JP4342129B2 - Ｏｃｂ型液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示に先立って初期配向から表示可能な所定の配向への液晶分子の転移を必要とする液晶表示装置に関するものであり、より詳しくは液晶分子の配向を転移するための液晶表示装置の駆動方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々の液晶表示装置が提案され、実用化されている。近年では液晶テレビジョンの普及が期待されている。
広く実用化されているネマティック液晶を用いたツイステッドネマティックモ−ドの液晶表示装置は、応答が遅い、視野が狭いなどの欠点を有する。
広視野にすぐれる水平面内駆動モードの液晶表示装置は、応答速度や開口率に難がある。
応答が速く視野角が広い強誘電性液晶モードの液晶表示装置（以下、ＦＬＣ型液晶表示装置とする）は、耐ショック性、温度特性などに大きな欠点を有する。
【０００３】
それらに対して、例えば特開平７−８４２５４号公報や社団法人電気通信学会 信学技報ＥＤＩ９８−１４４の１９頁に提案されている光学補償ベンドモード（または光学補償複屈折モード）の液晶表示装置（以下、ＯＣＢ型液晶表示装置とする）は、応答が速く視野角が広いことから、今後、透過型あるいは反射型の液晶表示装置として例えば液晶テレビジョンへの応用が期待されている。
【０００４】
ＯＣＢ型液晶表示装置の一例を図７に示す。液晶パネル２は、表面に透明な画素電極４ａが形成されているアレイ基板３ａと、表面に透明な対向電極４ｂが形成されている対向基板３ｂと、アレイ基板３ａと対向基板３ｂに挟まれた液晶層７を有する。基板３ａおよび３ｂのそれぞれ画素電極４ａおよび対向電極４ｂが設けられた内面には、ポリイミドからなる液晶配向膜６ａおよび６ｂが形成されている。この液晶配向膜６ａおよび６ｂはいずれもラビング処理が施されていて、そのラビング方向が互いに平行になるよう配されている。液晶層７には、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料が充填されている。
電極４ａおよび４ｂ間に電圧が印加されていないときには、基板３ａおよび３ｂ表面での液晶分子７ａのプレチルト角は互いに逆方向に約数度〜１０度であって、液晶分子７ａは図７（ａ）に示すように同一平面上に上下対称に斜めに広がった配向（スプレイ配向）を示す。
【０００５】
ＯＣＢ型液晶表示装置では、装置の主電源を入れる時などに、電極４ａおよび４ｂ間に比較的高電圧のパルス（以下、転移用電圧パルスとする）を短時間に印加することによって、図７（ａ）に示すようなスプレイ配向の液晶分子７ａが局所的に立ち上がり、図７（ｂ）に示すようにベンド配向あるいはねじれ配向を含んだベンド配向を示す微小領域（以下、転移核とする）が発生する。転移用電圧パルスを繰り返し印加することで、この転移核が拡大する。ＯＣＢ型液晶表示装置は、液晶層７中の液晶材料全てをベンド配向へ転移させることで表示が可能になる。ＯＣＢ型液晶表示装置は、表示信号駆動電圧を印加することで生じる液晶分子７ａのベンド配向の程度の変化に起因した光位相差の変化を利用して表示する。
液晶パネル２の外面には、それぞれ液晶パネル２の低電圧駆動を可能とするとともに、視野角を拡大するために光学補償するための位相補償板8がその光軸を所定の方向に固定されて配置される。
【０００６】
上記のように、ＯＣＢ型液晶表示装置では、通常の表示駆動モードに入る前に、初期的にスプレイ配向からベンド配向への転移発生を促して、液晶パネルの全画素領域で転移を短時間に完了させておく必要がある。また、ＦＬＣ型液晶表示装置や相転移型液晶表示装置においても表示駆動モードの前に同様の処理が必要である。
そこで、これらの液晶表示装置においては、以下のような問題点を有する。
【０００７】
液晶分子が表示のための配向に充分転移していないと、表示駆動モードに移行したときに良好な表示が得られない。たとえば、ＯＣＢ型の液晶表示装置では、ベンド配向への転移が確実に行われず、局所的にスプレイ配向の領域が残存すると表示駆動時にその箇所が輝点となって点欠陥のように見える。また、表示駆動開始後数秒から数分間は、全体が曇ったような表示になり画像が安定しない。したがって、表示駆動モードに移行する前にこのベンド配向への転移を確実に完了させる必要がある。しかしながら、同じ条件で転移用電圧パルスを印加しても、転移核は同じ場所で発生せず、また偶発的に発生することから、短時間で確実に転移を終了させることが困難であった。
【０００８】
装置の主電源がＯＮになるとバックライトが点灯される。液晶テレビジョンの場合には、スピーカからの音声出力も同時に開始される。しかしながら、表示に先立って液晶層内の液晶分子の配向を所定の配向に転移させる必要がある液晶表示装置においては、表示駆動に移行するまでに長時間要する場合もある。この表示駆動モードまでの移行期間すなわち転移処理期間においては、バックライトの点灯はエネルギーの浪費である。また、未転移あるいは転移途中の画素による点的配向欠陥や面的配向欠陥が多い表示や、転移用パルス電圧の印加にともなう画面全体の点滅は、使用者に不快感や不安感を与える要因にもなる。高画質で商業的にも優れた液晶表示装置を実現するためには、上記の配向転移による欠陥状態を見えなくして違和感を与えないようにする必要がある。
【０００９】
液晶表示装置を種々の用途に展開するためには、広い温度範囲において装置の動作を保証する必要がある。ＯＣＢ型液晶表示装置では、この動作保証温度範囲で、確実かつ短時間で上記のようなベンド配向への転移処理を完了させる必要がある。
例えば１０型のアクティブマトリックス型の液晶表示装置では、２５℃付近の室温中で０．５〜１秒の短時間で転移を完了させることができるが、−１０℃〜０℃の低温雰囲気下では、液晶層全体をベンド配向に転移させる処理に長時間要し、条件によっては数分要する場合もある。すなわち、実用化に際しては、一般の表示装置と同様の広い温度領域においてこの転移処理を短時間、長くとも数秒以内で確実に行うことが必要とされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、ＯＣＢ型液晶表示装置に代表されるような、液晶分子の初期配向が表示のための配向と異なる液晶表示装置において、その表示のための液晶配向の転移を確実かつ短時間で終了させることができる液晶表示装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置の駆動方法は、一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するための電圧印加手段とを含む液晶パネルを備え、前記液晶層中の液晶材料の初期配向が表示のための配向と異なり、前記初期配向がスプレイ配向であり、前記表示のための配向がベンド配向であって、前記液晶パネルによる表示に先立って、前記液晶パネルの表示領域に含まれる前記液晶材料の前記初期配向より前記表示のための配向への転移が終了するまで前記液晶層に前記転移を進行させるための電圧を印加するＯＣＢ型液晶表示装置の駆動方法であって、前記液晶パネルに温度センサおよびその制御手段を設置し、前記制御手段が、前記転移を進行させるための電圧の印加に先立って、前記温度センサにより測定した前記液晶パネルの温度に基づいて、前記転移を進行させるための電圧を印加する時間を決定して設定し、転移処理を適正な時間で行なうことができるように温度による転移処理の管理を行うことを特徴とするＯＣＢ型液晶表示装置の駆動方法である。好ましくは、表示のための配向に転移した液晶層の微小領域の成長速度と電圧印加時間との積が、液晶パネルの表示領域の面積よりも大きくなった後に前記転移が終了したと判定する。たとえば成長速度と電圧印加時間との積が、液晶パネルの表示領域の面積の１〜２倍の範囲内にある所定の値を超えたときに転移が終了したと判定する。
【００１２】
転移の進行速度は、温度によって異なることから、転移を進行させるための電圧の印加に先立ってパネルの温度を測定し、得られた温度に基づいて転移のための電圧印加時間を設定すると、電圧印加の過剰や不足を防ぐことができる。また、あらかじめ設定された使用温度領域内の最低温度において表示領域の前記液晶層が表示のための配向に転移するために要する時間、液晶層に電圧を印加すると、全使用温度領域において確実に転移を完了させることができる。
【００１３】
表示領域の液晶層を転移させるためには、たとえば表示のための配向に転移した液晶材料が占める微小領域を画素ごとまたは所定数の画素を含む領域ごとに発生させたのち、この微小領域を成長させる。
たとえば電圧印加手段の表面に形成された突起や液晶配向膜に設けられた液晶材料のプレチルト角が他所のそれとは異なる部位の周囲にこの微小領域を発生させることができる。
画素ごとにこの微小領域を形成する場合には、微小領域の成長速度と電圧印加時間との積が、画素の面積よりも大きくなった後に転移が終了したと判定することができる。複数の画素に対して１つの微小領域を形成する場合には、微小領域の成長速度と電圧印加時間の積を、1つの微小領域に対応した数の画素のサイズと比較して、同様に転移の終了を判定すればよい。
【００１４】
転移のための電圧は、液晶層に断続的または連続的に印加する。
バックライトを備えたいわゆる透過型の液晶表示装置の場合には、液晶層への電圧の印加が終了した後にバックライトを点灯することが好ましい。
この液晶表示装置の駆動方法は、表示のための配向がベンド配向であって、表示に先立って液晶層の配向をスプレイ配向からベンド配向に転移させる光学的補償ベンド型液晶パネルに有用である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態および参考形態を図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態および参考形態では、ＯＣＢ型液晶表示装置を例に説明する。
【００１６】
《実施の形態１》
本実施の形態では、パネルの表示に先立って液晶層の配向状態を初期配向から表示のための配向に確実に転移させる方法の例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図７に示すようなＯＣＢ型液晶パネルにおいては、基本的に一対の基板３ａおよび３ｂは、液晶層７に接する表面に形成された液晶配向膜６ａおよび６ｂのラビング方向が互いに平行になるように配される。
電極４ａおよび４ｂ間に電圧を印加していない初期の状態では、液晶層７中の液晶分子７ａは、図７（ａ）に示すようにほぼ平行に並んだスプレイ状態にある。パネルの表示のためには、これを図７（ｂ）に示すようなベンド配向状態に転移させる必要がある。この転移のために、従来から、表示用駆動信号よりも比較的高い電圧（例えば２５Ｖ）が両極間に印加される。
【００１８】
この転移用電圧パルスを印加する間は通常の表示ができないことから、使用者の利便性等を考慮すると、この転移処理の期間を短くすることが望まれる。
転移用電圧パルスを印加すると、ベンド配向をした微細な領域（転移核）が局所的に発生したのち、これが徐々に成長する。画素内にこの転移核を発生させるとここからベンド配向への転移が開始される。たとえば、画素内のゲート線付近に配された補助容量上に転移核形成部を設ける。電極に突起を設けたり、液晶配向膜にその表面に位置する液晶分子のプレチルト角が他所のそれとは異なるような領域を設けることで、所望の場所に転移核を発生させることができる。
【００１９】
ベンド配向領域が画素全体をカバーした後に転移用電圧パルスの印加を停止して表示用の駆動信号を発信すると、良好な表示が得られる。充分な転移のために必要なのは、画素ごとに転移核を発生させることから、ベンド配向の領域の成長速度と印加時間の積が画素サイズ以上になるまで転移用電圧パルスを印加することである。
ここで、ベンド配向領域の成長速度を図１および表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
図および表より明らかなように、転移したベンド配向領域の成長速度は、温度および印加電圧のそれぞれに依存する。また、液晶配向膜におけるそのラビング方向の成長速度は、それに垂直な方向におけるその成長速度よりも速い。したがって、長方形の画素の長手方向をラビング方向と一致させることにより、ベンド配向領域の形成を短時間で行うことができる。
【００２２】
実際に画素の長手方向をラビング方向と一致させた液晶パネルにおいては、成長速度が４０００μｍ／秒である室温（２５℃）では画素のサイズが１６０μｍ×５０μｍの液晶パネルの電圧印加時間は、０．０４秒で充分であった。また、画素サイズが４５０μｍ×１５０μｍの場合、室温での電圧印加時間は０．１２秒で充分であった。
しかしながら、上記のように成長速度は温度によって異なる。ベンド配向へ転移させるための電圧パルスの印加時間が過剰であると、過剰分だけ正常な表示ができない。すなわち、使用者に時間を浪費させる要因になる。また、ベンド配向への転移が不充分であると、正常な表示ができない場合も生じる。そこで、温度センサを液晶パネルに設置し、測定したパネル温度に基づいて電圧を印加する時間を決定する。この方法によると、転移処理を適正な時間で行うことができ、処理の過剰や不足を防止することができる。
【００２３】
上記のような温度による転移処理の管理には、温度センサやその制御手段の追加などのために付加的な費用が必要とされる。そこで、転移処理の不足を防止する観点から、装置の動作保証温度範囲において最も転移核の成長速度が遅い最低温度でベンド配向への転移に必要とされる条件をあらかじめ設定しておけば、温度センサを取り付ける必要なく充分な転移処理が保証される。また、温度センサを用いる場合のような新たなコストの発生はない。例えば、動作保証最低温度を、その成長速度が１０００μｍ／秒である０℃とすると、電圧印加時間は、０℃で画素サイズが１６０μｍ×５０μｍの液晶パネルでは０．１６秒以上で充分であり、画素サイズが４５０μｍ×１５０μｍ液晶パネルでは０．４５秒以上で充分であった。
【００２４】
転移処理のための電圧は、断続的または連続的に印加する。ここで、断続的に印加した場合には印加した時間の総和が、図２に示すＴ1に相当する。
電圧印加の開始からベンド配向の転移核が発生するまでのタイムラグは存在するが、経験的に、マージンを含めて成長速度に基づく計算値の２倍に電圧印加時間を設定すれば充分であった。
また本実施の形態では、図２にＴ1で示す電圧印加時間の前に、印加電圧を０Ｖにする休止期間Ｔ0を設けた。この休止期間を設けることで、転移核を安定して発生させることができ、安定して転移が進行する。この休止期間を長くするにつれ、より安定して転移を進行させることができる。実際には、休止期間を０．２秒程度とすることで安定した転移処理が可能になる。
【００２５】
《実施の形態２》（参考形態）本参考形態では、不要な電力消費を抑制しかつ使用者に不快感や不安感を与えないための改良について説明する。
【００２６】
本参考形態の液晶表示装置の概略した構成を図３に示す。この液晶表示装置は、ＯＣＢ型液晶表示装置である。液晶表示装置１は、アクティブマトリックス型で７インチの液晶パネル２、低電圧化駆動と視角拡大のために光学補償する一対のフィルム位相差板８、一対の偏光板１０および液晶パネル２を照射するためのバックライト９を備える。液晶パネル２は、図７に示すものと同様の構造を有する。制御部１１は、表示駆動時に表示用駆動信号を出力する表示駆動回路１２、液晶層の配向をベンド配向に転移させるための電圧パルスを出力する転移駆動回路１３バックライトのＯＮ／ＯＦＦを制御するためのバックライト制御回路１４およびこれらを制御する制御回路１６を備える。転移駆動回路１３は、液晶パネル２の対向電極４ｂと画素電極４ａとの間に、液晶層７をスプレイ配向からベンド配向に転移させるために例えば１５Ｖの高電圧の転移用電圧パルスを間欠的に一定時間印加する。
【００２７】
本液晶表示装置では、室温下で液晶パネル２の全画素中の液晶層が全てベンド配向に転移するには、２秒間の電圧印加が必要である。
液晶表示装置１の主電源をＯＮにすると、制御回路１６は、スイッチ１５を端子Ａ側に接続し、転移駆動回路１３より液晶パネル２に高電圧の転移用電圧パルスを２秒間印加する。この２秒間の電圧パルスの印加により、液晶層７中の液晶分子７ａの転移が完了する。
電圧パルスの印加が終了すると、制御回路１６はスイッチ１５を端子Ｂ側に接続して表示駆動回路１２を液晶パネル２と接続する。制御回路１６は、この表示駆動回路１２と液晶パネル２との接続に同期してバックライト制御回路１４を操作して、バックライト９を点灯させる。これにより、液晶表示装置１は、表示駆動モードに移行する。
【００２８】
本参考形態の液晶表示装置では、バックライトを点灯した後に転移用電圧パルスを印加する従来の液晶表示装置のように、転移処理中に、画面が間欠的に明暗に点滅しさらに点欠陥や面欠陥が液晶パネルの全面に現れるような不良な表示を行うことがない。したがって、使用者に不快な印象を与えたり、故障を予期させることを避けることもできる。なお、本参考形態では、液晶層中の液晶分子をスプレイ配向からベンド配向に転移させた後表示するＯＣＢ型の液晶表示装置を例に説明したが、本参考発明は、配向状態を初期状態から表示可能配向状態へ転移させた後に表示し、転移中にパネル面で不均一に配向状態が移行、進行する他の型の液晶表示装置、例えばＦＬＣ型液晶表示装置や相転移型液晶表示装置においても適用される。なお、電極に突起を設けたり、液晶配向膜にそこに位置する液晶分子のプレチルト角が他の領域のそれと異なるように形成された特異な領域を設けることで、転移を誘起することができ、予め設定された時間内で転移を確実に完了させることができる。
【００２９】
ここで、転移用電圧パルスとして、表示状態における表示駆動信号よりも高い例えば２５Ｖ程度の電圧が電極間に印加される。しかしながら、この高電圧の印加は、転移時に大きな消費電力を要することになる。そこで、転移用電圧パルスの電圧値を表示駆動信号と同等の５〜６Ｖとしたところ、約３０秒を要したものの低電圧で液晶層中の液晶分子をスプレイ配向からベンド配向に転移させることができた。すなわち、必ずしも表示用とは別に転移用に電源供給機構を設ける必要はない。したがって、転移用電圧パルスの電圧モードを表示駆動信号のそれと等しくすることで、消費電力を下げ、さらに装置の価格を低くすることができる。
【００３０】
図４に示すように、ノート型パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、折畳式の携帯電話等、液晶パネル２を覆うカバー１７を有し、使用の際にカバー１７を開ける必要がある液晶表示装置の場合には、制御回路１６はカバー１７の開閉に同期して液晶パネル２と表示駆動回路１２または転移駆動回路１３との接続を制御することもできる。
主電源がＯＮになっていてカバー１７が閉鎖されているときにカバー１７を開放すると、制御回路１６は、液晶パネル２に転移用電圧パルスの印加が必要か否かを判定する。
【００３１】
転移用電圧パルスの印加が必要であると判定すると、制御回路１６はスイッチ１５を操作して液晶パネル２と転移駆動回路１３を接続して、液晶パネル２に転移用電圧パルスを例えば１秒間印加する。転移用電圧パルスの印加後、制御回路１６は、スイッチ１５を操作して液晶パネル２と表示駆動回路１２とを接続し、さらにこれと同期してバックライト９を点灯して、装置は通常の表示駆動モードに移行する。
一方、転移用電圧パルスの印加が不要であると判定すると、制御回路１６はスイッチ１５を操作して液晶パネル２と表示駆動回路１２とを接続し、さらにこれと同期してバックライト９を点灯して、装置は通常の表示駆動モードに移行する。
装置の主電源がＯＮになっている場合にカバー１７が閉じられると、制御回路１６は、スイッチ１５を操作して液晶パネル２と転移駆動回路１３とを接続して、液晶パネル２にベンド配向を維持するために電圧パルスを印加する。またそれと同期してバックライトを消灯する。
【００３２】
また、使用者からの入力が所定時間認められない場合には、制御回路１６は、同様にスイッチ１５を操作して液晶パネル２と転移駆動回路１３とを接続して、液晶パネル２にベンド配向を維持するために電圧パルスを印加する。またそれと同期してバックライトを消灯する。使用者からの入力が確認されると、制御回路１６はスイッチ１５を操作して液晶パネル２と表示駆動回路１２とを接続し、さらにこれと同期してバックライト９を点灯して、装置は通常の表示駆動モードに移行する。
これらは、ノート型パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、折畳式の携帯電話等の駆動に有用である。
【００３３】
例えば液晶テレビジョンなど、スピーカを有する液晶表示装置においては、スピーカを転移の進行や終了を告知する手段として用いる。
装置の主電源が投入されると、所定時間（例えば２秒間）電圧パルスが印加される。例えばこの転移駆動中に、転移の進行を告知する音声信号をスピーカより出力させる。すなわち、転移が完了してバックライトが点灯される以前にスピーカから音声を出力させて、転移操作中でも装置が起動中であることを認識させる。液晶テレビジョンにおいては、たとえば、主電源がＯＮになった時点でスピーカによる放送用音声の出力を開始させ、転移の状況を告知する音声信号は放送用音声信号に重畳する。転移終了後に画像表示と音声出力を開始すると、電源投入から画像表示および音声出力が開始されるまでのタイムラグは、使用者に不安を与える要因にもなりかねない。そこで、電源投入後に画像表示に先行して音声を出力することで、このような不安を与えることを避けることが望ましい。転移駆動が終了すると、バックライトの点灯と表示駆動モードへの移行とともに、転移の終了を告知する音声信号をスピーカより出力させる。もちろん、バックライトの点灯後に音声出力させてもよい。
【００３４】
また、バックライトが点灯されるまで転移処理中あるいは転移完了を使用者に告知するための目印として、小型ランプ、発光ダイオード、ＥＬ素子等を点灯して、転移が終了した後にバックライトを点灯させてもよい。これにより、使用者は故障と思わずに安心していられる。なお、構成が複雑にはなるものの、転移駆動回路において転移完了時間を前もって設定するほか、液晶パネルを視覚的に観察し、ベンド配向への転移の終了を判定する手段を設けてもよい。バックライトは転移駆動操作後に点灯するとしたが、必ずしも直後でなくてもよい。また、液晶パネルが表示駆動モードにあるときにのみ点灯させてもよい。また、本参考発明では透過型の液晶表示装置として説明したが、反射型の液晶表示装置の駆動方法として、バックライトの代わりにフロントライトを用いても何ら支障はない。
【００３５】
《実施の形態３》（参考形態）本参考形態では、より確実かつ短時間で上記転移を完了させ、表示駆動モードに移行することができる液晶表示装置の例について説明する。
【００３６】
本参考形態の液晶表示装置の構成の概略を図５に示す。この液晶表示装置は、画素ごとにスイッチング素子が配されたいわゆるアクティブマトリックス型の液晶パネル２と、一対の偏光板１０と、光学補償用の位相補償板８を有する。液晶パネル２は、対向する一対の基板３ａおよび３ｂを有する。アレイ基板３ａには画素電極４ａと例えばＴＦＴからなるスイッチング素子１８とが配されている。対向基板３ｂには対向電極４ｂが配されている。画素電極４ａと対向電極４ｂの表面は、それぞれ液晶配向膜６ａおよび６ｂにより被覆されている。液晶配向膜６ａおよび６ｂは、ともにポリアミック酸タイプのポリイミド配向膜材料（日産化学工業（株）製、ＳＥ−７４９２）を印刷塗布し、焼成し、さらにラビング処理して形成したものである。液晶層７には、正の誘電率異方性のネマティック液晶材料が充填されている。また、基板間隙を一定に保つための径約５ミクロンのスペ−サ（図示せず）が配されている。無電圧印加状態で液晶分子が斜めに広がった配向領域からなるいわゆるスプレイ配向を形成するように、それぞれの配向膜６ａおよび６ｂは、その表面上の液晶分子が約５〜６度のプレチルト角を示し、分子軸が同一面内に位置するように、ラビング方向を互いに平行にして配されている。
【００３７】
液晶パネル２に密着して配置された温度検知器１９は、液晶パネル２の温度を検出し、温度検知信号を転移駆動回路１３に出力する。なお、温度検知器１９を液晶パネル２に密着して配置することが困難な場合は、温度検知器１９は液晶パネル２の近傍に配される。すなわち、液晶パネルの周囲温度を液晶パネルの温度として代用してもよい。転移駆動回路１３は、温度検知信号に基づいて、液晶パネル２の画素電極４ａと対向電極４ｂの間に印加する転移用電圧パルスの条件を決定する。
転移駆動回路１３は、対向電極４ｂと画素電極４ａの間に図６に示すデューティサイクルが５０％の転移用電圧パルスを印加する。
【００３８】
なお、転移操作開始直後に両電極間の初期電圧をほぼ０Ｖ（０Ｖ±０．５Ｖ）とした初期期間を設けている。また、電圧パルス間隔期間の電圧も初期期間と同じくほぼ０Ｖ（０Ｖ±０．５Ｖ）にした。本参考形態の液晶表示装置と同様の液晶表示装置を用いて、−１０℃から６０℃の雰囲気下で上記転移電圧パルスの電圧値を−１５Ｖ、−２０Ｖまたは−３０Ｖとし、その周波数を０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、３Ｈｚまたは５Ｈｚとして、液晶パネルの表示領域の全画素の転移が完了するまでの転移時間を評価した。これらの結果を表２から表４に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
以下、この転移時間の温度依存性の結果に基づいて本参考形態の液晶表示装置について説明する。
【００４３】
［３．１ 周波数変更］
転移駆動操作回路１３は、たとえば温度検知器１９が検知した液晶パネル２の温度（またはその周囲の温度）と以下の表５に基づいて、液晶パネル２の電極間に印加する転移用電圧パルスの周波数を決定する。
【００４４】
【表５】
【００４５】
パネル温度が低いほどその周波数が低くなるように、転移用電圧パルスの周波数を連続的に変化させる。これにより最長でも２秒間でベンド配向への転移処理を完了させることができる。
実際に、−１０〜６０℃の温度範囲で対向電極４ｂと画素電極４ａの間に電圧パルスを印加したところ、２０℃〜６０℃の温度範囲では数Ｈｚの周波数で１秒より短い時間でベンド配向への転移が完了し、−１０℃〜０℃の温度範囲では１Ｈｚ以下の低周波数で２秒で転移が完了した。
すなわち、液晶パネルの温度を検知し、検知した温度に基づいて転移用電圧パルスの周波数を決定することで、室温から高温雰囲気までの広い温度領域で１秒より短い時間で、０℃以下の低温雰囲気でも２秒という短い時間でベンド配向への転移を完了させることができる。
【００４６】
従来のＯＣＢ型液晶表示装置のように全使用温度領域において数Ｈｚに固定された周波数の電圧パルスを用いると高温では１秒以下であるが、低温では数秒以上から数十秒必要とされたベンド配向への転移を、低温から高温の雰囲気に渡って極めて短時間で完了させることができ、より早い表示モードへの移行が可能になる。
用いる液晶材料や液晶パネルの構成にも依存するが、一般的に２０℃〜６０℃の高温領域では、周波数を２〜５Ｈｚ、望ましくは２〜４Ｈｚとすることで１秒以下で転移を完了させさせることができ、−１０℃〜０℃の低温領域では、周波数を０．２〜１Ｈｚ、望ましくは０．４〜０．６Ｈｚとすることで２秒程度で転移を完了させることができる。勿論、電圧値を−３０Ｖとする必要はなく、使用材料、セルギャップ等、液晶パネルの構成によっては、異なる電圧値の電圧パルスを印加してもよい。
【００４７】
また、短時間で転移を完了させるためには、電圧パルスの印加に先立って、両電極間電圧を０Ｖにする初期期間を設けることが有用である。理想的には０Ｖとすることが望ましいが、実質的には０Ｖ±０．５Ｖ程度でも良い。また、繰り返されるパルス間の電極間電圧を０Ｖ±０．５Ｖ、好ましくは０Ｖにすることも有用である。この効果は、特に低温雰囲気において発揮される。転移操作をスタートする直前および電圧パルス間隔期間に両電極間にたとえば約−１Ｖ程度の電位差があると、その電位差によって液晶分子が安定した不均一スプレイ配向のまま維持されるためにパルス電圧の印加の際の転移核（すなわちベンド配向に転移した微小領域）の発生頻度が著しく低下する。そのため、両電極間電圧を略０Ｖにする期間を設ける場合に比べてより多くのパルス電圧の繰り返しが必要となる。また、同様の理由で、充分な初期期間やパルス間隔期間を設けることが好ましい。
【００４８】
例えばデューティサイクルが５０％で、周波数が０．５Ｈｚの電圧パルスにおいては、初期期間を１秒とし、デューティサイクルが５０％で、周波数が１Ｈｚの電圧パルスにおいては、初期期間を０．５秒とする。周波数が３Ｈｚの電圧パルスにおいては、初期期間を０．１６秒とする。パネルの構成や液晶材料によっても、実用的な初期期間は約０．２〜２秒の範囲内であるが、この初期期間を２〜５秒程度までに長くすることが安定的な転移の進行のためには有用である。なお、転移処理を開始する前、たとえば装置の主電源がＯＦＦの時に予め電極間電圧を０Ｖに維持しておくと、転移処理開始後の初期期間を短くすることが出来る。
【００４９】
［３．２ 電圧値変更］
パネル温度に応じて電圧パルスの電圧値を変更することによっても、同様に短時間での転移が可能になる。
転移駆動回路１３は、温度検知器１９からの信号すなわちパネル温度に基づいて、電極間に印加する転移用電圧パルスの周波数を０．５Ｈｚとした上で、その電圧値を以下の表６に示すように決定する。すなわち、パネル温度が低くなるほど高くなるよう転移用電圧パルスの電圧値を連続的に変化させる。
【００５０】
【表６】
【００５１】
実際に上記表に基づいて決定した条件で両電極間に電圧を印加したところ、２０℃〜６０℃の温度範囲では−２０Ｖ以上、−１０℃〜２０℃の温度範囲では−２０Ｖ以下の電圧値の転移用電圧パルスを印加することにより、全温度範囲内で１パルスの印加、すなわち２秒で転移を完了させることができた。
すなわち、以上の様に、パネル温度を検出し、それに応じて決定された電圧値の転移用電圧パルスを印加することにより、低温から高温の広い温度範囲において２秒という短時間でベンド配向への転移を完了させることができる。すなわち、低温においてもごく短時間で表示駆動モードへの移行が可能になる。
なお、電圧パルスの電圧値および周波数は、使用する液晶材料、セルの構成等によって決定される。
【００５２】
本参考形態では転移用電圧パルスの周波数を０．５Ｈｚとし、実用的判断で、転移操作をスタートした直後の初期期間を１秒としたが、この初期期間を０．２〜５秒程度にすることが効果的である。初期期間の時間範囲は材料、温度によっても異なるが、約０．２〜５秒である。この初期期間を転移処理を開始する前に設定しても良い。この場合、転移処理の開始前に実質的に充分な初期期間を設けることができるため、転移処理の開始後に設定する初期期間は短くてもよい。初期電圧としては理想的な０Ｖが望ましいが、０Ｖ±０．５Ｖ程度に設定しても良い。
【００５３】
［３．３ 周波数および電圧値を変更］
周囲温度に応じて転移用電圧パルスの周波数および電圧値の双方を変化させても、低温から高温に渡って短時間に転移を完了させることが出来る。たとえば、以下の表７に示すように周波数および電圧値を決定する。
【００５４】
【表７】
【００５５】
電圧パルスのデューティサイクル即ちパルス幅が異なると、転移時間は大幅に変化する。また、パネル温度に応じて転移時間が最短になるときのデューティサイクルは異なる。したがって、上記の周波数および電圧値に代えてパルス幅を温度に応じて変化させても、転移時間を短くすることができる。
上記のように、パネル温度に応じて、電圧周波数、電圧値等の条件を連続的に変化させると、最適な電圧パルス条件を得ることができるが、そのための転移駆動制御回路の構成が複雑になる。そこで、たとえば、表８に示すように、使用保証温度範囲を２つに分割し、分割されたそれぞれの温度範囲に対して転移用電圧パルスの条件を設定すると、低温での転移時間が若干長くなるものの転移駆動制御回路の構成が簡略化される。
【００５６】
【表８】
【００５７】
もちろん、使用保証温度範囲を３つ以上の温度範囲に分割してもよい。
以上の様に、パネル温度に応じて決定した電圧値、電圧周波数、パルス幅またはこれらの複数を含む転移用電圧パルスを印加することにより、広い温度範囲において転移時間を短縮することができる。
【００５８】
［３．４ 最低温度に固定］上記参考形態では、パネル温度に応じて転移用電圧パルスの条件を決定する方法について説明したが、本参考形態ではより簡略な構成で、低温雰囲気下でも転移時間を短縮することができる駆動方法の例について説明する。低温雰囲気下では、高温雰囲気下と比べて転移の完了により長時間を要する。そこで、装置の最低使用温度である−１０℃において最短である２秒で転移を完了させることができる条件の転移用電圧パルス、すなわち電圧値を−３０Ｖとし電圧周波数を０．５Ｈｚとした転移用電圧パルスを両電極間に印加することによって、少なくとも転移時間を−１０℃から６０℃までの広範囲の温度範囲で２秒で転移させることが出来た。
【００５９】
上記参考形態では、転移用電圧パルスの周波数を０．５Ｈｚとすることで、１パルスの負の転移用電圧パルスの印加、すなわち２秒で転移を完了させることができたが、液晶材料や液晶パネルの構成によって最適な周波数は異なる。一般に、周波数を０．２〜１Ｈｚの範囲、望ましくは０．４〜０．６Ｈｚの範囲より選択することで、より短い時間で転移を完了させることができる。なお、条件によっては、転移用電圧パルスを１パルス以上印加する必要がある。なお、上記実施形態では最低使用温度を−１０℃としたが、装置の構成によって使用が保証される最低温度は異なる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によると、液晶分子の初期配向が表示のための配向と異なる液晶表示装置において、その表示のための液晶配向の転移を確実かつ短時間で終了させることができる液晶表示装置およびその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶配向膜の成長速度を示す特性図であって、
（ａ）は液晶配向膜のラビング方向とベンド配向相の成長速度の関係を示す図
（ｂ）は印加電圧とベンド配向相の成長速度の関係を示す図
【図２】転移用電圧パルスの波形を示す特性図
【図３】本発明の一実施例の液晶表示装置の構成を示す概略図
【図４】本発明の他の実施例の液晶表示装置の構成を示す概略図
【図５】本発明のさらに他の実施例の液晶表示装置の構成を示す概略図
【図６】同実施例で液晶層に印加する転移用電圧パルスの波形を示す特性図
【図７】ＯＣＢ型液晶表示装置の構成を示す要部の概略した縦断面図
【符号の説明】
１ 液晶表示装置
２ 液晶パネル
３ａ アレイ基板
３ｂ 対向基板
４ａ 画素電極
４ｂ 対向電極
６ａ、６ｂ 液晶配向膜
７ 液晶層
７ａ 液晶分子
８ 位相補償板
９ バックライト
１０ 偏光板
１１ 制御部
１２ 表示駆動回路
１３ 転移駆動回路
１４ バックライト制御回路
１５ スイッチ
１６ 制御回路
１７ カバー
１８ スイッチング素子
１９ 温度検知器
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示に先立って初期配向から表示可能な所定の配向への液晶分子の転移を必要とする液晶表示装置に関するものであり、より詳しくは液晶分子の配向を転移するための液晶表示装置の駆動方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々の液晶表示装置が提案され、実用化されている。近年では液晶テレビジョンの普及が期待されている。
広く実用化されているネマティック液晶を用いたツイステッドネマティックモ−ドの液晶表示装置は、応答が遅い、視野が狭いなどの欠点を有する。
広視野にすぐれる水平面内駆動モードの液晶表示装置は、応答速度や開口率に難がある。
応答が速く視野角が広い強誘電性液晶モードの液晶表示装置（以下、ＦＬＣ型液晶表示装置とする）は、耐ショック性、温度特性などに大きな欠点を有する。
【０００３】
それらに対して、例えば特開平７−８４２５４号公報や社団法人電気通信学会 信学技報ＥＤＩ９８−１４４の１９頁に提案されている光学補償ベンドモード（または光学補償複屈折モード）の液晶表示装置（以下、ＯＣＢ型液晶表示装置とする）は、応答が速く視野角が広いことから、今後、透過型あるいは反射型の液晶表示装置として例えば液晶テレビジョンへの応用が期待されている。
【０００４】
ＯＣＢ型液晶表示装置の一例を図７に示す。液晶パネル２は、表面に透明な画素電極４ａが形成されているアレイ基板３ａと、表面に透明な対向電極４ｂが形成されている対向基板３ｂと、アレイ基板３ａと対向基板３ｂに挟まれた液晶層７を有する。基板３ａおよび３ｂのそれぞれ画素電極４ａおよび対向電極４ｂが設けられた内面には、ポリイミドからなる液晶配向膜６ａおよび６ｂが形成されている。この液晶配向膜６ａおよび６ｂはいずれもラビング処理が施されていて、そのラビング方向が互いに平行になるよう配されている。液晶層７には、正の誘電率異方性を有するネマティック液晶材料が充填されている。
電極４ａおよび４ｂ間に電圧が印加されていないときには、基板３ａおよび３ｂ表面での液晶分子７ａのプレチルト角は互いに逆方向に約数度〜１０度であって、液晶分子７ａは図７（ａ）に示すように同一平面上に上下対称に斜めに広がった配向（スプレイ配向）を示す。
【０００５】
ＯＣＢ型液晶表示装置では、装置の主電源を入れる時などに、電極４ａおよび４ｂ間に比較的高電圧のパルス（以下、転移用電圧パルスとする）を短時間に印加することによって、図７（ａ）に示すようなスプレイ配向の液晶分子７ａが局所的に立ち上がり、図７（ｂ）に示すようにベンド配向あるいはねじれ配向を含んだベンド配向を示す微小領域（以下、転移核とする）が発生する。転移用電圧パルスを繰り返し印加することで、この転移核が拡大する。ＯＣＢ型液晶表示装置は、液晶層７中の液晶材料全てをベンド配向へ転移させることで表示が可能になる。ＯＣＢ型液晶表示装置は、表示信号駆動電圧を印加することで生じる液晶分子７ａのベンド配向の程度の変化に起因した光位相差の変化を利用して表示する。
液晶パネル２の外面には、それぞれ液晶パネル２の低電圧駆動を可能とするとともに、視野角を拡大するために光学補償するための位相補償板8がその光軸を所定の方向に固定されて配置される。
【０００６】
上記のように、ＯＣＢ型液晶表示装置では、通常の表示駆動モードに入る前に、初期的にスプレイ配向からベンド配向への転移発生を促して、液晶パネルの全画素領域で転移を短時間に完了させておく必要がある。また、ＦＬＣ型液晶表示装置や相転移型液晶表示装置においても表示駆動モードの前に同様の処理が必要である。
そこで、これらの液晶表示装置においては、以下のような問題点を有する。
【０００７】
液晶分子が表示のための配向に充分転移していないと、表示駆動モードに移行したときに良好な表示が得られない。たとえば、ＯＣＢ型の液晶表示装置では、ベンド配向への転移が確実に行われず、局所的にスプレイ配向の領域が残存すると表示駆動時にその箇所が輝点となって点欠陥のように見える。また、表示駆動開始後数秒から数分間は、全体が曇ったような表示になり画像が安定しない。したがって、表示駆動モードに移行する前にこのベンド配向への転移を確実に完了させる必要がある。しかしながら、同じ条件で転移用電圧パルスを印加しても、転移核は同じ場所で発生せず、また偶発的に発生することから、短時間で確実に転移を終了させることが困難であった。
【０００８】
装置の主電源がＯＮになるとバックライトが点灯される。液晶テレビジョンの場合には、スピーカからの音声出力も同時に開始される。しかしながら、表示に先立って液晶層内の液晶分子の配向を所定の配向に転移させる必要がある液晶表示装置においては、表示駆動に移行するまでに長時間要する場合もある。この表示駆動モードまでの移行期間すなわち転移処理期間においては、バックライトの点灯はエネルギーの浪費である。また、未転移あるいは転移途中の画素による点的配向欠陥や面的配向欠陥が多い表示や、転移用パルス電圧の印加にともなう画面全体の点滅は、使用者に不快感や不安感を与える要因にもなる。高画質で商業的にも優れた液晶表示装置を実現するためには、上記の配向転移による欠陥状態を見えなくして違和感を与えないようにする必要がある。
【０００９】
液晶表示装置を種々の用途に展開するためには、広い温度範囲において装置の動作を保証する必要がある。ＯＣＢ型液晶表示装置では、この動作保証温度範囲で、確実かつ短時間で上記のようなベンド配向への転移処理を完了させる必要がある。
例えば１０型のアクティブマトリックス型の液晶表示装置では、２５℃付近の室温中で０．５〜１秒の短時間で転移を完了させることができるが、−１０℃〜０℃の低温雰囲気下では、液晶層全体をベンド配向に転移させる処理に長時間要し、条件によっては数分要する場合もある。すなわち、実用化に際しては、一般の表示装置と同様の広い温度領域においてこの転移処理を短時間、長くとも数秒以内で確実に行うことが必要とされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、ＯＣＢ型液晶表示装置に代表されるような、液晶分子の初期配向が表示のための配向と異なる液晶表示装置において、その表示のための液晶配向の転移を確実かつ短時間で終了させることができる液晶表示装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置の駆動方法は、一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するための電圧印加手段とを含む液晶パネルを備え、前記液晶層中の液晶材料の初期配向が表示のための配向と異なり、前記初期配向がスプレイ配向であり、前記表示のための配向がベンド配向であって、前記液晶パネルによる表示に先立って、前記液晶パネルの表示領域に含まれる前記液晶材料の前記初期配向より前記表示のための配向への転移が終了するまで前記液晶層に前記転移を進行させるための電圧を印加するＯＣＢ型液晶表示装置の駆動方法であって、前記液晶パネルに温度センサおよびその制御手段を設置し、前記制御手段が、前記転移を進行させるための電圧の印加に先立って、前記温度センサにより測定した前記液晶パネルの温度に基づいて、前記転移を進行させるための電圧を印加する時間を決定して設定し、転移処理を適正な時間で行なうことができるように温度による転移処理の管理を行うことを特徴とするＯＣＢ型液晶表示装置の駆動方法である。好ましくは、表示のための配向に転移した液晶層の微小領域の成長速度と電圧印加時間との積が、液晶パネルの表示領域の面積よりも大きくなった後に前記転移が終了したと判定する。たとえば成長速度と電圧印加時間との積が、液晶パネルの表示領域の面積の１〜２倍の範囲内にある所定の値を超えたときに転移が終了したと判定する。
【００１２】
転移の進行速度は、温度によって異なることから、転移を進行させるための電圧の印加に先立ってパネルの温度を測定し、得られた温度に基づいて転移のための電圧印加時間を設定すると、電圧印加の過剰や不足を防ぐことができる。また、あらかじめ設定された使用温度領域内の最低温度において表示領域の前記液晶層が表示のための配向に転移するために要する時間、液晶層に電圧を印加すると、全使用温度領域において確実に転移を完了させることができる。
【００１３】
表示領域の液晶層を転移させるためには、たとえば表示のための配向に転移した液晶材料が占める微小領域を画素ごとまたは所定数の画素を含む領域ごとに発生させたのち、この微小領域を成長させる。
たとえば電圧印加手段の表面に形成された突起や液晶配向膜に設けられた液晶材料のプレチルト角が他所のそれとは異なる部位の周囲にこの微小領域を発生させることができる。
画素ごとにこの微小領域を形成する場合には、微小領域の成長速度と電圧印加時間との積が、画素の面積よりも大きくなった後に転移が終了したと判定することができる。複数の画素に対して１つの微小領域を形成する場合には、微小領域の成長速度と電圧印加時間の積を、1つの微小領域に対応した数の画素のサイズと比較して、同様に転移の終了を判定すればよい。
【００１４】
転移のための電圧は、液晶層に断続的または連続的に印加する。
バックライトを備えたいわゆる透過型の液晶表示装置の場合には、液晶層への電圧の印加が終了した後にバックライトを点灯することが好ましい。
この液晶表示装置の駆動方法は、表示のための配向がベンド配向であって、表示に先立って液晶層の配向をスプレイ配向からベンド配向に転移させる光学的補償ベンド型液晶パネルに有用である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態および参考形態を図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態および参考形態では、ＯＣＢ型液晶表示装置を例に説明する。
【００１６】
《実施の形態１》
本実施の形態では、パネルの表示に先立って液晶層の配向状態を初期配向から表示のための配向に確実に転移させる方法の例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図７に示すようなＯＣＢ型液晶パネルにおいては、基本的に一対の基板３ａおよび３ｂは、液晶層７に接する表面に形成された液晶配向膜６ａおよび６ｂのラビング方向が互いに平行になるように配される。
電極４ａおよび４ｂ間に電圧を印加していない初期の状態では、液晶層７中の液晶分子７ａは、図７（ａ）に示すようにほぼ平行に並んだスプレイ状態にある。パネルの表示のためには、これを図７（ｂ）に示すようなベンド配向状態に転移させる必要がある。この転移のために、従来から、表示用駆動信号よりも比較的高い電圧（例えば２５Ｖ）が両極間に印加される。
【００１８】
この転移用電圧パルスを印加する間は通常の表示ができないことから、使用者の利便性等を考慮すると、この転移処理の期間を短くすることが望まれる。
転移用電圧パルスを印加すると、ベンド配向をした微細な領域（転移核）が局所的に発生したのち、これが徐々に成長する。画素内にこの転移核を発生させるとここからベンド配向への転移が開始される。たとえば、画素内のゲート線付近に配された補助容量上に転移核形成部を設ける。電極に突起を設けたり、液晶配向膜にその表面に位置する液晶分子のプレチルト角が他所のそれとは異なるような領域を設けることで、所望の場所に転移核を発生させることができる。
【００１９】
ベンド配向領域が画素全体をカバーした後に転移用電圧パルスの印加を停止して表示用の駆動信号を発信すると、良好な表示が得られる。充分な転移のために必要なのは、画素ごとに転移核を発生させることから、ベンド配向の領域の成長速度と印加時間の積が画素サイズ以上になるまで転移用電圧パルスを印加することである。
ここで、ベンド配向領域の成長速度を図１および表１に示す。
【００２０】
【表１】
図および表より明らかなように、転移したベンド配向領域の成長速度は、温度および印加電圧のそれぞれに依存する。また、液晶配向膜におけるそのラビング方向の成長速度は、それに垂直な方向におけるその成長速度よりも速い。したがって、長方形の画素の長手方向をラビング方向と一致させることにより、ベンド配向領域の形成を短時間で行うことができる。
【００２２】
実際に画素の長手方向をラビング方向と一致させた液晶パネルにおいては、成長速度が４０００μｍ／秒である室温（２５℃）では画素のサイズが１６０μｍ×５０μｍの液晶パネルの電圧印加時間は、０．０４秒で充分であった。また、画素サイズが４５０μｍ×１５０μｍの場合、室温での電圧印加時間は０．１２秒で充分であった。
しかしながら、上記のように成長速度は温度によって異なる。ベンド配向へ転移させるための電圧パルスの印加時間が過剰であると、過剰分だけ正常な表示ができない。すなわち、使用者に時間を浪費させる要因になる。また、ベンド配向への転移が不充分であると、正常な表示ができない場合も生じる。そこで、温度センサを液晶パネルに設置し、測定したパネル温度に基づいて電圧を印加する時間を決定する。この方法によると、転移処理を適正な時間で行うことができ、処理の過剰や不足を防止することができる。
【００２３】
上記のような温度による転移処理の管理には、温度センサやその制御手段の追加などのために付加的な費用が必要とされる。そこで、転移処理の不足を防止する観点から、装置の動作保証温度範囲において最も転移核の成長速度が遅い最低温度でベンド配向への転移に必要とされる条件をあらかじめ設定しておけば、温度センサを取り付ける必要なく充分な転移処理が保証される。また、温度センサを用いる場合のような新たなコストの発生はない。例えば、動作保証最低温度を、その成長速度が１０００μｍ／秒である０℃とすると、電圧印加時間は、０℃で画素サイズが１６０μｍ×５０μｍの液晶パネルでは０．１６秒以上で充分であり、画素サイズが４５０μｍ×１５０μｍ液晶パネルでは０．４５秒以上で充分であった。
【００２４】
転移処理のための電圧は、断続的または連続的に印加する。ここで、断続的に印加した場合には印加した時間の総和が、図２に示すＴ1に相当する。
電圧印加の開始からベンド配向の転移核が発生するまでのタイムラグは存在するが、経験的に、マージンを含めて成長速度に基づく計算値の２倍に電圧印加時間を設定すれば充分であった。
また本実施の形態では、図２にＴ1で示す電圧印加時間の前に、印加電圧を０Ｖにする休止期間Ｔ0を設けた。この休止期間を設けることで、転移核を安定して発生させることができ、安定して転移が進行する。この休止期間を長くするにつれ、より安定して転移を進行させることができる。実際には、休止期間を０．２秒程度とすることで安定した転移処理が可能になる。
【００２５】
《実施の形態２》（参考形態）本参考形態では、不要な電力消費を抑制しかつ使用者に不快感や不安感を与えないための改良について説明する。
【００２６】
本参考形態の液晶表示装置の概略した構成を図３に示す。この液晶表示装置は、ＯＣＢ型液晶表示装置である。液晶表示装置１は、アクティブマトリックス型で７インチの液晶パネル２、低電圧化駆動と視角拡大のために光学補償する一対のフィルム位相差板８、一対の偏光板１０および液晶パネル２を照射するためのバックライト９を備える。液晶パネル２は、図７に示すものと同様の構造を有する。制御部１１は、表示駆動時に表示用駆動信号を出力する表示駆動回路１２、液晶層の配向をベンド配向に転移させるための電圧パルスを出力する転移駆動回路１３バックライトのＯＮ／ＯＦＦを制御するためのバックライト制御回路１４およびこれらを制御する制御回路１６を備える。転移駆動回路１３は、液晶パネル２の対向電極４ｂと画素電極４ａとの間に、液晶層７をスプレイ配向からベンド配向に転移させるために例えば１５Ｖの高電圧の転移用電圧パルスを間欠的に一定時間印加する。
【００２７】
本液晶表示装置では、室温下で液晶パネル２の全画素中の液晶層が全てベンド配向に転移するには、２秒間の電圧印加が必要である。
液晶表示装置１の主電源をＯＮにすると、制御回路１６は、スイッチ１５を端子Ａ側に接続し、転移駆動回路１３より液晶パネル２に高電圧の転移用電圧パルスを２秒間印加する。この２秒間の電圧パルスの印加により、液晶層７中の液晶分子７ａの転移が完了する。
電圧パルスの印加が終了すると、制御回路１６はスイッチ１５を端子Ｂ側に接続して表示駆動回路１２を液晶パネル２と接続する。制御回路１６は、この表示駆動回路１２と液晶パネル２との接続に同期してバックライト制御回路１４を操作して、バックライト９を点灯させる。これにより、液晶表示装置１は、表示駆動モードに移行する。
【００２８】
本参考形態の液晶表示装置では、バックライトを点灯した後に転移用電圧パルスを印加する従来の液晶表示装置のように、転移処理中に、画面が間欠的に明暗に点滅しさらに点欠陥や面欠陥が液晶パネルの全面に現れるような不良な表示を行うことがない。したがって、使用者に不快な印象を与えたり、故障を予期させることを避けることもできる。なお、本参考形態では、液晶層中の液晶分子をスプレイ配向からベンド配向に転移させた後表示するＯＣＢ型の液晶表示装置を例に説明したが、本参考発明は、配向状態を初期状態から表示可能配向状態へ転移させた後に表示し、転移中にパネル面で不均一に配向状態が移行、進行する他の型の液晶表示装置、例えばＦＬＣ型液晶表示装置や相転移型液晶表示装置においても適用される。なお、電極に突起を設けたり、液晶配向膜にそこに位置する液晶分子のプレチルト角が他の領域のそれと異なるように形成された特異な領域を設けることで、転移を誘起することができ、予め設定された時間内で転移を確実に完了させることができる。
【００２９】
ここで、転移用電圧パルスとして、表示状態における表示駆動信号よりも高い例えば２５Ｖ程度の電圧が電極間に印加される。しかしながら、この高電圧の印加は、転移時に大きな消費電力を要することになる。そこで、転移用電圧パルスの電圧値を表示駆動信号と同等の５〜６Ｖとしたところ、約３０秒を要したものの低電圧で液晶層中の液晶分子をスプレイ配向からベンド配向に転移させることができた。すなわち、必ずしも表示用とは別に転移用に電源供給機構を設ける必要はない。したがって、転移用電圧パルスの電圧モードを表示駆動信号のそれと等しくすることで、消費電力を下げ、さらに装置の価格を低くすることができる。
【００３０】
図４に示すように、ノート型パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、折畳式の携帯電話等、液晶パネル２を覆うカバー１７を有し、使用の際にカバー１７を開ける必要がある液晶表示装置の場合には、制御回路１６はカバー１７の開閉に同期して液晶パネル２と表示駆動回路１２または転移駆動回路１３との接続を制御することもできる。
主電源がＯＮになっていてカバー１７が閉鎖されているときにカバー１７を開放すると、制御回路１６は、液晶パネル２に転移用電圧パルスの印加が必要か否かを判定する。
【００３１】
転移用電圧パルスの印加が必要であると判定すると、制御回路１６はスイッチ１５を操作して液晶パネル２と転移駆動回路１３を接続して、液晶パネル２に転移用電圧パルスを例えば１秒間印加する。転移用電圧パルスの印加後、制御回路１６は、スイッチ１５を操作して液晶パネル２と表示駆動回路１２とを接続し、さらにこれと同期してバックライト９を点灯して、装置は通常の表示駆動モードに移行する。
一方、転移用電圧パルスの印加が不要であると判定すると、制御回路１６はスイッチ１５を操作して液晶パネル２と表示駆動回路１２とを接続し、さらにこれと同期してバックライト９を点灯して、装置は通常の表示駆動モードに移行する。
装置の主電源がＯＮになっている場合にカバー１７が閉じられると、制御回路１６は、スイッチ１５を操作して液晶パネル２と転移駆動回路１３とを接続して、液晶パネル２にベンド配向を維持するために電圧パルスを印加する。またそれと同期してバックライトを消灯する。
【００３２】
また、使用者からの入力が所定時間認められない場合には、制御回路１６は、同様にスイッチ１５を操作して液晶パネル２と転移駆動回路１３とを接続して、液晶パネル２にベンド配向を維持するために電圧パルスを印加する。またそれと同期してバックライトを消灯する。使用者からの入力が確認されると、制御回路１６はスイッチ１５を操作して液晶パネル２と表示駆動回路１２とを接続し、さらにこれと同期してバックライト９を点灯して、装置は通常の表示駆動モードに移行する。
これらは、ノート型パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、折畳式の携帯電話等の駆動に有用である。
【００３３】
例えば液晶テレビジョンなど、スピーカを有する液晶表示装置においては、スピーカを転移の進行や終了を告知する手段として用いる。
装置の主電源が投入されると、所定時間（例えば２秒間）電圧パルスが印加される。例えばこの転移駆動中に、転移の進行を告知する音声信号をスピーカより出力させる。すなわち、転移が完了してバックライトが点灯される以前にスピーカから音声を出力させて、転移操作中でも装置が起動中であることを認識させる。液晶テレビジョンにおいては、たとえば、主電源がＯＮになった時点でスピーカによる放送用音声の出力を開始させ、転移の状況を告知する音声信号は放送用音声信号に重畳する。転移終了後に画像表示と音声出力を開始すると、電源投入から画像表示および音声出力が開始されるまでのタイムラグは、使用者に不安を与える要因にもなりかねない。そこで、電源投入後に画像表示に先行して音声を出力することで、このような不安を与えることを避けることが望ましい。転移駆動が終了すると、バックライトの点灯と表示駆動モードへの移行とともに、転移の終了を告知する音声信号をスピーカより出力させる。もちろん、バックライトの点灯後に音声出力させてもよい。
【００３４】
また、バックライトが点灯されるまで転移処理中あるいは転移完了を使用者に告知するための目印として、小型ランプ、発光ダイオード、ＥＬ素子等を点灯して、転移が終了した後にバックライトを点灯させてもよい。これにより、使用者は故障と思わずに安心していられる。なお、構成が複雑にはなるものの、転移駆動回路において転移完了時間を前もって設定するほか、液晶パネルを視覚的に観察し、ベンド配向への転移の終了を判定する手段を設けてもよい。バックライトは転移駆動操作後に点灯するとしたが、必ずしも直後でなくてもよい。また、液晶パネルが表示駆動モードにあるときにのみ点灯させてもよい。また、本参考発明では透過型の液晶表示装置として説明したが、反射型の液晶表示装置の駆動方法として、バックライトの代わりにフロントライトを用いても何ら支障はない。
【００３５】
《実施の形態３》（参考形態）本参考形態では、より確実かつ短時間で上記転移を完了させ、表示駆動モードに移行することができる液晶表示装置の例について説明する。
【００３６】
本参考形態の液晶表示装置の構成の概略を図５に示す。この液晶表示装置は、画素ごとにスイッチング素子が配されたいわゆるアクティブマトリックス型の液晶パネル２と、一対の偏光板１０と、光学補償用の位相補償板８を有する。液晶パネル２は、対向する一対の基板３ａおよび３ｂを有する。アレイ基板３ａには画素電極４ａと例えばＴＦＴからなるスイッチング素子１８とが配されている。対向基板３ｂには対向電極４ｂが配されている。画素電極４ａと対向電極４ｂの表面は、それぞれ液晶配向膜６ａおよび６ｂにより被覆されている。液晶配向膜６ａおよび６ｂは、ともにポリアミック酸タイプのポリイミド配向膜材料（日産化学工業（株）製、ＳＥ−７４９２）を印刷塗布し、焼成し、さらにラビング処理して形成したものである。液晶層７には、正の誘電率異方性のネマティック液晶材料が充填されている。また、基板間隙を一定に保つための径約５ミクロンのスペ−サ（図示せず）が配されている。無電圧印加状態で液晶分子が斜めに広がった配向領域からなるいわゆるスプレイ配向を形成するように、それぞれの配向膜６ａおよび６ｂは、その表面上の液晶分子が約５〜６度のプレチルト角を示し、分子軸が同一面内に位置するように、ラビング方向を互いに平行にして配されている。
【００３７】
液晶パネル２に密着して配置された温度検知器１９は、液晶パネル２の温度を検出し、温度検知信号を転移駆動回路１３に出力する。なお、温度検知器１９を液晶パネル２に密着して配置することが困難な場合は、温度検知器１９は液晶パネル２の近傍に配される。すなわち、液晶パネルの周囲温度を液晶パネルの温度として代用してもよい。転移駆動回路１３は、温度検知信号に基づいて、液晶パネル２の画素電極４ａと対向電極４ｂの間に印加する転移用電圧パルスの条件を決定する。
転移駆動回路１３は、対向電極４ｂと画素電極４ａの間に図６に示すデューティサイクルが５０％の転移用電圧パルスを印加する。
【００３８】
なお、転移操作開始直後に両電極間の初期電圧をほぼ０Ｖ（０Ｖ±０．５Ｖ）とした初期期間を設けている。また、電圧パルス間隔期間の電圧も初期期間と同じくほぼ０Ｖ（０Ｖ±０．５Ｖ）にした。本参考形態の液晶表示装置と同様の液晶表示装置を用いて、−１０℃から６０℃の雰囲気下で上記転移電圧パルスの電圧値を−１５Ｖ、−２０Ｖまたは−３０Ｖとし、その周波数を０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、３Ｈｚまたは５Ｈｚとして、液晶パネルの表示領域の全画素の転移が完了するまでの転移時間を評価した。これらの結果を表２から表４に示す。
【００３９】
【表２】
【表３】
【表４】
以下、この転移時間の温度依存性の結果に基づいて本参考形態の液晶表示装置について説明する。
【００４３】
［３．１ 周波数変更］
転移駆動操作回路１３は、たとえば温度検知器１９が検知した液晶パネル２の温度（またはその周囲の温度）と以下の表５に基づいて、液晶パネル２の電極間に印加する転移用電圧パルスの周波数を決定する。
【００４４】
【表５】
パネル温度が低いほどその周波数が低くなるように、転移用電圧パルスの周波数を連続的に変化させる。これにより最長でも２秒間でベンド配向への転移処理を完了させることができる。
実際に、−１０〜６０℃の温度範囲で対向電極４ｂと画素電極４ａの間に電圧パルスを印加したところ、２０℃〜６０℃の温度範囲では数Ｈｚの周波数で１秒より短い時間でベンド配向への転移が完了し、−１０℃〜０℃の温度範囲では１Ｈｚ以下の低周波数で２秒で転移が完了した。
すなわち、液晶パネルの温度を検知し、検知した温度に基づいて転移用電圧パルスの周波数を決定することで、室温から高温雰囲気までの広い温度領域で１秒より短い時間で、０℃以下の低温雰囲気でも２秒という短い時間でベンド配向への転移を完了させることができる。
【００４６】
従来のＯＣＢ型液晶表示装置のように全使用温度領域において数Ｈｚに固定された周波数の電圧パルスを用いると高温では１秒以下であるが、低温では数秒以上から数十秒必要とされたベンド配向への転移を、低温から高温の雰囲気に渡って極めて短時間で完了させることができ、より早い表示モードへの移行が可能になる。
用いる液晶材料や液晶パネルの構成にも依存するが、一般的に２０℃〜６０℃の高温領域では、周波数を２〜５Ｈｚ、望ましくは２〜４Ｈｚとすることで１秒以下で転移を完了させさせることができ、−１０℃〜０℃の低温領域では、周波数を０．２〜１Ｈｚ、望ましくは０．４〜０．６Ｈｚとすることで２秒程度で転移を完了させることができる。勿論、電圧値を−３０Ｖとする必要はなく、使用材料、セルギャップ等、液晶パネルの構成によっては、異なる電圧値の電圧パルスを印加してもよい。
【００４７】
また、短時間で転移を完了させるためには、電圧パルスの印加に先立って、両電極間電圧を０Ｖにする初期期間を設けることが有用である。理想的には０Ｖとすることが望ましいが、実質的には０Ｖ±０．５Ｖ程度でも良い。また、繰り返されるパルス間の電極間電圧を０Ｖ±０．５Ｖ、好ましくは０Ｖにすることも有用である。この効果は、特に低温雰囲気において発揮される。転移操作をスタートする直前および電圧パルス間隔期間に両電極間にたとえば約−１Ｖ程度の電位差があると、その電位差によって液晶分子が安定した不均一スプレイ配向のまま維持されるためにパルス電圧の印加の際の転移核（すなわちベンド配向に転移した微小領域）の発生頻度が著しく低下する。そのため、両電極間電圧を略０Ｖにする期間を設ける場合に比べてより多くのパルス電圧の繰り返しが必要となる。また、同様の理由で、充分な初期期間やパルス間隔期間を設けることが好ましい。
【００４８】
例えばデューティサイクルが５０％で、周波数が０．５Ｈｚの電圧パルスにおいては、初期期間を１秒とし、デューティサイクルが５０％で、周波数が１Ｈｚの電圧パルスにおいては、初期期間を０．５秒とする。周波数が３Ｈｚの電圧パルスにおいては、初期期間を０．１６秒とする。パネルの構成や液晶材料によっても、実用的な初期期間は約０．２〜２秒の範囲内であるが、この初期期間を２〜５秒程度までに長くすることが安定的な転移の進行のためには有用である。なお、転移処理を開始する前、たとえば装置の主電源がＯＦＦの時に予め電極間電圧を０Ｖに維持しておくと、転移処理開始後の初期期間を短くすることが出来る。
【００４９】
［３．２ 電圧値変更］
パネル温度に応じて電圧パルスの電圧値を変更することによっても、同様に短時間での転移が可能になる。
転移駆動回路１３は、温度検知器１９からの信号すなわちパネル温度に基づいて、電極間に印加する転移用電圧パルスの周波数を０．５Ｈｚとした上で、その電圧値を以下の表６に示すように決定する。すなわち、パネル温度が低くなるほど高くなるよう転移用電圧パルスの電圧値を連続的に変化させる。
【００５０】
【表６】
実際に上記表に基づいて決定した条件で両電極間に電圧を印加したところ、２０℃〜６０℃の温度範囲では−２０Ｖ以上、−１０℃〜２０℃の温度範囲では−２０Ｖ以下の電圧値の転移用電圧パルスを印加することにより、全温度範囲内で１パルスの印加、すなわち２秒で転移を完了させることができた。
すなわち、以上の様に、パネル温度を検出し、それに応じて決定された電圧値の転移用電圧パルスを印加することにより、低温から高温の広い温度範囲において２秒という短時間でベンド配向への転移を完了させることができる。すなわち、低温においてもごく短時間で表示駆動モードへの移行が可能になる。
なお、電圧パルスの電圧値および周波数は、使用する液晶材料、セルの構成等によって決定される。
【００５２】
本参考形態では転移用電圧パルスの周波数を０．５Ｈｚとし、実用的判断で、転移操作をスタートした直後の初期期間を１秒としたが、この初期期間を０．２〜５秒程度にすることが効果的である。初期期間の時間範囲は材料、温度によっても異なるが、約０．２〜５秒である。この初期期間を転移処理を開始する前に設定しても良い。この場合、転移処理の開始前に実質的に充分な初期期間を設けることができるため、転移処理の開始後に設定する初期期間は短くてもよい。初期電圧としては理想的な０Ｖが望ましいが、０Ｖ±０．５Ｖ程度に設定しても良い。
【００５３】
［３．３ 周波数および電圧値を変更］
周囲温度に応じて転移用電圧パルスの周波数および電圧値の双方を変化させても、低温から高温に渡って短時間に転移を完了させることが出来る。たとえば、以下の表７に示すように周波数および電圧値を決定する。
【００５４】
【表７】
電圧パルスのデューティサイクル即ちパルス幅が異なると、転移時間は大幅に変化する。また、パネル温度に応じて転移時間が最短になるときのデューティサイクルは異なる。したがって、上記の周波数および電圧値に代えてパルス幅を温度に応じて変化させても、転移時間を短くすることができる。
上記のように、パネル温度に応じて、電圧周波数、電圧値等の条件を連続的に変化させると、最適な電圧パルス条件を得ることができるが、そのための転移駆動制御回路の構成が複雑になる。そこで、たとえば、表８に示すように、使用保証温度範囲を２つに分割し、分割されたそれぞれの温度範囲に対して転移用電圧パルスの条件を設定すると、低温での転移時間が若干長くなるものの転移駆動制御回路の構成が簡略化される。
【００５６】
【表８】
もちろん、使用保証温度範囲を３つ以上の温度範囲に分割してもよい。
以上の様に、パネル温度に応じて決定した電圧値、電圧周波数、パルス幅またはこれらの複数を含む転移用電圧パルスを印加することにより、広い温度範囲において転移時間を短縮することができる。
【００５８】
［３．４ 最低温度に固定］上記参考形態では、パネル温度に応じて転移用電圧パルスの条件を決定する方法について説明したが、本参考形態ではより簡略な構成で、低温雰囲気下でも転移時間を短縮することができる駆動方法の例について説明する。低温雰囲気下では、高温雰囲気下と比べて転移の完了により長時間を要する。そこで、装置の最低使用温度である−１０℃において最短である２秒で転移を完了させることができる条件の転移用電圧パルス、すなわち電圧値を−３０Ｖとし電圧周波数を０．５Ｈｚとした転移用電圧パルスを両電極間に印加することによって、少なくとも転移時間を−１０℃から６０℃までの広範囲の温度範囲で２秒で転移させることが出来た。
【００５９】
上記参考形態では、転移用電圧パルスの周波数を０．５Ｈｚとすることで、１パルスの負の転移用電圧パルスの印加、すなわち２秒で転移を完了させることができたが、液晶材料や液晶パネルの構成によって最適な周波数は異なる。一般に、周波数を０．２〜１Ｈｚの範囲、望ましくは０．４〜０．６Ｈｚの範囲より選択することで、より短い時間で転移を完了させることができる。なお、条件によっては、転移用電圧パルスを１パルス以上印加する必要がある。なお、上記実施形態では最低使用温度を−１０℃としたが、装置の構成によって使用が保証される最低温度は異なる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によると、液晶分子の初期配向が表示のための配向と異なる液晶表示装置において、その表示のための液晶配向の転移を確実かつ短時間で終了させることができる液晶表示装置およびその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶配向膜の成長速度を示す特性図であって、
（ａ）は液晶配向膜のラビング方向とベンド配向相の成長速度の関係を示す図
（ｂ）は印加電圧とベンド配向相の成長速度の関係を示す図
【図２】転移用電圧パルスの波形を示す特性図
【図３】本発明の一実施例の液晶表示装置の構成を示す概略図
【図４】本発明の他の実施例の液晶表示装置の構成を示す概略図
【図５】本発明のさらに他の実施例の液晶表示装置の構成を示す概略図
【図６】同実施例で液晶層に印加する転移用電圧パルスの波形を示す特性図
【図７】ＯＣＢ型液晶表示装置の構成を示す要部の概略した縦断面図
【符号の説明】
１ 液晶表示装置
２ 液晶パネル
３ａ アレイ基板
３ｂ 対向基板
４ａ 画素電極
４ｂ 対向電極
６ａ、６ｂ 液晶配向膜
７ 液晶層
７ａ 液晶分子
８ 位相補償板
９ バックライト
１０ 偏光板
１１ 制御部
１２ 表示駆動回路
１３ 転移駆動回路
１４ バックライト制御回路
１５ スイッチ
１６ 制御回路
１７ カバー
１８ スイッチング素子
１９ 温度検知器
Claims (1)
- 一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶層と、前記液晶層に電圧を印加するための電圧印加手段とを含む液晶パネルを備え、前記液晶層中の液晶材料の初期配向が表示のための配向と異なり、前記初期配向がスプレイ配向であり、前記表示のための配向がベンド配向であって、前記液晶パネルによる表示に先立って、前記液晶パネルの表示領域に含まれる前記液晶材料の前記初期配向より前記表示のための配向への転移が終了するまで前記液晶層に前記転移を進行させるための電圧を印加するＯＣＢ型液晶表示装置の駆動方法であって、
前記液晶パネルに温度センサおよびその制御手段を設置し、
前記制御手段が、前記転移を進行させるための電圧の印加に先立って、前記温度センサにより測定した前記液晶パネルの温度に基づいて、前記転移を進行させるための電圧を印加する時間を決定して設定し、転移処理を適正な時間で行なうことができるように温度による転移処理の管理を行うことを特徴とするＯＣＢ型液晶表示装置の駆動方法。
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