JP2000321588A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
て応答速度を速めた液晶表示装置で、液晶を確実にベン
ド配向させる。 【解決手段】 液晶に画像を表示するための表示電圧よ
りも高い転移電圧を印加すると液晶をベンド転移させる
ことができる。画素電極の間隔dを例えば5μmの転移
距離以下にしておくことによって、画素電極間にわたっ
てベンド配向が拡散し、表示領域全体をベンド配向させ
ることができる。また、アクティブマトリクス型LCD
においては、共通電極に転移電圧を印加することによっ
て、画素電極間に位置するデータ線やゲート線との間に
も電界を発生させ、表示画面全体をベンド転移させるこ
とができる。
Description
quid Crystal Display;LCD)に関し、特に液晶駆動
速度の速いOCB(Optical Controlled Birefringenc
e)モードを用いたLCDに関する。
ルドシーケンシャルLCD(Field Sequential LCD;F
S−LCD)の実用化のために、より応答速度の早いL
CDが求められている。
印加してから液晶が駆動状態に変化するのに要する時間
である。液晶は電圧が印加されると所定の方向に配向さ
れて駆動状態となるが、配向方向に液晶分子がそろうま
でには一定の時間が必要であり、この時間が応答速度で
ある。応答速度が遅いと、例えば動画を表示すると、前
の画面が残るので、特に動画表示特性の低いLCDとな
る。応答速度がより速い液晶を用いたLCDであれば、
動画をよりスムーズに表示することができる。
速く切り替えてそれぞれの色の画像をひとつの画素に交
互に表示することによってカラーの表示を行う方式であ
る。FS−LCDに用いる液晶は、その動作原理からカ
ラーフィルタ方式のLCDに用いられる液晶に比較して
著しく速い応答速度が求められており、実用化が待たれ
ている。
OCBモードの液晶が以前から知られている。OCBモ
ードは液晶がベンド配向を行う状態の名称である。図9
は対向するガラス等よりなる透明基板51、52上に、
それぞれ第1、第2の電極53、54、配向膜55、5
6を形成し、この間に液晶層57を封入したLCDを示
している。液晶層57はネマティック液晶で、配向膜5
5、56は、互いにほぼ平行方向にラビングされ、互い
に向かい合うようにプレティルト角がつけられている。
これに図示しない光学補償層が設置され、可視化され
る。図9(a)は電極53、54に電圧を印加していな
い状態である。液晶分子57aは、ラビング方向(紙面
平行方向)に配向され、配向膜55、56近傍の液晶分
子57aはプレティルト角の方向を向いている。図9
(b)は電極53に例えば5Vの駆動電圧を印加した状
態を示している。印加された駆動電圧によって液晶が立
っているが、液晶層57の中央では液晶分子が倒れてい
る。図9(b)の状態の配向をスプレイ配向と呼ぶ。図
9(c)は液晶57aの配向状態が変化した状態を示し
ている。図9(c)の状態の配向をベンド配向と呼ぶ。
ベンド配向では、スプレイ配向と異なり、液晶層57中
央の液晶分子も立っている。スプレイ配向とベンド配向
は互いに可逆の相転移で、スプレイ配向がベンド配向に
転移することをベンド転移と呼ぶ。
Bモードがある。これはベンド配向の液晶と2軸の光学
補償層を用いたものである。ベンド配向は従来のTNや
STN方式のLCDに用いられる液晶モードに比較して
応答速度が早いので、OCBモードを用いたLCDは動
画表示や、FS−LCDに適している。
LCDを制作しようとする場合、ベンド転移以前のスプ
レイ配向と、ベンド配向とでは、応答速度が格段に変化
するため、LCDのセル内の液晶を確実にベンド転移さ
せる必要がある。
ムに関しては未だ不明な点も多く、解明すべき課題はま
だ多いのが現状である。
CDにおいて、液晶を確実にベンド転移させ、応答速度
の高いLCDを得ることを目的とする。
を妨げている要因は画素間にある電界が不在の領域であ
るとの仮定に基づき、複数の画素間隔を有するOCBモ
ードのLCDパネルを試作し、実験を行った結果、以下
の発明をなすに至った。
れた複数の第1の電極と、第2の透明基板上に設けられ
た第2の電極と、第1及び第2の基板間に封入されたO
CBモードを有する液晶層とを備えた液晶表示装置にお
いて、複数の第1の電極間の距離は、5μm以下、もし
くは2μm以下である液晶表示装置である。
の第1の電極と、第2の透明基板上に設けられた第2の
電極と、第1及び第2の基板間に封入されたOCBモー
ドを有する液晶層とを備えた液晶表示装置において、複
数の第1の電極間には画素間電極が設けられており、画
素間電極と複数の第1の電極との間は5μm以下、もし
くは2μm以下である液晶表示装置である。
形成された画素電極であり、それぞれの画素電極には、
薄膜トランジスタが形成され、画素電極間には薄膜トラ
ンジスタに接続された信号線及びゲート線が配置され、
画素間電極は、信号線もしくは/及びゲート線である。
的な原理を説明するための液晶への印加電圧に対するギ
ブスのエネルギーの変化を示す図である。実線がスプレ
イ配向、一点鎖線がベンド配向のギブスのエネルギーを
それぞれ示している。また、図2は、印加電圧が閾値電
圧Vcよりも高い電圧V1である時のスプレイ配向、ベン
ド配向のギブスのエネルギーを示している。
よって変化する状態エネルギーであって、状態エネルギ
ーの低い配向状態がより安定な状態であると言える。ス
プレイ配向、ベンド配向共に印加電圧の増加と共にエネ
ルギーが低下していく。これによって、電圧無印加時に
はプレチルト方向で安定していた液晶分子が駆動され、
スプレイ、ベンドいずれかの配向をする。ギブスのエネ
ルギーは、印加電圧が閾値電圧Vcよりも低いときは、ス
プレイ配向の方が低く、Vcを越えるとベンド配向の方が
低くなる。物質は状態エネルギーの低い方で安定する性
質があるので、印加電圧が閾値電圧Vcより低いうちは、
スプレイ配向の方が安定であり、液晶分子はスプレイ配
向となる。即ち、スプレイ配向が液晶の初期配向状態で
ある。印加電圧が閾値電圧Vcよりも高いときはベンド配
向の方がより安定である。
が、印加電圧を単に閾値電圧Vcよりも高い電圧、例えば
V1に増加させてもベンド配向への転移(ベンド転移)
が起こる確率は低い。これは、図2に示すように、スプ
レイ配向とベンド配向の間にはポテンシャル障壁PBが
存在するためであると考えられる。つまり、印加電圧V
1では、デルタEのポテンシャル障壁PBを越えるには
充分な電圧でないため、ベンド転移できないのである。
そして、ポテンシャル障壁PBを越えて、ひとたびベン
ド転移した後の液晶は、印加電圧が閾値電圧Vcよりも高
い間、ギブスのエネルギーがより低いベンド配向を維持
する。
を更に上げると、ベンド配向とスプレイ配向のギブスの
エネルギーの差はますます拡大する。そこで、本発明
は、LCDの表示を行う前に、閾値電圧Vcよりも充分に
高い転移電圧をあらかじめ印加して、セル内の液晶をま
ずベンド転移させる。
この電極間に一定の電圧を印加し続け、電極間の液晶が
ベンド転移するまでの時間を測定したグラフである。電
極間に10Vの電圧を印加し続けると、約20秒で電極
間の液晶がベンド転移した。そして、印加電圧を上昇さ
せるとベンド転移に必要な時間は急激に短縮され、18
Vを印加すれば約2秒でベンド転移した。このように、
閾値電圧Vcよりも充分高い電圧(本明細書においては、
これを転移電圧と呼ぶ)を印加することによって、液晶
をベンド転移させ、OCBモードとすることができる。
て、スプレイ配向からベンド配向への転移について示す
平面図である。対向するガラスよりなる第1及び第2の
透明基板間のセルに液晶が封入されており、第1の透明
基板上には横方向にストライプ状に延在する複数の第1
の電極1が、第2の透明基板上には縦方向にストライプ
状に延在する複数の第2の電極2が形成されている。第
1の電極と第2の電極が重畳する領域は、第1及び第2
の電極に印加された電圧によって電界が形成され、ここ
の液晶が配向する画素領域3となっている。
した黒い点4は、ベンド転移が起こるきっかけとなる転
移因子である。ベンド転移はこの転移因子4をスタート
ポイントとして発生し、ここを中心に放射状にベンド転
移が拡散していく。図4(b)はこの様子を示してい
る。図中ハッチングを施した領域5がベンド転移してい
る領域であり、転移因子4を中心に経時的に拡大してい
く。
転移は画素領域内に拡散した後は、それ以上拡散しない
という現象が見られた。
であるベンド転移率を ベンド転移率=隣接する画素領域へベンド配向が転移し
た観察点/全観察点 と定義し、図5に、画素電極の間隔dを2μm、5μ
m、11μmと変化させたときのベンド転移率の転移電
圧に対する変化を示す。菱形のマークが2μm、正方形
のマークが5μm、三角形のマークが11μmをそれぞ
れ示している。
を見る。印加電圧が5V以下の時には転移率が0であ
る。印加電圧を増加させていき、6V程度から転移率が
増加し、8V程度印加すると転移率が1、即ち確実に隣
接する画素領域へベンド配向が転移することを示してい
る。
平面図である。ストライプ状の第1の電極1と第2の電
極2が形成されている等の点は、図4と同様であるが、
画素間隔dは2μmになっている。図6(a)は図4
(a)と同様の状態で、転移因子4がランダムに生じて
いる。図6(b)で、ベンド転移が転移因子4を中心に
拡散し、ベンド転移の領域5’は隣接する画素領域3に
またがって拡散している。そして、図6(c)に示すよ
うに、ベンド転移の領域6は、セル全面に拡散する。ベ
ンド転移率が高ければ、このように全面にベンド転移の
領域が拡散することができる。ベンド転移が全面に拡散
すれば、LCD全面にわたって均等に応答速度が速くな
る。
隔5μmの場合を見ると、8Vではまだ転移率は0であ
る。そして、印加電圧が9V程度となると転移率が増加
し、11V程度で転移率1となる。画素間隔が2μmの
場合と比較して、より間隔の広い5μmの場合において
は、転移率を上げるためにはより高い転移電圧が必要で
ある。さらに、三角形のマークで示した間隔11μmの
場合では、印加電圧が10Vとなってもまだ転移率0の
ままであった。更に高い電圧を印加すれば、2μmや5
μmの場合と同様に、ある印加電圧で転移率が上昇する
ことが予想されるが、一般的にLCDに印加する画素電
圧は10V程度である。従って、電極間距離は5μm以
下である必要があり、好ましくは、2μm以下であれば
更によい。以下、ベンド転移が起こる電極の間隔を転移
距離と呼ぶ。
されている印加電圧が高いほど転移しやすく、 ・電極が不在の電極間は、ベンド転移にとっていわば障
壁となり、 ・電極間距離は狭い方が画素領域間のベンド転移が生じ
やすく、 ・画素間距離は転移距離以下、即ち5μm以下、好まし
くは2μm以下であればよいことが解る。
クス型のLCDのみではなく、図7に示すような、アク
ティブマトリックス型のLCDにおいても同様に言え
る。図7(a)はアクティブマトリックス型LCDの平
面図、図7(b)はその画素電極15間部分の断面図で
ある。第1の透明基板11上に複数のデータ線12が形
成され、データ線12上には、図示しない絶縁膜を介し
てゲート線13が形成されている。ゲート線13上には
平坦化膜である絶縁膜14を介して各画素毎に画素電極
15が形成され、その上に配向膜17が形成されてい
る。第1の透明基板11に対向して配置された第2の透
明基板18上には、複数の画素電極15に対向して共通
電極19が形成され、その上に配向膜20が形成されて
いる。第1及び第2の基板間には液晶21が封入されて
いる。また、図示しない補助容量電極が画素電極15に
接続されている。
と、画素電極15同士の間にはデータ線12やゲート線
13が配置され、また、画素電極15同士の耐圧も確保
する必要があり、この間隔dを転移距離以下とすること
は困難である。間隔dが転移距離よりも大きい状況で画
素電極15のみに転移電圧を印加すると、画素電極15
間の領域がベンド転移の障壁となって、ベンド転移しな
い画素が生じる場合がある。そこで、第1の基板11側
に転移電圧を印加する場合は、画素電極15のみでな
く、データ線12、ゲート線13、補助容量電極等、第
1の基板に形成される全ての電極に転移電圧を印加す
る。データ線12、ゲート線13にも転移電圧を印加す
ることによって、画素電極15間の液晶もベンド転移さ
せることができる。しかし一方で、転移電圧を印加する
ための配線が複雑になり、更に、転移電圧がゲート電極
にも印加されてしまい、薄膜トランジスタ16が絶縁破
壊されるおそれが生じる。
転移電圧を印加する場合、転移電圧は共通電極19に印
加するのがよい。共通電極19は、ゲート電極15、デ
ータ線12、ゲート線13を広く覆っているので、共通
電極19に転移電圧を印加し、第1の基板側の各種電極
を接地しておけば、画素電極15と共通電極19の間の
みでなく、データ線12、ゲート線13と共通電極15
の間にも電界が生じる。電界が生じれば、ベンド転移の
拡散を妨げることはなくなり、より確実に表示画面全体
をベンド転移させることができる。
ば、画素電極15の間隔dは転移距離以上あってもよ
く、そして、この時は、画素電極15とデータ線13も
しくはゲート線12との間隔d’が転移距離以下であれ
ばよい。
dを転移距離、2μm以下とすることは困難であるが、
データ線12、ゲート線13は画素電極15とは絶縁膜
14を隔てて形成しているので、間隔d’を2μmとす
ることは容易である。
データ線13、ゲート線12とがオーバーラップするよ
うに形成すればなおよい。これによって、画素電極15
とデータ線12、ゲート線13との間隔d’がいわば0
になったわけである。
以上にわたって存在しないように各電極を画素間電極と
して配置することが肝要である。つまり、画素間に配置
される電極、即ち画素間電極は、データ線12、ゲート
線13に限られるものではなく、特別にこれを設けても
もちろんよいし、補助容量電極を用いて兼用してもよ
い。ただ、特にアクティブマトリックス型のLCDにお
いては、データ線やゲート線は、全ての表示領域に格子
状に配置されるので、画素間に配置する電極として用い
るのには最適である。
Bモードを有するLCDの第1の電極間の距離を、5μ
m以下、もしくは2μm以下としたので、ベンド配向が
画素間にまたがって拡散し、各画素の液晶をOCBモー
ドで駆動することができ、応答速度の速いLCDとする
ことができる。
られており、画素間電極と複数の第1の電極との間は5
μm以下、もしくは2μm以下であるので、画素電極同
士の間隔が離れていても応答速度の早いLCDとするこ
とができる。
及びゲート線であるので、新たな電極を配置する必要が
無く、セル領域を有効に利用できる。
ーを示す図である。
障壁を示す図である。
る。
の拡散を示す平面図である。
示すグラフである。
離を転移距離以下にした場合のベンド転移の拡散を示す
平面図である。
及び断面図である。
及び断面図である。
面図である。
4 転移因子 5 ベンド転移した領域、 12 データ線、 13
ゲート線 15 画素電極、 19 共通電極
Claims (8)
- 【請求項1】 第1の透明基板上に設けられた複数の第
1の電極と、第2の透明基板上に設けられた第2の電極
と、前記第1もしくは第2の電極をそれぞれ覆って形成
され、互いに実質同じ方向にラビングされてなる第1及
び第2の配向膜と、前記第1及び第2の基板間に封入さ
れ、ベンド配向の状態とスプレイ配向の状態とを有する
液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記複数の第
1の電極間の距離は、5μm以下であることを特徴とす
る液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記複数の第1の電極間の距離は、2μ
m以下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】 第1の透明基板上に設けられた複数の第
1の電極と、第2の透明基板上に設けられた第2の電極
と、前記第1もしくは第2の電極をそれぞれ覆って形成
され、互いに実質同じ方向にラビングされてなる第1及
び第2の配向膜と、前記第1及び第2の基板間に封入さ
れ、ベンド配向の状態を有する液晶層とを備えた液晶表
示装置において、前記第1の電極同士の間には、電極不
在の領域が該第1の電極間方向に5μm以上存在しない
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記複数の第1の電極間には画素間電極
が設けられており、該画素間電極と前記複数の第1の電
極との間隔が5μm以下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】 前記該画素間電極と前記複数の第1の電
極との間は2μm以下であることを特徴とする請求項4
に記載の液晶表示装置。 - 【請求項6】 前記画素間電極は、前記複数の第1の電
極とは絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする
請求項4もしくは請求項5に記載の液晶表示装置。 - 【請求項7】 前記画素電極と、前記第1の電極のうち
の少なくともひとつとは、重畳する領域を有することを
特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれかに記載の液
晶表示装置。 - 【請求項8】 前記第1の電極は、画素毎に独立して形
成された画素電極であり、それぞれの該画素電極には、
薄膜トランジスタが接続され、前記画素電極間には該薄
膜トランジスタに接続された信号線及びゲート線が配置
され、前記画素間電極とは、前記信号線もしくは/及び
ゲート線であることを特徴とする請求項3乃至請求項7
のいずれかに記載の液晶表示装置。
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JP13454799A JP3723380B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | 液晶表示装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP13454799A JP3723380B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | 液晶表示装置 |
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JP3723380B2 JP3723380B2 (ja) | 2005-12-07 |
Family
ID=15130878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13454799A Expired - Lifetime JP3723380B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | 液晶表示装置 |
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