JP6620838B2 - 液晶装置、液晶装置の駆動方法、電子機器 - Google Patents
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Description
<液晶装置>
まず、本実施形態の液晶装置について、図1〜図3を参照して説明する。図1は第1実施形態の液晶装置の構成を示す概略平面図、図2は図1に示すH−H’線に沿う液晶装置の構造を示す概略断面図、図3は第1実施形態の液晶装置の画素における液晶分子の配向状態を示す概略断面図である。
シール材40は、例えば熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール材40には、一対の基板の上記間隔を一定に保持するためのスペーサー(図示省略)が混入されている。
本実施形態では、以降、配向膜18,24として前述した無機配向膜と、負の誘電異方性を有する液晶とを用い、ノーマリーブラックモードの光学設計が適用された例について説明する。
図5は第1実施形態の液晶装置の電気的な構成を示すブロック図、図6は第1実施形態のイオントラップ機構における周辺電極の配置を示す概略断面図である。
次に、本実施形態の液晶装置100の駆動方法について、図7〜図8を参照して説明する。図7は第1実施形態の液晶装置の駆動方法における実施例1のコモン信号、制御信号、駆動信号を示すタイミングチャート、図8は第1実施形態の液晶装置の駆動方法における実施例1の交流信号を示すタミングチャートである。図7及び図8における横軸は、コモン信号(COM信号)の第1の周期の1/2の期間(1垂直期間)を単位としたt0〜t30の時間軸である。また、各信号における縦軸は電位を表すものである。本実施形態の液晶装置の駆動方法は、上述したイオンサーフ駆動とコモン反転駆動とを組み合わせた場合の、液晶装置100の低消費電力化を図ったものである。
図7に示した、実施例1のCOM信号における第1の電位は例えば5Vであり、第2の電位は例えば0Vである。COM信号の周波数は例えば120Hzである。したがって、COM信号の電位が第2の電位から第1の電位に変位し、第1の電位から第2の電位となって、再び第1の電位に変位するまでの第1の周期は、8.4ms(ミリ秒)であり、COM信号の電位が第1の電位または第2の電位である1垂直期間は、およそ4.2ms(ミリ秒)である。
次に、比較例の液晶装置の駆動方法について、図9を参照して説明する。図9は比較例の液晶装置の駆動方法におけるコモン信号、駆動信号、交流信号のタイミングチャートである。比較例の液晶装置の駆動方法は、実施例1に対して、トランジスター130を介さずに、駆動信号を直接に周辺電極120に印加する例である。以降、周辺電極120のうち第1電極121に印加される駆動信号S1を例に挙げて説明する。具体的には、図9に示すように、比較例の液晶装置の駆動方法おける、COM信号は、第1の電位(5V)と第1の電位よりも小さい第2の電位(0V)との間で第1の周期で変位する信号である。第1の周期は、実施例1のCOM信号と同じ8.4ms(ミリ秒)である。すなわち、COM信号の周波数は120Hzである。
次に、実施例2の液晶装置の駆動方法について、図10及び図11を参照して説明する。図10は第1実施形態の液晶装置の駆動方法における実施例2のコモン信号、制御信号、駆動信号を示すタイミングチャート、図11は第1実施形態の液晶装置の駆動方法における実施例2の交流信号を示すタミングチャートである。実施例2の液晶装置の駆動方法は、実施例1に対して駆動信号の形態を異ならせたものである。
これによれば、COM信号における第1の周期の1/2の期間を単位として、駆動信号によって周辺電極120に与えられる電位を制御できる。つまり、COM信号の電位を基準として周辺電極120に印加される交流信号の電位が正極性である期間や負極性である期間を適宜調整することができる。特に、周辺電極120の電位は、液晶層50を挟んで対向配置された周辺電極120と対向電極23とによる液晶容量に交流信号の電位が充電されて維持される。したがって、液晶容量に交流信号の電位が充電される期間が短いほど、あるいは液晶容量の電気容量が小さいほど周辺電極120において正極性の電位あるいは負極性の電位を維持することが難しくなる。ゆえに、イオン性不純物を電界のスクロールによって掃き寄せる観点から、周辺電極120において正極性の電位あるいは負極性の電位を所定の期間維持する必要があり、COM信号が第1の電位(例えば5V)、且つ交流信号が負極性の電位(−5V)である第1の期間の全て、及び、COM信号が第2の電位(例えば0V)、且つ交流信号が正極性の電位(+5V)である第2の期間の全てにおいてトランジスター130を接続状態とすることがより好ましい。
これによれば、周辺電極120である第1電極121、第2電極122、第3電極123のそれぞれにおいて、交流信号により電位が正極性となる期間と負極性となる期間とを平均化して、周辺電極120における電位の極性の偏りをなくすことができる。周辺電極120における電位の極性の偏りをなくすことによって、周辺電極120に引き寄せられるイオン性不純物を滞留させることなく表示領域E1よりも外側に向って掃き寄せることができる。
これに対して、実施例1及び実施例2では、COM信号の振幅、駆動信号の振幅、データ信号の振幅は、いずれも5Vでよく、5Vに回路マージンの3Vを見込んだとしても、駆動用IC103は8Vの耐圧でよい。したがって、比較例に対して1/3から1/4へ消費電力を削減することが可能である。合わせて駆動用IC103の小型化に貢献できる。
<液晶装置>
次に、第2実施形態の液晶装置について、図12〜図13を参照して説明する。図12は第2実施形態の液晶装置のイオントラップ機構における周辺電極の配置を示す概略断面図、図13は第2実施形態の液晶装置における電気的な構成を示すブロック図である。第2実施形態の液晶装置200は、上記第1実施形態の液晶装置100に対して、イオントラップ機構における液晶パネルの電気的な構成を一部で異ならせたものであり、上記第1実施形態の液晶装置100と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態の液晶装置200の駆動方法は、対向基板220の共通電極として機能する対向電極23Bに第1の電位と第1の電位よりも小さい第2の電位との間で第1の周期で変位するコモン信号(COM信号)を与え、スイッチング素子としてのトランジスター130に、第3の電位と第3の電位よりも小さい第4の電位との間で変位する駆動信号を入力し、トランジスター130により、COM信号における第1の周期の1/2以下の期間を単位として、イオントラップ用の周辺電極120である、第1電極121、第2電極122、第3電極123のそれぞれに駆動信号を接続または非接続して、第1電極121、第2電極122、第3電極123に、コモン信号(COM信号)の電位を基準として、第1の周期よりも長い第2の周期で、正極性の電位と負極性の電位との間で変位する交流信号を互いに位相がずれた状態で印加する。第1電極121、第2電極122、第3電極123に印加された交流信号の電位は、第1保持容量141、第2保持容量142、第3保持容量143によって維持される。以降、具体的な実施例3の液晶装置の駆動方法を示して説明する。
図14は実施例3の液晶装置の駆動方法におけるコモン信号、制御信号、駆動信号、交流信号のタイミングチャートである。なお、図14の制御信号、駆動信号、交流信号は、周辺電極120のうち第1電極121に対応するものである。実施例3の液晶装置の駆動方法は、実施例2の液晶装置の駆動方法に対して制御信号の形態を異ならせたものである。
図15は実施例4の液晶装置の駆動方法におけるコモン信号、制御信号、駆動信号、交流信号のタイミングチャートである。なお、図15の制御信号、駆動信号、交流信号は、周辺電極120のうち第1電極121に対応するものである。実施例4の液晶装置の駆動方法は、実施例3の液晶装置の駆動方法に対して駆動信号の形態を異ならせたものである。
次に、周辺電極120に印加される交流信号の周波数(第2の周期)について述べる。
上記第1実施形態の実施例1及び実施例2、上記第2実施形態の実施例3及び実施例4では、駆動信号及び交流信号の周期をCOM信号の第1の周期の6倍としたが、これは駆動信号及び交流信号を分かり易く図示するための設定である。
つまり、v=e×μ・・・(1)である。
電界強度e(V/m)は、数式(2)で示すように、隣り合うイオントラップ用の電極間の電位差Vnをイオントラップ用の電極の配置ピッチp(m)で除した値となる。
つまり、e=Vn/p・・・(2)である。
隣り合うイオントラップ用の電極間の電位差Vnは、交流信号における実効電圧VEの2倍に相当することから、次の数式(3)が導かれる。
つまり、e=2VE/p・・・(3)となる。なお、図8に示した実施例1のように、矩形波の交流信号における実効電圧VEは、矩形波のCOM電位に対する電位に相当し、5Vである。
数式(3)を数式(1)に当てはめることにより、イオン性不純物の移動速度v(m/s)は、数式(4)となる。
つまり、v=2μVE/p・・・(4)である。
隣り合うイオントラップ用の電極間をイオン性不純物が移動する時間tdは、数式(5)に示すように、隣り合うイオントラップ用の電極の配置ピッチpをイオン性不純物の移動速度vで除した値となる。
つまり、td=p/v=p2/2μVE・・・(5)である。
したがって、好ましい周波数f(Hz)は、隣り合うイオントラップ用の電極間をイオン性不純物が移動する時間tdに合わせて電界をスクロールすることで求められる。電界のスクロール時間は交流信号の位相の差Δtに相当するので、Δtを1/n周期とすると、好ましい周波数f(Hz)は次の数式(6)によって導かれる。nはイオントラップ用の電極の数である。
すなわち、f=1/n/td=2μVE/np2・・・(6)となる。
なお、イオン性不純物の移動度μの値は、例えば、A.Sawada,A.Manabe and S.Naemura,“ A Comparative Study on the Attributes of Ions in Nematic and Isotropic Phases”,Jpn.J.Appl Phys Vol.40,p220−p224(2001)に記載されている。また、液晶材料や液晶パネルの構成によっては、移動度μがさらに3桁程度小さいイオン性不純物が存在する場合も確認されている。
また、上述したように液晶層50中に含まれるイオン性不純物の移動度μの値がさらに小さい2.2×10-13(m2/V・s)であった場合は、交流信号の周波数fを12mHzよりも大きくすると電界のスクロールにイオン性不純物が付いて行けなくなるので、周波数fは12mHzよりも小さいことが好ましい。そのため、イオン性不純物における移動度μの値に合わせて周波数fを設定するのが望ましいが、汎用性を持たせるためには、想定される移動度μの値が最小のイオン性不純物に対応した周波数fとすることが望ましい。この例では、12mHzがそれにあたる。
<電子機器>
次に、本実施形態の液晶装置が適用された電子機器について、投射型表示装置を例に挙げ、図16を参照して説明する。図16は第3実施形態の電子機器としての投射型表示装置の構成を示す概略図である。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
また、少なくとも3つの電極に対して液晶層を介して共通電極は対向していないことから、イオントラップ用の少なくとも3つの電極によりイオン性不純物が掃き寄せられる作用が共通電極に与えられるコモン信号の影響を受け難くなる。つまり、イオン性不純物を円滑に表示領域から外側に掃き寄せることができる。
この構成によれば、第1の周期の1/2の期間を単位として、駆動信号によってイオントラップ用の電極に与えられる電位を制御できる。つまり、コモン信号の電位を基準として該電極に印加される交流信号の電位が正極性である期間や負極性である期間を適宜調整することができる。
この構成によれば、3つの電極のそれぞれにおいて、交流信号により電位が正極性となる期間と負極性となる期間とを平均化して電位の極性の偏りをなくすことができる。イオントラップ用の3つの電極のそれぞれにおける電位の極性の偏りをなくすことによって、該電極に引き寄せられるイオン性不純物を滞留させることなく表示領域よりも外側に向って掃き寄せることができる。
少なくとも3つの電極間に発生させた電界によって移動するイオン性不純物の移動速度は、イオン性不純物の移動度による。この構成によれば、コモン信号の周波数が60Hz〜240Hzであり、交流信号の周波数が0.1mHz〜5mHzであることから、移動度が小さいイオン性不純物であっても表示領域の外側に掃き寄せすることができる。なお、コモン信号の周波数が60Hzのとき第1の周期は16.7ms(ミリ秒)となり、コモン信号の周波数が240Hzのとき第1の周期は4.2ms(ミリ秒)となる。これに対して、交流信号の周波数が0.1mHzのとき第2の周期は10000秒となり、交流信号の周波数が5mHzのとき第2の周期は200秒となる。
液晶層におけるイオン性不純物の移動方向は、液晶層における液晶分子の配向状態の影響を受ける。この構成によれば、イオントラップ用の少なくとも3つの電極は表示領域を囲んで設けられていることから、液晶層における液晶分子の配向状態に係らず、イオン性不純物を表示領域の外側に掃き寄せることができる。
この方法によれば、第1の周期の1/2の期間を単位として、駆動信号によってイオントラップ用の電極に与えられる電位を制御できる。つまり、コモン信号の電位を基準としてイオントラップ用の電極に印加される交流信号の電位が正極性である期間や負極性である期間を適宜調整することができる。
この方法によれば、3つの電極のそれぞれにおいて、交流信号により電位が正極性となる期間と負極性となる期間とを平均化して電位の極性の偏りをなくすことができる。イオントラップ用の3つの電極における電位の極性の偏りをなくすことによって、当該電極に引き寄せられるイオン性不純物を滞留させることなく表示領域よりも外側に向って掃き寄せることができる。
この構成によれば、イオン性不純物に起因する表示ムラの発生を抑制すると共に、低消費電力で駆動することが可能な液晶装置を備えた電子機器を提供することができる。
Claims (11)
- 表示領域に複数の画素電極が配置された第1基板と、
第1の電位と前記第1の電位よりも小さい第2の電位との間で第1の周期で変位するコモン信号が与えられる共通電極が配置された第2基板と、
シール材を介して対向配置された前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、
前記液晶層を介して前記共通電極と対向し、前記第1基板の前記表示領域と前記シール材との間に、互に間隔をおいて配置されたイオントラップ用の少なくとも3つの電極と、
前記少なくとも3つの電極のそれぞれに接続されたスイッチング素子と、を備え、
前記スイッチング素子には、第3の電位と前記第3の電位よりも小さい第4の電位との間で変位する駆動信号が入力され、
前記駆動信号は、前記スイッチング素子により、前記第1の周期の1/2以下の期間を単位として前記少なくとも3つの電極のそれぞれに接続または非接続され、
前記少なくとも3つの電極には、前記コモン信号の電位を基準として、前記第1の周期よりも長い第2の周期で正極性の電位と負極性の電位との間で変位する交流信号が互いに位相がずれた状態で印加される、液晶装置。 - 表示領域に複数の画素電極が配置された第1基板と、
第1の電位と前記第1の電位よりも小さい第2の電位との間で第1の周期で変位するコモン信号が与えられる共通電極が前記表示領域に亘って配置された第2基板と、
シール材を介して対向配置された前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、
前記第1基板の前記表示領域と前記シール材との間に、互に間隔をおいて配置されたイオントラップ用の少なくとも3つの電極と、
前記少なくとも3つの電極のそれぞれに接続されたスイッチング素子と、
前記少なくとも3つの電極のそれぞれと、前記コモン信号が与えられる配線との間に接続された保持容量と、を備え、
前記スイッチング素子には、第3の電位と前記第3の電位よりも小さい第4の電位との間で変位する駆動信号が入力され、
前記駆動信号は、前記スイッチング素子により、前記第1の周期の1/2以下の期間を単位として前記少なくとも3つの電極のそれぞれに接続または非接続され、
前記少なくとも3つの電極には、前記コモン信号の電位を基準として、前記第1の周期よりも長い第2の周期で正極性の電位と負極性の電位との間で変位する交流信号が互いに位相がずれた状態で印加される、液晶装置。 - 前記スイッチング素子は、前記コモン信号が前記第1の電位、且つ前記交流信号が負極性の電位である第1の期間、あるいは、前記コモン信号が前記第2の電位、且つ前記交流信号が正極性の電位である第2の期間の、全てまたは一部の期間は接続状態、それ以外の期間は、非接続状態であり、
前記コモン信号が前記第1の期間であって、前記スイッチング素子が接続状態であるときは、前記駆動信号は、前記第4の電位であり、前記コモン信号が前記第2の期間であって、前記スイッチング素子が接続状態であるときは、前記駆動信号は、前記第3の電位である、請求項1または2に記載の液晶装置。 - イオントラップ用の3つの電極を有し、
前記交流信号の前記第2の周期の平均が前記コモン信号の前記第1の周期の6の整数(n)倍であり、
前記3つの電極に印加される前記交流信号は、n×(6+1)の周期とn×(6−1)の周期とを繰り返す、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液晶装置。 - 前記コモン信号の周波数が60Hz〜240Hzであり、前記交流信号の周波数が0.1mHz〜5mHzである、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記少なくとも3つの電極は、前記第1基板において前記表示領域を囲んで配置されている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 表示領域に複数の画素電極が配置された第1基板と、第1の電位と前記第1の電位よりも小さい第2の電位との間で第1の周期で変位するコモン信号が与えられる共通電極が配置された第2基板と、シール材を介して対向配置された前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、前記液晶層を介して前記共通電極と対向し、前記第1基板の前記表示領域と前記シール材との間に、互に間隔をおいて配置されたイオントラップ用の少なくとも3つの電極と、前記少なくとも3つの電極のそれぞれに接続されたスイッチング素子と、を備えた液晶装置の駆動方法であって、
前記スイッチング素子に、第3の電位と前記第3の電位よりも小さい第4の電位との間で変位する駆動信号を入力し、
前記スイッチング素子により、前記第1の周期の1/2以下の期間を単位として前記少なくとも3つの電極のそれぞれに前記駆動信号を接続または非接続して、前記少なくとも3つの電極に、前記コモン信号の電位を基準として、前記第1の周期よりも長い第2の周期で正極性の電位と負極性の電位との間で変位する交流信号を互いに位相がずれた状態で印加する、液晶装置の駆動方法。 - 表示領域に複数の画素電極が配置された第1基板と、第1の電位と前記第1の電位よりも小さい第2の電位との間で第1の周期で変位するコモン信号が与えられる共通電極が前記表示領域に亘って配置された第2基板と、シール材を介して対向配置された前記第1基板と前記第2基板との間に挟持された液晶層と、前記第1基板の前記表示領域と前記シール材との間に、互に間隔をおいて配置されたイオントラップ用の少なくとも3つの電極と、前記少なくとも3つの電極のそれぞれに接続されたスイッチング素子と、前記少なくとも3つの電極のそれぞれと、前記コモン信号が与えられる配線との間に接続された保持容量と、を備えた液晶装置の駆動方法であって、
前記スイッチング素子に、第3の電位と前記第3の電位よりも小さい第4の電位との間で変位する駆動信号を入力し、
前記スイッチング素子により、前記第1の周期の1/2以下の期間を単位として前記少なくとも3つの電極のそれぞれに前記駆動信号を接続または非接続して、前記少なくとも3つの電極に、前記コモン信号の電位を基準として、前記第1の周期よりも長い第2の周期で正極性の電位と負極性の電位との間で変位する交流信号を互いに位相がずれた状態で印加する、液晶装置の駆動方法。 - 前記コモン信号が前記第1の電位、且つ前記交流信号が負極性の電位である第1の期間、あるいは、前記コモン信号が前記第2の電位、且つ前記交流信号が正極性の電位である第2の期間の、全てまたは一部の期間は、前記スイッチング素子を接続状態とし、それ以外の期間は前記スイッチング素子を非接続状態とし、
前記コモン信号が前記第1の期間であって、前記スイッチング素子が接続状態であるときは、前記駆動信号は、前記第4の電位であり、前記コモン信号が前記第2の期間であって、前記スイッチング素子が接続状態であるときは、前記駆動信号は、前記第3の電位である、請求項7または8に記載の液晶装置の駆動方法。 - イオントラップ用の3つの電極を有し、
前記交流信号の前記第2の周期の平均が前記コモン信号の前記第1の周期の6の整数(n)倍であり、
n×(6+1)の周期とn×(6−1)の周期とを繰り返す前記交流信号を前記3つの電極に印加する、請求項7乃至9のいずれか一項に記載の液晶装置の駆動方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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