CN103430087A - 薄膜晶体管阵列基板和液晶显示装置 - Google Patents

薄膜晶体管阵列基板和液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种充分高速地进行响应并且透射率足够优异的液晶显示装置及适合其使用的薄膜晶体管阵列基板。本发明的该薄膜晶体管阵列基板的电极包含一对梳齿电极和面状电极，选自该一对梳齿电极和面状电极中的至少一个电极沿像素线电连接。

Description

薄膜晶体管阵列基板和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管阵列基板和液晶显示装置。更详细来讲，涉及包含当未施加电压时在与基板主面垂直的方向上取向的液晶分子的液晶显示装置及其使用的薄膜晶体管阵列基板。
背景技术
液晶显示面板通过由一对玻璃基板等夹持液晶显示元件而构成，由于其有效利用了诸如薄、轻且消电低等优点，从而在个人电脑、电视、汽车导航仪等车载用设备、便携式电话等便携式信息终端的显示器等日常生活以及商务中不可欠缺。在这些用途中，正在研究与用于使液晶层的光学特性变化的电极配置、基板的设计相关的各种模式的液晶显示面板。
作为近年的液晶显示装置的显示方式，能够举出：使具有负的介电常数各向异性的液晶分子与基板面垂直地取向的垂直取向(VA：Vertical Alignment)模式；使具有正或负的介电常数各向异性的液晶分子与基板面平行地取向且对液晶层施加横向电场的面内开关(IPS：In-Plane Switching)模式；和边缘场开关(FFS：Fringe Field Switching)等。
例如，作为FFS驱动方式的液晶显示装置，公开有一种具有高速响应性和宽视野角的薄膜晶体管型液晶显示器，该显示器包括：具有第一共用电极层的第一基板；具有像素电极层和第二共用电极层的第二基板；被夹持于上述第一基板与上述第二基板之间的液晶；和为了具有能够应对高速的输入数据传送速度的高速响应性和对观看者而言的宽视野角，而使设置于上述第一基板的上述第一共用电极层与设置于上述第二基板的上述像素电极层以及第二共用电极层之间产生电场的单元(例如，参照专利文献1)。
另外，作为利用多个电极施加横向电场的液晶装置，公开了一种在彼此相对配置的一对基板间夹持有由介电常数各向异性为正的液晶构成的液晶层的液晶装置，在该液晶装置中，构成上述一对基板的第一基板和第二基板夹持着上述液晶层地相对设置，在上述一对基板的第一基板和第二基板上设置有对该液晶层施加纵向电场的电极，并且在上述第二基板上设置有对上述液晶层施加横向电场的多个电极(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2006-523850号公报
专利文献2：日本特开2002-365657号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
FFS驱动方式的液晶显示装置中，上升时(显示状态从暗状态(黑显示)向亮状态(白显示)变化的期间)利用在下侧基板的上层狭缝电极-下层面状电极间产生的边缘电场(FFS驱动)，使液晶分子旋转而高速响应，下降时(显示状态从亮状态(白显示)向暗状态(黑显示)变化的期间)利用由基板间的电位差产生的纵向电场使液晶分子旋转，而高速响应。另一方面，如专利文献1记载的那样，即使在液晶分子垂直取向的液晶显示装置中使用狭缝电极施加边缘电场，也只有狭缝电极端附近的液晶分子旋转(参照图66)，因此，无法获得充分的透射率。
此外，图64为下侧基板上具有现有的FFS驱动方式的电极构造的液晶显示面板的剖视示意图。图66是表示图64所示的液晶显示面板中指向矢D的分布、电场分布和透射率分布的模拟结果。图64中表示液晶显示面板的构造，狭缝电极被施加固定的电压(图中为14V。例如只要与对置电极313的电位差在阈值以上即可。上述阈值是指使液晶层发生光学变化，在液晶显示装置中使显示状态发生变化的电场和/或产生电场的电压值)，在配置有狭缝电极的基板和对置基板上分别配置有对置电极313、323。对置电极313、323为7V。图66表示上升时的模拟结果，示出了电压分布、指向矢D的分布、透射率分布(实线)。
上述专利文献2记载了在具有三层电极构造的液晶显示装置中使用梳齿驱动提高响应速度的技术手段。然而，实质上只记载了显示方式为扭转向列(TN)模式的液晶装置，而关于作为有利于获得宽视野角、高对比度的特性等的方式的垂直取向型液晶显示装置则没有任何公开。另外，关于透射率的改善、以及电极构造与透射率的关联性也没有任何公开。
本发明是鉴于上述现状而完成的，其目的在于提供一种液晶显示装置，该液晶显示装置的液晶层包含当未对液晶层施加电压时在与基板主面垂直的方向上取向的液晶分子，能够充分高速地进行响应并且透射率足够优异。另外，本发明的目的还在于提供适合用于上述液晶显示装置的薄膜晶体管阵列基板。
解决技术问题的技术方案
本发明的发明人研究了使垂直取向型液晶显示装置兼有高响应度和高透射率的方法，着眼于在上升和下降时利用电场对液晶分子进行取向控制的三层电极构造。而且，对电极构造进行了进一步的研究后发现：通过使夹持液晶层的第一基板和第二基板具有电极，并使第二基板的电极为一对梳齿电极，上升时因对梳齿电极间的电位差产生横向电场，下降时因基板间的电位差产生纵向电场，能够适当地进行基于三层电极构造的纵向电场导通-横向电场导通的切换。由此，发现上升、下降时均利用电场使液晶分子旋转从而高速地进行响应，并且利用梳齿驱动的横向电场也能够实现高透射率，想到能够彻底解决上述技术问题的技术方案，从而完成本发明。在本发明中，如上所述，垂直取向型的具有三层电极构造的液晶显示装置的特征在于，能够实现高速响应并且也能够实现高透射率，在这点上与现有技术文献中所记载的发明不同。进一步说，在低温环境下响应速度的技术问题变得特别显著，而本发明能够解决该问题且实现了优异的透射率。
即，与本发明相关的发明为一种液晶显示面板，其具备第一基板、第二基板和夹持于两基板的液晶层，该第一基板和该第二基板具有电极，该第二基板的电极包含一对梳齿电极和面状电极，该液晶显示面板构成为：利用在一对梳齿电极间或第一基板与第二基板之间产生的电场，使液晶层中的液晶分子在与基板主面平行的方向上取向。其中，面状电极通常与一对梳齿电极隔着电阻层形成。上述电阻层优选为绝缘层。所谓的绝缘层只要是在本发明的技术领域中可以称为绝缘层的层即可。
上述一对梳齿电极，在俯视基板主面时，以2个梳齿电极相对的方式配置即可。利用这一对梳齿电极能够在梳齿电极间适当产生横向电场，因此，当液晶层包含具有正的介电常数各向异性的液晶分子时，上升时的响应性能和透射率优异，当液晶层包含具有负介电常数各向异性的液晶分子时，能够在下降时利用横向电场使液晶分子旋转从而实现高速响应。另外，上述第一基板和上述第二基板具有的电极能够对基板间赋予电位差即可，由此，液晶层包含具有正介电常数各向异性的液晶分子时在下降的情况下，以及液晶层包含具有负介电常数各向异性的液晶分子时在上升的情况下，由基板间的电位差产生纵向电场，能够通过电场使液晶分子旋转从而实现高速响应。
图71和图72是表示本发明的液晶显示面板的梳齿电极的一个方式的剖视示意图。一对梳齿电极417、419可以如图71所示设置在同一层，另外，只要能够发挥本发明的效果，一对梳齿电极517、519可以如图72所示设置在不同的层，但是优选一对梳齿电极设置在同一层。一对梳齿电极设置在同一层是指，各个梳齿电极在其液晶层侧和/或与液晶层侧相反的一侧与共用的部件(例如，绝缘层、液晶层等)接触。
上述一对梳齿电极优选在俯视基板主面时，梳齿部分分别平行。其中，优选一对梳齿电极的梳齿部分分别大致平行，换言之，优选一对梳齿电极各自具有多个大致平行的狭缝。另外，图19等示意地表示具有一个梳齿部分的梳齿电极，通常一个梳齿电极具有2个以上的梳齿部分。
优选上述液晶层包含当未施加电压时在与基板主面垂直的方向上取向的液晶分子。其中，在与基板主面垂直的方向取向，只要在本发明的技术领域中可以被认为是在与基板主面垂直的方向上取向即可，包含实质上在垂直方向上取向的方式。上述液晶层所包含的液晶分子优选实质上由在不足阈值电压时在与基板主面垂直的方向取向液晶分子构成。上述“未施加电压时”，只要是本发明的技术领域中可以称为实质上不被施加电压即可。这种垂直取向型的液晶显示面板是有利于获得宽视野角、高对比度的特性等的方式，其应用用途正在扩大。
上述一对梳齿电极优选能够成为阈值电压以上的不同的电位。例如，当将亮状态的透射率设定为100％时，是指赋予5％的透射率的电压值。能够成为阈值电压以上的不同的电位是指，只要是能够实现成为阈值电压以上的不同的电位的驱动操作即可，由此，能够适当控制对液晶层施加的电场。不同的电位的优选上限值例如为20V。作为能够成为不同的电位的结构，例如，利用某个TFT驱动一对梳齿电极中的一个梳齿电极，并利用另一个TFT驱动另一个梳齿电极，或使该另一个梳齿电极与该另一个梳齿电极的下层电极导通，由此能够使一对梳齿电极彼此为不同的电位。上述一对梳齿电极中的梳齿部分的宽度优选为例如2μm以上。另外，梳齿部分与梳齿部分之间的宽度(本说明书中也称为间隔)优选例如为2μm～7μm。
上述液晶显示面板优选构成为通过在一对梳齿电极间或第一基板与第二基板之间产生的电场，使液晶层中的液晶分子在与基板主面垂直的方向上取向。另外，优选上述第一基板的电极为面状电极。本说明书中，面状电极包含在多个像素内电连接的方式，例如作为第一基板的面状电极，能够举出在所有像素内电连接的方式、沿像素线(pixelline)电连接的方式等优选方式。另外，优选上述第二基板还具有面状电极。由此，能够适当施加纵向电场从而高速地进行响应。特别是，利用上述第一基板的电极为面状电极且第二基板还具有面状电极的方式，在下降时利用基板间的电位差适当产生纵向电场，能够高速地进行响应。另外，特别优选以下方式：在适当施加横向电场、纵向电场的基础之上，使第二基板的液晶层侧的电极(上层电极)为一对梳齿电极，使第二基板的与液晶层侧相反的一侧的电极(下层电极)为面状电极。例如，能够在第二基板的一对梳齿电极的下层(从第二基板观看与液晶层相反一侧的层)隔着绝缘层设置第二基板的面状电极。并且，优选上述第二基板的面状电极沿像素线电连接，但是也可以按各像素单位独立。此外，在使梳齿电极与作为其下层电极的面状电极导通的情况下，成为该面状电极沿像素线电连接时该梳齿电极也沿着像素线电连接的方式，该方式为本发明的优选方式之一。而且，上述第二基板的面状电极优选至少在俯视基板主面时与第一基板具有的电极重叠的部位为面状。沿像素线电连接只要是沿着像素的纵、横等的排列中的至少任一个遍及多个像素电连接即可。另外，不需要电极分别在所有像素线中电连接，只要可以说是在液晶显示面板中实质上沿着像素线电连接即可。并且，本说明书中，电极沿着像素线电连接，可以为一根像素线的子像素内的电极彼此电连接，也可以为多根像素线中的该像素线的子像素内的电极彼此在像素线间依次电连接，并且该电连接的电极的整体沿着该像素线即可。在此，多根像素线中的该像素线的子像素内的电极彼此在像素线间依次电连接，例如能够举出金属配线与2个相邻的像素线中的两像素线的子像素内的电极交替电连接、2个相邻的像素线中的两像素线的子像素内的电极间交替电连接等。
更加优选上述面状电极在同一像素列内电连接的方式。上述同一像素列是指，例如在第二基板为有源矩阵基板的情况下，在俯视基板主面时，有源矩阵基板中的沿栅极总线配置的像素列。像这样，第一基板的面状电极和/或第二基板的面状电极在同一像素列内电连接，由此，例如能够以电位变化按与偶数的栅极总线对应的像素、与奇数的栅极总线对应的像素反转的方式对电极施加电压，能够适当产生纵向电场从而高速地进行响应。
上述第一基板和/或第二基板的面状电极，只要在本发明的技术领域中可以称为面状即可，可以在其一部分的区域具有肋、狭缝等取向限制构造体，或者在俯视基板主面时在像素的中心部分具有该取向限制构造体，但优选实质上不具有取向限制构造体。
上述液晶层通常利用在一对梳齿电极或第一基板与第二基板之间产生的电场，在阈值电压以上时包含与基板主面平行的成分地进行取向，其中，优选包含在平行方向上取向的液晶分子。所谓的在平行方向上取向，只要在本发明的技术领域中可以称为在平行方向上取向即可。由此能够提高透射率。上述液晶层所包含的液晶分子优选实质上由在阈值电压以上时在与基板主面平行的方向上取向的液晶分子构成。
优选上述液晶层包含具有正介电常数各向异性的液晶分子(正型液晶分子)。具有正介电常数各向异性的液晶分子在被施加电场时在固定方向上取向，容易控制取向，能够进一步高速地进行响应。另外，也优选上述液晶层包含具有负介电常数各向异性的液晶分子(负型液晶分子)。由此，能够进一步提高透射率。即，可以说从高速响应的观点出发，上述液晶分子优选实质上由具有正介电常数各向异性的液晶分子构成，从透射率的观点出发，上述液晶分子优选实质上由具有负介电常数各向异性的液晶分子构成。
在上述第一基板和第二基板中的至少一个基板的液晶层侧通常具有取向膜。该取向膜优选垂直取向膜。另外，作为该取向膜，能够举出由有机材料、无机材料形成的取向膜、由光活性材料形成的光取向膜等。此外，上述取向膜可以为没有进行研磨处理等取向处理的取向膜。通过使用由有机材料、无机材料形成的取向膜、光取向膜等不需要取向处理的取向膜，使工序简化而能够削减成本，并且能够提高可靠性和成品率。另外，在已进行研磨处理的情况下，有可能发生混入源于研磨布等的杂质导致的液晶污染、由异物所致的点缺陷不良、因液晶面板内研磨不均匀导致的显示不均等，但是能够使用均没有这些缺点的产品。另外，优选在上述第一基板和第二基板中的至少一个基板的液晶层侧的相反侧具有偏光板。该偏光板优选圆偏光板。利用这种结构，能够进一步发挥透射率改善效果。该偏光板也优选直线偏光板。利用这种结构，能够使视野角特性优异。
本发明的液晶显示面板，在产生纵向电场时，通常至少在第一基板具有的电极与第二基板具有的电极(例如，面状电极)之间产生电位差。优选方式为在第一基板具有的电极和第二基板具有的电极之间产生比第二基板具有的电极(例如，一对梳齿电极)间高的电位差的方式。例如，能够使第一基板具有的面状电极的电位和第二基板具有的面状电极的电位分别为7.5V、0V，使第二基板具有的一对梳齿电极的电位均为0V，或使第一基板具有的面状电极的电位和第二基板具有的面状电极的电位各自为7.5V、15V，使第二基板具有的一对梳齿电极的电位均为15V，或使第一基板具有的电极的电位和第二基板具有的面状电极的电位各自为0V、15V，使第二基板具有的一对梳齿电极的电位均为15V。
另外，优选在产生纵向电场后，实质上不产生第一基板具有的面状电极的电位与第二基板具有的面状电极的电位差、和第二基板具有的一对梳齿电极之间的电位差的方式(本说明书中也称为初始化工序)。换言之，优选执行使第一基板具有的电极(例如，面状电极)和第二基板具有的电极(例如，一对梳齿电极和面状电极)的所有电极间实质上不产生电位差的驱动操作。利用该方式，特别能够适当控制在一对梳齿电极的边缘附近的液晶分子的取向，能够使在保持使所有电极不为等电位的状态下浮起的透射率充分下降至初始的黑状态(例如，后述的图8的由虚线包围的部位)。上述初始化工序只要能够执行在所有电极间实质上不产生电位差的驱动操作即可，例如可以使TFT为断开状态，使一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极电浮置，也可以替代这样的电浮置，使所有的TFT为导通状态，对一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极施加固定电压，或者使偶数线或奇数线中的TFT为导通状态，对一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极按偶数线、奇数线施加固定电压。另外，上述初始化工序只要在产生纵向电场后进行即可，可以在产生纵向电场后产生其它电场，但优选在产生纵向电场之后立即进行。
另外，在产生横向电场时中，通常至少在第二基板具有的电极(例如，一对梳齿电极)间产生电位差。例如，能够采用在第二基板具有的电极间产生比第一基板具有的电极和第二基板具有的电极(例如，面状电极)间高的电位差的方式，例如使第一基板具有的面状电极的电位和第二基板具有的面状电极的电位各自为7.5V、0V，使第二基板具有的一对梳齿电极的电位各自为15V、0V，或使第一基板具有的面状电极的电位和第二基板具有的面状电极的电位各自为7.5V、7.5V，使第二基板具有的一对梳齿电极的电位各自为15V、0V，或使第一基板具有的面状电极的电位和第二基板具有的面状电极的电位各自为0V、0V，使第二基板具有的一对梳齿电极的电位各自为15V、0V。另外，也能够采用在第二基板具有的电极间产生比第一基板具有的电极和第二基板具有的电极间低的电位差的方式，在利用梳齿间的横向电场进行低灰度显示的情况下，例如，能够举出使第一基板具有的面状电极的电位和第二基板具有的面状电极的电位各自为7.5V、0V，使第二基板具有的一对梳齿电极的电位各自为10V、5V(梳齿间电位5V)的情况等。
在此，能够对按偶数线、奇数线共用连接的下层电极(第二基板具有的面状电极)施加电压使电位变化反转。另外，可以令被保持于固定电压的电极的电位为中间电位，在认为被保持于该固定电压的电极的电位为0V时，可以说施加于按偶数线、奇数线共用连接的下层电极的电压的极性反转。
本发明的液晶显示面板所具备的第一基板和第二基板是用于夹持液晶层的一对基板，例如，以玻璃、树脂等绝缘基板为母体，在绝缘基板上设置配线、电极、彩色滤光片等而形成。
此外，优选上述一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极为像素电极、具有上述一对梳齿电极的第二基板为有源矩阵基板。另外，本发明的液晶显示面板可以为透射型、反射型、半透射型中的任一种。
另外，本发明也为具有本发明的液晶显示面板的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置中的液晶显示面板的优选方式与上述本发明的液晶显示面板的优选方式相同。作为液晶显示装置，可以举出个人电脑、电视、汽车导航仪等车载用设备、便携式电话等携带信息终端的显示器等，特别优选用于汽车导航等车载用设备等的在低温环境下等使用的设备。
本发明是具有薄膜晶体管元件的薄膜晶体管阵列基板，上述薄膜晶体管阵列基板的电极包含一对梳齿电极和面状电极，选自该一对梳齿电极和面状电极中的至少一个电极沿着像素线电连接。
优选上述面状电极沿着像素线电连接。更加优选上述面状电极由透明导电体和与该透明导电体电连接的金属导电体构成。由此，能够使电极低电阻化，能够充分防止波形钝化。在大型面板中，电极的电阻过大，有可能使波形钝化，所以在能够防止波形钝化这点上，特别优选适用于大型的液晶显示装置。
优选上述一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极沿着像素线电连接。更加优选，上述一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极由透明导电体和与该透明导电体电连接的金属导电体构成。因与上述同样的理由，特别优选将这种液晶驱动装置适用于大型的液晶显示装置。
另外，优选上述一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极与上述面状电极电连接。
此外，本说明书中，所谓的电极沿着像素线电连接，换言之，是指电极至少按同一数量的像素线电连接，例如，电极可以按一根每像素线连接，电极也可以按每n根像素线(每n根线)连接，两者均优选。此外，n为2以上的整数。所谓的电极按多根(n根)像素线连接是指，与该多根像素线对应的电极电连接即可，例如，也包含电极按第奇数根像素线电连接、按第偶数个的像素线电连接的方式。这样，电极按每多根像素线连接的情况下，通常使该多个线同时反转。
上述薄膜晶体管阵列基板是帧反转驱动用或线反转驱动用的薄膜晶体管阵列基板，从选自上述一对梳齿电极和面状电极中的至少一个电极，按每1根像素线在该像素线的各像素间电连接是本发明的一个优选方式。即，上述薄膜晶体管阵列基板能够使用帧反转驱动和线反转驱动。从不容易看到闪烁、显示品质优异的观点出发，更加优选线反转驱动。此外，所谓的按每1根像素线在该像素线的各像素间电连接，只要能够发挥本发明的效果，不需要在像素线的所有像素间电连接，只需实质上在像素线的所有像素间电连接即可。
另外，上述薄膜晶体管阵列基板是帧反转驱动用、线反转驱动用或点反转驱动用的薄膜晶体管阵列基板，选自上述一对梳齿电极和面状电极中的至少一个电极对于1根像素线在每隔1个像素的像素间电连接是本发明的另一个优选方式。即，上述薄膜晶体管阵列基板能够使用帧反转驱动、线反转驱动和点反转驱动。从不容易看到闪烁、显示品质优异的观点出发，更加优选线反转驱动、点反转驱动。最优选是点反转驱动。在此，对于1根像素线，每隔1个像素的像素的组是2组的情况下，可以是在其中一组的像素间电连接，也可以在这2组的像素间分别电连接。此外，所谓的对于1根像素线在每隔1个像素的像素间电连接，只要能够发挥本发明的效果，只需实质上在每隔1个像素的像素间电连接即可。
而且，本发明为具有薄膜晶体管元件的薄膜晶体管阵列基板，上述薄膜晶体管阵列基板的电极包含一对梳齿电极和面状电极，上述一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极与该面状电极电连接。
另外，本发明是以具有本发明的薄膜晶体管阵列基板为特征的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置中的薄膜晶体管阵列基板的优选方式与上述本发明的薄膜晶体管阵列基板的优选方式相同。作为液晶显示装置能够应用于上述用途。
作为本发明的液晶显示装置和薄膜晶体管阵列基板的结构，只要将这种构成要素作为必须构成要素，就不特别限定其它构成要素，能够适当采用液晶显示装置和薄膜晶体管阵列基板中通常使用的其它结构。
上述各方式在不脱离本发明的要旨的范围内可以适当组合。
发明效果
根据本发明的液晶显示装置，第一基板和第二基板具有电极，第二基板的电极包含一对梳齿电极和面状电极，由此能够充分高速地进行响应并且使透射率充分优异。
附图说明
图1是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。
图2是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。
图3是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。
图4是图3所示的液晶显示面板的模拟结果。
图5是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。
图6是图5所示的液晶显示面板的模拟结果。
图7是表示通过梳齿驱动与FFS驱动的模拟进行的响应波形比较的曲线图。
图8是表示实施方式1中的驱动响应波形实测值和各电极的施加矩形波的曲线图。
图9是表示实施方式1中的最大透射率与单元厚度d的关系的曲线图。
图10是表示实施方式1中的最大透射率与间隔S的关系的曲线图。
图11是实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。
图12是实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。
图13是表示实施方式2中的各电极的施加矩形波(驱动波形)的曲线图。
图14是实施方式3涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。
图15是实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。
图16是表示实施方式3中的各电极的施加矩形波(驱动波形)的曲线图。
图17是表示实施方式1～3中的驱动响应波形实测值的曲线图。
图18是实施方式1涉及的液晶显示面板的剖视示意图。
图19是实施方式1涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。
图20是实施方式1涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。
图21是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。
图22是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图23是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图24是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。
图25是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图26是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图27是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图28是实施方式2涉及的液晶显示面板的剖视示意图。
图29是实施方式2涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。
图30是实施方式2涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。
图31是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。
图32是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图33是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。
图34是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图35是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。
图36是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图37是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图38是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图39是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图40是实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的剖视示意图。
图41是实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。
图42是实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。
图43是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。
图44是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图45是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图46是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。
图47是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图48是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图49是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图50是实施方式3涉及的液晶显示面板的剖视示意图。
图51是实施方式3涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。
图52是实施方式3涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。
图53是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。
图54是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图55是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。
图56是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。
图57是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图58是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图59是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图60是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。
图61是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。
图62是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。
图63是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。
图64是比较例1涉及的液晶显示面板的产生边缘电场时的剖视示意图。
图65是图64所示的液晶显示面板的俯视示意图。
图66是图64所示的液晶显示面板的模拟结果。
图67是表示比较例2中的使用TN模式的梳齿驱动的模拟得到的响应波形的曲线图。
图68是比较例2涉及的液晶显示面板的模拟结果。
图69是比较例2涉及的液晶显示面板的模拟结果。
图70是比较例2涉及的液晶显示面板的模拟结果。
图71是表示本发明涉及的液晶显示面板的梳齿电极的一个方式的剖视示意图。
图72是表示本发明涉及的液晶显示面板的梳齿电极的一个方式的剖视示意图。
图73是表示与本发明相关的发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图74是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图75是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图76是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图77是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图78是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图79是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图80是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图81是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。
图82是表示本发明的驱动装置的极性反转的一个方式的俯视示意图。
图83是表示本发明的驱动装置的极性反转的一个方式的俯视示意图。
图84是表示本发明的驱动装置的极性反转的一个方式的俯视示意图。
图85是表示本实施方式的液晶驱动方法中使用的液晶显示装置的一例的剖视示意图。
图86是本实施方式中使用的有源驱动元件周边的俯视示意图。
图87是本实施方式中使用的有源驱动元件周边的剖视示意图。
具体实施方式
以下列举实施方式，参照附图更加详细地说明本发明，但是本发明不仅限定于这些实施方式。在本说明书中，像素只要没有特别明示，可以为子像素。另外，子帧是指：在一帧中，在使用一部分或所有的子像素例如以场序(时间分割)驱动在1帧内进行各种颜色的连续显示时，显示一种颜色所消耗的时间，在本说明书中是指用于该显示的期间，其中，上述帧为由所有像素(例如，包含RGB的像素)进行的显示。并且，面状电极只要是在本发明的技术领域中可以称为面状电极即可，可以例如形成有点状的肋和/或狭缝，但优选实质上不具有取向限制构造体。而且，将夹持液晶层的一对基板中的显示面侧的基板称为上侧基板，将与显示面相反的一侧的基板称为下侧基板。另外，将在配置于基板的电极中的显示面侧的电极称为上层电极，将与显示面相反的一侧的电极称为下层电极。进一步，由于具有薄膜晶体管元件(TFT)等，所以将本实施方式的电路基板(第二基板)称为TFT基板或阵列基板。此外，本实施方式中，在上升(施加横向电场)和下降(施加纵向电场)时，均使TFT为导通状态，向一对梳齿电极中的至少一个电极(像素电极)施加电压。
此外，在各实施方式中，对发挥同样功能的部件和部分标注相同符号。另外，在图中，只要预先没有特别说明，(i)表示位于下侧基板的上层的梳齿电极中的一个梳齿电极的电位，(ii)表示位于下侧基板的上层的梳齿电极中的另一个梳齿电极的电位，(iii)表示下侧基板的下层的面状电极的电位，(iv)表示上侧基板的面状电极的电位。
实施方式1
图1是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。图2是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。在图1和图2中，虚线表示产生的电场的方向。实施方式1涉及的液晶显示面板具有使用液晶分子31的垂直取向型的三层电极构造(在此，位于第二层的下侧基板的上层电极为梳齿电极)，其中，液晶分子31为正型液晶。如图1所示，上升时利用由一对梳齿电极16(例如，由电位为0V的梳齿电极17和电位为14V的梳齿电极19构成)间的电位差14V产生的横向电场使液晶分子旋转。此时，基板间(电位为7V的对置电极13与电位为7V的对置电极23之间)的电位差实质上没有产生。
另外，如图2所示，下降时利用由基板间(例如，电位分别为14V的对置电极13、梳齿电极17以及梳齿电极19，与电位为7V的对置电极23之间)的电位差7V产生的纵向电场使液晶分子旋转。此时，一对梳齿电极16(例如，由电位为14V的梳齿电极17与电位为14V的梳齿电极19构成)间的电位差实质上没有产生。
在上升、下降时均是利用电场使液晶分子旋转，由此高速地进行响应。即，上升时，由于一对梳齿电极间的横向电场而成为导通状态从而变成高透射率，下降时，由于基板间的纵向电场而成为导通状态从而高速地进行响应。进一步，利用梳齿驱动的横向电场也能够实现高透射率。此外，在实施方式1及其以后的实施方式中，使用正型液晶作为液晶，但也可以使用负型液晶替代正型液晶。在使用负型液晶的情况下，液晶分子由于一对基板间的电位差而在平行方向上取向，液晶分子由于一对梳齿电极间的电位差而在垂直方向上取向。由此，透射率变得优异，并且，在上升和下降时均能够利用电场使液晶分子旋转从而实现高速响应。另外，通过初始化工序使液晶分子进一步充分地在垂直方向上取向，由此，能够与正型液晶的情况同样地发挥充分降低黑显示时的透射率的效果。在该情况下，优选依次执行：使至少分别配置在上下基板的对置电极间产生电位差的驱动操作、使至少一对梳齿电极的电极间产生电位差的驱动操作、使该对置电极和该一对梳齿电极间不产生电位差的驱动操作。此外，本说明书中，(i)、(ii)表示一对梳齿电极的电位，(iii)表示下层基板的面状电极的电位，(iv)表示上层基板的面状电极的电位。
实施方式1涉及的液晶显示面板，如图1和图2所示，通过从液晶显示面板的背面侧向观察面侧依次叠层阵列基板10、液晶层30和对置基板20(彩色滤光片基板)而构成。实施方式1的液晶显示面板，如图2所示，在不足阈值电压的情况下，使液晶分子垂直取向。另外，如图1所示，梳齿电极间的电压差为阈值电压以上时，在形成于玻璃基板11(第二基板)上的上层电极17、19(一对梳齿电极)间产生的电场，使液晶分子在梳齿电极间向平行方向倾斜，由此控制透射光量。面状的下层电极13(对置电极13)形成为在与上层电极17、19(一对梳齿电极16)之间夹持绝缘层15。作为绝缘层15，使用例如氧化膜SiO2、氮化膜SiN、丙烯酸类树脂等，另外，也可以使用这些材料的组合。
在图1、图2中未图示，但在两基板的与液晶层相反的一侧配置有偏光板。作为偏光板，可以使用圆偏光板或直线偏光板。另外，在两基板的液晶层侧分别配置有取向膜，这些取向膜只要能够使液晶分子与膜面垂直地竖立，为有机取向膜或无机取向膜均可。
在被扫描信号线选择的时刻，将从视频信号线供给来的电压通过薄膜晶体管元件(TFT)施加到驱动液晶材料的梳齿电极19。此外，本实施方式中，梳齿电极17和梳齿电极19形成于同一层，虽然优选形成于同一层的方式，但是，只要能够发挥使梳齿电极间产生电压差而施加横向电场从而提高透射率的本发明的效果，也可以形成于不同的层。梳齿电极19经接触孔与从TFT延伸出来的漏极电极连接。此外，图1、图2中，对置电极13、23为面状形状，对置电极13按栅极总线中的偶数线、奇数线共用连接(对置电极13与栅极总线中的偶数线共用连接，并且对置电极13与栅极总线中的奇数线共用连接)。这种电极在本说明书中也称为面状电极。另外，对置电极23与所有像素共用连接。
本实施方式中，梳齿电极的电极宽度L为2.4μm，优选例如2μm以上。梳齿电极的电极间隔S为2.6μm，优选例如2μm以上。此外，优选的上限值为例如7μm。
另外，作为电极间隔S与电极宽度L之比(L/S)，优选例如0.4～3。更加优选的下限值为0.5，更加优选的上限值为1.5。
单元间隙d为5.4μm，但只要为2μm～7μm即可，优选处于该范围内。单元间隙d(液晶层的厚度)优选是将本说明书中液晶显示面板的液晶层的厚度全部平均而算出的。
(通过模拟进行的响应性能和透射率的验证)
图3是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。实施方式1涉及的梳齿驱动中，在一对梳齿电极16(例如，包括电位为0V的梳齿电极17和电位为14V的梳齿电极19)间产生横向电场，由此能够遍及一对梳齿电极间的宽范围使液晶分子旋转(参照图3和图4)。
图4是关于图3所示的液晶显示面板的模拟结果。图4表示指向矢D、电场以及透射率分布的、上升后2.2ms的时间点的模拟结果(其中，如后述的图(曲线图)等所示，最初的0.4ms不驱动)。实线所示的曲线表示透射率。另外，指向矢D表示液晶分子长轴的取向方向。作为模拟条件，单元厚度为5.4μm，梳齿间隔为2.6μm。
实施方式1的液晶显示面板中施加了梳齿驱动的横向电场时，能够在梳齿电极间的宽范围内使液晶分子旋转，实现了高透射率(模拟中的透射率18.6％(参照图7)，后述的实测透射率17.7％(参照图8等))。另一方面，后述的比较例1(现有资料的FFS驱动)中，不能获得充分的透射率。此外，图5是实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。通过基板间(例如，电位分别为14V的对置电极13、梳齿电极17以及梳齿电极19，与电位为7V的对置电极23之间)的电位差7V产生的纵向电场，使液晶分子旋转。图6是图5所示的液晶显示面板的模拟结果。图6表示指向矢D、电场以及透射率分布的、到达上升期间的终点(2.8ms的时间点)后3.5ms的时间点的模拟结果。
图7是比较梳齿驱动和FFS驱动的基于模拟的响应波形的曲线图。最初的0.4ms的期间不驱动，因此，上升期间(施加横向电场的期间)为2.4ms，下降期间(施加纵向电场的期间)为0.8ms。对梳齿驱动(实施方式1)和后述的FFS驱动(比较例1)进行比较。此外，模拟条件是单元厚度为5.4μm、一对梳齿电极的电极间隔为2.6μm。
关于响应速度描述如下。通过实施方式1涉及的梳齿驱动得到的透射率(18.6％)高于比较例1涉及的FFS驱动的情况下的透射率(3.6％)。因此，想要在实施方式1涉及的梳齿驱动中得到3.6％的透射率时，通过使用“过驱动”(Overdrive)，与FFS驱动相比，能够实现更加高速的响应。即，施加比至少利用梳齿驱动获得3.6％的透射率所必要的额定电压大的电压，使液晶快速响应，在到达目标透射率的时刻使施加电压下降至额定电压，由此能够缩短上升的响应时间。例如，图7中，在0.6ms的时间点41下降至额定电压，能够缩短上升的响应时间。从相同透射率下降的响应时间相同。
(通过实测进行的响应性能和透射率的验证)
图8是表示实施方式1中的驱动响应波形实测值和各电极的施加矩形波的曲线图。评价单元与上述的模拟相同，单元厚度为5.4μm，一对梳齿电极的电极间隔为2.6μm。此外，测定温度为25℃。
上升和下降时，如图3和图5所示对电极施加电压，分别对液晶分子施加横向电场和纵向电场。即，上升期间在一对梳齿电极间进行梳齿驱动(实施方式1)2.4ms，下降期间在一对梳齿电极以及下侧基板的下层电极与上侧基板的对置电极间(图2中的对置电极13、梳齿电极17以及梳齿电极19与对置电极23之间)进行纵向电场驱动0.8ms(各电极的施加波形参照图8)。
实测的结果，实施方式1中，最大透射率为17.7％(模拟的透射率为18.6％)，与后述的比较例1(模拟透射率为3.6％)相比实现了高透射率。另外，上升时，透射率为10％-90％(使最大透射率为100％时的值)，响应速度为0.9ms，下降时，透射率为90-10％(使最大透射率为100％时的值)，响应速度为0.4ms，上升、下降均实现了高速化。
对实施方式1中的纵向电场导通-横向电场导通的优选梳齿电极宽度(L：Line)、梳齿电极间隔(S：Space)、单元厚度(d)进行了研究。
(透射率与线宽(L)的关系)
透射率与梳齿电极宽度L的减少成比例地增大，但当梳齿电极宽度L过小时，会产生漏泄、断线等器件制作上的问题，因此，优选梳齿电极宽度L为2μm以上。
(透射率与单元厚度d、梳齿电极间隔S的关系)
图9是表示实施方式1中的最大透射率与单元厚度d的关系的曲线图。图10是表示实施方式1中的最大透射率与间隔S的关系的曲线图。随着单元厚度d、间隔S变大，响应速度均变慢。因此，从响应速度的观点出发，单元厚度d、间隔S越小越好，当过小时可能会产生漏泄、断线等器件制作上的问题。因此，优选单元厚度d、间隔S为2μm以上。接着，在利用LCD MASTER对使单元厚度d、间隔S变化时的最大透射率进行模拟(参照图9、图10、表1和表2)，随着单元厚度d、间隔S从2μm变大，最大透射率均增大，但是一超过7μm就大幅减少。由此，优选单元厚度d、间隔S为7μm以下。所以，优选单元厚度d、间隔S均为2μm以上且7μm以下。
[表1]
单元厚度(μm) 最大透射率
2 6.6％
3 14.5％
4 20.4％
5 22.8％
6 23.0％
7 22.6％
10 19.1％
15 19.2％
[表2]
间隔(μm) 最大透射率
2 19.2％
3 20.0％
4 21.4％
5 22.4％
6 23.0％
7 23.3％
8 22.7％
9 22.5％
实施方式2
图11是实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。图12是实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。图13是表示实施方式2中的各电极的施加矩形波(驱动波形)的曲线图。
在实施方式1中说明了的驱动方法中，在产生横向电场时，对置电极13和对置电极23被施加一对梳齿电极间的电压差(14V)的中间电压(7V)，但实施方式2是将对置电极113设定为与一对梳齿电极中的一个梳齿电极117电位相同，并且使对置电极123为一对梳齿电极间的电压差(14V)的中间电压(7V)的情况(实施方式2)，其它结构与实施方式1相同。
实施方式3
图14是实施方式3涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的剖视示意图。图15是实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的剖视示意图。图16是表示实施方式3中的各电极的施加矩形波(驱动波形)的曲线图。
实施方式3中，将对置电极213设定为与一对梳齿电极中的一个梳齿电极217电位相同，并且使对置电极223为0V的情况，其它结构与实施方式1相同。
图17是表示实施方式1～3中的驱动响应波形实测值的曲线图。在作为其它驱动法的实施方式2、实施方式3中，也与实施方式1同样地实测了响应性能和透射率。例如，评价单元中，单元厚度为5.4μm，一对梳齿电极的电极间隔为2.6μm。另外，测定温度为25℃。在此，与实施方式1同样地，在实施方式2、实施方式3中，也确认了如图17所示，能够在维持高速响应性的同时与比较例1(模拟透射率3.6％)相比实现高响应性能和高透射率。
(TFT驱动方法)
实施方式1
图18是实施方式1涉及的液晶显示面板的剖视示意图。图19是实施方式1涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。图20是实施方式1涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。图21是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。作为实施方式1中的模块的驱动法，对每1个子像素驱动2个TFT。在图18～图21中，与下侧基板的下层电极电连接的配线由双点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的一个梳齿电极电连接的配线由单点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的另一个梳齿电极电连接的配线在该图中由间隔较窄的虚线表示。与上侧基板的电极电连接的配线在该图中由间隔较宽的虚线表示。下层电极兼作Cs电极，并且与按偶数线、奇数线共用连接。此外，图18中，Cs表示梳齿电极和Cs电极重叠而形成的辅助电容，Clc1表示在一对梳齿电极间形成的液晶电容，Clc2表示在一对基板的电极间形成的液晶电容。
在第N行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为7.5V，之后在暗显示(黑显示)时变为15V，在初始化工序中为7.5V。另外，在第N+1行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为7.5V，之后在暗显示(黑显示)时变为0V，在初始化工序中为7.5V。此外，可以是第N行为偶数线、第N+1行为奇数线，也可以是第N行为奇数线、第N+1行为偶数线。在实施方式1中，对与按偶数线、奇数线共用连接的下层电极施加电压使电位变化反转。此外，将保持在固定电压的电极的电位记为7.5V，但它实质上可以说是0V，因此，可以说N线和N+1线被驱动成极性反转。
图22是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图23是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图24是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。图25是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图26是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图27是表示实施方式1涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图22和图25中利用一对梳齿电极间的横向电场驱动液晶。图23和图26中，使梳齿电极和下层电极均为15V或0V地施加纵向电场(使TFT按偶数线、奇数线导通)。图24和图27中，使TFT断开使一对梳齿电极电浮置(float)或使全部TFT导通使一对梳齿电极为7.5V，在下层电极为7.5V的情况下恢复到初始取向(初始化工序)。
此外，具备实施方式1的液晶显示面板的液晶显示装置能够适宜具备通常液晶显示装置所具备的部件(例如，光源等)。在后述的实施方式中也相同。
实施方式2
图28是实施方式2涉及的液晶显示面板的剖视示意图。图29是实施方式2涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。图30是实施方式2涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。图31是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。
作为实施方式2中的模块的驱动法，对每1个子像素驱动1个TFT。
图28～图31中，与下侧基板的下层电极电连接的配线由双点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的一个梳齿电极电连接的配线由单点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的另一个梳齿电极电连接的配线，由于与下侧基板的下层电极电连接，所以由双点划线表示。与上侧基板的电极电连接的配线由虚线表示。下层电极兼作Cs电极，按偶数线、奇数线共用连接。
在第N行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为0V，之后在暗显示(黑显示)时经历过初始化工序的7.5V(全部TFT导通)后，在施加纵向电场时成为15V，在施加纵向电场后的初始化工序中成为7.5V。另外，在第N+1行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为15V，之后在暗显示(黑显示)时经历过初始化工序的7.5V(全部TFT导通)后，在施加纵向电场时为0V，在施加纵向电场后的初始化工序中成为7.5V。此外，可以是第N行为偶数线、第N+1行为奇数线，也可以是第N行为奇数线、第N+1行为偶数线。在实施方式2中，对按偶数线、奇数线共用连接的下层电极施加电压使电位变化反转。此外，将保持为固定电压的电极的电位记为7.5V，但它实质上可以说是0V，因此，可以说N线和N+1线被驱动成极性反转。
图32是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图33是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。图34是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图35是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。图36是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图37是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生横向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。图38是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图39是表示实施方式2涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图32和图36中利用一对梳齿电极间的横向电场驱动液晶。图33和图37中，使所有TFT导通，暂时将全部电极重置为7.5V。图34和图38中，使TFT断开使一对梳齿电极中的一个梳齿电极电浮置、或使TFT按偶数线、奇数线导通使一对梳齿电极中的一个梳齿电极为15V或0V，使下层电极为15V或0V而施加纵向电场。图35和图39中，使TFT断开使一对梳齿电极中的一个梳齿电极电浮置、或使全部TFT导通使一对梳齿电极为7.5V，在下层电极为7.5V的情况下恢复到初始取向(初始化工序)。此外，实施方式2涉及的图的其它参照标号，除了在百位上标记1之外，其它与实施方式1的图相同。
实施方式2的变形例
图40是实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的剖视示意图。图41是实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。图42是实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。图43是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。
作为实施方式2的变形例中的模块的驱动法，对每一个子像素驱动一个TFT。
在图40～图43中，与下侧基板的下层电极电连接的配线由双点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的一个梳齿电极电连接的配线由单点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的另一个梳齿电极电连接的配线，由于与下侧基板的下层电极电连接，所以由双点划线表示。与上侧基板的电极电连接的配线由虚线表示。下层电极兼作Cs电极，按偶数线、奇数线共用连接。
在第N行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为0V，之后在暗显示(黑显示)时变为15V，在暗显示(黑显示)中的初始化工序中变为7.5V。另外，在第N+1行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为15V，之后在暗显示(黑显示)时变为0V，在暗显示(黑显示)中的初始化工序时变为7.5V。此外，可以是第N行为偶数线、第N+1行为奇数线，也可以是第N行为奇数线、第N+1行为偶数线。在实施方式2的变形例中，对按偶数线、奇数线共用连接的下层电极施加电压使电极变化反转。此外，将保持为固定电压的电极的电位记为7.5V，但它实质上可以说是0V，因此，可以说N线和N+1线被驱动成极性反转。
图44是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图45是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图46是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。图47是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图48是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图49是表示实施方式2的变形例涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图44和图47中利用一对梳齿电极间的横向电场驱动液晶。图45和图48中，使TFT按偶数线、奇数线导通，使梳齿电极和下层电极均为15V或0V而施加纵向电场。图46和图49中，使TFT断开使一对梳齿电极中的一个梳齿电极电浮置、或使全部TFT导通使一对梳齿电极为7.5V，使下层电极为7.5V使得恢复至初始取向(初始化工序)。此外，实施方式2涉及的图的其它参照标号，除了在百位对1标注“′”之外，与实施方式1的图相同。
实施方式3
图50是实施方式3涉及的液晶显示面板的剖视示意图。图51是实施方式3涉及的液晶显示面板的子像素俯视示意图。图52是实施方式3涉及的液晶显示面板的子像素等价电路图。图53是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的各电极的电位变化的图。
作为实施方式3的变形例中的模块的驱动法，对每一个子像素驱动一个TFT。
图50～图53中，与下侧基板的下层电极电连接的配线由双点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的一个梳齿电极电连接的配线由单点划线表示。与下侧基板的一对梳齿电极中的另一个梳齿电极电连接的配线，由于与下侧基板的下层电极电连接，所以由双点划线表示。与上侧基板的电极电连接的配线由虚线表示。下层电极兼作Cs电极，按偶数线、奇数线共用连接。另外，实施方式3中，对置基板侧的对置电极也按偶数线、奇数线共用连接。
在第N行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为0V，之后在暗显示(黑显示)时变为15V。另外，在第N+1行的子像素中，施加于下层电极的电压，在亮显示时为15V，之后在暗显示(黑显示)时变为0V。另外，在第N行的子像素中，施加于对置基板侧的对置电极的电压，在亮显示时为0V，之后在暗显示(黑显示)中也被维持，但是在初始化工序中变为15V这样地电位变化反转。另外，在第N+1行的子像素中，施加于对置基板侧的对置电极的电压在亮显示时为15V，之后在暗显示(黑显示)中也被维持，但是在初始化工序中变为0V这样地电位变化反转。此外，可以是第N行为偶数线、第N+1行为奇数线，也可以是第N行为奇数线、第N+1行为偶数线。在实施方式3中，对按偶数线、奇数线共用连接的下层电极和对置基板侧的对置电极施加电压使电位变化反转。
图54是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图55是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N行的各电极的剖视示意图。图56是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N行的各电极的剖视示意图。图57是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生横向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图58是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场时的第N+1行的各电极的剖视示意图。图59是表示实施方式3涉及的液晶显示面板的产生纵向电场后的初始化工序中的第N+1行的各电极的剖视示意图。
图54和图57中利用一对梳齿电极间的横向电场驱动液晶。图55和图58中，使TFT按偶数线、奇数线导通，使梳齿电极和下层电极均为15V或0V，并使对置基板侧的对置电极为0V或15V而施加纵向电场。图56和图59中，使TFT断开使一对梳齿电极中的一个梳齿电极电浮置、或使TFT按偶数线、奇数线导通使一对梳齿电极中的一个梳齿电极为15V或0V，使对置基板的对置电极为15V或0V、使下层电极为15V或0V，使得恢复至初始取向(初始化工序)。此外，实施方式3涉及的图的其它参照标号，除了在百位标记2之外，与实施方式1的图相同。实施方式1～3的液晶显示面板容易制造且能够高速地进行响应、具有高透射率。
上述TFT驱动方法是包含子帧进行驱动的方法，该子帧是从使液晶变化起至返回至初始状态的驱动周期，上述TFT驱动方法包括在子帧的周期中执行以下操作的处理：使一对梳齿电极的电极间产生电位差的驱动操作、使对置电极间产生比一对梳齿电极的电极间产生的电位差高的电位差的驱动操作、以及使一对梳齿电极和一对对置电极的所有电极间实质上不产生电位差的驱动操作。上述的实施方式中，执行使对置电极间产生比一对梳齿电极的电极间产生的电位差高的电位差的驱动操作之后，执行使一对梳齿电极和一对对置电极的所有电极间实质上不产生电位差的驱动操作，由此，能够发挥上述本发明的效果，并且，能够适当控制液晶分子的取向，使黑显示时的透射率充分低。
图60是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。图60表示在液晶显示面板中写入白显示的样子。源极侧，白写入以纵线反转的方式施加。黑写入则不反转。在图60中，对栅极总线(+35V和-5V这两个值)进行扫描。另外，也对下层电极(7.5V、15V、0V这三个值)进行扫描。在图60中，沿着最上方的总线的像素，是已写入白(中间灰度)显示后的状态，维持(显示维持41)白(中间灰度)显示。下层电极维持7.5V。沿着从上方起第二个总线的像素42中，栅极总线的电压成为35V，白(中间灰度)显示被写入。下层电极也被扫描，成为7.5V。沿从上方起第三个总线的像素43中，被写入黑并保持。下层电极成为15V。沿从上方起第四个总线的像素43′中，也被写入黑并保持。下层电极成为0V。此外，对置电极23恒为7.5V。
图61是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。图62是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。图63是表示本发明的液晶显示面板的驱动方式的俯视示意图。图64是比较例1涉及的液晶显示面板的产生边缘电场时的剖视示意图。图65是图64所示的液晶显示面板的俯视示意图。图66是图64所示的液晶显示面板的模拟结果。
图61是示意地表示图60所示的被进行了显示写入的显示面板的整体。在显示维持41中，通过显示写入来施加数据信号，并对其进行保持。在显示写入42中，对栅极总线施加35V，对下层电极施加7.5V，施加数据信号。另外，在黑维持43中，尚未进行显示写入。
图62和图63是示意地表示被进行黑写入的整个显示面板。图62中，不进行扫描，一并写入黑。由此，写入的速度变得更快。在图63中，与显示写入同样地，依次进行扫描，从而写入黑。可以线交替地对下层电极输入15V或0V，也可以帧交替地对下层电极进行输入15V或0V。
上述各实施方式中，液晶显示器的制造容易，且能够实现高透射率。另外，能够实施场序方式，并且能够实现适合车载用途、3D显示装置用途的响应速度。其中，液晶驱动装置优选进行场序驱动且具有圆偏光板。在进行场序驱动时，没有彩色滤光片，因此，内部反射变大。彩色滤光片的透射率通常为1/3，反射光通过彩色滤光片两次，所以在具有彩色滤光片的情况下，内部反射为1/10左右。因此，通过使用圆偏光板，能够充分降低这种内部反射。此外，TFT基板和对置基板中，能够利用SEM(Scanning Electron Microscope：扫描型电子显微镜)等的显微镜观察，确认本发明的液晶显示装置和薄膜晶体管阵列基板涉及的电极构造等。
比较例1
图64是比较例1涉及的液晶显示面板的产生边缘电场时的剖视示意图。图65是图64所示的液晶显示面板的俯视示意图。图66是图64所示的液晶显示面板的模拟结果。
比较例1涉及的液晶显示面板与专利文献1同样，利用FFS驱动产生边缘电场。图66表示指向矢D、电场以及透射率分布的模拟结果(单元厚度5.4μm、狭缝间隔2.6μm)。此外，比较例1涉及的图64的参照标号，除了在百位标注3之外，与实施方式1的图相同。
此外，图64中，使狭缝电极为14V，使相对的面状电极为7V，但例如也可以使狭缝电极为5V，使相对的面状电极为0V。上述专利文献1记载的FFS驱动的显示器(使用狭缝电极，替代一对梳齿电极的显示器)中，利用在下侧基板的上层-下层电极间产生的边缘电场使液晶分子旋转。该情况下，仅狭缝电极端附近的液晶分子旋转，因此，模拟中的透射率变低，变为3.6％。不能如上述实施方式那样提高透射率(参照图66)。
比较例2
图67是表示比较例2中使用了TN模式的梳齿驱动的模拟所得到的响应波形的曲线图。最初的0.4ms的期间不驱动，因此，上升期间(施加横向电场的期间)为2.4ms，下降期间(施加纵向电场的期间)为1.6ms。
图68～图70是比较例2涉及的液晶显示面板的模拟结果。即，图68表示指向矢D、电场以及透射率分布的、2.6ms的时间点的模拟结果。图69表示指向矢D、电场以及透射率分布的、4.2ms的时间点的模拟结果。图70表示指向矢D、电场以及透射率分布的、5.6ms的时间点的模拟结果。此外，如图67所示，最初的0.4ms不驱动。实线所示的曲线表示透射率。另外，指向矢D表示液晶分子长轴的取向方向。在比较例2中，使用专利文献2记载的梳齿电极和TN模式。在进行基于LCD MASTER2D的模拟后，确认了在比较例2中不能获得高速响应的效果。此外，作为模拟条件，单元厚度为5.4μm，梳齿间隔为2.6μm。在2.6ms的时间点，如图68所示液晶分子由于纵向电场而垂直地响应。在4.2ms的时间点，如图69所示梳齿电极间的液晶分子因横向电场而变为平行，但梳齿电极上的液晶分子因下侧基板和上侧基板的纵向电场而保持垂直的状态不响应。在5.6ms的时间点，如图70所示即使设置初始化工序，取向也因横向电场而散乱，因此，非常不容易返回至初始的取向。根据比较例2的结果可知，在使用专利文献2记载的梳齿电极和TN模式的情况下，不能获得高速响应的效果。
以下详细叙述本发明涉及的用于驱动3个电极的驱动装置(薄膜晶体管阵列基板)的基本设定图案。此外，上述实施方式1中，每一个子像素使用2个TFT，实施方式2及其变形例和实施方式3中，每一个子像素使用一个TFT，由于能够提高开口率，优选像这样削减TFT数量，但是实施方式1中的驱动方法例如可以为每一个子像素使用3个TFT，实施方式2及其变形例和实施方式3涉及的驱动方法例如既可以为每一个子像素使用3个TFT，也可以为每一个子像素使用2个TFT。以下，也一起说明每一个子像素使用3个TFT的设计图案、每一个子像素使用2个TFT的设计图案。
(用于驱动3个电极的基本设计图案)
图73是表示与本发明相关的发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。图74～图78是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。驱动装置称为薄膜晶体管阵列基板，以下也相同。
为了单独驱动TFT侧的3个电极，通常需要对每一个子像素使用3个TFT。但是，由于TFT的数量多时，开口率变低，所以期望在设计图案上下功夫，使得TFT的数量变少。
在图73～图78中，(i)表示上层ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)(基准电极)，(ii)表示上层ITO(灰度等级电极)，(iii)表示下层ITO(下层电极)，S(i)、S(ii)、S(iii)各自表示用于对电极(i)、(ii)、(iii)施加电压的源极配线，M表示源极配线以外的栅极配线等金属配线，C表示接触孔。此外，除了ITO之外，能够使用IZO(IndiumZinc Oxide：氧化铟锌)等公知材料作为电极材料。另外，图73～图78中的(i)那样的凹型电极为基准电极，但是也可以如后述的例子那样为灰度等级电极，(ii)那样的凸型电极为灰度等级电极，但是也可以如后述的例子那样为基准电极。
此外，图73～图78中，具有横向的像素和纵向的像素，是由于源极配线等金属配线与构成电极的ITO的主干(主线)重叠的方式能够提高透射率，所以进行了适当调整，基本上可以采用任一种像素。此外，沿着像素线电连接的电极(ITO或IZO等)的主线，优选在俯视基板主面时与金属配线重叠。上述金属配线通常不透射光，因此，通过如上所述配置沿着像素线电连接的电极的主线，能够提高开口率。优选上述金属配线为选自源极总线、栅极总线和用于减小电容的金属配线中的至少一个配线。
(A)3TFT驱动的薄膜晶体管阵列基板的参考例
图73表示对每一个子像素使用3个TFT(未图示)进行驱动的情况。在(A)中，能够单独驱动配置在下侧基板(阵列基板或第二基板)的3个电极(构成一对梳齿电极的基准电极(i)和灰度等级电极(ii)、以及下层电极(iii))，能够使它们为不同的电位。因此，需要与1个子像素对应的3个源极配线和3个TFT。此外，S(i)表示基准电极(i)用源极配线，S(ii)表示灰度等级电极(ii)用源极配线，S(iii)表示下层电极(iii)用源极配线。在3TFT驱动中，能够分别单独驱动3个电极，能够进行说明书中所示的所有驱动方法，另外，信号的延迟少，有利于大型的液晶驱动装置、液晶显示装置。
(B-1)2TFT驱动、使下层电极(iii)在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的实施方式
图74表示对每一个子像素使用2个TFT进行驱动、下层电极(iii)在横线方向上共用的情况。在(B-1)中，配置在下侧基板的下层电极(iii)按每根像素线电连接。
即，从源极配线S(i)、S(ii)分别向基准电极(i)、灰度等级电极(ii)施加电压，使得能够单独驱动基准电极(i)、灰度等级电极(ii)。
下层电极(iii)使横线方向(栅极配线方向)全都为同一下层电极、即下层电极(iii)在横线方向上共用连接，由此减少TFT和源极配线的数量，提高开口率(也可以是纵线方向，同样能够发挥提高开口率的效果)。此时，在大型面板中，下层电极的电阻过大，波形可能钝化，所以优选在大型面板中，使金属与下层电极等共用连接的ITO电连接，来降低电阻。
利用下层电极(iii)按每根像素线共用的2TFT驱动，能够提高开口率。
(B-2)2TFT驱动、使基准电极(i)(或灰度等级电极(ii))在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的实施方式
图75表示对每一个子像素使用2个TFT进行驱动、基准电极(i)在横线方向上共用的情况。(B-2)中，基准电极(i)按每根像素线电连接，该基准电极(i)为配置在下侧基板的一对梳齿电极中的一个梳齿电极。
在此，从源极配线对灰度等级电极(ii)、下层电极(iii)施加电压，使得灰度等级电极(ii)、下层电极(iii)能够单独被驱动。基准电极(i)如图75所示，可以在横线方向上共用化，也可以在纵线方向上共用化。
在横线方向(沿栅极配线的方向)上均为同一个灰度等级电极(ii)，减少TFT和源极配线的数量，从而提高开口率(也可以在纵线方向上为同一个灰度等级电极(ii))。此时，优选使金属与基准电极等共用连接的ITO电连接。
利用基准电极(i)(或灰度等级电极(ii))共用的2TFT驱动，能够提高开口率。
(B-3)2TFT驱动、使下层电极(iii)和基准电极(i)共用化的薄膜晶体管阵列基板的实施方式
图76表示对每一个子像素使用2个TFT进行驱动、使下层电极(iii)和基准电极(i)共用化的情况。在(B-3)中，配置在下侧基板的2个电极(基准电极(i)和下层电极(iii)，该基准电极(i)为一对梳齿电极中的一个梳齿电极)电连接。
此处，从源极配线S(ii)对灰度等级电极(ii)施加电压，使得该灰度等级电极(ii)能够被单独驱动。
从源极配线S(i)对基准电极(i)进行供给，为了减少TFT的数量，通过接触孔将基准电极(i)和下层电极(iii)连接(电连接)，由此不再需要下层电极(iii)用的TFT和源极配线。
在使下层电极(iii)和基准电极(i)共用化的2TFT驱动中，能够提高开口率，并且与其它2TFT驱动方法(B-1)、(B-2)相比，能够进一步降低共用连接的电极的电阻。
(C-1)1TFT驱动、使下层电极(iii)和基准电极(i)共用化、使下层电极(iii)在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的实施方式
图77表示对每一个子像素使用一个TFT进行驱动、使下层电极(iii)和基准电极(i)共用化的情况。在(C-1)中，下层电极(iii)按每根像素线电连接，配置在第二基板的2个电极(基准电极(i)和下层电极(iii)，其中，基准电极(i)为一对梳齿电极中的一个梳齿电极)电连接。该方式也是能够适用于本发明的方式之一。
在此，从源极配线S(ii)对灰度等级电极(ii)施加电压，使得该灰度等级电极(ii)能够被单独驱动。
使下层电极(iii)在横方向(也可以在纵方向)上共用化，按每1根线(逐根线地)进行输入，由此能够削减TFT和源极配线。另外，利用接触孔将基准电极(i)和下层电极(iii)连接，由此实现对每一个子像素使用1TFT的驱动装置。
在使下层电极(iii)和基准电极(i)共用化的1TFT驱动中，能够使开口率最大，适于小型和中型的液晶驱动装置、液晶显示装置。
(C-2)1TFT驱动、使下层电极(iii)在线方向上共用化、使基准电极(i)在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的实施方式
图78表示对每一个子像素使用一个TFT进行驱动、使下层电极(iii)沿着像素线共用化并且使基准电极(i)沿着像素线共用化的情况。
在此，从源极配线S(ii)对灰度等级电极(ii)施加电压，使得该灰度等级电极(ii)能够被单独驱动。
使下层电极(iii)在横方向(也可以在纵方向)上共用化、使基准电极(i)也在横方向(也可以在纵方向)上共用化、按每1根线进行输入，能够削减TFT和源极。使基准电极(i)和下层电极(iii)分别按每根像素线电连接，能够实现对每一个子像素使用1TFT的驱动装置。另外，从低电阻化的观点出发，优选使金属与共用连接的ITO等基准电极和/或共用连接的ITO等下层电极电连接。
利用使下层电极(iii)沿着像素线共用化、使基准电极(i)沿着像素线共用化的1TFT驱动，能够使开口率最大，能够适用于小型和中型的液晶驱动装置、液晶显示装置。
此外，在本说明书中，小型的液晶显示面板是指10型以下的携带用显示器。中型的液晶显示面板是指20型以下的个人电脑用等的显示器。大型面板是指比这些大的电视用等显示器。
通过组合实施方式1～3的驱动方法和设计图案(A)、(B-1)、(B-2)、(B-3)、(C-1)、(C-2)(共计6个图案)，能够进行各种驱动方法。各个驱动方法均具有长处，所以能够根据面板设计来进行最适合的驱动方法。另外，说明了实施方式1进行(B-1)的TFT驱动方法，对每一个子像素使用2个TFT，从开口率的方面来说优选(B-1)的图案，但能够驱动实施方式1中的驱动方法的设计图案除了(B-1)的图案之外，还能够举出对每一个子像素使用3个TFT的(A)的图案。进一步，说明了实施方式2、实施方式2的变形例、实施方式3进行(C-1)的TFT驱动方法，对每一个子像素使用一个TFT，但能够驱动这些实施方式中的驱动方法的设计图案，除了(C-1)的图案之外，同样能够举出对每一个子像素使用一个TFT的(C-2)的图案、对每一个子像素使用3个TFT的(A)的图案、对每一个子像素使用2个TFT的(B-1)、(B-2)、(B-3)的图案。即，能够适用(A)、(B-1)、(B-2)、(B-3)、(C-1)、(C-2)的所有图案。
另外，在上述实施方式中，对电极按奇数的像素线电连接、按偶数的像素线电连接的情况进行了说明，这种方式在进行线反转驱动的方面优选，但电极只要沿着像素线电连接即可，例如，电极可以按每1根像素线连接，电极也可以是上述以外的按每多根像素线(每n根线(n为2以上的整数))连接。
此外，上述的电极按奇数的像素线电连接、按偶数的像素线电连接的设计图案(A)、(B-1)、(B-2)、(B-3)、(C-1)、(C-2)即使是帧反转也能够驱动。其中，如后所述，线反转驱动从显示品质的角度出发更加优选。
在上述各实施方式中，主要说明了一种能够适用于进行线反转驱动的液晶显示装置中的薄膜晶体管阵列基板，该薄膜晶体管阵列基板为了减少每一个子像素的TFT数量，使一个横线方向(或纵线方向)上的子像素内的电极间电连接并同时进行驱动。在该情况下，能够适用于进行上述线反转驱动的液晶显示装置。另一方面，为了提高显示品质，多要求点反转驱动。本发明的薄膜晶体管阵列基板也能够适用于进行点(dot)反转驱动的显示装置，能够适当削减每一个子像素的TFT数，所以参照以下的图79～图81对该具体方式进行详细叙述。这样的点反转驱动用的薄膜晶体管阵列基板和具备它的液晶显示装置也属于本发明的保护范围。
图79～图81中，(i)表示上层ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)(灰度等级电极)，(ii)表示上层ITO(基准电极)，(iii)表示下层ITO(下层电极)，M表示源极配线以外的栅极配线等金属配线，C表示接触孔。此外，接触孔C的位置只要能够发挥本发明的作用效果，不特别限定于图示。
(D-1)点反转驱动的薄膜晶体管阵列基板的实施方式
图79是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。图79中，为了适当实现相邻的两个子像素间极性不同的显示方式，对1行像素线各引出2根金属配线(金属配线M、M′)，金属配线M、M′各自每隔1子像素地在接触孔C中与上层ITO(基准电极(ii)等)和/或下层ITO(下层电极(iii))电连接，并且该金属配线M、M′彼此错开1个像素地在接触孔C中与上层ITO(基准电极(ii)等)和/或下层ITO(下层电极(iii))电连接。以下详细说明在线方向上共用化的电极的优选方式(b-1)、(b-2)、(c-1)、(c-2)。
(b-1)的方式
金属配线M、M′可以各自每隔1子像素地在接触孔C中仅与下层ITO(下层电极(iii))电连接，并且该金属配线M、M′彼此错开1个像素地在接触孔C中仅与下层ITO(下层电极(iii))电连接。在该情况下，为了使金属配线仅与下层ITO(下层电极(iii))连接，使接触孔C的位置从图79所示的位置适当变更即可。这种连接方法，除了进行每隔1子像素的连接使得进行点(dot)反转驱动以外，可以说与上述(B-1)中的2TFT驱动且使下层电极(iii)在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的电极的连接方法相同。
(b-2)的方式
金属配线M、M′可以各自每隔1子像素地在接触孔C中仅与作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))电连接，并且该金属配线M、M′彼此错开一个像素地在接触孔C中仅与作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))电连接。这种连接方法，除了进行每隔1子像素的连接使得进行点(dot)反转驱动以外，可以说与上述(B-2)中的2TFT驱动且使基准电极(或灰度等级电极)在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的电极的连接方法相同。
(c-1)的方式
上层ITO(基准电极(ii))和下层ITO(下层电极(iii))通过接触孔电连接，并且金属配线M、M′可以各自每隔1子像素在接触孔C中与上层ITO基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))或下层ITO(下层电极(iii))电连接，并且该金属配线M、M′彼此错开一个像素地与上层ITO基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))或下层ITO(下层电极(iii))电连接。此外，作为使上层ITO(基准电极(ii))和下层ITO(下层电极(iii))电连接的接触孔，可以与接触孔C一体化，也可以与接触孔C分开设置。这种连接方法，除了进行每隔1子像素的连接使得进行点(dot)反转驱动以外，可以说与上述(C-1)中的1TFT驱动的使下层电极和基准电极共用化且使下层电极在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的电极的连接方法相同。
(c-2)的方式
金属配线M、M′可以各自每隔1子像素地在接触孔C中与上层ITO基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))电连接，并且金属配线M、M′彼此错开一个像素地在接触孔C中与上层ITO基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))电连接，并且，对每1根像素线在图79所示的金属配线的基础上追加设置另一组金属配线(2个金属配线)，该另一组金属配线中的各个金属配线可以每隔1子像素地在设置于与接触孔C不同的位置的接触孔中与下层ITO(下层电极(iii))电连接，并且该另一组金属配线中的各个金属配线彼此错开一个像素地在设置于与接触孔C不同的位置的接触孔中与下层ITO(下层电极(iii))电连接。这种连接方法，可以说除了进行每隔1子像素的连接使得进行点(dot)反转驱动这一点以外，与上述(C-2)的1TFT驱动的使下层电极在线方向上共用化且使基准电极在线方向上共用化的薄膜晶体管阵列基板的电极的连接方法相同。
如上所述，在将金属配线和上层电极(上层ITO等)连接的情况下，以及在将金属配线和下层电极(下层ITO等)连接的情况下均能够同样地使用每隔1子像素交替地连接的连接方法。
在图79中，表示例如与金属配线M连接的电极为正极性(+)，与金属配线M′连接的电极为负极性(-)的样子。利用这样的方式，在相邻子像素的上层电极间和/或下层电极间，能够施加相反极性的电位，因此，能够进行点反转驱动。后述的图80、图81也相同。
此外，图79所示的设计图案，除了点反转驱动之外，也能够适用于帧反转驱动、线反转驱动。即，在上述(D-1)的方式中，能够进行所有的帧反转驱动、线反转驱动、点反转驱动。
(D-2)点反转驱动的薄膜晶体管阵列基板的实施方式的变形例
图80是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。在图80中，对每1行像素线引出1个金属配线M或M′，这样的沿着像素线方向的金属配线M或M′，交替地在像素线方向上错开1个像素地与2行像素线中的上下的子像素内的电极电连接，并且在各像素线中每隔1子像素地在接触孔C中电连接。即，与2行像素线对应的1个金属配线，在奇数列的子像素中，与2行像素线中的上下的子像素中的一方(上或下)的子像素内的电极电连接，在偶数列的子像素中，与2行像素线中的上下的子像素中的另一方的子像素内的电极电连接。由此，能够进行点反转驱动。另外，金属配线依次与2行像素线中的上下的子像素内的电极电连接，与上述(D-1)的实施方式相比，每1行像素线中削减1个金属配线，能够相应地提高开口率。另外，在图80中示出了沿横线方向的金属配线与2行像素线中的上下的子像素内的电极交替连接的方式，但代替该方式，也可以为沿1个纵线方向的金属配线与2列的像素线中的左右的子像素内的电极交替连接的方式。此外，在图80中未记载与最上方的行的像素线相比更靠上侧的金属配线，也省略了从该像素线的左起第二个子像素、第四个子像素中的接触孔的记载。
与金属配线M或M′电连接的上下的子像素内的电极可以仅为下层ITO(下层电极(iii))((b-1)的方式)，也可以如图80所示仅为作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))((b-2)的方式)，也可以为相互电连接的作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))和下层ITO(下层电极(iii))中的一者((c-1)的方式)。另外，也可以为如下方式：与金属配线M或M′电连接的上下的子像素内的电极如图80所示仅为作为上层ITO的基准电极(ii)(或仅为灰度等级电极(i))，并且，对每2像素线在如图80所示的金属配线的基础上追加设置另一组金属配线(2个金属配线)，该另一组金属配线各自每隔1子像素地在设置于与接触孔C不同的位置的接触孔与下层ITO(下层电极(iii))电连接((c-2)的方式)。
(D-3)点反转驱动的薄膜晶体管阵列基板的实施方式的另一个变形例
图81是表示本发明的驱动装置的设计图案的一个方式的俯视示意图。在点反转驱动中，将相同极性的子像素彼此电连接，因此，将子像素内的作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))与该子像素的斜方向上的子像素内的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))电连接。即，如图81所示沿像素线方向，2行像素线中的上下的子像素内的基准电极(ii)间彼此在像素线方向上错开一个子像素，在各像素线上每隔1子像素地电连接。进一步换言之，在2行像素线中，奇数列的子像素中的上下的子像素中的一方的子像素(例如上方的子像素)内的电极和偶数列的子像素中的上下的子像素中的另一方的子像素(例如下方的子像素)内的电极沿像素线方向电连接。
在像素间电连接的像素内的电极可以仅为下层ITO(仅为下层电极(iii))((b-1)的方式)，也可以如图81所示仅为作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))((b-2)的方式)，也可以为相互电连接的作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))和下层ITO(下层电极(iii))中的一者((c-1)的方式)。另外，也可以为如下方式：在像素间电连接的像素内的电极，如图81所示仅为作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))，并且，在图81所示的方式的基础上，2行像素线中的上下的子像素内的下层ITO(下层电极(iii))间彼此在像素线方向上错开1个子像素且在各像素线中每隔1子像素地电连接((c-2)的方式)。
另外，图81中表示2行像素线中的上下的子像素内的电极间交替电连接的方式，但替代该方式，也可以为2列像素线中的左右的子像素内的电极间交替地电连接的方式。
在此，(D-3)那样的在像素间将像素内的电极电连接的方式中，可以没有图81所示金属配线M、M′。在图81中，为了降低基准电极(ii)的电阻，将金属配线M或M′与基准电极(ii)连接。像这样，为了达到降低与金属配线连接的电极的电阻，能够根据需要如图81所示设置金属配线。
在(D-3)中设置金属配线的情况下，与金属配线M或M′连接的电极可以仅为下层电极(iii)((b-1)的方式)、可以仅为基准电极(ii)((b-2)的方式)、也可以为相互电连接的基准电极(ii)和下层电极(iii)中的一者((c-1)的方式)。另外，可以为如下方式：与金属配线M或M′连接的电极，如图81所示仅为作为上层ITO的基准电极(ii)(或灰度等级电极(i))，并且，对每2像素线在图81所示的金属配线的基础上追加设置另一组金属配线(2个金属配线)，该另一组金属配线可以各自每隔1子像素地在设置于与接触孔C不同的位置的接触孔与下层ITO(下层电极(iii))电连接((c-2)的方式)。
此外，图81中，形成2线结构(对2行像素线，配置用于对电极施加不同极性的电位的1组金属配线(2个金属配线)，结果对1行像素线引出一个金属配线的结构)，因此，金属配线的数量为上述的(D-1)的情况的一半，能够相应地提高开口率。
此外，图80、图81所示的设计图案，除了点反转驱动之外，也能够适用于帧反转驱动。即，在上述(D-2)、(D-3)的方式中，能够进行帧反转驱动、点反转驱动。
在上述各实施方式中，作为上层电极以基准电极为主进行叙述，优选如上所述使基准电极与其它电极等共用化的方式，但是也可以使用灰度等级电极替代基准电极。
(关于驱动方法和闪烁)
以下说明在进行了点反转时的优势。
液晶显示器为了提高可靠性，必须进行交流驱动。在进行交流驱动时，难以使正极性时施加电压与负极性时施加电压完全一致，该不同导致亮度不同，作为闪烁被看到，使显示品质降低。为了稍微减轻该影响，因此与帧反转相比采用线反转作为极性反转的驱动方法的话，闪烁难以被看到，与线反转相比采用点反转作为极性反转的驱动方法的话，闪烁难以被看到。即，闪烁难以被看到的顺序是：(1)点反转最难以被看到，其次，(2)线反转难以被看到，其次，(3)帧反转难以被看到。
例如，图82～图84是表示本发明的驱动装置的极性反转的一个方式的俯视示意图。图中，符号+表示正极性，符号-表示负极性。图82表示帧反转。帧反转驱动中，正极性与负极性的亮度差在整个面中显示，所以比较容易看到闪烁。图83表示线反转。线反转驱动中，正极性和负极性相邻显示，因此，不容易看到闪烁。图84表示点反转。点反转驱动与线反转相比更被细致分开，所以更加不容易看到闪烁。
本发明的各实施方式中，适合使用氧化物半导体TFT(IGZO等)。以下详细说明该氧化物半导体TFT。
上述上下基板中的至少一个基板通常具备薄膜晶体管元件。优选上述薄膜晶体管元件包含氧化物半导体。即，优选在薄膜晶体管元件中，使用氧化锌等氧化物半导体膜替代硅半导体膜，形成有源驱动元件(TFT)的活性层。将这种TFT称为“氧化物半导体TFT”。氧化物半导体显示出比非晶硅高的载流子迁移率，具有特性偏差小的特征。因此，氧化物半导体TFT能够以比非晶硅TFT高的速度动作，驱动频率高，适合更高精细的下一代显示装置的驱动。另外，氧化物半导体膜由比多晶硅膜简便的工艺形成。因此，具有也能够适用于需要大面积的装置的优点。
特别在FSD(场序显示装置)中使用本实施方式的液晶驱动方法的情况下，以下特征变得显著。
(1)像素电容比通常的VA(垂直取向)模式大(图85是表示本实施方式的液晶驱动方法中使用的液晶显示装置的一个例子的剖视示意图，在图85中在由箭头所示的部位中，在上层电极与下层电极之间产生大的电容，因此，像素电容比通常的垂直取向(VA：VerticalAlignment)模式的液晶显示装置大。)。(2)RGB的3像素成为1个像素，因此，1个像素的电容为3倍。(3)并且，需要240Hz以上的驱动，所以栅极导通时间非常短。
并且，使用氧化物半导体TFT(IGZO等)的情况下的优点如下。
因上述(1)和(2)的理由，52型的像素电容为UV2A的240Hz驱动的机种的大约20倍。
所以，现有的由a-Si制作晶体管时，晶体管变大20倍以上，具有不能充分取得开口率的问题。
IGZO的迁移率为a-Si的大约10倍，因此，晶体管的大小变为大约1/10。
使用彩色滤光片RGB的液晶显示装置中所具有的3个晶体管成为1个，所以能够以与a-Si大致相等或比其小的程度进行制作。
如上所述，当晶体管变小时，Cgd的电容也变小，所以相应地对栅极总线的负担也变小。
(具体例)
图86、图87表示氧化物半导体TFT的结构图(例示)。图86是本实施方式中所使用的有源驱动元件周边的俯视示意图。图87是本实施方式中使用的有源驱动元件周边的剖视示意图。此外，符号T表示栅极端子、源极端子。符号Cs表示辅助电容。
以下说明氧化物半导体TFT的制作工序的一例(该部)。
使用了氧化物半导体膜的有源驱动元件(TFT)的活性层氧化物半导体层605a、605b能够以如下方式形成。
首先，使用溅射法，在绝缘膜613i之上形成例如厚度30nm以上、300nm以下的In-Ga-Zn-O类半导体(IGZO)膜。之后，利用光刻，形成覆盖IGZO膜的规定区域的抗蚀剂掩模。接着，利用湿式蚀刻将IGZO膜之中未被抗蚀剂掩模覆盖的部分除去。之后，剥离抗蚀剂掩模。这样，能够获得岛状的氧化物半导体层605a、605b。此外，替代IGZO膜，也可以使用其它氧化物半导体膜形成氧化物半导体层605a、605b。
接着，在基板611g的整个表面堆积绝缘膜607后，对绝缘膜607进行图案化。
具体而言，首先，绝缘膜613i和氧化物半导体层605a、605b之上，例如通过CVD法形成SiO2膜(厚度：例如大约150nm)作为绝缘膜607。
优选绝缘膜607包含SiOy等氧化物膜。
当使用氧化膜时，氧化物半导体层605a、605b中产生氧缺损的情况下，能够利用氧化物膜所含有的氧恢复氧缺损，所以，能够更有效地降低氧化物半导体层605a、605b的氧缺损。在此，使用由SiO2膜构成的单层作为绝缘膜607，绝缘膜607可以具有以SiO2膜为下层，以SiNX膜为上层的叠层构造。
绝缘膜607的厚度(在具有叠层构造时为各层的总厚度)优选50nm以上且200nm以下。当为50nm以上时，在栅极电极和漏极电极的图案化工序等中，能够更可靠地保护氧化物半导体层605a、605b的表面。另一方面，当超过200nm时，产生比栅极电极、漏极电极大的高低差，所以可能引起断线等。
另外，本实施方式中的氧化物半导体层605a、605b优选例如包含Zn-O类半导体(ZnO)、In-Ga-Zn-O类半导体(IGZO)、In-Zn-O类半导体(IZO)、或Zn-Ti-O类半导体(ZTO)等的层。其中，更加优选In-Ga-Zn-O类半导体(IGZO)。
此外，本模式通过与上述氧化物半导体TFT组合而起到一定的作用效果，但是也能够使用非晶SiTFT、多晶SiTFT等公知的TFT元件进行驱动。
此外，具备上述薄膜晶体管阵列基板的液晶显示装置能够适当具备通常的液晶显示装置所具备的部件(例如，光源等)。
上述实施方式中的各方式在不脱离本发明的要旨的范围内可以适当组合。
此外，本申请以2011年3月18日申请的日本专利申请2011-061662号和2011年6月27日申请的日本专利申请2011-142351号为基础、基于进入巴黎公约的国家的法规主张优先权。将该申请的所有内容援引于本申请中作为参照。
附图标记说明
10、110、110′、210、410、510：阵列基板
11、21、411、421、511、521：玻璃基板
13、23、113、113′、123、213、223、313、323、413、423、513、523：对置电极
15、415、515：绝缘层
16：一对梳齿电极
17、19、117、117′、119、119′、217、219、417、419、517、519：梳齿电极
20、120、120′、220、420、520：对置基板
30、130、130′、230、430、530：液晶层
31：液晶(液晶分子)
41、63：显示维持
42：显示写入
43、43′、61、61′：黑维持
51、62：黑写入
601a：栅极配线
601b：辅助电容配线
601c：连接部
611g：基板
613i：绝缘膜(栅极绝缘膜)
605a、605b：氧化物半导体层(活性层)
607：绝缘层(蚀刻阻挡层、保护膜)
609as、609ad、609b、615b：开口部
611as：源极配线
611ad：漏极配线
611c、617c：连接部
613p：保护膜
617pix：像素电极
601：像素部
602：端子配置区域
Cs：辅助电容
T：栅极端子、源极端子

Claims (9)

1.一种薄膜晶体管阵列基板，其具有薄膜晶体管元件，该薄膜晶体管阵列基板的特征在于：
该薄膜晶体管阵列基板的电极包含一对梳齿电极和面状电极，
选自该一对梳齿电极和面状电极中的至少一个电极沿像素线电连接。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：
所述面状电极沿像素线电连接。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：
所述面状电极由透明导电体和与该透明导电体电连接的金属导电体构成。
4.如权利要求1～3中任一项所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：
所述一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极沿像素线电连接。
5.如权利要求1～4中任一项所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：
所述一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极与所述面状电极电连接。
6.如权利要求1～5中任一项所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：
所述薄膜晶体管阵列基板是帧反转驱动用或线反转驱动用的薄膜晶体管阵列基板，
选自所述一对梳齿电极和面状电极中的至少一个电极，按每1根像素线在该像素线的各像素间电连接。
7.如权利要求1～5中任一项所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：
所述薄膜晶体管阵列基板是帧反转驱动用、线反转驱动用或点反转驱动用的薄膜晶体管阵列基板，
选自所述一对梳齿电极和面状电极中的至少一个电极，对于1根像素线，在每隔1个像素的像素间电连接。
8.一种薄膜晶体管阵列基板，其具有薄膜晶体管元件，该薄膜晶体管阵列基板的特征在于：
该薄膜晶体管阵列基板的电极包含一对梳齿电极和面状电极，
该一对梳齿电极中的至少一个梳齿电极与该面状电极电连接。
9.一种液晶显示装置，其特征在于：
具备权利要求1～8中任一项所述的薄膜晶体管阵列基板。
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