WO2009128229A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2009128229A1
WO2009128229A1 PCT/JP2009/001665 JP2009001665W WO2009128229A1 WO 2009128229 A1 WO2009128229 A1 WO 2009128229A1 JP 2009001665 W JP2009001665 W JP 2009001665W WO 2009128229 A1 WO2009128229 A1 WO 2009128229A1
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WO
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liquid crystal
axis
linear
display device
crystal display
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PCT/JP2009/001665
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English (en)
French (fr)
Inventor
箱井博之
井上威一郎
宮地弘一
Original Assignee
シャープ株式会社
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Publication date
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Priority to JP2010508103A priority patent/JP5010736B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133707—Structures for producing distorted electric fields, e.g. bumps, protrusions, recesses, slits in pixel electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13712—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal having negative dielectric anisotropy

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a vertical alignment mode liquid crystal display device.
  • VA mode liquid crystal display device having a wider viewing angle and a higher contrast ratio than conventional TN mode liquid crystal display devices has been widely used mainly in large display devices such as televisions and information displays. ing.
  • the VA mode liquid crystal display device has a liquid crystal layer composed of a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy.
  • the liquid crystal molecules are substantially perpendicular to the substrate surface (surface of the vertical alignment film) (85 ° or more 90 °).
  • the voltage is applied to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules are tilted so as to be parallel to the substrate surface.
  • MVA Multi-Domain Vertical Alignment
  • Patent Document 1 There is known an MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode (see Patent Document 1) in which the viewing angle characteristics of a VA mode liquid crystal display device are further improved.
  • MVA mode linear alignment control structures (slits or ribs) are arranged in two directions orthogonal to each other, and the director orientation representing each domain is arranged in crossed Nicols between the alignment control structures.
  • Four liquid crystal domains forming 45 degrees with respect to the polarization axis (transmission axis) of the polarizing plate are formed.
  • the azimuth angles of the directors of the four domains are 45 degrees, 135 degrees, 225 degrees, and 315 degrees.
  • a configuration in which four domains are formed in one pixel is sometimes referred to as a four-part alignment structure or simply a 4D structure.
  • PVA sometimes called the Patterned Vertical Alignment
  • a VA mode liquid crystal display device performs black display (normally black mode) in a state in which no voltage is applied, that is, in a state where liquid crystal molecules are aligned perpendicular to the substrate surface, so that a good black display (low luminance) is obtained. As a result, a high contrast ratio can be realized.
  • liquid crystal molecules near the ribs are inclined from the normal direction of the substrate surface even when no voltage is applied.
  • light leakage occurs, which causes a reduction in the contrast ratio (described later with reference to FIGS. 17 and 18).
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the contrast ratio of an MVA mode liquid crystal display device including ribs (linear dielectric protrusions) as an alignment control structure. .
  • the liquid crystal display device of the present invention includes a first substrate, a second substrate, a vertical alignment type liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, and the liquid crystal layer of the first substrate.
  • Each of the plurality of pixels includes a plurality of first linear alignment regulating structures provided on the liquid crystal layer side of the first substrate, and the first substrate.
  • a plurality of second linear alignment regulating structures provided on the liquid crystal layer side of two substrates, the plurality of first linear alignment regulating structures and the plurality of second linear alignment regulating structures are A first component extending along the first axis and a second component extending along a second axis different from the first axis, respectively.
  • Each of the first axis and the second axis is an axis that substantially bisects the angle formed by the polarization axes of the pair of polarizing plates, and the plurality of first linear alignment regulating structures.
  • at least one of the plurality of second linear alignment regulating structures is a plurality of linear dielectric protrusions, and the first component of the plurality of linear dielectric protrusions is arranged along the first axis.
  • the second component of the plurality of linear dielectric protrusions is arranged along the second axis, and the second component of the plurality of linear dielectric protrusions is arranged so that the dividing direction is substantially perpendicular to the first axis.
  • the two or more second linear portions are adjacent to each other, and the two second linear portions adjacent to each other satisfy ⁇ ° ⁇ ⁇ 2 ⁇ 180 °. None of the corner, .theta.2 to the bisecting direction, characterized in that it is arranged so as to be substantially orthogonal to the second axis.
  • the lengths of the two adjacent first straight line portions defining ⁇ 1 are equal to each other, and the lengths of the two adjacent second straight line portions defining ⁇ 2 are equal to each other.
  • the lengths of the three or more first straight portions and the three or more second straight portions are all equal.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are each independently 74 ° or more and 109 ° or less. More preferably, ⁇ 1 and ⁇ 2 are independently 85 ° or more and 96 ° or less.
  • ⁇ 1 ⁇ 2.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are about 90 °.
  • the three or more first straight portions and the three or more second straight portions are arranged at a pitch of 10 ⁇ m or less.
  • the plurality of first linear alignment regulating structures are a plurality of slits provided in the first electrode, and the plurality of second linear alignment regulating structures are formed of the second electrode.
  • a plurality of linear dielectric protrusions provided on the liquid crystal layer side.
  • one of the polarization axes of the pair of polarizing plates is arranged in the horizontal direction of the display surface.
  • the present invention it is possible to improve the contrast ratio of the MVA mode liquid crystal display device including ribs (linear dielectric protrusions) as the alignment regulating structure. Further, the liquid crystal display device according to the present invention can be easily manufactured by simply changing the shape of the ribs in the manufacturing process of the conventional liquid crystal display device.
  • FIG.1 to (d) are schematic plan views of one pixel of the liquid crystal display devices 100a, 100b, 100c and 100d of the embodiment according to the present invention. It is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the structure and effect
  • (A) is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the structure and effect
  • (b) is the structure and effect
  • FIG. 1 It is the figure which looked at the linear rib 20 which the liquid crystal display device (comparative example) of the conventional MVA mode has seen from the normal line direction of the board
  • (A) And (b) is a figure which shows the transmittance
  • 3 is a plan view showing a step-like rib 20A of the structural unit 100p of Example 1.
  • FIG. (A) And (b) is a figure which shows the transmittance
  • (a) is a black display state (applied voltage: 0.0V)
  • (B) is a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • FIG. (A) And (b) is a figure which shows the transmittance
  • (a) is a black display state (applied voltage: 0.0V)
  • (B) is a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • FIG. (A) And (b) is a figure which shows the transmittance
  • (a) is a black display state (applied voltage: 0.0V)
  • (B) is a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • FIG. (A) And (b) is a figure which shows the transmittance
  • (a) is a black display state (applied voltage: 0.0V),
  • (B) is a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the liquid crystal display device according to the illustrated embodiment.
  • 1A to 1D are schematic plan views of one pixel of the liquid crystal display devices 100a, 100b, 100c, and 100d according to the embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal display device is an MVA mode liquid crystal display device. That is, a first substrate (for example, a TFT substrate), a second substrate (for example, a color filter substrate), a vertical alignment type liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, and a liquid crystal of the first substrate
  • a first electrode for example, a pixel electrode
  • a second electrode opposite electrode
  • the liquid crystal layer are opposed to each other and arranged in crossed Nicols
  • the polarization axes of the pair of polarizing plates are arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • Each of the plurality of pixels included in the liquid crystal display device illustrated in FIGS. 1A to 1D includes a plurality of first linear alignment regulating structures 10a provided on the liquid crystal layer side of the first substrate, and a second substrate. And a plurality of second linear alignment regulating structures 20a, 20b, 20c, and 20d provided on the liquid crystal layer side.
  • the plurality of first linear alignment regulating structures 10a and the plurality of second linear alignment regulating structures 20a, 20b, 20c, 20d are respectively first components (10a1, 20a1, 20b1, 20c1) extending along the first axis. And 20d1) and a second component (10a2, 20a2, 20b2, 20c2 and 20d2) extending along a second axis different from the first axis.
  • At least one of the plurality of first linear alignment restriction structures and the plurality of second linear alignment restriction structures is a plurality of linear dielectric protrusions (hereinafter, the linear dielectric protrusions are referred to as ribs).
  • Each of the first axis and the second axis is an axis that bisects the angle formed by the polarization axes (transmission axes) of the pair of polarizing plates, and is a pair of polarized light arranged in the horizontal direction and the vertical direction in the display surface. They are arranged at 45 ° to the two polarization axes of the plate.
  • the plurality of first linear alignment regulating structures are a plurality of slits provided in the first electrode, and the plurality of second linear alignment regulating structures are provided on the liquid crystal layer side of the second electrode.
  • at least one of the plurality of first linear orientation regulation structures and the plurality of second linear orientation regulation structures be a plurality of ribs.
  • both the first linear alignment control structure and the second linear alignment control structure are ribs, the effect of the present invention can be obtained by applying the present invention to at least one of them to form a step shape described later. can get.
  • a configuration in which a slit is provided in the pixel electrode and a rib is provided on the liquid crystal layer side of the counter electrode is preferable.
  • the slit 10a provided in the pixel electrode has a first component 10a1 and a second component 10a2, and is provided on the liquid crystal layer side of the counter electrode.
  • the rib 20a has a first component 20a1 and a second component 20a2.
  • the first component 10a1 and the second component 10a2 of the slit 10a are each linear.
  • the rib 20a further includes a third component 20a3 that connects the first component 20a1 and the second component 20a2.
  • first axis in which the first components 10a1 and 20a1 of the slit 10a and the rib 20a extend is orthogonal to the direction (second axis) in which the second components 10a2 and 20a2 of the slit 10a and the rib 20a extend.
  • a feature of the pixel of the liquid crystal display device 100a is that the first component 20a1 and the second component 20a2 of the rib 20a have stepped shapes along the first axis and the second axis, respectively.
  • the staircase shape is a shape in which two sides of an isosceles triangle having an apex angle of 90 ° (two sides having the same length and sides other than the base) are connected.
  • the direction that bisects the apex angle of the first component 20a1 of the rib 20a is substantially orthogonal to the first axis
  • the direction that bisects the apex angle of the second component 20a2 is substantially orthogonal to the second axis.
  • the pixel of the liquid crystal display device 100b shown in FIG. 1B has a slit 10a provided in the pixel electrode having a first component 10a1 and a second component 10a2, and a counter electrode.
  • the rib 20b provided on the liquid crystal layer side has a first component 20b1 and a second component 20b2.
  • the rib 20b further includes a third component 20b3 that connects the first component 20b1 and the second component 20b2.
  • the direction (first axis) in which the first components 10a1 and 20b1 of the slit 10a and the rib 20b extend is orthogonal to the direction (second axis) in which the second components 10a2 and 20b2 of the slit 10a and the rib 20b extend.
  • the first component 20b1 and the second component 20b2 of the rib 20b have stepped shapes along the first axis and the second axis, respectively.
  • the stepped shape of the rib 20b of the liquid crystal display device 100b is different in that the apex portion of the right isosceles triangle in the shape of the rib 20a of the liquid crystal display device 100a is arcuate.
  • the apex angle portion has an arc shape
  • the main portion constituting the first component 20b1 and the second component 20b2 of the rib 20b is the same as the rib 20a of the liquid crystal display device 100a.
  • the angle formed by the two sides is 90 °.
  • this angle is called an apex angle for convenience, the apex angle of the first component 20b1 of the rib 20b is equal to 2
  • the dividing direction is substantially orthogonal to the first axis, and the direction that bisects the apex angle of the second component 20b2 is approximately orthogonal to the second axis.
  • the pixel of the liquid crystal display device 100c shown in FIG. 1C has a slit 10a provided in the pixel electrode having a first component 10a1 and a second component 10a2, and a counter electrode.
  • the rib 20c provided on the liquid crystal layer side has a first component 20c1 and a second component 20c2.
  • the rib 20c further includes a third component 20c3 that connects the first component 20c1 and the second component 20c2.
  • first axis The direction (first axis) in which the first components 10a1 and 20c1 of the slit 10a and rib 20c extend is perpendicular to the direction (second axis) in which the second components 10a2 and 20c2 of the slit 10a and rib 20c extend.
  • the first component 20c1 and the second component 20c2 of the rib 20c have stepped shapes along the first axis and the second axis, respectively.
  • the step shape of the rib 20c of the liquid crystal display device 100c is different in that the apex angle of the right isosceles triangle in the shape of the rib 20a of the liquid crystal display device 100a is an obtuse angle (over 90 ° and less than 180 °). Yes.
  • the direction that bisects the apex angle of the first component 20c1 of the rib 20c is approximately perpendicular to the first axis, and the direction that bisects the apex angle of the second component 20c2 is approximately orthogonal to the second axis.
  • the pixel of the liquid crystal display device 100d shown in FIG. 1D has a slit 10a provided in the pixel electrode having a first component 10a1 and a second component 10a2, and a counter electrode.
  • the rib 20d provided on the liquid crystal layer side has a first component 20d1 and a second component 20d2.
  • the rib 20d further includes a third component 20d3 that connects the first component 20d1 and the second component 20d2.
  • first axis The direction (first axis) in which the first components 10a1 and 20d1 of the slit 10a and the rib 20d extend is orthogonal to the direction (second axis) in which the second components 10a2 and 20d2 of the slit 10a and the rib 20d extend.
  • the first component 20d1 and the second component 20d2 of the rib 20d have stepped shapes along the first axis and the second axis, respectively.
  • the stepped shape of the rib 20d of the liquid crystal display device 100d is different in that the apex angle of the right isosceles triangle in the shape of the rib 20a of the liquid crystal display device 100a is an acute angle (50 ° or more and less than 90 °). Yes.
  • the direction that bisects the apex angle of the first component 20d1 of the rib 20d is substantially orthogonal to the first axis, and the direction that bisects the apex angle of the second component 20d2 is approximately orthogonal to the second axis.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the relationship between the structure and action of the rib 20a.
  • the polarizing axis of the polarizing plate on the observer side is indicated by PA
  • the polarizing axis of the polarizing plate on the back side is indicated by PP.
  • the rib 20a has the first component 20a1 and the second component 20a2.
  • the direction in which the first component 20a1 of the rib 20a extends is the first axis L1
  • the direction in which the second component 20a2 of the rib 20a extends is the second axis L2
  • the first axis L1 and the second axis L2 are orthogonal to each other.
  • the first axis L1 and the second axis L2 bisect the angle (90 °) formed by the polarization axes PP and PA, respectively.
  • the first component 20a1 of the rib 20a has a stepped shape along the first axis L1, and the second component 20a2 has a stepped shape along the second axis L2.
  • the first straight line portion constituting the first component 20a1 of the rib 20a is a rotation in which an angle ⁇ a formed by two adjacent first straight line portions is defined along the first axis L1, for example, in order from the upper left in FIG.
  • the directions (indicated by small arrows in FIG. 1) are alternated clockwise, counterclockwise, clockwise,...,
  • the staircase shape extends along the first axis L1. Further, the lengths of two adjacent first straight line portions that define ⁇ a are equal to each other.
  • the second straight line portion constituting the second component 20a2 of the rib 20a is, for example, an angle ⁇ a formed by two adjacent second straight line portions when viewed from the upper right in FIG. 2 along the second axis L2.
  • the rotation directions (indicated by small arrows in FIG. 1) are alternately counterclockwise, clockwise, counterclockwise,...,
  • the staircase shape extends along the second axis L2. Yes.
  • the lengths of two adjacent second straight line portions defining ⁇ a are equal to each other.
  • the third component 20a3 connecting the first component 20a1 and the second component 20a2 is shared as part of the first component 20a1 and the second component 20a2, as is apparent from FIG.
  • the rib 20a is composed of a linear portion extending in the horizontal direction and a linear portion extending in the vertical direction.
  • the liquid crystal molecules 30a are subjected to orientation regulation so as to fall in a direction perpendicular to the ribs 20a. Therefore, as shown in FIG. 2, the orientation in which the liquid crystal molecules 30a whose alignment is regulated by the linear portion parallel to the vertical direction of the rib 20a is horizontal is the horizontal direction, and the alignment is regulated by the linear portion parallel to the horizontal direction of the rib 20a. The direction in which the liquid crystal molecules 30a are tilted is the vertical direction.
  • the liquid crystal molecules 30a in a region between two adjacent linear portions are continuous so that the alignment direction is aligned with both the liquid crystal molecules 30a whose alignment is regulated in the horizontal direction and the liquid crystal molecules 30a whose alignment is regulated in the vertical direction. Since the orientation is maintained, the orientation is made in the direction that bisects the angle ⁇ a formed by the two linear portions adjacent to each other, that is, in the direction perpendicular to the first axis L1 or the second axis L2.
  • the liquid crystal molecules 30a in a region slightly away from the rib 20a are formed in two directions indicated by arrows A and B in FIG. 2 by the step-like first component 20a1 formed along the first axis L1.
  • the orientation is regulated in two orientations indicated by arrows C and D in FIG. 2 by the step-like second component 20a2 formed along the second axis L2. That is, like the conventional MVA mode liquid crystal display device, four domains characterized by four directors represented by four directions of A, B, C, and D are formed.
  • the liquid crystal molecules 30a whose alignment is regulated by the surface of the rib 20a are aligned so as to be parallel or orthogonal to the polarization axis PP. That is, the liquid crystal molecules 30a whose orientation is regulated by the surface of the rib 20a does not give a phase difference to the linearly polarized light that has passed through the polarizing plate having the polarization axis PP and entered the liquid crystal layer 30 (has no retardation). . Therefore, the liquid crystal display device 100a does not leak light in the vicinity of the rib 20a even in the black display state. The same applies when the arrangement of the polarization axes PP and PA of the pair of polarizing plates is reversed.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing the orientation direction of the liquid crystal molecules 30a in the vicinity of the linearly extending rib 20 in the conventional MVA mode liquid crystal display device, and FIG. 18 shows the light in the black display state generated in the vicinity of the rib 20. It is a figure which shows the result of having calculated
  • the rib 20 has two mutually orthogonal directions that bisect the angle (90 °) formed by the polarization axes PP and PA of the pair of polarizing plates. It is comprised by two linear parts extended in (it is a " ⁇ " character shape as a whole). Accordingly, the liquid crystal molecules 30a whose alignment is regulated by the surface of the rib 20 are aligned so as to form 45 ° with respect to the polarization axis PP. As a result, four directors having orientations A to D can be efficiently formed.
  • the liquid crystal molecules 30a in the vicinity of the rib 20 are inclined from the normal direction of the substrate surface even when no voltage is applied. Since the orientation in which the liquid crystal molecules 30a tilt is 45 ° with respect to the polarization axis PP (because it is not parallel or orthogonal), the liquid crystal molecules 30a whose orientation is regulated by the surface of the rib 20a A phase difference is given to the linearly polarized light that has passed through the polarizing plate and incident on the liquid crystal layer 30 (has retardation). As a result, in the conventional MVA mode liquid crystal display device, as shown in FIG. 18, a bright area BA is formed along the rib 20 in the black display state, and light leakage occurs. This light leakage is a major factor in reducing the contrast ratio of the liquid crystal display device.
  • the rib 20a included in the liquid crystal display device 100a according to the embodiment of the present invention is composed of the linear portion parallel to or orthogonal to the polarization axis PP as described above, the rib 20a is aligned by the surface of the rib 20.
  • the regulated liquid crystal molecules 30a do not give a phase difference to the linearly polarized light that passes through the polarization axis PP and enters the liquid crystal layer 30, and light leakage does not occur in the black display state.
  • the stepped shape of the rib 20b of the liquid crystal display device 100b shown in FIG. 1B is different in that the apex portion of the right isosceles triangle in the shape of the rib 20a of the liquid crystal display device 100a is arcuate. However, it basically operates in the same manner as the rib 20a of the liquid crystal display device 100a. Since the arc portion orients the liquid crystal molecules 30a in an orientation that forms 45 ° with respect to the polarization axis PP, it is preferable that the arc portion is short, and it is not necessary to actively provide the arc portion. However, when the rib 20a of the liquid crystal display device 100a is formed by a photolithography process using, for example, a photosensitive resin, an arc portion may be formed.
  • FIG. 3A is a schematic diagram for explaining the relationship between the structure and the action of the rib 20c
  • FIG. 3B is a schematic diagram for explaining the relation between the structure and the action of the rib 20d.
  • the step-like rib 20c shown in FIG. 3A is different from the rib 20a shown in FIG. 2 in that the angle ⁇ c formed by the adjacent linear portions is an obtuse angle (over 90 ° and less than 180 °). Different. As ⁇ c becomes larger than 90 °, a deviation from 0 ° (parallel) or 90 ° (orthogonal) of the angle formed by the linear portion constituting the rib 20c and the polarization axis PP increases.
  • the step-like rib 20d shown in FIG. 3B is different from the rib 20a shown in FIG. 2 in that the angle ⁇ d formed by the adjacent linear portions is an acute angle (50 ° or more and less than 90 °). Different. As ⁇ d decreases from 90 °, the deviation between 0 ° (parallel) or 90 ° (orthogonal) of the angle formed by the linear portion constituting the rib 20d and the polarization axis PP increases.
  • the third components 20c3 and 20d3 extend in a direction different from the first component or the second component, but do not belong to any of them.
  • the third components 20c3 and 20d3 are both straight portions extending in the vertical direction, and no light leakage occurs.
  • the ribs 20c and 20d shown in FIGS. 3A and 3B may also have an arc portion between two adjacent linear portions, like the rib 20b in FIG. Further, a gap may be provided instead of the arc portion.
  • the first component extending along the first axis L1 and the second component extending along the second axis L2 have substantially the same structure.
  • the first component and the second component have a mirror image relationship with respect to a horizontal axis or a relationship rotated by 90 °.
  • the shape of the rib is not limited to this, and each of the first component and the second component may be any of the above. That is, the first components 20a1, 20b1, 20c1, and 20d1 of the ribs 20a, 20b, 20c, and 20d have three or more first straight portions, and two adjacent first straight portions are 50 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 180 °.
  • An angle of a certain ⁇ 1 is formed, and the direction in which ⁇ 1 is divided into two equal parts is arranged so as to be substantially orthogonal to the first axis, and the second components 20a2, 20b2, 20c2, and 20d2 of the ribs 20a, 20b, 20c, and 20d
  • 2nd straight line part two adjacent 2nd straight line parts make the angle of ⁇ 2 which is 50 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 180 °, and the direction which bisects ⁇ 2 is made to be almost perpendicular to the 2nd axis. As long as they are arranged in the same way.
  • directions in which the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 formed by two adjacent linear components are equally divided are preferably orthogonal to the corresponding first axis L1 or second axis L2. Further, it is preferable that the lengths of two adjacent first straight line portions defining ⁇ 1 are equal to each other, and the lengths of two adjacent second straight line portions defining ⁇ 2 are equal to each other. That is, if all of the above conditions are satisfied, the alignment control force received from two adjacent linear components is equal, and the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 formed by the two linear components adjacent to each other in the alignment direction of the liquid crystal molecules in the region between these are obtained.
  • the direction is divided into two equal parts, and this orientation direction coincides with the direction perpendicular to the first axis L1 or the second axis L2.
  • the directions of equally dividing the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 formed by the two adjacent linear components are respectively the corresponding first axes. It is not necessary to be strictly orthogonal to L1 or the second axis L2, and the lengths of two adjacent linear components may not be equal to each other.
  • the pitch of the ribs 20a is the pitch along the first axis L1 or the second axis L2 in the direction in which the stepped ribs 20a extend
  • the width of the ribs 20a is the width of each straight line portion (the straight line portion). (Length in the direction orthogonal to the extending direction).
  • the relationship between the configuration of the rib 20a and the transmittance distribution was evaluated by simulation using a three-dimensional liquid crystal director / electric field / optical calculation software (manufactured by Shintech Co., Ltd., LCD Master 3DFEM Version 4.8).
  • FIG. 4 shows a two-dimensional cross-sectional structure of the structural unit 100p of the liquid crystal display device used in the simulation.
  • the structural unit 100p used here is a part in one pixel, for example, a part including only a first component (for example, corresponding to reference numeral 20a1 in FIG. 1A) along the first axis of the rib.
  • the horizontal direction in FIG. 4 is a direction orthogonal to the first axis L1.
  • the polarizing plate 16 the glass substrate 21, the counter electrode (ITO film) 22, the rib 20, the liquid crystal layer 30, the pixel electrode (ITO film) 12, the glass substrate 11, and the polarizing plate 15 are arranged from the upper side.
  • the vertical alignment films formed on the rib 20 and the counter electrode 22 on the liquid crystal layer 30 side and on the pixel electrode 12 on the liquid crystal layer 30 side are not shown.
  • the reason why the horizontal size of the pixel electrode 12 is smaller than the horizontal size of the counter electrode 22 corresponds to the slits formed in the pixel electrode of the actual liquid crystal display device in the electrode non-forming portions on both sides of the pixel electrode 12 in FIG. This is to make it happen. That is, FIG.
  • FIG. 4 shows, for example, the first axis L1 of the portion corresponding to the region including the first component 20a1 of the rib 20a of FIG. 1A and the first component 10a1 of the slit 10a arranged on both sides thereof (see FIG. 2).
  • the cross-sectional structure in the direction orthogonal to () is shown.
  • the polarizing axes of the polarizing plates 15 and 16 are directions that form an angle of 45 ° with the first axis L1.
  • the height of the rib is 1.2 ⁇ m, the relative dielectric constant of the rib is 3.7, and the taper angle is 64.2 degrees. .
  • FIG. 5 shows a view of the linear rib 20 of the conventional MVA mode liquid crystal display device as seen from the normal direction of the substrate.
  • 30 ⁇ m above and below the structural unit 100 p is shielded by the light shielding body 62. This is to remove the influence of the oblique electric field generated at the edge portions of the pixel electrode 12 and the counter electrode 22.
  • the polarization axes PP and PA of the pair of polarizing plates form 45 ° with respect to the direction in which the ribs 20 extend.
  • FIG. 7A and 7B show the transmittance distribution in the structural unit 100p obtained by the simulation of the comparative example.
  • FIG. 7A shows a black display state (applied voltage: 0.0 V)
  • FIG. 7B shows a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • FIG. 7A in the black display state, two bright areas BA (light leakage) are clearly seen along the straight ribs.
  • the dark area DA is formed in the area where the rib is formed.
  • the liquid crystal molecules in the central part of the rib are observed as the darkest lines because they do not fall in either direction and maintain a state close to vertical alignment.
  • the overall transmittance of the structural unit 100p of the comparative example was 00590.000059 in the black display state and 0.094548 in the white display state.
  • the transmittance from the polarizing plate arranged in crossed Nicols is not 0%, and light leakage from a pair of polarizing plates is considered.
  • a value before removing the influence of light leakage from a pair of polarizing plates arranged in crossed Nicols may be referred to as “before correction”, and a value after removal may be referred to as “after correction”.
  • the black luminance, white luminance and contrast ratio of the liquid crystal display device of the comparative example were obtained by actual measurement.
  • the black luminance was 0.2020 [cd]
  • the white luminance was 500 [cd]
  • the contrast ratio was 2475.
  • Regarding black luminance, out of 0.2020 [cd], 0.0910 [cd] is the amount of light leakage caused by the ribs.
  • the remaining 0.111 [cd] is a total value of light leakage amounts from color filters other than ribs, various bus lines, pixel electrode slits, and the like.
  • Example 1 In the structural unit 100p of Example 1, as shown in FIG. 8, the pitch of the stepped ribs 20A was set to 40 ⁇ m. The width and height of the rib 20A were the same as in the comparative example.
  • 9A and 9B show the transmittance distribution in the structural unit 100p obtained by the simulation of Example 1.
  • FIG. 9A shows a black display state (applied voltage: 0.0 V)
  • FIG. 9B shows a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • the bright areas BA formed due to the ribs are linear in the comparative example (see FIG. 7 (a)), but are distributed in the form of dots. .
  • the dot-like bright area BA is formed at a position corresponding to the apex of the staircase shape.
  • the transmittance value of the entire structural unit 100p of Example 1 was 0.000001 in the black display state, which was improved by about 97% compared to the comparative example.
  • the transmittance in the white display state is 0.060394, which is about 36% lower than that in the comparative example.
  • most of the liquid crystal molecules in the vicinity of the rib are strongly influenced by the alignment regulating force of the rib and cannot respond sufficiently to the electric field, and are parallel or orthogonal to the polarization axis PP. This is because it remains oriented in the direction.
  • Example 1 the white luminance is reduced by about 36% from 500 to 320 [cd], but the black luminance is reduced by about 43% from 0.2020 to 0.1141 [cd]. Increased by about 13% from 2475 to 2800.
  • Example 2 In the structural unit 100p of Example 2, as shown in FIG. 10, the pitch of the step-like ribs 20B was set to 20 ⁇ m. The width and height of the rib 20B were the same as in the comparative example.
  • FIGS. 11A and 11B show the transmittance distribution in the structural unit 100p obtained by the simulation of the second embodiment.
  • FIG. 11A shows a black display state (applied voltage: 0.0 V)
  • FIG. 11B shows a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • the bright areas BA formed due to the ribs are linear in the comparative example (see FIG. 7 (a)), but are distributed in the form of dots. .
  • the number of staircase areas BA is increased because the number of steps is increased.
  • the transmittance value was ⁇ ⁇ ⁇ 0.000001 in the black display state, which was the same as in Example 1 and was improved by about 97% compared to the comparative example.
  • the transmittance in the white display state is 0.080629, which is about 15% lower than that in the comparative example, but is lower than that in Example 1.
  • the increase in the number of steps leads to a reduction in the range in which the alignment regulating force of the rib 20B reaches, and the liquid crystal remains aligned in a direction parallel or perpendicular to the polarization axis PP. This is because the number of molecules is reduced and the response of liquid crystal molecules is improved.
  • the black luminance, the white luminance, and the contrast ratio were obtained as described above.
  • the black luminance was 0.1141 [cd]
  • the white luminance was 432 mm [cd]
  • the contrast ratio was 3737.
  • the black luminance was the same as in Example 1, and the white luminance was reduced by about 15% compared to the comparative example, but the contrast ratio was increased by about 51%.
  • Example 3 In the structural unit 100p of Example 3, as shown in FIG. 12, the pitch of the stepped ribs 20C was set to 10 ⁇ m. The width and height of the rib 20C were the same as in the comparative example.
  • FIGS. 13A and 13B show the transmittance distribution in the structural unit 100p obtained by the simulation of the third embodiment.
  • FIG. 13A shows a black display state (applied voltage: 0.0 V)
  • FIG. 13B shows a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • the bright areas BA are distributed in the form of dots as in the first and second embodiments. Since the number of steps is further increased than that of the rib 20B of the second embodiment, the number of dotted bright areas BA is further increased, and the transmittance value is 0.000003 in the black display state, which is approximately compared with the comparative example. 90% improvement.
  • the transmittance in the white display state is 0.088755, which is about 6% lower than that in the comparative example, but is lower than that in Example 2. This is because, as can be seen from FIG. 13 (b), the further increase in the number of steps leads to a further reduction in the range to which the alignment regulating force of the rib 20C can be applied, and the response of the liquid crystal molecules is improved.
  • the black luminance, the white luminance, and the contrast ratio were obtained as described above.
  • the black luminance was 0.1204 [cd]
  • the white luminance was 470 mm [cd]
  • the contrast ratio was 3899.
  • the black luminance was slightly inferior to those of Examples 1 and 2, the decrease rate of white luminance was only about 6% of the comparative example, and the contrast ratio was increased by about 58%.
  • Example 4 In the structural unit 100p of Example 4, as shown in FIG. 14, the pitch of the step-like ribs 20D was 10 ⁇ m, and the width of the ribs 20D was half that of the comparative example. The height of the rib 20D was the same as that of the comparative example.
  • FIGS. 15A and 15B show the transmittance distribution in the structural unit 100p obtained by the simulation of Example 4.
  • FIG. FIG. 15A shows a black display state (applied voltage: 0.0 V)
  • FIG. 15B shows a white display state (applied voltage: 7.5 V).
  • the number of bright dotted areas BA further increases, and the transmittance value becomes 0.000004 in the black display state, which is compared with the comparative example. About 86% improvement.
  • the transmittance in the white display state is 0.094034, which is about 0.5% lower than that in the comparative example, but is lower than that in Example 3. This is because, as can be seen from FIG. 15B, the range to which the alignment regulating force of the rib 20D reaches is further smaller than in Example 3, and the response of the liquid crystal molecules is further improved.
  • the black luminance, white luminance, and contrast ratio were obtained from the transmittance obtained by the simulation.
  • the black luminance was 0.1236 [cd]
  • the white luminance was 497 mm [cd]
  • the contrast ratio was 4021
  • the black luminance was implemented.
  • the decrease rate of white luminance is only about 0.5% of the comparative example, which is an error level.
  • the contrast ratio was improved by about 62%.
  • Tables 3 and 4 summarize the simulation results of the comparative example and Examples 1 to 4.
  • the pitch of the stepped ribs is preferably smaller and is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the one where the width of a rib is smaller is preferable, it is preferable that it is less than 10 micrometers, and it is understood that it is still more preferable that it is 6 micrometers or less.
  • ⁇ black luminance black luminance (180 °)
  • ⁇ black luminance (90 °) 0.0784 [cd] Is obtained.
  • black luminance ( ⁇ ) black luminance (90 °) + ⁇ black luminance ⁇ cos 2 ⁇ / cos (90 ° ⁇ / 2) + (from members other than ribs) Of light leakage).
  • Contrast ratio ( ⁇ ) 500 / ⁇ 0.1236 + 0.0784 cos 2 ⁇ / sin ( ⁇ / 2) ⁇ It becomes.
  • FIG. 16 shows a graph in which the contrast ratio ( ⁇ ) is plotted against the apex angle ⁇ . Since the contrast ratio of the comparative example is 2475 or less when ⁇ ⁇ 50 °, the graph shows the range of ⁇ ⁇ 50 °.
  • the apex angle ⁇ the larger the difference between the alignment direction (azimuth) of the liquid crystal molecules near the rib and the alignment direction (azimuth) of the liquid crystal molecules near the slit. If the difference in the alignment direction of the liquid crystal molecules is large, the alignment direction of the liquid crystal molecules deviates from the 45 ° azimuth of the polarization axis during white display, so that the viewing angle characteristics are degraded. Accordingly, it is preferable to set the apex angle ⁇ in consideration of the balance between the contrast ratio and the viewing angle characteristics. For example, in order to obtain a contrast ratio of 1.5 times or more of the contrast ratio of the comparative example, 85 ° ⁇ ⁇ ⁇ It can be said that the range of 109 ° is preferable.
  • the present invention is widely applicable to conventional MVA mode liquid crystal display devices including TV applications.

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Abstract

　本発明の液晶表示装置の画素は、第１および第２線状配向規制構造体１０ａ、２０ａを有し、第１および第２線状配向規制構造体はそれぞれ、第１軸Ｌ１に沿って延びる第１成分と、第１軸と異なる第２軸Ｌ２に沿って延びる第２成分とを有し、第１および第２軸はいずれも一対の偏光板の偏光軸の成す角を略２等分し、第１および第２線状配向規制構造体の少なくとも一方はリブ２０ａである。リブの第１成分２０ａ１は第１軸に沿って配列された３以上の第１直線部分を含み、隣接する２つが５０°≦θ１＜１８０°であるθ１の角をなし、θ１を２等分する方向が第１軸と略直交するように配列されており、リブの第２成分２０ａ２は第２軸に沿って配列された３以上の第２直線部分を含み、隣接する２つが５０°≦θ２＜１８０°であるθ２の角をなし、θ２を２等分する方向が第２軸と略直交するように配列されている。

Description

液晶表示装置
　本発明は、液晶表示装置に関し、特に、垂直配向モードの液晶表示装置に関する。
　近年、従来のＴＮモードの液晶表示装置に比べ視野角が広く高コントラスト比を有する垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｎｇｍｅｎｔ；ＶＡ）モードの液晶表示装置がテレビやインフォメーションディスプレイなどの大型表示装置を中心に広く用いられている。
　ＶＡモードの液晶表示装置は、誘電異方性が負のネマチック液晶材料から構成される液晶層を有する。この液晶層に電圧を印加していない状態（閾値電圧未満の電圧を印加している場合を含む）では、液晶分子は基板面（垂直配向膜の表面）に対してほぼ垂直（８５°以上９０°以下）に配向し、液晶層に電圧を印加すると液晶分子は基板面に平行に近づくように倒れる。
　ＶＡモードの液晶表示装置の視野角特性をさらに向上させたＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ－Ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード（特許文献１参照）が知られている。ＭＶＡモードでは、互いに直交する２つの方向に直線状の配向規制構造体（スリットまたはリブ）を配置して、配向規制構造体の間に、各ドメインを代表するディレクタの方位がクロスニコルに配置された偏光板の偏光軸（透過軸）に対して４５度をなす４つの液晶ドメインを形成する。方位角の０度を時計の文字盤の３時方向とし、反時計回りを正とすると、４つのドメインのディレクタの方位角は、４５度、１３５度、２２５度、３１５度となる。このように、１つの画素に４つのドメインを形成する構成を４分割配向構造または単に４Ｄ構造ということがある。なお、ＭＶＡモードの液晶表示装置の内、液晶層を介して互いに対向する一対の基板の液晶層側に設けられる配向規制構造体として、両方とも電極に形成されたスリットを用いるものは、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードと呼ばれることがある。
　ＶＡモードの液晶表示装置は、電圧無印加状態、すなわち液晶分子が基板面に垂直に配向した状態で、黒表示を行う（ノーマリブラックモード）ので、良好な黒表示（輝度が低い）が得られ、その結果、高いコントラスト比を実現できる。
特開平１１－２４２２２５号公報
　しかしながら、配向規制構造体としてリブ（すなわち、線状誘電体突起）を利用するＭＶＡモードの液晶表示装置では、リブの近傍の液晶分子は電圧無印加状態においても基板面法線方向から傾斜するので、黒表示状態において光漏れが発生し、コントラスト比を低下させる要因となっている（図１７および図１８を参照して後述する。）。
　本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、配向規制構造体としてリブ（線状誘電体突起）を備えるＭＶＡモードの液晶表示装置のコントラスト比を向上させることにある。
　本発明の液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層と、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた第１電極と、前記第２基板の前記液晶層側に設けられた第２電極と、前記液晶層を間に介して互いに対向しクロスニコルに配置された一対の偏光板とを有する、複数の画素を備える液晶表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた複数の第１線状配向規制構造体と、前記第２基板の前記液晶層側に設けられた複数の第２線状配向規制構造体とを有し、前記複数の第１線状配向規制構造体および前記複数の第２線状配向規制構造体はそれぞれ、第１軸に沿って延びる第１成分と、前記第１軸と異なる第２軸に沿って延びる第２成分とを有し、前記第１軸および前記第２軸はいずれも前記一対の偏光板の偏光軸の成す角を略２等分する軸であり、前記複数の第１線状配向規制構造体および前記複数の第２線状配向規制構造体の少なくとも一方は、複数の線状誘電体突起であって、前記複数の線状誘電体突起の前記第１成分は前記第１軸に沿って配列された３以上の第１直線部分を含み、前記３以上の第１直線部分は、隣接する２つの第１直線部分が５０°≦θ１＜１８０°であるθ１の角をなし、θ１を２等分する方向が前記第１軸と略直交するように配列されており、前記複数の線状誘電体突起の前記第２成分は前記第２軸に沿って配列された３以上の第２直線部分を含み、前記３以上の第２直線部分は、隣接する２つの第２直線部分が５０°≦θ２＜１８０°であるθ２の角をなし、θ２を２等分する方向が前記第２軸と略直交するように配列されていることを特徴とする。
　ある実施形態において、θ１を規定する前記隣接する２つの第１直線部分の長さは互いに等しく、且つθ２を規定する前記隣接する２つの第２直線部分の長さは互いに等しい。
　ある実施形態において、前記３以上の第１直線部分および前記３以上の第２直線部分の長さは全て等しい。
　ある実施形態において、θ１およびθ２はそれぞれ独立に７４°以上１０９°以下である。θ１およびθ２はそれぞれ独立に８５°以上９６°以下であることがさらに好ましい。
　ある実施形態において、θ１＝θ２である。
　ある実施形態において、θ１およびθ２は約９０°である。
　ある実施形態において、前記３以上の第１直線部分および前記３以上の第２直線部分は１０μｍ以下のピッチで配列されている。
　ある実施形態において、前記複数の第１線状配向規制構造体は、前記第１電極に設けられた複数のスリットであり、前記複数の第２線状配向規制構造体は、前記第２電極の前記液晶層側に設けられた複数の線状誘電体突起である。
　ある実施形態において、前記一対の偏光板の偏光軸の一方は表示面の水平方向に配置されている。
　本発明によれば、配向規制構造体としてリブ（線状誘電体突起）を備えるＭＶＡモードの液晶表示装置のコントラスト比を向上させることができる。また、本発明による液晶表示装置は、従来の液晶表示装置の製造プロセスにおいて、リブの形状を変更するだけで容易に製造することができる。
（ａ）～（ｄ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃおよび１００ｄの１つの画素の模式的な平面図である。 図１（ａ）に示したリブ２０ａの構造と作用との関係を説明するための模式図である。 （ａ）は図１（ｃ）に示したリブ２０ｃの構造と作用との関係を説明するための模式図であり、（ｂ）は図１（ｄ）に示したリブ２０ｄの構造と作用との関係を説明するための模式図である。 シミュレーションに用いた液晶表示装置の構成単位１００ｐの２次元断面構造を示す図である。 従来のＭＶＡモードの液晶表示装置（比較例）が有する直線状のリブ２０を基板の法線方向から見た図である。 シミュレーションに用いた従来の液晶表示装置（比較例）の構成単位１００ｐの平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、比較例のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す図であり、（ａ）が黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、（ｂ）が白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。 実施例１の構成単位１００ｐの階段状のリブ２０Ａを示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例１のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す図であり、（ａ）は黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、（ｂ）は白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。 実施例２の構成単位１００ｐの階段状のリブ２０Ｂを示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例２のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す図であり、（ａ）は黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、（ｂ）は白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。 実施例３の構成単位１００ｐの階段状のリブ２０Ｃを示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例３のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す図であり、（ａ）は黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、（ｂ）は白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。 実施例４の構成単位１００ｐの階段状のリブ２０Ｄを示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例４のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す図であり、（ａ）は黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、（ｂ）は白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。 階段形状を構成する二等辺三角形の頂角θとコントラスト比との関係を示すグラフである。 従来のＭＶＡモードの液晶表示装置における直線状に延びるリブ２０の近傍の液晶分子３０ａの配向方位を示す模式図である。 図１７に示したリブ２０の近傍で発生する黒表示状態における光漏れをシミュレーションによって求めた結果を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明による実施形態の液晶表示装置を説明するが、本発明は例示する実施形態の液晶表示装置に限られない。
　図１（ａ）～（ｄ）に、本発明による実施形態の液晶表示装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃおよび１００ｄの１つの画素の模式的な平面図を示す。
　本発明による実施形態の液晶表示装置は、ＭＶＡモードの液晶表示装置である。すなわち、第１基板（例えばＴＦＴ基板）と、第２基板（例えばカラーフィルタ基板）と、第１基板と第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層と、第１基板の液晶層側に設けられた第１電極（例えば画素電極）と、第２基板の液晶層側に設けられた第２電極（対向電極）と、液晶層を間に介して互いに対向しクロスニコルに配置された一対の偏光板とを有する。ここでは、一対の偏光板の偏光軸は、水平方向および垂直方向に配置されている。
　図１（ａ）～（ｄ）に示す液晶表示装置が有する複数の画素のそれぞれは、第１基板の液晶層側に設けられた複数の第１線状配向規制構造体１０ａと、第２基板の液晶層側に設けられた複数の第２線状配向規制構造体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとを有する。
　複数の第１線状配向規制構造体１０ａおよび複数の第２線状配向規制構造体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄはそれぞれ、第１軸に沿って延びる第１成分（１０ａ１、２０ａ１、２０ｂ１、２０ｃ１および２０ｄ１）と、第１軸と異なる第２軸に沿って延びる第２成分（１０ａ２、２０ａ２、２０ｂ２、２０ｃ２および２０ｄ２）とを有する。複数の第１線状配向規制構造体および複数の第２線状配向規制構造体の少なくとも一方は複数の線状誘電体突起である（以下では、線状誘電体突起のことをリブということにする。）。なお、第１基板と第２基板に垂直な方向からみたとき、複数の第１線状配向規制構造体１０ａと複数の第２線状配向規制構造体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとは交互に設けられている。この基本的な構成は従来のＭＶＡモードの液晶表示装置と同じである（特許文献１参照）。
　第１軸および第２軸はいずれも一対の偏光板の偏光軸（透過軸）の成す角を略２等分する軸であり、表示面内の水平方向および垂直方向に配置された一対の偏光板の２つの偏光軸に対して４５°を成すように配置されている。
　以下の例では、複数の第１線状配向規制構造体は、第１電極に設けられた複数のスリットであり、複数の第２線状配向規制構造体が第２電極の液晶層側に設けられた複数のリブである場合を例示するが、複数の第１線状配向規制構造体および複数の第２線状配向規制構造体の少なくとも一方が複数のリブであればよい。また、第１線状配向規制構造体および第２線状配向規制構造体の両方がリブの場合は、それらの少なくとも一方に本発明を適用し後述する階段形状とすれば、本発明の効果が得られる。但し、高いコントラスト比を得るためには、一方をスリットとし、他方をリブとした構成を採用することが好ましい。さらに、製造プロセスの観点から、画素電極にスリットを設け、対向電極の液晶層側にリブを設ける構成が好ましい。
　図１（ａ）に示す実施形態の液晶表示装置１００ａの画素は、画素電極に設けられたスリット１０ａが第１成分１０ａ１と第２成分１０ａ２とを有し、対向電極の液晶層側に設けられたリブ２０ａが第１成分２０ａ１と第２成分２０ａ２とを有している。スリット１０ａの第１成分１０ａ１および第２成分１０ａ２はそれぞれ直線状である。リブ２０ａは、第１成分２０ａ１と第２成分２０ａ２とを連結する第３成分２０ａ３をさらに有している。スリット１０ａおよびリブ２０ａの第１成分１０ａ１、２０ａ１が延びる方向（第１軸）と、スリット１０ａおよびリブ２０ａの第２成分１０ａ２、２０ａ２が延びる方向（第２軸）とは互いに直交している。
　液晶表示装置１００ａの画素の特徴は、リブ２０ａの第１成分２０ａ１および第２成分２０ａ２がそれぞれ第１軸および第２軸に沿って階段状の形状を有している点にある。また、この階段形状は、頂角が９０°の二等辺三角形の２つの辺（互いに長さの等しい２つの辺、底辺以外の辺）を連結した形状である。リブ２０ａの第１成分２０ａ１の頂角を２等分する方向は第１軸と略直交し、第２成分２０ａ２の頂角を２等分する方向は第２軸と略直交する。
　図１（ｂ）に示す液晶表示装置１００ｂの画素も、液晶表示装置１００ａの画素と同様に、画素電極に設けられたスリット１０ａが第１成分１０ａ１と第２成分１０ａ２とを有し、対向電極の液晶層側に設けられたリブ２０ｂが第１成分２０ｂ１と第２成分２０ｂ２とを有している。リブ２０ｂは、第１成分２０ｂ１と第２成分２０ｂ２とを連結する第３成分２０ｂ３をさらに有している。スリット１０ａおよびリブ２０ｂの第１成分１０ａ１、２０ｂ１が延びる方向（第１軸）と、スリット１０ａおよびリブ２０ｂの第２成分１０ａ２、２０ｂ２が延びる方向（第２軸）とは互いに直交している。
　液晶表示装置１００ｂが有するリブ２０ｂも、リブ２０ｂの第１成分２０ｂ１および第２成分２０ｂ２がそれぞれ第１軸および第２軸に沿って階段状の形状を有している。液晶表示装置１００ｂが有するリブ２０ｂの階段状の形状は、液晶表示装置１００ａのリブ２０ａの形状における直角二等辺三角形の頂角部分が円弧状になっている点で異なっている。頂角部分が円弧状になっているものの、リブ２０ｂの第１成分２０ｂ１および第２成分２０ｂ２を構成する主要な部分は、液晶表示装置１００ａのリブ２０ａと同様に、頂角が９０°の二等辺三角形の互いに長さの等しい２つの辺であり、この２つの辺が成す角は９０°であり、この角を便宜上頂角と呼ぶと、リブ２０ｂの第１成分２０ｂ１の頂角を２等分する方向は第１軸と略直交し、第２成分２０ｂ２の頂角を２等分する方向は第２軸と略直交する。
　図１（ｃ）に示す液晶表示装置１００ｃの画素も、液晶表示装置１００ａの画素と同様に、画素電極に設けられたスリット１０ａが第１成分１０ａ１と第２成分１０ａ２とを有し、対向電極の液晶層側に設けられたリブ２０ｃが第１成分２０ｃ１と第２成分２０ｃ２とを有している。リブ２０ｃは、第１成分２０ｃ１と第２成分２０ｃ２とを連結する第３成分２０ｃ３をさらに有している。スリット１０ａおよびリブ２０ｃの第１成分１０ａ１、２０ｃ１が延びる方向（第１軸）と、スリット１０ａおよびリブ２０ｃの第２成分１０ａ２、２０ｃ２が延びる方向（第２軸）とは互いに直交している。
　液晶表示装置１００ｃが有するリブ２０ｃも、リブ２０ｃの第１成分２０ｃ１および第２成分２０ｃ２がそれぞれ第１軸および第２軸に沿って階段状の形状を有している。液晶表示装置１００ｃが有するリブ２０ｃの階段状の形状は、液晶表示装置１００ａのリブ２０ａの形状における直角二等辺三角形の頂角の角度が鈍角（９０°超１８０°未満）である点で異なっている。リブ２０ｃの第１成分２０ｃ１の頂角を２等分する方向は第１軸と略直交し、第２成分２０ｃ２の頂角を２等分する方向は第２軸と略直交する。
　図１（ｄ）に示す液晶表示装置１００ｄの画素も、液晶表示装置１００ａの画素と同様に、画素電極に設けられたスリット１０ａが第１成分１０ａ１と第２成分１０ａ２とを有し、対向電極の液晶層側に設けられたリブ２０ｄが第１成分２０ｄ１と第２成分２０ｄ２とを有している。リブ２０ｄは、第１成分２０ｄ１と第２成分２０ｄ２とを連結する第３成分２０ｄ３をさらに有している。スリット１０ａおよびリブ２０ｄの第１成分１０ａ１、２０ｄ１が延びる方向（第１軸）と、スリット１０ａおよびリブ２０ｄの第２成分１０ａ２、２０ｄ２が延びる方向（第２軸）とは互いに直交している。
　液晶表示装置１００ｄが有するリブ２０ｄも、リブ２０ｄの第１成分２０ｄ１および第２成分２０ｄ２がそれぞれ第１軸および第２軸に沿って階段状の形状を有している。液晶表示装置１００ｄが有するリブ２０ｄの階段状の形状は、液晶表示装置１００ａのリブ２０ａの形状における直角二等辺三角形の頂角の角度が鋭角（５０°以上９０°未満）である点で異なっている。リブ２０ｄの第１成分２０ｄ１の頂角を２等分する方向は第１軸と略直交し、第２成分２０ｄ２の頂角を２等分する方向は第２軸と略直交する。
　次に、図２を参照して、本発明による実施形態の液晶表示装置１００ａが有する階段状の形状を有するリブ２０ａの作用を説明する。
　図２は、リブ２０ａの構造と作用との関係を説明するための模式図である。クロスニコルに配置された一対の偏光板の偏光軸のうち観察者側の偏光板の偏光軸をＰＡ、背面側（バックライト側）の偏光板の偏光軸をＰＰで示している。
　上述したように、リブ２０ａは第１成分２０ａ１と第２成分２０ａ２とを有している。リブ２０ａの第１成分２０ａ１が延びる方向は第１軸Ｌ１であり、リブ２０ａの第２成分２０ａ２が延びる方向は第２軸Ｌ２であり、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２とは互いに直交している。また、第１軸Ｌ１および第２軸Ｌ２は、それぞれ、偏光軸ＰＰとＰＡとが成す角（９０°）を２等分している。
　リブ２０ａの第１成分２０ａ１は第１軸Ｌ１に沿って階段状の形状を有しており、第２成分２０ａ２は第２軸Ｌ２に沿って階段状の形状を有している。リブ２０ａの第１成分２０ａ１は第１軸Ｌ１に沿って配列された３以上の第１直線部分を含んでおり、これらの第１直線部分の隣接する２つはθａ＝９０°の角をなしている。また、θａを２等分する方向は第１軸Ｌ１と直交する。
　リブ２０ａの第１成分２０ａ１を構成する第１直線部分は、第１軸Ｌ１に沿って、例えば図２中の左上から順に、隣接する２つの第１直線部分が成す角θａが規定される回転方向（図１中の小さい矢印で示す。）は、時計回り、反時計回り、時計回り・・・と交互になっており、階段形状が第１軸Ｌ１に沿って延びている。また、θａを規定する隣接する２つの第１直線部分の長さは互いに等しい。
　同様に、リブ２０ａの第２成分２０ａ２を構成する第２直線部分は、第２軸Ｌ２に沿って、例えば図２中の右上から順に見ると、隣接する２つの第２直線部分が成す角θａが規定される回転方向（図１中の小さい矢印で示す。）は、反時計回り、時計回り、反時計回り・・と交互になっており、階段形状が第２軸Ｌ２に沿って延びている。また、θａを規定する隣接する２つの第２直線部分の長さは互いに等しい。なお、第１成分２０ａ１と第２成分２０ａ２とを連結する第３成分２０ａ３は、図２から明らかなように、第１成分２０ａ１および第２成分２０ａ２の一部として共有されている。
　このように、リブ２０ａは、水平方向に延びる直線部分と垂直方向に延びる直線部分とから構成されている。
　液晶分子３０ａは、リブ２０ａに直交する方向に倒れるように配向規制を受ける。従って、図２に示すように、リブ２０ａの垂直方向に平行な直線部分に配向規制される液晶分子３０ａが倒れる方位は水平方向であり、リブ２０ａの水平方向に平行な直線部分に配向規制される液晶分子３０ａが倒れる方位は垂直方向である。互いに隣接する２つの直線部分の間の領域の液晶分子３０ａは、水平方向に配向規制された液晶分子３０ａと垂直方向に配向規制された液晶分子３０ａとの両方と配向方向が整合するように連続性を保って配向するので、互いに隣接する２つの直線部分が成す角θａを２等分する方向、すなわち、第１軸Ｌ１または第２軸Ｌ２に直交する方向に配向する。
　その結果、リブ２０ａから少し離れた領域の液晶分子３０ａは、第１軸Ｌ１に沿って形成されている階段状の第１成分２０ａ１によって、図２中の矢印ＡおよびＢに示される２つの方位に配向規制され、第２軸Ｌ２に沿って形成されている階段状の第２成分２０ａ２によって、図２中の矢印ＣおよびＤに示される２つの方位に配向規制される。すなわち、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置と同様に、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの４つの方位で表される４つのディレクタで特徴付けられる４つのドメインが形成される。
　ここで注目すべきことは、リブ２０ａの表面によって配向規制されている液晶分子３０ａは偏光軸ＰＰに平行または直交するように配向していることである。すなわち、リブ２０ａの表面によって配向規制されている液晶分子３０ａは、偏光軸ＰＰを有する偏光板を通過して液晶層３０に入射した直線偏光に対して位相差を与えない（リタデーションを有しない）。従って、液晶表示装置１００ａは、黒表示状態においても、リブ２０ａの近傍において光漏れを生じることがない。なお、一対の偏光板の偏光軸ＰＰおよびＰＡの配置が逆の場合も同様である。
　ここで、図１７および図１８を参照して、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置の黒表示状態において光漏れが発生する理由を説明する。
　図１７は、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置における直線状に延びるリブ２０の近傍の液晶分子３０ａの配向方位を示す模式図であり、図１８はリブ２０の近傍で発生する黒表示状態における光漏れをシミュレーションによって求めた結果を示す図である。
　図１７に示すように、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置において、リブ２０は、一対の偏光板の偏光軸ＰＰとＰＡとが成す角（９０°）を２等分する２つの互いに直交する方向に延びる２つの直線部分で構成されている（全体として「く」の字型である）。従って、リブ２０の表面によって配向規制される液晶分子３０ａは、偏光軸ＰＰに対して４５°を成すように配向している。これによって、Ａ～Ｄの方位を有する４つのディレクタを効率良く形成することができる。
　しかしながら、リブ２０の表面による配向規制力は電圧無印加時にも存在するので、リブ２０の近傍の液晶分子３０ａは、電圧無印加状態においても基板面法線方向から傾斜する。液晶分子３０ａが傾斜する方位が偏光軸ＰＰに対して４５°を成しているので（平行または直交する方向でないので）、リブ２０ａの表面によって配向規制されている液晶分子３０ａは、偏光軸ＰＰを有する偏光板を通過して液晶層３０に入射した直線偏光に対して位相差を与える（リタデーションを有する）ことになる。その結果、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置は、図１８に示すように、黒表示状態においてリブ２０に沿って明るい領域ＢＡが形成され、光漏れが発生する。この光漏れが、液晶表示装置のコントラスト比を低下させる大きな要因となっている。
　これに対して、本発明による実施形態の液晶表示装置１００ａが有するリブ２０ａは、上述したように、偏光軸ＰＰに平行または直交する直線部分とから構成されているので、リブ２０の表面によって配向規制されている液晶分子３０ａは、偏光軸ＰＰを通過して液晶層３０に入射した直線偏光に対して位相差を与えることが無く、黒表示状態において光漏れを生じることがない。
　図１（ｂ）に示した液晶表示装置１００ｂのリブ２０ｂの階段状の形状は、液晶表示装置１００ａのリブ２０ａの形状における直角二等辺三角形の頂角部分が円弧状になっている点で異なっているが、基本的に液晶表示装置１００ａのリブ２０ａと同様に作用する。なお、円弧部分は、偏光軸ＰＰに対して４５°を成す方位に液晶分子３０ａを配向させるので、円弧部分は短い方が好ましく、円弧部分を積極的に設ける必要はない。但し、液晶表示装置１００ａのリブ２０ａを例えば感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィプロセスで形成する際に、円弧部分が形成されることがある。
　次に、図３（ａ）および（ｂ）を参照して、液晶表示装置１００ｃのリブ２０ｃおよび液晶表示装置１００ｄのリブ２０ｄの作用を説明する。図３（ａ）はリブ２０ｃの構造と作用との関係を説明するための模式図であり、図３（ｂ）はリブ２０ｄの構造と作用との関係を説明するための模式図である。
　図３（ａ）に示す階段状のリブ２０ｃは、上述したように、隣接する直線部分が成す角θｃが鈍角（９０°超１８０°未満）である点において、図２に示したリブ２０ａと異なる。θｃが９０°より大きくなるにつれて、リブ２０ｃを構成する直線部分と偏光軸ＰＰとが成す角の０°（平行）または９０°（直交）からのずれが大きくなる。リブ２０ｃの直線部分と偏光軸ＰＰとが成す角の０°（平行）または９０°（直交）からのずれが大きくなると、直線部分によって配向規制される液晶分子と偏光軸ＰＰとが成す角の０°（平行）または９０°（直交）からのずれが大きくなるので、光漏れが増える。θｃが１８０°未満であれば、図１７に示した直線状のリブ２０を有する従来のＭＶＡモードの液晶表示装置よりも光漏れを低減できるが、光漏れを十分に低減するためにはθｃは１０９°以下であることが好ましい（図１６を参照して後述）。
　図３（ｂ）に示す階段状のリブ２０ｄは、上述したように、隣接する直線部分が成す角θｄが鋭角（５０°以上９０°未満）である点において、図２に示したリブ２０ａと異なる。θｄが９０°から小さくなるにつれて、リブ２０ｄを構成する直線部分と偏光軸ＰＰとが成す角の０°（平行）または９０°（直交）からのずれが大きくなる。リブ２０ｄの直線部分と偏光軸ＰＰとが成す角の０°（平行）または９０°（直交）からのずれが大きくなると、直線部分によって配向規制される液晶分子と偏光軸ＰＰとが成す角の０°（平行）または９０°（直交）からのずれが大きくなるので、光漏れが増える。また、θｄが９０°未満の場合には、θｄが小さくなるにつれて、リブ２０ｄの長さの増加に伴う光漏れが増える。図１６を参照して後述するように、θｄが５０°以上であれば、図１７に示した直線状のリブ２０を有する従来のＭＶＡモードの液晶表示装置よりも光漏れを低減できるが、光漏れを十分に低減するためにはθｄは７４°以上であることが好ましい。
　なお、図３（ａ）および（ｂ）に示したリブ２０ｃおよび２０ｄにおいて、第３成分２０ｃ３および２０ｄ３は、それぞれの第１成分または第２成分と異なる方向に延びており何れにも属さないが、第３成分２０ｃ３および２０ｄ３は何れも垂直方向に延びる直線部分であり、これによる光漏れは発生しない。
　図３（ａ）および（ｂ）に示したリブ２０ｃおよび２０ｄについても、図１（ｂ）のリブ２０ｂのように、隣接する２つの直線部分の間に円弧部を有してもよい。さらに、円弧部に代えて、間隙を設けてもよい。
　また、上記のリブ２０ａ～２０ｄは、第１軸Ｌ１に沿って延びる第１成分と、第２軸Ｌ２に沿って延びる第２成分とが、実質的に同じ構造を有している。具体的には、第１成分と第２成分は水平な軸に対して鏡像の関係、または、９０°回転した関係にある。しかしながら、リブの形状はこれに限られず、第１成分と第２成分のそれぞれが、上記のいずれかであればよい。すなわち、リブ２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび２０ｄの第１成分２０ａ１、２０ｂ１、２０ｃ１および２０ｄ１が３以上の第１直線部分を有し、隣接する２つの第１直線部分が５０°≦θ１＜１８０°であるθ１の角をなし、θ１を２等分する方向が第１軸と略直交するように配列されており、リブ２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび２０ｄの第２成分２０ａ２、２０ｂ２、２０ｃ２および２０ｄ２が３以上の第２直線部分を有し、隣接する２つの第２直線部分が５０°≦θ１＜１８０°であるθ２の角をなし、θ２を２等分する方向が第２軸と略直交するように配列されていればよい。
　また、図２および図３から明らかなように、隣接する２つの直線成分が成す角θ１、θ２を２等分する方向はそれぞれ対応する第１軸Ｌ１または第２軸Ｌ２に直交することが好ましく、また、θ１を規定する隣接する２つの第１直線部分の長さは互いに等しいことが好ましく、且つ、θ２を規定する隣接する２つの第２直線部分の長さは互いに等しいことが好ましい。すなわち、上記の条件を全て満足すれば、隣接する２つの直線成分から受ける配向規制力が等しく、これらの間の領域の液晶分子の配向方向が隣接する２つの直線成分が成す角θ１、θ２を２等分する方向となり、且つ、この配向方向が第１軸Ｌ１または第２軸Ｌ２に直交する方向と一致することになる。但し、リブを階段状に形成することによって得られる光漏れを低減する効果を得るためには、隣接する２つの直線成分が成す角θ１、θ２を２等分する方向はそれぞれ対応する第１軸Ｌ１または第２軸Ｌ２と厳密に直交する必要は無く、また、隣接する２つの直線成分の長さは互いに等しくなくてもよい。
　次に、図１（ａ）および図２を参照して説明した直角二等辺三角形の頂角を形成する２辺によって構成されたリブ２０ａを有する構成について、リブ２０ａのピッチおよび幅の影響を検討する。なお、リブ２０ａのピッチとは、階段状リブ２０ａが延びる方向である第１軸Ｌ１または第２軸Ｌ２に沿ったピッチであり、リブ２０ａの幅とは、各直線部分の幅（直線部分の延びる方向に直交方向における長さ）である。
　リブ２０ａの構成と透過率分布との関係は、３次元液晶ダイレクタ・電場・光学計算ソフトウェア（シンテック株式会社製、LCD Master 3DFEM Version 4.8)によるシミュレーションによって評価した。
　まず、参照例となる直線状のリブを有する従来のＭＶＡモードの液晶表示装置の透過率分布のシミュレーションを行った。
　図４にシミュレーションに用いた液晶表示装置の構成単位１００ｐの２次元断面構造を示す。ここで用いた構成単位１００ｐは１つの画素内の一部分であり、例えば、リブの第１軸に沿った第１成分（例えば図１（ａ）の参照符号２０ａ１に対応）のみを含む部分である。また、図４の水平方向は第１軸Ｌ１に直交する方向である。
　図４中、上側から偏光板１６、ガラス基板２１、対向電極（ＩＴＯ膜）２２、リブ２０、液晶層３０、画素電極（ＩＴＯ膜）１２、ガラス基板１１、偏光板１５の構成とした。リブ２０および対向電極２２の液晶層３０側、ならびに、画素電極１２の液晶層３０側に形成されている垂直配向膜は図示していない。
　構成単位１００ｐの二次元サイズは、縦×横＝１００μｍ×１００μm、セルギャップ＝３．４μｍ、液晶材料はネガ型のネマチック液晶材料、液晶層３０のリタデーション＝３２０ｎｍ、電圧無印加状態の液晶分子の界面でのプレチルト角＝９０°、対向電極２２および画素電極１２のＩＴＯ膜の厚さ＝０μｍ、対向電極２２の２次元サイズは縦×横＝１００μｍ×１００μｍ、画素電極１２の二次元サイズは縦×横＝１００μｍ×６４μｍとした。画素電極１２の横サイズが対向電極２２の横サイズよりも小さいのは、図４中の画素電極１２の両側の電極非形成部を、実際の液晶表示装置の画素電極に形成されるスリットに対応させるためである。すなわち、図４は、例えば図１（ａ）のリブ２０ａの第１成分２０ａ１とその両側に配置されたスリット１０ａの第１成分１０ａ１を含む領域に対応する部分の第１軸Ｌ１（図２参照）に直交する方向における断面構造を示している。偏光板１５および１６の偏光軸は第１軸Ｌ１と４５°を成す方向であり、リブの高さ＝１．２μｍ、リブの比誘電率＝３．７、テーパー角度＝６４．２度とした。
　シミュレーションに用いた共通パラメーターを下記の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　まず、比較例として、直線状のリブを有する従来のＭＶＡモードの液晶表示装置の透過率分布のシミュレーションを行った。
　図５に、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置が有する直線状のリブ２０を基板の法線方向から見た図を示す。なお、本シミュレーションでは、図６に示すように、構成単位１００ｐの上下３０μｍずつを遮光体６２で遮光している。これは画素電極１２および対向電極２２のエッジ部に生成される斜め電界の影響を取り除くためである。なお、一対の偏光板の偏光軸ＰＰおよびＰＡはリブ２０の延びる方向に対して４５°をなしている。
　図７（ａ）および（ｂ）に、比較例のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す。図７（ａ）が黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、図７（ｂ）が白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。
　図７（ａ）から分かるように、黒表示状態において、直線状のリブに沿って２本の明るい領域ＢＡ（光漏れ）が明確に見られる。また、図７（ｂ）から分かるように、白表示状態においては、リブが形成されている領域に暗い領域ＤＡが形成される。また、リブの中央部分の液晶分子はどちらの方向にも倒れず垂直配向に近い状態を維持するので最も暗い線として観察される。比較例の構成単位１００ｐの全体の透過率は、黒表示状態で ０．００００５９、白表示状態で０．０９４５４８であった。
　なお、ソフトウェアＬＣＤ　Ｍａｓｔｅｒでは、クロスニコルに配置した偏光板からの透過率は０％ではなく、一対の偏光板からの光漏れが考慮されている。ここでは、リブの形状を変更することによる光漏れ改善効果を定量的に評価することを目的としているので、ＬＣＤ　Ｍａｓｔｅｒにおいて自動的に盛り込まれている偏光板からの光漏れを除くことが好ましい。そこで、上記の比較例の構成からリブを取り除いた構成についてシミュレーションによって得られた、印加電圧が０．０Ｖの時の透過率＝０．００００３０を、一対の偏光板からの透過率（光漏れ）とし、各シミュレーションによって得られた透過率の値から０．００００３０を減算した。クロスニコルに配置された一対の偏光板からの光漏れの影響を取り除く前の値を「補正前」、取り除いた後の値を「補正後」と呼ぶことがある。
　従って、クロスニコルに配置された一対の偏光板からの光漏れの影響を取り除いた、すなわち、補正後の比較例の透過率は、黒表示状態において ０．００００２９（＝０．００００５９－０．００００３０）、白表示状態において０．０９４５１８（＝０．０９４５４８－０．００００３０）となる。
　比較例の液晶表示装置の黒輝度、白輝度およびコントラスト比を実測によって求めた。黒輝度は０．２０２０[ｃｄ]、白輝度は５００[ｃｄ]、コントラスト比は２４７５であった。黒輝度について、０．２０２０[ｃｄ]のうち、０．０９１０[ｃｄ]がリブに起因する光漏れ量である。残りの０．１１１[ｃｄ]は、リブ以外のカラーフィルタ、各種バスライン、画素電極のスリット等からの光漏れ量を合計した値である。これらの値は、各構成要素を個別に備える評価用液晶セルを作製し、各評価用液晶セルの黒輝度を実測定することによって求めた。
　次に、上記比較例について説明した構成単位１００ｐのリブに関連するパラメーターのみを変更して、下記の実施例１～４の構成単位についてシミュレーションを行った。各実施例の各種パラメーターを表２に示す。また、結果は表３および４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（実施例1）
　実施例１の構成単位１００ｐでは、図８に示すように、階段状のリブ２０Ａのピッチを４０μｍとした。リブ２０Ａの幅と高さは比較例と同じとした。図９（ａ）および（ｂ）に、実施例１のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す。図９（ａ）が黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、図９（ｂ）が白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。
　図９（ａ）から分かるように、リブに起因して形成される明るい領域ＢＡは、比較例では線状であった（図７（ａ）参照）のに対し、点状に分布している。点状の明るい領域ＢＡは、階段状形状の頂点に対応する位置に形成されている。その結果、実施例１の構成単位１００ｐの全体の透過率の値は、黒表示状態で０．０００００１となり、比較例と比べると約９７％改善された。
　一方、白表示状態の透過率は０．０６０３９４であり、比較例と比べると約３６％低下している。これは、図９（ｂ）から分かるように、リブの近傍の液晶分子の大部分がリブの配向規制力を強く受け、電界に対して十分に応答できず、偏光軸ＰＰに平行または直交する方向に配向したままになるためである。
　シミュレーションによって得られた透過率より、黒輝度、白輝度、コントラスト比を以下のようにして求めた。
　黒輝度＝（（比較例のリブからの光漏れ量）×（実施例１の黒表示状態の透過率）÷（比較例の黒表示状態の透過率））＋（リブ以外の部材からの光漏れ量）＝（０．０９１０×０．０００００１÷０．００００２９）＋０．１１１＝０．１１４１[ｃｄ]
　白輝度＝（（比較例の白輝度）×（実施例１の白表示状態の透過率）÷（比較例の白表示状態の透過率））＝５００×０．０６０３９４÷０．０９４５１８＝３２０[ｃｄ]
　コントラスト比＝３２０[ｃｄ]÷０．１１４１[ｃｄ]＝２８００
　以上のように、実施例１では、白輝度が５００→３２０[ｃｄ]で約３６％低下するものの、黒輝度が０．２０２０→０．１１４１[ｃｄ]と約４３％減少するため、コントラスト比は、２４７５→２８００と約１３％上昇した。
　（実施例２）
　実施例２の構成単位１００ｐでは、図１０に示すように、階段状のリブ２０Ｂのピッチを２０μｍとした。リブ２０Ｂの幅と高さは比較例と同じとした。図１１（ａ）および（ｂ）に、実施例２のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す。図１１（ａ）が黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、図１１（ｂ）が白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。
　図１１（ａ）から分かるように、リブに起因して形成される明るい領域ＢＡは、比較例では線状であった（図７（ａ）参照）のに対し、点状に分布している。実施例１（図９（ａ））と比較すると、階段の段数が増えたために、点状の領域ＢＡの数が増えている。しかしながら、透過率の値は、黒表示状態で ０．０００００１となり、実施例１と同様で、比較例と比べると約９７％改善された。
　一方、白表示状態の透過率は０．０８０６２９であり、比較例と比べると約１５％低下しているが、実施例１よりは低下率は小さい。これは、図１１（ｂ）から分かるように、階段の段数が増えたことで、リブ２０Ｂの配向規制力が及ぶ範囲が小さくなり、偏光軸ＰＰに平行または直交する方向に配向したままの液晶分子が減少し、液晶分子の応答が改善されたためである。
　シミュレーションによって得られた透過率より、黒輝度、白輝度、コントラスト比を上述のようにして求めたところ、黒輝度は０．１１４１[ｃｄ]、白輝度は４３２ [ｃｄ]、コントラスト比は３７３７となり、黒輝度は実施例１と同等であり、白輝度は比較例に対して約１５％の減少するものの、コントラスト比は約５１％上昇した。
　（実施例３）
　実施例３の構成単位１００ｐでは、図１２に示すように、階段状のリブ２０Ｃのピッチを１０μｍとした。リブ２０Ｃの幅と高さは比較例と同じとした。図１３（ａ）および（ｂ）に、実施例３のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す。図１３（ａ）が黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、図１３（ｂ）が白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。
　図１３（ａ）から分かるように、実施例１および２と同様に、明るい領域ＢＡは点状に分布する。階段の段数が実施例２のリブ２０Ｂよりもさら増えたため、点状の明るい領域ＢＡの数がさらに増加し、透過率の値は、黒表示状態で ０．０００００３となり、比較例と比べると約９０％改善された。
　一方、白表示状態の透過率は０．０８８７５５であり、比較例に比べると約６％低下しているが、実施例２よりも低下率はさらに小さい。これは、図１３（ｂ）から分かるように、階段の段数がさらに増えたことで、リブ２０Ｃの配向規制力が及ぶ範囲がさらに小さくなり、液晶分子の応答が改善されたためである。
　シミュレーションによって得られた透過率より、黒輝度、白輝度、コントラスト比を上述のようにして求めたところ、黒輝度は０．１２０４[ｃｄ]、白輝度は４７０ [ｃｄ]、コントラスト比は３８９９となり、黒輝度は実施例１、２に比べると若干劣るものの、白輝度の低下率は比較例に対して約６％に留まり、コントラスト比は約５８％上昇した。
　（実施例４）
　実施例４の構成単位１００ｐでは、図１４に示すように、階段状のリブ２０Ｄのピッチを１０μｍとし、リブ２０Ｄの幅を比較例の半分とした。リブ２０Ｄの高さは比較例と同じとした。図１５（ａ）および（ｂ）に、実施例４のシミュレーションによって得られた構成単位１００ｐ内の透過率分布を示す。図１５（ａ）が黒表示状態（印加電圧：０．０Ｖ）であり、図１５（ｂ）が白表示状態（印加電圧：７．５Ｖ）である。
　図１５（ａ）から分かるように、実施例３と同様に、点状の明るい領域ＢＡの数がさらに増加し、透過率の値は、黒表示状態で０．０００００４となり、比較例と比べると約８６％改善された。
　一方、白表示状態における透過率は０．０９４０３４であり、比較例に比べると約０．５％低下しているが、実施例３よりも低下率はさらに小さい。これは、図１５（ｂ）から分かるように、リブ２０Ｄの配向規制力が及ぶ範囲が実施例３よりもさらに小さくなり、液晶分子の応答がさらに改善されたためである。
　シミュレーションによって得られた透過率より、黒輝度、白輝度、コントラスト比を求めたところ、黒輝度は０．１２３６[ｃｄ]、白輝度は４９７ [ｃｄ]、コントラスト比は４０２１となり、黒輝度は実施例１～３に若干劣るのもの、白輝度の低下率は比較例に対し約０．５％に過ぎず、誤差レベルである。コントラスト比は約６２％も改善された。
　比較例及び実施例１～４のシミュレーションの結果を表３および４にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　上述したことから明らかなように、階段状リブのピッチは小さい方が好ましく、１０μｍ以下であることが好ましい。また、リブの幅は小さい方が好ましく、１０μｍ未満であることが好ましく、６μｍ以下であることが更に好ましいことが分かる。
　上記では、図１（ａ）および図２を参照して説明した直角二等辺三角形の頂角（θａ＝９０°）を形成する２辺によって構成されたリブ２０ａを有する構成について説明した。次に、図１６を参照して、階段形状を構成する二等辺三角形の頂角θの好ましい範囲を説明する。
　上記の比較例（θ＝１８０°）および実施例４（θ＝９０°）の結果から、黒輝度については、
　　黒輝度ＭＡＸ＝黒輝度（１８０°）＝０．０９１０［ｃｄ］
　　黒輝度ＭＩＮ＝黒輝度（９０°）＝０．０１２６［ｃｄ］
　　Δ黒輝度＝黒輝度（１８０°）－黒輝度（９０°）＝０．０７８４［ｃｄ］
が得られる。
　頂角θの関数である黒輝度（θ）は、黒輝度（θ）＝黒輝度（９０°）＋Δ黒輝度×ｃｏｓ2θ／ｃｏｓ（９０°－θ／２）＋（リブ以外の部材からの光漏れ量）として与えられる。
　ここで、Δ黒輝度×ｃｏｓ2θ／ｃｏｓ（９０°－θ／２）の項中の「ｃｏｓ2θ」はリブ（全部直線部分で構成される）と偏光軸ＰＰと成す角が０°（平行）または９０°（直交）からずれることによる光漏れの変化を表し、「ｃｏｓ（９０°－θ／２）」は頂角θに依存するリブの長さの変化を表している。黒輝度（９０°）、Δ黒輝度および（リブ以外の部材からの光漏れ量）に上記の値を代入し、ｃｏｓ（９０°－θ／２）＝ｓｉｎ（θ／２）を用いると、
　黒輝度（θ）＝　0.0126 ＋ 0.0784 cos2θ/sin(θ/2) ＋ 0.111［ｃｄ］
　　　　　　　＝　0.1236 ＋ 0.0784 cos2θ/sin(θ/2) ［ｃｄ］
と表せることがわかる。
　一方、白輝度については、同様に比較例（θ＝１８０°）および実施例４（θ＝９０°）の結果から、
　　白輝度ＭＡＸ＝白輝度（１８０°）＝５００［ｃｄ］
　　白輝度ＭＩＮ＝白輝度（９０°）＝４９７［ｃｄ］
　　Δ白輝度＝白輝度（１８０°）－白輝度（９０°）＝３［ｃｄ］
が得られる。ここで、白輝度の 頂角θの依存性は小さい（３ｃｄは０．６％）ので、白輝度は頂角θに拘わらず、５００ｃｄの一定値で近似する。
　コントラスト比は、白輝度／黒輝度で与えられるので、
　コントラスト比（θ）＝５００／｛0.1236 ＋ 0.0784 cos2θ/sin(θ/2)｝
となる。
　図１６に、コントラスト比（θ）を頂角θに対してプロットしたグラフを示す。なお、θ＜５０°では比較例のコントラスト比２４７５以下となるので、グラフはθ≧５０°の範囲について示している。
　階段状のリブにおいて、リブと偏光軸ＰＰと成す角が０°（平行）または９０°（直交）からずれると光漏れ量が多くなる。さらにθ＜９０°の場合、リブが長くなり、それに伴う光漏れ量が増す。従って、図１６のグラフはθ＝９０°で対称にはならず、θ＜９０°の方が、θ＞９０°よりも変化が急峻になり、θ＝５０°付近で比較例のコントラスト比と同等になってしまう。
　図１６から分かるように、７４°≦θ≦１０９°の範囲であれば、比較例のコントラスト比２４７５の１．５倍以上のコントラスト比を得ることができる。更に、８５°≦θ≦　９６°の範囲内であれば、実施例４で得られる最大コントラスト比からの低下が１％以内の高いコントラスト比を得ることができる。
　なお、頂角θが小さいほど、リブ近傍の液晶分子の配向方向（方位）と、スリット近傍の液晶分子の配向方向（方位）との差が大きくなる。この液晶分子の配向方向の違いが大きいと、白表示時に液晶分子の配向方向が偏光軸の４５°方位からずれるため、視野角特性が低下する。従って、コントラスト比と視野角特性のバランスを考慮して、頂角θを設定することが好ましく、例えば比較例のコントラスト比の１．５倍以上のコントラスト比を得るためは、８５°≦θ≦１０９°の範囲が好ましいと言える。
　ここでは、図１（ａ）～（ｄ）に示したように、階段状リブの互いに直交する方向に延びる第１成分と第２成分について頂角が等しい（θ１＝θ２）場合についての結果を示したが、上記の頂角θの好ましい範囲は、それぞれ独立に成立することは言うまでも無い。
　本発明はＴＶ用途をはじめ従来のＭＶＡモードの液晶表示装置に広く適用できる。
　１０ａ　第１線状配向規制構造体（スリット）
　１０ａ１　第１線状配向規制構造体の第１成分
　１０ａ２　第１線状配向規制構造体の第２成分
　１１、２１　ガラス基板
　１２　画素電極（ＩＴＯ膜）
　１５、１６　偏光板
　２０　リブ
　２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ　第２線状配向規制構造体（階段状リブ）
　２０ａ１、２０ｂ１、２０ｃ１、２０ｄ１　第２線状配向規制構造体の第１成分
　２０ａ２、２０ｂ２、２０ｃ２、２０ｄ２　第２線状配向規制構造体の第２成分
　２０ａ３、２０ｂ３、２０ｃ３、２０ｄ３　第２線状配向規制構造体の第３成分
　２２　対向電極（ＩＴＯ膜）
　３０　液晶層
　３０ａ　液晶分子
　１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ　液晶表示装置
　１００ｐ　構成単位（画素の一部）
　Ｌ１　第１軸
　Ｌ２　第２軸

Claims (10)

  1. 　第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた垂直配向型の液晶層と、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた第１電極と、前記第２基板の前記液晶層側に設けられた第２電極と、前記液晶層を間に介して互いに対向しクロスニコルに配置された一対の偏光板とを有する、複数の画素を備える液晶表示装置であって、
    　前記複数の画素のそれぞれは、前記第１基板の前記液晶層側に設けられた複数の第１線状配向規制構造体と、前記第２基板の前記液晶層側に設けられた複数の第２線状配向規制構造体とを有し、
    　前記複数の第１線状配向規制構造体および前記複数の第２線状配向規制構造体はそれぞれ、第１軸に沿って延びる第１成分と、前記第１軸と異なる第２軸に沿って延びる第２成分とを有し、前記第１軸および前記第２軸はいずれも前記一対の偏光板の偏光軸の成す角を略２等分する軸であり、
    　前記複数の第１線状配向規制構造体および前記複数の第２線状配向規制構造体の少なくとも一方は、複数の線状誘電体突起であって、
    　前記複数の線状誘電体突起の前記第１成分は前記第１軸に沿って配列された３以上の第１直線部分を含み、前記３以上の第１直線部分は、隣接する２つの第１直線部分が５０°≦θ１＜１８０°であるθ１の角をなし、θ１を２等分する方向が前記第１軸と略直交するように配列されており、
    　前記複数の線状誘電体突起の前記第２成分は前記第２軸に沿って配列された３以上の第２直線部分を含み、前記３以上の第２直線部分は、隣接する２つの第２直線部分が５０°≦θ２＜１８０°であるθ２の角をなし、θ２を２等分する方向が前記第２軸と略直交するように配列されている、液晶表示装置。
  2. 　θ１を規定する前記隣接する２つの第１直線部分の長さは互いに等しく、且つ、θ２を規定する前記隣接する２つの第２直線部分の長さは互いに等しい、請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 　前記３以上の第１直線部分および前記３以上の第２直線部分の長さは全て等しい、請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 　θ１およびθ２はそれぞれ独立に７４°以上１０９°以下である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 　θ１およびθ２はそれぞれ独立に８５°以上９６°以下である、請求項４に記載の液晶表示装置。
  6. 　θ１＝θ２である、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 　θ１およびθ２は約９０°である、請求項６に記載の液晶表示装置。
  8. 　前記３以上の第１直線部分および前記３以上の第２直線部分は、１０μｍ以下のピッチで配列されている、請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 　前記複数の第１線状配向規制構造体は、前記第１電極に設けられた複数のスリットであり、前記複数の第２線状配向規制構造体は、前記第２電極の前記液晶層側に設けられた複数の線状誘電体突起である、請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 　前記一対の偏光板の偏光軸の一方は表示面の水平方向に配置されている、請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
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