JP2002534723A

JP2002534723A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002534723A
Application number: JP2000593090A
Authority: JP
Inventors: ティージョンソンマーク; アーファンデルプットアドリアヌス
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2002-10-15
Also published as: WO2000041465A3; US6384892B1; WO2000041465A2; EP1066544A2

Abstract

(57)【要約】液晶表示装置における液晶材料及び配向材料層の誘電率(ε)及び抵抗率(ρ)の値を、液晶表示装置を直流電圧によって駆動し得るような値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、画素及びこれらの画素駆動用の電極を具えており、各画素が画像電
極によって規定される表示素子を具え、該表示素子が前記画像電極間に配向材料
の層と、液晶材料の層とを具えている液晶表示装置に関するものである。

【０００２】（背景技術）斯種の液晶表示装置は一般に既知であり、例えばモニタ用に用いられるが、携
帯用途（オルガナイザー、移動電話）にも用いられている。

【０００３】このような液晶表示装置にて知られている現象は、液晶中のイオンが変位して
、劣化が生じ、これが画像の残留（image retention）として明らかになること
である。これを防ぐために、画素間の電圧を反転させるか、又は交番させて液晶
表示装置を駆動させるようにする。このやり方は携帯用の用途にとっては不都合
であり、その理由は、反転電圧の使用が高いエネルギー消費と、駆動電子機器用
の高い蓄電池電圧とを伴うからであり、これは表示装置のコストを高めることに
もなる。

【０００４】（発明の開示）本発明による液晶表示装置は、液晶材料の誘電率ε_LCと配向材料の層の誘電率
ε_Oｌとの商Qに対して、Q=ε_LC/ε_Oｌ＞0.7ρ_ol/ρ_LCが成立し、負の誘電異方性
（Δε＜０）ε_LCを有する液晶材料に対しては、該液晶材料の配向ベクトルに対
して垂直の誘電率が（ε_⊥）であり、且つ正の誘電異方性（Δε＞０）ε_LCを有
する液晶材料に対しては、該液晶材料の配向ベクトルに対して垂直の誘電率が（
ε_‖）であり、ρ_ol及びρ_LCがそれぞれ液晶材料及び配向材料層の抵抗率である
ことを特徴とする。

【０００５】配向層は異なる材料から成るサブ層で構成することができる。この場合、ρ_ol は配向層の平均抵抗率を意味するものとする。

【０００６】 Qの値は0.4〜４の範囲内の値、最適には1.2〜３の範囲内の値とするのが好適
である。

【０００７】画像の残留をなお一層抑えるために、本発明の第１好適例は、２５℃でρ_ol/
ρ_LC＜10（好ましくは、＜５）とすることを特徴とする。配向層における横方向
の導通を防ぐために、ρ_olは（T=25℃で）１０⁷オームメータよりも大きくなる
ように選定する。

【０００８】他の好適例は、液晶表示装置が画素間に駆動電圧を一極性で供給
する（直流駆動）手段を具えるようにしたことを特徴とする。なお、ここに云う
一極性とは、長時間に亘る（例えば、1000又は2000フレーム時間）動作中に、画
素間の極性を変える手段を講じないで、表示装置のモードを再使用するか、又は
切り替える（例えば、携帯用途における表示装置のモードを待機モードから、又
は待機モードへ切り替えるか、或いはコンピュータ用途における使用モード間、
インターネットページ等間で切り替える）際に、画素を逆極性で駆動させる手段
を講じることができることを意味するものとする。

【０００９】本発明者等は驚くべきことに、配向材料及び液晶材料の誘電率を
上述したような組合せにすると、劣化、又は画像の残留を生じることなく表示装
置を直流駆動させることができることを確かめた。この効果については近似法に
よって理論的に説明をすることもできる。本発明では表示装置を直流駆動させる
から、画素間の電圧を絶えず反転させる電子機器を省くことができる。（反転は
、例えば毎分又は5分ごとに一度に制限することができる）。さらに、本発明に
よればフリッカーが生じることもない。

【００１０】

【発明を実施するための最良の形態】

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。

【００１１】図１は、電極5,6を設けた例えばガラス製の2つの基板3,4間に存在するねじれ
ネマチック液晶材料２を有する液晶セル１を具えている液晶表示装置の一部を図
式的に示した断面図である。この表示装置はさらに2つの配向層7,8も具えており
、これらの配向層は基板の内壁上の液晶材料を、この例では偏光子（図示せず）
の偏光軸の方向に配向して、セルが90°のねじれ角を有するようにする。この例
における液晶材料は正の光学的異方性及び正の誘電異方性を有する。電極5,6に
電圧を印加する場合に、分子、従って配向ベクトルは電界の方へと向けられる。
表示装置はさらに（この例では）バックライト１０も具えている。表示装置は反
射形のものとすることもできる。

【００１２】配向層7,8と液晶材料層（LC層）２との双方の組合せは、第１近似法にて、図2
に示すように抵抗とコンデンサとの並列回路として表わすことができる。DC（直
流）駆動時には、ステップ応答に類似するLC層間の電圧V_lc(t)の特性が次式のよ
うになる。 V_lc(t)=［R*+((1/C*)-R*).exp.(-t/τ)］.Ｖ_lc,cell （１）ここに、R*=R_LC/（R_ol+R_LC）、C*=（C_ol+C_LC）/C_olである。 R及びCは単位表面当りの抵抗値及び単位表面当りの容量値をそれぞれ示し、R=
ρ.d（ρ：抵抗率、d:層厚）で、C=（ε₀-ε_r）/ｄであり、またτ=R*C*.R_olC_ol ．（V_lc,cell：セル間に印加される電圧）である。

【００１３】この場合におけるLC層間の電圧V_lc(t)の最大変化は、 ΔV_lc=V_lc(t=０)-V_lc(t=∞)=［R*-（１/C*）］．V_lc,cell （２）又は ΔV_lc,max=［1/(1+RD)-1/(1+(D/E(V))］（３）となり、ここに、 D=ｄ_ol/ｄ_LC，R=ρ_ol/ρ_LC及びE(V)=ε_ol/ε_cell(V) （４）である。

【００１４】 ε_cell(V)の電圧従属性は液晶層における平均誘電率が変化することよるもの
で、これは近似的に次式のように表される。 ε_cell(V)=（ε_‖）-Δε.(V_th/V) （５）ここに、（ε_‖）は液晶材料（V=V_LC,cell≒V_LC）の配向ベクトル（液晶分子の
軸）に対して平行な誘電率であり、 Δε=ε_‖-ε_⊥で、V_thは表示セルのしきい値電圧であり、式（５）
はV＞V_thに適用する。

【００１５】実際には、配向層の厚さが液晶材料層の厚さよりも遥かに薄いから（D≪１）
、式（３）における1/(1+D)の項は(1-D)によって近似させることができる。この
場合に、式(３)は次式のように表わすことができる。 ΔV_lc,max=［1-RD-（1-(D/E(V))］.V=[(1/E(V)-R］.DV （６）

【００１６】式（５）をE(V)用に用いると、これは式（４）とで次式のようになる。 ΔV_lc,max=［ε_‖/ε_ol］-R］.DV-（Δε/ε_ol）.DV_th （７）

【００１７】図３はｄ_ol=100nm、ｄ_LC=４μm、ρ_ol=ρ_LC=10¹³オームメータ、ε_ol=3.5であ
り、また、ε_LCが式（５）によって規定され、ここに、ε_‖=８、ε_⊥=３、即ち
ε_LC/ε_ol=ε_‖/ε_⊥=2.3であり、また、ρ_ol/ρ_LC=１である表示セルに対する
ΔV_lc,max（式（６））の変化を示す。図3から明らかなように、V>V_thに対するL
C層間の最大電圧変化ΔV_lc,maxは実際には直線的に変化し、この特性の勾配は次
式によって規定される値を有する。ｄ(ΔV_lc,max)/dV=［（ε_‖/ε_ol）-R.D］（８）

【００１８】この導出関数は実際上V>V_thの場合には一定であり、またそれはε_LC/ε_ol=ρ_o _l /ρ_LCの場合には０の値を有する。図４はR=ρ_ol/ρ_LCがｄ(ΔV_lc,max)/dVに及
ぼす影響を示す。この図に示すように、R<2.7の場合には、曲線の勾配は非常に
速やかに（R≒0.1で）前記一定値に達する。LC層間の駆動電圧の最大変化は、（
超）ねじれネマチックLCDの場合には約４V（V_thと飽和電圧V_satとの間の電圧範
囲内の値）に制限されたままであり、しかも勾配の最大値は0.06程度であるから
、電圧補正は約0.25Vの値に制限されたままである（図3も参照）。0.10の勾配の
最大変化を許容できるも、グレー値が少なくて、すべてのグレー値に対する補正
電圧を平均した電圧とすると、もっと大きな勾配を許容することができる。

【００１９】図４から、R>2.7の場合には、勾配の値が（絶対値で）急速に増えることも明
らかである。R≒5（これはε_LC/ε_ol=0.7ρ_ol/ρ_LCに相当する）までは、勾配の
最大値が約0.06以下に留まるため、この場合にも上述したことと同じことが云え
る。

【００２０】画像の残留を防ぐためには、ρ_LCをρ_olに対してあまり高くなり過ぎないよう
にすべきである。従って、ρ_ol/ρ_LC<10（実際には5よりも小さく）とするのが
好適である。複数の電極を有する表示装置にて基板上の電極間にて生じる横方向
の導通を防ぐために、ρ_olは少なくとも10⁷オームメータ（好ましくは、少なく
とも10⁸オームメータ）とする。

【００２１】図５は種々のタイプの表示セル（配向層用の材料と、液晶材料との異なる組合
せ）に対する（DC）駆動電圧の関数としての電圧ΔV_lc,maxに対する測定値を示
す。いずれの場合にも、ε_LC/ε_ol=ε_‖/ε_olは約8/3≒2.7とし、R=ρ_ol/ρ_LC≒
1.5として、ε_LC/ε_ol≒1.8ρ_ol/ρ_LCが成立するようにした。この比較的高いR
の値の場合にも、勾配ｄ(ΔV_lc,max)/dVの値が一定となることが明らかである。
さらに、これらの勾配が温度の変化（30℃と60℃での測定）で変わらなかったこ
とも明かになった。

【００２２】

【実施例】

（いずれの例もLC層の厚さは４μmとし、配向層の総厚は0.1μmとした）。

【００２３】１．ε_‖=８の液晶材料で、ε_ol=3.6のセルの場合に、ε_LC/ε_ol=ε_‖/ε_ol ≒2.22が成立した。さらに、ρ_ol=ρ_LC=3.10¹²オームメータが成立して、ρ_ol/
ρ_LC=１及びε_LC/ε_ol≒2.22ρ_ol/ρ_LCが成立した。この場合に、勾配ｄ(ΔV_lc, _max )/dVの値が0.025となることを確かめた。

【００２４】２．ε_‖=８の液晶材料で、ε_ol=3.6のセルの場合に、ε_LC/ε_ol=ε_‖/ε_ol ≒2.22が成立した。さらに、ρ_ol=4.10¹³オームメータ及びρ_LC=５.10¹³オーム
メータが成立して、ρ_ol/ρ_LC=0.８及びε_LC/ε_ol≒2.77ρ_ol/ρ_LCが成立した。
この場合に、勾配ｄ(ΔV_lc,max)/dVの値が0.03となることを確かめた。

【００２５】３．ε_‖=8.7の液晶材料で、ε_ol=3.6のセルの場合に、ε_LC/ε_ol=ε_‖/ε_ol
≒2.42が成立した。さらに、ρ_ol=4.10¹²オームメータ及びρ_LC=６.10¹²オーム
メータが成立して、ρ_ol/ρ_LC=0.66及びε_LC/ε_ol≒3.66ρ_ol/ρ_LCが成立した。
この場合に、勾配ｄ(ΔV_lc,max)/dVの値が0.04となることを確かめた。

【００２６】最初の３つの例から明らかなように、ｄ(ΔV_lc,max)/dVの値は、Qの値が減少
するにつれて減少する。コンピュータシミュレーション（他の例にも該当する）
によると、Q≒1.5で勾配がほぼゼロになることがわかった。1<Q<1.8の場合で、
正確にはρ_ol≦ρ_LCの場合に、勾配はほぼ無視することができる。

【００２７】 ε_‖=8の液晶材料で、ε_ol=3のセルの場合には、ε_LC/ε_ol=ε_‖/ε_ol≒2.66
が成立する。さらに、ρ_ol=1.8.10¹²オームメータ及びρ_LC=1.5.10¹²オームメー
タが成立して、ρ_ol/ρ_LC=1.2及びε_LC/ε_ol≒2.22ρ_ol/ρ_LCが成立する。この
場合に、勾配ｄ(ΔV_lc,max)/dVの値は0.04となることがわかった。

【００２８】反例１：ε_‖=8.3の液晶材料で、ε_ol=3のセルの場合には、ε_LC/ε_ol=ε_‖/
ε_ol≒2.77が成立した。さらに、ρ_ol=1.8.10¹⁵オームメータ及びρ_LC=10¹⁴オー
ムメータが成立して、ρ_ol/ρ_LC=10及びε_LC/ε_ol≒0.27ρ_ol/ρ_LCが成立した。
勾配ｄ(ΔV_lc,max)/dVの値が0.20となることがわかった。

【００２９】反例２：ε_‖=8の液晶材料で、ε_ol=3.5のセルの場合には、ε_LC/ε_ol=ε_‖/
ε_ol≒2.29が成立した。さらに、ρ_ol=10¹³オームメータ及びρ_LC=3.10¹²オーム
メータが成立して、ρ_ol/ρ_LC=3.33及びε_LC/ε_ol≒0.69ρ_ol/ρ_LCが成立した。
勾配ｄ(ΔV_lc,max)/dVの値が0.10となることがわかった。

【００３０】図６は本発明を適用した表示装置の一部の等価回路図である。この装置はｍ個
の行又は選択電極５とｎ個の列又はデータ電極６との交差個所に画素１８のマト
リックスを具えている。行電極は行ドライバ１６によって順次選択され、列電極
にはデータレジスタ１５を経てデータが供給される。必要ならば、入力データ信
号１１をこの目的用にプロセッサ１２にて処理する。行ドライバ１６とデータレ
ジスタ１５との間の相対的な同期は駆動ライン１７を経て行なう。

【００３１】行ドライバ１６からの駆動信号は行電極５を選択する。列電極６に現れる信号
は表示すべき情報を規定する。受動式の表示装置を示したが、本発明は能動マト
リックスにも適用することができる。この場合には個々の画素をスイッチ（例え
ば、薄膜トランジスタ又は二極回路）を介して行電極に接続する。行電極の選択
はプラズマチャネルによって行なうこともできる（プラズマアドレス液晶ディス
プレイ）。

【００３２】前述したように、ΔV_lc,maxの値は勾配ｄ(ΔV_lc,max)/dVに対する選定値で許
容限界内に留まる。ΔV_lc,maxの値は供給される電圧（グレ−値）に依存する。
簡単な例では、列電極におけるすべての電圧か、行電極におけるすべての電圧の
いずれかに同じ補正電圧を与える（オフセット）ことができる。この補正電圧は
通常は、使用すべき電圧範囲の平均値によって決定される。

【００３３】多くのグレースケールを表示する装置では、列電極におけるデータ電圧が、例
えばプロセッサ１２におけるルックアップテーブル１３によって入力信号１１の
各値に適合されるようにするのが好適である。

【００３４】上述した例は正の誘電異方性を有する液晶材料基づくものであるが、同様な考
え方は負の誘電異方性を有する液晶材料についても云えることである。

【００３５】 ΔV_lc,maxの値はセル間の電圧にも依存する。カラー画像では、混合色は、例
えば赤、緑及び青の画素の像によって形成される。例えば、赤の画素が低電圧を
受電し（交差偏光子の場合における最大透過率）、また、他の２つの画素が例え
ば平均電圧（すべての画素に対する平均補正電圧もこの平均電圧に基づく）を受
電する場合に、赤画素に対する補正が高くなりすぎることにより変色をまねくこ
とになる。画像の残留は、表示装置を長期間同じ情報で駆動させる場合にも生じ
得るる。これは表示装置を色順次で駆動させることにより大いに防止される。こ
の場合には、バックライト１０が、３つのサブ画像（赤、緑、青）による全色表
示の場合に３つの色の１つの色をフレーム時間の1/3の間供給し、また液晶表示
装置が関連するサブ画像の情報を含むようにする。一般に、画素間の電圧は３つ
のサブ画像に対して異なるから、上述した画像の残留はゆっくり生じる。これは
異なる色の2つのサブ画像から成る画像についても云えることは勿論である。

【００３６】要するに、本発明は液晶材料及び配向材料層の誘電率並びに液晶材料及び配向
材料層の抵抗率が、表示装置をDC電圧によって駆動させることができるように選
定される液晶表示装置に関する。

【００３７】本発明は個々及びあらゆる新奇な特有の特徴と、特有の特徴の個々及びあらゆ
る組合せに存する。

【図面の簡単な説明】

【図1】液晶表示装置の一部を図式的に示した図である。

【図2】図1における表示セルの等価回路図である。

【図3】液晶層間の電圧の時間に対する最大変化ΔV_lc,maxを印加される駆動電
圧の関数として示した特性図である。

【図4】 R=ρ_ol/ρ_LCが勾配d(ΔV_lc,max)/dvに及ぶ影響を示した特性図である
。

【図5】時間に対する最大変化ΔV_lc,maxを種々の液晶に対する印加駆動電圧の
関数として示した特性図である。

【図6】表示装置を図式的に示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アドリアヌスアーファンデルプットオランダ国 5656 アーアーアインドーフェンプロフホルストラーン６Ｆターム(参考） 2H090 HD11 HD14 2H093 NA33 ND12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素及びこれらの画素駆動用の電極を具えており、各画素が画像
電極によって規定される表示素子を具え、該表示素子が前記画像電極間の配向材
料製の層及び液晶材料の層を具えている液晶表示装置において、前記液晶材料の
誘電率ε_LCと前記配向材料の層の誘電率ε_Oｌとの商Qに対して、Q=ε_LC/ε_Oｌ＞
0.7ρ_ol/ρ_LCが成立し、負の誘電異方性（Δε＜０）ε_LCを有する液晶材料に対
しては、該液晶材料の配向ベクトルに対して垂直の誘電率が（ε_⊥）であり、且
つ正の誘電異方性（Δε＞０）ε_LCを有する液晶材料に対しては、該液晶材料の
配向ベクトルに対して垂直の誘電率が（ε_‖）であり、ρ_ol及びρ_LCがそれぞれ
液晶材料及び配向材料層の抵抗率であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】 Q=ε_LC/ε_Oｌ≧ρ_ol/ρ_LC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。
【請求項３】 Q=ε_LC/ε_Oｌが１と４との間の値を有することを特徴とする請求
項１又は2に記載の液晶表示装置。
【請求項４】１≦Q≦1.8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。
【請求項５】 ρ_ol/ρ_LC＜10（T=25℃）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。
【請求項６】 ρ_olが少なくとも１０⁷オームメータ(T=25℃)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。
【請求項７】前記表示装置が、画素間に駆動電圧を一極性で供給する手段を具
えていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記表示装置が、行電極に行選択信号を供給する駆動手段及び列
電極にデータ信号を供給する駆動手段を具えていることを特徴とする請求項７に
記載の液晶表示装置。
【請求項９】データ信号を供給する前記手段が、供給されるデータに応じてデ
ータ信号の電圧を適合させる補正手段を具えていることを特徴とする請求項８に
記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記表示装置に少なくとも２つの波長範囲内の光を順次供給す
る手段を具えている照明ユニットを設け、且つ前記駆動手段に、表示すべき画像
の波長範囲に関連するサブ画像のデータ信号を前記表示装置に供給する手段を設
けたことを特徴とする請求項７又は８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記表示装置が、該表示装置のスイッチ−オン時又はその1分
後に表示素子の電圧を反転させる駆動手段を具えていることを特徴とする請求項
１に記載の液晶表示装置。