WO2010100920A1

WO2010100920A1 - 液晶表示装置およびその製造方法

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Publication number: WO2010100920A1
Application number: PCT/JP2010/001466
Authority: WO
Inventors: 川村忠史
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2010-09-10
Also published as: US20110317116A1

Abstract

　一対の基板および垂直配向型の液晶層１４を備えた液晶表示装置１００において、一方の基板１は、液晶層１４と接する表面に複数の略柱状の凸部２４を有し、基板１に平行な面において、凸部２４の上面の輪郭は、Ｘ方向に沿って略直線状に延びる直線部分を含み、凸部２４の上面の輪郭の形状は、Ｙ方向に沿った軸に関して線対称性を有し、Ｘ方向に沿った軸に関して線対称性を有しておらず、かつ、基板の法線方向に回転対称軸を有していない。直線部分の長さＬに対する各凸部２４の上面のＹ方向における長さＷ_Y（Ｗ_Y／Ｌ）は１．６以上２．５以下であり、基板の法線方向から見て、液晶層１４と接する表面全体に対する複数の凸部２４が形成された領域の面積率は３０％以下であり、液晶層１４における厚さ方向の中間に位置する液晶分子は、電圧無印加状態で、基板の法線方向からＹ方向にプレチルトしている。

Description

液晶表示装置およびその製造方法

　本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関する。

　液晶表示装置（ＬＣＤ）は、コンピューターやテレビなどの表示装置として広く利用されている。これまでは、水平配向型ＬＣＤが普及しており、水平配向型ＬＣＤは、正のネマティック液晶を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードなどの液晶表示モードで動作する。

　最近、視野角特性および表示のコントラストを向上させるために、ＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードを用いた垂直配向型ＬＣＤが実用化されてきている。垂直配向型ＬＣＤは、一対の電極間に設けられた垂直配向型液晶層を用いてノーマリーブラック（ＮＢ）モードで表示を行うＬＣＤである。

　垂直配向型ＬＣＤにおける表示のコントラストを高めるためには、垂直配向型液晶層の配向をより均一かつ厳密に制御する必要がある。

　液晶層の配向制御を行う方法の１つに、電圧を印加していない状態（電圧無印加時）の液晶層にプレチルトを与える方法がある。例えば、水平配向型の液晶表示装置であるＴＮ型液晶表示装置では、液晶の配向制御は、従来より、ラビング処理を施した水平配向膜を用いて液晶分子のプレチルト（プレチルト角、プレチルト方向）を制御することにより行われていた。このうちプレチルト角は、液晶層および配向膜の材料などによって決まり、プレチルト方向はラビング方向によって規定される。このような液晶表示装置では、電圧無印加時において、液晶層における配向膜表面の液晶分子（液晶ダイレクター）は基板に対して完全に平行ではなく、所定の方位（プレチルト方向）に１～６°程度（プレチルト角）傾いている。そのため、液晶層に電圧が印加されると（電圧印加時）、液晶分子はプレチルト方向に起き上がろうとするので、均一で滑らかに光学応答を変化させることができる。

　しかしながら、垂直配向型液晶表示装置の場合、配向制御に用いられる垂直配向膜に対してラビング処理を施しても、液晶層のプレチルト方向を安定に制御することができない。また、水平配向型液晶表示装置よりも高いコントラストを有するため、わずかな配向の不均一性が目視で確認でき、表示ムラが発生してしまう。

　そこで、垂直配向型液晶表示装置において配向を制御するための種々の方法が検討されている。例えば、画素内に突起を設けたり（リブ法）、電極にスリットを設ける（斜め電界法）方法が提案されている。これらの方法では、配向膜にラビング処理を行うことなく、リブ構造あるいは斜め電界によって液晶の配向を規制できる。

　リブ法や斜め電界法を利用すると、ラビング処理による方法よりも安定して配向制御できることに加えて、比較的容易に配向分割を行うことができるという利点がある（ＭＶＡモード；Ｍｕｌｔｉ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）。ＭＶＡモードでは、１画素内に配向方向（例えばプレチルト方向）が互いに異なる複数の領域（ドメイン）を混在させ、それらの領域の面積を平均化している。これによって、視角が変化したときの輝度やコントラストの急激な変化を抑えることができるので、視野角特性を大幅に改善できる。

　最も単純に配向分割を行う方法として、図１に示すように１画素内を４分割する方法が開示されている（例えば特許文献１）。以下、図１に示す方法を例に、配向分割について説明する。

　電圧無印加時において、４分割された各領域（ドメイン）では、図２（ａ）に示すように、各ドメインにおける液晶層の厚さ方向の中間にある液晶分子１１２（以下、「中央液晶分子」と呼ぶ）は、表面に垂直配向膜が形成された基板１１１の表面に対して略垂直方向に配向している。１対の偏光板１１０が、液晶層を挟んで、その透過軸が互いに直交するように配置されていると（クロスニコル）、光は液晶層を透過せず「暗」表示となる。

　次に、液晶層に電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように、中央液晶分子１１２は、リブや斜め電界によって規制された方向に倒れる。その結果、液晶層の複屈折によって光が透過するようになる。ここで、図１に示すように、これらのドメインにおける中央液晶分子１１２の倒れる方向（矢印１１３）がそれぞれ異なるように配向分割されていると、ドメイン１つ１つの視野角特性は良くないが、４つのドメインが面積的に平均されていれば、良好な視野角特性が得られる。

　なお、画素内にリブやスリットを設けることなく、上述したような配向分割を実現するためには、例えば、１画素内にプレチルト方向が互いに異なる複数のドメインを混在させることができる垂直配向膜を形成することが必要である。しかし、従来用いられているラビング処理を用いる方法によると、領域を分けて別の方向に複数回（例えば４回）ラビングする必要があり、また布でこするため分割の精度が悪いという問題があり、実用化は困難である。

　しかしながら、リブ法や斜め電解法によると、画素内にリブやスリットを設けることから、開口率が低下し、表示が暗くなってしまうという問題がある。ここで、開口率とは、１画素において光が透過することのできる面積の１画素面積に占める割合をいう。さらに、基板や電極などの構造が複雑になるため、生産性が低下したり、製造プロセスの増加に伴って製造コストが増大するという欠点がある。

　そこで、ラビング処理を用いずに、所定の表面形状を有する垂直配向膜を形成し、この垂直配向膜の表面形状を利用して垂直配向型液晶層のプレチルト方向を制御することが検討されている。垂直配向膜の表面に微細なピッチで周期的に配列された凹凸を形成する方法や、所定の表面形状を有する下地膜上に垂直配向膜を設けて垂直配向膜の表面形状を制御する方法が提案されている。

　例えば、表面に斜方蒸着によりＳｉＯ膜が形成された基板に垂直配向膜を塗布する方法が提案されている（例えば非特許文献１）。斜方蒸着によって得られるＳｉＯ膜は、微細なカラム形状（単位構造）が配列された表面形状を有している。非特許文献１の方法では、ＳｉＯ膜の表面形状によってプレチルト方向を制御している。また、非特許文献１には、蒸着条件を変えることによってＳｉＯ膜の表面形状を調整すれば、プレチルト角を制御できることが記載されている。

　また、特許文献２には、回折格子状の溝を持つガラス基板や、表面にＳｉＯを斜め蒸着した基板などを押圧型として用いて、垂直配向膜の表面に型押しする方法が提案されている。

　非特許文献１および特許文献２などに提案された方法はいずれも、所定の表面形状を有する基板、押圧型などの構造体を作製し、その構造体の表面形状を反映した表面形状を有する垂直配向膜を形成するものである。しかしながら、そのような構造体を作製するために斜方蒸着を利用しているため、以下のような問題点を有している。

　第１に、斜方蒸着によって、構造体の表面形状を高精度に制御することは困難である。この問題は、垂直配向膜表面に、例えば数μｍ以下の微細なピッチで単位構造を形成しようとするときに特に顕著である。第２に、構造体における各単位構造の形状（溝における傾斜面の角度や方向など）を任意に設定できない。斜方蒸着によるＳｉＯ膜の表面に形成される単位構造の形状は蒸着条件に依存するため、単位構造の形状の選択に制限がある。そのため、任意の方向や角度を有するプレチルトを得ることが難しく、表示装置の用途が限定される。第３に、視野角特性を改善するために配向分割を行う場合（ＭＶＡモード）、１画素内にプレチルト方向が互いに異なる複数の領域（ドメイン）を混在させることができる垂直配向膜を形成する必要があるが、斜め蒸着を用いてそのような垂直配向膜を形成するための構造体を製造しようとすると、製造プロセスが複雑になる。また、斜方蒸着を用いる方法は、基板面に対する入射角を所定の範囲内にするためには蒸着源と基板面との間にある程度以上の距離を確保する必要があるので、装置が大掛かりになり、大型の表示素子の製造に適用することはできない。

　また、特許文献３は、方向の異なるホログラフィック露光を複数回繰り返すことにより、凹凸形状を有する配向膜を形成することを開示している。この形成方法でも、凹凸形状を高精度に制御することは困難である。また、製造プロセスが複雑であり、量産化プロセスに適さない。

　さらに、非特許文献２は、基板表面に、干渉露光を利用して周期的な微細溝からなる凹凸を形成し、これにより、液晶を垂直配向させる方法を提案している。しかしながら、非特許文献２には、垂直配向された液晶分子にプレチルトを生じさせることについて何ら記載されていない。また、非特許文献２に記載されている凹凸は、正弦波状の干渉縞を直交させることにより得られるので、各微細溝の形状や配列の選択には制限がある。さらに、直交する２方向（ｘ方向、ｙ方向）に同様の形状が形成されるので、ｘ方向における形状とｙ方向における形状とを別個に制御することは困難である。そのため、例えばＭＶＡモードの表示装置に適用しようとすると、製造プロセスが複雑になる。

　特許文献４は、基板上に四角柱や楕円柱などの柱状の突起（ポスト）を配列し、ポストの上面の形状を利用して、液晶層の配向を制御する方法を提案している。例えば四角柱の場合、上面の四角形における２つの対角線のいずれかに沿って、液晶分子の方位角方向を制御している。しかしながら、液晶分子の方位角方向を制御しても、方位角０°と１８０°とは等価なので、電圧印加時に液晶分子の起き上がる方向（倒れる方向）は２つ存在し、これを１つに特定することは困難である。

　上述してきたように、垂直配向型液晶層の配向制御を行うために、液晶層と接する表面に微細な凹凸を設ける方法は提案されているが、開口率を低下させたり、製造プロセスを複雑化させたりすることなく、液晶配向を任意かつ厳密に制御することは困難である。

　これに対し、本出願人による特許文献５では、複数の柱状の凸部を配列した配向制御構造を用いて、近接する複数の凸部によって包囲された凹部の底面の形状を利用して、垂直配向型液晶層の配向制御を行うことが提案されている。この方法によると、液晶配向（プレチルト）を任意かつ厳密に制御することができる。また、複数の柱状の凸部を形成するため、より簡便なプロセスで形成でき、かつ、配向分割も容易に実現できる。

特許第２９４７３５０号明細書特開平３－１５０５３０号公報特開平５－１８８３７７号公報特開２００１－２８１６６０号公報特開２００５－３３１９３５号公報

Ｔ．ＵＣＨＩＤＡ，Ｍ．ＯＧＡＳＡＷＡＲＡ，Ｍ．ＷＡＤＡ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１９，ｐ．２１２７―ｐ．２１３６（１９８０）．川合美充、入江功、嶋村徹、加賀城太一、岡田裕之、女川博義、「極微細周期形状による液晶配向制御性の検討」、２００２年液晶討論会、ｐ．１１１－１１２

　特許文献５に開示された配向制御構造は、極めて微細な表面形状を有している。このため、このような配向制御構造を量産性に優れたプロセスで形成することは困難である。例えば量産性の高い露光装置（解像度：例えば０．８μｍ程度）を用いると、十分な精度で形成できないおそれがある。この結果、最適化された表面形状が得られず、所望のプレチルトを実現できない可能性がある。

　本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、液晶層と接する表面に形成された凹凸を用いて、垂直配向型液晶層にプレチルトを生じさせることにより、液晶配向を高精度に制御することにある。また、そのような凹凸を量産性に優れたプロセスで形成することにある。

　本発明の液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた垂直配向型液晶層と、前記垂直配向型液晶層に電圧を印加する電極とを備えた液晶表示装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、前記垂直配向型液晶層と接する表面に複数の凸部を有しており、各凸部は略柱状であり、前記一方の基板に平行な面において、ある一方向をＸ方向、前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とすると、前記各凸部の上面の輪郭は、前記Ｘ方向に沿って略直線状に延びる直線部分を含んでおり、前記各凸部の上面の輪郭の形状は、前記Ｙ方向に沿った軸に関して線対称性を有し、前記Ｘ方向に沿った軸に関して線対称性を有しておらず、かつ、前記一方の基板の法線方向に回転対称軸を有しておらず、前記各凸部の上面の前記Ｙ方向における長さをＷ_Y、前記直線部分の長さをＬとすると、Ｗ_Y／Ｌは１．６以上２．５以下であり、前記一方の基板の法線方向から見て、前記垂直配向型液晶層と接する表面全体に対する前記複数の凸部が形成された領域の面積率は３０％以下であり、前記垂直配向型液晶層における厚さ方向の中間に位置する液晶分子は、電圧が印加されていない状態で、前記一対の基板の法線方向から前記Ｙ方向にプレチルトしている。

　ある好ましい実施形態において、前記各凸部の上面は、前記直線部分を底辺とする略三角形状を有している。

　前記面積率は１５％以上であることが好ましい。また、前記面積率は２０％以下であることが好ましい。

　前記各凸部の側面と前記一方の基板の表面とのなす角度は７０°以上９５°以下であることが好ましい。

　前記複数の凸部のＸ方向およびＹ方向における配列ピッチＰのうち少なくとも一方と、前記各凸部の高さＨとは、０．１５≦Ｈ／Ｐ≦０．２を満足することが好ましい。

　前記一方の基板と前記複数の凸部との間に電極層をさらに備え、前記複数の凸部は、前記複数の凸部に対応する柱状体を有する樹脂層と、前記樹脂層の表面に形成された垂直配向膜とを含み、前記垂直配向膜は前記垂直配向型液晶層と接していてもよい。

　前記一方の基板と前記複数の凸部との間に電極層をさらに備え、前記複数の凸部は、前記複数の凸部に対応する柱状体を有する樹脂層と、前記樹脂層の表面に形成された電極層と、前記電極層の表面に形成された垂直配向膜とを含み、前記垂直配向膜は前記垂直配向型液晶層と接していてもよい。

　前記一対の基板は、前記垂直配向型液晶層の観察者側に配置された前面基板と、前記垂直配向型液晶層の背面側に配置され、複数のスイッチング素子を有する背面基板とを含み、前記複数の凸部は、前記前面基板にのみ形成されていてもよい。

　前記一対の基板は、前記垂直配向型液晶層の観察者側に配置された前面基板と、前記垂直配向型液晶層の背面側に配置され、複数のスイッチング素子を有する背面基板とを含み、前記複数の凸部は、前記背面基板にのみ形成されていてもよい。

　ある好ましい実施形態において、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、各画素は、前記Ｘ方向が第１の方向である第１領域と、前記Ｘ方向が前記第１の方向とは異なる第２の方向である第２領域とを含む。

　本発明の液晶表示装置の製造方法は、表面に複数の凸部が形成された基板を用意する工程（Ａ）と、前記基板と他の基板とを対向させ、前記基板および前記他の基板との間に垂直配向型液晶層を設ける工程（Ｂ）とを包含する。

　ある好ましい実施形態において、前記各凸部の上面は略三角形状を有しており、前記工程（Ａ）は、前記基板上にフォトレジスト層を形成する工程（ａ１）と、前記複数の凸部の上面に対応するパターンを有するマスクを用いて、前記フォトレジスト層の露光を行う工程（ａ２）とを包含し、前記マスクの前記パターンは、ある一方向に沿って延びる直線、および、前記ある一方向と直交する他の方向に沿って延びる直線のみから構成された単位パターンを含む。

　ある好ましい実施形態において、前記工程（Ａ）は、前記複数の凸部と対応する複数の凹部を表面に有するマスターを用意する工程（Ａ１）と、前記マスターの表面形状を前記基板の表面に転写する工程（Ａ２）とを包含する。

　ある好ましい実施形態において、前記各凸部の上面は略三角形状を有しており、前記工程（Ａ１）は、支持基板上にフォトレジスト層を形成する工程（ａ１）と、前記複数の凹部の上面に対応するパターンを有するマスクを用いて、前記フォトレジスト層の露光を行う工程（ａ２）とを包含し、前記マスクの前記パターンは、ある一方向に沿って延びる直線、および、前記ある一方向と直交する他の方向に沿って延びる直線のみから構成された単位パターンを含む。

　ある好ましい実施形態において、前記工程（ａ２）は、解像度が０．５μｍ以上１．０μｍ以下の露光装置を用いて行い、前記単位パターンは、前記露光装置の解像度に等しい長さを一辺とする正方形、あるいは、それよりも大きい正方形または長方形を複数個組み合わせてなる。

　本発明によれば、少なくとも一方の基板における液晶層と接する表面に配列された複数の凸部を用いて、垂直配向型液晶層の厚さ方向の中間に位置する液晶分子に略均一なプレチルトを生じさせる。これにより、液晶配向を高精度に制御できるので、コントラストの高い表示が得られる。また、液晶層の配向を面で制御できるので、応答特性を向上できる。さらに、一画素内に、凸部の向きの異なる複数の領域を形成することによって配向分割を行うことができ、視野角特性を改善できる。

　上記複数の凸部は、量産性に優れたプロセスで形成され得る。例えば、液晶表示装置の製造に一般的に使用される露光装置（解像度：０．８μｍ程度）を用いて形成可能である。従って、本発明によると、製造工程数および製造コストを増大させることなく、量産化に適する簡便なプロセスで、表示のコントラストに優れた液晶表示装置を製造できる。

配向分割を説明するための図である。（ａ）および（ｂ）は、ＶＡＮモードを説明するための図である。（ａ）および（ｂ）は、特許文献５に開示された配向制御構造の斜視図および平面図であり、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、（ａ）および（ｂ）に示す構造による配向制御の概念を説明するための図である。本発明による実施形態１の液晶表示装置の模式的な断面図である。本発明による実施形態１における樹脂層の柱状体を示す図である。（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明による実施形態１の他の液晶表示装置の模式的な断面図である。（ａ）は、実施形態１における配向制御体の模式的な平面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、（ａ）に示す配向制御体における単一の凸部の平面図および断面図である。（ａ）～（ｅ）は、実施形態１における配向制御の原理を説明する図であり、（ａ）は実施形態１の表示装置の模式的な斜視図であり、（ｂ）は実施形態１における単一の凸部２４の模式的な斜視図である。（ｃ）は、基板１、２に平行であり、かつ、基板１の凸部２４の上面を含む断面ｉにおける液晶分子の配向を示す図である。（ｄ）は、基板１、２に平行であり、かつ、液晶層１４の厚さ方向の中央に位置する断面ｉｉにおける液晶分子の配向を示す図である。（ｅ）は、基板１、２に垂直な断面ｉｉｉにおける液晶分子の配向を示す図である。傾斜角γを説明するための凸部の模式的な拡大断面図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、垂直配向膜の厚さが５０ｎｍの場合の凸部の一部を示す断面ＳＥＭ像を示す図、および、単一の凸部を示す図である。（ｃ）は、垂直配向膜の厚さが１０ｎｍ以下の場合の単一の凸部を示す断面ＳＥＭ像を示す図である。（ｄ）は、垂直配向膜が形成される前の単一の凸部（樹脂層の柱状体）を示す図である。（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本実施形態における種々の配向制御体（傾斜角γが７０°未満）のサンプルを例示する斜視図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態における種々の配向制御体（傾斜角γが８０°以上９０°以下）のサンプルを例示する斜視図である。凸部２４の上面のＷ_Y／Ｌ（設計値）と、そのような凸部２４によって得られるチルト角θとの関係を例示するグラフである。（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、Ｗ_Y／Ｌ＝２．３、Ｗ_Y／Ｌ＝３．１および、Ｗ_Y／Ｌ＝１．０の凸部が形成されたサンプル配向制御体を示す図であり、（ｄ）は、各凸部が直線部分Ｌを有していない場合のサンプル配向制御体を示す図である。（ａ）～（ｄ）は、配列ピッチＰに対する凹部（凸部が形成されていない領域）の幅Ｗの割合Ｗ／Ｐによるプレチルトの変化を調べた二次元シミュレーション結果であり、（ｅ）は、Ｗ／Ｐと液晶分子のチルト角θとの関係を示すグラフである。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、実施形態１における配向制御体の作製に使用する露光マスク形状を例示する平面図である。（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）に示すマスクを用いて得られた凸部の高さとプレチルト角θとの関係を示すグラフである。凸部２４の配列ピッチとチルト角θとの関係を示す図である。凸部の高さＨと透過率（漏れ光）との関係を例示するグラフである。凸部２４の上面における比Ｗ_Y／Ｌおよび配列ピッチを変化させたときのプレチルトの変化を示す表である。（ａ）～（ｄ）は、実施形態１における配向制御体のフォトリソグラフィによる形成方法を説明するための工程断面図である。（ａ）～（ｅ）は、実施形態１における配向制御体の転写による形成方法を説明するための工程断面図である。樹脂層に対して転写を行う場合の転写圧力と残膜の厚さとの関係を示すグラフである。（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、転写樹脂層２０２を例示する斜視図、上面図および拡大断面図である。（ａ）～（ｅ）は、実施形態１における配向制御体の転写による他の形成方法を説明するための工程断面図である。（ａ）～（ｈ）は、それぞれ、露光マスクの単位パターンを例示する図である。露光マスクの一例を示す平面図である。露光マスクの他の例を示す平面図である。（ａ）は、マスクの単位パターンを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のマスクを使用して得られた凸部の一例を示す斜視図である。（ａ）は、マスクの単位パターンを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のマスクを使用して得られた凸部の一例を示す斜視図である。樹脂層上に導電膜（ＩＴＯ膜）および垂直配向膜を形成した場合の凸部による液晶配向を示すシミュレーション結果であり、（ａ）は、基板に平行であり、かつ、凸部の上面を含む断面における液晶分子の配向を示す。（ｂ）は、基板に平行であり、かつ、液晶層の厚さ方向の中央に位置する断面における液晶分子の配向を示す。（ｃ）は、基板に垂直な断面における液晶分子の配向を示す。（ａ）～（ｃ）は、液晶層の厚さに対する凸部の高さＨを変化させて、凸部の高さＨと液晶配向との関係を調べたシミュレーション結果であり、それぞれ、基板に垂直な断面における液晶分子の配向を示す。（ａ）および（ｂ）は、凸部の形状を変えた場合の液晶配向を示すシミュレーション結果であり、（ａ）は、基板に平行であり、かつ、凸部の上面を含む断面における液晶分子の配向を示し、（ｂ）は、基板に平行であり、かつ、液晶層の厚さ方向の中央に位置する断面における液晶分子の配向を示す。（ａ）および（ｂ）は、凸部の形状をＹ字型に変えた場合の液晶配向を示すシミュレーション結果であり、（ａ）は、基板に平行であり、かつ、凸部の上面を含む断面における液晶分子の配向を示し、（ｂ）は、基板に平行であり、かつ、液晶層の厚さ方向の中央に位置する断面における液晶分子の配向を示す。（ａ）および（ｂ）は、略三角形の底面を有する凹部によって配向制御を行った場合のシミュレーション結果であり、（ａ）は、基板に平行であり、かつ、凸部の上面を含む断面における液晶分子の配向を示す。（ｂ）は、基板に垂直な断面における液晶分子の配向を示す。（ａ）は、本発明の実施形態２における配向制御体の単一の単位領域を示す模式的な上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、単位領域の他の分割方法を例示する図である。

　本発明では、液晶層と接する表面に複数の凸部を設けることによって、垂直配向型液晶層の厚さ方向における中央に位置する液晶分子（中央液晶分子）をプレチルトさせる。本明細書では、このような複数の凸部を含む構造を「配向制御構造」とよぶこともある。配向制御構造は、液晶表示装置のＴＦＴ基板、および、カラーフィルター基板などの対向基板のうち少なくとも一方の基板の液晶層と接する表面に設けられる。本明細書では、表面に配向制御構造が設けられた基板（ＴＦＴ基板、カラーフィルター基板、ガラス基板などを含む）を総称して「配向制御体」とよぶ。

　まず、従来の配向制御体の構成をより詳しく説明する。本出願人による特許文献５に記載されているように、液晶層の厚さ方向に亘って液晶配向を制御するためには、液晶層における垂直配向膜の表面近傍に、故意に一種の配向欠陥を生じさせることが有効である。

　図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、前述の特許文献５に開示された配向制御構造の斜視図および平面図である。

　配向制御体４０は、複数の三角柱状の単位構造４１を備えている。単位構造４１の上面は、例えば二等辺三角形である。これらの図からわかるように、隣接する単位構造４１の間のギャップ（凹部）は、二等辺三角形の底面４２を有している。配向制御体４０を用いて液晶を配向させると、底面４２に液晶配向を閉じ込めることができる。この原理を図３（ｃ）および（ｄ）を参照しながら以下に説明する。

　図３（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、配向制御体４０と液晶層との界面における界面液晶分子の配向を示す平面図およびＣ－Ｃ’断面図である。図示するように、単位構造４１の上面近傍の液晶分子１１７ｐは、単位構造４１の上面に垂直に並ぶ。また、単位構造４１のギャップ（凹部）の底面４２では、液晶分子１１７ｂは、底面４２と平行で、かつ底面４２の二等辺三角形の底辺に略垂直に強制的に並べられる。単位構造４１のギャップ内の液晶分子１１７ｇは、底面４２の液晶分子１１７ｂの影響を受けて、液晶分子１１７ｂと略同様の配向を有する。ただし、単位構造４１のそれぞれの側壁近傍に位置する液晶分子１１７ｗは、単位構造４１の各側壁に垂直に配向する。

　このように、液晶層と配向制御体４０との界面では、底面４２における液晶分子１１７ｂの配向、および単位構造４１の上面における液晶分子１１７ｐの配向の主に２つの配向が得られる。液晶層内部における液晶分子は、これらの２つの配向が平均化された方向に配向し、特定の方向に傾斜した垂直配向が得られる。言い換えると、液晶層内部の配向制御は、界面液晶分子に与える上記２つの配向を制御することによって行うことができる。

　配向制御体４０の単位構造４１は微細なピッチ（例えば１μｍ）で配列される。このような微細な単位構造４１の形成は、例えばＥＢ描画機（最小線幅：３００ｎｍ）を用いて原盤（Ｓｉモールド）を作製し、この原盤の形状をＵＶ樹脂層に転写することによって行われる。この方法により、略設計通りの二等辺三角形の上辺を有する単位構造４１を得ることができる。

　しかしながら、ＥＢ描画機を用いた上記プロセスは量産化に適さない。量産性を高めるためには、表示装置の製造に通常使用されるステッパーなどの露光装置を用いることが好ましいが、そのような露光装置を用いて、配向制御体４０を十分な精度で作製することは困難である。特に微細なピッチ（例えば５μｍ以下）で配列された単位構造４１を形成しようとすると、露光装置の解像度が低いために、各単位構造４１の形状が鈍る（形状鈍り）。この結果、最適な配向制御構造が得られず、良好な液晶配向を実現できないおそれがある。

　そこで、本発明者は、表示装置の製造に通常使用される露光装置でも作製可能であり、かつ、良好な液晶配向が得られる配向制御体の構造を検討した。その結果、形状鈍りが生じた場合でも液晶層に十分なプレチルトを与えることのできる配向原理、および、そのような配向原理に基づく配向制御構造を見出した。さらに、露光装置の解像度および形状鈍りを考慮して、配向制御構造における各種パラメータおよびマスク形状を最適化した。

（第１実施形態）
　以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の第１実施形態を説明する。

　図４は、本実施形態の液晶表示装置の模式的な断面図である。

　液晶表示装置１００は、背面基板２と、前面基板１と、これらの基板１、２によって狭持された液晶層１４とを備えている。液晶層１４は垂直配向型液晶層である。背面基板２は、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含むＴＦＴ基板１０と、電極層（ここではＩＴＯ層）１８と、垂直配向膜２２とを有している。電極層１８および垂直配向膜２２はＴＦＴ基板１０上にこの順で形成されており、垂直配向膜２２は液晶層１４と接している。前面基板１は、カラーフィルター（ＣＦ）が形成されたＣＦ基板１２と、電極層（ここではＩＴＯ膜）１８と、樹脂層２０と、垂直配向膜２２とを有している。電極層１８、樹脂層２０および垂直配向膜２２は、ＣＦ基板１２の表面にこの順で形成されており、垂直配向膜２２は液晶層１４と接している。樹脂層２０は、複数の柱状体を含んでいる。各柱状体は、例えば略三角柱状である。樹脂層２０による電圧ドロップを低減するためには、樹脂層２０は離散的に配置された複数の柱状体のみからなることが好ましい。なお、樹脂層２０は、表面に複数の柱状体を有する層であってもよい。

　図示しないが、背面基板２の背面側および前面基板１の観察者側には、それぞれ、偏光板が設けられている。これらの偏光板は、その透過軸が互いに直交するように配置されている。

　この例では、前面基板１が上述した配向制御体となる。前面基板１の表面は、樹脂層２０の形状を反映した複数の凸部２４を有している。各凸部２４は、それぞれ、樹脂層２０の柱状体と、その表面を覆う垂直配向膜２２とを含んでいる。なお、本明細書では、配向制御体における液晶層１４と接する表面に形成された柱状の構造体を「凸部」、樹脂層２０における柱状の構造体を「柱状体」と称して区別する。

　図５は、本実施形態における樹脂層２０の柱状体を例示する図である。図示する例では、電極層１８として、厚さが０．１μｍのＩＴＯ層および厚さが０．０７μｍのＩＺＯ層が形成されている。電極層１８の上には、透明な樹脂膜から形成された柱状体（高さ：１．１μｍ）が形成されている。柱状体の上面は、ややＴ字形状に近い二等辺三角形である。本実施形態では、図示するような柱状体およびＩＺＯ層を覆うように、垂直配向膜（厚さ：例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）が形成される。従って、各凸部２４は、柱状体の形状を反映した三角柱状である。なお、図５では、電極層１８としてＩＴＯ層およびＩＺＯ層が形成されているが、電極層１８は何れか一層であってもよい。

　液晶表示装置１００では、液晶層１４に電圧が印加されていない状態（ＯＦＦ状態）において、液晶層１４に含まれる液晶分子１６は、配向制御体である前面基板１の凸部２４の影響を受けて、基板１、２の法線方向から傾いている。基板１、２における電極層１８によって液晶層１４に電圧が印加されると、液晶分子１６は、ＯＦＦ状態で傾いていた方向に倒れる。

　本実施形態では、ＣＦ基板１２と樹脂層２０との間に電極層１８が形成されているが、図６（ａ）に示すように、電極層１８は樹脂層２０と垂直配向膜２２との間に形成されていてもよい。この場合、凸部２４は、樹脂層２０の柱状体と、その上を覆う電極層１８および垂直配向膜２２とを含む。このため、柱状体の形状と比べて、より丸みを帯びた形状となる。従って、凸部２４の形状をより高精度に制御する観点からは、電極層１８の上に樹脂層２０を設ける構成の方が好ましい。

　本実施形態では、前面基板１に複数の凸部２４を形成しているが、代わりに、図６（ｂ）に示すように、背面基板２に複数の凸部２４を形成してもよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように、両方の基板１、２に複数の凸部２４を形成して、液晶層１４が２つの配向制御体によって狭持される構成にしてもよい。特に、ＲＴＮ（Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｔｗｉｓｕｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのようにねじれを有する表示モードの表示装置では、液晶層における前面および背面基板側に生じる配向方位を異ならせる必要があるので、両方の基板１、２にそれぞれ複数の凸部２４を形成することが好ましい。

　ねじれを有さない表示モードの場合には、何れか一方の基板にのみ凸部２４を形成してもよいし、両方の基板１、２に凸部２４を形成してもよい。

　何れか一方の基板にのみに凸部２４を形成すると、次のようなメリットがある。両方の基板１、２に形成する場合よりも、製造コストおよび製造工程数を低減できる。また、両方の基板１、２に凸部２４を形成すると、基板１の複数の凸部と、基板２の複数の凸部とが互いに干渉し合うことによってモアレが発生するおそれがある。これに対し、一方の基板にのみ凸部２４を形成すると、モアレの発生を抑制でき、より実用的な表示装置を得ることができる。

　一方、両方の基板１、２に凸部２４を形成すると、一方の基板にのみ凸部２４を形成する場合と比べて、中央液晶分子のプレチルトの大きさを２倍にできる。従って、応答速度を高めることができる。なお、一方の基板にのみ凸部２４を形成する場合でも、凸部２４の高さＨを大きくすることによって中央液晶分子のプレチルトを２倍にすることもできる。しかしながら、凸部２４の高さＨが増大すると、表示のコントラストが低下するおそれがある。これに対し、両方の基板１、２に凸部２４を設けると、凸部２４の高さＨを抑えて表示のコントラストの低下を抑制しつつ、所定の大きさのプレチルトを生じさせることが可能になる。

　本実施形態における樹脂層２０は、フォトレジストなどのアクリル樹脂やゴム、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂、エポキシ樹脂などを含んでいてもよい。あるいは、樹脂層２０の代わりに、金属層（例えばＡｌ、Ｔａ、Ｃｕ層等）、半導体層（Ｓｉ、ＩＴＯ層等）や絶縁層（ＳｉＯ₂、ＳｉＮ層等）であってもよい。また、樹脂層２０が、液晶を垂直配向させる性質（フッ素樹脂等）を有する材料を用いて形成されていれば、樹脂層２０の表面に垂直配向膜２２を塗布する必要がなく、生産プロセスが簡略化されるので好ましい。

　次に、図面を参照しながら、本実施形態における配向制御体の構造および配列を説明する。図７（ａ）は、本実施形態における配向制御体の模式的な平面図であり、図７（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、図７（ａ）に示す配向制御体における単一の凸部の平面図および断面図である。

　本実施形態における配向制御体は、略三角形状の上面を有する複数の凸部２４を有している。基板１、２に平行な面において、ある一方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とすると、各凸部２４の上面の輪郭は、Ｘ方向に沿って略直線状に延びる直線部分２８を有している。また、各凸部２４の上面の輪郭の形状は、Ｙ方向に沿った軸３０に対して線対称性を有しているが、Ｘ方向に沿った軸に関して線対称性を有していない。

　本実施形態における配向制御体は、上記のような複数の凸部２４を有しているので、液晶分子を矢印ｔの方位にプレチルトさせることができる。本明細書では、液晶層に電圧を印加しない状態の、液晶分子（液晶ダイレクター）の傾斜方向の基板１、２表面における方位ｔを「プレチルト方向」とし、液晶分子の基板法線からの傾斜角度を「プレチルト角」とする。プレチルト角が０°とは、液晶分子の長軸方向が基板に垂直であることを意味する。

　以下に、図８を参照しながら、本実施形態における配向制御の原理を説明する。

　図８（ａ）は本実施形態の表示装置の模式的な斜視図であり、図８（ｂ）は本実施形態における単一の凸部２４の模式的な斜視図である。簡単のため、図４と同様の構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。図８（ｃ）は、基板１、２に平行であり、かつ、基板１の凸部２４の上面を含む断面ｉにおける液晶分子の配向を示す図である。図８（ｄ）は、基板１、２に平行であり、かつ、液晶層１４の厚さ方向の中央に位置する断面ｉｉにおける液晶分子の配向を示す図である。また、図８（ｅ）は、基板１、２に垂直な断面ｉｉｉにおける液晶分子の配向を示す図である。図８（ｃ），（ｅ）に示す曲線は、等電位線である。

　図８（ｃ）に示すように、凸部２４の上面近傍の液晶分子は、凸部２４の上面に垂直に並ぶ。また、凸部２４のそれぞれの側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑ（図８（ｂ））近傍に位置する液晶分子は、凸部２４の各側壁に垂直に配向する。このように断面ｉでは、異なる液晶配向が存在する。また、図８（ｅ）に示すように、基板１の表面のうち凸部２４が形成されていない部分（「凹部」と呼ぶ。）上の液晶分子は、基板１に垂直に配向する。この結果、凸部２４の側壁２８ｐと基板１の表面との間に位置する領域（空間）に、液晶配向が閉じ込められた部分（配向欠陥）ができる。このため、側壁２８ｐによる液晶配向は液晶層１４の厚さ方向に伝えられ難くなる。従って、液晶層１４の厚さ方向の中央にある液晶分子の傾斜方向は、主に側壁２９ｐ、２９ｑの近傍に位置する液晶分子の配向と、凸部上面上および凹部上に位置する液晶分子の配向（基板１に垂直な配向）との２つの配向によって制御される。

　ここで、各凸部２４の上面の輪郭の形状は、Ｙ方向に平行な軸に関して線対称性を有していることから、側壁２９ｐ、２９ｑによる液晶配向におけるＸ方向に沿った成分が互いに打ち消される。この結果、液晶層１４の内部の液晶分子は、側壁２９ｐ、２９ｑの液晶配向におけるＹ方向に沿った成分と基板１に垂直な液晶配向とが平均化された方向に配向する。従って、液晶層１４の厚さ方向の中央付近の液晶分子（「中央液晶分子」と称する）は、図８（ｃ）および（ｅ）に示すように、基板法線に対して、矢印の方向（プレチルト方向）に所定の角度（プレチルト角）だけ傾斜した方向にディレクターを有する。プレチルト方向は、凸部２４の上面の略二等辺三角形状において、底辺である直線部分２８から頂点に向かう方向（Ｙ方向）となる。本明細書では、「プレチルト角」は、液晶分子の長軸の傾斜方向と基板法線とがなす角度をいう。

　なお、本実施形態における凸部２４の上面の輪郭の形状は、Ｘ方向に平行な軸に関して線対称性を有していないことが必要である。そのような線対称性を有していると、側壁２９ｐ、２９ｑによる液晶配向におけるＹ方向に沿った成分も互いに打ち消されてしまうので、特定の一方向にプレチルトを生じさせることができなくなるからである。

　凸部２４の上面の輪郭の形状は、基板１、２の法線方向に沿った軸に関して回転対称性を有していないことが必要である。そのような回転対称性を有していると、液晶分子を所望の一方向に配向させることができないからである。例えば凸部２４の上面が、基板法線方向に３回転対称軸を有する正三角形である場合、正三角形の各辺に直交する３つの方位に沿って液晶分子が配向しようとする。これらの３つの液晶配向が平均化される結果、液晶層１４の厚さ方向の中央に位置する液晶分子をプレチルトさせることができなくなる。

　このように、本実施形態における配向制御は、図３（ｃ）および（ｄ）を参照しながら説明した特許文献５に開示された原理とは全く異なる原理に基づいている。特許文献５では、前述したように、近接する複数の凸部によって包囲された底面の形状によってプレチルトの制御を行う。このため、隣接する凸部の間隔を小さくするとともに、底面の形状を極めて高精度で制御する必要があり、表示装置の製造プロセスに一般に使用されている露光装置を用いて製造することは困難であった。これに対し、本実施形態では、所望のプレチルト方向に直交する側壁２８ｐを有する凸部２４を、十分な間隔を空けて配列する。これにより、側壁２８ｐの近傍に生じる配向欠陥を利用してプレチルトを制御する。従って、特許文献５に開示された構造のように、極めて高精度な形状制御を行う必要がない。また、凸部２４の上面形状が直線部分および所定の対称性を有していればよいので、凸部２４の形状が設計した形状に対して丸みを帯びても（「形状鈍り」と称する。）、所望のプレチルトを得ることができる。従って、表示装置の製造プロセスに一般に使用されている露光装置（解像度：例えば０．５μｍ以上１．０μｍ以下）を用いて製造することが可能である。

　また、特許文献４に開示された構造も、本実施形態における配向制御とは全く異なる原理に基づいている。特許文献４に開示された複数の凸部（ポスト）は、何れも、比Ｗ_Y／Ｌおよび対称性に関する条件を満足する上面を有していない。従って、図８を参照しながら前述した原理に基づいて、液晶を所定の一方向に配向させることはできない。

（１）配向制御構造の各種パラメータの検討
　本発明者は、上記配向原理によって所望のプレチルトを得るために、表１に示すようなパラメータを制御することが重要であることを見出した。以下、各パラメータについて詳しく説明する。

＜凸部２４の側壁の傾斜角度（テーパー角）γ＞
　図８に示す配向原理を実現するためには、凸部２４の側壁２８ｐの近傍に液晶配向を閉じ込める必要がある。このためには、側壁２８ｐの基板表面に対する傾斜角（テーパー角）γを垂直に近い角度に制御することが好ましい。具体的には、傾斜角γは７０°以上９５°以下であることが好ましく、より好ましくは７５°以上９５°以下である。

　図９は、本発明における傾斜角γを説明するための凸部２４の模式的な拡大断面図である。図示するように、凸部２４の底面ｓに近い部分では、凸部２４の側壁が平面状にならずに、丸みを帯びてしまうことがある。このような場合でも、基板に垂直な断面において、凸部２４の側壁における高さＨの１／２となる点を含む平面２５と凸部２４の底面ｓとのなす角度を傾斜角γとする。

　各凸部２４が、樹脂材料からなる柱状体と、その上に形成された垂直配向膜（例えばポリイミド膜）とから構成されている場合、傾斜角γは、主に、柱状体の側壁の傾斜角と、垂直配向膜の厚さおよび形成方法によって決まる。

　以下、最小線幅が０．８μｍの凸部を形成し、凸部２４の側壁の傾斜角γと、下地となる柱状体の側壁の傾斜角との関係を検討したので、説明する。

　図１０（ａ）は、凸部の一部を示す断面ＳＥＭ像を示す図であり、図１０（ｂ）は、単一の凸部の側面図である。この例では、ガラス基板上に、厚さ１２７ｎｍの電極層（ここではＩＴＯ膜）１８、厚さが５９０ｎｍの柱状体を有する樹脂層２０、および厚さ約５０ｎｍの垂直配向膜（ここではポリイミド膜）２２を形成している。垂直配向膜２２は、スピンコート（回転速度２０００ｒｐｍ、２０ｓｅｃ）で塗布した後、焼成（１８０℃、６０ｍｉｎ）することにより形成されている。図１０（ｂ）からわかるように、各凸部２４の側壁の傾斜はガラス基板に近づくほどなだらかになる。これらの凸部２４の側壁の傾斜角γは約６０°である。

　また、厚さが１０ｎｍ以下の垂直配向膜２２を形成した場合の凸部２４の断面ＳＥＭ像を図１０（ｃ）に示す。この垂直配向膜２２は、樹脂層２０上に、スピンコート（回転速度２０００ｒｐｍ、９０ｓｅｃ）で塗布した後、焼成（１８０℃、６０ｍｉｎ）することにより形成されている。図１０（ｃ）に示すように、垂直配向膜２２が薄くなると、側壁の傾斜は略一定となる。また、側壁の傾斜角γは約７０°で、図１０（ｂ）に示す傾斜角γよりも大きくなる。

　比較のため、図１０（ｄ）に、ＩＴＯ膜１８上に柱状体からなる樹脂層２０のみが形成され、垂直配向膜２２の塗布および焼成が行われていない状態の柱状体の側面図を示す。図示するように、樹脂層２０の各柱状体の側壁は、略平面状である。側壁の基板表面に対する傾斜角は約７９°であり、図１０（ｂ）に示す凸部２４の側壁の傾斜角γよりも大きくなる。

　これらの結果から、凸部２４の側壁の傾斜角γは、樹脂層２０の柱状体の側壁の傾斜角を制御し、かつ、垂直配向膜２２の厚さを調整することにより、好適な範囲に制御できることがわかる。例えば、凸部２４の側壁の傾斜角γを７０°以上９５°以下に調整するためには、樹脂層２０に形成する柱状体の側壁の傾斜角を、例えば７５°以上９５°以下に制御することが好ましい。より好ましくは８０°以上９５°以下に制御する。柱状体の側壁の傾斜角は、樹脂層２０の材料、露光条件、単位パターンのサイズ・形状などによって制御され得る。樹脂層２０の柱状体の傾斜角が上記範囲であれば、垂直配向膜２２の厚さにもよるが、傾斜角γは７０°以上９５°以下（例えば７０°以上９０°未満）となる。

　なお、凸部２４のそれぞれの側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑにおける傾斜角γは、典型的には略等しくなるが、隣接する凸部２４の間隔や凸部２４の上面形状によっては、側壁２８ｐにおける傾斜角γと、側壁２９ｐ、２９ｑにおける傾斜角γとが異なる場合もある。このような場合、少なくとも側壁２８ｐにおける傾斜角γが上記の範囲内であれば、側壁２８ｐの近傍に配向欠陥が形成され易く、より確実に配向制御できる。より好ましくは、全ての側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑの傾斜角γが７０°以上である。これにより、より大きなプレチルト角を生じさせることが可能になる。

　図１１（ａ）～（ｃ）および図１２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における種々の配向制御体のサンプルを例示する斜視図である。図１１（ａ）～（ｃ）に示す配向制御体では、傾斜角γが７０°よりも小さい。これに対し、図１２（ａ）、（ｂ）に示す配向制御体では、傾斜角γは８０°以上９０以下であり、図１１（ａ）～（ｃ）に示す配向制御体よりも確実に液晶配向を制御できる。

＜Ｗ_Y／Ｌ＞
　上記配向原理によってＹ方向（プレチルト方向）に液晶分子を傾斜させるためには、凸部２４の上面におけるＹ方向における長さ（最大長さ）Ｗ_Yと直線部分の長さＬ（図７（ｂ））との比Ｗ_Y／Ｌを所定の範囲内に制御する必要がある。一方、比Ｗ_Y／Ｌが所定の範囲から外れると、プレチルト方向が１つに決まらなかったり、あるいは、プレチルトが得られない場合もある。

　図１３は、凸部２４の上面のＷ_Y／Ｌと、そのような凸部２４によって得られるチルト角θとの関係を例示するグラフである。凸部２４の上面が正三角形であれば、Ｗ_Y／Ｌは０．８６６（＝√３／２）（点Ｂ）、凸部２４の上面がＸ方向に長い二等辺三角形であれば、Ｗ_Y／Ｌは１未満（点Ａ）、凸部２４の上面がＹ方向に長い二等辺三角形であれば、Ｗ_Y／Ｌは１より大きくなる（点Ｃ）。

　なお、このグラフにおけるＷ_Y／Ｌは設計値であり、例えば露光マスクの遮光部における比Ｗ_Y／Ｌに相当する。実際には、解像度に応じて形状鈍りが生じるので、凸部２４のＷ_Y／Ｌはグラフに示す設計値よりも１０～２０％程度大きくなる。

　グラフの縦軸のチルト角θは、凸部２４の上面近傍の液晶分子（界面液晶分子）の基板１、２の表面に対する傾斜角である。従って、一方の基板１にのみ凸部２４を設ける場合には、中央液晶分子のプレチルト角は、界面液晶分子のプレチルト角（＝９０°―θ）の略１／２になる。

　図１３からわかるように、凸部２４の上面が正三角形または正三角形に近い形状を有すると、特定の方向に優位に配向させることができなくなるので、チルト角θは略９０°となる。すなわち、プレチルトが得られない。凸部２４の上面がＸ方向に長い二等辺三角形状（例えば点Ａの三角形）であれば、対向する２辺のそれぞれによって、２つの配向方向が生じる。これらの配向方向はＸ方向に沿って互いに逆向きとなるので（左右対称）、左右の方向性が区別できなくなる。その結果、２つの配向方向が一画素内に混在し、表示特性が低下するおそれがある。一方、凸部２４の上面がＹ方向に長くなると（例えば点Ｃの三角形）、針状の形状と同様に、Ｙ方向に沿って２つの配向方向が生じ得る。これらの配向方向はＹ方向に沿って互いに逆向きとなり、上下の方向性が区別できなくなる。その結果、２つの配向方向が一画素内に混在し、表示特性が低下するおそれがある。

　図１３に示す結果から、所定の方向にプレチルトを生じさせるためには、マスクを設計する際に、凸部の上面に対応する単位パターンのＷ_Y／Ｌの設計値を１よりも大きく、かつ、３．３よりも小さくする必要があることがわかる。上述したように、露光・現像プロセスを行うと、実際に形成される凸部２４のＷ_Y／Ｌは、単位パターンのＷ_Y／Ｌよりも１０～２０％程度大きくなる。従って、凸部２４のＷ_Y／Ｌが１よりも大きく、かつ、３．５よりも小さいと、所定の方向にプレチルトを生じさせることができる。

　好ましくは、Ｗ_Y／Ｌの設計値を１．６以上２．０以下に設定する。これにより、界面液晶分子を基板法線から４°（＝９０°－θ）以上傾斜させることが可能となり、より効果的にプレチルトを生じさせることができる。従って、実際に形成される凸部２４のＷ_Y／Ｌの好ましい範囲は１．６以上２．５以下となる。

　図１３に示す関係をさらに確認するために、Ｗ_Y／Ｌの異なる複数のサンプル配向制御体を作製し、プレチルトが得られるかどうかを調べた。図１４（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、Ｗ_Y／Ｌ＝２．３、Ｗ_Y／Ｌ＝３．１および、Ｗ_Y／Ｌ＝１．０の凸部が形成されたサンプル配向制御体を示す図である。図１４（ｄ）は、各凸部が直線部分Ｌを有していない場合のサンプル配向制御体を示す図である。

　これらのサンプル配向制御体を用いて液晶セルを構成したところ、図１４（ａ）および（ｂ）に示すサンプル配向制御体を用いた液晶セルでは、中央液晶分子がプレチルトすることを確認した。

　図１４（ｂ）の凸部は略三角形状の上面を有しているが、これは、Ｔ字形状の単位パターンを有する露光マスクを用いて形成されたものである。このように、単位パターンによって規定される形状の凸部が得られない場合であっても、凸部のＷ_Y／Ｌが１より大きく、３．５未満であれば、プレチルトを生じ得ることも確認できた。

　これに対し、図１４（ｃ）に示すサンプル配向制御体（Ｗ_Y／Ｌ＝１．０）を用いた液晶セルでは、中央液晶分子に所定のプレチルトが生じなかった。これは、図１３を参照しながら前述したように、プレチルト方向が特定の一方向に決まらないからと考えられる。

　また、図１４（ｄ）に示すサンプル配向制御体（Ｌ＝０）を用いた液晶セルでも、中央液晶分子に所定のプレチルトが生じなかった。これは、形状鈍りによって、凸部の上面の輪郭に直線部分Ｌが形成されなかったためと考えられる。直線部分Ｌが形成されなければ、凸部の側壁近傍に配向欠陥を形成できないからである。

　なお、本実施形態では、露光装置の解像度、樹脂層の材料などによる形状鈍りを考慮して、Ｗ_Y／Ｌが上記の所定の値になるように樹脂層をパターニングする際の露光マスクの設計を行うことが好ましい。

＜凸部の面積率＞
　プレチルトの大きさは凸部２４の配列ピッチや高さＨによって変化する。しかしながら、配列ピッチの下限値は使用する露光装置の解像度や樹脂層の材料に大きく依存し、任意に選択できない。また、凸部２４の高さＨの範囲も樹脂層の材料に依存する。そこで、本実施形態では、基板の法線方向から見て、垂直配向型液晶層と接する表面全体に対する複数の凸部２４が形成された領域の面積率（以下、単に「凸部の面積率」と略する。）によってプレチルトの大きさを制御する。

　例えば、図７（ａ）に示す平面図において、液晶層と接する表面全体の面積をＳ₁、複数の凸部２４の合計面積をＳ₂₄、液晶層と接する表面における凸部２４が形成されていない領域２６の合計面積をＳ₂₆とすると、凸部の面積率はＳ₂₄／Ｓ₁（＝Ｓ₂₄／（Ｓ₂₄＋Ｓ₂₆））となる。

　凸部２４の基板側（液晶層１４の反対側）に電極層１８を形成する場合には、電圧ドロップの観点から、凸部の面積率が小さい方が有利である。しかし、凸部の面積率が小さすぎると、液晶分子をプレチルトさせる効果が小さくなる場合がある。また、配列ピッチを一定とすると、凸部の面積率は、製造プロセスにおける凸部の高さＨおよび線幅（解像度）の限界によって制限され、無制限に小さくすることはできない。凸部の面積率の下限値は、製造プロセスおよび配列ピッチによって変わるが、例えば配列ピッチを１～５μｍとすると、１５％以上であることが好ましい。

　一方、本実施形態における配向原理を実現するためには、凸部の面積率を３０％以下に抑える必要がある。本実施形態における配向原理では、図８を参照しながら説明したように、凸部２４の側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑと凹部の底面とによって液晶配向を制御するものであり、隣接する凸部２４の間隔を十分に確保する必要がある。凸部の面積率が３０％よりも大きくなると、これに伴い、隣接する凸部２４の間隔が小さくなり、凸部２４の各側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑ（図８（ｂ））に、隣接する凸部の側壁（「他の側壁」という。）が近づく。このため、各側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑの近傍の液晶配向は、他の側壁の影響を受け易くなり、その結果、所定の配向方向が得られない可能性がある。なお、凸部の面積率が５０％を超えると、他の側壁と側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑとの距離がさらに小さくなり、側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑの近傍の液晶配向は、側壁２８ｐ、２９ｐ、２９ｑと他の側壁とによって、基板表面と略平行に制御される。すなわち、凹部の底面（平面）内に液晶配向が閉じ込められる。その結果、液晶分子は、凹部の底面の形状により、本実施形態とは逆方向に傾く。このような液晶配向は、図３を参照しながら説明した特許文献５による液晶配向と同様である。

　本実施形態では、凸部の高さＨは、後述する配列ピッチとの関係から０．５μｍ程度であることが好ましい。凸部の高さＨが０．５μｍ、凸部の配列ピッチが一定（１～５μｍ）である場合、電圧ドロップを垂直配向膜（厚さ：例えば１００ｎｍ）と同程度に抑えるためには、凸部の面積率を約２０％以下に制御することが好ましい。このように、凸部の高さＨおよび垂直配向膜の厚さを考慮して凸部の面積率を適宜選択すると、液晶配向をより安定に制御できる。

　ここで、凸部の面積率が大きくなりすぎると、所望のプレチルトが得られなくなる理由を２次元のシミュレーション結果を参照しながら説明する。

　図１５（ａ）～（ｄ）は、配列ピッチＰに対する凹部（凸部が形成されていない領域）の幅Ｗの割合によるプレチルトの変化を調べたシミュレーション結果である。図１５（ｅ）は、図１５（ａ）～（ｄ）に示すシミュレーションの結果をグラフに表したものである。このシミュレーションでは、凹部の左下に、左側の側壁と底面とによる液晶配向（基板法線に対して傾斜した液晶配向）を生じさせて、液晶層全体の配向状態を求めている。シミュレーション結果から、配列ピッチＰに対する凹部の幅の比Ｗ／Ｐが小さいと、凹部の左下の液晶配向は凹部内に閉じ込められ、液晶層の厚さ方向に伝わらない。比Ｗ／Ｐが大きくなるにつれて、凹部の左下の液晶配向の影響が大きくなる。図１５（ｅ）のグラフから、中央液晶分子の傾き角は、比Ｗ／Ｐに略比例して大きくなることがわかる。言い換えると、配列ピッチが一定であれば、凸部の占める割合が小さいほど、プレチルトを大きくできることがわかる。なお、本シミュレーションは２次元のシミュレーションであるため、チルト角（界面液晶分子の傾き角）θの数値は実際の数値とは異なっている。

　図７（ｂ）に示すような凸部２４を露光装置を用いて作製する場合、凸部の面積率は、樹脂層２０（図４）に対する露光の際に使用するマスクの形状によって制御され得る。

　図１６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、マスクの形状を例示する平面図である。図示するように、ポジレジスト材料を用いて樹脂層２０を形成する場合、各マスクＭ１６、Ｍ３１は、凸部に対応する遮光部８０を有する。マスクＭ１６、Ｍ３１における遮光部８０の配列ピッチは、何れも６．５μｍとする。図示する数値の単位は［μｍ］である。マスクＭ１６、Ｍ３１における凸部に対応する遮光部８０の合計面積をＳｍとすると、上記Ｓ₂₄はＳｍと略等しいか、あるいはＳｍ＞Ｓ₂₄となる。一般的には、露光の際にマスクの遮光部の周縁から光が回りこむので、凸部２４の上面の形状は、マスクの遮光部の形状よりも丸みを帯び、かつ、一回り小さくなる。マスクＭ１６、Ｍ３１における遮光部の面積率Ｓｍ／Ｓ₁（以下、単に「遮光部の面積率」と略する。）は、それぞれ、１６％および３１％である。従って、これらのマスクＭ１６、Ｍ３１を用いて凸部２４を作製すると、凸部の面積率は１６％、３１％よりも若干小さくなる。マスクＭ１６を用いて形成された凸部の面積率は例えば１４％であり、マスクＭ３１を用いて形成された凸部の面積率は例えば２７％である。

　マスクＭ１６、Ｍ３１を用いて、高さＨの異なる凸部２４を形成し、それらの凸部２４によるチルト角θを調べたので、その結果を図１６（ｃ）に示す。この結果から、何れのマスクＭ１６、Ｍ３１用いても、液晶分子を所定の方向にプレチルトさせることの可能な配向制御構造が得られることがわかった。

　また、図１６（ｃ）に示す結果から、遮光部の面積率が１６％のマスクＭ１６を用いたサンプルの方がより大きなプレチルトを生じさせることがわかる。なお、ここでいうプレチルト角（°）は、界面液晶分子の基板法線に対する傾斜角を指し、９０°－θ（θ：チルト角）と等しい。

　遮光部の面積率が１６％、すなわち凸部の面積率が１４～１６％程度であれば、凸部の対向する２つの側壁とその近傍の底面とによって液晶配向を制御しやすい。これに対し、遮光部の面積率が３１％、すなわち凸部の面積率が２７～３１％程度まで増加すると、近接する複数の凸部間（凹部）に一部の液晶配向が閉じ込められるので、上記のような液晶配向が得られにくくなるからと考えられる。特に、凸部２４の高さＨが大きくなると、液晶配向が凹部に閉じ込められやすくなるので、マスクＭ１６を用いた場合とのプレチルト角の差が拡大すると考えられる。なお、図示しないが、凸部の面積率が３１％よりも大きくなると、上述した原理による液晶配向がさらに得られ難くなり、プレチルト角がより小さくなる。

＜凸部の配列ピッチＰおよび凸部の高さＨ＞
・配列ピッチＰ
　図１７は、凸部２４の配列ピッチＰとチルト角θとの関係を示す図である。図１７から、凸部の面積率、各凸部２４における比Ｗ_Y／Ｌおよび高さＨが同じであれば、配列ピッチが小さいほど、プレチルト（９０°－θ）を大きくできることがわかる。また、本発明者の行った別の実験結果から、各凸部をより微細にすれば、表示のコントラストに低下を抑制できることがわかっている。従って、配列ピッチは小さい方が望ましい。

　しかしながら、上述したように、配列ピッチは生産プロセスによって制約される。使用する露光装置の解像度（例えば０．５～１．０μｍ）や樹脂層の材料に大きく依存し、任意に選択できない。配列ピッチが解像度に対して小さくなりすぎると、形状鈍りが極めて大きくなり、所定のプレチルトを生じさせることができなくなる。

　本実施形態では、後述するように、解像度と等しい長さを一辺とする正方形を１単位として、凸部上面のパターンを設計する。この場合、配列ピッチは解像度の長さの４倍以上必要である。配列ピッチは、好ましくは解像度の４倍以上６倍以下である。例えば解像度が０．８μｍの露光装置を用いる場合、配列ピッチは３～５μｍ程度となる。

・凸部の高さＨ
　配列ピッチが上記範囲の場合、凸部の面積率および各凸部におけるＷ_Y／Ｌが同じであれば、凸部２４の高さＨによって表示のコントラストが変化する。

　図１８は、凸部の高さＨと透過率（漏れ光）との関係を例示するグラフである。マスクの遮光部の面積率を２５％、配列ピッチを３μｍ、液晶層のΔｎ（透過率）を０．０７８とする。この結果からコントラストを算出すると、高さＨが小さいほど表示のコントラストが高くなり、高さＨが０．３μｍのときに表示のコントラストが１０００：１となることがわかる。従って、表示のコントラストを確保するためには、凸部２４の高さＨは０．７μｍ以下であることが好ましい。なお、凸部２４の高さＨが０．７～１μｍ程度であれば、フォトリソグラフィ（露光）によって試作可能であるが、０．５μｍ程度以下であれば、転写を利用して試作することが好ましい。

　また、上記配向原理に基づいて液晶配向をより確実に制御するためには、配列ピッチＰに対する高さＨの比Ｈ／Ｐを所定の範囲内に制御することが好ましい。ここで、配列ピッチが露光装置の解像度によって略決まってしまうため、所定のＨ／Ｐを得るために、高さＨを適宜選択する必要がある。

　凸部２４の高さＨが配列ピッチＰに対して大きくなりすぎると、近接する複数の凸部間の凹部内に液晶配向が閉じ込められる可能性が高くなり、所望のプレチルト方向が得られなくなる。このため、Ｈ／Ｐが０．２以下となるように高さＨを設定することが好ましい。一方、凸部２４の高さＨが配列ピッチＰに対して小さくなりすぎると、凸部の側壁２８ｐの近傍に液晶配向を閉じ込めることができなくなるおそれがある。このため、Ｈ／Ｐが０．１５以上となるように高さＨを設定することが好ましい。Ｘ方向およびＹ方向における配列ピッチＰ_X、Ｐ_Yが何れも３～４μｍであれば、高さＨは０．４５μｍ以上０．８μｍ以下、例えば０．５μｍに設定されることが好ましい。

　なお、Ｘ方向における配列ピッチＰ_XとＹ方向における配列ピッチＰ_Yは異なっていてもよい。その場合、少なくともＸ方向における配列ピッチＰ_Xと高さＨとの比（Ｈ／Ｐ_X）が０．１５以上０．２以下であればよい。ただし、何れの配列ピッチＰ_X、Ｐ_Yも上記範囲内であることが好ましく、これにより、表示のコントラストの低下を抑えつつ、所定のプレチルトを実現できる。

　本実施形態では、配向制御体の作製方法および作製に使用する装置に応じて、表１に示すパラメータが全て好適な範囲内に含まれるように、凸部の上面形状、高さＨ、サイズ、配列状態などを適宜調整する。特に、作製する際の解像度に対して、上記パラメータの最適な組み合わせを求めておくことが好ましい。

　解像度が０．５～１．０μｍの露光装置（ステッパー）を使用する場合、最適な組み合わせは、例えば（Ｉ）凸部の高さＨ：０．５μｍ、ＸおよびＹ方向における配列ピッチＰ_X、Ｐ_Y：３μｍ、凸部の面積率：１３％である。これらに加えて、凸部の側壁の傾斜角γを７０°以上、Ｗ_Y／Ｌを１．６以上２．５以下に調整すればよい。より高い解像度（例えば０．３μｍ程度）で作製する場合には、最適な組み合わせは、例えば（ＩＩ）凸部の高さＨ：０．３μｍ、ＸおよびＹ方向における配列ピッチＰ_X、Ｐ_Y：１．５μｍ、凸部の面積率：２５％である。これらに加えて、凸部の側壁の傾斜角γを７０°以上、Ｗ_Y／Ｌを１．６以上２．５以下に調整すればよい。なお、実際に作製された構造がこれらのパラメータを満足するためには、作製プロセスに起因する形状鈍りを考慮して、マスク設計を行う必要がある。

＜パラメータの好適な組み合わせの検討例＞
　表１に示すパラメータは互いに関連している。従って、本実施形態における配向制御構造を最適化するためには、これらのパラメータをそれぞれ所定の範囲に調整するだけでなく、パラメータのより好ましい組み合わせを見出すことが重要となる。

　一例として、配列ピッチＰと凸部の上面における比Ｗ_Y／Ｌとの関係を調べ、これらのパラメータの好ましい組み合わせを検討したので説明する。

　図１９は、凸部２４の上面における比Ｗ_Y／Ｌを一定とし、配列ピッチを変化させたときのプレチルトの変化と、配列ピッチを一定とし、比Ｗ_Y／Ｌを変化させたときのプレチルトの変化とを調べた結果を示す表である。凸部２４の高さＨを１５０ｎｍとした。また、ここでは、ＥＢ描画機を用いて、表に示す比Ｗ_Y／Ｌおよび配列ピッチを有するサンプルを作製し、各サンプルのプレチルトの変化を調べた。

　この結果から、凸部２４の上面における比Ｗ_Y／Ｌが一定であれば、配列ピッチが小さいほど、界面液晶分子のプレチルト角を大きくでき、かつ、均一な配向が得られることがわかる（Ｎｏ．１～４）。また、配列ピッチが大きすぎると、所定の方向に液晶分子を配向させることが難しくなることがわかる。なお、ここでは、配列ピッチが４μｍで所定方向に配向させることができなかったが、配列ピッチの上限値は、凸部２４の形状、高さＨなどによって変わる。

　一方、配列ピッチが一定であれば、凸部２４の上面における比Ｗ_Y／Ｌによってプレチルトが変化する（Ｎｏ．４～７）。Ｗ_Y／Ｌが１．０のときには（Ｎｏ．６）、液晶分子の方位角方向を制御することができない。また、Ｗ_Y／Ｌが１よりも小さいとき（Ｎｏ．７）およびＷ_Y／Ｌが３．３と大きいとき（Ｎｏ．５）には、液晶分子は、互いに逆向きの２つの方向の何れか一方に沿って配向してしまう。このため、液晶分子を所定の一方向に配向させることができない。

　この結果から、配列ピッチ：１．０μｍ、Ｗ_Y／Ｌ：１．７（Ｎｏ．４）の組み合わせが好適な組み合わせの１つであることがわかる。

（２）配向制御体の作製方法
　次いで、本実施形態における配向制御体の作製方法の一例を説明する。

（Ａ）フォトリソグラフィ（露光）による作製方法
　図２０（ａ）～（ｄ）は、本実施形態における配向制御体の作製方法を説明するための模式的な工程断面図である。ここでは、カラーフィルター（ＣＦ）基板上に、フォトリソグラフィにより複数の凸部を含む配向制御構造を形成するプロセスを例に説明する。

　まず、図２０（ａ）に示すＣＦ基板を用意する。ＣＦ基板は、公知の方法により、ガラス基板（厚さ：０．７ｍｍ）１０１上にブラックマトリクス１０３、カラーフィルター１０５および透明導電膜（例えばＩＴＯ膜）１０７を形成することによって得られる。

　次いで、図２０（ｂ）に示すように、ＩＴＯ膜１０７上に感光性を有する樹脂材料をスピンコート（１０００ｒｐｍ、１０ｓｅｃ）により塗布し、焼成することによって樹脂層（フォトレジスト層）１０９’を得る。本実施形態では、樹脂材料として、アクリル樹脂系のポジレジスト材料（ＪＳＲ製ＨＲＣシリーズ）を用いる。焼成は、例えばホットプレートベーク（１００℃、９０秒）により行う。

　次いで、露光マスク（図示せず）を用い、大型ステッパー（解像度：例えば０．８μｍ）で樹脂層１０９’の露光を行う。露光マスクとして、凸部上面に対応する形状を有する複数の遮光部が配列されたマスクを用いる。この後、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）現像液（ＴＭＡＨ濃度：１．０ｗｔ％）を用いて現像する。現像時間を１００秒とする。これにより、露光マスクの遮光部によって遮光され、露光されなかった部分が除去される。次いで、クリーンオーブンで焼成し（２００℃、６０ｍｉｎ）、図２０（ｃ）に示すように、複数の柱状体からなる樹脂層１０９を得る。樹脂層１０９の厚さ、すなわち各柱状体の高さは例えば５００ｎｍである。続いて、図示しないが、公知の方法によりフォトスペーサを形成する。

　この後、図２０（ｄ）に示すように、樹脂層１０９上に垂直配向膜（厚さ：５０ｎｍ）２１０を塗布する。ここでは、可溶性ポリイミド膜（ＪＡＬＳシリーズ）をスピンコート（２０００ｒｐｍ、２０ｓｅｃ）で塗布し、続いて、クリーンオーブンで焼成する（１８０℃、６０ｍｉｎ）ことにより、垂直配向膜２１０を形成する。このようにして、配向制御体を得る。

　なお、上記ではＣＦ基板上に配向制御構造を形成したが、ＴＦＴ基板上に形成してもよい。その場合、公知の方法により、ＴＦＴ基板上に画素電極を形成した後、図２０（ｂ）および（ｃ）を参照しながら前述した方法と同様の方法で樹脂層１０９を形成する。この後、図２０（ｄ）を参照しながら前述した方法と同様の方法で垂直配向膜２１０を形成すればよい。

　図示していないが、前面基板にカラーフィルター（ＣＦ）が形成されず、背面基板として、ＣＦが形成されたＴＦＴ基板を用いる場合もある。その場合でも、カラーフィルターが形成されたＴＦＴ基板、または、ＴＦＴ基板に対向して配置される対向基板に、複数の凸部からなる配向制御構造を設けることができる。

　対向基板上に配向制御構造を設ける場合、ガラス基板上に公知の方法で対向電極となるＩＴＯ膜を塗布する。次いで、図２０（ｂ）～（ｄ）を参照しながら前述した方法と同様の方法で、ＩＴＯ膜上に樹脂層１０９を形成し、次いで、フォトスペーサおよび垂直配向膜２１０を形成する。カラーフィルターが形成されたＴＦＴ基板に配向制御構造を設ける場合、公知の方法で、ＴＦＴ、ＣＦおよび画素電極が形成された基板上に、図２０（ｂ）および（ｃ）を参照しながら前述した方法と同様の方法で樹脂層１０９を形成する。この後、図２０（ｄ）を参照しながら前述した方法と同様の方法で垂直配向膜２１０を形成すればよい。

　フォトリソグラフィによる作製方法は、ＴＦＴ基板またはＣＦが形成されたＴＦＴ基板上に配向制御構造を設ける場合に、好適に適用される。従来のプロセスに対して１層（樹脂層１０９）の形成プロセスを追加するのみであり、製造コストや製造工程を大幅に増大させることなく、配向制御体を作製できるからである。なお、ＣＦが形成された基板上にフォトリソグラフィにより樹脂層１０９を形成すると、ＣＦがダメージを受けるおそれがある。

（Ｂ）転写による作製方法
　上記方法では、フォトリソグラフィによって樹脂層１０９’のパターニングを行ったが、代わりに、転写によってパターニングを行うこともできる。以下、転写による配向制御体の作製方法を説明する。

　まず、表面に凹凸形状を有する原盤を作製する。原盤は、基板上にフォトレジスト層を形成した後、２光束干渉露光装置、電子線描画装置またはステッパーのようなマスク露光装置を用いて、フォトレジスト層をパターニングすることによって作製できる。マスク露光装置を用いる場合、表１に示すパラメータが好適な範囲になるように、露光マスクを設計する必要がある。なお、Ａｌなどの材料からなる基板を機械的に削ったり、Ｓｉ基板などの単結晶基板をエッチングすることによって作製してもよい。原盤は、光学的に透明である必要はなく、微細加工が可能な材料を用いて形成されていればよい。微細加工が可能な材料として、例えば高解像度のレジストを用いてもよい。

　次に、図２１（ａ）に示すＣＦ基板を用意する。ＣＦ基板は、公知の方法により、ガラス基板（厚さ：０．７ｍｍ）１０１上にブラックマトリクス１０３、カラーフィルター１０５および透明導電膜（例えばＩＴＯ膜）１０７を形成することによって得られる。

　続いて、図２１（ｂ）に示すように、ＩＴＯ膜１０７上に樹脂材料をスピンコート（１０００ｒｐｍ、１０ｓｅｃ）により塗布し、樹脂層２０１を得る。本実施形態では、樹脂材料として、紫外線硬化樹脂（ここでは東洋合成製ＰＡＫ－０１希釈品）を用いる。また、樹脂層２０１の厚さを１０００ｎｍとする。

　次いで、図２１（ｃ）に示すように、ＵＶプレス装置を用いて、原盤２１２の表面形状を樹脂層２０１に転写し、転写樹脂層２０２を得る。ここでは、転写圧力を４ＭＰａ、転写時間を３００ｓｅｃとし、樹脂材料を硬化させるためのＵＶ照射量を１Ｊ／ｃｍ²とする。転写樹脂層２０２における凹部の厚さ（残膜の厚さ）は例えば２５０ｎｍである。

　この後、図２１（ｄ）に示すように、ドライエッチングにより転写樹脂層２０２の残膜２０２Ｒを除去する。これにより、複数の柱状体を有する樹脂層２０３を得る。

　次いで、図２１（ｅ）に示すように、樹脂層２０３の上に垂直配向膜２１０を形成する。垂直配向膜２１０の形成方法は、図２０（ｄ）を参照しながら前述した方法と同様である。このようにして、配向制御体を得る。

　転写によって樹脂層２０３を形成すると、樹脂層２０３の材料として高い感光性を有する材料を用いる必要がないので、樹脂層２０３の材料の選択の自由度を大きくできる。その結果、高性能で信頼性に優れた表示装置が得られる。

　なお、ＴＦＴ基板などの凹凸を有する基板上に配向制御構造を設ける場合には、転写による作製方法を適用することは困難である。従って、転写による作製方法は、ＣＦ基板上に樹脂層２０３を形成する場合の他、ＣＦが形成されたＴＦＴ基板を用いる際の対向基板上に樹脂層２０３を形成する場合に好適に適用される。対向基板上に樹脂層２０３を形成する方法は、図２１（ａ）～（ｃ）を参照しながら前述した方法と同様である。

　本実施形態における転写条件は上記条件に限定されない。ただし、残膜（凹部）の厚さが２５０ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下の範囲内になるように、転写条件、特に転写圧力および加圧時間を調整することが好ましい。

　図２２は、本実施形態における樹脂層（東洋合成製ＰＡＫ－０１希釈品、厚さ：１０００ｎｍ）２０１に対して転写を行う場合の転写圧力と残膜の厚さとの関係を示すグラフである。このグラフから、転写圧力および加圧時間を制御することにより、残膜の厚さを調整できることがわかる。転写圧力および残膜の厚さは、このグラフに点線２２０で示す範囲内に調整されることが好ましい。

　例えば転写圧力を４ＭＰａ、加圧時間を３００ｓｅｃとして樹脂層２０１に対して転写を行い、転写樹脂層２０２を形成すると、転写樹脂層２０２の残膜２０２Ｒの厚さを約２００ｎｍにできる。図２３（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、転写樹脂層２０２を例示する斜視図、上面図および拡大断面図である。図２３（ｃ）に示す残膜の厚さは１８７ｎｍである。

　なお、図２１に示すプロセスのように、転写樹脂層２０２から樹脂層２０３を形成する場合、樹脂層２０３における残膜が薄いほど、電圧ドロップによる影響を低減できる。残膜が無くても配向性能に影響が無いので、樹脂層２０３における残膜の厚さは０であることが好ましい。従って、転写樹脂層２０２の残膜２０２Ｒの厚さを考慮して、転写樹脂層２０２における突起を高く形成しておき、残膜２０２Ｒがなくなるまで転写樹脂層２０２をエッチングすることが好ましい。これにより、残膜を有しない樹脂層２０３を形成できる。

　転写による方法は、上記方法に限定されない。例えば、ローラー状の原盤を作製し、ローラー状の原盤の側面形状を樹脂層２０１に転写させることもできる。

　あるいは、以下に説明するように、転写によってマスク層を形成し、これを利用して、樹脂層のパターニングを行うことも可能である。図２４（ａ）～（ｅ）は、配向制御体の転写による他の作製方法を例示する模式的な断面工程図である。

　まず、公知の方法で、図２４（ａ）に示すようなＣＦ基板を作製する。

　次いで、図２４（ｂ）に示すように、ＣＦ基板上に透明な樹脂膜（厚さ：１μｍ）を塗布し、樹脂膜に対して露光・現像を行い、コンタクト部を形成する部分（端子部分）に開口部を形成する。次いで、硬化させて樹脂層２０５を形成する。なお、樹脂膜の代わりにＳｉＯ₂、ＳｉＮなどの無機膜を用いてもよい。

　次いで、図２４（ｃ）に示すように、樹脂層２０５上に転写用の樹脂を塗布し、転写用の樹脂に対して、原盤２１２の表面形状を転写する。転写方法は図２１（ｂ）を参照しながら前述した方法と同様である。これにより、樹脂層２０５上にマスク層となる転写樹脂層（厚さ：１μｍ）２０６を得る。

　この後、図２４（ｄ）に示すように、ＩＴＯ膜１０７をエッチストップ層として、転写樹脂層２０６と樹脂層２０５の一部とをドライエッチングにより除去する。これにより、複数の凸部からなり、厚さが１μｍの樹脂層２０７を得る。各凸部は、樹脂層２０５のうち除去されずに残った部分から形成される。

　次いで、図２４（ｅ）に示すように、樹脂層２０７の上に垂直配向膜２１０を形成する。垂直配向膜２１０の形成方法は、図２０（ｄ）を参照しながら前述した方法と同様である。このようにして、配向制御体を得る。

　なお、本実施形態における配向制御体の作製方法は、（Ａ）露光および（Ｂ）転写による作製方法に限定されず、例えば電子線描画装置を用いて作製してもよい。

（Ｃ）露光マスクの設計
　続いて、本実施形態の配向制御体を作製する際に用いるマスクの設計方法を説明する。ここで説明するマスクの設計方法は、（Ａ）フォトリソグラフィによって配向制御体を作製する際の露光マスクのみでなく、（Ｂ）転写によって配向制御体を作製する際の原盤の形成に使用する露光マスクの設計に適用できる。

　本実施形態では、使用する露光装置の解像度ｒを一辺とする正方形を１単位としてマスクの設計を行う。本明細書では、設計用の正方形の単位を「セル」と称する。これにより、その解像度で描画可能な最小の単位パターンを検討することができる。ここでいう単位パターンは、配向制御体における各凸部の上面形状に対応する。

　本実施形態における配向制御を実現するためには、各単位パターンは、Ｙ方向（配向容易軸方向）に平行な線対称軸を有し、かつ、Ｘ方向に平行な軸対称軸を有しておらず、基板法線方向に回転対称軸を有しないことが要求される。

　そこで、セル１６個（４×４）を一単位胞とし、一単位胞内におけるセル９個（３×３）を用いて、上記要求を全て満足する単位パターンを検討した。なお、単位胞を単位パターンよりも大きく設定した理由は、隣接する単位パターン同士が接触することを防ぐためである。この結果、図２５（ａ）～（ｈ）にそれぞれ示す８種類の単位パターン１３０～１３７が得られた。

　図２５（ａ）～（ｈ）では、各単位パターン１３０～１３７は、単一の単位胞３０に形成されている。各単位胞３０は、露光装置の解像度ｒを一辺とするセル１６個で構成されている。ここでは、解像度ｒを０．８μｍとする。単位胞３０内において、斜線でハッチングされたセルは、例えば露光マスクの「残し」であり、ハッチングされていないセルは露光マスクの「抜き」となる。従って、「残し」のセルで構成される単位パターン１３０～１３７が、その露光マスクの遮光部の形状となる。また、単位胞３０の各辺の長さ（０．８μｍ×４＝３．２μｍ）は、単位パターンの配列ピッチＰとなる。なお、原盤の形成に使用する露光マスクを設計する場合には、「抜き」と「残し」とが逆になる。

　なお、図２５（ａ）～（ｈ）では、単一の単位胞３０しか示していないが、隣接する単位胞においても同一の単位パターンを同じ向きに設計する。すなわち、１つの単位パターンを平行移動させると他の単位パターンと一致する（並進対称性）ことが必要である。並進対称性を有していないと、凸部ごとに異なる方向に液晶分子を配向させることになり、画素内で液晶配向のばらつきが生じるおそれがある。また、各凸部によるプレチルト方向が平均化され、液晶層の厚さ方向の中央付近に位置する液晶分子に所定の大きさのプレチルトを与えることができなくなる場合もあるからである。なお、１つの画素が、複数の凸部が同じ向きに配列された領域を有していればよく、１つの画素内における複数の凸部が全て同じ向きに配列されていなくてもよい。

　単位パターン１３０～１３７のうち単位パターン１３０、１３２、１３４、１３５、１３６は単一のセルからなる小さな「抜き」または「残し」を含んでおり、露光し難い。また、単位パターン１３０、１３１では、Ｙ方向に沿った幅が直線部分の長さよりも小さくなるため、所望の比Ｗ_Y／Ｌが得られない。このため、図２５（ｄ）、（ｈ）に示す単位パターン１３３、１３７が好ましいことがわかる。

　ここでは、各単位胞３０を構成するセルの数を１６個としたが、セルの数はこれに限定されず、適宜選択できる。さらに、各単位胞３０は長方形であってもよい。何れの場合でも、単位パターンに要求される条件を考慮し、最適な形状を選択することができる。

　図２５（ｄ）、（ｈ）に示す単位パターン１３３、１３７では、Ｙ方向に沿った幅Ｗ_Yと直線部分の長さＬとの比Ｗ_Y／Ｌが１となる。そこで、本発明者は、１つの単位胞３０に含まれるセルの数を増加させて、より好ましい単位パターンを検討した。

　図２６および図２７は、それぞれ、より好ましい単位パターンを例示する図である。

　図２６に示す例では、１つの単位胞３０は３６個のセル（６×６）から構成される。単位パターン１４０は、図２５（ｄ）に示すＴ字形状のＹ方向の長さを、Ｘ方向における長さよりもセル２個分大きくした形状を有している。単位パターンにおける比Ｗ_Y／Ｌは約１．７である。また、解像度ｒを０．８μｍとすると、単位パターン１４０の配列ピッチは４．８μｍである。単位パターン（遮光部）１４０の面積率は約１９％である。

　図２７に示す例では、１つの単位胞３０は２５個のセル（５×５）から構成される。単位パターン１４１は、図２５（ｄ）に示すＴ字形状のＹ方向の長さを、Ｘ方向における長さよりもセル１個分大きくした形状を有している。単位パターンにおける比Ｗ_Y／Ｌは約１．３である。解像度ｒを０．８μｍとすると、単位パターン１４１の配列ピッチは４．０μｍである。また、単位パターン（遮光部）１４１の面積率は２４％である。

　図２６および図２７に示す例からわかるように、単位パターンにおける比Ｗ_Y／Ｌを適宜調整できる。また、単位パターンを含む単位胞のサイズを異ならせることにより、面積率を調整することも可能である。なお、上述したように、実際に形成される凸部の比Ｗ_Y／Ｌは、マスクの単位パターンにおける比Ｗ_Y／Ｌよりも大きくなり、凸部の面積率は、マスクの遮光部の面積率よりも小さくなる。

　しかしながら、上記方法によって設計したマスクを用いても、形状鈍りによって所定の要求を満足する形状が得られない場合がある。例えば図２８（ａ）に示すようなＴ字形状を単位パターンとするマスクを使用しても、露光装置の性能によって形状鈍りが生じ得る。その結果、図２８（ｂ）に示すように、凸部２４の上面の輪郭の形状が丸みを帯びてしまい、直線部分が形成されない場合がある。これは、マスクの遮光部の周縁から光が回り込んでしまうためと考えられる。

　このような場合、形状鈍りが生じても直線部分を有する凸部が得られるように、マスクにおける単位パターンを変えてもよい。具体的には、図２９（ａ）に示すように、Ｔ字パターンを基本とし、このうち直線部分となる部分の両端を覆うように、さらなるパターン３５を設ける。このような単位パターンを有するマスクを用いると、図２９（ｂ）に示すように、直線部分２８を有する凸部２４を形成できる。マスクにおけるパターン３５の大きさは、直線部分２８長さＬが所望の長さとなるように適宜選択される。なお、パターン３５も、Ｘ方向およびＹ方向に延びる直線のみから構成された四角形状を有することが好ましい。

　従来のマスク設計方法では、一般に、露光・現像によって三角柱状の凸部が配列された構造体を作製しようとすると、三角形状の複数の遮光部を有するマスクを設計する。このとき、凸部の配列ピッチを３μｍとすると、０．３μｍの解像度でパターニングを行う必要があった。このため、表示装置の製造プロセスで通常使用されている露光装置を用いて作製することは困難であった。

　これに対し、本実施形態におけるマスク設計方法では、セルから構成される単位パターンを有するマスクを設計する。このため、各単位パターンは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って延びる直線のみから構成され、Ｘ、Ｙ方向に対して傾斜した線分を有さない。従って、解像度が１μｍであっても凸部の配列ピッチを４μｍ、解像度が０．８μｍであっても配列ピッチを３．２μｍまで小さくすることが可能となる。よって、従来はＥＢ描画機でしか得られないような微細パターンを、ステッパーで作製することが可能となる。

　また、本実施形態では、形状鈍りを考慮し、露光・現像後に得られる凸部形状が所定の条件を満足するように、単位パターンを決定する。特に、Ｔ字形の単位パターンであれば、露光・現像プロセスによりＴ字形の端部が丸くなり、三角形に近い上面を有する凸部を形成できる。凸部の上面形状が略三角形、特に直線部分を底辺とする略二等辺三角形であれば、凸部における対向する２つの側壁（図８に示す側壁２９ｐ、２９ｑ）がそれぞれ略平面となり、側壁近傍の液晶分子を効率的に所定の方向に配向させることができる。従って、より良好な配向制御を実現できる。

（３）液晶配向のシミュレーション結果
　ここで、凸部の形状や材料などを異ならせた場合に、図８を参照しながら前述したような配向制御を実現できるかを、シミュレーションにより検討したので、その結果を説明する。

　図３０（ａ）～（ｃ）は、樹脂層上に導電膜（ＩＴＯ膜）および垂直配向膜を形成した場合の凸部による液晶配向を示すシミュレーション結果である。図３０（ａ）は、基板に平行であり、かつ、凸部の上面を含む断面における液晶分子の配向を示す。図３０（ｂ）は、基板に平行であり、かつ、液晶層の厚さ方向の中央に位置する断面における液晶分子の配向を示す。また、図３０（ｃ）は、基板に垂直な断面における液晶分子の配向を示す。これらの図から、ＩＴＯ膜を樹脂層上に形成しても、所定のプレチルトを生じさせることが確認できる。また、電位分布と凸部によるプレチルト方向とが一致するので、より安定な液晶配向を得ることができる。

　図３１（ａ）～（ｃ）は、液晶層の厚さに対する凸部の高さＨを変化させて、凸部の高さＨと液晶配向との関係を調べたシミュレーション結果である。図３１（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、基板に垂直な断面における液晶分子の配向を示す図である。この結果から、凸部の高さＨが小さいほど、安定性の高い液晶配向が得られることがわかる。一方、凸部の高さＨが小さいと、プレチルトが小さくなり、凸部の高さＨが大きくなるほど、プレチルトが大きくなる。したがって、高さＨはプレチルトの大きさと安定性とを考慮して適宜設定される。

　図３２および図３３は、凸部の形状を変えた場合の液晶配向を示すシミュレーション結果である。図３２（ａ）および図３３（ａ）は、それぞれ、基板に平行であり、かつ、凸部の上面を含む断面における液晶分子の配向を示す。図３２（ｂ）および図３３（ｂ）は、それぞれ、基板に平行であり、かつ、液晶層の厚さ方向の中央に位置する断面における液晶分子の配向を示す。図３２および図３３のように、凸部上面の形状がＹ字型に近い形状を有していると、形状の周りの配向が複雑に変化するので、プレチルトの分布が十分に平均化されず、中央液晶分子の配向が均一になり難いことがわかる。従って、本実施形態のように、凸部上面が略三角形であれば、より良好な配向が得られることがわかる。

　図３４（ａ）および（ｂ）は、略三角形の底面を有する凹部によって配向制御を行った場合のシミュレーション結果である。図３４（ａ）は、基板に平行であり、かつ、凸部の上面を含む断面における液晶分子の配向を示す。図３４（ｂ）は、基板に垂直な断面における液晶分子の配向を示す。このような構造では、近接する凹部の間に位置する各領域は、基板法線から見て略三角形状であり、この領域が、本実施形態における凸部２４に相当する。すなわち、図３４（ａ）に示すように、各凹部のＸ方向に沿った側壁のうち長い方（左側の側壁）の近傍に液晶配向が閉じ込められ、Ｙ方向に沿って延びる２つの側壁によって、液晶分子を矢印の方向に傾斜させる。なお、このような配向を得るためには、凹部の面積率は７０％以上であることが必要である。この構成によると、中央液晶分子に均一なプレチルトを生じさせることができる。しかしながら、特にＩＴＯ膜を樹脂層上に設ける場合には、電圧ドロップが大きくなる。また、凸部を用いて配向制御を行う方が液晶配向の方位安定性を高めることができる。

　本実施形態の表示装置は、上述したような配向制御体を備えるので、液晶層の中央液晶分子の配向を略均一に制御でき、高コントラストな表示が得られる。また、リブやスリットなどの従来の配向制御手段を備えた表示装置と比べて、リタデーションや開口率を向上できる。さらに、配向制御体における単位構造の形状や配列を制御することにより、液晶配向（液晶分子の基板法線からの傾斜方向や傾斜角度）を任意に設定できる。本実施形態における配向制御体は、表示装置で通常使用される露光装置を用いて作製できるので、量産化に適したプロセスで上記表示装置を製造することが可能となる。

　本実施形態の表示装置は、好ましくはＭＶＡモードの液晶表示装置である。本発明をＭＶＡモードの液晶表示装置に適用する場合、１つの画素内における各凸部の向きを、位置に応じて予め決められた方向に制御することにより自由かつ簡易に配向分割を実現できる。従って、従来のように複雑な配向制御手段（リブ、スリットなど）を形成することがないので、製造プロセスを簡略化できる。さらに、本実施形態の表示装置は、リブやスリットを利用した表示装置と比べて、優れた応答特性を実現できるという利点もある。この利点について以下に説明する。

　リブやスリットなどの従来のＭＶＡ型ＬＣＤで用いられる配向制御手段は、画素内の液晶層に対して局所的（一次元的）に配置される。そのため、２次元的な広がりを有する画素内において、配向制御手段近傍にある液晶分子は比較的速く応答するのに対し、配向制御手段の影響を受けにくい位置にある液晶分子の応答が遅くなる。この応答特性の分布が表示特性を低下させることがある。

　リブ法では、リブの近傍に存在する液晶分子は、リブ形状の影響を受けて所定のプレチルト（プレチルト方向およびプレチルト角）を有する。一方、隣接するリブの中間に位置する液晶分子はリブ形状の影響を受けにくいので、そのプレチルト角は、リブの近傍に存在する液晶分子よりも小さくなる。このような液晶層に電圧を印加すると、プレチルト角の大きい液晶分子から順にプレチルト方向に倒れていくため、液晶層の応答速度が小さくなる。

　同様に、斜め電界法においても、スリットの近傍に存在する液晶分子と隣接するスリットの中間に位置する液晶分子とでは、スリット近傍に存在する液晶分子の方が斜め電界の影響を大きく受ける。従って、電圧を印加すると、スリット近傍に存在する液晶分子から順に応答していく。そのため、液晶層の応答時間は長くなってしまう。

　これに対し、本実施形態の表示装置では、画素部のほぼ全域に（２次元的に）均一に液晶層の配向制御手段を形成できるので、液晶分子は液晶層における位置にかかわらず高速で応答できる。従って、液晶層の応答速度を従来よりも大幅に向上できる。

　なお、双安定性液晶モードで動作するＺＢＤ（Ｚｅｎｉｔｈａｌ　Ｂｉｓｔａｂｌｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）でも、凹凸形状を利用して液晶配向を制御している。ＺＢＤにおける配向制御は、例えば特表２００２－５００３８３号公報、特表２００３－５１５７８８号公報などに記載されている。ＺＢＤでは、凹凸形状の配向膜によって決定される液晶配向状態（プレチルト）は２以上あり、これらの配向状態は異なる極性の電圧を印加することによりスイッチングされ得る。各配向状態は電圧無印加時でもそのまま保持される。これに対し、本発明では、配向制御体の凹凸形状によって決定される配向状態（プレチルト角、プレチルト方向）は、異なる極性の電圧（例えば－５Ｖ～＋５Ｖの範囲内）を印加しても変化しない。すなわち、双安定性を示さない。なお、双安定性液晶モードの液晶表示装置では、一般的に、電圧印加に対して透過率のヒステリシスが発生するという問題があるが、本発明の液晶表示装置では、そのような透過率のヒステリシスが発生しないので、優れた中間調表示が得られる。

（第２実施形態）
　以下、図面を参照しながら、本発明による表示装置の第２実施形態を説明する。本実施形態の液晶表示装置は、複数のサブ領域に分割された配向制御体を有するＭＶＡモードの表示装置である。

　本実施形態の表示装置は、図４を参照しながら説明した構成と同様に、ＣＦ基板上に複数の凸部が形成された前面基板と、背面基板と、それらの基板の間に設けられた液晶層とを有している。前面基板は配向制御体として機能する。

　また、本実施形態の表示装置は、複数の画素を有している。各画素はプレチルト方向の異なる４つのサブ画素を有している。配向制御体（前面基板）は、表示装置における画素に対応する複数の単位領域を有している。各単位領域は、複数のサブ領域に分割される。これらのサブ領域は、サブ画素にそれぞれ方向の異なるプレチルトを発生させる。

　図３５（ａ）は、本実施形態における配向制御体の単一の単位領域を示す模式的な上面図である。各単位領域は、４つのサブ領域Ｉ～ＩＶに分割されている。サブ領域Ｉでは、各凸部２４は、矢印３６に示す方向がプレチルト方向となるように配列されている。同様に、サブ領域ＩＩ～ＩＶでは、それぞれ、矢印３７～３９に示す方向がプレチルト方向となるように各凸部２４が配列されている。本実施形態では、サブ領域Ｉ、ＩＶのプレチルト方向３６、３９は互いに逆向きであり、サブ領域ＩＩ、ＩＩＩのプレチルト方向３７、３８も互いに逆向きである。プレチルト方向３６、３９と、プレチルト方向３７、３８とは直交している。言い換えると、サブ領域Ｉ、ＩＶの凸部２４の直線部分に沿った方向（Ｘ方向）と、サブ領域ＩＩ、ＩＩＩの凸部２４の直線部分に沿った方向（Ｘ方向）とが直交している。また、図示しないが、プレチルト方向３６～３９は、何れも、本実施形態の液晶表示装置の偏光板の吸収軸と４５°の角度をなすように設定されている。

　本実施形態によると、サブ領域ごとに凸部２４の向きを変えることにより、１画素をプレチルト方向の異なる複数のサブ画素に分割することが可能になる。従って、図１および図２を参照しながら前述したようなＭＶＡ配向を実現できる。

　本実施形態における配向制御体の分割パターンは、図３５（ａ）に示す分割パターンに限定されない。各画素（すなわち各単位領域）が、凸部２４のＸ方向が互いに異なる少なくとも２つの領域を有するように分割されていればよい。好ましくは、下記の２つの条件を満足するように分割される。

　第１に、ＶＡＮモードでは、電圧印加時に液晶分子が倒れ、その複屈折により明状態が実現される。液晶セルを挟む一対の偏光板は吸収軸が９０°をなすように配置されているので、複屈折を効率よく利用するためには、液晶分子の倒れる方向（プレチルト方向）とそれぞれの偏光板の吸収軸とは、基板法線方向から見て４５°の角度をなすことが好ましい。従って、画素を４分割する場合には、４つのサブ領域における凸部２４の直線部分に垂直な方向（プレチルト方向）が、それぞれ、偏光板の吸収軸と４５°の角度をなすように、凸部２４を配列させることが好ましい。

　第２に、１つの単位領域におけるサブ領域の数（分割数）は２または４であり、それらのサブ領域の面積は、互いに等しいことが好ましい。なお、サブ領域の面積は画素単位で互いに等しければ良く、異なる画素におけるサブ領域の面積は互いに異なっていてもよい。

　上記第１および第２の条件を満足するような単位領域の分割パターンの他の例を図３５（ｂ）および（ｃ）に示す。なお、上記分割パターンは、表示装置において、液晶層を挟んで対向する１対の基板のうちいずれか一方または両方に適用される。

　本実施形態における配向制御体は、フォトリソグラフィ（露光）によって作製されてもよいし、原盤を用いた転写によって作製されてもよい。原盤を用いる場合、上記分割パターンに対応するパターンを有する原盤を形成してもよいし、１つのサブ領域と対応する原盤を作製し、この原盤の表面形状を、向きを変えて異なる領域に４回転写することにより、サブ領域ごとに凸部の向きの異なる配向制御体を形成することもできる。

　なお、特に一辺が１ｍ以上の大型基板を用いて液晶パネルを作製する場合、液晶配向を制御する凹凸を形成するために、原盤を作製して基板表面に転写するレプリカ法が好適に用いられる。しかし、原盤と基板との位置合わせは非常に難しく、位置合わせの必要がない分割パターンが望まれる。

　以下、原盤の表面形状を基板表面に転写する際に、原盤と基板とを高精度に位置合わせする必要のない分割パターンについて説明する。

　ＭＶＡモードにおける単位領域の分割パターンは、上下左右いずれの方向に視覚を倒しても輝度の変化が同じになるように、１つの画素を正確に同じ面積のサブ領域に分割する必要がある。しかし、サブ領域の面積さえ同じであれば、各サブ領域の位置や並ぶ順番は表示に影響しない。そこで、一つの単位領域に複数のサブ領域が含まれるように、サブ領域や単位領域のサイズを設定し、原盤に連続するサブ領域の組（サブ領域グループ）を形成する。このとき、各サブ領域の合計面積を略等しくすることが好ましい。これにより、高精度に位置合せを行うことなく、原盤の形状を基板に転写しても、基板におけるそれぞれの単位領域（画素）に含まれる各サブ領域の合計面積を略等しくすることが可能になる。

　本実施形態の表示装置の液晶配向を調べると、液晶層に電圧を印加しない状態では、中央液晶分子は基板法線方向から傾斜（プレチルト）して垂直配向することが確認できる。また、液晶層に電圧を印加すると、液晶配向は、液晶分子の倒れる方向がそれぞれ異なる４つの領域に分割されることが確認できる。

　上述してきたように、本発明によると、液晶層と接する表面に形成された凹凸により、垂直配向型液晶層における厚さ方向の中間に位置する液晶分子に略均一なプレチルトを発生させることができるので、液晶配向を高精度で制御できる。従って、明るくコントラストの高い液晶表示装置を提供できる。また、液晶層と接する表面に２次元的に配列された単位構造の形状、サイズ、配列などを最適化することにより、プレチルト角やプレチルト方向を自由に設定できる。

　さらに、液晶層の配向を面で制御できることから、リブ法や斜め電界法を利用した従来の表示装置よりも高い応答特性を実現できる。

　また、基板表面における位置に応じて凸部の向きを異ならせることにより、１つの画素をプレチルト方向の異なる複数の領域に配向分割できる。このため、視野角特性に優れた液晶表示装置を提供できる。

　本発明における配向制御構造（凹凸）は、従来の配向制御手段よりも簡易なプロセスで形成できるので有利である。特に、表示装置の製造で一般に使用される露光装置を用いても、所定のプレチルトを生じさせ得る配向制御構造を形成できるので、量産性を高めることができる。

　本発明は、各種の垂直配向型液晶表示装置に適用できる。特に、ＭＶＡモードの液晶表示装置に好適に適用される。

　１　　　　　　前面基板（配向制御体）
　２　　　　　　背面基板
　１０　　　　　ＴＦＴ基板
　１２　　　　　ＣＦ基板
　１４　　　　　液晶層
　１６　　　　　液晶分子
　１８　　　　　電極層
　２０　　　　　樹脂層
　２２　　　　　垂直配向膜
　２４　　　　　凸部
１００　　　　　液晶表示装置

Claims

　一対の基板と、前記一対の基板の間に設けられた垂直配向型液晶層と、前記垂直配向型液晶層に電圧を印加する電極とを備えた液晶表示装置であって、
　前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板は、前記垂直配向型液晶層と接する表面に複数の凸部を有しており、各凸部は略柱状であり、
　前記一方の基板に平行な面において、ある一方向をＸ方向、前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とすると、
　　前記各凸部の上面の輪郭は、前記Ｘ方向に沿って略直線状に延びる直線部分を含んでおり、
　　前記各凸部の上面の輪郭の形状は、前記Ｙ方向に沿った軸に関して線対称性を有し、前記Ｘ方向に沿った軸に関して線対称性を有しておらず、かつ、前記一方の基板の法線方向に回転対称軸を有しておらず、
　　前記各凸部の上面の前記Ｙ方向における長さをＷ_Y、前記直線部分の長さをＬとすると、Ｗ_Y／Ｌは１．６以上２．５以下であり、
　前記一方の基板の法線方向から見て、前記垂直配向型液晶層と接する表面全体に対する前記複数の凸部が形成された領域の面積率は３０％以下であり、
　前記垂直配向型液晶層における厚さ方向の中間に位置する液晶分子は、電圧が印加されていない状態で、前記一対の基板の法線方向から前記Ｙ方向にプレチルトしている液晶表示装置。
　前記各凸部の上面は、前記直線部分を底辺とする略三角形状を有している請求項１に記載の液晶表示装置。
　前記面積率は１５％以上である請求項１または２に記載の液晶表示装置。
　前記面積率は２０％以下である請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記各凸部の側面と前記一方の基板の表面とのなす角度は７０°以上９５°以下である請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記複数の凸部のＸ方向およびＹ方向における配列ピッチＰのうち少なくとも一方と、前記各凸部の高さＨとは、０．１５≦Ｈ／Ｐ≦０．２を満足する請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記一方の基板と前記複数の凸部との間に電極層をさらに備え、
　前記複数の凸部は、前記複数の凸部に対応する柱状体を有する樹脂層と、前記樹脂層の表面に形成された垂直配向膜とを含み、
　前記垂直配向膜は前記垂直配向型液晶層と接している請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記一方の基板と前記複数の凸部との間に電極層をさらに備え、
　前記複数の凸部は、前記複数の凸部に対応する柱状体を有する樹脂層と、前記樹脂層の表面に形成された電極層と、前記電極層の表面に形成された垂直配向膜とを含み、
　前記垂直配向膜は前記垂直配向型液晶層と接している請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記一対の基板は、前記垂直配向型液晶層の観察者側に配置された前面基板と、前記垂直配向型液晶層の背面側に配置され、複数のスイッチング素子を有する背面基板とを含み、
　前記複数の凸部は、前記前面基板にのみ形成されている請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
　前記一対の基板は、前記垂直配向型液晶層の観察者側に配置された前面基板と、前記垂直配向型液晶層の背面側に配置され、複数のスイッチング素子を有する背面基板とを含み、
　前記複数の凸部は、前記背面基板にのみ形成されている請求項１から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
　マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
　各画素は、前記Ｘ方向が第１の方向である第１領域と、前記Ｘ方向が前記第１の方向とは異なる第２の方向である第２領域とを含む請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
　請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法であって、
　表面に複数の凸部が形成された基板を用意する工程（Ａ）と、
　前記基板と他の基板とを対向させ、前記基板および前記他の基板との間に垂直配向型液晶層を設ける工程（Ｂ）と
を包含する液晶表示装置の製造方法。
　前記各凸部の上面は略三角形状を有しており、
　前記工程（Ａ）は、
　前記基板上にフォトレジスト層を形成する工程（ａ１）と、
　前記複数の凸部の上面に対応するパターンを有するマスクを用いて、前記フォトレジスト層の露光を行う工程（ａ２）と
を包含し、
　前記マスクの前記パターンは、ある一方向に沿って延びる直線、および、前記ある一方向と直交する他の方向に沿って延びる直線のみから構成された単位パターンを含む請求項１２に記載の液晶表示装置の製造方法。
　前記工程（Ａ）は、
　　前記複数の凸部と対応する複数の凹部を表面に有するマスターを用意する工程（Ａ１）と、
　　前記マスターの表面形状を前記基板の表面に転写する工程（Ａ２）と
を包含する請求項１２に記載の液晶表示装置の製造方法。
　前記各凸部の上面は略三角形状を有しており、
　前記工程（Ａ１）は、
　　支持基板上にフォトレジスト層を形成する工程（ａ１）と、
　　前記複数の凹部の上面に対応するパターンを有するマスクを用いて、前記フォトレジスト層の露光を行う工程（ａ２）と
を包含し、
　前記マスクの前記パターンは、ある一方向に沿って延びる直線、および、前記ある一方向と直交する他の方向に沿って延びる直線のみから構成された単位パターンを含む請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
　前記工程（ａ２）は、解像度が０．５μｍ以上１．０μｍ以下の露光装置を用いて行い、前記単位パターンは、前記露光装置の解像度に等しい長さを一辺とする正方形、あるいは、それよりも大きい正方形または長方形を複数個組み合わせてなる請求項１３または１５に記載の液晶表示装置の製造方法。