JP3708620B2 - アクティブマトリクス型液晶電気光学装置 - Google Patents
アクティブマトリクス型液晶電気光学装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、液晶電気光学装置の構成に関する。特に高速応答が可能な液晶電気光学装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＴＮ型に代表される液晶を利用した表示装置が知られている。ＴＮ型の液晶電気光学装置は以下のような動作を行う。ＴＮ型の液晶電気光学装置は、以下の２つの状態を適時選択することで動作を行う。
【０００３】
まず第１の状態として、一対の基板間に挟んで保持された液晶材料がその分子長軸の方向が一方の基板から他方の基板へと９０°旋回するように螺旋状にある状態がある。
【０００４】
また第２の状態として、一対の基板間方向（基板に垂直な方向）に分子長軸がそろった状態がある。
【０００５】
上記２つの状態を選択することにより、液晶層を透過する光の光学状態を変化させ、液晶パネルに入射する光の透過／非透過を選択する。
【０００６】
この動作においては、液晶分子を基板間の方向にそろえる時（これを第１の状態と定義する）には一対の基板に配置された一対の電極間に電位を与えることによって行う。
【０００７】
また一対の電極間に電位を与えない場合は、予め基板側に施された配向処理手段に従って、一方の基板から他方の基板に向かって液晶分子が９０°旋回した螺旋状態（これを第２の状態と定義する）となる。
【０００８】
上記の動作において、第２の状態から第１の状態への変化は、一対の基板に配置された電極から電界を加えることによって行われる。即ち、電界によって液晶分子の分子長軸を配向規制力に逆らって強制的に配置させることによって行われる。
【０００９】
他方、第１の状態から第２の状態への変化は、基板に施された配向処理手段からの配向規制力によって行われる。即ち、電界によって配向規制力に逆らって強制的に所定の状態になっていた液晶分子は、電界の印加が無くなることによって配向規制力によって基板間において９０°旋回した状態をとる。この配向規制力は、主に分子間力によるものである。
【００１０】
上記の動作をさらに高速に行うために各画素にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）で代表されるアクティブ素子を配置する構成が知られている。この構成は、画素電極に出入りする電荷を各画素毎にアクティブ素子によって制御するものである。この構成は、アクティブマトリクス型と称されている。
【００１１】
このアクティブマトリクス型の構成を採用した場合、上記第２の状態から第１の状態への変化は、アクティブ素子の制御による電界によって行われる。しかし、第１の状態から第２の状態への変化は、依然として配向規制力によって行われる。
【００１２】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、上記アクティブ素子に高速応答をする薄膜トランジスタを利用するなどして、上記第２の状態から第１の状態への変化を高速に行わすことができる。
【００１３】
しかし、アクティブ素子を改良しても配向規制力を利用した第１の状態から第２の状態への変化を速くすることはできない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように液晶のとりうる２つの状態をスイッチングすることによって表示を行う構成においては、第２の状態から第１の状態への変化と、第１の状態から第２の状態への変化とが、それぞれ異なる方法でもって行われている。
【００１５】
即ち、第２の状態から第１の状態を得るために電界が利用されている。そして第２の状態から第１の状態を得るために配向規制力が利用れている。
【００１６】
ここで、配向規制力を利用した方法は、アクティブ素子を改良したところでその応答速度を高めることはできない。
【００１７】
このことは、２つの状態をスイッチングする応答速度にある限界があることを示している。そしてこのことは、高速動作の要求される液晶シャッターや高微細表示や高速表示が要求される表示装置において、その特性の上限を決める要素となる。
【００１８】
また、高速動作させるに従って、上記２つ状態をそれぞれとる際における動作形態の違い（動作の非対称性）に起因する表示の不鮮明さや不自然さが生じてしまう。
【００１９】
本明細書で開示する発明は、液晶の２つの状態を実現する方法として、一方から他方への状態変化を電界の印加で行い、他方から一方への状態変化を配向規制力で行う方法の欠点を改良することを課題とする。
【００２０】
即ち、暗状態から明状態、及び明状態から暗状態への変化の非対称性を是正することを課題とする。そして高速応答を実現できる構成を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
図１にその具体的な構成の一つを示すように、
一対の基板１０５と１１４との間に挟んで保持された液晶材料１０９（液晶層）と、
前記一対の基板間方向に電界を主に形成する第１の手段１０６と１１３と、
前記一対の基板に対して平行な方向の電界を主に形成する第２の手段１０７と１０８、及び／または１１１と１１２と、
を有し、
前記第１の手段と前記第２の手段とによって、液晶の分子長軸が９０°または概略９０°異なる配置状態を選択することを特徴とする。
【００２２】
上記の液晶の分子長軸が９０°または概略９０°異なる配置状態は、図１の１０９と図２の２０１に例えば相当する。
【００２３】
図１には、第２の手段としては、１０７と１０８で示される基板に平行な方向を有する電界を形成する一対の電極と、１１１と１１２で示される基板に平行な方向を有する電界を形成する一対の電極との２組の電極が示されている。しかし、最低限そのどちらかの組の電極が存在しているのでもよい。
【００２４】
また上記のように２組の電極を配置する場合は、互いの組で干渉しないように、その動作タイミングをずらすことが有効となる。
【００２５】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を挙げるように、
一対の基板１０５と１１４との間に挟んで保持された液晶材料１０９と、
前記一対の基板間方向に電界を主に形成する第１の手段１０６と１１３と、
前記一対の基板に対して平行な方向の電界を主に形成する第２の手段１０７と１０８、および／または１１１と１１２と、
を有し、
前記第１の手段により液晶の分子長軸が基板間方向にそろうまたは概略そろう状態（図２の２０１）を得、
前記第２の手段は、液晶分子の長軸が基板面に平行な方向にそろうまたは概略そろう状態（図１の１０９）への変化に寄与することを特徴とする。
【００２６】
なお図１から明らかなように、液晶分子の長軸が基板面に平行な方向にそろうまたは概略そろう状態は、基板面に平行な面内で液晶分子が回転している状態も含む。
【００２７】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を挙げるように、
液晶層１０９に配向規制力を加える手段（図示せず）と、
液晶層に対して前記配向規制力を助長する電界を印加する手段１０７と１０８、および／または１１１と１１２と、
を有することを特徴とする。
【００２８】
一対の電極１０７と１０８、さらに１１１と１１２は、液晶分子が配向規制力に従った状態（図１の１０９の状態）を採ろうとする場合に、その動きを助長するための電界を発生する。
【００２９】
また、一対の電極１０７と１０８、さらに１１１と１１２は、液晶分子が配向規制力に従った状態（図１の１０９の状態）を採ろうとする場合に、その契機となる電界を発生すると見ることもできる。
【００３０】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を挙げるように、
一対の基板１０５と１１４との間に挟んで保持された液晶１０９と、
前記一対の基板に平行な方向に電界を印加する手段１０７と１０８、および／または１１１と１１２と、
前記液晶の分子長軸を前記一対の基板に平行な方向に配置させる配向規制力を与える手段（図示しない配向処理手段によって与えられる）と、
を有し、
前記液晶は、
前記一対の基板間方向にその分子長軸が配置する第１の状態（図２の２０１）と、
前記一対の基板に平行な方向にその分子長軸が配置する第２の状態（図１の１０９）と、
を選択する構成を有し、
前記第２の状態は前記電界と前記配向規制力とによって得られることを特徴とする。
【００３１】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を示すように、
２つの状態（図１の１０９と図２の１０１で示される状態））をとりうる液晶１０９に対して電界を加える第１の手段１０６と１１３、さらに第２の手段１０７と１０８とを有し、
前記第１の手段は前記液晶の一方の状態から他方の状態への変化に寄与し、
前記第２の手段は前記液晶の他方の状態から一方の状態への変化に寄与することを特徴とする。
【００３２】
本明細書に開示する発明において、液晶材料としては、ネマチック液晶やコレステリック液晶を利用することが適当である。
【００３３】
また、本明細書においては、主に透過型の液晶パネルについて説明がなされているが、反射型に本明細書で開示する発明を利用することもできる。
【００３４】
本明細書に開示する発明は、液晶分子をその分子長軸が基板に対して垂直に配置する状態と液晶分子をその分子長軸が基板に対して平行に配置する状態を選択する動作を行う構成に利用することができる。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に示すのは、本明細書に開示する発明を利用して構成された１画素でなる液晶パネルの動作を示す模式図である。この液晶パネルは、入射光の透過／非透過をスイッチングする液晶シャッターと考えることもできる。図においては、上方から光が液晶パネルに入射する状態が示されている。
【００３６】
図１に示すのは、１０９で示される液晶層に対して何ら電界が加えられていない状態である。
【００３７】
まず図１を用いて、液晶パネルを入射光が透過する状態を説明する。即ち、液晶パネルが明状態を示す動作を説明する。なお、本実施例に示すのは、ノーマリーホワイトの表示を行う構成である。
【００３８】
図の右側に示されているのは、光の入射光側（図の上方方向から液晶パネルを見た状態）から見た光の偏光状態を示すものである。図には、液晶パネルに入射する前の段階で平均として全ての偏光状態を含んだ入射光１０１が１００で示されるように便宜上円偏光状態として示されている。
【００３９】
入射光１０１は、まず第１の偏光板１０２に入射する。偏光板１０２は１０３で示されるような方向の直線偏光を透過するものとなっている。従って、偏光板１０２を透過した直後においては、入射光１０１は上方から見て１０４で示されるような直線偏波状態となっている。
【００４０】
続いて入射光は、ガラス基板１０５を透過し、ＩＴＯ等の透明導電膜でなる画素電極１０６を透過する。厳密にいえばこの段階において偏光状態の微妙な変化が存在するのであるが、ここでは無視する。
【００４１】
図１において、１０６と１０７及び１０８は電極であるが、この状態においては特に機能していない。
【００４２】
なお、１０６と１１３で示される電極が、液晶層１０９に対して基板に対して垂直な方向に電界を加えるために機能する。即ち、液晶層１０９における液晶の長軸を入射光１０１に対して平行な方向にそろえるために機能する。
【００４３】
また１０７と１０８、及び１１１と１１２で示される電極が液晶分子を基板に平行な方向に配列させるために機能する。
【００４４】
なお図示されていないが、画素電極１０６と電極１０７及び１０８とは何らかの絶縁手段によって電気的に絶縁されている。これは、画素電極１１３と電極１１１及び１１２とにおいても同様である。
【００４５】
図１に示す状態においては、液晶層１０９液晶分子が所定の配向規制力によって、ガラス基板１０５からガラス基板１１４に向かって、９０°ひねられたような状態となっている。図ではこの状態が模式的に示されている。なお、配向規制力を加える配向手段は図には記載されていない。
【００４６】
液晶層１０９を透過することによって、入射光は１１０で示されるような偏光方向の変化が起こる。この現象は螺旋上に配向した液晶層を直線偏光光が透過する際に生じる旋光性として知られている。この状態は、従来より公知のＴＮ型液晶の動作原理と何ら変わることはない。
【００４７】
そして対向する画素電極１１３とガラス基板１１４を透過した入射光（液晶パネルへの入射光）は、偏光板１１５を透過する。
【００４８】
この時、液晶層１０９を透過する段階で与えられた直線偏光方向と偏光板１１５の偏光軸方向とを一致するように予め液晶層１０９に対する配向状態や偏光板１１５の配置を設定する。
【００４９】
このようにすることにより、入射光１０１は１１６で示されるような偏光方向を有した直線偏光として液晶パネルを透過する。こうして明状態が実現される。
【００５０】
次に液晶パネルを入射光が透過できない状態を示す。図２に示すのは、入射光が液晶パネルを透過しない状態を示した模式図である。
【００５１】
図２に示す状態においては、電極１０６と１１３との間で電界が形成されている。従って、液晶層１０９の液晶は基板に垂直な方向にその分子長軸がそろった状態となる。
【００５２】
なお、基板に近い付近の液晶分子は基板に垂直に配列せず、配向規制力に従って、基板に平行な向きにその分子長軸はそろっている状態となっているが、図では便宜上全ての液晶分子がその向きを変えたかのように記載してある。
【００５３】
この状態においては、２０２で示されるように液晶層１０９において入射光の偏光状態の変化はない。従って、互いに直交した偏光軸を有するように配置された偏光板１０２と１１５が配置された状態において、入射光２０１は液晶パネルを透過することができない。
【００５４】
こうして暗状態が実現される。
【００５５】
実際の動作は、図１に示す状態と図２に示す状態とをスイッチングすることによって入射光の透過／非透過が選択される。即ち、明と暗の表示が行われる。
【００５６】
ここで、図１の状態から図２の状態への変化は、平行平板型に配置された一対の電極１０６と１１３との間において印加される電界によって行われる。この動作は従来からのＴＮ型の液晶表示装置の動作と同じである。
【００５７】
次に図２の状態から図１の状態への変化を行わす動作について説明する。この場合、一対の電極１０７と１０８、及び一対の電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に形成される電界によって液晶の動きが助長される。
【００５８】
即ち、配向規制力によって図２に示す状態から図１に示す状態になろうとする液晶層１０９の液晶分子の動きを、一対の電極１０７と１０８、及び一対の電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に形成される電界によって後押しする。
【００５９】
また、最終的には配向規制力によって、図１の１０９に示すような状態に配向する液晶分子の動きの立ち上がりを、一対の電極１０７と１０８の間、及び一対の電極１１１と１１２との間で形成される電界によって強制的に行わせると見ることもできる。
【００６０】
即ち、この基板に平行な方向を有する電界は、液晶分子の動き始め（立ち上がり）を速めるために機能する。従って、少なくとも液晶層１０９の状態変化の初期においてこの電界は印加されればよい。
【００６１】
このような構成とすると、図１の状態から図２の状態への変化速度（またはその変化に要する時間）と図２の状態から図１の状態への変化速度（またはその変化に要する時間）との違いを是正することができる。
【００６２】
特に透過→非透過、及び非透過→透過の遷移状態（その移り変わりの様子）を近いものとすることができる。
【００６３】
そしてこのことにより、液晶パネルにおける入射光の透過／非透過のスイッチング速度を実質的に速めることができる。
【００６４】
このことは、鮮明な画像の表示や透過／非透過の高速スイッチングにおいて、表示の不鮮明さやチラツキ等を抑制することに大きな効果がある。
【００６５】
〔実施例２〕
本実施例は、複屈折効果を利用して表示を行う場合の例である。図３に液晶パネルを光が透過する状態を示す模式図を示す。図３に示す状態は、電極から電界が加わっておらず、配向規制力に従って、液晶分子が所定の配向をしている状態である。
【００６６】
なお、本実施例に示すには、ノーマリーホワイトの状態を有する液晶パネルの例である。
【００６７】
まず３０２のような円偏光状態（全ての状態を含んでいる状態を便宜上３０２のように示す）を有する入射光は、偏光板３０１を透過することにより、３０３で示されるような直線偏波となる。
【００６８】
３０３で示されるような直線偏光状態を有した入射光は、液晶層３０３に入射する。ここで、液晶分子の長軸方向と１０４で示される偏波光の偏波方向とのなす角度が４５°程度となるように設定する。これは、複屈折効果を最大限に得るためである。
【００６９】
このような状態において、入射光は、液晶分子の短軸方向から入射することになる。そして、複屈折効果により、液晶層３０３を進む光は、進むに従って、３０４に示すようにその偏波状態が変化する。
【００７０】
３０４で示されるような偏波状態の変化は、液晶の屈折率異方性（Δｎ）と液晶層３０８の厚さｄとに関係する。
【００７１】
図３に示す構成においては、液晶層ｄの厚さを調整することにより、液晶層３０３を透過した段階における透過光の最大偏波成分が偏光板１１５の偏光軸と一致するように設定する。
【００７２】
即ち、液晶層ｄの厚さを調整することにより、液晶層３０３を透過した段階における透過光の最大偏波成分が１０４で示される偏光方向と一致するように設定する。
【００７３】
このような構成とすると、液晶層３０３を透過した光は、偏光板１１５を１１６でその偏光方向が示される直線偏光光として透過する。こうして明状態が実現される。
【００７４】
一方、一対の電極３０１と３０２との間に電圧を印加し電界を形成した場合、液晶層３０３の液晶分子はその分子長軸が図４に示すように基板に垂直な方向に配列する。なお、基板に近い付近の液晶分子はこの限りではないがここでは無視する。
【００７５】
この図４に示す状態においては、液晶層３０６を通過する光の偏光方向は３０７で示されるように変化しない。従って、偏光板３０１を透過した状態の入射光は偏光板１１５を透過できない。こうして非透過状態が実現される。
【００７６】
以下において、図３と図４の２つの状態をスイッチングする場合の動作について説明する。この場合、図３から図４の状態への変化は、電極１０６と１１３との間で形成される電界によって行われる。
【００７７】
そして、図４から図３への変化は、電極３０１と３０２、さらに電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向への電界の寄与と、配向規制力とによって行われる。
【００７８】
この動作においては、図３から図４、あるいは図４から図３への状態変化が、共に液晶に外部電界を加えることによって行われる。従って、その動作の対称性をより高くすることができる。また高速にスイッチングさせることができる。そしてこのことにより、高微細表示や高速動画の表示を行うことができる。
【００７９】
図３に示す状態と図４に示す状態とをスイッチングする構成は、透過光の偏波面９０°回転させるモードと透過光をそのまま透過させるモードとを選択する光学スイッチと見ることができる。
【００８０】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例１に示したような基本的にＴＮ型の動作を行う装置において、ノーマリブラックの表示を行う構成に関する。
【００８１】
図５に本実施例の暗状態の模式図を示す。即ち、図５の液晶パネルを入射光が透過できない状態を示す。装置各部の構成については、図１に示すものと同じ符号のものは同じである。
【００８２】
本実施例に示す構成が、図１に示す構成と異なるのは、一対の偏光板１０２と５０１の偏光軸の向きが同じであることである。また、動作上の違いとしては、明状態と暗状態とが図１及び図２に示す実施例１の場合とは逆転していることである。
【００８３】
図５に示す状態においては、各電極から電界は加わっていない。この状態において、まず入射光１０１は、偏光板１０２に入射する。そして１０４に示す所定の直線偏光状態となり、液晶層１０９に入射する。ここで９０°ひねられた液晶層１０９において、旋光性により１１０で示されるような偏光方向の変化が生じる。
【００８４】
液晶層１０９を通過した光は偏光板５０１の偏光軸と９０°異なった直線偏光方向を有している。従って、液晶層１０９を通過した光は偏光板５０１を通過できない。この状態で暗状態が実現される。
【００８５】
次に明状態について説明する。明状態においては、図６に示すように一対の電極１０６と１１３とから電界が印加される。そしてこの電界により、液晶層２０１の液晶分子の分子長軸が基板に垂直な向きにそろった状態となる。
【００８６】
この状態においては、液晶層１０９を通過する光は、１１０で示されるように偏光状態の変化を受けない。
【００８７】
本実施例においては、偏光板１０２と５０１の偏光軸の向きは同じに設定してある。
【００８８】
従ってこの場合、入射光は液晶パネルを透過する。こうして明状態が実現される。
【００８９】
図５の状態（暗状態）から図６の状態（明状態）への変化は、電極１０６と１１３とから印加される基板に垂直な方向への電界によって行われる。この動作は従来のＴＮ型の動作と同じである。
【００９０】
そして、図６の状態（明状態）から図５の状態（暗状態）への変化は、電極１０７と１０８との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、及び電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、さらに配向規制力が液晶分子に作用することによって行われる。
【００９１】
このような動作を行わすことにより、図５の状態から図６の状態への変化と、図６の状態から図５の状態への変化とを対称性良く行わすことができる。そして、不自然な表示とならずに明状態と暗状態とのスイッチングを高速に行わすことができる。
【００９２】
〔実施例４〕
本実施例は、実施例２に示す複屈折効果を利用した液晶パネルの構成において、明状態と暗状態とが逆転した構成に関する。本実施例は、ノーマリブラックの動作を行う液晶パネルに関する。
【００９３】
図７に本実施例の液晶パネルの暗状態を模式的に示す。図７の状態においては、各電極から電界は印加されていない。
【００９４】
この状態において、液晶３０３の液晶分子は、図示しない配向手段よる配向規制力によって、図に示すように配向している。これは図３の状態と同じである。
【００９５】
入射光１０１は偏光板１０２を通過後、１０４に示すような直線偏光状態になっている。この１０４で示される直線偏光を有した光が液晶層３０３に入射すると、３０４で示すような偏光状態の変化が起こる。
【００９６】
ここで、液晶層３０３の厚さは、１０４で示される偏光方向とは９０°異なる向きの直線偏光成分が最大となるように設定してある。従って、液晶層３０３を透過した光はほとんど偏光板５０１を透過できない。こうして暗状態が実現される。即ち、ノーマリブラックの状態が実現される。
【００９７】
次に電極１０６と１１３との間で電界を印加する。この状態においては、図８に示すように液晶層３０６の液晶分子はその分子長軸が基板に垂直な方向にそろった状態となる。
【００９８】
従って、液晶層３０６に入射した１０４で示されるような直線偏光方向を有した光は、３０７で示されるように液晶層３０６においてその偏光状態が変化しない。
【００９９】
偏光板１０２と偏光板５０１とは、その偏光軸方向が同じである。よって、液晶層３０６を透過した光は偏光板３０５を透過する。このようにして明状態が実現される。
【０１００】
図７の状態（暗状態）から図８の状態（明状態）への変化は、電極１０６と１１３とから印加される基板に垂直な方向への電界によって行われる。この動作は従来のＴＮ型の液晶パネルの動作と同じである。
【０１０１】
そして、図８の状態（明状態）から図７の状態（暗状態）への変化は、電極３０１と３０２との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、及び電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、さらに配向規制力が液晶分子に働くことによって行われる。
【０１０２】
このような動作を行わすことにより、図７の状態から図８の状態への変化と、図８の状態から図７の状態への変化とを対称性良く行わすことができる。そして、不自然な表示とならずに明状態と暗状態とのスイッチングを高速に行わすことができる。
【０１０３】
〔実施例５〕
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して、アクティブマトリクス型の液晶パネルを構成した場合の例を示す。
【０１０４】
図９に本実施例の液晶パネルの断面を示す。図９には、アクティブマトリクス回路が配置された基板側の構成を示す。
【０１０５】
図９（Ａ）に示すのは、１つの画素領域の上面図である。また、図９（Ｂ）に示すのは、図９（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断面である。
【０１０６】
図において、９０１で示されるのがガラス基板（または石英基板）である。このガラス基板９０１上にアクティブマトリクス回路が構成される。
【０１０７】
９０２で示されるのは下地膜を構成する酸化珪素膜である。この下地膜９０は、ガラス基板９０１から不純物が活性層９０３や９０４に拡散することを防止する機能を有している。また、ガラス基板と活性層との間に働く応力を緩和する機能を有している。
【０１０８】
９０３と９０４で示されるのが、薄膜トランジスタの活性層である。この活性層には、ソース領域、チャネル形成領域、ドレイン領域、さらに必要に応じてＬＤＤ（ライトドープドレイン領域）やオフセットゲイト領域は形成される。
【０１０９】
活性層は、結晶性珪素膜で構成することが好ましい。結晶性珪素膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜された非晶質珪素膜を加熱やレーザー光の照射によって結晶化させることにって得ることができる。
【０１１０】
９０５はゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜である。９０６と９０７がゲイト電極（ゲイト配線）である。ゲイト電極は図９（Ａ）に示すようにゲイト配線から延在して設けられている。
【０１１１】
９０８は層間絶縁膜である。層間絶縁膜は酸化珪素膜や窒化珪素膜、さらに酸化珪素膜と窒化珪素膜とも積層膜でもって構成される。
【０１１２】
９０９はソース電極を兼ねた第１のソース配線である。図９（Ａ）を見れば明らかなように、ゲイト配線９０６や９０７と第１のソース配線９０９は格子状に配置されている。
【０１１３】
第１のソース線９０９から供給される信号は、活性層９０３を備えた薄膜トランジスタによって選択され、透明電極（画素電極）９１５に供給される。
【０１１４】
透明電極９１５は、液晶に対して基板に垂直な向きを有する電界を印加する役割を有している。
【０１１５】
９１０で示されるのは第２のソース線である。この第２のソース線９１０から供給される信号は、活性層９０４で構成される薄膜トランジスタで選択され、第２の画素電極９１１の供給される。
【０１１６】
画素電極９１１は、共通電極９１３との間において、基板に平行な方向を有する電界を形成する。
【０１１７】
第２の画素電極９１１は画素電極９１５の形成と同時に形成される。これら画素電極はＩＴＯ等の透明導電膜でもって構成する。
【０１１８】
また、第１のソース線９０９と第２のソース線９１０も同時に形成される。これらソース線は、アルミニウム等の低抵抗な金属材料が構成する。
【０１１９】
９１２で示されるのは、第２の層間絶縁膜である。この層間絶縁膜上に共通電極９１３が形成されている。この共通電極９１３も低抵抗を有する金属材料で構成する。
【０１２０】
９１４で示されるのは第３の層間絶縁膜である。この第３の層間絶縁膜９１４上にＩＴＯ等の透明導電膜でなる画素電極９１５と９１１とが形成される。画素電極の上面には、図示しない樹脂材料でなる配向処理手段が配置される。この配向処理手段には公知の手段を利用すればよい。
【０１２１】
〔実施例６〕
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して液晶シャッターを構成する場合の例である。
【０１２２】
液晶シャッターの場合は、それ自体が１画素でなる液晶パネルと考えることができる。従って、図９に示す構成をそのまま利用することができる。
【０１２３】
本明細書に開示する発明を利用して液晶シャッターを構成した場合、スイッチング速度の速いものを提供することができる。
【０１２４】
特に本明細書に開示した発明を利用した場合、明から暗へとスイッチングする場合と、暗から明へとスイッチングする場合のスイッチング状態の違いを是正することができるので、光学シャッターとしては有用なものとなる。
【０１２５】
【発明の効果】
本明細書に開示する発明を採用することで、液晶パネルにおいて、暗状態から明状態、及び明状態から暗状態への変化の非対称性を是正することができる。そして高速応答を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図２】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図３】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図４】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図５】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図６】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図７】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図８】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図９】 アクティブマトリクス回路の一部を示す図。
【符号の説明】
１００ 液晶パネルの上方から見た入射光の偏光状態。
１０１ 入射光
１０２ 偏光板
１０３ 偏光板の偏光軸の方向
１０４ 偏光板を透過した透過光の偏光状態
１０５ ガラス基板
１０６ 透明電極
１０７、１０８ 平行電界用の電極
１０９ 液晶層
１１０ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
１１１、１１２ 平行電界用の電極
１１３ 透明電極
１１４ ガラス基板
１１５ 偏光板
１１６ 偏光板を透過した光の偏光状態
２０１ 液晶層
２０２ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
３０１、３０２ 平行電界用電極
３０３ 液晶層
３０４ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
３０６ 液晶層
３０７ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
５０１ 偏光板
９０１ ガラス基板
９０２ 下地膜（酸化珪素膜）
９０３、９０４ 活性層
９０５ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
９０６、９０７ ゲイト電極（ゲイト線）
９０８ 層間絶縁膜（第１の層間絶縁膜）
９０９ 第１のソース電極（ソース線）
９１０ 第２のソース電極（ソース線）
９１１ ドレイン電極
９１２ 層間絶縁膜（第２の層間絶縁膜）
９１３ 共通電極
９１４ 層間絶縁膜（第３の層間絶縁膜）
９１５ 画素電極（ＩＴＯ電極）
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、液晶電気光学装置の構成に関する。特に高速応答が可能な液晶電気光学装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＴＮ型に代表される液晶を利用した表示装置が知られている。ＴＮ型の液晶電気光学装置は以下のような動作を行う。ＴＮ型の液晶電気光学装置は、以下の２つの状態を適時選択することで動作を行う。
【０００３】
まず第１の状態として、一対の基板間に挟んで保持された液晶材料がその分子長軸の方向が一方の基板から他方の基板へと９０°旋回するように螺旋状にある状態がある。
【０００４】
また第２の状態として、一対の基板間方向（基板に垂直な方向）に分子長軸がそろった状態がある。
【０００５】
上記２つの状態を選択することにより、液晶層を透過する光の光学状態を変化させ、液晶パネルに入射する光の透過／非透過を選択する。
【０００６】
この動作においては、液晶分子を基板間の方向にそろえる時（これを第１の状態と定義する）には一対の基板に配置された一対の電極間に電位を与えることによって行う。
【０００７】
また一対の電極間に電位を与えない場合は、予め基板側に施された配向処理手段に従って、一方の基板から他方の基板に向かって液晶分子が９０°旋回した螺旋状態（これを第２の状態と定義する）となる。
【０００８】
上記の動作において、第２の状態から第１の状態への変化は、一対の基板に配置された電極から電界を加えることによって行われる。即ち、電界によって液晶分子の分子長軸を配向規制力に逆らって強制的に配置させることによって行われる。
【０００９】
他方、第１の状態から第２の状態への変化は、基板に施された配向処理手段からの配向規制力によって行われる。即ち、電界によって配向規制力に逆らって強制的に所定の状態になっていた液晶分子は、電界の印加が無くなることによって配向規制力によって基板間において９０°旋回した状態をとる。この配向規制力は、主に分子間力によるものである。
【００１０】
上記の動作をさらに高速に行うために各画素にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）で代表されるアクティブ素子を配置する構成が知られている。この構成は、画素電極に出入りする電荷を各画素毎にアクティブ素子によって制御するものである。この構成は、アクティブマトリクス型と称されている。
【００１１】
このアクティブマトリクス型の構成を採用した場合、上記第２の状態から第１の状態への変化は、アクティブ素子の制御による電界によって行われる。しかし、第１の状態から第２の状態への変化は、依然として配向規制力によって行われる。
【００１２】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、上記アクティブ素子に高速応答をする薄膜トランジスタを利用するなどして、上記第２の状態から第１の状態への変化を高速に行わすことができる。
【００１３】
しかし、アクティブ素子を改良しても配向規制力を利用した第１の状態から第２の状態への変化を速くすることはできない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように液晶のとりうる２つの状態をスイッチングすることによって表示を行う構成においては、第２の状態から第１の状態への変化と、第１の状態から第２の状態への変化とが、それぞれ異なる方法でもって行われている。
【００１５】
即ち、第２の状態から第１の状態を得るために電界が利用されている。そして第２の状態から第１の状態を得るために配向規制力が利用れている。
【００１６】
ここで、配向規制力を利用した方法は、アクティブ素子を改良したところでその応答速度を高めることはできない。
【００１７】
このことは、２つの状態をスイッチングする応答速度にある限界があることを示している。そしてこのことは、高速動作の要求される液晶シャッターや高微細表示や高速表示が要求される表示装置において、その特性の上限を決める要素となる。
【００１８】
また、高速動作させるに従って、上記２つ状態をそれぞれとる際における動作形態の違い（動作の非対称性）に起因する表示の不鮮明さや不自然さが生じてしまう。
【００１９】
本明細書で開示する発明は、液晶の２つの状態を実現する方法として、一方から他方への状態変化を電界の印加で行い、他方から一方への状態変化を配向規制力で行う方法の欠点を改良することを課題とする。
【００２０】
即ち、暗状態から明状態、及び明状態から暗状態への変化の非対称性を是正することを課題とする。そして高速応答を実現できる構成を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
図１にその具体的な構成の一つを示すように、
一対の基板１０５と１１４との間に挟んで保持された液晶材料１０９（液晶層）と、
前記一対の基板間方向に電界を主に形成する第１の手段１０６と１１３と、
前記一対の基板に対して平行な方向の電界を主に形成する第２の手段１０７と１０８、及び／または１１１と１１２と、
を有し、
前記第１の手段と前記第２の手段とによって、液晶の分子長軸が９０°または概略９０°異なる配置状態を選択することを特徴とする。
【００２２】
上記の液晶の分子長軸が９０°または概略９０°異なる配置状態は、図１の１０９と図２の２０１に例えば相当する。
【００２３】
図１には、第２の手段としては、１０７と１０８で示される基板に平行な方向を有する電界を形成する一対の電極と、１１１と１１２で示される基板に平行な方向を有する電界を形成する一対の電極との２組の電極が示されている。しかし、最低限そのどちらかの組の電極が存在しているのでもよい。
【００２４】
また上記のように２組の電極を配置する場合は、互いの組で干渉しないように、その動作タイミングをずらすことが有効となる。
【００２５】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を挙げるように、
一対の基板１０５と１１４との間に挟んで保持された液晶材料１０９と、
前記一対の基板間方向に電界を主に形成する第１の手段１０６と１１３と、
前記一対の基板に対して平行な方向の電界を主に形成する第２の手段１０７と１０８、および／または１１１と１１２と、
を有し、
前記第１の手段により液晶の分子長軸が基板間方向にそろうまたは概略そろう状態（図２の２０１）を得、
前記第２の手段は、液晶分子の長軸が基板面に平行な方向にそろうまたは概略そろう状態（図１の１０９）への変化に寄与することを特徴とする。
【００２６】
なお図１から明らかなように、液晶分子の長軸が基板面に平行な方向にそろうまたは概略そろう状態は、基板面に平行な面内で液晶分子が回転している状態も含む。
【００２７】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を挙げるように、
液晶層１０９に配向規制力を加える手段（図示せず）と、
液晶層に対して前記配向規制力を助長する電界を印加する手段１０７と１０８、および／または１１１と１１２と、
を有することを特徴とする。
【００２８】
一対の電極１０７と１０８、さらに１１１と１１２は、液晶分子が配向規制力に従った状態（図１の１０９の状態）を採ろうとする場合に、その動きを助長するための電界を発生する。
【００２９】
また、一対の電極１０７と１０８、さらに１１１と１１２は、液晶分子が配向規制力に従った状態（図１の１０９の状態）を採ろうとする場合に、その契機となる電界を発生すると見ることもできる。
【００３０】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を挙げるように、
一対の基板１０５と１１４との間に挟んで保持された液晶１０９と、
前記一対の基板に平行な方向に電界を印加する手段１０７と１０８、および／または１１１と１１２と、
前記液晶の分子長軸を前記一対の基板に平行な方向に配置させる配向規制力を与える手段（図示しない配向処理手段によって与えられる）と、
を有し、
前記液晶は、
前記一対の基板間方向にその分子長軸が配置する第１の状態（図２の２０１）と、
前記一対の基板に平行な方向にその分子長軸が配置する第２の状態（図１の１０９）と、
を選択する構成を有し、
前記第２の状態は前記電界と前記配向規制力とによって得られることを特徴とする。
【００３１】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を示すように、
２つの状態（図１の１０９と図２の１０１で示される状態））をとりうる液晶１０９に対して電界を加える第１の手段１０６と１１３、さらに第２の手段１０７と１０８とを有し、
前記第１の手段は前記液晶の一方の状態から他方の状態への変化に寄与し、
前記第２の手段は前記液晶の他方の状態から一方の状態への変化に寄与することを特徴とする。
【００３２】
本明細書に開示する発明において、液晶材料としては、ネマチック液晶やコレステリック液晶を利用することが適当である。
【００３３】
また、本明細書においては、主に透過型の液晶パネルについて説明がなされているが、反射型に本明細書で開示する発明を利用することもできる。
【００３４】
本明細書に開示する発明は、液晶分子をその分子長軸が基板に対して垂直に配置する状態と液晶分子をその分子長軸が基板に対して平行に配置する状態を選択する動作を行う構成に利用することができる。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に示すのは、本明細書に開示する発明を利用して構成された１画素でなる液晶パネルの動作を示す模式図である。この液晶パネルは、入射光の透過／非透過をスイッチングする液晶シャッターと考えることもできる。図においては、上方から光が液晶パネルに入射する状態が示されている。
【００３６】
図１に示すのは、１０９で示される液晶層に対して何ら電界が加えられていない状態である。
【００３７】
まず図１を用いて、液晶パネルを入射光が透過する状態を説明する。即ち、液晶パネルが明状態を示す動作を説明する。なお、本実施例に示すのは、ノーマリーホワイトの表示を行う構成である。
【００３８】
図の右側に示されているのは、光の入射光側（図の上方方向から液晶パネルを見た状態）から見た光の偏光状態を示すものである。図には、液晶パネルに入射する前の段階で平均として全ての偏光状態を含んだ入射光１０１が１００で示されるように便宜上円偏光状態として示されている。
【００３９】
入射光１０１は、まず第１の偏光板１０２に入射する。偏光板１０２は１０３で示されるような方向の直線偏光を透過するものとなっている。従って、偏光板１０２を透過した直後においては、入射光１０１は上方から見て１０４で示されるような直線偏波状態となっている。
【００４０】
続いて入射光は、ガラス基板１０５を透過し、ＩＴＯ等の透明導電膜でなる画素電極１０６を透過する。厳密にいえばこの段階において偏光状態の微妙な変化が存在するのであるが、ここでは無視する。
【００４１】
図１において、１０６と１０７及び１０８は電極であるが、この状態においては特に機能していない。
【００４２】
なお、１０６と１１３で示される電極が、液晶層１０９に対して基板に対して垂直な方向に電界を加えるために機能する。即ち、液晶層１０９における液晶の長軸を入射光１０１に対して平行な方向にそろえるために機能する。
【００４３】
また１０７と１０８、及び１１１と１１２で示される電極が液晶分子を基板に平行な方向に配列させるために機能する。
【００４４】
なお図示されていないが、画素電極１０６と電極１０７及び１０８とは何らかの絶縁手段によって電気的に絶縁されている。これは、画素電極１１３と電極１１１及び１１２とにおいても同様である。
【００４５】
図１に示す状態においては、液晶層１０９液晶分子が所定の配向規制力によって、ガラス基板１０５からガラス基板１１４に向かって、９０°ひねられたような状態となっている。図ではこの状態が模式的に示されている。なお、配向規制力を加える配向手段は図には記載されていない。
【００４６】
液晶層１０９を透過することによって、入射光は１１０で示されるような偏光方向の変化が起こる。この現象は螺旋上に配向した液晶層を直線偏光光が透過する際に生じる旋光性として知られている。この状態は、従来より公知のＴＮ型液晶の動作原理と何ら変わることはない。
【００４７】
そして対向する画素電極１１３とガラス基板１１４を透過した入射光（液晶パネルへの入射光）は、偏光板１１５を透過する。
【００４８】
この時、液晶層１０９を透過する段階で与えられた直線偏光方向と偏光板１１５の偏光軸方向とを一致するように予め液晶層１０９に対する配向状態や偏光板１１５の配置を設定する。
【００４９】
このようにすることにより、入射光１０１は１１６で示されるような偏光方向を有した直線偏光として液晶パネルを透過する。こうして明状態が実現される。
【００５０】
次に液晶パネルを入射光が透過できない状態を示す。図２に示すのは、入射光が液晶パネルを透過しない状態を示した模式図である。
【００５１】
図２に示す状態においては、電極１０６と１１３との間で電界が形成されている。従って、液晶層１０９の液晶は基板に垂直な方向にその分子長軸がそろった状態となる。
【００５２】
なお、基板に近い付近の液晶分子は基板に垂直に配列せず、配向規制力に従って、基板に平行な向きにその分子長軸はそろっている状態となっているが、図では便宜上全ての液晶分子がその向きを変えたかのように記載してある。
【００５３】
この状態においては、２０２で示されるように液晶層１０９において入射光の偏光状態の変化はない。従って、互いに直交した偏光軸を有するように配置された偏光板１０２と１１５が配置された状態において、入射光２０１は液晶パネルを透過することができない。
【００５４】
こうして暗状態が実現される。
【００５５】
実際の動作は、図１に示す状態と図２に示す状態とをスイッチングすることによって入射光の透過／非透過が選択される。即ち、明と暗の表示が行われる。
【００５６】
ここで、図１の状態から図２の状態への変化は、平行平板型に配置された一対の電極１０６と１１３との間において印加される電界によって行われる。この動作は従来からのＴＮ型の液晶表示装置の動作と同じである。
【００５７】
次に図２の状態から図１の状態への変化を行わす動作について説明する。この場合、一対の電極１０７と１０８、及び一対の電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に形成される電界によって液晶の動きが助長される。
【００５８】
即ち、配向規制力によって図２に示す状態から図１に示す状態になろうとする液晶層１０９の液晶分子の動きを、一対の電極１０７と１０８、及び一対の電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に形成される電界によって後押しする。
【００５９】
また、最終的には配向規制力によって、図１の１０９に示すような状態に配向する液晶分子の動きの立ち上がりを、一対の電極１０７と１０８の間、及び一対の電極１１１と１１２との間で形成される電界によって強制的に行わせると見ることもできる。
【００６０】
即ち、この基板に平行な方向を有する電界は、液晶分子の動き始め（立ち上がり）を速めるために機能する。従って、少なくとも液晶層１０９の状態変化の初期においてこの電界は印加されればよい。
【００６１】
このような構成とすると、図１の状態から図２の状態への変化速度（またはその変化に要する時間）と図２の状態から図１の状態への変化速度（またはその変化に要する時間）との違いを是正することができる。
【００６２】
特に透過→非透過、及び非透過→透過の遷移状態（その移り変わりの様子）を近いものとすることができる。
【００６３】
そしてこのことにより、液晶パネルにおける入射光の透過／非透過のスイッチング速度を実質的に速めることができる。
【００６４】
このことは、鮮明な画像の表示や透過／非透過の高速スイッチングにおいて、表示の不鮮明さやチラツキ等を抑制することに大きな効果がある。
【００６５】
〔実施例２〕
本実施例は、複屈折効果を利用して表示を行う場合の例である。図３に液晶パネルを光が透過する状態を示す模式図を示す。図３に示す状態は、電極から電界が加わっておらず、配向規制力に従って、液晶分子が所定の配向をしている状態である。
【００６６】
なお、本実施例に示すには、ノーマリーホワイトの状態を有する液晶パネルの例である。
【００６７】
まず３０２のような円偏光状態（全ての状態を含んでいる状態を便宜上３０２のように示す）を有する入射光は、偏光板３０１を透過することにより、３０３で示されるような直線偏波となる。
【００６８】
３０３で示されるような直線偏光状態を有した入射光は、液晶層３０３に入射する。ここで、液晶分子の長軸方向と１０４で示される偏波光の偏波方向とのなす角度が４５°程度となるように設定する。これは、複屈折効果を最大限に得るためである。
【００６９】
このような状態において、入射光は、液晶分子の短軸方向から入射することになる。そして、複屈折効果により、液晶層３０３を進む光は、進むに従って、３０４に示すようにその偏波状態が変化する。
【００７０】
３０４で示されるような偏波状態の変化は、液晶の屈折率異方性（Δｎ）と液晶層３０８の厚さｄとに関係する。
【００７１】
図３に示す構成においては、液晶層ｄの厚さを調整することにより、液晶層３０３を透過した段階における透過光の最大偏波成分が偏光板１１５の偏光軸と一致するように設定する。
【００７２】
即ち、液晶層ｄの厚さを調整することにより、液晶層３０３を透過した段階における透過光の最大偏波成分が１０４で示される偏光方向と一致するように設定する。
【００７３】
このような構成とすると、液晶層３０３を透過した光は、偏光板１１５を１１６でその偏光方向が示される直線偏光光として透過する。こうして明状態が実現される。
【００７４】
一方、一対の電極３０１と３０２との間に電圧を印加し電界を形成した場合、液晶層３０３の液晶分子はその分子長軸が図４に示すように基板に垂直な方向に配列する。なお、基板に近い付近の液晶分子はこの限りではないがここでは無視する。
【００７５】
この図４に示す状態においては、液晶層３０６を通過する光の偏光方向は３０７で示されるように変化しない。従って、偏光板３０１を透過した状態の入射光は偏光板１１５を透過できない。こうして非透過状態が実現される。
【００７６】
以下において、図３と図４の２つの状態をスイッチングする場合の動作について説明する。この場合、図３から図４の状態への変化は、電極１０６と１１３との間で形成される電界によって行われる。
【００７７】
そして、図４から図３への変化は、電極３０１と３０２、さらに電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向への電界の寄与と、配向規制力とによって行われる。
【００７８】
この動作においては、図３から図４、あるいは図４から図３への状態変化が、共に液晶に外部電界を加えることによって行われる。従って、その動作の対称性をより高くすることができる。また高速にスイッチングさせることができる。そしてこのことにより、高微細表示や高速動画の表示を行うことができる。
【００７９】
図３に示す状態と図４に示す状態とをスイッチングする構成は、透過光の偏波面９０°回転させるモードと透過光をそのまま透過させるモードとを選択する光学スイッチと見ることができる。
【００８０】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例１に示したような基本的にＴＮ型の動作を行う装置において、ノーマリブラックの表示を行う構成に関する。
【００８１】
図５に本実施例の暗状態の模式図を示す。即ち、図５の液晶パネルを入射光が透過できない状態を示す。装置各部の構成については、図１に示すものと同じ符号のものは同じである。
【００８２】
本実施例に示す構成が、図１に示す構成と異なるのは、一対の偏光板１０２と５０１の偏光軸の向きが同じであることである。また、動作上の違いとしては、明状態と暗状態とが図１及び図２に示す実施例１の場合とは逆転していることである。
【００８３】
図５に示す状態においては、各電極から電界は加わっていない。この状態において、まず入射光１０１は、偏光板１０２に入射する。そして１０４に示す所定の直線偏光状態となり、液晶層１０９に入射する。ここで９０°ひねられた液晶層１０９において、旋光性により１１０で示されるような偏光方向の変化が生じる。
【００８４】
液晶層１０９を通過した光は偏光板５０１の偏光軸と９０°異なった直線偏光方向を有している。従って、液晶層１０９を通過した光は偏光板５０１を通過できない。この状態で暗状態が実現される。
【００８５】
次に明状態について説明する。明状態においては、図６に示すように一対の電極１０６と１１３とから電界が印加される。そしてこの電界により、液晶層２０１の液晶分子の分子長軸が基板に垂直な向きにそろった状態となる。
【００８６】
この状態においては、液晶層１０９を通過する光は、１１０で示されるように偏光状態の変化を受けない。
【００８７】
本実施例においては、偏光板１０２と５０１の偏光軸の向きは同じに設定してある。
【００８８】
従ってこの場合、入射光は液晶パネルを透過する。こうして明状態が実現される。
【００８９】
図５の状態（暗状態）から図６の状態（明状態）への変化は、電極１０６と１１３とから印加される基板に垂直な方向への電界によって行われる。この動作は従来のＴＮ型の動作と同じである。
【００９０】
そして、図６の状態（明状態）から図５の状態（暗状態）への変化は、電極１０７と１０８との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、及び電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、さらに配向規制力が液晶分子に作用することによって行われる。
【００９１】
このような動作を行わすことにより、図５の状態から図６の状態への変化と、図６の状態から図５の状態への変化とを対称性良く行わすことができる。そして、不自然な表示とならずに明状態と暗状態とのスイッチングを高速に行わすことができる。
【００９２】
〔実施例４〕
本実施例は、実施例２に示す複屈折効果を利用した液晶パネルの構成において、明状態と暗状態とが逆転した構成に関する。本実施例は、ノーマリブラックの動作を行う液晶パネルに関する。
【００９３】
図７に本実施例の液晶パネルの暗状態を模式的に示す。図７の状態においては、各電極から電界は印加されていない。
【００９４】
この状態において、液晶３０３の液晶分子は、図示しない配向手段よる配向規制力によって、図に示すように配向している。これは図３の状態と同じである。
【００９５】
入射光１０１は偏光板１０２を通過後、１０４に示すような直線偏光状態になっている。この１０４で示される直線偏光を有した光が液晶層３０３に入射すると、３０４で示すような偏光状態の変化が起こる。
【００９６】
ここで、液晶層３０３の厚さは、１０４で示される偏光方向とは９０°異なる向きの直線偏光成分が最大となるように設定してある。従って、液晶層３０３を透過した光はほとんど偏光板５０１を透過できない。こうして暗状態が実現される。即ち、ノーマリブラックの状態が実現される。
【００９７】
次に電極１０６と１１３との間で電界を印加する。この状態においては、図８に示すように液晶層３０６の液晶分子はその分子長軸が基板に垂直な方向にそろった状態となる。
【００９８】
従って、液晶層３０６に入射した１０４で示されるような直線偏光方向を有した光は、３０７で示されるように液晶層３０６においてその偏光状態が変化しない。
【００９９】
偏光板１０２と偏光板５０１とは、その偏光軸方向が同じである。よって、液晶層３０６を透過した光は偏光板３０５を透過する。このようにして明状態が実現される。
【０１００】
図７の状態（暗状態）から図８の状態（明状態）への変化は、電極１０６と１１３とから印加される基板に垂直な方向への電界によって行われる。この動作は従来のＴＮ型の液晶パネルの動作と同じである。
【０１０１】
そして、図８の状態（明状態）から図７の状態（暗状態）への変化は、電極３０１と３０２との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、及び電極１１１と１１２との間で形成される基板に平行な方向に主にその成分を有する電界、さらに配向規制力が液晶分子に働くことによって行われる。
【０１０２】
このような動作を行わすことにより、図７の状態から図８の状態への変化と、図８の状態から図７の状態への変化とを対称性良く行わすことができる。そして、不自然な表示とならずに明状態と暗状態とのスイッチングを高速に行わすことができる。
【０１０３】
〔実施例５〕
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して、アクティブマトリクス型の液晶パネルを構成した場合の例を示す。
【０１０４】
図９に本実施例の液晶パネルの断面を示す。図９には、アクティブマトリクス回路が配置された基板側の構成を示す。
【０１０５】
図９（Ａ）に示すのは、１つの画素領域の上面図である。また、図９（Ｂ）に示すのは、図９（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断面である。
【０１０６】
図において、９０１で示されるのがガラス基板（または石英基板）である。このガラス基板９０１上にアクティブマトリクス回路が構成される。
【０１０７】
９０２で示されるのは下地膜を構成する酸化珪素膜である。この下地膜９０は、ガラス基板９０１から不純物が活性層９０３や９０４に拡散することを防止する機能を有している。また、ガラス基板と活性層との間に働く応力を緩和する機能を有している。
【０１０８】
９０３と９０４で示されるのが、薄膜トランジスタの活性層である。この活性層には、ソース領域、チャネル形成領域、ドレイン領域、さらに必要に応じてＬＤＤ（ライトドープドレイン領域）やオフセットゲイト領域は形成される。
【０１０９】
活性層は、結晶性珪素膜で構成することが好ましい。結晶性珪素膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜された非晶質珪素膜を加熱やレーザー光の照射によって結晶化させることにって得ることができる。
【０１１０】
９０５はゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜である。９０６と９０７がゲイト電極（ゲイト配線）である。ゲイト電極は図９（Ａ）に示すようにゲイト配線から延在して設けられている。
【０１１１】
９０８は層間絶縁膜である。層間絶縁膜は酸化珪素膜や窒化珪素膜、さらに酸化珪素膜と窒化珪素膜とも積層膜でもって構成される。
【０１１２】
９０９はソース電極を兼ねた第１のソース配線である。図９（Ａ）を見れば明らかなように、ゲイト配線９０６や９０７と第１のソース配線９０９は格子状に配置されている。
【０１１３】
第１のソース線９０９から供給される信号は、活性層９０３を備えた薄膜トランジスタによって選択され、透明電極（画素電極）９１５に供給される。
【０１１４】
透明電極９１５は、液晶に対して基板に垂直な向きを有する電界を印加する役割を有している。
【０１１５】
９１０で示されるのは第２のソース線である。この第２のソース線９１０から供給される信号は、活性層９０４で構成される薄膜トランジスタで選択され、第２の画素電極９１１の供給される。
【０１１６】
画素電極９１１は、共通電極９１３との間において、基板に平行な方向を有する電界を形成する。
【０１１７】
第２の画素電極９１１は画素電極９１５の形成と同時に形成される。これら画素電極はＩＴＯ等の透明導電膜でもって構成する。
【０１１８】
また、第１のソース線９０９と第２のソース線９１０も同時に形成される。これらソース線は、アルミニウム等の低抵抗な金属材料が構成する。
【０１１９】
９１２で示されるのは、第２の層間絶縁膜である。この層間絶縁膜上に共通電極９１３が形成されている。この共通電極９１３も低抵抗を有する金属材料で構成する。
【０１２０】
９１４で示されるのは第３の層間絶縁膜である。この第３の層間絶縁膜９１４上にＩＴＯ等の透明導電膜でなる画素電極９１５と９１１とが形成される。画素電極の上面には、図示しない樹脂材料でなる配向処理手段が配置される。この配向処理手段には公知の手段を利用すればよい。
【０１２１】
〔実施例６〕
本実施例は、本明細書に開示する発明を利用して液晶シャッターを構成する場合の例である。
【０１２２】
液晶シャッターの場合は、それ自体が１画素でなる液晶パネルと考えることができる。従って、図９に示す構成をそのまま利用することができる。
【０１２３】
本明細書に開示する発明を利用して液晶シャッターを構成した場合、スイッチング速度の速いものを提供することができる。
【０１２４】
特に本明細書に開示した発明を利用した場合、明から暗へとスイッチングする場合と、暗から明へとスイッチングする場合のスイッチング状態の違いを是正することができるので、光学シャッターとしては有用なものとなる。
【０１２５】
【発明の効果】
本明細書に開示する発明を採用することで、液晶パネルにおいて、暗状態から明状態、及び明状態から暗状態への変化の非対称性を是正することができる。そして高速応答を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図２】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図３】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図４】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図５】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図６】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図７】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図８】 液晶パネルの動作の状態を示す図。
【図９】 アクティブマトリクス回路の一部を示す図。
【符号の説明】
１００ 液晶パネルの上方から見た入射光の偏光状態。
１０１ 入射光
１０２ 偏光板
１０３ 偏光板の偏光軸の方向
１０４ 偏光板を透過した透過光の偏光状態
１０５ ガラス基板
１０６ 透明電極
１０７、１０８ 平行電界用の電極
１０９ 液晶層
１１０ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
１１１、１１２ 平行電界用の電極
１１３ 透明電極
１１４ ガラス基板
１１５ 偏光板
１１６ 偏光板を透過した光の偏光状態
２０１ 液晶層
２０２ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
３０１、３０２ 平行電界用電極
３０３ 液晶層
３０４ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
３０６ 液晶層
３０７ 上方から見た液晶層を透過する光の偏光状態。
５０１ 偏光板
９０１ ガラス基板
９０２ 下地膜（酸化珪素膜）
９０３、９０４ 活性層
９０５ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
９０６、９０７ ゲイト電極（ゲイト線）
９０８ 層間絶縁膜（第１の層間絶縁膜）
９０９ 第１のソース電極（ソース線）
９１０ 第２のソース電極（ソース線）
９１１ ドレイン電極
９１２ 層間絶縁膜（第２の層間絶縁膜）
９１３ 共通電極
９１４ 層間絶縁膜（第３の層間絶縁膜）
９１５ 画素電極（ＩＴＯ電極）
Claims (5)
- 第１の基板と、
前記第１の基板に対向して設けられた第２の基板と、
前記第１の基板上に設けられ、前記第１及び第２の基板の基板間方向に電界を形成するための第１の電極と、
前記第１の基板上に、前記第１の電極と電気的に絶縁して設けられ、前記基板に平行な方向に電界を形成するための第２の電極及び第３の電極と、
前記第２の基板上に設けられ、前記第１及び第２の基板の基板間方向に電界を形成するための第４の電極と、
前記第２の基板上に、前記第４の電極と電気的に絶縁して設けられ、前記基板に平行な方向に電界を形成するための第５の電極及び第６の電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟まれた液晶と、
樹脂材料でなる配向処理手段と、
を有し、
前記液晶はＴＮ型液晶であり、前記基板間方向に前記液晶の分子長軸がそろった第１の状態又は前記分子長軸の方向が前記第１の基板から前記第２の基板へと９０°旋回した螺旋状の第２の状態が選択され、
前記第１の電極と前記第４の電極は、前記液晶の前記第２の状態から前記第１の状態への変化に寄与し、
前記第２の電極と前記第３の電極、前記第５の電極と前記第６の電極、及び前記配向処理手段は、前記液晶の前記第１の状態から前記第２の状態への変化に寄与し、
前記液晶を前記第２の状態へ変化させるとき、前記第２の電極と前記第３の電極の組の電界と前記第５の電極と前記第６の電極の組の電界とは互いの組で干渉しないように各組の動作タイミングをずらしていることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶電気光学装置。 - 第１の基板と、
前記第１の基板に対向して設けられた第２の基板と、
前記第１の基板上に設けられ、前記第１及び第２の基板の基板間方向に電界を形成するための第１の電極と、
前記第１の基板上に、前記第１の電極と電気的に絶縁して設けられ、前記基板に平行な方向に電界を形成するための第２の電極及び第３の電極と、
前記第２の基板上に設けられ、前記第１及び第２の基板の基板間方向に電界を形成するための第４の電極と、
前記第２の基板上に、前記第４の電極と電気的に絶縁して設けられ、前記基板に平行な方向に電界を形成するための第５の電極及び第６の電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟まれた液晶と、
樹脂材料でなる配向処理手段と、
を有し、
前記液晶はＴＮ型液晶であり、前記基板間方向に前記液晶の分子長軸がそろった第１の状態又は前記分子長軸の方向が前記第１の基板から前記第２の基板へと９０°旋回した螺旋状の第２の状態が選択され、
前記第２の状態から前記第１の状態への変化は、前記第１の電極と前記第４の電極との間に電圧を印加することにより前記第１及び第２の基板の基板間方向に形成される電界により行われ、
前記第１の状態から前記第２の状態への変化は、前記第２の電極と前記第３の電極との間に電圧を印加することにより前記基板に平行な方向に形成される電界、前記第５の電極と前記第６の電極との間に電圧を印加することにより前記基板に平行な方向に形成される電界、及び前記配向処理手段により行われ、
前記液晶を前記第２の状態へ変化させるとき、前記第２の電極と前記第３の電極の組の電界と前記第５の電極と前記第６の電極の組の電界とは互いの組で干渉しないように各組の動作タイミングをずらしていることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶電気光学装置。 - 請求項１又は請求項２に記載のアクティブマトリクス型液晶電気光学装置は、２枚の偏光板を有することを特徴とするアクティブマトリクス型液晶電気光学装置。
- 請求項１乃至３のいずれか一において、アクティブマトリクス型液晶電気光学装置は、複数の画素を有し、各画素に第１の薄膜トランジスタ及び第２の薄膜トランジスタが設けられ、前記第１の薄膜トランジスタは前記第１の電極と電気的に接続され、前記第２の薄膜トランジスタは前記第２又は第３の電極と電気的に接続されていることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶電気光学装置。
- 請求項１乃至４のいずれか一において、前記第１及び第２の電極は透明導電膜でなることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶電気光学装置。
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