(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された一対の基板間に誘電率異方性が正の液晶からなる液晶層が挟持された液晶装置であって、
前記一対の基板を構成する第１の基板に設けられ、表示領域の全体にわたって形成された第１の電極と、
前記一対の基板を構成する第２の基板に設けられるとともに、前記第１の電極と前記液晶層を挟んで対峙し、該第１の電極との間で該液晶層に対して縦電界を印加する第２の電極と、
前記第２の基板に設けられ、前記第２の電極上に絶縁膜を介して形成されるとともに該第２の電極との間で前記液晶に対して横電界を印加する第３の電極と、を備え、
前記横電界を印加するための電極は前記第２の基板のみに設けられており、前記縦電界を印加した状態から該縦電界を印加しない状態に切り換える際に、前記横電界を印加し、
前記第３の電極は、線上部分を備えると共に、前記第２の電極上の一部にのみ形成され、
前記第２の電極に重なり且つ前記液晶層のバルク部分を構成する液晶分子の長軸方向が、前記縦電界を印加しない状態において、前記線状部分の延在方向に対して略垂直な方向を向くように配向処理がなされていることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記横電界を印加するための電極は、前記縦電界を印加しない状態に切り換えた後の所定時間だけ前記横電界を印加し、
前記縦電界を印加しない状態において、前記所定時間経過後は前記横電界を印加しないことを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】
ノーマリーホワイトの表示モードを採用したことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
【請求項４】
前記第１ないし第３の電極が全て透明導電膜で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶装置。
【請求項５】
前記第１ないし第３の電極のうち、前記一対の基板のいずれか一方の基板上の電極が透明導電膜で形成され、他方の基板上の電極の少なくとも一つが金属膜で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶装置。
【請求項６】
前記液晶層を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液晶装置。
【請求項７】
光源と、前記光源からの光を変調する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の液晶装置からなる光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置、投射型表示装置および電子機器に関し、特に応答速度に優れた液晶装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ等の投射型液晶表示装置において、光変調手段として用いられる液晶ライトバルブにはアクティブマトリクス型液晶装置が使用されている。アクティブマトリクス型液晶装置は、信号線や画素電極、画素スイッチング用素子などが形成された素子基板と共通電極が形成された対向基板とが、シール材を介して一定の間隙をもって対向配置されており、この間隙の間に液晶を挟持して構成されている。液晶装置の表示領域には、データ線と走査線に囲まれた多数の画素電極が形成されており、これら画素電極がマトリクス状に配列されている。
【０００３】
アクティブマトリクス型液晶装置の表示方式としては、ツイステッドネマティック（Twisted Nematic, 以下、ＴＮと略記する）モードの表示方式が現在、主流を占めている。その理由は、明るい、コントラストが高い、応答速度が比較的速い、駆動電圧が低い、階調表示が容易であるなど、ＴＮモードの液晶装置はディスプレイとして基本的に必要とされる諸特性をバランス良く具備しているからである。ＴＮモードにおいては、素子基板と対向基板との間で液晶分子の長軸方向が９０°ねじれた構造を採る。
【０００４】
ところで、液晶表示装置の広視野角化を図る一つの手段として、基板に対して面内方向の横電界を発生させ、この横電界で液晶分子を基板に平行な面内で回転させることで光スイッチング機能を持たせるインプレイン・スイッチング（In-Plane Switching, 以下、ＩＰＳと略記する）技術が実用化されている。そして、近年、ＩＰＳ技術をさらに改良した形のフリンジフィールド・スイッチング（Fringe-Field Switching, 以下、ＦＦＳと略記する）技術が、"High-Transmittance, Wide-Viewing-Angle Nematic Liquid Crystal Display Controlled by Fringe-Field Switching", S.H.Lee et al., ASIA DISPLAY 98, p.371-374, "A High Quality AM-LCD using Fringe-Field Switching Technology", S.H.Lee et al., IDW'99, p.191-194  などに発表されている。
【０００５】
図１３はＩＰＳとＦＦＳの概念の違いを示す図であって、図１３（ａ）はＩＰＳの概略構成、図１３（ｂ）はＦＦＳの概略構成をそれぞれ示している。一対の基板２００、２０１間の液晶分子２０２が一対の電極２０３，２０４による横電界Ｅで駆動される点は同様である。ところが、セルギャップをｄ、電極幅をｗ、電極間距離をｌとすると、これらの寸法の関係が、ＩＰＳではｌ／ｄ＞１かつｌ／ｗ＞１であるのに対し、ＦＦＳではｌ／ｄ＜１かつｌ／ｗ＜１、またはｌ／ｄ＝０かつｌ／ｗ＝０である。すなわち、ＩＰＳではセルギャップや電極幅よりも電極間距離が大きいのに対し、ＦＦＳではセルギャップや電極幅よりも電極間距離が小さい（図１３（ａ）のＩＰＳにおける電極２０３と電極２０４が充分に接近した状態）か、もしくは電極間距離が０、言い換えると、図１３（ｂ）に示すように一方の電極２０４（−極）の上方に絶縁層２０５を介して他方の電極２０３（＋極）を積層した形態の電極構成を採用している。この電極構成の違いによって発生する電界の方向が若干異なり、ＩＰＳでの電界方向は電極が対向する方向（図中ｙ方向）であるが、ＦＦＳ、特に図１３（ｂ）の電極構造においては、電極２０３，２０４が積層されているため、横方向（図中Ｙ方向）に加えて、電極２０３の縁の近傍で基板面に垂直な方向（図中Ｚ方向）にも電界成分を持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＮモードのアクティブマトリクス型液晶装置は、誘電率異方性が正の液晶で平行配向、ノーマリーホワイトモードを採用した場合、画素電極と共通電極への電圧印加によって縦電界を発生させ、この縦電界で基板面と略垂直な方向に液晶分子を立たせ（これを以下、ＯＮ状態という）、黒表示を行う。そして、電圧印加を止めることによって液晶分子を平行配向状態に戻し（これを以下、ＯＦＦ状態という）、白表示を行う。すなわち、ＯＦＦ状態からＯＮ状態への移行は電圧印加（外部からのエネルギー供給）に因るが、ＯＮ状態からＯＦＦ状態への移行は液晶自身の粘性による自然な戻りに因るものである。したがって、ＯＦＦ状態からＯＮ状態への応答速度は印加電圧を大きくするなどの手段を用いて速めることができるが、ＯＮ状態からＯＦＦ状態への応答速度は使用する液晶材料で決まると考えられていた。そのため、ＴＮモードでは応答速度が比較的速いとは言っても、液晶材料の特性で決まるＯＮ状態からＯＦＦ状態への応答速度が遅いために、全体の応答速度の向上には限界があった。
【０００７】
そこで、ＯＮ状態からＯＦＦ状態への応答速度の向上を目的として、上下の基板に横電界を発生させるための電極を備えた液晶装置が、特開平９−２３６８１９号公報、特開平１１−０４２１０９号公報などに提案されている。これらの公報に記載の液晶装置においては、上基板、下基板のそれぞれに横電界を発生させるための一対の櫛歯状の電極を備え、しかも各基板上の電極によって発生する横電界の方向が直交するように各電極が配置されている。この構成によれば、液晶分子の配向方向が基板面に垂直方向から平行な方向に変化する際に各基板上の電極から発生する横電界が液晶分子の配向変化を助長する。この作用により、液晶分子の状態変化がより速くなり、高速応答が可能になる。
【０００８】
しかしながら、上記公報に記載の液晶装置の場合、製造プロセスが非常に複雑になり、製造コストも増大するという問題があった。すなわち、横電界で液晶を駆動して表示を行う通常のＩＰＳ方式の液晶装置であれば、一対の基板のうちの一方の基板にのみ横電界発生用の櫛歯状電極を形成すれば済むが、上記公報に記載の液晶装置においては、上基板、下基板の双方に櫛歯状電極を形成しなければならず、さらにこの櫛歯状電極を駆動するためのスイッチング素子が個々の基板に必要となる。そのため、上基板、下基板がともに素子基板となり、製造プロセスが双方の基板で煩雑になるとともに、製造コストが増大してしまう。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、製造プロセスや製造コストの増大を招くことなく、応答速度の向上を図ることができる液晶装置、およびこの液晶装置を用いた投射型表示装置、電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、互いに対向配置された一対の基板間に誘電率異方性が正の液晶からなる液晶層が挟持された液晶装置であって、前記一対の基板を構成する第１の基板に設けられ、表示領域の全体にわたって形成された第１の電極と、前記一対の基板を構成する第２の基板に設けられるとともに、前記第１の電極と前記液晶層を挟んで対峙し、該第１の電極との間で該液晶層に対して縦電界を印加する第２の電極と、前記第２の基板に設けられ、前記第２の電極上に絶縁膜を介して形成されるとともに該第２の電極との間で前記液晶に対して横電界を印加する第３の電極と、を備え、前記横電界を印加するための電極は前記第２の基板のみに設けられており、前記縦電界を印加した状態から該縦電界を印加しない状態に切り換える際に、前記横電界を印加し、前記第３の電極は、線上部分を備えると共に、前記第２の電極上の一部にのみ形成され、前記第２の電極に重なり且つ前記液晶層のバルク部分を構成する液晶分子の長軸方向が、前記縦電界を印加しない状態において、前記線状部分の延在方向に対して略垂直な方向を向くように配向処理がなされていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の液晶装置は、基本的には誘電率異方性が正の液晶を用いた平行配向モードの液晶装置であり、第１の基板上、第２の基板上にそれぞれ設けられた電極間で発生する基板面に略垂直な方向の電界（この電界のことを本明細書では縦電界という）で液晶を駆動して表示を行うものである。したがって、両基板の電極への電圧印加によって縦電界が発生し、その縦電界により液晶分子の長軸方向が基板面に平行な方向から垂直な方向に向くように配向方向が変わり、ＯＮ状態となる。
【００１２】
次に、ＯＦＦ状態に切り換える際、従来であれば電圧印加を止めるだけで液晶の粘性による自然な戻りによって基板面に垂直な方向から平行な方向に液晶分子の配向状態を変えていた。それに対し、本発明の液晶装置の場合、第２の基板に液晶層に対して基板面に略平行な方向の電界（この電界のことを本明細書では横電界という）を印加するための複数の電極が設けられているので、この横電界の印加により誘電率異方性が正の液晶が電界方向に沿って配向する、すなわち、液晶分子の長軸方向が基板面に平行な方向に向くように配向する。このように、本発明によれば、液晶自身の粘性で元の配向状態に戻ろうとする力に加えて、横電界に沿って液晶分子が配向しようとする力を作用させることができるので、ＯＮ状態からＯＦＦ状態への応答速度を従来よりも速くすることができる。
【００１３】
なお、本発明の液晶装置において、誘電率異方性が正の液晶を用いなければならないのは、誘電率異方性が正の液晶では分極の方向が分子長軸方向であって一方向に限定できるため、横電界が印加された時に分子長軸方向が横電界の向きに揃おうとし、液晶が戻ろうとする動きを補助できるが、誘電率異方性が負の液晶では分極の方向が分子短軸方向であり、一方向に限定できないため、横電界が印加されても液晶分子の向きが一方向に揃わないからである。
【００１４】
また本発明においては、上記公報に記載の液晶装置と異なり、横電界発生用の電極を形成するのは第２の基板側のみで済むので、製造工程が煩雑になったり、製造コストが増大することがない。
【００１５】
より具体的な電極構成の一例として、前記第１の基板に第１の電極を設け、前記第２の基板に前記第１の電極との間で縦電界を発生させる第２の電極を設け、さらに前記第２の基板には前記第２の電極との間で横電界を発生させる第３の電極を設けた構成を採ることができる。
【００１６】
この構成によれば、第２の基板上の第２の電極は、第１の基板上の第１の電極との間で縦電界を発生させる電極として機能すると同時に、第２の基板上の第３の電極との間で横電界を発生させる電極としても機能するので、電極構成を簡単にすることができる。
【００１７】
さらに、前記第２の電極を略矩形状の電極とし、前記第３の電極を前記第２の電極の上方に絶縁膜を介して形成された線状部分を有する電極とすることもできる。
【００１８】
この構成は、［従来の技術］の項で説明したＦＦＳの電極構成に類似したものである。ＦＦＳの電極構成を採用した場合、線状（櫛歯状）電極の縁の近傍で基板面に垂直な方向にも電界成分を持っており、ＩＰＳでは線状電極間に位置する液晶分子は駆動されても線状電極の上方に位置する液晶分子はほとんど駆動されないが、ＦＦＳの場合、線状電極間に位置する液晶分子は勿論のこと、線状電極の上方に位置する液晶分子も駆動されることになる。したがって、電極をインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜で形成すれば、電極の部分も表示に寄与させることができ、同じ条件のＩＰＳに比べて開口率を大きくできるという利点が得られる。ただし、本発明においては、電極の配置がＦＦＳと似ているというだけであって、セルギャップ、電極幅、電極間距離などの相互の寸法の関係は、上述のＦＦＳとして定義される関係を必ずしも満たす必要はない。
【００１９】
電極構成の他の例としては、前記第１の基板に第１の電極を設け、前記第２の基板に前記第１の電極との間で縦電界を発生させる第２の電極を設け、さらに前記第２の基板には互いの間に横電界を発生させる第３の電極および第４の電極を設けた構成を採ることができる。
【００２０】
本例の場合、第２の基板上に縦電界を発生させる第２の電極とは別個に横電界を発生させる第３の電極および第４の電極を設けた点で、前の例に比べると電極構成が若干複雑になる。その反面、各電極の機能を分離させることができるので、各電極に印加する電圧値の設定の自由度が上がり、印加電圧値のパターンを変えることで応答速度を調節することができる。
【００２１】
さらに、前記第２の電極を略矩形状の電極とし、前記第３の電極および前記第４の電極をともに前記第２の電極の上方に絶縁膜を介して形成された線状部分を有する電極とすることもできる。その場合、前記第３の電極および前記第４の電極を同じ層で形成することが望ましい。
【００２２】
この構成は、［従来の技術］の項で説明したＩＰＳの電極構成に類似したものである。ＩＰＳの電極構成を採用した場合、第３の電極および前記第４の電極は絶縁膜を介した別々の層で構成してもよいが、同一の層で構成すれば、同一の工程で第３の電極と第４の電極を同時に形成することができるので、その分製造プロセスが複雑になることがない。
【００２３】
また、前記第３の電極が線上部分を備え、前記縦電界を印加しない状態において、前記液晶層のバルク部分を構成する液晶分子の長軸方向が前記線状部分の延在方向に対して略垂直な方向を向くように配向処理がなされていることが望ましい。ここで言う「液晶層のバルク部分」とは、各基板の表面の配向処理によって配向状態が完全に規定された基板表面近傍の領域を除く、液晶分子がその配向方向を自由に変え得るセル厚方向中央部の液晶部分のことである。
【００２４】
この構成によれば、第３の電極に電圧を印加した際に線状部分の延在方向に対して略垂直な方向に横電界が発生するが、初期の配向状態が、バルク部分の液晶分子の長軸方向が前記線状部分の延在方向に対して略垂直な方向を向くように規定されているので、横電界の方向とＯＮ→ＯＦＦ時に液晶分子が戻ろうとする方向が一致し、液晶分子の戻りを円滑に補助することができる。
【００２５】
一般に、表示モードには電圧無印加（ＯＦＦ）時に白表示、電圧印加（ＯＮ）時に黒表示のノーマリーホワイト、電圧無印加（ＯＦＦ）時に黒表示、電圧印加（ＯＮ）時に白表示のノーマリーブラックの２種類があるが、本発明の液晶装置においてはノーマリーホワイトを採用することが望ましい。
【００２６】
本発明の液晶装置においては、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える際に液晶分子の戻りを補助するために横電界を印加するが、その際、電圧印加方法によっては第１の基板上の第１の電極との間に一時的に縦電界が発生することも考えられ、電界の乱れが発生する恐れもある。その場合、電界の乱れに起因して液晶の配向乱れ、いわゆるディスクリネーションが発生するが、ノーマリーブラックモードでは白表示から黒表示に切り替わる際にディスクリネーションが発生するため、光漏れが起こり、コントラストの低下につながることもある。ところが、ノーマリーホワイトモードでは黒表示から白表示に切り替わる際にディスクリネーションが発生するため、ディスクリネーションの発生自体は好ましいことではないが、コントラストが低下することはない。よって、本発明ではノーマリーホワイトを採用することが望ましい。
【００２７】
前記第１ないし第３の電極の全てをＩＴＯ等の透明導電膜で形成する構成としてもよい。
この構成によれば、本発明の液晶装置を透過型液晶装置として実現することができる。
【００２８】
また、前記第１ないし第３の電極のうち、前記一対の基板のいずれか一方の基板上の電極をＩＴＯ等の透明導電膜で形成し、他方の基板上の電極の少なくとも一つをアルミニウム、銀等の金属膜で形成する構成としてもよい。
この構成によれば、別の反射層や外付けの反射板などを追加することなく、本発明の液晶装置を反射型液晶装置として実現することができる。
【００２９】
この場合、様々な形態が考えられ、第１の基板を入射側、第２の基板を反射側とするならば、例えば第１の電極を透明導電膜、第２の電極、第３の電極（第４の電極）を金属膜とすればよい。あるいは、第１の電極を透明導電膜、第２の電極を金属膜、第３の電極（第４の電極）を透明導電膜としてもよい。逆に第２の基板を入射側、第１の基板を反射側とするならば、第２の電極、第３の電極（第４の電極）を透明導電膜、第１の電極を金属膜とすればよい。
【００３０】
さらに、前記液晶層を加熱する加熱手段を備えた構成としてもよい。
この構成によれば、加熱手段の作用によって液晶層の温度を常温以上に上昇させることができ、それにより液晶の粘度が低下するので、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える際の液晶分子の戻りを速め、応答速度を向上することができる。
【００３１】
本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する上記本発明の液晶装置からなる光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、応答速度の速い表示が可能な投射型表示装置を実現することができ、特にフィールドシーケンシャル（時分割）駆動のカラー投射型表示装置に好適なものとなる。
【００３２】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、応答速度の速い表示が可能な液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
本実施の形態の液晶装置は薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）をスイッチング素子に用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶装置の例であり、図１（ａ）は液晶装置の全体構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）における一画素の拡大図、図２は一画素の電極構成のみを取り出して示す斜視図、図３は同平面図、図４（ａ）、（ｂ）は同液晶装置の動作を説明するための図であって図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００３４】
本実施の形態の液晶装置１は、図１（ａ）に示すように、ＴＦＴが形成された側の素子基板２（第２の基板）と対向基板３（第１の基板）とが対向配置され、これら基板２，３間に誘電率異方性が正の液晶からなる液晶層（図示略）が封入されている。素子基板２の内面側には、多数のソース線４および多数のゲート線５が互いに交差するように格子状に設けられている。各ソース線４と各ゲート線５の交差点の近傍にはＴＦＴ６が形成されており、各ＴＦＴ６を介して画素電極７（第２の電極）がそれぞれ接続されている。すなわち、マトリクス状に配置された各画素毎に一つのＴＦＴ６と画素電極７が設けられている。一方、対向基板３の内面側全面には、多数の画素がマトリクス状に配列されてなる表示領域の全体にわたって一つの共通電極８（第１の電極）が形成されている。
【００３５】
ＴＦＴ６は、図１（ｂ）に示すように、ゲート線５から延びるゲート電極１０と、ゲート電極１０を覆う絶縁膜（図示略）と、絶縁膜上に形成された多結晶シリコン、アモルファスシリコン等からなる半導体層１１と、半導体層１１中のソース領域に電気的に接続されたソース線４から延びるソース電極１２と、半導体層１１中のドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極１３とを有している。そして、ＴＦＴ６のドレイン電極１３が画素電極７に電気的に接続されている。本実施の形態の場合、画素電極７はＩＴＯ等の透明導電膜で形成され、対向基板３側の共通電極８もＩＴＯ等の透明導電膜で形成されている。表示に寄与する縦電界を発生させるための電極は、従来と同様、上記の画素電極７と共通電極８であるが、これに加えて、図１（ａ）、（ｂ）では図示を省略するが、本発明特有の作用を生み出す横電界を発生させるための電極が形成されている。これについて次に説明する。
【００３６】
図２〜図４に示すように、素子基板２の画素電極７の上方に絶縁膜１４を介して櫛歯状電極１５（第３の電極）が形成されている。櫛歯状電極１５は、略矩形状の画素電極７の上方に絶縁膜１４を介してＩＴＯ等の透明導電膜により形成されており、画素電極７の長手方向に延在する複数本（本実施の形態では３本）の線状部分１５ａを有している。また、図示は省略するが、この櫛歯状電極１５を画素電極７とは独立して個別に駆動するためのＴＦＴ、このＴＦＴに信号を供給するソース線およびゲート線が素子基板２上に形成されている。そして、櫛歯状電極１５を覆うように素子基板の全面にわたって樹脂材料、無機材料等からなる配向膜１６が形成されている。また、対向基板３側にも共通電極８を覆うように樹脂材料、無機材料等からなる配向膜１７が形成されている。
【００３７】
本実施の形態の場合、図３に示すように、素子基板２側、対向基板３側の配向膜１６，１７には、ともに櫛歯状電極１５の線状部分１５ａの延在方向と略直交する同方向に配向処理が施されている（図３において、素子基板２上の配向膜１６の配向方向を実線の矢印、対向基板３上の配向膜１７の配向方向を破線の矢印で示す）。したがって、画素電極７−共通電極８間に電圧を印加していない状態（ＯＦＦ状態）では、液晶層１８の液晶分子１９は、セル厚方向に向かってねじれることなく、その長軸方向が櫛歯状電極１５の線状部分１５ａの延在方向と略直交する方向に向くように平行配向している。
【００３８】
上記構成の液晶装置の動作について説明する。
まず、ＯＦＦ状態から画素電極７−共通電極８間に電圧を印加する（ＯＮ状態とする）場合、図４（ａ）に示すように、共通電極８（第１の電極）にＶ0（例えばＶ0＝０Ｖ）、画素電極７（第２の電極）に＋Ｖ（例えば＋Ｖ＝＋５Ｖ）、櫛歯状電極１５（第３の電極）にも画素電極７と同じく＋Ｖ（例えば＋Ｖ＝＋５Ｖ）の電圧を印加する。この時、画素電極７−共通電極８間には電位差が生じ、基板面に略垂直な方向に縦電界Ｅｖが発生するが、画素電極７と櫛歯状電極１５は同電位であるから横電界は発生しない。そこで、縦電界Ｅｖに対応して、櫛歯状電極１５の線状部分１５ａの延在方向と略直交する方向に平行配向していた液晶分子１９が、その長軸方向が縦電界Ｅｖの方向に向くように立ち上がる。
【００３９】
次に、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換える場合、図４（ｂ）に示すように、共通電極８（第１の電極）と櫛歯状電極１５（第３の電極）への印加電圧は変えずに、画素電極７（第２の電極）への印加電圧のみを＋Ｖ（例えば＋Ｖ＝＋５Ｖ）からＶ0（例えばＶ0＝０Ｖ）に切り換える。この時、画素電極７−共通電極８間の電位差はなくなるので、ＯＮ時に発生していた縦電界ＥV が消滅する一方、画素電極７−櫛歯状電極１５間には電位差が生じるので、横電界ＥL が発生する。この横電界に対応して、ＯＮ時に基板面に略垂直な方向に垂直配向していた液晶分子１９が、その長軸方向が横電界Ｅｖの方向に向くように平行配向状態に戻る。
【００４０】
なお、上のような電圧印加方法を採用した場合、「ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換えた際、画素電極７−共通電極８間には電位差がなくなり、縦電界ＥV が消滅する」と述べたが、櫛歯状電極１５−共通電極８間には電位差があるため、実際には若干の縦電界が発生しており、ＯＦＦ状態に切り換えた時点では横電界と縦電界が混在した状態となる。その結果、電界の乱れが発生し、それに起因して液晶の配向乱れ、いわゆるディスクリネーションが発生することが考えられる。このディスクリネーションによる表示の不具合を抑えるためには、ノーマリーホワイトの表示モードを採用することが望ましい。ノーマリーブラックモードでは白表示から黒表示に切り替わる際にディスクリネーションが発生することになり、光漏れが起こるため、コントラストの低下が生じる。その点、ノーマリーホワイトモードでは黒表示から白表示に切り替わる際にディスクリネーションが発生することになるため、コントラストが低下することはないからである。
【００４１】
液晶分子１９は、両基板表面の配向処理によってＯＦＦ状態では平行配向をとるように規制されているため、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換えた時に縦電界ＥV が消滅したただけでも平行配向状態に戻っていくが、従来は、液晶の粘性だけに頼った動きのためにどうしても遅くなり、ＯＮ時に比べてＯＦＦ時の応答速度が低下する原因となっていた。これに対して、本実施の形態の液晶装置１の場合、素子基板２側に画素電極７と櫛歯状電極１５とを備え、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える際に画素電極７と櫛歯状電極１５とで液晶に横電界を印加する構成となっているため、この横電界が平行配向状態へ液晶分子が戻ろうとする動きをアシストする結果、ＯＦＦ時の応答速度を従来に比べて向上させることができる。
【００４２】
本発明者は、本実施の形態の液晶装置の応答速度の向上効果を従来の液晶装置と比較した。櫛歯状電極を持たない従来の液晶装置を作製し、応答速度を測定した結果、ＯＮ時（印加電圧：５Ｖ）の応答速度が２０msec、ＯＦＦ時（印加電圧：０Ｖ）の応答速度が３５msecであった。これに対し、本実施の形態で説明したような櫛歯状電極を追加した液晶装置を作製して応答速度を評価した結果、ＯＮ時の応答速度は２０msecと変わらないが、ＯＦＦ時の応答速度を２５msecに改善することができた。
【００４３】
また、［従来の技術］の項で挙げた公報に記載の液晶装置と異なり、本実施の形態の場合、横電界発生用の電極を形成するのは素子基板２側のみで済むので、上記公報に記載の液晶装置ほど製造プロセスが煩雑になったり、製造コストが増大することがない。さらに、画素電極７は、共通電極８との間で縦電界を発生させる電極として機能すると同時に、櫛歯状電極１５との間で横電界を発生させる電極としても機能するので、電極構成を簡単にすることができる。本実施の形態の電極の構成はいわゆるＦＦＳの電極構成に類似したものであり、櫛歯状電極１５の上方に位置する液晶分子も駆動されるため、電極の部分も表示に寄与させることができ、同じ条件のＩＰＳ構造の液晶装置に比べて開口率を大きくできるという利点も得られる。
【００４４】
また本実施の形態の場合、ＯＦＦ状態において、液晶層１８のバルク部分を構成する液晶分子１９の長軸方向が櫛歯状電極１５の線状部分１５ａの延在方向に対して略垂直な方向を向くように配向処理がなされているため、櫛歯状電極１５の線状部分１５ａの延在方向に対して略垂直な方向に横電界ＥL が発生した際に横電界ＥL の方向とＯＦＦ時に液晶分子１９が戻ろうとする方向が一致し、液晶分子１９の戻りを円滑に補助することができる。
【００４５】
なお、横電界の印加のタイミングに関しては、ＯＦＦ状態に切り換えた後、ＯＦＦ状態が続く間、横電界を印加し続けてもよいが、本発明における横電界の印加の意味は、横電界を使って液晶分子を完全に駆動するというよりも、液晶分子が戻ろうとする動きを横電界がアシストするだけのものである。これだけで応答速度の向上には充分効果がある。したがって、上述したディスクリネーションによる悪影響を極力排除することを考えると、ＯＦＦ状態に切り換えた直後の一定の時間だけ横電界を印加し、その後は止めてもよい。
【００４６】
印加電圧のパターンに関しては、本実施の形態の場合、ＯＮ時には共通電極：Ｖ0、画素電極：＋Ｖ、櫛歯状電極：＋Ｖとし、ＯＦＦ時には共通電極：Ｖ0、画素電極：Ｖ0、櫛歯状電極：＋Ｖとしたが、ＯＮ時に縦電界が発生し、ＯＦＦ時に横電界が発生しさえすれば、その他のいかなるパターンで電圧を印加してもよい。また、液晶材料の特性に合わせて横電界の大きさや印加時間を制御することにより、応答速度を調節することもできる。
【００４７】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図５〜図７を参照して説明する。
本実施の形態の液晶装置はＴＦＴをスイッチング素子に用いたアクティブマトリクス方式の反射型液晶装置の例である。基本構成は図１（ａ）、（ｂ）に示した第１の実施の形態と同様であり、異なる点は横電界を発生させるための電極構成のみである。よって、液晶装置の全体構成の説明は省略し、電極構成と動作を中心に説明する。図５は一画素の電極構成のみを取り出して示す斜視図、図６は同平面図、図７（ａ）、（ｂ）は同液晶装置の動作を説明するための図であって図５のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。なお、図５〜図７において、図２〜図４と共通の構成要素については同一の符号を付す。
【００４８】
本実施の形態の液晶装置は、図５〜図７に示すように、素子基板２の画素電極７の上方に絶縁膜１４を介して一画素毎に第１の櫛歯状電極２１（第３の電極）、第２の櫛歯状電極２２（第４の電極）が形成されている。これら第１、第２の櫛歯状電極２１，２２は、略矩形状の画素電極７の上方に絶縁膜１４を介してアルミニウム、銀等の光反射率の高い同一の層の金属膜により形成されている。各櫛歯状電極２１，２２は画素電極の長手方向に延在する複数本（本実施の形態では２本）の線状部分２１ａ，２２ａをそれぞれ有しており、コ字状の第１の櫛歯状電極２１と逆コ字状の第２の櫛歯状電極２２とが組み合わされて配置されている。また、図示は省略するが、これら櫛歯状電極２１，２２の各々を画素電極７とは独立して個別に駆動するためのＴＦＴ、このＴＦＴに信号を供給するソース線およびゲート線が素子基板２上に形成されている。
【００４９】
第１の実施の形態の液晶装置は透過型であったため、全ての電極が透明導電膜で形成されていたのに対し、本実施の形態の液晶装置は反射型に対応するものであり、各電極の構成材料は、対向基板３上の共通電極８がＩＴＯなどの透明導電膜、素子基板２上の画素電極７および２つの櫛歯状電極２１，２２がアルミニウム、銀等の金属膜となっている。したがって、本実施の形態の液晶装置は、対向基板３側が光入射側となる。
【００５０】
本実施の形態の場合、図６に示すように、素子基板２側、対向基板３側の配向膜１６，１７には、各櫛歯状電極２１，２２の線状部分２１ａ，２２ａの延在方向と直交する方向に対してそれぞれ４５°をなす方向に配向処理が施されており（図６において、素子基板２上の配向膜１６の配向方向を実線の矢印、対向基板３上の配向膜１７の配向方向を破線の矢印で示す）、これら基板２，３間にツイステッドネマティック（Twisted Nematic,ＴＮ）液晶が挟持されている。したがって、画素電極７−共通電極８間に電圧を印加していない状態（ＯＦＦ状態）では、液晶層２３の液晶分子２４はセル厚方向全体で９０°ねじれており、バルク部分の液晶分子２４は、その長軸方向が各櫛歯状電極２１，２２の線状部分２１ａ，２２ａの延在方向と略直交する方向に向くように平行配向している。
【００５１】
上記構成の液晶装置の動作について説明する。
まず、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換える場合、図７（ａ）に示すように、共通電極８（第１の電極）にＶ0（例えばＶ0＝０Ｖ）、画素電極７（第２の電極）に＋Ｖ（例えば＋Ｖ＝＋５Ｖ）、第１の櫛歯状電極２１（第３の電極）、第２の櫛歯状電極２２（第４の電極）にも画素電極７と同じく＋Ｖ（例えば＋Ｖ＝＋５Ｖ）の電圧を印加する。この時、画素電極７−共通電極８間には電位差が生じ、基板面に略垂直な方向に縦電界Ｅｖが発生するが、画素電極７、第１，第２の櫛歯状電極２１，２２は全て同電位であるから、これらの電極間に横電界は発生しない。そこで、縦電界Ｅｖに対応して、櫛歯状電極２１，２２の線状部分２１ａ，２２ａの延在方向と略直交する方向に平行配向していた液晶分子２４が、その長軸方向が縦電界Ｅｖの方向に向くように立ち上がる。
【００５２】
次に、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換える場合、図７（ｂ）に示すように、共通電極８（第１の電極）への印加電圧は変えず、画素電極７（第２の電極）にＶ0（例えばＶ0＝０Ｖ）、第１の櫛歯状電極２１（第３の電極）に＋Ｖ（例えば＋Ｖ＝＋５Ｖ）、第２の櫛歯状電極２２（第４の電極）に−Ｖ（例えば−Ｖ＝−５Ｖ）の電圧を印加する。この時、画素電極７−共通電極８間の電位差はなくなるので、ＯＮ時に発生していた縦電界ＥV が消滅する一方、第１の櫛歯状電極２１−第２の櫛歯状電極２２間、第１の櫛歯状電極２１−画素電極７間、および第２の櫛歯状電極２２−画素電極７間にはそれぞれ電位差が生じるので、横電界ＥL が発生する。この横電界ＥL に対応して、ＯＮ時に基板面に略垂直な方向に垂直配向していた液晶分子２４が、その長軸方向が横電界Ｅｖの方向に向くように平行配向状態に戻る。
【００５３】
なお、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様、ＯＦＦ時に画素電極７−共通電極８間には電位差がないが、第１，第２の櫛歯状電極２１，２２−共通電極８間には電位差があるため、若干の縦電界が発生しており、ディスクリネーションが発生することが考えられる。したがって、このディスクリネーションに起因するコントラスト比の低下を抑えるために、本実施の形態の場合もノーマリーホワイトの表示モードを採用することが望ましい。
【００５４】
本実施の形態の液晶装置においても、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える際に第１，第２の櫛歯状電極２１，２２を用いて液晶層２３に横電界を印加する構成となっており、この横電界が平行配向状態へ液晶が戻ろうとする動きをアシストするため、ＯＦＦ時の応答速度を従来に比べて向上させることができる、という第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
本発明者は、本実施の形態の液晶装置の応答速度の向上効果を従来の液晶装置と比較した。櫛歯状電極を持たない従来の液晶装置を作製し、応答速度を測定した結果、ＯＮ時（印加電圧：５Ｖ）の応答速度が１６msec、ＯＦＦ時（印加電圧：０Ｖ）の応答速度が３２msecであった。これに対し、本実施の形態で説明したような第１，第２の櫛歯状電極を追加した液晶装置を作製して応答速度を評価した結果、ＯＮ時の応答速度は１６msecと変わらないが、ＯＦＦ時の応答速度を２３msecにまで改善することができた。
【００５６】
本実施の形態の場合、素子基板２上に縦電界を発生させる画素電極７とは別個に横電界を発生させる第１の櫛歯状電極２１、第２の櫛歯状電極２２を設けた点で、第１の実施の形態に比べると電極構成や配線構成が若干複雑になる。しかしながら、横電界を発生させるための２つの櫛歯状電極２１，２２があるために、各電極に印加する電圧値の設定の自由度が上がり、印加電圧値のパターンを変えることで応答速度を調節することができる。上記印加電圧のパターン例を見ても、２つの櫛歯状電極２１，２２間に２×Ｖ（例えば２×Ｖ＝１０Ｖ）の電圧が印加され、第１の実施の形態に比べて２倍の印加電圧となるので、より大きな横電界を発生させることができ、液晶分子の戻りをより強くアシストすることができる。
【００５７】
さらに本実施の形態の場合、第１の櫛歯状電極２１、第２の櫛歯状電極２２が同一の層で形成されているので、同一の工程で第１の櫛歯状電極２１と第２の櫛歯状電極２２を同時に形成することができ、製造プロセスが複雑になることがない。また、素子基板２上の画素電極７、第１，第２の櫛歯状電極２１，２２を全てアルミニウム、銀等の金属膜で形成しているため、これらの電極を対向基板３側から入射された外光を反射させる反射層として機能させることができ、別の反射層や外付けの反射板などを追加することなく、反射型液晶装置を実現することができる。なお、下側に位置する画素電極７を金属膜で形成すれば、その上の第１，第２の櫛歯状電極２１，２２は透明導電膜で形成してもよい。
【００５８】
また、本実施の形態では、ＴＮ液晶を用いていることと各基板の配向処理の方向が第１の実施の形態と異なっているものの、液晶層２３のバルク部分を構成する液晶分子２４の長軸方向が各櫛歯状電極２１，２２の線状部分２１ａ，２２ａの延在方向に対して略垂直な方向を向くようになっていることは同じである。したがって、横電界の方向と液晶分子のＯＮ→ＯＦＦ時の戻り方向が一致し、液晶分子の戻りを円滑に補助できるという効果が得られる点では第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
第１、第２の実施の形態の液晶装置に、液晶層を加熱するためのヒータなどの加熱手段を備えた構成としてもよい。
本発明者が、任意の液晶装置において液晶の温度と応答時間の関係を調べたものが図１２である。図１２において、横軸は液晶の温度［℃］、縦軸は応答時間［msec］である。ＯＦＦ時→ＯＮ時の応答時間を実線、ＯＮ時→ＯＦＦ時の応答時間を破線で示す。
【００６０】
図１２に示すように、ＯＦＦ時→ＯＮ時の応答時間よりもＯＮ時→ＯＦＦ時の応答時間の方が長いことがわかる。これはＯＮ時→ＯＦＦ時の応答が液晶分子の戻りのみに因っているためであり、上で述べた通りである。−２０℃における応答時間はともに１００msecを超えているが、温度の上昇とともに応答時間は短くなる傾向にあり、３０℃を超えるとＯＦＦ時の応答時間も１０msec以下となる。これは、ある一種の液晶材料について調べた結果であるが、液晶材料を変えても４０℃以上になれば概ね１０msec以下、例えば数msecといったの応答時間が実現できる。
【００６１】
この結果から、本発明の液晶装置において応答速度をさらに改善するためにはヒータなどの加熱手段により液晶層を加熱することが有効である。さらに、液晶層の温度を常に一定範囲に制御するような温度制御手段を備えることがより好ましい。後述する投射型液晶表示装置のライトバルブに本発明の液晶装置を用いるような場合には光源からの強い光が液晶装置に照射され、液晶層の温度が必然的に上昇してしまうので、応答時間の改善にとっては有利である。
【００６２】
［投射型表示装置］
図８は、上記実施の形態の液晶装置を液晶ライトバルブとして用いた色順次単板方式（フィールドシーケンシャルカラー方式）の投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）の一例を示す概略構成図である。図中、符号５００は光源、５０１，５０２は集光レンズ、５０３はカラーホイール、５０４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、５０５は投射レンズを示す。
【００６３】
光源５００は、メタルハライド等のランプ５０６とランプ５０６の光を反射するリフレクタ５０７とから構成されている。光源５００からの白色光が第１集光レンズ５０１を透過した後、高速回転するカラーホイール５０３を透過することにより、赤色光、青色光、緑色光が例えば数msecといった時分割で出射される。その後、出射された各色光は第２集光レンズ５０２を透過する。第２集光レンズ５０２を透過した光は液晶ライトバルブ５０４に入射され、ここで変調された後、投射レンズ５０５によってスクリーン（図示略）上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【００６４】
上記構成の投射型液晶表示装置は、各色に対応する画像を１つの液晶ライトバルブ５０４で時分割で切り換えて投射し、カラー表示を実現するものであるから、液晶ライトバルブ５０４には応答速度が速いことが要求される。そこで、上記実施の形態の液晶装置を用いたことにより、画像品位に優れた投射型液晶表示装置を実現することができる。また上述したように、光源５００からの強い光が液晶ライトバルブ５０４に照射され、液晶層の温度が高くなるので、応答時間の改善にとっては有効であり、時分割駆動のカラー投射型表示装置に好適なものとなる。
【００６５】
［電子機器］
上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。
図９は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図９において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００６６】
図１０は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１０において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００６７】
図１１は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図１１において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００６８】
図９〜図１１に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶装置を用いた液晶表示部を備えているので、応答速度の速い表示が可能な液晶表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００６９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態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において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態ではスイッチング素子にＴＦＴを用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置に本発明を適用したが、スイッチング素子に薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置、パッシブマトリクス方式の液晶装置、カラーフィルターを備えたカラー液晶装置などにも適用が可能である。また、液晶装置の応用例としては、上記の投射型液晶表示装置の他、直視型の液晶表示装置にも応用できることは勿論である。
【００７０】
その他、横電界を発生させるための電極（上記実施の形態では櫛歯状電極とした）等の各構成要素の形状、構成材料等の具体的な記載に関しては、上記実施の形態の例に限ることなく、適宜変更が可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換え際に第２の基板上の電極を用いて液晶に横電界を印加する構成となっており、この横電界がＯＦＦ時の液晶の戻りを補助するように働くため、従来に比べて応答速度が速い液晶装置を実現することができる。また、横電界発生用の電極を形成するのは第２の基板側のみで済むので、製造プロセスが煩雑になったり、製造コストが増大することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の液晶装置を示す図であって、図１（ａ）は液晶装置の全体構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）における一画素の拡大図である。
【図２】  同、液晶装置の一画素の電極構成のみを取り出して示す斜視図である。
【図３】  同、電極構成を示す平面図である。
【図４】  図４（ａ）、（ｂ）ともに同液晶装置の動作を説明するための図であって、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図５】  本発明の第２の実施形態の液晶装置の一画素の電極構成のみを取り出して示す斜視図である。
【図６】  同、電極構成を示す平面図である。
【図７】  図７（ａ）、（ｂ）ともに同液晶装置の動作を説明するための図であって、図５のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図８】  同、液晶装置を備えた投射型表示装置の一例を示す図である。
【図９】  同、液晶装置を備えた電子機器の一例を示す図である。
【図１０】  同、電子機器の他の例を示す図である。
【図１１】  同、電子機器のさらに他の例を示す図である。
【図１２】  液晶の温度と応答時間との関係を測定した結果を示すグラフである。
【図１３】  横電界モードの液晶表示装置（（ａ）ＩＰＳ方式、（ｂ）ＦＦＳ方式）の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１  液晶装置
２  素子基板（第２の基板）
３  対向基板（第１の基板）
７  画素電極（第２の電極）
８  共通電極（第１の電極）
１４  絶縁膜
１５  櫛歯状電極（第３の電極）
１５ａ，２１ａ，２２ａ  （櫛歯状電極の）線状部分
１６，１７  配向膜
１８，２３  液晶層
１９，２４  液晶分子
２１  第１の櫛歯状電極（第３の電極）
２２  第２の櫛歯状電極（第４の電極）
【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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