CN105452947A - 改善光学响应的方法以及使用了该方法的液晶显示元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供改善液晶显示元件的透射光量相对于时间变化的光学响应的方法。在本发明的方法中，在具备具有液晶层的液晶单元2、第1偏振板3和第2偏振板4、以及光学补偿板5的液晶显示元件1中，在将省略了光学补偿板5的配置的情况下的驱动电压的下降时的透射光量Ι₁相对于时间t的微分系数设为将配置了光学补偿板5的情况下的驱动电压的下降时的透射光量Ι₂相对于时间t的微分系数设为时，以满足下述式(1)： 的关系的方式，进行液晶层的相位差与光学补偿板5的相位差的光学设计，从而改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2的下降(断开)时的光学响应。

Description

改善光学响应的方法以及使用了该方法的液晶显示元件

技术领域

本发明涉及改善液晶显示元件的光学响应的方法以及使用了该方法的液晶显示元件。

背景技术

例如，液晶显示元件以钟表、台式电子计算机为首，在各种测定设备、汽车、文字处理机、电子手册、印刷机、计算机、电视、钟表、广告显示板等的显示部广泛使用。

作为液晶显示元件的代表性显示方式，例如，有TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、ECB(场效应双折射)型等。此外，使用了TFT(薄膜晶体管)的有源矩阵型液晶显示元件采用了使液晶分子垂直取向的VA型、使液晶分子水平取向的IPS(平面转换)型或FFS型等驱动方式。

最近的液晶显示元件，针对大型、中小型的各种用途，进行了4K×2K、8K×4K等高精细化、高析像度化、400ppi、600ppi等显示容量的增加等。

对于液晶显示元件，应该适合这些用途的新的课题之一有光学响应的改善。具体而言，作为改善液晶显示元件的光学响应的方法，有下述(1)～(5)等。

(1)减小液晶层的厚度。

(2)使液晶材料的粘弹性降低。

(3)改善由过电压施加引起的灰阶响应(称为过驱动(overdrive)方式。)。

(4)插入由于刷新率增加而连接动画帧间的影像(称为倍速驱动。)。

(5)将在光学补偿位置配置有液晶单元的2层面板在特定的条件下驱动(参照非专利文献1。)。

另一方面，在液晶显示元件中，为了谋求上述的高精细化、高析像度化、显示容量的增加，需要广视角化、色泽再现性等的改善。因此，现在也进行了许多研究开发。

作为对这些改善有用的方法，有例如使用负A板、正A板、负C板、正C板、双轴性板、1/2波长板、1/4波长板等相位差板(光学补偿板)的方法。

然而，这些技术中，没有通过相位差板的设计而改善了光学响应的技术(参照专利文献1～4。)。因此，作为改善液晶显示元件的光学响应的方法，与上述的现有想法相比并没有变化。

此外，可以认为液晶显示元件的相对于驱动电压的响应时间遵循作为针对外源场的转矩方程式的解的下述式A和B。然而，虽然该想法没有根本性的错误，但是不准确。

[数1]

式A $\mathrm{\τ}r=\frac{\mathrm{\γ}1d^2}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}(V^2-{\mathrm{Vth}}^2)}$ 式B $\mathrm{\τ}d=\frac{\mathrm{\γ}1d^2}{{\mathrm{\π}}^{2}k}$

(在式A、B中，“τr”表示上升(接通)时的响应时间，“τd”表示下降(断开)时的响应时间，“γ1”表示液晶的粘性率，“K”表示液晶的弹性模量，“d”表示液晶的层厚，“Δε”表示液晶的介电各向异性，“V”表示驱动电压，“Vth”表示阈值电压。)

即，该式A、B的准确意思仅表示液晶分子本身的变动，不直接表示液晶显示元件的透射光量的时间变化。因此，所谓液晶显示元件的光学响应，可以认为是例如光透射液晶显示元件中某一个像素时的透射光量的规定变化所对应的时间。

液晶显示元件的透射光量由偏振板的配置、液晶层的相位差、相位差膜的相位差等来确定。因此，上述式A、B不过是仅仅表示液晶层的分子运动，不表示与液晶显示元件的光学响应直接有关的透射光量的时间变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-249126号公报

专利文献2：日本特开2007-78854号公报

专利文献3：日本特开2008-139769号公报

专利文献4：日本特开2010-72658号公报

非专利文献

非专利文献1：IDW2010DIGESTp.605

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于这样的以往情况而提出的，目的是提供改善液晶显示元件的透射光量相对于时间变化的光学响应的方法、以及使用了那样的方法的液晶显示元件。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明提供以下方案。

〔1〕一种改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2的下降(断开)时的光学响应的方法，其特征在于，在下述液晶显示元件中，在将省略了下述光学补偿板的配置的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₁相对于时间t的微分系数设为将配置了下述光学补偿板的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₂相对于时间t的微分系数设为时，以满足下述式(1)的关系的方式，进行下述液晶层的相位差与下述光学补偿板的相位差的光学设计，从而改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2下降(断开)时的光学响应，

$\left|\∂I_2/\∂t\right|>\left|\∂I_1/\∂t\right|\mathrm{...}\left(1\right)$

所述液晶显示元件具备：

液晶单元，所述液晶单元具有：彼此对置地配置的第1基板和第2基板；夹持在上述第1基板和上述第2基板之间的液晶层；在上述第1基板和上述第2基板之间控制上述液晶层的取向状态的取向层；和使上述液晶层的取向状态根据由驱动电压的施加产生的电场而变化的电极，以及

第1偏振板和第2偏振板，所述第1偏振板和第2偏振板配置在上述液晶单元的背面侧和前面侧，以在上述驱动电压的施加时从上述液晶单元的背面侧透射到前面侧的光的透射光量变为最大或最小的方式，设定了彼此的透射轴的朝向；

光学补偿板，所述光学补偿板配置在上述第1偏振板与上述液晶单元之间、和上述第2偏振板与上述液晶单元之间中的至少一方之间，进行从其间通过的光的光学补偿。

〔2〕根据上述〔1〕所述的液晶显示元件，上述液晶层和上述光学补偿板中，使由于上述驱动电压变为断开状态时各自的延迟而具有的相位差[rad]同等，并且比π/2小。

〔3〕根据上述〔1〕或〔2〕所述的改善光学响应的方法，上述第1偏振板和上述第2偏振板各自的透射轴从法线方向来看处于彼此正交的位置关系，

上述液晶层和上述光学补偿板各自的慢轴从法线方向来看处于彼此正交的位置关系，

上述透射轴和上述慢轴所成的角度[rad]为π/4。

〔4〕根据上述〔1〕～〔3〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述液晶单元中，将上述液晶层以电压控制双折射模式驱动。

〔5〕根据上述〔1〕～〔4〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述液晶单元中，上述驱动电压不施加时上述液晶层的取向状态为水平取向。

〔6〕根据上述〔1〕～〔4〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述液晶单元中，上述驱动电压不施加时上述液晶层的取向状态为垂直取向。

〔7〕根据上述〔1〕～〔6〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述光学补偿板为相位差板。

〔8〕根据上述〔7〕所述的改善光学响应的方法，上述相位差板包含A板、C板、双轴性板中的任一种。

〔9〕根据上述〔1〕～〔8〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述光学补偿板为光学补偿用的液晶单元。

〔10〕根据上述〔1〕～〔9〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述液晶层包含向列液晶、近晶液晶、胆甾醇型液晶、强介电性液晶中的任一种。

〔11〕根据上述〔10〕所述的改善光学响应的方法，上述液晶层包含下述通式(L1)～(L3)所示的液晶化合物。

[化1]

〔12〕根据上述〔1〕～〔11〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述液晶单元包含与上述电极电连接的非线性有源元件。

〔13〕根据上述〔1〕～〔12〕的任一项所述的改善光学响应的方法，上述取向层包含聚酰亚胺、聚酰胺、查耳酮、肉桂酸酯、肉桂酰基中的任一种。

〔14〕一种液晶显示元件，其使用了上述〔1〕～〔13〕的任一项所述的改善光学响应的方法。

〔15〕一种液晶显示元件，其特征在于，在下述液晶显示元件中，在将省略了下述光学补偿板的配置的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₁相对于时间t的微分系数设为将配置了下述光学补偿板的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₂相对于时间t的微分系数设为时，以满足下述式(1)的关系的方式，进行下述液晶层的相位差与下述光学补偿板的相位差的光学设计，

$\left|\∂I_2/\∂t\right|>\left|\∂I_1/\∂t\right|\mathrm{...}\left(1\right)$

所述液晶显示元件具备：

液晶单元，所述液晶单元具有：彼此对置地配置的第1基板和第2基板；夹持在上述第1基板和上述第2基板之间的液晶层；在上述第1基板和上述第2基板之间控制上述液晶层的取向状态的取向层；和使上述液晶层的取向状态根据由驱动电压的施加产生的电场而变化的电极；以及，

第1偏振板和第2偏振板，所述第1偏振板和第2偏振板配置在上述液晶单元的背面侧和前面侧，以在上述驱动电压的施加时从上述液晶单元的背面侧透射到前面侧的光的透射光量成为最大或最小的方式，设定了彼此的透射轴的朝向；

光学补偿板，所述光学补偿板配置在上述第1偏振板与上述液晶单元之间、和上述第2偏振板与上述液晶单元之间中的至少一方之间，进行从其间通过的光的光学补偿。

发明的效果

如以上那样，在本发明中，通过以满足上述式(1)的方式，进行液晶层的相位差与光学补偿板的相位差的光学设计，可以改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2的下降(断开)时的光学响应。因此，即使对于广视角重要的大型液晶显示元件、追求高析像度化的中小型液晶显示元件，也可以不依靠液晶材料的物性改善，获得优异的光学响应。

附图说明

图1是显示构成液晶光学元件的各部分的光学配置的一例的示意图。

图2是从图1所示的液晶光学元件省略了相位差板的配置的情况下的示意图。

图3是显示构成液晶光学元件的各部分的光学配置的其它例的示意图。

图4是从图3所示的液晶光学元件省略了相位差板的配置的情况下的示意图。

图5A是显示与入射到单轴光学各向异性体的光对应的光学量的示意图。

图5B是显示与入射到双轴光学各向异性体的光对应的光学量的示意图。

图6是显示成为水平取向(HO)的情况下应用了本发明的方法的例子的图。

图7是显示成为垂直取向(VA)的情况下应用了本发明的方法的例子的图。

图8是显示常白与常黑时的各种电压-透射率曲线的图。

图9是显示入射光垂直的情况下的模拟结果的例子的图。

图10是显示相对于入射光的视角变化的模拟结果的例子的图。

图11是显示使液晶层的厚度变化的情况下的液晶层与相位差板的相位差的模拟结果的例子的图。

图12是显示使液晶层的厚度变化的情况下的液晶层与相位差板的相位差不同的模拟结果的例子的图。

图13是显示液晶单元的一例的立体图。

图14是显示液晶单元的其它例的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地说明。

另外，为了易于理解特征，以下的说明中使用的附图有时为了方便而示意性示出成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等不限于与实际相同。此外，在以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本发明不一定限定于此，能够在不变更其主旨的范围适当变更而实施。

首先，参照图1和图2对应用了本发明的改善液晶显示元件的光学响应的方法的一例进行说明。

另外，图1是显示构成液晶光学元件1的各部分的光学配置的示意图。图2是显示从图1所示的液晶光学元件1省略了相位差板(光学补偿板)4的配置的情况下的各部分的光学配置的示意图。

如图1所示，液晶光学元件1大致具备：液晶单元2、第1偏振板3和第2偏振板4、以及相位差板5。

液晶单元2中，驱动电压不施加时的向列液晶层的液晶分子为处于基板面内的均匀取向(水平取向)。液晶单元2配置在第1偏振板3与第2偏振板4之间。

第1偏振板3作为起偏器P配置在液晶单元2的背面侧。第2偏振板3作为检偏振器A配置在液晶单元2的正面侧。第1偏振板3与第2偏振板4各自的透射轴从法线方向来看处于彼此正交的位置关系。另外，图1中，将第1偏振板3和第2偏振板4的法线方向设为XYZ坐标的Z轴方向，使第1偏振板3的透射轴与XYZ坐标的X轴方向一致，使第2偏振板4的透射轴与XYZ坐标的Y轴方向一致。

液晶单元2中，使液晶层的慢轴与偏离X轴方向45°的方向一致。相位差板5为配置在液晶单元2与第2偏振板4之间的A板。相位差板5中，使其慢轴与偏离X轴方向135°的方向一致。

这里，将从图1所示的液晶光学元件1省略了相位差板5的配置的情况下的液晶光学元件1’示于图2。而且，将省略了该相位差板5的配置的情况下的液晶光学元件1’的透射光量设为Ι₁。另一方面，将配置了相位差板5的情况下的液晶光学元件1的透射光量设为Ι₂。此外，图1和图2所示的液晶光学元件1、1’中，波长k的入射光从各自的液晶单元2的背面侧垂直(与Z轴平行的方向)入射，透射光从液晶单元2的前面侧垂直(与Z轴平行的方向)出射。

在将液晶单元2(LCD)中的液晶层的相位差设为Rlc，将相位差板5的相位差设为Rf时，相位差板5的相位差Rf相对于驱动电压、时间没有变化。另一方面，在将液晶单元2的基板间距离设为d，将驱动电压设为V，将时间设为t，将液晶层的双折射设为△n(V，t)时，液晶层的相位差Rlc由d△n(V，t)表示。因此，液晶层的相位差Rlc相对于驱动电压、时间进行变化。

有效的△n(V，t)可以着眼于由连续体弹性理论、松弛现象的转矩方程式确定的向列液晶的指向矢(director)，根据从其Z轴倾斜的倾斜角θ_lc(V，t，Z)来计算。

因此，在驱动电压从接通状态变为断开状态时(下降时)，该倾斜角θ_lc作为时间性变化的角度来对待。透射光量Ι₁、Ι₂都通过由时间性变化的θ_lc(t)确定的△n(t)的状态来表示。

根据以上的关系，透射光量Ι₁、Ι₂和它们的时间变化由下述式2a、2b和式3a、3b表示。此外，液晶层的相位差Rlc(t)由式4表示。

[数2]

式2a $I_1=I_0{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}Rlc}{\mathrm{\λ}}\right)$

式2b $\frac{\∂}{\∂t}{I}_1=\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}{I}_0{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}Rlc}{\mathrm{\λ}}\right)\frac{\∂}{\∂t}{R}_{lc}$

式3a $I_2=I_0{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}(R_{lc}-Rf)}{\mathrm{\λ}}\right)$

式3b $\frac{\∂}{\∂t}{I}_2=\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}{I}_0{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\π}(R_{lc}-Rf)}{\mathrm{\λ}}\right)\frac{\∂}{\∂t}{R}_{lc}$

式4R_lc(t)＝dΔn(t)

在作为本发明的课题的透射光量相对于时间变化的光学响应的改善时，在将省略了相位差板5的配置的情况下的驱动电压V从接通状态变为断开状态时(下降时)的透射光量Ι₁相对于时间t的微分系数设为将配置了相位差板5的情况下的驱动电压V从接通状态变为断开状态时(下降时)的透射光量Ι₂相对于时间t的微分系数设为时，需要以满足下述式(1)的关系的方式，进行液晶层的相位差Rlc与相位差板5的相位差Rf的光学设计。

$|{\∂I}_2/\∂t|>|{\∂I}_1/\∂t|...\left(1\right)$

这里，所谓透射光量相对于时间变化的光学响应快或慢，置换成将透射光量Ι₁、Ι₂相对于时间的变化的大小进行比较。因此，求出确定上述式2b的绝对值与上述式3b的绝对值的大小关系的液晶层的相位差Rlc、与相位差板5的相位差Rf的适合条件。

具体而言，在本实施方式中，通过由上述式2b和上述式3b导出的下述式5a的大括号内的值变为1以上来获得。

驱动电压V不施加时(V＝0)的液晶层的相位差Rlc与相位差板5的相位差Rf由于为光学补偿关系，因此可以认为Rlc(V＝0)＝Rf。此外，此时的倾斜角θ_lc为0°。

驱动电压V不施加时(V＝0)的透射光量Ι₁变为充分亮度的液晶层的相位差Rlc(V＝0)为πRlc/λ＝π/2附近是适合的。因此，将该条件应用于相位差板5的相位差Rf的情况下，相位差板5的相位差Rf通过将作为其近似式的下述式5c代入到下述式5a，由下述式5b表示。

[数3]

式5a $\left|\frac{\∂}{\∂t}{I}_2\right|=\left|\frac{\∂}{\∂t}{I}_1\right\{cos2\left(\frac{\mathrm{\π}Rf}{\mathrm{\λ}}\right)-sin2\left(\frac{\mathrm{\π}Rf}{\mathrm{\λ}}\right)\cot 2\left(\frac{\mathrm{\π}Rlc}{\mathrm{\λ}}\right)\left\}\right|$

式5b $\≅\left|\frac{\∂}{\∂t}{I}_1\right\{1-2\mathrm{\α}cos2\left(\frac{\mathrm{\π}Rlc}{\mathrm{\λ}}\right)/sin2\left(\frac{\mathrm{\π}Rlc}{\mathrm{\λ}}\right)\left\}\right|$

式5c $\frac{\mathrm{\π}Rf}{\mathrm{\λ}}\≅\mathrm{\π}/2-\mathrm{\α}(\mathrm{\α}\≅0)$

这里，驱动电压V高时，液晶层的相位差Rlc(V)变得接近于0(至少变为π/4以下。)。因此，上述式5b的大括号内的第2项的三角函数为正值。

因此，如果α＜0，则上述式5b的大括号中的值总是比1大。概括来说，在πRlc(V＝0)/λ＜π/2、πRf/λ＜π/2时，与上述式2b的的绝对值相比，上述式3b的的绝对值大，因此可获得上述式(1)的关系。

如上所述明确了，通过以满足上述式(1)的方式，进行液晶层的相位差Rlc与相位差板的相位差Rf的光学设计，能够实现透射光量相对于时间变化的光学响应的改善。

相位板需要满足上述式(1)。具体而言，作为相位差板，优选设置A板、C板、双轴性板中的至少1个，更优选组合A板与C板。

进一步，优选相对于至少从法线方向入射的波长λ的入射光，液晶层的相位差Rlc与相位差板5的相位差Rf都相等，并且比π/2小。更具体而言，液晶层与相位差板5优选由于驱动电压变为断开状态时各自的延迟而具有的相位差[rad]处于比π/2仅小0.1～0.6的范围。由此，可以使下降(断开)时的透射光量相对于时间变化的光学响应(下降时间)与省略了相位差板5的配置的情况相比加快。

此外，在将省略了相位差板5的配置的情况下的驱动电压或驱动电压振幅设为V_LC1，将配置了相位差板5的情况下的驱动电压或驱动电压振幅设为V_LC2时，以满足下述式(2)的关系的方式，进行液晶单元2的驱动。

V_LC1＜V_LC2…(2)

由此，驱动电压从断开状态变为接通状态时(上升时)的透射光量相对于时间变化的光学响应(上升时间)虽然比下降时慢，但是通过以满足上述式(2)的关系的方式，进行液晶单元2的驱动，从而能够改善上升时的透射光量相对于时间变化的光学响应，同时能够显著改善下降时的透射光量相对于时间变化的光学响应。

如上所述，本发明中，通过以满足上述式(1)的方式，进行液晶层的相位差Rlc与相位差板5的相位差Rf的光学设计，可以改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2的下降(断开)时的光学响应。因此，即使对于广视角重要的大型液晶显示元件、追求高析像度化的中小型液晶显示元件，也可以不依赖于液晶材料的物性改善，而获得优异的光学响应。

[液晶单元]

接下来，举出图13所示的液晶单元20和图14所示的液晶单元30作为例子对液晶单元的具体的构成进行说明。

图13所示的液晶单元20具有：第1基板21、第2基板22、和夹持在第1基板21与第2基板22之间的液晶层23。

在第1基板21与第2基板22的彼此对置的面，分别设置有控制液晶层23的取向状态的取向层24a、24b，以及使液晶层23的取向状态根据由驱动电压的施加产生的电场而变化的透明电极25a、25b。

例如，在TN模式、STN模式等水平取向型的情况下，取向层24a、24b在驱动电压不施加时使液晶层23的液晶分子23a相对于基板面在实质上水平的方向取向(水平取向)。这里，实质上水平的方向中包含水平和大致水平的方向。

另一方面，在VA模式等垂直取向型的情况下，取向层24a、24b在驱动电压不施加时使液晶层23的液晶分子23a相对于基板面在实质上垂直的方向取向(垂直取向)。这里，实质上垂直的方向中包含垂直和大致垂直的方向。

液晶单元20可以是无源矩阵显示形式，也可以是有源矩阵显示方式。在无源矩阵显示形式的情况下，可举出例如STN模式等。对于STN模式，第1基板21上的透明电极25a与第2基板22上的透明电极25b以彼此正交的方式图案形成为条纹状。

在有源矩阵显示方式的情况下，可举出例如TN模式、VA模式等。对于有源矩阵显示方式，具有多个像素电极排列成矩阵状的结构，通过与各像素电极电连接的非线性有源元件(未图示。)，各自独立地控制驱动。因此，对于有源矩阵显示方式，透明电极25a、25b中的任何一方为像素电极，另一方为共同电极。

图14所示的液晶单元30具有第1基板31、第2基板32、夹持在第1基板31与第2基板32之间的液晶层33。

在第1基板21与第2基板22的彼此对置的面，分别设置有控制液晶层23的取向状态的取向层34a、34b。此外，在第1基板21的与第2基板22对置的面，设置有使液晶层23的取向状态根据由驱动电压的施加产生的电场而变化的透明电极35。

即，该液晶单元30是仅在第1基板21与第2基板22中的一方基板设置有电极的构成。该构成应用于例如IPS模式等水平取向型。在IPS模式的情况下，取向层34a、34b在驱动电压不施加时使液晶层33的液晶分子33a相对于基板面在实质上水平的方向取向(水平取向)。在IPS模式的情况下，透明电极35构成由共同电极和像素电极构成的梳齿电极。

[液晶层]

接下来，对液晶层23、33具体地说明。

在液晶层23、33中，可以使用例如向列液晶、近晶液晶、强介电性液晶、胆甾醇型液晶等液晶材料，但其中，特别优选使用具有向列相的液晶。

关于液晶层23、33的介电常数各向异性，虽然正、负都可以使用，但从优选πΛ△n/λ为π/2左右或比其小的结果来看，优选使用液晶层的双折射率△n更小的材料。

因此，本发明的液晶层中，更优选含有通式(L1)～式(L3)所示的液晶化合物。

上述的光学测定中使用的液晶材料含有下述通式(L1)所示的化合物和下述通式(L3)所示的化合物。实用化了的液晶层的厚度Λ为1～4μm左右，因此液晶材料的双折射率△n可以从0.04～0.15选择，优选为0.05～0.12，进一步优选为0.06～0.10。

[化2]

式中，R11～R32各自独立地表示碳原子数1～15的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基。

A11～A32各自独立地表示下述的任一结构。

[化3]

式中，Z11和Z32各自独立地表示单键、-CH＝CH-、-C≡C-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-OCH₂-、-CH₂O-、-OCF₂-或-CF₂O-。

m11～m31各自独立地表示0～3的整数。

X11、X12各自独立地表示-H、-Cl、-F。

Y11表示-CN、-Cl、-F、-OCHF₂、-CF₃、-OCF₃、碳原子数2～5的氟化烷基、烷氧基、烯基或烯氧基。

此外，液晶层23、33的光学响应也根据取向层24a、24b、34a、34b而受到优劣的影响。因此，取向层24a、24b、34a、34b中，优选使用与液晶层23、33的锚定能较大的材料，具体而言，优选使用选自聚酰亚胺(PI)、聚酰胺、查耳酮、肉桂酸酯或肉桂酰基中的至少1种。

实施例

以下，通过实施例使本发明的效果更明确。另外，本发明不限定于以下的实施例，可以在不变更其主旨的范围内进行适当变更而实施。

本实施例中，首先，参照图3和图4对应用了本发明的改善液晶显示元件的光学响应的方法的一般方法进行说明。另外，图3是显示构成液晶光学元件10的各部分的光学配置的示意图。图2是显示从图4所示的液晶光学元件10省略了相位差板(光学补偿板)6、7的配置的情况下的各部分的光学配置的示意图。

如图3所示，液晶光学元件10大致具备：液晶单元2、第1偏振板3和第2偏振板4、以及第1相位差板6和第2相位差板7。而且，该液晶光学元件10在液晶单元2与第1偏振板3之间配置第1相位差板6，在液晶单元2与第2偏振板4之间配置第2相位差板7。

关于其以外的构成，与上述图1所示的液晶光学元件1基本上相同。因此，在图3所示的液晶光学元件10中，关于与上述图1所示的液晶光学元件1同等的部分，省略说明，并且在附图中附上相同符号。

此外，将从图3所示的液晶光学元件10省略了第1相位差板6和第2相位差板7的配置的情况下的液晶光学元件10’示于图4中。

本例中，虽然第1偏振板3与第2偏振板4的透射轴从法线方向来看处于彼此正交的位置关系，但是关于第1偏振板3和第2偏振板4的配置是任意的。此外，图3和图4所示的液晶光学元件10、10’中，波长k的入射光从各自的液晶单元2的背面侧从相对于垂直的方向(与Z轴平行的方向)为任意的方向入射。

这里，由于任意配置了第1偏振板3和第2偏振板4的情况下的透射光量Ι₁、Ι₂的数学式不存在，因此使用Stokes矢量、扩展Jones矩阵、扩展Mueller矩阵等，导出与上述式(1)有关的表达式，对能够应用于本发明的透射光量Ι₁、Ι₂的计算方法进行说明。

以下的说明中，举出图3和图4所示的情况为例定义坐标轴等进行计算。此外，以下的说明中，散射、反射、衰减等以在各界面小的方式将动态矩阵进行近似而进行计算(J.Opt.Soc.Am.Vol.72，No.4，p.507(1982))。

首先，入射到光学各向异性体的光的偏光状态由下述式6a的扩展Jones矩阵式(Jo)表示。此外，扩展Mueller矩阵(Mu)由下述式6b表示。

此外，关于透射光量，如果将入射光Stokes矢量S设为下述式6c，将透射光Stokes矢量S’设为下述式6d，将起偏器矩阵设为P，将检偏振器矩阵设为A，则根据下述式6e的关系，变为透射光Stokes矢量S’的成分S0’。

[数4]

式6a

$Jo(\mathrm{\Γ},\mathrm{\Ψ})=\left(\begin{array}{cc}cos\mathrm{\Ψ}& -sin\mathrm{\Ψ}\\ sin\mathrm{\Ψ}& cos\mathrm{\Ψ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\exp (i\mathrm{\Γ}/2)& 0\\ 0& \exp (-i\mathrm{\Γ}/2)\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}cos\mathrm{\Ψ}& sin\mathrm{\Ψ}\\ -sin\mathrm{\Ψ}& \cos \mathrm{\Ψ}\end{array}\right)$

式6b

$Mu(\mathrm{\Γ},\mathrm{\Ψ})=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& ({\cos }^{2}2\mathrm{\Ψ}+{\mathrm{cos\Γsin}}^{2}2\mathrm{\Ψ})& (1-\cos \mathrm{\Γ})\sin 2\mathrm{\Ψ}cos2\mathrm{\Ψ}& \sin \mathrm{\Γ}sin2\mathrm{\Ψ}\\ 0& (1-\cos \mathrm{\Γ})\sin 2\mathrm{\Ψ}cos2\mathrm{\Ψ}& {\sin }^{2}2\mathrm{\Ψ}+{\mathrm{cos\Γcos}}^{2}2\mathrm{\Ψ}& -\sin \mathrm{\Γ}cos2\mathrm{\Ψ}\\ 0& -\sin \mathrm{\Γ}\sin 2& \sin \mathrm{\Γ}\cos 2\mathrm{\Ψ}& \cos \mathrm{\Γ}\end{array}\right)$

式6c $S=\left(\begin{array}{c}S0\\ S1\\ S2\\ S3\end{array}\right)$ 式6d $S^{\′}=\left(\begin{array}{c}S{0}^{\′}\\ S{1}^{\′}\\ S{2}^{\′}\\ S{3}^{\′}\end{array}\right)$ 式6eS′＝AMuPS

这里，如图5A和图5B所示，上述式6a和式6b中的光轴旋转角Ψ和相位旋转角Γ为与入射到光学各向异性体的光对应的光学量。因此，如果获得任意配置的光轴旋转角Ψ和相位旋转角Γ的表达式，则可以进行与透射光量有关的考察。另外，图5A显示光入射到单轴光学各向异性体的情况，图5B显示光入射到双轴光学各向异性体的情况。

接下来，在偏振板之上取下述的XY坐标(式7a，式7b)，将偏振板的法线方向设为Z轴(式7c)。将第1偏振板3的吸收轴设为起偏器矢量P，将第2偏振板4的透射轴设为检偏振器矢量A，取下述的XY坐标(式8a，式8b)。极角θi、方位角φi、波长k的入射光作为入射光矢量k由下述式7d表示。

入射光的s波由下述式9定义，透射偏振板的光的o波由下述式10a和式11a定义。因此，偏振板的Mueller矩阵中使用的旋转角Ψ在起偏器的情况下通过下述式10b和式10c求出，在检偏振器的情况下通过下述式11b和式11c求出。

因此，起偏器和检偏振器的各Mueller矩阵变为下述式12a、12b和式13a～式13c。由此，获得与对任意配置的偏振板(φp，φa)从任意方向入射的光(θi，φi)有关的表达式。

[数5]

式7aX＝(100)式7bY＝(010)式7cZ＝(001)

式7d

式12a

$P=\left(\begin{array}{cccc}1& \cos 2{\mathrm{\Ψ}}_p& \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_p& 0\\ \cos 2{\mathrm{\Ψ}}_p& {\left(\cos 2{\mathrm{\Ψ}}_p\right)}^2& \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_p\cos 2{\mathrm{\Ψ}}_p& 0\\ \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_p& \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_p\cos 2{\mathrm{\Ψ}}_p& {\left(\sin 2{\mathrm{\Ψ}}_p\right)}^2& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& p12& p13& 0\\ p21& p22& p23& 0\\ p31& p32& p33& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

式13a

$A=\left(\begin{array}{cccc}1& \cos 2{\mathrm{\Ψ}}_a& \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_a& 0\\ \cos 2{\mathrm{\Ψ}}_a& {\left(\cos 2{\mathrm{\Ψ}}_a\right)}^2& \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_a\cos 2{\mathrm{\Ψ}}_a& 0\\ \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_a& \sin 2{\mathrm{\Ψ}}_a\cos 2{\mathrm{\Ψ}}_a& {\left(\sin 2{\mathrm{\Ψ}}_a\right)}^2& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}1& a12& a13& 0\\ a21& a22& a23& 0\\ a31& a32& a33& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

接下来，第1相位差板6(光轴的位置：极角θc、方位角φc、折射率：ne^c、no^c、厚度：Λc)、液晶单元2的液晶层(光轴的位置：极角θd、方位角φd、折射率：ned、nod、厚度：Λd)、第2相位差板7(光轴的位置：极角θb、方位角φb、折射率：neb、nob、厚度：Λb)的各光学各向异性体中的Mueller矩阵的导出中，将相同计算过程的部分替换成参数“b”、“d”、“c”并作为“j”来表述。

相对于XYZ坐标的光学各向异性体的主轴系坐标abc作为下述式14a～式14c而定义。

入射光矢量k遵循斯涅耳定律(Z轴方向的成分变化)，在光学各向异性体中折射而传播，因此分成下述式15a和下述式15b的2个。

这里，在|ne-no|＜＜ne、no、nz和|ne-nz|＜＜ne、no、nz的情况下，使用可以进行下述式16a的近似的观点(J.Opt.Soc.Am.Vol.72，No.4，p.507(1982))，光学各向异性体中的oj波可以由下述式16b表示。

光学各向异性体的Mueller矩阵的光轴旋转角Ψj应用矢量的内积、外积的公式，根据将式进行了变形的下述式17a和式17b，作为下述式18a和式18b而获得。

[数6]

式16a

式16bo_j＝c_jxk_o ^j/|c_jxk_o ^j|

式17ao_jxs＝(s·c_j)k_o ^j/|c_jxk_o ^j|

式17bs·o_j＝{-(k_o ^j·Z)(c^j·k)+(k_o ^j·k)(c_j·Z)}/|c_jxk_o ^j||Zxk|

接下来，求出矢量koz^j、kez^j。具体而言，在入射光入射到abc坐标系的光学各向异性体的情况下，将下述式19a和式19b代入到由下述式19c的麦克斯韦方程式获得的方程式。而且，与解开由其导出的下述式19d所表示的联立方程式的固有值问题变为等效。电场E为E≠0以外的解归结到解开下述式20a的方程式F。

这里，矢量(ka，kb^j，kc^j)为abc坐标系的矢量ke^j的成分。该矢量向XYZ坐标系的坐标转换由下述式20b表示。即，如果将下述式20b的转换式代入到下述式20a，则方程式F变为kez^j的四次方程式。另外，ω、εa_j、εb_j、εc_j处于下述式20c～式20e的关系。

如下述式21a所示在Na、Nb、Nc全部相等的情况下，成为下述式21b的四重根，不是kez^j，而是仅由下述式24c所示的koz^j的光学各向同性体。

例如，如下述式22a那样Na、Nb、Nc的2个相等1个不同的情况下，可以如下述式22b那样进行因数分解，因此可获得koz^j的重根与kez^j的正负2根。

负的kez^j的光学含义是指光的行进方向为反方向，因此正的kez^j与koz^j为与折射光有关的单轴光学各向异性体。在该情况下，koz^j由下述式24c表示。kezj的根根据下述式23a的二次方程式由下述式24b表示。由此，Mueller矩阵中使用的相位旋转角Γj变为式24a。

[数7]

式19aE_j＝A_jexp(i(ωt-k_j·r)式19c ${\∂}^2{D}_j/\∂t^2-{\▿}^2{E}_j=0$

式19b $D_j=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ϵa}}_j& 0& 0\\ 0& {\mathrm{\ϵb}}_j& 0\\ 0& 0& {\mathrm{\ϵc}}_j\end{array}\right]E_j$

式19d $\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\ϵa}}_j-{k_{bj}}^2-{k_{cj}}^2& k_{aj}{k}_{bj}& k_{aj}{k}_{cj}\\ k_{bj}{k}_{aj}& {\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\ϵb}}_j-{k_{cj}}^2-{k_{aj}}^2& k_{bj}{k}_{cj}\\ k_{cj}{k}_{aj}& k_{cj}{k}_{bj}& {\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\ϵc}}_j-{k_{aj}}^2-{k_{bj}}^2\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}Ea\\ Eb\\ Ec\end{array}\right)=0$

式20a

F＝Na(k_aj)⁴+Nb(k_bj)⁴+Nc(k_cj)⁴

+(Nb+Nc)(k_bjk_cj)²+(Nc+Na)(k_cjk_aj)²+(Na+Nb)(k_ajk_bj)²

Na(Nb+Nc)(k_aj)²-Nb(Nc+Na)(k_bj)²-Nc(Na+Nb)(k_cj)²+NaNbNc＝0

式20b

式21aNa＝Nb＝Nc＝(n_o ^jk)²

式21bF＝{k_aj ²+k_bj ²+k_cj ²-(n_o ^jk)²}²＝0

式22aNa＝Nb＝(n_o ^jk)²Nc＝(n_e ^jk)²

式22bF＝{k_aj ²+k_bj ²+k_cj ²-(n_o ^jk)²}²{(n_o ^jkk_aj)²+(n_o ^jkk_bj)²+(n_e ^jkk_cj)²-(n_o ^jn_e ^jk²)²}

式23a(n_o ⁱkk_aj)²+(n_o ^jkk_bj)²+(n_e ^jkk_cj)²-(n_o ^jn_e ^jk²)²＝u(k_ez ^j)²-v(k_ez ^j)+w＝0

式23b $u=\frac{{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_j}{{n_e}^{j2}}+\frac{{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_j}{{n_o}^{j2}}$

式23c

式23d

式24aΓ_j＝(k_ez ^j-k_oz ^j)Λ_j

式24bk_ez ^j＝{v+(v²-4uw)^1/2}/2u

式24ck_oz ^j＝k(n_o ^j2-sin²θ_i)^1/2

在如下述式25a那样Na、Nb、Nc全部不同的情况下，方程式F变为kez^j的四次方程式。这里，在下述式25b的条件下，使用整理了上述式20a的下述式25c的四次方程式来说明。

在下述式25c的根为虚数的情况下，光学含义相当于光的衰减，因此不予考察。在下述25c的方程式具有4实根的情况下，根据下述式25d，变为二个正根(k11^j，k21^j)和二个负根(k12^j，k22^j)。

负根的光学含义与先前相同，是指光的行进方向为反方向，因此正的k11^j与k21^j为与折射光有关的双轴光学各向异性体。因此，相位旋转角Γ^j变为下述式25e。

进一步，作为“折射率间的积彼此之差有效数字消除而变为微量”，如果将下述式26a的近似适应于下述式25c的方程式，则k11^j和k21^j可以变形为更简便的表达式。此时的相位旋转角Γ^j变为下述式26c。

接下来，双轴光学各向异性体中的光轴旋转角Ψ^j如下求出。即，2个正根(k11^j，k21^j)为下述式19d的固有值，因此与该固有值对应的电场矢量Eabc(Ea，Eb，Ec)的矢量成分比可以通过应用了克莱姆法则的下述式26d来计算(abc坐标系表述)。

电场矢量Eabc(k11^j)与电场矢量Eabc(k21^j)在数学上为上述式(1)9d的固有矢量，因此两者处于正交关系(内积为零)。

因此，以k11^j折射的波相当于e波(表述为eabc。)，以k21^j折射的波相当于o波(表述为oabc。)。

XYZ坐标系表述的oXYZ波的矢量成分比由θ^j＝0、将φ^j为欧拉角(Eulerangles)的旋转矩阵(绕Z轴的旋转)乘以oabc波矢量成分而得的式26e来获得。因此，旋转角Ψ^j使用式26g～式26j的关系式由式26f来获得。可以进行以上任意配置的相位差膜B、C、液晶面板LCD的各光学各向异性体的扩展Mueller矩阵的导出。如果重新从上往下写出单轴光学各向异性体的扩展Mueller矩阵则变为式27～式28e。

[数8]

式25aNa≠Nb≠Nc

式25bθ_j＝0°

式25c

式25d(k_ez ^j)²＝{V±(V²-4UW)^1/2}/2U

式25eΓ_j＝(k11-k21)Λ_j

＝[{V+(V²-4UW)^1/2}^1/2-{V-(V²-4UW)^1/2}^1/2]Λ_j/2U

式26aNaNb+Nc²-NaNc-NbNc≌0

式26bNa＝(n_e ^jk)²Nb＝(n_o ^jk)²Nc＝(n_z ^jk)²

式26c

[数9]

如上所述，获得了单轴光学各向异性体和双轴光学各向异性体的扩展Mueller矩阵表达式，能够通过使用这些表达式来进行满足上述式(1)的光学设计。

接下来，将单轴光学各向异性体的具体表述示于表1中。

[表1]

关于第1相位差板6、第2相位差板7、液晶单元2的各光学各向异性体，如A板、C板、λ/4板、均匀取向的液晶单元(ECB模式)、垂直取向的液晶单元(VA模式)等那样，在可以具体指定的情况下，可以使用表1。

这里进行补充，A板与C板的不同为Mueller矩阵的参数的特定方法的不同。ECB模式与VA模式的不同为θd的特定方法的不同。因此，仅通过Mueller矩阵的参数的特定方法能够进行所希望的配置。

此外，关于单轴光学各向异性体与双轴光学各向异性体的不同，如果在上述式26c和上述式26f中代入nz^d＝no^d的关系，则变为代入了θj＝0的上述式24a和上述式(1)8a，因此同样地仅通过Mueller矩阵的参数的特定方法能够进行所希望的配置。因此，使用了这些式的透射光量可以作为一般原则来考察。

接下来，对叠层的计算与透射光量和时间变化进行说明。

本例中，关于上述图3和图4所示的液晶光学元件10、10’，通过下述的定义来进行计算。

第1偏振板3(轴位置：方位角φ_a)，

第1相位差板6(轴：极角θ_b，方位角φ_b，折射率：ne_b，no_b，厚度：Λ_b)，

液晶单元2的液晶层(轴：极角θ_d，方位角φ_d，折射率：ne_d，no_d，厚度：Λ_d)，

第2相位差板7(轴：极角θ_c，方位角φ_c，折射率：ne_c，no_c，厚度：Λ_c)，

第2偏振板4(轴位置：方位角φ_p)

如果将第1相位差板6、第2相位差板7和液晶单元2的各Mueller矩阵设为下述式29a～式29c，则这些Mueller矩阵的积变为下述式30。此外，在由n个相位差板构成第1相位差板6的情况下，使用下述式31a。同样地，在由n个相位差板构成第2相位差板7的情况下，使用下述式31b。

进一步，在省略了相位差板的配置的情况下，例如省略了第2相位差板7的配置的情况下，只要设θc＝0，ne^c＝no^c，将下述式29c的Mueller矩阵单元矩阵化即可。

在使入射光为自然光(没有偏斜的光)的情况下，Stokes矢量由下述式30a表示，因此图3和图4所示的液晶显示元件10、10’的透射光量Ι₁、Ι₂经过下述式32b的计算，变为下述式32d和式32c。而且，这些时间微分及其比作为下述式32e～式32g而获得。

另外，在将高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2的下降(断开)时的光学响应应用于ECB模式和VA模式的情况下，仅液晶层的θd为θd(V，t)，因此在下述式32e～式32g中将θd(t)设为自由变量。

[数10]

[模拟的实施要件]

以下，例示使用了上述式32c～式32g的各种模拟结果，对本发明的光学设计的方法、有用性进行说明。

首先，图6和图7所示的模拟结果都是使用了图3所示的液晶光学元件10的例子。此外，关于液晶光学元件10的各种条件，如以下所述。

第1偏振板3和第2偏振板4的配置：(φp，φa)＝(15°，135°)

液晶单元2的配置：(φd)＝(0°)

第1相位板6的配置：(θb，φb)＝(90°，90°)

第2相位板7的配置：单位矩阵

另外，第1相位板6为A板，在简略地说明的意图下，省略第2相位板7的配置(使该Mueller矩阵为单位矩阵。)。

图6是在驱动电压不施加时液晶层的取向状态成为水平取向(HO)的情况下应用本发明的方法的例子，显示在Rlc＝Rf＜π/2的条件下应用了上述式(1)的情况下的模拟的结果。此外，在图6中的上层显示透射光量Ι与极角θd的关系，在图6中的下层显示与极角θd的关系。

如图6所示，在驱动电压充分高时(接通时)，θd为0°。另一方面，在驱动电压为0V时(断开时)，θd为90°。

图7是在驱动电压不施加时液晶层的取向状态成为垂直取向(VA)的情况下的例子，显示的关系。此外，图7中的上层显示不满足上述式(1)的光学条件(Rlc＝Rf＜π/2)的模拟结果，图7中的下层为满足上述式(1)的光学条件(Rlc＝Rf＞π/2)的模拟结果。

如图7所示，驱动电压为充分高时(接通时)，θd为90°。另一方面，驱动电压为0V时(断开时)，θd为0°。

此外，图6和图7中所示的图之中，实线为配置了第1相位差板6和第2相位差板7的情况(图3所示的液晶显示元件10)，双重线虚线为省略了第1相位差板6和第2相位差板7的配置的情况(图4所示的液晶显示元件10’)(以下相同。)。

此外，在将高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2的下降(断开)时的响应时间设为τd，将从电压V2向电压V1的上升(接通)时的响应时间设为τr(以下相同。)。另外，由数值微分的方法求出(以下相同。)。

如果将各电压V1、V2施加于液晶单元2，则液晶层的液晶分子变为通过连续体弹性理论计算出的θd(V1)、θd(V2)的角度。如果从V1向V2切换电压，则按照松弛现象的转矩方程式，液晶分子的倾斜度从θd(V1)向θd(V2)进行时间变化。透射光量Ι根据该θd(t)由下述式32c、式32d获得。

这里，图3所示的液晶显示元件10与图4所示的液晶显示元件10’使用了同一液晶单元(液晶物性、面板构成因子也相同。)2，因此松弛现象的转矩方程式的解相同。因此，关于彼此的透射光量Ι₂、Ι₁，推定有从松弛现象受到的影响也非常相似的倾向。另一方面，彼此的透射光量Ι₂、Ι₁相对于同一θd是不同的。相反地，彼此的透射光量Ι₂、Ι₁相同的情况下的θd不同。

以此为前提，对上述图6所示的HO的情况进行说明。

在从透射光量Ι₁＝Ι₂＝1(都是θd＝0°)向透射光量Ιa的光学响应的情况下，各值为下述。在该情况下，显示出Ι₂的θd的变化量少但足够，Ι₂的微分系数绝对值也大，加倍进行τd的高速化。

Ι₂的θd变化量：0°→θ2a

Ι₁的θd变化量：0°→θ1a

$|\∂I_2/\∂\mathrm{\θ}d\left(\mathrm{\θ}2a\right)|>|\∂I_1/\∂\mathrm{\θ}d\left(\mathrm{\θ}1a\right)|$

在从透射光量Ι₁＝Ι₂＝Ιa向透射光量Ι₁＝Ι₂＝Ιb的灰阶光学响应的情况下，各值为下述。在该情况下，显示出Ι₂的θd的变化量稍微少但足够，(θ2a，θ2b)区域的Ι₂的微分系数绝对值比(θ1a，θ1b)区域的Ι₁的微分系数绝对值大，进行τd的高速化。

Ι₂的θd变化量：θ2a→θ2b

Ι₁的θd变化量：θ1a→θ1b

$|\∂I_2/\∂\mathrm{\θ}d\left(\mathrm{\θ}2a\right)|>|\∂I_1/\∂\mathrm{\θ}d\left(\mathrm{\θ}1a\right)|$

$|\∂I_2/\∂\mathrm{\θ}d\left(\mathrm{\θ}2b\right)|\≥|\∂I_1/\∂\mathrm{\θ}d\left(\mathrm{\θ}1b\right)|$

接下来，对上述图7所示的VA的情况进行说明。

相当于响应时间τd的θd的区域为大约(90°，45°)。在“Rlc＝Rf＜π/2”的情况下，该区域的Ι₂的微分系数绝对值比Ι₁的微分系数绝对值小，通过配置相位差板而τd大幅度恶化。相反，在“Rlc＝Rf＞π/2”的情况下，该区域的Ι₂的微分系数绝对值比Ι₁的微分系数绝对值大，改善了τd。

在实用化的液晶显示元件中，透射光量未使用0～100％全部。此外，以对于由环境温度、视角等各种因素带来的影响保持显示品质的方式进行设计。

这里，将在驱动电压的施加时从液晶单元2的背面侧透射到前面侧的光的透射光量变为最大的情况下(常白)、和在驱动电压的施加时从液晶单元2的背面侧透射到前面侧的光的透射光量变为最小的情况下(常黑)的各种电压-透射率曲线示于图8中。

另外，在图8中，虚线之间为所使用的驱动电压的区域。

在该区域以外的区域，如果有透射光量Ι成为局部极值的地方，则微系数的大小关系的判断产生错误。

液晶显示元件的显示区域由于依存于所希望的设计因此难以特定化，但在与作为概念而使用于显示的区域对应的θd的角度区域使用本发明的方法是最合适的。

此外，一般而言Ι₂和Ι₁不是为相同的“常白”或相同的“常黑”。为了能够进行本发明中明示的“改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2的下降(断开)时的光学响应”，将哪个透射光量和θd进行转换来使用，以获得上述式(1)的关系的方式进行光学设计是显而易见的。

为了避免上述说明中易于落入的错误的模拟，在上述式(1)中附加绝对值函数，但是在充分理解的模拟的情况下，可以没有绝对值地进行设计。例如，将透射光量I₁进行转换而与透射光量I₂配合的情况下，只要如下那样即可。

I₁(θd)←“在I₁的数值中成为最大的透射光量”-I₁(θd)

另外，上述说明中的液晶分子的θd在液晶层的全部厚度Λd时视为相同。也能够将液晶层的厚度Λd进行n分割，通过连续体弹性理论计算第k个分割层的θd，将其Mueller矩阵化，建立下式而进行。该方法在求出准确度的情况下是有效的。另一方面，在光学设计的物理光学理解度的新课题解决、要求选择多样性的情况下，单纯化也是有效的。

[数11]

Dp＝D¹(Ψd¹，Γd¹)…D^k(Ψd^k，Γd^k)…Dⁿ(Ψdⁿ，Γdⁿ)

接下来，对各种模拟结果进行说明。

另外，以下所示的模拟结果都是使用了图3所示的液晶光学元件10的例子。

此外，关于液晶光学元件10的各种条件，如下所述是共同的。

第1偏振板3和第2偏振板4的配置：(φp，φa)＝(15°，135°)

液晶单元2的配置：(φd)＝(0°)

第1相位差板6的配置：(θb，φb)＝(90°，90°)

第2相位差板7的配置：单位矩阵

另外，第1相位板6为A板，在简略地说明的意图下，省略第2相位板7的配置(使该Mueller矩阵为单位矩阵。)。液晶单元2为水平取向(HO)。

此外，图9和图10中，将上述式32g的透射光量的时间变化的比也示于图中。

[ned和入射波长的模拟结果]

图9是入射光为垂直的情况下的模拟结果的例子。

图9所示的例1～例3为波长λ＝550nm，将ned设为1.58、1.5916666，1.600的情况。

图9所示的例4～例6为ned-nod＝0.06，使入射波长变化为420nm、550nm、600nm的情况。

根据例1～例3的结果，显示出满足上述式(1)的是例1，只要进行使液晶层和相位差板都为πΛ△n/λ＜π/2的光学设计即可。

根据例4～例6的结果，显示出如果使△n为0.06左右，则来自背光源的光相对于3原色(RGB)满足全部上述式(1)，能够进行τd的改善。

此外确认到基于的大小的比较的光学设计、与基于上述式32g的时间变化的比的光学设计，显示出相同结果。

另外，在例3中相对于θd＝(0°，90°)整个区域成为有缺口的曲线的理由是因为，如上述图8中说明的那样，产生使用不适当的显示区域。

[视角变化的模拟结果]

图10是相对于入射光的视角变化的模拟结果的例子。

本例中，观测与入射光有关的透射光强度，因此观测的视角的方位与入射光方位(θi，φi)一致。

例7～例9：(θi，φi)＝(15°，45°)

例10～例12：θi，φi)＝(15°，45°)

根据例7～例9的结果，显示出满足上述式(1)的是例7，只要进行使液晶层与相位差板都为πΛ△n/λ＜π/2的光学设计即可。

根据例10～例12的结果，显示出满足上述式(1)的是例10，只要进行使液晶层与相位差板都为πΛ△n/λ＜π/2的光学设计即可。即显示出，通过垂直入射时导出的光学设计条件即使在较宽视角区域也维持使τd为高速的改善效果。

[使液晶层的厚度变化的情况下的液晶层与相位差板的相位差的模拟结果]

图11是使液晶层的厚度变化的情况下的液晶层与相位差板的相位差的模拟结果的例子。本例中，改变液晶层的厚度Λ，使液晶层与相位板的相位差如下述那样不一致。

例13：Λd＝4μm，Λd(ned-nod)＝0.28，Λb＝3μm，Λb(neb-nob)＝0.21

例14：Λd＝3μm，Λd(ned-nod)＝0.21，Λb＝4μm，Λb(neb-nob)＝0.28

例13相当于满足上述式(1)的本发明，例14成为不满足上述式(1)的条件的本发明以外。连例1与例3的结果也包含在内示于下述表2中。

[表2]

根据表2所示的结果，明确了例1不是满足上述式(1)的必要充分条件。当然推定，例1发挥更稳定的τd的效果。

[光学测定的模拟结果]

图12是关于使液晶层的厚度变化的情况下的液晶层与相位差板的相位差不同的例15～例18，测定下降(断开)时的响应时间τd、与下降(接通)时的响应时间τr。

本例中，将同一液晶材料(ned-nod＝0.062)注入到厚度Λ为3.29μm、3.75μm、4.78μm，5.01μm的液晶单元(LCD)，制作LCD各2块。

使用制作的LCD的1块作为相位板，以与上述图3所示的液晶显示元件10同样的配置组装液晶显示元件。测定所使用的光的波长为550nm。

在使电压的高低关系为V1＞V2时，将图12中的图所示的“施加电压”设为V1，V2＝0V，测定从电压V1向电压V2的下降(断开)时的响应时间τd，和从电压V2向电压V1的下降(接通)时的响应时间τr。此外，将例15～例18的结果示于下述表3。

[表3]

根据表3所示的结果，显示出以下的(i)～(iii)。

(i)通过满足上述式(1)可以确认到τd的改善。

(ii)验证出与任意配置有关的透射光量的表达式的导出、和作为其时间微分式的式32e～式32g。

(iii)改善效果特别大(为了改善响应而使液晶材料的粘性γ1减半成为现在极其困难的课题。)。

另一方面，本发明显示出，虽然教导了使上升时的响应时间τr恶化，但结果为“施加电压”V1依赖性强，可以通过上述背景技术中描述的(3)过驱动方式、(4)倍速驱动方式等补充的程度。

[灰阶的光学测定]

图13是关于上述例15～例18，测定了灰阶的响应时间τd的结果。此外，将例15～例18的结果示于下述表4。

根据表4所示的结果，可知任何灰阶都是响应时间τd为50～60％，大幅度改良了。

[表4]

符号的说明

1…液晶显示元件2…液晶单元3…第1偏振板4…第2偏振板5…相位差板(光学补偿板)6…第1相位差板(光学补偿板)7…第2相位差板(光学补偿板)20…液晶单元21…第1基板22…第2基板23…液晶层24a、24b…取向层25a、25b…透明电极(电极)30…液晶单元31…第1基板32…第2基板33…液晶层34a，34b…取向层35…透明电极(电极)。

Claims (15)

1.一种改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2下降(断开)时的光学响应的方法，在下述液晶显示元件中，在将省略了下述光学补偿板的配置的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₁相对于时间t的微分系数设为将配置了下述光学补偿板的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₂相对于时间t的微分系数设为时，以满足下述式(1)的关系的方式，进行下述液晶层的相位差与下述光学补偿板的相位差的光学设计，从而改善高低关系为V1＞V2的从电压V1向电压V2下降(断开)时的光学响应，

$\left|\∂I_2/\∂t\right|>\left|\∂I_1/\∂t\right|\mathrm{...}\left(1\right)$

所述液晶显示元件具备：

液晶单元，所述液晶单元具有：彼此对置地配置的第1基板和第2基板；夹持在所述第1基板和所述第2基板之间的液晶层；在所述第1基板和所述第2基板之间控制所述液晶层的取向状态的取向层；和使所述液晶层的取向状态根据由驱动电压的施加产生的电场而变化的电极，以及

第1偏振板和第2偏振板，所述第1偏振板和第2偏振板配置在所述液晶单元的背面侧和前面侧，以在所述驱动电压的施加时从所述液晶单元的背面侧透射到前面侧的光的透射光量变为最大或最小的方式，设定了彼此的透射轴的朝向；

光学补偿板，所述光学补偿板配置在所述第1偏振板与所述液晶单元之间、和所述第2偏振板与所述液晶单元之间中的至少一方之间，进行从其间通过的光的光学补偿。

2.根据权利要求1所述的改善光学响应的方法，所述液晶层和所述光学补偿板中，使由于所述驱动电压变为断开状态时各自的延迟而具有的相位差[rad]同等，并且比π/2小。

3.根据权利要求1或2所述的改善光学响应的方法，所述第1偏振板和所述第2偏振板各自的透射轴从法线方向来看处于彼此正交的位置关系，

所述液晶层和所述光学补偿板各自的慢轴从法线方向来看处于彼此正交的位置关系，

所述透射轴和所述慢轴所成的角度[rad]为π/4。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的改善光学响应的方法，所述液晶单元中，将所述液晶层以电压控制双折射模式驱动。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的改善光学响应的方法，所述液晶单元中，所述驱动电压不施加时的所述液晶层的取向状态为水平取向。

6.根据权利要求1～4的任一项所述的改善光学响应的方法，所述液晶单元中，所述驱动电压不施加时的所述液晶层的取向状态为垂直取向。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的改善光学响应的方法，所述光学补偿板为相位差板。

8.根据权利要求7所述的改善光学响应的方法，所述相位差板包含A板、C板、双轴性板中的任一种。

9.根据权利要求1～8的任一项所述的改善光学响应的方法，所述光学补偿板为光学补偿用的液晶单元。

10.根据权利要求1～9的任一项所述的改善光学响应的方法，所述液晶层包含向列液晶、近晶液晶、胆甾醇型液晶、强介电性液晶中的任一种。

11.根据权利要求10所述的改善光学响应的方法，所述液晶层包含下述通式(L1)～(L3)所示的液晶化合物，

12.根据权利要求1～11的任一项所述的改善光学响应的方法，所述液晶单元包含与所述电极电连接的非线性有源元件。

13.根据权利要求1～12的任一项所述的改善光学响应的方法，所述取向层包含聚酰亚胺、聚酰胺、查耳酮、肉桂酸酯、肉桂酰基中的任一种。

14.一种液晶显示元件，其使用了权利要求1～13的任一项所述的改善光学响应的方法。

15.一种液晶显示元件，其特征在于，在下述液晶显示元件中，在将省略了下述光学补偿板的配置的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₁相对于时间t的微分系数设为将配置了下述光学补偿板的情况下的下述驱动电压从接通状态变为断开状态时的透射光量Ι₂相对于时间t的微分系数设为时，以满足下述式(1)的关系的方式，进行下述液晶层的相位差与下述光学补偿板的相位差的光学设计，

$\left|\∂I_2/\∂t\right|>\left|\∂I_1/\∂t\right|\mathrm{...}\left(1\right)$

所述液晶显示元件具备：

液晶单元，所述液晶单元具有：彼此对置地配置的第1基板和第2基板；夹持在所述第1基板和所述第2基板之间的液晶层；在所述第1基板和所述第2基板之间控制所述液晶层的取向状态的取向层；和使所述液晶层的取向状态根据由驱动电压的施加产生的电场而变化的电极；以及，

第1偏振板和第2偏振板，所述第1偏振板和第2偏振板配置在所述液晶单元的背面侧和前面侧，以在所述驱动电压的施加时从所述液晶单元的背面侧透射到前面侧的光的透射光量成为最大或最小的方式，设定了彼此的透射轴的朝向；

光学补偿板，所述光学补偿板配置在所述第1偏振板与所述液晶单元之间、和所述第2偏振板与所述液晶单元之间中的至少一方之间，进行从其间通过的光的光学补偿。