(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置のためのアレイ基板であって、
複数の画素領域を有する絶縁基板と、
前記画素領域の各々において前記絶縁基板上に設けられた複数の下部電極と、
前記絶縁基板上で前記下部電極を覆う絶縁膜と、
前記画素領域の各々において前記絶縁膜上に設けられた上部電極とを備え、
前記上部電極は、第１櫛歯電極を構成する複数の第１櫛歯と、第２櫛歯電極を構成する複数の第２櫛歯とを含み、前記第１櫛歯電極および前記第２櫛歯電極が互いにかみ合うことによって、前記第１櫛歯および前記第２櫛歯は間隔を空けて交互に配列されており、
前記下部電極は平面視において、前記間隔内の部位と、前記第１櫛歯および前記第２櫛歯の端部とそれぞれ重複する両端部の部位と、を有し、
前記第１櫛歯が第１電位を有し、かつ前記第２櫛歯が前記第１電位と異なる第２電位を有する際に、前記下部電極は、前記第１電位および前記第２電位の各々と異なる、前記第１の電位および第２の電位の間の電位を有する、
アレイ基板。
【請求項２】
平面視において前記上部電極は前記下部電極の外側に位置する部分を含む、請求項１に記載のアレイ基板。
【請求項３】
前記下部電極はフローティング電極を含む、請求項１または２に記載のアレイ基板。
【請求項４】
前記下部電極は前記下部電極の外部と電気的に接続されている、請求項１または２に記載のアレイ基板。
【請求項５】
前記第１櫛歯および前記第２櫛歯は交互に一の方向に配列されており、前記第１櫛歯と前記第２櫛歯との各々の前記一の方向に沿った幅は、前記下部電極の前記一の方向に沿った幅と等しい、請求項１から４のいずれか１項に記載のアレイ基板。
【請求項６】
前記第１櫛歯および前記第２櫛歯は交互に一の方向に配列されており、前記第１櫛歯と前記第２櫛歯との各々の前記一の方向に沿った幅は、前記下部電極の前記一の方向に沿った幅よりも小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載のアレイ基板。
【請求項７】
前記第１櫛歯および前記第２櫛歯は交互に一の方向に配列されており、前記第１櫛歯と前記第２櫛歯との各々の前記一の方向に沿った幅は、前記下部電極の前記一の方向に沿った幅よりも大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のアレイ基板。
【請求項８】
前記下部電極は平面視において前記複数の第１櫛歯のうちの一部の櫛歯および前記複数の第２櫛歯のうちの一部の櫛歯の少なくともいずれかから離れている、請求項１から７のいずれか１項に記載のアレイ基板。
【請求項９】
液晶表示装置であって、
アレイ基板を備え、前記アレイ基板は、
複数の画素領域を有する絶縁基板と、
前記画素領域の各々において前記絶縁基板上に設けられた複数の下部電極と、
前記絶縁基板上で前記下部電極を覆う絶縁膜と、
前記画素領域の各々において前記絶縁膜上に設けられた上部電極とを含み、
前記上部電極は、第１櫛歯電極を構成する複数の第１櫛歯と、第２櫛歯電極を構成する複数の第２櫛歯とを含み、前記第１櫛歯電極および前記第２櫛歯電極が互いにかみ合うことによって、前記第１櫛歯および前記第２櫛歯は間隔を空けて交互に配列されており、
前記下部電極は平面視において、前記間隔内の部位と、前記第１櫛歯および前記第２櫛歯の端部とそれぞれ重複する両端部の部位と、を有し、
前記第１櫛歯が第１電位を有し、かつ前記第２櫛歯が前記第１電位と異なる第２電位を有する際に、前記下部電極は、前記第１電位および前記第２電位の各々と異なる、前記第１の電位および第２の電位の間の電位を有し、
前記液晶表示装置はさらに
前記上部電極が設けられた前記絶縁膜上に設けられた液晶層と、
前記液晶層上に設けられた対向基板とを備える、液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ基板および液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置において広い視野角を確保する技術として、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が広く実用化されている。この方式においては、２つの櫛型状画素電極が互いに平行になるように向かい合わせに配置される。一方の電極には接地電位、他方の電極には信号電位が印可される。これにより、電極間の液晶ダイレクタが水平に回転させられ、液晶の複屈折が利用される。よってＩＰＳ方式においては透過率・コントラストが視野角によって変化しにくい。
【０００３】
一方で、ＩＰＳ方式においては電極間に発生する横電界を基本として液晶ダイレクタを配向されるため、電極直上には基本的に電位がかからない。このため電極直上では液晶は常時消光位状態にある。このためＩＰＳ方式においては電極上部ではバックライトからの光が常時ほとんど透過していない。またＩＰＳ方式では、水平面内に配置された電極間の電界で液晶ダイレクタを駆動させるが、ＩＰＳ液晶の電極間に発生する電界は厳密には完全な水平ではなく、上に凸方向の緩い弧を描いている。そのため電極間での複屈折量が一様ではなく、最大透過率を示す信号電位においても電極間の透過率中央部に落ち込み部分がある。
【０００４】
上述したようにＩＰＳ方式は高い透過率を確保しにくい。そこで、より高い透過率が得られるＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が開発され、この方式も広く実用化されている。たとえば、特開２０００−８９２５５号公報（特許文献１）によれば、櫛型の上部電極の下部に絶縁層を介して、平面状に広がった下部電極が配置される。上部電極の上部に発生するフリンジ電界によって液晶ダイレクタが配向される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−８９２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようにＦＦＳ方式では、上部電極と下部電極との間のフリンジ電界によって液晶ダイレクタが配向される。フリンジ電界は弧状に発生するので、水平方向に配向する液晶ダイレクタは液晶全体の極一部のみであり、ほとんどの液晶ダイレクタは、垂直方向から見て傾いて配向する。この傾きは、電極間に印加される電圧により変化する。このため、表示諧調の変化に伴う色ずれが大きい。また、上述したようなフリンジ電界が用いられる場合、液晶ダイレクタの本質である屈折率楕円体の屈折率曲面上に波長依存性があり、特に正面領域付近では視野角による色ずれが比較的発現しやすい。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、透過率の低下を抑えつつ、色ずれを小さくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアレイ基板は液晶表示装置のためのものであって、絶縁基板と、下部電極と、
絶縁膜と、上部電極とを有する。絶縁基板は複数の画素領域を有する。複数の下部電極は、画素領域の各々において絶縁基板上に設けられている。絶縁膜は絶縁基板上で下部電極を覆っている。上部電極は画素領域の各々において絶縁膜上に設けられている。上部電極は、第１櫛歯電極を構成する複数の第１櫛歯と、第２櫛歯電極を構成する複数の第２櫛歯とを含む。第１櫛歯電極および第２櫛歯電極が互いにかみ合うことによって、第１櫛歯および第２櫛歯は間隔を空けて交互に配列されている。下部電極は平面視において、間隔内の部位と、第１櫛歯および第２櫛歯の端部とそれぞれ重複する両端部の部位と、を有し、第１櫛歯が第１電位を有し、かつ第２櫛歯が第１電位と異なる第２電位を有する際に、下部電極は、第１電位および第２電位の各々と異なる、第１の電位および第２の電位の間の電位を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光を変調するために第１電位と異なる第２電位が第２櫛歯に印加される際に、下部電極の電位を、第１電位および第２電位の各々と異なる第１の電位および第２の電位の間の電位とすることにより、上部電極中央部におけるフリンジ電界の形成を補助し、かつ上部電極間での液晶ダイレクタの配向を制御することができる。これにより、典型的なＩＰＳ方式のものよりも高い透過率と、典型的なＦＦＳ方式のものよりも小さい色ずれとが得られる。以上から、透過率の低下を抑えつつ、色ずれを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の画素領域の各々の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的な部分断面図である。
【図４】図３のアレイ基板を有する液晶表示装置のシミュレーションに用いた実施例の構成を示す断面モデル図である。
【図５】図４の断面モデル図を用いて行われた電気力線のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図５の電気力線のシミュレーション結果に基づいて、図３の部分断面図に液晶ダイレクタの配向を破線にて模式的に示した図である。
【図７】図４の断面モデル図を用いて行われた透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】ＩＰＳ構造を有する比較例のアレイ基板の画素領域の各々の構成を示す平面図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸに沿う概略的な部分断面図である。
【図１０】図９のアレイ基板を有する液晶表示装置のシミュレーションに用いた構成を示す断面モデル図である。
【図１１】図１０の断面モデル図を用いて行われた電気力線のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】図１１の電気力線のシミュレーション結果に基づいて、図９の部分断面図に液晶ダイレクタの配向を破線にて模式的に示した図である。
【図１３】図１０の断面モデル図を用いて行われた透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】ＦＦＳ構造を有する比較例のアレイ基板の画素領域の各々の構成を示す平面図である。
【図１５】図１４の線ＸＶ−ＸＶに沿う概略的な部分断面図である。
【図１６】図１５のアレイ基板を有する液晶表示装置のシミュレーションに用いた構成を示す断面モデル図である。
【図１７】図１６の断面モデル図を用いて行われた電気力線のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】図１７の電気力線のシミュレーション結果に基づいて、図１５の部分断面図に液晶ダイレクタの配向を破線にて模式的に示した図である。
【図１９】図１６の断面モデル図を用いて行われた透過率のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】実施例、ＩＰＳ構造を有する比較例、およびＦＦＳ構造を有する比較例の各々について、駆動電圧と透過率との関係を示すグラフ図である。
【図２１】ＩＰＳ構造を有する比較例について駆動電圧と色度座標との関係を示すグラフ図である。
【図２２】ＦＦＳ構造を有する比較例について駆動電圧と色度座標との関係を示すグラフ図である。
【図２３】実施例について駆動電圧と色度座標との関係を示すグラフ図である。
【図２４】ＩＰＳ構造を有する比較例、およびＦＦＳ構造を有する比較例の各々について、視野角と色度座標との関係を示すグラフ図である。
【図２５】ＩＰＳ構造を有する比較例、および実施例の各々について、視野角と色度座標との関係を示すグラフ図である。
【図２６】本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図２７】図２６の画素領域の各々の構成を概略的に示す平面図である。
【図２８】本発明の実施の形態３におけるアレイ基板の画素領域の各々の構成を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１２】
＜実施の形態１＞
（構成）
図１は、本実施の形態における液晶表示装置１０１の構成を概略的に示す平面図である。液晶表示装置１０１は、アレイ基板９１と、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル基板）１２と、ゲート電極駆動回路１３と、ソース電極駆動回路１４とを有する。ゲート電極駆動回路１３およびソース電極駆動回路１４の各々はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブル基板）１２を介してアレイ基板９１に接続されている。ゲート電極駆動回路１３およびソース電極駆動回路１４のそれぞれはゲート電極およびソース電極（詳しくは後述する）に電圧を印加するものである。この電圧印加によって画素領域５１を単位としてアレイ基板９１が駆動される。
【００１３】
図２は、画素領域５１（図１）の各々の構成を概略的に示す平面図である。図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略的な部分断面図である。なお図２においては、ガラス基板１および絶縁膜４（図３）の図示を省略している。
【００１４】
アレイ基板９１（図１）はガラス基板１（絶縁基板）を有する。ガラス基板１は複数の画素領域５１（図１）を有する。画素領域５１は、図１における横方向および縦方向の各々において周期的に配置されている。なおガラス基板１には下部偏光板（図示せず）が設けられている。
【００１５】
アレイ基板９１は、複数の接地電位配線２と、複数のソース配線２１と、複数のゲート配線２３と、複数のドレイン配線２２とを有する。接地電位配線２は接地されている。ソース配線２１およびゲート配線２３のそれぞれはソース電極駆動回路１４およびゲート電極駆動回路１３（図１）に接続されている。画素領域５１の各々には平面レイアウト（図２の平面視でのレイアウト）において一のソース配線２１と一のゲート配線２３との交点が設けられている。画素領域５１の各々においてアレイ基板９１は半導体チャネル領域２４を有する。画素領域５１の各々において半導体チャネル領域２４の一方端および他方端のそれぞれにソース配線２１およびドレイン配線２２が接続されている。ソース配線２１およびドレイン配線２２の間においてゲート配線２３はゲート絶縁膜（図示せず）を介して半導体チャネル領域２４と重なっている。以上の構成により、画素領域５１の各々に、ソース配線２１と、ドレイン配線２２と、ゲート配線２３と、半導体チャネル領域２４とを有する薄膜トランジスタ２０（第１薄膜トランジスタ）が設けられている。よってアレイ基板９１は、画素領域５１の周期的配置に対応して薄膜トランジスタ２０がマトリックス状に配列された構造を有する。
【００１６】
アレイ基板９１は画素領域５１の各々において、ガラス基板１上に設けられた少なくとも１つの下部電極５を有し、図２においては、互いに分離された複数の下部電極５を有する。アレイ基板９１は、ガラス基板１上で下部電極５を覆う絶縁膜４を有する。
【００１７】
アレイ基板９１は画素領域５１の各々において、絶縁膜４上に設けられた上部電極を有する。上部電極は、櫛歯電極３（第１櫛歯電極）を構成する櫛歯３ａ，３ｂ（複数の第１櫛歯）と、櫛歯電極６（第２櫛歯電極）を構成する櫛歯６ａ〜６ｃ（複数の第２櫛歯）とを含む。櫛歯電極３は、接地電位配線２に接続されることによって接地電位を有する。櫛歯電極６は、ドレイン配線２２に接続されることによって、薄膜トランジスタ２０がオン状態とされた際に、ソース電極駆動回路１４から供給される信号電位を有する。
【００１８】
櫛歯電極３および櫛歯電極６が互いにかみ合うことによって、櫛歯３ａ，３ｂおよび櫛歯６ａ〜６ｃは間隔を空けて交互に配列されている。櫛歯３ａ，３ｂおよび櫛歯６ａ〜６ｃは交互に、図２における横方向に沿った配列方向（一の方向）に配列されている。
【００１９】
なお各櫛歯は、配列方向に直交する方向に沿って延在してもよく、この方向から傾いた方向に沿って延在してもよい。図２においては、櫛歯３ａ，３ｂ，６ａ〜６ｃの各々は、配列方向に直交する方向（図中、縦方向）から傾いた方向に沿って延在している。また、この延在方向は一の方向に限定されるものではなく、図２においては、上部と下部との間で延在方向が相違している。
【００２０】
下部電極５は平面視（図２の平面視）において、上述した上部電極の間隔の端部から間隔内へ（たとえば、図２において点Ｐから矢印Ａの方へ）延びている部分を含む。本実施の形態においては、平面視において下部電極５は上部電極と重なっている部分（たとえば、図２において点Ｐから矢印Ａと反対の方へ延びている部分）を含む。また平面視において上部電極は下部電極５の外側に位置する部分を含む。
【００２１】
本実施の形態においては、下部電極５は絶縁膜４によって上部電極（櫛歯電極３および６）から絶縁されている。すなわち下部電極５はフローティング電極である。櫛歯３ａ，３ｂが接地電位（第１電位）を有し、かつ櫛歯６ａ〜６ｃが信号電位（第１電位と異なる第２電位）を有する際に、下部電極５は、接地電位および信号電位の各々と異なる、接地電位および信号電位の間の電位（以下、中間電位とも称する）を有する。これは下部電極５と上部電極との間の容量結合の存在のためである。
【００２２】
上記構成により本実施の形態のアレイ基板９１は、接地電位電極としての櫛歯電極３と、信号電位電極としての櫛歯電極６とが交互に櫛歯状に配置された典型的なＩＰＳ構造の画素電極を含む。この画素電極に加えてアレイ基板９１はさらに、接地電位電極および信号電位電極からなる上部電極の下方に絶縁膜４を介して帯状の下部電極５を有する。下部電極５の主要部分は、櫛歯状をなす上部電極の間隔部分に存在している。上部電極および下部電極５の長辺方向は、同じ箇所ではおおよそ同方向を向いている。具体的には長辺方向は、図２においては、上半分の箇所では１時（言い換えれば７時）の方向を向いており、下半分の箇所では５時（言い換えれば１１時）の方向を向いている。また上部電極および下部電極５は、短辺方向（図２における横方向）において重畳している。上述したように、下部電極５の電位は接地電位および信号電位の間の中間電位を取り得る。
【００２３】
（実施例）
図４は、図３のアレイ基板９１を有する液晶表示装置１０１のシミュレーションに用いた実施例の構成を示す断面モデル図である。液晶表示装置１０１は、アレイ基板９１と、液晶層８と、対向ガラス基板９（対向基板）とを有する。液晶層８は、上部電極が設けられた絶縁膜４上に設けられている。対向ガラス基板９は液晶層８上に設けられている。液晶層８はアレイ基板９１および対向ガラス基板９の間で封止されている。対向ガラス基板９には上部偏光板（図示せず）が設けられている。またアレイ基板９１および対向ガラス基板９の各々と液晶層８との界面には配向処理が施されている。
【００２４】
本実施例において、櫛歯３ａ，３ｂ，６ａ〜６ｃの各々の幅は３．０μｍに設定した。また櫛歯間の間隔は４．０μｍに設定した。下部電極５間の幅は４．０μｍに設定した。下部電極５間の間隔は３．０μｍに設定した。よって櫛歯３ａ，３ｂ，６ａ〜６ｃの各々と下部電極５とは、互いに０．５μｍの幅で重なっていた。櫛歯３ａ，３ｂ、櫛歯６ａ〜６ｃおよび下部電極５の厚さは８０ｎｍに設定した。絶縁膜４の厚さは４００ｎｍに設定した。セルギャップは、色度を考慮して２．８μｍに設定した。櫛歯３ａ，３ｂ、櫛歯６ａ〜６ｃおよび下部電極５の波長５５０ｎｍでの屈折率は、材料としてＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を使用することを想定して、１．９２に設定した。絶縁膜４の材料としてはＳｉ3Ｎ4を想定し、波長５５０ｎｍでの屈折率を２．０２に、また比誘電率を６．７に設定した。電極構造による透過率差が光学特性に影響しないように、透明導電膜ＩＴＯおよび絶縁膜Ｓｉ3Ｎ4の吸収係数は全波長領域で０に設定した。
【００２５】
液晶のラビング角度は８３°に設定した。上下の偏光板のそれぞれの偏光角は８３°および−７°に設定した。配向処理は、パララビングを想定し、上下のそれぞれのプレチルト角は１°および−１°に設定した。
【００２６】
液晶層８の光学特性・電気特性については、波長４５０ｎｍでの正常光屈折率＝１．５０４、異常光屈折率＝１．６３８、波長５５０ｎｍでの正常光屈折率＝１．４９２、異常光屈折率＝１．６１４、波長５８９ｎｍでの正常光屈折率＝１．４８９、異常光屈折率＝１．６０９、波長６５０ｎｍでの正常光屈折率＝１．４８６、異常光屈折率＝１．６０２に設定した。液晶分子は、ポジ液晶を想定し、調軸方向の比誘電率は７．５、短軸方向の比誘電率は２．９に設定した。液晶材料の力学特性については、スプレイ変形に対する弾性定数Ｋ１１＝１４．６ｐＮ、ツイスト変形に対する弾性定数Ｋ２２＝９．８ｐＮ、ベンド変形に対する弾性定数Ｋ３３＝１９．１ｐＮに設定した。また粘性パラメータとして、６個のレスリー粘性定数から代表値としてμ３−μ２をγ１として定義し、γ１＝０．０９９に設定した。
【００２７】
図５は、図４の断面モデル図を用いて行われた電気力線のシミュレーション結果を示す。信号電位は、詳しくは後述するが、波長５３０ｎｍで最大透過率０．７４が得られる６．９Ｖに設定した。図中、各矢印が電気力線の方向を表している。電位的にフローティング状態にある下部電極５の各々は、絶縁膜４を介して、接地電位を有する櫛歯電極３および信号電位を有する櫛歯電極６と互いに重なり合うことによって、容量結合を形成している。この結果、下部電極５は接地電位および信号電位の間の中間電位を有する。そのため、櫛歯３ａ，３ｂ，６ａ〜６ｃの端部で電気力線が下部電極５に引き込まれることでフリンジ電界が形成された。また、櫛歯３ａ，３ｂと、櫛歯６ｂとの間の間隔の大部分では、ガラス基板１付近では下部電極５の影響で電気力線が下へ（ガラス基板１の方へ）凸になった。また対向ガラス基板９付近では下部電極５の影響が及ばないため、電気力線が上へ（対向ガラス基板９の方へ）凸になった。
【００２８】
図６は、図５の電気力線のシミュレーション結果に基づいて、図３の部分断面図に液晶ダイレクタの配向を破線にて模式的に示す。上述したフリンジ電界は、上部電極（図中、櫛歯３ａ，３ｂ，６ｂ）の直上の液晶ダイレクタにも、ある程度作用している。上部電極の中央部直上（図中、櫛歯６ｂの中央部直上）では、フリンジ電界が到達せず、電気力線表示では水平方向の電界がまったくかかっていないが、液晶分子の相互弾性作用により液晶ダイレクタが回転することで、ある程度の透過率はあると考えられる。また、電気力線の対向ガラス基板９付近での上へ凸の湾曲とガラス基板９付近での下に凸の湾曲とが液晶分子の相互弾性作用により相殺されることで、液晶ダイレクタは水平に配列する。これは、次に述べる透過率特性によって裏付けられている。
【００２９】
図７は、図４の断面モデル図を用いて行われた、信号電位６．９Ｖ、波長５３０ｎｍの下での、最大透過率時の断面透過率のシミュレーション結果を示す。フリンジ電界の効果で、上部電極直上で透過率０．３６が確保された。また上部電極間の大部分における透過率は、理想値に近い透過率０．８８付近で一定であった。これは図６で示した液晶ダイレクタの配向モデルが正しいことを示唆しており、本実施の形態のメカニズムを説明している。具体的には、下部電極５が櫛歯電極３および６と容量結合することで中間電位を取ることによって、櫛歯３ａ，６ｂ，３ｂ（図４）の端部で電気力線（図５）が直下に引き込まれた。これによりフリンジ電界が発生した。また下部電極５の電界によって、櫛歯電極３および６の間の電界が、大局的に見て水平方向になるように補正された。この結果は、図６で示した液晶ダイレクタの配向モデルが正しいことを示唆している。
【００３０】
（比較例１）
比較例として、典型的なＩＰＳ構造（図８および図９）の場合について、以下に説明する。本比較例においては、下部電極５（図２および図３）が設けられていない。それ以外については、本比較例のモデル（図１０）は実施例のモデル（図４）と、物性パラメータも含め同様とした。
【００３１】
図１１は、図１０の断面モデル図を用いて行われた電気力線のシミュレーション結果を示す。信号電位は、詳しくは後述するが、波長５３０ｎｍで最大透過率０．７０が得られる６．５Ｖに設定した。図中、各矢印が電気力線の方向を表している。ＩＰＳ構造においても電極間間隔が狭い場合はフリンジ電界が発現することはよく知られており、本モデルでも弱いフリンジ電界場が形成された。櫛歯３ａ，３ｂと、櫛歯６ｂとの間の間隔の大部分では、電気力線は全般的に上へ凸になった。
【００３２】
図１２は、図１１の電気力線のシミュレーション結果に基づいて、図９の部分断面図に液晶ダイレクタの配向を破線にて模式的に示す。フリンジ電界は、弱いものの、上部電極（図中、櫛歯３ａ，３ｂ，６ｂ）の直上の液晶ダイレクタの回転に、ある程度作用している。上部電極の中央部直上（図中、櫛歯６ｂの中央部直上）では、フリンジ電界が到達せず、電気力線表示では水平方向の電界がまったくかかっていないが、液晶分子の相互弾性作用により液晶ダイレクタが回転することで、若干の透過率はあると考えられる。電極間で液晶ダイレクタは上に凸になっていることから場所によって複屈折量が変化する。このことは、最大透過率を示す領域が一部範囲にとどまることを意味する。これは、次に述べる透過率特性によって裏付けられている。
【００３３】
図１３は、図１０の断面モデル図を用いて行われた、信号電位６．５Ｖ、波長５３０ｎｍの下での、最大透過率時の断面透過率のシミュレーション結果を示す。フリンジ電界の効果は弱く、電極直上の透過率は０．２８であった。また電極間の大部分における透過率は、０．８３および０．８８の間で凹状に変化していた。この結果は、図１２で示した液晶ダイレクタの配向モデルが正しいことを示唆している。
【００３４】
（比較例２）
比較例として、典型的なＦＦＳ構造（図１４および図１５）の場合について、以下に説明する。本比較例においては、接地電位電極として、櫛歯電極３に代わり下部電極５（図３）と同様の高さ位置に下部接地電極３Ｆが設けられており、下部電極５は設けられていない。信号電位電極としての櫛歯電極６は櫛歯６ａ〜６ｅを有する。本比較例においては電極間の間隔は櫛歯６ａ〜６ｅの間隔に対応する。これらの点以外については、本比較例のモデル（図１６）は実施例のモデル（図４）と、物性パラメータも含め同様とした。
【００３５】
図１７は、図１６の断面モデル図を用いて行われた電気力線のシミュレーション結果を示す。信号電位は、詳しくは後述するが、波長５３０ｎｍで最大透過率０．７６が得られる６．４Ｖに設定した。図中、各矢印が電気力線の方向を表している。ＦＦＳ構造により、広い範囲にわたって強いフリンジ電界が形成され、また電気力線は上に強く湾曲した凸形状を有していた。
【００３６】
図１８は、図１７の電気力線のシミュレーション結果に基づいて、図１５の部分断面図に液晶ダイレクタの配向を破線にて模式的に示す。フリンジ電界の効果は強力であるが、上部電極の中央部直上（図中、櫛歯６ｃの中央部直上）と、上部電極間の中央部直上（図中、櫛歯６ｂおよび６ｃの間の間隔の中央部直上と、櫛歯６ｃおよび６ｄの間の間隔の中央部直上）では、フリンジ電界が到達せず、電気力線表示では水平方向の電界がまったくかかっていなかった。しかし液晶分子の相互弾性作用により液晶ダイレクタが回転することで、ある程度の透過率はあると考えられる。電極間で液晶ダイレクタは上に強く湾曲した凸形状を有していたことから、場所によって複屈折量が強く変化すると考えられる。このことは、透過率が場所によって大きく変化することを意味する。これは、次に述べる透過率特性によって裏付けられている。
【００３７】
図１９は、図１６の断面モデル図を用いて行われた、信号電位６．４Ｖ、波長５３０ｎｍの下での、最大透過率時の断面透過率のシミュレーション結果を示す。フリンジ電界の効果が強いために透過率が極端に低い領域は存在しなかったが、透過率の場所依存性は激しく、断面透過率は０．８７から０．５６まで変化していた。この結果は、図１８で示した液晶ダイレクタの配向モデルが正しいことを示唆している。
【００３８】
（透過率の比較）
図２０は、実施例、比較例１および比較例２の各々について、波長５３０ｎｍにおける駆動電圧と透過率との関係を示す。ＩＰＳ構造（比較例１）では、電極付近でのフリンジ電界が弱いことと、電極間での液晶ダイレクタが最適値を取る領域が限られていることとにより、最大透過率が０．７０に留まった。ＦＦＳ構造（比較例２）では、フリンジ電界を最大に駆使することで最大透過率０．７６が得られた。実施例では、ＦＦＳ構造の最大透過率０．７６に近い最大透過率０．７４が得られた。つまり実施例によれば、典型的なＩＰＳ構造の透過率よりも高く、ＦＦＳ構造の透過率に近い透過率が得られることがわかった。実施例における高い透過率は、容量結合によって接地電位と信号電位との間の中間電位を取っている下部電極５による、電極付近でのフリンジ電界の補強効果と、電極間での液晶ダイレクタを水平に補正する効果とによると考えられる。
【００３９】
（色ずれの比較）
はじめに、駆動電圧に依存した色ずれについて説明する。図２１〜図２３のそれぞれは、ＩＰＳ構造（比較例１）、ＦＦＳ構造（比較例２）、および実施例について、駆動電圧と色度座標との関係を示す。
【００４０】
液晶ダイレクタが上に凸形状で湾曲している場合において、湾曲する度合いは駆動電圧により異なる。液晶分子の屈折率楕円体には場所による波長依存性があり、このことは駆動電圧によって色ずれが存在することを意味する。ＩＰＳ構造（比較例１）では、駆動電圧による色ずれが、ある程度認められた。フリンジ電界により液晶ダイレクタが強く湾曲している典型的なＦＦＳ構造（比較例２）では、駆動電圧による色ずれが激しく、実用上でも支障が生じ得るレベルであった。これに対して実施例によれば、駆動電圧に依存した色ずれの度合いは、ＦＦＳ構造（比較例２）より顕著に少なく、典型的なＩＰＳ構造（比較例１）よりも少なかった。これは、下部電極５による電極間での液晶ダイレクタの配向の補正効果によると考えられる。
【００４１】
次に、視野角に依存した色ずれについて説明する。図２４は、ＩＰＳ構造（比較例１）およびＦＦＳ構造（比較例２）の各々について、視野角と色度座標との関係を示す。図２５は、ＩＰＳ構造（比較例１）および実施例の各々について、視野角と色度座標との関係を示す。なお信号電位は最大透過率が得られる電位とされた。グラフ中の「極角」は、表示面の面内方向にＸ方向およびＹ方向を有し表示面の法線方向にＺ方向を有する座標系において、Ｚ方向からＸ方向への傾き（グラフ中、「（Ｘ）」が付されたデータ）およびＺ方向からＹ方向への傾き（グラフ中、「（Ｙ）」が付されたデータ）によって視野角を表す。
【００４２】
実用で使用する−６０°〜＋６０°の領域において、フリンジ電界によって斜め方向に強く傾いた液晶ダイレクタが大量に存在するＦＦＳ構造（比較例２）のＸ方向では、視野角による色ずれが大きいことがわかった。これに対して実施例によれば、典型的なＩＰＳ構造とほぼ同じレベルの良好な視野角特性が得られた。これは、フリンジ電界を強調することによる視野角への悪影響が、電極間の液晶ダイレクタを水平方向に制御することによって相殺されたためと考えられる。
【００４３】
（効果のまとめ）
本実施の形態によれば、接地電位と異なる信号電位が光を変調するために櫛歯６ａ〜６ｃに印加される際に、下部電極５の電位を中間電位とすることにより、上部電極中央部におけるフリンジ電界の形成を補助し、かつ上部電極間での液晶ダイレクタの配向を制御することができる。これにより、典型的なＩＰＳ方式のものよりも高い透過率と、典型的なＦＦＳ方式のものよりも小さい色ずれとが得られる。以上から、透過率の低下を抑えつつ、色ずれを小さくすることができる。
【００４４】
上述したように透過率が高められることは、省エネルギーに有用である。また色ずれが抑制されることは、色ずれに起因した歩留まり低下を避けるのに有用である。
【００４５】
平面視（図２）において下部電極５は上部電極と重なっている部分を含む。これにより、製造誤差の下でも、上部電極の間隔の端部の直下に、より確実に下部電極５が配置される。よって上述した効果がより確実に得られる。
【００４６】
平面視（図２）において上部電極は下部電極５の外側に位置する部分を含む。これにより、上部電極を透過して放出される光の少なくとも一部は、下部電極５による光吸収を受けない。よって透過率がより高められる。
【００４７】
下部電極５は本実施の形態においてはフローティング電極を含む。これにより、上部電極と下部電極５との間の容量結合を利用して下部電極５の電位を中間電位とすることができる。よって、下部電極５の電位を簡易な構成によって中間電位へ制御することができる。よって画素領域５１（図１）の各々の構造を簡素化することができる。また液晶表示装置１０１（図１）を、従来からの典型的な液晶表示装置と同様に、ゲート電極駆動回路１３およびソース電極駆動回路１４の２つの駆動回路によって駆動することができる。
【００４８】
櫛歯３ａ，３ｂと櫛歯６ａ〜６ｃとの各々の配列方向（図３における横方向）に沿った幅は、配列方向に沿った下部電極５の幅と等しくてもよい。この幅寸法関係により、透過率の向上と色ずれの抑制とをバランスよく実現しやすい。
【００４９】
あるいは櫛歯３ａ，３ｂと櫛歯６ａ〜６ｃとの各々の配列方向に沿った幅は、配列方向に沿った下部電極５の幅よりも小さくてもよい。電極構造の他の要素部分の設計によって上部電極上面部のフリンジ電界が全体の電界の補助的役割を担っている場合は、この幅寸法関係により、電極間電界を主体に使用するものであるＩＰＳ方式の欠点がより補正される。よって、透過率をより高めることができる。
【００５０】
あるいは櫛歯３ａ，３ｂと櫛歯６ａ〜６ｃとの各々の配列方向に沿った幅は、配列方向に沿った下部電極５の幅よりも大きくてもよい。電極構造の他の要素部分の設計によって上部電極上面部のフリンジ電界が全体の電界の支配的役割を担っている場合は、この幅寸法関係により、フリンジ電界が電極間電界へ干渉する作用が抑制される。すなわちＦＦＳ方式の欠点がより補正される。よって、駆動電圧または視野角に依存した色ずれがより抑えられる。
【００５１】
なお本実施の形態においては、下部電極５と櫛歯電極３および６との間で容量結合が形成されるが、下部電極５が中間電位を取ることができれば下部電極５は櫛歯電極３および６以外の構成と容量結合されてもよい。たとえば、下部電極５は、別途設けられた、中間電位を有する配線と容量結合されてもよい。
【００５２】
また本実施の形態においては、図２に示すように、下部電極５は、間隔を空けて配置された複数の部分を有する。しかしながらこのような間隔は必ずしも必須ではない。このような間隔の形成を省略することにより、下部電極５を形成するための工程を簡素化することができる。
【００５３】
＜実施の形態２＞
図２６は、本実施の形態における液晶表示装置１０２の構成を概略的に示す平面図である。液晶表示装置１０２は、アレイ基板９１に代わりアレイ基板９２を有する。また液晶表示装置１０２は、中間電位を供給するための駆動回路１５を有する。駆動回路１５はＦＰＣ１２を介してアレイ基板９２に接続されている。これ以外の構成については、液晶表示装置１０２は液晶表示装置１０１（図１：実施の形態１）と同様の構成を有する。
【００５４】
図２７は、アレイ基板９２（図２６）の画素領域５２の各々の構成を概略的に示す平面図である。アレイ基板９２は、複数の中間電位ソース配線３１と、複数のゲート配線３３と、複数の中間電位ドレイン配線３２とを有する。中間電位ソース配線３１は駆動回路１５（図２６）に接続されている。ゲート配線３３は、ゲート電極駆動回路１３（図２６）に接続されており、よってその電位は各画素領域５２においてゲート配線２３の電位と同期して制御され得る。画素領域５２の各々には平面レイアウト（図２７の平面視でのレイアウト）において中間電位ソース配線３１とゲート配線３３との交点が設けられている。画素領域５２の各々においてアレイ基板９１は半導体チャネル領域３４を有する。画素領域５２の各々において半導体チャネル領域３４の一方端および他方端のそれぞれに中間電位ソース配線３１および中間電位ドレイン配線３２が接続されている。中間電位ソース配線３１および中間電位ドレイン配線３２の間においてゲート配線３３はゲート絶縁膜（図示せず）を介して半導体チャネル領域３４と重なっている。以上の構成により、画素領域５２の各々に、中間電位ソース配線３１と、中間電位ドレイン配線３２と、ゲート配線３３と、半導体チャネル領域３４とを有する薄膜トランジスタ３０（第２薄膜トランジスタ）が設けられている。
【００５５】
画素領域５２の各々において下部電極５は、薄膜トランジスタ３０の中間電位ドレイン配線３２に接続されている。これにより本実施の形態においては、駆動回路１５から下部電極５へ薄膜トランジスタ３０を介して能動的に中間電位が供給される。より一般的にいえば、下部電極５はその外部と電気的に接続されており、外部電源から能動的に中間電位が供給される。
【００５６】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５７】
本実施の形態によれば、下部電極５の電位を能動的な電位制御によって中間電位とすることができる。よって、下部電極５の電位を中間電位に、外部電界からの攪乱に大きく影響されることなく制御することができる。よって画質が安定化される。画質の安定化は、産業用および業務用液晶表示装置において特に重要となり得る。また、周囲の電界が下部電極５へ及ぼす影響を考慮する必要性が小さくなるので、電極設計および信号配線引き回しの自由度が向上する。
【００５８】
なお本実施の形態においては下部電極５へ中間電位が薄膜トランジスタ３０（図２７）を介して供給されるが、他の方法によって供給されてもよい。たとえば、薄膜トランジスタ２０に接続されたドレイン配線２２から電気抵抗素子を介して中間電位が供給されてもよい。
【００５９】
＜実施の形態３＞
図２８は、本実施の形態におけるアレイ基板の画素領域５３の各々の構成を概略的に示す平面図である。本実施の形態においては、下部電極５は平面視（図２８）において、櫛歯３ａ，３ｂ，６ｂと重なっているものの、櫛歯６ａおよび６ｃからは離れている。これにより下部電極５は、櫛歯電極３および６の電極間に存在する複数の間隔のうち一部のみに配置されている。
【００６０】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６１】
本実施の形態によれば、櫛歯６ａおよび６ｃの近傍の領域には下部電極５が配置されていない。よって光学設計、画素電極設計または配線引き回しの自由度を向上させることができる。また、下部電極５としてのフローティング電極への周囲電界からの擾乱を避ける画素設計・配線引き回しを行うことが容易である。
【００６２】
なお、本実施の形態においては下部電極５が櫛歯電極６の櫛歯６ａ〜６ｃの一部から離れて配置されるが、下部電極５が櫛歯電極３の櫛歯３ａおよび３ｂの一部から離れて配置されてもよい。
【００６３】
また前述した実施の形態２と同様、下部電極５の電位が能動的な電位制御によって中間電位とされてもよい。この場合においても、光学設計、画素電極設計または配線引き回しの自由度を向上させることができる。また、下部電極５への電位供給に伴う周囲の電界の擾乱を避けるような画素設計・配線引き回しが容易になる。
【００６４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ガラス基板（絶縁基板）、２  接地電位配線、３  櫛歯電極（第１櫛歯電極）、３Ｆ  下部接地電極、３ａ，３ｂ  櫛歯（第１櫛歯）、５  下部電極、６  櫛歯電極（第２櫛歯電極）、６ａ〜６ｃ  櫛歯（第２櫛歯）、８  液晶層、９  対向ガラス基板、２０  薄膜トランジスタ（第１薄膜トランジスタ）、３０  薄膜トランジスタ（第２薄膜トランジスタ）、２１  ソース配線、２２  ドレイン配線、２３，３３  ゲート配線、２４，３４  半導体チャネル領域、３１  中間電位ソース配線、３２  中間電位ドレイン配線、５１〜５３  画素領域、９１，９２  アレイ基板、１０１，１０２  液晶表示装置。
【図１】
0006407091.tif 000002
【図２】
0006407091.tif 000003
【図３】
0006407091.tif 000004
【図４】
0006407091.tif 000005
【図５】
0006407091.tif 000006
【図６】
0006407091.tif 000007
【図７】
0006407091.tif 000008
【図８】
0006407091.tif 000009
【図９】
0006407091.tif 000010
【図１０】
0006407091.tif 000011
【図１１】
0006407091.tif 000012
【図１２】
0006407091.tif 000013
【図１３】
0006407091.tif 000014
【図１４】
0006407091.tif 000015
【図１５】
0006407091.tif 000016
【図１６】
0006407091.tif 000017
【図１７】
0006407091.tif 000018
【図１８】
0006407091.tif 000019
【図１９】
0006407091.tif 000020
【図２０】
0006407091.tif 000021
【図２１】
0006407091.tif 000022
【図２２】
0006407091.tif 000023
【図２３】
0006407091.tif 000024
【図２４】
0006407091.tif 000025
【図２５】
0006407091.tif 000026
【図２６】
0006407091.tif 000027
【図２７】
0006407091.tif 000028
【図２８】
0006407091.tif 000029