WO2017169965A1

WO2017169965A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2017169965A1
Application number: PCT/JP2017/011151
Authority: WO
Inventors: 洋典岩田; 村田　充弘; 拓馬友利
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2017-10-05
Also published as: US20190113784A1

Abstract

本発明は、高精細化が可能であり、かつ、透過率を向上させることができる水平配向モードの液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、第一基板と液晶層と第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも上記液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極の間の絶縁膜とを有し、上記第二電極には開口が形成され、電圧無印加状態において、上記液晶分子は上記第一基板に平行に配向し、上記液晶分子の初期配向方位に対して平行であり、かつ、上記開口を分断する長さが最長となる第一の直線と、上記初期配向方位に対して直交し、かつ、上記開口を分断する長さが最長となる第二の直線とで上記開口の輪郭を４つに分断すると、分断された各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なり、上記開口の上記輪郭全体の傾きの平均は、ゼロではない。

Description

液晶表示装置

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、水平配向モードにおいて高精細な画素を設ける場合に好適な液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、表示のために液晶組成物を利用する表示装置であり、その代表的な表示方式は、一対の基板間に封入された液晶組成物に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。このような液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で用いられている。

液晶表示装置の表示方式として、液晶分子の配向を基板面に対して平行な面内で主に回転させることによって制御を行う水平配向モードが、広視野角特性を得やすい等の理由から、注目を集めている。例えば、近年、スマートフォンやタブレットＰＣ向けの液晶表示装置においては、水平配向モードの一種である面内スイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードや、フリンジ電界スイッチング（ＦＦＳ：Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが広く用いられている。

このような水平配向モードについては、画素の高精細化、透過率の向上、応答速度の向上等による表示品位の向上のための研究開発が続けられている。応答速度を向上するための技術として、例えば、特許文献１には、フリンジ電界を使用する液晶表示装置に関し、第１電極に特定形状の櫛歯部を持たせる技術が開示されている。また、特許文献２には、ＦＦＳモードの液晶ディスプレイに関し、２つの直線部分と、２つの直線部分をＶ字状に連結して形成されたＶ字部とを含むスリットが形成された電極構造が開示されており、この技術によってプロセスのばらつきに起因する不具合を抑制し、表示性能を向上させることができると説明されている。

特開２０１５－１１４４９３号公報国際公開第２０１３／０２１９２９号

水平配向モードは、広視野角を実現できる利点を有するものの、マルチ・ドメイン垂直配向（ＭＶＡ）モード等の垂直配向モードに比べると応答が遅いという課題があった。特許文献１の技術を用いることで、水平モードにおいても応答速度を向上させることができるが、例えば８００ｐｐｉ以上の超高精細画素では電極の形状が大きく制約され、特許文献１で開示されているような複雑な電極形状をとることが困難である。

また、特許文献２では、電極の開口に設けられたＶ字部の影響より、電圧印加時の液晶分子の配向が上下の２つの領域に分割され、透過率等の表示性能を向上させることができるが、高速化の効果は大きくない。また、更なる高精細化と高透過率化を実現するには未だ改良の余地がある。

そこで、本発明者らは、種々の検討を行った結果、ＦＦＳモードの液晶表示装置において、電圧印加時に一定のピッチより小さい範囲で液晶分子を回転させて４つの液晶ドメインを形成し、隣接する液晶ドメインにおける液晶分子を互いに逆方位に回転させることにより、狭い領域内に形成したベンド状及びスプレイ状の液晶配向によって生じる歪みの力を利用して、水平配向モードにおいても高速化及び高精細化を行うことができることを見出した。このとき、４つの液晶ドメインは互いに対称に発生することが理想であるため、上層の電極の開口形状は、液晶分子の初期配向方位に対して対称な形状、例えば四角形の両端部に丸みを持たせた形状や楕円形状が好ましい。そして、この場合、理想的には開口の中央部における液晶分子は回転しない。しかしながら、高電圧を印加すると、４つの液晶ドメインの境界（暗線）を安定化することが困難になり、応答特性が悪化することが分かった。

そこで、高電圧印加時においても暗線を安定化させるため、本発明者らは更なる検討を行った。図１８は、本発明者らが検討を行った、比較形態１に係るＦＦＳモードの液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図１８に示すように、比較形態１に係るＦＦＳモードの液晶表示装置では、開口１５を有する対向電極１４を上層に配置し、画素電極（図示せず）を下層に配置した。開口１５は、長手形状部１６と、長手形状部１６から互いに反対側に突出した一対の突出部１７とから構成され、液晶分子２１の初期配向方位２２に対して対称な形状とした。図１８に示すように、比較形態１に係るＦＦＳモードの液晶表示装置では、液晶分子２１を回転させて、互いに液晶分子２１の配向が対称な４つの液晶ドメインを形成することができ、かつ、一対の突出部１７における斜め方向の電界により、４つの液晶ドメイン間の暗線を固定化することができる。

しかしながら実際は、一対の突出部１７を含む対称な形状の開口１５が設けられた場合であっても、更に高電圧を印加して液晶分子２１の回転が大きくなると、開口１５の中央部の液晶分子２１の配向が不安定となり、表示単位５０によっては開口１５の中央部の液晶分子２１が回転してしまうことがあった。この原因としては、高電圧印加時、開口１５の中央部において電界がわずかに歪んでしまうことや、周囲の液晶分子２１の影響を受けて開口１５の中央部の液晶分子２１の配向のバランスが崩れることが考えられる。図１９は、図１８の対向電極を用いた液晶表示装置の、表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。開口１５の中央部の液晶分子２１の回転の有無や程度、方向等の状況は表示単位５０毎に異なるため、図１９の開口部６０中に円形で囲んだ２つの領域が示すように、開口１５の中央部に存在する液晶分子２１の配向状態が表示単位５０によって異なってしまう。これは、同じ階調表示にもかかわらず表示単位５０毎に異なる透過率を示すことを意味する。したがって、一対の突出部１７を含む対称な形状の開口１５が設けられた場合であっても、充分に高い電圧を印加することができず、充分な透過率を得ることが困難であった。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、高精細化が可能であり、かつ、透過率を向上させることができる水平配向モードの液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、高精細化が可能であり、かつ、透過率を向上させることができる水平配向モードの液晶表示装置について種々検討した結果、フリンジ電界の形成に用いる電極の開口の形状に着目した。そして、電極の開口形状が複雑でなかったとしても、特定の２つの条件を満たす形状であれば、開口の中央部の電界を意図的に歪ませて、液晶分子を決まった方位に回転させることができ、開口の中央部において液晶分子の配向を安定化させることが可能であることを見出した。詳細には、液晶分子の初期配向方位に対して平行であり、かつ、開口を分断する長さが最長となる第一の直線と、初期配向方位に対して直交し、かつ、開口を分断する長さが最長となる第二の直線とで開口の輪郭を４つに分断した際、（条件１）分断された各輪郭部分の傾きの平均の符号が隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なることにより、電圧印可時に狭い領域内にベンド状及びスプレイ状の液晶配向を形成でき、また、（条件２）開口の輪郭全体の傾きの平均がゼロではないことによって、開口の形状が液晶分子の初期配向方位に対して非対称となるため、開口の中央部において、電界を歪ませて液晶分子を決まった方位に回転させることが可能であることを見出した。これにより、高精細化が可能になるとともに、透過率を向上させることが可能となり、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の一態様は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも上記液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、上記液晶分子の初期配向方位に対して平行であり、かつ、上記開口を分断する長さが最長となる第一の直線と、上記初期配向方位に対して直交し、かつ、上記開口を分断する長さが最長となる第二の直線とで上記開口の輪郭を４つに分断すると、分断された各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なり、上記開口の上記輪郭全体の傾きの平均は、ゼロではない液晶表示装置であってもよい。

上記第一の直線及び上記第二の直線のうち、上記開口を分断する長さが長い方をｘ軸とし、かつ、上記第一の直線及び上記第二の直線のうち、上記開口を分断する長さが短い方をｙ軸としたとき、又は、上記第一の直線及び上記第二の直線の上記開口を分断する長さが互いに等しい場合は、上記第一の直線及び上記第二の直線のいずれか一方をｘ軸とし、他方をｙ軸としたとき、第一象限及び第三象限上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、負であり、第二象限及び第四象限上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、正であってもよい。

上記液晶分子は、正の誘電率異方性を有していてもよい。

上記第一の直線上における開口の長さをＡとし、上記第二の直線上における開口の長さをＢとしたとき、Ａ＞Ｂであってもよい。

上記初期配向方位と、上記開口の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以下であってもよい。

上記液晶分子は、負の誘電率異方性を有していてもよい。

上記第一の直線上における開口の長さをＡとし、上記第二の直線上における開口の長さをＢとしたとき、Ａ＜Ｂであってもよい。

上記初期配向方位と、上記開口の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以上であってもよい。

上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加された電圧印加状態において、上記液晶分子は、上記開口の中央部において、同一の方位に回転してもよい。

上記開口の形状は、その形状を上記第一基板と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と同じであってもよい。

少なくとも白表示状態において、上記開口上には第一、第二及び第三の液晶ドメインが存在し、上記第一の液晶ドメインは、平面視において、上下左右に隣接する４つの領域のうち、右上及び左下、又は、右下及び左上に位置する２つの領域内にそれぞれ位置する２つのドメイン部分と、上記２つのドメイン部分を連結し、上記開口の中央部に位置する連結部分とを有し、上記第二及び第三の液晶ドメインは、それぞれ、上記２つのドメイン部分が位置しない２つの領域内に位置していてもよい。

本発明によれば、水平配向モードの液晶表示装置において、高精細化が可能であり、かつ、透過率を向上させることができる。

実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、オフ状態を示している。実施形態１の液晶表示装置の平面模式図である。正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第一の直線及び第二の直線との関係を示した図であり、（１）～（５）はそれぞれ、実施例１～５で用いた液晶表示装置の表示単位を表しており、（６）は開口の輪郭部分の傾きの平均の求め方を説明した図である。負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第一の直線及び第二の直線との関係を示した図であり、（１）～（５）はそれぞれ、実施例１～５で用いた液晶表示装置の表示単位を表しており、（６）は開口の輪郭部分の傾きの平均の求め方を説明した図である。正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第三の直線及び第四の直線との関係を示した図であり、（１）～（５）はそれぞれ、実施例１～５で用いた液晶表示装置の表示単位を表している。負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第三の直線及び第四の直線との関係を示した図であり、（１）～（５）はそれぞれ、実施例１～５で用いた液晶表示装置の表示単位を表している。実施形態１の液晶表示装置における、オン状態の液晶分子の配向制御を説明する模式図である。実施形態１の液晶表示装置における、オン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。複数回の露光で開口を形成する場合の模式図であり、（１）は１回目の露光部分、（２）は２回目の露光部分を示した図である。実施例１の液晶表示装置に関する図であり、（１）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（２）は５．５Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。実施例１に関する図であり、（１）は対向電極における１つの開口及び画素電極を示した平面図であり、（２）は（１）を第一基板と平行な平面内で１８０度回転させた図であり、（３）は（１）の開口における電圧印加時の電界分布を示した図であり、（４）は（１）の開口における電圧印加時の透過率分布を示した図である。実施例２の液晶表示装置に関する図であり、（１）は液晶表示装置の平面模式図であり、（２）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。実施例３の液晶表示装置に関する図であり、（１）は液晶表示装置の平面模式図であり、（２）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。実施例４の液晶表示装置に関する図であり、（１）は液晶表示装置の平面模式図であり、（２）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。実施例５の液晶表示装置の平面模式図である。実施例５の液晶表示装置に関する図であり、（１）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（２）は５．５Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第一の直線との関係を示した図であり、（１）はＷ字状の輪郭部分を有する開口の図であり、（２）は互いに平行な輪郭部分を有する開口の図である。本発明者らが検討を行った、比較形態１に係るＦＦＳモードの液晶表示装置における対向電極を示した平面模式図である。図１８の対向電極を用いた液晶表示装置の、表示単位におけるオン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。比較例１の液晶表示装置の平面模式図である。比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（１）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（２）は４．５Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（３）は５．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（４）は（３）の点線で囲んだ部分を拡大した平面図である。比較例１に関する図であり、（１）は対向電極における１つの開口及び画素電極を示した平面図であり、（２）は（１）の開口における電圧印加時の電界分布１を示した図であり、（３）は（２）の状態での透過率分布１を示した図であり、（４）は（１）の開口における電圧印加時の電界分布２を示した図であり、（５）は（４）の状態での透過率分布２を示した図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
また、実施形態に記載された各構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。

［実施形態１］
図１～図９に基づき、実施形態１の液晶表示装置について説明する。
図１は、実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、オフ状態を示している。図１は、図２中に示したａ－ｂ線に沿った断面を示している。

図１に示したように、実施形態１の液晶表示装置１００Ａは、第一基板１０と、液晶分子２１を含有する液晶層２０と、第二基板３０とを順に備える。第一基板１０は、ＴＦＴアレイ基板であり、液晶層２０側に向かって、第一偏光子（図示省略）、絶縁基板（例えば、ガラス基板）１１、画素電極（第一電極）１２、絶縁層（絶縁膜）１３及び対向電極（第二電極）１４が積層された構造を有する。第二基板３０は、カラーフィルタ基板であり、液晶層２０側に向かって、第二偏光子（図示省略）、絶縁基板（例えば、ガラス基板）３１、カラーフィルタ３２及びオーバーコート層３３が積層された構造を有する。第一偏光子及び第二偏光子は、いずれも吸収型偏光子であり、互いの吸収軸が直交したクロスニコルの配置関係にある。

画素電極１２は、開口が形成されていない面状電極である。画素電極１２と対向電極１４とは絶縁層１３を介して積層されており、対向電極１４に設けられた開口１５の下には画素電極１２が存在する。これにより、画素電極１２と対向電極１４の間に電位差を生じさせると、対向電極１４の開口１５の周囲にフリンジ状の電界が発生する。

対向電極１４は、各表示単位に共通の電位を供給するものであることから、第一基板１０のほぼ全面（フリンジ電界形成用の開口部分を除く）に形成されてもよい。対向電極１４は、第一基板１０の外周部（額縁領域）で外部接続端子と電気的に接続されてもよい。

画素電極１２と対向電極１４との間に設けられる絶縁層１３としては、例えば、有機膜（誘電率ε＝３～４）や、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）等の無機膜（誘電率ε＝５～７）や、それらの積層膜を用いることができる。

液晶分子２１は、下記式で定義される誘電率異方性（Δε）が負の値を有するものであってもよく、正の値を有するものであってもよい。すなわち、液晶分子２１は、負の誘電率異方性を有するものであってもよく、正の誘電率異方性であってもよい。負の誘電率異方性を有する液晶分子２１を含む液晶材料は相対的に粘度が高い傾向があるため、高速応答性能を得る観点からは、正の誘電率異方性を有する液晶分子２１を含む液晶材料が優位である。ただし、誘電率異方性が負の液晶材料であっても、誘電率異方性が正の液晶材料と同程度の低粘度を有することによって、本実施形態の手段で同様の高速応答性能を得ることが可能である。
Δε＝（長軸方向の誘電率）－（短軸方向の誘電率）

画素電極１２と対向電極１４の間、すなわち第一電極と第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態（以下、単に電圧無印加状態、又は、オフ状態とも言う。）における液晶分子２１の配向は、第一基板１０に対して平行に制御される。「平行」とは、完全な平行だけでなく、当該技術分野において平行と同視可能な範囲（実質的な平行）を含む。液晶分子２１のプレチルト角（オフ状態における傾斜角）は、第一基板１０の表面に対して３°未満であることが好ましく、１°未満であることがより好ましい。

画素電極１２と対向電極１４の間、すなわち第一電極と第二電極の間に電圧が印加された電圧印加状態（以下、単に電圧印加状態、又は、オン状態とも言う。）では、液晶層２０に電圧が印加され、液晶分子２１の配向は、第一基板１０に設けた画素電極１２、絶縁層１３及び対向電極１４の積層構造によって制御される。ここで、画素電極１２は、一表示単位毎に設けられる電極であり、対向電極１４は、複数の表示単位で共用される電極である。なお、「表示単位」とは、１つの画素電極１２に対応する領域を意味し、液晶表示装置の技術分野で「画素」と呼ばれるものであってもよく、一画素を分割して駆動する場合には、「サブ画素（サブピクセル）」、「ドット」又は「絵素」と呼ばれるものであってもよい。

第二基板３０は特に限定されず、液晶表示装置の分野で一般的に用いられるカラーフィルタ基板を用いることができる。オーバーコート層３３は、第二基板３０の液晶層２０側の面を平坦化するものであり、例えば、有機膜（誘電率ε＝３～４）を用いることができる。

第一基板１０及び第二基板３０は、通常では、液晶層２０の周囲を囲むように設けられたシール材によって貼り合わされ、第一の基板１０、第二の基板３０、及びシール材によって液晶層２０が所定の領域に保持される。シール材としては、例えば、無機フィラー又は有機フィラー及び硬化剤を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。

液晶表示装置１００Ａは、第一基板１０、液晶層２０及び第二基板３０の他に、バックライト；位相差フィルム、視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルム；ＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）、ＰＣＢ（プリント配線基板）等の外部回路；ベゼル（フレーム）等の部材を備えるものであってもよい。これらの部材については特に限定されず、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができるので、説明を省略する。

液晶表示装置１００Ａの配向モードは、フリンジ電界スイッチング（ＦＦＳ：Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードである。

図１には図示していないが、第一基板１０及び／又は第二基板３０の液晶層２０側の表面には、通常、水平配向膜が設けられる。水平配向膜は、膜近傍に存在する液晶分子２１を膜面に対して平行に配向させる機能を有する。更に、水平配向膜によれば、第一基板１０に対して平行に配向した液晶分子２１の長軸の向きを、特定の面内方位に揃えることができる。水平配向膜は、光配向処理、ラビング処理等の配向処理が施されたものが好適である。水平配向膜は、無機材料からなる膜であってもよいし、有機材料からなる膜であってもよい。

なお、対向電極１４と画素電極１２の位置は入れ替えてもよい。すなわち、図１に示した積層構造では、対向電極１４が水平配向膜（図示省略）を介して液晶層２０に隣接しているが、画素電極１２が水平配向膜（図示省略）を介して液晶層２０に隣接していてもよい。この場合には、開口１５は、対向電極１４ではなく、画素電極１２に形成されることになる。また、対向電極１４が上記第一電極に対応し、画素電極１２が上記第二電極に対応することになる。

図２は、実施形態１の液晶表示装置の平面模式図である。図２に示すように、平面視すると、各開口１５は、対応する画素電極１２と重なるように形成され、その輪郭の傾きの平均が後述の特定の条件を満たす形状となっている。これらの開口１５は、フリンジ電界（斜め電界）の形成に利用される。このような開口１５は、複雑な形状を含まないことから、例えば８００ｐｐｉ以上の超高精細画素にも特に問題なく適用することができる。開口１５は、一表示単位５０毎に配置されることが好ましく、すべての表示単位５０に対して配置されることが好ましい。各表示単位５０の平面形状は、特に限定されず、例えば、長方形、正方形、Ｖ字状等が挙げられる。

平面視において、液晶分子２１の初期配向方位２２は、第一偏光子及び第二偏光子の一方の偏光軸と平行であり、他方の偏光軸と直交する。よって、液晶表示装置１００Ａの制御方式は、液晶層２０への電圧無印加状態で黒表示を行う、いわゆるノーマリーブラックモードである。

なお、本明細書において、液晶分子の初期配向方位とは、第一電極と第二電極の間、すなわち画素電極及び対向電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態における液晶分子の配向方位を意味する。また、液晶分子の配向方位とは、液晶分子の長軸の向きを意味する。

また、図２では、液晶分子２１が正の誘電率異方性を有する場合を示しているが、負の誘電率異方性を有する液晶分子２１の初期配向方位２２は、正の誘電率異方性を有する液晶分子２１の初期配向方位２２に対して９０度回転する方位となる。

図２に示したように、各画素電極１２には、ＴＦＴ４３のドレインが電気的に接続されている。ＴＦＴ４３のゲートには、ゲート信号線（走査配線）４１が電気的に接続され、ＴＦＴ４３のソースには、ソース信号線（信号配線）４２が電気的に接続されている。よって、ゲート信号線４１に入力された走査信号に応じて、ＴＦＴ４３のオン・オフが制御される。そして、ＴＦＴ４３がオンのときに、ソース信号線４２に入力されたデータ信号（ソース電圧）がＴＦＴ４３を介して画素電極１２に供給される。このように、電圧印加状態では、ＴＦＴ４３を介してソース電圧を下層の画素電極１２に印加し、絶縁膜１３を介して上層に形成されている対向電極１４と画素電極１２との間でフリンジ電界を発生させる。ＴＦＴ４３は、酸化物半導体であるＩＧＺＯ（インジウム－ガリウム－亜鉛－酸素）でチャネルを形成したものが好適に用いられる。

また、図２に示したように、対向電極１４の開口１５は、隣接する表示単位５０同士で、行方向及び／又は列方向に一列に並んで配置されることが好ましい。これにより、電圧印加状態での液晶分子２１の配向を安定させることができる。例えば、ある表示単位５０では、表示単位５０の長手方向の一方の側に開口１５が形成され、該表示単位５０に隣接する表示単位５０では、長手方向の他方の側に開口１５が形成されている場合のように、隣接する表示単位５０同士で、開口１５が行方向又は列方向で互い違いに千鳥格子状に配置されると、液晶分子２１の配向が不安定となり、応答速度が低下することがある。

図３及び図４を用いて開口１５の形状を説明する。図３及び図４はそれぞれ、正及び負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第一の直線及び第二の直線との関係を示した図であり、（１）～（５）はそれぞれ、実施例１～５で用いた液晶表示装置の表示単位を表しており、（６）は開口の輪郭部分の傾きの平均の求め方を説明した図である。

開口１５の形状は次の条件を満たす。すなわち、液晶分子２１の初期配向方位２２に対して平行であり、かつ、開口１５を分断する長さが最長となる第一の直線６１と、液晶分子２１の初期配向方位２２に対して直交し、かつ、開口１５を分断する長さが最長となる第二の直線６２とで開口１５の輪郭を４つに分断した際、（条件１）分断された各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なり、（条件２）開口１５の輪郭全体の傾きの平均はゼロとはならない。

本明細書において、分断された各輪郭部分の傾きの平均は、各々、以下のようにして求める。
図３（６）及び図４（６）に示したように、まず、正の誘電率異方性を有する液晶分子２１を用いる場合は、第一の直線６１をｘ軸、第二の直線６２をｙ軸とし、負の誘電率異方性を有する液晶分子２１を用いる場合は、第二の直線６２をｘ軸、第一の直線６１をｙ軸とし、ｘ軸に投影した輪郭部分の長さを（ｎ－１）等分する、ｙ軸に平行なｎ本の直線を引く。そして、それらの直線と輪郭部分との交点（１つの直線上に複数の交点がある場合は、全ての交点）で微分して各々の点における傾きを求める。それらの傾きの総和を交点の総数で除したものを分断された輪郭部分の傾きの平均とする。また、本明細書において、輪郭全体の傾きの平均とは、分断された４つの輪郭部分の傾きの平均の総和を４で除したものである。

ただし、傾きが０又は無限大になる点については、配向制御に寄与しないため除外する。なお、ｙ軸に平行なｎ本の直線には、ｙ軸上の直線と、当該輪郭部分のｙ軸から最も遠い点を通る直線が含まれることとする。また、ｘ軸及びｙ軸の交点を原点として、ｘ軸及びｙ軸の正負の向きは任意に決めることができる。更に、第一の直線６１及び第二の直線６２の開口１５を分断する長さが互いに等しい場合は、液晶分子２１の誘電率異方性の正負に関わらず、第一の直線６１及び第二の直線６２のいずれか一方をｘ軸とし、他方をｙ軸とすればよい。

ｎは任意の正の整数であり、理想的には無限大であるが、ｎは１００～３００のうちのいずれかの整数であることが好ましく、２００～３００のうちのいずれかの整数であることがより好ましい。また、これらの数値範囲の全てのｎについて上記条件１及び条件２を満たしてもよい。

図１７は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第一の直線との関係を示した図であり、（１）はＷ字状の輪郭部分を有する開口の図であり、（２）は互いに平行な輪郭部分を有する開口の図である。１つの開口１５に対して第一の直線６１及び／又は第二の直線６２が複数本存在してもよく、その場合は、第一の直線６１及び第二の直線６２の全ての組み合わせについて上記条件１及び条件２を満たすものとする。このような場合の具体例としては、例えば、図１７（１）及び（２）に示すような形状の開口１５が設けられた場合が挙げられる。なお、図１７（２）に示すように、第一の直線６１が配置され得る開口１５の対向部分が、互いに平行で、かつ、初期配向方位２２に対して垂直又は平行でない場合は、該対向部分の両端と中央を通る少なくとも３本の第一の直線６１と第二の直線６２との全ての組み合わせについて上記条件１及び２を満たすものとする。第二の直線６２が配置され得る開口１５の対向部分が、互いに平行で、かつ、初期配向方位２２に対して垂直又は平行でない場合も同様とする。

各輪郭部分の傾きの平均の符号が、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なることにより（条件１）、隣接する輪郭部分において、液晶分子２１を逆方位に回転させる電界を発生させることができ、狭い領域内にベンド状及びスプレイ状の液晶配向を形成することが可能となる。また、開口１５の輪郭全体の傾きの平均はゼロではないため（条件２）、開口１５の形状は液晶分子２１の初期配向方位２２に対して非対称となり、開口１５の中央部における液晶分子２１の回転を１方位に決定することができる。これにより、高電圧印加時に表示単位５０によって液晶分子２１の配向状態が異なるという現象の発生を低減でき、全ての表示単位５０で高電圧印加時にも液晶分子２１の配向が安定する。そのため、充分に高い電圧を印加でき、透過率を向上させることが可能となる。

各輪郭部分の傾きの平均の絶対値は、０．０１～２であることが好ましく、０．０５～１．８であることがより好ましく、０．１～１．５であることが更に好ましい。

開口１５の輪郭全体の傾きの平均の絶対値は、０．０１～２であることが好ましく、０．０２～１．５であることがより好ましく、０．０５～１であることが更に好ましい。開口１５の輪郭全体の傾きの平均が上記の範囲であると、電圧印加時に発生する液晶ドメインのバランスを効果的に維持できるため、液晶分子２１の配向安定性を更に高めることができる。そのため、応答速度をより向上させることが可能となる。

第一の直線６１及び第二の直線６２のうち、開口１５を分断する長さが長い方をｘ軸とし、かつ、第一の直線６１及び第二の直線６２のうち、開口１５を分断する長さが短い方をｙ軸としたとき、又は、第一の直線６１及び第二の直線６２の開口１５を分断する長さが互いに等しい場合は、第一の直線６１及び第二の直線６２のいずれか一方をｘ軸とし、他方をｙ軸としたとき、開口１５の輪郭は、第一象限７１～第四象限７４上の４つの輪郭部分に分断される。なお、ｘ軸及びｙ軸の交点を原点として、ｘ軸及びｙ軸の正負の向きは任意に決めることができ、ｘ＞０及びｙ＞０である領域が第一象限７１、ｘ＜０及びｙ＞０である領域が第二象限７２、ｘ＜０及びｙ＜０である領域が第三象限７３、ｘ＞０及びｙ＜０である領域が第四象限７４である。

第一象限７１及び第三象限７３上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、負であり、第二象限７２及び第四象限７４上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、正であることが好ましい。これにより、開口１５の形状を更に簡便なものとすることができるため、更なる高精細化が可能となる。

第一の直線６１上における開口１５の長さをＡとし、第二の直線６２上における開口１５の長さをＢとしたとき、Ａ＞Ｂである場合は正の誘電率異方性を有する液晶分子２１を用いることが好ましい。正の誘電率異方性を有する液晶分子２１は、電圧を印加した際に、開口１５の輪郭の傾きに対して直交するように回転する。開口１５の輪郭の傾きに対して直交する方位と、正の誘電率異方性を有する液晶分子２１の初期配向方位２２とがなす角度は、Ａ＞Ｂである場合の方がＡ＜Ｂである場合と比較して大きくなる。したがって、Ａ＞Ｂである場合の方が電圧印加時に正の誘電率異方性を有する液晶分子２１を初期配向方位２２からより大きく回転させることができ、透過率及び配向安定性をより向上させることが可能となる。

他方、Ａ＜Ｂである場合は負の誘電率異方性を有する液晶分子２１を用いることが好ましい。負の誘電率異方性を有する液晶分子２１は、電圧を印加した際に、開口１５の輪郭の傾きに対して平行となるように回転する。開口１５の輪郭の傾きに対して平行な方位と、負の誘電率異方性を有する液晶分子２１の初期配向方位２２とがなす角度は、Ａ＜Ｂである場合の方がＡ＞Ｂである場合と比較して大きくなる。したがって、Ａ＜Ｂである場合の方が電圧印加時に負の誘電率異方性を有する液晶分子２１を初期配向方位２２からより大きく回転させることができ、透過率及び配向安定性をより向上させることが可能となる。

なお、第一の直線６１上における開口１５の長さＡは、第一の直線６１で分断された開口１５の分断部の長さであり、第二の直線６２上における開口１５の長さＢは、第二の直線６２で分断された開口１５の分断部の長さである。

次に、図５及び図６を用いて、開口１５の長手方向と液晶分子２１の初期配向方位２２との好ましい関係について説明する。図５及び図６はそれぞれ、正及び負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた場合における、開口の形状と、第三の直線及び第四の直線との関係を示した図であり、（１）～（５）はそれぞれ、実施例１～５で用いた液晶表示装置の表示単位を表している。

まず、開口１５の長手方向の決め方を説明する。ソース信号線４２（信号配線）の直線部分に対して平行であり、かつ、開口１５を分断する長さが最長となる第三の直線６３で分断された開口１５の長さをＣとし、ゲート信号線４１（走査配線）の直線部分に対して平行であり、かつ、開口１５を分断する長さが最長となる第四の直線６４で分断された開口１５の長さをＤとした時、Ｃ及びＤのうち長い方に対応する第三の直線６３又は第四の直線６４の方向を開口１５の長手方向とする。したがって、図５及び図６に示した例では、いずれの場合も第三の直線６３が開口１５の長手方向となる。なお、第三の直線６３及び／又は第四の直線６４が複数本存在する場合は、それらの全ての直線で分断された開口１５の長さを互いに比較して開口１５の長手方向を決定するものとする。

液晶分子２１が正の誘電率異方性を有する場合、液晶分子２１の初期配向方位２２と、開口１５の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以下であることが好ましい。これにより、Ａ＞Ｂとすることができるため、電圧印加時に正の誘電率異方性を有する液晶分子２１を初期配向方位２２からより大きく回転させることができ、透過率及び配向安定性をより向上させることが可能となる。

液晶分子２１が負の誘電率異方性を有する場合、液晶分子２１の初期配向方位２２と、開口１５の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以上であることが好ましい。これにより、Ａ＜Ｂとすることができため、電圧印加時に負の誘電率異方性を有する液晶分子２１を初期配向方位２２からより大きく回転させることができ、透過率及び配向安定性をより向上させることが可能となる。

液晶分子２１の初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度が４５度である場合、正負いずれの誘電率異方性を有する液晶分子を用いても同様の効果が得られる。

図７は、実施形態１の液晶表示装置における、オン状態の液晶分子の配向制御を説明する模式図である。図８は、実施形態１の液晶表示装置における、オン状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。

本実施形態によれば、開口１５の形状は液晶分子２１の初期配向方位２２に対して非対称であるため、図７及び図８に示すように、電圧印加状態において、液晶分子２１は、開口１５の中央部において、同一の方位に回転する。したがって、高電圧印加時に表示単位５０によって液晶分子２１の配向状態が異なるという現象の発生をより確実に低減することができる。なお、同一の方位に回転とは、液晶分子２１が初期配向方位２２に対して同じ側に回転することを意味する。

開口１５の形状は、その形状を第一基板１０と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と同じであることが好ましい。このような形状の開口１５を用いることにより、より効率的に所望の配向を実現することができる。ここで、１８０度回転させた際の形状が同じであるとは、１８０度回転させた際の形状が実質的に同一であることを意味し、開口１５の形状は、その形状を第一基板１０と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と７５％以上重なることを意味する。

少なくとも白（最高階調）表示状態において、開口１５上には、図８に示したように、第一、第二及び第三の液晶ドメイン８１～８３が存在し、第一の液晶ドメイン８１は、平面視において、上下左右に隣接する４つの領域のうち、右上及び左下、又は、右下及び左上に位置する２つの領域内にそれぞれ位置する２つのドメイン部分８１Ａと、２つのドメイン部分を連結し、開口の中央部に位置する連結部分８１Ｂとを有し、第二の液晶ドメイン８２及び第三の液晶ドメイン８３は、それぞれ、２つのドメイン部分８１Ａが位置しない２つの領域内に位置している。

すなわち、少なくとも白表示状態において、図７及び図８に示すように、開口（図８では図示せず）１５上には第一の液晶ドメイン８１、第二の液晶ドメイン８２及び第三の液晶ドメイン８３が発生している。第一の液晶ドメイン８１は、平面視において、上下左右に隣接する４つの領域のうち、右下及び左上に位置する２つの領域内にそれぞれ位置する２つのドメイン部分８１Ａと、２つのドメイン部分８１Ａを連結し、開口１５の中央部に位置する連結部分８１Ｂとを含んでいる。第二の液晶ドメイン８２及び第三の液晶ドメイン８３は、それぞれ、２つのドメイン部分８１Ａが位置しない２つの領域内に位置している。

これにより、開口１５の中央部に位置する連結部分８１Ｂにおける液晶分子の配向を２つのドメイン部分８１Ａにおける液晶分子の配向によって確実に規制することができる。すなわち、高電圧印加時に表示単位５０によって液晶分子２１の配向状態が異なるという現象の発生をより確実に低減することができる。なお、２つのドメイン部分８１Ａは、平面視において、上下左右に隣接する４つの領域のうち、右上及び左下に位置する２つの領域内にそれぞれ位置してもよい。なお、第一の液晶ドメイン８１、第二の液晶ドメイン８２及び第三の液晶ドメイン８３は、少なくとも白表示状態において発生すればよいが、画素電極１２と対向電極１４の間、すなわち第一電極と第二電極の間に充分に高い電圧（例えば５．０Ｖ以上の電圧）が印加された高階調（例えば、各表示単位５０の階調数を２５６とすると、２４０以上、２５６以下の階調）表示状態において発生してもよい。

第一～第三の液晶ドメイン８１～８３と、液晶分子２１の初期配向方位２２との関係について検討する。第一の液晶ドメイン８１を形成する液晶分子２１が回転する方位へ、液晶分子２１の初期配向方位２２の角度を大きくしていくと、電圧印加時に第二の液晶ドメイン８２及び第三の液晶ドメイン８３の領域が小さくなり、液晶ドメイン間のバランスが崩れる。その結果、ベンド状及びスプレイ状の液晶配向によって生じる歪みが小さくなるため、高速応答化の効果が小さくなる。また、第二の液晶ドメイン８２及び第三の液晶ドメイン８３を形成する液晶分子２１が回転する方位へ、液晶分子２１の初期配向方位２２の角度を大きくしていくと、第一の液晶ドメイン８１において連結部分８１Ｂが発生しない確率が高まる可能性があり、その場合、配向安定性が低くなってしまう。

したがって、応答速度を向上させ、配向安定性をより高めるためには、正の誘電率異方性を有する液晶分子２１の初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度は３０度より小さいことがより好ましく、２０度より小さいことが更に好ましい。

また、同様の観点からは、負の誘電率異方性を有する液晶分子２１の初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度は６０度より大きいことがより好ましく、７０度より大きいことが更に好ましい。

なお、液晶分子２１が正の誘電率異方性を有する場合、液晶分子２１の初期配向方位２２と、開口１５の長手方向とのなす角度の下限は特に限定されず、０度以上であればよく、液晶分子２１が負の誘電率異方性を有する場合、液晶分子２１の初期配向方位２２と、開口１５の長手方向とのなす角度の上限は特に限定されず、９０度以下であればよい。

本明細書において液晶ドメインとは、電圧印可時に液晶分子２１が初期配向方位２２から回転しない境界（暗線）によって規定される領域を意味し、上下左右に隣接する４つの領域のうち、上下又は左右の領域における液晶ドメインでは、液晶分子２１は逆方位に回転している。また、本明細書において上下左右とは、４つの対象（表示単位や領域等）の相対的な位置関係を示すものであり、絶対的な方向を意味するものではない。

図９は、複数回の露光で開口を形成する場合の模式図であり、（１）は１回目の露光部分、（２）は２回目の露光部分を示した図である。対向電極１４に開口１５を形成する際は露光等の手段を用いることができるが、図７に示したような非対称な形状の開口１５をステッパ等で形成する場合、一度の露光で開口１５を形成しようとすると、端部等が鈍ってしまい、所望の形状を形成できないことが考えられる。このような場合には、例えば図９に示すように、複数回の露光で所望の形状を形成することもできる。

以下、液晶表示装置１００Ａの動作について説明する。
オフ状態において液晶層２０中には電界が形成されず、液晶分子２１は、第一基板１０に対して平行に配向する。液晶分子２１の配向方位が第一偏光子及び第二偏光子の一方の吸収軸と平行であり、第一偏光子及び第二偏光子がクロスニコルの配置関係にあることから、オフ状態の液晶表示装置１００Ａは光を透過せず、黒表示が行われる。

オン状態において液晶層２０中には、画素電極１２と対向電極１４の電圧の大きさに応じた電界が形成される。具体的には、画素電極１２よりも液晶層２０側に設けられた対向電極１４に開口１５が形成されていることにより、開口１５の周囲にフリンジ状の電界が発生する。液晶分子２１は、電界の影響を受けて回転し、オフ状態の配向方位からオン状態の配向方位へと配向方位を変化させる（図７参照）。これによって、オン状態の液晶表示装置１００Ａは光を透過し、白表示が行われる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。

以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１の液晶表示装置１００Ａは、上述した実施形態１の液晶表示装置１００Ａの具体例であり、下記構成を有する。

液晶表示装置１００Ａにおける画素ピッチを１０．５μｍ×３１．５μｍ（８０６ｐｐｉ）とし、各表示単位５０内において絶縁基板１１上に開口等の抜き部がない板状の画素電極１２を設け、誘電率ε＝６．９の絶縁膜１３を介して、図２、図３（１）及び図５（１）に示す開口１５を有する対向電極１４を設けた。実施例１では、表示単位あたりに２個の開口１５を設けたが、必ずしも２個である必要はない。

対向電極１４上には、配向膜（図示せず）を介して液晶層２０を設け、液晶層２０の屈折率異方性（Δｎ）を０．１１１、面内位相差（Ｒｅ）を３３０ｎｍに設定した。液晶層２０に用いる液晶分子２１については、粘度を７０ｃｐｓ、誘電率異方性（Δε）を７（ポジ型）に設定した。

電圧無印加状態において、液晶分子２１は、第一基板１０に対して平行に配向する水平配向とし、かつ、平面視において、液晶分子２１の初期配向方位２２が、図２に示す偏光軸において９０度及び２７０度を示す直線と平行になるよう設定した。偏光板は、電圧無印加状態で黒表示を行う、いわゆるノーマリーブラックモードとした。

実施例１で用いた開口１５の輪郭部分の傾きの平均を以下のようにして求めた。
まず、第一の直線６１及び第二の直線６２で開口１５の輪郭を４つの輪郭部分に分断した。ここで、実施例１で用いた液晶分子２１は正の誘電率異方性を有するため、第一の直線６１をｘ軸、第二の直線６２をｙ軸とした。そして、第一象限７１上に位置する第一輪郭部分をｘ軸に投影し、その長さを２２０（＝ｎ－１）等分する、ｙ軸に平行な２２１（＝ｎ）本の直線を引いた。すなわち、第一輪郭部分のｘ軸方向における幅を２２０（＝ｎ－１）等分する、ｙ軸に平行な２２１（＝ｎ）本の直線を引いた。このとき、ｙ軸上、及び、第一輪郭部分のｙ軸から最も遠い点上にもｙ軸に平行な直線を引いた。そして、それらの全直線と第一輪郭部分との交点（１つの直線上に複数の交点がある場合は、全ての交点）で微分して各々の点における傾きを求めた。それらの傾きの総和を交点の総数で除したものを、第一輪郭部分の傾きの平均とした。なお、傾きが０又は無限大になる点については、配向制御に寄与しないため除外した。第二象限７２～第四象限７４上にそれぞれ位置する第二、第三及び第四輪郭部分についても、第一輪郭部分と同様に輪郭部分の傾きの平均を求めた。更に、第一、第二、第三及び第四輪郭部分の傾きの平均の総和を４で除して、輪郭全体の傾きの平均を求めた。

下記表１に、実施例１で用いた開口１５の輪郭部分の傾きの平均及び輪郭全体の傾きの平均を示す。

表１より、第一象限７１及び第三象限７３上の第一及び第三輪郭部分の傾きの平均は負、第二象限７２及び第四象限７４上の第二及び第四輪郭部分の傾きの平均は正であり、各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なっていた。また、輪郭全体の傾きの平均はゼロではなかった。

図３（１）は、実施例１で用いた開口１５の形状とＡ及びＢとの関係を示しており、図５（１）は、実施例１で用いた開口１５の形状とＣ及びＤとの関係を示している。Ａ～Ｄの長さ及び液晶分子２１の初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度を下記表２に示す。

表２より、実施例１で用いた開口１５は、Ａ＞Ｂ、Ｃ＞Ｄであり、開口１５の長手方向は第三の直線６３に平行な方向であった。液晶分子２１の初期配向方位２２と開口１５の長手方向（第三の直線６３）とのなす角度は、平面視において０度であり、４５度より小さかった。また、実施例１で用いた開口１５は、その形状を第一基板１０と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と、面積の１００％が重なる形状であった。

［比較例１］
図２０は、比較例１の液晶表示装置の平面模式図である。比較例１の液晶表示装置１００Ａは、対向電極１４の開口１５の形状を図２０の形状に変更したこと以外は、実施例１の液晶表示装置１００Ａと同様の構成を有する。

比較例１で用いた開口１５の輪郭の傾きの平均を、実施例１と同様にして求めた。
下記表３に、比較例１で用いた開口１５の輪郭部分の傾きの平均及び輪郭全体の傾きの平均を示す。

表３より、第一象限７１及び第三象限７３上の第一及び第三輪郭部分の傾きの平均は負、第二象限７２及び第四象限７４上の第二及び第四輪郭部分の傾きの平均は正であり、各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なっていた。また、輪郭全体の傾きの平均はゼロであった。

［実施例１及び比較例１の対比］
図１０及び図２１に基づき、実施例１及び比較例１の液晶表示装置１００Ａのオン状態における液晶分子２１の配向分布について説明する。
図１０は、実施例１の液晶表示装置１００Ａに関する図であり、（１）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（２）は５．５Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図２１は、比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（１）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（２）は４．５Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（３）は５．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（４）は（３）の点線で囲んだ部分を拡大した平面図である。各実施例及び比較例のシミュレーションには、シンテック社製のＬＣＤ－Ｍａｓｔｅｒ３Ｄを使用した。

図２１（２）のシミュレーション結果が示すように、比較例１の液晶表示装置１００Ａに４．５Ｖの電圧を印加した場合、１つの開口１５あたり４つの液晶ドメインが形成され、４つの表示単位５０のいずれにおいても同様の配向状態を示した。しかしながら、比較例１の液晶表示装置１００Ａに５．０Ｖの電圧を印加すると、図２１（３）の点線で囲んだ部分及び図２１（４）に示すように、開口中央部の液晶分子２１の配向状態が不安定になり、一部の開口１５において液晶分子２１が中央部分で回転してしまっている。これは、同じ階調を表示しているにもかかわらず、表示単位５０によって配向が異なるために透過率が異なることを意味している。したがって、比較例１の液晶表示装置１００Ａは、４．５Ｖまでは使用することができるが、５．０Ｖ以上では使用することができないことが分かった。

一方、図１０（２）及び（３）のシミュレーション結果が示すように、実施例１の液晶表示装置１００Ａでは、上述の（条件１）及び（条件２）を満たす開口１５を用いることにより、電圧印加時に、開口部６０内において、１つの開口１５あたり４つの液晶ドメインを形成しつつ、開口１５の中央部において液晶分子２１を決まった方位に回転させ、４つの液晶ドメインのうちの２つを開口１５の中央部で繋げることが可能となった。

これにより、５．５Ｖ、６．０Ｖと高電圧を印加しても液晶分子２１は全ての表示単位５０で同じ配向状態をとることが可能となり、実施例１の液晶表示装置１００Ａでは表示単位５０によって透過率が異なるという課題は発生しなかった。したがって、実施例１の液晶表示装置１００Ａでは高電圧を印加することができ、透過率を高めることが可能となった。具体的には、白表示の際、実施例１の液晶表示装置１００Ａに６．０Ｖの電圧を印加すると、透過率は２３．８％となった。これに対して、白表示の際、比較例１の液晶表示装置１００Ａに４．５Ｖの電圧を印加すると、透過率は２１．２％となった。以上より、実施例１の液晶表示装置１００Ａでは、比較例１の液晶表示装置１００Ａと比較して、透過率を１２．３％高めることができた。

実施例１及び比較例１の液晶表示装置１００Ａの透過率の違いについて以下に考察する。
図１１は、実施例１に関する図であり、（１）は対向電極における１つの開口及び画素電極を示した平面図であり、（２）は（１）を第一基板と平行な平面内で１８０度回転させた図であり、（３）は（１）の開口における電圧印加時の電界分布を示した図であり、（４）は（１）の開口における電圧印加時の透過率分布を示した図である。

図１１（１）及び（２）に示すように、実施例１で用いた開口１５の形状は、液晶分子２１の初期配向方位２２に対して非対称であり、かつ、その形状を第一基板１０と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と同じである。

図１１（３）及び（４）に示すように、実施例１のような開口１５を用いることで、電圧印加時に４方位にフリンジ電界が発生し、（ａ）～（ｄ）で示される液晶分子２１のように液晶分子２１が回転した。また、左上及び右下方向のフリンジ電界は右上及び左下のフリンジ電界より強いことから、中央部の液晶分子２１は、強いフリンジ電界の方向に回転した。これにより、開口１５の中央部において、液晶分子２１を決まった方位へ回転させ、液晶表示装置１００Ａの応答速度及び透過率を向上させることが可能となった。そして、上述のように、開口１５の形状が、液晶分子２１の初期配向方位２２に対して非対称であり、かつ、その形状を第一基板１０と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と同じである場合に、このような電界を効率よく発生することができる。後述する他の全ての実施例における開口の形状もこの条件を満たす。

図２２は比較例１に関する図であり、（１）は対向電極における１つの開口及び画素電極を示した平面図であり、（２）は（１）の開口における電圧印加時の電界分布１を示した図であり、（３）は（２）の状態での透過率分布１を示した図であり、（４）は（１）の開口における電圧印加時の電界分布２を示した図であり、（５）は（４）の状態での透過率分布２を示した図である。

比較例１の対向電極１４を用いた場合、理想的には開口１５の長手方向及び短手方向に対して対称な４つの領域内に４つの液晶ドメインが発生し、開口１５の中央部では電界のバランスがとれて液晶分子２１は回転しない。しかしながら実際は、高電圧になると、開口１５の中央部の電界が若干歪み、図２２（２）及び（３）のように液晶分子２１が左に回転してしまったり、図２２（４）及び（５）のように電界のバランスがとれて液晶分子２１が回転しなかったりする。このように、比較例１では、高電圧を印加した際の液晶分子２１の配向状態が表示単位５０によって異なるため、高電圧を印加することができず、結果として液晶表示装置１００Ａの透過率の低下を招いてしまう。

［実施例２～４］
図１２～図１４は、それぞれ、実施例２～４の液晶表示装置に関する図であり、（１）は液晶表示装置の平面模式図であり、（２）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。
実施例２～４の液晶表示装置１００Ａは、対向電極１４における開口１５の形状を変更したこと以外は、実施例１の液晶表示装置１００Ａと同様の構成を有する。実施例２～４の液晶表示装置１００Ａではそれぞれ、図１２～図１４に示す開口１５が設けられた対向電極１４を用いた。図１２～図１４にはそれぞれ、実施例２～４における液晶分子２１の初期配向方位２２を示す。また、図３（２）～（４）は、実施例２～４で用いた開口１５の形状とＡ及びＢとの関係を示しており、図５（２）～（４）は、実施例２～４で用いた開口１５の形状とＣ及びＤとの関係を示している。

実施例２及び実施例３で用いた開口１５の輪郭部分及び輪郭全体の傾きの平均は、実施例１と同様に求めた。実施例４で用いた開口１５の輪郭部分及び輪郭全体の傾きの平均は、ｘ軸に投影した各々の輪郭部分の長さを２１０等分する、ｙ軸に平行な２１１本の直線を引いたこと以外、実施例１と同様にして求めた。なお、実施例３で用いた開口１５のように、輪郭部分が第一の直線６１又は第二の直線６２に平行な部分を含む場合は、その平行な部分を除外して輪郭部分の傾きの平均を求めるものとする。下記表４に、実施例２～４で用いた開口１５の輪郭部分の傾きの平均及び輪郭全体の傾きの平均を示す。

表４より、第一象限７１及び第三象限７３上の第一及び第三輪郭部分の傾きの平均は負、第二象限７２及び第四象限７４上の第二及び第四輪郭部分の傾きの平均は正であり、各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なっていた。また、輪郭全体の傾きの平均はゼロではなかった。

Ａ～Ｄの長さ及び液晶分子２１の初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度を下記表５に示す。

表５より、実施例２～４で用いた開口１５は、Ａ＞Ｂ、Ｃ＞Ｄであり、開口１５の長手方向は第三の直線６３に平行な方向であった。初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度は、平面視において０度であり、４５度より小さかった。また、実施例２～４で用いた開口１５は、その形状を第一基板１０と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と、面積の１００％が重なる形状であった。

図１２～図１４に基づき、実施例２～４の液晶表示装置１００Ａのオン状態における液晶分子２１の配向分布について説明する。

図１２（３）～図１４（３）のシミュレーション結果が示すように、実施例２～４の液晶表示装置１００Ａでは、上述の（条件１）及び（条件２）を満たす開口１５を用いることにより、電圧印加時に、開口部６０内において、１つの開口１５あたり４つの液晶ドメインを形成しつつ、開口１５の中央部において液晶分子２１を決まった方位に回転させ、４つの液晶ドメインのうちの２つを開口１５の中央部で繋げることが可能となった。

これにより、実施例２～４の液晶表示装置１００Ａでは６．０Ｖの高電圧を印加しても液晶分子２１は全ての表示単位５０で同じ配向状態をとることが可能となり、透過率を高めることが可能となった。具体的には、白表示の際に６．０Ｖの電圧を印加すると、実施例２～４の液晶表示装置１００Ａにおける透過率はそれぞれ、２４．７％、２４．２％及び２３．６％となった。前述の比較例１の液晶表示装置１００Ａと比較して、実施例２～４の液晶表示装置１００Ａはそれぞれ、透過率を１６％、１４％及び１１％高めることができた。

［実施例５］
実施例５の液晶表示装置１００Ａは、対向電極１４における開口１５の形状、液晶分子２１の初期配向方位２２及び一対の偏光子の偏光軸を変更したこと以外は、実施例１の液晶表示装置１００Ａと同様の構成を有する。図１５は、実施例５の液晶表示装置の平面模式図である。実施例５で用いた対向電極１４の形状は比較例１と同様にしたが、実施例５の液晶分子２１の初期配向方位２２及び一対の偏光子の偏光軸は比較例１の角度から１０度傾けた。図１５には、液晶分子２１の初期配向方位２２を示す。また、図３（５）は、実施例５で用いた開口１５の形状とＡ及びＢとの関係を示しており、図５（５）は、実施例５で用いた開口１５の形状とＣ及びＤとの関係を示している。

実施例５で用いた開口１５の輪郭部分及び輪郭全体の傾きの平均は、ｘ軸に投影した各々の輪郭部分の長さを２１０等分する、ｙ軸に平行な２１１本の直線を引いたこと以外、実施例１と同様にして求めた。下記表６に、実施例５で用いた開口１５の輪郭部分の傾きの平均及び輪郭全体の傾きの平均を示す。

表６より、第一象限７１及び第三象限７３上の第一及び第三輪郭部分の傾きの平均は負、第二象限７２及び第四象限７４上の第二及び第四輪郭部分の傾きの平均は正であり、各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なっていた。また、輪郭全体の傾きの平均はゼロではなかった。

Ａ～Ｄの長さ及び液晶分子２１の初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度を下記表７に示す。

表７より、実施例５で用いた開口１５は、Ａ＞Ｂ、Ｃ＞Ｄであり、開口１５の長手方向は第三の直線６３に平行な方向であった。初期配向方位２２と開口１５の長手方向とのなす角度は、平面視において１０度であり、４５度より小さかった。また、実施例１で用いた開口１５は、その形状を第一基板１０と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と、面積の１００％が重なる形状であった。

図１６に基づき、実施例５の液晶表示装置１００Ａのオン状態における液晶分子２１の配向分布について説明する。図１６は、実施例５の液晶表示装置に関する図であり、（１）は対向電極及び画素電極を示した平面模式図であり、（２）は５．５Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図であり、（３）は６．０Ｖ印加時の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果を示した平面図である。図１６（２）及び（３）のシミュレーション結果が示すように、実施例５の液晶表示装置１００Ａでは、上述の（条件１）及び（条件２）を満たす開口１５を用いることにより、電圧印加時に、１つの開口１５あたり４つの液晶ドメインを形成しつつ、開口１５の中央部において液晶分子２１を決まった方位に回転させ、４つの液晶ドメインのうちの２つを開口１５の中央部で繋げることが可能となった。

これにより、５．５Ｖ、６．０Ｖと高電圧を印加しても液晶分子２１は全ての表示単位５０で同じ配向状態をとることが可能となり、実施例５の液晶表示装置１００Ａでは表示単位５０によって透過率が異なるという課題は発生しなかった。したがって、実施例５の液晶表示装置１００Ａでは高電圧を印加することができ、透過率を高めることが可能となった。具体的には、白表示の際、実施例５の液晶表示装置１００Ａに６．０Ｖの電圧を印加すると、透過率は２３．９％となった。これに対して、白表示の際、比較例１の液晶表示装置１００Ａに４．５Ｖの電圧を印加すると、透過率は２１．２％となった。以上より、実施例５の液晶表示装置１００Ａでは、比較例１の液晶表示装置１００Ａと比較して、透過率を１２．７％高めることができた。

［付記］
本発明の一態様は、第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、上記第一基板は、第一電極と、上記第一電極よりも上記液晶層側に設けられた第二電極と、上記第一電極と上記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、上記第二電極には開口が形成され、上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第一基板に対して平行に配向し、上記液晶分子の初期配向方位に対して平行であり、かつ、上記開口を分断する長さが最長となる第一の直線と、上記初期配向方位に対して直交し、かつ、上記開口を分断する長さが最長となる第二の直線とで上記開口の輪郭を４つに分断すると、分断された各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なり、上記開口の上記輪郭全体の傾きの平均は、ゼロではない液晶表示装置であってもよい。

各輪郭部分の傾きの平均の符号が、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なることにより、隣接する輪郭部分において、液晶分子２１を逆方位に回転させる電界を発生させることが可能となる。また、開口の輪郭全体の傾きの平均はゼロではないため、開口の形状は液晶分子の初期配向方位に対して非対称となり、開口の中央部における液晶分子の回転を１方位に決定することができる。これにより、高電圧印加時に表示単位によって液晶分子の配向状態が異なるという現象の発生を低減でき、全ての表示単位で高電圧印加時にも液晶分子の配向が安定する。そのため、充分に高い電圧を印加でき、透過率を向上させることが可能となる。

また、上述のような条件を満たす開口は、特に複雑な形状を取らなくても形成可能であるため、高精細化を実現することができる。

上記第一の直線及び上記第二の直線のうち、上記開口を分断する長さが長い方をｘ軸とし、かつ、上記第一の直線及び上記第二の直線のうち、上記開口を分断する長さが短い方をｙ軸としたとき、又は、上記第一の直線及び上記第二の直線の上記開口を分断する長さが互いに等しい場合は、上記第一の直線及び上記第二の直線のいずれか一方をｘ軸とし、他方をｙ軸としたとき、第一象限及び第三象限上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、負であり、第二象限及び第四象限上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、正であってもよい。この態様によれば、開口の形状を更に簡便なものとすることができるため、更なる高精細化が可能となる。

上記液晶分子は、正の誘電率異方性を有していてもよい。この態様によれば、相対的に粘度の低い液晶分子を用いることができ、応答速度をより向上させることができる。

上記第一の直線上における開口の長さをＡとし、上記第二の直線上における開口の長さをＢとしたとき、Ａ＞Ｂであってもよい。この態様によれば、透過率及び配向安定性をより向上させることができる。

上記初期配向方位と、上記開口の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以下であってもよい。この態様によれば、透過率及び配向安定性をより向上させることができる。

上記液晶分子は、負の誘電率異方性を有していてもよい。

上記第一の直線上における開口の長さをＡとし、上記第二の直線上における開口の長さをＢとしたとき、Ａ＜Ｂであってもよい。この態様によれば、透過率及び配向安定性をより向上させることができる。

上記初期配向方位と、上記開口の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以上であってもよい。この態様によれば、透過率及び配向安定性をより向上させることができる。

上記第一電極と上記第二電極の間に電圧が印加された電圧印加状態において、上記液晶分子は、上記開口の中央部において、同一の方位に回転してもよい。この態様によれば、高電圧印加時に表示単位によって液晶分子の配向状態が異なるという現象の発生をより確実に低減することができる。

上記開口の形状は、その形状を上記第一基板と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と同じであってもよい。この態様によれば、より効率的に所望の配向を実現することができる。

少なくとも白表示状態において、上記開口上には第一、第二及び第三の液晶ドメインが存在し、上記第一の液晶ドメインは、平面視において、上下左右に隣接する４つの領域のうち、右上及び左下、又は、右下及び左上に位置する２つの領域内にそれぞれ位置する２つのドメイン部分と、上記２つのドメイン部分を連結し、上記開口の中央部に位置する連結部分とを有し、上記第二及び第三の液晶ドメインは、それぞれ、上記２つのドメイン部分が位置しない２つの領域内に位置していてもよい。この態様によれば、高電圧印加時に表示単位によって液晶分子の配向状態が異なるという現象の発生をより確実に低減することができる。

１０：第一基板
１１、３１：絶縁基板（例えば、ガラス基板）
１２：画素電極（第一電極）
１３：絶縁層（絶縁膜）
１４：対向電極（第二電極）
１５：開口（スリット）
１６：長手形状部
１７：突出部
２０：液晶層
２１：液晶分子
２２：初期配向方位
３０：第二基板
３２：カラーフィルタ
３３：オーバーコート層
４１：ゲート信号線（走査配線）
４２：ソース信号線（信号配線）
４３：ＴＦＴ
５０：表示単位
６０：開口部
６１：第一の直線
６２：第二の直線
６３：第三の直線
６４：第四の直線
７１：第一象限
７２：第二象限
７３：第三象限
７４：第四象限
８１：第一の液晶ドメイン
８１Ａ：ドメイン部分
８１Ｂ：連結部分
８２：第二の液晶ドメイン
８３：第三の液晶ドメイン
１００Ａ：液晶表示装置
Ａ：第一の直線６１上における開口１５の長さ
Ｂ：第二の直線６２上における開口１５の長さ
Ｃ：第三の直線６３上における開口１５の長さ
Ｄ：第四の直線６４上における開口１５の長さ

Claims

第一基板と、液晶分子を含有する液晶層と、第二基板とを順に備え、
前記第一基板は、第一電極と、前記第一電極よりも前記液晶層側に設けられた第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた絶縁膜とを有し、
前記第二電極には開口が形成され、
前記第一電極と前記第二電極の間に電圧が印加されない電圧無印加状態において、前記液晶分子は、前記第一基板に対して平行に配向し、
前記液晶分子の初期配向方位に対して平行であり、かつ、前記開口を分断する長さが最長となる第一の直線と、前記初期配向方位に対して直交し、かつ、前記開口を分断する長さが最長となる第二の直線とで前記開口の輪郭を４つに分断すると、
分断された各輪郭部分の傾きの平均の符号は、隣接する２つの輪郭部分の各々の傾きの平均の符号と異なり、
前記開口の前記輪郭全体の傾きの平均は、ゼロではないことを特徴とする液晶表示装置。
前記第一の直線及び前記第二の直線のうち、前記開口を分断する長さが長い方をｘ軸とし、かつ、前記第一の直線及び前記第二の直線のうち、前記開口を分断する長さが短い方をｙ軸としたとき、又は、前記第一の直線及び前記第二の直線の前記開口を分断する長さが互いに等しい場合は、前記第一の直線及び前記第二の直線のいずれか一方をｘ軸とし、他方をｙ軸としたとき、第一象限及び第三象限上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、負であり、第二象限及び第四象限上の輪郭部分の各々の傾きの平均は、正であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記液晶分子は、正の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
前記第一の直線上における開口の長さをＡとし、前記第二の直線上における開口の長さをＢとしたとき、Ａ＞Ｂであることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記初期配向方位と、前記開口の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以下であることを特徴とする請求項３又は４記載の液晶表示装置。
前記液晶分子は、負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
前記第一の直線上における開口の長さをＡとし、前記第二の直線上における開口の長さをＢとしたとき、Ａ＜Ｂであることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
前記初期配向方位と、前記開口の長手方向とのなす角度は、平面視において、４５度以上であることを特徴とする請求項６又は７記載の液晶表示装置。
前記第一電極と前記第二電極の間に電圧が印加された電圧印加状態において、前記液晶分子は、前記開口の中央部において、同一の方位に回転することを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記開口の形状は、その形状を前記第一基板と平行な平面内で１８０度回転させた際の形状と同じであることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の液晶表示装置。
少なくとも白表示状態において、前記開口上には第一、第二及び第三の液晶ドメインが存在し、
前記第一の液晶ドメインは、平面視において、上下左右に隣接する４つの領域のうち、右上及び左下、又は、右下及び左上に位置する２つの領域内にそれぞれ位置する２つのドメイン部分と、前記２つのドメイン部分を連結し、前記開口の中央部に位置する連結部分とを有し、
前記第二及び第三の液晶ドメインは、それぞれ、前記２つのドメイン部分が位置しない２つの領域内に位置することを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の液晶表示装置。