(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板に挟持された液晶を有し、液晶に電圧を印加することで表示を行うＯＣＢ型の液晶表示素子であり、前記液晶の電圧を印加しないときのゼロ電圧配向状態と、表示状態で用いる表示配向状態とが異なり、前記ゼロ電圧配向状態から表示配向状態に転移電圧を印加することによって転移させる転移電圧印加手段を有し、転移期間に前記基板面に平行な電界成分を有する横電界を印加する横電界印加手段を有し、電源投入後であって、前記転移電圧を印加する期間の直前に前記液晶層にかかる電圧値の時間平均値の絶対値が０．３Ｖ以下であることを特徴とした液晶表示素子。
【請求項２】
前記横電界印加手段が機能してから転移電圧が印加されるまでの時間が0.1秒以下であることを特徴とした請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記基板の一方には画素電極とソース電極を有し、前記転移期間に前記画素電極とソース電極との間に横方向電界が印加されることを特徴とした請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記基板の一方には複数の画素電極を有し、前記転移期間に前記複数の画素電極間に横方向電界が印加されることを特徴とした請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記基板の一方には複数の画素電極及びソース電極を有し、平坦化構造を用いて前記複数の画素電極間に横方向電界が印加されることを特徴とした請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記ソース電極と画素電極間あるいは画素電極間が屈曲している領域が存在することを特徴とした請求項３乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記転移電圧を印加する期間に液晶層にかかる電圧が変動することを特徴とした請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
前記電圧変動が表示期間中のフィールド周波数と等しいことを特徴とした請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項９】
前記電圧変動の振幅が３Ｖ以上であることを特徴とした請求項７に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】
前記２枚の基板のうち少なくとも一方の基板はアクテイブマトリクス基板であり、表示信号に対応した電気信号を供給する複数のソース信号線を有し、前記転移電圧印加時において前記複数のソース信号線の隣接するソース信号線には基準電圧に対して互いに逆符号の電圧が印加されるよう構成したことを特徴とした請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
前記２枚の基板のうち一方の基板はアクテイブマトリクス基板であり、表示信号に対応した電気信号を供給する複数のソース信号線を有し、画素電極とソース信号線とを接続する非線型素子を有し、前記非線型素子の動作を制御するゲート線を有し、前記転移電圧印加手段の動作時において、前記複数のソース信号線の隣接するソース信号線には基準電圧に対して互いに逆符号の電圧が印加されるよう構成し、前記ゲート線を時系列に順次走査する表示を行い、順次走査のたびに前記ソース電極には基準電圧に対して逆符号の電圧が印加されるよう構成したことを特徴とした請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
前記２枚の基板のうち一方の基板はアクテイブマトリクス基板であり、表示信号に対応した電気信号を供給する複数のソース信号線を有し、画素電極とソース信号線とを接続する非線型素子を有し、前記非線型素子の動作を制御するゲート線を有し、前記転移電圧印加手段の動作時において、前記複数のソース信号線の隣接するソース信号線には基準電位に対して互いに逆符号の電圧が印加されるよう構成し、前記ゲート線に前記非線型素子を導通状態に保つ信号が印加されるよう構成したことを特徴とした請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶テレビ、液晶モニター等に用いられる液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示素子はＴＮ型液晶表示素子が一般的に用いられてきた。
【０００３】
また高速応答を特徴とする液晶表示素子として、ＯＣＢ型表示素子が検討されている。ＯＣＢ型液晶表示素子は「社団法人電気通信学会  信学技報  EDI98-144  199頁」を参考にされたい。
【０００４】
このＯＣＢ型液晶表示素子は基板間に液晶が挟持されており、この基板上には電圧印加手段として透明電極が形成されている。電源を入れる前の状態ではこの液晶の配向状態はスプレイ配向と呼ばれる状態をなしている。この機器の電源を入れる時などに、この電圧印加手段に比較的大きな電圧を短時間に印加して、液晶の配向をベンド配向状態に転移させる。このベンド配向状態を用いて表示を行うことがＯＣＢ型液晶表示モードの特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＯＣＢ型液晶表示素子では、この転移が確実でなく、スプレイ配向のままの画素が残留すると輝点欠陥のように見える問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示素子は、２枚の基板に挟持された液晶を有し、液晶に電圧を印加することで表示を行うＯＣＢ型の液晶表示素子であり、前記液晶の電圧を印加しないときのゼロ電圧配向状態と、表示状態で用いる表示配向状態とが異なり、前記ゼロ電圧配向状態から表示配向状態に転移電圧を印加することによって転移させる転移電圧印加手段を有し、転移期間に前記基板面に平行な電界成分を有する横電界を印加する横電界印加手段を有し、電源投入後であって、前記転移電圧を印加する期間の直前は液晶層にかかる電圧値の時間平均値の絶対値が０．３Ｖ以下であることを特徴とした液晶表示素子である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
これまでに我々は転移の発生を確実化するための転移核を形成する手法を検討してきた。特願２０００−２９５７５６号（従来例１と称す）において、局所的にツイスト配向を形成することで転移の核となることを見出し、これを提案した。またこのツイスト領域を形成するために横方向電界を印加する方式も提案した。
【００２９】
本発明では、横方向電界を印加しながら転移させるために必要な液晶表示素子の駆動方式、画素構造を提供する。
【００３０】
以下、発明の実施の形態における表示装置について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
ＯＣＢ型液晶表示素子は、上下基板にラビング処理を行い、この方向を平行にすることを基本的な構成としている。この素子において、初期の電圧を印加しない状態では液晶分子がほぼ平行に並んだスプレイ配向状態にある（図１（ａ））。図１が本液晶表示素子の構成を示す概念図である。液晶１０１が基板（１０２）間に挟持されており、その基板の外側に位相差板１０３、偏光板１０４を有している。
【００３２】
電圧を印加しない状態では液晶はスプレイ配向をしている（図１（ａ））。ここで基板には配向処理を施すがこれは液晶分子が図のように並ぶようにパラレル配向処理とした。この液晶の配向を表示に用いるベンド配向状態に転移させる（図１（ｂ））。この転移を行なうために、比較的大きな転移電圧、例えば２５ｖ程度、を液晶層に印加した。
【００３３】
このようにＯＣＢ型液晶表示素子は基板と液晶を有し、液晶に電圧を印加することで表示を行い、前記液晶の電圧を印加しないときのゼロ電圧配向状態と、表示状態で用いる表示配向状態とが異なり、前記ゼロ電圧配向状態から表示配向状態に転移電圧を印加することによって転移させる液晶表示素子の一種である。
【００３４】
本実施例で用いたアクティブマトリクス基板の構成について図２を用いて説明する。図２は1つの画素について拡大説明したものである。液晶表示素子には複数の画素電極204が形成され、この画素電極204にはＴＦＴトランジスタ203を形成した。このトランジスタを動作させるためのゲートライン202をパネル横方向に、画素電極に書き込むデータを供給するソース信号線201をパネル縦方向にマトリクス状に形成した。
【００３５】
（実施例１）
このソースラインと画素電極間に電界を印加する。このソースラインと画素電極間を図３のように屈曲することが特徴である。このように屈曲していることで、図中２方向の矢印のように液晶が２種類の方向に配列し、この２つの領域の接触する個所から転移が発生する。
【００３６】
電源投入時に前述したベンド転移を発生させるために、対向電極に転移波形を印加した。このときの駆動波形は図４に示すような波形を印加した。転移波形は対向電極に４０１のような波形を印加した。本実施例では−２５V、1秒のパルスを印加した。もちろん、この波形を複数回繰り返してもよく、こうすることで転移の確実性はさらに増す。ただし初期化に要する時間は長くなる。この転移波形を印加する際に、ゲート波形には４０２のような波形を印加した。転移波形が印加される期間において、本実施例での非線型素子たるTFTトランジスタをＯＮさせるべくゲートレベルをＨにした。これによって全画面における画素電極とソース信号線は電気的に導通状態になる。また転移波形が印加している期間にソース信号線には４０３または４０４の３０Ｈｚ、±７Ｖの矩形波を印加した。このとき複数あるソースラインには交互に正負の逆符号の信号波形を印加した。これはカラム反転駆動をしながらゲートを全ラインＯＮにする駆動ということができる。
【００３７】
このような駆動方法を用いると、隣接する画素のソース信号線と画素電極の間に横電界を印加することができる。このときの横電界は１４Ｖであり、本実施例では画素電極の右端とソース信号線との間で強力な横電界を印加することができる。
【００３８】
本発明の特徴は、転移電圧印加手段の動作時において、前記複数のソース信号線の隣接するソース信号線には互いに逆符号の電圧を印加することと、ゲート線に前記非線型素子たるＴＦＴを導通状態に保つ信号を印加することにある。
【００３９】
本発明では基準電位を０Ｖとして正負なり逆符合電圧なりを定義しているが、これに限るものではない。例えば、基準電位を絶対電位の＋７Ｖにおき、０Ｖと＋１４Ｖの間で駆動しても良い。これは基準電位をどこに設定するかだけの問題である。一般に基準電位は表示状態の対向電極Ｖｃｏｍの電位と考えて良く、０Ｖ−１４Ｖの駆動を行う場合、表示状態のＶｃｏｍ電位は約７Ｖとするのが通常である。ここで基準電位に対しての電位を考慮すれば良い。
【００４０】
また、この転移波形を印加する直前には、液晶層、すなわち画素電極と対向電極間に電界を印加しないことが望ましい。これを実現するために、対向電極、ソース信号線ともに０Ｖとした。このようにすることで、液晶層に電圧を印加せず液晶の分子配列を対称な初期配向状態に保つことが重要である。もし、横電界を転移電圧に先行して印加していると、液晶層に横電界から派生した電圧（本実施例では７Ｖ）が印加されるため、スプレイ配向が基板表面近傍に移行した局所安定状態に落ち込み、これによって転移がしにくくなることを見出した。よって重要なのは、転移波形を印加する直前は液晶層に電圧を印加しないこと。そのためには横電界を印加する電界も転移波形と同時に印加することが望ましい。ただし、厳密な検討では、横電界は転移波形よりもわずかに早く印加したほうが転移しやすい現象が見られた。これは横電界で異なる方向の２種類のツイスト配向を確実に形成した後に転移電圧を印加する意図である。しかし、横電界を印加した後、転移電圧を印加するまでの時間は０．１秒以下であることが必要であり、望ましくは０．０５秒以下であった。
【００４１】
転移波形を印加する以前に液晶層に印加される電圧は完全に０であることが理想的であるが、実際的には０．３Ｖ以下であれば問題なかった。
【００４２】
また本検討によれば、ソース信号線の電圧を３０Ｈｚで変化させることによって転移が向上した。このソース電圧の周波数は、本実施例では表示周波数とした。これは最も簡易に電圧を変化させることのできる手法であるからである。この３０Ｈｚの周波数には特に意味はないが、このように電界を変動させることで、液晶層に印加する電圧は、ＤＣバイアスされた交番電界を印加することになり、この交番電界成分による擾乱によって転移が良好に進行したものと考えられる。この擾乱は振幅幅が３Ｖ以上で効果があった。本実施の形態では、ソースドライバの最大振幅を印加し、これは±７Ｖであった。本実施の形態では、横電界の印加をソースドライバので行っている。このとき横電圧が大きいほど転移が良好である結果が得られている。そこで本発明では耐圧１５Ｖのソースドライバを使用し、これを±７Ｖで使用することで最大の効果を発揮させた。さらにこのときには１４Ｖの電圧変動が発生するため、これによってさらに転移を効率良く発生させることができた。
【００４３】
またこの擾乱の周波数は３０Ｈｚに限るものではない。本検討によれば、１Ｈｚから１００ｋＨｚで効果が見られた。ただし本発明では、液晶表示素子が通常に有している通常表示駆動の機構と兼用することでシステムの合理化を図った。
このとき周波数はフィールド周波数と同じとなる。本実施例ではこの周波数が３０Ｈｚであった。
【００４４】
また横電界を効率的に印加するためには、ピッチが電極間隔以上であることが必要であった。ピッチが小さすぎると斜め方向に電界が良好に印加されず、全体的に平行な電気力線分布になるためである。また、前記屈曲しているピッチが前記電極間隔の2倍以上であることが望ましい。
【００４５】
また横電界を印加する電極間隔は近すぎると製造プロセス上の困難が発生するため前記ソース電極と画素電極の間隔が3ミクロン以上であることが必要であった。また遠すぎると電界が弱くなるため、転移を良好にするためにはソース電極と画素電極の間隔が６ミクロン以下であることが望ましかった。
【００４６】
また、この屈曲角度が大きいと転移が良好に発生しなかった。１４０度では90度の転移確率の半分であった。実用的には120度以下である必要があった。また角度が鋭角すぎると転移は発生しやすいが、合わせずれに弱い問題があり実用上には６５度以上である必要があった。図では90°として表記している。
【００４７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、このソースラインと画素電極間に電界を印加するが、画素電極の両側で転移を発生させることができた。実施の形態１では、画素電極の右側のみで転移を発生させた。
【００４８】
画素構造は実施の形態１と同様である。
本実施の形態では図５のような駆動波形を印加した。対向電圧は同様に５０１の波形を印加した。このときゲート信号線５０２には転移中も通常動作を行った。
ここでゲートを全ｏｎしないことから、ソース信号線には本実施の形態では２３ｋＨｚ（５０４）の矩形波を印加した。これはドット反転駆動を用いた場合の駆動波形と同じものである。このとき、画素電極電圧は1フィールドだけ保持されるため、３０Ｈｚの矩形波（５０３）となる。
【００４９】
ソースラインが２３ｋＨｚの高周波矩形波であり、画素電極が３０Ｈｚの矩形波であるため、このときソース信号線の両側では横電界が発生する。これによって転移の発生個所は2倍になる。ただし、実効的な横電界振幅が低下するため一箇所から発生する転移確率は実施の形態１よりも低下した。
【００５０】
本実施の形態の駆動方法の特徴は、複数のソース信号線の隣接するソース信号線には互いに逆符号の電圧を印加することを特徴とし、前記ゲート線を時系列に順次走査する表示方式を行うことを特徴とし、順次走査のたびに逆符号の電圧をソース信号線に印加することを特徴とする液晶表示素子の駆動方法である。
【００５１】
本発明では基準電位を０Ｖとして正負を定義しているが、これに限るものではない。例えば、基準電位を絶対電位の＋７Ｖにおき、０Ｖと＋１４Ｖの間で駆動しても良い。これは基準電位をどこに設定するかだけの問題である。一般に基準電位は表示状態の対向電極Ｖｃｏｍの電位と考えて良く、０Ｖ−１４Ｖの駆動を行う場合、表示状態のＶｃｏｍ電位は約７Ｖとするのが通常である。
【００５２】
本発明はこれに限るものではない。もちろん、この波形を複数回繰り返してもよく、こうすることで転移の確実性はさらに増す。ただし初期化に要する時間は長くなる。また、本実施の形態ではドット反転駆動の機構をそのまま利用したがこれに限るものでもない。ここで２３ｋＨｚは1走査に要する時間で交互に電圧符号を変化させた場合である。周波数は任意である。また横電界の振幅は±７Ｖとしたが、これは本実施の形態で用いたソースドライバの最大振幅である。基本的に横電界を強くすると転移は確実化するが、消費電力は増加する。また対向電圧も−２５Ｖに限るものではなく、低消費電力を狙うならば低電圧化が、転移の確実化を狙うならば高電圧が望ましい。
【００５３】
本実施の形態においても、転移波形が印加される直前には液晶層に電圧が印加されない期間を設け、転移を向上させた。
【００５４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、平坦化構造を用いることで、画素電極と画素電極間に横電界を印加した。平坦化構造とはソース信号線等の形成した後に、比較的厚い樹脂層を形成し、その樹脂層上に画素電極を形成する構造である。これによって隣接する画素電極を近接して形成できることが特徴となる。これによって画素電極間に横電界を直接印加することができる。このときの駆動波形は実施の形態２と同様である。ここで駆動方式はドット反転駆動とし、隣接する画素には逆極性の電圧が印加できるようにした。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、転移が確実となり輝点欠陥の少ない液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子を示す断面図
【図２】本発明の液晶表示素子の画素構造を示す概念図
【図３】本発明の一実施の形態の画素構造を示す概念図
【図４】本発明の液晶表示素子における基本的な印加波形を示す概念図
【図５】本発明の液晶表示素子における基本的な印加波形を示す概念図
【図６】本発明の一実施の形態の画素構造を示す概念図
【符号の説明】
１０１  液晶
１０２  基板
１０３  位相差板
１０４  偏光板
２０１  ソース信号線
２０２  ゲート信号線
２０３  ＴＦＴトランジスタ
２０４  画素電極
２０５  補助容量
２０６  対向電極
２０７  液晶層
４０１  対向電極波形
４０２  ゲート信号線波形
４０３  ソース信号線波形
４０４  ソース信号線波形
５０１  対向電極波形
５０２  ゲート信号線波形
５０３  画素電極波形
５０４  ソース信号線波形
【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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