CN102981313B - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供液晶显示装置。液晶显示装置具备：第1基板、第2基板、设置在第1基板上的第1电极、与第1电极相离地设置在第1基板的一面侧的第2电极、与第1电极或第2电极连接的开关元件、与第1电极及第2电极重叠地设置于第2基板的公共电极、设置于第1基板与第2基板之间的液晶层，第1基板及第2基板的取向处理的方向被设定为产生使液晶层的液晶分子朝向第1方向扭转的第1取向状态，液晶层含有产生第2取向状态的性质的手性材料，第2取向状态是液晶分子向与第1方向相反的第2方向扭转，通过对第2电极与公共电极之间施加电压来使液晶层向第1取向状态转变，通过对第1电极与第2电极之间施加电压来使液晶层向第2取向状态转变。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及利用了两种取向状态间的转变的新颖的液晶显示装置。
背景技术
在日本特许第2510150号公报(专利文献1)中公开了如下这样的液晶显示装置：其使液晶分子朝向与对相对配置的一对基板分别实施的取向处理的方向组合所限制的旋转方向相反的旋转方向扭转来实施取向处理，由此提高电光特性(现有例1)。另外，在日本特开2007-293278号公报(专利文献2)中公开了如下这样的液晶元件：其添加了用于朝向与对相对配置的一对基板分别实施的取向处理的方向组合所限制的旋转方向(第1旋转方向)相反的旋转方向(第2旋转方向)扭转的手性剂，并且使液晶分子朝向上述第1旋转方向扭转来实施取向处理，由此增加液晶层内的变形，从而能够进一步降低阈值电压而进行低电压驱动(现有例2)。
但是，在上述现有例1的液晶显示装置中，逆扭转的取向状态不稳定，虽然可对液晶层施加比较高的电压来获得逆扭转的取向状态，但是存在随着时间经过会向正扭转的取向状态转变的问题。另外，现有例2的液晶元件如上所述具有使阈值电压降低的优点，但存在如下问题：当电压关断时，立刻(例如几秒左右)转变为正扭转的取向状态，反之则要提高阈值电压。另外，在现有例1、2的任意一方中，没有设想到将正扭转与逆扭转这两种取向状态积极利用于显示等用途。即，完全没有公开和暗示积极利用双稳定性所需的结构、驱动方法等技术思想。
对此，在日本特开2010-186045号公报(专利文献3)中公开了与反向TN(ReverseTwisted Nematic：反向扭转向列)型的液晶元件相关的技术：这种液晶元件在初始状态下为延展(spray)扭转取向，但当施加了一次纵向电场时，稳定于反向扭转取向(现有例3)。但是，现有例3的液晶元件在获得良好对比度的范围较窄这一点上还有改良的余地。
因此，本申请的发明人对能消除上述现有例1～3中的问题的新颖的反向TN型的液晶元件进行了研究。另外，作为采用了上述新颖的反向TN型液晶元件的液晶显示装置的一个方式，本申请的发明人还对排列多个液晶元件并使用薄膜晶体管等开关元件分别驱动各个液晶元件的液晶显示装置进行了研究。这里，例如在日本特许第4238877号公报(专利文献4)中公开了用于进行采用了水平电场的驱动的开关元件以及电极的构造例(现有例4)。但是，该现有例4所公开的开关元件以及电极的构造不适合驱动本申请的发明人研发出的新颖的反向TN型液晶元件。
专利文献
【专利文献1】日本特许第2510150号公报
【专利文献2】日本特开2007-293278号公报
【专利文献3】日本特开2010-186045号公报
【专利文献4】日本特许第4238877号公报
发明内容
本发明的具体方式的目的之一是提供一种具有适合产生两种取向状态间的转变的开关元件及电极的构造的新颖的液晶元件。
另外，本发明的具体方式的另一个目的是提供一种能够使用新颖的液晶元件进行低功耗驱动的液晶显示装置。
本发明的一个方式的液晶元件的特征在于，其包含：(a)相对配置的第1基板以及第2基板，它们各自的一面被实施了取向处理；(b)第1电极，其设置在所述第1基板的一面侧；(c)第2电极，其与所述第1电极相离地设置在所述第1基板的一面侧；(d)开关元件，其设置在所述第1基板的一面侧，与所述第1电极或所述第2电极连接；(e)公共电极，其以至少一部分与所述第1电极以及所述第2电极重叠的方式设置在所述第2基板的一面侧；以及(f)液晶层，其设置在所述第1基板的一面与所述第2基板的一面之间，(g)所述第1基板以及所述第2基板的所述取向处理的方向被设定为产生第1取向状态，该第1取向状态使所述液晶层的液晶分子朝向第1方向扭转，(h)所述液晶层含有产生第2取向状态的性质的手性材料，所述第2取向状态使所述液晶分子朝向与所述第1方向相反的第2方向扭转，(i)通过对所述第2电极与所述公共电极之间施加电压，使得所述液晶层从所述第2取向状态向所述第1取向状态转变，通过对所述第1电极与所述第2电极之间施加电压，使得所述液晶层从所述第1取向状态向所述第2取向状态转变。
根据上述结构，能够获得具有适合产生两种取向状态间的转变的开关元件以及电极的构造的新颖的液晶元件。
在上述液晶元件中，优选的是，所述第1电极与所述第2电极中的至少一方具有相互分离地平行配置的多个直线部。另外，优选的是，所述第1电极与所述第2电极隔着绝缘膜而层叠。
由此，能够更有效地对液晶层施加产生两种取向状态间的转变所需的与基板面平行的方向的电场(横向电场)。
在上述液晶元件中，优选的是，关于所述第1基板和所述第2基板，在各自与所述液晶层的界面中对该液晶层的液晶分子赋予了20°以上的预倾角。另外，优选的是，以使所述液晶层的层厚d与手性间距之比d/p为0.04以上0.6以下的方式，添加了所述手性材料。
由此，能够进一步提高两种取向状态的双稳定性。
本发明的一个方式的液晶显示装置具备多个像素部，该多个像素部的各个像素部分别是用上述本发明的液晶元件构成的。
根据上述结构，通过利用液晶元件的两种取向状态的双稳定性(存储性)，能够获得除了显示改写时以外基本不需要电力的低功耗的液晶显示装置。
附图说明
图1是概略地示出反向TN型液晶元件的原理的示意图。
图2是用于说明从反向扭转状态向延展扭转(Spray Twist)状态转变时的液晶层的取向状态与电场方向的关系的概念图。
图3是示出第1实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。
图4是图3所示的反向TN型液晶元件的俯视图。
图5是示出第1实施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面图。
图6是示出第1实施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面图。
图7是示出反向TN型液晶显示元件的显示特性的一例的图。
图8是示出第2实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。
图9是图8所示的反向TN型液晶元件的俯视图。
图10是示出第2实施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面图。
图11是示出第2实施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面图。
图12是示意性示出第3实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。
图13是示出第3实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。
图14是示出第3实施方式的反向TN型液晶元件的反射率特性的一例的图。
图15是示意性示出第4实施方式的液晶显示装置的结构例的图。
符号说明
1：上侧基板
2：下侧基板
3：液晶层
11：第1基板(下侧基板)
12：第2基板(上侧基板)
13，13b：第1电极
14，14a：公共线
15：扫描线
16：绝缘膜
17：半导体膜
18：源电极
19，19a：漏电极
20：第2电极
21：第1取向膜
22：第2取向膜
23：公共电极
24：液晶层
25：信号线
26：绝缘膜
31：第1偏振板(下侧偏振板)
32：第2偏振板(上侧偏振板)
50：液晶面板
51：反射板
52：散射板
53：λ/4波长板
54：偏振板
100：像素部
101：扫描线
102：信号线
103：公共线
104、105、106：驱动器
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是概略地示出反向TN型液晶元件的原理的示意图。在反向TN型液晶元件中，作为基本结构，具备相对配置的上侧基板1和下侧基板2以及设置于它们之间的液晶层3。上侧基板1与下侧基板2各自的表面被实施了摩擦处理等取向处理。以它们的取向处理的方向(在图中用箭头表示)按照90°左右的角度彼此交叉的方式，相对地配置上侧基板1与下侧基板2。通过向上侧基板1与下侧基板2之间注入向列型液晶材料来形成液晶层3。该液晶层3采用了添加有手性材料的液晶材料，该手性材料产生使液晶分子在其方位角方向上朝向特定的方向(在图1的例子中为右旋转方向)扭转的作用。当设上侧基板1与下侧基板2的相互间隔(单元厚度)为d、手性材料的手性间距为p时，它们之比d/p的值例如被设定为0.04～0.6左右。这样的反向TN型液晶元件通过手性材料的作用而在初始状态下成为液晶层3在延展取向的同时进行扭转的延展扭转状态(第2取向状态)。当在其层厚方向上对该延展扭转状态的液晶层3施加超过饱和电压的电压时，液晶分子转变为朝向左旋转方向扭转的反向扭转状态(均匀扭转(Uniform Twist)状态：第1取向状态)。在这种反向扭转状态的液晶层3中，主体中的液晶分子倾斜，所以表现出降低液晶元件的驱动电压的效果。
图2是用于说明从反向扭转状态向延展扭转状态转变时的液晶层的取向状态与电场方向的关系的概念图。如图2(A)所示，针对相对于基板面处于水平方向的电场，将电场的施加方向设定为，使其与反向扭转状态下的液晶层的层厚方向的大致中央的液晶分子(图中为附有图样的液晶分子)的长轴方向尽量不平行，而是成为垂直或接近垂直的状态。由此，液晶层的层厚方向的大致中央的液晶分子沿着电场方向重新进行取向，所以如图2(B)所示，液晶层的取向状态从反向扭转状态转变至延展扭转状态。此外，当对反向扭转状态的液晶层施加了电场而使其成为与该层厚方向的大致中央的液晶分子的长轴方向平行或接近平行的状态时，难以产生从反向扭转状态向延展扭转状态的转变。这是因为，在液晶层的层厚方向的大致中央，几乎不会因电场而产生液晶分子的重新取向。根据以上情况，为了在反向TN型液晶元件中在两种取向状态之间自如地转变，需要产生与液晶层的层厚方向相应的电场(纵向电场)和与其垂直的方向的电场(横向电场)，而且对于横向电场而言，需要成为与反向扭转状态的液晶层的层厚方向的大致中央的液晶分子的长轴方向大致垂直或者接近于垂直的方向。关于用于自如地施加这些纵向电场与横向电场的元件构造，以下举出具体例子进行说明。
图3是示出第1实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。另外，图4是图3所示的反向TN型液晶元件的俯视图。此外，图3示出了图4所示的II-II线处的截面。各图所示的本实施方式的反向TN型液晶元件构成为包含：第1基板(下侧基板)11、第2基板(上侧基板)12、第1电极13、公共线14、扫描线15、绝缘膜16、半导体膜17、源电极18、漏电极19、第2电极(像素电极)20、第1取向膜21、第2取向膜22、公共电极23、液晶层24、信号线25、第1偏振板(下侧偏振板)31以及第2偏振板(上侧偏振板)32。
第1基板11以及第2基板12彼此相对配置，例如分别是玻璃基板、塑料基板等透明基板。在第1基板11与第2基板12彼此之间，例如分散地配置有多个间隔物(粒状体)(未图示)，利用这些间隔物来保持第1基板11与第2基板12之间的相互间隔。
在第1基板11的一面侧设置有第1电极13。该第1电极13如图4所示例如形成为大致矩形，而且其一部分与公共线14连接。例如通过对氧化铟錫(ITO)等透明导电膜进行构图来获得该第1电极13。
在第1基板11的一面侧设置有公共线14，该公共线14在一个方向(图4所示的Y方向)上延伸。经由该公共线14，从未图示的电压供给单元对第1电极13提供规定的电位。作为公共线14，例如可采用铝与钼的层叠膜等金属膜。
在第1基板11的一面侧设置有扫描线15，该扫描线在一个方向(图4所示Y方向)上延伸。如图4所示，本例的扫描线15与公共线14之间隔着第1电极13进行配置。作为扫描线15，例如可采用铝与钼的层叠膜等金属膜。
在第1基板11的一面侧，以覆盖第1电极13、公共线14以及扫描线15的方式设置了绝缘膜16。作为该绝缘膜16，例如可采用氮化硅膜、氧化硅膜或者它们的层叠膜。
在绝缘膜16上，在与扫描线15重叠的规定位置处设置有半导体膜17。该半导体膜17如图4所示被构图成岛状。作为半导体膜17，例如可采用非晶硅膜。扫描线15的与半导体膜17重叠的部分作为薄膜晶体管的栅电极发挥功能。另外，绝缘膜16的与半导体17重叠的部分作为薄膜晶体管的栅绝缘膜发挥功能。
在绝缘膜16上的规定位置处设置了源电极18，其一部分与半导体膜17连接。本例的源电极18如图4所示与信号线25形成为一体。作为这些源电极18以及信号线25，例如可采用铝与钼的层叠膜等金属膜。
在绝缘膜16上的规定位置处设置有漏电极19，其一部分与半导体膜17连接。作为该漏电极19，例如可采用铝与钼的层叠膜等金属膜。
在绝缘膜16上，第2电极20被设置在其至少一部分与上述第1电极13重叠的规定位置处。该第2电极20如图4所示具有多个开口部(缝隙)20a。例如通过对氧化铟錫(ITO)等透明导电膜进行构图来获得该第2电极20。关于第2电极20的尺寸，例如可设为：位于各开口部20a之间的直线部的宽度(图3的X方向上的长度)约为20μm，各开口部20a的宽度(图3的X方向上的长度)约为20μm。通过在该第2电极20与上述第1电极13之间施加电压来对液晶层24施加横向电场。
在第1基板11的一面侧的绝缘膜16上以覆盖半导体膜17、源电极18、漏电极19以及第2电极20的方式设置了第1取向膜21。同样，在第2基板12的一面侧以覆盖公共电极23的方式设置了第2取向膜22。对第1取向膜21与第2取向膜22分别实施了单轴取向处理(例如，摩擦处理、光取向处理等)。作为本实施方式的第1取向膜21以及第2取向膜22，采用了能够产生比较高的预倾角(20°以上，更优选为35°±10°左右)的取向膜。第1取向膜21的取向处理的方向RL与第2取向膜22的取向处理的方向RL被设定为，使得液晶层24的取向状态为反向扭转状态时的层厚方向的大致中央的液晶分子的取向方向D与由第1电极13和第2电极20产生的电场方向E大致垂直(参照图4)。
在第2基板12的一面侧设置有公共电极23。该公共电极23形成为其至少一部分与第1电极13以及第2电极20重叠。例如，通过对氧化铟錫(ITO)等透明导电膜进行构图来获得该公共电极23。通过在该公共电极23与上述第1电极13(或第2电极20)之间施加电压，能够对液晶层24施加纵向电场。
在第1基板11的一面与第2基板12的一面彼此之间设置有液晶层24。在本实施方式中，采用了介电常数各向异性Δε为正(Δε>0)的向列型液晶材料来构成液晶层24。液晶层24中图示的粗线示意性表示液晶层24内的液晶分子。未施加电压时的液晶分子相对于第1基板11以及第2基板12各自的基板面以规定的预倾角进行取向。另外，第1取向膜21与第2取向膜22各自的取向处理的方向RU、RL(参照图4)所成的角度例如被设定为90°左右，由此使得未施加电压时的液晶层24的液晶分子在第1基板11与第2基板12之间朝向方位角方向扭转而进行取向。
在绝缘膜16的一面侧设置有信号线25，该信号线25在与公共线14以及扫描线15大致垂直的一个方向(图4所示的X方向)上延伸。如图4所示，本例的信号线25与源电极18形成为一体。作为信号线25，例如可采用铝与钼的层叠膜等金属膜。
在第1基板11的外侧配置了第1偏振板31。在第2基板12的外侧配置了第2偏振板32。在本实施方式中，使用者从该第2偏振板32侧进行目视观察。这些第1偏振板31和第2偏振板32例如以彼此的透射轴大致垂直的方式进行配置(交叉尼科尔配置)。
接着，参照图5、图6来说明第1实施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的一例。
首先，准备作为第1基板11以及第2基板12而使用的玻璃基板。例如，采用由板厚为0.7mm的无碱玻璃构成的玻璃基板。
接着，在第1基板11的一面上形成公共线14以及扫描线15(图5(A))。具体地说，例如通过溅射法等成膜法，在第1基板11的整个一面上形成铝膜，进而在其上形成钼膜。然后，利用干刻蚀法等对铝膜以及钼膜的层叠膜进行构图。
接着，在第1基板11的一面侧的规定位置处形成第1电极13(图5(B))。具体地说，例如通过溅射法等成膜法，在第1基板11的整个一面上形成氧化铟錫膜(ITO膜)。然后，通过湿刻蚀法等对该ITO膜进行构图。
接着，在第1基板11的一面侧，以覆盖第1电极13、公共线14以及扫描线15的方式形成绝缘膜16(图5(C))。具体地说，例如通过溅射法或等离子CVD(Chemical VaporDeposition：化学气相沉积)法等成膜法来形成氮化硅膜。
接着，在第1基板11的绝缘膜16上的规定位置处形成半导体膜17(图5(D))。具体地说，例如通过等离子CVD法等成膜法在第1基板11的整个一面上形成非晶硅膜。然后，利用干刻蚀法等将该非晶硅膜构图成岛状。
接着，在第1基板11的绝缘膜16上的规定位置处形成源电极18、漏电极19以及信号线25(图5(E))。具体地说，例如通过溅射法等成膜法，在第1基板11的整个一面上形成钼膜/铝膜/钼膜的层叠膜。然后，通过干刻蚀法等对该层叠膜进行构图。
接着，在第1基板11的绝缘膜16上的规定位置处形成第2电极20(图5(F))。具体地说，例如通过溅射法等成膜法在第1基板11的整个一面上形成ITO膜。然后，通过湿刻蚀法等对该ITO膜进行构图。此外，还可以在绝缘膜16上设置钝化膜(未图示)。
另一方面，在第2基板12的一面上形成公共电极23(图5(G))。具体地说，例如通过溅射法等成膜法在第2基板12的整个一面上形成ITO膜。此外，在实际的制造工序中，在基板整面上存在公共电极23时，有可能产生主密封部的短路、因划线引起的裂片时的膜剥离等，所以优选在溅射时利用金属遮蔽物等来遮蔽(限制)外周。
接着，在第1基板11的绝缘膜16上整体形成第1取向膜21(图6(A))，在第2基板12的公共电极23上整体形成第2取向膜22(图6(B))。这里例如，使用降低了被一般用作垂直取向膜的材料的侧链密度后的聚酰亚胺膜来形成各取向膜。利用柔印法、喷墨法、旋涂法、缝隙涂布法、缝隙法和旋涂法的组合等适当的方法，在第1基板11上、第2基板12上分别以适当的膜厚(例如左右)涂布取向膜材料，并进行热处理(例如以160～180℃，烧制1小时)。然后，对第1取向膜21、第2取向膜22分别进行取向处理。这里，例如进行摩擦处理，将作为其条件的押入量设为0.8mm(强摩擦条件)。这里，将摩擦方向设定为，当第1基板11与第2基板12重合时各基板上的液晶分子的扭转角大致为90°。
接着，在一个基板(例如第1基板11)上形成含有适量(例如2～5wt％)的间隙控制剂的主密封剂。主密封剂的形成例如是基于丝网印刷或点胶机。另外，关于间隙控制剂的直径，设液晶层24的厚度为4μm左右。另外，在另一个基板(例如第2基板12)上散布间隙控制剂。例如在本实施方式中，通过干式的间隙散布机来散布粒径4μm的塑料珠。然后，使第1基板11和第2基板12重合，在利用冲压机等施加一定压力的状态下进行热处理，由此使主密封剂硬化。这里，例如在150℃下进行3小时的热处理(图6(C))。
接着，通过在第1基板11与第2基板12的间隙中填充液晶材料来形成液晶层24(图6(D))。例如通过真空注入法来进行液晶材料的填充。在本实施方式中，采用了介电常数各向异性△ε为正且添加了手性材料的液晶材料。手性材料的添加量优选设定成d/p为0.04以上0.6以下，例如设定成d/p为0.16。在注入这样的液晶材料之后，在其注入口涂布端部密封剂进行密封。然后，以液晶材料的相移温度以上的温度进行适当的热处理(例如在120℃下进行1小时)，由此来调整液晶层24的液晶分子的取向状态。
接着，在第1基板11的外侧粘合第1偏振板31，第2基板12的外侧粘合第2偏振板32。这些第1偏振板31与第2偏振板32被配置成彼此的透射轴大致垂直(交叉尼科尔配置)。以上就完成了第1实施方式的反向TN型液晶元件(参照图3)。
关于经过以上这样的工序而完成的反向TN型液晶元件，利用各个电极对液晶层施加电压，确认了延展扭转状态与反向扭转状态相互转变时的状况，结果如下。
本实施方式的反向TN型液晶元件在初始状态下液晶层24的液晶分子取向为延展扭转状态。在该延展扭转状态下，外观上获得了比较亮的状态的白显示(亮显示)。与此相对，通过从未图示的电压施加单元对第1电极13与公共电极23分别施加电压来产生纵向电场。例如，施加10V、100Hz的交流电压(矩形波)约0.01～0.5秒，然后立刻停止电压的施加。由此，液晶层24的取向状态转变为反向扭转状态。在该反向扭转状态中，外观上获得了比较暗的状态的黑显示(暗显示)。作为参考，在图7中示出了反向TN型液晶显示元件的显示特性的一例。例如，在将该反向TN型液晶元件排列成矩阵状来构成液晶显示装置的情况下，在从该延展扭转状态向反向扭转状态的转变时难以针对各个独立的像素(每个元件)进行控制，所以针对全部像素同时地控制状态转变，或者针对共享公共线14的多个第1电极13的每根线控制状态转变。
接着，从电压施加单元对扫描线15施加规定电压来使薄膜晶体管成为导通状态，而且，从电压施加单元对信号线25施加规定电压、从而经由薄膜晶体管对第2电极20施加电压。由此，在第1电极13与第2电极20之间产生相对的电位差，所以对液晶层24施加了横向电场，液晶层24的取向状态从反向扭转状态向延展扭转状态转变。对扫描线15施加的电压(栅极电压)例如是10V的脉冲波，对信号线25施加的电压例如是按照每一帧翻转±10V而得到的电压。施加横向电场的时间例如大约是0.01至0.5秒左右。
无论是上述延展扭转状态还是反向扭转状态，在解除电压施加之后都能维持其取向状态，所以在改写显示之后基本不需要施加电压，能够将功耗抑制得极低。例如，在将该反向TN型液晶元件排列成矩阵状来构成液晶显示装置时，在希望重复改写显示的情况下，针对全部像素同时进行控制，或者针对共享公共线14的多个第1电极13的每根线进行控制来施加纵向电场，接着使用薄膜晶体管来控制对第2电极20的电压施加/不施加，由此，通过针对每个像素有选择地施加横向电场，能够进行期望的图像显示。关于针对每根线改写显示的方式，在阅读小说等文章的情况下，可以依次改写已读完的线，所以，虽然切换需要少许时间，但能够减轻读者的压力。
接着，对反向TN型液晶元件的其它结构例进行说明。
图8是示出第2实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。另外，图9是图8所示的反向TN型液晶元件的俯视图。此外，图8示出了图9所示的VIII-VIII线处的截面。各图所示的本实施方式的反向TN型液晶元件5包含：第1基板(下侧基板)11、第2基板(上侧基板)12、第1电极13、公共线14a、扫描线15、绝缘膜16、半导体膜17、源电极18、漏电极19a、第2电极20、第1取向膜21、第2取向膜22、公共电极23、液晶层24、信号线25、绝缘膜26、第1偏振板(下侧偏振板)31以及第2偏振板(上侧偏振板)32。此外，针对与第1实施方式相同的构成要素使用同一符号，并省略它们的详细说明。
在第1基板11的一面侧的绝缘膜26上设置有公共线14a，该公共线14a在一个方向(图8所示的Y方向)上延伸。该公共线14a如图9所示与第2电极20连接，并经由该公共线14a，从未图示的电压供给单元对第2电极20施加规定的电位。
在绝缘膜16上的规定位置处设置有漏电极19a，而且其一部分贯通绝缘膜16而与第1电极13连接。作为该漏电极19a，例如可采用铝和钼的层叠膜等金属膜。
在第1基板11的一面侧的绝缘膜16上，以覆盖半导体膜17、源电极18以及漏电极19a的方式设置了绝缘膜26。作为该绝缘膜26，例如可采用氮化硅膜、氧化硅膜或者它们的层叠膜。
在绝缘膜26上，第2电极20被设置在其至少一部分与上述第1电极13重叠的规定位置处。该第2电极20如图9所示与公共线14a连接。在本例中，第2电极20和公共线14形成为一体。例如通过对氧化铟錫(ITO)等透明导电膜进行构图来获得该第2电极20。可通过在该第2电极20与上述第1电极13之间施加电压，来对液晶层24施加横向电场。
在第1基板11的一面侧的绝缘膜26上，以覆盖公共线14a以及第2电极20的方式设置了第1取向膜21。
接着，参照图10、图11来说明第2实施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的一例。此外，对于与第1实施方式相同的内容，适当省略说明。
在第1基板11的一面上形成由规定的金属膜构成的扫描线15(图10(A))。接着，在第1基板11的一面侧的规定位置处形成由ITO膜等构成的第1电极13(图10(B))。接着，在第1基板11的一面侧，以覆盖第1电极13以及扫描线15的方式形成绝缘膜16(图10(C))。
接着，在第1基板11的绝缘膜16上的规定位置处形成半导体膜17(图10(D))，进而形成源电极18、漏电极19a以及信号线25(图10(E))。关于漏电极19a，预先在绝缘膜16的规定位置处设置了使第1电极13的一部分露出的开口部，然后利用溅射法等进行金属膜的成膜和构图，由此能够形成所述漏电极19a。
接着，在第1基板11的绝缘膜16上形成覆盖半导体膜17、源电极18、漏电极19a以及信号线25的绝缘膜26(图10(F))。接着，在第1基板11的绝缘膜26上的规定位置处形成公共线14a以及第2电极20(图10(G))。此外，还可以在绝缘膜26上设置钝化膜(未图示)。另一方面，在第2基板12的一面上形成公共电极23(图11(A))。
接着，在第1基板11的绝缘膜16上全部形成第1取向膜21(图11(B))，在第2基板12的公共电极23上全部形成第2取向膜22(图11(C))。
接着，在一个基板上形成主密封剂，在另一个基板上散布间隙控制剂，然后使第1基板11与第2基板12重合，在利用冲压机等施加一定压力的状态下进行热处理，由此使主密封剂硬化(图11(D))。接着，通过在第1基板11与第2基板12的间隙中填充液晶材料来形成液晶层24(图11(E))。
然后，在第1基板11的外侧粘合第1偏振板31，在第2基板12的外侧粘合第2偏振板32。这些第1偏振板31与第2偏振板32被配置成彼此的透射轴大致垂直(交叉尼科尔配置)。以上就完成了第2实施方式的反向TN型液晶元件(参照图8)。
关于经过以上这样的工序而完成的反向TN型液晶元件，利用各个电极对液晶层施加电压，确认了延展扭转状态与反向扭转状态相互转变时的状况，结果如下。
本实施方式的反向TN型液晶元件在初始状态下液晶层24的液晶分子取向为延展扭转状态。在该延展扭转状态中，外观上获得了比较亮的状态的白显示(亮显示)。与此相对，如上所述使用第1电极13与公共电极23来产生纵向电场。例如，施加10V、100Hz的交流电压(矩形波)约0.01～0.5秒，然后立刻停止电压的施加。由此，液晶层24的取向状态转变为反向扭转状态。在该反向扭转状态中，外观上获得了比较暗的状态的黑显示(暗显示)。例如，在将该反向TN型液晶元件排列成矩阵状来构成液晶显示装置的情况下，在从该延展扭转状态向反向扭转状态的转变时，可针对每个独立的像素(每个元件)进行控制。此时要求第1电极13处于在电气上自由的状态。
接着，从电压施加单元向扫描线15施加规定电压来使薄膜晶体管成为导通状态，而且，从电压施加单元对信号线25施加规定电压来对第2电极20施加电压。由此，在第1电极13与第2电极20之间产生相对的电位差，所以对液晶层24施加了横向电场，液晶层24的取向状态从反向扭转状态转变为延展扭转状态。对扫描线15施加的电压(栅电压)例如为10V的脉冲波，对信号线25施加的电压例如为按照每一帧翻转±10V而得到的电压。施加横向电场的时间例如是0.01～0.5秒左右。
无论是上述延展扭转状态还是反向扭转状态，在解除电压施加之后都能维持其取向状态，所以在改写显示之后完全不需要施加电压，能够将功耗抑制得极低。例如，在将该反向TN型液晶元件排列成矩阵状来构成液晶显示装置时，在本实施方式中，从延展扭转状态向反向扭转状态的转变、以及从反向扭转状态向延展扭转状态的转变都可以针对每个像素进行控制。因此，与第1实施方式相比，显示改写的自由度更高。例如，在当前已提出的电泳方式的电子纸显示器中，都需要暂时将整个画面复位成白显示或黑显示，如果不这样做，有时无法使全部的电泳粒子移动至期望的位置，而且当反复地进行显示切换时，电泳粒子会发生转向，但根据本实施方式，不会产生这样的问题。
接着，对反向TN型液晶元件的其它结构例进行说明。
图12是示意性示出第3实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。图12(A)所示的第3实施方式的反向TN型液晶元件是利用来自外部的光进行显示的反射型液晶元件，具备：液晶面板50、配置在该液晶面板50的下表面侧的反射板51、配置在液晶面板50的上表面侧的散射板52、与该散射板52重叠配置的λ/4波长板53、以及与该λ/4波长板53重叠配置的偏振板54。作为反射板51，例如可采用银膜。另外，作为散射板52例如，可采用由多片雾度值为43％～45％的板层叠而成的散射板。另外，作为λ/4波长板53，例如可采用相位差为约137nm的板。此外，散射板52也可配置在液晶面板50的下表面侧。在此情况下，在反射板51与液晶面板50彼此之间配置有散射板52。
如图12(B)所示，液晶面板50中的下侧基板的摩擦方向RL、上侧基板的摩擦方向RU所成的角度例如可设定为70°(反射型的理想值的一例)。在液晶层的液晶材料中以例如d/p＝0.143的方式添加了手性材料。液晶层的液晶材料的Δn的值例如是0.065～0.15左右。偏振板54的透射轴P被设定为与上侧基板的摩擦方向RU平行，λ/4波长板53的相位差轴P’被设定为与偏振板54的透射轴大致成45°的角度。液晶面板50的内部构造与上述第1实施方式或第2实施方式的液晶元件相同(都去除了偏振板)。
图13是示出第3实施方式的反向TN型液晶元件的结构例的截面图。这里作为一例，图示了采用第1实施方式的液晶元件作为液晶面板50的情况，但采用第2实施方式的液晶元件的情况也是同样的。该液晶面板50的第1电极13b由金属膜构成，而且在表面设置有凹凸。由此，第1电极13b还能兼任反射板51以及散射板52的功能。第3实施方式的反向TN型液晶元件的制造方法与上述第1实施方式或第2实施方式相同，例如，当使第1电极13b的形成工序成为与扫描线15的形成工序共同的工序时，除此以外的工序也可以采用共同的工序。此外，第1电极13b仅兼任反射板51的功能，而关于散射板52，如上所述可附于外部。
图14是示出第3实施方式的反向TN型液晶元件的反射率特性的一例的图。在该图中，将液晶层的扭转角设定为70°，从相对于液晶元件的基板面法线成30°的方向入射光，示出了从法线方向测定反射率时的Δn依赖性的反射率特性。在此情况下可知，当液晶材料的Δn是0.08时，反射率以及对比度比特别良好。此外，虽然这里将λ/4波长板53的相位差轴设定为与液晶层的层厚方向的大致中央的液晶分子的长轴方向垂直，并将偏振板54的透射轴设定为与上侧基板的摩擦方向平行，但各个设定不限于此。通过构成为反射型，不需要背光源，特别能够抑制功耗。
接着，作为第4实施方式，说明能够利用上述第1～第3实施方式中的任意一个液晶元件所具有的存储性来实现低功耗驱动的液晶显示装置的结构例。
图15是示意性示出第4实施方式的液晶显示装置的结构例的图。图15所示的液晶显示装置是矩阵状地排列多个像素部100而构成的有源矩阵型的液晶显示装置，作为各像素部100，可采用上述任意一个实施方式中的液晶元件。具体地说，液晶显示装置构成为包含：在第1方向上延伸的多个扫描线101、对各扫描线101提供电压的驱动器104、分别与扫描线101垂直而在第2方向上延伸的多个信号线102和公共线103、对各信号线102提供电压的驱动器105、对各公共线103提供电压的驱动器106、以及设置在各扫描线101与各信号线102的交点处的像素部100。各像素部100的第1电极和第2电极中的一方与公共线103连接，另一方与薄膜晶体管连接。另外，在各像素部100上公共地设置了公共电极。
根据以上这样的各实施方式，能够获得具有适合产生两种取向状态间的转变的开关元件以及电极的构造的新颖的液晶元件。另外，通过利用液晶元件的两种取向状态的双稳定性(存储性)，能够获得除了显示改写时以外基本不需要电力的低功耗的液晶显示装置。
此外，本发明不被上述内容所限定，可以在本发明的主旨范围内进行各种变形而予以实施。
例如，在上述各实施方式中，虽然将液晶层的扭转角设为70°(反射型)或90°(透射型)，但扭转角不限于此。在此情况下，为了进一步确保白显示中的亮度，可调整液晶层内的延迟值。
另外，以上例示了第1偏振板和第2偏振板各自的透射轴所成的角度为90°左右的常白(normally white)状态的液晶元件，但也可以是常黑(normally black)状态的液晶元件。另外，取向处理方法不限于摩擦法。
另外，作为开关元件一例的薄膜晶体管的构造不限于例示的底部栅极型，也可以是顶部栅极型。
另外，第2电极不限于具有上述这样的多个缝隙，例如可以是具有多个电极支(直线部)的梳齿状电极。此外，可以将第1电极也设为梳齿状电极，并互不相同地配置第2电极的各电极支和第1电极的各电极支。在此情况下，可以将第1电极和第2电极配置在同一面上。

Claims (5)

1.一种液晶显示装置，其包含：
相对配置的第1基板以及第2基板，它们各自的一面被实施了取向处理；
多个第1电极，它们各自独立地设置在所述第1基板的一面侧；
多个第2电极，它们在所述第1基板的板厚方向上与所述第1电极相离地各自独立地设置在所述第1基板的一面侧，各自在俯视时与所述多个第1电极中的任意一个重叠，各个所述第2电极具有相互分离地平行配置的多个直线部；
多个开关元件，它们各自独立地设置在所述第1基板的一面侧，各自与所述多个第1电极中的任意一个连接；
公共电极，其相对于所述多个第1电极和所述多个第2电极公共地设置在所述第2基板的一面侧；以及
液晶层，其设置在所述第1基板的一面与所述第2基板的一面之间，
所述第1基板以及所述第2基板的所述取向处理的方向被设定为产生第1取向状态，该第1取向状态是所述液晶层的液晶分子朝向第1方向扭转，
所述液晶层含有产生第2取向状态的性质的手性材料，所述第2取向状态是所述液晶分子朝向与所述第1方向相反的第2方向扭转，
通过使用所述多个开关元件中的一个对所述多个第1电极中的至少一个施加电压，并且对所述公共电极施加电压，在所述液晶层的层厚方向上施加电场，使得与被施加了该电压的第1电极对应的区域的所述液晶层从所述第2取向状态向所述第1取向状态转变，通过使用所述多个开关元件中的一个对所述多个第1电极中的至少一个施加电压，并且对所述多个第2电极中的至少一个施加电压，在与所述第1基板的所述一面大致平行的方向上施加电场，使得与被施加了该电压的第1电极和第2电极对应的区域的所述液晶层从所述第1取向状态向所述第2取向状态转变。
2.一种液晶显示装置，其包含：
相对配置的第1基板以及第2基板，它们各自的一面被实施了取向处理；
多个第1电极，它们各自独立地设置在所述第1基板的一面侧；
多个第2电极，它们在所述第1基板的板厚方向上与所述第1电极相离地各自独立地设置在所述第1基板的一面侧，各自在俯视时与所述多个第1电极中的任意一个重叠，各个所述第2电极具有相互分离地平行配置的多个直线部；
多个开关元件，它们各自独立地设置在所述第1基板的一面侧，各自与所述多个第2电极中的任意一个连接；
公共电极，其相对于所述多个第1电极和所述多个第2电极公共地设置在所述第2基板的一面侧；以及
液晶层，其设置在所述第1基板的一面与所述第2基板的一面之间，
所述第1基板以及所述第2基板的所述取向处理的方向被设定为产生第1取向状态，该第1取向状态是所述液晶层的液晶分子朝向第1方向扭转，
所述液晶层含有产生第2取向状态的性质的手性材料，所述第2取向状态是所述液晶分子朝向与所述第1方向相反的第2方向扭转，
通过对所述多个第1电极中的至少一个施加电压，并且对所述公共电极施加电压，在所述液晶层的层厚方向上施加电场，使得与被施加了该电压的第1电极对应的区域的所述液晶层从所述第2取向状态向所述第1取向状态转变，通过使用所述多个开关元件中的一个对所述多个第2电极中的至少一个施加电压，并且对所述多个第1电极中的至少一个施加电压，在与所述第1基板的所述一面大致平行的方向上施加电场，使得与被施加了该电压的第1电极和第2电极对应的区域的所述液晶层从所述第1取向状态向所述第2取向状态转变。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其中，
所述第1电极与所述第2电极隔着绝缘膜而层叠。
4.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其中，
关于所述第1基板和所述第2基板，在各自与所述液晶层的界面中对该液晶层的液晶分子赋予了20°以上的预倾角。
5.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其中，
以使所述液晶层的层厚d与手性间距之比d/p为0.04以上0.6以下的方式，添加了所述手性材料。
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