(57)【要約】【課題】黒色表示の際の輝度ムラを抑制可能な液晶表示装置を提供すること。【解決手段】対向基板側からユーザが画面を見る液晶表示装置において、アレイ基板側に位置する液晶分子１０ａ〜１０ｃと、対向基板側に位置する液晶分子１１ａ〜１１ｃとの間のツイスト角が、表示画面上方から下方に移行するに従って、連続的に増大するよう配置されている。かかるツイスト角の異方性を実現することで、ユーザの視線方向に関して液晶分子の配向方向と偏光板の遮光軸８、９とを一致させることが可能となり、輝度ムラの発生を抑制することが可能となる。【選択図】      図２
2004258243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板の間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と前記第２基板側に配置された表示画面とを備え、該液晶層に対して前記第１基板と垂直方向に所定の電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、
前記液晶層に対して前記第１基板側に配置され、第１方向の遮光軸を備えた第１偏光板と、
前記液晶層に対して前記第２基板側に配置され、第２方向の遮光軸を備えた第２偏光板と、
前記第１基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第１方向にほぼ一致するかほぼ垂直に交差するよう前記第１基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、
前記第２基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第２方向となす角が、前記第１配向膜近傍における液晶分子の配向方向のユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位と前記第１方向とがなす角とほぼ等しくなるよう前記第２基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域から前記表示画面下部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に増大するよう配置されてい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】
前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域においてツイスト角が９０°より小さく、前記表示画面下部に対応した領域においてツイスト角が９０°より大きくなるよう配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
アレイ基板と対向基板との間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と表示画面とを備え、該液晶層に対して前記アレイ基板と平行方向に電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、
前記アレイ基板の内表面上に配置され、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、
前記対向基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の正射影の方位とほぼ一致するよう前記対向基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面の左側端部に対応した領域から右側端部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に変化するよう配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記左側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が反時計方向にツイストし、前記右側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が時計方向にツイストするよう配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
基板上に膜構造を成膜する成膜工程と、
前記膜構造に対してビーム照射を行うことで所定軸方向に関して連続的に異なる配向方向を有する多数の溝構造を形成する溝構造形成工程と、
前記基板と他の基板とを貼り合わせ、基板間に液晶材料を注入する液晶注入工程と、
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記溝構造形成工程において、ビーム照射は、ビーム照射手段と、該ビーム照射手段のビーム出射方向前方に配置され、スリット形状が溝構造の方位分布に基づいて決定されたスリット手段とを用いて行われることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記スリット手段のスリット形状は、前記溝構造の方位分布に比例定数を乗算した値を積分した値によって決定されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶材料の電気光学効果に基づいて画像表示を行う液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に関し、特に、黒色表示を行う際に輝度ムラの発生を抑制した液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像表示装置の分野において、液晶分子の配向の変化を利用した画像表示装置（以下、「液晶ディスプレイ」と言う）が知られている。液晶ディスプレイは、対向配置された２枚のガラス基板の間に封入した液晶層を有する液晶表示セルを備え、液晶層を形成する液晶分子に所定の電界を与えて配向性を変化させ、液晶層の光透過率を変化させることで画像を表示する。
【０００３】
具体的には、従来の液晶ディスプレイは、表示画素に対応して画素電極がガラス基板上に設けられ、個々の画素電極にはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等からなるスイッチング素子が配置されている。画素電極は、対向するガラス基板上に配置された共通電極と、間に挟まれた液晶層とによってコンデンサを形成し、蓄電可能な構造を有する。そして、外部からスイッチング素子を介して流入する電流によってコンデンサ上に電荷が蓄積されることで液晶分子は所定の電界を与えられて液晶分子の配向が変化し、光透過率が変化することで画像表示が可能となる。両電極に蓄積された電荷は、スイッチング素子をＯＦＦした後にも保持されるため、再びスイッチング素子をＯＮにして電荷を回収するまで液晶分子は配向が変化した状態を維持し、表示画像が維持される。
【０００４】
上記の構造を有することで、液晶ディスプレイは、ブラウン管を使用するＣＲＴディスプレイ等と比較して、薄型構造を有することによる省スペース化、低電圧動作および低消費電力等の優れた特性を有し、パーソナルコンピュータや携帯情報端末等における画像表示装置として、目覚ましい勢いで普及している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−９５０７２号公報（第２−３頁、第１−２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液晶表示装置では、特に黒色表示の際に輝度ムラが生じることが問題として挙げられる。すなわち、画面全体に渡って黒色表示を行っているにもかかわらず、画面の中央領域では黒色表示がなされるものの、ＴＮ方式の液晶表示装置では画面上部および下部において、ＩＰＳ型の液晶表示装置では左右の端部領域において、若干白みがかった色表示がなされ、全体として不均一な表示画像となる。
【０００７】
かかる問題は液晶表示装置の表示画面が大型化するに従って顕著に生じることが知られており、近年の液晶表示装置の画面サイズの大型化を鑑みると、高品位の画像表示を行うためには、かかる輝度ムラの程度を低減し、視認不可能な程度にまで輝度ムラを抑制することは避けられない問題である。
【０００８】
かかる輝度ムラはユーザの視点を移動することによって発生領域および程度が変化することが知られている。しかしながら、輝度ムラが生じる原因およびその解決策については現時点では必ずしも明らかではなく、輝度ムラを解消した液晶表示装置は現時点では存在しない。
【０００９】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、黒色表示の際に、表示画面の上部領域および下部領域、または左右の端部領域において生じる輝度ムラを解消した、高品位の画像表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる液晶表示装置は、第１基板と第２基板の間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と前記第２基板側に配置された表示画面とを備え、該液晶層に対して前記第１基板と垂直方向に所定の電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、前記液晶層に対して前記第１基板側に配置され、第１方向の遮光軸を備えた第１偏光板と、前記液晶層に対して前記第２基板側に配置され、第２方向の遮光軸を備えた第２偏光板と、前記第１基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第１方向にほぼ一致するかほぼ垂直に交差するよう前記第１基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、前記第２基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が前記第２方向となす角が、前記第１配向膜の配向方向の正射影の方位が前記第１方向となす角とほぼ等しくなるよう前記第２基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、ユーザの視線方向に関して第１配向膜の遮光軸と、第１配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致し、第２配向膜の遮光軸と、前記第２配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致するため、ユーザの視線方向に関して、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域から前記表示画面下部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に増大するよう配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面上部に対応した領域においてツイスト角が９０°より小さく、前記表示画面下部に対応した領域においてツイスト角が９０°より大きくなるよう配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、アレイ基板と対向基板との間に封入され、液晶分子を主成分とする液晶層と表示画面とを備え、該液晶層に対して前記アレイ基板と平行方向に電界を印加することで前記表示画面上に画像表示を行う液晶装置において、前記アレイ基板の内表面上に配置され、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第１配向膜と、前記対向基板の内表面上に配置され、ユーザの視線方向に垂直な面に対する正射影の方位が、前記アレイ基板近傍に位置する液晶分子の正射影の方位とほぼ一致するよう前記対向基板近傍に位置する液晶分子の配向方向を規定する第２配向膜とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項４の発明によれば、ユーザの視線方向に関して、第１配向膜近傍に位置する液晶分子と、第２配向膜近傍に位置する液晶分子の配向方向が一致するため、ユーザの視点からは黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項５にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記表示画面の左側端部に対応した領域から右側端部に対応した領域に移動するに従ってツイスト角が連続的に変化するよう配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６にかかる液晶表示装置は、上記の発明において、前記液晶層に含まれる液晶分子は、前記左側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が反時計方向にツイストし、前記右側端部に対応した領域において、前記第１基板近傍の液晶分子に対して前記第２基板近傍の液晶分子が時計方向にツイストするよう配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７にかかる液晶表示装置の製造方法は、基板上に膜構造を成膜する成膜工程と、前記膜構造に対してビーム照射を行うことで所定軸方向に関して連続的に異なる配向方向を有する多数の溝構造を形成する溝構造形成工程と、前記基板と他の基板とを貼り合わせ、基板間に液晶材料を注入する液晶注入工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この請求項７の発明によれば、ビーム照射によって膜構造上に形成する溝構造に異方性を持たせることによって液晶分子の配向方向に異方性を持つ液晶表示装置を製造することができる。
【００２０】
また、請求項８にかかる液晶表示装置の製造方法は、上記の発明において、前記溝構造形成工程において、ビーム照射は、ビーム照射手段と、該ビーム照射手段のビーム出射方向前方に配置され、スリット形状が溝構造の方位分布に基づいて決定されたスリット手段とを用いて行われることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項９にかかる液晶表示装置の製造方法は、上記の発明において、前記スリット手段のスリット形状は、前記溝構造の方位分布に比例定数を乗算した値を積分した値によって決定されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である画像表示装置について説明する。なお、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態１にかかる画像表示装置は、２枚の透明基板間に封入された液晶層を備え、基板に垂直方向に電界を印加することによって画像表示を行う液晶表示装置に関する。そして、液晶層に含まれる液晶分子のツイスト角を表示画面上部に対応する領域で小さくし、表示画面下部に対応する領域に移動するに従って徐々に大きくした構造を有する。なお、本実施の形態１においては、液晶層に含まれる液晶分子をツイステッドネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ：以下、「ＴＮ」と称する）方式に従って配置し、電界非印加時において白色表示がなされるノーマリーホワイトタイプの液晶表示装置を例に説明する。しかしながら、本発明はかかる構造に限定されず、いわゆるノーマリーブラックタイプの液晶表示装置等、他の構造のものについても適用可能である。
【００２４】
図１は、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の全体構造について示す断面図であり、図２は、液晶層に含まれる液晶分子の配向状態について説明するための図である。まず、図１および図２を参照して、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の構造について説明する。
【００２５】
本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、図１に示すように、所定の回路素子が配置されたアレイ基板１と、アレイ基板１に対向して配置された対向基板２と、アレイ基板１と対向基板２との間に封入された液晶層３とを備えた構造を有する。また、アレイ基板１と対向基板２の外表面上には、それぞれ所定の遮光軸を有する偏光板４および偏光板５が配置されている。さらに、アレイ基板１の内表面上および対向基板２の内表面上には液晶層３に含まれる液晶分子の配向性を規定する配向膜６および配向膜７が配置された構造を有する。
【００２６】
アレイ基板１は、光透過性を有する基板上に表示画素に対応した画素電極および画素電極の電位を制御するスイッチング素子たる薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの駆動状態を制御する走査線、および薄膜トランジスタを介して画素電極に対して電位を供給する信号線等の配線構造が配置された構造を有する。また、対向基板２は、ほぼ一定の電位に維持される共通電極を備えた構造を有し、画素電極との間でアレイ基板１および対向基板２の内表面と垂直な方向に電界を発生させる機能を有する。なお、本実施の形態１においては、ユーザは偏光板５の側から画像を見ることとし、偏光板５の外表面を表示画面１２とする。このことは表示画面を対向基板２の側に限定する趣旨ではなく、アレイ基板１側に表示画面がある場合も本発明の適用は可能である。
【００２７】
液晶層３は、配向性を有する液晶分子を主成分として形成されている。液晶層３に含まれる液晶分子の例としては、例えばフッ素系ネマチック液晶分子を使用することが可能である。この他の液晶分子であっても、一般にＴＮ方式の液晶表示装置に利用可能な液晶分子であれば、液晶層３を構成する液晶分子として利用可能であって、液晶分子について特に限定する必要はない。
【００２８】
偏光板４、５は、それぞれ所定の遮光軸を有し、入力される光のうち、かかる遮光軸と平行な偏光成分を遮蔽する機能を有する。また、偏光板４および偏光板５は、それぞれの遮光軸が直交するよう配置されている。
【００２９】
配向膜６、７は、液晶層３に含まれる液晶分子の配向方向を規定するためのものである。具体的には、配向膜６、７は、アレイ基板１および対向基板２の内表面上に蒸着、スパッタリング等によって無機膜等を成膜し、イオンビーム、原子ビーム等を照射することによって表面構造に異方性を持たせている。なお、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、配向膜６、７の表面構造、すなわちイオンビーム等によって形成される溝構造の方向が異方性を有する構造を備えるが、かかる構造を実現する手法については後に詳細に説明する。
【００３０】
次に、図２を参照して実施の形態１にかかる液晶表示装置を表示画面１２側から眺めた平面構造、特に偏光板４、５の遮光軸と液晶層３を構成する液晶分子の配向方向の関係について説明する。なお、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は多層構造を有することから、図２に示す平面図は、かかる多層構造を配慮して図示しており、必ずしも実際に視認される平面構造とは一致しないことに留意が必要である。また、図２においては、理解を容易にするため、アレイ基板１および対向基板２を省略している。
【００３１】
図２に示すように、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、偏光板４の遮光軸９が右下がりの斜め方向に沿って形成され、偏光板５の遮光軸１０は、遮光軸９と直交するよう、左下がりの斜め方向に沿って形成される。なお、簡単のため、遮光軸９および遮光軸８は、表示画面側から見て画面の縦軸に関して対称となるよう形成されているものとする。
【００３２】
また、図２に示す液晶分子１０ａ〜１０ｃは、それぞれ液晶層３を構成する液晶分子であって、図１における液晶層３の下端近傍、すなわち配向膜６近傍に位置するものについて図示したものである。さらに、液晶分子１１ａ〜１１ｃは、それぞれ液晶層３を構成する液晶分子であって、図１における液晶層３の上端近傍、すなわち配向膜７近傍に位置するものである。また、液晶分子１０ａ〜１０ｃと液晶分子１１ａ〜１１ｃとがなす角θ１〜θ３は、それぞれの領域におけるツイスト角を示す。ツイスト角とは、例えばθ１を例に説明すると、液晶分子１０ａのアレイ基板１の内表面への正射影像と、液晶分子１１ａのアレイ基板１の内表面への正射影像とのなす角のことを言う。
【００３３】
本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、液晶層３を構成する液晶分子のツイスト角θ１〜θ３が、θ１＜θ２＜θ３の関係を満たすよう配置される。より具体的には、表示画面上部に対応した領域におけるツイスト角が小さく、画面下部に移行するに従ってツイスト角が連続的に変化し、表示画面下部に対応した領域におけるツイスト角が大きくなるよう液晶分子が配置された構造を有する。なお、本実施の形態１にかかるツイスト角の変化はあくまで表示画面の縦方向において生じ、横方向に多数配置された液晶分子については、ツイスト角がほぼ等しい状態となるよう配置されている。かかる態様で液晶分子を配置することによって、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制している。以下、黒色表示の際における輝度ムラを抑制するメカニズムについて説明する。
【００３４】
まず、前提として従来構造の液晶表示装置において黒色表示の際に輝度ムラが生じる理由について説明する。図３は、ツイスト角が一様になるよう液晶分子が配置された従来構造の液晶表示装置において、黒色表示の際の液晶分子の配置について示す図である。いわゆるノーマリーホワイトタイプの液晶表示装置では、黒色表示を行う際にアレイ基板１と対向基板２との間に基板表面に対して垂直方向の電界が生じる。そのため、アレイ基板１と対向基板２との間に封入される液晶層３に含まれる液晶分子は、理想的にはすべてアレイ基板１および対向基板２の内表面と垂直方向に配向を有する状態となる。しかしながら、実際には配向膜６’、７’近傍の液晶分子１０ａ’〜１０ｃ  ’および液晶分子１１ａ’〜１１ｃ  ’は、電界の影響よりも配向膜の構造の影響が大きく、電界が与えられるにもかかわらず図３に示すように電界非印加時の配向状態を保持している。また、配向膜近傍以外の領域に位置する液晶分子も、電界非印加時の配向状態と全く無関係な配向状態となるのではなく、当初の配向状態の影響が残存した状態で配向する。
【００３５】
すべての液晶分子がアレイ基板１に対して垂直方向に配向していなくとも、黒色表示は可能である。具体的には、光の進行方向と垂直な平面への射影像を考えた際に液晶分子１０ａ’〜１０ｃ’の配向状態の正射影と、偏光板４の遮光軸の正射影が平行となり、液晶分子１１ａ’〜１１ｃ’の配向状態の射影像と偏光板５の遮光軸の射影像が平行となれば、光が漏れ出すことはない。すなわち、図３において、従来の液晶表示装置の表示画面のあらゆる領域に関してアレイ基板１と垂直方向から見た場合には、液晶分子１０ａ’〜１０ｃ’は遮光軸８の方向と一致し、液晶分子１１ａ’〜１１ｃ’と遮光軸９の方向と一致する。従って、あらゆる領域に関して液晶表示装置のユーザの視線方向が表示画面１２と垂直であれば、黒色表示の際に光が漏れ出すことはなく、輝度ムラは発生しない。
【００３６】
しかしながら、実際には液晶表示装置を利用するユーザの視線方向はあらゆる領域に関して表示画面１２に対して垂直になるのではない。具体的には、表示画面１２と垂直な方向を基準軸とした場合、表示画面１２の上部領域を見る際の視線方向は基準軸に対して仰角、すなわち見上げる状態となり、下部領域を見る際の視線方向は基準軸に対して俯角、すなわち見下ろす状態となる。かかる視線方向の異方性を考慮した上で従来構造の液晶表示装置における液晶分子の配向方向と遮蔽軸との関係について考察する。
【００３７】
図４は、液晶分子１０’、１１’および偏光板４、５の遮光軸８、９の位置関係を説明するための模式図である。また、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図４に示す視線方向と垂直な面に対する液晶分子１０’、１１’の正射影と遮蔽軸８、９との関係を示す模式図である。図４に示すように、液晶分子１ａ’および液晶分子１１’は、偏光板４または偏光板５が形成する面と平行な面上に位置するのではなく、かかる面に対してそれぞれ所定のプレチルト角φ１、φ２をなす状態で配置される。このため、視線方向が図４に示す方位ｘ１、ｘ２、ｘ３となる場合、方位ｘ１から見た像は図５（ａ）に示すようになり、方位ｘ２から見ると図５（ｂ）、方位ｘ３から見ると図５（ｃ）に示すようになる。
【００３８】
方位ｘ１、すなわち偏光板４、５に対して垂直な方向から見た場合は、プレチルト角φ１、φ２を考慮する必要がないため、液晶分子１０’の配向方向は遮光軸８と一致し、液晶分子１１’の配向方向は遮光軸９と一致する。従って、既に述べたように黒色表示の際に光が漏れ出すことはなく、かかる方向から見た場合に輝度ムラは生じない。
【００３９】
一方、方位ｘ２および方位ｘ３、すなわち偏光板４、５に対して垂直以外の方向から見た場合は事情が異なる。すなわち、図３において視点ｆから仰ぎ見る状態に対応した方位ｘ２では、プレチルト角φ１、φ２の影響を受けて液晶分子１０ａ’と液晶分子１１ａ’のなす角はツイスト角よりも大きくなるように視認される。従って、図５（ｂ）に示すように、液晶分子１０ａ’の配向方向と遮光軸８とは一定の角をなし、液晶分子１１ａ’の配向方向と遮光軸９とは一定の角をなすよう視認される。
【００４０】
また、図３において視点ｆから俯瞰して見た状態に対応した方位ｘ３では、やはりプレチルト角φ１、φ２の影響を受けて液晶分子のなす角が視認上で変化する。ただし、方位ｘ３の場合は方位ｘ２の場合と逆にプレチルト角φ１、φ２の影響によって液晶分子１０ａ’と液晶分子１１ａ’がなす角はツイスト角よりも小さくなるよう視認される。従って、図５（ｃ）に示すように、液晶分子１０ａ’の配向方向と遮光軸８とは一定の角をなし、液晶分子１１ａ’の配向方向と遮光軸９とは一定の角をなすよう視認される。
【００４１】
従って、方位ｘ２、ｘ３および図５（ｂ）、図５（ｃ）に対応した方向から液晶表示装置の画面を見た場合、液晶分子の配向方向と遮光軸の方向が一致しないこととなり、黒色表示を行っているにもかかわらず、一定の割合で光が漏れだして輝度ムラを生じる。このため、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では、図１に示すように液晶分子のツイスト角を表示画面１２の上下方向で変化させることによって、黒色表示の際に表示画面の上部領域または下部領域における輝度ムラを視認不可能な程度にまで抑制している。
【００４２】
表示画面１２の上部領域、すなわちユーザが仰ぎ見る領域では、図５（ｂ）で示したように、実際のツイスト角に比べて液晶分子同士がなす角は遮光軸８と遮光軸９がなす角よりも広がって見える。そのため、図１に示したように、表示画面１２の上部領域に対応する領域では、液晶分子のツイスト角を遮光軸８と遮光軸９がなす角よりも狭めている。
【００４３】
これにより、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では、視線方向に垂直な面に対する液晶分子１０ａの正射影の方位と遮光軸８とをほぼ一致させることが可能となる。また、視線方向に垂直な面に対する液晶分子１１ａの正射影の方位と遮光軸９とをほぼ一致させることが可能となる。かかる構造をとることによって、ユーザの視線方向に関しては液晶分子１０ａと偏光軸８とがほぼ一致した方位を有し、液晶分子１１ａと偏光軸９とがほぼ一致した方位を有することとなる。従って、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、黒色表示の際に、表示画面の上部領域において輝度ムラが生じることを抑制することができる。
【００４４】
また、表示画面の下部領域、すなわちユーザが俯瞰して見る領域では、図５（ｃ）で示したように、実際のツイスト角に比べて液晶分子同士がなす角は遮光軸８と遮光軸９がなす角よりも狭まって見える。従って、図１に示したように、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では、液晶分子１０ｃと液晶分子１１ｃとの間のツイスト角を遮光軸８と遮光軸がなす角よりも広げている。これにより、視線方向に垂直な面に対する液晶分子１０ｃの正射影の方位と遮光軸８の方位がほぼ一致し、液晶分子１１ｃの正射影の方位と遮光軸９の方位とがほぼ一致させることが可能である。かかる構造とすることによって、黒色表示の際に、表示画面の下部領域において輝度ムラが生じることを抑制することができる。
【００４５】
なお、表示画面の中央領域、すなわちユーザの視線方向が表示画面１２に対して垂直方向となる場合には、特にツイスト角の調整をする必要はない。視線方向において液晶分子１０ｂと液晶分子１１ｂのなす角は、ツイスト角と一致するためである。
【００４６】
本願発明者等は、数値計算を行うことによって、黒色表示の際の輝度ムラを視認不可能な程度に抑制しうる具体的構造について導出している。図６は、かかる数値計算によってユーザの視線方向と黒色表示の際においてユーザの視線方向に漏れ出す光の輝度が最小となる液晶分子のツイスト角との関係を示す。図６において、縦軸はユーザの視線方向を示す角度であって、表示画面１２に対して垂直方向を基準軸とし、視線方向が基準軸に対して仰角（見上げる方向）となる場合に正の値をとり、視線方向が基準軸に対して俯角（見下ろす方向）となる場合に負の値をとる。また、横軸は、液晶分子のツイスト角を示す。図６から、例えば仰角６°で見上げた視線方向に位置する領域においては、液晶分子のツイスト角が８５°程度となると黒色表示の際において視線方向に対して漏れ出す光の強度が最小となることが分かる。
【００４７】
図７は、かかる数値計算に基づいて実際に配向膜６近傍に位置する液晶分子１０の配向角と、配向膜７近傍に位置する液晶分子１１の配向角について求めたものである。なお、図７の例においては、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の表示画面の縦方向の長さを２０ｃｍとし、表示画面とユーザとの距離を５０ｃｍと仮定した上で導出したものである。かかる図７のグラフから、表示画面の縦方向の長さを２０ｃｍ、ユーザとの距離が５０ｃｍの場合には、上部領域におけるツイスト角は８２°程度が適切であって、中央領域は９０°、下部領域は９８°のツイスト角を有するよう液晶分子を配向させることが好ましいことが示される。
【００４８】
また、本願発明者等は、図７の結果に基づいて導出した液晶分子の配向状態すなわち上部領域のツイスト角を８２°とし、下部領域のツイスト角を９８°とした液晶表示装置において、黒色表示の際における輝度ムラの抑制効果について数値計算を行っている。図８は、かかる数値計算の結果のグラフであって、曲線ｌ１は比較のため従来技術にかかる液晶表示装置の輝度ムラの状態を示し、曲線ｌ２は、図７の結果に基づいて液晶分子の配向状態を制御した実施例における輝度ムラの状態を示す。曲線ｌ１と曲線ｌ２とを比較すると明らかなように、実施例にかかる液晶表示装置は、従来と比較して広い範囲に渡って輝度ムラの発生を抑制することが可能である。特に、従来の液晶表示装置で漏れ出る光の輝度は最大で０．００７程度であるのに対し、本実施の形態１にかかる液晶表示装置では０．００１５程度にまで抑制することが可能である。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、液晶分子のツイスト角をユーザの視線方向に応じて変化させることによって黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制している。これにより、特に大型の表示画面を有する液晶表示装置において、コントラストの優れた高品位の画像表示を可能とすることができる。
【００５０】
なお、黒色表示の際における輝度ムラを抑制するためには、上記のようにいわゆるＴＮ方式の液晶表示装置において、視線方向に垂直な平面に関する液晶分子の正射影と偏光板の遮光軸とが一致するようツイスト角を調整すればよい。従って、液晶分子のツイスト角の変化は表示画面１２の縦方向のみならず、横方向に関しても調整することで画像品位を向上させることが可能であることは言うまでもない。また、ＴＮ方式の液晶表示装置の中には、偏光板の遮光軸とかかる偏光板の近傍に位置する液晶分子の配向方向とが垂直に交差する構造のものも存在する。かかる構造の液晶表示装置の場合には、視線方向に垂直な平面に関する液晶分子の正射影と、偏光板の遮光軸とがほぼ垂直になるようツイスト角を調整することで、コントラストの優れた高品位の画像表示が可能となる。この他の構造を有する液晶表示装置の場合にも、一方の偏光板の遮光軸と偏光板の近傍に位置する液晶分子の配向方向の正射影がなす角が、他方の偏光板の遮光軸と偏光板の近傍に位置する液晶分子の配向方向の正射影がなす角とほぼ一致するように構成することによって、コントラストの優れた高品位の画像表示が可能となる。また、ツイスト角の最適値は液晶分子のプレチルト角、表示画面の大きさ、ユーザの視点の位置およびユーザと表示画面との距離等によって変動するのであって、上部領域で８２°、下部領域で９８°とした上記の構造に限定されるものでもない。
【００５１】
次に、本実施の形態１にかかる液晶表示装置の製造方法について説明する。まず、アレイ基板１および対向基板２上に所定の配線構造を形成する。そして、アレイ基板１の内表面および対向基板２の内表面上に将来配向膜６、７を形成する有機膜または無機膜を蒸着等によって形成する。
【００５２】
そして、かかる有機膜または無機膜に対してイオンビームを照射することによって所定の方位を有し、かかる方位によって液晶分子の配向方向を規定する溝構造を形成する。ここで、本実施の形態１にかかる液晶表示装置は、表示画面の上部領域に対応した部分から下部領域に対応した部分において、液晶分子のツイスト角が異なるよう液晶分子を配置する必要があるため、溝構造の方位も表示画面の上部領域と下部領域で異なるよう形成する必要がある。
【００５３】
図９（ａ）は、かかる異方性を有する溝構造を実現するためのイオンビーム光源とスリットを用いてイオンビームを照射する工程を模式的に示す図である。なお、図９は、基板２２の表面に形成された膜構造２４に対して溝構造を形成する例について示すが、基板２２はアレイ基板１出会っても対向基板２であってもよい。
【００５４】
図９（ｂ）に示すように、基板２２は所定の方向に搬送され、かかる搬送方向に対して４５°の角度をなすようにイオンビーム光源２０が配置される。また、イオンビーム光源２０のビーム出射方向前方には、所定のエッジ形状２３を有するスリット２１が配置される。エッジ形状２３はスリット関数によって決定され、スリット関数とは、スリット２１端部の形状のことをいい、かかるスリット関数によってイオンビーム光源２０から出射されるイオンビームの方位を制御し、所望の方位の溝構造を形成する。
【００５５】
具体的には、イオンビーム光源２０は、ほぼ面状のイオンビームを出力し、出力されたイオンビームはスリット２１の所定のスリット関数によって規定されるエッジ形状２３によって方位を制御される。以下で、スリット関数の決定方法について説明する。
【００５６】
イオンビーム光源２０から出力されるイオンビームの出射方向と、スリット２１のスリット関数とのなす角度ψがほぼ９０°となる場合には、溝構造の方位と角度ψとの間に線形の関係がある。例えば、基板２２の移動方向をｘ方向とし、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向とした場合、ｙ方向における膜構造２４の各位置で、溝構造の方位の分布をＴ（ｘ）、スリット関数をｆ（ｘ）とすると、
−（∂ｆ（ｘ）／∂ｘ）＝ａＴ（ｘ）・・・（１）
の関係が存在する。ここで、ａは比例定数であり、基板２２の面積、膜構造２４、液晶分子の種類およびイオンビームの性質によって異なる値を有する。（１）式より、スリット関数ｆ（ｘ）は、（１）式の右辺を積分することによって導出される。ここで、Ｔ（ｘ）は溝構造の方位分布であって設計段階で計算することが可能であり、ａは所定の環境下で実測することで導出可能である。
【００５７】
実際に、表示画面１２の上端部に対応した部分でツイスト角が８２°、下端部に対応した部分でツイスト角を９８°となるようツイスト角を上下方向に連続的に変化させるよう配向膜６、７を形成するために必要なスリット関数について図１０に示す。図１０において、曲線ｌ５は配向膜６を形成する際に必要なスリット関数を示し、曲線ｌ６は配向膜７を形成する際に必要なスリット関数を示す。また、図１０の横軸は、表示画面１２の縦方向の座標を示し、０が中央に対応し、正の値は上部領域、負の値は下部領域に対応する。
【００５８】
なお、溝構造の方位分布とスリット関数との間に線形の関係が無くとも所望の方位分布の溝構造を実現することが可能である。あるスリット関数をｆ’（ｘ）、実現したい溝構造の方位分布をＴ（ｘ）とする。ｆ’（ｘ）のスリット関数に対するイオンビームの角度ψと溝構造の方位との関係は実験的に求められ、角度ψが方位分布Ｔの関数とわかっているとする。そのときの関数をｇ（Ｔ）とすると、ｆ’（ｘ）は、
−（∂ｆ’（ｘ）／∂ｘ）＝ｇ（Ｔ（ｘ））・・・（２）
となる。（２）式の関係に基づいてスリット関数を求めれば、所望の方位分布を有する溝構造を形成することが可能となる。
【００５９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる液晶表示装置について説明する。実施の形態２にかかる液晶表示装置は、アレイ基板に対して平行方向に電界を印加することによって画像表示を行う、いわゆる面内応答（ＩＰＳ）型の液晶表示装置である。かかるＩＰＳ型の液晶表示装置において、表示画面の左右端部領域に対応した領域の液晶分子の配向方向を制御することによって、黒色表示の際にかかる領域で生じる輝度ムラを抑制している。なお、本実施の形態２にかかる液晶表示装置は、アレイ基板上に共通電極が配置される以外の点においては、実施の形態１と比較して配向膜の溝構造の方位および液晶層内における液晶分子の配向状態が異なるため、以下ではかかる部分について重点的に説明を行う。
【００６０】
図１１は、本実施の形態２にかかる液晶表示装置の構造について示す断面図である。図１１に示すように、実施の形態２にかかる液晶表示装置は、画素電極および共通電極を含む配線構造を有するアレイ基板３０と、アレイ基板３０と対向して配置された対向基板３１と、アレイ基板３０と対向基板３１との間に封入された液晶層３２とを有する。また、アレイ基板３０および対向基板３１の内表面上には配向膜３３および配向膜３４が配置され、アレイ基板３０および対向基板３１の外表面上には所定の遮光軸を有する偏光板３５および偏光板３６が配置された構造を有する。また、液晶層３２内において、アレイ基板３０の近傍に位置する液晶分子３８はプレチルト角φ３を有した状態で配向され、対向基板３１の近傍に位置する液晶分子３９は、プレチルト角φ４を有した状態で配向されている。さらに、本実施の形態２ではユーザが偏光板３６側から画像を見ることとし、偏光板３６の外表面を表示画面４１とする。このことは表示画面を対向基板３１の側に限定する趣旨ではなく、偏光板３５側からユーザが見る構造の場合にも本発明は適用可能である。
【００６１】
図１２は、実施の形態２にかかる液晶表示装置の平面構造を示す図であって、液晶分子の配向状態および偏光板３６の遮光軸４０との関係を示す。図１２に示すように、本実施の形態２にかかる液晶表示装置は、液晶層３２に含まれる液晶分子のツイスト角が、表示画面中央領域に対応した中央部においてほぼ０となるのに対して、右端部近傍においてはツイスト角が正の値を有し、左端部近傍においてはツイスト角が負の値を有する。ここで、ツイスト角における正の値とは、アレイ基板３０近傍に位置する液晶分子３８に対して、対向基板３１の近傍に位置する液晶分子３９が時計回り方向にねじれた状態における値をいう。また、負の値とは、液晶分子３８に対して液晶分子３９が反時計回り方向にねじれた状態をいう。
【００６２】
本実施の形態２にかかる液晶表示装置において、液晶層３２内における液晶分子のツイスト角を図１２に示すように形成した理由について説明する。図１１でも示したように、実施の形態２にかかる液晶表示装置では、液晶分子３８および液晶分子３９はそれぞれプレチルト角φ３、φ４を有する。従って、ツイスト角が０°の場合、表示画面４１に対して垂直方向から見た場合には液晶分子３８および液晶分子３９は平行にそろっているものの、斜め方向から見た場合にはプレチルト角φ３、φ４に起因してそれぞれの配向方向がばらつき、偏光板３６の遮光軸４０と一致しなくなる。偏光板３６の遮光軸４０と液晶分子３８、３９の配向方向がずれることによって黒色表示の際に輝度ムラが生じる。従って、ユーザの視線方向が表示画面４１に対して斜めとなる右端部近傍および左端部近傍の領域において、ツイスト角を与えることによって、ユーザから見た場合に液晶分子の配向方向および遮光軸４０の方向を視認上ほぼ一致させている。
【００６３】
かかる構造を備えることによって黒色表示の際において右端部近傍および左端部近傍において輝度ムラの発生を抑制している。図１３は、数値計算によって求めた液晶分子３８および液晶分子３９の配向方向について示すグラフである。図１３において、横軸は表示画面中央を原点とし、画面右方向を正とする座標を示す。また、縦軸は液晶分子の配向方向を示し、上記した時計方向のねじれを正としている。なお、図１３のグラフは、液晶表示装置の表示画面の横方向の長さを３６ｃｍとし、表示画面とユーザとの距離を５０ｃｍとして数値計算を行った結果を示している。図１３のグラフから明らかなように、表示画面の横方向が３６ｃｍであって、画面とユーザとの距離が５０ｃｍの場合は右端部領域におけるツイスト角が＋０．５°、左端部領域におけるツイスト角が−０．５°とすることで、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制できる。
【００６４】
図１４は、図１３の結果に基づいてツイスト角を制御した実施例と、従来技術にかかるＩＰＳ型の液晶表示装置とについて、黒色表示の際の輝度ムラについて比較したグラフである。図１４において、曲線ｌ９は従来技術にかかる液晶表示装置の輝度ムラについて示し、曲線ｌ１０は本実施の形態２にかかる液晶表示装置における輝度ムラについて示す。なお、横軸は、表示画面４１に垂直な方向を軸として、表示画面４１の横方向に関するユーザの視線方向のなす角度を示す。ここで、ユーザの視線方向の角度が正の場合はユーザは表示画面４１の右側領域を見た状態を示し、負の場合は左側領域を見た状態を示す。
【００６５】
図１４に示すように、表示画面の左右領域において黒色表示の際の光の漏れ出しが抑制されている。従って、本実施の形態２にかかる液晶表示装置は、従来よりも黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制可能であることが示せる。
【００６６】
なお、本実施の形態２にかかる液晶表示装置を構成する配向膜３３、３４については実施の形態１の場合と同様に形成することが可能である。具体的には、成膜した有機膜等に対して、所定のスリット関数を有するスリットを使用してイオンビーム等の出射方位の分布を制御する。かかる手法によって、図１２に示す液晶分子の配向状態を規定する配向膜３３、３４を形成することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ユーザの視線方向に関して第１配向膜の遮光軸と、第１配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致し、第２配向膜の遮光軸と、前記第２配向膜近傍に位置する液晶分子の方位がほぼ一致するため、ユーザの視線方向に関して、黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６８】
また、この発明によれば、ユーザの視線方向に関して、第１配向膜近傍に位置する液晶分子と、第２配向膜近傍に位置する液晶分子の配向方向が一致するため、ユーザの視点からは黒色表示の際における輝度ムラの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、この発明によれば、ビーム照射によって膜構造上に形成する溝構造に異方性を持たせることによって液晶分子の配向方向に異方性を持つ液晶表示装置を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態２にかかる液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図３】従来の液晶表示装置において、ユーザの視線方向から見た液晶分子間のなす角を説明するための図である。
【図４】従来の液晶表示装置において、液晶層両端部における液晶分子相互の位置関係を説明する図である。
【図５】（ａ）は、図４において方位ｘ１から見た液晶分子の位置関係を示す図であり、（ｂ）は、図４において方位ｘ２から見た液晶分子の位置関係を示す図であり、（ｃ）は、図４において方位ｘ２から見た液晶分子の位置関係を示す図である。
【図６】数値計算によって導出した、ユーザの視線方向と黒色表示の際において最低輝度を実現するツイスト角との関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態１にかかる液晶表示装置について、表示画面上の位置と液晶分子のツイスト角との関係を示すグラフである。
【図８】黒色表示の際における輝度ムラの程度について、実施の形態１にかかる液晶表示装置と、従来の液晶表示装置とを比較したグラフである。
【図９】（ａ）は、溝構造形成時における基板とイオンビーム光源との位置関係を示す断面図であり、（ｂ）は溝構造形成時における基板とイオンビーム光源との位置関係を示す平面図である。
【図１０】スリット形状のスリット関数について示すグラフである。
【図１１】実施の形態２にかかる液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図１２】実施の形態２にかかる液晶表示装置において、液晶分子のツイスト角の異方性について示す図である。
【図１３】実施の形態２にかかる液晶表示装置について、表示画面上の位置と液晶分子のツイスト角との関係を示すグラフである。
【図１４】黒色表示の際における輝度ムラの程度について、実施の形態２にかかる液晶表示装置と、従来の液晶表示装置とを比較したグラフである。
【符号の説明】
１          アレイ基板
１ａ      液晶分子
２          対向基板
３          液晶層
４、５  偏光板
６、７  配向膜
７          配向膜
８          遮光軸
９          遮光軸
１０ａ〜１０ｃ    液晶分子
１１ａ〜１１ｃ    液晶分子
２０      イオンビーム光源
２１      スリット
３０      アレイ基板
３２      対向基板
３３      液晶層
３３      配向膜
３４      配向膜
３５      偏光板
３６      偏光板
３８      液晶分子
３９      液晶分子
３９      遮光軸
４０      遮光軸
【図１】
2004258243.tif 000003
【図２】
2004258243.tif 000004
【図３】
2004258243.tif 000005
【図４】
2004258243.tif 000006
【図５】
2004258243.tif 000007
【図６】
2004258243.tif 000008
【図７】
2004258243.tif 000009
【図８】
2004258243.tif 000010
【図９】
2004258243.tif 000011
【図１０】
2004258243.tif 000012
【図１１】
2004258243.tif 000013
【図１２】
2004258243.tif 000014
【図１３】
2004258243.tif 000015
【図１４】
2004258243.tif 000016