专利名称:液晶显示装置的制作方法
技术领域:
本发明涉及液晶显示装置,特别涉及能够实现反射模式和透过模 式两者的显示,并且适合于在未施加电压时液晶层成为垂直取向状态 的垂直取向方式的液晶显示装置。
背景技术:
公知所谓半透过型液晶显示装置,其在作为图像最小单位的并且 配置为矩阵状的像素的每一个中具有透过来自背光源的光,进行透 过模式的显示的透过显示区域;和反射外部光,进行反射模式显示的
反射显示区域。
作为这样的半透过型液晶显示装置,提出例如在光源侧基板的内 表面具有在铝等的金属膜上形成有光透过用的窗部的反射膜,使该反 射膜作为半透过反射板发挥功能的液晶显示装置。在反射模式中,从 观察者侧基板入射的外部光在通过挟持在观察者侧基板和光源侧基板 之间的液晶层后,由在光源侧基板内表面具有的反射膜反射,再次通 过液晶层从观察者侧基板出射,对显示起作用。另一方面,在透过模 式中,从光源侧基板入射的光源光在从反射膜的窗部通过液晶层后, 从观察者侧基板出射,对显示起作用。这样,在反射膜的形成区域中, 形成有窗部的区域成为透过显示区域,其它区域成为反射显示区域。
由于在上述半透过型液晶显示装置中是,在透过显示区域中光只 通过液晶层一次,另一方面在反射显示区域中光通过液晶层两次的结 构,因此,各自区域中的延迟不同。此处,延迟是左右透过率和视野
角等液晶显示装置的特性的重要因素,液晶分子的折射率各向异性An 与液晶层的厚度d的积由Arvd表示。因此,在上述半透过型液晶显示 装置中,在透过显示区域的延迟为An,d的情况下,反射显示区域的延 迟成为2Aivd。而且,尽管像这样延迟不同,但在透过显示区域和反射 显示区域中,对液晶层施加相同的驱动电压,进行液晶分子的取向控制。因此,透过显示区域的电压一透过率特性与反射显示区域的电压 一反射率特性不同,产生显示品质劣化的问题。
因此,为解决该问题,专利文献1公开了在透过显示区域和反射 显示区域中,改变各自的液晶层的厚度使延迟相同的液晶显示装置。
图24是表示现有的液晶显示装置的1个像素的平面图,图25是图24 中线D-D处该像素的截面图。
具体而言,如图25所示,构成为使反射显示区域R的液晶层的厚 度d2为透过显示区域T的液晶层的厚度dl的大致1/2。另外,以与液 晶层的厚度对应的方式,构成像素电极与共用电极间的距离。根据这 种结构,能够使各区域的延迟大致相同,因此,如图26所示,能够使 透过显示区域T的电压一透过率特性与反射显示区域R的电压一反射 率特性大致相同。由此,能够防止由延迟的差导致而产生的显示品质 的恶化。
专利文献1:日本国公开专利公报"特开2006-78524号公报"(公 开日平成18年3月23曰)"
发明内容
但是,上述现有的结构中,伴随电极间距离,透过显示区域的液 晶层的厚度与反射显示区域的液晶层的厚度不同,因此虽然能够防止 显示品质恶化,但是,发生各自区域的响应速度产生差问题。
一般地,液晶的响应速度与向液晶层施加的电压和液晶层的厚度 相互关联,例如,液晶层的厚度越大响应速度越慢,液晶层的厚度越 小响应速度越快。
图27是表示图24和图25所示的半透过型液晶显示装置中的透过 显示区域和反射显示区域各自的响应时间与亮度比的关系的图表。另 外,在上述半透过型液晶显示装置中,透过显示区域的液晶层的厚度 dl为3.4|im,反射显示区域的液晶层的厚度d2为1.7pm,液晶分子的 折射率各向异性An为0.098,液晶材料的介电各向异性As为-3.1,取 向控制部的介电各向异性As为4。从该图可知,与透过显示区域相比, 反射显示区域的相对于亮度比的响应时间较短。
像这样,在现有的透过型液晶显示装置中,透过显示区域和反射显示区域各自的响应速度不同,产生由余像等造成的显示品质恶化的 问题。特别是,近年来在液晶显示装置中采用的、能够有效确保透过
显示区域和反射显示区域的开口面积的CPA (Continuous Pinwheel Alignment)模式中,公知存在上述响应速度的差变得更大的问题。像 这样,开口率与响应速度存在权衡关系,在现有的CPA模式的液晶显 示装置中,很难做到既防止由延迟的差造成的显示品质的恶化,又改 善响应速度的差。
本发明鉴于上述问题而完成,其目的是,在具有透过显示区域和 反射显示区域的CPA模式的液晶显示装置中,既防止透过模式和反射 模式的显示品质的劣化,又使两模式的响应速度大致均匀化。
为解决上述课题,本发明的液晶显示装置包括具有多个像素电 极的有源矩阵基板;与上述有源矩阵基板相对配置的具有共用电极的 对置基板;和设置在上述有源矩阵基板和上述对置基板之间的包含液 晶分子的液晶层,上述液晶显示装置由矩阵状配置的多个像素构成, 并且是当对上述液晶层不施加电压时上述液晶分子相对于基板面实质 上垂直取向、而当对上述液晶层施加电压时上述液晶分子放射状取向 的CPA模式的垂直取向方式的液晶显示装置,上述液晶显示装置的特 征在于上述像素电极与上述共用电极相互隔开一定的间隔而配置,
上述多个像素,分别具有设置在上述有源矩阵基板的、通过反射外
部光的反射电极进行反射模式的显示的反射显示区域;和形成在该反 射显示区域的周围的、通过将来自光源的光透过而进行透过模式的显 示的透过显示区域,在上述反射显示区域设置有取向控制部,上述取 向控制部使该反射显示区域的上述液晶层的一部分的厚度比上述透过 显示区域的上述液晶层的厚度小,并且控制上述液晶层的液晶分子的 取向方向。
根据上述结构,在具有反射显示区域和透过显示区域,并利用反 射模式和透过模式进行显示的CPA模式的液晶显示装置中,上述像素 电极与上述共用电极相互隔开一定的间隔而配置,并且在进行反射模 式显示的反射显示区域中,设置有取向控制部,该取向控制部使该反 射显示区域的液晶层的一部分的厚度比上述透过显示区域的上述液晶 层的厚度小,并且控制上述液晶层的液晶分子的取向方向。由此,上述反射显示区域由液晶层厚度相互不同的两个区域构成。 并且,上述两个区域中,在液晶层的厚度较小的区域(下面称第二反 射显示区域)设置有取向控制部,所以对液晶层施加电压变得困难。 因此,在反射显示区域中,作为一方区域的第二反射显示区域的电压 一反射率特性与作为另一方区域的第一反射显示区域的电压一反射率 特性表现出相互不同的特性。
具体而言,因为在上述第二反射显示区域设置有取向控制部,所 以相对于向液晶层的施加电压产生电压降,实际施加在液晶层上的电 压与上述第一反射显示区域相比变小。因此,上述第二反射显示区域 的相对施加电压的反射率比上述第一反射显示区域的相对施加电压的 反射率小。与此相对,上述第一反射显示区域的相对施加电压的反射 率比透过显示区域的透过率大。另外,在上述第一反射显示区域中, 若施加某电压以上的电压,对应于施加电压的大小反射率变小,产生 所谓反转现象,低于上述第二反射显示区域的反射率和透过显示区域 的透过率。
由此,将上述第一反射显示区域的电压一反射率特性与上述第二 反射显示区域的电压一反射率特性合成后的反射显示区域的电压一反 射率特性,成为与透过显示区域的电压一透过率特性近似的特性。因 此与现有的结构相比,不会导致显示品质的恶化。
另外,根据上述结构,在像素电极与共用电极之间的距离为同一 距离的结构中,反射显示区域由液晶层厚度相互不同的区域构成(上 述第一反射显示区域和上述第二反射显示区域)。具体而言,在上述两 电极间距离为同一距离的结构中,上述第二反射显示区域中的液晶层 的厚度比第一反射显示区域中的液晶层的厚度小。 一般的,液晶的响应速度与施加在液晶层的电压和液晶层的厚度 相互关联,例如,液晶层的厚度越大响应速度越慢,液晶层的厚度越 小响应速度越快。因此,在上述第二反射显示区域中响应速度应当比 透过显示区域的响应速度快。
但是,在本发明的结构中,在上述第二反射显示区域,像素电极 与共用电极间的距离一定,但由于取向控制部的存在,液晶层的厚度 变小。因此,在上述第二反射显示区域,由于取向控制部造成的电压
7降的影响,实际施加在液晶层的电压变小,响应速度不变快。像这样,根据本发明的结构,即使在液晶层厚度较小的情况下,因为取向控制部导致产生电压降,因此能够防止响应速度变快。于是,与现有的结构相比,能够使反射显示区域的响应速度与透过显示区域的响应速度的差变小。
如上所述,根据本发明的结构,在像素电极与共用电极间的距离一定的结构中,设置引起电压降的取向控制部,通过将反射显示区域分割为液晶层厚度相互不同的区域,能够使反射模式和透过模式的显示性能大致均匀防止显示品质的恶化,并且使两模式的响应速度大致均匀。
另外,设置在反射显示区域的反射电极,可以配置在像素电极内部,也可以配置在像素电极上或像素电极的下层。根据将反射电极配置在像素电极内部的结构,能够使反射电极与共用电极间的距离和像素电极与共用电极间的距离相同。另外,根据将反射电极配置在像素电极上或像素电极的下层的结构,能够使反射电极与共用电极间的距离和像素电极与共用电极间的距离大致相同。
另外,本发明的液晶显示装置,优选在上述结构中,上述取向控制部构成为,使上述反射显示区域分割为上述液晶层的厚度相互不同的第一反射显示区域和第二反射显示区域,并且,使将上述第一反射显示区域的电压一反射率特性和上述第二反射显示区域的电压一反射率特性合成后的电压一反射率特性,与上述透过显示区域的电压一透过率特性大致一致。
由此,能够使反射显示区域的电压一反射率特性与透过显示区域的电压一透过率特性大致一致,因此能够可靠地防止显示品质的恶化。
另外,本发明的液晶显示装置,优选在上述结构中,在上述各像素中,上述像素电极被分割为多个子电极,上述多个子电极的至少一个具有设置在上述有源矩阵基板的、通过反射外部光的反射电极进
行反射模式的显示的反射显示区域;和形成在该反射显示区域的周围
的、进行透过模式的显示的透过显示区域。
根据上述结构,分割像素电极的子电极为具有反射显示区域和透过显示区域的结构,因此,除上述效果外还能够起到提高开口率的效果。
另外,本发明的液晶显示装置,优选在上述结构中,在上述各像素中,上述各像素电极被分割为多个子电极,上述各子电极分别由:设置在上述有源矩阵基板的、通过反射外部光的反射电极进行反射模式的显示的反射显示区域;和形成在该反射显示区域的周围的、进行透过模式的显示的透过显示区域的任一方构成。
根据上述结构,在由反射显示区域构成的子电极只配置有反射电极,而在由透过显示区域构成的子电极没有配置反射电极。因此,例如在具有TFT、源极信号线和栅极信号线的层上,能够高效地形成反射显示区域和透过显示区域。因此,除上述效果外还能得到提高液晶显示装置的反射率及透过率的效果。
另外,本发明的液晶显示装置,优选在上述结构中,上述取向控制部构成为,使上述反射显示区域分割为上述液晶层的厚度相互不同的第一反射显示区域和第二反射显示区域,并且,使将上述第一反射显示区域的电压一反射率特性和上述第二反射显示区域的电压一反射率特性合成后的电压一反射率特性中的、相对最大反射率的反转反射率的比例,在对显示起作用的灰度等级中,为20%以内。
此处,反转反射率为,当施加成为最大反射率的电压以上的电压时,比最大反射率的值小的反射率。
根据上述结构,因为看不到反转显示,所以不会对显示品质带来影响。因此,能够防止显示品质的恶化。
另外,本发明的液晶显示装置,优选在上述结构中,在上述透过显示区域中,设置有控制上述液晶层的液晶分子的取向方向的取向控制部,上述反射显示区域和上述透过显示区域的各自的取向控制部的大小,根据与该取向控制部对应的显示区域的大小被设定。
由此,能够在所有的显示区域(反射显示区域和透过显示区域),使显示特性和响应速度大致均匀。
另外,本发明的液晶显示装置,优选在上述结构中,上述反射电极设置在上述子电极的下层。
根据上述结构,因为能够将下层的配线电极,例如栅极信号线或源极信号线移用为反射电极,所以能够降低液晶显示装置的成本。另
9外,也能够简化制造工序。
另夕卜,本发明的液晶显不装置,优选在上述结构中,该液晶显示装置进行过冲驱动。
在现有的液晶显示装置中,反射显示区域的响应速度比透过显示区域的响应速度快。因此,若施加与透过显示区域的响应特性相配合的过冲驱动,则在反射显示区域,因为施加电压过大,特别是中间灰度显示时,产生所谓的角响应(日文角応答),产生白色余像。另一方面,在进行配合反射显示区域的响应特性的过冲驱动的情况下,不能充分地改善透过显示区域的响应速度,在中间灰度显示时产生黑色余像。于是,在现有的液晶显示装置中,不能以相同条件应用过冲驱动,需要以与透过显示区域和反射显示区域各自区域适应的不同条件进行过冲驱动。因此,产生液晶显示装置变得复杂,成本高的问题。
相对于此,本发明的液晶显示装置中,在像素电极与共用电极间距离一定的结构中,因为设置有引起电压降的取向控制部,将反射显示区域分割为液晶层厚度相互不同的区域,所以,如上所述,能够使反射显示区域和透过显示区域的响应速度大致相同。
因此,在反射显示区域和透过显示区域中,即使以相同条件应用过冲驱动的情况下,也不会发生如现有技术那样的显著破坏显示品质的程度的角响应,能够同时改善两区域的响应速度。像这样,通过应用过冲驱动,除上述效果外还能提高响应速度。
通过下述记载能够充分理解本发明的其它的目的、特征和优越之处。另外,参照附图通过下面的说明能够明确本发明的优点。
图1是表示构成本实施方式的液晶显示装置的有源矩阵基板的一个像素的平面图。
图2是图1中线A-A处像素的截面图。
图3是表示本实施方式的液晶显示装置的简要结构的平面图。图4是表示本实施方式的液晶显示装置的反射显示区域的电压一一反射率特性的图表。
图5是表示本实施方式的液晶显示装置的反射显示区域的电压一
10反射率特性和透过显示区域的电压一透过率特性的图表。
图6是表示本实施方式的液晶显示装置的透过显示区域和反射显 示区域各自的响应时间与亮度比的关系的图表。
图7是对图6所示响应时间的一例与现有的液晶显示装置的响应
时间进行比较的图。
图8是表示在使本实施方式的取向控制部的大小发生变化的情况
下的电压一反射率特性的图表。
图9是表示本实施方式的各子电极的液晶分子取向的状态的平面图。
图10是表示在使前一帧的0灰度等级(黑)在当前帧成为128灰 度等级(中间灰度)时进行过冲驱动时的写入像素的灰度等级数据与 时间的关系的图。
图11是表示由图IO得到的液晶的响应波形的波形图。 图12是表示在对现有的液晶显示装置应用过冲驱动的情况下的响 应波形的图表。
图13是表示在对本实施方式的液晶显示装置应用过冲驱动的情况 下的响应波形的图表。
图14是对图13所示响应时间的一例与现有的液晶显示装置的响 应时间及图7所示的响应时间进行比较的图。
图15是表示作为变形例1的液晶显示装置的一个像素的平面图。
图16是图15中线B-B处像素的截面图。
图17是表示图15所示像素的液晶分子取向的状态的平面图。
图18是表示作为变形例2的液晶显示装置的一个像素的平面图。
图19是图18中线C-C处像素的截面图。
图20是表示图18所示像素中液晶分子取向的状态的平面图。
图21是作为变形例3的液晶显示装置1的一个像素的截面图。
图22是表示在变形例1所示的液晶显示装置中,在子电极的下层 配置反射电极的情况下的像素的截面图。
图23是表示在变形例2所示的液晶显示装置中,在子电极的下层 配置反射电极的情况下的像素的截面图。
图24是表示现有的液晶显示装置的一个像素的平面图。图25是图24中线D-D处像素的截面图。
图26是表示现有的液晶显示装置中,反射显示区域的电压一反射 率特性和透过显示区域的电压一透过率特性的图表。
图27是表示现有的液晶显示装置中,透过显示区域和反射显示区 域各自的响应时间与亮度比的关系的图表。
符号说明
1、 液晶显示装置
2、 像素电极
3、 TFT
4、 取向控制部 10、像素
20、有源矩阵基板
23、 子电极(像素电极)
24、 反射电极(像素电极) 30、对置基板
33、共用电极
40、液晶层
R、反射显示区域
Rl、第一反射显示区域
R2、第二反射显示区域
T、透过显示区域
具体实施例方式
以下对本发明的一个实施方式参照附图进行说明。 首先,参照图3说明能够适用本发明的具有透过显示区域和反射 显示区域的液晶显示装置(以下,称为液晶显示装置)的简要结构。 图3所示的液晶显示装置1的主要部分由液晶显示面板100和驱动电 路部构成,液晶显示面板100在一对电极基板间保持有液晶组成物(液 晶层),在各电极基板的外表面分别粘贴有偏光板。
作为一方的电极基板的有源矩阵基板20 (参照图2),在玻璃等的 透明的绝缘性基板21上矩阵状地形成有多根源极信号线S (1)、 S(2)、……S (i)、……S (N)和栅极信号线G (1)、 G (2)、……G (j)、……G (M)。并且,在这些源极信号线12与栅极信号线11的交 叉部的每一个,形成有与像素电极2连接的薄膜晶体管(Thin Film Transistor,以下称TFT)3,以遍及几乎整个面覆盖在它们之上的方式 设置取向膜(未图示),形成有源矩阵基板20。
另一方面,作为另一方电极基板的对置基板30 (参照图2),与有 源矩阵基板20相同地,在玻璃等的透明的绝缘性基板上,遍及整个面 依次层叠形成共用电极33、取向膜(未图示)。并且,由像这样构成的 液晶显示面板100的各栅极信号线11连接的栅极信号线驱动电路300; 与各源极信号线12连接的源极信号线驱动电路200;和与共用电极33 连接的共用电极驱动电路COM,构成上述驱动电路部。
接着,使用图1和图2对液晶显示装置1的详细结构进行说明。 图1是表示构成有源矩阵基板20的一个像素10的平面图。图2是沿 图1中的线A-A的像素10的截面图。
如图2所示,液晶显示装置1具有互相相对配置的有源矩阵基 板20和对置基板30;和设置在这两个基板20、 30之间的液晶层40。
如图1所示,有源矩阵基板20是在绝缘性基板21上具有以相 互平行地延伸的方式设置的多根栅极信号线11;以在与各栅极信号线 11正交的方向上相互平行地延伸的方式设置的多根源极信号线12;以 在各栅极信号线11之间相互平行地延伸的方式设置的电容线lib;设 置在栅极信号线11和源极信号线12的各交叉部分的开关元件TFT3; 和设置在被相邻的一对栅极信号线11和源极信号线12包围的每一个 显示区域(像素10)中的像素电极2。另外,电容线llb在每个像素 IO具有向侧方突出的突出部。
如图1所示,TFT3具有作为栅极信号线11的突出部的栅极电 极lla;以覆盖栅极电极lla的方式设置的栅极绝缘膜(未图示);在 该栅极绝缘膜上在与栅极电极lla对应的位置岛状地设置有半导体层 (未图示);以在该半导体层上相互对峙的方式设置的作为源极信号线 12的突出部的源极电极12a及漏极电极12b。漏极电极12b延伸设置 到电容线lib的延伸的区域 以在电容线lib及其突出部之间形成辅 助电容的方式被构成。如图1所示,像素电极2具有在纵方向上通过连接部25连接的
3个子电极23;和设置在各子电极23上的圆形的反射电极24。在像素 电极2,形成有该反射电极24的区域构成反射显示区域R,从反射电 极24露出的子电极23构成透过显示区域T。
有源矩阵基板20中,以覆盖TFT3的方式层叠层间绝缘膜22,在 该层间绝缘膜22的上层设置有像素电极2。并且,像素电极2通过形 成在层间绝缘膜22的接触孔(未图示),与漏极电极12b连接。
对置基板30,是在绝缘性基板31上依次层叠彩色滤光片层32、 共用电极33和取向膜(未图示)而被构成。并且,在反射显示区域R 中,在共用电极33与上述取向膜的层间设置有比反射电极24的外廓 形状小的形状的取向控制部4。由此,反射显示区域R的结构是其被 分割成液晶层40的厚度相互不同的区域(第一反射显示区域Rl、第 二反射显示区域R2)。另外,以覆盖设置在有源矩阵基板20的栅极信 号线11、源极信号线12和TFT3的方式设置有黑矩阵13。并且,黑矩 阵13与设置在每个像素10的着色层一起构成彩色滤色片层32。 (关于电压——反射率特性)
接着,对取向控制部4的结构进行详细说明。此处,如图l和图2 所示,以液晶层40的厚度方向为Z轴方向,以与源极信号线12平行 的方向为Y轴方向,以与栅极信号线11平行的方向为X轴方向。另 外,在下文中,作为液晶显示装置1的设计条件,设定透过显示区 域T的液晶层40的厚度dl为3.4Mm;第一反射显示区域Rl的液晶层 40的厚度d3为3.25pm;第二反射显示区域R2的液晶层40的厚度d2 为1.9pm;取向控制部4的厚度d4为1.4pm;液晶分子的折射率各向 异性An为0.098;液晶材料的介电各向异性As为-3.1;取向控制部4 的介电各向异性As为4,进行说明。
如图1和图2所示,取向控制部4被设定为其外形比反射电极24 的外形小,并且是以反射显示区域R的液晶层40的厚度比透过显示区 域T的液晶层40的厚度小的方式被设置在反射显示区域R的大致中央 部。更详细而言,取向控制部4按照如下所述方式被设置,即当将 该取向控制部4投影(正投影)在X-Y平面上时形成的区域比将反射 电极24投影(正投影)在X-Y平面上时形成的区域小,并且使反射显
14示区域R的液晶层40的厚度(d2)为透过显示区域T的液晶层40的 厚度(dl)的大致1/2。
由此,能够将各子电极23的反射显示区域R分割为液晶层40的 厚度相互不同的两个区域。S卩,反射显示区域R能够分割为具有反 射电极24和共用电极33之间的距离d3 (3.25pm)的第一反射显示区 域R1;和具有反射电极24和取向控制部4之间的距离d2 (1.9pm)的 第二反射显示区域R2。
根据上述结构,因为反射显示区域R由液晶层40的厚度相互不同 的两个区域构成,所以实际施加在各区域的液晶层40的电压值不同。 具体而言,在第二反射显示区域R2,对液晶层40输出的电压由于设 置在反射电极24和共用电极33间的取向控制部4引起电压降,所以 被施加比实际施加在第一反射显示区域R1上的电压小的值的电压。由 此,第一反射显示区域Rl的电压一反射率特性与第二反射显示区域 R2的电压一反射率特性,表现出相互不同的特性。具体而言,因为在 配置有取向控制部4的第二反射显示区域R2,与第一反射显示区域Rl 相比电压难以被施加,所以第二反射显示区域R2中的相对于施加电压 的反射率比第一反射显示区域R1中的相对于施加电压的反射率小。
图4是表示在上述液晶显示装置1的设计条件下测定相对于施加 电压的反射率的结果,是表示第一反射显示区域R1和第二反射显示区 域R2各自区域中的电压一反射率特性,和将两区域R1和R2的电压 —反射率特性合成后的电压一反射率特性的图表。
如该图所示,在第二反射显示区域R2,由于由取向控制部4导致 的电压降的影响,实际施加在液晶层40的电压与第一反射显示区域 Rl相比变小,因此,相对于施加电压的反射率比第一反射区域R1中 的相对于施加电压的反射率变小。与此相对的,第一反射显示区域R1 中的相对于施加电压的反射率比透过显示区域T中的透过率大。这是 因为,透过率与反射率以相互一致的方式被设定。另外,在第一反射 显示区域R1,当施加某电压以上的电压时,对应于施加电压的大小反 射率变小,产生所谓的反转现象,低于第二反射显示区域R2的反射率 和透过显示区域T的透过率。像这样,从如图4所示的测定结果也能 够确认由液晶层40的厚度差异导致显示特性不同。
15此处,对上述反转现象进行简单说明。亮度的反转现象一般能够 由以下的理论公式说明。如该公式所示可知,反转现象由周期函数表 示,因此当An,d因电压而连续变化时,亮度周期性地重复明暗。
<formula>formula see original document page 16</formula>此处,在本实施方式的液晶显示装置1中,虽然是将反射显示区
域R分割为第一反射显示区域Rl和第二反射显示区域R2的结构,但 作为反射显示区域R的反射模式的电压一反射率特性,能够作为将第 一和第二反射显示区域Rl和R2各自的电压一反射率特性合成后的电 压一反射率特性表示。
图4中,除第一和第二反射显示区域R1和R2各自的电压一反射 率特性之外,还表示将两者合成后的电压一反射率特性。另外,图5 中,表示该合成后的电压一反射率特性与透过显示区域T中的电压一 透过率特性。
如图5所示可知,上述合成的电压一反射率特性,即反射显示区 域R的电压一反射率特性成为与透过显示区域T的电压一透过率特性 大致相同的特性。于是,能够使反射显示区域R与透过显示区域T的 显示特性大致均一,因此能够防止液晶显示装置1的显示品质的恶化。
如上所述,因为反射率对应于施加在液晶层40的电压的值而变化, 所以受到第一反射显示区域Rl和第二反射显示区域R2的结构,具体 而言,受到第一和第二反射显示区域Rl和R2的液晶层40的厚度(d3 和d2)、各区域R1和R2的大小的影响。于是,反射率根据取向控制 部4的大小变化,例如,取向控制部4的厚度d4越大反射率越小,取 向控制部4的厚度d4越小反射率越大。
因此,在本实施方式的液晶显示装置l中,取向控制部4构成为, 使将第一反射显示区域Rl的电压一反射率特性和第二反射显示区域 R2的电压一反射率特性合成后的电压一反射率特性,与透过显示区域 T的电压一透过率特性大致一致。 (关于响应速度)接着,以下对液晶显示装置1的响应速度进行说明。首先,以下 式(1)表示液晶显示装置1的响应速度的理论公式。
在上式(1)中,T。ff表示从白到黑的响应时间,T。n表示从黑到白
的响应时间,力表示液晶材料的粘度,d表示单元(液晶层)的厚度, V表示液晶层的施加电压,Vth表示液晶层的阈值电压,k表示液晶的
弹性常数,Ae表示液晶材料的介电各向异性。
如上式(1)所示,响应速度与向液晶层40施加的电压和液晶层 40的厚度相互关联,例如,当液晶层40的厚度变为1/2时,响应速度 在理论上变快4倍。
在本实施方式的液晶显示装置1中,反射显示区域R被分割为第 一反射显示区域Rl和第二反射显示区域R2,构成为第一反射显示区 域Rl的液晶层40的厚度d3与透过显示区域T的液晶层40的厚度dl 大致一致的结构。于是,从上式(1)也能够明确,第一反射显示区域 Rl的响应速度与透过显示区域T的响应速度大致一致。
与此相对,在第二反射显示区域R2中,因为设置有取向控制部4, 所以构成为第二反射显示区域R2的液晶层40的厚度d2比透过显示区 域T的液晶层40的厚度dl和第二反射显示区域R2的液晶层40的厚 度d2小的结构。因此,如上式(1)所示,第一反射显示区域R1的响 应速度理论上比第二反射显示区域R2的响应速度快。但是,在第二反 射显示区域R2,由于上述取向控制部4的电压降的影响,实际施加在 液晶层40的电压变小。因此,第二反射显示区域R2的响应速度不会 与满足上式(O所示的关系式的速度一样快。
像这样,即使使液晶层40的厚度变小,因为施加在液晶层40的 电压变小,响应速度也不变快。因此,能够使将第一反射显示区域R1 和第二反射显示区域R2合成后的反射显示区域R的响应速度接近透过显示区域T的响应速度。
图6是表示本实施方式的液晶显示装置1的、透过显示区域T和 反射显示区域R各自的响应时间与亮度比的关系的图表。另外,该图
表所示的结果使在上述液晶显示装置1的设计条件下测量的结果。
如图6所示可知,反射显示区域R的响应速度与现有的结构(图 27所示的响应波形)相比,接近透过显示区域T的响应速度。
图7是对图6所示的响应时间的一例与现有的液晶显示装置的响 应时间进行比较的图,表示在256灰度等级显示的液晶显示装置中, 从0灰度等级变化为32灰度等级时的响应时间。如该表所示可知,现 有的液晶显示装置中,反射显示区域R的响应时间(33msec)是透过 显示区域T的响应时间(64msec)的大致1/2,而根据本实施方式的液 晶显示装置1,反射显示区域R的响应时间(52msec)接近透过显示 区域T的响应时间(64msec)。这样,能够改善现有技术中产生的响应 速度的差。
如上所述,本实施方式的液晶显示装置1,在反射显示区域R的 反射电极24与共用电极33之间设置有取向控制部4,使反射显示区域 R的液晶层40的厚度比透过显示区域T的液晶层40的厚度dl和第一 反射显示区域R1的液晶层40的厚度d3小,并且控制液晶层40的液 晶分子的取向方向。
由此,实际对反射显示区域R的液晶层40施加的电压,由于电压 降的影响,变得比实际对透过显示区域T的液晶层40施加的电压小。 因此,即使通过取向控制部使液晶层40的厚度变小,也能够防止响应 速度变快。因此,能够使反射显示区域R的响应速度接近没有取向控 制部的状态,即透过显示区域T的响应速度。
另外,取向控制部4被设定为,将该取向控制部4投影(正投影) 在有源矩阵基板20面时形成的区域,比将反射电极24投影(正投影) 在有源矩阵基板20面时形成的区域小。由此,能够使反射模式和透过 模式的显示性能(对比度)大致均匀化,防止显示品质恶化,并且使 两模式的响应速度大致均匀。 (取向控制部的结构)
接着,对能够适用于本发明的取向控制部4的结构进行说明。如上所述,因为取向控制部4设置在反射电极24与共用电极33之间, 在存在取向控制部4的第二反射显示区域R2与第一反射显示区域Rl 相比电压难以被施加。因此,第二反射显示区域R2中的相对于施加电 压的反射率比第一反射显示区域R1中的相对于施加电压的反射率小。 即,该反射率的大小受到电压所被施加的液晶层40的厚度d2的影响, 取向控制部4的厚度d4越大反射率越小,取向控制部4的厚度d4越 小反射率越大。像这样,取向控制部4的大小对电压一反射率特性造 成影响,从而对显示品质造成影响。
此处,使用图8对测定使取向控制部4的大小发生变化的情况下 的反射率特性的结果进行下述说明。本实验中,使用三种取向控制部4 (Dl型,D2型,D3型)进行测定。各自的取向控制部4其厚度d4 (Z轴方向)满足关系式D1〉D2〉D3的关系。如图8所示可知,取向 控制部4的厚度d4越大,反转反射率越大。另外,根据测定反射率特 性的扩散反射率测定装置(LCD-5200,大冢电子制),液晶显示装置1 的反射对比度为5 10:1。根据如上所述可知,白显示时的反射率20% 不作为反转显示视认。
另外, 一般地,在NTSC规格的视频信号的情况下,灰度等级信 号只使用256灰度等级中的16 235灰度等级,236灰度等级之后,即 亮度比(反射率比)的84%以上对显示不起作用。
因此,只要相对最大反射率的反转反射率的比例控制在20%以内, 就不对显示品质造成影响。根据以上的内容,在本实施方式的液晶显 示装置1中,优选取向控制部4构成为,使将第一反射显示区域R1和 第二反射显示区域R2合成后的反射显示区域R的电压一反射率特性中 的相对于最大反射率的反转反射率的比例,在对显示起作用的灰度等 级水平中,为20%以内。
另外,如上所述,取向控制部4对施加在液晶层40的电压值和反 射率特性造成影响。另一方面,取向控制部4具有控制液晶分子的取 向的功能。图9是表示各子电极23的液晶分子的取向的状态的平面图。 如该图所示,当电压施加时液晶分子以取向控制部4为中心放射状地 在全部方向上取向。因此,能够扩大视野角,提高显示品质。 (过冲驱动)
19但是, 一直以来,在液晶显示装置中,采用所谓过冲驱动作为改 善中间灰度显示时的响应速度的技术。
过冲驱动是指,例如,在使初始0灰度等级的初始亮度成为目标
灰度等级64的目标亮度时,暂时对液晶层仅以短时间施加与比目标亮
度大的过亮度相当的电压。由此,因为对液晶层施加了较大的电压, 所以能够加速到达目标亮度的响应时间。作为具体的驱动方法,如图
io所示,比较当前帧的数据与前一个帧的数据,施加从该关系导出的
修正数据。准确地说,该关系是指,"施加灰度等级,使其与前一个帧 (以下称"前一帧")的灰度等级的差比当前的帧(以下称"当前帧") 的输入数据的灰度等级与前一帧的灰度等级的差大"。例如,前一帧的
灰度等级为V0,当前帧的输入数据的灰度等级为V128的情况下,为 施加例如灰度等级V160的驱动。通过施加这样的灰度等级值,如图 ll所示,能够得到上升较快的液晶响应波形。
但是,在现有的半透过型液晶显示装置中采用该过冲驱动的情况 下,产生如下问题。图12是表示在对现有的液晶显示装置应用过冲驱 动的情况下的响应波形的图表。
艮口,将在响应速度比反射显示区域R慢的透过显示区域T (参照 图27)中应用的过冲驱动应用于现有的液晶显示装置的情况下,如图 12所示,虽然能够在透过显示区域T改善响应速度的缓慢,但在响应 速度本来较快的反射显示区域R中,响应速度并不只是变得更快,直 至到达目标亮度,产生比该目标亮度明亮的过亮度这样的出现尖角的 角响应等的视频恶化。因此,由于比该目标亮度高亮度的角的存在, 看到瞬间地发白。
像这样,当进行配合透过显示区域T的响应特性的过冲驱动时, 在反射显示区域R,因为施加电压过大,特别是中间灰度显示时,产 生白色余像。另一方面,在进行配合反射显示区域R的响应特性的过 冲驱动的情况下,不能够充分改善透过显示区域T的响应速度,当中 间灰度显示时产生黑色余像。因此,在现有的液晶显示装置中,不能 以相同条件应用过冲驱动,需要以与透过显示区域T和反射显示区域 R各自的区域适应的不同条件进行过冲驱动。因此,产生液晶显示装 置的结构变得复杂,成本提高的相关问题。对此,在本实施方式的液晶显示装置1中,由于反射显示区域R 构成为被分割成比液晶层40的厚度小(薄)的第二反射显示区域
R2、和具有比第二反射显示区域R2的液晶层40厚度大(厚)的液晶 层40的第一反射显示区域R1,因此,如上所述,在普通驱动时,能 够使反射显示区域R和透过显示区域T的响应波形大致相同。因此, 在反射显示区域R和透过显示区域T,即使以相同条件应用过冲驱动 的情况下,也不会如现有技术那样发生余像等明显破坏显示品质的程 度的角响应,能够同时改善两区域的响应速度。
图13是表示对液晶显示装置1应用过冲驱动的情况下的响应波形 的图表。如该图所示,与表示不应用过冲驱动的普通驱动的响应波形 的图6相比,可知在反射显示区域R和透过显示区域T的两区域中, 能够同样地改善响应速度。
图14是对图13所示的响应时间的一例与现有的液晶显示装置的 响应时间和图7所示的响应时间进行比较的图,表示在256灰度等级 显示的液晶显示装置l中,从0灰度等级变化到32灰度等级时的响应 时间。如该表所示,在现有的液晶显示装置中,在透过显示区域T,普 通驱动时为64msec的响应时间在过冲驱动时成为22msec,能够改善响 应速度。另一方面,在反射显示区域R,在应用过冲驱动的情况下, 发生角响应(白光),不能测定。
相对于此,在本实施方式的液晶显示装置1中,在透过显示区域T, 当普通驱动时为64msec的响应时间在过冲驱动时成为22msec,在反射 显示区域R,当普通驱动时为52msec的响应时间在过冲驱动时成为 19msec。像这样,在本实施方式的液晶显示装置1中,通过附加应用 过冲驱动,能够进一步提高响应速度。
另外,为了进行过冲驱动而用于施加比通常期望的灰度等级用施 加电压高的电压的灰度等级值,即利用变化前的灰度等级与变化后的 灰度等级的关系求得的灰度等级值,能够通过运算得到。但并不仅限 于此,也能够使用查找表算出。 (变形例O
对在本实施方式的液晶显示装置1的结构中,图1和图2所示的 结构的变形例进行说明。图15是表示作为该变形例1的液晶显示装置1中的一个像素10的平面图,图16是图15中线B-B处的像素10的 截面图,图17是表示像素10的液晶分子的取向的状态的平面图。
图l和图2所示的结构中,构成像素电极2的多个子电极23分别 构成为具有反射显示区域R和透过显示区域T的结构,但变形例1的 结构为,如图15和图16所示,各个子电极23由反射显示区域R和透 过显示区域T中任意一方构成,并且,多个子电极23中的至少一个子 电极23由反射显示区域R构成。
根据上述结构,构成为在由反射显示区域R构成的子电极23上只 配置反射电极24,由透过显示区域T构成的子电极23上不配置反射电 极24,因此,在具有TFT3、各信号线ll、 12的层上,能够高效地形 成反射显示区域R和透过显示区域T。因此,能够提高液晶显示装置1 的反射率和透过率。
另外,在本变形例1的液晶显示装置1中,优选构成为反射显示 区域R的取向控制部4比透过显示区域T的取向控制部4大的结构。 如上所述,取向控制部4的厚度d4越大,越能够使施加在第二反射显 示区域R2的液晶层40的电压变小,因此,能够使反射显示区域R的 响应速度接近透过显示区域T的响应速度。 (变形例2)
对在本实施方式的液晶显示装置1的结构中,图1和图2所示的 结构的其它变形例进行说明。图18是表示作为该变形例2的液晶显示 装置1中的一个像素10的平面图,图19是图18中线C-C处的像素 10的截面图,图20是表示像素10的液晶分子取向的状态的平面图。
本变形例2的液晶显示装置1中,在每一个子电极23中反射显示 区域R和透过显示区域T的结构不同地形成。具体而言,如图18和图 19所示,在像素电极2由第一子电极23、第二子电极23和第三子电 极23构成的情况下,第一子电极23由反射显示区域R构成,第二子 电极23与图1和图2所示的结构相同地由反射显示区域R和透过显示 区域T构成,第三子电极23由透过显示区域T构成。
另外,本变形例2的结构中,优选根据构成各个子电极23的显示 区域设定取向控制部4的大小。具体而言,优选各个子电极23的取向 控制部4的大小,即,取向控制部4占有共用电极33的面积满足关系式第一子电极23>第二子电极23>第三子电极23。由此,在所有的
区域,能够使显示特性和响应速度大致均匀。
(变形例3)
对本实施方式的液晶显示装置1的结构中图1和图2所示结构的其它变形例进行说明。图21是表示作为该变形例3的液晶显示装置1的一个像素IO的平面图。
在图1和图2所示的结构中,反射电极24构成为设置在子电极23上,但在本变形例3的液晶显示装置1中,反射电极24构成为设置在子电极23的下层。
根据上述结构,能够将下层的配线电极,例如栅极信号线ll和源极信号线12移用为反射电极24,因此,能够降低液晶显示装置1的成本。另外,也能够简化制造工序。
另外,本变形例3的结构也能够应用在上述变形例1和2的结构中。图22和图23表示在变形例1和变形例2中分别将反射电极24配置在子电极23的下层的结构。由此,除由变形例1和变形例2的结构产生的效果外,进一步,能够得到降低成本的效果。
另外,如上述实施方式和变形例所示,设置在反射显示区域R的反射电极24可以配置在像素电极2的内部,也可以配置在像素电极2上或像素电极2的下层。根据将反射电极24配置在像素电极2内部的结构,能够使反射电极24与共用电极33之间的距离和像素电极2与共用电极33之间的距离相同。另夕卜,根据将反射电极24配置在像素电极2上或像素电极2的下层的结构,能够使反射电极24与共用电极33之间的距离和像素电极2与共用电极33之间的距离大致相同。
如上所述,本发明的液晶显示装置中,上述像素电极与上述共用电极相互隔开一定的间隔而配置,上述多个像素分别具有设置在上述有源矩阵基板上通过反射外部光的反射电极进行反射模式显示的反射显示区域;和形成在该反射显示区域的周围、通过透过来自光源的光进行透过模式显示的透过显示区域,在上述反射显示区域,设置有取向控制部,该取向控制部使该反射显示区域的上述液晶层的一部分的厚度比上述透过显示区域的上述液晶层的厚度小,并且控制上述液晶分子的取向方向。由此,由于取向控制部,反射显示区域由液晶层的厚度相互不同的两个区域构成,因此,实际施加在各区域的液晶层上的电压值不同。另外,上述像素电极与上述共用电极构成为,相互隔开一定的间隔而配置的结构。
因此,在具有透过显示区域和反射显示区域的CPA模式的液晶显示装置中,能够既防止透过模式和反射模式的显示品质的恶化,又使两模式的响应速度大致均匀化。
在发明的详细说明的内容中所叙述的具体的实施方式或者实施例,只是为了使本发明的技术内容明确,并不应该局限于这样的具体例子而做出狭义地解释,在本发明的精神和权利要求的范围内,能够实施各种变更。
产业上的可利用性
本发明因为能够不使显示品质恶化而改善反射模式和透过模式的响应速度的差,因此适用于装载在移动设备中的CPA模式的液晶显示装置。
权利要求
1.一种液晶显示装置,其包括具有多个像素电极的有源矩阵基板;与所述有源矩阵基板相对配置的具有共用电极的对置基板;和设置在所述有源矩阵基板和所述对置基板之间的包含液晶分子的液晶层,所述液晶显示装置由矩阵状配置的多个像素构成,并且是当对所述液晶层不施加电压时所述液晶分子相对于基板面实质上垂直取向、而当对所述液晶层施加电压时所述液晶分子放射状取向的CPA模式的垂直取向方式的液晶显示装置,所述液晶显示装置的特征在于所述像素电极与所述共用电极相互隔开一定的间隔而配置,所述多个像素,分别具有设置在所述有源矩阵基板的、通过反射外部光的反射电极进行反射模式的显示的反射显示区域;和形成在该反射显示区域的周围的、通过将来自光源的光透过而进行透过模式的显示的透过显示区域,在所述反射显示区域设置有取向控制部,所述取向控制部使该反射显示区域的所述液晶层的一部分的厚度比所述透过显示区域的所述液晶层的厚度小,并且控制所述液晶层的液晶分子的取向方向。
2. 如权利要求1所述的液晶显示装置,其特征在于 所述取向控制部构成为,使所述反射显示区域分割为所述液晶层的厚度相互不同的第一反射显示区域和第二反射显示区域,并且,使将所述第一反射显示区域的电压一反射率特性和所述第二反射 显示区域的电压一反射率特性合成后的电压一反射率特性,与所述透 过显示区域的电压一透过率特性大致一致。
3. 如权利要求1或2所述的液晶显示装置,其特征在于 在所述各像素中,所述像素电极被分割为多个子电极, 所述多个子电极的至少一个具有设置在所述有源矩阵基板的、通过反射外部光的反射电极进行反射模式的显示的反射显示区域;和 形成在该反射显示区域的周围的、进行透过模式的显示的透过显示区
4. 如权利要求1或2所述的液晶显示装置,其特征在于 在所述各像素中,所述各像素电极被分割为多个子电极, 所述各子电极,分别由设置在所述有源矩阵基板的、通过反射外部光的反射电极进行反射模式的显示的反射显示区域;和形成在该反射显示区域的周围的、进行透过模式的显示的透过显示区域的任意一方构成。
5. 如权利要求1 4中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于所述取向控制部构成为,使所述反射显示区域分割为所述液晶层 的厚度相互不同的第一反射显示区域和第二反射显示区域,并且,使将所述第一反射显示区域的电压一反射率特性和所述第二反射 显示区域的电压一反射率特性合成后的电压一反射率特性中的、相对 最大反射率的反转反射率的比例,在对显示起作用的灰度等级中,为20%以内。
6. 如权利要求1 5中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于-在所述透过显示区域中,设置有控制所述液晶层的液晶分子的取向方向的取向控制部,所述反射显示区域和所述透过显示区域的各自的取向控制部的大 小,根据与该取向控制部对应的显示区域的大小被设定。
7. 如权利要求4 6中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于 所述反射电极设置在所述子电极的下层。
8. 如权利要求1 7中任一项所述的液晶显示装置,其特征在于该液晶显示装置进行过冲驱动。
全文摘要
本发明提供由多个像素(10)构成的CPA模式的液晶显示装置。其包括具有多个像素电极的有源矩阵基板(20);具有共用电极(33)的对置基板(30);和设置在两基板间的液晶层(40),像素电极(23)与共用电极(33)相互隔开一定的间隔配置,各像素电极(10)具有进行反射模式显示的反射显示区域(R);和进行透过模式显示的透过显示区域(T),在反射显示区域(R)设置有取向控制部(4),其使反射显示区域(R)的液晶层(40)的一部分的厚度(d2)比透过显示区域(T)的液晶层(40)的厚度(d1)小,并控制液晶层(40)的液晶分子的取向方向。由此,在具有透过显示区域和反射显示区域的CPA模式的液晶显示装置中,防止透过模式和反射模式的显示品质的恶化,并使两模式的响应速度均匀化。
文档编号G02F1/1335GK101681046SQ20088001669
公开日2010年3月24日 申请日期2008年2月13日 优先权日2007年6月5日
发明者古川智朗, 小川胜也, 本乡弘毅, 藤冈和巧 申请人:夏普株式会社