(57)【要約】【課題】  配向膜が経時変化を起こしても、良好な階調表示を維持でき、もって表示品質を高く維持することが可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  複数の画素電極２０がマトリクス状に配置されて前記画素電極の表面に配向膜４０が形成された第１の基板３０と、表面に配向膜４２が形成された透明な共通電極２２を有する第２の基板３４とを、前記配向膜同士を対向させて間に液晶層２４を介在させて接合し、前記画素電極と前記共通電極との間に複数の表示階調レベルの電圧を印加することにより入射光を変調するようにした液晶表示装置において、前記電圧の印加に対して、前記液晶層の単位面積あたりの抵抗Ｒｌｃと前記配向膜の単位面積あたりの抵抗Ｒａｌとの関係が、表示階調数ｎに対して”Ｒｌｃ／Ｒａｌ＞ｎ”となる関係を有するように構成する。これにより配向膜が経時変化を起こしても、良好な階調表示を維持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極がマトリクス状に配置されて前記画素電極の表面に配向膜が形成された第１の基板と、表面に配向膜が形成された透明な共通電極を有する第２の基板とを、前記配向膜同士を対向させて間に液晶層を介在させて接合し、前記画素電極と前記共通電極との間に複数の表示階調レベルの電圧を印加することにより入射光を変調するようにした液晶表示装置において、
前記電圧の印加に対して、前記液晶層の単位面積あたりの抵抗Ｒｌｃと前記配向膜の単位面積あたりの抵抗Ｒａｌとの関係が、表示階調数ｎに対して”Ｒｌｃ／Ｒａｌ＞ｎ”となる関係を有するように構成したことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に経時変化に対し良好な階調表示を行うことが可能な液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイは大型化，薄型化がすすんでおり、特に液晶を用いた方式のディスプレイの普及が目覚しい。その中でアクティブマトリクス方式の液晶表示装置として、例えば特許文献１または２等に開示されているものが知られている。
ここで従来の一般的な液晶表示装置について説明する。図３は液晶表示装置を示す概念図、図４は液晶表示装置の光学系を示す概念図である。図３及び図４において、”２”は液晶表示パネルであり、後述するようにこの内部に入射光を変調する液晶が封入されている。”４”は液晶駆動回路であり、これに入力される映像信号を画像処理部４Ａで処理してデータ信号を形成し、また駆動制御部４Ｂにより駆動制御信号を形成して、上記データ信号と共に上記液晶表示パネル２へ供給される。図４に示すように、上記液晶表示装置では、光源６より出射した光を偏光ビームスプリッタ８で偏光させて反射し、これを液晶表示パネル２への入射光として入射させる。そして、この液晶表示パネル２では、上記入射光に対してデータ信号に基づいて変調（偏光）を加えて反射させ、その変調された反射光は偏光ビームスプリッタ８を通過してスクリーン１０へ投射したり、光測定の時には受光器に入射させるようになっている。
【０００３】
具体的には、上記液晶駆動回路４において、映像信号は信号変調やデジタル化、画質処理等の画像処理が行われ、駆動制御信号と共に液晶表示パネル２を最適駆動するためのデータ信号が出力される。通常、液晶駆動回路４における信号処理は、デジタル化された信号により処理が施され、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換等の特性上、この液晶駆動回路４の設計によって、液晶表示装置の表示階調数が決まる。その後、このデータ信号は駆動制御信号と共に液晶表示パネル２へ伝達される。
【０００４】
次に、液晶表示パネル２の構成について説明する。図５は液晶表示パネルを示す模式図、図６は液晶表示パネルの一部を示す立体斜視図、図７は液晶表示パネルの画素部を示す断面図である。
図５に示すように、液晶表示パネル２は、縦横に格子状（マトリクス状）に配列された複数の画素ＰＸを有している。そして、縦方向へはデータ信号をサンプリングした電圧を伝える複数のデータ線１２が並行して配置され、これら各データ線１２と直交する方向に複数の走査線１４が配置されている。複数のデータ線１２と複数の走査線１４との交差部は上記画素ＰＸとなり、各画素ＰＸにはスイッチトランジスタＴＲが配置されている。そして、上記複数のデータ線１２は水平アドレス回路１６から延び、上記複数の走査線１４は垂直アドレス回路１８から延びている。そして、スイッチトランジスタＴＲに関しては、ドレインＤがデータ線１２に、ゲートＧが走査線１４に、ソースＳが保持容量ＣＳ及び画素電極２０に並列に、それぞれ接続されている。ここで画素電極２０は、上記画素ＰＸに対応してマトリクス状に配列されている。後述するように、上記各画素電極２０と、透明な共通になされた共通電極２２との間には、液晶層２４が介在されている。そして、各保持容量ＣＳは保持容量共通配線２６に接続されている。
上記水平アドレス回路１６へは、水平アドレス回路制御信号とデータ信号が入力され、各データ線にデータ信号をサンプリングしながら印加する。また、垂直アドレス回路１８へは垂直アドレス回路制御信号が入力され、上記データ信号に同期させて走査線１４に走査信号を送ることにより、各画素ＰＸが選択されるようになっている。
【０００５】
次に、上記液晶表示パネル２の断面構造について説明する。図６は上記液晶表示パネルの概略斜視図を示し、図７は画素部の液晶層部分の断面図を示している。図示するように、上記スイッチトランジスタＴＲや保持容量ＣＳ等は例えばシリコンウエハの半導体基板よりなる第１の基板３０に形成されている。そして、この第１の基板３０上に上記画素電極２０がマトリクス状に形成され、更に、この画素電極２０を含む第１の基板３０の表面全体に配向膜３２が形成されている。
【０００６】
一方、上記第１の基板３０に対向する第２の基板３４は、例えば透明なガラス板よりなり、この上面には反射防止膜３６が形成されている。またこの第２の基板３４の下面側全面には、例えばＩＴＯよりなる透明な共通電極２２が形成され、更に、その下面側全面には配向膜３８が積層形成されている。そして、上記第１及び第２の基板３０、３４は、互いに上記配向膜３２、３８を対向させて所定の間隔を隔てて、間に液晶層２４を封入して接合され、これによって全体が構成されている。そして、上記画素電極２０と共通電極２２との間で電圧が印加され、また入射光は第２の基板３４側から入射する。
ここで上記配向膜３２、３８の材料として、例えば、ポリイミドのような有機物や二酸化ケイ素のような無機物の２種類があげられる。一般に有機物の方が量産性には優れるが、光が当たり続けると変色するといった問題があり、強い光が当たる液晶表示装置の場合、無機物の方が特性面において優れている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１８３９１２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、液晶層２４の液晶に加わる電圧は、画素電極２０と共通電極２２との間の電位差となることが理想的であるが、実際には電気抵抗を持つ配向膜３２、３８が間に存在することにより、その分、液晶に加わる電圧が低くなる。例えば一般的に、液晶層２４は十分な光変調を得るために２μｍ以上の厚みが必要であり、さらに配向膜３２、３８も液晶を規則正しく整列させるためには、それぞれ０．０５μｍ程度の膜厚が必要とされる。一般的な液晶の抵抗率は１０１４Ωｃｍ程度であり、配向膜３２、３８は絶縁体であるから抵抗率１０１５Ωｃｍ程度とすると、液晶層２４の単位面積あたりの抵抗Ｒｌｃ＝２×１０１０Ωとなり、配向膜３２、３８の単位面積あたりの抵抗Ｒａｌ＝５×１０９ Ωとなり、直列抵抗の関係より、画素電極２０と共通電極２２の間に加わる電圧のうち約８０％が液晶層２４に加わることになる。
【０００９】
ここで問題になるのは、この配向膜３２、３８の抵抗値の経時変化である。一般に、配向膜は不純物の影響や使用環境等により、容易にその電気抵抗が変化する。特に配向膜の材料として無機物を用いた場合には、雰囲気中の物質に敏感に反応して電気抵抗が低下し易い。ここで経時変化により電気抵抗が下がると、液晶に加わる電圧が変化するため、液晶の光強度も変わることとなり、著しく表示品質が低下する、という問題がある。例えば、特定の環境下で加速度試験を行うと、配向膜の初期の単位面積あたりの抵抗ＲａｌがＲａｌ＝５×１０９Ωから、 Ｒａｌ’＝５×１０８Ωに電気抵抗が低下する。すると液晶層に加わる電圧が相 対的に高くなり、表示品質が劣化する。
【００１０】
この点を具体的に説明すると、図８は初期（経時変化前）の配向膜の時の液晶の電圧−相対光強度の特性曲線を示すグラフ、図９は配向膜が経時変化した時の液晶の電圧−相対光強度の特性曲線を示すグラフである。
図８に示すように、液晶層に電圧を印加して行くと、それに従って、相対光強度も増加し、ピークを過ぎてからやや減少する特性を示す。しかし、図９に示すように、配向膜が経時変化すると、特性曲線は実線から破線のように変化する。すなわち、環境試験の前後で特性曲線が上記のように変化する。このことは、最大光量時を１００％とすると、液晶の相対光強度で従来５０％の明るさであったものが、同じ電圧で９０％以上の明るさとなるため、表示階調を著しく損なってしまうことを意味する。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、本発明の目的は、配向膜が経時変化を起こしても、良好な階調表示を維持でき、もって表示品質を高く維持することが可能な液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、複数の画素電極がマトリクス状に配置されて前記画素電極の表面に配向膜が形成された第１の基板と、表面に配向膜が形成された透明な共通電極を有する第２の基板とを、前記配向膜同士を対向させて間に液晶層を介在させて接合し、前記画素電極と前記共通電極との間に複数の表示階調レベルの電圧を印加することにより入射光を変調するようにした液晶表示装置において、前記電圧の印加に対して、前記液晶層の単位面積あたりの抵抗Ｒｌｃと前記配向膜の単位面積あたりの抵抗Ｒａｌとの関係が、表示階調数ｎに対して”Ｒｌｃ／Ｒａｌ＞ｎ”となる関係を有するように構成したことを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る液晶表示装置によれば、配向膜が経時変化を起こしても、良好な階調表示を維持でき、もって表示品質を高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る液晶表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの画素部を示す断面図、図２は本発明の効果を説明するための液晶の電圧−相対光強度の特性曲線を示すグラフである。
尚、本発明の液晶表示装置の構成は、配向膜の構成を除き、図３〜図７に説明した構成と全く同じであるので、ここではその説明を省略し、図１を参照して配向膜の構成を中心に説明する。図１において、図７に示す構成部分と同一構成部分には同一符号を付してある。
図示するように、スイッチトランジスタＴＲや保持容量ＣＳ等は例えばシリコンウエハの半導体基板よりなる第１の基板３０に形成されていいる。そして、この第１の基板３０上に画素電極２０がマトリクス状に形成され、更に、この画素電極２０を含む第１の基板３０の表面全体に本発明の特徴とする配向膜４０が形成されている。
【００１４】
一方、上記第１の基板３０に対向する第２の基板３４は、例えば透明なガラス板よりなり、この上面には反射防止膜３６が形成されている。またこの第２の基板３４の下面側全面には、例えばＩＴＯよりなる透明な共通電極２２が形成され、更に、その下面側全面には本発明の特徴とする配向膜４２が積層形成されている。そして、上記第１及び第２の基板３０、３４は、互いに上記配向膜４０、４２を対向させて所定の間隔を隔てて、間に液晶層２４を封入して接合され、これによって全体が構成されている。そして、上記画素電極２０と共通電極２２との間で電圧が印加され、また入射光は第２の基板３４側から入射する。
【００１５】
ここで本発明では、上記電圧の印加方向に対して、上記液晶層２４の単位面積あたりの抵抗Ｒｌｃと上記配向膜４０、４２の単位面積あたりの抵抗Ｒａｌとの関係が、表示階調数ｎに対して”Ｒｌｃ／Ｒａｌ＞ｎ”となる関係を有するように構成されている。
尚、ここではデータ信号の表示階調数は例えば２５６階調で出力されるように設計されており、従って、表示階調数は”２５６”となる。
【００１６】
上述のように配向膜４０、４２の単位面積あたりの抵抗を設定した理由は次のようである。すなわち、ある電圧が液晶表示パネルに印加された時、液晶層と配向膜に印加される電圧の比率は、単位面積あたりの液晶の抵抗Ｒｌｃと単位面積あたりの配向膜の抵抗Ｒａｌとの比率で決まるのは前述した通りである。従って、ＲｌｃがＲａｌより十分に高ければ、Ｒａｌが変化しても液晶層に印加される電圧に対する影響は小さくて済む。そこで、表示階調数に着目し、経時劣化による電圧の変化が表示階調数の逆数以下、すなわち最小の階調電圧範囲以下とすることで、階調変化の防止を保証することが可能となる。よって上述のような、電圧の比率、すなちＲｌｃとＲａｌの比率を表示階調数に関係づけたものである。換言すれば、上記式の条件を満たすことで、液晶層２４に加わる電圧は、表示階調数ｎの１／ｎ以下の電圧変動しか起こさず、階調にほとんど悪影響を及ぼさないことになる。
【００１７】
ここで、上記配向膜４０、４２として無機物を用いると、比較的抵抗率の制御が行い易くなる。従って、本発明では蒸着装置にて、配向膜４０、４２として酸化珪素（ＳｉＯｘ：１．０≦ｘ≦２．０）の膜を形成した。その際、液晶が配向するのに必要な膜厚として０．１μｍを前記第１の基板３０と前記第２の基板３４上にそれぞれ堆積する。この際、使用する液晶の抵抗率は仕様上１．２×１０１５Ωｃｍであるが、一般に実際の使用状態では約一桁抵抗が落ちるため、液晶の抵抗率を１．２×１０１４Ωｃｍとして、液晶層２４の厚みを３．２μｍで計算すると、液晶層２４の単位面積あたりの抵抗Ｒｌｃは３．８４×１０１０Ωとなる。そして本発明のＲｌｃ／Ｒａｌ＞ｎの関係式より、液晶駆動回路４（図３参照）の出力の表示階調数ｎ＝２５６であるから、配向膜４０、４２の抵抗Ｒａｌは１．５ｘ１０８以下である必要がある。
【００１８】
そこで各々の配向膜４０、４２の膜厚は０．１μｍであることから、抵抗率が７．５×１０１２Ωｃｍ以下［＝Ｒａｌ／（０．１μｍ×２）］の抵抗率の膜となるように、蒸着のレートやＳｉＯｘのｘの比率を調整する等、適切な成膜条件で所定の膜厚の配向膜４０、４２形成を行う。この配向膜４０、４２を成膜後、第１の基板３０と第２の基板３４の配向膜面同士が向き合う形で対向し、液晶層２４の厚みが３．２μｍとなるように、一定の間隙で張り合わせる。この間隙を満たすように液晶を注入し、その後、注入に使用した穴を封止する。そして第１の基板３０側に対して、液晶駆動回路４からの信号が入力できるように、配線を行うことで液晶表示パネルが作製される。
【００１９】
この液晶表示パネルを液晶駆動回路４と接続し、実際に動作させた。ガンマ補正等は行わず、電圧に対する液晶の直接的な変調度を示したのが図２である。初期の電圧−相対光強度曲線は実線で示されており、特定の環境下で加速度試験を行った後（配向膜の経時変化後）、従来の電圧−相対光強度曲線は一点鎖線で示され、本発明の電圧−相対光強度曲線は点線で示される。液晶に加わる電圧の変化に対して最も液晶の変調度が敏感な、初期の光量が５０％時の電圧に対して、加速度試験後に従来装置は約１６％光強度が上昇してしまったものが、本発明装置によれば１％以内で収まっており、良好な表示特性を維持できることが確認できた。
尚、本発明は、具体例として半導体基板上の反射型液晶で説明を行ってきたが、この例に限るものではなく、例えば絶縁性基板上に薄膜トランジスタを形成した基板や、透過型の液晶であっても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの画素部を示す断面図である。
【図２】本発明の効果を説明するための液晶の電圧−相対光強度の特性曲線を示すグラフである。
【図３】液晶表示装置を示す概念図である。
【図４】液晶表示装置の光学系を示す概念図である。
【図５】液晶表示パネルを示す模式図である。
【図６】液晶表示パネルの一部を示す立体斜視図である。
【図７】液晶表示パネルの画素部を示す断面図である。
【図８】初期（経時変化前）の配向膜の時の液晶の電圧−相対光強度の特性曲線を示すグラフである。
【図９】配向膜が経時変化した時の液晶の電圧−相対光強度の特性曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１２…データ線、１４…走査線、１６…水平アドレス回路、１８…垂直アドレス回路、２０…画素電極、２２…共通電極、２４…液晶層、３０…第１の基板（半導体基板）、３４…第２の基板（ガラス板）、４０，４２…配向膜、ＰＸ…画素、ＴＲ…スイッチングトランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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