(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示領域を有し、前記表示領域は、
共通電極を有する第１の基板と、
前記表示領域に位置する画素電極を有すると共に、少なくとも１つの画素ユニットを有する第２の基板と、
前記第１の基板の上方に配置される第１の偏光板と、
前記第２の基板の下方に配置され、前記第１の偏光板の偏光軸と互いに垂直で配向する偏光軸を有する第２の偏光板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、液晶分子を前記表示領域の内部又は外部に傾倒させる少なくとも１つの配向装置と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置されカイラル剤を含む液晶層と、を備え、
前記カイラル剤を含む液晶層は、
前記液晶層の中間に位置する液晶分子の配向方向と、前記第１の偏光板又は前記第２の偏光板の偏光軸との挟角であるα角が如何なる角度でも、透過率Ｔを最小透過率Ｔｍｉｎ以上とする最適Δｎｄ及びｄ／ｐのパラメータを備え、
前記パラメータは、
ａ．使用される液晶材料、カイラル剤の濃度、液晶層の厚さ及び配向装置の幾何学的配置に基づき、理論計算又は実験測定により、種々のα角における、各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔの分布図を作成し、
ｂ．最小透過率Ｔｍｉｎを選択し、前記透過率Ｔの分布図中から、透過率がＴ≧Ｔｍｉｎを満足するときに対応するΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータ範囲を求めることによって、
決められ、前記カイラル剤を含む液晶層の材料は、ポジ型水平ねじれ配向液晶材料であり、前記第１の基板表面及び前記第２の基板表面における傾倒方向の挟角は、９０度であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記パラメータはさらに、
ａ．α＝０度で、Ｔ≧Ｔｍｉｎを満足するときに対応するΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータ範囲を第１のパラメータ範囲として選択し、
ｂ．α＝４５度で、Ｔ≧Ｔｍｉｎを満足するときに対応するΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータ範囲を第２のパラメータ範囲として選択し、
ｃ.第１のパラメータ範囲と第２のパラメータ範囲との交点を最適Δｎｄ及びｄ／ｐのパラメータ範囲として選択することによって、
決められることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記配向装置は、
前記第１の基板又は前記第２の基板に配置され、電圧が印加されると、前記表示領域内の液晶分子を対称に傾斜させて連続配向させる第１の配向装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１の配向装置は、前記画素電極外の４周に環状配置される突起構造から構成されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１の配向装置は、電極パターン構造から構成され、前記電極パターン構造は前記共通電極と前記画素電極との間に、前記画素電極外の４周を囲繞するフリンジフィールドから成ることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１の配向装置は、前記画素電極外の４周に環状配置される突起構造及び前記共通電極と前記画素電極との間に前記画素電極外の４周を囲繞するフリンジフィールドから成る電極パターン構造が同一の基板上に配置されて構成され、前記基板は前記第１の基板又は前記第２の基板であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第１の配向装置は、前記画素電極外の４周に環状配置される凹陥構造から構成されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記画素電極の領域にある中間突起構造又は電極隙間を用いることにより、前記画素電極の領域が２つ以上の表示領域に分割されると共に、前記電極隙間は前記画素電極の一部から成ることを特徴とする請求項４、５、又は６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記凹陥構造を用いることにより、前記画素電極の領域が２つ以上の表示領域に分割されることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記配向装置は、
前記第１の基板又は前記第２の基板に配置され、前記第１の配向装置によって対称配向される液晶分子の対称中心を前記表示領域の幾何学形状の中心付近に配置させる第２の配向装置を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記第２の配向装置は、前記表示領域の中心にある突起構造であり、その幾何学形状は、正方形、円形又は他の対称形状であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第２の配向装置は、前記表示領域の中心にある電極パターン構造であり、その幾何学形状は、正方形、円形又は他の対称形状であり、前記電極パターン構造は前記共通電極と前記画素電極との間に前記画素電極外の４周を囲繞するフリンジフィールドから成ることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第２の配向装置は、前記表示領域の中心にある凹陥構造であり、その幾何学形状は、正方形、円形又は他の対称形状であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記配向装置は、
前記第１の基板又は前記第２の基板に配置される第１の配向装置と、
前記第１の基板又は前記第２の基板に配置される第２の配向装置と、を備え、
前記第１の配向装置は、対称に配列される電極及び電極隙間からなる構造であり、
前記電極は前記共通電極又は前記画素電極であり、
前記電極隙間は前記共通電極の一部又は前記画素電極の一部から成り、
前記第２の配向装置は、前記第１の配向装置に対応して設けられる構造であり、前記第１の配向装置と同一の基板に配置され、前記基板は前記第１の基板又は前記第２の基板であり、前記第１の配向装置及び前記第２の配向装置により、表示領域内の液晶分子は、電圧が印加された後、対称に傾斜させて分割配向されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記第１の配向装置の前記対称に配列される電極及び電極隙間からなる構造の最適な幅は、３〜５μｍであり、前記電極は前記共通電極又は前記画素電極であり、前記電極隙間は前記共通電極の一部又は前記画素電極の一部から成ることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記第２の配向装置は、前記画素電極外の４周に環状配置される突起構造から構成されることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記第２の配向装置は、前記画素電極外の４周に環状配置される凹陥構造から構成されることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記第２の配向装置は、電極パターン構造から構成され、前記電極パターン構造は前記共通電極と前記画素電極との間に、前記画素電極外の４周を囲繞するフリンジフィールドから成ることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記配向装置は、
前記第１の基板又は前記第２の基板に配置される第１の配向装置と、
前記第１の基板又は前記第２の基板に配置される第２の配向装置と、を備え、
前記第１の配向装置は、周期的に配列する構造であり、
前記第２の配向装置は、前記第１の配向装置に対応して設けられる構造であり、
前記第１の配向装置及び前記第２の配向装置により、表示領域内の液晶分子は、電圧が印加された後、対称に傾斜させて分割配向されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記第１の配向装置は、前記第１の基板又は前記第２の基板上に配置される複数の突起構造から構成されることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記第１の配向装置は、前記第１の基板又は前記第２の基板上に配置される複数の電極隙間から構成され、前記電極隙間は前記共通電極の一部又は前記画素電極の一部から成ることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記第１の配向装置は、前記第１の基板又は前記第２の基板上に配置される複数の突起構造及び複数の電極隙間から構成され、前記電極隙間は前記共通電極の一部又は前記画素電極の一部から成ることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記第２の配向装置は、前記第１の配向装置が配置される基板と異なる基板上に配置される複数の突起構造から構成されることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記第２の配向装置は、前記第１の配向装置が配置される基板と異なる基板上に配置される複数の電極隙間から構成され、前記電極隙間は前記共通電極の一部又は前記画素電極の一部から成ることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記第２の配向装置は、前記第１の配向装置が配置される基板と異なる基板上に配置される複数の突起構造及び複数の電極隙間から構成され、前記電極隙間は前記共通電極の一部又は前記画素電極の一部から成ることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記配向装置は、さらに前記表示領域内の液晶分子を対称配向させるラビング配向装置であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記配向装置は、さらに前記表示領域内の液晶分子を対称配向させる光配向装置であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記配向装置は、前記表示領域内の液晶分子を対称配向させるラビング配向装置であることを特徴とする請求項３、４、５、６、７、９、１０、１１、１２又は１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】
前記配向装置は、前記表示領域内の液晶分子を対称配向させる光配向装置であることを特徴とする請求項３、４、５、６、７、９、１０、１１、１２又は１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項３０】
前記配向装置は、前記表示領域内の液晶分子を対称配向させるラビング配向装置であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項３１】
前記配向装置は、前記表示領域内の液晶分子を対称配向させる光配向装置であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項３２】
前記配向装置は、さらに前記表示領域内の液晶分子を対称配向させるラビング配向装置であることを特徴とする請求項１４、１５、１６、１７又は１８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項３３】
前記配向装置は、さらに前記表示領域内の液晶分子を対称配向させる光配向装置であることを特徴とする請求項１４、１５、１６、１７又は１８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、高透過率で広視野角の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、液晶分子の配向状態によって光線に対する偏光効果又は屈折効果が変化する特性を利用して光線の透過量を制御し、画像を表示するものである。従来のねじれネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ：ＴＮ）型の液晶表示装置は、優れた透過性を有するが、液晶分子構造及び光学特性の影響により、視野角が非常に狭い。従って、広視野角である上、光透過効率の高い液晶表示装置を如何に開発するかは、液晶パネル技術の大きな壁であった。
【０００３】
この問題を解決するために、例えば、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置など、他の方式の広視野角液晶表示装置がすでに開発された。ＰＶＡ方式は、フリンジフィールド効果及び補償板により、広視野角を実現するものである。ＭＶＡ方式においては、単一画素を複数の領域に分割し、突起又はＩＴＯパターンにより、各領域に位置する液晶分子をそれぞれ異なる方向に傾倒させ、これにより、広視野角及び高透過率を実現するものである。
【０００４】
現在、広視野角を実現するために広く使用されている技術は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶分子を分割配向するものが主である。しかし、ＭＶＡ方式であれ、ＰＶＡ方式であれ、２つの領域間の突起又はＩＴＯパターンの隙間上に、液晶分子が電界の影響を受けないで傾倒しない不連続線（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｎｅ）が発生する。この現象により、各画素中に特異点（ｓｉｎｇｕｌａｒ  ｐｏｉｎｔ）が存在するようになり、液晶表示装置が表示する画像に欠陥が生じる。
【０００５】
従って、如何にして配向分割によって画素中に暗線が発生するのを防止し、広視野角で高透過率の液晶表示装置を案出するかは、液晶パネル技術における重要な課題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−４３６０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高透過率で広視野角の液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、従来技術の長所を組み合わせ、カイラル（Ｃｈｉｒａｌ）剤が添加された液晶材料を使用することにより、液晶分子をＭＶＡ方式、ＰＶＡ方式など、分割配向又は連続配向させ、これにより、高透過率で広視野角の液晶表示装置を開発するものである。
【０００９】
本発明の液晶表示装置は、カイラル剤が添加されたネマティック液晶材料が使用され、Δｎｄ及びｄ／ｐの最適条件を探し出すことにより、各方向への透過率を９０％以上に向上させることができる。
【００１０】
本発明の液晶表示装置では、実施形態に示す構造により、液晶分子を分割配向又は連続配向させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液晶表示装置により、以下（１）〜（３）の効果を実現できる。
（１）本発明の液晶表示装置は、Δｎｄ及びｄ／ｐの条件が最大の偏光回転現象（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔ）を満足したとき、暗線が発生しない上、高透過率特性を有することができる。
（２）本発明の液晶表示装置は、液晶分子が構造の中心に向けて分割配向又は連続配向し、広視野角特性を有することができる。
（３）本発明の液晶表示装置は、ネガ型液晶に適当なカイラル剤が添加されることにより、高コントラスト特性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の液晶分子構造が正方形の表示領域に配向された状態を示す平面図である。
【図２】本発明の垂直ねじれ配向液晶分子に高階調電圧を印加したときの配向状態を示す側面図である。
【図３】α角の定義を示す模式図である。
【図４】上下基板の液晶分子の配向方向が同一で、α＝４５度のときの様々なΔｎｄ及びｄ／ｐの条件における、透過率分布を示す等高線図である。この透過率分布は、５５０ｎｍ波長の入射光源、上下基板の液晶分子のプレチルト角が８９．５度、印加電圧が高階調電圧という条件下において、有限要素法によるシミュレーションによって取得された数値計算結果である。
【図５】上下基板の液晶分子の配向方向が同一で、α＝０度のときの様々なΔｎｄ及びｄ／ｐの条件における、透過率分布を示す等高線図である。この透過率分布は、５５０ｎｍ波長の入射光源、上下基板の分子のプレチルト角が８９．５度、印加電圧が高階調電圧という条件下において、有限要素法によるシミュレーションによって取得された数値計算結果である。
【図６】上下基板の液晶分子の配向方向が互いに垂直で、α＝４５度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。
【図７】上下基板の液晶分子の配向方向が互いに垂直で、α＝０度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。
【図８】使用される液晶がポジ型ねじれネマティック液晶で、上下基板が水平配向され、配向方向が互いに垂直で、α＝４５度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。
【図９】使用される液晶がポジ型ねじれネマティック液晶で、上下基板が水平配向され、配向方向が互いに垂直で、α＝０度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。
【図１０】上下基板の表面の液晶分子の配向方向が同一であり、ｄ／ｐ＝０．２７８のとき、様々なα角におけるネガ型ねじれネマティック液晶の透過率ＴがΔｎｄのパラメータの変化に応じて変化する状態を示す曲線図である。
【図１１】本発明の垂直ねじれ配向液晶層を例に挙げ、ｄ／ｐ＝０．２７８、Δｎｄ＝０．４６７５という条件下において、様々なα角に変更することによってシミュレートされた透過率と電圧との関係を示す曲線図（Ｔ−Ｖ  ｃｕｒｖｅｓ）である。
【図１２】本発明の垂直ねじれ配向液晶層を例に挙げ、ｄ／ｐ＝０．２７８、Δｎｄ＝０．５３という条件下において、様々なα角に変更することによってシミュレートされた透過率と電圧との関係を示す曲線図（Ｔ−Ｖ  ｃｕｒｖｅｓ）である。
【図１３】４周に配置された突起構造によって液晶分子が配向された状態を示す側面図である。
【図１４】Δｎｄ＝０．５６という条件下において、３Ｄ有限要素法を用いて図１３の構造に電圧が印加された後の垂直ねじれ配向液晶分子の配向をシミュレートした状態を示す側面図である。
【図１５】Δｎｄ＝０．５６という条件下において、３Ｄ有限要素法を用いて図１３の構造に電圧が印加された後の垂直ねじれ配向液晶分子の配向をシミュレートした中間層の状態を示す平面図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の実際の実験測定結果を示し、低階調電圧で操作したときの偏光光を示す図である。
【図１７】本発明の液晶表示装置の実際の実験測定結果を示し、高階調電圧で操作したときの偏光光を示す図である。
【図１８】本発明の垂直ねじれ配向液晶をフリンジフィールド効果を利用して配向した状態を示す側面図である。
【図１９】本発明の第１の配向装置の各構造を示す平面図である。
【図２０】本発明の表示領域の中心に第２の配向装置を加えた状態を示す平面図である。
【図２１】本発明の表示領域の下基板電極の構造を示す平面図である。
【図２２】本発明の垂直ねじれ配向液晶の中間層の配向状態を示す平面図である。
【図２３】本発明の垂直ねじれ配向液晶の中間層の配向状態に対応する透過率分布を示す平面図である。
【図２４】本発明の配向装置の各構造を示す平面図である。
【図２５】本発明の配向方法が表面配向方式である状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。
【００１４】
以下に示す実施形態は、透過型（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ）液晶表示装置を例に挙げて説明を行うが、半透過型（Ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）液晶表示装置にも適用される。
【００１５】
本発明の液晶表示装置の特徴は、配向装置が表示領域内に対称に配置されることにより、カイラル剤が添加されたネマティック液晶の液晶分子を表示領域内に分割配向又は連続配向するものである。また、正方形又は長方形である１つ又は複数の表示領域から単一画素が構成される。図１は、本発明の液晶分子の構造を示す平面図であり、正方形表示領域１０１を例として使用する。図１中、液晶分子１０２の配向は、一方の基板から他方の基板に向かって除々にねじれ、正方形表示領域１０１内において対称配向される。本構造における液晶分子１０２の長軸は、各方位に分布するため、広視野角が実現される。また、液晶分子１０２自身のねじれにより、特異点が発生しない。従って、光学的に、液晶位相と液晶分子のねじれ角との間の最適比率を探し出すことにより、正方形表示領域１０１内に暗線が形成されず、高透過率が実現される。
【００１６】
上述の配向装置は、基板表面の突起（Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）、凹陥部、ＩＴＯパターン（ＩＴＯ  ｐａｔｔｅｒｎ）又は配向膜により、配向分割（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を行う。また、配向装置は、表示領域内に対称に配置される。配向装置は、液晶分子を傾倒させることができるため、幾何学的に対称に配置されることにより、液晶分子も対称配向される。しかし、実際に応用するとき、各画素は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造を有するため、表面が平坦ではなく、分子配向の対称性及び安定性が失われる可能性がある。従って、表示領域の中心に、液晶層の厚さよりも大きな構造の配向構造を加える必要があり、これにより、液晶分子配列の安定性が強化される。上述の配向装置は、実施形態を挙げて詳細に説明する。
【００１７】
本発明の液晶層に使用される液晶分子は、ネマティック液晶材料であり、ネガ型ネマティック液晶でも、ポジ型ネマティック液晶でもよい。垂直に配向するネガ型ネマティック液晶層中にカイラル剤を添加した後、液晶分子が軸方向に沿ってねじれることにより、旋光性を有する。従って、本発明の液晶は、垂直ねじれ配向（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：ＴＶＡ）液晶とも称される。液晶分子のねじれ角度は、カイラル剤の濃度を調整することによって決定される。仮に、ｄが液晶層の厚さを示し、ｐがカイラルピッチ（Ｃｈｉｒａｌ  ｐｉｔｃｈ）を示す場合、液晶分子のねじれ量は、ｄ／ｐによって表示される。図２は、本発明の垂直ねじれ配向液晶分子に高階調電圧を印加したときの配向状態を示す側面図である。液晶分子は、一方の基板から他方の基板に向かって除々にねじれる上、傾倒状態から水平状態になった後、再び、立ち上がる。駆動電圧が上昇するに従い、分子は、完全に傾倒し、水平配向する範囲が拡大される。
【００１８】
液晶分子は、復屈折（Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）特性を有するため、偏光光が液晶層を通過するとき、光学位相遅延（Ｐｈａｓｅ  ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）が発生する。仮に、Δｎが液晶の復屈折値（即ち、進相軸と遅相軸との間の屈折率の差）を示し、液晶層の厚さをｄとし、入射光の光波長をλとすると、液晶層を通過する光の光学位相遅延は、（２π／λ）Δｎｄと示すことができる。Δｎｄは、光路長差である。垂直ねじれ配向液晶の最適な光路長差Δｎｄ及びｄ／ｐの条件を探し出し、光学的に最大の偏光回転現象（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔ）を実現させ、様々なα角（α角の定義は、図３に示すように、液晶中間層の液晶分子の配向方向と、偏光板の偏光軸と、の挟角である）の条件下において、入射偏光光がすべて、分子に沿ってねじれ、他方の基板において、最大透過率を実現させるために、有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いて、１つの領域（ｓｉｎｇｌｅ  ｄｏｍａｉｎ）における、各種の配向方向及び階調電圧条件の数値シミュレーションを行った。また、様々なα角における、各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率分布を分析した。図４〜図９は、５５０ｎｍ波長の入射光源、液晶分子のプレチルト角が８９．５度及び印加電圧が高電圧（９Ｖ）という条件下において、有限要素法によるシミュレーションによって取得された数値計算結果を示す。図４は、上下基板の液晶分子の配向方向が同一で、α＝４５度のときの様々なΔｎｄ及びｄ／ｐの条件における、透過率分布を示す等高線図である。図５は、上下基板の液晶分子の配向方向が同一で、α＝０度のときの様々なΔｎｄ及びｄ／ｐの条件における、透過率分布を示す等高線図である。赤点部分に対応するパラメータが最大透過率（Ｔｍａｘ＝０．５）を満足する条件である。
【００１９】
実際に応用するときの必要に基づき、適用される透過率範囲を画定することができる。従って、様々なα角において、対応するΔｎｄ及びｄ／ｐの範囲（即ち、本発明に適用される最適パラメータ範囲）を探し出すことができる。例えば、実際に応用する上で、透過率Ｔが最大透過率Ｔｍａｘの９０％（即ち、Ｔ≧０．９Ｔｍａｘ）に達する必要がある場合、図４及び図５の透過率分布図から、α＝４５度及びα＝０度という条件下に対応するΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータ範囲を探し出すことができ、このパラメータ範囲の交点が最適条件である。
従って、液晶材料の上下基板表面の液晶分子の配向方向が同一であるとき（図４及び図５に示す）、Ｔ≧０．９Ｔｍａｘの最適Δｎｄの範囲は、０．４６５〜０．６２０であり、最適ｄ／ｐ範囲は、０．２２２〜０．３５４である。図６は、上下基板の液晶分子の配向方向が互いに垂直で、α＝４５度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。図７は、上下基板の液晶分子の配向方向が互いに垂直で、α＝０度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。図６及び図７から、Ｔ≧０．９Ｔｍａｘの最適Δｎｄの範囲は、０．４７０〜０．６２０であり、最適ｄ／ｐ範囲は、０．２３５〜０．３６０であることが探し出すことができる。
図８は、使用される液晶がポジ型ねじれネマティック液晶で、上下基板が水平配向され、配向方向が互いに垂直で、α＝４５度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。
図９は、使用される液晶がポジ型ねじれネマティック液晶で、上下基板が水平配向され、配向方向が互いに垂直で、α＝０度のときの各種のΔｎｄ及びｄ／ｐのパラメータに対応する透過率Ｔ分布を示す等高線図である。同様に、図８及び図９から、Ｔ≧０．９Ｔｍａｘの最適Δｎｄの範囲は、０．４１５〜０．５４０であり、最適ｄ／ｐ範囲は、０．１９４〜０．３１３であることが探し出せる。
【００２０】
図１０は、パラメータｄ／ｐが最適パラメータに固定されたとき、様々なα角における透過率ＴがΔｎｄのパラメータの変化に応じて変化する状態を示す曲線図である。図１０中の液晶は、垂直ねじれ配向液晶であり、上下基板表面の液晶分子の配向方向が同一であり、ｄ／ｐ＝０．２７８のときの透過率ＴがΔｎｄのパラメータに応じて変化する状態を示す曲線である。図１０からわかるように、Δｎｄ＝０．５３のとき、各α角は、いずれも最大透過率Ｔ＝Ｔｍａｘを実現する。同様に、上下基板表面の液晶分子の配向方向が互いに垂直であり、対応するパラメータの条件が、Δｎｄ＝０．５５６、ｄ／ｐ＝０．２９２のとき、各α角は、いずれも最大透過率Ｔ＝Ｔｍａｘを実現する。このパラメータの条件下においてシミュレートされる、透過率ＴがΔｎｄのパラメータに応じて変化する曲線の特性は、図１０と同様である。また、ポジ型ねじれネマティック液晶であり、上下基板が水平配向され、配向方向が互いに垂直であり、最大透過率パラメータの条件がΔｎｄ＝０．４７６、ｄ／ｐ＝０．２５のときにシミュレートされる、透過率ＴがΔｎｄのパラメータに応じて変化する曲線の特性は、図１０と同様である。
【００２１】
本発明の各方向に分割配向（ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ）又は連続配向（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｄｏｍａｉｎ）される液晶分子は、各α角の条件に対応する光学的効果と見なすことができる。従って、上述の最適Δｎｄ及びｄ／ｐのパラメータを本発明の構造に応用することにより、最大透過率を実現することができる。また、垂直ねじれ配向液晶は、ネガ状態のときも、垂直配向が保持されるため、最低透過率を有する。これにより、高コントラストを実現する。
【００２２】
図１１は、本発明の垂直ねじれ配向液晶層を例に挙げ、ｄ／ｐ＝０．２７８（図１０参照）、Δｎｄ＝０．４６７５という条件下において、様々なα角に変更することによってシミュレートされた透過率と電圧との関係を示す曲線図（Ｔ−Ｖ  ｃｕｒｖｅｓ）である。図１２は、従来の垂直配向液晶層の様々なα角において計算された透過率と電圧との関係を示す曲線図（Ｔ−Ｖ  ｃｕｒｖｅｓ）である。図１１からわかるように、Δｎｄ＝０．５３のときが最大透過率の条件である上、様々なα角において最大透過率を実現できる。図１２において、従来の垂直配向液晶層は、偏光回転現象（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔ）が発生しないため、α＝±４５度でも最大透過率に到達する。しかし、αが変化するに伴い、透過率Ｔも大幅に変化し、液晶分子と１つの偏光板の透過軸とが平行になったとき（α＝０度）、暗線が出現する。従って、従来の垂直配向によって形成される分割配向（ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ）又は連続配向（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｄｏｍａｉｎ）においては、表示領域のα＝０度の領域に暗線が出現するため、全体の透過率が大幅に低下する。
【００２３】
本発明の実施形態をさらに詳細に説明するために、具体的な実施形態を４つ挙げる。
【００２４】
（第１実施形態）
本実施形態は、非ラビング（Ｎｏｎ−ｒｕｂｂｉｎｇ）による配向構造に、突起又はフリンジフィールドの配向装置が使用される。図１３は、垂直ねじれ配向液晶が単一画素表示領域７０１内において、４周に配置された突起７０２によって配向された状態を示す側面図である。図１３中、液晶層に電圧は印加されていない。また、使用される垂直ねじれ配向液晶は、ネガ型ネマティック液晶であり、適当なカイラル剤が混入されることにより、Δｎｄ及びｄ／ｐが最適パラメータの条件に適合する。初期の液晶分子は、垂直配向膜により、基板表面に垂直に配向され、突起に近い液晶分子は、所定の方向に傾斜してプレチルト角を形成する。図１４は、Δｎｄ＝０．５６という条件下において、３Ｄ有限要素法を用いて図１３の構造に電圧が印加された後の垂直ねじれ配向液晶分子の配向をシミュレートした状態を示す側面図である。図１５は、Δｎｄ＝０．５６という条件下において、３Ｄ有限要素法を用いて図１３の構造に電圧が印加された後の垂直ねじれ配向液晶分子の配向をシミュレートした中間層の状態を示す平面図である。図１４及び図１５からわかるように、表示領域周囲の突起構造付近の液晶分子が、プレチルト角に沿って傾倒し、最終的に表示領域の中心方向に傾倒する。これにより、連続配向が形成される。本構造中、２つの偏光板の偏光軸は、それぞれ０度及び９０度である。本発明の垂直ねじれ配向液晶構造から、すべての領域において、最大透過率値に到達し、暗線がないことが分かる。従来の垂直配向液晶の構造においては、偏光光と平行部分に近い部分に暗線が出現するため、全体の透過率が低下する。図１６は、本発明の液晶表示装置の実際の実験測定結果を示し、低階調電圧で操作したときの偏光光を示す図である。図１７は、本発明の液晶表示装置の実際の実験測定結果を示し、高階調電圧で操作したときの偏光光を示す図である。本構造中、４周の突起による配向構造により、液晶分子が連続配向されると共に、高階調電圧条件下においても暗線が発生せず、透過率が大幅に高められる。従って、パネル全体の光利用効率が７％を超えることが測定された。
【００２５】
４周の突起構造の代わりに、適当な電極パターンを使用してもよい。電極パターンにより、フリンジフィールドが発生し、４周の液晶分子の傾倒方向が提供される。図１８は、単一画素において、本発明の垂直ねじれ配向液晶をフリンジフィールド効果を利用して配向した状態を示す側面図である。上基板電極と下基板電極との間に電圧が印加されていないとき、液晶分子は、すべて垂直配向する。電圧Ｖが印加され、電圧が臨界電圧Ｖｔｈ以上のとき、上下の基板電極の面積が異なるため、画素の周囲にフリンジフィールドが形成され、付近の液晶が傾倒する（図１８を参照）。最後に、フリンジフィールドによる液晶分子の配向は、図１５に示すような４周の突起によって発生する配向結果と同様になる。
【００２６】
上述の実施形態は、１つの表示領域を単一画素としている。実際に応用する場合、２つ以上の表示領域から単一画素を形成しても同一の表示効果が実現される。図１９は、本実施形態の４周の突起又は電極パターンを利用した分割配向構造を示す図であり、薄膜トランジスタ１００１が表示領域の角部に配置される。図１９の構造（１）、（２）及び（３）は、画素の４周の突起構造１００２が配向構造とされる。構造（２）及び（３）においては、中間突起構造１００３又はＩＴＯ電極隙間１００４が利用され、単一画素が２つの表示領域に分割される。当然、この構造も、ＩＴＯ電極隙間により、単一画素を２つ以上の表示領域に分割してもよく、必要に応じて調整することができる。図１９の構造（４）、（５）及び（６）は、４周のフリンジフィールド１００５が利用されることにより、液晶の傾倒方向が提供される構造となっている。構造（５）及び（６）においては、中間突起構造１００６又はＩＴＯ電極隙間１００７が利用されることにより、単一画素が２つの表示領域に分割される。構造（７）、（８）及び（９）においては、４周の突起１００８及びフリンジフィールド１００９が同時に利用されることにより、液晶分子が傾倒して配向する。同様に、本構造においても、構造（８）及び（９）に示すように、中間突起構造１０１０又はＩＴＯ電極隙間１０１１により、２つ以上の表示領域を形成してもよい。また、突起構造及びフリンジフィールドを利用する以外に、凹陥構造により、配向及び表示領域の分割を行ってもよい。構造（１０）及び（１１）は、凹陥構造１０１２を利用した構造であり、画素の４周に凹陥構造１０１２を形成し、液晶分子を外側に傾倒させて連続配向させる。同様に、中間凹陥構造１０１３によって画素を複数の表示領域に分割してもよい。
【００２７】
上述の本発明の配向装置の目的は、液晶分子を表示領域内において対称に傾倒させ、配向することであり、ここでは、第１の配向装置と称する。液晶分子の配向をさらに安定させ、画素内の上下基板の非平坦面又は表面の薄膜トランジスタの影響を受けないようにするため、第１の配向装置と同一又は対向する基板の中心に第２の配向装置を配置し、液晶分子全体の配向の安定性を向上させることができる。図２０は、本発明の表示領域の中心に第２の配向装置を加えた状態を示す平面図である。図２０の構造（１）は、第１の配向装置が下基板４周の突起構造１１０１から構成される。また、中間突起により、画素が２つの表示領域に分割される。本構造中、上基板１１０２の表示領域の中心に突起構造１１０３又は電極パターン構造１１０４を配置し、第２の配向装置１１０５としてもよい。図２０の構造（２）中、第１の配向装置１１０６は、図２０中の構造（１）と同一であり、第２の配向装置１１０７は、第１の配向装置１１０６と同一の基板上に配置され、表示領域の中心部分に凹陥構造１１０８が配置される。図２０の構造（３）及び（４）は、他の態様である。図２０の構造（３）は、第１の配向装置が４周の凹陥構造１１０９であり
、中心の凹陥構造により、画素が２つの表示領域に分割される。また、第２の配向装置１１１０は、対向する基板上に配置され、表示領域の中心に凹陥構造１１１１が配置される。また、図２０の構造（４）のように、第２の配向装置１１１２を第１の配向装置と同一の基板上に配置し、表示領域中心に突起構造１１１３又は電極パターン構造１１１４を配置してもよい。
【００２８】
上述の第２の配向装置の形状は、正方形、円形又は他の対称の形状でもよい。第２の配向装置の構造の寸法が液晶層の厚さ以上の場合、液晶分子を安定的に配向させることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態と同様に、非ラビングによる配向構造に、電極及び電極隙間による周期的な構造の電極パターン形成したものを第１の配向装置とする。また、４周の突起構造、４周の凹陥構造又は４周の電極パターン構造によって形成されるフリンジフィールドによって垂直ねじれ配向液晶分子を所定の方向に配向させる。図２１は、４周のフリンジフィールド構造１２０１の例を示し、表示領域の下基板電極１２０２に、構造（１）〜（７）のような第１の配向装置が配置される。上述の構造中、下基板配向電極Ｌ１及びＩＴＯ電極エッチング隙間Ｌ２の幅は、３〜５μｍであり、これにより、液晶分子が対称配向される。また、電極がエッチング隙間を有するため、電極上の分子と隙間上の分子の傾倒速度は一致しない。これにより、液晶分子は、エッチング方向に沿って配向する。また、ａ及びｂの２つの領域の電極の面積を調整することにより、液晶分子の配向を制御することができる。同様に、上基板の表示領域の中心に配置される中心突起又は中心電極パターンを第２の配向装置とし、液晶分子の配向の安定性を向上させることができる。
【００３０】
図２２及び図２３は、画素の３分の１の大きさの表示領域を示し、図２１の構造（１）及び４周の電極パターン構造によって形成されるフリンジフィールドを第１の配向装置とする数値シミュレーション結果を示す。本実施形態において、表示領域の大きさは、画素の３分の１の大きさに限定されず、必要に応じて調整することができる。図２２は、印加電圧が９Ｖのシミュレーション条件下において、垂直ねじれ配向液晶の中間層の配向状態を示す平面図である。図からわかるように、エッチング電極隙間構造上の分子は、確実にエッチング方向に沿って配向する。図２３は、対応する透過率を示す図である。本構造中、上偏光板と下偏光板の偏光軸は、４５度と１３５度の方向に設定される。図２３のシミュレーション結果から、Δｎｄ及びｄ／ｐが最適パラメータの条件に符合するとき、偏光板の光軸方向上においても暗線が発生しないため、高透過率特性を有することが証明できる。
【００３１】
（第３実施形態）
上述の配向装置は、何れも、液晶分子を連続配向（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｄｏｍａｉｎ）させることができ、さらに、液晶分子を分割配向（ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ）させることができる。図２４は、本発明の液晶分子を分割配向させる配向装置の各構造を示す平面図である。図中、構造（１）、（２）及び（３）は、上基板１４０１及び下基板１４０２に、突起構造１４０３又は電極隙間構造１４０４がく字形に配列される。構造（４）及び（５）は、突起構造１４０５又は電極隙間１４０６が十字形に配列される上、放射状の電極隙間構造１４０７が組み合わされる。上述の構造は、何れも液晶分子を分割配向させることができる。
【００３２】
（第４実施形態）
本実施形態は、表面分割配向方式であり、従来のラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）配向又は光配向（ｐｈｏｔｏ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）の方法を利用し、表面の配向膜に配向を行わせる。配向方向は、軸対称に分布し、液晶分子を分割配向又は連続配向させることができる。図２５は、表示領域が画素の３分の１の大きさという条件における、各種の配向パターンを示す図である。ここで、表示領域の大きさは、画素の３分の１の大きさに限定されず、実際の必要に応じて調整することができる。液晶材料が垂直ねじれ配向液晶のとき、配向パターンは、Ａ、Ｂ及びＣの３種類の組み合わせとすることができる。或いは、２つの基板の配向膜が同一の配向方向を有してもよい（例えば、上下２つの基板の配向膜が何れもa１の配向方向を有する）。さらに、上述の配向パターンに実施例１及び実施例２の配向装置を組み合わせ、液晶分子を対称に配向させてもよい。一般のポジ型ねじれネマティック液晶の場合、図２５のA、B及びCの配向パターンにより、軸対称に９０度ねじれて配向される。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  正方形表示領域
１０２  液晶分子
７０１  単一画素表示領域
７０２  突起
１００１  薄膜トランジスタ
１００２  突起構造
１００３  中間突起構造
１００４  ＩＴＯ電極隙間
１００５  フリンジフィールド
１００６  中間突起構造
１００７  ＩＴＯ電極隙間
１００８  突起
１００９  フリンジフィールド
１０１０  中間突起構造
１０１１  ＩＴＯ電極隙間
１０１２  凹陥構造
１０１３  中間凹陥構造
１１０１  突起構造
１１０２  上基板
１１０３  突起構造
１１０４  電極パターン構造
１１０５  第２の配向装置
１１０６  第１の配向装置
１１０７  第２の配向装置
１１０８  凹陥構造
１１０９  凹陥構造
１１１０  第２の配向装置
１１１１  凹陥構造
１１１２  第２の配向装置
１１１３  突起構造
１１１４  電極パターン構造
１２０１  フリンジフィールド構造
１２０２  下基板電極
１４０１  上基板
１４０２  下基板
１４０３  突起構造
１４０４  電極隙間構造
１４０５  突起構造
１４０６  電極隙間
１４０７  電極隙間構造
Ｌ１  下基板配向電極
Ｌ２  ＩＴＯ電極エッチング隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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