JP4801363B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子、ことに垂直配向型の液晶表示素子に関する。

２枚の透明基板と、その間に挟持された液晶層とをもち、基板と液晶層との境界面に、液晶分子を垂直、または垂直から若干傾斜して配列させる垂直配向型の液晶表示素子（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）は、正面観察時における液晶層のリタデーションが０またはほぼ０である。このため液晶セルの外側に、偏光板をクロスニコル配置すると、クロスニコル配置した２枚の偏光板自体の消光性能が発揮され、良好な黒表示特性を有するノーマリブラックタイプの表示素子を作製することが可能である。

しかし、垂直配向型ＬＣＤにおいては、ＬＣＤパネル法線方向（基板法線方向）を基準に、深い極角角度から観察した場合、光抜けを生じるという問題がある。光抜けによる視角特性の劣化は、特に電圧無印加時に顕著である。光抜けの発生には、主に２つの要因が考えられる。

第一は、液晶層におけるリタデーションの増大に起因する複屈折効果の発現によるものである。リタデーションΔは、以下の式（１）で表される。

・・（１）
ここで、θは液晶層への光線入射角度（基板法線方向からの傾き）、ｄは液晶層の厚さ、ｎ_ｅ、ｎ_ｏはそれぞれ液晶材料の異常光屈折率と常光屈折率である。

１／ｃｏｓθが大きく寄与して、液晶層への光線入射角度θが９０°に近づくにつれ、リタデーションΔが増大することがわかる。このため複屈折効果が発現して、光抜けを生じる。

第二の要因は、偏光板によるものである。上側及び下側基板の外側に、偏光板がクロスニコル配置されている場合、偏光板の透過軸または吸収軸方向に極角観察角度を変化させる以外は、観察角度を深くするにしたがって、見た目の上下偏光板配置がクロスニコル状態から離れていき、ＬＣＤパネル面内方向（基板面内方向）から観察した場合、完全なパラレルニコル状態となる。すなわち法線方向から観察角度を深くしていくと、偏光板クロスニコル状態が解消されていくことによっても、光抜けが生じる。

図９は、視角補償板を用いた垂直配向型ＬＣＤを示す概略的な分解斜視図である。
垂直配向型ＬＣＤは、一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）と、その間に挟持される液晶層３９とを含んで構成される。上側基板３１及び下側基板３２は、それぞれ、たとえば平板なガラス基板である上側及び下側透明基板３３，３４、上側及び下側透明基板３３，３４の対向面上に、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材で形成され、所定のパタンを有する上側及び下側透明電極３５，３６、上側及び下側透明電極３５，３６を覆うように形成される上側及び下側垂直配向膜３７，３８とを含んで構成される。

一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）は、両垂直配向膜３７，３８が向き合うように略平行に対向配置され、両垂直配向膜３７，３８間に、液晶層３９が挟持される。両透明電極３５，３６間には、電圧印加手段４３が接続されており、電圧印加手段４３により両透明電極３５，３６間の液晶層３９に任意の電圧を印加することができる。なお、図９には、両透明電極３５，３６間に電圧を印加していないときの液晶層３９の状態を示した。
上側及び下側垂直配向膜３７，３８は、ラビング処理により約８９°のプレティルト角の付与された垂直配向膜である。

一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）の外側に、略平行に、一対の上側及び下側偏光板４１，４２が、クロスニコル状態に配置される。矢印で、各偏光板４１，４２の透過軸の方向を示してある。吸収軸の方向は、透過軸の方向と直交する方向である。各偏光板４１，４２は、透過軸の方向に偏光する光だけを透過させる。

電圧無印加時においては、下方から入射する光は、下側偏光板４２により矢印方向に偏光し、液晶層３９をそのまま透過して、上側偏光板４１に遮られる。このため、垂直配向型ＬＣＤは「黒」を表示する。
電圧印加時にあっては、電圧無印加時から液晶分子３９ａの配向状態が変化し、下側偏光板４２側から入射した光は、上側偏光板４１の透過軸方向の成分を有するようになり、上側偏光板４１を透過する。このため、「白」を表示する。
視角補償板（位相差板）４５が、上側基板３１と上側偏光板４１との間に挿入されている。視角補償板４５の挿入によって、前記第一の要因による光抜けを防止することができることが知られている。

視角補償板（位相差板）としては、面内方向の屈折率より厚さ方向の屈折率が小さい、負の一軸光学異方性を有する透明媒質、または補償板面内方向に遅相軸をもつ負の二軸光学異方性を有する透明媒質を用いる。なお、負の二軸光学異方性を有する補償板の場合、面内方向の遅相軸は、２枚の偏光板の一方の透過軸に平行である必要がある。

視角補償板４５は、図に示すように、片側の基板と偏光板との間に挿入してもよいし、両側の基板と偏光板との間に挿入してもよい。

視角補償板（位相差板）は、以下の態様で用いられる。

第一に、垂直配向セルの上下両側にクロスニコル状態に偏光板が配置され、一方の偏光板と垂直配向セルとの間に、負の一軸光学異方性を有する視角補償板（位相差板）であって、光軸が視角補償板の法線方向である視角補償板（位相差板）が挿入されるという使用態様である。

第二に、垂直配向セルの上下両側にクロスニコル状態に偏光板が配置され、双方の偏光板と垂直配向セルとの間に、負の一軸光学異方性を有する視角補償板（位相差板）であって、光軸が視角補償板の法線方向である視角補償板（位相差板）が挿入されるという使用態様である。

第三に、垂直配向セルの上下両側にクロスニコル状態に偏光板が配置され、一方の偏光板と垂直配向セルとの間に、負の二軸光学異方性を有する視角補償板（位相差板）であって、面内方向の遅相軸が、２枚の偏光板の一方の透過軸に平行であり、他方の透過軸に直交する視角補償板（位相差板）が挿入されるという使用態様である。

第四に、垂直配向セルの上下両側にクロスニコル状態に偏光板が配置され、双方の偏光板と垂直配向セルとの間に、負の二軸光学異方性を有する視角補償板（位相差板）であって、面内方向の遅相軸が、２枚の偏光板の一方の透過軸に平行であり、他方の透過軸に直交し、かつ遅相軸どうしが相互に直交する視角補償板（位相差板）が挿入されるという使用態様である。

なお、ここで、図示するように、上側基板３１及び下側基板３２の面内方向において互いに直交するＸ方向、Ｙ方向（矢印の方向を正方向とする。）を画定する。更に、上側基板３１及び下側基板３２に垂直な方向に、下側基板３２から上側基板３１に向かう方向を正の向きとしてＺ方向を画定し、右手系の座標系を考える。また、Ｚ正方向から上側基板３１及び下側基板３２を見たとき、Ｘ正方向を０°方向として反時計回り（Ｙ正方向に向かう回転方向）に、基板面内方向における角度座標を定める。この角度座標によれば、Ｙ正方向が９０°方向、Ｘ負方向が１８０°方向、Ｙ軸負方向が２７０°方向となる。
上側偏光板４１の透過軸の方向（矢印で示した方向）は、４５°−２２５°方向であり、下側偏光板４２の透過軸の方向は、１３５°−３１５°方向である。

図１０に、視角補償板（位相差板）を使用する場合と、使用しない場合の、垂直配向型ＬＣＤの光透過率の極角観察角度依存性の計算例をグラフ化して示す。

計算は、図９に示す垂直配向型ＬＣＤと、図９に示す垂直配向型ＬＣＤから視角補償板４５を除いた垂直配向型ＬＣＤを想定して行った。視角補償板４５は、厚さ方向のリタデーションＲ_ｔｈが、液晶層３９のリタデーションΔの約０．９倍、また、面内方向のリタデーションＲ_ｅが３ｎｍの負の二軸光学異方性を有する補償板であるとした。さらに、面内方向の遅相軸を、４５°−２２５°方向と想定した。

横軸は、観察角度（極角）を単位「°（度）」で示す。ここではＺ正方向からＸ正方向（０°方位）またはＸ負方向（１８０°方位）への傾き角（観察角度、極角）を示してある。また、Ｚ正方向からＸ正方向（０°方位）への傾き角を正の値で表し、Ｚ正方向からＸ負方向（１８０°方位）への傾き角を負の値で表した。なお、負の観察角度の絶対値は、Ｚ正方向からＸ負方向（１８０°方位）に傾いた角度に等しい。

縦軸は、各観察角度における光透過率を、単位「％」で示す。

曲線ａは、視角補償板が使用されていない垂直配向型ＬＣＤ、曲線ｂは、視角補償板が使用されている垂直配向型ＬＣＤの観察角度と光透過率との関係を示す。

約２０°以上の極角においては、視角補償板が使用されている垂直配向型ＬＣＤの光透過率は、使用されていないそれよりも小さく、極角６０°においては半分以下であることがわかる。

しかし曲線ｂからもわかるように、視角補償板を用いた垂直配向型ＬＣＤであっても、光透過率を０とすることはできない。これは、前述の第二の光抜け要因によるものである。

第二の要因による光抜けを解消するためには、光入射側偏光板から出射した直線偏光を、光出射側偏光板の吸収軸に常に平行となるように直線偏光振動面を回転させればよい。これを実現する方法として、１／２波長板を両偏光板間に挿入し、その遅相軸を一方の偏光板の吸収軸に平行に配置する方法が考えられる。この場合の１／２波長板は、どの極角観察角度から見ても、１／２波長であることが必要である。

このような性質をもたせるには、面内方向の屈折率より厚さ方向の屈折率の方が大きく、かつ面内方向で１／２波長の位相差を有するように設計された正の二軸光学異方性を有する非常に特殊な位相差板を要する。

図１１は、正の二軸光学異方性を有する位相差板を用いた場合と、用いない場合の、観察角度（極角）と光透過率の関係を示したグラフである。

図１１に示したグラフにおける横軸及び縦軸の意味するところは、図１０に示したグラフにおけるそれらと同様である。
曲線ｃは、２枚の偏光板の間に視角補償板を挟んで上下方向に重ね、下側偏光板側から光を入射させたときの、観察角度（極角）と光透過率との関係を示す。ここで上側偏光板及び下側偏光板の配置は、図９に示した垂直配向型ＬＣＤにおけるそれらの配置と同様であるとした。すなわち、上側偏光板の透過軸の方向は、４５°−２２５°方向であり、下側偏光板の透過軸の方向は、１３５°−３１５°方向であるように両偏光板を配置した。
曲線ｄは、さらに上側偏光板と視角補償板との間に正の二軸光学異方性を有する位相差板を挟み、下側偏光板とあわせて上下方向に重ね、下側偏光板側から光を入射させたときの、観察角度（極角）と光透過率との関係を示す。上側及び下側偏光板の配置は、図９に示した垂直配向型ＬＣＤにおけるそれらの配置と同様である。また、正の二軸光学異方性を有する位相差板の面内方向の位相差は１／２波長とし、厚さ方向の位相差は、その約半分（１／４波長）とした。さらに、位相差板（１／２波長板）は、遅相軸の方向が、４５°−２２５°方向となるように配置した。

曲線ｃとｄとの比較から明らかなように、正の二軸光学異方性を有する位相差板を挿入することにより、観察角度（極角）が２０°以上であっても光抜けをほとんどなくすことができる。
このように視角補償板と、正の二軸光学異方性を有する位相差板を用いることによって、光抜けをほぼ完全に解消することが可能である（たとえば、非特許文献１参照）。
しかし、偏光板の視角特性を解消するために用いる、正の二軸光学異方性を有する位相差板は、特殊な位相差板であり、液晶表示素子のコストの上昇につながる。
S.Yanoet. al., "Wide Viewing Angle Polarizer Using Biaxial Film", IDW’00, p.419-422

本発明の目的は、表示品質の良好な液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、略平行に対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１の基板の対向面上に形成された第１の電極と、前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極を覆うように形成された第１の垂直配向膜と、前記第２の基板の対向面上に形成された第２の電極と、前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極を覆うように形成された第２の垂直配向膜と、前記第１及び第２の基板の対向面間に挟持された液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、透過軸の方向が第１の方向である第１の偏光板と、前記第２の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、透過軸の方向が第２の方向である第２の偏光板とを有し、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、前記第１の方向と前記第２の方向とが、電圧印加時の液晶層の厚さ方向中央部の液晶分子ティルト方位に直交する方位に対し、相互に逆回り方向に等しい角度をなし、かつ、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交する方向でないように、前記第１及び第２の偏光板が配置されたノーマリブラック表示の液晶表示素子が提供される。
この液晶表示素子は、斜め観察時に良好な表示を実現することのできる液晶表示素子である。

本発明によれば、表示品質の良好な液晶表示素子を提供することができる。

液晶表示素子の視角特性が全方位にわたって良好であることは、その利用分野によっては必ずしも要求されない。

たとえば自動車内の運転席と助手席との間のいわゆるセンターコンソールに配置される表示素子として利用される場合は、特に左右方向の視角特性が重要であり、むしろ正面観察時よりも左右に傾いた方向から観察した場合に、高い表示品位が実現された方が実用的である。

前述したように、クロスニコル偏光板を用いた液晶表示素子においては、観察角度（極角）が大きくなるに従って光抜けが増加するのは、その観察位置からの上下偏光板の透過軸（吸収軸）間角度が、９０°からずれてしまうためである。

そこで本願発明者らは、正面観察方向（基板法線方向）から見た場合の、上下偏光板の透過軸（吸収軸）間角度を９０°からずらした液晶表示素子を作製し、斜め方向から見たときの表示品質を向上させることを考えた。

以下に、上下偏光板の透過軸（吸収軸）間角度を９０°からずらすことによる効果を、シミュレーションした結果、及び実測した結果を示す。

シミュレーションには、シンテック製ＬＣＤシミュレータＬＣＤマスター６．０を用いた。また、図９に示す構造のモノドメインタイプの垂直配向型ＬＣＤをシミュレーション及び実測の対象とした。ここで液晶層のリタデーションΔを３６０ｎｍ、視角補償板の面内リタデーションＲ_ｅを３ｎｍ、厚さ方向リタデーションＲ_ｔｈを３１０ｎｍとした。上側及び下側偏光板は、ポラテクノ製ＳＫＮ−１８２４３Ｔを想定した。液晶層と垂直配向膜間のプレティルト角は８９°で均一であり、上下基板間で反平行に配向しているとした。さらに、電圧印加時の液晶分子ティルト方位は、図９の角度座標において２７０°方位とした。なお、特に断らないで座標系を用いた場合は、図９で定義した座標系を意味するものとする。

図１を参照して、上下偏光板透過軸のずらし角度の定義等を行う。図１は、垂直配向型ＬＣＤの上側及び下側基板の法線方向から観察した図である。

図１に一点鎖線の矢印で示したのが、上側偏光板の透過軸方向である。また、点線の矢印で示したのが、下側偏光板の透過軸方向である。以下、前者と０°方位間角度α、及び、後者と０°方位間角度βは等しいとして考察する。さらに、「ずらし角度」を、上下偏光板透過軸間角度（たとえばα＋β）が９０°から正の向きにずれた角度（すなわちα＋β−９０°）と定義する。

図２に、正面観察時における光透過率のずらし角依存性を、実測値と理論式に基づく値の双方について示した。

横軸は、ずらし角を単位「°（度）」で示し、縦軸は、光透過率を単位「％」で示す。曲線ｅは、実測による結果、曲線ｆは、理論式により求めた結果を表す。

実測値、理論値ともに、ずらし角が増加すると、正面観察時における光透過率も増加する。また、電圧を印加して「明」を表示した時の光透過率を２０％とした場合、コントラストＣＲ＝５０（光透過率が０．４％）が得られるずらし角度は、実測値で約５°、理論値で約６°である。さらに、１００以上のＣＲ（光透過率が０．２％以下）が必要な場合は、ずらし角度は、約４°（実測値）以内とすることが望ましい。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ垂直配向型ＬＣＤの光透過率の極角観察角度依存性について、シミュレーション結果、及び実測結果を表したグラフである。両図ともに、図９を参照して規定した１８０°−０°方位（ＬＣＤパネル左−右方向）について、光透過率の極角観察角度依存性を調べた結果を示してある。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）のグラフの横軸及び縦軸の意味するところは、図１０に示すグラフのそれらと等しい。

図３（Ａ）を参照する。図中の曲線ｇ、ｈ、ｉ、ｊは、それぞれ上側偏光板の透過軸方向が、４５°−２２５°、４６°−２２６°、４７°−２２７°、４８°−２２８°方向であり、下側偏光板の透過軸方向が、１３５°−３１５°、１３４°−３１４°、１３３°−３１３°、１３２°−３１２°方向である場合の光透過率を表す。すなわち、曲線ｇ、ｈ、ｉ、ｊは、それぞれずらし角が０°、２°、４°、６°である場合の光透過率を表す。

ずらし角が大きくなるにしたがって、正面観察時の光抜けは増加するが、光抜けのない極角観察角度が深くなることがわかる。また、たとえば極角４０°や６０°から観察した場合、ずらし角が大きいほど、光抜けが小さくなることがわかる。このようにずらし角を設けて偏光板を配置することにより、左右方位の斜め方向からの視角特性を改善することができる。

図３（Ｂ）を参照する。図中の曲線ｋ、ｌ、ｍ、ｎは、それぞれ上側偏光板の透過軸方向が、４５°−２２５°、４６．５°−２２６．５°、４７°−２２７°、４７．５°−２２７．５°方向であり、下側偏光板の透過軸方向が、１３５°−３１５°、１３３．５°−３１３．５°、１３３°−３１３°、１３２．５°−３１２．５°方向である場合の光透過率を表す。すなわち、曲線ｋ、ｌ、ｍ、ｎは、それぞれずらし角が０°、３°、４°、５°である場合の光透過率を表す。
実測においても、シミュレーションと同様の結果が得られている。
本願発明者らの検討の結果、ずらし角度を大きくした場合、正面観察時の光抜けが大きくなるため、ずらし角度は６°以下であることが好ましく、ずらすことによる効果との兼ね合いで、１°以上５°以下とすることがより好ましいことがわかった。

図４（Ａ）〜（Ｄ）に、光透過率のずらし角依存性を等輝度線を用いて示した。等輝度線により、各方位角方向へ極角観察角度を変化させた場合に、光抜けがどうなるかを等高線的に表したものである。
各図に共通して、３つの同心円は、内側から順に、極角が２０°、４０°、６０°の位置を示す。また、同心円の中心は、極角が０°の位置である。さらに、曲線ｐ、ｑ、ｒは、それぞれ光透過率が０．１％、０．２％、１．０％の等輝度線を表す。

図４（Ａ）は、上側及び下側偏光板の透過軸の方向が、それぞれ４５°−２２５°方向、１３５°−３１５°方向である場合の等輝度線を示す。

また、図４（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）は、上側及び下側偏光板の透過軸の方向が、（Ｂ）は４６．５°−２２６．５°方向、及び１３３．５°−３１３．５°方向、（Ｃ）は４７°−２２７°方向、及び１３３°−３１３°方向、（Ｄ）は４７．５°−２２７．５°方向、及び１３２．５°−３１２．５°方向、である場合の等輝度線を示す。

ずらし角度が大きくなるにつれて、左右（１８０ｄｅｇ．−０ｄｅｇ．）方向においては、たとえば曲線ｑ（光透過率０．２％の曲線）が同心円の外側方向（極角が深くなる方向）に位置するようになる。

一方、上下（９０ｄｅｇ．−２７０ｄｅｇ．）方向においては、それとは反対の傾向が認められる。

これは、左右（１８０ｄｅｇ．−０ｄｅｇ．）方向においては光抜けが抑制され、上下（９０ｄｅｇ．−２７０ｄｅｇ．）方向においては光抜けが促進されていることを示す。

このように、左右方向に向けてずらし角度を正とすることで、左右方向の視角特性を良好にすることができる。

なお、左右方向に向けてずらし角度を負（上下方向に向けてずらし角度を正）とすることで、上下方向の視角特性を良好にすることができる。

図５は、実施例による垂直配向型ＬＣＤの内部構成の一例を示す概略的な分解斜視図である。本図においても、図９に対応する座標系を画定する。
垂直配向型ＬＣＤは、一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）と、その間に挟持される液晶層３９、たとえば負の誘電率異方性（Δε＜０）をもつネマティック液晶３９ａで形成されるネマティック液晶層とを含んで構成される。
上側基板３１及び下側基板３２は、それぞれ、たとえば平板なガラス基板である上側及び下側透明基板３３，３４、上側及び下側透明基板３３，３４の対向面上に、ＩＴＯ等の透明導電材で形成され、所定のパタンを有する上側及び下側透明電極３５，３６、上側及び下側透明電極３５，３６を覆うように形成される上側及び下側垂直配向膜３７，３８とを含んで構成される。

一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）は、両垂直配向膜３７，３８が向き合うように略平行に対向配置され、両垂直配向膜３７，３８間に、液晶層３９が挟持される。液晶層３９のリタデーションΔは、たとえば３６０ｎｍである。
両透明電極３５，３６間には、電圧印加手段４３が接続されており、電圧印加手段４３により両透明電極３５，３６間の液晶層３９に任意の電圧を印加することができる。
上側及び下側垂直配向膜３７，３８には、ラビング法による約８９°のプレティルト角を付与する配向処理が一様、均一に、上側及び下側基板３１，３２間で反平行に施されている。プレティルト角付与の配向処理により、両垂直配向膜３７，３８に接する液晶層３９の液晶分子は基板（上側基板３１及び下側基板３２）に対してほぼ垂直な方向（垂直方向から１°だけ傾く方向）に配向される。電圧印加時における液晶分子ティルト方位は、たとえば２７０°方位である。
一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）の外側に、面内方向が相互に略平行となるように、一対の上側及び下側偏光板４１，４２が配置される。上側及び下側偏光板４１，４２は、たとえばポラテクノ製ＳＫＮ−１８２４３Ｔである。
矢印で、各偏光板４１，４２の透過軸の方向を示してある。上側及び下側偏光板４１，４２の透過軸のなす角は、上側及び下側基板３１，３２の法線方向から見たとき、０°−１８０°方向を挟む角度が９０°より大きく、たとえば９３°である。たとえば上側偏光板４１の透過軸の方向は、４６．５°−２２６．５°方向であり、下側偏光板４２の透過軸の方向は、１３３．５°−３１３．５°方向である。なお、ここで０°−１８０°方向とは、たとえば視認方向の基板面内への正射影方向である。
前述のように、ずらし角度は６°以下であることが好ましく、１°以上５°以下とすることがより好ましい。すなわち上側及び下側偏光板４１，４２の透過軸のなす角は、上側及び下側基板３１，３２の法線方向から見たとき、０°−１８０°方向を挟む角度が９０°より大きく９６°以下であることが望ましく、９１°以上９５°以下であることがより望ましい。
視角補償板（位相差板）４５が、上側基板３１と上側偏光板４１との間に、上側偏光板４１と面内方向が相互に略平行となるように挿入される。視角補償板４５は、たとえば補償板面内方向に遅相軸をもつ負の二軸光学異方性を有する透明媒質を用いて形成される。面内方向の屈折率より厚さ方向の屈折率が小さい、負の一軸光学異方性を有する透明媒質を用いて形成してもよい。

視角補償板４５の厚さ方向のリタデーションＲ_ｔｈは、負の一軸光学異方性を有する透明媒質を用いる場合も、負の二軸光学異方性を有する透明媒質を用いる場合も、液晶層の電圧無印加時のリタデーションΔの０．５倍以上、１．２倍以下であることが望ましく、たとえば３１０ｎｍである。また、負の二軸光学異方性を有する補償板の場合、面内方向のリタデーションＲ_ｅは、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが好ましく、たとえば実施例による垂直配向型ＬＣＤの場合、３ｎｍである。

図１２を用いて、負の二軸光学異方性を有する補償板の、好ましい面内方向のリタデーションＲ_ｅは、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを説明する。

図１２は、図５に示す構成の垂直配向型ＬＣＤ（上側偏光板４１の透過軸の方向は、４６．５°−２２６．５°方向、下側偏光板４２の透過軸の方向は、１３３．５°−３１３．５°方向で、ずらし角は３°。また、視角補償板４５の厚さ方向のリタデーションＲ_ｔｈは３１０ｎｍ、面内方向の遅相軸は、上側偏光板４１の透過軸と平行であるとした。）において、視角補償板４５の面内方向のリタデーションＲ_ｅを変えた場合における、左右（０°−１８０°方位）観察角度と光透過率の関係を示すグラフである。

グラフの横軸は、左右観察角度を単位「°（度）」で示し、縦軸は、光透過率を単位「％」で示す。ＬＣＤに入射する光の波長は、５５０ｎｍであるとした。

曲線ｓは、面内方向リタデーションＲ_ｅが０ｎｍの場合、すなわち視角補償板４５が負の一軸光学異方性を有する場合の、左右観察角度と光透過率との関係を表す。また、曲線ｔ、ｕ、ｖ及びｗは、それぞれ面内方向リタデーションＲ_ｅが３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍ、及び１３７．５ｎｍ（入射光の１／４波長）の場合の両者の関係を表す。

左右に向けて観察角度が６０°であるときの光透過率が、面内方向リタデーションＲ_ｅが０ｎｍの場合よりも小さいことを、望ましい面内方向リタデーションＲ_ｅの条件の１つとすると、８０ｎｍ以下のＲ_ｅではこれをみたすことがわかる。

負の二軸光学異方性を有する視角補償板を使用する実際的な効果をあらしめるには、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲が、好ましい面内方向のリタデーションＲ_ｅの範囲であると判断される。
再び図５を参照する。視角補償板４５の面内方向の遅相軸は、上側偏光板４１（視角補償板４５に近い方に位置する偏光板）の透過軸と平行である。直交していてもよい。なお、面内方向の遅相軸は、２枚の偏光板４１，４２の一方の透過軸に平行、または直交している必要はない。ただし、２枚の偏光板４１，４２の一方の透過軸に平行、または直交、殊に、視角補償板４５に近い方に位置する偏光板の透過軸に平行、または直交する場合、液晶表示素子の製造が容易になるというメリットがあり、低コスト製造に寄与することができる。
偏光板と視角補償板とを貼り合わせて液晶表示素子を製造する場合は、位置合わせを容易化できることに加え、引き伸ばし方向を同じ方向とすることができる。貼り合わせない場合でも位置合わせを容易に行うことができる。

視角補償板４５は、図に示すように、片側の基板と偏光板との間に略平行に挿入してもよいし、両側の基板と偏光板との間に略平行に挿入してもよい。
両側の基板と偏光板との間に、負の二軸光学異方性を有する透明媒質による視角補償板４５を挿入する場合、２枚の視角補償板４５の面内方向遅相軸を、それぞれ近い方に位置する偏光板の透過軸と平行、または直交するように配置することができる。すなわち、２枚の視角補償板４５の面内方向遅相軸の方向を、互いに直交させる必要はない。また、２枚の視角補償板４５の面内方向遅相軸の方向が平行となるように、視角補償板４５を配置する必要もない。
２枚の視角補償板４５の面内方向遅相軸を、それぞれ近い方に位置する偏光板の透過軸と平行、または直交するように配置することで、液晶表示素子の製造を容易にし、低コスト製造を可能にする。

電圧無印加時においては、下方から入射する光は、下側偏光板４２により矢印方向に偏光し、液晶層３９をそのまま透過して、その多くが上側偏光板４１に遮られる。このため、垂直配向型ＬＣＤは「黒」表示を行う。実施例における垂直配向型ＬＣＤは、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子である。

図６は、実施例による垂直配向型ＬＣＤを搭載した自動車内部を、自動車後方（後部座席）から見た場合の概略図である。図６においては、垂直配向型ＬＣＤ５０が、運転席５１と助手席５２の中央に配置されている。なお、図６におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸の方向は、図５におけるそれらに対応する。

図には、運転席５１及び助手席５２から垂直配向型ＬＣＤを見る視線を点線の矢印で表した。運転席５１の視線は、基板垂直方向（Ｚ正方向）からＸ正方向に傾いた方向（０°方向）から、垂直配向型ＬＣＤ５０に向けられる。また、助手席５２の視線は、基板垂直方向（Ｚ正方向）からＸ負方向に傾いた方向（１８０°方向）から、垂直配向型ＬＣＤ５０に向けられる。
図５に示した実施例による垂直配向型ＬＣＤは、斜め観察を主とする車載用垂直配向型ＬＣＤとして特に好適に用いられる。たとえば図６に示した車載用垂直配向型ＬＣＤの表示は、主に運転席と助手席から観察される。これらからの観察方向（観察角度）はほぼ固定的であるため、たとえば当該観察角度における光透過率が最小となるように、ずらし角度の設定を行えばよい。なお、車載用の液晶表示素子については、車体の幅方向に向かって透過軸のなす角度が９０°より大きく９６°以下であることが望ましく、９１°以上９５°以下であることがより望ましい。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の変形例による垂直配向型ＬＣＤの内部構成の一例を示す概略的な分解斜視図である。偏光板、視角補償板等については、実施例と同様である。

図７（Ａ）を参照する。本図に示す垂直配向型ＬＣＤは、上側及び下側透明電極３６には、部分的にたとえば矩形状のスリット３６ａが形成されている。なお、図７（Ａ）には、両透明電極３５，３６間に電圧を印加していないときの液晶層３９の状態を示した。
上側及び下側垂直配向膜３７，３８には、配向処理は施されていない。このため、上側及び下側垂直配向膜３７，３８は、電圧無印加時において、液晶分子３９ａを、上側及び下側基板３１，３２に対して垂直に配向させる。
電圧無印加時において、垂直配向型ＬＣＤは「暗」を表示する。

図７（Ｂ）を参照する。図７（Ｂ）には、電圧印加時の液晶層３９の状態を示した。

スリット３６ａ近傍には、基板面に対して斜め方向の電界が発生する。図には、液晶層３９内に矢印で電界の方向を示した。
液晶分子３９ａの長軸は、電界に垂直な方向に向けて配向するため、マルチドメイン構造の液晶表示素子が実現される。
電圧印加時においては、垂直配向型ＬＣＤは「明」を表示する。
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の変形例による垂直配向型ＬＣＤの内部構成の他の例を示す概略的な分解斜視図である。偏光板、視角補償板等については、実施例と同様である。

図８（Ａ）を参照する。図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す垂直配向型ＬＣＤは、下側基板３２の各透明電極３６に、スリット３６ａが設けられていたが、本図に示す垂直配向型ＬＣＤには、配向制御要素としての突起物４４が、上側及び下側基板３１，３２（上側及び下側透明基板３３，３４）上に形成されている。

図８（Ａ）に示したのは、電圧無印加時の液晶分子３９ａの配向状態である。突起物４４によって、基板面に接する液晶分子３９ａは、垂直方向から傾いた方向に配向する。垂直配向型ＬＣＤは「暗」を表示する。

図８（Ｂ）を参照する。図８（Ｂ）に示したのは、電圧印加時の液晶分子３９ａの配向状態である。両透明電極３５，３６間に電圧が印加されると、液晶分子３９ａが、基板面に対して斜め方向に配向する。この結果、マルチドメイン構造が実現される。なお、垂直配向型ＬＣＤは「明」を表示する。
図７及び図８に示す液晶表示素子は、０°方位に視認性の良好なドメイン、及び１８０°方位に視認性の良好なドメインを備える。このため、０°−１８０°方向を車体の幅方向と平行にして、車載用液晶表示素子として好ましく使用することができる。

図７及び図８に示した構造以外にも、たとえばスリットを備える透明電極と、透明基板上の突起物をともに有する垂直配向型ＬＣＤ、また、突起物の代わりに透明基板に溝を形成した垂直配向型ＬＣＤなどのマルチドメイン構造の垂直配向型ＬＣＤを、車載用液晶表示素子として好ましく使用することができる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

単純マトリクスタイプ、アクティブマトリクスタイプを問わず、垂直配向型ＬＣＤ全般に用いることができる。
また、斜め観察が主となる用途に用いられる液晶表示素子、殊に表示を観察する観察角度がほぼ固定的である車載用の液晶表示素子に好適に利用可能である。

さらに、通常、表示画面の下方向から見ることの多い、携帯情報端末用ディスプレイにも好適に利用可能である。

上下偏光板透過軸のずらし角度の定義等を行うための図である。 正面観察時における光透過率のずらし角依存性を、実測値と理論式に基づく値の双方について示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ垂直配向型ＬＣＤの光透過率の極角観察角度依存性について、シミュレーション結果、及び実測結果を表したグラフである。 （Ａ）〜（Ｄ）は、光透過率のずらし角依存性を等輝度線を用いて示す図である。 実施例による垂直配向型ＬＣＤの内部構成の一例を示す概略的な分解斜視図である。 実施例による垂直配向型ＬＣＤを搭載した自動車内部を、自動車後方（後部座席）から見た場合の概略図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の変形例による垂直配向型ＬＣＤの内部構成の一例を示す概略的な分解斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の変形例による垂直配向型ＬＣＤの内部構成の他の例を示す概略的な分解斜視図である。 視角補償板を用いた垂直配向型ＬＣＤを示す概略的な分解斜視図である。 視角補償板を使用する場合と、使用しない場合の、垂直配向型ＬＣＤの光透過率の極角観察角度依存性の計算例を示すグラフである。 正の二軸光学異方性を有する位相差板を用いた場合と、用いない場合の、観察角度（極角）と光透過率の関係を示したグラフである。 図５に示す構成の垂直配向型ＬＣＤにおいて、視角補償板の面内方向のリタデーションＲ_ｅを変えた場合における、左右観察角度と光透過率の関係を示すグラフである。

符号の説明

３１ 上側基板
３２ 下側基板
３３ 上側透明基板
３４ 下側透明基板
３５ 上側透明電極
３６ 下側透明電極
３６ａ スリット
３７ 上側垂直配向膜
３８ 下側垂直配向膜
３９ 液晶層
３９ａ 液晶分子
４０ 視角補償フィルム
４１ 上側偏光板
４２ 下側偏光板
４３ 電圧印加手段
４４ 突起物
４５ 視角補償板
５０ 垂直配向型ＬＣＤ
５１ 運転席
５２ 助手席

Claims (16)

1. 略平行に対向配置された第１及び第２の基板と、
   前記第１の基板の対向面上に形成された第１の電極と、
   前記第１の基板の対向面上に、前記第１の電極を覆うように形成された第１の垂直配向膜と、
   前記第２の基板の対向面上に形成された第２の電極と、
   前記第２の基板の対向面上に、前記第２の電極を覆うように形成された第２の垂直配向膜と、
   前記第１及び第２の基板の対向面間に挟持された液晶層と、
   前記第１の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、透過軸の方向が第１の方向である第１の偏光板と、
   前記第２の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、透過軸の方向が第２の方向である第２の偏光板と
   を有し、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、前記第１の方向と前記第２の方向とが、電圧印加時の液晶層の厚さ方向中央部の液晶分子ティルト方位に直交する方位に対し、相互に逆回り方向に等しい角度をなし、かつ、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交する方向でないように、前記第１及び第２の偏光板が配置されたノーマリブラック表示の液晶表示素子。
2. 更に、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に、前記第１の偏光板と、面内方向が相互に略平行となるように配置された第１の光学異方性板を含む請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１の光学異方性板が、負の一軸光学異方性を有する請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第１の光学異方性板が、負の二軸光学異方性を有し、前記第１の光学異方性板の面内の第３の方向に遅相軸をもつ請求項２に記載の液晶表示素子。
5. 負の二軸光学異方性を有する前記第１の光学異方性板の面内方向リタデーションが、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下である請求項４に記載の液晶表示素子。
6. 前記第１の光学異方性板の厚さ方向のリタデーションが、前記液晶層の電圧無印加時のリタデーションの０．５倍以上、１．２倍以下である請求項２〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 前記第１の方向と前記第３の方向とが、平行な方向、または、直交する方向である請求項４〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
8. 更に、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間に、前記第２の偏光板と、面内方向が相互に略平行となるように配置された第２の光学異方性板を含む請求項２〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
9. 前記第２の光学異方性板が、負の一軸光学異方性を有する請求項８に記載の液晶表示素子。
10. 前記第２の光学異方性板が、負の二軸光学異方性を有し、前記第２の光学異方性板の面内の第４の方向に遅相軸をもつ請求項８に記載の液晶表示素子。
11. 負の二軸光学異方性を有する前記第２の光学異方性板の面内方向リタデーションが、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下である請求項１０に記載の液晶表示素子。
12. 前記第２の光学異方性板の厚さ方向のリタデーションが、前記液晶層の電圧無印加時のリタデーションの０．５倍以上、１．２倍以下である請求項８〜１１のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
13. 前記第２の方向と前記第４の方向とが、平行な方向、または、直交する方向である請求項１０または１１に記載の液晶表示素子。
14. 前記第３の方向と前記第４の方向とが、平行な方向、または、直交する方向ではない請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
15. 前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角が、９０°より大きく９６°以下となるように、前記第１及び第２の偏光板が配置された請求項１〜１４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
16. 前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角が、９１°以上９５°以下となるように、前記第１及び第２の偏光板が配置された請求項１〜１４に記載の液晶表示素子。