JP2003075801A - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＯＣＢモード液晶表示装置では、液晶中に不
純物が混入し、液晶パネル面内で偏在すると、不純物イ
オンが多く存在する所では、転移用電圧パルスにより不
純物イオンが対向基板２側とアレイ基板１側に吸着さ
れ、液晶層１５自体が分極した状態になりムラとなって
しまっていた。 【解決手段】 アレイ基板と、対向基板と、アレイ基板
と対向基板の間に挟持された液晶層とを備えたＯＣＢモ
ード液晶表示装置において、アレイ基板側または対向基
板側に電流検出手段を具備したものである。また本発明
の駆動方法は、この液晶表示装置を駆動するにおいて、
液晶層をベンド配向に転移させるための、転移用電圧パ
ルスが印加された時の電流を電流検出手段により検出
し、その電流値に応じた、イオンを拡散させるためのイ
オン拡散電圧パルスを印加し、ムラを解消する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速応答で広視野
の表示性能を持つ液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置としては、ネマティ
ック液晶を用いたツイステッドネマティック（ＴＮ）モ
ードの液晶表示装置が実用化されているが、応答が遅
い、視野角が狭い等の欠点がある。また広視野に優れた
ＩＰＳ（水平面内駆動）モードの液晶表示装置が実用化
されているが、応答が遅い、開口率が小さいなどの欠点
がある。

【０００３】一方、応答速度が速く広視野角の表示モー
ドとして、光学補償ベンドモード（以下OCBモードと呼
ぶ）が提案されている（特開平７−８４２５４号公
報）。このモードについて、図５を用いて説明する。図
５(a),(b)において、１はアレイ基板、２は対向基板、
３は走査信号線、４は蓄積容量線、５は蓄積容量線４の
画素内の蓄積容量部、６は第一絶縁層、７は第二絶縁
層、８は画素電極、９は対向電極、１０Ａはアレイ基板
１の内面に形成した配向膜、１０Ｂは対向基板２の内面
に形成した配向膜、１１はブラックマトリックス、１２
はカラーフィルタ材料、１３は画素電極８と接続され、
映像信号を与える映像信号線、１４は半導体スイッチ素
子、１５は液晶である。

【０００４】その形成方法と動作を以下に説明する。ア
レイ基板１上にＡｌ、Ｔｉ等からなる導電体を形成し、
走査信号線３と、画素内に蓄積容量部５をもった蓄積容
量線４を、図５(a)の形状にパターニングする。このよ
うに形成された第一電極群の上に第一絶縁層６を形成し
た後、この第一絶縁層６の所定の部分に、ａ−Ｓｉ層と
ｎ+形ａ−Ｓｉ層（ともに図示せず）とからなる半導体
スイッチ素子１４を形成する。さらに、第一絶縁層６及
び半導体スイッチ素子１４の所定部分の上にＡｌ、Ｔｉ
等からなる導電体を形成し、映像信号線１３からなる第
二電極群を所定の形状にパターン形成する。

【０００５】つぎに、第二電極群までが形成されたアレ
イ基板１上にＳｉＮｘ等からなる第二絶縁層７を形成す
る。第二絶縁層７は半導体スイッチ素子１４を保護する
保護膜の役目も果たすものでもある。さらに、画素電極
８をＩＴＯ膜で形成する。

【０００６】一方、対向基板２には、ブラックマトリッ
クス１１、及びカラーフィルタ材料１２を所定のパター
ンに形成した後に、対向電極９をＩＴＯ膜で形成する。

【０００７】これらのアレイ基板１、及び対向基板２に
は、液晶１５の分子の配列を整列させるためにポリイミ
ド等からなる配向膜１０Ａ、１０Ｂを形成する。

【０００８】このように作製されたアレイ基板１、及び
対向基板２を、ラビングクロスで表面を擦ることによっ
て、各々所定の方向に初期配向方向を決定する。以上の
ように、液晶分子の初期配向方向が決定されたアレイ基
板１と対向基板２を貼り合わせ、液晶の注入口を除く周
辺部をシール剤で接着した後、液晶を注入し、封止材に
より注入口を封止する。

【０００９】この状態から、映像を表示するためには、
例えば特開平１０−２０６８２２号公報に示されている
ように、まず、画素電極８と対向電極９間に１０Ｖ以上
の電圧パルスを印加することによって、画素電極８と対
向電極９間の中央付近の液晶分子を立たせ、あるいはね
じれ配向を含んだ液晶分子が立ち上がり、弓状に曲がっ
た配向領域からなるベンド配向状態の転移核を発生さ
せ、この領域を伝播させることにより、表示領域全体を
ベンド配向状態とする。次に通常の表示信号電圧を、半
導体スイッチ素子１４によりオン、オフ制御し、画素電
極８と対向電極９間に印加して、液晶分子のベンド配向
状態の程度を変えることによって、液晶１５により光の
位相差を変化させ表示を行う。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような液晶表示装置の場合、以下のような課題が残され
ていた。

【００１１】一般に、OCBモード液晶表示装置では、映
像信号が印加される前に、転移用電圧パルスとして10V
以上のパルス状の電圧を印加し、ベンド配向状態に転移
させる。しかしながら、液晶中に不純物が混入し、液晶
パネル面内で偏在すると、不純物イオンが多く存在する
所では、転移用電圧パルスにより不純物イオンが対向基
板２側とアレイ基板１側に吸着され、液晶層１５自体が
分極した状態になる。この状態で映像信号が印加される
と画素電極８と対向電極９にかかる電圧が実効的に低下
してしまうため、ムラとなってしまっていた。特に液晶
１５の注入口近傍は、封止材から不純物が溶出するた
め、ムラとなりやすかった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、液晶表示装置のアレイ基板と対向基板の
構造と、駆動方法に工夫を凝らしたものである。具体的
には以下の構成とした。

【００１３】本発明では、画素電極、走査信号線、映像
信号線、蓄積容量線及び半導体スイッチ素子を形成した
アレイ基板と、対向電極を形成した対向基板と、アレイ
基板と対向基板の間に挟持された液晶層とを備えたＯＣ
Ｂモード液晶表示装置において、アレイ基板側または対
向基板側に電流検出手段を具備したものである。また本
発明の駆動方法は、この液晶表示装置を駆動するにおい
て、液晶層をベンド配向に転移させるための、転移用電
圧パルスが印加された時の電流を電流検出手段により検
出し、その電流値に応じた、イオンを拡散させるための
イオン拡散電圧パルスが、印加されることを特徴として
いる。上記構成と駆動方法により、転移用電圧パルスに
よりアレイ基板と対向基板の配向膜に吸着したイオン
が、イオン拡散電圧パルスによって拡散するため、ムラ
とならない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１５】（実施の形態１）本発明の第１の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００１６】図１(a)は本発明の第１の実施例における
液晶表示装置の構成を示す平面図である。図１(b)は本
発明の第１の実施例における液晶表示装置の構成を示す
断面図であり、図１(a)のＡ−Ａにおける断面図であ
る。図１（ｃ）は、図１(a)のＢ−Ｂにおける断面図で
ある。図２は、その駆動方法のタイムチャートを説明し
た図である。図３はイオン拡散電圧パルスの振幅の関係
を示した表である。

【００１７】図１は、アレイ基板１０１とその上の対向
基板１０２にはさまれた内部の構成を示している。１０
３は、画素電極２０２、対向電極２０１、画素電極と接
続され映像信号を与える映像信号線（図示せず）、走査
信号線（図示せず）、半導体スイッチ素子（図示せ
ず）、および蓄積容量線（図示せず）をマトリックス状
に配置した映像表示部、１０４はアレイ基板１０１と対
向基板１０２を貼り合せるためのシール材、１０５は電
流検出手段、１０６は第２の電流検出手段、１０７は封
止材、２０３Ａ、２０３Ｂは液晶を配向させるための配
向膜である。アレイ基板１０１と対向基板１０２の間に
液晶層２０４が挟持されている。

【００１８】以下、図１、図２、図３を用いてその動作
について述べる。

【００１９】まず、アレイ基板１０１上に配線抵抗が小
さいＡｌ、Ｔｉ等からなる導電体を形成し、走査信号線
（図示せず）と、蓄積容量線（図示せず）と、電流検出
手段１０５と第２の電流検出手段１０６を、パターニン
グする。電流検出手段１０５は引き出し線１０５'を介
して端子１０５''に接続されている。第２の電流検出手
段１０６は、注入口の近傍に形成され、同様に引き出し
線１０６'を介して端子１０６''に接続されている。こ
のように形成された第１電極群の上に第１絶縁層（図示
せず）を形成した後、この第１絶縁層（図示せず）の所
定の部分に、ａ−Ｓｉ層（図示せず）とｎ+形ａ−Ｓｉ
層（図示せず）とからなる半導体スイッチ素子（図示せ
ず）を形成する。さらに、第１絶縁層８及び半導体スイ
ッチング素子（図示せず）の所定部分の上にＡｌ、Ｔｉ
等からなる導電体を形成し、映像信号線（図示せず）か
らなる第２電極群を所定の形状にパターン形成する。

【００２０】つぎに、第２電極群までが形成されたアレ
イ基板上にＳｉＮｘ等からなる第２絶縁層（図示せず）
を形成する。第２絶縁層（図示せず）は半導体スイッチ
ング素子（図示せず）を保護する保護膜の役目も果たす
ものでもある。さらに、画素電極２０２をＩＴＯ膜で形
成する。

【００２１】一方、対向基板１０２には、対向電極２０
１をＩＴＯ膜で形成する。そして、後にアレイ基板１０
１、及び対向基板１０２を張り合わせたときに各電流検
出手段１０５、１０６の引き出し線１０５'、１０６'と
重なる対向電極の部分はあらかじめ除去しておく。これ
らのアレイ基板１０１、及び対向基板１０２には、液晶
の分子の配列を整列させるためにポリイミド等からなる
配向膜２０３Ａ、２０３Ｂを形成する。

【００２２】このように作製されたアレイ基板１０１、
及び対向基板１０２を、ラビングクロスで表面を擦るこ
とによって、各々所定の方向に初期配向方向を決定す
る。このように液晶分子の初期配向方向が決定されたア
レイ基板と対向基板を貼り合わせ、周辺部をシール剤１
０４で接着し液晶を注入した後、封止材１０７により液
晶の注入口を封止する。

【００２３】次にこのようにして作成した液晶パネルの
動作を説明する。図２に示したように、画素電極と対向
電極間にまず負の大振幅の転移用電圧パルスを印加し
て、表示領域全体をベンド配向状態にする。画素電極へ
電圧を供給する方法は一般的なもので、信号線および走
査線に駆動電圧を与えることにより行う。このときに、
電流検出手段１０５の端子１０５''と対向電極間に同じ
転移用電圧パルスを印加し、第二の電流検出手段の端子
１０６''と対向電極間にも同じ転移用電圧パルスを印加
してそのときの各電流のピーク値を測定しておく。電流
検出手段は、近傍の画素に流れる電流をモニタするため
のものである。電流検出手段の電流は、それぞれの電流
検出手段の設置された位置近傍におけるイオン性不純物
の濃度に依存する。従って、両電流の差は、注入口近傍
において、封止剤から溶け出したイオン性不純物の濃度
に依存する。そこでこの電流差に応じて、大きさおよび
時間幅を設定した逆極性電圧（イオン拡散電圧）を画素
電極と対向電極間に印加してやれば、注入口近辺で過剰
に蓄積した電荷が開放され、その結果表示ムラを抑制す
るというのが本発明のポイントである。上記電流差と、
最適なイオン拡散電圧パルスの振幅の関係は、あらかじ
め実験により図３のように得られた。この場合、電流検
出手段１０５および第二の電流検出手段１０６の面積は
0.02cm2、液晶の誘電率は10、液晶のセルギャップは5um
であった。これらの数値が異なれば電流差と、最適なイ
オン拡散電圧パルスの振幅の関係は異なるものになる。
なお図３の関係を導くにあたってイオン拡散電圧パルス
の時間幅は１秒に固定している。同様にして、検出電流
差に対応したイオン拡散電圧パルスの最適な印加時間を
実験的に求め、図４に示している。この場合イオン拡散
電圧パルスの振幅は５Ｖに固定している。この図は、実
施の形態２において用いる。

【００２４】不安定な分極による誤差を小さくするため
に、各電流検出手段の表面には配向膜を形成しないこと
が望ましい。

【００２５】具体例として、転移用電圧パルス（電圧値
−２５Ｖ、周波数１Ｈｚ、印加期間１秒）を画素電極２
０２と対向電極２０１間に印加し、液晶層をベンド配向
に転移させるとともに端子１０５''、１０６''にも同じ
電圧パルスを印加たところ、電流検出手段１０５は最大
で0.13nAを検出し、第2の電流検出手段は最大で2.30nA
を検出した。このときの電流検出手段１０５と、第2の
電流検出手段１０６の電流値の差が、2.27nAなので、図
３のように、イオン拡散電圧パルスの振幅は、1.6Vとな
る。半導体スイッチ素子（図示せず）は映像信号線（図
示せず）及び走査信号線（図示せず）から入力される駆
動信号によってオン、オフ制御される。そして、半導体
スイッチ素子（図示せず）と接続された画素電極２０２
と、対向電極２０１との間に印加された電圧によって電
界を発生させ、液晶の配向を変化させて各画素の輝度を
制御し、画像を表示させたところ、封止材１０７近傍
で、ムラが発生しなかった。

【００２６】なお本実施の形態では、電流検出手段１０
５と第2の電流検出手段１０６をアレイ基板１０１上の
第1電極群で形成したが、第2電極群あるいはＩＴＯ膜に
より形成しても良い。またさらに別の導電層を製膜しパ
ターニングして形成する方法でも良い。また電流検出手
段１０５及び第2の電流検出手段１０６は、対向電極２
０１をパターニングして対向基板１０２側に形成しても
良い。

【００２７】なお、電流検出手段１０５と第2の電流検
出手段１０６の位置は画像表示に影響を与えないため
に、表示領域の外側であることが望ましい。

【００２８】また図３のイオンを拡散させる電圧値は、
液晶材料や配向膜の材料に依存するため、この値に決ま
っている訳ではないことは明らかである。

【００２９】（実施の形態２）本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００３０】本実施例では、液晶表示装置の構成として
は、（実施の形態１）と全く同様であるため、説明は省
略する。（実施の形態１）と異なっている部分は、イオ
ン拡散電圧パルスの印加期間を、図４のように電流検出
手段１０５と第2の電流検出手段１０６の電流値の差に
応じて調整した点である。転移用電圧パルス（電圧値−
２５Ｖ、周波数１Ｈｚ、印加期間１秒）を画素電極２０
２と対向電極２０１に印加し、液晶層をベンド配向に転
移させるとともに電流検出手段１０５、１０６の端子１
０５''、１０６''にも同じ電圧パルスを印加したとこ
ろ、電流検出手段１０５は最大で0.13nAを検出し、第2
の電流検出手段は最大で2.30nAを検出した。このときの
電流検出手段１０５と、第2の電流検出手段１０６の電
流値の差が、2.27nAなので、図４のように、イオン拡散
電圧パルスの印加期間は、0.5秒となる。このときイオ
ン拡散電圧パルスの振幅は５Ｖで固定とした。半導体ス
イッチ素子（図示せず）は映像信号線（図示せず）及び
走査信号線（図示せず）から入力される駆動信号によっ
てオン、オフ制御される。そして、半導体スイッチ素子
（図示せず）と接続された画素電極２０２と、対向電極
２０１との間に印加された電圧によって電界を発生さ
せ、液晶の配向を変化させて各画素の輝度を制御し、画
像を表示させたところ、封止材１０７近傍で、ムラが発
生しなかった。

【００３１】なおまた図４のイオン拡散電圧パルスの印
加期間は、液晶材料や配向膜の材料に依存するため、こ
の値に決まっている訳ではないことは明らかである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明による液晶表
示装置及びその駆動方法は、以下の作用効果を奏するこ
とができる。

【００３３】すなわち、表示ムラの無い高品位のＯＣＢ
モード液晶表示装置を得ることができる。

【００３４】以上のことから、高速かつ広視野角で、表
示ムラの無い高画質が得られる液晶表示装置を提供する
ことができるので工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態１に関わる液晶表示
装置の平面図を説明した図 （ｂ）本発明の実施の形態１に関わる液晶表示装置の断
面図で、図1におけるＡＡでの断面図 （ｃ）本発明の実施の形態１に関わる液晶表示装置の断
面図で、図1におけるＢＢでの断面図

【図２】本発明の実施の形態１に関わる液晶表示装置の
駆動方法のタイムチャートを説明した図

【図３】本発明の実施の形態１に関わる液晶表示装置の
駆動方法のタイムチャートを決定する際の、イオン拡散
電圧パルスの振幅の関係を表した図

【図４】本発明の実施の形態２に関わる液晶表示装置の
駆動方法のタイムチャートを決定する際の、イオン拡散
電圧パルスの印加期間の関係を表した図

【図５】（ａ）従来のＯＣＢモード液晶表示装置におけ
る一画素の平面図 （ｂ）従来のＯＣＢモード液晶表示装置における構成の
断面図で、図６（ａ）におけるＡＡでの断面を表した図

【符号の説明】

１，１０１ アレイ基板 ２，１０２ 対向基板 ３ 走査信号線 ４ 蓄積容量線 ５ 蓄積容量部 ６ 第一絶縁層 ７ 第二絶縁層 ８，２０２ 画素電極 ９，２０３ 対向電極 １０Ａ，１０Ｂ，２０３Ａ，２０３Ｂ 配向膜 １１ ブラックマトリックス １２ カラーフィルタ材料 １３ 映像信号線 １４ 半導体スイッチ素子 １５，２０４ 液晶 １０３ 映像表示部 １０４ シール材 １０５ 電流検出手段 １０６ 第2の電流検出手段 １０７ 封止材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｇ 3/20 ６７０ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６７０Ｋ 3/36 3/36 (72)発明者 中尾 健次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 HA06 JA04 JA09 KA30 MA04 MA07 MA10 2H093 NC52 ND09 ND13 ND32 NF04 NF09 5C006 AC21 AC25 AF46 AF51 AF52 AF53 AF54 AF61 AF71 BB16 BC03 BC11 BC20 BF38 FA22 5C080 AA10 BB05 DD05 EE28 FF11 JJ04 JJ06

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素電極、走査信号線、映像信号線、蓄
   積容量線及び半導体スイッチ素子を形成したアレイ基板
   と、対向電極を形成した対向基板と、前記アレイ基板と
   前記対向基板の間に挟持された液晶層とを備えたＯＣＢ
   モード液晶表示装置において、前記アレイ基板側に電流
   検出手段を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 画素電極、走査信号線、映像信号線、蓄
   積容量線及び半導体スイッチ素子を形成したアレイ基板
   と、対向電極を形成した対向基板と、前記アレイ基板と
   前記対向基板の間に挟持された液晶層とを備えたＯＣＢ
   モード液晶表示装置において、前記対向基板側に電流検
   出手段を有することを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記電流検出手段は、映像を表示させる
   部分以外に形成されていることを特徴とする請求項１か
   ら２のいずれかに記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記電流検出手段は、少なくとも2つ以
   上形成されていること、を特徴とする請求項１から３の
   いずれかに記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記電流検出手段のうち少なくとも１つ
   は、液晶の注入口近傍に形成されていることを特徴とす
   る請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記電流検出手段上には、液晶を配向さ
   せる配向膜を形成しないことを特徴とする請求項１から
   ５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 画素電極、走査信号線、映像信号線、蓄
   積容量線及び半導体スイッチ素子を形成したアレイ基板
   と、対向電極を形成した対向基板と、前記アレイ基板と
   前記対向基板の間に挟持された液晶層とを備えたＯＣＢ
   モード液晶表示装置の駆動方法において、前記画素電極
   と前記対向電極との間に、前記液晶層をベンド配向に転
   移させるための転移用電圧パルスが印加された後に、さ
   らなるパルス電圧であるイオン拡散電圧パルスが印加さ
   れることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
8. 【請求項８】 画素電極、走査信号線、映像信号線、蓄
   積容量線及び半導体スイッチ素子を形成したアレイ基板
   と、対向電極を形成した対向基板と、前記アレイ基板と
   前記対向基板の間に挟持された液晶層と、電流検出手段
   とを備えたＯＣＢモード液晶表示装置の駆動方法におい
   て、前記画素電極と前記対向電極との間に、前記液晶層
   をベンド配向に転移させるための転移用電圧パルスが印
   加された時の電流を前記電流検出手段により検出し、前
   記電流に応じてさらなるパルス電圧であるイオン拡散電
   圧パルスの振幅が調整されることを特徴とする液晶表示
   装置の駆動方法。
9. 【請求項９】 前記イオン拡散電圧パルスの振幅は、複
   数の電流検出手段によって検出された電流値の差に応じ
   て調整されることを特徴とする請求項８記載の液晶表示
   装置の駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記イオン拡散電圧パルスの振幅は、
    液晶の注入口近傍に形成された電流検出手段によって検
    出された電流値と注入口近傍以外に形成された電流検出
    手段によって検出された電流値の差に応じて調整される
    ことを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置の駆動方
    法。
11. 【請求項１１】 画素電極、走査信号線、映像信号線、
    蓄積容量線及び半導体スイッチ素子を形成したアレイ基
    板と、対向電極を形成した対向基板と、前記アレイ基板
    と前記対向基板の間に挟持された液晶層と、電流検出手
    段とを備えたＯＣＢモード液晶表示装置の駆動方法にお
    いて、前記画素電極と前記対向電極との間に、前記液晶
    層をベンド配向に転移させるための転移用電圧パルスが
    印加された時の電流を前記電流検出手段により検出し、
    前記電流に応じてさらなるパルス電圧であるイオン拡散
    パルスの印加時間が調整されることを特徴とする液晶表
    示装置の駆動方法。
12. 【請求項１２】 前記イオン拡散電圧パルスの印加時間
    は、複数の電流検出手段によって検出された電流値の差
    に応じて調整されることを特徴とする請求項１１記載の
    液晶表示装置の駆動方法。
13. 【請求項１３】 前記イオン拡散電圧パルスの印加時間
    は、液晶の注入口近傍に形成された電流検出手段によっ
    て検出された電流値と、注入口近傍以外に形成された電
    流検出手段によって検出された電流値の差に応じて調整
    されることを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置
    の駆動方法。
14. 【請求項１４】 前記イオン拡散電圧パルスは、転移用
    電圧パルスと正負が逆の極性であることを特徴とする請
    求項７から１３のいずれかに記載の液晶表示装置の駆動
    方法。
15. 【請求項１５】 請求項７から１４のいずれかに記載の
    駆動方法を用いることを特徴とした液晶表示装置。