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JP2004325795A - Liquid crystal display - Google Patents

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JP2004325795A
JP2004325795A JP2003120372A JP2003120372A JP2004325795A JP 2004325795 A JP2004325795 A JP 2004325795A JP 2003120372 A JP2003120372 A JP 2003120372A JP 2003120372 A JP2003120372 A JP 2003120372A JP 2004325795 A JP2004325795 A JP 2004325795A
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liquid crystal
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viewing angle
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哲志 吉田
Mamoru Yoshida
守 吉田
Hiromoto Sato
弘基 佐藤
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Casio Computer Co Ltd
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Abstract

【課題】視野角が広く、しかも視角による黒表示の色変化がほとんど無く、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができるTN型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶分子11を90°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層10が設けられた液晶素子1と、透過軸を互いに直交させて配置された前後の偏光板12,13との間にそれぞれ、ディスコティック液晶層18を有する視野角改善素子14,15を配置し、且つ、両方の視野角改善素子14,15のディスコティック液晶分子19の平均チルト角αをそれぞれ、液晶素子1の電極4,5間に黒表示電圧を印加したときの液晶分子11の平均チルト角θに対して、α=90−θの関係を満たす値に設定した。
【選択図】 図1
Provided is a TN-type liquid crystal display device having a wide viewing angle, little change in black display color due to a viewing angle, and capable of observing a color image having substantially the same contrast and hue over a wide viewing angle. .
A liquid crystal element (1) having a liquid crystal layer (10) in which liquid crystal molecules (11) are twisted at a twist angle of 90 ° is provided, and front and rear polarizers (12, 13) whose transmission axes are orthogonal to each other. Are arranged, and the average tilt angles α of the discotic liquid crystal molecules 19 of both the viewing angle improving elements 14 and 15 are respectively set to those of the liquid crystal element 1. The average tilt angle θ of the liquid crystal molecules 11 when a black display voltage was applied between the electrodes 4 and 5 was set to a value satisfying the relationship α = 90−θ.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディスコティック液晶層を有する視野角改善素子を備えた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置としては、対向配置された一対の基板の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において実質的に90°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、前記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板とにより構成されたTN(ツイステッド・ネマティック)型のものが広く利用されている。
【0003】
しかし、このTN型液晶表示装置は、表示の視野角(表示を良好なコントラストで観察できる観察角度範囲)が狭いという問題をもっている。
【0004】
そのため、従来から、前記液晶素子と一対の偏光板との間にそれぞれ、ディスコティック液晶分子を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板に対向する面と前記液晶素子に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層を有する視野角改善素子を配置することにより、視野角を広くした液晶表示装置が提案されている(特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−338489号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記視野角改善素子を備えた液晶表示装置は、前記液晶素子の液晶層及び前記視野角改善素子のディスコティック液晶層の光学特性に波長依存性があり、その光学的作用が視角(表示の観察方向)によって変化するため、視角の変化に応じて表示の色相が変化する。
【0007】
この色相の変化は、一対の偏光板をそれぞれの透過軸を実質的に互いに直交させて配置したノーマリーホワイトモードの液晶表示装置では、黒表示の色が視角に応じて著しく変化する。
【0008】
そして、液晶素子にその複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタを備えさせたカラー液晶表示装置では、視角による各色の光の透過強度が視角に依存して変化するため、視角に応じて観察されるカラー画像の色相が変化し、またコントラストも低下する。
【0009】
この発明は、視野角が広く、しかも視角による表示の色変化がほとんど無く、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示装置は、対向配置された一対の基板の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、一方の基板の内面に前記複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタが設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において実質的に90°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、前記液晶素子を挟んで配置された実質的に互いに直交する方向に透過軸を有する一対の偏光板と、前記液晶素子と前記一対の偏光板との間にそれぞれ配置され、ディスコティック液晶分子を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板に対向する面と前記液晶素子に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層を有する一対の視野角改善素子とを備え、前記一対の視野角改善素子のディスコティック液晶分子の平均チルト角αがそれぞれ、前記液晶素子の電極間に黒を表示させる電圧を印加したときの前記液晶分子の平均チルト角をθとしたとき、α=90−θの関係を満たす値に設定されていることを特徴とする。
【0011】
この液晶表示装置は、前記液晶素子と前記一対の偏光板との間にそれぞれ前記ディスコティック液晶層を有する視野角改善素子を配置しているため、表示の視野角が広い。
【0012】
しかも、この液晶表示装置は、前記一対の偏光板をそれぞれの透過軸を実質的に互いに直交させて配置したノーマリーホワイトモードのものであるが、前記一対の視野角改善素子のディスコティック液晶分子の平均チルト角αをそれぞれ、前記液晶素子の電極間に黒を表示させる電圧を印加したときの液晶分子の平均チルト角θに対して、α=90−θの関係を満たす値に設定しているため、視角による表示の色変化がほとんど無く、したがって、広い視野角にわたって実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができる。
【0013】
このように、この発明の液晶表示装置は、一対の基板の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、一方の基板の内面に複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタが設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において実質的に90°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、前記液晶素子を挟んで配置された実質的に互いに直交する方向に透過軸を有する一対の偏光板との間にそれぞれ、ディスコティック液晶分子を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板に対向する面と前記液晶素子に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層を有する視野角改善素子を配置し、さらに、前記視野角改善素子のディスコティック液晶分子の平均チルト角αを、前記液晶素子の電極間に黒を表示させる電圧を印加したときの前記液晶分子の平均チルト角θに対して、α=90−θの関係を満たす値に設定することにより、視野角を広くし、しかも視角による表示の色変化をほとんど無くして、広い視野角にわたって実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができるようにしたものである。
【0014】
この発明の液晶表示装置において、前記液晶素子の液晶層は、波長が450nmの光に対する屈折率異方性をΔn(450nm)とし、波長が650nmの光に対する屈折率異方性をΔn(650nm)としたとき、1<Δn(450nm)/Δn(650nm)≦1.07を満足する液晶材料により形成されているのが望ましい。
【0015】
また、この発明の液晶表示装置において、前記液晶素子の液晶層は、波長が450nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(450nm)と液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(450nm)値に対する、波長が650nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(650nm)と液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(650nm)値の比が、0.94≦Δnd(450nm)/Δnd(650nm)≦1.10を満たすように、前記液晶の屈折率異方性の値と液晶層厚の値を設定するのが望ましい。
【0016】
さらに、前記一対の視野角改善素子のディスコティック液晶層はそれぞれ150nmの面内位相差を有しており、液晶素子の液晶の屈折率異方性Δnと液晶層厚dの積Δndの値は340〜430nmに設定されているのが望ましい。
【0017】
さらに、前記一対の視野角改善素子のディスコティック液晶層の面内位相差をそれぞれ150nmとする場合、前記液晶素子のΔndの値は、赤のカラーフィルタに対応する画素と緑のカラーフィルタに対応する画素のΔndがそれぞれ340〜430nm、青のカラーフィルタに対応する画素のΔndが前記赤及び緑のカラーフィルタに対応する画素のΔndよりも1.10倍以下の比率で大きく設定されているのがより望ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1〜図3はこの発明の第1の実施例を示しており、図1は液晶表示装置の一部分の断面図である。
【0019】
この実施例の液晶表示装置は、航空機のコックピットに装備される航空機用液晶表示装置であり、図1に示したように、液晶素子1と、前記液晶素子1を挟んでその前側と後側とに配置された一対の偏光板12,13と、前記液晶素子1と前記一対の偏光板12,13との間にそれぞれ配置された一対の視野角改善素子14,15とを備えている。
【0020】
前記液晶素子1は、対向配置され、図示しない枠状のシール材を介して接合された前後一対の透明基板(例えばガラス基板)2,3の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する透明電極4,5が設けられ、一方の基板、例えば表示の観察側(図1において上側)である前側の基板(以下、前基板と言う)1の内面に前記複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタ6R,6G,6Bが設けられ、前記一対の基板2,3間に液晶層10が設けられた構成となっている。
【0021】
この液晶素子1は、例えばTFT(薄膜トランジスタ)をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶表示素子であり、後側の基板(以下、後基板と言う)3の内面に形成された電極5は、行方向および列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極、前基板2の内面に形成された電極4は、前記複数の画素電極5に対向する一枚膜状の対向電極である。
【0022】
なお、図1では省略しているが、前記後基板3の内面には、前記複数の画素電極5にそれぞれ対応する複数のTFTと、各行のTFTにゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のTFTにデータ信号を供給する複数のデータ配線とが設けられており、前記複数の画素電極5はそれぞれ、その画素電極5に対応するTFTに接続されている。
【0023】
また、前記赤、緑、青のカラーフィルタ6R,6G,6Bは、前記前基板2の基板面上に形成されており、これらのカラーフィルタ6R,6G,6Bの上に前記対向電極4が形成されている。
【0024】
さらに、前記一対の基板2,3の内面にはそれぞれ、前記電極4,5を覆って、実質的に互いに直交する方向に配向処理された水平配向膜8,9が形成されている。
【0025】
そして、前記液晶層10は、前記一対の基板2,3間の前記シール材により囲まれた領域に、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を充填して形成されており、その液晶分子11は、前記水平配向膜8,9により前後の基板2,3の近傍における配向方向を規定され、図1に実線で示したように、前記基板2,3間において実質的に90°の捩れ角でツイスト配向している。
【0026】
前記液晶素子1の液晶層10は、波長が450nmの光、つまり青の波長帯域の光に対する屈折率異方性をΔn(450nm)とし、波長が650nmの光、つまり赤の波長帯域の光に対する屈折率異方性をΔn(650nm)としたとき、Δn(450nm)/Δn(650nm)の値が1.07以下であって1より大きい液晶材料により形成されている。
【0027】
図6は前記Δn(450nm)/Δn(650nm)の値が1.06〜1.13の各液晶を用いた液晶表示素子における液晶層の各Δndに対するカラーシフトの値を示したものであり、この場合、カラーシフトの上限は0.05〜0.06である。
【0028】
この図6から、前記液晶素子1の液晶層10は、前記Δn(450nm)/Δn(650nm)の値が1.07以下であって1より大きい液晶材料、すなわち、
1<Δn(450nm)/Δn(650nm)≦1.07
を満足する液晶材料により形成するのが好ましい。
【0029】
さらに、前記液晶素子1の液晶層厚dは、赤、緑、青のカラーフィルタ6R,6G,6Bに対応する画素の全てにわたって実質的に等しく形成されている。この液晶素子1の液晶は、図7で示されるように、屈折率異方性Δnと液晶層厚dの積Δndの値が340〜430nmの間に横コントラスト及び上コントラストが極大値を示すため、Δndの値は340〜430nmに設定されている。
【0030】
また、この液晶表示装置はノーマリホワイトモードのものであり、前記一対の偏光板12,13は、それぞれの透過軸12a,13a(図3参照)を実質的に互いに直交させて配置されている。
【0031】
一方、前記液晶素子1と前記一対の偏光板12,13との間にそれぞれ配置された一対の視野角改善素子14,15は、いずれも、透明なフィルム基板16の一方の面に配向処理膜17を形成し、その上に、ディスコティック液晶分子19を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記フィルム基板16に隣接する面から他方の面に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層18を設けたものである。
【0032】
すなわち、前記ディスコティック液晶層18は、前記フィルム基板16の配向処理膜17上にディスコティック液晶を塗布し、そのディスコティック液晶を、前記フィルム基板16に隣接するディスコティック液晶分子19を前記配向処理膜17によりフィルム基板16面と略平行に配列させ、前記フィルム基板16とは反対側の面で前記ディスコティック液晶分子19を前記フィルム基板16に対して大きなチルト角で配列させた状態で硬化させたディスコティックフィルムからなっている。
【0033】
上述した如く、視野角改善素子14,15は、ディスコティック液晶分子19を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ一方の面(フィルム基板16側の面)から他方の面に向かって徐々にチルト角が大きくなるように配向させたディスコティック液晶層18を有している。
【0034】
前記ディスコティック液晶層18は、その模式的な断面を示す図2のように、ディスコティック液晶分子19の円板状の面に垂直なぞれぞれの分子軸19aが連続的に傾くように配列し、これらの分子軸19aを平均した方向を、屈折率が最小となるディスコティック液晶層18の光学軸20とし、負の光学的異方性をもっている。
【0035】
前記一対の視野角改善素子14,15のそれぞれのディスコティック液晶分子19のフィルム基板16に対すチルト角を層厚全体で平均した平均チルト角(図1及び図2に一点鎖線で示したチルト角)αはそれぞれ、前記液晶素子1の電極4,5間に黒を表示させる電圧(液晶分子11を図1に二点鎖線で示したように基板2,3面に対して垂直に近い立ち上がり角で配向させる電圧)を印加したときの前記液晶分子11の平均チルト角をθとしたとき、
α=90−θ
の関係を満たす値に設定されている。
【0036】
図8は、前記液晶素子1の電極4,5間に印加する電圧と、その電界により挙動する液晶分子11の平均チルト角との関係を示しており、図9は、表示画面の法線に対して50゜傾いた方向のコントラストである横コントラストを示し、図10は、u‘v’色度座標系(CIE1976UCSの色度座標)で表示画面の法線に対して50゜傾いた方向から観察したときの表示色の変化であるカラーシフトの値を示し、図11は、表示画面の法線に対して30゜傾いた方向のコントラストである上方向コントラストを示している。
【0037】
図8のように、前記液晶素子1の電極4,5間に6Vの電圧を印加すると、液晶分子11の平均チルト角θがほぼ72゜となり、透過率が低い黒を表示する。
【0038】
一方、前記視野角改善素子14,15のディスコティック液晶層18は、図9のように、ディスコティック液晶分子19の平均チルト角αが大きい方が横コントラストが高い。
【0039】
これに対して、前記ディスコティック液晶層18によるカラーシフトは、ディスコティック液晶分子19の平均チルト角αが17゜〜19゜の間で極小値を示し、図11のように、平均チルト角が17゜〜19゜の範囲に充分高いコントラストが得られる。
【0040】
これらの図に示されたように、十分なコントラストが得られ、カラーシフトが充分に小さくなるための、前記ディスコティック液晶分子の平均チルト角の範囲は17゜〜19゜であり、特に18゜であることが望ましい。
【0041】
この液晶表示装置の液晶素子1の電極4,5間に黒表示電圧を印加したときの液晶分子11の平均チルト角θは約72°であり、そのため、前記一対の視野角改善素子14,15のディスコティック液晶分子19を、その平均チルト角αが約18°(α=90−72=18)になるように配向させている。
【0042】
さらに、前記図9,10,11で示したように、ディスコティック液晶層をその法線方向に入射する光に対する常光と異常光の屈折率の差である面内位相差の値が150nmのディスコティック液晶層18を用いるときに、コントラスト及びカラーシフトの両方が優れた特性が得られる。
【0043】
そのため、この液晶表示装置では、150nmの面内位相差をもった視野角改善素子14,15を用いている。
【0044】
そして、前記一対の視野角改善素子14,15は、それぞれのディスコティック液晶分子19のチルト角変化方向を互いに逆向きにするとともに、前記ディスコティック液晶層18の屈折率が最小となる光学軸20を前記ディスコティック液晶層18の表面に投影した方向(以下、基板投影光学軸と言う)20aを所定の方向に向けて、前記液晶素子1と前後の偏光板12,13との間にそれぞれ配置されている。
【0045】
この実施例では、図1に示したように、前記一対の視野角改善素子14,15を、それぞれのディスコティック液晶分子19のチルト角が大きい面側を液晶素子1に対向させて配置し、粘着層21により前記液晶素子1に貼付けている。
【0046】
図3は、前記液晶素子1の一対の基板2,3の近傍における液晶分子配向方向2a,3aと、前後の偏光板12,13の透過軸12a,13aの向きと、一対の視野角改善素子14,15の基板投影光学軸20aの向きとを示している。
【0047】
図3のように、前記液晶素子1の前基板2の近傍における液晶分子配向方向2aは、液晶表示装置の画面の横軸xに対し、表示の観察側である前側から見て左回りに45°ずれた方向、後基板3の近傍における液晶分子配向方向3aは、前記横軸xに対し、前側から見て右回りに45°ずれた方向にあり、この液晶素子1の液晶層10の液晶分子11は、そのツイスト方向を図に破線矢印で示したように、後基板3から前基板2に向かい、前側から見て右回りに実質的に90°の捩れ角でツイスト配向している。
【0048】
また、前記液晶素子1の前側の偏光板12は、その透過軸12aを前記液晶素子1の前基板2の近傍における液晶分子配向方向2aに対し、図3のように実質的に直交させるか、あるいは実質的に平行にして配置され、後側の偏光板13は、その透過軸13aを前側偏光板12の透過軸12aに対し、実質的に直交させて配置されている。
【0049】
さらに、前記一対の視野角改善素子14,15のうち、前側の視野角改善素子14は、前記液晶素子1と前側偏光板12との間に、前記基板投影光学軸(ディスコティック液晶層18の屈折率が最小となる光学軸20を前記ディスコティック液晶層18の表面に投影した方向)20aを前記液晶素子1の前基板2の近傍における液晶分子配向方向2aと実質的に平行にして配置され、後側の視野角改善素子15は、前記液晶素子1と後側偏光板13との間に、前記基板投影光学軸20aを前記液晶素子1の後基板3の近傍における液晶分子配向方向3aと実質的に平行にして配置されている。
【0050】
この液晶表示装置は、その後側に配置される面光源からの照明光を利用して表示するものであり、後側偏光板13によりその透過軸13aに平行な直線偏光とされて入射し、後側の視野角改善素子15のディスコティック液晶層18と、液晶素子1の液晶層と、前側の視野角改善素子14のディスコティック液晶層18とにより偏光状態を変えられ、これらの光のうち、前側偏光板12の吸収軸(図示せず)に平行な直線偏光成分がこの前側偏光板12により吸収され、前記前側偏光板12の透過軸12aに平行な直線偏光成分が、この前側偏光板12を透過して観察側に出射する。
【0051】
この液晶表示装置は、前記液晶素子1の複数の画素の電極4,5間に印加する電圧値を所定の表示階調数に応じて制御することにより駆動され、前記複数の画素に対応する表示の明暗を変化させて画像を表示する。
【0052】
なお、この液晶表示装置は、前後の偏光板12,13をそれぞれの透過軸12a,13aを実質的に互いに直交させて配置したノーマリホワイトモードのものであり、前記液晶素子1の複数の画素のうち、電極4,5間に液晶分子11を図1に二点鎖線で示したように基板2,3面に対して垂直に近い立ち上がり角で配向させる黒表示電圧が印加された画素に対応する表示が黒表示となる。
【0053】
また、前記黒表示電圧よりも低い電圧が印加された画素に対応する表示は印加電圧に応じた階調の明表示であり、印加電圧が実質的に0Vとなったとき、つまり液晶分子11が初期のツイスト配向状態に配向したときに、その画素に対応する表示が最も明るい明表示になる。
【0054】
さらに、この液晶表示装置は、前記液晶素子1に複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタ6R,6G,6Bを備えさせているため、前記明表示は赤、緑、青のいずれかの色の表示であり、これらの赤、緑、青の明表示の階調と前記黒表示とによりカラー画像が表現される。
【0055】
この液晶表示装置は、液晶素子1と前後の偏光板12,13との間にそれぞれディスコティック液晶層18を有する視野角改善素子14,15を配置しているため、表示の視野角が広い。
【0056】
すなわち、前記液晶素子1の液晶層10の液晶分子11は、電圧の印加によりツイスト配向状態を保ちながら基板2,3面に対して立上がるように配向状態を変えるが、配向膜8,9による配向規制力を強く受ける基板近傍の液晶分子11は、電圧が印加されても初期のプレチルト角またはそれに近い角度で倒伏した状態のままであるため、前記液晶素子1の電極4,5間に液晶分子11を基板2,3面に対して垂直に近い立ち上がり角(約72°)で配向させる電圧を印加したときでも、前記液晶層10は、基板近傍の液晶分子11が初期の配向状態からほとんど変化しないことによる残留リタデーションをもっている。
【0057】
また、前記液晶素子1の液晶層10は、この液晶層10を垂直方向に透過する光と斜め方向(垂直方向に対して傾いた方向)に透過する光に対して異なるリタデーションを示すため、ノーマリーホワイトモードの液晶表示装置では、画面の正面方向(画面に垂直な方向の付近)から観察したときは黒表示の暗さが充分な良好なコントラストの表示を観察できるが、斜め方向から表示を観察すると、黒表示の暗さが浮き上がり、コントラストが大きく低下する。
【0058】
一方、前記一対の視野角改善素子14,15は、ディスコティック液晶層18を有し、ディスコティック液晶分子19を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板12,13に対向する面と前記液晶素子1に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたものであり、この一対の視野角改善素子14,15が、それぞれのディスコティック液晶分子19のチルト角変化方向を互いに逆向きにして前記液晶素子1と前後の偏光板12,13との間に配置されているため、これらの視野角改善素子14,15のディスコティック液晶分子19の配向状態は、前記液晶素子1の電圧印加時における液晶層厚の中央から一方の基板側の液晶分子配向状態及び他方の基板側の液晶分子配向状態と見掛け上逆である。
【0059】
しかも、この視野角改善素子14,15の液晶層18はディスコティック液晶層であるため、そのリタデーションに方向性が無い。
【0060】
そして、この液晶表示装置では、前記液晶素子1と前側偏光板12との間の視野角改善素子14を、その基板投影光学軸(ディスコティック液晶層18の屈折率が最小となる光学軸20を前記ディスコティック液晶層18の表面に投影した方向)20aを前記液晶素子1の前基板2の近傍における液晶分子配向方向2aと実質的に平行にして配置し、前記液晶素子1と後側偏光板13との間の視野角改善素子14を、その基板投影光学軸20aを前記液晶素子1の後基板3の近傍における液晶分子配向方向3aと実質的に平行にして配置している。
【0061】
そのため、前記液晶素子1の電圧印加時における基板近傍の液晶分子11が初期の配向状態からほとんど変化しないことによる残留リタデーションを前記一対の視野角改善素子14,15により打ち消し、表示の視野角、つまり黒表示の暗さが充分な良好なコントラストの表示を観察できる観察角度範囲を広くすることができる。
【0062】
しかも、この液晶表示装置は、前後の偏光板12,13をそれぞれの透過軸12a,13aを実質的に互いに直交させて配置したノーマリーホワイトモードのものであるが、前記一対の視野角改善素子14,15のディスコティック液晶分子19の平均チルト角αをそれぞれ、前記液晶素子1の電極4,5間に黒を表示させる電圧を印加したときの液晶分子11の平均チルト角θに対して、α=90−θの関係を満たす値に設定しているため、正面方向から観察したときの黒表示も、斜め方向から観観したときの黒表示も、ほとんど同じ色の表示である。
【0063】
そのため、この液晶表示装置は、視角による表示の色変化がほとんど無く、したがって、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができる。
【0064】
また、この実施例では、上述したように、前記液晶素子1の液晶層10を、波長が450nmの光(青の波長帯域の光)に対する屈折率異方性Δn(450nm)と、波長が650nmの光(赤の波長帯域の光)に対する屈折率異方性Δn(650nm)との比が、1<Δn(450nm)/Δn(650nm)≦1.07を満足する液晶材料により形成しているため、視角による赤、緑、青の各波長帯域の光の透過率バランスの変化を小さくし、赤、緑、青の出射光の合成色の色相の視角依存性を極く小さくすることができ、したがって、広い視野角にわたって、ほとんど同じ色相のカラー画像を観察させることができる。
【0065】
さらに、この実施例では、上述したように、前記一対の視野角改善素子14,15のディスコティック液晶層18の面内位相差をそれぞれ150nmに設定し、前記液晶素子1のΔndの値を340〜430nmに設定しているため、上述した液晶素子1の電圧印加時における基板近傍の液晶分子11が初期の配向状態からほとんど変化しないことによる残留リタデーションを、前記一対の視野角改善素子14,15により、ほとんど表示に影響しない程度に効果的に打ち消し、広い視野角にわたって、色相がほとんど同じでコントラスト及び色相の変化もほとんど無いカラー画像を観察させることができる。
【0066】
そのため、この液晶表示装置は、航空機用表示装置に要求される機能を全て有している。
【0067】
すなわち、航空機のコックピットに装備される表示装置は、どのような視角で観察しても、表示のコントラストが変わらず、またコントラストと色相も変わって見えないことがシビアに要求される。
【0068】
前記液晶表示装置は、上述したように、視野角が広く、しかも視角による表示の色変化がほとんど無く、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができるため、航空機のコックピットに装備される表示装置に好適である。
【0069】
図4はこの発明の第2の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図であり、この実施例の液晶表示装置は、液晶素子1と前後の偏光板12,13との間にそれぞれ配置された一対の視野角改善素子14,15のディスコティック液晶層18の面内位相差をそれぞれ上述したように150nmに設定し、前記液晶素子1のΔndの値を、赤のカラーフィルタ(以下、赤色フィルタと言う)6Rに対応する画素と緑のカラーフィルタ(以下、緑色フィルタと言う)6Gに対応する画素のΔndをそれぞれ340〜430nm、青のカラーフィルタ(以下、青色フィルタと言う)6Bに対応する画素のΔndを前記赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndに対して、横方向のカラーシフト(画面の横軸方向への視角の変化によるカラーシフト)及び上方向のカラーシフト(画面の縦軸方向への視角の変化によるカラーシフト)がその上限内になるように設定したものである。
【0070】
すなわち、図12及び図13は、波長が450nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(450nm)とその波長光が透過する領域(画素)の液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(450nm)値に対する、波長が650nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(650nm)とその波長光が透過する領域の液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(650nm)値との比Δnd(450nm)/Δnd(650nm)の値と視角の変化によるカラーシフトとの関係を示しており、図12は、中間調(グレー)を表示したときの横方向カラーシフトを示し、図13は、黒を表示したときの上方向カラーシフトを示している。
【0071】
図12のように、カラーシフトの上限を0.05としたとき、前記Δnd(450nm)/Δnd(650nm)の値は1.1であり、また図13のように、黒表示のカラーシフトを0.1としたとき、前記Δnd(450nm)/Δnd(650nm)の値は0.94となる。
【0072】
したがって、前記Δnd(450nm)/Δnd(650nm)の値は、0.94以上で1.10以下の範囲が望ましく、好ましくは1.07以下であり、さらに好ましくは1.02である。
【0073】
そのため、この実施例では、前記青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndを、赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndに対して、0.94〜1.10の比率の値に設定している。
【0074】
なお、この実施例の液晶表示装置は、液晶素子1の青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndを赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndよりも大きく設定したものであるが、他の構成は上記第1の実施例と同じである。
【0075】
また、この実施例においても、前記液晶素子1の液晶層10は、波長が450nmの光に対する屈折率異方性Δn(450nm)と、波長が650nmの光に対する屈折率異方性Δn(650nm)との比が、1<Δn(450nm)/Δn(650nm)≦1.07を満足する液晶材料により形成するのが望ましい。
【0076】
この実施例では、前記液晶素子1の前基板2の内面に設けられた赤、緑、青のカラーフィルタ6R,6G,6Bのうち、青色フィルタ6Bの上(対向電極4の下)に透明な液晶層厚調整膜7を設けることにより、赤色フィルタ6R及び緑色フィルタ6Gに対応する画素の液晶層厚dと前記青色フィルタ6Bに対応する画素の液晶層厚dとを異ならせ、前記赤色フィルタ6R及び緑色フィルタ6Gに対応する画素のΔnd(以下、Δndと記す)と、前記青色フィルタ6Bに対応する画素のΔnd(以下、Δndと記す)の値とを、0.94<Δnd/Δnd<1.10の関係に設定している。
【0077】
なお、上述したように、前記液晶素子1の赤色フィルタ6R及び緑色フィルタ6Gに対応する画素のΔndはそれぞれ340〜430nmであり、したがって、前記青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndは374〜473nmである。
【0078】
この実施例の液晶表示装置は、前記一対の視野角改善素子14,15のディスコティック液晶層18の面内位相差をそれぞれ150nmに設定し、前記液晶素子1の赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndをそれぞれ340〜430nm、青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndを前記赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndの値に対して0.94〜1.10の比率で設定しているため、黒表示をさらに黒に近くし、広い視野角にわたって、コントラスト及び色再現性の高いカラー画像を観察させることができる。
【0079】
すなわち、この液晶表示装置はノーマリーホワイトモードのものであるため、前記液晶素子1の電極3,4間に印加する電圧を高くするのにともなって光の透過率が低くなる。
【0080】
しかし、この液晶表示装置の電圧―透過率特性には波長依存性があるため、前記液晶素子1の赤、緑、青の各色のフィルタ6R,6G,6Bに対応する画素のΔnd値が同じである場合は、低電圧側での赤、緑、青の各波長帯域の光の透過率の差は小さいが、高電圧側、つまり黒表示側では、青の各波長帯域の光の透過率よりも赤及び緑の波長帯域の光の透過率の低下の度合が大きくなり、表示が青味を帯びる。
【0081】
それに対し、この実施例では、前記液晶素子1の青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndを赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndよりも大きくし、且つ、前記青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndの赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndに対する比率を0.94〜1.10にしているため、高電圧側での青の各波長帯域の光の透過率を赤及び緑の波長帯域の光の透過率と略同じにし、高電圧側、つまり黒表示側での表示の帯色をほとんど無くすことができる。
【0082】
そのため、この実施例の液晶表示装置によれば、黒表示をさらに黒に近くするとともに、黒表示に近い低階調側の表示の帯色も無くすことができ、したがって、広い視野角にわたってコントラスト及び色再現性の高いカラー画像を観察させることができる。
【0083】
ただし、この実施例では、低電圧側において青の各波長帯域の光の透過率が赤及び緑の波長帯域の光の透過率よりも低くなるが、前記青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndの赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndに対する比率は0.94〜1.10であるため、低電圧側での青の各波長帯域の光の透過率と赤及び緑の波長帯域の光の透過率との差は、表示のコントラスト及び色相にほとんど影響しない。
【0084】
したがって、この液晶表示装置によれば、低電圧側から高電圧側にわたってコントラスト及び色再現性の高いカラー画像を表示し、その画像を、広い視野角にわたって略同じコントラスト及び色相で観察させることができる。
【0085】
なお、前記液晶素子1の青色フィルタ6Bに対応する画素のΔndの赤色及び緑色フィルタ6R,6Gに対応する画素のΔndに対する比率は、1.02(Δnd/Δnd=1.02)にするのが好ましく、このようにすることにより、低電圧側から高電圧側にわたって、よりコントラスト及び色再現性の高いカラー画像を表示することができる。
【0086】
また、上記第2の実施例では、液晶素子1の赤色フィルタ6R及び緑色フィルタ6Gに対応する画素の液晶層厚dと青色フィルタ6Bに対応する画素の液晶層厚dとを異ならせるために、前記青色フィルタ6Bの上に液晶層厚調整膜7を設けているが、図5に示した第3の実施例のように、青色フィルタ6Bを赤色フィルタ6R及び緑色フィルタ6Gの膜厚よりも厚く形成することにより、前記赤色フィルタ6R及び緑色フィルタ6Gに対応する画素の液晶層厚dと前記青色フィルタ6Bに対応する画素の液晶層厚dとを異ならせてもよい。
【0087】
上述した第2及び第3の実施例に関し、次のような仕様の液晶表示装置(以下、実施例と言う)1,2と、比較のための液晶表示装置(以下、比較例と言う)1,2を作製し、それぞれについて、白を表示(赤、緑、青の全画素表示)したとき、黒を表示したとき、50%の中間調(グレー)を表示したとき、及び20%の中間調を表示したときのカラーシフトの視角依存性を測定した結果を図14,15,16,17にそれぞれ示した。
【0088】
[実施例1]
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.0μm
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.0μm
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚=3.8μm
液晶の650nmの波長光に対するΔn=0.099
液晶の550nmの波長光に対するΔn=0.102
液晶の475nmの波長光に対するΔn=0.107
液晶のΔεの値=4.6
Δnd(650nm)=0.396
Δnd(550nm)=0.408
Δnd(450nm)=0.407
Δnd(450nm)/Δnd(650nm)=1.028
ディスコティック液晶の平均チルト角=18゜
ディスコティック液晶の面内位相差=150nm
[実施例2]
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.8μm
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.8μm
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.6μm
液晶の650nmの波長光に対するΔn=0.081
液晶の550nmの波長光に対するΔn=0.083
液晶の450nmの波長光に対するΔn=0.086
液晶のΔεの値=5.3
Δnd(650nm)=0.389
Δnd(550nm)=0.398
Δnd(450nm)=0.395
Δnd(450nm)/Δnd(650nm)=1.017
ディスコティック液晶の平均チルト角=18゜
ディスコティック液晶の面内位相差=150nm
[比較例1]
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.1μm
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.3μm
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.3μm
液晶の650nmの波長光に対するΔn=0.077
液晶の550nmの波長光に対するΔn=0.079
液晶の450nmの波長光に対するΔn=0.083
液晶のΔεの値=4.7
Δnd(650nm)=0.316
Δnd(550nm)=0.340
Δnd(450nm)=0.357
Δnd(450nm)/Δnd(650nm)=1.130
ディスコティック液晶の平均チルト角=15゜
ディスコティック液晶の面内位相差=130nm
[比較例2]
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.3μm
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.3μm
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚=4.1μm
液晶の650nmの波長光に対するΔn=0.081
液晶の550nmの波長光に対するΔn=0.083
液晶の475nmの波長光に対するΔn=0.086
液晶のΔεの値=5.3
Δnd(650nm)=0.348
Δnd(550nm)=0.357
Δnd(450nm)=0.353
Δnd(450nm)/Δnd(650nm)=1.013
ディスコティック液晶の平均チルト角=15゜
ディスコティック液晶の面内位相差=130nm
これらの図14,15,15,17からわかるように、上記[実施例1]及び[実施例2]は、視角の変化に対するカラーシフトが小さく視野角が広い。
【0089】
また、図18は、上記[実施例2]の印加電圧に対する上方向カラーシフトの液晶層厚依存性を示し、図19は上記[比較例]2の上方向カラーシフトの液晶層厚依存性を示している。
【0090】
これらの図18,19から明らかなように、上記[実施例2]は、一定の電圧値に対し、液晶層厚の違いに対するカラーシフトの値が小さい。特に印加電圧を5としたときには、カラーシフトが極めて小さくなる。このことは、液晶層厚の誤差が大きくても、カラーシフトが小さいことを表しており、製造を容易とし、また製造工程での歩留まりを高くすることができる。
【0091】
なお、上述した第1〜第3の実施例の液晶表示装置は、航空機のコックピットに装備されるものであるが、この発明は、航空機用液晶表示装置に限らず、他の用途の液晶表示装置にも適用することができる。
【0092】
【発明の効果】
この発明の液晶表示装置は、一対の基板の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、一方の基板の内面に複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタが設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において実質的に90°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、前記液晶素子を挟んで配置された実質的に互いに直交する方向に透過軸を有する一対の偏光板との間にそれぞれ、ディスコティック液晶分子を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板に対向する面と前記液晶素子に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層を有する視野角改善素子を配置し、さらに、前記視野角改善素子のディスコティック液晶分子の平均チルト角αを、前記液晶素子の電極間に黒を表示させる電圧を印加したときの前記液晶分子の平均チルト角θに対して、α=90−θの関係を満たす値に設定したものであるため、視野角が広く、しかも視角による表示の色変化がほとんど無く、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができる。
【0093】
この発明の液晶表示装置において、前記液晶素子の液晶層は、波長が450nmの光に対する屈折率異方性Δn(450nm)と、波長が650nmの光に対する屈折率異方性Δn(650nm)との比が、1<Δn(450nm)/Δn(650nm)=≦1.07を満足する液晶材料により形成されているのが望ましく、このようにすることにより、広い視野角にわたって、ほとんど同じ色相のカラー画像を観察させることができる。
【0094】
また、前記一対の視野角改善素子のディスコティック液晶層はそれぞれ150nmの面内位相差を有しており、液晶素子のΔndの値は340〜430nmに設定されているのが望ましく、このようにすることにより、広い視野角にわたって、色相がほとんど同じでコントラスト及び色相の変化もほとんど無いカラー画像を観察させることができる。
【0095】
また、この発明の液晶表示装置において、前記液晶素子の液晶層は、波長が450nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(450nm)と液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(450nm)値に対する、波長が650nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(650nm)と液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(650nm)値の比が、0.94≦Δnd(450nm)/Δnd(650nm)≦1.10を満たすように、前記液晶の屈折率異方性の値と液晶層厚の値を設定するのが望ましく、このようにすることにより、広い視野角にわたって、コントラスト及び色再現性の高いカラー画像を観察させることができる。
【0096】
さらに、前記一対の視野角改善素子のディスコティック液晶層の面内位相差をそれぞれ150nmとする場合、前記液晶素子のΔndの値は、赤色フィルタに対応する画素と緑色フィルタに対応する画素のΔndがそれぞれ340〜430nm、青色フィルタに対応する画素のΔndが前記赤色及び緑色フィルタに対応する画素のΔndよりも1.10倍以下の比率で大きく設定されているのがより望ましく、このようにすることにより、黒表示をさらに黒に近くし、広い視野角にわたって、コントラスト及び色再現性の高いカラー画像を観察させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。
【図2】視野角改善素子のディスコティック液晶層の模式的断面図。
【図3】前記液晶表示装置の液晶素子の一対の基板の近傍における液晶分子配向方向と、一対の偏光板の透過軸の向きと、一対の視野角改善素子の基板投影光学軸の向きとを示す図。
【図4】この発明の第2の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。
【図5】この発明の第2の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。
【図6】Δn(450nm)/Δn(650nm)の値が1.06〜1.13の各液晶を用いた液晶表示素子における液晶層の各Δndに対するカラーシフトの値を示す図。
【図7】液晶素子の液晶のΔndと横コントラスト及び上コントラストとの関係を示す図。
【図8】液晶素子に印加する電圧と液晶分子の平均チルト角との関係を示す図。
【図9】前記液晶表示装置の横コントラストを示す図。
【図10】前記液晶表示装置のカラーシフトを示す図。
【図11】前記液晶表示装置の上方向コントラストを示す図。
【図12】前記液晶表示装置の中間調を表示したときの横方向カラーシフトを示す図。
【図13】前記液晶表示装置の黒を表示したときの上方向カラーシフトを示す図。
【図14】比較例1,2と実施例1,2の白を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図15】比較例1,2と実施例1,2の黒を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図16】比較例1,2と実施例1,2の50%の中間調を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図17】比較例1,2と実施例1,2の20%の中間調を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図18】実施例2の印加電圧に対する上方向カラーシフトの液晶層厚依存性を示す図。
【図19】比較例2の上方向カラーシフトの液晶層厚依存性を示す図。
【符号の説明】
1…液晶素子、2,3…基板、2a,3a…液晶分子配向方向、4,5…電極、6R,6G,6B…カラーフィルタ、7…液晶層厚調整膜、8,9…配向膜、10…液晶層、11…液晶分子、θ…黒表示電圧を印加したときの液晶分子の平均チルト角、12,13…偏光板、12a,13a…透過軸、14,15…視野角改善素子、16…フィルム基板、17…配向膜、18…ディスコティック液晶層、19…ディスコティック液晶分子、20…屈折率が最小となる光学軸、20a…基板投影光学軸、α…ディスコティック液晶分子の平均チルト角、21…粘着剤。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device provided with a viewing angle improving element having a discotic liquid crystal layer.
[0002]
[Prior art]
In the liquid crystal display device, electrodes forming a plurality of pixels are provided on regions facing each other on inner surfaces of a pair of substrates arranged opposite to each other, and liquid crystal molecules are substantially provided between the pair of substrates. A TN (twisted nematic) type liquid crystal element comprising a liquid crystal element provided with a liquid crystal layer twisted at a twist angle of 90 ° and a pair of polarizing plates interposed therebetween. Widely used.
[0003]
However, this TN type liquid crystal display device has a problem that a viewing angle of display (an observation angle range in which display can be observed with good contrast) is narrow.
[0004]
Therefore, conventionally, the discotic liquid crystal molecules are arranged between the liquid crystal element and the pair of polarizing plates, the tilt directions of the discotic liquid crystal molecules are aligned in one direction, and the surface facing the polarizing plate and the surface facing the liquid crystal element. There has been proposed a liquid crystal display device having a wide viewing angle by arranging a viewing angle improving element having a discotic liquid crystal layer which is sequentially oriented with different tilt angles from one side to the other (Patent Document 1). reference).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-338489 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the liquid crystal display device having the viewing angle improving element, the optical characteristics of the liquid crystal layer of the liquid crystal element and the discotic liquid crystal layer of the viewing angle improving element have wavelength dependence, and the optical action is the viewing angle (display). In the viewing direction), the hue of the display changes according to the change in the viewing angle.
[0007]
This change in hue is such that in a normally white mode liquid crystal display device in which a pair of polarizing plates are arranged with their transmission axes substantially orthogonal to each other, the color of black display changes significantly according to the viewing angle.
[0008]
In a color liquid crystal display device in which a liquid crystal element is provided with three color filters of red, green, and blue respectively corresponding to the plurality of pixels, the transmission intensity of light of each color according to the viewing angle changes depending on the viewing angle. Therefore, the hue of the observed color image changes according to the viewing angle, and the contrast also decreases.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having a wide viewing angle, little change in display color due to the viewing angle, and capable of observing a color image having substantially the same contrast and hue over a wide viewing angle. It is what it was.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the liquid crystal display device of the present invention, electrodes forming a plurality of pixels are provided on regions facing each other on inner surfaces of a pair of substrates arranged opposite to each other, and an inner surface of one substrate corresponds to each of the plurality of pixels. A liquid crystal layer provided with three color filters of red, green, and blue, and a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are twisted at a twist angle of substantially 90 ° between the substrates, between the pair of substrates. A discotic liquid crystal disposed between the liquid crystal element and the pair of polarizing plates, and a pair of polarizing plates having transmission axes in directions substantially orthogonal to each other disposed with the liquid crystal element interposed therebetween; The molecules were aligned with their tilt directions aligned in one direction, and the tilt angle was sequentially changed from one of the surface facing the polarizing plate and the surface facing the liquid crystal element to a different tilt angle. A pair of viewing angle improving elements having a discotic liquid crystal layer, wherein the average tilt angle α of the discotic liquid crystal molecules of the pair of viewing angle improving elements was respectively applied with a voltage for displaying black between the electrodes of the liquid crystal element. When the average tilt angle of the liquid crystal molecules at the time is θ, the value is set to a value satisfying the relationship α = 90−θ.
[0011]
In this liquid crystal display device, a viewing angle improving element having the discotic liquid crystal layer is disposed between the liquid crystal element and the pair of polarizing plates, so that a display viewing angle is wide.
[0012]
In addition, this liquid crystal display device is of a normally white mode in which the pair of polarizing plates are arranged with their transmission axes substantially orthogonal to each other. However, the discotic liquid crystal molecules of the pair of viewing angle improving elements are used. Is set to a value satisfying the relationship α = 90−θ with respect to the average tilt angle θ of liquid crystal molecules when a voltage for displaying black is applied between the electrodes of the liquid crystal element. Therefore, there is almost no color change in display due to the viewing angle, and therefore, a color image having substantially the same contrast and hue can be observed over a wide viewing angle.
[0013]
As described above, in the liquid crystal display device of the present invention, the electrodes that form the plurality of pixels are provided on the mutually facing inner surfaces of the pair of substrates by the regions facing each other, and the inner surface of one of the substrates respectively corresponds to the plurality of pixels. A liquid crystal element provided with three color filters of red, green, and blue, and a liquid crystal layer between the pair of substrates, in which liquid crystal molecules are twisted at a twist angle of substantially 90 ° between the substrates; And a pair of polarizing plates having transmission axes in directions substantially orthogonal to each other disposed with the liquid crystal element interposed therebetween, each of which has a discotic liquid crystal molecule, the tilt direction of which is aligned in one direction, and A viewing angle improving element having a discotic liquid crystal layer that is sequentially oriented with a different tilt angle from one of the surface facing the polarizing plate and the surface facing the liquid crystal element to the other is provided. Further, the average tilt angle α of the discotic liquid crystal molecules of the viewing angle improving element, with respect to the average tilt angle θ of the liquid crystal molecules when a voltage for displaying black is applied between the electrodes of the liquid crystal element, By setting a value that satisfies the relationship α = 90−θ, the viewing angle is widened, and the color change of the display due to the viewing angle is almost eliminated, and a color image with substantially the same contrast and hue is observed over a wide viewing angle. It is something that can be done.
[0014]
In the liquid crystal display device of the present invention, the liquid crystal layer of the liquid crystal element has a refractive index anisotropy of Δn (450 nm) for light having a wavelength of 450 nm and a refractive index anisotropy of Δn (650 nm) for light having a wavelength of 650 nm. In this case, it is preferable that the liquid crystal material satisfies 1 <Δn (450 nm) / Δn (650 nm) ≦ 1.07.
[0015]
Further, in the liquid crystal display device of the present invention, the liquid crystal layer of the liquid crystal element has a refractive index anisotropy Δn (450 nm) of the liquid crystal with respect to light having a wavelength of 450 nm and a product Δnd of the liquid crystal layer thickness d, Δnd (450 nm). The ratio of the refractive index anisotropy Δn (650 nm) of the liquid crystal with respect to light having a wavelength of 650 nm to the liquid crystal layer thickness d and the Δnd (650 nm) value is 0.94 ≦ Δnd (450 nm) / Δnd. It is preferable to set the value of the refractive index anisotropy of the liquid crystal and the value of the liquid crystal layer thickness so as to satisfy (650 nm) ≦ 1.10.
[0016]
Further, the discotic liquid crystal layers of the pair of viewing angle improving elements each have an in-plane retardation of 150 nm, and the value of the product Δnd of the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal of the liquid crystal element and the liquid crystal layer thickness d is: It is desirable to set it to 340 to 430 nm.
[0017]
Further, when the in-plane phase difference of the discotic liquid crystal layer of the pair of viewing angle improving elements is 150 nm, the value of Δnd of the liquid crystal element corresponds to the pixel corresponding to the red color filter and the green color filter. Are set to 340 to 430 nm, respectively, and the Δnd of the pixel corresponding to the blue color filter is set to be 1.10 times or less larger than the Δnd of the pixel corresponding to the red and green color filters. Is more desirable.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 3 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a part of a liquid crystal display device.
[0019]
The liquid crystal display device of this embodiment is an aircraft liquid crystal display device installed in a cockpit of an aircraft. As shown in FIG. 1, a liquid crystal element 1 and a front side and a rear side of the liquid crystal element 1 with the liquid crystal element 1 interposed therebetween. And a pair of viewing angle improving elements 14 and 15 disposed between the liquid crystal element 1 and the pair of polarizing plates 12 and 13, respectively.
[0020]
The liquid crystal element 1 has a plurality of pixels formed by opposing regions on opposing inner surfaces of a pair of front and rear transparent substrates (for example, glass substrates) 2 and 3 which are arranged to face each other and are joined via a frame-shaped sealing material (not shown). Are provided on one of the substrates, for example, on an inner surface of a front substrate (hereinafter, referred to as a front substrate) 1 which is a display observation side (an upper side in FIG. 1), and is provided on each of the plurality of pixels. Three corresponding color filters 6R, 6G, 6B of red, green, and blue are provided, and a liquid crystal layer 10 is provided between the pair of substrates 2, 3.
[0021]
The liquid crystal element 1 is, for example, an active matrix liquid crystal display element having a TFT (thin film transistor) as an active element, and an electrode 5 formed on the inner surface of a rear substrate (hereinafter, referred to as a rear substrate) 3 has a row direction and a vertical direction. The plurality of pixel electrodes arranged in a matrix in the column direction and the electrode 4 formed on the inner surface of the front substrate 2 are a single-film counter electrode facing the plurality of pixel electrodes 5.
[0022]
Although not shown in FIG. 1, on the inner surface of the rear substrate 3, a plurality of TFTs respectively corresponding to the plurality of pixel electrodes 5, a plurality of gate wirings for supplying gate signals to the TFTs in each row, A plurality of data lines for supplying data signals to the TFTs in each column are provided, and the plurality of pixel electrodes 5 are connected to the TFTs corresponding to the pixel electrodes 5, respectively.
[0023]
The red, green, and blue color filters 6R, 6G, and 6B are formed on the substrate surface of the front substrate 2, and the counter electrode 4 is formed on these color filters 6R, 6G, and 6B. Have been.
[0024]
Further, on the inner surfaces of the pair of substrates 2 and 3, there are formed horizontal alignment films 8 and 9 which cover the electrodes 4 and 5 and are aligned in directions substantially orthogonal to each other.
[0025]
The liquid crystal layer 10 is formed by filling a region surrounded by the sealing material between the pair of substrates 2 and 3 with a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy. Is defined by the horizontal alignment films 8 and 9 in the vicinity of the front and rear substrates 2 and 3, and as shown by a solid line in FIG. And twist-oriented.
[0026]
The liquid crystal layer 10 of the liquid crystal element 1 has a refractive index anisotropy of Δn (450 nm) with respect to light having a wavelength of 450 nm, that is, light in a blue wavelength band, and has light with a wavelength of 650 nm, that is, light in a red wavelength band. When the refractive index anisotropy is Δn (650 nm), the liquid crystal material is formed of a liquid crystal material having a value of Δn (450 nm) / Δn (650 nm) of 1.07 or less and greater than 1.
[0027]
FIG. 6 shows the value of the color shift for each Δnd of the liquid crystal layer in the liquid crystal display element using each liquid crystal having the value of Δn (450 nm) / Δn (650 nm) of 1.06 to 1.13. In this case, the upper limit of the color shift is 0.05 to 0.06.
[0028]
From FIG. 6, the liquid crystal layer 10 of the liquid crystal element 1 has a liquid crystal material in which the value of Δn (450 nm) / Δn (650 nm) is 1.07 or less and larger than 1, that is,
1 <Δn (450 nm) / Δn (650 nm) ≦ 1.07
Of a liquid crystal material satisfying the following.
[0029]
Further, the liquid crystal layer thickness d of the liquid crystal element 1 is substantially equal over all the pixels corresponding to the red, green and blue color filters 6R, 6G and 6B. As shown in FIG. 7, the liquid crystal of this liquid crystal element 1 has a maximum lateral contrast and an upper contrast when the product Δnd of the refractive index anisotropy Δn and the thickness d of the liquid crystal layer is between 340 and 430 nm. , Δnd are set to 340 to 430 nm.
[0030]
Further, this liquid crystal display device is of a normally white mode, and the pair of polarizing plates 12 and 13 are disposed with their transmission axes 12a and 13a (see FIG. 3) substantially orthogonal to each other. .
[0031]
On the other hand, each of the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 disposed between the liquid crystal element 1 and the pair of polarizing plates 12 and 13 has an alignment treatment film on one surface of a transparent film substrate 16. 17 are formed thereon, and the discotic liquid crystal molecules 19 are aligned with the tilt direction thereof being aligned in one direction and the tilt angle is sequentially changed from the surface adjacent to the film substrate 16 to the other surface. In this embodiment, a discotic liquid crystal layer 18 is provided.
[0032]
That is, the discotic liquid crystal layer 18 is formed by applying a discotic liquid crystal on the alignment film 17 of the film substrate 16, and applying the discotic liquid crystal 19 to the discotic liquid crystal molecules 19 adjacent to the film substrate 16. The film 17 is arranged substantially parallel to the surface of the film substrate 16, and the discotic liquid crystal molecules 19 are cured in a state where the discotic liquid crystal molecules 19 are arranged at a large tilt angle with respect to the film substrate 16 on the surface opposite to the film substrate 16. Made of discotic film.
[0033]
As described above, the viewing angle improving elements 14 and 15 align the discotic liquid crystal molecules 19 in one direction and gradually tilt the discotic liquid crystal molecules 19 from one surface (the surface on the film substrate 16 side) to the other surface. It has a discotic liquid crystal layer 18 oriented to increase the tilt angle.
[0034]
The discotic liquid crystal layer 18 is arranged so that each molecular axis 19a perpendicular to the disc-shaped surface of the discotic liquid crystal molecules 19 is continuously inclined as shown in FIG. The direction in which these molecular axes 19a are averaged is defined as the optical axis 20 of the discotic liquid crystal layer 18 having the minimum refractive index, and has a negative optical anisotropy.
[0035]
An average tilt angle obtained by averaging the tilt angles of the discotic liquid crystal molecules 19 of the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 with respect to the film substrate 16 over the entire layer thickness (the tilt angles indicated by alternate long and short dash lines in FIGS. 1 and 2). A) is a voltage for displaying black between the electrodes 4 and 5 of the liquid crystal element 1 (the rising angle of the liquid crystal molecules 11 close to perpendicular to the surfaces of the substrates 2 and 3 as shown by the two-dot chain line in FIG. 1). When the average tilt angle of the liquid crystal molecules 11 when applying a voltage for applying
α = 90−θ
Is set to a value that satisfies the relationship.
[0036]
FIG. 8 shows the relationship between the voltage applied between the electrodes 4 and 5 of the liquid crystal element 1 and the average tilt angle of the liquid crystal molecules 11 acting by the electric field. FIG. 9 shows the relationship between the normal line of the display screen. FIG. 10 shows a horizontal contrast that is a contrast in a direction inclined by 50 ° with respect to a direction inclined by 50 ° with respect to a normal line of a display screen in a u′v ′ chromaticity coordinate system (chromaticity coordinates of CIE1976 UCS). FIG. 11 shows a value of a color shift which is a change of a display color upon observation, and FIG. 11 shows an upward contrast which is a contrast in a direction inclined by 30 ° with respect to a normal line of the display screen.
[0037]
As shown in FIG. 8, when a voltage of 6 V is applied between the electrodes 4 and 5 of the liquid crystal element 1, the average tilt angle θ of the liquid crystal molecules 11 becomes approximately 72 °, and black with low transmittance is displayed.
[0038]
On the other hand, in the discotic liquid crystal layers 18 of the viewing angle improving elements 14 and 15, as shown in FIG. 9, the larger the average tilt angle α of the discotic liquid crystal molecules 19 is, the higher the lateral contrast is.
[0039]
On the other hand, the color shift by the discotic liquid crystal layer 18 shows a minimum value when the average tilt angle α of the discotic liquid crystal molecules 19 is between 17 ° and 19 °, and as shown in FIG. A sufficiently high contrast is obtained in the range of 17 ° to 19 °.
[0040]
As shown in these figures, the range of the average tilt angle of the discotic liquid crystal molecules is 17 ° to 19 °, particularly 18 °, in order to obtain a sufficient contrast and sufficiently reduce the color shift. It is desirable that
[0041]
When a black display voltage is applied between the electrodes 4 and 5 of the liquid crystal element 1 of the liquid crystal display device, the average tilt angle θ of the liquid crystal molecules 11 is about 72 °, and therefore, the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 is used. Are aligned such that the average tilt angle α is about 18 ° (α = 90−72 = 18).
[0042]
Further, as shown in FIGS. 9, 10, and 11, the discotic liquid crystal layer has a discotic liquid crystal layer whose in-plane retardation value, which is the difference between the refractive index of ordinary light and the extraordinary light with respect to light incident in the normal direction, is 150 nm. When the tick liquid crystal layer 18 is used, characteristics excellent in both contrast and color shift are obtained.
[0043]
Therefore, in this liquid crystal display device, the viewing angle improving elements 14 and 15 having an in-plane phase difference of 150 nm are used.
[0044]
The pair of viewing angle improving elements 14 and 15 make the tilt angle changing directions of the discotic liquid crystal molecules 19 opposite to each other, and the optical axis 20 at which the refractive index of the discotic liquid crystal layer 18 is minimized. Is arranged between the liquid crystal element 1 and the front and rear polarizing plates 12 and 13 with a direction (hereinafter, referred to as a substrate projection optical axis) 20a of the liquid crystal element 18 projected on the surface of the discotic liquid crystal layer 18 in a predetermined direction. Have been.
[0045]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 are arranged such that the surfaces of the discotic liquid crystal molecules 19 where the tilt angle is large face the liquid crystal element 1, It is attached to the liquid crystal element 1 by the adhesive layer 21.
[0046]
FIG. 3 shows the liquid crystal molecule alignment directions 2a and 3a near the pair of substrates 2 and 3 of the liquid crystal element 1, the directions of the transmission axes 12a and 13a of the front and rear polarizing plates 12 and 13, and the pair of viewing angle improving elements. 14 and 15 show the directions of the substrate projection optical axis 20a.
[0047]
As shown in FIG. 3, the liquid crystal molecule alignment direction 2a in the vicinity of the front substrate 2 of the liquid crystal element 1 is 45 degrees counterclockwise with respect to the horizontal axis x of the screen of the liquid crystal display device when viewed from the front side, which is the display observation side. The liquid crystal molecule orientation direction 3a in the vicinity of the rear substrate 3 is shifted by 45 ° clockwise with respect to the horizontal axis x when viewed from the front side. The molecules 11 are twist-oriented from the rear substrate 3 to the front substrate 2 with a twist angle of substantially 90 ° clockwise as viewed from the front side, as indicated by the dashed arrow in the drawing.
[0048]
The polarizing plate 12 on the front side of the liquid crystal element 1 has its transmission axis 12a substantially orthogonal to the liquid crystal molecule alignment direction 2a near the front substrate 2 of the liquid crystal element 1 as shown in FIG. Alternatively, the rear polarizing plate 13 is disposed substantially in parallel, and the transmission axis 13 a of the rear polarizing plate 13 is disposed substantially orthogonal to the transmission axis 12 a of the front polarizing plate 12.
[0049]
Further, of the pair of viewing angle improving elements 14 and 15, the front viewing angle improving element 14 is provided between the liquid crystal element 1 and the front polarizing plate 12, through the substrate projection optical axis (the discotic liquid crystal layer 18). The direction (projection of the optical axis 20 having the minimum refractive index on the surface of the discotic liquid crystal layer 18) 20a is substantially parallel to the liquid crystal molecule orientation direction 2a in the vicinity of the front substrate 2 of the liquid crystal element 1. The rear viewing angle improving element 15 is arranged between the liquid crystal element 1 and the rear polarizing plate 13 so that the substrate projection optical axis 20 a is aligned with the liquid crystal molecule orientation direction 3 a near the rear substrate 3 of the liquid crystal element 1. They are arranged substantially in parallel.
[0050]
This liquid crystal display device uses an illuminating light from a surface light source disposed on the rear side to perform display. The rear polarizing plate 13 converts the light into linearly polarized light parallel to its transmission axis 13a, and the light enters the liquid crystal display. The polarization state is changed by the discotic liquid crystal layer 18 of the viewing angle improving element 15 on the side, the liquid crystal layer of the liquid crystal element 1, and the discotic liquid crystal layer 18 of the viewing angle improving element 14 on the front side. A linearly polarized light component parallel to the absorption axis (not shown) of the front-side polarizing plate 12 is absorbed by the front-side polarizing plate 12, and a linearly-polarized light component parallel to the transmission axis 12 a of the front-side polarizing plate 12 is And exits to the observation side.
[0051]
This liquid crystal display device is driven by controlling a voltage value applied between the electrodes 4 and 5 of a plurality of pixels of the liquid crystal element 1 in accordance with a predetermined number of display gradations, and a display corresponding to the plurality of pixels is performed. The image is displayed by changing the brightness of the image.
[0052]
This liquid crystal display device is of a normally white mode in which front and rear polarizing plates 12 and 13 are arranged with their transmission axes 12a and 13a substantially orthogonal to each other. Of these, the liquid crystal molecules 11 are aligned between the electrodes 4 and 5 at a rising angle nearly perpendicular to the surfaces of the substrates 2 and 3 as shown by a two-dot chain line in FIG. Is displayed in black.
[0053]
A display corresponding to a pixel to which a voltage lower than the black display voltage is applied is a bright display with a gradation corresponding to the applied voltage, and when the applied voltage becomes substantially 0 V, that is, when the liquid crystal molecules 11 When the pixel is aligned in the initial twist alignment state, the display corresponding to the pixel becomes the brightest bright display.
[0054]
Further, in this liquid crystal display device, the liquid crystal element 1 is provided with three color filters 6R, 6G, 6B of red, green, and blue corresponding to a plurality of pixels, respectively. , Or blue, and a color image is expressed by the gradation of bright display of red, green, and blue and the black display.
[0055]
In this liquid crystal display device, the viewing angle improving elements 14 and 15 each having the discotic liquid crystal layer 18 are arranged between the liquid crystal element 1 and the front and rear polarizing plates 12 and 13, so that the display viewing angle is wide.
[0056]
That is, the alignment state of the liquid crystal molecules 11 of the liquid crystal layer 10 of the liquid crystal element 1 is changed so as to rise with respect to the surfaces of the substrates 2 and 3 while maintaining the twist alignment state by applying a voltage. The liquid crystal molecules 11 in the vicinity of the substrate, which are strongly subjected to the alignment control force, remain in a state of falling down at an initial pretilt angle or an angle close thereto even when a voltage is applied. Even when a voltage for aligning the molecules 11 at a rising angle (approximately 72 °) close to the perpendicular to the surfaces of the substrates 2 and 3 is applied, the liquid crystal layer 10 keeps the liquid crystal molecules 11 near the substrate almost out of the initial alignment. Has residual retardation due to no change.
[0057]
In addition, the liquid crystal layer 10 of the liquid crystal element 1 exhibits different retardations with respect to light transmitted through the liquid crystal layer 10 in a vertical direction and light transmitted through an oblique direction (a direction inclined with respect to the vertical direction). In a liquid crystal display device of a mari-white mode, when viewed from the front of the screen (near the direction perpendicular to the screen), a black display with sufficient darkness can be observed with good contrast. When observed, the darkness of the black display rises, and the contrast is greatly reduced.
[0058]
On the other hand, the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 have a discotic liquid crystal layer 18, and align the discotic liquid crystal molecules 19 in one tilt direction, and face the polarizing plates 12 and 13. And the liquid crystal element 1 is oriented so that the tilt angle is sequentially changed from one of the surfaces facing the liquid crystal element 1 to the other, and the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 form the respective discotic liquid crystal molecules 19. Since the tilt angle change directions are opposite to each other, the liquid crystal element 1 and the front and rear polarizers 12 and 13 are disposed between the liquid crystal element 1 and the front and rear polarizing plates 12 and 13. Is apparently opposite to the liquid crystal molecule alignment state on one substrate side and the liquid crystal molecule alignment state on the other substrate side from the center of the liquid crystal layer thickness when voltage is applied to the liquid crystal element 1.
[0059]
Moreover, since the liquid crystal layers 18 of the viewing angle improving elements 14 and 15 are discotic liquid crystal layers, their retardations have no directivity.
[0060]
In this liquid crystal display device, the viewing angle improving element 14 between the liquid crystal element 1 and the front polarizer 12 is connected to the substrate projection optical axis (the optical axis 20 at which the refractive index of the discotic liquid crystal layer 18 is minimum). The direction (projected onto the surface of the discotic liquid crystal layer 18) 20a is substantially parallel to the liquid crystal molecule orientation direction 2a in the vicinity of the front substrate 2 of the liquid crystal element 1, and the liquid crystal element 1 and the rear polarizing plate are arranged. The viewing angle improving element 14 between the liquid crystal element 13 and the substrate 13 is arranged so that its substrate projection optical axis 20a is substantially parallel to the liquid crystal molecule orientation direction 3a near the rear substrate 3 of the liquid crystal element 1.
[0061]
Therefore, when the voltage of the liquid crystal element 1 is applied, the residual retardation caused by the liquid crystal molecules 11 near the substrate hardly changing from the initial alignment state is canceled out by the pair of viewing angle improving elements 14 and 15, and the display viewing angle, that is, It is possible to widen the observation angle range in which the display of a good contrast with sufficient darkness of the black display can be observed.
[0062]
In addition, this liquid crystal display device is of a normally white mode in which the front and rear polarizing plates 12, 13 are arranged with their transmission axes 12a, 13a substantially orthogonal to each other. The average tilt angles α of the discotic liquid crystal molecules 19 of the liquid crystal elements 14 and 15 with respect to the average tilt angle θ of the liquid crystal molecules 11 when a voltage for displaying black is applied between the electrodes 4 and 5 of the liquid crystal element 1, respectively. Since a value satisfying the relationship α = 90−θ is set, the black display when viewed from the front and the black display when viewed from an oblique direction are almost the same color display.
[0063]
Therefore, in this liquid crystal display device, there is almost no color change in display depending on the viewing angle, and therefore, a color image having substantially the same contrast and hue can be observed over a wide viewing angle.
[0064]
In addition, in this embodiment, as described above, the liquid crystal layer 10 of the liquid crystal element 1 has a refractive index anisotropy Δn (450 nm) for light having a wavelength of 450 nm (light in a blue wavelength band) and a wavelength of 650 nm. Is formed of a liquid crystal material that satisfies 1 <Δn (450 nm) / Δn (650 nm) ≦ 1.07 with respect to the refractive index anisotropy Δn (650 nm) of the light (red wavelength band light). Therefore, the change in the transmittance balance of light in each of the red, green, and blue wavelength bands due to the viewing angle can be reduced, and the viewing angle dependency of the hue of the composite color of the emitted light of red, green, and blue can be extremely reduced. Therefore, a color image having almost the same hue can be observed over a wide viewing angle.
[0065]
Further, in this embodiment, as described above, the in-plane phase difference of the discotic liquid crystal layer 18 of the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 is set to 150 nm, and the value of Δnd of the liquid crystal element 1 is set to 340. 430 nm, the residual retardation caused by the fact that the liquid crystal molecules 11 near the substrate hardly change from the initial alignment state when the above-described voltage is applied to the liquid crystal element 1 is reduced by the pair of viewing angle improving elements 14 and 15. Accordingly, it is possible to effectively cancel out the image so as not to substantially affect the display, and to observe a color image having almost the same hue and little change in contrast and hue over a wide viewing angle.
[0066]
Therefore, this liquid crystal display device has all functions required for an aircraft display device.
[0067]
That is, a display device installed in a cockpit of an aircraft is required to have a structure in which the display contrast does not change and the contrast and the hue do not change even when viewed at any viewing angle.
[0068]
As described above, the liquid crystal display device has a wide viewing angle, has almost no change in display color depending on the viewing angle, and can observe a color image having substantially the same contrast and hue over a wide viewing angle. It is suitable for a display device installed in a cockpit of an aircraft.
[0069]
FIG. 4 is a sectional view of a part of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention. The liquid crystal display device according to this embodiment is disposed between the liquid crystal element 1 and the front and rear polarizing plates 12 and 13, respectively. The in-plane phase difference of the discotic liquid crystal layer 18 of the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 is set to 150 nm as described above, and the value of Δnd of the liquid crystal element 1 is set to a red color filter (hereinafter, referred to as “color filter”). The Δnd of the pixel corresponding to 6R and the pixel corresponding to 6G of the green color filter (hereinafter referred to as green filter) are set to 340 to 430 nm, respectively, and the blue color filter (hereinafter referred to as blue filter) 6B. The Δnd of the corresponding pixel is shifted with respect to the Δnd of the pixel corresponding to the red and green filters 6R and 6G by a color shift in the horizontal direction (caused by a change in the viewing angle in the horizontal axis direction of the screen). Shifuto) and color shift upward (vertical axis color shift due to change in viewing angle in the direction of the screen) in which was set to be within the upper limit.
[0070]
That is, FIGS. 12 and 13 show Δnd (), which is the product Δnd of the refractive index anisotropy Δn (450 nm) of the liquid crystal with respect to light having a wavelength of 450 nm and the liquid crystal layer thickness d of a region (pixel) where the wavelength light is transmitted. The ratio of the refractive index anisotropy Δn (650 nm) of the liquid crystal to the light having a wavelength of 650 nm to the value of Δnd (650 nm), which is the product of the thickness d of the liquid crystal layer in a region through which the light is transmitted, with respect to the value 450 nm FIG. 12 shows the relationship between the value of (450 nm) / Δnd (650 nm) and the color shift due to the change in the viewing angle. FIG. 12 shows the horizontal color shift when displaying a halftone (gray), and FIG. This shows an upward color shift when black is displayed.
[0071]
When the upper limit of the color shift is set to 0.05 as shown in FIG. 12, the value of Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) is 1.1, and as shown in FIG. When the value is 0.1, the value of Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) is 0.94.
[0072]
Therefore, the value of Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) is desirably in the range of 0.94 or more and 1.10 or less, preferably 1.07 or less, and more preferably 1.02.
[0073]
Therefore, in this embodiment, Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B is set to a value of 0.94 to 1.10 with respect to Δnd of the pixel corresponding to the red and green filters 6R and 6G. ing.
[0074]
In the liquid crystal display device of this embodiment, Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B of the liquid crystal element 1 is set to be larger than Δnd of the pixel corresponding to the red and green filters 6R and 6G. The configuration is the same as in the first embodiment.
[0075]
Also in this embodiment, the liquid crystal layer 10 of the liquid crystal element 1 has a refractive index anisotropy Δn (450 nm) for light having a wavelength of 450 nm and a refractive index anisotropy Δn (650 nm) for light having a wavelength of 650 nm. Is desirably formed of a liquid crystal material satisfying a ratio of 1 <Δn (450 nm) / Δn (650 nm) ≦ 1.07.
[0076]
In this embodiment, of the red, green, and blue color filters 6R, 6G, and 6B provided on the inner surface of the front substrate 2 of the liquid crystal element 1, a transparent filter is provided on the blue filter 6B (below the counter electrode 4). By providing the liquid crystal layer thickness adjusting film 7, the liquid crystal layer thickness d of the pixel corresponding to the red filter 6R and the green filter 6G is provided. 1 And the liquid crystal layer thickness d of the pixel corresponding to the blue filter 6B. 2 And Δnd (hereinafter, Δnd) of pixels corresponding to the red filter 6R and the green filter 6G. 1 ) And Δnd (hereinafter, Δnd) of the pixel corresponding to the blue filter 6B. 2 0.94 <Δnd) 2 / Δnd 1 <1.10.
[0077]
As described above, Δnd of the pixel corresponding to the red filter 6R and the green filter 6G of the liquid crystal element 1 1 Are 340 to 430 nm, respectively, so that the Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B is 2 Is 374 to 473 nm.
[0078]
In the liquid crystal display device of this embodiment, the in-plane phase difference of the discotic liquid crystal layer 18 of the pair of viewing angle improving elements 14 and 15 is set to 150 nm, respectively, and the red and green filters 6R and 6G of the liquid crystal element 1 are used. Δnd of the corresponding pixel 1 Are 340 to 430 nm, respectively, and Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B. 2 Is the Δnd of the pixel corresponding to the red and green filters 6R and 6G. 1 Is set at a ratio of 0.94 to 1.10, the black display can be made even closer to black, and a color image with high contrast and color reproducibility can be observed over a wide viewing angle. .
[0079]
That is, since this liquid crystal display device is of a normally white mode, the light transmittance decreases as the voltage applied between the electrodes 3 and 4 of the liquid crystal element 1 increases.
[0080]
However, since the voltage-transmittance characteristic of this liquid crystal display device has wavelength dependence, the Δnd values of the pixels corresponding to the red, green, and blue filters 6R, 6G, and 6B of the liquid crystal element 1 are the same. In some cases, the difference between the transmittance of light in each of the red, green, and blue wavelength bands on the low voltage side is small, but on the high voltage side, that is, the black display side, the difference in the transmittance of light in each of the blue wavelength bands is smaller. Also, the degree of reduction in the transmittance of light in the red and green wavelength bands becomes large, and the display becomes bluish.
[0081]
On the other hand, in this embodiment, Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B of the liquid crystal element 1 2 Is the Δnd of the pixel corresponding to the red and green filters 6R and 6G. 1 Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B. 2 Δnd of pixels corresponding to red and green filters 6R and 6G of 1 To 0.94 to 1.10, the transmittance of light in each of the blue wavelength bands on the high voltage side is made substantially the same as the transmittance of light in the red and green wavelength bands. That is, it is possible to substantially eliminate the band color of the display on the black display side.
[0082]
Therefore, according to the liquid crystal display device of this embodiment, the black display can be made even closer to black, and the band of the display on the low gradation side close to the black display can be eliminated. A color image with high color reproducibility can be observed.
[0083]
However, in this embodiment, although the transmittance of light in each of the blue wavelength bands is lower than the transmittance of light in the red and green wavelength bands on the low voltage side, Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B 2 Δnd of pixels corresponding to red and green filters 6R and 6G of 1 Is 0.94 to 1.10, the difference between the transmittance of light in each of the blue wavelength bands and the transmittance of light in the red and green wavelength bands on the low voltage side is determined by the contrast and the display of the display. Has little effect on hue.
[0084]
Therefore, according to this liquid crystal display device, a color image with high contrast and high color reproducibility can be displayed from the low voltage side to the high voltage side, and the image can be observed with substantially the same contrast and hue over a wide viewing angle. .
[0085]
The Δnd of the pixel corresponding to the blue filter 6B of the liquid crystal element 1 2 Δnd of pixels corresponding to red and green filters 6R and 6G of 1 Is 1.02 (Δnd 2 / Δnd 1 = 1.02), whereby a color image with higher contrast and color reproducibility can be displayed from the low voltage side to the high voltage side.
[0086]
In the second embodiment, the liquid crystal layer thickness d of the pixel corresponding to the red filter 6R and the green filter 6G of the liquid crystal element 1 is set. 1 And the liquid crystal layer thickness d of the pixel corresponding to the blue filter 6B 2 The liquid crystal layer thickness adjustment film 7 is provided on the blue filter 6B in order to make the blue filter 6B different from the red filter 6R and the green filter as in the third embodiment shown in FIG. 6G, the liquid crystal layer thickness d of the pixel corresponding to the red filter 6R and the green filter 6G is formed. 1 And the liquid crystal layer thickness d of the pixel corresponding to the blue filter 6B. 2 And may be different.
[0087]
Regarding the above-described second and third embodiments, liquid crystal display devices (hereinafter, referred to as examples) 1 and 2 having the following specifications and a liquid crystal display device (hereinafter, referred to as a comparative example) 1 for comparison. , 2 are produced and white is displayed (display of all pixels of red, green, and blue), black is displayed, 50% halftone (gray) is displayed, and 20% halftone is displayed. The results of measuring the viewing angle dependence of the color shift when displaying the tones are shown in FIGS. 14, 15, 16 and 17, respectively.
[0088]
[Example 1]
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to red filter = 4.0 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to green filter = 4.0 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to blue filter = 3.8 μm
Δn = 0.099 with respect to light of 650 nm wavelength of liquid crystal
Δn = 0.102 for a liquid crystal having a wavelength of 550 nm
Δn = 0.107 for 475 nm wavelength light of liquid crystal
Δε value of liquid crystal = 4.6
Δnd (650 nm) = 0.396
Δnd (550 nm) = 0.408
Δnd (450 nm) = 0.407
Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) = 1.028
Average tilt angle of discotic liquid crystal = 18 °
In-plane retardation of discotic liquid crystal = 150 nm
[Example 2]
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to red filter = 4.8 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to green filter = 4.8 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to blue filter = 4.6 μm
Δn = 0.081 for light of 650 nm wavelength of liquid crystal
Δn = 0.083 for 550 nm wavelength light of liquid crystal
Δn = 0.086 for 450 nm wavelength light of liquid crystal
Δε value of liquid crystal = 5.3
Δnd (650 nm) = 0.389
Δnd (550 nm) = 0.398
Δnd (450 nm) = 0.395
Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) = 1.017
Average tilt angle of discotic liquid crystal = 18 °
In-plane retardation of discotic liquid crystal = 150 nm
[Comparative Example 1]
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to red filter = 4.1 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to green filter = 4.3 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to blue filter = 4.3 μm
Δn = 0.077 for the 650 nm wavelength light of the liquid crystal
Δn = 0.079 for 550 nm wavelength light of liquid crystal
Δn = 0.083 for 450 nm wavelength light of liquid crystal
Δε value of liquid crystal = 4.7
Δnd (650 nm) = 0.316
Δnd (550 nm) = 0.340
Δnd (450 nm) = 0.357
Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) = 1.130
Average tilt angle of discotic liquid crystal = 15 °
In-plane retardation of discotic liquid crystal = 130 nm
[Comparative Example 2]
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to red filter = 4.3 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to green filter = 4.3 μm
Liquid crystal layer thickness of pixel corresponding to blue filter = 4.1 μm
Δn = 0.081 for light of 650 nm wavelength of liquid crystal
Δn = 0.083 for 550 nm wavelength light of liquid crystal
Δn = 0.086 for 475 nm wavelength light of liquid crystal
Δε value of liquid crystal = 5.3
Δnd (650 nm) = 0.348
Δnd (550 nm) = 0.357
Δnd (450 nm) = 0.353
Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) = 1.013
Average tilt angle of discotic liquid crystal = 15 °
In-plane retardation of discotic liquid crystal = 130 nm
As can be seen from FIGS. 14, 15, 15, and 17, in the above [Example 1] and [Example 2], the color shift with respect to the change in the viewing angle is small and the viewing angle is wide.
[0089]
18 shows the dependency of the upward color shift on the liquid crystal layer thickness with respect to the applied voltage in [Example 2]. FIG. 19 shows the dependency of the upward color shift on the liquid crystal layer thickness in [Comparative Example] 2. Is shown.
[0090]
As apparent from FIGS. 18 and 19, in the above [Example 2], the value of the color shift with respect to the difference in the thickness of the liquid crystal layer is small for a fixed voltage value. In particular, when the applied voltage is 5, the color shift becomes extremely small. This indicates that the color shift is small even if the error in the thickness of the liquid crystal layer is large, so that the manufacturing can be facilitated and the yield in the manufacturing process can be increased.
[0091]
Although the liquid crystal display devices according to the first to third embodiments described above are provided in the cockpit of an aircraft, the present invention is not limited to a liquid crystal display device for an aircraft, but may be used for other purposes. Can also be applied.
[0092]
【The invention's effect】
In the liquid crystal display device of the present invention, electrodes forming a plurality of pixels are provided on regions facing each other on inner surfaces of a pair of substrates, and red, green, and red respectively correspond to the plurality of pixels on an inner surface of one of the substrates. A liquid crystal element provided with a color filter of three colors of blue, a liquid crystal layer provided between the pair of substrates and having liquid crystal molecules twist-oriented at a twist angle of substantially 90 ° between the substrates, Each of the discotic liquid crystal molecules has a tilt direction aligned in one direction between a pair of polarizing plates having transmission axes in directions substantially orthogonal to each other with the element interposed therebetween, and faces the polarizing plate. A viewing angle improving element having a discotic liquid crystal layer oriented with a different tilt angle sequentially from one side of the surface facing the liquid crystal element to the other side, and further, The average tilt angle α of the discotic liquid crystal molecules of the viewing angle improving element is defined as α = 90− with respect to the average tilt angle θ of the liquid crystal molecules when a voltage for displaying black is applied between the electrodes of the liquid crystal element. θ is set to a value that satisfies the relationship of θ, so that the viewing angle is wide, there is almost no change in display color due to the viewing angle, and a color image with substantially the same contrast and hue can be observed over a wide viewing angle. it can.
[0093]
In the liquid crystal display device of the present invention, the liquid crystal layer of the liquid crystal element has a refractive index anisotropy Δn (450 nm) for light having a wavelength of 450 nm and a refractive index anisotropy Δn (650 nm) for light having a wavelength of 650 nm. Desirably, the liquid crystal material satisfies a ratio of 1 <Δn (450 nm) / Δn (650 nm) = ≦ 1.07. In this manner, colors having almost the same hue over a wide viewing angle are obtained. Images can be observed.
[0094]
The discotic liquid crystal layers of the pair of viewing angle improving elements each have an in-plane retardation of 150 nm, and the value of Δnd of the liquid crystal element is desirably set to 340 to 430 nm. By doing so, a color image with almost the same hue and little change in contrast and hue can be observed over a wide viewing angle.
[0095]
Further, in the liquid crystal display device according to the present invention, the liquid crystal layer of the liquid crystal element has a refractive index anisotropy Δn (450 nm) of the liquid crystal with respect to light having a wavelength of 450 nm and a product Δnd of the liquid crystal layer thickness d Δnd (450 nm). The ratio of the refractive index anisotropy Δn (650 nm) of the liquid crystal to light having a wavelength of 650 nm to the liquid crystal layer thickness d and the Δnd (650 nm) value is 0.94 ≦ Δnd (450 nm) / Δnd. It is desirable to set the value of the refractive index anisotropy of the liquid crystal and the value of the liquid crystal layer thickness so as to satisfy (650 nm) ≦ 1.10. A color image with high reproducibility can be observed.
[0096]
Further, when the in-plane phase difference between the discotic liquid crystal layers of the pair of viewing angle improving elements is 150 nm, the value of Δnd of the liquid crystal element is Δnd of the pixel corresponding to the red filter and the Δnd of the pixel corresponding to the green filter. 340 to 430 nm, respectively, and it is more preferable that the Δnd of the pixel corresponding to the blue filter is set to be larger than the Δnd of the pixel corresponding to the red and green filters at a ratio of 1.10 times or less. Thus, the black display can be made even closer to black, and a color image with high contrast and color reproducibility can be observed over a wide viewing angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a part of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a discotic liquid crystal layer of a viewing angle improving element.
FIG. 3 shows a liquid crystal molecule alignment direction in the vicinity of a pair of substrates of a liquid crystal element of the liquid crystal display device, a direction of a transmission axis of a pair of polarizing plates, and a direction of a substrate projection optical axis of a pair of viewing angle improving elements. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a color shift value for each Δnd of a liquid crystal layer in a liquid crystal display element using each liquid crystal having a value of Δn (450 nm) / Δn (650 nm) of 1.06 to 1.13.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between Δnd of a liquid crystal of a liquid crystal element, a lateral contrast, and an upper contrast.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a voltage applied to a liquid crystal element and an average tilt angle of liquid crystal molecules.
FIG. 9 is a view showing a lateral contrast of the liquid crystal display device.
FIG. 10 is a view showing a color shift of the liquid crystal display device.
FIG. 11 is a diagram showing an upward contrast of the liquid crystal display device.
FIG. 12 is a view showing a color shift in a horizontal direction when a halftone of the liquid crystal display device is displayed.
FIG. 13 is a diagram showing an upward color shift when black is displayed on the liquid crystal display device.
FIG. 14 is a diagram showing the viewing angle dependence of the color shift when displaying white in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2.
FIG. 15 is a view showing the viewing angle dependence of the color shift when displaying black in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2.
FIG. 16 is a diagram showing the viewing angle dependence of the color shift when displaying 50% halftones of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2.
FIG. 17 is a diagram showing the viewing angle dependence of the color shift when displaying a halftone of 20% in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2.
FIG. 18 is a diagram showing the dependence of the upward color shift on the applied voltage in the liquid crystal layer thickness in Example 2.
FIG. 19 is a view showing the dependence of the upward color shift of Comparative Example 2 on the thickness of the liquid crystal layer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal element, 2,3 ... Substrate, 2a, 3a ... Liquid crystal molecular orientation direction, 4,5 ... Electrode, 6R, 6G, 6B ... Color filter, 7 ... Liquid crystal layer thickness adjustment film, 8, 9 ... Alignment film, 10: liquid crystal layer, 11: liquid crystal molecules, θ: average tilt angle of liquid crystal molecules when black display voltage is applied, 12, 13: polarizing plate, 12a, 13a: transmission axis, 14, 15: viewing angle improving element, Reference numeral 16: film substrate, 17: alignment film, 18: discotic liquid crystal layer, 19: discotic liquid crystal molecule, 20: optical axis at which the refractive index is minimum, 20a: substrate projection optical axis, α: average of discotic liquid crystal molecules Tilt angle, 21 ... Adhesive.

Claims (5)

対向配置された一対の基板の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、一方の基板の内面に前記複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の3色のカラーフィルタが設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において実質的に90°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、
前記液晶素子を挟んで配置された実質的に互いに直交する方向に透過軸を有する一対の偏光板と、
前記液晶素子と前記一対の偏光板との間にそれぞれ配置され、ディスコティック液晶分子を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板に対向する面と前記液晶素子に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層を有する一対の視野角改善素子とを備え、
前記一対の視野角改善素子のディスコティック液晶分子の平均チルト角αがそれぞれ、前記液晶素子の電極間に黒を表示させる電圧を印加したときの前記液晶分子の平均チルト角をθとしたとき、
α=90−θ
の関係を満たす値に設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
Electrodes for forming a plurality of pixels are provided on regions facing each other on inner surfaces of a pair of substrates arranged opposite to each other, and red, green, and blue 3 corresponding to the plurality of pixels are provided on an inner surface of one of the substrates. A liquid crystal element provided with a color filter of a color, and a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are twisted at a twist angle of substantially 90 ° between the substrates, and a liquid crystal layer is provided between the pair of substrates;
A pair of polarizing plates having transmission axes in directions substantially orthogonal to each other disposed with the liquid crystal element interposed therebetween,
The discotic liquid crystal molecules are arranged between the liquid crystal element and the pair of polarizing plates, and the tilt directions of the discotic liquid crystal molecules are aligned in one direction, and one of a surface facing the polarizing plate and a surface facing the liquid crystal element. And a pair of viewing angle improving elements having a discotic liquid crystal layer that is sequentially oriented with different tilt angles toward the other,
When the average tilt angle α of the discotic liquid crystal molecules of the pair of viewing angle improvement elements is θ when the average tilt angle of the liquid crystal molecules when a voltage for displaying black is applied between the electrodes of the liquid crystal element,
α = 90−θ
A liquid crystal display device set to a value satisfying the following relationship:
液晶素子の液晶層は、波長が450nmの光に対する屈折率異方性をΔn(450nm)とし、波長が650nmの光に対する屈折率異方性をΔn(650nm)としたとき、
1<Δn(450nm)/Δn(650nm)=≦1.07
を満足する液晶材料により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
The liquid crystal layer of the liquid crystal element has a refractive index anisotropy of Δn (450 nm) for light having a wavelength of 450 nm and a refractive index anisotropy of Δn (650 nm) for light having a wavelength of 650 nm.
1 <Δn (450 nm) / Δn (650 nm) = ≦ 1.07
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is formed of a liquid crystal material satisfying the following.
一対の視野角改善素子のディスコティック液晶層はそれぞれ150nmの面内位相差を有しており、液晶素子の液晶の屈折率異方性Δnと液晶層厚dの積Δndの値は340〜430nmに設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。The discotic liquid crystal layers of the pair of viewing angle improving elements each have an in-plane retardation of 150 nm, and the product Δnd of the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal of the liquid crystal element and the thickness d of the liquid crystal layer is 340 to 430 nm. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is set to: 液晶素子の液晶層は、波長が450nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(450nm)と液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(450nm)値に対する、波長が650nmの光に対する液晶の屈折率異方性Δn(650nm)と液晶層厚dとの積ΔndからなるΔnd(650nm)値の比が、
0.94≦Δnd(450nm)/Δnd(650nm)≦1.10
を満たすように、前記液晶の屈折率異方性の値と液晶層厚の値が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
The liquid crystal layer of the liquid crystal element has a liquid crystal layer for the light having a wavelength of 650 nm for a value of Δnd (450 nm) which is a product of the refractive index anisotropy Δn (450 nm) of the liquid crystal for the light having a wavelength of 450 nm and the thickness d of the liquid crystal layer. The ratio of the Δnd (650 nm) value, which is the product of the refractive index anisotropy Δn (650 nm) and the liquid crystal layer thickness d, Δnd, is:
0.94 ≦ Δnd (450 nm) / Δnd (650 nm) ≦ 1.10.
2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the value of the refractive index anisotropy of the liquid crystal and the value of the liquid crystal layer thickness are set so as to satisfy the following.
一対の視野角改善素子のディスコティック液晶層はそれぞれ150nmの面内位相差を有しており、液晶素子の液晶の屈折率異方性Δnと液晶層厚dの積Δndの値は、赤のカラーフィルタに対応する画素と緑のカラーフィルタに対応する画素のΔndがそれぞれ340〜430nm、青のカラーフィルタに対応する画素のΔndが前記赤及び緑のカラーフィルタに対応する画素のΔndよりも1.10倍以下の比率で大きく設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。The discotic liquid crystal layers of the pair of viewing angle improving elements each have an in-plane retardation of 150 nm, and the value of the product Δnd of the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal of the liquid crystal element and the liquid crystal layer thickness d is red. The Δnd of the pixel corresponding to the color filter and the pixel corresponding to the green color filter is 340 to 430 nm, respectively, and the Δnd of the pixel corresponding to the blue color filter is 1 more than the Δnd of the pixel corresponding to the red and green color filters. 3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is set large at a ratio of 10 times or less.
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