(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向面に電極が形成された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板間に挟持され、電圧無印加時にダイレクタが一方向に安定し、前記電極間に印加される電圧の極性毎に異なるダイレクタの開き角を有する強誘電性液晶と、
複数の発光領域に分割して発光し、前記発光領域上の前記強誘電性液晶を照明する光源と、前記複数の発光領域を異なるタイミングで断続的に発光させる光源制御回路とを備えた光源部とを有し、
前記光源制御回路は、特定の発光領域上の全域の前記強誘電性液晶が前記開き角の相対的に大きくなる極性の印加電圧で駆動される間にのみ前記特定の発光領域を発光させること
を特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビやモニタ等に使用される液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、動画表示に耐える高速応答性を有する液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）の必要性が高まっている。従来のＬＣＤは、ホールド（ｈｏｌｄ）型という駆動方式に起因する本質的な表示ボケと、ＣＲＴと比較して格段に劣る応答性に起因する表示ボケとが混在して発生しており、動画画面は非常に見づらいものになっている。前者については、定期的に黒ラインを書き込むＣＲ法や、バックライトを走査的に光らせるスキャンバックライト法等で対応可能である。一方、後者についてはＬＣＤの応答性そのものを向上させる他なく、これまでに様々なモードが試されてきた。例えば狭ギャップＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード及び狭ギャップホモジニアスモードや、ベンド配向の液晶層を用いるＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード等である。しかし、前者は中間調での応答性や明るさ等に問題が残り、後者もベンド配向の実現と維持が困難である。一方、強誘電性液晶（ＦＬＣ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）は、中間調を含めてｍｓｅｃ（ミリ秒）オーダの高速応答性を有しており、動画用液晶ライトバルブとして注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常のＦＬＣはメモリ性やヒステリシスを有し、透過率−電圧（Ｔ−Ｖ）特性が正負の極性間で非対称であるため、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で駆動することは不可能である。このため、ヒステリシスを小さくし、かつＴ−Ｖ特性が正負の極性間で対称となる、いわゆるＶ字型のＦＬＣや反強誘電性液晶の開発が試みられている。しかし上記のＦＬＣは、コーン角を半分しか使用できず明るさを確保できないことや、ヒステリシスを完全になくすことができないことから、実用には耐えない。
【０００４】
一方、正負どちらかの極性で点滅的に黒を表示することで追従ボケの発生を防ぐ動画対応の液晶ライトバルブとして、逆にＴ−Ｖ特性が非対称となるＦＬＣが開発されている。しかし、これは表示時とは逆の極性の電圧を印加したときに完全に黒表示になることが必須である。ＰＳ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅ）化や特殊材料による検討が試みられているが、現状は不完全であり、また配向が劣化する傾向がある。
【０００５】
さらに動画対応のＬＣＤを実現する方法として、バックライトを点滅させる方法がある。この方法では１フレーム間のある割合で黒を表示させる。例えば、正極性の電圧印加時にバックライトを点灯させて所定の表示を行い、負極性の電圧印加時にバックライトを消灯させて黒表示をする。これを１フレーム内で行うため、１フレームでゲートバスラインを２回走査しなければならず、応答性の非常に高いライトバルブが必要となる。このためＦＬＣが最も有力であるが、元々１フレーム内のかなりの時間においてバックライトを消灯させて黒表示をしているため、表示時の明るさが極めて重要となる。すなわち、白表示時における液晶分子のダイレクタの偏光軸からの開き角を、最も明るい表示の得られる４５°近傍に調節することが望ましい。しかし、従来のＦＬＣは大きなコーン角を得られないため、高い輝度が得られないという問題を有している。
【０００６】
本発明の目的は、輝度が高く、高速応答性を有し、動画表示に対応した液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、対向面に電極が形成された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板間に挟持され、前記電極間に印加される電圧の極性毎に異なる光透過率を有する液晶と、複数の発光領域に分割して発光し、前記発光領域上の前記液晶を照明する光源と、前記複数の発光領域を異なるタイミングで断続的に発光させる光源制御回路とを備えた光源部とを有することを特徴とする液晶表示装置によって達成される。
【０００８】
上記本発明の液晶表示装置であって、前記光源制御回路は、前記発光領域の前記液晶が相対的に高い光透過率を有するときに前記発光領域を発光させることを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的は、対向面に電極が形成された一対の基板間に強誘電性液晶を封入する液晶封入工程と、前記強誘電性液晶をカイラルネマチック相からスメクチックＣ相へ相転移するように除冷する除冷工程とを有する液晶表示装置の製造方法であって、前記除冷工程は、前記スメクチックＣ相への相転移温度付近で、前記電極間に直流電圧を印加することを特徴とする液晶表示装置の製造方法によって達成される。
【００１０】
上記本発明の液晶表示装置の製造方法であって、前記液晶封入工程前に、紫外線により固化するポリマー材を前記強誘電性液晶に混入する工程と、前記除冷工程後に、前記ポリマー材を混入した前記強誘電性液晶に紫外線を照射して固化する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の液晶表示装置の製造方法であって、前記強誘電性液晶として、前記カイラルネマチック相からスメクチックＡ相を経ずに前記スメクチックＣ相へ相転移する前記強誘電性液晶を用いることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態によるＬＣＤを図１乃至図６を用いて説明する。まず、本実施の形態によるＬＣＤの光源部の動作原理について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態によるＬＣＤの光源部の構成を示しており、走査方向に沿う方向に切断した概略断面を示している。図中上部のＬＣＤパネル２は、対向させた２枚の基板間に液晶を封止しており、バックライトユニット４からの光が照射される被照射面側がアレイ基板であり、対向側にカラーフィルタ（ＣＦ）基板が配置されている。アレイ基板には、縦横に延びる複数のゲートバスライン及びドレインバスラインによりマトリクス状に複数の画素領域が形成されており、各画素領域にはＴＦＴが形成されている。
【００１３】
図中左端から走査方向にライン番号を付した例えば７６８本のゲートバスラインがアレイ基板上に形成されたＸＧＡのＬＣＤパネル２は、例えばゲートバスライン１〜１９２が配置された発光領域Ａ、ゲートバスライン１９３〜３８４が配置された発光領域Ｂ、ゲートバスライン３８５〜５７６が配置された発光領域Ｃ、及びゲートバスライン５７７〜７６８が配置された発光領域Ｄの４つの領域に分割されている。４つの発光領域Ａ乃至Ｄはゲートバスラインと平行に、ほぼ等間隔に分割されている。ＬＣＤパネル２の背面には、光源である直下型の発光管５を備えたバックライトユニット４が４つの発光領域Ａ乃至Ｄに対応して分割して形成されている。バックライトユニット４は、光源制御回路であるバックライト駆動回路６により、それぞれの発光領域毎に発光するタイミングを制御されている。
【００１４】
図２は、本実施の形態によるＬＣＤの光源部の動作を示す図であり、横軸は時間（ｔ）を表している。図２（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれ図１に示した発光領域Ａ乃至Ｄの駆動を示している。図２（ａ）乃至（ｄ）のそれぞれ上段及び中段は各発光領域の画素の液晶に印加される印加電圧の極性を示している。本実施の形態によるＬＣＤは８ｍｓｅｃ周期でフレーム反転駆動されており、１フレーム内において全ての画素は同極性で駆動されている。ゲートバスライン１〜７６８は線順次駆動されており、ゲートバスラインの番号順に順次ゲートパルスが出力されるようになっている。また、図２（ａ）乃至（ｄ）のそれぞれ下段は各発光領域におけるバックライトユニット４の発光状態（ＯＮ（発光）／ＯＦＦ（消灯））を示している。
【００１５】
図２（ａ）の上段はゲートバスライン１上の画素の液晶に印加される印加電圧の極性を示している。中段はゲートバスライン１９２上の画素の液晶に印加される印加電圧の極性を示している。図中、ゲートバスライン２〜１９１上の画素の液晶に印加される印加電圧の極性の表示は省略している。発光領域Ａの先頭のゲートバスライン１に対する発光領域Ｂの先頭のゲートバスライン１９３のゲートパルスの出力タイミングは、フレーム周期８ｍｓｅｃの１／４である２ｍｓｅｃだけ遅れている。コントラストを高く保つには黒表示が必要である。従って、発光領域Ａ〜Ｄのそれぞれについて、発光領域内の全画素の液晶の印加電圧が正極性になってからバックライトを点灯させる必要がある。すなわち、バックライトユニット４の発光状態を示す図２（ａ）下段に示すように、バックライト駆動回路６は、ゲートバスライン１上の画素の液晶に印加される印加電圧の極性が負になると同時に発光領域Ａのバックライトユニット４を消灯させ、ゲートバスライン１９２上の画素の液晶に印加される印加電圧の極性が正になると同時に発光領域Ａのバックライトユニット４を発光させるように、ゲートバスライン駆動回路（図示せず）と同期をとる必要がある。図２（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、発光領域Ｂ乃至Ｄにおいても同様にしてバックライトユニット４が発光及び消灯しており、バックライト駆動回路６は複数の発光領域Ａ乃至Ｄを異なるタイミングで断続的に発光させている。
【００１６】
次に、本実施の形態によるＬＣＤに用いる液晶の特性について図３及び図４を用いて説明する。図３は、本実施の形態によるＬＣＤに用いるＦＬＣのダイレクタの方位を示している。このＦＬＣは、電圧無印加時のダイレクタが一方向に安定化する単安定型である。電圧無印加時に黒表示となるように、ラビング方向から傾いて安定している電圧無印加時（０Ｖ）のダイレクタと平行に偏光板Ｐの偏光軸が配置されており、偏光板Ａの偏光軸は偏光板Ｐの偏光軸とクロスニコルに配置されている。正極性の電圧（例えば＋１０Ｖ）を対向電極間に印加したときのダイレクタの偏光軸からの角度（開き角）は、負極性の電圧（例えば−１０Ｖ）印加時のダイレクタの開き角と比較して大きく、電圧無印加時のダイレクタを中心に見ると非対称になっている。この特性により、ＦＬＣは電極間に印加される電圧の極性によって異なる光透過率を有している。正極性の電圧印加時のダイレクタの開き角は、最も明るい白表示が得られるように最も高い光透過率となる約４５°になっている。電圧の極性により異なる光透過率を示すＦＬＣは、後に説明するＬＣＤの製造工程の除冷工程において、ある方向の直流電圧を液晶に印加することで得られる。
【００１７】
一般に、ＦＬＣは温度によって相が変化（相転移）する。通常は高温から等方相、ネマチック（Ｎ：Ｎｅｍａｔｉｃ）相、スメクチック（Ｓｍ：Ｓｍｅｃｔｉｃ）相、結晶の順に相転移する。Ｓｍ相はさらに細かくＡからＨまで分類され、ＳｍＡ相と、ＳｍＡ相より低温で現れるＳｍＣ相とはほぼ全てのＦＬＣで存在している。Ｓｍ相は層構造を有しており、液晶分子はＳｍＡ相では層法線と平行に配向し、ＳｍＣ相では層法線から傾いて配向する。高温のＦＬＣを冷却したときＳｍＡ相で初めて層構造が現れるため、ＬＣＤに用いられるＳｍＣ相の構造はＳｍＡ相での状態に大きく左右される。
【００１８】
しかし、本実施の形態によるＬＣＤに用いるＦＬＣ（例えばチッソ株式会社製のＣＳ−２００２）は、カイラルネマチック（Ｎ*）相からＳｍＡ相を経ずにＳｍＣ相へ相転移する性質を有し、比較的大きなコーン角が得られる特徴を有している。ＳｍＣ相での液晶配列構造の決定には極めて慎重な工程を要し、Ｎ*相からＳｍＣ相への相転移温度（本実施の形態では７０℃）付近で、一定時間だけ直流電圧を印加し続けることが必要となる。この条件を最適化すると非対称な開き角を有するＦＬＣ、すなわち印加電圧の極性毎に異なる光透過率を有するＦＬＣが得られる。
【００１９】
図４は、本実施の形態によるＬＣＤに用いるＦＬＣのＴ−Ｖ曲線を示している。横軸は印加電圧（Ｖ）を表しており、縦軸は光透過率（Ｔ）を表している。図４に示すように、正極性の電圧印加時は負極性の電圧印加時と比較して光透過率の変化が急峻であり、高い光透過率が得られる。このため、各発光領域Ａ乃至Ｄが正極性の電圧で駆動されている間に各発光領域のバックライトを発光させることで高いコントラストを得ることができる。なお、このＦＬＣのＴ−Ｖ特性はヒステリシスを有しているが、実際の表示に用いられるのは正極性の電圧印加時の往き側である実線で示した範囲だけであるので影響はない。
【００２０】
次に、本実施の形態によるＬＣＤの製造方法について説明する。まず、ほぼ直交して配置された複数のゲートバスライン及びドレインバスラインで画定された画素領域に画素電極を有するアレイ基板と、全面に共通電極を有する対向基板とを形成する。両基板に配向規制方向が平行かつ同方向（パラレル配向）になるようにラビングを施し、例えば１．５μｍのセルギャップで貼り合わせてＦＬＣを封入する。
【００２１】
次に、この液晶セルを恒温槽で１００℃まで加熱し、等方相のＦＬＣを得る。次いで液晶セルを冷却し、Ｎ*相からＳｍＣ相への相転移温度付近である７５℃〜６５℃の範囲で例えば０．５℃／ｍｉｎの冷却速度で徐冷する。ここで冷却速度は、タクトを短縮するために０．１℃／ｍｉｎ以上であり、ＦＬＣの配向の乱れを防止するために２℃／ｍｉｎ以下であることが望ましい。この徐冷工程において、一対の基板の対向する面に形成されている電極に１Ｖ以上５Ｖ以下（例えば２Ｖ）の直流電圧を印加し続ける。徐冷工程後に電圧の印加を停止し、さらに室温まで冷却する。以上説明した工程を経て本実施の形態によるＬＣＤが完成する。
【００２２】
図５は、本実施の形態によるＬＣＤの製造方法で得られたＦＬＣにおけるダイレクタの方位を示している。図５に示すように、電圧無印加時（０Ｖ）のダイレクタは、ラビング方向からθ１の角度で安定している。正極性の電圧（例えば＋１０Ｖ）印加時のダイレクタは、ラビング方向からθ２の角度を有し、負極性の電圧（例えば−１０Ｖ）印加時のダイレクタは、ラビング方向からθ３の角度を有している。電圧無印加時のダイレクタを中心に見ると、ダイレクタの開き角は正極性の電圧印加時がθ４（＝θ１＋θ２）であり、負極性の電圧印加時がθ３−θ１である。
【００２３】
図６は、本実施の形態によるＬＣＤの製造方法における相転移温度付近で印加される直流電圧とＦＬＣのダイレクタに関する角度との関係を示している。横軸はＮ*相からＳｍＣ相への相転移温度付近において印加される直流電圧（Ｖ）を表しており、縦軸は図５に示したダイレクタの角度θ１乃至θ４（ｄｅｇ）を表している。図６に示すように、ダイレクタの角度θ１乃至θ４は直流電圧に依存して変化しており、直流電圧が１Ｖ以上５Ｖ以下の範囲でθ４が明るい白表示の得られる約４５°となっている。このように、相転移温度付近で印加される直流電圧を変化させることで、極性の異なる電圧印加時のダイレクタの開き角を調整でき、明るい白表示を得ることができる。なお、図中にハッチングで示した直流電圧１．５Ｖ以上３Ｖ以下の範囲は、ＦＬＣの配向が特に良好になり、完成したＬＣＤにおいて高いコントラストが得られる良好配向域である。
【００２４】
なお、本実施の形態によるＬＣＤは液晶をパラレル配向させており、５００を超えるコントラスト比が得られる。アンチパラレル配向させたＬＣＤは、逆極性時に全く反応しない完全単安定化の特性を有するが、良好な配向が得られず、また配向制御が大変困難であり、コントラスト比が５０未満と大幅に低下する。
【００２５】
本実施の形態によるＬＣＤによれば、液晶にＦＬＣを用いているためｍｓｅｃオーダの高速応答性を有している。また、正極性の電圧印加時のダイレクタの開き角は、最も明るい白表示の得られる約４５°に調整することができる。負極性の電圧印加時のダイレクタの開き角は正極性の電圧印加時のダイレクタの開き角と非対称であり、Ｔ−Ｖ特性も同様に非対称であるが、負極性の電圧印加時にバックライトを消灯しているため、ＬＣＤの表示には影響しない。さらに、断続的にバックライトを発光させているため、従来のｈｏｌｄ型の駆動方式に起因する表示ボケを解消できる。よって、輝度が高く、高速応答性を有し、動画表示に対応したＬＣＤを実現できる。
【００２６】
本発明の第２の実施の形態によるＬＣＤの製造方法を図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態によるＬＣＤの製造方法を示す概略断面図である。まず、紫外線（ＵＶ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）により固化（ＰＳ化）するポリマー材（例えば大日本インキ化学工業株式会社製のＵＶキュアラブル液晶）をＦＬＣに例えば３ｗｔ（重量）％混入する。次に、対向する面に電極が形成されており、パラレル配向になるようにラビングを施した一対の基板８、９間に上記のＦＬＣを封入する。次いで、第１の実施の形態によるＬＣＤの製造方法と同様の工程で加熱及び冷却する。次に、図７に示すように、ＵＶライト１２を用いてＦＬＣに例えば波長３６５ｎｍのＵＶを照射し、ＦＬＣに混入されたポリマー材を固化する。以上説明した工程を経て本実施の形態によるＬＣＤが完成する。
【００２７】
本実施の形態によるＬＣＤの製造方法によれば、第１の実施の形態によるＬＣＤと同様の効果を得ることができるとともに、ＦＬＣに混入されたポリマー材が固化するため、電圧無印加時のＦＬＣの配向がより安定する。したがって、温度が上昇した際や衝撃が加えられた際のＦＬＣの配向強度を向上させることができ、また長期的な信頼性も向上する。よって、輝度が高く、高速応答性を有し、動画表示に対応したＬＣＤを実現できる。
【００２８】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、ＬＣＤに用いる液晶としてＦＬＣを例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、Ｔ−Ｖ特性が印加電圧の極性により異なる他の液晶にも適用できる。
【００２９】
また、上記実施の形態では、直下型のバックライトを点滅させることで各発光領域を断続的に発光させているが、本発明はこれに限らず、エッジライト型のバックライトを用いてもよいし、バックライトを点滅させずにシャッタを用いて各発光領域を断続的に発光させてもよい。
【００３０】
以上説明した実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
対向面に電極が形成された第１及び第２の基板と、
前記第１及び第２の基板間に挟持され、前記電極間に印加される電圧の極性毎に異なる光透過率を有する液晶と、
複数の発光領域に分割して発光し、前記発光領域上の前記液晶を照明する光源と、前記複数の発光領域を異なるタイミングで断続的に発光させる光源制御回路とを備えた光源部と
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【００３１】
（付記２）
付記１記載の液晶表示装置において、
前記光源制御回路は、前記発光領域の前記液晶が相対的に高い光透過率を有するときに前記発光領域を発光させること
を特徴とする液晶表示装置。
【００３２】
（付記３）
付記１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記第１の基板は、ほぼ直交する複数のゲートバスライン及びドレインバスラインと、前記ゲートバスライン及びドレインバスラインの交差領域近傍に形成された薄膜トランジスタとを有し、
前記複数の発光領域は、前記ゲートバスラインと平行に分割されていること
を特徴とする液晶表示装置。
【００３３】
（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶は、強誘電性液晶であること
を特徴とする液晶表示装置。
【００３４】
（付記５）
付記４記載の液晶表示装置において、
前記強誘電性液晶は、電圧無印加時にダイレクタが一方向に安定する単安定型であること
を特徴とする液晶表示装置。
【００３５】
（付記６）
付記４又は５に記載の液晶表示装置において、
前記強誘電性液晶は、前記電圧の極性毎に異なるダイレクタの開き角を有すること
を特徴とする液晶表示装置。
【００３６】
（付記７）
付記６記載の液晶表示装置において、
前記光源制御回路は、前記ダイレクタの開き角が相対的に大きくなる極性の印加電圧で前記液晶が駆動される間に前記発光領域を発光させること
を特徴とする液晶表示装置。
【００３７】
（付記８）
対向面に電極が形成された一対の基板間に強誘電性液晶を封入する液晶封入工程と、前記強誘電性液晶をカイラルネマチック相からスメクチックＣ相へ相転移するように除冷する除冷工程とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
前記除冷工程は、前記スメクチックＣ相への相転移温度付近で、前記電極間に直流電圧を印加すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３８】
（付記９）
付記８記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記液晶封入工程前に、紫外線により固化するポリマー材を前記強誘電性液晶に混入する工程と、
前記除冷工程後に、前記ポリマー材を混入した前記強誘電性液晶に紫外線を照射して固化する工程と
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３９】
（付記１０）
付記８又は９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記強誘電性液晶として、前記カイラルネマチック相からスメクチックＡ相を経ずに前記スメクチックＣ相へ相転移する前記強誘電性液晶を用いること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００４０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、輝度が高く、高速応答性を有し、動画表示に対応した液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＬＣＤの構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるＬＣＤの動作を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるＬＣＤに用いるＦＬＣのダイレクタの変位を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるＬＣＤに用いるＦＬＣのＴ−Ｖ曲線を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるＬＣＤの製造方法で得られたＦＬＣのダイレクタの変位を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるＬＣＤの製造方法における印加電圧とＦＬＣのダイレクタの角度の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるＬＣＤの製造方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２  ＬＣＤパネル
４  バックライトユニット
５  発光管
６  バックライト駆動回路
８  基板
１０  ＦＬＣ
１２  ＵＶライト
１４  ＵＶ
【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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