JPH08248384A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リヴァースチルトドメインによる液晶の応答
遅延を防ぎ、残像、及びコントラスト比の低下を防ぐ。 【構成】 液晶のΔｎ・ｄ値を、Ｇｏｏｃｈ ａｎｄ Ｔ
ａｒｒｙの式におけるファーストミニマムの条件から得
られる値よりも大きく設定するとともに、駆動電圧域の
下限を、透過率を最小にする電圧に設定する構成であ
る。これにより、ＮＷモードにおける白、あるいは、Ｎ
Ｂモードにおける黒が電圧印加状態で実現され液晶は常
時に駆動状態となるため、他の表示色への移行の際にも
応答遅延が防がれ、残像、及び、コントラスト比の低下
が防がれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関し、特
に、駆動電圧幅を最適に設定することにより液晶の応答
速度の遅れを防ぎ、残像の無い画像を提供することを成
し得た液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は小型、薄型、低消費電力
などの利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実
用化が進んでいる。特に、液晶駆動用の透明電極を交差
配置して表示点をマトリクス的に選択しながら電圧を印
加するマトリクス型、更には、液晶駆動用の画素電極を
複数、共通電極に対向配置させ、各画素電極にスイッチ
素子を接続することにより、線順次に書き換え画素を選
択しながら、信号電圧を保持させていくアクティブマト
リクス型は、高精細、高コントラスト比の動画表示が可
能となり、パーソナルコンピュータのディスプレイ、テ
レヴィジョンなどに実用化されている。

【０００３】液晶表示装置は、液晶駆動用の透明電極を
有した電極基板を細隙をもって貼り合わせ、内部に液晶
を密封することにより構成されている。図３に、液晶表
示装置セルの構造を示す。ガラス基板（１０）（２０）
上には、各々ＩＴＯの透明電極（１１）（２１）が形成
されており、両電極（１１，２１）の対向部分は、両基
板（１０，２０）間に内封された液晶層（３０）を区画
して画素容量を構成している。各画素容量は所望の電圧
が印加されるように構成されている。液晶は誘電率及び
屈折率に異方性を有しており、各画素容量に形成された
電界（３１）に従ってその配向状態が変化して透過光を
変調する。透過率は電界強度に依存して微調整されるた
め、画素容量ごとに印加電圧を制御することにより、階
調表示がなされ、所望の表示画面が作成される。

【０００４】図４に電圧−透過率特性をノーマリ・ホワ
イト（ＮＷ）モードの場合（ａ）と、ノーマリ・ブラッ
ク（ＮＢ）モードの場合（ｂ）について示した。各々、
電圧無印加時（Ｖ＝０）には透過率は最大（Ｔ＝Ｍ）あ
るいは最小（Ｔ＝ｍ）になっており、印加電圧（Ｖ）が
上昇し、液晶を駆動する閾値電圧（Ｖth）を越えると透
過率（Ｔ）が変化し始める。駆動電圧域（ＶＲ）は透過
率（Ｔ）の変化する領域に対応して設定され、階調表示
が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常、ＴＮ（Twisted
Nematic）方式においては、液晶は両電極基板の表面に
形成された高分子膜からなる配向膜との相互作用を受け
て初期状態での配向が制御され、僅かの傾斜角（プレチ
ルト角）を有して一定方向に揃えられている。画素容量
へ電圧を印加することにより、液晶は電界効果を受けて
配向が変化するが、画素容量電極の縁部では斜め方向電
界のために、他の領域とは異なる反応を示す。即ち、あ
らかじめプレチルトにより配向の変化先が定められてい
るにも関わらず、画素容量電極の縁部では斜め方向電界
の作用が優勢であるため、プレチルトと反対の側が立ち
上がり、いわゆるリヴァースチルトドメインとなって、
正常の配向に戻るまでに時間を要し、見かけ上、液晶の
応答速度が低下する。このことは、肉眼による観察にお
いても顕著であり、特に、ＮＷモードにおける白、ある
いは、ＮＢモードにおける黒から他の表示色へ変化する
際には、リヴァースチルトドメインにおいて１〜数秒間
の反応の遅延が見られ、残像となっていた。

【０００６】図５に、従来の液晶表示装置について時間
（ｔ）に対する透過率（Ｔ）の変化を調べた結果を示
す。実験はＮＷモードで行い、最大透過時（透過率を９
０％とする）の電圧値（Ｖ90）から透過率を０％とする
電圧値（Ｖ0）へ変化させ、更に、再び電圧Ｖ90にした
時の透過率（Ｔ）の時間変化と、同じく、中間階調状態
（透過率を８０％とする）の電圧値（Ｖ80）から透過率
を０％とする電圧値（Ｖ0）へ変化させ、更に、再び電
圧Ｖ80にした時の透過率（Ｔ）の時間変化とを測定し、
各々のグラフ（III，IV）を作成した。

【０００７】まず、グラフ（IV）を見ると、ｔ＝１３０
［ｍｓｅｃ］において、電圧をＶ＝Ｖ80からＶ＝Ｖ0へ
変化させており、これに伴って透過率もＴ＝８０［％］
からＴ＝０［％］まで非常に急峻に変化しており、高い
応答特性を示している。一方、グラフ（III）ではｔ＝
１３０［ｍｓｅｃ］において、電圧をＶ＝Ｖ90からＶ＝
Ｖ0へと変化させており、透過率はＴ＝９０［％］から
Ｔ＝１０［％］までは急峻な変化を示しているが、その
後Ｔ＝０へ向かって非常に緩やかに下降している。これ
より、白、即ち最大透過状態（Ｔ＝９０）から他の表示
色への変化の際には、リヴァースチルトドメインでの反
応の遅延のために、所定の透過率に達するのに時間がか
かるのがわかる。

【０００８】このような反応の遅延は、動画表示におい
て、コントラスト比の低下、あるいは、残像などを招
き、表示品位を低下させていた。また、このような反応
の遅延を防ぐために、駆動電圧電圧域（ＶＲ）を縮小し
てリヴァースチルトドメインが生ずる電圧域を削除する
と、白（あるいは黒）の十分な輝度が得られず、コント
ラスト比の低下につながる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成されたもので、電極基板間に液晶が封入さ
れ、表示画素ごとに液晶駆動用の画素容量が構成され、
前記画素容量に電圧を印加して対応する液晶の透過特性
を変化する液晶表示装置において、前記液晶の複屈折率
Δｎと液晶層の厚さｄとの積Δｎ・ｄ値を

【００１０】

【数２】

【００１１】（上式において、ｕ＝πｄΔｎ／θλであ
り、θは液晶のねじれ角、λは光の波長である。）で表
される式におけるファーストミニマム条件から得られる
値よりも大きく設定するとともに、これに従って前記画
素容量へ印加する電圧域の下限を、透過率を最大あるい
は最小にする値に設定した構成である。

【００１２】

【作用】本発明の構成で、液晶のΔｎ・ｄ値をファース
トミニマム値よりも大きく設定し、かつ、印加電圧域の
下限を、透過率を最大（ＮＷモードの場合）あるいは最
小（ＮＢモードの場合）にする値に設定することによ
り、駆動電圧域を単に縮小してコントラスト比を落とす
ことなく、液晶の反応の遅延が防がれる。即ち、最大透
過状態（ＮＷモードにおける白）、あるいは、最小透過
状態（ＮＢモードにおける黒）を、電圧印加状態で実現
することで、液晶が常時駆動された状態にされるので、
ある駆動状態から他の表示色を示す駆動状態への移行が
迅速になり、反応の遅延が無くされる。

【００１３】

【実施例】続いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
まず、電圧無印加時の透過率Ｔは、ＮＢモードにおいて
導かれたＧｏｏｃｈａｎｄ Ｔａｒｒｙの式により、複
屈折率Δｎとセルギャップｄとの積Δｎ・ｄ値に依存し
て、前記数式（１）の如く表されている。

【００１４】通常は、上式のファーストミニマム条件か
らΔｎ・ｄ値は０．３〜０．５μｍに設定されるが、本
発明では、Δｎ・ｄ＝０．５０μｍ以上に設定するとと
もに、このΔｎ・ｄ値との相関関係から透過率が最小と
なる電圧値を設定し、これを駆動電圧域の下限とする。
ＮＷモードでは、この時、透過率は最大となる。図１
に、ＮＷモードにおいてセルギャップｄを４．３μｍと
した時の電圧−透過率特性のグラフを示す。グラフ
（Ａ）はΔｎが０．１３５の場合、グラフ（Ｂ）はΔｎ
が０．１５０の場合、グラフ（Ｃ）はΔｎが０．２００
の場合である。この時、それぞれのΔｎ・ｄ値は、０．
５８μｍ、０．６５μｍ、０．８６μｍとなる。図より
分かる通り、いずれの場合も、印加電圧（Ｖ）が２
［ｖ］の近傍で透過率（Ｔ）（任意単位）が変化し始め
ており、この値が液晶を駆動する閾値電圧（Ｖth）とな
っている。透過率（Ｔ）を最大とする電圧は、グラフ
（Ａ）ではＶ＝２．２［ｖ］、グラフ（Ｂ）ではＶ＝
２．３［ｖ］、グラフ（Ｃ）ではＶ＝２．６［ｖ］であ
る。即ち、Δｎ・ｄ値をファーストミニマム値よりも大
きく設定することによって、閾値電圧（Ｖth）の右側で
透過率曲線のピークとなるこぶ状部分が現れ、透過率
（Ｔ）を最大とする電圧は、いずれも閾値電圧（Ｖth）
よりも大きな値となっている。本実施例では、これら透
過率（Ｔ）を最大にする電圧値を駆動電圧域（ＶＲ）の
下限として、初期電圧（Ｖor）に設定する。また同図よ
り駆動電圧域（ＶＲ）の上限は７［ｖ］としている。

【００１５】このように設定することにより、液晶は常
時駆動された状態となり、初期状態が電圧印加により実
現されるので、電圧無印加状態から他の状態へ移行する
際に生じていたようなリヴァースチルトドメインでの反
応の遅延が無くなる。反応遅延を無くすためには、初期
電圧（Ｖor）は閾値電圧（Ｖth）よりも高ければ高いほ
うが効果的である。即ち、Δｎ・ｄ値を大きくして、最
大透過状態を得る初期電圧（Ｖor）を高くすることによ
り、他の透過率を示す状態への移行が迅速になる。しか
し、ＮＷモードの場合、一般にコントラスト比は、Δｎ
・ｄ値が０．４μｍから大きくなると低下し始めるた
め、反応遅延とコントラスト比の両方を考慮に入れて、
Δｎ・ｄ値の設定を適切に行わなければならない。

【００１６】図２に、図１のグラフ（Ｃ）に基づいて駆
動電圧域を設定した液晶表示装置に関して、時間（ｔ）
に対する透過率（Ｔ）の変化を調べた。電圧をＶ＝Ｖor
から透過率を０％にする電圧値（Ｖ0）へ変化させ、更
に、再び電圧Ｖorにした時の透過率（Ｔ）の時間変化
と、比較のために透過率を８０％とする電圧値（Ｖ80）
から透過率を０％とする電圧値（Ｖ0）へ変化させ、更
に、再び電圧Ｖ80にした時の透過率（Ｔ）の時間変化と
を測定し、各々のグラフ（Ｉ，II）を作成した。グラフ
（Ｉ）では、ｔ＝１３０［ｍｓｅｃ］において、Ｖ＝Ｖ
orからＶ＝Ｖ0への変化に伴って透過率もＴ＝９０
［％］からＴ＝０［％］へと急峻に変化している。ま
た、グラフ（II）でも、ｔ＝１３０［ｍｓｅｃ］におい
て、Ｖ＝Ｖ80からＶ＝Ｖ0への変化に伴ってＴ＝８０
［％］からＴ＝０［％］まで急峻に変化している。これ
より、白（Ｖ＝Ｖor）から他の表示色への移行が、白以
外の表示色から他の表示色への移行と同様に迅速に行わ
れているのが分かる。以上のことは、ＮＢモードにおい
ても同様であることは言うまでもない。

【００１７】以上で、ＴＮモードについて、主に、リバ
ースチルトドメインでの液晶の動作の遅延を防ぐことを
目的として述べてきたが、本発明は、これに限定される
ものではなく、本出願人が既に特願平５−８４６９６、
特願平５−１５３６７１、特願平５−１５７１２０、特
願平５−１６９０８７、特願平５−１６９０８８、特願
平５−２１６４４１、特願平５−２９５７３１、特願平
６−２１１５２、特願平６−９２２８３、特願平６−１
０４０４４、特願平６−２０７５８９、特願平６−２３
７４８２で出願済みのものについても適用することがで
きる。即ち、画素容量電極とは別に液晶の配向の指向性
を制御する配向制御電極、液晶の配向方向の異なる領域
の境界を固定するために画素容量電極内に電極不在領域
として形成した配向制御窓、または、液晶層との接触界
面を部分的に***または陥没させて液晶の配向の指向性
を付与する配向制御断層などを設け、液晶の配向が複数
方向に分割するように制御することにより、視野角を拡
大した構造においても、本願に基づいて、Δｎ・ｄ値及
び印加電圧域を設定することにより、液晶が電界に反応
して動作する速度を早くすることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明で、液晶のΔｎ・ｄ値をＧｏｏｃ
ｈ ａｎｄ Ｔａｒｒｙの式におけるファーストミニマム
条件から得られる値よりも大きく設定し、駆動電圧域の
下限を液晶を駆動する閾値よりも高くすることにより、
黒あるいは白の表示においても電圧無印加状態となるこ
とが無くなり、液晶が常時駆動された状態になる。この
ため、液晶が電圧無印加状態になることがなくなり、他
の電圧印加状態への移行の際に、液晶の立ち上がり方向
の違いによる応答速度の差が無くなり、残像、あるい
は、コントラスト比の低下が防がれ、表示品位が向上す
る。また、電圧の印加時に最大あるいは最小の透過状態
を実現しているので、単に駆動電圧域を縮小することに
よるコントラスト比の低下も無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用効果を表す液晶表示装置の電圧−
透過率の特性図である。

【図２】本発明の作用効果を表す液晶表示装置の時間−
透過率の特性図である。

【図３】液晶表示装置の断面図である。

【図４】従来の液晶表示装置の電圧−透過率の特性図で
ある。

【図５】従来の液晶表示装置の時間−透過率の特性図で
ある。

【符号の説明】

Ｔ 透過率 ＶＲ 駆動電圧域 Ｖor 初期電圧 Ｖth 液晶を駆動する閾値電圧 Ｖ0 透過率を０％とする電圧 Ｖ80 透過率を８０％とする電圧 Ｖ90 透過率を９０％とする電圧 １０，２０ 基板 １１，２１ 透明電極 ３０ 液晶層 ３１ 電界

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極基板間に液晶が封入され、表示画素
   ごとに液晶駆動用の画素容量が構成され、前記画素容量
   に電圧を印加して対応する液晶の透過特性を変化する液
   晶表示装置において、 前記液晶の複屈折率Δｎと液晶層の厚さｄとの積Δｎ・
   ｄ値を 【数１】 （上式において、ｕ＝πｄΔｎ／θλであり、θは液晶
   のねじれ角、λは光の波長である。）で表される式にお
   けるファーストミニマム条件から得られる値よりも大き
   く設定するとともに、これに従って前記画素容量へ印加
   する電圧域の下限を、透過率を最大あるいは最小にする
   値に設定したことを特徴とする液晶表示装置。