JP3544348B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関し、特に水平配向型液晶層を備える液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（「ＬＣＤ」と略すこともある。）は、薄型、軽量、低消費電力などの優れた特長を有する平面表示装置である。しかしながら、一般に広く用いられているＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型のＬＣＤは、表示品位が観察する方向（視角）に依存して変化するという問題、すなわち視角特性に問題があった。とりわけ、液晶セルの液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角（液晶層の層面内における液晶分子長軸の方向）で規定される配向軸方向（「液晶セルの中間層の配向軸方向」とも言う。）に沿って視角を変化させた場合、表示特性の変化が著しかった。具体的には液晶セルの中間層の配向軸方向に沿って観察する角度を変化させると、表示特性（例えばコントラスト比）が正面（表示面法線方向）を中心にして非対称となる。さらに、中間階調表示においては、表示輝度（階調）の反転現象が生じるという問題もあった。中間階調を表示した状態で、液晶セルの中間層の配向軸方向に沿って一方に（例えば上側に）視角方向を表示面法線方向（視角θ＝０°）から傾けると（すなわち、視角θを０°から増加させると）、表示輝度が一旦上昇し、その後ある角度を超えると逆に低下する。液晶セルの中間層の配向軸方向に沿って上記とは逆方向に（例えば下側に）視角方向を傾けると、表示輝度が一旦低下し、その後ある角度を超えると逆に上昇する。
【０００３】
このＴＮ型ＬＣＤの視角特性を改善するための技術が開発されている。例えば、特開平７−４３７１９号公報は、液晶層に電界を印加する一対の電極の内の少なくとも一方に、基板上に投影した液晶分子の平均的な配向方向（液晶セルの中間層の配向軸方向と略同一方向）に対して長辺方向が平行なスリットを設けたノーマリー・ホワイトモードの電気光学特性を有する液晶表示装置を開示している。この構成によって絵素内の液晶層に斜め電界が生成され、その結果、液晶分子の立ち上がり方向が異なる複数の領域が一絵素内に形成されるので、視角特性が改善される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者が検討したところによると、特開平７−４３７１９号公報に開示された技術は、液晶セルの中間層の配向軸方向に沿った視角の変化に伴う輝度の変化を緩やかにする点では一定の効果を持っているものの、正面を中心とした表示特性の非対称性および反転現象が発生するという問題を解決するには至っていない。さらに、正面方向から見た表示のコントラスト比が、従来のＴＮ型ＬＣＤよりも低いという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、視角特性に優れた液晶表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられ、正の誘電異方性を有する液晶分子を含み、前記液晶分子のねじれ角度がゼロである水平配向型の液晶層とを備え、前記液晶層を介して互いに対向する一対の電極でそれぞれが規定される複数の絵素を有する液晶セルと、前記液晶セルの外側に設けられた一対の偏光板および少なくとも１つの位相差補償素子とを有し、前記一対の偏光板および前記少なくとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に電界が印加されたときの表示輝度に比べ、前記液晶層に電界が印加されていないときの表示輝度が低くなるように配置されている液晶表示装置であって、前記液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で配向軸方向を規定したとき、前記液晶層は、前記複数の絵素のそれぞれ内に、プレチルト角が異なることにより配向軸方向が互いに異なる複数のドメインを有し、前記一対の電極は、少なくとも一方が電圧無印加時の配向軸方向と長辺方向との成す角度が３０°以下であるスリット状の開口部を有する導電層から形成されており、電圧印加時に、前記液晶層の層面に平行で且つ前記液晶層の電圧無印加時の配向軸方向に対して６０°〜９０°の角をなす方向の横電界成分を生成し、配向軸方向が前記横電界成分によって変化し、そのことによって上記目的が達成される。
【０００７】
前記一対の偏光板は、偏光軸が互いに直交するように配置されている構成としてもよい。
【０００８】
前記液晶層は、ホモジニアス配向型液晶層であってもよく、このとき、電圧印加時おける前記液晶層の前記液晶分子の配向方向の方位角方向は、前記液晶層の厚さ方向の位置によって異なることが好ましい。
【００１０】
前記複数のドメインは、前記配向軸方向が互いに１８０°異なるドメインを含むことが好ましい。
【００１１】
前記一対の電極は、電圧印加時に、互いに異なる複数の方向の横電界成分を生成することが好ましく、このとき、前記複数の方向の横電界成分は、互いに１８０°異なる方向の横電界成分を含むことが好ましい。
【００１２】
前記液晶層は、前記複数の絵素のそれぞれ内に、電圧印加時に配向軸方向が互いに異なる方向に変化する複数の領域を有し、前記複数の領域は、互いに等しい面積を有し、且つ、対称に配置されていることが好ましい。
【００１５】
電圧無印加時の前記液晶層の、層法線方向から傾斜した方向から入射する光に対するリタデーションを補償するさらなる位相差補償素子を有することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による実施形態の液晶表示装置の構成と動作原理を説明する。
【００１７】
本発明の液晶表示装置は、一対の基板の間に設けられ、正の誘電異方性を有する液晶分子を含む水平配向型の液晶層を備える液晶セルを有する。水平配向型の液晶層とは、電圧無印加時に、液晶分子がその分子長軸を基板面（典型的には配向膜が設けれている）に対してほぼ平行（小さなプレチルト角は有するが）に配向している液晶層を指す。具体的には、配向膜にアンチパラレルラビング処理を施したホモジニアス配向型液晶層を含む。この液晶層を介して互いに対向するように配置された一対の電極によって印加される電界に応じて、液晶層の液晶分子が配向方向を変化し、液晶層を通過する光を変調する（偏光状態を変化させる）。一対の電極は、液晶セルの絵素を規定する。本願明細書においては、表示の最小単位である「絵素」に対応する液晶セルの領域も、簡単のために「絵素」と呼ぶことにする。絵素は、例えば、アクティブマトリクス型ＬＣＤにおける絵素電極とそれに対向する対向電極によって規定され、単純マトリクス型ＬＣＤにおいては、ストライプ状の列電極（信号電極）と行電極（走査電極）との交差部によって規定される。
【００１８】
液晶セルの外側に設けられた一対の偏光板および少なくとも１つの位相差補償素子は、液晶層に電界が印加されたときの透過率に比べ、液晶層に電界が印加されていないときの透過率が低くなるように配置されている。例えば、偏光板は液晶セルを介して偏光軸が互いに直交するように配置される。本発明の液晶表示装置は、いわゆるノーマリー・ブラックモード（以下、「ＮＢモード」と称する。）で表示を行う。後に、詳述するように、正の誘電異方性を有する水平配向型液晶層を用いてＮＢモードの表示を行う構成においては、位相差補償板を用いて、黒表示状態のリタデーションを広い視角方向に対して効果的に補償することができる。すなわち、広い視角範囲において、良好な黒表示を実現することができる。
【００１９】
上述した、ＮＢモードおける黒表示の視角依存性を改善する構成を「第１の構成」と称することにする。
【００２０】
しかしながら、第１の構成だけでは、電圧印加時（特に中間階調表示）における輝度が視角方向に依存するという問題が残る。本発明の液晶表示装置が有する一対の電極は、電圧印加時に、液晶層の層面に平行な横電界成分を生成し、液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定される配向軸方向が、横電界成分によって変化するように構成されている。すなわち、電圧印加時（特に中間階調表示）において、その電圧に応じた横電界成分によって液晶分子の配向軸方向が変化する。例えば、液晶層の液晶分子の配向方向の方位角方向は、液晶層の厚さ方向の位置によって異なる。従って、横電界成分によって液晶分子の配向軸方向が変化させられる領域の液晶層の光学的異方性が平均化され、輝度の視角依存性が低減される。この横電界成分による液晶層の光学的異方性の低下作用は、電圧印加時にのみ作用し、電圧無印加時には作用しないので、ＮＢモードにおける黒表示の表示品位は、第１の構成で実現される高い表示品位を低下させることがない。なお、液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定される配向軸方向を変化させる横電界成分を生成する構成を「第２の構成」と称することにする。
【００２１】
勿論、液晶層が複数の絵素のそれぞれ内に、配向軸方向が互いに異なる複数のドメインを有する、いわゆるマルチドメイン構造を有することによって、視角特性をさらに改善することができる。複数のドメインは、表示品位の視角依存性を平均化するためには、配向軸方向が互いに１８０°異なるドメインを含むことが好ましい。特に、配向軸方向が互いに１８０°異なるドメインを互いに対向するように配置することが好ましい。このように配置することによって、後に説明するように、黒表示状態におけるリタデーションを補償しやすい。
【００２２】
但し、本発明によると、従来のようにラビング処理や光配向処理等を用いてマルチドメイン構造を形成しなくとも、横電界成分によって、液晶分子の配向軸方向が互いに異なる複数の領域を形成することができる。すなわち、電圧無印加時にモノドメイン構造を有する液晶層を電圧印加時にマルチドメイン構造とすることができる。
【００２３】
例えば、一対の電極が、電圧印加時に、互いに異なる複数の方向の横電界成分を生成するように構成することによって実現される。表示品位の視角依存性を平均化するためには、複数の方向の横電界成分は、互いに１８０°異なる方向の横電界成分を含むことが好ましい。さらに、液晶層が、複数の絵素のそれぞれ内に、電圧印加時に配向軸方向が互いに異なる方向に変化する複数の領域を有し、複数の領域は、互いに等しい面積を有し、且つ、対称に配置されている構成とすることによって、視角特性をさらに平均化することができる。一対の電極が生成する横電界成分の方向を、液晶層の電圧無印加時の配向軸方向に対して、６０°〜９０°の角をなすように構成することによって、液晶分子の配向を連続的に、かつ対称的に変化させることができるので、好ましい。
【００２４】
一対の電極間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向軸方向を変化させる横電界成分の生成は、例えば、一対の電極の内の一方を開口部を有する導電層から形成することによって実現される。開口部は、典型的には、スリット状（細長い矩形状）である。スリット状の開口部を有する導電層を用いて電極を構成することによって、上記横電界成分が生成され、輝度の視角依存性が改善された液晶表示装置を実現することができる。複数のスリット状開口部を設け、その開口部の配置を種々変更することによって、視角依存性を制御することがきる。スリット状開口部の対向する長辺の近傍には、それぞれ互いに１８０°異なる方向の横電界成分が生成される。スリット状開口部を有する電極に対向する他方の電極は、べた電極（特別な構造のない平坦な電極）であってよい。従って、本発明の液晶表示装置は、一対の電極の内の一方に開口部を形成するだけで得られるので、公知の製造方法を用いて容易に製造できる。勿論、対向する一対の電極のそれぞれに開口部を設けてもよい。
【００２５】
本発明による液晶表示装置は、上述したように優れた視角特性を有しているが、電圧無印加時の液晶層の、層法線方向から傾斜した方向から入射する光に対するリタデーションを補償するさらなる位相差補償素子を設けることによって、さらに視角特性を改善することができる。
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶表示装置の構造と動作の詳細を説明する。
【００２７】
（第１の構成）
まず、ＮＢモードにおける黒表示の視角依存性を改善する構成（第１の構成）を説明する。
【００２８】
図１を参照しながら、本発明のＬＣＤ１００が備える第１の構成を説明する。本発明の液晶表示装置１００が備える、横電界を生成する構成（第２の構成）は後に説明する。図１は、液晶表示装置１００の一絵素の構成を模式的に示している。
【００２９】
ＬＣＤ１００は、液晶層１０１と、液晶層１０１に電界を印加する一対の電極１００ａおよび１００ｂと、液晶層１０１の両側に配置された一対の位相差補償素子）１０２および１０３と、さらに、位相差補償素子１０２および１０３のそれぞれの外側に設けられた位相差補償素子１０４および１０５と、これらの構成要素を挟持し、直交ニコル状態に配置された一対の偏光板１０６および１０７を有している。
【００３０】
なお、液晶層１０１は一対の基板（不図示）の間に設けられ、この一対の基板の液晶層１０１側に、電極１００ａおよび１００ｂが形成されている。この一対の基板によって外形が規定される構成を液晶セル１００Ａと呼ぶ。また、液晶層１０１は、互いに対向するように設けらた一対の基板（例えばガラス基板）間に形成されるので、液晶層１０１の層面は基板面に平行で、液晶層１０１の厚さは基板面法線方向において規定される。また、ＬＣＤ１００の表示面はこの基板面に平行となる。
【００３１】
液晶層１０１は、水平配向型の液晶層である。ここでは、正の誘電異方性を有するネマチック液晶材料と、ラビング処理された水平配向膜から形成されるホモジニアス配向型液晶層を例示する。さらに、この液晶層１０１は、視角特性を改善するために、２つのドメイン１０１ａおよび１０１ｂに配向分割されている（マルチドメイン構造を有している）。図１中の楕円は液晶分子１０を模式的に表している。矢印１１６ａおよび１１６ｂ（これらをまとめ１１６とする。）は、ドメイン１０１ａと１０１ｂの配向軸方向を表している。配向軸方向１１６ａおよび１１６ｂは、互いに１８０°異なっており、ドメイン１０１ａとドメイン１０１ｂは互いに対向するように配置されている。図１の液晶層１０１は、電圧無印加状態における液晶層を模式的に示している。
【００３２】
なお、配向軸方向は、液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子１０の配向方向の方位角で規定される方向であり、液晶分子１０のプレチルト（基板面に垂直な面内における傾き）を考慮し、液晶分子１０が基板面から立ち上がる方向が矢印の先となるように規定される。また、視角特性を説明するために、配向軸方向１１６（１１６ａおよび１１６ｂ）に平行な方向を観察者に対する上下方向、これと直交する方向を左右方向とする。
【００３３】
位相差補償素子１０２、１０３、１０４および１０５は、いずれも位相差補償フィルム、位相差補償板、あるいは液晶セルなど適切な屈折率異方性を有するものであれば何を用いてもよい。位相差補償素子１０２および１０３の矢印１０８および１０９は、各位相差補償素子の屈折率楕円体（全て正の一軸性の特性を有する）の最大の屈折率を有する軸（すなわち遅相軸）である。位相差補償素子１０４および１０５は、二軸性の位相差補償素子であり、素子面の法線方向に示した矢印１１０および１１１は、素子全体で屈折率が最大となる軸であり、素子面内に示した矢印１１２および１１３は、素子面内で最大の屈折率を持つ軸である。 偏光板１０５および１０７中の矢印１１４および１１５は、偏光軸（透過軸）を示す。
【００３４】
ここで、配向軸方向１１６（１１６ａおよび１１６ｂ）、遅相軸１０８および１０９、面内屈折率が最大となる軸１１２および１１３、偏光軸１１４および１１５は、いずれも液晶セルの基板面に平行な面内にある。また、遅相軸１０８および１０９は、いずれも配向軸方向１１６に略直交している。さらに、面内屈折率が最大となる軸１１２は偏光軸１１４と略直交し、面内屈折率が最大となる軸１１３は偏光軸１１５と略直交している。偏光軸１１４と１１５とは互いに略直交している。また、配向軸方向１１６と偏光軸１１５（および１１４）とが成す角度は略４５°である。
【００３５】
ＬＣＤ１００は、電圧無印加時（液晶分子１０が基板面に略平行に配向している状態で）の液晶層１０１の屈折率異方性に起因するリタデーションを、全ての方向から入射する光に対して相殺するように、位相差補償素子１０４、１０２、１０３および１０５を用いて位相差補償を行う。すなわち、ＬＣＤ１００の位相差補償素子および液晶セルの光学特性は、全ての視角において、偏光板１０６を透過した直線偏光の偏光状態と、その直線偏光が位相差補償素子１０４および１０２、液晶セル１０１Ａ、位相差補償素子１０３をこの順で透過し、位相差補償素子１０５から出射した後の光の偏光状態とが略同一となるように調整されている。さらに、ＬＣＤ１００の液晶層１０１は、２分割配向（ドメイン１０１ａおよび１０１ｂ）を有しているので、配向軸方向（典型的にはラビング方向となる。）に沿って視角を変化させたときの輝度変化の非対称性が改善されている。
【００３６】
上述したように、ＬＣＤ１００は、電圧無印加時の黒表示状態において、観察方向によらず良好な品位の黒表示を実現し、且つ、配向軸方向（ラビング方向）に沿って斜め方向に視角を変化させた時のコントラスト比の低下も少ない。
【００３７】
以下に、黒表示状態の表示品位の視角依存性を改善する第１の構成の機能をさらに詳細に説明する。
【００３８】
本発明のＬＣＤは、水平配向型液晶層を有する。水平配向型液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶材料と、水平配向膜とによって実現される。これらの材料は、信頼性が高く、且つ選択肢が広いという利点を有する。水平配向型液晶層の液晶分子は、例えば、ラビング処理あるいは光配向処理等の積極的な配向処理によって、電圧無印加時に安定な配向状態をとる。
【００３９】
以下では、視角依存性を改善するために配向分割を用いた例について説明する。水平配向型液晶層を用いてＮＢモードの表示を行う構成においては、後述するように、配向分割を行っても黒表示状態の表示品位の視角依存性を効果的に補償できるという利点が得られる。
【００４０】
図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照しながら、配向分割がなされていない絵素の上下および左右方向の輝度変化について説明する。ｘｙ面が基板面（表示面）と平行なり、ｘ方向が左右方向、ｙ方向が上下方向となるようにｘｙｚ座標系をとる（図１の矢印１１６はｙ方向に平行）。
【００４１】
図２（ａ）に示した液晶セル２００Ａは、電極２００ａと２００ｂとの間に液晶層２０１を有している。液晶層２０１は、電極２００ａと２００ｂ上に形成された水平配向膜（ラビング処理されている；不図示）によって配向制御されたホモジニアス配向型液晶層である。電極２００ａおよび２００ｂは、基板（例えばガラス基板、不図示）に透明導電材料（例えばＩＴＯ）を用いて形成されている。初期配向状態の液晶分子のねじれ角度（ツイスト角度）はゼロである。
【００４２】
液晶層２０１に適当な電界が印加されると、液晶分子１０は、図２中に矢印で示すように、ｘ軸を中心としてｚｙ面内で回転する（立ち上がる）。この状態での上下方向および左右方向に視角を変化させた場合の液晶層２０１のリタデーション（「Ｒｅ」と表記する。）の変化をそれぞれ図２（ｂ）および（ｃ）に模式的に示す。
【００４３】
ｚｘ面に平行な面内（左右方向）での視角θｂを変化させた場合、図２（ｃ）に示したように、液晶層２０１のリタデーションは、正面（θｂ＝０、基板法線方向）を中心に対称な変化をしている。これに対して、ｚｙ面に平行な面内（上下方向）での視角θａを変化させた場合、液晶層２０１のリタデーションは、図２（ｂ）に示したように、正面（θａ＝０）を中心に非対称な変化をしている。
【００４４】
ここで、リタデーションの変化は、輝度変化に直接関係していることから、θｂの変化（左右方向の視角変化）に対して、輝度は対称に変化するのに対して、θａの変化（上下方向の視角変化）に対しては、非対称に変化し、かつ変化の程度も著しく大きい。すなわち、θａの変化に対するリタデーションの変化を低減することが重要である。
【００４５】
このθａの変化に対する著しいリタデーションの視角依存性は、液晶分子１０の光学的異方性に起因している。すなわち、液晶分子１０の楕円体の長軸がｚｘ面内に平行で、かつｘ軸に対して一方向に傾斜しているため、ｙｚ面内の一方向に視角を倒していくと、液晶分子１０の楕円率は正面から観測した場合より減少していくのに対して、逆方向に視角を倒していくと、液晶分子１０の楕円率は増加していく。この様に、液晶分子１０が一方向に傾斜しているため、見る方向によってその見え方（屈折率異方性の大きさ）が異なるのである。従って、いずれの方向に視角を倒した場合でも、液晶分子１０の楕円率の上述した変化が実質的に平均化されるようにすればよい。すなわち、液晶層２０１を傾斜方向が互いに１８０度異なる２つの領域を有するマルチドメイン構造（例えば２分割配向）とすればよい。
【００４６】
そこで、ＬＣＤ１００では、図３（ａ）に示すように、一絵素を液晶分子１０の立ち上がり方向が互いに１８０°異なる２つのドメイン１０１ａおよび１０１ｂに分割している。各ドメイン１０１ａおよび１０１ｂのそれぞれのリタデーションは、θａの変化に伴って、図３（ｂ）の曲線ＡおよびＢで示すように変化する。しかしながら、ドメイン１０１ａおよび１０１ｂは、典型的には数１００μｍ四方の絵素内に混在しているため、人間の眼は、図３（ｂ）中の破線Ｃで示したように曲線Ａと曲線Ｂとが平均された特性（（Ａ＋Ｂ）／２）を感じることとなる。従って、図１および図３（ａ）に示したように分割配向することにより、ＬＣＤ１００は、上下方向に対称なリタデーション変化（輝度変化）を実現する。第１の構成は、斜め方向からの観察においても高いコントラスト比を実現する。
【００４７】
本発明によるＬＣＤ１００は、電圧無印加状態において黒表示を呈するＮＢモードのＬＣＤである。
【００４８】
一般に、ＬＣＤは、外部から液晶層に印加される電界により液晶分子の配向状態を変化させ、その結果、液晶層のリタデーションの値を変化させることにより、液晶セル背面に配置した光源からの光の透過率を変化させ、黒、白およびその中間の任意の輝度を得ている。このとき、黒表示を得るために液晶層に印加する電界（すなわち、黒表示を実現する液晶分子の配向状態）は、任意に設定することができる。水平配向膜と正の誘電異方性を有する液晶材料を用いる一般的な液晶表示装置は、電圧無印加時に白表示を行い、印加電圧の増加に伴い表示の輝度が低下するノーマリー・ホワイトモード（以下、「ＮＷモード」と称する。）である。これに対して、本発明では電圧無印加時に黒表示を行い、印加電圧の増加に伴い表示の輝度が増加するＮＢモードを採用し、黒表示状態にある液晶表示装置を斜め方向から観察した場合の表示輝度の増加を抑制することにより、斜め観察においても高コントラスト比の表示を実現する。
【００４９】
まず、図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照しながら、従来のＮＷモードのＬＣＤの問題を説明する。
【００５０】
図４（ａ）に模式的に示した液晶セル３００Ａは、アンチパラレル処理が施された水平配向膜（不図示）間に設けられた正の誘電異方性を有する液晶材料からなるホモジニアス配向型の液晶層３０１を有している。図４（ａ）は、電極３００ａと３００ｂとの間に、液晶分子１０の配向変化が飽和する程度に十分に高い電圧を印加した状態、すなわち黒表示状態を模式的に示している。図４（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ上下方向および左右方向に視角を変化した場合の液晶層３０１のリタデーション変化を示している。
【００５１】
液晶層３０１に十分な電界が印加された場合、図４（ａ）に示したように、液晶層３０１の厚さ方向の中央付近の液晶分子１０は、ｘ軸を回転の軸としてｙｚ面内で回転し、基板表面に対して略垂直に立ち上がる。水平配向膜の近傍（すなわち電極の近傍）の液晶分子１０は水平配向膜のアンカリング効果により立ち上がることができない。その結果、液晶層３０１のリタデーションは、ｙｚ面内における視角θａの変化に対して図４（ｂ）に示した曲線の様に変化し、ｚｘ面内における視角θｂの変化に対しては、図４（ｃ）に示した曲線の様に変化する。こここで、注目すべき点は、図４（ｂ）と図４（ｃ）との曲線では、リタデーションが極小値を取る視角の値が異なる点である。このようなリタデーションの変化を補償し、全てのθａおよびθｂについてリタデーション値を略ゼロにする光学補償素子としては、特開平６−７５１１６号公報に開示されている屈折率の主軸が素子面から傾斜している、傾斜型位相差補償素子を用いることができる。これにより、黒表示状態を斜めから観察することによる輝度の上昇が抑制され、斜め観察においてもコントラスト比の高い表示を得ることができる。
【００５２】
しかしながら、中間階調表示状態の輝度の視角依存性を対称にするために、前述したようなマルチドメイン構造を採用すると、ＮＷモードにおいては以下に説明するような不具合が生じる。
【００５３】
図５（ａ）は、２分割配向された液晶層４０１を有する液晶セル４００Ａの黒表示状態（十分な電圧が印加されている状態）を模式的に示している。液晶層４０１は、液晶分子１０の立ち上がり方向が互いに１８０°異なる２つのドメイン４０１ａおよび４０１ｂを有している。
【００５４】
図５（ａ）に示したように、液晶分子１０のｚｙ面内での回転方向（立ち上がる方向）が、各ドメイン４０１ａと４０１ｂとで異なる。従って、中間階調表示状態において十分に立ち上がっていない液晶分子１０の立ち上がり方向は互いに異なる。
【００５５】
ドメイン４０１ａおよび４０１ｂのリタデーションは、ｚｘ面内における視角θｂの変化に対しては、図５（ｃ）に示したように、ドメイン４０１ａおよび４０１ｂともに略同一で、θｂ＝０（正面）でリタデーションが極小値となる曲線Ｃ１で表される。これに対し、ｚｙ面内での視角θａの変化に対しては、ドメイン４０１ａおよび４０１ｂのリタデーションは、それぞれ図５（ｂ）の曲線Ａ１およびＢ１で示すように、それぞれのドメイン４０１ａおよび４０１ｂのリタデーションが極小値（ＲｚＡおよびはＲｚＢ）をとる視角θａが異なる。
【００５６】
液晶セル４００Ａのこのようなリタデーションの視角依存性を、表示面内で均一な光学特性を有する位相差補償素子を用いて、全てのθａおよびθｂに対して補償することは困難である。勿論、各ドメイン４０１ａおよび４０１ｂに対応した光学特性を有する複数の領域を備えた位相差補償素子を用いれば補償できると考えられるが、製造コストおよび製造技術の観点から実用性に乏しい。従って、配向分割したＬＣＤをＮＷモードで用いると、斜め観察においてコントラスト比の高い表示を得ることが困難である。
【００５７】
上記の問題は、電圧無印加時に黒表示を行うＮＢモードを採用することによって改善できる。図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照しながら、ＮＢモードにおける位相差補償素子による視角依存性の改善効果を説明する。
【００５８】
図６（ａ）は、水平配向型液晶層５０１を備える液晶セル５００Ａと、その両側に設けられた位相差補償素子５０２および５０３を有する構成５００を模式的に示している。図６（ａ）は液晶層５０１には電界が印加されていない状態を図示している。
【００５９】
図６（ａ）に示したように、液晶層５０１内の液晶分子５０２はいたるところで基板面に略平行に配向している。この状態で、正面観察時に良好な黒表示を得るためには、先ず、位相差補償素子５０２、液晶セル５００Ａおよび位相差補償素子５０３を挟持し、且つ、直交ニコル配置となるように一対の偏光板を設ける。次に、位相差補償素子５０２に入射する前の光の偏光状態と、位相差補償素子５０２、液晶セル５００Ａおよび位相差補償素子５０３をこの順で透過し、位相差補償素子５０３から出射した後の光の偏光状態とが同一となるように、位相差補償素子５０２と５０３および液晶セル５００Ａを設計すればよい。すなわち、位相差補償素子５０２、液晶セル５００Ａおよび位相差補償素子５０３の全体としての実効的なリタデーションを略ゼロとすればよい。
【００６０】
ここでは、そのための一つの方法として、遅相軸５０８および５０９がいずれも液晶分子１０の長軸方向（配向軸方向）５１６に直交し、かつ基板面に平行な一軸性の位相差補償素子５０２および５０３を用いる。さらに、位相差補償素子５０２および５０３の正面でのリタデーションが略同一であり、且つ、それらの合計が電圧無印加時の液晶層５０１を正面から観察したときのリタデーションに略等しく設定する。液晶層５０１の遅相軸（５１６に平行）は、位相差補償素子５０２および５０３の遅相軸５０８および５０９と直交しているので、リタデーションが互いに相殺される。
【００６１】
図６（ｂ）および（ｃ）に、図６（ａ）に示した構成５００のｚｙ面内における視角θａの変化およびｚｘ面内における視角θｂの変化に伴う、リタデーションの変化をそれぞれ示す。ここで、注目すべき点は、図６（ｂ）および（ｃ）のいずれの曲線においても、リタデーションの極小値は、正面（θａ＝０，θｂ＝０）にある点である。このことは、分割配向を行った場合でも同様である。
【００６２】
図１の液晶層１０１のように分割配向を行った場合でも、電圧無印加時の液晶分子１０の配向はドメイン１０１ａあるいは１０１ｂによらず、いたるところで図６（ａ）の液晶分子１０と同様に基板面に平行である（プレチルト角は小さいので無視できる）。従って、図１のＬＣＤ１００の液晶層１０１のリタデーションは、位相差補償素子１０２および１０３によって補償され、これらを組み合わせた合計にリタデーションは、図６（ｂ）および（ｃ）に示したような視角依存性を示す。
【００６３】
図６（ａ）に示した位相差補償素子５０２および５０３に加えて、さらに、ｚ軸方向（すなわち基板法線方向）に最大の屈折率をもつ位相差補償素子を設けることによって、電圧無印加時の水平配向型液晶層のリタデーションをさらに効果的に補償することができる。
【００６４】
図６（ｂ）および（ｃ）に示した、構成５００のリタデーションの視角依存性は、あたかも基板法線方向（ｚ軸方向）に最小の屈折率を有し、位相差補償素子５０３のリタデーションの二倍のリタデーションを有する負の一軸性の位相差補償素子のリタデーションの視角依存性と同様である。
【００６５】
従って、たとえば、図７（ａ）に示す構成６００のように、図６（ａ）に示した構成５００の外側にさらに、位相差補償素子５０４および５０５を配置することによって、構成５００のリタデーションの視角依存性をさらに補償することができる。位相差補償素子５０４および５０５はいずれもｚ軸に遅相軸５１０および５１１をもつ一軸性の位相差補償素子であり、位相差補償素子５０４および５０５のリタデーションは、いずれも、位相差補償素子５０２（および５０３）と略同一である。
【００６６】
図７（ｂ）および（ｃ）に、図７（ａ）に示した構成６００のｚｙ面内における視角θａの変化およびｚｘ面内における視角θｂの変化に伴う、リタデーションの変化をそれぞれ示す。図７（ｂ）および（ｃ）から明らかなように、リタデーションが位相差補償素子５０２と略同一で、且つ、基板法線方向に最大の屈折率を有する正の一軸性の位相差補償素子５０４および５０５を組み合わせることにより、水平配向型液晶層を有する液晶セル５００Ａと位相差補償素子５０２および５０３とを組み合わせた構成５００のリタデーション（図６（ａ）および（ｂ）に示したリタデーション）を全てのθａおよびθｂに対して概ね相殺できる。従って、構成６００を用いると、あらゆる方向からの斜め観察において高コントラスト比の表示を実現できるＬＣＤが得られる。
【００６７】
このように、水平配向型液晶層をＮＢモードで用いる場合には、配向分割した液晶層に対しても適切な位相差補償素子を組み合わせることにより、実効的なリタデーションがすべてのθａおよびθｂに対して略ゼロとなるようにすることができるので、視野角特性の優れたＬＣＤを容易に得ることができる。
【００６８】
なお、上記の説明では、簡単のために位相差補償素子５０４および５０５を正の一軸性を有する位相差補賞素子としたが、実際にはｘｙ平面内にも屈折率異方性を有する二軸性の位相差補償素子（図１に示した位相差補償素子１０４および１０５）を用いる方がより効果的にリタデーションを補償することができる。勿論、ｚ軸方向に遅相軸をもつ位相差補償素子と、ｘｙ面内に遅相軸を有する位相差補償素子とを組み合わせて用いてもよい。
【００６９】
上述したように、第１の構成では、水平配向型液晶層を用いて、ＮＢモード（液晶層に電界が印加されたときの表示輝度（透過率）に比べ、液晶層に電界が印加されていないときの表示輝度が低くなる）の表示装置を構成することによって、黒表示状態におけるリタデーションの視角依存性を補償することを可能にしている。その結果、黒表示状態において、いかなる視角方向からの観測に対しても表示輝度の上昇のない、コントラスト比の高い表示を実現することができる。また、水平配向型液晶層は、生産性および安定性に優れた正の誘電異方性を有する液晶材料と水平配向膜とを用いて構成できるという利点もある。
【００７０】
なお、上述の説明では、絵素ごとに液晶層を配向分割することによって、中間階調表示における輝度の上下方向および左右方向における視角依存性を改善できることを説明した。これから説明する第２の構成によって、中間階調表示における輝度の視角依存性を改善することができる。但し、配向分割を併用することによって、中間階調表示における輝度の視角依存性の対称性を改善できるのは勿論である。さらに、重要なことは、水平配向型液晶層を用いてＮＢモードの表示装置を実現する第１の構成を採用すると、配向分割を併用した場合においても、その黒表示状態におけるリタデーションの視角依存性を効果的に補償でき、結果として、黒表示状態における輝度の視角依存性を効果的に補償できる点である。
【００７１】
（第２の構成）
次に、電圧印加時の表示輝度の視角依存性を低減するための第２の構成について説明する。
【００７２】
第２の構成は、液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定される配向軸方向を変化させる横電界成分を生成し、その結果、中間階調から白表示の状態（黒表示以外の状態）における液晶分子の配向方向に積極的に分布を持たせ、表示輝度の視角依存性を低減する。さらに、第２の構成は、上述した第１の構成によって改善された黒表示状態の視角依存性に悪影響を及ぼさない。
【００７３】
以下、図面を参照しながら、第２の構成の機能を説明する。
【００７４】
図８（ａ）は、図５（ａ）に示した液晶セル４００Ａの２分割配向された液晶層４０１に、中間階調を表示するための電界を印加した状態を示している。図８（ｂ）は、配向分割されている領域４０１ａおよび４０１ｂのそれぞれリタデーションの視角（θ）依存性を合成して得られた、液晶層４０１の実効的なリタデーションの視角（θ）依存性を、複数の方位角φについて模式的に示している。方位角φは、視角方向を含みｘｙ面に直交する面がｙ軸と成す角度を規定し、ｙ軸方向（液晶層の配向軸方向に平行）を０°とする。
【００７５】
図８（ｂ）に示したように、方位角φ＝０°におけるリタデーションの視角依存性は大きいが、方位角φ＝±２０°、φ＝±４０°と大きくなるに連れて、リタデーションの視角依存性が平坦化されている。これは、液晶分子の光学的異方性によるもので、屈折率楕円体の長軸（液晶分子の長軸）を含む方向では視角の変化に伴い屈折率が大きく変化するのに対して、屈折率楕円体の短軸を含む方向では視角の変化に伴う屈折率の変化が少ないことによる。このことから、方位角φ＝０における視角依存性と方位角φ＝±２０、φ＝±４０における視角依存性とを足し合わせることによって、視角依存性が平均化され、視角依存性の小さい階調表示が実現できることを示唆している。
【００７６】
本発明では、液晶分子の配向方向（液晶分子の長軸を基板に正射影した軸とｙ軸との成す角を積極的に制御し、φＬＣの値を絵素内およびセルの厚さ方向に対して分布をもたせる（セル内のいたるところで一定の値としない）ことにより、上述した観察する方位角方向が異なる視角依存性を足し合わせるのと等価な効果を得る。
【００７７】
図９（ａ）は、液晶分子１０の配向方向が揃った配向状態（上述の液晶層４０１と同じ）を模式的に示し、図９（ｃ）は、液晶分子１０の配向方向が液晶層の厚さ方向において分布を有する配向状態を模式的に示している。図９（ｂ）および（ｄ）は、それぞれ、図９（ａ）および（ｃ）に示した液晶層の液晶分子の配向方向φＬＣの厚さ方向における分布を示している。図９（ｂ）および（ｄ）の横軸はφＬＣを示し、縦軸は液晶層の厚さ方向の位置ｚを示している。ｚ＝０は、一方の基板（配向膜）上にあることを示し、ｚ＝ｄは、他方の基板（配向膜）上にあることを示している。ｄは液晶層の厚さを示す。
【００７８】
図９（ａ）に示したように、液晶分子の配向方向を異ならせていない場合、液晶分子は電界の印加によってｘ軸を軸として回転するため、中間調表示状態においても、図９（ｂ）に示したように、液晶分子の配向方向は、厚さ方向のいたるところ一定（φＬＣ＝０°）であり、かつ、層面内のどの位置でも同じである。
【００７９】
これに対して、本発明では、図９（ｃ）に概念的に示したように、中間調表示状態（電圧印加状態）において、液晶分子の配向方向φＬＣが厚さ方向において異なる（分布を持つ）ようにする。ここで重要なことは、電圧が印加されたときにのみ、液晶分子の配向方向φＬＣが異なり（分布を持ち）、電圧が印加されていないとき、すなわち黒表示状態においては、その効果が消失する必要があることである。なぜならば、電圧無印加時の液晶分子の配向状態は、黒表示の視角依存性を抑制するように、第１の構成によって規定されているからである。
【００８０】
図９（ｄ）に概念的に示したように、電圧印加時においてのみ、液晶分子の配向方向φＬＣに分布をもたせることは、例えば、横電界成分を生成することによって実現できる。横電界成分は、例えば、液晶層を介して互いに対向する一対の電極の内の一方に開口部（典型的にはスリット状）を設けることによって、生成できる。
【００８１】
一般的な液晶セルの電極は、図１０（ａ）の電極１０００ａおよび１０００ｂのように、平坦で均一な導電層から形成されており、絵素内で略均一な導電性を有している。そのため、電極間、すなわち液晶層内の電極面（すなわち、液晶層の層面、基板面、ｘｙ面）に平行な面内の電位はいたるところ一定である。たとえば、液晶層１００１の層面に平行な任意の面内のｘ軸（またはｙ軸）に平行な任意の軸上の電位分布は、図１０（ｂ）に示すように一定である。従って、液晶層１００１の層面に平行な電界成分（横電界成分）は生成されない。勿論、液晶層１００１の層法線方向（厚さ方向、ｚ軸方向）には、図１０（ｂ）に示すように、電位が位置（厚さ）の関数（典型的には一次関数）として変化しており、液晶層１００１の厚さ方向に電界（縦電界成分）が発生している。
【００８２】
本発明による第２の構成を備える液晶表示装置の実施形態を図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を参照しながら説明する。
【００８３】
図１１（ａ）に示した液晶セル１１００は、液晶層１１０１を介して互いに対向するように設けらた電極１１００ａおよび１１００ｂのうちの一方（ここでは、電極１１００ｂ）が、互いに略平行な複数のスリット状開口部１１２０を有している。それぞれのスリット状開口部１１２０の長辺がｙ軸に平行で、それに直交する方向（ｘ軸）に沿って複数のスリット状開口部１１２０が配列されている。
【００８４】
なお、スリット状開口部１１２０の長辺を液晶分子の配向方向（ｙ軸）と略平行とすることにより、横電界成分による液晶分子の配向変化の対称性を確保し、また液晶分子の配向が不連続に変化することを防止することができるとういう効果が得られる。このような効果を得るためには、電圧無印加状態における配向軸方向とスリット状開口部１１２０の長辺方向（図中のｙ軸）との成す角度が３０°以下が好ましい。
【００８５】
スリット状開口部１１２０を有する電極構造の作用を図１１（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を参照しながら説明する。
【００８６】
図１１（ａ）に示した電極１１００ａおよび１１００ｂとの間に電圧が印加されると、任意の（ｙ、ｚ）値を有しｘ軸に平行な軸に沿った液晶層１１０１内の点の電位は、ｘ方向に沿って図１１（ｂ）に示すように変化する。また、任意の（ｚ、ｘ）値を有しｙ軸に平行な軸に沿った液晶層１１０１内の点の電位は、ｙ軸方向に対して図１１（ｃ）の様に表される。また、任意の（ｘ、ｙ）値を有しｚ方向に平行な軸に沿った液晶層１１０１内の点の電位は、ｚ方向に沿って図１１（ｃ）に示すように変化する。
【００８７】
図１１（ｂ）に示したように、液晶層１１０１の層面内のｘ方向に沿った各点における電位の分布は、周期的に極大値（山）と極小値（谷）を示す曲線で表される。電位が極小値を示す位置は、スリット状開口部１１２０の幅方向（ｘ方向）の中央（図１１（ａ）のＰ点）に対応し、電位が極大値を示す位置は、実際に電極（導電層（非開口部））が存在する部分の中央（図１１（ａ）のＱ点）に対応している。このｘ軸方向に沿った電位の変化の大きさ（図１１（ｂ）の縦軸のスケール）は、（ｙ、ｚ）値によって異なる。
【００８８】
液晶層１１０１の層面内のｙ方向に沿った各点における電位は、図１１（ｃ）に示したように一定で、その大きさ（図１１（ｃ）の縦軸のスケール）は、（ｚ、ｘ）値によって異なる。また、液晶層１１０１の厚さ方向（ｚ方向）に沿った各点の電位は、図１１（ｄ）に示したように、位置の関数として変化する。図１１（ｄ）の縦軸のスケールは、各点の（ｘ、ｙ）値によって変わるので、電位のｚ方向に沿った勾配（縦電界の強さ）も各点によって異なる。
【００８９】
図１１（ｂ）〜（ｄ）からわかるように、図１１（ａ）で示した電極１１００ａおよび１１００ｂに電圧を印加した場合、ｚ軸方向の電界成分（縦電界）に加え、ｘ軸方向の電界成分（横電界）が発生する。さらに、ｘ軸方向の電界成分の向きは、図１１（ａ）の矢印Ｅ１およびＥ２に示したように対称性（ここでは反対称）を持っていることもわかる。従って、本発明の電極構造が液晶表示装置の信頼性等に悪影響を及ぼさない。
【００９０】
ここで、図１１（ｂ）に示した電位分布について、図１２（ａ）および（ｂ）を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００９１】
図１１（ａ）に示した電極１１００ａの電位は外部電源（Ｖｄｄ）によって決定される。同じく、開口部１１２０を有する電極１１００ｂのＱ点の電位も外部電源によって決定される。ところが、Ｐ点には外部電源が接続されていないため、Ｐ点の電位は、電極１１００ａの電位、電極１１００ｂのＱ点の電位および無限遠点の電位とで決定される。従って、電極１１００ｂの実際に電極（導電層）が存在する部分（中実部分とも言う。）の幅と開口部１１２０の幅、および電極１１００ａと１００ｂとの間隔の相対関係は、横電界成分の相対的な大きさを決定する重要なパラメータとなる。ここで、横電界成分によって、電圧印加時の輝度の視角依存性を平均化するためには、開口部１１２０の幅が、電極１１００ａと１１００ｂとの間隔（液晶層の厚さ）の０．１倍から１０倍程度で、かつ、電極の中実部分の幅が、電極の開口部の幅の０．１倍から１０倍程度であることが好ましいことを実験的に確認した。なお、この条件の下では、Ｐ点の電位に対する無限遠点の電位の影響はほぼ無視できる。従って、Ｑ点の電位と電極１１００ａの電位が等しいとき、すなわち電圧無印加時には、Ｐ点の電位も電極１１００ａと同電位になり、横電界成分は生成されない。
【００９２】
液晶層１１０１の層面内のｘ方向に沿った各点における電位の分布は、電極１１００ａと１１００ｂと間の電位差ＶＤＤの大きさに依存し、例えば、図１２（ａ）に示すように変化する。すなわち、ＶＤＤが大きいほど、言い換えればセル厚方向の電界が強いほど横電界成分も大きくなる。従って、図１２（ｂ）に示すように、φＬＣの厚さ方向の分布もＶＤＤの大きさに依存し、ＶＤＤが大きいほどφＬＣの変化の程度も大きくなる。
【００９３】
このように、図１１（ａ）に示した開口部を有する電極間に電圧を印加すると、液晶分子の配向方向（方位角φＬＣで表される）を変化させる横電界成分が生成され、その結果、液晶層の厚さ沿って、液晶分子の配向方向に分布が形成される。 また、液晶層１１０１の層面内の各点の電位は、図１２（ａ）に示したように、ｘ軸方向に分布を有するので、図１２（ｂ）に示したφＬＣの厚さ方向分布は、ｘ軸方向に沿った位置にも依存する。すなわち、同じｚ座標を有する点であっても、ｘ軸上の位置が異なる位置では液晶分子の配向方向φＬＣはそれぞれ異なる。
【００９４】
すなわち、電極１１００ａと１１００ｂとの間に電圧を印加した、中間階調から白表示の状態（黒表示以外の状態）においては、液晶分子の配向方向に分布ができる（一定でなくなる）ので、表示輝度の視角依存性が低減される。この配向方向（φＬＣ）の分布は、液晶層１１０１の厚さ方向（ｚ方向）のみならず、液晶層１１０１の層面のｘ軸方向にも形成される。
【００９５】
なお、上述したような、液晶分子の配向方向が、印加された電圧に応じた横電界成分によって液晶層内の位置によって異なる現象は、次のように表現することができる。
【００９６】
液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で規定される方向を配向軸方向と定義すると、上記の現象は、電圧印加時に生成される横電界成分によって配向軸方向が変化する現象であると言える。すなわち、電圧無印加時にはある配向軸方向に配向していた液晶分子が、電圧印加時に生成される横電界成分によってその配向軸方向を変化する。その変化の程度は、横電界の大きさに依存するので、液晶層の位置（液晶層の厚さ方向および／または液晶層の層面内）によって異なり得る。従って、電圧印加時には配向軸方向が異なる領域が液晶層に形成されるので、視角依存性が平均化される。
【００９７】
ここで、開口部を有する電極構造で実現される第２の構成が、第１の構成で要求された電圧無印加時の液晶分子の配向を乱さないことは前述した。逆に、第２の構成を、水平配向膜と正の誘電異方性を有する液晶材料とで構成したＮＷモードの液晶表示装置に適用することは実用的でない。なぜなら、ＮＷモードの液晶表示装置で十分な黒表示特性を得るためには、図１２（ａ）の谷の部分、すなわ図１１（ａ）のＰ点に十分な電位を与える必要があるが、図１１（ａ）の電極構造ではそれが困難であるからである。従って、第２の構成は第１の構成の要求を満たすものであり、また第２の構成は第１の構成の特性（ＮＢモード）を要求するものでもある。すなわち、第１の構成と第２の構成とは、互いの効果が十分に発揮される構成を互いに提供しあっている。
【００９８】
上記の説明では、初期配向状態の液晶分子のねじれ角が０°のホモジニアス配向型液晶層について横電界成分の効果を説明したが、０°を超えるねじれ角を有するツイスト液晶層についもて同様の作用・効果を得ることができる。図１３を参照しながら、ねじれ角が９０°のツイスト液晶層に対する横電界成分の作用効果を説明する。
【００９９】
図１３は、９０°ツイスト液晶層に中間調表示のための電界を印加した状態における、液晶分子の配向方向（φＬＣ）の厚さ方向の分布を模式的に示している。曲線１３Ａは、従来の平坦で均一な電極を有する場合（図１０参照）を示し、曲線１３Ｂは、図１１（ａ）に示した開口部が形成された電極を有する場合を示している。
【０１００】
曲線１３Ａで示したように、従来の電極の場合、９０°ツイスト液晶層の液晶分子は、一方の基板面から他方の基板面にいたる間に、その配向方向の方位角φＬＣを９０°変化させる。液晶層の厚さ方向の中央付近（ｚ≒ｄ／２）の液晶分子の方位角φＬＣは４５°である。これは、液晶層に印加する電界を変えても変化しない。
【０１０１】
一方、開口部が形成された電極の場合、横電界成分が作用するので、液晶分子の配向方向の方位角φＬＣが曲線１３Ｂに示したように、厚さ方向に沿って変化する。この図から分かるように、液晶層の中央付近の液晶分子の方位角（配向軸方向）が横電界成分の影響を受けて、４５°からずれている。
【０１０２】
このように、９０°ツイスト液晶層を用いた場合においても、例えば、上述したスリット状開口部を有する電極を用いて横電界成分を生成することによって、液晶層の配向軸方向を変化させ、視角依存性を低減することができる。
【０１０３】
【実施例】
以下、具体的な実施例と比較例を用いて、本発明の液晶表示装置を説明する。
【０１０４】
（実施例１）
まず、第１の構成だけを有する液晶表示装置について説明する。実施例１のＬＣＤは、図１に示したＬＣＤ１００と実質的に同じ構成を有する。以下では、図１を参照しながら説明する。液晶層１０１はホモジニアス配向型液晶層であり、絵素ごとに配向軸方向が１８０°異なる２つのドメイン１０１ａおよび１０１ｂを有している。
【０１０５】
実施例１のＬＣＤの絵素の具体的な電極構造および液晶分子の配向状態を図１４に示す。図１４に示した実施例１のＬＣＤは、カラーＴＦＴ−ＬＣＤであり、対向電極２１０１および絵素電極２１０２は、図１に示したＬＣＤ１００の電極１００ａおよび１００ｂにそれぞれ対応する。
【０１０６】
対向電極２１０１は全ての絵素に共通に設けらた単一の電極であり、絵素電極２１０２はＴＦＴ２１０３に接続されている。絵素電極２１０２と、絵素電極２１０２に対向する対向電極２１０１の部分とが、１つの絵素を規定する。実施例１のＬＣＤの絵素電極２１０２の大きさ、すなわち絵素の大きさは、７０μｍ×２１０μｍである。実施例１のＬＣＤの電極構造は、対向電極２１０１および絵素電極２１０２がいずれもスリット構造（電極の開口部）を有しない、すなわち図１０に示した電極構造に類似の構造である。
【０１０７】
なお、カラーＴＦＴ−ＬＣＤを構成する一対の基板のうち、絵素電極２１０２およびＴＦＴ２１０３が設けられている基板をＴＦＴ基板（不図示）と呼び、対向電極２１０１が設けられている基板をＣＦ（カラーフィルタ）基板と呼ぶ。カラーＴＦＴ−ＬＣＤの基本的な構造および動作は良く知られているので、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
配向軸方向が互いに１８０°異なる２つのドメインは、以下の様にして形成されている。なお、図１に示したＬＣＤ１００のドメイン１０１ａおよび１０１ｂに対応する領域を図１４中では領域Ａおよび領域Ｂとする。
【０１０９】
まず、絵素電極２１０２および対向電極２１０１の液晶層側には、紫外線照射により液晶分子のプレチルト角度を制御することが可能な水平配向膜（不図示）を塗布する。この水平配向膜には、図１４中の矢印２１０４および２１０５で示した方向にラビング処理（パラレルラビング）を施す。このラビング処理が施された水平配向膜上の液晶分子はラビング方向で規定される方向に２°程度のプレチルト角を有しつつ配向する。
【０１１０】
次に、ＴＦＴ基板の領域Ａ（絵素の下半分）と、ＣＦ基板の領域Ｂ（絵素の上半分）の水平配向膜に紫外線を照射する。紫外線照射によって、紫外線照射前に全領域で約２°であった液晶分子のプレチルト角度が、照射領域すなわち領域ＡのＴＦＴ側の液晶分子２１０６および領域ＢのＣＦ基板側の液晶分子２１０７のプレチルト角だけが選択的に略０°に変化する。その結果、領域Ａの液晶層の配向軸方向は、ＣＦ基板側の液晶分子２１０８（プレチルト角が約２°）の配向方向によって規定され、領域Ｂの液晶層の配向軸方向はＴＦＴ側の液晶分子２１０９（プレチルト角が約２°）の配向方向によって規定される。その結果、領域Ａおよび領域Ｂの配向軸方向は、図中の矢印２１１０および２１１１で示した方向となる。図１４の矢印２１１０および２１１１は、図１の矢印１１６ａおよび１１６ｂにそれぞれ対応している。その結果、絵素ごとに、配向軸方向が互いに１８０°異なる２つのドメイン２分割された、ホモジニアス配向型の液晶層が実現されている。
【０１１１】
対向電極２１０１と絵素電極２１０２との距離、すなわちセルギャップ（液晶層の厚さ）は４μｍである。液晶材料として、正の誘電率異方性△ε＝３．２を有し、屈折率異方性△ｎ＝０．０６５を有するネマチック液晶材料を用いる。
【０１１２】
図１に示した位相差補償素子１０２および１０３には、それぞれ矢印１０８および１０９の方向に遅相軸を持ち、リタデーション値が１３０ｎｍの一軸性の位相差フィルムを用いる。位相差補償素子１０４および１０５には、面内（矢印１１２および１１３方向）のリタデーション値が９２ｎｍであって、厚さ方向（矢印１１０および１１１方向）のリタダーション値が９６ｎｍの二軸性の位相差フィルムを用いる。直交ニコル状態に配置された一対の偏光板１０６および１０７には、日東電工社製のＧ１２２０ＤＵを用いる。
【０１１３】
図１５Ａに、上述のようにして得られた実施例１のＬＣＤの正面方向（基板法線）から観察したときの透過率の印加電圧依存性（Ｖ−Ｔ曲線）を示す。このＬＣＤはＮＢモードのＬＣＤで、正面におけるコントラスト比は約３００：１と非常に高いコントラスト比を有している。
【０１１４】
図１５Ｂに、実施例１のＬＣＤの等コントラスト曲線（視野角特性）を示す。θが視角を、φが方位角を表している。なお、ラビング方向は、φ＝４５°に対応する。実施例１のＬＣＤは良好な視角特性を有している。
【０１１５】
図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃに、実施例１のＬＣＤの輝度の視野角依存性を示す。図１６Ａは、ラビング方向を含む面内における輝度の視角依存性を示し、図１６Ｂは、ラビング方向に直交する方向を含む面内における輝度の視角依存性を示し、図１６Ｃは偏光板１０６または１０７の偏光軸方向（１１４または１１５）を含む面内における輝度の視角依存性をそれぞれ示している。
【０１１６】
これらの図から分かるように、いずれの方位角方向においても、輝度の視角依存性は正面方向に対して対称的である。また、図１６Ａに示した、ラビング方向を含む面内で視角を変化ときの輝度の変化が、図１６Ｂおよび図１６Ｃに示した輝度の変化よりも大きいことが分かる。さらに、図１６Ａから分かるように、ラビング方向を含む面内で視角を変化させると、視角が±５５°を超える付近で、階調反転が表れている。
【０１１７】
このように、第１の構成だけを備えるＬＣＤは、正面方向における黒表示状態は良好で、コントラスト比も非常に高い。また、配向分割によって、輝度の視角依存性も対称的になっている。しかしながら、ラビング方向を含む面内で視角を変化させると、階調反転が表れる。
【０１１８】
（実施例２）
実施例１のＬＣＤに第２の構成を適用する。すなわち、図１４で示した絵素電極２１０２に対して図１７に示すようなスリット構造を設け、図１１（ａ）に示した電極構造と類似の電極構造とする。実施例２では、図１４に示した絵素電極２１０２を図１７の絵素電極２２０２に変更するのみでありその他の構成は実施例１と全く同一である。
【０１１９】
具体的には、図１７に示すように大きさ７０μｍ×２１０μｍの絵素電極２２０２に対して、ラビング方向２２０４と平行な長辺を有するスリット状開口部２２２０を設ける。開口部２２２０の幅Ｓは１０μｍ、開口部２２２０間の間隔Ｌは１０μｍである。但し、絵素電極２２０２の周辺部および中心部分には絵素電極２２０２の電気伝導を確保するために（すなわち、絵素電極２２０２の中実部分の電位が等しくなるように）開口部２２２０を設けない領域を設けている。
【０１２０】
図１８Ａに、実施例２のＬＣＤの正面方向（基板法線）から観察したときの透過率の印加電圧依存性（Ｖ−Ｔ曲線）を示す。実施例２のＬＣＤも、正面におけるコントラスト比は約３００：１と非常に高いコントラスト比を有している。
【０１２１】
図１８Ｂに、実施例２のＬＣＤの等コントラスト曲線（視角特性）を示す。本実施例２の図１８Ｂと実施例１の図１５Ｂとの比較から明らかなように、実施例２のＬＣＤは、実施例１のＬＣＤよりも良好な視角特性を有している（コントラスト比の高い領域が広い）。
【０１２２】
図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃに、実施例２のＬＣＤの輝度の視野角依存性を示す。図１９Ａは、ラビング方向を含む面内における輝度の視角依存性を示し、図１９Ｂは、ラビング方向に直交する方向を含む面内における輝度の視角依存性を示し、図１９Ｃは偏光板の偏光軸方向を含む面内における輝度の視角依存性をそれぞれ示している。
【０１２３】
図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃと図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃとをそれぞれ比較すれば分かるように、いずれの方位角方向においても、実施例２のＬＣＤの輝度変化の方が実施例１のＬＣＤの輝度変化よりも小さくなっている。特に、図１９Ａに示したラビング方向を含む面内で視角を変化ときの輝度の変化においては、図１６Ａで見られた階調反転も見られない。
【０１２４】
このように、本発明のよるＬＣＤは、第１の構成とともに第２の構成をそなえるので、黒表示状態は良好で、コントラスト比も非常に高く、且つ、輝度の視角依存性も小さい。
【０１２５】
（比較例１）
比較例１は、従来のＮＷモードのＴＮ型ＬＣＤである。液晶材料としては、正の誘電率異方性（△ε＝３．６）を有し、屈折率異方性△ｎ＝０．０８２を有するネマチック液晶材料を用い、液晶層の厚さは４μｍとした。
【０１２６】
図２０に、比較例１のＬＣＤの正面方向から観察したときの透過率の印加電圧依存性（Ｖ−Ｔ曲線）を示す。このＬＣＤはＮＷモードのＬＣＤで、正面におけるコントラスト比は約２００：１と非常に高いコントラスト比を有している。
【０１２７】
しかしながら、図２１に示す比較例１のＬＣＤの等コントラスト曲線（視野角特性）から分かるように、図１８Ｂに示した本発明によるＬＣＤと比べ、視野角が狭い。特に、上方向（φ＝０°）に沿って視角を変化すると、２０°以上の視角（θ）ではコントラスト比が１０以下となり、表示画像を良好に認識できない程度にまで表示品位が低下する。なお、上下の偏光板の偏光軸の方位角はそれぞれφ＝１３５°およびφ＝４５°で、上下基板のラビング方向は、φ＝４５°およびφ＝１３５°で、液晶層の中心付近の液晶分子の配向方向である配向軸方向は、φ＝１８０°である。
【０１２８】
図２２Ａ、図２２Ｂおよび図２２Ｃに、比較例１のＬＣＤの輝度の視野角依存性を示す。図２２Ａは、上下方向における輝度の視角依存性を示し、図２２Ｂは、左右方向おける輝度の視角依存性を示し、図２２Ｃは偏光軸方向を含む面内における輝度の視角依存性をそれぞれ示している。
【０１２９】
図２２Ａおよび図２２Ｃに示したように、上下方向または偏光軸を含む面内における輝度の変化は大きく、且つ非対称である。さらに、図２２Ｂに示したように、左右方向においては、視角が±３０°を超える付近から階調反転が表れている。このように、従来のＴＮ型ＬＣＤでは、コントラスト比および輝度のいずれも視角に大きく依存する。
【０１３０】
（比較例２）
本比較例では比較例１の従来のＮＷモードのＴＮ型ＬＣＤに対して、スリット状開口部（図１１（ａ）参照）を有する電極構成を適用する。具体的には、図２３に示すように、大きさ７０μｍ×２１０μｍの絵素電極２３０２に、スリット状開口部２３２０を形成する。開口部２３２０の幅Ｓは１０μｍで、開口部２３２０間の間隔Ｌは１０μｍである。なお、絵素電極２３０２のラビング方向は矢印２３０４（φ＝１３５°）で、対向電極（不図示）のラビング方向は矢印２３０５（φ＝４５°）であり、液晶層の中心付近の液晶分子の配向方向である配向軸方向は矢印２３１３（φ＝１８０°）である。
【０１３１】
図２４Ａに、比較例２のＬＣＤの正面方向から観察したときの透過率の印加電圧依存性（Ｖ−Ｔ曲線）を示す。このＬＣＤはＮＷモードのＬＣＤで、正面におけるコントラスト比は約１０：１と非常に低い。
【０１３２】
また、図２４Ｂに示す比較例２のＬＣＤの等コントラスト曲線（視野角特性）から分かるように、視角特性の対称性は比較例１よりも若干改善されてはいるものの、コントラスト比が１０以上の視角範囲は比較例１よりも狭い。
【０１３３】
また、図２５Ａ、図２５Ｂおよび図２５Ｃに、比較例２のＬＣＤの輝度の視野角依存性を示す。図２５Ａは、上下方向における輝度の視角依存性を示し、図２５Ｂは、左右方向おける輝度の視角依存性を示し、図２５Ｃは偏光軸方向を含む面内における輝度の視角依存性をそれぞれ示している。これらの図と比較例１のＬＣＤについての図２２Ａ、図２２Ｂおよび図２２Ｃと比較すればわかるように、スリット状開口部を有する電極構造を適用することによって、輝度の視角依存性は若干改善されている。
【０１３４】
しかしながら、図２４Ａおよび図２４Ｂから明らかなように、コントラスト比（正面のコントラスト比を含む）が著しく低下しており、実用的な表示品位を得ることができない。
【０１３５】
このことから分かるように、第２の構成と第１の構成（ここでは特にＮＢモード）と組み合わせることによって、本発明の効果が得られることが分かる。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明によると、視角特性に優れた液晶表示装置が提供される。本発明の液晶表示装置は、水平配向型液晶層を用いるので、材料の選択肢も広く、且つ信頼性の優れた材料を用いて製造することができる。また、輝度の視角依存性を改善するための横電界成分は、従来の電極に開口部を設けるだけで生成することができるので、従来の製造方法を用いて容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＬＣＤ１００が備える第１の構成を説明するための模式図である。
【図２】（ａ）は配向分割されていない絵素（ホモジニアス型配向、電圧印加時）を有する液晶セル２００Ａ模式的に示す図であり、（ｂ）はその絵素の上下方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図であり、（ｃ）はその絵素の左右方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図である。
【図３】（ａ）は、２分割配向された絵素（ホモジニアス型配向、電圧印加時）を備える液晶セル１００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）はその絵素の上下方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図である。
【図４】（ａ）は、配向分割されていない絵素（ホモジニアス配向、ＮＷモードの黒表示状態）を備える液晶セル３００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）はその絵素の上下方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図であり、（ｃ）はその絵素の左右方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図である。
【図５】（ａ）は、配向分割された絵素（ホモジニアス配向、ＮＷモードの黒表示状態）を備える液晶セル４００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）はその絵素の上下方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図であり、（ｃ）はその絵素の左右方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図である。
【図６】（ａ）は、図５（ａ）に示した液晶セル５００Ａの両側に位相差補償素子５０２および５０３を配置した構成５００を模式的に示す図であり、（ｂ）はその絵素の上下方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図であり、（ｃ）はその絵素の左右方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図である。
【図７】（ａ）は、図６（ａ）に示した構成５００の両側にさらに、位相差補償素子５０４および５０５を配置した構成６００を模式的に示す図であり、（ｂ）はその絵素の上下方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図であり、（ｃ）はその絵素の左右方向における視角変化に伴うリタデーションの変化を示す図である。
【図８】図５（ａ）に示した液晶セル４００Ａに中間階調を表示するための電圧を印加した状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、この液晶層４０１のリタデーションの視角（θ）依存性を複数の方位角φについて示す図である。
【図９】（ａ）は、液晶分子の配向方向が揃った配向状態を模式的に示す図であり、（ｃ）は、液晶分子の配向方向が液晶層の厚さ方向において分布を有する配向状態を模式的に示す図であり、（ｂ）および（ｄ）は、それぞれ、（ａ）および（ｃ）に示した液晶層の液晶分子の配向方向φＬＣの厚さ方向における分布を示す図である。
【図１０】（ａ）は、平坦で均一な導電層からなり絵素内で略均一な導電性を有している電極対を模式的に示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、この電極対によって生成される電位分布を模式的に示す図であり、（ｂ）は液晶層の層面に平行な任意の面内のｘ軸（またはｙ軸）に平行な任意の軸上の電位分布を、（ｃ）は液晶層の層法線方向（厚さ方向、ｚ軸方向）の電位分布をそれぞれ示す。
【図１１】本発明による第２の構成を備える液晶表示装置の実施形態を説明するための図であり、（ａ）は、スリット状開口部を備える液晶セル１１００Ａを模式的に示す図であり、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ、液晶セル１１００Ａの液晶層１１０１内の電位分布を模式的に示す図である。
【図１２】（ａ）は、図１１（ａ）に示した液晶セル１１００Ａの液晶層１１０１内のｘ方向に沿った電位分布を模式的に示す図であり、（ｂ）は、液晶層１１０１内の液晶分子の配向方向（φＬＣ）の厚さ方向の分布を模式的に示す図である。
【図１３】９０°ツイスト液晶層に中間調表示のための電界を印加した状態における、液晶分子の配向方向（φＬＣ）の厚さ方向の分布を模式的に示す図である。
【図１４】実施例１のＬＣＤの絵素の電極構造および液晶分子の配向状態を模式的に示す図である。
【図１５Ａ】本発明による実施例１のＬＣＤの正面方向から観察したときの透過率の印加電圧依存性を示すグラフである。
【図１５Ｂ】実施例１のＬＣＤの等コントラスト曲線（視野角特性）である。
【図１６Ａ】実施例１のＬＣＤのラビング方向を含む面内における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図１６Ｂ】実施例１のＬＣＤのラビング方向に直交する方向を含む面内における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図１６Ｃ】実施例１のＬＣＤの偏光軸方向を含む面内における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図１７】実施例２のＬＣＤの絵素電極の構造を模式的に示す図である。
【図１８Ａ】本発明による実施例２のＬＣＤの正面方向から観察したときの透過率の印加電圧依存性を示すグラフである。
【図１８Ｂ】実施例２のＬＣＤの等コントラスト曲線（視野角特性）である。
【図１９Ａ】実施例２のＬＣＤのラビング方向を含む面内における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図１９Ｂ】実施例２のＬＣＤのラビング方向に直交する方向を含む面内における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図１９Ｃ】実施例２のＬＣＤの偏光軸方向を含む面内における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図２０】比較例１のＬＣＤの正面方向から観察したときの透過率の印加電圧依存性を示すグラフである。
【図２１】比較例１のＬＣＤの等コントラスト曲線（視野角特性）である。
【図２２Ａ】比較例１のＬＣＤの上下方向における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図２２Ｂ】比較例１のＬＣＤの左右方向における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図２２Ｃ】比較例１のＬＣＤの偏光軸方向における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図２３】比較例２のＬＣＤの絵素電極の構造を模式的に示す図である。
【図２４Ａ】比較例２のＬＣＤの正面方向から観察したときの透過率の印加電圧依存性を示すグラフである。
【図２４Ｂ】比較例２のＬＣＤの等コントラスト曲線（視野角特性）である。
【図２５Ａ】比較例２のＬＣＤの上下方向における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図２５Ｂ】比較例２のＬＣＤの左右方向における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【図２５Ｃ】比較例２のＬＣＤの偏光軸方向における輝度の視角依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 液晶分子
１００ 液晶表示装置
１００Ａ 液晶セル
１００ａ、１００ｂ 電極
１０１ 液晶層
１０１ａ、１０１ｂ ドメイン
１０２、１０３、１０４、１０５ 位相差補償素子
１０６、１０７ 偏光板
１１００ 液晶セル
１１００ａ、１１００ｂ 電極
１１０１ 液晶層
１１２０ スリット状開口部

Claims (9)

1. 一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられ、正の誘電異方性を有する液晶分子を含み、前記液晶分子のねじれ角度がゼロである水平配向型の液晶層とを備え、前記液晶層を介して互いに対向する一対の電極でそれぞれが規定される複数の絵素を有する液晶セルと、
   前記液晶セルの外側に設けられた一対の偏光板および少なくとも１つの位相差補償素子とを有し、
   前記一対の偏光板および前記少なくとも１つの位相差補償素子は、前記液晶層に電界が印加されたときの表示輝度に比べ、前記液晶層に電界が印加されていないときの表示輝度が低くなるように配置されている液晶表示装置であって、
   前記液晶層の厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方向の方位角で配向軸方向を規定したとき、
   前記液晶層は、前記複数の絵素のそれぞれ内に、プレチルト角が異なることにより配向軸方向が互いに異なる複数のドメインを有し、
   前記一対の電極は、少なくとも一方が電圧無印加時の配向軸方向と長辺方向との成す角度が３０°以下であるスリット状の開口部を有する導電層から形成されており、電圧印加時に、前記液晶層の層面に平行で且つ前記液晶層の電圧無印加時の配向軸方向に対して６０°〜９０°の角をなす方向の横電界成分を生成し、配向軸方向が前記横電界成分によって変化する、液晶表示装置。
2. 前記一対の偏光板は、偏光軸が互いに直交するように配置されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶層は、ホモジニアス配向型液晶層である、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 電圧印加時おける前記液晶層の前記液晶分子の配向方向の方位角方向は、前記液晶層の厚さ方向の位置によって異なる、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記複数のドメインは、前記配向軸方向が互いに１８０°異なるドメインを含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記一対の電極は、電圧印加時に、互いに異なる複数の方向の横電界成分を生成する、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記複数の方向の横電界成分は、互いに１８０°異なる方向の横電界成分を含む、請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶層は、前記複数の絵素のそれぞれ内に、電圧印加時に配向軸方向が互いに異なる方向に変化する複数の領域を有し、前記複数の領域は、互いに等しい面積を有し、且つ、対称に配置されている、請求項１から７のいずれかに記載に液晶表示装置。
9. 電圧無印加時の前記液晶層の、層法線方向から傾斜した方向から入射する光に対するリタデーションを補償するさらなる位相差補償素子を有する、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。

Images