(57)【要約】      （修正有）【課題】カー効果を発現する液晶層を利用した液晶表示装置において、液晶層の表示利用効率が高く、高コントラストかつ高速な表示を実現する。【解決手段】平板状の支持基板と、前記支持基板の表面に配列された複数の第１の電極と、前記支持基板表面の前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、前記支持基板の前記第１の電極及び前記第２の電極が形成された面に対向して配置された対向基板２０と、前記支持基板と前記対向基板の間に保持されたカー効果を発現する液晶層３０と、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記支持基板と前記対向基板との距離をＤとしたとき、０．７≦Ｄ／（Ｌ＋Ｓ）≦２を満たすことを特徴とする。【選択図】図４（ａ）
2014002402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の支持基板と、
前記支持基板の表面に配列された複数の第１の電極と、
前記支持基板表面の前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、
前記支持基板の前記第１の電極及び前記第２の電極が形成された面に対向して配置された対向基板と、
前記支持基板と前記対向基板の間に保持された、カー効果を発現する液晶層と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記支持基板と前記対向基板との距離をＤとしたとき、
０．７≦Ｄ／（Ｌ＋Ｓ）≦２
を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
平均幅Ｌよりも平均距離Ｓの方が長いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
平板状の支持基板と、
前記支持基板に対向して配置された対向基板と、
前記支持基板及び前記対向基板の互いに対向する一主面に配列された複数の第１の電極と、
前記支持基板及び前記対向基板の互いに対向する一主面において、前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、
前記支持基板と前記対向基板の間に保持された、カー効果を発現する液晶層と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記支持基板と前記対向基板との距離をＤとしたとき、
０．７≦Ｄ／２（Ｌ＋Ｓ）≦２
を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記支持基板に設けられた前記第１の電極および前記第２の電極の位置と、前記対向基板に設けられた前記第１の電極および前記第２の電極の位置が、（Ｌ＋Ｓ）／２ずれていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
互いに対向して配置された平板状の複数の支持基板と、
前記複数の支持基板それぞれの間に保持された複数の、カー効果を発現する液晶層と、
前記支持基板の前記液晶層を保持する一主面に配列された複数の第１の電極と、
前記支持基板の前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記複数の液晶層の厚さの和をＤ、前記支持基板の前記第１の電極層及び前記第２の電極が配列された主面の数をＮとしたとき、
０．７≦Ｄ／Ｎ（Ｌ＋Ｓ）≦２
を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
前記複数の支持基板のうちの一の基板について、一主面上に設けられた前記第１の電極及び前記第２の電極と、他主面上に設けられた前記第１の電極及び前記第２の電極とが、（Ｌ＋Ｓ）／２ずれて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
応答速度が速い液晶表示装置を目指して、カー効果を発現する液晶層を利用した液晶表示装置が検討されている。カー効果とは、透明な等方的媒質の屈折率が外部電場の２乗に比例した異方性を示す効果である。カー効果は非液晶性の有極性液体材料でも発現するが、液晶材料の場合は、外部電場に対して分子が協同的に運動する性質があるため、カー効果の増幅作用が期待できる。カー効果を示す液晶材料は、協同的に運動する液晶領域の典型長である相関長が短いため、数ミリ秒以下の高速な電場応答を示す。カー効果を示す液晶相として、コレステリック・ブルー相、スメクティック・ブルー相、擬似等方相などが知られている。
【０００３】
特許文献１には、カー効果を示す液晶層の厚み（セルギャップ）を十分厚くして、前記の電場の強い範囲を完全に包むようにし、対向基板の仕様制約を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、カー効果を発現する液晶層を利用した液晶表示装置において、液晶層の表示利用効率が高く、高コントラストかつ高速な表示を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液晶表示装置は、平板状の支持基板と、前記支持基板の表面に配列された複数の第１の電極と、前記支持基板表面の前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、前記支持基板の前記第１の電極及び前記第２の電極が形成された面に対向して配置された対向基板と、前記支持基板と前記対向基板の間に保持された、カー効果を発現する液晶層と、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記支持基板と前記対向基板との距離をＤとしたとき、０．７≦Ｄ／（Ｌ＋Ｓ）≦２を満たすことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る液晶表示装置は、平板状の支持基板と、前記支持基板に対向して配置された対向基板と、前記支持基板及び前記対向基板の互いに対向する一主面に配列された複数の第１の電極と、前記支持基板及び前記対向基板の互いに対向する一主面において、前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、前記支持基板と前記対向基板の間に保持された、カー効果を発現する液晶層と、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記支持基板と前記対向基板との距離をＤとしたとき、０．７≦Ｄ／２（Ｌ＋Ｓ）≦２を満たすことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向して配置された平板状の複数の支持基板と、前記複数の支持基板それぞれの間に保持された複数の、カー効果を発現する液晶層と、前記支持基板の前記液晶層を保持する一主面に配列された複数の第１の電極と、前記支持基板の前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記複数の液晶層の厚さの和をＤ、前記支持基板の前記第１の電極層及び前記第２の電極が配列された主面の数をＮとしたとき、０．７≦Ｄ／Ｎ（Ｌ＋Ｓ）≦２を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、カー効果を発現する液晶層を利用した液晶表示装置の、液晶層の表示利用効率が高め、表示のコントラストを高め、かつ表示を高速にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一態様に係る液晶表示装置を概略的に示す平面図。
【図２】図１に示す液晶表示パネルの分解斜視図。
【図３】図２に示す液晶表示装置の液晶表示パネルに採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図。
【図４（ａ）】実施例１に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの断面模式図。
【図４（ｂ）】実施例２の係る液晶表示装置の液晶表示パネルの断面模式図。
【図４（ｃ）】実施例３に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの断面模式図。
【図５（ａ）】セルギャップと透過率の関係を示す特性図。
【図５（ｂ）】セルギャップと透過率の変動率の関係を示す特性図。
【図５（ｃ）】セルギャップと透過率の関係を示す特性図。
【図５（ｄ）】セルギャップと透過率の変動率の関係を示す特性図。
【図６】電極のピッチと実効セルギャップとの関係を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
カー効果を利用した液晶表示装置において透過型の明暗表示を行う方法について説明する。カー効果を示す液晶材料を、それぞれの光学軸が直角を成す１対の偏光板間に置く（直交ニコル）。電圧無印加時、この液晶材料は光学的に等方的な性質を持つため、一方の偏光板へ入射した光はそのまま直進し他方の偏光板にて遮断され暗表示が実現する。この液晶層に対して、双方の偏光板の光学軸と４５°の角度をなす方位へ、偏光板と平行な方向に電場（横電場）を印加すると、カー効果が発現して印加電場と平行な方位に光学リタデーションが発生する。すなわち、印加電場に応答して液晶材料の配向が変化し、液晶材料への入射光と透過光の間に位相差が生じる。この光学リタデーション（位相差）を概略２７５ｎｍに調整することで明表示が実現する。
【００１２】
液晶層へ横電場を印加するには、液晶層を保持する一対の基板の一方に櫛歯型の画素電極と対向電極が配列した構造（ＩＰＳ（in-plane switching）モード；図３）や、一対の基板の一方に平板状の対向電極が設けられ、その上部に絶縁層を介して櫛歯型の画素電極が設けられた構造（ＦＦＳ（fringe field switching）モード；不図示）等が用いられる。
【００１３】
ＶＡ（vertically aligned）モードやＯＣＢ（optically compensated bend）モードなどの基板に垂直な方向に電場が加わる縦電場印加モードとは異なり、横電場印加モードでは、液晶層において光学リタデーションが実効的に誘起される領域は、電極設置基板面の近傍で強く、電極が設けられていない方の基板側に向かって弱くなる。特に、電場の２乗則に従うカー効果を利用する場合にこの傾向は強調され、明表示に寄与する強電場領域は電極設置基板面のごく近傍に限定される。従って液晶層全体に光学リタデーションを実効的に誘起させるために必要な駆動電圧は高い。
【００１４】
特に、カー効果を利用したＩＰＳモードの液晶表示装置は、十分な表示輝度を得るための駆動電圧が非常に高いという問題がある。例えば、発明者らは、カー係数が約０．４ｎｍ／Ｖ２の典型的なコレステリック・ブルー相液晶材料を用いてパターン周期１０μｍの櫛歯電極を用いたＩＰＳモードの表示素子において十分な表示輝度を得るためには、１００Ｖ以上の駆動電圧が必要であるという知見を得た。
【００１５】
ＩＰＳモードにおいて、光学リタデーションが実効的に誘起される領域は、画素電極と対向電極との間の領域である。低い駆動電圧で光学リタデーションを誘起しようとするなら、画素電極と対向電極のパターン周期（周期的に並んだ画素電極と対向電極の１周期分、すなわち画素電極の一端から、対向電極を介して位置する画素電極の一端までの距離）を短くして電極間隔を狭め、電場強度を上げることが有効である。ところが、この場合、開口部（基板のうち電極が形成されていない、光が透過できる部分）が狭くなり数が増えるため、境界部（開口部外縁）の占める面積が相対的に拡大する。境界部では電場の水平成分が減る等の影響によりカー効果の発現しにくくなり、開口部中央より明表示時の輝度（表示輝度）が低くなりやすいという問題があった。
【００１６】
このことから、十分な表示輝度を得るためには画素電極と対向電極の間隔を狭くするのには制限があり、駆動電圧をあまり下げられないという問題があった。
【００１７】
さらに、開口部が狭い場合には静電遮蔽効果が高まり、電極設置側の基板から対向する基板へ向かうにつれて電場がさらに弱くなりやすい。すなわち、電極が設置されていない側の基板付近の液晶層には外部電場が働きにくく、電場を印加しても電場応答を示さない（表示動作を示さない）液晶分子を多く含む。従って、液晶層中の電場応答を示す領域の割合（表示利用効率）が低くなる虞がある。
【００１８】
また、液晶層の厚さが厚すぎると、電極が設置されていない側の基板付近が電場応答を示さない液晶分子を多く含むので、明表示させる画素において、液晶層内からの選択反射や散乱効果による光漏洩量が多くなる。したがって、コントラストが低くなるという虞がある。一方、液晶層の厚さが薄すぎると、明表示の輝度が低くなる虞がある。
【００１９】
ここで、電極設置基板寄りの液晶領域で、電場誘起される光学異方性が有意に大きな領域の厚さを、実効セルギャップと称する。発明者らは、同じセルギャップのＩＰＳ電極付きセルでも、電極のパターン周期が異なると、実効セルギャップはこれと連動して変動することを見出した。言い換えると、電極のパターン周期の半分Ｐ（ピッチ）、すなわち、画素電極と対向電極それぞれの配列方向の幅Ｌと両電極の距離Ｓとの和Ｌ＋Ｓに比例して実効セルギャップは変動することを発明者らは見出した。
【００２０】
具体的には、電極のピッチＰを狭く設計し、液晶層の厚さＤをこの電極ピッチＰにおける実効セルギャップと同等に設計することで、駆動電圧を高くすることなく、且つ、表示利用効率が高い液晶表示装置を得ることができる。このような液晶表示装置は、液晶層からの光漏洩量が少なく、高いコントラストを得ることができる。
【００２１】
本発明の実施形態によると、電極パターンの半周期Ｐと液晶層の厚さＤとの比を一定範囲内に規定するので、液晶層内の電場誘起される光学異方性が有意に大きい領域の割合を高めることができる。すなわち、本発明の実施形態によれば、液晶層の表示利用効率が高い。さらに、液晶層が過度に厚くならないため、液晶層内からの選択反射や散乱効果による光漏れを抑制でき、高コントラスト化を実現できる。かつ、ブルー相液晶材料を用いることで、高速な表示が可能な液晶表示装置を得ることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同じ構成には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置を概略的に示す平面図である。図２は、図１に示す液晶表示パネルの分解斜視図である。図３は、図２に示す液晶表示装置の液晶表示パネルに採用可能な構造の一例を概略的に示す断面図である。なお、図３では、簡略化のため、一部の構成要素を省略している。
【００２４】
図１に示す液晶表示装置は、基板上に縦横方向それぞれに配線が形成された、アクティブマトリクス型液晶表示装置である。この液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、これと向き合うように配置されたバックライト（図示せず）と、液晶表示パネル１上に設けられた走査線駆動回路２、信号線駆動回路３及び補助容量線駆動回路４と、これら走査線駆動回路２、信号線駆動回路３及び補助容量線駆動回路４に接続されたコントローラ５とを含んでいる。基板上の配線は、走査線駆動回路２、信号線駆動回路３及び補助容量線駆動回路４と接続されており、液晶層に駆動電圧を供給する。
【００２５】
液晶表示パネル１は、アレイ基板１０（支持基板）と対向基板２０とを有する。アレイ基板１０と対向基板２０との間には、枠状のシール層（図示せず）が介在している。アレイ基板１０と対向基板２０とシール層とに囲まれた空間は、液晶材料で満たされており、この液晶材料は液晶層３０（図３に示す）を形成している。
【００２６】
アレイ基板１０には、走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとが配置されている。走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとは、各々がＸ方向に延びており、Ｘ方向と直交するＹ方向に交互に配列している。なお、Ｘ方向及びＹ方向は、アレイ基板１０の一主面に平行な方向である。
【００２７】
アレイ基板１０には、信号線１０５ａと給電線１０５ｃも配置されている。信号線１０５ａと給電線１０５ｃとは、各々がＹ方向に延びており、Ｙ方向と直交するＸ方向に交互に配列している。配線の配列については、信号線１０５ａおよび給電線１０５ｃは各々がＸ方向に延びＹ方向に配列しており、走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとは各々がＹ方向に延びＸ方向に配列している構成としてもよい。走査線１０１ａと信号線１０５ａとの交差位置にはスイッチ１０４が形成されている。走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂと信号線１０５ａと給電線１０５ｃで囲まれた１区画（１画素）につき１つずつ、補助容量１０６と画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂが配置されている。スイッチ１０４と、補助容量１０６と、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとは画素ＰＸを構成する。
【００２８】
走査線１０１ａの各々は、一部が、後述する薄膜トランジスタのゲート電極１０１（図３に示す）を形成している。
【００２９】
補助容量線１０１ｂの各々は、一部が補助容量１０６の電極を形成している。
【００３０】
走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂとは、同一の工程で形成する。また、これらの材料としては、例えば、金属又は合金を使用する。
【００３１】
走査線駆動回路２には、走査線１０１ａが接続されている。走査線駆動回路２は、走査線１０１ａに、スイッチ１０４を閉じる第１走査電圧を順次供給し、スイッチ１０４の開閉を制御する。走査線駆動回路２は、第１走査電圧を供給していない走査線１０１ａには、スイッチ１０４を開く第２走査電圧を供給する。
【００３２】
信号線駆動回路３には、信号線１０５ａと給電線１０５ｃとが接続されている。信号線駆動回路３は、信号線１０５ａに信号電圧を供給する。更に、信号線駆動回路３は、給電線１０５ｃに、典型的には定電圧である表示電圧を供給する。信号線１０５ａの供給する信号電圧と給電線１０５ｃの供給する表示電圧との差が液晶層３０に印加されて、液晶層３０が駆動される。なお、ここでは、給電線１０５ｃに表示電圧を供給するための電圧源を信号線駆動回路３が含んだ構成を採用しているが、給電線１０５ｃに表示電圧を供給するための電圧源は、信号線駆動回路３とは別に設けてもよい。
【００３３】
補助容量線駆動回路４には、補助容量線１０１ｂが接続されている。補助容量線駆動回路４は、信号線駆動回路３が信号線１０５ａに出力する信号電圧の極性を正から負へと反転させる場合、この極性反転に同期して、それら信号電圧を供給すべき画素ＰＸが接続された補助容量線１０１ｂの電位を第１電位から第２電位へと変化させる。そして、信号線駆動回路３が信号線１０５ａに出力する信号電圧の極性を負から正へと反転させる場合、この極性反転に同期して、それら信号電圧を供給すべき画素ＰＸが接続された補助容量線１０１ｂの電位を第２電位から第１電位へと変化させる。なお、ここで、信号電圧の極性は、信号電圧と表示電圧との差の極性を意味している。
【００３４】
コントローラ５は、走査線駆動回路２、信号線駆動回路３及び補助容量線駆動回路４に接続されている。コントローラ５は、走査線駆動回路２、信号線駆動回路３及び補助容量線駆動回路４の動作を制御する。
【００３５】
図２に示すように、液晶表示装置１のアレイ基板１０は、光透過性の基板１００を有する。基板１００は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板である。
【００３６】
対向基板２０は、光透過性の基板２００を含んでいる。基板２００は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板である。アレイ基板１０が有する基板１００及び対向基板２０が有する基板２００としては、一般的には厚さが０．１〜１ｍｍのものを使用する。液晶層３０は、一般的には１〜４０μｍに形成される。より好ましい液晶層３０の厚さは２〜２０μｍである。上述した走査線１０１ａ、補助容量線１０１ｂ、信号線１０５ａ、給電線１０５ｃそれぞれは、一般的には１〜２０μｍの幅に設計される。また、１画素の辺の長さは、一般的には５０〜５００μｍに設計される。
【００３７】
図３に示すように、対向基板２０には、液晶層３０側に、カラーフィルタ２２０が設けられている。
【００３８】
カラーフィルタ２２０は、赤色着色層２２０Ｒと緑色着色層２２０Ｇと青色着色層２２０Ｂとを有している。赤色着色層２２０Ｒ、緑色着色層２２０Ｇ及び青色着色層２２０Ｂは、例えば、画素ＰＸが形成する列に対応したストライプ配列を形成している。カラーフィルタ２２０の一般的な厚さは、図３に示すようなセル内形成型の場合は１〜１０μｍ、後付け型の場合は基板と同水準である。カラーフィルタ２２０の外縁には、格子状又はストライプ状のパターンで、ブラックマトリクス（不図示）が配置されている。
【００３９】
アレイ基板１０と対向基板２０との間には粒状スペーサ（不図示）が介在している。
【００４０】
液晶層３０は、典型的には、液晶材料とカイラル剤との混合物を含む。液晶材料は、ブルー相を呈している。即ち、この液晶層３０は、選択反射を生じ且つカー効果を示す。
【００４１】
この液晶層３０は、他の材料を更に含んでいてもよい。例えば、液晶層３０に、低分子液晶化合物と比較して分子量が遥かに大きい高分子材料を添加した場合、ブルー相を呈する温度範囲を広くすることができる。ここでは、一例として、この液晶材料は、誘電率異方性が正のネマチック液晶材料とカイラル剤との混合物であるとする。
【００４２】
図２に示すように、アレイ基板１０上には画素電極１０８ａ（第１の電極）及び対向電極１０８ｂ（第２の電極）が１つのスイッチング素子１０４につき１つずつ設けられている。画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂは、Ｘ方向に複数の歯を有する櫛歯状のパターンに形成されている。画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとは互いの歯が噛み合わさるように配置されている。画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの厚さは、一般的には１０〜１００ｎｍ程度である。画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの材料としては、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）を使用する。
【００４３】
図３に示すように、アレイ基板１０の外面には、直線偏光子５０Ｒが配置されている。対向基板２０の外面には、直線偏光子５０Ｆが配置されている。
【００４４】
基板１００上の走査線１０１ａのゲート電極１０１部分について、図３を使って説明する。
【００４５】
ゲート電極１０１は、絶縁膜１０２で被覆されている。絶縁膜１０２としては、例えばシリコン酸化膜を使用する。
【００４６】
絶縁膜１０２上の、半導体層１０３が上記のゲート電極１０１の位置に配置されている。半導体層１０３は、例えばアモルファスシリコンからなる。
【００４７】
絶縁膜１０２上には、半導体層１０３の一部を被覆するように、ソース電極１０５ｂとドレイン電極１０５ｄとが更に配置されている。半導体層１０３のドレインを被覆しているドレイン電極１０５ｄは、信号線１０５ａの一部である。ソース電極１０５ｂは、半導体層１０３のソースを被覆している。
【００４８】
ソース電極１０５ｂと補助容量線１０１ｂとそれらの間に介在した絶縁膜１０２とは、補助容量１０６を形成している。
【００４９】
ゲート電極１０１と、半導体層１０３と、絶縁膜１０２のうちゲート電極と半導体層１０３との間に位置した部分と、ドレイン電極１０５ｄと、ソース電極１０５ｂとは、薄膜トランジスタを形成している。これら薄膜トランジスタは、スイッチ１０４として利用する。
【００５０】
なお、スイッチ１０４は、ｎチャネル薄膜トランジスタである。
【００５１】
絶縁膜１０２上では、スイッチ１０４に対応して、画素電極１０８ａが配置されている。これら画素電極１０８ａの各々は、ソース電極１０５ｂと接続している。
【００５２】
また、図３に示していないが、対向電極１０８ｂは、給電線１０５ｃと接続している。図４は、液晶表示パネルのＹ方向の断面を簡略化して示した図である。図４（ａ）画素電極１０８ａの櫛歯状のパターンを形成する歯の１つと、これに対向して配置された対向電極１０８ｂの櫛歯状のパターンを形成する歯の一つを示している。本実施の形態においては、画素電極１０８ａの櫛歯パターンを形成する歯のＹ方向の幅と、対向電極１０８ｂの櫛歯パターンを形成する歯のＹ方向の幅とは同じ長さである。
【００５３】
ここで、液晶層３０の厚さをＤ（図２に示す）とする。すなわち、図４（ａ）に示すように、アレイ基板１０の液晶層３０を保持する主面と対向基板２０の液晶層３０を保持する主面との距離を液晶層３０の厚さＤとする。また、図４（ａ）で示すように、画素電極１０８ａを形成する１つの歯の幅（Ｙ方向の幅）を幅Ｌとする。画素電極１０８ａを形成する１つの歯と、これと対向電極１０８ｂを形成する１つの歯との距離、すなわち、画素電極１０８ａを形成する１つの歯と、これと対向する対向電極１０８ｂを形成する１つの歯の間の長さを間隔Ｓとする。画素電極１０８ａ（対向電極１０８ｂ）の幅Ｌと、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの距離Ｓは、いずれもＹ方向についての長さである。
【００５４】
画素電極１０８ａの幅Ｌが位置によって異なる場合には、平均の幅をＬとする。
【００５５】
また画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの間隔Ｓについても、位置によって変わる場合には、平均の値をＳとする。
【００５６】
幅Ｌと間隔Ｓの和を、ピッチＰとする。
【００５７】
液晶層３０の厚さＤとピッチＰの比Ｄ／Ｐは０．７以上２以下の範囲に設定する。比Ｄ／Ｐをこの範囲に設定すると、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの間に生じる電場によって誘起される光学異方性が有意に大きな領域の厚さが液晶層３０の厚さＤと同等になる。
【００５８】
比Ｄ／Ｐが０．７未満の場合、明表示時の最大輝度の低下が大きくなる。比Ｄ／Ｐが２を超える場合、液晶層３０の厚さのうち対向基板２０に近い表示に寄与しない領域の体積が大きくなる。すなわち、対向基板２０に近い液晶層３０は電場応答を示す液晶分子が少なく表示に寄与せず、液晶層内からの選択反射や散乱効果による光を漏洩させるので、表示画像のコントラストを低くする。
【００５９】
対向する画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂそれぞれの幅は、アレイ基板１０に平行な方向に沿って均一に電場が生じるように、同等に設計されるのが一般的である。電場印加時、光学リタデーションの誘起量や画素部の透過率Ｔは画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの間隔Ｓと、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂ  それぞれの幅Ｌとにも依存して変化する。透過率Ｔの実効セルギャップ（電場誘起される光学異方性が有意に大きな領域の厚さ）に関する依存性プロットの例を図５に示す。
【００６０】
図５（ａ）は、ピッチＰが２０μｍ（Ｌ＝Ｓ＝１０μｍ）の電極パターン設置時の液晶層３０中の対向基板２０からの距離と透過率Ｔとの関係を表す図である。対向基板２０とアレイ基板１０の最大距離は５０μｍである。図５（ｂ）は、液晶層３０中の対向基板２０からの距離と図５（ａ）で示した透過率Ｔの変動率（図５（ａ）における傾き）を対数軸で表す図である。図５（ｃ）は、電極ピッチＰが２μｍ（Ｌ＝Ｓ＝１μｍ）の電極パターン設置時の液晶層３０中の対向基板２０からの距離と透過率Ｔとの関係を表す図である。対向基板２０とアレイ基板１０の最大距離は５μｍである。図５（ｄ）は、液晶層３０中の対向基板２０からの距離と図５（ｃ）で示した透過率Ｔの変動率（図５（ｃ）における傾き）を対数軸で表す図である。バックライトはアレイ基板１０側に設けられている。
【００６１】
図５（ａ）でも図５（ｃ）でも、対向基板２０からの距離が長いと透過率Ｔはほぼ変わらないが、対向基板２０からの距離が短いと、透過率Ｔが急減するという特性を示した。画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂが設けられたアレイ基板１０からの距離が近すぎると電場誘起された光学リタデーション量が不足することがわかる。透過率Ｔがほぼ変わらない領域中に、実効セルギャップが存在する（具体的な決定方法は後述する）。
【００６２】
これに対応して図５（ｂ）、図５（ｄ）では、透過率Ｔの変動率は対向基板２０からの距離が長いと小さいが、対向基板２０からの距離が短いと急増するという特性を示した。図５（ｂ）、図５（ｄ）においては、広い範囲で縦軸と横軸が直線状の特性を示した。図５（ｂ）におけるピッチＰは図５（ｄ）におけるピッチＰの１０倍であるが、図５（ｄ）の横軸を１０倍に規格化すれば、図５（ｂ）と図５（ｄ）はほぼ同じとみなせる。このように、ＬやＳを種々変えても、ピッチＰの比に合わせて横軸を規格化すると、透過率Ｔの変動率はほぼ同じとみなせる。すなわち、ピッチＰの値によって実効セルギャップは決定される。
【００６３】
そこで、基板間距離と透過率の変動率との関係図を用いて、実効セルギャップを以下のように見積った。すなわち、明表示時の透過率Ｔの変動率が１０％以内であれば、有意に大きな光学異方性が電場誘起されたとみなすこととし、透過率Ｔの変動率が１０％となる液晶層３０のアレイ基板１０からの距離を実効セルギャップの下限値（許容限）とする。また、透過率Ｔの変動率が０．１％以上であれば、透過率Ｔの増減を正確に検知できる限界とみなし、透過率Ｔの変動率が０．１％となる液晶層３０のアレイ基板１０からの距離を実効セルギャップの上限値（検知限）とする。
【００６４】
図６は、種々のピッチＰを用いたセルについて、実効セルギャップの上限値と下限値それぞれとピッチＰの関係を調べたものである。実効セルギャップの上限値も下限値も、実効セルギャップはピッチＰにほぼ比例した。ピッチＰと実効セルギャップの近似線について、ピッチＰの変化率に対する実効セルギャップの変化率を表す比例係数は、実効セルギャップの下限値については約０．７、上限値については約２であった。すなわち、液晶層３０の厚さＤとピッチＰの比Ｄ／Ｐが０．７以上２以下の範囲内にあれば、透過率Ｔが最大値よりも低くなっていることは認識されず、かつ透過率の有意に低い状況が回避できる。
【００６５】
画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの幅Ｌは任意の値に設計することができるが、スイッチ１０４や配線群の作製プロセスで形成可能な、１〜１０μｍの範囲内であることが望ましい。
【００６６】
また、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの距離Ｓは任意の値に設計することができるが、同様に１〜１０μｍの範囲内であることが望ましい。
【００６７】
なお、画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂを多層化すれば、液晶層の表示利用効率をさらに高めることができる。画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂを多層化した場合については実施例２、３において詳しく説明する。液晶層３０が複数設けられている場合には、液晶層３０の厚さＤは、それぞれの液晶層３０の厚さの和と定義する。また、画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂが設けられた面が２以上の多層である場合には、液晶層３０の厚さの和Ｄと、画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂが設けられた層数Ｎと、ピッチＰについて、Ｄ／ＮＰが０．７以上２以内に入るように設定する。
【００６８】
さらに、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの間隔Ｓを、画素電極１０８ａの幅Ｌよりも長く設定すると、開口率が高くなるため、表示が明るい液晶表示装置を得ることができる。
【００６９】
画素電極１０８ａや対向電極１０８ｂの形状や配置は本実施の形態から変更してもよい。
【００７０】
画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂは、絶縁膜で被覆されていてもよい。この絶縁膜の材料としては、例えば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜などの透明無機層や、透明有機層を使用することができる。
【００７１】
Ｙ方向に隣り合った対向電極１０８ｂ同士が互いに接合されている場合、給電線１０５ｃは省略した構造とすることが可能である。
【００７２】
基板の外面には、直線偏光子との間に視野角補償等の目的で位相差板４０Ｆを介在させてもよい。
【００７３】
上述した技術は、透過型液晶表示装置に適用する代わりに、反射型液晶表示装置又は半透過型液晶表示装置に適用してもよい。
【００７４】
この液晶表示装置は、アクティブマトリクス駆動方式を採用しているが、パッシブマトリクス駆動方式及びセグメント駆動方式などの他の駆動方式を採用してもよい。
【００７５】
駆動回路２乃至４は、ＣＯＧ（chip on glass）実装してもよい。或いは、駆動回路２乃至４は、ＴＣＰ（tape carrier package）実装してもよい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、スイッチ１０４はｎチャネル薄膜トランジスタとしたが、ｐチャネル薄膜トランジスタ、ダイオードなどの他のスイッチング素子であってもよい。
【００７７】
〔実施例１〕
以下、本実施の形態の実施例について説明する。
【００７８】
本例では、図１乃至図３を参照しながら説明した液晶表示装置を以下の方法により製造した。
【００７９】
アレイ基板１０として、ガラス基板１００上に、走査線１０１ａと補助容量線１０１ｂと、スイッチ１０４と、信号線１０５ａと給電線１０５ｃと、補助容量１０６とを形成した。その上に、シリコン窒化物からなる絶縁膜を堆積させ、このあと形成する画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂを接続させるためのコンタクトホールを設けた。
【００８０】
次いで、絶縁膜上に、ＩＴＯからなる画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂを、先のコンタクトホールに埋め込むように形成した。これら画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂは、絶縁膜上に一面に形成したＩＴＯ層を、フォトリソグラフィ技術を利用してパターニングすることにより形成した。画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂは、一方向に配列している。なお、画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂの櫛形状のパターンにおいて、画素電極と対向電極１０８ｂそれぞれの配列方向の幅Ｌは３μｍ、隣り合う画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの歯の距離Ｓは３μｍとした。したがって、ピッチＰは６μｍである。対向基板２０として、ガラス基板２００上にクロム膜によるブラックマトリクスを形成し、赤、緑、青色の顔料を混入した感光性アクリル樹脂によるストライプ状のカラーフィルタ２２０を形成した。
【００８１】
この上に、フォトリソグラフィ法を利用して、高さが５μｍであり且つ底面の寸法が５μｍ×１０μｍの柱状スペーサ（図示せず）を形成した。これら柱状スペーサは、アレイ基板１０と対向基板２０とを貼り合せたときに信号線１０５ａ上に位置するように形成した。対向基板２０の主面に、エポキシ接着剤を注入口付きの枠形状に塗布した後、アレイ基板１０と対向基板２０とを貼り合わせ、加圧硬化させた。
【００８２】
次に、このようにして得られた空セル（アレイ基板１０と対向基板２０との間が中空状態の液晶セル）の注入口からセル内へと液晶材料を真空注入した。液晶材料としては、チッソ社製のネマチック液晶ＪＣ１０４１、アルドリッチ社製のネマチック液晶５ＣＢ及びメルク社製のカイラル剤ＺＬＩ−４５７２を、それぞれ４８．２ｍｏｌ％、４７．４ｍｏｌ％及び４．４ｍｏｌ％の割合で含有した組成物を使用した。液晶層はブルー層を呈していた。
【００８３】
その後、注入口をエポキシ接着剤で封止した。以上のようにして、液晶セルを得た。なお、この液晶セルのセルギャップ（アレイ基板１０と支持基板２０の距離）Ｄは、約５μｍであった。したがって、比Ｄ／Ｐは５μｍ／６μｍで約０．８３となり、０．７以上２以下である。
【００８４】
次に、アレイ基板１０の外面に、直線偏光板５０Ｒを貼り付けた。また、対向基板２０の外面に、直線偏光板５０Ｆを貼り付けた。直線偏光板５０Ｒ及び５０Ｆは、各々の透過軸がＸ方向又はＹ方向に対して４５°の角度を成し、これら透過軸が互いに直交するように貼り付けた。
【００８５】
その後、アレイ基板１０に駆動回路２乃至４などを接続し、駆動回路２乃至４をコントローラ５と接続した。更に、この表示パネル１とバックライトとを組み合わせた。以上のようにして、液晶表示装置を完成した。
【００８６】
次に、この液晶表示装置を駆動して、その性能を調べた。具体的には、各画素ＰＸの画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの間に印加する電圧を１秒間に１２０回の頻度で変化させた。印加電圧振幅を０Ｖから±５０Ｖまで変化させて透過率を測定した結果、最大透過率が得られる電圧は±２５Ｖであった。次に、印加電圧振幅を±２５Ｖとして応答時間を測定した結果、１ミリ秒の応答時間を達成することができた。すなわち、本実施の形態における液晶表示装置は、印加電圧が小さく応答速度が速い。
【００８７】
また、この実施例における液晶表示装置のコントラスト比は２００：１であった。
【００８８】
このようにして、表示利用効率が高く、高コントラストな液晶表示装置を得ることができる。
【００８９】
〔比較例１〕
アレイ基板１０と対向基板２０の距離、すなわち液晶層の厚さＤを５μｍとし、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの配列方向の幅Ｌを５μｍ、距離Ｓを５μｍとし、その他は実施例１と同様にして液晶表示装置を形成した。この表示装置においてはＤ／Ｐは０．５であった。
【００９０】
この液晶表示装置の明状態での輝度は実施例１より低くなった。そのため、コントラスト比は１５０：１であった。また、応答時間は１秒であった。
【００９１】
〔比較例２〕
アレイ基板１０と対向基板２０の距離、すなわち液晶層の厚さＤを１５μｍとし、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの配列方向の幅Ｌを３μｍ、距離Ｓを３μｍとし、その他は実施例１と同様にして液晶表示装置を形成した。この表示装置においてはＤ／Ｐは２．５であった。
【００９２】
この液晶表示装置の暗状態での輝度は実施例１より高くなった。そのため、コントラスト比は５０：１であった。また、応答時間は１秒であった。
【００９３】
〔実施例２〕
本実施例では、図４（ｂ）に示すように、対向基板２０（支持基板）にも、アレイ基板１０（支持基板）と同様の薄膜トランジスタおよび画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの対を設けた。その際、アレイ基板１０側に対して対向電極２０側の画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂとの設置位置を半ピッチ（Ｐ／２）ずらした。なお、液晶層３０の厚さは１０μｍである。これ以外は、実施例１において説明したのと同様の方法により液晶表示装置を製造した。
【００９４】
画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂそれぞれの幅Ｌは２μｍ、隣り合う画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの歯の間隔Ｓは２．５μｍとした。従って、パターンのピッチＰは４．５μｍである。図４（ｂ）の構造とする場合、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂが設けられているのはアレイ基板１０の一主面と、対向基板２０側の一主面の２つの主面であるから、液晶層３０の厚さＤとピッチＰの比Ｄ／ＮＰが０．７以上２以下の範囲内にあることとする。これは、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂによって電場誘起される、光学異方性が有意に大きな領域がアレイ基１０板側と対向基板２０側にあるためである。Ｎは、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂが設けられている主面の数を表す整数であり、実施例２においては２である。
【００９５】
従って、実施例２における液晶層３０の厚さＤとピッチＰの比Ｄ／ＮＰは１．１であり、０．７以上２以下の範囲内にある。
【００９６】
アレイ基板１０側に対して対向電極２０側の画素電極１０８ａと対向電極１８ｂの設置位置を半ピッチ（Ｐ／２）ずらすと、アレイ基板１０側で生じる電気力線と対向基板２０側で生じる電気力線が互い違いになるので、液晶層３０に、漏れなく光学リタデーションを実効的に誘起させることができる。従って表示が明るい液晶表示装置を得ることができる。
【００９７】
次に、この液晶表示装置を、実施例１において説明したのと同様の方法で駆動し、その性能を調べた。その結果、実施例１と同等のコントラスト比および応答時間を得た。また、実施例１に比べて約２倍の透過率を達成することができた。
【００９８】
このようにして、表示利用効率が高く、高コントラストな液晶表示装置を得ることができる。
【００９９】
〔実施例３〕
本実施例の液晶表示装置は、図４（ｃ）に示すように、３つの基板６０（支持基板）を配置し、それぞれの基板の間に液晶層３０が保持され、基板６０それぞれの液晶層３０を保持する主面に画素電極１０８ａおよび対向電極１０８ｂを設けた構造である。画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂは、基板６０の一主面と他主面と半ピッチずれて配置されている。また、液晶層３０を介して対向する１対の基板の一主面同士についても、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂは半ピッチずつずれて配置されている。
【０１００】
実施例３においては、液晶層３０は２つあるが、それぞれの厚さは１０μｍであり、合わせて２０μｍである。画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂそれぞれの幅Ｌは３μｍ、隣り合う画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂの歯の間隔Ｓは３μｍとした。従って、パターンのピッチＰは６μｍである。これ以外は、実施例１において説明したのと同様の方法により液晶表示装置を製造した。
【０１０１】
実施例３においては、液晶層３０は２つ設けられているので、２つの液晶層３０の和を液晶層の厚さＤとする。すなわち、実施例３における液晶層３０の厚さは２０μｍである。また、実施例３においては、画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂが設けられた基板の主面は４つあるので、Ｎ＝４である。
【０１０２】
従って、液晶層３０の厚さＤとピッチＰの比Ｄ／ＮＰは０．８３であり、０．７以上２以下の範囲内にある。
【０１０３】
次に、この液晶表示装置を、実施例１において説明したのと同様の方法で駆動し、その性能を調べた。その結果、実施例２と同等のコントラスト比および応答時間を得た。また、実施例２に比べてさらに高い透過率を達成することができた。このようにして、表示利用効率が高く、高コントラストな液晶表示装置を得ることができる。
【０１０４】
画素電極１０８ａと対向電極１０８ｂは、基板６０の一主面と他主面で半ピッチずれ配置されているので、実施例２と同様に、輝度にむらが生じるのを防止することができる。従って、液晶層３０に、漏れなく光学リタデーションを実効的に誘起させることができ、また先の実施例に比べて表示に利用する液晶層の絶対量が多いため、表示が明るい液晶表示装置を得ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１…液晶表示パネル、２…走査線駆動回路、３…信号線駆動回路、４…補助容量線駆動回路、５…コントローラ、６…バックライト、７…光源、８…観察者、１０…アレイ基板、２０…対向基板、３０…液晶層、５０Ｆ…直線偏光子、５０Ｒ…直線偏光子、６０…基板、１００…光透過性基板、１０１ａ…走査線、１０１ｂ…補助容量線、１０２…絶縁膜、１０３…半導体層、１０４…スイッチ、１０５ａ…信号線、１０５ｂ…ソース電極、１０５d…ドレイン電極、１０５ｃ…給電線、１０６…補助容量、１０８ａ…画素電極、１０８ｂ…対向電極、１１０…構造体、２００…光透過性基板、２２０…カラーフィルタ、２２０Ｂ…青色着色層、２２０Ｇ…緑色着色層、２２０Ｒ…赤色着色層、ＰＸ…画素、３００…電気力線
【図１】
2014002402.tif 000003
【図２】
2014002402.tif 000004
【図３】
2014002402.tif 000005
【図４（ａ）】
2014002402.tif 000006
【図４（ｂ）】
2014002402.tif 000007
【図４（ｃ）】
2014002402.tif 000008
【図５（ａ）】
2014002402.tif 000009
【図５（ｂ）】
2014002402.tif 000010
【図５（ｃ）】
2014002402.tif 000011
【図５（ｄ）】
2014002402.tif 000012
【図６】
2014002402.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月14日(2013.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の支持基板と、
前記支持基板に対向して配置された対向基板と、
前記支持基板及び前記対向基板の互いに対向する一主面に配列された複数の第１の電極と、
前記支持基板及び前記対向基板の互いに対向する一主面において、前記第１の電極それぞれの間に１つずつ形成された第２の電極と、
前記支持基板と前記対向基板の間に保持された、カー効果を発現する液晶層と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極の配列方向の平均幅をＬ、隣り合う前記第１の電極及び前記第２の電極の平均距離をＳ、前記支持基板と前記対向基板との距離をＤとしたとき、
０．７≦Ｄ／２（Ｌ＋Ｓ）≦２
を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記支持基板に設けられた前記第１の電極および前記第２の電極の位置と、前記対向基板に設けられた前記第１の電極および前記第２の電極の位置が、（Ｌ＋Ｓ）／２ずれていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。