JP3656734B2

JP3656734B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3656734B2
Application number: JP2000400170A
Authority: JP
Inventors: 文一下敷領
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: KR100426197B1; JP2001330833A; USRE44470E1; TWI298813B; US7450207B2; US6850301B2; KR20010090458A; US20010033353A1; US20050041186A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、広視野角特性を有する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力など、優れた特長を有する平面表示装置である。しかしながら、液晶表示装置は、表示状態が観察する方向に依存して変化するという欠点、いわゆる視野角依存性が大きいという欠点を有している。この液晶表示装置が有する大きな視野角依存性は、主に、一軸の光学異方性を有する液晶分子を表示面内で一様に配向させていることに起因する。
【０００３】
液晶表示装置の視野角特性を改善する方法として、絵素領域内に配向状態が異なる複数の領域を形成する、いわゆる、マルチドメイン配向を形成する方法が有効である。マルチドメイン配向を実現する方法として様々な提案がなされている。そのなかで、垂直配向モードの液晶表示装置においてマルチドメイン配向を実現する代表的な方法として、特開平６−３０１０３６号公報および特開平１１−２５８６０６号公報に開示されている方法を挙げることができる。
【０００４】
特開平６−３０１０３６号公報は、液晶層を挟んで絵素電極と対向するように設けられた対向電極に開口部を形成し、この開口部形成領域付近の電界が傾斜する（曲がる）ことを利用して、液晶分子の配向方向を制御する方法を開示している。電界が傾斜するということは、基板面（液晶層の層面）に平行な電界成分が生成されることである。従って、電圧無印加時に垂直配向状態にある負の誘電異方性を有する液晶分子が、電圧印加時に傾斜する方向（傾斜した液晶分子の長軸を基板表面に正射影した方向：方位角方向）は、基板面に平行な電界成分によって規定される。すなわち、傾斜電界の基板面に平行な成分が配向規制力を発揮する。
【０００５】
特開平１１−２５８６０６号公報は、液晶層を介して互いに対向する一対の基板（例えば、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板）の両方の液晶層側表面に、突起又は窪み又はスリット（電極に形成された開口部）を形成することによって、マルチドメイン配向が得られることを開示している。いずれの公報に開示されている方法も、適切な光学補償フィルムと組み合わせることによって良好な視野角特性を実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者が検討した結果、上記の公報に開示されている技術には下記の問題があることが分かった。
【０００７】
特開平６−３０１０３６号公報の方法では、均一なマルチドメイン配向を得ることが困難である。また、液晶層に印加される電圧値を変化させたとき、電圧値の変化に応じた配向状態の変化が完了するまでに比較的長い時間を要する、すなわち、応答速度が遅いという問題がある。これらの問題は、この方法ではマルチドメイン配向を達成するための配向規制力（液晶分子を特定の方向に配向させる力）が比較的弱いことに起因していると考えられる。
【０００８】
一方、特開平１１−２５８６０６号公報の方法では、上記の問題は生じない。すなわち、この方法によると、十分に強い配向規制力が得られ、比較的安定したマルチドメイン配向が実現されていると考えられる。しかしながら、この方法には、下記の問題がある。
【０００９】
まず、この公報に開示されている方法を採用すると、マルチドメイン配向を実現するために、液晶層を挟持する一対の基板の両方に、突起又は窪み又はスリットを形成する必要があるので、液晶表示装置の製造プロセスが煩雑化し、製造効率が低下するという問題がある。
【００１０】
次に、プラズマアドレス液晶表示装置（以下、「ＰＡＬＣ」と称する。）では、プラズマセル基板を構成する、厚さ数十μｍ、面積数平方メートルの薄板ガラスが液晶層側に配置されるために、プラズマセル基板の液晶層側表面に突起又は窪みを形成することは困難である。また、薄板ガラスそのものは電極として機能する（「仮想電極」と呼ばれることもある。）ものの、導電層からなる電極ではないので、スリット（電極に形成された開口部）を形成することはできない。従って、この公報に開示されている方法をＰＡＬＣに適用することは極めて困難である。
【００１１】
さらに、この公報の方法は、配向領域を規定する、突起又は窪み又はスリットを設ける間隔を狭くすることによって配向領域を微細化すれば、配向規制力を強くできる反面、配向領域の位置精度が両基板の貼り合わせ精度に直接依存するので、配向領域をあまり微細化することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、十分に安定した配向と十分に速い応答速度とを有し、且つ、効率良く製造できる、視野角特性の優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、それぞれが規定される複数の絵素領域を有し、前記液晶層は、負の誘電異方性を有する液晶材料を含む、垂直配向型液晶層であって、前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記第１電極と前記第２電極とによって前記液晶層に印加される電界が、第１電界強度を有する第１領域と、前記第１電界強度よりも弱い第２電界強度を有する第２領域と、前記第２電界強度よりも弱い第３電界強度を有する第３領域とを有し、前記第１、第２および第３領域が、所望の方向に沿ってこの順に配列されている配向規制領域を少なくとも１つ有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１４】
あるいは、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、それぞれが規定される複数の絵素領域を有し、前記液晶層は、負の誘電異方性を有する液晶材料を含む、垂直配向型液晶層であって、前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記第１電極と前記第２電極とが第１電極間距離を有する第１領域と、前記第１電極間距離よりも長い第２電極間距離を有する第２領域と、前記第２電極間距離よりも長い第３電極間距離を有する第３領域とを有し、前記第１、第２および第３領域が、所望の方向に沿ってこの順に配列されている配向規制領域を少なくとも１つ有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１５】
あるいは、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、それぞれが規定される複数の絵素領域を有し、前記液晶層は、負の誘電異方性を有する液晶材料を含む、垂直配向型液晶層であって、前記第１電極は、下層導電層と、前記下層導電層を覆う誘電体層と、前記誘電体層の前記液晶層側に設けられた上層導電層とを有し、前記上層導電層は、前記複数の絵素領域毎に上層開口部を有し、前記下層導電層は、前記複数の絵素領域毎に下層開口部を有し、前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記液晶層が、前記第１電極の前記上層導電層と前記第２電極との間に配置された第１領域と、前記液晶層および前記上層開口部内に位置する前記誘電体層が、前記第１電極の前記下層導電層と前記第２電極との間に配置された第２領域と、前記液晶層および前記上層開口部内に位置する前記誘電体層が、前記第１電極の前記下層開口部と前記第２電極との間に配置された第３領域とを有し、前記第１、第２および第３領域が、所望の方向に沿ってこの順に配列されている配向規制領域を少なくとも１つ有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１６】
前記上層開口部および前記下層開口部は、それぞれ前記所望の方向に直交する方向に沿った辺を有し、前記第１、第２および第３領域の間の境界は上記辺に沿って形成されている構成とすることが好ましい。
【００１７】
前記第１領域と前記第２領域との境界および前記第２領域と前記第３領域との境界は、前記所望の方向と直交する方向に形成されていることが好ましい。
【００１８】
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記第１基板の前記液晶層側の表面は実質的に平坦であることが好ましい。
【００１９】
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記液晶層は実質的に一定の厚さを有している構成であることが好ましい。
【００２０】
前記複数の絵素領域のそれぞれは、複数の配向規制領域を有し、前記複数の配向規制領域における前記第１、第２および第３領域の配列方向は互いに等しい構成としてもよい。
【００２１】
前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記第１、第２および第３領域が第１方向に沿ってこの順に配列されている第１配向規制領域と、前記第１、第２および第３領域が前記第１方向とは異なる第２方向に沿ってこの順に配列されている第２配向規制領域を有する構成とすることが好ましい。
【００２２】
前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記第１配向規制領域および前記第２配向規制領域の少なくとも一方を複数有する構成としてもよい。
【００２３】
前記第１方向と前記第２方向とは互いに直交していることが好ましい。
【００２４】
前記第１、第２および第３領域が前記第１および第２方向とは異なる第３方向に沿ってこの順に配列されている第３配向規制領域と、前記第１、第２および第３領域が前記第１、第２および第３方向とは異なる第４方向に沿ってこの順に配列されている第４配向規制領域とをさらに有し、前記第３および第４方向は、前記第１および第２方向と互いに直交している構成とすることがさらに好ましい。
【００２５】
前記第１配向規制領域と前記第２配向規制領域とが、前記第１領域および前記第３領域の少なくとも一方を共有している構成とすることが好ましい。
【００２６】
前記上層開口部および前記下層開口部は、それぞれ多角形または円形であり、前記下層開口部は、前記上層開口部の内側に位置する構成としてもよい。この場合、前記上層開口部の重心と、前記下層開口部の重心とは、基板面内において互いに一致することが好ましい。また、前記上層開口部の形状と前記下層開口部の形状とは、異なってもよいが、互いに相似形であることが好ましい。
【００２７】
前記第１電極は、前記複数の絵素領域のそれぞれに対して設けられた絵素電極であって、前記第１電極は、前記複数の絵素領域のそれぞれに対して設けられたアクティブ素子を介して電圧が印加される構成とすることができる。
【００２８】
前記第２電極は、前記複数の絵素領域に対して共通に設けられた単一の対向電極であってもよい。
【００２９】
前記複数の絵素領域は、行および列を有するマトリクス状に配置されており、前記第１電極は、前記列に対応して設けられたストライプ状の電極であって、前記第２基板は、誘電体薄板と、絶縁性基板と、前記誘電体薄板と前記絶縁性基板との間に、前記行に対応して設けられた複数のストライプ状のプラズマチャネルを有し、前記第２電極は、前記複数のストライプ状のプラズマチャネルのそれぞれに対向する前記誘電体薄板の領域が構成する仮想電極である構成としてもよい。
【００３０】
前記上層導電層と前記下層導電層は互いに電気的に接続されている構成としてもよい。
【００３１】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３２】
本発明による垂直配向モードの液晶表示装置が有する第１電極と第２電極は、電圧無印加状態に垂直配向する負の誘電異方性を有する液晶分子に電圧を印加する。第１電極と第２電極とに印加された電圧によって液晶層内に生成される電界に応じて、液晶分子の配向方向が絵素領域ごとに変化し、画像が表示される。
【００３３】
複数の絵素領域のそれぞれは、第１電極と第２電極とによって液晶層に印加される電界が、第１電界強度を有する第１領域と、第１電界強度よりも弱い第２電界強度を有する第２領域と、第２電界強度よりも弱い第３電界強度を有する第３領域とを有し、第１、第２および第３領域が、所望の方向に沿ってこの順に配列されている配向規制領域を少なくとも１つ有する。
【００３４】
このような、第１、第２および第３領域は、例えば、第１電極と第２電極との電極間距離を異ならせることによって形成され得る。すなわち、複数の絵素領域のそれぞれが有する配向規制領域が、第１電極と第２電極とが第１電極間距離を有する第１領域と、第１電極間距離よりも長い第２電極間距離を有する第２領域と、第２電極間距離よりも長い第３電極間距離を有する第３領域とを有する構成を採用することによって、上記の電界強度の分布を実現することができる。なお、電極間距離とは、一対の電極間に生成される電界の強度を実質的に決定する、それぞれの電極の領域の間の距離を指す。このような電極間距離の分布を有する絵素領域は、例えば、以下のような構成を採用することによって実現され得る。
【００３５】
第１電極は絵素領域毎に、下層導電層と、下層導電層を覆う誘電体層と、誘電体層の液晶層側に設けられた上層導電層とを有する。この上層導電層は、上層開口部を有し、下層導電層は、下層開口部を有する。上層導電層と下層導電層は、絵素領域内の液晶層が、第１電極の上層導電層と第２電極との間（第１電極間距離を規定する）に配置された第１領域と、液晶層および上層開口部内に位置する前記誘電体層が、第１電極の下層導電層と第２電極との間（第２電極間距離を規定する）に配置された第２領域と、液晶層および上層開口部内に位置する誘電体層が、第１電極の下層開口部と第２電極との間（第３電極間距離を規定する）に配置された第３領域とを有するように配置されている。すなわち、この構成では、上層導電層（上層開口部を除く領域）と第２電極との距離が第１電極間距離を規定し、下層導電層（下層開口部を除く領域）と第２電極との距離が第２電極間距離を規定している。第３電極間距離は、第１電極の開口部（上層開口部と下層開口部とが重なる部分で、導電層が形成されていない部分）と第２電極との距離によって規定されているので、第３電極間距離は無限大である。
【００３６】
このように、本願明細書における電極間距離は、対向配設された一対の電極の内の少なくとも一方が開口部（導電体膜が存在しない領域）を有する場合、その開口部に対応する領域の電極間距離を無限大とする。すなわち、ここでいう「第１電極」および「第２電極」とは、絵素領域を規定する電極であって、表示を行うために液晶層内に電界を生成し、液晶層の配向状態を変化させる機能を有する構成要素を指す。「第１電極」および「第２電極」は、単一の導電層だけでなく、誘電体層で互いに分離された複数の導体層を有し得る。さらに、それぞれの導電層は開口部を有し得る。
【００３７】
上述した上層導電層と下層導電層とを備えた第１電極と第２電極とによって形成された配向規制領域を例に本発明の液晶表示装置の作用を説明する。
【００３８】
第１領域の液晶層に生成される電界の強度は、主に上層導電層と第２電極との電位差の影響を直接的に受け、第２領域の液晶層に生成される電界の強度は、下層導電層と第２電極との間の電位差を、誘電体層と液晶層とで分割（主に容量分割）した液晶層部分の電位差の影響を直接的に受ける。従って、第１電極と第２電極とによって液晶層に印加される電界の強度を、第２領域内において第１領域内よりも小さくすることが容易にできる。その結果、第１領域と第２領域との境界付近では電界の傾斜（曲がり）が発生する。上述したように、電界が傾斜するということは、基板面（液晶層の層面）に平行な電界成分が生成されることであり、この基板面に平行な成分が配向規制力を発揮する。すなわち、第１領域と第２領域との境界付近では配向規制力が発生する。例えば、上層導電層と下層導電層とを互いに電気的に接続した単純な構成においても、上記の関係を実現することができる。
【００３９】
第３領域の液晶層は、上層開口部内に位置する下層開口部と第２電極との間に位置しており、第３領域の液晶層に直接的に電界を生成する、互いに対向する電極（導電層）は存在しないので、第３領域の周辺に存在する電極（導電層）の領域からの電界の影響を受ける。従って、第３領域の液晶層に印加される電界の強度は、周辺の領域の液晶層に印加される電界の強度よりも小さくなる。その結果、第２領域と第３領域との境界付近でも電界の傾斜（曲がり）が発生し、第２領域と第３領域との境界付近にも配向規制力が発生する。第１、第２および第３領域は１つの方向に沿って配列されているので、第１領域と第２領域との境界付近に発生する配向規制力の方向と、第２領域と第３領域との境界付近に発生する配向規制力の方向とは、同一なので、これらの境界の間に存在する第２領域にも実質的な配向規制力が発生する。無論、第２領域に実質的に発生する配向規制力の方向は、上記の２つの境界領域付近の配向規制力の方向と同一である。すなわち、一方向に配列された前記第１、第２および第３領域が一組で、１つの配向規制領域となり、配向規制領域が規制する液晶分子の配向方向は、第１、第２および第３領域の配列方向である。
【００４０】
絵素領域毎に少なくとも１つ設けられている配向規制領域では、これら第１、第２および第３領域は所望の方向に沿ってこの順に配列されているので、その所望の方向に沿って、液晶層内に生成される電界の強度が段階的に弱くなる。すなわち、第１領域と第２領域との間に傾斜電界が生成され、第２領域と第３領域との間に傾斜電界が生成され、且つ、これらの傾斜電界の傾斜方向は、その所望の方向に沿って同じ方向になる。従って、配向規制領域内の液晶層の液晶分子は、電圧印加時に単一の方向に傾斜するように配向方向を変化する。その結果、十分に安定な配向が得られるとともに、十分に速い応答速度が得られる。さらに、第１電極の構造だけを変更することによって、上記の作用が得られるので、製造プロセスが煩雑化することもなく、種々のタイプの液晶表示装置に容易に適用することができる。配向規制領域の液晶分子が傾斜する所望の方向は、液晶表示装置に要求される視野角特性に応じて、適宜設定され得る。
【００４１】
上述の説明においては、配向規制領域が第１、第２および第３領域を有する構成について、本発明の作用を説明した。勿論、配向規制領域は少なくとも第１、第２および第３領域を備えればよく、必要に応じてさらに、第４領域、第５領域などをさらに有してもよい。第４領域は第３領域の第３電界強度よりも弱い第４電界強度を有する領域であり、第５領域は第４電界強度よりもさらに弱い第５電界強度を有する領域である。これらの領域は、上述の所望の方向に沿って、第３領域に続いて、第４領域、第５領域の順で配列される。すなわち、一方向に配列された第１、第２、第３、第４および第５領域が一組で、１つの配向規制領域となり、配向規制領域が規制する液晶分子の配向方向は、第１〜第５領域の配列方向である。
【００４２】
第４領域は、例えば、上述の第３電極間距離よりも長い第４電極間距離を有し、第５領域は第４電極間距離よりも長い第５電極間距離を有する。さらに、具体的には、例えば、第１電極の下層導電層の下（基板側）に更なる誘電体層を設け、その更なる誘電体層の下に開口部（追加開口部と呼ぶ）を有する導電層（追加導電層と呼ぶ）を設ける。このとき、追加導電層の開口部が下層導電層の下層開口部の内側に位置するように配置する。この構造においては、追加導電層の導電体部分（すなわち、追加開口部を除く部分）と第２電極との間（第４電極間距離を規定する）に位置する液晶層の領域が第４領域となり、追加導電層の追加開口部と第２電極との間（第５電極間距離：ここでは無限大）に位置する液晶層の領域が第５領域となる。また、第３領域は、第３領域を規定する下層開口部の下に誘電体層を設け、さらにこの誘電体層の下に開口部を持たない導電層を配することによっても形成され得る（すなわち、無限大であった第３電極間距離を有限としてもよい。）。この場合、液晶層のすべての領域が導電層によって挟まれるため、液晶層内に生成される電界が外部からの影響を受け難くなるので、好ましい。
【００４３】
第１領域と第２領域との境界および第２領域と第３領域との境界は、所望の方向と直交する方向に形成されていることが好ましい。例えば、上層開口部と下層開口部とが所望の方向に直交する辺を有し、第１、第２および第３領域の間の境界が上層開口部および下層開口部の辺に平行に形成される構成を採用すると、それぞれの領域間の境界付近を中心に形成される傾斜電界の方向が方位角方向（表示面内の方向）においても互いに一致するので、配向規制の効果が高まる。
【００４４】
配向規制領域は、液晶層を介して対向する一対の電極の内の一方の電極（すなわち、上述の第１電極）の構成を変更することによって形成され得るので、絵素領域のそれぞれにおいて、第１基板（第１電極が形成された基板）の液晶層側の表面を実質的に平坦にできる。すなわち、液晶分子の配向方向を規定するための突起や窪みを設ける必要がない。さらに、絵素領域内の液晶層の厚さを実質的に一定とすることができる。従って、本発明による配向規制領域は、種々の液晶表示装置に容易に適用することが可能で、且つ、製造プロセスを煩雑にすることもない。
【００４５】
液晶分子の配向方向を同じ方向に規制する配向規制領域を１つの絵素領域に複数設けることによって、それぞれの配向規制領域の面積を小さくすることができるので、モノドメイン配向の絵素領域の応答速度を改善することができる。
【００４６】
１つの絵素領域に互いに異なる方向に液晶分子の配向方向を規制する複数の配向規制領域を設け、マルチドメイン配向を形成することが、視野角特性の改善のためには好ましい。このとき、液晶分子の配向方向を同じ方向に規制する配向規制領域を複数設けることによって、それぞれの配向規制領域の面積を小さくすることができるので、マルチドメイン配向の絵素領域の応答速度を改善することができる。
【００４７】
複数の配向規制領域は、配向規制領域による液晶分子の配向方向（配向規制領域の配向方向、傾斜方向あるいは配向軸とも言う）が互いに反対である配向規制領域を含むことが好ましい。絵素領域ごとに複数の配向規制領域を設ける場合、その配向規制領域内の液晶分子の傾斜方向を互いに反対方向とすることによって、配向規制領域の視野角依存性を互いに補完することができるので、視野角特性を効率良く改善することができる。
【００４８】
さらに、互いに異なる傾斜方向（配向軸）を有する配向規制領域を４つ以上設けることによって、さらに対称性の高い優れた視野角特性を得ることができる。特に、互いに異なる傾斜方向を有する４つの配向規制領域を設け、この４つの傾斜方向（配向軸）が４つの中から任意の２つ傾斜方向を選択する組み合わせにおいて選択された２つの傾斜方向が互いに約９０°の整数倍の角度を成すように配置することによって、対称性の高い優れた視野角特性に加えて、光利用率の高い液晶表示装置を得ることができる。
【００４９】
１つの絵素領域に互いに異なる方向に液晶分子の配向方向を規制する複数の配向規制領域を設ける（マルチドメイン配向）とき、複数の配向規制領域の少なくとも２つが第１領域と第２領域とを共有するように配列することが光の利用効率の高い（明るい）表示を得られる点で好ましい。
【００５０】
第１領域および第３領域は、それらの領域と第２領域との境界において電界を傾斜させる、すなわち、配向規制力を得るために設けられた領域である。第２領域は、上記の配向規制力に従って液晶分子が略一様に配向し、その結果、その領域に亘って略均一な透過光量を得るために設けられた領域である。一般に、液晶表示装置では、絵素領域全体で均一な透過光量が得られる構成（例えば、ＴＮ型液晶表示装置）のとき、絵素領域全体として（または液晶表示装置の表示領域全体として）最大の光利用効率（最も高い透過率）を得ることができる。すなわち、本発明の液晶表示装置の場合、光の利用効率の観点からは、一定の透過光量が得られる第２領域が絵素領域全体に占める面積の割合が高いほど、光の利用効率を高めることができる。従って、第１領域および第３領域が絵素領域全体に占める面積は、所望の配向規制力が得られる範囲内でできるだけ小さくし、第２領域が占める面積をできるだけ大きくすることが、光の利用効率を高めるために好ましい。
【００５１】
複数の配向規制領域が第１領域および第３領域の少なくとも一方を共有するように配置することによって、第１領域および第３領域の絵素領域内の占有面積を小さくすることができるので、光の利用効率を向上することができる。配向規制の方向が互いに逆（１８０°異なる）の配向規制領域を交互に複数配置する場合、配向規制領域の境界部分で第１領域および第３領域を共有することができる。第１領域および第３領域を共有することができるのは、第１領域および第３領域と第２領域とによって形成される２つの境界において、電界の傾斜方向すなわち配向規制の方向が逆方向（１８０°異なる方向）となるからである。
【００５２】
また、液晶分子を軸対称配向させることによっても視角特性を改善することができる。例えば、それぞれに多角形または円形の上層開口部および下層開口部を設け、下層開口部を上層開口部の内側に設けることによって、安定な軸対称配向を得ることができる。なお、開口部の形状を多角形とする場合、対称性の観点から正多角形が好ましいが、絵素領域の形状等に応じて正多角形以外の多角形を採用しても実質的に軸対称配向を実現することができる。
【００５３】
但し、１つの絵素領域をモノドメインとしても十分な応答速度や視野角特性が得られる場合がある。互いに隣接する絵素領域間の表示信号には相関があるので、隣接する絵素領域間で、配向規制領域の配向方向を異ならせる（好ましくは互いに直交させる）ことによって視野角特性を改善することができる。カラー表示装置の場合には、Ｒ，ＧおよびＢの絵素領域を１つの画素領域とし、隣接する画素領域間で、配向方向を互いに異ならせばよい。また、絵素領域が小さければ、１つの配向規制領域で十分な応答速度を実現することができる。さらに、上述したように、同一方向に配向させる複数の配向規制領域を形成することによって、モノドメイン配向の絵素領域の応答速度を改善することもできる。
【００５４】
それぞれが開口部を有する少なくとも２層の導電層を誘電体層を介して設けた電極構造は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の絵素電極に適用してもよいし、対向電極に適用してもよい。さらに、ＰＡＬＣにおける、液晶層を介してプラズマチャネルと対向するように配設される信号電極に適用してもよく、公知の液晶表示装置に広く適用することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の液晶表示装置が有する電極構造とその機能とを説明する。
【００５６】
なお、本願明細書においては、表示の最小単位である「絵素」に対応する液晶表示装置の領域を「絵素領域」と呼ぶ。カラー液晶表示装置においては、Ｒ，Ｇ，Ｂの「絵素」が１つの「画素」に対応する。絵素領域は、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。また、ＰＡＬＣにおいては、ストライプ状の列電極と列電極と直交するように設けられるストライプ状のプラズマチャネルとが互いに交差するそれぞれの領域が絵素領域を規定する。なお、ブラックマトリクスが設けれらる構成においては、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクスの開口部に対応する領域が絵素領域に対応することになる。
【００５７】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄを参照しながら、本発明による実施形態の液晶表示装置１００を説明する。図１Ａおよび図１Ｂは液晶表示装置１００の断面図であり、図１Ｄは平面図である。図１Ａおよび図１Ｂは、ともに図１Ｄの１Ａ−１Ａ’線に沿った断面図に相当する。また、図１Ｃは、液晶表示装置１００の液晶層に生成される電位分布を模式的に示している。
【００５８】
以下では、説明の簡単さのためにカラーフィルタやブラックマトリクスを省略する。また、以下の図面においては、液晶表示装置１００の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００５９】
液晶表示装置１００は、第１基板（例えば、アクティブマトリクス基板）１００ａと、第２基板（例えば、対向基板）１００ｂと、第１基板１００ａと第２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３０ａは、負の誘電率異方性を有し、第１基板１００ａおよび第２基板１００ｂの液晶層３０側の表面に設けられた垂直配向層（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、垂直配向層の表面に対して垂直に配向する。垂直配向層の表面は、両基板１００ａおよび１００ｂの表面に実質的に平行であるので、液晶分子３０ａは「基板表面に対して垂直」であるとも言う。本願明細書において、液晶層３０は電圧無印加時に、「垂直配向状態」にあるといい、この液晶層３０を「垂直配向型液晶層」と言う。但し、垂直配向状態にある液晶層３０の液晶分子３０ａ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。
【００６０】
液晶表示装置１００の第１基板１００ａは、透明基板（例えばガラス基板）１０とその表面に形成された第１電極（例えば、絵素電極）１４とを有している。第２基板１００ｂは、透明基板（例えばガラス基板）２０とその表面に形成された第２電極（例えば対向電極）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第１電極１４と第２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を透過した後の光の偏光状態が変化する現象を利用して表示が行われる。
【００６１】
液晶表示装置１００が有する第１電極１４は、下層導電層１１と、下層導電層１１を覆う誘電体層１２と、誘電体層の液晶層３０側に設けられた上層導電層１３とを有している。下層導電層１１は下層開口部１１ａを有し、上層導電層１３は上層開口部１３ａを有している。下層開口部１１ａが上層開口部１３ａ内に位置するように配置されている。下層開口部１１ａおよび上層開口部１３ａはそれぞれ導電体からなる膜が形成されていない部分を指す。
【００６２】
第２電極２２は、ここでは説明の簡単さのために、１つの絵素領域の全体に亘って形成された導電体からなる単一の膜（絵素領域内に開口部を有さない）である。但し、上述の構造を有する第１電極１４に対向する第２電極２２は、本発明の効果を得るために特別の構造を必要とせず、公知の電極構造であり得る。
【００６３】
第１電極１４と第２電極２２の表示面内における２次元的な配置を説明する。上層導電層１３が有する上層開口部１３ａは、下層導電層１１が有する下層開口部１１ａをその内側に含むように形成されている。すなわち、図１Ｄに示したように、上層開口部１３ａは下層開口部１１ａよりも幅（図中の横方向の長さ）が広い。また、上層開口部１３ａと下層開口部１１ａは、互いに平行な辺を有することが好ましく、下層開口部１１ａは上層開口部１３ａの幅方向の中心に位置するように配置されていることが好ましい。
【００６４】
このように配置されている第１電極１４と第２電極２２は、それらの間の構造が互いに異なる領域を形成する。すなわち、液晶表示装置１００は、液晶層３０が、上層導電層１３と第２電極２２との間に配置された第１領域Ｒ１と、液晶層３０および上層開口部１３ａ内に位置する誘電体層１２が、下層導電層１１と第２電極２２との間に配置された第２領域Ｒ２と、液晶層３０および上層開口部１３ａ内に位置する誘電体層１２が、下層開口部１１ａと第２電極２２との間に配置された第３領域Ｒ３とを有する。
【００６５】
本実施形態では、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３をこの順で、図１Ａおよび図１Ｂ中のＬ方向に配列された配向規制領域Ｔ１と、−Ｌ方向（Ｌ方向と逆方向）に配列された配向規制領域Ｔ２とが交互に配置されている。また、第１領域Ｒ１および第３領域Ｒ３は、隣接する配向規制領域Ｔ１と配向規制領域Ｔ２との両方に共有されるように配置されている。
【００６６】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃを参照しながら、液晶表示装置１００が有する電極構造の機能を説明する。
【００６７】
図１Ａは、電圧印加時に液晶表示装置１００の液晶層３０に生成される電界の電気力線ＥＦとそのときの液晶分子３０ａの配向方向の変化を模式的に示している。図１Ｂは、電圧印加時に液晶層３０に生成される電場の等電位線（等電位面の断面）ＥＱとそのときの液晶分子３０ａの配向方向の変化を模式的に示している。なお、このときの電圧の絶対値は、しきい値電圧の絶対値よりも大きいとする。本発明では、一般には、第１電極１４の下層導電層１１に印加されている電位をＶａ、第１電極１４の上層導電層１３に印加されている電位をＶｂ、第２電極２２に印加されている電位をＶｃとするとき、Ｖｂ≦Ｖａ＜ＶｃあるいはＶｂ≧Ｖａ＞Ｖｃなる関係が満たされていればよい。以下では、説明の簡単さのために、第２電極２２が接地電位にあるとして、第１電極１４に正電圧を印加する場合について説明する。さらに、第１電極１４の下層導電層１１と上層導電層１３とには互いに等しい電位が印加されているとする。
【００６８】
第１領域Ｒ１の液晶層３０に生成される電界の強度は、主に上層導電層１３と第２電極２２との間の電位差の影響を直接的に受け、第２領域Ｒ２の液晶層３０に生成される電界の強度は、下層導電層１１と第２電極２２との間の電位差を、誘電体層１２と液晶層３０とで分割（主に容量分割）した電位差の影響を直接的に受ける。従って、第１電極１４と第２電極２２とによって液晶層３０に印加される電位差は、第２領域Ｒ２内において第１領域Ｒ１内よりも低いので、第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との境界付近の液晶層３０内に生成される電界は傾斜する。
【００６９】
第３領域Ｒ３の液晶層３０に直接的に電界を生成する、互いに対向する電極（導電層）は存在しないので、第３領域Ｒ３の周辺に存在する電極（導電層）の領域からの電界の影響を受ける。従って、第３領域Ｒ３の液晶層３０に印加される電界は、その周辺に存在する領域Ｒ２の液晶層３０に印加される電界よりも低いので、第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との境界付近の液晶層３０内に生成される電界は傾斜する。
【００７０】
その結果、図１Ａに示したように、液晶表示装置１００の液晶層３０の配向規制領域Ｔ１またはＴ２内に生成されている電界（電気力線ＥＦ）は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界付近、および第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界付近で傾斜している。この傾斜方向は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３がこの順で配列されている方向に沿っている。具体的には、配向規制領域Ｔ１内では左向き、配向規制領域Ｔ２内では右向きに、それぞれ傾斜している。負の誘電異方性を有する液晶分子３０ａは、電界中でその電界（電気力線ＥＦ）の方向に対して分子軸を垂直に配向させるようなトルクを受けるので、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界付近、および第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界付近でそれぞれの傾斜電界の方向に従って傾斜する（図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｄ中の矢印参照）。第１配向規制領域Ｔ１内では反時計回り（左回り）に、第２配向規制領域Ｔ２内では時計回り（右回り）に、それぞれ傾斜する。
【００７１】
第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３との間に位置する第２領域Ｒ２の中央付近では、基板に対してほぼ垂直な電界が形成されている。従って、この領域に存在する液晶分子３０ａは、液晶分子３０ａを特定の方向に傾斜させるトルクを電界から受けない。しかしながら、第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３との間に設けられており、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界付近および第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界付近では、生成される傾斜電界の方向が同一であるため、その方向に従って、液晶分子３０ａが一定の方向に傾斜するので、第２領域Ｒ２の中央付近に存在する液晶分子は、上記境界付近の液晶分子３０ａの配向変化の影響を受けて、それらと同じ方向に傾斜する。すなわち、電界によって傾斜方向が一義的に規制されない第２領域Ｒ２の中央付近に存在する液晶分子３０ａの配向方向（傾斜方向）に影響を与える、第２領域Ｒ２と第１領域との境界付近の液晶分子３０ａおよび第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界付近の液晶分子３０ａが、共に同じ方向に傾斜する。従って、結果的に１つの配向規制領域内では、全ての液晶分子３０ａが安定に同一の方向に傾斜する。
【００７２】
図１Ｃは、第１電極１４と液晶層３０の境界部分の電位分布を模式的に示した図である。縦軸は電位であり、横軸は図１Ａや図１Ｄの位置に対応している。第２電極２２の電位がゼロ（接地電位）であるとすれば、各領域において液晶層３０に印加される電圧の値は、図１Ｃに示した各領域の電位の値と等しくなる。すなわち、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の各領域の液晶層３０に印加されている電圧の値はそれぞれＶ１、Ｖ２およびＶ３となる。よって、図１Ｃに示したように第２領域Ｒ２の液晶層３０に印加される電圧Ｖ２は、第１領域Ｒ１の液晶層３０に印加される電圧Ｖ１よりも低く、第３領域Ｒ３に印加される電圧Ｖ３は第２領域Ｒ２に印加される電圧Ｖ２よりもさらに低い。したがって、配向規制領域Ｔ１またはＴ２に生成される電場を等電位線ＥＱで示すと、図１Ｂに示したように、階段状に上昇、下降を繰り返す曲線となる。
【００７３】
図１Ｂに示した等電位線ＥＱは、隣接する領域の電位が異なる領域、すなわち、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界付近および第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界付近において、傾斜する。この電位勾配の方向は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３がこの順で配列されている方向に沿っている（例えば、図１Ｄ中の矢印参照）。負の誘電異方性を有する液晶分子３０ａは、等電位線ＥＱに平行に分子軸を配向させるようにトルクを電界から受けるので、上述のような電位勾配を有する領域では、液晶分子３０ａが電位勾配の方向に沿って傾斜する。
【００７４】
一方、第２領域Ｒ２の広さ（断面図中の長さ）が広ければ（長ければ）、第２領域Ｒ２の中央付近には、電位勾配が形成されない領域が存在する（図１Ａ中では垂直な電気力線ＥＦで示されている）。この領域の液晶分子３０ａは、液晶分子３０ａを特定の方向に傾斜させるトルクを電界から受けない。しかしながら、第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３との間に設けられており、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界付近および第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界付近では、生成される電位勾配の方向に従って、液晶分子３０ａが一定の方向に傾斜するので、第２領域Ｒ２の中央付近に存在する液晶分子は、上記境界付近の液晶分子３０ａの配向変化の影響を受けて、それらと同じ方向に傾斜する。すなわち、電界によって傾斜方向が一義的に規制されない第２領域Ｒ２の中央付近に存在する液晶分子３０ａの配向方向（傾斜方向）に影響を与える、第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との境界付近の液晶分子３０ａおよび第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界付近の液晶分子３０ａが、ともに同じ方向に傾斜する。従って、結果的に１つの配向規制領域Ｔ１またはＴ２内では、全ての液晶分子３０ａが安定に同一の方向に傾斜する。
【００７５】
第２領域Ｒ２の幅が広ければ広いほど、絵素領域内で均一な配向状態を呈する部分（第２領域の部分）が広くなる。均一な配向状態を呈する領域は、液晶表示装置を形成した際に均一な透過率が得られる領域となる。この領域が広ければ広いほど（理想的には絵素領域全域にわたって均一配向を呈する、例えば公知のＴＮ型液晶表示装置）、絵素領域全体の透過率を高くできる。すなわち、光利用効率の点で好ましい。
【００７６】
上記の説明から明らかなように、下層導電層１１の電位と上層導電層１３の電位は、第２領域Ｒ２内の液晶層３０に印加される電圧が、第１領域Ｒ１内の液晶層３０に印加される電圧よりも低く、これらの境界付近の液晶分子３０ａの配向方向（傾斜方向）を規制するために十分な電位勾配を生成するように設定されればよい。誘電体層１２が存在することによる電圧低下を考慮し、下層導電層１１の電位と上層導電層１３の電位が設定され得る。誘電体層１２による電圧降下の程度が十分に大きければ、下層導電層１１と上層導電層１３とを同電位とできる。この場合、液晶表示装置１００の構造を単純化できる利点がある。誘電体層１２による電圧降下の程度が十分でない場合には、十分な電位勾配が得られるように、下層導電層１１の電位を上層導電層１３の電位よりも低くすればよい。
【００７７】
この説明では、第２電極２２の電位を基準にした、下層導電層１１および上層導電層１３の電位の相対関係を述べた。下層導電層１１の電位をＶａ、上層導電層１３の電位をＶｂ、第２電極２２の電位をＶｃとすると、一般に、Ｖｂ≦Ｖａ＜ＶｃまたはＶｂ≧Ｖａ＞Ｖｃの関係を満足すれば、電界による配向規制力を得ることができる。電位の具体的な大きさは、液晶表示装置１００の構成（絵素領域の大きさ、液晶材料の物性、開口部の幅や本数など）との関係で、所望の応答特性や視野角特性が得られるように適宜設定され得る。
【００７８】
ここで、本発明による液晶表示装置１００の電極構造の機能の特徴をさらに明確にするために、従来の開口部（スリット）を有する電極構造の機能とを比較する。従来は、単一の導電体膜からなる電極に開口部を設けていた。ここでは、比較のために、図２Ａおよび図２Ｂに示したように、第１電極５１に開口部５１ａを設けた電極構造を例に説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ図１Ａおよび図１Ｄに対応する。
【００７９】
図２Ａおよび図２Ｂに示した比較例の液晶表示装置２００は、液晶表示装置１００における誘電体層１２と上層導電層１３（勿論、上層開口部１３ａも）とを取り除いた構造と見なすことができ、下層導電層１１および下層開口部１１ａが第１電極５１および開口部５１ａにそれぞれ対応すると見なすことができる。液晶表示装置２００のその他の構成要素は液晶表示装置１００の構成要素と同一の参照符号で示し、説明を省略する。
【００８０】
電圧印加時に、液晶表示装置２００の液晶層３０には、図２Ａに示したような電気力線ＥＦおよび等電位線ＥＱで表される電界が生成される。開口部５１ａ付近では傾斜電界（電位勾配）が形成され、液晶分子３０ａは傾斜電界（電位勾配）の方向に沿って傾斜する（図２Ａ参照）。
【００８１】
しかしながら、第１電極５１の中央付近に生成される電界の電気力線ＥＦは基板に垂直であり、電位に勾配が無い。従って、第１電極５１の中央付近に存在する液晶分子３０ａに対しては、図２Ａ中に両方向の矢印で示したように、傾斜する方向を一義的に定めるようなトルクが作用しない。また、電極５１の中央付近に位置する液晶分子３０ａの両側の開口部５１ａ付近の液晶分子３０ａが傾斜する方向は互いに逆なので、これらの液晶分子３０ａの配向によって配向方向が規制されることもない。すなわち、液晶表示装置２００の第１電極５１の中央付近の液晶分子３０ａの傾斜方向を一義的に規制する要因は全く無く、この液晶分子３０ａの傾斜方向は、偶然に（確率的に）、あるいは配向層（不図示）の表面の微小な形状違い、あるいはチルト角の微小な違い、電極５１の抵抗率の微小な違い、などの極めて微小かつ不確定な要素によって支配される。
【００８２】
さらに、図２Ａおよび図２Ｂに示した構造において、電位勾配の形状を積極的に制御する等の目的で、開口部５１ａの下層（液晶層から遠ざかる側）に、誘電体層を介して、新たな電極を配し、開口部５１ａ全体を導電層で覆う構成も知られている（例えば、特開平１１−１０９３９３号公報）。但し、この場合であっても、前述の液晶分子の振る舞い、すなわち、電極５１の中央付近の液晶分子の傾斜方向（回転方向）の不確定さ、及び不安定さは改善されない。
【００８３】
上述したように、従来の液晶表示装置２００の電極構造では電極５１の中央付近に位置する液晶分子に対する配向規制力を得ることができない。その結果、傾斜方向が異なる領域（開口部５１ａによって傾斜方向が規定される互いに隣接する領域）の間の境界が明確に定まらず、良好な視野角特性を実現することができない。
【００８４】
これに対し、本発明による液晶表示装置１００の電極構造は、傾斜方向を一義的に規制するトルクを電界から受け無い（厳密には傾斜電界を受けることもあり得る）第２領域Ｒ２の液晶分子３０ａの両側（第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との境界近傍および第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界近傍）に存在する液晶分子３０ａが傾斜電界の影響で同一方向に傾斜するので、これらの液晶分子３０ａの配向変化がトリガーとなって、第２領域Ｒ２の液晶分子３０ａもその両側の液晶分子３０ａと同じ方向に一義的に傾斜する。従って、本発明による液晶表示装置１００の電極構造は、配向規制領域Ｔ１またはＴ２全体に亘って、液晶分子３０ａの傾斜方向を一義的に決める配向規制力を発生する。
【００８５】
次に、配向規制領域Ｔ１またはＴ２の好ましい配置について説明する。
【００８６】
図１Ｄに示したように、上層開口部１３ａと下層開口部１１ａとは、それぞれ液晶分子３０ａを傾斜させる方向に直交する辺を有し、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３の間の境界が上層開口部１３ａおよび下層開口部１１ａの上記辺に沿って形成される構成を採用することが好ましい。このような構成を採用すると、それぞれの領域間（Ｒ１とＲ２、Ｒ２とＲ３）の境界付近を中心に形成される傾斜電界の方向が方位角方向においても互いに一致するので、配向規制の効果が高まる。例えば、上層開口部１３ａおよび下層開口部１１ａは矩形で、それぞれの矩形の対向する一対の辺が傾斜方向と直交するように配置される。
【００８７】
１つの絵素領域に互いに異なる方向に液晶分子の配向方向を規制する複数の配向規制領域を設け、マルチドメイン配向を形成することが、視野角特性や応答速度の改善のためには好ましい。但し、１つの絵素領域をモノドメインとしても十分な応答速度や視野角特性が得られる場合がある。互いに隣接する絵素領域間の表示信号には相関があるので、隣接する絵素領域間で、配向規制領域の配向方向を異ならせることによって視野角特性を改善することができる。また、絵素領域が小さければ、１つの配向規制領域で十分な応答速度を実現することができる。さらに、同一方向に配向させる複数の配向規制領域を形成することによって、モノドメイン配向の絵素領域の応答速度を改善することもできる。
【００８８】
絵素領域ごとに複数の配向規制領域、Ｔ１またはＴ２を設けることによって視野角特性を絵素領域単位で向上することができる。液晶表示装置１００の互いに反対の傾斜方向を規定する配向規制領域Ｔ１（Ｌ方向）およびＴ２（−Ｌ方向）を１つの絵素領域に形成することが好ましい。１絵素領域に形成される配向規制領域Ｔ１およびＴ２は、種々の配置を取り得る。例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示したように、Ｌ方向に配列された配向規制領域Ｔ１と、−Ｌ方向に配列された配向規制領域Ｔ２とを交互に配置され、第１領域Ｒ１および第３領域Ｒ３は、隣接する配向規制領域Ｔ１と配向規制領域Ｔ２との両方に共有されるように配置され得る。また、互いに隣接する配向規制領域Ｔ１とＴ２とが第１領域Ｒ１を共有する領域ＴＴ３を１つの絵素領域に設けてもよいし、あるいは互いに隣接する配向規制領域Ｔ１とＴ２とが第３領域Ｒ３を共有する領域ＴＴ４を１つの絵素領域に設けてもよい。このような配置は、図示した電極構造を採用することによって容易に実現できる。
【００８９】
さらに、対称性の高い優れた視野角特性を得るためには、互いに異なる傾斜方向（配向軸）を有する配向規制領域が４つ以上あることが好ましい。特に、対称性の高い優れた視野角特性に加えて、光利用率の高い液晶表示装置を得るためには、互いに異なる傾斜方向を有する４つの配向規制領域を有することが好ましい。このとき、４つの傾斜方向（配向軸）は、４つの中から任意の２つ傾斜方向を選択する組み合わせにおいて、選択された２つの傾斜方向が互いに約９０°の整数倍の角度を成すことが好ましい。さらに、絵素領域毎に設けられた複数の配向規制領域が、同一の傾斜方向を有する配向規制領域を複数含む場合には、傾斜方向が互いに異なる配向規制領域の面積の和が互いに等しいことが好ましい。このとき、互いに異なる傾斜方向は４つであることが好ましく、そのうちの任意の２つの傾斜方向が約９０°の整数倍の角度を成すことがさらに好ましい。さらに、４つの傾斜方向のそれぞれの傾斜方向を有する配向規制領域の数は、互いに等しいことが好ましく、さらに、配向規制領域のそれぞれの面積が互いに等しいことがより好ましい。
【００９０】
以上述べたように、本発明による配向規制領域は、絵素領域内に複数設けるのが好ましい。複数の配向規制領域を設ける場合、その数や配置関係（配向軸方向の設定等）、および面積（配向規制領域個々の面積）は、絵素領域の大きさや形状、求められる応答速度や視野角特性を考慮して適宜設定され得る。
【００９１】
なお、それぞれの絵素領域をモノドメイン（単一の傾斜方向）としても十分な応答速度や視野角特性が得られる場合もある。互いに隣接する絵素領域間の表示信号には相関があるので、隣接する絵素領域間で、配向規制領域の傾斜方向を異ならせる（好ましくは互いに直交させる）ことによって視野角特性を改善することができる。カラー表示装置の場合には、Ｒ，ＧおよびＢの絵素領域を１つの画素領域とし、隣接する画素領域間で、傾斜方向を互いに異ならせばよい。また、絵素領域が小さければ、１つの配向規制領域で十分な応答速度を実現することができる。また、同一の傾斜方向を有する複数の配向規制領域を形成することによって、モノドメインの絵素領域の応答速度を改善することもできる。
【００９２】
上述したように、第１電極１４に対向する第２電極２２は、本発明の効果を得るために特別の構造を必要とせず、公知の電極構造であり得る。従って、第１電極と第２電極との組合せとして、例えば、以下のような組合せが可能である。

さらに、アクティブマトリクス型液晶表示装置や、特公平7-113722号公報に開示されている液晶表示装置においては、それぞれの組合わせにおいて、第２電極２２が第１電極１４と同様の構造を有してもよい。
【００９３】
本発明の好ましい実施形態の例を以下に説明する。
【００９４】
（実施形態１）
本実施形態１の液晶表示装置は、ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置であり、行および列を有するマトリクス状に配列された絵素電極が、上記第１電極として機能し、複数の絵素電極に対して共通に用いられる対向電極が上記第２電極として機能する。
【００９５】
本発明による実施形態１の液晶表示装置３００を模式的に図３Ａおよび図３Ｂに示す。図３Ａは１つの絵素領域（ＴＦＴ素子および補助容量素子等は省略）を模式的に示した平面図であり、図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ’線に沿った断面図である。
【００９６】
液晶表示装置３００は、ＴＦＴ基板３００ａと、対向基板３００ｂと、ＴＦＴ基板３００ａと対向基板３００ｂとの間に設けられた液晶層３３０とを有している。液晶層３３０は、負の誘電率異方性を有する液晶分子（不図示）を含む垂直配向型液晶層である。ＴＦＴ基板３００ａおよび対向基板３００ｂの液晶層３３０側の表面にはそれぞれ垂直配向膜３１５および３２５が設けられている。
【００９７】
液晶表示装置３００のＴＦＴ基板３００ａは、ガラス基板３１０とその表面に形成された絵素電極３１４とを有している。対向基板３００ｂは、カラーフィルタ基板３２０とその表面に形成された対向電極３２２とを有している。液晶層３３０を介して互いに対向するように配置された絵素電極３１４と対向電極３２２とに印加される電圧に応じて、絵素領域ごとの液晶層３３０の配向状態が変化する。
【００９８】
液晶表示装置３００が有する絵素電極３１４は、下層導電層３１１と、下層導電層３１１を覆う誘電体層３１２と、誘電体層３１２の液晶層３３０側に設けられた上層導電層３１３とを有している。下層導電層３１１は下層開口部３１１ａを有し、上層導電層３１３は上層開口部３１３ａを有している。下層開口部３１１ａが上層開口部３１３ａ内に位置するように配置されている。上層導電層３１３と下層導電層３１１とは、誘電体層３１２に設けられたコンタクトホール３１２ａにおいて互いに電気的に接続されており、互いに同電位となる。下層導電層３１１および上層導電層３１３は、ＴＦＴ（不図示）を介して駆動回路（不図示）に電気的に接続されている。ＴＦＴや駆動回路は公知の構成を採用することができる。
【００９９】
絵素電極３１４の２次元的な構造を図３Ａを参照しながら説明する。絵素電極３１４の形状は、例えば、図３Ａに示したような細長い矩形である。上層導電層３１３および下層導電層３１１は、それぞれ連続した導電体膜から形成されている。下層開口部３１１ａおよび上層開口部３１３ａは、それぞれ、絵素電極３１４の長辺および短辺（マトリクス状配列の列方向および行方向）に対し４５°の方向に延びる辺を有している。また、絵素電極３１４の上側半分と下側半分とで、その辺の延びる方向が９０°異なっている。
【０１００】
まず、図３Ａ中の絵素領域の上側半分に注目すると、図３Ｂに示したように３Ｂ−３Ｂ’線に沿った断面の構造は、図１Ａに示した構造と実質的に等しい。従って、液晶表示装置３００の絵素領域の上側半分は、図３Ａに示したように、液晶分子の傾斜方向が互いに反対の配向規制領域Ｔ１およびＴ２の対が２つ配列されており、それぞれの配向規制領域Ｔ１およびＴ２内の液晶分子は図中の矢印で示した方向に傾斜する。図３Ａ中の絵素領域の下側半分は、上側半分と絵素電極３１４の短辺方向（例えば、行方向）に関して線対称の関係にある。下側半分が有する配向規制領域Ｔ３およびＴ４は、上側半分の配向規制領域Ｔ１およびＴ２と液晶分子の傾斜方向が９０°異なっている以外は、実質的に同じ機能を有する。
【０１０１】
上述したように、液晶表示装置３００の絵素領域は、液晶分子の傾斜方向が互いに異なる配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４（「４分割マルチドメイン配向」ということがある。）を有しているので、良好な視野角特性を有する。また、配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４は、互いに等しい面積を有している。さらに、これらの４つの配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４は、９０°ずつ異なる方向（方位角方向）に液晶分子を傾斜させるので、視野角特性の均一性が高い。なお、図示の例では、配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４がそれぞれ２つずつ（合計８個の配向規制領域）形成されているが、その必要は必ずしも無い。視野角特性の観点からは、一般に、絵素領域ごとに配向方向を４分割すれば十分な特性が得られるので、要求される応答速度に応じて、分割数を設定すればよい。
【０１０２】
液晶表示装置３００の液晶層３３０の厚さ（「セルギャップ」とも言う。）ｄ_LCは、例えば約４μｍである。液晶材料としては、負の誘電異方性を有する一般的な液晶材料（例えば、メルク社製ＭＪ９５９５５：誘電率ε//＝３．４、ε⊥＝６．７、Δε＝−３．３）を用いる。垂直配向膜３１５および３２５としては、一般的な垂直配向膜（例えば、ＪＳＲ社製ＪＡＬＳ２００４）が用いられる。液晶層３３０の厚さｄ_LCは上記の例に限られず、概ね２μｍ〜２０μｍ程度の範囲内であって、且つ、液晶材料の屈折率異方性Δｎとｄ_LCとの積（リタデーション）が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲内にあればよい。
【０１０３】
誘電体層３１２の厚さｄ_Dは、例えば約３μｍである。誘電体層３１２は、一般的な有機材料（例えば、比誘電率が約３．４の感光性有機絶縁材料）を用いて形成される。誘電体層３１２を形成する材料は、有機材料（典型的には高分子材料）に限られず、無機材料（例えば、酸化けい素（ＳｉＯｘ）や窒化けい素（ＳｉＮｘ）を用いてもよい。
【０１０４】
誘電体層３１２の厚さｄ_Dは上記の例に限られず、液晶層３３０の厚さｄ_LCの０．０１〜１０００倍程度であればよい。誘電体層３１２の厚さｄ_Dは、０．５〜５μｍの範囲内にあることが好ましく、１〜３μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。または、誘電体層３１２の厚さｄ_Dは、誘電体層３１２の誘電率をε_D、液晶層３３０の厚さをｄ_LC、液晶材料の誘電率をε//としたとき、ε_D／ｄ_Dの値がε//／ｄ_LCの値の０．０５〜２０倍程度であることが好ましく、０．３〜５倍程度であることがさらに好ましい。
【０１０５】
誘電体層３１２の厚さｄ_Dが厚くなれば、上層開口部３１３ａ上に位置する液晶層３３０に印加される電圧は、誘電体層３１２と液晶層３３０との容量分割によって降下するので、良好な透過率を得るためには大きな電圧が必要となる。その反面、誘電体層３１２による電圧降下が大きくなると、上層開口部３１２の境界付近に生成される電界の傾斜（曲がり）が大きくなるので、配向規制力が増加するという利点もある。必要に応じて、誘電体層３１２の厚さｄ_Dを適宜設定すればよい。
【０１０６】
図３Ｂに示した上層導電層３１３の幅Ｗ（図１Ａ中のＲ１の幅に対応）および下層開口部３１１ａの幅Ｓ（図１Ａ中のＲ３の幅に対応）は、例えば、１０μｍである。幅Ｗおよび幅Ｓは、配向規制領域において液晶分子を傾斜させる方向に直交する方向における幅である。幅ＷおよびＳは上記の値に限られず、概ね液晶層３３０の厚さｄ_LCの０．１〜１００倍程度であればよい。これらの幅ＷおよびＳの好ましい範囲が液晶層３３０の厚さｄ_LCに依存するのは、液晶層３３０内に生成される電界分布が、下層導電層３１１、上層導電層３１３および対向電極３２２の物理的な位置（電極間距離）と、これらの間に介在する誘電体層３１２および液晶層３３０の誘電率に依存しているためである。一般的な誘電体材料および液晶材料の誘電率を考慮すると、幅ＷおよびＳは、概ね上記の範囲内にあれば、十分な配向規制力を実現することができる。
【０１０７】
上層導電層３１３のピッチＰ（図１Ａ中の（Ｒ２×２）＋Ｒ１＋Ｒ３の幅に対応）は、例えば５０μｍである。従って、例示した構造における上層開口部３１３ａの幅は、ピッチＰ（５０μｍ）−上層導電層の幅Ｗ（１０μｍ）なので、４０μｍである。このように、下層導電層３１１、下層開口部３１１ａ、上層導電層３１３および上層開口部３１３ａの構造は最適化され得る。
【０１０８】
一般に、第１領域の幅（図１Ａ中のＲ１の幅：図３Ｂ中の幅Ｗに対応）および第３領域の幅（図１Ａ中のＲ３の幅：図３Ｂ中の幅Ｓに対応）は、１μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。この幅が１μｍよりも小さければ、第１領域と第２領域と第３領域の境界付近の電界の傾斜が小さくなり、十分な配向規制力が得られない。その結果、応答速度が遅くなったり、配向安定性が悪くなることがある。また、この幅が２００μｍより大きくなると、領域の中心付近の液晶分子に対する配向規制力が十分に得られなくなり、表示品位の低下を招くことがある。第１領域および第３領域の幅のさらに好ましい範囲は、約５μｍ〜約２０μｍであり、特に、約１０μｍ〜約２０μｍが好ましい。これらの幅が小さくなり過ぎると、十分な配向規制力が得られなくなり、大きくなり過ぎると、表示に利用されない領域が増えるので好ましくない。
【０１０９】
第２領域の幅（図１Ａ中のＲ２の幅、図３Ｂ中の（Ｐ−Ｗ−Ｓ）／２に対応）は５μｍから１０００μｍ程度が好ましい。この幅が５μｍよりも小さければ、第１、第２及び第３すべての領域において電界が傾斜するため、液晶分子の回転角度（傾斜角度）、すなわち液晶層のリタデーション値がいたるところで異なる。その結果、光の利用効率が低下する。また、第２領域の幅が１０００μｍよりも大きければ、光の利用効率は高まるが、応答速度が著しく低下する。なぜなら、第２領域の幅が大きいとき、第２領域の幅方向の中心部分の電界は傾斜しないので電界による配向規制力を発生しない。この中心部分の液晶分子は、第１領域との境界付近および第３領域との境界付近の傾斜された液晶分子の配向の影響を受けて、一定の方向に傾斜している。従って、第２領域の中心部分から隣接する第１および第３領域との境界部分までの距離が長くなれば、境界付近の液晶分子の配向の影響の伝達が遅くなる、もしくは喪失するからである。十分な配向規制力と光利用効率を得るために、第２領域の幅は、約１０μｍ〜約５０μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。
【０１１０】
従って、本発明による、十分な配向規制力を生成させる電極構造は、それぞれの液晶表示装置の絵素領域の大きさや形状に応じて、絵素領域を分割する数（配向規制領域の数および傾斜方向のバリエーション）、および上層開口部３１３の幅Ｗ、下層開口部３１１ａの幅Ｓ、上層導電層３１３のピッチＰなどを適宜設定すればよい。分割数および傾斜方向のバリエーションは主に視野角特性との関係で設定され、電極の物理的な構造（大きさや形状など）は主に応答速度との関係で設定される。
【０１１１】
絵素電極３１４の下層導電層３１１および上層導電層３１３、ならびに対向電極３２２は、例えば、透明導電材料（ＩＴＯ）を用いて形成される。上層導電層３１３は、上層開口部３１３ａの比率が高いので、不透明の材料を用いて形成してもよい。上層導電層３１３は、金属材料（例えば、アルミニュウム、アルミニュウム合金、銅）を用いて形成され得る。金属材料は一般に、透明導電材料よりも加工性に優れるので、上層導電層３１３の材料として好適に用いられ、微細なパターンを効率良く形成できる。
【０１１２】
上述の様に構成された液晶表示装置３００は、透過型液晶表示装置として機能し得る。しかしながら、例えば、上層導電層３１３および下層導電層３１１を金属材料を用いて形成することによって、反射型の液晶表示装置とすることもできる。
【０１１３】
上述の様に構成された液晶表示装置３００に、例えば、図４に示したように、さらに、偏光子（偏光板や偏光フィルムなどを含む）４０４および４０５、位相差補償素子（位相差板や位相差フィルムなどを含む）４０２および４０３、バックライト４０６を設けることによって、表示品質の優れたノーマリブラックモードの透過型液晶表示装置４００を得ることができる。なお、図４中の偏光子４０４および４０５中の矢印は、それぞれの透過軸（偏光軸）を示し、位相差補償素子４０２および４０３中の矢印は位相差補償素子の屈折率異方性を代表する屈折率楕円体の主軸方向を示している。
【０１１４】
偏光子４０４および４０５はクロスニコル状態となるように配置されており、電圧無印加時（液晶層３３０が垂直配向状態の時）に黒表示を行うように配置されている。また、偏光子４０４および４０５の透過軸は表示面の上下方向および左右方向に対して平行に配置されている。この透過軸の方向は、典型的には、図３Ａに示した配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４による傾斜方向（図中の矢印）と４５°の角をなすように配置される。絵素領域を４分割し、それぞれの配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４による傾斜方向がクロスニコル配置された偏光子４０４および４０５の透過軸と４５°の角をなすように配置することによって透過率（光の利用効率）を向上することができる。
【０１１５】
また、位相差補償素子４０２および４０３は、電圧無印加時の黒表示状態において、観察方向の変化に伴う液晶層３３０のリタデーション値の変化を補償するように設計されている。この設計は、公知の方法を用いて実行される。
【０１１６】
液晶表示装置４００の透過率の印加電圧依存性を図５に示す。図５から明らかなように、液晶表示装置４００は良好なノーマリブラックモードの電圧−透過率特性を有している。図５の縦軸は相対透過率、横軸は絵素電極３１４と対向電極３２２との間に印加された電圧の絶対値を示す。
【０１１７】
次に、液晶表示装置４００の等コントラストコンター曲線（コントラスト比＝３０）を図６に示す。等コントラストコンター曲線におけるΨは方位角（表示面内の角）で、表示面の上方を０°とし、時計回り方向に増加する。θは視角（表示面法線に対する角度）で、円の中心から半径方向に沿って増加する。図６から明らかなように、ほとんど全ての方位角Ψにおいて、視角θが６０°以下の領域でコントラスト比が３０以上あり、液晶表示装置４００は良好な視野角特性を有している。また、図６に示したように、視野角特性の方位角依存性が均一（４つの方向が等価；４回回転対称性を有する）であることから、液晶表示装置４００が良好な４分割マルチドメイン配向を有していることが推察される。液晶表示装置４００において、絵素領域ごとに図３Ａに示した配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４で生成される配向規制力に従って、良好な４分割マルチドメイン配向が実現されていることは、絵素領域を斜め方向（表示面法線に対して）から顕微鏡で観察することによって確認できる。
【０１１８】
液晶表示装置３００として、一般的なＴＦＴ型液晶表示装置を例示したが、図７に示す、例えば特公平７−１１３７２２号公報に開示されているような、構造のＴＦＴ型液晶表示装置に本発明を適用することができる。
【０１１９】
図７に示した液晶表示装置５００は、第１基板５００ａに、マトリクス状に配置された絵素電極５１４と、ドレインが絵素電極５１４に接続されたＴＦＴ５１６と、ＴＦＴ５１６のゲートに接続された走査配線（スキャンバスライン）５１７とを有している。液晶層（不図示）を介して第１基板５００ａに対向配設されている第２基板５００ｂは、液晶層側にストライプ状の信号配線（データバスライン）５２２とを有している。走査配線５１７と信号配線５２２は互いに直交する方向に延設されている。このＴＦＴ型液晶表示装置５００は、第２基板５００ｂに設けられている電極が、互いに電気的に独立したストライプ状の信号配線である点で、全ての絵素電極に対して共通に用いられる単一の対向電極を備える上述の一般的なＴＦＴ型液晶表示装置と異なる。液晶表示装置７００においても、絵素電極５１４を図３Ａおよび図３Ｂに示した絵素電極３１４の構造とすることによって、本発明の効果を奏する。
【０１２０】
（実施形態２）
実施形態１のＴＦＴ型液晶表示装置３００は、従来のＴＦＴ型液晶表示装置の絵素電極に、図１Ａに示した第１電極１４の構造を適用した。これに対し、本実施形態２のＴＦＴ型液晶表示装置は、従来のＴＦＴ型液晶表示装置の対向電極が、図１Ａに示した第１電極１４と同様の構造を有する。実施形態２の液晶表示装置の構造は、対向電極の構造を除いて、従来の液晶表示装置（実施形態１の液晶表示装置３００の絵素電極３１４を除く構成）の構造と同じであってよいので、ここでは、対向電極の構造だけを説明する。
【０１２１】
図８は、実施形態２の液晶表示装置の対向基板６００ｂの平面図を示す。対向基板６００ｂは、液晶層側に対向電極６１４を有している。対向電極６１４は、下層導電層６１１と、下層導電層６１１を覆う誘電体層６１２と、誘電体層６１２の液晶層側に設けられた上層導電層６１３とを有している。下層導電層６１１は下層開口部６１１ａを有し、上層導電層６１３は上層開口部６１３ａを有している。下層開口部６１１ａが上層開口部６１３ａ内に位置するように配置されている。上層導電層６１３と下層導電層６１１とは、例えばマトリクスの列方向に沿って設けられる直線部６１１Ｓおよび６１３Ｓにおいて互いに電気的に接続されており、互いに同電位となる。すなわち、直線部６１１Ｓおよび６１３Ｓに位置する誘電体層６１２は、上層導電層６１３と下層導電層６１１とを互いに電気的に接続するためのコンタクトホール（不図示、穴に限られず溝でもよい。）を有している。
【０１２２】
対向電極６１４は、例えば、細長い矩形状の絵素電極（不図示；１８型ＳＸＧＡの場合、例えば、７０μｍ×２１０μｍ）に対応して、図１Ａに示した第１電極１４と同様の構造を有する。例えば、図８中の２つの矩形の領域（矢印が記してあるもの）が、１つの矩形の絵素領域に対応する。隣接する２つの上層開口部６１３ａの間に位置するストライプ状の上層導電層６１３の幅Ｌ１および下層開口部６１１ａの幅Ｓ１は、それぞれ実施形態１の液晶表示装置３００における幅Ｗおよび幅Ｓと同様に設定される。下層開口部６１１ａおよび上層開口部６１３ａは、それぞれ、絵素領域の長辺および短辺（マトリクス状配列の列方向および行方向）に対し４５°の方向に延びる辺を有している。また、絵素領域の上側半分と下側半分とで、その辺の延びる方向が９０°異なっている。対向電極６１４の１つの絵素領域に対応する領域の上記の構造は、図３Ａに示した絵素電極３１４と同様の構造であり、配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４を形成する。
【０１２３】
従って、本実施形態の液晶表示装置の絵素領域は、液晶分子の傾斜方向が互いに異なる配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４（「４分割マルチドメイン配向」ということがある。）を有しているので、実施形態１の液晶表示装置と同様に良好な視野角特性を有する。また、本実施形態の液晶表示装置において、絵素領域ごとに図８に示した配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４で生成される配向規制力に従って、良好な４分割マルチドメイン配向が実現されていることは、絵素領域を斜め方向（表示面法線に対して）から顕微鏡で観察することによって確認できる。
【０１２４】
開口部６１１ａを通して液晶層内に浸入する外部電界（静電気等に起因する電界）によって、液晶分子の配向が乱されないために、開口部６１１ａの外側（例えば、対向基板の外側、偏光子表面、あるいは開口部６１１ａの下（基板側）に設けた更なる誘電体層の下）に一定の電位に固定された導電層を設けるのが好ましい。
【０１２５】
さらに、図４に示したように、偏光子（偏光板や偏光フィルムなどを含む）４０４および４０５、位相差補償素子（位相差板や位相差フィルムなどを含む）４０２および４０３、バックライト４０６を設けることによって、表示品質の優れたノーマリブラックモードの透過型液晶表示装置を得ることができる。
（実施形態３）
本発明によると、液晶層を介して対向する一対の電極の内の一方の電極の構造を、例えば図１Ａに示した第１電極１４と同様の電極構造とすることによって、十分な強さの配向規制力を得ることができる。従って、従来の構成（例えば、特開平１１−２５８６０６号公報に開示されている方法）によって配向規制力を得ることが困難であるＰＡＬＣに対しても、本発明による電極構造を適用することによって十分な強さの配向規制力を得ることができる。
【０１２６】
以下に、本発明をＰＡＬＣに適用した実施形態３の液晶表示装置７００の構造および動作を説明する。
【０１２７】
図９に実施形態３の液晶表示装置７００を模式的に示す。液晶表示装置７００は、液晶表示セル７０１と、プラズマセル７０２とを有している。液晶表示セル７０１とプラズマセル７０２は、誘電体薄板７０３を共有している。
【０１２８】
液晶表示セル７０１は、上側基板（例えばガラス基板）７０４と、誘電体薄板７０３と、これらの間に設けられた液晶層７０７とを有している。上側基板７０４の液晶層７０７側には、互いに平行な（例えば行方向に沿って）複数のストライプ状のデータ電極７１４が設けられている。上側基板７０４と誘電体薄板７０３とは、シール剤７０６によって所定の間隙（セルギャップ）を保持した状態で互いに接合される。上側基板７０４と誘電体薄板７０３との間隙には、負の誘電率異方性を有する液晶材料が封入されており、上側基板７０４および誘電体薄板７０３の液晶層７０７側の表面には垂直配向膜（不図示）が設けられている。液晶層７０７は、電圧無印加時に垂直配向状態にある。
【０１２９】
プラズマセル７０２は、下側基板（例えば、ガラス基板）７０８と、誘電体薄板７０３と、これらの間に設けられた隔壁７１０とによって形成されている、互いに平行な（例えば列方向に沿って）複数のプラズマ放電チャネル７１２とを有している。下側基板７０８のプラズマ放電チャネル７１２側には、互いに平行な（例えば列方向に沿って）複数のアノード電極７０９ａ及びカソード電極７０９ｂが、交互に所定の間隔で形成されている。アノード電極７０９ａ及びカソード電極７０９ｂを総称してプラズマ電極７０９と呼ぶこともある。隔壁７１０は、アノード電極７０９ａ及びカソード電極７０９ｂのそれぞれの上面のほぼ中央部に、それぞれと平行に所定幅で形成されている。下側基板８は、その周辺部において、低融点ガラス等を使用したフリットシール７１１によって、誘電体薄板７０３と気密的に接合されている。プラズマ放電チャネル７１２内には、イオン化が可能なガス（例えばヘリウム、ネオン、アルゴンあるいはこれらの混合気体）が封入されており、このガスにプラズマ電極７０９によって電圧を印加することによってプラズマ放電が発生する。
【０１３０】
プラズマ放電チャネル７１２とデータ電極７１４とは、互いに直交するように形成されている。各データ電極７１４は例えば列駆動単位となり、各放電チャネル７１２は例えば行駆動単位となる。データ電極７１４と放電チャネル７１２との交差部が絵素領域を規定する。
【０１３１】
この液晶表示装置７００は、以下のように動作する。
【０１３２】
所定の放電チャネル７１２に対応するアノード電極７０９ａとカソード電極７０９ｂとの間に所定電圧が印加されると、その放電チャネル７１２内のガスが選択的にイオン化されてプラズマ放電が発生し、その放電チャネル７１２の内部は略アノード電位に維持される（行アドレス状態；書き込み期間）。この状態で、データ電極７１４にデータ電圧が印加されると、その放電チャネル７１２に対応して列方向に配列されている絵素領域の液晶層７０７には、アノード電位とデータ電極７１４のデータ電位との差に相当する電圧が誘電体薄板７０３を介して印加される。このとき、誘電体薄板７０３の放電状態にある放電チャネル７１２に対応する領域は、仮想的な走査電極として機能する。このようにして、列方向に配列されている絵素領域にデータが書き込まれる。
【０１３３】
プラズマ放電が終了すると、放電チャネル７１２の内部は浮遊電位となり、各絵素領域の液晶層７０７に書き込まれたデータ電圧は、次の書き込み期間、例えば１フィールド後あるいは１フレーム後まで保持される。この場合、放電チャネル７１２はサンプリングスイッチとして機能すると共に、各絵素領域の液晶層７０７はサンプリングキャパシタとして機能する。
【０１３４】
列方向に延びる放電チャネル７１２を行方向に順次走査して、列方向に並ぶ複数の絵素領域の液晶層７０７に、行方向に延びるデータ電極７１４からデータ電圧を書き込むことによって、画像の表示が行われる。
【０１３５】
ＰＡＬＣにおいて液晶層７０７に印加される電圧は、アノード電位とデータ電極７１４のデータ電位との電位差を、誘電体薄板７０３と液晶層７０７とで分割した電圧に相当する。従って、誘電体薄板７０３による電圧降下をできるだけ抑制するために、誘電体薄板７０３の厚さはできるだけ薄い方が好ましい。典型的には、厚さ５０μｍ程度の薄板ガラスが用いられる。このように薄いガラス板は物理的な強度が乏しいので、誘電体薄板７０３に特別な構造を形成することは非常に困難である。従って、特開平１１−２５８６０６号公報に開示されている方法のように、液晶層の両側の基板に特別な構造を形成することを必要とする配向規制方法は利用できない。
【０１３６】
実施形態３の液晶表示装置７００は、データ電極７１４が図１Ａに示した第１電極１４と同様の構造を有している。液晶表示装置７００のデータ電極７１４の平面構造を図１１に模式的に示す。
【０１３７】
データ電極７１４は、下層導電層７１１と、下層導電層７１１を覆う誘電体層７１２と、誘電体層７１２の液晶層側に設けられた上層導電層７１３とを有している。下層導電層７１１は下層開口部７１１ａを有し、上層導電層７１３は上層開口部７１３ａを有している。下層開口部７１１ａが上層開口部７１３ａ内に位置するように配置されている。上層導電層７１３と下層導電層７１１とは、例えばマトリクスの列方向に沿って設けられる直線部７１１Ｓおよび７１３Ｓにおいて互いに電気的に接続されており、互いに同電位となる。すなわち、直線部７１１Ｓおよび７１３Ｓに位置する誘電体層７１２は、上層導電層７１３と下層導電層７１１とを互いに電気的に接続するためのコンタクトホール（不図示、穴に限られず溝でもよい。）を有している。
【０１３８】
データ電極７１４は、例えば、細長い矩形状の絵素電極（不図示；１８型ＳＸＧＡの場合、例えば、７０μｍ×２１０μｍ）に対応して、図１Ａに示した第１電極１４と同様の構造を有する。例えば、図１１中の２つの矩形の領域（矢印が記してあるもの）が、１つの矩形の絵素領域に対応する。隣接する２つの上層開口部７１３ａの間に位置するストライプ状の上層導電層７１３の幅Ｌ２および下層開口部７１１ａの幅Ｓ２は、それぞれ実施形態１の液晶表示装置３００における幅Ｗおよび幅Ｓと同様に設定される。下層開口部７１１ａおよび上層開口部７１３ａは、それぞれ、絵素領域の長辺および短辺（マトリクス状配列の列方向および行方向）に対し４５°の方向に延びる辺を有している。また、絵素領域の上側半分と下側半分とで、その辺の延びる方向が９０°異なっている。データ電極７１４の１つの絵素領域に対応する領域の上記の構造は、図３Ａに示した絵素電極３１４と同様の構造であり、配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４を形成する。
【０１３９】
従って、本実施形態の液晶表示装置の絵素領域は、液晶分子の傾斜方向が互いに異なる配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４（「４分割マルチドメイン配向」ということがある。）を有しているので、実施形態１の液晶表示装置と同様に良好な視野角特性を有する。また、本実施形態の液晶表示装置において、絵素領域ごとに図１１に示した配向規制領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４で生成される配向規制力に従って、良好な４分割マルチドメイン配向が実現されていることは、絵素領域を斜め方向（表示面法線に対して）から顕微鏡で観察することによって確認できる。
【０１４０】
さらに、図４に示したように、偏光子（偏光板や偏光フィルムなどを含む）４０４および４０５、位相差補償素子（位相差板や位相差フィルムなどを含む）４０２および４０３、バックライト４０６を設けることによって、表示品質の優れたノーマリブラックモードの透過型液晶表示装置を得ることができる。
【０１４１】
上記の実施形態１から３では、本発明による電極構造を適用することにてよって、４分割マルチドメイン配向を実現した例を示したが、本発明は上記の例に限られない。
【０１４２】
例えば、図１２に示すような電極構造を採用することによって、軸対称配向を実現することができる。図１２に示した第１電極８１４は、例えば、図３Ａに示した絵素電極３１４、図８に示した対向電極６１４や図１１に示したデータ電極７１４に代えて用いることができる。
【０１４３】
第１電極８１４は、下層導電層８１１と、下層導電層８１１を覆う誘電体層８１２と、誘電体層８１２の液晶層側に設けられた上層導電層８１３とを有している。矩形の絵素領域に対応して設けられている上層導電層８１３は、それぞれがほぼ正方形の３つの開口部８１３ａを有している。下層導電層８１１は、それぞれの上層開口部８１３ａのほぼ中央に、上層開口部８１３ａと相似形の下層開口部８１１ａを有している。上層導電層８１３と下層導電層８１１とは、例えば上層導電層８１３の下部において互いに電気的に接続されており、互いに同電位となる。すなわち、上層導電層８１３の下部に位置する誘電体層８１２は、上層導電層８１３と下層導電層８１１とを互いに電気的に接続するためのコンタクトホール（不図示、穴に限られず溝でもよい。）を有している。
【０１４４】
第１電極８１４の例えば１２Ａ−１２Ａ’線に沿った断面構造は、図１Ａおよび図１Ｂ中の第１電極１４の領域ＴＴ４と実質的に同じであり、また、上層開口部８１３ａおよび下層開口部８１１ａの中心ＳＡを含む線に沿った断面構造は、全て実質的に同じである。従って、第１電極８１４は、中心ＳＡに関して軸対称状に液晶分子を傾斜させる配向規制力を有する。
【０１４５】
下層開口部８１１ａや上層開口部８１３ａの形状は、軸対称配向が安定するように、正方形に近いことが好ましいが、これに限定されるものではない。なお、下層開口部８１１ａや上層開口部８１３ａの大きさや配置は、先の実施形態と同様に、視野角特性や応答特性と考慮して適宜設定され得る。本発明による電極構造の開口部の２次元的な配置は、上記の例に限られず、種々の改変が可能である。
【０１４６】
軸対称配向を安定に得るためには、液晶材料に適量のカイラル剤を混入することが好ましい。カイラル剤の混入量は、混入後の液晶材料のねじれのピッチが液晶層の厚さの２分の１程度から１０倍程度にすることが好ましい。さらに好ましくは、液晶層に使用上の最大電圧が印加されたとき、液晶分子のねじれ角度が８０°から１００°となる量を混入すればよい。
【０１４７】
さらに、軸対称配向を安定に得るために、図１２に示した開口部分の形状を正方形に代えて、円形もしくは多角形に変更してもよい。但し、絵素領域を有効に利用する観点からは正方形が最も好ましい。また、正方形以外の形状を選択する場合、長方形の絵素内に細密に配置できる観点から正六角形が好ましい。また、対称性の観点から正多角形が好ましいが、絵素領域の形状等に応じて正多角形以外の多角形を採用しても実質的に軸対称配向を実現することができる。
【０１４８】
本実施形態においても、図４で示した実施形態１の液晶表示装置３００に代えて、図１２に示した構造を有する液晶表示装置を用いることができる。この場合、位相差補償素子４０３及び４０２は公知の技術を用いて適切に設計する。その結果、実施形態１と同様に良好な視野角特性を有する液晶表示装置を得られる。
【０１４９】
本実施形態のように軸対称配向を用いる場合には、図４で示した構成において、直線偏光子４０４及び４０５に代えて円偏光子を用いることが好ましい。なぜなら、最も効率よく直線偏光の偏光状態を変化する位相差補償素子は、直線偏光の偏光軸と４５°の角度を成す遅走軸を有する位相差補償素子である。したがって、図１２に示したように一対の直線偏光子をクロスニコル状態に配置した液晶表示装置では、液晶分子の傾斜方向が偏光子の偏光軸に対して４５°の整数倍の角を成すときが最も高い光利用効率が得られる。それに対し、軸対称配向では液晶分子の配向軸（配向方向）が連続的に変化しているため、直線偏光の偏光軸と配向軸との配置関係をすべての配向軸に対して満足することができない。位相差補償素子は、円偏光に対しては遅走軸の角度によらず偏光状態に一定量（位相差の絶対値）の偏光状態の変化を与える。従って、配向軸が連続的に変化する（無数の遅走軸を有する）液晶層を用いる本実施形態の液晶表示装置では、図４の直線偏光子４０４及び４０５を円偏光子に変更することによって、光利用効率の高い液晶表示装置が得られる。この場合、位相差補償棄子４０２及び４０３は公知の技術を用いて適切に設計すればよい。
【０１５０】
以上述べたように、本発明によると、垂直配向した負の誘電異方性を有する液晶分子を有する液晶層に対して、電界による配向規制力を与えることができる。従って、本発明によると、視野角特性に優れた様々な形態の液晶表示装置を得ることができる。
【０１５１】
【発明の効果】
本発明によると、液晶層に電圧を印加するための一対の電極の内の一方の電極の構造を改変するだけで、十分な強さの配向規制力を得ることができるので、十分に安定した配向と十分に速い応答速度とを有し、且つ、効率良く製造できる垂直配向型液晶表示装置が提供される。
【０１５２】
それぞれが開口部を有する２つの導電層を用いた電極の構成を種々変化させることによって、液晶分子の傾斜方向が異なる複数の領域を有する、いわゆるマルチドメイン配向や、軸対称配向を実現することができ、視野角特性を改善することができる。さらに、電極構造を種々変更することによて、配向規制力の強さを変化させることができるので、応答特性を最適化することもできる。
【０１５３】
また、本発明による液晶表示装置は、従来の液晶表示装置における電極の構造を変更するだけで得られるので、従来の製造方法で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】実施形態の液晶表示装置１００の断面構造と電気力線とを模式的に示す図である。
【図１Ｂ】実施形態の液晶表示装置１００の断面構造と等電位線とを模式的に示す図である。
【図１Ｃ】実施形態の液晶表示装置１００の液晶層と第１電極との界面付近に生成される電位分布を模式的に示す図である。
【図１Ｄ】実施形態の液晶表示装置１００を模式的に示す平面図である。
【図２Ａ】比較例の液晶表示装置２００の断面構造と等電位線とを模式的に示す図である。
【図２Ｂ】比較例の液晶表示装置２００を模式的に示す平面図である。
【図３Ａ】実施形態１の液晶表示装置３００を模式的に示す平面図である。
【図３Ｂ】実施形態１の液晶表示装置３００を模式的に示す断面図である。
【図４】実施形態１の液晶表示装置４００を模式的に示す図である。
【図５】液晶表示装置４００の透過率の印加電圧依存性を示すグラフである。
【図６】液晶表示装置４００の等コントラストコンター曲線（コントラスト比＝３０）である。
【図７】実施形態１の液晶表示装置５００を模式的に示す図である。
【図８】実施形態２の液晶表示装置に用いられる対向基板６００ｂの平面図である。
【図９】実施形態３の液晶表示装置７００を模式的に示す斜視図である。
【図１０】実施形態３の液晶表示装置７００を模式的に示す断面図である。
【図１１】液晶表示装置７００のデータ電極７１４の平面構造を模式的に示す図である。
【図１２】本発明による液晶表示装置に用いられる第１電極８１４の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０、２０透明絶縁性基板
１１下層導電層
１１ａ下層開口部
１２誘電体層
１３上層導電層
１３ａ上層開口部
１４第１電極
２２第２電極
３０液晶層
３０ａ液晶分子
１００液晶表示装置
１００ａ第１基板
１００ｂ第２基板

Claims

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、それぞれが規定される複数の絵素領域を有し、前記液晶層は、負の誘電異方性を有する液晶材料を含む、垂直配向型液晶層であって、前記第１電極は、下層導電層と、前記下層導電層を覆う誘電体層と、前記誘電体層の前記液晶層側に設けられた上層導電層とを有し、前記上層導電層は、前記複数の絵素領域毎に上層開口部を有し、前記下層導電層は、前記複数の絵素領域毎に下層開口部を有し、前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記液晶層が、前記第１電極の前記上層導電層と前記第２電極との間に配置された第１領域と、前記液晶層および前記上層開口部内に位置する前記誘電体層が、前記第１電極の前記下層導電層と前記第２電極との間に配置された第２領域と、前記液晶層および前記上層開口部内に位置する前記誘電体層が、前記第１電極の前記下層開口部と前記第２電極との間に配置された第３領域とを有し、前記第１、第２および第３領域が、所望の方向に沿ってこの順に配列されている配向規制領域を少なくとも１つ有する液晶表示装置。
前記上層開口部および前記下層開口部は、それぞれ前記所望の方向に直交する方向に沿った辺を有し、前記第１、第２および第３領域の間の境界は上記辺に平行に形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第１領域と前記第２領域との境界および前記第２領域と前記第３領域との境界は、前記所望の方向と直交する方向に形成されている請求項１または２に記載の液晶表示装置。
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記第１基板の前記液晶層側の表面は実質的に平坦である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記複数の絵素領域のそれぞれにおいて、前記液晶層は実質的に一定の厚さを有している、請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記複数の絵素領域のそれぞれは、複数の配向規制領域を有し、前記複数の配向規制領域における前記第１、第２および第３領域の配列方向は互いに等しい、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記第１、第２および第３領域が第１方向に沿ってこの順に配列されている第１配向規制領域と、前記第１、第２および第３領域が前記第１方向とは異なる第２方向に沿ってこの順に配列されている第２配向規制領域を有する請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記複数の絵素領域のそれぞれは、前記第１配向規制領域および前記第２配向規制領域の少なくとも一方を複数有する請求項７に記載の液晶表示装置。
前記第１方向と前記第２方向とは互いに反対方向である、請求項７または８に記載の液晶表示装置。
前記第１、第２および第３領域が前記第１および第２方向とは異なる第３方向に沿ってこの順に配列されている第３配向規制領域と、前記第１、第２および第３領域が前記第１、第２および第３方向とは異なる第４方向に沿ってこの順に配列されている第４配向規制領域とをさらに有し、前記第３および第４方向は、前記第１および第２方向と互いに直交している請求項９に記載の液晶表示装置。
前記第１配向規制領域と前記第２配向規制領域とが、前記第１領域および前記第３領域の少なくとも一方を共有している、請求項７から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記上層開口部および前記下層開口部は、それぞれ多角形または円形であり、前記下層開口部は、前記上層開口部の内側に設けられている請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記上層導電層と前記下層導電層は互いに電気的に接続されている請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第１電極は、前記複数の絵素領域のそれぞれに対して設けられた絵素電極であって、前記第１電極は、前記複数の絵素領域のそれぞれに対して設けられたアクティブ素子を介して電圧が印加される請求項１から１３のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第２電極は、前記複数の絵素領域に対して共通に設けられた単一の対向電極である請求項１４に記載の液晶表示装置。
前記複数の絵素領域は、行および列を有するマトリクス状に配置されており、前記第１電極は、前記列に対応して設けられたストライプ状の電極であって、前記第２基板は、誘電体薄板と、絶縁性基板と、前記誘電体薄板と前記絶縁性基板との間に、前記行に対応して設けられた複数のストライプ状のプラズマチャネルを有し、前記第２電極は、前記複数のストライプ状のプラズマチャネルのそれぞれに対向する前記誘電体薄板の領域が構成する仮想電極である、請求項１から１３のいずれかに記載の液晶表示装置。