(57)【要約】【課題】  液晶がベンド配向となるＯＣＢモードを用いて応答速度を速めた液晶表示装置で、液晶を確実にベンド配向させる。【解決手段】  液晶に画像を表示するための表示電圧よりも高い転移電圧を印加すると液晶をベンド転移させることができる。そこで、画像表示期間よりも前に前もって転移電圧を転移期間だけ印加し、液晶をベンド転移させておくことによって、画像表示期間においてはＯＣＢモードを利用することができ、応答速度の早いＬＣＤとすることができる。また、転移期間は、転移電圧によって決定される。【選択図】  図４
2007003904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１及び第２の基板と、
前記第１の基板上に複数の薄膜トランジスタと複数のデータ線とが配置され、前記薄膜トランジスタを介して前記データ線に接続される複数の画素電極と、
前記第２の基板上に、前記複数の画素電極に対向する共通電極と、
前記第１及び第２の基板間に封入され、ベンド配向の状態とスプレイ配向の状態とを有する液晶とを有し、
前記液晶は、前記画素電極及び共通電極間に印加する電圧を変化させると、所定の閾値電圧を境にスプレイ配向とベンド配向の状態エネルギーの大小が入れ替わり、
前記画素電極と前記共通電極との間に表示電圧を印加して、前記液晶をベンド配向させて表示を行う液晶表示装置の駆動方法において、
前記閾値電圧よりも高い転移電圧を、前記共通電極の電位を変化させて印加し、スプレイ配向からベンド配向に転移させることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項２】
前記表示電圧は映像信号に従い、該表示電圧の最小値は前記閾値電圧よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項３】
前記転移電圧は、１秒よりも長い転移期間継続して印加され続け、
前記転移電圧値は２０Ｖよりも小さく、
前記転移期間は、前記転移電圧値が高いほど短く設定されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項４】
前記転移電圧が印加されているとき、前記画素電極と前記第１の基板上の他の電極との電位差よりも、前記共通電極と第１の基板上の他の電極との電位差の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項５】
前記転移電圧が印加されているとき、前記画素電極は接地され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（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）に関し、特に液晶駆動速度の速いＯＣＢ（Optical Controlled Birefringence）モードを用いたＬＣＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤの動画再生能力の向上や、フィールドシーケンシャルＬＣＤ（Field Sequential
LCD；ＦＳ−ＬＣＤ）の実用化のために、より応答速度の早いＬＣＤが求められている。
【０００３】
ＬＣＤの応答速度とは、液晶に駆動電圧を印加してから液晶が駆動状態に変化するのに要する時間である。液晶は電圧が印加されると所定の方向に配向されて駆動状態となるが、配向方向に液晶分子がそろうまでには一定の時間が必要であり、この時間が応答速度である。応答速度が遅いと、例えば動画を表示すると、前の画面が残るので、特に動画表示特性の低いＬＣＤとなる。応答速度がより速い液晶を用いたＬＣＤであれば、動画をよりスムーズに表示することができる。
【０００４】
また、ＦＳ−ＬＣＤとは、３原色の光を素速く切り替えてそれぞれの色の画像をひとつの画素に交互に表示することによってカラーの表示を行う方式である。ＦＳ−ＬＣＤに用いる液晶は、その動作原理からカラーフィルタ方式のＬＣＤに用いられる液晶に比較して著しく速い応答速度が求められており、実用化が待たれている。
【０００５】
ところで、応答速度の早い液晶としては、ＯＣＢモードの液晶が以前から知られている。ＯＣＢモードはベンド配向となる液晶を２軸の光学補償層と共に用いるＬＣＤの方式である。図７は対向するガラス等よりなる透明基板５１、５２上に、それぞれ第１、第２の電極５３、５４、配向膜５５、５６を形成し、この間に液晶層５７を封入したＬＣＤを示している。液晶層５７はネマティック液晶で、配向膜５５、５６は、互いにほぼ平行方向にラビングされ、互いに向かい合うようにプレティルト角がつけられている。これに図示しない光学補償層が設置され、可視化される。図７（ａ）は電極５３、５４に電圧を印加していない状態である。液晶分子５７ａは、ラビング方向（紙面平行方向）に配向され、配向膜５５、５６近傍の液晶分子５７ａはプレティルト角の方向を向いている。図７（ｂ）は電極５３に例えば５Ｖの駆動電圧を印加した状態を示している。印加された駆動電圧によって液晶が立っているが、液晶層５７の中央では液晶分子が倒れている。図７（ｂ）の状態の配向をスプレイ配向と呼ぶ。図７（ｃ）は液晶５７ａの配向状態が変化した状態を示している。図７（ｃ）の状態の配向をベンド配向と呼ぶ。ベンド配向では、スプレイ配向と異なり、液晶層５７中央の液晶分子も立っている。スプレイ配向とベンド配向は互いに可逆の相転移で、スプレイ配向がベンド配向に転移することをベンド転移と呼ぶ。
【０００６】
ベンド配向を用いるＬＣＤのひとつにＯＣＢモードがある。これはベンド配向の液晶と２軸の光学補償層を用いたものである。ベンド配向は従来のＴＮやＳＴＮ方式のＬＣＤに用いられる液晶モードに比較して応答速度が早いので、ＯＣＢモードを用いたＬＣＤは動画表示や、ＦＳ−ＬＣＤに適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＯＣＢモードを用いてＬＣＤを制作しようとする場合、ベンド転移以前のスプレイ配向と、ベンド配向とでは、応答速度が格段に変化するため、ＬＣＤのセル内の液晶を確実にベンド転移させる必要がある。
【０００８】
しかしながらベンド転移の物理的メカニズムに関しては未だ不明な点も多く、解明すべき課題はまだ多いのが現状である。
【０００９】
そこで本発明は、ＯＣＢモードを用いたＬＣＤにおいて、液晶を確実にベンド転移させ、応答速度の高いＬＣＤを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、薄膜トランジスタを介してデータ線に接続される複数の画素電極と、複数の画素電極に対向する共通電極と、第１及び第２の基板間に封入され、スプレイ配向の状態とベンド配向の状態を有し、画素電極と共通電極との間に印加する電圧を変化させると、所定の閾値電圧を境にスプレイ配向とベンド配向の状態エネルギーの大小が入れ替わり、閾値電圧よりも高い転移電圧を、共通電極の電位を変化させて印加し、スプレイ配向からベンド配向に転移させる液晶表示装置の駆動方法である。
【００１１】
表示電圧は映像信号に従い、表示電圧の最小値は閾値電圧よりも高い。
【００１２】
転移電圧は、１秒よりも長い転移期間継続して印加され続け、転移電圧値は２０Ｖよりも小さく、転移期間は、転移電圧値が高いほど短く設定される。
【００１３】
転移電圧が印加されているとき、画素電極と第１の基板上の他の電極との電位差よりも、共通電極と第１の基板上の他の電極との電位差の方が大きい。
【００１４】
転移電圧が印加されているとき、画素電極は接地されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＯＣＢモードを有する液晶を用いたアクティブマトリクス型ＬＣＤで、転移電圧は、共通電極に印加されるので、転移電圧を印加するための配線が簡単である。
【００１６】
また、表示電圧の最小値は閾値電圧よりも高いので、表示電圧が印加されている（即ち画面表示を行っている）間は、ベンド配向が維持され続ける。
【００１７】
また、転移電圧値は２０Ｖよりも小さいので、機器の大型化を防止することができる。更に、転移電圧は、１秒よりも長い転移期間継続して印加され続けるので、２０Ｖよりも小さい転移電圧であっても、ベンド転移させることができる。
【００１８】
また、転移電圧が印加されているとき、画素電極と第１の基板上の他の電極との電位差よりも、共通電極と第１の基板上の他の電極との電位差の方が大きいので、第１の基板上の電極の絶縁破壊が防止できる。
【００１９】
また、転移電圧が印加されているとき、画素電極は接地されているので、第１の基板上の電極の絶縁破壊が防止できるとともに、転移電圧を印加するための配線が簡単である。表示電圧を印加する前に、第１及び第２の電極間に表示電圧よりも高い転移電圧を印加するので、液晶をあらかじめベンド転移させておくことができ、画面表示期間においては、液晶をＯＣＢモードとすることができ、応答速度が速い。
【００２０】
そして、転移電圧は、転移期間継続して印加され続け、この転移期間は、転移電圧値に応じて決定されるので、確実にベンド転移させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の転移方法の基本的な原理を説明するための液晶への印加電圧に対するギブスのエネルギーの変化を示す図である。実線がスプレイ配向、一点鎖線がベンド配向のギブスのエネルギーをそれぞれ示している。また、図２は、印加電圧が閾値電圧Vcよりも高い電圧Ｖ１である時のスプレイ配向、ベンド配向のギブスのエネルギーを示している。
【００２２】
ギブスのエネルギーは、液晶の配向状態によって変化する状態エネルギーであって、状態エネルギーの低い配向状態がより安定な状態であると言える。スプレイ配向、ベンド配向共に印加電圧の増加と共にエネルギーが低下していく。これによって、電圧無印加時にはプレチルト方向で安定していた液晶分子が駆動され、スプレイ、ベンドいずれかの配向をする。ギブスのエネルギーは、印加電圧が閾値電圧Vcよりも低いときは、スプレイ配向の方が低く、Vcを越えるとベンド配向の方が低くなる。物質は状態エネルギーの低い方で安定する性質があるので、印加電圧が閾値電圧Vcより低いうちは、スプレイ配向の方が安定であり、液晶分子はスプレイ配向となる。即ち、スプレイ配向が液晶の初期配向状態である。印加電圧が閾値電圧Vcよりも高いときはベンド配向の方がより安定である。
【００２３】
ＯＣＢモードはベンド配向の液晶を用いるが、印加電圧を単に閾値電圧Vcよりも高い電圧、例えばＶ１に増加させてもベンド配向への転移（ベンド転移）が起こる確率は低い。これは、図２に示すように、スプレイ配向とベンド配向の間にはポテンシャル障壁ＰＢが存在するためであると考えられる。つまり、印加電圧Ｖ１では、デルタＥのポテンシャル障壁ＰＢを越えるには充分な電圧でないため、ベンド転移できないのである。そして、ポテンシャル障壁ＰＢを越えて、ひとたびベンド転移した後の液晶は、印加電圧が閾値電圧Vcよりも高い間、ギブスのエネルギーがより低いベンド配向を維持する。
【００２４】
さて、図１を見ると、Ｖ１よりも印加電圧を更に上げると、ベンド配向とスプレイ配向のギブスのエネルギーの差はますます拡大する。そこで、本発明は、ＬＣＤの表示を行う前に、閾値電圧Vcよりも充分に高い転移電圧をあらかじめ印加して、セル内の液晶をまずベンド転移させる。
【００２５】
まず、本実施形態を適用するＬＣＤの構造は、図７に示した従来のＬＣＤと同様である。即ち、対向する透明基板５１、５２上に、それぞれ第１、第２の電極５３、５４、配向膜５５、５６を形成し、この間に液晶層５７が封入されている。図３は、第１の電極５３と第２の電極５４の間に一定の電圧を印加し続け、電極間の液晶がベンド転移するまでの時間を測定した実測値を示すグラフである。例えば電極５３、５４間に１０Ｖの電圧を印加し続けると、約２０秒で電極間の液晶がベンド転移した。そして、印加電圧を上昇させるとベンド転移に必要な時間は急激に短縮され、１８Ｖを印加すれば約２秒でベンド転移した。このように、閾値電圧Vcよりも充分高い電圧（本明細書においては、これを転移電圧と呼ぶ）を印加することによって、液晶をベンド転移させ、ＯＣＢモードで動作させることができる。
【００２６】
これは、印加電圧を上昇させることによって、ベンド配向、スプレイ配向のエネルギー差が拡大するとともに、ポテンシャル障壁ＰＢを越えるだけのエネルギーを有する液晶分子が増加するためであると考えられる。
【００２７】
そして、一度ベンド転移した液晶は、印加電圧が閾値電圧Vcよりも充分低くならなければ、再び転移してスプレイ配向になることはない。これは、図２から明らかなように、スプレイ配向に向かう時にもポテンシャル障壁ＰＢが存在するためである。従って、ひとたびベンド転移した液晶は、閾値電圧Vcを大きく下回らない範囲の表示電圧を印加して画面表示を行っている限り、ベンド配向を維持し、ＯＣＢモードで動作させることができるの
である。なお、我々の実験によれば、一度ベンド配向させたＬＣＤは印加電圧を０Ｖとした後も数時間程度はＯＣＢモードが持続することを確認できた。
【００２８】
つまり、ベンド転移させるための転移電圧は、例えばＬＣＤの電源投入時などに一度印加して液晶をベンド転移させておけば、表示電圧が印加されている（即ち画面表示を行っている）間は、ベンド配向が維持され続ける。そこで、ＯＣＢモードを用いたＬＣＤにおいては、図４に示すように、電源投入時（time=0）に、まず転移電圧Vtを転移期間Tの間印加し、その後、画面表示期間には、従来のＬＣＤと同様にして、映像信号に従う波形の表示電圧を印加して画面表示を行うようにする。転移電圧Vtと転移期間Tの値は例えば図３を参照して決定すればよい。
【００２９】
液晶を確実にベンド転移させるためには、転移電圧Vtと転移期間Tを図３にプロットし、その点が、図３に示した実線よりも上の領域に来るように両者の値を決定する。ただ、転移期間Tが長すぎると、画面の表示が開始されるまでの待ち時間が長くなるし、この間は印加電圧が高いので消費電力も増大してしまう。また、転移電圧Vcが高いと、消費電力が増大し、容量の大きな電源が必要になる。従って、実線近傍で転移電圧Vtと転移期間Tを設定するのがよい。例えば転移電圧Vtを１５Ｖに設定すれば、転移期間は５秒で済む。また、例えばパソコンのモニタとして用いる場合、ＯＳ（オペレーティングシステム）の起動中は画面を見る必要性は低いので、転移期間を例えば１５秒と長く確保し、転移電圧を１１Ｖと低めに設定することもできる。なお、図３で、実線よりも下の領域に来るような転移電圧Vcと転位期間Tであっても、実線近傍の領域であって、実線よりも大幅に下の領域でなければ、高い確率でベンド転移するので、実施可能である。
【００３０】
印加電圧を更に大きくすれば、更に速くベンド転移すると予想されるが、一般的にＬＣＤは微細構造であり、第１の電極５３と第２の電極５４との耐圧を越えるような電圧は印加できない。更に、高い電圧を印加するためには、相応の電源を備える必要があり、例えば携帯用端末のモニタとしてＬＣＤを用いる場合は、機器の大型化につながってしまう。従って、２０Ｖ以上の電圧をかけることは、現実的ではなく、転移時間は少なくとも１秒は確保する必要がある。
【００３１】
図５はアクティブマトリクス型のＬＣＤを示す平面図である。アクティブマトリクス型ＬＣＤは、各画素毎に画素電極１１が形成され、各画素電極１１は、薄膜トランジスタ１２を介してデータ線１３に接続されている。それぞれの薄膜トランジスタ１２のゲート電極はデータ線１３とは絶縁されて形成されたゲート線１４に接続されている。また、図示しない補助容量電極等も形成されている。以上の構造はいずれも第１の基板に形成されている。そして、以上の構造を覆って、共通電極１５が第２の基板に形成されている。
【００３２】
転移電圧は、第１の電極即ち画素電極１１と、第２の電極即ち共通電極１５との間に印加されるが、通常は一方を接地し、もう一方の電位を上昇もしくは低下させることによって転移電圧を印加する。さて、図１に示したようにギブスのエネルギーは印加電圧が反転電圧Vcよりも低いと、スプレイ配向状態の方が低いため、電圧を印加しない領域は、ベンド転移しにくい。そのため、共通電極１５を接地し、第１の基板側の画素電極１１のみに転移電圧を印加すると、画素電極１１上の領域はベンド転移させることができるが、画素電極１１同士の間の領域がベンド転移しない場合がある。よって、第１の基板側に転移電圧を印加する場合は、画素電極１１のみでなく、薄膜トランジスタ１２、データ線１３、ゲート線１４、補助容量電極等、第１の基板に形成される全ての電極に転移電圧を印加する必要がある。もちろんこれは不可能なことではないが、転移電圧を印加するための配線が複雑になり、ゲート電極に２０Ｖというゲート電圧としては高い電圧が印加されることになるので、薄膜トランジスタ１２が絶縁破壊されるおそれが生じる。そこで、アクティブマトリクス型ＬＣＤに転移電圧を印加する場合、第１の基板に形成されている各電極を
接地し、転移電圧は共通電極１５に印加するのがよい。共通電極１５は、第１の基板側の電極を覆って形成されているので、共通電極１５の電位を変化させれば、液晶の全ての領域に転移電圧を印加することができる。この時、第１の基板は通常接地されているので、第１の基板と画素電極１１の電位差よりも第１の基板と共通電極１５の電位差の方が大きくなる。
【００３３】
図６に示した単純マトリクス型のＬＣＤであれば、第１の電極２１と第２の電極２２は等価であるので、いずれの電極に転移電圧を印加してもよい。また、第１及び第２の電極２１、２２に逆極性の電圧を印加し、合わせて転移電圧としてもよい。
【００３４】
本明細書において液晶表示装置もしくはＬＣＤとは、単純マトリクス、アクティブマトリクス、透過型、反射型、その他いかなる方式の液晶表示装置であっても同様に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ベンド配向とスプレイ配向のギブスのエネルギーを示す図である。
【図２】ベンド配向とスプレイ配向の間のポテンシャル障壁を示す図である。
【図３】転移電圧と転位時間の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態の電極間電圧を示す図である。
【図５】アクティブマトリックス型ＬＣＤを示す平面図である。
【図６】単純マトリックス型ＬＣＤを示す平面図である。
【図７】ベンド配向とスプレイ配向を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
５１，５２：透明基板、  ５３，５４：電極、  ５５，５６：配向膜
５７：液晶
【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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