WO2016006506A1 - 液晶表示装置 - Google Patents

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WO2016006506A1
WO2016006506A1 PCT/JP2015/068939 JP2015068939W WO2016006506A1 WO 2016006506 A1 WO2016006506 A1 WO 2016006506A1 JP 2015068939 W JP2015068939 W JP 2015068939W WO 2016006506 A1 WO2016006506 A1 WO 2016006506A1
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WO
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liquid crystal
electrode
display device
crystal layer
layer side
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PCT/JP2015/068939
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English (en)
French (fr)
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洋典 岩田
村田　充弘
聡 松村
吉田　秀史
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シャープ株式会社
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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/1368—Active matrix addressed cells in which the switching element is a three-electrode device

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device that performs display by applying a vertical electric field and a horizontal electric field using a plurality of electrodes.
  • a liquid crystal display device is configured by sandwiching a liquid crystal display element between a pair of glass substrates or the like, and makes use of the features such as thinness, light weight, and low power consumption to provide car navigation, electronic books, photo frames, industrial equipment, televisions, personal computers. Smartphones, tablet devices, etc. are indispensable for daily life and business. In these applications, liquid crystal display devices of various modes related to electrode arrangement and substrate design for changing the optical characteristics of the liquid crystal layer have been studied.
  • VA Vertical Alignment
  • IPS In-plane switching
  • FFS fringe field switching
  • an FFS mode liquid crystal display device formed on the first transparent substrate, a first and a second transparent insulating substrate facing each other with a predetermined distance through a liquid crystal layer containing a plurality of liquid crystal molecules, A plurality of gate bus lines and data bus lines arranged in a matrix form so as to limit unit pixels, thin film transistors provided at intersections of the gate bus lines and data bus lines, and arranged in each unit pixel And a counter electrode made of a transparent conductor and a unit electrode that is insulated from the counter electrode so as to form a fringe field together with the counter electrode, and is symmetrical about the long side of the pixel.
  • FFS having a plurality of upper and lower slits arranged at a predetermined inclination and a pixel electrode made of a transparent conductor
  • the liquid crystal display device over de is disclosed (for example, see Patent Document 1.).
  • the FFS mode liquid crystal display device described in Patent Document 1 is disclosed to have a wide viewing angle characteristic and to improve the low aperture ratio and transmittance of the IPS mode liquid crystal display device (for example, Patent Document 1). 6 shown in Fig. 1.
  • Fig. 6 described in Patent Document 1 shows a planar pixel structure of an FFS mode liquid crystal display device.
  • the FFS mode liquid crystal display device described in Patent Document 1 can force the liquid crystal to respond by applying an electric field at the rising edge, but at the falling edge, the electric field application is stopped and the liquid crystal viscoelasticity is allowed to respond. Therefore, the response is slow and there is room for improving the response characteristics.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device having a conventional FFS mode electrode structure.
  • FIG. 10 shows the structure of the liquid crystal display device, in which a lower layer electrode (ii) is arranged on the lower substrate 110 on which the slit electrode (i) is arranged via the slit electrode (i) and the dielectric layer 113. ing.
  • the slit electrode (i) is applied to a constant voltage at the start-up (for example, the potential difference between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) is equal to or greater than a threshold value and can respond with a fringe electric field).
  • the threshold value means an electric field and / or a voltage value that causes an optical change in the liquid crystal layer and a display state changes in the liquid crystal display device.) It responds by setting the potential difference between the electrode (i) and the lower layer electrode (ii) to be less than the threshold value and stopping (weakening) the fringe electric field.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and provides a liquid crystal display device that can realize a wide viewing angle, a high transmittance, or a high-speed response by properly using a driving method. It is for the purpose.
  • the present inventors have studied various liquid crystal display devices that perform display by applying an electric field with a plurality of electrodes, and have found that response characteristics can be improved by applying a voltage at the fall to drive the liquid crystal appropriately. Furthermore, the present inventors have further studied the driving method of the liquid crystal, and the driving method for realizing a high-speed response is different from the driving method for realizing a wide viewing angle and high transmittance, respectively. It has been found that this driving method can be realized by an electrode structure of one liquid crystal display device. Then, the inventors of the present invention have conceived that the above problem can be solved brilliantly if the liquid crystal display device has a specific electrode structure and can switch the driving method of the liquid crystal as necessary. The present invention has been achieved.
  • the present invention implements two types of driving methods that differ in the method of applying a voltage to each electrode, and realizes two types of driving methods by changing the voltage applied to each electrode in one panel structure.
  • the present invention is characterized by satisfying desired characteristics, and is different from the invention described in the prior art document in this respect (see, for example, FIGS. 4 and 6).
  • the problem of response speed becomes particularly noticeable in a low-temperature environment.
  • this problem can be solved by driving the liquid crystal display device using a drive system that realizes higher-speed response.
  • one embodiment of the present invention is a liquid crystal display device including an upper substrate and a liquid crystal layer sandwiched between the upper and lower substrates, each of the upper and lower substrates including an electrode, and one of the upper and lower substrates.
  • the electrode is composed of an electrode on the liquid crystal layer side and an electrode on the side opposite to the liquid crystal layer side.
  • the electrode on the liquid crystal layer side is provided with a slit, and the liquid crystal layer has a positive dielectric anisotropy.
  • the liquid crystal display device includes a liquid crystal molecule, and the liquid crystal display device performs a driving operation in which a potential difference between the electrodes of the upper and lower substrates is less than a threshold voltage to perform black display.
  • a potential difference equal to or higher than the threshold voltage is generated between one of the electrodes on the other of the upper and lower substrates, and the threshold voltage or higher is generated between the electrode on the liquid crystal layer side and the electrode on the opposite side of the liquid crystal layer.
  • It may be a liquid crystal display device that is configured to switch to and execute a second driving method that performs white display by executing a driving operation that generates a potential difference of.
  • the configuration of the liquid crystal display device of the present invention is not particularly limited by other components, and other configurations that are usually used in liquid crystal display devices can be applied as appropriate.
  • liquid crystal display device of the present invention it is possible to realize a wide viewing angle, a high transmittance, and a high-speed response by properly using the driving method.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a pixel of the liquid crystal display device of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of a portion corresponding to a line segment AB in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device illustrating an example of a voltage applied to each electrode when black display is performed by the first driving method in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when white display is performed by the first driving method in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of a voltage applied to each electrode when black display is performed by the second drive method in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when white display is performed by the second drive method in the first embodiment.
  • 6 is a graph showing normalized luminance ratios with respect to gradations at a polar angle of 60 ° in an azimuth direction of 45 ° -225 ° according to Embodiment 1 and Comparative Example 1.
  • 6 is a graph showing normalized luminance ratios with respect to gradations at a polar angle of 60 ° with an azimuth of 0 ° -180 ° in Embodiment 1 and Comparative Example 1.
  • 6 is a graph showing a normalized luminance ratio with respect to gradation at a polar angle of 60 ° with an azimuth of 90 ° -270 ° in Embodiment 1 and Comparative Example 1;
  • 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device of Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing transmittance (%) with respect to time (ms) at the time of rising in the second driving method of Embodiment 1 and Comparative Example 1.
  • 6 is a graph showing transmittance (%) with respect to time (ms) at the fall in the second driving method of Embodiment 1 and Comparative Example 1.
  • 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of a voltage applied to each electrode when black display is performed by the first driving method in Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to each electrode when white display is performed in the first drive method in the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when black display is performed by the second drive method in the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when white display is performed by the second drive method in the second embodiment.
  • 6 is a schematic plan view of a pixel of a liquid crystal display device according to Embodiment 3.
  • FIG. It is the figure which expanded FIG. It is the figure which expanded FIG.
  • a pixel may be a picture element (sub-pixel) unless otherwise specified.
  • a pair of substrates sandwiching the liquid crystal layer is also referred to as an upper substrate and a lower substrate.
  • a substrate on the display surface side is also referred to as an upper substrate
  • a substrate opposite to the display surface is also referred to as a lower substrate.
  • the electrode on the display surface side is also referred to as an upper layer electrode
  • the electrode on the side opposite to the display surface is also referred to as a lower layer electrode.
  • the TFT is turned on and a voltage is applied to at least one electrode of the upper and lower substrates both at the rise (applying fringe electric field and vertical electric field) and at the fall (applied vertical electric field). is doing.
  • each electrode of the upper and lower substrates means a slit electrode (i), a lower layer electrode (ii), and a counter electrode (iii), and each electrode of one of the upper and lower substrates (lower substrate).
  • the slit electrode refers to an electrode provided with a slit, and usually includes a plurality of linear electrode portions. In the figure, double arrows indicated by broken lines indicate electric fields.
  • rising means a period during which the display state changes from a dark state (black display) to a light state (white display).
  • the term “falling” means a period during which the display state changes from a bright state (white display) to a dark state (black display).
  • the first drive method is a drive that realizes a wide viewing angle and a high transmittance
  • the second drive method is a drive that realizes a high-speed response.
  • the slit electrode (i) on the liquid crystal layer side and the electrode (ii) on the opposite side to the liquid crystal layer side can usually have different potentials at a threshold voltage or higher.
  • the threshold voltage means a voltage value that gives a transmittance of 5% when the transmittance in the bright state is set to 100%.
  • the potential different from the threshold voltage can be any voltage as long as it can realize a driving operation with a potential different from the threshold voltage. This makes it possible to suitably control the electric field applied to the liquid crystal layer.
  • the electrode on the liquid crystal layer side is driven by a TFT, and the electrode on the opposite side of the liquid crystal layer is driven by another TFT, or each line is commonly connected.
  • the electrode on the side opposite to the liquid crystal layer side may be driven by a TFT in the line.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a pixel of the liquid crystal display device according to the first embodiment.
  • the slit electrode (i) includes a plurality of linear electrode portions when the substrate main surface is viewed in plan.
  • the plurality of linear electrode portions are substantially parallel to each other.
  • each of the slit electrodes (i) has a plurality of substantially parallel slits.
  • the structure of the slit electrode (i) shown in FIG. 1 is an example, and as long as the slit is provided, it is not limited to this shape, and slit electrodes having various structures can be used.
  • the slit electrode (i) is electrically connected to the drain electrode extending from the TFT through the contact hole CH.
  • the voltage supplied from the source bus line SL is applied to the slit electrode (i) that drives the liquid crystal through the thin film transistor element TFT.
  • an oxide semiconductor TFT is preferably used for the thin film transistor element in the liquid crystal display device of Embodiment 1 from the viewpoint of the transmittance improvement effect.
  • An oxide semiconductor shows higher carrier mobility than amorphous silicon. As a result, the area of the transistor occupying one pixel can be reduced, so that the aperture ratio increases and the light transmittance per pixel can be increased. Therefore, by using the oxide semiconductor TFT, the transmittance improving effect which is the effect of the present invention can be obtained more remarkably.
  • two linearly polarizing plates having the polarization axis shown in FIG. 1 are used.
  • the linearly polarizing plate is arranged so that the polarization axis is perpendicular or parallel to the long axis of the liquid crystal molecules during black display.
  • one polarizing plate is disposed on the outer side of the upper and lower substrates (on the side opposite to the liquid crystal layer side).
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of a portion corresponding to line segment AB in FIG.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 is configured by laminating a lower substrate 10, a liquid crystal layer 30, and a counter substrate 20 in this order from the back side to the observation surface side of the liquid crystal display device.
  • a planar electrode is a planar electrode, and the slit electrode (i) is disposed through the dielectric layer 13. Further, a planar counter electrode (iii) is also provided on the upper substrate 20, and a dielectric layer 23 is disposed on the liquid crystal layer side of the counter electrode (iii). When the lower layer electrode (ii) and the counter electrode (iii) are respectively planar electrodes, a vertical electric field can be generated more suitably.
  • planar electrode a form that is independent for each pixel unit, a form that is electrically connected within a plurality of pixels, and a form that is electrically connected within a plurality of pixels are exemplified.
  • a form in which all the pixels are electrically connected a form in which they are electrically connected in the same pixel column, and the like can be cited.
  • a form in which all the pixels are electrically connected is preferable.
  • the planar shape may be any surface shape in the technical field of the present invention, and may have an orientation regulating structure such as a rib or a slit in a part of the region, or the substrate main surface in plan view.
  • the alignment regulating structure may be provided in the central portion of the pixel, but those having substantially no alignment regulating structure are suitable.
  • Dielectric layer 13 the dielectric layer 23, for example, or an oxide film SiO 2, nitride SiN or an acrylic resin is used, or a combination of these materials can be used.
  • a horizontal alignment film (not shown) is provided on the liquid crystal layer side of each of the lower substrate 10 and the upper substrate 20, and the azimuth angle of the liquid crystal molecules when no voltage is applied is defined as the extension of the slit provided in the slit electrode (i).
  • the film was horizontally oriented with a shift of several degrees with respect to the direction (the longitudinal direction of the slit).
  • the shifting angle is preferably 10 ° to 50 °.
  • the alignment film may be an alignment film that has not been subjected to an alignment process such as a rubbing process.
  • an alignment film that does not require alignment treatment such as an alignment film formed from an organic material or an inorganic material, or a photo-alignment film
  • the cost can be reduced by simplifying the process, and reliability and yield can be improved. it can.
  • rubbing treatment there is a risk of liquid crystal contamination due to impurities from rubbing cloth etc., point defects due to foreign materials, display unevenness due to non-uniform rubbing within the liquid crystal panel, These disadvantages can be eliminated.
  • the slit electrode (i) is usually provided in the same layer.
  • the slit electrode is provided in the same layer means that the slit electrode (i) has a common member (for example, an insulating layer, a liquid crystal) on the liquid crystal layer side and / or on the side opposite to the liquid crystal layer side. Layer).
  • a common member for example, an insulating layer, a liquid crystal
  • the electrode width L of the linear portion in the slit electrode (i) is 3.0 ⁇ m
  • the electrode interval S between adjacent linear portions in the slit electrode (i) is 3.0 ⁇ m. It is.
  • the electrode width L in the slit electrode (i) is preferably 2 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less, for example.
  • the electrode spacing S is preferably 2 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less, for example.
  • the electrode width L and the electrode interval S are usually substantially the same in the pixel, but when they are different in the pixel, it is preferable that either one is within the above range, and all are within the above range. More preferable.
  • the ratio (L / S) between the electrode spacing S and the electrode width L is preferably 0.2 to 3.
  • a more preferable lower limit value of the ratio L / S is 0.3, and a more preferable upper limit value is 1.5.
  • the liquid crystal layer preferably includes liquid crystal molecules that are aligned in a horizontal direction with respect to the main surface of the substrate when no voltage is applied.
  • the orientation in the horizontal direction with respect to the main surface of the substrate means that the liquid crystal molecules are aligned substantially in the horizontal direction with respect to the main surface of the substrate in the technical field of the present invention and can exhibit optical effects. I just need it.
  • the liquid crystal layer is substantially composed of liquid crystal molecules aligned in a horizontal direction with respect to the main surface of the substrate when no voltage is applied.
  • the alignment of the liquid crystal molecules is a horizontal alignment without twist when no voltage is applied.
  • the horizontal alignment without twist means that the alignment direction of liquid crystal molecules adjacent to the upper substrate is substantially the same as the alignment direction of liquid crystal molecules adjacent to the lower substrate.
  • the “when no voltage is applied” may be anything as long as it can be said that substantially no voltage is applied in the technical field of the present invention.
  • Such a horizontal alignment type liquid crystal is an advantageous system for obtaining a wide viewing angle characteristic and the like.
  • the liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy are aligned in a certain direction when an electric field is applied, and the alignment control is easy, and a faster response can be achieved. Further, by using liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy, black display can be suitably performed during black display in the first drive method.
  • the dielectric anisotropy ⁇ of the liquid crystal is preferably 3 or more, more preferably 8 or more, and still more preferably 12 or more.
  • the dielectric anisotropy ⁇ of the liquid crystal is preferably 30 or less, more preferably 24 or less, and further preferably 20 or less.
  • the dielectric anisotropy ⁇ of liquid crystal means that measured by an LCR meter.
  • the average thickness (cell gap) d LC of the liquid crystal layer 30 is 3.2 ⁇ m.
  • the average thickness d LC of the liquid crystal layer means a value calculated by averaging the thickness of the entire liquid crystal layer in the liquid crystal display device.
  • d LC ⁇ ⁇ n is preferably 100 nm or more, more preferably 150 nm or more, and further preferably 200 nm or more.
  • d LC ⁇ ⁇ n is preferably 550 nm or less, more preferably 500 nm or less, and further preferably 450 nm or less.
  • the upper and lower substrates provided in the liquid crystal display device of Embodiment 1 are usually a pair of substrates for sandwiching liquid crystal.
  • an insulating substrate such as glass or resin is used as a base, and wiring, electrodes, and color filters are provided on the insulating substrate. It is formed by making etc.
  • the other of the upper and lower substrates may or may not have a dielectric layer on the liquid crystal layer side of the electrode, but preferably has a dielectric layer.
  • the average thickness d of the dielectric layer (dielectric layer 23 in FIG. 2) of the upper substrate is 2 ⁇ m, and the dielectric constant ⁇ is 3.2.
  • the average thickness of the dielectric layer (for example, the dielectric layer 13 in FIG. 2) of the lower substrate is 0.3 ⁇ m, and the dielectric constant is 6.9.
  • the upper and lower substrates preferably each have a polarizing plate.
  • the polarizing plate is preferably a linear polarizing plate.
  • the polarizing plates are usually disposed on the outer sides of the upper and lower substrates (on the side opposite to the liquid crystal layer side).
  • the first drive method is a drive that realizes a wide viewing angle and a high transmittance
  • the second drive method is a drive that realizes a high-speed response.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of the voltage applied to each electrode when black display is performed by the first driving method in the first embodiment.
  • the potential difference between the electrodes is set so that an electric field that rotates the liquid crystal is not generated, and black display is performed.
  • FIG. 3 shows the case where the potentials of all the electrodes included in the upper and lower substrates are set to 0 V, but it is sufficient that the potential difference between the electrodes included in the upper and lower substrates is less than the threshold voltage. Note that a constant voltage may be applied to all the electrodes as long as the potential difference between the electrodes of the upper and lower substrates is less than the threshold voltage.
  • the liquid crystal display device according to the first embodiment horizontally aligns the liquid crystal molecules LC when the potential difference between the electrodes of the upper and lower substrates is less than the threshold voltage.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when white display is performed by the first driving method in the first embodiment.
  • a voltage is applied to the slit electrode (i)
  • the fringe electric field generated between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) causes the liquid crystal molecules to move horizontally with respect to the substrate. Rotate to display white.
  • the potential of the slit electrode (i) is 3.5V
  • the potential difference between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) is 3.5V.
  • the potential difference between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) only needs to be equal to or higher than the threshold voltage, and can be appropriately set according to a desired transmitted light amount (gradation).
  • the potential difference is 1 V or higher.
  • it is 2V or more, more preferably 2.5V or more.
  • the potential difference is preferably 6 V or less, more preferably 5 V or less, and even more preferably 4.5 V or less.
  • a voltage is applied to the counter electrode (iii) so that the liquid crystal does not rotate in the direction perpendicular to the substrate between the lower layer electrode (ii) and the counter electrode (iii).
  • the potentials of the lower electrode (ii) and the counter electrode (iii) are set to 0 V, but the potential difference between the lower electrode (ii) and the counter electrode (iii) may be less than the threshold voltage.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of the voltage applied to each electrode when black display is performed by the second driving method in the first embodiment.
  • a voltage is applied between the upper and lower substrates to generate a vertical electric field sufficient to rotate the liquid crystal in the vertical direction.
  • the potential of the slit electrode (i) and the potential of the lower layer electrode (ii) are each 8V
  • the potential of the counter electrode (iii) is 0 V
  • the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) are opposed to each other.
  • the potential difference from the electrode (iii) is 8V.
  • the potential difference between at least one of the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) and the counter electrode (iii) is preferably 2 V or more, more preferably 4 V or more, and further preferably 6 V or more.
  • the potential difference is preferably 14 V or less, more preferably 12 V or less, and even more preferably 10 V or less. More preferably, the potential difference between each of the slit electrode (i) and the lower electrode (ii) and the counter electrode (iii) is within the above range.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when white display is performed by the second driving method in the first embodiment.
  • a vertical electric field is always generated between the lower electrode (ii) and the counter electrode (iii), and the slit electrode (i) is placed between the lower electrode (ii).
  • the fringe electric field is generated by reducing the voltage of the slit electrode (i).
  • the liquid crystal molecules on the slit electrode (i) are returned to the horizontal alignment and simultaneously the fringe electric field. Rotate in a horizontal plane with respect to the substrate.
  • the potential of the slit electrode (i) is set to 0V while the potential of the lower electrode (ii) is set to 8V, the potential of the counter electrode (iii) is set to 0V.
  • a preferred potential difference between the lower layer electrode (ii) and the counter electrode (iii) is preferably 2 V or more, more preferably 4 V or more, and further preferably 6 V or more.
  • the potential difference is preferably 14 V or less, more preferably 12 V or less, and even more preferably 10 V or less. Further, the potential difference between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) only needs to be equal to or higher than the threshold voltage, and can be appropriately set according to a desired transmitted light amount (gradation). Preferably, it is 4V or more, more preferably 6V or more. The potential difference is preferably 14 V or less, more preferably 12 V or less, and even more preferably 10 V or less.
  • the liquid crystal molecules on the slit electrode (i) refer to liquid crystal molecules at least partially overlapping with the slit electrode (excluding the slit portion provided on the slit electrode) when the main surface of the substrate is viewed in plan. .
  • a longitudinal electric field and a fringe electric field are used in combination, and by adjusting the ratio of the electric field strengths of both, the response between all gradations is controlled by the electric field, thereby realizing a high-speed response. That is, at the rising edge, the fringe electric field is turned on, and at the falling edge, the vertical electric field between the substrates is turned on to increase the response speed.
  • the ratio is preferably 0.1 / 1 to 1 / 0.1, and more preferably 0.5 / 2 to 2 / 0.5.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 can be appropriately provided with a member (for example, a light source or the like) included in a normal liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 1 is preferably one that drives liquid crystal by an active matrix driving method.
  • the electrodes used in the liquid crystal display device of Embodiment 1 can be independent and driven by TFTs, but as long as the first driving method and the second driving method of the present invention can be performed, the electrodes May be connected in common to even lines and odd lines and driven by TFTs in the lines.
  • the lower electrode and the counter electrode may be commonly connected for every even line / odd line. The same applies to the embodiments described later.
  • Embodiment 1 can be applied to any of a transmissive, reflective, and transflective liquid crystal display device. The same applies to the embodiments described later.
  • FIGS. 7 to FIG. 9 show the ⁇ characteristics of a liquid crystal display device having a gamma value of 2.2 measured from the front direction.
  • the ⁇ characteristic (gamma curve) shows the change in transmittance with respect to the voltage applied to the liquid crystal layer, with the gradation value on the horizontal axis and the normalized luminance ratio on the vertical axis.
  • FIG. 7 is a graph showing the normalized luminance ratio with respect to the gradation at the polar angle of 60 ° with the azimuth of 45 ° -225 ° in the first embodiment and the comparative example 1.
  • FIG. 8 is a graph showing the normalized luminance ratio with respect to the gradation at the polar angle of 60 ° with the azimuth of 0 ° -180 ° in the first embodiment and the comparative example 1.
  • FIG. 9 is a graph showing the normalized luminance ratio with respect to the gradation at the polar angle of 60 ° with the azimuth of 90 ° -270 ° according to the first embodiment and the comparative example 1.
  • the drive 1 means the first drive method.
  • Comparative Example 1 the configuration other than the absence of the counter electrode, for example, the L / S of the slit electrode, the liquid crystal material, the insulating film material, the cell thickness, the film thickness of the insulating film, and the like were all the same as in the first embodiment.
  • a horizontal alignment film is provided on the liquid crystal layer side of both substrates, and the azimuth angle of the liquid crystal molecules when no voltage is applied is in the extending direction of the slit provided in the slit electrode (i).
  • the film was horizontally oriented with a shift of several degrees.
  • the reference numbers in FIG. 10 according to Comparative Example 1 are the same as those shown in the drawings according to Embodiment 1 except that 1 is added to the hundreds. 7 to 9, it can be seen that the first drive method of the first embodiment has a wide viewing angle characteristic comparable to that of the FFS mode shown in the first comparative example.
  • the lower substrate has a slit electrode (i) on the liquid crystal layer side and an electrode (ii) on the opposite side to the liquid crystal layer side instead of a pair of comb electrodes, so that the vertical electric field is uniform between the upper and lower substrates. It is possible to sufficiently prevent the black luminance of the second driving method from floating.
  • polar angle Y ° of azimuth X ° means that the luminance is measured in a direction in which the viewing angle is tilted by Y ° from the normal direction in the X ° azimuth. That is, the polar angle represents the angle formed by the front direction and the viewing angle direction. Since the display mode of the liquid crystal display device in each example is normally black, the black display corresponds to the gradation value 0, the white display corresponds to the gradation value 255, and the liquid crystal layer increases as the gradation value increases. The voltage applied to is large. The normalization of the luminance is performed for each measurement direction with the luminance at the gradation value 255 being 1.0. The luminance was calculated by simulation using a Shintech LCD Master2D.
  • FIGS. 11 and 12 show the rising response and the falling response for the second driving method of the first embodiment.
  • the rise response and fall response for the FFS mode liquid crystal display device of Comparative Example 1 are also shown in FIGS. 11 and 12, respectively.
  • drive 2 means the second drive method. From FIG. 11 and FIG. 12, it can be seen that the second driving method of the first embodiment can realize a high-speed response for both rising and falling compared to the FFS mode. Therefore, with the configuration of one liquid crystal display device, viewing angle characteristics equivalent to those of the FFS mode liquid crystal display device and high-speed response that cannot be achieved by the FFS mode liquid crystal display device can be realized.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, the configuration of the liquid crystal display device such as an electrode structure is the same as that of the first embodiment, and a voltage is applied using the lower layer electrode (ii) as a pixel electrode. Even in this case, the alignment of liquid crystal molecules can be controlled in the same manner as in the first embodiment by driving as shown in FIGS. Note that the reference numerals in FIGS. 13 to 16 according to the second embodiment are the same as those shown in the drawings according to the first embodiment, except that 2 is added to the hundreds place.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of the voltage applied to each electrode when black display is performed by the first driving method in the second embodiment.
  • the potential difference between the electrodes is set so that an electric field that rotates the liquid crystal is not generated, and black display is performed.
  • FIG. 13 shows the case where the potentials of all the electrodes of the upper and lower substrates are set to 0 V. However, as long as the potential difference between the electrodes of the upper and lower substrates is less than the threshold voltage, a constant voltage is applied to all the electrodes. May be.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 2 horizontally aligns the liquid crystal molecules LC when the potential difference between the electrodes of the upper and lower substrates is less than the threshold voltage.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of the voltage applied to each electrode when white display is performed by the first driving method in the second embodiment.
  • a voltage is applied to the lower electrode (ii), and the liquid crystal molecules are horizontally aligned with respect to the substrate by a fringe electric field generated between the slit electrode (i) and the lower electrode (ii). Rotate to display white.
  • the potential of the lower layer electrode (ii) is 3.5 V
  • the potential difference between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) is 3.5 V.
  • the potential difference between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) only needs to be equal to or higher than the threshold voltage, and can be appropriately set according to a desired transmitted light amount (gradation).
  • the potential difference is 1 V or higher.
  • it is 2V or more, more preferably 2.5V or more.
  • the potential difference is preferably 6 V or less, more preferably 5 V or less, and even more preferably 4.5 V or less.
  • a voltage is applied to the counter electrode (iii) so that the liquid crystal does not rotate in the direction perpendicular to the substrate between the slit electrode (i) and the counter electrode (iii).
  • the potentials of the slit electrode (i) and the counter electrode (iii) are set to 0 V, but the potential difference between the slit electrode (i) and the counter electrode (iii) may be less than the threshold voltage.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when black display is performed by the second drive method in the second embodiment.
  • a voltage is applied between the upper and lower substrates to generate a vertical electric field sufficient to rotate the liquid crystal in the vertical direction.
  • the potential of the slit electrode (i) and the potential of the lower layer electrode (ii) are each 8 V
  • the potential of the counter electrode (iii) is 0 V
  • the potential difference from the electrode (iii) is 8V.
  • the potential difference between at least one of the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) and the counter electrode (iii) is preferably 2 V or more, more preferably 4 V or more, and further preferably 6 V or more.
  • the potential difference is preferably 14 V or less, more preferably 12 V or less, and even more preferably 10 V or less. More preferably, the potential difference between each of the slit electrode (i) and the lower electrode (ii) and the counter electrode (iii) is within the above range.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device showing an example of voltages applied to the respective electrodes when white display is performed by the second drive method in the second embodiment.
  • a vertical electric field is always generated between the slit electrode (i) and the counter electrode (iii), and the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) are between.
  • Generate a fringe electric field is generated by lowering the voltage of the lower layer electrode (ii).
  • the liquid crystal molecules overlapping with the slits of the slit electrode (i) return to the horizontal alignment, and At the same time, it rotates in a horizontal plane with respect to the substrate by a fringe electric field.
  • the potential of the lower electrode (ii) is set to 0V while the potential of the slit electrode (i) is set to 8V, the potential of the counter electrode (iii) is set to 0V.
  • a preferable potential difference between the slit electrode (i) and the counter electrode (iii) is preferably 2 V or more, more preferably 4 V or more, and further preferably 6 V or more.
  • the potential difference is preferably 14 V or less, more preferably 12 V or less, and even more preferably 10 V or less.
  • the potential difference between the slit electrode (i) and the lower layer electrode (ii) only needs to be equal to or higher than the threshold voltage, and can be appropriately set according to a desired transmitted light amount (gradation).
  • it is 4V or more, more preferably 6V or more.
  • the potential difference is preferably 14 V or less, more preferably 12 V or less, and even more preferably 10 V or less.
  • the liquid crystal molecules overlapping with the slits of the slit electrode (i) refer to liquid crystal molecules at least partially overlapping with a slit portion provided in the slit electrode when the main surface of the substrate is viewed in plan.
  • a longitudinal electric field and a fringe electric field are used in combination, and by adjusting the ratio of the electric field strengths of both, the response between all gradations is controlled by the electric field, thereby realizing a high-speed response. That is, at the rising edge, the fringe electric field is turned on, and at the falling edge, the vertical electric field between the substrates is turned on to increase the response speed.
  • the ratio is preferably 0.1 / 1 to 1 / 0.1, and more preferably 0.5 / 2 to 2 / 0.5.
  • the configuration of the liquid crystal display device such as each electrode structure other than the liquid crystal driving method is the same as that of the above-described first embodiment.
  • the liquid crystal display device of the present invention may be a combination of the first driving method of the first embodiment and the second driving method of the second embodiment, and the second driving method and the second embodiment of the first embodiment.
  • the first driving method may be combined.
  • FIG. 17 is a schematic plan view of a pixel of the liquid crystal display device according to the third embodiment.
  • FIG. 17 shows another structure example of the slit electrode of the present invention (structure example of the slit electrode of the third embodiment).
  • the configuration of the liquid crystal display device and the liquid crystal driving method other than the structure of the slit electrode are the same as those in the above-described first or second embodiment.
  • FIG. 18 is an enlarged view of FIG.
  • FIG. 19 is an enlarged view of FIG. With the slit electrode structure as shown in FIGS. 17 and 19, in the case of the first and second embodiments, the liquid crystal molecules rotate only in one direction (FIG.
  • the liquid crystal molecules can be rotated in two directions. Thereby, the viewing angle can be further improved.
  • the slit electrode structure shown in FIGS. 17 and 19 is an example, and is not limited to this shape. As long as the liquid crystal molecules can be rotated in a plurality of directions, the viewing angle improvement effect of this embodiment can be exhibited.
  • the above-described liquid crystal display device of the present invention can perform display by appropriately switching between the first driving method and the second driving method.
  • display can be performed by appropriately combining white display and black display according to a desired display.
  • the liquid crystal display device of the present invention preferably includes at least a control device that executes switching between the first drive method and the second drive method described above. As a result, a wide viewing angle, a high transmittance, and a high-speed response can be realized.
  • the liquid crystal display device of the present invention preferably includes a control device that switches between the first drive method and the second drive method described above according to a predetermined condition.
  • the control device can realize a wide viewing angle and high transmittance in an environment where the response speed is not a problem (for example, a temperature range where the lower limit is any one of ⁇ 20 ° C. to 20 ° C.).
  • the liquid crystal display device of the present invention may include a control device that switches between the first drive method and the second drive method described above in accordance with a user instruction.
  • the present invention may also be a method for driving a liquid crystal display device using the above-described liquid crystal display device.
  • an AC driving circuit, driver, and wiring are arranged only on the lower substrate as in the past. That's fine. Accordingly, for example, an electrode of the upper substrate as well as an electrode of the lower substrate also performs AC driving (AC driving), and a liquid crystal display device in which circuits, drivers, and wirings for AC driving are arranged on the upper substrate together with the lower substrate; In comparison, the degree of freedom for driving the liquid crystal display device of the present invention is remarkably high.
  • liquid crystal display device of the present invention examples include in-vehicle devices such as car navigation, electronic books, photo frames, industrial equipment, televisions, personal computers, smartphones, and tablet terminals.
  • the present invention is preferably applied to a device that can be used in both a high temperature environment and a low temperature environment, such as an in-vehicle device such as a car navigation system.
  • a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is horizontally aligned, the lower substrate has an electrode used in an FFS mode liquid crystal display device, and the upper substrate has a planar electrode.
  • a first driving method for driving liquid crystal only by a fringe electric field of the lower substrate, and a second driving method using a vertical electric field between the upper and lower substrates and a fringe electric field in combination. Can be switched in one liquid crystal display device.
  • a wide viewing angle equivalent to that of a conventional FFS mode liquid crystal display device can be realized by rotating liquid crystal molecules in a horizontal plane with respect to the substrate, and in the second driving method, the response between all gradations can be achieved by an electric field. By controlling, a high-speed response that cannot be realized in the conventional FFS mode can be realized.
  • the electrode structure and the like according to the liquid crystal display panel and the liquid crystal display device of the present invention can be confirmed by microscopic observation such as SEM (Scanning Electron Microscope) on the TFT substrate and the counter substrate.
  • One embodiment of the present invention is a liquid crystal display device including an upper substrate and a liquid crystal layer 30 sandwiched between the upper and lower substrates, and each of the upper and lower substrates includes an electrode, and one of the upper and lower substrates includes The electrode is composed of an electrode (i) on the liquid crystal layer side and an electrode (ii) on the opposite side to the liquid crystal layer side.
  • the electrode (i) on the liquid crystal layer side is provided with a slit, and the liquid crystal layer 30 Liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy, and the liquid crystal display device performs a black operation by performing a driving operation in which the potential difference between the electrodes of the upper and lower substrates is less than a threshold voltage,
  • a first driving method for performing white display by executing a driving operation for generating a potential difference equal to or higher than a threshold voltage between the electrode (i) on the liquid crystal layer side and the electrode (ii) on the opposite side to the liquid crystal layer side
  • a second driving method for performing white display by executing a driving operation that generates a potential difference equal to or higher than a threshold voltage between the electrode (i) on the liquid crystal layer side and the electrode (ii) on the opposite side of the liquid crystal layer. It may be a liquid crystal display device that is configured to switch between and execute.
  • liquid crystal display device of the above aspect it is possible to realize a wide viewing angle, a high transmittance, and a high-speed response by properly using the driving method.
  • the first driving method performs white display by performing a driving operation in which the electrode (i) on the liquid crystal layer side generates a higher potential than the electrode (ii) on the side opposite to the liquid crystal layer side.
  • the second driving method performs white display by performing a driving operation in which the electrode (ii) on the opposite side of the liquid crystal layer side generates a higher potential than the electrode (i) on the liquid crystal layer side. May be.
  • the first driving method performs white display by performing a driving operation in which the electrode (ii) opposite to the liquid crystal layer side generates a higher potential than the electrode (i) on the liquid crystal layer side.
  • the second driving method performs white display by performing a driving operation in which the electrode (i) on the liquid crystal layer side generates a higher potential than the electrode (ii) on the side opposite to the liquid crystal layer side. It may be. In any configuration, a wide viewing angle, a high transmittance, and a high-speed response can be realized by properly using the driving method.
  • the structure of the electrode (i) on the liquid crystal layer side is not particularly limited, but the electrode (i) on the liquid crystal layer side includes a plurality of linear electrode portions when the substrate main surface is viewed in plan view, The plurality of linear electrode portions are preferably bent once. With this configuration, the liquid crystal can be rotated in two directions, and the viewing angle characteristics can be further improved.
  • the liquid crystal layer 30 preferably includes liquid crystal molecules that are aligned in a horizontal direction with respect to the main surface of the substrate when no voltage is applied. With such a configuration, viewing angle characteristics can be further improved.
  • the upper and lower substrates preferably each have a linear polarizing plate.
  • the first driving method generates a potential difference of 2V to 5V between the electrode (i) on the liquid crystal layer side of one of the upper and lower substrates 10 and the electrode (ii) on the opposite side of the liquid crystal layer side. It is preferable to perform a driving operation to perform white display.
  • a driving operation for generating a potential difference of 6V to 10V between the electrode (i) on the liquid crystal layer side of one of the upper and lower substrates 10 and the electrode (ii) on the opposite side of the liquid crystal layer side It is preferable to perform white display by executing. With such a configuration, a fringe electric field can be suitably generated and white display can be performed.
  • the electrode (ii) on the opposite side to the liquid crystal layer side of one of the upper and lower substrates 10 is preferably a planar electrode.
  • substrate has is a planar electrode.
  • the other 20 of the upper and lower substrates preferably has a dielectric layer 23 on the liquid crystal layer side of the electrode.
  • the strength of the fringe electric field can be further increased, and the transmittance can be further improved.
  • the second driving method due to the vertical electric field generated between the slit electrode (i) of one of the upper and lower substrates and the counter electrode (iii) of the other 20 of the upper and lower substrates, As the case without the dielectric layer 23, the liquid crystal molecules are not aligned vertically, and as a result, a wide viewing angle can be realized.
  • At least one of the upper and lower substrates 10 includes a thin film transistor element, and the thin film transistor element preferably includes an oxide semiconductor.
  • An oxide semiconductor shows higher carrier mobility than amorphous silicon. As a result, the area of the transistor occupying one pixel can be reduced, so that the aperture ratio increases and the light transmittance per pixel can be increased. Therefore, by using the oxide semiconductor TFT, the transmittance improving effect which is the effect of the present invention can be obtained more remarkably.
  • the electrode of one of the upper and lower substrates is composed of an electrode on the liquid crystal layer side and an electrode on the opposite side of the liquid crystal layer side, and the electrode on the liquid crystal layer side is provided with a slit
  • the liquid crystal layer includes liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy, and further, the liquid crystal molecules are horizontally aligned without twisting, and the electrodes of the other of the upper and lower substrates are planar.
  • the other of the upper and lower substrates has a dielectric layer on the liquid crystal layer side of the electrode.

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Abstract

本発明は、駆動方式を使い分けることで、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりすることができる液晶表示装置を提供する。 本発明の液晶表示装置は、上下基板及び液晶層をもつ液晶表示装置であって、上側基板は電極を有し、下側基板はスリットが設けられた液晶層側の電極、及び、液晶層側と反対側の電極を有し、液晶層は正の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、各電極間の電位差を閾値電圧未満として黒表示を行い、下側基板の電極間に閾値電圧以上の電位差を生じさせて白表示を行う第１駆動方式と、下側基板の各電極と上側基板の電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせ、下側基板の電極間の電位差を閾値電圧未満として黒表示を行い、下側基板の電極のいずれかと上側基板の電極との間、及び、下側基板の電極間に、それぞれ閾値電圧以上の電位差を生じさせて白表示を行う第２駆動方式とを切り換えて実行するように構成される。

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、複数の電極により縦電界及び横電界を印加して表示をおこなう液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、一対のガラス基板等に液晶表示素子を挟持して構成され、薄型で軽量かつ低消費電力といった特長を活かして、カーナビゲーション、電子ブック、フォトフレーム、産業機器、テレビ、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末等、日常生活やビジネスに欠かすことのできないものとなっている。これらの用途において、液晶層の光学特性を変化させるための電極配置や基板の設計に係る各種モードの液晶表示装置が検討されている。
近年の液晶表示装置の表示方式としては、負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して垂直配向させた垂直配向（ＶＡ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードや、正又は負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して水平配向させて液晶層に対し横電界を印加する面内スイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、縞状電界スイッチング（ＦＦＳ：Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード等が挙げられる。
例えば、ＦＦＳモードの液晶表示装置として、複数個の液晶分子を含む液晶層を介して所定の距離をもって対向配置される第１及び第２透明絶縁基板と、前記第１透明基板上に形成され、かつ単位画素を限定するようにマトリクス形態で配置される複数個のゲートバスライン及びデータバスラインと、前記ゲートバスラインとデータバスラインとの交叉部に設けられる薄膜トランジスタと、前記各単位画素に配置され、かつ透明導電体からなるカウンタ電極と、前記カウンタ電極と一緒にフリンジフィールドを形成するように、各単位画素に前記カウンタ電極と絶縁して配置され、画素の長辺を中心に対称をなすように所定の傾きで配列された複数個の上部スリット及び下部スリットを有し、かつ透明導電体からなる画素電極とを含むＦＦＳモードの液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２－１８２２３０号公報
特許文献１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置は、広視野角特性を有し、かつＩＰＳモードの液晶表示装置の低い開口率及び透過率を改善する旨が開示されている（例えば、特許文献１に記載の図６参照。特許文献１に記載の図６は、ＦＦＳモードの液晶表示装置の平面画素構造を示す。）。しかし、特許文献１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置は、立上がりでは電界印加で液晶を強制的に応答させることができるが、立下がりでは電界印加を止めて液晶の粘弾性にまかせて応答させるため、応答が遅く、応答特性を改善する余地があった。
特許文献１に記載のＦＦＳモードの液晶表示装置の一例を、図１０を用いて説明する。図１０は、従来のＦＦＳモードの電極構造を有する液晶表示装置の断面模式図である。図１０は、液晶表示装置の構造を示しており、スリット電極（ｉ）が配置された下側基板１１０に、スリット電極（ｉ）と誘電体層１１３を介して下層電極（ｉｉ）が配置されている。該液晶表示装置は、立上がりではスリット電極（ｉ）が一定の電圧に印加され（例えば、スリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との電位差が閾値以上であり、フリンジ電界で応答できるものであればよい。上記閾値とは、液晶層が光学的な変化を起こし、液晶表示装置において表示状態が変化することになる電場及び／又は電界を生じる電圧値を意味する。）、立下がりではスリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との間の電位差を閾値未満とし、フリンジ電界を止める（弱める）ことで応答する。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、駆動方式を使い分けることで、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりすることができる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、複数の電極により電界を印加して表示をおこなう液晶表示装置を種々検討し、立下がりにおいて電圧を印加して液晶を適切に駆動すれば応答特性を改善できることを見出した。更に、本発明者らは、液晶の駆動方式について更なる検討をおこない、高速応答を実現するための駆動方式と、広視野角、高透過率を実現するための駆動方式とが異なること、それぞれの駆動方式を１つの液晶表示装置の電極構造で実現できることを見出した。そして、本発明者らは、特定の電極構造を有し、必要に応じて液晶の駆動方式を切り換えることができる液晶表示装置とすれば、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、各電極への電圧の印加方法が異なる２種類の駆動方式を実行するものであり、１つのパネル構造で各電極への印加電圧を変えて２種類の駆動方式を実現し、所望の特性を満たすことを特徴とし、この点で先行技術文献に記載の発明と異なる（例えば、図４及び図６参照。）。例えば、低温環境下では応答速度の課題が特に顕著になるところ、本発明ではより高速応答を実現する駆動方式を用いて液晶表示装置を駆動することにより、これを解決することができる。
すなわち、本発明の一態様は、上下基板、及び、上下基板に挟持された液晶層をもつ液晶表示装置であって、上記上下基板のそれぞれは、電極を有し、上記上下基板の一方が有する電極は、液晶層側の電極、及び、液晶層側と反対側の電極から構成され、上記液晶層側の電極は、スリットが設けられ、上記液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、上記液晶表示装置は、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満である駆動操作を実行して黒表示を行い、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う第１駆動方式と、上下基板の一方が有する各電極と上下基板の他方が有する電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせ、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間の電位差が閾値電圧未満である駆動操作を実行して黒表示を行い、上下基板の一方が有する電極のいずれかと上下基板の他方が有する電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせ、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う第２駆動方式とを切り換えて実行するように構成されたものである液晶表示装置であってもよい。
本発明の液晶表示装置の構成としては、その他の構成要素により特に限定されるものではなく、液晶表示装置に通常用いられるその他の構成を適宜適用することができる。
本発明の液晶表示装置によれば、駆動方式を使い分けることで、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりすることができる。
実施形態１の液晶表示装置の画素の平面模式図である。 図１中の線分Ａ－Ｂに対応する部分の断面を示す断面模式図である。 実施形態１において第１駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態１において第１駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態１において第２駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態１において第２駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態１及び比較例１の方位４５°－２２５°の極角６０°における階調に対する規格化輝度比を示すグラフである。 実施形態１及び比較例１の方位０°－１８０°の極角６０°における階調に対する規格化輝度比を示すグラフである。 実施形態１及び比較例１の方位９０°－２７０°の極角６０°における階調に対する規格化輝度比を示すグラフである。 比較例１の液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態１の第２駆動方式及び比較例１において立上がりにおける時間（ｍｓ）に対する透過率（％）を示すグラフである。 実施形態１の第２駆動方式及び比較例１において立下がりにおける時間（ｍｓ）に対する透過率（％）を示すグラフである。 実施形態２において第１駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態２において第１駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態２において第２駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態２において第２駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態３の液晶表示装置の画素の平面模式図である。 図１を拡大した図である。 図１７を拡大した図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明を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。本明細書中、画素とは、特に明示しない限り、絵素（サブ画素）であってもよい。また、液晶層を挟持する一対の基板を上下基板ともいい、これらのうち、表示面側の基板を上側基板ともいい、表示面と反対側の基板を下側基板ともいう。更に、基板に配置される電極のうち、表示面側の電極を上層電極ともいい、表示面と反対側の電極を下層電極ともいう。なお、各実施形態の第２駆動方式では、立上がり（フリンジ電界及び縦電界印加）・立下がり（縦電界印加）の両方において、ＴＦＴをオン状態にして上下基板の少なくとも一つの電極に電圧を印加している。
なお、各実施形態において、同様の機能を発揮する部材及び部分は同じ符号を付している。また、図中、特に断らない限り、（ｉ）は、下側基板の上層にあるスリット電極を示し、（ｉｉ）は、下側基板の下層の面状電極を示し、（ｉｉｉ）は、上側基板の面状電極を示す。本明細書中、上下基板が有する各電極とは、スリット電極（ｉ）、下層電極（ｉｉ）、及び、対向電極（ｉｉｉ）を意味し、上下基板の一方（下側基板）が有する各電極とは、スリット電極（ｉ）及び下層電極（ｉｉ）を意味する。なお、スリット電極とは、スリットが設けられた電極を言い、通常は複数の線状電極部分を含む。また、図中、破線で示した両矢印は、電界を示す。
本明細書中、立上がりとは、暗状態（黒表示）から明状態（白表示）に表示状態が変化する間を意味する。また、立下がりとは、明状態（白表示）から暗状態（黒表示）に表示状態が変化する間を意味する。
各実施形態では、１つの液晶表示装置の電極構造で、各電極への印加電圧を変えて２種類の駆動方式を実現できる。第１駆動方式は広視野角、高透過率を実現する駆動であり、第２駆動方式は高速応答を実現する駆動である。第１駆動方式及び第２駆動方式を必要に応じて使い分けることで、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりできる。
上記液晶層側のスリット電極（ｉ）及び液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）は、通常、閾値電圧以上で異なる電位とすることができるものである。本明細書中、閾値電圧とは、明状態の透過率を１００％に設定したとき、５％の透過率を与える電圧値を意味する。閾値電圧以上で異なる電位とすることができるとは、閾値電圧以上で異なる電位とする駆動操作を実現できるものであればよく、これにより液晶層に印加する電界を好適に制御することが可能となる。異なる電位とすることができる構成としては、例えば、液晶層側の電極をあるＴＦＴで駆動すると共に、液晶層側と反対側の電極を別のＴＦＴで駆動したり、ラインごとに共通接続されている液晶層側と反対側の電極を該ラインにおけるＴＦＴで駆動したりしてもよい。
実施形態１
図１は、実施形態１の液晶表示装置の画素の平面模式図である。
スリット電極（ｉ）は、基板主面を平面視したときに、複数の線状電極部分を含む。該複数の線状電極部分はそれぞれ略平行であり、言い換えれば、スリット電極（ｉ）がそれぞれ複数の略平行なスリットを有する。
なお、図１に示したスリット電極（ｉ）の構造は一例であり、スリットが設けられている限りこの形状には限られず、種々の構造のスリット電極を使用できる。
スリット電極（ｉ）は、コンタクトホールＣＨを介してＴＦＴから伸びているドレイン電極と電気的に接続されている。ゲートバスラインＧＬで選択されたタイミングで、ソースバスラインＳＬから供給された電圧を、薄膜トランジスタ素子ＴＦＴを通じて液晶を駆動するスリット電極（ｉ）に印加する。
なお、実施形態１の液晶表示装置における薄膜トランジスタ素子には、透過率改善効果の観点から酸化物半導体ＴＦＴを用いることが好ましい。酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高いキャリア移動度を示す。これにより、１画素に占めるトランジスタの面積を小さくすることができるため開口率が増加し、１画素あたりの光の透過率を高めることが可能となる。したがって、酸化物半導体ＴＦＴを用いることで、本発明の効果である透過率改善効果をより顕著に得ることができる。
実施形態１では図１に示す偏光軸をもつ２枚の直線偏光板を使用する。実施形態１では、偏光軸が黒表示時の液晶分子の長軸に対して垂直または平行になるように直線偏光板を配置した。実施形態１では、偏光板が、上下基板の外側（液晶層側と反対側）に１枚ずつ配置されている。
図２は、図１中の線分Ａ－Ｂに対応する部分の断面を示す断面模式図である。なお、図２では、液晶表示装置における下層電極（ｉｉ）－対向電極（ｉｉｉ）間の部材のみを示し、ガラス基板等を省略している。以下に説明する液晶表示装置の断面模式図においても同様である。
実施形態１の液晶表示装置は、図２に示されるように、下側基板１０、液晶層３０及び対向基板２０が、液晶表示装置の背面側から観察面側に向かってこの順に積層されて構成されている。
図２に示される、下側基板１０の下層電極（ｉｉ）は面状電極であり、誘電体層１３を介してスリット電極（ｉ）が配置されている。更に、上側基板２０にも面状の対向電極（ｉｉｉ）が設けられており、対向電極（ｉｉｉ）の液晶層側には、誘電体層２３が配置されている。下層電極（ｉｉ）及び対向電極（ｉｉｉ）がそれぞれ面状電極であることにより、より好適に縦電界を発生させることができる。
本明細書中、面状電極としては、各画素単位で独立である形態、複数の画素内で電気的に接続された形態が挙げられ、複数の画素内で電気的に接続された形態としては、例えば、すべての画素内で電気的に接続された形態、同一の画素列内で電気的に接続された形態等が挙げられ、中でもすべての画素内で電気的に接続された形態が好ましい。また、面状とは、本発明の技術分野において面形状といえるものであればよく、その一部の領域にリブやスリット等の配向規制構造体を有していたり、基板主面を平面視したときに画素の中心部分に当該配向規制構造体を有していたりしてもよいが、実質的に配向規制構造体を有さないものが好適である。
誘電体層１３、誘電体層２３には、例えば、酸化膜ＳｉＯ２や、窒化膜ＳｉＮや、アクリル系樹脂等が使用され、または、それらの材料の組み合わせも使用可能である。
下側基板１０、上側基板２０それぞれの液晶層側には水平配向膜（示さず）を設け、電圧無印加状態における液晶分子の方位角を、スリット電極（ｉ）に設けられたスリットの延在方向（スリットの長手方向）に対して数度ずらして水平配向させた。ずらす角度は、１０°～５０°であることが好ましい。該水平配向膜としては、膜面に対して液晶分子を水平に沿わせるものである限り、有機材料、無機材料から形成された配向膜、光活性材料から形成された光配向膜、ラビング等によって配向処理がなされた配向膜等が挙げられる。なお、上記配向膜は、ラビング処理等による配向処理がなされていない配向膜であってもよい。有機材料、無機材料から形成された配向膜、光配向膜等の、配向処理が必要ない配向膜を用いることによって、プロセスの簡略化によりコストを削減するとともに、信頼性及び歩留まりを向上することができる。また、ラビング処理をおこなった場合、ラビング布などからの不純物混入による液晶汚染、異物による点欠陥不良、液晶パネル内でラビングが不均一であるために表示ムラが発生するなどのおそれがあるが、これら不利点も無いものとすることができる。
図２に示されるように、スリット電極（ｉ）は、通常同一の層に設けられている。なお、スリット電極が同一の層に設けられているとは、スリット電極（ｉ）が、その液晶層側、及び／又は、液晶層側と反対側において、共通する部材（例えば、絶縁層、液晶層等）と接していることを言う。
各実施形態では、スリット電極（ｉ）における線状部分の電極幅Ｌは３．０μｍ、上記スリット電極（ｉ）における隣り合う線状部分と線状部分との間の電極間隔Ｓは３．０μｍである。上記スリット電極（ｉ）における電極幅Ｌは、例えば２μｍ以上、７μｍ以以下が好ましい。また、上記電極間隔Ｓは、例えば２μｍ以上、７μｍ以下であることが好ましい。なお、上記電極幅Ｌ及び電極間隔Ｓは、それぞれ、通常は画素内で略同一であるが、画素内で異なる場合は、いずれかが上記範囲内であれば好ましく、すべてが上記範囲内であればより好ましい。各実施形態では、電極幅Ｌ／電極間隔Ｓ＝３．０μｍ／３．０μｍ＝１．０である。電極間隔Ｓと電極幅Ｌとの比（Ｌ／Ｓ）は、０．２～３が好ましい。該比Ｌ／Ｓのより好ましい下限値は、０．３であり、より好ましい上限値は、１．５である。
上記液晶層は、電圧無印加時に基板主面に対して水平方向に配向する液晶分子を含むことが好ましい。なお、基板主面に対して水平方向に配向するとは、本発明の技術分野において液晶分子が基板主面に対して実質的に水平方向に配向すると言え、光学的な作用効果を発揮できるものであればよい。上記液晶層は、電圧無印加時に基板主面に対して水平方向に配向する液晶分子から実質的に構成されるものであることが好適である。更に、第２駆動方式で黒表示を好適に行う観点からは、電圧無印加時に液晶分子の配向をツイストの無い水平配向とすることが特に好ましい。ツイストの無い水平配向とは、上側基板に隣接する液晶分子の配向方向と、下側基板に隣接する液晶分子の配向方向とが、実質的に同じであることを言う。
上記「電圧無印加時に」は、本発明の技術分野において実質的に電圧が印加されていないといえるものであればよい。このような水平配向型の液晶は、広視野角の特性等を得るのに有利な方式である。
実施形態１の液晶表示装置における液晶層３０中の液晶材料の誘電率異方性は正である（誘電率異方性Δε＝１６．０、屈折率Δｎ＝０．１２）。正の誘電率異方性を有する液晶分子は、電界を印加した場合に一定方向に配向されるものであり、配向制御が容易であり、より高速応答化することができる。また、正の誘電率異方性を有する液晶分子を用いることにより、第１駆動方式の黒表示時に好適に黒表示を行うことができる。液晶の誘電率異方性Δεは、３以上であることが好ましく、８以上であることがより好ましく、１２以上であることが更に好ましい。また、該液晶の誘電率異方性Δεは、３０以下であることが好ましく、２４以下であることがより好ましく、２０以下であることが更に好ましい。本明細書中、液晶の誘電率異方性Δεは、ＬＣＲメーターにより測定されるものを意味する。
実施形態１では、液晶層３０の平均厚み（セルギャップ）ｄＬＣは３．２μｍである。
本明細書中、液晶層の平均厚みｄＬＣは、液晶表示装置における液晶層全体の厚みを平均して算出されるものを意味する。
ｄＬＣ×Δｎは１００ｎｍ以上であることが好ましく、１５０ｎｍ以上であることがより好ましく、２００ｎｍ以上であることが更に好ましい。また、ｄＬＣ×Δｎは５５０ｎｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以下であることがより好ましく、４５０ｎｍ以下であることが更に好ましい。
実施形態１の液晶表示装置が備える上下基板は、通常は液晶を挟持するための一対の基板であり、例えば、ガラス、樹脂等の絶縁基板を母体とし、絶縁基板上に配線、電極、カラーフィルタ等を作り込むことで形成される。
上記上下基板の他方（図２における上側基板２０）は、電極の液晶層側に、誘電体層を有してもよく、有さなくてもよいが、誘電体層を有することが好ましい。
上側基板の誘電体層（図２における誘電体層２３）の平均厚みｄは２μｍであり、誘電率Δεは３．２である。なお、下側基板の誘電体層（例えば、図２における誘電体層１３）の平均厚みは０．３μｍであり、誘電率は６．９である。
上記上下基板は、それぞれ偏光板を有することが好ましい。該偏光板は、直線偏光板であることが好ましい。該偏光板は、通常、それぞれ上下基板の外側（液晶層側と反対側）に配置されたものである。
実施形態１において、各電極への印加電圧を変えて２種類の駆動方式を実現する。第１駆動方式は、広視野角、高透過率を実現する駆動であり、第２駆動方式は、高速応答を実現する駆動である。第１駆動方式及び第２駆動方式を必要に応じて使い分けることで、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりすることができる。なお、実施形態１は、スリット電極（ｉ）を画素電極とした場合である。
図３は、実施形態１において第１駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第１駆動方式の黒表示時では、液晶が回転するような電界が発生しないように各電極間の電位差を設定し、黒表示を行う。図３では、上下基板が有するすべての電極の電位を０Ｖとした場合を示しているが、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満であればよい。なお、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満である限り、すべての電極に一定電圧を印加してもよい。
実施形態１の液晶表示装置は、図３に示されるように、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満では液晶分子ＬＣを水平配向させる。
図４は、実施形態１において第１駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第１駆動方式の白表示時では、スリット電極（ｉ）に電圧を印加し、スリット電極（ｉ）－下層電極（ｉｉ）間で発生するフリンジ電界で、液晶分子を基板に対して水平方向に回転させて白表示を行う。図４では、スリット電極（ｉ）の電位を３．５Ｖとし、スリット電極（ｉ）－下層電極（ｉｉ）間の電位差を３．５Ｖとする。スリット電極（ｉ）－下層電極（ｉｉ）間の電位差は、閾値電圧以上であればよく、所望の透過光量（階調）に応じて適宜設定することができるが、例えば１Ｖ以上であることが好ましく、２Ｖ以上であることがより好ましく、２．５Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差は、６Ｖ以下であることが好ましく、５Ｖ以下であることがより好ましく、４．５Ｖ以下であることが更に好ましい。
また対向電極（ｉｉｉ）には、下層電極（ｉｉ）－対向電極（ｉｉｉ）間で液晶が基板に対して垂直方向に回転しないような電圧を印加する。図４では、下層電極（ｉｉ）及び対向電極（ｉｉｉ）の電位を０Ｖとするが、下層電極（ｉｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の電位差が閾値電圧未満であればよい。
図５は、実施形態１において第２駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第２駆動方式の黒表示時では、上下基板間に液晶を垂直方向に回転させるのに充分な縦電界が発生するような電圧を印加する。図５では、スリット電極（ｉ）の電位及び下層電極（ｉｉ）の電位をそれぞれ８Ｖとし、対向電極（ｉｉｉ）の電位を０Ｖとし、スリット電極（ｉ）及び下層電極（ｉｉ）のそれぞれと対向電極（ｉｉｉ）との電位差が８Ｖである。スリット電極（ｉ）及び下層電極（ｉｉ）の少なくとも一方と対向電極（ｉｉｉ）との電位差が２Ｖ以上であることが好ましく、４Ｖ以上であることがより好ましく、６Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差が１４Ｖ以下であることが好ましく、１２Ｖ以下であることがより好ましく、１０Ｖ以下であることが更に好ましい。スリット電極（ｉ）及び下層電極（ｉｉ）のそれぞれと対向電極（ｉｉｉ）との電位差が上記範囲内であることが一層好ましい。
図６は、実施形態１において第２駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第２駆動方式の白表示時では、常に下層電極（ｉｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間で縦電界を発生させた状態で、スリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との間にフリンジ電界を発生させる。実施形態１ではスリット電極（ｉ）の電圧を低下させてフリンジ電界を発生させる。この場合は、フリンジ電界発生と同時にスリット電極（ｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の縦電界も弱まるため、スリット電極（ｉ）上の液晶分子は水平配向に戻りつつ、かつ同時にフリンジ電界で基板に対して水平面内で回転する。図６では、下層電極（ｉｉ）の電位を８Ｖ、対向電極（ｉｉｉ）の電位を０Ｖとしながら、スリット電極（ｉ）の電位を０Ｖとする。下層電極（ｉｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の好ましい電位差は、２Ｖ以上であることが好ましく、４Ｖ以上であることがより好ましく、６Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差が１４Ｖ以下であることが好ましく、１２Ｖ以下であることがより好ましく、１０Ｖ以下であることが更に好ましい。また、スリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との間の電位差は、閾値電圧以上であればよく、所望の透過光量（階調）に応じて適宜設定することができるが、２Ｖ以上であることが好ましく、４Ｖ以上であることがより好ましく、６Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差が１４Ｖ以下であることが好ましく、１２Ｖ以下であることがより好ましく、１０Ｖ以下であることが更に好ましい。
なお、スリット電極（ｉ）上の液晶分子とは、基板主面を平面視したときにスリット電極（スリット電極に設けられたスリット部分を除く）と少なくとも一部が重畳している液晶分子を言う。
第２駆動方式では、縦電界とフリンジ電界とを併用し、両者の電界強度の割合を調整することで全ての階調間応答を電界で制御し、高速応答を実現する。すなわち、立上がりでは、フリンジ電界でオン状態とし、立下がりでは、基板間の縦電界でオン状態として高速応答化する。
なお、第２駆動方式の白表示時においては、例えば、下層電極（ｉｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の好ましい電位差と、スリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との間の電位差との比が、０．１／１～１／０．１であることが好ましく、０．５／２～２／０．５であることがより好ましい。
なお、実施形態１の液晶表示装置は、通常の液晶表示装置が備える部材（例えば、光源等）を適宜備えることができる。また、実施形態１の液晶表示装置は、アクティブマトリクス駆動方式によって液晶を駆動するものであることが好ましい。更に、実施形態１の液晶表示装置で用いる電極は、それぞれが独立し、ＴＦＴで駆動されるものとすることができるが、本発明の第１駆動方式及び第２駆動方式を実行できる限り、電極の一部が偶数ライン・奇数ラインごとに共通接続され、ラインにおけるＴＦＴで駆動されるものであってもよい。例えば、下層電極及び対向電極が偶数ライン・奇数ラインごとに共通接続されたものであってもよい。後述する実施形態においても同様である。
実施形態１の液晶表示装置は、透過型、反射型、半透過型のいずれの液晶表示装置にも適用することができる。後述する実施形態においても同様である。
（実施形態１の第１駆動方式と比較例１とのγ特性の比較）
実施形態１の第１駆動方式についての視野角特性（γ特性〔ガンマカーブ〕）を図７～図９に示す。また、比較例１として、図１０の断面模式図に示されるような電極構成を有するＦＦＳモードの液晶表示装置のγ特性も図７～図９に示す。更に、正面方向から測定したガンマ値２．２の液晶表示装置のγ特性を図７～図９に示す。γ特性（ガンマカーブ）は、階調値を横軸にとり、規格化された輝度比を縦軸にとって、液晶層に印加する電圧に対する透過率の変化を示したものである。
なお、図７は、実施形態１及び比較例１の方位４５°－２２５°の極角６０°における階調に対する規格化輝度比を示すグラフである。図８は、実施形態１及び比較例１の方位０°－１８０°の極角６０°における階調に対する規格化輝度比を示すグラフである。図９は、実施形態１及び比較例１の方位９０°－２７０°の極角６０°における階調に対する規格化輝度比を示すグラフである。図７～図９中、駆動１は、第１駆動方式を意味する。
比較例１では、対向電極が無い以外の構成、例えばスリット電極のＬ／Ｓ、液晶材料や絶縁膜材料、及び、セル厚や絶縁膜の膜厚等はすべて実施形態１と同じとした。なお、実施形態１と同様に、両基板の液晶層側には水平配向膜を設け、電圧無印加状態における液晶分子の方位角を、スリット電極（ｉ）に設けられたスリットの延在方向に対して数度ずらして水平配向させた。なお、比較例１に係る図１０の参照番号は、百の位に１を付した以外は、実施形態１に係る図に示したものと同様である。
図７～図９より、実施形態１の第１駆動方式は比較例１に示したＦＦＳモードと同等程度の広視野角特性を有することが分かる。
なお、下側基板が、一対の櫛歯電極ではなく、液晶層側のスリット電極（ｉ）及び液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）を有することにより、上下基板間で縦電界を一様に印加することができ、第２駆動方式の黒輝度が浮いてしまうことを充分に防止できる。
なお、「方位Ｘ°の極角Ｙ°」とは、Ｘ°方位において視角を法線方向からＹ°倒した方向で輝度を測定したことを意味する。すなわち、極角は、正面方向と視角方向とのなす角を表している。各例の液晶表示装置の表示モードはノーマリーブラックであることから、黒表示が階調値０に対応し、白表示が階調値２５５に対応しており、階調値が大きいほど液晶層に印加される電圧は大きい。輝度の規格化は、階調値２５５のときの輝度を１．０として、各測定方向ごとになされている。
なお、輝度は、シンテック社のＬＣＤ　Ｍａｓｔｅｒ２Ｄを用いたシミュレーションにより算出した。
（実施形態１の第２駆動方式と比較例１との応答特性の比較）
次に、実施形態１の第２駆動方式についての立上がり応答と立下り応答をそれぞれ図１１及び図１２に示す。また、比較例１のＦＦＳモードの液晶表示装置についての立上がり応答と立下がり応答も共にそれぞれ図１１及び図１２に示す。なお、図１１及び図１２中、駆動２は、第２駆動方式を意味する。
図１１及び図１２より、実施形態１の第２駆動方式はＦＦＳモードと比較して立上がり、立下がりともに高速応答を実現できることが分かる。
したがって、一つの液晶表示装置の構成で、ＦＦＳモードの液晶表示装置と同等の視野角特性、及び、ＦＦＳモードの液晶表示装置では到達できない高速応答をそれぞれ実現できる。
実施形態２
実施形態２は、電極構造等の液晶表示装置の構成は実施形態１と同じで、下層電極（ｉｉ）を画素電極として電圧を印加した場合である。この場合でも図１３～図１６のように駆動することで、液晶分子の配向を実施形態１と同じように制御することができる。なお、実施形態２に係る図１３～図１６の参照番号は、百の位に２を付した以外は、実施形態１に係る図に示したものと同様である。
図１３は、実施形態２において第１駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第１駆動方式の黒表示時では、液晶が回転するような電界が発生しないように各電極間の電位差を設定し、黒表示を行う。図１３では、上下基板が有するすべての電極の電位を０Ｖとした場合を示しているが、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満である限り、すべての電極に一定電圧を印加してもよい。
実施形態２の液晶表示装置は、図１３に示されるように、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満では液晶分子ＬＣを水平配向させる。
図１４は、実施形態２において第１駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第１駆動方式の白表示時では、下層電極（ｉｉ）に電圧を印加し、スリット電極（ｉ）－下層電極（ｉｉ）間で発生するフリンジ電界で、液晶分子を基板に対して水平方向に回転させて白表示を行う。図１４では、下層電極（ｉｉ）の電位を３．５Ｖとし、スリット電極（ｉ）－下層電極（ｉｉ）間の電位差を３．５Ｖとする。スリット電極（ｉ）－下層電極（ｉｉ）間の電位差は、閾値電圧以上であればよく、所望の透過光量（階調）に応じて適宜設定することができるが、例えば１Ｖ以上であることが好ましく、２Ｖ以上であることがより好ましく、２．５Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差は、６Ｖ以下であることが好ましく、５Ｖ以下であることがより好ましく、４．５Ｖ以下であることが更に好ましい。
また対向電極（ｉｉｉ）には、スリット電極（ｉ）－対向電極（ｉｉｉ）間で液晶が基板に対して垂直方向に回転しないような電圧を印加する。図１４では、スリット電極（ｉ）及び対向電極（ｉｉｉ）の電位を０Ｖとするが、スリット電極（ｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の電位差が閾値電圧未満であればよい。
図１５は、実施形態２において第２駆動方式で黒表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第２駆動方式の黒表示時では、上下基板間に液晶を垂直方向に回転させるのに充分な縦電界が発生するような電圧を印加する。図１５では、スリット電極（ｉ）の電位及び下層電極（ｉｉ）の電位をそれぞれ８Ｖとし、対向電極（ｉｉｉ）の電位を０Ｖとし、スリット電極（ｉ）及び下層電極（ｉｉ）のそれぞれと対向電極（ｉｉｉ）との電位差を８Ｖとする。スリット電極（ｉ）及び下層電極（ｉｉ）の少なくとも一方と対向電極（ｉｉｉ）との電位差が２Ｖ以上であることが好ましく、４Ｖ以上であることがより好ましく、６Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差が１４Ｖ以下であることが好ましく、１２Ｖ以下であることがより好ましく、１０Ｖ以下であることが更に好ましい。スリット電極（ｉ）及び下層電極（ｉｉ）のそれぞれと対向電極（ｉｉｉ）との電位差が上記範囲内であることが一層好ましい。
図１６は、実施形態２において第２駆動方式で白表示を行った際の各電極への印加電圧の一例を示す液晶表示装置の断面模式図である。
第２駆動方式の白表示時では、常にスリット電極（ｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間で縦電界を発生させた状態で、スリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との間にフリンジ電界を発生させる。実施形態２では下層電極（ｉｉ）の電圧を低下させてフリンジ電界を発生させる。この場合は、フリンジ電界発生と同時に下層電極（ｉｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の縦電界も弱まるため、スリット電極（ｉ）のスリットと重畳する液晶分子は水平配向に戻りつつ、かつ同時にフリンジ電界で基板に対して水平面内で回転する。図１６では、スリット電極（ｉ）の電位を８Ｖ、対向電極（ｉｉｉ）の電位を０Ｖとしながら、下層電極（ｉｉ）の電位を０Ｖとする。スリット電極（ｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の好ましい電位差は、２Ｖ以上であることが好ましく、４Ｖ以上であることがより好ましく、６Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差が１４Ｖ以下であることが好ましく、１２Ｖ以下であることがより好ましく、１０Ｖ以下であることが更に好ましい。また、スリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との間の電位差は、閾値電圧以上であればよく、所望の透過光量（階調）に応じて適宜設定することができるが、２Ｖ以上であることが好ましく、４Ｖ以上であることがより好ましく、６Ｖ以上であることが更に好ましい。また、該電位差が１４Ｖ以下であることが好ましく、１２Ｖ以下であることがより好ましく、１０Ｖ以下であることが更に好ましい。
なお、スリット電極（ｉ）のスリットと重畳する液晶分子とは、基板主面を平面視したときにスリット電極に設けられたスリット部分と少なくとも一部が重畳している液晶分子を言う。
第２駆動方式では、縦電界とフリンジ電界とを併用し、両者の電界強度の割合を調整することで全ての階調間応答を電界で制御し、高速応答を実現する。すなわち、立上がりでは、フリンジ電界でオン状態とし、立下がりでは、基板間の縦電界でオン状態として高速応答化する。
なお、第２駆動方式の白表示時においては、例えば、スリット電極（ｉ）と対向電極（ｉｉｉ）との間の好ましい電位差と、スリット電極（ｉ）と下層電極（ｉｉ）との間の電位差との比が、０．１／１～１／０．１であることが好ましく、０．５／２～２／０．５であることがより好ましい。
実施形態２は、上述したように、液晶駆動方法以外の、各電極構造等の液晶表示装置の構成については、上述した実施形態１と同様である。
なお、本発明の液晶表示装置は、実施形態１の第１駆動方式と実施形態２の第２駆動方式とを組み合わせたものであってもよく、実施形態１の第２駆動方式と実施形態２の第１駆動方式とを組み合わせたものであってもよい。
実施形態３
図１７は、実施形態３の液晶表示装置の画素の平面模式図である。
本発明の別のスリット電極の構造例（実施形態３のスリット電極の構造例）を図１７に示す。
実施形態３は、スリット電極の構造以外の液晶表示装置の構成及び液晶駆動方法については、上述した実施形態１又は実施形態２と同様である。
図１８は、図１を拡大した図である。図１９は、図１７を拡大した図である。
図１７、図１９に示したようなスリット電極構造とすることにより、実施形態１、２の場合には液晶分子が１方向にしか回転しなかったのに対し（図１８）、第１駆動方式、第２駆動方式ともに液晶分子を２方向に回転させることが可能となる。これにより、更なる視野角改善が可能となる。　
なお、図１７、図１９に示したスリット電極構造は一例であり、この形状には限られず、液晶分子を複数方向に回転させることができる限り、本実施形態の視野角改善効果を発揮できる。
上述した本発明の液晶表示装置は、第１駆動方式と第２駆動方式とを適宜切り換えて表示を行うことができる。また、それぞれの駆動方式において、所望の表示に応じて、白表示と黒表示を適宜組み合わせて表示を行うことができる。
本発明の液晶表示装置は、少なくとも、上述した第１駆動方式と第２駆動方式とを切り換えて実行する制御装置を備えるものであることが好ましい。これによって、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりすることができる。
また、本発明の液晶表示装置は、所定の条件に応じて、上述した第１駆動方式と第２駆動方式とを切り換える制御装置を備えることが好ましい。該制御装置は、例えば、応答速度の遅延が問題とならない温度（例えば、下限が－２０℃～２０℃のいずれかである温度範囲）の環境下では広視野角、高透過率を実現できる第１駆動方式を実行し、応答速度が遅くなる低温（例えば、上限が－２０℃～２０℃のいずれかである温度範囲）環境下では高速応答を実現できる第２駆動方式を実行するよう制御する制御装置であることが好ましい。これによって、所望の効果をより適切に得ることができる。
更に、本発明の液晶表示装置は、ユーザーの指示に応じて、上述した第１駆動方式と第２駆動方式とを切り換える制御装置を備えるものであってもよい。
また、本発明は、上述した液晶表示装置を用いた液晶表示装置の駆動方法であってもよい。
また本発明の液晶表示装置のように下基板が有する電極のみ交流駆動（ＡＣ駆動）を行えばよい場合には、従来通り下基板のみにＡＣ駆動用の回路、ドライバ、配線が配置されていればよい。したがって、例えば下基板が有する電極と共に上基板が有する電極も交流駆動（ＡＣ駆動）を行うために下基板と共に上基板にもＡＣ駆動用の回路、ドライバ、配線が配置されている液晶表示装置と比較して、本発明の液晶表示装置の駆動の自由度は格段に高いものである。
本発明の液晶表示装置としては、カーナビゲーション等の車載用の機器、電子ブック、フォトフレーム、産業機器、テレビ、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末等が挙げられる。本発明は、例えば、カーナビゲーション等の車載用の機器等の高温環境下、低温環境下の両方で用いられ得る機器に適用されることが好ましい。
本発明の要点の１つとしては、誘電率異方性が正の液晶を水平配向させ、下側基板をＦＦＳモードの液晶表示装置で使用される電極を有するものとし、上側基板に面状電極及び必要に応じて絶縁層を配置した液晶表示装置において、下側基板のフリンジ電界のみで液晶を駆動する第１駆動方式と、上下基板間の縦電界とフリンジ電界とを併用する第２駆動方式とを１つの液晶表示装置において切り替えて行うことができる点が挙げられる。
第１駆動方式は液晶分子を基板に対して水平面内で回転させることにより従来のＦＦＳモードの液晶表示装置と同等の広視野角を実現でき、第２駆動方式は全階調間応答を電界で制御することにより、従来のＦＦＳモードでは実現できない高速応答を実現できる。
なお、ＴＦＴ基板及び対向基板において、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）等の顕微鏡観察により、本発明の液晶表示パネル及び液晶表示装置に係る電極構造等を確認することができる。
［付記］
以上の実施形態から、以下に示す本発明の各態様が導かれる。
本発明の一態様は、上下基板、及び、上下基板に挟持された液晶層３０をもつ液晶表示装置であって、該上下基板のそれぞれは、電極を有し、該上下基板の一方１０が有する電極は、液晶層側の電極（ｉ）、及び、液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）から構成され、該液晶層側の電極（ｉ）は、スリットが設けられ、該液晶層３０は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、該液晶表示装置は、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満である駆動操作を実行して黒表示を行い、上下基板の一方１０が有する液晶層側の電極（ｉ）と液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う第１駆動方式と、上下基板の一方１０が有する各電極と上下基板の他方２０が有する電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせ、上下基板の一方１０が有する液晶層側の電極（ｉ）と液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）との間の電位差が閾値電圧未満である駆動操作を実行して黒表示を行い、上下基板の一方１０が有する電極のいずれかと上下基板の他方２０が有する電極（ｉｉｉ）との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせ、上下基板の一方１０が有する液晶層側の電極（ｉ）と液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う第２駆動方式とを切り換えて実行するように構成されたものである液晶表示装置であってもよい。
上記態様の液晶表示装置によれば、駆動方式を使い分けることで、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりすることができる。
上記態様において、上記第１駆動方式は、液晶層側の電極（ｉ）の方が液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行い、上記第２駆動方式は、液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）の方が液晶層側の電極（ｉ）よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行うものであってもよい。また、上記態様において、上記第１駆動方式は、液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）の方が液晶層側の電極（ｉ）よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行い、上記第２駆動方式は、液晶層側の電極（ｉ）の方が液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行うものであってもよい。いずれの構成においても、駆動方式を使い分けることで、広視野角、高透過率を実現したり、高速応答を実現したりすることができる。
上記態様において、液晶層側の電極（ｉ）の構造は特に限定されないが、該液晶層側の電極（ｉ）は、基板主面を平面視したときに、複数の線状電極部分を含み、該複数の線状電極部分は、１回屈曲した形状であることが好ましい。このような構成とすることで液晶を２方向に回転させることが可能となり、視野角特性を更に改善することができる。
上記態様において、上記液晶層３０は、電圧無印加時に基板主面に対して水平方向に配向する液晶分子を含むことが好ましい。このような構成とすることで視野角特性をより優れたものとすることができる。
上記態様において、上記上下基板は、それぞれ直線偏光板を有することが好ましい。
上記態様において、上記第１駆動方式は、上下基板の一方１０が有する液晶層側の電極（ｉ）と液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）との間に２Ｖ～５Ｖの電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行うことが好ましい。また、上記第２駆動方式は、上下基板の一方１０が有する液晶層側の電極（ｉ）と液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）との間に６Ｖ～１０Ｖの電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行うことが好ましい。このような構成とすることで好適にフリンジ電界を発生させ、白表示を行うことができる。
上記態様において、上記上下基板の一方１０が有する液晶層側と反対側の電極（ｉｉ）は、面状電極であることが好ましい。また、上記上下基板の他方２０が有する電極（ｉｉｉ）は、面状電極であることが好ましい。このような構成とすることで好適に縦電界を発生させ、黒表示を行うことができる。
上記態様において、上記上下基板の他方２０は、電極の液晶層側に、誘電体層２３を有することが好ましい。このような構成とすることでフリンジ電界の強度を更に強くすることができ、透過率を更に向上することができる。また、このような構成とすることで、第２駆動方式において、上下基板の一方１０のスリット電極（ｉ）と上下基板の他方２０の対向電極（ｉｉｉ）との間で発生する縦電界により、誘電体層２３が無い場合ほどは液晶分子が垂直に配向せず、その結果、広視野角が実現できる。
上記態様において、上記上下基板の少なくとも一方１０は、薄膜トランジスタ素子を備え、該薄膜トランジスタ素子は、酸化物半導体を含むことが好ましい。酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高いキャリア移動度を示す。これにより、１画素に占めるトランジスタの面積を小さくすることができるため開口率が増加し、１画素あたりの光の透過率を高めることが可能となる。したがって、酸化物半導体ＴＦＴを用いることで、本発明の効果である透過率改善効果をより顕著に得ることができる。
本発明の液晶表示装置は、上下基板の一方が有する電極が、液晶層側の電極、及び、液晶層側と反対側の電極から構成され、該液晶層側の電極は、スリットが設けられ、また、液晶層が、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含むものであるが、更に、上記液晶分子をツイストすることなく水平に配向させ、そして、上下基板の他方が有する電極が、面状電極であり、上下基板の他方が、電極の液晶層側に、誘電体層を有するものとすることが特に好ましい。これら条件を全て満たすことで、第１駆動方式、第２駆動方式のいずれにおいても好適な白黒表示を可能とし、広視野角、高速応答を満足できる表示モードを実現することができる。
（ｉ）：スリット電極（液晶層側の電極）
（ｉｉ）：下層電極（液晶層側と反対側の電極）
（ｉｉｉ）：対向電極（上下基板の他方が有する電極）
ＣＨ：コンタクトホール
ＴＦＴ：薄膜トランジスタ素子
ＳＬ：ソースバスライン
ＧＬ：ゲートバスライン
ＬＣ：液晶分子
１０、１１０、２１０：下側基板（上下基板の一方）
２０、１２０、２２０：上側基板（対向基板、上下基板の他方）
１３、２３、１１３、１２３、２１３、２２３：誘電体層（絶縁層）
３０、１３０、２３０：液晶（液晶層）
Ｅ１、Ｅ２：電界

Claims (12)

  1. 上下基板、及び、上下基板に挟持された液晶層をもつ液晶表示装置であって、
    該上下基板のそれぞれは、電極を有し、
    該上下基板の一方が有する電極は、液晶層側の電極、及び、液晶層側と反対側の電極から構成され、
    該液晶層側の電極は、スリットが設けられ、
    該液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、
    該液晶表示装置は、上下基板が有する各電極間の電位差が閾値電圧未満である駆動操作を実行して黒表示を行い、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う第１駆動方式と、
    上下基板の一方が有する各電極と上下基板の他方が有する電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせ、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間の電位差が閾値電圧未満である駆動操作を実行して黒表示を行い、上下基板の一方が有する電極のいずれかと上下基板の他方が有する電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせ、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間に閾値電圧以上の電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う第２駆動方式とを切り換えて実行するように構成されたものである
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第１駆動方式は、液晶層側の電極の方が液晶層側と反対側の電極よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行い、
    前記第２駆動方式は、液晶層側と反対側の電極の方が液晶層側の電極よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第１駆動方式は、液晶層側と反対側の電極の方が液晶層側の電極よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行い、
    前記第２駆動方式は、液晶層側の電極の方が液晶層側と反対側の電極よりも高い電位を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記液晶層側の電極は、基板主面を平面視したときに、複数の線状電極部分を含み、該複数の線状電極部分は、１回屈曲した形状である
    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。
  5. 前記液晶層は、電圧無印加時に基板主面に対して水平方向に配向する液晶分子を含む
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記上下基板は、それぞれ直線偏光板を有する
    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。
  7. 前記第１駆動方式は、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間に２Ｖ～５Ｖの電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う
    ことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 前記第２駆動方式は、上下基板の一方が有する液晶層側の電極と液晶層側と反対側の電極との間に６Ｖ～１０Ｖの電位差を生じさせる駆動操作を実行して白表示を行う
    ことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 前記上下基板の一方が有する液晶層側と反対側の電極は、面状電極である
    ことを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 前記上下基板の他方が有する電極は、面状電極である
    ことを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の液晶表示装置。
  11. 前記上下基板の他方は、電極の液晶層側に、誘電体層を有することを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
  12. 前記上下基板の少なくとも一方は、薄膜トランジスタ素子を備え、
    該薄膜トランジスタ素子は、酸化物半導体を含む
    ことを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
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