(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直配向型の液晶表示装置において特に高温動作時に発生する表示均一性の低下を抑制して、より低いフレーム周波数により動作可能とする技術を提供する。【解決手段】垂直配向型の液晶表示装置であって、複数の第１電極と、複数の第２電極と、これら電極に駆動電圧を供給する駆動手段を備える。第１電極の数はＮ個（Ｎ≧３２）であり、駆動手段は、Ｎ個の第１電極のうちの４個を同時選択して選択電圧及び非選択電圧を供給する４ライン同時選択駆動を行い、かつ、複数の第１電極のうちｎ個を選択するごとに極性反転を行うｎライン反転駆動を行うものであり、４ライン同時選択駆動における最適バイアス駆動時のバイアス比を√Ｎ＋１としたときの当該バイアス比ａが（√Ｎ＋１）−３≦ａ＜√Ｎ＋１の条件を満たして設定され、かつ、ｎライン反転駆動における当該ｎが８≦ｎ≦１６の条件を満たして設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板の一面側に設けられており、各々が第１方向に延在する複数の第１電極と、
前記第２基板の一面側に設けられており、各々が前記第１方向と直交する第２方向に延在する複数の第２電極と、
誘電率異方性が負の液晶材料を用いて構成されており、９０°より小さいプレティルト角を有して前記第１基板と前記第２基板の間に介在する垂直配向の液晶層と、
前記複数の第１電極及び前記複数の第２電極に駆動電圧を供給する駆動手段と、
を含み、
前記複数の第１電極の数はＮ本（Ｎ≧３２）であり、
前記駆動手段は、前記Ｎ本の第１電極のうちの４本を同時選択して選択電圧及び非選択電圧を供給する４ライン同時選択駆動を行うものであり、
前記４ライン同時選択駆動における最適バイアス駆動時のバイアス比を√Ｎ＋１としたときの当該バイアス比ａが（√Ｎ＋１）−３≦ａ＜√Ｎ＋１の条件を満たして設定される
液晶表示装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記複数の第１電極のうちｎ本を選択するごとに極性反転を行うｎライン反転駆動を行うものであり、
前記ｎライン反転駆動における当該ｎが８≦ｎ≦１６の条件を満たして設定される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記ｎライン反転駆動における当該ｎが１２に設定された、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記極性反転を行う動作は１フレーム内で完結し、連続したフレームにおいて駆動波形が等しい、請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
８０℃又はそれ以下の温度雰囲気において動作させる、請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチプレックス駆動される垂直配向型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、例えば民生用や車載用の各種電子機器における情報表示部として広く利用されている。一般的な液晶表示装置は、数μｍ程度の間隙を設けて対向配置させた２枚の基板間に液晶材料からなる液晶層を配置して構成されている。このような液晶表示装置の１つとして垂直配向型の液晶表示装置が知られている。
【０００３】
垂直配向型の液晶表示装置においてドットマトリクス表示を実現する場合には、例えばマルチプレックス駆動法が用いられる。マルチプレックス駆動法においては、走査線本数（コモン電極本数）を増加させた場合にも表示品位を保持するには電気光学特性がより急峻であることが必要である。この点について、例えば特許第４６４１２００号公報では、良好な急峻性を実現するにはプレティルト角をできるだけ９０°に近づけることが有効であることが示されている。
【０００４】
ところで、上記のようにマルチプレックス駆動により垂直配向型の液晶表示素子を動作させると、特に高温雰囲気において明表示部を中心に表示均一性が著しく低下する不具合が発生するときがある。この表示均一性は明表示画素のエッジ部周辺以外の中央付近に意図しない暗領域が生じることによる表示乱れに起因する。この暗領域は、配向膜により配向規制した方向ではない方向に液晶分子が配向してしまうために発生する現象と考えられる。以下、このような現象をＤＭＡ（Dynamic  Miss  Alignment）と表記する。このようなＤＭＡに関して、例えば特開２００８−２８１７５２号公報には、垂直配向型の液晶表示装置において液晶層のプレティルト角と各駆動波形を用いた場合のフレーム周波数の関係が示されている。この先行例では、駆動波形としてはライン反転波形（A波形）、フレーム反転波形（B波形）、ｎライン反転波形（C波形）および複数ライン同時選択波形が用いられている。
【０００５】
複数ライン同時選択駆動法は、高速応答の液晶表示装置におけるフレームレスポンス現象によるフリッカおよびコントラスト低下を改善する有力な方法として広く用いられてきた。例えば、特許第３６２４７３８号公報には、選択期間を１フレーム内で連続して配置する非分散型よりも、選択期間が分割され、それらが分散配置された分散型駆動の方がフリッカやコントラストの改善には効果的であることが示されている。複数ライン同時選択駆動法は、Ｎ本の走査線に対してｍ本の走査線を同時に選択する駆動法であるが信号線に印加される電圧レベルはｍ＋１であることから表示パターンにより信号線へ印加される電圧の極性反転が頻繁に行われる場合が発生し、これがクロストークの原因となる場合がある。全体の駆動波形の周波数成分を低く抑制する方法としてｎライン反転駆動を用いることは効果的で、縦横筋状ムラを抑制することができる。
【０００６】
複数ライン同時選択駆動法においてもバイアス設定方法は上記のA,B,C各波形の場合と同様であり、最適バイアスは√Ｎ＋１である。最適バイアス条件に設定されることで液晶表示装置の最大のコントラストを実現できる。複数ライン同時選択駆動法は走査線本数が比較的多く応答速度が高速である液晶表示装置に用いることによりその効果を発揮することが多くの先行文献に示されている。
【０００７】
一方、垂直配向型の液晶表示装置は、走査線本数３２本以上を動作させる場合の応答速度がおおむね２００ミリ秒以上であり、水平配向型の液晶表示装置に比べて比較的応答速度が遅いことから上記で示した複数ライン同時選択駆動法によるメリットを享受することはない。
【０００８】
ところが、誘電率異方性Δεが負の液晶材料はそのΔεの絶対値を誘電率異方性Δεが正の液晶材料と同等に大きくすることが困難であることから、垂直配向型の液晶表示装置は水平配向型の液晶表示装置と比較すると閾値電圧が高い。そして、電気光学特性における急峻性が悪いため、駆動電圧を高くすることにより見かけ上の急峻性を高めることが表示品位を向上させる方法の１つとして採用されている。
【０００９】
複数ライン同時選択駆動法では上記したA,B,C各波形を用いる場合に比べ選択電圧を低くすることができるため、垂直配向型の液晶表示装置に適用することはコントラストやオン透過率を改善するには好ましい。そして、電気光学特性における急峻性をより高めることは走査線３２本以上の表示素子を実現するうえで重要となることからプレティルト角は９０°にできるだけ近いことが有効である。
【００１０】
一方、前述の特開２００８−２８１７５２号公報に開示される先行例においては、プレティルト角が９０°に近い状態においてフレーム周波数が最も低い状態で表示乱れを抑制できるのはA波形を用いる場合である。しかし、A波形は消費電流が大きいなどの問題から走査線３２本以上の高デューティ駆動時にはクロストークが著しく発生するために一般的には使用されない。
【００１１】
上記文献にはA波形の次に表示乱れを抑制する効果が得られるのは複数ライン同時選択駆動法による駆動波形であることが示されている。ところがその条件は特定のプレティルト角の範囲に対するフレーム周波数の設定範囲のみが示されているのみであり、その他の条件においてより表示乱れを抑制できる条件に関しては開示も示唆も存在しない。複数ライン同時選択駆動法においてもフレーム周波数をできるだけ低下させることがクロストークを除去するためには重要な要素であり、従来技術で示されたフレーム周波数よりもさらにフレーム周波数を低減することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４６４１２００号公報
【特許文献２】特開２００８−２８１７５２号公報
【特許文献３】特許第３６２４７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明に係る具体的態様は、垂直配向型の液晶表示装置において特に高温動作時に発生する表示均一性の低下を抑制して、より低いフレーム周波数により動作可能とする技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る一態様の液晶表示装置は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）第１基板の一面側に設けられており、各々が第１方向に延在する複数の第１電極と、（ｃ）第２基板の一面側に設けられており、各々が第１方向と交差する第２方向に延在する複数の第２電極と、（ｄ）誘電率異方性が負の液晶材料を用いて構成されており、９０°より小さいプレティルト角を有して第１基板と第２基板の間に介在する垂直配向の液晶層と、（ｅ）複数の第１電極及び複数の第２電極に駆動電圧を供給する駆動手段と、を含み、（ｆ）複数の第１電極の数はＮ本（Ｎ≧３２）であり、（ｇ）駆動手段は、Ｎ本の第１電極のうちの４本を同時選択して選択電圧及び非選択電圧を供給する４ライン同時選択駆動を行うものであり、（ｈ）４ライン同時選択駆動における最適バイアス駆動時のバイアス比を√Ｎ＋１としたときの当該バイアス比ａが（√Ｎ＋１）−３≦ａ＜√Ｎ＋１の条件を満たして設定される、液晶表示装置である。
【００１５】
上記構成によれば、垂直配向型の液晶表示装置において特に高温動作時に発生する表示均一性の低下を抑制して、より低いフレーム周波数により動作させることが可能になる。
【００１６】
上記の液晶表示装置において、駆動手段は、複数の第１電極のうちｎ本を選択するごとに極性反転を行うｎライン反転駆動を行うものであり、ｎライン反転駆動における当該ｎが８≦ｎ≦１６の条件を満たして設定されることも好ましい。
【００１７】
上記の液晶表示装置においてより好ましくは、ｎライン反転駆動における当該ｎが１２に設定される。
【００１８】
上記の液晶表示装置においてより好ましくは、極性反転を行う動作は１フレーム内で完結し、連続したフレームにおいて駆動波形が等しい。
【００１９】
上記の液晶表示装置は、８０℃又はそれ以下の温度雰囲気において動作させることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、一実施形態の液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、各第１電極１１および各第２電極１２の模式的な平面図である。
【図３】図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、それぞれ実施例の液晶表示装置の外観を部分的に示した写真である。
【図４】図４は、フレーム周波数とバイアス比を種々に設定して実施例の液晶表示装置を駆動した時の外観観察評価結果を示す図（表）である。
【図５】図５は、フレーム周波数を１２５Ｈｚに固定し、バイアス比を種々に設定するとともにｎライン反転数も種々に設定して実施例の液晶表示装置を駆動した時の外観観察評価結果を示す図（表）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、一実施形態の液晶表示装置の構造を示す模式的な断面図である。図１に示す本実施形態の液晶表示装置は、対向配置された第１基板１と第２基板２と、両基板の間に配置された液晶層３と、を主に備える。第１基板１の外側には第１偏光板４が配置され、第２基板２の外側には第２偏光板５が配置されている。第１基板１と第１偏光板４の間には第１視角補償板６が配置され、第２基板２と第２偏光板５の間には第２視角補償板７が配置されている。液晶層３の周囲はシール材によって封止されている。以下、さらに詳細に液晶表示装置の構造を説明する。
【００２３】
第１基板１および第２基板２は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板１と第２基板２との相互間には、スペーサー１０が分散して配置されている。これらのスペーサー１０により、第１基板１と第２基板２との間隙が所定距離に保たれる。
【００２４】
液晶層３は、第１基板１の第１電極１１と第２基板２の第２電極１２との相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層３が構成されている。液晶層３に図示された太線は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向を模式的に示したものである。図示のように、本実施形態の液晶表示装置においては、液晶層３の液晶分子の配向状態がモノドメイン配向に規制されている。本実施形態における液晶層３のプレティルト角は９０°より小さい範囲で９０°に近いことが好ましく、例えば８９．８５°に設定されている。また、液晶層３の屈折率異方性Δｎは例えば０．１８である。
【００２５】
偏光板４および偏光板５は、各々の吸収軸が互いに直交するように配置されている（クロスニコル配置）。また、偏光板４および偏光板５は、各々の吸収軸が第１基板１に施された配向処理の方向１４、第２基板に施された配向処理の方向１３のいずれとも４５°の角度をなすように配置されている。これにより、各偏光板４、５の吸収軸は、各配向処理の方向１３、１４によって定義される液晶層３の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向に対して４５°の角度をなすことになる。
【００２６】
配向膜８は、第１基板１の一面側に、第１電極１１を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜９は、第２基板２の一面側に、第２電極１２を覆うようにして設けられている。各配向膜８、９にはラビング処理等の配向処理が施されている。本実施形態においては、配向膜８および配向膜９として液晶層３の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を垂直配向状態に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。より詳細には、各配向膜８、９としては、液晶層３の液晶分子に対して９０°に極めて近いが９０°より小さい角度のプレティルト角を付与し得るものが用いられる。
【００２７】
複数の第１電極１１は、第１基板１の一面上に設けられている。また、複数の第２電極１２は、第２基板２の一面上に設けられている。各第１電極１１および各第２電極１２は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。
【００２８】
駆動装置（駆動手段）１５は、各第１電極１１と各第２電極１２とそれぞれ接続されており、各第１電極１１と各第２電極１２に対して所定の駆動波形による駆動電圧を供給する。本実施形態では、駆動装置１５は、マルチプレックス駆動（単純マトリクス駆動）を行う。
【００２９】
図２は、各第１電極１１および各第２電極１２の模式的な平面図である。図示のように、各第１電極１１は、ストライプ状に形成されており、図中の左右方向（第１方向）に沿って延在している。各第２電極１２は、ストライプ状に形成されており、図中の上下方向（第２方向）に沿って延在している。本実施形態の液晶表示装置では、平面視において各第１電極１１と各第２電極１２とが交差して配置されており、両者の重なる箇所がそれぞれ画素となる。また、配向膜８に施された配向処理の方向１３は第１電極１１の延在方向（第１方向）と直交しており、配向膜９に施された配向処理の方向１４は第２電極１２の延在方向（第２方向）と平行である。そして、液晶層３の層厚方向における液晶分子の配向方向１６は、図示のように各配向処理の方向１３、１４と平行である。
【００３０】
（実施例）
片面が研磨処理され、その表面にＳｉＯ２アンダーコートが施された後、ＩＴＯ膜が成膜されたガラス基板に対し、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程にてＩＴＯ膜を所望の電極パターンに形成することにより、第１電極を有する第１基板および第２電極を有する第２基板を作製した。なお、必要に応じて電極の一部表面上にＳｉＯ２などによる絶縁層を形成してもよい。
【００３１】
第１基板と第２基板をアルカリ溶液、純水等で洗浄後、垂直配向膜をフレキソ印刷法にて塗布しクリーンオーブン内で２００℃・３０分間加熱した。その後、綿製ラビング布を用いて両基板共に基板面内一方位にラビング処理を行った。なお、いずれか一方の基板のみにラビング処理を行うようにしてもよい。
【００３２】
第２基板には約６μｍのロッド状ガラススペーサーが混入した熱硬化型シール材を枠状にスクリーン印刷法にて塗布した。また、第１基板には約５．９μｍのプラスティックスペーサーを乾式散布法にて分散配置した。その後、両基板の電極面を対向させて、ラビング方位がアンチパラレルになるようにして貼り合わせ、熱圧着にてシール材を硬化して空セルを完成させた。なお、上記空セルは多面取りマザーガラス基板により作製し、スクライブとブレーキング工程を経て１個の空セルを得ている。
【００３３】
次いで、屈折率異方性Δｎが約０．１４５で誘電率異方性Δε＜０の液晶材料を真空注入法にて空セルに注入した。次いで、セル厚がより均一になるようにプレスし、紫外線硬化樹脂を塗布した。その後、わずかにプレス厚を弱めた状態で約数分保持して注入口から内部へ吸い込ませた後、紫外線を照射して硬化することにより封止した後、１２０℃にて１時間焼成した。
【００３４】
外部取出し電極端子などの面取り加工を行った後、洗浄を行い、セルの裏表面にほぼクロスニコルになるよう偏光板をラミネーターにて貼りあわせた後、真空容器内で加熱しながら偏光板粘着層とガラス基板間の気泡を除去した。なお、偏光板を貼りあわせる前にクリスタルローテーション法により測定したプレティルト角はおよそ８９．８５°±０．１°であった。
【００３５】
外部取出し端子部にはドライバーＩＣを異方導電フィルムを介して熱圧着する工程を経て、フレキシブルフィルムを異方導電フィルムを介してドライバーＩＣ入出力端子と接続し外部制御装置への接続端子とした。
【００３６】
なお、液晶表示装置の上下方向（１２時，６時方位）に第２電極、左右方向（９時，３時方位）に第１電極の長手方向が伸びており、互いに交差している。また、ラビング方向は裏側となる第２基板が１２時方位、表側となる第１基板が６時方位とし、液晶層の層厚方向の中央における液晶分子の配向方位は１２時方位とし、最良視認方位は６時方位とした。また、実施例の液晶表示装置は、画素寸法が縦３２０μｍ、横３２０μｍ、画素間距離１５μｍであり、第２電極は３６９本、第１電極は１２０本である。また、実施例の液晶表示装置をマルチプレックス駆動するにあたっては、例えば特許文献の特開平０６−２７９０７号公報に示される複数ライン同時選択法（ＭＬＳ法）を用いた。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、それぞれ実施例の液晶表示装置の外観を部分的に示した写真である。詳細には、図３（Ａ）は正常な表示状態の一例、図３（Ｂ）は表示均一性が著しく低下した表示状態の一例である。
【００３７】
次に、実施例の液晶表示装置を各種条件によってマルチプレックス駆動した際における表示均一性の外観観察評価結果について説明する。ここでは、例えば特開平０６−２７９０７号公報に開示されている公知の（非分散）複数ライン同時選択法（以下、ＭＬＳ法）を用いた。詳細には、第１電極１１の個数（走査線本数）Ｎを１２０個とし、同時選択ライン数Ｍを４とし、８０℃雰囲気で上記した図３（Ａ）に示すような表示パターンを表示する様、駆動装置１５から駆動電圧を与え、数分間放置してから、表示状態の均一性を外観観察した。
【００３８】
図４は、フレーム周波数とバイアス比を種々に設定して実施例の液晶表示装置を駆動した時の外観観察評価結果を示す図（表）である。図４に示す表において、「×」は表示乱れ（DMA）が発生している条件、「△」は許容レベルであるがわずかに表示乱れが発生している条件、「○」は表示乱れがほぼ完全に発生していない条件である。図示の通り、従来技術でも示されるようにフレーム周波数が高くなると表示乱れを抑制する効果が高くなる傾向が観察された。また、バイアスａは√Ｎ＋１＝１２が最適であるが評価したすべての条件において外観評価が「×」であるので、さらにフレーム周波数を上昇させる必要がある。ここではフレーム周波数は最大１７５Ｈｚであるが、これより高いフレーム周波数の設定値では明暗表示のクロストークが激しくなり表示乱れが抑制できたとしても表示均一性は実現できない。一方、バイアスａを上記した最適バイアス値である１２から下げていくと表示乱れが抑制されやすくなる傾向が観察され、さらにフレーム周波数を低下させても表示乱れを抑制しやすくなる傾向が観察される。従って、バイアスａは最適バイアスよりも低い値に設定することが好ましく、最適バイアスよりも３小さい値がより好ましいことがわかった。
【００３９】
なお、詳細は割愛するが、第１電極１１の数（走査線本数）Ｎを６４に設定し、同時選択ライン数Ｍを４とし、８０℃雰囲気で上記と同様に表示状態の均一性を外観観察した場合についても、上記と同等な傾向が観察された。すなわち、バイアスａは最適バイアスである９よりも小さい方がより低いフレーム周波数で表示乱れを抑制可能であり、バイアスａを最適バイアスよりも３小さい値とすることで表示乱れを抑制する効果がより高まることを確認した。
【００４０】
次に、上記したＮ＝１２０とし、Ｍ＝４とした複数ライン同時選択駆動法において、走査線をｎ本走査するごとに駆動波形を極性反転させるｎライン反転駆動を行い、８０℃雰囲気で表示状態の均一性を外観観察した結果について説明する。
【００４１】
図５は、フレーム周波数を１２５Ｈｚに固定し、バイアス比を種々に設定するとともにｎライン反転数も種々に設定して実施例の液晶表示装置を駆動した時の外観観察評価結果を示す図（表）である。図５においても「×」は表示乱れ（DMA）が発生している条件、「△」は許容レベルであるがわずかに表示乱れが発生している条件、「○」は表示乱れがほぼ完全に発生していない条件である。各バイアスの設定値においてライン反転数ｎを４の倍数で変化させた場合の外観観察状態を評価したが、バイアスａを９とした時以外は表示乱れを抑制可能なｎライン反転数が乱されなかった。また、バイアスａを９とした時には、ｎライン反転数が８，１２，１６において表示乱れを抑制できることがわかった。ｎライン反転数が８，１６の場合は許容レベルであるがわずかにクロストークが観察される場合があり、ｎライン反転数が１２において最も表示均一性が良好であった。
【００４２】
また、上記したｎライン反転駆動において、１フレーム内で反転動作を終了させ、次フレームの最初の走査では反転動作を初期状態に戻す駆動方法に関しても確認した。この駆動方法は走査線数Ｎがライン反転数ｎで割り切れない場合に連続したフレームで駆動波形を一致させる方法であり、例えば表示のちらつきやクロストークを抑制する効果がある。なお、走査線数Ｎがライン反転数ｎで割り切れる場合も直流成分が重畳されるのを抑制する効果がある。図５に示した観察結果に基づいて、バイアスａを９とした場合について表示乱れの抑制効果が得られるかどうかの確認を行った。その結果、ライン反転数ｎを８，１２，１６とした時における表示乱れの抑制効果が得られるとともに、特にライン反転数ｎが８，１６の時におけるクロストークが抑制され、表示均一性が改善されることがわかった。
【００４３】
なお、上記した実施例においては８０℃雰囲気における外観観察を行ったが、実際の液晶表示装置は広い温度範囲において動作させる必要があり、各温度設定により駆動条件を変化させることができる。例えば、室温時の動作においてはフレーム周波数を低下させる、バイアスを変化させる、ｎライン反転数を変えるなどの設定を行ってもよい。いずれにしても、少なくとも８０℃雰囲気またはそれより低い温度雰囲気においては、上記した好適な諸条件が適用可能である。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、走査線数Ｎの値は上記した例に限られず、Ｎが３２以上であればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１：第１基板
２：第２基板
３：液晶層
４：第１偏光板
５：第２偏光板
６：第１視角補償板
７：第２視角補償板
８、９：配向膜
１０：スペーサー
１１：第１電極
１２：第２電極
１３、１４：配向処理の方向
１５：駆動装置
１６：液晶層の層厚方向における液晶分子の配向方向
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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