JP2011085738A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４分割配向構造を有するＶＡモードの液晶表示装置の透過率を向上させることにある。
【解決手段】本発明の液晶表示装置の画素は、誘電異方性が負のネマチック液晶材料を含む液晶層３０と、第１電極２０Ａ１と、第２電極２０Ａ２と、一対の垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２とを備える。第１電極２０Ａ１は、幹部１０ｔ１と幹部１０ｔ１から平行に延びる複数の枝部１０ｂ１とを有する。複数の枝部１０ｂ１は、４つの異なる方位に延びる４つの群を含み、４つの方位の内の任意の２つの方位の差は９０°の整数倍に略等しく、且つ、２つの偏光板の偏光軸と略４５°の角をなす。液晶層に電圧を印加しないとき、垂直配向膜の近傍の液晶分子の配向は垂直配向膜によって規制されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、垂直配向モードの液晶表示装置に関する。

現在、テレビ等の大型表示装置に用いられているＶＡモード液晶表示装置には、視野角特性を改善するために、１つの画素領域に複数の液晶ドメインを形成する配向分割構造が採用されており、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｍｎｅｎｔ）モードが主流である（例えば特許文献１）。ＭＶＡモードは、垂直配向型液晶層を挟んで対向する一対の基板の液晶層側に、配向規制構造（ドメイン規制構造と呼ばれることもある）を設けることによって、配向方向（チルト方向）が異なる複数のドメインを形成している。配向規制構造は、例えば、電極に形成した直線状のスリットおよび／または電極の液晶層側に形成された直線状の誘電体突起（リブ）である。

配向規制構造は、典型的には、基板の法線方向から見たときに、それぞれの基板の配向規制構造が互いに直交し、且つ、一方の基板の配向規制構造と他方の基板の配向規制構造とが平行かつ交互になるように、配置される。互いに平行に配置された配向規制構造の間の液晶分子は、液晶層に電圧が印加されたときに、配向規制構造に直交する方位に倒れるように、配向規制される。その結果、互いに平行な配向規制構造の間に液晶ドメインが形成される。各液晶ドメイン内の液晶分子の配向方向を代表するディレクタの方位角は、クロスニコルに配置された一対の偏光板の偏光軸（透過軸）に対して４５°をなす４つの液晶ドメインを形成する。典型的には、表示面を時計の文字盤に見立て、方位角の０°を３時方向とし、反時計回りを正とすると（断らない限り、本明細書における方位角の定義はこれによる。）、一対の偏光板の偏光軸の方位角は０°（１８０°）と９０°（２７０°）に配置され、４つのドメインのディレクタの方位角は、４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる。偏光軸に対して４５°方向の直線偏光は偏光板によって吸収されないので、透過率の観点から最も好ましい。このように、１つの画素に４つのドメインを形成する構成を４分割構造または単に４Ｄ構造という。

一方、液晶分子のプレチルト方位を制御する技術として、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（以下、「ＰＳＡ技術」という）が開発された（特許文献１、２および非特許文献１参照）。

ＰＳＡ技術は、液晶材料中に少量の重合性化合物（例えば光重合性モノマまたはオリゴマ）を混入しておき、液晶セルを組み立てた後、液晶層に所定の電圧を印加した状態で重合性材料に活性エネルギー線（例えば紫外線）を照射し、生成される重合体によって、液晶分子のプレチルト方位を制御する技術である。重合体が生成されるときの液晶分子の配向状態が、電圧を取り去った後（電圧を印加しない状態）においても維持（記憶）される。重合体で形成される層を、ここでは配向維持層ということにする。配向維持層は、配向膜の表面（液晶層側）に形成されるが、配向膜の表面を覆う膜の形態をとる必要は必ずしも無く、重合体の粒子が離散的に存在する形態をとることもある。

ＰＳＡ技術は、液晶層に形成される電界等を制御することによって、液晶分子のプレチルト方位およびプレチルト角を調整することができるという利点を有している。また、ＰＳＡ技術はラビング処理を必要としないので、特に、ラビング処理によってプレチルト方位を制御することが難しい垂直配向型の液晶層を形成するのに適している。

上記特許文献２〜４には、一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、十字形状の幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部とを有する画素電極を備えた液晶表示装置が開示されている。複数の枝部は互いに平行であり、例えば、各枝部の幅および隣接する枝部間の間隙（スリット）の幅は３μｍ（以下、Ｌ／Ｓ＝３μｍと表記することがある。）であり、微細スリット構造と呼ばれることがある。互いに平行に延びる複数の枝部は、幹部から４５°方位に延びる第１群と、１３５°方位に延びる第２群と、２２５°方位に延びる第３群と、３１５°方位に延びる第４群とを有している。垂直配向型の液晶層の液晶分子（誘電異方性が負）は、幹部および枝部からの斜め電界により、それぞれの枝部が延びる方位と反平行に、すなわち、幹部に向かって傾斜する。このような微細スリット構造を有する画素電極の電界による液晶分子の配向方向を、ＰＳＡ技術を用いて固定することができる。

一方、他のＶＡモードの液晶表示装置として、４Ｄ−ＲＴＮ（４Ｄｏｍａｉｎ−Ｒｅｖｅｒｓｅ ＴＮ）モードが知られている（例えば特許文献５）。４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置では、ＭＶＡモードの液晶表示装置における配向規制構造を用いることなく、垂直配向膜に光配向処理を施すことによって、上記の４分割構造を形成する。４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置においては、液晶層を介して対向する一対の配向膜のうちの一方の配向膜によって規定されるプレチルト方位と、他方の配向膜によって規定されるプレチルト方位とは互いに略９０°異なっており、そのため、電圧印加時には、液晶分子はツイスト配向をとる。なお、ＲＴＮモードはＶＡＴＮモードと呼ばれることもある。

特許文献５に記載されているように、４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置においては、画素電極のエッジに付近に生成される斜め電界の影響を受けて液晶分子の配向方向が乱れる結果、正面視において、画素電極のエッジ付近にエッジに平行な暗線（特許文献５におけるドメインライン）が形成される。暗線がエッジのどの部分に形成されるかは、各液晶ドメイン内の液晶分子（液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子）のチルト方向に依存する。なお、４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置の画素には、２行２列のマトリクス状に配列された４つのドメインの境界に沿って十字状の暗いラインも形成される。

特許文献５は、暗線（ドメインライン）を遮光することによって、４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置の表示品位を改善できることを開示している。

特許文献１〜５および非特許文献１の開示内容の全てを参考のために本明細書に援用する。

特開平１１−２４２２２５号公報 特開２００２−３５７８３０号公報 特開２００３−１７７４１８号公報 特開２００６−７８９６８号公報 国際公開第２００６／１３２３６９号

Ｋ． Ｈａｎａｏｋａ ｅｔ ａｌ． "Ａ Ｎｅｗ ＭＶＡ−ＬＣＤ ｂｙ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"， ＳＩＤ’０４ ＤＩＧＥＳＴ１２００−１２０３（２００４）

しかしながら、特許文献５に記載されているように、暗線を遮光すると、表示品位は向上させることができるものの、画素の透過率（輝度）が低下する。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、４分割構造を有するＶＡモードの液晶表示装置の透過率を向上させることにある。

本発明の液晶表示装置は、偏光軸が互いに直交するように配置された２つの偏光板と、複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれは、誘電異方性が負のネマチック液晶材料を含む液晶層と、第１電極と、前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極と、前記第１電極と前記液晶層との間および前記第２電極と前記液晶層との間に設けられた一対の垂直配向膜とを有し、前記第１電極は、幹部と、前記幹部に接続された複数の枝部とを有し、前記複数の枝部は、第１方位に延びる複数の第１枝部がストライプ状に配列された第１群と、第２方位に延びる複数の第２枝部がストライプ状に配列された第２群と、第３方位に延びる複数の第３枝部がストライプ状に配列された第３群と、第４方位に延びる複数の第４枝部がストライプ状に配列された第４群とを含み、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位は、任意の２つの方位の差が９０°の整数倍に略等しく、且つ、前記２つの偏光板の偏光軸と略４５°の角をなし、前記液晶層に電圧を印加しないとき、前記一対の垂直配向膜の近傍の液晶分子のプレチルト方位は、それぞれ前記一対の垂直配向膜によって規定される。なお、ＶＡ型液晶表示装置における液晶分子のプレチルト角は、基板表面に対して、８５°以上９０°未満である。

ある実施形態において、前記液晶層に電圧を印加したとき、前記液晶層の厚さ方向の中心付近の前記液晶分子のチルト方位は、前記複数の枝部の対応する枝部の延びる方位と反平行である。

ある実施形態において、前記第１電極の前記幹部は、前記２つの偏光板の前記偏光軸と重なる十字形状を有している。

ある実施形態において、前記第１電極は略矩形の中央部を更に有する。

ある実施形態において、前記一対の垂直配向膜によって規定されている、前記液晶分子の前記プレチルト方位は、前記複数の枝部の対応する枝部と略４５°の角をなす。

ある実施形態において、前記一対の垂直配向膜によって規定されている、前記液晶分子の前記プレチルト方位は、前記複数の枝部の対応する枝部の延びる方位と反平行である。

ある実施形態において、前記一対の垂直配向膜は一対の光配向膜である。

本発明によると、４分割構造を有するＶＡモードの液晶表示装置の透過率を向上させることができる。さらに、枝部上および枝部間のＶＴ特性（電圧−透過率特性）が異なることによって階調視角特性が改善する効果がある。

（ａ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置１００Ａが有する画素電極２０Ａ１ａの構造を示す模式的な平面図であり、（ｂ）は、本発明による実施形態の他の液晶表示装置１００Ｂが有する画素電極２０Ａ１ｂの構造を示す模式的な平面図である。 液晶表示装置１００Ａの図１（ａ）のＩ−Ｉ’線に沿った模式的な断面図である。 （ａ）は、液晶表示装置１００Ａの液晶層に白電圧（６Ｖ）を印加したときの画素の透過率分布のシミュレーション結果を示す図であり、（ｂ）は、液晶表示装置１００Ａの画素の枝部上と枝部間のＶＴ特性を示したグラフである。 液晶表示装置１００Ｂの液晶層に白電圧（６Ｖ）を印加したときの画素の透過率分布のシミュレーション結果を示す図である。 液晶表示装置１００Ｃの画素の４分割構造における液晶分子の配向方向を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの画素の４分割構造を得るための配向処理方法を説明するための模式的な斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの画素の４分割構造を得るための配向処理方法を説明するための模式的な斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は、液晶表示装置１００Ｃの画素の４分割構造を得るための配向処理方法を説明するための模式的な斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は、液晶表示装置１００Ｃの画素の４分割構造を得るための配向処理方法を説明するための模式的な斜視図である。 特許文献５に記載されている４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置２００の画素内の１つのドメインに対応する部分の模式的な断面図である。 特許文献５に記載されている４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置２００Ａの４分割構造を説明するための図であり、（ａ）は、液晶層に白電圧（６Ｖ）を印加したときの画素の透過率分布のシミュレーション結果を示す図であり、（ｂ）は、液晶分子３０ａの配向方向を示す図である。 特許文献５に記載されている４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置２００Ｂの４分割構造を説明するための図であり、（ａ）は、液晶層に白電圧（６Ｖ）を印加したときの画素の透過率分布のシミュレーション結果を示す図であり、（ｂ）は、液晶分子３０ａの配向方向を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による実施形態の４分割構造を有するＶＡモードの液晶表示装置およびその製造方法を説明するが、本発明は例示する実施形態に限定されない。

まず、図１０〜図１２を参照して、特許文献５に記載されている４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置の構成および暗線（画素電極のエッジに沿って形成される暗線およびドメインの境界に沿って形成される暗線を含む）について説明する。

図１０は、特許文献５に記載されている４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置２００の画素内の１つのドメインに対応する部分の模式的な断面図である。

図１０に示すように、液晶表示装置２００は、第１基板１１Ａ１（例えばＴＦＴ基板）および第２基板１１Ａ２（例えば対向電極基板）と、第１基板１１Ａ１および第２基板１１Ａ２の液晶層３０側に設けられた垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２とを有している。液晶層３０は、誘電異方性が負のネマチック液晶材料を含む。垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２の基板１１Ａ１、１１Ａ２側には、それぞれ不図示の第１電極（例えば画素電極）および第２電極（例えば対向電極）を有している。ここで、第１電極および第２電極は、スリットや切欠き部を有しない、一般的な電極である。また、第１基板１１Ａ１および第２基板１１Ａ２の外側には一対の偏光板（不図示）が、偏光軸が互いに直交するように配置されている。

図１０には、垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２に活性エネルギー線（例えば紫外線）Ｅ１、Ｅ２を照射したときの、液晶分子３０ａのプレチルト方位ＥＬ１、ＥＬ２および液晶分子３０ａ、３０ａ１、３０ａ２、３０ａ３のプレチルト方位との関係を示している。

ここで、液晶分子３０ａのプレチルト方位は、コーン３０ａ１、３０ａ３およびピン３０ａ２で表している。実線で示したコーン３０ａ１は、液晶層３０内の第２基板１１Ａ２に近い側（観察者側）に存在する液晶分子３０ａのプレチルト方位を示しており、破線で示したコーン３０ａ３は、液晶層３０内の第１基板１１Ａ１に近い側（バックライト側）に存在する液晶分子３０ａのプレチルト方位を示している。２つのコーン３０ａ１および３０ａ３は、底面の面積が広い方が観察者側に近いことを示している。また、ピン３０ａ２は、液晶層３０の厚さ方向の中心付近の液晶分子３０ａのプレチルト方位を示しており、ピン３０ａ２のお尻（面積の広い方）が、観察者側に近いことを示している。液晶層３０に電圧を印加していない（または印加電圧がしきい値未満）のとき、液晶分子３０ａは、垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２の表面に対して８５°以上９０°未満（例えば８８°）のプレチルト角をなして配向する。

液晶表示装置２００は、ＲＴＮモードであり、垂直配向膜２１Ａ１によって規定されるプレチルト方位ＥＬ１と垂直配向膜２１Ａ２によって規定されるプレチルト方位ＥＬ２とは互いに直交している。従って、垂直配向膜２１Ａ１の近傍のコーン３０ａ３のプレチルト方位は垂直配向膜２１Ａ２の近傍のコーン３０ａ１のプレチルト方位とは互いに直交する。液晶層３０の厚さ方向の中央付近の液晶分子３０ａのプレチルト方位は、プレチルト方位ＥＬ１とプレチルト方位ＥＬ２とを２等分する方位になる。従って、液晶層３０にしきい値以上の電圧を印加すると、９０°ツイスト配向となる。図１０は断面図であるので、方位を表現できていない点に留意されたい。液晶分子の方位は、図１１および図１２を参照して後述する。

垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２が、その近傍の液晶分子３０ａのプレチルト方位を規定している。垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２として、例えば、活性エネルギー線（例えば紫外線）を照射すると化学結合が生じるタイプの垂直配向膜、例えば特許文献５に記載の４−カルコン基、４’−カルコン基、クマリン基、及び、シンナモイル基からなる群より選ばれる少なくとも１つの感光性基を含む光配向膜を用いると、図１０に矢印Ｅ１、Ｅ２で示す方向から紫外線を照射することによって、照射方向に応じたプレチルト方位を規定するような配向規制力を、光配向膜に発現させることができる。

もちろん、垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２の光配向処理は、液晶表示装置を組み立てる前の段階で行われる。例えば、ガラス基板上に、公知の方法（例えば、スピンコート法、スリットコート法、印刷法、インクジェット法）を用いて、光配向膜材料を付与した後、所定の方向から紫外線を照射することによって、垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２を得ることができる。光配向膜として、他の種類のものを用いても良いし、ラビング処理によってプレチルト方位を規定するようにしてもよい。

次に、図１１および図１２を参照して、４分割構造を有する画素における液晶分子の配向方向を説明する。図１１および図１２は、特許文献５に記載されている４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置の４分割構造を説明するための図であり、図１１（ａ）および図１２（ａ）は、液晶層に白電圧（６Ｖ）を印加したときの画素の透過率分布のシミュレーション結果を示す図であり、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）は、液晶分子３０ａの配向方向を示す図である。図１１（ｂ）および図１２（ｂ）は、いずれも、液晶表示装置の観察者側から見たときの配向方向を示している。

まず、図１１に示す液晶表示装置２００Ａの画素の４分割構造を説明する。図１１（ｂ）に示す液晶分子の配向は以下のようにして得ることができる。

第１基板１１Ａ１上の垂直配向膜２１Ａ１の画素に対応する領域を左右に２分割して、例えば紫外線を、右側の領域には図１１中の下側から照射し、左側の領域には図１１中の上側から照射する。そうすると、コーン３０ａ３で示したように液晶分子をプレチルトさせる配向規制力を垂直配向膜２１Ａ１に与えることができる。一方、第２基板１１Ａ２上の垂直配向膜２１Ａ２の画素に対応する領域を上下に２分割して、例えば紫外線を、上側の領域には図１１中の右側から照射し、下側の領域には図１１中の左側から照射する。そうすると、コーン３０ａ１で示したように液晶分子をプレチルトさせる配向規制力を垂直配向膜２１Ａ２に与えることができる。液晶層（例えば厚さ３μｍ）の厚さ方向の中央付近の液晶分子は、ピン３０ａ２で示すように、コーン３０ａ１とコーン３０ａ３とを２等分する方向に配向する。すなわち、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２によって規定されている液晶分子のプレチルト方位は、ピン３０ａ２で示される液晶層（例えば厚さ３μｍ）の厚さ方向の中央付近の液晶分子のチルト方位と略４５°をなす。

図１１に示す４分割構造においては、２×２のマトリクスに配列された４つのドメインＡ、Ｂ、ＣおよびＤの各ドメインの液晶分子の配向方位（ドメインの配向は、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子の配向方位で代表される。）が、反時計回りにピンのお尻と先とが交互に現れるように、配列されている。ドメインＡ、Ｂ、ＣおよびＤの液晶分子の配向方位は、Ａ：３１５°、Ｂ：４５°、Ｃ：１３５°およびＤ：２２５°である。もちろん、図１１に示される配置と鏡映対称な配置は、図１１の配置と等価である。

液晶表示装置２００Ａの画素は、白表示状態（液晶層に６Ｖ印加したとき）には、図１１（ａ）に示すような、卍状の暗線が形成される。暗線の幅は、後に示す実施形態の液晶表示装置１００Ａ、１００Ｂとの比較で明らかになるように、太い。その結果、画素の透過率は、約２１％と低い。これは、４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置においては、液晶分子のプレチルト角（基板面から成す角で定義する）が９０°に近く（例えば約８８．０°）、方位角方向の配向規制力が弱いので、液晶分子の方位角方向の配向が乱れる結果、暗線が太くなると考えられる。

次に、図１２に示す液晶表示装置２００Ｂの画素の４分割構造を説明する。図１２（ｂ）に示す液晶分子の配向は以下のようにして得ることができる。

第１基板１１Ａ１上の垂直配向膜２１Ａ１の画素に対応する領域を上下に２分割して、例えば紫外線を、上側の領域には図１２中の下側から照射し、下側の領域には図１２中の上側から照射する。そうすると、コーン３０ａ３で示したように液晶分子をプレチルトさせる配向規制力を垂直配向膜２１Ａ１に与えることができる。一方、第２基板１１Ａ２上の垂直配向膜２１Ａ２の画素に対応する領域を左右に２分割して、例えば紫外線を、左側の領域には図１２中の右側から照射し、右側の領域には図１２中の左側から照射する。そうすると、コーン３０ａ１で示したように液晶分子をプレチルトさせる配向規制力を垂直配向膜２１Ａ２に与えることができる。液晶層（例えば厚さ３μｍ）の厚さ方向の中央付近の液晶分子は、ピン３０ａ２で示すように、コーン３０ａ１とコーン３０ａ３とを２等分する方向に配向する。図１２に示す４分割構造においては、２×２のマトリクスに配列された４つのドメインＡ、Ｂ、ＣおよびＤの液晶分子の配向方位は、Ａ：２２５°、Ｂ：３１５°、Ｃ：４５°およびＤ：１３５°である。もちろん、図１２に示される配置と鏡映対称な配置は、図１２の配置と等価である。

液晶表示装置２００Ｂの画素は、白表示状態（液晶層に６Ｖ印加したとき）には、図１２（ａ）に示すような、十字状の暗線が形成される。暗線の幅は、後に示す実施形態の液晶表示装置１００Ａとの比較で明らかになるように、太い。その結果、画素の透過率は、約２６％と低い。これは、液晶表示装置２００Ａと同様に、４Ｄ−ＲＴＮモードの液晶表示装置においては、液晶分子のプレチルト角（基板面から成す角で定義する）が９０°に近く（例えば約８８．０°）、方位角方向の配向規制力が弱いので、液晶分子の方位角方向の配向が乱れる結果、暗線が太くなると考えられる。

次に、図１〜図５を参照して、本発明による実施形態の液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの構造を説明する。

液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂは、行および列を有するマトリクス状に配列された複数の画素を有している。図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの１画素の構造を示す模式的な平面図である。図２は、液晶表示装置１００Ａの図１（ａ）中のＩ−Ｉ’線に沿った断面構造を模式的に示す図であり、電圧無印加時の液晶分子の配向状態を併せて示している。なお、液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂも、液晶表示装置２００Ａ、２００Ｂと同様に、偏光軸が互いに直交するように配置された２つの偏光板を有しているが、図示を省略する。

液晶表示装置１００Ａは、図２に示すように、第１基板１１Ａ１と、第２基板１１Ａ２と、第１基板１１Ａ１と第２基板１１Ａ２との間に設けられた、誘電異方性が負のネマチック液晶材料を含む液晶層３０とを有している。第１基板１１Ａ１は例えばＴＦＴ基板であり、第２基板１１Ａ２は例えば対向電極基板である。第１基板１１Ａ１は、例えばガラス基板と、ガラス基板上に形成された第１電極（例えば画素電極）２０Ａ１と、第１電極２０Ａ１の液晶層側に形成された垂直配向膜２１Ａ１を有している。 第２基板１１Ａ２は例えばガラス基板と、ガラス基板上に形成された第２電極２０Ａ２（例えば対向電極）と、第２電極２０Ａ２の液晶層３０側に形成された垂直配向膜２１Ａ２を有している。第２電極（例えば対向電極）は、複数の第１電極２０Ａ１（画素電極）に対して共通に設けられており、典型的には第２基板１１Ａ２の全面に形成されている。以下では、第１電極が画素電極で第２電極が対向電極の場合を説明する。

なお、図示を省略するが、第１基板１１Ａ１は、ゲートバスライン、ソースバスラインおよびＴＦＴを更に有する。画素電極２０Ａ１は、ＴＦＴのドレインを介して、ソースバスラインに接続されており、ＴＦＴはそのゲートが接続されているゲートバスラインから供給されるゲート信号によって、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。

また、図１（ａ）に示すように、液晶表示装置１００Ａが有する画素電極２０Ａ１ａは、幹部１０ｔ１と、幹部１０ｔ１に接続された複数の枝部１０ｂ１とを有している。複数の枝部１０ｂ１は、第１方位に延びる複数の第１枝部がストライプ状に配列された第１群と、第２方位に延びる複数の第２枝部がストライプ状に配列された第２群と、第３方位に延びる複数の第３枝部がストライプ状に配列された第３群と、第４方位に延びる複数の第４枝部がストライプ状に配列された第４群とを含む。第１方位、第２方位、第３方位および第４方位は、任意の２つの方位の差が９０°の整数倍に略等しい。枝部が延びる方位とは、幹部から枝部の先端に向かう方位を言い、ここでは、第１方位は４５°、第２方位は１３５°、第３方位は２２５°、第４方位は３１５°である。

幹部１０ｔ１の幅ＷＬｔ１は例えば２〜２０μｍであり、長さＬｔ１は例えば２０〜２００μｍである。複数の枝部１０ｂ１のそれぞれの幅ＷＬｂ１は例えば２〜１０μｍであり、隣接する枝部の間隙（スリット）の幅ＷＳｂ１は例えば２〜１０μｍである。また、枝部１０ｂ１の長さＬｂ１は例えば２〜２００μｍである。画素電極２０Ａ１ａと対向電極２０Ａ２との間に電圧を印加すると、画素電極２０Ａ１ａは、隣接する枝部１０ｔ１の間に位置する液晶分子３０ａ２を、枝部１０ｔ１が延びる方位（幹部から画素の周辺に向かう）に反平行に（画素の周辺から中心に向かうように）配向させるような斜め電界を生成する。

液晶表示装置１００Ａは、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２を有しており、液晶層３０に電圧を印加しないとき、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２の近傍の液晶分子のプレチルト方位は、それぞれ垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２によって規定されている。

液晶表示装置１００Ａは、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２を配向処理、例えば、上述の特許文献５に記載されているように、光配向処理することによって、例えば、図１２（ｂ）に示すように配向分割され得る。図１２（ｂ）に示す４分割構造では、４つのドメインＡ〜Ｄの液晶分子の配向方位（ピン３０ａ２で表される液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子の配向方位、ディレクタの方位）はＡ：２２５°、Ｂ：３１５°、Ｃ：４５°およびＤ：１３５°である。すなわち、液晶表示装置１００Ａの液晶層３０の厚さ方向の中央付近の液晶分子は、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２によって、画素の周辺から画素の中心に向かうようにプレチルト方位が規定されている。垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２によって規定されるプレチルト方位は、上述の画素電極２０Ａ１ａによって生成される斜め電界の方向と整合している。なお、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２によって規定されている垂直配向膜の表面近傍の液晶分子のプレチルト方位は、対応する枝部１０ｂ１と略４５°をなしているので、液晶層３０に電圧を印加すると、液晶層は９０°ツイスト配向をとる。

図３（ａ）に、液晶表示装置１００Ａの液晶層（厚さ３μｍ）に白電圧（６Ｖ）を印加したときの画素の透過率分布のシミュレーション結果を示す。液晶表示装置１００Ａは、図１（ａ）に示した画素電極２０Ａ１ａと、図１２（ｂ）に示した４分割構造が得られるように配向処理された垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２を有している。但し、幹部１０ｔ１の幅ＷＬｔ１は３μｍ、長さＬｔ１は４５μｍ、枝部１０ｂ１の幅ＷＬｂ１は３μｍ、幅ＷＳｂ１は３μｍ、長さＬｂ１は３〜２７μｍとした。

図３（ａ）から分かるように、図１１（ａ）において見られた画素電極のエッジ近傍の暗線は形成されず、画素の中央部の十字状の暗線だけが形成されている。また、図３（ａ）の十字状の暗線の幅は図１１（ａ）や図１２（ａ）の十字状の暗線の幅よりも小さい。その結果、画素の透過率は約２７％と改善された。これは、画素電極２０Ａ１ａが形成する斜め電界によって液晶分子の方位が規制される結果、液晶分子の方位角方向の配向の乱れが抑制されるためである。

さらに、図３（ｂ）から分かるように、枝部上と枝部間のＶＴ（電圧−透過率）特性が異なっている。１画素に異なるＶＴ特性が存在することから、画素全体の階調視角特性が改善される。枝部上は電極が存在するため、平均的に強い電界が印加されることからＶＴ特性は低電圧側にシフトする。枝部間は電極が存在しないことから、印加される電界が弱くなる。したがって、液晶に印加される電界が弱くなり、ＶＴ特性は高電圧側にシフトする。

液晶表示装置１００Ｂは、図１（ｂ）に示すように、画素電極（例えば画素電極）２０Ａ１ｂが、略矩形（正方形を含む）の中央部１０ｃを更に有する。中央部１０ｃの形状は、これに限られず、多角形や円形などに適宜改変され得る。

画素電極２０Ａ１ｂは、中央部１０ｃから延びる幹部１０ｔ２と、中央部１０ｃおよび幹部１０ｔ２から１つの方位に互いに平行に延びる複数の枝部１０ｂ２とを有している。中央部１０ｃの幅ＷＬｃ２は例えば２０〜２００μｍである。また、中央部１０ｃの長さＬｃ２は例えば２０〜２００μｍである。幹部１０ｔ２の幅ＷＬｔ２は例えば２〜２０μｍであり、長さＬｔ２は例えば５〜２００μｍである。複数の枝部１０ｂ２のそれぞれの幅ＷＬｂ２は例えば２〜１０μｍであり、隣接する枝部の間隙（スリット）の幅ＷＳｂ２は例えば２〜１０μｍである。また、枝部１０ｂ２の長さＬｂ２は例えば３〜２００μｍである。画素電極２０Ａ１ｂと対向電極２０Ａ２との間に電圧を印加すると、画素電極２０Ａ１ｂは、隣接する枝部１０ｂ２の間に位置する液晶分子３０ａ２を枝部１０ｂ２が延びる方位（画素の中心から周辺に向かう）と反平行に配向させるような斜め電界を生成する。なお、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２によって規定されている垂直配向膜の表面近傍の液晶分子のプレチルト方位は、対応する枝部と略４５°をなしているので、液晶層３０に電圧を印加すると、液晶層は９０°ツイスト配向をとる。

図４に、液晶表示装置１００Ｂの液晶層（厚さ３μｍ）に白電圧（６Ｖ）を印加したときの画素の透過率分布のシミュレーション結果を示す。液晶表示装置１００Ｂは、図１（ｂ）に示した画素電極２０Ａ１ｂと、図１２（ｂ）に示した４分割構造が得られるように配向処理された垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａを有している。但し、中央部１０ｃの幅ＷＬｃ２は４５μｍ、長さＬｃ２は４５μｍ、幹部１０ｔ２の幅ＷＬｔ２は３μｍ、長さＬｔ２は１１．５μｍ、枝部１０ｂ２の幅ＷＬｂ２は３μｍ、幅ＷＳｂ２は３μｍ、長さＬｂ２は３〜１６μｍとした。

図４から分かるように、図１１（ａ）において見られた画素電極のエッジ近傍の暗線は形成されず、画素の中央部の十字状の暗線だけが形成されている。また、図４の十字状の暗線の幅は図１１（ａ）や図１２（ｂ）の十字状の暗線の幅よりも小さい。その結果、画素の透過率は約２６％と改善された。これは、画素電極２０Ａ１ｂが形成する斜め電界によって液晶分子の方位が規制される結果、液晶分子の方位角方向の配向の乱れが抑制されるためである。

なお、液晶表示装置１００Ｂの画素電極２０Ａ１ｂは中央部１０ｃ（画素電極の約５０％の面積を占める）を有するので、枝部１０ｂ２の占める割合が、液晶表示装置１００Ａの画素電極２０Ａ１ａより小さい。その結果、液晶分子の方位角方向の配向乱れを抑制する効果が小さいと考えられる。但し、中央部１０ｃを設けると、製造ばらつきを低減できるという利点が得られる。

なお、液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂにおいては、上述したように、一対の垂直配向膜２１Ａ１、２１Ａ２によって規定されている液晶分子のプレチルト方位は、対応する枝部と略４５°を成しており、電圧印加時に液晶層が９０°ツイスト配向をとるように構成されている。本発明による実施形態の液晶表示装置はこれに限られない。

例えば、図５に示すような４分割構造と、図１（ａ）および（ｂ）に示したストライプ状の枝部を有する画素電極とを組み合わせて用いることができる。

図５に示すように、４つのドメインＡ、Ｂ、ＣおよびＤの液晶分子の配向方位は、Ａ：２２５°、Ｂ：３１５°、Ｃ：４５°およびＤ：１３５°である。また、垂直配向膜２１Ａ１によって規制されている液晶分子３０ａ３の配向方位および垂直配向膜２１Ａ２によって規制されている液晶分子３０ａ１の配向方位は、対応する枝部の延びる方位と反平行である。即ち、垂直配向膜２１Ａ１および２１Ａ２によって規定される、垂直配向膜の近傍の液晶分子も、画素電極２０Ａ１ａ、２０Ａ１ｂの枝部が延びる方位と反平行な方位に配向規制されている。従って、液晶層３０に電圧を印加しても、液晶層３０はツイスト配向をとることはなく、方位を一定に保ったままで、チルト角だけが変化する（倒れる）。

但し、図５の４分割構造を得るためには、各垂直配向膜を４分割して配向処理する必要がある。すなわち、図１１（ｂ）および図１２（ａ）に示した４分割構造は、各垂直配向膜を２分割して配向処理するだけで得られたのに対し、配向処理の工程が増えるというデメリットがある。

図６および図７を参照して、液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの４分割構造を得るための配向処理方法を説明する。ここでは、垂直配向膜として光配向膜を用いて、光配向処理を行う例を説明するが、マスクラビング法を用いてもよい。

まず、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、垂直配向膜２１Ａ１が付与された第１基板１１Ａ１および垂直配向膜２１Ａ２が付与された第２基板１１Ａ２を用意する。第１基板１１Ａ１には例えば画素電極やＴＦＴ等が形成されており、第２基板１１Ａ２には例えばカラーフィルタや対向電極が形成されている（いずれも不図示）。

次に、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１基板１１Ａ１の画素に対応する領域を上下２分割して、紫外線Ｅ３、Ｅ４を垂直配向膜２１Ａ１に照射する。その結果、垂直配向膜２１Ａ１の対応する領域に、矢印ＥＬ３、ＥＬ４の方位に液晶分子をプレチルトさせる配向規制力が付与される。

また、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、第２基板１１Ａ２の画素に対応する領域を左右２分割して、紫外線Ｅ５、Ｅ６を垂直配向膜２１Ａ２に照射する。その結果、垂直配向膜２１Ａ２の対応する領域に、矢印ＥＬ５、ＥＬ６の方位に液晶分子をプレチルトさせる配向規制力が付与される。

この後、矢印ＥＬ３、ＥＬ４および矢印ＥＬ５、ＥＬ６で示される配向規制力の方向が、図１２（ｂ）に示す配向方向となるように、第１基板１１Ａ１と第２基板１１Ａ２とを貼り合わせることによって、液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの４分割構造を得ることができる。

次に、図８および図９を参照して、図５に示した液晶表示装置１００Ｃの４分割構造を得るための配向処理方法を説明する。

まず、図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、垂直配向膜２１Ａ１が付与された第１基板１１Ａ１および垂直配向膜２１Ａ２が付与された第２基板１１Ａ２を用意する。第１基板１１Ａ１には例えば画素電極やＴＦＴ等が形成されており、第２基板１１Ａ２には例えばカラーフィルタや対向電極が形成されている（いずれも不図示）。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１基板１１Ａ１の画素に対応する領域を４分割して、所定の領域に紫外線Ｅ７を垂直配向膜２１Ａ１に照射する。その結果、垂直配向膜２１Ａ１の対応する領域に、矢印ＥＬ７の方位に液晶分子をプレチルトさせる配向規制力が付与される。同様に、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すように、第１基板１１Ａ１の所定の領域に紫外線Ｅ８〜１０を垂直配向膜２１Ａ１に照射する。その結果、垂直配向膜２１Ａ１の対応する領域に、矢印ＥＬ８〜１０の方位に液晶分子をプレチルトさせる配向規制力が付与される。

また、図９（ｂ）に示すように、第１基板１１Ａ２の画素に対応する領域を４分割して、所定の領域に紫外線Ｅ１１を垂直配向膜２１Ａ２に照射する。その結果、垂直配向膜２１Ａ２の対応する領域に、矢印ＥＬ１１の方位に液晶分子をプレチルトさせる配向規制力が付与される。同様に、図９（ｃ）〜（ｅ）に示すように、第２基板１１Ａ２の所定の領域に紫外線Ｅ１２〜１４を垂直配向膜２１Ａ２に照射する。その結果、垂直配向膜２１Ａ２の対応する領域に、矢印ＥＬ１２〜１４の方位に液晶分子をプレチルトさせる配向規制力が付与される。

この後、第１基板１１Ａ１と第２基板１１Ａ２とを貼り合わせることによって、図５に示した液晶表示装置１００Ｃの４分割構造を得ることができる。

上述したように液晶表示装置１００Ａおよび１００Ｂの４分割構造が、第１基板１１Ａ１および第２基板１１Ａ２に対して、それぞれ２回、配向処理することによって得られるのに対し、液晶表示装置１００Ｃの４分割構造は、第１基板１１Ａ１および第２基板１１Ａ２に対して、それぞれ４回、配向処理する必要がある。

なお、本発明による実施形態の液晶表示装置は、公知の製造プロセスを用いて製造できる。また、上述したように、ＰＳＡ技術を用いることなく、液晶分子の配向を安定化することができる。

本発明によると、４分割構造を有するＶＡモードの液晶表示装置の透過率を向上させることができる。もちろん、１つの画素が４分割構造を有していればよく、１つの画素を２つ以上の副画素に分割し、各副画素が４分割構造を有する液晶表示装置に適用することもできる。

本発明による液晶表示装置は、テレビジョン受像機などの高品位の表示が求められる用途に好適に用いられる。

１０ｂ１、１０ｂ２ 枝部
１０ｔ１、１０ｔ２ 幹部
１０ｃ 中央部
１１Ａ１、１１Ａ２ 基板
２０Ａ１、２０Ａ１ａ、２０Ａ１ｂ、２０Ａ２ 電極
２１Ａ１、２１Ａ２ 垂直配向膜
３０ 液晶層
３０ａ、３０ａ１、３０ａ２、３０ａ３ 液晶分子
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ 液晶表示装置
Ｅ１〜Ｅ１４ 活性エネルギー線（紫外線）
ＥＬ１〜ＥＬ１４ 配向方向

Claims (7)

1. 偏光軸が互いに直交するように配置された２つの偏光板と、複数の画素を有し、
   前記複数の画素のそれぞれは、
   誘電異方性が負のネマチック液晶材料を含む液晶層と、
   第１電極と、
   前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極と、
   前記第１電極と前記液晶層との間および前記第２電極と前記液晶層との間に設けられた一対の垂直配向膜と、を有し、
   前記第１電極は、幹部と、前記幹部に接続された複数の枝部とを有し、前記複数の枝部は、第１方位に延びる複数の第１枝部がストライプ状に配列された第１群と、第２方位に延びる複数の第２枝部がストライプ状に配列された第２群と、第３方位に延びる複数の第３枝部がストライプ状に配列された第３群と、第４方位に延びる複数の第４枝部がストライプ状に配列された第４群とを含み、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位は、任意の２つの方位の差が９０°の整数倍に略等しく、且つ、前記２つの偏光板の偏光軸と略４５°の角をなし、
   前記液晶層に電圧を印加しないとき、前記一対の垂直配向膜の近傍の液晶分子のプレチルト方位は、それぞれ前記一対の垂直配向膜によって規定されている、液晶表示装置。
2. 前記液晶層に電圧を印加したとき、前記液晶層の厚さ方向の中心付近の液晶分子のチルト方位は、前記複数の枝部の対応する枝部の延びる方位と反平行である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１電極の前記幹部は、前記２つの偏光板の前記偏光軸と重なる十字形状を有している、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１電極は略矩形の中央部を更に有する請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記一対の垂直配向膜によって規定されている、前記液晶分子の前記プレチルト方位は、前記複数の枝部の対応する枝部と略４５°の角をなす、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記一対の垂直配向膜によって規定されている、前記液晶分子の前記プレチルト方位は、前記複数の枝部の対応する枝部の延びる方位と反平行である、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記一対の垂直配向膜は一対の光配向膜である、請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。

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