JP2015111173A - 液晶駆動方法及び液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 白表示時の高い透過率は充分に優れたものとしつつ、斜め視角においても高いコントラスト比が得られる液晶駆動方法及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】 上下基板に配置された少なくとも二対の電極に電位差を生じさせて液晶を駆動する方法であって、上記液晶は、該上下基板間に挟持されたものであり、負の誘電率異方性を有し、上記液晶駆動方法は、上下基板に分かれて配置された第１電極及び第２電極から構成される一対の電極を第１の電極対、上下基板の一方に配置された該第２電極及び第３電極から構成される一対の電極を第２の電極対とすると、第１の電極対の電極間に電位差を生じさせる第１駆動操作、及び、第２の電極対の電極間に電位差を生じさせる第２駆動操作をこの順で実行する液晶駆動方法である。【選択図】図２

Description

本発明は、液晶駆動方法及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、複数の電極により縦電界及びフリンジ電界を印加して表示をおこなう液晶駆動方法及び液晶表示装置に関する。
液晶駆動方法は、一対の基板間に狭持された液晶層中の液晶分子を電極間に電界を発生させて動かす手法であり、これによって液晶層の光学特性を変化させること、これにより液晶表示パネルを光が透過したり透過しなかったりさせて、オン・オフ状態を生じさせることができる。
このような液晶駆動により、種々の形態の液晶表示装置が薄型で軽量かつ低消費電力といった利点を活かして様々な用途において提供されている。例えば、パーソナルコンピュータ、テレビジョン、カーナビゲーション等の車載用の機器、スマートフォン、タブレット端末等の携帯情報端末のディスプレイ等において種々の駆動方法が考案されており、実用化されている。
ところで、液晶表示装置には、液晶の特性や電極配置、基板設計等によって種々の表示方式（表示モード）が開発されている。近年広く用いられている表示モードとしては、大別すれば、負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して垂直配向させた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードや、正又は負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して水平配向させて液晶層に対し横電界を印加する面内スイッチング（ＩＰＳ：In-Plane Switching）モード及び縞状電界スイッチング（ＦＦＳ：Fringe Field Switching）等が挙げられる。これらの表示モードにおいて、いくつかの液晶駆動方法が提案されている。
例えば、互いに対向して設けられた第１及び第２の基板と、該第１及び第２の基板間に挟持された液晶分子からなる液晶層とを備え、液晶分子のディレクタを主として基板に平行な面内で変化させることにより、表示動作を行う液晶表示装置において、前記第１の基板側に設けられ且つ第１の所定電位を与えられる第１の共通電極と、該第１の共通電極上に設けられた絶縁膜と、当該絶縁膜上に設けられた画素電極と、前記第２の基板側に設けられ且つ第２の所定電位を与えられる第２の共通電極とを更に備えており、前記液晶分子は、負の誘電率異方性を有し、前記画素電極は、複数の開口部を有し、前記第１の共通電極は、前記基板に垂直な方向での断面において、前記画素電極の非開口部から開口部に亘る特定の領域であって、前記非開口部とその一部が重なる特定の領域に形成される特定部分を少なくとも有している液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
また互いに対向する２枚の基板と、前記基板間に注入された誘電異方性が負の液晶と、前記基板面に対して略垂直な第１の電界を印加する手段と、前記基板面に対して略平行な第２の電界を印加する手段とを備え、前記第１の電界の印加によって液晶分子の前記基板面に対する傾斜角を減少させた状態で、前記第２の電界の印加によって前記液晶分子の方位を変化させることにより、前記方位の変化に応じて画像を表示する液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−３５６７８６号公報 特開２００２−２３１７８号公報
しかしながら、従来の液晶駆動方法では、フリンジ電界を使用する水平配向型（ＦＦＳモード）の液晶表示装置において、斜め視角で充分なコントラストを得るための工夫の余地があった（例えば、図１６）。その原因としては、ＦＦＳモードの液晶表示装置では、液晶を一様な方向に水平配向させるために配向処理を施しているが、この際、液晶分子は基板面に対して数度の傾斜（プレチルト角）を持つところ、このプレチルト角が原因となり、黒表示状態において斜めからの光漏れが発生し、斜め視角でのコントラストを低下させていることが挙げられる。
また上記特許文献１には、第１の共通電極４００−画素電極３００間に第１の電界を生じさせ、第２の共通電極５００−画素電極３００間に第２の電界を生じさせるものである（例えば、特許文献１の図４を参照。）。第１の電界及び第２の電界が重ね合わされ液晶層に影響を及ぼすと、基板と垂直方向の配向変化が抑制され、光学特性上、良好な配向を維持することができ、液晶分子は基板に水平な面内で駆動される、と記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、第１の共通電極４００と第２の共通電極５００とが、所定電位（一定電位）である。このような特許文献１に記載の発明は、第１の共通電極４００と第２の共通電極５００との間に、第１の共通電極４００−画素電極３００間の電位差以上の充分な電位差を与えるものではなく、視野角特性が充分に改善しないものであった（後述する比較例２のシミュレーション結果を参照のこと）。
また特許文献２には、誘電率異方性が負の液晶を用い、一対の電極（縦電界用電極２及び縦電界用電極９）間で縦電界を発生させて液晶分子の基板面に対する傾斜角を減少させた状態で、もう一対の電極（横電界用電極４及び横電界用電極５）間で横電界を発生させて液晶分子を基板に水平な面内で回転させることで（例えば、特許文献２の図１を参照。）、視野角特性の改善を実現する、と記載されている。
しかしながら、特許文献２に記載の発明は、縦電界用電極２と横電界用電極４の電極間の電位差と、縦電界用電極２と横電界用電極５との電極間の電位差が異なるために非対称な斜め電界が発生してしまい、このような状況下で液晶分子が回転するため、透過率が得られず、さらに視野角特性も改善しないおそれがあることであった（例えば、後述する比較例３のシミュレーション結果を参照のこと）。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、白表示時の高い透過率は充分に優れたものとしつつ、斜め視角においても高いコントラスト比が得られる液晶駆動方法及び液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、複数の電極により縦電界及びフリンジ電界を印加して表示をおこなうＦＦＳモードの液晶駆動方法及び液晶表示装置において、白表示時の高い透過率は充分に優れたものとしつつ、斜め視角においても高いコントラスト比が得られるものとすることを検討した。そして、誘電率異方性が負の液晶を用い、対向側の基板に共通電極を配置することに着目した。誘電率異方性が負の液晶の場合、ダイレクタは電気力線に対して垂直方向を向くため、下側基板の下層電極と上側基板の共通電極との間に電位差を設けて縦電界を発生させると、液晶分子のチルト角を小さくすることができることを見いだした。更に、液晶表示装置において、縦電界を印加しチルト角を小さくした状態で、フリンジ電界を発生させて液晶分子を基板に対して水平面内で応答させスイッチングを行うことにより、透過率は維持しつつ、斜め視角の特性を改善できることを見いだした。そして、駆動方法について更なる検討をおこない、上下基板のそれぞれに配置された第１電極及び第２電極から構成される第１の電極対の電極間に電位差を生じさせる駆動操作と、上下基板の一方に配置された、第２電極及び第３電極から構成される第２の電極対の電極間に電位差を生じさせる駆動操作とをこの順で実行することで、二対の電極によって好適な電界状態を形成することができ、これにより、斜め視角においても高いコントラスト比が得られ、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
なお、本発明と特許文献１、２に記載の発明との相違点は、以下の通りである。
本発明では、特許文献１に記載の発明と異なり、第１の電極対により、スリット上にも充分な縦電界が印加されている。そのため、バルクの液晶のチルト角をプレチルト角に依存せず画素内全面で小さくすることができ、斜め視角の光漏れを抑制したり、視野角特性を改善したりすることができる。
更に本発明では、特許文献２に記載の発明と異なり、下側基板の上層電極は全て同電位である。言い換えれば、第１駆動と第２駆動の両方に、第２電極を用いている。そのため、非対称な斜め電界が発生することなくフリンジ電界により設計通りに液晶分子を回転させることができ、高い透過率が得られる。上記２点の利点により、透過率は維持しつつ、斜め視角においても高いコントラストが得られる。
すなわち、本発明は、上下基板に配置された少なくとも二対の電極に電位差を生じさせて液晶を駆動する方法であって、上記液晶は、該上下基板間に挟持されたものであり、負の誘電率異方性を有し、上記液晶駆動方法は、上下基板に分かれて配置された第１電極及び第２電極から構成される一対の電極を第１の電極対、上下基板の一方に配置された該第２電極及び第３電極から構成される一対の電極を第２の電極対とすると、第１の電極対の電極間に電位差を生じさせる第１駆動操作、及び、第２の電極対の電極間に電位差を生じさせる第２駆動操作をこの順で実行する液晶駆動方法である。
上記上下基板の液晶側の主面にそれぞれ設けられた配向膜が、該液晶における液晶分子を、閾値電圧未満で基板主面に対して略水平に配向させるものであることが好ましい。
上記上下基板は、通常、互いに対向して配置されたものである。また、上記第１電極及び第２電極は、それぞれ面状であり、上記第３電極は、複数の開口部を有することが好ましい。ここで、通常は、複数の開口部を有する第３電極が上層電極であり、面状である第２電極が下層電極である。なお、下基板における面状の電極、及び、複数の開口部を有する電極は、いずれか一方が第１の対向電極であり、他方が画素電極であればよい。ここで、上層の複数の開口部を有する電極が画素電極である場合には、上層電極の開口部（スリット）上に、より強い縦電界を印加することができる。一方、下層の面状の電極が画素電極である場合には、上層電極が形成された部分（上層電極の開口部以外の部分）に、より強い縦電界を印加することができる。本明細書中、面状の電極とは、少なくとも各画素単位において開口部を有さない形態、言い換えれば、各画素単位において面形状の電極であればよい。下層の面状の電極が画素電極である場合には、面状電極は、各画素単位において開口部を有さないとともに、各画素単位で異なる電圧を印加することができるように各画素単位間で開口等が形成されたものであればよい。
上記第３電極は、上記面状の第２電極上に絶縁層を介して設けられたものであることが好ましい。縦電界・フリンジ電界を好適に印加することができる。更に、上記第３の電極は、各画素単位で独立である画素電極であることが好ましい。
上記第１駆動操作は、第１の電極対の電極間に、第２の電極対間に印加される電位差以上の電位差を持たせることが好ましい。
上記第２駆動操作は、第１の電極対の電極間で基板主面に対して略垂直な電界を印加した状態で、上記第２の電極対間でフリンジ電界を印加する駆動操作を実行することが好ましい。略垂直な電界とは、例えば、基板主面に対して８０°〜１００°の範囲内の向きの電界であることが好ましい。より好ましくは、本発明の技術分野において基板主面に対して垂直であるといえる電界である。
上記液晶における液晶分子の基板主面に対する傾斜角は、閾値電圧未満で、０°を超え、２０°未満であることが好ましい。該傾斜角は、後述するプレチルト角をいう。
上記第３電極の開口部は、一定の間隔で設けられており、液晶パネル内で対称なフリンジ電界を印加できることが好ましい。対称とは、本発明の電極により生じる、実質的に対称なフリンジ電界であればよい。
上記第３電極の開口部の幅は、２μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
上記第３電極は、スリット電極であることが好ましいが、電極どうしで電圧が一定である一対の櫛歯型電極等の複数の電極であってもよい。複数の電極は、同一の層に設けられていてもよく、また、本発明の効果を発揮できる限り、異なる層に設けられていてもよいが、同一の層に設けられていることが好ましい。複数の電極が同一の層に設けられているとは、それぞれの電極が、その液晶層側、及び／又は、液晶層側と反対側において、共通する部材（例えば、絶縁層、液晶層等）と接していることを言う。
上記液晶は、閾値電圧未満で基板主面に対して略水平方向に配向する液晶分子を含む。なお、基板主面に対して水平方向に配向するとは、本発明の技術分野において、基板主面に対して水平方向に配向するといえるものであればよく、実質的に水平方向に配向する形態を含む。上記液晶は、閾値電圧未満で基板主面に対して水平方向に配向する液晶分子から実質的に構成されるものであることが好適である。
上記閾値電圧とは、例えば、明状態の透過率を１００％に設定したとき、５％の透過率を与える電圧値を意味する。上記第３電極が一対の櫛歯型電極である場合は、一対の櫛歯型電極における櫛歯部分の幅は、例えば２μｍ以上が好ましい。また、櫛歯部分と櫛歯部分との間の幅（本明細書中、スペースともいう。）は、例えば２μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
上記液晶は、負の誘電率異方性を有する液晶分子から実質的に構成されることが好適である。
本発明の液晶駆動方法においては、上下基板の液晶側の主面にそれぞれ配向膜が設けられている。該配向膜としては、有機材料、無機材料から形成された配向膜、光活性材料から形成された光配向膜、ラビング等によって配向処理がなされた配向膜等が挙げられる。なお、上記配向膜は、ラビング処理等による配向処理がなされていない配向膜であってもよい。光配向膜等の、配向処理が必要ない配向膜を用いることによって、プロセスの簡略化によりコストを削減するとともに、信頼性及び歩留まりを向上することができる。また、ラビング処理をおこなった場合、ラビング布などからの不純物混入による液晶汚染、異物による点欠陥不良、液晶パネル内でラビングが不均一であるために表示ムラが発生するなどのおそれがあるが、これら不利点も無いものとすることができる。また、上記上下基板は、少なくとも一方の液晶層側と反対側に、偏光板を有することが好ましい。
本発明の液晶表示パネルが備える上下基板は、通常は液晶を挟持するための一対の基板であり、例えば、ガラス、樹脂等の絶縁基板を母体とし、絶縁基板上に配線、電極、カラーフィルタ等を作り込むことで形成される。
なお、上記第２の電極対の少なくとも一方が画素電極であること、上記第２の電極対を備える基板がアクティブマトリクス基板であることが好適である。また、本発明の液晶駆動方法は、透過型、反射型、半透過型のいずれの液晶表示装置にも適用することができる。
本発明はまた、本発明の液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置でもある。本発明の液晶駆動方法に用いられる液晶表示装置は、製造が容易で、高透過率化及び広視野角化が達成可能である。本発明の液晶表示装置における液晶駆動方法の好ましい形態は、上述した本発明の液晶駆動方法の好ましい形態と同様である。液晶表示装置としては、例えば、スマートフォン、タブレット端末等の携帯情報端末のディスプレイ等に適用されることが特に好ましい。
本発明の液晶駆動方法及び液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではなく、液晶駆動方法及び液晶表示装置に通常用いられるその他の構成を適宜適用することができる。
本発明の液晶駆動方法及び液晶表示装置によれば、第１の電極対と第２の電極対により液晶を駆動させて、白表示時の高い透過率は充分に優れたものとしつつ、斜め視角においても高いコントラスト比を得ることができる。
実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第１駆動操作実行時における断面模式図である。 実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第２駆動操作実行時における断面模式図である。 実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の絵素を示す平面模式図である。 液晶分子の方位角Ａａ及びプレチルト角Ａｐを示す斜視図である。 実施形態１におけるフリンジ電界印加前の液晶分子の配向状態を示す模式図である。 実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。 実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布の実測結果を示す図である。 実施形態２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第１駆動操作実行時における断面模式図である。 実施形態２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第２駆動操作実行時における断面模式図である。 実施形態２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。 実施形態３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の絵素を示す平面模式図である。 比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加前の断面模式図である。 比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加後の断面模式図である。 実施形態１及び比較例１の画素電極への印加電圧−透過率特性を示すグラフである。 比較例１におけるフリンジ電界印加前の液晶分子の配向状態を示す模式図である。 比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。 比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布の実測結果を示す図である。 実施形態１及び比較例１における画素電極への印加電圧（Ｖ）に対する透過率を示すグラフである。 比較例２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加前の断面模式図である。 比較例２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加後の断面模式図である。 比較例２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。 比較例３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加前の断面模式図である。 比較例３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加後の断面模式図である。 比較例３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。 実施形態１、２及び比較例１〜３における画素電極への印加電圧（Ｖ）に対する透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。本明細書中、画素とは、特に明示しない限り、絵素（サブ画素）であってもよい。そして、液晶層を挟持する一対の基板を上下基板ともいい、これらのうち、表示面側の基板を上側基板ともいい、表示面と反対側の基板を下側基板ともいう。また、基板に配置される電極のうち、表示面側の電極を上層電極ともいい、表示面と反対側の電極を下層電極ともいう。
更に、本実施形態の回路基板（例えば、下基板）を、薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）を有すること等から、ＴＦＴ基板又はアレイ基板ともいう。また、下基板を第１基板ともいい、上基板を第２基板とも言う。上下基板は、通常互いに対向している。
なお、各実施形態において、同様の機能を発揮する部材及び部分は同じ符号を付している。また、図中、特に断らない限り、Ｖ１〜Ｖ１１は、電極に印加される電圧を示す。また、基準電位を「０Ｖ」として表示する。
実施形態１
図１は、実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第１駆動操作実行時における断面模式図である。図２は、実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第２駆動操作実行時における断面模式図である。なお、これらの図は、実施形態１の液晶表示装置の構成、及び、各電極への印加電圧を示している。また、電気力線（縦電界Ｅｌ）は、印加電圧が正極性の場合の方向（発生する電界の向き）を表している。
液晶層３０においては、誘電率異方性が負の液晶ＬＣを用いる。すなわち、実施形態１に係る液晶表示装置は、ネガ型液晶である液晶分子ＬＣを用いた水平配向型の３層電極構造（ここで、第２層目に位置する下側基板の上層電極１７は、スリットが設けられた電極〔スリット電極〕である。）を有する。
すなわち、実施形態１に係る液晶表示装置は、下側基板１０に、絶縁層１５を介して２層の電極が設けられた構造となっており、上層電極１７には複数のスリットが設けられている。下層電極１３は、面状電極である。なお、後述するように、下層電極１３と上層電極１７との間に電位差を持たせ、フリンジ電界を発生させる。ここで、本願の図面（例えば、図１、図２等）で示されるように、上層電極１７が画素電極であり、下層電極１３が対向電極であってもよいし、反対に、上層電極１７が対向電極であり、下層電極１３が画素電極であってもよい。
実施形態１では、上述したフリンジ電界を発生させるための下側基板１０の２層電極構造に加え、対向基板２０にも面状の対向電極２３を配置し、誘電率異方性が負の液晶を用いた。実施形態１の液晶駆動方法においては、フリンジ電界により、水平配向させた液晶のダイレクタの方位を変化させて透過率を調節し、表示を行う。
先ず、第１駆動操作においては、図１に示すように、下側基板１０の下層電極（対向電極）１３と、上側基板（対向基板）２０の対向電極２３との間の電位差Ｖ３、及び、下側基板１０の上層電極１７と、上側基板２０の対向電極２３との間の電位差Ｖ２で発生する縦電界により、液晶分子を回転させる。ここで、縦電界は、基板主面に対して８０°〜１００°の範囲内の向きの略垂直な電界である。このとき、このとき、液晶表示装置は、黒表示である。下側基板１０の下層電極１３と、下側基板１０の上層電極１７との間の電位差Ｖ３−Ｖ２は小さく、フリンジ電界は充分に発生していない。電位差Ｖ３−Ｖ２は、例えば、０Ｖ〜２Ｖとすることができる。
次いで、第２駆動操作においては、図２に示すように、下側基板１０の上層電極１７の電位を±Ｖ２から±Ｖ４に変化させ、フリンジ電界を発生させる。すなわち、下側基板１０の下層電極（対向電極）１３と、上側基板２０の対向電極２３との間の電位差Ｖ３で発生する縦電界を印加した状態で、下側基板１０の上層電極１７と、下層電極１３との間の電位差Ｖ３−Ｖ４で発生するフリンジ電界により液晶分子ＬＣのダイレクタの方位を変化させ、白表示をおこなう。
実施形態１の液晶駆動方法においては、｜Ｖ３｜≧｜Ｖ２｜≧｜Ｖ４｜である。例えば、｜Ｖ２｜＝０Ｖ〜２０Ｖであり、｜Ｖ３｜＝３Ｖ〜２０Ｖであり、｜Ｖ４｜＝０Ｖ〜１５Ｖとすることができる。
第１駆動操作においては、下側基板１０の下層電極（対向電極）１３−上側基板２０の対向電極２３間に電位差Ｖ３を持たせ、充分大きな縦電界を発生させる（下側基板１０の下層電極（対向電極）１３−上層電極（画素電極）１７間の電位差（Ｖ３−Ｖ２）以上の電位差を印加する。）。誘電率異方性が負の液晶の場合、ダイレクタは電気力線に対して垂直方向を向くため、液晶分子のチルト角を小さくすることができ、黒表示状態での斜め視角からの光漏れを低減することができる。したがって、縦電界でチルト角を小さくした状態で、フリンジ電界を発生させ、液晶分子を基板に対して水平面内で応答させることにより、視野角特性を改善することができる。
なお、実施形態１における電圧−透過率特性は、後述する図１４の実施形態１に示すようになる。
実施形態１に係る液晶表示装置は、下側基板１０、液晶層３０及び上側基板２０（カラーフィルタ基板）が、液晶表示パネルの背面側から観察面側に向かってこの順に積層されて構成されている。面状の下層電極１３（対向電極１３）は、上述したように、複数のスリットが設けられた上層電極１７との間に絶縁層１５を挟んで形成される。絶縁層１５には、例えば、酸化膜ＳｉＯ２や、窒化膜ＳｉＮや、アクリル系樹脂等が使用され、または、それらの材料の組み合わせも使用可能である。
図１、図２には示していないが、偏光板が、両基板の液晶層とは反対側に配置されている。偏光板としては、円偏光板又は直線偏光板のいずれも使用することが可能である。また、両基板の液晶層側にはそれぞれ配向膜が配置され、これら配向膜には、膜面に対して液晶分子を略水平に配向させるものである限り、有機配向膜又は無機配向膜のいずれであってもよい。
走査信号線で選択されたタイミングで、映像信号線から供給された電圧を薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）を通じて、液晶を駆動する上層電極１７に印加する。上層電極１７は、コンタクトホールを介してＴＦＴから伸びているドレイン電極と接続されている。なお、図１、図２では、下層電極１３、対向電極２３が面状形状であり、対向電極２３は、すべての画素に対応して共通接続されている。なお、下層電極１３は、各画素単位において開口部を有さない形態であり、各画素ごとに独立、もしくは１ラインごとに共通接続し、それぞれ、各画素ごと、もしくは１ラインごとに極性を反転させて駆動するものであってもよく、すべての画素に対応して共通接続されているものであってもよい。また、下層電極１３が画素電極である場合は、下層電極１３は、各画素単位で異なる電圧を印加することができるように各画素単位間で開口等が形成されたものである。
なお、セルギャップ（液晶層の厚み）は、３．２μｍとしたが、２μｍ〜７μｍであればよく、当該範囲内であることが好適である。セルギャップは、本明細書中、液晶表示パネルにおける液晶層の厚みの全部を平均して算出されるものであることが好ましい。
図３は、実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の絵素を示す平面模式図である。実施形態１では、画素電極（上層電極１７）として複数のスリットが設けられたスリット電極を用いている。Ｓは、電極間の間隔（開口部の幅）であり、Ｌは、電極幅である。
本実施形態では、上層電極の電極幅Ｌは、３μｍとしたが、２μｍ以上が好ましい。また、１０μｍ以下であることが好ましい。スリット電極の電極間隔Ｓは、３μｍとしたが、２μｍ以上が好ましい。また、１０μｍ以下であることが好ましい。また、電極間隔Ｓと電極幅Ｌとの比（Ｌ／Ｓ）としては、例えば０．２〜５であることが好ましい。より好ましい下限値は、０．３であり、より好ましい上限値は、３である。
図４は、液晶分子の方位角Ａａ及びプレチルト角Ａｐを示す斜視図である。液晶分子の方位角Ａａは、ｘｙ平面内の角度である方位角を言う。なお、プレチルト角は、閾値電圧未満の角度をいう。チルト角は、図４に示したプレチルト角と同様の角度を意味する。チルト角は、プレチルト角とは異なり、閾値電圧未満でのものに限られない。実施形態１では、プレチルト角は２．５°であるが、０°を超え、２０°以下であればよい。より好ましくは、２°以上、１０°以下である。
なお、このようなプレチルト角を、あらかじめより小さく設定しようとしても、本発明と同等の作用効果を得ることは困難である。すなわち、水平配向膜にラビングで配向処理を行った場合、製造上の問題で２°以下のプレチルト角を実現することは困難である。また、一般に狙い通りの初期配向を実現するためには、液晶分子の配向方向を規定するためにある程度のプレチルト角が必要となる。したがって、縦電界を印加せずラビング処理のみでプレチルト角を０°に近い状態とし、本発明と同等の作用効果を得ることはできないと考えられる。
また電圧無印加時の液晶分子の方位角は７°としたが、３°以上が好ましい。また、１５°以下が好ましい。
図５は、実施形態１におけるフリンジ電界印加前の液晶分子の配向状態を示す模式図である。図５に示すように、実施形態１の構成においては、バルクの液晶分子ＬＣ１は、チルト角を持たない。すなわち、（１）視角の方位による配向の違いがなくなり、視野角特性を対称に近づけることができる。また、（２）液晶がほぼ完全に水平配向しているため、光学補償を充分に行うことができ、黒表示の光漏れを格段に低減できる。
バルクの液晶分子ＬＣ１は、実施形態１における縦電界に応答し、チルト角がなくなる。なお、下側基板１０（上側基板でもよい。）の液晶層との界面近傍の液晶分子ＬＣ２は、プレチルト角分だけ傾いている。
ここで、誘電率異方性が正の場合、液晶は立ち上ってしまうため、本実施形態では、誘電率異方性が負の液晶を用いる。
図６は、実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。なお、図６は、プレチルト角２．５°における実施形態１の液晶表示装置の構成のコントラスト分布を示す。図７は、実施形態１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布の実測結果を示す図である。実施形態１では、全方位にわたり高いコントラストが得られた。
なお、実施形態１の液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置は、通常の液晶表示装置が備える部材（例えば、光源等）を適宜備えることができる。後述する実施形態においても同様である。
実施形態２
図８は、実施形態２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第１駆動操作実行時における断面模式図である。図９は、実施形態２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の第２駆動操作実行時における断面模式図である。
なお、これらの図は、実施形態２の液晶表示装置の構成、及び、各電極への印加電圧を示している。電気力線（縦電界Ｅｌ）は、印加電圧が正極性の場合の方向を表している。また、実施形態２においても、誘電率異方性が負の液晶を用いる。
上述した実施形態１は、上側基板の対向電極を０Ｖとした状態で、下側基板の下層電極（対向電極）に電圧を印加して縦電界を発生させ、更に、下側基板の上層のスリット電極の電圧を変化させて駆動を行う場合であった。実施形態２では、下側基板１１０の下層電極（対向電極）１１３を０Ｖとした状態で、上側基板（対向基板）１２０の対向電極１２３に電圧±Ｖ９を印加して縦電界を発生させ、更に、下側基板１１０の上層電極１１７（複数のスリットが設けられた電極）の電圧を±Ｖ１０から±Ｖ１１に変化させて駆動を行う。
実施形態２の液晶駆動方法においては、｜Ｖ９｜≧｜Ｖ１１｜≧｜Ｖ１０｜である。例えば、｜Ｖ９｜＝３Ｖ〜２０Ｖであり、｜Ｖ１０｜＝０Ｖ〜１０Ｖであり、｜Ｖ１１｜＝０Ｖ〜１５Ｖとすることができる。
実施形態２の正面における電圧−透過率特性のシミュレーション結果を後述する表２、図２５に示す。実施形態２の最大透過率も、実施形態１と同等の値となった。
ここで、実施形態２における液晶材料、液晶層の厚み（３．２μｍ）、絶縁層の厚み（０．３μｍ）、電極幅（３μｍ）、電極間隔（３μｍ）、液晶分子のプレチルト角（２．５°）、電圧無印加時の液晶分子の方位角（７°）の条件は全て実施形態１、後述する比較例１−３と同じ条件である。また、各実施形態、各比較例において、シミュレーションにおいて使用した機器はシンテック社製の「ＬＣＤ−ＭＡＳＴＥＲ」であり、上記条件で計算をおこなった。更に、縦電界印加のための対向電極の電圧は、シミュレーション、実測ともにＶ３＝Ｖ６＝Ｖ９＝７．５Ｖとした。そして、画素電極の印加電圧については、図１８又は図２５の横軸を用いて示したように変化させた。また、各実施形態、各比較例において、上下基板におけるガラス基板の液晶層とは反対側にそれぞれ配置した偏光板（図示せず）は、直線偏光板であり、偏光軸は液晶分子が水平配向している方位（７°）に対して、一方の基板側は平行であり、他方の基板側は垂直にクロスニコルに配置した。
図１０は、実施形態２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。
実施形態２も実施形態１の場合と同様に、後述する比較例１〜３と比較して全方位にわたり高いコントラストが得られた。改善の効果が得られる原因は、実施形態１の場合と同様である。
なお、実施形態１と実施形態２では、各電極への電圧の印加方法が異なる。しかしながら、最大透過率が得られる際（白表示時）の電界分布は、理想状態で計算を行うシミュレーションでは、極性が異なるだけでほぼ同一となる。このため、液晶分子の配向状態もほぼ同一となる。したがって、実施形態１、実施形態２のコントラスト分布のシミュレーション結果をそれぞれ示す図６、図１０は、結果としてほぼ同一となる。
なお、実施形態２のその他の構成は、上述した実施形態１の構成と同様である。また、実施形態２に係る図のその他の参照番号は、百の位に１を付した以外は、実施形態１に係る図に示したものと同様である。
実施形態３
図１１は、実施形態３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の絵素を示す平面模式図である。このように、実施形態３は、上層電極として、複数のスリットが設けられた電極の代わりに、同電位の一対の櫛歯型電極２１９を用いる。
なお、本実施形態では櫛歯電極部分２１６と櫛歯電極部分２１８とは同層に形成されており、同層に形成される形態が好適であるが、本発明の効果を発揮できる限り、別層に形成されるものであってもよい。
なお、実施形態３のその他の構成は、上述した実施形態１の構成と同様である。また、実施形態３に係る図のその他の参照番号は、百の位に２を付した以外は、実施形態１に係る図に示したものと同様である。
なお、ＴＦＴ基板及び対向基板において、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等の顕微鏡観察により、本発明の液晶表示パネル及び液晶表示装置に係る電極構造等を確認することができる。
比較例１
図１２は、比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加前の断面模式図である。図１３は、比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加後の断面模式図である。これらの図は、一般的なＦＦＳモードの構成、及び、各電極への印加電圧を示す。なお、比較例１においても、誘電率異方性が負の液晶を用いる。
ＦＦＳモードの液晶表示装置では、液晶を一様な方向に水平配向させるために、配向処理を施しているが、この際、液晶分子は基板面に対して数度（例えば、０°を超え、２０°未満）のプレチルト角を持つ。比較例１では、このプレチルト角が原因となり、黒表示状態において斜めからの光漏れが発生し、斜め視角でのコントラストを低下させている。なお、図１４は、実施形態１及び比較例１の画素電極への印加電圧−透過率特性を示すグラフである。図１４は、印加電圧と透過率との関係を模式的に示すための図であり、実施形態１と比較例１との効果の差異は省略している。
図１５は、比較例１におけるフリンジ電界印加前の液晶分子の配向状態を示す模式図である。図１５は、一般的なＦＦＳモードの場合における、液晶分子がチルト角を持つ場合を示す。図１５に示すように、比較例１の構成においては、バルクの液晶分子ＬＣ３も、下側基板５１０（上側基板でもよい。）の液晶層との界面近傍の液晶分子ＬＣと同じプレチルト角を持つ。すなわち、（１）視角の方位によって配向が異なり、視野角特性が非対称になってしまう。また、（２）液晶が完全に水平に配向していないため、光学補償が不充分になり。黒表示時に光漏れが発生する。
図１６は、比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。なお、図１６は、プレチルト角２．５°におけるＦＦＳモードのコントラスト分布を示す。図１７は、比較例１に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布の実測結果を示す図である。比較例１では、全方位にわたる高いコントラストが得られていない。すなわち、上述した図６、図７、図１６、図１７では、実施形態１及び比較例１の斜め視角におけるコントラスト分布を示すものであるが、シミュレーション結果と実測のコントラスト分布とは同様の傾向となった。シミュレーション、実測ともに、実施形態１は、比較例１と比較して全方位にわたり高いコントラストが得られていることがわかる。なお、実測のコントラストの絶対値が、シミュレーション結果よりも低いのは、実測では液晶の熱ゆらぎ、作製時に生じる設計との誤差により黒表示時において光漏れが発生するのに対し、シミュレーションでは液晶の熱ゆらぎ、作製時に生じる設計との誤差を無視しているためである。
実施形態１と比較例１との比較
下記表１及び図１８は、実施形態１及び比較例１における画素電極への印加電圧（Ｖ）に対する透過率を示す表及びグラフである。図１８では、正面の電圧−透過率特性を示す。実施形態１及び比較例１で使用した液晶材料は全て同じ（Δε＝−５、Δｎ＝０．１１）で、誘電率異方性は負である。液晶層の厚みは、３．２μｍ、絶縁層の厚みは、０．３μｍ、電極幅、電極間隔（スリット幅）はともに３μｍで統一した。また、液晶分子のプレチルト角は２．５°であり、電圧無印加時の液晶分子は方位角７°で一様に配向している。透過率のシミュレーション結果と実測値とは、近い傾向が得られた。最大透過率を比較すると、計算結果、実測ともに、実施形態１は比較例１より高い値となった。
実施形態１では、上下基板の対向電極基板間で十分大きな縦電界が印加されていることにより、垂直方向の配向変化が抑制され、液晶分子はより基板に水平な面内で駆動されるため、比較例１と比較して良好な光学特性となる。
比較例２
図１９は、比較例２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加前の断面模式図である。図２０は、比較例２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加後の断面模式図である。
比較例２は、上述した特許文献１や、特開２００９−２２９５９９号公報に記載の構成及び駆動法を示す。比較例２では、下側基板６１０の下層電極（対向電極）６１３と上側基板６２０の対向電極６２３は、同電位である。また、誘電率異方性が負の液晶を用いる。
本発明の効果を示すために、一般的なＦＦＳモードに加えて、このような従来技術の構成及び駆動法での特性との比較も行った。
なお、纏めると、実施形態１は、本発明の構成及び駆動法である。比較例１は、対向基板側に電極を配置していない一般的なＦＦＳモードである。比較例２は、構成は実施形態１と同じだが、従来技術（特開２０００−３５６７８６号公報に記載の発明）のように、下側基板の対向電極と、上側基板の対向電極とを同電位（共に０Ｖ）とした場合である。実施形態１との相違点は、（１）黒表示時に基板間で縦電界が存在しないこと、（２）白（中間調）表示時においても、スリット上では縦電界が発生しないことである（図２０を参照）。
図２１は、比較例２に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。比較例２では、全方位にわたる高いコントラストが得られていない。
なお、比較例１及び比較例２は、ともに本願発明に係るバルク内のチルト角を小さくする効果が無い場合であり、単にフリンジ電界で液晶分子が回転した場合の結果である。このため、両者のコントラスト分布のシミュレーション結果をそれぞれ示す図１６、図２１は、一見同一の結果になっている。しかしながら、図２５又は表２において比較例１と比較例２との最大透過率の値が異なることで確認できるように、両者の厳密な配向状態は異なる。すなわち、この場合は、同一の図に見えるが、実際には若干異なる結果となっている。
比較例３
図２２は、比較例３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加前の断面模式図である。図２３は、比較例３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置のフリンジ電界印加後の断面模式図である。
比較例３は、上述した特許文献２に記載の構成及び駆動法を示す。比較例３の液晶駆動方法においては、｜Ｖ６｜≧｜Ｖ８｜≧｜Ｖ７｜である。また、誘電率異方性が負の液晶を用いる。なお、図中、電気力線は、印加電圧が正極性の場合の方向を表している。
比較例３では、下側基板の上層は画素電極７１８と対向電極７１６が櫛歯状に配置されており、両電極間で電位差を与えている。実施形態１との相違点は、白（中間調）表示時において、下側基板の対向電極７１３−画素電極７１８間の電位差と、対向電極７１３−対向電極７１６間の電位差とが異なるために、横電界やフリンジ電界ではなく、非対称な斜め電界が発生する点である（図２３参照）。
図２４は、比較例３に係る液晶駆動方法を用いて駆動される液晶表示装置の斜め視角コントラスト分布のシミュレーション結果を示す図である。比較例３でも、全方位にわたる高いコントラストが得られていない。
実施形態１、２と比較例２、３との比較
下記表２及び図２５は、実施形態１、２及び比較例１〜３における画素電極への印加電圧（Ｖ）に対する透過率のシミュレーション結果を示す表及びグラフである。
実施形態１、２、及び、比較例１〜３について、正面の電圧−透過率特性のシミュレーション結果を示す。使用した液晶材料は全て同じ（Δε＝−５、Δｎ＝０．１１）で、誘電率異方性は負である。液晶層の厚みは３．２μｍ、絶縁層の厚みは０．３μｍ、電極幅、電極間隔はともに３μｍで統一した。また、液晶分子のプレチルト角は２．５°であり、電圧無印加時の液晶分子は方位角７°で一様に配向している。実施形態１と比較例１〜３の最大透過率を比較すると、実施形態１は最も高い値が得られた。
比較例２、３の斜め視角におけるコントラスト分布は、それぞれ図２１、図２４に示した通りである。実施形態１（図６、図７）は、比較例２、３と比較して全方位にわたり高いコントラストが得られていることがわかる。
比較例２の駆動法では、実施形態１と同様に対向基板側の対向電極−画素電極間において縦電界が発生しており、チルト角の傾きを小さくする効果がある。しかし、上下基板の対向電極間では縦電界が発生していないため、スリット上の液晶分子のチルト角の傾きを小さくすることができない。そのため、透過率、斜め視角のコントラストともに、改善効果は見られず、一般的なＦＦＳモード（比較例１）と同等、もしくは劣る結果となる。
比較例３では、下側基板の上層は画素電極と対向電極が櫛歯状に配置されており、両電極間で電位が異なる。そのため、液晶パネル内で対称な電界分布が発生せず、フリンジ電界ではなく斜め電界が発生してしまう箇所がある。この非対称な電界分布が原因となり、液晶分子が基板に水平な面内で駆動されない領域が生じ、透過率、斜め視角のコントラストともに一般的なＦＦＳモード（比較例１）より劣る結果となる。
その他の実施形態
ＴＦＴの半導体としては、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）半導体以外に、例えばＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）等の酸化物半導体を好適に用いることができる。ＴＦＴ素子の半導体層として酸化物半導体を用いることで、アモルファスシリコンを用いる場合と比べてＴＦＴ素子のサイズを小さくすることができるため、高精細な液晶ディスプレイに適している。中でも、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（ＩＧＺＯ）がより好ましい。
なお、本実施形態に係る液晶表示装置は、上記の酸化物半導体ＴＦＴとの組合せで一定の作用効果を奏するが、アモルファスシリコンＴＦＴや多結晶シリコンＴＦＴ等の公知のＴＦＴ素子を用いて駆動させることも可能である。
１０、１１０、２１０、５１０、６１０：下側基板
１１、２１、１１１、１２１、２１１、２２１、５１１、５２１：ガラス基板
１３、１１３、２１３、５１３：下層電極
１５、１１５、２１５、５１５：絶縁層
１７、１１７、２１７、５１７：上層電極
２０、１２０、２２０、５２０：上側基板（対向基板）
３０、１３０、２３０、５３０：液晶層
２１６、２１８：櫛歯電極部分
２１９：一対の櫛歯型電極
２３、１２３、６２３、７１３、７１６：対向電極
７１８：画素電極
ＬＣ：液晶（液晶分子）

Claims (10)

  1. 上下基板に配置された少なくとも二対の電極に電位差を生じさせて液晶を駆動する方法であって、
    該液晶は、該上下基板間に挟持されたものであり、負の誘電率異方性を有し、
    該液晶駆動方法は、上下基板に分かれて配置された第１電極及び第２電極から構成される一対の電極を第１の電極対、上下基板の一方に配置された該第２電極及び第３電極から構成される一対の電極を第２の電極対とすると、第１の電極対の電極間に電位差を生じさせる第１駆動操作、及び、第２の電極対の電極間に電位差を生じさせる第２駆動操作をこの順で実行する
    ことを特徴とする液晶駆動方法。
  2. 該上下基板の液晶側の主面にそれぞれ設けられた配向膜が、該液晶における液晶分子を、閾値電圧未満で基板主面に対して略水平に配向させるものである
    ことを特徴とする請求項１に記載の液晶駆動方法。
  3. 前記第１電極及び第２電極は、それぞれ面状であり、
    前記第３電極は、複数の開口部を有する
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶駆動方法。
  4. 前記第３電極は、前記第２電極上に絶縁層を介して設けられたものである
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶駆動方法。
  5. 前記第１駆動操作は、第１の電極対の電極間に、第２の電極対間に印加される電位差以上の電位差を持たせる
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶駆動方法。
  6. 前記第２駆動操作は、第１の電極対の電極間で基板主面に対して略垂直な電界を印加した状態で、前記第２の電極対間でフリンジ電界を印加する駆動操作を実行する
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶駆動方法。
  7. 前記液晶における液晶分子の基板主面に対する傾斜角は、閾値電圧未満で、０°を超え、２０°未満である
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液晶駆動方法。
  8. 前記第３電極の開口部は、一定の間隔で設けられており、液晶パネル内で対称なフリンジ電界を印加できる
    ことを特徴とする請求項３に記載の液晶駆動方法。
  9. 前記第３電極の開口部の幅は、２μｍ以上、１０μｍ以下である
    ことを特徴とする請求項３に記載の液晶駆動方法。
  10. 請求項１〜９のいずれかに記載の液晶駆動方法を用いて駆動されることを特徴とする液晶表示装置。
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