JP5827177B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、垂直配向型液晶セルを有する液晶表示装置に関する。

液晶セルの液晶層内の液晶分子配向を基板に対して垂直とする「垂直配向型」液晶表示素子は、電圧無印加時における黒レベルが非常に良好で、液晶セルの片方、または両方の上下偏光板間に、適切なパラメータを持つ負の光学異方性を有する光学補償板を導入することにより、非常に良好な視角特性を有する。

垂直配向型液晶表示素子の１つのタイプとして、モノドメイン垂直配向型液晶表示素子がある。モノドメイン垂直配向型素子では、電圧印加の有無に関わらず、液晶層内における配向状態が一様となるように配向制御される。電圧印加時の配向欠陥を防止するため、電圧無印加時においても液晶分子が基板に対して垂直からわずかに傾斜するように、プレティルト角を付与する必要がある。

このような配向制御の方法としては、上下基板内面に配置されている配向膜に、基板の斜め方位からＳｉＯｘ膜を蒸着する「金属酸化物斜め蒸着法」や、ポリイミドなどの高分子配向膜を基板上に塗布後ラビング処理する方法などが考えられる。生産上有利なのはラビング処理であるが、ＴＮ型液晶表示素子の製造過程と同様なラビング処理では、ラビング方向に対して筋状の傷が生じることが多く、表示品位を著しく低下させる懸念がある。

本願発明者らは、特許文献１において、ラビング時の傷が抑制された配向処理技術を提案している。同文献の開示する方法により、例えば、プレティルト角が８８．５°〜８９．５°の、欠陥が抑制されたモノドメイン垂直配向型液晶表示素子が実現可能である。

垂直配向型液晶表示素子の他のタイプとして、マルチドメイン垂直配向型液晶表示素子がある。マルチドメイン垂直配向型素子では、１画素内で複数の液晶分子配向方位が付与され、電圧印加時における表示素子の視角特性の改善が図られる。

マルチドメイン配向制御の方法としては、例えば、特許文献２や特許文献３に、画素を構成する上下基板内面の電極の一部に矩形状の開口部を設け、この開口部近辺に電圧印加時に生じる斜め電界により、液晶分子の配向方位を制御する「斜め電界配向制御法」が提案されている。

垂直配向型液晶表示素子の駆動方法の１つとして、マルチプレックス駆動法がある。現在の（ダイレクト）マルチプレックス駆動法について、主な具体的方法の概要が、例えば文献「ＬＣＤの電気的駆動法」（杉山貴、小林駿介著、雑誌：ディスプレーアンドイメージング、１９９４、Ｖｏｌ．３、ｐｐ１１７−１３１、出版：サイエンス・コミュニケーションズ・インターナショナル）に解説されている。

最も一般的な駆動法は、「最適バイアス法」である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）においては、素子の電気光学応答が実効値電圧で決まることと、素子の性能劣化を防ぐ交流駆動（電圧平均は０になる）が基本であるため、これを実現する駆動波形として、図９（Ａ）に示すような、１ライン選択中に極性反転を行う「フレーム内反転駆動（または、１ライン反転駆動）」（以下、この駆動波形をＡ波形と呼ぶ）や、図９（Ｂ）にしめすような、フレームごとに極性反転を行う「フレーム反転駆動」（以下、この駆動波形をＢ波形と呼ぶ）や、図９（Ｃ）に示すように、Ｂ波形をベースとして、高デューティ駆動時に発生する表示パタンに対するクロストーク（上記解説文献では第２種クロストーク）を低減するためＮラインごとに極性反転を行う「Ｎライン反転駆動」（以下、この駆動波形をＣ波形と呼ぶ）が挙げられる。

なお、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）では、１画素の上下電極間に印加される駆動波形を示した。現在のマルチプレックス駆動ＬＣＤでは、駆動時に消費電力が最も低くなるＢ波形が広く用いられている。

また、液晶表示素子の応答速度が速い場合に生じる「フレームレスポンス」現象を低減する方法として、１フレーム内で複数の選択時間が割り当てられるアクティブアドレッシング法や、例えば特許文献４に開示される１フレーム内でＮ本のラインを同時に選択する「複数ライン同時選択法」（以下、この駆動波形をＭＬＳ波形と呼ぶ）が挙げられる。これは、特に、１／３２デューティ超（デューティ数が３２より大）の高速応答ＳＴＮ−ＬＣＤの駆動に用いられることが多い。

特開２００５−２３４２５４号公報 特開平３−２５９１２１号公報 特許３８３４３０４号公報 特許３１１９７３７号公報

モノドメイン垂直配向型液晶表示素子において、配向欠陥を抑制して良好な表示状態を得るために、プレティルト角は９０°未満にする必要がある。また、図１０（Ａ）に示すように、プレティルト角が８９．５°より大きい場合、特に８９．７°より大きい場合は、電気光学特性における最大透過率Ｔｍａｘが、プレティルト角が９０°に向かって大きくなるにつれ低下する傾向が見られる。

一方、図１０（Ｂ）に示すように、マルチプレックス駆動時において、プレティルト角が９０°に近づくほど、素子のコントラストＣＲが高くなる傾向が見られる。これは、電気光学特性における閾値付近の急峻性が改善されるためであると考えられる。なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）のデータは特許文献１（特開２００５−２３４２５４号公報）に開示されている。

コントラスト向上の観点からは、プレティルト角は９０°に近づけることが好ましいと考えられるものの、実際は明表示時の透過率がプレティルト角を９０°に近づけるに従って低下するので、表示品位が低下してしまう。

図１１に、プレティルト角を８９．６°に設定したセグメント表示タイプの垂直配向型液晶表示素子の外観表示状態例を示す。なお、上側基板のラビング方位が、紙面下向きであり、下側基板のラビング方位が、紙面上向きである。駆動波形としてはＢ波形を印加し、１／８デューティ、１／４バイアス駆動条件で、フレーム周波数８０Ｈｚにて動作させた。セグメントの有効表示領域内に部分的に暗状態になっている領域があり、表示均一性が著しく低下していることがわかった。上記の電気光学特性における透過率低下は、このような現象によるものと考えられる。

一方、特許文献３（特許３８３４３０４号公報）の開示するような、斜め電界配向制御法を用いた垂直配向型液晶表示素子においても、モノドメイン型と同様に、表示均一性が低下し透過率が減少する場合がある。

本発明の一目的は、マルチプレックス駆動されるマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置であって、表示均一性の改善が図られた液晶表示装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、プレティルト角が９０°である斜め電界配向制御マルチドメイン垂直配向型のパッシブマトリクス駆動液晶セルと、前記液晶セルにマルチプレックス駆動波形を印加する駆動装置とを有し、前記斜め電界配向制御マルチドメイン垂直配向型の液晶セルは、相互に対向配置された第１及び第２の基板と、前記第１及び第２の基板に挟まれた液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層側上方、及び、前記第２の基板の前記液晶層側下方にそれぞれ形成された第１及び第２の電極層とを有し、前記駆動装置は、前記第１及び第２の電極層間に前記マルチプレックス駆動波形を印加するように接続され、前記第１及び第２の電極層が画素を構成し、前記画素内部において、フレーム周波数３０Ｈｚ以下のオン駆動波形印加で、明表示であるオン表示と異なる状態である固定された面状の暗領域または流動する面状の暗領域を生じ、前記駆動装置は、フレーム周波数が６０Ｈｚ以上の、１ライン反転駆動であるＡ波形、または、フレーム周波数が３００Ｈｚ以上の、フレーム反転駆動であるＢ波形であって、デューティ比１／４でバイアス比１／３、デューティ比１／８でバイアス比１／４、または、デューティ比１／１６でバイアス比１／５の駆動波形を前記液晶セルに印加することにより前記面状の暗領域の発生を防止する液晶表示装置が提供される。

斜め電界配向制御マルチドメイン垂直配向型液晶セルに、例えばＡ波形を、充分に高いフレーム周波数で印加することにより、暗領域発生を抑制することができるので、表示均一性の改善が図られる。

図１は、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置の代表的な構造例を示す概略断面図である。 図２は、第１の実験の結果を示す顕微鏡写真である。 図３は、第２の実験の結果を示す顕微鏡写真である。 図４は、第３の実験の結果を示す顕微鏡写真である。 図５は、各駆動波形で安定表示が行える条件を１つにまとめたグラフである。 図６は、斜め電界配向制御によるマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置の代表的な構造例を示す概略断面図である。 図７は、表示素子表面法線方位から観察した、上下電極の開口の配置例を示す平面図である。 図８は、第４の実験の結果を示す顕微鏡写真である。 図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、それぞれ、Ａ波形、Ｂ波形、Ｃ波形を示すグラフである。 図１０（Ａ）は、最大透過率Ｔｍａｘのプレティルト角に対する関係を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は、コントラストＣＲのプレティルト角に対する関係を示すグラフである。 図１１は、セグメント表示タイプの垂直配向型液晶表示素子の、表示均一性が低下した状態の例を示す写真である。

まず、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置の表示状態を調べた第１〜第３の実験について説明する。

図１は、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置の代表的な構造例を示す概略断面図である。相互に対向する上側ガラス基板３及び下側ガラス基板１３の内面に、それぞれ、基板側から、所望のパタンの形成された透明電極４及び１４、絶縁膜５及び１５、垂直配向膜６及び１６が形成されている。上下の垂直配向膜６及び１６の間に、誘電率異方性Δε＜０の液晶材料からなる液晶層７が挟まれている。なお、必要に応じて、上下の絶縁膜５及び１５の一方を省いた構造とすることもでき、両方とも省いた構造とすることもできる。

上下の垂直配向膜６及び１６に、上側垂直配向膜６のラビング方向８と下側垂直配向膜１６のラビング方向１８とが反平行（アンチパラレル）となるように、ラビング処理が施されている。ラビング処理により、配向膜６、１６と液晶層７との界面での液晶分子の傾斜角であるプレティルト角θｐが制御される。プレティルト角θｐは、配向膜表面からの傾きで定められ、プレティルトがない場合、θｐは９０°となる。ラビング処理により、８８．５°〜８９．９°の範囲内の所望のプレティルト角θｐを付与して、モノドメイン垂直配向の液晶セルとする。なお、上下の配向膜の片側のみラビング処理することによって、モノドメイン配向とすることもできる。

垂直配向膜６及び１６として、表面自由エネルギが３５ｍＮ／ｍ〜３９ｍＮ／ｍを示す高分子材料を用いることが好ましい。垂直配向膜としてこのような材料を用いることにより、配向膜表面のラビング傷が抑制される。なお、このようなラビング処理の方法は、特許文献１（特開２００５−２３４２５４号公報）の「発明を実施するための最良の形態」の欄に開示されている。

上下のガラス基板３及び１３の外側に、それぞれ、視角補償板２及び１２を介して、偏光板１及び１１が貼り合わされている。偏光板１及び１１は、吸収軸が、それぞれ、表示面内でラビング方向に対して略４５°をなすように、クロスニコル配置されている。なお、必要に応じて、上下の視角補償板２及び１２のうち、一方を省いた構造とすることもできる。

ガラス基板３及び１３、透明電極４及び１４、垂直配向膜６及び１６、液晶層７、そして、必要に応じて絶縁膜５及び１５を含んで、液晶セル２１が構成される。駆動装置３１が、液晶セル２１の透明電極４及び１４に駆動波形を印加して、表示状態を制御する。

次に、第１〜第３の実験に用いた具体的な装置構成について説明する。表示素子として、セグメント表示タイプのものを用いた。透明電極と垂直配向膜との間の絶縁膜を設けない構造とした。垂直配向膜は、チッソ石油化学製垂直配向膜Ａを用い、フレキソ印刷により形成した。ラビング処理には、綿製のラビング布を用い、ラビング条件を適宜変化させてラビング強度を調整することにより、プレティルト角θｐを８８．５°〜８９．９°の値とした。上下基板のラビング方向は、上下基板の貼り合わせ時に、アンチパラレルとなるようにした。

液晶層厚が４μｍとなるように調整して、上下基板を貼り合わせ、空セルを作製した。液晶材料は、メルク製の誘電率異方性Δε＜０で屈折率異方性Δｎ＝０．１５の材料を用い、空セルに真空注入した。その後、注入口を封止して、液晶材料の等方相温度以上の温度で約１時間熱処理を行った。上下偏光板の吸収軸は、液晶層厚さ方向中央の液晶分子配向方位に対して略４５°となるように配置した。

第１〜第３の実験では、それぞれ、表示状態のフレーム周波数に対する依存性が、デューティ比、駆動波形、プレティルト角を変化させたとき、どのように変化するかについて調べた。駆動波形は、任意波形発生装置Ｂｉｏｍａｔｉｏｎ２２０２ＡよりＦＬＣ製アンプを介して、上下電極間に印加した。全てのセグメントにオン波形が印加されるような波形とした。Ｓ字状のセグメントの約上半分を顕微鏡で観察した。なお、プレティルト角として、クリスタルローテーション法による測定値を用いている。

はじめに、デューティ比を変化させた第１の実験について説明する。第１の実験では、プレティルト角を８９．６°とした液晶セルに、Ｂ波形を、デューティ比を変化させて印加した。なお、デューティ比に応じてバイアス比も変化させている。

図２に、第１の実験の結果を示す。フレーム周波数及びデューティ比の条件ごとに、Ｓ字状セグメントの約上半分の顕微鏡写真を並べて示す。なお、写真ではＳ字が逆となっているが、これは液晶表示素子を裏面から観察した為である。

行方向について、左側から、フレーム周波数が３０Ｈｚ、６０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈ、３００Ｈｚと並んでおり、列方向について、上側から、デューティ比及びバイアス比が、１／４デューティで１／３バイアス、１／８デューティで１／４バイアス、１／１６デューティで１／５バイアス、１／３２デューティで１／６バイアス、１／６４デューティで１／９バイアス、１／１２０デューティで１／１１バイアスと並んでいる。なお、デューティ比の分母であるデューティ数が大きいほど（走査線本数が多いほど）、高いデューティ（または高いデューティ比）と呼ぶこととする。

フレーム周波数が３０Ｈｚの場合、１／１６デューティ以上の高デューティでは、流動している暗領域（写真では判別できないが、セグメント表示部分に発生する影が流動しているような現象）が観察されたが、１／４デューティ及び１／８デューティでは、固定した暗領域が観察された。フレーム周波数３０Ｈｚでの観察では、暗領域の面積は１／４デューティで最も広く、高デューティになるに従って狭くなっているように見受けられた。しかし、いずれの暗領域も外観上は表示不均一性を引き起こす原因となっている。

フレーム周波数を６０Ｈｚとすることにより、全てのデューティ条件において、暗領域が固定された。やはり、暗領域は高デューティになるほど面積が狭くなる傾向が見られた。

さらにフレーム周波数を高くすると、１／１２０デューティでは１００Ｈｚ以上で、１／３２デューティ及び１／６４デューティでは１５０Ｈｚ以上で、１／４〜１／１６デューティでは２００Ｈｚ以上で暗領域が除去できることがわかった。

このように、どのデューティ比においても、フレーム周波数を充分に高く設定することにより、暗領域が除去されて、良好な安定的表示状態が得られることがわかった。暗領域が除去されるフレーム周波数は、高デューティになるほど低くなっている。

次に、駆動波形を変化させた第２の実験について説明する。第２の実験では、プレティルト角を８９．６°とした液晶セルに、１／１６デューティ、１／５バイアス駆動条件のＡ波形、Ｂ波形、Ｃ波形、及び、１／１６デューティ条件のＭＬＳ波形を印加した。なお、Ｃ波形は、極性反転ライン数Ｍ＝７で極性反転するようにし、ＭＬＳ波形における同時選択ライン数Ｎ＝２とした。

ここで、１／１６デューティを選択した理由は、第１の実験において１／４〜１／１６デューティ駆動時が最も表示不均一性の原因となる暗領域が広かったためで、１／４〜１／１６デューティを代表して１／１６デューティを選択した。

図３に、第２の実験の結果を示す。フレーム周波数及び駆動波形の条件ごとに、Ｓ字状セグメントの約上半分の顕微鏡写真を行列状に並べて示す。行方向について、左側から、フレーム周波数が３０Ｈｚ、６０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚと並んでおり、列方向について、上側から、駆動波形がＡ波形、Ｂ波形、Ｃ波形、ＭＬＳ波形と並んでいる。

フレーム周波数が３０Ｈｚでは、全ての波形において、流動している暗領域が見られ、常時明暗が変化している様子が見られた。

フレーム周波数が６０Ｈｚになると、駆動波形によって明らかな違いが現れた。Ｂ波形、Ｃ波形、ＭＬＳ波形では、固定した暗領域が観察されたが、Ａ波形ではこのような暗領域が全く観察されなかった。Ｂ波形、Ｃ波形、ＭＬＳ波形でも、波形ごとに暗領域の現れる場所が異なっており、暗領域は、Ｂ波形で最も広く分布し、Ｃ波形、ＭＬＳ波形の順に狭くなっている。

Ｃ波形及びＭＬＳ波形では、フレーム周波数を１００Ｈｚにすると、暗領域がほぼ観察されなくなり、Ｂ波形については、フレーム周波数を２００Ｈｚにすると、暗領域を除去することが可能であった。

暗領域が除去されたフレーム周波数以上の周波数領域では、表示の均一性が保持される。すなわち、Ａ波形ではフレーム周波数を６０Ｈｚ以上にすることにより、Ｃ波形及びＭＬＳ波形ではフレーム周波数を１００Ｈｚ以上にすることにより、Ｂ波形ではフレーム周波数を２００Ｈｚ以上とすることにより、暗領域の観察されない状態が保たれる。

１／４デューティ、１／８デューティ条件でも同様な実験を行ったが、フレーム周波数３０Ｈｚ時に固定した暗領域が発生する以外は、１／１６デューティとほぼ同じ傾向が確認できた。

暗領域は、液晶層内の液晶分子配向方位が、表示面内について、ラビング方向で規定された方位からずれる為に生じると考えられる。どの駆動波形においても、フレーム周波数を充分に高く設定することにより、暗領域の観察されない良好な表示状態が得られることがわかった。暗領域を生じさせないために必要なフレーム周波数は、駆動波形によって異なり、Ａ波形が最も低く、Ｃ波形及びＭＬＳ波形がそれについで低く、Ｂ波形が最も高いこともわかった。

なお、Ａ波形、Ｃ波形（極性反転ライン数Ｍ＝７）、及び、ＭＬＳ波形（同時選択ライン数Ｎ＝２、ただし１／６４デューティ以上の高デューティではＮ＝４）でも、デューティ比を変化させた第１の実験と同様な検討を行ったところ、デューティ比を変化させた場合においても、表示均一化に必要なフレーム周波数が最も高いのはＢ波形であることがわかった。Ｃ波形、ＭＬＳ波形、Ａ波形の順に、表示均一化に必要なフレーム周波数を低くすることができ、第２の実験と同様な結果が得られた。

以上説明した第１及び第２の実験の結果より、駆動波形の高周波成分が多くなることにより、暗領域が減少する傾向があると考えられる。低フレーム周波数においても、できるだけ周波数成分が高い駆動波形を用いることにより、表示状態の均一化を図ることが可能となる。特に、Ａ波形、Ｃ波形、ＭＬＳ波形が好ましいと考えられる。

次に、アンチパラレル配向の液晶表示素子のプレティルト角を変化させた第３の実験について説明する。第３の実験では、プレティルト角の異なる各液晶セルに、１／１６デューティ、１／５バイアス駆動条件のＢ波形を印加した。

図４に、第３の実験の結果を示す。フレーム周波数及びプレティルト角の条件ごとに、第１及び第２の実験と同様に、Ｓ字状セグメントの約上半分の顕微鏡写真を並べて示す。行方向について、左側から、フレーム周波数が３０Ｈｚ、６０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚと並んでおり、列方向について、上側から、プレティルト角が、８９．９°、８９．６°、８９．３°、８９．０°、８８．５°と並んでいる。

フレーム周波数が３０Ｈｚの場合、プレティルト角８９．０°〜８９．９°では、第１及び第２の実験のフレーム周波数３０Ｈｚの条件でも観察されたような、流動している暗領域が観察されたが、８８．５では、暗領域が全く観察されず、均一な表示状態が得られた。

フレーム周波数を６０Ｈｚとすることにより、暗領域は全て固定された。プレティルト角が９０°に近い方が、暗領域の面積が広いことがわかった。フレーム周波数１００Ｈｚにおいて、プレティルト角８９．０°では暗領域が除去され、他のプレティルト角でも暗領域が徐々に狭くなっていく様子が見られた。

プレティルト角８９．３°、８９．６°では、フレーム周波数２００Ｈｚで暗領域が除去された。しかし、プレティルト角８９．９°では、フレーム周波数３００Ｈｚでも暗領域を除去することができなかった。

このように、プレティルト角が大きいほど、暗領域が生じやすく、また、暗領域を除去できるフレーム周波数が高くなる傾向があることがわかった。

さらに、他の駆動波形についてもプレティルト角を変化させた実験を行い、上記実験の結果も合わせ、モノドメイン垂直配向型液晶表示素子について、暗領域が観察されず安定な表示が行える条件を検討した。

なお、上記で説明したように、Ｂ波形のプレティルト角８９．９°では、フレーム周波数３００Ｈｚでも暗領域を除去することができなかったが、３８０Ｈｚ以上とすれば暗領域を除去できることがわかった。

図５は、各駆動波形で安定表示が行える条件を１つにまとめたグラフである。このグラフには、１／１６デューティで１／５バイアスの、Ａ波形、Ｂ波形、及びＣ波形（極性反転ライン数Ｍ＝７）と、１／１６デューティのＭＬＳ波形（同時選択ライン数Ｎ＝２）の結果を示す。横軸が度単位のプレティルト角θｐを示し、縦軸がＨｚ単位のフレーム周波数を示す。なお、横軸のプレティルト角θｐは、右方に向かって減少するように表示されている。

Ａ波形、Ｂ波形、Ｃ波形、及びＭＬＳ波形のそれぞれについて示されたグラフ（境界線）の上側が、暗領域の発生を抑制して表示を行える領域である。

上述のように、フレーム周波数３０Ｈｚ程度で、流動的な暗領域が発生しやすく、フレーム周波数を６０Ｈｚ以上とすることで、暗領域が固定される傾向がある。流動的な暗領域の発生を抑制するために、一般に、フレーム周波数は６０Ｈｚ以上とするのが好ましいと考えられる。すなわち、Ａ波形、Ｂ波形、Ｃ波形、及びＭＬＳ波形の全てについて、フレーム周波数の下限を６０Ｈｚとするのがよいと考えられる。

なお、通常の液晶表示素子の駆動においては、駆動周波数を５０Ｈｚ以下にすることは稀であり、６０Ｈｚ以上に設定することが多い。このような観点からも、フレーム周波数の下限を６０Ｈｚとするのが適当と考えられる。

上述のように、暗領域は、プレティルト角が８８．５°程度と充分に小さいときは発生しないが、プレティルト角がある角度以上に大きくなる（９０°に近づく）と観察されるようになる。フレーム周波数を充分に高くすることにより、暗領域を除去できるが、暗領域除去に必要なフレーム周波数は、プレティルト角が大きくなるにつれ高くなる。

従って、良好な表示を行える領域の境界となるフレーム周波数は、暗領域の発生しないプレティルト角の範囲では６０Ｈｚとし、暗領域が発生するプレティルト角の範囲では、プレティルト角の増加に応じて６０Ｈｚから高くしていけばよい。暗領域の発生し始めるプレティルト角（図５のグラフでフレーム周波数が６０Ｈｚから立ち上がるプレティルト角）と、フレーム周波数を増加させる傾きとが、駆動波形ごとに異なる。

大きなプレティルト角まで暗領域が発生しにくく、また、暗領域を除去するためのフレーム周波数を低く抑えられるという観点からは、Ａ波形が最も好ましく、次いで、ＭＬＳ波形（同時選択ライン数Ｎ＝２）、Ｃ波形（極性反転ライン数Ｍ＝７）、Ｂ波形の順に好ましい。

図５に示す各駆動波形のグラフは、１／１６デューティのものである。ただし、第１、第２の実験で示したように、１／４デューティ、１／８デューティにおいても、フレーム周波数依存性はほぼ同じである。また、プレティルト角に対する依存性も同等であることを確認している。上述のように、高デューティになるほど、暗領域を抑制しやすいので、暗領域抑制のためプレティルト角増加につれて大きくするフレーム周波数の傾きが小さくてすむ。

次に、各駆動波形の、暗領域発生を抑制して均一な表示を行える条件について説明する。まず、Ａ波形について説明する。１／４デューティ以上において（特に、１／４〜１／３１デューティにおいて）、８８．５°≦θｐ＜８９．６°のとき、略６０Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られ、８９．６°≦θｐ≦８９．９°のとき、略［１２０×（θｐ−８９．６）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

また、８９．６°≦θｐ≦８９．９°について、１／３２デューティ以上では（特に、１／３２〜１／１１９デューティでは）、略［６０×（θｐ−８９．６）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られ、１／１２０デューティ以上では、略６０Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

次に、Ｂ波形について説明する。１／４デューティ以上において（特に、１／４〜１／３１デューティにおいて）、８８．５°≦θｐ＜８８．８°のとき、略６０Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られ、８８．８°≦θｐ≦８９．９°のとき、略［３１２×（θｐ−８８．８）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

また、８８．８°≦θｐ≦８９．９°について、１／３２デューティ以上では、略［１６０×（θｐ−８８．８）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

なお、Ｂ波形は他の波形に比べ最も暗領域が生じやすいので、フレーム周波数の下限を６０Ｈｚよりも高く、例えば１００Ｈｚに設定しておいてもよいであろう。フレーム周波数の下限を１００Ｈｚに設定すると、１／４デューティ以上において（特に、１／４〜１／３１デューティにおいて）、８８．５°≦θｐ＜８９．０°のとき、略１００Ｈｚ以上のフレーム周波数が均一表示を得る条件となり、８９．０°≦θｐ≦８９．９°のとき、略［３１２×（θｐ−８９．０）＋１００］Ｈｚ以上のフレーム周波数が均一表示を得る条件となる。

また、８９．０°≦θｐ≦８９．９°について、１／３２デューティ以上では（特に、１／３２〜１／１１９デューティでは）、略［１６０×（θｐ−８９．０）＋１００］Ｈｚ以上のフレーム周波数が均一表示を得る条件となり、１／１２０デューティ以上では、略１００Ｈｚ以上のフレーム周波数が均一表示を得る条件となる。

次に、Ｃ波形について説明する。Ｃ波形は、極性反転ライン数Ｍ＝１とすれば、Ａ波形とほぼ同等な条件で表示均一化を実現でき、極性反転ライン数Ｍをデューティ数（走査線本数）と等しい１６とすれば、Ｂ波形と同等な条件で表示均一化を実現できることがわかった。なお、実際には不可能であるが、極性反転ライン数Ｍ＝１／２に設定できた場合がＡ波形に等しい条件となる。

また、極性反転ライン数Ｍをデューティ数の１／２とすると、Ａ波形とＢ波形の中間的な特性が得られることがわかった。極性反転ライン数Ｍが小さくなるほど、Ａ波形に近い特性となるので、暗領域の発生し始めるプレティルト角を大きくでき、暗領域抑制に必要なフレーム周波数を低くできることになる。

極性反転ライン数Ｍ＝７の場合の、均一表示が得られる条件について説明する。１／４デューティ以上において（特に、１／４〜１／３１デューティにおいて）、８８．５°≦θｐ＜８９．２°のとき、略６０Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られ、８９．２°≦θｐ≦８９．９°のとき、略［２１６×（θｐ−８９．２）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

また、８９．２°≦θｐ≦８９．９°について、１／３２デューティ以上では（特に、１／３２〜１／１１９デューティでは）、略［１１０×（θｐ−８９．２）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られ、１／１２０デューティ以上では、略６０Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

極性反転ライン数Ｍの大きい場合の方が、極性反転ライン数Ｍの小さい場合に比べて、均一表示の得られる条件が厳しくなる。従って、極性反転ライン数Ｍ＝７で均一表示が得られる条件であれば、１≦Ｍ≦６でも均一表示が得られることになる。ここで、デューティ数が１６であるので、極性反転ライン数Ｍ＝７の場合について説明した条件は、極性反転ライン数Ｍがデューティ数の１／２以下である場合に均一表示が得られる条件であると考えることができる。

また、Ｂ波形で均一表示が得られる条件であれば、極性反転ライン数が１以上デューティ数以下のＣ波形でも均一表示を得ることができることになる。

次に、ＭＬＳ波形について説明する。なお、ＭＬＳ波形では、１／４〜１／６３デューティにおいて、同時選択ライン数Ｎ＝２とし、１／６４デューティ以上において、同時選択ライン数Ｎ＝４とする。

１／４デューティ以上において（特に、１／４〜１／３１デューティにおいて）、８８．５°≦θｐ＜８９．３°のとき、略６０Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られ、８９．３°≦θｐ≦８９．９°のとき、略［１５０×（θｐ−８９．３）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

また、８９．３°≦θｐ≦８９．９°について、１／３２デューティ以上では（特に、１／３２〜１／６３デューティでは）、略［７５×（θｐ−８９．３）＋６０］Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られ、１／６４デューティ以上では、略６０Ｈｚ以上のフレーム周波数で均一表示が得られる。

なお、同時選択ライン数が大きい方が、高周波成分が増えると考えることができる。１／４〜１／６３デューティにおいて、同時選択ライン数Ｎを３または４としても、上記条件で均一表示を得ることができるであろう。

以上説明したように、モノドメイン垂直配向型液晶表示素子において、駆動波形ごとに、均一表示の得られる条件を見積もることができる。大きなプレティルト角において表示均一性が低下して透過率が低下する不具合の改善が図られる。特に、８９．５°以上のプレティルト角、さらに、特に８９．７°以上のプレティルト角での透過率低下抑制に有効である。低いフレーム周波数で表示均一化を実現するという観点からは、Ａ波形、ＭＬＳ波形、Ｃ波形を用いることが好ましい。

なお、デューティの上限は、例えば１／２４０デューティ程度である。また、フレーム周波数の上限は、例えば５００Ｈｚ程度である。

次に、斜め電界配向制御によるマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置の表示状態を調べた第４の実験について説明する。

図６は、斜め電界配向制御によるマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置の代表的な構造例を示す概略断面図である。相互に対向する上側ガラス基板１０３及び下側ガラス基板１１３の内面に、それぞれ、基板側から、所望のパタンの形成された透明電極１０４及び１１４、絶縁膜１０５及び１１５、垂直配向膜１０６及び１１６が形成されている。上下の垂直配向膜１０６及び１１６の間に、誘電率異方性Δε＜０の液晶材料からなる液晶層１０７が挟まれている。なお、必要に応じて、上下の絶縁膜１０５及び１１５の一方を省いた構造とすることもでき、両方とも省いた構造とすることもできる。

垂直配向膜１０６及び１１６として、好ましくは表面自由エネルギが３５ｍＮ／ｍ〜３９ｍＮ／ｍを示す高分子材料を用い、垂直配向膜１０６及び１１６には、配向処理を行わない。従って、プレティルト角は９０°である。

上下の透明電極１０４及び１１４の有効表示エリアには、それぞれ、電極の一部に矩形状スリット開口１０８及び１１８が設けられており、表示面内で、上側電極１０４の開口１０８と下側電極１１４の開口１１８とが、互い違いに一方向に一定周期で並んでいる。

図７は、表示素子表面法線方位から観察した、上下電極の開口１０８及び１１８の配置例を示す。上側電極の開口１０８を太線で示し、下側電極の開口１１８を細線で示す。上側電極の開口１０８は、その長さ方向（紙面左右方向）に複数個一定周期で並べられて列をなす。開口１０８の複数の列が、長さ方向に直交する方向（紙面上下方向）に一定周期で並んでいる。

１つの開口１０８の長さは、例えば９０μｍであり、列内で隣り合う開口１０８同士の隙間は例えば１０μｍである。開口１０８は、列内で、例えば１００μｍ周期で並んでいる。１つの開口１０８の幅は、例えば２０μｍであり、開口１０８の列同士の中心間隔は、例えば１２０μｍである。下側電極上の開口１１８の配置も同様である。

表示面内で、上下の開口１０８及び１１８は、上側の開口１０８の列と、下側の開口１１８の列とが、開口の長さ方向に直交する方向に、一定周期で交互に並ぶように配置される。相互に隣接する開口１０８の列と開口１１８の列との中心間隔は、例えば６０μｍである。開口の長さ方向については、例えば、隣り合う開口１０８同士の隙間の中心に、開口１１８の中心が配置される。なお、開口の長さ方向については、隣接する開口同士を連結してもよい。

このように、上下透明電極に開口を形成することにより、上下基板間に、基板法線方位に対して斜め方位の電界を印加することができ、斜め方位の電界によって、液晶分子の配向を制御することができる。

図６に戻って説明を続ける。上下のガラス基板１０３及び１１３の外側に、それぞれ、視角補償板１０２及び１１２を介して、偏光板１０１及び１１１が貼り合わされている。偏光板１０１及び１１１は、吸収軸が、それぞれ、表示面内でスリット状開口１０８及び１１８の長さ方向に対して略４５°をなすように、クロスニコル配置されている。なお、必要に応じて、上下の視角補償板１０２及び１１２のうち、一方を省いた構造とすることもできる。

ガラス基板１０３及び１１３、透明電極１０４及び１１４、垂直配向膜１０６及び１１６、液晶層１０７、そして、必要に応じて絶縁膜１０５及び１１５を含んで、液晶セル１２１が構成される。駆動装置１３１が、液晶セル１２１の透明電極１０４及び１１４に駆動波形を印加して、表示状態を制御する。

次に、第４の実験に用いた具体的な装置構成について説明する。表示素子として、セグメント表示タイプのものを用いた。透明電極と垂直配向膜との間の絶縁膜を設けない構造とした。垂直配向膜は、チッソ石油化学製垂直配向膜Ａを用い、フレキソ印刷により形成した。ラビング処理は行わない。透明電極上の開口配置は、図７に示したようなものとした。

液晶層厚が４μｍとなるように調整して、上下基板を貼り合わせ、空セルを作製した。液晶材料は、メルク製の誘電率異方性Δε＜０で屈折率異方性Δｎ＝０．１５の材料を用い、空セルに真空注入した。その後、注入口を封止して、液晶材料の等方相温度以上の温度で約１時間熱処理を行った。上下偏光板の吸収軸は、スリット状開口の長さ方向に対して略４５°となるように配置した。

第４の実験では、斜め電界配向制御タイプ液晶表示素子に印加する駆動波形を、Ａ波形、Ｂ波形、Ｃ波形（極性反転ライン数Ｍ＝７）とし、１／１６デューティ、１／５バイアス条件でオン電圧におけるフレーム周波数を変化させたときの表示状態を、顕微鏡観察した。

図８は、第４の実験の観察結果を示す顕微鏡写真である。フレーム周波数及び駆動波形の条件ごとに、顕微鏡写真を行列状に並べて示す。行方向について、左側から、フレーム周波数が３０Ｈｚ、６０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚと並んでおり、列方向について、上側から、駆動波形がＡ波形、Ｂ波形、Ｃ波形と並んでいる。

フレーム周波数３０Ｈｚでは、全ての波形において、第１の実験等でも観察された、流動する暗領域が確認され、表示均一性が不充分であることがわかった。

フレーム周波数６０Ｈｚでは、Ａ波形を用いることにより表示均一性は改善され、暗領域はほぼスリット開口部と左右方位スリット間のみとなっている。この状態では、目視でも表示均一性に問題が無いことを確認した。一方、Ｂ波形、Ｃ波形に関しては、流動する暗領域は観察されなくなったが、固定された暗領域がランダムに観察されることがわかり、目視でも表示見栄えが悪いものであった。

Ｂ波形を用いた場合、フレーム周波数を３００Ｈｚ以上にすることにより、暗領域を完全に消去して均一な表示状態が得られることを、顕微鏡観察及び目視観察により確認できた。Ｃ波形においては、フレーム周波数を２００Ｈｚ以上にすると均一表示が実現できた。

以上のように、Ａ波形を用いることが表示均一化に最も有効であることがわかった。なお、ＭＬＳ波形（同時選択ライン数Ｎ＝２）を用いた場合は、フレーム周波数１５０Ｈｚ以上で均一表示が実現できることを目視にて確認した。

なお、上述のモノドメインの場合と同様に、駆動波形の高周波成分が多い方が、暗領域が抑制されるであろう。上述の１／１６デューティに対する条件は、より高いデューティについても有効と考えられる。また、モノドメインの場合と同様に、１／４〜１／１６デューティでは、フレーム周波数依存性はほぼ同じであることを確認している。

Ｃ波形について、上述の結果は、モノドメインの場合と同様に、極性反転ライン数Ｍがデューティ数の１／２以下である場合に均一表示が得られる条件であると考えることができる。また、Ｂ波形で均一表示が得られる条件であれば、極性反転ライン数が１以上デューティ数以下のＣ波形でも均一表示を得られると考えられる。なお、ＭＬＳ波形については、同時選択ライン数Ｎを３または４としても、上記条件で均一表示を得ることができるであろう。

このように、斜め電界配向制御によるマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置についても、駆動波形に応じて適切なフレーム周波数を選択することにより、良好な表示を得ることが可能である。低いフレーム周波数で表示均一化を実現するという観点からは、Ａ波形、ＭＬＳ波形、Ｃ波形を用いることが好ましい。

以上説明したように、モノドメイン垂直配向型液晶表示装置、及び、斜め電界配向制御によるマルチドメイン垂直配向型液晶表示装置において、駆動波形に応じて適切なフレーム周波数を選択することにより、表示均一性を改善することができる。

このような技術を適用可能な液晶表示素子としては、例えば、セグメント表示単純マトリクス駆動液晶表示素子、ドットマトリクス表示単純マトリクス駆動液晶表示素子、１つの液晶表示素子内に、セグメント表示単純マトリクス駆動液晶表示素子部分とドットマトリクス表示単純マトリクス駆動液晶表示素子部分とを含む液晶表示素子、等が挙げられる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１、１１ 偏光板
２、１２ 視角補償板
３、１３ ガラス基板
４、１４ 透明電極
５、１５ 絶縁膜
６、１６ 垂直配向膜
７ 液晶層
８、１８ ラビング方向
θｐ プレティルト角
２１ 液晶セル
３１ 駆動装置

Claims (3)

1. プレティルト角が９０°である斜め電界配向制御マルチドメイン垂直配向型のパッシブマトリクス駆動液晶セルと、
   前記液晶セルにマルチプレックス駆動波形を印加する駆動装置と
   を有し、
   前記斜め電界配向制御マルチドメイン垂直配向型の液晶セルは、
   相互に対向配置された第１及び第２の基板と、
   前記第１及び第２の基板に挟まれた液晶層と、
   前記第１の基板の前記液晶層側上方、及び、前記第２の基板の前記液晶層側下方にそれぞれ形成された第１及び第２の電極層と
   を有し、
   前記駆動装置は、前記第１及び第２の電極層間に前記マルチプレックス駆動波形を印加するように接続され、
   前記第１及び第２の電極層が画素を構成し、
   前記画素内部において、フレーム周波数３０Ｈｚ以下のオン駆動波形印加で、明表示であるオン表示と異なる状態である固定された面状の暗領域または流動する面状の暗領域を生じ、
   前記駆動装置は、
   フレーム周波数が６０Ｈｚ以上の、１ライン反転駆動であるＡ波形、または、フレーム周波数が３００Ｈｚ以上の、フレーム反転駆動であるＢ波形であって、デューティ比１／４でバイアス比１／３、デューティ比１／８でバイアス比１／４、または、デューティ比１／１６でバイアス比１／５の駆動波形を前記液晶セルに印加することにより前記面状の暗領域の発生を防止する液晶表示装置。
2. 前記画素を構成する上下基板内面の電極層の一部に、平面視で矩形状の開口を設け、前記開口は前記第１及び第２の電極層のいずれにも設けられたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第１の電極層に形成された開口と前記第２の電極層に形成された開口とが、第１または第２の電極層を平面視したときに、一方向に交互に並ぶように配置された請求項２記載の液晶表示装置。