JP3775932B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。特に、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビジョン装置などの平面ディスプレイやシャッター効果を利用した表示板、窓、扉、壁などに好適に用いられる広視野角特性を有する液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、特開平７−１２０７２８号公報において、液晶分子を一対の基板間でツイストさせ、各絵素毎に軸対称状に配向させた表示モード（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌ Ｍｏｄｅ：ＡＳＭモード）を開示している。
【０００３】
この方式は、液晶と光硬化性樹脂の混合物から相分離を利用して液晶分子を軸対称状に配向させる技術であり、電圧印加により、軸対称状に配向した液晶分子が基板に対して垂直に配向するノーマリホワイト型の表示モードである。
【０００４】
この従来のＡＳＭモードの液晶表示装置においては、誘電率異方性Δεが正の液晶材料を使用している。この表示モードは、液晶分子が軸対称配向しているので、全ての方向において優れた表示特性を有するが、電圧ＯＦＦ時の光抜けを防止するためにＢＭ（ブラックマトリックス）の遮光部の面積を大きく設定しなければならないという問題があり、開口率の改善に限界があった。さらに、この従来のＡＳＭモードは、液晶分子の軸対称配向を得るために複雑な温度制御を必要とする相分離工程を使用しており、加えて、一対の基板（ＣＦ（カラーフィルター）基板とアクティブマトリクス基板）とで高精度の位置合わせを必要とするため、製造が難しいという問題があった。
【０００５】
これらの問題を解決するための手段として、本発明者らは、特願平８−３４１５９０号において、比較的簡単に製造できるＡＳＭモードの液晶表示装置を提案している。
【０００６】
この提案の液晶表示装置においては、一対の基板間に挟持された液晶層の液晶分子が負の誘電率異方性（Δε＜０）を有し、一対の偏光板の内側には屈折率異方性を有する負の位相差板が配設されている。そして、電圧無印加時には液晶分子が基板表面に対して概ね垂直に配向し、全ての視角方向において黒状態を得ることができる。さらに、各絵素毎に液晶分子が軸対称状に配向しているので、ＴＮの状態で液晶層が任意の斜め方向に出射する光の受けるリターデーションを補償するように機能する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の液晶表示装置においては、電圧ｖｓ透過率特性が非常になだらかでサチュレーション時の電圧が高く、低電圧駆動ができずに消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００８】
さらに、電圧無印加時には観測方向によらずに良好な黒表示が得られ、結果として優れたコントラスト比の視野角特性が得られるものの、中間階調表示時にはＡＳＭ配向液晶セルのリターデーションと偏光板の特性とから、例えば偏光板吸収軸方向に対して４５゜方向において、一定の方向の視角、例えば３５゜〜５０゜程度でコントラストが著しく低下し、さらには階調特性が反転するという問題があった。
【０００９】
加えて、一対の基板の貼り合わせの際には従来の液晶表示装置と同様に、高精度の位置合わせやプラスチックビーズによるセル厚制御が必要であった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、製造が容易であり、観測方向によらずに等コントラスト曲線が円状の特性を有し、白黒反転現象が生じない視野角領域が広い液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、一対の基板と、該一対の基板に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置であって、該一対の基板のそれぞれの基板の該液晶層側の表面には複数本の破線状又は点線状の凸部が形成されており、該複数本の破線状又は点線状の凸部は互いに略平行であり、該複数本の破線状又は点線状の凸部の各々は一対の基板のそれぞれの基板表面に対して垂直な方向から傾いている面を有し、該一対の基板のうちの一方の基板の凸部と該一対の基板のうちの他方の基板の凸部とが互いに交差するように該一対の基板を貼り合わせることにより、組格子状の構造体が形成されており、該一対の基板のうち少なくとも一方の基板の該液晶層側の表面には垂直配向層が形成されており、該液晶層の液晶分子は負の誘電異方性を有し、電圧無印加時には、該垂直配向層によって、該液晶分子が該一対の基板に対して略垂直に配向し、電圧印加時には、該組格子状の構造体と該垂直配向層とによって、該液晶分子が該組格子状の構造体に囲まれた絵素領域毎に軸対称状又は放射状に配向し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】
前記液晶層の前記絵素領域内の厚さ（ｄｉｎ）が、該絵素領域外の該液晶層の厚さ（ｄｏｕｔ）より大きくてもよい。
【００１４】
前記凸部の高さは各基板毎にほぼ等しく、前記一方の基板の凸部と前記他方の基板の凸部の交差部により前記一対の基板の間隔が保持される構成としてもよい。
【００１５】
前記液晶層にはカイラルドーパントが混合されていなくてもよい。
【００１６】
前記液晶層にはカイラルドーパントが混合されていてもよい。
【００１７】
前記液晶層のツイスト角は、８０〜１２０°の範囲にあるのが好ましい。
【００１８】
前記液晶分子の屈折率異方性Δｎと前記液晶層の厚さｄとの積Δｎ・ｄが、３００〜５５０ｎｍの範囲にあるのが好ましい。
【００１９】
前記一対の基板を挟んでクロスニコル状態に配置された一対の偏光板を有し、該一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に、面内方向の主屈折率ｎx，ｎy及び厚み方向の主屈折率ｎzについてｎx＞ｎy＞ｎz又はｎx＝ｎy＞ｎzの関係を有するの関係を有する位相差板を備える構成としてもよい。
【００２０】
前記位相差板は、面内方向の主屈折率ｎxの方向が該位相差板に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交するように配置してあるのが好ましい。
【００２１】
前記位相差板は、前記一対の偏光板の少なくとも一方とそれに隣接する基板との間に配置され、各位相差板は、面内方向の主屈折率ｎxの方向が該位相差板に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交するように配置してあってもよい。
【００２２】
前記液晶層に接する表面に、前記液晶分子に軸対称状又は放射状のプレチルト角を与える配向固定層をさらに有していてもよい。
【００２３】
前記配向固定層は、光硬化性樹脂からなっていてもよい。
【００２５】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、一対の基板のそれぞれの基板の該液晶層側の表面に複数本の破線状又は点線状の凸部と垂直配向層とを形成する工程であって、該複数本の破線状又は点線状の凸部は互いに略平行であり、該複数本の破線状又は点線状の凸部の各々は一対の基板のそれぞれの基板表面に対して垂直な方向から傾いている面を有する工程と、該一対の基板のうちの一方の基板の凸部と該一対の基板のうちの他方の基板の凸部とが互いに交差するように該一対の基板を貼り合わせることにより、組格子状の構造体を形成する工程と、該一対の基板のそれぞれの基板に形成された該垂直配向層の間に、負の誘電異方性を有する液晶材料と光硬化性樹脂との混合物を配置する工程と、該混合物に、該液晶材料の閾値電圧の１／２以上の電圧を印加しながら、該光硬化性樹脂を硬化させ、該液晶分子を軸対称状又は放射状にプレチルトさせる配向固定層を形成する工程とを包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
なお、本願明細書において、「軸対称配向」とは、中心軸を有し、その軸を中心に液晶分子の配向が軸対称状になっている状態を示し、液晶分子の配向はスプレー（放射状）、ツイスト（ねじれ）、ベンド（まがり）等のいずれでもよい。「放射状配向」とは、中心軸を持たない配向をも含み、液晶セルの上下基板間でツイストしていない配向を示す。
【００２７】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２８】
本発明にあっては、各基板に設けられたストライプ状の壁構造体（凸部）が互いに交差するように両基板を貼り合わせてあるので、基板上面から見ると組格子状の構造体となる。その組格子状の構造体に囲まれた部分が絵素領域となるので、一対の基板を貼り合わせる際に高精度で両基板の位置合わせを行う必要がなく、製造工程が簡便である。さらに、セル厚と同程度の壁構造体ではなく、組格子状の壁構造体であるため、液晶材料の注入時に従来の真空注入法を用いることができる。
【００２９】
電圧無印加時には、負の誘電異方性を有する液晶分子が垂直配向規制力によって基板表面に略垂直な方向に配向し、この状態の絵素領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると暗視野を呈する（ノーマリブラックモード）。電圧印加時には、負の誘電異方性を有する液晶分子にその長軸を電界の方向に対して垂直に配向させる力が働くので、液晶分子が基板に垂直な方向から傾く（中間調表示状態）。この状態の絵素領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると偏光軸に沿った方向に消光模様が観察される。このとき、組格子状の壁構造体及び垂直配向層によって液晶分子がストライプ壁で囲まれた領域（絵素領域）毎に同心円状又は３方向以上の多軸方向に配向するので、軸対称状又は放射状の配向状態が得られる。このように垂直配向と軸対称状配向又は放射状配向との間を電圧によって変化する液晶領域が得られるので、視角によるコントラスト変化や反転減少が解消され、正面方向に対して対称性が良く、全方位で良好な視野角特性が得られる。さらに、誘電異方性が負の液晶材料を用いて電圧無印加時に垂直配向状態をとるノーマリーブラックモードの表示を行うので、高コントラストの表示が可能である。
【００３０】
後述の図１に示すように、ストライプ壁（凸部３６ａ、３６ｂ）が絵素領域外にあり、電圧印加時に軸対称配向又は放射状配向を呈する液晶領域が凸部で囲まれた領域（絵素領域）になる。この凸部を遮光領域のＢＭ上に形成することにより、開口率の低下による透過率低下を防ぐことができ、ＴＮ並の透過率を維持することができる。また、ＰＡＬＣ（プラズマアドレス液晶素子）基板のようにストライプ状のプラズマ隔壁（遮光リブ）が設けられている場合や、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板の遮光部（ＴＦＴバスラインの金属配線部）及び対向ＣＦ基板のＢＭがストライプ状である場合、ポジ型感光性樹脂材料を用いることにより基板をマスクとしてストライプ状壁構造体を遮光部だけに選択的に形成することが容易となる。
【００３１】
さらに、後述の図２に示すように、凸部３６ａ、３６ｂにより液晶層４０の厚さが制御され、液晶層の絵素領域内の厚さ（ｄｉｎ）は、絵素領域外の液晶層の厚さ（ｄｏｕｔ）より大きくなる。液晶層の厚さ（セルギャップ）が均一な場合、液晶液晶ドメインの形成位置又は大きさが規定されないので、ランダムな配向状態になってしまう。この凸部３６ａ、３６ｂにより液晶層の厚さが制御されて絵素領域間での液晶分子の相互作用が弱まり、絵素領域毎に単一の軸対称配向領域又は放射状配向領域が得られる。少なくとも一方の基板表面に垂直配向層を設けることにより、電圧無印加時に液晶分子が基板表面に対して垂直に配向するので、ノーマリブラックモードにおいて電圧印加時にディスクリネーションラインが黒の線となり、コントラスト特性が低下しない。さらに、垂直配向層はラビング処理を施す必要がないため、基板の汚染も生じない。
【００３２】
ストライプ状の凸部の高さを各基板毎にほぼ等しくすることにより、凸部の交差部をセル厚保持材として機能させることができる。従って、ストライプ壁構造の高さをコントロールすることにより、プラスチックビーズによるセル厚制御を必要とせず、所望のセル厚を得ることができる。
【００３３】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されていない場合、液晶分子は電圧無印加時に基板表面に対して垂直であり、電圧を印加につれて液晶分子が傾いていく。このとき、傾く方向には液晶分子のプレチルト角方向が影響を与える。電圧印加時に液晶分子が基板の垂直な方向から傾くのに充分なプレチルトを有するように、ストライプ状凸部を、液晶が接する表面が基板表面に対して垂直な方向から傾いているような構造体にするのが好ましく、例えば、ストライプ状凸部の断面構造が半円状、台形状又は三角形状等の傾斜を有する形状になっているのが好ましい。このように傾いた表面上では、後述する図６に示すように、傾斜方向に応じて液晶分子にプレチルトが与えられ、プレチルト角が基板に対して９０゜よりも小さくなる。よって、電圧印加時の液晶分子の傾く方向が一方向に規定されて液晶配向が安定化され、ノーマリブラックモードにおいて光漏れが生じない。各絵素領域では組格子状の壁構造体（凸部）に囲まれているので、壁４方向から絵素中心へと液晶分子が傾き、絵素中心部では液晶分子が垂直配向のままであるので実質的に軸対称状配向又は放射状配向が得られる。そして、電圧印加時に偏光板をクロスニコルにして吸収軸方向を各絵素領域外のストライプ壁に対して４５゜に合わせると最も明るくなり、後述する図７に示すように、消光模様が絵素領域のほぼ中央部を中心としてストライプ壁の交差する点を結ぶ対角線と平行に出現する。一方、電圧印加時に偏光板をクロスニコルにして吸収軸方向を各絵素領域外のストライプ壁に対して平行又は９０゜に合わせると最も暗くなり、後述する図８に示すように、ストライプ壁に対して４５゜に合わせた場合に出現する消光模様とは明暗部を反転させた消光模様が出現する。
【００３４】
このカイラルドーパントを含まない液晶表示モードは、ＴＮ表示モードのような光の旋光原理を用いているのではなく、液晶分子の屈折率異方性を用いた複屈折モードであるため、電圧ｖｓ透過率特性が急峻になり、広視野角特性を有しながら低電圧駆動が可能となる。
【００３５】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されている場合、液晶分子は電圧印加時に一対の基板間でツイストすることになり、組格子状のストライプ壁からの相互作用とカイラル材料による相互作用によりＡＳＭ配向となる。従って、偏光板をクロスニコルにした場合、吸収軸をいずれの方向にしても正面から見たときの明るさは変化しない。
【００３６】
ＡＳＭ配向においては、光の旋光原理を用いているが、ＴＮ表示モードに比べて電圧ｖｓ透過率特性がなだらかである。しかし、カイラルドーパントが混合されている場合には、ＴＮと同様の原理になるので、液晶の弾性定数のＫ１１／Ｋ１３の比に依存して電圧ｖｓ透過率特性が急峻になる。
【００３７】
さらに、液晶のツイスト角及び液晶分子の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚さ（セル厚）ｄとの積Δｎ・ｄを光線透過率特性の極大値付近の所定範囲に設定すれば、高コントラストで透過光の色付きも生じない。液晶のツイスト角は８０゜〜１２０゜であるのが好ましい。ＡＳＭ配向では液晶分子の配向が軸対称状になっているため、複屈折効果によりツイスト角が８０゜〜１２０゜において電圧−透過率特性等の光学特性が表示として使用可能となり、後述する図１８に示すように、この範囲では視野角特性や電圧・透過率特性及び色特性が全方位において対称的に優れたものとなる。一方、Δｎ・ｄは３００ｎｍ〜５５０ｎｍであるのが好ましく、この範囲では電圧印加時の透過率や電圧無印加時の視角特性が良好であり、視角によって印加電圧の大きさと透過率の関係が逆転する、いわゆる階調反転（コントラスト反転）現象が生じない。
【００３８】
誘電率が負の液晶を用いたＡＳＭ配向では、クロスニコル状態の偏光板の吸収軸を回転させたとき、電圧印加時の正面での透過率は、シュリーレンの消光模様が軸を中心に回転するので、殆ど変化しない。一方、カイラルドーパントを混合しない液晶表示モードにおいては、偏光板吸収軸の４５゜方向の視野角特性は低下する。
【００３９】
そこで、一対の基板を挟んでクロスニコル状態に配置された一対の偏光板を配置し、一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に、例えば後述する図９に示すようなｎx＞ｎy＞ｎz又はｎx＝ｎy＞ｎzの関係を有する位相差板（位相差補償素子）を配置して視野角を補償するのが好ましい。ここでは、位相差板の表面をｘ−ｙ平面とする直交座標系を定義し、位相差板の屈折率楕円体の３つの主屈折率ｎx，ｎy及びｎzのうちの最小の主屈折率をｎzとすると、最小でない屈折率ｎx，ｎyはｘ−ｙ平面にあって互いに直交している。このようにすると、偏光板自身の特性による視角依存性及び液晶層のリタデーション値の視角依存性が補償されるので、クロスニコル状態の偏光板吸収軸方向に対して４５゜方向の視野角特性が大幅に改善される。
【００４０】
この位相差板は、後述する図９に示すように、その主屈折率のうちのｎxの方向（遅延軸）をその位相差板に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交させて配置させることにより、クロスニコル状態の偏光板吸収軸方向に対して４５゜方向の視野角特性が大幅に改善される。このような位相差板は１枚の位相差補償フィルムであってもよく、複数枚の位相差補償フィルムを光学軸を異ならせて積層した積層型位相差フィルムであってもよい。
【００４１】
さらに、この位相差板は、一対の偏光板の少なくとも一方とそれに隣接する基板との間に設け、各位相差板の主屈折率のうちのｎxの方向をその位相差板に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交させて配置させることにより、クロスニコル状態の偏光板吸収軸方向に対して４５゜方向の視野角補償機能を最大に発揮させることができる。
【００４２】
電圧無印加時の液晶分子の配向方向（基板に対して略垂直）は垂直配向膜により決定されているが、ラビング処理を施さないので、例えば電圧ＯＮ−ＯＦＦの瞬時の切り替えでは軸対称状配向又は放射状配向が安定しない。よって、瞬時の電圧切り替え時の配向安定化のためには配向固定層を設けるのが好ましい。
【００４３】
ここで、液晶材料に光硬化性樹脂を混合しておけば、液晶セルの外部から光を照射することにより光硬化性樹脂が硬化して界面での液晶の配向が固定されるので、非常に簡単に配向固定層を得ることができる。
【００４４】
本発明の液晶表示装置の製造方法にあっては、電圧を印加することにより液晶分子に軸対称状又は放射状にプレチルト角を与え、その状態で光硬化性樹脂を硬化させて配向固定することにより、電圧の印加・非印加に関わらず、各絵素で均一に安定した配向状態を形成することが可能である。
【００４５】
さらに、ストライプ状凸部の表面に垂直配向膜を形成することにより、液晶分子を界面に対して垂直に配向させることができる。このとき、ストライプ状凸部に傾斜（テーパー）がついていると、電圧印加時にその傾斜方向に沿って液晶分子が傾いていくために、軸対称状配向又は放射状配向が容易に形成される。ストライプ状凸部に傾斜をつけるためには、断面形状を例えば台形形状、半円形状、三角形状等にするのが好ましい。
【００４６】
両基板上に、ストライプ状の凸部ではなく、複数の点線状又は破線状の凸部を各基板上で互いに平行になるように形成してもよい。この場合、両基板上の凸部が互いに交差するように貼り合わせることにより、角や辺に隙間を有する組格子状の凸部が形成される。
【００４７】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されている場合、液晶分子は電圧印加時に一対の基板間でツイストすることになり、ストライプ状の凸部を形成した場合と同様に、凸部の壁からの相互作用とカイラル材料による相互作用によりＡＳＭ配向となる。従って、偏光板をクロスニコルにした場合、吸収軸をいずれの方向にしても正面から見たときの明るさは変化しない。
【００４８】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されていない場合、点線状凸部や破線状凸部を、液晶が接する表面を基板表面に対して垂直な方向から傾いているような構造体にすれば、ストライプ状凸部を形成した場合と同様に、軸対称状配向又は放射状配向が得られる。
【００４９】
従って、完全に閉じた格子状の凸部構造体でなく、格子状の隅や辺に隙間があっても、放射状、軸対称状及びＡＳＭ配向が得られる。
【００５０】
このように破線状又は点線状の凸部を形成した場合にも、凸部の高さを各基板毎にほぼ等しくすることにより、凸部の交差部をセル厚保持材として機能させることができる。従って、ストライプ壁構造の高さをコントロールすることにより、プラスチックビーズによるセル厚制御を必要とせず、所望のセル厚を得ることができる。さらに、後述する実施形態６において図１９〜図２３に示すように、第１の凸部６１及び６２の高さを低くして、その上に第２の凸部６３を形成することによりセル厚を制御してもよい。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００５２】
（基本動作）
図１、図２及び図３を参照しながら、本発明の液晶表示装置１００の動作原理について説明する。
【００５３】
図１（ａ）は本発明の液晶表示装置１００に設けられたストライプ壁構造体（凸部）を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の絵素領域部分を拡大した平面図である。図２（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線部分を示す断面図であり、図２（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線部分を示す断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は電圧無印加時の、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は電圧印加時の状態を示し、図３（ａ）及び図３（ｃ）は断面図、図３（ｂ）及び図３（ｄ）は上面をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察した結果を示す。
【００５４】
この液晶表示装置１００は、ガラス等からなる一対の基板３２と３４の間に、誘電異方性（Δε）が負（ｎ型）の液晶分子４２からなる液晶層４０が挟持されている。一対の基板３２及び３４の液晶層４０に接する表面には、液晶層４０側の面に凸部３６ａ、３６ｂが形成され、その上に垂直配向層３８ａ及び３８ｂが形成されている。図１及び図２に示すように、凸部３６ａ、３６ｂは絵素領域の外側にストライプ状に設けられており、液晶表示装置を上から見ると、下側基板３２上の凸部３６ａと上側基板３４上の凸部３６ｂとが互いに交差して絵素領域を囲む組格子状の壁構造体となっている。
【００５５】
この凸部３６ａ、３６ｂによって、液晶層４０はｄｏｕｔ及びｄｉｎの２種類の異なる厚さを有する。その結果、後述するように、電圧印加時に軸対称配向又は放射状配向を呈する液晶領域が、凸部３６ａ、３６ｂによって包囲される領域に規定される。尚、図３において、液晶層４０に電圧を印加するために一対の基板３２と３４に形成されている電極は省略してある。さらに、図３において、ストライプ構造体（凸部３６ａ、３６ｂ）の断面形状は四角形状としてあるが、後述するように液晶層にカイラルドーパントが混合されているか、又は混合されていないかに関わらず、液晶配向を安定化するためには、図２のような台形状、又は半円状や三角形状とするのが好ましい。
【００５６】
この液晶表示装置１００は、電圧無印加時には、図３（ａ）に示すように、液晶分子４２は垂直配向層３８ａ、３８ｂの配向規制力によって、基板３２、３４と垂直な方向に配向している。電圧無印加状態の絵素領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると、図３（ｂ）に示すように、暗視野を呈する（ノーマリーブラックモード）。
【００５７】
電圧を印加すると、負の誘電異方性を有する液晶分子４２に、液晶分子の長軸を電界の方向に対して垂直に配向させる力が働くので、図３（ｃ）に示すように、基板に垂直な方向から傾く（中間調表示状態）。この状態の絵素領域をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察すると、図３（ｄ）に示すように、偏光軸に沿った方向に消光模様が観察される。
【００５８】
本発明の液晶表示装置１００の電圧透過率曲線を図４に示す。この図４において、横軸は液晶層に印加される電圧を表し、縦軸は相対透過率を表す。
【００５９】
電圧無印加時のノーマリーブラック状態から電圧を上昇していくと、透過率が徐々に増加する。ここで、相対透過率が１０％となる電圧をＶｔｈ（閾値電圧）と称する。さらに電圧を上昇すると透過率はさらに上昇して飽和に至る。この透過率が飽和する電圧をＶｓｔ（Ｖｍａｘ）と称する。
【００６０】
液晶層４０に印加する電圧が１／２ＶｔｈからＶｓｔの間にある場合には、透過率は図４に示した動作範囲内を可逆的に変化する。１／２Ｖｔｈ付近の電圧を印加した状態においては、液晶分子は基板に対してほぼ垂直配向しているが、軸対称状配向の中心軸に対する対称性を記億しており、１／２Ｖｔｈを越える電圧を印加すると、可逆的に軸対称配向状態に戻ると考えられる。しかしながら、印加する電圧が１／２Ｖｔｈよりも低くなると、液晶分子はほぼ垂直配向状態に戻り、再度電圧を印加すると液晶分子が倒れる方向が一意的に決まらないので、軸対称配向の中心軸が複数存在することになって透過率が安定しない。一旦、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を印加すると、凸部３６ａ、３６ｂで包囲された領域内（絵素領域に対応）において複数の中心軸が１つになり、図４に示した電圧透過率特性を示す。液晶セル中にｎ型の液晶材料を注入した段階では、印加電圧が１／２Ｖｔｈよりも低い場合と同様の挙動をする。
【００６１】
従って、本液晶表示装置においては、軸対称状配向又は放射状配向を安定させるために１／２Ｖｔｈ以上の電圧を常に印加しておくのが好ましい。但し、後述する配向固定層を形成する場合には、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を取り除いても再現性良く軸対称状配向又は放射状配向を得ることができる。
【００６２】
尚、「絵素」は、一般に、表示を行う最小単位として定義される。本願明細書において用いられる「絵素領域」という用語は、「絵素」に対応する表示素子の一部の領域を指す。但し、縦横比が大きい絵素（長絵素）の場合、１つの長絵素に対して、複数の絵素領域を形成してもよい。絵素に対応して形成される絵素領域の数は、軸対称配向又は放射状配向が安定に形成されうる限り、できるだけ少ない方が好ましい。
【００６３】
（液晶材料）
本発明で用いられる液晶材料は、負の誘電率異方性（Δε＜０）を有する、所謂ｎ型の液晶材料である。この液晶材料において、Δεの絶対値の大きさは用途により適宜設定できる。一般的には、駆動電圧を低下させる観点から、大きな絶対値を有することが好ましい。
【００６４】
電圧印加時のｄ・Δｎ（リタデーション）は、装置の透過率や視角特性等、装置特性の重要な特性を左右する重要な要素である。本発明の軸対称状配向又は放射状配向の表示モードでは、液晶材料固有のΔｎと液晶層厚ｄの積で決まる液晶セル固有のリタデーションを最適値に限定する必要は必ずしもない。
【００６５】
図５に、リターデーションの最適値（透過率最大になるファーストミニマム条件：ｄ・Δｎ＝５５０ｎｍ）よりも大きなリタデーション値を有する液晶表示装置の電圧透過率曲線を示す。
【００６６】
このような液晶表示装置については、相対透過率の最大点を越えた領域を使用する必要はなく、相対透過率が単調に増加する領域で液晶表示装置を駆動すればよい。すなわち、図５において相対透過率が最大となる電圧を最大駆動電圧（Ｖｍａｘ）と設定すればよい。
【００６７】
本発明においては、使用する最大駆動電圧でのリタデーションが重要である。リタデーションの範囲は、液晶セルを作製したときの液晶分子の見掛け上のΔｎ（屈折率の異方性：最大駆動電圧での値）と液晶層の平均厚さｄの積ｄ・Δｎ（リタデーション）が、約３００ｎｍ〜５５０ｎｍであることが好ましい。この範囲では電圧印加時の透過率や電圧無印加時の視角特性が良好であり、視角によって印加電圧の大きさと透過率の関係が逆転する、いわゆる階調反転（コントラスト反転）現象が生じない。
【００６８】
透過率が極大となる点としては、セカンドミニマム条件（リタデーション：１０００〜１４００ｎｍ）も存在するが、電圧無印加時の視角特性が劣るので好ましくない。さらに、この場合、視角によって印加電圧の大きさと透過率の関係が逆転する、いわゆる階調反転（コントラスト反転）現象を起こすので好ましくない。
【００６９】
カイラルドーパントを含む液晶層においては、液晶分子のツイスト角も液晶表示装置の透過率を決定する重要な要素の一つであり、本発明においてはリタデーション値と同様に、最大駆動電圧におけるツイスト角が重要である。
【００７０】
本発明はｎ型の液晶分子を用いているので、液晶分子の見掛け上のツイスト角は電圧に依存する。電圧無印加時には見掛け上のツイスト角はほぼ０°であり、電圧の増加に伴ってツイスト角が増加して、十分な電圧を印加すると液晶材料固有のツイスト角に近づく。ＡＳＭ配向では液晶分子の配向が軸対称状になっているので、複屈折効果により電圧−透過率特性等の光学特性が良好なツイスト角８０゜〜１２０゜の範囲であるのが好ましく、さらに好ましくは９０゜である。
【００７１】
最大駆動電圧におけるツイスト角とリタデーション値は、両者がともに好ましい範囲内にあるのが好ましく、この場合にはさらに効果的に透過率を最大値に近づけることができる。
【００７２】
（絵素領域を規定する凸部）
本発明の液晶表示装置１００は、図１及び図２に示すように、下側基板３２上のストライプ状凸部３６ａと上側基板３４上のストライプ状凸部３６ｂとが、互いに交差して絵素領域を取り囲むように、組格子状に設けられている。
【００７３】
この凸部３６ａ、３６ｂが存在せずに液晶層４０の厚さ（セルギャップ）が均一な場合、液晶ドメイン（連続的に配向した領域：ディスクリネーションラインの発生がない領域）が形成される位置又は大きさを規定されないので、ランダム配向状態になってしまい、中間調表示においてざらついた表示となる。
【００７４】
凸部３６ａ、３６ｂを形成することにより、軸対称配向又は放射状配向を呈する液晶領域の位置及び大きさが規定される。
【００７５】
図２に示すように、凸部３６ａ、３６ｂは液晶層４０の厚さを制御しており、絵素領域間の液晶分子の相互作用を弱めるために形成されている。
【００７６】
液晶層４０の厚さは、絵素領域周辺の液晶層厚さ（ｄｏｕｔ）が絵素領域内（開口部）の液晶層厚さ（ｄｉｎ）より小さくなっており（ｄｉｎ＞ｄｏｕｔ）、さらに、０．２×ｄｉｎ≦ｄｏｕｔ≦０．８×ｄｉｎの関係を満足することが好ましい。即ち、０．２×ｄｉｎ＞ｄｏｕｔの場合、この凸部３６が絵素領域間の液晶分子の相互作用を弱める効果が十分でなく、絵素領域毎に単一の軸対称配向領域又は放射状配向領域を形成することが困難な場合がある。さらに、ｄｏｕｔ＞０．８×ｄｉｎでは、液晶セルへの液晶材料の注入が困難になる場合ある。
【００７７】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されているか、又は混合されていないかに関わらず、ストライプ状凸部の液晶が接する表面が基板表面に対して垂直な方向から傾いているような構造体にするのが好ましい。例えば、図２に示したような凸部の断面構造が台形状や半円状又は三角形状になっているのが好ましい。
【００７８】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されている場合、凸部をこのような断面形状にすることにより、図６に示すように、傾いた表面上の液晶分子にプレチルトが与えられ、電圧印加時の液晶分子の傾く方向が一方向に規定されて液晶配向が安定化される。各絵素領域では組格子状の壁構造体（凸部３６ａ、３６ｂ）に囲まれているので、壁４方向から絵素中心へと液晶分子が傾き、絵素中心部では液晶分子が垂直配向のままであるので実質的に軸対称状配向又は放射状配向が得られる。
【００７９】
この場合、電圧印加時に偏光板をクロスニコルにして吸収軸方向を各絵素領域外のストライプ壁に対して４５゜に合わせると最も明るくなり、図７に示すように、消光模様が絵素領域のほぼ中央部を中心としてストライプ壁の交差する点を結ぶ対角線と平行に出現する。
【００８０】
一方、電圧印加時に偏光板をクロスニコルにして吸収軸方向を各絵素領域外のストライプ壁に対して平行又は９０゜に合わせると最も暗くなり、図８に示すように、ストライプ壁に対して４５゜に合わせた場合に出現する消光模様とは明暗部を反転させた消光模様が出現する。
【００８１】
尚、凸部の傾斜は、電圧印加時に液晶分子が基板の垂直な方向から傾くのに充分なプレチルトを有する程度の傾斜であるのが好ましく、例えば基板表面に対して１０゜〜８９゜程度とするのが好ましい。図６に示すように、傾斜は電圧印加時の液晶分子の傾き方向を規定するために有効であるが、本発明者らの実験によれば、傾斜が１０゜以下ではＡＳＭ配向が得られないことがあった。さらに好ましくは、基板表面に対して８０゜〜８９゜程度である。この凸部の傾斜は直線的な傾斜や曲線的な傾斜、或いは段階的に変化した傾斜であってもよい。
【００８２】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されている場合には、液晶分子は電圧印加時に一対の基板間でツイストすることになり、組格子状のストライプ壁からの相互作用とカイラル材料による相互作用によりＡＳＭ配向となる。従って、偏光板をクロスニコルにした場合、吸収軸をいずれの方向にしても明るさは変化しない。この場合でも、凸部の断面形状に上述のような傾斜を設けることにより、液晶に充分なプレチルトを与えて液晶配向を安定化させることができる。
【００８３】
電圧印加時に放射状配向、軸対称状配向又はＡＳＭ配向を得るためには、ストライプ壁構造体を交差させた組格子状の構造体の他に、破線状又は点線状の壁構造体を交差させた構造体であってもよい。この場合、角や辺に隙間を有する凸状構造体となるが、凸部の傾斜によるプレチルトの配向規制力によって、放射状又は軸対称状の配向が得られる。また、ｎ型液晶材料にカイラルドーパントを混合した場合には、カイラルドーパントによる液晶分子のツイスト力によって、ＡＳＭ配向が得られる。従って、ストライプ壁構造体を組格子状にした場合とほぼ同等の光学的な特性が得られる。
【００８４】
（光硬化性樹脂）
図４を参照しながら上述したように、本発明の液晶表示装置は、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を常に印加することが好ましい。
【００８５】
基板に対して垂直に配向した液晶分子に電圧を印加すると、液晶分子が倒れる方向が一義的に決定されず、その結果、過渡的に複数の中心軸が形成される現象が起こる。一方、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を印加し続けると、凸部３６ａ、３６ｂで規定された領域内に唯一の中心軸が形成され、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を印加している限り、この状態は安定に存在する。
【００８６】
ここで、絵素サイズが１００μｍ角以下では、絵素サイズが小さい程、中間調での配向が安定しており、応答速度は配向固定層があっても無くても同程度である。一方、大きい絵素サイズの場合には、応答速度を速くするために絵素を複数に分割する方法があるが、この場合にはＢＭの部分が増加するので開口率が低下してしまう。これを避けるためには、配向固定層を設けて配向状態を安定させるのが好ましい。
【００８７】
そこで、軸対称配向又は放射状配向を安定化するために１／２Ｖｔｈ以上の電圧を印加した状態で、予め液晶材料中に混合しておいた光硬化性樹脂を硬化させる。これにより、液晶層に接する表面に配向固定層を形成することができ、液晶分子の軸対称配向又は放射状配向を安定化させることができる。
【００８８】
光硬化性樹脂を硬化した後では、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を取り除いても複数の中心軸が形成されることなく、軸対称状又は放射状配向が再現性良く形成される。
【００８９】
本発明においては、光硬化性樹脂として例えばアクリレート系、メタアクリレート系、スチレン系及びこれらの誘導体等を使用することができる。これらの樹脂に光重合開始剤を添加することにより、より効率的に光硬化性樹脂を硬化させることができる。或いは、熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【００９０】
硬化性樹脂の添加量は材料により最適値が異なるため、本発明では特に限定しないが、樹脂含有量（液晶材料を含む全体の重量に対する％）が約０．１％〜５％であることが好ましい。約０．１％より少ない場合には軸対称配向又は放射状配向状態を硬化した樹脂によって安定化することができず、約５％を越える場合には垂直配向層の効果が阻害され、液晶分子が垂直配向からずれるので、透過率が上昇（光り抜け）し、電圧ＯＦＦ時の黒状態が劣化する。
【００９１】
（位相差板）
２枚の直交した偏光板間に垂直配向した液晶材料を挟んだ場合、正面方向から観察すると良好な黒状態が得られ、高コントラストの表示が得られる。しかし、視角を変化させて観察した場合、（ｉ）偏光板の特性による視角依存性、及び（ｉｉ）液晶層のリタデーションによる視角依存性（垂直に配向している液晶分子のリタデーションは方向によって変化する）に依存して、光漏れが観測されコントラスト比の低下が起こる。
【００９２】
この現象は、偏光板の偏光軸から４５°方向（方位角：基板面内方向）で顕著に表れる。この現象を抑制するためには、垂直に配向した液晶材料のリタデーションを小さくすることが効果的である。
【００９３】
さらに、一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に、図９（ａ）に示すような、表示面内方向の屈折率ｎx＝ｎy＞表示面に垂直方向の屈折率ｎz或いはｎx＞ｎy＞ｎzの屈折率楕円体を有する位相差板４１を設置することが好ましい。
【００９４】
この場合、図９（ｃ）に示すように、位相差板のｎxの方向（遅延軸）を隣接する偏光板の吸収軸と互いに直交させて配置するのが好ましい。これにより、クロスニコル状態の偏光板吸収軸方向に対して４５゜方向の視野角特性を大幅に改善することができる。
【００９５】
或いは、図９（ｂ）に示すように、一対の偏光板４３ａ、４３ｂの各々とそれに隣接する基板３２、３４との間に１枚ずつ設け、各位相差板４１ａ、４１ｂのｎxの方向を隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交させて配置させるのが好ましい。これにより、クロスニコル状態の偏光板吸収軸方向に対して４５゜方向の視野角補償機能を最大に発揮させることができる。
【００９６】
位相差板は、１枚の位相差フィルムであってもよく、複数の位相差フィルムを積層した積層フィルムであってもよい。このような位相差板の材料としては、例えばポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の可視光領域において透明（透過率９０％以上）な高分子材料が挙げられる。
【００９７】
この位相差板の位相差は、液晶材料固有のΔｎと液晶層厚さｄとの積で決まる液晶セル固有のリタデーション値より小さいことが好ましい。さらに好ましくは、上記液晶セル固有のリタデーションの約３０％〜８０％の値である。約３０％以下では位相差板の効果が小さく、約８０％以上では広視角方向で色付きが大きくなり好ましくない。尚、偏光板に使用されているＴＡＣフィルム（支持フィルム）は法線方向に位相差を有しているため、上記位相差３０％〜８０％にはこのＴＡＣフィルムのリターデーションも含まれる。
【００９８】
また、位相差板の面内位相差（ｎx−ｎy）ｄｆ、ｄｆ：位相差板の厚さ）の値は、液晶層のリターデーションの約３．５％〜１５％程度に設定するのが好ましい。約３．５％以下では全方位での視野角特性が良好で広く、回転対称となり、約１５％以上では良好な視野角範囲が狭く、点対称となる。
【００９９】
（垂直配向層）
垂直配向層は、液晶分子を垂直に配向させる表面を有していればよく、その材料は無機材料でも有機材料でもかまわない。例えば、ポリイミドタイプ（ＪＡＬＳ−２０４（日本合成ゴム）、１２１１（日産化学））、無機系（ＥＸＰ−ＯＡ００３（日産化学工業））等が使用できる。
【０１００】
（偏光板）
偏光板を直交ニコル状態に配置することにより、垂直配向した液晶材料を挟んだ場合にノーマリブラックモードの良好な黒状態が得られ、高コントラストの表示が得られる。この偏光板としては、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、ポリビニルホルマールフィルム、ポリビニルアセタールフィルム、ポリ（エチレン−酢酸）共重合体系ケン化フィルムのような親水性高分子フィルムにヨウ素や親水性高分子を吸着配向せしめたヨウ素系偏光フィルムや染料系偏光フィルム等、およびポリビニルアルコール系フィルムを脱水処理したりポリ塩化ビニルフィルムを脱塩酸処理したりしてポリエンを配向せしめたポリエン系偏光フィルム等を用いることができる。さらに、偏光板の表面にアンチグレア防眩層を設けることにより、偏光軸方向に対して４５゜ずれた方向の視野角特性をさらに改善することができる。
【０１０１】
以下、本発明の実施形態についてさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０２】
（実施形態１）
図２を参照しながら、本実施形態の液晶表示装置の製造方法を説明する。
【０１０３】
表面に透明電極３１ａ、３１ｂ（ＩＴＯ：１００ｎｍ）が形成された基板３２及び対向基板３４上に、感光性ポリイミドを用いて高さ約５μｍのストライプ状凸部３６ａ、３６ｂを絵素領域外に形成した。凸部３６ａ、３６ｂで包囲される領域、即ち絵素領域の大きさは１００μｍ×１００μｍとした。
【０１０４】
その上に、ＪＡＬＳ−２０４（日本合成ゴム）をスピンコートし、垂直配向層３８ａ、３８ｂを形成した。
【０１０５】
両基板を凸部３６ａ、３６ｂが互いに交差するように貼り合わせて液晶セルを完成させた。
【０１０６】
作製したセル中に、カイラルドーパントを混合していないｎ型液晶材料（Δε＝−４．０、Δｎ＝０．０８、セルギャップ４μｍ）を注入した。セル厚を貫く壁構造体が無く、組格子状のストライプ状凸部があるだけなので、液晶材料の注入を真空注入により行うことができた。液晶の注入後、電圧を７Ｖ印加した。電圧印加直後、初期状態で、絵素領域毎に１つの軸対称状又は放射状配向が形成された。そして、さらに電圧印加状態を続けても、その軸対称状又は放射状の配向状態は維持されていた。
【０１０７】
この液晶セルの両側に偏光板をクロスニコル状態になるように配置し、液晶表示装置を作製した。
【０１０８】
得られた液晶表示装置は、ストライプ状の凸部３６ａ、３６ｂの断面形状が図２に示したように台形状となっていることを除けば、実質的に図３に示した液晶表示装置１００と同様の構成を有している（偏光板は図示していない）。
【０１０９】
この実施形態１の液晶表示装置においては、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を印加している状態では軸対称状配向が安定で、電圧を１／２Ｖｔｈよりも低くすると軸対称状配向状態が崩れ、初期状態に戻ってしまう。そして、再び電圧を印加すると初期の軸対称配向の中心軸が複数存在する状態を経て、絵素領域ごとに１つずつ中心軸を有する軸対称配向状態になった。この現象は、２０回実施しても変化なかった。
【０１１０】
この実施形態１の液晶表示装置の電気光学特性を測定するために、１／２Ｖｔｈ以上の電圧を印加して軸対称状態を形成した後で、測定中は軸対称配向が安定な電圧範囲（１／２Ｖｔｈ以上）で電気光学特性を測定した。
【０１１１】
得られた電気光学特性を図１０に示す。
【０１１２】
図１０から明らかなように、本実施形態１の液晶表示装置は、ＯＦＦ状態における透過率が低く、良好なコントラスト比（ＣＲ＝３００：１、５Ｖ）が得られた。そして、視角特性は、図１１に示すように、広い視角範囲において高いコントラスト比が得られた。図１１において、ψは方位角（表示面内の角度）、θは視角（表示面法線からの傾き角）であり、ハッチングはコントラスト比が１０：１以上の領域を示す。また、イ、ロは偏光板吸収軸に対して４５゜の方向を示す。
【０１１３】
なお、本実施形態においては、ストライプ状凸部３６ａ及び３６ｂの交差部でセル厚を保持するようにしたが、ストライプ状凸部３６ａ、３６ｂの高さを低くして、その上に後述する実施形態６に示すようなセル厚を保持するための第２の凸部６３を形成してもよい。このことは以下の実施形態２〜実施形態５でも同様である。
【０１１４】
（実施形態２）
本実施形態２では、図１２に示すように、プラズマ電極５１ａが設けられたガラス基板５２ａと５０μｍ程度のガラスからなる中間シート５２ｂとをプラズマ隔壁（遮光性ストライプリブ）５３により間隔を開けて対向させ、その間にプラズマ放電可能なガスを封入してプラズマチャネルとしたＰＡＬＣ基板５５を用い、このＰＡＬＣ基板５５と、表面にＩＴＯからなる透明電極５１ｂが形成されたＣＦ基板５４上に、ストライプ状凸部３６ａ、３６ｂを絵素領域外に形成した。
【０１１５】
その上に垂直配向層３８ａ、３８ｂを形成し、両基板を凸部３６ａ、３６ｂが互いに交差するように貼り合わせて液晶セルを完成させた。
【０１１６】
作製した空セルに、カイラルドーパントを混合していないｎ型液晶材料（Δε＝−３．２、Δｎ＝０．０８、セルギャップ４．５μｍ）を注入し、電圧を７０Ｖ印加した。電圧印加直後、液晶層５０には、初期状態で、絵素領域毎に１つの軸対称状又は放射状配向が形成され、さらに電圧印加状態を続けても、その軸対称状又は放射状の配向状態は維持されていた。
【０１１７】
本実施形態２においては、ＰＡＬＣ（プラズマアドレス液晶）素子のようにプラズマチャネルのストライプリブ構造を有する基板を用いることにより、リブ材が遮光性であれば、ポジ型の光感光性材料を例えばスピンコート法等で塗布してＰＡＬＣ基板側から光照射することにより凸部を形成するためのマスクを設けなくてもストライプリブ状に所望の膜厚でストライプ壁構造（凸部）を得ることができた。
【０１１８】
（実施形態３）
実施形態１の液晶表示装置の一方に、フリスビー型の屈折率楕円体を有する位相差板（リターデーション値（ｎx−ｎy）ｄｆ＝１０ｎｍ、（ｎx−ｎz）ｄｆ＝１７０ｎｍ）を設置した。
【０１１９】
この液晶表示装置の視角特性を測定した結果を図１３に示す。
【０１２０】
図１３から明らかなように、実施形態３の液晶表示装置の視角特性は、実施形態１の液晶表示装置の視角特性（図１１）よりも、さらに広視野角化されていることが分かる。
【０１２１】
さらに、ｎx＝ｎy、（ｎx−ｎz）ｄｆ＝１７０ｎｍの１軸性フィルムを配設しても同等レベルの広視野角化を達成することができる。
【０１２２】
（実施形態４）
実施形態２の液晶セル構成において、軸対称状配向モードについての電気光学特性のコンピューターシミュレーションを行った。このコンピューターシミュレーションは、アルゴリズム（差分法）でＭａｘＷｅｌｌ方程式を解くことにより行った。
【０１２３】
セル厚を４μｍとしたとき、図１４に示すように、電圧−透過率特性で立ち上がりの急峻性が得られた。このとき、液晶セルの上下面に配設する位相差フィルムについて、視野角を４０゜、方位角を４５゜及び１３５゜にしたときの位相差フィルムの面内リターデーション（ｎx−ｎy）ｄｆとコントラスト比との関係を調べたところ、図１５に示すように面内リターデーション（ｎx−ｎy）ｄｆ＝３７ｎｍが最適であることが分かった。一方、厚さ方向のリターデーションは、放線方向の屈折率差比を面内方向の屈折率差比の４．５倍と設定しており、（ｎx−ｎz）ｄｆ＝（ｎx−ｎy）ｄｆ×４．５＝３７．３ｎｍ×４．５≒１６８ｎｍが最適である。
【０１２４】
この液晶表示装置によれば、図１６に示すような等コンター曲線が得られ、広視野角化を達成することができた。さらに、偏光板のフィルム表面にハードコート散乱層をコーティングしたアンチグレア防眩層を設けることにより、偏光軸方向に対して４５゜方向の視野角特性にさらなる改善効果を発揮することができた。
【０１２５】
一方、セル厚を６μｍにしたとき、電圧・透過率特性は図１７に示すようなものであり、表示に使用できる特性が得られなかった。
【０１２６】
（実施形態５）
本実施形態５では、実施形態１の液晶セルにカイラル材料を混合したｎ型液晶材料（Δε＝−４．０、Δｎ＝０．０８、セルギャップ４μｍ）を注入し、電圧を７Ｖ印加した。電圧印加直後、初期状態で軸対称配向（ＡＳＭ配向）が複数存在する状態となり、さらに電圧印加状態を続けると絵素領域毎に１つの軸対称状配向領域（モノドメイン）が形成された。
【０１２７】
この液晶表示装置において、実施形態４と同様の位相差フィルムを配設することにより、実施形態４と同様に広視野角化を達成することができた。
【０１２８】
さらに、電圧スイッチング時に配向を安定化させるためには、例えば光硬化性樹脂を液晶材料に混合して、液晶材料の閾値電圧の１／２以上の電圧を印加しながら光照射することにより光硬化性樹脂を硬化させるのが好ましい。
【０１２９】
カイラル材料を混合した場合、液晶層のツイスト角は８０゜〜１２０゜の範囲にあるのが好ましく、この範囲では、図１８に示すように、全方位において電圧・透過率特性が優れていた。また、視野角特性や色特性についても全方位において優れた特性が得られた。
【０１３０】
（実施形態６）
本実施形態では、完全な格子状の構造体ではなく、破線状又は点線状の凸部を組合わせて角又は辺に隙間部を有する格子状構造体を形成した。
【０１３１】
図１９〜図２３に示すように、一方の基板に破線状又は点線状の凸部（第１の凸部）６１を互いに平行に形成し、他方の基板にも破線状又は点線状の凸部（第１の凸部）６２を形成した。そして、一方の基板の第１の凸部６１上に、所定の間隔でセル厚を制御するための第２の凸部６３を形成した。
【０１３２】
その後、両基板上に垂直配向層を形成し、第１の凸部同士が交差するように貼り合わせることにより、角又は辺に隙間を有する凸状構造体を、基板表面の絵素領域外に対応する位置に形成した。両基板の間隙にカイラルドーパントを含むｎ型液晶材料を注入して液晶セルを作製し、この液晶セルの両側に偏光板をクロスニコル状態になるように配置して、液晶表示装置を作製した。
【０１３３】
この液晶表示装置は、ストライプ状の凸部構造体を形成した場合と同様に、電圧無印加時に図３（ｂ）、電圧印加時に図３（ｄ）に示すように、軸対称状配向又はＡＳＭ配向が得られた。
【０１３４】
点線状又は破線状の凸部に傾斜を設けてカイラルドーパントを含まないｎ型液晶材料を注入した場合には、放射状配向又は軸対称状配向が得られた。
【０１３５】
なお、材料の注入しやすさの観点から、第１の凸部の高さはセル厚よりも低い方が望ましく、第１の凸部と第２の凸部との絵素領域からの高さでセル厚が制御される。
【０１３６】
両基板上の第１の凸部が交差している場合、第２の凸部の形成を省略して、第１の凸部の交差部でセル厚を制御してもよい。
【０１３７】
なお、ＰＡＬＣ素子を用いた液晶表示装置においては、破線状又は点線状の凸部構造体をカラーフィルタ上に形成することができる。
【０１３８】
（比較例）
この比較例では、図２４に示すように、基板３２、３４の表面に形成された凸部３６ａ、３６ｂを互いに平行になるように両基板を貼り合わせて液晶セルを作製した。
【０１３９】
この液晶セルに、実施形態１と同じ材料を注入すると、液晶分子がランダム配向状態になり、ディスクリネーションラインが無秩序に形成された。
【０１４０】
この液晶セルの両側に偏光板をクロスニコル状態になるように配置し、液晶表示装置を作製した。
【０１４１】
この液晶表示装置に電圧を印加して観察したところ、中間調において、ざらつきのある表示がみられた。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、ストライプ状や破線状、又は点線状の壁構造体（凸部）が互いに交差するように両基板を貼り合わせることにより、電圧無印加時に液晶分子が基板に対して略垂直に配向し、電圧印加時には絵素領域毎に液晶分子が軸対称状又は放射状配向した液晶領域を有する、視野角特性に優れた高コントラストの液晶表示装置を簡便な製造工程により作製することができる。
【０１４３】
このように優れた特性を有する本発明の液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、アミューズメント機器、テレビジョン装置などの平面ディスプレイやシャッタ効果を利用した表示板、窓、扉、壁などに好適に用いることができる。
【０１４４】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されているか、又は混合されていないかに関わらず、ストライプ状、破線状又は点線状の凸部の断面を半円状、台形状又は三角形状等の傾斜を有する形状にすると、電圧印加時に液晶分子が基板の垂直な方向から傾くのに充分なプレチルトを与えて液晶配向を安定化することができる。
【０１４５】
ｎ型液晶材料にカイラルドーパントが混合されている場合、組格子状の壁状構造体、又は角や辺に隙間を有する組格子状の壁状構造体からの相互作用とカイラル材料による相互作用によりＡＳＭ配向が得られる。
【０１４６】
液晶のツイスト角を８０゜〜１２０゜にすることにより、全方位で視野角特性が良好で高コントラストな表示が得られ、透過光の色付きも防ぐことができる。液晶層のリターデーションΔｎ・ｄを３００ｎｍ〜５５０ｎｍにすることにより、電圧印加時の透過率や電圧無印加時の視角特性を良好にし、階調反転現象も防ぐことができる。
【０１４７】
偏光板と基板との間に、ｎx＞ｎy＞ｎz又はｎx＝ｎy＞ｎzの関係を有する位相差板を配置することにより、偏光板自身の特性による視角依存性及び液晶層のリタデーション値の視角依存性を補償して、クロスニコル状態の偏光板吸収軸方向に対して４５゜方向の視野角特性を大幅に改善することができる。特に、ｎxの方向（遅延軸）を隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交させて配置するのが好ましい。
【０１４８】
配向固定層を設けることにより、電圧印加時の液晶分子の軸対称状配向又は放射状配向方向をさらに安定させることができる。この配向固定層は、例えば、液晶材料に光硬化性樹脂を混合しておけば、液晶セルの外部から光を照射することにより、非常に簡単に作製することができる。
【０１４９】
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、電圧印加により液晶分子に軸対称状又は放射状にプレチルト角を与え、その状態で光硬化性樹脂を硬化させて配向固定することにより、電圧の印加・非印加に関わらず、各絵素で均一に安定した配向状態を形成することができる。さらに、ストライプ状や破線状又は点線状の凸部の表面に垂直配向膜を形成することにより、液晶分子を界面に対して垂直に配向させることができ、ストライプ状や破線状又は点線状の凸部に傾斜（テーパー）をつけることにより、軸対称状配向又は放射状配向を安定して容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の液晶表示装置におけるストライプ状凸部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の絵素領域部分の拡大図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ’線部分を示す断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線部分を示す断面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置１００の動作原理を説明するための図である。（ａ）及び（ｂ）は電圧無印加時の状態を示し、（ｃ）及び（ｄ）は電圧印加時の状態を示し、（ａ）及び（ｃ）は断面図であり、（ｂ）及び（ｄ）は上面をクロスニコル状態の偏光顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図４】本発明の液晶表示装置における電圧透過率曲線の一例を示す図である。
【図５】本発明の液晶表示装置における電圧透過率曲線の他の例を示す図である。
【図６】本発明の液晶表示装置におけるストライプ状凸部の傾斜と液晶分子の配向方向を説明するための断面図である。
【図７】偏光板クロスニコル状態において、ストライプ状凸部に対して偏光板の吸収軸を４５゜方向に合わせた場合に観察される消光模様を示す図である。
【図８】偏光板クロスニコル状態において、ストライプ状凸部に対して偏光板の吸収軸を平行又は９０゜方向に合わせた場合に観察される消光模様を示す図である。
【図９】（ａ）は本発明に用いられる位相差板の遅延軸方向を示す斜視図であり、（ｂ）は液晶表示装置の各部材の配置を示す断面図であり、（ｃ）は偏光板の吸収軸と位相差板の遅延軸との関係を示す図である。
【図１０】実施形態１の液晶表示装置における電気光学特性を示す図である。
【図１１】実施形態１の液晶表示装置における視角特性を示す図である。
【図１２】実施形態２の液晶表示装置における絵素領域を示す部分断面図である。
【図１３】実施形態３の液晶表示装置における視角特性を示す図である。
【図１４】実施形態４の液晶表示装置における電圧−透過率曲線を示す図である。
【図１５】実施形態４の液晶表示装置において、視野角を４０゜、方位角を４５゜及び１３５゜にしたときの位相差フィルムの面内リターデーション（ｎx−ｎy）ｄｆとコントラスト比との関係を示す図である。
【図１６】実施形態４の液晶表示装置における視角特性を示す図である。
【図１７】実施形態４の他の液晶表示装置における電圧−透過率曲線を示す図である。
【図１８】実施形態５の液晶表示装置におけるツイスト角と電圧印加時の透過率特性との関係を示す図である。
【図１９】（ａ）は実施形態６の液晶表示装置における点線状又は破線状凸部を示す平面図であり、（ｂ）はそのＣ−Ｃ’線部分を示す断面図である。
【図２０】実施形態６の液晶表示装置における点線状又は破線状凸部を示す平面図である。
【図２１】実施形態６の液晶表示装置における点線状又は破線状凸部を示す平面図である。
【図２２】実施形態６の液晶表示装置における点線状又は破線状凸部を示す平面図である。
【図２３】実施形態６の液晶表示装置における点線状又は破線状凸部を示す平面図である。
【図２４】比較例の液晶表示装置における絵素領域を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１００ 液晶表示装置
３１ａ、３１ｂ 透明電極
３２、３４ 基板
３６ａ、３６ｂ ストライプ状凸部
３８ａ、３８ｂ 垂直配向層
４０ 液晶層
４１ａ、４１ｂ 位相差板
４２ 液晶分子
４３ａ、４３ｂ 偏光板
６１、６２ 破線状又は点線状の第１の凸部
６３ 第２の凸部

Claims (13)

1. 一対の基板と、
   該一対の基板に挟持された液晶層と
   を備えた液晶表示装置であって、
   該一対の基板のそれぞれの基板の該液晶層側の表面には複数本の破線状又は点線状の凸部が形成されており、
   該複数本の破線状又は点線状の凸部は互いに略平行であり、
   該複数本の破線状又は点線状の凸部の各々は該一対の基板のそれぞれの基板表面に対して垂直な方向から傾いている面を有し、
   該一対の基板のうちの一方の基板の凸部と該一対の基板のうちの他方の基板の凸部とが互いに交差するように該一対の基板を貼り合わせることにより、組格子状の構造体が形成されており、
   該一対の基板のうち少なくとも一方の基板の該液晶層側の表面には垂直配向層が形成されており、
   該液晶層の液晶分子は負の誘電異方性を有し、
   電圧無印加時には、該垂直配向層によって、該液晶分子が該一対の基板に対して略垂直に配向し、
   電圧印加時には、該組格子状の構造体と該垂直配向層とによって、該液晶分子が該組格子状の構造体に囲まれた絵素領域毎に軸対称状又は放射状に配向する、液晶表示装置。
2. 前記液晶層の前記絵素領域内の厚さ（ｄｉｎ）が、該絵素領域外の該液晶層の厚さ（ｄｏｕｔ）より大きい請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記凸部の高さは各基板毎にほぼ等しく、前記一方の基板の凸部と前記他方の基板の凸部の交差部により前記一対の基板の間隔が保持される請求項１および請求項２の何れか一方に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶層にはカイラルドーパントが混合されていない請求項１から請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶層にはカイラルドーパントが混合されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶層のツイスト角は、８０〜１２０°の範囲にある請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶分子の屈折率異方性Δｎと前記液晶層の厚さｄとの積Δｎ・ｄが、３００〜５５０ｎｍの範囲にある請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記一対の基板を挟んでクロスニコル状態に配置された一対の偏光板を有し、該一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板とそれに隣接する基板との間に、面内方向の主屈折率ｎx，ｎy及び厚み方向の主屈折率ｎzについてｎx＞ｎy＞ｎz又はｎx＝ｎy＞ｎzの関係を有する位相差板を備える請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記位相差板は、面内方向の主屈折率ｎxの方向が該位相差板に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交するように配置してある請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記位相差板は、前記一対の偏光板の少なくとも一方とそれに隣接する基板との間に配置され、各位相差板は、面内方向の主屈折率ｎxの方向が該位相差板に隣接する偏光板の吸収軸と互いに略直交するように配置してある請求項８に記載の液晶表示装置。
11. 前記液晶層に接する表面に、前記液晶分子に軸対称状又は放射状のプレチルト角を与える配向固定層をさらに有する請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
12. 前記配向固定層は、光硬化性樹脂からなる請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 一対の基板のそれぞれの基板の該液晶層側の表面に複数本の破線状又は点線状の凸部と垂直配向層とを形成する工程であって、該複数本の破線状又は点線状の凸部は互いに略平行であり、該複数本の破線状又は点線状の凸部の各々は一対の基板のそれぞれの基板表面に対して垂直な方向から傾いている面を有する工程と、
    該一対の基板のうちの一方の基板の凸部と該一対の基板のうちの他方の基板の凸部とが互いに交差するように該一対の基板を貼り合わせることにより、組格子状の構造体を形成する工程と、
    該一対の基板のそれぞれの基板に形成された該垂直配向層の間に、負の誘電異方性を有する液晶材料と光硬化性樹脂との混合物を配置する工程と、
    該混合物に、該液晶材料の閾値電圧の１／２以上の電圧を印加しながら、該光硬化性樹脂を硬化させ、該液晶分子を軸対称状又は放射状にプレチルトさせる配向固定層を形成する工程と
    を包含する液晶表示装置の製造方法。

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