WO2011016267A1

WO2011016267A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2011016267A1
Application number: PCT/JP2010/053870
Authority: WO
Inventors: 櫻井猛久; 石原將市; 神崎修一; 村田充弘; 大竹忠
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-02-10
Also published as: US20120182512A1

Abstract

本発明は、液晶分子の応答特性が向上した液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、互いに対向配置された一対の基板と、上記一対の基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、上記液晶層は、正の誘電率異方性をもつ液晶分子を含有し、上記液晶分子は、電圧無印加状態で上記一対の基板の表面に対して垂直の方向に配向し、上記一対の基板は、一定間隔を空けて互いの櫛歯部が交互に噛み合わさった櫛型電極対を二組以上有し、上記一対の基板の一方は、第一の偏光板を有し、上記一対の基板の他方は、第二の偏光板を有し、上記二組以上の櫛型電極対のうち第一の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、上記第一の偏光板の透過軸とは、略４５°の角度をなし、上記二組以上の櫛型電極対のうち第二の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、上記第二の偏光板の透過軸とは、互いに平行又は直交の関係にあり、上記第一の偏光板の透過軸と、上記第二の偏光板の透過軸とは、互いに直交しており、上記第一の櫛型電極対及び上記第二の櫛型電極対は、上記一対の基板面を法線方向から見たときに互いに重畳している液晶表示装置である。

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、液晶分子の初期配向を垂直配向とし、横電界を発生させて液晶分子の制御を行うモードの液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力を特徴とし、様々な分野で広く用いられている。そしてその表示性能は、年月の経過に伴い格段に進歩してきており、いまやＣＲＴ（陰極線管）を凌ぐほどまでになってきている。

液晶表示装置の表示方式はセル内で液晶をどのように配列させるかによって決定される。従来、液晶表示装置の表示方式としては、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）モード、ＩＰＳ（In-Ｐlane Switching）モード、ＯＣＢ（Optically self-Compensated Birefringence）モード等の各種表示方式が知られている。

このうち、ＩＰＳモードは、基板上に櫛型電極対を配置し、上記櫛型電極対の櫛歯部を互い違いに配列し、上記櫛歯部の間で基板に水平な方向に電界を形成することで、ネマチック液晶の分子配列状態を制御する方式である（例えば、特許文献１～４参照。）。より詳しくは、偏光子を配置し、ネマチック液晶の分子配列状態を、入力信号に応じて印加電界の方向を切り換えることにより基板に対し垂直な方向又は水平な方向に強制的に変化させることで、光の遮断状態及び透過状態を制御することとしており、ＴＮモードに比べて１００倍近くの応答速度を得ることができる。上記各特許文献では、ＩＰＳモードにおいてより特性を向上するための、櫛型電極の様々な配置形態が開示されている。

ＩＰＳモードに限らず、一般的に液晶表示装置は、画像表示を行うための様々な回路を有している（例えば、特許文献５参照。）。例えば、外部から供給された情報を液晶表示パネルが表示可能な信号に変換する画像信号処理回路、画像信号を画素アレイに供給するためのデータ線駆動回路、１フレーム周期中の一期間において、液晶表示パネル上に画像を表示するために、画素アレイごとに一本のゲート線を選択するような制御信号を供給するゲート線駆動回路等が、液晶表示装置内に設けられる。

特開平１－１２０５２８号公報特開平７－１３４３０１号公報特開平７－３１８９５９号公報特開２００８－１６４９５８号公報特開平１１－１０９９２１号公報

このようなＩＰＳモードに対し、最近、液晶材料として正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を用い、該ネマチック液晶を垂直配向させて高コントラスト性を保ちながら、櫛歯をもつ一対の電極を用いて横電界を発生させて液晶分子の配向を制御するモードの表示方式が提案されている。

上記モードによれば、液晶分子は横方向のベンド状配向を示し、ダイレクター分布が横電界に沿ったアーチ状を形成し、隣り合う２つの電極間で相補的な配向特性を示すため、表示面に対して斜め方向から見たときであっても、正面方向から見たときと同様の表示品位を視認することができるようになる。したがって、例えば、ＶＡモードのように、液晶分子が棒状であることに起因して正面方向と斜め方向との間で光の複屈折の状態が異なり、見る角度によって電圧－透過率特性（Ｖ－Ｔ特性）が変化してしまうといった問題は解消される。

図３１は、初期配向を垂直配向とした正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を含む液晶層に対して櫛歯をもつ一対の電極を用いて横電界を発生させるタイプの液晶表示装置の構成を示す斜視模式図である。図３１に示すように、上記モードの液晶表示素子は、一対の基板１１０，１２０を有し、該一対の基板１１０，１２０間に液晶層１０４が封止されている。上記一対の基板１１０，１２０のそれぞれは透明基板１５１，１６１を主体とし、液晶層１０４側と接する側の面に垂直配向膜１５２，１６２を有している。これにより液晶層１０４に対して電圧を印加していない時に、液晶分子１０３はいずれも垂直配向（ホメオトロピック配向）を示す。液晶層１０４に対する電圧の印加は、一対の基板１１０，１２０のうち一方の基板に形成された櫛型電極対１２１，１２２によって行うことができる。そして、透明基板１５１，１６１の液晶層と反対側の面上に配置された偏光板１０１，１０２によって光の透過又は遮断が選択される。

このような基本的構成によれば、電界印加によりベンド状の電界が形成され、ダイレクター方位が互いに対称な２つのドメインが液晶層の一対の電極間領域に形成されることになるので、広い視野角特性を得ることができる。

図３２は、７Ｖの電圧が印加された時におけるセル内の等電位曲線を示す模式図である。図３２に示されるように、閾値以上の電圧が印加されたときに液晶分子は、電界強度分布及び界面からの束縛力の影響を受けて配向する。

しかしながら、本発明者らが応答速度について更に詳細な検討を行ったところ、液晶分子が基板面に対して水平の方向から垂直の方向に配向する変化（立ち下がり）については高速であるものの、液晶分子が基板面に対して垂直の方向から水平の方向に配向する変化（立ち上がり）については高速とはいえず、電圧ＯＮ状態から電圧ＯＦＦ状態への応答特性に比べ、電圧ＯＦＦ状態から電圧ＯＮ状態への応答特性が低いことを見いだした。

図３３は、初期配向を垂直配向とした正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を含む液晶層に対して櫛歯をもつ一対の電極を用いて横電界を発生させるタイプの液晶表示装置の立ち上がり及び立ち下がりの応答特性を示したグラフである。図３３に示すように、上記モードの液晶表示装置では、図３３中「×」で示される立ち下がり特性（電圧ＯＮ状態から電圧ＯＦＦ状態への応答特性）についてはどの電圧であっても高速の応答特性が得られる一方、図３３中「○」で示される立ち上がり特性（電圧ＯＦＦ状態から電圧ＯＮ状態への応答特性）については電圧が高くなるにつれ高速になるものの、比較的低い電圧では高速な応答特性が得られるとはいえない。また、その結果、図３３中「■」で示される装置全体としての応答特性は、立ち上がり特性の影響により、どの電圧においても充分に高速な応答特性が得られているとはいえない。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、液晶分子の応答特性が向上した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、液晶分子の応答特性を向上させる方法について種々検討したところ、上記モードの液晶表示装置の電極構造に着目した。そして、現在提案されている上記モードの液晶表示装置は、絵素一つ当たり一対となる櫛型電極により、液晶分子の配向制御を行っていることを見いだすとともに、更に櫛型電極対を追加して設け、該追加した櫛型電極対によっても液晶分子の配向性を制御することが可能となることとし、更に、偏光板の透過軸と櫛型電極対の長軸との配置関係を調節することで、表示のＯＮからＯＦＦへの応答は、高電圧の印加による液晶分子の垂直の方向から水平の方向に配向する変化（立ち上がり）を利用して、偏光板の光の透過及び遮断を制御することができることを見いだし、表示のＯＦＦからＯＮへの応答及びＯＮからＯＦＦへの応答のいずれについても、高速な応答を得ることができることに想到した。

より詳細には、一方の櫛型電極の組み合わせでは、該櫛型電極が有する櫛歯部の長軸と、一方の偏光板の透過軸とが略４５°の角度をなすように調節し、他方の櫛型電極の組み合わせでは、該櫛型電極が有する櫛歯部の長軸と、もう一方の偏光板の透過軸とが平行又は直交するように調節し、更に、各櫛型電極の組み合わせが、上記一対の基板面を法線方向から見たときに互いに重畳するように配置することで、例えば、上記一方の櫛型電極の組み合わせを用い、電圧を印加して横電界を形成して液晶分子の配向方位と偏光板の透過軸方位とで角度をもたせることで光を偏光板を透過することが可能な状態とし、一方で、上記他方の櫛型電極の組み合わせを用い、電圧を印加して横電界を形成して液晶分子の配向方位と偏光板の透過軸方位とを直交又は平行とすることで光が偏光板によって遮断される状態とし、表示のＯＦＦは液晶分子の配向方位を偏光板の軸と平行又は垂直とする方向への高電圧の印加による速い立ち上がり特性によって制御し、ＯＮは液晶分子の立ち下がり特性によって制御することが可能となることを見いだした。

こうして本発明者らは、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、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、互いに対向配置された一対の基板と、上記一対の基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、上記液晶層は、正の誘電率異方性をもつ液晶分子を含有し、上記液晶分子は、電圧無印加状態で上記一対の基板の表面に対して垂直の方向に配向し、上記一対の基板は、一定間隔を空けて互いの櫛歯部が交互に噛み合わさった櫛型電極対を二組以上有し、上記一対の基板の一方は、第一の偏光板を有し、上記一対の基板の他方は、第二の偏光板を有し、上記二組以上の櫛型電極対のうち第一の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、上記第一の偏光板の透過軸とは、略４５°の角度をなし、上記二組以上の櫛型電極対のうち第二の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、上記第二の偏光板の透過軸とは、互いに平行又は直交の関係にあり、上記第一の偏光板の透過軸と、上記第二の偏光板の透過軸とは、互いに直交しており、上記第一の櫛型電極対及び上記第二の櫛型電極対は、上記一対の基板面を法線方向から見たときに互いに重畳している液晶表示装置である。

以下、本発明の液晶表示装置について詳述する。

本発明の液晶表示装置は、互いに対向配置された一対の基板と、上記一対の基板間に挟持された液晶層とを備える。上記液晶層には、一定の電圧の印加によって配向性が制御される液晶分子が充填されている。上記一対の基板の一方又は両方に配線、電極、半導体素子等を設けることで、液晶層内に電圧を印加し、液晶分子の配向性を制御することができる。

上記液晶層は、正の誘電率異方性をもつ液晶分子を含有する。そのため、液晶層に電圧が印加されることで、液晶分子は電界の向きに沿って配向することになり、結果として、液晶分子群は、アーチ状を描くことになる。

上記液晶分子は、電圧無印加状態で上記一対の基板の表面に対して垂直の方向に配向する。液晶分子の初期配向をこのように調節することで、黒表示時の光の遮断を効果的に行うことができる。電圧無印加の状態で液晶分子を垂直配向させる方法としては、例えば、上記一対の基板の一方又は両方の液晶層と接する面に垂直配向膜を配置する方法が挙げられる。本明細書において垂直とは、完全に垂直なもののみならず、実質的に垂直といえるものも含まれる。ここでの垂直は、好ましくは９０±２°の範囲である。

上記一対の基板は、一定間隔を空けて互いの櫛歯部が交互に噛み合わさった櫛型電極対を二組以上有する。櫛型電極が有する櫛歯部とは、幹部となる部位から平面的に突出するようにして形成された線状の部位をいう。このような櫛歯部を有する一対の電極間に電位差を与えたときに生じる電界は、アーチ状の横電界となる。液晶分子はこのような電界の向きに応じた配向性を示すため、基板面に対して正面方向と斜め方向とに関わらず、同様の表示を示すことになり、良好な視野角特性が得られる。

上記一対の基板の一方は、第一の偏光板を有し、上記一対の基板の他方は、第二の偏光板を有する。これにより、第一の偏光板と第二の偏光板との間に液晶層が配置されることになり、液晶層がもつ、液晶層を透過する光に対してその偏光状態を変化させる特性を利用して、表示のＯＦＦ及びＯＮを制御することが可能となる。

上記二組以上の櫛型電極対のうち第一の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、上記第一の偏光板の透過軸とは、略４５°の角度をなし、上記二組以上の櫛型電極対のうち第二の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、上記第二の偏光板の透過軸とは、互いに平行又は直交の関係にあり、上記第一の偏光板の透過軸と、上記第二の偏光板の透過軸とは、互いに直交しており、上記第一の櫛型電極対及び上記第二の櫛型電極対は、上記一対の基板面を法線方向から見たときに互いに重畳している。これにより、上述のように、表示のＯＦＦからＯＮへの液晶分子の変化を液晶分子の立ち下がり特性によって制御することが可能となり、全体としての応答速度が大幅に向上する。本明細書において平行とは、完全に平行なもののみならず、実質的に平行といえるものも含まれる。ここでの平行は、好ましくは、互いがなす角度が０±２°の範囲内である。また、本明細書において直交とは、完全に直交するもののみならず、実質的に互いが直交するといえるものも含まれる。ここでの直交は、好ましくは、互いがなす角度が９０±２°の範囲内である。また、本明細書において略４５°とは、具体的には４５±２°の範囲内の角度をいう。

本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。

上記第一及び第二の櫛型電極対は、上記一対の基板のうち、それぞれ異なる基板に配置されていることが好ましい。上記第一又は第二の櫛型電極対は、互いに異なる基板に形成することで、各基板が光の透過又は遮断のそれぞれの役割を個別にかつ効率的に発揮することができるようになる。またこの場合、第一の櫛型電極対と、該第一の櫛型電極対の櫛歯部の長軸と略４５°の角度をなす透過軸を有する偏光板とが同じ基板に形成され、かつ、第二の櫛型電極対と、該第二の櫛型電極対の櫛歯部の長軸と平行又は直交する透過軸を有する偏光板とが同じ基板に形成されることになるので、基板ごとに行う各軸間の位置整合について、ズレが起こりにくくなる。

上記第一及び第二の櫛型電極対は、上記一対の基板のうち、同じ基板に配置されていることが好ましい。上記第一及び第二の櫛型電極対は、同じ基板に形成することにより電極の製造工程を同一工程を繰り返して行うことになるので、製造工程が単純化される。また、上記第一の櫛型電極対と第二の櫛型電極対との間の位置整合について、ズレが起こりにくくなる。なお、上記第一及び第二の櫛型電極対は、それぞれ絶縁膜を介して異なる層に配置される。このとき、上記第一及び第二の櫛型電極対は、いずれが液晶層に近い側に配置されてもよいが、より大きな電圧を印加する側の櫛型電極対を液晶層からより遠ざけることで、より効率的に液晶層に対して電圧を印加することができるので、好ましい。

上記第一の櫛型電極対の一方は、信号電圧を供給する絵素電極であり、上記第一の櫛型電極対の他方は、共通電圧を供給する共通電極であることが好ましい。偏光板の透過軸と略４５°の角度をなす方向に櫛歯の長軸をもつ櫛型電極対の一方に、各絵素に対応させた個別の信号電圧を供給し、他方に、絵素の区別なく共通な電圧を印加することで、絵素ごとに電圧を制御することができ、高精細な表示を行うことができる。

上記第二の櫛型電極対の絵素電極に供給される信号電圧は、上記第一の櫛型電極対の絵素電極に供給される信号電圧よりも大きいことが好ましい。これにより、応答速度が向上するとともに、信号電圧が液晶層内に保持されている状態からであっても、液晶層内に異なる電圧を印加することができる。

上記第二の櫛型電極対が有する各櫛歯部同士の間隔は、上記第一の櫛型電極対が有する各櫛歯部同士の間隔よりも小さいことが好ましい。各櫛歯部同士の間隔をより短くすることで、各櫛歯部間に形成される電界がより密となるので、より液晶層内に印加される電圧を大きくすることができる。したがって、応答速度が向上するとともに、信号電圧が液晶層内に保持されている状態からであっても、液晶層内に異なる電圧を印加することができる。

上記第一の櫛型電極対を有する基板は、複数行の走査信号線、及び、上記複数行の走査信号線のそれぞれと接続された薄膜トランジスタを有し、上記複数行の走査信号線のうち、ある一つの行の走査信号線は、第一の櫛型電極対の絵素電極に信号電圧を供給するタイミングで、上記ある一つの行の走査信号線と接続された薄膜トランジスタに走査電圧を印加し、上記複数行の走査信号線のうち、上記ある一つの行よりも前の行の走査信号線は、第二の櫛型電極対の絵素電極に信号電圧を供給するタイミングで、上記ある一つの行よりも前の行の走査信号線と接続された薄膜トランジスタに走査電圧を印加することが好ましい。

あるｎ行目の走査信号線よりも前の行（ｎ－ｘ行目）の走査信号線を用いて第二の櫛型電極対に対し電圧を印加することで、液晶分子の立ち下がり特性によって階調表示を、高電圧印加による速い液晶分子の立ち上がり特性によって黒表示を得ることができる。また、信号電圧を供給するタイミングを制御する走査信号線に印加される走査電圧を用いて黒表示を制御することができ、効率的な構成とすることができる。更に、走査電圧は通常、信号電圧よりも大きいため、信号電圧が液晶層内に保持されている状態からであっても、黒表示に切り換えることができ、効率的な構成といえる。

上記ある一つの行（ｎ行目）の走査信号線よりも前の行（ｎ－ｘ行目）の走査信号線は、２行以上前（ｘ＞１）であることが好ましい。これは、液晶分子の応答は書き込み時間よりも長いためである。

上記第一の櫛型電極対を有する基板は、複数行の走査信号線、及び、上記複数行の走査信号線のそれぞれと接続された薄膜トランジスタを有し、上記複数行の走査信号線のうち、ある一つの行の走査信号線は、第一の櫛型電極対の絵素電極に信号電圧を供給するタイミングで、上記ある一つの行の走査信号線と接続された薄膜トランジスタに走査電圧を印加し、上記第一の櫛型電極対の絵素電極は、上記ある一つの行の隣の行の走査信号線によって制御されるリセット用薄膜トランジスタを介して上記第一の櫛型電極対の共通電極、又は、上記第一の櫛型電極対の絵素電極との間で容量を形成する保持容量配線と接続されていることが好ましい。

ｎ行目の走査信号線によって第二の櫛型電極対に信号電圧が供給された後、第一の櫛型電極対によって電圧が印加されるまでの間に、第一の櫛型電極対によって印加される液晶層内の電圧を無印加状態（リセット）にしておくことで、第一の櫛型電極対によって液晶層内に一定電圧が保持されている状態と比べ、第二の櫛型電極対によって印加される電圧を大きくすることができ、液晶分子の応答速度が向上する。また、ｎ＋１行目の走査信号線によって第一の櫛型電極対に信号電圧が供給されると同時に、その前行（ｎ行目）の走査信号線と接続された絵素電極の電圧をリセットする構成としているため、効率的な構成といえる。なお、リセットのタイミングは、走査信号線の行の走査順序によって調節することができる。

本発明の液晶表示装置によれば、初期配向を垂直配向とした正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を含む液晶層に対して櫛歯をもつ一対の電極を用いて横電界を発生させるタイプの液晶表示装置において、応答速度を大幅に改善することができる。

実施形態１の液晶表示装置が備える櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸方向と、偏光板の透過軸方向との関係を示す分解斜視模式図である。実施形態１の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置が備える櫛型電極対の櫛歯部の変形例１を示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置が備える櫛型電極対の櫛歯部の変形例２を示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置が備える対向基板の絵素単位の平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板及び対向基板を重ね合わせたときの絵素単位の平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、あるｎ行目のゲート配線を基準としたときの、ｎ－ｘ行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、ｎ行目を含むｎ－ｘ行目以外のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。実施形態１の液晶表示装置に印加される電圧の大きさ及びタイミングを示すタイミングチャートである。実施形態１の液晶表示装置の各部材を光が透過する中での各部材の構成、及び、透過光の偏光状態を示す各段階の模式図であり、黒表示時を示している。実施形態１の液晶表示装置の各部材を光が透過する中での各部材の構成、及び、透過光の偏光状態を示す各段階の模式図であり、階調表示時を示している。実施形態１の液晶表示装置における応答特性を示したグラフである。実施形態２の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。実施形態２の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。実施形態２の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。実施形態２の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。実施形態２の液晶表示装置が備える対向基板の表示部外に設ける補助容量形成部分の平面模式図である。実施形態２の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板及び対向基板を重ね合わせたときの絵素単位の平面模式図である。実施形態２の液晶表示装置の断面模式図であり、特にあるｎ行目のゲート配線を基準としたときの、ｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。実施形態２の液晶表示装置の断面模式図であり、ｎ行目～、及び、１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。実施形態２の液晶表示装置に印加される電圧の大きさ及びタイミングを示すタイミングチャートである。対向櫛型電極対をＴＦＴ櫛型電極対と液晶層との間に配置した実施形態３の液晶表示装置の断面模式図であり、あるｎ行目のゲート配線を基準としたときの、ｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。対向櫛型電極対をＴＦＴ櫛型電極対と液晶層との間に配置した実施形態３の液晶表示装置の断面模式図であり、ｎ行目～、及び、１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。ＴＦＴ櫛型電極対を対向櫛型電極対と液晶層との間に配置した実施形態３の液晶表示装置の断面模式図であり、あるｎ行目のゲート配線を基準としたときの、ｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。ＴＦＴ櫛型電極対を対向櫛型電極対と液晶層との間に配置した実施形態３の液晶表示装置の断面模式図であり、ｎ行目～、及び、１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。実施形態３の液晶表示装置の各部材を光が透過する中での各部材の構成、及び、透過光の偏光状態を示す各段階の模式図であり、黒表示時を示している。実施形態３の液晶表示装置の各部材を光が透過する中での各部材の構成、及び、透過光の偏光状態を示す各段階の模式図であり、階調表示時を示している。初期配向を垂直配向とした正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を含む液晶層に対して櫛歯をもつ一対の電極を用いて横電界を発生させるタイプの液晶表示装置の構成を示す斜視模式図である。７Ｖの電圧が印加された時におけるセル内の等電位曲線を示す模式図である。初期配向を垂直配向とした正の誘電率異方性を有するネマチック液晶を含む液晶層に対して櫛歯をもつ一対の電極を用いて横電界を発生させるタイプの液晶表示装置の立ち上がり及び立ち下がりの応答特性を示したグラフである。

以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
実施形態１の液晶表示装置は、同一基板に形成された一対の電極によって液晶層に対してアーチ状の横電界を発生させ、初期配向が垂直配向である液晶分子の配向を制御させることにより画像表示を制御するタイプの液晶表示装置である。

実施形態１の液晶表示装置は、互いに対向配置された一対の基板と、上記一対の基板に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネルとを備える。より詳しくは、実施形態１の液晶表示装置は、背面側から観察面側に向かって、ＴＦＴ基板、液晶層及び対向基板の順にこれらの部材を備える。液晶層は、正の誘電率異方性（Δε＞０）を有するネマチック液晶を含有している。また、実施形態１の液晶表示装置は、液晶表示パネルの背面側にバックライトユニットを備え、バックライトユニットから出射された光は、ＴＦＴ基板、液晶層及び対向基板の順にこれらの部材を透過する。

実施形態１の液晶表示装置では、表示領域がマトリクス状に形成された複数の絵素（サブ画素）によって構成されており、絵素ごとに駆動を制御することができる構成となっている。また、これら絵素は複数個（例えば、赤、緑及び青の３つ）で一つの画素を構成する。なお、本明細書において絵素とは、隣り合うゲート配線及びソース配線によって囲まれる範囲をいう。

図１は、実施形態１の液晶表示装置が備える櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸方向と、偏光板の透過軸方向との関係を示す分解斜視模式図である。図１に示すように、実施形態１の液晶表示装置は、一定間隔を空けて互いの櫛歯部が交互に噛み合わさった櫛型電極対を二組有し、これら二組の櫛型電極対を間に挟み、第一の偏光板１及び第二の偏光板２を有する。また、第一の偏光板１と第二の偏光板２との間に液晶層が配置される。

図１中の下側の偏光板が第一の偏光板１であり、上側の偏光板が第二の偏光板２である。第一の偏光板１及び第二の偏光板２はいずれも透過軸を有し、各偏光板を透過した光は、その偏光板の透過軸の方向（図１中の矢印方向）に振動方向をもつ光のみを透過する。第一の偏光板１の透過軸と第二の偏光板２の透過軸とは、互いに直交しており、いわゆるクロスニコルの関係にある。

櫛型電極対で構成される各組はそれぞれ異なる平面上に形成されているが、櫛型電極対を構成する各櫛型電極は同一平面上に形成されている。櫛型電極対の一方は信号電圧が供給される絵素電極２１，２３であり、櫛型電極対の他方は共通電極が供給される共通電極２２，２４である。各櫛型電極２１，２２，２３，２４はいずれも直線状の櫛歯部を有し、各櫛歯部の長軸同士は互いに平行である。図１における実線が絵素電極２１，２３の櫛歯部を表し、破線が共通電極２２，２４の櫛歯部を表す。

二組ある櫛型電極対のうち、第一の偏光板１により近い櫛型電極対が第一の櫛型電極対であり、第二の偏光板２により近い櫛型電極対が第二の櫛型電極対である。図１に示すように、第一の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、第一の偏光板１の透過軸とは、略４５°の角度をなし、第二の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、第二の偏光板２の透過軸とは、互いに平行であり、かつ第一の櫛型電極対及び第二の櫛型電極対は、上記一対の基板面を法線方向から見たときに互いに重畳している。なお、図１においては、第二の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、第二の偏光板２の透過軸とは、互いに平行である形態を図示しているが、これらは直交していたとしても、光の偏光状態は同様の変化をする。

櫛型電極対及び偏光板のそれぞれが基本構成としてこのような配置関係をもつことにより、第一の櫛型電極対、及び、第二の櫛型電極対のそれぞれによって個別に液晶層内の液晶分子の挙動が制御され、特に、正の誘電率異方性を有し、かつ初期配向が垂直配向である液晶分子に対して、より速い方向（水平方向から垂直方向）への配向変化を用いて表示装置の切り換えを調節することができ、表示装置全体としての応答特性を大幅に向上させることができる。

実施形態１の液晶表示装置の表示領域の平面構成についてより詳細に説明する。

図５は、実施形態１の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。図５に示すように、ＴＦＴ基板は、画像信号を伝達する複数列のソース配線（信号電極線）１１と、走査信号を伝達する複数行のゲート配線（走査信号線）１２と、スイッチング素子であり各絵素に１つずつ設けられた複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）７１とを有するアクティブマトリクス型の基板である。ＴＦＴ７１は、ソース配線１１及びゲート配線１２の交差部近傍に設けられており、ソース配線１１と接続されたソース電極３１、ゲート配線１２と接続されたゲート電極３２、及び、半導体層３５を介してソース電極３１と接続されたドレイン電極３３を有する。また、ＴＦＴ基板は、絵素単位で、液晶層に対して一定電圧を印加するための絵素電極２１及び共通電極２２からなる櫛型電極対（第一の櫛型電極対）を有する。以下、ＴＦＴ基板側の絵素電極をＴＦＴ絵素電極２１、ＴＦＴ基板側の共通電極をＴＦＴ共通電極２２ともいう。

ソース配線１１はソースドライバに接続されており、ソースドライバから供給される画像信号となるソース電圧（信号電圧）を、ＴＦＴ７１を介してＴＦＴ絵素電極２１に印加する。ゲート配線１２はゲートドライバに接続されており、ゲートドライバから所定のタイミングでパルス的に供給される走査信号となるゲート電圧（走査電圧）がＴＦＴ７１に印加される。ＴＦＴ共通電極２２には、一定の電圧で維持された共通電圧が印加される。

以下、図２～５を用い、製造段階ごとに分けて実施形態１の構成について詳しく説明する。図２～５は、実施形態１の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。

まず、図２に示すように、ゲート配線１２として、それぞれが行方向に直線状に延伸され、かつ互いが平行となるように複数の配線を設ける。また、保持容量を形成するためのＣｓ配線１３として、各ゲート配線１２ａ，１２ｂの間隙となる位置に、行方向に直線状に延伸され、かつゲート配線１２と平行となるように配線を設ける。また、各ゲート配線１２ａ，１２ｂの一部からは、ＴＦＴのゲート電極３２となる配線を延伸させる。更に、ゲート電極３２と重畳する位置に、ゲート絶縁膜を介して半導体層３５を設ける。

次に、図３に示すように、ソース配線１１として、それぞれが列方向に延伸され、かつ絵素単位でくの字（半転したＶ字）状に、また、互いが平行となるように複数の配線を設ける。これにより各ソース配線１１は、表示領域全体としてみればジグザグ形状を有する。また、各ソース配線１１は、ゲート配線１２及びＣｓ配線１３とは、絶縁膜を介して互いが交差するようにして設ける。

また、ＴＦＴのドレイン電極３３を形成するとともに、ドレイン電極３３を絵素の中央まで延伸させる。また、絶縁膜を介して、Ｃｓ配線と重畳する位置にドレイン電極３３を更に引き伸ばして直線状の部位（以下、Ｃｓ電極ともいう。）を設ける。これにより、Ｃｓ配線１３とＣｓ電極３３との間で一定量の保持容量が形成され、画像信号が安定して保持される。

次に、図４に示すように、ドレイン電極３３の一部に、コンタクト部（第一のコンタクト部）４１を設ける。第一のコンタクト部４１は、ドレイン電極３３とＴＦＴ絵素電極２１とを接続するために、これらの間に形成される絶縁膜内に設けられる部位であり、これにより、ＴＦＴ７１が、ドレイン電極３３と第一のコンタクト部４１とを介してＴＦＴ絵素電極２１と接続されることになり、走査信号の入力により一定期間だけオン状態とされたＴＦＴ７１を通じて、ＴＦＴ絵素電極２１にはソース配線１１から画像信号が所定のタイミングで供給される。

また、ゲート配線１２の一部に、コンタクト部（第二のコンタクト部）４２を設ける。第二のコンタクト部４２は、ＴＦＴ基板側のゲート配線１２と対向基板側の絵素電極とを接続するために設けられる部位であり、これにより、ＴＦＴ基板側のゲート配線１２を通じて供給される走査信号が、第二のコンタクト部４２を介して対向基板側の絵素電極にも供給されることになる。

次に、図５に示すように、ＴＦＴ絵素電極２１及びＴＦＴ共通電極２２を設ける。

ＴＦＴ絵素電極２１は、幹部と、幹部の一部から平面的に突出する複数の櫛歯部とを有するように設ける。

ＴＦＴ共通電極２２は、絶縁膜を介してソース配線１１及びゲート配線１２と異なる層に形成し、かつソース配線１１及びゲート配線１２のそれぞれと重畳するように設ける。ＴＦＴ共通電極２２については、ソース配線１１及びゲート配線１２と重畳する部位が幹部となる。ＴＦＴ共通電極２２の幹部は、表示領域全体として見れば、ソース配線１１とゲート配線１２とを組み合わせた形状に対応したマトリクス形状を構成する。また、ＴＦＴ共通電極２２は、幹部の一部から櫛歯部が平面的に突出するように設ける。

ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部は、いずれも絵素単位でくの字（半転したＶ字）状とし、かつ互いが平行となるように設ける。また、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部とＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部とは、一定の間隔を空けて互いが交互に噛み合わさるように配置する。

これにより、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部は、ソース配線１１とも平行となるように設けられる。したがって、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部は、ＴＦＴ共通電極２２の幹部の一部とも平行な関係にある。

ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部の幅としては、１～６μｍに設定することが好ましく、より好ましくは、２．５～４．０μｍである。また、ドレイン引き出し配線１６の幅としては、１～６μｍに設定することが好ましい。

ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部とＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部との間隔の大きさとしては、２．５～２０．０μｍであることが好ましく、より好ましくは、４．０～１２．０μｍである。２０．０μｍを超える、又は、２．５μｍ未満である場合、透過率が低下することがある。

ＴＦＴ絵素電極２１及びＴＦＴ共通電極２２の材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム酸化スズ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）等の金属酸化物、又は、アルミニウム、クロム等の金属が挙げられるが、透過率向上の観点からは、透光性を有する金属酸化物が好ましい。なお、一対となるＴＦＴ絵素電極２１及びＴＦＴ共通電極２２は同じ層に配置されているので、同一材料を用いることで製造工程が簡略化する。

ＴＦＴ基板側の共通電極２２と対向基板側の共通電極とは絵素以外の部位（図示せず）で接続されており、これにより、ＴＦＴ基板側の共通電極２２の電位を、対向基板側の共通電極が、共有することになる。

こうして、図５に示すような基本構成をもつＴＦＴ基板が得られる。なお、図５においてＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部は、それぞれＣｓ配線を対称軸として対称的な構造をもつ、くの字（半転したＶ字）形状を示したが、実施形態１においてＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部は、図６及び図７に示すように、ゲート配線１２の延伸方向に対して斜め方向に直線状のものを用いてもよく、この場合、ソース配線１１もまた、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部の形状に合わせてゲート配線１２の延伸方向に対して斜め方向に延伸する必要がある。

このように、図６は、実施形態１の液晶表示装置が備える櫛型電極対の櫛歯部の変形例１を示す平面模式図であり、図７は、実施形態１の液晶表示装置が備える櫛型電極対の櫛歯部の変形例２を示す平面模式図である。

図８は、実施形態１の液晶表示装置が備える対向基板の絵素単位の平面模式図である。図８に示すように、対向基板は、絵素単位で、液晶層に対して一定電圧を印加するための絵素電極２３及び共通電極２４からなる櫛型電極対（第二の櫛型電極対）を有する。以下、対向基板側の絵素電極を対向絵素電極２３、対向基板側の共通電極を対向共通電極２４ともいう。

対向絵素電極２３は、幹部と、幹部の一部から延伸された複数の櫛歯部とを有する。また、対向共通電極２４も、幹部と、幹部の一部から延伸された複数の櫛歯部とを有する。

対向絵素電極２３の櫛歯部及び対向共通電極２４の櫛歯部は、いずれも直線状であり、かつ互いが平行となるように設けられている。対向絵素電極２３の櫛歯部と対向共通電極２４の櫛歯部とは、一定の間隔を空けて互いが交互に噛み合わさって配置されている。

対向絵素電極２３は、コンタクト部４２を介して、ＴＦＴ基板が備えるゲート配線１２と接続されている。

対向共通電極２４は、絵素以外の部位で、ＴＦＴ基板が備えるＴＦＴ共通電極２２と接続されている。したがって、ＴＦＴ共通電極２２と対向共通電極２４とは同電位である。

対向基板が有する櫛型電極対にゲート電圧を印加するゲート配線は、図８に示すようにＴＦＴ基板が有するゲート配線を利用したものであっても、対向基板に別個独立に形成したゲート配線であっても、いずれであってもよい。また、対向基板にＴＦＴを別個形成してもよい。ＴＦＴ基板が有するゲート配線を利用する場合、ＴＦＴ基板の表示領域外、ＴＦＴ基板と対向基板との間に設けられる柱状スペーサー等から配線を引き回す必要がある。柱状スペーサーを用いてゲート配線を引き込む場合、柱状スペーサーのまわりで液晶分子の乱れが起こる可能性があるため、柱状スペーサーと重畳する領域には遮光部を設けることが好ましい。

対向絵素電極２３の櫛歯部及び対向共通電極２４の櫛歯部の幅としては、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部の幅と同様とすることができる。

対向絵素電極２３の櫛歯部と対向共通電極２４の櫛歯部との間隔の大きさは、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部とＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部との間隔の大きさと同様とすることができるが、好ましくは、対向絵素電極２３の櫛歯部と対向共通電極２４の櫛歯部との間隔の大きさは、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部とＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部との間隔の大きさよりも小さくする。これにより、対向絵素電極２３の櫛歯部と対向共通電極２４の櫛歯部との間の電界密度が高くなり、液晶分子の応答速度が向上する。

対向絵素電極２３及び対向共通電極２４の材料としては、ＴＦＴ絵素電極２１及びＴＦＴ共通電極２２で用いたものと同様のものを用いることができる。

図９は、実施形態１の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板及び対向基板を重ね合わせたときの絵素単位の平面模式図である。図９中の実線で記した部分がＴＦＴ基板側の構成部材を示し、破線で示した部分が対向基板側の構成部材を示す。図９に示すように、ＴＦＴ基板及び対向基板を重ね合わせたときには、第一の櫛型電極対を構成する各櫛型電極２１，２２の櫛歯部の長軸と、第二の櫛型電極対を構成する各櫛型電極２３，２４の櫛歯部の長軸とは、略４５°の角度をなす。

実施形態１の液晶表示装置の構成及び駆動方法について詳細に説明する。図１０及び図１１は、実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、特に液晶分子の挙動について詳しく示している。図１０は、あるｎ行目のゲート配線を基準としたときの、ｎ－ｘ行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示し、図１１は、ｎ行目を含むｎ－ｘ行目以外のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。

図１０及び図１１に示すように、実施形態１の液晶表示装置は、ＴＦＴ基板５０と対向基板６０とからなる一対の基板を有し、ＴＦＴ基板５０と対向基板６０との間に液晶層４を有する液晶表示パネルを備える。

ＴＦＴ基板５０は、ガラス、樹脂等の透光性を有する透明基板５１を主体とし、透明基板５１の液晶層４側の面上に第一の櫛型電極対を有し、透明基板５１の液晶層と反対側の面上に第一の偏光板１を有している。第一の櫛型電極対を構成する絵素電極２１及び共通電極２２のそれぞれの櫛歯は、一定間隔を空けて交互に配置されている。

対向基板６０は、ガラス、樹脂等の透光性を有する透明基板６１を主体とし、透明基板６１の液晶層４側の面上に第二の櫛型電極対を有し、透明基板６１の液晶層４と反対側の面上に第二の偏光板２を有している。第二の櫛型電極対を構成する絵素電極２３及び共通電極２４のそれぞれの櫛歯は、一定間隔を空けて交互に配置されている。

実施形態１においては、ＴＦＴ基板５０又は対向基板６０にカラーフィルタを設けることで、カラー表示を行うことができる。カラーフィルタは、例えば、赤、緑及び青の３色で構成され、１色のカラーフィルタが一つの絵素に対応するように配置することで、各色を個別に駆動することができ、赤、緑及び青を一組とした画素単位で所望の色を得ることができる。なお、カラーフィルタの色としては、必ずしもこれらの色でなくてもよく、４色以上のカラーフィルタで一組の画素を構成してもよい。また、各色のカラーフィルタ間には黒色のブラックマトリクス（ＢＭ）を配置してもよく、これにより混色や光漏れを防止することができる。

ＴＦＴ基板５０と対向基板６０とは、樹脂等の柱状スペーサーを介して、表示領域の外周に沿って塗布されたシール剤によって互いに貼り合わされている。

ＴＦＴ基板５０及び対向基板６０の液晶層４と接する面にはそれぞれ垂直配向膜５２，６２が形成されている。垂直配向膜５２，６２により、液晶分子の初期配向をＴＦＴ基板５０面及び対向基板６０面に対して垂直に配向させることができる。垂直配向膜５２，６２の材料としては、例えば、ポリイミド等の樹脂が挙げられる。

図１０及び図１１に示すように、ＴＦＴ基板側に形成された櫛型電極２１，２２の櫛歯部間、又は、対向基板側に形成された櫛型電極２３，２４の櫛歯部間にアーチ状の横電界が形成されると、そのアーチ状の横電界に沿って液晶分子５の配向性に変化が生じる。そして、このように電界の影響を受ける液晶分子５群は、櫛歯部間の中間領域を中心として対称性をもつ、全体として横向きのベンド状配向を示す。

ただし、図１０及び図１１に示すように、アーチ状の横電界の末端に位置する液晶分子５、すなわち、絵素電極２１，２３及び対向電極２２，２４の直上に位置する液晶分子５は電界がないため、基板５０，６０面に対して垂直の方向に配向したままである。また、櫛歯部間の領域のうち櫛歯から最も距離が遠くなる、櫛歯部間の中間領域に位置する液晶分子５もまた、一対の基板５０，６０面に対して垂直の方向に配向したままである。

図１０及び図１１に示すように、実施形態１では、ＴＦＴ基板５０側の櫛型電極対に印加される電圧と、対向基板６０側の櫛型電極対に印加される電圧とで、電圧の大きさ、及び、タイミングが異なっている。このように電圧の大きさ及びタイミングを異ならせることで、各々の櫛型電極対の組み合わせが個別に液晶分子の配向性を制御することができることとなる。

図１２は、実施形態１の液晶表示装置に印加される電圧の大きさ及びタイミングを示すタイミングチャートである。図１２中、Ｇｎ－ｘ及びＧｎはゲート電圧を表し、Ｖ１及びＶ２はソース電圧を表す。また、Ｖ１は第一の櫛型電極対の絵素電極に印加される電圧であり、Ｖ２は第二の櫛型電極対の絵素電極に印加される電圧である。図１２に示すように、ｎ－ｘ行目のゲート配線にゲート電圧が印加されると、対向絵素電極にゲート電圧が印加され、対向絵素電極と対向共通電極との間でＶ２の電位差が形成される。次に、ｎ行目を含むｎ－ｘ行目以外のゲート配線にゲート電圧が印加されると、ＴＦＴの半導体層を介してＴＦＴ絵素電極にソース電圧が印加され、ＴＦＴ絵素電極とＴＦＴ共通電極との間でＶ１の電位差が形成される。なお、ここでは、各共通電極に印加される電圧を０Ｖとしている。

対向絵素電極２３は第２のコンタクト部４２を介してゲート配線と接続されており、図１０に示すように、ｎ－ｘ行目のゲート配線に電圧が印加されるタイミングでは、一周期前の電圧印加によりＴＦＴ基板５０側の櫛型電極対によって液晶層内に形成された電圧Ｖ１が保持されている状態で、対向基板６０側の櫛型電極対によって電圧Ｖ２が液晶層４内に印加されることになる。具体的には少なくともＶ２がＶ１よりも数Ｖ大きいことが好ましい。

実施形態１では、Ｖ２はＶ１よりも大きく設定されているので、電圧Ｖ２の印加により、対向基板６０側の櫛型電極対間で形成されるアーチ状の横電界に沿って液晶分子５は配向を示す。すなわち、液晶分子５は、櫛型電極対の長軸と直交する方向に配向するので、この状態で液晶層４を透過する光は、対向基板６０側の偏光板（第二の偏光板）２の透過軸に対して直交する方向に軸をもつ偏光へと偏光される。そして、その結果、第二の偏光板２によって光は遮断され、表示はＯＦＦ（黒表示）となる。

ここでの黒表示の応答は、もともと偏光板の透過軸の方向に対して４５°方向に配向していた液晶分子に高電圧をかけて偏光板の透過軸の方向に対して水平又は垂直方向に回転させる配向変化によって行うものであり、通常のように、もともと基板面に対して水平方向に配向していた液晶分子を垂直方向に立ち下がらせる配向変化によって行われる応答と比べ、遜色ない。更に、黒から階調表示への応答は、高電界によって偏光板の透過軸の方向に配向された液晶分子をより低い電圧にしながら回転させる立ち下がりの特性を用いるため階調表示への変化の応答特性が改善される。

なお、実施形態１においては、対向絵素電極２３に印加される電圧としてＴＦＴ基板５０が有するゲート配線のゲート電圧Ｖ２を用いており、ＴＦＴ絵素電極２１に印加されるソース電圧Ｖ１に対し充分な大きさを有している。

一方、ゲート配線は、図１１に示すように、ＴＦＴ絵素電極２１と接続されており、ＴＦＴ基板５０側の櫛型電極対によって電圧Ｖ１が液晶層４内に印加されることになる。

そして、電圧Ｖ１の印加により、ＴＦＴ基板５０側の櫛型電極対間で形成されるアーチ状の横電界に沿って液晶分子５は配向を示す。すなわち、液晶分子５は、櫛型電極対の長軸と直交する方向に配向するので、この状態で液晶層を透過する光は、ＴＦＴ基板５０側の偏光板（第一の偏光板）１の透過軸に対して垂直の方向に軸をもつ偏光へと偏光される。そして、その結果、液晶層４を透過した光は第二の偏光板２を透過し、表示はＯＮ（階調表示）となる。ここでの配向の変化は電圧が下がる方向への変化であり、もともと応答特性はよい。

ここで、以上の実施形態１の液晶表示装置における液晶層内の液晶分子の挙動、及び、光の偏光状態の変化について、タイミングごとに、より詳細に説明する。

図１３及び図１４は、実施形態１の液晶表示装置の各部材を光が透過する中での各部材の構成、及び、透過光の偏光状態を示す各段階の模式図である。図１３は、黒表示時を示し、図１４は、階調表示時を示している。また、図１３及び図１４の左列は斜視図を表し、右列は表示領域を法線方向から見たときの平面図を表す。また、各面は、各段階における液晶表示装置の構成部材を示し、各両矢印は、各段階における光の振動方向を示す。

まず、図１３について、下から、すなわち、バックライトからの光の入射側から順に説明する。図１３は、対向基板側の櫛型電極対によって液晶層内にＶ２の電圧が印加された状態を示している。なお、ここでは便宜上、ＴＦＴ基板側の櫛型電極対の電位をＶ１ではなく０Ｖとしているが、Ｖ２＞Ｖ１を満たす限り、同様の傾向を示す。また、後述する実施形態２ではＴＦＴ基板側の櫛型電極対の電位は０Ｖである。

バックライトからの光が液晶表示パネル内に入射すると、光は、まず、ＴＦＴ基板側の偏光板（第一の偏光板）１によって偏光板のもつ透過軸方向の光のみが透過する。

続いて光は、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２、及び、ＴＦＴ基板と隣接する液晶分子（下層液晶）４ａを透過するが、ＴＦＴ基板の櫛型電極２１，２２による電圧は０Ｖであるので、下層液晶４ａは電界の影響を受けず垂直配向を維持したままであり、光は同じ方向に振動方向をもったまま通り抜ける。

続いて光は、液晶層の中央の領域に位置する液晶分子（中央液晶）４ｂを透過する。このとき中央液晶４ｂは、対向基板側の櫛型電極２３，２４による電圧Ｖ２の影響を受け、基板面に対して斜めの方向に傾斜している。ただし、基板面に対して法線方向から見たときの液晶分子の長軸の向きは、対向基板側の櫛型電極２３，２４の櫛歯部の長軸の向きと垂直であり、すなわち、光の振動方向と平行な方向である。そのため、中央液晶４ｂを透過する光は、液晶分子の複屈折性の影響を受けず、同じ振動方向を維持したまま通り抜ける。

続いて光は、対向基板と隣接する液晶分子（上層液晶）４ｃ、及び、対向基板側の櫛型電極２３，２４を透過するが、上層液晶４ｃは傾きの大きさが異なるものの、対向基板側の櫛型電極２３，２４による電圧Ｖ２の影響を受けるため、傾向としては中央液晶４ｂと同様であり、基板面に対して法線方向から見たときの液晶分子の長軸の向きは、光の振動方向と平行な方向となる。そのため、上層液晶４ｃを透過する光は、液晶分子の複屈折性の影響を受けず、そのまま同じ振動方向を維持したまま通り抜ける。

そして光は、対向基板側の偏光板（第二の偏光板）２に到達するが、第二の偏光板２の透過軸の向きは、液晶層４を通り抜けてきた光の振動の向きと直交しているため、第二の偏光板２によって遮断される。

こうして、対向基板側の櫛型電極２３，２４によって液晶層内に電圧が印加されている状態では、表示は黒表示（ＯＦＦ状態）となる。

次に、図１４について、下から、すなわち、バックライトからの光の入射側から順に説明する。図１４は、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２によって液晶層４内にＶ１の電圧が印加された状態を示している。

続いて光は、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２、及び、下層液晶４ａを透過するが、このとき、ＴＦＴ基板の櫛型電極２１，２２によって液晶層４内には電圧Ｖ１が印加されているので、下層液晶４ａは、基板面に対して斜め方向に傾斜するとともに、基板面を法線方向から見たときに、下層液晶４ａの長軸の向きは、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２の櫛歯部の長軸方向に対して直交する。すなわち、基板面を法線方向から見たときの液晶分子の長軸方向と、光の振動方向とは、略４５°の角度をなしており、下層液晶４ａを透過した光は、基板面を法線方向から見たときの液晶分子の長軸方向と略４５°の角度をなす方向に長軸をもつ楕円偏光を形成することになる。

続いて光は、中央液晶４ｂを透過する。このとき、中央液晶４ｂもまた、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２による電圧Ｖ１の影響を受けるため、基板面に対して法線方向から見たときの液晶分子の長軸の向きは、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２の櫛歯部の長軸方向に対して直交する。ただし、中央液晶４ｂの基板面に対する傾斜の角度は、下層液晶４ａの基板面に対する傾斜の角度に対して大きいため、中央液晶４ｂを透過する光は、長軸の向きが９０°回転した楕円偏光へと変換されることになる。

続いて光は、上層液晶４ｃ、及び、対向基板側の櫛型電極２３，２４を透過するが、対向基板側の櫛型電極２３，２４による電圧は０Ｖであるので、上層液晶４ｃは電界の影響は小さく垂直配向に近いが、この配向により上層液晶４ｃを透過した光は、長軸の向きはそのままで楕円偏光からほぼ直線偏光へと変換され、すなわち、入射時の光の振動方向に対して９０°の角度をなす方向に振動方向をもつ光に変換される。

そして光は、対向基板側の偏光板（第二の偏光板）２に到達するが、第二の偏光板２の透過軸の向きは、液晶層４を通り抜けてきた光の振動の向きと平行であるため、第二の偏光板２を光が透過することができる。

こうして、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２によって液晶層４内に電圧が印加されている状態では、表示は階調表示（ＯＮ状態）となり、電圧に応じた透過率を得ることができる。

実施形態１の液晶表示装置では、このようにしてＯＦＦ及びＯＮの切り替えを別々のタイミングで、かつ別々の櫛型電極対で行っている。また、全ての階調表示を、前行（ｎ－ｘ行目）の選択時には対向基板側の櫛型電極対に加える大きな電圧Ｖ２による立ち上がり効果による速い応答で黒表示を得ることとし、当該行（ｎ行目）の選択時には、ＴＦＴ基板側の櫛型電極対に加える電圧Ｖ１による立ち下がり効果による速い応答で階調表示が得られるため、表示装置全体として格段に向上した応答特性を得ることができる。

図１５は、実施形態１の液晶表示装置における応答特性を示したグラフである。図１５に示すように、図１５中「○」で示されるＯＦＦからＯＮへの応答、及び、図１５中「×」で示されるＯＮからＯＦＦへの応答のそれぞれについて、どの電圧においても速い応答速度を得ることができており、その結果、図１５中「■」で示される全体の応答得度は、図Ｄの場合と比べて大幅に向上している。なお、これらの応答特性は、瞬間マルチ測光システムＬＣＤ－５２００（大塚電子（株））を用いて測定を行った。

なお、実施形態１の液晶表示装置は、上述の場合と逆から光が入射したときであっても、光は同様の変化を示すため、偏光板による光の透過又は遮断の傾向は変わらない。したがって、実施形態１においては、各櫛型電極対と各偏光板との配置関係が変わらない限り、光の入射方向は、対向基板側からであってもよい。また、実施形態１においては、ＴＦＴ基板側に上記第二の櫛型電極対を配置してもよく、対向基板側に第一の櫛型電極対を配置してもよい。更に、対向基板側の櫛型電極対に加える電圧Ｖ２は、必ずしもゲート配線を通じて印加される電圧でなくてもよい。

本実施形態では、ＴＦＴ共通電極及びＴＦＴ絵素電極の櫛歯部の向きが、それぞれ行方向に対して４５°方向に配置され、対向共通電極及び対向絵素電極の櫛歯部の向きが、それぞれ行方向に対して直交する方向に配置される例を示したが、偏光板との位置関係が同じであれば、ＴＦＴ共通電極及びＴＦＴ絵素電極の櫛歯部の向きを、それぞれ行方向に対して直交させ、対向共通電極及び対向絵素電極の櫛歯部の向きを、それぞれ行方向に対して４５°方向となるように配置してもよい。この場合第一及び第二の偏光板の透過軸は、行方向に対して４５°方向に設置される。

実施形態２
実施形態２の液晶表示装置は、ＴＦＴ基板側の絵素電極に保持された電圧を０Ｖにリセットするための機構（リセット電極）を備えること以外は、実施形態１の液晶表示装置と同様である。図１９は、実施形態２の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板の絵素単位の平面模式図である。

以下、図１６～１９を用い、製造段階ごとに分けて実施形態２の構成について詳しく説明する。図１６～１９は、実施形態２の液晶表示装置の各製造段階を示す平面模式図である。

まず、図１６に示すように、ゲート配線１２として、それぞれが行方向に直線状に延伸され、かつ互いが平行となるように複数の配線を設ける。また、保持容量を形成するためのＣｓ配線１３として、各ゲート配線１２ａ，１２ｂの間隙となる位置に、行方向に直線状に延伸され、かつゲート配線１２と平行となるように配線を設ける。また、各ゲート配線１２ａ，１２ｂの一部からは、ＴＦＴのゲート電極３２となる配線を延伸させる。このとき、ゲート電極３２となる延伸部位は、実施形態１の場合と異なりゲート配線１２の両側に設け、絵素単位で２つのゲート電極が形成されるようにする。すなわち、実施形態２では、絵素一つ当たり、当該行のゲート配線１２ａによって制御される第一のＴＦＴと、隣の行のゲート配線１２ｂによって制御される第二のＴＦＴとが形成されることになる。そして、各ゲート電極３２と重畳する位置に、ゲート絶縁膜を介して半導体層３５を設ける。

次に、図１７に示すように、ソース配線１１として、それぞれが列方向に延伸され、かつ絵素単位でくの字（半転したＶ字）状に、また、互いが平行となるように複数の配線を設ける。これにより各ソース配線１１は、表示領域全体としてみればジグザグ形状を有する。また、各ソース配線１１は、ゲート配線１２及びＣｓ配線１３とは、絶縁膜を介して互いが交差するようにして設ける。また、第二のＴＦＴを構成する隣の行のゲート配線１２ｂから延伸されたゲート電極３２と隣接する領域に、リセット電極３６を設ける。

更に、ＴＦＴのドレイン電極３３を形成するとともに、ドレイン電極３３を絵素の中央まで延伸させる。また、絶縁膜を介して、Ｃｓ配線と重畳する位置にドレイン引き出し配線１３を更に引き伸ばしてＣｓ電極を設ける。これにより、Ｃｓ配線１３とＣｓ電極３３との間で一定量の保持容量が形成され、画像信号が安定して保持される。

更に、実施形態２においては、ドレイン電極３３を第二のＴＦＴを構成するゲート電極３２の近傍まで延伸させ、半導体層３５を介してリセット電極３６と接続させる。

次に、図１８に示すように、ドレイン電極３３の一部にコンタクト部（第一のコンタクト部４１）を設け、リセット電極３６の一部にコンタクト部（第三のコンタクト部４３）を設ける。

第一のコンタクト部４１は、ドレイン電極３３とＴＦＴ絵素電極２１とを接続するために、これらの間に形成される絶縁膜内に設けられる部位であり、これにより、ＴＦＴ７１が、ドレイン電極３３と第一のコンタクト部４１とを介してＴＦＴ絵素電極２１と接続されることになり、走査信号の入力により一定期間だけオン状態とされたＴＦＴ７１を通じて、ＴＦＴ絵素電極２１にはソース配線１１から画像信号が所定のタイミングで供給される。

第三のコンタクト部４３は、ＴＦＴ共通電極２２とリセット電極３６を接続するために設けられ、これにより第二のＴＦＴを介してＴＦＴ共通電極２２とドレイン電極３３とが接続されることになり、隣の行のデータ配線に印加されたゲート電圧をスイッチングとして、隣の行のゲート電圧が第二のＴＦＴに印加され、ＴＦＴ絵素電極２１とＴＦＴ共通電極２２とが同電位となってリセットされる。

また、ゲート配線の一部にも、コンタクト部（第二のコンタクト部）４２を設ける。第二のコンタクト部４２は、ＴＦＴ基板側のゲート配線１２と対向基板側の絵素電極とを接続するために設けられる部位であり、これにより、ＴＦＴ基板側のゲート配線１２を通じて供給される走査信号が、第二のコンタクト部４２を介して対向基板側の絵素電極にも供給されることになる。

次に、図１９に示すように、ＴＦＴ絵素電極２１及びＴＦＴ共通電極２２を設ける。

ＴＦＴ共通電極２２は、絶縁膜を介してソース配線１１及びゲート配線１２と異なる層に形成し、かつソース配線１１及びゲート配線１２のそれぞれと重畳するように設ける。ＴＦＴ共通電極２２については、ソース配線１１及びゲート配線１２と重畳する部位が幹部２２ａとなる。ＴＦＴ共通電極の幹部２２ａは、表示領域全体として見れば、ソース配線１１とゲート配線１２とを組み合わせた形状に対応したマトリクス形状を構成する。また、ＴＦＴ共通電極２２は、幹部２１ａの一部から櫛歯部２１ｂが平面的に突出するように設ける。

ＴＦＴ絵素電極２１及びＴＦＴ共通電極２２、並びに、対向絵素電極２３及び対向共通電極２４の形状、大きさ、材料等の設計プロファイルについては、実施形態１と同様である。

こうして、図１９に示すような基本構成をもつＴＦＴ基板が得られる。なお、実施形態２においても、実施形態１のときと同様に、変形例１又は変形例２の形とすることができ、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部は、ゲート配線１２の延伸方向に対して斜め方向に直線状のものを用いてもよく、この場合、ソース配線１１もまた、ＴＦＴ絵素電極２１の櫛歯部及びＴＦＴ共通電極２２の櫛歯部の形状に合わせてゲート配線１２の延伸方向に対して斜め方向に延伸する必要がある。

図２０は、実施形態２の液晶表示装置が備える対向基板の表示部外に設ける補助容量形成部分の平面模式図である。実施形態２において対向基板は、対向絵素電極及び対向共通電極以外に図２０に示すような構成を有する。対向絵素電極及び対向共通電極の構造については、実施形態１の図８に示したものと同様である。

図２０に示すように、対向絵素電極２３（図示せず）は、コンタクト部（第四のコンタクト部）４４を介して対向Ｃｓ電極８１と接続されており、対向絵素電極２３（図示せず）と対向Ｃｓ電極８１とは、絶縁膜を介して互いに異なる層に設けられている。対向Ｃｓ電極８１は、絶縁膜を介して設けられたＣｓ配線８２と重畳して配置されており、Ｃｓ配線８２との間で一定量の保持容量を形成する。Ｃｓ配線８２は、対向Ｃｓ電極８１と重畳する領域で幅広に形成されている。

対向Ｃｓ電極８１は、第三のＴＦＴ７３を介してゲート配線１２ａと接続されている。より詳しくは、ゲート配線１２ａは、コンタクト部（第五のコンタクト部）４５を介してゲートパッド３７と接続されており、ゲートパッド３７と対向Ｃｓ電極８１とが、第三のＴＦＴ７３が有する半導体層３５を介して互いに接続されている。

このような構成によれば、ゲート電圧がゲート配線１２ａを伝達して第三のＴＦＴ７３のゲート電極に印加されると、第三のＴＦＴ７３のスイッチング動作により、ゲート電圧が対向Ｃｓ電極８１に流れ込み、対向絵素電極に走査信号を供給することができる。

対向Ｃｓ電極８１は、第四のＴＦＴ７４を介してＣｓ配線８２とも接続されている。より詳しくは、Ｃｓ配線８２は、コンタクト部（第五のコンタクト部）４５を介して、Ｃｓ配線８２から引き出されたＣｓパッド３８と接続されており、Ｃｓパッド３８と対向Ｃｓ電極８１とが、第四のＴＦＴ７４が有する半導体層３５を介して互いに接続されている。

このような構成によれば、ゲート電圧がゲート配線１２ｂを伝達して第四のＴＦＴ７４のゲート電極に印加されると、第四のＴＦＴ７４のスイッチング動作により、保持されていた絵素電圧がＣｓ配線８２に流れ込み、対向絵素電極と対向Ｃｓ電極８１とが同電位となってリセットされる。すなわち、Ｃｓパッド３８は、リセット電極としても機能する。

対向基板が有する櫛型電極対にゲート電圧を印加するゲート配線は、ＴＦＴ基板が有するゲート配線を利用したものであっても、対向基板に別個独立に形成したゲート配線であっても、いずれであってもよい。また、対向基板にＴＦＴを別個形成してもよい。ＴＦＴ基板が有するゲート配線を利用する場合、ＴＦＴ基板の表示領域外、ＴＦＴ基板と対向基板との間に設けられる柱状スペーサー等から配線を引き回す必要がある。柱状スペーサーを用いてゲート配線を引き込む場合、柱状スペーサーのまわりで液晶分子の乱れが起こる可能性があるため、柱状スペーサーと重畳する領域には遮光部を設けることが好ましい。

図２１は、実施形態２の液晶表示装置が備えるＴＦＴ基板及び対向基板を重ね合わせたときの絵素単位の平面模式図である。図２１中の実線で記した部分がＴＦＴ基板側の構成部材を示し、破線で示した部分が対向基板側の構成部材を示す。図２１に示すように、ＴＦＴ基板及び対向基板を重ね合わせたときには、第一の櫛型電極対を構成する各櫛型電極２１，２２の櫛歯部の長軸と、第二の櫛型電極対を構成する各櫛型電極２３，２４の櫛歯部の長軸とは、略４５°の角度をなす。

実施形態２の液晶表示装置の構成及び駆動方法について詳細に説明する。図２２及び２３は、実施形態２の液晶表示装置の断面模式図であり、特に液晶分子の挙動について詳しく示している。図２２は、あるｎ行目のゲート配線を基準としたときの、ｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示し、図２３は、ｎ～、１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。

図２２及び２３に示すように、実施形態２の液晶表示装置は、ＴＦＴ基板５０と対向基板６０とからなる一対の基板を有し、ＴＦＴ基板５０と対向基板６０との間に液晶層４を有する液晶表示パネルを備える。

ＴＦＴ基板１１及び対向基板の各部材の形状、大きさ、材料等の設計プロファイルについては、実施形態１と同様である。

図２２に示すように、ｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線で制御される絵素は、対向基板６０側に形成された櫛型電極２３，２４の櫛歯部間にアーチ状の横電界が形成された状態であり、そのアーチ状の横電界に沿って液晶分子５の配向性に変化が生じる。そして、このように電界の影響を受ける液晶分子５群は、櫛歯部間の中間領域を中心として対称性をもつ、全体として横向きのベンド状配向を示す。

図２３に示すように、ｎ～，１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線で制御される絵素は、ＴＦＴ基板側に形成された櫛型電極２１，２２の櫛歯部間にアーチ状の横電界が形成された状態であり、そのアーチ状の横電界に沿って液晶分子５の配向性に変化が生じる。そして、このように電界の影響を受ける液晶分子５群は、櫛歯部間の中間領域を中心として対称性をもつ、全体として横向きのベンド状配向を示す。

ただし、図２２及び図２３に示すように、アーチ状の横電界の末端に位置する液晶分子５、すなわち、絵素電極２１，２３又は対向電極２２，２４の直上に位置する液晶分子５は電界がないため、基板５０，６０面に対して垂直の方向に配向したままである。また、櫛歯部間の領域のうち櫛歯から最も距離が遠くなる、櫛歯部間の中間領域に位置する液晶分子５もまた、一対の基板５０，６０面に対して垂直の方向に配向したままである。

図２２及び２３に示すように、実施形態２では、ＴＦＴ基板５０側の櫛型電極対に印加される電圧と、対向基板６０側の櫛型電極対に印加される電圧とで、電圧の大きさ、及び、タイミングが異なっている。このように電圧の大きさ及びタイミングを異ならせることで、各々の櫛型電極対の組み合わせが個別に液晶分子の配向性を制御することができることとなる。

図２４は、実施形態２の液晶表示装置に印加される電圧の大きさ及びタイミングを示すタイミングチャートである。図２４での記号及びその意味は図１２と同じである。

図２２で示されるｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線にゲート電圧が印加される際には、実施形態１の場合と異なり、ＴＦＴ基板５０側の櫛型電極２１，２２の櫛歯部間の電位差は０Ｖの状態となっている。したがって、実施形態２においては、ｎ－ｘ行目のゲート配線にゲート電圧が印加される際には、液晶層内が電圧無印加の状態で行われることになり、高い応答特性を得ることができる。

そして、電圧Ｖ２が印加されるｎ－ｘ行目において液晶分子は、櫛型電極対の長軸と直交する方向に配向するので、この状態で液晶層４を透過する光は、対向基板６０側の偏光板（第二の偏光板）２の透過軸に対して直交する方向に軸をもつ偏光へと偏光される。そして、その結果、第二の偏光板によって光は遮断され、表示はＯＦＦ（黒表示）となる。

ここでの黒表示の応答は、もともと偏光板の透過軸の方向に対して４５°方向に配向していた液晶分子に高電圧をかけて偏光板の透過軸の方向に対して水平又は垂直方向に回転させる配向変化によって行うものであり、通常のように、もともと基板面に対して水平方向に配向していた液晶分子を垂直方向に立ち下がらせる配向変化によって行われる応答と比べ、遜色ない。更に、黒から階調表示への応答は、高電界によって偏光板の透過軸の方向に配向された液晶分子をより低い電圧にしながら回転させる立下りの特性を用いるため階調表示への変化の応答特性が改善される。

なお、実施形態２においては、対向絵素電極２３に印加される電圧としてＴＦＴ基板５０が有するゲート配線のゲート電圧Ｖ２を用いており、ＴＦＴ絵素電極に印加されるソース電圧Ｖ１に対し充分な大きさを有している。

図２３に示すように、ｎ～，１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線は、ＴＦＴ絵素電極２１と接続されており、ＴＦＴ基板５０側の櫛型電極対によって電圧Ｖ１が液晶層内に印加されることになる。

そして、電圧Ｖ１が印加されるｎ～，１～ｎ－ｘ－１行目において液晶分子５は、ＴＦＴ基板５０側の櫛型電極対間で形成されるアーチ状の横電界に沿って配向を示す。すなわち、液晶分子５は、櫛型電極対の長軸と直交する方向に配向するので、この状態で液晶層を透過する光は、ＴＦＴ基板５０側の偏光板（第一の偏光板）１の透過軸に対して垂直の方向に軸をもつ偏光へと偏光される。そして、その結果、液晶層４を透過した光は第二の偏光板２を透過し、表示はＯＮ（階調表示）となる。

以上の実施形態２の液晶表示装置における液晶層内の液晶分子の挙動、及び、光の偏光状態の変化の詳細については、実施形態１と同様であり、図１３及び図１４で示すとおりである。

実施形態２の液晶表示装置では、このようにしてＯＦＦ及びＯＮの切り替えを別々のタイミングで、かつ別々の櫛型電極対で行っている。また、全ての階調表示を、前行（ｎ－ｘ行目）の選択時には対向基板側の櫛型電極対に加える大きな電圧Ｖ２による立ち上がり効果による速い応答で黒表示が得られ、当該行（ｎ行目）の選択時には、ＴＦＴ基板側の櫛型電極対に加える電圧Ｖ１による立ち下がり効果による速い応答で階調表示が得られるため、表示装置全体として格段に向上した応答特性を得ることができる。

また、実施形態２の液晶表示装置では、ＴＦＴ基板が有する櫛型電極対に電圧Ｖ１が印加されるときに対向絵素電極を、また、対向基板が有する櫛型電極対に電圧Ｖ２が印加されるときにＴＦＴ絵素電極を、いずれにおいてもリセット電極を通じてリセットすることにより、液晶層内が常にＶ１又はＶ２のどちらかの電位に保持されるように工夫されているので、より安定して高速応答の効果を得ることができる。また、これら電圧保持の状態に設定するために、各行のゲート電圧の印加のタイミングを利用している点も本実施形態の特徴といえる。

なお、実施形態２の液晶表示装置は、上述の場合と逆から光が入射したときであっても、光は同様の変化を示すため、偏光板による光の透過又は遮断の傾向は変わらない。したがって、実施形態２においては、各櫛型電極対と各偏光板との配置関係が変わらない限り、光の入射方向は、対向基板側からであってもよい。また、実施形態１においては、ＴＦＴ基板側に上記第二の櫛型電極対を配置してもよく、対向基板側に第一の櫛型電極対を配置してもよい。更に、対向基板側の櫛型電極対に加える電圧Ｖ２は、必ずしもゲート配線を通じて印加される電圧でなくてもよい。

実施形態３
実施形態３の液晶表示装置は、二組の櫛型電極対の配置場所以外は、実施形態２の液晶表示装置と同様である。具体的には、実施形態３の液晶表示装置は、ＴＦＴ絵素電極とＴＦＴ共通電極対からなる櫛型電極対（以下、ＴＦＴ櫛型電極対ともいう。）と、対向絵素電極と対向共通電極対からなる櫛型電極対（以下、対向櫛型電極対ともいう。）とがＴＦＴ基板に配置された形態であり、言い換えれば、実施形態２の液晶表示装置での対向櫛型電極対を、ＴＦＴ基板側に移動させた形態である。

実施形態３では、ＴＦＴ櫛型電極対と対向櫛型電極対とは、同じＴＦＴ基板内で、透光性を有する絶縁膜を介して互いに異なる層に配置されている。このような絶縁膜の材料としては、例えば、アクリル、ポリイミド等の有機絶縁膜等が挙げられる。

実施形態３の液晶表示装置の構成及び駆動方法について詳細に説明する。図２５～２８は、実施形態３の液晶表示装置の断面模式図であり、特に液晶分子の挙動について詳しく示している。図２５及び２６は、対向櫛型電極対をＴＦＴ櫛型電極対と液晶層との間に配置した形態であり、図２７及び２８は、ＴＦＴ櫛型電極対を対向櫛型電極対と液晶層との間に配置した形態である。図２５及び図２７は、あるｎ行目のゲート配線を基準としたときの、ｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示し、図２６及び図２８は、ｎ行目～、及び、１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線と接続された絵素電極に電圧が印加された状態での液晶分子の挙動を示している。

図２５～２８に示すように、実施形態３の液晶表示装置は、ＴＦＴ基板５０と対向基板６０とからなる一対の基板を有し、ＴＦＴ基板５０と対向基板６０との間に液晶層４を有する液晶表示パネルを備える。

より詳しくは、図２５及び２６に示すように、ＴＦＴ基板５０は、ガラス、樹脂等の透光性を有する透明基板５１を主体とし、透明基板５１上に、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２を有し、透光性を有する絶縁膜５３を介して、対向櫛型電極２３，２４を有する。

または、図２７及び２８に示すように、ＴＦＴ基板５０は、ガラス、樹脂等の透光性を有する透明基板５１を主体とし、透明基板５１上に、対向櫛型電極２３，２４を有し、透光性を有する絶縁膜５３を介して、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２を有する。

ＴＦＴ櫛型電極対（第一の櫛型電極対）を構成する絵素電極２１及び共通電極２２のそれぞれの櫛歯は、一定間隔を空けて交互に配置されている。また、対向櫛型電極対（第二の櫛型電極対）を構成する絵素電極２３及び共通電極２４のそれぞれの櫛歯は、一定間隔を空けて交互に配置されている。

ＴＦＴ基板５０及び対向基板６０の各部材の形状、大きさ、材料等の設計プロファイルについては、実施形態１と同様であるが、ＴＦＴ櫛型電極対と対向櫛型電極対との間に設けられる絶縁膜の厚みは、１００～１０００ｎｍとすることが好ましい。

図２５及び２７に示すように、ｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線で制御される絵素は、対向櫛型電極２３，２４の櫛歯部間にアーチ状の横電界が形成された状態であり、そのアーチ状の横電界に沿って液晶分子５の配向性に変化が生じる。そして、このように電界の影響を受ける液晶分子５群は、櫛歯部間の中間領域を中心として対称性をもつ、全体として横向きのベンド状配向を示す。

図２６及び２８に示すように、ｎ～，１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線で制御される絵素はＴＦＴ櫛型電極２１，２２間にアーチ状の横電界が形成された状態であり、そのアーチ状の横電界に沿って液晶分子５の配向性に変化が生じる。そして、このように電界の影響を受ける液晶分子５群は、櫛歯部間の中間領域を中心として対称性をもつ、全体として横向きのベンド状配向を示す。

ただし、図２５～２８に示すように、アーチ状の横電界の末端に位置する液晶分子５、すなわち、絵素電極２１，２３又は対向電極２２，２４の直上に位置する液晶分子５は電界がないため、基板５０，６０面に対して垂直の方向に配向したままである。また、櫛歯部間の領域のうち櫛歯から最も距離が遠くなる、櫛歯部間の中間領域に位置する液晶分子５もまた、一対の基板５０，６０面に対して垂直の方向に配向したままである。

図２５～２８に示すように、実施形態３では、ＴＦＴ櫛型電極対に印加される電圧と、対向櫛型電極対に印加される電圧とで、電圧の大きさ、及び、タイミングが異なっている。このように電圧の大きさ及びタイミングを異ならせることで、各々の櫛型電極対の組み合わせが個別に液晶分子の配向性を制御することができることとなる。

図２５及び図２７で示されるｎ－ｘ～ｎ－１行目のゲート配線にゲート電圧が印加される際には、実施形態１の場合と異なり、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２の櫛歯部間の電位差は０Ｖの状態となっている。したがって、実施形態３においては、ｎ－ｘ行目のゲート配線にゲート電圧が印加される際には、液晶層内が電圧無印加の状態で行われることになり、高い応答特性を得ることができる。

そして、電圧Ｖ２が印加されるｎ－ｘ～ｎ－１行目において液晶分子５は、櫛型電極対の長軸と直交する方向に配向するので、この状態で液晶層４を透過する光は、対向基板６０側の偏光板（第二の偏光板）２の透過軸に対して直交する方向に軸をもつ偏光へと変化される。そして、その結果、第二の偏光板によって光は遮断され、表示はＯＦＦ（黒表示）となる。

なお、実施形態３においては、対向絵素電極２３に印加される電圧としてＴＦＴ基板５０が有するゲート配線のゲート電圧Ｖ２を用いており、ＴＦＴ絵素電極に印加されるソース電圧Ｖ１に対し充分な大きさを有している。

図２６及び図２８に示すように、ｎ～，１～ｎ－ｘ－１行目のゲート配線は、ＴＦＴ絵素電極２１と接続されており、ＴＦＴ櫛型電極対によって電圧Ｖ１が液晶層内に印加されることになる。

そして、電圧Ｖ１が印加されるｎ～，１～ｎ－ｘ－１行目において液晶分子５は、ＴＦＴ櫛型電極対間で形成されるアーチ状の横電界に沿って配向を示す。すなわち、液晶分子５は、櫛型電極対の長軸と直交する方向に配向するので、この状態で液晶層を透過する光は、ＴＦＴ基板５０側の偏光板（第一の偏光板）１の透過軸に対して垂直の方向に軸をもつ偏光へと偏光される。そして、その結果、液晶層４を透過した光は第二の偏光板２を透過し、表示はＯＮ（階調表示）となる。

ここで、以上の実施形態３の液晶表示装置における液晶層内の液晶分子の挙動、及び、光の偏光状態の変化について、タイミングごとに、より詳細に説明する。

図２９及び図３０は、実施形態３の液晶表示装置の各部材を光が透過する中での各部材の構成、及び、透過光の偏光状態を示す各段階の模式図である。図２９は、黒表示時を示し、図３０は、階調表示時を示している。また、図２９及び図３０の左列は斜視図を表し、右列は表示領域を法線方向から見たときの平面図を表す。また、各面は、各段階における液晶表示装置の構成部材を示し、各両矢印は、各段階における光の振動方向を示す。

まず、図２９について、下から、すなわち、バックライトからの光の入射側から順に説明する。図２９は、ＴＦＴ基板の対向櫛型電極対によって液晶層内にＶ２の電圧が印加された状態を示している。

バックライトからの光が液晶表示パネル内に入射すると、光は、まず、ＴＦＴ基板側の偏光板（第一の偏光板）１によって偏光板のもつ透過軸方向のみが透過する。

続いて光は、対向櫛型電極２３，２４、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２、及び、ＴＦＴ基板と隣接する液晶分子（下層液晶）４ａを透過する。このとき下層液晶４ａは、対向櫛型電極２３，２４による電圧Ｖ２の影響を受け、基板面に対して斜めの方向に傾斜している。ただし、基板面に対して法線方向から見たときの液晶分子の長軸の向きは、対向櫛型電極２３，２４の櫛歯部の長軸の向きと垂直であり、すなわち、光の振動方向と平行な方向である。そのため、下層液晶４ａを透過する光は、液晶分子の複屈折性の影響を受けず、そのまま同じ振動方向を維持したまま通り抜ける。

続いて光は、液晶層の中央の領域に位置する液晶分子（中央液晶）４ｂを透過する。中央液晶４ｂは傾きの大きさが異なるものの、対向櫛型電極２３，２４による電圧Ｖ２の影響を受けるため、傾向としては下層液晶４ａと同様であり、基板面に対して法線方向から見たときの液晶分子の長軸の向きは、光の振動方向と平行な方向となる。そのため、中央液晶４ｂを透過する光は、液晶分子の複屈折性の影響を受けず、そのまま同じ振動方向を維持したまま通り抜ける。

続いて光は、対向基板と隣接する液晶分子（上層液晶）４ｃを透過するが、上層液晶４ｃは電界の影響を受けず垂直配向を維持したままであり、光は同じ方向に振動方向をもったまま通り抜ける。

こうして、対向基板側２３，２４によって液晶層内に電圧が印加されている状態では、表示は黒表示（ＯＦＦ状態）となる。

次に、図３０について、下から、すなわち、バックライトからの光の入射側から順に説明する。図３０は、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２によって液晶層内にＶ１の電圧が印加された状態を示している。

続いて光は、対向櫛型電極２３，２４、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２、及び、下層液晶４ａを透過するが、このとき、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２によって液晶層４内には電圧Ｖ１が印加されているので、下層液晶４ａは、基板面に対して斜め方向に傾斜するとともに、基板面を法線方向から見たときに、下層液晶４ａの長軸の向きは、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２の櫛歯部の長軸方向に対して直交する。すなわち、基板面を法線方向から見たときの液晶分子の長軸方向と、光の振動方向とは、略４５°の角度をなしており、下層液晶４ａを透過した光は、基板面を法線方向から見たときの液晶分子の長軸方向と略４５°の角度をなす方向に長軸をもつ楕円偏光を形成することになる。

続いて光は、中央液晶４ｂを透過する。このとき、中央液晶４ｂもまた、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２による電圧Ｖ１の影響を受けるため、基板面に対して法線方向から見たときの液晶分子の長軸の向きは、ＴＦＴ櫛型電極２１，２２の櫛歯部の長軸方向に対して直交する。ただし、中央液晶４ｂの基板面に対する傾斜の角度は、下層液晶４ａの基板面に対する傾斜の角度に対して大きいため、中央液晶４ｂを透過する光は、長軸の向きが９０°回転した楕円偏光へと変換されることになる。

続いて光は、上層液晶４ｃを透過するが、上層液晶４ｃは電界の影響を受けず垂直配向を維持したままであり、上層液晶４ｃを透過した光は、長軸の向きはそのままで楕円偏光からほぼ直線偏光へと変換され、すなわち、入射時の光の振動方向に対して９０°の角度をなす方向に振動方向をもつ光に変換される。

こうして、ＴＦＴ基板側の櫛型電極２１，２２によって液晶層内に電圧が印加されている状態では、表示は階調表示（ＯＮ状態）となり、電圧に応じた透過率を得ることができる。

実施形態３の液晶表示装置では、このようにしてＯＦＦ及びＯＮの切り替えを別々のタイミングで、かつ別々の櫛型電極対で行っている。また、全ての階調表示を、前行（ｎ－ｘ行目）の選択時には対向櫛型電極対に加える大きな電圧Ｖ２による立ち上がり効果による速い応答で黒表示が得られ、当該行（ｎ～，１～ｎ－ｘ行目）の選択時には、ＴＦＴ櫛型電極対に加える電圧Ｖ１による立ち下がり効果による速い応答で階調表示が得られるため、表示装置全体として格段に向上した応答特性を得ることができる。

また、図２９及び図３０で示される実施形態３での液晶分子の挙動は、図１３及び図１４で示される実施形態１及び２での液晶分子の挙動と同様であり、実施形態３において対向櫛型電極対がＴＦＴ基板側に配置された場合であっても、対向櫛型電極対によって液晶層内にＶ２の電圧が印加される以上、実施形態１と同様の効果を得ることができるものとなり、図１５で示される応答特性のグラフと同様のグラフを得ることができる。

なお、実施形態３の液晶表示装置は、上述の場合と逆から光が入射したときであっても、光は同様の変化を示すため、偏光板による光の透過又は遮断の傾向は変わらない。したがって、実施形態３においては、各櫛型電極対と各偏光板との配置関係が変わらない限り、光の入射方向は、対向基板側からであってもよい。また、実施形態３の液晶表示装置は、対向基板側に第一の櫛型電極対及び第二の櫛型電極対を配置してもよい。更に、対向櫛型電極対に加える電圧Ｖ２は、必ずしもゲート配線を通じて印加される電圧でなくてもよい。

ＴＦＴ櫛型電極対及び対向櫛型電極対は、いずれがより液晶層側に配置されていてもよいが、対向櫛型電極対に駆動最大電圧以上の大きな電圧を印加することができる場合、ＴＦＴ櫛型電極対は、対向櫛型電極対よりも液晶層側に配置することが好ましく、これにより、液晶層内により効率的に電圧を印加することができる。

櫛型電極対が形成されない対向基板側には、更に透明電極を全体に配置することで、セル外からのチャージアップを防ぐことができ、表示が安定する。

なお、本願は、２００９年８月７日に出願された日本国特許出願２００９－１８４８１８号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１：第一の偏光板（ＴＦＴ基板側）
２：第二の偏光板（対向基板側）
４：液晶層
４ａ：下層液晶
４ｂ：中央液晶
４ｃ：上層液晶
５：液晶分子
１１：ソース配線（信号配線）
１２，１２ａ，１２ｂ：ゲート配線（走査配線）
１３：Ｃｓ配線（保持容量配線）
２１：ＴＦＴ絵素電極、ＴＦＴ櫛型電極、第一の櫛型電極
２２：ＴＦＴ共通電極、ＴＦＴ櫛型電極、第一の櫛型電極
２３：対向絵素電極、対向櫛型電極、第二の櫛型電極
２４：対向共通電極、対向櫛型電極、第二の櫛型電極
３１：ソース電極
３２：ゲート電極
３３：ドレイン電極、Ｃｓ電極
３５：半導体層
３６：リセット電極
３７：ゲートパッド部
３８：Ｃｓパッド部
４１：第一のコンタクト部
４２：第二のコンタクト部
４３：第三のコンタクト部
４４：第四のコンタクト部
４５：第五のコンタクト部
５０：ＴＦＴ基板
５１：透明基板（ＴＦＴ基板側）
５２：垂直配向膜（ＴＦＴ基板側）
５３：絶縁膜
６０：対向基板
６１：透明基板（対向基板側）
６２：垂直配向膜（対向基板側）
７１：第一のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
７２：第二のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
７３：第三のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
７４：第四のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
７５：第五のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
８１：対向Ｃｓ電極
８２：対向Ｃｓ配線
１０１，１０２：偏光板
１０３：液晶分子
１０４：液晶層
１１０，１２０：基板
１２１，１２２：櫛型電極対
１５１，１６１：透明基板
１５２，１６２：垂直配向膜

Claims

互いに対向配置された一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、
該液晶層は、正の誘電率異方性をもつ液晶分子を含有し、
該液晶分子は、電圧無印加状態で該一対の基板の表面に対して垂直の方向に配向し、
該一対の基板は、一定間隔を空けて互いの櫛歯部が交互に噛み合わさった櫛型電極対を二組以上有し、
該一対の基板の一方は、第一の偏光板を有し、
該一対の基板の他方は、第二の偏光板を有し、
該二組以上の櫛型電極対のうち第一の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、該第一の偏光板の透過軸とは、略４５°の角度をなし、
該二組以上の櫛型電極対のうち第二の櫛型電極対が有する櫛歯部の長軸と、該第二の偏光板の透過軸とは、互いに平行又は直交の関係にあり、
該第一の偏光板の透過軸と、該第二の偏光板の透過軸とは、互いに直交しており、
該第一の櫛型電極対及び該第二の櫛型電極対は、該一対の基板面を法線方向から見たときに互いに重畳している
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記第一及び第二の櫛型電極対は、前記一対の基板のうち、それぞれ異なる基板に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第一及び第二の櫛型電極対は、前記一対の基板のうち、同じ基板に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第一の櫛型電極対の一方は、信号電圧を供給する絵素電極であり、
前記第一の櫛型電極対の他方は、共通電圧を供給する共通電極である
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第二の櫛型電極対の絵素電極に供給される信号電圧は、前記第一の櫛型電極対の絵素電極に供給される信号電圧よりも大きい
ことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
前記第二の櫛型電極対が有する各櫛歯部同士の間隔は、前記第一の櫛型電極対が有する各櫛歯部同士の間隔よりも小さい
ことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第一の櫛型電極対を有する基板は、複数行の走査信号線、及び、該複数行の走査信号線のそれぞれと接続された薄膜トランジスタを有し、
前記複数行の走査信号線のうち、ある一つの行の走査信号線は、第一の櫛型電極対の絵素電極に信号電圧を供給するタイミングで、該ある一つの行の走査信号線と接続された薄膜トランジスタに走査電圧を印加し、
前記複数行の走査信号線のうち、該ある一つの行よりも前の行の走査信号線は、第二の櫛型電極対の絵素電極に信号電圧を供給するタイミングで、該ある一つの行よりも前の行の走査信号線と接続された薄膜トランジスタに走査電圧を印加する
ことを特徴とする請求項４～６のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記第一の櫛型電極対を有する基板は、複数行の走査信号線、及び、該複数行の走査信号線のそれぞれと接続された薄膜トランジスタを有し、
前記複数行の走査信号線のうち、ある一つの行の走査信号線は、第一の櫛型電極対の絵素電極に信号電圧を供給するタイミングで、該ある一つの行の走査信号線と接続された薄膜トランジスタに走査電圧を印加し、
該第一の櫛型電極対の絵素電極は、該ある一つの行の隣の行の走査信号線によって制御されるリセット用薄膜トランジスタを介して前記第一の櫛型電極対の共通電極、又は、前記第一の櫛型電極対の絵素電極との間で容量を形成する保持容量配線と接続されている
ことを特徴とする請求項４～７のいずれかに記載の液晶表示装置。