KR0134974B1 - 트위스트 나선구조를 가지는 네마틱 액정표시장치 - Google Patents

트위스트 나선구조를 가지는 네마틱 액정표시장치

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미다 가쓰시게
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Abstract

내용 없음.

Description

트위스트 나선구조를 가지는 네마틱 액정표시장치
제 1 도는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구성도.
제 2 도는 종래 슈퍼트위스트 네마틱 타입의 액정표시소자의 구성도.
제 3 도는 종래 및 본 발명의 액정소자를 사용한 디스플레이의 인가전압과 휘도의 관계를 나타낸 특성도.
제 4 도는 시분할 구동을 설명하기 위한 도트매트릭스 이스플레이의 전극 구성도.
제 5 돈는 종래의 슈퍼트위스트 네미틱 타입의 액정표시소자의 배경색 및 표시색을 나타낸 CIE 색도좌표도.
제 6 도는 본 발명의 액정표시소자를 상측으로부터 본 경우의 액정분자의 배향방향(예를들면 러빙방향), 액정분자의 트위스트방향, 편광판의 흡수축 (또는 편광축)방향을 나타낸 도.
제 7 도는 제 6 도의 관계를 나타낸 사시도.
제 8 도는 본 발명에 있어서의 액정표시소자의 배경 및 표시부의 색의 CIE 색도 좌표도.
제 9 도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 액정표시소자의 구성도.
제 10 도는 제 9 도의 나타낸 구성의 실시예에 있어서의 액정표시소자의 배경 및 표시부의 색의 CIE 색도 좌표도.
제 11 도는 유기 컬러필터를 구비한 액정표시소자를 사용한 경우의 표시색의 CIE 색도 좌표도.
제 12 도는 제11도에 나타낸 구성의 실시예에 있어서의 액정표시소자의 배경 및 표시부의 색을 CIE 색도 좌표상에 나타낸 도.
제 13 도는 위성판으로서 사용하는 보정용 액정소자의 트위스트각과 △n·d와의 관계를 나타낸도.
제 14 도는 위성판으로 사용하는 필름의 △n·d와 액정소자의 △n·d와의 관계를 나타낸 도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,2 : 전국기판 3 : 네마틱 액정
4,5 : 편광판 6,7 : 편광축(또는 흡수축)
8,9 : 러빙방향 10 : 백 라이트
11 : 주사전극 12 : 신호전극
21 : 상측전극기판 22 : 하측전극기판
23 : 액정분자 24 : 상측편광판
25 : 하측편광판 26 : 상측편광판의 편광축
27 : 하측편광판의 편광축 28 : 상측전극기판의 러빙방향
29 : 하측전극기판의 러빙방향 30 : 광원
31,32 : 유리기판 33 : 액정
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 우수한 시분할구동특성을 가지고, 또 흑백표시가 가능한 전계효과형 액정표시장치에 관한 것이다.
제 2 도에 종래의 액정표시장치에 사용되고 있는 우수한 시분할 구동특성을 가지는 액정표시장치의 구조를 나타낸다. 제 2도에 나타낸 바와 같이 정의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정(3) (분자배향 상태를 약기)은 2매의 전극기판(1,2)의 사이에 봉입되어 있다. 또한 액정분자는 도시한 바와 같이 기판 사이에서 90°를 넘어 바람직하게는 180° 내지 270°의 범위에서 트위스트 나선구조를 가지고 있다. 또한 그 전극기판(1,2)의 외측에는 편광판(4,5)이 그 편광축(또는 흡수축)을 적당한 각도가 되도록 배치되어 있다. 이 각도는 통상 20 내지 70°의 범위내에 있다.
상기한 구조의 액정표시장치는 USP4,443,065 또는 디.시.세퍼씨의 논문(SID 1985년 다이제스트 P.120∼123, 24×80 Character LCD Panel Using the Supertwisted Birefringence Effect)에 상세히 기술되어 있다.
또한, 2매의 전극간에서 액정분자가 180°내지 270°의 범위에서 트위스트 나선구조를 이루도록 배향시키기 위해서는 예를들면 전극 기판의 액정에 접하는 표면을 포목()등으로 일방향으로 비비는 소위 러빙(rubbing) 법에 의하여 행해진다. 이때 비비는 방향 즉 러빙방향(8,9)의 액정분자의 배열방향이 된다. 이와 같이하여 배향처리된 2매의 전극기판(1,2)을 시일제에 의하여 접착하고, 그 간극에(+)의 유전 이방성을 가진 네마틱 액정(3)을 봉입하면, 액정분자는 그 전극기판 사이에서 대략 180°내지 270°의 범위로 회전한 나선상구조의 분자배열을 한다.
이와 같이하여 구성된 액정소자의 상하에는 편광판(4,5)이 설치되나, 그 편광축(또는 흡수축) (6,7)은 콘트라스트의 최적치로부터 각각의 전극기판에 인접하는 액정분자의 뱅열방향을 기준으로하여 시계방향 또는 반시계방향 회전을 0°내지 70°의 범위사이의 크기가 필요하게 된다.
또한, 제 2 도에는 백라이트(10)를 배치한 투과모드를 나타냈으나, 백라이트910)의 대신에 반사판을 구비한 반사모드의 동작도, 동작원리는 투과모드의 경우와 실질상 동일하다.
이와 같은 구조의 액정소자를 사용한 디스플레이의 인가전압과 휘도의 관계를 제 3 도에 나타낸다. 동 도면에는 정상오픈모드(normally open mode) A와 정상 클로스모드(normally close mode) B인 두 개의 모드를 타나냈으나, 어느것이나 모두 인가전압에 대하여 휘도가 급준(急竣)하게 상승하는 특성을 가진다. 이 특성이 콘트러스트를 저하시키는 일없이 고 시분할 구동을 가능하게 하고 있는 요인이다.
여기서, 시분할 구동에 대하여 도트매트릭스 디스플레이를 예로들어 간단히 설명한다. 제 4 도에 나타낸 바와 같이 하측전극기판에 스트라이프형상의 Y전극(신호전극) (12)을 상측전극기판에 X전극(주사전극) (11)을 형성하고 문자등의 표시되는 X,Y 양전극의 교점(교점)부의 액정을 점등 혹은 비점등으로하여 행한다. 동도면에 있어서, n본의 주사전극 X1,X2…Xn,X1X2…Xn로 반복하여 선순차 주사를 반복하여 시분할 구동을 행한다. 어떤 주사전극(도면에 있어서는 X3)이 선택되었을 때 그 전극상의 모든 화소에 신호전극(12)인 Y1,Y2…Yn로부터 표시해야 할 신호에 따라 선택 또는 비선택의 표시신호를 동시에 가한다. 이와 같이 주사전극(11)과 신호전극(12)에 가해지는 전압펄스의 조합으로 교정의 점등, 비점등을 선택한다. 이 경우의 주사전극(X)의 수가 시분할수에 상당한다. 단, 이 우수한 시분할 구동특성을 가지는 슈펴트위스트 네마틱 타입으로 불리는 액정표시소자는 제 5 도에 배경색 및 표시색을 CIE 색도 좌표상에 나타냈으나, 배경 또는 표시부의 적어도 한쪽에 색이 착색되어 흑백의 표시를 할 수 없었다.
그러나 근년에 액정표시소자의 화질의 개선과 표시보정량 증대에 대한 요구가 심해지고 있고, 요구사양은 흑백표시, 또 컬러표시로 이행되고 있는 상황이고, 이 요구사항을 만족시킬수 없는 상황에 이르고 있다.
상기 종래기술은 배경과 표시부의 색을 백색과 흑색으로 하는 점에 대하여 배려가 되어 있지 않아 표시품질의 점에서 한계가 있었다. 또 배경 또는 표시부의 적어도 어느 한쪽에 색이 착색되어 버리기 때문에 이 종래기술에서는 컬러필터와의 조합에 의한 컬러화가 불가능하였다.
본 발명의 목적은 배경과 표시부의 착색을 저감시켜 무채색에 가깝게하여 흑백표시를 가능하게 함과 동시에, 컬러표시를 가능하게 하는 것이다.
상기 목적은 액정소자의 구성조건에 의하여 결정되는 횡글절성에 의하여 착색하는 투과광을 위상판을 사용하여 위상보정하므로서 달성된다.
슈퍼트위스트 네마틱 타입으로 불리는 액정표시소자는 배경 또는 표시부의 적어도 어느 한쪽에 색이 착색된다. 이 배경 또는 표시부의 적어도 어느 한쪽이 착생광에 대하여 복굴절성을 가지는 위상판을 사용하여 위상보정하므로서, 배경 및 표시부의 착색이 저감되어 무채색에 가까워진다. 이에 의하여 종래의 배경 또는 표시부의 적어도 어느 한쪽에 색이 착색되어 있던 슈퍼트위스트 네마틱 액정표시장치에 있어서, 배경과 표시부에 색이 착색되는 것이 저감되게되어 흑백표시가 가능하게 된다.
본 발명의 기타 목적 및 기타특징은 이하에 설명하는 실시예의 기재로부터 명백해질 것이다.
이하 본 발명은 실시하기에 적합한 액정표시소자에 대하여 도면을 사용하여 상세히 설명한다.
제 6 도는 본 발명에 의한 액정표시소자를 위쪽에서본 경우의 액정분자의 배열방향(예를들면 러빙방향), 액정분자의 트위스트방향, 편광판의 흡수축(또는 편광축)방향을 나타내고 있다. 제 7 도는 그들의 관계를 나타낸 사시도이다. 액정분자(23)의 트위스트 방향과 트위스트각(a)은 상측전극기판(21)의 러빙발향(28)과 하측전극기판(22)의 러빙항향(29) 및 네마틱 액정에 첨가되는 선광(선광)물질의 종류와 양에 의하여 규정된다.
트위스트각(a)은 90°를 초과하여 180°내지 270°가 바람직하다.
본 실시예에서는 주사선수가 200본 이상에서도 콘스트라스가 충분히 만족할 수 잇는 흑백표시가 가능한 액정소자를 제공하는 것을 목적으로 한 것으로서 트위스트각(a)은 260°로 하였다. 상측편광판(24)의 편광축(또는 흡수축) (26)과 하측편광판(25)의 편광축(또는 흡수축27)에 이루어 각 (β3)은 콘트러스트, 밝기, 색등을 고려하면 위상판을 사용하지 않는 경우에는 0°내지 60°의 범위가 바람직하다. 그러나 위상판을 사용한 본 실시예에서는 편광판으로서 예를들면 닛도오 덴고오(일본전공) 제G1225를 사용하고, β3는 20°로 하였다. 또 상측편광판(24)의 편광축(또는 흡수축) (27)과 하측전극기판(22)의 러빙방향(29)이 이루는 갈(β2)는 콘트러스트, 밝기 및 색등을 고려하면 0 내지 60°의 범위가 바람직하다. 본 실시예에서는 β1을 20도, β2를 40도로 하였다.
또, 본 실시예에 의한 액정표시소자는 현저한 △n·d 의존성을 나타내고, 콘트러스트, 밝기, 색의 점에서 0.4㎛ △n·d 1.0㎛의 조건을 만족하면, 특히 양호한 특성을 나타낸다. 여기서, △n의 값에 대해서는 파장의존서이 있어 단파장측에서 크고, 장파장측에서 작아지는 경향이 있다. 본 명세서에서 사요하고 있는 △n의 값은 He-Ne 레이저광(파장 6328Å)을 사용하고, 25℃에서 측정한 것이다. 본 실시예에서는 비페닐계 액정과 에스텔시클로헥산계 액정을 주성분으로하는 네마틱 액정으로서, 선광성 물질로서 머크(merk)사의 S811을 0.5중량% 첨가한 것이다. 또, 본 실시예에서는, △n=0.083의 액정을 사용하고, 액정층의 두께는 6㎛로 했다.
따라서 본 실시예의 액정소장의 △n·d는 0.5가 되도록 설정했다.
또한 상기와 같은 액정표시소자와 편광판의 구성에서는 상기한 바와 같이 배경과 표시부에 착생이 되므로 본 발명에서는 액정표시소자와 상측편광판(24)과의 사이에 배경색과 표시색을 무채색으로 하기 위한 위상판을 배치하였다. 이 배경색과 표시색을 무채색에 가까워지게 한기 위한 위상판으로서 2매의 유리기판(31.32)의 사이에 트위스트각(a)이 0도 소위 평행배향의 액정(33)을 봉입한 소자를 사용하엿다.
또한, 일반적으로 이 위상판으로서의 평행배향 액정소자의 상측기판(31)의 러빙방향(34)과 상측편광판(24)의 편광축(26)이 이루는 각(β4) 및 하측기판(32)의 러빙방향(35)과 하측편광광판(25)의 편광축(27)이 이루는 각(β5)은 액정표시소자의 배경색 및 표시색의 보색(보색)을 만드는 것을 고려하면 0도 내지 60도으 범위가 바람직하다.
본 실시예에서는 β4를 25도, β5를 45도 또는 β4를 65도, β5를 45도로 하였다. 또한 이 위상판으로서의 평행배향 액정소자의 △n·d는 0.36으로 하였다.
또한, 본 실시예에서는 광원(30)으로서 냉음극관을 사용했으나, 열음극관이나 일렉트로 루미네센트 이더라도 좋다.
이와 같은 액정소자의 구성으로 함으로써, 배경색 및 표시색을 거의 무채색으로 할 수가 있다.
본 실시예에서는 트위스트각(a)이 260도의 액정표시소자를 사용했으나 트위스트각(a)이 180도 내지 270도의 범위 또 그 이상의 범위에서도 마찬가지로 배경색 및 교시색을 거의 무채색으로 할 수가 있다.
또한, 본 실시예에서는 광원(30)으로서 냉음극관을 사용했으나, 광원을 사용하지 않고 반사판을 사용한 의광이용형에서도 마찬가지의 무채색이 얻어진다. 제 8 도에는 본 실시예에 있어서의 배경 및 표시부의 색을 CIE 색도 좌표로 나타냈다. 동도면에 나타낸 바와 같이 배경색 및 표시부의 색이 모두 C광원에 가까운 곳에 거의 무채색으로 되어있고, 흑백표시로 되어 있음을 나타내고 있다. 또 이때의 백(백)표시 시의 휘도와 흑표시 시의 휘도와의 비인 콘트라스트비는 9대 1이다.
제 9 도에는 본 발명을 실시하는데 적합한 다른 실시예에 의한 액정소자의 구성을 나타낸다. 동도에 나타낸 바와 같이 제 7 도에 나타낸 트위스트각(a)이 260도에서 △n·d가 0.5인 액정표시소자의 대신에 트위스트각(a)이 260도에서 △n·d 액정재료중에 0.15중량 퍼먼트의 흑색 2색성색소를 첨가한 게스트, 호스트형 액정표시소자를 사용하고, 기타 구성은 제 6 도와 동일하다.
제10도에는 본 실시예에 있어서의 배경 및 표시부의 색을 CIE 색도 좌표에 나타냈다. 동도에 나타낸 바와 같이 배경색 및 표시부의 색이 모두 C광원에 가까운 점에 있어 거의 무채색이 되어 있고, 제 7 도에 나타낸 실시예로부터 뛰어난 흑백표시로 되어 있음을 나타내고 있다. 또, 이때의 백표시 시의 휘도와 흑표시 시의 휘도와의 비인 콘트라스트비는 15대 1 이다.
또한 상기 2개의 실시에에 있어서 액정표시소자의 △n·d를 0.5로 했으나, △n·d가 0.6 내지 0.97의 액정표시소자를 사용한 경우에도 마찬가지의 흑백표시가 얻어진다.
그 구성은 제 6 도 및 제 8 도에 나타낸 것과 동일하나 위상판으로서 사용하는 액정표시소자에 트위스트각(a)이 180도의 것을 사용한다. 이때의 β1은 50도 β2는 30도, β3는 20도, β4는 25도, β5는 45도이다. 위상판으로서 사용하는 보정형 액정소자의 트위스트각(θ2)과 보정용 액정소자의 △n·d와의 적합한 관계를 제13도에 나타낸다.
제11도에는 제 9 도에 나타낸 구성에 있어서, 액정표시소자로서 유기 또는 무기 컬러필터를 구비한 액정표시소자를 사용하고, 1/200듀티로 구동했을 경우의 표시색을 CIE 색도 좌표상에 나타냈다.
동도면에 나타낸 바와 같이 각색 모두 색순도가 높고, 표색 범위가 넓은 것을 알 수 있다. 또한, 본 실시예에서 사용한 유기 또는 무기 컬러필터는 액정컬러 텔레비젼의 수상기에 사용하고 있는 것을 사용하였다.
제 1 도에는 본 발명을 실시하는데 적합한 다른 실시예에 의한 액정소자의 구성을 나타낸다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 제 7 도에 나타낸 위상판으로서 사용한 평행배향 액정소자 대신에 복굴절성을 가지는 필름(71)을 사용한 것이고, 기타의 구성은 동일하다.
상측전극기판(61)과 하측전극기판(62)에 설치한 배향막의 각각의 러빙방향(68.69) 및 액정 (63)으로 구성되는 표시소자는 제 7 도에 나타낸 것과 같고 트위스트각 260도, △n=0.083, 액정층의 두계 6㎛로 하였다.
이 액정표시소자의 상하에 편광판(64.65)을 설치하고, 그들의 편광축(또는 흡수축) (66.67)과 상기 러빙방향과 관계도 제 7도에 나타낸 구성과 동일하다. 또 하측편광판(65)측에 벡라이트(70)를 설치하였다. 이 백라이트도 3파형 냉극관이다. 이와 같은 구성의 슈퍼트위스트 네마틱 액정소자에 있어서 상측편광판(64)과 표시소자간에 불굴절성을 가지는 필름(71)을 설치하고, 이 필름(71)에 의하여 위상보정을 행하는 액정소자가 1매의 구성이다.
제 12 도에는 그 구성에 있어서의 배경색과 표시부의 색을 CIE 색도 좌표상에 나타낸 것이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 배경 및 표시부의 색은 C광원에 가까운 거의 무채색이 되어 흑백표시가 가능하게 된다.
또한 본 실시예에서 사용한 필름(71)은 폴리카보네이트 필름을 일축연신(일축연신)하여 불굴절성을 부여한 것으로, 그 복굴절율(△n)과 두께(d)의 곱은 액정소장의 트위스트각을 240°, △nd를 0.8㎛으로 했을때에는, 0.4㎛정도, 액정소자의 트위스트각을 240℃, △n·d를 1.2㎛로 했을때에는 0.7㎛정도, 이때 상측 러빙축(68)과 필름의 연신축(즉 광학적주축)이 이루는 각은 90도정도가 되고, 액정표시소자의 소자조건에 의하여 최적한 값을 선택하면 좋다는 것을 알고 있다.
액정표시소자의 트위스트각을 240°로 했을때, 액정층의 △nd와 위상판으로서 사용하는 필름의 △nd의 적합한 조합을 표 1 및 제14도에 나타낸다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
또, 최적인 △n·d를 선택하기 위하여 필름소재는 폴리비닐알콜이나 트리어닐시아노 레이트등, 각종의 투명한 소재를 사요해도 좋다. 또한, 최적인 △n·d의 값으로 하기위해서는 복수매의 필름을 중첩시켜도 좋다는 것은 명백하다. 또한, 위상판으로서 사용하는 평행배향 액정소자 및 복굴절성을 가지는 플라스틱필름을 트위스트각(a)이 180도 내지 270도의 범위의 액정표시소자와 상측편광판과의 사이에 배치한 구성에 관하여 설명했으나, 위상판으로서 사용하는 평행배향 액정소자 및 복굴절성을 가지는 플라시틱필름을 트위스트각(a)이 180도 내지 270도의 범위의 액정표시소자와 하측편광판의 사이에 배치한 구성에 대해서도 마찬가지로 배경색 및 표시색을 무채색으로 할 수가 있어 흑백표시가 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이 배경 또는 표시부의 백을 액정표시소자와 복굴절성을 가지는 부재를 조합함으로써, 배경 및 표시부의 색을 무채색에 가깝게하여 흑백표시를 가능하게 하였다. 또한 흑백표시가 가능하게 되었기 때문에, 3원색의 컬러필터를 모자이크 상으로 배치하는 일반적으로 알려져 있는 컬러화 수법에 의하여 슈퍼트위스트 네마틱형 표시소자를 사용한 표시장치에 컬러화를 실현하는 것을 가능하게 하였다.
또한 위상판으로서 액정재료를 사용하는 경우와 필름을 사용하는 경우에는 후자는 투과율이 높다는 것을 실험적으로 알았기 때문에 특히 반사형 표시장치에 사요하면 효과가 현저하다.
본 발명에 의하면 배경 및 표시부의 색을 무채색에 가깝게 할 수 있으므로 흑백표시 또는 컬러표시가 가능하게 된다는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 대향면에 복수의 전극을 가지는 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판에 끼워 유지되고, 180도 이상 270도 이하의 트위스트각을 가지는 트위스트 네마틱 액정층과, 상기 한쌍의 기판을 끼워 배치된 한쌍의 편광판과, 상기 한쌍의 편광판 사이에 배치된, 위상을 보정하기 위한 위상판과, 상기 한쌍의 기판의 한쪽에 형성된 컬러필터와, 상기 액정층에 광을 조사하는 광원을 가지는 액정표시장치로서, 상기 한쌍의 편광판의 편광축 방향은 상기 액정층의 액정분자의 배열방향과 소정 각도 어긋나게 설정되고, 상기 위상판으로서 선광성을 가지지 않는 위상판을 사용하고, 상기 광원으로서 3파장형의 냉음극관을 사용하는 것을 특징하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상판으로서 복굴절성을 가지는 필름을 사용하는 것을 특징하는 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 필름은 일축 연신 필름인 것을 특징하는 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 필름은 복수 사용하는 것을 특징하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 위상판은 평행 배향의 액정층인 것을 특징하는 액정표시장치.
  6. 대향면에 복수의 전극을 가지는 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판에 끼워 유지되고, 180도 이상 270도 이하의 트위스트각을 가지는 트위스트 네마틱 액정층과, 상기 한쌍의 기판을 끼워 배치된 한쌍의 편광판과, 상기 한쌍의 편광판 사이에 배치된, 위상을 보정하기 위한 위상판과, 상기 액정층에 광을 조사하는 광원을 가지는 액정표시장치로서, 상기 한쌍의 편광판의 편광축 방향은 상기 액정층의 액정분자의 배열방향과 소정각도 어긋나게 설정되고, 상기 위상판으로서 선광성을 가지지 않는 폴리카보네이트를 사용하며, 상기 광원으로서 3파장형의 냉음극관을 사용하는 것을 특징하는 액정표시장치.
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