JP2010243968A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示開始後の表示不良を容易かつ低消費電力で防止することができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示パネル４０において、液晶層を挟持する一対の基板のうち、液晶を駆動するための画素電極６４および共通電極６３が形成される基板に対向する基板に、対向電極５２を設け、表示用駆動部１０２によって対向電極５２に電圧を印加する。このとき、表示の開始に伴って対向電極５３への電圧の印加を開始し、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、対向電極５３への電圧の印加を停止して対向電極５３をフローティング状態にするように、制御部１０１によって表示用駆動部１０２を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より詳細には、横方向電界方式の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、透明基板上に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；略称：ＴＦＴ）を複数配設した薄膜トランジスタアレイ基板（以下「ＴＦＴ基板」という）と、透明基板上にカラーフィルタを配置したカラーフィルタ（Color Filter）基板（以下「ＣＦ基板」という）との間に液晶を封入した液晶表示パネルを備える。

ＴＦＴ基板には、スイッチング素子および当該スイッチング素子に接続される液晶駆動用の画素電極などがアレイ状に形成されている。またＣＦ基板には、カラーフィルタとして、赤（Red：Ｒ）、緑（Green：Ｇ）および青（Blue：Ｂ）の各色の着色層を含む画素、および各色の着色層間に配設されるブラックマトリックス（Black Matrix；略称：ＢＭ）と呼称される遮蔽材が、各スイッチング素子に対応するように配設されている。

液晶駆動方式としては、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に封入された液晶に印加する電界の方向を基板界面にほぼ垂直な方向とし、水平方向に配向していた液晶分子を電界によって垂直方向に配向させることで動作する、ツイステッドネマティック（Twisted Nematic）表示方式（以下「ＴＮ方式」という）が従来から採用されている。しかし、このＴＮ方式は、液晶分子が電界によって垂直方向に配向するときに、基板に対してある角度を持つので、視認する方向によって明るさが異なり、視野角を広くできないという問題を有している。

前記問題の改善策として、液晶に印加する電界の方向を基板界面に略平行な方向にして、液晶分子を電界によって水平方向に回転させる横方向電界方式の液晶表示装置が提案されている。横方向電界方式は、基板界面に略平行な面内でスイッチングが行われることから、面内スイッチング（In Plane Switching；略称：ＩＰＳ）方式とも呼称される。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置では、液晶層を構成する液晶分子の長軸は基板界面とほぼ平行となり、基板界面に垂直な方向に液晶分子が立ち上がることがないので、視角方向を変えたときの明るさの変化が小さく、いわゆる視野角依存性が殆どない。したがってＩＰＳ方式の液晶表示装置は、縦電界方式であるＴＮ方式の液晶表示装置に比べて非常に視野角が広く、表示品質の優れたモニター用途の液晶表示装置として注目されている。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置は、液晶分子を基板に対して平行な水平面内で回転させて表示を行う。駆動に際しては、ＴＦＴ基板上の信号線に任意の電位を与え、走査線の信号によってＴＦＴを駆動して、画素電極に所定の電位を与える。この画素電極と共通電極との電位差によって、液晶分子の配列角度を変えて表示の明暗を変更する。したがってＴＦＴ基板の液晶を駆動させるための信号線、走査線および共通電極線には、それぞれ所定の電位が与えられている。

これに対して、ＣＦ基板は、電気的に絶縁されている。ＣＦ基板では、光源からの光の透過部に各色の着色層を配しており、ＴＦＴ基板の信号線、ＴＦＴ、および走査線の一部または全ての部分は、ＣＦ基板のＢＭによって遮光される。ＣＦ基板のＢＭは、金属材料、または着色層よりも抵抗が低い樹脂材料などによって形成されているので、ＴＦＴ基板の信号線などに電位が与えられると、主にＢＭに電荷が溜まり、ＢＭが電位を有することとなる。ＢＭとＴＦＴ基板の画素電極および共通電極との間に電位差が生じた場合、それらの間に電界が生じるので、液晶分子の向きが乱れることとなり、表示に影響を及ぼすという問題がある。

このようなＩＰＳ方式の液晶表示装置におけるＴＦＴ基板からのＣＦ基板への電位の影響を抑えるための技術が、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される液晶表示装置は、走査線による電界の影響を低減させるために、走査線上に共通電極線または信号線と同じ電位となるシールド電極を配置して、走査線の電位がＢＭ層に影響を与えることを低減するように構成されている。

またＩＰＳ方式の液晶表示装置には、表示開始時の表示品位が低下するという問題がある。表示装置内の共通電極の最適電位は、走査線、信号線および画素電極の電位などの関係から決まるものであるが、ＩＰＳ方式の液晶表示装置では、表示開始時に共通電極の最適電位が数十分に渡って変動するという現象が見られる。この原因は、ＣＦ基板には電圧が印加されていないが、ＴＦＴ基板から影響を受けてＣＦ基板の電圧が徐々に変化していくためであると考えられている。

この問題を解決するための技術が、たとえば特許文献２に開示されている。特許文献２に開示される液晶表示装置は、共通電極に相当する対向電極に供給する電圧信号を、ＣＦ基板にチャージされる電荷量を加味して制御するように構成されている。

前述の問題の他に、外部からの静電気の影響で表示装置内部のカラーフィルタのＢＭおよび着色層が帯電して、表示に影響を及ぼすという問題がある。この外部からの静電気の影響を防ぐための技術が、たとえば特許文献３に開示されている。特許文献３に開示される液晶表示装置は、ＣＦ基板に導電膜を形成し、この導電膜に共通電極と同電位の一定電位などを印加して、ＣＦ基板が外部からの静電気等で帯電しないように構成されている。

特開２００１−１８３６９９号公報 特開２００３−３０２６４８号公報 特開２００４−００４７５４号公報

前述のようにＩＰＳ方式の液晶表示装置では、ＣＦ基板の帯電の影響によって表示品位が低下するという問題がある。

この問題を解決するための技術が前述の特許文献１〜３に開示されているが、特許文献１に開示される液晶表示装置では、シールド電極に対しても、共通電極線または信号線と同じ電位を与える必要があるので、消費電力の増大を招く。

また特許文献２に開示される液晶表示装置では、対向電極に供給する電圧信号を制御するために複雑な制御回路が必要となり、コストの増大を招く。

また特許文献３に開示される液晶表示装置では、ＣＦ基板に形成した導電膜に共通電極と同電位の一定電位などを印加するので、消費電力の増大を招く。

本発明の目的は、表示開始後の表示不良を容易かつ低消費電力で防止することができる液晶表示装置を提供することである。

本発明の液晶表示装置は、対向して配置される一対の基板と、前記一対の基板間に挟持される液晶層とを備え、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側の表面上に設けられる画素電極と共通電極との間に電界を発生させて前記液晶層を構成する液晶分子の配向方向を制御することで表示を行う液晶表示装置であって、前記一対の基板のうち、他方の基板の前記液晶層側の表面上に設けられ、前記一方の基板に対向する対向電極と、前記対向電極に電圧を印加する対向電極用印加手段と、表示の開始に伴って前記対向電極への電圧の印加を開始し、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、前記対向電極への電圧の印加を停止して前記対向電極をフローティング状態にするように、前記対向電極用印加手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置によれば、液晶層を挟持する一対の基板のうち、一方の基板の液晶層側の表面上に設けられる画素電極と共通電極との間に電界を発生させて、液晶層を構成する液晶分子の配向方向を制御することで、表示が行われる。この表示の開始に伴って、制御手段によって対向電極用印加手段が制御されて、一対の基板のうち、他方の基板の液晶層側の表面上に設けられる対向電極への電圧の印加が開始される。表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、制御手段によって対向電極用印加手段による対向電極への電圧の印加が停止されて、対向電極がフローティング状態となる。

このように対向電極には、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過するまで電圧が印加される。これによって、画素電極との間に電界を発生させるために共通電極に印加される電圧の最適値（以下「最適電圧」という場合がある）が、表示を開始した時点からの時間の経過に伴って変動する現象である、共通電極の最適電圧の時間変動を抑えることができる。したがって、表示開始後の表示不良を防ぐことができるので、表示品位を向上することができる。

また対向電極は、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、対向電極用印加手段による電圧の印加が停止され、フローティング状態となるので、消費電力の増大を防ぐことができる。したがって、表示開始後の表示不良を容易かつ低消費電力で防止することができる。

また制御手段による対向電極用印加手段の制御は、表示の開始に伴って対向電極への電圧の印加を開始し、電圧印加時間が経過すると対向電極への電圧の印加を停止するという簡単な制御であるので、簡易な構成で制御手段を実現することができる。これによってコストの増大を防ぐことができる。したがって、コストの増大を招くことなく、前述のように表示開始後の表示不良を容易かつ低消費電力で防止することのできる液晶表示装置を実現することができる。

本発明の前提となる液晶表示装置の液晶表示パネル１の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態である液晶表示装置１００の電気的構成を示すブロック図である。 液晶表示装置１００における液晶表示パネル４０の構成を示す断面図である。 液晶表示パネル４０におけるＴＦＴ基板６０の構成を示す平面図である。 液晶表示パネル４０における１画素の電気的等価回路を示す図である。 表示開始時からの共通電極の最適電圧の時間変動の測定例を示すグラフである。 他の例の液晶表示パネル４０Ａを示す断面図である。 さらに他の例の液晶表示パネル４０Ｂを示す断面図である。 液晶表示パネル４０ＢにおけるＴＦＴ基板６０Ｂを示す平面図である。 ドット反転駆動方式における奇数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。 ドット反転駆動方式における偶数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。 ラインコモン反転駆動における奇数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。 ラインコモン反転駆動における偶数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。 他の例の対向電極８５を備える液晶表示パネル４０Ｃを示す断面図である。 さらに他の例の対向電極８６を備える液晶表示パネル４０Ｄを示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態である液晶表示装置における液晶表示パネル９０の構成を示す断面図である。

＜前提技術＞
本発明の液晶表示装置の説明をする前に、本発明の前提となる液晶表示装置について説明する。図１は、本発明の前提となる液晶表示装置の液晶表示パネル１の構成を示す断面図である。図１では、理解を容易にするために、ＴＦＴ素子、走査線、信号線、補助容量、偏光板および光源などの図示を省略している。

液晶表示装置の液晶表示パネル１は、カラーフィルタ（略称：ＣＦ）基板１０と、薄膜トランジスタ（略称：ＴＦＴ）基板２０と、ＣＦ基板１０とＴＦＴ基板２０との間に挟持される液晶層３０とを備えて構成される。

ＣＦ基板１０は、ガラス基板１１と、ガラス基板１１の液晶層３０側の表面部に配置されるブラックマトリックス（略称：ＢＭ）１２および着色層１３と、ＢＭ１２および着色層１３を覆うオーバーコート膜１４と、オーバーコート膜１４を覆う配向膜１５とを備えて構成される。

ＴＦＴ基板２０は、ＣＦ基板１０に対向して配置され、ガラス基板２１と、ガラス基板２１の液晶層３０側の表面部に配置される共通電極２３および画素電極２４と、共通電極２３および画素電極２４を覆う配向膜２２とを備えて構成される。また図示は省略するが、ＴＦＴ基板２０は、画素電極２４に接続されるＴＦＴ素子と、ＴＦＴ素子を駆動させるための信号線および走査線とを備える。

液晶表示装置１は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置である。液晶表示装置１では、ＴＦＴ基板２０のＴＦＴ素子を駆動して画素電極２４と共通電極２３との間に電圧を印加し、画素電極２４と共通電極２３との間に電界Ｅ０を生じさせることによって、液晶層３０を構成する液晶分子の配列方向を制御して、表示の明暗を制御する。したがってＴＦＴ基板２０では、ＴＦＴ素子を駆動させるために、信号線および走査線に所定の電位が与えられる。また共通電極２３にも所定の電位が与えられる。

これに対し、ＣＦ基板１０は、電位が与えられる部材を有しておらず、電気的に絶縁されている。しかし、ＣＦ基板１０のＢＭ１２は、金属材料、または着色層１３よりも抵抗が低い樹脂材料などによって形成されているので、ＴＦＴ基板２０の信号線などに電位が与えられると、主にＢＭ１２に電荷が溜まり、ＢＭ１２が帯電してしまうこととなる。

これによってＢＭ１２と画素電極２４との間、およびＢＭ１２と共通電極２３との間に電位差が生じると、ＣＦ基板１０とＴＦＴ基板２０との間に電界が生じるので、液晶分子の向きが乱れることとなり、表示に影響を及ぼすという問題が生じる。

そこで本発明の液晶表示装置では、上記の問題を解消するために、以下に示す実施の形態の構成を採用している。

＜第１の実施の形態＞
図２は、本発明の第１の実施の形態である液晶表示装置１００の電気的構成を示すブロック図である。本実施の形態の液晶表示装置１００は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置である。液晶表示装置１００は、制御部１０１、表示用駆動部１０２、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ部１０３、電源部１０４および液晶表示パネル４０を備えて構成される。制御部１０１は、計時部１０５を備える。液晶表示パネル４０は、対向電極５２、共通電極６３および画素電極６４を備える。

制御部１０１は、液晶表示装置１００を構成する表示用駆動部１０２、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ部１０３および電源部１０４を含むハードウェア資源とそれぞれ電気的に接続され、信号および情報を互いに伝達可能に構成される。制御部１０１は、その内部に記憶される制御プログラムに基づいて、前述のハードウェア資源を統括的に制御する処理回路である。本実施の形態では、制御部１０１は、中央演算処理装置（Central Processing Unit；略称：ＣＰＵ）によって実現される。

ＯＮ／ＯＦＦスイッチ部１０３は、オン（ＯＮ）スイッチである動作開始スイッチおよびオフ（ＯＦＦ）スイッチである動作終了スイッチによって実現される。ＯＮ／ＯＦＦスイッチ部１０３は、動作開始スイッチが操作されることで、動作開始指令を制御部１０１に与える。制御部１０１は、動作開始指令が与えられることで、電源部１０４に電力供給指令を与える。電源部１０４は、電力供給指令が与えられることで、制御部１０１および表示用駆動部１０２に電力を供給する。制御部１０１は、動作開始指令が与えられることで、電源部１０４から供給される電力を用いて、画像表示動作を開始する。

またＯＮ／ＯＦＦスイッチ部１０３は、動作終了スイッチが操作されることで、動作終了指令を制御部１０１に与える。制御部１０１は、動作終了指令が与えられることで、電源部１０４に電力供給停止指令を与える。電源部１０４は、電力供給停止指令が与えられることで、制御部１０１および表示用駆動部１０２への電力の供給を停止する。制御部１０１は、動作終了指令が与えられることで、画像表示動作を終了させる。

計時部１０５は、相対的な時間経過を計測し、表示を開始した時点からの経過時間をカウントする。制御部１０１は、計時部１０５によってカウントされた経過時間に基づいて、予め定める電圧印加時間が経過したか否かを判断する。

表示用駆動部１０２は、表示画像を液晶表示パネル４０に表示するために、表示画像に応じた液晶駆動信号を、画素電極６４および共通電極６３を含む電極回路に与える。具体的には、表示用駆動部１０２は、電源部１０４から供給される電力を用いて、画素電極６４および共通電極６３に電圧を印加する。また表示用駆動部１０２は、電源部１０４から供給される電力を用いて、対向電極５２に電圧を印加する。表示用駆動部１０２は、対向電極用印加手段および共通電極用印加手段として機能する。

図３は、液晶表示装置１００における液晶表示パネル４０の構成を示す断面図である。
図４は、液晶表示パネル４０におけるＴＦＴ基板６０の構成を示す平面図である。図３に示すＴＦＴ基板６０は、図４の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図を示している。図５は、液晶表示パネル４０における１画素の電気的等価回路を示す図である。理解を容易にするために、図３〜図５では、偏光板および光源などの図示を省略している。また図３では、ＴＦＴ素子６５、走査線６６、信号線６７および補助容量７２の図示を省略し、図４では、補助容量７２の図示を省略している。

液晶表示パネル４０は、図３に示すように、ＣＦ基板５０と、ＴＦＴ基板６０と、ＣＦ基板５０とＴＦＴ基板６０との間に狭持される液晶層７０とを備えて構成される。ＣＦ基板５０およびＴＦＴ基板６０は、一対の基板に相当し、ＴＦＴ基板６０は、一方の基板に相当し、ＣＦ基板５０は、他方の基板に相当する。

ＣＦ基板５０は、ＣＦ側ガラス基板５１と、ＣＦ側ガラス基板５１の液晶層７０側の表面上に設けられる対向電極５２と、対向電極５２の表面部に設けられるＢＭ５３および着色層５４と、ＢＭ５３および着色層５４を覆うオーバーコート膜５５と、オーバーコート膜５５を覆うＣＦ側配向膜５６とを備えて構成される。

ＢＭ５３および着色層５４は、カラーフィルタとして機能する。着色層５４は、赤（Red：Ｒ）、緑（Green：Ｇ）および青（Blue：Ｂ）の各色の着色層を含む。ＢＭ５３は、各色の着色層５４間に配設され、ＢＭ５３の端部は、着色層５４で覆われる。本実施の形態とは異なるが、ＣＦ側ガラス基板５１に代えて、他の透光性を有する基板、たとえば透光性プラスチック基板を用いてもよい。

本実施の形態では、対向電極５２は、液晶表示パネル４０の表示面全体、すなわちＣＦ側ガラス基板５１の表示に使用される領域全体に形成される。したがって、対向電極５２には、透光性を有する透光性材料を用いる必要がある。透光性材料を用いないと、液晶層７０を通過した光が、対向電極５２で遮られて、表示ができなくなるからである。

対向電極５２には、導電性も求められることから、対向電極５２の材料としては、透光性および導電性を有する材料（以下「透光性導電材料」という）が用いられる。透光性導電材料としては、たとえばインジウム錫酸化物（Indium1 Tin Oxide；略称：ＩＴＯ）を用いればよい。ＩＴＯを用いる場合、ＩＴＯで形成される対向電極５２の厚み寸法は、たとえば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすればよい。

ＴＦＴ基板６０は、ＣＦ基板５０に対向して配置され、ＴＦＴ側ガラス基板６１と、ＴＦＴ側ガラス基板６１の液晶層７０側の表面上に設けられる共通電極６３および画素電極６４と、共通電極６３および画素電極６４を覆うＴＦＴ側配向膜６２とを備えて構成される。本実施の形態とは異なるが、ＴＦＴ側ガラス基板６１に代えて、他の透光性を有する基板、たとえば透光性プラスチック基板を用いてもよい。

またＴＦＴ基板６０は、図４および図５に示すように、画素電極６４に接続されるＴＦＴ素子６５と、ＴＦＴ素子６５を駆動させるための信号線６７および走査線６６とを備える。

画素電極６４は、ＴＦＴ素子６５のドレイン電極に接続され、ＴＦＴ素子６５のソース電極は、信号線６７に接続される。ＴＦＴ素子６５のゲート電極は、走査線６６に接続される。

液晶表示パネル４０では、走査線６６と信号線６７とが同一基板６１上で交差して、マトリックス構造を形成している。画素電極６４およびＴＦＴ素子６５は、走査線６６と信号線６７とによって区画される各画素領域に配置される。共通電極６３は、画素電極６４と同一基板６１上に、基板全体にわたって設けられる。画素電極６４と共通電極６３とによって液晶容量７１が形成される。

画素電極６４と同一基板６１上には、ＴＦＴ素子６５のドレイン電極に接続される蓄積容量電極が形成される。蓄積容量電極と共通電極６３とによって、液晶容量７１と並列する補助容量７２が形成される。本実施の形態の液晶表示装置１００は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であるので、図５に示される電極は全てＴＦＴ基板６０側に形成される。

図４に示すように、各画素電極６４は、ＴＦＴ素子６５のドレイン電極との接続部分から延びる矩形状部分が、画素領域の中央部に配置される。各画素領域６４の矩形状部分に、スリット状に開口された１つの開口部を有する。共通電極６３は、行方向に延びる複数の帯状部分が、列方向に並んで配置される。共通電極６３の各帯状部分は、スリット状に開口され、行方向に並ぶ複数の開口部を有する。画素電極６４は、その開口部が、共通電極６３の開口部とずれるように配置される。

図２に戻って、表示用駆動部１０２は、電源部１０４から供給される電力を用いて、画素電極６４、共通電極６３および対向電極５２に電圧を印加する。表示用駆動部１０２は、不図示の表示情報記憶部から表示画像を表す表示情報を取得し、取得した表示情報が表す表示画像を表示可能となるように、液晶表示パネル４０に形成される各画素電極６４に選択的に電圧を印加する。具体的には、走査線６６および信号線６７を介して画素電極６４に電圧を印加する。

共通電極６３には一定の電圧が印加されているので、画素電極６４に選択的に電圧を印加することによって、画素電極６４と共通電極６３との間に電位差が生じる。このように画素電極６４と共通電極６３との間に電界Ｅ１を発生させて、液晶層７０を構成する液晶分子の配向方向を制御することで液晶表示パネル４０を駆動して、表示を行う。

つまり、表示用駆動部１０２は、各画素電極６４に選択的に電圧を印加することによって、液晶表示パネル４０の画素領域毎に液晶分子の配向方向を変化させて、光透過率を調整する。これによって液晶表示パネル４０は、通過する光の状態を変更することができるので、表示すべき画像に応じた光を表示面から放射させることができる。液晶表示パネル４０が表示する画像は、動画像であってもよいし、静止画像であってもよい。

図６は、表示開始時からの共通電極の最適電圧の時間変動の測定例を示すグラフである。図６の横軸は、表示開始からの経過時間（分）を表し、縦軸は共通電極６３の最適電圧（Ｖ）を表す。共通電極６３の最適電圧は、予め定める時間毎に共通電極６３に印加する電圧を変動させて、たとえばフリッカの発生状況を確認したときに、フリッカが最低になる電圧として求められる。図６において、参照符Ｌ１で示される曲線は、本実施の形態の液晶表示パネル４０における共通電極６３の最適電圧を示し、参照符Ｌ２で示される曲線は、前述の図１に示す前提技術の液晶表示パネル１における共通電極２３の最適電圧を示す。

図６に示すように、図１に示す前提技術の液晶表示パネル１では、ＴＦＴ基板２０からＣＦ基板１０への電界の影響によって、表示開始時に共通電極２３の最適電圧が変動するという現象が見られる。共通電極２３の最適電圧は、表示開始の初期段階、具体的には表示開始時から２０分が経過するまでは大きく変動するが、６０分以上経過すると、ほぼ一定の値となる。すなわち共通電極２３の最適電圧は一定時間経過後に安定する。これは、電圧が印加される部材が形成されていないＣＦ基板１０のうち導電率の高いＢＭ１２などが、ＴＦＴ基板２０の共通電極２３および画素電極２４などに印加された電圧の影響で徐々に帯電していく影響であると考えられる。

表示開始から数十分が経過するまでの間の最適電圧の変動が大きい時間では、液晶表示装置の表示画面を切換えたとき、切換える前の画面の残像が見えるという表示品位の低下が見られる。この理由は、表示開始直後は画素電極２４と共通電極２３との間に印加する電圧が最適値からずれた影響で、液晶に印加される電圧が一定の直流成分を持ち、それによって残像現象が起きやすくなっているからと考えられる。したがって共通電極２３の最適電圧の変動を抑えることは、表示品位の向上につながる。

図３に示す本実施の形態の液晶表示パネル４０は、図１に示す前提技術の液晶表示パネル１とは異なり、ＣＦ基板５０に対向電極５２が設けられている。対向電極５２には、表示用駆動部１０２によって電圧が印加される。表示用駆動部１０２は、制御部１０１からの指示に基づいて、表示の開始に伴って対向電極５２への電圧の印加を開始し、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、対向電極５２への電圧の印加を停止して対向電極５２をフローティング状態にする。

たとえば、本実施の形態において、対向電極５２に対して表示開始後１分間のみ４．９０（Ｖ）の電圧を印加し、その後電圧の印加を停止してフローティング状態としたときの共通電極６３の最適電圧の時間変動は、図５のＬ１に示すようになる。つまり、本実施の形態における共通電極６３の最適電圧の時間変動は、前提技術における共通電極２３の最適電圧の時間変動とは異なり、最適電圧の変動は殆ど見られない。この条件で表示開始から６０分間にわたって液晶表示パネル４０に残像が生じるか否かを確認したところ、液晶表示パネル４０の表示画面を切換えたとき、切換える前の画面の残像は見られず、良好な表示特性を得ることができた。

次に、対向電極５２に印加する電圧を途中で切断して対向電極５２をフローティング状態にした場合の効果について説明する。理想的な状態の場合、対向電極５２の電圧が一定値となった後には状態が変化しないので、対向電極５２には電流が流れず、消費電力は０となる。したがって、常時給電をしても消費電力は０のままである。ただし、実際の使用時には、液晶表示パネル４０の外部からの静電気などによって対向電極５２に電荷が注入される場合があり、常時給電している場合は対向電極５２の電圧を元の状態に戻すために対向電極５２に電流が流れる。したがって消費電力は０より大きな値となる。

これに対して、対向電極５２に電圧を印加せずに対向電極５２をフローティング状態にしておくと、静電気の影響に拘わらず消費電力は０のままである。したがって、表示開始時のみ対向電極５２に電圧を印加し、途中から対向電極５２をフローティング状態に切換えることで、低消費電力でかつ表示開始時の表示特性を向上できるという効果を達成できる。

以上のように本実施の形態によれば、液晶層７０を挟持する一対の基板５０，６０のうち、ＴＦＴ基板６０の液晶層７０側の表面上に設けられる画素電極６４と共通電極６３との間に電界を発生させて、液晶層７０を構成する液晶分子の配向方向を制御することで、表示が行われる。この表示の開始に伴って、制御部１０１によって表示用駆動部１０２が制御されて、ＣＦ基板５０の液晶層７０側の表面上に設けられる対向電極５２への電圧の印加が開始される。表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、制御部１０１によって表示用駆動部１０２による対向電極５２への電圧の印加が停止されて、対向電極５２がフローティング状態となる。

このように対向電極５２には、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過するまで電圧が印加される。これによって、画素電極６４との間に電界を発生させるために共通電極６３に印加される電圧の最適値、すなわち共通電極６３の最適電圧の時間変動を抑えることができる。したがって、表示開始後の表示不良を防ぐことができるので、表示品位を向上することができる。

また対向電極５２は、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、表示用駆動部１０２による電圧の印加が停止され、フローティング状態となるので、消費電力の増大を防ぐことができる。したがって、表示開始後の表示不良を容易かつ低消費電力で防止することができる。

また制御部１０１による表示用駆動部１０２の制御は、表示の開始に伴って対向電極５２への電圧の印加を開始し、電圧印加時間が経過すると対向電極５２への電圧の印加を停止するという簡単な制御であるので、簡易な構成で制御部１０１を実現することができる。これによってコストの増大を防ぐことができる。したがって、コストの増大を招くことなく、前述のように表示開始後の表示不良を容易かつ低消費電力で防止することのできる液晶表示装置１００を実現することができる。

次に、対向電極５２に電圧を印加する時間である電圧印加時間について説明する。まず、対向電極５２に印加する電圧の最小時間について考える。たとえば対角１０インチの液晶表示パネル４０では、ＣＦ基板５０に設置された対向電極５２の容量および抵抗は、大きめに見積もった場合でそれぞれ１［ｎＦ］、１［ＭΩ］程度となるので、容量と抵抗との積で決まる時定数を更に５倍にした時間である０．００５秒以上電圧を印加すれば、対向電極５２の電圧は、ほぼ一定値になる。

液晶表示パネル４０の大きさは、対角数インチから数十インチの幅を持っていることから、容量と抵抗との積は、前記見積もりに比べて数倍〜１００倍程度になること、また給電回路部の接触抵抗などの抵抗成分が大きい場合などによる時定数増加を考慮しても、対向電極５２の充電に必要な時間は、１秒あれば充分である。対向電極５２の電圧が安定するために必要な最小印加時間を１秒とすれば、どのようなＩＰＳ方式の液晶表示装置１００についても、対向電極５２の電圧を安定させることができる。

次に対向電極５２に印加する電圧の最大時間について考える。前述の図６において曲線Ｌ２で示されるように、前提技術のＩＰＳ方式の液晶表示パネル１においては、共通電極２３の最適電圧が安定するためには、最大で６０分程度必要であることが実測値から判明している。ＴＦＴ基板２０の各種電極２３，２４とＣＦ基板１０との間は、多くの高導電性材料で構成されているので、安定するための時定数が長くなっていると考えられる。

したがって、本実施の形態のようにＣＦ基板６０に対向電極５２を設置し、電圧を印加する場合には、対向電極５２に６０分間電圧を印加すれば、対向電極５２の電圧は、確実に安定すると考えられる。

以上の点から、表示開始から対向電極５２に電圧を印加する時間である電圧印加時間は、１秒間以上６０分間以下とすることが好ましい。電圧印加時間を１秒間以上６０分間以下とすることによって、対向電極５２の電圧を安定させることができるので、表示開始時の表示品位の向上を確実に達成することができる。

以上に述べた本実施の形態においては、液晶を駆動するための画素電極６４と共通電極６３とは、同一平面上、具体的にはＴＦＴ側ガラス基板６１の表面部に形成されているが、このような構成に限定されない。

図７は、他の例の液晶表示パネル４０Ａを示す断面図である。図８は、さらに他の例の液晶表示パネル４０Ｂを示す断面図である。図９は、液晶表示パネル４０ＢにおけるＴＦＴ基板６０Ｂを示す平面図である。図８に示すＴＦＴ基板６０Ｂは、図９の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た断面図である。図７に示すように、ＴＦＴ基板６０Ａに設けられる画素電極６４と共通電極６３とは、絶縁膜８０を介して、別の層で形成されていてもよい。

また図８および図９に示すように、ＴＦＴ基板６０Ｂに設けられる画素電極６４および共通電極８１のうち、一方を平坦面で形成し、もう一方をスリット状に開口された開口部を有する構成としてもよい。図８および図９に示す例では、共通電極８１を平坦面で形成し、画素電極６４をスリット状に開口された開口部を有する構成にしている。

図１０は、ドット反転駆動方式における奇数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。図１１は、ドット反転駆動方式における偶数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。液晶層７０を構成する液晶分子は、直流電圧が加わると劣化するので、液晶表示パネル４０は、画素電極６４と共通電極６３との間に印加する電圧の極性をフレームごとに反転させて駆動する。

液晶表示パネル４０面内の全ての画素で同一極性の電圧を印加した場合、フリッカが認識され、表示品質が損なわれるという問題が生じる。このような問題の発生を回避するために、隣接する画素間で、印加する電圧の極性を反対にして駆動する方法を採用する。このような駆動方法では、フリッカが認識されにくくなり、表示品質が損なわれない。

本実施の形態では、共通電極６３に印加する電圧を固定し、画素電極６４に印加する電圧を、図１０および図１１に示すように、隣接する画素間で正負交互にするドット反転駆動法を採用する。ドット反転駆動法では、行方向Ｘおよび列方向Ｙにマトリックス状に配置される各画素のうち、たとえばＸ１列のＹ１行目の画素の画素電極６４には、奇数フレームでは正（＋）の電圧が印加され、偶数フレームでは負（−）の電圧が印加される。ドット反転駆動法を採用することによって、表示品質の高い表示を実現することができる。

ドット反転駆動法を採用する場合、共通電極６３には、常に一定の電圧が印加され続ける。したがって本実施の形態では、図３に示す対向電極５２に対し、表示用駆動部１０２によって、共通電極６３と等しい電圧を印加するようにする。このように対向電極５２に対して、共通電極６３と同じ電圧を印加するようにすれば、液晶表示パネル４０内で新たな電圧を生成する必要がないので、低コストで表示品位の向上を達成することができる。

具体的に述べると、液晶表示パネル４０の各部に印加する電圧は、電源部１０４から供給される電源電圧を、表示用駆動部１０２に内蔵されるチャージポンプ回路で昇圧することによって生成される。したがって、前述のように対向電極５２に対して、共通電極６３と同じ電圧を印加するようにすれば、液晶表示パネル４０内で新たな電圧を生成する必要がないので、低コストで表示品位の向上を達成することができる。

図１０および図１１に示す例では、ドット反転駆動法として、極性反転が隣接画素で交互に生じているドット反転駆動法について説明したが、画素が２個おきに極性反転する駆動方法を適用しても同様の効果が得られる。また３個以上の場合でも同様の効果が得られる。またこれ以外にも、共通電極６３に印加される電圧が常に一定となるような駆動方法の場合は、全て同様の効果が得られる。

液晶表示パネル４０における液晶駆動方法は、以上に述べたドット反転駆動法に限定されない。図１２は、ラインコモン反転駆動における奇数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。図１３は、ラインコモン反転駆動における偶数フレームの画素電極に印加する電圧の極性を示す図である。

液晶駆動方法としては、図１２および図１３に示すように、１ライン毎に正負の極性を反転させるラインコモン反転駆動を採用してもよい。ラインコモン反転駆動法では、たとえばＹ１行目の画素、すなわちＸ１列〜Ｘ６列の画素電極６４には、奇数フレームでは正（＋）の電圧が印加され、偶数フレームでは負（−）の電圧が印加される。

すなわちラインコモン反転駆動法では、共通電極６３に印加する電圧と、画素電極６４に印加する電圧とを、１ラインごとに正負反転させる。これによって、画素電極６４および共通電極６３に印加する電圧の振幅を、ドット反転駆動法を採用した場合と比較して、ほぼ半分にすることができるので、消費電力の低減につながる。

ラインコモン反転駆動法を採用する場合、共通電極６３には、１フレーム毎に反転する電圧が印加される。対向電極５２は容量が大きいので、対向電極５２に対して、共通電極６３と同じ電圧、すなわち1フレーム毎に反転する電圧を印加すると、消費電力の増加を生じてしまい、好ましくない。

ＴＦＴ基板６０からＣＦ基板５０に影響する電圧は、画素電極６４、共通電極６３ともに、共通電極６３に印加する電圧の時間平均値とほぼ等しいことも合わせて考慮すると、ラインコモン反転駆動法を採用する場合には、表示用駆動部１０２によって対向電極５２に印加する電圧を、共通電極６３に印加する電圧の時間平均値に設定することが好ましい。対向電極５２に印加する電圧を、共通電極６３に印加する電圧の時間平均値に設定することによって、表示開始時の共通電極６３の最適値の時間変動を抑えることができるとともに、消費電力の増加を防ぎ、表示品位の向上を達成することができる。

以上に述べた本実施の形態では、対向電極５２は、ＣＦ側ガラス基板５１とＢＭ５３との間、およびＣＦ側ガラス基板５１と着色層５４との間に設けられるが、対向電極５２の位置は、これに限定されるものではない。

図１４は、他の例の対向電極８５を備える液晶表示パネル４０Ｃを示す断面図である。図１５は、さらに他の例の対向電極８６を備える液晶表示パネル４０Ｄを示す断面図である。

図１４に示すように、対向電極８５は、ＢＭ５３と着色層５４との間に設けられてもよい。すなわち対向電極８５は、ＣＦ側ガラス基板５１の厚み方向において、ＢＭ５３およびＣＦ側ガラス基板５１の表面部に積層して設けられてもよく、具体的には、ＢＭ５３とオーバーコート膜５５との間であって、ＣＦ側ガラス基板５１と着色層５４との間に設けられてもよい。

また図１５に示すように、対向電極８６は、ＣＦ側ガラス基板５１の表面部に積層されるＢＭ５３および着色層５４の表面部に積層して設けられてもよく、具体的には、ＢＭ５３とオーバーコート膜５５との間、および着色層５４とオーバーコート膜５５との間に設けられてもよい。

対向電極は、以上に述べたどの配置の場合でも、同等の効果が得られる。ただし、対向電極が液晶層７０に近づくと、液晶分子の配向が乱され、表示品位が低下する。これを防ぐためには、図３に示す本実施の形態のように、対向電極５２の位置を、液晶層７０から最も離れた位置となるＣＦ側ガラス基板５１とＢＭ５３との間、およびＣＦ側ガラス基板５１と着色層５４との間にすればよく、これによって容易に効果を達成できる。

図１５に示すように、対向電極８６の位置を、液晶層７０に最も近い着色層５４とオーバーコート膜５５の間、およびＢＭ５３とオーバーコート膜５５との間とした場合でも、オーバーコート膜５５を充分に厚くすれば、表示に与える影響を小さくすることができ、かつ本実施の形態と同等の効果が得られる。

＜第２の実施の形態＞
図１６は、本発明の第２の実施の形態である液晶表示装置における液晶表示パネル９０の構成を示す断面図である。本実施の形態の液晶表示装置の電気的構成は、前述の第１の実施の形態の液晶表示装置１００と同一であるので、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。

前述の第１の実施の形態では、対向電極５２とブラックマトリックス（ＢＭ）５３とは、別々の部材であるが、ブラックマトリックスを対向電極として用いてもよい。本実施の形態では、ＣＦ側基板９１には、対向電極として機能するブラックマトリックス（ＢＭ）９２が設けられる。

ＢＭ９２の材料としては、たとえば金属クロム（Ｃｒ）およびその酸化物から選ばれる材料が用いられる。たとえばＢＭ９２は、Ｃｒとその酸化物との複層膜で形成される。このような材料で形成されるブラックマトリックス９２は、導電性が高いので、これを対向電極として用いることが可能となる。

このようにブラックマトリックス９２を対向電極として用いることによって、対向電極を新たに設ける必要が無いので、工程数を増やす必要が無いという効果が得られる。断面構造としては、前提技術の液晶表示パネル１と同様の形となるが、前提技術のＩＰＳ方式の液晶表示装置とは異なり、本実施の形態の液晶表示パネル９０では、ブラックマトリックス９２に対して、外部から給電する機構、具体的には表示用駆動部１０２から電圧を印加する機構が付与される。

本実施の形態のようにブラックマトリックス９２を対向電極として用いる場合にも、透光性材料からなる対向電極である透明対向電極を用いる第１の実施の形態の場合と同様に、表示開始時の表示品位の向上を達成することができる。

１，４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，９０ 液晶表示パネル、１０，５０，５０Ａ，５０Ｂ，９１ カラーフィルタ（ＣＦ）基板、１２，５３，９２ ブラックマトリックス（ＢＭ）、１３，５４ 着色層、２０，６０，６０Ａ，６０Ｂ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板、２３，８１ 共通電極、２４ 画素電極、３０，７０ 液晶層、５２，８５，８６ 対向電極、６５ ＴＦＴ素子、６６ 走査線、６７ 信号線、１００ 液晶表示装置、１０１ 制御部、１０２ 表示用駆動部、１０３ ＯＮ／ＯＦＦスイッチ部、１０４ 電源部、１０５ 計時部。

Claims (6)

1. 対向して配置される一対の基板と、前記一対の基板間に挟持される液晶層とを備え、前記一対の基板のうち、一方の基板の前記液晶層側の表面上に設けられる画素電極と共通電極との間に電界を発生させて前記液晶層を構成する液晶分子の配向方向を制御することで表示を行う液晶表示装置であって、
   前記一対の基板のうち、他方の基板の前記液晶層側の表面上に設けられ、前記一方の基板に対向する対向電極と、
   前記対向電極に電圧を印加する対向電極用印加手段と、
   表示の開始に伴って前記対向電極への電圧の印加を開始し、表示を開始した時点から予め定める電圧印加時間が経過すると、前記対向電極への電圧の印加を停止して前記対向電極をフローティング状態にするように、前記対向電極用印加手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記共通電極に、予め定める一定の電圧を印加する共通電極用印加手段を備え、
   前記対向電極用印加手段は、前記共通電極用印加手段によって前記共通電極に印加される電圧と等しい電圧を前記対向電極に印加することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記共通電極に、時間変動する電圧を印加する共通電極用印加手段を備え、
   前記対向電極用印加手段は、前記共通電極用印加手段によって前記共通電極に印加される電圧の時間平均値と等しい電圧を前記対向電極に印加することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記他方の基板は、透光性基板と、前記透光性基板の表面上に設けられるブラックマトリックスおよび着色層と、前記ブラックマトリックスおよび前記着色層を覆うオーバーコート膜とを備え、
   前記対向電極は、
   透光性および導電性を有する透光性導電材料で形成され、
   前記透光性基板と前記ブラックマトリックスとの間であって前記透光性基板と前記着色層との間、前記ブラックマトリックスと前記オーバーコート膜との間であって前記透光性基板と前記着色層との間、および前記ブラックマトリックスと前記オーバーコート膜との間であって前記着色層と前記オーバーコート膜との間のうち、いずれか１つの位置に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
5. 前記他方の基板は、前記液晶層側の表面上に設けられ、金属クロム（Ｃｒ）およびその酸化物から選ばれる材料で形成されるブラックマトリックスを備え、
   前記ブラックマトリックスは、前記対向電極として機能することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
6. 前記電圧印加時間は、１秒間以上６０分間以下に選ばれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液晶表示装置。

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