JP2005292523A - 液晶表示装置およびその駆動方法ならびに電子機器 - Google Patents
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- G09G3/2007—Display of intermediate tones
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Abstract
【課題】高品位の動画表示が可能な配向分割垂直配向型LCDおよびその駆動方法ならびにそのようなLCDを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】本発明による液晶表示装置は、それぞれが、第1電極11と、第1電極11に対向する第2電極12と、第1電極11と第2電極12の間に設けられた垂直配向型液晶層13と、を有する複数の画素を備えている。本発明による液晶表示装置は、さらに、液晶層13の第1電極11側に設けられ、第1の幅W1を有する帯状の第1配向規制手段21と、液晶層13の第2電極12側に設けられ、第2の幅W2を有する帯状の第2配向規制手段22と、第1配向規制手段21と第2配向規制手段22との間に規定され、第3の幅W3を有する帯状の液晶領域13Aとを有しており、第3の幅W3は7μmを超え12μm以下である。
【選択図】図2
【解決手段】本発明による液晶表示装置は、それぞれが、第1電極11と、第1電極11に対向する第2電極12と、第1電極11と第2電極12の間に設けられた垂直配向型液晶層13と、を有する複数の画素を備えている。本発明による液晶表示装置は、さらに、液晶層13の第1電極11側に設けられ、第1の幅W1を有する帯状の第1配向規制手段21と、液晶層13の第2電極12側に設けられ、第2の幅W2を有する帯状の第2配向規制手段22と、第1配向規制手段21と第2配向規制手段22との間に規定され、第3の幅W3を有する帯状の液晶領域13Aとを有しており、第3の幅W3は7μmを超え12μm以下である。
【選択図】図2
Description
本発明は、液晶表示装置およびその駆動方法ならびに電子機器に関し、特に動画を表示する用途に好適に用いられる液晶表示装置およびその駆動方法ならびにそのような液晶表示装置を備えた電子機器に関する。
近年、液晶表示装置(以下、「LCD」と言う。)が広く利用されるようになっている。これまでの主流は、誘電異方性が正のネマチック液晶をツイスト配向させたTN型LCDだった。このTN型LCDには、液晶分子の配向に起因する視角依存性が大きいという問題があった。
そこで視角依存性を改善するために配向分割垂直配向型LCDが開発され、その利用が広まりつつある。例えば特許文献1には、配向分割垂直配向型LCDの1つであるMVA(Multi-domain Vertical Alignment)型LCDが開示されている。このMVA型LCDは、一対の電極間に設けられた垂直配向型液晶層を用いてノーマリーブラック(NB)モードで表示を行うLCDであり、ドメイン規制手段(例えばスリットまたは突起)を設け、それぞれの画素において電圧印加時に液晶分子が複数の異なる方向に倒れる(傾斜する)ように構成されている。
最近では、液晶テレビだけでなく、PC用モニタや携帯端末機器(携帯電話やPDAなど)においても動画情報を表示するニーズが急速に高まっている。LCDで動画を高品位で表示するためには、液晶層の応答時間を短く(応答速度を速く)する必要があり、1垂直走査期間(典型的には1フレーム)内で所定の階調に到達することが要求される。
LCDの応答特性を改善する駆動方法として、表示すべき階調に対応する電圧(所定の階調電圧)よりも高い電圧(「オーバーシュート電圧」という。)を印加する方法(「オーバーシュート駆動」という。)が知られている。オーバーシュート電圧(以下「OS電圧」という。)を印加することによって、中間調表示における応答特性を改善することができる。例えば特許文献2に、オーバーシュート駆動(以下、「OS駆動」という。)されるMVA型LCDが開示されている。
液晶層の応答速度は、印加電圧が低いほど遅い。そのため、これまでは、印加電圧が低いとき(例えば黒表示状態から低輝度中間調表示状態に切替るとき)の応答速度をOS駆動を用いて向上しさえすれば、良好な動画表示を行うことができると考えられてきた。
特許第2947350号公報
特開2000−231091号公報
しかしながら、本願発明者は、上述したMVA型LCDなどの配向分割垂直配向型LCDにおいて、印加電圧が高いとき(例えば黒表示状態から高輝度中間調表示状態や白表示状態に切替るとき)に、液晶層に含まれる液晶分子が特異な挙動を示し、そのために応答速度が低下することを見出した。本願発明者が見出したこの現象に起因する応答速度の低下は、OS駆動を適用しても改善されず、表示品位の低下の原因となる。
本願発明者がこの現象について種々の検討を重ねた結果、この現象は従来のTN型LCDにOS駆動方法を適用した場合には見られない新たな現象であり、配向分割垂直配向型LCDにおいて画素内に線状(帯状)に配置した配向規制手段(ドメイン規制手段)によって配向分割を行っていることに起因していることがわかった。
また、実際のLCDでは、製造プロセス上の要因(例えば基板の貼り合せ工程における位置合わせ誤差)によって配向規制手段の位置が設計上の位置からずれてしまうことがあり、そのずれの大きさが大きいと、上記現象による応答速度の低下が顕著となることもわかった。
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高品位の動画表示が可能な配向分割垂直配向型LCDおよびその駆動方法ならびにそのようなLCDを備えた電子機器を提供することにある。
本発明による液晶表示装置は、それぞれが、第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間に設けられた垂直配向型液晶層と、を有する複数の画素を備え、前記液晶層の前記第1電極側に設けられ、第1の幅を有する帯状の第1配向規制手段と、前記液晶層の前記第2電極側に設けられ、第2の幅を有する帯状の第2配向規制手段と、前記第1配向規制手段と前記第2配向規制手段との間に規定され、第3の幅を有する帯状の液晶領域とを有し、前記第3の幅は7μmを超え12μm以下であり、そのことによって上記目的が達成される。
ある好適な実施形態において、前記第3の幅は10μm以下である。
ある好適な実施形態において、前記第3の幅は9μm以下である。
ある好適な実施形態において、前記第1配向規制手段はリブであり、前記第2配向規制手段は前記第2電極に設けられたスリットである。
ある好適な実施形態において、最低階調に対応する電圧の大きさは1.6V以下である。
ある好適な実施形態において、最低階調に対応する電圧の大きさは1.0V以下である。
ある好適な実施形態において、最低階調に対応する電圧の大きさは0.5V以下である。
ある好適な実施形態において、最高階調に対応する電圧の大きさは6.0V以上である。
ある好適な実施形態において、最高階調に対応する電圧の大きさは7.0V以上である。
ある好適な実施形態において、最高階調に対応する電圧の大きさは8.0V以上である。
ある好適な実施形態において、前記第1の幅は4μm以上20μm以下であり、前記第2の幅は4μm以上20μm以下である。
ある好適な実施形態において、前記液晶層の厚さは3.2μm以下である。
ある好適な実施形態において、前記第1電極が対向電極であり、前記第2電極が画素電極である。
ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記液晶層を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板を有し、前記一対の偏光板の透過軸は互いに略直交し、一方の透過軸は表示面の水平方向に配置され、前記第1配向規制手段および前記第2配向規制手段は、それぞれの延設方向が前記一方の透過軸と略45°を成すように配置されている。
ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、中間調を表示する際に、所定の中間階調に対応する予め決められた階調電圧よりも高いオーバーシュート電圧を印加することができる駆動回路を更に備える。
本発明による液晶表示装置の駆動方法は、上記構成を有する液晶表示装置の駆動方法であって、前の垂直走査期間の表示階調よりも高い中間階調を表示する際に、当該中間階調に対応する予め決められた階調電圧よりも高いオーバーシュート電圧を印加する工程を包含する。
ある好適な実施形態において、前記オーバーシュート電圧は、表示の輝度が1垂直走査期間に相当する時間内に当該中間階調に対応する所定の輝度に到達するように設定されている。
本発明による電子機器は、上記構成を有する液晶表示装置を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
ある好適な実施形態において、本発明による電子機器は、テレビジョン放送を受信する回路をさらに備える。
本発明によると、液晶領域の幅が所定の範囲内に設定されているので、配向分割垂直配向型LCDにおける液晶分子の特異な挙動(後述する「配向ぶれ」)の発生を抑制することができる。そのため、応答特性を改善して動画表示の品位を向上することができる。
以下、図面を参照しながら本発明によるLCDおよびその駆動方法を説明する。
まず、本実施形態における配向分割垂直配向型LCDの基本的な構成を図1(a)から(c)を参照しながら説明する。
配向分割垂直配向型LCD10A、10Bおよび10Cは、第1電極11と、第1電極11に対向する第2電極12と、第1電極11と第2電極12の間に設けられた垂直配向型液晶層13とを有する複数の画素を備える。垂直配向型液晶層13は、電圧無印加時に、誘電異方性が負の液晶分子を第1電極11および第2電極12の面に略垂直(例えば87°以上90°以下)に配向させたものである。典型的には、第1電極11および第2電極12のそれぞれの液晶層13側の表面に垂直配向膜(不図示)を設けることによって得られる。なお、配向規制手段としてリブ(突起)などを設けた場合、液晶分子はリブなどの液晶層側の表面に対して略垂直に配向することになる。
液晶層13の第1電極11側には第1配向規制手段(21、31、41)が設けられており、液晶層11の第2電極12側には第2配向規制手段(22、32、42)が設けられている。第1配向規制手段と第2配向規制手段との間に規定される液晶領域においては、液晶分子13aは、第1配向規制手段および第2配向規制手段からの配向規制力を受け、第1電極11と第2電極12との間に電圧が印加されると、図中に矢印で示した方向に倒れる(傾斜する)。すなわち、それぞれの液晶領域において液晶分子13aは一様な方向に倒れるので、それぞれの液晶領域はドメインとみなすことができる。本明細書における配向規制手段としては、上記特許文献1および2に記載されているドメイン規制手段を用いることができる。
第1配向規制手段および第2配向規制手段(これらを総称して「配向規制手段」と呼ぶことがある。)は各画素内で、それぞれ帯状に設けられており、図1(a)から(c)は帯状の配向規制手段の延設方向に直交する方向における断面図である。各配向規制手段のそれぞれの両側に液晶分子13aが倒れる方向が互いに180°異なる液晶領域(ドメイン)が形成される。
図1(a)に示すLCD10Aは、第1配向規制手段としてリブ21を有し、第2配向規制手段として第2電極12に設けられたスリット(開口部)22を有している。リブ21およびスリット22はそれぞれ帯状(短冊状)に延設されている。リブ21はその側面21aに略垂直に液晶分子13aを配向させることにより、液晶分子13aをリブ21の延設方向に直交する方向に配向させるように作用する。スリット22は、第1電極11と第2電極12との間に電位差が形成されたときに、スリット22の端辺近傍の液晶層13に斜め電界を生成し、スリット22の延設方向に直交する方向に液晶分子13aを配向させるように作用する。リブ21とスリット22とは、一定の間隔をあけて互いに平行に配置されており、互いに隣接するリブ21とスリット22との間に液晶領域(ドメイン)が形成される。
図1(b)に示すLCD10Bは、第1配向規制手段および第2配向規制手段としてそれぞれリブ31とリブ32とを有している点において、図1(a)のLCD10Aと異なる。リブ31とリブ32とは、一定の間隔をあけて互いに平行に配置されており、リブ31の側面31aおよびリブ32の側面32aに液晶分子13aを略垂直に配向させるように作用することによって、これらの間に液晶領域(ドメイン)が形成される。
図1(c)に示すLCD10Cは、第1配向規制手段および第2配向規制手段としてそれぞれスリット41とスリット42とを有している点において、図1(a)のLCD10Aと異なる。スリット41とスリット42とは、第1電極11と第2電極12との間に電位差が形成されたときに、スリット41および42の端辺近傍の液晶層13に斜め電界を生成し、スリット41および42の延設方向に直交する方向に液晶分子13aを配向させるように作用する。スリット41とスリット42とは、一定の間隔をあけて互いに平行に配置されており、これらの間に液晶領域(ドメイン)が形成される。
上述したように、第1配向規制手段と第2配向規制手段として、リブまたはスリットを任意の組み合わせで用いることができる。第1電極11と第2電極12は液晶層13を介して互いに対向する電極であればよく、典型的には一方が対向電極であり、他方が画素電極である。以下では、第1電極11が対向電極であり、第2電極12が画素電極である場合について、第1配向規制手段としてリブ11を有し、第2配向規制手段として画素電極に設けられたスリット22を有するLCD(図1(a)のLCD10Aに対応)を例に本発明の実施形態を説明する。図1(a)に示したLCD10Aの構成を採用すると、製造工程の増加を最小にできるという利点が得られる。画素電極にスリットを設けても付加的な工程は必要なく、一方、対向電極については、リブを設ける方がスリットを設けるよりも工程数の増加が少ない。もちろん、本発明は、配向規制手段としてリブだけを用いる構成、あるいはスリットだけを用いる構成にも適用できる。
本発明者は、種々検討した結果、黒表示状態から高輝度中間調表示状態に切替る際の応答速度が十分ではないという上記の問題は、画素内に帯状に配置した第1配向規制手段および第2配向規制手段によって配向分割を行っていることに起因していることを見出し、第1配向規制手段と第2配向規制手段との間に規定される液晶領域の幅を所定の範囲内に設定することによって、上記問題の発生を抑制できることを見出した。以下にこの問題の原因と本発明のLCDの効果を詳細に説明する。
まず、図2および図3を参照しながら、本発明による実施形態のLCDの基本構成を説明する。図2は本発明によるLCD100の断面構造を模式的に示す部分断面図であり、図3はLCD100の画素部100aの平面図である。LCD100は図1(a)のLCD10Aと同様の基本構成を有するので、共通する構成要素は共通の参照符号で示す。
LCD100は、第1基板(例えばガラス基板)10aと第2基板(例えばガラス基板)10bとの間に垂直配向型液晶層13を有している。第1基板10aの液晶層13側の表面には対向電極11が形成されており、その上にさらにリブ21が形成されている。リブ21上を含む対向電極11の液晶層13側表面のほぼ全面に垂直配向膜(不図示)が設けられている。リブ21は図3に示すように、帯状に延設されており、隣接するリブ21は互いに平行に配設されており、その間隔(ピッチ)Pは一定であり、リブ21の幅(延設方向に直交する方向の幅)W1も一定である。
第2基板(例えばガラス基板)10bの液晶層13側の表面には、ゲートバスライン(走査線)およびソースバスライン(信号線)51とTFT(不図示)が設けられており、これらを覆う層間絶縁膜52が形成されている。この層間絶縁膜52上に画素電極12が形成されている。ここでは、厚さが1.5μm以上3.5μm以下の透明樹脂膜を用いて平坦な表面を有する層間絶縁膜52を設けており、このことによって、画素電極12をゲートバスラインおよび/またはソースバスラインと部分的に重ねて配置することが可能となり、開口率を向上できるという利点が得られる。
画素電極12には帯状のスリット22が形成されており、スリット22を含む画素電極12上のほぼ全面に垂直配向膜(不図示)が形成されている。スリット22は、図3に示すように、帯状に延設されており、隣接するスリット22は互いに平行に配設されており、且つ、隣接するリブ21の間隔を略二等分するように配置されている。スリット22の幅(延設方向に直交する方向の幅)W2は一定である。上述のスリットやリブの形状およびこれらの配置は、製造プロセスのばらつきや、基板を貼り合わせる際の位置合わせ誤差などの影響で、設計値からずれることがあり、上記の説明はこれらを排除するものではない。
互いに平行に延設された帯状のリブ21とスリット22との間に幅W3を有する帯状の液晶領域13Aが規定される。それぞれの液晶領域13Aは、その両側のリブ21およびスリット22によって配向方向が規制されており、リブ21およびスリット22のそれぞれの両側に液晶分子13aが倒れる方向が互いに180°異なる液晶領域(ドメイン)が形成されている。LCD100は、図3に示すように、リブ21およびスリット22は互いに90°異なる2つの方向に沿って延設されており、画素部100Aは液晶分子13aの配向方向が90°異なる4種類の液晶領域13Aを有している。リブ21およびスリット22の配置はこの例に限られないが、このように配置することによって、良好な視野角特性を得ることができる。
また、第1基板10aおよび第2基板10bの両側に配置される一対の偏光板(不図示)は、透過軸が互いに略直交(クロスニコル状態)するように配置される。90°ずつ配向方向が異なる4種類の液晶領域13Aの全てに対して、それぞれの配向方向と偏光板の透過軸とが45°を成すように配置すれば、液晶領域13Aによるリタデーションの変化を最も効率的に利用することができる。そのため、偏光板の透過軸がリブ21およびスリット22の延設方向と略45°を成すように配置することが好ましい。また、テレビのように、観察方向を表示面に対して水平に移動することが多い表示装置においては、一対の偏光板の一方の透過軸を表示面に対して水平方向に配置することが、表示品位の視野角依存性を抑制するために好ましい。
上述の構成を有するMVA型LCD100は、視野角特性に優れた表示を行うことができるが、黒表示状態から高電圧印加状態(高輝度中間調表示状態や白表示状態)へ切替るときに、液晶層に含まれる液晶分子が特異な挙動を示し、そのために応答速度が低下することがある。図4、図5、図6および図7を参照しながら、この現象を詳細に説明する。
図4(a)、図5(a)、図6(a)および図7(a)は、黒表示状態から白表示状態に切り替えたときの透過光強度の時間変化を示すグラフであり、図4(b)、図5(b)、図6(b)および図7(b)は、黒表示状態から白表示状態に切り替えたときの画素部の様子を高速カメラを用いて撮影した連続写真である。グラフの縦軸は、白電圧印加後の定常状態における強度を100%として示している。なお、ここで用いたLCD100の具体的なセルパラメータは、表1に示す通りであり、各図と黒電圧(V0)および白電圧(V255)との対応関係は表2に示す通りである。
図4(b)、図5(b)、図6(b)および図7(b)に示す連続写真からわかるように、電圧印加直後に液晶領域13Aにおいて配向の乱れ(液晶分子のランダムな方向への傾斜)が発生している。この現象を、液晶分子13aが本来配向規制される方向とは異なる方向に倒れることから、「配向ぶれ」と称する。この配向ぶれは、その後徐々に解消されるが、図に示すように、16msec後においても完全には解消されていない。
上述した配向ぶれは、液晶領域13Aが2つの異なる応答速度で特徴付けられる2つの領域を有していることに起因している。液晶領域13Aのうち、リブ21およびスリット22付近の領域(「第1液晶領域R1」とよぶ。)は、リブ21やスリット22による配向規制力の影響を直接受けるため、応答速度が速い。これに対し、液晶領域13Aの中央付近の領域(「第2液晶領域R2」とよぶ。)は、第1液晶領域R1よりも応答速度が遅い。そのため、電圧印加時には、まず、第1液晶領域R1の液晶分子13aが、配向規制手段による配向規制方向に傾斜し、その後、第2液晶領域R2の液晶分子13aが第1液晶領域R1の液晶分子13aの配向と整合するように傾斜する。ところが、印加電圧が高いと、液晶分子13aを傾斜させるトルクが強く作用するため、第2液晶領域R2の液晶分子13aが電圧印加直後にランダムな方向(配向膜表面の微細な凹凸などによって決定される)に傾斜してしまう。ランダムな方向に倒れた液晶分子13aは、その後、第1液晶領域R1の液晶分子13aの配向方向と整合するようにゆっくりと配向の方位角方向を変化させる。
なお、上記の説明では、説明の簡単さのために2つの液晶領域を用いて配向ぶれを説明したが、ここで例示したLCD100では第1配向規制手段(リブ21)と第2配向規制手段(スリット22)とが応答速度に対して与える影響の程度が互いに異なるので、厳密には応答速度が互いに異なる3つの液晶領域が形成される。
このように、印加電圧が高いと、第2液晶領域R2の液晶分子13aは、まず、電圧印加直後に電界効果によって一旦倒れ込み(配向ぶれ)、その後、配向の連続性を保つために配向の方位角方向をゆっくりと変化させるという2段階の応答挙動を示す。そのため、液晶領域13A全体としては応答速度が低下してしまう。
上述したように、配向ぶれは、高い電圧が印加されることによって発生するので、図4と図5あるいは図6と図7との比較からもわかるように、配向ぶれの発生およびそれによる応答速度の低下は、白電圧が高いほど顕著となる。従って、白電圧を高くすれば応答特性が改善されるという一般的な認識とは逆に、白電圧を高くしても応答速度が向上せず、むしろ応答速度が低下するという現象が起こり得るのである。図4から図7には、白表示状態への切り替えの場合を示したが、高輝度中間調表示状態への切り替えの場合にも同様のことが言え、その場合、OS駆動を適用しても応答速度を十分に向上することはできない。
また、図4と図6あるいは図5と図7とを比較すればわかるように、黒電圧が低いほど応答速度は遅い。これは、黒電圧が低いほど、黒表示状態において液晶分子13aがより垂直に配向するからである。逆に、黒電圧を高くして、黒表示状態においてもわずかに液晶分子13aを傾斜させておくと、応答速度を速くすることができるが、その場合、液晶分子13aが傾斜していることによってコントラスト比が低下してしまう。近年、液晶表示装置にはより高いコントラスト比が求められているが、黒電圧を低くすることによってコントラスト比を向上させると、上述したように応答速度の低下を招いてしまう。
このように、白電圧を高くしたり、黒電圧を低くしたりすると、応答速度の低下を招き、この応答速度の低下はOS駆動を行っても十分に改善することはできない。また、LCDの動作温度が変わると、液晶材料の粘度などの物性が変化する結果、LCDの応答特性が変化することになる。動作温度が低いほど応答特性は低下し、逆に動作温度が高いほど応答特性は向上する。従来の配向分割垂直配向型LCDでは、パネル温度が5℃では十分な応答特性が得られなかった。
OS駆動方法はTN型LCDにも適応されているが、TN型LCDでは上述の配向ぶれは見られない。TN型LCDにおける配向分割は、異なる方向にラビング処理された配向膜によって各液晶領域(ドメイン)における液晶分子の配向方向を規制することによって達成されており、分割された領域全体に配向膜から面状に(2次元的に)配向規制力を与えている。従って、それぞれの液晶領域には応答速度の分布が発生しない。これに対し、配向分割垂直配向型LCDにおいては、線状(1次元的)に設けられた配向規制手段によって配向分割を行っているために、配向規制手段の配向規制力の違いだけで無く、配向規制手段からの距離によって応答速度の異なる領域が形成される。
また、本願発明者が検討したところによれば、製造プロセス上の要因(例えば基板の貼り合せ工程における位置合わせ誤差)によって配向規制手段の位置が設計上の位置からずれると、配向ぶれによる応答速度の低下がより顕著となることもわかった。
図2および図3に示した基本構成を有するMVA型LCDを作製し、リブ21の位置ずれの大きさ(「リブずれ量」と称する)を変えて(すなわち意図的にリブの位置をずらして)応答時間(ms)を測定した結果を図8に示す。ここでの応答時間は、白表示状態の透過率を100%としたときに透過率が0%から90%に到達するまでに要する時間である。図8(a)は白電圧(ここでは255階調に対応した電圧でありV255と表記する)が6.0V、図8(b)は白電圧が7.0V、図8(c)は白電圧が8.0Vのときの結果をそれぞれ示している。また、それぞれのグラフ中には、黒電圧(0階調に対応した電圧でありV0と表記する)が0.5V、1.0V、1.6Vのときの結果を示している。ここで用いたLCDのセルパラメータは表3に示す通りである。
なお、本願明細書における「リブずれ量」は、リブ21の延びる方向に直交する方向に沿ったずれの大きさとして規定される。従って、Xμmのリブずれが生じると、リブ21を介して互いに隣接する2つの液晶領域の幅W3には2Xμmの差が生じる。例えばここで用いたLCDでは、リブずれがないときの液晶領域幅W3が11μmであるので、リブずれ量が2μmである場合、そのリブを介して隣接する2つの液晶領域の幅W3は、それぞれ9μm、13μmとなる。
まず、図8から分かることは、リブずれ量と応答時間との間に相関関係があることである。より具体的には、リブずれ量が大きいほど、応答時間が増加する、すなわち応答特性が低下していることが分かる。また、図8(a)、(b)および(c)を互いに比較すると、白電圧が6.0Vの場合よりも、白電圧が7.0V、8.0Vの場合の方が応答時間が長く、応答特性が低いことがわかる。これは、印加電圧が高いほど応答特性が高くなるという一般的な認識とは逆の現象である。
本願発明者は、配向ぶれに起因した応答特性の低下がリブずれによってさらに顕著となることを抑制するために、セルパラメータ(液晶層厚さd、液晶材料のΔε(誘電率異方性)、リブ幅W1、スリット幅W2、液晶領域幅W3およびリブ高さなど)を変えて、図2および図3に示した基本構成を有するMVA型LCDを作製し、その応答特性を評価した。
その結果、液晶材料のΔε、液晶層厚さd、リブ幅W1、リブ高さ、スリット幅W2を変化させたときの応答特性の変化は微小であり、これらを調整することによって得られる応答速度の改善効果はいずれも小さかった。これに対し、液晶領域幅W3を狭くすると応答特性を大きく改善できることが分かった。以下に評価結果の一部を示す。
まず、図9(a)〜(f)に、液晶領域幅W3が8.0μm、11μm、16μmおよび19μmの場合について、リブずれ量(μm)を変えて階調到達率(%)を測定した結果を示す。「階調到達率」は、電圧印加後1垂直走査期間(ここでは16.7msec)に相当する時間が経過したときの透過率の、目標階調に対応した透過率に対する比率であり、応答特性を表すパラメータである。ここでは、初期状態が黒表示状態であり目標階調が最高階調(白表示状態)である場合の階調到達率を示している。ここで用いたLCDのセルパラメータは表4に示す通りであり、図9(a)〜(c)はいずれも5℃における測定結果を示している。また、各図と黒電圧(V0)および白電圧(V255)との対応関係は、表5に示す通りである。
既に、リブずれ量と応答時間との間に相関関係があることがわかったことを述べたが、図9(a)〜(f)から、リブずれ量と階調到達率との間にも相関関係があり、リブずれ量が大きいほど、階調到達率が減少することが分かる。また、図9(a)〜(f)から、液晶領域幅W3と階調到達率との間に強い相関関係があることがわかる。さらに、液晶領域幅W3を小さくすることによって、階調到達率が増加する、すなわち応答特性が改善されることが分かる。
また、図9(a)〜(f)から、黒電圧が低い方が階調到達率が低く、白電圧が高い方が階調到達率が低いことがわかる。つまり、黒電圧が低いほど、また、白電圧が高いほど、高い階調到達率を実現するには厳しい条件であるといえる。なお、図9(a)〜(f)中に示す液晶領域幅W3は、リブずれがない場合の値(つまり設計値)であり、リブずれ量がゼロでない場合には真の値ではないことに注意されたい。
OS駆動を行う場合、階調到達率が75%以上であることが好ましい。以下にその理由を説明する。
OS駆動を行う場合、良好な表示を行うためには、目標階調の変化に対応してOS電圧の大きさ(レベル)が連続的に変化することが好ましい。なお、OS電圧の大きさ(レベル)を階調で表現したものを「OS階調」と呼ぶ。例えば「OS階調が128である」とは、OS電圧として、128階調の階調電圧と同じ大きさ(レベル)の電圧を印加することを意味している。
白表示(最高階調表示)状態の透過率の75%に相当する透過率は、γ2.2で0階調(黒)〜255階調(白)の階調表示を行ったときの224階調に対応している。そのため、階調到達率が75%未満であると、0階調から224階調へと表示を切替える場合には、OS電圧として最高階調電圧(OS階調255)を印加しても、1垂直走査期間内で224階調に対応した透過率に到達できない。従って、224階調未満のある階調から255階調までの目標階調についてOS階調をすべて255と設定する必要があり、その階調から255階調までOS階調の変化の連続性が損なわれることになる。これに対し、階調到達率が75%以上であると、少なくとも0階調から224階調までOS階調が連続的に変化するため、実用上問題なく表示を行うことができる。
図10に、あるセルパラメータのLCDにおいて階調到達率が44.6%、78.5%、88.6%、91.6%の場合について、0階調から所定の目標階調に遷移させるときの目標階調とOS階調との関係を示す。図10に示すように、階調到達率78.5%、88.6%、91.6%の場合には、OS階調が連続的に変化しているのに対して、階調到達率44.6%の場合には、192階調以上の階調でOS階調が飽和しており(OS階調の「つぶれ」)、OS電圧の変化の連続性が損なわれている。
上述したように、階調到達率を75%以上とすることによって、OS駆動を適用したときの表示を良好に行うことができる。なお、階調到達率が高いほどより高い階調までOS階調の連続性を保つことができ、より良好な表示を行うことができる。そのため、階調到達率は75%以上でより高いほど好ましい。
また、本願発明者の検討したところによれば、リブずれ量は7μm以下であることが好ましい。液晶分子13aの配向方向が90°異なる4種類の液晶領域13Aは、典型的には画素内で互いに面積がほぼ等しくなるように設計されているが、リブずれが発生すると、これらの面積に差が生じてしまう。そのため、リブずれ量が大きいと、違和感のある表示となってしまうことがある。このような違和感の発生を抑制する観点からは、リブずれ量が7μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。
従って、リブずれ量が7μm以下の範囲内で、階調到達率を75%以上とすれば、良好な動画表示を行うことができる。リブずれ量が7μm以下の範囲内で階調到達率75%以上を実現するための液晶領域幅W3について以下に説明する。
図11、図12および図13に、リブずれ量3μm、5μm、7μmの場合について、液晶領域幅W3を変えて階調到達率(%)を測定した結果を示す。ここで用いたLCDのセルパラメータは表3に示したものと同じであり、各図と黒電圧(V0)および白電圧(V255)との対応関係は、表6に示す通りである。
図11、図12および図13に示す結果から、リブずれ量7μm以下の範囲内で階調到達率75%以上を実現するための液晶領域幅W3は表7に示す通りであることが分かる。
従来のMVA型LCDは、黒電圧1.6V程度、白電圧6.0V程度の条件で駆動されることが多かった。表6に示すように、液晶領域幅W3を12μm以下とすることによって、黒電圧0.5V、白電圧6.0Vの条件で7μm以下のリブずれが発生しても階調到達率を75%以下とすることができる。従って、従来よりもコントラスト比が高く、且つ、応答特性の高い、高品位の動画表示を行うことができる。また、液晶領域幅W3を10μm以下とすることによって、黒電圧0.5V、白電圧7.0Vの条件で7μm以下のリブずれが発生しても階調到達率を75%以下とすることができ、より応答特性を向上することができる。さらに、液晶領域幅W3を9μm以下とすることによって、黒電圧0.5V、白電圧8.0Vの条件で7μm以下のリブずれが発生しても階調到達率を75%以下とすることができ、よりいっそう応答特性を向上することができる。
なお、表7から、従来よりも低い黒電圧(例えば1.0V)で階調到達率を75%以上とするには液晶領域幅W3を14μm以下とすればよく、従来よりも高い白電圧(例えば7.0V)で階調到達率を75%以上とするには液晶領域幅W3を13μm以下とすればよいこともわかる。
現在市販されているMVA型LCD(図1(c)に示したPVA型LCDを含む。)の液晶領域幅W3は15μmより大きく、上記の結果に基づくと、パネル温度5℃において従来よりも黒電圧が低い条件や白電圧が高い条件で駆動すると、リブずれ量7μm以下の範囲内で階調到達率が75%に満たないことがある。
次に、液晶領域幅W3を小さくすることによって応答特性が改善される理由を説明する。
配向ぶれの発生は、液晶領域13A内に、応答速度の速い第1液晶領域R1と応答速度の遅い第2液晶領域R2とが存在していることに起因していることを既に述べた。配向規制手段近傍に位置する第1液晶領域R1の幅(ここでは定量的にあらわすことはしない)は、配向規制手段の配向規制力の強さに依存して決定されるので、配向規制手段の配向規制力が一定(例えば配向規制手段のサイズが一定)であれば、液晶領域幅W3が変化してもほとんど変化しないと考えられる。従って、液晶領域幅W3を狭くすると、専ら第2液晶領域R2の幅が狭くなる。そのため、液晶領域幅W3を狭くすると、応答速度の遅い第2液晶領域R2の幅が狭くなり、そのことによって配向ぶれが抑制され、液晶領域13A全体としての応答速度が向上する。
図14から図17に、液晶領域幅W3を所定の幅以下とすることによって配向ぶれが抑制される様子を示す。図14(a)、図15(a)、図16(a)および図17(a)は、黒表示状態から白表示状態に切り替えたときの透過光強度の時間変化を示すグラフであり、図14(b)、図15(b)、図16(b)および図17(b)は、黒表示状態から白表示状態に切り替えたときの画素部の様子を高速カメラを用いて撮影した連続写真である。ここで用いたLCD100の具体的なセルパラメータは、液晶領域13Aの幅W3が8μmである点以外は、表1に示したセルパラメータと同じである。また、各図と黒電圧(V0)および白電圧(V255)との対応関係は表8に示す通りである。つまり、図14から図17は、図4から図7にそれぞれ対応している。
図14から図17と図4から図7とを比較すればわかるように、液晶領域幅W3が8μmである場合には、液晶領域幅W3が19μmである場合よりも配向ぶれが抑制されており、応答特性が向上している。
上述したように、液晶領域幅W3を狭くすることによって配向ぶれを抑制し、応答特性を改善することができる。従って、良好な動画表示が可能なLCDが提供される。ただし、液晶領域幅W3が狭すぎると、大きなリブずれが発生したときには、リブ21とスリット22とが重なってしまい、本来リブ21とスリット22との間に形成される液晶領域13Aが形成されないことがある。そのため、液晶領域幅W3は、7μmのリブずれが発生しても、液晶領域13Aが確実に形成されるように、7μmを超えることが好ましい。また、リブ幅W1およびスリット幅W2が4μmを下回ると。LCDの製造が困難となるので、リブ幅W1およびスリット幅W2は4μm以上であることが好ましい。リブ幅W1およびスリット幅W2は典型的には20μm以下である。
なお、図2および図3から分かるように、MVA型LCDにおいて、液晶領域幅W3を小さくするということは、開口率:{(画素面積−リブ面積−スリット面積)/画素面積}を低下させることになるので、単純に考えると、表示輝度が低下するようにも思われる。
しかしながら、今回の一連の検討で明らかになったのであるが、本実施形態のMVA型LCDは、液晶領域幅W3を従来よりも狭くしたにも関わらず、表示輝度が低下しなかった。これは、液晶領域幅W3を従来よりも狭くすることによって、画素の単位面積当たりの透過率(以下、「透過効率」という。)が向上するという予想外の効果によるものである。透過効率は、画素の透過率を実測し、この値を開口率で除することによって求められる。
液晶領域幅W3を狭くすると、透過効率が向上する理由を図18を参照しながら説明する。図18は、スリット22の近傍の液晶領域13Aにおける液晶分子13aの配向の様子を模式的に示している。液晶領域13A内の液晶分子13aのうち、帯状に延びる液晶領域13Aの端辺(長辺)13Xの近傍の液晶分子13aは、斜め電界の影響を受けて、長辺13Xに垂直な面内で傾く。これに対し、液晶領域13Aの長辺13Xと交差する端辺(短辺)13Yの近傍で斜め電界の影響を受ける液晶分子13aは、長辺13Xの近傍の液晶分子13aとは異なる方向に傾く。すなわち、液晶領域13Aの短辺13Yの近傍の液晶分子13aは、スリット22による配向規制力によって規定される所定の配向方向と異なる方向に傾き、液晶領域13Aの液晶分子13aの配向を乱すように作用することになる。液晶領域13Aの幅W3が狭くなる(すなわち短辺の長さ/長辺の長さが小さくなる)と、液晶領域13A中の液晶分子13aの内、スリット22の配向規制力の影響を受けて所定の方向に傾く液晶分子13aの割合が増加することになり、透過効率が上昇する。従って、液晶領域幅W3を狭くすることによって、液晶領域13A内の液晶分子13aの配向を安定化する効果が得られ、その結果、透過効率が向上する。
種々検討した結果、液晶領域幅W3を狭くすることによる配向安定化効果(透過効率向上効果)は、液晶層厚さdが小さい、例えば3.2μm以下のときに顕著となることがわかった。液晶層厚さdが小さくなると、スリット22による斜め電界の作用が強くなる反面、画素電極12の周辺に設けられるゲートバスラインやソースバスラインからの電界の影響や、あるいは隣接する画素電極からの電界の影響を受けるようになる。これらの電界は液晶領域13A内の液晶分子13aの配向を乱すように作用する。従って、液晶領域13A内の液晶分子13aの配向が乱れやすい、液晶層厚さdが小さい場合に、上記配向安定化の効果が顕著になると考えられる。
なお、本実施形態で例示したLCDは、図2に示したように、ゲートバスラインやソースバスライン51上を覆う比較的厚い層間絶縁膜52上に画素電極12が形成されている。図19(a)および(b)を参照しながら、層間絶縁膜52による液晶分子13aの配向に対する影響を説明する。
図19(a)に示すように、本実施形態のLCDが有する層間絶縁膜52は比較的厚く(例えば厚さ約1.5μm以上約3.5μm以下)形成されている。従って、画素電極12とゲートバスラインやソースバスライン51とが層間絶縁膜52を介して部分的に重なってもこれらの間に形成される容量は小さく、表示品位に影響しない。また、隣接する画素電極12間に存在する液晶分子13aの配向に影響する電界は、図中に電気力線で模式的に示したように、対向電極11と画素電極12との間に生成される斜め電界がほとんどであり、ソースバスライン51の影響はほとんど受けない。
これに対し、図19(b)に模式的に示すように、比較的薄い層間絶縁膜(例えば、厚さ数百nmのSiO2膜)52’が形成されている場合、例えばソースバスライン51と画素電極12が層間絶縁膜52’を介して部分的に重なると比較的大きな容量が形成され、表示品位が低下するので、これを防止するために、画素電極12とソースバスライン51とが重ならないように設ける。この場合、隣接する画素電極12間に存在する液晶分子13aは、図中に電気力線で示したように、画素電極12とソースバスライン51との間に生成される電界の影響を大きく受け、画素電極12の端部の液晶分子13aの配向が乱れることになる。
図19(a)および(b)の比較から明らかなように、例示した実施形態のLCDのように比較的厚い層間絶縁膜52を設けると、液晶分子13aがゲートバスラインやソースバスラインによる電界の影響を受けず、配向規制手段によって液晶分子13aを所望の方向に良好に配向させることができるという利点が得られる。また、このように比較的厚い層間絶縁膜52を設けることによって、バスラインからの電界の影響が小さくなるので、液晶層の厚さを小さくすることによる配向安定化効果が顕著に発揮される。
なお、本発明は、例示したLCD100に限定されず、帯状の第1配向規制手段と帯状の第2配向規制手段とを用いて配向規制を行う配向分割垂直配向型LCDに広く用いられる。配向分割垂直配向型LCDにおいて、液晶領域の幅を所定の値以下とすることによって、配向ぶれを抑制することができる。そのため、パネル温度5℃における階調到達率を75%以上とすることができ、良好な動画表示を行うことができる。
本発明は、図1(b)や図1(c)に示すLCDにも用いることができるし、例えば、図20に示すMVA型LCDのように、櫛形の平面形状を有する配向規制手段を用いることもできる。図20に示した画素200aを有するMVA型のLCDは、画素電極72と、画素電極72に設けた開口部62と、画素電極72に垂直配向型液晶層を介して対向する対向電極(不図示)に設けられたリブ(突起)61とによって、液晶層を配向分割している。リブ61は先の実施形態のMVA型LCDと同様に一定の幅W1を有する帯状の形状を有しているが、開口部62は、帯状の幹部62aと幹部62の延設方向に直交する方向に延びる枝部62bとを有している。帯状のリブ61と帯状の幹部62aとは互いに平行に配置されており、この間に幅W3の液晶領域が規定されている。開口部62の枝部62bは液晶領域の幅方向に延びており、開口部62は全体として櫛形の平面形状を有している。特開2002−107730号公報に記載されているように、開口部62を櫛形にすることによって、斜め電界を受ける液晶分子の割合が増えるので応答特性を改善することができる。しかしながら、液晶分子の応答速度の分布は、リブ61と開口部62の幹部62aとの距離によって第一義的に影響を受けるので、開口部62に枝部62bを設けても、上述した応答速度の遅い第2液晶領域がリブ61と開口部62の幹部62aとの間に形成される。
従って、画素200aを有するMVA型LCDにおいても、上述した実施形態のLCDと同様に幅W3を設定することによって、同様の効果を得ることができる。
本発明によるLCDは、配向ぶれを抑制することができるので、OS駆動を好適に用いることができ、OS駆動することによって、優れた動画表示特性を発揮する。従って、例えば、テレビジョン放送を受信する回路をさらに設けることによって、高品位の動画表示が可能な液晶テレビとして好適に用いることができる。なお、OS駆動を実現するためには、公知の方法を広く適用することが可能であり、所定の中間階調に対応する予め決められた階調電圧よりも高いOS電圧(階調電圧を用いることも出来る)を印加することができる駆動回路を更に設けても良いし、あるいはソフト的にOS駆動を実行することもできる。OS電圧は、典型的には、表示の輝度が1垂直走査期間に相当する時間内に目標中間階調に対応する所定の輝度に到達するように設定される。
本発明によると、高品位の動画表示が可能な配向分割垂直配向型LCDおよびその駆動方法が提供される。本発明によるLCDは、例えば、テレビジョン放送を受信する回路を備える液晶テレビとして好適に用いられる。また、パーソナルコンピュータやPDAなど動画を表示する用途に用いられる電子機器に好適に用いられる。
11 第1電極
12 第2電極
13 液晶層
13A 液晶領域
13a 液晶分子
21 第1配向規制手段(リブ)
22 第2配向規制手段(リブ)
12 第2電極
13 液晶層
13A 液晶領域
13a 液晶分子
21 第1配向規制手段(リブ)
22 第2配向規制手段(リブ)
Claims (19)
- それぞれが、第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間に設けられた垂直配向型液晶層と、を有する複数の画素を備え、
前記液晶層の前記第1電極側に設けられ、第1の幅を有する帯状の第1配向規制手段と、
前記液晶層の前記第2電極側に設けられ、第2の幅を有する帯状の第2配向規制手段と、
前記第1配向規制手段と前記第2配向規制手段との間に規定され、第3の幅を有する帯状の液晶領域とを有し、
前記第3の幅は7μmを超え12μm以下である液晶表示装置。 - 前記第3の幅は10μm以下である請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第3の幅は9μm以下である請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向規制手段はリブであり、前記第2配向規制手段は前記第2電極に設けられたスリットである請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 最低階調に対応する電圧の大きさが1.6V以下である請求項1から4のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 最低階調に対応する電圧の大きさが1.0V以下である請求項5に記載の液晶表示装置。
- 最低階調に対応する電圧の大きさが0.5V以下である請求項6に記載の液晶表示装置。
- 最高階調に対応する電圧の大きさが6.0V以上である請求項1から7のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 最高階調に対応する電圧の大きさが7.0V以上である請求項8に記載の液晶表示装置。
- 最高階調に対応する電圧の大きさが8.0V以上である請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記第1の幅が4μm以上20μm以下であり、前記第2の幅が4μm以上20μm以下である、請求項1から10のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層の厚さが3.2μm以下である請求項1から11のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記第1電極が対向電極であり、前記第2電極が画素電極である、請求項1から12のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板を有し、前記一対の偏光板の透過軸は互いに略直交し、一方の透過軸は表示面の水平方向に配置され、前記第1配向規制手段および前記第2配向規制手段は、それぞれの延設方向が前記一方の透過軸と略45°を成すように配置されている、請求項1から13のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 中間調を表示する際に、所定の中間階調に対応する予め決められた階調電圧よりも高いオーバーシュート電圧を印加することができる駆動回路を更に備える、請求項1から14のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 請求項1から15のいずれかに記載の液晶表示装置の駆動方法であって、前の垂直走査期間の表示階調よりも高い中間階調を表示する際に、当該中間階調に対応する予め決められた階調電圧よりも高いオーバーシュート電圧を印加する工程を包含する、液晶表示装置の駆動方法。
- 前記オーバーシュート電圧は、表示の輝度が1垂直走査期間に相当する時間内に当該中間階調に対応する所定の輝度に到達するように設定されている、請求項16に記載の液晶表示装置の駆動方法。
- 請求項1か15のいずれかに記載の液晶表示装置を備える電子機器。
- テレビジョン放送を受信する回路をさらに備える、請求項18に記載の電子機器。
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