(57)【要約】  本発明の液晶表示装置は、第１基板の液晶層３０側に設けられた第１電極１４と、第２基板２１に設けられ第１電極に液晶層を介して対向する第２電極２２とによって規定される絵素領域を有する。絵素領域において、第１電極１４は、導電膜から形成された中実部１４ｂと、導電膜が形成されていない非中実部１４ａ、１４ａ’を有し、中実部は、それぞれが非中実部によって実質的に包囲された複数の単位中実部１４ｂ’を含み、複数の単位中実部１４ｂ’のそれぞれは、略中央部に液晶層の厚さ方向に対して窪んだ凹部１５ａを形成している。液晶層は、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されたときに、非中実部のエッジ部に生成される斜め電界によって複数の単位中実部１４ｂ’のそれぞれに放射状傾斜配向をとる液晶ドメインを形成するとともに、放射状傾斜配向の中心を凹部１５ａ内に形成する。【特許請求の範囲】
【請求項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を有し、
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基板に設けられ前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極とによって規定される絵素領域を有し、
前記絵素領域において、前記第１電極は、導電膜から形成された中実部と、導電膜が形成されていない非中実部を有し、前記中実部は、それぞれが前記非中実部によって実質的に包囲された複数の単位中実部を含み、前記複数の単位中実部のそれぞれは、略中央部に前記液晶層の厚さ方向に対して窪んだ凹部を形成しており、
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、前記非中実部のエッジ部に生成される斜め電界によって、前記複数の単位中実部のそれぞれに放射状傾斜配向をとる液晶ドメインを形成するとともに、前記放射状傾斜配向の中心を前記凹部内に形成する、液晶表示装置。
【請求項２】
前記絵素領域において、前記第１電極の前記基板側に設けられた誘電体層を有し、前記誘電体層は凹部または孔を有しており、前記複数の単位中実部は、前記誘電体層の前記凹部または前記孔に対応して前記凹部を形成している、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記絵素領域において、前記誘電体層を介して前記第１電極の前記非中実部に対向する第３電極を更に有する、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記誘電体層は前記第３電極を露出する少なくとも１つの孔を有し、前記複数の単位中実部の少なくとも１つは、前記少なくとも１つの孔において前記第３電極と接続されている、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶ドメインの配向と前記非中実部に対応する前記液晶層の領域の配向とは互いに連続している、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記非中実部は、前記複数の単位中実部によって実質的に包囲された開口部を有し、
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、前記開口部に対応する前記液晶層の領域にも放射状傾斜配向をとる液晶ドメインを形成する、請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記絵素領域において、前記第２電極は、前記第２基板の表面に平行な連続な表面を有している、請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されていないとき、前記液晶層の前記第２電極側の液晶分子は、前記第２基板の表面に対して実質的に垂直に配向している、請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
【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、広視野角特性を有し、高品位の表示を行う液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、広視野角特性を有する液晶表示装置が開発され、パーソナルコンピュータのモニタ、携帯情報端末機器の表示装置、あるいは、テレビジョン受像機として広く利用されている。【０００３】
広視角特性を有する液晶表示装置の１つとして、垂直配向型液晶層を用いたもの（「ＶＡモード」といわれる。）がある。本出願人は、特許文献１および特許文献２に、電圧印加時に放射状傾斜配向ドメインを形成することによって視野角特性を改善したＶＡモードの液晶表示装置を開示している。この液晶表示装置においては、電圧印加時に、各絵素内に複数の放射状傾斜配向ドメインが形成され、隣接する放射状傾斜配向ドメイン内の液晶分子の配向は互いに連続する。本出願人は、特許文献１および２に開示されている特徴的な配向状態を用いる液晶表示モードをＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｉｎｗｈｅｅｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ（ＣＰＡ）モードと呼んでいる（非特許文献１）。【０００４】
特許文献１には、絵素電極に非中実部（導電層が無い部分、開口部）を設け、電圧印加時に絵素電極の非中実部のエッジ部に生成される斜め電界を用いて、放射状傾斜配向を形成する構成が開示されている。更に、放射状傾斜配向を安定にするために、液晶層を介して絵素電極に対向する基板の液晶層側に、配向規制構造を設けた構成が開示されている（例えば特許文献１の図２７参照）。このような配向規制構造として、液晶層側に突き出た凸部が例示されている（例えば特許文献１の図２４（ｂ）参照）。【０００５】
特許文献２に開示されている液晶表示装置は、誘電体層を介して互いに対向するように配置された上層導電層および下層導電層を用いて構成された絵素電極を備えている。液晶層側に配置された上層導電層は、特許文献１の絵素電極と同様に開口部（非中実部）を有し、電圧印加時に開口部のエッジ部に生成される斜め電界を用いて放射状傾斜配向ドメインを形成する。下層導電層は、少なくとも上層導電層の開口部に対向する領域に設けられており、上層導電層の開口部に対応する領域の液晶層に印加される電圧が低下し過ぎることを防止する（例えば、特許文献２の図１１参照）。特許文献２にも、液晶層を介して絵素電極（上層導電層）に対向する基板の液晶層側に、配向規制構造を設けることによって放射状傾斜配向を安定にした構成が開示されている（例えば特許文献２の図３０参照）。【０００６】
これらの特許文献に開示されている液晶表示装置は、絵素電極に対向する基板の液晶層側に配向規制構造を設けることによって、放射状傾斜配向が安定化されるので、広い階調に亘って高品位の表示を実現するとともに、液晶表示パネルに応力がかかっても残像が発生し難いという効果を奏する。
【特許文献１】特開２００２−２０２５１１号公報
【特許文献２】特開２００２−５５３４３号公報
【非特許文献１】久保他、シャープ技報、第８０号、第１１〜１４頁（２００１年８月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１または２に記載されている液晶表示装置は、液晶分子の配向を安定化するために、斜め電界を生成するための非中実部（例えば開口部）を設けた電極に対向する基板に配向規制構造（例えば凸部）を形成する必要があるので、製造コストが上昇するという問題がある。例えば、開口部を有する絵素電極が設けられるＴＦＴ基板に対向するように配置される対向基板（典型的にはカラーフィルタ基板）に配向規制構造を設ける必要があり、対向基板の製造工程が増加する、および製造コストが上昇するという問題がある。【０００８】
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、その主な目的は、非中実部を有する電極が形成された基板に配向規制構造を設けることにより、放射状傾斜配向を安定化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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を有し、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基板に設けられ前記第１電極に前記液晶層を介して対向する第２電極とによって規定される絵素領域を有し、前記絵素領域において、前記第１電極は、導電膜から形成された中実部と、導電膜が形成されていない非中実部を有し、前記中実部は、それぞれが前記非中実部によって実質的に包囲された複数の単位中実部を含み、前記複数の単位中実部のそれぞれは、略中央部に前記液晶層の厚さ方向に対して窪んだ凹部を形成しており、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、前記非中実部のエッジ部に生成される斜め電界によって、前記複数の単位中実部のそれぞれに放射状傾斜配向をとる液晶ドメインを形成するとともに、前記放射状傾斜配向の中心を前記凹部内に形成することを特徴とする。【００１０】
ある実施形態において、前記絵素領域において、前記第１電極の前記基板側に設けられた誘電体層を有し、前記誘電体層は凹部または孔を有しており、前記複数の単位中実部は、前記誘電体層の前記凹部または前記孔に対応して前記凹部を形成している。【００１１】
ある実施形態において、前記絵素領域において、前記誘電体層を介して前記第１電極の前記非中実部に対向する第３電極を更に有する。【００１２】
ある実施形態において、前記誘電体層は前記第３電極を露出する少なくとも１つの孔を有し、前記複数の単位中実部の少なくとも１つは、前記少なくとも１つの孔において前記第３電極と接続されている。【００１３】
ある実施形態において、前記液晶ドメインの配向と前記非中実部に対応する前記液晶層の領域の配向とは互いに連続している。【００１４】
ある実施形態において、前記非中実部は、前記複数の単位中実部によって実質的に包囲された開口部を有し、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、前記開口部に対応する前記液晶層の領域にも放射状傾斜配向をとる液晶ドメインを形成する。【００１５】
ある実施形態において、前記絵素領域において、前記第２電極は、前記第２基板の表面に平行な連続な表面を有している。【００１６】
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されていないとき、前記液晶層の前記第２電極側の液晶分子は、前記第２基板の表面に対して実質的に垂直に配向している。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液晶表示装置において、非中実部を有する電極は、中実部の略中央部に液晶層の厚さ方向に対して窪んだ凹部を形成しており、凹部内に放射状傾斜配向の中心が形成されるので、当該電極に対向する基板に配向規制構造を設けなくとも、放射状傾斜配向を安定化することができる。従って、対向基板の製造工程の増加や、製造コストの上昇を伴うことなく、放射状傾斜配向が十分に安定化された液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態の液晶表示装置１００の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は液晶表示装置１００の絵素領域の平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、液晶表示装置１００において放射状傾斜配向ドメインが安定に形成されるメカニズムを説明するための図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）はＯＮ初期状態、（ｃ）は定常状態における液晶分子の配向状態を示している。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明による他の実施形態の液晶表示装置２００の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は液晶表示装置２００の絵素領域の平面図であり、（ｂ）は（ａ）中の３Ｂ−３Ｂ’線に沿った断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、液晶表示装置２００において放射状傾斜配向ドメインが安定に形成されるメカニズムを説明するための図であり、（ａ）は電圧無印加時、（ｂ）はＯＮ初期状態、（ｃ）は定常状態における液晶分子の配向状態を示している。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の液晶表示装置が有する絵素電極の他の例を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の液晶表示装置が有する絵素電極のさらに他の例を示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の液晶表示装置が有する絵素電極の単位中実部の角部を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施形態の液晶表示装置が有する絵素電極のさらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１１、２１  透明基板（ガラス基板）
１２  下層電極
１２ａ  接続配線
１３  誘電体層（層間絶縁層）
１３ａ  孔（凹部）
１４  絵素電極（上層電極）
１４ａ  開口部
１４ａ’切欠き部
１４ｂ  中実部
１４ｂ’  単位中実部
１５ａ  凹部
２２  対向電極
３０  液晶層
３０ａ  液晶分子
１００、２００  液晶表示装置
１００ａ、２００ａ  ＴＦＴ基板
１００ｂ、２００ｂ  対向基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の液晶表示装置の構造およびその動作を説明する。なお、本発明は以下に例示する実施形態に限定されるものではない。【００２１】
図１（ａ）および（ｂ）に本発明による実施形態の液晶表示装置１００の構成を模式的に示す。図１（ａ）および（ｂ）は、簡単のために、液晶表示装置１００の１つの絵素領域の電極構造を模式的に示しており、詳細な構造は省略している。図１（ａ）は液晶表示装置１００の絵素領域の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中の１Ｂ−１Ｂ’線に沿った断面図である。ここで、「絵素領域」とは、表示における「絵素（ドット）」に対応する液晶表示装置の領域を指す。カラー液晶表示装置においては、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各「絵素」に対する領域が「絵素領域」となる。アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、絵素電極と、絵素電極と対向する対向電極とが絵素領域を規定する。【００２２】
液晶表示装置１００は、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液晶層３０とを有している。液晶層３０の液晶分子は、負の誘電異方性を有し、ＴＦＴ基板１００ａおよび対向基板１００ｂの液晶層３０側の表面に設けられた垂直配向膜（不図示）によって、液晶層３０に電圧が印加されていないとき、垂直配向膜の表面に対して垂直に配向する。このとき、液晶層３０は垂直配向状態にあるという。但し、垂直配向状態にある液晶層３０の液晶分子は、垂直配向膜の種類や液晶材料の種類によって、垂直配向膜の表面（基板の表面）の法線から若干傾斜することがある。一般に、垂直配向膜の表面に対して、液晶分子軸（「軸方位」ともいう。）が約８５°以上の角度で配向した状態が垂直配向状態と呼ばれる。【００２３】
液晶表示装置１００のＴＦＴ基板１００ａは、透明基板（例えばガラス基板）１１とその表面に形成された絵素電極１４とを有している。対向基板１００ｂは、透明基板（例えばガラス基板）２１とその表面に形成された対向電極２２とを有している。液晶層３０を介して互いに対向するように配置された絵素電極１４と対向電極２２とに印加される電圧に応じて、絵素領域ごとの液晶層３０の配向状態が変化する。液晶層３０の配向状態の変化に伴い、液晶層３０を透過する光の偏光状態や量が変化する現象を利用して表示が行われる。【００２４】
液晶表示装置１００が有する絵素電極１４は、開口部１４ａおよび切欠き部１４ａ’と中実部１４ｂとを有している。開口部１４ａおよび切欠き部１４ａ’は、導電膜（例えばＩＴＯ膜）から形成される絵素電極１４の内の導電膜が除去された部分を指し、中実部１４ｂは導電膜が存在する部分（開口部１４ａ以外の部分）を指す。開口部１４ａおよび切欠き部１４ａ’をあわせて非中実部と呼ぶこともある。ここでは、絵素電極１４に１つの開口部１４ａが形成されている例を示しているが、後に例示するように、絵素電極ごとに複数の開口部１４ａを形成しても良いし、開口部１４ａを設けなくても、１つの絵素領域内に複数の放射状傾斜配向領域を形成することが出来る。なお、中実部１４ｂは、基本的には連続した単一の導電膜から形成されている。一方、対向電極２２は基板２１の表面に平行な連続な表面を有しており、典型的には、表示領域に全面に亘る一枚の導電層で形成されている。【００２５】
図１（ａ）に破線で示した正方形（４つの正方格子の集合）は、単一の導電層から形成された従来の絵素電極に対応する領域（外形）を示しており、この絵素領域の外形に対応する。絵素領域に形成されている４つの正方格子の中心に位置する、非中実部によって実質的に包囲されている中実部の部分を「単位中実部」と呼ぶこともある。【００２６】
絵素電極１４と対向電極２２とによって液晶層３０に電圧を印加すると、中実部１４のエッジ（非中実部によって規定されている）に生成される斜め電界によって、単位中実部１４ｂ’ごとに放射状傾斜配向ドメインが形成される。また、単位中実部１４ｂ’に囲まれている開口部１４ａに対応する領域には、液晶分子の傾斜方向が単位中実部１４ｂ’に形成される放射状傾斜配向ドメインとは逆向きの放射状傾斜配向ドメインが形成される。単位中実部１４ｂ’に対応する放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向を上に向けて広げた傘に例えると、開口部１４ａに対応して形成される放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向は下に向けて広げた傘に例えられる。従って、単位中実部１４ｂ’に形成される放射状傾斜配向ドメインと開口部１４ａに対応して形成される放射状傾斜配向ドメインとは、その境界において液晶分子の傾斜方向が整合するので、液晶分子の配向が絵素領域全体で安定する。すなわち、単位中実部１４ｂ’に対応して形成される液晶ドメインの配向と非中実部に対応する液晶層の領域の配向とは互いに連続しているので、液晶分子の配向が絵素領域全体で安定する。【００２７】
切欠き部１４ａ’に対応する領域の液晶分子の配向も、開口部１４ａに対応する領域の液晶分子の配向と同じであり、切欠き部に隣接する単位中実部１４ｂ’に形成される放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の傾斜方向と整合するように傾斜する。切欠き部１４ａ’は、開口部１４ａのように周辺を中実部１４ｂによって包囲されていないので、切欠き部１４ａ’に対応して形成される液晶ドメインの外形を傘に例えることは出来ないが、単位中実部１４ｂ’に対応して形成される放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向と整合するように配向し、液晶分子の配向を安定化させるように作用する点では、開口部１４ａと同じである。図１（ａ）に示した１つの正方格子内の略円形の単位中実部１４ｂ’は、その円周の約４分の１は開口部１４ａの辺によって規定されており、他の約４分の３は切欠き部１４ａ’の辺によって規定されている。単位中実部１４ｂ’に対応して形成される放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向にとっては、単位中実部１４ｂ’の外形が開口部１４ａによって規定されていても、あるいは切欠き部１４ａ’によって規定されていても同じなので、開口部１４ａ’と切欠き部１４ａとを区別する必要が無い場合は、非中実部と呼ぶ場合がある。【００２８】
開口部１４ａを形成しなくても、切欠き部１４ａ’を形成するだけで１つの絵素領域に複数の液晶ドメインを形成することもできる。例えば、図１（ａ）に示した縦方向に互いに隣接する２つの単位中実部１４ｂ’に注目し、これを１つの絵素電極と考えると、この絵素電極は、２つの単位中実部１４ｂ’で構成され、開口部１４ａを有しないが、電圧印加時には、放射状傾斜配向をとる２つの液晶ドメインを形成する。このように、絵素電極が、少なくとも、電圧印加時に放射状傾斜配向をとる複数の液晶ドメインを形成するような単位中実部１４ｂ’を有していれば（言い換えると、そのような外形を有していれば）、絵素領域内の液晶分子の配向の連続性は得られるので、単位中実部１４ｂ’に対応して形成される液晶ドメインの放射状傾斜配向は安定する。【００２９】
また、ここでは、正方形の絵素領域を例示しているが、絵素領域の形状はこれに限られない。絵素領域の一般的な形状は、矩形（正方形と長方形を含む）に近似されるので、互いに合同な複数の単位中実部１４ｂ’を規則正しく配列することによって、絵素領域内に単位中実部１４ｂ’に対応する複数の放射状傾斜配向ドメインを形成し、絵素領域内の液晶分子を安定に配向させることが出来る。もちろん、絵素領域の形状に応じて、大きさや形の異なる単位中実部１４ｂ’を形成してもよいが、視角特性の観点から、単位中実部の外形は４回回転対称性以上の対称性を有することが好ましい。４回回転対称性を有すると、ノーマリブラックモードの透過型液晶表示装置においてクロスニコルに配置された一対の偏光板の透過軸によって規定される４つの方位角範囲（十字によって分離される４つの領域）に対して、同等の表示特性（視角特性）を得ることができる。【００３０】
本実施形態の液晶表示装置１００が有する絵素電極１４は、図１（ａ）および（ｂ）に模式的に示したように、各単位中実部１４ｂ’の略中央部に液晶層３０の厚さ方向に対して窪んだ凹部１５ａを形成している。この凹部１５ａは、電圧印加時に単位中実部１４ｂ’に対応して形成される放射状傾斜配向の中心をこの凹部１５ａ内に形成させるように作用する。従って、単位中実部１４ｂ’のエッジに生成される斜め電界の影響だけでなく、凹部１５ａの形状効果（断面形状の効果）によって、放射状傾斜配向が安定化する。斜め電界が放射状傾斜配向の周辺部に存在する液晶分子の配向を規制するように作用するのに対し、凹部１５ａは放射状傾斜配向ドメインの中心部に存在する液晶分子の配向を規制する。その結果、放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向がさらに安定化する。従って、液晶パネルに応力が加わって液晶の配向が乱れても、短時間に元の配向状態に復帰する。さらに、放射状傾斜配向の中心は、確実に凹部１５ａ内に形成され固定されるので、復元される配向状態は常にほぼ等しくなる。また、放射状傾斜配向の中心が各凹部１５ａ内に必ず形成されるので、視角特性の絵素間のばらつきが抑制されるという効果も得られる。また、上述した特許文献１および特許文献２に開示されている液晶表示装置の様に絵素電極に対向する基板の液晶層側に配向規制構造を設けるのでは無いので、対向基板の製造工程の増加や、コストが上昇するという問題がない。【００３１】
絵素電極１４の凹部１５ａは、例えば、図１（ｂ）に示した様に、絵素電極１４の下側（透明基板１１側）に形成された誘電体層（層間絶縁膜）１３の孔１３ａを覆うように、絵素電極１４を形成することによって形成される。ここでは、誘電体層１３が孔１３ａを有する例を示しているが、凹部でもよい。なお、ここで例示している孔１３ａは、誘電体層１３の下層に設けられた接続配線（ドレイン電極延設部）１２ａを露出するように設けられており、接続配線１２ａと絵素電極１４とを互いに電気的に接続するコンタクト部を形成するためのコンタクトホールとしても機能している。図１では簡単のために省略しているが、透明基板１１上には、ＴＦＴおよびＴＦＴのゲート電極に接続されたゲートバスライン、ＴＦＴのソース電極に接続されたソースバスライン、更に必要に応じて設けられる補助容量（ＣＳ）および補助容量配線（ＣＳバスライン）を覆うように誘電体層１３が設けられている。もちろん、ＴＦＴに代えてＭＩＭなどの他のスイッチング素子が設けられる場合もある。このように、誘電体層１３をＴＦＴや各バスラインなどを覆うように設けると、絵素電極１４がその周辺においてバスラインの一部と重なるように絵素電極１４を設けることが出来るので、表示に寄与する面積比率（絵素開口率）を増大できる利点が得られる。【００３２】
図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、液晶表示装置１００において、放射状傾斜配向ドメインが安定に形成されるメカニズムを説明する。図２（ａ）は液晶層３０に電圧を印加していない状態を模式的に示しており、図２（ｂ）は、液晶層３０に印加された電圧に応じて、液晶分子３０ａの配向が変化し始めた状態（ＯＮ初期状態）を模式的に示しており、図２（ｃ）は、印加された電圧に応じて変化した液晶分子３０ａの配向が定常状態に達した状態を模式的に示している。図２（ｂ）および図２（ｃ）中の曲線ＥＱは等電位線ＥＱを示している。【００３３】
図２（ａ）に示すように、電圧無印加状態においては、液晶分子３０ａはＴＦＴ基板１００ａおよび対向基板１００ｂの液晶層３０に接する表面に設けられている垂直配向膜（不図示）の表面に対して略垂直に配向している。凹部１５ａ付近の液晶分子３０ａは、凹部１５ａの斜面（厳密には斜面上の垂直配向膜の表面）に対して略垂直に配向しようとするので、凹部１５ａの中心に向かって傾斜する。凹部１５ａによるこの配向規制力は、凹部１５ａの物理的な形状に起因するものであり、電圧の印加・無印加に拘わらず凹部１５ａの近傍の液晶分子３０ａに作用する。【００３４】
この液晶層３０に電圧を印加すると、図２（ｂ）に示す等電位線（電気力線と直交する）ＥＱで表される電位勾配が形成される。この等電位線ＥＱは、絵素電極１４の中実部１４ｂと対向電極２２との間に位置する液晶層３０内では、中実部１４ｂおよび対向電極２２の表面に対して平行であり、絵素電極１４の開口部１４ａに対応する領域で落ち込み、開口部１４ａのエッジ部（開口部１４ａの境界（外延）を含む開口部１４ａの内側周辺）上の液晶層３０内には、傾斜した等電位線ＥＱで表される斜め電界が形成される。もちろん、切欠き部１４ａ’に対応する領域においても、開口部１４ａに対応する領域と同様に、等電位線ＥＱは落ち込む。【００３５】
負の誘電異方性を有する液晶分子３０ａには、液晶分子３０ａの軸方位を等電位線ＥＱに対して平行（電気力線に対して垂直）に配向させようとするトルク（すなわち配向規制力）が作用する。従って、開口部１４ａのエッジ部上の液晶分子３０ａは、図２（ｂ）に示したように、図中の右側エッジ部では時計回り方向に、図中の左側エッジ部上では反時計回り方向に、それぞれ傾斜（回転）し、等電位線ＥＱに平行に配向する。すなわち、単位中実部１４ｂ’の周辺の近傍の液晶分子３０ａは、単位中実部１４ｂ’の中心に向かって傾斜するように配向する。この配向方向（傾斜方向）は、単位中実部１４ｂ’の中央部に形成されている凹部１５ａによって配向規制されている液晶分子３０ａの配向方向（傾斜方向）と一致している。【００３６】
液晶層３０に印加する電圧が飽和電圧に近づくと、図２（ｃ）に示すように、単位中実部１４ｂ’に対応する領域に放射状傾斜配向ドメインが形成されるとともに、開口部１４ａに対応する領域にも放射状傾斜配向ドメインが形成される。単位中実部１４ｂ’に対応する放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向は、先を上に向けて広げた傘のようになり、開口部１４ａに対応して形成される放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向は先を下に向けて広げた傘のようになる。図示したように、単位中実部１４ｂ’に対応する液晶ドメインの配向と開口部１４ａに対応する液晶ドメインの配向とが互いに連続している（整合している）ので、液晶層３０内の液晶分子３０ａの配向が安定化される。【００３７】
さらに、単位中実部１４ｂ’に対応する放射状傾斜配向ドメインの中心は、凹部１５ａ内に形成されるので、複数の単位中実部のそれぞれに対応して形成される放射状傾斜配向ドメインは等価になる。すなわち、開口部１４ａのエッジ部に形成される斜め電界による配向規制力だけで放射状傾斜配向ドメインを形成すると、放射状傾斜配向ドメインの中心の位置は必ずしも一定せず、ドメイン間で異なることがある。特に、印加する電圧が低い場合には十分な配向規制力が得られないために、この現象は顕著となる。放射状傾斜配向ドメインの中心位置がずれると、液晶分子３０ａの配向方向の分布に偏りが生じるので、視野角特性が低下したり、表示にざらつきが見られるようになる。絵素電極１４が有する凹部１５ａは、印加電圧に無関係に一定の配向規制力を発現するので、放射状傾斜配向を安定化させる効果が高く、上述の不具合の発生を抑制することができる。【００３８】
定常状態にある液晶表示装置１００に応力が印加されると、液晶層３０の放射状傾斜配向は一旦崩れるが、応力が取り除かれると、配向規制力が液晶分子３０ａに作用しているので、放射状傾斜配向状態に復帰する。従って、応力による残像の発生が抑制される。凹部１５ａによる配向規制力が強すぎると、電圧無印加時にも放射状傾斜配向によるリタデーションが発生し、表示のコントラスト比を低下するおそれがあるが、凹部１５ａによる配向規制力は、斜め電界によって形成される放射状傾斜配向の安定化および中心軸位置を固定する効果を発現すればよいので、強い配向規制力は必要なく、表示品位を低下させるほどのリタデーションを発生させない程度の配向規制力で十分である。【００３９】
例えば、典型的な画素構造（単位中実部のサイズ：１５μｍ〜６０μｍ、特に１５μｍ〜４５μｍ、液晶層の厚さ：透過型または透過反射両用型の透過部は２μｍ〜４．５μｍ、特に２．５μｍ〜３．５μｍ、反射型または透過反射両用型の反射部は１．０μｍ〜２．３μｍ、特に１．２μｍ〜１．８μｍ）について、凹部１５ａの大きさ（典型的には最大幅）は、底部において９μｍ〜２０μｍの範囲にあることが好ましく、凹部１５ａの深さは１．５μｍ以上、特に２．５μｍ以上であることが好ましい。また、凹部１５ａの側面の傾斜角度は、基板面に対して３０度以上９０度未満であることが好ましい。もちろん、斜め電界による配向規制力と共同して液晶分子３０ａの配向を効果的に安定化させるためには、凹部１５ａは、単位中実部１４ｂ’の中央に形成し、単位中実部１４ｂ’の外形と相似な形状を有することが好ましい。単位中実部１４ｂ’は上述したように４回回転対称性以上の回転対称性を有することが好ましいので、凹部１５ａの外形も同様に４回回転対称性以上の回転対称性を有することが好ましく、その回転軸は、互いに一致することが好ましい（図５および図６参照）。【００４０】
液晶表示装置１００は、略円形の単位中実部１４ｂ’が互いに細い接続部で連結された例を示しているが、それぞれの単位中実部１４ｂ’に同じ電圧（ドレイン電圧）が供給されるように電気的に接続されていれば良い。従って、単位中実部１４ｂ’のそれぞれが接続配線１２ａと孔１３ａにおいて電気的に接続される構成を採用する場合、単位中実部１４ｂ’同士を接続部で互いに連結する必要が無いので、それぞれの単位中実部を独立に形成してもよい。あるいは、逆に、図示したように接続部で連結された単位中実部１４ｂ’を形成する場合には、単位中実部１４ｂ’のそれぞれを接続配線１２ａと接続する必要は無く、例えばＴＦＴのドレイン電極（不図示）に最も近い位置の単位中実部１４ｂ’の凹部１５ａにおいてのみ接続配線１２ａと接続してもよい。このとき、接続配線１２ａと接続しない単位中実部１４ｂ’の凹部１５ａを形成するために誘電体層１３に設ける孔１３ａに代えて誘電体層１３に凹部を形成しても良いし、あるいは基板１１の表面を露出する孔を形成してもよい。なお、単位中実部１４ｂ’の短絡や断線などの不良を修復する観点からは、それぞれの単位中実部１４ｂ’が複数の電気経路を介して、ＴＦＴのドレイン電極に電気的に接続される構成を採用することが好ましい。【００４１】
次に、図３および図４を参照して、本発明による他の実施形態の液晶表示装置２００の構造およびその動作を説明する。なお、以下の図において、図１および図２に示した液晶表示装置１００と同じ構成要素は共通の参照符号で示し、その説明をここでは省略する。【００４２】
図３（ａ）および（ｂ）に本発明による他の実施形態の液晶表示装置２００の構成を模式的に示す。図３（ａ）は液晶表示装置２００の絵素領域の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中の３Ｂ−３Ｂ’線に沿った断面図である。【００４３】
液晶表示装置２００は、ＴＦＴ基板２００ａと、対向基板２００ｂと、ＴＦＴ基板２００ａと対向基板２００ｂとの間に設けられた液晶層３０とを有している。液晶層３０の液晶分子は、負の誘電異方性を有し、ＴＦＴ基板２００ａおよび対向基板２００ｂの液晶層３０側の表面に設けられた垂直配向膜（不図示）によって、液晶層３０に電圧が印加されていないとき、垂直配向膜の表面に対して垂直に配向する。【００４４】
液晶表示装置２００は、絵素電極１４の開口部１４ａおよび切欠き部１４ａ’（すなわち非中実部）に、誘電体層１３を介して対向する下層電極１２を有している点において、先の液晶表示装置１００と異なる。下層電極１２は、液晶表示装置１００における接続配線１２ａと同様に、ＴＦＴのドレイン電極に接続されており、誘電体層１３の孔１３ａにおいて、絵素電極１４と電気的に接続されている。絵素電極１４は、誘電体層１３の孔１３ａを覆うように形成されており、孔１３ａに対応する位置に凹部１５ａを形成している。絵素電極１４を特に上層電極１４と言うこともある。このとき、上層電極１４と下層電極１２とを合わせて２層構造絵素電極と言うこともある。【００４５】
なお、図３（ａ）および（ｂ）では、開口部１４ａに誘電体層１３を介して対向するように設けられた下層電極１２は、開口部１４ａと重なる領域だけでなく、絵素電極１４が存在する領域にも存在するように形成された例を示したが、下層電極１２の配置はこれに限られず、開口部１４ａの全体に対向するように設ける必要も必ずしも無い。また、誘電体層１３を介して絵素電極１４の導電層が存在する領域と対向する位置に形成された下層電極１２は、液晶層３０に印加される電界に実質的に影響しないので、特にパターニングする必要はないが、パターニングしてもよい。【００４６】
本実施形態の液晶表示装置２００が有する絵素電極１４は、図３（ａ）および（ｂ）に模式的に示したように、各単位中実部１４ｂ’の略中央部に液晶層３０の厚さ方向に対して窪んだ凹部１５ａを形成しているので、先の液晶表示装置１００と同様に、放射状傾斜配向を安定に形成することが出来る。【００４７】
次に、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、液晶表示装置２００が下層電極１２を有することによる利点を説明する。図４（ａ）は液晶層３０に電圧を印加していない状態を模式的に示しており、図４（ｂ）は、液晶層３０に印加された電圧に応じて、液晶分子３０ａの配向が変化し始めた状態（ＯＮ初期状態）を模式的に示しており、図４（ｃ）は、印加された電圧に応じて変化した液晶分子３０ａの配向が定常状態に達した状態を模式的に示している。図４（ｂ）および図４（ｃ）中の曲線ＥＱは等電位線ＥＱを示している。【００４８】
図４（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）に対応し、液晶表示装置２００において、放射状傾斜配向ドメインが形成されるメカニズムは、液晶表示装置１００と同じである。液晶表示装置２００の絵素電極１４および凹部１５ａの構成および作用は、液晶表示装置１００と実質的に同じである。【００４９】
図４（ａ）に示すように、絵素電極１４と対向電極２２が同電位のとき（液晶層３０に電圧が印加されていない状態）には、絵素領域内の液晶分子３０ａは、両基板１１および２１の表面に対して垂直に配向している。【００５０】
液晶層３０に電圧を印加すると、図４（ｂ）に示した等電位線ＥＱで表される電位勾配が形成される。絵素電極１４と対向電極２２との間に位置する液晶層３０内には、絵素電極１４および対向電極２２の表面に対して平行な等電位線ＥＱで表される、均一な電位勾配が形成される。絵素電極１４の開口部１４ａの上に位置する液晶層３０には、下層電極１２と対向電極２２との電位差に応じた電位勾配が形成される。このとき、液晶層３０内に形成される電位勾配が、誘電体層１３による電圧降下の影響を受けるので、液晶層３０内に形成される等電位線ＥＱは、開口部１４ａに対応する領域で落ち込む（等電位線ＥＱに複数の「谷」が形成される）。誘電体層１３を介して開口部１４ａに対向する領域に下層電極１２が形成されているので、開口部１４ａのそれぞれの中央付近上に位置する液晶層３０内にも、絵素電極１４および対向電極２２の面に対して平行な等電位線ＥＱで表される電位勾配が形成される（等電位線ＥＱの「谷の底」）。開口部１４ａのエッジ部（開口部の境界（外延）を含む開口部の内側周辺）上の液晶層３０内には、傾斜した等電位線ＥＱで表される斜め電界が形成される。【００５１】
液晶層３０に印加する電圧が飽和電圧に近づくと、図４（ｃ）に示すように、単位中実部１４ｂ’に対応する領域に放射状傾斜配向ドメインが形成されるとともに、開口部１４ａに対応する領域にも放射状傾斜配向ドメインが形成される。単位中実部１４ｂ’に対応する放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向は、先を上に向けて広げた傘のようになり、開口部１４ａに対応して形成される放射状傾斜配向ドメインの液晶分子の配向は先を下に向けて広げた傘のようになる。図示したように、単位中実部１４ｂ’に対応する液晶ドメインの配向と開口部１４ａに対応する液晶ドメインの配向とが互いに連続している（整合している）ので、液晶層３０内の液晶分子３０ａの配向が安定化される。【００５２】
図４（ｂ）および（ｃ）と図２（ｂ）および（ｃ）とを比較すると明らかなように、図２（ｂ）および（ｃ）において開口部１４ａに対応する領域では等電位線ＥＱが落ち込み、谷に底が形成されないのに対し、図４（ｂ）および（ｃ）では、開口部１４ａに対応する領域（すなわち液晶層３０側から見て下層電極１２が露出している領域）に等電位線ＥＱの谷に底ができる。従って、開口部１４ａに対応する領域の液晶分子３０ａの傾斜角を、図４（ｃ）と図２（ｃ）とで比較すると、図４（ｃ）の方が小さい。一般に、誘電異方性が負のネマチック液晶材料を用いた垂直配向モードの液晶表示装置はノーマリブラックモードで表示を行うので、液晶表示装置２００（図４）の方が液晶表示装置１００（図２）よりも明るいということになる。【００５３】
従って、例えば、応答速度を改善するためなどの目的で、１つの絵素領域内に複数の開口部１４ａを比較的高い密度で設ける場合、上述した２層構造絵素電極を備える構成を採用することによって、表示輝度の低下を抑制できる利点が得られる。【００５４】
次に、図５〜図８を参照しながら、本発明の実施形態の液晶表示装置が有する絵素電極１４の構造のバリエーションを説明する。以下に説明する絵素電極１４の構造は、上述した液晶表示装置１００の絵素電極１４としても液晶表示装置２００の絵素電極（上層導電層）１４としても適用できる。また、図５および図６においては、液晶表示装置１００の接続配線１２ａおよび液晶表示装置２００の下層電極１２を省略するが、絵素電極１４との配置関係および接続関係は図１を参照して説明した通りである。【００５５】
本発明による実施形態の液晶表示装置の絵素電極として、図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すような絵素電極１４Ａおよび１４Ｂを用いることもできる。【００５６】
絵素電極１４Ａおよび１４Ｂは、各単位中実部１４ｂ’が略正方形となるように、略十字の開口部１４ａが正方格子状に配置されている。また、各単位中実部１４ｂ’の形状が同じになるように、切欠き部１４ａ’が配置されている。勿論、これらを歪ませて、長方形の単位格子を形成するように配置してもよい。このように、略矩形（矩形は正方形と長方形を含むとする。）の単位中実部１４ｂ’を規則正しく配列しても、表示品位が高い、視角特性に優れた液晶表示装置を得ることができる。【００５７】
但し、開口部１４ａおよび／または単位中実部１４ｂ’の形状は、矩形よりも円形または楕円形の方が放射状傾斜配向を安定化できるので好ましい。これは、開口部１４ａの辺が連続的に（滑らかに）変化するので、液晶分子３０ａの配向方向も連続的に（滑らかに）変化するためと考えられる。【００５８】
また、応答速度の観点から、図６（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示すような絵素電極１４Ｃおよび１４Ｄを用いてもよい。図６（ａ）に示した絵素電極１４Ｃは、図５（ａ）に示した略正方形状の単位中実部１４ｂ’を有する絵素電極１４Ａの変形例であり、絵素電極１４Ｃの単位中実部１４ｂ’の形状は、角部が鋭角化された歪んだ正方形状である。また、図６（ｂ）に示した絵素電極１４Ｄの単位中実部１４ｂ’の形状は、８つの辺（エッジ）を有し、且つ、その中心に４回回転軸を有する略星形であり、４つの角部のそれぞれが鋭角化されている。なお、角部を鋭角化するとは、９０°未満の角または曲線で角部を構成することをいう。【００５９】
開口部１４ａのエッジ部に生成される斜め電界によって液晶分子３０ａの配向が制御される液晶表示装置においては、液晶層３０に電圧が印加されると、まず、エッジ部上の液晶分子３０ａから傾斜し、その後、周辺の領域の液晶分子３０ａが傾斜し、放射状傾斜配向となる。そのため、液晶層に電圧が印加されたときに絵素電極上の液晶分子３０ａが一斉に傾斜するような表示モードの液晶表示装置と比べると、応答速度が遅いことがある。【００６０】
図６（ａ）および（ｂ）に示したように、単位中実部１４ｂ’が、角部が鋭角化された形状を有していると、斜め電界を生成するエッジ部がより多く形成されるので、より多くの液晶分子３０ａに斜め電界を作用させることができる。従って、電界に応答して最初に傾斜し始める液晶分子３０ａの数がより多くなり、絵素領域全域にわたって放射状傾斜配向が形成されるのに要する時間が短くなるので、液晶層３０に電圧を印加した際の応答速度が向上する。【００６１】
例えば、単位中実部１４ｂ’の一辺の長さが約４０μｍである液晶表示装置においては、単位中実部１４ｂ’の形状が図６（ａ）に示した歪んだ正方形状で、図７（ａ）に示すように角部を構成する辺のなす角θａが９０°未満である場合（例えば約８０°）には、単位中実部１４ｂ’の形状が図５（ｂ）に示したように略正方形状で、さらに角を丸くした場合において、図７（ｂ）に示すように角部を構成する辺のなす角θａが９０°である場合よりも、液晶層３０に電圧を印加した際の応答速度を約６０％短くすることができる。勿論、単位中実部１４ｂ’の形状を図６（ｂ）に示したような略星形としても同様に応答速度を短くすることができる。【００６２】
また、単位中実部１４ｂ’の形状を角部が鋭角化された形状とすると、単位中実部１４ｂ’の形状が略円形や略矩形である場合に比べて、特定の方位角方向に沿って配向する液晶分子３０ａの存在確率を高く（あるいは低く）することができる。すなわち、全ての方位角方向のそれぞれに沿って配向する液晶分子３０ａの存在確率により高い指向性をもたせることができる。そのため、偏光板を備え、直線偏光を液晶層３０に入射させるモードの液晶表示装置において、単位中実部１４ｂ’の角部を鋭角化すると、偏光板の偏光軸に対して垂直方向または平行方向に配向している液晶分子３０ａ、すなわち、入射光に対して位相差を与えない液晶分子３０ａの存在確率をより低くすることができる。従って、光の透過率を向上させ、より明るい表示を実現することができる。【００６３】
なお、上述したように単位中実部１４ｂ’の角部を鋭角化すると、絵素電極１４による斜め電界だけでは放射状傾斜配向の安定が悪くなることがある。例えば単位中実部１４ｂ’の形状が略円形である場合と比較すると、角部が鋭角化されている場合には、開口部１４ａの辺は、単位中実部１４ｂ’の形状が略円形である場合ほど滑らかには変化しないので、液晶分子３０ａの配向方向の変化の連続性が悪い。そのため、斜め電界による配向規制力だけでは、放射状傾斜配向の安定性が悪くなることがある。しかし、本実施形態の液晶表示装置の絵素電極は凹部１５ａを有するので、凹部１５ａによる配向規制力により、実用上十分な配向安定性を得ることができる。【００６４】
上述の実施形態の液晶表示装置は、１つの絵素領域に複数の開口部１４ａを有する構成を例示したが、絵素電極に１つの開口部１４ａを設けるだけで、１つの絵素領域に複数の液晶ドメインを形成することもできるし、さらに、開口部１４ａを形成しなくても、１つの絵素領域に複数の液晶ドメインを形成することもできる。また、単位中実部１４ｂ’に対応して放射状傾斜配向をとる液晶ドメインが形成されれば、開口部１４ａに対応して形成される液晶ドメインが放射状傾斜配向をとらなくとも、絵素領域内の液晶分子の配向の連続性は得られるので、単位中実部１４ｂ’に対応して形成される液晶ドメインの放射状傾斜配向は安定する。特に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示したように、開口部１４ａの面積が小さい場合には、表示に対する寄与も少ないので、開口部に対応する領域に放射状傾斜配向をとる液晶ドメインが形成されなくても、表示品位の低下は問題にならない。【００６５】
図８に示す絵素電極１４Ｅは、先の例のように、開口部を有しない。行および列を有するマトリクス状に配列される絵素電極１４Ｅは、列方向Ｄ１に一列に並んだ３つの単位中実部１４ｂ’を有している。各単位中実部１４ｂ’は略正方形でその角が丸くなった樽形を有しており、切欠き部１４ａ’によって単位中実部１４ｂ’の外形が規定されている。液晶層に電圧を印加すると、各単位中実部１４ｂ’の周辺に生成される斜め電界による配向規制力と、凹部１５ａによる配向規制力とによって、単位中実部１４ｂ’毎に放射状傾斜配向ドメインが形成されるとともに、放射状傾斜配向の中心が凹部１５ａ内に形成されるのは、先の実施形態の液晶表示装置と同じである。【００６６】
図８に示す切欠き部（非中実部）１４ａ’によって形成される正方単位格子と単位中実部１４ｂ’との間隙の長さ（片側のスペース）をｓとすると、安定な放射状傾斜配向を得るのに必要な斜め電界を生成するためには、片側スペースｓが所定の長さ以上である必要がある。【００６７】
片側スペースｓは、行方向Ｄ２に沿っても規定されるし、列方向Ｄ１に沿っても規定されるが、特開２００２−２０２５１１号公報に記載されているように、行方向Ｄ２に沿って隣接した絵素を反転駆動することによって、行方向Ｄ２に沿って隣接した絵素が反転駆動されない場合に比べて、行方向Ｄ２の片側スペースｓを短くしても十分な配向規制力が得られる。これは、行方向Ｄ２に沿って隣接した絵素が反転駆動されると、反転駆動されない場合に比べて強い斜め電界を発生させることができるからである。本実施形態によると、凹部１５ａの配向規制力が放射状傾斜配向を安定化させるように作用するので、上記公報に記載されている場合よりも、行方向Ｄ２に沿って隣接する絵素電極１４間距離を更に短くすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、少なくとも透過モードで表示を行う液晶表示装置、例えば典型的な透過型液晶表示装置だけでなく、透過反射両用型（半透過型）液晶表示装置に適用される。【００６９】
特に、液晶の配向状態の安定性が高いので、液晶パネルに応力が印加されやすい用途の液晶表示装置に好適に用いられる。
【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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【国際調査報告】
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