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CN1677200A - 液晶显示器、其驱动方法和电子设备 - Google Patents

液晶显示器、其驱动方法和电子设备 Download PDF

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CN1677200A CNA200510071759XA CN200510071759A CN1677200A CN 1677200 A CN1677200 A CN 1677200A CN A200510071759X A CNA200510071759X A CN A200510071759XA CN 200510071759 A CN200510071759 A CN 200510071759A CN 1677200 A CN1677200 A CN 1677200A
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Abstract

本发明的液晶显示器包括多个像素，每个像素都具有第一电极、面对第一电极的第二电极以及设置在第一和第二电极之间的垂直配向液晶层。该显示器进一步包括：设置在液晶层的第一电极侧、具有第一宽度的带状第一配向调节装置；设置在液晶层的第二电极侧、具有第二宽度的带状第二配向调节装置；和限定在第一和第二调节装置之间、具有第三宽度的带状液晶区，其中第三宽度在7μm和12μm之间的范围内。

Description

液晶显示器、其驱动方法和电子设备
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器及其驱动方法，更具体地说，涉及一种适用于移动图像显示的液晶显示器、其驱动方法和设置有这种液晶显示器的电子设备。
背景技术
近年来，液晶显示器(LCD)越来越得到广泛应用。在各种类型的LCD中，主流是TN LCD，其中扭曲具有正介电各向异性的向列液晶材料。然而，该TN LCD存在的问题是视角依赖性大，这是由于液晶分子的配向。
为了改进视角依赖性，已经开发了配向分割的(alignment-divided)垂直配向LCD，并且扩展了这些LCD的用途。例如，日本专利公报No.2947350(文献1)公开了一种多畴垂直配向(MVA)LCD，作为配向分割垂直配向LCD中的一种。该MVA LCD包括设置在电极对之间的垂直配向的液晶层，以呈现正常黑色(NB)模式的显示，该MVA LCD设置有畴调节装置(例如狭缝或者突起)，以使每个像素中的液晶分子在施加电压期间在多个不同方向上下落(倾斜)。
近来，用于显示移动图像信息的需求迅速增加，不仅在LCD TV中，而且在PC监视器和便携式终端设备(例如蜂窝电话和PDA)。为了在LCD上高质量地显示移动图像，需要缩短液晶层的响应时间(增加响应速度)，使得在一个垂直扫描周期内(通常是一帧)可以达到预定的灰度级。
作为可以改善LCD响应特性的驱动方法(该方法称作“过冲(OS)驱动)，公知的方法是施加比对应于待显示灰度级的电压(灰度电压)高的电压(该电压称作“过冲(OS)电压”)。在施加OS电压的情况下，可以改善灰度显示的响应特性。例如，日本特开专利公开No.2000-231091(文献2)公开了采用OS驱动的MVA LCD。
当施加的电压较低时，液晶层的响应速度也较低。因此，通常认为仅通过使用OS驱动在施加低电压下(例如，在从黑色显示状态向低亮度灰度显示状态转换下)提高响应速度将获得良好的移动图像显示。
然而，本发明的发明人发现，在配向分割垂直配向LCD例如上述MVA LCD中，当施加的电压高时(例如，当从黑色显示状态向高亮度灰度显示状态或者白色显示状态转换时)，液晶层中的液晶分子表现出独特的性能，导致响应速度降低。由于本发明人发现的该现象而导致的响应速度降低在OS驱动的情况下不能得到改善，导致显示质量降低。
本发明人以各种方式检查了上述现象，并且发现对于常规的TNLCD来说，只要采用OS驱动，该现象就是未曾出现过的新问题，并且来源于配向调节装置(畴调节装置)进行的配向划分，所述配向调节装置以线形(带状)设置在配向分割处置配向LCD的每个像素中。
在实际的LCD中，在某些情况下，由于制造工艺的原因(例如基板接合的失配)，配向调节装置的位置可以偏离设计位置。还发现，如果该偏离大，则由于上述现象导致的响应速度降低变得更突出。
发明内容
鉴于上面的描述，本发明的主要目的是提供一种配向分割垂直配向LCD及其驱动方法、以及设置有这种LCD的电子设备，所述LCD具有高质量的移动图像显示。
本发明的液晶显示器包括多个像素，每个像素都具有第一电极、面对第一电极的第二电极以及设置在第一和第二电极之间的垂直配向液晶层，该显示器进一步包括：设置在液晶层的第一电极侧中具有第一宽度的带状第一配向调节装置；设置在液晶层的第二电极侧中具有第二宽度的带状第二配向调节装置；和限定在第一和第二调节装置之间具有第三宽度的带状液晶区，其中第三宽度在7μm和12μm之间的范围内。
在优选实施例中，第三宽度为10μm或者更小。
在优选实施例中，第三宽度为9μm或者更小。
在优选实施例中，第一配向调节装置是肋，第二配向调节装置是形成在第二电极中的狭缝。
在优选实施例中，与最低灰度级对应的电压为1.6V或者更小。
在优选实施例中，与最低灰度级对应的电压为1.0V或者更小。
在优选实施例中，与最低灰度级对应的电压为0.5V或者更小。
在优选实施例中，与最高灰度级对应的电压为6.0V或者更大。
在优选实施例中，与最高灰度级对应的电压为7.0V或者更大。
在优选实施例中，与最高灰度级对应的电压为8.0V或者更大。
在优选实施例中，第一宽度在4μm和20μm之间的范围内，第二宽度在4μm和20μm之间的范围内。
在优选实施例中，液晶层的厚度为3.2μm或者更小。
在优选实施例中，第一电极为反电极，第二电极为像素电极。
在优选实施例中，显示器进一步包括其间具有液晶层并且设置为彼此面对的一对偏振板，该对偏振板的透射轴彼此垂直，其中一个透射轴在显示平面中的水平方向上延伸，第一和第二配向调节装置设置为在离透射轴之一大约45°的方向上延伸。
在优选实施例中，该显示器进一步包括驱动电路，该驱动电路能够施加比对于灰度显示的给定灰度级所预先确定的灰度电压更高的过冲电压。
本发明的驱动方法是用于上述液晶显示器的驱动方法，包括步骤：施加比对于给定灰度级显示的给定灰度级所预先确定的灰度电压更高的过冲电压，该给定灰度级比在先的垂直扫描周期中显示的灰度级更高。
在优选实施例中，设置过冲电压，使得对于给定灰度级来说在对应于一个垂直扫描周期的时间内显示亮度达到给定亮度值。
本发明的电子设备包括上述液晶显示器。
在优选实施例中，该设备进一步包括用于接收电视广播的电路。
根据本发明，液晶区的宽度设置在预定范围内，使得能够避免出现配向分割垂直配向LCD中的液晶分子的独特性能(后面将描述的“配向偏转”)。因此，改善了响应特性，并且能够提高移动图像显示的质量。
由下面参考附图详细描述的本发明的优选实施例，本发明的其它特征、工艺、步骤、特性和优点将更加显而易见。
附图说明
图1A、1B和1C是示意性表示本发明实施例的MVA LCD的基本结构的截面图。
图2是示意性表示本发明实施例的LCD100的截面结构的局部截面图。
图3是LCD100的像素部分100a的示意性平面图。
图4A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图4B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图5A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图5B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图6A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图6B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图7A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图7B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图8A至8C是表示随着改变肋偏移量(μm)对响应时间(ms)的测量结果图。
图9A至9F是表示随着改变肋偏移量(μm)对灰度达到率(％)的测量结果图。
图10是表示当从级0转换到预定目标灰度级时，目标灰度级和给定的OS灰度级之间的关系图。
图11A至11C是表示随着改变LC区宽度W3(μm)对灰度达到率(％)的测量结果图。
图12A至12C是表示随着改变LC区宽度W3(μm)对灰度达到率(％)的测量结果图。
图13A至13C是表示随着改变LC区宽度W3(μm)对灰度达到率(％)的测量结果图。
图14A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图14B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图15A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图15B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图16A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图16B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图17A是表示当从黑色显示状态转换到白色显示状态时观察到的LCD100中透射光强度随着时间变化的图，图17B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态转换到白色显示状态时拍摄的LCD100的像素部分的连续照片。
图18是示意性表示在狭缝22附近的一部分液晶区13A中的液晶分子13a的配向图。
图19A和19B是用于说明LCD的层间绝缘膜对液晶分子配向的影响的示意图。
图20是表示本发明的另一个实施例的LCD的像素部分200a的平面示意图。
具体实施方式
下面将参考相关附图描述本发明的LCD实施例和该LCD的驱动方法。
首先，将参考图1A至1C描述本发明实施例的配向分割垂直配向LCD的基本结构。
配向分割垂直配向LCD 10A、10B和10C包含多个像素，每个像素都具有第一电极11、面对第一电极11的第二电极12、和设置在第一电极11和第二电极12之间的垂直配向液晶层13。垂直配向液晶层13包含具有负介电各向异性的液晶分子，在没有电压施加期间，这些液晶分子大体上垂直于(例如以87°和90°之间的角)第一和第二电极11和12的平面而配向。一般，通过在面对液晶层13的第一和第二电极11和12的每个表面上设置垂直配向膜(未示出)获得该配向。在设置肋(突起)等作为配向调节装置的情况下，液晶分子大体上垂直于面对液晶层的肋等的表面而配向。
第一配向调节装置(21、31、41)设置在液晶层13的第一电极11侧，而第二配向调节装置(22、32、42)设置在液晶层13的第二电极12侧。在第一和第二配向调节装置之间限定的每个液晶区中，液晶分子13a处于由第一和第二配向调节装置施加的配向调节力下。一旦在第一和第二电极11和12之间施加电压，液晶分子13a在由图1A至1C中箭头所示方向上下落(倾斜)。即，在每个液晶区中，液晶分子13a在一致的方向上下落。因此可以将这种液晶区看作畴。作为这里使用的配向调节装置，可以采用上述在文献1和2中描述的畴调节装置。
第一配向调节装置和第二配向调节装置(在下文中，在某些情况下这些可以一起称作“配向调节装置”)以带状设置在每个像素中。图1A至1C是沿着垂直于带状配向调节装置的延伸方向截取的截面图。其中液晶分子13a在彼此差180°的方向上下落的液晶区(畴)形成在每个配向调节装置的两侧上。
具体地说，图1A所示的LCD 10A具有作为第一配向调节装置的肋21和作为第二配向调节装置的形成在第二电极12中的狭缝(开口)22。肋21和狭缝22以带状延伸。肋21起到使液晶分子13a相对于肋21的侧面大体上垂直地配向的作用，使得液晶分子13a在垂直于肋21的延伸方向上配向。当在第一和第二电极11和12之间给定电位差时，狭缝22起到在狭缝22的边缘附近的液晶层13的区域中产生倾斜电场的作用，使得液晶分子13a在垂直于狭缝22的延伸方向上配向。肋21和狭缝22彼此平行设置，其间具有预定的间隔，液晶区(畴)形成在彼此相邻的肋21和狭缝22之间。
图1B所示的LCD 10B与图1A所示的LCD 10A的区别在于，分别将肋31和32设置为第一和第二配向调节装置。肋31和32彼此平行设置，其间具有预定间隔，并且起到使液晶分子13a大体上垂直于肋31的侧面31a和肋32的侧面32a配向，从而在这些肋之间形成液晶区(畴)。
图1C所示的LCD 10C与图1A所示的LCD 10A的区别在于，狭缝41和42分别作为第一和第二配向调节装置而设置。当在第一和第二电极11和12之间给定电位差时，狭缝41和42起到在狭缝41和42的边缘附近的液晶层13的区域中产生倾斜电场的作用，使得液晶分子13a在垂直于狭缝41和42的延伸方向上配向。狭缝41和42彼此平行设置，其间具有预定间隔，并且液晶区(畴)形成在这些狭缝之间。
如上所述，可以使用肋和/或狭缝的任意组合作为第一和第二配向调节装置。第一和第二电极11和12可以是其间具有液晶层13的彼此面对的电极。通常，一个电极是反电极，另一个电极是像素电极。下面将采用一种LCD作为例子描述本发明的实施例，该LCD具有作为第一电极11的反电极、作为第二电极12的像素电极、作为第一配向调节装置的肋21、和作为第二配向调节装置的在像素电极中形成的狭缝22(即对应于图1A中的LCD 10A的LCD)。图1A所示的LCD 10A结构的优点在于，可以使制造步骤数量的增加最少。即，在像素电极中形成狭缝不需要额外的步骤。至于反电极，在其上设置肋的步骤数量的增加比在其中形成狭缝更少。自然，本发明也可以应用于仅使用肋和仅使用狭缝作为配向调节装置的其它结构。
本发明人由各种检查中发现，从黑色显示状态转换到高亮度灰度显示状态下响应速度不足的上述问题是由以带状设置在像素中的第一和第二配向调节装置所做的配向划分而引起的，并且该问题的出现可以通过将在第一和第二配向调节装置之间限定的液晶区宽度限制到预定范围而得到抑制。下面将详细描述本发明的LCD的该问题的原因和效果。
首先，将参考图2和3描述本发明实施例的LCD的基本结构。图2是概略表示LCD100的截面结构的局部截面图，图3是LCD100的像素部分100a的平面图。LCD100的基本结构基本上与图1所示的LCD 10A相同。因此公共元件由相同的附图标记表示。
LCD100具有在第一基板(例如玻璃基板)10a和第二基板(例如玻璃基板)10b之间垂直配向的液晶层13。反电极11形成在面对液晶层13的第一基板10a的表面上，肋21形成在反电极11上。形成配向配向膜(未示出)，使其基本上覆盖包括面对液晶层13的肋21的反电极11的整个表面。肋21以如图3所示的带状延伸，使得相邻的肋21彼此平行，其间具有均匀的间隔(节距)P。肋21的宽度W1(在垂直于延伸方向上的宽度)也是均匀的。
栅极总线(扫描线)和源极总线(信号线)51以及TFT(未示出)形成在面对液晶层13的第二基板10b的表面上，并且形成层间绝缘膜52，使其覆盖这些元件。像素电极12形成在层间绝缘膜52上。具有平坦表面的层间绝缘膜52由厚度在1.5μm和3.5μm之间的透明树脂膜构成，从而能够叠置像素电极12与栅极总线和/或源极总线。这在提高孔径比方面是有利的。
带状狭缝22形成在像素电极12中，并且形成垂直配向膜(未示出)，使其基本上覆盖包含狭缝22的像素电极12的整个表面。如图3所示，狭缝22以带状彼此平行延伸，以便大体上将相邻的肋21之间的间隔一分为二。狭缝22的宽度W2(在垂直于延伸方向上的宽度)是均匀的。由于制造工艺的变化、基板接合的失配等，上述狭缝和肋的形状和设置在某些情况下可能偏离相应的设计值。上述描述不排除这些偏离。
在彼此平行延伸的相邻带状肋21和狭缝22之间限定具有宽度W3的带状液晶区13A。在液晶区13A中，利用设置在该区两侧的肋21和狭缝22调节配向方向。这种液晶区(畴)形成在每个肋21和狭缝22的相对侧上，其中液晶分子13a在彼此差180°的方向上倾斜。如图3所示，在LCD100中，肋21和狭缝22在彼此差90°的两个方向上延伸，并且每个像素部分100a具有液晶分子13a的配向方向彼此差90°的四种类型的液晶区13A。尽管肋21和狭缝22的设置并不限于上述例子，但是该设置确保了良好的视角特性。
一对偏振板(未示出)设置在第一和第二基板10a和10b的外表面上，使得其透射轴大体上彼此垂直(处于正交尼科耳状态)。如果设置该偏振板，使得其透射轴与彼此相差90°的所有四种类型的液晶层13A的配向方向形成45 °，则可以最有效地利用液晶区13A的延迟改变。即，优选应将偏振板设置为使其透射轴与肋21和狭缝22的延伸方向大体上形成45 °。在观看经常在与显示平面水平的方向上移动的显示器中，例如电视，优选其中一个偏振板的透射轴在显示平面的水平方向上延伸，用于抑制显示质量的视角依赖性。
具有上述结构的MVA LCD100可以呈现在视角特性方面优异的显示器。然而，当从黑色显示状态向施加高电压的状态(高亮度灰度显示状态和白色显示状态)转换时，液晶层中的液晶分子表现出唯一的行为，并且这降低了响应速度。该现象将参考图4A/B、5A/B、6A/B和7A/B详细描述。
图4A、5A、6A和7A是表示当从黑色显示状态向白色显示状态转换时观察到的透射光强度随时间变化的图。图4B、5B、6B和7B示出了采用高速照相机在从黑色显示状态向白色显示状态转换时拍摄的像素部分的连续照片。图的y轴表示在施加白色电压作为100％之后相对于稳定状态的强度的强度百分比。在该检查中使用的LCD100的具体参数如表1所示。对于各个图来说黑色电压(V0)和白色电压(V255)如表2所示。
表1
肋宽度W1 狭缝宽度W2  LC区宽度W3 肋高度 LC层的厚度d 测量温度
8μm 10μm  19μm   1.05μm 2.5μm 25℃
表2
    黑色电压     白色电压
    图4A、4B     0.5V     7V
    图5A、5B     0.5V     10V
    图6A、6B     2V     7V
    图7A、7B     2V     10V
正如从图4B、5B、6B和7B所示的连续照片中发现，在施加电压之后在液晶区13A中立即出现了配向扰动(液晶分子在随机方向上的倾斜)。由于液晶分子13a在与最初调节的配向方向不同的方向上倾斜，因此将该现象称作“配向偏转”。然后逐渐消除该配向偏转，但是即使在16msec之后仍然不能完全消除，如图所示。
由于每个液晶区13A具有由两个不同响应速度表征的两种类型的部分，因此出现配向偏转。位于肋21和狭缝22附近的液晶区13A的部分(称作“第一LC部分R1”)的响应速度高，因为它们受到肋21和狭缝22的配向调节力的直接影响。相反，液晶区13A的中央部分(称作“第二LC部分R2”)的响应速度比第一LC部分R1低。因此，在电压施加期间，第一LC部分R1中的液晶分子13a在利用配向调节装置调节的方向上倾斜，此后，在第二LC部分R2中的液晶分子13a倾斜，以与第一LC部分R1中的液晶分子13a的配向一致。然而，在施加高电压的情况下，其中用于使液晶分子13a倾斜的扭距强烈作用，迫使第二LC部分R2中的液晶分子13a在施加电压之后立即在随机方向上(利用配向膜等的精细非平坦表面确定)倾斜。在随机方向上倾斜的液晶分子13a逐渐改变配向方位角方向，以便与第一LC区R1中的液晶分子13a的配向方向一致。
在上面的描述中，为了简化，利用两种类型的LC部分讨论了配向偏转。在上面例举的LCD100中，第一配向调节装置(肋21)和第二配向调节装置(狭缝22)对响应速度的影响程度彼此不同。因此，严格上说，形成了三个响应速度彼此不同的LC部分。
如上所述，在高电压的施加下，第二LC部分R2中的液晶分子13a表现出2阶段的响应特性，其中在施加电压之后它们首先立即随着电场下落(配向偏转)，此后逐渐改变配向方位角方向，以确保配向的连续性。结果，整个液晶区13A的响应速度降低了。
如上所述，在高电压的施加中出现了配向偏转。因此，从图4A/B和5A/B之间以及6A/B和7A/B之间的比较明显看出，随着白色电压更高，配向偏转的出现和所导致的响应速度降低更突出。这就是为什么会出现随着白色电压的增加，响应速度没有提高反而降低这种现象的原因，与通常认为的随着白色电压的增加而提高响应特性的认识相反。尽管在这些图中示出了向白色显示状态的转换，但是上面的描述也适用于向高亮度灰度显示状态的转换，其中即使采用OS驱动也不足以提高响应速度。
而且，从图4A/B和6A/B之间以及图5A/B和7A/B之间的比较明显看出，随着黑色电压越低，响应速度也越低。原因是随着黑色电压越时，在黑色显示状态下液晶分子13a更接近于垂直而配向。反之，当黑色电压高以使液晶分子13a即使在黑色显示状态下也稍微倾斜时，响应速度增加。然而，在这种情况下，由于液晶分子13a的倾斜，对比度将降低。近年来，对于LCD来说要求较高的对比度，但是如果通过降低黑色电压来提高对比度，那么如上所述响应速度将降低。
如上所述，较高的白色电压和较低的黑色电压导致了响应速度降低，并且即使利用OS驱动也不足以提高该响应速度的降低。而且，如果LCD的工作温度改变，则例如液晶材料的粘性等性能也改变，结果，LCD的响应特性改变。该响应特性随着工作温度的降低而退化，并且随着工作温度的增加而提高。在常规的配向分割垂直配向LCD中，在5□的面板温度下不能得到充分的响应特性。
OS驱动方法也应用于TN LCD，但是在TN LCD中没有观察到上述配向偏转。原因在于，在TN LCD中，通过采用在不同方向上摩擦的配向膜来调节各个液晶区(畴)中的液晶分子的配向方向，从而进行配向划分。由于由平面(两维)配向膜给每个液晶区的整体提供配向调节力，因此在每个液晶区中没有出现响应速度分布。相反，在配向分割垂直配向LCD中，利用线性(一维)设置的配向调节装置进行配向划分。因此，形成了具有不同响应速度的部分，不仅配向调节装置的配向调节力不同，而且离配向调节装置的距离不同。
由本发明人进行的检查发现，当配向调节装置的位置由于制造工艺中的原因(例如接合基板步骤中的失配)而偏离设计位置时，由于配向偏转而导致的响应速度降低将更明显。
制造具有如图2和3所示的基本结构的MVA LCD，并且改变肋21的偏离程度(所谓的“肋偏离量”)(即，故意使肋21的位置偏离)，以测量响应时间(ms)。结果如图8A至8C所示。这里所用的响应时间指的是相对于白色显示状态中的透射率为100％，透射率从0％达到90％所用的时间。图8A、8B和8C示出了当白色电压(这里，对应于由V255表示的灰度级255的电压)分别为6.0V、7.0V和8.0V时的结果。在每个图中，示出了当黑色电压(这里，对应于由V0表示的灰度级0的电压)为0.5V、1.0V和1.6V时得到的结果。表3示出了LCD的单元参数。
表3
肋宽 狭缝宽 LC区宽 肋高度 LC层的 测量温
度W1 度W2 度W3* 厚度d 度
图8A-8C 8μm 10μm 11μm  1.05μm  2.5μm 25℃
*当不存在肋偏移时测量的LC区宽度W3。
这里所用的“肋偏移量”定义为沿着垂直于肋21的延伸方向的偏移程度。因此，如果出现了Xμm的肋偏移，则在通过肋21彼此相邻的两个液晶区之间的LC区宽度W3中产生2Xμm的差。在该检查中所用的LCD中，没有肋偏移的LC区宽度W3为11μm。如果肋偏移量为2μm，则通过肋21彼此相邻的两个液晶区的宽度W3为9μm和13μm。
从图8A至8C发现，在肋偏移量和响应时间之间存在相互关系。更具体地说，随着肋偏移量越大，响应时间也越长，即，响应特性越低。在图8A、8B和8C之间的比较中，还发现当白色电压为7.0V和8.0V而不是6.0V时，响应时间更长，响应特性更低。这是与随着施加的电压越高响应特性越高的普遍认识相反的。
为了防止由于配向偏转导致的响应特性退化由于肋偏移而进一步明显的目的，本发明人制造了具有变化的单元参数(液晶层的厚度d，液晶材料的Δε(介电各向异性)、肋宽度W1、狭缝宽度W2、LC区宽度W3、肋高度等)的如图2和3所示基本结构的MVA LCD，并且评估这些器件的响应特性。
结果，发现响应特性的改变随着液晶材料的Δε、液晶层的厚度d、肋宽度W1、肋高度和狭缝宽度W2的改变很微小，因此通过调节这些因素而得到的响应速度改进效果都很小。相反，通过使LC区宽度W3变窄，极大地提高了响应特性。下面将描述该评估结果的一部分。
图9A至9F示出了对于LC区宽度W3在8.0μm、11μm、16μm和19μm的情况下，灰度达到率(％)随着肋偏移量(μm)改变的测量结果。“灰度达到率”指的是当施加电压之后经过和一个垂直扫描周期对应的时间(这里，16.7msec)时得到的透射率与和目标灰度级对应的透射率之比，并且将该“灰度达到率”用作表示响应特性的参数。这里，灰度达到率是当最初状态是黑色显示状态并且目标灰度级是最高灰度级(白色显示状态)时得到的灰度达到率。该检查中使用的LCD单元参数如表4所示。图9A至9F示出了5℃时测量的结果。用于各个图的黑色电压(V0)和白色电压(V255)如表5所示。
表4
肋宽度W1 狭缝宽度W2 肋高度   LC层厚度d 测量温度
图9A-9F 10μm 8μm   1.05μm   2.5μm 5℃
表5
    黑色电压     白色电压
    图9A     1.6V     6.0V
    图9B     1.6V     7.0V
    图9C     1.6V     8.0V
    图9D     0.5V     6.0V
    图9E     0.5V     7.0V
    图9F     0.5V     8.0V
从图9A至9F发现，如上述在肋偏移量和响应时间之间存在相互关系一样，在肋偏移量和灰度达到率之间也存在相互关系。随着肋偏移量更大，灰度达到率降低。从图9A至9F还发现，在LC区宽度W3和灰度达到率之间存在很强的相互关系。具体地说，通过减小LC区宽度W3，灰度达到率增加，即，响应特性改善。
此外，从图9A至9F发现，随着黑色电压较低，灰度达到率也较低，并且随着白色电压较高，灰度达到率也较低。换句话说，较低的黑色电压和较高的白色电压对于获得高灰度达到率来说是更苛刻的条件。注意，图9A至9F所示的LC区宽度W3的值是当没有肋偏移时得到的值(即，设计值)。如果肋偏移量不是零，这些就不是真实值。
当采用OS驱动时，优选灰度达到率为75％或者更高。下面将描述其原因。
在OS驱动中，为了获得好的显示，优选OS电压的幅度(电平)随着目标灰度级的改变而连续改变。这里，以灰度级表示的OS电压的幅度(电平)称作“OS灰度级”。例如，“OS灰度级128”表示将与灰度级128的灰度电压相同幅度(电平)的电压施加作为OS电压。
与白色显示状态(最高灰度显示)中的透射率的75％等效的透射率以γ2.2对应于从级0(黑色)到级255(白色)的灰度显示中的灰度级224。如果灰度达到率小于75％，则即使当最高灰度电压(OS灰度级255)施加作为OS电压时，在从级0到级224的显示转换中，在一个垂直扫描周期内不能达到与灰度级224对应的透射率。因此，对于从低于224的给定灰度级直到高达级255的所有目标灰度级来说，OS灰度级必须设置在255，这样致使OS灰度级从给定级到级255的改变的连续性受到损失。相反，如果灰度达到率为75％或者更大，OS灰度级至少从级0到级224连续改变，因此可以毫无实际问题地进行显示。
图10示出了在具有给定单元参数的LCD中，对于44.6％、78.5％、88.6％和91.6％的灰度达到率的情况下，当从级0到给定目标灰度级进行转换时，目标灰度级和OS灰度级之间的关系。如图10所示，虽然在灰度达到率为78.5％、88.6％和91.6％的情况下OS灰度级连续改变，但是OS灰度级对于灰度级192来说饱和(使OS灰度级“平坦化”)，并且在44.6％的灰度达到率情况下更高，导致OS电压改变的连续性受到损失。
如上所述，通过确保75％或者更大的灰度达到率，当采用OS驱动时，能够获得良好的显示。随着灰度达到率更高，可以确保OS灰度级的连续性达到更高的灰度级，因此可以得到更好的显示。因此，优选灰度达到率为75％或者更大，更优选较高的比率。
根据由本发明人进行的检查，优选肋偏移量为7μm或者更小。典型地设计了液晶分子13a的配向方向彼此相差90°的四种类型的液晶区13A，使得这些区的区域在每个像素中大体上相同。如果出现肋偏移，则在这些区域之间将产生差别。因此，大的肋偏移可以使显示令观众感觉奇异。从防止观众感觉奇异的观点来看，优选肋偏移量为7μm或者更小，更优选为5μm或者更小。
据此，通过在7μm或者更小的肋偏移量条件下确保75％或者更大的灰度达到率，可以得到良好的移动图像显示。下面将描述在7μm或者更小的肋偏移量的条件下，为了确保75％或者更大的灰度达到率所需要的LC区宽度W3的值。
图11A至11C、12A至12C和13A至13C示出了在3μm、5μm和7μm的肋偏移量的情况下，随着改变LC区宽度W3对灰度达到率(％)进行测量的结果。在该检查中使用的LCD的单元参数与表3所示的相同。各个图的黑色电压(V0)和白色电压(V255)示于表6。
表6
    黑色电压     白色电压
    图11A     0.5V     6.0V
    图11B     0.5V     7.0V
    图11C     0.5V     8.0V
    图12A     1.0V     6.0V
    图12B     1.0V     7.0V
    图12C     1.0V     8.0V
    图13A     1.6V     6.0V
    图13B     1.6V     7.0V
    图13C     1.6V     8.0V
从图11A至11C、12A至12C和13A至13C所示的结果中发现，在肋偏移量为7μm或者更小的条件下，LC区宽度W3应按如下方式设定，以得到75％或者更大的灰度达到率。
表7
                  白色电压
 6.0V 7.0V 8.0V
黑色电压     0.5V  12μm或更小 10μm或更小 9μm或更小
    1.0V  14μm或更小 11μm或更小 10μm或更小
    1.6V  17μm或更小 13μm或更小 12μm或更小
经常以大约1.6V的黑色电压和大约6.0V的白色电压驱动常规的MVA LCD。如表7所示，通过将LC区宽度W3设置在12μm或者更小，即使当出现7μm或者更小的肋偏移时，在0.5V的黑色电压和6.0V的白色电压下也能够得到75％或者更大的灰度达到率。这样能够产生比常规获得的对比度更高、响应特性更高的高质量移动图像显示。而且，通过将LC区宽度W3设置在10μm或者更小，即使当出现7μm或者更小的肋偏移时，在0.5V的黑色电压和7.0V的白色电压下也能够获得75％或者更大的灰度达到率，允许进一步改进响应特性。此外，通过将LC区宽度W3设置在9μm或者更小，即使当出现7μm或者更小的肋偏移时，在0.5V的黑色电压和8.0V的白色电压下，也能够获得75％或者更大的灰度达到率。
从表7还可以发现，LC区宽度W3可以为14μm或者更小，以在比常规使用的黑色电压更低的黑色电压下(例如，1.0V)获得7 5％或者更大的灰度达到率，并且LC区宽度W3可以为13μm或者更小，以在比常规使用的白色电压更高的白色电压下(例如7.0V)实现75％或者更大的灰度达到率。
目前市售的MVA LCD(包括如图1C所示的PVA LCD)的LC区宽度W3大于15μm。根据上述结果，如果在5℃的面板温度下使用比常规所用的电压更低的黑色和更高的白色电压来驱动器件，则在7μm或者更小的肋偏移量条件下灰度达到率可能达不到75％。
下面将描述通过减小LC区宽度W3提高响应特性的原因。
如已经描述的，由于在每个液晶区13A中存在响应速度高的第一LC部分R1和响应速度低的第二LC部分R2，因此出现了配向偏转。由配向调节装置的配向调节力的强度来确定位于配向调节装置附近的第一LC部分R1的宽度(这里，没有定量表示该宽度)。因此考虑如果配向调节装置的配向调节力是均匀的(例如，配向调节装置的尺寸是均匀的)，则第一LC部分R1的宽度随着LC区宽度W3的变化而很小变化。因此，当减小LC区宽度W3时，只是第二LC区R2的宽度减小。因此，通过减小LC区宽度W3，减小了响应速度低的第二LC部分R2的宽度，从而抑制了配向偏转的出现，并且提高了整个液晶区13A的响应速度。
图14A/B、15A/B、16A/B和17A/B示出了如何通过将LC区宽度W3设置为预定值或者更小来抑制配向偏转。图14A、15A、16A和17A是表示当从黑色显示状态向白色显示状态转换时观察到的透射光强度随着时间变化的图。图14B、15B、16B和17B示出了采用高速照相机从黑色显示状态向白色显示状态转换时拍摄的像素部分的连续照片。在该检查中使用的LCD100的具体单元参数与表1所示的相同，除了液晶区13A的宽度W3为8μm。各个图的黑色电压(V0)和白色电压(V255)示于表8。即，图14A/B至17A/B分别对应于图4A/B至7A/B。
表8
    黑色电压     白色电压
    图14A，14B     0.5V     7V
    图15A，15B     0.5V     10V
    图16A，16B     2V     7V
    图17A，17B     2V     10V
由图14A/B至17A/B与图4A/B至7A/B的比较明显看出，当LC区宽度W3为8μm时与当其为19μm时比较，抑制了配向偏转，提高了响应特性。
如上所述，通过减小LC区宽度W3，可以抑制配向偏转，并且可以提高响应特性。这样使其提供能够进行良好移动图像显示的LCD。然而，如果LC区宽度W3过小，则如果出现大的肋偏移，相邻的肋21和狭缝22将重叠，从而不能在肋21和狭缝22之间形成液晶区13A。因此，优选LC区宽度W3超过7μm，以确保即使出现7μm的肋偏移也能够形成液晶区13A。肋宽度W1和狭缝宽度W2优选为4μm或者更大，因为如果这些宽度低于4μm，则LCD的制造将是困难的。一般，肋宽度W1和狭缝宽度W2为20μm或者更小。
从图2和3中发现，减小LC区宽度W3致使降低了孔径比{(像素面积-肋面积-狭缝面积)/像素面积}。因此，仅仅考虑这一点，假设也将降低显示亮度。
然而，通过对本发明进行的一系列检查证实，尽管LC区宽度W3相比常规使用的值减小了，但是本实施例的MVA LCD也能够防止其显示亮度降低。这是由于下述预料不到的效果，即通过自常规宽度减小LC区宽度W3，提高了每单位面积像素的透射率(下面称作“透射效率”)。通过实际测量像素的透射率并且用测量值除以孔径比来确定透射效率。
下面将参考图18描述通过较小LC区宽度W3来提高透射效率的原因。图18示意性地示出了位于液晶区13A中的狭缝22附近的液晶分子13a是如何配向的。在倾斜电场的影响下，在液晶区13A中的液晶分子13a中，位于带状液晶区13A的侧边(长边)13X附近的液晶分子在垂直于侧边13X的平面中倾斜。相反，在倾斜电场的作用下，位于液晶区13A的与侧边13X相交的侧边(短边)13Y附近的液晶分子13a，在与侧边13X附近的液晶分子13a的倾斜方向不同的方向上倾斜。换句话说，位于液晶区13A的侧边13Y附近的液晶分子13a，在与由狭缝22的配向调节力限定的预定配向方向不同的方向上倾斜，干扰了液晶区13A中的液晶分子13a的配向。通过减小液晶区13A的宽度W3(即，减小(长边的长度/短边的长度)的值)，在液晶区13A中的液晶分子13a中，在狭缝22的配向调节力影响下，在预定方向上倾斜的液晶分子13a的比例增加，导致透射效率增加。以这种方式，通过减小LC区宽度W3，所得到的是稳定液晶区13A中的液晶分子13a的配向的效果，结果，透射效率提高。
从各种方式的检查中发现，当液晶层的厚度d小时，例如小于3.2μm，则明显表现出通过减小LC区宽度W3得到的稳定配向的效果(提高透射效率的效果)。考虑其原因如下。随着液晶层厚度d更小，来自狭缝22的倾斜电场的作用更大。然而，同时，液晶层更多地受到来自设置在像素电极12附近的栅极总线和源极总线的电场、或者来自相邻像素电极的电场的影响。这些电场起到干扰液晶层13A中的液晶分子13a配向的作用。因此，可以说在液晶层的厚度d很小的情况下，其中的液晶分子13a趋于被干扰，明显表现出上述配向稳定的效果。
在本实施例中例举的LCD包括覆盖栅极总线和源极总线的比较厚的层间绝缘膜52，并且像素电极12形成在层间绝缘膜52上，如图2所示。下面将参考图19A和19B描述层间绝缘膜52对液晶分子13a配向的影响。
如图19A所示，本实施例的LCD的层间绝缘膜52比较厚(例如，厚度在大约1.5μm和大约3.5μm之间的范围内)。因此，即使像素电极12和栅极总线或者源极总线51通过其间的层间绝缘膜52彼此重叠，在它们之间形成的电容也太小而不会影响显示质量。而且，存在于相邻像素电极12之间的液晶分子13a的配向主要受到在反电极11和像素电极12之间产生的倾斜电场的影响，如图19A中的电力线所示，而几乎不受源极总线51的影响。
相反，如图19B所示，当形成比较薄的层间绝缘膜52’时(例如，厚度为几百纳米的SiO2膜)，如果例如源极总线51和像素电极12通过其间的层间绝缘膜52’彼此重叠，则将形成比较大的电容，导致显示质量降低。为了防止出现该问题，进行了设置以避免像素电极21和源极总线51之间的重叠。在该设置中，存在于相邻像素电极12之间的液晶分子13a极大地受到在像素电极12和源极总线51之间产生的电场的影响，如图19B中的电力线所示，导致位于像素电极12端部的液晶分子13a的配向干扰。
从图19A和19B之间的比较明显看出，通过如在本实施例中举例的LCD那样提供比较厚的层间绝缘膜52，液晶分子13a基本上不受来自栅极总线/源极总线的电场影响，因此可以利用配向调节装置有利地且令人满意地在希望的方向上配向。此外，由于采用比较厚的层间绝缘膜52使来自总线的电场影响最小，因此可以明显表现出通过减小液晶层厚度而得到的配向稳定的效果。
本发明并不限于例举的LCD100，而是可以广泛应用于利用带状第一配向调节装置和带状第二配向调节装置进行配向调节的配向分割垂直配向LCD。在配向分割垂直配向LCD中，通过将LC区宽度设置在预定值或者更小，可以抑制配向偏转的出现，因此在5℃的面板温度下可以获得75％或者更大的灰度达到率，得到良好的移动图像显示。
本发明可以用于图1B和1C所示的LCD。而且，如图20所示的MVA LCD，例如，可以使用从顶部看具有梳状的配向调节装置。在具有如图20所示的像素200a的MVA LCD中，液晶层以像素电极72、形成在像素电极72中的开口62、和肋(突起)61而配向分割，所述肋61设置在通过其间的垂直配向液晶层而面对像素电极72的反电极(未示出)上。肋61为具有恒定宽度W1的带状，如上述实施例的MVA LCD那样。每个开口62具有带状主干62a和在垂直于主干62a的延伸方向上延伸的分支62b。带状肋61和带状主体62a彼此平行设置，限定了其间宽度为W3的液晶区。开口62的分支62b在液晶区的宽度方向上延伸，因此当从顶部看时，每个开口62从整体上看为梳状。如在日本特开专利公开No.2002-107730中所描述的，采用梳状开口62，暴露于倾斜电场的液晶分子的比例增加，因此可以提高响应特性。然而，由于液晶分子的响应速度分布唯一地受到肋61和开口62的主干62a之间距离的影响，因此，上述响应速度低的第二LC部分形成在开口62和开口62的主干62a之间，与是否存在开口62的分支62b无关。
据此，在具有像素200a的MVA LCD中，通过如上述实施例的LCD那样设置宽度W3，也可以获得上述效果。
本发明的LCD可以抑制配向偏转，因此可以令人满意地采用OS驱动。通过采用OS驱动，可以显现出优异的移动图像显示特性。据此，通过进一步具有用于接收电视广播的电路，可以将这些LCD用作液晶电视机，得到高质量的移动图像显示。为了实现OS驱动，可以广泛使用公知的方法。可以另外设置驱动电路，其能够施加比对于给定灰度级预先确定的灰度电压更高的OS电压(或者可以施加灰度电压自身)。另外，可以通过软件执行OS驱动。通常设置该OS电压，使得显示亮度在与一个垂直扫描周期对应的时间内达到与目标灰度级对应的预定值。
根据本发明，提供了一种配向分割垂直配向LCD及其驱动方法，该LCD能够进行高质量的移动图像显示。本发明的LCD适用于例如设置有用于接收电视广播电路的液晶电视机。该LCD还适用于如个人计算机等的电子设备和用于显示移动图像的PDA。
虽然参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应清楚，所公开的发明可以以大量的方式被修改，并且可以实施为除了上面具体描述的之外的许多实施例。据此，希望附加的权利要求覆盖落在本发明的实质精神和范围内的本发明的所有修改。

Claims (19)

1.一种液晶显示器，具有多个像素，每个像素具有第一电极、面对第一电极的第二电极、以及设置在第一和第二电极之间的垂直配向液晶层，该显示器包括：
设置在液晶层的第一电极侧中具有第一宽度的带状第一配向调节装置；
设置在液晶层的第二电极侧中具有第二宽度的带状第二配向调节装置；和
限定在第一和第二调节装置之间具有第三宽度的带状液晶区，
其中第三宽度在7μm和12μm之间的范围内。
2.权利要求1的液晶显示器，其中第三宽度为10μm或者更小。
3.权利要求1的液晶显示器，其中第三宽度为9μm或者更小。
4.权利要求1的液晶显示器，其中第一配向调节装置是肋，第二配向调节装置是形成在第二电极中的狭缝。
5.权利要求1的液晶显示器，其中与最低灰度级对应的电压为1.6V或者更小。
6.权利要求5的液晶显示器，其中与最低灰度级对应的电压为1.0V或者更小。
7.权利要求6的液晶显示器，其中与最低灰度级对应的电压为0.5V或者更小。
8.权利要求1的液晶显示器，其中与最高灰度级对应的电压为6.0V或者更大。
9.权利要求8的液晶显示器，其中与最高灰度级对应的电压为7.0V或者更大。
10.权利要求9的液晶显示器，其中与最高灰度级对应的电压为8.0V或者更大。
11.权利要求1的液晶显示器，其中第一宽度在4μm和20μm之间的范围内，第二宽度在4μm和20μm之间的范围内。
12.权利要求1的液晶显示器，其中液晶层的厚度为3.2μm或者更小。
13.权利要求1的液晶显示器，其中第一电极为反电极，第二电极为像素电极。
14.权利要求1的液晶显示器，进一步包括其间具有液晶层的设置为彼此面对的一对偏振板，该对偏振板的透射轴彼此垂直，其中一个透射轴在显示平面中的水平方向上延伸，第一和第二配向调节装置设置为在离该其中一个透射轴大约45°的方向上延伸。
15.权利要求1的液晶显示器，进一步包括驱动电路，该驱动电路能够施加比对于灰度显示中给定灰度级所预先确定的灰度电压更高的过冲电压。
16.一种用于权利要求1的液晶显示器的驱动方法，包括步骤：施加比对于给定灰度级显示中给定灰度级所预先确定的灰度电压更高的过冲电压，该给定灰度级比在先的垂直扫描周期中所显示的灰度级更高。
17.权利要求16的驱动方法，其中设置过冲电压，使得在对应于一个垂直扫描周期的时间内，显示亮度达到给定灰度级的给定亮度值。
18.包括权利要求1的液晶显示器的电子设备。
19.权利要求18的电子设备，进一步包括用于接收电视广播的电路。
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