CN1740859A - 光学补偿弯曲模式液晶显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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    • G02F1/1395—Optically compensated birefringence [OCB]- cells or PI- cells

Abstract

本发明提供一种OCB模式液晶显示装置及其驱动方法，可以使液晶分子迅速地从初始取向状态转移到用于画面显示的取向状态，同时减少电力消耗。本发明包括部分地分别覆盖上部以及下部驱动电极的大于等于一对的上部以及下部预倾电极，通过对所述上部以及下部预倾电极施加大于等于转移电压的预倾电压，使液晶分子部分地转移到弯曲或垂直取向状态的第一取向状态，即使对上部以及下部驱动电极施加低的驱动电压，也可以使液晶分子迅速地转移到用于画面显示的第二取向状态。其结果，通过实现快的响应速度，可以进行高速运动图像显示，并且由于以低功率工作，所以可以减少电力消耗。

Description

光学补偿弯曲模式液晶显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及OCB模式液晶显示装置及其驱动方法，更详细地说，涉及消耗功率低并且可以将液晶分子迅速地从初始取向状态转移到用于画面显示的取向状态的OCB模式液晶显示装置及其驱动方法。
背景技术
液晶显示装置基于轻薄短小、低驱动电压以及低消耗功率的优点，而代替CRT逐步发展，特别是薄膜晶体管液晶显示装置实现了与CRT匹配的高图像质量化、大型化、彩色化等，从而最近在各种领域被广泛地使用。这样的液晶显示装置具有形成有薄膜晶体管以及像素电极的阵列基板和形成有滤色器以及相对电极的滤色器基板经由液晶层互相接合的结构，液晶显示装置所使用的液晶一般来说主要使用扭曲向列(twisted nematic：TN)模式的液晶。
TN模式液晶显示装置具有高的图像显示对比度，但存在可视角依赖性高的问题。为了改善这样的TN模式液晶显示装置的可视角特性，而提出包含像素区域分割技术的多种方法，并提出在液晶层中形成双重区域(doubledomain)的技术以及IPS(in-plane switching，平面开关)模式液晶显示装置。这里，作为在液晶层内形成双重区域的技术，有多重研磨、多重取向方法、边界边缘场方法(edge fringe field method)以及平行边缘场方法(parallel fringefield method)等。
这样的液晶显示装置存在响应速度低的问题。即，使用TN模式液晶的液晶显示装置的响应速度慢，灰度显示间的响应速度最大约100ms，所以无法实现为显示高速运动图像而求出的16.7ms。从而，需要可以显示高速运动图像的高响应速度和宽可视角的液晶显示装置。由此，为了在全方向上得到均等的可视角特性并且改善响应速度，提出OCB(optically compensated bend，光学补偿弯曲)模式液晶显示装置。
以下，参照图1a至图1c简略地说明现有的OCB模式液晶显示装置的结构以及驱动。
现有的OCB模式液晶显示装置包括：上部基板110，包括滤色器、上部驱动电极140和取向膜；下部基板120，包括TFT、下部驱动电极150和取向膜；以及液晶分子130，介于所述上部基板110和下部基板120之间。此时，配置于所述上部以及下部基板110、120的取向膜全部被取向处理到同一方向。在这样的结构中，如果对上部以及下部驱动电极140、150施加电压，则如图1a所示，液晶分子130通过取向膜的取向处理方向维持作为初始取向状态的喇叭形(splay)取向状态。
另一方面，在所述上部以及下部驱动电极140、150之间施加预倾(pre-tilt)电压时，如图1b所示，作为喇叭形取向状态的液晶分子130转移到弯曲(bend)取向状态。这里，预倾电压必需比液晶分子130从喇叭形取向状态开始转移到弯曲取向状态所需的转移电压高，液晶分子130在喇叭形取向状态下开始转移到弯曲取向状态所花费的时间称为“转移时间”。对所述上部以及下部驱动电极140、150施加驱动电压时，如图1c所示，作为弯曲取向状态的液晶分子130通过驱动电压而转移到垂直取向状态从而线性地使光透过。此后，在没有进一步施加电压时，液晶分子130转移到喇叭形取向状态。
在现有的OCB模式液晶显示装置中，液晶分子130通过对上部以及下部驱动电极140、150施加的电压而反复转移到喇叭形取向状态、弯曲取向状态以及垂直取向状态，并显示规定的图像，但在先施加了预倾电压之后，通过施加驱动电压来显示图像。
但是，现有的OCB模式液晶显示装置为了通过预倾电压使液晶分子从喇叭形取向状态转移到弯曲取向状态所需要的电力多时，由此增加电力消耗量。此外，现有的OCB模式液晶显示装置从喇叭形取向状态向弯曲取向状态的转移速度慢，实际上这样的两个状态是图像的显示所不需要的区间，产生驱动电压高、难以形成弯曲取向的问题。
另一方面，以往，提出一种方法，将单体或UV固化剂与液晶分子混合从而以高预倾固定，容易地进行向弯曲取向的转移，此外，大韩民国专利公开第2002-0097025号中提出一种方法，在单元表面部分具有锯齿形状的连续的倾斜面，用作使液晶分子转移到弯曲取向的核心(nucleus)。
但是，前者的方法在显示均匀性上存在问题，难以实际应用，后者的方法也实质上非常难以在ITO上形成倾斜面，所以也难以实际应用。
发明内容
本发明是为了解决如前所述的背景技术的OCB模式液晶显示装置中存在的问题而提出的，其目的在于提供一种OCB模式液晶显示装置及其驱动方法，可以使液晶分子迅速地从初始取向状态转移到用于画面显示的取向状态，同时减少电力消耗。
为了达成所述目的，根据本发明的一方面，提供一种OCB模式液晶显示装置，该OCB模式液晶显示装置的特征在于包括：上部以及下部驱动电极，被分别配置在相对的上部基板和下部基板，并且被施加驱动电压；液晶层，包括介于所述上部基板和下部基板之间的多个液晶分子；以及大于等于一对的上部以及下部预倾电极，配置为部分地分别覆盖所述上部以及下部驱动电极，被施加用于使所述液晶分子的取向状态部分地转移的电压。
根据本发明的另一方面，所述一对上部以及下部预倾电极与所述基板的平面平行地配置，在与所述基板的平面垂直的方向上，以液晶层介于之间的状态相对配置。
根据本发明的另一方面，OCB模式液晶显示装置的特征在于包括：上部以及下部驱动电极阵列，配置在相对的上部基板和下部基板上，并且，互相成对；液晶层，包括介于所述上部基板和下部基板之间的多个液晶分子；以及大于等于一对的上部以及下部预倾电极，对应于所述各对上部以及下部驱动电极，配置为以绝缘层介于之间的状态部分地分别覆盖所述上部以及下部驱动电极，被施加用于使所述液晶分子的取向状态部分地转移的电压。
根据本发明的另一方面，OCB模式液晶显示装置的特征在于包括：以液晶介于之间的状态相对的一对基板；形成在所述一对基板中一个基板上的共用电极；形成在另一个基板上、并被施加驱动电压的像素电极阵列；以及大于等于一个的预倾电极，配置为部分地覆盖所述像素电极阵列中各个像素电极，被施加用于使所述液晶分子的取向状态部分地转移的预倾电压。
根据本发明的另一方面，提供一种OCB模式液晶显示装置的驱动方法，在一个像素中，通过施加到上部基板和下部基板的预倾电压使液晶分子转移到第一取向状态之后，以通过对所述上部基板和下部基板施加驱动电压使第一取向状态的液晶分子转移到用于图像显示的第二取向状态的方式来显示图像，该OCB模式液晶显示装置的驱动方法的特征在于包含：通过所述预倾电压使所述液晶分子部分地转移到具有不同的取向状态的第一取向状态的步骤；以及通过所述驱动电压使所述液晶分子全部转移到具有用于图像显示的相同的取向状态的第二取向状态的步骤。
根据本发明的另一方面，所述预倾电压被施加为比不施加预倾电压的模式的转移电压高的电平的电压。
如上可知，本发明包括部分地分别覆盖上部以及下部驱动电极的大于等于一对的上部以及下部预倾电极，通过对所述上部以及下部预倾电极施加大于等于转移电压的预倾电压，使液晶分子转移到第一取向状态，即通过使液晶分子部分地转移到弯曲或垂直取向状态，即使对上部以及下部驱动电极施加低的驱动电压，也可以使液晶分子迅速地转移到用于画面显示的第二取向状态。其结果，本发明的OCB模式液晶显示装置通过实现快的响应速度，可以进行高速运动图像显示，并且由于以低功率工作，所以可以减少电力消耗。
与特定的实施方式相关联地图示并说明了本发明，但本发明不限于此，在不脱离由专利申请权利要求范围设定的本发明的精神和领域的限度内，本发明可以各种地改造以及变形，这一点只要是本领域中具有通常的知识的人员就可以容易地理解。
附图说明
图1A～图1C是用于说明现有的OCB模式液晶显示装置的结构以及驱动方法的附图。
图2A～图2D是用于说明本发明的实施方式的OCB模式液晶显示装置的结构以及驱动方法的附图。
图3是表示本发明的实施方式的根据预倾电压和驱动电压的变化的液晶分子的光透过性的曲线图。
图4是表示本发明的实施方式的OCB模式液晶显示装置的动作波形图。
具体实施方式
(实施方式)
以下，参照附图说明本发明的优选实施方式，在全体附图中，对于同一部分提供同一附图标号。
图2a～图2d是用于说明本发明的实施方式的OCB模式液晶显示装置的结构以及驱动方法的附图。
本发明的OCB模式液晶显示装置包括：上部基板210，包括滤色器和上部驱动电极240；下部基板220，包括TFT、下部驱动电极250和取向膜；以及液晶分子230，介于所述上部基板210和下部基板220之间。所述上部基板210和下部基板220的上部以及下部驱动电极240、250上配置绝缘层260、261，在该绝缘层260、261上分别包括对于基板210、220的平面平行地延伸，并部分地覆盖所述上部以及下部驱动电极240、250的上部以及下部预倾电极270、280。所述上部以及下部预倾电极270、280在基板210、220的平面的垂直方向上对置并且对应地配置，互相成对，一个上部以及下部驱动电极240、250包括大于等于一对的上部以及下部预倾电极270、280。所述上部以及下部基板210、220上所配置的取向膜全部被取向处理在同一方向或者互相垂直的方向上。
在这样的结构中，不对上部驱动电极240和下部驱动电极250以及上部预倾电极270和下部预倾电极280施加电压时，如图2a所示，液晶分子230通过取向膜的取向处理方向而维持作为初始取向状态的喇叭形取向状态。另一方面，在不对所述上部以及下部驱动电极230、240施加电压的状态下，对上部预倾电极270和下部预倾电极280施加大于等于转移电压(Vtr)的预倾电压的情况下，如图2b或图2c所示，在上部以及下部预倾电极270、280之间的区域存在的液晶分子从初始取向状态转移到第一取向状态。
换言之，在不对所述上部以及下部驱动电极240、250施加电压的状态下，对上部以及下部预倾电极270、280施加第一电压的情况下，如图2b所示，在所述上部以及下部预倾电极270、280之间的区域中存在的液晶分子从喇叭形取向状态转移到弯曲取向状态。在对所述上部以及下部预倾电极270、280施加具有比第一电压高的电平的第二电压的情况下，如图2c所示，上部以及下部预倾电极270、280之间的区域存在的液晶分子从喇叭形取向状态转移到垂直取向状态，此时，与上部以及下部预倾电极270、280之间的区域邻接的液晶分子也由于转移的液晶分子的取向状态以及电场的影响，从喇叭形取向状态转移到弯曲取向状态。
接着，在对所述上部以及下部驱动电极240、250施加驱动电压的情况下，如图2d所示，液晶分子230全体转移到用于画面显示的第二取向状态从而线性地使光透过。
这样的本发明的OCB模式液晶显示装置，在不对上部以及下部驱动电极240、250施加驱动电压的状态下，通过对上部以及下部预倾电极270、280施加大于等于转移电压(Vtr)的预倾电压，所述上部以及下部预倾电极270、280的区域中存在的液晶分子被排列为弯曲取向状态或垂直取向状态。即，液晶分子部分地被排列为第一取向状态。
其结果，本发明的OCB模式液晶显示装置与以往的装置不同，通过具备部分地覆盖上部以及下部驱动电极240、250的上部以及下部预倾电极270、280，可以对画面显示没有影响地将液晶分子排列为第一取向状态，并由此，即使对上部以及下部驱动电极240、250施加低电平的驱动电压，液晶分子230也以快的速度转移到用于画面显示的第二取向状态。
以下参照图3以及图4说明本发明的OCB模式液晶显示装置动作的一例。
首先，图3是表示在对标准白(normal white)方式的OCB模式液晶显示装置中包括的上部以及下部预倾电极分别施加了不同电平的预倾电压(Vset)的状态下，对应对上部以及下部驱动电极施加的驱动电压(Vp)的液晶分子的光透过性的曲线图。
即，图3是表示在对本发明的OCB模式液晶显示装置的上部以及下部预倾电极分别施加了0V(310)、2V(320)、4V(330)、6V(340)、8V(350)的预倾电压(Vset)的状态下，对应对上部以及下部驱动电极施加的驱动电压的液晶分子的光透过性。从而，通过提高对所述上部以及下部预倾电极施加的预倾电压(Vset)的电平，减少变化液晶分子的取向状态所需的转移电压的大小，其结果，将液晶分子全体取向为第二取向状态所需的驱动电压(Vp)的大小也减少。作为参考，对应于图示的曲线的变形(inflection)点的驱动电压(Vp)为转移电压(Vtr)。
换言之，在预倾电压(Vset)为0V的情况下，具有约2.8V的转移电压(Vtr)，在预倾电压(Vset)为4V的情况下，具有约1.2V的转移电压(Vtr)，在预倾电压(Vset)为8V的情况下，具有约0V的转移电压(Vtr)。由此，在对包括所述的构成元件的OCB模式液晶显示装置的上部以及下部预倾电极施加0V的预倾电压(Vset)的情况下，液晶分子的初始取向状态为喇叭形取向状态，这里，如果施加大于等于约2.8V的驱动电压(Vp)，则液晶分子的取向状态开始变化。此外，在施加4V的预倾电压(Vset)的情况下，具有约1.2V的转移电压，在施加8V的预倾电压(Vset)的情况下，转移电压为0V，施加大于等于0V的驱动电压(Vp)的情况下，液晶分子的取向状态根据驱动电压(Vp)的大小而迅速开始变化。
通过这样的过程，设定对OCB模式液晶显示装置的上部以及下部预倾电极施加的预倾电压(Vset)的电平，通过设定的预倾电压(Vset)决定液晶分子的第一取向状态。
图4是设定为通过这样的过程，对上部以及下部预倾电极施加一定的电平的预倾电压(Vset)的OCB模式液晶显示装置的动作波形图。
如图所示，对OCB模式液晶显示装置的上部以及下部预倾电极施加大于等于转移电压(Vtr)的预倾电压(Vset)。通过这样的预倾电压(Vset)，在液晶分子的初始取向状态下，部分地被排列为第一取向状态、即弯曲取向状态，或垂直取向状态。此外，对OCB模式液晶显示装置周期性地施加一定电平的栅极电压(Vg)，所述预倾电压(Vset)以与栅极电压(Vg)相同的周期反转电极性施加。
此时，对与要显示的栅极线(gate line)连接的栅电极施加栅极电压(Vg)并关闭薄膜晶体管，对源极施加表示图像信号的数据电压，施加的数据电压被施加到漏极。于是，施加到漏极的数据电压为驱动电压(或者像素电压、Vp)，并被施加到一个驱动电极(像素电极)。通过这样的施加到像素电极的像素电压(Vp)和施加到与所述像素电极对应的另一个驱动电极(共用电极)的共用电压(Vcom)的电位差形成电场。这样形成的电场被施加到介于一对驱动电极之间的液晶分子，所述液晶分子成为第二取向状态，其结果，使光透过而得到图像信号。所述像素电压(Vp)在施加栅极电压(Vg)的区间充电，在不施加栅极电压(Vg)的区间维持为一定电平。
接着，进一步施加栅极电压(Vg)时，薄膜晶体管被关闭，像素电压(Vp)被施加到像素电极，所述像素电压(Vp)被充电。此时，预倾电压(Vset)和像素电压(Vp)的极性与以前的帧相反，所述预倾电压(Vset)具有比像素电压(Vp)高的电压电平。另一方面，如果不施加栅极电压(Vg)，则薄膜晶体管被关闭，像素电压(Vp)被维持在一定的电平。通过这样的施加到像素电极的像素电压(Vp)和施加到共用电极的共用电压(Vcom)的电位差形成电场。这样形成的电场被施加到介于一对驱动电极间的液晶分子，液晶分子成为第二取向状态，其结果，使光透过而得到图像信号。
结果，对OCB液晶显示装置周期性地施加栅极电压(Vg)和预倾电压(Vset)，这里，通过施加像素电压(Vp)，得到连续的图像信号。
这样动作的本发明的OCB模式液晶显示装置在上部基板和下部基板上形成大于等于一对的预倾电极，使其分别地部分覆盖上部以及下部驱动电极。对这样的所述预倾电极施加大于等于转移电压的预倾电压，液晶分子部分地转移为第一取向状态，此后，通过对上部以及下部驱动电极施加驱动电压，液晶分子迅速转移到第二取向状态，此外，即使为低的驱动电压电平，液晶分子转移到第二取向状态。其结果，本发明的OCB模式液晶显示装置具有快的响应速度，可以低功率驱动。
在本发明的所述详细的说明中，说明了在上部以及下部基板间仅例示地包含一对驱动电极的例子，但一对驱动电极对应于一个像素，从而，本领域技术人员容易知道在上部以及下部基板上形成多对驱动电极、即驱动电极对的阵列。

Claims (11)

1.一种OCB模式液晶显示装置，其特征在于包括：
上部以及下部驱动电极，被分别配置在相对的上部基板和下部基板，并且被施加驱动电压；
液晶层，包括介于所述上部基板和下部基板之间的多个液晶分子；以及
大于等于一对的上部以及下部预倾电极，配置为部分地分别覆盖所述上部以及下部驱动电极，被施加用于使所述液晶分子的取向状态部分地转移的电压。
2.如权利要求1所述的OCB模式液晶显示装置，其特征在于，
所述一对上部以及下部预倾电极与所述基板的平面平行地配置，在与所述基板的平面垂直的方向上，以液晶层介于之间的状态相对配置。
3.如权利要求1所述的OCB模式液晶显示装置，其特征在于，
所述一对上部以及下部预倾电极以绝缘层介于所述上部以及下部驱动电极间的状态部分地覆盖所述上部以及下部驱动电极。
4.一种OCB模式液晶显示装置，其特征在于包括：
上部以及下部驱动电极阵列，配置在相对的上部基板和下部基板上，并且互相成对；
液晶层，包括介于所述上部基板和下部基板之间的多个液晶分子；以及
大于等于一对的上部以及下部预倾电极，对应于所述各对上部以及下部驱动电极，配置为以绝缘层介于之间的状态部分地分别覆盖所述上部以及下部驱动电极，被施加用于使所述液晶分子的取向状态部分地转移的电压。
5.如权利要求4所述的OCB模式液晶显示装置，其特征在于，
所述一对上部以及下部预倾电极与所述基板的平面平行地配置，在与所述基板的平面垂直的方向上以液晶层介于之间的状态相对地配置。
6.一种OCB模式液晶显示装置，其特征在于包括：
以液晶层介于之间的状态相对的一对基板；
形成在所述一对基板中一个基板上的共用电极；
形成在另一个基板上、并被施加驱动电压的像素电极阵列；以及
大于等于一个的预倾电极，配置为部分地覆盖所述像素电极阵列中各个像素电极，被施加用于使所述液晶分子的取向状态部分地转移的预倾电压。
7.如权利要求6所述的OCB模式液晶显示装置，其特征在于，
所述各预倾电极与对应于所述基板的平面方向的像素电极平行地配置，在与所述基板的平面垂直的方向上，以液晶层介于共用电极之间的状态配置。
8.一种OCB模式液晶显示装置的驱动方法，在一个像素中，通过施加到上部基板和下部基板的预倾电压使液晶分子转移到第一取向状态之后，以通过对所述上部基板和下部基板施加驱动电压使第一取向状态的液晶分子转移到用于图像显示的第二取向状态的方式来显示图像，其特征在于包含：
通过所述预倾电压使所述液晶分子部分地转移到具有不同的取向状态的第一取向状态的步骤；以及
通过所述驱动电压使所述液晶分子全部转移到具有用于图像显示的相同的取向状态的第二取向状态的步骤。
9.如权利要求8所述的OCB模式液晶显示方法，其特征在于，
所述预倾电压被施加为比不施加预倾电压的模式的转移电压高的电平的电压。
10.如权利要求8所述的OCB模式液晶显示方法，其特征在于，
所述预倾电压被施加为与用于图像显示的驱动电压高的电平的电压。
11.如权利要求8所述的OCB模式液晶显示方法，其特征在于，
所述预倾电压以栅极电压的周期反转电极性施加。
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