JPH05173135A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH05173135A
JPH05173135A JP3338688A JP33868891A JPH05173135A JP H05173135 A JPH05173135 A JP H05173135A JP 3338688 A JP3338688 A JP 3338688A JP 33868891 A JP33868891 A JP 33868891A JP H05173135 A JPH05173135 A JP H05173135A
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liquid crystal
alignment
sections
alignment film
crystal alignment
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JP3338688A
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Yoshijirou Katayama
良志郎 片山
Takeshi Kamata
豪 鎌田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示装置に関し、視角特性を向上し、且
つコントラストの優れたものを提供することを目的とす
る。 【構成】 液晶分子が該第1の配向膜22及び該第2の
配向膜26の配向処理に従ってプレチルト及びツイスト
する液晶からなり、該第1の配向膜22及び該第2の配
向膜26が、相互にほぼ垂直な配向方向を有する複数の
微小な単位領域からなり、該微小な単位領域の各々が、
液晶の分子が相互に平行な方向に延び且つ逆方向にプレ
チルトする右回りのツイストの第1及び第2の液晶配向
区分A、Bと、その液晶の分子が第1及び第2の液晶配
向区分A、Bの液晶の分子の延びる方向に対して垂直な
方向に延び且つ逆方向にプレチルトする左回りのツイス
トの第3及び第4の液晶配向区分C、Dとからなる構成
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、一対の対向する透明な
基板の間に液晶を挿入した液晶パネルからなる。一方の
ガラス基板の内面には共通電極及び配向膜が設けられ、
他方の基板の内面には画素電極及び配向膜が設けられ
る。最近では、後者の基板に画素電極とともにアクティ
ブマトリクス回路を形成することが多くなっている。さ
らに、これらの基板の外側にはそれぞれ偏光板が設けら
れる。通常、これらの偏光板は偏光の透過軸が互いに直
交するように配置される。以下、このノーマリホワイト
モードを例にとり説明するが、ノーマリブラックモード
(偏光板平行)においても、技術的に同様のものについ
ては適用されることは言うまでもない。
【0003】液晶表示パネルではツイストネマチック型
の液晶がよく使用される。液晶分子は両基板の配向膜に
従ってプレチルト及びツイストする。すなわち、液晶の
分子の長軸方向が基板の配向膜の配向方向と平行に延
び、両基板の配向膜の配向方向は相互にほぼ垂直になっ
ているので、一方の基板から他方の基板に向かうにつれ
て螺旋状にツイストしていく。また、液晶の分子は配向
方向に従ってプレチルトすることが知られている。
【0004】液晶の配向は、配向膜にそれぞれ所定の方
向にラビングを行うことにより達成され、ラビングの方
向が液晶の配向方向と一致する。また、液晶の配向は、
例えば配向膜を斜め蒸着により形成することでも支配で
きる。液晶に電圧を印加しないときに、液晶の分子は初
期のツイスト及びプレチルトを維持した状態にあり、入
射光は液晶のツイストに沿って旋回しながら進み、液晶
セルから出射する。このときに、ノーマリホワイトモー
ドでは白表示が得られる。電圧を印加すると、液晶が立
ち上がり、液晶の複屈折作用が弱くなり、上記した光の
旋回作用が弱くなって、入射光が液晶セルを透過しにく
くなり、黒表示が得られるようになる。なお、偏光板を
平行に配置したノーマリブラックモードでは、電圧を印
加しないときに黒表示になる。このようにして、液晶へ
の印加電圧を制御しながら、全体で明暗のコントラスト
のある画像を形成する。
【0005】液晶に電圧を印加したときには、液晶の分
子はプレチルトを有する方向へ立ち上がる。実際には、
電圧を印加したときに全ての液晶の分子が同様に立ち上
がるのではなく、基板の配向膜の近くに位置する液晶の
分子は配向膜に規制されてわずかしか立ち上がらず、両
基板の中間部に位置する液晶の分子が最も大きく立ち上
がる。従って、電圧印加時に黒表示を形成するのは、主
として両基板の中間部に位置する液晶の分子の挙動によ
る。
【0006】液晶の分子は長い棒状の形状をしており、
屈折率の異方性を有するため、光の入射方向により複屈
折の効果が異なる。電圧を印加したときに液晶の分子は
基板の表面に垂直になるまで立ち上がるわけではなく、
基板の表面に対してある程度の角度まで立ち上がる。従
って、電圧印加により液晶の分子が基板の表面に対して
ある角度まで立ち上がったとき、観視者は、画面を見る
方向により、液晶の分子の長軸方向との位置関係が異な
り、光の透過率の差が発生して得られる黒表示の程度が
異なる。このため、観視者の位置によっては、画像の明
暗のコントラストが低下する。これは、液晶表示装置の
視角特性として一般に認識されている。
【0007】このような問題点を解決するために、特開
昭54─5754号公報は、液晶の微小な単位領域の各
々に液晶の分子のツイスト方向が異なる2つの液晶配向
区分を形成することを提案している。また、特開昭63
─106624号公報は、1画素内で液晶の分子の配向
方向の異なる2つの液晶配向区分を形成することを提案
している。これらの提案によれば、ある視角特性の液晶
配向区分と別の異なる視角特性の液晶配向区分とを混合
することにより、全体としての視覚特性の向上を図るこ
とができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載された
ように、例えば1画素内で液晶の分子の配向方向の異な
る2つの液晶配向区分をラビングにより形成するために
は、一方の基板の配向膜を微小な単位領域毎に異なる方
向に2度ラビングしなければならない。他方の基板の配
向膜についても同様である。ところで、例えば1画素内
で液晶の分子の配向方向の異なる2つの液晶配向区分を
形成すると、例えば上下方向から見た視角特性を向上さ
せることができる。さらに、それと同時に、左右斜め方
向から見た視角特性を向上させるためには、上記2つの
液晶配向区分の他にさらに2つの液晶配向区分を設ける
ことが必要である。すると、1画素内で液晶の分子の配
向方向の異なる4つの液晶配向区分を形成することが必
要になる。この場合、一方の基板の配向膜を微小な単位
領域毎に異なる方向に4度ラビングしなければならな
い。他方の基板の配向膜についても同様である。
【0009】一方の基板の配向膜を微小な単位領域毎に
異なる方向に4度ラビングすることは、製造工程が非常
に複雑になるので、実施が難しいという問題があった。
本発明の目的は、製造工程の複雑さを解消し、視角特性
を向上させることのできる液晶表示装置を提供すること
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は、第1及び第2の対向する基板16、18と、該第
1の基板の内面に設けられた第1の電極21及び第1の
配向膜22と、該第2の基板の内面に設けられた第2の
電極24及び第2の配向膜26と、該第1及び第2の基
板の間に挿入された液晶20と、からなる液晶表示装置
であって、該液晶が、液晶分子が該第1の配向膜22及
び該第2の配向膜26の配向処理に従ってプレチルト及
びツイストする液晶からなり、図1に示されるように、
該第1の配向膜22及び該第2の配向膜26が、相互に
ほぼ垂直な配向方向を有する複数の微小な単位領域から
なり、該微小な単位領域の各々が、液晶の分子の長軸方
向が相互に平行な方向に延び且つ逆方向にプレチルトす
る第1及び第2の液晶配向区分A、Bと、液晶の分子の
長軸方向が相互に平行な方向に延び且つ逆方向にプレチ
ルトする第3及び第4の液晶配向区分C、Dとからな
り、該第1及び第2の液晶配向区分A、Bの液晶のツイ
ストが左回りであり、且つ該第3及び第4の液晶配向区
分C、Dの液晶のツイストが右回りであるようにしたこ
とを特徴とするものである。
【0011】
【作用】上記した構成においては、微小な単位領域に第
1及び第2の液晶配向区分A、Bと、第3及び第4の液
晶配向区分C、Dとを設け、四方向から見た視角特性を
向上できるようにしている。そして、第1及び第2の液
晶配向区分A、Bの液晶のツイストが左回りであり、且
つ第3及び第4の液晶配向区分C、Dの液晶のツイスト
が右回りであるようにしたので、微小な単位領域に異な
る4つの液晶配向区分を形成するにもかかわらず、製造
工程においては、基板の配向膜を異なる方向に2度ラビ
ングすればよい。
【0012】
【実施例】図3から図10は本発明の前提となる第1及
び第2の液晶配向区分について説明するものである。図
3は、本発明の実施例の液晶表示装置の液晶パネル10
と、偏光板12、14とを示す図である。液晶パネル1
0は、一対の透明なガラス基板16、18の間に液晶2
0を封入したものである。図示しない光源からの光は矢
印Lの方から液晶パネル10に入射し、観視者Eは入射
方向とは逆の方向から液晶パネル10を見るものとし、
以後の説明においては、光の入射側の基板16を下基板
と呼び、観視者側の基板18を上基板と呼ぶことにす
る。
【0013】下基板16の内面にはITOの共通電極2
1及び配向膜22が設けられ、上基板18の内面には画
素電極24及び配向膜26が設けられる。さらに、図3
には、上基板18と画素電極24との間に絶縁層を介し
て設けられた蓄積容量電極28が示されている。図10
は、上基板18に設けられた画素電極24及びアクティ
ブマトリクス回路の配置を示している。アクティブマト
リクス回路は縦、横にマトリクス状に延びるデータバス
ライン30及びゲートバスライン32を含み、画素電極
24は薄膜トランジスタ(TFT)34を介してデータ
バスライン30及びゲートバスライン32に接続され
る。図10の右下には、蓄積容量電極28が液晶20に
対して並列に設けられる等価回路が示される。
【0014】図3及び図4を参照すると、液晶20はツ
イストネマチック型の液晶からなる。ツイストネマチッ
ク型の液晶20は、下基板16の配向膜(下配向膜)2
2の配向方向22a及び上基板の配向膜(上配向膜)2
6の配向方向26aに従ってツイスト及びプレチルトす
る(図5)。図4に示されるように、下配向膜22の配
向方向22a及び上配向膜26の配向方向26aはガラ
ス平面に平行な成分が相互に垂直な方向に設けられる。
下配向膜22の配向方向22a及び上配向膜26の配向
方向26aは、配向処理がラビングによるときには繊維
等のラビング材を図4の矢印で示した配向方向22a、
26aに移動させることによって実現される。同様に、
そのような配向方向をもった配向膜を斜め蒸着により形
成することができる。
【0015】図4は微小な領域の液晶20の分子が矢印
Tで示されるように左回りにツイストしている例を示し
ている。ここで、20Lは下配向膜22の近くに位置す
る液晶の分子を示し、20Cは下配向膜22と上配向膜
26の間の中間部(液晶層の中央)に位置する液晶の分
子を示し、20Uは上配向膜26の近くに位置する液晶
の分子を示している。
【0016】図5の(A)は、これらの液晶20の分子
20L、20C、20Uを取り出して示した図である。
図5の(A)の左側半分はこれらの液晶20の分子20
L、20C、20Uをパネル上面から見た平面図であ
り、右側半分はこれらの液晶20の分子20L、20
C、20Uを上下の配向膜22、26とともに見た断面
図である。なお、この断面図は、左側の図の矢印の方向
から見たものである。
【0017】図5の(A)を参照すると、液晶20の下
分子20Lの長軸は、平面図で右下から左上へ45度の
方向へ向き、断面図で左端部が下配向膜22に対して上
がるプレチルトを示している。液晶20の中間分子20
Cの長軸は、平面図で下から上へ垂直に向き、断面図で
左端部が上がるプレチルトを示している。液晶20の上
分子20Uの長軸は、平面図で左下から右上へ45度の
方向へ延び、断面図で右端部が上配向膜26に対して上
がるプレチルトを示している。
【0018】図5の(B)は、図5の(A)の配向状態
を得る配向膜22、26の配向方向22a、26aの組
合せを示し、実線の矢印が下基板16の配向膜22の配
向方向22aを示し、破線の矢印が上基板18の配向膜
26の配向方向26aを示している。両配向方向22
a、26aが決まれば、それらの間の液晶の分子の配向
は決まってしまうので、図5の(B)の表示は図5の
(A)の配向状態を示したものである。以後、図5の
(B)に示された特徴をもつ液晶パネル10の微小部分
を液晶配向区分Aと呼ぶ。
【0019】ここで、下配向膜22と上配向膜26の間
の中間部に位置する液晶の中間分子20Cに注目する
と、液晶の中間分子20Cは電圧を印加しないときには
上下の液晶の分子20U、20Lと同じようにほぼ水平
に配向しているが、電圧を印加すると破線で示されるよ
うにある程度の傾斜角度まで立ち上がる。
【0020】図5の(C)に示されるように、矢印EC
は液晶パネルを法線方向から見る場合を示し、矢印
L 、EU はそれぞれ下方及び上方から見る場合を示し
ている。液晶パネルを矢印EU の方から見ると、液晶の
中間分子20Cの複屈折の大きさは比較的小さくなり、
濃い黒表示を見ることになる。逆に、これを矢印EL
方から見ると、液晶の中間分子20Cの複屈折の大きさ
は比較的大きな値を示し、この場合の光の透過量は多い
ので、より明るい黒表示を見ることになる。このよう
に、液晶配向区分Aの場合には、上方から見る画像は暗
く、下方から見る画像は明るくなる。
【0021】液晶配向区分Aの視角特性が、図7の一点
鎖線C及び破線L、Uで示されている。図7の一点鎖線
Cは真正面から見た場合の電圧─透過率曲線である。破
線U、Lは角度40度の上方及び下方から見た場合の電
圧─透過率曲線である。破線Lの場合には、電圧を高く
しても透過率の低下が少ないので、黒い表示を得ようと
しても、比較的に明るい表示になってしまう。破線Uの
場合には、電圧をわずかにかけると透過率が大幅に低下
し、すぐに黒になってしまい、白と黒の間の中間色を得
るのに不都合である。
【0022】そこで、破線Lと破線Uの特性を加えて2
で割る特性を示したのが実線Iである。実線Iの特性
は、一点鎖線Cの特性に近くなり、視角特性が改善され
る。このため、図6に示されるように、液晶配向区分A
と相補的な特徴をもつ液晶配向区分Bを設け、液晶配向
区分Aと液晶配向区分Bを合わせて1単位とする。液晶
配向区分Bの配向膜22、26の配向方向22a、26
aは相互に垂直であるとともに、液晶配向区分Aの配向
膜22、26の配向方向22a、26aに対してそれぞ
れ逆になっている。従って、液晶配向区分Bの中間分子
20Cは、電圧印加時の立ち上がり方が、配向区分Aの
場合と逆になる。従って、液晶配向区分Bの視角特性
は、液晶配向区分Aとは逆に、上方から見たときに明る
いものとなり、下方から見たときに暗いものとなる。
【0023】従って、液晶配向区分Aと液晶配向区分B
を合わせて配置することにより、図7の実線Iの特性が
得られる。そして、液晶配向区分Aと液晶配向区分Bを
合わせたものを1単位として、上下方向の視角特性を改
良することができる。図6は液晶配向区分Aと液晶配向
区分Bが縦に並べて配置された例を示しているが、これ
は下配向膜22と上配向膜26の間の中間部に位置する
液晶の中間分子20Cの配向方向を同時に説明するため
に縦に並べて示しただけであって、液晶配向区分Aと液
晶配向区分Bを横に並べたり、斜めに配置したりしても
実質的に同等の効果があるか。
【0024】また、上記説明では、液晶20は左回りの
ツイストをするものであったが、図8に示すような配向
方向22a、26aにすれば、右回りのツイストの液晶
配向区分Aと液晶配向区分Bを得ることができる。図8
の右回りのツイストの液晶配向区分Aと液晶配向区分B
は、図6の左回りのツイストの液晶配向区分Aと液晶配
向区分Bと同様に上下方向の視角特性を改良できる。な
お、図6及び図8では、特定の視角方向(しきい値電圧
が低くなる方向)を同様の矢印で示してある。
【0025】図9は、図6及び図8の液晶配向区分Aと
液晶配向区分Bの特定の視角方向に対して垂直な方向の
左右視角方向(矢印)をもった液晶配向区分Cと液晶配
向区分Dを示している。この場合、液晶配向区分Cと液
晶配向区分Dの液晶の分子は図8に示す液晶配向区分A
と液晶配向区分Bのものとは垂直な方向に配向するよう
にしてある。
【0026】図1は、図6の液晶配向区分Aと液晶配向
区分Bと、図9の液晶配向区分Cと液晶配向区分Dとを
組み合わせた1単位領域を示す図である。この組合せに
よれば、上下方向及び左右方向から見た視角特性を向上
させることができる。この場合、液晶配向区分Aと液晶
配向区分Bが左回りのツイストであり、液晶配向区分C
と液晶配向区分Dが右回りのツイストである。なお、図
8の右回りのツイストの液晶配向区分Aと液晶配向区分
Bを用いる場合には、図9の液晶配向区分Cと液晶配向
区分Dに相当する視角特性をもった左回りのツイストの
液晶配向区分と液晶配向区分を使用する。
【0027】液晶配向区分A及び液晶配向区分B、並び
に液晶配向区分Cと液晶配向区分Dは、異なる視角特性
をもっており、その差が観視者に認識されないで一様な
画像を形成するためには、これらの液晶配向区分の面積
はある程度小さいものであることが望ましい。好ましく
は、4個組の液晶配向区分A、B、C、Dを形成する1
単位領域は、データバスライン30とゲートバスライン
32とで囲まれた1画素領域と一致するように形成する
とよい。カラー表示のために下基板16にカラーフィル
タが設けられる場合には、その1画素領域はカラーフィ
ルタのR、G、B毎の領域とする。しかし、1単位領域
は、1画素領域の整数倍(3倍程度まで)、あるいは1
画素領域の整数の逆数倍にしてもよい。
【0028】図11は、そのような微小な単位領域の繰
り返しからなる液晶パネル10の製造を行うための、配
向膜22、26のラビング処理を示す図である。図11
においては、例えば上基板18の表面に無機配向膜51
及び有機配向膜52を塗布し、(A)に示されるよう
に、マスク54をしてラビングローラ53を矢印の方向
に進める。マスク54はフォトリソグラフィによるレジ
ストにより形成され、レジストは後で除去される。する
と、マスク54の開口部に相当する部分のみが一方向に
ラビングされる。次に(B)に示されるように、別のマ
スク54をしてラビングローラ53を(A)とは別の方
向に進める。この2工程により、それぞれの液晶配向区
分に逆方向のラビングを行うことができる。また、下基
板16にも同様のラビングを行う。配向処理を斜め蒸着
で行う場合にも同様にマスクを使用して微小な区分毎に
配向処理を行うことができる。
【0029】図1では、下基板16の配向膜22の配向
方向(ラビング方向)は実線の矢印で示され、上基板1
8の配向膜26の配向方向(ラビング方向)は破線の矢
印で示されている。図1から明らかなように、下基板1
6の配向膜22の配向方向(ラビング方向)は、液晶配
向区分A及び液晶配向区分Dにおいて同じ方向であり、
且つ液晶配向区分B及び液晶配向区分Cにおいて同じ方
向である。従って、4つの異なった液晶配向区分A、
B、C、Dを形成するために、下基板16の配向膜22
のラビングを図11に従って2回行えばよいことが分か
る。
【0030】同様に、上基板18の配向膜26の配向方
向(ラビング方向)は、液晶配向区分A及び液晶配向区
分Cにおいて同じ方向であり、且つ液晶配向区分B及び
液晶配向区分Dにおいて同じ方向である。従って、4つ
の異なった液晶配向区分A、B、C、Dを形成するため
に、上基板16の配向膜26のラビングも2回行えばよ
いことが分かる。
【0031】図2は、図1の下基板16の配向膜22の
液晶配向区分A及び液晶配向区分Dのラビングを行う場
合を示している。この場合、液晶配向区分B及び液晶配
向区分Cをマスク54により覆い、液晶配向区分A及び
液晶配向区分Dを同時にラビングする。液晶配向区分A
と液晶配向区分Dは隣接し、且つ液晶配向区分Bと液晶
配向区分Cは隣接しているので、マスク54は直線の帯
状のものでよく、マスク54の形成も容易である。この
ような特徴は、図1に示されるように、上下方向の視角
特性を有する液晶配向区分A、B及び左右方向の視角特
性を有する液晶配向区分C、Dが微小な単位領域を十字
状に横切る分割線によって分割された区画に配置され、
液晶配向区分A、B並びに液晶配向区分C、Dが該微小
な単位領域の対角線上の位置に配置されることによって
得られる。すなわち、液晶配向区分Aと液晶配向区分B
とが対角線上の位置にあり、液晶配向区分Cと液晶配向
区分Dとが対角線上の位置にある。
【0032】図12は、図1とは違って、4つの異なる
液晶配向区分A、B、P、Qが同じ左回りのツイストで
形成された例を示す図である。この場合には、上基板1
8の配向膜27の配向方向及び下基板16の配向膜22
の配向方向がともに4つの方向になる。従って、この場
合には、図13に示されるように、ラビングを行うため
には、4つの異なる液晶配向区分A、B、P、Qのうち
の1つを開口させるマスク54を用い、4回のラビング
を行うことが必要である。本発明では、その半分の工程
でラビングを行うことができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
視角特性及びコントラストの優れた液晶表示装置を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図兼第1実施例を示す図である。
【図2】図1の構成のラビングを行うところを示す図で
ある。
【図3】液晶表示装置の概略断面図である。
【図4】ツイストネマチック型液晶の挙動を説明する斜
視図である。
【図5】1つの液晶配向区分を示す図であり、(A)は
各部の液晶分子の配向状態を示す図であり、(B)は
(A)の簡略図であり、(C)は(B)のY−Y´線断
面図である。
【図6】2つの液晶配向区分を示す図である。
【図7】液晶表示装置の視角特性を示す図である。
【図8】2つの液晶配向区分のもう一つの配置を示す図
である。
【図9】2つの液晶配向区分のもう一つの配置を示す図
である。
【図10】アクティブマトリクス回路を示す図である。
【図11】ラビング処理を説明する図であり、(A)は
1回目のラビングを示し、(B)は2回目のラビングを
示す図である。
【図12】図1とは別の構成を示す図である。
【図13】図12の構成のラビングを示す図である。
【符号の説明】
16、18…基板 20…液晶 21、24…電極 22、26…配向膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の対向する基板(16、1
    8)と、該第1の基板の内面に設けられた第1の電極
    (21)及び第1の配向膜(22)と、該第2の基板の
    内面に設けられた第2の電極(24)及び第2の配向膜
    (26)と、該第1及び第2の基板の間に挿入された液
    晶(20)と、からなる液晶表示装置であって、 該液晶が、液晶分子が該第1の配向膜(22)及び該第
    2の配向膜(26)の配向処理に従ってプレチルト及び
    ツイストする液晶からなり、 該第1の配向膜(22)及び該第2の配向膜(26)
    が、相互にほぼ垂直な配向方向を有する複数の微小な単
    位領域からなり、 該微小な単位領域の各々が、液晶の分子の長軸方向が相
    互に平行な方向に延び且つ逆方向にプレチルトする第1
    及び第2の液晶配向区分(A、B)と、液晶の分子の長
    軸方向相互に平行な方向に延び且つ逆方向にプレチルト
    する第3及び第4の液晶配向区分(C、D)とからな
    り、 該第1及び第2の液晶配向区分(A、B)の液晶のツイ
    ストが左回りであり、且つ該第3及び第4の液晶配向区
    分(C、D)の液晶のツイストが右回りであるようにし
    たことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 該微小な単位領域がほぼ矩形状の形状に
    配置され、第1及び第2の液晶配向区分(A、B)及び
    該第3及び第4の液晶配向区分(C、D)が該微小な単
    位領域を十字状に横切る分割線によって分割された区画
    に配置され、第1及び第2の液晶配向区分(A、B)並
    びに該第3及び第4の液晶配向区分(C、D)が該微小
    な単位領域の対角線上の位置に配置されることを特徴と
    する請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 該第1の配向膜(22)及び該第2の配
    向膜(26)がラビングにより配向処理されていること
    を特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
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