JP3324606B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3324606B2
JP3324606B2 JP2002033666A JP2002033666A JP3324606B2 JP 3324606 B2 JP3324606 B2 JP 3324606B2 JP 2002033666 A JP2002033666 A JP 2002033666A JP 2002033666 A JP2002033666 A JP 2002033666A JP 3324606 B2 JP3324606 B2 JP 3324606B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,テレビジョン画像
やパーソナルコンピューター、マルチメディア画像を表
示する高速応答で広視野のOCBモードの液晶表示装置
及びその製造方法、並びに液晶表示装置の駆動方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、液晶表示装置として、例えばその
液晶表示モードとして、誘電率異方性が正のネマティッ
ク液晶を用いたツイステッドネマティック(TN)モ−
ドの液晶表示素子が実用化されているが、応答が遅い、
視野角が狭いなどの欠点がある。また、応答が速く、視
野角が広い強誘電性液晶(FLC)や反強誘電性液晶な
どの表示モ−ドもあるが、焼き付き、耐ショック性、特
性の温度依存性などに大きな欠点がある。また、視角が
極めて広い、面内で液晶分子を横電界駆動する面内スイ
ッチング(IPS)モードがあるが、応答が遅くかつ開
口率が低く輝度が低い。フルカラー動画を大画面で表示
しようとすると、広視野、高輝度、高速の表示性能を持
つ液晶モードが必要であるが、これを同時に完璧に満足
する実用的な液晶表示モードは現在のところ、存在しな
い。
【0003】従来、少なくとも広視野で高輝度をめざし
た液晶表示装置として、上記のTNモード液晶領域を配
向2分割にして視野角を上下に拡大したものがある(S
ID92 DIGEST P798〜801)。即ち、
液晶表示装置の各表示画素内に誘電率異方性が正のネマ
チック液晶を用い、TNモードでかつ液晶分子の配向方
位が異なる2つの液晶領域を形成し、すなわち配向2分
割TNモードによって視野角を拡大するものである。
【0004】図6にその従来の液晶表示装置の構成概念
図を示す。図6において、701,702はガラス基板
であり、703,704は電極であり、705,70
5’,706,706’は配向膜である。一方の配向領
域Aにおいて対向する上下基板界面から若干傾いた誘電
率異方性が正のネマチックの液晶分子707,707’
の大,小のプレチルト角を形成し、他方の配向領域Bに
おいては対向する上下基板界面に対してプレチルト角の
大きさを前記配向領域Aとは逆の設定にする。その大小
のプレチルト角はいずれも数度で差がつくように設定し
ている。上記互いに上下基板にプレチルト角が異なる配
向領域を形成する従来の作製法の例として、配向膜にフ
ォトレジストを塗布し、フォトリソグラフ技術でマスキ
ングをし所定の方向に所望の配向膜面をラビングをする
作業を繰り返すなどの方法がある。上記構成で図6の如
く、配向領域A,Bで液晶層中央部の液晶分子群の向き
が互いに逆向きとなり、電圧印加とともに各配向領域の
液晶分子が逆に立ち上がっていくために、画素単位で入
射光線に対して屈折率異方性が平均化されて視野角の拡
大が図れるものである。上記の従来の配向2分割TNモ
ードでは、通常のTNモードより視野角は拡大され、上
下視野角はコントラスト10で±35度程度となる。
【0005】しかし、応答速度はTNモードと本質的に
変化なく約50mS程度である。このように上記従来の
配向2分割TNモードでは視野角,応答とも不十分であ
る。
【0006】また、配向膜界面で液晶分子をほぼ垂直に
配向させるいわゆるホメオトロピック配向モードを利用
した液晶表示モードで、フィルム位相差板,配向分割技
術を付加して広視野,高速応答の液晶表示装置がある
が、それでも白黒の2値間応答速度は約25msかか
り、特にグレー階調間の応答速度は50〜80msで遅
く、人間の目の視認速度と言われる約1/30sより長
く、動画像は流れて見える。
【0007】これらに対して、基板間の液晶分子がベン
ド配向した状態における各液晶分子の立ち上がり角の変
化による屈折率変化を利用するベンド配向型の液晶表示
装置(OCBモードの液晶表示装置)が提案されてい
る。ベンド配向した各液晶分子のオン状態とオフ状態で
の配列変化速度は、TN型液晶表示装置のオン,オフ状
態との間の配列変化速度に比べてはるかに高速であり、
応答速度が速い液晶表示装置とすることができる。さら
に、上記ベンド配向型の液晶表示装置は全体に液晶分子
が上下基板間でベンド配向しているため、光学位相差的
に自己補償でき、かつフィルム位相差板で位相差補償を
するため低電圧で広視野の液晶表示装置となる可能性を
持つ。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記液晶表
示装置は通常無電圧下で液晶分子を基板間でスプレイ配
向状態にして作製する。ベンド配向を利用して屈折率を
変化させるためには、液晶表示装置の使用開始前に、表
示部全体を上記スプレイ配向状態からベンド配向状態に
均一に転移させておく必要がある。対向する表示電極間
に電圧を印加すると、スプレイ配向からベンド配向への
転移核が発生する場所は一様でなく、分散されたスペー
サ周囲や、あるいは配向膜界面の配向ムラ,キズ部など
である。また、常に一定の上記場所からその転移核が発
生する訳でもないので転移が起きたり、起きなかったり
で表示欠陥を生じ易い。従って、使用開始前に、表示部
全体を少なくとも全画素部全体を均一にスプレイ配向か
らベンド配向へ転移をさせておくのは極めて重要であ
る。
【0009】しかし、従来、単純な交流電圧を印加して
も、転移が起きなかったり、起きても極めて転移時間が
長く掛かった。
【0010】本発明の目的は、ベンド配向転移がほぼ確
実に発生し、かつ極めて短時間に転移が完了することに
より表示欠陥が無い、応答速度が速く動画像表示に適し
かつ広視野のベンド配向型の液晶表示装置及びその製造
方法、並びに液晶表示装置の駆動方法を提案するもので
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る液晶表示装置は、画素電極を有するア
レー基板と、共通電極を有する対向基板と、アレー基板
と対向基板との間に配置された液晶層上下界面の液晶の
プレチルト角が正負逆で、互いに平行に配向処理された
スプレイ配向の液晶セルで、電圧無印加時にはスプレイ
配向となっており、液晶表示駆動に先立って、電圧印加
によりスプレイ配向からベンド配向に転移させる初期化
処理が行われ、この初期化されたベンド配向状態で液晶
表示駆動を行うアクティブマトリックス型の液晶表示装
置であって、基板面に平行な面内で画素電極の周辺部に
凸部が設けられていると共に、画素電極と共通電極との
間に連続的または間欠的に電圧を印加することによって
初期化処理を行う。
【0012】凸部は四角形状であることが好ましい。
【0013】凸部は三角形状であることが好ましい。
【0014】凸部は台形形状であることが好ましい。
【0015】凸部は画素電極の周辺部にそって連続的に
形成されていることが好ましい。
【0016】信号電極線およびゲート信号線のうち少な
くとも一方の電極線が、アレー基板上で画素電極と異な
る高さに配置されていることが好ましい。
【0017】ラビング方向が信号電極線とほぼ直交して
いることが好ましい。
【0018】ラビング方向がゲート信号線とほぼ直交し
ていることが好ましい。
【0019】凸部によって横電界が発生することが好ま
しい。
【0020】横電界の方向は、ラビング方向とほぼ直交
していることが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明は、ベンド配向型のOCB
セルを備えた液晶表示装置において、以下に述べるスプ
レイ配向からベンド配向への転移メカニズムに着目した
結果得られたものである。従って、先ず、該転移メカニ
ズムについて詳細に説明した後、本発明の具体的内容を
実施の形態を用いて説明することにする。
【0022】図1はベンド配向型のOCBセルを備えた
液晶表示装置の一部分を示す斜視図である。図1を参照
して、ベンド配向型のOCBセルを備えた液晶表示装置
の構成を簡単に説明すると、相互に平行配置した基板1
0と11との間に、液晶分子12を含む液晶層13が挿
入されている。図には示さないが、基板10,11の相
互に対向する表面には、それぞれ液晶層13に電界を印
加するための表示電極、及び液晶分子の配向を規制する
ための配向膜が形成されている。上記配向膜は図に示す
ように基板界面付近の液晶分子12を約5〜7度プレチ
ルトし、基板面内における配向方位が相互に同じ方向
に、すなわち平行配向になるように配向処理されてい
る。基板10,11表面から離れるに従って液晶分子1
2は徐々に立ち上がり、液晶層13の厚さ方向のほぼ中
央において液晶分子のチルト角が90度になるベンド配
向となる。基板10,11の外側には、偏光板15,1
6と光学補償板17,18が配置され、上記2枚の偏光
板15,16は、偏光軸が相互に直交あるいは平行に配
置され、その偏光軸と液晶分子の配向方位とは45度の
角度になるよう配置されている。そして、高電圧を印加
したオン状態と低電圧を印加したオフ状態との液晶層の
屈折率異方性の差を利用して、上記偏光板、光学補償板
を通してその偏光状態を変化させ光の透過率を制御して
表示させることになる。
【0023】上記のベンド配向型のOCBセルを備えた
液晶表示装置は、使用前には液晶層がスプレイ配向とな
っているため、液晶表示駆動に先立って電圧印加により
液晶層をスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移さ
せておく必要がある。
【0024】かかる配向転移のため転移臨界電圧以上の
高電圧を印加した場合における液晶層のスプレイ配向か
らベンド配向へ転移する配向転移のメカニズムを図2に
模式的に示す。
【0025】図2は、2枚の基板を平行配向配置した場
合の、液晶分子を模式的に図示して液晶分子配列を概念
的に示した液晶セルの断面図である。
【0026】図2(a)は初期のスプレイ配列状態を示
す。基板間が無電界時には、液晶層13の中央の液晶分
子12の長軸は基板面にほぼ平行になるエネルギ−状態
の低いスプレイ配向状態をとっている。ここで、説明の
便宜上、基板に平行な液晶分子を参照符号12aで示す
ことにする。
【0027】次に図2(b)は、基板10,11に形成
された電極(図示せず)間に高い電圧を印加開始した時
の液晶分子配列状態を示す。液晶層13中の中央の液晶
分子12は電界により若干傾斜し始め、その結果、基板
面に平行に向いた液晶分子12aは一方の基板面(図で
は基板11側へ)側に向かって移動して行く。
【0028】次に図2(c)は、電圧を印加後、更に時
間が経過したときの液晶分子配列状態を示す。液晶層1
3の中央の液晶分子12が基板面に対して更に傾斜し
て、これに対して、基板面にほぼ平行に向いた液晶分子
12aは基板界面近傍に来て、配向膜からの強い規制力
を受ける。
【0029】次に図2(d)は、ベンド配向へ転移した
一段とエネルギー状態の高い液晶分子配列状態を示す。
液晶層13の中央の液晶分子12は基板面に対して垂直
になり、基板10上の配向膜(図示せず)界面に接した
液晶分子は、配向膜から強い規制力を受けて、傾斜配向
状態を維持し、このとき図2(a)〜(c)に存在した
基板面に平行に向いた液晶分子12aはほぼ無くなる。
【0030】図2(d)より更に時間が経過すると、上
記配向状態は基板間で図1に示すベンド配向状態へ移行
して転移は完了する。
【0031】このように、電圧を印加した時に起きるス
プレイ配向からベンド配向へ転移する状況が上述の様に
考えられる。
【0032】しかし、これが起きる場所は通常、基板面
内の液晶層全体で一度に起きることはなく、配向領域の
一部の部分でエネルギ−の移動がし易い部分であり、通
常、間隙に分散されたスペーサ周囲部分や、配向ムラ部
などで転移核は発生し、そこからベンド配向領域が広が
る。従って、OCBセルにおいて配向転移させるために
は、基板面内の液晶層の少なくとも一部の領域に転移核
を発生させることと、外部からエネルギ−を与えてスプ
レイ配向状態よりエネルギーの高いベンド配向状態へ遷
移させてこれを維持させておく必要がある。
【0033】このような配向転移のメカニズムを考慮し
た結果、本発明者等は転移核を確実に発生させ、かつ極
めて短時間で転移を完了させる液晶表示装置及びその製
造方法、並びに液晶表示装置の駆動方法を完成するに至
った。具体的な内容を、実施の形態に基づいて説明す
る。
【0034】図3、図4に、本実施の形態の液晶表示装
置の要部を概念的に示す。
【0035】本図は、アクティブマトリックス型のOC
Bモードの液晶表示装置の画素を表示面上方(使用者
側)から見たものである。
【0036】図3において、206は信号電極線(バス
ライン)であり、207はゲート電極線であり、208
はスイッチングトランジスタ(素子)である。
【0037】なお、図では信号電極線206とゲート電
極線207は交差しているが、両方の電極線は絶縁膜
(図示せぬ)を介して立体配置されているのは勿論であ
る。
【0038】また、TFTからなるスイッチングトラン
ジスタ208は、図では略正方形状の画素電極202a
に接続されている。そして、信号電極線206、ゲート
電極線207、スイッチングトランジスタ208、画素
電極202aの機能、動作、作用はOBCモードのみな
らず従来の液晶表示装置と何等異ならない。
【0039】また、最初に液晶分子211をスプレイ配
向させるため、上下の配向膜203a・203bにラビ
ングクロス等を使用しての配向処理がなされているのも
同じである。
【0040】更に、偏光板204a・204b等の作用
と共に、画素内のスプレイ配向状態から、液晶分子を対
向基板間でベンド配向状態としたベンド配向領域に画素
内の液晶分子全体を転移させる作用によって明暗の表示
がなされるのも同じである。
【0041】しかしながら、図3(a)に示すように、
略正方形状の画素電極202aの各辺の略中央部に、凹
部221aおよび凸部222aが形成されている。一
方、これに近接して配線されている信号電極線206及
びゲート電極線207は、前記凹部221aおよび凸部
222aに嵌合するように凸部261・271と凹部2
62・272に変形した配線とされている。このため、
画素電極202aの上下、左右位置(図3(a)におけ
る紙面上)に、変形した転移励起用の横電界印加部を形
成することとなるのが、従来の液晶表示装置と相違す
る。
【0042】次に、この液晶表示装置の製造方法につい
て説明する。
【0043】横電界印加部を含めた画素電極202a面
上と共通電極202b面上に、日産化学工業(株)社製
のポリアミック酸タイプの約5度の大きさのプレチルト
角のポリイミド配向膜材料を塗布乾燥焼成して、それぞ
れの電極面の液晶層210側に配向膜203a・203
bを形成した。
【0044】次に、前記配向膜203a・203bの表
面を、共にラビングクロスで図3(a)に示すように信
号電極線206とほぼ直交する方向に配向処理した。
【0045】以上のもとで、上下の基板間に正のネマテ
ィック液晶材料を真空注入して液晶層210を形成し
た。
【0046】このため、図示せぬが、上下の配向膜20
3a・203bの表面では、液晶分子211が、そのプ
レチルト角が正負逆の値を持ち、しかも分子の直軸方向
は互いにほぼ平行になるよう配向し、液晶層210はい
わゆる無電圧印加状態で液晶分子が斜めに広がったいわ
ゆるスプレイ配向となる。
【0047】次に、液晶表示装置の表示のための動作に
ついて説明する。
【0048】以上のもとで、共通電極202bと画素電
極202a間に−15Vという液晶分野では比較的電圧
の高いパルス状の電圧を繰り返し印加すると共に、ゲー
ト電極線207を通常の走査状態か、あるいは殆ど全て
オンさせた状態にする。これにより、横電界印加部によ
って、ゲート電極線207、信号電極線206と画素電
極202a間に周囲の通常の横電界より強い横電界が印
加される。その結果、画素領域内のスプレイ配向領域に
おいて、信号電極線206とほぼ直交する方向にラビン
グした場合、主にゲート電極線207と画素電極202
a間の横電界印加部を基点とした液晶層299にベンド
配向への転移核が発生する。また、図4に示すように、
ゲート電極線207と直交する方向にラビングした場
合、主に信号電極線206と画素電極202a間の横電
界印加部を基点とした液晶層298にベンド配向への転
移核が発生する。
【0049】更に、この転移核をもとにベンド配向領域
が拡大し、その結果画素領域全体を約0.5秒でベンド
配向へ完了させることができた。
【0050】なお、TFTパネル全体では、約2秒で速
かに転移した。
【0051】この機構であるが、上下電極間に高電圧が
印加されて、図3(b)に示すように、液晶層210が
b―スプレイ配向状態となり、周囲より歪みのエネルギ
ーが高くなり、この液晶分子配向状態方向に横電界印加
部からほぼ直角(図3(b)面垂直方向)に横電界が印
加されるため、図3(b)のb―スプレイ配向における
下基板側の液晶分子がねじれる力を受け、転移核の発生
が起きるものと考えられる。
【0052】以上の説明では、横電界印加部は、凹凹に
変形した画素電極部と両方の信号電極線の凹凸部は、相
互に嵌合するように形成されるものとしたが、図5に示
すように、画素電極202aのみ、信号電極線206の
み、ゲート電極線207のみに形成されてもよいのは勿
論である。
【0053】即ち、本図においては、信号電極線206
の凸部263、ゲート電極線207の凸部273、画素
電極202aの凸部223a・224aはいずれか一方
のみにあり、嵌合型となっていないのが図3に示すもの
と相違する。
【0054】また、凹凸部の平面形状は、図3乃至図5
に示す三角形状、四角形状以外の形状、例えば台形形
状、半円形状、円形状、楕円形状等であってもよいのは
勿論である。
【0055】更に、図3乃至図5では、横電界印加部は
1画素の上下左右に合計4カ所設けているが、画素の大
きさ等によっては上下の2個のみ、あるいは1個だけ設
けても良く、更にまた電極縁にそって凹凸が連続的に形
成されていてもよいのは勿論である。また、これまで、
ラビング方向を信号電極線あるいはゲート電極線のほぼ
直交するとしたが、ラビング方向を斜め方向にしても良
い。この場合、信号およびゲート電極線と画素電極間の
横電界印加部の液晶層からベンド配向へ転移が発生す
る。また、少なくとも、ラビング方向とほぼ直交する方
向に横電界を印加できる横電界印加部を画素単位に少な
くとも1個配置することが望ましい。
【0056】また、図3乃至図5は平面図であるため、
両電極線(信号電極線206およびゲート電極線20
7)と画素電極202aは同一平面にあるように見える
が、これは少なくとも一方の電極線が画素電極とアレー
基板上異なる高さに配置されていても良い。
【0057】このように、画素電極の周辺の一部を基板
面に平行な面内で凹凸に変形した電極変形部からなる横
電界印加部は、平面視では0.5〜10μm程度離れ
て、該横電界印加部の側方に存在する信号電極線若しく
はゲート電極線の凸部や0.5〜10μm程度凹んだ凹
部の存在により、横電界を発生させる。
【0058】
【発明の効果】以上のように本発明によれば,スプレイ
配向からベンド配向への転移を速く確実に起こさせ、こ
れにより表示欠陥のないしかも高速応答で広視野高画質
のOCB表示モードの液晶表示装置を提供することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ベンド配向型のOCBセルを備えた液晶表示装
置の一部分を示す斜視図
【図2】スプレイ配向からベンド配向へ転移する様子を
説明する液晶セルの断面図
【図3】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成
を概念的に示した図であり、 (a)は液晶表示装置の概略平面図 (b)は液晶表示装置の概略断面図
【図4】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成
を概念的に示した図
【図5】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の他の
例を示す図
【図6】従来例の断面図
【符号の説明】
201a アレー基板 201b 対向基板 202a 画素電極 221a 画素電極の凹部 222a 画素電極の凸部 223a 画素電極の非嵌合型凸部 224a 画素電極の非嵌合型凸部 202b 共通電極 203a 配向膜 203b 配向膜 204a 偏光板 204b 偏光板 205 位相補償板 206 信号電極線 261 信号電極線の凸部 262 信号電極線の凹部 263 信号電極線の非嵌合型凸部 207 ゲート電極線 271 ゲート電極線の凸部 272 ゲート電極線の凹部 273 ゲート電極線の非嵌合型凸部 208 スイッチングトランジスタ(素子) 209 横電界印加用線 291 横電界印加用線の凸部 209a 横電界印加用線 291a 横電界印加用線の凸部 210 液晶層 211 液晶分子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平11−157060 (32)優先日 平成11年6月3日(1999.6.3) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平11−200102 (32)優先日 平成11年7月14日(1999.7.14) (33)優先権主張国 日本(JP) 早期審査対象出願 (72)発明者 八田 真一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 足達 克己 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 田中 好紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−13927(JP,A) 特開 平10−20284(JP,A) 特開 平11−295739(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1343

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画素電極を有するアレー基板と、 共通電極を有する対向基板と、 前記アレー基板と前記対向基板との間に配置された液晶
    層上下界面の液晶のプレチルト角が正負逆で、互いに平
    行に配向処理されたスプレイ配向の液晶セルで、電圧無
    印加時にはスプレイ配向となっており、液晶表示駆動に
    先立って、電圧印加によりスプレイ配向からベンド配向
    に転移させる初期化処理が行われ、この初期化されたベ
    ンド配向状態で液晶表示駆動を行うアクティブマトリッ
    クス型の液晶表示装置において、 基板面に平行な面内で前記画素電極の周辺部に凸部が設
    けられていると共に、前記画素電極と前記共通電極との
    間に連続的または間欠的に電圧を印加することによって
    前記初期化処理を行う液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記凸部が四角形状である、請求項1に
    記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記凸部が三角形状である、請求項1に
    記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記凸部が台形形状である、請求項1に
    記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 前記凸部が前記画素電極の周辺部にそっ
    て連続的に形成されている、請求項1に記載の液晶表示
    装置。
  6. 【請求項6】 信号電極線およびゲート信号線のうち少
    なくとも一方の電極線が、前記アレー基板上で画素電極
    と異なる高さに配置されている、請求項1に記載の液晶
    表示装置。
  7. 【請求項7】 ラビング方向が信号電極線とほぼ直交し
    ている、請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 ラビング方向がゲート信号線とほぼ直交
    している、請求項1に記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 前記凸部によって横電界が発生する、請
    求項1に記載の液晶表示装置。
  10. 【請求項10】 前記横電界の方向は、ラビング方向と
    ほぼ直交している、請求項9に記載の液晶表示装置。
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