(57)【要約】      （修正有）【課題】スペーサー同士の凝集に起因する表示不良を低減させる。【解決手段】液晶表示装置は、一面側に第１電極12を有する第１基板11と、一面側に第２電極16を有し、この第２電極と第１基板の第１電極とが向かい合うようにして第１基板と対向配置された第２基板15と、第１基板と第２基板との向かい合う表面にそれぞれ設けられた垂直配向膜13,17と、第１基板と第２基板との間に設けられた層厚ｄ、ねじれピッチｐの液晶層14と、第１基板と第２基板との間に分散して配置された複数の粒状体24と、第１電極及び第２電極と接続されており、デューティ比１／Ｎ、バイアス比１／Ｂのマルチプレックス駆動を行う駆動回路23と、を備える。駆動回路は、ｄ／ｐ≧０．１３５＋０．３／Ｎ、Ｂ＝√Ｎ＋１の各条件を満たしてマルチプレックス駆動を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に第１電極を有する第１基板と、
一面側に第２電極を有し、当該第２電極と前記第１基板の前記第１電極とが向かい合うようにして前記第１基板と対向配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との向かい合う表面にそれぞれ設けられた垂直配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた層厚ｄ、ねじれピッチｐの液晶層と、
前記第１基板と前記第２基板との間に分散して配置された複数の粒状体と、
前記第１電極及び前記第２電極と接続されており、デューティ比１／Ｎ、バイアス比１／Ｂのマルチプレックス駆動を行う駆動回路と、
を含み、
前記駆動回路は、ｄ／ｐ≧０．１３５＋０．３／Ｎ、Ｂ＝√Ｎ＋１の各条件を満たして前記マルチプレックス駆動を行う、
液晶表示装置。
【請求項２】
前記マルチプレックス駆動におけるＢが√Ｎ＋１の小数点以下を四捨五入した値に設定された、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の粒状体の粒径が３μｍ以下である、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記垂直配向膜により設定される液晶分子配向のプレティルト角が８９．５度以上９０度未満である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
対向配置された２つの基板の相互間に垂直配向した液晶層が設けられ、前記２つの基板の間隙が当該２つの基板間に分散配置された複数の粒状体によって保持される液晶表示装置を、デューティ比１／Ｎ、バイアス比１／Ｂのマルチプレックス駆動によって制御する駆動方法であって、
前記液晶層の層厚をｄ、ねじれピッチをｐとすると、
ｄ／ｐ≧０．１３５＋０．３／Ｎ、Ｂ＝√Ｎ＋１の各条件を満たして前記マルチプレックス駆動が行われる、
液晶表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置の駆動技術に関する。
【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。２枚の基板間には、両者間の間隙を均一に保つためにシリカやプラスチック等からなる球状粒子がスペーサーとして分散配置される。例えば、特開２００２−１４８６３５号公報（特許文献１）に示されるように、スペーサーを散布する方法としては乾式散布法と湿式散布法があり、近年は基板上の配向膜へのダメージが少ない乾式散布法が広く用いられている。
【０００３】
ところで、本願発明者は、垂直配向液晶表示装置の応答速度を改善する目的で２枚の基板間をより狭くした場合に、スペーサー周りにおける配向不良が発生しやすくなる傾向があることを発見した。これは、スペーサーの粒子径が小さくなるほど、２つの基板の間隔を均一にするために必要な単位面積あたりの粒子数が多くなる傾向があり、それによりスペーサー同士の凝集が増加することに起因していると考えられる。スペーサー表面には、液晶分子の配向を攪乱しないよう配向規制力を備えた層を付与することが多く行われているが、このような処理を行った上であっても、スペーサー同士の凝集が発生した場合、スペーサー周りで配向不良が発生しやすくなり、かつそれが外観上も表示不良として認識されやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４８６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、液晶表示装置におけるスペーサー同士の凝集に起因する表示不良を低減させることが可能な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】
【０００６】
本発明に係る一態様の液晶表示装置は、(a)一面側に第１電極を有する第１基板と、(b)一面側に第２電極を有し、当該第２電極と上記第１基板の上記第１電極とが向かい合うようにして上記第１基板と対向配置された第２基板と、(c)前記第１基板と前記第２基板との向かい合う表面にそれぞれ設けられた垂直配向膜と、(d)上記第１基板と上記第２基板との間に設けられた層厚ｄ、ねじれピッチｐの液晶層と、(e)上記第１基板と上記第２基板との間に分散して配置された複数の粒状体と、(f)上記第１電極及び上記第２電極と接続されており、デューティ比１／Ｎ、バイアス比１／Ｂのマルチプレックス駆動を行う駆動回路と、を含み、(g)上記駆動回路は、ｄ／ｐ≧０．１３５＋０．３／Ｎ、Ｂ＝√Ｎ＋１の各条件を満たして上記マルチプレックス駆動を行う、液晶表示装置である。
【０００７】
上記の液晶表示装置によれば、マルチプレックス駆動を行う際の条件を液晶層の層厚ｄとねじれピッチｐの比ｄ／ｐとの関係で適切に設定することにより、スペーサー同士の凝集に起因する表示不良を低減させることが可能となる。
【０００８】
上記マルチプレックス駆動におけるＢは、√Ｎ＋１の小数点以下を四捨五入した値に設定されてもよい。
【０００９】
好ましくは、上記複数の粒状体の粒径が３μｍ以下である。
【００１０】
スペーサーの粒径が３μｍ以下となると、スペーサー同士の凝集に起因する表示不良がより顕著になる傾向があるが、上記のマルチプレックス駆動の条件を用いることにより表示不良を低減できる。
【００１１】
また、上記垂直配向膜により設定される液晶分子配向のプレティルト角が８９．５度以上９０度未満であることも好ましい。
【００１２】
本発明に係る一態様の液晶表示装置の駆動方法は、対向配置された２つの基板の相互間に垂直配向した液晶層が設けられ、上記２つの基板の間隙が当該２つの基板間に分散配置された複数の粒状体によって保持される液晶表示装置を、デューティ比１／Ｎ、バイアス比１／Ｂのマルチプレックス駆動によって制御する駆動方法であって、上記液晶層の層厚をｄ、ねじれピッチをｐとすると、ｄ／ｐ≧０．１３５＋０．３／Ｎ、Ｂ＝√Ｎ＋１の各条件を満たして上記マルチプレックス駆動が行われる、液晶表示装置の駆動方法である。
【００１３】
上記の駆動方法によれば、マルチプレックス駆動を行う際の条件を液晶層の層厚ｄとねじれピッチｐの比ｄ／ｐとの関係で適切に設定することにより、スペーサー同士の凝集に起因する表示不良を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】第１開口部および第２開口部の構造を説明するための模式的な平面図である。
【図３】一例の液晶表示装置の偏光顕微鏡観察像である。
【図４】一例の液晶表示装置の偏光顕微鏡観察像である。
【図５】外観観察時に黒点表示不良が観察されなくなるバイアス比を調査した結果を示す図である。
【図６】最大コントラストが得られる駆動電圧時のオン透過率のｄ／ｐ依存性を示す図である。
【図７】最適バイアス条件にて黒点表示不良が発生しないｄ／ｐを探査した結果を示す図である。
【図８】最適バイアス条件にて黒点表示不良が発生しないｄ／ｐを探査した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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１１と第２基板１５と、両基板の間に配置された液晶層１４と、を備える。第１基板１１の外側には第１偏光板２１が配置され、第２基板１５の外側には第２偏光板２２が配置されている。以下、さらに詳細に液晶表示装置の構造を説明する。なお、液晶層１４の周囲を封止するシール材等の部材については図示および説明を省略する。
【００１７】
第１基板１１は、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２基板１５は、第１基板１１と同様に、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１１と第２基板１５との相互間には、多数のスペーサー（粒状体）２４が分散して配置されている。これらのスペーサー２４により、第１基板１１と第２基板との間隙が保たれる。スペーサー２４は、例えば球状の形状を有する。また、スペーサー２４の表面には、スペーサー表面で液晶分子配向に攪乱が生じないように、液晶分子を配向させる機能を有する樹脂層（例えば長鎖アルキル基等により垂直配向させる樹脂層）が形成されていることが好ましい。
【００１８】
第１電極１２は、第１基板１１の一面側に設けられている。同様に、第２電極１６は、第２基板１５の一面側に設けられている。第１電極１２および第２電極１６は、それぞれ、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。第１電極１２は、各々が矩形状に設けられた複数の第１開口部（スリット）１８を有する。同様に、第２電極１６は、各々が矩形状に設けられた複数の第２開口部（スリット）１９を有する。各第１開口部１８は、第１電極１２を部分的に除去することによって形成されている。同様に、各第２開口部１９は、第２電極１６を部分的に除去することによって形成されている。
【００１９】
配向膜１３は、第１基板１１の一面側に、第１電極１２を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜１７は、第２基板１５の一面側に、第２電極１６を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜１３および配向膜１７としては、液晶層１４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。
【００２０】
液晶層１４は、第１基板１１の第１電極１２と第２基板１５の第２電極１６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１４が構成されている。液晶層１４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位を模式的に示したものである。上記したように、電圧無印加時においては液晶分子の配向方位は第１基板１１および第２基板１５の各基板面に対して略垂直となる。そして、電圧印加時は、液晶分子の配向方位を電圧の大きさに応じて制御できる。
【００２１】
駆動回路２３は、第１電極１２および第２電極１６と電気的に接続されており、これらを介して液晶層１４に駆動信号を供給する。本実施形態の駆動回路２３は、デューティ比１／Ｎ、バイアス比１／Ｂのマルチプレックス駆動を行うものである。
【００２２】
図２は、第１開口部１８および第２開口部１９の構造を説明するための模式的な平面図である。図２においては、第１基板１１側から観察した場合の第１開口部１８および第２開口部１９のそれぞれが平面的に示されている。図中において、各第１開口部１８が実線で示され、各第２開口部１９が点線で示されている。図２に示すように、各第１開口部１８は、一方向（図示のＸ方向）へ延びた長方形状に形成されており、図示のＸ方向およびＹ方向に規則的に配列されている。同様に、各第２開口部１９は、一方向（図示のＸ方向）へ延びた長方形状に形成されており、図示のＸ方向およびＹ方向に規則的に配列されている。すなわち、各第１開口部１８および各第２開口部１９は、各々の長手方位を略同一方向（図示のＸ方向）に揃えて配列されており、より詳細には互いの長辺がほぼ平行となるように配置されている。なお、各第１開口部１８および各第２開口部１９のスリット長辺方位は、液晶表示装置の左右方位に対して時計回りに略４５°回転して配置されている。
【００２３】
各第１開口部および各第２開口部のサイズの一例を図２の図中に示す。本実施形態においては、各第１開口部１８は、長辺の長さを１２５μｍ、短辺の長さを７μｍ、短辺方位において隣り合う第１開口部１８の相互間距離（エッジ間距離）を８７μｍ、長辺方位において隣り合う第１開口部１８の相互間距離（エッジ間距離）を５μｍとしている。これらの第１開口部１８は、有効表示領域内において長辺方位（Ｘ方向）および短辺方位（Ｙ方向）のそれぞれに対して周期的に連続配置されている。また、各第２開口部１９についても各第１開口部１８と同形状、同サイズに設定され、有効表示部内において長辺方位（Ｘ方向）および短辺方位（Ｙ方向）のそれぞれに対して周期的に連続配置されている。
【００２４】
また、図２に示すように本実施形態においては、各第１開口部１８と各第２開口部１９は、平面視において重ならないように配置されている。近接する第１開口部１８と第２開口部１９の短辺方向（Ｙ方向）における相互間距離（エッジ間距離）は４０μｍである。このような電極構造を採用することにより、各第１開口部１８および各第２開口部１９が配向制御要素として作用するので、各開口部を境界に隣接する２つの領域における液晶層１４の配向方位が異なる状態（マルチドメイン配向）が得られる。また、開口率は８０％以上を確保できる。
【００２５】
本実施形態の液晶表示装置は上述した構成を備えており、次に、第１基板１１と第２基板１５の相互間に分散配置されたスペーサー２４の粒径と、駆動回路２３におけるマルチプレックス駆動の駆動条件との関係について詳細に説明する。なお、スペーサー２４の粒径とは、例えばスペーサー２４を製造し又は販売する者（会社等）が公称する値をいうものとする。
【００２６】
本願発明者は、スペーサー２４の粒径と駆動回路２３におけるマルチプレックス駆動の駆動条件との関係を検討するために、粒径の異なる４種類のスペーサーをそれぞれ用いた液晶表示装置を作製した。詳細には、配向膜１３、１７として垂直配向膜を用い、スペーサー２４としては、粒径がそれぞれ略２．０μｍ、略２．５μｍ、略３．０μｍ、略３．１μのものを用いた。粒径が略２．０μｍ、略２．５μｍの各スペーサーについては略３００個以上／mm2、粒径が略３．０μｍ、３．１μｍの各スペーサーについては略３００個以上／mm2条件にて、第１基板１１上（または第２基板１５上）に乾式散布機で散布した。その後、スペーサー２４を第１基板１１（または第２基板１５）に固着させるために、１２０℃で１０分間の加熱処理を行った。第２基板１５側にシール材を印刷し、第１基板１１と第２基板１５とを圧着、焼成して空セル（液晶材料を充填する前の液晶表示装置）を作製した。この空セルに、屈折率異方性Δｎ＞０．１、誘電率異方性Δε＜０である液晶材料にカイラル材を０〜２wt％添加したものをそれぞれ真空注入して、液晶層１４を形成した。各カイラル材に対する１wt％添加時のピッチは略９μｍまたは略１４μｍである。液晶材料を注入した後に、注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、１２０℃で６０分間の焼成処理を行った。その後、第１基板１１および第２基板１５のそれぞれの外側にクロスニコル配置した偏光板２１、２２を各々の吸収軸が液晶表示装置の左右方位に略平行又は略直交となる状態にして貼り合せ、電極端子（図示せず）を取り付けることにより液晶表示装置を完成させた。
【００２７】
以上のようにして完成した各液晶表示装置をフレーム周波数１２０Ｈｚのマルチプレックス駆動波形にて駆動し、各デューティ（duty）、バイアス（bias）条件化における配向状態を顕微鏡で観察し、表示状態を外観で確認した。なお、マルチプレックス駆動波形は断りがない限りフレーム反転波形を用いた。
【００２８】
粒径３．１μｍのスペーサー２４を用いた液晶表示装置は、いずれの駆動条件においても外観上の不均一性は観察されなかった。粒径３．０μｍのスペーサー２４を用いた液晶表示装置においては、液晶層１４の層厚ｄとねじれピッチｐの比ｄ／ｐが０、デューティ比が１／２duty、バイアス比が１／２biasの駆動条件にて明表示部に若干黒点表示不良が観察されたがその他の条件では特に問題なかった。しかし、粒径２．５μｍ、粒径２．０μｍのスペーサー２４を用いた液晶表示装置においては、カイラル添加量や駆動条件により明表示部に黒点表示不良が観察された。
【００２９】
黒点表示不良の原因は、図３に示すように、スペーサー２４の一部の周辺に暗領域が形成されることによるものである。なお、図３に示す偏光顕微鏡観察像は、液晶層の層厚（セル厚）ｄが２．５μｍ、カイラル材（１wt％添加時のピッチが略９μｍのもの；以下「カイラル材１」という。）の添加量が１wt％であり、駆動条件が１／２duty、１／２biasである場合における明表示時のものである。
【００３０】
一方、同じ液晶表示装置に対して、駆動条件を１／２duty、１／５biasに変更した場合の偏光顕微鏡観察を図４に示す。図４に示されるように、スペーサー２４の周りの暗領域が減少していることがわかる。この駆動条件下で外観観察すると黒点表示不良は観察されなかった。この現象はカイラル材が添加された場合にのみ観察される現象であり、カイラル材（１wt％添加時のピッチが略１４μｍのもの；以下「カイラル材２」という。）を用いた場合でも同様な現象が観察された。
【００３１】
さらに、スペーサー２４として粒径２．０μｍ、２．５μｍの各スペーサーを用い、上記のカイラル材１を用いた液晶表示装置を１／２dutyの駆動条件で駆動した場合において、外観観察時に黒点表示不良が観察されなくなるバイアス比を調査した。この結果を図５に示す。図５は、横軸にバイアス比、縦軸にｄ／ｐをとり、黒点表示不良が発生しない領域及び発生する領域を示したグラフである。バイアス比が小さい領域ではｄ／ｐをより大きく設定しないと表示不良は解消できないがバイアス比をより大きくすることによりｄ／ｐを低減できることが分かる。
【００３２】
上述したように、ｄ／ｐをより大きくすることによって黒点表示不良を改良可能だが、明表示における透過率の減少が観察される。図６に、スペーサー２４として粒径２．５μｍのスペーサーを用い、上記のカイラル材１を用いた液晶表示装置を１／４duty、１／３biasの駆動条件で駆動した場合における、最大コントラストが得られる駆動電圧時のオン透過率のｄ／ｐ依存性を示す。ｄ／ｐが増加することにより透過率がほぼ線形的に低下する現象が見られる。従って、明表示時の透過率を高く維持するためには出来るだけｄ／ｐを小さくすることが重要である。
【００３３】
ここで、１／Ｎduty、１／Ｂbias駆動する場合において、最大コントラストが得られる駆動条件を最適バイアス駆動と呼ぶ。このときのＮとＢの関係はＢ＝√Ｎ＋１と表せるが、実際に液晶表示装置を駆動する場合は、この数式から得られる値の小数点以上を用いる（すなわち小数点以下を四捨五入する）。例えば、Ｎ＝２の場合にはＢ＝２．４１４となるが、実際の駆動ではＢ＝２と設定する。スペーサー２４として粒径２．０μｍ、２．５μｍの各スペーサーを用い、上記のカイラル材１を用いた液晶表示装置を、ＮおよびＢの各値を種々に変えてマルチプレックス駆動波形で駆動した場合において、各Ｎで駆動時の最適バイアス条件にて黒点表示不良が発生しないｄ／ｐをそれぞれ探査した。この探査結果を図７に示す。黒丸プロットは観察結果を示す。このプロットに対してカーブフィッティングすることにより表示不良あり／無しの境界線を確定した結果、ｄ／ｐ＝０．１５２５５＋０．５２４３３／Ｎと近似できる。すなわち、ｄ／ｐはＮに反比例するという近似式が導出される。図７からは、表示不良がない状態で最適バイアス駆動したい場合はｄ／ｐ≧０．１５２５５＋０．５２４３３／Ｎとすればよい、ということが読み取れる。ｄ／ｐ＜０．１５２５５＋０．５２４３３／Ｎの条件では、Ｂを最適バイアスより大きく設定すれば表示不良を防止することが出来る、ということが分かる。
【００３４】
スペーサー２４として粒径２．０μｍの各スペーサーを用い、上記のカイラル材２を用いた液晶表示装置においても、上記と同様にさまざまなＮ、Ｂの値を設定してマルチプレックス駆動波形で駆動した場合における、各Ｎで駆動時の最適バイアス条件にて黒点表示不良が発生しないｄ／ｐを探査した。探査結果を図８に示す。この図８には上記図７における関係も示している。同じＮの設定値に対しては、カイラル材２（ピッチが相対的に大きいもの）を用いるほうがｄ／ｐをより小さくした条件でも表示不良を改善できることがわかる。このプロットに対してカーブフィッティングすることにより表示不良あり／無しの境界線を確定した結果、ｄ／ｐ＝０．１３５＋０．３／Ｎと近似できる。すなわち、ｄ／ｐはＮに反比例するという近似式が導出される。図８からは、表示不良がない状態で最適バイアス駆動したい場合はｄ／ｐ≧０．１３５＋０．３／Ｎの条件で、Ｂを最適バイアスより大きく設定すればよい、ということが読み取れる。
【００３５】
なお、上記図２に示したように、相互に隣接する第１開口部１８および第２開口部１９の短辺方位における間隔（エッジ間距離）は上記の実施形態においては４０μｍとしていたが、このエッジ間距離を変化させた場合についても同様の観察を行った。この結果、このエッジ間距離が２０μｍ以下になるとｄ／ｐの影響は受けずに外観の表示均一性が実現できることがわかった。しかし、このようにエッジ間距離を狭めると電極開口率が大幅に低下し、オン透過率が低下するため、表示品位を改善することは困難である。このような観点からは出来るだけエッジ間距離が広い方が有効である。本願発明者の検討によれば、このエッジ間距離は２０μｍより大きく６０μｍより小さいことが好ましく、３０μｍ以上５０μｍ以下であるとさらに好ましい。また、第１開口部１８および第２開口部１９の短辺長さについて上記の実施形態ではそれぞれ７μｍとしていたが、これを変化させた時の影響を調査した。この結果、短辺長さについては最小５μｍ、最大２０μｍであれば同様な傾向が現れることがわかった。
【００３６】
以上の本実施形態によれば、マルチプレックス駆動を行う際の条件を液晶層１４の層厚ｄとねじれピッチｐの比ｄ／ｐとの関係で適切に設定することにより、スペーサー２４同士の凝集に起因する表示不良を低減させることが可能となる。
【００３７】
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。
【００３８】
例えば、上記の実施形態においては、マルチドメイン配向を実現するための第１開口部および第２開口部を備えた液晶表示装置について例示していたが、これらの開口部は必須の構成要素ではなく、省略されてもよい。すなわち、配向膜に対してラビング処理等が行われたモノドメイン配向の液晶表示装置においても本発明を適用可能である。このようなモノドメイン配向の液晶装置では、プレティルト角が８９．５°以上であるとき、黒点表示不良が発現しやすく、プレティルト角が８９．９°以上かつ９０°未満である８９．９５°以上であるときに特に発現しやすい。このためプレティルト角が８９．５°以上、より好ましくは８９．８°以上８９．９５°以下のときに、上記の実施形態の同様の条件でマルチプレックス駆動を行うことにより、スペーサー同士の凝集に起因する表示不良を低減させることが可能となる。
【００３９】
また、各第１開口部および各第２開口部を用いる場合において、その形状は長方形状に限定されるものではなく、正方形状であってもよい。また、第１開口部と第２開口部の少なくとも一方を突起体（突起物）に置き換えてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１１…第１基板、１２…第１電極、１３…配向膜、１４…液晶層、１５…第２基板、１６…第２電極、１７…配向膜、１８…第１開口部、１９…第２開口部、２１…第１偏光板、２２…第２偏光板、２３…駆動回路、２４…粒状体（スペーサー）
【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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