JPWO2010137386A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる液晶表示装置を提供する。本発明は、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記第一配向層のアンカリングエネルギは、１．５×１０−４Ｊ／ｍ２以下である液晶表示装置である。

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、電圧印加により液晶層をベンド変形させることにより光の透過を制御する表示方式に好適な液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は薄型、軽量及び低消費電力を特徴とし、様々な分野で広く用いられている。そしてその表示性能は、年月の経過に伴い格段に進歩してきており、いまやＣＲＴ（陰極線管）を凌ぐほどまでになってきている。

液晶表示装置の表示方式はセル内で液晶をどのように配列させるかによって決定される。従来、液晶表示装置の表示方式としては、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｓｅｌｆ−Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード等の各種表示方式が知られている。

そして、このような表示方式を用いた液晶表示装置は大量に生産されている。そのなかでも、例えば、ＴＮモードの液晶表示装置は、広く一般的に用いられている。しかしながら、ＴＮモードの液晶表示装置は、応答が遅い、視野角が狭い等の点で改善の余地がある。

これに対し、ＭＶＡモードは、アクティブマトリクス基板の画素電極にスリットを設けるとともに、対向基板の対向電極に液晶分子の配向制御用の突起（リブ）を設け、これらによって形成されるフリンジフィールド（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ）によって液晶分子の配向方向を複数方向に分散させるものである。そして、ＭＶＡモードは、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向を複数に分割（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ）することによって、広視野角を実現している（例えば、特許文献１参照。）。また、ＭＶＡモードは、垂直配向モードであるため、ＴＮ、ＩＰＳ及びＯＣＢの各モードに比べ高コントラストが得られるという特徴を有している。しかしながら、製造工程が複雑になるうえ、ＴＮモードと同様、応答が遅いという点で改善の余地がある。

上記以外の表示方式として、ＭＶＡモードのプロセス課題を解決すべく、垂直配向モードにおいて、液晶材料としてｐ型ネマチック液晶を用い、櫛歯状電極により発生する横電界を用いて該液晶を駆動させる表示方式（以下、ＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｂｅｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードとも言う。）が提案されている（例えば、特許文献２〜７参照。）。

ＴＢＡモードは、ＭＶＡモードに比べて以下の特徴を有している。まず、高速応答が可能である。また、垂直配向による高コントラストを実現できる。更に、広視野角を実現できる。そして、ＴＢＡモードでは突起による配向制御が不要であり、画素構成が単純であるため、容易に製造することができる。すなわち安価である。

なお、微細な構造物により液晶の配向を制御するための技術として、配向膜表面に所定方向を向く複数の傾斜面を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献８参照。）。また、高さが周期的に変化する凹凸を基板表面に形成する技術が開示されている（例えば、特許文献９参照。）。

また、飽和閾値法によるアンカリングエネルギの評価方法が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。

特開平１１−２４２２２５号公報 特開昭５７−６１８号公報 特開平１０−１８６３５１号公報 特開平１０−３３３１７１号公報 特開平１１−２４０６８号公報 特開２０００−２７５６８２号公報 特開２００２−５５３５７号公報 特開平３−１５０５３０号公報 特開平１１−２４２２２５号公報

佐々木義一、他２名、「飽和閾値法によるネガ型液晶のアンカリング強度の評価」、第５３回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集（２００６春、武蔵工業大学）、２００６年、ｐ．１３６５、Ｎｏ．２３ａ−Ｐ−６

以下、ＴＢＡモードを例にして、本発明の課題について説明するが、本発明はＴＢＡモードに限定されるものではない。
本発明者らは、ＴＢＡモードでは、図１０に示すように、特に高電圧印加時に、液晶配向が崩れ、表示不良が発生することがあることを初めて発見した。図１０中では、光っている部分で液晶配向が崩れてしまっている。電圧無印加の時は、偏光板が直交しているため黒表示であり、電圧印加により電極近傍から明るく点灯していく。ここにおいて、過大な電圧が印加されると、電極間領域で液晶の配向が崩れ、光漏れ（偏光状態が乱れた光の出射）が起こる。この時、正常に点灯している部分と配向が崩れ光漏れしている部分とを同時に観察することになる。輝度に違いがあるので充分観測できるが、図１０では、一旦印加電圧を除去し、正常な部分を垂直配向とした時（すなわち、黒表示時）の写真を示す。ＴＢＡモードでは、図１１に示すように、電界印加によりセル内に弓なり状（ベンド状）の液晶の配向分布が形成される。また、印加電圧を大きくするにつれて、形成されるベンドの曲率は次第に小さくなる。この時、印加電界が大きくなることによってベンドの曲率が小さくなりすぎると、セル内の系の自由エネルギが大きくなる。そのため、系がベンドの歪みを解消する方向に進行し、その結果、ベンド状の液晶の配向分布が崩れると考えられる。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる液晶表示装置について種々検討したところ、液晶の変形、すなわち液晶配向の変化の容易性に着目した。そして、配向層界面の液晶の束縛力を小さくし液晶の変形を容易にすること、変形しやすい液晶材料を用いること、及び／又は、液晶が変形しやすいように基板界面を制御することにより、より具体的には、（１）液晶材料の曲げ弾性定数ｋ３３がｋ３３≦１４ｐＮを満たすこと、（２）配向層のアンカリングエネルギが１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であること、（３）配向層がフッ素含有基を有する配向膜を含むこと、（４）配向層が化学吸着膜を含むこと、（５）配向層がｐ型液晶材料の配向を制御するための凹凸を含むこと、（６）ｐ型液晶材料が電圧無印加時に電圧印加により傾斜する方向に予め傾斜する液晶分子を含むこと、（７）櫛歯状電極が液晶層側の面に傾斜部を有すること、又は、これらの形態を組み合わせることにより、液晶の変形を容易にすることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記液晶層を構成する液晶材料の曲げ弾性定数ｋ３３は、ｋ３３≦１４ｐＮを満たす液晶表示装置である。

本発明はまた、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記第一配向層のアンカリングエネルギは、１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下である液晶表示装置でもある。

本発明はまた、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記第一配向層は、フッ素含有基を有する配向膜を含む液晶表示装置でもある。

本発明はまた、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記第一配向層は、化学吸着膜を含む液晶表示装置でもある。

本発明はまた、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記第一配向層は、前記液晶層に接する表面に、前記ｐ型液晶材料の配向を制御するための凹凸を有する液晶表示装置でもある。

本発明はまた、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記ｐ型液晶材料は、電圧無印加時に電圧印加により傾斜する方向に予め傾斜する液晶分子を含む液晶表示装置でもある。

本発明はまた、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、前記櫛歯状電極は、前記液晶層側の面に傾斜部を有する液晶表示装置でもある。

なお、上記垂直とは、必ずしも厳密に垂直である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に垂直と同視できるものと略垂直とを含む。また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでもよい。

本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

また、本発明の液晶表示装置はそれぞれ、互いに適宜組み合わされてもよい。すなわち、上記発明はそれぞれ、当該発明以外の本発明の液晶表示装置の構成を適宜有してもよい。
本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各形態も適宜組み合わせることができる。

本発明の効果をより確実に奏する観点からは、前記第二配向層のアンカリングエネルギは、１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることが好ましい。

同様の観点からは、前記第一配向層のアンカリングエネルギは、１×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることが好ましい。

同様の観点からは、前記第二配向層のアンカリングエネルギは、１×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることが好ましい。

同様の観点からは、前記第二配向層は、フッ素含有基を有する配向膜を含むことが好ましい。

同様の観点からは、前記第二配向層は、化学吸着膜を含むことが好ましい。

同様の観点からは、前記第二配向層は、前記液晶層に接する表面に、前記ｐ型液晶材料の配向を制御するための凹凸を有することが好ましい。

同様の観点からは、前記曲げ弾性定数ｋ３３は、ｋ３３≦１３ｐＮを満たすことが好ましく、ｋ３３≦１２．５ｐＮを満たすことがより好ましい。

同様の観点からは、前記液晶分子は、前記第一配向層に隣接することが好ましい。

同様の観点からは、前記傾斜部は、前記ｐ型液晶材料に含まれる液晶分子が電圧印加により傾斜する方向に傾斜することが好ましい。

前記フッ素含有基は、ＣＦ_２基であることが好ましい。

フッ素含有基（Ｆ系官能基）を導入することにより、表面エネルギを低減させることができ、液晶分子の回転をスムーズに行うことができる。また、このフッ素含有基導入の効果は、フッ素原子の割合が多ければ多いほど高いため、ＣＦ_２基を導入することは極めて有効である。

前記凹凸は、より具体的には、画素内に二次元的に配列されることが好ましい。

また、前記凹凸は、より具体的には、前記液晶層にプレチルト角を付与するものであることが好ましい。すなわち、前記液晶層は、電圧無印加時に前記凹凸によるプレチルトを有することが好ましい。

前記液晶層のプレチルト角は、８７°以上、９０°未満であることが好ましい。８７°未満であると、コントラスト比が低下することがある。

前記ｐ型液晶材料は、より具体的には、ｐ型ネマチック液晶材料であることが好ましい。

本発明の液晶表示装置によれば、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。

実施形態１の液晶表示装置の基本構成を示す斜視模式図である。 実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、電圧を印加した時のセル内の電位分布の一例を示す。 実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、電圧を印加した時の液晶配向分布の一例を示す。 実施例１の液晶表示素子の基本構成を示す断面模式図である。 実施例１の液晶表示装置における透過軸方位及び電界印加方向を説明するための平面図である。 実施例６の液晶表示素子における微細構造を示す模式図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、右側面図であり、（ｃ）は、下側面図である。 実施例７における基板の断面模式図であり、実施例７における偏光紫外線照射による２領域形成の様子を説明するための図であり、（ａ）は、一回目の照射時を示し、（ｂ）は、二回目の照射時を示す。 実施例７における基板の斜視概念図であり、実施例７における偏光紫外線照射の方向と液晶分子のプレチルト角の発生方位との関係を説明するための図である。 実施例１の液晶表示素子の顕微鏡写真であり、実施例１の液晶表示素子におけるベンド安定性を説明するための写真である。 従来のＴＢＡモードの液晶表示素子の顕微鏡写真であり、従来のＴＢＡモードの液晶表示素子におけるベンド安定性を説明するための写真である。 ＴＢＡモードの液晶表示装置の断面模式図であり、電圧を印加した時の液晶配向分布の一例を示す。 実施形態２の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。 実施形態１又は２の液晶表示装置の構成を示す平面模式図である。 実施例７の液晶表示素子の別の構成を示す断面模式図である。

本明細書において、アンカリングエネルギは、平行平板電極セルを用い、印加電圧を変化させながら該セルの静電容量を測定した後、ｄＣ／ｄＶ対１／Ｖのグラフをプロットすることにより算出した。詳細については上記非特許文献１を参照。

なお、平行平板電極セルは、全面に透明電極が形成された２枚のガラス基板を用い、スペーサを介して液晶層を挟持した通常のテストセルである。また、２枚のガラス基板の液晶層側の表面にはそれぞれ、測定されるべき配向層が形成されている。また、２枚のガラス基板上には、通常、同じ配向層を形成する。

また、プレチルト角は、シンテック社製の偏光解析装置、Ｏｐｔｉｐｒｏを用いて測定した。測定方法は、液晶分子の傾斜している方位に対して、極角が−３０°〜＋３０°の角度での透過光の偏光状態（ストークスパラメータ）を求め、光学シミュレーションで計算されるプレチルト角と前記偏光状態との関係のフィッティングにより測定試料のプレチルト角を決定した。

以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

（実施形態１）
本実施形態の液晶表示装置は、電界印加によりセル内に電界強度の分布を形成し、液晶のベンド配列を実現するものである。また、本実施形態の液晶表示装置は、垂直配向されたｐ型ネマチック液晶（正の誘電異方性を有するネマチック液晶）に対して、基板面に対して横方向に電界を印加する液晶表示装置であり、該電界の印加によりベンド状の配列が形成されることを特徴としている。また、上記電界により液晶分子の配向方位が規定される。なお、上記電界は、基板面に対して平行な成分を有する電界であればよい。

また、本実施形態の液晶表示装置は、液晶表示素子（セル）、駆動回路及びバックライト（照明装置）を備えている。上記駆動回路及びバックライトの構成は従来と同じである。したがって、これらの構成については、その説明を省略する。

本実施形態の液晶表示素子は、図１に示すように、２枚の透明な基板（上基板）１１及び基板（下基板）１２を有し、２枚の透明な基板１１及び基板１２の間にはｐ型ネマチック液晶（以下、単に「液晶分子」とも言う。）１５を含む液晶材料が封止され、液晶層が形成されている。

また、基板１１、１２上には液晶材料、なかでもｐ型ネマチック液晶１５を配向制御するための部材である配向層１３、１４が配設されている。配向層１３、１４は、電界（電圧）無印加時に液晶材料、なかでもｐ型ネマチック液晶１５を基板１１、１２の主面に対して略垂直に配向させる。

このため、ｐ型ネマチック液晶１５は、電圧無印加時にホメオトロピック配向を示している。より具体的には、配向層１３、１４近傍の液晶分子１５の長軸は、電圧無印加時に、基板１１、１２の主面それぞれに対して略垂直に向くように配向している。なお、本実施形態の表示方式において精密なプレチルト角の制御は不要である。

また、一方の基板１２上には、櫛歯形状の共通電極群と、櫛歯形状の画素電極群とが互いに噛み合うように対向配置されている櫛歯状電極１６が形成されている。なお、共通電極群は、互いに平行な複数の共通電極を含み、各共通電極は、画素（又は絵素）の周辺領域で互いに繋がっている。共通電極群には、各画素（又は絵素）に共通の信号（コモン信号）が供給される。また、画素電極群も、互いに平行な複数の画素電極を含み、各画素電極は、画素（又は絵素）の周辺領域で互いに繋がっている。画素電極群は、各画素（又は絵素）に対応して設けられ、画素電極群には、画素（又は絵素）毎に画像信号が所定のタイミングで供給される。

更に、２枚の基板１１、１２の外主面上には偏光板１７、１８が配設されている。

このようなセル構成は特許文献２で開示されており、電界印加によりベンド状の電界が形成され、お互いにダイレクタ方位が１８０°異なる２つのドメインが形成されることや、それに伴い広い視野角特性が得られることは特許文献４及び５で開示されている。

また、本発明者らは、このようなセル構成において、櫛歯状電極１６の電極幅Ｌ及び電極間隔（電極間の間隔）Ｓと、液晶層厚（セルギャップ）ｄとを最適化することにより高透過率、広視野角及び高速応答が達成されることを既に出願している。しかしながら、上述のように、高電圧印加時の配向安定性において課題があった。

また、本実施形態の表示モードでは、高電圧印加時のベンド配向と、電圧無印加時の垂直配向との間で階調表示が行われる。この時の最大曲率は、印加電圧に依存し、電界強度が大きければ大きいほど大きくなる。すなわち、高電圧印加時の最大曲率を電極幅Ｌや電極間隔Ｓ、液晶層厚ｄ等により任意に制御可能である。したがって、高電圧印加時の最大曲率をＯＣＢモード以上にすることができ、その結果、ＯＣＢモード以上の高速応答を達成することができる。なお、ここでの曲率とは「曲げの程度」を意味しており、物理的に定義されたものではない。

しかしながら、「曲げの程度」が必要以上に大きい場合には、一本の棒を折り曲げる時のように、ベンド配向が破壊されてしまう。それに対して、本実施形態では、例えば配向層１３、１４のアンカリングエネルギを小さくすることにより、安定したベンド配向状態を達成することが可能である。これは、例えば、ガラスの薄板を折り曲げるとすぐに割れてしまうが、プラスチック製の下敷きでは、かなり折り曲げても割れないことと同様である。

図２は７Ｖの電圧が印加された時のセル内の等電位曲線を示している。この時、液晶分子１５は、この電界強度分布と界面からの束縛力とに応じて配列する。この時の様子を図３に示す。電圧印加により液晶分子１５はホメオトロピック配向からベンド状配列へと連続的に変化する。より詳細には、電界印加時には、櫛歯状電極１６間の電気力線は半円状に湾曲し、ベンド状（弓なり状）の電界が形成される。そのため、液晶分子１５は、図３に示すように、基板厚み方向に弓なりにベンド配列する。この結果、基板面に垂直な方向に進行する光に対して複屈折性を示す。

このように、通常の駆動においては、液晶層は常にベンド状配列を呈し、異なる階調間の応答で高速応答が可能となる。また、互いにダイレクタ方位が１８０°異なる２つのドメインが形成されることから、広い視野角特性を得ることができる。

更に、通常の駆動を行う場合においては、ベンド状配列が崩壊することはない。しかしながら、ＴＦＴ駆動において横電界の影響が無視できない場合等には、液晶配列が崩壊することがあった。

そして、本発明者らは、液晶分子のベンド状配列が崩れるのは、過剰に液晶配列が曲げられた場合であることを見いだすとともに、液晶材料そのものを曲げ応力に対抗できるようにするか、配向層１３、１４と液晶層との界面でのアンカリングエネルギを弱くするか、該界面での液晶配向の傾斜角を電気力線の方向に傾斜させておくか、又はこれらの手段を組み合わせることにより液晶配列の崩壊を効果的に抑制できることが分かった。

具体的な手法は下記の通りである。
（１）曲げ弾性定数ｋ３３がｋ３３≦１４ｐＮを満たす液晶材料を用いる。
（２）配向層１３、１４のアンカリングエネルギを１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下とする。
（３）配向層１３、１４として、フッ素含有基を有する配向膜を用いる。
（４）配向層１３、１４として、化学吸着膜を用いる。
（５）配向層１３、１４として、微細形状配向規制層を用いる。
（６）電圧印加により傾斜する方向に液晶分子を予め傾斜させる。
（７）櫛歯状電極の液晶層側の面を傾斜させる。
以下、これらの手法についてより詳細に説明する。

上記（１）の手法によれば、液晶分子の変形を容易にすることができる。すなわち、ｋ３３が比較的小さい変形しやすい液晶材料を使用することにより、液晶配向を容易に変化させることができる。したがって、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。

液晶配向の崩れを抑制する観点からは、ｋ３３は、小さければ小さいほうが好ましく、具体的には、１３ｐＮ以下であることが好ましく、１２．５ｐＮ以下であることがより好ましく、１２ｐＮ以下であることが更に好ましい。

一方、ｋ３３の下限については、液晶の構造から自ずと限界がある。詳細には、ｋ３３が６ｐＮ〜８ｐＮよりも小さい液晶材料は現実的ではない。したがって、ｋ３３は、６ｐＮ以上であることが好ましく、８ｐＮ以上であることがより好ましい。

また、屈折率異方性Δｎや誘電率異方性Δε等のｋ３３以外の液晶物性値が変わらない場合、通常、ｋ３３が小さくなれば液晶は弾性変形しやすくなる。したがって、ｋ３３が小さければ小さいほど、駆動電圧を下げることもできる。

液晶配向の安定性を向上するとの目的からすれば、液晶材料のｋ３３以外の物性については特に限定されず適宜設定することができる。しかしながら、本実施形態で用いている表示方式に好適な液晶材料としては、屈折率異方性Δｎ＝０．１〜０．３の材料、誘電率異方性Δε＝１０〜２５の材料を挙げることができ、屈折率異方性Δｎ＝０．１〜０．３及び誘電率異方性Δε＝１０〜２５を満たす材料が特に好ましい。また、信頼性の観点からは、Ｆ（フッ素）系液晶材料を用いることが好ましい。なお、Ｆ系液晶材料の液晶分子には、フッ素原子、フッ素含有基等が導入されている。

また、電極幅Ｌ、電極間隔Ｓ、セルギャップｄ等についても特に限定されず適宜設定することができるが、電極幅Ｌ＝１〜５μｍ（特に好ましくは２．５μｍ）、電極間隔Ｓ＝３．５〜８μｍ、セルギャップｄと液晶材料の屈折率異方性Δｎとの積ｄΔｎ＝３００〜４００ｎｍを満たすことが好ましい。

上記（２）の手法によれば、液晶分子の変形を容易にすることができる。すなわち、このようにアンカリングエネルギ（表面アンカリングエネルギ、アンカリング強度）を比較的小さく設定することにより、基板表面、すなわち配向層１３、１４表面における液晶分子の束縛力を小さくし、液晶配向を容易に変化させることができる。その結果、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。

他方、特許文献３には、垂直配向のためアンカリングが小さいとの記載があるが、具体的なアンカリングエネルギは明記されていない。また、垂直配向であればアンカリングエネルギが必ず小さくなるとも限らない。

液晶配向の崩れを抑制する観点からは、アンカリングエネルギは、小さければ小さいほうが好ましく、具体的には、１×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることが好ましい。また、アンカリングエネルギを小さくすることによって、閾値電圧を低減することができる。

一方、アンカリングエネルギの下限については特に限定されないが、１×１０^−６Ｊ／ｍ^２以上であることが好ましい。１×１０^−６Ｊ／ｍ^２未満であると、電圧印加により形成されたベンド状配向が電圧を解除しても戻らず、他の配向状態になることがある。すなわち、メモリー性が発揮されてしまうことがある。

なお、原理的には、両基板１１、１２上の配向層１３、１４のアンカリングエネルギが液晶配向に影響を及ぼす。しかしながら、電界強度は櫛歯状電極１６が設けられる下基板側のほうが大きいため、下基板での液晶配向の改善効果が大きいと考えられる。すなわち、下基板側の配向層１４だけが上記アンカリングエネルギの数値範囲を満たす場合でも、ある程度の効果が発揮されることが期待できる。

同様に、後述する上記（３）〜（５）の手法についても下基板側の配向層１４だけに適用されてもよい。

ただし、液晶配向の崩れに起因する表示不良をより確実に抑制する観点からは、上記（２）〜（５）の手法は、配向層１４のみならず配向層１３についても適用されることが好ましい。

また、上基板側の配向層１３と下基板側の配向層１４とで材質、構成、形成方法等が異なると、焼き付き等の不具合が発生することがある。したがって、通常は、配向層１３及び配向層１４は、同じ材質及び構成からなることが好ましく、また、同じ形成方法により形成されることが好ましい。

同様に、配向層１３及び配向層１４は、同一アンカリングエネルギであることが好ましく、上記（３）の手法おいては同じフッ素含有基を有する配向膜であることが好ましく、上記（４）の手法おいては同じ化学吸着膜であることが好ましく、上記（５）の手法おいては同じ微細形状配向規制層を有することが好ましい。

配向層１３、１４のアンカリングエネルギを上記範囲に設定するための具体的な手段としては特に限定されないが、上記（３）〜（５）の手法やラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法により形成された膜（ＬＢ膜）を用いる手段が挙げられ、なかでも上記（３）〜（５）の手法を用いる手段が好適である。

上記（３）の手法によれば、液晶分子と接する配向層１３、１４の表面をフッ素化することができる。したがって、配向層１３、１４の表面の表面エネルギを大きく下げることができるため、配向層１３、１４のアンカリングエネルギも下げることができる。その結果、上記（２）と同様にして、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。

また、イオン性不純物に対する親和性を小さくすることができるので、配向層１３、１４の表面に電気二重層が形成されにくくすることができる。

フッ素含有基としてはフッ素を含む基であれば特に限定されず、例えば、ＣＦ_２基及、ＣＦ_３基等が挙げられるが、なかでもＣＦ_２基が好適である。

上記（４）の手法に関しては、化学吸着膜による液晶配向は、（特に、垂直配向モードでは）、一般に表面アンカリングエネルギが低く、本実施形態に好適である。

また、配向層１３、１４に更に他の化学吸着膜を化学反応により導入することが可能であり、その表面エネルギを任意に制御することが可能である。すなわち、上記（４）の手法によれば、分子設計により、化学吸着膜を構成する分子に更なる分子を化学吸着させることができる。そのため、超薄膜ながらその表面物性を任意に制御することができる。したがって、フッ素原子を含む分子で化学吸着膜を修飾することも可能であるので、化学吸着膜の表面エネルギをコントロールすることができる。そのため、配向層１３、１４のアンカリングエネルギを小さくすることができ、その結果、上記（２）と同様にして、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。

このように、化学吸着膜は、フッ素化されることが好ましい。すなわち、上記（４）の手法は、上記（３）の手法と組み合わせて用いられることが好ましい。

他方、一般的に化学吸着膜によりプレチルト角を精密に制御することは容易ではない。しかしながら、本実施形態の表示方式において精密なプレチルト角制御は不要である。そのため、配向層１３、１４として、極めて簡便な成膜プロセスにより形成可能な化学吸着膜を問題なく利用することができる。

また、化学吸着膜は分子レベルの超薄膜であるため、配向層１３、１４による電圧損失を少なくすることができる。

更に、化学吸着膜及び基板の間と、化学吸着膜を構成する分子同士とをそれぞれ共有結合により接合し、強固な膜を形成することができる。

上記（５）の手法によれば、一般的なポリイミドからなる配向膜に比べて、アンカリングエネルギを一桁程度小さくすることができる。その結果、上記（２）と同様にして、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。

なお、微細形状配向規制層とは、微細な凹凸（構造物）からなる表面形状により液晶分子（ｐ型ネマチック液晶）の配向を規制（制御）する層である。すなわち、微細形状配向規制層は、液晶層に接する表面に、液晶分子の配向を規制するための微細な構造物（凹凸）を有する。

また、微細形状配向規制層は、弾性理論に基づき液晶を並ばせる（配向させる）ものである。例えば、波形トタンのような表面形状を有する基板では、該トタンの溝に沿って液晶が並びやすくなる。

更に、微細な凹凸は、ＭＶＡモードにおいて画素内に局所的（一次元的）に設けられるリブとは異なり、画素内のほぼ全域にわたって、二次元的、かつ均一に配列される。

なお、微細形状配向規制層の具体的な形態については特に限定されず、例えば、上記特許文献８や特許文献９に記載のものを利用することができる。

より具体的には、上記凹凸が形成された基板の表面は、第１方向に沿って第１周期で高さが変化し、第１方向と直交する第２方向に沿って第１周期と異なる第２周期で高さが変化する領域を有し、第１周期は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であり、第２周期は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。また、液晶層は、電圧無印加時に上記凹凸によるプレチルトを有することが好ましい。これにより、液晶配向を高精度に制御することができる。

微細形状配向規制層の形成方法は特に限定されず、例えば、フォトリソグラフィー法、ナノインプリント法、スタンプ法、イオンビーム法等を利用することができる。

また、配向層１３、１４は、微細な凹凸のみからなる形態であっても液晶分子を略垂直に配向することができる。しかしながら、液晶配向性を向上する観点からは、配向層１３、１４は、微細な凹凸上に形成された垂直配向膜を更に含むことが好ましい。

上記（６）の手法によれば、液晶配向を容易に変化させることができるとともに、櫛歯状電極１６への電圧印加により発生する液晶ダイレクタの歪みを緩和することができる。その結果、ベンド状配列の崩壊が起こるのを抑制することができる。

液晶配向の崩れを抑制する観点からは、液晶分子の予め傾斜する角度、すなわちプレチルト角は、小さければ小さいほうが好ましいが、液晶配向の崩れの抑制と、高コントラスト比とを両立する観点から、８７°以上、９０°未満であることが好ましい。

なお、液晶分子にプレチルト角を付与する具体的な方法としては特に限定されないが、光配向法を用いる方法や上記（７）の手段が好適である。

このように上記（７）の手法によっても、液晶配向を容易に変化させることができるとともに、櫛歯状電極１６への電圧印加により発生する液晶ダイレクタの歪みを緩和することができる。その結果、ベンド状配列の崩壊が起こるのを抑制することができる。

液晶配向の崩れをより確実に抑制する観点からは、傾斜部は、液晶分子のプレチルト方向に傾斜することが好ましい。また、同様の観点からは、櫛歯状電極１６の傾斜角度は、電圧印加時に発生する電気力線の方向に液晶分子のプレチルト方向が向くように設定されることが好ましい。

一方、液晶配向の崩れの抑制と、高コントラスト比とを両立する観点から、櫛歯状電極１６の傾斜角度は、液晶層のプレチルト角が８７°以上、９０°未満の範囲内に収まるように設定されることが好ましい。

以上、本実施形態の液晶表示装置によれば、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。

なお、実施形態１では、液晶材料としてｐ型ネマチック液晶を含むｐ型ネマチック液晶材料を例に挙げて説明したが、本発明の液晶材料はｐ型液晶材料を含むものであれば特に限定されない。

また、実施形態１の液晶表示装置は、電界印加によりセル内に電界強度の分布を形成し、液晶のベンド配列を実現するものである。実施形態１では、屈折率異方性Δｎの大きな液晶材料や誘電率異方性Δεの大きな液晶が好適に使用される。このようなｐ型液晶材料としては、例えば、ＣＮ（シアノ）系液晶材料（カイラルネマチック系液晶材料）の他、Ｆ（フッ素）系液晶材料が挙げられる。
以下に実施例を示し、図面を参照しながら本発明について更に詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１の液晶表示装置に用いられる液晶表示素子の基本構成を図４に示す。まず、ＩＴＯ製の櫛歯状電極４１を有するガラス基板（下基板）４２上にポリイミド製垂直配向膜ＪＡＬＳ−２０４（ＪＳＲ社製、５ｗｔ．％、γ−ブチロラクトン溶液）をスピンコート法にて塗布した。その後、２００℃にて２時間焼成した。このときの配向膜（配向層）４４の膜厚は、６０ｎｍであった。

なお、実施例１のみならず全実施例において、電極幅は４μｍに、電極間隔は４μｍに、セルギャップは４μｍに設定した。液晶の配向乱れは、電界強度に依存する。したがって、より狭い間隔で実験したほうが本発明の効果が良く分かるため、全実施例において、通常使用する電極間隔のなかでも相対的に狭い電極間隔（４μｍ）に設定した。

同様にして、配向膜４４と同じ材料からなる配向膜（配向層）４５をガラス基板４３（上基板）上に製膜した。その後、基板４２上に積水化学工業社製４ミクロン樹脂ビーズ４６（ミクロパールＳＰ）を分散した。続いて、基板４３上に三井化学（株）製シール樹脂：ストラクトボンドＸＮ−２１−Ｓを印刷し、両基板４２、４３を貼り合わせた。その後、２５０℃、３時間焼成することにより、液晶セルを作製した。

その後、下記表１に示される各種液晶組成物を真空注入法にて封入するとともに偏光板４９、５０を貼合し、液晶表示素子［１］〜［５］を作製した。この時の電界印加の方向と偏光板４９、５０の軸方位の関係を図５に示す。下基板側の偏光板４９の透過軸方位５１は、上基板側の偏光板５０の透過軸方位５２と直交し、電界印加の方向５３は、両透過軸方位５１、５２を二等分する方向である。

ここにおいて、封入した液晶材料４８はメルク社製液晶材料Ｋ１５（Δｎ＝０．１８１６、Δε＝１３．２、曲げ弾性定数ｋ３３＝８．４ｐＮ）とメルク社製液晶材料ＺＬＩ−２２９３（Δｎ＝０．１３２２、Δε＝１０．０、ｋ３３＝１７．９ｐＮ）との混合組成物である。そして、端子間（櫛歯状電極４１）に２０Ｖの３０Ｈｚ矩形波を１分印加した後、印加電圧を除去した時の液晶の配向状態を評価した。その結果を下記表１に示す。

液晶材料としてＺＬＩ−２２９３のみを用いた場合の顕微鏡写真を図１０に示す。図１０中、Ｂの領域では均質なベンド配向（ベンド状配列）が形成されているが、Ａの領域ではベンド配向が崩れている。それに対して、図９は、液晶表示素子［３］の顕微鏡写真である。図９に示すように、液晶材料のｋ３３が１４ｐＮ以下の場合には、このような液晶配列の崩れは認められなかった。

以上より、本発明に係る実施例１の液晶表示装置、なかでも液晶材料のｋ３３が１４ｐＮ以下の液晶表示装置がベンド配向の安定性に優れていることは明らかであり、その実用性は高い。

なお、端子間への電圧印加条件は、実施例１のみならず全実施例において、駆動電圧は２０Ｖに、周波数は３０Ｈｚに、波形は矩形波に設定した。３０Ｈｚは現行の液晶ディスプレイで採用している周波数である。また、駆動電圧については、一般に、低い電圧（例えば６Ｖ以下）では配向乱れが起こりにくく、高い電圧（例えば１０Ｖ以上）では液晶材料によっては配向乱れが起こる。そして、２０Ｖぐらいになると何ら対策をしていない液晶セルでは１００％配向乱れが起こる。このような理由より、全実施例において、駆動電圧を２０Ｖに設定した。

（実施例２）
実施例２の液晶表示装置に用いられる液晶表示素子の基本構成は、図４と同一である。そして、電極幅４μｍ、電極間隔４μｍ及びセルギャップ４μｍの液晶セルを下記の方法で作製した。

まず、ＩＴＯ製の櫛歯状電極４１を有するガラス基板４２を下記式（１）で示されるシランカップリング材を含む０．０１ｍｏｌ／ｌクロロホルム−ＮＭＰ混合溶液（クロロホルム：ＮＭＰの混合比（体積比）＝１：１０）に５分浸積した。その後、乾燥チッソ中１２０℃で１時間乾燥させ、化学吸着膜からなる配向膜（配向層）４４を形成した。

同様にして、配向膜４４と同じ材料の化学吸着膜からなる配向膜（配向層）４５をガラス基板４３上に製膜した。その後、基板４２上に積水化学工業社製４ミクロン樹脂ビーズ４６（ミクロパールＳＰ）を分散した。続いて、基板４３上に三井化学（株）製シール樹脂：ストラクトボンドＸＮ−２１−Ｓを印刷し、両基板４２、４３を貼り合わせた。その後、２５０℃、３時間焼成することにより、液晶セルを作製した。

その後、メルク社製液晶材料４８：ＺＬＩ−２２９３（Δｎ＝０．１３２２、Δε＝１０．０、ｋ３３＝１７．９ｐＮ）を真空注入法にて封入するとともに偏光板４９、５０を貼合し、液晶表示素子［６］を作製した。

その後、実施例１と同様に端子間（櫛歯状電極４１）に２０Ｖの３０Ｈｚ矩形波を印加したところ、配向欠陥のない均一な配向が得られた。

また、本実施例で用いた配向膜４４、４５のアンカリングエネルギを測定したところ、その値は５×１０^−５Ｊ／ｍ^２であった。ちなみに実施例１で作製した液晶表示素子［５］のアンカリングエネルギは４×１０^−４Ｊ／ｍ^２を示し、２０Ｖの３０Ｈｚ矩形波の印加により液晶配向は崩れてしまった。

以上より明らかなように、本発明に係る実施例２の液晶表示装置は高電圧を印加してもベンド配向が崩れることはなく、その実用的価値は大きい。

なぜ本実施例の液晶表示装置が安定なベンド配向を示すかについては、以下のように考えることができる。すなわち、電圧印加によりベンド配向が形成される時、歪みエネルギが蓄積される。それに対して、低アンカリングエネルギ膜の場合、配向膜界面の液晶分子が相対的に動きやすくなる。したがって、上記歪みエネルギが低アンカリングエネルギ膜の場合にはうまく緩和されるためであると考えられる。

また、本実施例における配向膜（化学吸着膜）４４、４５は、単分子吸着膜であり、基板を溶液に浸すだけで均一に形成することができる。したがって、単分子吸着膜によれば、均一な配向膜を得ることができるとともに、配向膜の成膜プロセスが極めて簡便となる。

他方、従来の表示方式では一定のプレチルト角を付与する必要があり、単分子吸着膜でプレチルト角を制御することは容易ではなかった。しかしながら、本発明の表示方式では、液晶分子を略垂直配向させればよく、精密なプレチルト角制御が不要である。したがって、単分子吸着膜は本発明の表示方式によくマッチしている。

また、単分子吸着膜は分子レベルの超薄膜であり、配向膜による電圧損失も少ないため、本発明の表示方式に適している。

（実施例３）
シランカップリング材として下記式（２）の構造を有するものを用いること以外は、実施例２と同様にして実施例３に係る液晶表示素子［７］を作製した。

その後、実施例１と同様に端子間（櫛歯状電極４１）に２０Ｖの３０Ｈｚ矩形波を印加し、その配向状態を顕微鏡で観察したところ、均一なベンド配向が確認された。実施例２と同様にして、液晶表示素子［７］のアンカリングエネルギを測定したところ、その値は１×１０^−４Ｊ／ｍ^２であった。

（実施例４）
実施例４の液晶表示装置に用いられる液晶表示素子の基本構成は、図４と同一である。そして、電極幅４μｍ、電極間隔４μｍ及びセルギャップ４μｍの液晶セルを下記の方法で作製した。

まず、実施例２と同様にして、ＩＴＯ製の櫛歯状電極４１を有するガラス基板４２を下記式（３）で示される化合物を含む０．０１ｍｏｌ／ｌクロロホルム−ＮＭＰ混合溶液（クロロホルム：ＮＭＰの混合比（体積比）＝１：１０）に５分浸積した。その後、乾燥チッソ中８０℃で１時間乾燥させ、化学吸着膜からなる配向膜（配向層）４４を形成した。配向膜４４と同じ材料からなる配向膜（配向層）４５をガラス基板４３上に製膜した。

その後、基板４２上に積水化学工業社製４ミクロン樹脂ビーズ４６（ミクロパールＳＰ）を分散した。続いて、基板４３上に三井化学（株）製シール樹脂：ストラクトボンドＸＮ−２１−Ｓを印刷し、両基板４２、４３を貼り合わせた。その後、２５０℃、３時間焼成することにより、液晶セルを作製した。

その後、メルク社製液晶材料４８：ＺＬＩ−２２９３（Δｎ＝０．１３２２、Δε＝１０．０、ｋ３３＝１７．９ｐＮ）を真空注入法にて封入するとともに偏光板４９、５０を貼合し、液晶表示素子［８］を作製した。

そして、実施例１と同様に端子間（櫛歯状電極４１）に２０Ｖの３０Ｈｚ矩形波を印加し、その配向状態を顕微鏡で観察した。形成されたベンド配向は均質であった。また、電圧の入り切りを繰り返しても配向が乱れることはなかった。また、実施例２と同様にして、配向膜４４、４５のアンカリングエネルギを測定したところ、２×１０^−５Ｊ／ｍ^２の値が得られた。

以上のように、本発明に係る実施例４の液晶表示装置が優れたベンド配向安定性を有することは明らかであり、その実用性は高い。

（実施例５）
配向膜材料及び配向膜の製膜プロセスが異なる以外は、実施例１と全く同様にして実施例５に係る液晶表示素子［９］〜［１３］を作製した。なお、液晶材料としてはＺＬＩ−２２９３を用いた。他方、配向膜材料としては、アンカリングエネルギの強いポリイミド材料とアンカリングエネルギの弱いフッ素化材料（フッ素が導入された材料）を所定の割合で混合したものを用い、ＬＢ法にて基板４２、４３上にそれぞれ累積膜を製膜した。

ポリイミド材料の調製方法を以下に記す。
まず、下記式（４）で示されるテトラカルボン酸二無水物５ｍｍｏｌと、下記式（５）で示されるジアミン５ｍｍｏｌとを２０ｍｌの脱水したＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド中２５℃で３時間撹拌することによって縮合重合させて、下記式（６）で示されるポリアミド酸を得た。次に、下記式（６）で示されるポリアミド酸と、下記式（７）で示されるＮ，Ｎ−ジメチルヘキサデシルアミンとをＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド：ベンゼン（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド：ベンゼンの混合比（体積比）＝１：１）の混合溶液中で反応させ、下記式（８）で示されるポリアミド酸のアルキルアミン塩とした。このポリアミド酸のアルキルアミン塩をＬＢ法にて基板４２、４３それぞれの上に累積した。累積条件は、表面圧１５ｍＮ／ｍ、引き上げ速度１５ｍｍ／ｍｉｎ、累積温度２０℃であった。その後、この累積膜（ポリアミド酸のアルキルアミン塩が累積した膜）を基板４２、４３ごと無水酢酸、ピリジン及びベンゼンの混合溶液（無水酢酸：ピリジン：ベンゼンの混合比（体積比）＝１：１：３）中に１２時間浸積し、下記式（９）で示されるポリイミド（ＰＩと略する）の累積膜（配向膜（配向層）４４、４５）を得た。

フッ素化膜としては下記式（１０）で示されるパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を用い、同様にＬＢ法にて基板４２、４３上に配向膜（配向層）４４、４５を製膜した。ただし、本実施例では、ｍ＝６、ｎ＝５のものを使用した。

（式中、ｍは、０〜３０の整数であり、ｎは、０〜３０の整数である。）

この時、ポリイミド材料（ＰＩ）とフッ素化材料（ＰＦＰＥ）との仕込み量を下記表２に示すようにそれぞれ変化させ、配向膜のアンカリングエネルギを制御した。その後、実施例１と同様に端子間（櫛歯状電極４１）に２０Ｖの３０Ｈｚ矩形波を印加した。

実施例３及び表２より明らかなように、アンカリングエネルギが１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下の場合は２０Ｖの電圧を印加してもベンド状配列が崩れることはなかった。一方、アンカリングエネルギが１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２よりも大きな場合にはベンド状配列が崩れてしまった。

また、アンカリングエネルギが１×１０^−６Ｊ／ｍ^２よりも小さい場合には、電圧印加により形成されたベンド状配向が電圧を解除しても戻らず、他の配向状態になることがある。すなわち、その場合、メモリー性が発揮されてしまうことがあり、実用的観点からは好ましくない。

なお、各実施例において、対向基板側、すなわち基板４３側は、プレチルト角の精密な制御は不要であり、略垂直配向であればよい。

（実施例６）
配向膜材料及び配向膜の製膜プロセスが異なる以外は、実施例１と全く同様にして実施例６に係る液晶表示素子［１４］を作製した。なお、液晶材料としてはＺＬＩ−２２９３を用いた。

まず、ＩＴＯ製の櫛歯状電極４１を有するガラス基板４２上に光重合性モノマー溶液ＵＣＬ−０１８（ＤＩＣ社製）をスピンコート法にて塗布した。その後、フォトマスクを介したＵＶ露光を行い、図６に示すように、三角柱状の微細構造（微細形状）５４を基板４２上に形成し、配向膜（配向層）４４とした。微細構造５４は、各画素を含む表示領域の全域に対して、二次元的、かつ均一に形成した。微細構造５４の縦及び横方向のピッチはそれぞれ、２．０μｍ及び３．５μｍとした。また、微細構造５４の縦及び横方向の長さはそれぞれ、４μｍ及び２μｍとし、微細構造５４の高さは、２μｍとした。また、ガラス基板４３上にも微細構造５４と同様に三角柱状の微細構造を形成し、配向膜（配向層）４５とした。

作製した液晶表示素子［１４］に２０Ｖ、３０Ｈｚ矩形波を印加したが、ベンド配向が崩れることはなかった。また、同様の微細構造を基板上に形成した平行平板電極セル（上下電極セル）を用いてアンカリングエネルギを測定したところ、その値は１．７×１０^−５Ｊ／ｍ^２であった。一般に形状効果により液晶が配列する場合、アンカリングエネルギがポリイミド製の配向膜に比べて１桁小さいことが知られており、このような配向手法は本発明の表示方式に適している。

本実施例では微細構造５４を基板４２上にフォトリソグラフィー法により形成した。しかしながら、本実施例に適用される配向処理方法としては、ナノインプリント法、スタンプ法、イオンビーム法等により配向制御を行う他の配向処理方法でもよいことは言うまでもない。

（実施例７）
配向膜材料及び配向膜の製膜プロセスが異なる以外は、実施例１と全く同様にして実施例５に係る液晶表示素子［１５］を作製した。なお、液晶材料としてはＺＬＩ−２２９３を用いた。

ポリイミドの分子構造が下記式（１１）で示される光官能性ポリイミド溶液（４．８重量％をＮＭＰ、γ−ブチロラクトン及びブチルセルソルブの１：１：１混合溶液（体積比）に溶解）を基板４２上に塗布して配向膜（配向層）４４を製膜した。また、基板４２側の配向膜４４と同じ材料からなる配向膜（配向層）４５を基板４３上に製膜した。このように本実施例では、配向膜４４、４５として、光配向膜を形成した。

その後、図７に示すように、フォトマスク５９を介して偏光紫外線５６を２度照射し、基板４２上にプレチルトの方位（方向）が異なる２領域（２つのドメイン）を形成し、配向膜４４とした。なお、露光は基板及び配向膜に対して行われ、露光時に液晶分子は存在しないが、図７では説明のために図示した。この２領域のプレチルト角はそれぞれ８８°であり、２領域での液晶分子の傾斜方位が１８０°異なるように偏光紫外線照射を行った。また、液晶分子（ｐ型ネマチック液晶）４８は、図８に示すように、偏光紫外線５６のＰ波５７の振動方向に沿う方向にプレチルトし、プレチルト角５８が発現される。

より詳細には、マスク５９には、遮光部と、櫛歯状電極１６のピッチに対応するスリット状（ストライプ状）の開口部とを形成した。また、マスク５９の開口部が櫛歯状電極４１の長手方向の中心線と、電極間の隙間の長手方向の中心線とに沿うようにマスク５９を配置した。これにより、プレチルトの配向方位も櫛歯状電極１６のピッチに対応して変わることとなる。

作製した液晶表示素子［１５］に２０Ｖ、３０Ｈｚ矩形波を印加したが、ベンド配向が崩れることはなかった。また、別途作製した光配向膜に偏光紫外線を照射して配向膜とした平行平板電極セル（上下電極セル）を用いてアンカリングエネルギを測定したところ、その値は８．８×１０^−５Ｊ／ｍ^２であった。

本発明に係る液晶表示素子［１５］では、液晶分子（特に配向膜４４近傍の液晶分子）は配向制御（配向分割）され、電界印加により液晶分子（特に配向膜４４近傍の液晶分子）が配向する方向に予めプレチルトが形成されている。すなわち、液晶分子（特に配向膜４４近傍の液晶分子）は、電圧無印加時に、電気力線が発生する方向に沿って、基板面に対して傾斜している。そのため、電界印加で発生する液晶ダイレクタの歪みが緩和され、その結果、ベンド状配列の崩壊が起こらなかったものと思われる。

なお、本発明の表示方式においては、精密なプレチルト角制御は不要であるが、高コントラスト比を得るためには、プレチルト角は、８７°以上、９０°以下に制御されることが好ましい。

また、本実施例ではプレチルトの方位を２領域で異ならせた。しかしながら、配向膜によってプレチルトの方位を制御しなくとも、電界方向に液晶分子を傾斜させるよう基板４２面内に傾斜面を形成してもよい。より具体的には、図１４に示すように、櫛歯状電極４１の液晶層側の面（上面）に、電界方向に液晶分子が基板面に対して傾斜するように傾斜部６３を設けてもよい。これによっても、電界印加で発生する液晶ダイレクタの歪みを緩和することができる。なお、櫛歯状電極４１の液晶層側の面を傾斜させる方法としては、例えば、図１４に示すように、フォトリソグラフィー法により、基板４２上の櫛歯状電極４１の下に相当する部分に、傾斜面を有する樹脂層６４を形成した後、櫛歯状電極４１を成膜する方法が挙げられる。また、傾斜面を有する樹脂層６４形成するためには、例えば、ハーフトーン部又はグレイトーン部が形成されたフォトマスクを用いればよい。

（実施形態２）
本実施形態の液晶表示装置は、以下の点で実施形態１と異なる。
すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、上基板側に対向電極を有する。具体的には、図１２に示すように、基板（上基板）１１の液晶層側の主面上には、対向電極６１、誘電体層（絶縁層）６２及び配向層１３がこの順に積層されている。なお、対向電極６１と基板１１の間には、赤、緑及び青のカラーフィルタ、ブラックマトリクス（ＢＭ）等を含むカラーフィルタ層が設けられてもよい。

対向電極６１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電膜から形成される。対向電極６１及び誘電体層６２はそれぞれ、少なくとも全表示領域を覆うように切れ目なく形成されている。対向電極６１には、各画素（又は絵素）に共通の所定の電位が印加される。

誘電体層６２は、透明な絶縁材料から形成される。具体的には、窒化シリコン等の無機絶縁膜、アクリル樹脂等の有機絶縁膜等から形成される。

他方、基板（下基板）１２には、実施形態１と同様に、画素電極群２０及び共通電極群３０を含む櫛歯状電極と、配向層１４とが設けられている。また、２枚の基板１１、１２の外主面上には偏光板１７、１８が配設されている。

黒表示時以外、画素電極群２０と、共通電極群３０及び対向電極６１との間には異なる電圧が印加される。共通電極群３０及び対向電極６１は、接地されてもよいし、共通電極群３０及び対向電極６１には、同じ大きさかつ極性の電圧が印加されてもよいし、互いに異なる大きさかつ極性の電圧が印加されてもよい。

本実施形態の液晶表示装置によっても、液晶配向の崩れに起因する表示不良を抑制することができる。また、対向電極６１を形成することにより、応答速度を向上することができる。

図１３に、実施形態１及び２における画素の構成の具体例を示す。なお、画素は、複数色の絵素から構成されてもよく、この場合、以下の構成は絵素を示す。また、液晶表示装置を正面視したとき、すなわち一対の基板面を正面視したときの３時方向、１２時方向、９時方向及び６時方向をそれぞれ、０°方向（方位）、９０°方向（方位）、１８０°方向（方位）及び２７０°方向（方位）とし、３時及び９時を通る方向を左右方向とし、１２時及び６時を通る方向を上下方向とする。

基板１２の液晶層側の主面上には、信号線２３と、走査線２５と、共通配線３１と、スイッチング素子（アクティブ素子）であり、かつ各画素に１つずつ設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２７と、各画素に別個に設けられた画素電極群２０と、複数の画素（例えば、全画素）に共通して設けられた共通電極群３０とが設けられている。

走査線２５、共通配線３１及び共通電極群３０は基板１２上に設けられ、走査線２５、共通配線３１及び共通電極群３０上にはゲート絶縁膜（図示せず）が設けられ、信号線２３及び画素電極群２０はゲート絶縁膜上に設けられ、信号線２３及び画素電極群２０上には配向層１４が設けられている。

なお、共通配線３１及び共通電極群３０と、画素電極群２０とはフォトリソ法により、同一工程で同一膜を用いてパターニングされ、同一層（同じ絶縁膜）上に配置されもよい。

信号線２３は、互いに平行に直線状に設けられ、隣接する画素間を上下方向に延伸している。走査線２５は、互いに平行に直線状に設けられ、隣接する画素間を左右方向に延伸している。信号線２３と走査線２５とは、直交しており、信号線２３及び走査線２５によって区画された領域が概ね１つの画素領域となる。走査線２５は、表示領域内でＴＦＴ２７のゲートとしても機能している。

ＴＦＴ２７は、信号線２３及び走査線２５の交差部近傍に設けられ、走査線２５上に島状に形成された半導体層２８を含む。また、ＴＦＴ２７は、ソースとして機能するソース電極２４と、ドレインとして機能するドレイン電極２６とを有する。ソース電極２４は、ＴＦＴ２７と信号線２３とを接続し、ドレイン電極２６は、ＴＦＴ２７と画素電極群２０とを接続する。ソース電極２４と信号線２３とは、同一膜からパターン形成されることによって接続されている。ドレイン電極２６と画素電極群２０とは、同一膜からパターン形成されることによって接続されている。

画素電極群２０には、ＴＦＴ２７がオン状態の間、画像信号が所定のタイミングで信号線２３から供給される。一方、共通配線３１及び共通電極群３０には、各画素に共通の所定の電位（コモン信号）が印加される。

画素電極群２０の平面形状は、櫛歯形状であり、画素電極群２０は、直線状の幹部（画素幹部２１）と、直線状の複数の画素電極（画素櫛歯部２２）とを有する。画素幹部２１は、画素の短辺（下辺）に沿って設けられる。各画素櫛歯部２２は、画素幹部２１に接続されることによって互いに接続されている。また、各画素櫛歯部２２は、画素幹部２１から対向する短辺（上辺）に向かって、すなわち略９０°方向に向かって延伸されている。

共通電極群３０は、平面視櫛歯形状を含み、直線状の複数の共通電極（共通櫛歯部３２）を有する。共通櫛歯部３２及び共通配線３１は、同一膜からパターン形成されることによって接続されている。すなわち、共通配線３１は、複数の共通櫛歯部３２同士を接続する、共通電極群３０の幹部（共通幹部）でもある。共通配線３１は、走査線２５と平行に直線状に設けられ、隣接する画素間を左右方向に延伸している。共通櫛歯部３２は、共通配線３１から、対向する画素の下辺に向かって、すなわち略２７０°方向に向かって延伸されている。

このように、画素電極群２０と共通電極群３０とは、互いの櫛歯（画素櫛歯部２２、共通櫛歯部３２）が噛み合うように対向配置されている。また、画素櫛歯部２２及び共通櫛歯部３２は、互いに平行に配置されるとともに、間隔を有して互い違いに配置されている。

また、図１３に示した例では、液晶分子の傾斜方向が逆向きである２つのドメインが１つの画素内に形成される。ドメイン数は特に限定されず適宜設定できるが、良好な視角特性を得る観点からは、４つのドメインを一つの画素内に形成してもよい。

また、図１３に示した例は、１つの画素内に電極間隔が異なる２以上の領域を有する。より詳細には、各画素内には、電極間隔が相対的に狭い領域（間隔Ｓｎの領域）と、電極間隔が相対的に広い領域（間隔Ｓｗの領域）とが形成されている。これより、各領域でのＶＴ特性の閾値を異ならせることができ、特に低階調における画素全体のＶＴ特性の傾斜をなだらかにすることができる。その結果、白浮きの発生を抑制し、視野角特性を向上することができる。なお、白浮きとは、低階調の比較的暗い表示を行った状態で、観察方向を正面から斜めに倒したときに、暗く見えるはずの表示が白っぽく見えてしまう現象である。

本願は、２００９年５月２７日に出願された日本国特許出願２００９−１２７９３２号と、２０１０年１月１５日に出願された日本国特許出願２０１０−６６８９号とを基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１１，１２，４２，４３：基板
１３，１４，４４，４５：配向層（配向膜）
１５，４８：液晶（ｐ型ネマチック液晶）
１６，４１：電極（櫛歯状電極）
２０：画素電極群
２１：画素幹部
２２：画素櫛歯部（画素電極）
２３：信号線
２４：ソース電極
２５：走査線
２６：ドレイン電極
２７：ＴＦＴ
２８：半導体層
３０：共通電極群
３１：共通配線（共通幹部）
３２：共通櫛歯部３２（共通電極）
１７，１８，４９，５０：偏光板
４６：球状スペーサ
４７：シール
５１：下基板側の偏光板の透過軸方位
５２：上基板側の偏光板の透過軸方位
５３：電界印加の方向
５４：微細構造（凹凸）
５５：光配向膜
５６：偏光紫外線
５７：Ｐ波
５８：プレチルト角
５９：フォトマスク
６１：対向電極
６２：誘電体層
６３：傾斜部
６４：樹脂層

Claims (28)

1. 一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、
   前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、
   前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、
   前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、
   前記第一配向層のアンカリングエネルギは、１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第一配向層のアンカリングエネルギは、１×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第二配向層のアンカリングエネルギは、１．５×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
4. 前記第二配向層のアンカリングエネルギは、１×１０^−４Ｊ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
5. 前記第一配向層は、フッ素含有基を有する配向膜を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記第二配向層は、フッ素含有基を有する配向膜を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記フッ素含有基は、ＣＦ_２基であることを特徴とする請求項５又は６記載の液晶表示装置。
8. 前記第一配向層は、化学吸着膜を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記第二配向層は、化学吸着膜を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記第一配向層は、前記液晶層に接する表面に、前記ｐ型液晶材料の配向を制御するための凹凸を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液晶表示装置。
11. 前記第二配向層は、前記液晶層に接する表面に、前記ｐ型液晶材料の配向を制御するための凹凸を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
12. 前記凹凸は、画素内に二次元的に配列されることを特徴とする請求項１０又は１１記載の液晶表示装置。
13. 前記液晶層は、電圧無印加時に前記凹凸によるプレチルトを有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
14. 前記液晶層を構成する液晶材料の曲げ弾性定数ｋ３３は、ｋ３３≦１４ｐＮを満たすことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の液晶表示装置。
15. 前記曲げ弾性定数ｋ３３は、ｋ３３≦１３ｐＮを満たすことを特徴とする請求項１４記載の液晶表示装置。
16. 前記曲げ弾性定数ｋ３３は、ｋ３３≦１２．５ｐＮを満たすことを特徴とする請求項１５記載の液晶表示装置。
17. 前記ｐ型液晶材料は、電圧無印加時に電圧印加により傾斜する方向に予め傾斜する液晶分子を含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の液晶表示装置。
18. 前記液晶分子は、前記第一配向層に隣接することを特徴とする請求項１７記載の液晶表示装置。
19. 前記櫛歯状電極は、前記液晶層側の面に傾斜部を有することを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の液晶表示装置。
20. 前記傾斜部は、前記ｐ型液晶材料に含まれる液晶分子が電圧印加により傾斜する方向に傾斜することを特徴とする請求項１９記載の液晶表示装置。
21. 前記液晶層のプレチルト角は、８７°以上、９０°未満であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の液晶表示装置。
22. 前記ｐ型液晶材料は、ｐ型ネマチック液晶材料であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の液晶表示装置。
23. 一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、
    前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、
    前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、
    前記第一配向層は、フッ素含有基を有する配向膜を含むことを特徴とする液晶表示装置。
24. 一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、
    前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、
    前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、
    前記第一配向層は、化学吸着膜を含むことを特徴とする液晶表示装置。
25. 一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、
    前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、
    前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、
    前記第一配向層は、前記液晶層に接する表面に、前記ｐ型液晶材料の配向を制御するための凹凸を有することを特徴とする液晶表示装置。
26. 一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、
    前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、
    前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、
    前記液晶層を構成する液晶材料の曲げ弾性定数ｋ３３は、ｋ３３≦１４ｐＮを満たすことを特徴とする液晶表示装置。
27. 一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、
    前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、
    前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、
    前記ｐ型液晶材料は、電圧無印加時に電圧印加により傾斜する方向に予め傾斜する液晶分子を含むことを特徴とする液晶表示装置。
28. 一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子を備える液晶表示装置であって、
    前記液晶層は、電圧無印加時に前記一対の基板面に対して垂直に配向するｐ型液晶材料を含み、
    前記一対の基板の一方は、櫛歯状電極と、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第一配向層とを有し、
    前記一対の基板の他方は、前記ｐ型液晶材料を配向制御する第二配向層を有し、
    前記櫛歯状電極は、前記液晶層側の面に傾斜部を有することを特徴とする液晶表示装置。

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