JP2006330693A - 液晶装置およびその駆動方法、電子機器 - Google Patents

液晶装置およびその駆動方法、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】画素電極の形状を特に工夫することなく、ドット反転駆動を行った場合に比べてより高速の初期転移を実現することができる液晶装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置は、初期転移時に、任意の第1行の全ての画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、前記任意の第1行と列方向に隣接する第2行の複数の画素電極に対しては、任意の1個の画素電極の両隣の2個の画素電極の電圧が前記1個の画素電極の電圧に比べてともに高いか、またはともに低くなるような電圧を印加する電圧印加動作を、表示領域の少なくとも一部にあたる複数の電極画素に対して行う。
【選択図】図4

Description

本発明は、液晶装置およびその駆動方法、電子機器に関し、特にOCB(Optical Compensated Birefringence)モードの液晶装置に関するものである。
特に液晶テレビジョン等に代表される液晶装置の分野においては、近年、動画の画質向上を目的として応答速度の速いOCBモードの液晶装置が脚光を浴びている。OCBモードにおいて、初期状態では液晶分子が2枚の基板間でスプレイ状に開いたスプレイ配向となっており、表示動作時には液晶分子が弓なりに曲がった状態(ベンド配向)になっている必要がある。これは、表示動作時にベンド配向の曲がりの度合いで透過率を変調するためである。OCBモードの液晶装置の場合、電源遮断時において液晶は初期状態のスプレイ配向であるため、電源投入時にある閾値電圧以上の電圧を液晶に印加することによって初期のスプレイ配向から表示動作時のベンド配向に液晶の配向状態を転移させる、いわゆる初期転移操作が必要となる。ここで、初期転移が十分になされないと表示不良が生じたり、所望の高速応答性が得られなかったりするため、これらの点を解決すべく下記の特許文献1、特許文献2の技術が提案されている。
特開2002−328399号公報 特開2002−357808号公報
特許文献1、2では、相隣接する画素電極および画素電極(または、画素電極および配線)に互いに逆極性の電圧を印加する(ドット反転駆動)ことでこれらの間に横電界を発生させ、液晶にディスクリネーションを生じさせている。これにより、液晶中に転移核を発生しやすくすることでベンド配向への転移を高速に行っている。この方法は横電界により液晶分子が左右に回転することを転移核の発生に利用しているため、液晶分子の回転方向を制御することが重要である。そこで、例えば特許文献2では、隣接する画素電極および画素電極の間に横電界を発生させるとともに、画素電極の縁に突起を設けるなどして画素電極の形状を工夫し、回転方向を制御している。
しかしながら、例えばドット反転駆動のように隣接する画素電極の間に単に逆極性の電圧を印加しただけでは、未だベンド配向への転移が十分に高速であるとは言えず、OCBモードに必須の初期転移をより高速に実現することが望まれている。また、特許文献2のように画素電極の形状を変えた場合、開口率の低下や液晶分子の配向不良等の不具合が生じる恐れがある。特に画素面積が小さくなると、これらの問題は顕著に表れることになる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、画素電極の形状を特に工夫することなく、ドット反転駆動を行った場合に比べてより高速の初期転移を実現することができる液晶装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。また、このような液晶装置を備えたことで動画視認性に優れた表示が可能な電子機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、前記転移の際に、任意の第1行に対応する複数の画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、前記第1行と列方向に隣接する第2行の複数の画素電極のうち、任意の1個の画素電極の両隣の2個の画素電極に、前記1個の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記マトリクス状に配列する複数の画素電極のうち、少なくとも一部に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上であることを特徴とする。
また、本発明の他の液晶装置は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、前記転移の際に、互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、第1行の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加し、かつ、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上であることを特徴とする。
また、本発明のさらに他の液晶装置は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、前記転移の際に、互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、一方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて高く、かつ、他方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて低い電圧を印加するとともに、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上であることを特徴とする。
なお、上記3つの本発明の液晶装置においては、少なくとも一組の画素電極間の電圧は、前記液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせるような電圧であることが好ましい。
OCBモードの初期転移については、上述したように既にいくつかの方法が提案されており、液晶分子がスプレイ配向からベンド配向に転移する際に、ツイスト配向を経由することで転移が円滑に進行することが知られている。特に、90°以上のツイストが好ましい。その一つに、液晶分子の回転方向が異なる時計回りと反時計回りの2種類の領域を発生させ、それらの領域の境界において90°以上のツイストを生じさせディスクリネーションを発生させる、という方法がある。そして、この領域のうち、転移に必要な閾値電圧以上が印加された領域が起点(これを転移核と呼ぶ)となってスプレイ配向からベンド配向に変化する。このことも既に周知のことである。
詳細は後の「発明を実施するための最良の形態」の項で説明するが、本発明者は、従来の初期転移の方法であるドット反転駆動でも液晶分子の回転方向が異なる2つの領域ができるものの、それと同時に液晶分子の回転方向が規定されない領域もできてしまい、その領域がスプレイ配向からベンド配向への配向変化を遅らせる原因となっていることを突き止めた。これに対して、本発明においては、マトリクス状に配列された複数の画素のうちの隣接する複数の画素電極に対して、上述したような大小関係の電圧を印加する電圧印加動作を行うと、ドット反転駆動のように液晶分子の回転方向が規定されない領域ができることがなくなる。したがって、液晶分子の回転方向が異なる2つの領域の境界にできる転移核によって初期転移を円滑に進行させることができ、初期転移に要する時間を短縮することができる。本発明のより詳細な作用についても後述する。
上記の本発明において、電圧印加動作において印加される全ての電圧が前記閾値電圧以上であることが望ましい。
液晶のスプレイ配向からベンド配向への転移にはある一定値以上の電圧(閾値電圧)が必要である。初期転移時には複数の画素電極に印加される複数の電圧のうちの一部が閾値電圧を超えさえすればその箇所に転移核が生じ、そこから転移が伝播してベンド配向が全体に広がっていく。しかしながら、転移の伝播に依存すればする程、表示領域全体が初期転移に到るまでの速度が遅くなる。したがって、電圧印加動作において印加される全ての電圧が閾値電圧以上であれば、本発明の長所を最大に生かすことができ、初期転移に要する時間をより短縮することができる。
また、電圧印加動作が、表示領域の全ての複数の画素電極に対して行われることが望ましい。
上述したように、表示領域内の一部の領域の複数の画素電極に対して本発明特有の電圧印加動作を適用すれば、転移の伝播により表示領域全体を初期転移に移行させることができるが、それでは初期転移の速度が遅くなる。そこで、表示領域の全ての複数の画素電極に対して上記の電圧印加動作を行えば、初期転移に要する時間をより短縮することができる。
また、上記3つの本発明の液晶装置のうち、最初の2つに対しては、電圧印加動作において前記第1行の画素電極と前記第2行の画素電極とで、所定の基準電位に対して逆極性の電圧を印加するとともに、各行の画素電極に印加する電圧の極性を単位時間毎に反転させる構成を採用してもよい。また、上記3つの本発明の液晶装置の全てに対し、電圧印加動作において前記第1行の画素電極と前記第2行の画素電極とで、所定の基準電位に対して同極性の電圧を印加するとともに、各行の画素電極に印加する電圧の極性を単位時間毎に反転させる構成を採用してもよい。
すなわち、前者の構成はいわゆるライン反転駆動と呼ばれるものであり、後者の構成はいわゆるフレーム反転駆動と呼ばれるものである。具体的には、これらライン反転駆動やフレーム反転駆動を行うことで本発明の電圧印加動作の実現が可能である。
また、上記3つの本発明の液晶装置においては、前記転移の際における電圧印加動作の後、前記複数の画素電極の各々に対して、所定の基準電位に対して階調に応じた電圧をそれぞれ印加する構成が好ましい。
本発明の液晶装置は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、前記転移の際に、任意の第1行の複数の画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、前記第1行と列方向に隣接する第2行に、自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極が1つおきに生じるような電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上であることを特徴とする。
本発明の他の液晶装置は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、前記転移の際に、全ての行において1行中の複数の画素電極に対して異なる電圧を印加するとともに、同じ行について自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極が1つおきに生じ、かつ、同じ列について自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極が1つおきに生じるような電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上であることを特徴とする。
本発明のさらに他の液晶装置は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、前記転移の際に、全ての行において1行中の複数の画素電極に対して異なる電圧を印加するとともに、1行の全ての画素電極に対して自身の周囲を周回する等電位線を有する行と、1行の全ての画素電極に対して自身の周囲を周回する等電位線を有しない行とが交互に生じるような電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上であることを特徴とする。
なお、上記3つの本発明の液晶装置においては、少なくとも一組の画素電極間の電圧は、前記液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせるような電圧であることが好ましい。
上記3つの本発明の液晶装置は、先に記載した本発明の液晶装置が隣接する画素電極への印加電圧の大小関係で表現したものであったのに対し、等電位線の形状で表現したものであり、実質的な作用は全く同一である。したがって、これら本発明の液晶装置においても、初期転移の速度が速くなり、初期転移に要する時間を短縮できる、という効果が得られる。
本発明の液晶装置の駆動方法は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置の駆動方法であって、前記転移の際に、任意の第1行に対応する複数の画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、前記第1行と列方向に隣接する第2行の複数の画素電極のうち、任意の1個の画素電極の両隣の2個の画素電極に、前記1個の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記マトリクス状に配列する複数の画素電極のうち、少なくとも一部に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上に設定したことを特徴とする。
本発明の他の液晶装置の駆動方法は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置の駆動方法であって、前記転移の際に、互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、第1行の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加し、かつ、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上に設定したことを特徴とする。
本発明のさらに他の液晶装置の駆動方法は、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置の駆動方法であって、前記転移の際に、互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、一方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて高く、かつ、他方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて低い電圧を印加するとともに、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上に設定したことを特徴とする。
なお、上記3つの本発明の液晶装置においては、少なくとも一組の画素電極間の電圧は、前記液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせるような電圧であることが好ましい。
これら本発明の液晶装置の駆動方法によれば、液晶分子の回転方向が規定されない領域ができないため、液晶分子の回転方向が異なる2つの領域の境界にできる転移核によって初期転移を円滑に進行させることができる。その結果、初期転移の速度が速くなり、初期転移に要する時間を短縮することができる。
また、本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。本発明によれば、上記本発明の液晶装置を備えたことによって動画視認性に優れた表示が可能な電子機器を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
<第1の実施の形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る液晶装置について説明する。
第1実施形態に係る液晶装置は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下「TFT」と略記する)を画素スイッチング素子として用いたアクティブマトリクス型の表示装置である。
図1は、この液晶装置を、各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図であり、図2は、図1におけるH− H’線に沿って破断した断面図である。なお、図1および図2において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、縮尺を異ならせてある。
図1および図2に示されるように、本実施形態に係る液晶装置100は、TFTアレイ基板10と対向基板20とがシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶50が封入されている。液晶50は、正の誘電率異方性を有し、初期状態ではスプレイ配向を呈する一方、表示動作時にはベンド配向を呈するOCBモードである。
シール材52の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜(周辺見切り)53が形成されている。シール材52の外側の周辺回路領域には、データ線駆動回路201および外部回路実装端子202がTFTアレイ基板10の一辺に沿ってそれぞれ形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿った領域には、走査線駆動回路104が形成されている。TFTアレイ基板10の残る一辺には、表示領域40の両側に設けられた走査線駆動回路104の間を接続するための複数の配線105が設けられている。また、対向基板20の角部においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための導通材106が2箇所配設されている。
図3は、液晶装置100の電気的な構成を示す図である。
この図に示されるように、本実施形態では768行の走査線3aが図においてそれぞれ水平方向に延在する一方、1024列のデータ線6aが図において垂直方向に延在している。そして、これらの走査線3aとデータ線6aとの交差部に対応して、それぞれ画素60が設けられている。したがって、本実施形態において、画素60は、縦768行×横1024列のマトリクス状に配列することになる。このように画素60がマトリクス状に配列する領域が表示領域40である。
なお、本実施形態では、走査線3aが延在する水平方向を「行方向」と、データ線6aが延在する垂直方向を「列方向」と、それぞれ便宜的に呼ぶことにする。
画素60においては、nチャネル型のTFT30のソースがデータ線6aに接続されるとともに、そのドレインが画素電極9に接続される一方、ゲートが走査線3aに接続されている。画素電極9は、図2に示されるように、TFTアレイ基板10に形成される一方、対向基板20には、すべての画素電極9に対向するようにコモン電極25が設けられる。このため、画素60毎に、画素電極9とコモン電極25との間で液晶50を挟持した液晶容量55が構成されることになる。
ところで、TFTアレイ基板10および対向基板20の対向面には、配向膜(図示省略)がそれぞれ形成されとともに、本実施形態ではいずれの配向膜に対し行方向にラビング処理が施されている。このため、基板面の配向膜付近に位置する液晶分子は、その長軸が行方向に沿ってそれぞれ配向する。一方、基板同士の中間付近に位置する液晶分子は、電圧無印加状態にあれば、基板面の配向膜付近に位置する液晶分子の配向方向と連続性を保つように配向するため、平面方向でみれば行方向に沿って、断面方向でみれば基板面方向とほぼ平行に配向する(スプレイ配向)。後述する表示モードにおいては、TFTアレイ基板10から対向基板20までにかけて、液晶分子を弓なりの対称形状に配向させ、つまり、基板間の中心に向かうにつれて基板面と垂直方向となるような状態(ベンド配向)が前提となる。このため、OCBモードの液晶を用いる場合には、液晶分子を初期状態のスプレイ配向からベンド配向に転移させる必要がある。
本実施形態では、後述する転移モードにおいて、各画素電極に対して所定のパターンで電圧を印加することにより、液晶分子をスプレイ配向から効率良くベンド配向に転移させる。そして、ベンド配向への転移後において、階調に応じた電圧を液晶容量55に印加・保持させると、当該液晶容量55は、保持した電圧の実効値に応じて単位時間当たりにおける透過光量が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。
なお、コモン電極25には、時間的に一定の電圧LCcomが、上述した実装端子202および導通材106を経由して印加される。本実施形態においては、電圧LCcomについては5Vとしている。
また、画素60毎に、蓄積容量17が設けられている。この蓄積容量17は、液晶容量55と電気的に並列となるように、TFT30のドレイン(画素電極9)と、一定の電位、例えば接地電位Gndに保たれた容量線3bとの間に電気的に介挿されている。
走査線駆動回路104は、1、2、3、…、768行目の走査線3aに、それぞれ走査信号G1、G2、G3、…、G768を供給するものである。なお、走査線駆動回路104は、図1において表示領域40の両側に配置しているが、これは、走査線の一端側と他端側とで走査信号の遅延が生じないようにするためである。このため、電気的にみれば、図3に示されるように、表示領域40の片側に1個で配置する構成と等価である。
データ線駆動回路201は、1、2、3、…、1024列目のデータ線6aに、それぞれデータ信号S1、S2、S3、…、S1024を供給するものである。
説明の便宜上、1、2、3、…、768行目の走査線3aのうち、互いに隣接する(n+1)、(n+2)、(n+3)行目の走査線の3行にそれぞれ供給される走査信号を、一般的にG(n+1)、G(n+2)、G(n+3)行と表記する。ここで、(n+1)、(n+2)、(n+3)は、いずれも本実施形態では、1以上768以下の整数である。
同様に、1、2、3、…、1024列目のデータ線6aのうち、互いに隣接する(m+1)、(m+2)、(m+3)列目のデータ線の3列にそれぞれ供給されるデータ信号を、一般的にS(m+1)、S(m+2)、S(m+3)行と表記する。ここで、(m+1)、(m+2)、(m+3)は、いずれも本実施形態では1以上1024以下の整数である。
また、第1実施形態では、画素電極への書込極性を走査線に対応する行毎に反転する行(ライン)反転方式として説明する。
なお、本実施形態において電圧の基準は接地電位Gndであるが、書込極性の基準は、コモン電極25に印加される電圧LCcom(=5V)である。換言すれば、本実施形態では、データ信号について限っていえば、電圧LCcomよりも高位側を正極性とし、低位側を負極性としている。ただし、後述するようにコモン電極25に印加する電圧LCcomを、データ信号の振幅中心である書込極性の基準電位と異ならせて設定する場合がある。
次に、液晶装置100の動作について説明する。
この液晶装置100は、電源投入直後から所定の時間経過するまで転移モードとして初期転移動作を実行し、これにより液晶分子をスプレイ配向からベンド配向に転移させ、しかる後、表示モードに移行して表示動作を実行する。
そこでまず、液晶装置100における転移モードについて説明する。転移モードにおいて、走査線駆動回路104は、図4に示されるように、各フレームにわたって、走査信号G1、G2、G3、…、G768を水平走査期間H毎に順次排他的にHレベルとする。
データ線駆動回路201は、転移モードにおいて、まず次のようなデータ信号を供給する。すなわち、あるフレーム(iフレームとする)において、データ線駆動回路201は、1行目の走査線が選択されて走査信号G1がHレベルとなる水平走査期間Hにおいて、すべてのデータ信号を正極性の10Vとする。ここで、走査信号G1がHレベルになると、1行目の走査線3aに対応する1行分の画素60においては、TFT30が導通(オン)状態になるので、データ線6aに供給されたデータ信号の電圧が画素電極9に印加される。このため、1行目の画素1行分の画素電極9には、すべて10Vの電圧が印加される。すべての画素電極9に対向するコモン電極25への印加電圧LCcomは、5Vで時間的に一定であるので、1行目のすべての液晶容量55には、コモン電極25の電位を基準でみると、すべて+5Vの電圧が保持されることになる。
なお、図4において、データ信号において縦方向の電圧スケールは、走査信号の電圧スケールよりも拡大してある(後述する同様の図面においても同様である)。
次に、データ線駆動回路201は、走査信号G2がHレベルになると、データ信号S(m+1)を0V、データ信号S(m+2)を3V、データ信号S(m+3)を0Vというように、負極性の0V、3Vを列毎に交互にデータ線6aに印加する。このため、2行目の画素1行分の画素電極9には、列毎に交互に0V、3Vの電圧が印加されるので、2行目の画素1行分の液晶容量55には、電圧−5V、−2Vが列毎に交互に保持されることになる。
続いて、データ線駆動回路201は、走査信号G3がHレベルになると、走査信号G1がHレベルとなった水平走査期間Hと同様に、すべてのデータ信号を正極性の10Vとする。これにより、3行目のすべての画素電極9には、10Vの電圧が印加され、液晶容量55には、+5Vの電圧が保持されることになる。
データ線駆動回路201は、走査信号G4がHレベルとなると、走査信号G2がHレベルとなった水平走査期間Hと同様に、負極性の0V、3Vを列毎に交互にデータ線6aに印加する。これにより、4行目のすべての画素電極9には、列毎に交互に0V、3Vの電圧が印加され、液晶容量55には、電圧−5V、−2Vが列毎に交互に保持されることになる。
このiフレームにおいて、以下同様な動作は、走査信号G768がHレベルとなるまで繰り返される。
したがって、iフレームにおいては、奇数(1、3、5、…、767)行目の画素電極9には、すべて10Vの電圧が印加される一方、偶数(2、4、6、…、768)行目の画素電極9には、列毎に0V、3Vの電圧が交互に印加されることになる。
次の(i+1)フレームにおいても、走査線駆動回路104は、走査信号G1、G2、G3、…、G768を水平走査期間H毎に順次排他的にHレベルとする。また、データ線駆動回路201は、走査信号G1がHレベルとなる水平走査期間Hにおいて、すべてのデータ信号を負極性の0Vとする。これにより、1行目の画素1行分において、画素電極9には、0Vの電圧が印加され、液晶容量55には、−5Vの電圧が保持されることになる。
続いて、データ線駆動回路201は、走査信号G2がHレベルになると、データ信号S(m+1)を10V、データ信号S(m+2)を7V、データ信号S(m+3)を10Vというように、正極性の10V、7Vを列毎に交互にデータ線6aに印加する。これにより、2行目の画素1行分において、画素電極9には、列毎に交互に10V、7Vの電圧が印加され、液晶容量55には、電圧+5V、+2Vが列毎に交互に保持されることになる。
この(i+1)フレームにおいて、以下同様な動作は、走査信号G768がHレベルとなるまで繰り返される。
したがって、(i+1)フレームにおいては、奇数行目の画素電極9には、すべて0Vの電圧が印加される一方、偶数行目の画素電極9には、列毎に10V、7Vの電圧が交互に印加されることになる。
このため、本実施形態では、同一の画素60についてみると、iフレームと、(i+1)フレームとにおいて液晶容量55に保持される電圧は、極性のみが互いに異なり、絶対値同士でみれば同一である。このため、転移モードにおいて複数フレームにわたってみたときに、各液晶容量55に直流成分の印加が回避されて、液晶50の劣化が防止される。
さらに、画素電極9に10Vまたは0Vが印加された液晶容量における保持電圧の絶対値は5Vであり、画素電極9に3Vまたは7Vが印加された液晶容量における保持電圧の絶対値は2Vである。これらの絶対値の電圧は、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で封入される液晶50がベンド配向に転移するのに要する閾値電圧を超える電圧である。したがって、本実施形態によれば、転移モードにおいては、液晶容量55で挟持される液晶50がベンド配向に確実に転移することになる。
転移モードによってベンド配向に転移した後に、表示モードになると、表示内容に応じた電圧が各画素電極に書き込まれる。詳細には、走査線駆動回路104は、図5に示されるように、転移モードと同様に、各フレームにわたって走査信号G1、G2、G3、…、G768を水平走査期間H毎に順次排他的にHレベルとするが、データ線駆動回路201は、Hレベルとなった走査線3aに対応する画素60に対し、階調に応じた電圧のデータ信号を供給する。
例えば、データ線駆動回路201は、あるフレーム(jフレームとする)において、(m+1)列目のデータ線6aに供給するデータ信号S(m+1)の電圧を、走査信号G(n+1)がHレベルとなったときには(n+1)行目の走査線3aと(m+1)列目のデータ線6aとの交差に対応する画素の階調に応じた負極性の電圧(図における↓)とし、走査信号G(n+2)がHレベルとなったときには(n+2)行目の走査線3aと(m+1)列目のデータ線6aとの交差に対応する画素の階調に応じた正極性の電圧(図における↑)とする一方、次の(j+1)フレームにおいて、走査信号G(n+1)がHレベルとなったときには(n+1)行目の走査線3aと(m+1)列目のデータ線6aとの交差に対応する画素の階調に応じた正極性の電圧(図における↑)とし、走査信号G(n+2)がHレベルとなったときには(n+2)行目の走査線3aと(m+1)列目のデータ線6aとの交差に対応する画素の階調に応じた負極性の電圧(図における↓)とする。
なお、図5では、データ信号について、(m+1)列目のデータ線6aに供給されるデータ信号S(m+1)で代表して説明したので、他については省略している。
次に、本実施形態において、転移モードの際に、図4に示されるようなデータ信号の電圧を印加する理由について説明する。
図6は、(n+1)行、(n+2)行および(n+3)行の3行と、(m+1)列、(m+2)列および(m+3)列の3列との交差に対応する計9個の画素60の画素電極9に、iフレームにおいて印加される電圧等を示す図である。
すなわち、一般的に言えば、(n+2)行の全ての画素電極に互いに等しい電圧を印加するとともに、(n+2)行と隣接する(n+1)行および(n+3)行の複数の画素に対しては、1行中の任意の1つの画素電極に対して両隣の2個の画素電極への印加電圧が中央の1個の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか(0Vが印加された画素電極を中心として見れば両隣がともに高い)、または、ともに低くなる(3Vが印加された画素電極を中心として見れば両隣がともに低い)ような電圧を印加することを意味する。
このとき、(n+2)行中で隣接する画素電極間を除く、他の全ての画素電極間で電位差が生じる。ここで、画素電極間の距離は、TFTアレイ基板10と対向基板20とのセルギャップよりも狭いので、電界の強さは、画素電極9とコモン電極25との間よりも、画素電極9同士の間の方が強くなる。このため、本実施形態では、画素電極9の間における電界の強さは、画素電極9とコモン電極25との間に閾値電圧を印加した場合よりも強くなるので、(n+2)行中で隣接する画素電極間を除いた他の全ての画素電極間で生じる電圧差は、液晶分子を面内で回転させる電圧、すなわち、画素電極の境界領域においてディスクリネーションを生じさせるのに十分な電圧である。
なお、図6および以降の同様の図面において、電界(電位差)が発生した画素電極間には矢印を付し、その矢印の向きは矢印の基端側が高電圧側、矢印の先端側が低電圧側を示す。
図7は、図6における(n+1)行および(n+2)行の6個の画素電極付近における液晶分子の動きを説明するための図である。ここで、図7を用いて液晶分子の動きを説明する前に、比較例として従来のドット反転駆動を採用したときに十分な高速応答性が得られない理由について考察する。
本実施形態の図7に対して、従来のドット反転駆動の一例に対応する図面が図20である。図20に示される例では、行毎および列毎に隣接する画素電極に対して0V、10Vの電圧が交互に印加されている。図20および以降の同様の図面では、等電位線を1点鎖線で示している。
電圧無印加時においては液晶分子がラビング方向に沿って行方向に沿って配向していたが、液晶分子が正の誘電率異方性を有しているので、電圧が印加されると、液晶分子が図20に示されるように、電界の方向に沿って(換言すると、等電位線と直交する方向に)回転する。
ここで、図20において、破線で示す円A1,B1,E1,F1で囲んだ領域に着目すると、領域A1,F1では、電圧無印加時に行方向を向いていたA点、F点近傍の液晶分子が、電圧印加時には行方向と液晶分子の長軸とのなす角が小さい方向から大きくなる方向に向けて回転し始めるので、矢印A2,F2の向き(時計回り)に回転することになる。
一方、領域B1,E1では、電圧無印加時に行方向を向いていたB点、E点近傍の液晶分子が、電圧印加時には領域A1,F1とは逆に矢印B2,E2の向き(反時計回り)に回転する。したがって、上述したように、互いに異なる回転方向を持つ領域A1と領域B1との境界、および領域E1と領域F1との境界の領域D(ディスクリネーションの領域)の画素電極にかかる部分D1(斜線部)が転移核発生の起点となって、転移が開始する。
しかしながら、領域A1と領域E1との境界および領域B1と領域F1との境界、すなわち楕円で囲んだ領域C1に着目すると、この領域は電圧無印加時に行方向を向いていた液晶分子の回転方向が瞬時には定まらない。この影響を受け、A点、B点およびE点、F点付近の液晶分子の回転の遅延が生じる。この結果、領域C1における異なる回転方向の境界の形成にも遅延が生じるため、転移核の発生が遅くなり、このことが初期転移を十分に高速化できない原因となっている。
また、更なる比較例として、従来のライン反転駆動の一例に対応する図面が図21である。図21に示される例では、各行の全ての画素電極に対して0Vが印加され、それと隣接する行の全ての画素電極に対して10Vの電圧が印加されている。この図で示されるライン反転駆動では、図20で示した従来のドット反転駆動と等電位線の形状こそ異なるものの、液晶分子の挙動は図20で示される例と似ており、やはり各行間の中央付近では転移核が生じにくく、初期転移を十分に高速化できない。
これらに対して、本実施形態によれば、図7に示されるように、(n+2)行の全ての画素電極に対して等しい電圧が印加されるとともに、(n+2)行と列方向に隣接する(n+1)行の画素電極および(n+3)行の画素電極(図7では省略)に着目すると、自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極(0Vが印加された画素電極)が1つおきに現れている。このため、図7に示されるように、破線で示した円A3,B3で囲んだ2つの領域に着目すると、領域A3では、電圧無印加時に行方向を向いていたA点近傍の液晶分子が、矢印A4の向き(時計回り)に回転することになる。一方、領域B3では、電圧無印加時に行方向を向いていたB点近傍の液晶分子が、電圧印加時には領域A3とは逆に矢印B4の向き(反時計回り)に回転する。
このため、上述したように、互いに異なる回転方向を持つ領域A3と領域B3との境界の領域D(ディスクリネーションの領域)の画素電極にかかる部分D1(斜線部)が転移核発生の起点となり、転移が開始し、ベンド配向領域が拡大する。
すなわち、図7において、(n+1)行と(n+2)行との画素電極間の電圧、および(n+1)行の中心に位置する(m+2)列の画素電極とその両隣の(m+1)列、(m+3)列の画素電極との間の電圧は、互いに液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させる電圧、換言すれば、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせる電圧である。
ここまでは、図20で示した従来のドット反転駆動の場合と同様であるが、本実施形態において、図20と異なるのは、隣接する行間の等電位線に着目すると、行方向に直線的に延びる部分が存在せず、上に凸となるように湾曲している点にある。そのため、本実施形態では、液晶分子が行方向を向いたままであって回転方向が定まらないような場所(図20における領域C1)が存在せず、行間の中央付近の液晶分子も必ず時計回り、反時計回りのいずれかの回転方向に回転しようとするので、図20のドット反転駆動の場合と比べて、全体として転移核が生じやすくなる。
図6では、iフレームである場合について説明したが、(i+1)フレームでは、図6における電界の方向がすべて逆転するだけであって、その大きさは同じであるので、同様に転移核が生じやすくなる。
したがって、本実施形態の液晶装置によれば、画素電極の形状を特に工夫することなく、画素電極とコモン電極との間で挟持された液晶のみならず、行間に中央付近に位置する液晶についても初期転移に要する時間を短縮することが可能となるので、高速応答性を備えたOCBモードの液晶装置を実現することができる。
なお、図6では、3行3列の9個の画素電極のみを取り出して図示したが、図示しない画素電極については、図6で示したパターンの繰り返しである。
また、実際の液晶分子は画素電極に対して非常に小さいが、図7、図20および図21においては液晶分子を説明のために拡大して示してある(後述する図10、図13、図15においても同様である)。
さらに、第1実施形態では、走査線3aの延在方向を行方向としてラビング方向に設定するとともに、転移モードにおいて第(n+2)行の画素電極9に対し10V、0Vの電圧をフレーム毎に切り替えて印加したが、ラビング方向をデータ線6aの延在方向に設定するとともに、図6に示される電圧パターンを時計回りに(または反時計回り)に90度回転させたパターンの電圧を画素電極に印加しても良い。つまり、本発明において、行方向と列方向とは互いに相対的な概念であり、マトリクス配列における一方と他方との関係である。
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る液晶装置について説明する。
この第2実施形態に係る液晶装置の構成は、図1、図2および図3に示した第1実施形態と同様であり、転移モードにおいて画素電極9に印加する電圧パターンが相違するだけである。このため、第2実施形態では、転移モードにおいて画素電極9に印加する電圧パターンについてのみ説明することにする。
このため、第2実施形態では、転移モードにおいて印加する信号波形を示す図8、画素電極9に印加する電圧パターンを示す図9、および、液晶分子の挙動を示す図10を参照して説明することにする。
図8および図9に示されるように、あるiフレームにおいては、(n+1)行、(n+2)行および(n+3)行(これらを含む表示領域の全て)の全ての画素電極に正極性電圧を印加する。ただし、次の(i+1)フレームでは図8に示されるように、極性が反転し、全ての画素電極に負極性の電圧を印加する。すなわち、第2実施形態は、フレーム反転駆動である。
具体的には、iフレームにおいて(n+1)行および(n+3)行の画素電極に対しては、(m+1)列→(m+2)列→(m+3)列の順に6V、8V、6Vの電圧をそれぞれ印加する一方、(n+2)行の画素電極に対しては、この列の全てに10Vの電圧を印加する。コモン電極25の電圧が5Vであるから、上記の全ての電圧は正極性である。
第2実施形態では、各画素電極9に印加される電圧値が異なるものの、隣接する各画素電極への印加電圧の高低の関係は、図6に示した第1実施形態と全く同一である。
したがって、第2実施形態において、(n+1)行および(n+3)行の画素電極に6V、8Vを列毎に交互に印加し、(n+2)行の画素電極に10Vを印加した場合に、図9に示されるように、画素電極間における電界を示す矢印の有無、および、矢印の向きは、第1実施形態と全く同一である。
すなわち、第2実施形態でも、(n+2)行の全ての画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、(n+2)行と列方向に隣接する(n+1)行および(n+3)行の複数の画素電極に対しては、1行中の任意の1つの画素電極の両隣の2個の画素電極の電圧が中央の1個の画素電極の電圧に比べてともに高いか、または、ともに低くなるような電圧を印加している。なお、これらの印加電圧は全てスプレイ配向からベンド配向への初期転移に必要な閾値電圧以上である。
したがって、図10に示されるように、等電位線の形状が第1実施形態とほぼ同じである(実際には電圧値が異なるため、全く同一ではないが、ほぼ同じである、といって差し支えない)ので、液晶分子の挙動も第1実施形態と同じである。
このため、第2実施形態においても、iフレームにおいて画素電極に10V、つまり、(i+1)フレームにおいて画素電極0Vが印加される行(図10において(n+2)行)中で隣接する画素電極間を除く、他の全ての画素電極間で電位差が生じるので、これらの画素電極間で横電界が生じ、この横電界によって液晶分子が面内で回転しようとする。このとき、従来のドット反転駆動などと異なり、行間の中央付近の液晶分子も時計回り(A6方向)、反時計回り(B6方向)のいずれかの回転方向に回転するため、転移核が生じやすくなり、初期転移を十分に高速化することができる。よって、第2実施形態のようなフレーム反転駆動を行った場合でも、画素電極の形状を特に工夫することなく、初期転移に要する時間を短縮することができ、高速応答性を備えたOCBモードの液晶装置を実現することができる。
なお、本実施形態の場合も、図10において、(n+1)行と(n+2)行の画素電極間の電圧、および(n+1)行の中心に位置する(m+2)列の画素電極とその両隣の(m+1)列、(m+3)列の画素電極との間の電圧は、液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせる電圧である。また、(i+1)フレームにおいては、電界方向の向きが逆転するだけであるので、説明は省略する。
<第3の実施の形態>
続いて、本発明の第3実施形態に係る液晶装置について説明する。
第3実施形態に係る液晶装置の構成についても、第1実施形態と同様であり、転移モードにおいて画素電極9に印加する電圧パターンが第1および第2実施形態と相違するだけである。このため、第3実施形態では、転移モードにおいて印加する信号波形および画素電極9に印加する電圧パターンについてのみについて、図11乃至図17を参照して説明することにする。
第1および第2実施形態では、具体例として(n+2)行がそうであったように、行方向に並ぶ全ての画素電極に対して等しい電圧(例えば10V)が印加される行が存在していた。そして、これに隣接する上下の行の画素電極に対しては、同じ列方向に隣接する画素電極間で異なる電圧(例えば第1実施形態では(m+1)列で0Vと10V、(m+2)列で3Vと10V)がそれぞれ印加されていた。ところが、本発明はこれに限るものではなく、画素電極に等しい電圧が印加される行が存在しなくても成立する。これは、1行の中で行方向に隣接する2つの画素電極間で異なる電圧が印加され、1列の中で列方向に隣接する2つの画素電極間で異なる電圧が印加されることを意味する。したがって、以下では2行2列の隣接する4個の画素電極に着目し、この例について説明する。
2行2列の隣接する4個の画素電極において、行方向あるいは列方向で隣接する2つの画素電極間で異なる電圧が印加されたとき電圧の高低関係のパターンは、図11で示されるように、2=16通りのパターンが考えられる。ところが、これら16通りのパターンの中には、その対称性から重複するパターンが含まれているので、実質的に異なるパターンは、図11において(1)〜 (5)で示される5通りのパターンである。よって、以下ではこれら5通りのパターンについて考察する。
なお、矢印の表し方は図5等と同じであり、矢印の基端側が高電圧側、矢印の先端側が低電圧側を示している。また、第3実施形態はライン反転の場合を例にとっており、例えば(n+1)行を負極性、(n+2)行を正極性として考える。
まず、(1)のパターンについては、走査信号およびデータ信号を、図12におけるiフレームで示したような波形とすることで、図13に示されるように、行方向に見たときには(n+1)行、(n+2)行ともに、(m+1)列の画素電極の電圧に対して(m+2)列の画素電極の電圧を高くする。さらに、列方向に見たときには(m+1)列、(m+2)列ともに、(n+1)行の画素電極の電圧に対して(n+2)行の画素電極の電圧の方が高くなっている。具体的には、ライン反転駆動を例にとると、(n+1)行(m+1)列の画素電極に0Vが、(n+1)行(m+2)列の画素電極に3Vが、(n+2)行(m+1)列の画素電極に8Vが、(n+2)行(m+2)列の画素電極に10Vがそれぞれ印加される。
このように電圧が印加された場合の等電位線の様子を図13に示すと、第1実施形態の図7と比較して、(n+2)行の隣接する画素電極間の等電位線の有無が異なるが、液晶分子の配向方向に対する影響という観点ではよく類似している。すなわち、領域A7では液晶分子が矢印A8の向き(時計回り)に回転する一方、領域B7では液晶分子が矢印B8の向き(反時計回り)に回転する。したがって、領域A7と領域B7との境界の領域D(ディスクリネーションの領域)の画素電極にかかる部分D1(斜線部)が転移核発生の起点となり、転移が開始する。そして、隣接する行間の等電位線が湾曲しており、行間の中央付近の液晶分子も必ず時計回り、反時計回りのいずれかの回転方向に回転する。その結果、転移核が生じやすくなり、初期転移を十分に高速化することができる。
なお、図13における(n+1)行と(n+2)行の画素電極間の電圧、および(n+1)行の中心に位置する(m+2)列の画素電極とその両隣の(m+1)列、(m+3)列の画素電極との画素電極との間の電圧は、液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせる電圧である。また、(i+1)フレームにおいては、電界方向の向きが逆転するだけであるので、説明は省略する。
次に、(2)のパターンについては、図14に示されるように、(n+2)行(m+1)列(左下)の画素電極、および、(n+2)行(m+3)列(右下)の画素電極において、電圧の高低関係がこのような矢印を満たすような電圧(10Vよりも低く、かつ、0Vよりも低い電圧)をとることができない。
続いて(3)のパターンについては、例えば図15に示されるように、行方向に見たときに(n+1)行では、(m+1)列の画素電極に印加された電圧に対して(m+2)列の画素電極への印加電圧の方が低く、(n+2)行では、(m+1)列の画素電極に印加された電圧に対して(m+2)列の画素電極への電圧の方が高くなっている。また、列方向に見たときに、(m+1)列、(m+2)列ともに、(n+1)行の画素電極に印加された電圧に対して、(n+2)行の画素電極への印加電圧の方が高くなっている。具体的には、(n+1)行(m+1)列の画素電極に3V、(n+1)行(m+2)列の画素電極に0V、(n+2)行(m+1)列の画素電極に8V、(n+2)行(m+2)列の画素電極に10Vの電圧がそれぞれ印加される。
このように電圧が印加された場合の等電位線の様子は、同図に示されるように、隣接する行間の等電位線が行方向に略直線状に延びており、0Vが印加された画素電極と10Vが印加された画素電極との周囲をそれぞれ周回している。この様子は、従来のドット反転駆動の図20とやや類似しているおり、領域A9,B11では液晶分子が矢印A10,B12の向き(時計回り)に回転する一方、領域A11,B9では液晶分子が矢印A12,B10の向き(反時計回り)に回転する。
ところが、行間の中央付近の領域C9に着目すると、この領域では電圧無印加時にもともと行方向を向いていた液晶分子の回転方向が瞬時には定まらない。このため、領域A9、B9およびA11、B11の液晶分子の回転の遅延が生じる。この結果、領域A9−B9間、領域A11−B11間の異なる回転方向の境界の形成にも遅延が生じるため、転移核の発生が遅くなり、初期転移を十分に高速化できない。
なお、(4)のパターンについては、図16に示されるように、全ての画素電極において、電圧の高低関係がこのような矢印を満たすような電圧をとることができない。(5)のパターンについても、図17に示されるように、(n+2)行(m+1)列(左下)の画素電極および(n+1)行(m+3)列(右下)の画素電極において、電圧の高低関係がこのような矢印を満たすような電圧(10Vよりも低く、かつ、3Vよりも低い電圧)をとることができない。
以上をまとめると、初期転移を高速化できるのは、5通りのパターンのうち、(1)のパターンのみである。(1)のパターンの特徴は、電圧の高低関係で言えば、行方向と列方向に隣接する4個の画素電極に対して、(n+1)行の2個の画素電極と(n+2)行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士の印加電圧を比較したときに、(n+1)行の画素電極の電圧に比べて(n+2)行の画素電極の電圧がともに高いか、ともに、低く、かつ、(m+1)列の2個の画素電極と(m+2)列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士の電圧を比較したときに(m+1)列の画素電極の電圧に比べて(m+2)列の画素電極の電圧がともに高いか、ともに、低くなるような電圧を印加することである。
また、等電位線の特徴で言えば、同じ行の複数の画素電極に対して自身の周囲を周回する等電位線を有するものが1つおきに発生し、かつ、同じ列の複数の画素電極に対して自身の周囲を周回する等電位線を有するものが1つおきに発生するような電圧を印加することである。簡単に言えば、自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極が行および列毎に交互に配列されるように電圧を印加することである。
このような電圧印加パターンを採用することによって、第1、第2実施形態以外のパターン、すなわち、行方向に隣接する2つの画素電極間で異なる電圧を印加し、かつ、列方向に隣接する2つの画素電極間で異なる電圧を印加した場合にも、画素電極の形状を特に工夫することなく、初期転移に要する時間を短縮することができ、高速応答性を備えたOCBモードの液晶装置を実現することができる。
<第4の実施の形態>
本発明の第4実施形態に係る液晶装置について説明する。
第4実施形態に係る液晶装置の構成についても、第1実施形態と同様であり、転移モードにおいて画素電極9に印加する電圧パターンが他の実施形態と相違するだけである。このため、第4実施形態では、図18に、転移モードにおいて印加する信号波形を示し、図19に、画素電極9に印加する電圧パターンについて示して説明することにする。
第4実施形態では、図18および図19に示されるように、iフレームにおいて(n+1)行および(n+2)行の全ての画素電極に正極性の電圧を印加する。ただし、図18に示されるように、この次の(i+1)フレームでは極性を反転して、全ての画素電極に負極性の電圧を印加する。すなわち、第4実施形態は、フレーム反転駆動である。具体的には、iフレームにおいて(n+1)行の画素電極に対し(m+1)列→(m+2)列の順に7V、8Vの電圧をそれぞれ印加する。一方、(n+2)行の画素電極に対しては、(m+1)列→(m+2)列の順に6V、10Vの電圧をそれぞれ印加する。コモン電極25の電圧は5Vであるから、上記の全ての電圧は正極性となる。
すなわち、この電圧印加パターンを一般的に言えば、任意の第1行(n+1行)の2個の画素電極と第2行(n+2行)の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士の電圧を比較したときに、一方の列(m+2列)に位置する第1行の画素電極の電圧に比べて第2行の画素電極の電圧が高く、他方の列(m+1列)に位置する第1行の画素電極の電圧に比べて第2行の画素電極の電圧が低く、かつ、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士の電圧を比較したときに第1列の画素電極の電圧に比べて第2列の画素電極の電圧がともに高いか、または、ともに低くなるような電圧を印加することである。
なお、これらの印加電圧は、液晶容量55に挟持された液晶50を、スプレイ配向からベンド配向への初期転移に必要な閾値電圧以上である。また、(i+1)フレームにおいては、電界方向の向きが逆転するだけであるので、説明は省略する。
したがって、図19に示されるように、(n+2)行中の全ての画素電極間で電位差が生じるので、これらの全ての画素電極の間で自身の周囲を周回する等電位線が生じ、液晶分子が面内で回転しようとする。なお、(n+1)行中の全ての画素電極間では自身の周囲を周回する等電位線が発生せず、画素電極間で自身の周囲を周回する等電位線が生じる行と生じない行とが交互にできることになる。このとき、従来のドット反転駆動などと異なり、行間の中央付近の液晶分子も時計回り、反時計回りのいずれかの方向に回転するため、転移核が生じやすくなり、初期転移を十分に高速化することができる。よって、第4実施形態のようなフレーム反転駆動を行った場合でも、画素電極の形状を特に工夫することなく、初期転移に要する時間を短縮することができ、所望の高速応答性を備えたOCBモードの液晶装置を実現することができる。
なお、第4実施形態においても、図19において、(n+1)行と(n+2)行との画素電極間の電圧、および、(m+1)列と(m+2)列との画素電極間の電圧は、互い液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの画素電極領域の境界においてディスクリネーションを生じさせる電圧である。本実施形態は、画素電極間の電圧の大小関係だけで言えば、第3実施形態で検討した5通りのパターンのうち、(2)のパターンと同等である。つまり、第3実施形態ではライン反転駆動という制約を設けたため、(2)のパターンは実現不可能であったが、フレーム反転駆動を採用すれば(2)のパターンでも実現できるということになる。
また、各実施形態等では、コモン電極25に印加する電圧LCcomを、極性反転の基準電位と一致させていたが、TFT30がnチャネル型である場合、当該TFTのゲート・ドレイン間の寄生容量に起因して、オンからオフ時にドレイン(画素電極9)の電位が低下する現象(プッシュダウン、突き抜け、フィールドスルーなどとも呼ばれる)が発生する。液晶の劣化を防止するため、液晶容量55では交流駆動が原則であるので、高位側(正極性)と低位側(負極性)とで交互書き込みをするが、電圧LCcomを極性反転の基準電位として交互書き込みをすると、プッシュダウンのために、液晶容量55に保持される電圧の実効値は、負極性書込の方が正極性書込よりも大きくなってしまう。このため、TFT30がnチャネル型であれば、液晶容量の電圧実効値が互いに等しくなるように、コモン電極25に印加する電圧LCcomを、データ信号の振幅中心電位よりも若干低めに設定する場合がある。
<電子機器>
以下、本発明の電子機器の一実施形態について、図22を用いて説明する。
図22は、上記実施形態の液晶装置を備えた携帯電話機の斜視図である。同図に示すように、携帯電話機1300は、複数の操作ボタン1302、受話口1303、送話口1304とともに、上記実施形態の液晶装置からなる表示部1301を備えている。本実施形態によれば、上記実施形態の液晶装置が備えられるので、高速の初期転移が実現されて、OCBモードによる動画視認性に優れた表示が可能となる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記の実施形態で例示した電圧印加パターンの具体的な電圧値はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。また、液晶装置の基本構成は特に限定されるものではなく、例えば画素スイッチング素子として、TFTではなく、薄膜ダイオード(Thin Film Diode)を用いた液晶装置においても、一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列するので、本発明を適用することが可能である。
上述した説明では、表示領域40の一部を代表させる意味で、(n+1)行、(n+2)行、(n+3)行と、(m+1)列、(m+2)列、(m+3)列との交差に対応する画素電極に印加する電圧印加パターンで説明し、他については、この電圧印加パターンの繰り返しとして説明したが、表示領域40の一部の画素電極に対して上記電圧印加パターンを適用すれば、初期転移の高速化は一応可能ではある。ただし、表示領域40におけるすべての画素電極に対して適用することが望ましい。
また、転移モードにおいて、ベンド配向への転移に要する閾値電圧以上である電圧が印加される画素電極9は、表示領域40の一部であっても構わないが、表示領域40のすべてであることが望ましい。
第1実施形態に係る液晶装置の平面図である。 図1のH− H’線に沿う断面図である。 同液晶装置の回路構成を示すブロック図である。 同液晶装置の転移モードにおける信号波形を示す図である。 同液晶装置の表示モードにおける信号波形を示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 転移モードにおける液晶分子の挙動を説明するための図である。 第2実施形態に係る液晶装置の転移モードにおける信号波形を示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 転移モードにおける液晶分子の挙動を説明するための図である。 第3実施形態における印加電圧パターンの組み合わせを示す図である。 同液晶装置における信号波形を示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 第4実施形態に係る液晶装置における信号波形を示す図である。 転移モードにおける各画素電極への印加電圧パターンを示す図である。 従来のドット反転駆動による液晶分子の挙動を説明するための図である。 従来のライン反転駆動による液晶分子の挙動を説明するための図である。 電子機器の一例を示す斜視図である。
符号の説明
9…画素電極、10…TFTアレイ基板、20…対向基板、25…コモン電極、30…TFT、100…液晶装置、50…液晶、55…液晶容量

Claims (17)

  1. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、
    前記転移の際に、
    任意の第1行に対応する複数の画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、
    前記第1行と列方向に隣接する第2行の複数の画素電極のうち、任意の1個の画素電極の両隣の2個の画素電極に、前記1個の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記マトリクス状に配列する複数の画素電極のうち、少なくとも一部に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上である
    ことを特徴とする液晶装置。
  2. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、
    前記転移の際に、
    互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、第1行の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加し、かつ、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上である
    ことを特徴とする液晶装置。
  3. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、
    前記転移の際に、
    互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、一方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて高く、かつ、他方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて低い電圧を印加するとともに、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上である
    ことを特徴とする液晶装置。
  4. 前記電圧印加動作において前記第1行の画素電極と前記第2行の画素電極とで、所定の基準電位に対して逆極性の電圧を印加するとともに、各行の画素電極に印加する電圧の極性を単位時間毎に反転させる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶装置。
  5. 前記電圧印加動作において前記第1行の画素電極と前記第2行の画素電極とで、所定の基準電位に対して同極性の電圧を印加するとともに、各行の画素電極に印加する電圧の極性を単位時間毎に反転させる
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の液晶装置。
  6. 前記転移の際における電圧印加動作の後、前記複数の画素電極の各々に対して、所定の基準電位に対して階調に応じた電圧をそれぞれ印加する
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の液晶装置。
  7. 前記電圧印加動作において印加される全ての電圧が前記閾値電圧以上とされた
    ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の液晶装置。
  8. 前記電圧印加動作が、前記表示領域の全ての複数の画素電極に対して行われる
    ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の液晶装置。
  9. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、
    前記転移の際に、
    任意の第1行の複数の画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、前記第1行と列方向に隣接する第2行に、自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極が1つおきに生じるような電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上である
    ことを特徴とする液晶装置。
  10. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、
    前記転移の際に、
    全ての行において1行中の複数の画素電極に対して異なる電圧を印加するとともに、同じ行について自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極が1つおきに生じ、かつ、同じ列について自身の周囲を周回する等電位線を有する画素電極が1つおきに生じるような電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上である
    ことを特徴とする液晶装置。
  11. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置であって、
    前記転移の際に、
    全ての行において1行中の複数の画素電極に対して異なる電圧を印加するとともに、
    1行の全ての画素電極に対して自身の周囲を周回する等電位線を有する行と、1行の全ての画素電極に対して自身の周囲を周回する等電位線を有しない行とが交互に生じるような電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上である
    ことを特徴とする液晶装置。
  12. 少なくとも一組の画素電極間の電圧は、前記液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせる
    ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか一項に記載の液晶装置。
  13. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置の駆動方法であって、
    前記転移の際に、
    任意の第1行に対応する複数の画素電極に対して等しい電圧を印加するとともに、
    前記第1行と列方向に隣接する第2行の複数の画素電極のうち、任意の1個の画素電極の両隣の2個の画素電極に、前記1個の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記マトリクス状に配列する複数の画素電極のうち、少なくとも一部に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上に設定した
    ことを特徴とする液晶装置の駆動方法。
  14. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置の駆動方法であって、
    前記転移の際に、
    互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、第1行の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加し、かつ、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べて、ともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上に設定した
    ことを特徴とする液晶装置の駆動方法。
  15. 一対の基板のうち、一方の基板に複数の画素電極がマトリクス状に配列され、前記一対の基板間に挟持された液晶の配向状態を初期状態のスプレイ配向からベンド配向へと転移させて表示を行うOCBモードの液晶装置の駆動方法であって、
    前記転移の際に、
    互いに隣接する2つの行と互いに隣接する2つの列とで構成される任意の4個の画素電極に対して、第1行の2個の画素電極と第2行の2個の画素電極とで同じ列に位置する画素電極同士で比較したときに、第2行の画素電極に、一方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて高く、かつ、他方の列に位置する第1行の画素電極への印加電圧に比べて低い電圧を印加するとともに、第1列の2個の画素電極と第2列の2個の画素電極とで同じ行に位置する画素電極同士で比較したときに、第2列の画素電極に、第1列の画素電極への印加電圧に比べてともに高いか、または、ともに低い電圧を印加する電圧印加動作を、前記表示領域の少なくとも一部にあたる複数の画素電極に対して行い、
    前記電圧印加動作において印加される電圧のうちの少なくとも一部と、前記一対の基板のうち、他方の基板に形成された電極の電圧との差が、スプレイ配向からベンド配向への転移に必要な閾値電圧以上に設定した
    ことを特徴とする液晶装置の駆動方法。
  16. 少なくとも一組の画素電極間の電圧は、前記液晶分子の回転方向が異なる領域を発生させ、それらの領域の境界においてディスクリネーションを生じさせる
    ことを特徴とする請求項13ないし15のいずれか一項に記載の液晶装置の駆動方法。
  17. 請求項1ないし12のいずれか一項に記載の液晶装置を備えた
    ことを特徴とする電子機器。
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