KR100709653B1 - 액정 표시 장치, 그 구동 방법 및 전자 기기 - Google Patents

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다까시 오찌
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Abstract

본 발명의 액정 표시 장치는, 제1 전극, 제1 전극에 대향하는 제2 전극, 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 수직 배향 액정층을 각각 구비하는 복수의 화소를 포함한다. 액정 표시 장치는, 액정층의 제1 전극 측에 배치되고, 제1 폭을 갖는 스트라이프 형상의 제1 배향 규제 수단, 액정층의 제2 전극 측에 배치되고, 제2 폭을 갖는 스트라이프 형상의 제2 배향 규제 수단, 제1 및 제2 배향 규제 수단 사이에 규정되고, 제3 폭을 갖는 스트라이프 형상의 액정 영역을 더 포함한다. 제3 폭은 7㎛∼12㎛의 범위이다.
액정 표시 장치, 수직 배향 액정층, 화소, 배향 규제 수단, 스트라이프 형상

Description

액정 표시 장치, 그 구동 방법 및 전자 기기{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, DRIVING METHOD THEREFOR AND ELECTRONIC EQUIPMENT}
도 1의 (a), (b) 및 (c)는, 본 발명에 따른 실시예의 MVA LCD의 기본적인 구성을 모식적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 실시예의 LCD(100)의 단면 구조를 모식적으로 보여주는 부분 단면도.
도 3은 LCD(100)의 화소부(100a)를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 4의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 5의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 6의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부 터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 7의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 8의 (a)∼(c)는, 리브 편차량(㎛) 변화에 따른 응답 시간(㎳)을 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 9의 (a)∼(f)는, 리브 편차량(㎛) 변화에 따른 계조 도달율(%)을 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 10은 0 레벨로부터 사전설정된 목표 계조로 전환될 때의 목표 계조 레벨과 소정의 OS 계조 레벨과의 관계를 나타내는 그래프.
도 11의 (a)∼(c)는, 액정 영역 폭 W3(㎛) 변화에 따른 계조 도달율(%)을 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 12의 (a)∼(c)는, 액정 영역 폭 W3(㎛) 변화에 따른 계조 도달율(%)을 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 13의 (a)∼(c)는, 액정 영역 폭 W3(㎛) 변화에 따른 계조 도달율(%)을 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 14의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부 터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 15의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 16의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 17의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 LCD(100)의 투과광 세기의 시간 변화를 나타내는 그래프, (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 LCD(100)의 화소부를 고속 카메라를 이용하여 촬영한 연속 사진.
도 18은 슬릿(22) 근방의 액정 영역(13A)에서의 액정 분자(13a)의 배향을 모식적으로 도시하는 도면.
도 19의 (a) 및 (b)는, LCD의 층간 절연막이 액정 분자의 배향에 미치는 영향을 설명하기 위한 모식도.
도 20은 본 발명에 따른 다른 실시예의 LCD의 화소부(200a)를 모식적으로 도시하는 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 제1 전극
12 : 제2 전극
13 : 액정층
13A : 액정 영역
13a : 액정 분자
21 : 제1 배향 규제 수단(리브)
22 : 제2 배향 규제 수단(리브)
[문헌 1] 일본특허 제2947350호 공보
[문헌 2] 일본특허공개 제2000-231091호 공보
본 발명은, 액정 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 동화상을 표시하는 용도에 적합한 액정 표시 장치, 그 구동 방법 및 그러한 액정 표시 장치를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
최근, 액정 표시 장치(LCD)가 널리 사용되고 있다. 다양한 타입의 LCD 중에서, 그 주류는, 포지티브 유전 이방성을 구비한 네마틱 액정이 트위스트된 TN LCD이다. 그러나, TN LCD는, 액정 분자의 배향에 기인하는 시각 의존성이 크다고 하 는 문제점이 있다.
시각 의존성을 개선하기 위하여, 배향 분할 수직 배향형 LCD가 개발되어, 그 사용이 확대되고 있다. 예를 들어 일본특허 공보 제2947350호(문헌 1)는, MVA(multi-domain vertical alignment) LCD를 배향 분할 수직 배향형 LCD 중 하나로서 개시한다. MVA LCD는, 한 쌍의 전극 간에 설치된 수직 배향 액정층을 포함하여 NB(normally black) 모드로 표시를 행하며, 도메인 규제 수단(예를 들어 슬릿 또는 돌기)을 설치하여, 전압 인가 동안, 각각의 화소 내 액정 분자가 복수의 다른 방향으로 쓰러지게(틸트됨) 한다.
최근, LCD TV뿐만 아니라, PC 모니터 및 휴대 단말 기기(휴대 전화, PDA 등)에 있어서, 동화상 정보를 표시하기 위한 니즈가 빠르게 증가하고 있다. 고품질의 동화상을 LCD에 표시하기 위하여, 액정층의 응답 시간을 짧게(응답 속도를 빠르게) 할 필요가 있어, 사전설정된 계조 레벨이 1 수직 주사 기간(전형적으로, 1 프레임) 내에 도달할 수 있다.
LCD의 응답 특성을 개선할 수 있는 구동 방법으로서, 표시할 계조 레벨에 대응하는 전압(계조 전압)보다 높은 전압(이 전압은 "오버슈트(overshoot)(OS) 전압"으로 불림)을 인가하는 방법(이 방법은 "오버슈트(overshoot)(OS) 구동"으로 불림)이 알려져 있다. 오버슈트 전압을 인가함으로써, 계조 표시에 있어서의 응답 특성을 개선할 수 있다. 예를 들어 일본공개특허 공보 제2000-231091호(문헌 2)는, 오버슈트 구동을 채택한 MVA LCD를 개시한다.
액정층의 응답 속도는, 인가 전압이 낮을수록 느리다. 그러므로 종래에는, 인가 전압이 낮을 때(예를 들어, 흑 표시 상태로부터 저휘도 계조 표시 상태로 전환될 때)의 응답 속도를 OS 구동을 이용하여 향상시킴으로써, 양호한 동화상 표시를 얻을 것이라고 생각되어 왔다.
그러나, 본 발명의 발명자는, 전술한 MVA LCD와 같은 배향 분할 수직 배향형 LCD에 있어서, 액정층 내 액정 분자는, 인가 전압이 높을 때(예를 들어, 흑 표시 상태로부터 고휘도 계조 표시 상태 또는 백 표시 상태로 전환될 때) 특이한 행동 양식을 나타내어, 응답 속도를 저하하는 것을 발견하였다. 본 발명자에 의해 발견된 이 현상에 기인하는 응답 속도의 저하는, OS 구동으로 개선되지 않으며, 표시 품질의 저하를 발생시킨다.
본 발명자는 다양한 방식으로 상술한 현상을 검토한 결과, 이 현상은, OS 구동이 종래의 TN LCD를 위해 채택되는 한 결코 발생하지 않는 새로운 현상이며, 배향 분할 수직 배향형 LCD 내 각각의 화소에 선형적(스트라이프 형상)으로 배치된 배향 규제 수단(도메인 규제 수단)을 사용하여 이루어진 배향 분할에 기인함을 발견하였다.
실제의 LCD에 있어서, 배향 규제 수단의 위치는, 제조 프로세스에서의 원인(예를 들어, 기판의 접합 시 부정합)으로 인하여 몇몇 경우에서 설계 위치를 벗어날 수도 있다. 또한, 이러한 편차가 크면, 상술한 현상에 의한 응답 속도의 저하가 뚜렷해진다는 점을 발견한다.
본 발명의 주된 목적은, 고품질의 동화상 표시를 가능하게 하는 배향 분할 수직 배향형 LCD, 그 구동 방법 및 그러한 LCD를 구비한 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 제1 전극, 제1 전극에 대향하는 제2 전극, 제1 전극과 제2 전극의 사이에 설치된 수직 배향 액정층을 각각 구비하는 복수의 화소를 포함하며, 액정층의 제1 전극 측에 설치되어 제1 폭을 갖는 스트라이프 형상의 제1 배향 규제 수단, 액정층의 제2 전극 측에 설치되어 제2 폭을 갖는 스트라이프 형상의 제2 배향 규제 수단, 제1 배향 규제 수단과 제2 배향 규제 수단 사이에 규정되어 제3 폭을 갖는 스트라이프 형상의 액정 영역을 더 포함하며, 제3 폭은 7㎛∼12㎛의 범위이다.
바람직한 실시예에서, 제3 폭은 10㎛ 이하이다.
바람직한 실시예에서, 제3 폭은 9㎛ 이하이다.
바람직한 실시예에서, 제1 배향 규제 수단은 리브이고, 제2 배향 규제 수단은 제2 전극에 형성된 슬릿이다.
바람직한 실시예에서, 최저 계조 레벨에 대응하는 전압은 1.6V 이하이다.
바람직한 실시예에서, 최저 계조 레벨에 대응하는 전압은 1.0V 이하이다.
바람직한 실시예에서, 최저 계조 레벨에 대응하는 전압은 0.5V 이하이다.
바람직한 실시예에서, 최고 계조 레벨에 대응하는 전압은 6.0V 이상이다.
바람직한 실시예에서, 최고 계조 레벨에 대응하는 전압은 7.0V 이상이다.
바람직한 실시예에서, 최고 계조 레벨에 대응하는 전압은 8.0V 이상이다.
바람직한 실시예에서, 제1 폭은 4㎛∼20㎛ 범위이며, 제2 폭은 4㎛∼20㎛ 범 위이다.
바람직한 실시예에서, 액정층의 두께는 3.2㎛ 이하이다.
바람직한 실시예에서, 제1 전극은 대향 전극이고, 제2 전극은 화소 전극이다.
바람직한 실시예에서, 액정 표시 장치는, 액정층을 개재하여 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 편광판을 더 포함하며, 한 쌍의 편광판의 투과축은 서로 직교하며, 투과축 중 하나는 표시면의 수평 방향으로 연장되며, 제1 배향 규제 수단 및 제2 배향 규제 수단은, 투과축 중 하나에 약 45°방향으로 연장되어 배치된다.
바람직한 실시예에서, 액정 표시 장치는, 계조 표시 시, 소정의 계조 레벨을 위해 사전설정된 계조 전압보다 높은 오버슈트 전압을 인가할 수 있는 구동 회로를 더 포함한다.
본 발명의 구동 방법은, 상술한 액정 표시 장치를 위한 구동 방법으로서, 소정의 계조 레벨의 표시 시, 소정의 계조 레벨을 위해 사전설정된 계조 전압보다 높은 오버슈트 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 소정의 계조 전압 레벨은, 이전의 수직 주사 기간 내에 표시된 계조 레벨보다 높다.
바람직한 실시예에서, 오버슈트 전압은, 표시 휘도가, 1 수직 주사 기간에 대응하는 시간 내에 소정의 계조 레벨을 위한 소정의 휘도 값에 도달하도록 설정된다.
본 발명의 전자 기기는, 상술한 액정 표시 장치를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 전자 기기는, 텔레비전 방송을 수신하기 위한 회로를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 액정 영역의 폭이 사전설정된 범위 내에 설정되어, 배향 분할 수직 배향형 LCD 내 액정 분자의 특이한 행동 양식(후술될 "배향 편향")의 발생이 억제될 수 있다. 따라서, 응답 특성이 향상되며, 동화상 표시의 품질이 높아질 수 있다.
본 발명의 다른 특징, 엘리먼트, 프로세스, 공정, 특성 및 장점은, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함으로써 좀더 명백해질 것이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예의 LCD 및 그 LCD를 위한 구동 방법을 관련 도면을 참조하여 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 실시예의 배향 분할 수직 배향형 LCD의 기본적인 구성을 도 1의 (a)∼(c)를 참조하여 설명한다.
배향 분할 수직 배향형 LCD(10A,10B,10C)는, 제1 전극(11), 제1 전극(11)에 대향하는 제2 전극(12), 및 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 사이에 설치된 수직 배향 액정층(13)을 각각 구비하는 복수의 화소를 포함한다. 수직 배향형 액정층(13)은, 전압 무인가 시, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 면에 대략 수직(예를 들어, 87°∼90°범위 내 각도)으로 배향되는 네거티브 유전 이방성을 갖는 액정 분자를 포함한다. 전형적으로, 이 배향은, 액정층(13)과 대향하는 제1 및 제2 전극(11,12)의 표면 각각에 수직 배향막(도시 생략)을 제공함으로써 얻는다. 배향 규 제 수단으로서 리브(돌기) 등을 제공하는 경우, 액정 분자는, 액정층과 대향하는 리브 등의 표면에 대해 대략 수직으로 배향된다.
제1 배향 규제 수단(21,31,41)은 액정층(13)의 제1 전극(11) 측에 제공되는 반면, 제2 배향 규제 수단(22,32,42)은 액정층(13)의 제2 전극(12) 측에 제공된다. 제1 및 제2 배향 규제 수단 사이에 정의된 액정 영역 각각에 있어서, 액정 분자(13a)는, 제1 및 제2 배향 규제 수단으로부터 인가되는 배향 규제력하에 존재한다. 전압이 제1 및 제2 전극(11,12) 사이에 인가되면, 액정 분자(13a)는, 도 1의 (a)∼(c)에 화살표로 나타낸 방향으로 쓰러진다(틸트된다). 즉, 액정 영역 각각에 있어서, 액정 분자(13a)는 동일한 방향으로 쓰러진다. 그러므로 그러한 액정 영역을 도메인으로서 간주할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 배향 규제 수단으로서, 상술한 문헌 1 및 2에 기술된 도메인 규제 수단이 채택될 수도 있다.
제1 배향 규제 수단 및 제2 배향 규제 수단(이하, 몇몇 경우에서 이들은 "배향 규제 수단"으로 집합적으로 불릴 수도 있다)은, 각각의 화소 내에 스트라이프 형상으로 배치된다. 도 1의 (a)∼(c)는 스트라이프 형상 배향 규제 수단의 연장에 직교하는 방향에 따른 단면도이다. 액정 분자(13a)가 서로 180°방향으로 쓰러지는 액정 영역(도메인)은, 각각의 배향 규제 수단의 양측에 형성된다.
구체적으로 설명하면, 도 1의 (a)에 도시한 LCD(10A)는, 리브(21)를 제1 배향 규제 수단으로서, 제2 전극(12)에 형성된 슬릿(개구부)(22)을 제2 배향 규제 수단으로서 구비한다. 리브(21) 및 슬릿(22)은 스트라이프 형상으로 연장된다. 리브(21)는 액정 분자(13a)를 리브(21)의 측면(21a)에 대해 대략 수직으로 배향하는 역할을 하여, 액정 분자(13a)는 리브(21)의 연장에 대해 직교하는 방향으로 배향된다. 슬릿(22)은, 제1 및 제2 전극(11,12) 사이에 전위차가 주어질 때, 슬릿(22)의 에지(edge) 근방의 액정층(13)의 영역에 틸트 전계를 생성하는 역할을 하여, 액정 분자(13a)는 슬릿(22)의 연장에 대해 직교하는 방향으로 배향된다. 리브(21)와 슬릿(22)은, 사전설정된 이격으로 서로 평행하게 배치되며, 액정 영역(도메인)은 서로 인접한 리브(21)와 슬릿(22) 사이에 형성된다.
도 1의 (b)에 도시한 LCD(10B)는, 리브(31,32)가 제1 및 제2 배향 규제 수단으로서 각각 제공된다는 점에서 도 1의 (a)에 도시한 LCD(10A)와 상이하다. 리브(31,32)는, 사전설정된 이격으로 서로 평행하게 배치되며, 액정 분자(13a)를 리브(31)의 측면(31a) 및 리브(32)의 측면(32a)에 대략 수직으로 배향시키는 역할을 하여, 액정 영역(도메인)을 이러한 리브들 사이에 형성한다.
도 1의 (c)에 도시한 LCD(10C)는, 슬릿(41,42)이 제1 및 제2 배향 규제 수단으로서 각각 제공된다는 점에서 도 1의 (a)에 도시한 LCD(10A)와 상이하다. 슬릿(41,42)은, 제1 및 제2 전극(11,12) 사이에 전위차가 주어질 때, 슬릿(41,42)의 에지 근방의 액정층(13)의 영역에 틸트 전계를 생성하는 역할을 하여, 액정 분자(13a)는 슬릿(41,42)의 연장에 대해 직교하는 방향으로 배향된다. 슬릿(41,42)은, 사전설정된 이격으로 서로 평행하게 배치되며, 액정 영역(도메인)은 이러한 슬릿들 사이에 형성된다.
전술한 바와 같이, 리브 및/또는 슬릿의 임의의 조합을 제1 및 제2 배향 규제 수단으로서 사용할 수 있다. 제1 및 제2 전극(11,12)은 액정층(13)을 개재하여 서로 대향하는 전극일 수도 있다. 통상적으로, 하나는 대향 전극이며, 다른 하나는 화소 전극이다. 이하에서, 본 발명의 실시예는, 대향 전극을 제1 전극(11)으로서, 화소 전극을 제2 전극(12)으로서, 리브(21)를 제1 배향 규제 수단으로서, 화소 전극에 형성된 슬릿(22)을 제2 배향 규제 수단으로서 구비하는 LCD(즉, 도 1의 (a)에 도시한 LCD(10A))를 예로서 설명한다. 도 1의 (a)에 도시한 LCD(10A)의 구성은, 제조 공정의 증가를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 화소 전극에 슬릿을 형성하는 추가 공정이 필요 없다. 대향 전극에 대해서는, 리브를 배치하는 공정이, 슬릿을 형성하는 공정보다 공정 수의 증가가 적다. 물론, 본 발명은 리브 및 슬릿만을 배향 규제 수단으로서 사용하는 다른 구성에도 또한 적용할 수 있다.
본 발명자는, 다양한 검토를 통해, 흑 표시 상태로부터 고휘도 계조 표시 상태로 전환 시 응답 속도가 충분하지 않다는 상술한 문제점은, 화소 내에 스트라이프 형상으로 배치된 제1 및 제2 배향 규제 수단을 사용하여 이루어진 배향 분할에 기인하고 있으며, 제1 및 제2 배향 규제 수단 사이에 정의되는 액정 영역의 폭을 사전설정된 범위로 한정함으로써, 이러한 문제점의 발생을 억제할 수 있다는 것을 발견하였다. 이하에서, 이 문제점의 원인과 본 발명의 LCD의 효과를 상세하게 설명한다.
우선, 도 2 및 3을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예의 LCD의 기본 구성을 설명한다. 도 2는 LCD(100)의 단면 구조를 모식적으로 보여주는 부분 단면도이고, 도 3은 LCD(100)의 화소부(100a)의 평면도이다. LCD(100)는 도 1의 (a)에 도시한 LCD(10A)의 기본적인 구성과 거의 동일하다. 따라서, 공통 컴포넌트는 동일한 참 조 번호로 나타낸다.
LCD(100)는, 제1 기판(예컨대 글래스 기판)(10a)과 제2 기판(예컨대 글래스 기판)(10b) 사이에 수직 배향 액정층(13)을 구비한다. 대향 전극(11)은 액정층(13)과 대향하는 제1 기판(10a)의 표면에 형성되며, 리브(21)는 대향 전극(11) 상에 형성된다. 수직 배향막(도시하지 않음)은, 액정층(13)과 대향하는 리브(21)를 구비한 대향 전극(11)의 거의 전면을 피복하도록 형성된다. 리브(21)는 도 3에 도시한 바와 같이 스트라이프 형상으로 연장되어, 인접하는 리브(21)는, 균일한 간격(피치) P를 갖도록 서로 평행하게 배치된다. 리브(21)의 폭(연장에 대해 직교하는 방향으로) W1도 균일하다.
게이트 버스 라인(주사선) 및 소스 버스 라인(신호선)(51)뿐만 아니라 TFT(도시하지 않음)는, 액정층(13)과 대향하는 제2 기판(10b)의 표면에 형성되며, 층간 절연막(52)은 이러한 컴포넌트를 피복하도록 형성된다. 화소 전극(12)은 층간 절연막(52) 상에 형성된다. 평탄한 표면을 갖는 층간 절연막(52)은, 1.5㎛∼3.5㎛ 범위의 두께를 갖는 투명 수지막으로 형성되어, 화소 전극(12)의 배치를 게이트 버스 라인 및/또는 소스 버스 라인과 중첩하게 한다. 이는, 개구율을 향상시킨다는 장점이 있다.
스트라이프 형상의 슬릿(22)은 화소 전극(22)에 형성되며, 수직 배향막(도시하지 않음)은, 슬릿(22)을 구비하는 화소 전극(12)의 거의 전면을 피복하도록 형성된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 슬릿(22)은 서로 평행하게 스트라이프 형상으로 연장되어, 인접하는 슬릿(22)들 사이의 간격을 대략적으로 이등분한다. 슬릿(22) 의 폭(연장에 대해 직교하는 방향의 폭) W2는 균일하다. 전술한 슬릿 및 리브의 형상 및 배치는, 제조 프로세스의 변동, 기판 접합 시 부정합 등으로 인하여 각각의 설계 값으로부터 벗어날 수도 있다. 상술한 설명은 이러한 편차를 배제하지는 않는다.
폭 W3을 갖는 스트라이프 형상의 액정 영역(13A)은, 서로 평행하게 연장되는 인접한 스트라이프 형상의 리브(21)와 슬릿(22) 사이에 규정된다. 액정 영역(13A)에 있어서, 배향 방향은, 그 영역의 양측에 배치된 리브(21) 및 슬릿(22)에 의해 규제된다. 그러한 액정 영역(도메인)은 리브(21)와 슬릿(22) 각각의 반대 측에 형성되며, 그 영역에서 액정 분자(13a)는 서로 180°방향으로 틸트된다. 도 3에 도시한 바와 같이, LCD(100) 내에서, 리브(21)와 슬릿(22)은 서로 90°만큼 다른 2개의 방향으로 연장되며, 각각의 화소부(100a)는, 액정 분자(13a)의 배향 방향이 서로 90°만큼 다른 4개 타입의 액정 영역(13A)을 구비한다. 리브(21) 및 슬릿(22)의 배치가 상술한 예에 한정되지는 않지만, 이러한 배치로 인하여, 양호한 시야각 특성을 보증한다.
한 쌍의 편광판(도시하지 않음)이 제1 및 제2 기판(10a,10b)의 외주면에 배치되며, 그 투과축은 대략적으로 서로 직교한다(크로스 니콜 상태). 편광판이 배치되어, 그 투과축이, 서로 90°만큼 다른 4개 타입의 액정 영역(13A) 모두의 배향 방향에 대해 45°를 형성하게 되면, 액정 영역(13A)에 의한 지연(retardation)의 변화를 가장 효율적으로 이용할 수 있다. 즉, 편광판은, 그 투과축이 리브(21) 및 슬릿(22)의 연장 방향과 대략 45°를 형성하도록 배치하는 것이 바람직하다. 텔레 비전과 같이, 흔히 관찰 방향이 표시면에 대해 수평으로 이동하는 표시 장치에 있어서, 편광판 중 하나의 투과축이 표시면에 대해 수평 방향으로 연장되어, 표시 품질의 시야각 의존성을 억제하는 것이 바람직하다.
전술한 구성을 갖는 MVA LCD(100)는, 시야각 특성이 우수한 표시를 제공할 수 있다. 그러나 액정층 내 액정 분자는, 흑 표시 상태로부터 고전압 인가 상태(고휘도 계조 표시 상태 및 백 표시 상태)로 전환될 때, 특이한 행동 양식을 나타내는데, 이는 응답 속도를 감소시킨다. 이 현상에 대해서는 도 4∼7을 참조하여 설명한다.
도 4의 (a), 도 5의 (a), 도 6의 (a) 및 도 7의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 투과광 세기의 시간 변화를 보여주는 그래프이다. 도 4의 (b), 도 5의 (b), 도 6의 (b) 및 도 7의 (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환 시, 고속 카메라를 이용하여 화소부를 촬영한 연속적인 사진이다. 그래프의 y축은, 백 전압 인가 후의 정상 상태에서의 세기에 대한 세기의 퍼센트를 100%로서 나타낸다. 이러한 검토에서 사용된 LCD(100)의 특정 파라미터를 표 1에 나타낸다. 각각의 도면에 대한 흑 전압(VO) 및 백 전압(V255)을 표 2에 나타낸다.
리브 폭 W1 슬릿 폭 W2 LC 영역 폭 W3 리브 높이 LC층의 두께 d 측정 온도
8㎛ 10㎛ 19㎛ 1.05㎛ 2.5㎛ 25℃
흑 전압 백 전압
도 4의 (a), (b) 0.5V 7V
도 5의 (a), (b) 0.5V 10V
도 6의 (a), (b) 2V 7V
도 7의 (a), (b) 2V 10V
도 4의 (b), 도 5의 (b), 도 6의 (b) 및 도 7의 (b)에 도시한 연속 사진으로부터 알 수 있듯이, 전압 인가 직후에 배향의 불균일(액정 분자의 랜덤 방향에의 틸트)이 액정 영역(13A)에서 발생한다. 이 현상은 "배향 편향"으로 불리는데, 이는, 액정 분자(13a)가, 본래 배향 규제되는 방향과는 다른 방향으로 틸트하기 때문이다. 그 후, 배향 편향은 서서히 해소되지만, 도면에 도시한 바와 같이, 16㎳ 후에도 완전하게 해소되지는 않는다.
배향 편향은, 각각의 액정 영역(13A)이, 2개의 상이한 응답 속도에 의해 특징 되는 2개 타입의 부분을 구비하기 때문에 발생한다. 리브(21)와 슬릿(22) 근방에 위치한 액정 영역(13A)의 부분("제1 LC 부분 R1")은 응답 속도가 빠른데, 이는, 이 부분이 리브(21)와 슬릿(22)의 배향 규제력에 직접적으로 영향을 받기 때문이다. 대조적으로, 액정 영역(13A)의 중앙 부분("제2 LC 부분 R2")은, 제1 LC 부분 R1보다 응답 속도가 느리다. 그러므로 전압 인가 동안, 제1 LC 부분 R1의 액정 분자(13a)가 배향 규제 수단에 의해 규제되는 방향으로 틸트된 다음, 제2 LC 부분 R2의 액정 분자(13a)가, 제1 LC 부분 R1의 액정 분자(13a)의 배향과 정합하도록 틸트된다. 그러나 고전압 인가의 경우, 액정 분자(13a)를 틸트하기 위한 토크가 강하게 작용하여, 제2 LC 부분 R2의 액정 분자(13a)는, 전압 인가 직후에 랜덤한 방향(배향막 표면의 미세한 요철 등에 따라 결정됨)으로 틸트된다. 랜덤한 방향으로 틸트되는 액정 분자(13a)는, 배향 방위각 방향을 점차적으로 변화시켜, 제1 LC 부분 R1의 액정 분자(13a)의 배향 방향과 정합한다.
상기의 설명에 있어서, 설명의 간단함을 위해, 2개의 LC 부분을 사용하여 배향 편향을 설명하였다. 예시한 LCD(100)에 있어서, 응답 속도에 대한 제1 배향 규제 수단(리브 21) 및 제2 배향 규제 수단(슬릿 22)의 효과 정도는 서로 다르다. 그러므로 엄격하게 말하면, 응답 속도가 서로 다른 3개의 LC 부분이 형성된다.
상술한 바와 같이, 높은 전압 인가하에서, 제2 LC 부분 R2의 액정 분자(13a)는, 전압 인가 직후에 전계 효과에 의해 먼저 쓰러진 다음(배향 편향), 배향 방위각 방향을 점차적으로 변화시켜 그 배향의 연속성을 유지하는 2단계의 응답 행동 양식을 나타낸다. 그 결과, 전체 액정 영역(13A)의 응답 속도가 저하된다.
전술한 바와 같이, 배향 편향은 높은 전압의 인가 시 발생한다. 그러므로, 도 4와 5 및 도 6과 7의 비교로부터 알 수 있듯이, 배향 편향의 발생 및 그에 의한 응답 속도의 저하는, 백 전압이 높을수록 뚜렷해진다. 이는, 백 전압의 증가에 따라 응답 속도가 향상되지 않고 다소 저하되는 현상은, 응답 특성이 백 전압의 증가에 따라 향상된다는 일반적인 인식과 대조적으로 발생할 수도 있다는 원인이 된다. 비록 백 표시 상태로의 전환을 이러한 도면에 도시하였지만, 상술한 설명은, 고휘도 계조 표시 상태로의 전환에 또한 적용되며, OS 구동을 채택하더라도 응답 속도를 충분하게 향상시키지는 못할 것이다.
또한, 도 4와 6 및 도 5와 7의 비교로부터 알 수 있듯이, 흑 전압이 낮을수록 응답 속도가 느리다. 그 원인은, 흑 전압이 낮을수록, 액정 분자(13a)는 흑 표시 상태에서 수직에 가깝게 배향된다는 점이다. 대조적으로, 흑 전압을 높게 하여, 액정 분자(13a)를 흑 표시 상태에서 간신히 틸트시키는 경우, 응답 속도는 증가한다. 그러나 이 경우, 콘트라스트비는 액정 분자(13a)의 틸트에 의해 감소될 것이다. 최근, 더 높은 콘트라스트비가 LCD에 요구되지만, 흑 전압을 낮게함으로써 콘트라스트비를 향상시키면, 전술한 바와 같이 응답 속도는 저하될 것이다.
전술한 바와 같이, 백 전압을 높게 하거나, 흑 전압을 낮게 하여, 응답 속도가 저하되며, 이러한 응답 속도의 저하는 OS 구동을 행하여도 충분하게 개선될 수 없다. 또한, LCD의 동작 온도가 변하면, 액정 재료의 점도와 같은 특성이 변하며, 그 결과, LCD의 응답 특성이 변한다. 응답 특성은 동작 온도가 낮을수록 저하되며, 동작 온도가 높을수록 향상된다. 종래의 배향 분할 수직 배향형 LCD에 있어서, 5℃의 패널 온도에서는 충분한 응답 특성이 얻어지지 않는다.
OS 구동 방법은 TN LCD에도 또한 적용되지만, 상술한 배향 편향은 TN LCD에서 관찰되지 않는다. 그 원인은, TN LCD에 있어서, 배향 분할은, 상이한 방향에 러빙된 배향막에 의해 각각의 액정 영역(도메인) 내 액정 분자의 배향 방향을 규제함으로써 이루어진다는 점이다. 배향 규제력은, 평면(2차원) 배향막으로부터 각각의 액정 영역 전체에 부여되기 때문에, 각각의 액정 영역에는 응답 속도의 분포가 발생하지 않는다. 이와 대조적으로, 배향 분할 수직 배향형 LCD에 있어서, 배향 분할은, 선형적(1차원적)으로 제공된 배향 규제 수단에 의해 이루어진다. 그러므로 상이한 응답 속도를 갖는 부분이, 배향 규제 수단의 배향 규제력의 차이뿐만 아니라, 배향 규제 수단으로부터의 거리에 의해 형성된다.
또한, 본 발명자가 검토한 바에 따르면, 배향 편향에 의한 응답 속도의 저하는, 배향 규제 수단의 위치가, 제조 프로세스의 원인(예를 들어, 기판을 접합하는 공정에서의 부정합)에 의해 설계 위치로부터 벗어날 때, 좀더 뚜렷해진다는 것을 발견하였다.
도 2 및 도 3에 도시한 기본 구성을 갖는 MVA LCD를 제작하여, 리브(21)의 편차 정도("리브 편차량"으로 표현함)를 변경하여(즉, 리브(21)의 위치를 의도적으로 변경함) 응답 시간(㎳)을 측정한다. 그 결과를 도 8에 도시한다. 본 명세서에서의 응답 시간은, 백 표시 상태의 투과율을 100%로 했을 때에 투과율이 O%로부터 90%에 도달하는 시간을 의미한다. 도 8의 (a), (b) 및 (c)는, 백 전압(본 명세서에서는, V255로 나타낸 계조 레벨 255에 대응하는 전압)이 각각 6.0V, 7.0V 및 8.0V일 때의 결과를 보여준다. 각각의 그래프에서, 흑 전압(본 명세서에서는, V0으로 나타낸 계조 레벨 0에 대응하는 전압)이 0.5V, 1.0V 및 1.6V일 때 얻은 결과를 나타낸다. LCD의 셀 파라미터는 표 3에 도시한다.
리브 폭 W1 슬릿 폭 W2 LC 영역 폭 W3 리브 높이 LC층의 두께 d 측정 온도
도 8의(a)~(c) 8㎛ 10㎛ 11㎛ 1.05㎛ 2.5㎛ 25℃
*LC 영역 폭 W3는 리브 편차가 없을 때 측정됨.
본 명세서에 사용된 "리브 편차량"은, 리브(21)의 연장에 직교하는 방향에 따른 편차의 정도로서 정의된다. 따라서, X㎛의 리브 편차가 발생하면, 리브(21)를 통해 서로 인접하는 2개의 액정 영역 사이의 LC 영역 폭 W3에는 2X㎛의 차이가 제공된다. 이러한 검토 시 사용된 LCD에서, 리브 편차가 없는 LC 영역 폭 W3는 11㎛이다. 리브 편차량이 2㎛이면, 리브(21)를 통해 서로 인접하는 2개의 액정 영역의 폭 W3는, 9㎛와 13㎛이다.
도 8의 (a)∼(c)로부터, 리브 편차량과 응답 시간 사이에는 상관 관계가 있다는 것을 발견한다. 보다 구체적으로는, 리브 편차량이 클수록, 응답 시간이 증가, 즉 응답 특성이 저하된다. 도 8의 (a), (b) 및 (c)를 비교하면, 백 전압이 6.0V인 경우보다, 백 전압이 7.0V 및 8.0V인 경우, 응답 시간은 더 크고, 응답 특성은 더 낮다는 것을 발견한다. 이는, 인가 전압이 높을수록 응답 특성이 높아진다는 일반적인 인식과는 반대되는 현상이다.
배향 편향에 기인한 응답 특성의 저하가, 리브 편차에 의해 더욱 뚜렷해지는 것을 방지하기 위하여, 본 발명자는, 셀 파라미터(액정층의 두께 d, 액정 재료의 유전 이방성 Δε, 리브 폭 W1, 슬릿 폭 W2, LC 영역 폭 W3 및 리브 높이 등)를 변경하여, 도 2 및 3에 도시한 기본 구성을 갖는 MVA LCD를 제작하여, 응답 특성을 평가하였다.
그 결과, 액정 재료의 Δε, 액정층의 두께 d, 리브 폭 W1, 리브 높이 및 슬릿 폭 W2의 변화에 의한 응답 특성의 변화는 미소하며, 이러한 요소를 조정함으로써 얻은 응답 속도의 개선 효과는 모두 작았다. 이와 대조적으로, LC 영역 폭 W3을 좁게 함으로써, 응답 특성은 크게 개선되었다. 평가 결과의 부분에 대해 설명한다.
도 9의 (a)∼(f)는, LC 영역 폭 W3이 8.0㎛, 11㎛, 16㎛ 및 19㎛인 경우, 리브 편차량(㎛)의 변경에 따른 계조 도달율(%)의 측정 결과를 보여준다. "계조 도달율"은, 전압 인가 후, 1 수직 주사 기간(본 명세서에서는 16.7㎳)에 대응하는 시간이 경과했을 때 얻은 투과율과, 목표 계조에 대응하는 투과율의 비율을 의미하며, 응답 특성을 나타내는 파라미터로서 사용된다. 본 명세서에서, 계조 도달율은, 초기 상태가 흑 표시 상태이고, 목표 계조가 가장 높은 계조 레벨(백 표시 상태)인 경우에 얻은 계조 도달율이다. 이러한 검토에서 사용된 LCD의 셀 파라미터를 표 4에 나타낸다. 도 9의 (a)∼(f)는 5℃에서의 측정 결과를 보여준다. 각각의 도면에 대한 흑 전압(V0) 및 백 전압(V255)을 표 5에 나타낸다.
리브 폭 W1 슬릿 폭 W2 리브 높이 LC층의 두께 d 측정 온도
도 9의 (a)~(f) 10㎛ 8㎛ 1.05㎛ 2.5㎛ 5℃
흑 전압 백 전압
도 9의 (a) 1.6V 6.0V
도 9의 (b) 1.6V 7.0V
도 9의 (c) 1.6V 8.0V
도 9의 (d) 0.5V 6.0V
도 9의 (e) 0.5V 7.0V
도 9의 (f) 0.5V 8.0V
리브 편차량과 응답 시간 사이에 상술한 상관 관계가 있는 것과 같이, 도 9의 (a)∼(f)로부터, 리브 편차량과 계조 도달율 사이에도 상관 관계가 있다는 점을 발견한다. 리브 편차량이 클수록, 계조 도달율은 감소한다. 또한, 도 9의 (a)∼(f)로부터, LC 영역 폭 W3과 계조 도달율 사이에는 강한 상관 관계가 존재한다는 점을 발견한다. 구체적으로는, LC 영역 폭 W3을 작게 함으로써, 계조 도달율이 증가, 즉 응답 특성이 개선된다.
또한, 도 9의 (a)∼(f)로부터, 계조 도달율은, 흑 전압이 낮은 경우에 낮고, 백 전압이 높은 경우에도 낮다는 점을 발견한다. 즉, 흑 전압이 낮을수록, 그리고 백 전압이 높을수록, 높은 계조 도달율을 얻기 위한 조건이 엄격해진다. 도 9의 (a)∼(f)에 도시한 LC 영역 폭 W3의 값은, 리브 편차가 없는 경우에 얻은 값임을 주목한다. 리브 편차량이 0이 아닌 경우, 이 값은 참인 값이 아니다.
OS 구동이 채택되는 경우, 계조 도달율은 75% 이상인 것이 바람직하다. 그 원인에 대해서 설명한다.
OS 구동 시, 양호한 표시를 얻기 위하여, OS 전압의 크기(레벨)는, 목표 계조 레벨에서의 변화에 따라 연속적으로 변하는 것이 바람직하다. 본 명세서에서, 계조 레벨에 의해 표현된 OS 전압의 크기(레벨)는, "OS 계조 레벨"로 불린다. 예를 들어, "OS 계조 레벨 128"은, 계조 레벨 128에 대한 계조 전압과 동일한 크기(레벨)의 전압이, OS 전압으로서 인가된다는 점을 나타낸다.
백 표시 상태(가장 높은 계조 표시)에서의 투과율의 75%에 상당하는 투과율은, γ2.2에서 레벨 0(흑)부터 레벨 255(백)까지의 계조 표시 내 계조 레벨 224에 대응한다. 계조 도달율이 75% 이하이면, 계조 레벨 224에 대응하는 투과율은, 레벨 0부터 레벨 224로 표시의 전환 시, 가장 높은 계조 전압(OS 계조 레벨 255)이 OS 전압으로서 인가될지라도, 1 수직 주사 기간 내에 도달할 수 없다. 따라서, 224보다 낮은 소정의 계조 레벨로부터 레벨 255까지의 모든 목표 계조 레벨에 대한 OS 계조 레벨은, 255에 설정되어야 하며, 이는, 소정의 레벨로부터 레벨 255까지의 OS 계조 레벨에서의 변환의 연속성을 손상시키게 된다. 이와 대조적으로, 계조 도달율이 75% 이상이면, 적어도 레벨 0부터 레벨 224까지의 OS 계조 레벨이 연속적으로 변하므로, 실용상의 문제없이 표시가 이루어질 수 있다.
도 10은, 소정의 셀 파라미터를 갖는 LCD에서의 계조 도달율이 44.6%, 78.5%, 88.6% 및 91.6%인 경우, 레벨 0으로부터 소정의 목표 계조 레벨로 전환될 때 목표 계조 레벨과 OS 계조 레벨 사이의 관계를 나타낸다. 도 10에 도시한 바와 같이, OS 계조 레벨은, 78.5%, 88.6% 및 91.6%의 계조 도달율의 경우에는 연속적으로 변하는 반면, 44.6%의 계조 도달율의 경우에는, 계조 레벨 192 이상으로 포화되어(OS 계조 레벨은 "평평해짐"), OS 전압 내 변화의 연속성이 손상된다.
전술한 바와 같이, 75% 이상의 계조 도달율을 확보함으로써, OS 구동이 채택될 때 양호한 표시를 얻을 수 있다. 계조 도달율이 높을수록, OS 계조 레벨에서의 연속성이 더 높은 계조 레벨까지 보증될 수 있으므로, 더욱 양호한 표시를 얻을 수 있다. 따라서, 계조 도달율은 75% 이상 높을수록 바람직하다.
본 발명자에 의한 검토에 따르면, 리브 편차량은 7㎛ 이하인 것이 바람직하다. 서로 90°만큼 액정 분자(13a)의 배향 방향이 상이한 4개 타입의 액정 영역(13A)은, 이 영역의 면적이 화소 내에서 거의 동일하도록 일반적으로 설계된다. 리브 편차가 발생하면, 이러한 면적 간의 차이가 발생할 것이다. 그러므로 큰 리브 편차는, 뷰어(viewer)가 위화감을 느끼게 하는 표시가 될 수도 있다. 뷰어가 위화감을 느끼지 못하게 하는 관점에서, 리브 편차량은 7㎛ 이하인 것이 바람직하며, 5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
따라서, 양호한 동화상 표시는, 7㎛ 이하의 리브 편차량의 조건하에서, 75% 이상의 계조 도달율을 확보함으로써 얻을 수 있다. 이하에서, 7㎛ 이하의 리브 편차량의 조건하에서, 75% 이상의 계조 도달율을 확보하기 위해 요구되는 LC 영역 폭 W3의 값에 대하여 설명한다.
도 11, 12 및 13은, 리브 편차량이 3㎛, 5㎛ 및 7㎛인 경우, LC 영역 폭 W3의 변화에 대한 계조 도달율(%)의 측정 결과를 나타낸다. 이 검토에서 사용된 LCD의 셀 파라미터는 표 3에 도시한 것과 동일하다. 각각의 도면에 대한 흑 전압(V0) 및 백 전압(V255)을 표 6에 나타낸다.
흑 전압 백 전압
도 11의 (a) 0.5V 6.0V
도 11의 (b) 0.5V 7.0V
도 11의 (c) 0.5V 8.0V
도 12의 (a) 1.0V 6.0V
도 12의 (b) 1.0V 7.0V
도 12의 (c) 1.0V 8.0V
도 13의 (a) 1.6V 6.0V
도 13의 (b) 1.6V 7.0V
도 13의 (c) 1.6V 8.0V
도 11∼13에 도시한 결과로부터, LC 영역 폭 W3은, 7㎛ 이하의 리브 편차량의 조건하에서, 75% 이상의 계조 도달율을 얻기 위하여 다음과 같이 설정돼야 한다는 점을 발견한다.
백 전압
6.0V 7.0V 8.0V
흑 전압 0.5V 12㎛ 이하 10㎛ 이하 9㎛ 이하
1.0V 14㎛ 이하 11㎛ 이하 10㎛ 이하
1.6V 17㎛ 이하 13㎛ 이하 12㎛ 이하
종래의 MVA LCD는, 약 1.6V의 흑 전압과 약 6.0V의 백 전압으로 흔히 구동된다. 표 7에 도시한 바와 같이, LC 영역 폭 W3을 12㎛ 이하로 설정함으로써, 7㎛ 이하의 리브 편차가 발생하더라도, 0.5V의 흑 전압과 6.0V의 백 전압을 사용하여 75% 이상의 계조 도달율을 얻는 것이 가능해진다. 이로 인하여, 종래에 얻은 콘트라스트비보다, 응답 특성에서 더 높은 콘트라스트비를 갖는 고품질의 동화상 표시를 가능하게 한다. 또한, LC 영역 폭 W3을 10㎛ 이하로 설정함으로써, 7㎛ 이하의 리브 편차가 발생하더라도, 0.5V의 흑 전압과 7.0V의 백 전압을 사용하여 75% 이상의 계조 도달율을 얻는 것이 가능해지며, 응답 특성을 더욱 향상할 수 있다. 더욱이, LC 영역 폭 W3을 9㎛ 이하로 설정함으로써, 7㎛ 이하의 리브 편차가 발생하더라도, 0.5V의 흑 전압과 8.0V의 백 전압을 사용하여 75% 이상의 계조 도달율을 얻는 것이 가능해진다.
표 7로부터, LC 영역 폭 W3은, 종래보다 낮은 흑 전압(예를 들어 1.0V)을 사용하여 75% 이상의 계조 도달율을 얻기 위하여, 14㎛ 이하가 될 수도 있으며, LC 영역 폭 W3은, 종래보다 높은 백 전압(예를 들어 7.0V)을 사용하여 75% 이상의 계조 도달율을 얻기 위하여, 13㎛ 이하가 될 수 있다.
현재 상업적으로 이용가능한 MVA LCD(도 1의 (c)에 도시한 PVA LCD를 포함)의 LC 영역 폭 W3은, 15㎛보다 크다. 상술한 결과에 따르면, 디바이스가, 5℃의 패널 온도에서 종래에 사용된 것보다 낮은 흑 전압 및 높은 백 전압을 사용하여 구동되면, 7㎛ 이하의 리브 편차량의 조건하에서, 계조 도달율은 75%에 도달하지 않을 수도 있다.
LC 영역 폭 W3을 작게 함으로써 응답 특성이 개선되는 원인에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이, 배향 편향은, 액정 영역(13A) 내에, 응답 속도가 빠른 제1 LC 부분 R1과, 응답 속도가 느린 제2 LC 부분 R2의 존재에 의해 발생한다. 배향 규제 수단 근방에 위치하는 제1 LC 부분 R1의 폭(본 명세서에서, 그 폭은 정량적으로 표현되지 않음)은, 배향 규제 수단의 배향 규제력의 세기에 좌우된다. 그러므로, 배향 규제 수단의 배향 규제력이 균일(예를 들어, 배향 규제 수단의 사이즈가 균일)하면, 제1 LC 부분 R1의 폭은, LC 영역 폭 W3의 변화에 따라 거의 변하지 않는다고 생각된다. 따라서, LC 영역 폭 W3이 감소되면, 단지 제2 LC 부분 R2의 폭이 감소한다. 그러므로 LC 영역 폭 W3을 감소시킴으로써, 응답 속도가 느린 제2 LC 부분 R2의 폭이 감소하며, 그로 인하여, 배향 편향의 발생이 억제되어, 전체 액정 영역(13A)의 응답 속도가 향상된다.
도 14∼17은, LC 영역 폭 W3을 사전설정된 값 이하로 설정함으로써, 배향 편향이 어떻게 억제되는지를 보여준다. 도 14의 (a), 도 15의 (a), 도 16의 (a) 및 도 17의 (a)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로 전환될 때 관찰되는 투과광 세기의 시간 변화를 보여주는 그래프이다. 도 14의 (b), 도 15의 (b), 도 16의 (b) 및 도 17의 (b)는, 흑 표시 상태로부터 백 표시 상태로의 전환 시, 고속 카메라를 사용하여 화소부를 촬영한 연속 사진이다. 이러한 검토에서 사용된 LCD(100)의 특정 셀 파라미터는, 액정 영역(13A)의 폭 W3이 8㎛인 점 외에는, 표 1에 도시한 셀 파라미터와 동일하다. 각각의 도면에 대한 흑 전압(V0) 및 백 전압(V255)을 표 8에 나타낸다. 즉, 도 14∼17은, 도 4∼7에 각각 대응한다.
흑 전압 백 전압
도 14의 (a), (b) 0.5V 7V
도 15의 (a), (b) 0.5V 10V
도 16의 (a), (b) 2V 7V
도 17의 (a), (b) 2V 10V
도 14∼17과 도 4∼7의 비교로부터, LC 영역 폭 W3이 8㎛인 경우, LC 영역 폭 W3이 19㎛인 경우보다 배향 편향이 억제되며, 응답 특성이 향상된다.
전술한 바와 같이, LC 영역 폭 W3을 감소시킴으로써, 배향 편향이 억제될 수 있으며, 응답 특성이 향상될 수 있다. 이는, 양호한 동화상 표시를 가능하게 하는 LCD를 제공한다. 그러나 LC 영역 폭 W3이 너무 좁으면, 큰 리브 편차가 발생할 경우, 인접한 리브(21) 및 슬릿(22)이 중첩되어, 리브(21)와 슬릿(22) 사이에 액정 영역(13A)이 형성되지 않는다. 따라서, LC 영역 폭 W3은, 7㎛를 초과하여, 7㎛의 리브 편차가 발생하더라도 액정 영역(13A)의 형성을 보장하는 것이 바람직하다. 리브 폭 W1 및 슬릿 폭 W2는 4㎛ 이상인 것이 바람직한데, 이는, 이러한 폭이 4㎛ 이하인 경우, LCD의 제조가 어렵기 때문이다. 전형적으로, 리브 폭 W1 및 슬릿 폭 W2는 20㎛ 이하이다.
도 2 및 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, LC 영역 폭 W3의 감소는, 개구율{(화소 면적 - 리브 면적 - 슬릿 면적)/화소 면적}을 저하한다. 그러므로 단순하게 생각하면, 표시 휘도가 또한 저하될 것이라고 생각된다.
그러나, 본 발명과 관련하여 행해진 일련의 검토로부터, 본 실시예의 MVA LCD는, 종래에 사용된 LC 영역 폭 W3의 감소에도, 표시 휘도가 저하되지 않음이 명백해졌다. 이는, 종래의 폭보다 LC 영역 폭 W3을 감소시킴으로써, 화소의 단위 면적당의 투과율(이하, "투과 효율"로 표현함)이 향상된다는 예상 밖의 효과에 의한 것이다. 투과 효율은, 화소의 투과율을 실제로 측정하여, 그 측정된 값을 개구율로 나눔으로써 결정된다.
LC 영역 폭 W3을 감소시켜, 투과 효율이 향상되는 원인에 대해서 도 18을 참조하여 설명한다. 도 18은, 슬릿(22) 근방에 위치한 액정 분자(13a)가 액정 영역(13A)에서 어떻게 배향되는지를 모식적으로 보여준다. 액정 영역(13A) 내 액정 분자(13a) 중에서, 스트라이프 형상의 액정 영역(13A)의 측(긴 변)(13X) 근방에 위치한 액정 분자(13a)는, 틸트 전계의 영향하에, 그 측(13X)에 수직인 면에서 틸트된다. 이와 대조적으로, 측(13X)과 교차하는 액정 영역(13A)의 측(짧은 변)(13Y) 근방에 위치한 액정 분자(13a)는, 틸트 전계의 영향하에, 측(13X) 근방의 액정 분자(13a)의 틸트 방향과는 다른 방향으로 틸트된다. 즉, 액정 영역(13A)의 측(13Y) 근방에 위치한 액정 분자(13a)는, 슬릿(22)의 배향 규제력에 의해 정의된 사전설정된 배향 방향과 상이한 방향으로 틸트되어, 액정 영역(13A) 내 액정 분자(13a)의 배향을 교란하게 된다. 액정 영역(13A)의 폭 W3을 감소(즉, (긴 변의 길이/짧은 변의 길이)의 값을 감소)시킴으로써, 액정 영역(13A) 내 액정 분자(13a) 중에서, 슬릿(22)의 배향 규제력의 영향하에 사전설정된 방향으로 틸트되는 액정 분자(13a)의 비율이 증가하여, 투과 효율이 증가한다. 이러한 방식으로, LC 영역 폭 W3을 감소시킴으로써, 액정 영역(13A) 내 액정 분자(13a)의 배향을 안정화시키는 효과가 얻어지며, 그 결과, 투과 효율이 향상된다.
다양한 방식의 검토로부터, LC 영역 폭 W3의 감소로부터 얻은 배향 안정화의 효과(투과 효율 향상의 효과)는, 액정층의 두께 d가 작은 경우, 예를 들어 3.2㎛ 이하인 경우에 현저하게 나타남을 발견하였다. 그 원인을 이하에서 설명한다. 액정층의 두께 d가 작아지면, 슬릿(22)으로부터의 틸트 전계의 작용이 커진다. 그러나 동시에, 액정층은, 화소 전극(12) 주변에 배치되는 게이트 버스 라인 및 소스 버스 라인으로부터의 전계, 또는 인접 화소 전극으로부터의 전계에 의해 더 큰 영향을 받는다. 이러한 전계는, 액정 영역(13A) 내 액정 분자(13a)의 배향을 교란하는 작용을 한다. 따라서, 상술한 배향 안정화 효과는, 액정층의 두께 d가 작아서, 액정 분자(13a)의 배향이 교란되기 쉬운 경우, 현저하게 나타난다고 말할 수 있다.
본 실시예의 예시적인 LCD는, 도 2에 도시한 바와 같이, 게이트 버스 라인 및 소스 버스 라인을 피복하는 비교적 두꺼운 층간 절연막(52)을 포함하며, 화소 전극(12)은 그 층간 절연막(52) 상에 형성된다. 도 19의 (a) 및 (b)를 참조하여, 액정 분자(13a)의 배향에 미치는 층간 절연막(52)의 영향에 대해 설명한다.
도 19의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 LCD의 층간 절연막(52)은 비교적 두껍다(예를 들어, 두께는 약 1.5㎛∼3.5㎛의 범위). 그러므로, 화소 전극(12)과 게이트 버스 라인 또는 소스 버스 라인(51)은, 층간 절연막(52)을 통해 서로 중첩되며, 그 사이에 형성된 용량은 너무 작아서 표시 품질에 영향을 주지 않는다. 또한, 인접하는 화소 전극(12) 사이에 존재하는 액정 분자(13a)의 배향은, 도 19의 (a)의 전기력선에 의해 모식적으로 도시한 바와 같이, 대향 전극(11)과 화소 전극(12) 사이에 생성되는 틸트 전계에 의해 주로 영향을 받으며, 소스 버스 라인(51)에 의해서는 거의 영향을 받지 않는다.
이와 대조적으로, 도 19의 (b)에 모식적으로 도시한 바와 같이, 비교적 얇은 층간 절연막(52')(예를 들어, 수백 ㎚의 두께를 갖는 SiO2막)이 형성되는 경우, 예를 들어 소스 버스 라인(51)과 화소 전극(12)이 층간 절연막(52')을 통해 서로 중첩되면, 상대적으로 큰 용량이 형성되며, 표시 품질이 저하된다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 화소 전극(12)과 소스 버스 라인(51)간의 중첩을 방지하기 위한 정렬이 이루어진다. 이 경우, 인접하는 화소 전극(12) 사이에 존재하는 액정 분자(13a)는, 도 19의 (b)의 전기력선으로 도시한 바와 같이, 화소 전극(12)과 소스 버스 라인(51) 사이에 생성되는 전계에 크게 영향을 받으며, 화소 전극(12)의 단부에 위치하는 액정 분자(13a)의 배향이 교란된다.
도 19의 (a) 및 (b)의 비교로부터 명백한 바와 같이, 예시한 실시예의 LCD와 같이 비교적 두꺼운 층간 절연막(52)을 제공함으로써, 액정 분자(13a)는 게이트 버스 라인/소스 버스 라인으로부터의 전계에 영향을 받지 않으며, 배향 규제 수단에 의해 원하는 방향으로 양호하게 배향될 수 있는 이점이 있다. 또한, 비교적 두꺼운 층간 절연막(52)으로 인하여, 버스 라인으로부터의 전계 영향이 최소화되기 때문에, 액정층의 두께를 감소시킴으로써 얻은 배향 안정화 효과가 현저히 발휘될 수 있다.
본 발명은 예시한 LCD(100)에 한정되지 않고, 스트라이프 형상의 제1 배향 규제 수단과 스트라이프 형상의 제2 배향 규제 수단을 사용하여 배향 규제를 수행하는 배향 분할 수직 배향형 LCD에 널리 사용된다. 배향 분할 수직 배향형 LCD에서, LC 영역의 폭을 사전설정된 값 이하로 설정함으로써, 배향 편향의 발생이 억제될 수 있으므로, 패널 온도 5℃에서 75% 이상의 계조 도달율을 얻을 수 있으며, 양호한 동화상 표시를 가능하게 한다.
본 발명은, 도 1의 (b) 및 (c)에 도시한 LCD에 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 도 20에 도시한 MVA LCD에서와 같이, 빗 형상을 평면 형상으로서 갖는 배향 규제 수단을 사용할 수 있다. 도 20에 도시한 화소(200a)를 갖는 MVA LCD에 있어서, 액정층은, 화소 전극(72), 화소 전극(72)에 형성된 개구부(62), 및 수직 배향 액정층을 통해 화소 전극(72)과 대향하는 대향 전극(도시하지 않음)에 배치된 리브(돌기)(61)에 의해 배향 분할된다. 리브(61)는 상술한 실시예의 MVA LCD에서와 같이, 일정한 폭 W1을 갖는 스트라이프 형상이다. 각각의 개구부(62)는, 스트라이프 형상의 간부(trunk)(62a)와, 간부(62)의 연장에 직교하는 방향으로 연장되는 브랜치부(branch)(62b)를 구비한다. 스트라이프 형상의 리브(61) 및 스트라이프 형상의 간부(62a)는 서로 평행하게 배치되며, 그 사이에 폭 W3을 갖는 액정 영역을 규정한다. 개구부(62)의 브랜치부(62b)는 액정 영역의 폭 방향으로 연장되므로, 각각의 개구부(62)는 전체적으로 평면 형상으로서 빗 형상이다. 일본공개특허 공보 제2002-107730호에 기재된 바와 같이, 빗 형상의 개구부(62)를 사용하여, 틸트 전계에 노출되는 액정 분자의 비율이 증가하므로, 응답 특성이 향상될 수 있다. 그러나 액정 분자의 응답 속도의 분포는, 리브(61)와 개구부(62)의 간부(62a) 간의 거리에 의해 유일하게 영향을 받기 때문에, 상술한 응답 속도가 느린 제2 LC 부분은, 개구부(62)의 브랜치부(62b)의 존재에 상관없이, 리브(61)와 개구부(62)의 간부(62a) 사이에 형성된다.
따라서, 화소(200a)를 갖는 MVA LCD에서도, 전술한 실시예의 LCD와 같이 폭 W3을 설정함으로써, 전술한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 LCD는 배향 편향을 억제할 수 있으므로, OS 구동을 적합하게 채택할 수 있다. OS 구동을 채택함으로써, 우수한 동화상 표시 특성을 발휘할 수 있다. 따라서, 텔레비전 방송을 수신하는 회로를 또한 설치함으로써, LCD는 고품질의 동화상 표시가 가능한 액정 TV로서 사용될 수 있다. OS 구동을 실현하기 위하여, 공지의 방법을 널리 사용할 수 있다. 소정의 계조 레벨을 위해 사전설정된 계조 전압보다 높은 OS 전압의 인가(계조 전압 자체를 인가할 수 있음)를 가능하게 하는 구동 회로가, 추가로 제공될 수도 있다. 그렇지 않으면, OS 구동은 소프트웨어에 의해 실행될 수도 있다. OS 전압은, 표시 휘도가, 1 수직 주사 기간에 대응하는 시간 내에 목표 계조 레벨에 대응하는 사전설정된 값에 도달하도록 통상적으로 설정된다.
본 발명에 따르면, 고품질의 동화상 표시가 가능한 배향 분할 수직 배향형 LCD 및 그 구동 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 LCD는, 예를 들어 텔레비전 방송을 수신하기 위한 회로를 구비하는 액정 TV로서 적합하게 사용된다. 또한, LCD는, 동화상을 표시하기 위해 사용되는 퍼스널 컴퓨터 및 PDA와 같은 전자 기기에 적합하게 적용된다.
본 발명은 바람직한 실시예에 대해 설명하지만, 본 발명이 다양한 방식으로 변경될 수도 있으며, 상술한 실시예와는 다른 수많은 실시예가 이루어질 수도 있다는 점은, 본 기술 분야의 숙련자에게 명백해질 것이다. 따라서, 첨부한 청구범위에 의해, 본 발명의 사상 및 범위 내에 존재하는 본 발명의 모든 변형을 커버하도록 의도된다.
본 발명에 따르면, 액정 영역의 폭이 소정의 범위 내에 설정되어 있기 때문에, 배향 분할 수직 배향형 LCD 내 액정 분자의 특이한 행동 양식의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 응답 특성을 개선하여 동화상 표시의 품질을 향상할 수 있다.

Claims (19)

  1. 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 수직 배향 액정층을 각각 구비하는 복수의 화소를 포함하는 액정 표시 장치로서,
    상기 액정층의 상기 제1 전극 측에 배치되고, 제1 폭을 갖는 스트라이프 형상의 제1 배향 규제 수단,
    상기 액정층의 상기 제2 전극 측에 배치되고, 제2 폭을 갖는 스트라이프 형상의 제2 배향 규제 수단, 및
    상기 제1 및 제2 배향 규제 수단 사이에 규정되고, 제3 폭을 갖는 스트라이프 형상의 액정 영역
    을 포함하며,
    상기 액정층의 두께는 3.2㎛ 이하이고,
    상기 제3 폭은 7㎛를 초과하고 12㎛ 이하의 범위인 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 폭은 7㎛를 초과하고 10㎛ 이하인 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 폭은 7㎛를 초과하고 9㎛ 이하인 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배향 규제 수단은 리브이고, 상기 제2 배향 규제 수단은 상기 제2 전극에 형성된 슬릿인 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    최저 계조 레벨에 대응하는 전압은 1.6V 이하인 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    최저 계조 레벨에 대응하는 전압은 1.0V 이하인 액정 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    최저 계조 레벨에 대응하는 전압은 0.5V 이하인 액정 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    최고 계조 레벨에 대응하는 전압은 6.0V 이상인 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    최고 계조 레벨에 대응하는 전압은 7.0V 이상인 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    최고 계조 레벨에 대응하는 전압은 8.0V 이상인 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폭은 4㎛∼20㎛의 범위이고, 상기 제2 폭은 4㎛∼20㎛의 범위인 액정 표시 장치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 대향 전극이고, 상기 제2 전극은 화소 전극인 액정 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 액정층을 개재하여 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 편광판을 더 포함하며, 상기 한 쌍의 편광판의 투과축은 상호 직교하며, 상기 투과축 중 하나는 표시면의 수평 방향으로 연장되며, 상기 제1 및 제2 배향 규제 수단은, 상기 투과축 중 하나에 약 45°방향으로 연장되어 배치되는 액정 표시 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    계조 표시 시, 소정의 계조 레벨을 위해 사정설정된 계조 전압보다 높은 오버슈트 전압을 인가할 수 있는 구동 회로를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  16. 제1항의 액정 표시 장치를 위한 구동 방법으로서,
    소정의 계조 레벨의 표시 시, 소정의 계조 레벨을 위해 사전설정된 계조 전압보다 높은 오버슈트 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 소정의 계조 레벨은, 이전의 수직 주사 기간 내에 표시된 계조 레벨보다 높은 액정 표시 장치 구동 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 오버슈트 전압은, 표시의 휘도가, 1 수직 주사 기간에 대응하는 시간 내에 상기 소정의 계조 레벨을 위한 소정의 휘도 값에 도달하도록 설정되는 액정 표시 장치 구동 방법.
  18. 제1항의 액정 표시 장치를 포함하는 전자 기기.
  19. 제18항에 있어서,
    텔레비전 방송을 수신하기 위한 회로를 더 포함하는 전자 기기.
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