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JP2004125830A - 半透過反射型液晶表示素子 - Google Patents

半透過反射型液晶表示素子 Download PDF

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JP2004125830A
JP2004125830A JP2002285458A JP2002285458A JP2004125830A JP 2004125830 A JP2004125830 A JP 2004125830A JP 2002285458 A JP2002285458 A JP 2002285458A JP 2002285458 A JP2002285458 A JP 2002285458A JP 2004125830 A JP2004125830 A JP 2004125830A
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上坂 哲也
Eiji Yoda
依田 英二
Toyokazu Ogasawara
小笠原 豊和
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Abstract

【課題】透過モードにおける表示が明るく、高コントラストであり、厚みを薄く設計することが可能であり、視野角依存性の少ない半透過反射型液晶表示素子を提供する。
【解決手段】透明電極を有する第1基板と、反射機能領域と透過機能領域が形成された半透過反射性電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板間に狭持されたネマチック液晶層と、第1基板上に設置された第1光学異方素子と1枚の偏光板を具備し、第2基板上に設置された第2光学異方素子と1枚の偏光板とを具備した半透過反射型液晶表示素子であって、第1光学異方素子が1枚の高分子配向フィルムからなる位相差フィルムで、波長(λ)450nm、550nm及び650nmにおけるリターデーション値Re(λ)が、Re(450)<Re(550)<Re(650)および0.2≦Re(λ)/λ≦0.3を満たす位相差フィルムからなり、第2光学異方素子が光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より形成され、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を含む半透過反射型液晶表示素子。
【選択図】    図4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
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等に用いられる反射型と透過型とを兼ね備えた液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示素子はその薄型軽量な特徴を大きく活かせる、携帯型情報端末機器のディスプレイとしての市場拡大の期待が高まっている。携帯型電子機器は通常バッテリー駆動であるがために消費電力を抑えることが重要な課題となっている。そのため、携帯型用途の液晶表示素子等としては、電力消費が大きいバックライトを使用しない、若しくは、常時使用しないで済み、低消費電力化、薄型化、軽量化が可能である反射型液晶表示素子が特に注目されている。
【0003】
反射型液晶表示素子としては、液晶セルを1対の偏光板で挟み、さらに外側に反射板を配置した偏光板2枚型の反射型液晶表示素子が、白黒表示用として広く使用されている。さらに最近では、液晶層を偏光板と反射板で挟んだ偏光板1枚型の反射型液晶表示素子が偏光板2枚型よりも原理的に明るくカラー化も容易なことから実用化されている。偏光板1枚型の反射型液晶表示素子では、偏光板と液晶セルの間に配置される位相差板には略円偏光板機能を持たせる為1/4波長板を使用し、更に液晶セル内の液晶層厚を略1/4波長程度の厚さにさせることにより、ノーマリーホワイト型反射型液晶表示素子を実現している(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
【0004】
位相差板に使用する1/4波長板には、良好な円偏光特性を与えるために、550nmの単色光での複屈折光の位相差が略1/4波長である1/4波長板と550nmの単色光での複屈折光の位相差が略1/2波長である1/2波長板とからなる少なくとも2枚以上の位相差フィルムを使用することが提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0005】
しかしながら、これら反射型液晶表示素子は、通常外光を利用して表示を行うため、暗い環境下で用いる場合には表示が見えにくくなるという欠点を有する。この問題を解決する技術として、偏光板1枚型の反射型液晶表示素子においては、反射板の代わりに入射光の一部を透過する性質を持つ半透過反射板を使用し、かつバックライトを備えた半透過反射型液晶表示素子が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。この場合、バックライト非点灯の状態では外光を利用した反射型(反射モード)として、暗い環境ではバックライトを点灯させた透過型(透過モード)として使用することができる。
【0006】
この偏光板1枚型の半透過反射型液晶表示素子では、透過モードにおいては半透過反射層を通して液晶セルに略円偏光を入射させる必要があることから、1枚または複数枚のポリカーボネートに代表される高分子延伸フィルムと偏光板からなる円偏光板を半透過反射層とバックライトの間に配置させる必要がある。しかしながら、透過モードの液晶表示素子においては、液晶分子の持つ屈折率異方性のため斜めから見たときに表示色が変化するあるいは表示コントラストが低下するという視野角の問題が本質的に避けられず、高分子延伸フィルムを用いた円偏光板では、この視野角拡大は本質的に難しい。
また、携帯型情報端末機器では、近年、薄型化、軽量化の要望が高まっており、携帯型情報端末機器のディスプレイに使用される部材にも、薄型化、軽量化の要求が強くなってきているが、高分子延伸フィルムでは製造面の問題で薄型化にも限界がある。
【0007】
【特許文献1】
特開平6−11711号公報
【特許文献2】
国際公開第98/4320号パンフレット
【特許文献3】
特開平10−68816号公報
【特許文献4】
特開平10−206846号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、透過モードにおける表示が明るく、高コントラストであり、厚みを薄く設計することが可能であり、視野角依存性の少ない半透過反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1は、透明電極を有する第1の基板と、反射機能を有する領域と透過機能を有する領域とが形成された半透過反射性電極を有する第2の基板と、該第1の基板と該第2の基板間に狭持されたネマチック液晶層と、該第1の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された第1の光学異方素子と1枚の偏光板を具備し、該第2の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された第2の光学異方素子と1枚の偏光板とを具備した半透過反射型液晶表示素子において、
前記第1の光学異方素子が1枚の高分子配向フィルムからなる位相差フィルムであって、波長(λ)450nm、550nm及び650nmにおけるリターデーション値を各々Re(450)、Re(550)及びRe(650)としたとき、下記式(I)及び(II)を満たす位相差フィルムからなり、
Re(450)<Re(550)<Re(650)  (I)
0.2≦Re(λ)/λ≦0.3          (II)
前記第2の光学異方素子が少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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(A)を含むことを特徴とする半透過反射型液晶表示素子に関する。
【0010】
また本発明の第2は、前記記載の半透過反射型液晶表示素子において、前記第2の光学異方素子が少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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(A)と、少なくとも1枚の高分子延伸フィルムとから構成されることを特徴とする前記記載の半透過反射型液晶表示素子に関する。
【0011】
また本発明の第3は、前記記載の半透過反射型液晶表示素子において、前記第2の光学異方素子が少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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(A)と、少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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た液晶フィルム(B)とから構成されることを特徴とする前記記載の半透過反射型液晶表示素子に関する。
【0012】
また本発明の第4は、前記液晶フィルム(A)が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、その状態から冷却することによりネマチックハイブリッド配向をガラス固定化した液晶フィルムであることを特徴とする前記記載の半透過反射型液晶表示素子に関する。
【0013】
また本発明の第5は、前記液晶フィルム(A)が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、架橋反応により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ることを特徴とする前記記載の半透過反射型液晶表示素子に関する。
【0014】
また本発明の第6は、前記反射機能を有する領域と透過機能を有する領域の液晶層厚が異なり、反射機能を有する領域の液晶層厚が透過機能を有する領域の液晶層厚よりも薄いことを特徴とする前記記載の半透過反射型液晶表示素子に関する。
【0015】
また本発明の第7は、ECB(Electrically Controlled Birefringence)方式を用いたことを特徴とする前記記載の半透過型液晶表示素子に関する。
また本発明の第8は、TN(Twisted Nematic)方式を用いたことを特徴とする前記記載の半透過型液晶表示素子に関する。
また本発明の第9は、HAN(Hybrid Aligned Nematic)方式を用いたことを特徴とする前記記載の半透過型液晶表示素子に関する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の半透過反射型液晶表示素子は、観察者側から見て、偏光板、第1の光学異方素子、液晶セル、第2の光学異方素子、偏光板、バックライトから構成され、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することができる。このタイプの液晶表示素子では、後方にバックライトを設置することで反射モードと透過モード両方の使用が可能となる。
【0017】
次に本発明に使用される液晶セルについて説明する。
本発明に使用される液晶セルは、透明電極を有する第1の基板と、反射機能を有する領域と透過機能を有する領域とが形成された半透過反射性電極を有する第2の基板と、該第1の基板と該第2の基板間に狭持されたネマチック液晶層とから構成される。
【0018】
該液晶セルは反射機能を有する領域と透過機能を有する領域とが形成された半透過反射層を含むが、反射機能を有する領域が反射表示を行なう反射表示部となり、透過機能を有する領域が透過表示を行なう透過表示部となる。
該液晶セルの反射表示部の液晶層厚は透過表示部よりも薄くした方が好ましい。この理由を以下に説明する。
まず、液晶層厚を反射表示に適した層厚に設定した場合の透過表示部における透過表示について説明する。反射表示に適した液晶層の設定を行なった場合における液晶層の電界等の外場による配向変化に伴う偏光状態の変化の量は、観察者側から液晶層を通って入射した光が反射層で反射され再び液晶層を通って観察者側に出射することにより液晶層を往復して十分なコントラスト比が得られる程度である。しかしながら、この設定においては、透過表示部では、液晶層を通過した光の偏光状態の変化量が不十分である。このため、反射表示に用いる液晶セルの観察者側に設置した偏光板に加え、透過表示のみに使用する偏光板を観察者側から見て液晶セルの背面に設置しても、透過表示部では十分な表示は得られない。つまり、液晶層の配向条件を反射表示部に適した液晶層の配向条件に設定した場合、透過表示部では、明度が不足するか、あるいは、明度が十分にあっても、暗表示の透過率が低下せず、表示に十分なコントラスト比が得られない。
【0019】
さらに詳細に説明すると、反射表示を行なう場合、液晶層を1度だけ通過する光に対して概ね1/4波長の位相差が付与されるように、印加される電圧によって上記液晶層内の液晶の配向状態が制御されている。このように反射表示に適した液晶層厚、つまり1/4波長の位相変調を与える電圧変調を行なって透過表示を行なうと、透過表示部が暗表示のときの透過率を十分に低下させる場合には、透過表示部が明表示の時には光の出射側の偏光板で約半分の光度の光が吸収され、十分な明表示が得られない。また、透過表示部が明表示のときの明度を増すために偏光板、位相差補償板等の光学素子の配置を行なうと、透過表示部が暗表示のときの明度は、明表示時の明度の約1/2の明度となり、表示のコントラスト比が不十分となる。
【0020】
逆に、透過表示に適した条件に液晶層厚を設定するには、液晶層を透過する光に対して1/2波長の位相差が付与されるように上記液晶層に電圧変調する必要がある。したがって、反射光と透過光とを共に高解像度かつ視認性に優れた表示に利用するには、反射表示部の液晶層厚は、透過表示部の液晶層厚よりも小さくすることが必要となる。理想的には、反射表示部の液晶層厚は、透過表示部の液晶層厚の約1/2であることが好ましい。
【0021】
前記液晶セルの方式としては、TN(Twisted Nematic)方式、STN(SuperTwisted Nematic)方式、ECB(Electrically Controlled Birefringence)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。
【0022】
TN方式の場合、液晶層のツイスト方向は左ねじれであっても右ねじれであっても良い。ツイスト角度は90度以下である方が望ましく、70度以下である方が更に望ましい。90度より大きい場合、液晶表示素子に不必要な色付きが生じる恐れがある。
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
半透過反射性電極に含まれる反射機能を有する領域(以下、反射層ということがある)としては、特に制限されず、アルミニウム、銀、金、クロム、白金等の金属やそれらを含む合金、酸化マグネシウム等の酸化物、誘電体の多層膜、選択反射を示す液晶、又はこれらの組み合わせ等を例示することができる。これら反射層は平面であっても良く、また曲面であっても良い。さらに反射層は、凹凸形状など表面形状に加工を施して拡散反射性を持たせたもの、液晶セルの観察者側と反対側の該電極基板上の電極を兼備させたもの、またそれらを組み合わせたものであっても良い。
【0026】
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、液晶表示素子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、PVAの脱水処理物や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。
【0027】
本発明に用いられる第1の光学異方素子は、波長(λ)450nm、550nm及び650nmにおけるリターデーション値を各々Re(450)、Re(550)及びRe(650)としたとき、下記式(I)及び式(II)を満たす1枚の高分子配向フィルムからなる位相差フィルムである。
Re(450)<Re(550)<Re(650)  (I)
0.2≦Re(λ)/λ≦0.3          (II)
上記式(I)を満たす、すなわち、リターデーション値が短波長ほど小さい1枚の高分子配向フィルムからなる位相差フィルムは、下記(A)または(B)の条件を満たす高分子配向フィルムによって得ることができる。
【0028】
(A)(1)正の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位(以下、第1のモノマー単位という。)と負の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位(以下、第2のモノマー単位という。)とを含む高分子化合物から構成されるフィルムであって、(2)該第1のモノマー単位に基づく高分子化合物のRe(450)/Re(550)は、該第2のモノマー単位に基づく高分子化合物のRe(450)/Re(550)よりも小さく、かつ(3)正の屈折率異方性を有する、配向フィルム。
【0029】
(B)(1)正の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位(以下、第1のモノマー単位という。)と負の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位(以下、第2のモノマー単位という。)とを含む高分子化合物から構成されるフィルムであって、(2)該第1のモノマー単位に基づく高分子化合物のRe(450)/Re(550)は、該第2のモノマー単位に基づく高分子化合物のRe(450)/Re(550)よりも大きく、かつ(3)負の屈折率異方性を有する、配向フィルム。
【0030】
上記(A)(B)の条件を満たす態様の例として、下記条件(C)(D)を満たすものがある。
(C)(1)正の屈折率異方性を有する高分子化合物と負の屈折率異方性を有する高分子化合物とからなるブレンドポリマー及び/又は正の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位と負の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位とからなる共重合体から構成されるフィルムであって、(2)該正の屈折率異方性を有する高分子化合物のRe(450)/Re(550)は該負の屈折率異方性を有する高分子化合物のRe(450)/Re(550)よりも小さく、かつ(3)正の屈折率異方性を有する、配向フィルム。
【0031】
(D)(1)正の屈折率異方性を有する高分子化合物と負の屈折率異方性を有する高分子化合物とからなるブレンドポリマー及び/又は正の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位と負の屈折率異方性を有する高分子化合物を形成するモノマー単位とからなる共重合体から構成されるフィルムであって、(2)該正の屈折率異方性を有する高分子化合物のRe(450)/Re(550)は該負の屈折率異方性を有する高分子化合物のRe(450)/Re(550)よりも大きく、かつ(3)負の屈折率異方性を有する、配向フィルム。
ここで、正又は負の屈折率異方性を有する高分子化合物とは、正又は負の屈折率異方性を有する配向フィルムを与える高分子化合物をいう。
【0032】
本発明において第1の光学異方素子に用いられる高分子配向フィルムは、前述したようにブレンドポリマーからなるものでも共重合体からなるものでもよい。高分子配向フィルムを構成する高分子材料は、上記の条件を満たすブレンドポリマー又は共重合体であればよく、耐熱性に優れ、光学性能が良好で、溶液製膜ができる熱可塑性ポリマーである。例えばポリアリレート系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリオレフィン系、ポリエーテル系、ポリスルフィン系、ポリスルホン系、ポリエーテルスルホン系などの重合体から1種類又は2種類以上を適宜選択することができる。ただし、配向フィルムの吸水率が1重量%以下でないと位相差フィルムとして実用する上で問題があるので、フィルム材料はフィルムの吸水率が1重量%以下、好ましくは0.5重量%以下の条件を満たすように選択することが重要である。
【0033】
ブレンドポリマーであれば、光学的に透明である必要があることから相溶ブレンドまたは各々の高分子化合物の屈折率が略等しいことが好ましい。ブレンドポリマーの具体的な組み合わせとしては、例えば負の光学異方性を有する高分子化合物としてポリメチルメタクリレートと、正の光学異方性を有する高分子化合物としてポリビニリデンフロライド、ポリエチレンオキサイド、またはビニリデンフロライド−トリフルオロエチレン共重合体の組み合わせ、正の光学異方性を有する高分子化合物としてポリフェニレンオキサイドと、負の光学異方性を有する高分子化合物としてポリスチレン、スチレン−ラウロイルマレイミド共重合体、スチレン−シクロヘキシルマレイミド共重合体、またはスチレン−フェニルマレイミド共重合体の組み合わせ、負の光学異方性を有するスチレン−マレイン酸無水物共重合体と正の光学異方性を有するポリカーボネート、また、正の光学異方性を有するアクリロニトリル−ブタジエン共重合体と負の光学異方性を有するアクリロニトリル−スチレン共重合体等を好適に挙げることができるが、これらに限定されるものではない。特に透明性の観点から、ポリスチレンと、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンオキサイド)等のポリフェニレンオキサイドとの組み合わせが好ましい。かかる組み合わせの場合、該ポリスチレンの比率が全体の67重量%以上75重量%以下を占めることが好ましい。
【0034】
また、共重合体としては、例えば、ブタジエン−スチレン共重合体、エチレン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート共重合体、ポリエステル共重合体、ポリエステルカーボネート共重合体、ポリアリレート共重合体等を用いることが出来る。特に、フルオレン骨格を有するセグメントは負の光学異方性となり得るため、フルオレン骨格を有するポリカーボネート共重合体、ポリエステル共重合体、ポリエステルカーボネート共重合体、ポリアリレート共重合体等はより好ましく用いられる。
【0035】
ビスフェノール類とホスゲンあるいは炭酸ジフェニルなどの炭酸エステル形成性化合物と反応させて製造されるポリカーボネート共重合体は透明性、耐熱性、生産性に優れており特に好ましく用いることが出来る。ポリカーボネート共重合体としては、フルオレン骨格を有する構造を含む共重合体であることが好ましい。フルオレン骨格を有する成分は1〜99モル%含まれていることが好ましい。
【0036】
本発明の配向フィルムの材料として好適なものは、下記式(1)で示される繰り返し単位と、下記式(2)で示される繰り返し単位とから構成されるポリカーボネートの配向フィルムからなり、上記式(1)で表わされる繰り返し単位は該ポリカーボネート全体の30〜90モル%を占め、上記式(2)で表わされる繰り返し単位は全体の70〜10モル%を占める材料である。
【0037】
【化1】
Figure 2004125830
【0038】
【化2】
Figure 2004125830
【0039】
上記式(1)において、R〜Rはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子及び炭素数1〜6の炭化水素基から選ばれる基を示し、Xは式(3)で示される基ある。また、上記式(2)において、R 〜R16はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子及び炭素数1〜22の炭化水素基から選ばれる基を示し、Yは式(4)で示される基から選ばれる基を示す。
【0040】
【化3】
Figure 2004125830
【0041】
【化4】
Figure 2004125830
【0042】
上記式(4)において、R17〜R19、R21及びR22はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子及び炭素数1〜22の炭化水素基から選ばれる基を示し、R20及びR23はそれぞれ独立に炭素数1〜20の炭化水素基から選ばれる基を示し、Arは炭素数6〜10のアリール基である。
【0043】
この材料は、上記式(1)で表わされるフルオレン骨格を有する繰り返し単位と上記式(2)で表わされる繰り返し単位とからなるポリカーボネート共重合体、および上記式(1)で表わされるフルオレン骨格を有する繰り返し単位からなるポリカーボネートと上記式(2)で表わされる繰り返し単位からなるポリカーボネートとのブレンドポリマーである。共重合体の場合、上記式(1)および(2)で表わされる繰り返し単位はそれぞれ2種類以上組み合わせてもよく、組成物の場合も、上記繰り返し単位はそれぞれ2種類以上組み合わせてもよい。
【0044】
上記式(1)において、R〜Rはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子及び炭素数1〜6の炭化水素基から選ばれる。かかる炭素数1〜6の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、シクロヘキシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基が挙げられる。この中で、水素原子、メチル基が好ましい。
上記式(2)において、R〜R16はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子及び炭素数1〜22の炭化水素基から選ばれる。かかる炭素数1〜22の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、シクロヘキシル基等の炭素数1〜9のアルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基等のアリール基が挙げられる。この中で、水素原子、メチル基が好ましい。
上記式(4)において、R17〜R19、R21及びR22はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子及び炭素数1〜22の炭化水素基から選ばれる。かかる炭素数1〜22の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、シクロヘキシル基等の炭素数1〜9のアルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基等のアリール基が挙げられる。この中で、水素原子、メチル基が好ましい。R20及びR23はそれぞれ独立に炭素数1〜20の炭化水素基から選ばれ、またArはフェニル基、ナフチル基等の炭素数6〜10のアリール基である。
【0045】
上記式(1)の含有率、すなわち共重合体の場合共重合組成、組成物の場合ブレンド組成比は、ポリカーボネート全体の30〜90モル%である。かかる範囲を外れた場合には、測定波長 400〜700nmにおいて位相差絶対値が短波長ほど小さくなるということがない。上記式(1)の含有率は、ポリカーボネート全体の35〜85モル%が好ましく、40〜80モル%がより好ましい。ここで上記モル比は共重合体、ブレンドポリマーに関わらず、配向フィルムを構成するポリカーボネートのバルク全体で、例えば核磁気共鳴(NMR)素子より求めることができる。
【0046】
この材料におけるポリカーボネートとしては、下記式(5)で示される繰り返し単位と、下記式(6)で示される繰り返し単位とから構成されるポリカーボネート共重合体及び/またはポリカーボネート組成物(ブレンドポリマー)が好ましい。
【0047】
【化5】
Figure 2004125830
【0048】
【化6】
Figure 2004125830
【0049】
上記式(5)において、R24及びR25はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基から選ばれる基を示し、上記式(6)において、R26及びR27はそれぞれ独立に水素原子及びメチル基から選ばれる基を示し、Zは式(7)で示される基から選ばれる基を示す。
【0050】
【化7】
Figure 2004125830
【0051】
さらに、下記式(8)〜(12)で示される繰り返し単位からなる共重合体において、繰り返し単位(12)の割合が40〜75モル%であるもの、下記式(9)及び(12)で示される繰り返し単位からなる共重合体において(12)の割合が30〜70モル%であるもの、下記式(10)及び(12)で示される繰り返し単位からなる共重合体において、(12)の割合が30〜70モル%であるもの、下記式(8)及び(11)で示される繰り返し単位からなる共重合体において、(11)の割合が40〜75モル%であることがそれぞれより好ましい。
【0052】
【化8】
Figure 2004125830
【0053】
最も好ましい材料はビスフェノールA(BPA、上記式(8)に対応) とビスクレゾールフルオレン(BCF、上記式(12)に対応) を含む共重合体又は高分子ブレンドあるいはこれらの混合物であり、これらの成分の配合比はBCFの含有率が55〜75モル%、より好ましくは55〜70モル%である。これらの材料において、より理想に近いλ/4板やλ/2板を得ることができる。
【0054】
上記した共重合体及び/またはブレンドポリマーは公知の方法によって製造し得る。ポリカーボネートはジヒドロキシ化合物とホスゲンとの重縮合による方法、溶融重縮合法等が好適に用いられる。ブレンドの場合は、相溶性ブレンドが好ましいが、完全に相溶しなくても成分間の屈折率を合わせれば成分間の光散乱を抑え、透明性を向上させることが可能である。
【0055】
本発明における高分子配向フィルムの材料高分子化合物の極限粘度は0.3〜2.0dl/gであることが好ましい。これより低粘度では脆くなり機械的強度が保てないといった問題があり、これより高粘度では溶液粘度が上がりすぎるため溶液製膜においてダイラインの発生等の問題や、重合終了時の精製が困難になるといった問題がある。
【0056】
本発明における高分子配向フィルムは透明であることが好ましく、ヘイズ値は3%以下、全光線透過率は85%以上であることが好ましい。また、前記高分子配向フィルム材料のガラス転移点温度は 100℃以上、より好ましくは120℃以上であることが好ましい。さらに、フェニルサリチル酸、2−ヒドロキシベンゾフェノン、トリフェニルフォスフェート等の紫外線吸収剤や、色味を変えるためのブルーイング剤、酸化防止剤等を添加してもよい。
【0057】
本発明における高分子配向フィルムは上記ポリカーボネートなどのフィルムを延伸等により配向させたフィルムを用いるものである。かかるフィルムの製造方法としては、公知の溶融押し出し法、溶液キャスト法等が用いられるが、膜厚むら、外観等の観点から溶液キャスト法がより好ましく用いられる。溶液キャスト法における溶剤としては、メチレンクロライド、ジオキソラン等が好適が用いられる。
また、延伸方法も公知の延伸方法を使用し得るが、好ましくは縦一軸延伸である。フィルム中には延伸性を向上させる目的で、公知の可塑剤であるジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート等のフタル酸エステル、トリブチルフォスフェート等のリン酸エステル、脂肪族二塩基エステル、グリセリン誘導体、グリコール誘導体等を含有してもよい。延伸時には、先述のフィルム製膜時に用いた有機溶剤をフィルム中に残留させて延伸しても良い。この有機溶剤の量としてはポリマー固形分対比1〜20質量%であることが好ましい。
【0058】
また、上記可塑剤や液晶等の添加剤は、高分子配向フィルムの位相差波長分散を変化させ得るが、添加量は、ポリマー固形分対比10質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。
高分子配向フィルムの膜厚は特に限定されるものではないが、1μmから400μmであることが好ましい。
【0059】
高分子配向フィルムの位相差を短波長ほど小さくするためには、特定の化学構造を有することが必須条件であり、位相差波長分散はかなりの部分がその化学構造で決まるが、延伸条件、ブレンド状態等によっても変動することに留意されるべきである。
高分子配向フィルムは特に1枚の配向フィルムをもって波長依存性が少ない良好な4分の1波長板(λ/4板)を構成することができるものであるため、下記式(II)を満たすものである。
0.2≦Re(λ)/λ≦0.3          (II)
【0060】
本発明に用いられる第2の光学異方素子は、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質、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゜〜35゜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(A)を少なくとも含み、可視光域で略4分の1波長の位相差を有する素子である。
【0061】
ここで、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。
【0062】
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゜、好ましくは30゜〜70゜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゜、好ましくは0゜〜10゜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゜、好ましくは7゜〜40゜、さらに好ましくは10゜〜38゜、最も好ましくは15゜〜35゜である。平均チルト角が上記範囲から外れた場合、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。
【0063】
本発明に用いられる第2の光学異方素子を構成する液晶フィルム(A)は、光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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状態を固定化したものであれば、その製造方法については特に制限はない。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や、高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、冷却することによって当該配向を固定化して得られる液晶フィルムを用いることができる。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。
【0064】
また液晶フィルム(A)が、半透過反射型液晶表示素子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。
【0065】
次に、図1から図3を用いて液晶フィルム(A)からなる光学異方素子の上下、該光学異方素子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。
まず図1および図2において、液晶フィルム(A)からなる光学異方素子の上下を、該光学異方素子を構成する液晶フィルム(A)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。
次いで図3において、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。
【0066】
また、第2の光学異方素子は、他の高分子延伸フィルムやまたはネマチック配向を固定化した液晶フィルム(B)と組み合わせても使用することができる。
高分子延伸フィルムとしては、一軸性あるいは二軸性を示すような物質で、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリメタクリレート(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、日本合成ゴム(株)製のARTON(商品名)フィルムなどの延伸フィルムを使用することができる。この場合も、コストアップの問題を勘案すれば、液晶フィルム1枚と高分子延伸フィルム1枚の組み合わせが実用上好ましい。
【0067】
液晶フィルム(B)は、ネマチック配向状態が固定化されたものであれば、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や、高分子液晶を液晶状態においてネマチック配向に形成後、冷却することによって当該配向を固定化して得られる液晶フィルムを用いることができる。なお本発明でいう液晶フィルム(B)とは、液晶フィルム(A)と同様に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。
【0068】
また第2の光学異方素子に含まれる液晶フィルムとしては、液晶フィルム単体として使用することも可能であり、支持基板として透明プラスチックフィルムを設けて使用することも可能である。液晶フィルム単体として使用する場合は、該偏光板を作製するときに用いる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に液晶フィルムを積層した後、偏光板と一体化することにより作製できる。
【0069】
本発明の第2の光学異方素子のリターデーション値(複屈折Δnと膜厚dとの積)について説明する。
液晶フィルム(A)の法線方向から見た場合の面内の見かけのリターデーション値としては、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、見かけ上のリターデーション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。この見かけ上のリターデーション値は、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。
【0070】
前記第2の光学異方素子が、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(A)のみから構成される場合と、液晶フィルム(A)と高分子延伸フィルムまたはネマチック配向を固定化した液晶フィルム(B)とを組み合わせた場合に分けて説明する。
ネマチックハイブリッド配向した液晶フィルム(A)のみから構成される場合、液晶フィルム(A)の見かけ上のリターデーション値は、550nmの単色光に対して、通常、70nm〜180nm、好ましくは90nm〜160nm、特に好ましくは120nm〜150nmの範囲にすることにより、良好な円偏光特性が得られる。見かけのリターデーション値が70nm未満、あるいは180nmより大きい時は、液晶表示素子に不必要な色付きが生じる恐れがある。
【0071】
液晶フィルム(A)と高分子延伸フィルムまたは液晶フィルム(B)とを組み合わせた場合は、特開平10−068816号公報に記載のように、550nmの単色光での複屈折光の位相差が略1/4波長である1/4波長板と550nmの単色光での複屈折光の位相差が略1/2波長である1/2波長板とを、それらの遅相軸が交差した状態で貼り合わせることにより、良好な円偏光特性が得られる。1/4波長板のリターデーション値は、通常、70nm〜180nm、好ましくは90nm〜160nm、特に好ましくは120nm〜150nmの範囲である。1/2波長板のリターデーション値は、通常180nm〜320nm、好ましくは200nm〜300nm、特に好ましくは220nm〜280nmの範囲である。1/4波長板と1/2波長板のリターデーション範囲が上記から外れた場合、液晶表示素子に不必要な色付きが生じる恐れがある。
【0072】
1/4波長板の遅相軸と1/2波長板の遅相軸のなす角度は、通常、鋭角側で40度〜90度、好ましくは50度〜80度、特に好ましくは55度〜75度の範囲である。
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(A)は、1/4波長板に使用しても良いし、1/2波長板に使用してもよい。
1/4波長板に液晶フィルム(A)を使用する場合は、1/2波長板には高分子延伸フィルムまたは液晶フィルム(B)を使用し、1/2波長板に液晶フィルム(A)を使用する場合は、1/4波長板に高分子延伸フィルムまたは液晶フィルム(B)を使用すれば良い。
【0073】
第2の光学異方素子として、液晶フィルム(A)1枚のみを半透過反射型液晶表示素子に用いる場合について説明する。液晶フィルム(A)は液晶セルの第2の基板と偏光板との間に配置するのが好ましい。ここで液晶フィルム(A)の配置条件について図6を用いて説明する。
図6の液晶セル15における、上側基板のプレチルト方向に重ね合わさる直線および下側基板のプレチルト方向に重ね合わさる直線を、それぞれ仮定する。この2つの直線を同一平面に投影し、このとき直線が交差する点を中心として形成される4つの角度のうち、鋭角側の2つの角度が、それぞれ左右対称の角度となるような直線を引く。この直線を、本発明において2等分線と定義する。なお上側基板のプレチルト方向に重ね合わさる直線と下側基板のプレチルト方向に重ね合わさる直線とが重ね合わさる場合(すなわち、2つの直線が平行の場合)は、その重ね合わさる直線が、本発明で言う2等分線となる。
この2等分線と液晶フィルム(A)のチルト方向を基準とする直線成分との成す角度が、通常、絶対値として0度〜30度、好ましくは0度〜20度、さらに好ましくは0度〜10度、もっとも好ましくは概ね0度となるように配置することが望ましい。両者のなす角度が30度より大きい場合、十分な視野角補償効果が得られない恐れがある。
【0074】
次に、第2の光学異方素子として液晶フィルム(A)1枚と高分子延伸フィルム1枚あるいは液晶フィルム(B)1枚を組み合わせて半透過反射型液晶表示素子に用いる場合について説明する。
液晶フィルム(A)の配置は上述の1枚のみを使用する場合と同様の配置にすることが好ましい。すなわち、液晶フィルム中の液晶性高分子のチルト方向と前記2等分線の方向とがおおむね一致することが好ましい。チルト方向とプレ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。
【0075】
本発明の半透過反射型液晶表示素子において、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。
本発明の半透過反射型液晶表示素子は、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素子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素子を作製することができる。
【0076】
【発明の効果】
本発明の半透過反射型液晶表示素子は、透過モードにおける表示が明るく、高コントラストであり、薄く設計することが可能であり、視野角依存性が少ないという特徴を有する。
【0077】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本実施例におけるリターデーションΔndは特に断りのない限り波長550nmにおける値とする。
【0078】
[実施例1]
本発明の半透過反射型液晶表示素子の概略については図4を用いて、実施例1の構成については図5を用いて説明する。
第2の基板8にAl等の反射率の高い材料で形成された反射電極6とITO等の透過率の高い材料で形成された透明電極7とが設けられ、第1の基板3に対向電極4が設けられ、反射電極6及び透過電極7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。第1の基板3の対向電極4が形成された側の反対面に第1の光学異方素子2及び偏光板1が設けられており、第2の基板8の反射電極6及び透過電極7が形成された面の反対側に第2の光学異方素子9及び偏光板10が設けられている。偏光板10の背面側にはバックライト11が設けられている。
【0079】
膜厚方向の平均チルト角が28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13を作製し、図5に示したような配置で以下に示すTN型の半透過反射型液晶表示素子を作製した。
使用した液晶セル15は、液晶材料としてZLI−1695(Merck社製)を用い、液晶層厚は反射電極領域6(反射表示部)で3.5μm、透過電極領域7(透過表示部)で4.0μm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、液晶セルのツイスト角は左ねじれの70度、液晶セルのΔndは、反射表示部で略230nm、透過表示部で略262nmであった。
【0080】
液晶セル15の観察者側(図の上側)に偏光板1(厚み約180μm;住友化学工業(株)製SQW−862)を配置し、偏光板1と液晶セル15との間に、第1の光学異方素子2として、本発明の要件である式(I)及び式(II)を満たす帝人(株)製の一軸延伸した高分子延伸フィルム(製品名ピュアエース)2を配置した。高分子延伸フィルム2の△ndは略120nmであった。
また、第2の光学異方素子9として、観察者から見て液晶セル15の後方に液晶フィルム13及び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14を配置し、更に背面に偏光板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13の△ndは135nm、高分子延伸フィルム14の△ndは275nmであった。
偏光板1及び10の吸収軸、第1の光学異方体2及び高分子延伸フィルム14の遅相軸、液晶セル15の両界面のプレチルト方向、液晶フィルム13のチルト方向は図6に記載した条件で配置した。
【0081】
図7は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0V、黒表示6V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。
図8は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の左右方向での透過率の視野角特性を示している。
図9は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の上下方向での透過率の視野角特性を示している。
図7〜9から特に透過モードにおいて良好な視野角特性を持っていることが分かった。
【0082】
[実施例2]
膜厚方向の平均チルト角が28度のネマチックハイブリッド配向が固定化された膜厚0.60μmの液晶フィルム13を作製し、図5に示したような配置で以下に示すECB型の半透過反射型液晶表示素子を作製した。
使用した液晶セル16は、液晶材料としてZLI−1695(Merck社製)を用い、液晶層厚は反射電極領域6(反射表示部)で2.1μm、透過電極領域7(透過表示部)で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、反射表示部で略138nm、透過表示部で略321nmのホモジニアス配向とした。
【0083】
液晶セル16の観察者側(図の上側)に偏光板1(厚み約180μm;住友化学工業(株)製SQW−862)を配置し、偏光板1と液晶セル16との間に、第1の光学異方素子2として、本発明の要件である式(I)及び式(II)を満たす帝人(株)製のポリカーボネートからなる一軸延伸した高分子延伸フィルム(製品名ピュアエース)2を配置した。高分子延伸フィルム2の△ndは略115nmであった。
また、第2の光学異方素子9として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13の△ndは105nm、高分子延伸フィルム14の△ndは270nmであった。
偏光板1及び10の吸収軸、第1の光学異方体2及び高分子延伸フィルム14の遅相軸、液晶セル16の両界面のプレチルト方向、液晶フィルム13のチルト方向は図10に記載した条件で配置した。
【0084】
図11は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0V、黒表示6V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。
図12は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の左右方向での透過率の視野角特性を示している。
図13は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の上下方向での透過率の視野角特性を示している。
図11〜13から、ECB型でもTN型と同様、特に透過モードにおいて良好な視野角特性を持っていることが分かった。
【0085】
[比較例1]
図14の配置図に示したように、液晶フィルム13の代わりにポリカーボネート17(Δndが略130nm)を用い、ポリカーボネート14のΔndを260nmとし、液晶セル15の背面側に配置した偏光板10の吸収軸、高分子延伸フィルム14及び17の遅相軸を図15に記載した条件で配置にした以外は、実施例1と同様の液晶表示素子を作製した。
【0086】
図16は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0V、黒表示6V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。
図17は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の左右方向での透過率の視野角特性を示している。
図18は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の上下方向での透過率の視野角特性を示している。
【0087】
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7と図16で比較すると、ハイブリッドネマチック構造を持つ液晶フィルム13を用いることにより、広い視野角特性が得られていることが分かる。
また、透過モードでの欠点となる左右、上下方向の階調特性を図8、9と図17,18で比較すると、ハイブリッドネマチック構造を持つ液晶フィルムを用いることにより、反転特性が大幅に改善されていることが分かる。
【0088】
[比較例2]
図14の配置図に示したように、液晶フィルム13の代わりにポリカーボネート17(Δndが略110nm)を用い、ポリカーボネート14のΔndを270nmとし、液晶セル16の背面側に配置した偏光板10の吸収軸、高分子延伸フィルム14及び17の遅相軸を図19に記載した条件で配置にした以外は、実施例2と同様の液晶表示素子を作製した。
【0089】
図20は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0V、黒表示6V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。
図21は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の左右方向での透過率の視野角特性を示している。
図22は、バックライト点灯時(透過モード)での、白表示0Vから黒表示6Vまで6階調表示した時の上下方向での透過率の視野角特性を示している。
【0090】
視野角特性について、実施例2と比較例2を比較する。
全方位の等コントラスト曲線を図11と図20で比較すると、ハイブリッドネマチック構造を持つ液晶フィルム13を用いることにより、広い視野角特性が得られていることが分かる。
また、透過モードでの欠点となる左右、上下方向の階調特性を図12、13と図21、22で比較すると、ハイブリッドネマチック構造を持つ液晶フィルムを用いることにより、反転特性が大幅に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。
【0091】
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】第2の光学異方素子を構成する液晶性フィルムの配向構造の概念図である。
【図3】液晶セルのプレチルト方向を説明する概念図である。
【図4】本発明の半透過反射型液晶表示素子を模式的に表した断面図である。
【図5】実施例1及び実施例2の半透過反射型液晶表示素子を模式的に表した断面図である。
【図6】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。
【図7】実施例1における半透過反射型液晶表示素子を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。
【図8】実施例1における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の左右方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図9】実施例1における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の上下方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図10】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。
【図11】実施例2における半透過反射型液晶表示素子を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。
【図12】実施例2における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の左右方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図13】実施例2における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の上下方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図14】比較例1及び比較例2の半透過反射型液晶表示素子を模式的に表した断面図である。
【図15】比較例1における偏光板の吸収軸、液晶セルのプレチルト方向及び高分子延伸フィルムの遅相軸の角度関係を示した平面図である。
【図16】比較例1における半透過反射型液晶表示素子を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。
【図17】比較例1における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の左右方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図18】比較例1における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の上下方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図19】比較例2における偏光板の吸収軸、液晶セルのプレチルト方向及び高分子延伸フィルムの遅相軸の角度関係を示した平面図である。
【図20】比較例2における半透過反射型液晶表示素子を全方位から見た時のコントラスト比を示す図である。
【図21】比較例2における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の左右方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【図22】比較例2における半透過反射型液晶表示素子を0Vから6Vまで7階調表示した時の上下方位の透過率の視野角特性を示す図である。
【符号の説明】
1:偏光板
2:第1の光学異方素子
3:第1の基板
4:対向電極
5:液晶層
6:反射電極
7:透過電極
8:第2の基板
9:第2の光学異方素子
10:偏光板
11:バックライト
12,15,16:液晶セル
14,17:高分子延伸フィルム
13:液晶フィルム

Claims (9)

  1. 透明電極を有する第1の基板と、反射機能を有する領域と透過機能を有する領域とが形成された半透過反射性電極を有する第2の基板と、該第1の基板と該第2の基板間に狭持されたネマチック液晶層と、該第1の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された第1の光学異方素子と1枚の偏光板を具備し、該第2の基板の液晶層と接する面とは反対の面上に設置された第2の光学異方素子と1枚の偏光板とを具備した半透過反射型液晶表示素子であって、
    第1の光学異方素子が1枚の高分子配向フィルムからなる位相差フィルムであって、波長(λ)450nm、550nm及び650nmにおけるリターデーション値を各々Re(450)、Re(550)及びRe(650)としたとき、下記式(I)及び(II)を満たす位相差フィルムからなり、
    Re(450)<Re(550)<Re(650)  (I)
    0.2≦Re(λ)/λ≦0.3          (II)
    前記第2の光学異方素子が少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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(A)を含むことを特徴とする半透過反射型液晶表示素子。
  2. 請求項1記載の半透過反射型液晶表示素子において、前記第2の光学異方素子が少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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(A)と、少なくとも1枚の高分子延伸フィルムとから構成されることを特徴とする請求項1記載の半透過反射型液晶表示素子。
  3. 請求項1記載の半透過反射型液晶表示素子において、前記第2の光学異方素子が少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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(A)と、少なくとも1枚の光学的に正の一軸性を示す液晶性高分子物質より実質的に形成され、該液晶性高分子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た液晶フィルム(B)とから構成されることを特徴とする請求項1記載の半透過反射型液晶表示素子。
  4. 前記液晶フィルム(A)が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、その状態から冷却することによりネマチックハイブリッド配向をガラス固定化した液晶フィルムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の半透過反射型液晶表示素子。
  5. 前記液晶フィルム(A)が、液晶材料を液晶状態においてネマチックハイブリッド配向させ、架橋反応により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ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の半透過反射型液晶表示素子。
  6. 反射機能を有する領域と透過機能を有する領域の液晶層厚が異なり、前記反射機能を有する領域の液晶層厚が前記透過機能を有する領域の液晶層厚よりも薄いことを特徴とする請求項1に記載の半透過反射型液晶表示素子。
  7. ECB(Electrically Controlled Birefringence)方式を用いたことを特徴とする請求項1記載の半透過型液晶表示素子。
  8. TN(Twisted Nematic)方式を用いたことを特徴とする請求項1記載の半透過型液晶表示素子。
  9. HAN(Hybrid Aligned Nematic)方式を用いたことを特徴とする請求項1記載の半透過型液晶表示素子。
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