(57)【要約】【課題】ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を正確に計算する。【解決手段】液晶配向シミュレーション装置１０は、電極電位に液晶をＰＳＡ化するときの電極電位を設定するＰＳＡ電位設定部１４と、該設定された電極電位を用いて配向状態を計算する配向状態計算部１７と、計算された界面付近の配向状態に基づいて、通常の表示状態で駆動するときの界面の配向状態を２次境界条件として設定する２次境界条件決定部１５と、通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する駆動電位設定部１６と、該設定された電極電位および２次境界条件を用いて、配向状態を計算する配向状態計算部１７とを備える。これにより、ＰＳＡ化された垂直配向モードの配向状態を正確に計算できる。【選択図】図１
2008122610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態をシミュレートする液晶配向シミュレーション装置であって、
電極電位に液晶をＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）化するときの電極電位を設定するＰＳＡ電位設定部と、
上記ＰＳＡ電位設定部により設定された電極電位を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第１配向状態計算部と、
上記第１配向状態計算部により計算された界面付近の液晶分子の配向状態に基づいて、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの界面の液晶分子の配向状態を２次境界条件として設定する２次境界条件決定部と、
液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する駆動電位設定部と、
上記駆動電位設定部により設定された電極電位、および、上記２次境界条件決定部により設定された２次境界条件を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第２配向状態計算部と、を備えることを特徴とする液晶配向シミュレーション装置。
【請求項２】
上記第１配向状態計算部が界面付近の液晶分子の配向状態を計算するためのメッシュを設定する１次メッシュ設定部をさらに備え、
上記２次境界条件決定部は、上記２次境界条件としての液晶分子のプレチルト角およびツイスト角の少なくとも一方に、上記１次メッシュ設定部が設定したメッシュの界面に隣接する節点の値を採用することを特徴とする請求項１に記載の液晶配向シミュレーション装置。
【請求項３】
上記２次境界条件としての液晶分子のプレチルト角およびツイスト角の少なくとも一方を、ユーザまたは外部の装置から取得する入力部をさらに備え、
上記２次境界条件決定部は、上記入力部により取得された値を上記２次境界条件として採用することを特徴とする請求項１に記載の液晶配向シミュレーション装置。
【請求項４】
垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態をシミュレートする液晶配向シミュレーション装置による液晶配向シミュレーション方法であって、
電極電位に液晶をＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）化するときの電極電位を設定するＰＳＡ電位設定処理と、
上記ＰＳＡ電位設定処理により設定された電極電位を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第１配向状態計算処理と、
上記第１配向状態計算処理により計算された界面付近の液晶分子の配向状態に基づいて、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの界面の液晶分子の配向状態を２次境界条件として設定する２次境界条件決定処理と、
液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する駆動電位設定処理と、
上記駆動電位設定処理により設定された電極電位、および、上記２次境界条件決定処理により設定された２次境界条件を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第２配向状態計算処理と、を含むことを特徴とする液晶配向シミュレーション方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶配向シミュレーション装置がコンピュータによって実現され、当該コンピュータを上記各手段として機能させるための液晶配向シミュレーションプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載の液晶配向シミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態をシミュレートする液晶配向シミュレーション装置、液晶配向シミュレーション方法、液晶配向シミュレーションプログラムおよびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置として、ＴＮ（Twisted Nematic)型の液晶パネルが広く用いられている。このＴＮ型の液晶パネルの液晶層は、上下２枚の配向膜のラビング方向を変えて、電圧無印加の状態において液晶分子がねじれた状態（ツイスト配向）にしている。ＴＮ型の液晶パネルは、表示品位の視角依存性が大きい。
【０００３】
そこで、高表示品位用の液晶パネルでは、負の誘電異方性を有する液晶材料と垂直配向膜とを用いた垂直配向（ＶＡ:Vertically Aligned）モードが提案されている。垂直配向モードは、電圧無印加状態において黒表示を行う。負の屈折率異方性を持つ位相差板などを用いて、電圧無印加状態の垂直配向した液晶層による複屈折をおおよそ補償することによって、きわめて広い視角方向で良好な黒表示を得ることができる。したがって、広い視角方向において高いコントラストを持つ表示が可能になる。
【０００４】
図２０は、垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時の液晶分子の配向状態、（ｂ）は電圧印加時の液晶分子の配向状態をそれぞれ示す。なお、図示した液晶パネルは、図中上方から順に、ガラス基板、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極、リブ（リベット）、液晶、ＩＴＯ電極、ガラス基板が積層されている。なお、画素電極１０１・対向電極１０２の液晶層側表面には、全面に垂直配向膜が設けられている（図示せず）。
【０００５】
図２０（ａ）に示すように、従来の垂直配向モードの液晶パネルは、画素電極１０１に対向する対向電極１０２に、誘電体突起物である凸状のリブ（あるいは、リベット）１０３を備えている。
【０００６】
そして、図２０（ｂ）に示すように、電圧印加時には、リブ（あるいは、リベット）１０３により、画素電極１０１と対向電極１０２との間で電極面に垂直に発生していた電界を斜めにすることができるため、液晶分子１０４が軸対称状に倒れることになる。それゆえ、液晶分子１０４が一方向にしか倒れなかったときよりも、視角依存性が平均化され、全方位にわたって極めて良い視角特性を得ることができるようになっている。
【０００７】
ここで、垂直配向モードには、代表的なパネル構造として、ＣＰＡ（Continuous Pinwheel Alignment）とＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）がある。なお、ＣＰＡは、ゲーム機や携帯電話等のモバイル機器によく用いられている。また、ＭＶＡは、モニタやＴＶ等のＡＶＣ機器によく用いられている。
【０００８】
（１）ＣＰＡ（Continuous Pinwheel Alignment）
図２１（ａ）は、ＣＰＡのパネル構造の例を示す平面図である。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のパネル構造の電圧無印加時における液晶分子の配向状態を示す、リベット断面を含む断面図である。図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す、リベット断面を含む断面図である。図２１（ｄ）は、図２１（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す平面図である。図２１（ｅ）は、図２１（ａ）のパネル構造に直線偏光板を組み合わせた場合の、電圧印加時における透過率分布図である。図２１（ｆ）は、図２１（ａ）のパネル構造に円偏光板を組み合わせた場合の、電圧印加時における透過率分布図である。なお、図２１（ｂ）〜（ｆ）はシミュレーション結果である。
【０００９】
図２１（ａ）に示すように、ＣＰＡのパネル構造では、画素電極１０１はサブ画素電極１０１ａ・１０１ａ・１０１ａを有している。そして、図２１（ｂ）に示すように、画素電極１０１に対向する対向電極１０２には、各サブ画素電極１０１ａ…の中央部の位置に凸状のリベット１０３Ａをそれぞれ備えている。なお、１絵素のサブ画素電極１０１ａ・１０１ａ間はブリッジ１０７によって接続されている。また、リベット１０３Ａ上を含む対向電極１０２の液晶層側表面の全面に垂直配向膜（図示せず）が設けられている。また、画素電極１０１上のほぼ全面に垂直配向膜（図示せず）が形成されている。また、対向電極１０２を含む対向基板には、遮光体であるブラックマトリクス（図示せず）が形成されている。
【００１０】
電圧無印加時、図２１（ｂ）に示すように、リベット１０３Ａ付近では、液晶分子がリベット１０３Ａの形状に沿って若干倒れており、他の部分では、液晶分子は完全な垂直配向である。ＣＰＡは、電圧無印加時は黒状態のノーマリーブラックである。
【００１１】
電圧印加時、図２１（ｃ）に示すように、リベット１０３Ａおよび画素電極１０１のエッジ部の斜め電界効果により、液晶分子の倒れる方向が規定される。そして、図２１（ｄ）に示すように、ＣＰＡの場合、リベット１０３Ａを中心とする放射状配向となる。なお、図２１（ｅ）（ｆ）からも分かるように、透過率の観点から、ＣＰＡでは直線偏光板ではなく円偏光板が用いられる。
【００１２】
（２）ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）
図２２（ａ）は、ＭＶＡのパネル構造の例を示す平面図である。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のパネル構造の電圧無印加時における液晶分子の配向状態を示す、リブ断面を含む断面図である。図２２（ｃ）は、図２２（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す、リブ断面を含む断面図である。図２２（ｄ）は、図２２（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す平面図である。図２２（ｅ）は、図２２（ａ）のパネル構造に直線偏光板を組み合わせた場合の、電圧印加時における透過率分布図である。なお、図２２（ｂ）〜（ｆ）はシミュレーション結果である。
【００１３】
図２２（ａ）（ｂ）に示すように、ＭＶＡのパネル構造では、対向電極１０２の上に、誘電体突起物である凸状のリブ１０３Ｂが形成されている。リブ１０３Ｂ上を含む対向電極１０２の液晶層側表面のほぼ全面に垂直配向膜（図示せず）が設けられている。リブ１０３Ｂは、帯状に延設されており、隣接するリブ１０３Ｂは互いに平行に配設されており、その間隔（ピッチ）は一定であり、リブ１０３Ｂの幅（延設方向に直交する方向の幅）も一定である。
【００１４】
また、画素電極１０１には帯状のスリット１０５が形成されており、スリット１０５を含む画素電極１０１上のほぼ全面に垂直配向膜（図示せず）が形成されている。スリット１０５は、帯状に延設されており、隣接するスリット１０５は互いに平行に配設されており、かつ、隣接するリブ１０３Ｂの間隔を略二等分するように配置されている。スリット１０５の幅（延設方向に直交する方向の幅）は一定である。なお、対向電極１０２を含む対向基板には、遮光体であるブラックマトリクス１０８が形成されている。
【００１５】
上記の構造により、互いに平行に延設された帯状のリブ１０３Ｂとスリット１０５との間に、一定の幅を有する帯状の液晶領域が規定される。それぞれの液晶領域は、その両側のリブ１０３Ｂおよびスリット１０５によって配向方向が規制されており、リブ１０３Ｂおよびスリット１０５のそれぞれの両側に、液晶分子が倒れる方向が互いに１８０°異なる液晶領域（ドメイン）が形成されている。
【００１６】
すなわち、リブ１０３Ｂおよびスリット１０５は互いに９０°異なる２つの方向に沿って延設されており、絵素は液晶分子の配向方向が９０°異なる４種類の液晶領域を有している。リブ１０３Ｂおよびスリット１０５の配置はこの例に限られないが、このように配置することによって、良好な視野角特性を得ることができる。
【００１７】
電圧無印加時、図２２（ｂ）に示すように、リブ１０３Ｂ付近では、液晶分子がリブ１０３Ｂの形状に沿って若干倒れており、他の部分では、液晶分子は完全な垂直配向である。ＭＶＡは、電圧無印加時は黒状態のノーマリーブラックである。
【００１８】
電圧印加時、図２２（ｃ）に示すように、リブ１０３Ｂおよび画素電極１０１のエッジ部の斜め電界効果により、液晶分子の倒れる方向が規定される。そして、図２２（ｄ）に示すように、ＭＶＡの場合、絵素の液晶分子は９０°異なる４種類の方向に配向する。すなわち、ＭＶＡの場合、効率よく４分割の配向が可能である。なお、図２２（ｅ）に示すように、ＭＶＡでは直線偏光板が用いられる。
上記のような従来の垂直配向モードの液晶パネルについて、電圧印加時の液晶分子の配向状態をシミュレートし、その結果に基づいて、光学特性を計算することが行われている。
【００１９】
図２３は、従来の垂直配向モードの液晶パネルの液晶配向シミュレーションのフローチャートである。
【００２０】
図２３に示すように、まず、液晶パネルの液晶、誘電体等の物性値、電極構造、ｘｙｚ方向のメッシュ等のパネル構成のパラメータを設定する（Ｓ１０１）。次に、液晶界面のプレチルト角、ツイスト角を境界条件として設定する（Ｓ１０２）。次に、駆動時の画素電極および対向電極の電位を設定する（Ｓ１０３）。次に、液晶配向状態（パネル内電界分布）を計算する（Ｓ１０４）。次に、ステップＳ１０４で求めた液晶配向状態に基づいて、透過率分布、視野角特性、応答特性等の光学特性を計算する（Ｓ１０５）。
【００２１】
このように、従来の液晶配向シミュレータによれば、従来の垂直配向モードの液晶パネルについて、液晶物性値、パネル構造、リベット（またはリブ）付近のプレチルト角とツイスト角、それ以外のプレチルト角（９０°）、駆動電圧を設定すれば、液晶分子の配向計算および液晶パネルの光学特性計算が可能である。
【００２２】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては、次の特許文献１，２がある。
【００２３】
特許文献１には、液晶ディスプレイのシミュレーション方法が記載されている。具体的には、少なくとも、アクティブマトリクス型液晶パネルの基板間に存在する液晶分子の配向状態を計算する配向状態計算手段と、パネル内部の電界分布を計算する電界分布計算手段と、液晶パネルの等価回路をもとに液晶駆動電極の電位を計算する電極電位計算手段と、液晶パネルの透過光強度を計算する透過光強度計算手段と、前記液晶配向状態から液晶の静電容量を計算する液晶容量計算手段を用いて、液晶パネルの表示動作のシミュレーションを行う液晶ディスプレイのシミュレーション方法が記載されている。
【００２４】
特許文献２には、液晶やその他の誘電体の体積抵抗率を考慮した、液晶素子のシミュレーション方法が記載されている。具体的には、所定の汎関数Ｘが計算領域内で最小となるように電位を計算する。また、電極に印加される電圧が時間とともに変化する場合には時間の変化も考慮したシミュレーションを行う。これにより、液晶やその他の誘電体の体積抵抗率に拘わらず実際の液晶素子の特性をより高い精度で再現できる。
【特許文献１】特開平１１−０２４０２３号公報（公開日：平成１１年（１９９９）１月２９日）
【特許文献２】特開２００２−２９６５５７号公報（公開日：平成１４年（２００２）１０月９日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
近時、垂直配向モードにＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）技術を導入することにより、さらなる高速応答化や高透過率化、低電圧駆動等を実現することが行われている。
【００２６】
図２４は、垂直配向モードにＰＳＡ技術を導入した液晶パネルの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時の液晶分子の配向状態、（ｂ）は電圧印加時の液晶分子の配向状態をそれぞれ示す。なお、図示した液晶パネルは、図中上方から順に、ガラス基板、ＩＴＯ電極、リブ（リベット）、ＰＳＡポリマー層、液晶、ＰＳＡポリマー層、ＩＴＯ電極、ガラス基板が積層されている。
【００２７】
ＰＳＡとは、液晶に重合性モノマーを分散させ、電圧印加して、液晶分子を配向させた状態で紫外線を照射することにより、ポリマー化（ＰＳＡポリマー層）させて、界面付近の液晶分子をチルトの付いた状態で固定することをいう。
【００２８】
図２４（ａ）に示すように、垂直配向モードにＰＳＡ技術を導入した液晶パネルは、通常の垂直配向モードと同様に、画素電極１０１に対向する対向電極１０２に、誘電体突起物である凸状のリブ（あるいは、リベット）１０３を備えている。そして、画素電極１０１、対向電極１０２およびリブ（あるいは、リベット）１０３の表面にＰＳＡポリマー層１０９が形成されている。このＰＳＡポリマー層１０９によって、界面付近の液晶分子１０６がチルトの付いた状態で固定されている。なお、図中、ＰＳＡポリマー層１０９の厚さは、説明のために実際より厚く示してある。
【００２９】
そして、図２４（ｂ）に示すように、電圧印加時には、通常の垂直配向モードと同様に、リブ（あるいは、リベット）１０３により、画素電極１０１と対向電極１０２との間で電極面に垂直に発生していた電界を斜めにすることができるため、液晶分子１０４が軸対称状に倒れることになる。
【００３０】
ここで、ＰＳＡ化することによって、画素電極１０１、対向電極１０２およびリブ（あるいは、リベット）１０３付近の液晶分子１０６をチルトの付いた状態で固定することにより、従来の垂直配向モードと比較して、（１）面配向を制御することによる高速応答化、（２）リベット（リブ）−スリット間を広げられることによる高透過率化、（３）チルト付加によってＶＴ（Voltage−Transmmitance）特性が低電圧側へシフトすることによる低電圧駆動、が実現できる。ただし、（１）チルト角がつくことによる黒輝度浮き、（２）チルト角がつくことによる斜め方向からの黒輝度浮き、が発生するおそれがある。
【００３１】
しかし、垂直配向モードにＰＳＡ技術を導入した液晶パネルについて、従来の液晶配向シミュレータでは、厳密な配向計算や光学計算を行うことが不可能である。その理由は、電極エッジ付近や補助リブ付近の液晶のプレチルト角、ツイスト角が不明確であるためである。
【００３２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を正確に計算することができる液晶配向シミュレーション装置、液晶配向シミュレーション方法、液晶配向シミュレーションプログラムおよびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶配向シミュレーション装置は、垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態をシミュレートする液晶配向シミュレーション装置であって、電極電位に液晶をＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）化するときの電極電位を設定するＰＳＡ電位設定部と、上記ＰＳＡ電位設定部により設定された電極電位を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第１配向状態計算部と、上記第１配向状態計算部により計算された界面付近の液晶分子の配向状態に基づいて、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの界面の液晶分子の配向状態を２次境界条件として設定する２次境界条件決定部と、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する駆動電位設定部と、上記駆動電位設定部により設定された電極電位、および、上記２次境界条件決定部により設定された２次境界条件を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第２配向状態計算部と、を備えることを特徴としている。
【００３４】
また、本発明に係る液晶配向シミュレーション方法は、垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態をシミュレートする液晶配向シミュレーション装置による液晶配向シミュレーション方法であって、電極電位に液晶をＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）化するときの電極電位を設定するＰＳＡ電位設定処理と、上記ＰＳＡ電位設定処理により設定された電極電位を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第１配向状態計算処理と、上記第１配向状態計算処理により計算された界面付近の液晶分子の配向状態に基づいて、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの界面の液晶分子の配向状態を２次境界条件として設定する２次境界条件決定処理と、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する駆動電位設定処理と、上記駆動電位設定処理により設定された電極電位、および、上記２次境界条件決定処理により設定された２次境界条件を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第２配向状態計算処理と、を含むことを特徴としている。
【００３５】
上記の構成および方法によれば、まず、１次計算において、ＰＳＡ化する際の紫外線照射時の配向状態を計算して、界面の配向状態を２次計算の境界条件として決定し、次に２次計算において、上記境界条件を利用して通常の表示状態の配向状態を計算する。
【００３６】
よって、ＰＳＡ化後の界面の配向状態を明確に決定できるため、通常の表示状態の液晶パネルの配向状態を正確に計算することができる。したがって、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルの配向状態を正確に計算した上で、光学特性を正確に計算できる。
【００３７】
さらに、本発明に係る液晶配向シミュレーション装置は、上記第１配向状態計算部が界面付近の液晶分子の配向状態を計算するためのメッシュを設定する１次メッシュ設定部をさらに備え、上記２次境界条件決定部は、上記２次境界条件としての液晶分子のプレチルト角およびツイスト角の少なくとも一方に、上記１次メッシュ設定部が設定したメッシュの界面に隣接する節点の値を採用することを特徴としている。
【００３８】
上記の構成により、さらに、界面に隣接する節点の値をそのまま採用するため、計算が簡単である。
【００３９】
さらに、本発明に係る液晶配向シミュレーション装置は、上記２次境界条件としての液晶分子のプレチルト角およびツイスト角の少なくとも一方を、ユーザまたは外部の装置から取得する入力部をさらに備え、上記２次境界条件決定部は、上記入力部により取得された値を上記２次境界条件として採用することを特徴としている。
【００４０】
上記の構成により、さらに、最適な界面の配向状態を簡単に定量することができる。
【００４１】
なお、上記液晶配向シミュレーション装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記液晶配向シミュレーション装置をコンピュータにて実現させる液晶配向シミュレーション装置の液晶配向シミュレーションプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００４２】
以上のように、本発明に係る液晶配向シミュレーション装置は、垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態をシミュレートする液晶配向シミュレーション装置であって、電極電位に液晶をＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）化するときの電極電位を設定するＰＳＡ電位設定部と、上記ＰＳＡ電位設定部により設定された電極電位を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第１配向状態計算部と、上記第１配向状態計算部により計算された界面付近の液晶分子の配向状態に基づいて、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの界面の液晶分子の配向状態を２次境界条件として設定する２次境界条件決定部と、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する駆動電位設定部と、上記駆動電位設定部により設定された電極電位、および、上記２次境界条件決定部により設定された２次境界条件を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第２配向状態計算部と、を備える構成である。
【００４３】
また、本発明に係る液晶配向シミュレーション方法は、垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態をシミュレートする液晶配向シミュレーション装置による液晶配向シミュレーション方法であって、電極電位に液晶をＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）化するときの電極電位を設定するＰＳＡ電位設定処理と、上記ＰＳＡ電位設定処理により設定された電極電位を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第１配向状態計算処理と、上記第１配向状態計算処理により計算された界面付近の液晶分子の配向状態に基づいて、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの界面の液晶分子の配向状態を２次境界条件として設定する２次境界条件決定処理と、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する駆動電位設定処理と、上記駆動電位設定処理により設定された電極電位、および、上記２次境界条件決定処理により設定された２次境界条件を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する第２配向状態計算処理と、を含む方法である。
【００４４】
それゆえ、ＰＳＡ化後の界面の配向状態を明確に決定できるため、通常の表示状態の液晶パネルの配向状態を正確に計算することができる。したがって、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルの配向状態を正確に計算した上で、光学特性を正確に計算できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明の一実施の形態について図１から図１９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００４６】
図１は、本実施の形態に係る液晶配向シミュレーション装置１０の構成の概略を示す機能ブロック図である。
【００４７】
液晶配向シミュレーション装置１０は、ＰＳＡ（Polymer Stabilized Alignment）化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を正確に計算する装置である。具体的には、液晶配向シミュレーション装置１０は、ＰＳＡ化時の配向状態を計算（１段階目）して、界面のツイスト角・プレチルト角を境界条件として利用できるように出力し、該出力された境界条件を用いて、通常の駆動状態の配向状態を計算（２段階目）する。すなわち、液晶配向シミュレーション装置１０は、通常の駆動状態の配向状態を計算する際に、ＰＳＡ化された界面のツイスト角・プレチルト角を境界条件として利用できるように、ツイスト角・プレチルト角を計算し、境界条件として設定する機能を追加したものである。これにより、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を正確に計算して、透過率・視野角・応答特性等の光学特性を正確に計算することが可能となる。
【００４８】
図１に示すように、液晶配向シミュレーション装置１０は、入力部１１、パラメータ設定部１２、１次境界条件設定部１３、ＰＳＡ電位設定部１４、２次境界条件決定部１５、駆動電位設定部１６、配向状態計算部（第１配向状態計算部、第２配向状態計算部）１７、光学特性計算部１８、出力部１９を備えて構成されている。
【００４９】
パラメータ設定部１２は、液晶の物性値のパラメータとして、誘電率（垂直方向ε⊥、水平方向ε//）、弾性定数（K11、K22、K33）、粘性定数（γ1）、屈折率（垂直方向ｎo、水平方向ｎe）を設定する。また、パラメータ設定部１２は、パネル構造のパラメータ値として、液晶層２５０の厚さ、誘電体の厚さ、遮光体（ブラックマトリクス）のパターン（形状）、電極パターン（形状）、位相差板のｘ，ｙ，ｚ方向それぞれの屈折率の実部と虚数部および厚さ、偏光板のｘ，ｙ，ｚ方向それぞれの屈折率の実部と虚数部および厚さを等設定する。また、パラメータ設定部１２は、液晶パネルにシミュレーションのためのメッシュを設定する。なお、パラメータ設定部１２は、１次メッシュ設定部１２ａおよび２次メッシュ設定部１２ｂを備えており、メッシュ構造を１次計算と２次計算とで異ならせて設定できる。
【００５０】
１次境界条件設定部１３は、ＰＳＡ化された液晶界面での境界条件をシミュレートするための１次境界条件（プレチルト角、ツイスト角）を設定する。本実施の形態では、１次境界条件（プレチルト角、ツイスト角）を従来の垂直配向モードと同様、すなわち、プレチルト角を９０°、ツイスト角を０°に設定する。
【００５１】
ＰＳＡ電位設定部１４は、配向状態計算部１７に対して、１次計算で用いる電極電位として、液晶をＰＳＡ化するときの電極電位を設定する。
【００５２】
２次境界条件決定部１５は、配向状態計算部１７により計算された界面付近の液晶分子の配向状態に基づいて、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの界面の液晶分子の配向状態を２次境界条件として設定する。また、２次境界条件決定部１５は、例えば、２次境界条件としての液晶分子のプレチルト角およびツイスト角の少なくとも一方に、１次メッシュ設定部１２ａが設定したメッシュの界面に隣接する節点の値を採用してもよい。また、２次境界条件決定部１５は、入力部１１により取得された値を２次境界条件として採用してもよい。
【００５３】
駆動電位設定部１６は、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する。
【００５４】
配向状態計算部１７は、１次計算として、ＰＳＡ電位設定部１４により設定された電極電位を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する。また、配向状態計算部１７は、２次計算として、駆動電位設定部１６により設定された電極電位、および、２次境界条件決定部１５により設定された２次境界条件を用いて、液晶パネルの液晶分子の配向状態を計算する。なお、配向状態計算部１７における液晶配向シミュレーションそのものは、公知のアルゴリズムを利用することで実現できる。
【００５５】
光学特性計算部１８は、配向状態計算部１７にて求めた配向状態、およびパラメータ設定部１２により設定された位相差板・偏光板等のパラメータに基づいて、液晶パネル全体の光学特性を計算する。なお、光学特性計算部１８は、公知のアルゴリズムを利用することで実現できる。
【００５６】
入力部１１は、ユーザまたは外部の装置（図示せず）からパラメータ等を取得するキーボード等の入力デバイスや通信インタフェースである。特に、入力部１１は、２次境界条件としての液晶分子のプレチルト角およびツイスト角の少なくとも一方を、ユーザまたは外部の記憶装置等から取得する。
【００５７】
出力部１９は、シミュレーションの結果を出力するためのモニタ等の出力デバイスである。
【００５８】
図２は、液晶配向シミュレーション装置１０によって、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を計算し、その結果に基づいて光学特性を計算する手順を示すフローチャートである。
【００５９】
図２に示すように、まず、パラメータ設定部１２が配向状態計算部１７に対して、液晶パネルの液晶、誘電体等の物性値、電極構造、ｘｙｚ方向のメッシュ等のパネル構成のパラメータを設定する（Ｓ１１）。次に、１次境界条件設定部１３が配向状態計算部１７に対して、液晶界面のプレチルト角、ツイスト角を境界条件として設定する（Ｓ１２）。次に、ＰＳＡ電位設定部１４が配向状態計算部１７に対して、ＰＳＡ化時の画素電極および対向電極の電位を設定する（Ｓ１３）。次に、配向状態計算部１７が、液晶配向状態（パネル内電界分布）を計算する（Ｓ１４）。
【００６０】
次に、２次境界条件決定部１５が、配向状態計算部１７によるステップＳ１４の計算結果に基づいて液晶界面付近の境界条件を決定し、配向状態計算部１７に対して液晶配向状態の計算の境界条件として設定する（Ｓ１５）。次に、駆動電位設定部１６が配向状態計算部１７に対して、駆動時の画素電極および対向電極の電位を設定する（Ｓ１６）。次に、配向状態計算部１７が、液晶配向状態（パネル内電界分布）を計算する（Ｓ１７）。次に、光学特性計算部１８が、配向状態計算部１７にてステップＳ１７で求めた液晶配向状態に基づいて、透過率分布、視野角特性、応答特性等の光学特性を計算する（Ｓ１８）。
【００６１】
なお、パラメータ設定部１２、１次境界条件設定部１３、ＰＳＡ電位設定部１４、駆動電位設定部１６の設定値は、ユーザが入力部１１を介して入力したものであってもよいし、ハードディスク等の記憶装置から読み出してたものであってもよい。
【００６２】
また、メッシュ構造を１次計算と２次計算とで異ならせる場合、ステップＳ１１において、１次メッシュ設定部１２ａが液晶界面付近の配向状態を決定できるように設定し、ステップＳ１５において、２次メッシュ設定部１２ｂが液晶層全体の配向状態を決定できるように設定してもよい。
【００６３】
上記の手順により、液晶配向シミュレーション装置１０によれば、１次計算によって、ＰＳＡ化時の配向状態を計算して、界面のプレチルト角、ツイスト角を決定し、２次計算によって、１次計算で決定した界面のプレチルト角、ツイスト角を境界条件に設定して、電圧印加時の液晶分子の配向状態を正確に計算することができる。それゆえ、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、光学特性を正確に計算することが可能となる。
【００６４】
図３は、液晶配向シミュレーション装置１０によって、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を計算し、その結果に基づいて光学特性を計算する他の手順を示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートでは、図２のフローチャートのステップＳ１５の代わりに、ステップＳ１５′を行う。
【００６５】
図３に示すように、ステップＳ１１〜Ｓ１４にて１次計算を行った後、２次境界条件決定部１５が、配向状態計算部１７によるステップＳ１４の計算結果に基づいて液晶界面付近の境界条件のうちツイスト角のみを決定し、配向状態計算部１７に対して液晶配向状態の計算の境界条件として設定する。このとき、プレチルト角については、２次境界条件決定部１５が入力部１１から取得して、配向状態計算部１７に対して液晶配向状態の計算の境界条件として設定する（Ｓ１５′）。その後、ステップＳ１６〜Ｓ１７にて２次計算を行って液晶配向状態（パネル内電界分布）を計算し、ステップＳ１８にて光学特性を計算する。
【００６６】
上記の手順により、液晶配向シミュレーション装置１０によれば、１次計算結果より液晶界面付近の境界条件としてツイスト角のみ設定し、プレチルト角は１次計算結果を参考に所望の変位値をマニュアル入力することができる。
【００６７】
以下、液晶配向シミュレーション装置１０における処理の詳細について説明する。
【００６８】
（０）液晶パネルのモデル
まず、図４を参照しながら、液晶配向シミュレーション装置１０による液晶配向シミュレーションの対象である液晶パネル２００の構造について説明する。図４は、液晶配向シミュレーション装置１０による液晶配向シミュレーションの対象である液晶パネル構造の一例を示す説明図である。なお、液晶配向シミュレーション装置１０が対象とする液晶パネルは、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルであればよく、図４の構造に限定されない。
【００６９】
図４に示すように、液晶パネル２００は、電極形成面を互いに対向させたＴＦＴ基板２１０と対向基板２３０との間に液晶層２５０を挟持した構成である。
【００７０】
ＴＦＴ基板２１０には、ガラス基板２１５上にバスライン（ソースバスライン、ゲートバスライン）２１２、ＴＦＴ素子（図示せず）が形成されており、さらに、バスライン２１２、ＴＦＴ素子を覆うように形成された誘電体層２１３上に絵素電極２１１等が形成されている。そして、絵素電極２１１同士の間には、誘電体層２１３が露出した誘電体露出部２１４が形成されている。
【００７１】
対向基板２３０には、ガラス基板２３２上に対向電極２３１が形成されている。なお、対向基板２３０は、カラーフィルタ（図示せず）を含む。また、対向電極２３１上には、図２４に示したようなリブ（または、リベット）が形成されている。なお、対向基板２３０には、さらに遮光体であるブラックマトリクス（図示せず、図２１、図２２参照）が形成されている。
【００７２】
さらに、ＴＦＴ基板２１０には、液晶層２５０とは反対面側に、位相差板２２１および偏光板２２２が順に積層されている。同様に、対向基板２３０には、液晶層２５０とは反対面側に、位相差板２４１および偏光板２４２が順に積層されている。
【００７３】
（１）液晶物性値
パラメータ設定部１２は、液晶の物性値のパラメータとして、誘電率（垂直方向ε⊥、水平方向ε//）、弾性定数（K11、K22、K33）、粘性定数（γ1）、屈折率（垂直方向ｎo、水平方向ｎe）を設定する（Ｓ１１）。なお、誘電率および屈折率は、液晶分子の長手方向を水平方向（ε//、ｎe）、これと垂直な方向を垂直方向（ε⊥、ｎo）とする（図５）。
【００７４】
（２）パネル構造
パラメータ設定部１２は、パネル構造のパラメータ値として、液晶層２５０の厚さ、誘電体２１３の厚さ、遮光体（ブラックマトリクス）のパターン（形状）、電極パターン（形状）、位相差板２２１、２４１のｘ，ｙ，ｚ方向それぞれの屈折率の実部と虚数部および厚さ、偏光板２２２、２４２のｘ，ｙ，ｚ方向それぞれの屈折率の実部と虚数部および厚さを設定する（Ｓ１１）。
【００７５】
また、パラメータ設定部１２（１次メッシュ設定部１２ａ、２次メッシュ設定部１２ｂ）は、液晶パネルにシミュレーションのためのメッシュを設定する。具体的には、パラメータ設定部１２は、メッシュの節点を、ＦＤＭ（Finite Difference Method；差分法）やＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法）によって生成する。ここで、図６（ａ）がＦＤＭによるメッシュ、図６（ｂ）がＦＥＭによるメッシュを示す説明図である。図６（ａ）（ｂ）に示すように、ＦＤＭでは各メッシュが四角形であり、ＦＥＭでは各メッシュが三角形である。ＦＥＭでは各メッシュを四角形や五角形で作成することも可能である。なお、本実施の形態では、１セグメント（節点間の距離）は１．０〜２．０μｍ程度に設定するが、要求されるシミュレーションの精度に応じて設定すればよいことはいうまでもない。
【００７６】
ここで、図７（ａ）は、液晶パネルのパネル構造の一例を示す斜視図であり、パラメータ設定部１２によって設定されたリブを含む要部形状を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したパネル構造に設定されたメッシュ構造の一例を示す斜視図である。また、図８は、図７（ｂ）に示したメッシュ構造の断面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれｙｚ面、ｘｚ面、ｘｙ面を示す。
【００７７】
なお、パラメータ設定部１２（１次メッシュ設定部１２ａ、２次メッシュ設定部１２ｂ）は、図４において、位相差板２２１・２４１、偏光板２２２・２４２を除いた領域に設定する。
【００７８】
（３）１次境界条件設定
１次境界条件設定部１３は、ＰＳＡ化された液晶界面での境界条件をシミュレートするための１次境界条件（プレチルト角、ツイスト角）を設定する（Ｓ１２）。ここで、本実施の形態では、１次境界条件（プレチルト角、ツイスト角）を従来の垂直配向モードと同様、すなわち、リブ・リベット付近ではその形状に沿ったプレチルト角、ツイスト角に設定し、他の部分ではプレチルト角を９０°、ツイスト角を０°に設定する。
【００７９】
なお、図９（ａ）はプレチルト角の説明図、図９（ｂ）はツイスト角の説明図である。ただし、プレチルト角が９０°の時、液晶分子の向きにツイスト角は無関係となるので、上記のように１次境界条件としてツイスト角を０°に設定するのはシミュレーションの便宜上のものである。
【００８０】
（４）電極電位の設定（ＰＳＡ条件）
ＰＳＡ電位設定部１４が、ＰＳＡ化するときの電極電位を設定する（Ｓ１３）。なお、ＰＳＡ化するときには、通常の表示の際の電極電位（例えば、７Ｖ）よりも、はるかに高い電極電位（例えば、３０Ｖ）が印加される。
【００８１】
（５）液晶配向状態（パネル内電界分布）の１次計算
配向状態計算部１７は、パラメータ設定部１２、１次境界条件設定部１３、ＰＳＡ電位設定部１４によって設定されたパラメータ等に基づいて、ＰＳＡ化された液晶界面での境界条件を決定するために、液晶パネル内の電界分布を求めて、液晶分子の配向状態を計算する（Ｓ１４）。
【００８２】
（６）１次境界条件の決定、２次境界条件として設定
上記（５）における計算では、各電極電位がＰＳＡ化するときの電極電位に設定されているため、液晶界面付近での液晶分子の配向状態が、ＰＳＡ化された液晶層の界面の状態にほぼ同じになる。
【００８３】
（６−１）プレチルト角
図１０は、電極電位をＰＳＡ化するときの電極電位に設定した場合のプレチルト角を模式的に示す説明図であり、（ａ）は電極部の界面、（ｂ）はリブ（リベット）部の界面を示す。なお、図中、プロットの間隔は、メッシュにおいて隣接する２節点の距離に相当する。
【００８４】
図１０（ａ）に示すように、電極部でのプレチルト角は、界面（電極表面）では９０°（境界条件）であり、界面から離れるにつれて小さくなり、ある距離で０°になる。同様に、図１０（ｂ）に示すように、リブ（リベット）部でのプレチルト角は、界面（電極表面）ではリブ表面に対して垂直な９０°より小さい所定角であり、界面から離れるにつれて小さくなり、ある距離で０°になる。
【００８５】
そこで、２次境界条件決定部１５は、界面付近の節点のプレチルト角に基づいて、ＰＳＡ化された液晶層の界面の状態に相当する２次境界条件を決定する（Ｓ１５）。具体的には、例えば、(i)液晶界面に最隣接の節点のプレチルト角Ｐ1を採用する、(ii)液晶界面のプレチルト角Ｐ0と最隣接の節点のプレチルト角Ｐ1の平均値を採用する、(iii)界面を除く節点のプレチルト角に基づいて求めた外挿カーブの界面における値Ｐextを採用する、等が考えられる。
【００８６】
また、２次境界条件決定部１５は、ユーザによって入力された値を２次境界条件のプレチルト角として採用してもよい（Ｓ１５′）。これは、最適プレチルト角を定量する際に有効である。
【００８７】
（６−２）ツイスト角
図１１は、電極電位をＰＳＡ化するときの電極電位に設定した場合のツイスト角を模式的に示す説明図であり、（ａ）は電極部の界面、（ｂ）はリブ（リベット）部の界面を示す。なお、図中、プロットの間隔は、メッシュにおいて隣接する２節点の距離に相当する。
【００８８】
図１１（ａ）に示すように、電極部でのツイスト角は、界面（電極表面）では０°（境界条件）であり、他の節点では所定角である。一方、図１１（ｂ）に示すように、リブ（リベット）部でのツイスト角は、界面（電極表面）ではリブ（リベット）の形状に沿った所定角であり、他の節点でも所定角である。なお、電極部やリブ（リベット）部の界面では液晶分子が垂直配向状態となるので、ツイスト角自体が意味をなさないが、図１１では便宜上０°としている。このように、ツイスト角は、プレチルト角と異なり、各節点のツイスト角がほぼ一直線に並ぶと考えられる。
【００８９】
そこで、このことを利用して、２次境界条件決定部１５は、界面付近の節点のツイスト角に基づいて、ＰＳＡ化された液晶層の界面の状態に相当する２次境界条件を決定する（Ｓ１５）。具体的には、例えば、(i)液晶界面に最隣接の節点のツイスト角Ｐ1を採用する、(ii)界面を除く節点のツイスト角に基づいて求めた外挿直線の界面における値Ｐextを採用する、等が考えられる。なお、２次境界条件決定部１５は、プレチルト角をユーザに入力させる場合でも、上記の方法によって、ツイスト角を決定する。もちろん、２次境界条件決定部１５は、ツイスト角をユーザに入力させることもできる。
【００９０】
（７）電極電位の設定（表示駆動条件）
駆動電位設定部１６が、２次計算のために、液晶パネルを通常の表示状態で駆動するときの電極電位を設定する（Ｓ１６）。
【００９１】
（８）液晶配向状態（パネル内電界分布）の２次計算
配向状態計算部１７は、パラメータ設定部１２、２次境界条件決定部１５、駆動電位設定部１６によって設定されたパラメータ等に基づいて、液晶パネル全体の配向状態を決定するために、液晶パネル内の電界分布を求めて、液晶分子の配向状態を計算する（Ｓ１７）。なお、配向状態計算部１７による計算の結果は、下記の図１２、図１３のように、出力部１９より出力することができる。
【００９２】
図１２は、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）のシミュレーションの結果の配向状態を示す上面図による説明図である。図１３は、ＭＶＡのシミュレーションの結果の電界分布を示す断面図による説明図である。
【００９３】
（９）光学計算
光学特性計算部１８は、配向状態計算部１７にて求めた配向状態、およびパラメータ設定部１２により設定された位相差板２２１、２４１のｘ，ｙ，ｚ方向それぞれの屈折率の実部と虚数部および厚さ、偏光板２２２、２４２のｘ，ｙ，ｚ方向それぞれの屈折率の実部と虚数部および厚さ等に基づいて、液晶パネル全体の光学特性を計算する（Ｓ１８）。なお、光学特性計算部１８による計算の結果は、下記の図１４、図１５のように、出力部１９より出力することができる。
【００９４】
図１４は、ＭＶＡのシミュレーションの結果の透過率分布を示す上面図による説明図である。図１５は、ＭＶＡのシミュレーションの結果の透過率分布を示す断面図による説明図である。
【００９５】
図１６は、規格化透過率の時間変化を示すグラフである。図１６に示すように、ＰＳＡ化された垂直配向モードの方が、従来の垂直配向モードに比べて応答速度が速いことが分かる。図１６のグラフに基づいて、高速応答を可能とする最適プレチルト角を定量することが可能となる。
【００９６】
図１７は、黒視野角特性を示すグラフであり、（ａ）が縦横方向、（ｂ）が斜め方向を示す。図１７のグラフを参考にすることで、ＰＳＡ化による黒視野角特性の悪化、特にエッジ部のプレチルトが影響の影響を考慮した、最適なブラックマトリクス構造を設計することが可能となる。
【００９７】
（１０）１次メッシュ構造
ここで、ＰＳＡ化された液晶界面での境界条件をシミュレートするために、１次メッシュ設定部１２ａが設定する１次メッシュの構造について説明する。
【００９８】
図１８は、液晶分子に対して界面の束縛効果が起こる距離であるコヒーレンス長の説明図である。
【００９９】
液晶パネルにおいて、液晶分子に対して界面の束縛効果が起こる距離であるコヒーレンス長ξ（ｍ）は、電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）、液晶の弾性定数Ｋ33（Ｎ）、液晶の誘電率異方性Δε（−）、真空の誘電率ε0（Ｃ２／Ｎｍ２）から、以下の数式（１）で計算される。
【０１００】
【数１】
2008122610.tif 000003
【０１０１】
垂直配向モードの液晶パネルに利用されている液晶は、弾性定数Ｋ33が１２〜１６ｐＮ、誘電率異方性Δεが３〜７である。これから、Ｋ33／ε0Δεの値は、０．１９４〜０．６０３となる。
【０１０２】
また、垂直配向モードの液晶パネルは、セル厚が３．０〜４．０μｍ、ＰＳＡ化電圧が１０〜３０Ｖである。これから、電界強度Ｅの値は、２．５×１０６〜１．０×１０７となる。
【０１０３】
以上から、電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）とコヒーレンス長ξ（μｍ）の相関は、図１９に示すグラフとなる。
【０１０４】
図１９のグラフに示すように、１次計算でのｚ方向（界面からの距離）の節点の最適間隔は、０．０５μｍ程度あるいはそれ以下にする必要がある。また、液晶界面から０．３μｍまでは、その間隔にすることが適当である。なお、液晶界面から０．３μｍ以上は、０．１〜０．２μｍ等のピッチで問題ない。
【０１０５】
また、図２４に示したように、ＰＳＡ化された液晶層では、ＰＳＡポリマー層１０９の表面が界面となる。そして、ＰＳＡポリマー層１０９の表面で固定された液晶分子のプレチルト角およびツイスト角が２次計算のための２次境界条件となる。なお、厳密には、電極表面とＰＳＡポリマー層１０９の表面とでは、ＰＳＡポリマー層１０９の厚さだけ位置が異なるが、ＰＳＡポリマー層１０９の厚さは液晶層に対して微小であるため、無視できる。
【０１０６】
さらに、上述したように、２次境界条件決定部１５は、２次境界条件を決定するために、界面に垂直な直線上にある、界面付近の節点の値を利用する。そこで、例えば、液晶界面に最隣接の節点の値を採用する場合、１次メッシュの界面に隣接する節点の界面からの距離は、ＰＳＡポリマー層１０９の厚さであることが望ましい。また、例えば、界面を除く節点のプレチルト角に基づいて求めた外挿カーブの界面（電極表面あるいはＰＳＡポリマー層１０９の表面）における値を採用する場合には、１次メッシュの界面に隣接する節点の界面からの距離は、ＰＳＡポリマー層１０９の厚さよりも大きくてもよい。
【０１０７】
また、１次計算では、界面付近の配向状態を液晶層の他の領域より精密に計算する必要があるため、１次メッシュの密度を、界面付近では細かく他の領域では荒くしてもよい。また、２次計算では、液晶層全体をある程度均等に計算する必要があるため、２次メッシュの密度を、液晶層全体をある程度均等にしてもよい。このように１次メッシュと２次メッシュを使い分ければ、配向状態計算部１７におけるシミュレーションの計算コストを最適化できる。逆に、１次メッシュと２次メッシュでメッシュ構造を共用すれば、パラメータ設定部１２におけるメッシュ生成の計算コストを抑制できる。
【０１０８】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０９】
最後に、液晶配向シミュレーション装置１０の各ブロック、特にパラメータ設定部１２、１次境界条件設定部１３、ＰＳＡ電位設定部１４、２次境界条件決定部１５、駆動電位設定部１６、配向状態計算部１７、光学特性計算部１８は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１１０】
すなわち、液晶配向シミュレーション装置１０は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである液晶配向シミュレーション装置１０の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記液晶配向シミュレーション装置１０に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１１１】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１１２】
また、液晶配向シミュレーション装置１０を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の液晶配向シミュレーション装置によれば、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルの配向状態を正確に計算した上で、光学特性を正確に計算できるため、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルの設計・製造に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】図１は、本実施の形態に係る液晶配向シミュレーション装置の構成の概略を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置によって、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を計算し、その結果に基づいて光学特性を計算する手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置によって、ＰＳＡ化された垂直配向モードの液晶パネルにおける、電圧印加時の液晶分子の配向状態を計算し、その結果に基づいて光学特性を計算する他の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置による液晶配向シミュレーションの対象である液晶パネル構造の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、液晶分子の誘電率および屈折率を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）がＦＤＭによるメッシュ、図６（ｂ）がＦＥＭによるメッシュを示す説明図である。
【図７】図７（ａ）は、液晶パネルのパネル構造の一例を示す斜視図であり、図１に示した液晶配向シミュレーション装置のパラメータ設定部によって設定されたリブを含む要部形状を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したパネル構造に設定されたメッシュ構造の一例を示す斜視図である。
【図８】図８は、図７（ｂ）に示したメッシュ構造の断面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれｙｚ面、ｘｚ面、ｘｙ面を示す。
【図９】図９（ａ）はプレチルト角の説明図、図９（ｂ）はツイスト角の説明図である。
【図１０】図１０は、電極電位をＰＳＡ化するときの電極電位に設定した場合のプレチルト角を模式的に示す説明図であり、（ａ）は電極部の界面、（ｂ）はリブ（リベット）部の界面を示す。
【図１１】図１１は、電極電位をＰＳＡ化するときの電極電位に設定した場合のツイスト角を模式的に示す説明図であり、（ａ）は電極部の界面、（ｂ）はリブ（リベット）部の界面を示す。
【図１２】図１２は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置によるＭＶＡのシミュレーションの結果の配向状態を示す上面図による説明図である。
【図１３】図１３は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置によるＭＶＡのシミュレーションの結果の電界分布を示す断面図による説明図である。
【図１４】図１４は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置によるＭＶＡのシミュレーションの結果の透過率分布を示す上面図による説明図である。
【図１５】図１５は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置によるＭＶＡのシミュレーションの結果の透過率分布を示す断面図による説明図である。
【図１６】図１６は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置による規格化透過率の時間変化を示すグラフである。
【図１７】図１７は、図１に示した液晶配向シミュレーション装置による黒視野角特性を示すグラフであり、（ａ）が縦横方向、（ｂ）が斜め方向を示す。
【図１８】図１８は、液晶分子に対して界面の束縛効果が起こる距離であるコヒーレンス長の説明図である。
【図１９】図１９は、電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）とコヒーレンス長ξ（μｍ）の相関を示すグラフである。
【図２０】図２０は、垂直配向モードの液晶パネルの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時の液晶分子の配向状態、（ｂ）は電圧印加時の液晶分子の配向状態をそれぞれ示す。
【図２１】図２１（ａ）は、ＣＰＡのパネル構造の例を示す平面図である。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のパネル構造の電圧無印加時における液晶分子の配向状態を示す、リベット断面を含む断面図である。図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す、リベット断面を含む断面図である。図２１（ｄ）は、図２１（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す平面図である。図２１（ｅ）は、図２１（ａ）のパネル構造に直線偏光板を組み合わせた場合の、電圧印加時における透過率分布図である。図２１（ｆ）は、図２１（ａ）のパネル構造に円偏光板を組み合わせた場合の、電圧印加時における透過率分布図である。
【図２２】図２２（ａ）は、ＭＶＡのパネル構造の例を示す平面図である。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のパネル構造の電圧無印加時における液晶分子の配向状態を示す、リブ断面を含む断面図である。図２２（ｃ）は、図２２（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す、リブ断面を含む断面図である。図２２（ｄ）は、図２２（ａ）のパネル構造の電圧印加時における液晶分子の配向状態を示す平面図である。図２２（ｅ）は、図２２（ａ）のパネル構造に直線偏光板を組み合わせた場合の、電圧印加時における透過率分布図である。
【図２３】図２３は、従来の垂直配向モードの液晶パネルの液晶配向シミュレーションのフローチャートである。
【図２４】図２４は、垂直配向モードにＰＳＡ技術を導入した液晶パネルの液晶分子の配向状態を示す模式図であり、（ａ）は電圧無印加時の液晶分子の配向状態、（ｂ）は電圧印加時の液晶分子の配向状態をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【０１１５】
１０    液晶配向シミュレーション装置
１１    入力部
１２ａ  １次メッシュ設定部
１４    ＰＳＡ電位設定部
１５    ２次境界条件決定部
１６    駆動電位設定部
１７    配向状態計算部（第１配向状態計算部、第２配向状態計算部）
【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２３】
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【図２４】
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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２１】
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【図２２】
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