JP5416606B2 - Liquid crystal display element - Google Patents
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Description
本発明は、垂直配向型の液晶表示素子における視角補償技術に関する。 The present invention relates to a viewing angle compensation technique in a vertical alignment type liquid crystal display element.
２０００−２９２８１５号公報（特許文献１）には、電気光学特性における急峻性に優れ、高デューティ比での単純マトリクス駆動が可能な垂直配向型の液晶表示素子が開示されている。この特許文献１に開示される液晶表示素子は、(a)液晶層に電圧が印加されてない状態で液晶分子が基板面に対して略垂直に配向する性質を有する垂直配向型液晶表示素子であって、(b)基板面法線に対して５°〜３０°の範囲で界面に存在する液晶分子にプレティルト角が与えられており、(c)両界面間で液晶分子に与えた基板と平行な面内の配向方向の上下基板間でのねじれ角が１８０°〜２７０°の範囲であり、(d)液晶層のリターデーションが０．７〜１．３μｍ（７００〜１３００ｎｍ）に設定されており、(e)液晶材料の自然ねじれピッチをｐとし、一対の基板間隔（セル厚）の値をｄとしたときに、０≦ｄ／ｐ≦０．７の関係を満たすように液晶層にカイラル剤が添加されている、という条件を満たす垂直配向型の液晶表示素子である。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-292815 (Patent Document 1) discloses a vertical alignment type liquid crystal display element that has excellent steepness in electro-optical characteristics and can be driven in a simple matrix at a high duty ratio. The liquid crystal display element disclosed in Patent Document 1 is (a) a vertical alignment type liquid crystal display element having the property that liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicular to the substrate surface in a state where no voltage is applied to the liquid crystal layer. And (b) a pretilt angle is given to the liquid crystal molecules existing at the interface in the range of 5 ° to 30 ° with respect to the normal to the substrate surface, and (c) The twist angle between the upper and lower substrates in the alignment direction in the parallel plane is in the range of 180 ° to 270 °, and (d) the retardation of the liquid crystal layer is set to 0.7 to 1.3 μm (700 to 1300 nm). (E) When the natural twist pitch of the liquid crystal material is p and the distance between the pair of substrates (cell thickness) is d, the liquid crystal layer satisfies the relationship of 0 ≦ d / p ≦ 0.7 This is a vertical alignment type liquid crystal display element that satisfies the condition that a chiral agent is added to the liquid crystal display device.
また、特開２００７−３０４１５５号公報（特許文献２）には、６００ｎｍ以上のリターデーションを有する垂直配向型の液晶表示素子の視角特性改善に適する視角補償手段が提案されている。この視角補償手段は、視角補償板としてノルボルネン系の樹脂材を用いる場合において特に有効な手段である。現在の作製技術で達成可能な視角補償板の厚さ方向のリターデーションの最大値は、二軸プレート、Ｃプレートともに安定的な量産を考えれば２５０ｎｍ程度であり、歩留まり低下を無視したとしても２７０ｎｍ程度である。つまり、現状では視角補償板の厚さ方向のリターデーションを大きくすることが困難である。これに対し、特許文献２には、液晶セルの両側に配設された直交ニコルの第１、第２の偏光板を有し、液晶セルと第１の偏光板との間には屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚとしてｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの特性を有する二軸プレートを設け、液晶セルと第２の偏光板との間にはｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの特性を有するＣプレートを設け、さらに、液晶セルのリターデーションに対して視角補償板の厚さ方向のリターデーションが足りない場合にはＣプレートを２枚以上積層する、という先行例が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-304155 (Patent Document 2) proposes viewing angle compensation means suitable for improving the viewing angle characteristics of a vertically aligned liquid crystal display element having a retardation of 600 nm or more. This viewing angle compensation means is particularly effective when a norbornene resin material is used as the viewing angle compensation plate. The maximum retardation value in the thickness direction of the viewing angle compensator that can be achieved with the current fabrication technology is about 250 nm in consideration of stable mass production for both the biaxial plate and the C plate. Degree. That is, at present, it is difficult to increase the retardation in the thickness direction of the viewing angle compensation plate. On the other hand, Patent Document 2 has first and second polarizing plates of crossed Nicols arranged on both sides of the liquid crystal cell, and a refractive index nx between the liquid crystal cell and the first polarizing plate. , Ny and nz are provided with a biaxial plate having the characteristics of nx> ny> nz, a C plate having the characteristics of nx = ny> nz is provided between the liquid crystal cell and the second polarizing plate, and the liquid crystal The prior example of laminating two or more C plates when the retardation in the thickness direction of the viewing angle compensation plate is insufficient with respect to the cell retardation is disclosed.
上記の各先行例に基づいて本願発明者は、特許文献１に開示された垂直配向型液晶表示素子に、特許文献２に開示された方法で視角補償板を配設した。この結果、電圧無印加部分の透過率は広い視角範囲に渡って低く抑えることができたが、オフ電圧印加部分の透過率は視角方向が傾くにつれて大きくなった。コントラスト比はオン電圧印加部分とオフ電圧印加部分の透過率比で表されるが、オフ電圧印加部分の透過率が大きくなったことにより、視角が傾くにつれてコントラスト比も低下してしまい、視角特性が低下したといえる。さらに、オフ電圧印加時の透過率が電圧無印加時（黒下地）の透過率より高い場合は、本来は明表示をしていない領域に対応する電極がうっすらと視認される現象（いわゆるクロストーク）が観察される。 Based on each of the preceding examples, the inventor of the present application provided a viewing angle compensation plate on the vertical alignment type liquid crystal display element disclosed in Patent Document 1 by the method disclosed in Patent Document 2. As a result, the transmittance of the non-voltage applied portion could be kept low over a wide viewing angle range, but the transmittance of the off-voltage applied portion increased as the viewing angle direction tilted. The contrast ratio is expressed as the transmittance ratio between the on-voltage application portion and the off-voltage application portion. However, the increase in the transmittance at the off-voltage application portion causes the contrast ratio to decrease as the viewing angle is tilted, resulting in viewing angle characteristics. Can be said to have declined. Furthermore, when the transmittance when an off-voltage is applied is higher than the transmittance when no voltage is applied (black background), a phenomenon in which an electrode corresponding to a region that is not originally brightly displayed is visually recognized (so-called crosstalk). ) Is observed.
これは、特許文献１に開示された垂直配向型の液晶表示素子ではプレティルト角が基板面法線に対して５°〜３０°付与されているため、オフ電圧印加時においても液晶分子が初期配向状態から変化しており、視角を傾けた方向では透過率が大きくなることに起因すると考えられる。ただし、視角を傾けず液晶表示素子法線方向から観察した場合は、オフ電圧印加時において液晶分子が初期配向状態から変化していても、液晶分子がねじれた状態で配向しているため両界面付近の液晶分子のリターデーションが補償し合い透過率が低い状態が保たれているものと考えられる。 This is because the vertical alignment type liquid crystal display element disclosed in Patent Document 1 has a pretilt angle of 5 ° to 30 ° with respect to the normal to the substrate surface, so that liquid crystal molecules are initially aligned even when an off-voltage is applied. This is considered to be due to the fact that the transmittance increases in the direction in which the viewing angle is tilted. However, when viewed from the normal direction of the liquid crystal display element without tilting the viewing angle, the liquid crystal molecules are aligned in a twisted state even when the liquid crystal molecules change from the initial alignment state when an off-voltage is applied. It is considered that the retardation of the liquid crystal molecules in the vicinity is compensated and the transmittance is kept low.
本発明に係る具体的態様は、視角を傾けた場合にも、クロストークが少なく、かつコントラスト比が高く、高デューティ駆動可能な垂直配向型の液晶表示素子を提供することを目的の１つとする。 A specific aspect of the present invention is to provide a vertical alignment type liquid crystal display element that has a low crosstalk, a high contrast ratio, and can be driven with a high duty even when the viewing angle is tilted. .
本発明に係る一態様の液晶素子は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）第１基板と第２基板の間に配置された液晶層と、（ｃ）第１基板の外側に配置された第１傾斜Ｃプレートと、（ｄ）第１傾斜Ｃプレートを挟んで第１基板の外側に配置されたＣプレートと、（ｅ）第２基板の外側に配置された第２傾斜Ｃプレートと、（ｆ）第２傾斜Ｃプレートを挟んで第２基板の外側に配置された二軸プレートと、を含む。第１傾斜Ｃプレート及び第２傾斜Ｃプレートは、各々のプレート面法線に対して５°〜２０°の範囲で光軸が傾いている。そして、上記の液晶層は、電圧が印加されてない状態における液晶分子に対して第１基板の基板面法線及び第２基板の基板面法線を基準としてそれぞれ５°〜３０°の範囲のプレティルト角が与えられ、且つ、第１基板と第２基板の間で１８０°〜２７０°の範囲のねじれ角が与えられ、且つ、液晶分子の有する自然ねじれピッチをｐとし、第１基板と第２基板の相互間隔をｄとしたときに、０≦ｄ／ｐ≦０．７の関係を満たすようにカイラル剤が添加されており、且つ、リターデーションが０．７μｍ〜１．３μｍの範囲に設定されている。 A liquid crystal element according to one aspect of the present invention includes (a) a first substrate and a second substrate which are disposed to face each other, (b) a liquid crystal layer which is disposed between the first substrate and the second substrate, and (c). A first inclined C plate disposed outside the first substrate, (d) a C plate disposed outside the first substrate across the first inclined C plate, and (e) disposed outside the second substrate. The second inclined C plate, and (f) a biaxial plate disposed outside the second substrate with the second inclined C plate interposed therebetween. The optical axis of the first inclined C plate and the second inclined C plate is inclined within a range of 5 ° to 20 ° with respect to each plate surface normal. The liquid crystal layer has a range of 5 ° to 30 ° with respect to the liquid crystal molecules in a state where no voltage is applied, based on the substrate surface normal of the first substrate and the substrate surface normal of the second substrate, respectively. A pretilt angle is given, a twist angle between 180 ° and 270 ° is given between the first substrate and the second substrate, and a natural twist pitch of the liquid crystal molecules is p, and the first substrate and the first substrate A chiral agent is added to satisfy the relationship of 0 ≦ d / p ≦ 0.7 when the mutual distance between the two substrates is d, and the retardation is in the range of 0.7 μm to 1.3 μm. Is set.
本発明に係る他の態様の液晶素子は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）第１基板と第２基板の間に配置された液晶層と、（ｃ）第１基板の外側に配置された第１傾斜Ｃプレートと、（ｄ）第１傾斜Ｃプレートを挟んで第１基板の外側に配置されたＣプレートと、（ｅ）第２基板の外側に配置された第２傾斜Ｃプレートと、（ｆ）第２傾斜Ｃプレートを挟んで第２基板の外側に配置された二軸プレートと、を含む。第１傾斜Ｃプレート及び第２傾斜Ｃプレートは、各々のプレート面法線に対して光軸が傾いている。そして、上記の液晶層は、電圧が印加されてない状態における液晶分子に対して第１基板の基板面法線及び第２基板の基板面法線を基準としてそれぞれ５°〜３０°の範囲のプレティルト角が与えられ、且つ、第１基板と第２基板の間で１８０°〜２７０°の範囲のねじれ角が与えられ、且つ、液晶分子の有する自然ねじれピッチをｐとし、第１基板と第２基板の相互間隔をｄとしたときに、０≦ｄ／ｐ≦０．７の関係を満たすようにカイラル剤が添加されており、且つ、リターデーションが０．７μｍ〜１．３μｍの範囲に設定されている。The liquid crystal element according to another aspect of the present invention includes: (a) a first substrate and a second substrate disposed opposite to each other; (b) a liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate; ) A first inclined C plate disposed outside the first substrate; (d) a C plate disposed outside the first substrate across the first inclined C plate; and (e) outside the second substrate. A second inclined C plate disposed; and (f) a biaxial plate disposed outside the second substrate across the second inclined C plate. The optical axis of the first inclined C plate and the second inclined C plate is inclined with respect to the respective plate surface normals. The liquid crystal layer has a range of 5 ° to 30 ° with respect to the liquid crystal molecules in a state where no voltage is applied, based on the substrate surface normal of the first substrate and the substrate surface normal of the second substrate, respectively. A pretilt angle is given, a twist angle between 180 ° and 270 ° is given between the first substrate and the second substrate, and a natural twist pitch of the liquid crystal molecules is p, and the first substrate and the first substrate A chiral agent is added to satisfy the relationship of 0 ≦ d / p ≦ 0.7 when the mutual distance between the two substrates is d, and the retardation is in the range of 0.7 μm to 1.3 μm. Is set.
好ましくは、第２傾斜Ｃプレートの光軸の傾き方位が、二軸プレートの面内遅相軸方位と直交する方位のうち液晶層の中央の液晶分子の傾き方位と近い方位を中心に±１５°の範囲に設定される。 Preferably, the tilt direction of the optical axis of the second tilted C plate is ± 15 centered on the direction close to the tilt direction of the liquid crystal molecules in the center of the liquid crystal layer among the directions orthogonal to the in-plane slow axis direction of the biaxial plate. Set in the range of °.
上記構成によれば、視角を傾けた場合にも、クロストークが少なく、かつコントラスト比が高く、高デューティ駆動可能な垂直配向型の液晶表示素子が得られる。 According to the above configuration, it is possible to obtain a vertical alignment type liquid crystal display element that has a low crosstalk, a high contrast ratio, and can be driven with a high duty even when the viewing angle is inclined.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、一実施形態の液晶表示素子の構造を示す模式的な断面図である。図１に示す本実施形態の液晶表示装置は、対向配置された第１基板（上側基板）１および第２基板（下側基板）２と、両基板の間に配置された液晶層３と、を主に備える。第１基板１の外側には第１偏光板４が配置され、第２基板２の外側には第２偏光板５が配置されている。第１基板１と第１偏光板４の間には、第１傾斜Ｃプレート６およびＣプレート７が配置されている。第２基板２と第２偏光板５の間には、第２傾斜Ｃプレート８および二軸プレート９が配置されている。液晶層３の周囲は、第１基板１と第２基板２の相互間に介在するシール材１０によって封止されている。以下、さらに詳細に液晶表示装置の構造を説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a liquid crystal display element according to an embodiment. The liquid crystal display device according to the present embodiment shown in FIG. 1 includes a first substrate (upper substrate) 1 and a second substrate (lower substrate) 2 that are disposed to face each other, a liquid crystal layer 3 that is disposed between both substrates, Is mainly provided. A first polarizing plate 4 is disposed outside the first substrate 1, and a second polarizing plate 5 is disposed outside the second substrate 2. Between the 1st board | substrate 1 and the 1st polarizing plate 4, the 1st inclination C plate 6 and C plate 7 are arrange | positioned. A second inclined C plate 8 and a biaxial plate 9 are disposed between the second substrate 2 and the second polarizing plate 5. The periphery of the liquid crystal layer 3 is sealed with a sealing material 10 interposed between the first substrate 1 and the second substrate 2. Hereinafter, the structure of the liquid crystal display device will be described in more detail.
第１基板１および第２基板２は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板１と第２基板２との相互間には、スペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、第１基板１と第２基板２との間隙が所定距離（本実施形態では６μｍ程度）に保たれる。 The first substrate 1 and the second substrate 2 are transparent substrates such as a glass substrate and a plastic substrate, respectively. Between the first substrate 1 and the second substrate 2, spacers (granular bodies) are arranged in a dispersed manner. By these spacers, the gap between the first substrate 1 and the second substrate 2 is kept at a predetermined distance (in this embodiment, about 6 μm).
液晶層３は、第１基板１の第１電極１１と第２基板２の第２電極１２との相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層３が構成されている。液晶層３に図示された太線は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向（ダイレクタ）を模式的に示したものである。本実施形態における液晶層３のプレティルト角は概ね基板面に対して基板法線から６°程度（すなわち基板面を基準にすると８４°程度）に設定されている。また、液晶層３の液晶材料の複屈折率Δｎは、０．２１５であり、液晶層３のリターデーションは１２９０ｎｍである。また、液晶層３の液晶材料には、右巻きのカイラル剤がｄ／ｐ値で０．６になるように添加されており、ねじれ角は２４０°である。これらの条件は特許文献１で開示された条件を全て満足している。 The liquid crystal layer 3 is provided between the first electrode 11 of the first substrate 1 and the second electrode 12 of the second substrate 2. In the present embodiment, the liquid crystal layer 3 is configured using a liquid crystal material (nematic liquid crystal material) having a negative dielectric anisotropy Δε (Δε <0). The thick line shown in the liquid crystal layer 3 schematically shows the alignment direction (director) of the liquid crystal molecules when no voltage is applied. In the present embodiment, the pretilt angle of the liquid crystal layer 3 is set to approximately 6 ° from the substrate normal to the substrate surface (that is, approximately 84 ° with respect to the substrate surface). The birefringence Δn of the liquid crystal material of the liquid crystal layer 3 is 0.215, and the retardation of the liquid crystal layer 3 is 1290 nm. Further, a right-handed chiral agent is added to the liquid crystal material of the liquid crystal layer 3 so that the d / p value is 0.6, and the twist angle is 240 °. These conditions satisfy all the conditions disclosed in Patent Document 1.
第１電極１１は、第１基板１の一面上に設けられている。また、第２電極１２は、第２基板２の一面上に設けられている。第１電極１１および第２電極１２は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。第１電極１１と第２電極１２とが平面視において重なる箇所が液晶表示素子における表示部となる。 The first electrode 11 is provided on one surface of the first substrate 1. The second electrode 12 is provided on one surface of the second substrate 2. The first electrode 11 and the second electrode 12 are each configured by appropriately patterning a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO), for example. A portion where the first electrode 11 and the second electrode 12 overlap in a plan view is a display portion in the liquid crystal display element.
なお、図示を省略するが、第１基板１の一面側には第１電極１１を覆うようにして配向膜が設けられ、第２基板２の一面側には第２電極１２を覆うようにして配向膜が設けられている。本実施形態においては、各配向膜として、液晶層３の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を略垂直配向状態に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。各配向膜にはラビング処理が施されている。図２は、プレティルト角とラビング方向の関係を説明するための図である。第１基板１、第２基板２のそれぞれへのラビング処理は、ラビング布（例えばレーヨン製）を使用して、図２に示すように基板面の一方向に向けて配向膜を擦ることによって実行される。図中にラビング方向を示す。配向膜にラビング処理を行うことにより、液晶層３の液晶分子を一様な配向状態に制御することができ、かつ図示のようにプレティルト角を付与することができる。図示の例では、液晶分子はラビング方向に沿って傾斜して配向する。なお、本明細書においては基板法線を基準として液晶分子のプレティルト角を定義しているが、基板面を基準として定義されてもよい。 Although not shown, an alignment film is provided on one surface side of the first substrate 1 so as to cover the first electrode 11, and a second electrode 12 is covered on the one surface side of the second substrate 2. An alignment film is provided. In the present embodiment, as each alignment film, a film (vertical alignment film) that regulates the alignment state of the liquid crystal layer 3 in the initial state (when no voltage is applied) to a substantially vertical alignment state is used. Each alignment film is rubbed. FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the pretilt angle and the rubbing direction. The rubbing process to each of the first substrate 1 and the second substrate 2 is performed by rubbing the alignment film in one direction of the substrate surface as shown in FIG. 2 using a rubbing cloth (for example, made of rayon). Is done. The rubbing direction is shown in the figure. By rubbing the alignment film, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 can be controlled to a uniform alignment state, and a pretilt angle can be given as shown in the figure. In the example shown in the figure, the liquid crystal molecules are aligned with an inclination along the rubbing direction. In this specification, the pretilt angle of the liquid crystal molecules is defined with reference to the substrate normal, but may be defined with reference to the substrate surface.
第１傾斜Ｃプレート６は、第１基板１と第１偏光板４の間であって、Ｃプレート７よりも第１基板１に近い側に配置されている。この第１傾斜Ｃプレート６は、光軸が法線方向から所定角度（例えば１０°程度）傾いている。光軸の傾きについては後ほどさらに詳述する。 The first inclined C plate 6 is disposed between the first substrate 1 and the first polarizing plate 4 and closer to the first substrate 1 than the C plate 7. The first inclined C plate 6 has an optical axis inclined at a predetermined angle (for example, about 10 °) from the normal direction. The inclination of the optical axis will be described in detail later.
Ｃプレート７は、第１基板１と第１偏光板４の間であって、第１傾斜Ｃプレート６よりも第１偏光板４に近い側に配置されている。このＣプレート７は、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの間にｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係を有する位相差板である。本実施形態のＣプレート７は、例えば厚さ方向のリターデーションが２２０ｎｍである。 The C plate 7 is disposed between the first substrate 1 and the first polarizing plate 4 and closer to the first polarizing plate 4 than the first inclined C plate 6. The C plate 7 is a retardation plate having a relationship of nx = ny> nz between the refractive indexes nx, ny, and nz. The C plate 7 of the present embodiment has a retardation in the thickness direction of 220 nm, for example.
第２傾斜Ｃプレート８は、第２基板２と第２偏光板５の間であって、二軸プレート９よりも第２基板２に近い側に配置されている。この第２傾斜Ｃプレート８は、光軸が法線方向から所定角度（例えば１０°程度）傾いている。光軸の傾きについては後ほどさらに詳述する。 The second inclined C plate 8 is disposed between the second substrate 2 and the second polarizing plate 5 and closer to the second substrate 2 than the biaxial plate 9. The optical axis of the second inclined C plate 8 is inclined from the normal direction by a predetermined angle (for example, about 10 °). The inclination of the optical axis will be described in detail later.
二軸プレート９は、第２基板２と第２偏光板５の間であって、第２傾斜Ｃプレート８よりも第２偏光板５に近い側に配置されている。この二軸プレート９は、屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの間にｎｚ＞ｎｙ＞ｎｘの関係を有する位相差板である。本実施形態の二軸プレート９は、例えば、面内リターデーションが５０ｎｍであり、厚さ方向のリターデーションが２２０ｎｍである。 The biaxial plate 9 is disposed between the second substrate 2 and the second polarizing plate 5 and closer to the second polarizing plate 5 than the second inclined C plate 8. The biaxial plate 9 is a retardation plate having a relationship of nz> ny> nx between the refractive indexes nx, ny, and nz. For example, the biaxial plate 9 of the present embodiment has an in-plane retardation of 50 nm and a retardation in the thickness direction of 220 nm.
なお、Ｃプレート７の厚さ方向のリターデーションは、（ｎｘ−ｎｚ）ｄの計算式で規定される。ここでいうｎｘ、ｎｙはｘ方向、ｙ方向のそれぞれの屈折率であり、ｄは各プレートの厚さである。また、二軸プレート９の厚さ方向のリターデーションは、（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）ｄの計算式で規定され、二軸プレート９の面内リターデーションは、（ｎｘ−ｎｙ）ｄの計算式で規定される。ここでいうｎｘ、ｎｙ、ｎｚはｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれの屈折率であり、ｄはプレートの厚さである。また、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれについては、光軸方向（屈折率異方性の生じない軸方向）でリターデーションを評価する。本実施形態では、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれについて、光軸方向でのリターデーションは、例えば２２０ｎｍ程度である。 The retardation in the thickness direction of the C plate 7 is defined by the calculation formula (nx−nz) d. Here, nx and ny are the respective refractive indexes in the x direction and the y direction, and d is the thickness of each plate. The retardation in the thickness direction of the biaxial plate 9 is defined by the calculation formula of ((nx + ny) / 2−nz) d, and the in-plane retardation of the biaxial plate 9 is (nx−ny) d. It is defined by the calculation formula. Here, nx, ny, and nz are the respective refractive indexes in the x direction, the y direction, and the z direction, and d is the thickness of the plate. Moreover, about each of the 1st inclination C plate 6 and the 2nd inclination C plate 8, retardation is evaluated by an optical axis direction (axial direction in which refractive index anisotropy does not arise). In the present embodiment, the retardation in the optical axis direction of each of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 is, for example, about 220 nm.
次に、上記した第１傾斜Ｃプレート６および第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれにおける「光軸の傾き」について図３を用いて説明する。図３に示すように、第１傾斜Ｃプレート６および第２傾斜Ｃプレートのそれぞれは、その光軸が観測者側からみて傾いている。すなわち、光軸がプレート表面６ａ（または８ａ）に対して一定の角度で傾いている。光軸の傾き角θは、例えばプレート表面６ａ（または８ａ）の法線方向から１０°くらいである。光軸傾き角θの好適な数値については後述する。また、図中においては光軸の傾いている方位を矢印で示している。この矢印で示される方位を以下では「光軸傾き方位」と呼ぶ。 Next, “the inclination of the optical axis” in each of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the optical axis of each of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate is inclined as viewed from the observer side. That is, the optical axis is inclined at a constant angle with respect to the plate surface 6a (or 8a). The tilt angle θ of the optical axis is, for example, about 10 ° from the normal direction of the plate surface 6a (or 8a). A suitable numerical value of the optical axis tilt angle θ will be described later. In the figure, the direction in which the optical axis is inclined is indicated by an arrow. The direction indicated by this arrow is hereinafter referred to as “optical axis tilt direction”.
次に、本実施形態の液晶表示素子における光学軸の配置状態について図４に基づいて詳細に説明する。上記図１でも示したように、本実施形態の液晶表示素子は、観測者に対して奥側から、第２偏光板（背面偏光板）５、二軸プレート９、第２傾斜Ｃプレート８、第２基板（下側基板）２、液晶層３、第１基板（上側基板）１、第１傾斜Ｃプレート６、Ｃプレート７、第１偏光板（前面偏光板）４の順に配置されている。各光学軸の方位の基準(０°)は図中に示された通りである。 Next, the arrangement state of the optical axes in the liquid crystal display element of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 1 above, the liquid crystal display element of the present embodiment has a second polarizing plate (back polarizing plate) 5, a biaxial plate 9, a second inclined C plate 8, The second substrate (lower substrate) 2, the liquid crystal layer 3, the first substrate (upper substrate) 1, the first inclined C plate 6, the C plate 7, and the first polarizing plate (front polarizing plate) 4 are arranged in this order. . The reference (0 °) of the orientation of each optical axis is as shown in the figure.
第２偏光板（背面偏光板）５の吸収軸は、例えば図示のように４５°の方向に設定される。これに対応し、第１偏光板（前面偏光板）４の吸収軸は、例えば図示のように−４５°の方向に設定される。すなわち、本実施形態では、第１偏光板４と第２偏光板８とは直交ニコル配置とされている。 The absorption axis of the second polarizing plate (back polarizing plate) 5 is set, for example, in the direction of 45 ° as illustrated. Correspondingly, the absorption axis of the first polarizing plate (front polarizing plate) 4 is set in a direction of −45 °, for example, as illustrated. That is, in the present embodiment, the first polarizing plate 4 and the second polarizing plate 8 are arranged in a crossed Nicols arrangement.
二軸プレート９の面内遅相軸は、例えば図示のように−４５°の方向に設定される。別言すると、二軸プレート９の面内遅相軸は、隣接する第２偏光板（背面偏光板）８の吸収軸と略直交するように設定される。 The in-plane slow axis of the biaxial plate 9 is set, for example, in the direction of −45 ° as illustrated. In other words, the in-plane slow axis of the biaxial plate 9 is set so as to be substantially orthogonal to the absorption axis of the adjacent second polarizing plate (back polarizing plate) 8.
二軸プレート９の手前の第２傾斜Ｃプレート８は、例えば図示のように上記した図３において説明した「光軸傾き方位」が４５°の方向に設定される。 For example, the second inclined C plate 8 in front of the biaxial plate 9 has the “optical axis tilt direction” described in FIG.
第２基板（下側基板）２のラビング方向は、例えば図示のように−３０°の方向に設定される。また、この第２基板（下側基板）２と対向配置された第１基板（上側基板）１のラビング方向は、例えば図示のように３０°の方向に設定される。これにより、液晶層３の液晶分子のねじれ方向（ねじれ角）は２４０°となる。 The rubbing direction of the second substrate (lower substrate) 2 is set to, for example, a direction of −30 ° as illustrated. Further, the rubbing direction of the first substrate (upper substrate) 1 disposed opposite to the second substrate (lower substrate) 2 is set to a direction of 30 ° as shown in the figure, for example. Thereby, the twist direction (twist angle) of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 3 is 240 °.
第１基板１の手前の第１傾斜Ｃプレート６は、例えば図示のように上記した図３において説明した「光軸傾き方位」が４５°の方向に設定される。 For example, the first inclined C plate 6 in front of the first substrate 1 is set so that the “optical axis inclination direction” described in FIG.
第１傾斜Ｃプレート６の手前のＣプレート７の光軸は、図示のように面法線方向に設定される。 The optical axis of the C plate 7 in front of the first inclined C plate 6 is set in the surface normal direction as shown.
図５は、本実施形態の液晶表示素子の1/128duty駆動時の左右方向の視角特性を示す図である。この図５は、液晶層３への電圧印加によって液晶分子が倒れる方向を時計盤の１２時方向とした場合に、この液晶表示素子の左右方向に、つまり、時計盤の９時と３時の方向に視角を変化させたときの、オン電圧印加時、オフ電圧印加時、電圧無印加時（黒下地）の透過率変化を示したものである。図示のように、法線方向（視角０°）のみではなく、視角を左右に傾けた場合にも、オフ電圧印加時と電圧無印加時の透過率がほぼ等しく、広い視角範囲に渡って前述のクロストークが抑制されていることがわかる。後述する比較例（図６、図７参照）との間で電圧無印加時の透過率を比べた場合、本実施形態の液晶表示素子の方が深い視角での透過率が大きくなるが、クロストーク抑制の効果が大きいため、実際に目視で比較した場合には、本実施形態の液晶表示素子の方がより良好な表示品位を得られる。 FIG. 5 is a diagram showing the viewing angle characteristics in the left-right direction when the liquid crystal display element of the present embodiment is driven at 1/128 duty. FIG. 5 shows that the direction in which the liquid crystal molecules are tilted by applying a voltage to the liquid crystal layer 3 is the 12 o'clock direction of the watch panel, that is, the horizontal direction of the liquid crystal display element, that is, 9 o'clock and 3 o'clock of the watch panel. It shows the change in transmittance when an on voltage is applied, when an off voltage is applied, and when no voltage is applied (black base) when the viewing angle is changed in the direction. As shown in the figure, not only in the normal direction (viewing angle 0 °) but also when the viewing angle is tilted to the left and right, the transmittance when the off-voltage is applied and when no voltage is applied is substantially equal, and the above-mentioned is observed over a wide viewing angle range. It can be seen that crosstalk is suppressed. When the transmittance when no voltage is applied is compared with a comparative example described later (see FIGS. 6 and 7), the liquid crystal display element of this embodiment has a higher transmittance at a deeper viewing angle. Since the effect of suppressing the talk is large, the liquid crystal display element of this embodiment can obtain better display quality when actually compared visually.
次に、本実施形態の液晶表示素子に対する比較例について説明する。比較例の液晶表示素子は、基本的に上記した実施形態の液晶表示素子と共通の構成（図１参照）を有しており、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８が用いられず、代わりに通常のＣプレートが用いられている点のみが構成上異なっている。比較例の液晶表示素子における光学軸の配置状態について図６に示す。光学軸の配置状態も図示のように上記実施形態の液晶表示素子と基本的には共通である。 Next, a comparative example for the liquid crystal display element of the present embodiment will be described. The liquid crystal display element of the comparative example basically has the same configuration (see FIG. 1) as the liquid crystal display element of the above-described embodiment, and the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 are used. However, the only difference is that a normal C plate is used instead. The arrangement state of the optical axes in the liquid crystal display element of the comparative example is shown in FIG. The arrangement state of the optical axes is basically the same as that of the liquid crystal display element of the above embodiment as shown in the figure.
図７は、比較例の液晶表示素子の1/128duty駆動時の左右方向の視角特性を示す図である。この図７は、電圧印加によって液晶分子が倒れる方向を時計盤の１２時方向とした場合に、この液晶表示素子の左右方向に、つまり、時計盤の９時と３時の方向に視角を変化させたときの、オン電圧印加時、オフ電圧印加時、電圧無印加時（黒下地）の透過率変化を示したものである。図示のように、法線方向（視角０°）ではオフ電圧印加時と電圧無印加時の透過率がほぼ等しいが、視角を左右に傾けた時に両透過率が異なってしまうことがわかる。電圧無印加時の透過率は表示電極が無い部分の透過率と等しいので上記実施形態のように黒下地に白表示をする、ネガ表示の液晶表示素子における黒下地の透過率に相当する。従って、オフ電圧印加時の透過率が電圧無印加時（黒下地）の透過率より高い場合は、本来は表示をしていない電極がうっすらと表示してしまう、いわゆるクロストークとして観察されてしまう。特に両透過率の差が１％以上ある本比較例の場合はクロストークが目立つ見難い液晶表示素子となる。 FIG. 7 is a diagram showing the viewing angle characteristics in the left-right direction when the liquid crystal display element of the comparative example is driven at 1/128 duty. FIG. 7 shows that when the direction in which the liquid crystal molecules are tilted by voltage application is set to the 12 o'clock direction of the timepiece, the viewing angle changes in the left-right direction of the liquid crystal display element, that is, in the direction of 9 o'clock and 3 o'clock on the timepiece. It shows the transmittance change when the on-voltage is applied, when the off-voltage is applied, and when no voltage is applied (black base). As shown in the figure, in the normal direction (viewing angle 0 °), the transmittance when the off-voltage is applied and when no voltage is applied is substantially equal, but both transmittances are different when the viewing angle is tilted left and right. Since the transmittance when no voltage is applied is equal to the transmittance of the portion without the display electrode, it corresponds to the transmittance of the black base in the negative display liquid crystal display element that displays white on the black base as in the above embodiment. Therefore, when the transmissivity when the off-voltage is applied is higher than the transmissivity when no voltage is applied (black base), it is observed as so-called crosstalk in which an electrode that is not originally displayed is displayed lightly. . In particular, in the case of this comparative example in which the difference in both transmittances is 1% or more, a liquid crystal display element in which crosstalk is conspicuous is difficult to see.
次に、上記実施形態に示した第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれにおける光軸傾き方位を決める手法について説明する。まず、上記実施形態の液晶表示素子の構成のうち、第１傾斜Ｃプレート６および第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれについて光軸傾き方位を様々な角度にしたときにおける、法線から左右に４０°傾いた視角方向からのオフ電圧印加時と電圧無印加時（黒下地）の透過率を測定した。次にその測定データを解析して、各角度の組合せにおける電圧無印加時（黒下地）の透過率と、オフ電圧印加時の透過率と電圧無印加時（黒下地）の透過率の差、つまりクロストークの大きさを示すグラフを作成した。このグラフを図８に示す。詳細には、図８（ａ）は左視角４０°からの電圧無印加時（黒下地）の透過率特性を示し、図８（ｂ）は右視角４０°からの電圧無印加時（黒下地）の透過率特性を示す。また、図８（ｃ）は左視角４０°からのオフ電圧印加時の透過率と電圧無印加時（黒下地）の透過率の差を示し、図８（ｄ）は右視角４０°からのオフ電圧印加時の透過率と電圧無印加時（黒下地）の透過率の差を示す。 Next, a method for determining the optical axis inclination azimuth in each of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 shown in the above embodiment will be described. First, in the configuration of the liquid crystal display element of the above embodiment, the first tilted C plate 6 and the second tilted C plate 8 are each 40 ° from the normal to the left and right when the optical axis tilt azimuth is varied. The transmittance was measured when an off voltage was applied from a tilted viewing angle direction and when no voltage was applied (black base). Next, by analyzing the measurement data, the difference between the transmittance when no voltage is applied (black background) and the transmittance when the off-voltage is applied and the transmittance when no voltage is applied (black background) in each angle combination, In other words, a graph showing the size of crosstalk was created. This graph is shown in FIG. Specifically, FIG. 8A shows the transmittance characteristics when no voltage is applied from the left viewing angle of 40 ° (black background), and FIG. 8B shows the transmittance characteristics when the voltage is not applied from the right viewing angle of 40 ° (black background). ) Shows the transmittance characteristics. FIG. 8C shows the difference between the transmittance when the off-voltage is applied from the left viewing angle of 40 ° and the transmittance when no voltage is applied (black base), and FIG. 8D shows the difference from the right viewing angle of 40 °. The difference between the transmittance when an off voltage is applied and the transmittance when no voltage is applied (black base) is shown.
図８（ａ）〜図８（ｄ）を用いて、電圧無印加時（黒下地）の透過率がなるべく低くなること、およびクロストークの大きさが小さくなることを観点として、傾斜Ｃプレートの光軸傾き方位（図４参照）として適する角度を検討した。この時、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれの光軸傾き方位が隣接する偏光板の吸収軸と平行もしくは直交からずれるほど、傾斜Ｃプレートの影響により法線方向の電圧無印加時（黒下地）の透過率が上昇するのでその条件は選定しないように注意した。ただし、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８の光軸傾き方位が直交する場合はお互いに打ち消しあうことができるので。その条件は選定する候補に入れた。 From FIG. 8A to FIG. 8D, from the viewpoint of reducing the transmittance when no voltage is applied (black base) as much as possible and reducing the size of the crosstalk, An angle suitable as the optical axis tilt direction (see FIG. 4) was examined. At this time, the voltage in the normal direction is affected by the influence of the inclined C plate so that the respective optical axis inclination directions of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 deviate from the absorption axis of the adjacent polarizing plate. Care was taken not to select the conditions because the transmittance when no voltage was applied (black base) increased. However, when the optical axis inclination directions of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 are orthogonal, they can cancel each other. The condition was put into the candidate to select.
これらの結果から、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８ともに、その光軸の傾き方位を３０°から６０°方位に設定することが好ましい。さらに、上述した法線方向の電圧無印加時（黒下地）の透過率の上昇を防止するためには、それらの角度を４５°方位に設定することが好ましい。従って、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８のそれぞれの光軸の傾き方位は、４５°方位を中心に±１５°の範囲で設定されることが好ましい。これらの配置方位を隣接して配置される二軸プレート９の面内遅相軸方位や液晶分子の配列方向との関係で規定すると、第２傾斜Ｃプレート８の光軸の傾き方位を隣接する二軸プレートの面内遅相軸方位と直交する方位のうち、液晶セル中央の液晶分子の傾き（ティルト）方位に近い方位を中心に±１５°の範囲に設定する、ということになる。また、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８の光軸傾き角については、様々な傾きのものを試したところ、法線方向を基準として５°から２０°の範囲が好ましいことがわかった。 From these results, it is preferable that the inclination direction of the optical axis of both the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 is set from 30 ° to 60 °. Furthermore, in order to prevent an increase in transmittance when no voltage is applied in the normal direction (black background), it is preferable to set these angles to a 45 ° azimuth. Therefore, it is preferable that the inclination directions of the optical axes of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 are set in a range of ± 15 ° centering on the 45 ° direction. When these arrangement directions are defined by the relationship between the in-plane slow axis direction of the biaxial plates 9 arranged adjacent to each other and the arrangement direction of the liquid crystal molecules, the inclination direction of the optical axis of the second inclined C plate 8 is adjacent. Of the azimuths perpendicular to the in-plane slow axis azimuth of the biaxial plate, the azimuth that is close to the tilt azimuth of the liquid crystal molecules at the center of the liquid crystal cell is set in a range of ± 15 °. In addition, the optical axis inclination angles of the first inclined C plate 6 and the second inclined C plate 8 were tested with various inclinations, and a range of 5 ° to 20 ° with respect to the normal direction is preferable. all right.
なお、第１傾斜Ｃプレート６、第２傾斜Ｃプレート８は、例えばフィルムを上下から挟み込むローラー回転によるフィルム延伸工程における延伸ローラーの上下各ローラーの回転速度に差を持たせることにより作製することができる。ただし、製造方法はこれに限定されず、他にも例えば、可視波長より短いツイストピッチを有するコレステリック液晶やディスコティック液晶をティルト配向させる方法等が利用可能である。 In addition, the 1st inclination C plate 6 and the 2nd inclination C plate 8 can be produced by making a difference in the rotational speed of the upper and lower rollers of the stretching roller in the film stretching process by the roller rotation that sandwiches the film from above and below, for example. it can. However, the manufacturing method is not limited to this, and other methods such as a method of tilting cholesteric liquid crystal or discotic liquid crystal having a twist pitch shorter than the visible wavelength can be used.
以上の本実施形態によれば、視角を傾けた場合にも、クロストークが少なく、かつコントラスト比が高く、高デューティ駆動可能な垂直配向型の液晶表示素子を実現できる。 According to the present embodiment described above, it is possible to realize a vertical alignment type liquid crystal display element that has a low crosstalk, a high contrast ratio, and can be driven with a high duty even when the viewing angle is inclined.
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to the content of embodiment mentioned above, In the range of the summary of this invention, it can change and implement variously.
１…第１基板（上側基板）、２…第２基板（下側基板）、３…液晶層、４…第１偏光板、５…第２偏光板、６…第１傾斜Ｃプレート、７…Ｃプレート、８…第２傾斜Ｃプレート、９…二軸プレート、１０…シール材、１１…第１電極、１２…第２電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st board | substrate (upper board | substrate), 2 ... 2nd board | substrate (lower board | substrate), 3 ... Liquid crystal layer, 4 ... 1st polarizing plate, 5 ... 2nd polarizing plate, 6 ... 1st inclination C plate, 7 ... C plate, 8 ... second inclined C plate, 9 ... biaxial plate, 10 ... sealing material, 11 ... first electrode, 12 ... second electrode
Claims (2)
前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、
前記第１基板の外側に配置された第１傾斜Ｃプレートと、
前記第１傾斜Ｃプレートを挟んで前記第１基板の外側に配置されたＣプレートと、
前記第２基板の外側に配置された第２傾斜Ｃプレートと、
前記第２傾斜Ｃプレートを挟んで前記第２基板の外側に配置された二軸プレートと、
を含み、
前記第１傾斜Ｃプレート及び前記第２傾斜Ｃプレートは、各々のプレート面法線に対して５°〜２０°の範囲で光軸が傾いており、
前記液晶層は、電圧が印加されてない状態における液晶分子に対して前記第１基板の基板面法線及び前記第２基板の基板面法線を基準としてそれぞれ５°〜３０°の範囲のプレティルト角が与えられ、且つ、前記第１基板と前記第２基板の間で１８０°〜２７０°の範囲のねじれ角が与えられ、且つ、前記液晶分子の有する自然ねじれピッチをｐとし、前記第１基板と前記第２基板の相互間隔をｄとしたときに、０≦ｄ／ｐ≦０．７の関係を満たすようにカイラル剤が添加されており、且つ、リターデーションが０．７μｍ〜１．３μｍの範囲に設定された、
液晶表示素子。 A first substrate and a second substrate disposed opposite to each other;
A liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate;
A first inclined C plate disposed outside the first substrate;
A C plate disposed outside the first substrate across the first inclined C plate;
A second inclined C plate disposed outside the second substrate;
A biaxial plate disposed outside the second substrate across the second inclined C plate;
Including
The optical axis of the first inclined C plate and the second inclined C plate is inclined in a range of 5 ° to 20 ° with respect to each plate surface normal line,
The liquid crystal layer has a pretilt in a range of 5 ° to 30 ° with respect to the liquid crystal molecules in a state where no voltage is applied, based on the substrate surface normal of the first substrate and the substrate surface normal of the second substrate, respectively. An angle is given, a twist angle in a range of 180 ° to 270 ° is given between the first substrate and the second substrate, and a natural twist pitch of the liquid crystal molecules is p, and the first When the mutual distance between the substrate and the second substrate is d, a chiral agent is added so as to satisfy the relationship of 0 ≦ d / p ≦ 0.7, and the retardation is 0.7 μm to 1. Set in the range of 3μm,
Liquid crystal display element.
請求項１に記載の液晶表示素子。 The inclination direction of the optical axis of the second inclined C plate is ± 15 centered on the direction close to the inclination direction of the liquid crystal molecules in the center of the liquid crystal layer among the directions orthogonal to the in-plane slow axis direction of the biaxial plate. Set in the range of °,
The liquid crystal display element according to claim 1.
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