JP2006284787A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な駆動回路が不要であり、応答特性が優れた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】画素毎に画素電極１２０が設けられたＴＦＴ基板１１０と、コモン電極１３３が設けられた対向基板１３０と、ＴＦＴ基板１１０及び対向基板１３０間に封入された液晶１４０とを有する液晶表示装置において、画素電極１２０に印加する電圧が第１の電圧（例えば黒表示電圧）から第２の電圧（例えば白表示電圧）に変化したときに、液晶分子の配向状態の変化に伴って透過率が最大透過率まで上昇した後に、第２の電圧に応じた安定時の透過率まで減少することを利用して、応答時間（立ち上がり時間）の短縮を図る。
【選択図】図１６

Description

本発明はパーソナルコンピュータ用ディスプレイ、テレビ及び投射型プロジェクタ等に使用される液晶表示装置に関し、特に応答特性が優れていて動画の表示に好適な液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、各種電子機器に広く利用されている。特に、画素毎にスイッチング素子としてＴＦＴ(Thin Film Transistor ：薄膜トランジスタ）が設けられたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、表示品質の点でもＣＲＴ(Cathode-Ray Tube)に匹敵するほど優れているため、パーソナルコンピュータ用ディスプレイだけでなく、テレビや投射型プロジェクタ等にも使用されている。

一般的な液晶表示装置は、相互に対向して配置された２枚の基板の間に液晶を封入した構造を有している。一方の基板にはＴＦＴ及び画素電極等が形成され、他方の基板にはカラーフィルタ及びコモン（共通）電極等が形成されている。以下、ＴＦＴ及び画素電極等が形成された基板をＴＦＴ基板と呼び、ＴＦＴ基板に対向して配置される基板を対向基板と呼ぶ。また、ＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶を封入してなる構造物を液晶パネルと呼ぶ。

液晶パネルの厚さ方向の両側にはそれぞれ偏光板が配置される。画素電極とコモン電極との間に電圧を印加して液晶分子の配向状態を変化させることにより、これら２枚の偏光板を透過する光の量を調整することができる。

従来は、２枚の基板間に誘電率異方性が正の液晶を封入し、液晶分子をツイスト配向させるＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶表示装置が広く使用されていた。しかし、ＴＮ型液晶表示装置には視野角特性が悪く、画面を斜め方向から見たときにコントラストや色調が大きく変化するという欠点がある。このため、視野角特性が良好なＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment ）型液晶表示装置が開発され、実用化されている。

ＭＶＡ型液晶表示装置では、２枚の基板間に誘電率異方性が負の液晶を封入し、電圧印加時に１画素内に液晶分子の配向方向が相互に異なる複数の領域（ドメイン）が形成されるように配向制御用構造物を設けている。配向制御用構造物としては、例えば誘電体からなる突起や電極のスリットが用いられる。特開２００３−１９５３２８号公報及び特開２００３−３３００４３号公報には、画素電極に設けられたスリットを配向制御用構造物とした液晶表示装置の例が記載されている。

図１は、液晶表示装置の１画素分の等価回路図である。この図１に示すように、液晶表示装置の１画素は、ＴＦＴ１０と、液晶セルＣ_LCと、補助容量Ｃｓとにより構成されている。液晶セルＣ_LCは、画素電極と、コモン電極と、それらの間の液晶とにより構成されている。

ＴＦＴ１０はゲートバスライン１１に供給される走査信号によりオン−オフし、ＴＦＴ１０がオンになるとデータバスライン１２から液晶セルＣ_LC及び補助容量Ｃｓに表示信号（表示電圧）が供給される。その後、ＴＦＴ１０がオフになっても、液晶セルＣ_LC及び補助容量Ｃｓに保持された電圧が液晶に印加される。

液晶表示装置では、画素電極とコモン電極との間に電圧が印加されてから画素内の全ての液晶分子が電圧に応じた所定の方向に配向するまでには時間がかかる。また、液晶分子は誘電率異方性を有しているため、電圧を印加してから全ての液晶分子が所定の方向に配向するまでの間に液晶セルＣ_LCの容量値が変化し、その結果液晶に印加される電圧が低下してしまう。そこで、図１に示すように液晶セルＣ_LCに並列に補助容量Ｃｓを接続して、液晶に印加される電圧の変化を小さくしている。

しかし、従来の液晶表示装置は応答特性が十分でなく、動画を表示すると残像が発生するという問題があった。図２は、横軸に１回目の表示信号を印加してからの時間をとり、縦軸に透過率（輝度）をとって、従来の液晶表示装置の応答特性を示す図である。この図２に示すように、従来の液晶表示装置では、黒表示の状態から白表示の状態に変化するときに、１回目の表示信号の印加では所望の透過率に到達せず、２回目の表示信号の印加で所望の透過率に到達するものが多い。一般的に、白表示時の透過率を１００％としたときに、応答時間は、透過率が１０％から９０％まで変化するのに要する時間（立ち上がり時間）τｒと、透過率が９０％から１０％まで変化するのに要する時間（立ち下がり時間）τｆとにより定義される。

液晶表示装置の応答特性を改善するためには、液晶材料を改良することが考えられる。しかし、現状では、液晶表示装置に使用したときに十分な応答特性を示し、且つ表示性能と長期間に亘る信頼性とをいずれも満足する液晶材料は得られていない。

補助容量Ｃｓの容量値を大きくして液晶分子の誘電率異方性に起因する印加電圧の低下を抑制することも考えられる。しかし、通常、補助容量Ｃｓを構成する電極は金属により形成されているので、容量値を大きくするために電極を大きくすると、開口率が減少して画面が暗くなってしまう。

そこで、駆動方法を工夫して応答特性を改善するオーバードライブと呼ばれる技術が開発されている。この技術は、黒表示から中間調表示に変化するときに、黒表示電圧（低電圧）→白表示電圧（高電圧）→中間調表示電圧（中間電圧）というように３段階に電圧を変化させることにより、液晶分子の状態変化を加速するものである。
特開２００３−１９５３２８号公報 特開２００３−３３００４３号公報 特開２００３−１７２９１５号公報

しかしながら、オーバードライブでは、データバスラインに供給する電圧を黒表示電圧→白表示電圧→中間調表示電圧というように３段階に変化させる必要があり、駆動回路が複雑になるという欠点がある。また、黒表示から中間調表示に変化させるときにはオーバードライブにより応答時間を短縮することができるが、黒表示から白表示に変化させるときには, 白表示時よりも高い電圧を印加することができないため、応答時間を短縮することはできない。

特開２００３−１７２９１５号公報には、黒表示から白表示に変化させるときに白表示電圧（最高階調電圧）よりも高い電圧を印加することが記載されている。しかし、その場合も表示電圧を３段階に変化させる必要がある。また、耐電圧が高いＴＦＴを形成することが必要となり、設計の変更や工程の変更が必要になるという問題も発生する。

以上から、本発明の目的は、複雑な駆動回路が不要であり、応答特性が優れた液晶表示装置を提供することである。

上記した課題は、画素毎に画素電極が設けられた第１の基板と、コモン電極が設けられ、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１及び第２の基板間に封入された液晶とを有する液晶表示装置において、前記画素電極に印加する電圧が第１の電圧から第２の電圧に変化したときに、液晶分子の配向状態の変化に伴って透過率が最大透過率まで上昇した後、前記第２の電圧に応じた安定時の透過率まで減少することを特徴とする液晶表示装置により解決する。

本願発明者等は、液晶層に電圧を印加してから配向が安定するまでの間の液晶分子の挙動をシミュレーションした結果、液晶分子の配向が安定したときの透過率よりも配向が安定する直前の透過率のほうが高くなることがあることが判明した。この現象（以下、オーバーシュートと呼ぶ）を利用することにより、オーバードライブのような特別の駆動回路を使用しなくても、応答時間（立ち上がり時間τｒ）の短縮を図ることができる。

次に、本願発明者等は、オーバーシュートが発生する条件について種々研究を行った。その結果、ＭＶＡ型液晶表示装置の場合、配向規制用構造物（画素電極又はコモン電極のスリットや、誘電体からなる土手状の突起等）の間隔を一定の値以下にすることにより、オーバーシュートが発生することが判明した。また、配向規制用構造物がスリットの場合はスリットの幅を一定の範囲に設定したり、配向規制用構造物が突起の場合は突起の高さや幅を一定の範囲に設定することによっても、オーバーシュートを発生させることができることが判明した。これらの条件を適切に設定することにより、オーバーシュートの程度（オーバーシュート率）を制御することも可能である。また、配向膜に所定の配向処理を施すことによっても、オーバーシュートを発生させることができる。

このように、本実施形態においては、液晶層に電圧を印加してから配向が安定するまでの間に、液晶分子の配向状態の変化に伴って透過率が最大透過率まで上昇した後に第２の電圧に応じた安定時の透過率まで減少する現象（オーバーシュート）を利用して応答時間の短縮を図るので、オーバードライブと異なり複雑な駆動回路が不要である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本願発明者等は、ＭＶＡ型液晶表示装置において、液晶層に電圧を印加してから配向が安定するまでの間の液晶分子の挙動をシミュレーションした。その結果、ＭＶＡ型液晶表示装置では、液晶分子の配向が安定したときの透過率（輝度）よりも、安定する直前の透過率のほうが高くなる現象（オーバーシュート）があることが判明した。本発明では、オーバーシュートを利用して液晶表示装置の応答時間の短縮を図る。

オーバーシュートを説明する前に、ＭＶＡ型液晶表示装置について簡単に説明する。図３は、ＭＶＡ型液晶表示装置の一例を示す模式図である。ＭＶＡ型液晶表示装置では、液晶パネルを構成する２枚の基板のうちの一方の基板に画素電極２１が形成され、他方の基板にコモン電極２２が形成されている。また、液晶パネルの厚さ方向の両側にはそれぞれ偏光板（図示せず）がその吸収軸を相互に直交させて配置されている。

画素電極２１には配向制御用構造物としてスリット２１ａが設けられており、コモン電極２２の上（図３では下側）には配向制御用構造物として誘電体からなる土手状の突起２３が設けられている。また、画素電極２１とコモン電極２２との間には誘電率異方性が負の液晶が封入されている。これらの画素電極２１、コモン電極２２及び突起２３の表面は、ポリイミド等からなる垂直配向膜（図示せず）に覆われている。

このようなＭＶＡ型液晶表示装置において、画素電極２１とコモン電極２３との間に電圧が印加されていない状態では、液晶分子３０ａは基板面に対しほぼ垂直に配向する。但し、突起２３の近傍の液晶分子３０ａは、突起２３の傾斜面に垂直な方向に配向する。

画素電極２１とコモン電極２２との間に所定の電圧を印加すると、液晶分子３０ａは電圧に応じた角度で傾斜する。但し、電圧印加直後は、突起２３及びスリット２１ａの近傍の液晶分子３０ａは突起２３及びスリット２１ａの伸びる方向に対し直角な方向に傾斜するが、突起２３及びスリット２１ａから離れた位置にある液晶分子３０ａは、傾斜角度（基板面に垂直な法線と液晶分子の長軸とのなす角度）は電圧に応じて決まるものの、傾斜方位（液晶分子の長軸を基板面に投影してできる線と基板のＸ軸とのなす角度）は決まらないため、不安定な状態になる。

その後、突起２３及びスリット２１ａの近傍の液晶分子３０ａの配向状態が突起２３及びスリット２１ａから離れた位置にある液晶分子３０ａに伝播して、それらの液晶分子３０ａの傾斜方位が決定され、安定した配向状態になる。

図４（ａ），（ｂ）は、突起２３の周辺近傍の領域における液晶分子の配向状態を示す模式平面図である。この図４（ａ），（ｂ）を参照してオーバーシュートが発生する理由を説明する。なお、図中の矢印は、液晶パネルを挟んで配置される２枚の偏光板の吸収軸の方向を示している。この場合、画素電極とコモン電極との間に電圧を印加していないときには黒表示（ノーマリーブラック）となる。

画素電極とコモン電極との間に電圧を印加した直後は、図４（ａ）に示すように、突起２３の両側の液晶分子３０ａは突起２３の伸びる方向に対し垂直な方位に傾斜する。しかし、突起２３の中央部に位置する液晶分子３０ａはどの方位に傾斜するのか決まっていない。この状態では、突起２３の中央に１本の暗線３５が発生する。

その後、時間が経過すると、図４（ｂ）に示すように、突起２３の中央部の液晶分子３０ａの傾斜方位は、突起２３の両側の液晶分子３０ａの配向に連続するように決定される。この状態では、液晶分子３０ａの傾斜方位が偏光板の吸収軸の方向と同じになる部分、すなわち突起２３の両側のエッジ近傍にそれぞれ暗線３５が発生し、図４（ａ）の状態のときよりも透過率が減少する。この暗線３５の本数の変化により、オーバーシュートが発生するものと考えられる。

配向制御用構造物がスリットの場合も、これと同様に電圧印加した直後ではスリットの中央部に１本の暗線が発生し、その後スリットの両側のエッジ近傍に２本の暗線が発生して、透過率が減少する。

図５は、横軸に時間をとり、縦軸に透過率をとって、表示信号を印加してから透過率が安定するまでの間の透過率の変化（透過率特性）を示す図である。前述したように、配向制御用構造物（突起及びスリット）の近傍の領域（以下、「領域Ｉ」という）の液晶分子は、画素電極に表示信号が印加されると比較的短時間で配向が安定する。このとき、図５中に破線で示すように、オーバーシュートが発生する。

一方、配向制御用構造物から離れた領域（以下、「領域II」という）の液晶分子は、電圧印加直後には傾斜方向が決定せず、配向制御用構造物の近傍の液晶分子の配向が伝播して所定の方向に配向する。従って、図５中に一点鎖線で示すように、領域IIの液晶分子の配向が安定するには比較的長い時間がかかる。

画素全体の透過率は、領域Ｉにおける透過率と領域IIにおける透過率とを合成したものとなる。従って、領域IIの液晶分子の配向の安定に要する時間が長い場合は、図５中に実線で示すように、領域Ｉで発生するオーバーシュートは領域IIの透過率特性にマスクされて、画素全体の透過率特性にはオーバーシュートが発生しない。

図６は、配向制御用構造物（突起及びスリット）間の領域の液晶分子の応答時間が速い場合の透過率特性を示す図である。この図６に示すように、配向制御用構造物の近傍の領域（領域Ｉ）における透過率特性は図５と同じであるが、配向制御用構造物から離れた領域（領域II）の応答時間が速い場合は画素全体の透過率特性にオーバーシュートが観測される。配向制御用構造物間の領域（領域II）の液晶分子の応答時間を速くするためには、例えば突起とスリットとの間隔を小さくすることが考えられる。

本願発明者等は、突起とスリットとの間隔とオーバーシュート率との関係をシミュレーションした。その結果を図７に示す。なお、突起とスリットとの間隔は、図８中にＬで示す部分の長さである。また、突起２３の幅Ｗ１を１２μｍ、突起２３の高さＨを１．４μｍ、スリット２１ａの幅Ｗ２を１０μｍ、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄを３．８μｍとしている。

図７からわかるように、突起とスリットとの間隔Ｌが２５μｍのときはオーバーシュート率は１％程度であり、実質的に無視できる程度である。しかし、突起とスリットとの間隔Ｌを２０μｍとするとオーバーシュート率が約５％となり、１５μｍとするとオーバーシュート率が約９％となり、１０μｍとするとオーバーシュート率が約１２％になる。なお、ここでは、図９に示すように、白表示時における安定後の透過率をＴo とし、最高透過率をＴmax としたときに、オーバーシュート率を、（Ｔmax −Ｔo ）×１００／Ｔo と定義している。

このように、突起とスリットとの間隔Ｌを２０μｍ以下とすると、オーバーシュート率が大きくなる。但し、突起とスリットとの間隔Ｌが１０μｍよりも小さくなると、画素の面積に対する配向制御用構造物（突起及びスリット）の面積の割合が大きくなり、開口率が極端に低下する。このため、突起とスリットとの間隔Ｌは１０〜２０μｍとすることが好ましい。なお、突起とスリットとの間隔Ｌが２５μｍであっても、他の条件（パラメータ）を適切に設定することにより、十分なオーバーシュート率を確保することが可能である。

図１０は、横軸にスリットの幅Ｗ２をとり、縦軸にオーバーシュート率をとって、両者の関係をシミュレーションした結果を示す図である。但し、突起の幅Ｗ１は１２μｍ、突起の高さＨは１．４μｍ、突起とスリットとの間隔Ｌは２０μｍ、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄは３．８μｍとしている。

この図１０からわかるように、スリットの幅Ｗ２を１０μｍ以下とすると、オーバーシュート率が約５％以上となる。但し、スリットの幅Ｗ２が６μｍよりも狭くなると、スリット近傍における液晶分子の配向性が低下する。このため、スリットの幅Ｗ２は６〜１０μｍとすることが好ましい。

図１１は、横軸に突起の幅Ｗ１をとり、縦軸にオーバーシュート率をとって、両者の関係をシミュレーションした結果を示す図である。但し、突起の高さＨは１．４μｍ、スリットの幅Ｗ２は１０μｍ、突起とスリットとの間隔Ｌは２０μｍ、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄは３．８μｍとしている。この図１１からわかるように、突起の幅Ｗ１を１２μｍ以下とすることにより、オーバーシュート率を約５％以上とすることができる。但し、突起の幅Ｗ１が６μｍよりも狭くなると、突起近傍における液晶分子の配向性が低下する。このため、突起の幅Ｗ１は６〜１２μｍとすることが好ましい。

図１２は、横軸に突起の高さＨをとり、縦軸にオーバーシュート率をとって、両者の関係をシミュレーションした結果を示す図である。但し、突起の幅Ｗ１は１２μｍ、スリットの幅Ｗ２は１０μｍ、突起とスリットとの間隔Ｌは２０μｍ、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄは３．８μｍとしている。

この図１２からわかるように、突起の高さＨを１．４μｍ以下とすることにより、オーバーシュート率を約５％以上とすることができる。但し、突起の高さＨが０．７μｍよりも低くなると、突起近傍における液晶分子の配向性が低下する。このため、突起の高さＨは０．７〜１．４μｍとすることが好ましい。

図１３は、横軸に電圧無印加時における液晶セルの容量（以下、液晶容量ともいう）Ｃ_LCに対する補助容量Ｃｓの割合（Ｃｓ／Ｃ_LC）をとり、縦軸にオーバーシュート率をとって、両者の関係をシミュレーションした結果を示す図である。Ｃｓ／Ｃ_LCの値が０〜１の場合は応答速度が極端に遅くなるため、従来は補助容量Ｃｓの値を液晶容量Ｃ_LCの値の約２倍に設定している。しかし、図１３に示すように、オーバーシュート率はＣｓの値に殆ど依存しない。このため、オーバーシュートを利用して応答速度を速くした液晶表示装置では、補助容量Ｃｓの容量値を液晶容量Ｃ_LCの容量値の２倍以下に設定しても、表示品質の劣化を回避することができる。一方、補助容量Ｃｓの容量値を液晶容量Ｃ_LCの容量値の２倍以下に設定することにより従来に比べて開口率が向上するので、明るい表示が可能になる。但し、補助容量Ｃｓの容量値が液晶容量Ｃ_LCの容量値の０．５倍よりも小さいと、書き込み電圧（ＴＦＴがオフの間に液晶層に印加される電圧）の低下が大きくなる。このため、補助容量Ｃｓの値は液晶容量Ｃ_LCの値の０．５〜２．０倍とすることが好ましい。

これらのパラメータを各々適切な値に設定することで、オーバーシュート率を所望の値に制御することができる。但し、オーバーシュート率が大きすぎると目視でも輝度の変化が認識できるようになり、表示品質の低下を招く。このため、オーバーシュート率は１０％以下にすることが好ましい。

図１４は、横軸に時間をとり、縦軸に透過率（輝度）をとって、表示信号を印加してから透過率が安定するまでの間の本発明に係る液晶表示装置の透過率の変化を示す図である。この図１４に示すように、本発明に係る液晶表示装置ではオーバーシュートを利用しているので、透過率が安定状態の９０％になるまでの時間（立ち上がり時間）τｒが短く、従来の液晶表示装置（図２参照）に比べて応答特性が向上する。また、本発明に係る液晶表示装置は、黒表示から白表示に変化するときには表示電圧を２段階に変化させればよい。すなわち、本発明の液晶表示装置は、オーバードライブのように電圧を３段階に変化させて駆動する方式とは異なるので、複雑な駆動回路が不要である。

以下、本実施形態に係る液晶表示装置の具体例について説明する。

図１５は本実施形態の液晶表示装置を示す平面図、図１６は同じくその模式断面図である。

図１６に示すように、液晶パネル１００は、ＴＦＴ基板１１０と、対向基板１３０と、それらの間に封入された誘電率異方性が負の液晶（例えばメルク社製：Δεが−３．８、ＮＩ点が７０℃）からなる液晶層１４０とにより構成されている。液晶パネル１００の前面側（観察者側：図１６では上側）及び裏面側（図１６では下側）にはそれぞれ偏光板（図示せず）が配置され、更に裏面側にはバックライト（図示せず）が配置されている。一方の偏光板は吸収軸を図１５に示すＸ軸に一致させて配置され、他方の偏光板は吸収軸をＹ軸に一致させて配置されている。

ＴＦＴ基板１１０のベースとなるガラス基板１１０ａの上には、図１５に示すように、水平方向（Ｘ軸方向）に伸びる複数のゲートバスライン１１１と、垂直方向（Ｙ軸方向）に伸びる複数のデータバスライン１１５とが形成されている。ゲートバスライン１１１は垂直方向に例えば約３００μｍのピッチで配置されており、データバスライン１１５は水平方向に例えば約１００μｍのピッチで配置されている。これらのゲートバスライン１１１及びデータバスライン１１５により区画される矩形の領域がそれぞれ画素領域である。また、ＴＦＴ基板１１０には、ゲートバスライン１１１に平行に配置されて画素領域の中央を横断する補助容量バスライン１１２が形成されている。

更に、ＴＦＴ基板１１０には、画素領域毎に、ＴＦＴ１１７と、補助容量電極１１８と、画素電極１２０とが形成されている。ＴＦＴ１１７はゲートバスライン１１１の一部をゲート電極としている。図１６に示すように、このゲート電極の上方にはＴＦＴ１７の活性層となる半導体膜１１４ａとチャネル保護膜１１４ｂとが形成されており、半導体膜１１４ａの両側にはドレイン電極１１７ａ及びソース電極１１７ｂが相互に対向して配置されている。そして、ドレイン電極１１７ａはデータバスライン１１５に接続されている。

また、補助容量電極１１８は、第１の絶縁膜１１３を挟んで補助容量バスライン１１２に対向する位置に形成されている。この補助容量電極１１８と、補助容量バスライン１１２と、それらの間の第１の絶縁膜１１３とにより補助容量Ｃｓが構成される。本実施形態では、補助容量Ｃｓの容量値を例えば電圧無印加時における液晶容量Ｃ_LCの容量値と同じにする。

画素電極１２０は、ＩＴＯ等の透明導電体により形成されている。この画素電極１２０には、配向制御用構造物として、Ｙ軸方向に対し斜め方向に伸びるスリット１２０ａが設けられている。スリット１２０ａは、補助容量バスライン１１２の中心線を軸としてほぼ上下対称に形成されている。

ゲートバスライン１１５、ＴＦＴ１１７及び補助容量電極１１８ａと画素電極１２０との間には第２の絶縁膜１１９が形成されており、画素電極１２０は第２の絶縁膜１１９に形成されたコンタクトホール１１９ａ，１１９ｂを介してソース電極１１７ｂ及び補助容量電極１１８に電気的に接続されている。画素電極１２０の表面は、例えばＪＳＲ社製ポリイミドにより形成された垂直配向膜（図示せず）に覆われている。

一方、対向基板１３０のベースとなるガラス基板１３０ａの上（図１６では下側）には、ブラックマトリクス（遮光膜）１３１と、カラーフィルタ１３２と、コモン電極１３３と、配向制御用構造物である土手状の突起１３５とが形成されている。ブラックマトリクス１３１はＣｒ（クロム）等の金属又は黒色樹脂により形成されており、ＴＦＴ基板１１０側のゲートバスライン１１１、データバスライン１１５及びＴＦＴ１１７に対向する位置に配置されている。カラーフィルタ１３２には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３種類があり、画素毎にいずれか１色のカラーフィルタが配置されている。コモン電極１３３はＩＴＯ等の透明導電体からなり、カラーフィルタ１３２の上（図１６では下側）に形成されている。土手状の突起１３５は樹脂等の誘電体（例えばシプレイ製レジスト材料）により形成されている。この突起１３５は、図１５に示すように画素電極１２０のスリット１２０ａ間の領域に、スリット１２０ａに平行に形成されている。コモン電極１３３及び突起１３５の表面は、例えばＪＳＲ社製ポリイミドにより形成された垂直配向膜（図示せず）に覆われている。

本実施形態においては、前述したように突起１３５とスリット１２０ａとの間隔Ｌ、突起１３５の幅Ｗ１、突起１３５の高さＨ、及びスリット１２０ａの幅Ｗ２を適切に設定することにより、５〜１０％のオーバーシュートを発生させて応答時間（立ち上がり時間）τｒを短縮する。

下記表１は、突起とスリットとの間隔Ｌを１５μｍ（実施例１）、２０μｍ（実施例２）及び２５μｍ（従来例）とした液晶表示装置のオーバーシュート率と応答時間（立ち上がり時間）τｒとを調べた結果を示している。但し、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄはいずれも３．８μｍ、突起１３５の高さＨはいずれも１．４μｍ、突起１３５の幅Ｗ１はいずれも１２μｍ、スリット１２０ａの幅Ｗ２はいずれも１０μｍである。

この表１に示すように、従来例の液晶表示装置のオーバーシュート率が１％であるのに対し、実施例１の液晶表示装置のオーバーシュート率は５％、実施例２の液晶表示装置のオーバーシュート率は９％である。また、従来例の液晶表示装置の応答時間τｒが１４ｍｓであるのに対し、実施例１の液晶表示装置の応答時間τｒは８ｍｓ、実施例２の液晶表示装置の応答時間τｒは６ｍｓである。これにより、本実施形態に係る液晶表示装置は、従来例の液晶表示装置に比べて応答時間τｒを大幅に短縮できることが確認された。

（第２の実施形態）
図１７（ａ）は本発明の第２の実施形態の液晶表示装置を示す模式断面図、図１７（ｂ）は同じくそのＴＦＴ基板の模式平面図である。また、図１８（ａ）は電圧印加直後の液晶分子の配向状態を示す模式断面図、図１８（ｂ）は同じくその模式平面図である。更に、図１９（ａ）は電圧を印加してから十分に時間が経過した後の液晶分子の配向状態を示す模式断面図、図１９（ｂ）は同じくその模式平面図である。

これらの図１７（ａ），（ｂ）、図１８（ａ），（ｂ）及び図１９（ａ），（ｂ）において、２２０はＴＦＴ基板側に形成された画素電極を示し、２２０ａは画素電極２２０に設けられたスリット（配向制御用構造物）を示し、２２１は画素電極２２０の表面を覆う垂直配向膜を示している。また、２３３は対向基板側に形成されたコモン電極を示し、２３５は対向基板側に形成された突起（配向制御用構造物）を示し、２３６はコモン電極２３３及び突起２３５の表面を覆う垂直配向膜を示し、２３０ａは液晶分子を示している。なお、本実施形態の液晶表示装置の基本的な構造は図１５，図１６に示す第１の実施形態の液晶表示装置と同じであるので、ここでは重複する部分の説明を省略する。

本実施形態の液晶表示装置においては、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、画素電極２２０上の配向膜２２１のうちスリット２２０ａの近傍の領域（図１７（ａ），（ｂ）中にＡ，Ａ’で示す領域）の配向膜２２１に、配向処理としてラビング処理を施している。ラビング処理は、配向膜の表面をナイロン等の布で一方向に擦ることによって行われ、これにより電圧印加時に液晶分子が傾斜する方位をラビング方向（布を擦る方向）に規制する配向規制力が付与される。本実施形態では、スリット２２０ａの伸びる方向に直角な方向に対し５〜９０°の方向、より好ましくは５〜６０°の方向にラビング処理を施す。

このように構成された本実施形態の液晶表示装置において、電圧印加直後は配向膜２２１による配向規制力よりも配向制御用構造物（突起２２５及びスリット２２０ａ）による配向規制力のほうが大きく、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、液晶分子２３０ａは配向制御用構造物（突起及２２５びスリット２２０ａ）の伸びる方向に対し直角の方向に配向する。その後、時間が十分に経過すると（例えば１秒後）、配向膜２２１による配向規制力の影響が現れて、図１９（ａ），（ｂ）に示すようにラビング処理を施した領域Ａ，Ａ’の液晶分子２３０ａは配向制御用構造物（突起及２２５びスリット２２０ａ）により決まる方位（すなわち、配向制御用構造物の伸びる方向に垂直な方向）からずれた方位に配向し、その結果液晶表示装置の透過率が低下する。本実施形態の液晶表示装置では、このようにしてオーバーシュートを発生させている。この場合に、オーバーシュート率を調整するために、偏光板の吸収軸の方位を図１５にＸ軸及びＹ軸で示す方位から若干ずらしてもよい。

図２０は、横軸に時間をとり、縦軸に透過率をとって、スリット２２０ａの伸びる方向に直角な方向に対し４５°の方向にラビング処理を施した本実施形態に係る液晶表示装置の応答特性と、ラビング処理を施していない従来の液晶表示装置の応答特性とを調べた結果を示す図である。この図２０から、本実施形態の液晶表示装置ではオーバーシュートが発生し、応答時間（立ち上がり時間）が従来の液晶表示装置に比べて短縮していることがわかる。

図２１（ａ），（ｂ）はラビング方法を示す模式図である。図２１（ａ）に示すように、基板２１０上に画素電極２２０及び配向膜２２１を形成した後、フォトレジスト法により所望の領域（領域Ａ）に対応する部分に開口部を有する第１のレジスト膜２２４を形成する。そして、ナイロン等の布で配向膜２２１の表面を一方向（第１の方向）に擦る。その後、第１のレジスト膜２２４を除去する。

次に、図２１（ｂ）に示すように、フォトレジスト法により所望の領域（領域Ａ’）に対応する部分に開口部を有する第２のレジスト膜２２５を形成し、ナイロン等の布で配向膜２２１の表面を一方向（第２の方向）に擦る。その後、第２のレジスト膜２２５を除去する。

このように配向膜２２１をラビング処理する場合は、ラビング処理回数やラビング強さ（圧力）を変えることにより、オーバーシュート率を制御することができる。

下記表２は、上述した方法によりスリットの近傍の領域にラビング処理を施した本実施形態の液晶表示装置の応答時間（立ち上がり時間）τｒを調べた結果を示している。但し、実施例３の液晶表示装置のオーバーシュート率は３％であり、実施例４の液晶表示装置のオーバーシュート率は９％である。また、ラビング処理を施していない液晶表示装置（従来例）の応答時間を調べた結果も併せて示している。ここで、液晶の誘電率異方性Δεは−３．８、屈折率異方性Δｎは０．０９、ＮＩ点は７０℃、１画素のサイズは約１００μｍ×３００μｍ、補助容量Ｃｓの容量値は液晶容量Ｃ_LCの容量値と同じとしている。また、突起とスリットとの間隔Ｌは２５μｍ、突起の高さＨは１．４μｍ、突起の幅Ｗ１は１２μｍ、スリットの幅Ｗ２は１０μｍ、液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄは３．８μｍとしている。

この表２に示すように、実施例３の液晶表示装置では応答時間τｒが１０ｍｓ、実施例４の液晶表示装置では応答時間τｒが８ｍｓであり、従来例の液晶表示装置に比べて応答時間が短縮されることが確認された。

上記実施形態では、スリットの近傍の配向膜にラビング処理を施してオーバーシュートを発生させる場合について説明したが、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板側の配向膜２２１のうち突起２２５に対向する領域Ａ，Ａ’又はその近傍の領域にラビング処理を施しても同様の効果を得ることができる。また、図２３（ａ），（ｂ）に示すように、対向基板側の配向膜２２６のうちスリット２２０ａに対向する領域の近傍の領域Ａ，Ａ’にラビング処理を施してもよい。更に、ラビング処理に替えて、配向膜に斜め方向から紫外線を照射しても、同様の効果を得ることができる。紫外線を照射する場合は、紫外線の波長、強度及び照射量を制御することにより、オーバーシュート率を調整することができる。

ラビング処理に替えて、図２４（ａ），（ｂ）に示すようにスリット２２０ａに対し斜め方向に延びる複数の微細スリット２２０ｂを設けても、同様の効果を得ることができる。この場合は、微細スリット２２０ｂの幅及び長さを制御することにより、オーバーシュート率を調整することができる。

微細スリット２２０ｂに替えて、画素電極２２０又はコモン電極２２３の上に、誘電体膜からなる微細パターンを微細スリット２２０ｂと同様の形状に形成してもよい。この場合は、微細パターンの幅、長さ及び厚さを制御することにより、オーバーシュート率を調整することができる。

なお、上述の第１及び第２の実施形態では本発明をノーマリーブラックの液晶表示装置に適用した場合について説明したが、本発明をノーマリーホワイトの液晶表示装置に適用しても、同様の効果を得ることができる。

また、上述の第１及び第２の実施形態では配向制御用構造物としてＴＦＴ基板側の電極（画素電極）にスリットを設け、対向基板側の電極（コモン電極）の上に突起を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、配向制御用構造物として画素電極及びコモン電極にそれぞれスリットを設けてもよい。また、配向制御用構造物として、画素電極及びコモン電極の上にそれぞれ突起を設けてもよい。更に、配向制御用構造物がＴＦＴ基板及び対向基板のいずれか一方のみに設けられていてもよい。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）画素毎に画素電極が設けられた第１の基板と、
コモン電極が設けられ、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
前記第１及び第２の基板間に封入された液晶とを有する液晶表示装置において、
前記画素電極に印加する電圧が第１の電圧から第２の電圧に変化したときに、液晶分子の配向状態の変化に伴って透過率が最大透過率まで上昇した後、前記第２の電圧に応じた安定時の透過率まで減少することを特徴とする液晶表示装置。

（付記２）前記最大透過率と前記安定時の透過率との差が前記安定時の透過率の１０％以下であることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

（付記３）更に、前記画素電極及び前記コモン電極の表面をそれぞれ覆う配向膜と、前記第１及び第２の基板の少なくとも一方に設けられて液晶分子の配向方向を制御する配向制御用構造物とを有し、且つ前記液晶の誘電率異方性が負であることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

（付記４）前記配向制御用構造物の間隔が１０乃至２５μｍであることを特徴とする付記３に記載の液晶表示装置。

（付記５）前記配向制御用構造物が、前記画素電極又は前記コモン電極に設けられたスリットであることを特徴とする付記３に記載の液晶表示装置。

（付記６）前記スリットの幅が６乃至１２μｍであることを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置。

（付記７）前記配向制御用構造物が、前記画素電極又は前記コモン電極の上に形成された誘電体からなる突起であることを特徴とする付記３に記載の液晶表示装置。

（付記８）前記突起の高さが０．７乃至１．４μｍであることを特徴とする付記７に記載の液晶表示装置。

（付記９）前記突起の幅が６乃至１２μｍであることを特徴とする付記７に記載の液晶表示装置。

（付記１０）前記画素電極に接続した補助容量を有し、前記補助容量の容量値Ｃｓが電圧無印加時における前記画素電極と前記コモン電極との間の容量値Ｃ_LCの０．５乃至２．０倍であることを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。

（付記１１）前記第１及び第２の基板のうち前記配向制御用構造物が設けられた一方の基板に対向する他方の基板の前記配向制御用構造物に対向する領域又はその近傍の領域に、配向処理が施されていることを特徴とする付記３に記載の液晶表示装置。

（付記１２）前記第１及び第２の基板のうち前記配向制御用構造物が設けられた一方の基板の前記配向制御用構造物の近傍の領域に、配向処理が施されていることを特徴とする付記３に記載の液晶表示装置。

（付記１３）前記配向処理による配向方向が、前記配向制御用構造物による配向方向に対し５乃至９０°ずれていることを特徴とする付記１１又は１２に記載の液晶表示装置。

（付記１４）前記配向処理が、前記配向膜に対するラビング処理であることを特徴とする付記１１又は１２に記載の液晶表示装置。

（付記１５）前記配向処理が、前記配向膜に対し斜め方向から紫外線を照射する紫外線照射処理であることを特徴とする付記１１又は１２に記載の液晶表示装置。

（付記１６）前記配向処理が、前記画素電極又は前記コモン電極に、前記配向制御用構造物の伸びる方向に対し斜め方向に延びる複数のスリットを形成するものであることを特徴とする付記１１又は１２に記載の液晶表示装置。

（付記１７）前記配向処理が、前記画素電極又は前記コモン電極の上に、前記配向制御用構造物の伸びる方向に対し斜め方向に延びる複数の誘電体膜パターンを形成するものであることを特徴とする付記１１又は１２に記載の液晶表示装置。

図１は、液晶表示装置の１画素分の等価回路図である。 図２は、従来の液晶表示装置の応答特性を示す図である。 図３は、ＭＶＡ型液晶表示装置の一例を示す模式図である。 図４（ａ），（ｂ）は、突起の周辺近傍の領域における液晶分子の配向状態を示す模式平面図である。 図５は、配向制御用構造物（突起及びスリット）間の領域の液晶分子の応答時間が遅い場合の透過率特性を示す図である。 図６は、配向制御用構造物（突起及びスリット）間の領域の液晶分子の応答時間が速い場合の透過率特性を示す図である。 図７は、突起とスリットとの間隔とオーバーシュート率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図８は、突起の高さ及び幅、スリットの幅、突起とスリットとの間隔及び液晶層の厚さを示す図である。 図９は、オーバーシュート率の定義を示す図である。 図１０は、スリットの幅Ｗ２とオーバーシュート率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図１１は、突起の幅Ｗ１とオーバーシュート率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図１２は、突起の高さＨとオーバーシュート率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図１３は、液晶セルの容量Ｃ_LCと補助容量Ｃｓとの割合（Ｃｓ／Ｃ_LC）と、オーバーシュート率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 図１４は、表示信号を印加してから透過率が安定するまでの間の本発明に係る液晶表示装置の透過率の変化を示す図である。 図１５は、本発明の第１の実施形態の液晶表示装置を示す平面図である。 図１６は、同じくその模式断面図である。 図１７（ａ）は本発明の第２の実施形態の液晶表示装置を示す模式断面図、図１７（ｂ）は同じくそのＴＦＴ基板の模式平面図である。 図１８（ａ）は電圧印加直後の液晶分子の配向状態を示す模式断面図、図１８（ｂ）は同じくその模式平面図である。 図１９（ａ）は電圧を印加してから十分に時間が経過した後の液晶分子の配向状態を示す模式断面図、図１９（ｂ）は同じくその模式平面図である。 図２０は、スリットの伸びる方向に直角な方向に対し４５°の方向にラビング処理を施した本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の応答特性と、ラビング処理を施していない従来の液晶表示装置の応答特性とを調べた結果を示す図である。 図２１（ａ），（ｂ）は、ラビング方法を示す模式図である。 図２２（ａ）は第２の実施形態の変形例（その１）を示す模式断面図、図２２（ｂ）は同じくその模式平面図である。 図２３（ａ）は第２の実施形態の変形例（その２）を示す模式断面図、図２３（ｂ）は同じくその模式平面図である。 図２４（ａ）は第２の実施形態の変形例（その３）を示す模式断面図、図２４（ｂ）は同じくその模式平面図である。

符号の説明

１０…ＴＦＴ，
１１，１１１…ゲートバスライン、
１２，１１５…データバスライン、
２１，１２０，２２０…画素電極、
２１ａ，１２０ａ，２２０ａ…スリット、
２２，１３３，２３３…コモン電極、
２３，１３５ｍ２３５…突起、
３０ａ，２３０ａ…液晶分子、
３５…暗線、
１００…液晶パネル、
１１０…ＴＦＴ基板、
１１２…補助容量バスライン、
１１８…補助容量電極、
１３０…対向基板、
１３１…ブラックマトリクス、
１３２…カラーフィルタ、
１４０…液晶層、
２２１，２３６…配向膜。

Claims (5)

1. 画素毎に画素電極が設けられた第１の基板と、
   コモン電極が設けられ、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
   前記第１及び第２の基板間に封入された液晶とを有する液晶表示装置において、
   前記画素電極に印加する電圧が第１の電圧から第２の電圧に変化したときに、液晶分子の配向状態の変化に伴って透過率が最大透過率まで上昇した後、前記第２の電圧に応じた安定時の透過率まで減少することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記最大透過率と前記安定時の透過率との差が前記安定時の透過率の１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 更に、前記画素電極及び前記コモン電極の表面をそれぞれ覆う配向膜と、前記第１及び第２の基板の少なくとも一方に設けられて液晶分子の配向方向を制御する配向制御用構造物とを有し、且つ前記液晶の誘電率異方性が負であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１及び第２の基板のうち前記配向制御用構造物が設けられた一方の基板に対向する他方の基板の前記配向制御用構造物に対向する領域又はその近傍の領域に、配向処理が施されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１及び第２の基板のうち前記配向制御用構造物が設けられた一方の基板の前記配向制御用構造物の近傍の領域に、配向処理が施されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。

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