JP2012168553A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶パネル、該液晶パネルを用いた液晶表示装置および該液晶表示装置を搭載した電子機器に関する。 The present invention relates to a liquid crystal panel, a liquid crystal display device using the liquid crystal panel, and an electronic apparatus equipped with the liquid crystal display device.
マルチメディア時代の進展とともに、液晶表示装置は、プロジェクタ装置や携帯電話等に用いられている小型のものから、ノートPC、モニタ、テレビ等に用いられている大型のものまで、急速に普及が進んできている。また、ビューワやPDA等の電子機器、更には携帯ゲーム機やパチンコ等の遊戯道具でも中型の液晶表示装置が必須となっている。更に、冷蔵庫や電子レンジ等の家電に至るまで、あらゆる所で液晶表示装置が使用されている。 With the progress of the multimedia era, liquid crystal display devices are rapidly spreading from small ones used in projector devices and mobile phones to large ones used in notebook PCs, monitors, televisions and the like. is made of. In addition, medium-sized liquid crystal display devices are indispensable for electronic devices such as viewers and PDAs, and also for game tools such as portable game machines and pachinko machines. In addition, liquid crystal display devices are used everywhere from home appliances such as refrigerators and microwave ovens.
現在、液晶表示素子はその殆どがツイスティッドネマチック(TN)型表示方式のものである。このTN型表示方式の液晶表示素子は、ネマチック液晶組成物を利用しており、液晶の駆動方式は大きく2つに分けられる。そのうちの1つは、単純マトリクス駆動方式である。他の1つは、各画素にスイッチング素子を設けたアクティブマトリクス方式であり、例えばTN型表示方式に薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を用いたTN−TFT方式が一般的に使われている。 Currently, most liquid crystal display elements are of the twisted nematic (TN) type. This TN type liquid crystal display element uses a nematic liquid crystal composition, and the liquid crystal driving system is roughly divided into two. One of them is a simple matrix driving method. The other one is an active matrix system in which a switching element is provided in each pixel. For example, a TN-TFT system using a thin film transistor (TFT) is generally used for a TN type display system.
TN型表示方式に対し、STN(Super Twisted Nematic)方式がある。このSTN方式は、従来のTN型を用いた単純マトリクス方式に比べてコントラストおよび視角依存性については改良されているものの、応答速度が遅いので動画像表示には適していない。また、TFTを用いたアクティブマトリクス方式に比べて表示品位が低いという欠点がある。このような結果、現在では、TN−TFT方式が市場の主流となっている。 An STN (Super Twisted Nematic) system is available for the TN display system. This STN method is improved in contrast and viewing angle dependency as compared with the conventional simple matrix method using the TN type, but is not suitable for moving image display because of its low response speed. In addition, there is a drawback that display quality is lower than that of an active matrix system using TFTs. As a result, at present, the TN-TFT method has become the mainstream of the market.
一方、更なる高画質化の要求により、視野角を改善した方法が研究開発され実用化に至っている。その結果、現在の高性能液晶ディスプレイの主流は、TNモードに補償フィルムを使用した方式、あるいはイン・プレーン・スイッチング(IPS:In Plane Switching)モード、あるいはマルチドメイン・バーティカル・アライン(MVA:Multi Domain Vertical Aligned)モードのTFT方式アクティブマトリクス液晶表示装置の3種類が主流となっている。 On the other hand, due to the demand for higher image quality, methods with improved viewing angles have been researched and put to practical use. As a result, the current mainstream of high-performance liquid crystal displays is a method using a compensation film in TN mode, in-plane switching (IPS) mode, or multi-domain vertical alignment (MVA). Three types of TFT type active matrix liquid crystal display devices in the “Vertical Aligned” mode are mainstream.
これらのアクティブマトリクス液晶表示装置では通常、画像信号が30Hzで正負の書込みをするため60Hzで書き換えられ、1フィールドの時間は約16.7ms(ミリ秒)である(正負双方のフィールドの合計時間は1フレームと呼ばれ約33.3msである)。これに対し、現状の液晶の応答速度は、最も早い状態でもこのフレーム時間程度である。 In these active matrix liquid crystal display devices, the image signal is normally rewritten at 60 Hz because it is written at positive and negative at 30 Hz, and the time for one field is about 16.7 ms (milliseconds) (the total time for both positive and negative fields is It is called 1 frame and is about 33.3 ms). On the other hand, the response speed of the current liquid crystal is about this frame time even in the fastest state.
液晶表示装置に対する要求は大きく2つあり、画素の高精細化と画像に対する応答速度の向上である。 There are two major demands for liquid crystal display devices: higher definition of pixels and improved response speed for images.
画像に対する応答速度は、液晶で表示する画面が、従来の静止画像だけでなく動画像を表示する機会が増えてきていることによる。動画像の中でも特に高速な画像変化が生じるスポーツ、ゲームにおけるコンピュータ画像(CG)等では、現在のフレーム時間より早い応答速度が必要となっている。 The response speed to images is due to the fact that the screens displayed on the liquid crystal display more and more opportunities to display moving images as well as conventional still images. In a moving image, a sport image or a computer image (CG) in a game in which a fast image change occurs particularly requires a response speed faster than the current frame time.
一方、画素は現在の主流は100ppi(pixel per inch)であるが高精細化には2種類の方法がある。1つの方法は加工精度を上げ画素子のサイズを小さくする方法で、もう1つの方法は、表示装置の照明光であるバックライトを、赤・緑・青と時間的に切り替え、1画素子でカラー表示を行う方法である。この方法は、フィールドシーケンシャル(時分割)方式といわれ、カラー液晶表示装置も検討されている。この方式では、画素を3分割しカラーフィルタを空間的に配置する必要が無いため、従来の3倍の高精細化が可能であると同時に開口率が高くなり光の利用効率が上がるといわれている。一方、フィールドシーケンシャル液晶表示装置では、1フィールドの1/3の時間で1色を表示する必要があるので、表示に使用できる時間は約5ms程度となる。従って、液晶の応答速度は、5msより早くなければならない。 On the other hand, the current mainstream of pixels is 100 ppi (pixel per inch), but there are two types of methods for high definition. One method is to increase the processing accuracy and reduce the size of the image element, and the other method is to switch the backlight, which is the illumination light of the display device, to red, green, and blue in terms of time. This is a method for performing color display. This method is called a field sequential (time division) method, and a color liquid crystal display device is also being studied. In this method, since it is not necessary to divide the pixel into three and arrange the color filter spatially, it is said that it is possible to increase the resolution three times that of the conventional method and at the same time increase the aperture ratio and increase the light utilization efficiency. Yes. On the other hand, in the field sequential liquid crystal display device, since it is necessary to display one color in 1/3 time of one field, the time available for display is about 5 ms. Therefore, the response speed of the liquid crystal must be faster than 5 ms.
このような高速な画像に応答できる液晶表示装置の必要性から様々な技術が検討され、高速な液晶表示モード技術が開発されている。これらの高速な液晶表示モード技術は、大きく二つの潮流に分かれている。一つは主流となっている上述のようなねじれネマチック液晶の応答速度を高速化する技術であり、もう一つは高速な応答が可能な液晶を使用する技術である。 Various technologies have been studied from the necessity of such a liquid crystal display device capable of responding to high-speed images, and high-speed liquid crystal display mode technologies have been developed. These high-speed liquid crystal display mode technologies are roughly divided into two tides. One is a technique for increasing the response speed of the twisted nematic liquid crystal as described above, and the other is a technique using a liquid crystal capable of high-speed response.
高速な応答が可能な液晶として、自発分極型のスメクティック液晶を使用する技術もあるが、ネマチック液晶を用い表示モードを別のモードとすることで高速化する方法もある。しかし、製造における精度や均一性の要求レベルが高くなり、歩留まりが低下することが問題である。その理由は、液晶層の厚みの要求精度が高くなったり、補償板・位相差板等の光学素子が必要となり、その均一性が要求されたりするためである。 As a liquid crystal capable of high-speed response, there is a technique that uses a spontaneous polarization type smectic liquid crystal, but there is also a method of increasing the speed by using a nematic liquid crystal and changing the display mode to another mode. However, there is a problem that the required level of accuracy and uniformity in manufacturing increases and the yield decreases. The reason is that the required accuracy of the thickness of the liquid crystal layer is increased, and optical elements such as a compensation plate and a retardation plate are required, and the uniformity thereof is required.
たとえば、複屈折性を利用するECB(電界制御型複屈折:ElectricallyControlled Birefringence)モードの場合、コントラスト100を実現するのに液晶層の厚み精度に対する要求は、液晶層の厚みの3%程度となる。その場合、厚みが3ミクロン以下であると、厚みのバラツキを90ナノメートル以下にする必要がある。要求されるコントラスト等の表示条件が高い場合、この厚みに対する要求精度は更に厳しくなる。 For example, in the case of an ECB (electrically controlled birefringence) mode using birefringence, the requirement for the thickness accuracy of the liquid crystal layer to achieve contrast 100 is about 3% of the thickness of the liquid crystal layer. In that case, if the thickness is 3 microns or less, the thickness variation needs to be 90 nanometers or less. When the required display conditions such as contrast are high, the required accuracy with respect to the thickness becomes more severe.
同様に、OCB(Optically compensated birefringence)モードがある。 Similarly, there is an OCB (Optically compensated birefringence) mode.
OCBモードは、広視野角モードの一つの方式である。セルの構造は、プレチルト角を持たせた反平行セルに位相差補償板(2軸性位相差板)も持たせた構造である。ホモジニアス配向にバイアス電圧を印加しベンド配向とし、電圧を印加しスイッチングを行う。OCB方式は視野角が広く、応答時間が早いと言う特徴を持っている。しかし均一で安定したベンド配向を得ることが難しく、更にセルギャップ(液晶の厚さ)や補償板の特性の均一性を要求されるために製造工程での多大の安定性が要求されると言う問題点をもっている。 The OCB mode is one method of the wide viewing angle mode. The cell structure is a structure in which an anti-parallel cell having a pretilt angle is also provided with a phase difference compensation plate (biaxial phase difference plate). A bias voltage is applied to the homogeneous alignment to form a bend alignment, and a voltage is applied to perform switching. The OCB method has a wide viewing angle and a fast response time. However, it is difficult to obtain a uniform and stable bend alignment, and further, the cell gap (the thickness of the liquid crystal) and the uniformity of the characteristics of the compensation plate are required, so that a great deal of stability in the manufacturing process is required. Has a problem.
どちらの場合も、コントラスト100を実現するのに液晶層の厚み精度に対する要求は、液晶層の厚みの3%程度となる。その場合、厚みが3ミクロン以下であると、厚みのバラツキを90ナノメートル以下にする必要がある。要求されるコントラスト等の表示条件が高い場合、この厚みに対する要求精度は更に厳しくなる。 In either case, the requirement for the thickness accuracy of the liquid crystal layer to realize the contrast 100 is about 3% of the thickness of the liquid crystal layer. In that case, if the thickness is 3 microns or less, the thickness variation needs to be 90 nanometers or less. When the required display conditions such as contrast are high, the required accuracy with respect to the thickness becomes more severe.
更に、広範囲の温度で安定した表示を得ることが困難であることである。その理由は、液晶の応答速度の温度に対する依存性が大きいためである。その結果、低温では粘度の低下に伴い応答速度が極めて遅くなりコントラストの確保や明確な階調表示が困難となる。 Furthermore, it is difficult to obtain a stable display over a wide range of temperatures. The reason is that the dependence of the response speed of the liquid crystal on the temperature is large. As a result, at a low temperature, the response speed becomes extremely slow as the viscosity decreases, and it becomes difficult to ensure contrast and display a clear gradation.
第1の潮流であるネマチック液晶の応答速度の高速化は、主に次のような手段によっている。 The first trend is to increase the response speed of the nematic liquid crystal mainly by the following means.
(1)セルギャップを薄くし同じ電圧で電界強度を増大する。
(2)高い電圧を印加し電界強度を増大し状態変化を促進する(オーバードライブ法)。
(3)誘電率異方性を上げ電界への応答を敏感にする。
(4)粘性を下げる。
(5)液晶材料やセル設計の最適化により高速化する。
(1) Thinning the cell gap and increasing the electric field strength at the same voltage.
(2) A high voltage is applied to increase the electric field strength and promote state change (overdrive method).
(3) Increase the dielectric anisotropy and make the response to electric field sensitive.
(4) Lower the viscosity.
(5) Speed up by optimizing liquid crystal material and cell design.
このようなネマチック液晶の応答速度を高速化した場合、次のような問題が生じる。ネマチック液晶の応答速度を高速化した場合、液晶は誘電率の異方性により液晶の配向方向の違いにより容量が大幅に異なる(商品名DLC−43002の場合、ε平行=11.8、ε垂直=3.7)。このために、応答速度を高速化すると容量変化が極めて大きくなるため、液晶層に書き込み保持されるべき保持電圧が低下する。このような保持電圧の低下、すなわち、実効印加電圧が低下すると、書き込み不足が生じ液晶が所望の位置まで変化しないために、コントラストを低下させる。また、静止画のように同じ信号が繰り返される場合、保持電圧が低下しなくなるまで輝度が変化を続け、安定した輝度を得るのに数フレームを要してしまう。 When the response speed of such a nematic liquid crystal is increased, the following problems occur. When the response speed of the nematic liquid crystal is increased, the capacitance of the liquid crystal varies greatly depending on the orientation of the liquid crystal due to the anisotropy of the dielectric constant (in the case of the product name DLC-43002, ε parallel = 11.8, ε vertical = 3.7). For this reason, when the response speed is increased, the capacitance change becomes extremely large, and the holding voltage to be written and held in the liquid crystal layer is lowered. When the holding voltage is lowered, that is, when the effective applied voltage is lowered, insufficient writing occurs and the liquid crystal does not change to a desired position, so that the contrast is lowered. When the same signal is repeated as in a still image, the luminance continues to change until the holding voltage does not decrease, and several frames are required to obtain a stable luminance.
このような数フレームを要する応答を防ぐには、印加する信号電圧と得られる透過率間に1対1の対応が取れていることが必要である。アクティブマトリクス駆動では液晶応答後の透過率は印加した信号電圧ではなく、液晶応答後の液晶容量に蓄えられた電荷量によって決まる。アクティブ駆動では保持された電荷で液晶を応答させる定電荷駆動であるためである。 In order to prevent such a response requiring several frames, it is necessary to have a one-to-one correspondence between the applied signal voltage and the obtained transmittance. In active matrix driving, the transmittance after the liquid crystal response is determined not by the applied signal voltage but by the amount of charge stored in the liquid crystal capacitance after the liquid crystal response. This is because the active drive is a constant charge drive in which the liquid crystal responds with the held charge.
アクティブ素子から供給される電荷量は、微小なリーク等を無視すると、所定の信号書き込み以前の蓄積電荷と新規に書き込んだ書き込み電荷によって決定される。また、液晶が応答した後の蓄積電荷は、液晶の物性定数及び電気的パラメータ及び蓄積容量等の画素設計値によっても変化する。 The amount of charge supplied from the active element is determined by accumulated charge before writing a predetermined signal and newly written write charge, if a minute leak or the like is ignored. In addition, the accumulated charge after the liquid crystal has responded also varies depending on pixel design values such as the physical constants and electrical parameters of the liquid crystal and the accumulation capacitance.
このため、信号電圧と透過率の対応を取るには、
(1)信号電圧と書き込み電荷の対応
(2)書き込み以前の蓄積電荷
(3)応答後の蓄積電荷の計算を行うための情報と該情報にもとづく実際の計算等が必要となる。この結果、(2)を全画面に渡って記憶するためのフレームメモリや、(1)や(3)の計算部が必要となる。これは、システムの部品数の増大を招き、好ましくない。
For this reason, to take a correspondence between the signal voltage and the transmittance,
(1) Correspondence between signal voltage and write charge (2) Accumulated charge before writing (3) Information for calculating accumulated charge after response and actual calculation based on the information are required. As a result, a frame memory for storing (2) over the entire screen and the calculation units (1) and (3) are required. This leads to an increase in the number of parts of the system, which is not preferable.
これらの問題を解決する方法として、新規データ書き込みの前に所定の液晶状態に揃えるようなリセット電圧を印加するリセットパルス法が、しばしば用いられる。一例として、アイ・ディー・アール・シー1997のL−66頁からL−69頁に記載の技術について述べる。 As a method for solving these problems, a reset pulse method is often used in which a reset voltage is applied so as to align with a predetermined liquid crystal state before writing new data. As an example, the technology described on pages L-66 to L-69 of IDRC 1997 will be described.
この文献では、ネマチック液晶の配向をパイ型の配向とし補償フィルムを付加した前述のOCB(Optically compensated birefringence:オプティカリ・コンペンセイテッド・バイリフリジェンス)モードを使用している。この液晶モードの応答速度は約2ミリ秒から5ミリ秒とされ、従来のTN−TFT方式より格段に速いので、1フレーム内で応答が終了するはずである。しかしながら、前述のように、液晶の応答による誘電率の変化により保持電圧の大幅な低下が起こり安定な透過率が得られるまで従来と同様に数フレームを要する。そこで、1フレーム内で白表示の書込み後必ず黒表示を書き込む方法が示されている。 In this document, the above-described OCB (Optically compensated birefringence) mode in which the alignment of the nematic liquid crystal is a pi-type alignment and a compensation film is added is used. The response speed of this liquid crystal mode is about 2 to 5 milliseconds, which is much faster than the conventional TN-TFT method, so the response should be completed within one frame. However, as described above, several frames are required as in the conventional case until the holding voltage is significantly lowered due to the change in the dielectric constant due to the response of the liquid crystal and a stable transmittance is obtained. Therefore, a method of writing a black display after writing a white display within one frame is shown.
図17を用いて説明する。 This will be described with reference to FIG.
横軸は時間であり、縦軸は輝度である。点線が通常の駆動の場合の輝度変化であり、3フレーム目で安定な輝度に到達している。このリセットパルス法によれば、新規データ書き込み時には必ず所定の状態となっているため、書き込んだ一定信号電圧に対し一定透過率という1対1の対応が見られる。この1対1対応により、駆動用の信号の発生は非常に簡便となると同時に、前回の書き込み情報を記憶しておくフレームメモリ等の手段がいらなくなる。 The horizontal axis is time, and the vertical axis is luminance. A dotted line represents a luminance change in the case of normal driving, and has reached a stable luminance in the third frame. According to this reset pulse method, since a predetermined state is always obtained when new data is written, a one-to-one correspondence of constant transmittance is seen with respect to the written constant signal voltage. This one-to-one correspondence makes it very easy to generate driving signals, and at the same time eliminates the need for means such as a frame memory for storing previous writing information.
次に、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素の構成を説明する。図14は、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の1画素分の画素回路の例を示したものである。同図に示すように、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素は、n型MOSトランジスタ(以下n型トランジスタ(Qn)と記す)904はゲート電極が走査線901に接続され、一方の電極が信号線902に接続され、他方の電極が画素電極903に接続され、画素電極903と蓄積容量電極905との間に形成された蓄積容量906と、画素電極903と対向電極Vcom907との間に挟まれた液晶908とで構成されている。 Next, the pixel configuration of the active matrix liquid crystal display device will be described. FIG. 14 shows an example of a pixel circuit for one pixel of a conventional active matrix liquid crystal display device. As shown in the figure, an active matrix type liquid crystal display device includes an n-type MOS transistor (hereinafter referred to as an n-type transistor (Qn)) 904 having a gate electrode connected to a scanning line 901 and one electrode connected to a signal line. 902, the other electrode is connected to the pixel electrode 903, and is sandwiched between the storage capacitor 906 formed between the pixel electrode 903 and the storage capacitor electrode 905, and the pixel electrode 903 and the counter electrode Vcom 907. And liquid crystal 908.
現在、液晶表示装置の大きな応用市場を形成しているノートPCや携帯電話用の液晶表示装置は、通常、トランジスタ(Qn)904として、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ(以下、a−SiTFTと記す。)又はポリシリコン薄膜トランジスタ(以下、p−SiTFTと記す。)が用いられている。また、液晶材料としては、ツイスティドネマティック液晶(以下、TN液晶と記す。)が用いられている。 Currently, liquid crystal display devices for notebook PCs and mobile phones that form a large application market for liquid crystal display devices are usually amorphous silicon thin film transistors (hereinafter referred to as a-Si TFTs) or poly (transistors) as transistors (Qn) 904. Silicon thin film transistors (hereinafter referred to as p-Si TFTs) are used. As the liquid crystal material, twisted nematic liquid crystal (hereinafter referred to as TN liquid crystal) is used.
図15は、TN液晶の等価回路を示したものである。図に示すように、TN液晶の等価回路は、液晶の容量成分C3(その静電容量Cpix)と、抵抗R1の値Rr及び容量C1(その静電容量Cr)とを並列に接続した回路で表すことができる。ここで、抵抗値Rr及び静電容量Crは液晶の応答時定数を決定する成分である。 FIG. 15 shows an equivalent circuit of a TN liquid crystal. As shown in the figure, the equivalent circuit of the TN liquid crystal is a circuit in which a liquid crystal capacitance component C3 (its electrostatic capacitance Cpix), a resistance R1 value Rr and a capacitance C1 (its electrostatic capacitance Cr) are connected in parallel. Can be represented. Here, the resistance value Rr and the capacitance Cr are components that determine the response time constant of the liquid crystal.
このようなTN液晶を、図14に示した画素回路により駆動した場合の、ゲート走査電圧Vg、データ信号電圧Vd、画素電極903の電圧(以下画素電圧と記す。)Vpixのタイミングチャートを図16に示す。図16に示すように、ゲート走査電圧Vgが水平走査の期間、ハイレベルVgHとなることによって、n型MOSトランジスタ(Qn)904はオン状態となり、信号線902に入力されているデータ信号電圧Vdがn型トランジスタ(Qn)904を経由して画素電極903に転送される。TN液晶は、通常、電圧無印加時に光が透過するモード、いわゆるノーマリー・ホワイトモードで動作する。 FIG. 16 is a timing chart of the gate scanning voltage Vg, the data signal voltage Vd, and the voltage of the pixel electrode 903 (hereinafter referred to as pixel voltage) Vpix when such a TN liquid crystal is driven by the pixel circuit shown in FIG. Shown in As shown in FIG. 16, when the gate scanning voltage Vg becomes the high level VgH during the horizontal scanning period, the n-type MOS transistor (Qn) 904 is turned on, and the data signal voltage Vd input to the signal line 902 is obtained. Is transferred to the pixel electrode 903 via the n-type transistor (Qn) 904. A TN liquid crystal normally operates in a so-called normally white mode in which light is transmitted when no voltage is applied.
ここでは、データ信号電圧Vdとして、TN液晶を通した光透過率が高くなる電圧を数フィールドに渡って印加している。水平走査期間が終了し、ゲート走査電圧Vgがローレベルとなると、n型トランジスタ(Qn)904はオフ状態となり、画素電極903に転送されたデータ信号電圧は蓄積容量906、及び液晶の容量Cpixにより保持される。この際、画素電圧Vpixは、n型トランジスタ(Qn)904がオフ状態になる時刻において、n型トランジスタ(Qn)904のゲート−ソース間容量を経由してフィードスルー電圧と呼ばれる電圧シフトを起こす。この電圧シフトは、図16には、Vf1、Vf2、Vf3で示されており、この電圧シフトVf1〜Vf3の量は、蓄積容量906の値を大きく設計することにより小さくすることができる。 Here, as the data signal voltage Vd, a voltage that increases the light transmittance through the TN liquid crystal is applied over several fields. When the horizontal scanning period ends and the gate scanning voltage Vg becomes low level, the n-type transistor (Qn) 904 is turned off, and the data signal voltage transferred to the pixel electrode 903 is generated by the storage capacitor 906 and the liquid crystal capacitor Cpix. Retained. At this time, the pixel voltage Vpix causes a voltage shift called a feedthrough voltage via the gate-source capacitance of the n-type transistor (Qn) 904 at the time when the n-type transistor (Qn) 904 is turned off. This voltage shift is indicated by Vf1, Vf2, and Vf3 in FIG. 16, and the amount of the voltage shifts Vf1 to Vf3 can be reduced by designing the value of the storage capacitor 906 to be large.
画素電圧Vpixは、次のフィールド期間において、再びゲート走査電圧Vgがハイレベルとなり、トランジスタ(Qn)904が選択されるまで保持される。保持された画素電圧Vpixに応じて、TN液晶がスイッチングし、光透過率T1で示したように、液晶の透過光は暗い状態から明るい状態へ遷移する。この際、図16に示すように、保持期間において、画素電圧Vpixは、各フィールドで、それぞれ△V1、△V2、△V3だけ変動する。これは、液晶の応答に従って、液晶の容量が変化することに起因している。通常、この変動をできるだけ小さくなるように、蓄積容量906を画素容量Cpixに対し、2〜3倍以上の大きな値で設計される。以上説明したようにして、図14に示した画素回路によってTN液晶を駆動することができる。 The pixel voltage Vpix is held in the next field period until the gate scanning voltage Vg becomes high level again and the transistor (Qn) 904 is selected. The TN liquid crystal is switched according to the held pixel voltage Vpix, and the transmitted light of the liquid crystal transitions from a dark state to a bright state as indicated by the light transmittance T1. At this time, as shown in FIG. 16, in the holding period, the pixel voltage Vpix varies by ΔV1, ΔV2, and ΔV3 in each field, respectively. This is because the capacitance of the liquid crystal changes according to the response of the liquid crystal. Normally, the storage capacitor 906 is designed with a large value of 2 to 3 times or more the pixel capacitance Cpix so as to minimize this variation. As described above, the TN liquid crystal can be driven by the pixel circuit shown in FIG.
また、オーバードライブ法とリセット法を混合したような効果を有する技術として、特表2001−506376号公報に示される画素電極と対向して配置される共通電極の電圧であるコモン電圧(共通電極(例えば対向電極)の電圧)を変調する技術がある。この技術を図18を用いて説明する。 Further, as a technique having an effect such as a mixture of the overdrive method and the reset method, a common voltage (common electrode (common electrode)) which is a voltage of a common electrode arranged to face a pixel electrode disclosed in JP-T-2001-506376 is disclosed. For example, there is a technique for modulating the voltage of the counter electrode). This technique will be described with reference to FIG.
従来、コモン電圧は1フレーム周期の間一定値に保たれる駆動をするか(図18のt0からt2(並びにt2からt4)を1フレーム周期とする)、1フレーム周期を2分し、二つの電圧値間を変化するコモン反転駆動を行っていた。 Conventionally, the common voltage is driven to be maintained at a constant value for one frame period (t0 to t2 (and t2 to t4) in FIG. 18 are defined as one frame period), and one frame period is divided into two. Common inversion drive that changes between two voltage values was performed.
これに対しコモン電圧を変調する技術は、図18に示されるように、画素電極と対向して配置される共通電極の電圧であるコモン電圧を変調する。図18の上の図はコモン電圧(VCG)の時間的な変化を示し、下の図は液晶応答による光透過率(I)の変化の時間的な変化を示している。すなわち、電圧波形151は共通電極に印加される電圧波形、光強度波形152は波形151と対応した時間における対応する光強度波形、また、153から156は画素光強度曲線である。 On the other hand, as shown in FIG. 18, the technique for modulating the common voltage modulates the common voltage, which is the voltage of the common electrode arranged to face the pixel electrode. The upper diagram of FIG. 18 shows the temporal change of the common voltage (VCG), and the lower diagram shows the temporal change of the change of the light transmittance (I) due to the liquid crystal response. That is, the voltage waveform 151 is a voltage waveform applied to the common electrode, the light intensity waveform 152 is a corresponding light intensity waveform at a time corresponding to the waveform 151, and 153 to 156 are pixel light intensity curves.
1フレーム周期の中が2分され、t1からt2(並びにt3からt4)の期間は、従来のコモン反転駆動とほぼ同じ振幅の電圧が印加される。一方、1フレーム周期中のt0からt1(並びにt2からt3)の期間は、コモン反転の振幅より高い電圧(例えば、コモン反転の振幅より黒表示時の電圧分だけ高い電圧)が印加される。この技術では、共通電極に高い電圧が印加されたt0からt1の期間に、画素電極と共通電極の電圧差が大きくなる効果により、表示領域全体を高速に黒表示に変えることができる。すなわち、リセット駆動に相当する駆動が行われる。更に、このt0からt1の期間中に、画素電極側に画像データを書き込んでも、共通電極との電位差は十分に大きい(例えば、黒表示電圧以上)ため、表示上は観察されない。表示領域全体に画像データの書き込みを終えた後にt1のタイミングで共通電極の電圧をコモン反転の振幅に戻す。この結果、液晶層は、画素電極にメモリされた電圧にしたがって、各々の階調レベルに応じた透過率へと応答を開始する。すなわち、応答開始時には、常に高電圧差の状態から各階調電圧値に応じた電圧差に変化する。この点で、t0からt1の期間に、一種のオーバードライブをしていることになる。 One frame period is divided into two, and during the period from t1 to t2 (and t3 to t4), a voltage having substantially the same amplitude as that of the conventional common inversion drive is applied. On the other hand, during a period from t0 to t1 (and t2 to t3) in one frame period, a voltage higher than the amplitude of common inversion (for example, a voltage higher than the amplitude of common inversion by the voltage during black display) is applied. In this technique, the entire display region can be changed to black display at high speed due to the effect of increasing the voltage difference between the pixel electrode and the common electrode during a period from t0 to t1 when a high voltage is applied to the common electrode. That is, driving corresponding to reset driving is performed. Further, even if image data is written on the pixel electrode side during the period from t0 to t1, the potential difference from the common electrode is sufficiently large (for example, equal to or higher than the black display voltage), so that it is not observed on the display. After writing the image data in the entire display area, the voltage of the common electrode is returned to the common inversion amplitude at the timing t1. As a result, the liquid crystal layer starts to respond to the transmittance corresponding to each gradation level in accordance with the voltage stored in the pixel electrode. That is, at the start of response, the voltage difference always changes from the high voltage difference state to the gradation voltage value. In this respect, a kind of overdrive is performed during the period from t0 to t1.
ここで、液晶の応答時間は一般に次の二つの式で与えられることに着目する(培風館「液晶辞典」日本学術振興会 情報科学用有機材料第142委員会液晶部会編、24−25頁参照)。すなわち、しきい値電圧より高い電圧を印加しON状態にする立ち上がり応答では、 Here, attention is paid to the fact that the response time of liquid crystal is generally given by the following two formulas (refer to pages 24 to 25, edited by Japan Society for the Promotion of Science, Organic Materials for Information Science, 142nd Committee, Liquid Crystal Division, Japan Society for the Promotion of Science) . That is, in the rising response that turns on by applying a voltage higher than the threshold voltage,
一方、しきい値以上の印加されていた電圧を急に0にする立下り応答では、 On the other hand, in the falling response that suddenly sets the applied voltage above the threshold to 0,
ここで、dは液晶層の厚み、ηは回転粘度、Δは誘電異方性、Vは印加電圧、Vcはしきい値電圧、Kはフランクの弾性定数による定数、であり、TNモードでは、 Where d is the thickness of the liquid crystal layer, η is the rotational viscosity, Δ is the dielectric anisotropy, V is the applied voltage, Vc is the threshold voltage, and K is a constant according to the Frank's elastic constant.
で与えられる。 Given in.
ここで、K11は広がりの弾性定数、K22はねじれの弾性定数、K33は曲がりの弾性定数である。式(1)から分かるように、立ち上がり応答では、液晶の応答時間は、印加する電圧の大きさの2乗の逆数で依存する。すなわち、階調レベル毎に異なる電圧値に応じ2乗の逆数で依存する。そのため、階調レベルによって応答時間が大きく異なり、10倍の電圧差がある場合、100倍の応答時間の違いが生じる。一方、立下り応答でも階調レベルによる応答時間の違いは存在するが、それは2倍程度の範囲に収まるものである。 Here, K 11 is an elastic constant of spread, K 22 is an elastic constant of torsion, and K 33 is an elastic constant of bending. As can be seen from Equation (1), in the rising response, the response time of the liquid crystal depends on the reciprocal of the square of the magnitude of the applied voltage. That is, it depends on the reciprocal of the square according to the voltage value that differs for each gradation level. Therefore, the response time varies greatly depending on the gradation level, and when there is a voltage difference of 10 times, a difference in response time of 100 times occurs. On the other hand, there is a difference in response time depending on the gradation level even in the falling response, but it falls within the range of about twice.
上記の内容から、立ち上がり応答時には非常に高い電圧を印加するオーバードライブ効果によって高速化する。また、実際の画像表示に使用する応答は、全て立ち下がり応答となるため、階調レベルに対する依存性が極めて小さい。その結果、全階調に渡って、ほぼ同等の応答時間が得られる。 From the above contents, the speed is increased by the overdrive effect in which a very high voltage is applied during the rising response. Also, since all responses used for actual image display are falling responses, the dependence on the gradation level is extremely small. As a result, almost the same response time can be obtained over all gradations.
従来技術により、TN型表示装置の応答速度の改善はなされている。しかしながら、図17から分かるように、本来の輝度が得られていない状態での表示画面しか得られていないのが現状である。この結果、光利用効率が低く十分な光透過率が得られないという問題が依然として残っている。 The response speed of the TN display device has been improved by the prior art. However, as can be seen from FIG. 17, only the display screen in a state where the original luminance is not obtained is obtained. As a result, there still remains a problem that the light utilization efficiency is low and sufficient light transmittance cannot be obtained.
その理由は、通常のネマチック液晶の応答速度が遅いためであり、特に最も広く用いられているTN液晶の応答速度は遅い。反応速度が遅いために、リセット時の黒表示から画像表示モードへの立ち上がる際、必要とされる期間内に十分に立ち上がりきれないために必要とされる光透過率が得られない。すなわち、例えば、黒表示から白表示に切り替える場合に、完全な白表示になりきらずグレー表示になる。一方、白表示から黒表示に切り替える場合も同様に完全な黒表示にならずグレー表示となる。更に、中間調表示では前述のように応答速度が更に遅く、動画表示等では期待される階調が表示できない。 The reason is that the response speed of the normal nematic liquid crystal is slow, and the response speed of the most widely used TN liquid crystal is particularly slow. Since the reaction speed is slow, the required light transmittance cannot be obtained when the image display mode is raised from the black display at the time of reset because the image cannot be sufficiently raised within the required period. That is, for example, when switching from black display to white display, the display is not completely white but gray. On the other hand, when switching from white display to black display, the display is not completely black but is also gray. Furthermore, as described above, the response speed is further slower in halftone display, and the expected gradation cannot be displayed in moving image display or the like.
更に、リセット方式においてもこの応答速度が遅いことにより問題が発生する。 Further, the reset method has a problem due to the slow response speed.
例えば、リセット時に完全に黒表示モードまで液晶が応答していない場合がある。この場合、複数回同じデータを書き込んでも同じ透過率が得られないことがある。その原因は、リセットが不十分な場合、リセット時に完全に所定の配向状態になることがないため、リセット後の応答は前のフレームの履歴に応じた透過率を示してしまう。その結果、印加電圧と透過率の間に1対1の対応が見られなくなる。 For example, the liquid crystal may not respond completely until the black display mode is reset. In this case, the same transmittance may not be obtained even if the same data is written a plurality of times. The cause is that when the reset is insufficient, the predetermined orientation state is not completely achieved at the time of reset. Therefore, the response after the reset shows the transmittance according to the history of the previous frame. As a result, there is no one-to-one correspondence between applied voltage and transmittance.
更に、リセット後の液晶の光学応答の始まりが遅かったり、正常な光学応答が始まる前に異常な光学応答が観察されたりする問題がある。その理由は、リセットにより実現された所定の配向状態から通常の応答に移行する時点で、応答時に動作する方向が明確でなく不均一・不安定な応答をするためである。 Furthermore, there is a problem that the optical response of the liquid crystal after reset is delayed or an abnormal optical response is observed before the normal optical response starts. The reason is that at the time of shifting from a predetermined orientation state realized by reset to a normal response, the direction of operation at the time of response is not clear and the response is uneven and unstable.
TN液晶の応答時間は、通常、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の合計が数十ミリ秒程度、中間調間の応答は更に遅く百ミリ秒以上になるといわれている。 It is said that the response time of the TN liquid crystal is generally the sum of the rise response time and the fall response time is about several tens of milliseconds, and the response between halftones is further delayed to be over 100 milliseconds.
通常、立ち上がり時の応答時間は、式1のように厚みの2乗に比例するため、透過型では反射型の4倍の応答時間となる。この結果、透過型表示装置では光利用効率が極めて悪くなってしまう。 Usually, since the response time at the time of rising is proportional to the square of the thickness as shown in Equation 1, the transmission type has a response time four times that of the reflection type. As a result, the light use efficiency is extremely deteriorated in the transmissive display device.
応答速度の遅さを改善するには、式1並びに式2から分かるように、(1)液晶層の厚みdを薄くする、(2)粘度ηを小さくする、(3)誘電異方性Δεを大きくする(立ち上がり応答のみ)、(4)印加電圧を大きくする(立ち上がり応答のみ)、(5)弾性定数のうちK11とK33を大きくし、K22を小さくする(立ち下がり応答のみ)等の工夫が有効である。しかしながら、(1)の液晶層の厚みは、十分な光学的効果を得るために屈折率異方性Δnと一定の関係の範囲内でしか変えられない。更に、(2)、(3)、(5)の粘度、誘電異方性、弾性定数も全て物性値であるため、材料に大きく依存し、一定条件以上にすることは困難である。また、各々の物性値単体のみを大きく変化させることはきわめて困難であり数式から想定される高速化の効果を実現するのは困難である。例えば、K11とK22とK33は独立な弾性定数であるが、実際の材料の測定結果(メルク社による口頭発表)によると、
K11:K22:K33=10:5:14 (5)
という関係がほぼ成立し、必ずしも独立な定数として扱えない。
In order to improve the slow response speed, as can be seen from Equation 1 and Equation 2, (1) the thickness d of the liquid crystal layer is reduced, (2) the viscosity η is reduced, and (3) the dielectric anisotropy Δε. (4) Increase applied voltage (only rising response), (5) Increase K11 and K33 among elastic constants, and decrease K22 (only falling response), etc. Is effective. However, the thickness of the liquid crystal layer (1) can be changed only within a certain range of the refractive index anisotropy Δn in order to obtain a sufficient optical effect. Furthermore, since the viscosity, dielectric anisotropy, and elastic constant of (2), (3), and (5) are all physical property values, it greatly depends on the material, and it is difficult to make it above a certain condition. In addition, it is very difficult to change only each physical property value alone, and it is difficult to realize the speed-up effect assumed from the mathematical formula. For example, K 11 , K 22 and K 33 are independent elastic constants, but according to actual material measurement results (oral presentation by Merck)
K 11 : K 22 : K 33 = 10: 5: 14 (5)
The relationship is almost established and cannot always be treated as an independent constant.
一方、(4)の印加電圧値を大きくする手法も消費電力の観点や高電圧用駆動回路が高コストである観点から大きな制約を受ける。同時に表示装置内に薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を設けて駆動する場合、その素子の耐圧によって制約を受ける。このように、従来の工夫によって、応答速度を高速化することには大きな限界が生じている。 On the other hand, the method of increasing the applied voltage value in (4) is also greatly restricted from the viewpoint of power consumption and the high cost driving circuit. At the same time, when an active element such as a thin film transistor is provided in the display device for driving, the display device is restricted by the withstand voltage of the element. As described above, there is a great limit to increasing the response speed by the conventional device.
高速な応答が可能な自発分極型のスメクティック液晶を使用する技術もあるが、自発分極型のスメクティック液晶は、製造における精度や均一性の要求レベルが高くなり、歩留まりが低下することである。その理由は、応答の高速化のためにTNモード以外のネマチック液晶モードを使用した場合、液晶層の厚みの要求精度が高くなったり、補償板・位相差板等の光学素子が必要となり、その均一性が要求されたりするためである。また、自発分極型のスメクティック液晶は、基板表面に対する平坦性の要求レベルがTN型等のネマチック液晶より格段に高く、透明電極であるITO電極表面の微小な凹凸が問題となるほどである。一方、複屈折性を利用するECB(電界制御型複屈折:Electrically Controlled Birefringence)モードの場合、コントラスト100を実現するのに液晶層の厚み精度に対する要求は、液晶層の厚みの3%程度となる。その場合、厚みが3ミクロン以下であると、厚みのバラツキを90ナノメートル以下にする必要がある。要求されるコントラスト等の表示条件が高い場合、この厚みに対する要求精度は更に厳しくなる。 Although there is a technique using a spontaneous polarization type smectic liquid crystal capable of a high-speed response, the spontaneous polarization type smectic liquid crystal has a high level of accuracy and uniformity in manufacturing, and a yield is lowered. The reason for this is that when a nematic liquid crystal mode other than the TN mode is used for speeding up the response, the required accuracy of the thickness of the liquid crystal layer is increased, or an optical element such as a compensation plate or a phase difference plate is required. This is because uniformity is required. Further, the spontaneous polarization type smectic liquid crystal has a remarkably higher level of flatness with respect to the substrate surface than the nematic liquid crystal such as the TN type, and minute irregularities on the surface of the ITO electrode which is a transparent electrode become a problem. On the other hand, in the ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode using birefringence, the requirement for the thickness accuracy of the liquid crystal layer to achieve contrast 100 is about 3% of the thickness of the liquid crystal layer. . In that case, if the thickness is 3 microns or less, the thickness variation needs to be 90 nanometers or less. When the required display conditions such as contrast are high, the required accuracy with respect to the thickness becomes more severe.
更に、液晶は、広範囲の温度で安定した表示を得ることが困難であることである。その理由は、液晶は、低温では固体化するために応答速度の温度に対する依存性が大きいためである。その結果、低温では粘度の上昇に伴い応答速度が極めて遅くなりコントラストの確保や明確な階調表示が困難であり、また、高温では応答速度が速くなり十分な応答が可能となる。一方、室温では応答速度が十分速くなく、中間調表示に十分な応答ができないために、所定の階調での透過率が大きく異なってきてしまう。 Furthermore, it is difficult for liquid crystals to obtain a stable display over a wide range of temperatures. The reason is that the liquid crystal is solidified at a low temperature, and thus the response speed is highly dependent on the temperature. As a result, at low temperatures, the response speed becomes extremely slow as the viscosity increases, and it is difficult to ensure contrast and display a clear gradation. At high temperatures, the response speed increases and a sufficient response is possible. On the other hand, since the response speed is not sufficiently high at room temperature and a sufficient response cannot be obtained for halftone display, the transmittance at a predetermined gradation greatly varies.
TN表示方式の場合、応答速度を高速にするためにカイラル(ねじれ)ピッチが短い液晶を使用すると、電圧印加時の応答すなわちON状態への応答が遅くなることである。その原因は、カイラルピッチの短い液晶は電圧無印加の状態のねじれた液晶配向を安定させるためである。この安定化の結果、ON状態へ移行するために必要な電圧であるしきい値電圧が高くなり、印加電圧としきい値電圧の差の二乗に反比例する応答時間は長くなる。また、この問題を画素電極への高電圧の印加によって解決しようとした場合、消費電力の増大を招いてしまう。 In the case of the TN display method, if a liquid crystal having a short chiral pitch is used in order to increase the response speed, the response at the time of voltage application, that is, the response to the ON state is delayed. This is because the liquid crystal having a short chiral pitch stabilizes the twisted liquid crystal alignment in a state where no voltage is applied. As a result of this stabilization, the threshold voltage, which is a voltage necessary for shifting to the ON state, increases, and the response time inversely proportional to the square of the difference between the applied voltage and the threshold voltage becomes longer. Further, when this problem is solved by applying a high voltage to the pixel electrode, power consumption is increased.
更に、電圧無印加の状態で高分子安定化された液晶表示装置では、電圧印加時の応答すなわちON状態への応答が遅くなることである。この問題も、前記のカイラルピッチにかかわる問題と同じ原因、すなわち、電圧無印加の状態のねじれた液晶配向を安定させるために生じる。そのため、消費電力の増大も発生する。このように、電圧無印加時の配向を安定化すると、遅い応答という問題と、消費電力の増大という問題が生じる。 Furthermore, in the liquid crystal display device in which the polymer is stabilized in the state where no voltage is applied, the response to voltage application, that is, the response to the ON state is delayed. This problem also arises because of the same cause as the problem related to the chiral pitch, that is, to stabilize the twisted liquid crystal alignment in the state where no voltage is applied. As a result, power consumption also increases. Thus, stabilizing the orientation when no voltage is applied causes the problem of slow response and the problem of increased power consumption.
一方、アクティブマトリックス型の液晶素子はTFT素子をスイッチング素子として用いている。このために液晶素子内に半導体層、絶縁膜、配線層および画素電極を備えている。この結果、基板表面に凹凸が形成されている。 On the other hand, the active matrix type liquid crystal element uses a TFT element as a switching element. For this purpose, a semiconductor layer, an insulating film, a wiring layer, and a pixel electrode are provided in the liquid crystal element. As a result, irregularities are formed on the substrate surface.
基板表面に凹凸があると液晶の配向性が乱れる。液晶の配向が乱れると液晶のプレチルト角の逆方向に傾斜するリバースチルトが発生し、更に液晶がプレチルトの逆方向に傾斜するリバースツイストが発生する。 If the substrate surface is uneven, the orientation of the liquid crystal is disturbed. When the alignment of the liquid crystal is disturbed, a reverse tilt that tilts in the reverse direction of the pretilt angle of the liquid crystal occurs, and further, a reverse twist that tilts the liquid crystal in the reverse direction of the pretilt occurs.
このような配向不良が発生すると液晶層の正常配向部分と異常配向部分との間に境界(ディスクリネーション)が形成される。 When such alignment failure occurs, a boundary (disclination) is formed between the normal alignment portion and the abnormal alignment portion of the liquid crystal layer.
TN−TFT型液晶表示装置でこの現象を防止し、安定な配向を得る技術として、特開平4−186227号公報には、カイラルピッチ(ねじれピッチ。液晶分子が外部の影響なしに360°捻られるのに必要とする距離)が約70乃至150μmである液晶を使用すると共に、配向膜のプレチルト角を約1°にする。これにより、リバースツイストおよびリバースチルト等の配向不良の発生を防止し、表示画素に低電圧が印加されているOFF状態のときは配向不良が発生しないとされている。一方、表示画素に高電圧が印加されているON状態に発生する配向不良を防ぐために、この文献では次の技術を使用している。すなわち、カイラルピッチが86μm以下である液晶と、ガラス基板に対して2乃至10°のプレチルト角で傾斜して配向させる配向膜である。 As a technique for preventing this phenomenon and obtaining a stable alignment in a TN-TFT type liquid crystal display device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186227 discloses a chiral pitch (twist pitch. Liquid crystal molecules are twisted 360 ° without external influence. In addition, a liquid crystal having a distance of about 70 to 150 μm is used, and the pretilt angle of the alignment film is set to about 1 °. Thereby, the occurrence of alignment defects such as reverse twist and reverse tilt is prevented, and no alignment defects occur in the OFF state where a low voltage is applied to the display pixels. On the other hand, the following technique is used in this document in order to prevent alignment failure that occurs in the ON state where a high voltage is applied to the display pixel. That is, a liquid crystal having a chiral pitch of 86 μm or less and an alignment film that is aligned with a pretilt angle of 2 to 10 ° with respect to the glass substrate.
また、液晶配向を安定化する技術として、「日本学術振興会 情報科学用有機材料第142委員会 A部会(液晶材料) 第91回研究会資料」の28頁から30頁に示される技術がある。この技術では、ねじれネマチック液晶に光硬化性モノマーを添加し光照射することで高分子安定化している。この状態でねじれネマチック液晶は、高分子安定化される前のねじれ構造を維持している。 In addition, as a technology for stabilizing the liquid crystal alignment, there are technologies shown on pages 28 to 30 of the "Japan Society for the Promotion of Science Information Science Organic Materials No. 142 Committee A Section (Liquid Crystal Materials) 91st Study Group Materials". . In this technique, a polymer is stabilized by adding a photocurable monomer to twisted nematic liquid crystal and irradiating it with light. In this state, the twisted nematic liquid crystal maintains the twisted structure before the polymer is stabilized.
特に、光硬化性モノマーとして、液晶骨格を有する液晶性モノマーを用いることで、表示用液晶材料の液晶性・配向性を失わないようにしている。この文献の効果の一例として、文献内でMonomer Aと表記されるジアクリレートによる光硬化性モノマーをねじれネマチック液晶ホスト中に数%の濃度で添加した後、電圧無印加の状態で光照射して作製した高分子安定型液晶素子の例を示す。本文献のFigure 2を図19として参照する。この図は、高分子安定型液晶素子の電圧と誘電率特性を示すものである。高分子安定化素子は、液晶ホストとして平行方向の誘電率が11.8、垂直方向の誘電率が3.7であるDLC−43002を用い、液晶モノマーを添加した後、これをアンチパラレル方向にラビング処理した6μmギャップのガラスセルに注入し、1mW/cm2の紫外線を600秒照射することにより作製している。すなわち、電圧無印加時には基板面にほぼ平行なホモジニアス配向の液晶配向が得られ、電圧印加時に基板面から立ち上がる動作をする素子である。図19の点線は液晶性モノマーを印加していない素子での電圧−誘電率特性であり、それ以外に液晶性モノマーを2%、3%、4%、5%を変えた時の電圧−誘電率特性が示されている。図から顕著に分かるように、液晶性モノマーの添加率の増大に伴って、電圧に対する誘電率の応答が制限され、急峻性が悪化する傾向がある。 In particular, by using a liquid crystalline monomer having a liquid crystal skeleton as the photocurable monomer, the liquid crystallinity and orientation of the liquid crystal material for display are not lost. As an example of the effect of this document, after adding a photocurable monomer by diacrylate, which is denoted as Monomer A in the document, to a twisted nematic liquid crystal host at a concentration of several percent, it is irradiated with light with no voltage applied. An example of the produced polymer stable liquid crystal element is shown. FIG. 2 of this document is referred to as FIG. This figure shows the voltage and dielectric constant characteristics of the polymer-stable liquid crystal element. The polymer stabilization element uses DLC-43002, which has a parallel dielectric constant of 11.8 and a vertical dielectric constant of 3.7 as a liquid crystal host. It is manufactured by injecting into a glass cell with a 6 μm gap subjected to rubbing treatment and irradiating with 1 mW / cm 2 of ultraviolet rays for 600 seconds. That is, this is an element capable of obtaining a homogeneous alignment liquid crystal alignment substantially parallel to the substrate surface when no voltage is applied and rising from the substrate surface when a voltage is applied. The dotted line in FIG. 19 shows the voltage-dielectric constant characteristics of the element to which no liquid crystalline monomer is applied, and the voltage-dielectric when the liquid crystalline monomer is changed by 2%, 3%, 4%, and 5%. Rate characteristics are shown. As can be clearly seen from the figure, as the addition rate of the liquid crystalline monomer increases, the response of the dielectric constant to the voltage is limited, and the steepness tends to deteriorate.
本発明は、少なくとも画素電極と画素電極を駆動する薄膜トランジスタが形成されたトランジスタアレイ基板と、画素電極に対向して液晶を駆動する共通電極が形成された対向基板とトランジスタアレイ基板上の画素電極と対向基板上の共通電極とを間隙を置いて対向して配置し、トランジスタ基板と対向基板との間隙に狭持されたねじれネマチック液晶とを有し、ねじれネマチック液晶のねじれピッチpと該ねじれネマチック液晶層の厚みとなる間隙dとの間に、p/d<20の関係を有することを特徴とする液晶パネルである。 The present invention relates to a transistor array substrate on which at least a pixel electrode and a thin film transistor for driving the pixel electrode are formed, a counter substrate on which a common electrode for driving liquid crystal is opposed to the pixel electrode, and a pixel electrode on the transistor array substrate. A common electrode on a counter substrate is arranged to face each other with a gap, and has a twisted nematic liquid crystal sandwiched in the gap between the transistor substrate and the counter substrate, and the twist pitch p of the twisted nematic liquid crystal and the twisted nematic liquid crystal The liquid crystal panel is characterized by having a relationship of p / d <20 with the gap d which is the thickness of the liquid crystal layer.
ねじれネマチック液晶のねじれピッチp(ミクロン)と該ねじれネマチック液晶層の厚みとなる間隙d(ミクロン)との間に、p/d<8の関係を有することがより好ましい。 It is more preferable to have a relationship of p / d <8 between the twist pitch p (micron) of the twisted nematic liquid crystal and the gap d (micron) as the thickness of the twisted nematic liquid crystal layer.
ねじれネマチック液晶層が高分子安定化されていることが好ましく、高分子安定化は、ねじれネマチック液晶中に光硬化性モノマーを添加し、光照射することによって達成できる。 The twisted nematic liquid crystal layer is preferably polymer-stabilized, and polymer stabilization can be achieved by adding a photocurable monomer to the twisted nematic liquid crystal and irradiating it with light.
ここで、光硬化性モノマーが液晶骨格を有する液晶性モノマーであることが好ましく、該液晶性モノマーとしてジアクリレートを使うことができる。 Here, the photocurable monomer is preferably a liquid crystalline monomer having a liquid crystal skeleton, and diacrylate can be used as the liquid crystalline monomer.
また、液晶性モノマーは重合性官能基と液晶骨格がメチレンスペーサーを介することなく結合したモノアクリレートであることがこのましい。 The liquid crystalline monomer is preferably a monoacrylate in which a polymerizable functional group and a liquid crystal skeleton are bonded without a methylene spacer.
更に、液晶パネルは、ねじれネマチック液晶を駆動する駆動回路を有し、駆動回路は、トランジスタアレイ基板上に形成されていても良い。 Further, the liquid crystal panel may include a drive circuit that drives the twisted nematic liquid crystal, and the drive circuit may be formed on the transistor array substrate.
この際、駆動回路は、オーバードライブ駆動であることが好ましく、コモン電圧を変調することで電源電圧を高くすることなく液晶に高電圧を印加することができる。 At this time, the driving circuit is preferably overdrive driving, and a high voltage can be applied to the liquid crystal without increasing the power supply voltage by modulating the common voltage.
画素電極と共通電極との間の電界以外の最大電界の基板面への射影の方向が、ねじれネマチック液晶の電圧無印加時の液晶層中央での液晶配向の基板面の射影の方向とほぼ平行であることが好ましい。 The direction of projection of the maximum electric field other than the electric field between the pixel electrode and the common electrode onto the substrate surface is almost parallel to the direction of projection of the liquid crystal alignment substrate surface at the center of the liquid crystal layer when no voltage is applied to the twisted nematic liquid crystal. It is preferable that
ねじれネマチック液晶の基板面とのプレチルト角度がリバースツイスト配向を安定化する角度以下であると液晶の立下り時にノーマルツイスト配向に戻るトルクが働く。この際のプレチルト角度は16度以下であることが好ましい。 When the pretilt angle with the substrate surface of the twisted nematic liquid crystal is equal to or smaller than the angle that stabilizes the reverse twist alignment, a torque that returns to the normal twist alignment at the fall of the liquid crystal works. In this case, the pretilt angle is preferably 16 degrees or less.
ねじれネマチック液晶の基板面とのプレチルト角度がねじれネマチック液晶の電界が印加されないときのエネルギーと電界を印加した時のエネルギーとの差が大きいことが好ましく、この際のプレチルト角度は5度以下であることが好ましい。 The pretilt angle with the substrate surface of the twisted nematic liquid crystal preferably has a large difference between the energy when the electric field of the twisted nematic liquid crystal is not applied and the energy when the electric field is applied, and the pretilt angle at this time is 5 degrees or less. It is preferable.
ねじれネマチック液晶のプレチルト角方向のアンカリング強度がノーマルツイスト配向を不安定にしないアンカリング強度であることが好ましく、この際のアンカリング強度は10−5[J/m2]以上であることが好ましい。 The anchoring strength in the pretilt angle direction of the twisted nematic liquid crystal is preferably an anchoring strength that does not destabilize the normal twist alignment, and the anchoring strength at this time is 10 −5 [J / m 2 ] or more. preferable.
液晶パネルを液晶表示装置に搭載でき、この液晶表示装置は、裏面に複数の色を発光する裏面発光光源を有し、画像データを裏面発光光源の複数の色と対応する複数の色の色画像データに分割する分割手段と、複数の色を発光する裏面発光光源の複数の色と対応する複数の色の色画像データとを同期する同期手段と、複数色画像データを時間的に順次表示する順次表示手段とを備えるフィールドシーケンシャル駆動方式の液晶表示装置にすることができる。 A liquid crystal panel can be mounted on a liquid crystal display device, and the liquid crystal display device has a back surface light source that emits a plurality of colors on the back surface, and a plurality of color images corresponding to a plurality of colors of the back surface light source. Dividing means for dividing data, synchronizing means for synchronizing the color image data of a plurality of colors corresponding to the plurality of colors of the back-emitting light source that emits a plurality of colors, and the multiple color image data are sequentially displayed in time. A field sequential drive type liquid crystal display device including sequential display means can be obtained.
更に、これらの液晶表示装置は、電子機器に搭載することができる。 Further, these liquid crystal display devices can be mounted on electronic devices.
本発明は、ねじれネマチック液晶において、ねじれピッチpと該ねじれネマチック液晶層の厚み(基板間の間隙)dとの間に、p/d<20の関係が成立することにより、液晶の立下り時の応答速度を速めるものである。 In the twisted nematic liquid crystal, the present invention establishes a relationship of p / d <20 between the twist pitch p and the thickness (gap between the substrates) d of the twisted nematic liquid crystal layer. Is to increase the response speed.
液晶の立下り時の応答速度を速めることで、バウンス等の不安定な配向状態が生じないために、1フレーム内に画像を安定でき、履歴の影響による画像の劣化(階調のばらつきや、フリッカ)のない表示画像を得ることができる。更に、動画ボケが生じない表示画像を得ることができると同時に環境温度が変化しても従来問題であった低温で良好な画像表示が可能となる。 By increasing the response speed at the time of falling of the liquid crystal, an unstable alignment state such as bounce does not occur, so that the image can be stabilized within one frame, and the deterioration of the image due to the influence of the history (gradation variation, A display image without flicker can be obtained. Furthermore, it is possible to obtain a display image in which no moving image blur occurs, and at the same time, even if the environmental temperature changes, it is possible to display a good image at a low temperature which has been a problem in the past.
更に、液晶の立下りの応答速度が高速化され安定した透過率に速く到達するため光利用効率が高くなるので、低消費電力な液晶表示装置を得ることができる。 Furthermore, since the response speed of the fall of the liquid crystal is increased to reach a stable transmittance quickly, the light utilization efficiency is increased, so that a liquid crystal display device with low power consumption can be obtained.
本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する前に本発明で用いられるTFTアレイについて説明する。 Before an embodiment of the present invention is described in detail with reference to the drawings, a TFT array used in the present invention will be described.
アモルファスシリコンをポリシリコンに変性するポリシリコンTFTアレイの単位構造を模式図である図1を用いて説明する。 A unit structure of a polysilicon TFT array for modifying amorphous silicon into polysilicon will be described with reference to FIG. 1 which is a schematic diagram.
図1のポリシリコンTFTは、ガラス基板29上に酸化シリコン膜28を形成した後、アモルファスシリコンを成長させた。次にエキシマレーザを用いアニールしアモルファスシリコンをポリシリコン27化させ、更に10nmの酸化シリコン膜28を成長させた。パターニングした後、フォトレジストをゲート形状より若干大きく(後にLDD領域23、24を形成するため)パターニングしリンイオンをドーピングすることによりソース領域(電極)26とドレイン領域(電極)25を形成した。その後、ゲート酸化膜となる酸化シリコン膜28を成長させた後、ゲート電極となるアモルファスシリコンとタングステンシリサイド(WSi)を成長させた後、フォトレジストをパターニングし、フォトレジストをマスクとしてアモルファスシリコンとタングステンシリサイド(WSi)をゲート電極形状にパターニングした。更に、パターニングしたフォトレジストをマスクとして必要領域にのみリンイオンをドーピングすることによりLDD領域23、24を形成した。その後、酸化シリコン膜28と窒化シリコン膜21を連続成長させた後、コンタクト用の穴をあけ、アルミニウムとチタンをスパッタで形成しパターニングしソース電極26、ドレイン電極25を形成した。その後、全面に窒化シリコン膜21を形成し、コンタクト用の穴をあけ、全面にITO膜を形成し、パターニングすることで透明な画素電極22を形成した。このようにして図1に示すようなプレーナ型のTFT画素スイッチを作成しTFTアレイを形成することで、ガラス基板上にTFTスイッチによる画素アレイ並びに走査回路を設けた。 In the polysilicon TFT of FIG. 1, after forming a silicon oxide film 28 on a glass substrate 29, amorphous silicon was grown. Next, annealing was performed using an excimer laser to convert amorphous silicon into polysilicon 27, and a 10 nm silicon oxide film 28 was further grown. After the patterning, the source region (electrode) 26 and the drain region (electrode) 25 were formed by patterning the photoresist slightly larger than the gate shape (to form the LDD regions 23 and 24 later) and doping with phosphorus ions. Thereafter, a silicon oxide film 28 to be a gate oxide film is grown, then amorphous silicon to be a gate electrode and tungsten silicide (WSi) are grown, and then a photoresist is patterned, and the amorphous silicon and tungsten are masked using the photoresist as a mask. Silicide (WSi) was patterned into a gate electrode shape. Further, LDD regions 23 and 24 were formed by doping phosphorus ions only in necessary regions using the patterned photoresist as a mask. Thereafter, after the silicon oxide film 28 and the silicon nitride film 21 were continuously grown, a contact hole was formed, and aluminum and titanium were formed by sputtering and patterned to form a source electrode 26 and a drain electrode 25. Thereafter, a silicon nitride film 21 was formed on the entire surface, a contact hole was formed, an ITO film was formed on the entire surface, and patterning was performed to form a transparent pixel electrode 22. In this way, a planar TFT pixel switch as shown in FIG. 1 was prepared and a TFT array was formed, so that a pixel array and a scanning circuit using TFT switches were provided on a glass substrate.
図1では、アモルファスシリコンをポリシリコン化したTFTを形成しているが、ポリシリコンを成長後、レーザ照射によりポリシリコンの粒径を改善する方法でTFTを形成しても良い。また、レーザはエキシマレーザ以外にも連続発振(CW)レーザを用いても良い。 In FIG. 1, a TFT in which amorphous silicon is made into polysilicon is formed. However, after growing the polysilicon, the TFT may be formed by a method of improving the grain size of polysilicon by laser irradiation. In addition to the excimer laser, a continuous wave (CW) laser may be used as the laser.
更に、レーザ照射によるアモルファスシリコンのポリシリコン化の工程を省くことで、アモルファスシリコンTFTアレイが形成できる。 Furthermore, an amorphous silicon TFT array can be formed by omitting the step of converting amorphous silicon into polysilicon by laser irradiation.
図12から図13はポリシリコンTFT(プレーナ構造)アレイの製造方法を示す工程断面図である。図12から図13を用いて、ポリシリコンTFTアレイの製造方法を詳細に説明する。 12 to 13 are process sectional views showing a method of manufacturing a polysilicon TFT (planar structure) array. The manufacturing method of the polysilicon TFT array will be described in detail with reference to FIGS.
ガラス基板10上に、酸化シリコン膜11を形成した後、アモルファスシリコン12を成長させた。次に、エキシマレーザを用いアニールし、アモルファスシリコンをポリシリコン化させた(図12(a))。 After forming the silicon oxide film 11 on the glass substrate 10, the amorphous silicon 12 was grown. Next, annealing was performed using an excimer laser to convert amorphous silicon into polysilicon (FIG. 12A).
更に、膜厚10nmの酸化シリコン膜13を成長させ、パターニングした後(図12(b))、フォトレジスト14を塗布してパターニングし(pチャネル領域をマスクする)、リン(P)イオンをドーピングすることにより、nチャネルのソースとドレイン領域を形成した(図12(c))。 Further, after a 10 nm-thickness silicon oxide film 13 is grown and patterned (FIG. 12B), a photoresist 14 is applied and patterned (masking the p-channel region) and doped with phosphorus (P) ions. As a result, n-channel source and drain regions were formed (FIG. 12C).
更に、ゲート絶縁膜となる膜厚90nmの酸化シリコン膜15を成長させた後、ゲート電極を構成するための、アモルファスシリコン16とタングステンシリサイド(WSi)17を成長させ、ゲート形状にパターニングした(図12(d))。 Further, after a 90 nm-thick silicon oxide film 15 to be a gate insulating film is grown, amorphous silicon 16 and tungsten silicide (WSi) 17 for forming a gate electrode are grown and patterned into a gate shape (FIG. 12 (d)).
フォトレジスト18を塗布してパターニングし(nチャネル領域をマスクする)、ボロン(B)をドーピングし、nチャネルのソースとドレイン領域を形成した(図13(e))。 Photoresist 18 was applied and patterned (masking the n-channel region), and boron (B) was doped to form n-channel source and drain regions (FIG. 13E).
酸化シリコン膜と窒化シリコン膜19を連続成長させた後、コンタクト用の穴をあけ(図13(f))、アルミニウムとチタン20をスパッタリング法で形成し、パターニングを行った(図13(g))。このパターニングで周辺回路のCMOSのソース・ドレインの電極と、画素スイッチTFTのドレインに接続するデータ線配線、画素電極へのコンタクトが形成される。 After the silicon oxide film and the silicon nitride film 19 were continuously grown, a contact hole was formed (FIG. 13F), and aluminum and titanium 20 were formed by sputtering and patterned (FIG. 13G). ). By this patterning, CMOS source / drain electrodes of the peripheral circuit, data line wiring connected to the drain of the pixel switch TFT, and contacts to the pixel electrode are formed.
つづいて絶縁膜の窒化シリコン膜21を形成し、コンタクト用の穴をあけ、画素電極用に透明電極であるITO(indium tin oxide)22を形成し、パターニングした(図13(h))。 Subsequently, a silicon nitride film 21 as an insulating film was formed, holes for contact were made, ITO (indium tin oxide) 22 as a transparent electrode was formed for the pixel electrode, and patterned (FIG. 13 (h)).
このようにしてプレーナ構造のTFT画素スイッチを作成し、TFTアレイを形成した。 Thus, a TFT pixel switch having a planar structure was produced, and a TFT array was formed.
このようにして作製したTFTアレイ基板と、対向電極が形成された対向基板間に液晶を狭持して液晶パネルが形成される。 A liquid crystal panel is formed by sandwiching the liquid crystal between the TFT array substrate thus manufactured and the counter substrate on which the counter electrode is formed.
対向電極は、対向基板となるガラス基板上にITO膜を全面に形成しパターニングした後、遮光用のクロムのパターニング層を形成する。遮光用のクロムパターニング層は、ITO膜を全面に形成する前に形成してもかまわない。 The counter electrode is formed by forming an ITO film on the entire surface of a glass substrate serving as a counter substrate and patterning it, and then forming a light-shielding chromium patterning layer. The light shielding chromium patterning layer may be formed before the ITO film is formed on the entire surface.
更に、対向基板側に2μmのパターニングされた柱を作製した。この柱は、セルギャップを保つためのスペーサとして使用されると同時に耐衝撃力を有するようにした。 Further, a 2 μm patterned pillar was produced on the counter substrate side. This pillar was used as a spacer for maintaining the cell gap and at the same time had impact resistance.
この柱は、セルギャップを保つためのもので、柱の高さは液晶パネルの設計により適宜変えることができる。 This column is for maintaining the cell gap, and the height of the column can be appropriately changed depending on the design of the liquid crystal panel.
TFTアレイ基板と対向基板との互いに対向する面に配向膜を印刷し、ラビングすることによって、組み立て後に90度の角度をなす配向方向が得られるようにした。その後、対向基板の画素領域外部に紫外線硬化用のシール材を塗布した。TFTアレイ基板と対向基板とを対向させ接着した後、液晶を注入し液晶パネルが形成される。 An alignment film was printed on the surfaces of the TFT array substrate and the counter substrate facing each other and rubbed so that an alignment direction having an angle of 90 degrees was obtained after assembly. Thereafter, an ultraviolet curing sealing material was applied to the outside of the pixel region of the counter substrate. After the TFT array substrate and the counter substrate are bonded to face each other, liquid crystal is injected to form a liquid crystal panel.
遮光膜となるクロムによるパターンニング層は対向基板側に設けたが、TFTアレイ基板側に設けることもできる。遮光膜はクロム以外であっても光を遮蔽できる材料であれば使用できることは言うまでもなく、例えば、WSi(タングステンシリサイド)、アルミニウム等が使用できる。 Although the patterning layer made of chromium serving as a light shielding film is provided on the counter substrate side, it can also be provided on the TFT array substrate side. Needless to say, the light shielding film can be used as long as it is a material that can shield light even if it is other than chromium. For example, WSi (tungsten silicide), aluminum, or the like can be used.
TFTアレイ基板上に遮光用のクロムのパターニング層を形成する場合、2種類の構造がある。第1の構造は、ガラス基板上に遮光用のクロムのパターニング層を形成したものである。遮光用のパターニング層を形成した後は、第1の実施の形態を同様に製造することができる。第2の構造は、第1の実施の形態と同様にTFTアレイ基板を製造後、最後に遮光用のクロムのパターニング層を設けたものである。 When forming a light-shielding chromium patterning layer on the TFT array substrate, there are two types of structures. In the first structure, a light-shielding chromium patterning layer is formed on a glass substrate. After forming the light shielding patterning layer, the first embodiment can be manufactured in the same manner. In the second structure, after the TFT array substrate is manufactured as in the first embodiment, a light-shielding chromium patterning layer is finally provided.
遮光用のクロムによるパターニング層をTFTアレイ基板側に形成した場合は、対向基板に遮光用のクロムによるパターニング層を形成しなくとも良い。対向基板は、ITO膜を全面に形成後、パターニングすることで形成できる。 When the light shielding chromium patterning layer is formed on the TFT array substrate side, it is not necessary to form the light shielding chromium patterning layer on the counter substrate. The counter substrate can be formed by patterning after forming the ITO film on the entire surface.
次に、本発明の第1の実施の形態の詳細を説明する。 Next, details of the first embodiment of the present invention will be described.
上記の方法で製造されたTFT基板と対向基板との間隙に液晶材料として、ねじれピッチの異なる液晶を用意し、それぞれに対して液晶パネルを作製した。更に、1対の偏光板をパネル外部に配置し、ノーマリーホワイト表示が得られるようにした。 Liquid crystals with different twist pitches were prepared as liquid crystal materials in the gap between the TFT substrate and the counter substrate manufactured by the above method, and a liquid crystal panel was produced for each. Further, a pair of polarizing plates is arranged outside the panel so that a normally white display can be obtained.
基板の間隙(液晶層の厚さ)を2μmにし、ねじれピッチが6μm、20μm、60μmの液晶を用いた。 A liquid crystal having a substrate gap (liquid crystal layer thickness) of 2 μm and a twist pitch of 6 μm, 20 μm, or 60 μm was used.
液晶層の厚さは応答速度に2乗で利いてくる。例えば、液晶層の厚さを6μm(3倍の厚さ)にすると応答速度は1/9になってしまう。このために、液晶層の厚さは4μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましい。薄さに対しての制限はないが、液晶のねじれピッチの制限や基板の間隙の製造上の困難性を考えると0.5μm以上が好ましく、1μm以上であることがより好ましい。 The thickness of the liquid crystal layer depends on the square of the response speed. For example, if the thickness of the liquid crystal layer is 6 μm (three times the thickness), the response speed becomes 1/9. For this reason, the thickness of the liquid crystal layer is preferably 4 μm or less, and more preferably 3 μm or less. Although there is no limitation on the thickness, the thickness is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more in consideration of the limitation of the twist pitch of the liquid crystal and the difficulty in manufacturing the gap between the substrates.
更に、外部にオーバードライブ用駆動回路を設け、高い電圧を必要とする立ち上がり駆動時にはオーバードライブ駆動を行い、印加電圧が低くなる立下り駆動時にはオーバードライブ駆動を行わなかった。 Further, an overdrive driving circuit is provided outside, and overdrive driving is performed during rising driving that requires a high voltage, and overdrive driving is not performed during falling driving when the applied voltage is low.
この状態で立下り時(液晶の立下り時の光学応答(すなわち、ノーマリーホワイト配置では暗い状態から明るい状態への応答))の液晶の時間−透過率特性を観測した。黒表示状態から完全透過の白表示状態にし、観測された時間−透過率特性から、透過率が50%近辺での透過率変化の傾きを求めた。透過率50%近辺を選択したのは、この付近での透過率変化が最も大きいためである。求められた傾き(%/ms)を縦軸とし、横軸を(p(ねじれピッチ)/d(液晶層の厚さ))としプロットした図を図2に示す。尚、液晶層の厚さは、基板間の間隙の距離と等価であることは言うまでもない。 In this state, the time-transmittance characteristics of the liquid crystal at the time of falling (optical response at the time of falling of the liquid crystal (that is, response from a dark state to a bright state in the normally white arrangement)) were observed. From the black display state to the completely transmissive white display state, the slope of the transmittance change when the transmittance is around 50% was determined from the observed time-transmittance characteristics. The reason why the vicinity of the transmittance of 50% is selected is that the transmittance change in this vicinity is the largest. FIG. 2 shows a plot in which the obtained slope (% / ms) is plotted on the vertical axis and (p (twist pitch) / d (liquid crystal layer thickness)) is plotted on the horizontal axis. Needless to say, the thickness of the liquid crystal layer is equivalent to the distance between the substrates.
図2から、(ねじれピッチ/液晶層の厚さ)が小さくなると傾きが増大し、液晶の立下り時の応答が高速化されることが分かる。特に、第1の実施の形態では、(ねじれピッチ/厚さ)が15程度から傾きの急激な上昇が見られ、(ねじれピッチ/厚さ)が3程度になると傾きは50(%/ms)を超える。すなわち、理想的には2ミリ秒以内での応答も可能となる。この図でねじれピッチ/厚みが30の場合と3の場合を比べると、3では30のほぼ倍の傾きが得られており、液晶の立下り時の光学応答時間を半分にできる可能性があることが分かる。また、30に対し10の条件でも15%以上の高速化が可能である。 From FIG. 2, it can be seen that as (twist pitch / liquid crystal layer thickness) decreases, the tilt increases and the response at the fall of the liquid crystal increases. In particular, in the first embodiment, a sharp increase in inclination is observed from (twist pitch / thickness) of about 15, and when (twist pitch / thickness) is about 3, the inclination is 50 (% / ms). Over. That is, ideally, a response within 2 milliseconds is possible. In this figure, when the twist pitch / thickness is 30 and the case of 3, the slope of 3 is almost doubled by 30, and the optical response time at the fall of the liquid crystal may be halved. I understand that. Further, the speed can be increased by 15% or more even under 10 conditions with respect to 30.
この効果は、一言で言えば、電圧等が印加されていない初期配向状態(すなわち、基板間でほぼ均一にねじれた配向状態)に戻るトルクが大きいことによって達成される。本発明のこの作用は、応答時間の式である式1並びに式2から直接得られるものではない。しかし、エネルギーを考察することによって理解することができる。液晶材料自身の物理効果による(すなわち、電界等外部の効果を含まない)自由エネルギー密度の式を式4として示す。 In short, this effect is achieved by a large torque that returns to an initial alignment state in which no voltage or the like is applied (that is, an alignment state that is twisted almost uniformly between the substrates). This effect of the present invention is not directly derived from the response time equations, Equation 1 and Equation 2. However, it can be understood by considering energy. An expression of a free energy density due to the physical effect of the liquid crystal material itself (that is, not including an external effect such as an electric field) is shown as Expression 4.
ここで、第1項、第2項、第3項は、それぞれ、広がり変形に関する項、ねじれ変形に関する項、曲がり変形に関する項である。このエネルギーの数式から分かるように、ねじれピッチpは弾性定数K22に係わる項の値を変化させる効果がある。具体的には、ねじれピッチが短くなると、K22に係わる項は増大する。立下り時の応答時間の式2に当てはめると、Kが増大することに相当し、応答時間が短くなる。 Here, the first term, the second term, and the third term are a term related to spread deformation, a term related to torsional deformation, and a term related to bending deformation, respectively. As can be seen from this energy equation, the twist pitch p has the effect of changing the value of the term relating to the elastic constant K22. Specifically, as the twist pitch becomes shorter, the term related to K22 increases. Applying to the response time equation 2 at the time of falling corresponds to an increase in K, and the response time is shortened.
これらの効果により、本発明では材料の物性値に制限されて限界に到達している液晶の立ち下がりの応答速度を高速化することができる。 Due to these effects, in the present invention, it is possible to increase the response speed of the fall of the liquid crystal which is limited by the physical property value of the material and reaches the limit.
尚、第1の実施の形態ではオーバードライブ駆動を用いているが、液晶の立下りの応答時間はオーバードライブ駆動を行わずとも高速化されることは言うまでもない。 Although the overdrive drive is used in the first embodiment, it goes without saying that the response time of the fall of the liquid crystal can be increased without the overdrive drive.
次に、液晶パネルを構成するTFTアレイ基板は、単純マトリックス駆動に用いる基板に比べ、基板上にTFT(薄膜トランジスタ)を作りこむために表面に凹凸が生じる。基板表面に凹凸があると液晶の配向性を乱すので、基板の凹凸に対し液晶の配向性を安定化するものを第2の実施の形態として説明する。 Next, the TFT array substrate constituting the liquid crystal panel has irregularities on the surface because the TFT (thin film transistor) is formed on the substrate as compared with the substrate used for simple matrix driving. Since the alignment of the liquid crystal is disturbed if there are irregularities on the surface of the substrate, what stabilizes the alignment of the liquid crystal with respect to the irregularities of the substrate will be described as a second embodiment.
本発明の第2の実施の形態は、基板表面に凹凸による液晶の配向性の乱れを防止する、液晶に配向安定化を施したものである。本実施の形態ではTFTアレイ基板の構造に凹凸がある構造でも液晶の配向が安定化する。 In the second embodiment of the present invention, alignment stabilization is performed on the liquid crystal to prevent disorder of the alignment of the liquid crystal due to unevenness on the substrate surface. In the present embodiment, the alignment of the liquid crystal is stabilized even when the TFT array substrate has an uneven structure.
第1の実施の形態と同様にTFT基板と対向基板との間に液晶を狭持した。 As in the first embodiment, the liquid crystal is sandwiched between the TFT substrate and the counter substrate.
本第2の実施の形態においても、第1の実施の形態で用いたものと同じピッチを持った同一材料のねじれネマチック液晶を用いた。 Also in the second embodiment, twisted nematic liquid crystal of the same material having the same pitch as that used in the first embodiment is used.
液晶は、図3に示す構造式を有する光硬化性のジアクリレート液晶性モノマーを2%添加したねじれネマチック液晶を注入し、電圧無印加の状態で光照射{紫外線(1mW/cm2×600sec.)}して重合させ、ノーマリーホワイト表示のTN型表示装置を得た。 As the liquid crystal, twisted nematic liquid crystal added with 2% of a photocurable diacrylate liquid crystalline monomer having the structural formula shown in FIG. 3 is injected, and light irradiation {ultraviolet (1 mW / cm 2 × 600 sec. )} And polymerized to obtain a normally white display TN type display device.
また、この構成に対し、図4に示す構造式を有する重合性官能基と液晶骨格がメチレンスペーサーを介することなく結合した光硬化性のモノアクリレートの液晶性モノマーを2%添加したねじれネマチック液晶を注入し、電圧無印加の状態で光照射して重合させた場合もジアクリレート液晶モノマーの場合と同様の結果が得られた。 In addition, a twisted nematic liquid crystal in which 2% of a photocurable monoacrylate liquid crystalline monomer in which a polymerizable functional group having the structural formula shown in FIG. 4 and a liquid crystal skeleton are bonded via a methylene spacer is added to this configuration is provided. The same results as in the case of the diacrylate liquid crystal monomer were obtained also when the polymerization was carried out by injecting and irradiating with light without applying voltage.
ここでメチレンスペーサーを介していないモノマーを用いた方が、モノマーの添加に対し液晶の電圧に対する応答性の制限を受けることが少ないからである。モノマーの添加量を調節することでこれ以外の液晶性モノマーを用いることができることは言うまでもない。 This is because the use of a monomer not via a methylene spacer is less likely to be limited in response to the voltage of the liquid crystal with respect to the addition of the monomer. It goes without saying that other liquid crystalline monomers can be used by adjusting the amount of monomer added.
基板の凹凸に対し液晶の配向性を安定化するには、モノマーの添加量は液晶に対して0.5%以上であれば良いが、1%以上であることがより好ましい。5%以下であれば液晶の応答性を阻害することがないが、3%以下であるほうがより好ましい。 In order to stabilize the orientation of the liquid crystal with respect to the unevenness of the substrate, the amount of the monomer added may be 0.5% or more with respect to the liquid crystal, but more preferably 1% or more. If it is 5% or less, the responsiveness of the liquid crystal is not impaired, but 3% or less is more preferable.
第2の実施の形態の場合、遮光膜はTFT基板側に形成されていることが好ましい。 In the case of the second embodiment, the light shielding film is preferably formed on the TFT substrate side.
光照射により重合させる場合、対向基板側から光を照射する。TFTアレイ基板側にはTFT、画素電極、配線等が形成されているので光の損失が大きく、かつ、モノマーに均等に光照射されにくいため、TFTアレイ基板側からの光照射は行わない。 When polymerizing by light irradiation, light is irradiated from the counter substrate side. Since TFTs, pixel electrodes, wirings, and the like are formed on the TFT array substrate side, the loss of light is large and it is difficult to uniformly irradiate the monomer with light. Therefore, light irradiation from the TFT array substrate side is not performed.
光照射時に対向基板側に遮光膜が形成されていると、遮光膜の陰になった部分に未反応のモノマーが残る。未反応のモノマー残っていると、未反応のモノマーが外光により高分子化する際に液晶の配向状態が不明であるために液晶の配向性がそろわなくなる等の問題が発生し信頼性上の問題が発生するからである。 If a light shielding film is formed on the counter substrate side during light irradiation, unreacted monomers remain in the shaded area of the light shielding film. If unreacted monomer remains, problems such as alignment of the liquid crystal will not occur because the alignment state of the liquid crystal is unknown when the unreacted monomer is polymerized by external light. This is because problems occur.
対向基板側に光を遮光する遮光用のクロムパターニング層が形成されていない場合、液晶性モノマーを光硬化する時に、照射された光は遮光されずに重合性モノマーに照射されるので未反応のモノマーが残ることはない。 When the light-curing chrome patterning layer for shielding light is not formed on the counter substrate side, when the liquid crystalline monomer is photocured, the irradiated light is irradiated to the polymerizable monomer without being shielded, so that it is unreacted. No monomer remains.
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に高速な応答が実現された。 Also in the present embodiment, a high-speed response is realized as in the first embodiment.
高分子安定化は高分子安定化による自由エネルギー密度fstabを追加することになり、ねじれた配向で安定化を行うことによりfstabは式4におけるK22に係わる項を増大させるのと同じ効果を生じる。特に、光硬化性モノマーが液晶骨格を有する液晶性モノマーを添加する場合、液晶の液晶性・配向性を損なうことが無く安定化することが可能である。 Polymer stabilization adds the free energy density fstab due to polymer stabilization, and fstab produces the same effect as increasing the term related to K22 in Equation 4 by stabilizing in a twisted orientation. In particular, when a photocurable monomer is added with a liquid crystal monomer having a liquid crystal skeleton, it can be stabilized without impairing the liquid crystallinity and orientation of the liquid crystal.
液晶性モノマーとして、ジアクリレートを用いることによって、3次元の架橋構造の密度を高くすることができ、良好な高分子安定化効果が得られる。また、液晶性モノマーとして、重合性官能基と液晶骨格がメチレンスペーサーを介することなく結合したモノアクリレートを用いることによって、高分子化した後に液晶骨格が高分子主鎖に直接結合した状態となり液晶骨格の運動が制限され、結果として液晶骨格が配向安定化に寄与する。これらの作用により、電圧等が印加されていない初期配向状態に戻るトルクが大きくなり、たち下がり応答時に高速な応答が得られると考えられる。 By using diacrylate as the liquid crystalline monomer, the density of the three-dimensional crosslinked structure can be increased, and a good polymer stabilizing effect can be obtained. In addition, by using monoacrylate in which a polymerizable functional group and a liquid crystal skeleton are bonded without a methylene spacer as a liquid crystal monomer, the liquid crystal skeleton is directly bonded to the polymer main chain after being polymerized. As a result, the liquid crystal skeleton contributes to alignment stabilization. By these actions, it is considered that the torque to return to the initial alignment state where no voltage or the like is applied is increased, and a high-speed response can be obtained at the time of the falling response.
第2の実施の形態においても、液晶の立下り時の光学応答は、第1の実施の形態と同様に、ねじれピッチ/厚みが15程度から傾きの急激な上昇が見られ、ねじれピッチ/厚みが3程度になると傾きは50を超えた。 Also in the second embodiment, the optical response at the time of falling of the liquid crystal, as in the first embodiment, shows that the twist pitch / thickness increases sharply from about 15 to the twist pitch / thickness. When the value of 3 was about 3, the inclination exceeded 50.
第2の実施の形態の変形例として、遮光膜をクロムからアルミニウムに変更し、第1の実施の形態と同様にねじれピッチを変えた液晶材を注入した場合と、第2の実施の形態のように高分子安定化した液晶パネルを用いて液晶の応答速度の検討を行った。その結果、第1の実施の形態および第2の実施の形態で得られる液晶の応答性の向上以外に、良好なコントラストが得られることが分かった。理由はアルミニウムによる遮光膜はクロムに比べて反射率が高く、光リーク電流を大きく低減することができるためである。 As a modification of the second embodiment, the case where the light shielding film is changed from chromium to aluminum and a liquid crystal material having a different twist pitch is injected as in the first embodiment, and the second embodiment is modified. The response speed of the liquid crystal was examined using a polymer-stabilized liquid crystal panel. As a result, it was found that good contrast can be obtained in addition to the improvement in the responsiveness of the liquid crystal obtained in the first embodiment and the second embodiment. The reason is that the light shielding film made of aluminum has a higher reflectance than chromium, and can greatly reduce the light leakage current.
第1の実施の形態と第2の実施の形態とでは液晶の光学応答速度、特に液晶の立下り時の光学応答速度の向上が図れた。第1と第2の実施の形態でリセット駆動を行うと、従来技術で問題となった、複数回同じデータを書き込んでも同じ透過率が得られないことがあるという問題がなくなった。 In the first embodiment and the second embodiment, the optical response speed of the liquid crystal, in particular, the optical response speed when the liquid crystal falls can be improved. When reset driving is performed in the first and second embodiments, the problem that the same transmittance may not be obtained even if the same data is written a plurality of times, which is a problem in the prior art, is eliminated.
これは、液晶の立下り時の応答速度が改善され、液晶の配向状態がリセットのたびに所定の状態になるからである。これにより、応答時間はリセット状態から所望の階調状態への時間で定義される。特に、リセット状態として黒表示状態を選択した場合、液晶独特のホールド形表示素子による尾引きを生じる動画特性を改善できる。すなわち、黒いリセットがシャッタ効果を示し、ホールド形応答をインパルス形応答に近づけることが可能である。この黒リセットを行った場合、階調表示時の応答が液晶の立ち下がり応答で規定される。このとき、本発明による液晶の立下り応答の高速化が大きな効力を発揮する。 This is because the response speed at the time of falling of the liquid crystal is improved, and the alignment state of the liquid crystal becomes a predetermined state every time it is reset. Thereby, the response time is defined by the time from the reset state to the desired gradation state. In particular, when the black display state is selected as the reset state, it is possible to improve moving image characteristics that cause tailing by a hold-type display element unique to liquid crystals. That is, the black reset shows a shutter effect, and the hold-type response can be brought close to the impulse-type response. When this black reset is performed, the response at the time of gradation display is defined by the falling response of the liquid crystal. At this time, speeding up the falling response of the liquid crystal according to the present invention is very effective.
第2の実施の形態は、第1の実施の形態よりも液晶パネル全面の輝度ムラが減少し、基板の凹凸の影響を受けにくくなっていることが分かる。 It can be seen that in the second embodiment, the luminance unevenness on the entire surface of the liquid crystal panel is reduced and it is less affected by the unevenness of the substrate than in the first embodiment.
本発明は、オーバードライブ駆動とリセット駆動をあわせたような駆動をするコモン電圧を変調する駆動回路を使用した場合に電源電圧を高く設定する必要がなく特に有効である。 The present invention is particularly effective because it is not necessary to set the power supply voltage high when a drive circuit that modulates a common voltage for driving such as overdrive driving and reset driving is used.
本発明の第3の実施の形態を説明する。 A third embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態も第1の実施の形態と同様の液晶パネルを用いた。 In the present embodiment, the same liquid crystal panel as in the first embodiment is used.
図5に示す構成により、フィールドシーケンシャル表示システムを構成した。具体的には、通常の画像データ110をコントローラ105、パルスジェネレータ104、高速フレームメモリ106を内蔵するコントローラIC(3)で処理することによって、赤・青・緑の各色毎の画像データに変換する。この画像データをデジタル・アナログ・コンバータ(以下、DAC:Digital Analog Converter)102を介して、液晶パネル(LCD)100に入力する。LCD内の走査回路は、コントローラICのパルスジェネレータからの駆動パルスにて制御される。また、光源として3色のLED101を使用している。このLED101はコントローラICからのLED制御信号108によって制御される。 A field sequential display system was configured with the configuration shown in FIG. Specifically, normal image data 110 is processed by a controller IC (3) including a controller 105, a pulse generator 104, and a high-speed frame memory 106, thereby converting the image data into image data for each color of red, blue, and green. . This image data is input to a liquid crystal panel (LCD) 100 via a digital analog converter (DAC: Digital Analog Converter) 102. The scanning circuit in the LCD is controlled by drive pulses from a pulse generator of the controller IC. Further, three-color LEDs 101 are used as light sources. The LED 101 is controlled by an LED control signal 108 from the controller IC.
本実施の形態においては、図18のコモン電圧を変調する駆動を行った。このとき、1サブフレーム(すなわち、図18のt0からt2の期間)を5.56msとした。リセット並びにオーバードライブに相当するコモン電圧を高い電圧に変化させるt0からt1の期間の長さは0.8msとした。この状態での透過率の時間変化を測定した結果を図6に示す。ここでは、第1の実施の形態と同じp/dが30、10、3の3条件の結果を示している。p/dが30並びに10の条件では、リセット後に一旦透過率が上昇している。この透過率の上昇(以下、バウンスと呼ぶ)が発生すると応答時間が長くなる。p/d=3の条件ではバウンスがほとんど観察されない。さらに、透過率の変化する傾きは、p/d=30では急峻でなく、p/d=3で最も急峻となっている。サブフレームが終了する時点で、p/d=30では透過率が90%に至らず、p/d=10で90%強、p/d=3ではほぼ100%になっている。 In the present embodiment, driving for modulating the common voltage in FIG. 18 was performed. At this time, one subframe (that is, the period from t0 to t2 in FIG. 18) was set to 5.56 ms. The length of the period from t0 to t1 during which the common voltage corresponding to reset and overdrive is changed to a high voltage was 0.8 ms. FIG. 6 shows the results of measuring the change in transmittance over time in this state. Here, the same p / d as in the first embodiment is shown as a result of three conditions of 30, 10, and 3. Under the conditions where p / d is 30 and 10, the transmittance once rises after resetting. When this increase in transmittance (hereinafter referred to as bounce) occurs, the response time becomes longer. Under the condition of p / d = 3, almost no bounce is observed. Furthermore, the slope with which the transmittance changes is not steep at p / d = 30, and is the steepest at p / d = 3. At the end of the subframe, the transmittance does not reach 90% at p / d = 30, is slightly over 90% at p / d = 10, and is almost 100% at p / d = 3.
図6の結果から透過率が90%並びに、50%になるまでの時間を求め、横軸をp/d、縦軸を時間としてプロットした図を図7に示す。図7から分かるように、p/dが20未満では、サブフレーム5.56msの間に透過率が90%の応答に達することができる。また、p/dが20未満の場合、サブフレームの半分の時間である2.78msで透過率が50%の応答に達することができる。これによりp/d<20の条件で、十分な透過率が達成できることが分かる。 FIG. 7 shows a graph in which the time until the transmittance reaches 90% and 50% is obtained from the results of FIG. 6, and the horizontal axis is p / d and the vertical axis is time. As can be seen from FIG. 7, when p / d is less than 20, a response with a transmittance of 90% can be reached in a subframe of 5.56 ms. When p / d is less than 20, a response with a transmittance of 50% can be reached in 2.78 ms, which is half the time of a subframe. This shows that sufficient transmittance can be achieved under the condition of p / d <20.
また、図6からリセット後に光学応答の立ち上がりが生じ始めるまでの経過時間を求めた。すなわち、リセット後の各グラフを透過率10%の点での傾きに沿って透過率0%に外挿した。そして、外挿したグラフと透過率0%との交点の時間とリセット終了時(ここでは、0.8ms)との差を求めた。その結果を図8に示す。図8から、p/dが8未満の条件において、リセット後に応答が始まるまでの時間が1msを切る。1msを切る事によって、サブフレーム中の時間を有効に活用する事が出来る。更に、図6のリセット後から図8で求めた光学応答の立ち上がり期間までの間で発生しているバウンスの平均透過率を求めた。すなわち、バウンス時の透過率の積分を、図8の応答が始まるまでの時間で割って平均透過率とした。その結果を図9に示す。この図から分かるように、バウンス中の平均透過率は、p/d=8の点で傾きが変化し急激に平均透過率が下がる折れ曲がりを見せる傾向がある。p/d<8という条件によって、急激なバウンスの低下が得られる。このバウンスが低下するという事は、前のサブフレームのデータとの関連がなくなり1対1の対応が得られる事、並びに、不安定な配向状態が生じず良好な表示が長期にわたって得られる事を示す。 Further, the elapsed time until the start of the rise of the optical response after resetting was obtained from FIG. That is, each graph after resetting was extrapolated to a transmittance of 0% along the slope at the point of the transmittance of 10%. Then, the difference between the time of the intersection between the extrapolated graph and the transmittance of 0% and the end of reset (here, 0.8 ms) was obtained. The result is shown in FIG. From FIG. 8, under the condition that p / d is less than 8, the time until the response starts after resetting is less than 1 ms. By cutting 1 ms, the time in the subframe can be used effectively. Further, the average transmittance of the bounce generated after the reset in FIG. 6 until the rising period of the optical response obtained in FIG. 8 was obtained. That is, the integral of the transmittance at the time of bounce was divided by the time until the response in FIG. The result is shown in FIG. As can be seen from this figure, the average transmittance during the bounce tends to bend at a point where p / d = 8, and the average transmittance suddenly decreases. Under the condition of p / d <8, a sudden drop in bounce is obtained. The fact that this bounce is reduced means that there is no relationship with the data of the previous subframe and that a one-to-one correspondence can be obtained, and that an unstable alignment state does not occur and a good display can be obtained over a long period of time. Show.
このコモン電圧を変調する駆動においては、すでに公知であるが、通常のコモン反転駆動に相当する駆動が適用できる。その結果、例えば、従来のデータ信号がコモン電圧に対し±4.5Vであった場合、振幅幅9Vの駆動が必要であったが、コモン反転駆動によって振幅幅は半分の4.5Vとすることが可能である。更には、このコモン電圧を変調する構成では、常に黒表示状態にリセットされ、実際の階調表示に必要な電圧は黒表示電圧からの差だけとなる。すなわち、液晶のしきい値が1.5Vの場合、黒表示時の電圧4.5Vとの差である3Vが実際に必要な電圧となる。そのため、コモン電圧の変調の仕方を工夫することによって、必要なデータ振幅は3Vとなり、従来の1/3ですむ。この結果、従来のオーバードライブ法やリセット法と異なり、非常に低消費電力な駆動で、高速な応答が得られる。特に本発明によって、応答速度が50%近く加速され、TN液晶を用いても、低消費電力で高輝度なフィールドシーケンシャル表示が得られる。このフィールドシーケンシャル駆動では、色再現性が非常に良いことに加えて、常にリセットがされるため動画表示性能も非常に良好であった。 The driving for modulating the common voltage is already known, but driving corresponding to normal common inversion driving can be applied. As a result, for example, when the conventional data signal is ± 4.5 V with respect to the common voltage, driving with an amplitude width of 9 V is necessary, but the amplitude width is reduced to 4.5 V by half by common inversion driving. Is possible. Further, in the configuration for modulating the common voltage, the display is always reset to the black display state, and the voltage necessary for the actual gradation display is only the difference from the black display voltage. That is, when the threshold value of the liquid crystal is 1.5V, 3V which is a difference from the voltage 4.5V at the time of black display is an actually required voltage. Therefore, by devising the method of modulating the common voltage, the required data amplitude becomes 3V, which is 1/3 of the conventional one. As a result, unlike the conventional overdrive method and reset method, a high-speed response can be obtained by driving with very low power consumption. In particular, according to the present invention, the response speed is accelerated by nearly 50%, and a field sequential display with low power consumption and high luminance can be obtained even when a TN liquid crystal is used. In this field sequential driving, in addition to the very good color reproducibility, the moving image display performance is also very good because the reset is always performed.
オーバードライブ駆動とリセットパルス駆動とコモン変調駆動の組み合わせ、と本発明とを組み合わせることにより低消費電力で応答速度を速めることが可能となる。 By combining the overdrive drive, the reset pulse drive, and the common modulation drive with the present invention, the response speed can be increased with low power consumption.
このようにTN液晶でフィールドシーケンシャル駆動が良好に実現できるために、OCB方式のようにセルギャップ均一性や補償板の均一性に多大な注意を配る必要がない。また、強誘電性液晶のような特殊な材料を用いず、一般的な材料が使用できるために、長期信頼性に富む。 Thus, since field sequential driving can be satisfactorily realized with a TN liquid crystal, it is not necessary to pay much attention to cell gap uniformity and compensation plate uniformity as in the OCB method. Further, since a general material can be used without using a special material such as a ferroelectric liquid crystal, the long-term reliability is high.
更に、温度条件を変えて測定した結果を示す。ここでは、p/d=30とp/d=3の二つの液晶を使用した。温度条件として、常温(25℃)と低温(3℃)の条件を選んだ。また、常温の条件で、白表示、黒表示、グレー表示の3条件を選んだ。結果を図10に示す。図で横軸は温度、縦軸は透過率である。p/d=30の条件では、温度が3℃になると白表示の透過率がほとんど得られない。一方、p/d=3の条件では、3℃の温度でも60%以上の透過率が得られている。このことから、本発明は、液晶応答の温度依存性をも改善することが可能であることが分かる。 Furthermore, the result of having measured by changing temperature conditions is shown. Here, two liquid crystals with p / d = 30 and p / d = 3 were used. As temperature conditions, normal temperature (25 ° C.) and low temperature (3 ° C.) were selected. Three conditions of white display, black display, and gray display were selected under normal temperature conditions. The results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents transmittance. Under the condition of p / d = 30, almost no white display transmittance can be obtained when the temperature reaches 3 ° C. On the other hand, under the condition of p / d = 3, a transmittance of 60% or more is obtained even at a temperature of 3 ° C. From this, it can be seen that the present invention can also improve the temperature dependence of the liquid crystal response.
この温度依存性の改善は、次の二つの効果によると考えられる。まず1点は、液晶の応答が高速化されることである。これによって低温でも十分な応答速度が得られる。また、第2点は、バウンスが生じないことである。これによって不安定な配向状態を防ぐと共に前のフレームの影響を受けないため、環境温度を変化させても階調表示が良好に行われると考えられる。 This improvement in temperature dependence is thought to be due to the following two effects. The first point is that the response of the liquid crystal is accelerated. Thereby, a sufficient response speed can be obtained even at a low temperature. The second point is that no bounce occurs. As a result, an unstable orientation state is prevented and the influence of the previous frame is not affected. Therefore, it is considered that gradation display is performed well even if the environmental temperature is changed.
更に、温度依存性はねじれネマチック液晶の材料の構造にも関係することがわっかっている。どの様な材料を用いれば良いかは当業者であれば自明である。特に、組成物のねじれピッチの温度依存性が小さく常温でのピッチとほぼ同等のピッチが広い温度範囲で得られるか、もしくは、低温で短いピッチになるような温度依存を示すように組成を構成することが効果的である。 Furthermore, it is known that the temperature dependence is related to the structure of the twisted nematic liquid crystal material. It is obvious for those skilled in the art what kind of material should be used. In particular, the composition of the composition is such that the temperature dependence of the twist pitch of the composition is small and a pitch almost equal to that at room temperature can be obtained in a wide temperature range, or the pitch becomes short at low temperatures. It is effective to do.
バウンスが生じない理由は次のように考えられる。 The reason why no bounce occurs is as follows.
従来の手法では、高い電圧が印加されると液晶配向が十分に立ち上がる。この状態から電圧を切ると、液晶は寝た配向に動こうとするが、十分に立ち上がった状態ではどの方向に倒れるかが規定されない。これによって、配向が不安定になりバウンスが生じる。また、十分に立ち上がらなかった場合は、履歴として記憶され、不安定な表示が生じる。一方、本発明では、高い電圧を印加すると、本発明による電圧無印加時を安定化する効果と高電圧による立ち上がり効果が一定のバランスで均衡する。これによって、液晶が立ち上がりすぎることがないので、電圧を切ったときには常に一定の方向に倒れる。また、このバランス関係が大きなトルク同士でなされるため、常にほぼ同じ状態で安定する。このため、履歴の記憶がなされずに常に良好なリセット効果が得られる。 In the conventional method, the liquid crystal alignment sufficiently rises when a high voltage is applied. When the voltage is turned off from this state, the liquid crystal tends to move to a lying orientation, but in which state the liquid crystal rises sufficiently, it is not defined in which direction it falls. As a result, the orientation becomes unstable and bounce occurs. In addition, if it does not stand up sufficiently, it is stored as a history and an unstable display occurs. On the other hand, in the present invention, when a high voltage is applied, the effect of stabilizing when no voltage is applied according to the present invention and the rising effect due to the high voltage are balanced in a certain balance. As a result, the liquid crystal does not rise too much, so that it always falls in a certain direction when the voltage is turned off. Further, since this balance relationship is made between large torques, the balance is always stable in substantially the same state. For this reason, a good reset effect is always obtained without storing the history.
前述のように、ねじれた配向状態には、ねじれピッチに沿ったねじれをするノーマルツイスト配向と、ねじれピッチによるねじれの向きと実際の配向のねじれの向きが異なるリバースツイスト配向が存在する。(ねじれのピッチ/液晶層の厚さ)<8にすることでノーマルツイスト配向に戻すトルクを大きくすることができるので、リバースツイスト配向による欠陥を防ぐことができると共に、本発明の高速化が図られる。 As described above, in the twisted orientation state, there are a normal twist orientation that twists along the twist pitch and a reverse twist orientation in which the twist direction of the twist pitch differs from the actual twist direction. By setting (twist pitch / liquid crystal layer thickness) <8, the torque to return to the normal twist alignment can be increased, so that defects due to the reverse twist alignment can be prevented and the speed of the present invention can be increased. It is done.
更に、液晶には画素電極と共通電極間の電界以外に画素の外縁に配置された配線(例えば走査線)との間に電界が発生する。画素電極と共通電極との間に発生する電界以外の最大電界の基板面への射影の方向が、該ねじれネマチック液晶の電圧無印加時の液晶層中央での液晶配向の基板面の射影の方向とほぼ平行であることにより、(電圧無印加時に実現される)ノーマルツイスト配向の液晶配向に戻るトルクを強めることができる。逆にこれらの射影が直交する関係にあると、リバースツイスト配向を発生させやすい。 In addition to the electric field between the pixel electrode and the common electrode, an electric field is generated between the wiring (for example, a scanning line) disposed on the outer edge of the pixel. The direction of projection of the maximum electric field other than the electric field generated between the pixel electrode and the common electrode onto the substrate surface is the direction of projection of the substrate surface of the liquid crystal orientation at the center of the liquid crystal layer when no voltage is applied to the twisted nematic liquid crystal , The torque returning to the liquid crystal alignment of the normal twist alignment (realized when no voltage is applied) can be increased. Conversely, if these projections are orthogonal to each other, reverse twist orientation is likely to occur.
更には、基板表面における液晶配向の角度(立ち上がり角度、プレチルト角)が一定の条件において、ノーマルツイスト配向を安定化できる。図11は、プレチルト角を変えた時の、リバースツイスト配向とノーマルツイスト配向のエネルギー差をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。プレチルト角16度程度までは、プレチルト角の上昇に伴い、エネルギー差が増加している。すなわち、その範囲内ではプレチルト角が高いほどノーマルツイスト配向が安定である。しかし、16度を超えるとエネルギー差が減少しリバースツイスト配向が安定となる。また、電圧を印加して液晶配向が立った状態と電圧無印加時の液晶配向のエネルギー差によって、立下り応答のトルクの差が得られる。このシミュレーション結果によれば、プレチルト角が小さいほどエネルギー差が大きい。特に、プレチルト角が5度以下で顕著なエネルギー差が得られた。 Furthermore, the normal twist alignment can be stabilized under the condition that the liquid crystal alignment angle (rise angle, pretilt angle) on the substrate surface is constant. FIG. 11 is a diagram illustrating a result of obtaining the energy difference between the reverse twist orientation and the normal twist orientation by simulation when the pretilt angle is changed. Up to a pretilt angle of about 16 degrees, the energy difference increases as the pretilt angle increases. That is, within that range, the higher the pretilt angle, the more stable the normal twist alignment. However, when the angle exceeds 16 degrees, the energy difference decreases and the reverse twist orientation becomes stable. Further, the difference in torque of the falling response is obtained by the energy difference between the liquid crystal alignment state when the voltage is applied and the liquid crystal alignment state when no voltage is applied. According to this simulation result, the energy difference increases as the pretilt angle decreases. In particular, a significant energy difference was obtained when the pretilt angle was 5 degrees or less.
一方、基板表面における基板と液晶との間の相互作用の大きさを示すアンカリング強度も液晶のプレチルト角の違いによるエネルギー差が生じ、トルクの大きさに差が出る。シミュレーションからアンカリング強度が10−5[J/m2]より小さくなるとノーマルツイスト配向が急激に不安定になることが判明した。 On the other hand, the anchoring strength indicating the magnitude of the interaction between the substrate and the liquid crystal on the substrate surface also causes an energy difference due to the difference in the pretilt angle of the liquid crystal, resulting in a difference in torque. From the simulation, it was found that the normal twist orientation suddenly becomes unstable when the anchoring strength becomes smaller than 10 −5 [J / m 2 ].
本発明の液晶表示装置を光源と同期してフィールドシーケンシャル駆動することによって、従来TN−TFT型では困難であると考えられていたフィールドシーケンシャル型表示装置が実現できる。 By field-sequentially driving the liquid crystal display device of the present invention in synchronism with the light source, a field-sequential display device that has been considered difficult with the TN-TFT type can be realized.
本発明において、ねじれ角(ツイスト角)は必ずしも90度前後でなくてもよく、ねじれを有する構造であればよく、角度に規定はない。 In the present invention, the twist angle (twist angle) does not necessarily have to be around 90 degrees, as long as the structure has a twist, and the angle is not specified.
本発明は、透過型の表示装置の応答性が改善でき、画像に動きが多い、テレビジョンやゲーム用の電子機器に搭載すると効果的である。本発明において、ねじれ角(ツイスト角)は必ずしも90度前後でなくてもよく、ねじれを有する構造であればよく、角度に規定はない。 The present invention is effective when mounted on an electronic device for television or a game in which the responsiveness of a transmissive display device can be improved and the image has a lot of movement. In the present invention, the twist angle (twist angle) does not necessarily have to be around 90 degrees, as long as the structure has a twist, and the angle is not specified.
10 ガラス基板
11 酸化シリコン膜
12 アモルファスシリコン
13 酸化シリコン膜
14 フォトレジスト
15 酸化シリコン膜
16 アモルファスシリコン
17 タングステンシリサイド(WSi)
18 フォトレジスト
19 酸化シリコン膜/窒化シリコン膜
20 金属(アルミニウムとチタン)
21 窒化シリコン膜
22 画素電極(ITO)
23、24 LDD領域
25 ドレイン電極
26 ソース電極
27 ポリシリコン
28 酸化シリコン膜
29 ガラス基板
51 信号電極線
52 薄膜トランジスタ
53 走査電極線
54 画素電極
100 LCD
101 LED
102 DAC
103 コントローラIC
104 パルスジェネレータ
105 コントローラ
106 高速フレームメモリ
107 同期信号
108 LED制御信号
109 駆動パルス
110 画像データ
151 共通電極に印加される電圧波形
152 波形151と対応した時間における対応する光強度波形
153、154、155、156 画素光強度曲線
901 走査線
902 信号線
903 画素電極
904 MOS型トランジスタ
905 蓄積容量電極
906 蓄積容量
907 対向電極
908 液晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Glass substrate 11 Silicon oxide film 12 Amorphous silicon 13 Silicon oxide film 14 Photoresist 15 Silicon oxide film 16 Amorphous silicon 17 Tungsten silicide (WSi)
18 Photoresist 19 Silicon oxide film / silicon nitride film 20 Metal (aluminum and titanium)
21 Silicon nitride film 22 Pixel electrode (ITO)
23, 24 LDD region 25 Drain electrode 26 Source electrode 27 Polysilicon 28 Silicon oxide film 29 Glass substrate 51 Signal electrode line 52 Thin film transistor 53 Scan electrode line 54 Pixel electrode 100 LCD
101 LED
102 DAC
103 Controller IC
104 Pulse generator 105 Controller 106 High-speed frame memory 107 Synchronization signal 108 LED control signal 109 Drive pulse 110 Image data 151 Voltage waveform 152 applied to the common electrode 152 Corresponding light intensity waveforms 153, 154, 155 at the time corresponding to the waveform 151 156 Pixel light intensity curve 901 Scan line 902 Signal line 903 Pixel electrode 904 MOS transistor 905 Storage capacitor electrode 906 Storage capacitor 907 Counter electrode 908 Liquid crystal
Claims (8)
前記アクティブ素子基板と対向し、且つ、少なくとも前記画素電極と共に液晶を駆動する共通電極を有する対向基板と、
前記アクティブ素子基板と前記対向基板との間隙に挟持されたねじれネマチック液晶と、
を有し、
前記間隙は0.5〜3μmの範囲であって、前記間隙に狭持されたねじれネマチック液晶のねじれピッチpと前記間隙dとの間に、
p/d<20
の関係を有する液晶表示装置において、
前記画素電極と前記共通電極との間の電界以外の画素の外延に配置された配線と共通電極間の電界のうち、最大の電界の基板面への射影の方向が、前記ねじれネマチック液晶の電圧無印加時の液晶層中央での液晶配向の基板面の射影の方向と直交しないことを特徴とする液晶表示装置。 An active element substrate having at least a pixel electrode and a plurality of active elements for driving the pixel electrode;
A counter substrate having a common electrode facing the active element substrate and driving a liquid crystal together with at least the pixel electrode;
A twisted nematic liquid crystal sandwiched in a gap between the active element substrate and the counter substrate;
Have
The gap is in the range of 0.5 to 3 μm, and between the twist pitch p of the twisted nematic liquid crystal sandwiched in the gap and the gap d,
p / d <20
In the liquid crystal display device having the relationship
Of the electric field between the common electrode and the wiring arranged outside the pixel other than the electric field between the pixel electrode and the common electrode, the direction of projection of the maximum electric field onto the substrate surface is the voltage of the twisted nematic liquid crystal. A liquid crystal display device characterized by not being orthogonal to the direction of projection of the substrate surface of the liquid crystal alignment at the center of the liquid crystal layer when no voltage is applied.
前記アクティブ素子基板と対向し、且つ、少なくとも前記画素電極と共に液晶を駆動する共通電極を有する対向基板と、
前記アクティブ素子基板と前記対向基板との間隙に挟持されたねじれネマチック液晶と、
を有し、
前記間隙は0.5〜3μmの範囲であって、前記間隙に狭持されたねじれネマチック液晶のねじれピッチpと前記間隙dとの間に、
p/d<20
の関係を有する液晶表示装置において、
前記アクティブ素子基板は、少なくとも前記画素電極に対応する凹凸をその表面に有し、且つ
前記間隙に狭持されたねじれネマチック液晶が高分子安定化されていることを特徴とする液晶表示装置。 An active element substrate having at least a pixel electrode and a plurality of active elements for driving the pixel electrode;
A counter substrate having a common electrode facing the active element substrate and driving a liquid crystal together with at least the pixel electrode;
A twisted nematic liquid crystal sandwiched in a gap between the active element substrate and the counter substrate;
Have
The gap is in the range of 0.5 to 3 μm, and between the twist pitch p of the twisted nematic liquid crystal sandwiched in the gap and the gap d,
p / d <20
In the liquid crystal display device having the relationship
The active element substrate has at least irregularities corresponding to the pixel electrodes on the surface thereof, and a twisted nematic liquid crystal sandwiched in the gap is polymer-stabilized.
p/d<8
の関係を有することを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。 Between the twist pitch p of the twisted nematic liquid crystal and the gap d,
p / d <8
The liquid crystal display device according to claim 5, wherein:
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Citations (6)
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---|---|---|---|---|
JPH04278929A (en) * | 1991-03-07 | 1992-10-05 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal display element |
JPH0961855A (en) * | 1995-08-24 | 1997-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid crystal display device |
JP2000275642A (en) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid crystal display device and its production |
JP2000347175A (en) * | 1999-03-26 | 2000-12-15 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal device, its manufacture and electronic equipment using the device |
JP2001506376A (en) * | 1996-12-19 | 2001-05-15 | コロラド・マイクロディスプレイ・インコーポレーテッド | A display system that changes the state of the electro-optic layer by modulating the electrode voltage |
JP2002277902A (en) * | 2001-03-19 | 2002-09-25 | Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd | Liquid crystal display element |
-
2012
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04278929A (en) * | 1991-03-07 | 1992-10-05 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal display element |
JPH0961855A (en) * | 1995-08-24 | 1997-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid crystal display device |
JP2001506376A (en) * | 1996-12-19 | 2001-05-15 | コロラド・マイクロディスプレイ・インコーポレーテッド | A display system that changes the state of the electro-optic layer by modulating the electrode voltage |
JP2000275642A (en) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid crystal display device and its production |
JP2000347175A (en) * | 1999-03-26 | 2000-12-15 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal device, its manufacture and electronic equipment using the device |
JP2002277902A (en) * | 2001-03-19 | 2002-09-25 | Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd | Liquid crystal display element |
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