(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する互いに平行な複数の基板と、前記複数の基板間に挟持された媒質層と、前記媒質層を挟んで吸収軸が互いにほぼ直交するように配置された一対の偏光板と、前記複数の基板の少なくとも二つの面に設けられ互いに略平行に配置された複数の櫛歯状の透明電極からなる電極群を複数備え、前記電極群に印加される電界により光の透過および遮断を制御する電気光学素子において、
前記媒質層が、電界無印加時にほぼ光学等方性を有し、電界印加に伴い光学異方性を発現する媒質からなり、前記少なくとも二つの電極群により電界を印加して、前記透明電極の基板法線上の領域を含んで前記媒質層に光学異方性を与え、
前記複数の電極群の櫛歯部分が、基板法線方向から見て互いに重畳しないように配置されていて、
前記複数の電極群は、前記媒質層に少なくとも基板と平行方向の電界を付与する、
ことを特徴とする電気光学素子。
【請求項２】
対向する互いに平行な複数の基板と、前記複数の基板間に挟持された媒質層と、前記媒質層を挟んで吸収軸が互いにほぼ直交するように配置された一対の偏光板と、前記複数の基板の少なくとも二つの面に設けられ互いに略平行に配置された複数の櫛歯状の透明電極からなる電極群を複数備え、前記電極群に印加される電界により光の透過および遮断を制御する電気光学素子において、
前記媒質層が、電界無印加時にほぼ光学等方性を有し、電界印加に伴い光学異方性を発現する媒質からなり、前記少なくとも二つの電極群により電界を印加して、前記透明電極の基板法線上の領域を含んで前記媒質層に光学異方性を与え、
前記複数の電極群の櫛歯部分が、基板法線方向から見て互いに重畳しないように配置されていて、
前記複数の電極群の一つの電極群により前記媒質層に印加される電界は、他の少なくとも一つの電極群の基板法線上の領域において、基板と平行方向の成分を有する、
ことを特徴とする電気光学素子。
【請求項３】
前記偏光板の吸収軸が、基板法線方向から見た前記媒質層への電界印加方向に対し４５度±１０度の角度をなして配置されており、前記光学異方性付与手段により前記透明電極上の基板法線方向領域に付与する光学異方性の方向が、前記媒質層に印加する電界方向と略平行もしくは略直交であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気光学素子。
【請求項４】
前記複数の電極群によって前記媒質層に印加される各電界の基板法線方向から見た電界成分が各々略平行であり、ほぼ同時に前記媒質層に電界が印加されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気光学素子。
【請求項５】
対向する互いに平行な複数の基板と、前記複数の基板間に挟持された媒質層と、前記媒質層を挟んで吸収軸が互いにほぼ直交するように配置された一対の偏光板と、前記複数の基板の少なくとも二つの面に設けられ互いに略平行に配置された複数の櫛歯状の透明電極からなる電極群を複数備え、前記電極群に印加される電界により光の透過および遮断を制御する電気光学素子において、
前記媒質層が、電界無印加時にほぼ光学等方性を有し、電界印加に伴い光学異方性を発現する媒質からなり、前記少なくとも二つの電極群により電界を印加して、前記透明電極の基板法線上の領域を含んで前記媒質層に光学異方性を与え、
対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に挟持された第一の媒質層と、前記第二の基板に対向した第三の基板と、前記第二の基板と前記第三の基板との間に挟持された第二の媒質層と、前記第一の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記第一の媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第二の基板の前記第三の基板との対向面側に設けられた、前記第二の媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えたことを特徴とする電気光学素子。
【請求項６】
対向する互いに平行な複数の基板と、前記複数の基板間に挟持された媒質層と、前記媒質層を挟んで吸収軸が互いにほぼ直交するように配置された一対の偏光板と、前記複数の基板の少なくとも二つの面に設けられ互いに略平行に配置された複数の櫛歯状の透明電極からなる電極群を複数備え、前記電極群に印加される電界により光の透過および遮断を制御する電気光学素子において、
前記媒質層が、電界無印加時にほぼ光学等方性を有し、電界印加に伴い光学異方性を発現する媒質からなり、前記少なくとも二つの電極群により電界を印加して、前記透明電極の基板法線上の領域を含んで前記媒質層に光学異方性を与え、
対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に挟持された第一の媒質層と、前記第二の基板に対向した第三の基板と、前記第二の基板と前記第三の基板との間に挟持された第二の媒質層と、前記第一の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記第一の媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第三の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記第二の媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えたことを特徴とする電気光学素子。
【請求項７】
対向する互いに平行な複数の基板と、前記複数の基板間に挟持された媒質層と、前記媒質層を挟んで吸収軸が互いにほぼ直交するように配置された一対の偏光板と、前記複数の基板の少なくとも二つの面に設けられ互いに略平行に配置された複数の櫛歯状の透明電極からなる電極群を複数備え、前記電極群に印加される電界により光の透過および遮断を制御する電気光学素子において、
前記媒質層が、電界無印加時にほぼ光学等方性を有し、電界印加に伴い光学異方性を発現する媒質からなり、前記少なくとも二つの電極群により電界を印加して、前記透明電極の基板法線上の領域を含んで前記媒質層に光学異方性を与え、
対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に挟持された第一の媒質層と、前記第二の基板に対向した第三の基板と、前記第二の基板と前記第三の基板との間に挟持された第二の媒質層と、前記第二の基板の前記第一の基板との対向面側に設けられた、前記第一の媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第二の基板の前記第三の基板との対向面側に設けられた、前記第二の媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えたことを特徴とする電気光学素子。
【請求項８】
対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に挟持された媒質層と、前記第一の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第二の基板の前記第一の基板との対向面側に設けられた、前記媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気光学素子。
【請求項９】
前記第一の基板および前記第二の基板のうちの少なくとも一方の基板に設けられた一つの電極群は、電気的に独立したコモン電極と画素電極とを有し、かつ、前記コモン電極と前記画素電極を前記櫛歯状の櫛歯部分が延伸する方向の対称軸に対して線対称となるように配置したことを特徴とする請求項８に記載の電気光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印加電圧に対する高速応答性と、高光透過率を有する光の透過遮断を制御する液晶素子等の電気光学素子および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、液晶テレビやパソコン用モニタ、携帯電話やデジタルカメラなど、各種電子機器の表示部に広く用いられており、薄型、軽量、低消費電力といった特徴を有する。
【０００３】
この液晶表示素子には多くの表示方式があるが、広視野角を達成できる代表的な液晶表示方式としてＩＰＳ（In Plane Switching）方式が知られている。このＩＰＳ方式の液晶表示素子では、ネマティック相を有する液晶が通常用いられ、一対の基板内に保持された液晶分子に電界を印加して配向方向を回転させ実効的な光軸を面内で回転させて、液晶の光透過率を制御し、表示を行う。
【０００４】
このＩＰＳ方式で電界を印加する方式として様々な方式が提案されている。最も一般的な方式は、櫛歯状の画素電極と共通電極を同一基板に形成する方式である。櫛歯電極による電界印加は、画素電極と共通電極を両方とも櫛歯状にする方式と、画素電極と共通電極のどちらか一方を櫛歯状にし、もう一方の電極を平板状とし、絶縁層を介して配置する方式などがある。
【０００５】
一方、上記のＩＰＳ液晶表示方式に対して、近年電界印加により光学等方性から光学異方性に変化する物質を用いる液晶表示方式が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。これらの液晶表示方式においては、青色相を有する液晶材料やキュービック対称性を有する液晶材料などが用いられ（たとえば、非特許文献１を参照。）、ＩＰＳ方式と同様に櫛歯状電極により基板に平行な電界を印加する。これらの液晶表示素子では、従来のネマティック液晶を用いたＩＰＳ方式よりも、はるかに高速な、数マイクロ秒〜数十マイクロ秒の応答特性が得られ、動画画像を表示する際の表示品質が大幅に向上することが期待される。また、櫛歯状電極の電極間隔を上下基板間隔より小さくした電極構造（たとえば、特許文献２を参照。）は電極上に基板面に平行な電界が弱く、これを光学異方性物質に適用したとしても電極上の媒質に光学異方性を付与できない。
【０００６】
この出願の発明に関連する特許文献１、特許文献２、および非特許文献１、ならびに後述する実施例で挙げる先行技術文献は、以下の通りである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５０４１５９号公報
【特許文献２】特開２００７−０８６２０５号公報
【特許文献３】特開平０５−３３６４７７号公報
【特許文献４】特開２００６−００３８４０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Yoshiaki Hisakado  etc. “ Large Electro−optic Kerr Effect in Polymer−Stabilized Liquid−Crystalline Blue Phases” ， Advanced Materials， Vol． 17， No． 1， 96 （2005）
【非特許文献２】菊池裕嗣、アドバンスド・マテリアルズ、１７巻、９６−９８頁、２００５年
【非特許文献３】竹添秀男他、日本応用物理学会誌、４５巻、Ｌ２８２−２８４頁、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば液晶材料に青色相液晶を用いて櫛歯状電極で駆動する液晶表示素子では、透明電極を用いても電極部分に光が透過しない。これは、電極上では通常電界強度が弱く、光学異方性が付与されないことが一つの原因である。また、電極上では、基板面に平行な電界成分が少なく、基板面に垂直な電界成分が多いことも原因の一つである。
【００１０】
青色相液晶を用いた液晶表示素子では、互いに平行に配列した櫛歯状電極の長手方向に対して、上下の偏光板の偏光軸をそれぞれ約４５度の角度で配置する。光学異方性は電界の方向に付与されるため、ほぼ基板面と平行に電界が印加される電極間では、偏光板の偏光軸から４５度の方向に光学異方性が付与されて光が透過する。しかしながら電極の真上では、電界強度が弱くかつ基板に垂直な方向の電界成分が多いため、付与される光学異方性が小さくかつ基板に垂直な方向であるため、入射した光軸を回転させることができず光を透過することができない。
【００１１】
図１８は、従来の電気光学素子の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。また、図１９は、図１８に示した電気光学素子を矢印Ａの方向から見たときの平面構成の一例を示す模式平面図である。従来の電気光学素子は、たとえば、図１８および図１９に示すように、基板１０１と基板１０３間に媒質層２０３を封入し、基板１０１上に電極１０５と電極１０６を形成する。また、基板１０１と基板１０３の外側には偏向板１０４，２０７を貼り付け吸収軸を電極長手方向と約４５度をなすように設ける。このとき、電極１０５と電極１０６に図示しない外部電源より交流電圧を印加すると、印加電圧と透過率の相関関係は、たとえば、図２０の（ｂ）の曲線のような関係になる。なお、図２０は、本発明の電気光学素子における印加電圧と透過率の相関関係の一例および従来の電気光学素子における印加電圧と透過率の相関関係の一例を示す模式グラフ図である。従来例の電気光学素子は光透過率が非常に低く実際の装置への適用は不可能であった。顕微鏡で観察した結果、従来例の電気光学素子では櫛歯電極上で光が全く透過していなかった。
【００１２】
さらに、青色相液晶を用いた液晶表示素子では、ネマティック相液晶とは異なり、液晶分子間の相互作用長が非常に短いため、電極間で光学異方性が発生しても、その影響を電極上まで及ぼすことができない。これらの理由により電極直上部分には光学異方性が付与されないため光が透過せず、結果的に電極面積相当分の透過率が低下する。そのため、適当な輝度を得るためにバックライトの輝度を高くする必要があり、消費電力が大きくなるという問題がある。高速応答性をもつ印加電界に対する光異方性液晶材料を採用する際、鮮明な映像を得るために液晶の光透過率を上げることは不可欠の条件である。
【００１３】
さらに、青色相液晶と櫛歯状電極を用いた液晶表示素子では、最大透過率を与える電圧が数Ｖ／μｍと、ネマティック液晶を用いたＩＰＳ方式の液晶表示素子の駆動電圧の約１０倍以上で、非常に高いという問題がある。そのため薄膜トランジスタなどの低圧駆動スイッチング素子を適用することができない。
【００１４】
また、特許文献１、特許文献２、および非特許文献１に記載された構成を基にした表示装置の特性を評価した結果、画素電極、もしくは共通電極上においては、基板平面に平行な電気力線が生じないため、電極上はほとんど表示に寄与しない。
【００１５】
本発明は、上記の問題点を解決するものであり、その目的は、青色相液晶に代表される、電界印加により光学異方性が変化する物質を用いる電気光学素子において、より高い透過率で低電圧駆動可能な技術を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、等方性液晶と櫛歯状の電極とを用いた電気光学素子を有する表示装置において、電極上の透過率を向上することが可能な技術を提供することにある。
【００１７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。
【００１９】
（１）対向する互いに平行な複数の基板と、前記複数の基板間に狭持された媒質層と、前記媒質層を挟んで吸収軸が互いにほぼ直交するように配置された一対の偏光板と、前記複数の基板の少なくとも二つの面に設けられ互いに略平行に配置された複数の櫛歯状の透明電極からなる電極群を複数備え、前記電極群に印加される電界により光の透過および遮断を制御する電気光学素子において、前記媒質層が、電界無印加時にほぼ光学等方性を有し、電界印加に伴い光学異方性を発現する媒質からなり、前記少なくとも二つの電極群により、前記媒質層の前記透明電極の基板法線上領域を含む全領域に電界を印加して光学異方性を与える電気光学素子。
【００２０】
（２）前記（１）の電気光学素子において、前記複数の電極群は、前記媒質層に少なくとも基板と平行方向の電界を付与する電気光学素子。
【００２１】
（３）前記（２）の電気光学素子において、前記複数の電極群の一つの電極群による前記媒質層への電界印加領域が、他の電極群の基板法線方向領域を含む電気光学素子。
【００２２】
（４）前記（１）の電気光学素子において、前記偏光板の吸収軸が、基板法線方向から見た前記媒質層への電界印加方向に対し４５度±１０度の角度をなして配置されており、前記光学異方性付与手段により前記透明電極上の基板法線方向領域に付与する光学異方性の方向が、前記媒質層に印加する電界方向と略平行もしくは略直交である電気光学素子。
【００２３】
（５）前記（１）の電気光学素子において、前記複数の電極群の櫛歯部分が、基板法線方向から見て互いに重畳しないように配置されている電気光学素子。
【００２４】
（６）前記（１）の電気光学素子において、前記複数の電極群によって前記媒質層に印加される各電界の基板法線方向から見た電界成分が各々略平行であり、ほぼ同時に前記媒質層に電界が印加される電気光学素子。
【００２５】
（７）前記（１）の電気光学素子において、対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に狭持された第一の媒質層と、前記第二の基板に対向した前記第三の基板と、前記第二の基板と前記第三の基板との間に狭持された第二の媒質層と、前記第一の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記第一の媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第二の基板の前記第三の基板との対向面側に設けられた、前記第二の媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えた電気光学素子。
【００２６】
（８）前記（１）の電気光学素子において、対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に狭持された第一の媒質層と、前記第二の基板に対向した第三の基板と、前記第二の基板と前記第三の基板との間に狭持された第二の媒質層と、前記第一の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記第一の媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第三の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記第二の媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えた電気光学素子。
【００２７】
（９）前記（１）の電気光学素子において、対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に狭持された第一の媒質層と、前記第二の基板に対向した第三の基板と、前記第二の基板と前記第三の基板との間に狭持された第二の媒質層と、前記第二の基板の前記第一の基板との対向面側に設けられた、前記第一の媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第二の基板の前記第三の基板との対向面側に設けられた、前記第二の媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えた電気光学素子。
【００２８】
（１０）前記（１）の電気光学素子において、対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に狭持された媒質層と、前記第一の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられた、前記媒質層に電界を印加する第一の電極群と、前記第二の基板の前記第一の基板との対向面側に設けられた、前記媒質層に電界を印加する第二の電極群とを備えた電気光学素子。
【００２９】
（１１）前記（１０）の電気光学素子において、前記第１の基板および前記第２の基板のうちの少なくとも一方の基板に設けられた一つの電極群は、電気的に独立したコモン電極とソース電極とを有し、かつ、前記コモン電極と前記ソース電極を左右対称に配置した電気光学素子。
【００３０】
（１２）前記（１）の電気光学素子において、対向する第一の基板および第二の基板と、当該一対の基板間に狭持された媒質層と、前記第一の基板の前記第二の基板との対向面側に設けられたコモン電極からなる電極群と、前記第二の基板の前記第一の基板との対向面側に設けられたソース電極からなる電極群とを有し、前記両電極群により前記媒質層に傾斜電界を与える電気光学素子。
【００３１】
（１３）前記（１２）の電気光学素子において、前記偏光板の吸収軸が、基板法線方向から見た前記媒質層への電界印加方向に対し４５度±１０度の角度をなして配置されており、前記光学異方性付与手段により前記透明電極上の基板法線方向領域に付与する光学異方性の方向が、前記媒質層に印加する電界方向と略平行もしくは略直交である電気光学素子。
【００３２】
（１４）一対の基板間に、電圧無印加時は光学的に等方性であり、かつ電圧印加時は光学的な異方性を生じる媒体を挟持し、前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板上の他方の基板と相対する面上に、画素電極と共通電極のいずれか一方が櫛歯状に形成される表示装置において、前記他方の基板上の相対する面上に面状の電極を形成し、当該面状の電極は前記画素電極もしくは前記共通電極のいずれかと同電位の電圧を印加し、前記媒体の厚さｄと前記櫛歯状に形成される電極の電極間隔ｌとの関係がｄ≧ｌである表示装置。
【００３３】
（１５）前記（１４）の表示装置において、前記他方の基板上に形成される前記面状の電極は、スリットが形成され部分的に電界が生じない領域がある表示装置。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、光学異方性を有する媒質に透明電極群からなる複数の電極群により電界を印加し、光の透過遮断を制御する電気光学素子において、電極上の媒質領域に光学異方性を付与する手段を設けることにより、高速応答可能で、しかも高輝度および高コントラストを有する、高い表示品質を備えた電気光学素子が得られる。
【００３５】
また、本発明によれば、櫛歯状に形成した電極間だけでなく、電極上も透過に寄与するため、表示装置の透過率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による実施例１の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図２】基板１０１に形成された櫛歯状電極１０５，１０６の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図３】基板１０２に形成された櫛歯状電極２０１，２０２の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図４】図１の電気光学素子を矢印Ａの方向から見たときの平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図５】櫛歯状電極１０５，１０６，２０１，２０２の好ましい配置方法の一例を示す模式縦断面図である。
【図６】図５の電気光学素子を矢印Ａの方向から見たときの平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図７】本発明による実施例２の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図８】本発明による実施例３の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図９】本発明による実施例４の電気光学素子の主要部の概略構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図１０】実施例４の電気光学素子の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【図１１】本発明による実施例５の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図１２】基板１０１に設ける櫛歯状電極１０５，１０６の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図１３】実施例５の電気光学素子の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【図１４】本発明による実施例６の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図１５】基板１０１に設ける電極１０６の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図１６】基板１０２に設ける電極２０１の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図１７】実施例６の電気光学素子の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【図１８】従来の電気光学素子の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図１９】図１８に示した電気光学素子を矢印Ａの方向から見たときの平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図２０】本発明の電気光学素子における印加電圧と透過率の相関関係の一例および従来の電気光学素子における印加電圧と透過率の相関関係の一例を示す模式グラフ図である。
【図２１】本発明による実施例７の液晶表示装置における１つの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図２２】図２１のＡ−Ａ’線における液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図２３】実施例７の液晶表示装置の画素構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【図２４】比較例２の液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図２５】比較例２の液晶表示装置の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【図２６】本発明による実施例８の液晶表示パネルにおける１つの画素の断面構成の一例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００３８】
図１乃至図６は、本発明による実施例１の電気光学素子の主要部の概略構成および動作を説明するための模式図である。
図１は、本発明による実施例１の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。図２は、基板１０１に形成された櫛歯状電極１０５，１０６の平面構成の一例を示す模式平面図である。図３は、基板１０２に形成された櫛歯状電極２０１，２０２の平面構成の一例を示す模式平面図である。図４は、図１の電気光学素子を矢印Ａの方向から見たときの平面構成の一例を示す模式平面図である。図５は、櫛歯状電極１０５，１０６，２０１，２０２の好ましい配置方法の一例を示す模式縦断面図である。図６は、図５の電気光学素子を矢印Ａの方向から見たときの平面構成の一例を示す模式平面図である。
【００３９】
（電気光学素子の構造）
実施例１の電気光学素子は、たとえば、図１に示すように、所定の間隔をあけて配置された３枚の基板１０１，１０２，１０３と、これらの基板の間隙に配置された媒質層２０３，２０４とを備えている。基板１０１は電極１０５，１０６からなる一群の電極群が設けられ、媒質層２０３に光学異方性１０８を付与する。同じく基板１０２は電極２０１，２０２からなる一群の電極群が設けられ、媒質層２０４に光学異方性２０６を付与する。
【００４０】
このとき、基板１０１上に設ける電極１０５と電極１０６は、たとえば、図２に示すように、櫛歯状であり、櫛歯部分が略平行になるように配置されている。また、基板１０２上に設ける電極２０１と電極２０２も同様に、たとえば、櫛歯状であり、櫛歯部分が略平行になるように配置されている。また、実施例１の電気光学素子では、電極１０５，１０６，２０１，２０２の材料として、透明性と導電性に優れた、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＺｎＯ（亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などを用いる。
【００４１】
またこのとき、基板１０１と基板１０２は、たとえば、図４に示したように、それぞれの基板上に形成した櫛歯状電極１０５，１０６，２０１，２０２の櫛歯部分が、基板法線方向から見たときに重なり合わないように組み合わされる。なお、実施例１の電気光学素子において、基板１０１上の電極１０５，１０６と基板１０２上の電極２０１，２０２との櫛歯部分の電極間隙Ｌ１、もしくは櫛歯部分の電極幅Ｌ２は、極力小さいほうが良い。電極間隔Ｌ１が極力小さい場合、電極１０５，１０６，２０１，２０２は、たとえば、図５および図６に示すような配置となる。
【００４２】
電極間隙Ｌ１の部分では、図１に示したように、媒質層２０３に付与される光学異方性１０８と、媒質層２０４に付与される光学異方性２０６が重なるため、電極上の光学異方性よりも光学異方性の程度が大きくなり、媒質層の透過性が不均一になって画質低下を招く。反対に電極の櫛歯部分が重畳してしまうと、重畳部分には光学異方性が付与されないため光が透過しない。そのため、実施例１の電気光学素子では、電極間隙Ｌ１を極力小さくするか、もしくは電極幅Ｌ２を極力小さくすることが望ましい。電極幅Ｌ２を極力小さく加工し、電極間の面積が大きくなれば、電極上の光学異方性と電極間の光学異方性の違いが画質に与える影響が小さくなり、かつ電極間では２つの媒質層２０３，２０４で付与される光学異方性が重畳するため、見かけ上低電圧駆動が可能となる。
【００４３】
また、実施例１の電気光学素子では、媒質層２０３，２０４として、電界無印加時にほぼ光学等方性を有し、電界印加に伴い光学異方性を発現する媒質を用いる。これには、たとえば、青色相液晶材料や、キュービック対称性を有する媒質が挙げられる。
【００４４】
青色相液晶材料は、カイラル剤を含むネマティック液晶組成物を、その青色相において液晶組成物中に含有させたモノマを重合させることにより、青色相の温度領域を拡大した材料である。ネマティック液晶には、一般に液晶ディスプレイに用いられている極性基を置換した環構造と長鎖構造を有する有機化合物が用いられる。またカイラル剤には、分子内に不斉炭素を有する有機化合物が用いられる。また代表的な重合性のモノマとしては、アクリル系モノマなどが挙げられ、光重合の場合には、アセトフェノン誘導体などの重合開始剤が併用される。実施例１のような構成の電気光学素子は、媒質層２０３，２０４として、上記のような青色相液晶材料を用いることにより、印加電圧に対する高速応答性が得られる。
【００４５】
このように構成した電気光学素子の電極１０５と電極１０６に、図示しない外部電源からそれぞれ異なる電位を与えると、媒質層２０３には、主として、図２の矢印１０７の方向に電界が印加される。これにより電極１０５と電極１０６の間の媒質層２０３に、電界方向１０７とほぼ同じ方向の光学異方性１０８が付与される。さらに電極２０１と電極２０２間に異なる電位を与えると、媒質層２０４には、主として、図３の矢印２０５の方向に電界が印加される。これにより電極２０１と電極２０２の間の媒質層２０４に、電界方向２０５とほぼ同じ方向の光学異方性２０６が付与される。すなわち、実施例１の構成では、媒質層２０３，２０４に印加される電界の電界方向１０７，２０５が略平行となり、電界印加に伴い媒質層２０３，２０４に発生する光学異方性１０８，２０６も略平行となる。
【００４６】
なお、光学異方性とは、屈折率異方性のことであり、電界によって付与される基板面内方向の屈折率の違い、すなわち異方性のことを示す。図１に示した光学異方性１０８，２０６の矢印は、その直交方向よりも大きな屈折率が付与されている方向を示している。
【００４７】
またさらに、媒質層２０３に付与される光学異方性１０８と、媒質層２０４に付与される光学異方性２０６は、ほぼ同時に付与されることが望ましく、そのため電極１０５と電極１０６に電位差を与えるタイミングと、電極２０１と電極２０２に電位差を与えるタイミングは、ほぼ同じであることがより望ましい。したがって、実施例１の電気光学素子では、たとえば、電極１０５と電極２０１、電極１０６と電極２０２を接続しても良い。
【００４８】
実施例１の構成では、媒質層２０４に付与される光学異方性２０６が、基板１０１上の電極１０５，１０６の櫛歯部分の基板法線方向直上領域に付与されるため、図１の矢印Ａの方向から観察すると、基板１０１上の電極１０５，１０６の櫛歯部分に光学異方性が付与されることになる。
【００４９】
さらに、実施例１の電気光学素子は、基板１０１および基板１０３の外側に第一の偏光板１０４と第二の偏光板２０７を配置している。この第一の偏光板１０４と第二の偏光板２０７はヨウ素系色素を含み、ヨウ素は偏光板内で多量体を形成して配向している。その２色性により、偏光板は入射した自然光を偏光度が十分に高い直線偏光に変換する。ヨウ素系色素の多量体の配向方向が吸収軸であり、この偏光板の吸収軸３０１，３０２は、媒質層に印加される電界方向１０７，２０５と４５度±１０度の角度をなして配置されている。
【００５０】
すなわち、偏光板の吸収軸３０１，３０２は、図４に示すとおり、電極１０５，１０６，２０１，２０２の櫛歯部分の長手方向に対して、時計回り、反時計回りにそれぞれ４５度±１０度の角度をなして配置されている。この±１０度の角度は、電極の製造誤差等を吸収する範囲として設定される。また、偏光板１０４，２０７は基板の内側、すなわち媒質層側に配置してもよく、また水溶性のリオトロピック液晶染料材料や二色染料を含有する高分子液晶材料などで構成することもできる。また、偏光板１０４，２０７を基板の内側に配置する場合は、上記の構成に限らず、たとえば、内蔵偏光層として細い導体線を光の波長よりも短い間隔で配列させたワイヤグリッド偏光子を採用することもできる。
【００５１】
このように偏光板１０４，２０７を配置すると、基板１０１方向から電気光学素子に入射した光は、第一の偏光板１０４によって直線偏光に変換され、電圧無印加時には、媒質層２０３，２０４は光学的に等方性を示すため、基板１０３から出射する際に、第二の偏光板２０７によって遮断される。すなわち、電圧無印加時には黒表示となる。また、電界印加時に基板１０１方向から入射し電極１０５と電極１０６の間を通過した偏光は、媒質層２０３に付与された光学異方性１０８によりその光軸を９０度回転させられた楕円偏光となり、基板１０２、電極２０１、媒質層２０４、基板１０３、および第二の偏光板２０７を通過し、出射される。このとき、電極２０１上には複屈折（光学異方性）が付与されないため、電極２０１の直上の領域で偏光の光軸が回転することはない。
【００５２】
また、電界印加時に基板１０１方向から入射し電極１０５または電極１０６の櫛歯電極部分を通過した偏光は、電極１０５または電極１０６上の媒質層２０３に光学異方性が付与されていないため、媒質層２０３中ではその光軸を回転させられることはないが、媒質層２０４に付与された光学異方性２０６によって光軸を９０度回転させられ、基板１０３および第二の偏光板２０７を通過し、出射される。すなわち、電圧印加時には白表示となり、かつ透明な電極１０５，１０６，２０１，２０２の櫛歯部分も光が透過する。したがって、電極１０５，１０６上に光学異方性が付与されない場合、すなわち、媒質層２０４や基板１０２が存在しない場合と比較し、電極部分でも光が透過するため、より高い透過率を得ることができる。
【００５３】
（電気光学素子の製造方法）
実施例１の電気光学素子は、概略以下のプロセスにしたがって作製した。まず、ガラス基板上にＩＴＯをスパッタ法により蒸着し、フォトレジストを塗布し、露光、エッチング工程などを経て、図２に示したような櫛歯状電極１０５，１０６をもつ基板１０１と、図３に示したような櫛歯状電極２０１，２０２を持つ基板１０２を形成した。ＩＴＯの膜厚は１００ｎｍで、櫛歯部分の電極幅Ｌ２を１０ミクロンとし、電極間隔を１５ミクロンとした。次に、櫛歯状電極を形成した基板１０１と基板１０２とを、基板１０１の電極形成面と、基板１０２の電極を形成した面の裏面とを対向させ、図示しないスペーサと基板周辺のシール剤により基板間隔が１５ミクロンになるように貼りあわせた。さらにガラス基板（基板１０３）を、基板１０２との間隔が１５ミクロンになるように同様に貼りあわせた。次に、基板１０１と基板１０２との間、および基板１０２と基板１０３との間に、媒質層２０３，２０４として、青色相液晶混合物を注入した。
【００５４】
青色相液晶混合物には、非特許文献１に記載の、アクリルモノマ、液晶材料、カイラル剤、光重合開始剤の混合物を用い、当該混合物を注入した後、青色相を示す温度範囲で高圧水銀灯により紫外光を照射し、アクリルモノマを重合して青色相を安定化した。
【００５５】
次に、基板１０１の電極１０５と基板１０２の電極２０１とを基板端部で接続し、基板１０１の電極１０６と基板１０２の電極２０２とを基板端部で接続した。さらに偏光板１０４，２０７を、図４に示したように、それぞれの吸収軸３０１，３０２が、電極１０５，１０６，２０１，２０２の櫛歯部分の長手方向と約４５度になるように、基板１０１および基板１０３の外側に貼り付けた。
【００５６】
上記の手順で作製した実施例１の電気光学素子において、接続した電極１０５および電極２０１と接続した電極１０６および電極２０２に、外部電源より交流電圧を印加したところ、印加電圧と透過率との相関関係は、図２０に示した（ａ）の曲線のような関係になった。作製した電気光学素子は、後述する比較例１に示す従来型の素子よりも高い透過率が得られた。顕微鏡で観察した結果、実施例１の電気光学素子では、櫛歯状の電極１０５，１０６，２０１，２０２の上も光が透過しており、本発明の効果が確認された。
【実施例２】
【００５７】
図７は、本発明による実施例２の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【００５８】
実施例２の電気光学素子において、実施例１と異なる点は、たとえば、図７に示すように、媒質層２０４に電界を印加する電極２０１，２０２が、基板１０３上に形成されている点である。なお、電極１０５，１０６，２０１，２０２の平面構成や、各電極の櫛歯部分の長手方向と偏光板１０４，２０７の吸収軸３０１，３０２との関係は、それぞれ、図２および図４に示した構成と同じである。そのため、実施例２の電気光学素子の構成に関する詳細な説明は、省略する。このとき、実施例２の電気光学素子では、実施例１と同様に、電極２０１と電極２０２に異なる電位を与えると、媒質層２０４に電界が印加され、光学異方性が付与される。その結果、実施例２の電気光学素子は、実施例１と同様に電圧印加時に透明な電極１０５，１０６上も光が透過するようになり、高い透過率が得られた。
【００５９】
実施例２の電気光学素子は、概略以下のプロセスにしたがって作製した。まず、実施例１と同様に、櫛歯状電極１０５，１０６をもつ基板１０１と、櫛歯状電極２０１，２０２をもつ基板１０３を形成した。次に、電極１０５，１０６を形成した基板１０１と、電極を形成していない基板１０２とを貼り合せ、さらに電極２０１，２０２を形成した基板１０３を、電極形成面が基板１０２と対向するように貼り合せた。次に、実施例１と同様に、各基板の間に媒質層２０３，２０４として、青色相液晶混合物を注入し、光照射によりモノマを重合させた。
【００６０】
次に、実施例１と同様に、基板１０１の電極１０５と基板１０２の電極２０１とを基板端部で接続し、基板１０１の電極１０６と基板１０２の電極２０２とを基板端部で接続した。さらに偏光板１０４，２０７を、図４に示したように、それぞれの吸収軸３０１，３０２が、電極１０５，１０６，２０１，２０２の櫛歯部分の長手方向と約４５度になるように、基板１０１および基板１０３の外側に貼り付けた。
【００６１】
上記の手順で作製した実施例２の電気光学素子において、接続した電極１０５および電極２０１と接続した電極１０６および電極２０２に、外部電源より交流電圧を印加したところ、印加電圧と透過率との相関関係は、図２０に示した（ａ）の曲線とほぼ同様の関係になり、図２０に示した（ｂ）の曲線のような関係である従来例と比較して高い透過率が得られた。
【実施例３】
【００６２】
図８は、本発明による実施例３の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【００６３】
実施例３の電気光学素子において、実施例１と異なる点は、たとえば、図８に示すように、媒質層２０３に電界を印加する電極１０５，１０６が、基板１０２上に形成されている点である。なお、電極１０５，１０６，２０１，２０２の平面構成や、各電極の櫛歯部分の長手方向と偏光板１０４，２０７の吸収軸３０１，３０２との関係は、それぞれ、図２および図４に示した構成と同じである。そのため、実施例３の電気光学素子の構成に関する詳細な説明は、省略する。このとき、実施例３の電気光学素子では、実施例１と同様に、電極１０５と電極１０６に異なる電位を与えると、媒質層２０３に電界が印加され、光学異方性が付与される。その結果、実施例３の電気光学素子は、実施例１と同様に電圧印加時に透明な電極１０５，１０６上も光が透過するようになり、高い透過率が得られた。
【実施例４】
【００６４】
図９は、本発明による実施例４の電気光学素子の主要部の概略構成の一例を示す模式縦断面図である。
【００６５】
実施例４の電気光学素子は、実施例１乃至実施例３とは異なり、たとえば、図９に示すように、単一の媒質層（媒質層２０３のみ）をもつ。このとき、透明な電極２０１，２０２は、基板１０２の、基板１０１との対向面側に設けられている。なお、電極１０５，１０６，２０１，２０２の平面構成や、各電極の櫛歯部分の長手方向と偏光板１０４，２０７の吸収軸３０１，３０２との関係は、それぞれ、図２および図４に示した構成と同じである。そのため、実施例４の電気光学素子の構成に関する詳細な説明は、省略する。
【００６６】
実施例４の電気光学素子は、電極１０５と電極１０６に異なる電位を与えると、電極１０５と電極１０６との間の媒質層２０３に光学異方性１０８が付与される。また、電極２０１と電極２０２に異なる電位を与えると、電極２０１と電極２０２との間の媒質層２０３に光学異方性２０６が付与される。またこのとき、電極１０５と電極２０２に異なる電位を与え、電極１０６と電極２０１に異なる電位を与えることで、電極１０５と電極２０２との間、および電極１０６と電極２０１との間の媒質層２０３にも光学異方性２０６を付与することができる。基板１０２上の電極２０１および電極２０２によって付与される光学異方性２０６は、基板１０１上の電極１０５および電極１０６の基板法線方向からみて直上に付与される。その結果、実施例４の電気光学素子は、実施例１の電気光学素子と同様に、電圧印加時に透明な電極１０５，１０６上も光が透過するようになり、高い透過率が得られる。
【００６７】
図１０は、実施例４の電気光学素子の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【００６８】
実施例４の電気光学素子において、電極１０６と電極２０２を同電位にし、電極１０５と電極２０１を同電位にしたときに、媒質層２０３に印加される電界の等電位線（等電位面）は、たとえば、図１０に示すような分布になり、電極１０５と電極１０６との間、電極１０５と電極２０２との間、電極２０１と電極２０２との間、および電極１０６と電極２０１との間に電界が印加されていることが判る。すなわち、実施例４の電気光学素子は、図９に示したとおり、これらの電界によって、電極１０５と電極１０６との間、電極１０５と電極２０２との間、電極１０６と電極２０１との間、および電極２０１と電極２０２との間の媒質層２０３に光学異方性１０８，２０６が付与される。その結果、実施例４の電気光学素子は、実施例１と同様に電圧印加時に透明な電極１０５，１０６上も光が透過するようになり、高い透過率が得られた。
【実施例５】
【００６９】
図１１および図１２は、本発明による実施例５の電気光学素子の主要部の概略構成を説明するための模式図である。
図１１は、本発明による実施例５の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。図１２は、基板１０１に設ける櫛歯状電極１０５，１０６の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【００７０】
実施例５の電気光学素子は、実施例４と同様に、単一の媒質層（媒質層２０３のみ）をもつ。実施例５の電気光学素子において、実施例４と異なる点は、たとえば、図１１および図１２に示すように、基板１０１に設ける電極１０５，１０６の平面形状が異なるという点である。なお、そのほかの点、たとえば、各電極の櫛歯部分の長手方向と偏光板１０４，２０７の吸収軸３０１，３０２との関係などは、実施例４の電気光学素子と同じ構成である。そのため、実施例５の電気光学素子の構成に関する詳細な説明は、省略する。
【００７１】
実施例５の電気光学素子は、電極１０５と電極１０６に異なる電位を与えると、電極１０５と電極１０６との間の媒質層２０３に光学異方性１０８が付与される。また、電極２０１と電極２０２に異なる電位を与えると、電極２０１と電極２０２との間の媒質層２０３に光学異方性２０６が付与される。またこのとき、電極１０５と電極２０２に異なる電位を与え、電極１０６と電極２０１に異なる電位を与えることで、電極１０５と電極２０２との間、および電極１０６と電極２０１との間の媒質層２０３にも光学異方性２０６を付与することができる。基板１０２上の電極２０１および電極２０２によって付与される光学異方性２０６は、基板１０１上の電極１０５および電極１０６の基板法線方向からみて直上に付与される。その結果、実施例５の電気光学素子は、実施例１の電気光学素子と同様に、電圧印加時に透明な電極１０５，１０６上も光が透過するようになり、高い透過率が得られる。
【００７２】
図１３は、実施例５の電気光学素子の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【００７３】
実施例５の電気光学素子において、電極１０６と電極２０２を同電位にし、電極１０５と電極２０１を同電位にしたときに、媒質層２０３に印加される電界の等電位線（等電位面）は、たとえば、図１３に示すような分布になり、電極１０５と電極１０６との間、電極１０５と電極２０２との間、電極２０１と電極２０２との間、および電極１０６と電極２０１との間に電界が印加されていることが判る。すなわち、実施例５の電気光学素子は、図１１に示したとおり、これらの電界によって、電極１０５と電極１０６との間、電極１０５と電極２０２との間、電極１０６と電極２０１との間、および電極２０１と電極２０２との間の媒質層２０３に光学異方性１０８，２０６が付与される。その結果、実施例５の電気光学素子は、実施例１と同様に電圧印加時に透明な電極１０５，１０６上も光が透過するようになり、高い透過率が得られた。
【実施例６】
【００７４】
図１４乃至図１６は、本発明による実施例６の電気光学素子の主要部の概略構成を説明するための模式図である。
図１４は、本発明による実施例６の電気光学素子の主要部の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。図１５は、基板１０１に設ける電極１０６の平面構成の一例を示す模式平面図である。図１６は、基板１０２に設ける電極２０１の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【００７５】
実施例６の電気光学素子は、実施例４と同様に、単一の媒質層（媒質層２０３のみ）をもつ。実施例６の電気光学素子において、実施例４と異なる点は、たとえば、図１４乃至図１６に示すように、基板１０１には電極１０６のみを設け、基板１０２には電極２０１のみを設けるという点である。なお、そのほかの点、たとえば、各電極の櫛歯部分の長手方向と偏光板１０４，２０７の吸収軸３０１，３０２との関係などは、実施例４の電気光学素子と同じ構成である。そのため、実施例６の電気光学素子の構成に関する詳細な説明は、省略する。
【００７６】
実施例６の電気光学素子は、電極１０６と電極２０１に異なる電位を与えると、電極１０６と電極２０１との間の媒質層２０３に光学異方性２０６が付与される。この光学異方性２０６は、基板法線方向に対して斜め方向に付与されるため、基板１０１上の電極１０６および基板１０２上の電極２０１の基板法線方向からみて直上にも光学異方性が付与される。その結果、実施例６の電気光学素子は、電圧印加時に透明な電極１０６，２０１上も光が透過するようになり、高い透過率が得られる。
【００７７】
図１７は、実施例６の電気光学素子の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【００７８】
実施例６の電気光学素子において、電極１０６と電極２０１に異なる電位を与えたときに、媒質層２０３に印加される電界の等電位線（等電位面）は、たとえば、図１７に示すような分布になり、電極１０６と電極２０１との間に電界が印加されていることが判る。さらに、電極１０６と電極２０１との間の電界は、それぞれの電極１０６，２０１の上にも発生していることが判る。すなわち、実施例６の電気光学素子は、図１４に示したとおり、この電界によって、電極１０６と電極２０１との間の媒質層２０３に光学異方性２０６が付与される。その結果、実施例６の電気光学素子は、実施例１と同様に電圧印加時に透明な電極１０６，２０１上も光が透過するようになり、高い透過率が得られた。
【００７９】
ところで、本発明の電気光学素子は、図１、図５、図７、図８、図９、図１１、および図１４に示した基本構成のいずれかを１つの画素としてマトリクス状に配置し、それぞれの電極を接続し、さらにバックライトを備えることで、液晶表示装置として用いることができる。
【００８０】
この場合、互いに交差する複数のデータ信号線および複数の走査信号線と、共通信号線を備え、第一の電極群および第二の電極群の櫛歯状電極の一方を前記走査信号線に供給される信号によってオン・オフを制御される能動素子と、能動素子を介して前記データ信号線に接続される画素電極とし、他方を前記共通信号線に接続された共通電極として、アクティブマトリクス型の液晶表示装置とすることもできる。前記能動素子は、第一の電極群と第二の電極群に別々に設けてもよいし、どちらか一方のみに設け、第一の電極群の画素電極と第二の電極群の画素電極とを電気的に接続しても良い。また、第一の電極群と第二の電極群の共通電極に相当する櫛歯状電極には、別々の電位を与えても良いし、両者を電気的に接続しても良い。また、このような液晶表示装置は、いずれかの基板上にカラーフィルタを設け、カラー液晶表示装置とすることも可能である。
【００８１】
またさらに、この液晶表示装置の場合、表示特性の視野角依存性を改善するために、光学異方性が発生する方向を、一画素内に複数設けても良い。この場合、光学異方性の方向が面内で直交するように櫛歯電極を配置すればよい。この液晶表示装置では、本発明の効果として高い透過率が得られるため、バックライトからの光を効率よく出射することができ、消費電力が少なく、高い白輝度の液晶表示装置を得ることができる。
【００８２】
なお、本発明の電気光学素子は、実施例１乃至実施例６の説明で参照した図に示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、変更を加えたり、組み合わせたりすることが可能である。たとえば、一つの素子内に光学異方性の方向が異なる複数の領域を形成しても良い。
【実施例７】
【００８３】
図２１および図２２は、本発明による実施例７の液晶表示装置の主要部の概略構成の一例を説明するための模式図である。
図２１は、本発明による実施例７の液晶表示装置における１つの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。図２２は、図２１のＡ−Ａ’線における液晶表示パネルの断面構成の一例を示す模式断面図である。
【００８４】
本発明の電気光学素子の構成は、たとえば、等方性液晶を挟持する基板に配置された画素電極，共通電極間に電界を発生させ、この電界強度を変化させることにより等方性液晶層の光学特性を制御する液晶表示パネル（液晶表示装置）に適用できる。等方性液晶は、電圧無印加時に光学的に等方であり、電圧印加により電圧印加方向に複屈折性（光学異方性）を誘起する。このような等方性液晶を用いたデバイスに関する先行技術文献としては、たとえば、特許文献３や特許文献４などがある。このような等方性液晶の性質から、等方性液晶の透過率を制御するためには、偏光板１０４，２０７をクロスニコルに配置し、液晶表示パネルの面内方向（横方向）の電界を印加することが必要となる。したがって、等方性液晶を用いた液晶表示パネルは、基本的にはＩＰＳ方式の電極構造が適しているといえる。しかしながら、従来のＩＰＳ方式の電極構造では、電極上にパネル面内方向の電界が生じないため、電極上は透過に寄与しない。そのため、等方性液晶を用いて良好な表示を行うためには、通常、ＩＰＳ方式の電極構造を改良し、パネル面に対して平行な電界をより発生する素子の構成としなければならない。
【００８５】
このような観点から、実施例７では、等方性液晶を用いたＩＰＳ方式の液晶表示パネルに適した電極構造の一例について説明する。
【００８６】
実施例７の液晶表示装置では、液晶表示パネルにおける１つの画素の構成を、たとえば、図２１および図２２に示したような構成にする。映像信号線ＤＬの映像信号は、走査信号線ＧＬにより制御された薄膜トランジスタＴＦＴを介して、当該薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極と接続している画素電極ＰＸに供給される。このとき、実施例７の液晶表示装置では、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴ（コモン電極と呼ぶこともある）との間、および画素電極ＰＸと後述の電極ＣＴ２の間に電界を形成し、等方性液晶層ＬＣを駆動することで表示を行う。なお、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、それぞれ、実施例１乃至実施例５における電極１０５および電極１０６に相当する。また、等方性液晶層ＬＣは、実施例４乃至実施例６における媒質層２０３に相当し、たとえば、前述の青色相液晶混合物でなる。また、薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極とソース電極は、バイアスの関係、すなわち薄膜トランジスタＴＦＴがオンになったときの映像信号線ＤＬの電位と画素電極ＰＸの電位の高低の関係によって変わるが、本明細書では、画素電極ＰＸと接続しているほうをソース電極という。
【００８７】
カラーフィルタＣＦを有する上側の基板ＳＵＢ２には、ブラックマトリクスＢＭが配置され不要な光漏れを遮断している。なお、基板ＳＵＢ２は、実施例４および実施例５における基板１０２に相当する。また、カラーフィルタＣＦＧ，ＣＦＲ，ＣＦＢは横方向で隣接する画素同士では色の異なるものとなるため、それぞれ別の色となっている。また、カラーフィルタＣＦＧ，ＣＦＲ，ＣＦＢおよびブラックマトリクスＢＭの上には、平坦化のためのオーバーコート膜ＯＣが塗布され、さらにその上には、電極ＣＴ２が形成されている。
【００８８】
一方、下側の基板ＳＵＢ１は、各画素に、櫛歯状に形成された共通電極ＣＴおよび画素電極ＰＸを有する。なお、基板ＳＵＢ１は、実施例４および実施例５における基板１０１に相当する。共通電極ＣＴ上には、絶縁膜ＧＩが設けられ、画素ごとの共通電極ＣＴの間に対応するように映像信号線ＤＬが設けられる。さらにこの映像信号線ＤＬ上には保護膜ＰＡＳが設けられ、その上に画素電極ＰＸが配置される。共通電極ＣＴおよび画素電極ＰＸは、たとえば、ＩＴＯのような透明な導電膜で形成されている。また、一対の基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２のそれぞれは、偏光板ＰＬ１，ＰＬ２を有し、かつ偏光板ＰＬ１の吸収軸ＰＴ１と偏光板ＰＬ２の吸収軸ＰＴ２がクロスニコル（直交ニコルと呼ぶこともある）となるように配置されている。
【００８９】
このような構成の画素において、電極ＣＴ２は、共通電極ＣＴまたは画素電極ＰＸのいずれかと同じ電位となるように駆動する。以降は、特に断りの無い限り電極ＣＴ２は共通電極ＣＴと同電位であるとして説明をするが、回路構成やプロセスの制約のない限り、画素電極ＰＸと同電位として駆動しても良い。
【００９０】
この構成により電圧無印加時においては、等方性液晶層ＬＣが等方的であるために黒表示となる。また電圧印加時においては、共通電極ＣＴと画素電極ＰＸとの間および共通電極ＣＴ上にパネル面平行に電圧印加方向の複屈折性が誘起されるので、白表示となる。また電極ＣＴ２と同電位にした共通電極ＣＴもしくは画素電極ＰＸのいずれかの電極上には、パネル面に平行な電気力線が形成されて複屈折性が生じるため、これらいずれかの電極上も白表示の際に透過に寄与することとなる。このように、実施例７の液晶表示装置の画素では、電極間だけでなく、電極上も透過に寄与するため、表示装置の透過率が向上できる。
【００９１】
なお、実施例７の液晶表示装置において、基板ＳＵＢ１上に形成される電極の構造は、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴのいずれか一方が、櫛歯状であることを特徴としており、等方性液晶層ＬＣから遠いほうの電極が平板状に形成された構成であっても良い。
【００９２】
実施例７の液晶表示装置は、たとえば、以下のプロセスにしたがって製造した。なお、使用する材料や形成方法については、従来の製造方法で適用されているもののいずれかを選択すればよい。そのため、実施例７の液晶表示装置の製造方法に関する具体的な説明は省略する。
【００９３】
まず、一方の基板ＳＵＢ１上に、たとえば、薄膜トランジスタＴＦＴおよび走査信号線ＧＬを形成する。次に、基板ＳＵＢ１の上層に共通電極ＣＴを、ＩＴＯからなる透明導電層として櫛歯状に形成し、さらにその上層に窒化シリコンもしくは有機物からなる絶縁膜ＧＩを形成した。実施例７では、ＩＴＯからなる櫛歯状の共通電極ＣＴおよび絶縁膜ＧＩの膜厚を、それぞれ７７ｎｍおよび５００ｎｍとした。
【００９４】
次に、絶縁膜ＧＩの上に、映像信号線ＤＬおよび保護膜ＰＡＳを形成した後、画素電極ＰＸを膜厚７７ｎｍのＩＴＯからなる透明導電層として櫛歯状に形成した。このとき、画素電極ＰＸは、共通電極ＣＴとの距離が１０．０μｍとなるように形成した。
【００９５】
また、他方の基板ＳＵＢ２には、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタＣＦＧなどを形成した後、オーバーコート膜ＯＣを塗布、焼成したのちに、電極ＣＴ２を膜厚７７ｎｍのＩＴＯからなる透明電極層として形成した。
【００９６】
次に、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴが形成された基板ＳＵＢ１と、電極ＣＴ２が形成された基板ＳＵＢ２とを、スペーサーおよび周辺部のシール剤を介在させて貼り合わせ、セルを組み立てた。
【００９７】
さらにこのセルに、後述の光学的に等方性を示す媒体を真空で封入して等方性液晶層ＬＣを設けた後、紫外線硬化型樹脂からなる封止剤で封止してパネルを製作した。
【００９８】
このとき、光学的に等方な媒体でなる等方性液晶層ＬＣの厚み（ギャップ）は、ギャップｄと、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの距離ｌとの関係がｄ≧ｌとなるように、上記のスペーサーにより、封入状態で１３．０μｍとなるように調節した。
【００９９】
次に、このパネルを２枚の偏光板ＰＬ１，ＰＬ２（たとえば、日東電工社製のＳＥＧ１２２４ＤＵなど）で挟み、一方の偏光板ＰＬ１の偏光透過軸を他方の偏光板ＰＬ２の偏光透過軸と直交させるように配置した。またこのとき、偏光板ＰＬ１，ＰＬ２は、吸収軸ＰＴ１、ＰＴ２の方向が、電気力線ＥＦＬの面内方向の角度に対して４５度をなすように配置した。
【０１００】
次に、櫛歯状の共通電極ＣＴ、画素電極ＰＸおよび電極ＣＴ２に交流駆動電圧が加わるように駆動回路を接続し、その後、バックライトなどを接続してモジュール化することで、液晶表示装置を得た。
【０１０１】
基板ＳＵＢ１と基板ＳＵＢ２との間に挟持される等方性液晶層ＬＣ（光学等方性を示す媒体）としては、たとえば、非特許文献２に記載された、チッソ社製液晶材料ＪＣ１０４１ＸＸ，アルドリッチ社製液晶材料4−cyano−4’−pentylbiphenyl（5CB）とメルク社製カイラル剤ＺＬＩ−４５７２からなる液晶組成物のように、光学等方的なブルー相を発現する液晶材料を用いたが、この材料以外にも電圧無印加時には光学等方的な特性であって、電圧印加時に光学的に異方性を示す媒体であれば、同様に用いても良い。すなわち、等方性液晶層ＬＣは、たとえば、非特許文献３に記載された、ベントコア形状の分子を垂直配向膜で配向させたものでも良い。この場合には、等方性液晶層ＬＣと基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２の間に配向膜を形成する必要があるが、本発明においては、配向膜の種類や配向処理の方法はなんら規定されるものではない。
【０１０２】
上記の手順で製造して得られた液晶表示装置を駆動した結果、高透過率を得ることができた。また、駆動している液晶表示装置の画素を観察した結果、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間、および共通電極ＣＴ上の一部も光が透過しており、高透過率である理由が、共通電極ＣＴ上も表示に寄与しているためであることが確認された。
【０１０３】
図２３は、実施例７の液晶表示装置の画素構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【０１０４】
実施例７の液晶表示装置における電極構成を模式的に表現して電界シミュレーションを行ったところ、画素電極ＰＸと、共通電極ＣＴおよび電極ＣＴ２との間に生じる等電位線（等電位面）は、たとえば、図２３に示すような分布になった。このとき、等方性液晶層ＬＣには、等電位線を垂直に横切る電気力線ＥＦＬが形成される。これによると、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間には、基板ＳＵＢ１に対してほぼ平行な電気力線ＥＦＬが生じることが判った。実施例７で用いる光学的に等方性の媒体は、電気力線が生じた方向に複屈折が生じることから、この電気力線にそって生じた複屈折性が生じた箇所のみ、光が透過することになる。したがって、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの間は、生じる複屈折性の大きさに応じて透過光強度が変化するので、表示装置として利用することが出来る。また、図２３に示したシミュレーションの結果では、画素電極ＰＸ上に、基板ＳＵＢ１の面に対してほぼ平行な電気力線がほとんど生じていないが、共通電極ＣＴ上には平行な電気力線が生じている。このことから、実施例７の構成のように共通電極ＣＴにＩＴＯからなる透明な電極を用いることにより、各画素の透過率の向上を図ることができる。
【０１０５】
（比較例１）
本願発明者らは、実施例７の液晶表示装置の効果を調べるために、比較例１として、図２１および図２２に示した構成において、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの間の距離ｌと、セルギャップｄとの関係がｄ＜ｌとなる関係として、ｌ＝１０．０μｍ、ｄ＝４μｍとなるような液晶表示装置を製造した。
【０１０６】
この比較例１の液晶表示装置を駆動した結果、実施例７の液晶表示装置と比べて透過率が低下した。
【０１０７】
（比較例２）
図２４は、比較例２の液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式縦断面図である。
【０１０８】
また、本願発明者らは、実施例７の液晶表示装置の効果を調べるために、比較例２として、たとえば、図２４に示すように、基板ＳＵＢ２上に電極ＣＴ２を形成しない液晶表示装置を製造した。
【０１０９】
この比較例２の液晶表示装置を駆動した結果、実施例７の液晶表示装置と比べて透過率が低下した。
【０１１０】
図２５は、比較例２の液晶表示装置の構成における電界シミュレーションの結果を示す模式図である。
【０１１１】
比較例２の液晶表示装置における電極構成を模式的に表現して電界シミュレーションを行ったところ、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間における等電位線（等電位面）は、たとえば、図２５に示すような分布になった。すなわち、比較例２の液晶表示装置では、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴの間には基板ＳＵＢ１に対してほぼ平行な電気力線ＥＦＬが生じるものの、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴ上においては、基板ＳＵＢ１の面に対してほぼ平行な電気力線がほとんど生じていないことが明らかとなった。
【実施例８】
【０１１２】
図２６は、本発明による実施例８の液晶表示パネルにおける１つの画素の断面構成の一例を示す模式断面図である。
なお、図２６は、図２１のＡ−Ａ’線に相当する位置での液晶表示パネルの断面構成の一例を示している。
【０１１３】
実施例８の液晶表示パネルにおける画素の基本的な構成は、実施例７と同様である。実施例８の画素の構成において、実施例７と異なる点は、たとえば、図２６に示すように、ＩＴＯからなる電極ＣＴ２を形成するときに、画素電極ＰＸの直上に位置する部分をドライエッチングにより除去して、スリットを設けた点である。このとき、電極ＣＴ２のスリットの幅は、画素電極ＰＸと同じ幅とした。また、画素電極ＰＸは、図２１に示したように、屈曲した構造であるので、電極ＣＴ２のスリットの構造も同様に屈曲するように形成した。また、電極ＣＴ２にこのスリットを形成した以外は、実施例７と同様の製造条件、画素構成で液晶表示装置を製造した。
【０１１４】
実施例８のような構成の液晶表示パネルを有する液晶表示装置を駆動した結果、良好な表示を示した。また、駆動している液晶表示装置の画素を観察した結果、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間、および共通電極ＣＴ上の一部も光が透過しており、高透過率である理由が、共通電極ＣＴ上も表示に寄与しているためであることが確認された。
【０１１５】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
【０１１６】
たとえば、実施例７および実施例８では、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴの櫛歯部分の長手方向が映像信号線ＤＬの延在方向（ｙ方向）であり、かつ、屈曲している画素を例に挙げた。しかしながら、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴの櫛歯部分は、たとえば、長手方向が映像信号線ＤＬの延在方向（ｙ方向）にまっすぐに伸びていてもよいことはもちろんである。また、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、たとえば、所定の方向に延びる複数のスリットを有する画素電極ＰＸと平板状の共通電極ＣＴとを積層した構成であってもよいことはもちろんである。またさらに、画素電極ＰＸおよび共通電極ＣＴは、絶縁層ＧＩの同一面に形成してもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【０１１７】
１０１，１０２，１０３，ＳＵＢ１，ＳＵＢ２  基板
１０４，２０７，ＰＬ１，ＰＬ２  偏光板
１０５，１０６，２０１，２０２  電極
１０７，２０５  電界方向
１０８，２０６  光学異方性（の方向）
２０３，２０４  媒質層
３０１，３０２，ＰＴ１，ＰＴ２  （偏光板の）吸収軸
ＤＬ  映像信号線
ＧＬ  走査信号線
ＴＦＴ  薄膜トランジスタ
ＰＸ  画素電極
ＣＴ  共通電極
ＬＣ  等方性液晶層
ＢＭ  ブラックマトリクス
ＣＦＧ，ＣＦＲ，ＣＦＢ  カラーフィルタ
ＯＣ  オーバーコート膜
ＣＴ２  電極
ＧＩ  絶縁膜
ＰＡＳ  保護膜
ＥＦＬ  電気力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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