JP2589831B2 - 液晶表示装置の検査方法と投写型液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置の検査方法と投写型液晶表示装置

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、とりわけ広い光源の照射照度範囲で用いら
れる液晶表示装置の検査方法と、強い光に対する高度の
信頼性が要求される投写型液晶表示装置に関するもので
ある。
従来の技術 液晶表示装置(LCD;Liquid Crystal Display)は、薄
型,軽量,低電圧駆動,低消費電力という優れた特長を
有し、ディスプレイ分野において目ざましい成長を続け
ている。
近年は高精細の大画面テレビが強く指向されており、
LCDを用いた投写型液晶表示装置は、これを実現する上
で最も有望な技術の一つである。
投写型液晶表示装置へ応用展開するにおいては、たと
えば3板式のように、R,G,Bの各波長で入射光照度の異
なる条件下でLCDを用いることになる。またフロントや
リア方式へのフレキシブルな対応、電源を投入してから
の光源の照度変化を考慮すると、広い光源の照射照度範
囲での信頼性を確保しなければならない。したがって、
通常のポケットテレビやOA端末、ビデオモニタなどへの
応用の場合よりもさらに高度の耐光性,耐熱性が要求さ
れる。
発明が解決しようとする課題 LCDとりわけこれを用いた投写型液晶表示装置の信頼
性のなかでも、最も重要な課題の一つは、強い光照度下
で動作させたときに発生する表示ムラであり、これによ
りLCDの表示品位は大きく損なわれる。
表示ムラは、LCD表示画面内で他の正常部の比較して
局部的に輝度(透過率)の異なる領域であり、例えばノ
ーマリーブラック(ネガ表示)モードでは、輝度低下し
た部分として観測される。
表示ムラの発生メカニズムについては必ずしも明確に
はなっていないが、定性的には表示画面のちらつき、す
なわち、フリッカ[小川,宮田,堀田,近村:“LCDフ
リッカの定量化",テレビ学技報,ED87−5,Vol.10,No.45p
p.25−29(1987)]の増加をともなっている。このこと
から表示ムラは、なんらかの形で、LCDパネル系の駆動
周波数成分の非対称性に起因するものと考えられる。
しかしながら、従来のLCDの製造プロセスにおいて
は、強い光照度下での動作試験において発生するこの不
良モードに対する有効な検査方法も、またその判断基準
もなかった。またこのような点を考慮した液晶表示パネ
ルを用いた投写型液晶表示装置もなかった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、LCDの、
主として広い照射照度範囲の動作下における高信頼性を
確保するために有効な検査方法、および良否の判定基準
を提供するとともに、高信頼性の液晶表示パネルを用い
た投写型液晶表示装置を提供することを目的としてい
る。
課題を解決するための手段 本発明の液晶表示装置の検査方法は、画素電極とこれ
に対向する対向電極との間に液晶が挟持された液晶表示
装置において液晶の駆動周波数成分の光学応答振幅が概
最小となるときの画素電極に印加される平均電位VSC
対する対向電極に平均電位をVCOとしたとき、光源の照
射照度範囲LL≦L≦LH(L:照度)で、VCOの変化が2
(V)未満を良、それ以上を否と判定するものである。
また本発明の投写型液晶表示装置は、少なくとも一つ
以上の入射光源を有し、画素電極とこれに対向する対向
電極との間に液晶が挟持された液晶表示パネルの出射光
により像を形成する投写型液晶表示装置で、液晶の駆動
周波数成分の光学応答振幅が概最小となるときの画素電
極に印加される平均電圧VSCに対する対向電極の平均電
位をVCOとしたとき、光源の照射照度範囲LL≦L≦L
H(L:照度)で、VCOの変化が2(V)未満である液晶表
示パネルを用いたものである。
作用 本発明によれば、上記した方法により、物理的な評価
パラメータを用いて正確に液晶表示装置の検査を行なう
ことができる。また、定量的に投写型液晶表示装置の高
信頼性を保証することができる。
実施例 第2図は、液晶表示装置の断面図、第3図は、その駆
動方法を示す信号模式図である。
先ず、第2図を用いて、液晶表示装置の構成を説明す
る。ガラス基板1a上に、TFT10と画素電極5が形成され
ている。TFT10は、基板1a上にゲート電極2を形成した
後、ゲート絶縁膜3を形成する。そして、アモルファス
シリコン等の半導体層4を形成する。更に、透明電極を
用いて画素電極5を形成し、ドレイン配線6a、ソース電
極6bを同時に形成する。画素電極5はソース電極6bと電
気的に接続されている。また、共通電極7とブラックマ
トリクス8が形成されたもう1枚のガラス基板1bとを一
定の距離を隔てて貼り合わせ、間に液晶を注入する。し
かる後、2枚のガラス基板1a及び1bの各々の外側に偏光
板を配置する。
次に、第2図及び第3図を用いて、本発明の液晶表示
装置の駆動方法について説明する。
第3図の(a)に示したVgはゲート電極2に入力され
る信号、Vdはドレイン配線6aに入力される信号で、Vdc
を中心とした交流信号である。また、同図(b)及び
(c)において、Vsは、画素電極5の電位変動を示し、
Vscはその平均電位である。そして、Vcomは、共通電極
7に入力される電圧で、その値を任意の変化させる。Vs
とVcomとの差が、液晶層9に印加される電圧で、その電
圧の大きさによって、液晶分子の配列状態が変化し、そ
の結果、液晶層を通過する光の偏光状態が変化し、上下
の偏光板の作用で、液晶表示装置を通過する光量が変化
する。
但し、Vco=|Vsc−Vcom|と定義する。
このVcoは、画素電極5上の液晶層に印加されるDC電
圧に相当する。この平均電圧VscとVcomとを一致させた
とき、液晶層に印加されるDC電圧はほぼ0Vとなり、Vs
正と負との時のそれぞれの液晶層を通過した光の光学応
答波形はほぼ同一の形状となり、周波数成分としては、
主にVdの駆動周波数の2倍の成分から構成される。
しかし、Vcoが大きくなると、VsはVcomに対して非対
称となり、Vsが正と負との時のそれぞれの液晶層を通過
した光の光学応答波形は異なり、周波数成分としては、
Vdの駆動周波数と同一の成分が増加する。その結果、目
視上では、フリッカ現象として現れる。
更に、前述したように、液晶層はこの印加されるDC電
圧成分の大きさに比例して液晶表示装置を長時間動作さ
せることによって発生する表示ムラが増大する。よっ
て、Vcomはできるだけ小さい方が望ましい。
次に、Vcoが、液晶表示装置に入射される光によって
変化するメカニズムについて説明する。
ゲート電極2にパルス信号Vgが印加されると、そのゲ
ート電極上のTFTはオン状態となり、ドレイン配線6aの
信号VdがこのTFTを介して画素電極5に入力され、画素
電極5と共通電極7との間で形成される液晶要領に電荷
が蓄積される。そして、パルス信号機間が終わると、こ
のTFTはオフ状態となり、画素電極に印加された信号
は、次のパルス信号が印加されるまで保持される。
しかしながら、第3図(b)及び(c)に示したよう
に、画素電極の電位Vsは、先ず、Vgパルスの信号立ち上
がり時に、TFTの寄生容量との容量カップリングにより
僅かに低下する。また、TFTの裏面からの入力光の中
で、斜め方向から入射された光が直接に、または、ゲー
ト電極とドレイン配線/ソース電極との間での多重反射
を繰り返す等の間接反射光が半導体層4に入射される。
半導体層4は、光照射を受けると抵抗値が低下する性質
を有するため、画素電極5の液晶層に蓄積された電荷
は、TFTを介してシークし、画素電極の電位Vsは変化す
る。
また、このリーク電流は、ソース電極とドレイン配線
の中間とゲート電極との電位差が小さくなると、大きく
なる。Vsが負の期間の方が、正の期間に比較してソース
電極とドレイン配線の中間電位とゲート電極の電位差が
小さいため、Vsの変化は大きくなる。
そして、強い入射光(LH)と弱い入射光(LL)とを比
較した場合、正の期間のVsの変化は両者でそれほど変わ
らないが、負の期間のVsの変化はLHの方が大きくなる。
その結果、LHのVscがLLに比較して高くなる。また、第
3図(b)及び(c)に示すように、LLにおいてVco
ほぼ0VになるようにVcomを設定しても、LHではVcoは大
きくなる。
通常、液晶表示装置は、ポケットテレビ、投写型液晶
表示装置等の多種多様の用途に適用され、その結果、等
がいようとにより入射される光量も大幅に変化する。例
えばポケットテレビで用いられるバックライトからの入
射光照度Lは1,000lx程度であるが、投写型液晶表示装
置に用いられる場合では、Lは最大で200,000lxにも達
する。
以上により、使用目的によってVcoが大きくなり、前
述したような長時間駆動を行なうと、表示ムラが発生す
る。従って、Vcoは、ある入射光照度範囲で一定の範囲
に抑える必要がある。
次に、Vcoが液晶パネルによって変化する要因につい
て説明する。
第2図において、半導体層4のパターンは、通常ゲー
ト電極2の中間に位置するが、フォトリソグラフィのフ
ォトマスクのアライメント工程での不良から位置がず
れ、光が半導体層4の入射し易くなったり、また半導体
の成膜時の不良で半導体層の膜厚が厚くなり、半導体層
の光感度が増大したりする。その結果、リーク電流が増
加し、光によるVscの変化が大きくなり、Vcoも大きく変
化する。
第4図は、各液晶表示装置の入射光照度に対するVco
の変化を示すグラフである。但し、Vcoは、L=1,000lx
で概ね0VになるようにVcomが調整されている。図から分
かるように、良品パネルではVcoは光に対しての変化は
殆ど無いが、上記のような不良パネルでは変化が大き
い。
次に、測定系の一例を説明する。第1図において、LC
Dパネル4は恒温槽1のなかに保持され、光源2によっ
て照射される。このとき光源2のLCDパネル照射光照度
は任意に変化させることが可能である。LCDパネル4
は、パネルドライバ12により駆動される。LCDパネル4
を通過した光はフォトマル5にて検知され、液晶の光学
応答はオシロスコープ6でモニタされるとともに、デジ
タルボルトメータ7にてその平均輝度(透過率)が読み
とられる。測定系全体の制御はコンピュータ11にて行な
われる。
一方、LCDの強い光照射下で動作信頼性試験を行なっ
たときに発生する表示ムラは、ふりっかをともなうこと
はすでに述べた。
したがって、表示ムラの発生を事前に判断するため
に、発明者は次のような検査方法を考案した。
まず照度LLで、液晶の駆動周波数成分の光学応答振幅
が概最小となる対向電極電位VCOを測定する。次に実際
のLCDの使用環境における上限照度を想定した照度L
Hで、同様にしてVCOを測定する。そして照度LLでのVCO
と照度LHでのそれとの差が2(V)未満を良、それ以上
を否と判定する。
このとき、実際のLCDの使用環境に想定してLLとLH
設定すべきであるが、一般的にはLLの最大値が1,000lx,
LHの最小値が200,000lxが妥当な値である。
一方上述の検査方法で良と判定されたLCDパネルにつ
いて強い光照射下での動作信頼性試験を行なった結果、
1,000時間以上の時間範囲で表示ムラは観測されなかっ
た。
上記の手法における思想と結果は、当然ながら、検査
方法だけでなく液晶表示パネルを用いた投写型液晶表示
装置に対しても有効であることはいうまでもない。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、きわめて簡
易な検査方法で、実際の動作信頼性試験を行なうことな
く、短時間でかつ正しく、液晶表示装置の良否の判定を
行なうことができる。また、とりわけ高信頼性が要求さ
れる分野における安定な投写型液晶表示装置を提供する
ことができ、実用的にきわめて有用である。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例における液晶光学応答の測定
系を示すブロック図、第2図は液晶表示装置の構成の一
例の断面図、第3図は液晶表示装置を駆動する電圧波形
の一例を示す図、第4図は照射光強度とVcoとの関係を
示す図である。 2……光源、4……LCD、5……フォトマル、6……オ
シロスコープ、7……デジタルボルトメータ、11……コ
ンピュータ、12……パネルドライバ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画素電極とこれに対向する対向電極との間
    に液晶が挟持された薄膜トランジスタを有する液晶表示
    装置において、液晶の駆動周波数成分の光学応答振動が
    概最小となるときの画素電極に印加される平均電位VSC
    に対する対向電極に平均電位をVCOとしたとき、光源の
    照射照度範囲LL≦L≦LH(L:照度)で、VCOの変化が2
    (V)未満を良、それ以上を否と判定することを特徴と
    する液晶表示装置の検査方法。
  2. 【請求項2】LLが1,0001x,LHが200,000lxであることを
    特徴とする請求項(1)記載の液晶表示装置の検査方
    法。
  3. 【請求項3】少なくとも一つ以上の入射光源を有し、画
    素電極とこれに対向する対向電極との間に液晶が挟持さ
    れた薄膜トランジスタを有する液晶表示パネルの出射光
    により像を形成する投写型液晶表示装置で、液晶の駆動
    周波数成分の光学応答振幅が概最小となるときの画素電
    極に印加される平均電圧VSCに対する対向電極の平均電
    位をVCOとしたとき、光源の照射照度範囲LL≦L≦L
    H(L:照度)で、VCOの変化が2(V)未満である液晶表
    示パネルを用いたことを特徴とする投写型液晶表示装
    置。
  4. 【請求項4】LLが1,0001x,LHが200,000lxであることを
    特徴とする請求項(3)記載の投写型液晶表示装置。
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