JP2017191222A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な表示品位を可能とする液晶表示素子を提供する。
【解決手段】 電極を備える第１基板と、電極を備え、第１基板に対向して配置される第２基板と、第１基板と第２基板の間に配置される垂直配向液晶層とを有し、平面視において、第１基板の電極と第２基板の電極が重なる領域に画素が画定され、第１、第２基板の少なくとも一方は、垂直配向液晶層側に配向膜を備え、配向膜には、相対的にプレティルト角の高い領域が画素の中央部に配置され、相対的にプレティルト角の低い領域が画素の周辺部に配置されるように、配向処理が施されている垂直配向型液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図７−２

Description

本発明は、液晶表示素子に関する。

垂直配向型の液晶表示素子は、基板法線方向から観察したとき（正面観察時）の背景表示部（電圧無印加部）の光透過率が極めて低く、略クロスニコル配置された２枚の偏光板と同等の暗状態を実現可能である。また、負の二軸光学異方性を有する視角補償板等を用いることで、暗状態の視角特性を理想的に実現できる。このように優れた表示性能を有している。

図９は、垂直配向型液晶表示素子１０を示す概略的な断面図である。

垂直配向型液晶表示素子１０は、特定の間隔に離間して、略平行に対向配置された上側基板（コモン基板）１１、下側基板（セグメント基板）１２、及び両基板１１、１２間に配置された垂直配向液晶層１３を含んで構成される。

上側基板１１と下側基板１２は、平面視上（Ｚ軸正方向から見たとき）、枠状に配置されるメインシール部１４により接着される。垂直配向液晶層１３は、メインシール部１４の内側に配置される。

上側基板１１は、（ｉ）上側透明基板１１ａ、（ｉｉ）上側透明基板１１ａ上に形成された上側透明電極（コモン電極）１１ｂ、（ｉｉｉ）上側透明基板１１ａ上及び上側透明電極１１ｂ上に形成された上側絶縁膜１１ｃ、（ｉｖ）上側絶縁膜１１ｃ上に形成された上側垂直配向膜１１ｄを含む。同様に、下側基板１２は、（ｉ）下側透明基板１２ａ、（ｉｉ）下側透明基板１２ａ上に形成された下側透明電極（セグメント電極）１２ｂ、（ｉｉｉ）下側透明基板１２ａ上及び下側透明電極１２ｂ上に形成された下側絶縁膜１２ｃ、（ｉｖ）下側絶縁膜１２ｃ上に形成された下側垂直配向膜１２ｄを含む。

上側透明基板１１ａ及び下側透明基板１２ａは、たとえばガラス基板である。上側透明電極１１ｂ及び下側透明電極１２ｂは、たとえばＩＴＯ(indium tin oxide)等の透明導電材料で形成される。

両電極１１ｂ、１２ｂは、垂直配向液晶層１３を挟んで、平面視上、互いに重なり合い、重なり合った領域に表示部（画素）を画定する。上側及び下側透明電極１１ｂ、１２ｂは、たとえば特定の図柄、数字などを表示するセグメント表示部（画素）、またはドットマトリクス状の複数の矩形表示部（画素）を実現するようにパターン形成されている。

垂直配向液晶層１３は、誘電率異方性が負の液晶材料を含んで構成される。垂直配向液晶層１３内にはスペーサ１３ｓが分散配置される。

下側基板１２の端部は、上側基板１１よりも外側に張り出しており、張り出した領域に外部取り出し端子部１５が画定される。外部取り出し端子部１５には、外部取り出し電極１５ｂが配置される。外部取り出し電極１５ｂは、下側透明電極１２ｂと電気的に接続されている。

上側基板１１の垂直配向液晶層１３と反対側の面には、上側偏光板１７が配置される。下側基板１２の垂直配向液晶層１３と反対側の面には、視角補償板１６及び下側偏光板１８がこの順に配置される。視角補償板１６及び偏光板１７、１８は、粘着剤により基板１１、１２に固着される。上側及び下側偏光板１７、１８は、たとえばクロスニコルに配置される。視角補償板１６は、たとえば斜め観察時における垂直配向液晶層１３の位相差のずれを光学的に補償することにより、視角特性を改善する機能を有する。

図１０は、垂直配向型液晶表示装置２０を示す概略的な断面図である。

垂直配向型液晶表示装置２０は、垂直配向型液晶表示素子１０、駆動回路２１、バックライトユニット２２、及び、筐体（ハウジング、カバー等）２３を含んで構成される。

駆動回路２１は、たとえば垂直配向型液晶表示素子１０の外部取り出し電極１５ｂに電気的に接続され、垂直配向型液晶表示素子１０の電極１１ｂ、１２ｂ間に電圧を印加して液晶表示素子１０を駆動する。

バックライトユニット２２は、たとえば白色光を出射するＬＥＤ光源（バックライト）、導光板、拡散板、輝度向上フィルム等を含み、垂直配向型液晶表示素子１０の下側偏光板１８の下側（Ｚ軸負方向側）に配置される。

垂直配向型液晶表示素子１０、駆動回路２１、及び、バックライトユニット２２は、筐体２３内の所定位置に固定され、一体化される。

なお、駆動回路２１は、筐体２３の外部に配置してもよい。

図９に示す垂直配向型液晶表示素子１０は、たとえばモノドメイン垂直配向型液晶表示素子である。モノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０においては、たとえば配向膜１１ｄ、１２ｄは、それぞれ一方向に、一例としてアンチパラレルに、配向処理（ラビング処理）され、電極１１ｂ、１２ｂ間に電圧が印加されていないときに、液晶層１３の液晶分子が一方向に配向する。

モノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０では、明表示状態の表示部（画素）内の一部に暗領域が生じ、表示むらが観察される場合がある。

図１１Ａは、セグメント表示型に構成されたモノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０を、１／８ｄｕｔｙ、１／４ｂｉａｓのマルチプレックス駆動で動作させたときの明表示部を示す外観写真である。明表示状態にある２つの略二等辺三角形状（厳密には等脚台形状）の表示部の、楕円で囲った部分に暗領域が発生し、表示むらが観察される。

図１１Ｂは、モノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０を、ドットマトリクス表示型に構成したときの１画素における明表示状態を示す外観写真である。画素の上辺と左右辺の周辺領域及び中央領域（楕円で囲った部分）に暗領域が発生し、表示むらが観察される。

暗領域の発生は、表示部の輪郭部分における斜め電界（電極１１ｂ、１２ｂ間に電圧を印加した際に生じる斜め電界）に起因すると考えられる。具体的には、垂直配向液晶層１３の液晶分子が、斜め電界により、配向膜１１ｄ、１２ｄによって規定される配向方位とは異なる方位に配向するために、暗領域が発生すると考えられる。

図１２Ａ、図１２Ｂは、それぞれ、図１１Ａに示した表示部を実現する上側透明電極（コモン電極）１１ｂ、下側透明電極（セグメント電極）１２ｂの一部を示す概略的な平面図である。１２時方位が、図９におけるＸ軸正方向、９時方位がＹ軸正方向に対応する。

図１２Ｃに、両電極１１ｂ、１２ｂの重なり部分（２つの略二等辺三角形状（厳密には等脚台形状）の表示部）を実線で示す。図１１Ａに示す表示部を実現するモノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０においては、たとえば上側基板１１（上側垂直配向膜１１ｄ）は、６時方位にラビング処理が施され、下側基板１２（下側垂直配向膜１２ｄ）は、１２時方位にラビング処理が施される。このとき、垂直配向液晶層１３の厚さ方向（Ｚ軸方向）における中央に位置する液晶分子（液晶層１３中央分子）の配向方位（電圧無印加時に、配向膜１１ｄ、１２ｄによって規定される配向方位）は１２時方位となる。

本図には、垂直配向型液晶表示素子１０を平面視したときの斜め電界（表示部の輪郭部分において、上側透明電極１１ｂから下側透明電極１２ｂに向かって生じる斜め電界）の向きを矢印で示した。

本図と図１１Ａを比較参照すると、暗領域は、液晶層１３中央分子配向方位（１２時方位）と、平面視における斜め電界の方向が反対となる、すなわち斜め電界の方向が６時方位となる輪郭部分で発生していることがわかる。

図１３Ａ、図１３Ｂは、それぞれ、図１１Ｂに示した表示部を実現する上側透明電極（コモン電極）１１ｂ、下側透明電極（セグメント電極）１２ｂの一部を示す概略的な平面図である。１２時方位が、図９におけるＸ軸正方向、９時方位がＹ軸正方向に対応する。

上側透明電極１１ｂは、３時−９時方位に延在する複数の短冊状電極であり、下側透明電極１２ｂは、１２時−６時方位に延在する複数の短冊状電極である。両電極１１ｂ、１２ｂは、平面視上、互いに直交して配置され、重なり合う（交差する）部分に矩形状の画素を画定する。

図１３Ｃは、矩形状の１画素を示す概略的な平面図である。図１１Ｂに示す画素を実現するモノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０においては、たとえば上側基板１１（上側垂直配向膜１１ｄ）は、１２時方位にラビング処理が施され、下側基板１２（下側垂直配向膜１２ｄ）は、６時方位にラビング処理が施される。このとき、垂直配向液晶層１３の中央分子配向方位は６時方位となる。

本図には、垂直配向型液晶表示素子１０を平面視したときの斜め電界（画素の輪郭部分において、上側透明電極１１ｂから下側透明電極１２ｂに向かって生じる斜め電界）の向きを矢印で示した。

本図と図１１Ｂを比較参照すると、画素の上辺（液晶層１３中央分子配向方位と、平面視における斜め電界の方向が反対となる辺）の周辺領域に暗領域が観察され、画素の下辺（液晶層１３中央分子配向方位と、平面視における斜め電界の方向が等しい辺）の周辺領域には暗領域は観察されない。暗領域は、画素の左辺と右辺（液晶層１３中央分子配向方位と、平面視における斜め電界の方向が直交する辺）の周辺領域にも観察される。画素中央部の暗領域は、画素の周辺に発生した暗領域の影響により生じているものと推察される。

モノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０の駆動時に発生する表示むらに対し、特にマルチプレックス駆動時の駆動波形、フレーム周波数、及び、液晶表示素子の設計パラメータの関係を適切にすることにより、表示の均一化を実現する発明が知られている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載の発明は、本願発明者によってなされたものである。

図１４は、特許文献１の図５と同一図であり、各駆動波形（Ａ波形＝フレーム内反転駆動波形、Ｂ波形＝フレーム反転駆動波形、Ｃ波形＝Ｎライン反転駆動波形（Ｎ＝７）、及び、ＭＬＳ波形（Ｎ＝２））で安定表示を行うことができる条件をまとめたグラフを示す。たとえば液晶表示素子のプレティルト角設定に対し、１／１６ｄｕｔｙ、１／５ｂｉａｓ駆動時に、Ａ波形、Ｂ波形、及び、Ｃ波形で、表示均一性が実現される最小フレーム周波数がプロットされている。各駆動波形について示されたグラフ（境界線）上、及び、その上側が、暗領域の発生を抑制して良好な表示を行うことができる領域である。

グラフから、各駆動波形に共通して、良好な表示を行うためには、液晶表示素子のプレティルト角を９０°に近づけた場合、フレーム周波数を高く設定する必要があることがわかる。

モノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０において、表示容量が増加しても、良好な表示品位を維持するためには、液晶層１３のプレティルト角を９０°に近づけることが有効である。しかしながら、上述のように、プレティルト角を９０°に近づけた場合、良好な表示を行うためには、フレーム周波数を高く設定する必要があるため、駆動回路にかかる負荷が大きくなる。したがって、駆動回路の選択肢が狭まる懸念がある。

画素内における電気光学特性の急峻性を良好な状態に保持しつつ、フレーム周波数を低減可能な技術が求められる。

特許第５３２４７５４号公報

本発明の目的は、良好な表示品位を可能とする液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、電極を備える第１基板と、電極を備え、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に配置される垂直配向液晶層とを有し、平面視において、前記第１基板の電極と前記第２基板の電極が重なる領域に画素が画定され、前記第１、第２基板の少なくとも一方は、前記垂直配向液晶層側に配向膜を備え、前記配向膜には、相対的にプレティルト角の高い領域が前記画素の中央部に配置され、相対的にプレティルト角の低い領域が前記画素の周辺部に配置されるように、配向処理が施されている垂直配向型液晶表示素子が提供される。

本発明によれば、良好な表示品位を可能とする液晶表示素子を提供することができる。

図１Ａ、図１Ｂは、それぞれ、解析に用いた上側透明電極１１ｂ、下側透明電極１２ｂの電極構造の一部を示す概略的な平面図であり、図１Ｃは、３画素×３画素の領域を示す概略的な平面図である。 図２Ａは、プレティルト角を８９．９５°としたときの配向組織計算結果であり、図２Ｂは、垂直配向型液晶表示素子１０を平面視したときの斜め電界の向きを示す概略的な平面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、光透過率の分布を示すグラフであり、図３Ｃは、画素エッジからの距離Ｅ及び距離Ｇのプレティルト角依存性を示すグラフである。 図４は、本願発明者が考案した画素構造を示す概略的な平面図である。 図５Ａは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角を、８９°、８９．５°、８９．７°に設定した場合における、距離Ｅのオーバーラップ距離ｄ依存性を示すグラフであり、図５Ｂは、距離Ｅのプレティルト角依存性を示すグラフであり、図５Ｃ、図５Ｄは、それぞれ係数ａ、ｂの計算結果を示すグラフある。 図６Ａは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角を、８９°、８９．５°、８９．７°に設定した場合における、距離Ｇのオーバーラップ距離ｄ依存性を示すグラフであり、図６Ｂは、距離Ｇのプレティルト角依存性を示すグラフであり、図６Ｃ、図６Ｄは、それぞれ係数ａ、ｂの計算結果を示すグラフである。 図７Ａは、実施例による垂直配向型液晶表示素子１０を示す概略的な断面図であり、図７Ｂ、図７Ｃは、それぞれ、上側透明電極１１ｂ、下側透明電極１２ｂの電極構造の一部を示す概略的な平面図である。 図７Ｄは、３画素×３画素の領域を示す概略的な平面図であり、図７Ｅは、実施例による垂直配向型液晶表示素子１０を平面視したときの、１画素における斜め電界の向きを示す概略的な平面図であり、図７Ｆは、実施例による垂直配向型液晶表示素子１０を用いた垂直配向型液晶表示装置２０を示す概略的な断面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、変形例による垂直配向型液晶表示素子の画素構造を示す概略的な平面図である。 図９は、垂直配向型液晶表示素子１０を示す概略的な断面図である。 図１０は、垂直配向型液晶表示装置２０を示す概略的な断面図である。 図１１Ａは、セグメント表示型に構成されたモノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０を、１／８ｄｕｔｙ、１／４ｂｉａｓのマルチプレックス駆動で動作させたときの明表示部を示す外観写真であり、図１１Ｂは、モノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０を、ドットマトリクス表示型に構成したときの１画素における明表示状態を示す外観写真である。 図１２Ａ、図１２Ｂは、それぞれ、図１１Ａに示した表示部を実現する上側透明電極１１ｂ、下側透明電極１２ｂの一部を示す概略的な平面図であり、図１２Ｃは、両電極１１ｂ、１２ｂの重なり部分を示す概略的な平面図である。 図１３Ａ、図１３Ｂは、それぞれ、図１１Ｂに示した表示部を実現する上側透明電極１１ｂ、下側透明電極１２ｂの一部を示す概略的な平面図であり、図１３Ｃは、矩形状の１画素を示す概略的な平面図である。 図１４は、特許文献１の図５と同一図であり、各駆動波形で安定表示を行うことができる条件をまとめたグラフである。

本願発明者は、ドットマトリクス表示型のモノドメイン垂直配向型液晶表示素子１０（図９参照）の、マルチプレックス駆動時における、配向組織のプレティルト角依存性について３次元解析（シミュレーション）を行った。解析には、シンテック株式会社製の３次元解析ソフト ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ ８．７を用いた。

図１Ａ、図１Ｂは、それぞれ、解析に用いた上側透明電極（コモン電極）１１ｂ、下側透明電極（セグメント電極）１２ｂの電極構造の一部を示す概略的な平面図である。１２時方位が、図９におけるＸ軸正方向、９時方位がＹ軸正方向に対応する。

上側透明電極１１ｂは、３時−９時方位に延在する、幅１３６μｍの複数の短冊状電極であり、下側透明電極１２ｂは、１２時−６時方位に延在する、幅１３６μｍの複数の短冊状電極である。上側透明電極１１ｂにおいても、下側透明電極１２ｂにおいても、隣接する短冊状電極間の間隔は、２４μｍである。両電極１１ｂ、１２ｂは、平面視上、互いに直交して配置され、重なり合う（交差する）部分に矩形状（１辺が１３６μｍの正方形状）の画素を画定する。

図１Ｃは、３画素×３画素の領域を示す概略的な平面図である。各画素は、２４μｍの間隔を隔て、３時−９時方位、及び、１２時−６時方位に沿って、行列（マトリクス）状に配列する。

解析を行った範囲を一点鎖線で示す。解析は、１３６μｍ×１３６μｍの１画素を上下左右に等幅（１２μｍ）に囲む１６０μｍ×１６０μｍの範囲で行った。たとえば一点鎖線の内部における垂直配向液晶層１３の配向状態を計算し、平面視上の配向組織を再現した。

解析においては、上側基板１１（上側垂直配向膜１１ｄ）のラビング方向を１２時方位、下側基板１２（下側垂直配向膜１２ｄ）のラビング方向を６時方位とした。垂直配向液晶層１３の中央分子配向方位は６時方位となる。プレティルト角は、画素内を含む液晶表示素子１０の全域で等しいとした。

垂直配向液晶層１３の厚さは４μｍとし、屈折率異方性（複屈折率）Δｎが０．０９１４、誘電率異方性Δεが−５．１のネガ型液晶材料を用いる設定とした。

上側偏光板１７の吸収軸方位を４５°−２２５°方位、下側偏光板１８の吸収軸方位を１３５°−３１５°方位とした。

解析は、１６０μｍ×１６０μｍの領域を４０×４０メッシュに分割し、液晶層１３を厚さ方向に２０分割したモデルにより行った。上側、下側透明電極１１ｂ、１２ｂ間には４Ｖの電位差を与えるものとした。

８９°〜８９．９５°のプレティルト角の範囲で解析を行い、配向組織の安定状態等を算出した。

図２Ａに、プレティルト角を８９．９５°としたときの配向組織計算結果を示す。また、図２Ｂに、垂直配向型液晶表示素子１０を平面視したときの斜め電界（画素の輪郭部分において、上側透明電極１１ｂから下側透明電極１２ｂに向かって生じる斜め電界）の向きを矢印で示す。図２Ａ及び図２Ｂには、１６０μｍ×１６０μｍの正方形状解析範囲（図１Ｃ参照）の左下隅を０として、３時方位、１２時方位への距離（単位「μｍ」）を書き入れてある。

図２Ａに示すように、暗領域（暗線）は、正方形状の画素エッジのうちの３辺（上辺及び左右辺）の周辺に発生する。

暗領域は、電圧印加時に画素エッジ付近に発生する斜め電界の影響により、平面視上、液晶層１３の配向方向が回転するために発生する。特に暗い暗領域は、液晶分子が電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位に対して、４５°または１３５°回転した位置（液晶層１３の配向方向が偏光板１７、１８の吸収軸方位、すなわち略４５°−２２５°方位及び略１３５°−３１５°方位と略平行になる位置）に観察され、その中間領域においても暗状態が観察される傾向にある。

画素の上辺周辺においては、電圧印加時の斜め電界により、液晶層１３中央分子配向方位が画素中央から画素エッジ（画素上辺）に向かって略１８０°回転するため、暗領域（暗線）がＸ字状に２本認められる。また、画素上辺の周辺においては、画素の左側領域と右側領域とで、液晶分子の回転方向が逆になり、Ｘ字の交点となる位置にポイントディスクリネーションが形成される。ポイントディスクリネーションにおいては、電圧印加時に液晶分子が傾斜しない。

画素右辺及び左辺の周辺においては、電圧印加時の斜め電界により、液晶層１３中央分子配向方位が画素中央から画素エッジ（画素右辺または左辺）に向かって略９０°回転するため、１本の暗領域（暗線）が発生する。

画素の下辺では、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の液晶分子配向方位とが略一致しているため、暗領域は生じない。

図３Ａ及び図３Ｂは、光透過率の分布を示すグラフである。図３Ａは、図２Ａに示す解析範囲のＡ−Ｂ線（解析範囲の左端から４０μｍ離れた位置、すなわち画素左辺から２８μｍだけ画素中央寄りの位置）に沿う光透過率分布、図３Ｂは、図２Ａに示す解析範囲のＣ−Ｄ線（解析範囲の下端から４０μｍ離れた位置、すなわち画素下辺から２８μｍだけ画素中央寄りの位置）に沿う光透過率分布である。図３Ａの横軸は、解析範囲下端から１２時方位への距離を単位「μｍ」で示し、図３Ｂの横軸は、解析範囲左端から３時方位への距離を単位「μｍ」で示す。両図の縦軸は、２枚の偏光板（上側偏光板１７及び下側偏光板１８）を平行ニコルに重ねた場合の光透過率を１００％としたときの光透過率を、任意単位で表す。

図３Ａを参照する。画素上辺から、２本の暗領域（上辺周辺に発生する暗領域）を通過した後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離（１２時−６時方位に沿う距離）をＥと定義する。また、解析範囲上端から、当該位置までの距離（１２時−６時方位に沿う距離）をＦと定義する。Ｅ［μｍ］＝Ｆ［μｍ］−１２［μｍ］の関係がある。

図３Ｂを参照する。画素右辺から、暗領域（右辺周辺に発生する暗領域）を通過した後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離（３時−９時方位に沿う距離）をＧと定義する。また、解析範囲右端から、当該位置までの距離（３時−９時方位に沿う距離）をＨと定義する。Ｇ［μｍ］＝Ｈ［μｍ］−１２［μｍ］の関係がある。

図３Ｃは、画素エッジからの距離Ｅ及び距離Ｇのプレティルト角依存性を示すグラフである。グラフの横軸は、プレティルト角を単位「°」で示し、縦軸は、画素エッジからの距離Ｅ及び距離Ｇを、単位「μｍ」で示す。菱形のプロットは距離Ｅを表し、正方形のプロットは距離Ｇを表す。

プレティルト角が大きくなるにしたがって、距離Ｅ及び距離Ｇは、ともに増加する傾向があることがわかる。すなわち、画素の上辺及び左右辺（上側、右側、及び左側のエッジ）周辺における暗領域は、プレティルト角によりその発生位置や面積が異なり、プレティルト角が小さくなると、相対的に画素エッジから近い位置に、小面積で発生する傾向がある。

本図と図１４（表示均一性を実現可能な最低フレーム周波数のプレティルト角依存性を示すグラフ）をあわせて参照すると、距離Ｅ、Ｇの値が小さくなると、各駆動波形における最低フレーム周波数が低くなるという関係があることがわかる。すなわち、たとえ画素内のプレティルト角が９０°に近い場合でも、たとえば配向組織をプレティルト角が低い状態と同等にできれば、低いフレーム周波数で表示むらを抑制（表示均一性を実現）可能であると考えられる。

そこで本願発明者は、たとえば低フレーム周波数でも表示の均一性を実現可能な構造として、図４に示す画素構造を考案した。

図４に示す画素構造は、たとえば図９に示す垂直配向型液晶表示素子１０に、図１Ａ及び図１Ｂに示す電極構造を採用して得られる。ただし、これまでは図９に示す垂直配向型液晶表示素子１０を、「たとえばモノドメイン垂直配向型液晶表示素子」として、説明及び解析を行ったが、図４に示す画素構造をもつ垂直配向型液晶表示素子１０は、マルチドメイン垂直配向型液晶表示素子である。具体的には、たとえばここまで解析の対象とした画素（図１Ｃ参照）には、画素内全域に等しいプレティルト角が付与されているという設定を行ったが、図４に示す画素においては、画素内に、相対的にプレティルト角が高い（９０°に近い）領域（高プレティルト角領域３１）と相対的にプレティルト角が低い（９０°から遠い）領域（低プレティルト角領域３２）とが混在する。詳細には、図４に示す画素は、画素中央部に配置された高プレティルト角領域３１と、画素周辺部に配置された低プレティルト角領域３２を備える。

図４においては、画素のエッジを実線で表示した。画素内に示す点線の内側領域が高プレティルト角領域３１であり、その他の領域（斜線を付した領域）が低プレティルト角領域３２である。１画素内においては、低プレティルト角領域３２は、画素エッジから画素内部に向けて配置される。本図に示す例においては、正方形状の画素の４辺から、画素内部に向けて等しい距離ｄ（オーバーラップ距離ｄ）の領域に、低プレティルト角領域３２を配置した。高プレティルト角領域３１を、低プレティルト角領域３２が囲繞する構成である。なお、最も外側の一点鎖線は、図１Ｃの一点鎖線（解析範囲の輪郭）に対応する。

本願発明者は、図４に示す構造の画素についても、ＬＣＤ ＭＡＳＴＥＲ ８．７を用いて３次元解析を行った。解析を行うに当たっての条件設定は、プレティルト角の付与態様（画素内外の全領域で同一のプレティルト角を備える液晶表示素子ではなく、画素内に高プレティルト角領域３１と低プレティルト角領域３２とを有する液晶表示素子とする点）を除いて、図２Ａ及び図３Ａ〜図３Ｃの結果を得た解析と等しくした。なお、高プレティルト角領域３１におけるプレティルト角は、８９．９°に固定した。

図５Ａは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角を、８９°、８９．５°、８９．７°に設定した場合における、距離Ｅのオーバーラップ距離ｄ依存性を示すグラフである。距離Ｅは、図３Ａを参照して説明したように、画素上辺（電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向が反対となる辺）から、２本の暗領域を通過した後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離である。グラフの横軸は、オーバーラップ距離ｄを単位「μｍ」で示し、縦軸は、距離Ｅを単位「μｍ」で示す。菱形のプロットは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角が８９°であるときの両者の関係を示す。正方形のプロット、三角形のプロットは、それぞれ、低プレティルト角領域３２のプレティルト角が８９．５°、８９．７°であるときの両者の関係を表す。なお、解析は、オーバーラップ距離ｄが負の場合として、低プレティルト角領域３２が画素エッジより外側にのみ配置される（画素内部には配置されない）態様についても行った。また、本図には、プレティルト角が８９°、８９．９°であるモノドメイン垂直配向型液晶表示素子における距離Ｅの解析値（図３Ｃ参照）を点線で記入してある。

オーバーラップ距離ｄが０μｍ以下のときは、モノドメイン配向のプレティルト角８９．９°条件と違いは見られない。しかし、８９°〜８９．７°の各低プレティルト角設定値において、ｄ＞０μｍの範囲では、距離Ｅは、モノドメイン配向のプレティルト角８９．９°条件の解析値よりも小さくなる。また、オーバーラップ距離ｄが増加するにつれ、距離Ｅは減少する傾向が見られる。

すなわち、図４に示す画素構造においては、画素のエッジ、この場合は、画素上辺から画素内部に向けて低プレティルト角領域３２を配置することにより、画素全体が高プレティルト角領域３１で形成される構成よりも、暗領域を画素エッジ（上辺）から近い位置に発生させ、発生面積を小さくすることができる。

なお、８９°のプロット（菱形のプロット）を参照すると、距離Ｅは、オーバーラップ距離ｄが１０μｍを超える位置で飽和していることがわかる。これは、図４に示す画素構造において、オーバーラップ距離ｄを大きくした場合であっても、画素全体を低プレティルト角領域３２で形成する構成よりも、距離Ｅを小さくすることはできないためである。

図５Ｂは、距離Ｅのプレティルト角依存性を示すグラフである。本図は、図５Ａに示したデータを、低プレティルト角領域３２のプレティルト角（単位「°」）を横軸、距離Ｅ（単位「μｍ」）を縦軸にとり、オーバーラップ距離ｄ（単位「μｍ」）をパラメータとして、あらためてプロットしたものである。本図においては、オーバーラップ距離ｄが、０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍの場合を、順に、円形、三角形、正方形、菱形のプロットで表示した。

上述のように、プレティルト角８９°においては、オーバーラップ距離ｄが１０μｍを超える位置で飽和が生じているため、これを除くと、オーバーラップ距離ｄが、０μｍ、５μｍ、１０μｍの各場合において、低プレティルト角領域３２のプレティルト角と距離Ｅの間に、線形関係が認められる。

そこで、各オーバーラップ距離ｄ条件（ｄ＝０μｍ、５μｍ、１０μｍ）において、プロットを、線形モデルＥ＝ａθ_ｐ＋ｂの最小二乗法でフィッティングし、各オーバーラップ距離ｄ条件における係数ａ、ｂの値を計算した。ここで、θ_ｐは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角を表す。

図５Ｃ及び図５Ｄに計算結果を示す。図５Ｃには、横軸をオーバーラップ距離ｄ（単位「μｍ」）、縦軸を係数ａとして、計算結果（ｄ＝０μｍ、５μｍ、１０μｍのときの係数ａの値）をプロットした。また、図５Ｄには、横軸をオーバーラップ距離ｄ（単位「μｍ」）、縦軸を係数ｂとして、計算結果（ｄ＝０μｍ、５μｍ、１０μｍのときの係数ｂの値）をプロットした。

本願発明者は、更に、図５Ｃ、図５Ｄの各々において、プロットは、２次関数モデル（図５Ｃの場合は、ａ＝αｄ^２＋βｄ＋γ、図５Ｄの場合は、ｂ＝αｄ^２＋βｄ＋γ）によりカーブフィッティング可能であることを見出した。最小二乗法を用いて計算した結果、図５Ｃにおいては、α＝０．１、β＝１．３４６４、γ＝１．１５３８、図５Ｄにおいては、α＝−９．０００４、β＝−１２０．８４、γ＝−６６．８２１という結果が得られた。すなわち、距離Ｅは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角θ_ｐ、及び、オーバーラップ距離ｄを用いて、次式（１）
で表される。

式（１）は、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の斜め電界による液晶分子配向方位とが１８０°異なる辺におけるものであるが、本願発明者の鋭意研究の結果、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の斜め電界による液晶分子配向方位のなす角が１６５°以上１８０°以下である辺においても適用可能であることがわかった。すなわち、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の斜め電界による液晶分子配向方位のなす角が１６５°以上１８０°以下である画素エッジから、暗領域を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離をＥ、当該画素エッジから、画素内部に向けて配置される低プレティルト角領域３２の端部までの距離（オーバーラップ距離）をｄ、低プレティルト角領域３２のプレティルト角をθ_ｐとした場合にも、式（１）は成立する。

距離Ｇについても、同様の解析を行った。

図６Ａは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角を、８９°、８９．５°、８９．７°に設定した場合における、距離Ｇのオーバーラップ距離ｄ依存性を示すグラフである。距離Ｇは、図３Ｂを参照して説明したように、画素右辺（電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向とが直交する辺）から、暗領域を通過した後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離である。グラフの横軸は、オーバーラップ距離ｄを単位「μｍ」で示し、縦軸は、距離Ｇを単位「μｍ」で示す。菱形のプロットは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角が８９°であるときの両者の関係を示す。正方形のプロット、三角形のプロットは、それぞれ、低プレティルト角領域３２のプレティルト角が８９．５°、８９．７°であるときの両者の関係を表す。なお、解析は、オーバーラップ距離ｄが負の場合として、低プレティルト角領域３２が画素エッジより外側にのみ配置される（画素内部には配置されない）態様についても行った。また、本図には、プレティルト角が８９°、８９．９°であるモノドメイン垂直配向型液晶表示素子における距離Ｇの解析値（図３Ｃ参照）を点線で記入してある。

オーバーラップ距離ｄが０μｍ以下のときは、モノドメイン配向のプレティルト角８９．９°条件と違いは見られない。しかし、８９°〜８９．７°の各低プレティルト角設定値において、ｄ＞０μｍの範囲では、距離Ｇは、モノドメイン配向のプレティルト角８９．９°条件の解析値よりも小さくなる。また、オーバーラップ距離ｄが増加するにつれ、距離Ｇは減少する傾向が見られる。

すなわち、図４に示す画素構造においては、画素のエッジ、この場合は、画素右辺から画素内部に向けて低プレティルト角領域３２を配置することにより、画素全体が高プレティルト角領域３１で形成される構成よりも、暗領域を画素エッジ（右辺）から近い位置に発生させ、発生面積を小さくすることができる。

なお、８９°のプロット（菱形のプロット）を参照すると、距離Ｇは、オーバーラップ距離ｄが１０μｍを超える位置で飽和していることがわかる。これは、図４に示す画素構造において、オーバーラップ距離ｄを大きくした場合であっても、画素全体を低プレティルト角領域３２で形成する構成よりも、距離Ｇを小さくすることはできないためである。

図６Ｂは、距離Ｇのプレティルト角依存性を示すグラフである。本図は、図６Ａに示したデータを、低プレティルト角領域３２のプレティルト角（単位「°」）を横軸、距離Ｇ（単位「μｍ」）を縦軸にとり、オーバーラップ距離ｄ（単位「μｍ」）をパラメータとして、あらためてプロットしたものである。本図においては、オーバーラップ距離ｄが、０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍの場合を、順に、円形、三角形、正方形、菱形のプロットで表示した。

上述のように、プレティルト角８９°においては、オーバーラップ距離ｄが１０μｍを超える位置で飽和が生じているため、これを除くと、オーバーラップ距離ｄが、０μｍ、５μｍ、１０μｍの各場合において、低プレティルト角領域３２のプレティルト角と距離Ｇの間に、線形関係が認められる。

そこで、各オーバーラップ距離ｄ条件（ｄ＝０μｍ、５μｍ、１０μｍ）において、プロットを、線形モデルＧ＝ａθ_ｐ＋ｂの最小二乗法でフィッティングし、各オーバーラップ距離ｄ条件における係数ａ、ｂの値を計算した。

図６Ｃ及び図６Ｄに計算結果を示す。図６Ｃには、横軸をオーバーラップ距離ｄ（単位「μｍ」）、縦軸を係数ａとして、計算結果（ｄ＝０μｍ、５μｍ、１０μｍのときの係数ａの値）をプロットした。また、図６Ｄには、横軸をオーバーラップ距離ｄ（単位「μｍ」）、縦軸を係数ｂとして、計算結果（ｄ＝０μｍ、５μｍ、１０μｍのときの係数ｂの値）をプロットした。

本願発明者は、更に、図６Ｃ、図６Ｄの各々において、プロットは、２次関数モデル（図６Ｃの場合は、ａ＝αｄ^２＋βｄ＋γ、図６Ｄの場合は、ｂ＝αｄ^２＋βｄ＋γ）によりカーブフィッティング可能であることを見出した。最小二乗法を用いて計算した結果、図６Ｃにおいては、α＝０．０５３８、β＝０．５７６９、γ＝−7×１０^−１５、図６Ｄにおいては、α＝−４．８３４、β＝−５１．９４２、γ＝２１という結果が得られた。すなわち、距離Ｇは、低プレティルト角領域３２のプレティルト角θ_ｐ、及び、オーバーラップ距離ｄを用いて、次式（２）
で表される。

式（２）は、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の斜め電界による液晶分子配向方位とが９０°異なる辺におけるものであるが、本願発明者の鋭意研究の結果、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の斜め電界による液晶分子配向方位のなす角が７５°以上１０５°以下である辺においても適用可能であることがわかった。すなわち、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の斜め電界による液晶分子配向方位のなす角が７５°以上１０５°以下である画素エッジから、暗領域を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離をＧ、当該画素エッジから、画素内部に向けて配置される低プレティルト角領域３２の端部までの距離（オーバーラップ距離）をｄ、低プレティルト角領域３２のプレティルト角をθ_ｐとした場合にも、式（２）は成立する。

なお、距離Ｇを、画素右辺から、暗領域を通過した後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離としたが、たとえば図４に示す画素構造においては、配向組織が左右対称となるため、距離Ｇを、画素左辺から、暗領域を通過した後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離としても同様の議論が成立する。画素右辺と同じく、画素左辺も、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向とが直交する辺である。

以上の解析結果をもとに、たとえば以下の液晶表示素子を実施例とすることができる。

図７Ａは、実施例による垂直配向型液晶表示素子１０を示す概略的な断面図である。実施例による垂直配向型液晶表示素子１０は、マルチドメイン垂直配向型液晶表示素子である。

垂直配向型液晶表示素子１０は、特定の間隔に離間して、略平行に対向配置された上側基板（コモン基板）１１、下側基板（セグメント基板）１２、及び両基板１１、１２間に配置された垂直配向液晶層１３を含んで構成される。

上側基板１１と下側基板１２は、平面視上、枠状に配置されるメインシール部１４により接着される。垂直配向液晶層１３は、メインシール部１４の内側に配置される。

上側基板１１は、（ｉ）上側透明基板１１ａ、（ｉｉ）上側透明基板１１ａ上に形成された上側透明電極（コモン電極）１１ｂ、（ｉｉｉ）上側透明基板１１ａ上及び上側透明電極１１ｂ上に形成された上側絶縁膜１１ｃ、（ｉｖ）上側絶縁膜１１ｃ上に形成された上側垂直配向膜１１ｄを含む。同様に、下側基板１２は、（ｉ）下側透明基板１２ａ、（ｉｉ）下側透明基板１２ａ上に形成された下側透明電極（セグメント電極）１２ｂ、（ｉｉｉ）下側透明基板１２ａ上及び下側透明電極１２ｂ上に形成された下側絶縁膜１２ｃ、（ｉｖ）下側絶縁膜１２ｃ上に形成された下側垂直配向膜１２ｄを含む。

上側透明基板１１ａ及び下側透明基板１２ａは、たとえばガラス基板である。上側透明電極１１ｂ及び下側透明電極１２ｂは、たとえばＩＴＯ等の透明導電材料で形成される。上側絶縁膜１１ｃ及び下側絶縁膜１２ｃは、たとえばＳｉＯ_２膜である。上側垂直配向膜１１ｄ及び下側垂直配向膜１２ｄは、垂直配向膜材料を用いて形成される。

両電極１１ｂ、１２ｂは、垂直配向液晶層１３を挟んで、平面視上、互いに重なり合い、重なり合った領域に表示部（画素）を画定する。上側及び下側透明電極１１ｂ、１２ｂは、たとえば特定の図柄、数字などを表示するセグメント表示部（画素）、または行列（ドットマトリクス）状に配置される複数の矩形表示部（画素）を実現するようにパターニングされている。実施例においては、複数の矩形状の画素が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿ってドットマトリクス状に配列するようにパターン形成されている。

垂直配向液晶層１３は、誘電率異方性Δεが負、たとえばΔε＝−５．１の液晶材料を含んで構成され、厚さは、一例として５μｍである。また、液晶材料の屈折率異方性（複屈折率）Δｎは、たとえば０．０９１４である。垂直配向液晶層１３内にはスペーサ１３ｓが分散配置されている。

下側基板１２の端部は、上側基板１１よりも外側に張り出しており、張り出した領域に外部取り出し端子部１５が画定される。外部取り出し端子部１５には、外部取り出し電極１５ｂが配置される。外部取り出し電極１５ｂは、下側透明電極１２ｂと電気的に接続されている。外部取り出し電極１５ｂは、各表示部（画素）に対応する電極と導通する。

上側基板１１の垂直配向液晶層１３と反対側の面には、上側偏光板１７が配置される。下側基板１２の垂直配向液晶層１３と反対側の面には、視角補償板１６及び下側偏光板１８がこの順に配置される。視角補償板１６及び偏光板１７、１８は、粘着剤により基板１１、１２に固着される。上側及び下側偏光板１７、１８は、たとえばクロスニコルに配置される。視角補償板１６は、たとえば斜め観察時における垂直配向液晶層１３の位相差のずれを光学的に補償することにより、視角特性を改善する機能を有する。

図７Ｂ、図７Ｃは、それぞれ、上側透明電極１１ｂ、下側透明電極１２ｂの電極構造の一部を示す概略的な平面図である。１２時方位がＸ軸正方向、９時方位がＹ軸正方向に対応する。

上側透明電極１１ｂは、３時−９時方位（Ｙ軸方向）に延在する、幅１３６μｍの複数の短冊状電極であり、下側透明電極１２ｂは、１２時−６時方位（Ｘ軸方向）に延在する、幅１３６μｍの複数の短冊状電極である。上側透明電極１１ｂにおいても、下側透明電極１２ｂにおいても、隣接する短冊状電極間の間隔は、２４μｍである。両電極１１ｂ、１２ｂは、平面視上、互いに直交して配置され、重なり合う（交差する）部分に矩形状（１辺が１３６μｍの正方形状）の画素を画定する。

図７Ｄは、３画素×３画素の領域を示す概略的な平面図である。各画素は、２４μｍの間隔を隔て、３時−９時方位、及び、１２時−６時方位に沿ってマトリクス状に配列する。本図においては、画素のエッジを実線で示した。

画素の配列領域においては、上側垂直配向膜１１ｄ、及び、下側垂直配向膜１２ｄに配向処理が施されている。たとえば上側垂直配向膜１１ｄには、１２時方位をラビング方向とするラビング処理、下側垂直配向膜１２ｄには、６時方位をラビング方向とするラビング処理が行われている。電極１１ｂ、１２ｂ間に電圧が印加されていないとき、液晶層１３の液晶分子は一方向に配向する。

更に、配向膜１１ｄ及び配向膜１２ｄには、画素内に、相対的にプレティルト角が高い（９０°に近い）領域（高プレティルト角領域３１）と相対的にプレティルト角が低い（９０°から遠い）領域（低プレティルト角領域３２）とが混在するように、具体的には、画素中央部に高プレティルト角領域３１が配置され、画素周辺部に低プレティルト角領域３２が配置されるように、配向処理が施されている。１画素においては、低プレティルト角領域３２は、たとえば画素エッジから画素内部に向けて配置される。

図７Ｄに示す例においては、低プレティルト角領域３２が高プレティルト角領域３１を囲繞するように、詳細には、１画素においては、正方形状画素の４辺から、画素内部に向けて等しい距離ｄ（オーバーラップ距離ｄ）の領域に低プレティルト角領域３２が配置され、低プレティルト角領域３２の内側に高プレティルト角領域３１が配置されるように、配向処理がなされている。オーバーラップ距離ｄは、たとえば５μｍである。なお、配向処理は、たとえば幅２４μｍの画素間領域等も低プレティルト角領域３２となるように行われる。図７Ｄには、低プレティルト角領域３２に斜線を付して示した。高プレティルト角領域３１は、画素内に示す点線の内側領域である。

高プレティルト角領域３１におけるプレティルト角は、たとえば８９．９°であり、低プレティルト角領域３２におけるプレティルト角は、たとえば８９．５°である。高プレティルト角領域３１におけるプレティルト角は、たとえば８９．５°〜８９．９５°の範囲、低プレティルト角領域３２におけるプレティルト角は、たとえば８９°〜８９．７°の範囲とすることができる。

実施例による垂直配向型液晶表示素子１０においては、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位は６時方位となる。また、上側偏光板１７の吸収軸方位は４５°−２２５°方位、下側偏光板１８の吸収軸方位は１３５°−３１５°方位である。

図７Ｅに、実施例による垂直配向型液晶表示素子１０を平面視したときの、１画素における斜め電界（画素のエッジ部分において、上側透明電極１１ｂから下側透明電極１２ｂに向かって生じる斜め電界）の向きを矢印で示す。

画素上辺は、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向が反対となる（１８０°異なる）画素エッジである。電圧印加時には、斜め電界の影響により、画素上辺の周辺に、たとえば２本の暗領域（暗線）が発生する。

画素下辺は、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向が等しい画素エッジである。電圧印加時に、暗領域は発生しない。

画素右辺及び画素左辺は、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向が直交する（９０°異なる）画素エッジである。電圧印加時には、斜め電界の影響により、画素右辺及び画素左辺の周辺に、たとえば１本の暗領域（暗線）が発生する。

なお、実施例による液晶表示素子１０はマルチドメイン型であるが、画素内に発生する暗領域は、たとえば図２Ａに示される暗領域（モノドメイン型における暗領域）に類似する暗領域となる。

実施例による垂直配向型液晶表示素子１０においては、画素中央部に高プレティルト角領域３１（プレティルト角が相対的に９０°に近い領域）が配置され、画素周辺部に、画素エッジから画素内部に向けて低プレティルト角領域３２（プレティルト角が相対的に９０°から遠い領域）が配置される。このため、画素内の電気光学特性における急峻性が保持されるとともに、画素全体が高プレティルト角領域３１で形成される構成よりも、暗領域を画素エッジ（実施例の場合は、上辺及び左右辺）から近い位置に発生させ、発生面積を小さくすることができる。

実施例による液晶表示素子１０は、たとえば画素内の電気光学特性における急峻性を保持することができ、かつ、低フレーム周波数で駆動した場合であっても、表示むらの抑制された、均一な表示を実現することができる液晶表示素子である。たとえば画素内の電気光学特性における急峻性を保持しつつ、表示均一性を実現可能な最低フレーム周波数を低くすることができる、すなわち良好な表示品位を可能とする液晶表示素子である。

なお、たとえば、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向のなす角が１６５°以上１８０°以下である画素エッジから、暗領域を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離をＥ、当該画素エッジから、画素内部に向けて配置される低プレティルト角領域３２の端部までの距離（オーバーラップ距離）をｄ、低プレティルト角領域３２のプレティルト角をθ_ｐとした場合、距離Ｅは、
で表される。これを実施例による垂直配向型液晶表示素子１０に適用すると、画素の上辺から２本の暗領域（暗線）を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離Ｅは、Ｅ＝３３．５０μｍとなる。

また、電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向のなす角が７５°以上１０５°以下である画素エッジから、暗領域を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離をＧ、当該画素エッジから、画素内部に向けて配置される低プレティルト角領域３２の端部までの距離（オーバーラップ距離）をｄ、低プレティルト角領域３２のプレティルト角をθ_ｐとした場合、距離Ｇは、
で表される。これを実施例による垂直配向型液晶表示素子１０に適用すると、画素の左辺または右辺から暗領域を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離Ｇは、Ｇ＝１８．９８μｍとなる。

図７Ｆは、実施例による垂直配向型液晶表示素子１０を用いた垂直配向型液晶表示装置２０を示す概略的な断面図である。

本図に示す垂直配向型液晶表示装置２０は、実施例によるマルチドメイン垂直配向型液晶表示素子１０、駆動回路２１、バックライトユニット２２、及び、筐体（ハウジング、カバー等）２３を含んで構成される。

駆動回路２１は、たとえば実施例による垂直配向型液晶表示素子１０の外部取り出し電極１５ｂに電気的に接続され、垂直配向型液晶表示素子１０の電極１１ｂ、１２ｂ間に電圧を印加して、液晶表示素子１０をマルチプレックス駆動する。

バックライトユニット２２は、たとえば白色光を出射するＬＥＤ光源（バックライト）、導光板、拡散板、輝度向上フィルム等を含み、実施例による垂直配向型液晶表示素子１０の下側偏光板１８の下側（Ｚ軸負方向側）に配置される。

実施例による垂直配向型液晶表示素子１０、駆動回路２１、及び、バックライトユニット２２は、筐体２３内の所定位置に固定され、一体化される。駆動回路２１は、筐体２３の外部に配置してもよい。

本図に示す垂直配向型液晶表示装置２０は、たとえば画素内の電気光学特性における急峻性を保持することができ、かつ、低フレーム周波数でマルチプレックス駆動を行った場合であっても、表示むらの抑制された、均一な表示を実現することができる、すなわち良好な表示品位を可能とする液晶表示装置である。

図８Ａ及び図８Ｂは、変形例による垂直配向型液晶表示素子の画素構造を示す概略的な平面図である。

実施例（図７Ｄ参照）においては、正方形状画素の４辺から、画素内部に向けて等しい距離ｄ（オーバーラップ距離ｄ）の領域に低プレティルト角領域３２を配置したが、画素構造はこれに限られない。

たとえば図８Ａに示すように、暗領域が発生しない画素下辺（電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向が等しい画素エッジ）には、低プレティルト角領域３２を設けない構成とすることができる。この場合、たとえば画素の６時方位には、高プレティルト角領域３１を画素間領域（幅２４μｍ）の略半分（１２μｍ）まで配置する。すなわち、画素の１２時方位には、低プレティルト角領域３２が画素間領域（幅２４μｍ）の略半分（１２μｍ）まで配置される。

電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向が等しい画素エッジに限らず、たとえば電圧無印加時の液晶層１３中央分子配向方位と、電圧印加時の平面視における斜め電界の方向のなす角が１５°以下となる画素エッジには、低プレティルト角領域３２を設けず、高プレティルト角領域３１を配置する構成とすることができる。

また、図８Ｂに示すように、各画素エッジ（本図においては、正方形状画素の４辺）からのオーバーラップ距離ｄを、エッジによって異ならせてもよい。図８Ｂに示す例においては、たとえば画素上辺からのオーバーラップ距離が最も大きく、画素下辺からのオーバーラップ距離が最も小さい。画素右辺からのオーバーラップ距離と画素左辺からのオーバーラップ距離は相互に等しく、画素上辺からのオーバーラップ距離と画素下辺からのオーバーラップ距離の中間の値をとる。

更に、高プレティルト角領域３１と低プレティルト角領域３２の境界部分で、プレティルト角が、階段状等に傾斜して変化する構成とすることもできる。この場合、たとえば、高プレティルト角領域３１以外の領域を低プレティルト角領域３２と考えて、画素エッジから、画素内部に向け、高プレティルト角領域３１のプレティルト角の傾斜がはじまる位置までの距離をオーバーラップ距離ｄとして、式（１）、式（２）により、距離Ｅ、距離Ｇを算出することが可能である。

実施例による垂直配向型液晶表示素子１０は、たとえば次のようにして製造することができる。

フォトリソグラフィ及びエッチング処理により、それぞれ一方面側にＩＴＯ膜（上側透明電極１１ｂ、下側透明電極１２ｂ）がパターニングされた厚さ０．７ｍｍの青板ガラス基板２枚（上側透明基板１１ａ、下側透明基板１２ａ）を準備する。

基板１１ａ、１２ａの電極１１ｂ、１２ｂ形成面の少なくとも有効表示部に対応する領域をカバーするように、たとえばＳｉＯ_２膜を上側絶縁膜１１ｃ、下側絶縁膜１２ｃとして形成する。

基板１１ａ、１１ｂの電極１１ｂ、１２ｂ形成面の少なくとも有効表示部に対応する領域をカバーするように、たとえば絶縁膜１１ｃ、１２ｃ上に、日産化学工業株式会社製の垂直配向膜材料ＳＥ４８１１を塗布し、１８０℃〜２２０℃で焼成する。

垂直配向膜材料面を、布厚２．８ｍｍ〜３．２ｍｍ程度の綿製ラビング布で、それぞれ一方位へラビング処理する。ラビング条件により、完成後の液晶表示素子１０の高プレティルト角領域３１のプレティルト角を、たとえば８９．５°〜８９．９５°の範囲で制御する。

たとえば高プレティルト角領域３１となる範囲を金属マスクした状態で、高圧水銀ランプまたはアルカリハライドランプから出射された光を照射することにより、照射範囲のプレティルト角を低くすることができる。照射条件により、完成後の液晶表示素子１０の低プレティルト角領域３２のプレティルト角を、たとえば８９°〜８９．７°の範囲で制御する。こうしてたとえば絶縁膜１１ｃ、１２ｃ上に、上側垂直配向膜１１ｄ、下側垂直配向膜１２ｄが形成される。

以上の工程により、上側基板１１及び下側基板１２が作製される。

一方の基板１１、１２の配向膜１１ｄ、１２ｄ形成面に、少なくとも有効表示部より大きな領域を囲むように、枠状にシール材１４を印刷する。シール材１４には、径５μｍの日本電気硝子株式会社製ガラスファイバースペーサ、及び、両基板１１、１２間の導通を確保する、積水化学工業株式会社製の金コーティングされたプラスティックボールが、それぞれ１．０ｗｔ％添加されている。

他方の基板１１、１２の配向膜１１ｄ、１２ｄ形成面には、径４．９μｍの積水化学工業株式会社製プラスティックボールスペーサ１３ｓを、乾式散布法で２００個／ｍｍ^２に散布する。

両基板１１、１２を、配向膜１１ｄ、１２ｄ形成面が対向するように、位置合わせして重ね合わせ、基板１１、１２をプレスした状態で焼成（１５０℃）し、シール材１４を硬化させて空セルを完成させる。

ＤＩＣ株式会社製の、誘電率異方性Δεが負（たとえばΔε＝−５．１）の液晶材料を真空注入法で空セルに注入した後、紫外線硬化樹脂を用いて注入口を封止し、１２０℃で１時間の熱処理を行って、液晶層１３を形成する。なお、液晶材料の屈折率異方性（複屈折率）Δｎは、たとえば０．０９１４である。

基板１１、１２面を中性洗剤で洗浄した後、上側基板１１面に上側偏光板１７、下側基板１２面に視角補償板１６付き偏光板１８を貼り合わせる。偏光板１７、１８として、たとえば株式会社ポラテクノ製の偏光板ＳＨＣ１３Ｕを使用することができる。偏光板１７、１８は、クロスニコルに、かつ、各々の吸収軸方位が、ラビング処理により規定される液晶層１３中央分子配向方位に対して４５°の角をなすように配置する。

外部取り出し電極１５ｂ部分に、リードフレーム、異方導電性フィルムを介したフレキシブルフィルム、ドライバＩＣをボンディングする。

以上の工程により、マルチドメイン垂直配向型液晶表示素子１０が製造される。

垂直配向型液晶表示素子１０に、駆動回路２１を電気的に接続する。また、垂直配向型液晶表示素子１０の下側偏光板１８の下側に、たとえば白色光源を含むバックライトユニット２２を配置する。垂直配向型液晶表示素子１０、駆動回路２１、及び、バックライトユニット２２を、筐体２３内に固定配置する。

このようにして、マルチドメイン垂直配向型液晶表示装置が製造される。

上述の液晶表示素子１０の製造方法においては、ラビング処理後に高圧水銀ランプ光またはアルカリハライドランプ光を照射したが、光照射後にラビング処理を行ってもよい。

また、マルチドメイン化は、他の方法で行うこともできる。

たとえば、相互に異なるプレティルト角を実現する配向膜材料を、高プレティルト角領域３１、低プレティルト角領域３２に対応する位置に、それぞれ塗布、配置してもよい。たとえば、ラビング処理後に、プレティルト角が相互に異なる領域を実現可能である。

低プレティルト角領域３２に対応する位置に、可視レーザ光を照射する方法もある。たとえば、液晶注入前や、液晶注入後、偏光板１７、１８貼付前に、波長４０５ｎｍや４５０ｎｍ前後の青紫、青色レーザ光を照射することで、照射領域のプレティルト角を低くすることができる。

以上、解析、実施例、及び、変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されない。

たとえば実施例においては、基板１１、１２（配向膜１１ｄ、１２ｄ）の双方に配向処理を施したが、基板１１、１２の少なくとも一方が液晶層１３側に配向膜１１ｄ、１２ｄを備え、配向処理は、基板１１、１２（配向膜１１ｄ、１２ｄ）の少なくとも一方側に施されていればよい。

また、実施例は、ドットマトリクス電極構造の垂直配向型液晶表示素子１０としたが、画素の外形が任意であるセグメント電極構造の垂直配向型液晶表示素子とすることもできる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

様々な垂直配向型液晶表示素子に利用可能である。

従来の液晶表示素子及び液晶表示装置では、たとえば明表示部における表示むらの抑制と電気光学特性における高急峻性を両立させるには、フレーム周波数を高くする必要があった。このため、たとえば液晶表示素子を動作させる駆動回路の負担が大きくなり、高コストのドライバを使用する必要等が生じた。

たとえば実施例による垂直配向型液晶表示素子１０を用いることにより、低フレーム周波数駆動を容易に実現することができ、低コストのドライバが使用可能となる。また、フレーム反転波形などが採用可能となるため、省電力化を実現することもできる。

１０ 垂直配向型液晶表示素子
１１ 上側基板（コモン基板）
１１ａ 上側透明基板
１１ｂ 上側透明電極（コモン電極）
１１ｃ 上側絶縁膜
１１ｄ 上側垂直配向膜
１２ 下側基板（セグメント基板）
１２ａ 下側透明基板
１２ｂ 下側透明電極（セグメント電極）
１２ｃ 下側絶縁膜
１２ｄ 下側垂直配向膜
１３ 垂直配向液晶層
１３ｓ スペーサ
１４ メインシール部
１５ 外部取り出し端子部
１５ｂ 外部取り出し電極
１６ 視角補償板
１７ 上側偏光板
１８ 下側偏光板
２０ 垂直配向型液晶表示装置
２１ 駆動回路
２２ バックライトユニット
２３ 筐体
３１ 高プレティルト角領域
３２ 低プレティルト角領域

図１４は、特許文献１の図５と同一図であり、各駆動波形（Ａ波形＝ライン反転駆動波形、Ｂ波形＝フレーム反転駆動波形、Ｃ波形＝Ｎライン反転駆動波形（Ｎ＝７）、及び、ＭＬＳ波形（Ｎ＝２））で安定表示を行うことができる条件をまとめたグラフを示す。たとえば液晶表示素子のプレティルト角設定に対し、１／１６ｄｕｔｙ、１／５ｂｉａｓ駆動時に、Ａ波形、Ｂ波形、及び、Ｃ波形で、表示均一性が実現される最小フレーム周波数がプロットされている。各駆動波形について示されたグラフ（境界線）上、及び、その上側が、暗領域の発生を抑制して良好な表示を行うことができる領域である。

垂直配向液晶層１３は、誘電率異方性Δεが負、たとえばΔε＝−５．１の液晶材料を含んで構成され、厚さは、一例として４μｍである。また、液晶材料の屈折率異方性（複屈折率）Δｎは、たとえば０．０９１４である。垂直配向液晶層１３内にはスペーサ１３ｓが分散配置されている。

一方の基板１１、１２の配向膜１１ｄ、１２ｄ形成面に、少なくとも有効表示部より大きな領域を囲むように、枠状にシール材１４を印刷する。シール材１４には、径４μｍの日本電気硝子株式会社製ガラスファイバースペーサ、及び、両基板１１、１２間の導通を確保する、積水化学工業株式会社製の金コーティングされたプラスティックボールが、それぞれ１．０ｗｔ％添加されている。

他方の基板１１、１２の配向膜１１ｄ、１２ｄ形成面には、径４μｍの積水化学工業株式会社製プラスティックボールスペーサ１３ｓを、乾式散布法で２００個／ｍｍ^２に散布する。

Claims (8)

1. 電極を備える第１基板と、
   電極を備え、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置される垂直配向液晶層と
   を有し、
   平面視において、前記第１基板の電極と前記第２基板の電極が重なる領域に画素が画定され、
   前記第１、第２基板の少なくとも一方は、前記垂直配向液晶層側に配向膜を備え、
   前記配向膜には、相対的にプレティルト角の高い領域が前記画素の中央部に配置され、相対的にプレティルト角の低い領域が前記画素の周辺部に配置されるように、配向処理が施されている垂直配向型液晶表示素子。
2. 前記相対的にプレティルト角の低い領域は、前記画素のエッジから前記画素の内部に向けて配置され、
   電圧無印加時の前記垂直配向液晶層の中央分子配向方位と、前記第１基板の電極と前記第２基板の電極の間に電圧を印加したときの平面視における斜め電界の方向とのなす角が１６５°以上１８０°以下である前記画素のエッジから、暗領域を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離をＥ、該画素のエッジから、該画素の内部に向けて配置される、前記相対的にプレティルト角の低い領域の端部までの距離をｄ_１、前記相対的にプレティルト角の低い領域のプレティルト角をθ_ｐとしたとき、前記距離Ｅ、前記距離ｄ_１、及び、前記角度θ_ｐの間には、
   
   の関係がある請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記相対的にプレティルト角の低い領域は、前記画素のエッジから前記画素の内部に向けて配置され、
   電圧無印加時の前記垂直配向液晶層の中央分子配向方位と、前記第１基板の電極と前記第２基板の電極の間に電圧を印加したときの平面視における斜め電界の方向とのなす角が７５°以上１０５°以下である前記画素のエッジから、暗領域を超えた後、光透過率がはじめて５０％となる位置までの距離をＧ、該画素のエッジから、該画素の内部に向けて配置される、前記相対的にプレティルト角の低い領域の端部までの距離をｄ_２、前記相対的にプレティルト角の低い領域のプレティルト角をθ_ｐとしたとき、前記距離Ｇ、前記距離ｄ_２、及び、前記角度θ_ｐの間には、
   
   の関係がある請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記画素において、前記相対的にプレティルト角の低い領域が前記相対的にプレティルト角の高い領域を囲繞する請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記画素のエッジから、前記画素の内部に向けて等しい距離の領域に、前記相対的にプレティルト角の低い領域が配置される請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 前記画素のエッジから、前記画素の内部に向けて配置される、前記相対的にプレティルト角の低い領域の端部までの距離が、エッジによって異なる請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 電圧無印加時の前記垂直配向液晶層の中央分子配向方位と、前記第１基板の電極と前記第２基板の電極の間に電圧を印加したときの平面視における斜め電界の方向とのなす角が１５°以下となる前記画素のエッジには、前記相対的にプレティルト角の高い領域が配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
8. 前記相対的にプレティルト角の高い領域と前記相対的にプレティルト角の低い領域の境界部分において、プレティルト角が傾斜して変化する請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示素子。