JP2002182182A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
液晶表示装置及びその製造方法Info
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Abstract
画表示に対応した液晶表示装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】対向面に電極が形成された一対の基板と、
両基板間に挟持され、両電極間に印加される電圧の極性
毎に異なる光透過率を有する液晶と、4つの発光領域A
乃至Dに分割して発光し、各発光領域上の液晶を照明す
るバックライトユニット4と、4つの発光領域を異なる
タイミングで断続的に発光させる光源制御回路6とを備
えた光源部とを有するように構成する。
Description
に使用される液晶表示装置及びその製造方法に関する。
する液晶表示装置(LCD:Liquid Cryst
al Display)の必要性が高まっている。従来
のLCDは、ホールド(hold)型という駆動方式に
起因する本質的な表示ボケと、CRTと比較して格段に
劣る応答性に起因する表示ボケとが混在して発生してお
り、動画画面は非常に見づらいものになっている。前者
については、定期的に黒ラインを書き込むCR法や、バ
ックライトを走査的に光らせるスキャンバックライト法
等で対応可能である。一方、後者についてはLCDの応
答性そのものを向上させる他なく、これまでに様々なモ
ードが試されてきた。例えば狭ギャップTN(Twis
ted Nematic)モード及び狭ギャップホモジ
ニアスモードや、ベンド配向の液晶層を用いるOCB
(Optically Compensated Bi
refringence)モード等である。しかし、前
者は中間調での応答性や明るさ等に問題が残り、後者も
ベンド配向の実現と維持が困難である。一方、強誘電性
液晶(FLC:Ferroelectric Liqu
id Crystal)は、中間調を含めてmsec
(ミリ秒)オーダの高速応答性を有しており、動画用液
晶ライトバルブとして注目されている。
FLCはメモリ性やヒステリシスを有し、透過率−電圧
(T−V)特性が正負の極性間で非対称であるため、薄
膜トランジスタ(TFT:Thin Film Tra
nsistor)で駆動することは不可能である。この
ため、ヒステリシスを小さくし、かつT−V特性が正負
の極性間で対称となる、いわゆるV字型のFLCや反強
誘電性液晶の開発が試みられている。しかし上記のFL
Cは、コーン角を半分しか使用できず明るさを確保でき
ないことや、ヒステリシスを完全になくすことができな
いことから、実用には耐えない。
表示することで追従ボケの発生を防ぐ動画対応の液晶ラ
イトバルブとして、逆にT−V特性が非対称となるFL
Cが開発されている。しかし、これは表示時とは逆の極
性の電圧を印加したときに完全に黒表示になることが必
須である。PS(Polymer Stabiliz
e)化や特殊材料による検討が試みられているが、現状
は不完全であり、また配向が劣化する傾向がある。
して、バックライトを点滅させる方法がある。この方法
では1フレーム間のある割合で黒を表示させる。例え
ば、正極性の電圧印加時にバックライトを点灯させて所
定の表示を行い、負極性の電圧印加時にバックライトを
消灯させて黒表示をする。これを1フレーム内で行うた
め、1フレームでゲートバスラインを2回走査しなけれ
ばならず、応答性の非常に高いライトバルブが必要とな
る。このためFLCが最も有力であるが、元々1フレー
ム内のかなりの時間においてバックライトを消灯させて
黒表示をしているため、表示時の明るさが極めて重要と
なる。すなわち、白表示時における液晶分子のダイレク
タの偏光軸からの開き角を、最も明るい表示の得られる
45°近傍に調節することが望ましい。しかし、従来の
FLCは大きなコーン角を得られないため、高い輝度が
得られないという問題を有している。
を有し、動画表示に対応した液晶表示装置を提供するこ
とにある。
極が形成された第1及び第2の基板と、前記第1及び第
2の基板間に挟持され、前記電極間に印加される電圧の
極性毎に異なる光透過率を有する液晶と、複数の発光領
域に分割して発光し、前記発光領域上の前記液晶を照明
する光源と、前記複数の発光領域を異なるタイミングで
断続的に発光させる光源制御回路とを備えた光源部とを
有することを特徴とする液晶表示装置によって達成され
る。
光源制御回路は、前記発光領域の前記液晶が相対的に高
い光透過率を有するときに前記発光領域を発光させるこ
とを特徴とする。
れた一対の基板間に強誘電性液晶を封入する液晶封入工
程と、前記強誘電性液晶をカイラルネマチック相からス
メクチックC相へ相転移するように除冷する除冷工程と
を有する液晶表示装置の製造方法であって、前記除冷工
程は、前記スメクチックC相への相転移温度付近で、前
記電極間に直流電圧を印加することを特徴とする液晶表
示装置の製造方法によって達成される。
って、前記液晶封入工程前に、紫外線により固化するポ
リマー材を前記強誘電性液晶に混入する工程と、前記除
冷工程後に、前記ポリマー材を混入した前記強誘電性液
晶に紫外線を照射して固化する工程とを有することを特
徴とする。
って、前記強誘電性液晶として、前記カイラルネマチッ
ク相からスメクチックA相を経ずに前記スメクチックC
相へ相転移する前記強誘電性液晶を用いることを特徴と
する。
LCDを図1乃至図6を用いて説明する。まず、本実施
の形態によるLCDの光源部の動作原理について図1及
び図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態による
LCDの光源部の構成を示しており、走査方向に沿う方
向に切断した概略断面を示している。図中上部のLCD
パネル2は、対向させた2枚の基板間に液晶を封止して
おり、バックライトユニット4からの光が照射される被
照射面側がアレイ基板であり、対向側にカラーフィルタ
(CF)基板が配置されている。アレイ基板には、縦横
に延びる複数のゲートバスライン及びドレインバスライ
ンによりマトリクス状に複数の画素領域が形成されてお
り、各画素領域にはTFTが形成されている。
た例えば768本のゲートバスラインがアレイ基板上に
形成されたXGAのLCDパネル2は、例えばゲートバ
スライン1〜192が配置された発光領域A、ゲートバ
スライン193〜384が配置された発光領域B、ゲー
トバスライン385〜576が配置された発光領域C、
及びゲートバスライン577〜768が配置された発光
領域Dの4つの領域に分割されている。4つの発光領域
A乃至Dはゲートバスラインと平行に、ほぼ等間隔に分
割されている。LCDパネル2の背面には、光源である
直下型の発光管5を備えたバックライトユニット4が4
つの発光領域A乃至Dに対応して分割して形成されてい
る。バックライトユニット4は、光源制御回路であるバ
ックライト駆動回路6により、それぞれの発光領域毎に
発光するタイミングを制御されている。
部の動作を示す図であり、横軸は時間(t)を表してい
る。図2(a)乃至(d)は、それぞれ図1に示した発
光領域A乃至Dの駆動を示している。図2(a)乃至
(d)のそれぞれ上段及び中段は各発光領域の画素の液
晶に印加される印加電圧の極性を示している。本実施の
形態によるLCDは8msec周期でフレーム反転駆動
されており、1フレーム内において全ての画素は同極性
で駆動されている。ゲートバスライン1〜768は線順
次駆動されており、ゲートバスラインの番号順に順次ゲ
ートパルスが出力されるようになっている。また、図2
(a)乃至(d)のそれぞれ下段は各発光領域における
バックライトユニット4の発光状態(ON(発光)/O
FF(消灯))を示している。
の画素の液晶に印加される印加電圧の極性を示してい
る。中段はゲートバスライン192上の画素の液晶に印
加される印加電圧の極性を示している。図中、ゲートバ
スライン2〜191上の画素の液晶に印加される印加電
圧の極性の表示は省略している。発光領域Aの先頭のゲ
ートバスライン1に対する発光領域Bの先頭のゲートバ
スライン193のゲートパルスの出力タイミングは、フ
レーム周期8msecの1/4である2msecだけ遅
れている。コントラストを高く保つには黒表示が必要で
ある。従って、発光領域A〜Dのそれぞれについて、発
光領域内の全画素の液晶の印加電圧が正極性になってか
らバックライトを点灯させる必要がある。すなわち、バ
ックライトユニット4の発光状態を示す図2(a)下段
に示すように、バックライト駆動回路6は、ゲートバス
ライン1上の画素の液晶に印加される印加電圧の極性が
負になると同時に発光領域Aのバックライトユニット4
を消灯させ、ゲートバスライン192上の画素の液晶に
印加される印加電圧の極性が正になると同時に発光領域
Aのバックライトユニット4を発光させるように、ゲー
トバスライン駆動回路(図示せず)と同期をとる必要が
ある。図2(b)乃至(d)に示すように、発光領域B
乃至Dにおいても同様にしてバックライトユニット4が
発光及び消灯しており、バックライト駆動回路6は複数
の発光領域A乃至Dを異なるタイミングで断続的に発光
させている。
液晶の特性について図3及び図4を用いて説明する。図
3は、本実施の形態によるLCDに用いるFLCのダイ
レクタの方位を示している。このFLCは、電圧無印加
時のダイレクタが一方向に安定化する単安定型である。
電圧無印加時に黒表示となるように、ラビング方向から
傾いて安定している電圧無印加時(0V)のダイレクタ
と平行に偏光板Pの偏光軸が配置されており、偏光板A
の偏光軸は偏光板Pの偏光軸とクロスニコルに配置され
ている。正極性の電圧(例えば+10V)を対向電極間
に印加したときのダイレクタの偏光軸からの角度(開き
角)は、負極性の電圧(例えば−10V)印加時のダイ
レクタの開き角と比較して大きく、電圧無印加時のダイ
レクタを中心に見ると非対称になっている。この特性に
より、FLCは電極間に印加される電圧の極性によって
異なる光透過率を有している。正極性の電圧印加時のダ
イレクタの開き角は、最も明るい白表示が得られるよう
に最も高い光透過率となる約45°になっている。電圧
の極性により異なる光透過率を示すFLCは、後に説明
するLCDの製造工程の除冷工程において、ある方向の
直流電圧を液晶に印加することで得られる。
(相転移)する。通常は高温から等方相、ネマチック
(N:Nematic)相、スメクチック(Sm:Sm
ectic)相、結晶の順に相転移する。Sm相はさら
に細かくAからHまで分類され、SmA相と、SmA相
より低温で現れるSmC相とはほぼ全てのFLCで存在
している。Sm相は層構造を有しており、液晶分子はS
mA相では層法線と平行に配向し、SmC相では層法線
から傾いて配向する。高温のFLCを冷却したときSm
A相で初めて層構造が現れるため、LCDに用いられる
SmC相の構造はSmA相での状態に大きく左右され
る。
るFLC(例えばチッソ株式会社製のCS−2002)
は、カイラルネマチック(N*)相からSmA相を経ず
にSmC相へ相転移する性質を有し、比較的大きなコー
ン角が得られる特徴を有している。SmC相での液晶配
列構造の決定には極めて慎重な工程を要し、N*相から
SmC相への相転移温度(本実施の形態では70℃)付
近で、一定時間だけ直流電圧を印加し続けることが必要
となる。この条件を最適化すると非対称な開き角を有す
るFLC、すなわち印加電圧の極性毎に異なる光透過率
を有するFLCが得られる。
るFLCのT−V曲線を示している。横軸は印加電圧
(V)を表しており、縦軸は光透過率(T)を表してい
る。図4に示すように、正極性の電圧印加時は負極性の
電圧印加時と比較して光透過率の変化が急峻であり、高
い光透過率が得られる。このため、各発光領域A乃至D
が正極性の電圧で駆動されている間に各発光領域のバッ
クライトを発光させることで高いコントラストを得るこ
とができる。なお、このFLCのT−V特性はヒステリ
シスを有しているが、実際の表示に用いられるのは正極
性の電圧印加時の往き側である実線で示した範囲だけで
あるので影響はない。
法について説明する。まず、ほぼ直交して配置された複
数のゲートバスライン及びドレインバスラインで画定さ
れた画素領域に画素電極を有するアレイ基板と、全面に
共通電極を有する対向基板とを形成する。両基板に配向
規制方向が平行かつ同方向(パラレル配向)になるよう
にラビングを施し、例えば1.5μmのセルギャップで
貼り合わせてFLCを封入する。
で加熱し、等方相のFLCを得る。次いで液晶セルを冷
却し、N*相からSmC相への相転移温度付近である7
5℃〜65℃の範囲で例えば0.5℃/minの冷却速
度で徐冷する。ここで冷却速度は、タクトを短縮するた
めに0.1℃/min以上であり、FLCの配向の乱れ
を防止するために2℃/min以下であることが望まし
い。この徐冷工程において、一対の基板の対向する面に
形成されている電極に1V以上5V以下(例えば2V)
の直流電圧を印加し続ける。徐冷工程後に電圧の印加を
停止し、さらに室温まで冷却する。以上説明した工程を
経て本実施の形態によるLCDが完成する。
方法で得られたFLCにおけるダイレクタの方位を示し
ている。図5に示すように、電圧無印加時(0V)のダ
イレクタは、ラビング方向からθ1の角度で安定してい
る。正極性の電圧(例えば+10V)印加時のダイレク
タは、ラビング方向からθ2の角度を有し、負極性の電
圧(例えば−10V)印加時のダイレクタは、ラビング
方向からθ3の角度を有している。電圧無印加時のダイ
レクタを中心に見ると、ダイレクタの開き角は正極性の
電圧印加時がθ4(=θ1+θ2)であり、負極性の電
圧印加時がθ3−θ1である。
方法における相転移温度付近で印加される直流電圧とF
LCのダイレクタに関する角度との関係を示している。
横軸はN*相からSmC相への相転移温度付近において
印加される直流電圧(V)を表しており、縦軸は図5に
示したダイレクタの角度θ1乃至θ4(deg)を表し
ている。図6に示すように、ダイレクタの角度θ1乃至
θ4は直流電圧に依存して変化しており、直流電圧が1
V以上5V以下の範囲でθ4が明るい白表示の得られる
約45°となっている。このように、相転移温度付近で
印加される直流電圧を変化させることで、極性の異なる
電圧印加時のダイレクタの開き角を調整でき、明るい白
表示を得ることができる。なお、図中にハッチングで示
した直流電圧1.5V以上3V以下の範囲は、FLCの
配向が特に良好になり、完成したLCDにおいて高いコ
ントラストが得られる良好配向域である。
パラレル配向させており、500を超えるコントラスト
比が得られる。アンチパラレル配向させたLCDは、逆
極性時に全く反応しない完全単安定化の特性を有する
が、良好な配向が得られず、また配向制御が大変困難で
あり、コントラスト比が50未満と大幅に低下する。
にFLCを用いているためmsecオーダの高速応答性
を有している。また、正極性の電圧印加時のダイレクタ
の開き角は、最も明るい白表示の得られる約45°に調
整することができる。負極性の電圧印加時のダイレクタ
の開き角は正極性の電圧印加時のダイレクタの開き角と
非対称であり、T−V特性も同様に非対称であるが、負
極性の電圧印加時にバックライトを消灯しているため、
LCDの表示には影響しない。さらに、断続的にバック
ライトを発光させているため、従来のhold型の駆動
方式に起因する表示ボケを解消できる。よって、輝度が
高く、高速応答性を有し、動画表示に対応したLCDを
実現できる。
製造方法を図7を用いて説明する。図7は、本実施の形
態によるLCDの製造方法を示す概略断面図である。ま
ず、紫外線(UV:Ultraviolet)により固
化(PS化)するポリマー材(例えば大日本インキ化学
工業株式会社製のUVキュアラブル液晶)をFLCに例
えば3wt(重量)%混入する。次に、対向する面に電
極が形成されており、パラレル配向になるようにラビン
グを施した一対の基板8、9間に上記のFLCを封入す
る。次いで、第1の実施の形態によるLCDの製造方法
と同様の工程で加熱及び冷却する。次に、図7に示すよ
うに、UVライト12を用いてFLCに例えば波長36
5nmのUVを照射し、FLCに混入されたポリマー材
を固化する。以上説明した工程を経て本実施の形態によ
るLCDが完成する。
れば、第1の実施の形態によるLCDと同様の効果を得
ることができるとともに、FLCに混入されたポリマー
材が固化するため、電圧無印加時のFLCの配向がより
安定する。したがって、温度が上昇した際や衝撃が加え
られた際のFLCの配向強度を向上させることができ、
また長期的な信頼性も向上する。よって、輝度が高く、
高速応答性を有し、動画表示に対応したLCDを実現で
きる。
変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、LC
Dに用いる液晶としてFLCを例にとって説明したが、
本発明はこれに限らず、T−V特性が印加電圧の極性に
より異なる他の液晶にも適用できる。
クライトを点滅させることで各発光領域を断続的に発光
させているが、本発明はこれに限らず、エッジライト型
のバックライトを用いてもよいし、バックライトを点滅
させずにシャッタを用いて各発光領域を断続的に発光さ
せてもよい。
置及びその製造方法は、以下のようにまとめられる。 (付記1)対向面に電極が形成された第1及び第2の基
板と、前記第1及び第2の基板間に挟持され、前記電極
間に印加される電圧の極性毎に異なる光透過率を有する
液晶と、複数の発光領域に分割して発光し、前記発光領
域上の前記液晶を照明する光源と、前記複数の発光領域
を異なるタイミングで断続的に発光させる光源制御回路
とを備えた光源部とを有することを特徴とする液晶表示
装置。
いて、前記光源制御回路は、前記発光領域の前記液晶が
相対的に高い光透過率を有するときに前記発光領域を発
光させることを特徴とする液晶表示装置。
装置において、前記第1の基板は、ほぼ直交する複数の
ゲートバスライン及びドレインバスラインと、前記ゲー
トバスライン及びドレインバスラインの交差領域近傍に
形成された薄膜トランジスタとを有し、前記複数の発光
領域は、前記ゲートバスラインと平行に分割されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
記載の液晶表示装置において、前記液晶は、強誘電性液
晶であることを特徴とする液晶表示装置。
いて、前記強誘電性液晶は、電圧無印加時にダイレクタ
が一方向に安定する単安定型であることを特徴とする液
晶表示装置。
装置において、前記強誘電性液晶は、前記電圧の極性毎
に異なるダイレクタの開き角を有することを特徴とする
液晶表示装置。
いて、前記光源制御回路は、前記ダイレクタの開き角が
相対的に大きくなる極性の印加電圧で前記液晶が駆動さ
れる間に前記発光領域を発光させることを特徴とする液
晶表示装置。
の基板間に強誘電性液晶を封入する液晶封入工程と、前
記強誘電性液晶をカイラルネマチック相からスメクチッ
クC相へ相転移するように除冷する除冷工程とを有する
液晶表示装置の製造方法であって、前記除冷工程は、前
記スメクチックC相への相転移温度付近で、前記電極間
に直流電圧を印加することを特徴とする液晶表示装置の
製造方法。
造方法において、前記液晶封入工程前に、紫外線により
固化するポリマー材を前記強誘電性液晶に混入する工程
と、前記除冷工程後に、前記ポリマー材を混入した前記
強誘電性液晶に紫外線を照射して固化する工程とを有す
ることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
示装置の製造方法において、前記強誘電性液晶として、
前記カイラルネマチック相からスメクチックA相を経ず
に前記スメクチックC相へ相転移する前記強誘電性液晶
を用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
く、高速応答性を有し、動画表示に対応した液晶表示装
置を実現できる。
を示す概略断面図である。
を示す図である。
るFLCのダイレクタの変位を示す図である。
るFLCのT−V曲線を示す図である。
方法で得られたFLCのダイレクタの変位を示す図であ
る。
方法における印加電圧とFLCのダイレクタの角度の関
係を示す図である。
方法を示す概略断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】対向面に電極が形成された第1及び第2の
基板と、 前記第1及び第2の基板間に挟持され、前記電極間に印
加される電圧の極性毎に異なる光透過率を有する液晶
と、 複数の発光領域に分割して発光し、前記発光領域上の前
記液晶を照明する光源と、前記複数の発光領域を異なる
タイミングで断続的に発光させる光源制御回路とを備え
た光源部とを有することを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】請求項1記載の液晶表示装置において、 前記光源制御回路は、前記発光領域の前記液晶が相対的
に高い光透過率を有するときに前記発光領域を発光させ
ることを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項3】対向面に電極が形成された一対の基板間に
強誘電性液晶を封入する液晶封入工程と、前記強誘電性
液晶をカイラルネマチック相からスメクチックC相へ相
転移するように除冷する除冷工程とを有する液晶表示装
置の製造方法であって、 前記除冷工程は、前記スメクチックC相への相転移温度
付近で、前記電極間に直流電圧を印加することを特徴と
する液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項4】請求項3記載の液晶表示装置の製造方法に
おいて、 前記液晶封入工程前に、紫外線により固化するポリマー
材を前記強誘電性液晶に混入する工程と、 前記除冷工程後に、前記ポリマー材を混入した前記強誘
電性液晶に紫外線を照射して固化する工程とを有するこ
とを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項5】請求項3又は4に記載の液晶表示装置の製
造方法において、 前記強誘電性液晶として、前記カイラルネマチック相か
らスメクチックA相を経ずに前記スメクチックC相へ相
転移する前記強誘電性液晶を用いることを特徴とする液
晶表示装置の製造方法。
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JP4463413B2 (ja) | 2010-05-19 |
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