(57)【要約】【課題】パネルの狭額縁化を実現するために必要な液晶分子の配向制御方式を提供する。【解決手段】第一の基板１と、第一の基板１に間隔を隔てて配置されている第二の基板２と、第一の基板１と第二の基板２との間に挟持されている液晶層とを有し、液晶層を透過した光を用いて画像を表示する表示領域３と、光を遮光し画像を表示しない非表示領域４とが形成されている液晶表示装置において、表示領域３と非表示領域４における液晶分子５Ｍの配向方向が、それぞれ異なるように配向処理されている。非表示領域４に存在する不純物イオンが表示領域３に進入しないようにして、シミなど画面の劣化を防いでいる。表示領域３上にシミが出にくいパネルとすることができるので、その分非表示領域４の狭額縁化を進めることができる。【選択図】図４
2009031411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基板と、前記第一の基板に間隔を隔てて配置されている第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に挟持されている液晶層とを有し、前記液晶層を透過した光を用いて画像を表示する表示領域と、光を遮光し画像を表示しない非表示領域とが形成されている液晶表示装置であって、
前記表示領域と前記非表示領域における液晶分子の配向方向が、それぞれ異なるように配向処理されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記非表示領域における液晶分子の配向方向は、前記表示領域と前記非表示領域との境界線に対して平行に配向処理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】
前記非表示領域における液晶分子のチルト角の向きは、前記基板の外周端を向い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４】
前記非表示領域における液晶分子の配向方向は、ランダムとなるように配向処理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５】
前記非表示領域は、少なくとも一方の基板に複数本の溝を平行に形成したグレーティングにより配向処理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６】
前記グレーティングを被覆する様に配向被膜が形成されており、
前記配向被膜は、電圧無印加の状態で液晶分子を基板に対して平行に配向する水平配向能を有し、
前記液晶分子は該溝が伸びる方向と直交する方向に指向して水平配向することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第一の基板と前記第二の基板とで矩形のパネルを構成し、
前記表示領域は、該パネルの中央に位置し、
前記非表示領域は、中央の表示領域を囲むように枠状に形成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８】
前記中央の表示領域は、液晶分子の配向方向が矩形のパネルの辺に対して斜め方向となるように配向処理され、
前記周辺の非表示領域は、液晶分子の配向方向が矩形のパネルの各辺と平行若しくは直交するように配向処理されていることを特徴とする請求項７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する。より詳しくは液晶分子の配向制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、ＣＲＴよりも薄型、軽量、低消費電力などの利点を有し、パーソナルコンピュータ、デジタルスチルカメラ、携帯電話などの電子機器のディスプレイに広く利用されている。この様な液晶表示装置の表示方式として、アクティブマトリクス方式が知られている。
【０００３】
アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は一般にフラットパネル形状を有し、中央に画面を構成する表示領域が形成されている。この表示領域には微細な画素がマトリクス状に配されており、さらに走査線とデータ線が配されている。走査信号とデータ信号とをこれらの走査線とデータ線に選択的且つ順次に印加して画素を駆動することにより、表示領域に画像を表示する。
【０００４】
しかしながら、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、表示領域の中央に位置する画素と、周辺に位置する画素とで駆動条件が同一にならない。表示領域周辺の画素は、液晶層に印加される電位が安定しないため、画像にシミが発生するなど画像品質が劣化する場合がある。この現象は、表示領域の周辺最端部にある画素と、中央部に位置する画素とで発生する寄生容量が異なることが主因である。中央部に位置する個々の画素はその隣を別の画素で囲まれているのに対し、表示領域の周辺最端部にある画素は配置条件が異なり別の画素で周囲を囲われていない。このため表示領域の最端部と中央部とで画素の寄生容量が異なり、表示領域の周辺に位置する画素は液晶層に印加する電位が安定化せず、画像品質が低下する。
【０００５】
この様な不具合を解消するために、液晶表示装置のパネルの中央に位置する表示領域を枠状に囲むように非表示領域を設けた構成が提案されており、例えば特許文献１〜３に記載がある。表示領域に通常の画素をマトリクス状に配すると共に、周辺の非表示領域にもダミー画素を形成する。表示領域の最端部に位置するマトリクス画素は非表示領域のダミー画素に隣接しているため、レイアウト上の条件は中央の画素と同等になる。寄生容量の分布も表示領域の中央部と周辺部で同等になるため、画像品質が改善する。なお中央の表示領域を枠状に囲む非表示領域は丁度画面に映し出された画像を囲む額縁のようになっている。非表示領域にはダミー画素が形成されているが、画像の表示には寄与しておらず、一般には遮光されている。
【特許文献１】特許第３３３５８９５号
【特許文献２】特開２００４‐２７１５８７公報
【特許文献３】特開２００６‐１７１０３３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年のモバイル機器用ディスプレイは、パネルの表示領域（画面）を囲む額縁（非表示領域）を可能な限り少なくする、いわゆる狭額縁化が要求されている。しかしながら市場の要求にこたえて狭額縁化を進めると、必然的に非表示領域の面積が狭くなるため、従来の方策では画質劣化を避けることが困難になっている。この点につき、図１〜図３を参照して簡潔に説明する。
【０００７】
図１は従来の表示装置の一例を示す模式的な平面図である。表示装置０は第１の基板１と第１の基板１に間隔を隔てて配置されている第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２との間に狭持されている液晶層とで構成されている。一般に第１の基板１には画素電極やこれを駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されているため、ＴＦＴ基板と呼ぶ場合がある。一方第２の基板２にはカラーフィルタやブラックマスクが形成されており、対向基板と呼ぶ場合がある。
【０００８】
ＴＦＴ基板１と対向基板２は互いに接合して矩形のパネルを構成している。このパネルは液晶層を透過した光を用いて画像を表示する表示領域３と、光を遮光し画像を表示しない非表示領域４とが形成されている。表示領域３は画面を構成し、非表示領域４は画面を囲む額縁となっている。表示領域３にはマトリクス状に画素が形成されている。非表示領域４にはダミーの画素が形成されている。非表示領域４は表示に寄与しないので、一般にはブラックマスクなどで遮光されている。なおパネルの右上には液晶層を注入するための注入口が形成されており、これが封止材６によって封止されている。またＴＦＴ基板１の下辺には外部接続用の端子７が形成されている。
【０００９】
パネルに封入された液晶層は基板１及び２に施された配向処理により、液晶分子の方向が所定の方向に整列している。従来の液晶表示装置は配向処理としてラビングが多用されている。図示の例は、ＴＦＴ基板１の表面が左上から右下に向かって斜めにラビングされており、これに合わせて液晶分子が配向する。一方対向基板２は右下から左上に向けてラビング処理されており、このラビング方向に沿って液晶分子が配向している。この様な構成では、パネルの左上の箇所にシミが出やすい傾向があり、画質を損ねている。この様なシミの発生箇所はラビング方向に依存していることが知られている。
【００１０】
図２は、従来の表示装置の他の例を示す模式的な平面図である。基本的には図１と同様であり、対応する部分には対応する参照符号を付してある。異なる点はラビング方向を反転させたことである。即ちＴＦＴ基板１は右下から左上に向かってラビングし、対向基板２は左上から右下に向かってラビングしている。この場合にはパネルの右下にシミが出やすい領域が発生する。
【００１１】
図３は、図１又は図２に示した液晶表示装置の模式的な断面図である。ＴＦＴ基板１と対向基板２との間に液晶層５が狭持されている。ＴＦＴ基板１の内表面に施されたラビング処理の方向は図示するように左から右である。一方対向基板２の内表面に施されたラビング処理の方向は右から左である。この場合、液晶分子５Ｍはその配向方向がラビング方向と平行になる。加えて液晶分子５Ｍはラビング処理が施された各基板の内表面に対して所定のチルト角で傾斜している。かかる構造では、液晶層５に含まれている微量の不純物イオンは、太い矢印で示すようにＴＦＴ基板側のラビング方向に沿って移動する傾向にある。ＴＦＴ基板から見て液晶分子５Ｍのチルト角方向に向かって、不純物イオンが移動しやすい。このため、図１の例では、非表示領域４の左上に存在していた不純物イオンがＴＦＴ基板側のラビング方向に沿って表示領域３側に移動し、シミを作っている。一方図２の例では非表示領域の右下側に存在する不純物イオンが、ＴＦＴ基板側のラビング方向に沿って表示領域に移動し、図示の様にシミが出やすい領域を作っている。
【００１２】
なお図３は上下基板のラビング方向を平行にしたホモジニアス配向の例であるが、シミの発生領域がラビング方向に依存する傾向は、ホモジニアス配向モードのパネルばかりでなく、他のモードの液晶表示パネルでも本質的には同様である。基本的にホモジニアス配向を採用する方式としては、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードが挙げられる。また上下基板の配向方向がねじれているツイスト配向では、ＴＮ（Twisted Nematic）モードが挙げられる。従来のこの様な問題は、近年のモバイル用ディスプレイに要求される特性として、パネルのより一層の狭額縁化を実現する際に、乗り越えなければならない課題の１つとして認識されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はかかる従来の技術の課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は従来よりも一層の狭額縁化を実現するために必要な液晶分子の配向方向の設定及びこれを利用した液晶表示装置に関する構造を提供することである。本発明の目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、第一の基板と、前記第一の基板に間隔を隔てて配置されている第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に挟持されている液晶層とを有し、前記液晶層を透過した光を用いて画像を表示する表示領域と、光を遮光し画像を表示しない非表示領域とが形成されている液晶表示装置であって、前記表示領域と前記非表示領域における液晶分子の配向方向が、それぞれ異なるように配向処理されていることを特徴とする。
【００１４】
一態様では、前記非表示領域における液晶分子の配向方向は、前記表示領域と前記非表示領域との境界線に対して平行に配向処理されている。他の態様では、前記非表示領域における液晶分子のチルト角の向きは、前記基板の外周端を向いている。別の態様では、前記非表示領域における液晶分子の配向方向は、ランダムとなるように配向処理されている。好ましくは前記非表示領域は、少なくとも一方の基板に複数本の溝を平行に形成したグレーティングにより配向処理されている。この場合、前記グレーティングを被覆する様に配向被膜が形成されており、前記配向被膜は、電圧無印加の状態で液晶分子を基板に対して平行に配向する水平配向能を有し、前記液晶分子は該溝が伸びる方向と直交する方向に指向して水平配向する。一態様では、前記第一の基板と前記第二の基板とで矩形のパネルを構成し、前記表示領域は、該パネルの中央に位置し、前記非表示領域は、中央の表示領域を囲むように枠状に形成されている。この場合、前記中央の表示領域は、液晶分子の配向方向が矩形のパネルの辺に対して斜め方向となるように配向処理され、前記周辺の非表示領域は、液晶分子の配向方向が矩形のパネルの各辺と平行若しくは直交するように配向処理されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表示領域と非表示領域における液晶分子の配向方向が、それぞれ異なるように配向処理している。かかる構成により、非表示領域に存在する不純物イオンが表示領域に進入しないようにして、シミなど画面の劣化を防いでいる。かかる構成により、従来よりも表示領域上にシミが出にくいパネルとすることができるので、その分非表示領域の狭額縁化を一層進めることができ、モバイル機器用ディスプレイとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図４は、本発明にかかる液晶表示装置の全体構成を示す模式的な断面図である。図示するように、液晶表示装置０は、第１の基板１と、第１の基板１に間隔を隔てて配置されている第２の基板２と、第１の基板１と第２の基板２との間に狭持されている液晶層とを有する。第１の基板１は画素電極８とこれを駆動するＴＦＴ（図示せず）が形成されており、いわゆるＴＦＴ基板である。第２の基板２は対向電極９が形成されており、いわゆる対向基板である。ＴＦＴ基板１と対向基板２はシール材１０で互いに張り合わされており、矩形のパネルを構成している。各画素電極８と対向電極９と両者の間に配された液晶層とで各画素を形成している。パネルは液晶層を透過した光を用いて画像を表示する表示領域３と、光を遮光し画像を表示しない非表示領域４とが形成されている。表示領域３には画素がマトリクス状に形成されている。非表示領域にもダミーの画素が形成されている。一般的に非表示領域４はブラックマスク（図示せず）で遮光されている。
【００１７】
本発明の特徴事項として、表示領域３と非表示領域４における液晶分子５Ｍの配向方向が、それぞれ異なるように配向処理されている。これにより非表示領域４に存在する不純物イオンが表示領域３に移動しないようにして、画像劣化を防いでいる。一態様では、非表示領域４における液晶分子５Ｍの配向方向は、表示領域３と非表示領域４との境界線に対して平行に配向処理されている。他の態様では、非表示領域４における液晶分子５Ｍのチルト角の向きは、基板１，２の外周端を向いている。別の態様では非表示領域４における液晶分子５Ｍの配向方向は、ランダムとなるように配向処理されている。また別の態様では非表示領域４は、少なくとも一方の基板１または２に複数本の溝を平行に形成したグレーティングにより配向処理されている。
【００１８】
前述した様に液晶表示装置０は、第１の基板１と第２の基板２とで矩形のパネルを構成している。表示領域３はパネルの中央に位置し、非表示領域４は中央の表示領域３を囲むように枠状に形成されている。この場合中央の表示領域３は液晶分子５Ｍの配向方向が矩形のパネルの辺に対して斜め方向となるように配向処理されている。一方周辺の非表示領域４は、液晶分子５Ｍの配向方向が矩形のパネルの各辺と平行もしくは直交するように配向処理されている。
【００１９】
図５は、本発明にかかる液晶表示装置の第１実施形態を示す模式的な平面図である。この液晶表示装置は、２枚のガラス基板１，２がシール材１０で互いに接合しており、矩形のパネルを形成している。パネルはシール材１０によって囲まれた内部がセルとなっており、ここに液晶材料が封入されている。セルの中央部分が表示領域３で画面を構成している。セルの周辺部が非表示領域４で中央の表示領域３を枠状に囲んでいる。なお一方の基板１の下辺には外部接続用の端子７が形成されている。本液晶表示装置はアクティブマトリクス方式であって、表示領域３には画素がマトリクス状に形成されて画面を構成している。一方非表示領域４にはダミーの画素が形成されている。かかる構成により、表示領域３と非表示領域４とで、個々の画素の周りの寄生容量の分布に差が生じないようにしている。
【００２０】
本発明の特徴事項として、非表示領域４における液晶分子５Ｍの配向方向を、表示領域３の液晶分子５Ｍの配向方向と異ならせている。具体的には、表示領域３の液晶分子５Ｍは、その配向方向がパネルの一辺に対して斜め方向になっている。例えば表示領域３で液晶分子５Ｍはパネルの下辺に対して４５°の角度をなして配向している。この様な配向処理は基板１，２の表面に配向膜を塗布した後、斜め方向にラビングすることで得られる。一方非表示領域４の液晶分子５Ｍは、その配向方向が矩形のパネルの各辺と平行になるように配向処理されている。本発明は、シミや焼付きの原因となる不純物イオンの拡散方向が、液晶分子５Ｍの配向方向に依存している現象に着目しており、不純物イオンの主な発生源であるシール材１０や封止材（図示せず）付近の液晶分子の配向方向を図示のように制御することで、不純物イオンが表示領域３へ拡散することを防止している。非表示領域４で液晶分子５Ｍはパネルの辺と平行に配向しているため、シール材１０近傍の不純物イオンはパネルの辺と平行に移動するが、表示領域３の内部に侵入してシミや焼付きなどの画像不良を生じることはない。非表示領域４で液晶分子５Ｍをパネルの辺と平行に配向させた場合、液晶分子５Ｍのチルト角の方向はどちらでも良く、プレチルト角は０°であっても構わない。
【００２１】
図６は、本発明にかかる液晶表示装置の第２実施形態を示す模式的な平面図である。図５に示した第１実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。第１実施形態と異なる点は、非表示領域４において液晶分子５Ｍがパネルの各辺と直交する方向に配向処理されていることである。一方表示領域３では液晶分子５Ｍは斜め方向に配向処理されている。ここでも表示領域３と非表示領域４とで液晶分子５Ｍの配向方向が異なっている。この様に液晶分子５Ｍを非表示領域４でパネルの辺と直交する方向に配向処理した場合、液晶分子５Ｍのチルト角はパネルの外周端を向いていることが好ましい。この様にチルト角を外側に向ければ、非表示領域４に存在する不純物イオンはプレチルト角の向きに従ってパネルの外方向に移動し、内側の表示領域３に進入することはない。この様に配向設計することで、シール材１０の近傍や液晶注入口付近で発生する不純物イオンが表示領域３に拡散することを抑制でき、シミの発生を防ぐことが可能になる。
【００２２】
図７は、本発明にかかる液晶表示装置の第３実施形態を示す模式的な平面図である。理解を容易にするため図６に示した第２実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。第２実施形態と異なる点は、非表示領域４の液晶分子５Ｍがパネルの各辺に対して直交方向に配向処理されているのではなく、直交方向に対して傾斜して配向されていることである。この場合でも非表示領域４で液晶分子５Ｍのチルト角をパネルの外側に向かって付けることで、非表示領域４に存在する不純物イオンが表示領域３に侵入することを防いでいる。
【００２３】
図８は、図６及び図７に示した第２実施形態及び第３実施形態の模式的な断面図である。前述した様に、一対の基板１，２はシール材１０で互いに張り合わされており、両基板１，２の間には液晶層が狭持されている。液晶層を一対の基板１，２で挟んだパネルは、表示領域３と非表示領域４とに分かれている。基板１の方には表示領域３と非表示領域４の両方に渡って画素電極８がマトリクス状に形成されている。表示領域３の画素電極８は表示に寄与する一方、非表示領域４の画素電極８はダミーであって、画素近傍の寄生容量の分布を均一にするために設けられている。一方基板２には対向電極９が形成されている。さらに基板２の表示領域３側にはカラーフィルタ１２が形成されている一方、非表示領域４側には遮光膜（ブラックマスク）１１が形成されており、表示に寄与しない非表示領域４を遮光している。本実施形態の特徴事項として、非表示領域４で液晶分子５Ｍのチルト角は基板１，２の外側に向かっている。これにより、非表示領域４に存在する不純物イオンは基板１，２の外側に向かって移動する傾向を示し、表示領域３の内部に到達することはない。一方表示領域３では液晶分子５Ｍがほぼチルト角０で水平に配向している。
【００２４】
図９は、図６及び図７に示した実施形態の模式的な別の断面図である。理解を容易にするため、図８と対応する部分には対応する参照番号を付してある。図８の断面構造と異なる点は、表示領域３で液晶分子５Ｍにもチルト角が付けられていることである。但し非表示領域４と表示領域３とで液晶分子５Ｍのチルト角が反対になっており、不純物イオンが非表示領域４と表示領域３の境界を越えて移動しにくい配向構造である。
【００２５】
図１０は本発明にかかる液晶表示装置の第４実施形態を示す模式的な平面図である。理解を容易にするため図５に示した第１実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、非表示領域４において液晶分子５Ｍが一定方向ではなくランダムな方向に配向処理されていることである。一方表示領域３では液晶分子５Ｍがパネルの辺と斜めに交差する方向に配向処理されている。非表示領域４の液晶分子５Ｍをランダム配向することで、シール材１０近傍や注入口付近で発生する不純物イオンが表示領域３に向かって拡散することを防いでいる。ランダム配向の利点は、配向膜を塗布した後何らラビング処理を施すことなくランダム配向を実現できる点であり、枠状の非表示領域４に沿って液晶分子５Ｍをランダム配向することがプロセス上容易である。
【００２６】
図１１は、図１０に示した第４実施形態の模式的な断面図である。図示するように、非表示領域４で液晶分子５Ｍはランダム配向しており、チルト角もランダムである。一方表示領域３では液晶分子５Ｍが一定の方向に配向処理されており且つチルト角も表示領域３の内部に向かうように設定されている。
【００２７】
図１２は、本発明にかかる液晶表示装置の第５実施形態を示す模式的な平面図である。本実施形態は、表示領域３と非表示領域４とで配向処理方法を変えている。表示領域３では通常のラビング方式を採用して、液晶分子５Ｍをパネルの斜め方向に配向させている。一方非表示領域４ではいわゆるグレーティングを形成して液晶分子５Ｍを表示領域３とは異なった方向に配向させている。グレーティング１５は、少なくとも一方の基板に配されており、複数本の溝を平行に形成した構造である。液晶分子５Ｍはグレーティング１５の溝に規制されて、溝と平行な方向もしくは溝と直交する方向に整列する傾向がある。これにより、表示領域３と非表示領域４とで液晶分子５Ｍの配向方向をそれぞれ異ならせることができる。グレーティング１５は例えばガラス基板１もしくは２に対してエッチングで形成できるので、枠状の非表示領域４に対応して選択的に形成可能であり、液晶分子５Ｍを所望の配向方向に制御することが可能である。なおグレーティング配向は複数の平行な溝からなるグレーティングのみを利用して液晶分子を配向制御させることができるが、場合によってはグレーティングと配向膜を組み合わせることでさらに安定した配向制御を行うことができる。
【００２８】
図１３は、本発明にかかる液晶表示装置の第６実施形態を示す模式的な平面図である。図１２に示した第５実施形態と基本的に類似しているが、異なる点はグレーティング１５の溝の伸びる方向がパネルの各辺に対して直交方向ではなく、平行方向になることである。この場合でもグレーティング１５は例えば液晶分子５Ｍをパネルの辺と平行方向もしくは直交方向に配向制御することが可能である。
【００２９】
図１４は、非表示領域における液晶分子の配向処理に好適なグレーティング方式の一例を示す模式図である。前述した様に本発明にかかる液晶表示装置は、基本的に所定の間隙を介して互いに接合した一対の基板と、この間隙に保持された液晶とを備えている。図１４は、片方の基板とその表面近傍に存在する液晶分子を表している。少なくとも片方の基板には液晶分子を配向する配向層が形成されている。なお図示しないが一対の基板の少なくとも一方には液晶に電圧を印可するための電極が形成されている。
【００３０】
配向層は、複数本の溝Ｍが平行に形成された基層と、これらの溝Ｍを被覆する被膜とからなる複合構造となっている。但し、複数本の溝Ｍは幾何学的に厳密に平行である必要は無く、本発明の作用効果を奏する範囲で概ね若しくは実質的に平行であればよい。各溝Ｍは所定の方向に沿って伸びており、且つ溝が伸びる所定の方向と直交する直交方向に沿って与えられたピッチで繰り返し配列されている。以下本明細書では、この所定方向を直線方向と呼ぶ場合がある。但し溝は必ずしも直線形状である必要は無く、曲線形状の場合もある。被膜は例えばポリイミド樹脂などの高分子フィルムからなり、電圧無印加の状態で液晶分子の長手方向を示す分子長軸を基板に対して平行に配向する水平配向能を有する。ストライプ状の溝（グレーティング）が形成された基層に高分子被膜を塗工すると、高分子鎖がグレーティングに沿って整列する。この整列した高分子鎖が液晶分子に対する配向規制力を与える。よってラビングを行うことなく液晶分子を配向制御することができる。これが被膜と基層の複合効果による配向制御である。処理条件にもよるが、図示の例では高分子鎖が溝Ｍの直線方向に沿って整列している。場合によっては基層の上で被膜が硬化する際の一軸延伸効果により、高分子鎖がグレーティングの直交方向に整列することも有り得る。
【００３１】
被膜と基層を重ねた複合構造の配向層は、グレーティングのアスペクト比に応じて、液晶分子に対し異なった配向制御を行う。このアスペクト比はグレーティングの配列ピッチに対するグレーティングの深さの比率を表している。本発明にかかる複合配向層はアスペクト比が所定の下限値より低いとき（グレーティング溝が浅いとき）液晶の分子長軸はランダムな方向で水平配向する性質がある。このランダム配向はポリイミド配向膜をラビングしないときに得られる配向状態と近似しており、溝が浅すぎてグレーティングの効果が現れていない。一方アスペクト比が所定の上限値より高いとき（グレーティング溝が深いとき）液晶の分子長軸は溝の直線方向に指向して（溝と平行に）水平配向する。この平行配向は従来のグレーティング配向で得られる状態と近似しており、専らグレーティングによる配向規制力（アンカリング力）が配向を支配しており、被膜と基層の複合効果は現れていない。
【００３２】
グレーティングのアスペクト比が下限値から上限値の間にあるとき（グレーティングが浅すぎず且つ深すぎず適切な形状にあるとき）、液晶の分子長軸は溝の直交方向に指向して水平配向する性質を有する。この直交配向はまさにグレーティング基層と配向被膜の複合効果により得られた新規な配向状態であり、且つ従来のグレーティングで得られる平行配向に比べ安定性及び一様性に優れている。本実施形態にかかる配向層は従来のグレーティング配向層に比べアスペクト比を低く抑えられるので、生産性の面で優れている。本実施形態にかかる液晶表示装置はアスペクト比が下限値と上限値の間に入るようにグレーティングを基層に形成し且つこれを配向被膜で覆っている。かかる構成とするとことで、従来に比して生産性が高く均一且つ安定な配向規制力を有し、高画質を確保可能な液晶表示装置を実現することができる。
【００３３】
図１５は、液晶分子の配向状態を示す模式図であり、（Ａ）は直交配向を表し、（Ｂ）は平行配向を表している。（Ａ）及び（Ｂ）は共にグレーティングの直交方向に沿った断面図であり、配向層にはグレーティングに対応した凹凸が現れている。（Ａ）に示すように直交配向では、液晶分子がグレーティングの直交方向と平行に整列している。（Ｂ）に示すように平行配向では、液晶分子がグレーティングの直線方向（紙面と垂直）に整列している。グレーティングのアスペクト比が下限値から上限値の間で適切に設定されているとき、液晶分子はグレーティング基層と水平配向被膜との複合効果により、（Ａ）に示すように直交配向している。一方（Ｂ）に示すようにグレーティングのアスペクト比が上限値を超えてグレーティング単独のアンカリング効果が支配的になると、従来のグレーティング配向と同じように液晶分子は平行配向に遷移する。
【００３４】
図１６は、グレーティング高さと液晶表示装置の黒輝度との関係を示すグラフである。ここで、この液晶表示装置は、上下の偏光板と液晶分子配向方向の関係が後述する図１８（Ａ）の模式図のようになっており、一方の基板はラビング配向によって、もう一方の基板はグレーティング配向により液晶分子を配向させている。液晶分子がホモジニアス配向しているのは、グレーティングに対して直交する方向にラビング方向を設定していることによる。グラフ中黒輝度は電圧無印加状態での液晶画面の輝度を表しており、液晶の配向状態を示す指標である。黒輝度が低いほど（画面が暗いほど）液晶の直交配向状態が均一且つ安定であることを表している。
【００３５】
このグラフはグレーティングのピッチをパラメータとしており、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の順にピッチは大きくなる。３本の実線カーブはグレーティング自体の弾性歪効果（アンカリング力）で生じる配向状態を表している。前述したようにこの弾性歪効果は基本的に液晶分子をグレーティングに対して平行配向させる性質を有している。グラフから明らかなようにグレーティングが高くなるほど（溝が深くなるほど）グレーティング自体の弾性歪効果が強くなり、液晶は直交配向から平行配向に遷移し、全体的にはホモジニアス配向からツイスト配向に変化する。このように直交配向が失われることから黒輝度が上昇していく（画面が白く抜けていく）。
【００３６】
一方３本の点線カーブは、本実施形態固有の効果による配向状態を表している。本実施形態固有の効果は、基層のグレーティングによってポリイミド（ＰＩ）などからなる高分子被膜の高分子鎖を整列する効果であって、これにより液晶分子はグレーティングに対して直交配向する。グラフから明らかなように、グレーティングが高くなると（グレーティングが深くなると）その影響によってポリイミド（ＰＩ）被膜が整列するため、液晶分子は直交配向するようになり、黒輝度が下ってきて均一且つ安定した配向状態が得られるようになる。グレーティングが浅過ぎる場合、グレーティングによるＰＩ被膜の高分子の整列効果が現れないため、液晶はランダム配向状態となり、黒輝度が上昇する。よって、グレーティングのアスペクト比に下限値が生じ、溝による高分子整列効果が表われる領域でグレーティングを形成する必要がある。
【００３７】
この様に本実施形態はグレーティング基層と高分子被膜の複合配向層による直交配向能が支配的な範囲を利用して、液晶分子の配向制御を行うものである。理論的にはグレーティングを高くするほど直交配向能も強くなると考えられるが、グレーティングを高くするほどそれ自身の平行配向能も強くなり、やがて直交配向能を打ち消して平行配向能が支配的になる。このためグレーティングのアスペクト比に上限値が生じ、平行配向能が支配的とならない領域でグレーティングを形成する必要がある。
【００３８】
図１７はグレーティング高さとアンカリングエネルギーとの関係を示すグラフである。このアンカリングエネルギーはグレーティング自体の弾性歪効果の強さを表しており、これが大きくなるほど液晶の平行配向状態が安定化していく。グラフでは従来のラビング配向により得られるアンカリングエネルギーも表してある。このグラフはグレーティングピッチを２μｍ、３μｍ及び４μｍに取ってパラメータにしている。グラフから明らかなように、グレーティングが高くなるほどアンカリングエネルギーが強くなり、液晶が平行配向していき、ラビング配向の状態に近づいていくことが分かる。本実施形態は、グレーティングによる被膜高分子に対する整列作用を利用するが、グレーティング自体による弾性歪効果は支配的とならないような領域にグレーティングのアスペクト比を抑える必要がある。
【００３９】
図１８は、一対の基板に保持された液晶の配向状態を表した模式図である。図示するように、液晶の分子長軸は、一定の方向に整列して水平配向しており、本明細書ではこの配向状態をホモジニアス配向と呼ぶ場合がある。また液晶の分子長軸の整列方向を本明細書では配向方向と呼ぶ場合がある。よって本実施形態に固有の直交配向は、配向方向がグレーティングの直交方向に一致するホモジニアス配向である。
【００４０】
液晶表示装置は、配向層を用いて液晶を配向制御し且つ印加電圧を制御して配向状態を切換え、所望の画像表示を行う。配向状態の変化は例えば上下一対の偏光板で輝度変化に変換することができる。（Ａ）は一対の偏光板のクロスニコル配置を表しており、上下の偏光板の透過軸が互いに直交している。入射側になる下側の偏光板の透過軸は液晶の配向方向と平行である。出射側となる偏光板の透過軸は液晶の配向方向と直交している。液晶が理想的なホモジニアス配向にあるとき、入射光は一対の偏光板によって完全に遮断され、漏れ光はゼロになる。よって黒表示が得られる。
【００４１】
（Ｂ）は一対の偏光板のパラニコル配置を表している。このパラニコル条件は上下の偏光板の透過軸が共に液晶の配向方向と平行である。この場合入射光はそのまま吸収を受けることなく出射する。よって白表示が得られる。電圧無印加状態でパラニコル配値を採用したとき、ノーマリホワイト表示となる。逆にクロスニコル配置を採用したとき、電圧無印加状態でノーマリブラック表示となる。
【００４２】
図１９は、本実施形態の効果を示すグラフであり、図１８（Ａ）の配向モデルで且つ異なるグレーティングピッチで作成した液晶表示装置のサンプルにつき、グレーティング高さと黒輝度との関係を測定した結果を表している。横軸にグレーティング高さをμｍ単位で取り、縦軸に黒輝度をｎｉｔ単位で取ってある。溝の配列ピッチが５μｍのサンプルでは、グレーティング高さが０．３〜０．７μｍの範囲で黒輝度が沈んでおり、安定且つ均一な直交配向が得られることが分かる。グレーティング高さが０．３μｍ以下になるとランダム配向となって黒輝度が上昇してしまう。またグレーティング高さが０．７μｍを超えると直交配向が失われ平行配向に移行するので、黒輝度が上昇する。
【００４３】
グレーティングの配列ピッチが４μｍのサンプルでは、グレーティング高さ（溝の深さ）が０．２〜０．７μｍの範囲で均一且つ安定した直交配向状態が得られた。またグレーティングの配列ピッチが３μｍのサンプルでは、グレーティング高さが０．４〜０．７μｍの範囲で黒輝度が低くなり、均一且つ安定した直交配向が得られている。加えてグレーティングピッチが１μｍのサンプルでは、グレーティング高さ（溝の深さ）が０．１μｍを超えた領域で、黒輝度が低くなり安定した直交配向が得られている。
【００４４】
図１９の結果を見ると、一般的な傾向として、アスペクト比が０．０５〜０．５の範囲で均一且つ安定な直交配向が得られることが推定できる。好ましくは、溝の配列ピッチを１μｍ〜５μｍの範囲に形成したとき、溝の深さを０．１〜０．７μｍの範囲に形成することで、液晶の分子長軸が溝の直交方向に指向して水平配向するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の液晶表示装置の一例を示す平面図である。
【図２】従来の液晶表示装置の他の例を示す平面図である。
【図３】従来の液晶表示装置の一例を示す断面図である。
【図４】本発明にかかる液晶表示装置の基本的な構成を示す断面図である。
【図５】本発明にかかる液晶表示装置の第１実施形態を示す平面図である。
【図６】同じく第２実施形態を示す平面図である。
【図７】同じく第３実施形態を示す平面図である。
【図８】第２実施形態及び第３実施形態の断面図である。
【図９】第２実施形態及び第３実施形態の断面図である。
【図１０】本発明にかかる液晶表示装置の第４実施形態を示す平面図である。
【図１１】第４実施形態の断面図である。
【図１２】本発明にかかる液晶表示装置の第５実施形態を示す平面図である。
【図１３】同じく第６実施形態を示す平面図である。
【図１４】本発明にかかる液晶表示装置の要部を示す部分斜視図である。
【図１５】本発明の説明に供する模式図である。
【図１６】同じく本発明の説明に供するグラフである。
【図１７】同じく本発明の説明に供するグラフである。
【図１８】同じく本発明の説明に供する模式図である。
【図１９】本発明の効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
０・・・液晶表示装置、１・・・第１の基板（ＴＦＴ基板）、２・・・第２の基板（対向基板）、３・・・表示領域、４・・・非表示領域、５・・・液晶層、５Ｍ・・・液晶分子
【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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