JP2005258084A - 液晶表示装置とその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
広い温度範囲で良好な表示を得られる液晶表示装置の提供。
【解決手段】
使用温度範囲の下限において、十分なリセット効果もしくは十分なオーバードライブ効果が得られ、且つ、常温においてバウンスが発生しない電界を用いる。使用温度の下限において白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界より大きな電界で、且つ、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界より小さい電界を印加する。もしくは、使用温度の下限において、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界より大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界を印加する。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶表示素子を備えた表示装置とその駆動方法に関し、特に、広い温度範囲で使用できるネマチック液晶表示素子を備えた表示装置とその駆動方法に関する。

マルチメディア時代の進展とともに、液晶表示装置は、プロジェクタ装置、携帯電話、ビューファインダー等に用いられている小型のものから、ノートＰＣ、モニタ、テレビ等に用いられている大型のものまで、急速に普及が進んできている。また、ビューワやＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の電子機器、更には、携帯ゲーム機やパチンコ等の遊戯道具でも中型の液晶表示装置が必須となっている。一方で、冷蔵庫や電子レンジ等の家電に至るまで、あらゆる所で液晶表示装置が使用されている。

現在、液晶表示素子は、その殆どがツイステッドネマチック（ねじれネマチック、以下、「ＴＮ」という）型表示方式のものである。このＴＮ型表示方式の液晶表示素子は、ネマチック液晶組成物を利用している。従来のＴＮ型を単純マトリクス駆動すると表示品位が高くなく、また、走査線数が限られる。そこで、単純マトリクス駆動では、ＴＮ型ではなくＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式が主に用いられる。この方式は、ＴＮ型を用いた初期の単純マトリクス駆動方式に比べ、コントラストおよび視角依存性が改良されている。しかしながら、応答速度が遅いため、動画像表示には適していない。

単純マトリクス駆動の表示性能を改善するために、各画素にスイッチング素子を設けたアクティブマトリクス方式が開発されて広く用いられている。例えばＴＮ型表示方式に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を用いたＴＮ−ＴＦＴ方式が一般的に使われている。ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス方式は、単純マトリクス駆動に比べ表示品位が高いため、現在では、ＴＮ−ＴＦＴ方式が市場の主流となっている。

一方、更なる高画質化の要求により、視野角を改善した方法が研究開発され実用化に至っている。その結果、現在の高性能液晶ディスプレイの主流は、
・ＴＮ型に補償フィルムを使用した方式、
・イン・プレーン・スイッチング(ＩＰＳ：In Plane Switching)モード、
・マルチドメイン・バーティカル・アライン(ＭＶＡ:Multi-domain Vertical Aligned)モード、
のＴＦＴ方式アクティブマトリクス液晶表示装置の３種類が主流となっている。

これらのアクティブマトリクス液晶表示装置では、通常、３０Ｈｚの画像信号を用い正負の書込みをするため６０Ｈｚ毎に書き換えられ、１フィールドの時間は、約１６．７ｍｓ（ミリ秒）である（正負双方のフィールドの合計時間は１フレームと呼ばれ約３３．３ｍｓである）。

これに対し、現状の液晶の応答速度は、中間調表示間の応答を考慮すると、最も速い状態でも、このフレーム時間程度である。このため、動画からなる映像信号を表示する場合や、高速なコンピュータ画像（ＣＧ）を表示する場合や、高速なゲーム画像を表示する場合には、現在のフレーム時間より早い応答速度が必要とされる。

一方、現在、主流の画素サイズは、１００ｐｐｉ（pixel per inch）程度であり、以下の２種類の方法で、更なる高精細化が図られてきている。

１つの方法は、加工精度を上げ画素サイズを小さくする方法である。

もう一つの方法は、液晶表示装置の照明光であるバックライトを赤・緑・青と時間的に切り替え、それと同期して、赤・緑・青の画像を表示するフィールドシーケンシャル(時分割)カラー液晶表示装置である。この方式では、カラーフィルタを空間的に配置する必要が無いため従来の３倍の高精細化が可能である。

フィールドシーケンシャル液晶表示装置では、１フィールドの１／３の時間で、１色を表示する必要があることから、表示に使用できる時間は約５ｍｓ程度となる。従って、液晶自身は、５ｍｓよりも早く応答することが求められる。

このような高速液晶の必要性から様々な技術が検討され、いくつかの高速表示モード技術が開発されている。これらの高速液晶技術は、大きく二つの潮流に分かれている。

一つは主流となっている上述のネマチック液晶を高速化する技術である。

もう一つは、自発分極を有し高速な応答が可能な自発分極型のスメクティック液晶等を使用する技術である。

第一の潮流であるネマチック液晶の高速化は、主に次のような手段によっている。

(Ａ)セルギャップを薄くし、同じ電圧で電界強度を増大すること、
(Ｂ)高い電圧を印加して電界強度を増大し、状態変化を促進すること（オーバードライブ法）、
(Ｃ)粘性を下げること、
(Ｄ)原理的に高速と考えられるモードを使用すること、
等である。

このような高速化したネマチック液晶においても、次のような問題が生じる。

高速ネマチック液晶では、フレーム内に液晶応答がほぼ終了するために、誘電率の異方性による液晶層の容量変化が極めて大きくなる。この容量変化によって、液晶層に書き込み保持されるべき保持電圧に変化が起きる。このような保持電圧の変化、すなわち、実効印加電圧の変化は、書き込み不足のためコントラストを低下させる。

また、同じ信号を書き込みつづけた場合、保持電圧が変化しなくなるまで、輝度が変化を続け、安定した輝度を得るのに、数フレームを要してしまう。

このような数フレームを要する応答を防ぐには、印加する信号電圧と得られる透過率との間に、１対１の対応がとれていることが必要である。

アクティブマトリクス駆動では、液晶応答後の透過率は、印加した信号電圧ではなく、液晶応答後の液晶容量に蓄えられた電荷量によって決まる。これは、アクティブマトリクス駆動が、保持された電荷で液晶を応答させる定電荷駆動であるためである。

アクティブ素子から供給される電荷量は、微小なリーク等を無視すると、所定の信号書き込み以前の蓄積電荷と、新規に書き込んだ書き込み電荷とによって決定される。

また、液晶が応答した後の蓄積電荷は、液晶の物性定数及び電気的パラメータ、及び蓄積容量等の画素設計値によっても変化する。このため、信号電圧と透過率の対応を取るには、
（Ａ）信号電圧と書き込み電荷の対応、
（Ｂ）書き込み以前の蓄積電荷、
（Ｃ）応答後の蓄積電荷の計算を行うための情報と実際の計算、
等が必要となる。

この結果、上記（Ｂ）を全画面に渡って記憶するためのフレームメモリや、上記（Ａ）や（Ｃ）の計算部が必要となる。

一方、前述のフレームメモリや計算部を用いることなく、印加する信号電圧と得られる透過率との間での１対１の対応をとる方法として、新規データ書き込みの前に、所定の液晶状態に揃えるようなリセット電圧を印加するリセットパルス法が、しばしば用いられる。一例として、後記非特許文献１に記載の技術について説明しておく。この非特許文献１では、ネマチック液晶の配向をパイ型の配向とし、補償フィルムを付加したＯＣＢ（オプティカリ・コンペンセイテッド・バイリフリジェンス）モードを使用している。

この液晶モードの応答速度は、約２ミリ秒から５ミリ秒とされ、従来のＴＮモードより格段に速い。その結果、本来、１フレーム内で応答が終了するはずであるが、前述のように、液晶の応答による誘電率の変化により保持電圧の大幅な低下が起こり、安定な透過率が得られるまで数フレームを要する。

そこで、１フレーム内で、白表示の書込み後、必ず黒表示を書き込む方法が、後記非特許文献１のＦｉｇ．５に示されている。このＦｉｇ．５に記載された図を、本願添付図面の図１３として引用する。図１３において、横軸は時間であり、縦軸は輝度である。図１３において、破線が通常の駆動の場合の輝度変化であり、３フレーム目で安定な輝度に到達している。

このリセットパルス法によれば、新規データ書き込み時には、必ず所定の状態となっているため、書き込んだ一定信号電圧に対し、一定透過率という１対１の対応が見られる。この１対１対応により、駆動用の信号の発生が、非常に簡便となるとともに、前回の書き込み情報を記憶しておくためのフレームメモリ等の手段は不要となる。

ここで、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素の構成をまとめておく。

図１０は、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の１画素分の画素回路の例を示したものである。図１０に示すように、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素は、ゲート電極が走査線（あるいは走査信号電極）９０１に接続され、ソース電極及びドレイン電極のいずれか一方が信号線（あるいは映像信号電極）９０２に接続され、ソース電極及びドレイン電極のいずれか他方が画素電極９０３に接続されたＭＯＳ型トランジスタ（Ｑｎ）（以下トランジスタ（Ｑｎ）と記す）９０４と、その画素電極９０３と蓄積容量電極９０５との間に形成された蓄積容量９０６と、画素電極９０３と対向電極（あるいは共通電極）Ｖｃｏｍ９０７との間に挟まれた液晶９０８とで構成されている。

現在、液晶表示装置の大きな応用市場を形成しているノートＰＣでは、通常、トランジスタ（Ｑｎ）９０４として、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（以下「ａ−ＳｉＴＦＴ」という。）又はポリシリコン薄膜トランジスタ（以下「ｐ-ＳｉＴＦＴ」という。）が用いられ、また、液晶材料としては、ＴＮ液晶が用いられている。

図１１は、ＴＮ液晶の等価回路を示したものである。図１１に示すように、ＴＮ液晶の等価回路は、液晶の容量成分Ｃ３（その静電容量Ｃｐｉｘ）と、抵抗Ｒ１の値Ｒｒ及び容量Ｃ１（その静電容量Ｃｒ）とを並列に接続した回路で表すことができる。この等価回路で、抵抗値Ｒｒ及び静電容量Ｃｒは、液晶の応答時定数を決定する成分である。

このようなＴＮ液晶を、図１０に示した画素回路により駆動した場合の、走査線電圧Ｖｇ、信号線電圧（あるいは映像信号電圧）Ｖｄ、画素電極９０３の電圧（以下、画素電圧と記す。）Ｖｐｉｘのタイミングチャートを、図１２に示す。

図１２に示すように、走査線電圧Ｖｇが水平走査の期間、ハイレベルＶｇＨとなることによって、ｎ型ＭＯＳトランジスタ（Ｑｎ）９０４はオン状態となり、信号線９０２に入力されている信号線電圧Ｖｄがトランジスタ（Ｑｎ）９０４を経由して、画素電極９０３に転送される。ＴＮ液晶は、通常、電圧無印加時に光が透過するモード、いわゆるノーマリー・ホワイトモードで動作する。

図１２に示す例では、信号線電圧Ｖｄとして、ＴＮ液晶を通した光透過率が高くなる電圧を数フィールドに渡って印加している。水平走査期間が終了し、走査線電圧Ｖｇがローレベルとなると、トランジスタ（Ｑｎ）９０４はオフ状態となり、画素電極９０３に転送された信号線電圧は蓄積容量９０６、及び液晶の容量Ｃｐｉｘにより保持される。この際、画素電圧Ｖｐｉｘは、トランジスタ（Ｑｎ）９０４がオフ状態になる時刻において、トランジスタ（Ｑｎ）９０４のゲート−ソース間容量を経由してフィードスルー電圧と呼ばれる電圧シフトを起こす。

この電圧シフトは、図１２には、Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３で示されており、この電圧シフトＶｆ１〜Ｖｆ３の量は、蓄積容量９０６の値を大きく設計することにより小さくすることができる。

画素電圧Ｖｐｉｘは、次のフィールド期間において、再び走査線電圧Ｖｇがハイレベルとなり、トランジスタ（Ｑｎ）９０４が選択されるまで保持される。保持された画素電圧Ｖｐｉｘに応じて、ＴＮ液晶がスイッチングし、光透過率Ｔ１で示したように、液晶の透過光は暗い状態から明るい状態へ遷移する。

この際、図１２に示すように、保持期間において、画素電圧Ｖｐｉｘは、各フィールドで、それぞれ△Ｖ１、△Ｖ２、△Ｖ３だけ変動する。これは、液晶の応答に従って、液晶の容量が変化することに起因している。通常、この変動をできるだけ小さくなるように、蓄積容量９０６は、画素容量Ｃｐｉｘに対し、２〜３倍以上の大きな値で設計されている。以上説明したようにして、図１０に示した画素回路によって、ＴＮ液晶を駆動することができる。

さて、オーバードライブ法とリセット法を混合したような効果を有する技術として、後記特許文献１に示されるコモン電圧（共通電極電圧（あるいは対向電極電圧））を変調する技術がある。この特許文献１の図２Ｃを、本願添付図面の図１４として引用する。

この特許文献１の技術では、通常、画素電極と対向して配置される共通電極の電圧であるコモン電圧を変調する。図１４において、ＶＣＧは、コモン電圧（ＶＣＧ）の時間的な変化を示し、その下の波形Ｉは、液晶応答による光透過率の変化の時間的な変化を示している。すなわち、電圧波形１５１は、共通電極に印加される電圧波形、光強度波形１５２は、波形１５１と対応した時間における対応する光強度波形、また、１５３から１５６は画素光強度曲線である。

この特許文献１以前の技術では、コモン電圧は一定値に保たれる駆動をするか、（図１４のｔ０からｔ２（並びにｔ２からｔ４）を１フレーム周期とする）一定周期で二つの電圧値間を変化するコモン反転駆動を行っていた。

この特許文献１では、１フレーム周期の中が２分され、ｔ１からｔ２（並びにｔ３からｔ４）の期間は、従来のコモン反転駆動とほぼ同じ振幅の電圧が印加される。

一方、１フレーム周期中のｔ０からｔ１（並びにｔ２からｔ３）の期間は、コモン反転の振幅より高い電圧（例えば、コモン反転の振幅より黒表示時の電圧分だけ高い電圧）が印加される。この技術では、共通電極に高い電圧が印加されたｔ０からｔ１の期間に、画素電極と共通電極の電圧差が大きくなる効果により、表示領域全体を高速に黒表示に変えることが出来る。すなわち、リセット駆動に相当する駆動が行われる。

更に、このｔ０からｔ１の期間中に、画素電極側に画像データを書き込んでも、共通電極との電位差は十分に大きい（例えば、黒表示電圧以上）ため、表示上は観察されない。

表示領域全体に画像データの書き込みを終えた後に、ｔ１のタイミングで共通電極の電圧をコモン反転の振幅に戻す。この結果、液晶層は、画素電極にメモリされた電圧にしたがって、各々の階調レベルに応じた透過率へと応答を開始する。すなわち、応答開始持には、常に、高電圧差の状態から各階調電圧値に応じた電圧差に変化する。この点で、ｔ０からｔ１の期間に、一種のオーバードライブをしていることになる。

ここで、液晶の応答時間は、一般に、次の二つの式（１）、（２）で与えられることに着目する（後記非特許文献２）。すなわち、しきい値電圧より高い電圧を印加しＯＮ状態にする立ち上がり応答（オン時応答）τriseは、次式（１）で与えられる。

…（１）

一方、しきい値以上の印加されていた電圧を急に０にする立下り応答（オフ時応答）τdecayは、次式（２）で与えられる。

…（２）

上式（１）、（２）において、
ｄは液晶層の厚み、
ηは回転粘度、
Δ_εは誘電異方性、
Ｖは各階調レベルに応じた印加電圧、
Ｖｃはしきい値電圧、
Ｋ(〜)はフランクの弾性定数による定数、であり、ＴＮモードでは、次式（３）で与えられる。

…（３）

上式（３）において、
Ｋ_１１は広がりの弾性定数、
Ｋ_２２はねじれの弾性定数、
Ｋ_３３は曲がりの弾性定数である。

上式（１）からも分かるように、立ち上がり応答（オン時応答）では、液晶の応答時間は、印加する電圧の大きさの２乗の逆数で依存する。すなわち、階調レベル毎に異なる電圧値に応じ２乗の逆数で依存する。そのため、階調レベルによって、応答時間が大きく異なり、１０倍の電圧差がある場合、１００倍の応答時間の違いが生じる。

一方、上式（２）より、立下り応答（オフ時応答）でも、階調レベルによる応答時間の違いは存在するが、それは２倍程度の範囲に収まるものである。

さて、翻って、非特許文献２の技術に着目すると、立ち上がり応答（オン時応答）時には、非常に高い電圧を印加するオーバードライブ効果によって高速化する。

また、実際の画像表示に使用する応答は、全て立ち下がり応答（オフ時応答）となるため、階調レベルに対する依存性が極めて小さい。その結果、全階調に渡って、ほぼ同等の応答時間が得られる。

特表２００１−５０６３７６号公報 特許３０３９５０６号公報 H.Nakamura, K.Miwa and K.Sueoka, "Modified drive method for OCB LCD,", 1997 IDRC (International Display Research Conference), SID L-66〜L-69 「液晶辞典」、日本学術振興会 情報科学用有機材料第１４２委員会、 液晶部会編、、培風館、第２４頁

Ｔａｒｕｍｉその他、モレキュラー・クリスタルズ・アンド・リクィッド・クリスタルズの２６３巻の第４５９頁から４６７頁（Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ． １９９５， Ｖｏｌ．２６３， ｐｐ．４５９−４６７）

しかしながら、背景技術で説明したディスプレイ装置、すなわち、オーバードライブによる表示装置、リセット駆動による表示装置、及び、上記特許文献１等に開示されたディスプレイ装置等にはいくつかの問題がある。

第１の問題点は、リセット方式において、リセットの過不足によって、表示状態が大きく変化することである。この問題点は、オーバードライブ方式とリセット方式を混合したような上記特許文献１記載の方式にも共通する。

まず、リセットが過剰であると、リセット後の液晶の光学応答の始まりが遅かったり、正常な光学応答が始まる前に異常な光学応答が観察されたりすることである。

その理由は、リセットにより実現された所定の配向状態から通常の応答に移行する時点で、応答時に動作する方向が明確でなく不均一・不安定な応答をするためである。

異常な光学応答の一例を、図３に示す。図３に示すように、リセット後の透過率の時間応答は、３つの部分から構成される。すなわち、応答初期に現れる第一の遅延、続いて生じる第二の遅延、通常の応答による部分である。

異常な光学応答は、第二の遅延に対応し、透過率が跳ね上がったように見えるために、しばしば「バウンス」（ｂｏｕｎｃｅ）と称される。このバウンスによる遅延は、電圧印加条件等によって、発生する場合と発生しない場合がある。通常、高い電圧が印加されると、バウンスによる遅延が発生する。このように、リセットが過剰となると、遅延や表示異常が生じてしまう。

一方、リセットが不足すると、リセット方式において、複数回、同じデータを書き込んでも、同じ透過率が得られないことがある。リセットが不十分な場合、リセット時に、完全に所定の配向状態になることがないため、リセット後の応答は、前のフレームの履歴に応じた透過率を示してしまう。その結果、印加電圧と透過率との間に１対１の対応が見られなくなる。そのために、所望の階調が得られなくなったり、同じ階調を表示していても輝度が大きく変化したりする。

第２の問題点は、広範囲の温度で安定した表示を得ることが困難である、ということである。その理由は、液晶の応答速度は、温度に対する依存性が大きいためである。

特に、リセット方式並びに、上記特許文献１の記載の方式では、温度が変化すると、上述のリセットの過不足が顕著に生じてしまう。この結果、低温では、例えば輝度の大幅な低下が生じる。一方、高温では、例えば、中間調の応答が高速となり全体的に輝度が上昇し白表示と近くなるために、表示全体が白っぽくなる等の現象が生じる。

したがって、本発明の目的は、広い温度範囲で良好な表示を得られる液晶表示素子を提供することにある。

また、本発明は、使用環境が低温となっても、前画像の履歴を依存した画像となったり、各色が混色したりしない液晶表示素子を提供することもその目的としている。

本願で開示される発明は、前記目的を達成するため、概略以下の構成とされる。

本発明の一つのアスペクト（側面）に係る液晶表示装置では、一時的に、液晶配向を所定の状態に戻すリセットが行われ、該リセットに用いられる電界の強度は、装置の使用下限温度において、十分なリセットが得られる強度であり、且つ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度とされる。また、本発明において、前記リセットに使用される電界の強度は、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度のうち最小の強度としてもよい。

本発明の他のアスペクト（側面）に係る液晶表示装置では、液晶を動作させる電極間に通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加することにより応答速度を速める駆動（オーバードライブ駆動）を行う場合に、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において、十分な応答速度が得られる強度であり、且つ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度である。また、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度は、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度のうち最小の強度としてもよい。

本発明の液晶表示装置において、前記リセットに使用される電界は、リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。更に好ましくは、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。

また、本発明の液晶表示装置において、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度は、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。更に好ましくは、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界とされる。

あるいは本発明の液晶表示装置において、前記リセットに使用される電界は、リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界よりも大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界である。更に、好ましくは、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界よりも大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界とされる。

また、本発明の液晶表示装置において、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度は、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界よりも大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である。更に、好ましくは、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界よりも大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界とされる。

本発明によれば、高速な応答の液晶表示装置を実現することができる。その理由は、バウンスを発生させないためである。

本発明によれば、環境温度が変化しても、良好な表示が可能な高信頼性が得られる。その理由は、液晶の応答速度が速くなり、バウンス等の不安定な配向状態が生じないためである。
［発明の原理］

本発明者は、図３に示されるリセットによって生じる液晶の応答の遅延を、詳細に解析することによって得られた知見に基づき、発明を完成するにいたった。すなわち、遅延を注意深く観察することによって、以下のことが判明した。

リセット状態からの遷移で発生する遅延には、２種類の遅延がある。

（Ａ）一つ目の遅延は、リセット状態から他の状態に遷移する際に、表示物質が物質自身の揺らぎ等により、どの方向に応答すべきかが即座に決定されないために生じる遅延である。この遅延では、光の透過・反射等の光学状態は、リセット状態とほぼ同じ状態で停滞し、光学状態の変化が生じ始めるまでの間に時間遅延がある。

（Ｂ）二つ目の遅延は、リセット状態から他の状態に遷移する際に、表示物質が目的とする方向以外の方向、例えば逆方向に、一時的に応答するために生じる遅延である。この遅延では、光の透過・反射等の光学状態はリセット状態と異なるが、所望の制御状態とは異なる状態を発生する。この異なる方向の応答から所望の方向へ応答するには、第一の遅延よりも更に長い時間遅延がある。

また、より頻繁に生じる現象として、第二の遅延が生じる系では、第一の遅延も同時に生じており、更に遅延時間が長くなっている。

さて、本発明者による、実験によると、これらの遅延は、温度や印加電圧が変化すると、発生状況が変化することが、判明した。

まず、両方の遅延が発生する条件を保った液晶表示装置で、温度を変化させた時の、応答時間に占める各遅延並びに通常の応答に必要な時間の内訳の模式図を図１に示す。

図１において、横軸は温度であり、右にいくほど高温となっており、縦軸は、応答時間である。温度が上昇すると、液晶の応答が速くなり、全ての時間が短くなっている。通常、第一の遅延と第二の遅延は、ほぼ同じ時間か第二の遅延の方が若干長く、例えば、第一の遅延の１．２倍の時間となる。この関係は、温度を変えても、ほぼ不変である。また、通常の応答に要する時間は、第一の遅延と第二の遅延の和にほぼ等しい（但し、液晶の動作モードによって、この関係は大きく異なってくる）。

通常の応答に要する時間と、二つの遅延時間との比も、温度に対してほぼ不変である。すなわち、低温では応答時間の合計が大きくなる。

次に、リセットを用いる液晶表示装置における、リセット電圧と温度に対する表示装置の動作を、図２に模式的に示す。図２の横軸は、温度であり、右に行くほど高温となっており、縦軸はリセット電圧であり、上に行くほど高い電圧となっている。リセット電圧が低すぎると、リセットの不足が生じ、前の画像に影響を受けた表示となってしまう。一方、リセット電圧が高すぎると、第二の遅延であるバウンスが発生してしまい、遅い応答や到達透過率の低下を招く。温度が低下すると、リセット不足が顕著となる。温度が上昇すると、バウンスの発生が顕著となる。このリセットに対する傾向は、オーバードライブに対しても同様に当てはまる。

これらの実験結果から、次のようなことが分かる。

（ａ）第一に、二つの遅延、特に、第二の遅延であるバウンスを抑制することによって、非常に速い応答が得られることである。

（ｂ）第二に、低温では応答時間全体が増大し、遅延時間も膨大な時間となるため、低温での遅延を防ぐことが高速応答の実現に重要となることである。

（ｃ）第三に、リセット等に必要な電圧は、温度が低い方が高いことである。

さて、実験から判明したこれらのことから、全ての温度範囲において、高速応答を実現するには、
・低温でバウンスが発生しないことと、
・低温でリセット不足やオーバードライブ駆動の応答速度不足とならないこと、
が重要となる。

また、特に、装置の使用下限温度において、十分なリセットもしくはオーバードライブが得られる範囲では、より電界が小さい方が、高い温度でのバウンス発生を抑えられる。

すなわち、本発明のリセット駆動の液晶表示装置では、リセットに、使用される電界の強度が、装置の使用下限温度において、十分なリセットが得られる強度であり、かつ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度である。

また、リセットに使用される電界の強度が、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度のうち最小の強度である。

また、本発明のオーバードライブ駆動の液晶表示装置では、通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において、十分な応答速度が得られる強度であり、且つ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度である。また、通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度のうち最小の強度である。

かかる構成とすることによって、本発明の液晶表示装置では、全ての温度範囲にわたって十分な高速応答が得られる。高温では、バウンス等が発生することがあるが、図１に示したように高温でのバウンスによる遅延時間は短く、通常の使用で問題となることは無い。

さて、本発明の液晶表示装置において、上記の電界の強度を実現するためには、いくつかの方法がある。

一つの方法として、透過率の応答を測定して、電圧を調節する方法が考えられる。我々の実験によれば、上記の電界の強度は、以下のような透過率の条件によって実現された。すなわち、本発明のリセット駆動の液晶表示装置では、前記リセットに使用される電界が、リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。

更に好ましくは、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。また、本発明のオーバードライブ駆動の液晶表示装置では、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。更に好ましくは、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。

ここでいう、白表示と黒表示間に対する応答の割合は、ノーマリホワイト表示、ノーマリブラック表示の双方に当てはまる。すなわち、ノーマリホワイト表示では、例えば、９５％応答は、白表示と黒表示の透過率の差に対し５％の透過率に達する応答である。一方、ノーマリブラック表示での９５％応答は、白表示と黒表示の透過率の差に対し９５％の透過率に達する応答である。

このような電界の設定により、なぜ遅延が抑制可能であるかという点を、遅延の発生原因を更に分析することで解明した。同時に、電界の設定方法に対し、新たな知見を得た。

リセットの過剰等によって生じる液晶の応答の遅延は、液晶の流れ（ｆｌｏｗ）に起因することが知られている。流れによるＴＮ液晶の立下り応答の遅延は、バックフロー（ｂａｃｋ ｆｌｏｗ）効果として、良く知られている。ネマチック液晶の応答を考慮する上では、この流れの効果を考慮する必要がある。

さて、上記非特許文献３では、ねじれを有するネマチック液晶の流れの効果に関し論じられている。上記非特許文献３の４６３頁から４６６頁の記載によると、通常、一定値で表される回転粘度は、流れの効果によって、角度に依存した二つの実効的な粘性になることが示されている。これらの二つの実効的な粘性が満たす動的方程式をそれぞれ次式（４）、（５）に示す。

…（４）

…（５）

上式（４）、（５）において、
Ｆは，フランクの自由エネルギー、
γ_θ ^effは、液晶ダイレクタのチルト角（立ち上がり角）に対する非線形の実効的な粘性、
γ_Φ ^ｅｆｆは、液晶ダイレクタのツイスト角（ねじれ角）に対する非線形の実効的な粘性である。

これら二つの粘性は、チルト角並びにツイスト角に依存して変化する。その変化の様子を、図４に示す。図４の横軸はチルト角（立ち上がり角）であり、縦軸のα３−α２は、回転粘度に相当する。また、γ_θ ^effと、γ_Φ ^ｅｆｆのツイスト角（ねじれ角）への依存性は小さく、ツイスト角を変えても各々の曲線群のばらつきを若干膨らませるだけである。すなわち、実効的な粘性は、チルト角に大きく依存する。

流れによる液晶応答の遅延の原因は、実効的な粘性の低下により液晶配向が流れによる変化に容易に追従してしまうためであることが知られている。このことと、実効的な粘性がチルト角に大きく依存することを考慮すると、流れによる遅延を生じさせないためには、実効的な粘性があまり低下しないチルト角を保つことが有効であることが分かる。

さて、図１の第一の遅延と第二の遅延の存在と、二つの実効的な粘性の存在から、第一の遅延は、ツイスト方向の実効的な粘性γ_Φ ^ｅｆｆの低下によって発生し、第二の遅延は、チルト方向の実効的な粘性γ_θ ^effの低下によって発生することが分かった。

チルト方向の実効的な粘性γ_θ ^effの低下は、より高いチルト角で生じており、より高い電界に対応する。

その結果、電界の強度が大きいと、第二の遅延、すなわち、バウンスが発生する。

逆に言えば、バウンスを発生させないためには、チルト方向の実効的な粘性γ_θ ^effを低下させすぎないようにすることが重要となる。

さて、本発明者が、液晶配向の平均的な立ち上がり角度を測定した所、第一の遅延は、立ち上がり角度がほぼ６３度以上となると発生し、第二の遅延は、立ち上がり角度がほぼ８５度以上となると発生することが判明した。

すなわち、第二の遅延を発生させないためには、立ち上がり角度が８５度を超えないことが重要である。

一方、十分なリセットやオーバードライブによる高速化の効果が得られる時の立ち上がり角度は７５度であった。この７５度は、透過率で９５％応答に対応した。

更に、低温で十分なリセットとオーバードライブの効果が得られる時の立ち上がり角度は８１度であり、これは、透過率で９９％応答に対応する。

これらのことから、本発明の立ち上がり角度とすることにより、全温度範囲にわたって良好な応答速度を得ることが出来、良好な表示が実現できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

本発明の発明を実施するための最良の一実施形態は、ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも二つの電極間の電界で液晶を動作させる液晶表示装置において、一時的に液晶配向を所定の状態に戻すリセットが行われ、且つ、該リセットに使用される電界の強度が、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度であり、かつ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度とされる。

本発明の第２の実施の形態では、バウンスによる遅延が発生しないために、極めて高速な応答が得られる。また、低温においても十分なリセットが得られるため、リセット不足が生じない。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、該リセットに使用される電界の強度が、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度のうち最小の強度である。

本発明の第３の実施の形態は、ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも二つの電極間の電界で液晶を動作させる液晶表示装置において、該電極間に通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加することにより応答速度を速める駆動を行う場合に、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度であり、且つ、常温近傍において、応答特性にバウンスが発生しない強度である。

本発明の第３の実施の形態では、バウンスが発生しないため、極めて高速な応答が得られる。また、低温においても十分なオーバードライブ効果が得られるため、良好な表示が実現できる。

更に、映像信号書き込み以前の各画素の保持データと、新たに表示するべき表示データを比較することによって決定されることによって、より効果的な映像信号が選択できる。例えば、上記特許文献２に記載されている類の回路を用いることができる。図５に、該特許文献２による、駆動装置の一例を示す。この表示装置は、表示データに対応する書込み信号電圧を、順次に指定する各画素に与えることによって、各表示フレームの画像を表示する。信号源６５と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）６４との間には、液晶ディスプレイ６４を駆動する駆動装置８０が接続されている。駆動装置８０は、信号源６５に接続されたアナログ・デジタル・コンバータ回路（以下、「ＡＤＣ回路」と略記する）６６と、ＡＤＣ回路６６に接続された第１のラッチ回路６９と、ＡＤＣ回路６６に接続された出力制御バッファ６８と、を備える。駆動装置８０は、出力制御バッファ６８に接続されたメモリ７１と、出力制御バッファ６８及びメモリ７１を相互に接続するノードを介してメモリ７１に接続された第２のラッチ回路７０と、第１のラッチ回路６９及び第２のラッチ回路７０に接続された演算器７２と、タイミング制御回路６７と、を備える。ＡＤＣ回路６６は、クロックＡＤＣＬＫに同期して、信号源６５からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。出力制御バッファ６８は、出力制御機能を有し、制御信号ＯＥを受けて、出力端子をハイ・インピーダンス（以下、「Ｈｉ−Ｚ」という）状態にする。ここでは、制御信号ＯＥがハイレベルのときに入力されたデータを出力する出力可の状態において、ローレベルのときに、Ｈｉ−Ｚになるものとする。メモリ７１は、１フレーム分以上の容量を有し、アドレス信号ＡＤＲと制御信号Ｒ／Ｗとによって制御される。ここで、メモリ７１は、Ｒ／Ｗがハイレベルのときに読出し動作を行い、Ｒ／Ｗがローレベルのときに書込み動作を行う。第１及び第２ラッチ回路６９、７０は夫々、クロックＬＡＣＬＫを受けつつ入力データを取り込んで保持する回路である。ここでは、クロック立ち上がりエッジでデータを取り込み、次の立ち上がりエッジまでデータを保持する。

第１のラッチ回路６９は、映像信号電圧ＶS(ｍ,ｎ)をラッチし、第２のラッチ回路７０は、映像信号電圧ＶS(ｍ,ｎ-1)をラッチする。演算器７２は、次式(18)を用いて、前回の表示フレームｎ-1の第ｍ番の画素の映像信号電圧ＶS(ｍ,ｎ-1)と、次に表示するフレームｎの第ｍ番の映像信号電圧ＶS(ｍ,ｎ)と、の線形和から、フレームｎのｍ番目の画素の書き込み信号電圧Ｖex(ｍ,ｎ)を設定する。

タイミング制御回路６７は、各信号のタイミングを制御する。メモリ７１と演算器７２とから表示制御手段が構成される。ｎフレームにおける第ｍ番の画素の書込み信号電圧Ｖex(ｍ,ｎ)は、前回に表示されたフレームｎ-1における第ｍ番の画素の映像信号電圧ＶS(ｍ,ｎ-1)と、次に表示するフレームｎにおける第ｍ番の映像信号電圧ＶS(ｍ,ｎ)との線形和：
Ｖex(ｍ,ｎ)=ＡＶS(ｍ,ｎ)＋ＢＶS(ｍ,ｎ-1)
…(18)
（但し、Ａ、Ｂは定数）から求まる。

本発明の第４の実施の形態は、前記第３の実施の形態において、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度のうち最小の強度である。

本発明の第５の実施の形態は、前記第１又は第２の実施の形態において、該リセットに使用される電界が、該リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界であることを特徴とする液晶表示装置である。より好ましくは、該リセットに使用される電界が、該リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。

本発明の第６の実施の形態は、第３又は第４の実施の形態において、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界であることを特徴とする液晶表示装置である。より好ましくは、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。

本発明の第７の実施の形態は、前記第１又は第２の実施の形態において、該リセットに使用される電界が、該リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界より高く平均チルト角度が８５度を超えない電界であることを特徴とする液晶表示装置である。より好ましくは、該リセットに使用される電界が、該リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界より高く平均チルト角度が８５度を超えない電界である。

本発明の第８の実施の形態は、前記第３又は第４の実施の形態において、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界より高く平均チルト角度が８５度を超えない電界であることを特徴とする液晶表示装置である。より好ましくは、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界より高く平均チルト角度が８５度を超えない電界である。

本発明の第９の実施の形態は、ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも二つの電極間の電界で液晶を動作させ、且つ、一時的に液晶配向を所定の状態に戻すリセットを行う液晶表示装置の駆動方法において、該リセットに使用される電界の強度を、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度とし、かつ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度とする。より好ましくは、前記リセットに使用される電界の強度が、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度のうち最小の強度とする。

本発明の第１０の実施の形態は、ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも二つの電極間の電界で液晶を動作させ、且つ、該電極間に通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加することにより応答速度を速める液晶表示装置の駆動方法において、該通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度とし、且つ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度とする。より好ましくは、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度のうち最小の強度とする。

本発明の第１１の実施の形態は、前記第９の実施の形態において、前記リセットに使用される電界が、リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。より好ましくは、前記リセットに使用される電界が、リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。

本発明の第１２の実施の形態は、前記第１０の実施の形態において、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。より好ましくは、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である。

本発明の第１３の実施の形態は、前記第９の実施の形態において、前記リセットに使用される電界が、リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界よりも大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界である。より好ましくは、前記リセットに使用される電界が、リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界よりも大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界である。

本発明の第１４の実施の形態は、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界よりも大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界である。より好ましくは、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界よりも大きく平均チルト角度が８５度を超えない電界である。

本発明の第１５の実施の形態は、前記第１から第８の実施の形態のいずれか一の液晶表示装置を用いた、ニアアイ機器である。ニアアイ機器には、カメラやビデオカメラ等のビューファインダー、ヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ、その他の目のすぐ近く（例えば、５ｃｍ以内）で使用される機器が含まれる。

本発明の第１５の実施の形態は、ニアアイ用途で使用されるために、色再現の良さ、画像の鮮明さ、動画表示の切れ等の高画質さが要求され、本発明が適する。

本発明の第１６の実施の形態は、第１から第８の実施の形態のいずれか一の液晶表示装置を用いた、投射光学系を用いて液晶表示装置の元画像を投射する投射機器である。投射機器には、フロントプロジェクタやリアプロジェクタ等のプロジェクタや、拡大観察機器等が含まれる。

本発明の第１６の実施の形態は、投射用途で使用されるために、画像が極めて大きく拡大される。そのため、高画質が厳しく要求され、本発明が適する。

本発明の第１７の実施の形態は、第１から第８の実施の形態のいずれか一の液晶表示装置を用いた、携帯端末である。携帯端末には、携帯電話、電子手帳やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、ウェラブルパソコン等が含まれる。

本発明の第１７の実施の形態は、常に携帯される用途であり、バッテリや乾電池を用いたものが多いため、低消費電力が要求され、本発明の方式が適する。また、屋内・屋外を問わず使用されることが多いため、十分な明るさが得られるように、光利用効率が高い本発明の方式が望まれる。更に、携帯される環境によって、広範囲の温度で使用されるために、広い温度範囲を有する本発明が好適とされる。

本発明の第１８の実施の形態は、第１から第８の実施の形態のいずれか一の液晶表示装置を用いた、液晶モニタ装置である。モニタ装置には、パソコン用、ＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器用（例えばテレビ等）、医療用、デザイン用途、絵画鑑賞用途等のモニタ装置が含まれる。

本発明の第１８の実施の形態は、机上等で使用されるモニタ装置であり、じっくり観察されることが多いために、高画質であることが望まれ、本発明が適する。

本発明の第１９の実施の形態は、第１から第８の実施の形態のいずれか一の液晶表示装置を用いた、移動体用液晶表示機器である。移動体としては、車、飛行機、船、列車等が含まれる。

本発明の第１９の実施の形態は、前記第１７の実施の形態のように人が携帯する装置ではなく、移動体に付属している装置である。移動体は、さまざまな環境の変化を受けるために、前述のように光強度・温度等の環境の変化に依存しにくい、本発明が好適とされる。また、電源が限られることがあるため、低消費電力が望まれ、本発明が好適とされる。以下、本発明の実施の形態を適用した実施例を説明する。

実施例１の詳細に先立ち、本発明で用いられるＴＦＴアレイの一例について説明する。まず、アモルファスシリコンをポリシリコン（多結晶シリコン）に変性するポリシリコンＴＦＴアレイの単位構造について、図７を用いて説明する。図７は、ポリシリコンＴＦＴアレイの断面を模式的に示す図である。

図７のポリシリコンＴＦＴは、ガラス基板２９上に酸化シリコン膜２８を形成した後、アモルファスシリコンを成長させる。

次に、エキシマレーザを用いアニールしアモルファスシリコンをポリシリコン２７化させ、更に、１０ｎｍの酸化シリコン膜２８を成長させた。パターニングした後、フォトレジストをゲート形状より若干大きく(後にＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域２３、２４を形成するため)パターニングしリンイオンをドーピングすることによりソース領域（電極）２６とドレイン領域（電極）２５を形成する。

その後、ゲート酸化膜となる酸化シリコン膜２８を成長させた後、ゲート電極となるアモルファスシリコンとタングステンシリサイド（ＷＳｉ）を成長させた後、フォトレジストをパターニングし、フォトレジストをマスクとしてアモルファスシリコンとタングステンシリサイド（ＷＳｉ）をゲート電極形状にパターニングする。

更に、パターニングしたフォトレジストをマスクとして必要領域にのみ、リンイオンをドーピングすることによりＬＤＤ領域２３、２４を形成する。

その後、酸化シリコン膜２８と窒化シリコン膜２１を連続成長させた後、コンタクト用の穴をあけ、アルミニウムとチタンをスパッタで形成しパターニングしソース電極２６、ドレイン電極２５を形成する。

その後、全面に窒化シリコン膜２１を形成し、コンタクト用の穴をあけ、全面にＩＴＯ膜を形成し、パターニングすることで透明な画素電極２２を形成する。

このようにして、図７に示すようなプレーナ型のＴＦＴ画素スイッチを作成し、ＴＦＴアレイを形成することで、ガラス基板上にＴＦＴスイッチによる画素アレイ並びに走査回路を設けた。

図７では、アモルファスシリコンをポリシリコン化したＴＦＴを形成しているが、ポリシリコンを成長後、レーザ照射により、ポリシリコンの粒径を改善する方法で、ＴＦＴを形成してもよい。

また、レーザはエキシマレーザ以外にも連続発振（ＣＷ）レーザを用いても良い。

更に、レーザ照射によるアモルファスシリコンのポリシリコン化の工程を省くことで、アモルファスシリコンＴＦＴアレイが形成できる。

図８（ａ）乃至図８（ｄ）、図９（ｅ）乃至図９（ｈ）は、ポリシリコンＴＦＴ（プレーナ構造）アレイの製造方法を示す工程断面図である。図８（ａ）乃至図８（ｄ）、図９（ｅ）乃至図９（ｈ）を用いて、ポリシリコンＴＦＴアレイの製造方法を詳細に説明する。

ガラス基板１０上に、酸化シリコン膜１１を形成した後、アモルファスシリコン１２を成長させる。次に、エキシマレーザを用いアニールし、アモルファスシリコンをポリシリコン化させる（図８（ａ））。

更に、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜１３を成長させ、パターニングした後（図８（ｂ））、フォトレジスト１４を塗布してパターニングし（ｐチャネル領域をマスクする）、リン（Ｐ）イオンをドーピングすることにより、ｎチャネルのソースとドレイン領域を形成する（図８（ｃ））。

更に、ゲート絶縁膜となる膜厚９０ｎｍの酸化シリコン膜１５を成長させた後、ゲート電極を構成するための、マイクロクリスタルシリコン１６とタングステンシリサイド（ＷＳｉ）１７を成長させ、ゲート形状にパターニングする（図８（ｄ））。

フォトレジスト１８を塗布してパターニングし（ｎチャネル領域をマスクする）、ボロン（Ｂ）をドーピングし、ｎチャネルのソースとドレイン領域を形成する（図９（ｅ））。

酸化シリコン膜と窒化シリコン膜１９を連続成長させた後、コンタクト用の穴をあけ（図９（ｆ））、アルミニウムとチタン２０をスパッタリング法で形成し、パターニングを行う（図９（ｇ））。

このパターニングで、周辺回路のＣＭＯＳのソース・ドレインの電極と、画素スイッチＴＦＴのドレインに接続するデータ線配線、画素電極へのコンタクトが形成される。つづいて、絶縁膜の窒化シリコン膜２１を形成し、コンタクト用の穴をあけ、画素電極用に透明電極であるＩＴＯ（indium tin oxide）２２を形成し、パターニングする（図９（ｈ））。

このようにしてプレーナ構造のＴＦＴ画素スイッチを作成し、ＴＦＴアレイを形成した。ゲート電極はタングステンシリサイドを用いたが、他の電極、例えば、クロニウム等でも使用できる。

このようにして、作製したＴＦＴアレイ基板と、対向電極が形成された対向基板間に液晶を狭持して液晶パネルが形成される。

対向電極は、対向基板となるガラス基板上に、ＩＴＯ膜を全面に形成し、パターニングした後、遮光用のクロムのパターニング層を形成する。遮光用のクロムパターニング層は、ＩＴＯ膜を全面に形成する前に形成してもよい。

更に、対向基板側に２μｍのパターニングされた柱を作製する。この柱は、セルギャップを保つためのスペーサとして使用されるとともに、耐衝撃力を有するようにした。この柱は、セルギャップを保つためのもので、柱の高さは、液晶パネルの設計により適宜変えることができる。

ＴＦＴアレイ基板と対向基板との互いに対向する面に配向膜を印刷し、ラビングすることによって、組み立て後に、９０度の角度をなす配向方向が得られるようにする。

その後、対向基板の画素領域外部に紫外線硬化用のシール材を塗布する。ＴＦＴアレイ基板と、対向基板とを対向させ接着した後、液晶を注入し液晶パネルが形成される。

遮光膜となるクロムによるパターンニング層は、対向基板側に設けたが、ＴＦＴアレイ基板側に設けることもできる。遮光膜は、クロム以外であっても、光を遮蔽できる材料であればよく、例えば、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、アルミニウム、銀合金、等が用いることができる。

ＴＦＴアレイ基板上に遮光用のクロムのパターニング層を形成する場合、３種類の構造がある。

第１の構造は、ガラス基板上に遮光用のクロムのパターニング層を形成したものである。遮光用のパターニング層を形成した後は、上記工程と同様に製造することができる。

第２の構造は、上記構造と同様に、ＴＦＴアレイ基板を製造後、最後に、遮光用のクロムのパターニング層を設けたものである。

第３の構造は、上記構造を作製する途中で、遮光用のクロムのパターニング層を設けるものである。

遮光用のクロムによるパターニング層をＴＦＴアレイ基板側に形成した場合には、対向基板に遮光用のクロムによるパターニング層を形成しなくとも良い。対向基板は、ＩＴＯ膜を全面に形成後、パターニングすることで形成できる。

本発明の実施例においては、上記ＴＦＴアレイ基板と対向基板間に、ネマチック液晶を狭持し、ＴＮモードとなるように両基板間で９０度ねじれた配向を実現した。

また、走査電極駆動回路、信号電極駆動回路、並びに同期回路の一部と共通電極電位制御回路の一部をガラス基板上に作製した。

このように作製したＴＦＴパネルを用い、本発明の上記実施の形態に従う駆動方法によるリセット駆動を行う。この構成で、１８０Ｈｚのカラーフィールドシーケンシャル駆動を行った。色時分割光源としては、ＬＥＤによるバックライトを用いた。図６は、本発明の第一の実施例に係るカラーフィールドシーケンシャル表示システムの全体の概略構成を示す図である。ＲＧＢ表示を切り替え、加法混色を行い、１画素でＲＧＢ表示するカラーフィールドシーケンシャル表示システムは、液晶表示パネルにカラーフィルタのような光吸収体を用いることがなく、光透過率を実現している。Ｒ、Ｇ、Ｂの三つの光源（ＬＥＤ１０１）が、コントローラＩＣ１０３からのＬＥＤ制御信号１０８に基づき、順次光を時分割で照射する。画像描画装置（ＣＰＵ）１１０からコントローラＩＣ１０３に転送された画像データは、コントローラＩＣ１０３内の制御部（コントローラ）１０５を介して、フレームメモリ１０６に１フレーム分蓄積され、フレームメモリ１０６に書き込まれたデータは、同期信号１０７に同期して、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）１０２から、データ信号に対応したアナログ階調電圧がデータ線に出力され、ＬＣＤ１００の選択されたラインの画素電極に印加される。パルスジェネレータ１０４は、表示装置１１１に駆動パルスを供給する。

本実施例では、ＬＣＤパネル１００において、画素ピッチを１７．５ミクロンとし、対角０．５５インチの表示面積の中で、ＶＧＡ（横６４０、縦４８０）の解像度の表示を行う構成とした。

作成されたカラーフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、全ての温度範囲で良好な応答を示し、良好な表示が得られた。

本実施例では、アモルファスシリコンによる薄膜トランジスタを用いたＴＦＴアレイ基板を用いた。４８０本のゲートバスライン(走査電極線)及び６４０本のドレインバスライン(信号電極線)は、スパッタ法で形成されたクロミウム（Ｃｒ）を用い、線幅を７μｍとし、ゲート絶縁膜には、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用いた。

一単位画素の大きさは、縦２１０μｍ、横２１０μｍとし、アモルファスシリコンを用いＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成し、画素電極は、透明電極である酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用い、スパッタ法で形成した。

このように、ＴＦＴをアレイ状に形成したガラス基板を第１の基板とした。この第１の基板と対向する第２の基板には、クロミウムを用いた遮光膜を形成した。液晶材は実施例１と同様のものを用いた。

映像信号へのオーバードライブ駆動をすると共に、図５の回路構成とすることにより、映像信号作製用の比較演算回路も付与した。このアモルファスシリコンによるＴＦＴを用いたオーバードライブ駆動による実施例においても、大幅な高速化が図られた。

本実施例の作用効果について説明する。

本実施例によれば、バウンスによる遅延が問題とならない高速な応答の液晶表示装置を実現できる。その理由は、バウンスを発生させないためである。

本実施例によれば、環境温度が変化しても良好な表示が可能な高信頼性が得られる。その理由は、液晶の応答速度が速くなることと、バウンス等の不安定な配向状態が生じないためである。

以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は、上記実施例の構成にのみ限定されず、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形修正を含むことは勿論である。

温度を変化させた時の応答時間に占める各遅延並びに通常の応答に必要な時間の内訳を説明するための模式図である。 リセットを用いる液晶表示装置における、リセット電圧と温度に対する表示装置の動作を説明するための模式図である。 リセットを用いる液晶表示装置における、透過率の時間変化の一例を示す図である。 実効的な二つの粘性の、チルト角並びにツイスト角への依存性を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる表示装置を駆動する駆動装置の一例を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例に係わるフィールドシーケンシャル表示システム全体の概略図である。 本発明の第１の実施例で使用するプレーナ型ポリシリコンＴＦＴスイッチの断面構造を示す断面図である。 本発明で用いられる表示パネル基板の作成の主要工程を説明するための断面図である。 本発明で用いられる表示パネル基板の作成の主要工程を説明するための断面図である。 従来の液晶表示装置を構成する画素回路の例を示す図である。 ＴＮ液晶の等価回路を示す図である。 従来の液晶表示装置でＴＮ液晶を駆動する場合のタイミングチャートである。 従来のリセット駆動の効果を示す図であり、点線は通常の駆動、実線はリセット駆動による駆動の光強度変化を示す図である。 従来のコモン電圧を変調する駆動を説明する図であり、上の図は共通電極に印加される電圧波形を示し、下の図は光強度を示す図である。

符号の説明

１０ ガラス基板
１１ 酸化シリコン膜
１２ アモルファスシリコン
１３ 酸化シリコン膜
１４ フォトレジスト
１５ 酸化シリコン膜
１６ マイクロクリスタルシリコン（μ-c-Ｓｉ）
１７ タングステンシリサイド（ＷＳｉ）
１８ フォトレジスト
１９ 酸化シリコン膜／窒化シリコン膜
２０ 金属（アルミニウムとチタン）
２１ 窒化シリコン膜
２２ 画素電極（ＩＴＯ）
２３、２４ ＬＤＤ領域
２５ ドレイン電極
２６ ソース電極
２７ ポリシリコン
２８ 酸化シリコン膜
２９ ガラス基板
５１ 信号電極線
５２ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
５３ 走査電極線
５４ 画素電極
６４ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
６５ 信号源
６６ アナログデジタルコンバータ回路（ＡＤＣ）
６７ タイミング制御回路
６８ 出力制御バッファ
６９ 第１ラッチ回路
７０ 第２ラッチ回路
７１ メモリ
７２ 演算器
８０ 駆動装置
１００ ＬＣＤ（パネル）
１０１ ＬＥＤ
１０２ デジタルアナログコンバータ回路（ＤＡＣ）
１０３ コントローラＩＣ
１０４ パルスジェネレータ
１０５ コントローラ
１０６ フレームメモリ
１０７ 同期信号
１０８ ＬＥＤ制御信号
１０９ 駆動パルス
１１０ 画像描画装置（ＣＰＵ）
１１１ 表示装置
１５１ 電圧波形
１５２ 光強度波形
１５３〜１５６ 画素光強度曲線
９０１ 走査線（あるいは走査電極）
９０２ 信号線（あるいは映像信号電極）
９０３ 画素電極
９０４ ＭＯＳ型トランジスタ
９０５ 蓄積容量電極
９０６ 蓄積容量
９０７ 対向電極（あるいは共通電極）
９０８ 液晶

Claims (31)

1. ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも２つの電極間の電界で液晶を動作させる液晶表示装置において、
   一時的に液晶配向を所定の状態に戻すリセットが行われ、且つ、該リセットに用いられる電界の強度が、装置の使用下限温度において、十分なリセットが得られる強度であり、かつ、常温近傍において、応答特性にバウンスが発生しない強度である、ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記リセットに用いられる電界の強度が、装置の使用下限温度において、十分なリセットが得られる強度のうち最小の強度である、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも２つの電極間の電界で液晶を動作させる液晶表示装置において、
   前記２つの電極間に、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加することにより、応答速度を速める駆動を行う場合に、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において、十分な応答速度が得られる強度であり、且つ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度である、ことを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度のうち最小の強度である、ことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記リセットに用いられる電界が、前記リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、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。
6. 前記リセットに用いられる電界が、リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、ことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、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。
8. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、ことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記リセットに用いられる電界が、前記リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界よりも大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、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。
10. 前記リセットに用いられる電界が、前記リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界より大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、ことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界より大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、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。
12. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界よりも大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、ことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも２つの電極間の電界で液晶を動作させる液晶表示装置の駆動方法において、
    一時的に液晶配向を所定の状態に戻すリセットを行うにあたり、該リセットに用いられる電界の強度を、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度とし、かつ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度とする、ことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
14. 前記リセットに用いられる電界の強度が、装置の使用下限温度において十分なリセットが得られる強度のうち最小の強度とする、ことを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の駆動方法。
15. ネマチック液晶が一対の支持基板間に狭持され、少なくとも２つの電極間の電界で液晶を動作させる液晶表示装置の駆動方法において、
    前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度とし、且つ、常温近傍において応答特性にバウンスが発生しない強度とする、ことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
16. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の強度が、装置の使用下限温度において十分な応答速度が得られる強度のうち最小の強度とする、ことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の駆動方法。
17. 前記リセットに用いられる電界が、前記リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界より大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
18. 前記リセットに用いられる電界が、前記リセットを行う期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界より大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、ことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置の駆動方法。
19. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９５％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
20. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界よりも大きく、白表示と黒表示間の９９．９％応答が得られる電界よりも小さい電界である、ことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置の駆動方法。
21. 前記リセットに用いられる電界が、前記リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界よりも大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
22. 前記リセットに用いられる電界が、前記リセットを行う期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界よりも大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、ことを特徴とする請求項２１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
23. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が７５度を超える電界より大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
24. 前記通常の映像信号による電界よりも大きな電界の最大の強度が、通常の映像信号による電界よりも大きな電界を印加する期間内に、液晶の平均チルト角度が８１度を超える電界より大きく、平均チルト角度が８５度を超えない電界である、ことを特徴とする請求項２３に記載の液晶表示装置の駆動方法。
25. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載の液晶表示装置を備えたニアアイ機器。
26. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載の液晶表示装置を備え、投射光学系を用いて前記液晶表示装置の元画像を投射する投射機器。
27. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載の液晶表示装置を備えた携帯端末。
28. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載の液晶表示装置を備えた液晶モニタ装置。
29. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載の液晶表示装置を備えた移動体用液晶表示機器。
30. 対向する２つの基板間に挟持され、少なくとも２つの電極間の電界で動作させる液晶と、
    リセットパルスにより前記液晶の配向を所定の状態にリセットする回路と、
    を備え、
    前記リセットによる前記電界の大きさは、
    前記リセット期間内に白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界と、９９．９％応答が得られる電界の間の値に設定されるか、又は、
    前記リセット期間内に前記液晶の平均チルト角度が７５度と８５度の間となるような値に設定されている、ことを特徴とする液晶表示装置。
31. 対向する２つの基板間に挟持され、少なくとも２つの電極間の電界で動作させる液晶と、
    前記２つの電極間の電位差を予め定められた所定期間オーバードライブする制御を行う回路と、
    を備え、
    前記オーバードライブによる前記電界の大きさは、
    前記オーバードライブ期間内に白表示と黒表示間の９９％応答が得られる電界と、９９．９％応答が得られる電界の間の値に設定されるか、又は、
    前記オーバードライブ期間内に前記液晶の平均チルト角度が７５度と８５度の間となるような値に設定されている、ことを特徴とする液晶表示装置。

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