WO2009130851A1

WO2009130851A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2009130851A1
Application number: PCT/JP2009/001450
Authority: WO
Inventors: 橋本義人; 大上裕之; 曽我雅之; 柴崎正和; 久保真澄
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2009-10-29
Also published as: KR101165532B1; BRPI0911394A2; HK1152386A1; JPWO2009130851A1; US20110102713A1; CN102016703A; EP2278389A4; EP2278389B1; JP5116843B2; US8330906B2; KR20100118611A; RU2458375C1; RU2010147922A; CN102016703B; EP2278389A1

Abstract

　本発明は、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、光透過率の低下を抑制しつつ、違和感のない表示を実現することを目的とする。本発明による液晶表示装置では、各画素内の液晶層（３０）は、第１電極（１２）と第２電極（２２）との間に電圧が印加されたときに液晶分子（３０ａ）が傾斜する方位が互いに異なる複数の液晶領域（Ｒ）を有する。各画素は、複数の液晶領域（Ｒ）の境界に配置された遮光部（１７）を有する。遮光部（１７）は、境界近傍の液晶分子（３０ａ）が、第１電極（１２）と第２電極（２２）との間に電圧が印加されたときに、遮光部（１７）が設けられている方の基板（１００ａ）側の端部を境界から遠ざけるように傾斜するように、一対の基板の少なくとも一方に設けられている。遮光部（１７）は、第１遮光層（１７ａ）と、第１遮光層（１７ａ）に所定の間隙を介して重なる第２遮光層（１７ｂ）とを含む。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関し、特に、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置に関する。

　近年、パーソナルコンピュータのディスプレイや携帯情報端末機器の表示部に用いられる表示装置として、薄型軽量の液晶表示装置が利用されている。しかしながら、従来のＴＮ（Twisted Nematic）型やＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型の液晶表示装置は、視野角が狭いという欠点を有しており、それを解決するために様々な技術開発が行われている。

　視野角特性が改善された液晶表示装置として、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置が知られている。このような液晶表示装置は、ＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶表示装置と呼ばれる。ＶＡモードの１つとして、特許文献１には、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）モードが開示されている。ＭＶＡモードでは、液晶層を介して対向する一対の基板のそれぞれに、液晶分子の配向を規制する配向規制構造が設けられる。配向規制構造は、具体的には、誘電体から形成された凸部や、電極に形成されたスリットである。凸部やスリットのような配向規制構造が設けられていることにより、液晶層に電圧が印加されたときに、液晶分子の傾斜する方位が互いに異なる複数の領域（「液晶ドメイン」と呼ばれる。）が形成されるので、表示特性の方位角依存性が改善され、視野角特性が向上する。

　上述したようにＶＡモードの液晶表示装置では、広視野角で高品位の表示が実現されるが、最近では、視野角特性の問題点として、正面観察時のγ特性と斜め観察時のγ特性が異なるという問題、すなわちγ特性の視角依存性の問題が新たに顕在化してきた。γ特性とは、表示輝度の階調依存性である。γ特性が正面方向と斜め方向とで異なると、階調表示状態が観察方向によって異なることとなるため、違和感のある表示になってしまう。

　このような問題を解決する技術として、特許文献２には、画素内の所定の位置に遮光層を設ける技術が開示されている。この遮光層は、複数の液晶ドメインのうち、違和感のある表示の原因となる液晶ドメインを斜め観察時に選択的に遮光する。そのため、表示の違和感の発生を抑制することができる。
特開平１１－２４２２２５号公報特開２００４－９３８４６号公報

　しかしながら、特許文献２に開示されているような遮光層を設けると、正面方向の光透過率が低下するという問題がある。画素内に設けられた遮光層は、正面観察時にも画素の一部を遮光するからである。表示の違和感の発生を十分に抑制するためには、遮光層の幅をある程度以上に大きくする必要があるので、正面方向の光透過率がある程度低下することは避けられない。

　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、光透過率の低下を抑制しつつ、違和感のない表示を実現することにある。

　本発明による液晶表示装置は、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、を備え、それぞれが、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、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する前記液晶層と、を含む複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれ内の前記液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されたときに液晶分子が傾斜する方位が互いに異なる複数の液晶領域を有する液晶表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、前記複数の液晶領域の境界に配置された遮光部を有し、前記遮光部は、前記境界近傍の液晶分子が、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されたときに、前記遮光部が設けられている方の基板側の端部を前記境界から遠ざけるように傾斜するように、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に設けられており、前記遮光部は、第１遮光層と、前記第１遮光層に所定の間隙を介して重なる第２遮光層と、を含む。

　あるいは、本発明による液晶表示装置は、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、を備え、それぞれが、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、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する前記液晶層と、を含む複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれ内の前記液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されたときに液晶分子が傾斜する方位が互いに異なる複数の液晶領域を有する液晶表示装置であって、前記複数の液晶領域は、表示面法線方向に対して傾斜した方向から前記液晶層に入射する光に対するリタデーションの値が印加電圧の増加に伴って増加する第１液晶領域と一旦減少した後に増加する第２液晶領域とを含み、前記複数の画素のそれぞれは、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に設けられた遮光部であって、表示面法線方向に対して傾斜した方向から観察したときに前記第１液晶領域を選択的に遮光する遮光部を有し、前記遮光部は、第１遮光層と、前記第１遮光層に所定の間隙を介して重なる第２遮光層と、を含む。

　ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、クロスニコルに配置された一対の偏光板をさらに備え、前記複数の液晶領域のそれぞれにおいて液晶分子が傾斜する方位は、前記一対の偏光板の偏光軸と略４５°の角をなしている。

　ある好適な実施形態において、前記複数の液晶領域は、液晶分子が第１方位、第２方位、第３方位および第４方位に傾斜する４つの液晶領域を含み、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位の任意の２つの方位の差は９０°の整数倍に略等しく、前記４つの液晶領域のうちの互いに隣接する任意の２つの液晶領域において液晶分子が傾斜する方位は略９０°異なる。

　ある好適な実施形態において、前記第１電極は、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、を有し、前記遮光部は、前記第１基板に設けられている。

　ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記第１電極および前記液晶層の間と前記第２電極および前記液晶層の間とに設けられた一対の垂直配向膜と、前記一対の垂直配向膜の前記液晶層側の表面のそれぞれに形成された光重合物から構成された配向維持層であって、前記液晶層に電圧を印加していないとき、前記液晶層の液晶分子のプレチルト方位を規定する配向維持層と、をさらに備える。

　本発明によると、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置において、光透過率の低下を抑制しつつ、違和感のない表示を実現することができる。

本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す図であり、１つの画素に対応した領域を示す上面図である。図１中の２Ａ－２Ａ’線に沿った断面図であり、（ａ）は液晶層に電圧が印加されていない状態を示し、（ｂ）は液晶層に所定の電圧が印加された状態を示す。液晶表示装置１００が備える画素電極の構造を示す平面図である。複数の液晶領域の境界に遮光部を有しない液晶表示装置５００を模式的に示す断面図である。液晶表示装置５００を正面方向から観察したときの電圧－透過率特性と、斜め方向から観察したときの電圧－透過率特性とを示すグラフである。液晶分子が観察者側に倒れるように傾斜する液晶領域を斜め方向から観察したときの電圧－透過率特性と、液晶分子が観察者と反対側に倒れるように傾斜する液晶領域を斜め方向から観察したときの電圧－透過率特性とを示すグラフである。液晶表示装置１００を正面方向から観察したときに遮光部によって遮光される領域を模式的に示す図である。（ａ）および（ｂ）は、液晶表示装置１００を斜め方向から観察したときに遮光部によって遮光される領域を模式的に示す図である。単層構成の遮光部が設けられた液晶表示装置６００を斜め方向から観察したときに遮光部によって遮光される領域を模式的に示す図である。白表示状態の画素における透過率分布（正面観察時の透過率分布）のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は液晶表示装置５００、（ｂ）は液晶表示装置６００、（ｃ）は液晶表示装置１００に対応する。白表示状態の画素における透過率分布（斜め観察時の透過率分布）のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は液晶表示装置５００、（ｂ）は液晶表示装置６００、（ｃ）は液晶表示装置１００に対応する。（１）遮光部が設けられていない場合、（２）幅１．５μｍの遮光層を有する単層構成の遮光部が設けられている場合、（３）幅３．０μｍの遮光層を有する単層構成の遮光部が設けられている場合および（４）幅１．５μｍの遮光層を有する複層（２層）構成の遮光部が設けられている場合について、正面方向における光透過率を示すグラフである。（ａ）～（ｄ）は、上記（１）～（４）の場合のそれぞれについて、白表示状態の画素における透過率分布（正面観察時の透過率分布）のシミュレーション結果を示す図である。正面方向および４５°視角方向について、規格化輝度の階調依存性を示すグラフである。本発明の好適な実施形態における他の液晶表示装置１００Ａを模式的に示す断面図であり、（ａ）は液晶層に電圧が印加されていない状態を示し、（ｂ）は液晶層に所定の電圧が印加された状態を示す。（ａ）および（ｂ）は、液晶表示装置１００Ａを斜め方向から観察したときに遮光部によって遮光される領域を模式的に示す図である。本発明の好適な実施形態におけるさらに他の液晶表示装置１００Ｂを模式的に示す断面図である。

符号の説明

　１１、２１　　透明基板
　１２　　画素電極
　１２ａ　　幹部
　１２ｂ　　枝部
　１３、２３　　垂直配向膜
　１４、２４　　配向維持層
　１５　　層間絶縁膜
　１６、２６　　偏光板
　１７、２７　　遮光部
　１７ａ、２７ａ　　第１遮光層
　１７ｂ、２７ｂ　　第２遮光層
　２２　　対向電極
　３０　　液晶層
　３０ａ　　液晶分子
　１００ａ　　アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）
　１００ｂ　　対向基板（カラーフィルタ基板）
　１００、１００Ａ、１００Ｂ　　液晶表示装置

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置を例として説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではない。

　図１および図２に、本実施形態における液晶表示装置１００を示す。図１は、液晶表示装置１００の１つの画素に対応する領域を表示面法線方向から見た上面図であり、図２（ａ）および（ｂ）は、図１中の２Ａ－２Ａ’線に沿った断面図である。図２（ａ）が液晶層３０に電圧が印加されていない状態を示しているのに対し、図２（ｂ）は液晶層３０に所定の電圧が印加された状態を示している。

　液晶表示装置１００は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、アクティブマトリクス基板（以下、「ＴＦＴ基板」と呼ぶ。）１００ａと、対向基板（「カラーフィルタ基板」とも呼ぶ。）１００ｂと、ＴＦＴ基板１００ａと対向基板１００ｂとの間に設けられた垂直配向型の液晶層３０とを備える。

　また、液晶表示装置１００は、複数の画素を有する。各画素は、ＴＦＴ基板１００ａの液晶層３０側に設けられた画素電極１２と、対向基板１００ｂの液晶層３０側に設けられた対向電極２２と、画素電極１２と対向電極２２との間に位置する液晶層３０とを含んでいる。画素電極１２は、層間絶縁膜１５を介して透明基板（例えばガラス基板）１１上に形成されており、後に詳述するように微細なストライプパターンを有する。また、対向電極２２は、透明基板（例えばガラス基板）２１上に形成されている。ここでは図示していないが、透明基板２１と対向電極２２との間にはカラーフィルタが設けられている。

　画素電極１２および液晶層３０の間と、対向電極２２および液晶層３０の間とには、一対の垂直配向膜１３および２３が設けられている。さらに、垂直配向膜１３および２３の液晶層３０側の表面のそれぞれには、光重合物から構成される配向維持層１４および２４が形成されている。

　配向維持層１４および２４は、液晶材料に予め混合しておいた光重合性化合物（典型的には光重合性モノマー）を、液晶セルを形成した後、液晶層３０に電圧を印加した状態で重合することによって形成されたものである。液晶層３０に含まれる液晶分子３０ａ（負の誘電異方性を有する）は、光重合性化合物を重合するまでは垂直配向膜１３および２３によって配向規制されている。液晶層３０に十分に高い電圧（例えば白表示電圧）を印加すると、液晶分子３０ａは、画素電極１２の微細なストライプパターンのエッジ部に生じる斜め電界によって、所定の方位に傾斜する。配向維持層１４および２４は、液晶層３０に電圧を印加した状態の液晶分子３０ａの配向を、電圧を取り去った後（電圧を印加しない状態）においても維持（記憶）するように作用する。従って、配向維持層１４および２４によって規定される液晶分子３０ａのプレチルト方位（電圧を印加していないときに液晶分子３０ａが傾斜する方位）は、電圧印加時に液晶分子３０ａが傾斜する方位と整合する。

　ＴＦＴ基板１００ａおよび対向基板１００ｂの液晶層３０と反対側には、一対の偏光板１６および２６が設けられている。偏光板１６および２６は、クロスニコルに配置されている。つまり、偏光板１６および２６は、それぞれの偏光軸が互いに直交するように配置されている。

　画素電極１２は、図１に示すように、微細なストライプパターンを有しており、そのことによって液晶表示装置１００の各画素は配向分割されている。つまり、液晶層３０は、電圧印加時に液晶分子３０ａの傾斜する方位が互いに異なる複数の液晶領域Ｒを有している。複数の液晶領域Ｒの境界には、後に詳述するように、遮光部１７が配置されている。以下、図３を参照しながら、画素電極１２のより具体的な構造と、各液晶領域Ｒにおいて液晶分子３０ａが傾斜する方位との関係を説明する。

　画素電極１２は、図３に示すように、一対の偏光板１６および２６の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部１２ａと、この幹部１２ａから略４５°方向に延びる複数の枝部１２ｂとを有している。ここでは、偏光板１６および２６の一方の偏光軸が水平方向、他方の偏光軸が垂直方向に配置されているので、幹部１２ａは、水平方向に延びる直線部１２ａ１と、垂直方向に延びる直線部１２ａ２とが互いに中央付近で交差する十字形状を有している。このような微細なストライプパターンを有する画素電極１２は、例えば特開２００３－１４９６４７号公報や特開２００６－７８９６８号公報に開示されている。また、このようなパターンをフィッシュボーン形ということがある。

　複数の枝部１２ｂは、十字形状の幹部１２ａによって分けられる４つの領域に対応する４つの群に分けられる。表示面を時計の文字盤に見立て、方位角の０度を３時方向とし、反時計回りを正とすると、複数の枝部１２ｂは、方位角４５°方向に延びる枝部１２ｂ１から構成される第１群、方位角１３５°方向に延びる枝部１２ｂ２から構成される第２群、方位角２２５°方向に延びる枝部１２ｂ３から構成される第３群および方位角３１５°方向に延びる枝部１２ｂ４から構成される第４群に分けられる。

　第１、第２、第３および第４群のそれぞれにおいて、複数の枝部１２ｂのそれぞれの幅Ｌおよび隣接する枝部１２ｂの間隔Ｓは、典型的には、１．５μｍ以上５．０μｍ以下である。液晶分子３０ａの配向の安定性および輝度の観点から、枝部１２ｂの幅Ｌおよび間隔Ｓは上記範囲内にあることが好ましい。

　隣接する枝部１２ｂの間（すなわち画素電極１２の導電膜が存在しない部分）に生成される斜め電界によって、液晶分子３０ａが傾斜する方位（電界によって傾斜した液晶分子３０ａの長軸の方位角成分）が規定される。この方位は、ストライプ状に配列された枝部１２ｂと平行で、且つ、幹部１２ａに向かう方向である。具体的には、第１群の枝部１２ｂ１によって規定される傾斜方位（第１方位：矢印Ａ）の方位角は約２２５°であり、第２群の枝部１２ｂ２によって規定される傾斜方位（第２方位：矢印Ｂ）の方位角は約３１５°であり、第３群の枝部１２ｂ３によって規定される傾斜方位（第３方位：矢印Ｃ）の方位角は約４５°であり、第４群の枝部１２ｂ４によって規定される傾斜方位（第４方位：矢印Ｄ）の方位角は約１３５°である。

　上述したように、各画素の液晶層３０は、電圧印加時に液晶分子３０ａが傾斜する方位が異なる４つの液晶領域Ｒを有する。各液晶領域Ｒにおいて液晶分子３０ａが傾斜する方位Ａ～Ｄは、一対の偏光板１６および２６の偏光軸と略４５°の角をなす。また、方位Ａ～Ｄの任意の２つの方位の差は９０°の整数倍に略等しく、４つの液晶領域Ｒのうちの互いに隣接する任意の２つの液晶領域Ｒにおいて液晶分子３０ａが傾斜する方位は略９０°異なる。

　なお、電圧印加時における４つの液晶領域Ｒのそれぞれを、「液晶ドメイン」と呼ぶこともある。上記の４つの方位Ａ～Ｄは、電圧印加時に形成される４つの液晶ドメインのディレクタの方位となる。液晶ドメインのディレクタの方位が一対の偏光板１６および２６の偏光軸と略４５°の角をなしていることが、液晶分子３０ａによるリタデーションを効率的に利用して明るい表示を実現する上でもっとも好ましい。また、１つの画素に４つの液晶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。なお、ここでは、１つの画素に１つの４Ｄ構造が形成される例を示しているが、上記の電極構造を１つの画素内に複数形成すれば、１つの画素内に複数の４Ｄ構造を形成することができる。

　液晶表示装置１００は、さらに、配向維持層１４および２４を有しており、これらの配向維持層１４および２４は、液晶層３０に電圧を印加していないとき、４つの液晶領域Ｒの液晶分子３０ａのプレチルト方位を規定するように作用している。このプレチルト方位は、上記の電極構造によって得られる４Ｄ構造の各液晶ドメインのディレクタの方位Ａ～Ｄと一致している。このような配向維持層１４および２４が設けられていることにより、配向の安定性および応答特性が向上する。

　配向維持層１４および２４は、「Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」という技術（「ＰＳＡ技術」ということがある。）を用いて形成される。ＰＳＡ技術による配向維持層１４および２４の具体的な製造方法は、特開２００２－３５７８３０号公報や、既に言及した特開２００３－１４９６４７号公報、特開２００６－７８９６８号公報などに開示されている。

　引き続いて、再び図１および図２を参照しながら液晶表示装置１００の構成を説明する。本実施形態における液晶表示装置１００では、各画素は、複数の液晶領域Ｒの境界に配置された遮光部１７を有している。ここでは、画素電極１２の幹部１２ａが液晶領域Ｒの境界に位置するので、遮光部１７は画素電極１２の幹部１２ａに対応する位置に設けられている。

　遮光部１７は、図２に示されているように、ＴＦＴ基板１００ａに設けられている。複数の液晶領域Ｒの境界近傍の液晶分子３０ａは、画素電極１２と対向電極２２との間に電圧が印加されたときに、図２（ｂ）からもわかるように、遮光部１７が設けられている方の基板（つまりＴＦＴ基板１００ａ）側の端部を境界から遠ざけるように傾斜する。

　また、遮光部１７は、第１遮光層１７ａと、第１遮光層１７ａに所定の間隙Ｇを介して重なる第２遮光層１７ｂとを含む。つまり、遮光部１７は、表示面法線方向から見たときに互いに重なる複数の遮光層１７ａおよび１７ｂから構成されている。なお、図２（ａ）および（ｂ）には、第１遮光層１７ａの幅Ｗａと第２遮光層１７ｂの幅Ｗｂが互いに等しく、且つ、画素電極１２の幹部１２ａの幅よりも小さい場合を例示しているが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。第１遮光層１７ａの幅Ｗａと第２遮光層１７ｂの幅Ｗｂとは互いに異なっていてもよく、画素電極１２の幹部１２ａの幅以上であってもよい。

　液晶表示装置１００は、上述したような遮光部１７を有しているので、正面方向から観察したときと斜め方向から観察したときとの表示特性の差が小さく、違和感のない表示を行うことができる。以下、その理由を説明する。

　まず、上述したような遮光部を有しない従来の液晶表示装置において表示に違和感が発生する理由を説明する。図４に、複数の液晶領域Ｒの境界に遮光部を有しない液晶表示装置５００を示す。液晶表示装置５００は、遮光部を有していない点以外は、液晶表示装置１００と実質的に同じ構造を有している。

　液晶表示装置５００においても、各画素が複数の液晶領域Ｒに分割されているので、表示特性の方位角依存性が改善される。しかしながら、液晶表示装置５００においては、正面方向から観察したときの表示特性と、斜め方向から観察したときの表示特性とに大きな差が生じる。

　図５に、液晶表示装置５００を正面方向（図４中の矢印Ｖ１で示す方向）から観察したときの電圧－透過率特性と、偏光軸に沿って視角を倒した斜め方向（図４中の矢印Ｖ２で示す方向）から観察したときの電圧－透過率特性とを規格化して示す。図５は、横軸に液晶層３０への印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸に規格化した透過率を示すグラフである。

　図５に示したように、斜め方向から観察したときの電圧－透過率曲線Ｌ２は、正面方向から観察したときの電圧－透過率曲線Ｌ１よりも急峻であり、中間調の電圧が印加されている状態において、斜め方向から観察したときの透過率は、正面方向から観察したときの透過率よりも高い。

　斜め方向の透過率が中間調電圧で高くなるのは、画素内に存在する複数の液晶領域Ｒのうち、特定の液晶領域Ｒの液晶分子３０ａの挙動に起因する。具体的には、斜め方向から観察する観察者とは反対側に傾斜する（すなわち対向基板１００ｂ側の端部を観察者から遠ざけるように傾斜する）液晶分子３０ａの挙動に起因する。

　ここで、図４に示した２つの液晶領域Ｒに着目する。例えば、偏光軸に沿って視角を倒した方向（図４中に矢印Ｖ２で示す方向）からこの２つの液晶領域Ｒを観察したとき、２つの液晶領域の液晶分子３０ａは、いずれも偏光軸と４５°の角度をなす方位に傾斜するが、左側の液晶領域Ｒの液晶分子３０ａが観察者側に倒れるように傾斜するのに対して、右側の液晶領域Ｒの液晶分子３０ａは、観察者と反対側に倒れるように傾斜する。

　図６に、図４に示した２つの液晶領域Ｒを斜め方向から観察したときの電圧－透過率特性を示す。図６は、液晶分子３０ａが観察者側に倒れるように傾斜する液晶領域Ｒ（図４中左側に示した液晶領域Ｒ）における電圧－透過率曲線Ｌ３と、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れるように傾斜する液晶領域Ｒ（図４中右側に示した液晶領域Ｒ）における電圧－透過率曲線Ｌ４とを示すグラフである。

　図６に示したように、液晶分子３０ａが観察者側に倒れる液晶領域Ｒにおいては、透過率は、電圧の上昇に伴って一旦低下し、その後上昇する（曲線Ｌ３）。これに対して、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒにおいては、透過率は、電圧の上昇に伴ってほぼ単調に上昇する（曲線Ｌ４）。これは、液晶層３０の、液晶層３０に斜めに（つまり表示面法線方向に対して傾斜した方向から）入射する光に対するリタデーションの値が、液晶分子３０ａが観察者側に倒れる液晶領域Ｒにおいては電圧の上昇に伴って一旦減少した後に増加するのに対して、液晶分子３０ａが観察者とは反対側に倒れる液晶領域Ｒにおいては電圧の上昇に伴って単調に増加するからである。

　図５に示した斜め方向から観察したときの電圧－透過率特性は、図６に示したようなそれぞれの液晶領域Ｒの電圧－透過率特性を合算したものである。そのため、斜め方向から観察したときの透過率が中間調電圧で高くなるのは、観察者と反対側に倒れる液晶分子３０ａに起因すると考えられる。

　本実施形態の液晶表示装置１００においては、複数の液晶領域Ｒの境界に遮光部１７が配置されており、この遮光部１７は、境界近傍の液晶分子３０ａが、電圧印加時に遮光部１７が設けられている方の基板側の端部を境界から遠ざけるように傾斜するように、少なくとも一方の基板（ここではＴＦＴ基板１００ａ）に設けられている。

　このように設けられた遮光部１７は、斜め方向（表示面法線方向に対して傾斜した方向）から観察したときに、互いに隣接する２つの液晶領域Ｒのうち、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒ、すなわち、斜め方向の光に対するリタデーションの値が電圧の上昇に伴ってほぼ単調に増加する液晶領域Ｒを選択的に遮光する。

　図７および図８に、液晶表示装置１００を正面方向Ｖ１および斜め方向Ｖ２、Ｖ３から観察したときに遮光部１７によって遮光される領域を模式的に示す。

　図７に示すように、正面方向Ｖ１からの観察時には、遮光部１７は、その直上の液晶層３０を遮光する。そのため、２つの液晶領域Ｒの各々の表示に対する寄与の割合は変化しない。

　これに対し、図８（ａ）に示すように、斜め方向Ｖ２からの観察時には、視差が発生するので、遮光部１７は、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒ（つまり右側の液晶領域Ｒ）を選択的に遮光する。また、図８（ｂ）に示すように、反対側の斜め方向Ｖ３からの観察時にも、遮光部１７は、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒ（つまり左側の液晶領域Ｒ）を選択的に遮光する。従って、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒの一部は、斜め方向から観察したときの表示に寄与しなくなる。そのため、中間調電圧における透過率の増大が抑制され、斜め方向から観察したときの電圧－透過率特性を、正面方向から観察したときの電圧－透過率特性に近づけることができる。その結果、斜め方向から観察したときの表示特性と正面方向から観察したときの表示特性とを近づけることができ、違和感のない表示が実現される。

　また、本実施形態における液晶表示装置１００の遮光部１７は、第１遮光層１７ａと、第１遮光層１７ａに所定の間隙Ｇを介して重なる第２遮光層１７ｂとを含んでいる。このような複層構成の遮光部１７を設けることにより、特許文献２に開示されているような単層構成の遮光部を設ける場合に比べ、正面方向の光透過率の低下を抑制することができる。

　単層構成の遮光部が設けられた液晶表示装置の一例を図９に示す。図９に示す液晶表示装置６００は、遮光部１７’が単一の遮光層１７ｃから構成されている点以外は、図２に示した液晶表示装置１００と実質的に同じ構成を有している。液晶表示装置６００の遮光部１７’も、斜め方向Ｖ２（あるいは斜め方向Ｖ３）からの観察時に、液晶分子３０ａが観察者と反対側に傾斜する液晶領域Ｒを選択的に遮光することができるので、違和感のない表示を実現することができる。ただし、同じ大きさの領域を遮光する場合、図８（ａ）と図９との比較からも明らかにわかるように、単層構成の遮光部１７’では、複層構成の遮光部１７に比べて遮光層１７ｃの幅Ｗｃを大きくする必要がある。

　逆に言うと、本実施形態の液晶表示装置１００では、違和感の発生を防止する効果を十分に得るために必要な、第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂの幅（図２（ａ）中の幅ＷａおよびＷｂ）を小さくすることができる。表示面法線方向に沿って所定の間隙Ｇを介して設けられた第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂは、斜め方向からの観察時には、互いに異なる領域を遮光し得る（もちろん一部重複することもあるが）からである。そのため、正面方向の光透過率の低下を抑制することができ、明るい表示を実現することができる。以下、複層構成の遮光部１７によって光透過率の低下が抑制される効果をより具体的に説明する。

　図１０および図１１に、遮光部が設けられていない液晶表示装置５００、単層構成の遮光部１７’が設けられた液晶表示装置６００、および、複層（２層）構成の遮光部１７が設けられた液晶表示装置１００について、白表示状態の画素における透過率分布のシミュレーション結果を示す。図１０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）が正面観察時の透過率分布を示しているのに対し、図１１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は斜め観察時（具体的には方位角０°すなわち３時方向に沿って視角を倒したとき）の透過率分布を示している。

　シミュレーションに用いた画素は、画素ピッチが２５．５μｍ×７６．５μｍの画素であり、２～３型ＶＧＡクラスに相当する。画素電極１２のフィッシュボーン形パターンについては、幹部１２ａの太さ（水平方向に延びる直線部１２ａ１および垂直方向に延びる直線部１２ａ２の幅）を２．５μｍ、４つの液晶ドメインに対応する各領域における枝部１２ｂの本数を４本、枝部１２ｂの幅Ｌおよび間隔Ｓをそれぞれ２．５μｍとした。また、遮光層１７ａ、１７ｂおよび１７ｃの幅はいずれも１．５μｍとした。

　遮光部が設けられていない液晶表示装置５００では、正面観察時には、図１０（ａ）に示すように、４つの液晶ドメインはほぼ均一な白表示状態となっており、これらの液晶ドメイン間の境界が、クロスニコルに配置された偏光板の吸収軸に平行な十字形状の暗線として明瞭に観察される。従って、４Ｄ構造が明確に形成されており、各液晶ドメイン内の液晶分子３０ａのほとんどがそれぞれ所定のディレクタの方位（偏光板の偏光軸に対して４５°方位）に配向していることがわかる。また、液晶表示装置５００では液晶ドメイン間の境界には遮光部が設けられていないので、斜め観察時に特定の液晶ドメインが遮光されることはなく、図１１（ａ）に示すように、各液晶ドメインの表示に寄与する領域の面積は同じである。

　これに対し、単層構成の遮光部１７’が設けられた液晶表示装置６００および複層構成の遮光部１７が設けられた液晶表示装置１００では、正面観察時には、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）にそれぞれ示すように、遮光部１７’および１７によって液晶ドメイン間の境界が遮光される。一方、斜め観察時には、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）にそれぞれ示すように、遮光部１７’および１７は、４つの液晶ドメインのうち、右側に位置する２つの液晶ドメインを選択的に遮光する。ただし、図１１（ｂ）と図１１（ｃ）とを比較すればわかるように、複層構成の遮光部１７は、単層構成の遮光部１７’よりも大きな領域を遮光している。

　このように、遮光層の幅が同じであれば、複層構成の遮光部１７は、単層構成の遮光部１７’よりも大きな領域を遮光し得る。従って、斜め方向から見て同じ大きさの領域を遮光する場合、複層構成の遮光部１７を構成する遮光層１７ａおよび１７ｂの幅ＷａおよびＷｂは、単層構成の遮光部１７’を構成する遮光層１７ｃの幅Ｗｃよりも小さい。そのため、本実施形態における液晶表示装置１００では、光透過率の低下を抑制しつつ、違和感のない表示を実現することができる。

　図１２に、（１）遮光部が設けられていない場合、（２）幅１．５μｍの遮光層１７ｃを有する単層構成の遮光部１７’が設けられている場合、（３）幅３．０μｍの遮光層１７ｃを有する単層構成の遮光部１７’が設けられている場合および（４）幅１．５μｍの遮光層１７ａおよび１７ｂを有する複層（２層）構成の遮光部１７が設けられている場合について、正面方向における光透過率を示す。また、図１３（ａ）～（ｄ）には、上記（１）～（４）の場合のそれぞれについて、白表示状態の画素の透過率分布（正面観察時）を示す。

　図１３（ａ）からわかるように、複数の液晶領域Ｒの境界は、もともと暗線として視認される領域であり、表示にはほとんど寄与しない領域である。そのため、図１２、図１３（ｂ）および（ｄ）からわかるように、遮光層の幅が狭い（２）および（４）の場合には、光透過率はほとんど低下しない。これに対し、図１２および図１３（ｃ）からわかるように、遮光層の幅が広い（３）の場合には、光透過率が大きく低下してしまう。

　図１４に、正面方向および４５°視角方向（表示面法線からの傾斜角度が４５°、方位角は０°）について、規格化輝度の階調依存性を示す。ここで、規格化輝度は、各方向の輝度を各方向の白電圧（最高階調電圧）を印加したときの輝度を１として規格化したものである。図１４からわかるように、正面方向の規格化輝度を示す曲線と、４５°視角方向の規格化輝度を示す曲線とは異なっている。このことは、正面方向と斜め方向とで表示のγ特性が異なっていることを示している。ただし、遮光部が設けられていない（１）の場合よりも、遮光部が設けられている（２）および（４）の場合の方が、中間階調における輝度の増加が抑制されていることがわかる。また、遮光層の幅が同じであるにも関わらず、単層構成の遮光部１７’が設けられている（２）の場合よりも、複層構成の遮光部１７が設けられている（４）の場合の方が、輝度の増加がいっそう抑制されていることがわかる。なお、図１４には示していないが、（３）の場合のように遮光層の幅を大きくすれば、（４）の場合と同様の視野角特性を得ることができる。しかしながら、その場合には、正面方向の光透過率が大きく低下してしまう。

　上述したように、本実施形態における液晶表示装置１００では、複数の液晶領域Ｒの境界に複層構成の遮光部１７が設けられていることにより、光透過率の低下を抑制しつつ、違和感のない表示を実現することができる。なお、遮光部１７を構成する第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂの配置や幅、形状などは、本実施形態で例示したものに限定されるものではなく、液晶表示装置の仕様や所望する光透過率、表示特性などに応じて適宜設定すればよい。

　例えば図２には、透明基板１１上に形成された第１遮光層１７ａと、画素電極１２上に形成された第２遮光層１７ｂとを示しているが、第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂは、所定の間隙Ｇを介し、且つ、表示面法線方向から見て互いに重なるように配置されていればよく、ＴＦＴ基板１００ａの積層構造におけるどのレベルに設けられていてもよい。例えば、第２遮光層１７ｂを画素電極１２上ではなく、画素電極１２の下に設けてもよい。

　第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂは、アルミニウム等の金属や顔料を含む樹脂などの遮光性の材料を用いて形成される。第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂは、ＴＦＴ基板１００ａを製造する工程の任意の段階で形成すればよい。第１遮光層１７ａや第２遮光層１７ｂを、ＴＦＴ基板１００ａが元々含んでいる不透明な構成要素（例えば走査配線や信号配線）と同一の膜から形成すると、第１遮光層１７ａや第２遮光層１７ｂを形成するための新たな工程を設ける必要がない。

　また、遮光部１７は、必ずしも２層構造である必要はない。例えば、遮光部１７は、第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂに加えて第３遮光層を含む３層構造であってもよい。

　第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂの幅ＷａおよびＷｂやこれらの間隙Ｇは、液晶層３０の厚さや液晶領域Ｒの大きさなどに応じて、液晶領域Ｒを効果的に遮光できるように設定すればよい。第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂの幅ＷａおよびＷｂは、正面方向の透過率の低下を抑制する観点からは、液晶ドメイン間の境界（白表示状態において暗線として観察される領域）の幅を大きく超えないことが好ましい。具体的には、幅ＷａおよびＷｂは、遮光部１７を設けない場合と比較したときに正面方向の光透過率の低下が１０％以下となるように設定されていることが好ましく、より具体的には、３μｍ以下であることが好ましい。

　本実施形態では、フィッシュボーン形の画素電極１２によって４Ｄ構造が形成される構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。配向分割を行う手法としては、公知の種々の手法を用いることができる。例えば、一般的なＭＶＡモードに用いられる種々の配向規制構造（特許文献１に開示されているようなスリットや凸部）によって配向分割を行ってもよい。

　また、光配向処理（光配向法）によって配向分割を行ってもよい。光配向処理は、例えば特開平２－２７７０２５号公報や特開平４－３０３８２７号公報に開示されている。光配向処理は、光反応性官能基を有する化合物から形成された配向膜に偏光紫外光を照射することによって、配向膜中の分子に異方的な化学反応を生じさせ、それによって配向規制力を発現させる技術である。最近では、偏光紫外光ではなく非偏光の紫外光を照射する方法も開発されている。光配向処理によって配向規制力を付与された配向膜は、「光配向膜」とも呼ばれる。あるいは、ナノ構造パターンによって配向分割を行ってもよい。ナノ構造パターンは、例えば、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いたいわゆるナノラビング法によって形成される。

　上述したように、配向分割の手法としては種々の手法を用いることができるので、電圧印加時に形成される液晶ドメイン間の境界の形状は、図１３（ａ）に示したような十字形状とは限らない。そのため、遮光部１７の形状（表示面法線方向から見た第１遮光層１７ａおよび第２遮光層１７ｂの形状）も図１に例示した十字形状に限定されるものではない。例えば特許文献１に開示されているようなジグザグ形状の凸部および／またはスリットを用いる場合には、遮光部１７をジグザグ形状とすればよい。

　また、ここまでの説明では、ＴＦＴ基板１００ａにのみ遮光部１７が設けられている構成について説明したが、用いる配向分割の手法によっては、対向基板１００ｂにのみ遮光部を設けてもよいし、ＴＦＴ基板１００ａと対向基板１００ｂの両方に遮光部を設けてもよい。

　図１５（ａ）および（ｂ）に、本実施形態における他の液晶表示装置１００Ａを示す。液晶表示装置１００Ａは、対向基板１００ｂに設けられた遮光部２７を有する点において、図２などに示した液晶表示装置１００と異なっている。

　対向基板１００ｂに設けられた遮光部２７は、複数の液晶領域Ｒの境界に配置されている。液晶領域Ｒの境界近傍の液晶分子３０ａは、液晶層３０に電圧が印加されたときに、図１５（ｂ）からもわかるように、遮光部２７が設けられている方の基板（つまり対向基板１００ｂ）側の端部を境界から遠ざけるように傾斜する。また、遮光部２７は、第１遮光層２７ａと、第１遮光層２７ａに所定の間隙を介して重なる第２遮光層２７ｂとを含む。つまり、遮光部２７は、表示面法線方向から見たときに互いに重なる複数の遮光層２７ａおよび２７ｂから構成されている。

　上述したように設けられた遮光部２７は、斜め方向（表示面法線方向に対して傾斜した方向）から観察したときに、互いに隣接する２つの液晶領域Ｒのうち、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒ、すなわち、斜め方向の光に対するリタデーションの値が電圧の上昇に伴ってほぼ単調に増加する液晶領域Ｒを選択的に遮光する。

　図１６に、液晶表示装置１００Ａを斜め方向Ｖ２およびＶ３から観察したときに遮光部２７によって遮光される領域を模式的に示す。図１６（ａ）に示すように、斜め方向Ｖ２からの観察時には、遮光部２７は、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒ（つまり左側の液晶領域Ｒ）を選択的に遮光する。また、図１６（ｂ）に示すように、反対側の斜め方向Ｖ３からの観察時にも、遮光部２７は、液晶分子３０ａが観察者と反対側に倒れる液晶領域Ｒ（つまり右側の液晶領域Ｒ）を選択的に遮光する。従って、斜め方向から観察したときの表示特性と正面方向から観察したときの表示特性とを近づけることができ、違和感のない表示を実現することができる。

　また、液晶表示装置１００Ａの遮光部２７は、第１遮光層２７ａと、第１遮光層２７ａに所定の間隙を介して重なる第２遮光層２７ｂとを含んでいる。そのため、正面方向の光透過率の低下を抑制することができる。

　上述したように、液晶表示装置１００ではＴＦＴ基板１００ａに遮光部１７が設けられているのに対し、液晶表示装置１００Ａでは対向基板１００ｂに遮光部２７が設けられており、液晶表示装置１００および１００Ａのいずれについても、観察者と反対側に液晶分子３０ａが傾斜する液晶領域Ｒを選択的に遮光することができる。

　複数の液晶領域Ｒ間のある境界に対応していずれの基板に遮光部を設けるかは、その境界近傍の液晶分子３０ａが、いずれの基板側の端部をその境界から遠ざけるように傾斜するのかに着目して決定すればよい。つまり、境界近傍に位置する液晶分子３０ａが電圧印加時に遮光部の設けられている方の基板側の端部をその境界から遠ざけるように傾斜するように、遮光部を設ければよい。

　具体的には、境界近傍の液晶分子３０ａがＴＦＴ基板１００ａ側の端部を境界から遠ざけるように傾斜する場合には、ＴＦＴ基板１００ａに遮光部を設ければよいし、境界近傍の液晶分子３０ａが対向基板１００ｂ側の端部を境界から遠ざけるように傾斜する場合には、対向基板１００ｂに遮光部を設ければよい。従って、画素内に上述した２種類の境界が混在する場合には、ＴＦＴ基板１００ａおよび対向基板１００ｂの両方に遮光部を設けてもよい。

　図１７に、本実施形態におけるさらに他の液晶表示装置１００Ｂを示す。液晶表示装置１００Ｂは、ＴＦＴ基板１００ａに設けられた遮光部１７に加え、対向基板１００ｂに設けられた遮光部２７を有している。

　図１７からわかるように、液晶層３０に電圧が印加されたとき、ＴＦＴ基板１００ａに遮光部１７が設けられている境界（図１７中の左側の境界）の近傍の液晶分子３０ａは、ＴＦＴ基板１００ａ側の端部を境界から遠ざけるように傾斜するし、対向基板１００ｂに遮光部２７が設けられている境界（図１７中の右側の境界）の近傍の液晶分子３０ａは、対向基板１００ｂ側の端部を境界から遠ざけるように傾斜する。従って、遮光部１７および２７は、いずれも斜め方向からの観察時に観察者と反対側に液晶分子３０ａが傾斜する液晶領域Ｒを選択的に遮光することができる。そのため、斜め方向から観察したときの表示特性と正面方向から観察したときの表示特性とを近づけることができ、違和感のない表示を実現することができる。また、液晶表示装置１００Ｂの遮光部１７および２７は、いずれも複層構成であるので、正面方向の光透過率の低下も抑制される。

　本発明は、垂直配向型の液晶層を備えた配向分割型液晶表示装置全般に好適に用いられる。本発明による液晶表示装置は、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、モニタおよびテレビジョン受像機などの種々の電子機器の表示部として好適に用いられる。

Claims

　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、を備え、
　それぞれが、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、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する前記液晶層と、を含む複数の画素を有し、
　前記複数の画素のそれぞれ内の前記液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されたときに液晶分子が傾斜する方位が互いに異なる複数の液晶領域を有する液晶表示装置であって、
　前記複数の画素のそれぞれは、前記複数の液晶領域の境界に配置された遮光部を有し、
　前記遮光部は、前記境界近傍の液晶分子が、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されたときに、前記遮光部が設けられている方の基板側の端部を前記境界から遠ざけるように傾斜するように、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に設けられており、
　前記遮光部は、第１遮光層と、前記第１遮光層に所定の間隙を介して重なる第２遮光層と、を含む液晶表示装置。
　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、を備え、
　それぞれが、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、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する前記液晶層と、を含む複数の画素を有し、
　前記複数の画素のそれぞれ内の前記液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されたときに液晶分子が傾斜する方位が互いに異なる複数の液晶領域を有する液晶表示装置であって、
　前記複数の液晶領域は、表示面法線方向に対して傾斜した方向から前記液晶層に入射する光に対するリタデーションの値が印加電圧の増加に伴って増加する第１液晶領域と一旦減少した後に増加する第２液晶領域とを含み、
　前記複数の画素のそれぞれは、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に設けられた遮光部であって、表示面法線方向に対して傾斜した方向から観察したときに前記第１液晶領域を選択的に遮光する遮光部を有し、
　前記遮光部は、第１遮光層と、前記第１遮光層に所定の間隙を介して重なる第２遮光層と、を含む液晶表示装置。
　クロスニコルに配置された一対の偏光板をさらに備え、
　前記複数の液晶領域のそれぞれにおいて液晶分子が傾斜する方位は、前記一対の偏光板の偏光軸と略４５°の角をなす請求項１または２に記載の液晶表示装置。
　前記複数の液晶領域は、液晶分子が第１方位、第２方位、第３方位および第４方位に傾斜する４つの液晶領域を含み、前記第１方位、第２方位、第３方位および第４方位の任意の２つの方位の差は９０°の整数倍に略等しく、前記４つの液晶領域のうちの互いに隣接する任意の２つの液晶領域において液晶分子が傾斜する方位は略９０°異なる請求項３に記載の液晶表示装置。
　前記第１電極は、前記一対の偏光板の偏光軸と重なるように配置された十字形状の幹部と、前記幹部から略４５°方向に延びる複数の枝部と、を有し、
　前記遮光部は、前記第１基板に設けられている請求項３または４に記載の液晶表示装置。
　前記第１電極および前記液晶層の間と前記第２電極および前記液晶層の間とに設けられた一対の垂直配向膜と、
　前記一対の垂直配向膜の前記液晶層側の表面のそれぞれに形成された光重合物から構成された配向維持層であって、前記液晶層に電圧を印加していないとき、前記液晶層の液晶分子のプレチルト方位を規定する配向維持層と、をさらに備える請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。