(57)【要約】  本発明は、転傾を回避するための液晶表示装置（１）であって、第１及び第２の基板（２及び３）を備え、前記第１及び第２の基板（２及び３）は、これらの間に液晶材料層（６）を挟んで互いに対向して配置され、前記第１及び第２の基板（２及び３）には、それぞれ第１及び第２の電極（４及び５）が設けられ、前記第１及び第２の電極（４及び５）は、前記第１及び第２の基板（２及び３）の液晶側に形成され、それにより、前記液晶材料層（６）はゼロプレチルトを示し、前記電極（４及び５）の少なくとも一方は、電極間に電圧勾配を形成するために、その端部（７，９；８，１０）が少なくとも一つの第１及び第２の互いに異なる調整可能な電圧源に接続されるとともに、前記端部（７，９；８，１０）間において電気抵抗を示すようになっている、液晶表示装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転傾を回避するための液晶表示装置であって、第１及び第２の基板を備え、前記第１及び第２の基板は、これらの間に液晶材料層を挟んで互いに対向して配置され、前記第１及び第２の基板には、それぞれ第１及び第２の電極が設けられ、前記第１及び第２の電極は、前記第１及び第２の基板の液晶側に形成され、それにより、前記液晶材料層はゼロプレチルトを示し、前記電極の少なくとも一方は、その端部が少なくとも一つの第１及び第２の互いに異なる調整可能な電圧に接続されるとともに、前記端部間において本質的な抵抗を示すようになっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記電極の少なくとも一方は、前記液晶表示装置の動作中に電圧差を維持できるような抵抗を端部間において示すようになっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記電極は、使用時に当該電極の垂線に対して傾斜した角度をなす電磁場を生成するように設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記電極の少なくとも一方は、前記液晶表示装置の動作中に前記電極の端部間において電圧差を維持できるような抵抗材料によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記電極の双方は、前記液晶表示装置の動作中に電圧差を維持できるような抵抗を前記電極の端部間において示すようになっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記電極の一方のみが、前記液晶表示装置の動作中に電圧差を維持できるような抵抗を前記電極の端部間において示すようになっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記電極の少なくとも一方は、前記端部の接続電圧間において電圧降下を示すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記電極の少なくとも一方は、それぞれが個別に抵抗に接続される一組の電極部分を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
非接触配向技術によって配向されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記抵抗材料は、ＩＴＯであることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記抵抗材料は、酸素濃縮ＩＴＯであることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記抵抗材料は、ＳｉＣｒＮであることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記抵抗材料は、ＴａＮであることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記抵抗材料は、ＳｎＯ２であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
液晶表示装置を駆動するための方法であって、液晶分子の切り換え中に印加電場の方向を変化させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
少なくとも二つの電極であって、前記電極のうちの少なくとも一方がその端部間において抵抗を示す電極を設けるステップと、
少なくとも第１及び第２の互いに異なる調整可能な電圧を前記電極のうちの少なくとも一方に接続するステップと、
その後、最初に、前記電極間に傾斜電磁場を印加するステップと、
その後、直ちに、前記電極間に垂直電磁場を印加するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置を駆動するための方法。
【請求項１７】
前記電極の前記端部に接続された電圧によって前記電磁場の特性が制御されることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置を駆動するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転傾（ｄｉｓｃｌｉｎａｔｉｏｎ）を回避するための液晶表示装置に関する。また、本発明は、そのような液晶表示装置を使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、各種の情報を表示するために使用されるとともに、今日では、フラットディスプレイの最も一般的なタイプの一つである。ＬＣＤにおいては、液晶（ＬＣ）分子を回転させるために電磁場が使用され、この電磁場がディスプレイを透過する光の伝達に影響を与える。このようにすれば、カラー領域及び非カラー領域をディスプレイ上に与えることができる。それぞれが別個の基板を有し且つ互いの間に液晶材料層を有する二つの電極に対して電圧を印加することにより電磁場が形成される。図１には、動作原理が概略的に示されている。ここでは、第１及び第２の基板２，３にはそれぞれ、十分な導電性を有する第１及び第２の電極（完全導電電極）４，５が配置されている。その電極４，５間に電圧差が加えられると、これらの電極間に電磁場Ｅが形成され、それにより、液晶分子１１を弛緩状態（例えば、図１に示されるように水平に向けられた状態）と被作用状態（図１に示されていないが、異なる向きをなす状態）との間で切り換えることができる。
【０００３】
図１に示されていないが、電極の上端には、液晶分子１１に共通の初期方向（上記「弛緩状態」のこと）を与えるために、いわゆる配向層（アライメント層）が設けられている。この配向層は、様々な接触配向技術又は非接触配向技術によって層を処理することにより実現できる。後者の技術は、更に従来型の接触配向技術に伴う幾つかの欠点により、益々重要になってきている。
【０００４】
基板２，３の表面近傍の液晶分子１１が完全に水平に方向付けられる場合、電圧の印加により、液晶分子層６は、基板に対する傾斜方向が異なる複数の領域に分けられる。境界領域は、転傾（ｄｉｓｃｌｉｎａｔｉｏｎ）とも称される。ゼロプレチルト（この出願において、ゼロプレチルト（ｚｅｒｏ−ｐｒｅｔｉｌｔ）という用語は、切り換え中に転傾が生じないほど低いプレチルト値として規定される）ＬＣＤに現れるこれらの転傾の結果、ディスプレイの輝度及びコントラストが減少するとともに、切り換え速度が低下する。
【０００５】
その状況が図２ａ及び図２ｂに示されている。これら図には、切り換え動作のシミュレーションが示されている。基板２，３及び電極４，５は液晶層６のいずれかの側に配置されている。液晶分子１１の方向（配向性）が、小さい短い線の多数の列によって示されている。等電位線は、液晶層６を水平に貫通して延在する連続線Ｌによって表されている。図２ａは、切り換え前における液晶分子の水平な配向性を示しており、一方、図２ｂは、液晶層６に５Ｖの電圧差を加えることにより、電極間に電磁場が形成された後の２０ｍｓ後の状況を示している。ここで、分子層６は、境界により互いに分離され且つ傾斜方向が異なる複数の領域に分けられる。
【０００６】
液晶分子１１に数度（１乃至２度）のプレチルトを意図的に与えることにより、問題に対処することができ、転傾の発生が妨げられる。そのようなＬＣＤのシミュレーション動作が図３ａ，図３ｂに示されている。ここで、図３ａは、切り換え前におけるプレチルト値が２度（この角度は肉眼で見えない）の液晶分子１１を示しており、また、図３ｂは、一つの領域のままである液晶層に５Ｖの電圧差を加えた２０ｍｓ後を示しており、転傾が発生していない。この態様は非常に好ましい。なぜなら、切り換えが非常に速く、転傾の乱れによってＬＣＤの視覚性能が低下しないからである。
【０００７】
しかしながら、プレチルト形成の制御が非常に難しいのが分かる。特に、光配向等の非接触配向技術によって配向されたＬＣＤの場合、満足なプレチルトの形成を達成することは難しい。本発明は、ゼロプレチルト液晶ディスプレイにおいてどのように転傾を回避するかというこの問題に対処する。
【０００８】
長年にわたって、様々な方法で、液晶ディスプレイの幾つかの改良がなされてきた。転傾に伴う問題に対処する試みは、米国特許第５６０８５５６号公報（特許文献１）に記載されている。この文献は、視角依存性を低減することを目的とするとともに、いずれかの電極上に形成され且つディスプレイ電極から電磁気的に独立した配向制御電極を備える液晶ディスプレイについて記載している。また、液晶の方向（配向性）を制御するために、ディスプレイ電極と配向制御電極との間に電位差が加えられる。双方の電極により液晶層に対して電圧が印加されると、液晶ディレクタの方向ベクトルと電磁場の方向との間に所定の角度が生じる。しかしながら、米国特許第５６０８５５６号公報は、他の電極及び適切な切り換え手段を導入してこれらを、電磁場を形成する通常の電極との連携により制御することを含む複雑で高価な解決策を、転傾に伴う問題に対して与えている。
【０００９】
矩形状の表示ピクセルに起因する鋸歯状の「階段（ｓｔａｉｒｃａｓｅ）」の影響が無い改善された表示画像を得る代わりに、転傾の問題以外の他の問題に対処しようとする装置は、国際公開第ＷＯ９６／３４３１２号パンフレット（特許文献２）により知られている。この文献は、各電極手段（ピクセル）に隣接して電極構造を備え、各電極手段により不均一な電磁場を各ピクセルに印加することができ、それにより、電気光学層の厚さに対して直交する方向において光学的出力を変化させるようにした液晶ディスプレイを提供している。これにより、ピクセルの一部だけをオンにすることができ、又は、ピクセル内をシェーディング（ｓｈａｄｉｎｇ）することができる。この技術は、別個の電極手段（ピクセル）の配列の両端間に選択された電圧波形（ｐｒｏｆｉｌｅ）を加える。実際には、各ピクセルは、電気光学層のそれぞれの側にある一組の導電トラックによって形成されている。各トラックにおいて電圧波形を変化させるために、導電トラックと接続される抵抗パッドが使用され、この抵抗パッドの両端間に電圧勾配が加えられる。従って、それは、抵抗を有する電気光学層のいずれかの側にあるトラックではなく、入力電極に対するトラックの接続部である。
【特許文献１】米国特許第５６０８５５６号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ９６／３４３１２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、改良された液晶表示装置を提供することにより、前述した欠点を除去することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、前述した欠点が除去されるように液晶表示装置を駆動するための改良された方法を提供することである。
【００１２】
これらの目的及び他の目的は、以下の説明から明らかであり、添付の請求項１に記載された特徴を有する液晶表示装置によって達成される。好ましい実施の形態が従属請求項に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ゼロプレチルトを示す液晶材料層を加えるとともに、電極のうちの少なくとも一方が少なくとも第１及び第２の互いに異なる電圧に接続され且つ接続された電圧間において抵抗を示すようにすることによって、液晶装置を非常に簡略化することができる。いかなる特別な電極もいかなる特別な切り換え手段も必要ない。ＬＣＤの製造は、ディスプレイ電極を有する不規則な層と配向制御窓との交互の形成を伴わずに済む。また、液晶分子を予め傾ける必要がなく、そのため、転傾が無い非接触配向されたＬＣＤの製造が極めて簡単になる。
【００１４】
抵抗電極は、それがディスプレイにおいて使用可能であるために十分な光を透過できる十分な透明性を有している限り、従来から知られたほぼ任意の材料により形成できる。また、電流を最小限に抑制するために、材料は高い抵抗を有していることが好ましい。用語「抵抗電極」とは、電極の端部に印加された二つの異なる電圧をディスプレイの動作中に維持できるように形成された電極のことである。抵抗電極に適した材料の例は、ＩＴＯ、酸素濃縮ＩＴＯ、ＳｉＣｒＮ、ＴａＮ又はＳｎＯ２からなる透明な層である。試験結果によれば、過度の酸素の存在下でＩＴＯ層を２０ｎｍの厚さまでスパッタリングした後、２００℃の温度で加熱すると、約１．８ｋΩ／ｓｑの平方抵抗が得られることが分かった。この抵抗は、本発明に適している。
【００１５】
添付の請求項１５に記載された特徴を有する方法を用いると、本発明の他の態様が得られる。液晶表示装置を使用するこの方法を利用することにより、ＬＣＤの性能が向上し、厄介な転傾の存在が最小限まで低減させられる。
【００１６】
本発明は、液晶ディスプレイを含む総ての製品に対して適用できるとともに、特に、光配向、イオンビーム配向、ナノグルーブ配向等の非接触配向技術によって配向されるＬＣＤに適している。
【００１７】
本発明のこれらの態様及び他の態様は後述の実施の形態から明らかであり、当該実施の形態を参照しながら上記態様について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を示す添付図面を参照しながら、本発明について更に詳細に説明する。
【００１９】
ここで、本発明の好ましい実施の形態について詳しく言及すると、図４ａ，図４ｂは、切り換え動作中の液晶ディスプレイ１の動作原理を示している。この液晶ディスプレイ１は二つの基板２，３を有しており、各基板２，３は抵抗電極４，５を有している。また、抵抗電極間には電磁場Ｅが生成される。電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が電極４，５の端部７，８，９，１０に印加される。図４ａでは、電極４，５における右端部９，１０と左端部７，８との間で電圧降下が生じる。電極４，５が抵抗を有しているため、電位は、下側電極５においてはＶ１からＶ３へと単調に増加し、上側電極４においてはＶ２からＶ４へと単調に増加する。その結果、斜めに方向付けられた均一な電磁場Ｅが生じる。調整可能な電圧を変えた後の図４ｂにおいては、状況が異なってくる。この場合には、同じ電圧（Ｖ１＝Ｖ３）が上側電極４の両端部７，９に加えられ、同様に、同じ電圧（Ｖ２＝Ｖ４）が下側電極５の両端部８，１０に加えられている。これにより、総ての場所において各電極４，５が同じ電位を有し、電磁場Ｅが垂直且つ均一になる。
【００２０】
電圧の値を選択することにより、電磁場Ｅの角度θを任意の値に設定することができる。通常、小さい角度θ（約２度）は、電極４，５の左端部７，８と右端部９，１０との間のそれに応じた小さな電圧差により得られる。
【００２１】
尚、図４ｂにおいて、ＬＣＤ装置１それ自体は、図４ａのそれと比較して変更されていない。接続を伴う配置構成及び抵抗電極４，５は同じであり、変更された唯一の点は、電極４，５の端部７，８，９，１０間で電圧降下が得られるように電圧を印加する点である。
【００２２】
結果的に成功した試験結果では、図４ａ，図４ｂにおける本発明を適用した切り換え動作中に、多くの電圧が実証された。図４ａにおいて、上側電極４では、左端部７で電圧Ｖ１が０Ｖであり、右端部９で電圧Ｖ３が１．２５Ｖであり、一方、下側電極５においては、左端部８で電圧Ｖ２が３．７５Ｖであり、右端部１０で電圧Ｖ４が５Ｖである。
【００２３】
図４ｂの状況においては、上側電極で電圧がＶ１＝Ｖ３＝０Ｖであり、下側電極で電圧がＶ２＝Ｖ４＝５Ｖである。
【００２４】
本発明のこの実施の形態の作用が図５ａ，図５ｂに示されたシミュレーションに描かれている。総てのシミュレーションは、液晶材料としてメルク（Ｍｅｒｃｋ）ＺＬ１−４７９２を用いて、セル厚が５μｍ、セル幅が４６μｍにおいて実行された。これらの図において、電極４，５は、シミュレーションの目的で、異なる電圧に接続された別々の導電電極素子として示されているが、二つの連続する抵抗電極４，５とみなされるべきである。最初の図である図５ａは、切り換え動作の最初の状態を示している。この場合、矢印Ａ及び連続線Ｌは、電磁場の傾斜性及び個々の結晶分子１１の配向性（方向性）を示している。ここで、下側電極及び上側電極４，５の両方とも電圧降下を示す。図５ｂは、２０ｍｓ後の状態であって、同じ電圧を各電極４，５の両端部７，８，９，１０に印加し、その結果として、従来の垂直電磁場が形成された状態を示している。液晶分子の再配向中又は電圧調整後においては転傾（ｄｉｓｃｌｉｎａｔｉｏｎ（回位））は現れないが、総てのＬＣ分子は電極の法線に対して略垂直である。液晶分子１１の小さい局所的な非配向性（ｄｉｓｏｒｉｅｎｔａｉｏｎ）は、抵抗電極４，５の打ち切り（ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ）に起因するシミュレーションの人為構造（ａｒｔｉｆａｃｔ）である。これらの非配向性は、本発明を利用する実際の液晶ディスプレイ１には存在しない。
【００２５】
図６に示される本発明の他の実施の形態においては、上側電極４だけが、抵抗を示すとともに二つの異なる電圧Ｖ１，Ｖ３間において電圧降下を示し、一方、下側電極５は、十分な導電性を有している。その結果、電磁場Ｅの方向に勾配が生じる。
【００２６】
方向における勾配の大きさは、電極４，５の左端部７，８と電極４，５の右端部９，１０との間の電圧差によって決まる。影響は、前述した二つの抵抗電極４，５を用いた場合における電磁場Ｅの立下がり（減少）を示す角度θと同様である。この後者の実施の形態は、抵抗電極を有する基板２を一つしか必要とせず、他の基板３が従来の十分な導電性を有する電極（完全導電電極）５を有していてもよいという利点を有する。
【００２７】
この実施の形態のシミュレーション動作が図７ａ，図７ｂに示されている。第１のシーケンスにおいて、図７ａの矢印Ａ及び水平連続線Ｌは、初期の電磁場の勾配の向き（勾配の配向性）を示している。ここでは、勾配の向きは、左に離れた側で非常に傾いており、左から右に向かって徐々に傾きが小さくなっている。また、液体の弾性によってどのように左側の液晶分子１１の方向が右側の液晶分子１１へと移行するのかが分かる。図７ｂは、切り換えた後の２０ｍｓ後のＬＣＤであって、同じ大きさの電圧が各電極４，５の両端部７，８，９，１０に印加され、従来の垂直電磁場が形成された状態のＬＣＤを示している。液晶分子１１の小さい局所的な非配向性は、この場合も同様に、抵抗電極４の打ち切り（ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ）に起因するアーチファクトである。
【００２８】
図８に示される本発明の更なる他の実施の形態では、電磁場Ｅの勾配の向き（勾配の配向性）に関して前述した場合と同じ原理が適用される。しかしながら、抵抗電極４は、連続的に抵抗を有しておらず、一組の導電電極素子１２からなる。各導電電極素子１２は、抵抗１３に接続されており、その結果、電極４の端部７，９の接続された電圧間に別々の電圧降下が生じる。それに伴って、電磁場Ｅは、方向が離散的な勾配を示す。
【００２９】
最後に、本発明の概念は、ここで説明した実施の形態には決して限定されず、添付の請求項の範囲内で幾つかの変更が可能である点を指摘しておかなければならない。例えば、両方の基板２，３が抵抗電極４，５を有するＬＣＤ１であって、抵抗電極４，５が抵抗１３にそれぞれ接続された一組の従来の導電電極素子１２からなるＬＣＤ１を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】二つの基板がそれぞれ完全導電電極を有し且つ基板間に液晶分子層と電磁場とを有する従来の技術の今までのＬＣＤの動作原理の概略図である。
【図２ａ】電極間に電圧差を加える前（図２ａ）におけるゼロプレチルトの従来の技術の今までのＬＣＤの液晶分子の方向に関するシミュレーション動作を示している。
【図２ｂ】電極間に電圧差を加えた後（図２ｂ）におけるゼロプレチルトの従来の技術の今までのＬＣＤの液晶分子の方向に関するシミュレーション動作を示している。
【図３ａ】電極間に電圧差を加える前（図３ａ）におけるプレチルトが２度の従来のＬＣＤの液晶分子の方向に関するシミュレーション動作を示している。
【図３ｂ】電極間に電圧差を加えた後（図３ｂ）におけるプレチルトが２度の従来のＬＣＤの液晶分子の方向に関するシミュレーション動作を示している。
【図４ａ】本発明の第１の実施の形態の概略的な切り換え動作であって、図４ａは、最初に印加された電磁場を示している。
【図４ｂ】本発明の第１の実施の形態の概略的な切り換え動作であって、図４ｂは、液晶を基板に対して完全に垂直に方向付けるために印加されたその後の電磁場を示している。
【図５ａ】図４ａ及び図４ｂに係る本発明の実施の形態のシミュレーション動作であって、最初に印加された電磁場における液晶分子の方向（図５ａ）を示している。
【図５ｂ】図４ａ及び図４ｂに係る本発明の実施の形態のシミュレーション動作であって、その後の電磁場における液晶分子の方向（図５ｂ）を示している。
【図６】一つの抵抗電極と一つの完全導電電極とを用いて、切り換え動作中に最初に電磁場が加えられた状態の第２の実施の形態の概略図である。
【図７ａ】図６に係る本発明の実施の形態のシミュレーション動作であって、最初に印加された電磁場における液晶分子の方向（図７ａ）を示している。
【図７ｂ】図６に係る本発明の実施の形態のシミュレーション動作であって、その後の電磁場における液晶分子の方向（図７ｂ）を示している。
【図８】抵抗に接続された一組の従来型の導電電極によって構成される一つの抵抗電極と一つの完全導電電極とを用いた第３の実施の形態の概略図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
2007501429.tif 000016
2007501429.tif 000017
2007501429.tif 000018
2007501429.tif 000019