CN104246588A - 液晶驱动方法和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供白显示时的高透射率充分优异，并且在倾斜视角也能得到高对比度的液晶驱动方法和液晶显示装置。本发明的液晶驱动方法为使配置在上下基板上的至少两对电极产生电位差来驱动液晶的方法，上述液晶被夹持在该上下基板间，并具有负的介电常数各向异性，当将由分开配置在上下基板上的第一电极和第二电极构成的一对电极设为第一电极对，将由配置在上下基板中的一个基板上的该第二电极和第三电极构成的一对电极设为第二电极对时，上述液晶驱动方法依次执行使第一电极对的电极间产生电位差的第一驱动操作、和使第二电极对的电极间产生电位差的第二驱动操作。

Description

液晶驱动方法和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶驱动方法和液晶显示装置。更详细地说，涉及利用多个电极施加纵向电场和边缘电场(fringe field；fringe electric field)来进行显示的液晶驱动方法和液晶显示装置。
背景技术
液晶驱动方法是在电极间产生电场来使被夹持在一对基板间的液晶层中的液晶分子运动的方法，由此能够使液晶层的光学特性变化，由此能够使光透过液晶显示面板或不透过液晶显示面板从而产生开/关状态。
通过这样的液晶驱动，各种方式的液晶显示装置有效利用薄型、轻量并且低消耗电力的优点被用于各种用途。例如，在个人计算机、电视机、车载导航仪等车载用的设备、智能手机、平板终端等便携式信息终端的显示器等中，设计了多种驱动方法，并已实用化。
可是，作为液晶显示装置，根据液晶的特性、电极配置、基板设计等，开发了多种显示方式(显示模式)。作为近年来广泛使用的显示模式，大致可以列举使具有负的介电常数各向异性的液晶分子相对于基板面垂直取向的垂直取向(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相对于基板面平行取向以对液晶层施加横向电场的面内开关(IPS:In-Plane Switching)模式和条纹状电场开关(FFS:Fringe Field Switching(边缘场开关))等。在这些显示模式中，提出了一些液晶驱动方法。
例如，公开了一种液晶显示装置，其具备：相互相对地设置的第一基板和第二基板；和由被夹持在该第一基板和第二基板间的液晶分子构成的液晶层，通过使液晶分子的指向矢(director)主要在与基板平行的面内变化，来进行显示动作，该液晶显示装置还具备：设置在上述第一基板侧并且被提供第一规定电位的第一共用电极；设置在该第一共用电极上的绝缘膜；设置在该绝缘膜上的像素电极；和设置在上述第二基板侧并且被提供第二规定电位的第二共用电极，上述液晶分子具有负的介电常数各向异性，上述像素电极具有多个开口部，上述第一共用电极，在与上述基板垂直的方向的截面中，至少具有在上述像素电极的从非开口部至开口部的特定的区域形成的特定部分，上述特定的区域的一部分与上述非开口部重叠(例如参照专利文献1)。
另外，公开了一种液晶显示装置，其具备：相互相对的2块基板；注入到上述基板间的介电常数各向异性为负的液晶；施加与上述基板面大致垂直的第一电场的单元；和施加与上述基板面大致平行的第二电场的单元，在通过施加上述第一电场使液晶分子相对于上述基板面的倾斜角减少的状态下，通过施加上述第二电场使上述液晶分子的方位变化，由此，根据上述方位的变化来显示图像(例如参照专利文献2)。现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-356786号公报
专利文献2：日本特开2002-23178号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在以往的液晶驱动方法中，在使用边缘电场的平行取向型(FFS模式)的液晶显示装置中，还有用于在倾斜视角得到充分的对比度的改进的余地(例如图16)。作为其原因，可以列举：在FFS模式的液晶显示装置中，为了使液晶在均匀的方向平行取向，实施了取向处理，但是，此时，液晶分子相对于基板面具有几度的倾斜(预倾角)，由于该预倾角的原因，在黑显示状态下发生从倾斜方向的漏光，使倾斜视角的对比度降低。
另外，在上述专利文献1中记载有：在第一共用电极400-像素电极300间产生第一电场，在第二共用电极500-像素电极300间产生第二电场(例如参照专利文献1的图4)。当第一电场和第二电场叠加对液晶层产生影响时，与基板垂直的方向的取向变化被抑制，光学特性上能够维持良好的取向，液晶分子在与基板平行的面内被驱动。
但是，专利文献1记载的发明中，第一共用电极400和第二共用电极500为规定电位(一定电位)。这样的专利文献1记载的发明中，并没有对第一共用电极400与第二共用电极500之间提供第一共用电极400-像素电极300间的电位差以上的充分的电位差，视野角特性没有充分改善(参照后述的比较例2的模拟结果)。
另外，专利文献2中记载有：使用介电常数各向异性为负的液晶，在一对电极(纵向电场用电极2和纵向电场用电极9)间产生纵向电场使液晶分子相对于基板面的倾斜角减少的状态下，在另一对电极(横向电场用电极4和横向电场电极5)间产生横向电场使液晶分子在与基板平行的面内旋转(例如参照专利文献2的图1)，由此，实现视野角特性的改善。
但是，专利文献2记载的发明中，纵向电场用电极2与横向电场用电极4的电极间的电位差，和纵向电场用电极2与横向电场用电极5的电极间的电位差不同，因此，产生不对称的倾斜电场，在这样的状况下，液晶分子旋转，因此，有可能得不到透射率，进而视野角特性也没有改善(例如参照后述的比较例3的模拟结果)。
本发明鉴于上述现状而做出，其目的是提供白显示时的高透射率充分优异，并且在倾斜视角也能得到高对比度的液晶驱动方法和液晶显示装置。
用于解决技术问题的手段
本发明人在利用多个电极施加纵向电场和边缘电场来进行显示的FFS模式的液晶驱动方法和液晶显示装置中，对白显示时的高透射率充分优异，并且在倾斜视角也能得到高对比度的液晶驱动方法和液晶显示装置进行了研究。着眼于使用介电常数各向异性为负的液晶，在相对侧的基板配置共用电极。本发明人发现，在介电常数各向异性为负的液晶的情况下，指向矢朝向与电力线垂直的方向，因此，当在下侧基板的下层电极与上侧基板的共用电极之间设置电位差而产生纵向电场时，能够使液晶分子的倾斜角变小。进一步发现，在液晶显示装置中，通过在施加纵向电场使倾斜角变小的状态下，产生边缘电场使液晶分子在与基板平行的面内响应进行开关，能够维持透射率、并且改善倾斜视角的特性。对驱动方法进行了进一步研究，想到通过依次执行使由分别配置在上下基板上的第一电极和第二电极构成的第一电极对的电极间产生电位差的驱动操作、和使由配置在上下基板中的一个基板上的第二电极和第三电极构成的第二电极对的电极间产生电位差的驱动操作，能够利用两对电极形成合适的电场状态，由此，在倾斜视角也能够得到高对比度，能够很好地解决上述技术问题，从而实现了本发明。
此外，本发明与专利文献1、2记载的发明的不同点如下。
本发明与专利文献1记载的发明不同，利用第一电极对，在狭缝上也施加有充分的纵向电场。因此，能够使主体(bulk)的液晶的倾斜角不依赖于预倾角而在整个像素内变小，能够抑制倾斜视角的漏光，改善视野角特性。
另外，在本发明中，与专利文献2记载的发明不同，下侧基板的上层电极全部为相同电位。换言之，在第一驱动和第二驱动两者中都使用第二电极。因此，能够不产生不对称的倾斜电场，而利用边缘电场按设计的那样使液晶分子旋转，能够得到高透射率。根据上述2个优点，能够维持透射率，并且在倾斜视角也得到高对比度。
即，本发明是一种液晶驱动方法，其为使配置在上下基板上的至少两对电极产生电位差来驱动液晶的方法，其特征在于：上述液晶被夹持在该上下基板间，并具有负的介电常数各向异性，当将由分开配置在上下基板上的第一电极和第二电极构成的一对电极设为第一电极对，将由配置在上下基板中的一个基板上的该第二电极和第三电极构成的一对电极设为第二电极对时，上述液晶驱动方法依次执行使第一电极对的电极间产生电位差的第一驱动操作、和使第二电极对的电极间产生电位差的第二驱动操作。
优选在上述上下基板的液晶侧的主面分别设置的取向膜，使该液晶的液晶分子在低于阈值电压时与基板主面大致平行地取向。
上述上下基板通常相互相对地配置。另外，优选上述第一电极和第二电极分别为面状，上述第三电极具有多个开口部。在此，通常，具有多个开口部的第三电极为上层电极，面状的第二电极为下层电极。此外，只要下基板上的面状的电极和具有多个开口部的电极，任一方为第一对置电极，另一方为像素电极即可。在此，在上层的具有多个开口部的电极为像素电极的情况下，能够在上层电极的开口部(狭缝)上施加更强的纵向电场。另一方面，在下层的面状的电极为像素电极的情况下，能够对形成有上层电极的部分(上层电极的开口部以外的部分)施加更强的纵向电场。在本说明书中，所谓面状的电极，只要为至少在各像素单位中不具有开口部的形态即可，换言之，只要在各像素单位中为面形状的电极即可。在下层的面状的电极为像素电极的情况下，面状电极只要在各像素单位中不具有开口部，并且在各像素单位间形成有开口等使得能够在各像素单位施加不同的电压即可。
优选上述第三电极隔着绝缘层设置在上述面状的第二电极上。能够适当地施加纵向电场和边缘电场。另外，优选上述第三电极为在各像素单位独立的像素电极。
优选上述第一驱动操作使第一电极对的电极间具有在第二电极对间施加的电位差以上的电位差。
优选上述第二驱动操作执行以下的驱动操作：在第一电极对的电极间施加有与基板主面大致垂直的电场的状态下，在上述第二电极对间施加边缘电场。所谓大致垂直的电场，例如，优选为相对于基板主面为80°～100°的范围内的方向的电场。更优选为在本发明的技术领域中可以说与基板主面垂直的电场。
优选上述液晶的液晶分子相对于基板主面的倾斜角，在低于阈值电压时大于0°小于20°。该倾斜角是指后述的预倾角(pre-tilt angle)。
优选上述第三电极的开口部以一定的间隔设置，能够在液晶面板内施加对称的边缘电场。所谓对称，只要为由本发明的电极产生的实质上对称的边缘电场即可。
优选上述第三电极的开口部的宽度为2μm以上10μm以下。
上述第三电极优选为狭缝电极，但也可以为电极彼此电压一定的一对梳齿型电极等多个电极。多个电极可以设置在同一层，另外，只要能够发挥本发明的效果也可以设置在不同层，但是优选设置在同一层。所谓多个电极设置在同一层，是指各个电极在其液晶层侧和/或与液晶层侧相反的一侧，与相同的部件(例如绝缘层、液晶层等)接触。
上述液晶包含在低于阈值电压时在与基板主面大致平行的方向取向的液晶分子。此外，所谓在与基板主面平行的方向取向，只要在本发明的技术领域中可以说在与基板主面平行的方向取向即可，包括实质上在与基板主面平行的方向取向的形态。优选上述液晶实质上由在低于阈值电压时在与基板主面平行的方向取向的液晶分子构成。
上述阈值电压例如是指在将亮状态的透射率设定为100％时，提供5％的透射率的电压值。在上述第三电极为一对梳齿型电极的情况下，一对梳齿型电极的梳齿部分的宽度例如优选为2μm以上。另外，梳齿部分与梳齿部分之间的宽度(在本说明书中也称为间隔)例如优选为2μm～10μm。
优选上述液晶实质上由具有负的介电常数各向异性的液晶分子构成。
在本发明的液晶驱动方法中，在上下基板的液晶侧的主面分别设置有取向膜。作为该取向膜，可以列举由有机材料、无机材料形成的取向膜、由光活性材料形成的光取向膜、通过摩擦等实施了取向处理的取向膜等。此外，上述取向膜也可以为没有通过摩擦处理等实施取向处理的取向膜。通过使用光取向膜等不需要取向处理的取向膜，能够简化工序从而削减成本，并且能够提高可靠性和成品率。另外，在进行了摩擦处理的情况下，有可能发生由来自摩擦布等的杂质混入引起的液晶污染、由异物引起的点缺陷不良、因为在液晶面板内摩擦不均匀而引起的显示不均匀等，但是本发明也能够消除这些缺点。另外，优选上述上下基板在至少一个基板的与液晶层侧相反的一侧具有偏光板。
本发明的液晶显示面板具备的上下基板，通常是用于夹持液晶的一对基板，例如，通过以玻璃、树脂等的绝缘基板为母体，在绝缘基板上装入配线、电极、彩色滤光片等而形成。
此外，优选上述第二电极对中的至少一个电极为像素电极，具备上述第二电极对的基板为有源矩阵基板。另外，本发明的液晶驱动方法能够应用于透射型、反射型、半透射型的液晶显示装置。
另外，本发明还是一种使用本发明的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置。本发明的液晶驱动方法所使用的液晶显示装置，制造容易，并且能够实现高透射率化和广视野角化。本发明的液晶显示装置的液晶驱动方法的优选方式，与上述的本发明的液晶驱动方法的优选方式相同。作为液晶显示装置，特别优选应用于例如智能手机、平板终端等便携式信息终端的显示器等。
作为本发明的液晶驱动方法和液晶显示装置的构成，只要以这样的构成要素作为必须要素形成即可，不由其他的构成要素特别限定，能够适当应用在液晶驱动方法和液晶显示装置中通常使用的其他的构成。
发明效果
根据本发明的液晶驱动方法和液晶显示装置，利用第一电极对和第二电极对驱动液晶，白显示时的高透射率充分优异，并且在倾斜视角也能够得到高对比度。
附图说明
图1是使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第一驱动操作执行时的截面示意图。
图2是使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第二驱动操作执行时的截面示意图。
图3是表示使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的图像元素的平面示意图。
图4是表示液晶分子的方位角Aa和预倾角Ap的立体图。
图5是表示实施方式1的边缘电场施加前的液晶分子的取向状态的示意图。
图6是表示使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。
图7是表示使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的实测结果的图。
图8是使用实施方式2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第一驱动操作执行时的截面示意图。
图9是使用实施方式2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第二驱动操作执行时的截面示意图。
图10是表示使用实施方式2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。
图11是表示使用实施方式3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的图像元素的平面示意图。
图12是使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加前的截面示意图。
图13是使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加后的截面示意图。
图14是表示实施方式1和比较例1的对像素电极的施加电压-透射率特性的曲线图。
图15是表示比较例1的边缘电场施加前的液晶分子的取向状态的示意图。
图16是表示使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。
图17是表示使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的实测结果的图。
图18是表示实施方式1和比较例1的相对于对像素电极的施加电压(V)的透射率的曲线图。
图19是使用比较例2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加前的截面示意图。
图20是使用比较例2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加后的截面示意图。
图21是表示使用比较例2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。
图22是使用比较例3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加前的截面示意图。
图23是使用比较例3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加后的截面示意图。
图24是表示使用比较例3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。
图25是表示实施方式1、2和比较例1～3的相对于对像素电极的施加电压(V)的透射率的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
以下给出实施方式，参照附图对本发明进行更详细的说明，但是本发明并不只限定于这些实施方式。在本说明书中，所谓像素，只要没有特别明示，也可以为图像元素(子像素)。将夹持液晶层的一对基板也称为上下基板，将它们中的显示面侧的基板也称为上侧基板，将与显示面相反的一侧的基板也称为下侧基板。另外，将配置在基板上的电极中的显示面侧的电极也称为上层电极，将与显示面相反的一侧的电极也称为下层电极。
另外，本实施方式的电路基板(例如，下基板)，因为具有薄膜晶体管元件(TFT)等原因，也称为TFT基板或阵列基板。另外，将下基板也称为第一基板，将上基板也称为第二基板。上下基板通常相互相对。
此外，在各实施方式中，对于发挥同样功能的部件和部分标注相同的符号。另外，在图中，只要没有特别说明，V1～V11表示对电极施加的电压。另外，将基准电位表示为“0V”。
实施方式1
图1是使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第一驱动操作执行时的截面示意图。图2是使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第二驱动操作执行时的截面示意图。此外，这些图表示了实施方式1的液晶显示装置的结构、和对各电极的施加电压。另外，电力线(纵向电场El)表示施加电压为正极性的情况下的方向(产生的电场的方向)。
在液晶层30中，使用介电常数各向异性为负的液晶LC。即，实施方式1的液晶显示装置，具有使用作为负型液晶的液晶分子LC的平行取向型的3层电极结构(在此，位于第二层的下侧基板的上层电极17为设置有狭缝的电极(狭缝电极))。
即，实施方式1的液晶显示装置，为在下侧基板10上隔着绝缘层15设置有2层电极的结构，在上层电极17上设置有多个狭缝。下层电极13为面状电极。此外，如后所述，使下层电极13与上层电极17之间具有电位差，产生边缘电场。在此，如本申请的附图(例如，图1、图2等)所示，可以上层电极17为像素电极，下层电极13为对置电极，也可以相反，上层电极17为对置电极，下层电极13为像素电极。
在实施方式1中，除了上述的用于产生边缘电场的下侧基板10的2层电极结构以外，在对置基板20上也配置面状的对置电极23，使用介电常数各向异性为负的液晶。在实施方式1的液晶驱动方法中，利用边缘电场使平行取向的液晶的指向矢的方位变化来调节透射率，进行显示。
首先，在第一驱动操作中，如图1所示，利用由下侧基板10的下层电极(对置电极)13与上侧基板(对置基板)20的对置电极23之间的电位差V3、以及下侧基板10的上层电极17与上侧基板20的对置电极23之间的电位差V2产生的纵向电场，使液晶分子旋转。在此，纵向电场是相对于基板主面为80°～100°的范围内的方向的大致垂直的电场。此时，液晶显示装置为黑显示。下侧基板10的下层电极13与下侧基板10的上层电极17之间的电位差V3-V2小，边缘电场没有充分地产生。例如，能够使电位差V3-V2为0V～2V。
接着，在第二驱动操作中，如图2所示，使下侧基板10的上层电极17的电位从±V2变化至±V4，产生边缘电场。即，在施加有由下侧基板10的下层电极(对置电极)13与上侧基板20的对置电极23之间的电位差V3产生的纵向电场的状态下，利用由下侧基板10的上层电极17与下层电极13之间的电位差V3-V4产生的边缘电场使液晶分子LC的指向矢的方位变化，进行白显示。
在实施方式1的液晶驱动方法中，|V3|≥|V2|≥|V4|。例如，能够使|V2|＝0V～20V，|V3|＝3V～20V，|V4|＝0V～15V。
在第一驱动操作中，使下侧基板10的下层电极(对置电极)13-上侧基板20的对置电极23间具有电位差V3，产生充分大的纵向电场(施加下侧基板10的下层电极(对置电极)13-上层电极(像素电极)17间的电位差(V3-V2)以上的电位差)。在介电常数各向异性为负的液晶的情况下，指向矢朝向与电力线垂直的方向，因此，能够使液晶分子的倾斜角变小，能够使黑显示状态下从倾斜视角的漏光减少。因此，通过在利用纵向电场使倾斜角变小的状态下，产生边缘电场，使液晶分子在与基板平行的面内响应，能够改善视野角特性。
此外，实施方式1的电压-透射率特性如后述的图14的实施方式1所示。
实施方式1的液晶显示装置，通过下侧基板10、液晶层30和上侧基板20(彩色滤光片基板)从液晶显示面板的背面侧向观察面侧依次叠层而构成。面状的下层电极13(对置电极13)，如上所述，形成为在与设置有多个狭缝的上层电极17之间夹着绝缘层15。绝缘层15能够使用例如氧化膜SiO2、氮化膜SiN或丙烯酸类树脂等，另外也能够使用这些材料的组合。
虽然图1、图2中没有示出，但是，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，能够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，这些取向膜只要是使液晶分子与膜面大致平行地取向的取向膜，可以为有机取向膜或无机取向膜。
在由扫描信号线选择的时刻，通过薄膜晶体管元件(TFT)对驱动液晶的上层电极17施加从视频信号线供给的电压。上层电极17经由接触孔与从TFT延伸的漏极电极连接。此外，在图1、图2中，下层电极13和对置电极23为面状形状，对置电极23与所有的像素对应地共用连接。此外，下层电极13是在各像素单位不具有开口部的形态，可以按各像素独立或按每1行共用连接，分别按各像素或按每1行使极性反转进行驱动，也可以与所有的像素对应地共用连接。另外，在下层电极13为像素电极的情况下，下层电极13在各像素单位间形成有开口等，使得能够在各像素单位施加不同的电压。
此外，单元间隙(cell gap)(液晶层的厚度)为3.2μm，只要为2μm～7μm即可，优选在该范围内。在本说明书中，单元间隙优选为将液晶显示面板的液晶层的厚度的全部平均而算出。
图3是表示使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的图像元素的平面示意图。在实施方式1中，作为像素电极(上层电极17)，使用设置有多个狭缝的狭缝电极。S为电极间的间隔(开口部的宽度)，L为电极宽度。
在本实施方式中，上层电极的电极宽度L为3μm，优选为2μm以上。另外，优选为10μm以下。狭缝电极的电极间隔S为3μm，优选为2μm以上。另外，优选为10μm以下。另外，作为电极间隔S与电极宽度L之比(L/S)，优选为例如0.2～5。更优选的下限值为0.3，更优选的上限值为3。
图4是表示液晶分子的方位角Aa和预倾角Ap的立体图。液晶分子的方位角Aa是指作为xy平面内的角度的方位角。此外，预倾角是指低于阈值电压时的角度。倾斜角是指与图4所示的预倾角同样的角度。倾斜角与预倾角不同，并不限于低于阈值电压时的角度。在实施方式1中，预倾角为2.5°，只要大于0°且为20°以下即可。更优选为2°以上10°以下。
此外，即使想要将这样的预倾角预先设定得更小，也难以得到与本发明同等的作用效果。即，在通过摩擦对水平取向膜进行取向处理的情况下，由于制造上的问题，难以实现2°以下的预倾角。另外，一般为了实现目标的初始取向，需要某种程度的预倾角以规定液晶分子的取向方向。因此，可以认为，不施加纵向电场仅通过摩擦处理使预倾角为接近0°的状态，不能得到与本发明同等的作用效果。
另外，不施加电压时的液晶分子的方位角为7°，优选为3°以上。另外，优选为15°以下。
图5是表示实施方式1的边缘电场施加前的液晶分子的取向状态的示意图。如图5所示，在实施方式1的结构中，主体的液晶分子LC1不具有倾斜角。即，(1)由视角的方位引起的取向的不同消失，能够使视野角特性接近对称。另外，(2)液晶大致完全地平行取向，因此，能够充分地进行光学补偿，能够使黑显示的漏光特别减少。
主体的液晶分子LC1对实施方式1的纵向电场进行响应，倾斜角消失。此外，下侧基板10(也可以为上侧基板)的与液晶层的界面附近的液晶分子LC2，倾斜与预倾角相应的量。
在此，在介电常数各向异性为正的情况下，液晶会立起，因此，在本实施方式中，使用介电常数各向异性为负的液晶。
图6是表示使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。此外，图6表示预倾角为2.5°的实施方式1的液晶显示装置的结构的对比度分布。图7是表示使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的实测结果的图。在实施方式1中，在全部方位得到了高对比度。
此外，使用实施方式1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置，能够适当具备通常的液晶显示装置具备的部件(例如光源等)。在后述的实施方式中也是同样。
实施方式2
图8是使用实施方式2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第一驱动操作执行时的截面示意图。图9是使用实施方式2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的第二驱动操作执行时的截面示意图。
此外，这些图表示了实施方式2的液晶显示装置的结构、和对各电极的施加电压。电力线(纵向电场El)表示施加电压为正极性的情况下的方向。另外，在实施方式2中也使用介电常数各向异性为负的液晶。
上述的实施方式1是在将上侧基板的对置电极设为0V的状态下，对下侧基板的下层电极(对置电极)施加电压来产生纵向电场，进一步使下侧基板的上层的狭缝电极的电压变化来进行驱动的情况。在实施方式2中，在将下侧基板110的下层电极(对置电极)113设为0V的状态下，对上侧基板(对置基板)120的对置电极123施加电压±V9来产生纵向电场，进一步使下侧基板110的上层电极117(设置有多个狭缝的电极)的电压从±V10变化至±V11来进行驱动。
在实施方式2的液晶驱动方法中，|V9|≥|V11|≥|V10|。例如，能够使|V9|＝3V～20V，|V10|＝0V～10V，|V11|＝0V～15V。
将实施方式2的正面的电压-透射率特性的模拟结果示于后述的表2和图25。实施方式2的最大透射率也为与实施方式1同等的值。
在此，实施方式2的液晶材料、液晶层的厚度(3.2μm)、绝缘层的厚度(0.3μm)、电极宽度(3μm)、电极间隔(3μm)、液晶分子的预倾角(2.5°)、不施加电压时的液晶分子的方位角(7°)的条件，全部为与实施方式1、后述的比较例1-3相同的条件。另外，在各实施方式和各比较例中，在模拟中使用的设备为株式会社SHINTEC制造的“LCD-MASTER”，以上述条件进行计算。另外，用于施加纵向电场的对置电极的电压，在模拟和实测中均为V3＝V6＝V9＝7.5V。使像素电极的施加电压如使用图18或图25的横轴表示的那样变化。另外，在各实施方式和各比较例中，在上下基板中的玻璃基板的与液晶层相反的一侧分别配置的偏光板(未图示)，为直线偏光板，偏光轴为相对于液晶分子平行取向的方位(7°)在一个基板侧为平行、且在另一个基板侧为垂直的正交尼科尔配置。
图10是表示使用实施方式2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。
实施方式2也与实施方式1的情况同样地，与后述的比较例1～3相比，在全部方位得到了高对比度。得到改善的效果的原因与实施方式1的情况同样。
此外，在实施方式1和实施方式2中，对各电极施加电压的方法不同。但是，得到最大透射率时(白显示时)的电场分布，在以理想状态进行计算的模拟中，仅仅极性不同，大致相同。因此，液晶分子的取向状态也大致相同。因此，分别表示实施方式1和实施方式2的对比度分布的模拟结果的图6和图10中，结果大致相同。
此外，实施方式2的其他结构，与上述的实施方式1的结构同样。另外，实施方式2的图的其他的参照编号，除了在百位添加了1以外，与实施方式1的图中所示的参照编号相同。
实施方式3
图11是表示使用实施方式3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的图像元素的平面示意图。这样，实施方式3中，作为上层电极，代替设置有多个狭缝的电极，使用相同电位的一对梳齿型电极219。
此外，在本实施方式中，梳齿电极部分216和梳齿电极部分218形成在同一层，优选形成在同一层的方式，但是只要能够发挥本发明的效果，也可以形成在不同层。
此外，实施方式3的其他结构，与上述的实施方式1的结构同样。另外，实施方式3的图的其他的参照编号，除了在百位添加了2以外，与实施方式1的图中所示的参照编号相同。
此外，在TFT基板和对置基板中，能够通过SEM(Scanning ElectronMicroscope：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面板和液晶显示装置的电极结构等。
比较例1
图12是使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加前的截面示意图。图13是使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加后的截面示意图。这些图表示一般的FFS模式的结构、和对各电极施加的电压。此外，在比较例1中也使用介电常数各向异性为负的液晶。
在FFS模式的液晶显示装置中，为了使液晶在均匀的方向平行取向，施行了取向处理，但是，此时，液晶分子相对于基板面具有几度(例如大于0°小于20°)的预倾角。在比较例1中，由于该预倾角的原因，在黑显示状态下发生从倾斜方向的漏光，使倾斜视角的对比度降低。此外，图14是表示实施方式1和比较例1的对像素电极的施加电压-透射率特性的曲线图。图14是用于示意性地表示施加电压与透射率的关系的图，省略了实施方式1与比较例1的效果的差异。
图15是表示比较例1的边缘电场施加前的液晶分子的取向状态的示意图。图15表示一般的FFS模式的情况下的液晶分子具有倾斜角的情况。如图15所示，在比较例1的结构中，主体的液晶分子LC3也具有和下侧基板510(也可以为上侧基板)的与液晶层的界面附近的液晶分子LC相同的预倾角。即，(1)根据视角的方位的不同，取向不同，视野角特性不对称。另外，(2)液晶没有完全地平行取向，因此，光学补偿不充分。在黑显示时会发生漏光。
图16是表示使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。此外，图16表示预倾角为2.5°的FFS模式的对比度分布。图17是表示使用比较例1的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的实测结果的图。在比较例1中，没有在全部方位得到高对比度。即，上述的图6、图7、图16、图17表示实施方式1和比较例1的倾斜视角的对比度分布，模拟结果与实测的对比度分布为同样的趋势。可看出，在模拟和实测中，实施方式1与比较例1相比，均在全部方位得到了高对比度。此外，实测的对比度的绝对值比模拟结果低是因为：在实测中，由于液晶的热起伏、制作时产生的与设计的误差，在黑显示时会发生漏光，而在模拟中，忽略了液晶的热起伏、制作时产生的与设计的误差。
实施方式1与比较例1的比较
下述表1和图18是表示实施方式1和比较例1的相对于对像素电极的施加电压(V)的透射率的表和曲线图。图18表示正面的电压-透射率特性。实施方式1和比较例1中使用的液晶材料全部相同(Δε＝-5、Δn＝0.11)，介电常数各向异性为负。液晶层的厚度为3.2μm，绝缘层的厚度为0.3μm，电极宽度和电极间隔(狭缝宽度)均统一为3.2μm。另外，液晶分子的预倾角为2.5°，不施加电压时的液晶分子以方位角7°均匀地取向。透射率的模拟结果和实测值得到了相近的趋势。将最大透射率进行比较，在计算结果和实测中，实施方式1均为比比较例1高的值。
[表1]
在实施方式1中，在上下基板的对置电极基板施加有充分大的纵向电场，由此，垂直方向的取向变化被抑制，液晶分子在更加与基板平行的面内被驱动，因此，与比较例1相比，光学特性良好。
比较例2
图19是使用比较例2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加前的截面示意图。图20是使用比较例2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加后的截面示意图。
比较例2表示上述的专利文献1、和日本特开2009-229599号公报中记载的结构和驱动方法。在比较例2中，下侧基板610的下层电极(对置电极)613与上侧基板620的对置电极623为相同电位。另外，使用介电常数各向异性为负的液晶。
为了表示本发明的效果，除了一般的FFS模式以外，还进行了与这样的现有技术的结构和驱动方法的特性的比较。
此外，总结一下，实施方式1为本发明的结构和驱动方法。比较例1是在对置基板侧没有配置电极的一般的FFS模式。比较例2是结构与实施方式1相同，但是如现有技术(日本特开2000-356786号公报中记载的发明)那样，使下侧基板的对置电极和上侧基板的对置电极为相同电位(均为0V)的情况。与实施方式1的不同点是：(1)在黑显示时在基板间不存在纵向电场，(2)在白(中间灰度)显示时也在狭缝上不产生纵向电场(参照图20)。
图21是表示使用比较例2的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。在比较例2中，没有在全部方位得到高对比度。
此外，比较例1和比较例2均为没有本申请发明的使主体内倾斜角变小的效果的情况，仅为利用边缘电场使液晶分子旋转的情况的结果。因此，分别表示两者的对比度分布的模拟结果的图16和图21，乍一看为相同的结果。但是，如通过在图25或表2中比较例1和比较例2的最大透射率的值不同能够确认的那样，两者的严格的取向状态不同。即，在该情况下，虽然看起来是相同的图，但是实际上结果稍有不同。
比较例3
图22是使用比较例3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加前的截面示意图。图23是使用比较例3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的边缘电场施加后的截面示意图。
比较例3表示上述的专利文献2中记载的结构和驱动方法。在比较例3的液晶驱动方法中，|V6|≥|V8|≥|V7|。另外，使用介电常数各向异性为负的液晶。此外，在图中，电力线表示施加电压为正极性的情况下的方向。
在比较例3中，下侧基板的上层中，像素电极718和对置电极716呈梳齿状配置，在两电极间提供有电位差。与实施方式1的不同点是：在白(中间灰度)显示时，下侧基板的对置电极713-像素电极718间的电位差与对置电极713-对置电极716间的电位差不同，因此，不产生横向电场或边缘电场，而产生不对称的倾斜电场(参照图23)。
图24是表示使用比较例3的液晶驱动方法驱动的液晶显示装置的倾斜视角对比度分布的模拟结果的图。在比较例3中，也没有在全部方位得到高对比度。
实施方式1、2与比较例2、3的比较
下述表2和图25是表示实施方式1、2和比较例1～3的相对于对像素电极的施加电压(V)的透射率的模拟结果的表和曲线图。
对于实施方式1、2和比较例1～3，表示正面的电压-透射率特性的模拟结果。使用的液晶材料全部相同(Δε＝-5、Δn＝0.11)，介电常数各向异性为负。液晶层的厚度为3.2μm，绝缘层的厚度为0.3μm，电极宽度和电极间隔均统一为3.2μm。另外，液晶分子的预倾角为2.5°，不施加电压时的液晶分子以方位角7°均匀地取向。将实施方式1与比较例1～3的最大透射率进行比较，实施方式1得到了最高的值。
[表2]
比较例2、3的倾斜视角的对比度分布，分别如图21、图24所示。可看出，实施方式1(图6、图7)与比较例2、3相比，在全部方位得到了高对比度。
在比较例2的驱动方法中，与实施方式1同样在对置基板侧的对置电极-像素电极间产生了纵向电场，具有使倾斜角的倾斜变小的效果。但是，因为没有在上下基板的对置电极间产生纵向电场，所以不能使狭缝上的液晶分子的倾斜角的倾斜变小。因此，透射率和倾斜视角的对比度均看不到改善效果，为与一般的FFS模式(比较例1)同等或比其差的结果。
在比较例3中，下侧基板的上层中，像素电极和对置电极呈梳齿状配置，两电极间电位不同。因此，不在液晶面板内产生对称的电场分布，存在不产生边缘电场而产生倾斜电场的部位。由于该不对称的电场分布的原因，产生液晶分子不在与基板平行的面内被驱动的区域，透射率和倾斜视角的对比度均为比一般的FFS模式(比较例1)差的结果。
其他实施方式
作为TFT的半导体，除了a-Si(非晶硅)半导体以外，还能够优选使用例如IGZO(In-Ga-Zn-O)等氧化物半导体。通过使用氧化物半导体作为TFT元件的半导体层，与使用非晶硅的情况相比，能够使TFT元件的尺寸变小，因此，适合于高精细的液晶显示器。其中，更优选In-Ga-Zn-O类半导体(IGZO)。
此外，本实施方式的液晶显示装置，通过与上述的氧化物半导体TFT组合能够得到一定的作用效果，但是也能够使用非晶硅TFT或多晶硅TFT等公知的TFT元件进行驱动。
符号说明
10、110、210、510、610：下侧基板
11、21、111、121、211、221、511、521：玻璃基板
13、113、213、513：下层电极
15、115、215、515：绝缘层
17、117、217、517：上层电极
20、120、220、520：上侧基板(对置基板)
30、130、230、530：液晶层
216、218：梳齿电极部分
219：一对梳齿型电极
23、123、623、713、716：对置电极
718：像素电极
LC：液晶(液晶分子)

Claims (10)

1.一种液晶驱动方法，其为使配置在上下基板上的至少两对电极产生电位差来驱动液晶的方法，所述液晶驱动方法的特征在于：
该液晶被夹持在该上下基板间，并具有负的介电常数各向异性，
当将由分开配置在上下基板上的第一电极和第二电极构成的一对电极设为第一电极对，将由配置在上下基板中的一个基板上的该第二电极和第三电极构成的一对电极设为第二电极对时，该液晶驱动方法依次执行使第一电极对的电极间产生电位差的第一驱动操作、和使第二电极对的电极间产生电位差的第二驱动操作。
2.如权利要求1所述的液晶驱动方法，其特征在于：
在该上下基板的液晶侧的主面分别设置的取向膜，使该液晶的液晶分子在低于阈值电压时与基板主面大致平行地取向。
3.如权利要求1或2所述的液晶驱动方法，其特征在于：
所述第一电极和第二电极分别为面状，
所述第三电极具有多个开口部。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液晶驱动方法，其特征在于：
所述第三电极隔着绝缘层设置在所述第二电极上。
5.如权利要求1～4中任一项所述的液晶驱动方法，其特征在于：
所述第一驱动操作使第一电极对的电极间具有在第二电极对间施加的电位差以上的电位差。
6.如权利要求1～5中任一项所述的液晶驱动方法，其特征在于：
所述第二驱动操作执行以下的驱动操作：在第一电极对的电极间施加有与基板主面大致垂直的电场的状态下，在所述第二电极对间施加边缘电场。
7.如权利要求1～6中任一项所述的液晶驱动方法，其特征在于：
所述液晶的液晶分子相对于基板主面的倾斜角，在低于阈值电压时大于0°小于20°。
8.如权利要求3所述的液晶驱动方法，其特征在于：
所述第三电极的开口部以一定的间隔设置，能够在液晶面板内施加对称的边缘电场。
9.如权利要求3所述的液晶驱动方法，其特征在于：
所述第三电极的开口部的宽度为2μm以上10μm以下。
10.一种液晶显示装置，其特征在于：
使用权利要求1～9中任一项所述的液晶驱动方法驱动。
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