(57)【要約】      （修正有）【課題】応答速度及び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。【解決手段】第１基板１０と、液晶層３０と、第２基板２０と、をこの順に備え、第１基板１０は、第１電極１２と、第１電極１２よりも液晶層３０側に設けられた第２電極１４と、第１電極１２及び第２電極１４の間に設けられた絶縁膜１３と、を有し、電圧無印加状態において、液晶分子３１は、第１基板１０に対して平行に配向し、第２電極１４には、複数の開口部１５が並設され、上記各開口部１５は、２つ以上の幅広部及び１つ以上の幅狭部を有する長手形状であり、各開口部において、２つ以上の幅広部及び１つ以上の幅狭部は、当該開口部の長手方向において１つずつ交互に配置され、複数の開口部１５のうちの隣り合う２つの開口部１５は、一方の開口部１５の幅広部及び幅狭部がそれぞれ他方の開口部の幅狭部及び幅広部と隣り合うように、配置される液晶表示装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板及び前記第２基板の間に設けられ、液晶分子を含有する液晶層と、を備え、
前記第１基板は、第１電極と、前記第１電極よりも前記液晶層側に設けられた第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に設けられた絶縁膜と、を有し、
電圧無印加状態において、前記液晶分子は、前記第１基板に対して平行に配向し、
前記第２電極には、複数の開口部が並設され、
前記各開口部は、２つ以上の幅広部及び１つ以上の幅狭部を有する長手形状であり、
前記各開口部において、前記２つ以上の幅広部及び前記１つ以上の幅狭部は、当該開口部の長手方向において１つずつ交互に配置され、
前記複数の開口部のうちの隣り合う２つの開口部は、一方の開口部の幅広部及び幅狭部がそれぞれ他方の開口部の幅狭部及び幅広部と隣り合うように、配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記各開口部は、前記液晶分子の初期配向方位と平行な直線、又は、直交する直線に対して線対称であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
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に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記各開口部の前記２つ以上の幅広部及び前記１つ以上の幅狭部は、前記液晶分子の初期配向方位において交互に配置されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
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に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記各開口部の前記２つ以上の幅広部及び前記１つ以上の幅狭部は、前記液晶分子の初期配向方位と直交する方向において交互に配置されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、水平配向モードの液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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端末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。
【０００４】
このような水平配向モードについては、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、対向する第１の基板及び第２の基板の間に液晶層を有する表示装置であって、第１の基板は、第１電極と第２電極とを有し、第１電極又は第２電極は、第１の方向に延びる電極基部と、当該第１の方向と異なる第２の方向に延び、かつ互いに一定距離を隔てて電極基部から櫛歯状に複数突出する櫛歯部とを含み、液晶層の液晶の初期配向状態として、第２の方向と平行方向である第３の方向に液晶分子の長軸が並び、櫛歯部の長辺の電極基部側の部分と第３の方向とがなす角度は、櫛歯部の長辺の先端側の部分と第３の方向とがなす角度より大きい表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２３２１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。上記特許文献１の図１９等では、互いに隣接する電極基部の一方から突出する櫛歯部の先端を、他方から突出する櫛歯部の先端と互い違いに配置した構造が開示されている。また上記特許文献１の図２０等では、互いに隣接する電極基部の一方から突出する櫛歯部の先端を、他方から突出する櫛歯部の先端と対向して配置した構造が開示されている。このような電極構造を有する特許文献１の液晶表示装置では、電極間に電圧が印加されると、櫛歯部における右側長辺の近傍領域と、左側長辺の近傍領域とにある液晶分子が、互いに逆向きの電界を受け、逆向きに回転しやすいため、水平配向モードにおいても応答速度を向上させることができる。しかしながら、電極基部上では液晶分子が応答しない、又は、液晶分子の応答が遅いため、特許文献１の図１９のように、電極基部が開口部に配置される場合、液晶表示装置の透過率及び応答速度が低下することがある。そのため、液晶表示装置の透過率及び応答速度を向上させるには、未だ改良の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、応答速度及び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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、応答速度及び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、電極に複数の開口部を設け、上記各開口部を、２つ以上の幅広部及び１つ以上の幅狭部を有する長手形状とし、かつ、上記各開口部において、上記２つ以上の幅広部及び上記１つ以上の幅狭部を、当該開口部の長手方向において１つずつ交互に配置し、上記複数の開口部のうちの隣り合う２つの開口部を、一方の開口部の幅広部及び幅狭部がそれぞれ他方の開口部の幅狭部及び幅広部と隣り合うように、配置することにより、上記隣り合う２つの開口部の間隔を狭め、液晶分子が応答しないスペースを少なくして透過率をより向上させると共に、電極端から遠く、応答が遅い液晶分子を少なくして応答速度を向上させることができることを見出した。これにより、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。
【０００９】
すなわち、本発明の一態様は、第１基板と、上記第１基板に対向する第２基板と、上記第１基板及び上記第２基板の間に設けられ、液晶分子を含有する液晶層と、を備え、上記第１基板は、第１電極と、上記第１電極よりも上記液晶層側に設けられた第２電極と、上記第１電極及び上記第２電極の間に設けられた絶縁膜と、を有し、電圧無印加状態において、上記液晶分子は、上記第１基板に対して平行に配向し、上記第２電極には、複数の開口部が並設され、上記各開口部は、２つ以上の幅広部及び１つ以上の幅狭部を有する長手形状であり、上記各開口部において、上記２つ以上の幅広部及び上記１つ以上の幅狭部は、当該開口部の長手方向において１つずつ交互に配置され、上記複数の開口部のうちの隣り合う２つの開口部は、一方の開口部の幅広部及び幅狭部がそれぞれ他方の開口部の幅狭部及び幅広部と隣り合うように、配置される液晶表示装置であってもよい。
【００１０】
上記各開口部は、上記液晶分子の初期配向方位と平行な直線、又は、直交する直線に対して線対称であってもよい。
【００１１】
上記液晶分子は、正の誘電率異方性を有してもよい。
【００１２】
上記各開口部の上記２つ以上の幅広部及び上記１つ以上の幅狭部は、上記液晶分子の初期配向方位において交互に配置されてもよい。
【００１３】
上記液晶分子は、負の誘電率異方性を有してもよい。
【００１４】
上記各開口部の上記２つ以上の幅広部及び前記１つ以上の幅狭部は、上記液晶分子の初期配向方位と直交する方向において交互に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、応答速度及び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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１の液晶表示装置の電圧印加状態における図であり、（ａ）は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いる場合の断面模式図であり（ｂ）は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いる場合の断面模式図である。
【図２】実施形態１の液晶表示装置の画素回路を示す図である。
【図３】実施形態１の液晶表示装置の対向電極の平面模式図である
【図４】実施形態１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果の一例を示した平面図である。
【図５】参考例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【図６】比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【図７】参考例２−１〜２−３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は参考例２−１の対向電極の平面模式図であり、（ｂ）参考例２−２の対向電極の平面模式図であり、（ｃ）は参考例２−３の対向電極の平面模式図である。
【図８】実施例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【図９】参考例３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【図１０】比較例２−１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【図１１】比較例２−２の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【図１２】参考例４の液晶表示装置に関する図であり、電圧無印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。
【図１３】参考例４の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【図１４】参考例４及び比較例３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は比較例３の液晶表示装置の対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は参考例４の液晶表示装置の対向電極の平面模式図である。
【図１５】参考例４及び比較例３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は比較例３の液晶表示装置の、電圧印加状態における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、（ｂ）は参考例４の液晶表示装置の、電圧印加状態における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】液晶表示装置の対向電極に関する図であり、（ａ）は比較例１の液晶表示装置の対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は参考例１の液晶表示装置の対向電極の平面模式図である。
【図１７】従来のＦＦＳモードの液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧無印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。
【図１８】比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧無印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。
【図１９】従来のＦＦＳモードの液晶表示装置に係る、電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。
【図２０】従来のＦＦＳモードの液晶表示装置を用いて、液晶相関長について説明した平面模式図である。
【図２１】比較例１の液晶表示装置に係る、電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。
【図２２】比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は左右の電極端のそれぞれが独立に存在する場合の、液晶分子の配向を示した平面模式図であり、（ｂ）は左右の電極端両方を考慮した場合の、液晶分子の配向を示した平面模式図である。
【図２３】液晶表示装置の対向電極の形状と応答速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
［実施形態１］
本実施形態では、ＦＦＳモードの液晶表示装置を例に挙げて説明を行う。図１は、実施形態１の液晶表示装置の電圧印加状態における図であり、（ａ）は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いる場合の断面模式図であり（ｂ）は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いる場合の断面模式図である。図２は、実施形態１の液晶表示装置の画素回路を示す図である。図１（ａ）及び（ｂ）は共に、図２中に示したＬ１−Ｌ２線に沿った断面を示している。なお、正の誘電率異方性を有する液晶分子をポジ型の液晶分子ともいい、負の誘電率異方性を有する液晶分子をネガ型の液晶分子ともいう。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本実施形態の液晶表示装置１は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備える第１基板１０と、これに対向配置される第２基板２０と、からなる一対の基板間に、液晶分子３１を含む液晶層３０を備える。本明細書において、第１基板１０及び第２基板２０の少なくとも一方の主面に対して平行な面内を、単に「面内」ともいう。
【００２０】
第１基板１０は、第１偏光子（図示省略）と、絶縁基板１１と、複数の画素電極（第１電極）１２と、絶縁膜１３と、対向電極（第２電極）１４と、が液晶層３０側に向かって順に積層された構造を有し、アクティブマトリクス基板とも呼ばれる。第１基板１０の液晶層３０と反対側には、バックライト（図示省略）が配置されている。なお、第１基板１０、液晶層３０、第２基板２０及びバックライトは、この順に配置されてもよい。
【００２１】
第１基板１０は、複数のデータ線４１と、複数のデータ線４１と交差する複数の走査線４２と、複数のＴＦＴ４３と、を備える。各ＴＦＴ４３は、複数のデータ線４１及び複数の走査線４２のうちの対応するデータ線４１及び走査線４２に接続され、薄膜半導体、対応するデータ線４１の一部で構成されるソース電極、対応する走査線４２の一部で構成されるゲート電極、及び、複数の画素電極１２のうちの対応する画素電極１２と接続されたドレイン電極を有する三端子スイッチである。
【００２２】
第２基板２０は、第２偏光子（図示省略）と、絶縁基板２１と、カラーフィルタ層２２及びブラックマトリクス層２３と、オーバーコート層２４と、が液晶層３０側に向かって順次積層された構造を有し、カラーフィルタ基板とも呼ばれる。オーバーコート層２４は、第２基板２０の液晶層３０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。
【００２３】
本実施形態の液晶表示装置１は、マトリクス状に配列された複数の表示単位を備え、第１基板１０における画素電極１２は、一表示単位毎に設けられる面状の電極である。ここで、「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。
【００２４】
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り、絶縁膜１３を介して画素電極１２に積層され、第１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）に形成されている。絶縁膜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（ＳｉＯ２）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。対向電極１４は、第１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。また、対向電極１４には、走査線４２が延在する行方向に複数の開口部１５が並設されている。
【００２５】
図３及び図４を用いて、対向電極１４に設けられた複数の開口部１５について説明する。図３は、実施形態１の液晶表示装置の対向電極の平面模式図である。図４は、実施形態１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加状態の液晶分子の配向分布のシミュレーション結果の一例を示した平面図である。図４（ａ）は、図３において四角の破線で囲んだ領域について説明した図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の中央付近の領域について説明した図である。また、図４は、液晶分子３１が正の誘電率異方性を有する場合について説明した図である。なお、本明細書において、シミュレーションには、シンテック社製のＬＣＤ−Ｍａｓｔｅｒ３Ｄを使用する。また、本明細書において、画素電極（第１電極）１２と対向電極（第２電極）１４との間に電圧が印加された電圧印加状態を、単に「電圧印加状態」ともいい、画素電極（第１電極）１２と対向電極（第２電極）１４との間に電圧が印加されていない電圧無印加状態を、単に「電圧無印加状態」ともいう。電圧無印加状態における液晶分子３１の配向方位は、液晶分子３１の初期配向方位ともいう。また、液晶分子３１の配向方位とは、液晶分子３１の長軸の方向を第１基板１０又は第２基板２０の主面に平行な面に投影したときの方向をいう。
【００２６】
本実施形態では、対向電極１４に複数の開口部１５を並設し、各開口部１５を、２つ以上の幅広部１５１及び１つ以上の幅狭部１５２を有する長手形状とし、かつ、各開口部１５において、２つ以上の幅広部１５１及び１つ以上の幅狭部１５２を、当該開口部１５の長手方向において１つずつ交互に配置している。これにより、電圧印加状態において、幅広部１５１の中心又は幅狭部１５２の中心から４５°方向に広がる領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨに、それぞれ液晶ドメイン３２を形成し、隣接する液晶ドメイン３２における液晶分子３１を互いに逆方位に回転させることができる。その結果、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、対向電極１４の形状を複雑なものとすることなく水平配向モードにおいて高速応答化を実現することができる。なお、液晶分子３１が負の誘電率異方性を有する場合も同様の液晶ドメインが形成され、高速応答化を実現することができる。液晶分子３１が負の誘電率異方性を有する場合については、後述の参考例４で詳細を説明する。
【００２７】
また、このような態様とすることにより、面内で互いに異なる角度で隣り合う電極端１４ａ及び１４ｂの距離を狭め、一方の電極端１４ａに起因して液晶分子３１の配向が変化する領域を、他方の電極端１４ｂに起因して液晶分子３１の配向が変化する領域に重ね合わせることが可能となる。すなわち、一方の電極端１４ａに電界が発生した場合に液晶分子３１の長距離相互作用が及ぶ範囲を、他方の電極端１４ｂに電界が発生した場合に液晶分子３１の長距離相互作用が及ぶ範囲に重ね合わせることが可能となる。ここで、上記長距離相互作用の及ぶ範囲が重ね合わさった部分では、上記長距離相互作用による液晶分子３１の配向変化が制限される。したがって、電極端から遠い、すなわち、液晶分子３１の応答の遅い箇所で、上記長距離相互作用の及ぶ範囲を重ね合わせることにより、電極端から遠い箇所において、液晶分子３１が応答に寄与しなくなる、又は、ほぼ寄与しなくなるため、応答速度を向上させることができると考えられる。なお、液晶分子３１が負の誘電率異方性を有する場合も同様の理由により、応答速度を向上させることができると考えられる。
【００２８】
本実施形態では、更に、複数の開口部１５のうちの隣り合う２つの開口部１５を、一方の開口部１５（以下、第１の開口部１５ａともいう）の幅広部１５１及び幅狭部１５２がそれぞれ他方の開口部１５（以下、第２の開口部１５ｂともいう）の幅狭部１５２及び幅広部１５１と隣り合うように、配置することにより、上記隣り合う２つの開口部１５の間隔を狭め、液晶分子３１が応答しないスペースを少なくして透過率をより向上させると共に、上記隣り合う２つの開口部１５の間隔を狭め、電極端から遠く、応答が遅い液晶分子３１を少なくして応答速度をより向上させることができる。液晶分子３１が負の誘電率異方性を有する場合も同様の理由により、応答速度及び透過率を向上させることができると考えられる。
【００２９】
各開口部１５の幅（短手方向の幅）は、各開口部１５の長手方向において単調減少と単調増加を繰り返している。各開口部１５は、長手方向において極大となる幅（以下、極大幅ともいう）及び極小となる幅（以下、極小幅ともいう）を交互に有している。互いに隣接する幅広部１５１及び幅狭部１５２は、それらの極大幅及び極小幅の合計を２で除した平均幅を有する境界線で互いに接しており、その境界線でそれら幅広部１５１及び幅狭部１５２の境界が規定される。なお、上記極大幅は、後述する各幅広部１５１の最大幅ａ１に相当し、極小幅は、後述する各幅狭部１５２の最小幅ｃ１に相当する。
【００３０】
各開口部１５において、２つ以上の幅広部１５１の幅は互いに実質的に同じであることが好ましいが、少なくとも１つが他と異なっていてもよい。また、各開口部１５の各幅広部１５１の幅は、他の開口部１５の各幅広部１５１の幅と実質的に同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。
【００３１】
各開口部１５が複数の幅狭部１５２を有する場合、各開口部１５において、複数の幅狭部１５２の幅は互いに実質的に同じであることが好ましいが、少なくとも１つが他と異なっていてもよい。また、各開口部１５の各幅狭部１５２の幅は、他の開口部１５の各幅狭部１５２の幅と実質的に同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。
【００３２】
各開口部１５において、各幅広部１５１の最大幅ａ１は、５μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましく、５．５μｍ以上、９．５μｍ以下であることがより好ましい。各幅狭部１５２の最小幅ｃ１は、１μｍ以上、４μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以上、３．５μｍ以下であることがより好ましい。各幅広部１５１の最大幅ａ１は、当該幅広部１５１と隣り合う幅狭部１５２の最小幅ｃ１の２倍以上、６倍以下であることが好ましく、３倍以上、５倍以下であることがより好ましい。
【００３３】
各開口部１５において、互いに隣り合う幅広部１５１及び幅狭部１５２の最大幅ａ１部分及び最小幅ｃ１部分の長手方向の距離ｄ１は、２．５μｍ以上、２８．５μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上、２８μｍ以下であることがより好ましい。距離ｄ１を２．５μｍ以上、２８．５μｍ以下とすることにより、ポジ型の液晶分子３１の初期配向方位を開口部１５の長手方向と平行な直線に対して平行に配置した場合、開口端部１５６を、液晶分子３１の初期配向方位に対して５°以上、４５°以下傾斜させることが可能となる。ポジ型の液晶分子３１を用いる場合、開口端部１５６と液晶分子３１の初期配向方位とのなす角度を４５°とすることにより応答速度を最も速くすることが可能であり、上記角度を小さくすることにより応答速度は遅くなるが透過率を向上させることができる。また、距離ｄ１を２．５μｍ以上、２８．５μｍ以下とすることにより、ネガ型の液晶分子３１の初期配向方位を開口部１５の短手方向と平行な直線に対して平行に配置した場合、開口端部１５６を、液晶分子３１の初期配向方位に対して４５°以上、８５°以下傾斜させることが可能となる。ネガ型の液晶分子３１を用いる場合、開口端部１５６と液晶分子３１の初期配向方位とのなす角度を４５°とすることにより応答速度を最も速くすることが可能であり、上記角度を大きくすることにより応答速度は遅くなるが透過率を向上させることができる。
【００３４】
各開口部１５の形状は、開口部１５の長手方向と平行な直線、又は、開口部１５の短手方向と平行な直線に対して線対称であることが好ましく、開口部１５の長手方向と平行な直線及び開口部１５の短手方向と平行な直線に対して線対称であることがより好ましい。このような態様とすることにより、電圧印加状態において発生する液晶ドメイン３２の対称性を高めることが可能となり、応答速度をより向上させることができる。ここで、各開口部１５が、開口部１５の長手方向と平行な直線、又は、開口部１５の短手方向と平行な直線に対して線対称であるとは、各開口部１５の形状が、開口部１５の長手方向と平行な直線、又は、開口部１５の短手方向と平行な直線に対して完全に線対称である場合のみならず、実質的に線対称である場合も包含するものとする。
【００３５】
各開口部１５の形状は、所定の形状の開口単位１５３が繰り返された形状であることが好ましい。開口単位１５３は、図３において一点鎖線で囲んだ領域に示される部分である。開口単位１５３は、主部１５４と、開口部１５の長手方向における主部１５４の中央部から互いに反対側に突出した一対の突出部１５５とを含むことが好ましい。このような態様とすることにより、斜め方向の電界により液晶ドメイン３２を安定に存在させることが可能となり、応答速度を更に向上させることが可能となる。
【００３６】
各開口部１５は、楕円又は２つの対称軸のあるオーバル等の楕円に類似する形状の長手方向における中央部から互いに反対側に突出した一対の突出部１５５を有する形状が、上記楕円の上端及び下端の少なくとも一方を重ね合わせて配置された形状を有する。一対の突出部１５５は、主部１５４から互いに反対側（外側、短手方向）に突出しており、開口部１５の長手方向における主部１５４の中央部の対向する縁部にそれぞれ設けられている。各突出部１５５は主部１５４から大きく突出していてもよいし、わずかに突出しているだけでもよく、各突出部１５５の大きさは限定されない。また、各突出部１５５は主部１５４から突き出ていればよく、その外縁は円弧状又は楕円弧状であってもよいし、湾曲していてもよいし、凹凸があってもよい。更に、各突出部１５５は、三角形、台形（ただし、長い方の底辺が主部１５４に隣接するもの）等の多角形や、そのような多角形の少なくとも１つの角が丸められた形状であってもよい。
【００３７】
各開口部１５は、液晶分子３１の初期配向方位に対して傾斜した開口端部１５６を有することが好ましい。ここで、液晶分子３１の初期配向方位に対して傾斜した開口端部１５６を、以下では、単に「傾斜部」ともいい、上記傾斜部には突出部１５５は含まれないものとする。このような態様とすることにより、電圧を印加した際の液晶分子３１の回転をスムーズにすることが可能となり、応答速度を更に高めることができる。液晶分子３１が正の誘電率異方性を有する場合、液晶分子３１の初期配向方位と上記傾斜部とのなす角度は、平面視において、５°以上、４５°以下であることが好ましく、１０°以上、４０°以下であることがより好ましい。液晶分子３１が負の誘電率異方性を有する場合、液晶分子３１の初期配向方位と上記傾斜部とのなす角度は、平面視において、４５°以上、８５°以下であることが好ましく、５０°以上、８０°以下であることがより好ましい。液晶分子３１の初期配向方位と上記傾斜部とのなす角度が４５°である場合、液晶分子３１がスムーズに回転して応答速度を最も高めることができる。また、ポジ型の液晶分子３１の初期配向方位と上記傾斜部とのなす角度が０°に近づくにつれて、ネガ型の液晶分子３１の初期配向方位と上記傾斜部とのなす角度が９０°に近づくにつれて、透過率をより向上させることができる。したがって、液晶分子３１の初期配向方位と上記傾斜部とのなす角度を５°以上、４５°以下、又は、４５°以上、８５°以下とすることにより、応答速度及び透過率をより向上させることが可能となる。
【００３８】
各開口部１５において、幅広部１５１及び幅狭部１５２の個数は特に限定されず、それぞれ、画素サイズやブラックマトリクス層２３の開口サイズに応じて適宜設定ことができる。例えば、各開口部１５において、幅広部１５１は２つ以上、７つ以下であり、幅狭部１５２は１つ以上、６つ以下であることが好ましく、幅広部１５１は３つ以上、６つ以下であり、幅狭部１５２は２つ以上、５つ以下であることがより好ましい。
【００３９】
図３において、六角形で囲まれた領域Ｘの内側は透光領域、すなわち、ブラックマトリクス層が配置されていない領域であり、領域Ｘの外側は遮光領域Ｚ、すなわち、ブラックマトリクス層が配置されている領域である。各開口部１５の長手方向における少なくとも一方の端部（好ましくは両端部）は、遮光領域Ｚ内に位置することが好ましい。各開口部１５の外側は液晶分子３１の応答が遅いため、このような態様とすることにより、表示領域における応答速度をより高めることが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態では、複数の開口部１５のうちの隣り合う２つの開口部１５は、一方（第１の開口部１５ａ）の幅広部１５１の他方（第２の開口部１５ｂ）側の開口端部１５ａ１及び幅狭部１５２の第２の開口部１５ｂ側の開口端部１５ａ２がそれぞれ、他方（第２の開口部１５ｂ）の幅狭部１５２の第１の開口部１５ａ側の開口端部１５ｂ２及び幅広部１５１の第１の開口部１５ａ側の開口端部１５ｂ１に沿うように配置されている。また、複数の開口部１５のうちの隣り合う２つの開口部１５ａ、１５ｂは、第１の開口部１５ａの幅広部１５１及び幅狭部１５２と、第２の開口部１５ｂの幅狭部１５２及び幅広部１５１とが互い違いに配置されている。
【００４１】
互いに隣り合う第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの最短距離は、場所によって変化してもよいが、液晶相関長の２倍未満の範囲内にあることが好ましい。このような態様とすることにより、第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの間の、液晶相関長の重なりが薄い部分を少なくすることが可能となり、応答速度をより向上させることができる。液晶相関長は、液晶材料の誘電率異方性、弾性定数等の物性値、及び、配向膜の束縛度合い（アンカリングエネルギー）等により調節することが可能であり、例えば、液晶材料の誘電率異方性を大きくしたり、液晶材料の弾性定数を大きくしたり、配向膜の束縛度合いを小さくしたりすることにより、液晶相関長を長くすることができる。
【００４２】
上記液晶相関長は、例えば、次のように求めることができる。画素電極１２及び対向電極１４の間に電圧を印加すると、電極端で電界が発生し、液晶分子３１の再配向が行われる。この際、電極端に挟まれた領域では、液晶分子３１が複数の電極端の影響を受けて再配向することとなるが、上記液晶相関長を求める際は、個々の電極端が単独で存在すると仮定して、液晶分子３１の配向が変化する領域をシミュレーションにより求める。そして、当該電極端から、当該液晶分子３１の配向が変化する領域の端部までの距離を測定することにより、上記液晶相関長を求めることができる。
【００４３】
開口部１５は、各表示単位に少なくとも２つ配置されることが好ましい。１つの表示単位内における開口部１５の数の上限は、特に限定されないが、５個以下であることが好ましく、３個以下であることがより好ましい。透過率を向上させる観点から、開口部１５の数は少ない方が好ましい。
【００４４】
各開口部１５は、液晶分子３１の初期配向方位と平行な直線、又は、直交する直線に対して線対称であることが好ましい。このような態様とすることにより、電圧印加状態において発生する液晶ドメイン３２の対称性を高めることが可能となり、応答速度をより向上させることができる。ここで、各開口部１５が、液晶分子３１の初期配向方位と平行な直線、又は、直交する直線に対して線対称であるとは、各開口部１５の形状が、液晶分子３１の初期配向方位と平行な直線、又は、直交する直線に対して完全に線対称である場合のみならず、実質的に線対称である場合も包含するものとする。
【００４５】
液晶層３０が正の誘電率異方性を有する液晶材料から形成され、液晶分子３１が正の誘電率異方性を有する場合、各開口部１５の２つ以上の幅広部１５１及び１つ以上の幅狭部１５２は、液晶分子３１の初期配向方位において交互に配置されることが好ましい。このような態様とすることにより、幅広部１５１（特に、幅広部１５１における突出部１５５）により、図４（ｂ）に示すような十字状の暗線を固定化することができ、実効的に印加できる電圧を高く設定することが可能となるため、透過率をより高めることができる。なお、この場合、各開口部１５の長手方向は、液晶分子３１の初期配向方位と平行であってもよい。
【００４６】
液晶層３０が負の誘電率異方性を有する液晶材料から形成され、液晶分子３１が負の誘電率異方性を有する場合、各開口部１５の２つ以上の幅広部１５１及び１つ以上の幅狭部１５２は、液晶分子３１の初期配向方位と直交する方向において交互に配置されることが好ましい。このような態様とすることにより、幅広部１５１（特に、幅広部１５１における突出部１５５）により、図４（ｂ）に示すような十字状の暗線を固定化することができ、実効的に印加できる電圧を高く設定することが可能となるため、透過率をより高めることができる。なお、この場合、各開口部１５の短手方向（長手方向に直交する方向）は、液晶分子３１の初期配向方位と平行であってもよい。
【００４７】
本実施形態において、電圧印加状態における液晶分子３１の配向は、第１基板１０に設けた画素電極１２、絶縁膜１３及び対向電極１４の積層構造によって制御される。すなわち、本実施形態の液晶表示装置１は、画素電極１２及び対向電極１４の間に印加する電圧を変化させることで、液晶層３０に含まれる液晶分子３１の配向を制御することができるようになっている。なお、本実施形態では、面状の画素電極１２の上に、複数の開口部１５が形成された対向電極１４を設けるが、画素電極１２と対向電極１４との配置を入れ替え、面状の対向電極の上に画素電極を形成し、画素電極に上述の開口部１５を形成してもよい。また、電圧印加状態とは、液晶分子３１が電界の影響を受けて回転し、配向方位を変化させるのに必要な最低限の電圧（閾値電圧）以上が印加された状態を意味し、白表示が行われる電圧（白電圧）が印加された状態であってもよい。
【００４８】
図１には図示していないが、第１基板１０及び／又は第２基板２０の液晶層３０側の表面には、通常、配向膜が設けられる。配向膜は、電圧無印加状態における液晶分子３１の配向を制御する機能を有する。上記配向膜は、有機膜であっても無機膜であってもよい。
【００４９】
本実施形態では、電圧無印加状態における液晶分子３１の配向を第１基板１０及び第２基板２０に対して平行となるように制御する水平配向膜を用いる。水平配向膜は、膜近傍に存在する液晶分子３１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１基板１０に対して平行に配向した液晶分子３１の長軸の向きを、特定の方向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。例えば、表示単位が矩形状である場合、正の誘電率異方性を有する液晶分子３１を用いる際は、表示単位の長手方向に光配向処理又はラビング処理を施すことができ、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１を用いる際は、表示単位の短手方向に光配向処理又はラビング処理を施すことができる。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。
【００５０】
なお、液晶分子３１の配向が「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３１のプレチルト角（電圧無印加状態における傾斜角）は、第１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く、光配向膜を用いて０°とすることが特に好ましい。プレチルト角を０°とすることで、プレチルト角が液晶ドメインに及ぼす影響がなくなり、４つの液晶ドメインのバランスを均一に保持し易くなる。
【００５１】
液晶分子３１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３１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。
Δε＝（長軸方向の誘電率）−（短軸方向の誘電率）
【００５２】
負の誘電率異方性を有する液晶分子３１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３１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効果を得ることが可能である。なお、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１の初期配向方位は、正の誘電率異方性を有する液晶分子３１に対して９０度回転する方向となる。また、正の誘電率異方性を有する液晶分子３１は、電圧印加状態において、液晶分子３１の長軸が各開口部１５の輪郭（開口端部１５６）と直交するように配向するが、負の誘電率異方性を有する液晶分子３１は、電圧印加状態において、液晶分子の長軸が各開口部１５の輪郭と平行となるように配向する。
【００５３】
液晶表示装置１の精細度は特に限定されないが、３００ｐｐｉ以上、１０００ｐｐｉ以下であることが好ましく、３５０ｐｐｉ以上、８００ｐｐｉ以下であることがより好ましい。なお、本明細書における精細度（ｐｐｉ：ｐｉｘｅｌ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）とは、１インチ（２．５４ｃｍ）当たりに配置される画素の数である。１つの画素を複数のサブ画素（表示単位）に分割して駆動する場合は、複数のサブ画素によって構成された１つの画素のサイズをもとに精細度を算出してもよい。
【００５４】
第１偏光子及び第２偏光子は、いずれも吸収型偏光子であり、互いに吸収軸が直交したクロスニコルの配置関係にある。なお、第１偏光子の偏光軸及び第２偏光子の偏光軸の一方は、液晶分子３１の初期配向方位と平行な方向に配置され、他方は、液晶分子３１の初期配向方位に直交する方向に配置される。
【００５５】
液晶表示装置１は、上述した部材の他に、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。
【００５６】
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。
【００５７】
以下に実施例、比較例及び参考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。
【００５８】
［参考例１及び比較例１］
参考例１及び比較例１の液晶表示装置は、対向電極に設けられた開口部の形状が異なること以外は、上述の実施形態１の液晶表示装置と同様の構成を有する。図５は、参考例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。図６は、比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。
【００５９】
参考例１の液晶表示装置における対向電極１４Ｒに、図５（ａ）の形状の開口部１５Ｒを設定した。参考例１の液晶表示装置における対向電極１４Ｒの開口部１５Ｒは、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して、幅広部１５１Ｒと幅狭部１５２Ｒとを交互に有する形状とし、上下の液晶ドメインを対称に固定化するよう、幅広部１５１Ｒには一対の突出部１５５Ｒを設けた。参考例１では、対向電極１４Ｒにおける開口部１５Ｒを、表示単位あたり１つ設けた。図５（ａ）における幅広部１５１Ｒの最大幅ａｒを８．５μｍ、開口部１５Ｒの長手方向の長さｂｒを３５．９μｍ、幅狭部１５２Ｒの最小幅ｃｒを２．６μｍに設定した。また、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して傾斜した開口端部１５６Ｒと、液晶分子の初期配向方位３１ａとのなす角度を２５°に設定した。図５において四角で囲まれた領域ＸＲの内側は透光領域、すなわち、ブラックマトリクス層が配置されていない領域であり、領域ＸＲの外側は遮光領域、すなわち、ブラックマトリクス層が配置されている領域である。
【００６０】
液晶層に関し、屈折率異方性（Δｎ）を０．１１、面内位相差（Ｒｅ）を３１０ｎｍ、粘度を７０ｃｐｓに設定した。また、液晶分子の誘電率異方性（Δε）を７（ポジ型）に設定した。液晶分子の初期配向方位は、表示単位の長手方向に平行となるよう設定した。更に、液晶層を挟持する一対の基板の液晶層とは反対側に、一対の偏光板を配置した。上記一対の偏光板は、偏光板吸収軸が液晶分子の初期配向方位に対して平行、及び、垂直となるようにクロスニコルで配置し、液晶層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とした。
【００６１】
また、比較例１の液晶表示装置は、対向電極１４Ｒに、図６（ａ）の形状の開口部１５Ｒを設定したこと以外は、参考例１の液晶表示装置と同様の構成を有する。比較例１で用いた開口部１５Ｒは、主部１５４Ｒと、主部１５４Ｒから互いに反対側に突出した一対の突出部１５５Ｒとを含む。図６（ａ）における幅広部１５１Ｒの最大幅ａｒを８．５μｍ、開口部１５Ｒの長手方向の長さｂｒを１２．５μｍに設定した。また、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して傾斜した開口端部１５６Ｒと、液晶分子の初期配向方位３１ａとのなす角度を２５°に設定した。図６において四角で囲まれた領域ＸＲの内側は透光領域、すなわち、ブラックマトリクス層が配置されていない領域であり、領域ＸＲの外側は遮光領域、すなわち、ブラックマトリクス層が配置されている領域である。
【００６２】
参考例１及び比較例１の液晶表示装置について、４．５Ｖの電圧印加状態における透過率をシミュレーションした。結果を下記表１に示す。なお、参考例１の液晶表示装置の透過率は、比較例１の液晶表示装置の透過率を１００％として求めた。また、シミュレーションの際、参考例１及び比較例１におけるブラックマトリクス層及び画素電極のサイズは、互いに同一となるよう設定した。
【００６３】
【表１】
2019113584.tif 000003
【００６４】
表１の結果より、参考例１の液晶表示装置における透過率は、比較例１の液晶表示装置における透過率を８％上回ることが分かった。比較例１の液晶表示装置では、開口部１５Ｒ間（図６の点線丸印で囲んだ領域）に暗線が生じて透過率を高めることが困難であった。また、開口部１５Ｒ間では、液晶分子の電極端からの距離が大きくなるため、応答速度は遅くなると考えられる。一方、参考例１では、幅広部１５１Ｒと幅狭部１５２Ｒとを交互に有する開口部１５Ｒを対向電極１４Ｒに設けたことにより、図５の点線丸印で囲んだ領域に示すように、比較例１に比べて暗線を細くすることが可能となり、透過率を向上させることができたと考えられる。また、図５の点線丸印で囲んだ領域に示すように、参考例１では、液晶分子の電極端からの距離を比較例１に比べて小さくすることが可能であるため、参考例１の液晶表示装置の応答速度は、比較例１より向上すると考えられる。
【００６５】
［参考例２−１〜２−３］
参考例２−１〜２−３の液晶表示装置は、対向電極に設けられた開口部の形状が異なること以外は、上述の参考例１の液晶表示装置と同様の構成を有する。図７は、参考例２−１〜２−３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は参考例２−１の対向電極の平面模式図であり、（ｂ）参考例２−２の対向電極の平面模式図であり、（ｃ）は参考例２−３の対向電極の平面模式図である。
【００６６】
幅広部と幅狭部とを交互に有する開口部において、開口部の長手方向の上端及び下端の頂点を結ぶ線分が液晶分子の初期配向方位と平行であり、開口部の形状が、液晶分子の初期配向方位に対して線対称であることが重要である。図７（ｃ）に示すように、参考例２−３の液晶表示装置では、開口部１５Ｒの長手方向の上端の頂点Ｖ１を通り、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して平行な直線と、開口部１５Ｒの長手方向の下端の頂点Ｖ２を通り、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して平行な直線とのずれは０μｍであり、参考例２−３における開口部１５Ｒは、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して線対称であることが分かる。
【００６７】
参考例２−１及び２−２を用いて、開口部の形状が液晶分子の初期配向方位に対して線対称でない場合について説明する。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、参考例２−１及び２−２の液晶表示装置は、それぞれ、開口部１５Ｒの長手方向の上端の頂点Ｖ１を通り、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して平行な直線と、開口部１５Ｒの長手方向の下端の頂点Ｖ２を通り、液晶分子の初期配向方位３１ａに対して平行な直線とのずれを０．５μｍ及び１．０μｍとしたこと以外は、参考例２−３の液晶表示装置と同様に設定した。すなわち、参考例２−１の開口部１５Ｒは、参考例２−３の開口部１５Ｒを構成する開口単位１５３ａｒ及び１５３ｂｒを、それぞれ、参考例２−３の開口部１５Ｒの上端の頂点Ｖ１と下端の頂点Ｖ２とを結ぶ線分から左側及び右側に０．２５μｍずらして配置した。また、参考例２−２の開口部１５Ｒは、参考例２−３の開口部１５Ｒを構成する開口単位１５３ａｒ及び１５３ｂｒを、それぞれ、参考例２−３の開口部１５Ｒの上端の頂点Ｖ１と下端の頂点Ｖ２とを結ぶ線分から左側及び右側に０．５μｍずらして配置した。なお、参考例２−３における開口部１５Ｒの形状は、画素電極の長辺と平行な直線に対して、線対称であった。
【００６８】
参考例２−１〜２−３の液晶表示装置について、０Ｖから４．５Ｖに電圧を変化させた際の応答時間をシミュレーションにより求めた。なお、応答時間は、透過率１０％から９０％（ただし、０Ｖ印加時の最大透過率を０％とし、４．５Ｖ印加時の最大透過率を１００％とする）へ変調するのに要する時間とした。結果を表２に示す。なお、参考例２−１及び２−２の液晶表示装置の応答時間は、参考例２−３の液晶表示装置の応答時間を１００％として求めた。
【００６９】
【表２】
2019113584.tif 000004
【００７０】
表２の結果より、参考例２−３の液晶表示装置の応答速度が、参考例２−１及び２−２の液晶表示装置と比較して速いことが分かった。以上より、応答速度を向上させる観点から、開口部１５Ｒの形状が、液晶分子の初期配向方位３１ａと平行な直線に対して線対称であることが好ましいと考えられる。
【００７１】
［実施例１、参考例３及び比較例２−１〜２−２］
図８は、実施例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。図９は、参考例３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。図１０は、比較例２−１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。図１１は、比較例２−２の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。実施例１、参考例３及び比較例２−１〜２−２において、液晶分子の初期配向方位は、表示単位の長手方向に沿うように配置した。
【００７２】
実施例１の液晶表示装置における対向電極１４には、図８に示す形状の開口部１５を設けた。すなわち、実施例１では、幅広部１５１及び幅狭部１５２を交互に有する開口部１５を表示単位あたり２列並べ、互いに隣り合う開口部１５のうち一方の開口部１５の幅広部１５１の中心と、他方の開口部１５の幅狭部１５２の中心とが、液晶分子の初期配向方位に直交する直線上に位置するように、また、画素電極１２の長辺に直交する直線上に位置するように、開口部１５を配置した。実施例１では、隣り合う２つの開口部１５を、一方の開口部１５の幅広部１５１及び幅狭部１５２がそれぞれ他方の開口部１５の幅狭部１５２及び幅広部１５１と隣り合うように、配置した。各開口部１５は、楕円の長軸方向の中央部が円弧上に盛り上がった突出部を有する形状が、上記楕円の上端及び下端の少なくとも一方を重ね合わせて配置された形状を有する。また、各開口部１５は、楕円の長手方向における中央部から互いに反対側に突出した一対の突出部１５５を有する形状が、上記楕円の上端及び下端の少なくとも一方を重ね合わせて配置された形状を有する。
【００７３】
実施例１では、幅広部１５１の最大幅ａ１を略７．３μｍ、幅狭部１５２の最小幅ｃ１を略１．８μｍに設定し、液晶分子の初期配向方位に対して傾斜した開口端部１５６と、液晶分子の初期配向方位３１ａとのなす角度を２５°に設定した。
【００７４】
参考例３の液晶表示装置における対向電極には、図９に示す形状の開口部１５Ｒを設けた。すなわち、参考例３では、幅広部１５１Ｒ及び幅狭部１５２Ｒを交互に有する開口部１５Ｒを表示単位あたり２列並べ、互いに隣り合う開口部１５Ｒのうち一方の開口部１５Ｒの幅広部１５１Ｒの中心と、他方の開口部１５Ｒの幅広部１５１Ｒの中心とが、液晶分子の初期配向方位３１ａに直交する直線上に位置するように、また、画素電極１２Ｒの長辺に直交する直線上に位置するように、開口部１５Ｒを配置した。参考例３では、隣り合う２つの開口部１５Ｒを、一方の開口部１５Ｒの幅広部１５１Ｒ及び幅狭部１５２Ｒがそれぞれ他方の開口部１５Ｒの幅広部１５１Ｒ及び幅狭部１５２Ｒと隣り合うように、配置した。
【００７５】
参考例３では、幅広部１５１の最大幅ａｒを略７．５μｍ、幅狭部１５２Ｒの最小幅ｃｒを略１．８μｍに設定し、液晶分子の初期配向方位に対して傾斜した開口端部１５６Ｒと、液晶分子の初期配向方位３１ａとのなす角度を２５°に設定した。
【００７６】
比較例２−１の液晶表示装置における対向電極１４Ｒには、図１０に示す形状の開口部１５Ｒを設けた。すなわち、比較例２−１では、比較例１と類似の開口部１５Ｒを１つの表示単位に８つ設け、上記８つの開口部１５Ｒを離して配置した。比較例２−２の液晶表示装置における対向電極１４Ｒには、図１１に示す形状の開口部１５Ｒを設けた。すなわち、比較例２−２では、開口部１５Ｒ間の間隔を比較例２−１よりも狭めて、８つの開口部１５Ｒを配置した。
【００７７】
比較例２−１及び比較例２−２では、幅広部の最大幅ａｒを略７．５μｍ、開口部１５Ｒの長手方向の長さｂｒを略１０．９μｍに設定した。また、液晶分子の初期配向方位に対して傾斜した開口端部１５６Ｒと、液晶分子の初期配向方位とのなす角度を２５°に設定した。
【００７８】
実施例１、参考例３及び比較例２−１〜２−２の液晶表示装置について、透過率をシミュレーションにより求めた。また、通常のＦＦＳモードの液晶表示装置と同様に、本明細書の実施例、参考例及び比較例の液晶表示装置は、０階調から１２８階調付近へ遷移する場合の応答時間が最も遅いため、ここでは、２５６階調表示が可能な実際の装置を用いて、０階調から１２８階調への応答時間（Ｇｒａｙ  ｔｏ  Ｇｒａｙ  ｗｏｒｓｔ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｔｉｍｅ：透過率変化において透過率が１０％から９０％へ変調するに要する時間、ただし、０階調表示時の透過率を０％とし、１２８階調表示時の最大透過率を１００％とする。）を測定した。この応答時間は、中間調間遷移も含めた全ての階調間遷移のうち、一番大きな応答時間となる。なお、比較例２−２、参考例３及び実施例１の液晶表示装置の透過率は、比較例２−１の液晶表示装置の透過率を１００％として求めた。また、比較例２−２、参考例３及び実施例１の液晶表示装置の応答時間は、比較例２−１の液晶表示装置の透過率を１００％として求めた。
【００７９】
【表３】
2019113584.tif 000005
【００８０】
上記の結果より、互いに隣接する開口部１５、１５Ｒの間隔を狭めるか、無くすことで、応答速度が向上することを見出した。その理由は、以下のように推察される。すなわち、一対の電極間に電圧を印加すると、開口部１５、１５Ｒの短手方向に配置された突出部から液晶分子の応答が開始されるため、開口部１５、１５Ｒの上端の頂点及び下端の頂点における液晶分子の応答は相対的に遅い。また、開口部１５、１５Ｒの外側にもフリンジ電界による配向が伝搬するが、開口部１５、１５Ｒの外側は液晶分子の配向がぶつかる箇所がない、又は、少なく、液晶分子の粘弾性に任せて応答するため応答が遅い。以上の理由により、開口部１５Ｒの間隔を比較例２−１より小さくした比較例２−２では、暗線が細くなり透過率が向上すると共に、応答速度も１６％速くなったと思われる。
【００８１】
参考例３では、比較例２−１及び比較例２−２に対して開口部１５Ｒの充填率が高まったため、透過率は比較例２−１に対して１１９％に増加し、かつ、開口部１５Ｒ間に存在していた液晶分子の応答の遅い箇所を無くすことができたため、応答時間は７９％に高められたと考えられる。
【００８２】
実施例１では、開口部１５の充填率が参考例３よりも向上すると共に、開口部１５の外側における液晶分子の応答の遅い箇所が電界で規制されるようになるため、透過率は比較例２−１に対して１３５％に増加し、応答時間は７６％に高められ、高透過率化と高速応答化を実現することができたと考えられる。
【００８３】
［参考例４及び比較例３］
参考例４の液晶表示装置は、負の誘電率異方性を有する液晶分子に変更し、かつ、液晶分子の初期配向方位を表示単位の短手方向に平行となるよう設定したこと以外は、参考例１の液晶表示装置と同様の構成を有する。参考例４では、液晶分子の初期配向方位３１ｂに対して傾斜した開口端部と、液晶分子の初期配向方位３１ｂとのなす角度を６５°に設定した。また、参考例４の液晶表示装置では、液晶層に含まれる液晶分子３１Ｒの誘電率異方性（Δε）を−７（ネガ型）に設定した。
【００８４】
図１２は、参考例４の液晶表示装置に関する図であり、電圧無印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。図１３は、参考例４の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加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。図１３は、図１２において四角の破線で囲んだ領域について説明した図である。
【００８５】
負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた参考例４では、図１２に示すように、液晶分子の初期配向方位３１ｂを表示単位の短手方向に平行とした。負の誘電率異方性を有する液晶分子３１Ｒは、電圧印加状態において、図１３（ａ）に示すように、液晶分子３１Ｒの長軸方向が開口部１５Ｒの輪郭に沿うように配向した。
【００８６】
図１３（ｂ）に基づき、参考例４の液晶表示装置の電圧印加状態（４．５Ｖ印加）における液晶分子３１Ｒの配向分布について説明する。負の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた参考例４も、正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いた参考例１と同様に、幅広部１５１Ｒの中心及び幅狭部１５２Ｒの中心から、それぞれ４５度方向に４つの液晶ドメインが形成され、上記中心から４５度方向の液晶分子３１Ｒも、電圧印加初期から充分回転するため、参考例１の液晶表示装置と同様に高速応答化を実現することができる。すなわち、誘電率異方性が負の液晶分子を用いた場合でも、誘電率異方性が正の液晶分子を用いた場合と同様の効果が得られることが分かった。
【００８７】
図１４は、参考例４及び比較例３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は比較例３の液晶表示装置の対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は参考例４の液晶表示装置の対向電極の平面模式図である。図１５は、参考例４及び比較例３の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は比較例３の液晶表示装置の、電圧印加状態における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、（ｂ）は参考例４の液晶表示装置の、電圧印加状態における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３の液晶表示装置は、開口部を比較例１の形状に変更したこと以外は、参考例４と同様の構成を有する。比較例４の開口部の幅広部１５１Ｒの最大幅ａｒ及び開口部１５Ｒの長手方向の長さｂｒは比較例１と同様に設定した。また、参考例４の開口部１５Ｒの幅広部１５１Ｒの最大幅ａｒ及び幅狭部１５２Ｒの最小幅ｃｒは、参考例１と同様に設定した。
【００８８】
参考例４及び比較例３の液晶表示装置について、４．５Ｖの電圧印加状態における透過率をシミュレーションした。結果を下記表４に示す。なお、参考例４の液晶表示装置の透過率は、比較例３の液晶表示装置の透過率を１００％として求めた。
【００８９】
【表４】
2019113584.tif 000006
【００９０】
表４の結果より、参考例４の液晶表示装置における透過率は、比較例３の液晶表示装置における透過率を６％上回ることが分かった。比較例３に対し、参考例４では、開口部１５Ｒ間の透過率に寄与しない箇所が減少するため、高透過率となったと考えらえる。
【００９１】
以下に、液晶相関長と液晶分子の応答速度との関係について補足する。
【００９２】
図１６は、液晶表示装置の対向電極に関する図であり、（ａ）は比較例１の液晶表示装置の対向電極の平面模式図であり、（ｂ）は参考例１の液晶表示装置の対向電極の平面模式図である。図１６において破線四角で囲まれた領域は、開口単位を表す。図１６より、開口単位内での「面内で異なる角度で向かい合う電極端の間の距離（実線矢印の長さ）」は、参考例１及び比較例１で変わらないが、隣り合う開口単位間での「面内で異なる角度で向かい合う電極端の間の距離（破線矢印の長さ）」は、比較例１に比べて、参考例１においてより短くなっている。開口単位間での「面内で異なる角度で向かい合う電極端の間の距離（破線矢印の長さ）」の差により、参考例１の液晶表示装置の応答速度は、より向上すると考えられる。その理由を以下に示す。
【００９３】
参考例１及び比較例１の液晶表示装置を比較する前に、まず、従来のＦＦＳモードの液晶表示装置について説明しておく。図１７は、従来のＦＦＳモードの液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧無印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。従来のＦＦＳモードの液晶表示装置では、図１７に示す開口部１５Ｒが対向電極１４Ｒに設けられており、互いに平行に向かい合う電極端で発生するフリンジフィールドを、液晶分子３１Ｒの配向を変化させるドライビングフォースとして用いる。図１７（ｂ）より、電圧印加状態では、電極端で発生する同方向のフリンジフィールドにより、面内の液晶分子３１Ｒは、全て同方向に回転する。
【００９４】
次に、比較例１について説明する。図１８は、比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は電圧無印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図であり、（ｂ）は電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。比較例１では、「面内で異なる角度で向かい合う電極端」で発生するフリンジフィールドにより、電極端付近の液晶分子３１Ｒは、隣り合うドメイン間で逆方向に回転するように再配向する。この際、隣り合うドメインの境界では、液晶分子３１Ｒが受けるトルク（液晶分子の長距離相互作用）の釣合により面内では回転しない。すなわち、図１８（ｂ）に示す十字状の破線部分では、液晶分子３１Ｒの電界による再配向が起こらないため、暗線（ヴァーチャルウォールともいう）として観測される。この長距離相互作用の釣合によるヴァーチャルウォールが高速応答化のメカニズム理解に重要となる。
【００９５】
以下に、液晶長距離相互作用について説明する。図１９は、従来のＦＦＳモードの液晶表示装置に係る、電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。図２０は、従来のＦＦＳモードの液晶表示装置を用いて、液晶相関長について説明した平面模式図である。図２０は、図１９において点線四角で囲んだ領域の拡大図である。
【００９６】
ＦＦＳモードの液晶表示装置においては、電極端で発生するフリンジフィールドによって液晶分子の再配向が行われる。液晶分子が電界によって受ける誘電トルク（単に、トルクともいう）は電極端近傍が最も大きく、液晶分子の変形量（面内回転量）も面内で最も大きくなる。電極端で変形した配向と揃うように周囲の液晶分子の配向も変形する。このような相互作用は、液晶分子の長距離相互作用とも呼ばれ、上記長距離相互作用が及ぶ距離は、液晶相関長と呼ばれる。
【００９７】
上述のように、ＦＦＳモードの液晶表示装置では、電極端近傍で発生させた液晶分子３１Ｒの配向変化をその周囲に伝えることによって、面内の配向変化を引き起こす。この液晶分子３１Ｒの再配向ダイナミクスは粘弾性挙動を示すため、電極端から離れるほど、液晶分子３１Ｒの配向変化が起こるタイミングは遅くなる。すなわち、電極端近傍の液晶分子３１Ｒの配向変化につられて、電極端から離れた位置にある液晶分子３１Ｒの配向が変化する。したがって、電極端から離れた位置にある液晶分子３１Ｒほど、応答し始める時刻が遅く、応答し終わる時刻も遅くなる。
【００９８】
対向電極が、面内で互いに異なる角度で向い合う電極端を有する場合に、応答速度が向上する理由を、比較例１を例に挙げて説明する。図２１は、比較例１の液晶表示装置に係る、電圧印加状態の液晶分子の配向を説明した平面模式図である。図２２は、比較例１の液晶表示装置に関する図であり、（ａ）は左右の電極端のそれぞれが独立に存在する場合の、液晶分子の配向を示した平面模式図であり、（ｂ）は左右の電極端両方を考慮した場合の、液晶分子の配向を示した平面模式図である。すなわち、図２２（ａ）は、左右の電極各々単体での液晶相関長を示すイメージであり、図２２（ｂ）は、左側の電極端による液晶分子の配向変化及び右側の電極端による液晶分子の配向変化により、液晶相関長が制限された場合の液晶分子の配向を示している。図２２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図２１において点線四角で囲んだ領域の拡大図である。
【００９９】
図２２（ａ）に示す液晶相関長の重なりが生じる距離まで電極端間の距離を狭めていくと、図２２（ｂ）に示すように、電極端から遠く、応答の遅い箇所では長距離相互作用による配向変化が制限される。その結果、電極端から遠い場所に位置する液晶分子は応答性に寄与しなくなり、応答速度が向上すると考えられる。なお、上記長距離相互作用による配向変化が制限される箇所は透過率にも寄与しない。
【０１００】
図２２に示した比較例１のような開口部１５Ｒを用いることにより、開口単位の内側については上記の高速応答化の効果が得られると考えられる。しかしながら、開口単位の外側については、開口単位間の距離が離れているため、上記の高速応答化の効果が得られ難いと考えられる。
【０１０１】
図２３は、液晶表示装置の対向電極の形状と応答速度との関係を示す図である。図２３における応答時間の比は実測結果である。この応答時間は、上述の０階調から１２８階調への応答時間（Ｇｒａｙ  ｔｏ  Ｇｒａｙ  ｗｏｒｓｔ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｔｉｍｅ）であり、応答時間の比とは、比較例１の構成である図２３（１）の場合の応答時間に対する比を示している。上述のように、ＦＦＳモードにおいては、電極端から離れた場所に位置する液晶分子ほど、面内で相対的に応答が遅い。開口部の形状を、比較例１の構成である図２３（１）の形状とする場合、ヴァーチャルウォールは対向電極の開口単位内のみに発生し、開口単位の外側においては、その効果が小さいといえる。（１）の開口部の形状に対して、上下間の開口部の間隔を狭めて開口部を（２）のように配置すると、応答速度を向上させることが可能となる。
【０１０２】
そして、（２）における複数の開口部を互いに連結させ、開口部を（３）に示す形状とすることにより、応答速度を（２）よりも向上させることができる。更に、（３）において２列に並んだ開口部のうち、左側の開口部の幅狭部と、右側の開口部の幅広部とが、開口部の短手方向に沿って並ぶように配置し、開口部を（４）に示す形状とすることにより、すなわち、上記実施形態の形状とすることにより、応答速度を（３）よりも向上させることができる。これは、（３）に示す実線及び破線で丸く囲まれた領域（十字状の暗線の交点付近であり、電極端から遠い箇所）では、液晶分子の応答が遅いためであり、開口部を（４）のように配置することにより、（３）において破線で丸く囲まれた領域、すなわち、液晶相関長の重なりが薄い部分を少なくすることが可能となるため、（４）では、（３）よりも応答速度が向上すると考えられる。
【符号の説明】
【０１０３】
１：液晶表示装置
１０：第１基板
１１、２１：絶縁基板
１２：画素電極（第１電極）
１３：絶縁膜
１４、１４Ｒ：対向電極（第２電極）
１４ａ、１４ｂ：電極端
１５、１５ａ、１５ｂ、１５Ｒ：開口部
１５ａ１、１５ａ２、１５ｂ１、１５ｂ２、１５６、１５６Ｒ：開口端部
２０：第２基板
２２：カラーフィルタ層
２３：ブラックマトリクス層
２４：オーバーコート層
３０：液晶層
３１、３１Ｒ：液晶分子
３１ａ、３１ｂ：液晶分子の初期配向方位
３２：液晶ドメイン
４１：データ線
４２：走査線
４３：ＴＦＴ
１５１、１５１Ｒ：幅広部
１５２、１５２Ｒ：幅狭部
１５３、１５３ａｒ、１５３ｂｒ：開口単位
１５４、１５４Ｒ：主部
１５５、１５５Ｒ：突出部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｘ、ＸＲ：領域
Ｖ１、Ｖ２：頂点
Ｚ：遮光領域
ａ１、ａｒ：最大幅
ｃ１、ｃｒ：最小幅
ｄ１：距離
ｂｒ：長さ
【図１】
2019113584.tif 000007
【図２】
2019113584.tif 000008
【図３】
2019113584.tif 000009
【図４】
2019113584.tif 000010
【図５】
2019113584.tif 000011
【図６】
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【図７】
2019113584.tif 000013
【図８】
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【図９】
2019113584.tif 000015
【図１０】
2019113584.tif 000016
【図１１】
2019113584.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2019113584.tif 000019
【図１４】
2019113584.tif 000020
【図１５】
2019113584.tif 000021
【図１６】
2019113584.tif 000022
【図１７】
2019113584.tif 000023
【図１８】
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【図１９】
2019113584.tif 000025
【図２０】
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【図２１】
2019113584.tif 000027
【図２２】
2019113584.tif 000028
【図２３】
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