JP2007212959A - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示特性のばらつきが少なくて、表示が明るく、高コントラストであり、視野角依存性の少ない透過型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層、光学異方性が負の第２の光学異方性層、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワードプロセッサやパーソナルコンピュータなどのＯＡ機器や、電子手帳、携帯電話等の携帯情報機器、あるいは、液晶モニターを備えたカメラ一体型ＶＴＲ等に用いられる透過型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、通常、液晶セル、偏光素子および光学補償シート（位相差板）から構
成される。透過型液晶表示装置では、二枚の偏光素子を液晶セルの両側に取り付け、一枚
または複数枚の光学補償シートを液晶セルと偏光素子との間に配置する。
液晶セルは、棒状液晶性分子、それを封入するための二枚の基板および棒状液晶性分子
に電圧を加えるための電極層からなる。液晶セルの方式としては、ＴＮ（Twisted Nemati
c）方式、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式、ＥＣＢ（Electrically Controlled Bi
refringence）方式、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）方式、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）方式、ＡＳＭ（Axially Symmetric Aligned Microcell）方式、ハーフトーングレイスケール方式、ドメイン分割方式、あるいは強誘電性液晶、反強誘電性液晶を利用した表示方式等の各種の方式が挙げられる。

ところで、透過型液晶表示装置は、液晶分子の持つ屈折率異方性のために斜めから見た時に表示コントラストが低下する、表示色が変化する、あるいは階調が反転するなどの視野角の問題が避けられずその改善が望まれている。
この問題を解決する方法として、従来、ＴＮ方式（液晶のねじれ角９０度）を用いた透過型液晶表示装置では、光学補償フィルムを液晶セルと上下偏光板の間に配置する提案がなされ、実用化されている。
例えば、ディスコチック液晶をハイブリッド配向させた光学補償フィルムを液晶セルと上下偏光板の間に配置した構成、また液晶性高分子をネマチックハイブリッド配向させた光学補償フィルムを液晶セルと上下偏光板の間に配置した構成などが挙げられる（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

ＴＮ方式の場合、コントラストが広がる領域は改善されるが、階調が反転する範囲が広く、必ずしも視野角特性は十分とは言えない。これは、液晶層が９０度ねじれている分、電圧を印加した時の液晶セル内の液晶分子の傾斜している部分が９０度方位まで広がる分、階調反転する範囲が広がることに起因する。
上記理由から、階調が反転する方位を狭めるという意味では、前記液晶セルの方式としては、液晶分子のねじれ角が０度でかつホモジニアス配向したＥＣＢ（electrically controlled birefringence）を利用した表示方式が好ましい。ＥＣＢ方式の視野角改善として、ホモジニアス液晶セルの上下にネマチックハイブリッド配向させた光学補償フィルムと１軸性位相差フィルムをそれぞれ２枚配置した構成が提案されている（特許文献４参照）。

しかしながら、上記の方法を用いても、斜めから見た時に表示コントラストが低下する、表示色が変化する、あるいは階調が反転するなどの視野角の問題は解決しておらず、更に上下合計４枚のフィルムを使う分、各フィルムのパラメータのばらつきによる表示特性のばらつきが多い、総膜厚が厚くなる、信頼性が落ちる等、課題が残っており、これらの改良が望まれている。
特許第２６４００８３号公報 特開平１１−１９４３２５号公報 特開平１１−１９４３７１号公報 特開２００５−２０２０１０１号公報

本発明は上述の問題点の改良をなすものであり、表示特性のばらつきが少なくて、表示が明るく、高コントラストであり、視野角依存性の少ない透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１は、バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値
が５０乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層、光学異方性が負の第２の光学異方性層、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第２は、バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、光学異方性が負の第２の光学異方性層、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第３は、バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性層、光学異方性が負の第２の光学異方性層、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第４は、バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性素子、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、光学異方性が負の第２の光学異方性層、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第５は、前記第２の光学異方性層が、主屈折率の関係、波長５５０ｎｍにおける厚み方向の位相差値（Ｒｔｈ）および面内の位相差値（Ｒｅ）値をそれぞれ下記式（１）〜（３）で表したとき、Ｒｅが０ｎｍ〜３０ｎｍであり、Ｒｔｈが−２００ｎｍ〜−３０ｎｍであることを特徴とする本発明の第１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置、に関する。
（１）ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚ
（２）Ｒｔｈ＝｛ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝×ｄ
（３）Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
（式中、ｎｘおよびｎｙは面内の主屈折率、ｎｚは厚さ方向の主屈折率、ｄは厚み（ｎｍ）を示す。）

本発明の第６は、前記第２の光学異方性層が、液晶性化合物、トリアセチルセルロース、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドおよび環状オレフィン形高分子化合物から選ばれる少なくとも１種の素材から形成された層である本発明の第５に記載の透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第７は、前記第３の光学異方性層が、高分子延伸フィルムであることを特徴とする本発明の第１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第８は、前記第３の光学異方性層が、光学的に正の一軸性を示す液晶物質が液晶状態において形成したネマチック配向を固定化してなる液晶フィルムであることを特徴とする本発明の第１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第９は、前記第１の光学異方性層の液晶フィルムのハイブリッド方向を基板平面に投影したチルト方向と前記液晶層のラビング方向との角度が０±３０度以内の範囲にあることを特徴とする本発明の第１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第１０は、前記第１の光学異方性層の液晶フィルムのハイブリッド方向を基板平面に投影したチルト方向と前記第３の光学異方性層の遅相軸との角度が７０度以上１１０度未満の範囲にあることを特徴とする本発明の第１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の第１１は、前記第１の光学異方性層の液晶フィルムが、光学的に正の一軸性を示す液晶物質からなり、当該液晶物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムであり、当該ネマチックハイブリッド配向における平均チルト角が５〜４５度の液晶フィルムであることを特徴とする本発明の第１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置、に関する。

本発明の液晶表示装置は、表示が明るく、正面コントラストが高く、視野角依存性の少ない特徴を有している。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の透過型液晶表示装置は、以下のような（Ａ）〜（Ｄ）の４通りのいずれかの構成からなり、必要に応じて光拡散層、光制御フィルム、導光板、プリズムシート等の部材が更に追加されるが、これらに本発明においてネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムからなる前記第１の光学異方性層を使用する点を除いては特に制限は無い。視野角依存性の少ない光学特性を得ると言う点では、（Ａ）〜（Ｄ）のいずれの構成を用いても構わない。

（Ａ）偏光板／第３の光学異方性層／液晶セル／第２の光学異方性層／第１の光学異方性層／偏光板／バックライト
（Ｂ）偏光板／第３の光学異方性層／第２の光学異方性層／液晶セル／第１の光学異方性層／偏光板／バックライト
（Ｃ）偏光板／第１の光学異方性層／液晶セル／第２の光学異方性層／第３の光学異方性層／偏光板／バックライト
（Ｄ）偏光板／第１の光学異方性層／第２の光学異方性層／液晶セル／第３の光学異方性層／偏光板／バックライト

以下本発明に用いられる構成部材について順に説明する。
まず、本発明に用いられる液晶セルについて説明する。
本発明は、液晶セルの方式としてホモジニアス配向セルを用いる。ホモジニアス配向セルとは、そのツイスト角度は略０度のセルである。ここでいう略０度とは、０度以上、５度以下のツイスト角度である。液晶セルの位相差値（Δｎｄ）は２００ｎｍ〜４００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは２５０ｎｍ〜３５０ｎｍである。この範囲を外れた場合、不必要な着色や明るさの低下を招き好ましくない。
また、液晶セルの駆動方式も特に制限はなく、ＳＴＮ−ＬＣＤ等に用いられるパッシブマトリクス方式、並びにＴＦＴ(Thin Film Transistor)電極、ＴＦＤ(Thin Film Diode)電極等の能動電極を用いるアクティブマトリクス方式、プラズマアドレス方式等のいずれの駆動方式であっても良い。

液晶セルは、互いに対向配置された２つの透明基板（観察者側を上基板、バックライト側を下基板という。）との間に液晶層が挟持された構成から成る。
前記液晶層を形成する液晶性を示す材料としては、特に制限されず、各種の液晶セルを構成し得る通常の各種低分子液晶物質、高分子液晶物質およびこれらの混合物が挙げられる。また、これらに液晶性を損なわない範囲で色素やカイラル剤、非液晶性物質等を添加することもできる。前記液晶セルは、前記電極基板および液晶層の他に、後述する各種の方式の液晶セルとするのに必要な各種の構成要素を備えていても良い。

液晶セルを構成する透明基板としては、液晶層を構成する液晶性を示す材料を特定の配向方向に配向させるものであれば特に制限はない。具体的には、基板自体が液晶を配向させる性質を有している透明基板、基板自体は配向能に欠けるが、液晶を配向させる性質を有する配向膜等をこれに設けた透明基板等がいずれも使用できる。また、液晶セルの電極は、ＩＴＯ等の公知のものが使用できる。電極は通常、液晶層が接する透明基板の面上に設けることができ、配向膜を有する基板を使用する場合は、基板と配向膜との間に設けることができる。

本発明に用いられる偏光板は、本発明の目的が達成し得るものであれば特に制限されず、液晶表示装置に用いられる通常のものを適宜使用することができる。具体的には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）や部分アセタール化ＰＶＡのようなＰＶＡ系やエチレン−酢酸ビニル共重合体の部分ケン化物等からなる親水性高分子フィルムに、ヨウ素および／または２色性色素を吸着して延伸した偏光フィルム、ポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物のようなポリエン配向フィルムなどからなる偏光フィルムを使用することができる。また、反射型の偏光フィルムも使用することができる。

該偏光板は、偏光フィルム単独で使用しても良いし、強度向上、耐湿性向上、耐熱性の向上等の目的で偏光フィルムの片面または両面に透明保護層等を設けたものであっても良い。透明保護層としては、ポリエステルやトリアセチルセルロース等の透明プラスチックフィルムを直接または接着層を介して積層したもの、透明樹脂の塗布層、アクリル系やエポキシ系等の光硬化型樹脂層などが挙げられる。これら透明保護層を偏光フィルムの両面に被覆する場合、両側に異なる保護層を設けても良い。

本発明に用いられる第１の光学異方性層は、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子、具体的には光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子化合物または少なくとも１種の該液晶性高分子化合物を含有する光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子組成物から成り、該液晶性高分子化合物または該液晶性高分子組成物が液晶状態において形成した平均チルト角が５〜４５度のネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムを少なくとも含む層である。

ここで、本発明で言うネマチックハイブリッド配向とは、液晶分子がネマチック配向しており、このときの液晶分子のダイレクターとフィルム平面のなす角がフィルム上面と下面とで異なった配向形態を言う。したがって、上面界面近傍と下面界面近傍とで該ダイレクターとフィルム平面との成す角度が異なっていることから、該フィルムの上面と下面との間では該角度が連続的に変化しているものといえる。
またネマチックハイブリッド配向状態を固定化したフィルムは、液晶分子のダイレクターがフィルムの膜厚方向のすべての場所において異なる角度を向いている。したがって当該フィルムは、フィルムという構造体として見た場合、もはや光軸は存在しない。

また本発明でいう平均チルト角とは、液晶フィルムの膜厚方向における液晶分子のダイレクターとフィルム平面との成す角度の平均値を意味するものである。本発明に供される液晶フィルムは、フィルムの一方の界面付近ではダイレクターとフィルム平面との成す角度が、絶対値として通常２０〜９０度、好ましくは４０〜８５度、さらに好ましくは７０〜８０度の角度をなしており、当該面の反対においては、絶対値として通常０〜２０度、好ましくは０〜１０度の角度を成しており、その平均チルト角は、絶対値として通常５〜４５度、好ましくは２０〜４５度、さらに好ましくは２５〜４３度、最も好ましくは３６〜４０度である。平均チルト角が上記範囲から外れた場合、斜め方向から見た場合のコントラストの低下等の恐れがあり望ましくない。なお平均チルト角は、クリスタルローテーション法を応用して求めることができる。

本発明に用いられる第１の光学異方性層を構成する液晶フィルムは、上記のような液晶性高分子化合物や液晶性高分子組成物のネマチックハイブリッド配向状態が固定化され、かつ特定の平均チルト角を有するものからなるが、ネマチックハイブリッド配向しかつ平均チルト角の範囲を満たすものであれば、如何様な液晶から形成されたものであっても構わない。例えば、低分子液晶を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向に形成後、光架橋や熱架橋によって固定化して得られる液晶フィルムを用いることもできる。なお本発明でいう液晶フィルムとは、フィルム自体が液晶性を呈するか否かを問うものではなく、低分子液晶、高分子液晶などの液晶物質をフィルム化することによって得られるものを意味する。

また液晶フィルムが、液晶表示装置に対してより好適な視野角改良効果を発現するための該フィルムの膜厚は、対象とする液晶表示素子の方式や種々の光学パラメーターに依存するので一概には言えないが、通常０．２μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．３μｍ〜５μｍ、特に好ましくは０．５μｍ〜２μｍの範囲である。膜厚が０．２μｍ未満の時は、十分な補償効果が得られない恐れがある。また膜厚が１０μｍを越えるとディスプレーの表示が不必要に色づく恐れがある。

また液晶フィルムの法線方向から見た場合の面内の見かけの位相差値としては、ネマチックハイブリッド配向したフィルムでは、ダイレクターに平行な方向の屈折率（以下ｎｅと呼ぶ）と垂直な方向の屈折率（以下ｎｏと呼ぶ）が異なっているおり、ｎｅからｎｏを引いた値を見かけ上の複屈折率とした場合、見かけ上の位相差値は見かけ上の複屈折率と絶対膜厚との積で与えられるとする。この位相差値は、エリプソメトリー等の偏光光学測定により容易に求めることができる。第１の光学異方性層として用いられる液晶フィルムの位相差値は、波長５５０ｎｍにの単色光に対して、５０ｎｍ〜１４０ｎｍであり、好ましくは７０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲である。位相差値が５０ｎｍ未満の時は、十分な視野角拡大効果が得られない恐れがある。また、１４０ｎｍより大きい場合は、斜めから見たときに液晶表示装置に不必要な色付きが生じる恐れがある。

本発明の液晶表示装置における光学異方性層の具体的な配置条件について説明するが、より具体的な配置条件を説明するにあたり、図１〜３を用いて液晶フィルムからなる光学異方性層の上下、該光学異方性層のチルト方向および液晶セル層のプレチルト方向をそれぞれ以下に定義する。
まず液晶フィルムからなる光学異方性層の上下を、該光学異方性層を構成する液晶フィルムのフィルム界面近傍における液晶分子ダイレクターとフィルム平面との成す角度によってそれぞれ定義すると、液晶分子のダイレクターとフィルム平面との成す角度が鋭角側で２０〜９０度の角度を成している面をｂ面とし、該角度が鋭角側で０〜２０度の角度を成している面をｃ面とする。
この光学異方素子のｂ面から液晶フィルム層を通してｃ面を見た場合、液晶分子ダイレクターとダイレクターのｃ面への投影成分が成す角度が鋭角となる方向で、かつ投影成分と平行な方向を光学異方素子のチルト方向と定義する（図１及び図２）。
次いで通常、液晶セル層のセル界面では、駆動用低分子液晶はセル界面に対して平行ではなくある角度もって傾いており一般にこの角度をプレチルト角と言うが、セル界面の液晶分子のダイレクターとダイレクターの界面への投影成分とがなす角度が鋭角である方向で、かつダイレクターの投影成分と平行な方向を液晶セル層のプレチルト方向と定義する（図３）。

本発明に用いられる第２の光学異方性層は、屈折率異方性が負であり、即ち、下記式（１）を満たし、ｎｘとｎｙは実質的に等しいのが好ましい。また、第２の光学異方性層は、式（２）で表されるＲｔｈ（厚み方向の位相差値）が、−２００ｎｍ〜−３０ｎｍであるのが好ましく、−１５０ｎｍ〜−５０ｎｍであるのがより好ましく、さらに式（３）で表されるＲｅ（面内方向の位相差値）が、０ｎｍ〜３０ｎｍであるのが好ましく、０ｎｍ〜１０ｎｍであるのがより好ましい。
（１）ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚ
（２）Ｒｔｈ＝｛ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝×ｄ
（３）Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
式中、ｎｘおよびｎｙは光学異方性層の面内の主屈折率であり、ｎｚは厚さ方向の主屈
折率であり、ｄは光学異方性層の厚み（ｎｍ）である。なお、ＲｅおよびＲｔｈは波長５５０ｎｍで測定した値である。

本発明において、第２の光学異方性層は、前記式（１）〜（３）を満足するものであれば、単層から形成されていてもよく、多層から形成されていてもよい。第２の光学異方性層は、光学異方性を発現させたポリマーフィルムであってもよいし、液晶性分子を配向させることによって光学異方性を発現させたものであってもよい。第２の光学異方性層がポリマーフィルムである場合、該ポリマーフィルムの材料としては、トリアセチルセルロース、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドおよび変性ポリカーボネートなどが挙げられるが、これらの材料以外にも、負の光学異方性を発現するときのポリマー分子鎖の配向状態が、前記材料と同様な分子鎖の配向状態を取れるものであれば、ポリマーフィルムの材料は前記材料に限定されない。中でも、トリアセチルセルロースからなるポリマーフィルムが好ましい。また、ポリマーフィルムを２軸延伸することより所望のＲｔｈを発現させてもよい。また、添加剤をポリマーに加えてＲｔｈを調整してもよく、トリアセチルセルロースのＲｔｈを調整する技術としては、特開２０００−１１１９１４号公報、特開２００１−１６６１４４号公報に記載されている。

第２の光学異方性層を液晶性分子から形成する場合は、ディスコティック液晶性分子またはコレステリック液晶性分子より形成するのが好ましく、ディスコティック液晶から形成するのがより好ましい。ディスコティック液晶性分子を基板に対して実質的に水平に配向させることにより、負の光学異方性を示す層を形成できる。かかる技術については特開平１１−３５２３２８号公報に開示されており、本発明でも利用することができる。ここで、「実質的に水平」とは、ディスコティック液晶性分子の光軸と基板法線方向のなす平均角度が０±１０度の範囲であることを意味する。ディスコティック液晶性分子の平均傾斜角が０度ではない（具体的には０±１０度の範囲）斜め配向をさせてもよいし、傾斜角が徐々に変化するハイブリット配向をさせてもよい。また、キラル剤を添加したり、ずり応力を与えることによって、上記配向状態にねじれ変形を加えたものであってもよい。

コレステリック液晶性分子は螺旋状のねじれ配向により負の光学異方性を示す。コレステリック液晶性分子をらせん状に配列させるとともに配列のねじれ角や位相差値などを制御することによって所望の光学特性を得ることができる。コレステリック液晶性分子のねじれ配向は公知の方法を用いることで達成可能である。液晶性分子は配向状態で固定されているのが好ましく、重合によって固定化されているのがより好ましい。

第２の光学異方性層を形成する好ましいディスコティック液晶性分子について以下に述べる。ディスコティック液晶性分子は、ポリマーフィルム面に対して実質的に水平（０〜１０度の範囲の平均傾斜角）に配向させることが好ましい。ディスコティック液晶性分子を斜め配向させてもよいし、傾斜角が徐々に変化するように（ハイブリッド配向）させてもよい。斜め配向またはハイブリッド配向の場合でも、平均傾斜角は０〜４０度であることが好ましい。ディスコティック液晶性分子は、様々な文献（Ｃ．Ｄｅｓｔｒａｄｅ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｒ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，ｖｏｌ．７１， ｐａｇｅ １１１（１９８１）；日本化学会編、季刊化学総説、Ｎｏ．２２、液晶の化学、第５章、第１０章第２節（１９９４）；Ｂ．Ｋｏｈｎｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍ．，ｐａｇｅ １７９４（１９８５）；Ｊ．Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１１６，ｐａｇｅ ２６５５（１９９４））に記載されている。ディスコティック液晶性分子の重合については、特開平８−２７２８４号公報に記載がある。ディスコティック液晶性分子を重合により固定するためには、ディスコティック液晶性分子の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させる必要がある。ただし、円盤状コアに重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に、連結基を導入する。重合性基を有するディスコティック液晶性分子については特開２００１−４３８７号公報に開示されている。

本発明に用いられる第３の光学異方性層としては、透明性と均一性に優れたものであれば特に制限されないが、高分子延伸フィルムや、液晶からなる光学フィルムが好ましく使用できる。高分子延伸フィルムとしては、セルロース系、ポリカーボネート系、ポリアリレート系、ポリスルフォン系、ポリアクリル系、ポリエーテルスルフォン系、環状オレフィン系高分子化合物等からなる１軸又は２軸位相差フィルムを例示することができる。第３の光学異方性層は、高分子延伸フィルムのみで構成されても良いし、液晶からなる光学フィルムのみで構成されても良いし、高分子延伸フィルムと液晶からなる光学フィルムの両方を併用することもできる。中でも環状オレフィン系高分子化合物が価格、フィルムの均一性や複屈折波長分散特性が小さいことにより画質の色変調が抑えられる点等で好ましい。また、液晶からなる光学フィルムとしては、主鎖型および／または側鎖型の液晶性を示す各種液晶性高分子、例えば、液晶性ポリエステル、液晶性ポリカーボネート、液晶性ポリアクリレート等や配向後架橋等により高分子量化できる反応性を有する低分子量の液晶等から得られる光学フィルムを挙げることができ、これらは自立性のある単独フィルムでも透明支持基板上に形成されたものでもよい。
第３の光学異方性層の波長５５０ｎｍにおける位相差値は、１３０〜２１０ｎｍに調整する。前記位相差値は、１４０〜１８０ｎｍであることがさらに好ましい。

前記第１、第２、第３の光学異方性層は、それぞれ接着剤層あるいは粘着剤層を介して互いに貼り合わせることにより作製することができる。
接着剤層を形成する接着剤としては、光学異方性層に対して十分な接着力を有し、かつ光学異方性層の光学的特性を損なわないものであれば、特に制限はなく、例えば、アクリル樹脂系、メタクリル樹脂系、エポキシ樹脂系、エチレン−酢酸ビニル共重合体系、ゴム系、ウレタン系、ポリビニルエーテル系およびこれらの混合物系や、熱硬化型および／または光硬化型、電子線硬化型等の各種反応性のものを挙げることができる。これらの接着剤は、光学異方性層を保護する透明保護層の機能を兼ね備えたものも含まれる。
粘着剤層を形成する粘着剤は特に制限されないが、例えば、アクリル系重合体、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエーテル、フッ素系やゴム系などのポリマーをベースポリマーとするものを適宜に選択して用いることができる。特に、アクリル系粘着剤の如く光学的透明性に優れ、適度な濡れ性と凝集性と接着性の粘着特性を示して、耐候性や耐熱性などに優れるものが好ましく用いうる。

接着剤層または粘着剤層の形成は、適宜な方式で行うことができる。その例としては、例えば、トルエンや酢酸エチル等の適宜な溶剤の単独物又は混合物からなる溶媒にベースポリマーまたはその組成物を溶解又は分散させた１０〜４０重量％程度の接着剤または粘着剤の溶液を調製し、それを流延方式や塗工方式等の適宜な展開方式で前記光学異方性層上に直接付設する方式、あるいは前記に準じセパレータ上に形成してそれを前記光学異方性層上に移着する方式などが挙げられる。また、接着剤層または粘着剤層には、例えば、天然物や合成物の樹脂類、特に、粘着性付与樹脂や、ガラス繊維、ガラスビーズ、金属粉、その他の無機粉末等からなる充填剤や顔料、着色剤、酸化防止剤などの粘着層に添加されることの添加剤を含有していてもよい。また微粒子を含有して光拡散性を示す層などであってもよい。

なお、光学異方性層間を接着剤層あるいは粘着剤層を介して、互いに貼り合せる際には、光学異方性層表面を表面処理して接着剤層あるいは粘着剤層との密着性を向上することができる。表面処理の手段は、特に制限されないが、前記液晶層表面の透明性を維持できるコロナ放電処理、スパッタ処理、低圧ＵＶ照射、プラズマ処理などの表面処理法を好適に採用できる。これら表面処理法のなかでもコロナ放電処理が良好である。

次に、上記部材から構成される本発明の液晶表示装置の構成ついて説明する。
本発明の液晶表示装置の構成は、図４、図７、図１０、図１３に示すような以下の４通りから選ばれることを必須とする。
（Ａ）偏光板／第３の光学異方性層／液晶セル／第２の光学異方性層／第１の光学異方性層／偏光板／バックライト
（Ｂ）偏光板／第３の光学異方性層／第２の光学異方性層／液晶セル／第１の光学異方性層／偏光板／バックライト
（Ｃ）偏光板／第１の光学異方性層／液晶セル／第２の光学異方性層／第３の光学異方性層／偏光板／バックライト
（Ｄ）偏光板／第１の光学異方性層／第２の光学異方性層／液晶セル／第３の光学異方性層／偏光板／バックライト

本発明において、液晶セル内の液晶層のプレチルト方向とネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムからなる第１の光学異方性層のチルト方向のなす角度は０度から３０度の範囲が好ましく、より好ましくは０度から２０度の範囲であり、特に好ましくは０度から１０度の範囲である。両者のなす角度が３０度以上の場合十分な視野角補償効果が得られない恐れがある。
また、第３の光学異方性層の遅相軸と第１の光学異方性層のチルト方向のなす角度は７０度以上１１０度未満であることが好ましい。さらに好ましくは８０度以上１００度未満である。１１０度以上の場合、または７０度より小さい場合には、正面コントラストの低下を招く可能性があり好ましくない。
また、第１の光学異方性層のチルト方向と偏光板の吸収軸のなす角度は３０度以上６０度未満であることが好ましい。さらに好ましくは４０度以上５０度未満である。６０度以上の場合、または３０度より小さい場合には、正面コントラストの低下を招く可能性があり好ましくない。
また、第３の光学異方性層の遅相軸と偏光板の吸収軸のなす角度は３０度以上６０度未満であることが好ましい。さらに好ましくは４０度以上５０度未満である。６０度以上の場合、または３０度より小さい場合には、正面コントラストの低下を招く可能性があり好ましくない。

前記光拡散層、バックライト、光制御フィルム、導光板、プリズムシートとしては、特に制限されず公知のものを使用することができる。
本発明の液晶表示装置は、前記した構成部材以外にも他の構成部材を付設することができる。例えば、カラーフィルターを本発明の液晶表示装置に付設することにより、色純度の高いマルチカラー又はフルカラー表示を行うことができるカラー液晶表示装置を作製することができる。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本実施例における位相差値（Δｎｄ）は特に断りのない限り波長５５０ｎｍにおける測定値である。

（第２の光学異方性層１１の作製）
２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＦＭＢ）から合成された、重量平均分子量（Ｍｗ）７万、Δｎが約０．０４のポリイミドを、溶媒にシクロヘキサノンを用い２５ｗｔ％に調製した溶液を、厚さ８０μｍのトリアセチルセルロース上に塗布した。その後１５０℃で５分熱処理後、完全透明で平滑なフィルム１１を得た。面内の位相差値Ｒｅ＝１ｎｍであり、厚さ方向の位相差値Ｒｔｈ＝−１３０ｎｍであり、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚであった。

（実施例１）
実施例１の液晶表示装置の概念図については図４を用いて、実施例１の軸構成については図５を用いて説明する。
基板１にＩＴＯ等の透過率の高い材料で形成された透明電極３が設けられ、基板２にＩＴＯ等の透過率の高い材料で形成された対向電極４が設けられ、透明電極３と対向電極４との間に正の誘電率異方性を示す液晶材料からなる液晶層５が挟持されている。基板２の対向電極４が形成された側の反対面に第３の光学異方性層９及び偏光板７が設けられており、基板１の透明電極３が形成された面の反対側に第２の光学異方性層１１、第１の光学異方性層１０及び偏光板８が設けられている。偏光板８の背面側にはバックライト１２が設けられている。
特開平６−３４７７４２号公報に従って、膜厚方向の平均チルト角が３３度のネマチックハイブリッド配向が固定化された膜厚０．７７μｍの液晶フィルムからなる第１の光学異方性層１０を作製し、図５に示したような配置で液晶表示装置を作製した。
使用した液晶セル６は、液晶材料としてＺＬＩ−１６９５（Ｍｅｒｃｋ社製）を用い、液晶層厚は４．９μｍとした。液晶層の基板両界面のプレチルト角は２度であり、液晶セルのΔｎｄは、略３２０ｎｍであった。
液晶セル６の観察者側（図の上側）に偏光板７（厚み約１００μｍ；住友化学（株）製ＳＱＷ−０６２）を配置し、偏光板７と液晶セル６との間に、第３の光学異方性層９として、一軸延伸したポリカーボネートフィルムからなる高分子延伸フィルム９を配置した。高分子延伸フィルム９のΔｎｄは略１７０ｎｍであった。
また、観察者から見て液晶セル６の後方に、第２の光学異方性層１１として、上記の通り作製したＲｔｈ＝−１３０ｎｍの負のフィルム１１、第１の光学異方性層１０として液晶フィルム１０を配置し、更に背面に偏光板８を配置した。ハイブリッドネマチック配向構造を固定化した液晶フィルム１０のΔｎｄは１２０ｎｍであった。
偏光板７及び８の吸収軸、高分子延伸フィルム９の遅相軸、液晶セル６の両界面のプレチルト方向、液晶フィルム１０のチルト方向は図５に記載した条件で配置した。
図６は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示５Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。同心円は同一の視野角を表し、２０度ごとの間隔で画かれている。したがって最外円の視野角は８０度を表す。
図６から良好な視野角特性を持っていることが分かった。

（実施例２）
実施例２の液晶表示装置の概念図については図７を用いて、実施例２の軸構成については図８を用いて説明する。
実施例１で用いた液晶表示装置において、第２の光学異方性層１１を、液晶セルのバックライト側（図の下側）から、液晶セルの観察者側（図の上側）に移動した以外は、実施例１と同様にして作製した。
図９は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示５Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。同心円は同一の視野角を表し、２０度ごとの間隔で画かれている。したがって最外円の視野角は８０度を表す。
図９から良好な視野角特性を持っていることが分かった。

（実施例３）
実施例３の液晶表示装置の概念図については図１０を用いて、実施例３の軸構成については図１１を用いて説明する。
実施例１で用いた液晶セル６において、基板２の対向電極４が形成された側の反対面に、第１の光学異方性層１０及び偏光板７が設けられており、基板１の透明電極３が形成された面の反対側に、第２の光学異方性層１１、第３の光学異方性層９及び偏光板８が設けられている。偏光板８の背面側にはバックライト１２が設けられている。
偏光板７、偏光板８、第１の光学異方性層１０、第２の光学異方性層１１および第３の光学異方性層９は、実施例１と同様のものを用いた。
液晶セル６の観察者側（図の上側）に偏光板７を配置し、偏光板７と液晶セル６との間に、第１の光学異方性層１０として、液晶フィルム１０を配置した。ハイブリッドネマチック配向構造を固定化した液晶フィルム１０のΔｎｄは略１２０ｎｍであった。
また、観察者から見て液晶セル６の後方に、第２の光学異方性層１１として、上記の通り作製したＲｔｈ＝−１４０ｎｍの負のフィルム１１、第３の光学異方性層９として、ポリカーボネートフィルムからなる高分子延伸フィルム９を配置し、更に背面に偏光板８を配置した。高分子延伸フィルム９のΔｎｄは１２０ｎｍであった。
偏光板７及び８の吸収軸、高分子延伸フィルム９の遅相軸、液晶セル６の両界面のプレチルト方向、液晶フィルム１０のチルト方向は図１１に記載した条件で配置した。
図１２は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示５Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。同心円は同一の視野角を表し、２０度ごとの間隔で画かれている。したがって最外円の視野角は８０度を表す。
図１２から良好な視野角特性を持っていることが分かった。

（実施例４）
実施例４の液晶表示装置の概念図については図１３を用いて、実施例４の軸構成については図１４を用いて説明する。
実施例３で用いた液晶表示装置において、第２の光学異方性層１１を、液晶セルのバックライト側（図の下側）から、液晶セルの観察者側（図の上側）に移動した以外は、実施例３と同様にして作製した。
図１５は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示５Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。同心円は同一の視野角を表し、２０度ごとの間隔で画かれている。したがって最外円の視野角は８０度を表す。
図１５から良好な視野角特性を持っていることが分かった。

（比較例１）
比較例１の液晶表示装置の概略については図１６を用いて説明する。実施例１において、第２の光学異方性層１１を除いた以外は、実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。
図１７は、バックライト点灯時（透過モード）での、白表示０Ｖ、黒表示５Ｖの透過率の比（白表示）／（黒表示）をコントラスト比として、全方位からのコントラスト比を示している。同心円は同一の視野角を表し、２０度ごとの間隔で画かれている。したがって最外円の視野角は８０度を表す。
視野角特性について、実施例１と比較例１を比較する。
全方位の等コントラスト曲線を図６と図１７で比較すると、第２の光学異方性層１１を用いることにより、大幅に視野角特性が改善されていることが分かる。
本実施例では、カラーフィルターの無い形態で実験を行ったが、液晶セル中にカラーフィルターを設ければ、良好なマルチカラー、またはフルカラー表示ができることは言うまでもない。

液晶分子のチルト角及びツイスト角を説明するための概念図である。 第２の光学異方素子を構成する液晶フィルムの配向構造の概念図である。 液晶セルのプレチルト方向を説明する概念図である。 実施例１の液晶表示装置を模式的に表した断面図である。 実施例１における偏光板の吸収軸、液晶セルのプレチルト方向、高分子延伸フィルムの遅相軸および液晶フィルムのチルト方向の角度関係を示した平面図である。 実施例１における液晶表示装置を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。 実施例２の液晶表示装置を模式的に表した断面図である。 実施例２における偏光板の吸収軸、液晶セルのプレチルト方向、高分子延伸フィルムの遅相軸および液晶フィルムのチルト方向の角度関係を示した平面図である。 実施例２における液晶表示装置を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。 実施例３の液晶表示装置を模式的に表した断面図である。 実施例３における偏光板の吸収軸、液晶セルのプレチルト方向、高分子延伸フィルムの遅相軸および液晶フィルムのチルト方向の角度関係を示した平面図である。 実施例３における液晶表示装置を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。 実施例４の液晶表示装置を模式的に表した断面図である。 実施例４における偏光板の吸収軸、液晶セルのプレチルト方向、高分子延伸フィルムの遅相軸および液晶フィルムのチルト方向の角度関係を示した平面図である。 実施例４における液晶表示装置を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。 比較例１の液晶表示装置を模式的に表した断面図である。 比較例１における液晶表示装置を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。

符号の説明

１、２：基板
３：透明電極
４：対向電極
５：液晶層
６：液晶セル
７、８：偏光板
９：第３の光学異方性層
１０：第１の光学異方性層
１１：第２の光学異方性層
１２：バックライト

Claims (11)

1. バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０ｎｍ乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層、光学異方性が負の第２の光学異方性層、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０ｎｍ乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置。
2. バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０ｎｍ乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、光学異方性が負の第２の光学異方性層、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０ｎｍ乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置。
3. バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０ｎｍ乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性層、光学異方性が負の第２の光学異方性層、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０ｎｍ乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置。
4. バックライト側から順に、偏光板、波長５５０ｎｍにおける位相差値が１３０ｎｍ乃至２１０ｎｍである第３の光学異方性素子、互いに対向配置された上基板と下基板との間に液晶層が挟持されたホモジニアス配向液晶セル、光学異方性が負の第２の光学異方性層、波長５５０ｎｍにおける位相差値が５０乃至１４０ｎｍである第１の光学異方性層および偏光板から少なくとも構成される液晶表示装置であって、第１の光学異方性層が、ネマチックハイブリッド配向構造を固定化した液晶フィルムから少なくとも構成されることを特徴とする透過型液晶表示装置。
5. 前記第２の光学異方性層が、主屈折率の関係、波長５５０ｎｍにおける厚み方向の位相差値（Ｒｔｈ）および面内の位相差値（Ｒｅ）値をそれぞれ下記式（１）〜（３）で表したとき、Ｒｅが０ｎｍ〜３０ｎｍであり、Ｒｔｈが−２００ｎｍ〜−３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
   （１）ｎｘ≧ｎｙ＞ｎｚ
   （２）Ｒｔｈ＝｛ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝×ｄ
   （３）Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ
   （式中、ｎｘおよびｎｙは面内の主屈折率、ｎｚは厚さ方向の主屈折率、ｄは厚み（ｎｍ）を示す。）
6. 前記第２の光学異方性層が、液晶性化合物、トリアセチルセルロース、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドおよび環状オレフィン系高分子化合物から選ばれる少なくとも１種の素材から形成された層である請求項５に記載の透過型液晶表示装置。
7. 前記第３の光学異方性層が、高分子延伸フィルムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置。
8. 前記第３の光学異方性層が、光学的に正の一軸性を示す液晶物質が液晶状態において形成したネマチック配向を固定化してなる液晶フィルムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置。
9. 前記第１の光学異方性層の液晶フィルムのハイブリッド方向を基板平面に投影したチルト方向と前記液晶層のラビング方向との角度が０±３０度以内の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置。
10. 前記第１の光学異方性層の液晶フィルムのハイブリッド方向を基板平面に投影したチルト方向と前記第３の光学異方性層の遅相軸との角度が７０度以上１１０度未満の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置。
11. 前記第１の光学異方性層の液晶フィルムが、光学的に正の一軸性を示す液晶物質からなり、当該液晶物質が液晶状態において形成したネマチックハイブリッド配向を固定化した液晶フィルムであり、当該ネマチックハイブリッド配向における平均チルト角が５〜４５度の液晶フィルムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透過型液晶表示装置。

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