｂ）の＋Ｘ軸から＋Ｚ軸の方向へ斜めに入射するＬの偏光に関しては、図５のＬＭ−Ｌに示したように、配列は液晶分子ＬＭに傾きがない状態（あたかも電圧無印加時の配列状態）となり偏光面は大きく回転することができる。その結果、透過光は正面からの入射光（Ｚ軸に平行な光）に対する出射光の強度よりも大きくなる。一方、図４（ｃ）のこれと反対の方位から（−Ｘ軸から＋Ｚ軸の方向へ斜めに）入射する偏光Ｕに対しては、図５のＬＭ−Ｕに示したように、配列は液晶分子ＬＭが大きく傾いた状態（あたかもさらに大きな電圧が印加された配列状態）となり偏光面は回転することができなくなる。その結果、透過光は正面からの入射光（Ｚ軸に平行な光）に対する出射光の強度よりも小さくなる。図３５との対応関係は、図４のＬの方位は図３５の上方位に、図４のＵの方位は図３５の下方位に相当する。
【００５２】
以上説明したように、中間調での透過光の方位依存性は液晶分子の配列の非対称性に起因する。この配列の非対称性は、光が入射する方位により偏光面の回転（旋光性）角度が異なり、その結果透過率に変化を生じる。ＴＮ型液晶表示素子では、上方位では旋光性が生じ、下方位では旋光性が減じる傾向があるといえる。したがって、これを改善するには上方位で旋光性が減り、下方位で旋光性が生じる光学異方素子を加えることにより、液晶表示素子の視角依存性を改善することができる。
【００５３】
第１に光学異方素子に要求される特性をまとめると、光学異方素子に求められる特性は、上下方位のいずれかの視角特性が良好でない駆動用液晶セルに対して、上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆であるということになる。
【００５４】
さらに、第２に他の方位に対して視角特性を改善する特性であることが要求される。
【００５５】
本発明は、このような特性をもつ光学異方素子およびこの光学異方素子を備えた液晶表示素子を得るものである。
【００５６】
本発明に関する光学異方素子の構成について説明する。
【００５７】
本発明における光学異方素子は、光学異方性を持つ膜、板、シート状の平面体であり、厚みを有する。光学異方性が負号の素子では、図９に示すように、平面を構成するＸＹ軸方向に対して垂直なＺ軸即ち光軸の屈折率が小さい。
【００５８】
光軸が一定の方向を向いた光学異方性を持つ薄い層を光学異方性単位と定義し、上記光学異方素子は、この単位が多層に積載された構成であるとする。各層の境界が区分されないものも含む。
【００５９】
従って、本発明の代表構成は、少なくとも１枚の偏光板と、２枚の基板間に液晶を挟持した駆動用液晶セルと、複数の光学異方性単位が厚さ方向に連なる少なくとも１つの光学異方素子とで構成され、前記光学異方素子は前記光学異方性単位の光学異方性が前記厚さ方向に対して負号であり、それぞれの光軸の角度が前記厚さ方向に対して一定でなく、かつ前記厚さ方向で最小の旋光性を有するように配列されていることを特徴とする液晶表示素子にある。
【００６０】
例えばその一実施例として、素子の一方の面から他方の面にかけて、光軸が一方の面でほぼ面に平行で、他方の面にかけて徐々に傾きを変化させ他方の面でほぼ垂直になるハイブリッド構造の光学異方素子を上げることができる。
【００６１】
さらに視角依存性を改善するために、本発明は、光学異方性単位の光学異方性の符号が互いに異なる光学異方性層が少なくともそれぞれ１層以上組合わされた光学異方素子組合体にある。これらの異方性素子は組合わされた光学異方性層の法線方向より傾いた方向での旋光性が，法線方向での旋光性より大きいことを特徴とし、例えば正と負号の光学異方性体を一対とする組合せ体として用いる。これを例えば駆動用液晶セルの両面側に配置する。
【００６２】
まず、光学異方素子に要求される特性をまとめると、光学異方素子に求められる特性は、「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」ということにある。
【００６３】
図６は、本発明の光学異方素子の光軸の配列状態を示す図で、図６（ａ）は本発明の光学異方素子の断面図であり、楕円で示されているのは光学異方素子を構成する光学異方性単位ＬＤを示しており、楕円の短軸法線が光軸ＯＬに相当する。単位は１つの分子でもよいし、積層などでつらなる複数の分子から構成されてもよい。
【００６４】
下側の基板２ｄから上側の基板２ａにかけて長軸の傾きが連続的に変化しており、下基板２ｄ付近では基板面に対してほぼ垂直で上基板２ａ付近でほぼ平行である（ハイブリッド配向）。この配列を上から見た例が図６（ｂ）に示されている。図中の矢印は、光軸の向きを示している。図６（ｃ）はＺ軸から斜めに観測したときの配列図である。傾き方向は図中のＸＹＺ軸で示されている。これと逆の斜め方向から見た図を図６（ｄ）に示した。図（ｃ）（ｄ）からわかるように、図６（ａ）の配列をＺ軸より斜めから観測すると、（ｃ）では下から上に進行するにしたがい進行方向から見て左ねじれ、（ｄ）ではこの逆の右にねじれて配列している。このように斜めに配列している光学異方素子により、上述の「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」という特性が実現できる。
【００６５】
また、本発明の光学異方素子としての光学異方素子は、その厚さ方向に光学的に光学異方性物質層単位を多層に積層した構造とみることができる。各層単位が光軸をもち、これらの光軸の傾きが連続的にまたは段階的に変化している構成である。
【００６６】
さらに、厚さ方向で最小の旋光性を有する光軸配列をとっている。
【００６７】
次にこのような光学異方素子をどのようにして駆動セルと組み合わせると良好な補償効果が得られるかについて説明する。
【００６８】
図７（ａ）は、図３、４、５に示した駆動セルを、図６と同様に矢印を加えて示した図で、符号Ｌｉｐが入射光の偏光軸、符号Ｌｏｐが出射光の偏光軸を表している。図７（ａ）は光学異方素子を、（ｂ）は中間調に相当する電圧を印加した駆動セル（ＴＮ）をＺ軸から見た図である。（ｃ）はＺ軸上から＋Ｘ軸側に倒して見たときの光学異方素子を構成する各光学異方性物質層の分子の配列を示した図であり、図中に直線偏光が入射した場合の旋光状態を示した。この方向では光学異方素子は、入射光の偏光面を左方向に回転させる性質（左旋光能）がある。（ｄ）に（ｃ）と同じ方向から見たときの駆動セルの配列状態を示した。液晶分子は中間調に相当する電圧（液晶が動作する臨界電圧（しきい値電圧）よりやや大きい電圧）が印加されているために斜めに傾いており、この方向から見ると液晶分子の長軸方向の長さと短軸方向の長さがほぼ同じとなる配向部分が生じる。そのため、入射偏光はあまり旋光せずに透過し、出射光の偏光軸Ｌｏｐの方向は入射光の偏光軸Ｌｉｐとほぼ変わらない。これが表示が暗くなる「黒つぶれ」と呼ばれる表示異常の原因であり、この場合、左回りに偏光を旋光（旋光能を増加させる）させれば、これが改善される。それには、前述の図（ｃ）の光学異方素子がこれに適合する。図（ｃ）の光学異方素子には左旋光能があり、駆動セルで足りない旋光を補う。
【００６９】
一方、これと逆方位については、図（ｅ）（ｆ）を用いて説明する。図（ｅ）（ｆ）は、図（ａ）の光学異方素子をＺ軸の方向から−Ｘ軸より観測したときの光軸の配列を示したもので、図の入射光に対して右に旋回させる特性（右旋光能）をもつ。図（ｆ）は、図（ｄ）と同様、中間調の電圧が印加された状態であり、この方向からは実際には液晶分子が傾いているのにもかかわらず傾いてないなように見え、そのため大きな旋光能がでる。これが表示が必要以上に明るくなる「白抜け」と呼ばれる表示異常の原因となり、左回りの旋光を抑制する右旋光を適用すれば余分な旋光を解消でき「白抜け」が改善される。図（ｅ）の光学異方素子は右旋光能があり、これを駆動セルと組み合わせることで素子の特性改善がはかれる。
【００７０】
以上、光学異方素子表面の法線に対して傾いた方向での旋光性が、法線の方向での旋光性よりも大きいハイブリッド配向の光学異方素子を例にして視野拡大の原理説明をしたが、ハイブリッド配向でねじれ配向した光学異方素子や、上下基板間で均一にチルト配向した光学異方素子でもハイブリッド配向の光学異方素子と類似の特性が得られ、それは液晶表示素子の設計仕様に応じて選択することができる。また、ＴＮを例に説明したが、ＳＴＮでも同様の原理が適用できるので、ＳＴＮの視角を改善する手段として用いることも可能である。
【００７１】
負の光学異方性を示す光学異方体を上述のようなハイブリッド配列により素子の斜め方向の旋光性の方が正面方向（Ｚ軸）よりも大きい特性をもつことにより、主に「黒つぶれ」や「白抜け」の表示異常に関し、大きな改善効果がある。また、上述の説明では光学異方素子を構成する光学異方性単位の光学異方性が負号である場合を示したが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示す場合は、光学異方性が正号でも同様な効果を発揮するのはいうまでもない。
【００７２】
また、上述の説明ではハイブリッド配列について示したが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示すのはこのような配列のみではなく、素子法線方向から見たときに光学異方素子を構成する光学異方性単位の光軸が素子面方向にねじれた配列でも、光学異方素子の両端面での光軸の向きが同一で、内部配列が連続的または段階的変化した配列や例えばハイブリッド配列を２つ重ねたベンド配列やスプレイ配列でも同一の効果が得られる。また、光学異方素子のリタデーション値は、駆動用液晶セルのリタデーション値よりも小さな値であることが望ましく、中間調を表示する電圧が印加された時の駆動用液晶セルのリタデーション値近傍の値であることがより望ましい。しかし、この値は製品仕様や量産性などにより依存し必ずしもこの限りでない。また、組み合わされて使用する光学異方素子やその枚数などにより、光学異方素子の配列や配置などは製品仕様、量産性、コストなどにより種々変化する。
【００７３】
また、製品仕様に視角特性を組み合わせる際に、ＳＴＮに用いられるような２軸性の光軸をもつ光学異方素子や、光学異方性単位の光学異方性が正号である光学異方体を種々配列された光学異方素子、あるいは光学異方性物質の光学異方性が２軸性である光学異方体を種々配列させた光学異方素子などと組み合わせて使用しても同様な効果が得られることはいうまでもない。
【００７４】
負の光学異方性を示す物質としてトリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたＣ18Ｈ6（ＯＣＯＣ7Ｈ15）6 やベンゼン核を有するＣ6（ＯＣＯＣmＨ2m+1）6 などがあり、これらはディスコティック液晶と呼ばれる。これらを液晶相を示す温度領域で所望な配列を形成させ、配列が変化しないように結晶相で使用することなどもできる。また、液晶相を示す温度範囲を液晶モジュールの動作温度範囲にし、電界等により配列を制御できるように光学異方素子を作製すれば視角特性を電圧制御することも可能である。
【００７５】
本発明では、光学異方素子を構成する光学異方性物質が、光学異方性の光軸の傾きが異なる負号なのでさらに良い視角改善効果を発揮する。次に光学異方性が負号の液晶を用いる際に視野角特性が改善される原理を説明する。
【００７６】
駆動用液晶セルにしきい値電圧以上の電圧が印加された状態を３次元の屈折率楕円体で表すと図８に示すようになる。Ｚ軸は液晶セルの厚み方向で、ＸＹ面は液晶セルの基板面に相当する。複屈折現象は、この屈折率楕円体ＲA の中心点をある方向から見たときの観測点と、屈折率楕円体ＲA の中心点とを結ぶ線の屈折率楕円体ＲA の中心点上の法線面が、屈折率楕円体ＲA を切断したときに形成される楕円状の切断面の形状（ここでは、２次元面内の屈折率体と呼ぶ）により示される。この２次元面内の屈折率体の長軸と短軸の長さの差が、常光と異常光の位相差に相当し、液晶セルを挟む偏光板の透過軸が互いに直交していれば、その位相差が零のとき液晶セルの透過光は遮断され、位相差が零でないときにはその位相差と入射光の波長に応じた透過光が生じる。
【００７７】
液晶セルの基板面に垂直に光が入射した場合（液晶セルを真正面から見たとき）には、２次元面内の屈折率体ＲA4は円となり、常光と異常光の位相差は零となるが、液晶セルの基板面から傾いた方向ＲA1より光が入射した場合、屈折率楕円体ＲA5は楕円となり、常光と異常光の位相差が生じ、真正面方向と斜め方向では液晶セルを透過する光の偏光状態は異なる。
【００７８】
図８の屈折率楕円体ＲA を見る角度、すなわち視角ＲA3を大きくしていくと視軸ＲA1の２次元面内の屈折率体ＲA5はｎRA1 の長さ方向に大きくなり、視軸ＲA1の方向から見たときより大きい透過光が観測される。理想的には、どの方位でも視角を変化したとき、２次元面内の屈折率体の形状が変化しないことが望ましい。
【００７９】
このような光学的な補償は、図９に示すような円盤状の屈折率楕円体ＲB を図８の屈折率楕円体ＲA のＺ軸上に配置する（すなわち液晶セルの上あるいは下に隣接して配置する）ことにより実現できる。このような構成にすると、視角ＲA3を大きくしていったとき、屈折率楕円体ＲA の２次元面内の屈折率体ＲA がｎRA1 の長さ方向に大きくなるのに対して、屈折率楕円体ＲB のｎRA2 の長さ方向の屈折率が大きくなり、その結果、合成された２次元面内の屈折率体は円になり、屈折率楕円体ＲA を光学的に補償することができ、視角特性が向上する。
【００８０】
実際の液晶表示素子では駆動用液晶セルの屈折率楕円体は、図８に示したように楕円の長軸は、表示面に対して垂直ではなく、若干傾いている。従って、これを補償する図９の光学異方素子の屈折率楕円体ＲB はこれに合わせて円盤形状の短軸が傾いているのが好ましい。
【００８１】
実際には図９に示すような屈折率楕円体は、光軸が連続的にねじれた配列をした光学異方性物質層からなる光学異方素子や、厚み方向よりも面内方向の屈折率の方が小さい材料で構成することにより実現できる。
【００８２】
以下、光軸が連続的にねじれた配列をした光学異方性物質層からなる光学異方素子で、光学異方性が負号の光学異方素子を実現する方法について説明する。
【００８３】
一般に駆動用液晶セルは、液晶セルに印加する電圧によって可視の波長領域の光（一般には３８０ｎｍから７５０ｎｍまでの領域）の偏光方向を積極的に変化させて表示している。
【００８４】
一方、本発明の光学補償用の光学異方素子の場合、光学異方性物質層の光軸が連続的にねじれているため、光学異方素子の光学条件によっては旋光性が生じることがある。ここで旋光性とは、光が媒質中を進行するに従ってその光の振動方向が、進行方向を軸として左または右に旋回する性質のことを示す。光軸が連続的にねじれた光学異方素子のリタデーション値を一定としたとき、光軸のねじれピッチが長い場合、光はその光軸のねじれに従ってその偏光面を回転させるが、光軸のねじれピッチが短い場合、光はその光軸のねじれに追従できなくなり、旋光現象は起きない。光学異方素子の旋光性が大きいと、素子を透過する光の偏光面を変化させてしまい、その結果コントラスト比を減少させてしまったり、場合によっては光の波長により偏光面が種々変化し、光学異方素子を透過した光が着色するなどの問題が生じる。
【００８５】
従って、少なくとも光学異方素子の可視光に対する旋光性は、駆動用液晶セルの可視光に対する旋光性に比べて小さくなるようにすることが必要である。旋光性は、媒質を透過する光の波長と、光が透過する媒質により大きく依存する。旋光性の大小は、光軸の変化に対する媒質のリタデーション値の変化の度合いで表される。
【００８６】
従って、駆動用液晶セルの旋光性の大小は、駆動用液晶セルの液晶の常光に対する屈折率ｎｏと異常光に対する屈折率ｎｅとの差をΔｎ1 （＝ｎｅ−ｎｏ：屈折率異方性）、液晶層の厚みをｄ1 、液晶層のねじれ配列の角度（ツイスト角）をＴ1 とすると、 Δｎ1 ・ｄ1 ／Ｔ1 ＝ Ｒ1 ／Ｔ1 [1.1]ただし Ｒ1 ＝Δｎ1 ・ｄ1 （リタデーション値）
で表すことができる。
【００８７】
同様にして補償用光学異方素子の旋光性の大小は、補償用光学異方素子の光学異方性物質層の屈折率異方性をΔｎ2 、積層された光学異方性物質層の厚みをｄ2 、光学異方性物質層の光軸の総ねじれ角度をＴ2 とすると、 Δｎ2 ・ｄ2 ／Ｔ2 ＝ Ｒ2 ／Ｔ2 [1.2] ただし Ｒ2 ＝Δｎ2 ・ｄ2で表すことができる。
【００８８】
従って、補償用光学異方素子の旋光性と駆動用液晶セルの旋光性の大小関係は、[1.1] 、[1.2] 式から （Ｒ1 ／Ｔ1 ）＞（Ｒ2 ／Ｔ2 ） [1.3] となる。
【００８９】
光学異方性物質層の光軸が連続的にねじれている光学異方素子中の光の伝搬は、次式によって示されるパラメータで表せる（C. Z. Van Doorn, Physics Letters 42A, 7(1973) ）。
【００９０】
ｆ＝λ／（ｐ×Δｎ） [1.4] ただし λは真空中の光の波長（可視の波長範囲）
ｐは光軸のねじれピッチ長（ｐ＝ｄ／Ｔ）
ｆ＜＜１の場合には、光学異方素子中の光は偏光面が光軸のねじれ角に従い変化し、旋光性を持つ。先述したように光学異方素子は旋光性が小さいことが望ましく、光学異方素子はｆ＞＞１の条件を満たすことが必要である。よって光学異方性は、[1.4] 式から ｐ×Δｎ＜λ [1.5] が成り立つことが必要である。
【００９１】
ところで、ツイスト角が非常に大きい、すなわち螺旋ピッチの長さが短い液晶をコレステリック液晶と一般に称すが、この液晶の螺旋ピッチの長さｐとコレステリック液晶の平均屈折率ｎとの積ｎ×ｐの値が、可視の波長範囲（条件によって異なり、短波長端は３６０ｎｍから４００ｎｍ、長波長端は７６０ｎｍから８３０ｎｍの範囲）にあると選択散乱を生じる（J. L. Fergason ; Molecular Crystals. 1. 293(1966) ）。このような現象はコレステリック液晶セルにだけ見られる現象ではなく、光学異方体の光軸が連続的にねじれた光学異方素子でも起こり得る。選択散乱が生じると光学異方素子の着色現象が生じて表示色が変化する。従って、光学異方素子を形成する光学異方性物質層の平均屈折率ｎと、光軸のねじれピッチｐとの積ｎ×ｐが可視の波長範囲から外れるようにすると着色現象が防止できる。
【００９２】
また、光学異方素子は高分子フィルムを延伸することにより光学異方性を生じさせた位相差フィルム（retardation film）を積層したものや、ねじれ配列させた液晶セル、ならびに高分子液晶をねじれ配列させた薄膜によって実現できる。この場合、例えば駆動用液晶セルの基板の少なくともどちらか一方にこの高分子層を塗布することによって得られるため製造上容易となり、より望ましい液晶表示素子が得られる。例えばポリシロキサンを主鎖とし、側鎖にビフェニルベンゾエートとコレステリル基を適当な比で有したような高分子共重合体などを用いることなどができる。
【００９３】
これらの光学異方素子は偏光板、基板間だけでなく、基板の内側のセル内に作製しても同様な効果が得られる。例えば高分子液晶を基板の内側に塗布し、その上に配向膜を作製しても良い。
【００９４】
しかし、光学異方素子に求められる特性である「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」を一枚あるいは同種のも複数枚で実現しようとすると厚みが増し、リタデーション値が大きくなりすぎ表示色が変化してしまう欠点がある。この原因は光学異方素子を透過する光は、旋光とともに複屈折効果が生じ、直線偏光が楕円偏光となり、その楕円率が光の波長により異なることで透過光に波長依存性が発生し、色づきが生まれる。
【００９５】
そこで、所望な旋光能と色づきを解消するには、光学異方性が異符号の光学異方性単位からなる光学異方素子をこれと同様なハイブリット配列したものとを正号と負号の素子を組み合わせることで、両方の要求性能が得られることを見出した。
【００９６】
次に、負号の光学異方素子に組合せる正の光学異方素子について説明する。
【００９７】
負号の光学異方素子で説明したと同様に、上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆である特性を得る場合について説明する。
【００９８】
図２４は、本発明の光学異方素子の光軸の配列状態を示す図で、図２４（ａ）は本発明の実施形態の光学異方素子の断面図であり、楕円で示されているのは光学異方素子を構成する光学異方体ＬＤを示しており楕円の長軸が光軸ＯL に相当する。下側の基板２ｂの電極から上側の基板２ａの電極にかけて長軸の傾きが連続的に変化しており、下の基板電極付近では基板面に対しほぼ平行で上の基板電極付近ではほぼ垂直である（ハイブリット配向）。この配列を上から見た例が図２４（ｂ）に示されている。図中の楕円内の矢印は、光軸の向きを示している。層内のそれぞれの光軸の向きが同一平面上にあり、すなわち単一の軸上に揃って配列している。図２４（ｃ）はＺ軸から斜めに観測したときの配列図である。傾き方向は図中のＸＹＺ軸で示されている。これと逆の斜め方向から見た図を図２４（ｄ）に示した。図２４（ｃ）、（ｄ）から分かるように、図２４（ａ）の配列をＺ軸より斜めから観測すると、（ｃ）では下から上に進行するに従い進行方向からみて左ねじれ、（ｄ）ではこの逆の右ねじれで配列している。この様に斜め配列している光学異方素子により、先ほど述べた「上方位と下方位間で旋光の回転方向が逆」という性質が実現できる。
【００９９】
次に、この様な光学異方素子をどのように駆動用液晶セルと組み合わせると良好な補償効果が得られるかを次に説明する。
【０１００】
図２５（ａ）は、図３、４、５に示した駆動用液晶セルを、図２４と同様に矢印を加えて示した図で、符号Ｌipが入射光の偏光軸、符号Ｌopが出射光の偏光軸を表している。図２５（ａ）は光学異方素子を、（ｂ）は中間調に相当する電圧を印加した駆動用液晶セル（ＴＮ）をＺ軸から見た図である。（ｃ）はＺ軸上から＋Ｘ側に倒して見たときの光学異方素子の光軸の配列を示した図であり、図中に直線偏光が入射した場合の旋光状態を示した。この方向では光学異方素子は、入射光の偏光面を左方向に回転させる性質（左旋光能）がある。（ｄ）に（ｃ）と同じ方向から見たときの駆動用液晶セルの配列状態を示した。液晶分子は中間調に相当する電圧（液晶が動作する臨界電圧（しきい値電圧）よりやや大きい電圧）が印加されているため斜めに傾いていており、この方向から見ると液晶分子の長軸方向の長さと短軸方向の長さがほぼ同じとなる配向部分が生じる。そのため、入射偏光はあまり旋光せずに透過し、出射光の偏光軸Ｌopの方向は入射光の偏光軸Ｌipとほぼ変わらない。これが表示が暗くなる「黒つぶれ」と呼ばれる表示異常の原因であり、この場合、左回りに偏光を旋光させれば（旋光能を増加させる）これが改善される。それには、先ほど示した図（ｃ）の光学異方素子がこれに適合する。図（ｃ）の光学異方素子には左旋光能があり、駆動用液晶セルで足りない旋光を補う。
【０１０１】
一方、これと逆方位について、図（ｅ）、（ｆ）を用いて説明する。図（ｅ）（ｆ）は、図（ａ）の光学異方素子をＺ軸の方向から−Ｘ軸より観測したときの光軸の配列を示したもので、図の入射光に対して右に旋回させる特性をもつ（右旋光能）。図（ｆ）は、図（ｄ）と同様中間調の電圧が印加された状態であり、この方向からは実際には液晶分子が傾いているのにもかかわらず傾いていないように見え、そのため大きな旋光能がでる。これが表示が必要以上に表示が明るくなる「白抜け」と呼ばれる表示異常の原因となり、左回りの旋光を抑制する右旋光を適用すれば余分な旋光を解消でき「白抜け」が改善される。図（ｅ）の光学異方素子は右旋光能があり、これを駆動用液晶セルと組み合わせることで特性改善が得られる。
【０１０２】
以上、光学異方素子表面の法線に対して傾いた方向での旋光性が、前記法線の方向での旋光性よりも大きいハイブリッド配向の光学異方素子を例にして視野角拡大の原理説明をしたが、ハイブリット配向でねじれ配向した光学異方素子や、上下基板間で均一にチルト配向した光学異方素子でもハイブリット配向の光学異方素子と類似の特性が得られ、それは液晶表示素子の設計仕様に応じて選択することができる。また、ＴＮを例に説明したが、ＳＴＮやハイブリッド配列の（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）でも同様の原理が適用できるのでＳＴＮの視角を改善する手段として用いることも可能である。
【０１０３】
以上から、負の光学異方性を示す光学異方単位を上述の様なハイブリット配列により素子の斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性をもつことにより、主に「黒つぶれ」や「白抜け」の表示異常に関し大きな改善効果があるが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示すのは光学異方性物質の光学異方性が正号でも同様な効果を発揮する。
【０１０４】
本発明はこの正号と負号の光学異方性をもつ光学異方性層または素子を少なくとも１枚ずつ組合せることにより、全方位にわたって、駆動用液晶セルの視角依存特性を改善することができるものである。
【０１０５】
なお、上述の説明では各光学異方素子を光学異方性単位がハイブリット配列になっている場合について示したが、斜め方向の旋光性の方が正面方向より大きい特性を示すのはこの様な配列のみではなく、素子法線方向から見たとき光学異方素子を構成する光学異方性物質層の光軸が素子面方向にねじれた配列でも、光学異方素子の両端面での光軸の向きが同一で、内部配列が連続的、段階的に変化していても同一の効果が得られる。
【０１０６】
以上のような光学異方素子を実現するには、例えばアクリロイルオキシ基などの重合性官能基を液晶に付与した紫外線硬化型の液晶を用いると良い。
【０１０７】
発明の液晶表示素子の実施形態を詳細に説明する。
【０１０８】
（実施形態１）図１および図２に本実施形態における液晶表示素子の断面図を示す。液晶表示素子１０は２枚の偏光板１、４（LLC2-92-18:SANRITZ 社製）と、これらの間に視角補償用の光学異方素子である液晶セル２と駆動用液晶セル３とを挟む構成を有している。偏光板１は透明基板１ｂの内側に偏光膜１ａをはさんで付けたものであり、偏光板４も同様に透明基板４ｂに偏光膜４ａをつけて形成される。
【０１０９】
光学異方素子として視角補償用液晶セル２はこれらの偏光板１、４間に配置され、透明基板２ａ、２ｂ間に光学異方性物質層２ｃを介在させたセル構造を有する。基板２ａ、２ｂはそれぞれ異なる角度で表面にＳｉＯ2 を斜方蒸着し、間に光学異方性が負であるディスコティック液晶（トリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたＣ18Ｈ6(ＯＣＯＣ7 Ｈ15)6）が光学異方性物質層として導入されており、プレチルト角は駆動用液晶セル３に近い方を３０°、遠い方を６０°としている。視角補償用液晶セル２に用いた光学異方性物質層のΔｎｄは−５７０ｎｍである。
【０１１０】
駆動用液晶セル３は視角補償用液晶セル２と偏光板４間に配置される。２枚の上側基板３ａと下側基板３ｂとはそれぞれ透明電極３ｃ、３ｄを形成しており、駆動電源３ｆに接続される。基板３ａ、３ｂ間に正の誘電率異方性を持つねじれネマティック液晶（ＺＬＩ−４２８７、E. Merck Co. Ltd 社製）にカイラル剤Ｓ８１１（商品名、E. Merck Co. Ltd 社製）を混入したものが、ねじれ角が９０°で導入され、駆動電源３ｆからの印加電圧に応じて状態を変化する。電圧無印加時はねじれ配列を維持する。
【０１１１】
駆動用液晶セル３に用いた液晶のΔｎは０．０９３、液晶層の厚みは５．５μｍである。駆動用液晶セル３の液晶分子は下側基板３ｂから上側基板３ａへと反時計回りにねじれている（左ねじれ）。本セル３は９０°ツイスト角のＴＮセルとして動作し、旋光作用により光制御する。
【０１１２】
図２（ａ）は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。（１．１）および（４．１）は２枚の偏光板１および４の透過軸であり、これらは互いに直交し（１．１）はＹ軸に対し基板の法線方向である＋Ｚ方向から見て反時計回りに１３５°で配置される。（３．１）、（３．２）は駆動用液晶セル３の上側基板３ａと下側基板３ｂのラビング軸すなわち配向処理方向で、これらは互いに直交し、Ｙ軸に対しラビング軸（３．１）とのなす角は＋Ｚ方向から見て反時計回りで４５°で配置される。
【０１１３】
光学異方素子である視角補償用液晶セル２の（２．１）、（２．２）はそれぞれ上側と下側の基板２ａ、２ｂのラビング軸で、視角補償用液晶セル２はラビング軸（２．２）が駆動用液晶セル３のラビング軸（３．１）と平行になるように配置される。すなわち、液晶分子ＬＭの光軸ＯL （図６）はこれらラビング軸に沿って配置され、液晶層が基板のラビング処理された面に接する側における液晶層の光軸となる。
【０１１４】
偏光板１は透過軸（１．１）が視角補償用液晶セル２のラビング軸（２．１）と直交するように配置した。
【０１１５】
本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電圧３ｆから駆動用液晶セル３の電極３ｃ−３ｄ間に印加する電圧）は、１Ｖから５Ｖまで変化させた。結果を図１０に示す。図１０は上下左右の４方位の印加電圧−透過率特性がそれぞれ示されており、正面から６０°まで視角を３０°ごと変化させたときの透過率を示している。理想はどの角度でも正面（視角θ＝０°）の透過率曲線と同一であることである。正面の方向では、ある電圧を越えると電圧の増加と共に透過率が減少する。
【０１１６】
図１１は従来技術の比較例１のＴＮ−ＬＣＤの印加電圧−透過率特性図であるが、下方位の特性は視角が大きくなるに従い透過率が減少する。これは実際に階調表示をした場合には「黒つぶれ」が生じることに相当する。また、視角６０°での３Ｖ付近の透過率の再増加は、実際の表示では「反転」に相当する。上方位についてみれば、３Ｖの電圧で視角が０°から６０°へと大きくなるにつれて、透過率が増大してゆく。これは実際の表示では「白抜け」に相当する。
【０１１７】
本実施形態の場合、図１０を見ると、下方位の特性はほとんど変わらず、右方位、上方位は悪化しており、左方位についてのみ視角６０°での「反転」が減少しており改善がみられる。
【０１１８】
このような特性はカーナビゲーションまたは個人用情報端末などの特定方向のみの視角を改善したいときに利用可能である。
【０１１９】
（比較例１）実施形態１において、視角補償用液晶セル２が無い場合の電圧−透過率特性を測定した。測定結果を図１１に示す。本比較例では角度によって上方位においては表示が白くなり、下方位においては表示が黒くなったり階調が反転したりする現象が見られた。
【０１２０】
（実施形態２）図１２は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。実施形態１において、光学異方素子である視角補償用液晶セル２は下側基板２ｂの液晶と接する面側にポリイミドＡＬ−１０５１（日本合成ゴム製）が塗布され、その表面にラビング処理が施されている。プレチルト角は１°である。一方、上側基板２ａの液晶と接する側には、垂直配向処理が施されている。こうして作製した視角補償用液晶セルのΔｎｄは−５７０ｎｍである。液晶分子の光軸すなわち光学異方素子の光軸は、駆動用液晶セル側でセルに平行で、層厚方向に連続的に変化して液晶セル３から離れた側でセル基板の法線方向にほぼ沿っている。ツイスト角は０°である。
【０１２１】
（１．１）および（４．１）は偏光板１および４の透過軸であり、これらは互いに直交し（１．１）はＹ軸に対し＋Ｚ方向から見て反時計回りに１３５°で配置される。（３．１）と（３．２）は駆動用液晶セル３の上側と下側の基板３ａ、３ｂのラビング軸で、これらは互いに直交し、Ｙ軸に対しラビング軸（３．１）とのなす角は＋Ｚ方向から見て反時計回りで４５°で配置される。
【０１２２】
視角補償用液晶セル２の光軸（２．２）は下側の基板２ｂのラビング軸で、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．１）に直交し、下側基板のラビング軸（３．１）と平行になるように配置される（ハイブリッド配列）。
【０１２３】
偏光板１の透過軸（１．１）は、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．１）と平行になるように配置する。
【０１２４】
本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電源３ｆから駆動用液晶セル３の電極３ｃ−３ｄ間に印加する電圧）は、１Ｖから５Ｖまで変化させた。結果を図１３に示す。従来例の特性図１１と比較すると分かる通り、上方位、右方位の視角は悪化しているが、下方位の「反転」がほぼ無くなり、左方位の視角６０°のコントラストが改善されている。
【０１２５】
（実施形態３）実施形態２において、視角補償用液晶セル２の液晶層をツイスト角１０°のねじれ配列となるようにした。ツイスト方向は下側基板２ｂから上側基板２ａへと反時計回りにねじれている（左ねじれ）。それ以外の条件は、実施形態２と全く同一である。電圧−透過率特性を図１４に示す。ツイスト角が１０°であるため実施形態２とあまり大きな違いは見られないが、視角補償用液晶セル２にねじれが加わったことで、左右方位の反転が大きくなり、下方位のコントラストが改善された。
【０１２６】
（実施形態４）図１５は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。第１の光学異方素子である視角補償用液晶セル２は実施形態２における視角補償用液晶セル２と同様である。
【０１２７】
第２の光学異方素子である視角補償用液晶セル５は、前記の視角補償用液晶セル２の構造を上下反対にしたものである。前記視角補償用液晶セル２の下側基板２ｂおよび前記視角補償用液晶セル５の上側基板５ａの液晶と接する面側にポリイミドＡＬ−１０５１（日本合成ゴム製）が塗布され、その表面にラビング処理が施されている。プレチルト角は１°である。一方、前記視角補償用液晶セル２の上側基板２ａおよび前記視角補償用液晶セル５の下側基板５ｂの液晶と接する側には、垂直配向処理が施されている。視角補償用セルのΔｎｄは両セルとも−５７０ｎｍである。液晶分子の光軸すなわち光学異方素子の光軸は、前記視角補償用液晶セル２の駆動用液晶セルに近い側でセル基板表面に平行であり、層厚方向に連続的に変化して液晶セル４から離れた側でセル基板の法線方向にほぼ沿っており、セル５はその逆である。
【０１２８】
ツイスト角は両セルとも０°である。
【０１２９】
（１．１）および（４．１）は偏光板１および４の透過軸であり、これらは互いに直交し（１．１）はＹ軸に対し＋Ｚ方向から見て反時計回りに１３５°で配置される。（３．１）と（３．２）は駆動用液晶セル３の上側と下側の基板３ａ、３ｂのラビング軸で、これらは互いに直交し、Ｙ軸に対しラビング軸（３．１）とのなす角は＋Ｚ方向から見て反時計回りで４５°で配置される。
【０１３０】
視角補償用液晶セル２の光軸（２．２）は下側の基板２ｂのラビング軸で、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．１）に直交し、下側基板のラビング軸（３．２）と平行になるように配置される。
【０１３１】
視角補償用液晶セル５の光軸（５．１）は上側の基板５ａのラビング軸で、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．１）に平行で、下側基板のラビング軸（３．２）と直交するように配置される。
【０１３２】
偏光板１の透過軸（１．１）は、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．１）と平行になるように配置した。
【０１３３】
本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電源３ｆから駆動用液晶セル３の電極３ｃ−３ｄ間に印加する電圧）は、１Ｖから５Ｖまで変化させた。結果を図１６に示す。従来例の特性図１１と比較すると左方位および下方位の特性は悪くなったが、右方位の「反転」が無くなり、上方位の「白抜け」も改善された。
【０１３４】
（実施形態５）図１７は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。第１の光学異方素子である視角補償用液晶セル２は実施形態２における視角補償用液晶セル２と似た構造である。ただし片側基板はＳｉＯ2 を斜方蒸着し、下側基板のプレチルト角は６０°である。上側基板２ａの液晶と接する側には、垂直配向処理が施されている。
【０１３５】
第２の光学異方素子である視角補償用液晶セル５は、前記の視角補償用液晶セル２の構造を上下反対にしたものである。視角補償用セルのΔｎｄは両セルとも−１８０ｎｍである。ツイスト角は両セルとも０°である。
【０１３６】
（１．１）および（４．１）は偏光板１および４の透過軸であり、これらは互いに直交し、（１．１）はＹ軸に対し＋Ｚ方向から見て反時計回りに１３５°で配置される。（３．１）と（３．２）は駆動用液晶セル３の上側と下側の基板３ａ、３ｂのラビング軸で、これらは互いに直交し、Ｙ軸に対しラビング軸（３．１）とのなす角は＋Ｚ方向から見て反時計回りで４５°で配置される。
【０１３７】
視角補償用液晶セル２の光軸（２．２）は下側の基板２ｂの配向方向で、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．３）に直交し、下側基板のラビング軸（３．２）と平行になるように配置される。
【０１３８】
視角補償用液晶セル５の光軸（５．１）は上側の基板５ａの配向方向で、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．１）に平行で、下側基板のラビング軸（３．２）と直交するように配置される。
【０１３９】
偏光板１の透過軸（１．１）は、駆動用液晶セル３の上側基板のラビング軸（３．１）と平行になるように配置した。
【０１４０】
本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で電気光学特性を測定し。測定時の電圧値（駆動電源３ｆから駆動用液晶セル３の電極３ｃ、３ｄ間に印加する電圧）は、１Ｖから５Ｖまで変化させた。結果を図１８に示す。従来例（比較例１）の特性図１１と比較すると、下方位の「反転」は悪くなったが、左右方位の「反転」が無くなり、上方位の「白抜け」も大きく改善された。
【０１４１】
（実施形態６）図１９は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。本実施形態においての光学異方素子である視角補償用液晶セル２０は２層の光学異方層から構成されており、実施形態４における視角補償用セル２および５が重なった構造である。Δｎｄは−３８０ｎｍとした。
【０１４２】
図２０は視角補償用液晶セル２の＋Ｘ軸方向から見た断面図である。両面に垂直配向処理を行った基板２ｄを境界として、＋Ｚ軸方向から見たときの光軸方向が、上部２ａ・２ｄ間は図１９のセル２におけるラビング軸（２．１）方向、下部２ｄ・２ｂ間は（２．２）方向と異なっている。このラビング軸（２．１）および（２．２）を同方向にすると光軸が単一軸上になり、異なる方向にすると本実施形態に示す通り２軸になる。また液晶層をツイストさせることにより、光軸が連続的に変化する。
【０１４３】
本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電源３ｆから駆動用液晶セル３の電極３ｃ−３ｄ間に印加する電圧）は、１Ｖから５Ｖまで変化させた。従来例の特性を示す図１１と比較すると下方位の「反転」「黒つぶれ」が改善され、他の方位についてはあまり変化がない。
【０１４４】
本実施例において使用した光学異方素子は、実施例４に示すように数枚の本発明の光学異方素子を組み合わせることによっても同様の特性のものが得られる。また光学異方性が負号の液晶をベンド配列・ベンドツイスト配列させることにより、１層の光学異方層からなる光学異方素子を作製することが可能である。
【０１４５】
（実施形態７）本実施形態の構成を図２１に示す。実施形態２において第１の光学異方素子である視角補償用液晶セル２と駆動用液晶セル３との間に、不安定なディスコティック配列の光学異方性を補うことを目的に二軸性位相差フィルム５０を配置した。特性的には大きな改善は見られなかったが、配列不良による表示むらを緩和することができた。
【０１４６】
（実施形態８）実施形態２において視角補償用液晶セル２をポリシロキサン主鎖とし、側鎖にビフェニルベンゾエートとコレステリル基を適当な比で有したような高分子共重合体で作製したところ、実施形態２と同様な特性が得られた。さらに高分子共重合体で光学異方素子を作製することにより、より薄型の液晶表示素子が実現する。
【０１４７】
（実施形態９）図２２に本実施形態における液晶表示素子の断面図を、図２３にその作用を説明する図を示す。液晶表示素子は２枚の偏光板（LLC2-92-18:SANRITZ 社製）１、４と、これらの間に視角補償用の光学異方素子である液晶セル２、５、６、７と駆動用液晶セル３とを挟む構成を有している。
【０１４８】
光学異方素子２、５として用いる視角補償用液晶セルは、これらの偏光板１と駆動用液晶セル３間に配置される。光学異方素子２は光学異方性が正号である。
【０１４９】
透明基板２ａ、２ｂ間に液晶２ｃを介在させた液晶セル構造を有する。基板２ａ、２ｂはそれぞれ異なる配向処理がなされ、２ａは垂直配向、２ｂは水平配向がなされ、２ｂの水平配向処理としては、配向膜上をラビングを行い約２゜のチルト配向が得られている。液晶２ｃとして、光学異方性が正であるネマティック液晶（ＺＬＩ−４２８７、E. Merck Co. Ltd 社製）が用いられ、1.9 μｍの厚みを有し、リタデーション（液晶の光学異方性と液晶層厚との積）は180nm である。光学異方素子７（基板７ａ、７ｂ）は光学異方性素２と同一の光学異方性が正号の素子であり、これを裏返して配置される。
【０１５０】
光学異方素子５は光学異方性かけ負号である視角補償用セルからなり、透明基板５ａ、５ｂ間に液晶５ｃを介在させた液晶セル構造を有する。
【０１５１】
透明基板３ｂには角度で表面にＳｉＯ2 を斜方蒸着し、光学異方性が負であるディスコティック液晶（トリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたＣ18Ｈ6(ＯＣＯＣ7 Ｈ15)6）が光学異方性物質層として導入されており、プレチルト角は駆動用液晶セル４に近い方を６０°、遠い方を９０°としている。リタデーションは−２２０ｎｍである。光学異方素子６（基板６ａ、６ｂ）は光学異方素子５と同一の光学異方性が負号の視角補償用セルからなり、これを裏返して配置される。
【０１５２】
光学異方素子２、５と光学異方素子６、７とはそれぞれ対をなしており、光学異方性が負号である素子が駆動用液晶セル３に対面する配置となっている。すなわち、駆動用液晶セル３は光学異方性が負号の光学異方素子５と負号の光学異方素子６間に配置される。
【０１５３】
駆動用液晶セル３の上側基板３ａはカラーフィルタ上に透明電極３ａ１が形成された基板３ａと各絵素に薄膜トランジスタおよび画素電極３ｂ１が形成された基板３ｂ間に液晶３ｃが挟持され、電圧無印加時に９０゜ねじれの配向を形成する。液晶３ｃはネマティック液晶（ＺＬＩ−４２８７、E. Merck Co. Ltd 社製）にカイラル剤Ｓ８１１（商品名、E. Merck Co. Ltd 社製）を混入したものが、ねじれ角が９０°で導入され、電圧印加手段である駆動電源４Ｅからの印加電圧に応じて状態を変化する。電圧無印加時はねじれ配列を維持する。
【０１５４】
駆動用液晶セル３に用いた液晶のΔｎは０．０９３、液晶層の厚みは５．０μｍである。駆動用液晶セル３の液晶分子は下側基板３ｂから上側基板３ａへと反時計回りにねじれている（左ねじれ）。本セル３は９０°ツイスト角のＴＮセルとして動作し、旋光作用により光制御する。
【０１５５】
図２６は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解説明図で（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。（１．１）および（４．１）は２枚の偏光板１および７の吸収軸であり、これらは互いに直交し（１．１）はＸ軸に対し基板の法線方向である＋Ｚ方向から見て反時計回りに４５°で配置される。
【０１５６】
（３．１）、（３．２）は駆動用液晶セルの上側基板３ａと下側基板３ｂのラビング軸すなわち配向処理方向で、これらは互いに直交し、Ｘ軸に対しラビング軸（３．１）とのなす角は＋Ｚ方向から見て反時計回りで１３５°で配置される。
【０１５７】
正の光学異方素子２はその光学異方性単位の光軸２０Ｕが同一方位にそろって配列し、かつ（ｃ) の側面図に見られるように下側基板で約２゜のチルト配向で、上基板で略９０゜でその間は連続的に傾いて配列してる（ハイブリット配列）。これらの光学異方性単位の光軸の平均、すなわち平均光軸２ＯＡは、Ｘ軸に対し＋Ｚ方向から見て反時計回りで２２５°で配置される。
【０１５８】
液晶セル３の他の面側に配置される正の光学異方素子７も、光学異方素子２と同様の構成で、その配置は＋Ｚ軸から見て光学異方素子２を天地逆転させ、かつ平均光軸６０Ａを＋Ｚ軸からＸ軸に対し１３５°となっている。
【０１５９】
一方、負の光学異方素子５は、光学異方性単位の光軸５ＯＵ（屈折率の最も小さい方向を光軸と定義する）は、図２６（ｃ) に示してあるとおり上基板で９０゜、下基板で６０゜傾き、その間は傾き角が連続的に変化している。したがって平均光軸５ＯＡは素子面に対し斜めになり、その向きは＋Ｚ軸からみてＸ軸より、−４５°で配置される。
【０１６０】
負の光学異方素子５も光学異方素子３と同様の構成であり、＋Ｚ軸から見て光学異方素子２を天地逆転させ、かつ平均光軸６０Ａは平均光軸２０Ａを＋Ｚ軸からＸ軸に対し４５゜となるように配置される。
【０１６１】
本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で観察点の角度、方位角φ、視角θを変えて電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電圧３ｆから駆動用液晶セル３の液晶層4Cに印加する電圧を、０Ｖから５Ｖまで変化させ、液晶パネルの透過率を測定した。結果を図２７に示す。図２７は上下左右の４方位の印加電圧−透過率特性がそれぞれ示されており（カラーフィルターによる透過率の減少分は除いて）、正面から６０°まで視角を３０°ごと変化させたときの透過率を示している。どの角度でも正面（視角θ＝０°）の透過率曲線と同一であることが理想的な特性である。
【０１６２】
図２８は従来技術の光学異方素子を用いない場合の印加電圧−透過率特性図である。下方位の特性は視角が大きくなるに従い透過率が減少する。これは実際に階調表示をした場合には「黒つぶれ」が生じることに相当する。また、視角６０°での３Ｖ付近の透過率の再増加は、実際の表示では「反転」に相当する。上方位についてみれば、３Ｖの電圧で視角が０°から６０°へと大きくなるにつれて、透過率が増大してゆく。これは実際の表示では「白抜け」に相当する。
【０１６３】
本実施形態の場合、図２７では全ての方位の特性に改善が見られ、特に０Ｖでの斜め６０゜での透過率は、上方位をのぞき高い値を示しており、斜め方向でも明るい表示が実現できる。
【０１６４】
実際の本液晶表示素子を６４階調表示させ観測したところ、角度を大きくしても良好な表示が得られた。
【０１６５】
（比較例２）実施形態９において、負の光学異方素子３、５のみで、正の光学異方素子２、６が無い場合の電圧−透過率特性を測定した。測定結果を図２９に示す。本比較例では下方位の特性は多少改善されるが、左右での５Ｖでの透過率が高くコントラスト比が低い。
【０１６６】
（比較例３）図２２の実施形態９に対して、正の光学異方素子２、７のみで、負の光学異方素子５、６が無い場合の電圧−透過率特性を測定した。測定結果を図３０に示す。本比較例では上右左方位の透過率は５Ｖでも低く押さえられてはいるが、下方位での透過率の急激な低下が著しく、反転、黒つぶれが生じる。
【０１６７】
（実施形態１０）実施形態９において第１の光学異方素子である視角補償用液晶セル２と駆動用液晶セル３との間に、不安定なディスコティック配列の光学異方性を補うことを目的に二軸性位相差フィルムを配置した。特性的には大きな改善は見られなかったが、配列不良による表示ムラを緩和することができた。
【０１６８】
（実施形態１１）図３１および図３２に本実施形態における液晶表示素子を示す。液晶表示素子１０は２枚の偏光板１、４（LLC-92-18:SANRITZ 社製）と、これらの間に視角補償用の光学異方素子である液晶セル２と駆動用液晶セル３とを挟む構成を有している。偏光板１は透明基板に偏光膜を挟んでつけたものであり、偏光板４も同様に透明基板に偏光膜をつけて形成される。
【０１６９】
光学異方素子として視角補償用液晶セル２はこれらの偏光板１、４間に配置され、透明基板２ａ、２ｂ間に光学異方性物質層２ｃを介在させたセル構造を有する。基板２ａ、２ｂはそれぞれ異なる角度で表面にＳｉＯ2 を斜め蒸着し、間に光学異方性が負号であるディスコティック液晶（トリフェニレン核にエステル結合でアルキル鎖のついたＣ18Ｈ6(ＯＣＯＣ7 Ｈ15)6）が光学異方性物質層として導入されており、プレチルト角（基板面に対する光軸２０Ｕの傾き）は駆動用液晶セル３に近い方を３０°、遠い方を約９０°としている（図３３参照）。視角補償用液晶セル２に用いた光学異方性物質層の実効的なΔｎｄは−６０ｎｍである。
【０１７０】
駆動用液晶セル３は視角補償用液晶セル２と偏光板４間に配置される。２枚の上側基板３ａと下側基板３ｂとはそれぞれ透明電極３a1、３b1を形成しており、駆動電源３Ｅに接続される。基板３ａ、３ｂ間に正の誘電異方性をもつネマティック液晶（ZLI-4287、E.Merck Co.Ltd.製）が充填され、駆動電源３Ｅからの印加電圧に応じて状態を変化する。電圧無印加時はハイブリッド配列を維持する。
【０１７１】
駆動用液晶セル３の液晶分子のΔｎｄは０．０９３、液晶層の厚みは５．０μｍである。駆動用液晶セル３の液晶分子は下側基板３ｂから上側基板３ａへチルト角がほぼ垂直から水平へと変化して配列する（ハイブリッド配列）。
【０１７２】
図３２は本実施形態における液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。
【０１７３】
（１．１）および（４．１）は２枚の偏光板１および４の透過軸であり、これらは互いに直交し（１．１）はＹ軸に対し基板の法線方向である＋Ｚ方向から見て反時計回りに４５°で配置される。（３．１）は駆動用液晶セル３の上側基板３ａのラビング軸すなわち配向処理方向で、Ｙ軸に対しラビング軸（３．１）とのなす角は＋Ｚ方向から見て反時計回りで１８０°で配置される。（３．２）は下側基板３ｂの配向方向で、ほぼ−Ｚ方向と一致する。
【０１７４】
光学異方素子である視角補償用液晶セル２の（２．１）、（２．２）はそれぞれ上側と下側の基板２ａ、２ｂの配向処理方向で、視角補償用液晶セル２はその配向処理方向（２．２）が駆動用液晶セル３のラビング軸（３．１）と平行になるように配置される。
【０１７５】
偏光板１は透過軸（１．１）が視角補償用液晶セル２のラビング軸（２．１）と４５°の角度をなすように配置した。
【０１７６】
本構成の液晶表示素子を図２（ｂ）の座標系で電気光学特性を測定した。測定時の電圧値（駆動電圧３Ｅから駆動用液晶セル３の電極３a1、３b1間に印加する電圧）は０Ｖから５Ｖまで変化させた。結果を図３４に示す。図３４は上下左右の階調ごとの視角−輝度特性がそれぞれ示されており、正面から６０°まで視角を１０°ごとに変化させたときの各階調輝度を示している。理想はどの角度でも正面（視角θ＝０°）の透過率曲線と同一であることである。
【０１７７】
本実施形態の場合、図３４を見ると、ＴＮと比較して上下左右いずれの方位においても「反転」が減少しており、また黒の透過率が増大しにくいため、広い視角で良好なコントラストが得られる。
【０１７８】
なお、本発明はＴＦＴを用いたＴＮ型液晶表示素子について説明したが、ＭＩＭなどを用いたアクティブマトリクスおよびＳＴＮなどのシンプルマトリクス液晶表示素子に応用しても優れた効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施形態１を説明するもので、（ａ）は構成を示す分解斜視図、（ｂ）は電気光学特性を測定する座標系を説明する図。
【図３】ＴＮ型液晶表示素子の動作原理を説明する図。
【図４】ＴＮ型液晶表示素子の視角特性の発生原理を説明する図。
【図５】ＴＮ型液晶表示素子の視角特性の発生原理を説明する図。
【図６】本発明の光学異方素子の配列状態を示す図。
【図７】本発明の光学異方素子を用いた場合の光学補償原理を説明する図。
【図８】電圧印加時の駆動セルの屈折率楕円体を示す図。
【図９】厚み方向に屈折率異方性が負号の光学異方素子の屈折率楕円体を示した図。
【図１０】実施形態１の液晶表示素子の電気光学特性。
【図１１】従来例の液晶表示素子の電気光学特性。
【図１２】実施形態２の構成を説明する図。
【図１３】実施形態２の効果を説明する図。
【図１４】実施形態３の効果を説明する図。
【図１５】実施形態４の構成を説明する図。
【図１６】実施形態４の効果を説明する図。
【図１７】実施形態５の構成を説明する図。
【図１８】実施形態５の構成を説明する図。
【図１９】実施形態６の構成を説明する図。
【図２０】実施形態６の作用を説明する図。
【図２１】実施形態７の構成を説明する図。
【図２２】実施形態９の構成を説明する図。
【図２３】実施形態９の効果を説明する図。
【図２４】本発明に係わる正の光学異方素子の配列状態を示す図。
【図２５】本発明に係わる正の光学異方素子を用いた場合の光学補償原理を説明する図。
【図２６】実施形態９の液晶表示素子の構成図。
【図２７】実施形態９の液晶表示素子の電気光学特性を示す曲線図。
【図２８】従来例の液晶表示素子の電気光学特性を示す曲線図。
【図２９】比較例２の電気光学特性を示す曲線図。
【図３０】比較例３の電気光学特性を示す曲線図。
【図３１】実施形態１１の液晶表示素子の断面図。
【図３２】実施形態１１の液晶表示素子の構成図。
【図３３】実施形態１１の液晶表示素子の模式図。
【図３４】実施形態１１の液晶表示素子の電気光学特性を示す曲線図。
【図３５】従来のＴＮ型液晶表示素子の輝度の視角依存性を示す曲線図。
【符号の説明】
【０１８０】
１、４…偏光板
２ …光学異方素子
２ｃ …光学異方性物質層
３ …駆動用液晶セル
【図１】
2005189888.tif 000003
【図２】
2005189888.tif 000004
【図３】
2005189888.tif 000005
【図４】
2005189888.tif 000006
【図５】
2005189888.tif 000007
【図６】
2005189888.tif 000008
【図７】
2005189888.tif 000009
【図８】
2005189888.tif 000010
【図９】
2005189888.tif 000011
【図１０】
2005189888.tif 000012
【図１１】
2005189888.tif 000013
【図１２】
2005189888.tif 000014
【図１３】
2005189888.tif 000015
【図１４】
2005189888.tif 000016
【図１５】
2005189888.tif 000017
【図１６】
2005189888.tif 000018
【図１７】
2005189888.tif 000019
【図１８】
2005189888.tif 000020
【図１９】
2005189888.tif 000021
【図２０】
2005189888.tif 000022
【図２１】
2005189888.tif 000023
【図２２】
2005189888.tif 000024
【図２３】
2005189888.tif 000025
【図２４】
2005189888.tif 000026
【図２５】
2005189888.tif 000027
【図２６】
2005189888.tif 000028
【図２７】
2005189888.tif 000029
【図２８】
2005189888.tif 000030
【図２９】
2005189888.tif 000031
【図３０】
2005189888.tif 000032
【図３１】
2005189888.tif 000033
【図３２】
2005189888.tif 000034
【図３３】
2005189888.tif 000035
【図３４】
2005189888.tif 000036
【図３５】
2005189888.tif 000037