CN105793769A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以能够实现广视角的水平取向为前提并能够实现高速响应的新型显示模式的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置包括具有一对电极的第一基板、具有像素电极和共用电极的第二基板以及含有水平取向的液晶分子的液晶层，上述一对电极中的至少一方具有在第一方向上延伸的第一线状部，上述像素电极和上述共用电极中的至少一方具有在与上述第一方向交叉的第二方向上延伸的第二线状部，在对上述一对电极间电压施加且没有对上述像素电极与上述共用电极之间施加电压的第一显示状态下，上述液晶分子与上述第一方向垂直或平行地取向，在对上述一对电极间施加电压且对上述像素电极与上述共用电极之间施加电压的第二显示状态下，上述液晶分子向与上述第一显示状态的取向方向不同的方向取向。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置。更详细而言，涉及要求高速响应性和广视角的液晶显示装置。
背景技术
近年来，液晶显示装置的应用范围扩大，例如开始应用于飞机、汽车等用途。因此，对液晶显示装置而言，要求在多种多样的使用环境中发挥良好的显示性能。在显示性能中，例如视角特性、高速响应性是重要的。
作为能够实现广视角的技术，广泛使用FFS(边缘场开关(FringeFieldSwitching))方式。图10是现有的FFS型液晶显示装置的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。另外，图10的(b)中所示的箭头表示通过施加电压而形成的电场的朝向。以下，参照图10说明FFS方式的动作原理。如图10所示，FFS型液晶显示装置具有如下的基本结构：在一对基板111、121之间设置有含有液晶分子131的液晶层，在基板111上没有形成电极，在基板121上，依次层叠有薄膜晶体管(TFT)122、绝缘膜123、共用电极124、电介质层125和像素电极126。像素电极126经由接触孔127与TFT122电连接。
在FFS方式中，在没有施加电压的状态下液晶层中的液晶分子131水平地取向。而且，通过向设置于TFT基板的共用电极124与像素电极126之间施加电压，形成与TFT基板平行的方向的电场(在以下的说明中，称为横电场)，液晶分子131的取向方向由于该电场而旋转。在无施加电压状态下，液晶分子131的取向方向与偏振片的轴方向的角度平行或垂直，实现黑显示。当被施加电压而液晶分子131旋转时，液晶分子131的取向方向与偏振片的轴方向之间的角度改变，实现灰显示或白显示。按这样的动作原理进行显示的FFS方式由于能够维持液晶分子131与基板平行的方向不变地控制显示状态，所以具有广视角的特征。但是，在从电压施加状态切换为无施加电压状态时，就液晶分子131的取向而言，不会通过电场而强制地使取向变化，而是通过弹性能被缓和而逐渐返回原来的状态。因此，在FFS方式中，存在特别是在液晶的粘度上升的低温区域中使用时响应速度变慢的问题。
作为用于提高横电场驱动方式的液晶显示装置的响应速度的技术，在专利文献1中公开有在以相对的方式配置的一对基板分别设置一对电极，从两个基板侧向液晶层施加电压的方式。
此外，作为能够实现高速响应的技术，存在称为SFR(SuperFastResponse：超快速响应)方式的技术(例如参照专利文献2)。图11是现有的SFR型液晶显示装置的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。另外，图11中所示的箭头表示通过施加电压而形成的电场的朝向。以下，参照图11对SFR方式的动作原理进行说明。如图11所示，SFR型液晶显示装置具有如下基本结构：在一对基板211、221之间设置有含有液晶分子231的液晶层，在基板211上层叠有第一电极214，且在基板221上依次层叠有TFT222、绝缘膜223、第二电极224、电介质层225和一对驱动电极226、228。一对驱动电极226、228分别经由接触孔227与TFT222电连接。
在SFR方式中，使用介电常数各向异性(Δε)为正的液晶分子，液晶层中的液晶分子因垂直取向膜而垂直地初始取向。此外，向对置基板与TFT基板之间总施加电场，通过与该液晶层垂直的方向的电场(在以下的说明中，称为纵电场)，也将液晶分子的取向限制为与对置基板和TFT基板垂直的方向。在该状态下实现黑显示。而且，通过向TFT基板的电极间施加电压，而对液晶层施加水平方向的电场。纵电场和横电场的合成电场为强力的电场，液晶分子为了与该强力的电场平行地取向而高速地响应。在这样的SFR方式中，通过在实现黑、灰、白的任一状态时也总施加电场，使电场的方向发生变化，从而使得显示状态变化。其结果是，无论为何种灰度等级间的响应均能够实现高速响应。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-66645号公报
专利文献2：国际公开第2012/128061号
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1中记载的方式并不是着眼于从电压施加状态切换为无施加电压状态时的液晶分子的取向的变化。因此，就液晶分子的取向而言，并不是通过电场强制地使取向变化，而是与普通的现有的FFS方式同样地，通过弹性能被缓和而逐渐返回原来的状态。因此，不能够充分地解决在液晶的粘度上升的低温区域中使用时响应速度变慢的问题。
此外，SFR方式虽然在低温也能够实现超高速响应，但是由于以垂直取向为前提，所以在视角特性方面与FFS方式等的水平取向模式相比存在劣化的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种以能够实现广视角的水平取向为前提并能够实现高速响应的新型显示模式的液晶显示装置。
用于解决问题的方式
本发明的发明人对以水平取向为前提并且实现高速响应的方法进行了各种研究，结果发现：在夹着液晶层相对的一对基板分别设置一对电极，通过使由该两组的一对电极形成的横电场的朝向不同，不仅在从白显示向黑显示切换时而且在从黑显示向白显示切换时也能够利用横电场进行液晶分子的取向控制。如以上那样，本发明的发明人想到能够很好地解决上述问题的方法，完成了本发明。
即，本发明的一个方式也可以为一种液晶显示装置(以下，还称为第一液晶显示装置)，其包括：具有一对电极的第一基板；具有开关元件、共用电极和与上述开关元件电连接的像素电极的第二基板；和液晶层，其配置在上述第一基板与上述第二基板之间，含有与上述第一基板和上述第二基板平行地取向的液晶分子，上述液晶显示装置的特征在于：上述一对电极中的至少一个电极具有在第一方向上延伸的第一线状部，上述像素电极和上述共用电极中的至少一方具有在与上述第一方向交叉的第二方向上延伸的第二线状部，在对上述一对电极之间施加电压且没有对上述像素电极与上述共用电极之间施加电压的第一显示状态下，上述液晶分子与上述第一方向垂直或平行地取向，在对上述一对电极间施加电压且对上述像素电极与上述共用电极之间施加电压的第二显示状态下，上述液晶分子向与上述第一显示状态的取向方向不同的方向取向。
此外，本发明的另一方式也可以为一种液晶显示装置(以下，还称为第二液晶显示装置)，其包括：具有一对电极的第一基板；具有开关元件、共用电极和与上述开关元件电连接的像素电极的第二基板；和液晶层，其配置在上述第一基板与上述第二基板之间，含有与上述第一基板和上述第二基板平行地取向的液晶分子，上述液晶显示装置的特征在于：由上述一对电极形成的第一电场与由上述像素电极和上述共用电极形成的第二电场，投影至与上述第一基板和上述第二基板平行的平行面时的电场方向不同，通过使上述第一电场的强度为一定并使上述第二电场的强度变化，从而使投影至上述平行面时的上述液晶分子的取向方向旋转，进行显示光的调制。
另外，上述的本发明的一个方式与本发明的另一方式并不处于彼此相反的关系，上述第一液晶显示装置与上述第二液晶显示装置也可以指同一的液晶显示装置。
发明的效果
根据第一和第二液晶显示装置，能够实现作为水平取向模式的优点的广视角并且实现高速响应。
附图说明
图1是实施方式1的液晶显示装置的立体示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图2是实施方式1的液晶显示装置的平面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图3是沿图2中的A-B线的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图4是沿图2中的C-D线的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图5是实施方式2的液晶显示装置的平面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图6是实施方式3的液晶显示装置的立体示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图7是实施方式4的液晶显示装置的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图8是实施方式5的液晶显示装置的立体示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图9是实施例1的液晶显示装置的平面示意图。
图10是现有的FFS型液晶显示装置的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
图11是现有的SFR型液晶显示装置的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，各实施方式的结构在不脱离本发明的主旨的范围内既可以适当地组合也可以变更。
[实施方式1]
实施方式1的液晶显示装置在液晶的取向控制方法方面与现有的液晶显示装置不同。因此，在以下的说明中，以与其显示原理相关的内容为主进行说明，对与现有的普通的横电场方式的液晶显示装置共通的结构(例如背光源单元)，适当地省略说明。
(1)液晶显示装置的结构的概要
首先，参照图1～图4，对实施方式1的液晶显示装置的结构的概要进行说明。图1是实施方式1的液晶显示装置的立体示意图。图2是实施方式1的液晶显示装置的平面示意图。图3是沿图2中的A-B线的截面示意图。图4是沿图2中的C-D线的截面示意图。图1～图4的(a)均表示黑显示状态，图1～图4的(b)均表示白显示状态。黑显示状态是没有对TFT基板侧的一对电极施加电压的状态，白显示状态是对TFT基板侧的一对电极施加电压的状态。黑显示状态、白显示状态均对对置基板侧的一对电极施加电压，形成与对置基板平行的电场。另外，各图中所示的箭头表示通过电压施加形成的电场的朝向。此外，在○中记载×的标记(参照图3的(a)、(b)和图4的(b))表示电场的朝向相对于纸面为垂直方向的情况。
实施方式1的液晶显示装置1包括在对置基板(第一基板)10I与具备作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)22的TFT基板(第二基板)20F之间包含具有负的介电常数各向异性(Δε)的液晶分子31的液晶层30。对置基板10I位于前面侧(显示面侧)，TFT基板20F位于背面侧。液晶分子31的初始取向设定为与对置基板10I和TFT基板20F平行的方向。
对置基板10I在基板11的液晶层30侧具有IPS(面内开关(In-plane-Switching))型电极结构，具体而言，设置有彼此的梳齿相互嵌合的一对梳齿电极。在以下的说明中，将一对梳齿电极的一个电极称为第一对置电极14I，将另一个电极称为第二对置电极16I。第一和第二对置电极14I、16I具有多个平行的梳齿状部分(第一线状部)，彼此的梳齿状部分设置一定间隔(空白)地交替配置。通过对第一和第二对置电极14I、16I之间施加电压，在空白附近的液晶层30相对于对置基板10I产生水平的电场(横电场)。
在设置于对置基板10I的IPS型电极结构中，构成梳齿状部分的每一个梳齿的宽度(电极宽度)14W和16W优选为3μm以上10μm以下，例如设置为4μm。此外，相对的梳齿(第一对置电极14I的梳齿与第二对置电极16I的梳齿)的间隔(电极间隙)SW1优选为5μm以上40μm以下，例如设定为20μm。
TFT基板20F具有FFS(边缘场开关)型电极结构，具体而言，设置有平面状电极与形成有电极狭缝的电极的组合。在以下的说明中，将上述的平面状电极称为共用电极24F，将上述的形成有电极狭缝的电极称为像素电极26F。像素电极26F形成有多个平行的电极狭缝(没有形成电极的部分)26S，具有电极狭缝26S间的线状部(第二线状部)26L以一定的间隔配置的结构。
在设置于TFT基板20F的FFS型电极结构中，每一个线状部26L的宽度(电极宽度)26W优选为2μm以上10μm以下，例如设定为4μm。此外，电极狭缝26S的宽度(电极间隙)SW2优选为3μm以上8μm以下，例如设定为4μm。
在第一和第二对置电极14I、16I设置的梳齿状部分的延伸方向(第一方向)与在像素电极26F设置的线状部26L的延伸方向(第二方向)既不平行也不垂直，而是设定为超过0°不到90°的范围内的规定的角度θ。优选角度θ的范围为60°以上85°以下，例如设定为75°。
像素电极26F经接触孔(通孔)27与配置在下层(基板21侧)的TFT22的漏极电极电连接。在像素电极26F的下层，隔着电介质层(绝缘膜)25配置有共用电极24F。共用电极24F除了接触孔27形成用的开口部分以外，隔着绝缘膜23配置在基板21上的整个面。通过对像素电极26F与共用电极24F之间施加电压，在电极狭缝26S附近的液晶层30，产生与TFT基板20F实质上平行的电场(横电场或斜电场)。
在对置基板10I和TFT基板20F的液晶层30侧的最表面，以至少覆盖整个显示区域的方式配置有水平取向膜(省略图示)。水平取向膜为使液晶层30中的液晶分子31与其表面实质上平行(水平)地取向的部件即可。液晶分子31的预倾角能够获得所期望的视角特性的范围即可，优选靠近0°。作为水平取向膜的材料，优选通过光(包含紫外线)的照射显现取向特性的光取向膜。根据不同的光取向膜，还能够使预倾角不到1°。此外，也可以使用通过摩擦处理来显现取向特性的普通的取向膜。这样的普通的取向膜也能够使预倾角为1°～2°左右。
液晶层30是含有具有负的介电常数各向异性(Δε)的液晶分子31的液晶层。如果使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子，则在白显示状态下，由于在设置于对置基板10I的电极14I、16I与设置于TFT基板20F的电极24F、26F之间产生的电场的影响，存在液晶分子不按意图地垂直取向，引起取向紊乱的可能性。通过使用具有负的介电常数各向异性的液晶分子31，能够可靠地防止上述那样的取向紊乱。关于这一点，在对液晶显示装置1的驱动方法进行说明时，再详细说明。
液晶层30的厚度优选为2μm以上5μm以下，例如设定为3μm。
在对置基板10I的前面侧和TFT基板20F的背面侧分别配置有偏振片60、61。偏振片60、61彼此的吸收轴设定为正交尼克尔的关系，一个偏振片60或61的吸收轴为与设置在第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分平行的关系(与上述第一方向平行)，另一个偏振片61或60的吸收轴为与第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分垂直的关系(与上述第一方向垂直)。
在对置基板10I与偏振片60之间、TFT基板20F与偏振片61之间，也可以配置有光学补偿膜。从最佳化初始取向状态的光学补偿的观点出发，光学补偿膜的轴方向优选为与设置在第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分平行的关系(与上述第一方向平行)。
(2)液晶显示装置的驱动方法
在液晶显示装置的电源为断开的状态，即对置基板10I的第一对置电极14I和第二对置电极16I以及TFT基板20F的像素电极26F和共用电极24F均没有被施加电压的状态下，液晶分子31与对置基板10I和TFT基板20F平行地取向。此时，液晶分子31通过水平取向膜被限制为与在第一和第二对置电极14I、16I设置的梳齿状部分平行的关系(与上述第一方向平行)或垂直的关系(与上述第一方向垂直)。
在液晶显示装置的电源为导通的状态，不依赖于显示状态地对设置在对置基板10I的第一与第二对置电极14I、16I之间一直施加交流电压。因此，对第一与第二对置电极14I、16I施加的电压不需要通过驱动器进行控制，能够利用外部电源而成为高的电压。考虑到防止设置在对置基板10I的第一与第二对置电极14I、16I间的短路等，优选电极间隙SW1尽量设定得宽，但是如果使电极间隙SW1过宽，则施加至液晶层30的电场变小，存在不能恰当地控制液晶分子31的取向的问题。从同时实现使电极间隙SW1宽和取向控制的观点出发，优选对第一和第二对置电极14I、16I施加的电压为10V以上100V以下，例如设定为40V。
图1～4的(a)表示初始取向状态(第一显示状态)。在该初始取向状态，对第一和第二对置电极14I、16I之间施加电压，没有对像素电极26F与共用电极24F之间施加电压。施加于第一与第二对置电极14I、16I之间的电场使具有负的介电常数各向异性的液晶分子31与电场垂直地取向。液晶分子31的长轴因水平取向膜的作用而朝向与第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分平行的方向(与上述第一方向平行的方向)，但是在初始取向状态(第一显示状态)下，因施加于第一与第二对置电极14I、16I之间的电场而更牢固地朝向该方向。即，第一和第二对置电极14I、16I具有将液晶分子31强制为水平取向膜所实现的取向状态的功能。在初始取向状态下，液晶分子31与一个偏振片的吸收轴60或61平行地取向，因此进行黑显示。如以上说明的那样，使水平取向膜所实现的取向方向与施加于第一和第二对置电极14I、16I之间的电场所实现的取向方向一致。
通过经由TFT基板20F的TFT22对像素电极26F施加电压来进行向灰显示或黑显示(第二显示状态)的切换。此时，第一和第二对置电极14I、16I之间的电压施加继续进行。图1～4的(b)表示对第一与第二对置电极14I、16I之间施加电压且对像素电极26F与共用电极24F之间施加电压的状态。在初始取向状态下，液晶分子31向与来自对置基板10I的初始的电场(第一电场)垂直的方向取向，但是通过施加来自TFT基板20F的驱动用的电场(第二电场)，向与驱动用的电场垂直的方向(与上述第二方向平行的方向)旋转。即，第一电场与第二电场在投影于与对置基板10I和TFT基板20F平行的平行面时的电场方向不同，所以在使第一电场的强度为一定且使第二电场的强度发生变化时，投影于上述平行面时的液晶分子31的取向方向会旋转。因此，旋转后的液晶分子31的取向与设定为正交尼克尔的关系的一对偏振片60、61的任一偏振片的吸收轴均不平行，其结果是，透射液晶层30的光(显示光)在第一显示状态与第二显示状态之间被调制。由此进行灰显示或白显示。
另外，液晶分子31的旋转角根据如下条件决定：(1)设置在第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分与设置在像素电极26F的线状部26L的角度θ，(2)第一与第二对置电极14I、16I之间的电压，(3)像素电极26F与共用电极24F之间的电压，(4)第一和第二对置电极14I、16I的电极宽度14W和16W、电极间隙SW1，(5)像素电极26F的电极宽度26W、电极间隙SW2，(6)液晶分子31的介电常数各向异性的值，(7)液晶层30的厚度等。白显示中的对像素电极26F与共用电极24F之间施加的电压优选为5V以上7V以下，例如设定为6.5V。施加电压依赖于使用的驱动器的额定电压，基本上也可以采用尽量高的电压。
由于上述的驱动方法采用水平取向，所以能够达到广视角。此外，根据上述的驱动方法，在从黑显示向灰显示或白显示的切换和从灰显示或白显示向黑显示的切换双方，电场引起的强制的取向限制力发挥作用，因此能够实现高速响应。即，在黑显示中，由来自对置基板10I的电场强制地限制液晶分子31的取向方向，在灰显示或白显示中也为如下情形：总被施加来自对置基板10I的电场或者来自TFT基板20F的电场的合成电场，对液晶分子31的取向进行限制。因此，液晶分子31的取向总是被电场强制地限制。此外，因为能够利用外部电源对对置基板10I侧的电极14I、16I施加高的电压，因此能够增强其限制力，进一步提高响应速度。另外，在使对对置基板10I侧的电极14I、16I施加的电压过大的情况下，对液晶分子31的限制力变得过强，担心对TFT基板20F侧的电极24F、26F施加电压时的液晶分子31的响应性降低。另一方面，从防止短路的观点出发，优选电极14I、16I彼此尽量分离地配置。在此，只要将电极间隙SW1确保为20μm左右的宽的间隙，将对电极14I、16I施加的电压设定为40V的高的电压，就能够确保恰当的限制力并且充分地防止短路。此外，因为使对对置基板10I侧的电极14I、16I施加的电压大，所以优选对置基板10I侧的电极间隙SW1比TFT基板20F侧的电极24F、26F的间隔大。
另外，虽然在图4的(b)中未图示，但是在对置基板10I侧的电极14I、16I与TFT基板20F侧的电极24F、26F之间也产生电场。但是，在本实施方式中，因为使用具有负的介电常数各向异性的液晶分子31，所以与两个基板10I、20F垂直的电场以与液晶分子31的长度方向垂直的方式被施加，因此对液晶分子31的取向的影响小。即，只要使用具有负的介电常数各向异性的液晶分子31，就能够将液晶分子31稳定地维持在水平取向。因此，能够防止取向紊乱且实现广视角。
此外，只要将偏振片60、61彼此的吸收轴设定为平行尼科尔的关系，令一个偏振片的吸收轴60或61为与设置在第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分平行的关系，也能够使初始取向状态为白显示。
[实施方式2]
实施方式2的液晶显示装置除了使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子取代使用具有负的介电常数各向异性的液晶分子以外，具有与实施方式1的液晶显示装置同样的结构。
虽然认为在如上述那样使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子时容易产生取向紊乱，但是液晶分子的种类丰富，具有能够选择与所期望的条件相应的液晶分子的优点。因此，能够使用低温时的粘度高那样的温度特性优异的液晶分子或介电常数各向异性大的液晶分子。例如具有负的介电常数各向异性的液晶分子为|Δε|＝5左右，而具有正的介电常数各向异性的液晶分子存在|Δε|＝20左右的情况。此处，在介电常数各向异性为负的情况下，介电常数各向异性的绝对值优选为3～7，例如采用4左右。在介电常数各向异性为正的情况下，介电常数各向异性的绝对值优选为5～20左右，例如采用7左右。当仅考虑使驱动电压尽量低时，介电常数各向异性的绝对值优选为大的值，但是在该绝对值过大的情况下，一般而言液晶材料的可靠性降低。
图5是实施方式2的液晶显示装置的平面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。图5所示的具有正的介电常数各向异性的液晶分子32的取向与图2(实施方式1)所示的具有负的介电常数各向异性的液晶分子31的取向相比电场的形成条件相同，介电常数各向异性不同，因此进行90°旋转。即，在初始的白显示(第一显示状态)中，向与第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分垂直的方向(与上述第一方向垂直的方向)取向，在灰显示或黑显示(第二显示状态)中，向与驱动用的电场平行的方向(相对于上述第二方向垂直的方向)旋转。根据这样的实施方式2的液晶显示装置2，也能够实现作为水平取向模式的优点的广视角并且实现高速响应。
另外，影响液晶分子31的取向限制的要素中，除上述(6)液晶分子32的介电常数各向异性的值以外，上述(1)设置在第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分与设置在像素电极26F的线状部26L的角度、上述(2)第一与第二对置电极14I、16I之间的电压、上述(3)像素电极26F与共用电极24F之间的电压、上述(4)第一和第二对置电极14I、16I的电极宽度、它们的配置间隔、上述(5)像素电极26F的电极宽度26W、电极间隙SW2、上述(7)液晶层30的厚度等与实施方式1相同即可。此处，在介电常数各向异性的值为正的情况下，能够使用的液晶分子31的选择面宽。因此，能够使电极间隙SW1、SW2、液晶层30的厚度更宽。
[实施方式3]
实施方式3的液晶显示装置除了将TFT基板的电极结构从FFS型电极结构变更为IPS型电极结构以外，具有与实施方式1的液晶显示装置相同的结构。通过使TFT基板为IPS型电极结构，能够减少构成TFT基板的层的数量，能够削减层的成膜和图案化所需的工时数。
图6是实施方式3的液晶显示装置的立体示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。另外，在图6中，在TFT基板20I省略TFT等的图示。如图6所示，在实施方式3的液晶显示装置中，对置基板10I和TFT基板20I双方具有IPS型电极结构。根据这样的实施方式3的液晶显示装置3，也能够实现作为水平取向模式的优点的广视角并且实现高速响应。
另外，影响液晶分子31的取向限制的要素中，上述(2)第一与第二对置电极14I、16I之间的电压、上述(3)像素电极26I与共用电极24I之间的电压、上述(4)第一和第二对置电极14I、16I的电极宽度14W和16W、电极间隙SW1、上述(6)液晶分子31的介电常数各向异性的值、上述(7)液晶层30的厚度等与实施方式1相同即可。
在对置基板10I上采用IPS型电极结构的情况下，与FFS型电极结构相比容易发生电极间的短路不良。但另一方面，因为能够从独立电源对对置基板10I施加电压，所以能够施加比较高的电压。因此，优选第一和第二对置电极14I、16I的电极宽度14W和16W为3μm以上10μm以下，最优选为4μm。第一与第二对置电极14I、16I的电极间隙SW1优选为5μm以上40μm以下，最优选为20μm。
设置在第一和第二对置电极14I、16I的梳齿状部分与设置在像素电极26I和共用电极24I的梳齿状部分所成的角度设定为超过0°、不到90°的范围内的规定的角度。优选角度的范围为60°以上85°以下，例如设定为75°。
在设置在TFT基板20I的像素电极26I和共用电极24I的IPS型电极结构中，构成梳齿状部分的每一个梳齿的宽度(电极宽度)24W和26W优选为3μm以上5μm以下，例如设定为4μm。此外，相对的梳齿(像素电极26I的梳齿与共用电极24I的梳齿)的间隔(电极间隙)SW3优选为5μm以上15μm以下，例如设定为8μm。
此外，对于本实施方式的结构，也可以进行使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子来代替具有负的介电常数各向异性的液晶分子31的变更。
[实施方式4]
实施方式4的液晶显示装置除了将对置基板的电极结构从IPS型电极结构变更为FFS型电极结构以外，具有与实施方式1的液晶显示装置相同的结构。通过将对置基板采用FFS型电极结构，能够降低在设置在对置基板的一对电极间发生短路的可能性。此外，通过设置平面状电极，能够防止来自显示装置外部的静电的影响。
图7是实施方式4的液晶显示装置的截面示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。如图7所示，在实施方式4的液晶显示装置4中，不仅在TFT基板20F，而且在对置基板10F也设置有FFS型电极结构。具体而言，在对置基板10F，平面状的第一对置电极14F、形成有多个平行的电极狭缝(电极的非形成部分)的第二对置电极16F隔着电介质层15层叠。根据这样的实施方式4的液晶显示装置4也能够实现作为水平取向模式的优点的广视角且实现高速响应。
另外，影响液晶分子31的取向限制的要素中，上述(2)第一与第二对置电极14F、16F之间的电压、上述(3)像素电极26F与共用电极24F之间的电压、上述(5)像素电极26F的电极宽度、电极间隙、上述(6)液晶分子31的介电常数各向异性的值、上述(7)液晶层30的厚度等与实施方式1相同即可。不过，因为对置基板10F上的电极结构为FFS型，所以第二对置电极16F的电极间隙SW4能够为5μm左右的窄的间隙。此外，电极16F的电极宽度16W优选为3～7μm左右。
设置在第一或第二对置电极14F或16F的线状部与设置在像素电极26F的线状部26L所成的角度设定为超过0°不到90°的范围内的规定的角度。优选的角度的范围为60°以上85°以下，例如设定为75°。
在第一和第二对置电极14F、16F的FFS型电极结构中，电极16F的电极宽度16W优选为3μm以上7μm以下，例如设定为5μm。此外，电极16F的电极间隙SW4优选为3μm以上7μm以下，例如设定为5μm。
此外，对于本实施方式的结构，也可以进行使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子来代替具有负的介电常数各向异性的液晶分子31的变更。
[实施方式5]
实施方式5的液晶显示装置除了将对置基板的电极结构从IPS型电极结构变更为FFS型电极结构，将TFT基板的电极结构从FFS型电极结构变更为IPS型电极结构以外，具有与实施方式1的液晶显示装置相同的结构。
图8是实施方式5的液晶显示装置的立体示意图，(a)表示黑显示状态，(b)表示白显示状态。另外，在图8中，在TFT基板20I省略TFT等的图示。如图8所示，在实施方式5的液晶显示装置5中，对置基板10F具有FFS型电极结构，TFT基板20I具有IPS型电极结构。根据这样的实施方式5的液晶显示装置5，也能够实现作为水平取向模式的优点的广视角并且实现高速响应。
另外，影响液晶分子31的取向限制的要素中，上述(2)第一与第二对置电极14F、16F之间的电压、上述(3)像素电极26I与共用电极24I之间的电压、上述(6)液晶分子31的介电常数各向异性的值、上述(7)液晶层30的厚度等与实施方式1。此外，对于本实施方式的结构，也可以进行使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子来代替具有负的介电常数各向异性的液晶分子31的变更。
设置在第一或第二对置电极14F或16F的线状部与设置在像素电极26I和共用电极24I的梳齿状部分所成的角度设定为超过0°不到90°的范围内的规定的角度。优选的角度的范围为60°以上85°以下，例如设定为75°。
在第一和第二对置电极14F、16F的FFS型电极结构中，电极16F的电极宽度16W优选为3μm以上7μm以下，例如设定为5μm。此外，电极16F的电极间隙SW4优选为3μm以上7μm以下，例如设定为5μm。
在像素电极26I和共用电极24I的IPS型电极结构中，构成梳齿状部分的每一个梳齿的宽度(电极宽度)24W和26W优选为3μm以上5μm以下，例如设定为4μm。此外，相对的梳齿(像素电极26I的梳齿与共用电极24I的梳齿)的间隔(电极间隙)SW3优选为5μm以上10μm以下，例如设定为8μm。
此外，对于本实施方式的结构，也可以进行使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子来代替具有负的介电常数各向异性的液晶分子31的变更。
(实施例1)
参照图9说明基于实施方式1的结构制作的液晶显示装置。图9是实施例1的液晶显示装置的平面示意图。在图9中，放大地图示在中央弯曲的V字状的两个像素和其周围的像素的仅一部分，在实施例1的液晶显示装置中，图9所示的形状的像素在其整个显示区域周期性地大量排列。图9中的一个像素与红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的像素的任一个像素对应。
实施例1的液晶显示装置利用以下的方法制造。另外，对于TFT基板和对置基板以外的构成要素，使用现有公知的结构，因此在以下的说明中省略。
(TFT基板的制造方法)
首先，形成扫描线41(TFT22的栅极电极)后，依次形成由氮化硅(SiN)构成的层间绝缘膜、由非晶硅(a-Si)构成的半导体层。半导体层也可以形成为含有铟-镓-锌-氧(In-Ga-Zn-O)类酸化物半导体的层。接着，通过导电膜的图案化而同时形成信号线42、TFT的源极电极和漏极电极。之后，按几微米的厚度形成有机绝缘膜。在其上形成透明的共用电极。此处，以能够进行TFT22的漏极电极与像素电极26F的电连接的方式使共用电极图案化，形成开口部。进一步，在形成由SiN构成的电介质层后，形成与TFT22的漏极电极的接続用的接触孔27。之后，形成用于经由接触孔27供给来自TFT22的漏极电极的电信号的像素电极26F。像素电极26F在像素内弯曲而实现视角特性的提高。这些结构基本上与现有的FFS型液晶显示装置的结构相同。
(对置基板的制造方法)
呈梳齿状形成第一和第二对置电极14I、16I。第一和第二对置电极14I、16I在同一层以相对于液晶层仅隔着水平取向膜相接的方式形成。此外，为了使在第一和第二对置电极14I、16I间形成的电场更接近水平，电极14I、16I间的距离加宽至20μm以上。在本实施方式中，如后所述，利用外部电源向第一与第二对置电极14I、16I之间施加40V～50V的高的交流电压(AC电压)，因此能够确保电极14I、16I间的距离宽。此处，作为交流电压，并不一定频繁地改变其施加电压和/或频率，能够施加固定的波形的电压。因此，不需要使用通过半导体工艺制作的特殊的驱动器，例如能够使用线圈进行电压变换，施加高的交流电压。不过，在电压过高的情况下，存在放电和发生绝缘破坏的可能性，因此期望设定在100V以下。此处施加40～50V左右的固定电压。
(液晶显示装置的驱动方法)
第一和第二对置电极14I、16I的低电位侧的电极的电位与设置在TFT基板的共用电极的电位基本相同。另外，两者也可以为不同的电位。利用外部电源对第一与第二对置电极14I、16I之间施加40V～50V的交流电压。对像素电极26F施加最大6V(白显示状态下的电压值)的交流电压。
在本实施方式中，使设置在对置基板的第一和第二对置电极14I、16I的驱动频率与设置在TFT基板的像素电极26F和共用电极的驱动频率大不相同。一般来说TFT基板侧的驱动频率为60Hz～120Hz。与此相对，令对置基板侧的驱动频率为10Hz左右或300Hz。在为10Hz的情况下，消耗电力虽然小，但是观察到了闪烁。在为300Hz的情况下，虽然看不见闪烁，但是消耗电力不大。如以上说明的那样，在使对置基板侧的驱动频率与TFT基板侧的驱动频率不同的情况下，并不一定使向对置基板侧施加电压的时序与向TFT基板侧施加电压的时序一致，在使对置基板侧的驱动频率与TFT基板侧的驱动频率一致的情况下，向对置基板侧施加电压的时序和向TFT基板侧施加电压的时序变得重要。在使时序一致的情况下，在向TFT基板侧施加正极性的电压时，在对置电极侧也施加正极性的电压，在向TFT基板侧施加负极性的电压时，在对置电极侧也施加负极性的电压。在这种情况下，在TFT基板侧进行横线反转驱动，此外，对置基板侧的电极与TFT基板侧的像素电极26F一致地采用按电极的宽度形成为长方形的电极。在IPS结构或FFS结构中，在该长方形的电极还设置上述的宽度几微米左右的电极图案。之后，与TFT基板侧的扫描一致地在对置基板侧也进行扫描，并施加规定的极性的电压。具体而言，在从上向下地进行扫描的情况下，在奇数帧依次施加正极性的电压，在偶数帧依次施加负极性的电压。
[附记]
以下列举上述第一液晶显示装置的优选方式。各方式在不脱离本发明的主旨的范围内也可以进行适当的组合。此外，各方式也可以应用于上述第二液晶显示装置。
在对上述一对电极、上述像素电极和上述共用电极的任一电极均没有施加电压的无施加电压状态下，上述液晶分子与上述第一基板和上述第二基板平行且与上述第一方向垂直或平行地取向，上述液晶分子的取向方向优选在上述无施加电压状态与上述第一显示状态之间相同。在这种情况下，对上述一对电极间施加的电压增强上述无施加电压状态的取向，因此能够有效地发挥本发明的显示模式的特长。为了限制上述无施加电压状态的取向，优选在上述第一基板和/或上述第二基板的液晶层侧的表面设置有水平取向膜。
上述第一线状部与上述第二线状部所成的角度优选为60°以上85°以下。在令上述角度为90°的情况下，与液晶分子垂直施加来自TFT基板的电场，因此液晶分子的旋转方向不定，存在发生取向不良的问题。另一方面，在使上述角度小的情况下，在从上述第一显示状态成为上述第二显示状态时，不能使液晶分子的旋转角度大。因此，通过如上述那样为60°以上85°以下，能够获得良好的取向。从使响应性和显示亮度最佳化的观点出发，优选上述角度为70°以上85°以下，最优选为75°。
也可以为如下方式：上述第一液晶显示装置还具有隔着上述第一基板和上述第二基板彼此相对的第一和第二偏振元件，上述第一偏振元件在与上述第一方向垂直或平行的方向上具有吸收轴，且上述第二偏振元件在与上述第一偏振元件的吸收轴垂直的方向上具有吸收轴。这样，通过使第一或第二偏振元件的吸收轴的方向与设置在第一基板的一对电极的第一线状部的延伸方向一致，能够将第一显示状态恰当地利用于黑显示。在这种情况下，优选上述第一显示状态为黑显示，上述第二显示状态为白显示。
也可以为如下方式：上述液晶分子是具有负的介电常数各向异性的液晶分子，在上述第一显示状态下与上述第一方向平行地取向，且在上述第二显示状态下向与上述第一显示状态的取向方向不同的方向取向。通过使用具有负的介电常数各向异性的液晶分子，能够可靠地防止由于在设置在对置基板的电极与设置在TFT基板的电极之间产生的电场的影响而使液晶分子不按意图地垂直取向从而引起取向紊乱。此外，因为能够获得稳定的取向，所以能够提高白显示状态的透射率(明亮度)。
此外，也可以为如下方式：上述液晶分子为具有正的介电常数各向异性的液晶分子，在上述第一显示状态下与上述第一方向垂直地取向，且在上述第二显示状态下向与上述第一显示状态的取向方向不同的方向取向。虽然认为当使用具有正的介电常数各向异性的液晶分子时容易产生取向紊乱，但是液晶分子的种类丰富，具有能够选择与所期望的条件相应的液晶分子的优点。因此，能够使用低温时的粘度高那样的温度特性优异的液晶分子或介电常数各向异性大的液晶分子。
设置在上述第一基板的一对电极和设置在上述第二基板的像素电极与共用电极的组合均既可以为IPS型电极结构也可以为FFS型电极结构。如果为IPS型电极结构，则能够减少构成第一基板和/或第二基板的层的数量，能够削减层的成膜和图案化所需的工时数。另一方面，如果为FFS型电极结构，则能够降低在电极间发生短路的可能性，能够利用平面状电极防止来自显示装置外部的静电的影响。
即，上述一对电极也可以为彼此的梳齿相互嵌合的一对梳齿电极(IPS型电极结构)。此时，在第二基板，上述像素电极与上述共用电极的组合既可以为平面状电极与形成有电极狭缝的电极的组合(FFS型电极结构)，也可以为彼此的梳齿相互嵌合的一对梳齿电极(IPS型电极结构)。
此外，上述一对电极也可以为平面状电极与形成有电极狭缝的电极的组合(FFS型电极结构)。此时，在第二基板，上述像素电极与上述共用电极的组合既可以为平面状电极与形成有电极狭缝的电极的组合(FFS型电极结构)，也可以为彼此的梳齿相互嵌合的一对梳齿电极(IPS型电极结构)。
以下，列举上述第二液晶显示装置的优选方式的例子。各方式也可以应用于上述第一液晶显示装置。
上述第一电场的频率与上述第二电场的频率也可以不同。在这种情况下，并不需要使向第一基板(对置基板)侧施加电压的时序与向第二基板(TFT基板)侧施加电压的时序一致。此外，优选上述第一电场的频率比上述第二电场的频率高。由此，能够防止闪烁的产生。
附图标记的说明
1、2、3、4、5：液晶显示装置
10F、10I：对置基板
11、21、111、121、211、221：基板
14F、14I：第一对置电极
14W：第一对置电极的电极宽度
15：电介质层
16F、16I：第二对置电极
16W：第二对置电极的电极宽度
20F、20I：TFT基板
22、122、222：薄膜晶体管
23、123、223：绝缘膜
24F、24I、124：共用电极
25、125、225：电介质层
26F、26I、126：像素电极
26L：线状部
26S：电极狭缝
26W：像素电极的电极宽度
27、127、227：接触孔
30：液晶层
31：具有负的介电常数各向异性的液晶分子
32：具有正的介电常数各向异性的液晶分子
41：扫描线
42：信号线
60、61：偏振片
131、231：液晶分子
214：第一电极
224：第二电极
226，228：驱动电极
SW1、SW2、SW3、SW4：电极间隙。

Claims (16)

1.一种液晶显示装置，其包括：
具有一对电极的第一基板；
具有开关元件、共用电极和与所述开关元件电连接的像素电极的第二基板；和
液晶层，其配置在所述第一基板与所述第二基板之间，含有与所述第一基板和所述第二基板平行地取向的液晶分子，
所述液晶显示装置的特征在于：
所述一对电极中的至少一个电极具有在第一方向上延伸的第一线状部，
所述像素电极和所述共用电极中的至少一方具有在与所述第一方向交叉的第二方向上延伸的第二线状部，
在对所述一对电极之间施加电压且没有对所述像素电极与所述共用电极之间施加电压的第一显示状态下，所述液晶分子与所述第一方向垂直或平行地取向，
在对所述一对电极间施加电压且对所述像素电极与所述共用电极之间施加电压的第二显示状态下，所述液晶分子向与所述第一显示状态的取向方向不同的方向取向。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
在所述一对电极、所述像素电极和所述共用电极均没有被施加电压的无施加电压状态下，所述液晶分子与所述第一基板和所述第二基板平行且与所述第一方向垂直或平行地取向，
所述液晶分子的取向方向在所述无施加电压状态与所述第一显示状态之间相同。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述第一线状部与所述第二线状部所成的角度为60°以上85°以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
还具有隔着所述第一基板和所述第二基板彼此相对的第一偏振元件和第二偏振元件，
所述第一偏振元件在与所述第一方向垂直或平行的方向上具有吸收轴，且所述第二偏振元件在与所述第一偏振元件的吸收轴垂直的方向上具有吸收轴。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述第一显示状态为黑显示，所述第二显示状态为白显示。
6.如权利要求1～5中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶分子具有负的介电常数各向异性，在所述第一显示状态下与所述第一方向平行地取向，且在所述第二显示状态下向与所述第一显示状态的取向方向不同的方向取向。
7.如权利要求1～5中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶分子具有正的介电常数各向异性，在所述第一显示状态下与所述第一方向垂直地取向，且在所述第二显示状态下向与所述第一显示状态的取向方向不同的方向取向。
8.如权利要求1～7中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述一对电极为彼此的梳齿相互嵌合的一对梳齿电极。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述像素电极与所述共用电极的组合为平面状电极与形成有电极狭缝的电极的组合。
10.如权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述像素电极与所述共用电极的组合为彼此的梳齿相互嵌合的一对梳齿电极。
11.如权利要求1～7中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述一对电极为平面状电极与形成有电极狭缝的电极的组合。
12.如权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述像素电极与所述共用电极的组合为平面状电极与形成有电极狭缝的电极的组合。
13.如权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述像素电极与所述共用电极的组合为彼此的梳齿相互嵌合的一对梳齿电极。
14.一种液晶显示装置，其包括：
具有一对电极的第一基板；
具有开关元件、共用电极和与所述开关元件电连接的像素电极的第二基板；和
液晶层，其配置在所述第一基板与所述第二基板之间，含有与所述第一基板和所述第二基板平行地取向的液晶分子，
所述液晶显示装置的特征在于：
由所述一对电极形成的第一电场与由所述像素电极和所述共用电极形成的第二电场，投影至与所述第一基板和所述第二基板平行的平行面时的电场方向不同，
通过使所述第一电场的强度为一定并使所述第二电场的强度变化，从而使投影至所述平行面时的所述液晶分子的取向方向旋转，进行显示光的调制。
15.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述第一电场的频率与所述第二电场的频率不同。
16.如权利要求15所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述第一电场的频率比所述第二电场的频率高。
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