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CN1826552A - 液晶显示元件 - Google Patents

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Abstract

圆偏振光主导型的垂直取向方式液晶显示元件依次由光源BL、包括第1偏振板(6)及第1相位差板(4)的圆偏振器构成体(P)、包括液晶单元(C)的可变延迟器构成体(VR)、和包括第2偏振板(5)及第2相位差板(3)在内的圆检偏振器构成体(A)。第1相位差板(4)及第2相位差板(3)为在透过进相轴及滞相轴的规定波长的光之间提供1/4波长相位差的单轴1/4波长板。其特征为第1偏振板(6)和第1相位差板(4)之间将折射率各向异性为nx＞ny＝nz的光学上单轴的第3相位差板(2)配置成其滞相轴与第1偏振板(6)的透过轴近似平行，再在液晶单元C和第1相位差板(4)或第2相位差板(3)之间配置折射率各向异性为nx＝ny＞nz光学上负的单轴的第4相位差板(1)。

Description

液晶显示元件
技术领域
本发明有关液晶显示元件，尤其是涉及圆偏振光主导型垂直取向方式的液晶显示元件。
背景技术
液晶显示装置因其薄、轻、耗电省诸多优点，而被广泛用于OA设备、信息终端、时钟、及电视机等各种用途。特别是具有薄膜晶体管(以下称TFT)的液晶显示装置，由于其高速响应特性，作为显示大量信息的监视器用于便携式电视机或计算机等设备上。近些年，随着信息量的增加，相应地对图像的高清晰、显示速度的高速度等的要求也提高。这些要求中，关于图像的高清晰度例如能通过将TFT形成的阵列结构做得更加精细来实现。
另一方面，关于提高显示速度正在研讨例如采用向列液晶的OCB(OpticallyCompensated Birefring ence；光学补偿双折射)方式、VAN(Verically alignedNematic；垂直排列向列)方式、HAN(Hybrid Aligned Nematic；混合排列向列)方式、及π排列方式、以及采用碟状结构液晶的界面稳定型强电介特性液晶(SSFLC：Surface-Stablized Ferroelectric Liquid Crystal)方式及逆强介电特性液晶(AFLC：Anti-Ferroeletric Liquid Crystal)方式，代替现有的方式。
上述显示方式中，特别是VAN方式，其特点是能获得较现有的TN(TwistedNematic双向列)方式更快的响应速度，再利用垂直取向不需要成为静电破坏等缺陷产生原因的摩擦(rubbing)处理。其中取向分割型VAN方式(以后称为MVA方式)由于视角容易扩大所以特别受到人们关注。
在MVA方式中，通过掩模摩擦、改进像素电极结构、在像素内设置凸起等，控制从像素电极及对向电极加在像素区域上的电场的梯度。液晶层的像素区域取向分割成液晶分子的取向方向为在电压施加状态下互成90°的角度那样的例如4个畴，由此，改善视角特性的对称性及抑制反转现象。
还有，采用负的相位差板补偿液晶分子在基板主面上近似垂直排列状态，即黑显示状态下的液晶层相位差的视角依存性，由此对于视角具有良好的反差(CR)。再有，只要这种负相位差板是具有偏振板的视角依存性也能补偿的面内相位差的双轴相位差板，则能实现更加优良的视角反差特性。
但是，现有的MVA方式中，由于各像素内进行取向分割，所以在取向分割边界及取向分割结构即像素内凸起、或像素电极缝隙附近形成纹影(Schlieren)取向或朝不想要的方位取向等，沿与所希望的液晶排列方位不同的方位排列的区域。
采用直线偏振板，作线偏振光主导的双折射控制的液晶显示元件的正交尼科耳棱镜作用下的液晶层的透射率Tlp(LC)能以下式表示。
Tlp ( LC ) = I o · sin 2 ( 2 θ ) · sin 2 ( Δn ( λ , V ) · d λ π ) - - - ( 1 )
该式(1)中，Io为与偏振板的透过轴平行的线偏振光的透射率，θ为液晶层的滞相轴和偏振板光轴间夹角，V为外加电压，d为液晶层的厚度，λ为射向液晶显示元件的入射光波长。
式(1)中，折射率各向异性Δn(λ，V)依存于该区域中实际外加电压及向列液晶分子各自的倾角。为了使T(LC)从0变至Io，使Δn(λ，V)在0至λ/2的范围变化，并且要求θ的值为π/4(rad)。因此，在液晶分子沿π/4以外的方位排列的区域中，透射率降低。如前所述，MVA方式为了作取向分割，必然伴随有这样的区域。因而，与TN方式等相比MVA方式存在透射率低的问题。
为了解决上述问题，以圆偏振光主导型的MVA方式进行研讨，通过采用相位差板即在透过进相轴及滞相轴的规定波长的光之间具有提供1/4波长相位差的单轴的四分之一波长板的偏振板，也就是圆偏振板代替直线偏振板从而来解决前述的问题。采用圆偏振光板，作圆偏振光主导型双折射控制的液晶显示元件的正交尼科耳棱镜作用下的液晶层透射率Tcp(LC)能以下式表示
Tcp ( LC ) = I o · sin 2 ( Δn ( λ , V ) · d λ π ) - - - ( 2 )
从式(2)可知，透射率Tcp(LC)与液晶分子排列方向无关。因而，即使在取向分割边界及取向分割结构的附近伴随有纹影取向或向不要的方位取向等沿与希望的液晶排列方向不同的方位排列的区域，只要能控制液晶分子的倾斜，就能得到所要的透射率。
但是，现有的圆偏振光主导型MVA方式，存在视野特性狭窄的问题。
图9是现有圆偏振光主导型MVA方式液晶显示元件断面结构的一例子。如图9所示，第1基板13具有由设在其内表面的ITO(铟锡氧化物)组成的公用电极9，该共用电极9上有对像素内进行取向分割用的凸起12。与其对向的第2基板14具有设在其内表面上的由ITO组成的像素电极10，对像素内进行取向分割用的缝隙11(无像素电极的区域)。公用电极9和像素电极10之间挟持着介电各向异性为负的向列液晶7，在液晶分子8不加电压的状态下进行对于基板主面近似垂直排列的取向处理。
由上述结构组成的液晶单元具有分别设在其两外表面的相位差板3、4及偏振板5、6。相位差板3、4为具有图4所示那样折射率各向异性的单轴四分之一波长板，其滞相轴和偏振板5、6的透过轴设置成π/4(rad)的夹角。
这种结构中，一对相位差板3、4由于为各自的滞相轴互相正交的结构，故作为负的相位差板起作用。例如对于550nm波长的光给出280nm左右负的相位差。相反，液晶层7对于利用电场控制得到两分之一波长的相位差变化，需要材料的折射率各向异性Δn和液晶层厚d之积Δn·d为300nm以上。因此，液晶显示元件的总的相位差不为零，黑显示时的视角特性恶化。又因用单轴四分之一波长板，由于偏振板视角特性的原因射入液晶层的圆偏振光的偏振特性也产生视角依存性。
这样，现有的圆偏振光主型MVA方式将射入液晶层的入射光作为近似圆偏振光虽然解决前述的透射率低的问题，但因未设补偿射入液晶层的圆偏振光的视角依存性、或液晶层相位差的视角依存性的手段，故有反差视角狭窄的问题。
图10为具有图9示出的结构的液晶显示元件等反差曲线的测量结果之一示例。这里，0度及180度的方位相当于画面的左右方向，90度及270度的方位相当于画面的上下方向。如图10所示，反差比大于10∶1的视场上下左右都在±40°左右的狭窄范围内，不能得到可供实用的特性。
对此，曾提出采用如图12所示的折射率各向异性的双轴四分之一的波长板代替单轴的四分之一的波长板补偿射入液晶层的圆偏振光的视角依存性，以改善视角特性的方案。
图11为表示采用图12所示的双轴四分之一波长板15的圆偏振光主导型MVA方式液晶显示元件的断面结构的一个例子。该构造中，由于所用的四分之一波长板的折射率椭圆体如图12所示为nx＞ny＞nz，所以面内的相位差为四分之一波长，因为若在上下面内滞相轴互相配置成正交则能作为负的相位差板起作用，所以只要控制其相位差值便可在液晶层的法线方向上补偿相位差，改善视角特性。
图13为图11示出的圆偏振光主导型MVA方式液晶显示元件的等反差曲线的实测结果。与图10所示的结果相比，可知视场稍许扩大，特性有所改善，但是，在斜的方位上，反差比大于10∶1的视场，±80°左右，上下左右方位为±40°左右，这种视角特性不能付诸实用。这一点是由于以下的原因而引起的，即作为液晶层法线方向的相位差是用前述的双轴四分之一波长板作某种程度改进的，实际上所能用的薄膜是高分子薄膜，要与液晶层相位差的波长分散保持一致是相当困难的。另外，若作为圆偏振板来分析，未成为能获得充分视角特性的结构，这一点也成为反差比的视角特性窄的一个原因。
相反，也提出图15所示的折射率各向异性的采用双轴四分之一波长板的圆偏振光主导型MVA方式液晶显示元件的方案以代替图12示出的双轴四分之一波长板。
图14为表示图15示出的采用双轴四分之一波长板的圆偏振光主导型MVA液晶显示元件的断面结构一示例。该结构中，所用的四分之一波长板的折射率各向异性如图15所示，为nx＞ny＜nz。和图9及图11所示的结构一样，为在MVA方式液晶元件的外表面配置四分之一波长板16及偏振板5、6的结构。
图14所示的结构由于采用的四分之一波长板折射率为ny＜nz，所以即使假定为nx＞nz，尽管将其在液晶单元的上下滞相轴配置成正交，和图9的将单轴四分之一波长板上下正交配置的结构相比削弱了其负的相位差作用，还在nx＜nz时产生正的相位差。因而，在液晶层的折射率各向异性Δn极小的情况下，即只要不采用液晶层相位差变化量低于二分之一波长，液晶单元的透射率不足的条件，反差视角特性就会变得比图9的结构窄。
图16为图14所示的圆偏振光主导型MVA方式液晶显示元件等反差曲线的实测结果。如图16所示，可知产生反差比小于1∶1的区域，为此图10及图13窄的视角特性。变成这种特性的一个原因也和图11所示的结构一样，如作为圆偏振板来看，未成为能获得足够视角特性的结构。
又如图11及图14所示的结构都用双轴的四分之一的波长板。这样的双轴相位差板因将高分子膜作为双轴延伸而得，故存在制造成本高的问题。另外，又因折射率的控制也不得不在限定的范围内，故难以实现所需的折射率椭圆体。又为了得到双轴特性，材料的选择范围也变窄，存在的问题是难以与液晶折射率的波长分散特性保持一致【例如参照T.Isinabe etal，A Wide Viewing AnglePolarizer and a Quarter-wave plate with a Wide Wavelength Range forExtremely High Quality LCDs，IDW’01 Proceedings，p485(2001)、及び、Y.Uwamoto etal，Improvement of Display Performance of High TransmittancePhoto-Alined Multi-domain Vertical Alignment LCDs Using CircularPolarizers，IDW’02 proceedings，p85(2002)】。
发明内容
本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种能改善视角特性，而且能降低成本的液晶显示元件。
本申请第1方面的液晶显示元件是一种将在两块带电极的基板间挟持液晶层的点矩阵型的液晶单元配置在位于光源一侧的第1偏振板及位于观察面一侧的第2偏振板间，第1相位差板配置在所述第1偏振板和所述液晶单元之间，第2相位差板配置在所述第2偏振板和所述液晶单元之间的显示元件，是各像素的液晶分子排列在像素上未加电压的状态下相对基板主面近似垂直取向的圆偏振光主导型的垂直取向方式的液晶显示元件，
是一种依序将所述光源及下述顺序的下述构成体依序构成的液晶显示元件，这些构成体是
包括所述第1偏振板及所述第1相位差板的圆偏振器构成体、
包括所述液晶单元的可变延迟器构成体、
包括所述第2偏振板及所述第2相位差板的圆检偏振器构成体、
所述第1相位差板及所述第2相位差板为在透过进相轴及滞相轴的规定波长的光之间提供1/4波长相位差的单轴的四分之一波长板，
所述圆偏振器构成体具有补偿偏振器的视角特性，使得通过圆偏振器射出的出射光的偏振状态与出射方位无关地成为近似圆偏振光的第1补偿手段，
而且，所述可变延迟器构成体具有补偿所述液晶元件的相位差的视角特性的第2补偿手段。
本申请第2方面的液晶元件是一种将在两块带电极的基板间挟持液晶层的点矩阵型的液晶单元配置在位于光源一侧的第1偏振板及位于观察面一侧的第2偏振光板间，第1相位差板配置在所述第1偏振板和所述液晶单元之间，第2相位差板配置在所述第2偏振板和所述液晶单元之间的显示元件，是各像素的液晶分子排列在像素上未加电压的状态下相对基板主面近似垂直取向的圆偏振光主导型的垂直取向方式的液晶显示元件，
是一种依序将所述光源及下述顺序的下述构成体依序构成的液晶显示元件，这些构成体是
包括所述第1偏振板及所述第1相位差板的圆偏振光器构成体、
包括所述液晶单元的可变延迟器构成体、
包括所述第2偏振板及所述第2相位差板的圆检偏振器构成体，
所述第1相位差板及所述第2相位差板为在透过进相轴及滞相轴的规定波长的光之间提供1/4波长相位差的单轴四分之一波长板，
在所述第1偏振板和所述第1相位差板之间将折射率各向异性为nx＞ny＝nz的光学上单轴的第3相位差板配置成其滞相轴与所述第1偏振板的透过轴近似平行，
再在所述液晶单元和所述第1相位差板或第2相位差板间配置折射率各向异性为nx＝ny＞nz的光学上负的单轴的第4相位差板。
尤其是构成液晶层的液晶分子的排列方位在想要的方位以外的方位上排列的区域必然增多，即是一种控制液晶分子排列使在外加电压的状态下像素内液晶分子排列方位不是一样的取向分割型的垂直取向方式(称为MVA方式)。
附图说明
图1概要说明本发明一实施形态涉及的液晶显示元件断面结构之一例。
图2用于说明能适用于图1所示液晶显示元件的第4相位差板的折射率椭圆体的形状。
图3用于说明能适用于图1所示液晶显示元件的第3相位差板的折射率椭圆体的形状。
图4用于说明能适用于图1所示液晶显示元件的第1相位差板及第2相位差板的折射率椭圆体的形状。
图5用于说明图1示出的液晶显示元件的反差视角特性补偿原理。
图6表示实施形态1涉及的液晶显示元件的等反差曲线之一例。
图7A为实施形态2的液晶显示元件，为表示在和偏振板的吸收轴平行的方位上作摩擦处理构成的等反差曲线的一示例。
图7B为实施形态2的液晶显示元件，为表示在和偏振板的吸收轴成45°角的方位上作摩擦处理构成的等反差曲线的一示例。
图8A为实施形态3的液晶显示元件，说明采用液晶聚合物作第4相位差板黑显示时色度的视角特性一示例用的xy色度座标。
图8B为实施形态3的液晶显示元件，说明采用ARTON树脂作第4相位差板黑显示时色度的视角特性一示例用的xy色度座标。
图9为说明以往的液晶显示元件断面结构一例子用的图。
图10为表示图9示出的液晶显示元件的等反差曲线一示例的图。
图11为说明以往的液晶显示元件断面结构一例子用的图。
图12为说明图11示出的液晶显示元件用的双轴1/4波长板的折射率椭圆体形状用的图。
图13为表示图11示出的液晶显示元件的等反差曲线一例子的图。
图14为说明以往的液晶显示元件断面结构一例子用的图。
图15为说明图14示出的液晶显示元件用的双轴1/4波长板的折射率椭圆体形状用的图。
图16为表示图14示出的液晶显示元件的等反差曲线一例子的图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明一实施系统的液晶显示元件。这里将说明的液晶显示元件虽然包括可采用液晶层上的基板法线方向的折射率比基板面内规定方向的折射率大的状态的双折射方式之一的MVA方式的液晶单元，但是本发明也能适用于包括其它双折射方式的液晶单元在内的构成。
图1为概要表示一实施形态涉及的液晶显示元件构成的图。如图1所示，液晶显示元件为各像素的液晶分子排列在像素上未加电压的状态下相对基板主面近似垂直地取向的偏圆振光主导型的垂直取向方式的液晶显示元件，包括圆偏振器构成体P、可变延迟器构成体VR、及圆检偏振器构成体A。
可变延迟器构成体VR包括在一对基板即两块带电极的基板间挟持液晶层的点矩阵型的液晶单元C。即该液晶单元C为MVA方式的液晶单元，具有在有源矩阵基板14和对向基板13之间挟持液晶层7的结构。另外，上述有源矩阵基板14和对向基板13间的间隔利用图中未示出的撑档保持一定。
有源矩阵基板14由具有透光性的玻璃基板等的绝缘基板构成，在其一面的主表面上有扫描线、信号线等各种布线，及设在扫描线和信号线的交叉部附近的开关元件等，由于这些均与本发明的作用效果无关而省略。另外，有源矩阵基板14在其上有像素电极10。像素电极10的表面用取向膜覆盖。
扫描线及信号线等各种布线用铝、钼、铜等做成。另外，开关元件为例如用非晶态硅、多晶硅作半导体层，铝、钼、铬、铜、钽等作金属层的薄膜晶体管(TFT)。该开关元件与扫描线、信号线、及像素电极10连接。有源矩阵基板14利用这样的构成能对所要的像素电极10有选择地外加电压。
像素电极10利用有透光性的ITO(铟、锡氧化物)的导电材料做成。该像素电极10例如利用飞溅法等形成薄膜后，再用光刻技术及蚀刻技术通过配置布线图案而形成该薄膜。
取向膜利用具有透光性的聚酰亚胺等树脂材料组成的薄膜构成。还有，本实施形态中，对于取向膜不进行摩擦处理赋予液晶分子8垂直取向性。
对向基板13由具有透光性的玻璃基板等绝缘基板构成，其一面的主面上有公用电极9。该公用电极9的表面用取向膜覆盖。
公用电极9和像素电极10一样，可用由具有透光性的导电材料例如ITO形成。另外，取向膜可以和有源矩阵基板14侧的取向膜一样地，用具有透光性的树脂材料例如聚酰亚胺形成。还有，本实施形态中，公用电极9以和所有的像素电极无裂缝地对向的平坦的连续膜而形成。
在构成彩色液晶显示元件时，液晶元件C具有彩色滤色层。彩色滤色层例如用分别着色成3原色例如兰、绿、红的着色层构成。该彩色滤色层也可以设置在有源矩阵基板14侧的绝缘基板和像素电极10之间采用COA(coloc filter onarray阵列上的彩色滤色层)结构，也可设在对向基板13上。
采用COA结构时，彩色滤色层上设置接触孔，像素电极10通过接触孔与开关元件连接。这种COA结构在将有源矩阵基板14和对向基板13贴在一起构成液晶单元C时，有不需要利用定位对准标志等高精度定位的优点。
液晶层7作为介质各向异性的负的向列液晶材料，采用日本メルケ株式会社生产的F系列液晶。这里所用的液晶材料的折射率各向异性Δn为0.102(测量波长为550nm。以后相位差板的折射率、相位差均为550nm波长的测量值)，液晶层7的厚度d为3.7μm。因此，液晶层7的Δn·d为377nm。
圆偏振器构成体P配置在光源即背灯单元BL和可变延迟器构成体VR之间。该圆偏振器构成体P包括位于液晶单元C的背灯单元CL侧的第1偏振板6、及配置在第1偏振板6和液晶单元C之间的第1相位差板4。
圆检偏振器构成体A相对可变延迟器构成体VR设置在和背灯单元BL对向的观察面一侧。该圆检偏振器构成体A包括位于液晶单元C的观察面一侧的第2偏振板5，配置在第2偏振板5和液晶单元C之间的第2相位差板3。
第1偏振板6及第2偏振板5在其面内有互相近似正交的透过轴及吸收轴。另外，第1相位差板4及第4相位差板3在其面内有互相近似正交的进相轴及滞相轴，为在分别透过进相轴和滞相轴的规定波长(例如550nm)的光之间提供1/4波长相位差的单轴四分之一波长板。这种第1相位差板4及第2相位差板3各自的滞相轴配置成互相正交。
液晶显示元件按照背灯单元BL、圆偏振器构成体P、可变延迟器构成体VR、圆检偏振器构成体A的次序层叠而构成。在这样构成的液晶显示元件中，包括补偿偏振器视角特性(第1偏振板产生的视角特性)使得圆偏振器构成体P射出的光的偏振状态成与射出方位无关的近似圆偏振光的第1补偿手段2，再有可变延迟器构成体VR包括补偿液晶单元C相位差的视角特性的第2补偿手段1。
即，圆偏振器构成体P包括配置在第1偏振板6和第1相位差板4之间的、折射率各向异性为nx＞ny＝nz的光学上单轴的第3相位差板(A板)2。该第3相位差板2其滞相轴配置成与第1偏振板6的透过轴近似平行。
另外，可变延迟器构成体VR具有配置在液晶单元C和第1相位差板4或第2相位差板3之间的、折射率各向异性为nx＝ny＞nz的光学上负的单轴第4相位差板(C板)1。图1示出的实施形态中，第4相位差板1配置在液晶单元C和第2相位差板3之间。
作为第4相位差板1能用具有结构如图2示出的折射率椭圆体(nx＝ny＜nz＝的板。第3相位差板2能用具有结构如图3示出的折射率椭圆体(nx＞ny＝nz)的板。第1相位差板4及第2相位差板3能用与具有结构如图4所示的折射率椭圆体(nx＞ny＝nz)的A板中之一种相当的板。还有，图2至图4中nx及ny分别表示相位差板面内方向上的折射率，nz表示各板面上的法线方向的折射率。
图5为概要表示说明图1示出的液晶显示元件视角特性光学原理用的各光程中偏振状态的示意图。
即，液晶显示元件中，采用光学上负的单轴媒体即第4相位差板(C板)，此外和另行设置的第1相位差板4及第2相位差板3一起作负的相位差板用，补偿沿Δn·d为280nm以上的液晶层7的法线方向的相位差的视角依存性。将具有这种补偿功能的第4相位差板1设置在第1相位差板4和第2相位差板3之间，即液晶层7和第1相位差板4之间或第2相位差板3之间。因此，射入第1相位差板4及第2相位差板3的光只为线偏振光，第1相位差板4及第2相位差板3射出的光成为与射出角度或射出方位无关的近似圆偏振光。
因而，在第4相位差板1位于液晶层7和第2相位差板3之间时，射入液晶层7的光成为与入射角度或方位无关的圆偏振光。利用液晶层7法线方位的相位差即使假设圆偏振光变成椭圆偏振光仍会由于第4相位差板1的作用回复成圆偏振光，所以射入位于第4相位差板1之上的第2相位差3的光成为与入射角度或入射方位无关的圆偏振光。因此，能获得与观察方向无关的良好的显示特性。
另在第4相位差板1位于液晶层7和第1相位差板4之间时，射入第4相位差板1的光成为与入射角度或入射方位无关的圆偏振光。利用第4相位差板1法线方位上的相位差，即使假设圆偏振光变成椭圆偏振光仍会利用液晶层7的作用回复成圆偏振光，所以射入位于液晶层7之上的第2相位差板3的光成为与入射角度或入射方位无关的圆偏振光。因而与将第4相位差板1设置在液晶层7和第2相位差板3之间的情况一样，能获得与观察方向无关的良好的显示特性。
相反，在由前所述的图11的结构组成的圆偏振光主导型MVA方式液晶显示元件中，配置折射率各向异性即nx＞ny＞nz的双轴1/4波长板15，成为使上述一对1/4波长板15的滞相轴互相正交的结构。这些1/4波长板15的功能为能同时实现上述实施形态中采用的第4相位差板1及第1相位差板4以及第2相位差板3的功能，但是在也将将补偿液晶层7法线方向上的相位差作为条件时，双轴1/4波长板射出的光必然成为椭圆偏振光。因此，双轴1/4波长板射出的光成为沿椭圆长轴方向有方位的偏振光。最终，因成为依存于液晶分子排列方位的透射率特性，所以如图13所示，通过方位无法得到充分的视角补偿效果。
相反，本实施形态的液晶显示元件结构中，由于将射入补偿液晶层7及其法线方向相位差的第4相位差板1的偏振光作为无方位极性的圆偏振光，故不会产生上述的问题，能获得不依存于方位的补偿效果。
为了充分获得这样的效果如在位于入射光侧的第1波长板4及第1偏振板6之间将补偿第1偏振板6视角特性那样的第1补偿手段即折射率椭圆体如图3所示地为nx＞ny＝nz的单轴第3相位差板(也就是A板)2配置成滞相轴和第1偏振板6的透过轴近似平行，则还可获得良好的视角特性。
不设该第3相位差板2的结构，虽然作为元件整体的光学结构，总的相位差和图11示出的结构相等，但是成为各光学构件的配置顺序、使用数量均不同的结构。然而，如前所述，通过将射入液晶层7及补偿其法线方向相位差的第4相位差板1的光作为无极性的圆偏振光从而最初完成不取决于液晶分子排列方位的光学补偿。也就是说，即使采用本实施形态中说明过的第4相位差板1、及第3相位差板2、第1相位差板4、及第2相位差板3只要不做成参照图1说明过的结构，则无法得到同样的效果。
例如，在将前述第4相位差板1配置在第1相位差板4和第1偏振板6之间时，射入第1相位差板4的偏振光根据入射方向成为椭圆偏振光，尽管通过第1相位差板4也不会成圆偏振光，不能得到前述的效果。另外，即使将第3相位差板2配置在第2偏振板5和第2相位差板3之间，因不能补偿第1偏振板6的视角特性，故所述第1相位差板4射出的光为椭圆偏振光，就无法得到前述的效果。
另外，最好上述实施形态涉及的液晶显示元件在液晶单元C中，为在外加电压的状态下，控制像素内液晶分子排列使其至少向两个方位的取向分割型的垂直取向方式，各像素的开口区域中，至少在一半的区域上，控制外加电压的状态下像素内液晶分子的排列方位成与第2偏振板5的吸收轴或透过轴大致平行。
这样的取向控制如图1所示，可以通过用像素内取向分割控制用的凸起12来实现，又能通过在像素电极10的一部分上设置取向分割控制用的缝隙11来实现，也能设置通过对有源矩阵基板14及对向基板13间挟持液晶层7的面进行过取向分割控制用摩擦等取向处理的取向膜来实现，当然这些凸起12、缝隙11及进行过取向处理的取向膜中也可将其至少两个组合起来。
如前所述，线偏振光主导型MVA方式的液晶显示元件中，液晶分子排列方位对于偏振板的透过轴成π/4(rad)的角度时(Tlp(LC)的式(1)中的θ的值为π/4(rad)时)，能得到最大的透射率。因此，线偏振光主导型MVA方式时，在像素内设置取向分割结构(凸起或缝隙)使得外加电压状态下像素内液晶分子排列方位对于偏振板的透过轴成π/4(rad)的角度，或对取向膜实施摩擦等取向处理。
相反，在圆偏振光主导型MVA方式的液晶显示元件时，透射率不依存于在外加电压状态下像素内液晶分子排列方位。因此，如能在液晶层7及第4相位差板1上得到1/2波长的相位差，则能得到与液晶分子排列方位无关、优良的透射率特性。
取向分割型垂直取向方式为作取向分割从而得到不依存于光的入射角度所述1/2波长的相位差。但由于入射角度或液晶分子的倾角，有时不能对因取向分割效果造成的相位差的方位性进行补偿。为了将这些不足抑制在最低限度，如前所述，可以将液晶分子排列方位做成和偏振板的透过轴或吸收轴平行的方位。这是由于液晶层7及第4相位差板1射出的光不成圆偏振光而成椭圆偏振光时该椭圆偏振光的长轴方位成为和检偏振器即第2偏振板5的光轴(透过轴及吸收轴)平行的缘故。
另外，上述实施形态的液晶显示元件中，第4相位差板1也可以用具有手征性向列液晶、或胆甾醇型液晶、或discotic液晶聚合物之任一种组成的C板层的薄膜构成。
如前所述，该实施形态中，根据补偿液晶层7的法线方向上的相位差之目的采用第4相位差板1。在补偿的液晶层7的相位差上有波长分散，所以对于包括该波长分散在内补偿液晶层7的相位差，作为补偿板的第4相位差板1也具有与同等程度的波长分散的情况能获得更佳的补偿效果。因此，第4相位差板1如前所述用液晶聚合物形成的为好。
又如将第4相位差板1，将其C板层形成于第2相位差板3上(与液晶单元C对向的面上)，则因能将形成第4相位差板1时的基膜和第2相位差板3做成一体，故能削减构件及减少整体的层厚，有利于做得更薄。
再在上述实施形态的液晶显示元件中，最好第3相位差板2能利用ARTON树脂、聚乙烯醇树脂、ZEONOR树脂、三乙酰纤维素树脂等，在其面内的延迟值几乎不依存于入射光波长的树脂的任一种而形成。
如前所述，这里采用的第3相位差板2，具体为配置在第1相位差板4和第1偏振板6之间的第3相位差板2具有补偿偏振板视角特性的功能。偏振板的视角特性几乎不依存于波长。因此，与前述的第4相位差板1不同，最好补偿板即第3相位差板2的相位差的波长分散要更加小。所以，第3相位差板2采用前述的相位差的波长分散小的材料来构成效果更好。
这样，本实施形态涉及的液晶显示元件通过将液晶层7的视角补偿功能和偏振板的视角补偿功能分离，从而能个别地控制各自的波长分散，与同时对其进行补偿的现有的构成相比，也能获得对于波长补偿效果也满意的效果。
再又在本实施形态的液晶显示元件中，第4相位差板设其面内方向的折射率为nxy(C)、法线方向的折射率为nz(C)、厚度为d(C)，液晶单元C中的液晶层7的液晶材料折射率各向异性为Δn(LC)、液晶单元C中的液晶层7的厚度为d(LC)、射入液晶显示元件的光的波长为λ时，最好能满足下式。
Δn(LC)×d(LC)≥{nxy(c)-nz(c)}×d(c)≥
Δn(LC)×d(LC)-λ/2
前述第4相位差板1的液晶层7法线方向上的相位差能用Δn(LC)×d(LC)表示。第1相位差板4及第2相位差板3(都是1/4波长板)法线方向上的相位差能用-λ/2表示。因此，将1/4波长板双轴化，消除这种1/4波长板法线方向上的相位差时，消除液晶层7法线方向相位差的第4相位差板1的相位差{nxy(C)-nz(C)}×d(C)成为Δn(LC)×d(LC)。
反之，在不消除这样的1/4波长板法线方向上的相位差时，为Δn(LC)×d(LC)-λ/2。不消除时，射入液晶层7或第4相位差板1的圆偏振光稍些带椭圆，但因滞相轴位于面内方位，所以这一现象几乎可以勿视。
因此，如设偏振光板的偏振度为∞，最好第4相位差板的相位差{nxy(C)-nz(C)}×d(C)为Δn(LC)×d(LC)-λ/2。但是，将偏振板的偏振度与波长无关地作为∞这一点事实上是不可能的，另外若与波长无关地将其提高会使透射率降低。因此，需要获得能付诸实用的透射率的偏振度，这时，有必要提高偏振度不够的部分、第4相位差板1的相位差的绝对值。
这时的相位差值由于没有偏振状态恰好超过变成相反形状的两分之一波长的状态，所以最佳相位差的绝对值比将第4相位差板1相位差的绝对值假定为偏振板的偏振度∞时的最佳值即Δn(LC)×d(LC)-λ/2大，并且偏振状态为恰好不超过相反形状的1/2波长的Δn(LC)×d(LC)，这一点成为得到前述补偿效果的必要条件。
以下说明本发明的具体实施形态。
实施形态1
实施形态1中采用日东电工社生产的用ARTON树脂组成的单轴1/4波长板(面内相位差140nm)作为第1相位差板4及第2相位差板3。另外，摩擦作为第2相位差板3用的薄膜的表面(和液晶单元C的对向面)，在其上涂布折射率各向异性Δn为0.102、螺旋间距为0.9μm的日本メルケ株式会社生产的紫外线交联型的手征性向列液晶，涂层厚2.2μm，在螺旋轴为薄膜法线方向的状态下照射紫外线，使液晶聚合后的第4相位差板(C板层)1和第2相位差板3形成一体。
如此得到的第4相位差板1法线方向上的相位差绝对值为205nm。接着，如图1所示，通过糊状的粘接层将具有这样得到的第4相位差板1的第2相位差板3粘贴成第4相位差板1位于液晶层7一侧。另外，就在第2相位差板3的上方，通过糊状的粘接层粘贴日东电工公司生产的偏振板SEG1224DU作为第2偏板5。
另一方面，采用由日东电工公司生产的ARTON树脂组成的面内相位差为400nm的单轴相位差板作为所述第3相位差板2。将和第2相位差板3相同的1/4波长板作为第1相位差板4用。再将日东电工公司生产的SEG1224DU作为第1偏振板6用。上述第1相位差板4、第3相位差板2及第1偏振板6按照这一顺序从基板14开始通过糊状的粘接层粘贴在一起。
第1偏振板6及第2偏振板5各自的透过轴和第1相位差板4及第2相位差板3的滞相轴间的交角为π/4(rad)，第1偏振板6的透过轴和第3相位差板2的滞相轴平行，液晶层7上外加电压时液晶分子排列方位上凸起12或缝隙配置成和各偏振光板5、6的透过轴平行或正交。另外，第2偏振板5的吸收轴和第1偏振板6的吸收轴互相正交地配置。
在这样构成的液晶显示元件中，使加在液晶层7上的电压为4.2V(白显示时)及1.0V(黑显示时，为小于液晶材料的阈电压的电压，液晶分子成为保持垂直取向状态的电压)进行驱动，从而评价反差比的视角特性。
其结果示于图6。图中，30度及210度方位与画面的左右方向相当，120度及300度方位与画面的上下方向相当。几乎在所有方位反差比10∶1以上的视场大于±80°，可以确认得到优异的视角特性。另外，测量4.2V时的透射率后，确认可以得到极高的透射率5.0％。
实施形态2
图1示出的液晶显示元件中，像素电极10上不设缝隙11，也不设对向基板13的凸起12，取而代之一是沿同样的方向对设在各基板上的取向膜表面进行摩擦处理。除此以外，用和实施形态1同样的材料、结构、制造方法制成由未取向分割的垂直取向方式组成的液晶显示元件。
作为摩擦方向，有一种沿和第2偏振板5的吸收轴平行的方位进行摩擦处理、和另一种成45°角进行摩擦处理作成的两种液晶元件，在这样得到的两种液晶显示元件的液晶层7上外加4.2V及1.0V电压对其进行驱动，评价反差比的视角特性。
图7A及图7B表示它们各自评价结果。图7A为沿与第2偏振板5吸收轴平行的方位进行摩擦处理后的液晶显示元件评价结果，图7B为沿与第2偏振板5的吸收轴成45°角的方位进行摩擦处理后的液晶显示元件评价结果。无论哪一种结果都有较宽的反差视角特性，但从图中可知，能够确认液晶分子排列方位作过和偏振板的吸收轴或透过轴平行的摩擦处理的图7A结构的液晶显示元件其反差视角变宽。
比较例1
该例在构成上为从图1示出的构成中省去第1相位差板4、第2相位差板3、第3相位差板2以及第4相位差板1，液晶分子排列方位与偏振板的吸收轴成45°角构成，除此以外的条件为用和实施形态1同样的材料、制造方法制成线偏振光主导型MVA方式的液晶显示元件。和实施形态1同样地测量透射率，透射率为4.0％比上述实施形态1及2低的值。
比较例2
制作图9示出构成的液晶显示元件，和实施形态1相比除了未用第3相位差板2及第4相位差板1这一点以外，其余用和实施形态1同样的材料、制造方法制造液晶显示元件。和实施形态1同样地测量反差比的视角依存性。测量结果如图10所示，反差比10∶1以上的视场上下左右为±40°，比上述实施形态1及2窄。
比较例3
制作图11示出的构成的液晶显示元件。所用的双轴相位差板为日东电工公司生产的ARTON树脂组成的相位差板，面内相位差为140nm、法线方向的相位差(nx-ny乘以层厚得到的值)分别为105nm。和实施形态1同样地测量反差比的视角依存性。测量结果如图13所示。反差比10∶1以上的视场在斜的方位上为±80°较宽，但在上下左右方位上为±40°，比上述实施形态1及2窄。
实施形态3
用一块为和实施形态1同样的材料，另一块为ARTON树脂组成的材料制作实施形态1中的第4相位差板1，此外的构成、材料、制造方法，光学的物理特性值均同实施形态1，制成两种液晶显示元件。在液晶层上外加1.0V的电压使其驱动，评价黑显示时色度的视角依存性。
图8A及图8B示出它们各自的评价结果。图8A为采用液晶聚合物制成的第4相位差板1的液晶显示元件的评价结果，图8B为采用ARTON树脂制成的第4相位差板1的液晶显示元件的评价结果。另外，任何一种结果都绘出80°圆锥体视场中色度的评价结果。任何一种结果均为优良的色视角特性，但可以确认实施形态1的构成即图8A的构成能获得更加优良的色视角特性。
如以上所述，根据本发明在垂直取向方式及取向分割型垂直取向方式等的液晶层中对入射光的相位进行约1/2波长调制的显示方式中，为了防止由于液晶分子的排列方位在纹影取向或想要的方位以外的方位上排列等造成的透射率降低，所以在射入液晶层的偏振光为圆偏振光的圆偏振光主导型的显示方式，尤其是圆偏振光主导型MVA方式中，为了解决视角特性窄的问题、及所用构件生产成本高的问题，而提供一种新颖的液晶显示元件的构造。
由此，利用新颖的结构，不仅能获得和现有的圆偏振光主导型MVA方式同样高透射率特性，而且还能实现优良的反差视角特性，并且，能提供比现有的视角补偿结构的圆偏振光主型MVA方式更廉价的结构。
还有，本发明并非仅限于上述实施形态所述的那样，在其实施阶段中只要不背离其宗旨的范围可对构成要素进行变形使其具体化。另外，通过对上述实施形态揭示的各种构成要素进行适当的组合能形成各种发明。例如可以从实施形态所示的所有的构成要素中删除某几个构成要素。还可以对所有不同实施形态中的构成要素作适当的组合。
工业上的实用性
如上所述，根据本发明能提供一种既改善视角特性而且又能降低成本的液晶显示元件。

Claims (17)

1.一种液晶显示元件，是一种将在两块带电极的基板间挟持液晶层的点矩阵型的液晶单元配置在位于光源一侧的第1偏振板及位于观察面一侧的第2偏振板间，第1相位差板配置在所述第1偏振板和所述液晶单元之间，第2相位差板配置在所述第2偏振板和所述液晶单元之间的显示元件，是各像素的液晶分子排列在像素上未加电压的状态下相对基板主面大致垂直取向的圆偏振光主导型的垂直取向方式的液晶显示元件，其特征在于，
是一种依序将所述光源及下述顺序的下述构成体依序构成的液晶显示元件，这些构成体是
包括所述第1偏振板及所述第1相位差板的圆偏振器构成体、
包括所述液晶单元的可变延迟器构成体、
包括所述第2偏振板及所述第2相位差板的圆检偏振器构成体，
所述第1相位差板及所述第2相位差板为在透过进相轴及滞相轴的规定波长的光之间提供1/4波长相位差的单轴的四分之一波长板，
所述圆偏振器构成体具有补偿偏振器的视角特性，使得通过圆偏振器射出的出射光的偏振状态与出射方位无关地成为近似圆偏振光的第1补偿手段，
而且，所述可变延迟器构成体具有补偿所述液晶元件的相位差的视角特性的第2补偿手段。
2.一种液晶显示元件，是一种将在两块带电极的基板间挟持液晶层的点矩阵型的液晶单元配置在位于光源一侧的第1偏振板及位于观察面一侧的第2偏振板间，第1相位差板配置在所述第1偏振板和所述液晶单元之间，第2相位差板配置在所述第2偏振板和所述液晶单元之间的显示元件，是各像素的液晶分子排列在像素上未加电压的状态下相对基板主面近似垂直取向的圆偏振光主导型的垂直取向方式液晶显示元件，其特征在于，
是一种依序将所述光源及下述顺序的下述构成体依序构成的液晶显示元件，这些构成体是
包括所述第1偏振板及所述第1相位差板的圆偏振器构成体、
包括所述液晶单元的可变延迟器构成体、
包括所述第2偏振板及所述第2相位差板的圆检偏振器构成体，
所述第1相位差板及所述第2相位差板为在透过进相轴及滞相轴的规定波长的光之间提供1/4波长相位差的单轴的四分之一波长板，
将折射率各向异性为nx＞ny＝nz的光学上单轴的第3相位差板在所述第1偏振板和所述第1相位差板之间配置成其滞相轴与所述第1偏振板的透过轴近似平行，
再在所述液晶单元和所述第1相位差板或所述第2相位差板之间配置折射率各向异性为nx＝ny＞nz的光学上负的单轴的第4相位差板。
3.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，
所述液晶单元为在外加电压的状态下被控制为像素内的液晶分子排列至少向着两个方位的取向分割型垂直取向方式。
4.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，
所述液晶单元为在外加电压的状态下被控制为像素内的液晶分子排列至少向着两个方位的取向分割型垂直取向方式。
5.如权利要求1所述的液晶显示元件，其特征在于，
各像素的开口区域中，至少在一半的区域上，控制在外加所述电压的状态下的像素内液晶分子排列方位为与所述第1偏振板的吸收轴或透过轴近似平行。
6.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，
各像素的开口区域中，至少在一半的区域上，控制在外加所述电压的状态下的像素内液晶分子排列方位成与所述第1偏振板的吸收轴或透过轴近似平行。
7.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，像素内具备取向分割控制用的凸起。
8.如权利要求6所述的液晶显示元件，其特征在于，像素内具备取向分割控制用的凸起。
9.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，所述电极上设有取向分割控制用的缝隙。
10.如权利要求6所述的液晶显示元件，其特征在于，所述电极上设有取向分割控制用的缝隙。
11.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于，
在两块所述基板的挟持所述液晶层的面上设置进行过取向分割控制用的取向处理的取向膜。
12.如权利要求6所述的液晶显示元件，其特征在于，
在两块所述基板的挟持所述液晶层的面上设置进行过取向分割控制用的取向处理的取向膜。
13.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，
所述第4相位差板具有由手征性向列液晶、胆甾醇型液晶、discotic液晶聚合物中的任一种组成的C板层。
14.如权利要求13所述的液晶显示元件，其特征在于，
所述第4相位差板在所述第2相位差板上形成C板层。
15.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，
所述第3相位差板用ARTON树脂、聚乙烯醇树脂、ZEONOR树脂、三乙酰纤维素树脂中的任一种树脂形成。
16.如权利要求2所述的液晶显示元件，其特征在于，
所述第4相位差板在其面内方向的折射率记为nxy(C)、法线方向的折射率记为nz(C)、厚度记为d(C)、所述液晶层的液晶材料折射率各向异性记为Δn(LC)、所述液晶层厚度记为d(LC)、射入液晶显示元件的入射光波长记为λ时，则满足下式，即
Δn(LC)×d(LC)≥{nxy(C)-nz(C)}×d(C)
≥Δn(LC)×d(LC)-λ/2。
17.一种液晶显示元件，具备
光源；
包含在一对基板间挟持液晶层，所述液晶层的所述基板法线方向上的折射率较所述基板面内方向上的折射率大的状态的双折射方式液晶单元的可变延迟器构成体；
配置在所述光源和所述可变延迟器构成体之间，具有第1偏振板和配置在所述第1偏振板和所述可变延迟器构成体之间第1相位差板的圆偏振器构成体；
相对于所述可变延迟器构成体，配置在与所述光源对向的观察面一侧，具有第2偏振板、以及配置在所述可变延迟器构成体与所述第2偏振板之间的第2相位差板的圆检偏振器构成体，其特征在于，
所述圆偏振器构成体具有补偿由于所述第1偏振板1引起的视角特性，使得所述圆偏振器构成体射出的光的偏振状态与射出方向无关，成为近似圆偏振光的1补偿手段，
所述可变延迟器构成体包括补偿所述液晶单元的相位差的视角特性的第2补偿手段。
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