JP6299900B2 - 液晶装置の駆動方法、液晶装置、電子機器 - Google Patents
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f≦2μVE/np2 μは液晶層中のイオン性不純物の移動度(m2/V・s)、VEは交流信号の実効電圧(V)、nは交流信号が与えられる電極の数、pは交流信号が与えられる電極の配置ピッチ(m)である。
交流信号が与えられた電極間を移動するイオン性不純物の移動速度、つまり移動に係わる時間は、イオン性不純物の移動度と電極間における実質的な電位差とに依存し、電極間の距離に反比例する。したがって、イオン性不純物の移動速度に対応して電極間における電界の発生のさせ方を適合させることが好ましい。
この方法によれば、イオン性不純物が電極の配置ピッチに相当する距離を移動する速度(時間)に対して、交流信号の周波数f(Hz)が同じまたは小さくなるので、液晶層中のイオン性不純物を表示領域から外側に確実に掃き寄せることができる。
同じ波形とは、位相が異なるものの、波形が略同一である波形のことである。
この方法によれば、異なる波形の交流信号を発生させる必要がないので、駆動回路の構成を簡略化できる。
この方法によれば、第1電極、第2電極、第3電極のそれぞれに印加される電位を3値以上とすることで電極間において電界を滑らかに移動させることができる。
この方法によれば、第1電極、第2電極、第3電極の隣り合う電極間に強度が安定した電界を生じさせ、イオン性不純物をより効果的に掃き寄せることができる。また、交流信号の生成が例えば正弦波のようなアナログ信号に比べて容易である。
この構成によれば、位相が互いに異なる第1交流信号、第2交流信号、第3交流信号のすべてを外部から入力せずに、第1交流信号だけを遅延回路に入力すればよいので、外部駆動回路の構成が複雑にならずに済む。
この構成によれば、表示領域におけるイオン性不純物の偏在傾向によらずイオン性不純物を表示領域から外側に掃き寄せることができる。
この構成によれば、イオン性不純物の掃き寄せに係わる第1電極と電子見切り部との間に生ずる横電界の影響を小さくすることができる。
この構成によれば、第1電極、第2電極及び第3電極のそれぞれと対向電極とは液晶層を介して対向しておらず、第1電極、第2電極及び第3電極のそれぞれと対向電極との間に電界が生じ難くなる。つまり、第1電極、第2電極及び第3電極の隣り合う電極間に生ずる電界によって効果的にイオン性不純物を表示領域の外側に掃き寄せることができる。
この構成によれば、対向電極が前記第1電極、前記第2電極及び前記第3電極と対向しないように、対向電極をパターニングする必要がないので、対向電極に繋がる配線などの構成を簡略化できる。
この構成によれば、イオン性不純物を吸着し易い無機配向膜を採用しても、イオン性不純物が表示に与える影響が抑制された液晶装置を提供できる。
この構成によれば、第1電極、第2電極及び第3電極のそれぞれに直流信号を印加する場合に比べて、交流信号は画素電極と無機配向膜との間に無機絶縁膜が形成されていても電位の低下が生じないので、イオン性不純物を表示領域の外側に掃き寄せることが可能な反射型の液晶装置を提供できる。また、画素電極と無機配向膜との間に無機絶縁膜が形成されることで、画素電極と対向電極との仕事関数が異なることに起因する基準電位の変動を抑えることができる。つまり、優れた表示品質を有する反射型の液晶装置を提供できる。
これらの適用例によれば、イオン性不純物に起因する表示不具合が改善され、優れた表示品質を有する電子機器を提供することができる。
本実施形態では、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor;TFT)を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)の光変調手段(液晶ライトバルブ)として好適に用いることができるものである。
まず、本実施形態の液晶装置について、図1及び図2を参照して説明する。図1(a)は第1実施形態の液晶装置の構成を示す概略平面図、図1(b)は図1(a)に示すH−H’線に沿う概略断面図である。図2は第1実施形態の液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。
本実施形態では、以降、配向膜18,24として前述した無機配向膜と、負の誘電異方性を有する液晶とを用い、ノーマリーブラックモードの光学設計が適用された例について説明する。
図3に示すように、素子基板10の基材10s上には、まず走査線3aが形成される。走査線3aは、例えばAl(アルミニウム)、Ti(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)などの金属のうちの少なくとも1つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、あるいはこれらが積層されたものを用いることができ、遮光性を有している。
配線7aは、平面的にTFT30の半導体層30aやデータ線6aと重なるように形成され、固定電位が与えられてシールド層として機能するものである。
複数の外部接続端子104の両端側に上下導通部106が設けられている。上下導通部106と前記両端側の外部接続端子104とは、引き回し配線107を介して電気的に接続されている。また、共通電極23には、上下導通部106に接続される引き出し配線23aが設けられている。前記両端側の外部接続端子104には共通電位(LCCOM)が与えられる。したがって、共通電極23に電気的に接続された外部接続端子104を外部接続端子104(LCCOM)と表すこととする。すなわち、共通電極23には共通電位(LCCOM)が印加される。
次に、外部接続端子104(It1、It2、It3)を介して第1電極131、第2電極132、第3電極133のそれぞれに印加される具体的な交流信号の例を挙げて液晶装置100の駆動方法について図7及び図8を参照して説明する。図7及び図8はイオントラップ機構の第1電極、第2電極、第3電極に与えられる交流信号の一例を示すタイミングチャートである。図7及び図8は矩形波の交流信号の例を示すものである。
なお、図7に示した矩形波の交流信号は、基準電位を0Vとして、高電位(5V)と低電位(−5V)とに遷移するものであるが、基準電位、高電位、低電位の設定は、これに限定されるものではない。
また、時間t1から時間t2において、第2電極132の第2電位が5Vの正極性(+)のときには、第2電極132に隣り合う第3電極133の第3電位が−5Vの負極性(−)となる。したがって、第2電極132と第3電極133との間には、図6に示すように、第2電極132から第3電極133に向う電界が生ずる。
また、時間t2から時間t3において、第3電極133の第3電位が5Vの正極性(+)のときには、第3電極133に隣り合う第2電極132の第2電位が5Vの正極性(+)から−5の負極性(−)に遷移する。したがって、第2電極132と第3電極133との間には、一定の方向に電界が生じ難い。つまり、時間t0から時間t3の交流信号における1周期に相当する時間内において、第1電極131、第2電極132、第3電極133の電極間における電界の分布が、第1電極131から第3電極133へ時間的にスクロールされる。このような交流信号による電界の発生のさせ方を「電界のスクロール」と呼ぶこととする。
イオン性不純物の液晶層中の移動速度v(m/s)は、数式(1)に示すように、隣り合うイオントラップ電極間の電界強度e(V/m)と、イオン性不純物の移動度μ(m2/V・s)との積で与えられる。
つまり、v=e・μ・・・(1)である。
電界強度e(V/m)は、数式(2)で示すように、隣り合うイオントラップ電極間の電位差Vnをイオントラップ電極の配置ピッチp(m)で除した値となる。
つまり、e=Vn/p・・・(2)である。
隣り合うイオントラップ電極間の電位差Vnは、交流信号における実効電圧VEの2倍に相当することから、次の数式(3)が導かれる。
つまり、e=2VE/p・・・(3)となる。なお、図7に示すように、矩形波の交流信号における実効電圧VEは、矩形波の基準電位に対する電位に相当し、本実施形態では5Vである。
数式(3)を数式(1)に当てはめることにより、イオン性不純物の移動速度v(m/s)は、数式(4)となる。
つまり、v=2μVE/p・・・(4)である。
隣り合うイオントラップ電極間をイオン性不純物が移動する時間tdは、数式(5)に示すように、隣り合うイオントラップ電極の配置ピッチpをイオン性不純物の移動速度vで除した値となる。
つまり、td=p/v=p2/2μVE・・・(5)である。
したがって、好ましい周波数f(Hz)は、隣り合うイオントラップ電極間をイオン性不純物が移動する時間tdに合わせて電界をスクロールすることで求められる。電界のスクロール時間は交流信号の位相差Δtに相当するので、前述したようにΔtを1/n周期とすると、好ましい周波数f(Hz)は次の数式(6)によって導かれる。nはイオントラップ電極の数である。
すなわち、f=1/n/td=2μVE/np2・・・(6)となる。
なお、イオン性不純物の移動度μの値は、例えば、A.Sawada,A.Manabe and S.Naemura,“ A Comparative Study on the Attributes of Ions in Nematic and Isotropic Phases”,Jpn.J.Appl Phys Vol.40,p220−p224(2001)に記載されている。
図10はイオン性不純物の移動度μと温度との関係を示すグラフである。なお、図10のグラフは、前述した、A.Sawada,A.Manabe and S.Naemura,“ A Comparative Study on the Attributes of Ions in Nematic and Isotropic Phases”,Jpn.J.Appl Phys Vol.40,p220−p224(2001)に記載されたイオン性不純物の移動度μの値を参照して得られたものである。
図10に示すように、温度が25℃のときのイオン性不純物の移動度μの値は、およそ2.2×10-10(m2/V・s)であり、logμの値は、−9.6となる。これに対して、温度が60℃のときのイオン性不純物の移動度μの値は、およそ2.2×10-9(m2/V・s)であり、logμの値は−8.7となる。つまり、25℃に対して60℃のイオン性不純物の移動度μはおよそ10倍になる。60℃の温度に着目するのは、液晶装置100を後述する投射型表示装置のライトバルブとして使用するときの温度を考慮したものである。
ゆえに、第1交流信号だけを外部回路で生成して、外部接続端子104(It1)に供給すればよいので、装置全体の回路構成を簡略化できる。
(1)電子見切り部120とシール材40との間に、イオントラップ機構130が設けられ、第1電極131、第2電極132、第3電極133のそれぞれには、同じ周波数であって、1周期に相当する時間内で互いに位相がずれた交流信号が印加される。これにより、イオントラップ電極131,132,133の間に生ずる電界の分布が第1電極131から第3電極133へスクロールされ、当該電界のスクロールによって液晶層50中のイオン性不純物が表示領域Eからイオントラップ電極131,132,133が配置された見切り領域E3へ掃き寄せられる。
(2)イオントラップ電極131,132,133のそれぞれに印加される交流信号の周波数fは、上記数式(6)によって導かれ、常温の場合、画素Pにおける画像信号(駆動信号)の周波数(例えば60Hz)より低い12Hz以下に設定される。また、液晶層50中のイオン性不純物の移動速度vと実際に使用されるときの温度60℃とを考慮した場合、およそ113Hz以下に設定される。したがって、イオン性不純物を確実に見切り領域E3へ掃き寄せることができる。
(3)イオントラップ機構130の第1電極131と電子見切り部120のダミー画素電極121との間隔は、第1電極131と第2電極132との間隔よりも大きい。したがって、第1電極131とダミー画素電極121との間に生ずる電界でイオン性不純物の移動が阻害され難く、第1電極131から第2電極132にイオン性不純物を円滑に移動させることができる。
(4)液晶層50を介してイオントラップ電極131,132,133に対応する部分には共通電極23が設けられていない。したがって、イオントラップ電極131,132,133と共通電極23との間に電界が生じ難いので、イオントラップ電極131,132,133の間に生ずる電界のスクロールによって、イオン性不純物を見切り領域E3に確実に掃き寄せることができる。
(5)見切り領域E3には遮光性の見切り部21が設けられているので、見切り領域E3にイオン性不純物が掃き寄せられ蓄積して、見切り領域E3の液晶層50の光学特性が変化したとしても、電子見切り部120を含む表示領域Eの表示に影響を及ぼさない。
次に、第2実施形態の液晶装置について、図12を参照して説明する。図12は第2実施形態の液晶装置の構造を示す概略断面図である。なお、図12は第1実施形態における図6に対応する概略断面図である。第1実施形態の液晶装置100に対して、第2実施形態の液晶装置は対向基板20における共通電極23の配置が異なっている。第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して詳細の説明は省略する。
素子基板210の第3層間絶縁膜14上に画素電極15、ダミー画素電極121,122、イオントラップ電極131,132,133がそれぞれ配置されている。
対向基板220において、共通電極23は、表示領域Eと見切り領域E3とに亘って形成されている。つまり、見切り領域E3では、液晶層50を挟んでイオントラップ電極131,132,133と共通電極23とが対向配置されている。
第2実施形態の液晶装置200は、第1実施形態の液晶装置100に比べて、液晶層50の厚みによる電界の強さの影響を受けるものの、第1実施形態と同様に、表示領域Eにおけるイオン性不純物をイオントラップ機構130によって見切り領域E3に掃き寄せることができる。
また、第1実施形態の液晶装置100のように、共通電極23を表示領域Eに対応させ、且つ引き出し配線23aを有するようにパターニングする必要がないので、液晶装置200の構成を簡略化できるという利点がある。
次に、第3実施形態の液晶装置について、図13を参照して説明する。図13は第3実施形態の液晶装置の構造を示す概略断面図である。第1実施形態の液晶装置100が透過型であるのに対して、第3実施形態の液晶装置は反射型である点が異なっている。第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して詳細の説明は省略する。
<電子機器>
次に、第4実施形態である電子機器としての投射型表示装置について、図14を参照して説明する。図14は第4実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略図である。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
<電子機器>
次に、第5実施形態の電子機器としての投射型表示装置について、図15を参照して説明する。図15は第5実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略図である。
反射した赤色光(R)は反射ミラー2113により再び反射され、液晶ライトバルブ2250に入射する。一方、反射した緑色光(G)と青色光(B)とは反射ミラー2114により再び反射して光分離素子としてのダイクロイックミラー2115に入射する。ダイクロイックミラー2115は緑色光(G)を反射し、青色光(B)を透過する。反射した緑色光(G)は液晶ライトバルブ2260に入射する。透過した青色光(B)は液晶ライトバルブ2270に入射する。
液晶ライトバルブ2250は、ワイヤーグリッド偏光板2253によって反射した赤色光(R)がクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に垂直に入射するように配置されている。また、ワイヤーグリッド偏光板2253の偏光度を補う補助偏光板2254が液晶ライトバルブ2250における赤色光(R)の入射側に配置され、もう1つの補助偏光板2255が赤色光(R)の射出側においてクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に沿って配置されている。なお、反射型偏光素子として偏光ビームスプリッターを用いた場合には、一対の補助偏光板2254,2255を省略することも可能である。
このような反射型の液晶ライトバルブ2250の構成と各構成の配置は、他の反射型の液晶ライトバルブ2260,2270においても同じである。つまり、液晶ライトバルブ2260は、反射型の液晶パネル2261と、ワイヤーグリッド偏光板2263とを有し、ワイヤーグリッド偏光板2263に対する緑色光(G)の入射側に補助偏光板2264が配置され、ワイヤーグリッド偏光板2263の緑色光(G)の射出側においてクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に沿ってもう1つの補助偏光板2265が配置されている。
液晶ライトバルブ2270は、反射型の液晶パネル2271と、ワイヤーグリッド偏光板2273とを有し、ワイヤーグリッド偏光板2273に対する青色光(B)の入射側に補助偏光板2274が配置され、ワイヤーグリッド偏光板2273の青色光(B)の射出側においてクロスダイクロイックプリズム2206の入射面に沿ってもう1つの補助偏光板2275が配置されている。
図16に示すように、変形例1の液晶装置400は、素子基板410と対向基板420との間に正の誘電異方性を有する液晶層450が挟持されている。
素子基板410の実表示領域E1に配置された画素は、第3層間絶縁膜14上に設けられ、且つTFT30に接続された第1画素電極15aと、第1画素電極15aより下層に設けられ、共通電位(LCCOM)が供給される第2画素電極15bとを有している。
素子基板410のダミー画素領域E2に配置されたダミー画素は、第3層間絶縁膜14上に設けられ、且つTFT30に接続された第1ダミー画素電極421aと、第1ダミー画素電極421aより下層に設けられ、共通電位(LCCOM)が供給される第2ダミー画素電極421bとを有している。第1ダミー画素電極421a及び第2ダミー画素電極421bは電子見切り部420として機能している。
素子基板410の見切り領域E3に配置されたイオントラップ機構430は、第1画素電極15aや第1ダミー画素電極421aと同層に設けられた第1電極431、第2電極432、第3電極433と、これらのイオントラップ電極431,432,433より下層において、イオントラップ電極431,432,433と対向するように設けられ、共通電位(LCCOM)が供給される第4電極434とを有している。
対向基板420の液晶層450に面する側には、電極は設けられていない。
図16では図示を省略したが、第1画素電極15a、第1ダミー画素電極421a、イオントラップ電極431,432,433、及び対向基板420の液晶層450に面する表面は、有機配向膜で覆われている。正の誘電異方性を有する液晶分子は有機配向膜に対して略水平配向している。
液晶装置400は、第1画素電極15aと第2画素電極15bとの間に生ずる略横電界により、液晶層450における液晶分子の配向方向を変化させることにより、画素に入射した光を変調する、所謂FFS(Fringe Field Switching)方式が採用されている。
イオントラップ電極431,432,433のそれぞれには、イオントラップ電極431,432,433と第4電極434との間に生ずる略横電界が第1ダミー画素電極421aに近い第1電極431から第3電極433へスクロールされるように、同じ周波数で互いに位相がずれた交流信号が印加される。表示領域Eの液晶層450中の正極性(+)又は負極性(−)のイオン性不純物は、イオントラップ電極431,432,433に引き寄せられると共に、該電界のスクロールによって見切り領域E3に掃き寄せられる。
図17に示すように、変形例2の液晶装置500は、電子見切り部120が配置されたダミー画素領域E2とシール材40との間の見切り領域E3にイオントラップ機構530が設けられている。イオントラップ機構530は、対向基板520の共通電極23と同層に設けられた第1電極531、第2電極532、第3電極533を有している。
イオントラップ電極531,532,533のそれぞれには、同じ周波数であって、1周期に相当する時間内において互いに位相がずれた交流信号が印加される。表示領域Eの液晶層50中の正極性(+)又は負極性(−)のイオン性不純物は、イオントラップ電極531,532,533に引き寄せられると共に、イオントラップ電極531,532,533の間に生じた電界のスクロールによって見切り領域E3に掃き寄せられる。
なお、図17では図示を省略したが、画素電極15、ダミー画素電極121,122は、配向膜18で覆われている。共通電極23、第1電極531、第2電極532、第3電極533は、配向膜24で覆われている。液晶層50は負の誘電異方性を有する。
共通電極23、イオントラップ電極531,532,533のそれぞれは、素子基板510と対向基板520の間に設けられた上限導通部を介して、素子基板510の端子部に設けられた外部接続端子に電気的に接続されている。
Claims (8)
- 対向配置されシール材を介して貼り合わされた第1基板及び第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、
前記第1基板の表示領域に設けられた画素電極と、
前記第1基板又は前記第2基板において、前記画素電極に対向して設けられた対向電極と、
前記第1基板又は前記第2基板において、平面視で、前記表示領域と前記シール材との間に設けられ、第1の交流信号が供給される第1電極と、前記第1電極と前記シール材との間に設けられ、第2の交流信号が供給される第2電極と、前記第2電極と前記シール材との間に設けられ、第3の交流信号が供給される第3電極と、を有する液晶装置の駆動方法であって、
前記第1の交流信号と、前記第2の交流信号と、前記第3の交流信号とは、互いに位相がずれていることを特徴とする液晶装置の駆動方法。
- 前記交流信号の周波数f(Hz)は、以下の数式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の液晶装置の駆動方法。
f≦2μVE/np2
μは液晶層中のイオン性不純物の移動度(m2/V・s)、VEは交流信号の実効電圧(V)、nは交流信号が与えられる電極の数、pは交流信号が与えられる電極の配置ピッチ(m)である。 - 前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極のそれぞれに同じ波形の前記交流信号を印加することを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶装置の駆動方法。
- 前記交流信号は、3値以上の電位を有することを特徴とする請求項3に記載の液晶装置の駆動方法。
- 前記交流信号が矩形波であることを特徴とする請求項3に記載の液晶装置の駆動方法。
- 対向配置されシール材を介して貼り合わされた第1基板及び第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、
前記第1基板の表示領域に設けられた画素電極と、
前記第1基板又は前記第2基板において、前記画素電極に対向して設けられた対向電極と、
前記第1基板又は前記第2基板において、平面視で、前記表示領域と前記シール材との間に設けられ、第1の交流信号が供給される第1電極と、前記第1電極と前記シール材との間に設けられ、第2の交流信号が供給される第2電極と、前記第2電極と前記シール材との間に設けられ、第3の交流信号が供給される第3電極と、を備え、
前記第1の交流信号と、前記第2の交流信号と、前記第3の交流信号とは、互いに位相がずれていることを特徴とする液晶装置。
- 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液晶装置の駆動方法を用いて駆動される液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
- 請求項6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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