液晶顯示器件的制作方法

專利名稱：液晶顯示器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及垂直取向模式的液晶顯示器件。
背景技術：
迄今，液晶顯示器件作為文字處理器及計算機的畫面被廣泛地使用，近年來作為電視的畫面也急劇地得到普及。這些液晶顯示器件中的多數采用TN(扭曲向列)模式，但在該液晶顯示器件中，從斜方向看時，存在對比度容易降低、灰度特性容易反轉的問題。
因此，近年來，為了提高從斜方向看的視角特性，像例如與日本國公開公報的特開2000-47251號公報(
公開日2000年2月18日，以下稱為現有例)對應的美國專利申請6,384,889號(專利日期2002年5月7日)中公開的液晶顯示器件那樣，VA(垂直取向)模式的液晶顯示器件正變得引人注目。該模式的液晶顯示器件的液晶盒系將具有負的介電常數各向異性的向列液晶和垂直取向膜組合起來構成。
在上述VA模式的液晶顯示器件中，在未施加電壓的狀態，液晶分子沿垂直方向取向。在該狀態的液晶層中，如果從偏振片入射線偏振光，則液晶層幾乎不具有雙折射各向異性，所以射出維持在偏振狀態的線偏振光，在配置于液晶層的相反一側的偏振片處被吸收。其結果是，液晶顯示器件進行黑顯示。
另一方面，如果施加電壓，則液晶層的液晶分子隨所施加的電壓而傾斜。這時，例如如在現有例中所示，當液晶分子呈輻射狀取向構成時，即使在同一像元區內液晶分子的取向方向也連續地變化。
另外，設想在這些液晶顯示器件中，借助于添加手性劑，如通常的扭曲取向那樣，沿液晶層的厚度方向使液晶分子的取向呈螺旋狀變化，從而使暗視野部分減少，使作為液晶顯示器件的亮度提高。
然而，在上述的現有例中，例如如美國專利第6,384,889號中的例7的最初的段落(相當于上述特開2000-47251號公報中的 段落)所示，添加手性劑，使得手性劑螺距為18[μm]，為盒厚的大致4倍，施加電壓時的扭曲角被設定為90度，但在本條件中，消光圖案顯著地殘留，該消光圖案的消光區和消光量增大，其結果是，存在透射強度的降低發生、導致亮度降低等問題。
另外，在美國公開公報第0036740號(公布日期2002年3月28日)中公開了的液晶顯示器件中，雖然包含為了液晶的取向穩定而使液晶成為扭曲結構的結構，但卻消除了消光圖案，或者，不存在通過這樣做能使透射率提高這樣的概念。另外，也不進行對上述情況的最佳化。

發明內容
本發明的目的在于提供一種透射強度高，也就是說亮度高的垂直取向模式的液晶顯示器件，使利用配置成正交尼科耳的2塊偏振片的偏振軸方向與施加電壓時的液晶分子的取向方向的關系而產生的消光圖案被抑制到使用者完全無法識別的程度，還可求得能最大限度地利用透射強度的光學物理性質值。
本發明的液晶顯示器件是一種液晶顯示器件，其中，具有設置在第1基板與第2基板之間的液晶層，當在設置于上述第1基板上的第1電極與設置于上述第2基板上、隔著上述液晶層與上述第1電極相向的第2電極之間不施加電壓時，該液晶層取垂直取向狀態，而在上述第1電極與上述第2電極之間施加電壓時，上述液晶層取扭曲結構，同時取與上述基板平行取向的狀態，該液晶顯示器件的特征在于，為了解決上述課題，要采取如下的措施。即，當假設上述液晶層的厚度d與液晶的自然的扭曲螺距p的比率為d/p，施加于上述第1與第2電極之間的最大施加有效電壓為Vmax[V]，上述液晶層的折射率各向異性為Δn時，上述d/p被設定在0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.65與0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.50之間的值。并且，d·Δn/λ被設定在-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+2.124與-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+1.7603之間的值。
在上述結構中，由于在上述第1與第2電極之間不施加電壓時液晶層的液晶分子處于垂直取向狀態，所以不發生雙折射效應和旋光效應，幾乎不變更透過液晶層的光的狀態而使之射出。另一方面，如果施加電壓，則液晶層取扭曲結構，同時上述液晶分子成為與基板平行取向的狀態，發生雙折射效應和旋光效應。其結果是，在不施加電壓時和施加電壓時可變更液晶層射出的光的狀態，可根據電壓變更顯示狀態。
此外，本申請的發明人發現，在垂直取向模式的液晶顯示器件中，迄今應使利用配置成正交尼科耳的偏振片的偏振軸方向與施加電壓時的液晶分取向方向的關系而產生的消光圖案被削減到使用者無法識別的程度，另外，還對能最大限度地利用透射強度的光學物理性質值反覆進行了研究，其結果是(1)在垂直取向模式的液晶顯示器件中，由于未施加電壓時定為垂直取向狀態，借助于給予液晶分子的限制力，基板附近的液晶分子在施加電壓時也能維持垂直取向狀態；(2)由此，存在使雙折射效應和旋光效應發生的液晶分子的區域的厚度比實際液晶層的厚度薄；以及(3)上述區域的厚度隨施加電壓而變化，從而使本發明得以完成。
即，在本發明的液晶顯示器件中，液晶層的d/p和d·Δn/λ被設定在上述范圍，即，根據施加于第1和第2電極上的最大施加有效電壓，而且設想在施加電壓時基板附近的液晶分子也傾斜地取向，比設定值大的范圍。其結果是，可將上述消光圖案抑制到使用者無法識別的程度，比起可識別消光圖案的情形，可得到更明亮的顯示，可實現顯示品位高的液晶顯示器件。這里，利用本發明可減小的消光圖案是在像元內的電極上發生的消光圖案。
本發明的其他的目的、特征和優點可通過如下所示的記述充分地了解。另外，本發明的優點用參照附圖所作的下述說明而變得明白。


圖1是示出本發明的實施例的圖，是示出d/p的數值范圍和d·Δn/λ的數值范圍對最大有效電壓的曲線圖。
圖2是示出上述液晶顯示器件的主要部分結構的圖，是示出未施加電壓時的液晶顯示器件的剖面的示意圖。
圖3是從基板法線方向看上述液晶顯示器件的俯視圖。
圖4是示出上述液晶顯示器件的液晶盒的圖，是示出液晶層的液晶分子的取向隨施加于液晶層上的電壓而開始變化的狀態(導通初始狀態)的示意圖。
圖5是示出上述液晶顯示器件的液晶盒的圖，是示出液晶層的液晶分子的取向隨施加于液晶層上的電壓而變化后的穩定狀態的示意圖。
圖6是示出等電位線與液晶分子的取向的關系的圖，是示出等電位線與液晶分子的軸方向正交的情況的示意圖。
圖7是示出等電位線與液晶分子的取向的關系的圖，是示出等電位線與液晶分子的軸方向傾斜的情況的示意圖。
圖8是示出等電位線與液晶分子的取向的關系的圖，是示出利用等電位線對液晶分子的軸方向傾斜的電場取向的液晶分子和利用等電位線對軸方向垂直的方向而成的電場取向的液晶分子以便與該液晶分子一致的示意圖。
圖9是示出等電位線與液晶分子的取向的關系的圖，是示出施加了等電位線形成連續的凹凸形狀的電場的情況的示意圖。
圖10是示出上述液晶分子的取向方向的圖，是未施加電壓時從基板法線方向看各液晶分子時的示意圖。
圖11是示出上述液晶分子的取向方向的圖，是示出從基板法線方向看導通初始狀態下的各液晶分子時的示意圖。
圖12是示出上述液晶分子的取向方向的圖，是示出從基板法線方向看上述穩定狀態下的各液晶分子時的示意圖。
圖13是示出在最大施加有效電壓為10[V]時各d/p的值各自的面積透射強度與d·Δn/λ的關系的曲線圖。
圖14是示出在最大施加有效電壓為6[V]時各d/p的值各自的面積透射強度與d·Δn/λ的關系的曲線圖。
圖15是示出在最大施加有效電壓為4[V]時各d/p的值各自的面積透射強度與d·Δn/λ的關系的曲線圖。
圖16是示出在螺距p＝0的上述液晶顯示器件中對置電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖17是示出在螺距p＝0的上述液晶顯示器件中液晶層中央附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖18是示出在螺距p＝0的上述液晶顯示器件中像元電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖19是示出在螺距p＝0的上述液晶顯示器件中透射強度分布的附圖。
圖20是示出在d/p＝0.13的上述液晶顯示器件中對置電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖21是示出在d/p＝0.13的上述液晶顯示器件中液晶層中央附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖22是示出在d/p＝0.13的上述液晶顯示器件中像元電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖23是示出在d/p＝0.13的上述液晶顯示器件中透射強度分布的附圖。
圖24是示出在d/p＝0.38的上述液晶顯示器件中對置電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖25是示出在d/p＝0.38的上述液晶顯示器件中液晶層中央附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖26是示出在d/p＝0.38的上述液晶顯示器件中像元電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖27是示出在d/p＝0.38的上述液晶顯示器件中透射強度分布的附圖。
圖28是示出在d/p＝0.48的上述液晶顯示器件中對置電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖29是示出在d/p＝0.48的上述液晶顯示器件中液晶層中央附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖30是示出在d/p＝0.48的上述液晶顯示器件中像元電極表面附近的液晶分子的取向狀態的示意圖。
圖31是示出在d/p＝0.48的上述液晶顯示器件中透射強度分布的附圖。
圖32是示出在上述液晶顯示器件中像元區中的各區與各區中的液晶分子的取向狀態的關系的示意圖。
圖33是示出液晶分子的取向狀態的圖，是示出假定沒有由基板表面的垂直取向膜引起的對液晶分子的取向限制力時的示意圖。
圖34是示出液晶分子的取向狀態的圖，是示出假定具有借助于由基板表面的垂直取向膜引起的對液晶分子的取向限制力在施加電壓時也能保持垂直取向狀態的液晶分子時的示意圖。
圖35是示出液晶層的扭曲結構的圖，是示出假定沒有上述取向限制力時的示意圖。
圖36是示出液晶層的扭曲結構的圖，是示出假定具有借助于上述取向限制力在施加電壓時也能保持垂直取向狀態的液晶分子時的示意圖。
圖37是進一步示出可提高亮度的數值范圍的圖，是示出d/p的數值范圍對最大有效電壓的曲線圖。
圖38是進一步示出可提高亮度的數值范圍的圖，是示出d·Δn/λ的數值范圍對最大有效電壓的曲線圖。
圖39是示出上述液晶顯示器件的變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖40是示出上述液晶顯示器件的另一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖41是示出上述液晶顯示器件的又一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖42是示出上述液晶顯示器件的又一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖43是示出上述液晶顯示器件的又一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖44是示出上述液晶顯示器件的又一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖45是示出上述液晶顯示器件的又一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖46是示出上述液晶顯示器件的又一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖47是示出上述液晶顯示器件的又一變例的圖，是示出另一形狀的像元電極的俯視圖。
圖48是示出單位實心部為圓形時俯視圖。
圖49是示出開口部為圓形時俯視圖。
圖50是示出在單位實心部為圓形時和開口部為圓形時的雙方中實心部對像元區的間距的面積比率的曲線圖。
具體實施例方式
現根據圖1至圖50說明本發明的一個實施例如下。即，本實施例的液晶顯示器件盡管面積透射強度高，但并不產生消光圖案，是可進行良好品質的顯示的液晶顯示器件，如圖2所示，它包括垂直取向模式的液晶盒100和在該液晶盒100的兩側配置的偏振片101、102。
上述液晶盒100具有薄膜晶體管(TFT)基板等的有源矩陣基板(以下稱為“薄膜晶體管(TFT)基板”)100a、濾色片基板等的對置基板(以下也稱為“濾色片基板”)100b和在TFT基板100a與對置基板100b之間設置的液晶層30。再有，上述TFT基板100a和對置基板100b對應于權利要求范圍中所述的第1和第2基板。
上述液晶層30由將手性劑添加到具有負介電常數各向異性的向列液晶材料中的材料形成。另外，手性劑的添加量被設定為液晶層30的d/p為后述的數值范圍，還被設定為液晶層30的d·Δn/λ也為后述的數值范圍。
這里，上述液晶層30的液晶分子30a借助于在TFT基板100a和對置基板100b的液晶層30一側的表面上設置的垂直取向層13和23，在不對液晶層30施加電壓時，如圖2所示的液晶分子30a的狀態那樣，對垂直取向膜13、23的表面垂直地取向。這時，稱為液晶層30處于垂直取向狀態。
再有，處于垂直取向狀態的液晶層30的液晶分子30a根據垂直取向膜13、23的種類及液晶材料的種類往往與垂直取向膜13、23的表面(基板的表面)的法線有一些傾斜，但一般而言，將液晶分子30a對垂直取向膜13、23的表面大致垂直取向的狀態，即液晶分子30a的液晶分子軸(也稱為“軸方向”)以大致85～90度的角度取向的狀態稱為垂直取向狀態。
液晶盒100的TFT基板100a具有透明基板(例如玻璃基板)11、在該表面上形成的像元電極(第1電極)12和在TFT基板100a的液晶層30一側表面上形成的垂直取向膜13。另一方面，對置基板100b具有透明基板(例如玻璃基板)21、在該表面上形成的對置電極(第2電極)22和在對置基板100b的液晶層30一側表面上形成的垂直取向膜23。每個像元區的液晶層30的取向狀態隨施加于像元電極12和對置電極22上的電壓而變化，像元電極12和對置電極22被配置成隔著液晶層30而互相相向。伴隨著液晶層30的取向狀態的變化，利用透過液晶層30的光的偏振狀態及光量變化的現象進行顯示。
再有，以下將對應于顯示的最小單位即“像元”的液晶顯示器件的區域稱為“像元區”。在彩色液晶顯示器件中，R、G、B的“像元”對應于1個“像素”。在有源矩陣型液晶顯示器件中，像元區由像元電極和與像元電極相向的對置電極來規定。另外，在后述的簡單矩陣型液晶顯示器件中，像元區分別由設置成條形的列電極和與列電極正交而設置的行電極相互交叉的區域來規定。再有，在設置黑矩陣的結構中，嚴格地說，根據應顯示的狀態而施加電壓的區域之中，對應于黑矩陣的開口部的區域變得對應于像元區。
以下，作為液晶盒100的優選結構例，在一側的基板(100a)一側的一個像元區內，通過形成多個分隔的電極(子像素)，形成對電場閉合的區域，利用在該電極邊緣發生的傾斜電場，詳細地說明進行取向控制的情況。
即，上述像元電極12由導電膜(例如ITO膜)形成，在像元電極12上例如采取除去導電膜等方法，如圖3所示，形成多個開口部12a。再有，圖3是從基板法線方向看到的液晶顯示器件的液晶盒100的平面圖(俯視圖)，圖2是沿圖3的1B-1B’線的向視剖面圖。另外，以下，將存在導電膜的部分(開口部12a以外的部分)稱為實心部12b。在每1個像元電極12上形成多個上述開口部12a，但上述實心部12b基本上由連續的單一導電膜形成。
在本實施例中，上述多個開口部12a被配置成其各自的中心形成正方晶格，被其中心位于形成1個單位晶格的4個格點上的4個開口部12a實質上包圍的實心部(稱為“單位實心部”)12c具有大致呈圓形的形狀。各自的開口部12a具有4個四分之一圓弧狀的邊(邊緣)，而且在其中心形成具有4重旋轉軸的大致的星形。
再有，為了在像元區A的全部上使取向穩定，直至像元電極12的端部最好形成單位晶格。因此，如圖3所示，像元電極12的端部最好以相當于開口部12a的約二分之一(對應于邊的區域)和開口部12a的約四分之一(對應于角的區域)的形狀構圖。另一方面，位于像元電極12的中央部的開口部12a，也就是說被設置成包圍住單位實心部12c、其中心位于形成1個單位晶格的4個格點上的4個開口部12a實質上以相同的形狀和相同的尺寸形成。另一方面，位于由開口部12a形成的單位晶格內的單位實心部12c大致呈圓形，實質上具有相同的形狀和相同的尺寸。另外，相鄰的單位實心部12c相互連接在一起，由這些單位實心部12c構成實質上具有單一導電膜功能的實心部12b。
如果在具有上述結構的像元電極12與對置電極22之間施加電壓，由在開口部12a的邊緣部生成的傾斜電場形成各自具有輻射狀傾斜取向的多個液晶疇。液晶疇在對應于各自的開口部12a的區域和對應于單位實心部12c的區域分別被形成各一個。
在上述結構的液晶盒100中，當像元電極12與對置電極22為相同的電位時(沒有對液晶層施加電壓的狀態)，如圖2所示，像元區內的液晶分子30a對兩基板100a和100b的表面垂直地取向。
另一方面，如果對液晶層30施加電壓，則如圖4所示，在液晶層30上形成用等電位線EQ(與電力線正交)表現的電位梯度。該等電位線EQ在液晶層30之中位于像元電極的實心部12b與對置電極22之間的區域，對實心部12b和對置電極22的表面平行。與此相對照，在對應于像元電極12的開口部12a的區域，落入開口部12a一側。因此，在液晶層30之中開口部12a的邊緣部(開口部12a內的周邊部和開口部12a與實心部12b的邊界部)EG上的區域，像圖中用傾斜的等電位線EQ表現的那樣，形成傾斜的電場。
這里，使液晶分子30a的軸方向對等電位線EQ平行(對電力線垂直)地取向的力矩作用在具有負的介電常數各向異性的液晶分子30a上。因此，邊緣部EG上的液晶分子30a如圖4中的箭頭所示，在圖中的右側邊緣部EG，沿順時針方向傾斜(旋轉)，在圖中的左側邊緣部EG，沿逆時針方向傾斜(旋轉)。由此，如圖5所示，液晶層30的液晶分子30a除了單位實心部12c的中央部和開口部12a的中央部以外，均與等電位線EQ平行地取向。再有，圖4示意地示出了液晶分子30a的取向隨施加于液晶層30上的電壓開始變化的狀態(導通初始狀態)，圖5示意地示出了隨所施加的電壓而變化的液晶分子30a的取向達到穩定狀態的狀態。
更詳細地說，如圖6所示，一旦發生用對液晶分子30a的軸方向垂直的等電位線EQ表示的電場，則按順時針方向或逆時針方向傾斜的力矩以相等的概率作用在液晶分子30a上。因此，在處于互相相向的平行平板型配置的電極之間的液晶層30內，受到順時針方向的力矩作用的液晶分子30a與受到逆時針方向的力矩作用的液晶分子30a混合在一起，往往不會平滑地變化到與施加于液晶層30上的電壓對應的取向狀態。
可是，在本實施例中，在邊緣部EQ上的區域形成了傾斜電場。這樣，一旦發生用對液晶分子30a的軸方向傾斜的等電位線EQ表示的電場(傾斜電場)，則如圖7所示，液晶分子30a向用于與等電位線EQ平行的傾斜量少的方向(在圖示的例子中為逆時針旋轉)傾斜。
另一方面，如圖8所示，以位于發生了用對液晶分子30a的軸方向垂直的方向的等電位線EQ表示的電場的區域中液晶分子30a的取向與位于傾斜的等電位線EQ上的液晶分子30a的取向連續(一致)的方式，向與位于傾斜的等電位線EQ上的液晶分子30a相同的方向傾斜。因此，如圖9所示，一旦施加其等電位線EQ形成連續的凹凸形狀的電場，則位于平坦的等電位線EQ上的液晶分子30a與以下的取向方向，即對該等電位線EQ連續、而且受到位于對液晶分子30a傾斜的等電位線EQ上的液晶分子30a制約的取向方向一致地取向。再有，“位于等電位線EQ上”意味著“位于用等電位線EQ表示的電場內”。因此，從位于傾斜的等電位線EQ上的液晶分子30a開始的取向方向的穩定性分別在向實心部12b的中央部和開口部12a的中央部方面取得進展。
這里，在開口部12a上的區域，位于中央附近的液晶分子30a受到開口部12a的互相相向的兩側的邊緣部EG的液晶分子30a的取向大致相同的影響。因此，如圖5所示，中央部的液晶分子30a保持對等電位線EQ垂直的取向狀態。另一方面，離開開口部12a的中央的區域的液晶分子30a分別受到近處的邊緣部EG的液晶分子30a的取向的影響而傾斜，形成對開口部12a的中心SA對稱的傾斜取向。
同樣，即使在被開口部12a實質上包圍了的單位實心部12c上的區域，對應于單位實心部12c的區域的液晶分子30a受到開口部12a的邊緣部EG的液晶分子30a的取向的影響。另外，位于單位實心部12c的中央附近的液晶分子30a受到單位實心部12c的互相相向的兩側的邊緣部EG的液晶分子30a的取向大致相同的影響。其結果是，即使在單位實心部12c上的區域，液晶分子30a成為對單位實心部12c的中心SB(對應于開口部12a形成的單位單位晶格的中心)對稱的傾斜取向狀態。
因此，如上所述，從位于傾斜的等電位線EQ上的液晶分子30a開始的取向的變化取得進展，像元區內的液晶分子30a達到穩定狀態，從液晶層截面看的取向狀態成為上述圖5中示意地表示的取向狀態。
另一方面，基板面內方向上的液晶層30的取向狀態隨電壓的施加而發生圖10～圖12那樣的變化。即，在沒有對液晶層30施加電壓的狀態下，如圖10所示，像元區內的液晶分子30a的取向方向受到垂直取向層13、23制約，取垂直取向狀態。再有，在從基板法線方向看到的示出液晶分子30a的取向狀態的圖中，被描繪成橢圓狀的液晶分子30a的前端是用黑色表示的一端，該端與另一端相比，表明液晶分子30a向接近于設置具有開口部12a的像元電極12的基板一側傾斜。
一旦對液晶層30施加電場，產生用圖4中所示的等電位線EQ表示的電場，則在具有負的介電常數各向異性的液晶分子中發生其軸方向平行于等電位線EQ的力矩。如上所述，用對液晶分子30a的分子軸垂直的等電位線EQ表示的電場下的液晶分子30a由于該液晶分子30a傾斜(旋轉)的方向并不唯一地被確定，所以不容易引起取向的變化(傾斜或旋轉)，而置于對液晶分子30a的分子軸傾斜的等電位線EQ下的液晶分子30a其傾斜(旋轉)方向唯一地被確定，所以容易引起取向的變化。因此，如圖11所示，從液晶分子30a的分子軸對等電位線EQ傾斜的區域，即開口部12a的邊緣部EG，液晶分子30a開始傾斜，周圍的液晶分子30a也發生傾斜，以便取得與開口部12a的邊緣部EG的傾斜的液晶分子30a的取向的一致性，從而在圖12所示的狀態下液晶分子30a的軸方向得以穩定。再有，在本實施例中，由于液晶分子30a具有自然扭曲的螺距p，所以扭曲發生了，但其影響將在以后敘述。
這里，本實施例的開口部12a為具有旋轉對稱性的形狀。因此，像元區內的液晶分子30a在施加電壓時從開口部12a的邊緣部EG向開口部12a的中心傾斜。另外，在施加電壓時，來自邊緣部EG的液晶分子30a的取向限制力在開口部12a的中心SA附近達到平衡。因此，開口部12a的中心SA附近的液晶分子30a維持對基板面垂直取向的狀態，其周圍的液晶分子30a以開口部12a的中心SA附近的液晶分子30a為中心，成為呈輻射狀傾斜取向的狀態。另外，在該狀態下，上述周圍的液晶分子30a的取向狀態相互連續地(平滑地)變化。
其結果是，如果從垂直于液晶盒100的顯示面的方向(垂直于基板100a和100b的表面的方向)看，則液晶分子30a的軸方向成為對開口部12a的中心呈輻射狀取向的狀態。再有，這樣，在本申請的說明書中，將液晶層30的液晶分子30a呈輻射狀傾斜取向的狀態稱為“輻射狀傾斜取向”。另外，將對1個中心取輻射狀傾斜取向的液晶層的區域稱為液晶疇。
同樣，即使在對應于單位實心部12c的區域，也取輻射狀傾斜取向，即使在該區域中，也形成其液晶分子30a取輻射狀傾斜取向的液晶疇。更詳細地說，液晶分子30a傾斜成與在開口部12a的邊緣部EG上所生成的傾斜電場中傾斜的液晶分子30a的取向一致，在施加電壓時，來自邊緣部EG的液晶分子30a的取向限制力在單位實心部12c的中心SB附近達到平衡。因此，在施加電壓時，開口部12a的中心SA附近的液晶分子30a維持對基板面垂直取向的狀態，其周圍的液晶分子30a以單位實心部12c的中心SB附近的液晶分子30a為中心，取向方向的面內分量呈輻射狀，法線方向分量成為傾斜的狀態。另外，在該狀態下，上述周圍的液晶分子30a的取向狀態相互連續地(平滑地)變化。
這樣，本實施例的液晶顯示器件的像元電極12具有多個開口部12a，如果對像元電極12施加電壓，則在像元區內的液晶層內，形成了用具有傾斜區域的等電位線EQ表示的電場。液晶層30內具有負的介電常數各向異性的液晶分子30a在未施加電壓時處于垂直取向狀態，但如果對像元電極12施加電壓，則將位于上述傾斜的等電位線EQ上的液晶分子30a的取向變化作為引發劑而使取向方向發生變化，在開口部12a和實心部12b上形成具有穩定的輻射狀傾斜取向的液晶疇。這里，該液晶疇的液晶分子的取向隨施加在液晶層30上的電壓而變化。其結果是，液晶顯示器件可根據所施加電壓而變更顯示狀態。
另外，在單位實心部12c上形成的液晶疇中的輻射狀傾斜取向和在開口部12a上形成的輻射狀傾斜取向連續，均取向成與開口部12a的邊緣部EG的液晶分子30a的取向一致。因此，在開口部12a上形成的液晶疇內的液晶分子30a取向成上側(基板100b一側)開放的圓錐狀，在單位實心部12c上形成的液晶疇內的液晶分子30a取向成下側(基板100a一側)開放的圓錐狀。這樣，由于在開口部12a上形成的液晶疇和在單位實心部12c上形成的液晶疇內所形成的輻射狀傾斜取向是互相連續的，所以在這些邊界處不形成向錯線(取向缺陷)，據此，不會引起因向錯線的發生而導致的顯示品位的下降。
再有，在本實施例中，在全部像元區，如果液晶分子30a取輻射狀傾斜取向的液晶疇被排列成正方晶格狀，則各自的軸方向的液晶分子30a的存在概率具有旋轉對稱性，對于所有的視角方向均可實現無不均勻性的高品位的顯示。這里，為了減少具有輻射狀傾斜取向的液晶疇與視角的依賴關系，液晶疇最好具有高旋轉對稱性(最好是2重旋轉軸以上，如為4重旋轉軸以上則更好)。另外，為了減少整個像元區與視角的依賴關系，在像元區所形成的多個液晶疇最好構成用具有高旋轉對稱性(最好是2重旋轉軸以上，如為4重旋轉軸以上則更好)的單位(例如單位晶格)的組合表示的排列(例如正方晶格)。
在使用了上述液晶盒100的液晶顯示器件中，在未施加電壓的狀態，液晶層30的幾乎全部液晶分子30a均取垂直取向狀態。因此，如圖2所示，如果液晶盒100被偏振片101和偏振片102夾持，則入射光被偏振片101變成線偏振光，入射到液晶盒100。在液晶盒100中，由于不發生雙折射效應，所以該入射光大致以原有的狀態通過液晶盒100，到達偏振片102一側。這里，偏振片101的偏振軸與偏振片102的偏振軸被配置成相互正交。因此，通過液晶盒100的光的幾乎全部均被偏振片102吸收。其結果是，液晶顯示器件在未施加電壓的狀態下成為黑顯示。特別是，在本實施例的液晶顯示器件中，液晶盒100中的液晶分子30a在黑顯示時由于可得到大致上完全的垂直取向狀態，光漏泄幾乎不會發生，可實現高對比度的顯示。
另一方面，由于如果施加電壓，則液晶層的液晶分子30a成為輻射狀傾斜取向狀態，所以當液晶盒100被偏振片101和偏振片102夾持時，入射光被偏振片101變成線偏振光，入射到液晶盒100中，由于在液晶盒100中發生雙折射效應，從而該入射光改變其偏振狀態，同時通過液晶盒100，到達偏振片102一側。這時，在偏振片102的偏振軸方向，改變了該偏振狀態的光分量通過偏振片102而射出，得到白顯示。另外，由于通過改變所施加的電壓，輻射狀傾斜取向的傾斜量發生變化，由此發生的雙折射效應的發生量也發生變化，所以來自偏振片102的射出光量發生變化。據此，對應于所施加電壓的灰度顯示成為可能。
另外，由于呈輻射狀傾斜取向，所以在像元區，在各方向取向的液晶分子30a的存在概率具有旋轉對稱性，液晶分子30a的取向方向互不相同的區域彼此之間在光學上相互補償。其結果是，液晶顯示器件的使用者從任何方向均可看到液晶顯示器件，如在整個像元區看，則射出光的強度(像元的亮度)大致相同，可得到寬的視角。
這里，在液晶層沒有扭曲的結構時，在液晶盒100被將偏振軸配置成正交尼科耳的2塊偏振片101、102夾持時，出現了消光圖案發生這樣的現象，也就是說，在液晶盒100中，像輻射狀傾斜取向那樣，當各自的液晶分子30a分別按不同的方向取向時，因為偏振片的偏振軸方向與施加電壓時的液晶分子30a的取向方向有關，所以在每個微小單位區域中發生的雙折射效應的發生量不同，在每個微小單位區域中發生作為亮度差而被識別這樣的現象，由于減小了有效地透過光的微小單位區域，從而招致亮度降低。再有，所謂微小單位區域意味著使液晶層平行于層厚方向，按液晶分子尺度的區域分割的1個區域。具體地說，如后面將要述及的圖33～圖36等所示，它是液晶分子在層厚方向排成1列的微小單位區域。
與此相對照，在本實施例的液晶顯示器件中，液晶盒100的d/p與最大施加有效電壓(白顯示時所施加的有效電壓)Vmax[V]的關系如以下的不等式(1)所示，被設定為d/p(min)≤d/p≤d/p(max)式中，d/p(max)＝0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.65d/p(min)＝0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.50…(1)再有，上述d[μm]是液晶盒100的盒隙，p[μm]是液晶的自然的扭曲螺距(是不受制約的液晶具有的液晶扭曲量，是為了扭曲360度所需的長度)。這里，在本實施例的液晶盒100中，通過向液晶中添加手性劑來設定p。
進而，在本實施例中，液晶盒100的d·Δn/λ與最大施加有效電壓(白顯示時所施加的有效電壓)Vmax的關系如以下的不等式(2)所示，被設定為d·Δn/λ(min)≤d·Δn/λ≤d·Δn/λ(max)式中，d.Δn/λ(max)＝-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)十2.124d·Δn/λ(min)＝-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+1.7603 …(2)再有，Δn是雙折射各向異性，λ[μm]是透射光的波長。圖1是示出d/p對最大施加有效電壓的數值范圍和d·Δn/λ對最大施加有效電壓的數值范圍的曲線圖。即，如圖1所示，d/p和d·Δn/λ與最大施加有效電壓Vmax的關系被設定在滿足上述不等式(1)和(2)的范圍內。
其結果是，在本實施例的液晶顯示器件中，能可靠地得到上述消光圖案變得無法識別，并且各微小單位區域的透射強度變得最大，顯示品位大幅度提高的液晶顯示器件。
這里，上述不等式(1)和(2)用以下的方式導出。即，在上述結構的液晶顯示器件中，對于最大施加有效電壓Vmax與d/p的各個組合，通過模擬算出面積透射強度(對面內的例如1個像元中的微小單位區域的透射強度進行積分后歸一化了的值)成為最大的d·Δn/λ。
按照上述模擬結果，例如，在最大施加有效電壓為10[V]時，各d/p下的面積透射強度與d·Δn/λ的關系如圖13所示那樣變化。這時，例如如設d/p＝0.38，當d·Δn/λ＝1.03時，面積透射強度變得最大。另外，在最大施加有效電壓為6[V]時，各d/p下的面積透射強度對d·Δn/λ的變化如圖14所示，例如在d/p＝0.38，d·Δn/λ＝1.10時，面積透射強度變得最大。此外，在最大施加有效電壓為4[V]時，各d/p下的面積透射強度與d·Δn/λ的關系如圖15所示那樣變化。這時，例如如設d/p＝0.38，當d·Δn/λ＝1.31時，面積樣變化。這時，例如如設d/p＝0.38，當d·Δn/λ＝1.31時，面積透射強度變得最大。
此外，在面積透射強度變得最大的d·Δn/λ處，通過模擬算出液晶疇(子像素)中的透射強度分布，直至消光圖案無法識別的程度為止，對是否抑制消光圖案的發生作出評價。再有，用模擬法，根據Ericksen-Leslie的理論，通過建立向矢的運動方程進行3維計算，算出液晶的向矢，利用Jones矩陣進行解析，進行光學計算。
作為一例，在Vmax＝6[V]，而且液晶不取扭曲結構，d/p＝0.13、0.38和0.48時，將對置電極22的表面附近、液晶層30的中央附近和像元電極12的表面附近的液晶分子30a的取向方向分布和透射強度分布示于圖16～圖31。另外，設定成在各d/p下的面積透射強度對d·Δn/λ為最大。這里，在上述模擬中，對于-2.5至-6.5的介電常數各向異性Δε與0.9至2.0的彈性常數比K11/K33的組合進行模擬，而在圖13～圖31中，在上述模擬結果之中作為代表性的附圖，例示出液晶層30的介電常數各向異性Δε＝-4、彈性常數K33/K11＝1.1的情形。
在液晶不取扭曲結構時，如圖16～圖18所示，在對置電極22的表面附近，液晶層30的中央附近(厚度方向的中央附近)和像元電極12的表面附近，以液晶分子的取向方向相互大致相等的方式進行了取向。因此，在液晶分子30a在與偏振片101、102的偏振軸方向不同的方向進行取向的液晶區域，因為雙折射效應，有光透過，但在液晶分子30a在與偏振軸方向相同的方向進行取向的區域，雙折射效應不會發生，如圖19所示，發生了清晰的十字狀的消光圖案。
另外，在d/p＝0.13時，如圖20～23所示，在對置電極22的表面附近、液晶層30的中央附近和像元電極12的表面附近，液晶分子30a的取向方向有少許不同，在2片基板之間液晶層30形成了扭曲結構。另外，即使在面內，以疇(在圖中為單位實心部12c)的中央部為中心，得到漩渦狀的取向。因此，在透射強度分布中，如圖23所示，發生了漩渦狀的消光圖案。但是，這時，由于加上因液晶層30形成扭曲結構而發生的旋光效應，與液晶不取扭曲結構的情形相比，該消光圖案變淺，面積透射強度增高。
在設d/p＝0.38時，如圖24～26所示，在對置電極22的表面附近、液晶層30的中央附近和像元電極12的表面附近，液晶分子30a的取向方向比起d/p＝0.13的情形有很大的不同，形成更為明晰的扭曲結構。另外，這時，如圖27所示，面積透射強度最大，消光圖案大體上消失。也就是說，在各微小單位區域得到的透射強度成為最大的狀態下，在疇內的每個微小單位區域發生的雙折射效應或者旋光效應的發生量變得相等。
進而，增加液晶扭曲量，在設d/p＝0.48時，如圖27～圖30所示，對置電極22的表面附近、液晶層30的中央附近和像元電極12的表面附近的液晶分子30a的取向方向的差異更為增大。但是，這時，即使在面積透射強度變得最高的情形，如圖31所示，消光圖案發生了。也就是說，在疇內的每個微小單位區域發生的雙折射效應或者旋光效應的發生量方面發生了差異。
進而，如上所述，對于最大施加有效電壓Vmax與d/p的各個組合，通過模擬算出面積透射強度成為最大的d·Δn/λ的透射強度分布，對是否抑制消光圖案的發生作出評價，進而，從成為評價對象的組合，即液晶盒100的d/p、d·Δn/λ和最大施加有效電壓Vmax的組合，直至消光圖案無法識別的程度，消光圖案的發生受到抑制，抽出面積透射強度高的組合，用對Vmax的2次方程和3次方程來近似這些組合存在的范圍，導出上述不等式(1)和(2)。
進而，參照上述模擬結果，在d/p和d·Δn/λ被設定為滿足不等式(1)和(2)的值時，難以識別消光圖案，而且確認了各自的微小單位區域中的透射強度較高，同時在不滿足上述不等式時，消光圖案發生，即使消光圖案消失，也可確認微小單位區域中的透射強度降低，面積透射強度降低。
這里，通過采用將偏振軸按正交尼科耳的關系配置的2塊偏振片101、102夾持液晶盒100，為了使所發生的消光圖案消失，應使各微小單位農區域中的雙折射效應或者旋光效應的發生量相等，其結果是，各區域的透射強度最好變得相等。在本實施例中，由于取輻射狀傾斜取向，入射到液晶盒100的光的偏振方向與各微小單位區域的入射側基板表面的液晶分子30a的取向方向的夾角是不均勻的。因此，在液晶層30不形成扭曲結構時，也就是說，僅發生雙折射效應時，在每個微小單位區域，雙折射效應的發生量不同，發生了消光圖案。
然而，在液晶層30取扭曲結構，且其扭曲角為90度時，在此處發生的雙折射效應或者旋光效應的發生量在每個微小單位區域變得相等，而與入射到液晶盒100的光的偏振方向與入射側基板表面的液晶分子30a的取向方向的夾角無關。也就是說，在本實施例中，液晶盒100的各微小單位區域的液晶層30最好各自均勻地扭曲90度。
此外，在這里，如上所述，在本實施例中，如果施加電壓，則液晶分子30a傾斜，使得液晶分子30a的軸方向沿著等電位線EQ。因此，在圖32所示的區域A1，即液晶疇之中，在除去中央部和邊緣部EG的區域A1中，等電位線EQ與基板表面大致平行，如果為原來的情形，則如圖33所示，在兩基板100a、100b之間的液晶層30內，在厚度方向的整個區域dx，液晶分子30a應該傾斜，使得長軸方向與基板表面大致平行。
可是，在兩基板100a、100b的液晶層30一側的表面，為了在未施加電壓時使液晶分子30a處于垂直取向狀態，要設置垂直取向膜13、23。因此，如圖34所示，在兩基板附近dz處，借助于該垂直取向膜13、23的取向限制力，液晶分子30a在未施加電壓時也維持垂直取向狀態。
因此，如圖34所示，借助于在施加電壓時進行傾斜取向，可賦予雙折射效應的液晶分子30a成為不是在厚度方向的整個區域dx，而是在除了基板附近dz的區域dy的液晶分子30a。再有，如用相同的符號參照各區域dx、dy和dz的厚度方向的長度，則dx＝dy+2dz。
上面已說明了液晶層30不取扭曲結構而僅發生雙折射效應的情形，但即使液晶層30為扭曲結構，也發生旋光效應時，也是一樣的。即，在本實施例的液晶盒100中，通過添加手性劑，設定液晶的自然的扭曲螺距p，但液晶分子30a的取向方向的面內分量(面內方向)不特別受到制約。因此，如果為原來的情形，則如圖35所示，液晶分子30a在遍及液晶層30的厚度方向的整個區域dx應該形成扭曲取向。
可是，如上所述，在垂直取向液晶的情況下，由于在基板表面迫使垂直取向的限制力很強，實際上如圖36所示，基板表面附近dz的液晶分子30a在該限制力的作用下，即使施加電壓也能維持垂直取向狀態。因此，因在施加電壓時進行傾斜取向而能發生雙折射效應或者旋光效應的液晶分子30a成為不是在厚度方向的整個區域dx，而是在除了基板附近dz的區域dy的液晶分子30a。再有，這時，如用相同的符號參照各區域dx、dy和dz的厚度方向的長度，則dx＝dy+2dz。
由此，利用配置成正交尼科耳的偏振片101、102，在夾持呈扭曲取向的液晶層30時，即使設定最高效地消除消光圖案的原理上的條件(現有技術)，即d/p＝0.25，也由于上述區域dy的厚度(有效盒厚dy)比實際盒厚dx薄，從而在實際效果上，與消除消光圖案的條件不同。例如，在本實施例中，如前所述，在Vmax＝6[V]時，消光圖案消失，d/p＝0.38，這與0.25有很大的不同。
維持上述垂直取向狀態的液晶分子30a的比例(區域dz在厚度方向的長度)當施加電壓越小時越多，當施加電壓越大時越少。因此，有效盒厚dy也隨施加電壓而變化。
因此，在本實施例中，如上述的不等式(1)盒(2)所示，假定施加電壓時在液晶層30的整個區域dx，液晶分子30a均為傾斜取向，比設定值要大，而且，被設定為與最大施加有效電壓Vmax對應的值。由此，在圖32所示的區域A1，即幾乎所有的液晶分子30a被取向成與基板表面大體平行的區域，利用雙折射效應或者旋光效應，可使各微小單位區域的各個透射強度提高，同時可將消光圖案的發生抑制到無法識別的程度。
另外，通過對上述模擬結果進行研究，即使在滿足上述不等式(1)和(2)的范圍之中，抽出特別清晰的范圍，進而在上述模擬之中，除了評價消光圖案是否可識別以外，還對這些范圍進行比較，評價使用者是否能識別亮度的減少，并可確認以下的范圍更為理想。
即，在滿足上述不等式(1)和(2)的范圍之中，如以下的不等式(3)所示，通過滿足式(3)，d·Δn/λ(min)≤d·Δn/λ≤d·Δn/λ(max)式中，
d.Δn/λ(max)＝-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)十2.041d·Δn/λ(min)＝-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+1.891 …(3)即使采用了該范圍中的任何條件，更希望得到使用者無法識別亮度差異的程度的條件。即，希望將d·Δn/λ設定在圖37所示的d·Δn/λ(max)和d·Δn/λ(min)之間的范圍內。
同樣，在滿足上述不等式(1)和(2)的范圍之中，如以下的不等式(4)所示，通過滿足式(4)，d/p(min)≤d/p≤d/p(max)式中，d/p(max)＝0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.63d/p(min)＝0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.53…(4)即使采用了該范圍中的任何條件，更希望得到使用者無法識別亮度差異的程度的條件。即，希望將d/p設定在圖38所示的d/p(max)和d/p(min)之間的范圍內。
進而，在即使滿足了上述不等式(1)和(2)，但不滿足上述不等式(3)和(4)雙方的情形下，與滿足至少一方的的情形相比，可確認透射強度減少的程度已達到使用者無法識別亮度差異的程度。
可是，以上如圖3所示，示出了開口部12a呈大致的星形，單位實心部12c呈大致的圓形，它們均被排列成正方晶格狀的例子，但開口部12a和單位實心部12c的形狀以及它們的配置并不限于上述的例子。
例如，如圖39或圖40所示，與圖3的情形相比，開口部12a和單位實心部12c也可形成稍許變形的形狀。在這些結構中，開口部12a全部呈變形了的星形，單位實心部12c全部呈大致的橢圓形(變形了的圓形)。因此，這些結構的開口部12a和單位實心部12c具有2重旋轉軸(沒有4重旋轉軸)。另外，開口部12a和單位實心部12c被規則地排列成形成長方形的單位晶格。即使是這些結構，開口部12a和單位實心部12c也因在開口部12a的邊緣部生成的傾斜電場而各自形成具有輻射狀傾斜取向的液晶疇。因此，與圖3的情形一樣，可得到顯示品位提高、視角特性優越的液晶顯示器件。
另外，如圖41或圖42所示，可將大致呈十字形的開口部12a配置成正方晶格狀，使得單位實心部12c呈大致的正方形。再有，在圖42中，單位實心部12c的四個角以直線狀的方式被切掉。另外，也可使它們變形，配置成形成長方形的單位晶格。這樣，即使完全規則地排列大致為矩形(假定矩形包含正方形和長方形在內)的單位實心部12c，在開口部12a和單位實心部12c中，利用開口部12a的邊緣部上生成的傾斜的電場，各自被形成為具有輻射狀傾斜取向的液晶疇。因此，與圖3的情形一樣，可得到顯示品位提高、視角特性優越的液晶顯示器件。
但是，在圖3、圖39和圖40所示的結構中，由于開口部12a的邊連續地(平滑地)變化，所以液晶分子30a的取向方向也連續地(平滑地)變化。因此，開口部12a和/或單位實心部12c的形狀中，與矩形相比，圓形或橢圓形的一方可使輻射狀的傾斜取向更為穩定。
從上述液晶分子30a的取向方向的連續性的觀點看，如圖43所示，可將開口部12a形成為僅由4個圓弧構成的形狀。另外，如圖44所示，開口部12a的單位實心部12c一側也可用圓弧形成。無論是哪種情形，開口部12a和單位實心部12c均有4重旋轉軸，而且被排列成正方晶格狀(具有4重旋轉軸)，但與圖39和圖40大體相同，使開口部12a和單位實心部12c的形狀變形，成為具有2重旋轉軸的形狀，也可配置成形成長方形晶格(具有2重旋轉軸)。無論是哪種情形，由于開口部12a的邊連續地(平滑地)變化，所以液晶分子30a的取向方向也連續地(平滑地)變化。因此，與圖3、圖39和圖40的結構一樣，可使液晶分子更為穩定地以輻射狀進行傾斜取向。
另外，在上述的例子中，說明了形成大致為星形及大致為十字形的開口部12a，將單位實心部12c的形狀形成為大致的圓形、大致的橢圓形、大致的正方形(矩形)和帶有圓角的大致的矩形的結構。與此相對照，也可使開口部12a與單位實心部12c的關系進行負-正反轉。例如，具有使圖3所示的像元電極12的開口部12a與單位實心部12c進行了負-正反轉的圖形的像元電極示于圖45。這樣，即使是具有進行了負-正反轉的圖形的像元電極，也具有與反轉前實質上相同的功能。再有，分別如圖46和圖47所示，當開口部12a和單位實心部12c均大致呈正方形時，即使進行負-正反轉，也可形成與原來的圖形相同的圖形。
另外，如圖45所示，即使是圖3所示將圖形進行了負-正反轉的情形，在像元電極12的邊緣部，最好形成開口部12a的一部分(約二分之一或四分之一)，以便形成具有旋轉對稱性的單位實心部12c。通過形成這樣的圖形，即使在像元區的邊緣部，也與像元區的中央部一樣，可得到傾斜電場的效果，在整個像元區實現穩定的輻射狀傾斜取向。
接著，以圖3的像元電極12和具有使圖3的圖形進行了負-正反轉的圖形的像元電極(參照圖45)為例，說明應采用負-正圖形中的哪一種。
無論采用負-正的哪一種圖形，開口部12a的邊長也是相同的。因此，生成傾斜電場的功能在這些圖形中沒有差異。然而，單位實心部12b的面積比率(對像元電極12的整個面積的比率)在兩者之間是有差異的。即，生成作用于液晶層的液晶分子的電場的實心部12b(實際上存在導電膜的部分)的面積是有差異的。
這里，施加于在開口部12a上所形成的液晶疇的電壓比施加于在實心部12b上所形成的液晶疇的電壓要低。因此，例如，如進行常黑模式的顯示，則在開口部12a上所形成的液晶疇變暗。其結果是，如開口部12a的面積比率增高，則顯示亮度有減小的趨勢。因此，以實心部12b的面積比率高者為宜。
進行了負-正反轉的一方是否造成實心部12b的面積比率增高，與單位晶格的間距(尺寸)有關。即，在圖3的結構中，單位晶格的圖形變為圖48所示。另一方面，在圖45的結構中，單位晶格的圖形則變為圖49所示。再有，在圖49中，以開口部12a為中心進行了圖示。另外，在圖49中，在圖45的結構中省略了單位實心部12c中起著相互連接作用的部分(從圓形部延伸到四方的分支部)。
這里，設正方單位晶格的邊長(間距)為q，設開口部12a或單位實心部12c與單位晶格的間隙的長度(一側的間隔)為s。進而，形成其間距q和一側間隔s的值不同的各種像元電極12，研究了輻射狀傾斜取向的穩定性等。其結果是，首先，采用具有圖48所示的圖形(以下稱為“正型圖形”)的像元電極12，為了生成要得到輻射狀傾斜取向所需的傾斜電場，發現一側間隔s必須在約2.75μm以上。另一方面，對于具有圖49所示的圖形(以下稱為“負型圖形”)的像元電極12，為了生成要得到輻射狀傾斜取向的傾斜電場，發現一側間隔s必須在約2.25μm以上。設一側間隔s分別為該下限值，研究了改變間距p的值時的實心部12b的面積比率，并將研究結果示于表1和圖50。
表1

從表1和圖50可知，間距q約為25μm以上時，正型(圖48)圖形的一方其實心部12b的面積比率增高，如短于約25μm，則負型(圖49)圖形的一方其實心部12b的面積比率增大。因此，從顯示亮度和取向的穩定性的觀點看，單位晶格q以約25μm為界而改變應采用的圖形。例如，在寬度為75μm的像元電極12的寬度方向，設置3個以下的單位晶格時，以圖48所示的正型圖形為宜，設置4個以上的單位晶格時，以圖49所示的負型圖形為宜。在例示的圖形以外的情形，最好選擇正型或負型中的某一種，以便實心部12b的面積比率增大。
另外，以上以在像元區內形成正方形及長方形的多個單位晶格的情形為例進行了說明，但不論像元電極12的形狀如何，如果能使垂直取向的液晶分子傾斜，則可得到大體相同的效果。
但是，為了在全方位改善液晶顯示器件的顯示品位與視角的依賴關系，在各自的像元區內，沿著全部的方位角方向的每一方向取向液晶分子的存在概率最好具有旋轉對稱性，如具有軸對稱性則更好。即，在整個像元區形成的液晶疇最好被配置成還具有軸對稱性。但是，不一定在整個像元區必須具有旋轉對稱性，可形成像元區的液晶層，作為被排列成具有旋轉對稱性(或軸對稱性)的液晶疇(例如，被排列成正方晶格狀的多個液晶疇)的集合體。例如，以正方晶格(具有4重旋轉軸的對稱性)為最小單位，如果利用這些組合構成像元區，則在整個像元區，可使液晶分子對全部方位角以實質上相同的概率取向。因此，在像元區上形成的多個開口部12a的配置也不一定在整個像元區必須具有旋轉對稱性，可作為排列成具有旋轉對稱性(或軸對稱性)的開口部(例如，被排列成正方晶格狀的多個開口部)的集合體。另外，被多個開口部12a實質上包圍的單位實心部12c的配置也是一樣的。
進而，由于各自的液晶疇的形狀最好具有旋轉對稱性或軸對稱性，所以各自的開口部12a和單位實心部12c的形狀也最好具有旋轉對稱性或軸對稱性。更詳細地說，液晶顯示器件的顯示特性因液晶分子的取向狀態(光學上的各向異性)而表現出與方位角的依賴關系。為了減小顯示特性與方位角的依賴關系，液晶分子對全部方位角最好以相同的概率取向。另外，如各自的像元區內的液晶分子對全部方位角以相同的概率取向則更好。因此，開口部12a最好具有形成了液晶疇的形狀，以便各自的像元區內的液晶分子30a對全部方位角以相同的概率取向。具體地說，開口部12a的形狀最好具有以各自的中心(法線方向)為對稱軸的旋轉對稱性(最好具有2重旋轉軸以上的對稱性)，另外，多個開口部12a最好被配置成具有旋轉對稱性。另外，被這些開口部實質上包圍的單位實心部12c的形狀最好也具有旋轉對稱性，單位實心部12c也最好被配置成具有旋轉對稱性。
再有，對開口部12a的中央附近的液晶層30沒有施加足夠的電壓，開口部12a的中央附近的液晶層30往往對顯示沒有貢獻。即，即使開口部12a的中央附近的液晶層30的輻射狀傾斜取向有一些錯亂(例如，即使中心軸偏離開口部12a的中心)，顯示品位也往往不會降低。從而，至少與單位實心部12c對應地形成的液晶疇可被配置成具有旋轉對稱性或軸對稱性。
可是，以上以液晶盒100具備薄膜晶體管(TFT)作為像元的驅動元件(有源元件)的情形為例進行了說明，但不限于此。例如，作為對像元電極12進行切換的有源元件，可以用MIM(金屬-絕緣體-金屬)。另外，不限于有源矩陣型，也可以是簡單矩陣型。但是，像本實施例這樣，有源矩陣型的液晶顯示器件與簡單矩陣型的液晶顯示器件相比，可得到高精度顯示和高亮度，可實現顯示品位良好的液晶顯示器件。
再有，以上以透射型的液晶顯示器件的情形為例進行了說明，但也可以是反射型的液晶顯示器件，還可以是透射反射兩用型的液晶顯示器件。另外，以上以在像元電極12上形成開口部12a的情形為例進行了說明，但在對置電極22上形成開口部也可得到同樣的效果。
如上所述，本發明的液晶顯示器件被配置成當假設垂直取向模式的液晶層的厚度d與液晶的自然的扭曲螺距p的比率為d/p，施加于上述第1與第2電極之間的最大施加有效電壓為Vmax[V]，上述液晶層的折射率各向異性為Δn時，上述d/p被設定在0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.65與0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.50之間的值。進而，d·Δn/λ被設定在-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+2.124與-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+1.7603之間的值。
在上述結構中，液晶層的d/p和d·Δn/λ被設定在可將消光圖案抑制到使用者無法識別的程度的范圍內。因此，與起因于上述液晶分子的消光圖案可被識別的情形相比，能可靠地提供能進行更明亮的顯示并且顯示品位高的液晶顯示器件。
在本發明的液晶顯示器件中，除上述結構外，上述d·Δn/λ可被設定在-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+2.041與-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+1.891之間的值。
另外，在本發明的液晶顯示器件中，除上述結構外，上述d/p可被設定在0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.63與0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.53之間的值。
在這些結構中，由于液晶層的d/p和d·Δn/λ被如上那樣設定，所以可實現能進行更明亮的顯示的液晶顯示器件。
另外，在本發明的液晶顯示器件中，對上述液晶層設置了由上述第1和第2電極規定的像元區，在該像元區，施加電壓時液晶分子呈輻射狀或軸對稱取向的液晶疇至少可被設置1個。再有，輻射狀取向的中心可以是液晶疇的中心，也可以在偏離中心的位置。另一方面，也可以不采取上述結構，而代之以在上述液晶層中，設置由上述第1和第2電極規定的像元區，在對應于上述像元區的第1電極上形成開口部，在上述第1與第2電極之間施加電壓時在該開口部和剩余的實心部上分別形成利用在該開口部的邊緣部上形成的傾斜電場來控制液晶分子的取向方向的液晶疇。
在這些結構中，在像元區設置液晶疇，在該液晶疇中，當施加電壓時，液晶分子呈輻射狀或軸對稱取向。因此，在液晶疇中，液晶分子的取向方向互不相同的區域彼此之間在光學上相互補償。其結果是，當液晶顯示器件的使用者從某個方向觀察液晶顯示器件，如在整個像元區看，則射出光的強度(像元的亮度)大致相同，可實現視角特性良好的液晶顯示器件。
這里，如果液晶分子呈輻射狀或軸對稱取向，則在它們之中包含了其取向方向的面內分量與偏振片的偏振軸方向一致的液晶分子。可是，在上述結構中，通過將d/p和d·Δn/λ設定在上述范圍內，可將起因于這些液晶分子的消光圖案的發生抑制到使用者無法識別的程度。因此，可實現視角特性和顯示品位雙方均佳的液晶顯示器件。
特別是，在設置了開口部的結構中，由于在開口部上所形成的液晶疇和在實心部上所形成的液晶疇由在開口部的邊緣部上所生成的傾斜電場形成，所以這些疇相鄰地形成，而且鄰接的液晶疇之間的液晶分子的取向本質上是連續的。其結果是，在開口部上所形成的液晶疇與實心部上所形成的液晶疇之間不形成向錯線，也不發生由此引起的顯示品位的降低。另外，由于鄰接的液晶疇之間的液晶分子的取向本質上是連續的，所以液晶分子的取向的穩定性也可維持在很高的水平。
此外，在本發明的液晶顯示器件中，在形成上述開口部的結構的情形，上述開口部在每個像元區上被設置多個，在各開口部和上述實心部之中被上述開口部包圍的單位實心部上可分別形成上述液晶疇。
在該結構中，由于在像元區設置多個開口部，所以如與開口部為1個的情形相比，則在像元區的尺寸相同的情形，可減小開口部的尺寸。其結果是，可以增大直接受上述傾斜電場的影響的液晶層的面積(從基板法線方向看時的面積)。由此，可增高對液晶分子的取向限制力，同時可提高相對于液晶層的電壓的光學特性(例如透射強度)。
另外，在本發明的液晶顯示器件中，上述多個開口部以大致相同的形狀、并且大致相等的尺寸形成，借助于上述各開口部，可形成被配置成具有旋轉對稱性的單位晶格。例如，可將開口部配置成各自的開口部的中心形成正方晶格。再有，在1個像元區，例如像輔助電容布線那樣可被不透明的結構要素分割時，可在對顯示區有貢獻的每個區域配置單位晶格。
在該結構中，由于單位晶格被配置成具有旋轉對稱性，所以以單位晶格為單位，能以很高的對稱性配置多個液晶疇。因此，可改善作為顯示品位之一的視角依賴性。另外，通過將整個像元區分割成單位晶格，在整個像元區可使液晶層的取向穩定。
另外，在本發明的液晶顯示器件中，上述各開口部的至少1個(典型情況是形成上述單位晶格的開口部)可為具有旋轉對稱性的形狀。例如，各自的開口部的形狀(從基板法線方向看時的形狀)既可大致呈圓形，也可大致呈正多邊形(例如大致呈正方形)。
在這些結構中，由于上述開口部的形狀具有旋轉對稱性，所以可提高在開口部上形成的液晶疇的輻射狀傾斜取向的穩定性。特別是，在形成為大致的圓形時，可進一步提高在開口部上所形成的液晶疇的輻射狀傾斜取向的穩定性。
另一方面，上述各單位實心部的至少1個可以呈大致的圓形。在該結構中，可提高在單位實心部上所形成的液晶疇的輻射狀傾斜取向的穩定性。
再有，無論在何種情形，在上述各像元區中，在上述第1電極上所形成的開口部的面積總和最好比實心部的面積小。由于實心部的面積越大，直接受到由電極生成的電場的影響的液晶層的面積(從基板法線方向看時的面積)越大，所以相對于液晶層的電壓的光學特性(例如透射強度)得到提高。
例如，開口部大致呈圓形的結構和單位實心部大致呈圓形的結構之中，希望選擇可增大實心部的面積的一方。由此，與選擇另一方的情形相比，可擴大直接受到由電極生成的電場的影響的液晶層的面積(從基板法線方向看時的面積)，可提高相對于液晶層的電壓的光學特性(例如透射強度)。典型情況是，當上述單位晶格的間距超過約25[μm]時，最好將開口部生成為實心部大致呈圓形，當上述單位晶格的間距不超過約25[μm]時，最好將開口部形成為大致的圓形。
另外，上述各單位實心部的至少1個可大致呈矩形，其角部大致呈圓弧形。在該結構中，可提高在單位實心部上所形成的液晶疇的輻射狀傾斜配置的穩定性，同時可提高透射率(有效開口率)。
此外，上述液晶層的介電常數各向異性Δε為-2.5至-6.5的值，彈性常數比K11/K33為0.9至2.0的值。由此，可進一步提高將d/p和d·Δn/λ設定在上述范圍時的透射強度，可實現能進行更明亮的顯示的液晶顯示器件。
另外，上述第1電極是分別對應于多個像元區設置的像元電極，上述第1基板可包括對應于上述各像元區的每一個而設置的、用于切換各自的第1電極的有源元件。
這樣，如采用有源矩陣型的液晶顯示器件，則與簡單矩陣型的液晶顯示器件相比，可實現能進行高精細顯示、獲得高亮度的顯示品位良好的液晶顯示器件。
此外，在設置開口部的結構的情形，僅在隔著液晶層互相相向地設置的一對電極內的一方，借助于僅設置開口部，可實現穩定的輻射狀傾斜取向。因此，對于眾所周知的制造方法，在將導電膜構圖為像元電極的形狀時，僅靠修正光掩模，即可制造上述液晶顯示器件，以便以所希望的配置形成所希望形狀的開口部。
在發明的詳細的說明事項中所進行的具體的實施形態或實施例始終用于闡明本發明的技術內容，不應僅限定于那些具體例子狹義地進行解釋，可以在本發明的宗旨和下述權利要求的范圍內進行各種變更而加以實施。
權利要求
1.一種液晶顯示器件，其中，具有設置在第1基板(100a)與第2基板(100b)之間的液晶層(30)，當在設置于上述第1基板上的第1電極(12)與設置于上述第2基板上、隔著上述液晶層與上述第1電極相向的第2電極(22)之間不施加電壓時，該液晶層取垂直取向狀態，而在上述第1電極與上述第2電極之間施加電壓時，上述液晶層取扭曲結構，同時取與上述基板平行取向的狀態，該液晶顯示器件的特征在于當假設上述液晶層的厚度d與液晶的自然的扭曲螺距p的比率為d/p，施加于上述第1與第2電極之間的最大施加有效電壓為Vmax[V]，上述液晶層的折射率各向異性為Δn時，上述d/p被設定在0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.65與0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.50之間的值，d·Δn/λ被設定在-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+2.124與-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+1.7603之間的值。
2.如權利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于上述d·Δn/λ被設定在-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+2.041與-0.00026×(Vmax)3+0.016×(Vmax)2-0.2281×(Vmax)+1.891之間的值。
3.如權利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于上述d/p被設定在0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.63與0.0021×(Vmax)2-0.0458×(Vmax)+0.53之間的值。
4.如權利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于在上述液晶層(30)上設置由上述第1和第2電極(12、22)規定的像元區，在該像元區，至少設置1個在施加電壓時液晶分子呈輻射狀或軸對稱取向的液晶疇。
5.如權利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于在上述液晶層(30)上設置由上述第1和第2電極(12、22)規定的像元區，在與上述像元區對應的第1電極上形成開口部(12a)，在上述第1與第2電極之間施加電壓時，由在該開口部的邊緣部所形成的傾斜電場控制液晶分子的取向方向的液晶疇被分別在該開口部和剩余的實心部(12b)上形成。
6.如權利要求5所述的液晶顯示器件，其特征在于上述開口部(12a)在每個像元區上被設置多個，上述液晶疇被分別在各開口部和上述實心部(12b)之中被上述開口部包圍的單位實心部(12c)上形成。
7.如權利要求6所述的液晶顯示器件，其特征在于上述多個開口部(12a)被形成為大致相同的形狀并且大致相等的尺寸，由上述各開口部形成被配置成具有旋轉對稱性的單位晶格。
8.如權利要求6所述的液晶顯示器件，其特征在于上述各開口部(12a)的至少1個為具有旋轉對稱性的形狀。
9.如權利要求6所述的液晶顯示器件，其特征在于上述各開口部(12a)的至少1個大致呈圓形。
10.如權利要求6所述的液晶顯示器件，其特征在于上述各單位實心部(12c)的至少1個大致呈圓形。
11.如權利要求6所述的液晶顯示器件，其特征在于上述各單位實心部(12c)的至少1個大致呈矩形，其角部大致呈圓弧形。
12.如權利要求6所述的液晶顯示器件，其特征在于上述各像元區中的各開口部(12a)的面積之和小于上述實心部(12b)的面積。
13.如權利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于上述液晶層(30)的介電常數各向異性Δε為-2.5至-6.5的值，彈性常數比K11/K33為0.9至2.0的值。
14.如權利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于上述第1電極(12)是分別對應于多個像元區設置的像元電極，上述第1基板(100a)包括對應于上述各像元區的每一個而設置的、用于切換各自的第1電極的有源元件。
全文摘要
在垂直取向模式的液晶顯示器件中，即使施加電壓時的取向方向的面內分量沿正交尼科耳取向的液晶分子存在，也能可靠地提供使用者無法識別起因于該液晶分子的消光圖案的液晶顯示器件。當假設施加于垂直取向模式的液晶顯示器件的液晶層上的最大施加有效電壓為Vmax[V]時，將液晶層的d/p設定在0.0021×(Vmax)
文檔編號G02F1/1343GK1488971SQ03155468
公開日2004年4月14日 申請日期2003年9月5日 優先權日2002年9月6日
發明者荻島清志, 久保真澄, 澄 申請人:夏普株式會社