KR0148502B1

KR0148502B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR0148502B1
Application number: KR1019940018836A
Authority: KR
Inventors: 유조 히사타케; 마스미 오카모토; 마키코 사토; 마사히토 아시카와; 하토시 하토
Original assignee: 사토 후미오; 가부시키가이샤 도시바
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1998-11-16
Also published as: EP0636921A3; EP0636921B1; TW386169B; EP0636921A2; DE69418261D1; DE69418261T2; US5434690A; KR950003877A

Abstract

본 발명은 광산란특성이 높고 구동전압이 낮으며 분명하게 콘트라스트비가 높은 단계적 변화특성에서 뛰어나며, 또한 계조표시해도 표시가 반전하지 않고 시야각이 극히 넓고 이러한 특성이 전가인가상태에 있어서 실용상 충분하게 유지될 수 있도록 한 액정표시장치에 관한 것으로써, 대향배치된 전극부착기판간에 전계를 인가했을때의 경사방향을 2방향이상 취할 수 있는 분자배열을 가지는 네마틱액정층을 사이에 끼우고, 전극구조가 1화소마다 가장 넓은 부분의 폭을 50μm 이하로 하는 도전체부와 가장 넓은 부분의 폭을 50μm 이하로 하는 비도전체부로 이루어지는 영역을 가지며, 대향배치된 양기판간에 있어서 적어도 1화소마다 화소내의 일부의 영역에서 상기 도전체부와 비도전체부가 대향하고 있고, 또한 상기 비도전체부의 가장 좁은 부분의 폭을 S로 하고 대향배치된 양기판의 전극간격을 D로 했을 때 D≥S/2의 관계가 만족되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

엑정표시장치

제1a도는 본 발명에 따른 LCD전극의 사시도.

제1b도는 본 발명에 따른 LCD엑정셀의 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 전극구조를 설명하기 위한 도면.

제3a도는 프레틸트각을 설명하기 위한 단면개략도.

제3b도는 프레틸트각을 설명하기 위한 평면개략도.

제4a도는 유니폼배열을 설명하기 위한 평면개략도.

제4b도는 유니폼배열을 설명하기 위한 단명개략도.

제5도는 전압인가시의 유니폼 트위스트배열의 액정분자의 운동을 설명하기 위한 단면개략도.

제6도는 유니폼 트위스트배열을 설명하기 위한 평면개략도.

제7도는 인가전압과 투과율의 관계를 설명하기 위한 곡선도.

제8도는 유니폼 트위스트배열을 설명하기 위한 평면개략도.

제9a도는 스프레이배열을 설명하기 위한 평면개략도.

제9b도는 스프레이배열을설명하기 위한 단명개략도.

제10도는 스프레이 트위스트배열을 설명하기 위한 평면개략도.

제11도는 스프레이 트위스트배열을 설명하기 위한 평명개략도.

제12a도 내지 제12f도는 스프레이배열의 액정분자의 인가전압의 유무에 따른 운동을 설명하기 위한 단면개략도.

제13a도는 본 발명의 한 실시예에 따른 LCD의 전극구조의 사시도.

제13b도는 제13a도에 있어서의 X-X'선을 따라 절단하여 나타내는 단면개략도.

제13c도는 전압인가시의 액정분자의 상태를 나타내는 개략도.

제14a도는 다른 실시예에 따른 LCD의 전극구조의 사시도.

제14b도는 제 14a도에 있어서의 X-X'선을 따라 절단하여 나타내는 단면개략도.

제14c도는 전압인가시의 액정분자의 상태를 나타내는 개략도.

제 15a도는 또 다른 실시예에 따른 LCD의 전극구조의 사시도.

제15b도는 제15a도에 있어서의 X-X'선을 따라 절단하여 나타내는 단면개략도.

제15c도는 전압인가시의 액정분자의 상태를 나타내는 개략도.

제16도는 또다른 실시예에 따른 LCD를 설명하기 위한 것으로 전압인가시의 액정분자의 상태를 나타내는 개략도.

제17도는 제13c도에 나타내는 월(Wall)의 출현 형상을 설명하기 위한 평면도.

제18도는 한 실시예의 LCD를 설명하기 위한 것으로 액정셀의 단면도.

제19도는 다른 실시예의 LCD를 설명하기 위한 것으로 액정셀의 단면도.

제20도는 또 다른 실시예의 LCD를 설명하는 것으로 액정셀의 단면도.

제21도는 투광성 절연막의 작용을 설명하기 위한 도면.

제22a도는 한 실시예를 설명하기 위한 것으로 전극의 사시도.

제22b도는 상하기판의 배향방향을 나타내는 개략도.

제23도는 실시예 1의 투과율-인가전압곡선의 관계를 나태내는 도면.

제24a도는 한 실시예를 설명하기 위한 것으로 LCD의 전극구조배치와 액정분자의 상태를 설명하기 위한 개략도.

제24b도는 상전극(공통전극)의 평면도.

제24c도는 하전극의 평면도.

제25a도는 다른 실시예를 설명하기 위한 것으로 상전극(공통전극)의 평면도.

제25b도는 하전극의 평면도.

제26a도는 다른 실시예를 설명하기 위한 것으로 상전극(공통전극)의 평면도.

제26b도는 하전극의 평면도.

제27도는 실시예 3 내지 실시예 7의 투과율-인가전압곡선의 관계를 나타내는 도면.

제28a도는 투광성의 절연막을 이용한 LCD의 전극구조배치와 액정분자의 상태를 설명하는 개략도.

제28b도는 상전극(공통전극)의 평면도.

제29도는 실시예 8 내지 실시예 12의 투과율-인가전압곡선의 관계를 나타내는 도면.

제30도는 기판면상에 미립자를 형성한 실시예의 전극구조배치와 액정분자의 상태를 설명하기 위한 개략도.

제31a도는 한 실시예를 설명하기 위한 것으로 LCD의 전극구조배치와 액정분자의 상태를 설명하기 위한 개략도.

제31b도는 상전극(공통전극)의 평면도.

제31c도는 하전극의 평면도.

제32도는 실시예 14의 소자의 투과율-인가전압곡선의 관계를 나타내는 도면.

제33a도는 실시예 15에 있어서의 전압무인가시 평면적으로 본 액정분자 배열을 나타내는 도면.

제33b도는 실시예 15에 있어서의 전압인가시 평면적으로 본 액정분자배열을 나타내는 도면.

제34도는 실시예 16에 있어서의 투영형 액정표시장치를 나타내는 도면.

제35도는 실시예 17에 있어서의 투영형 액정표시장치를 나타내는 도면.

제36a도는 종래의 LCD를 설명하기 위한 것으로 캡슐형상 구조의 단면개략도를 나타내는 도면, 및

제36b도는 섬유형상 폴리머구조의 단면개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 기판 3,5 : 폴리머

4,6 : 액정 11,12 : 상,하기판

13,14 : 전극 13a,14a : 도전체부

13b,14b : 비도전체부 15,16 : 상,하배향막

20 : 액정층 21 : 전원

M : 액정분자 e : 횡방향전계

S : 배향막면 T_F, T_R: 트레링부분

L_F,L_R: 리딩부분

본 발명은 신규의 액정표시소자 및 그것을 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 액정표시소자(이하 LCD라 한다)는 워드프로세서, 퍼스널컴퓨터, 투영형 TV, 소형TV 등에 널리 이용되고 있다.

이 LCD는 빛의 명암변화를 제어함으로써 표시를 실시한다. 이와 같은 빛의 제어방법으로써 액정분자의 편광효과와 편광자와의 조합에 의한 방법, 액정의 상(相)전이를 이용하여 빛의 산란과 투과에 의한 방법 및 액정에 염료를 첨가하여 염료의 가시광 흡수량을 제어함으로써 발생한 색의 농담변화를 이용하는 방법 등이 있다.

편광효과와 편광자를 조합한 방법을 이용하는 LCD는, 예를 들면 90°비틀린 분자배열을 가지는 트위스트 네마틱(TN)형 LCD이며, 원리적으로 얇은 액정층두께, 저전압으로 편광을 제어할 수 있다. 이 때문에 TN형 LCD는 빠른 응답속도, 저소비전력으로 높은 콘트라스트비 특성을 나타낸다. 이 TN형LCD는 단순매트릭 스구동에 의해 시계나 전자계산기 등에서, 또한 스위칭 소자를 각 화소마다 구비한 액티브 매트릭스 구동 및 칼라필터와 조합하여 풀(full)칼라표시의 액정TV등에 응용되고 있다.

그러나, 이 편광효과와 편광자를 조합한 LCD는 원리상 편광판을 이용하므로 LCD의 투과광량이 현저하게 낮아진다. 즉, 적어도 1장의 편광판을 이용하기 때문에 투과광량이 적어도 50%이하가 된다. 또한 액정분자배열의 방위성에 따라 보는 각도·방위에 의해 표시색이나 콘트라스트비가 크게 변화하기 때문에 시각 의존성을 가진다. 이 시각의존성에 더하여 입사광량에 대한 투과광량의 비로 나타내어지는 투과율이 낮은 등의 이유에 의해 TN형 LCD는 CRT의 표시성능을 완전하게 초과하지는 못하는 것이 실상이다.

한편, 액정의 상정이를 이용한 LCD 및 염료의 가시광 흡수량을 제어한 LCD는, 예를 들면 나선형 구조의 분자배열을 가지는 콜레스테릭(cholesteric)상으로부터 호메오트로픽(homeotropic)구조의 분자배열을 가지는 네마틱상으로의 상전이를 전장인가에서 발생시키는 PC형 액정 및 이 액정분자에 염료를 첨가하여 이루어지는 화이트 테일러형 GH액정을 이용한 LCD 등이다. 이 LCD는 원리상 편광판을 이용하지 않기 때문에 투과율이 낮아지는 경우가 없다. 또한 넓은 시야각을 나타내므로 자동차기기나 투영형 표시기 등에 응용되고 있다.

그러나, 이와 같은 LCD는 액정층두께를 비교적 두껍게 한다거나 액정분자의 나선강도를 강하게 하지 않으면 충분한 빛의 산란을 얻을 수 없다. 이것은 빛의 산란이 여러가지의 액정분자배열에 기인하기 때문이다. 즉, 충분히 빛을 산란시키기 위해서는, 예를 들면 나선형 구조의 분자배열을 가지는 콜레스테릭상의 경우, 입사광방향에 대하여 이른바 방위에 나선축을 가질 필요성이 생긴다. 이와 같이 다수의 방위의 나선축을 가지기 위해서는 액정층두께를 두껍게 하지 않으면 안 된다.

이 때문에 이와 같은 LCD는 높은 구동전압을 요하고 응답속도가 매우 늦은 문제가 있으며 표시량(화소수)이 많은 표시소자로의 응용은 곤란했다.

또한 인가접압의 증가에 따라 투과율이 급격하게 변화하기 때문에 계조(gradation)표시도 곤란했다.

또한 광산란상태와 광투과상태에서 액정의 분자배열이 현저하게 다르기 때문에 광산란 및 광투과상태의 상호변화를 전계제어로 실시하는 경우 그 전기광학특성에 히스테리시스가 발생한다. 이 히스테리시스가 발생하는 원인에는 여러가지설이 있어서 명확하게 되어 있지 않지만, 액정의 분자 배열이 현저하게 다른 경우나 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 관산란 상태(액정의 분자배열이 미세한 영역의 집합체로 이루어져 있는 상태)를 액정 분자가 형성하고 있는 경우에 발생하기 쉬운 것으로 알려져 있다.

이와 같이 그 인가전계-투과율특성에 히스테리시스가 있으면 멀티플렉스 구동이 곤란해지는 등 실용적으로 문제가 있었다.

액정의 상전이를 이용한 다른 LCD에 유기전해질등의 도전성물질을 용해시킨 Nn액정을 이용하여 저주파에서 고전압을 인가함으로써 광산란을 얻는 수단 (일반적으로 DS효과라고 한다)이나 열광학효과에 의해 광산란을 얻는 수단을 이용하는 LCD가 제안되어 있다. 그러나 이 경우에 있어서도 상기한 문제가 있다.

또한, 제36a도에 나타내는 바와 같이 기판(1) 및 기판(2)사이에 끼워진 폴리머(3)내에 다수의 캡슐을 형성하고, 이 중에 액정(4)을 봉입한 캡슐상 구조 및 제36b도에 나타내는 바와 같이 섬유형상 폴리머(5)사이에 액정(6)을 분산 시킨 섬유형상 폴리머구조를 이용하여 광산란성을 높이는 고분자분산형 LCD가 제안되어 있다.

그러나, 이와 같은 고분자분산형 LCD는 제법상 및 원리상으로 그 폴리머의 형상이나 폴리머와 액정층과의 혼합비에 제약이 있다. 또한 외부로부터 인가되는 전압은 폴리머와 액정으로 분압되기 때문에 액정에는 인가전압의 일부밖에 인가되지 않는다. 이 때문에 충분히 낮은 고동전압과 높은 응답 속도등이 요구되는 구동특성을 만족시키고자 하면 충분한 광산란성을 얻을 수 없는 것이 현상태이다.

또한 이 방식에 있어서도 광산란상태와 광투과상태에서 액정의 분자배열이 현저하게 다르기 때문에 상기한 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스가 발생한다. 이것에 대해서 광산란상태에 있어서의 액정분자배열을 어느 정도 제어하여 (예를 들면 캡슐내면에 있어서의 액정분자배열을 제어하기 위해서 폴리머에 소수성의 물질을 혼합하는 등) 상기 히스케리시스를 경감시키는 것도 가능하지만, 이것은 동시에 광산란을 약하게 하므로 실용적이지 않다. 이와 같이 고분자분산형 LCD에 있어서도 액정의 상전이를 이용한 다른 LCD와 동일한 문제가 있었다.

광을 산란시키는 수법으로써 2장의 전극부착기판의 표면에 여러 방향으로 액정분자를 배열시키도록 미세한 영역마다 배향처리를 실시하고, 이것을 내면으로 하여 대향시킨 사이에 액정을 끼워 두는 것도 생각할 수 있다. 그러나 미세한 영역마다 배향처리방향(예를 들면 러빙방향)을 다르게 하는 것은 실제상 곤란하며, 또한 상기한 히스테리시스의 문제를 해결하는 수단은 되지 않는다.

본 발명은 LCD가 가지는 상기한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 신규한 구성의 LCD로 함으로써 투과율을 향상시키며 시야각을 넓게 할 수 있는 LCD를 얻는것을 목적으로 한다.

또한 낮은 구동전압으로 구동시킬 수 있으며, 동시에 빠른 응답도를 가지는 LCD를 얻는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 이 LCD를 이용한 투영형 액정표시장치를 얻는 것을 목적으로한다.

본 발명은 양호한 광산란상태를 얻기 위해서 액정이외의 매개체를 필요로 하지않고, 또한 동시에 광투과상태와 광산란상테에서 액정의 분자배열이 현저히 다르지 않은 구성으로 함으로써 상기한 목적을 달성하는 것이다. 또한 이와 같은 구성으로 함으로써 복잡한 제조공정으로 하는 일 없이 LCD를 제조할 수 있다.

즉 본 발명에 의하면 광산란특성이 높고, 구동전압이 낮으며, 밝고 콘트라스트비가 높은 계조성이 우수한 LCD를 얻을 수 있다. 또한 계조표시를 해도 표시가 반전하는 일 없이 시야각이 매우 넓은 LCD를 얻을 수 있고 이러한 특성은 전압인가상태에 있어서 실용상 충분히 유지된다.

본 발명의 LCD는 TFT구동에 의한 대표시용량의 디스플레이에 적합하고 또한 우수한 광산란특성을 얻을 수 있기 때문에 투영형 액정표시장치로의 응용에 적합하다.

본 발명의 LCD는 대향배치된 전국부착기판 사이에 네마틱액정조성물로 이루어지는 액정층을 끼워서 이루어지는 LCD에 있어서, 이 대향배치된 적어도 한쪽의 전극부착기판은 전극구조가 1화소마다 가장 넓은 부분의 폭을 50㎛ 이하로 하는 도전체부와 가장 넓은 부분의 폭을 50㎛이하로 하는 비도전체부로 이루어지는 영역을 가지며, 대향배치된 양기판간에 있어서 적어도 1화소마다 화소내의 일부의 영역에서 도전체부와 비도전체부가 대향하고 있으며, 또한 비도전체부의 가장 좁은 부분의 폭을 S로 하고 대향 배치된 양기판의 전극간격을 D로 했을때 D≥S/2 의 관계가 만족외는 것을 특징으로 한다.

또한 액정층은 전계를 인가했을 때의 경사방향이 2방향이상 취할수 있는 분자배열을 가지는 액정조성물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 대향배치된 양기판간에 있어서, 이 양기판간의 수직법선방향에 대해서 경사전계가 1화소내에 적어도 2방향 이상 형성되며, 액정층을 형성하는 액정 분자가 전압무인가상태에서 스프레이배열을 이루고, 또한 전압인가상태에서 경사 윗방향 또는 경사 아래방향의 자유도를 2방향이상 취할 수 있는 분자배열인 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 LCD에 있어서 대향배치된 적어도 한쪽의 전극부착기판은 가장 넓은 부분의 폭이 30㎛ 이하이고, 네마틱액정조성물을 상기 기관표면상에서 액정분 저장축-방향으로 배열시키는 경사배향을 유발하는 수단을 가지고 있으며, 2장의 기판상에서의 액정분자배열방향의 교차각을 θ(0°≤θ≤90°)로 하고 2장의 기판표면상에서의 프레틸트각에 의해 액정을 유니폼트위스트 배열시키도록 결정하는 셀트위스트각을 ψ으로 하고 상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 ψ가 ±θ(여기서 트위스트방향이 좌회전일때 +, 우회전일때 -로 한다)일때, 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ+180° 또는 ±θ-180°이며, ψ가 ±(θ-180°)일때, 액정트위스트각(ω)이 ±θ(이상 복호동순)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한LCD는 이하의 특징을 가진다. 대향배치된 양기판은 양기판 전극의 소자 법선방향으로 단면형상을 보았을 때 하기판에만 도전체부를 가지는 폭(RE) 및 상기판에만 도전체부를 가지는 폭 (FE), 양기판 모두에서 비도전체부인 폭(SS)이 순서대로

RE·SS·FE· SS·RE·SS·FE·SS·…

로 SS를 끼워서 RE와 FE가 번갈아 배치되는 단면형상으로 되어 있고, 또한 적어도 각 화소마다 RE, FE 각각이 화소의 어딘가에서 전기적으로 하나로 연결된 전극구조이며, 네마틱액정조성물은 기판표면상에서 액정분자장축을 한 방향으로 배열시키는 경사배향을 유발하는 수단을 가지고 있으며, 2장의 기판 상에서의 액정분자배열방향의 교차각이 θ(0°≤θ≤90°)이며, 2장의 기판표면상에서의 경사배향에 의해 액정조성물을 유니폼트위스트 배열시키도록 결정되는 셀트위스트각이 ψ인 LCD로써, 액정조성물에 전계를 인가 하지 않는 상태에서 ψ가±Θ(여기서 트위스트배향이 좌회전일 때 +, 우회전 일때 -로 한다)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ+180°또는±θ-180°이며, ψ가±(θ-180°)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ(이상 복호동순)인 것을 특징으로 한다. 또한, 대향배치된 양기판은 양기판전극의 소자 법선 방향에서 단면형상을 보았을 때 하기판에만 도전체부를 가지는 폭(RE) 및 상기판에만 도전체부를 가지는 폭FE, 양기판 모두에서 비도전체부인 폭(FE)이 순서대로

RE·EE·FE· EE·RE·EE·FE·EE·…

로 EE를 끼워서 RE와 FE가 번갈아 배치되는 단면형상이 되어 있든지 또는

RE·FE·RE· FE·RE·FE·RE·FE·…

로 RE와 FE가 번갈아 배치되는 단명형상이 되어 있으며, 또한 적어도 각 화소마다 RE,FE각각이 화소의 어딘가에서 전기적으로 하나로 연결된 전극구조 이며, 네마틱액정조성물은 기판표면상에서 액정분자장축을 한 방향으로 배열 시키는 경사 배향을 유발하는 수단을 가지고 있으며, 2장의 기판상에서의 액정 분자 배열방향의 교차각이θ(0°≤θ≤90°)이며, 2장의 기판표면상에서의 경사배향에 의해 액정조성물을 유니폼트위스트 배열시키도록 결정되는 셀트위스트각이 ψ인 LCD로서, 액정조성물에 전계를 인가하지 않는 상태에서 ψ가±θ (여기서 트위스트방향이 좌회전일 때 +, 우회전일 때 -로 한다)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ+180°또는±θ-180°이며, ψ가±(θ-180°)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ(이상 복호동순)인 것을 특징으로 한다.

상기한 LCD에 있어서 액정조성물은 양 또는 음의 유전을 이방성을 가지는 액정으로 이루어지고, 전계를 인가했을 대에 취할 수 있는 2방향이상의 경사 방향은 양의 유전을 이방성을 가지는 액정의 경우 경사 윗방향이며, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정의 경우 경사 아랫방향인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 전계를 인가했을 때에 취할 수 있는 2방향이상의 경사방향은 양기판에 있어서의 액정분자배열을 1)액정의 프레틸트각의 차를 0.5°이하로 하는 액정분자배열, 2)프레틸트각(α^o)이 모두 90°인 수직배향으로 이루어지는 액정분자배열, 3)프레틸트각 (α_o)이 모두 45°이상 90°미만이며, 또한 상하기판의 프레틸트각의 차가 0.5°이하이며 상기 프레틸트각 α_o를 얻는 방향이 상하 동일방향인 밴드형상의 배향으로 이루어지는 액정분자배열 등에서 얻을 수 있다.

상기한 LCD에 있어서 1화소마다의 전극구조는 양기판 모두 각 화소의 적어도 일부분에서 도전체부와 비도전체부로 이루어지는 스트라이프 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 적어도 한쪽의 전극부착기판에 스위칭소자를 가지는 것을 특징으로 하고 있다. 상기한 구조의 양기판사이에 전극 간격(D)보다 짧은 직경을 가지는 미립자를 혼입시키든지 또는 전극간격(D)보다 짧은 돌기를 상기 양기판의 적어도 한쪽에 설치할 수도 있다. 또한 전극상에 투과성 보호막이 형성되며 이 투과성 보호막의 굴절율이 전극재료의 굴절율의 0.9∼1.1배인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정표시장치는 상기한 LCD를 이용하는 투영형 액정표시 장치로서, LCD에 평행광을 입사하여 이 LCD에서 제어된 빛의 진행방향중 일부 방향의 빛을 투영하는 광학계, 예를 들면 슈리렌 광학계를 이용하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 투영형 액정표시장치는 LCD를 2이상 이용하여 각각에 적색, 청색, 녹색중 적어도 어느 1색을 포함하는 분광된 평행광을 입사하여 형성할 수도 있으며, 또한 LCD에 2색이상의 칼라 필터를 구비하여 형성할 수도 있다.

본 발명의 LCD는 신규의 액정셀 구성에 의해 광을 제어하는 것이다. 이하 본 발명에 있어서 빛을 제어하는 원리에 대해서 설명한다.

본 발명의 LCD는 각 화소에 있어서 실효적으로 같은 분자배열로 함으로써 광투과상태를 실현하고, 또한 두가지 종류이상의 전계방향을 가지고 굴절랜즈 효과나 회절격자효과를 얻음으로써 광산란상태를 실현한다. 여기서 굴절렌즈 효과란 액정층두께방향에서 액정분자가 연속적으로 경사를 바꿔서 액정층의 굴절율이 연속적으로 변화함으로써 입사한 빛을 굴절시키는 효과를 말한다. 또한, 회절격자효과란 액정분자의 이상광 굴절율(n_e)과 정상광 굴절율(n_o)이 액정평면에서 규칙적으로 번갈아 나타남으로써 액정층에 회절격자가 형성되며 그 결과 평행광이 산란하는 효과를 말한다.

이와 같은 굴절렌즈효과나 회절격자효과에 의한 광산란은 두가지 종류 이상희 전계방향의 경계부에 월 형상의 분자배열을 형성함으로써 얻을 수 있다.

본 발명의 LCD의 한 화소에 있어서의 분자배열구조의 한 예를 제 1b도에 나타낸다. 이 제1b도에 나타내는 분자배열구조는 스프레이배열 및 그것에 비틀림을 가한 분자배열로서, 또한 상하기판표면에 있어서의 액정분자 프레틸트각이 상하에서 거의 같은 것을 특징으로 하고 있다. 또한 전압을 인가한 경우의 분자배열구조를 나타내고 있다. 즉 상하기판(11,12)에 각각 화소단위로 복수의 스트라이프를 형성하는 전극(13,14)을 배치하며, 각 전극의 도전부(13a, 14a)와 비도전부 (13b, 14b)를 같은 간격으로 하여 1/2피치 어긋나게 대향시킨다. 상하배향막(15, 16)의 배향방향을 같은 방향으로 하고 액정층(20)의 액정분자(M)를 스프레이배열로 하고 있다. 상하전극(13, 14)에 전압을 인가하면 횡방향전계(e)가 발생한다. 이러한 분자배열에서는 전계의 인가방식에 의해 그 분자의 경사방향이 도시되는 바와 같이 2방향이 된다. 이것은 전압을 인가하지 않은 상태에서의 액정분자배열이 액정층의 상반부분과 하반부분에서 대칭형태를 하고 있는 것에 따르고 있다. 즉 액정 분자의 경사방향이 2이상의 자유도를 가지고 있는 것에 의한다. 따라서 전압을 인가하면 도시하는 바와 같이 분자의 경사방향의 경계부(도면중 DL)에 월라인(본 발명에서는 전계인가시에 발생하는 메모리성이 강한 일반적인 의미 에서의 디스클리네이션과 구별하기 위해서 「월」이라고 칭한다)을 발생시킬 수 있으며 입사광을 산란시키는 기능을 얻을 수 있다. 이와 같이 액정분자의 경사방향이 2이상의 자유도를 가지게 하려면 제 1b도의 분자배열 구조외에, 예를 들면 액정조성물로써 음의 유전율 이방성을 가지는 네마틱 액정조성물을 이용하여 액정분자배열을 상하기판에 있어서의 프레틸르각이 90°인 완전한 수직배열로 해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우 액정분자의 경사 아랫방향의 자유도가 2이상이 된다.

결국 이와 같이 액정분자가 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서 실효적으로 같은 본자배열이며, 액정분자의 경사 위방향, 또는 경사 아랫방향의 자유도가 2이상인 액정분자배열에 대해서 경사전계가 미세한 영역마다 상반되는 2방향이상으로 인가되도록 고려한 전극이면 상기한 문제를 해결한 우수한 표시성능을 얻을 수 있다.

여기서 경사전계를 유효하게 실현하기 위해서는 비도전체부의 가장 좁은 부분의 폭을 S로 하고, 대향배치된 약기판의 전극간격을 D로 했을때 D≥S/2의 관계가 만족되는 것이 필요조건이 된다.

이하 그 이유를 제2도에 의해 설명한다. 제2도는 본 발명에 이용된 전극 구조의 한 단면도이다. 제2도에 있어서 가장 약한 전계는 ES이며 이 전계강도가 경사전계의 강약을 결정한다. 그리고, 이 경사전계강도의 크기에 의해 굴절 렌즈효과나 회절격자효과에 영향을 주는 액정분자의 배열이 제어된다.

실험 결과 Es의 전계강도가 Ev의 (2)^1/2/2미만에 있어서 유효하게 광제어할 수 있는 것을 알았다. 따라서, Es≥(2)^1/2/2EV가 필요조건이 되며 이것을 실현하려면 D≥S/2가 된다. D 및 S를 이 범위로 설정하면 S의 영역에 있는 액정분자도 필요충분하게 전계에 의해 제어되며 경사방향이나 배열방위를 제어할 수 있다.

본 발명은 액정을 유니폼트위스트배열시키지 않는 경우에 횡전계성분을 가지는 인가전압의 유무에 따라 액정분자의 방향이 변화하는 것을 이용하여 광산란효과를 높이도록 한 것이다. 이 때문에 전극의 미소영역내에 도전체부와 비도전체부를 형성하며, 기판사이에 액정층을 끼워서 서로 대향하는 한쪽 전극의 도전체부와 다른쪽 전극의 비도전체부를 대면시킨 것이다.

본 발명의 작용을 설명하는 전제로써 프레틸트각, 유니폼 트위스트배열, 비유니폼 트위스트배열에 대해서 서술한다.

네마틱액정의 분자는 가늘고 긴 막대형상을 이루고 있다. 액정분자가 기판상의 러빙한 배향막에 접하면 그 막대형상분자의 장축이 배향막표면의 성질에 의해 일정배향으로 배향한다. 예를 들면 배향막이 폴리이미드배향막 등인 경우는 러빙한 방향을 따라서 액정분자장축이 나란히 배향된다. 또한, 폴리스틸렌 배향막등의 경우는 막평면방향에 있어서 러빙방향에 직각방향으로 액정분자장축이 늘어선다. 또한 다른 배향처리의 방법으로썹 배향막을 기판으로 증착하는 방법이 있다. 기판면에 대해서 산화규소를 예를 들면 입사각 85°로 비스듬히 증착하면 증착원의 방향으로 액정분자의 장축이 향한다.

그러나 실제로는 이 배향처리에 있어서 액정분자(M)는 배향막면(S)에 평행으로 배향되는 것이 아니라 제3a도와 같이 배향막면 즉 기판면(S)에 대해서 경사배향에 의해 소정의 각도(α_o)만큼 윗쪽으로 배향되어 있다. 이 각도(α_o)는 폴리이미드배향막에서 약 1∼15°이다. 이 기판면상에 있어서 기판면과 접하는 액정 분자의 장축(LA)이 이루는 각(α_o)을 프레틸트각이라고 한다.

이 때 제3a도에 나타내는 바와 같이 액정분자장축(LA)의 기판에서 윗쪽단부를 리딩부분(L), 기판측에 접근하는 단부를 트레일링부분(T)으로 하면 배열된 액정분자(M)를 설명의 편의상 제3b도와 같이 예를 들면 배향막 평면상에 T에서 L방향으로 화살표(R)로 나타내기로 한다.

제4a도의 예에서는 프론트기판 즉 상기판(11)의 분자배열을 F(실선의 화살표)가 되도록 하고, 레어기판 즉 하기판(12)의 분자배열을 R(파선의 화살표)가 되도록 배향처리를 한 경우이며 각 배열은 기판평면상에서 역방향 즉 180°다른 방향을 향해 있다.

이 구성에 있어서 액정분자가 비틀림을 가지지 않도록 유전율 이방성이 양인 네마틱액정(예를 들면 카이럴제 미혼입)을 충전하면 액정분자(M)는 제4b도와 같이 상기판(11)에서 하기판(12)에 걸쳐서 액정층(20)의 두께 전체길이에 걸쳐서 일정하고 동일한 각도로 배열된다. 일반적으로, 이와 같은 분자배열을 유니폼배열이라고 하고 종래 LCD의 기본적인 구성이다.

이 구성의 LCD에서는 액정층에 임계값(threshold value)전압이상의 전압 즉 구동전압이 인가되면 양지판표면근방의 액정분자가 경사방향에 준하여 액정분자(M)가 제5도와 같이 기판에 대해서 거의 수직방향으로 동일하게 배열된다.

제6도는 제4a의 상태에서 상기판(11)을 기준으로 하여 하기판(12)을 각 θ(≤90°)비틀린 상태의 경우를 나타낸 도면이다. 이 때의 분자배열이 유니폼배열을 유지하려면 양기판사이에서 액정이 각ψ만큼 좌회전(도면중 화살표의 회전방향)으로 비틀린 배열을 취할 필요가 있으며, 이것을 실현 하려면 각ψ만큼 비틀어지도록 액정재료를 선정하면 좋다. 이와 같이 하여 얻은 분자배열은 비틀린 유니폼배열이라고 부를수 있으며, 이 경우 이 각ψ를 유니폼배열의 트위스트각이라고 한다. 즉 종래기술인 ST-LCD는 이 ψ를 90°∼270°로 한 비틀린 유니폼배열을 하고 있다.

제7도는 ψ가 180°인 ST-LCD에 있어서의 인가전압에대한 LCD의 투과율의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면에서 ST-LCD는 일정전압, 즉 임계값전압(V_th) 이상에서 투과율을 급속하게 변화하게 된다. 이것에서 ST형의 LCD는 임계값전압이 하의 인가전압하에서는 전압무인가 상태에 가까운 분자 배열을 이루고 있다고 생각되며, 이 ST-LCD 와 같이 액정의 비틀림각이 90°이상 270°이하의 LCD의 분자 배열을 정의할 때는 이 임계값전압이하의 인가전압상태하(무인가시)에서 정의하게 된다. 또한 이러한 투과율-인가 전압특성(제7도의 곡선)에 있어서 그 특성의 급경사도(sharpness)를 일반적으로는 투과율 90%와 10%가 되는 인가전압값의 차를 투과율90%의 인가전압의 값으로 나눈 값 (γ)으로 나타낸다.

이 구성의 LCD에서는 상기한 비틀림이 없는 유니폼배열의 경우와 동일하게 액정층에 임계값전압이상의 전압이 인가되면(전압인가시), 양기판표면근방의 액정분자의 경사방향에 준해서 액정분자(M)가 제5도의 배열이 비틀리도록 기판에 대해서 거의 수직방향으로 배열한다.

제6도에서 알 수 있는 바와 같이 유니폼배열의 트위스트각(ψ)은 상기판의 배향(F)의 액정분자의 트레일링부분(T_F)을 기준으로 하여 하기판의 배향(R)의 액정분자의 리딩부분(L_R)까지의 각도를 나타내고 있다.

ψ는, 제6도와 같이 좌회전을 +θ로, 제8도와 같이 우회전을 -θ로 2가지로 정의할 수 있다.

한편, 제9b도와 같은 댁정분자의 배열도 가능하다. 이와 같은 배열은 상기한 제4b도의 배열과 마찬가지로 비틀림을 발생시키지 않는 네마틱 액정조성물을 제9a도의 구성하에서 유지하면 달성할 수 있다.

이러한 분자배열은 상하기판의 분자배열(F,R)이 같은 방향에 있으며, 제 9b도와 같이 분자배열은 액정분자의 경사각이 상기판(11)의 프레틸트각 α_o에서 서서히 각도가 감소하며, 액정층두께(d)의 중점(d/2)에서 기판(11)과 평행이 된후 하기판(12)의 프레틸트각(α_o)에 이르기까지 반대각도로 기울어 지도록 되어 있는 것이다. 즉 리딩부분(L_F,L_R)이 서로 근접하고, 트레일링 부분(T_F, T_R)이 서로 벗어나서 배열한다. 이와 같은비유니폼배열을 스프레이베열이라고 한다.

다음으로, 이 스프레이배열에 상기한 유니폼배열과 마찬가지의 비틀림을 가한 구조를 얻는 것을 생각한다. 제10도와 같이 제6도의 유니폼배열과 동일한 상기판(11)의 배향(F)에 대해서 하기판(12)의 배향(R)을 θ만큼 교차한 상태에서 스프레이배열로 하는 것을 생각하면, 제10도에 나타내는 바와 같이 상기판(11)의 배향(F)의 트레일링부분(T_F)에서 하기판의 배향(R)의 프레일링부분(T_R)이 이루는 각도로 액정분자가 비틀려 있게 된다. 스프레이 배열에 있어서의 이 트위스트각을 ω로 하면, 제10도의 좌회전에 ω를 취하면 ω는 양이기 때문에 스프레이배열 트위스트각(Wl)은 (θ+180°)가 되며 우회전에 ω를 취하면 ω는 음이기 때문에 스프레이배열 트위스트각(ωR)은 그의 보각인 (θ-180°)가 된다.

또한 제11도와 같은 구성을 생각하면 좌회전에 ω를 취하면ω는 음이기 때문에 스프레이배열 트위스트각(ωR)은 (-θ-180°)가 되며, 좌회전에 ω를 취하면 ω는 양이기 때문에 스프레이배열 트위스트각(ωL)은 그 보각인 (-θ+180°)가 된다.

이와 같이 제10도, 제11도의 구성에서는 스프레이배열 트위스트각(ω)은 (±θ+180°)와 (±θ-180°)의 4가지의 트위스트상태 중 어느것인가를 취할 수 있다. 이상과 같이 스프레이배열에 있어서도 유니폼배열시의 트위스트각 ψ의 +θ,-θ에 대응하여 각각 비틀림배열을 실현할 수 있다.

제10도, 제11도에서 설명한 각각의 w는 유니폼트위스트밸열을 시킨 경우의 트위스트각(ψ)을 생각하면, 각각 ψ=+θ, -θ가 되며 각 θ가 0≤θ≤90°의 범위에서는 ψ가±θ일 때 비틀린 스프레이배열을 실현하려면 그 트위스트각(ω)이 각각 (±θ+180°), (±θ-180°)가 아니면 성립하지 않는다는 것을 의미한다. 이 경우에 ω가 취할 수 있는 값의 범위는 ω=│θ±180°│=90°∼270°가 되며 이 트위스트각은 종래의 ST-LCD의 실용해와 일치한다. 즉 비틀린 스프레이 배열로서 종래의 ST-LCD의 트위스트각과 같은 트위스트각을 얻는 것을 생각하면, 유니폼배열의 트위스트각(ψ)이 ±θ이고 액정의 트위스트각(ω)이 (±θ+180°)또는 (±θ-180°)가 된다. 이 구성이 본 발명에 따른 LCD의 제 1특징이다.

이러한 스프레이배열은 상하기판표면에 있어서의 액정분자가 기우는 방향(프레틸트방향)이 상기판, 하기판 각 표면의 액정분자끼리가 반대방향이 된다. 따라서, 액정층 전체에서 보면 전압을 인가했을 때의 액정분자의 경사방향은 상기판 또는 하기판표면의 틸트방향에 의존하기 때문에 2가지가 있게 된다.

이 때문에 경사전계가 2가지의 방향으로 인가된 경우 액정분자는 용이하게 2가지의 방향으로 경사를 이룰 수 있으며, 본 발명의 효과인 광산란효과를 용이하게 얻을 수 있는 것이다.

반대로 상기 유니폼배열을 이용한 경우 프레틸트방향은 상하기판 모두 실효 적으로 동일방향이 되기 때문에 분자배열상은 1가지의 경사방향밖에 얻을 수 없다. 이 때문에 액정분자를 2가지의 방향으로 경사시키려면 매우 강한 경사 전계를 인가할 필요가 있으며 실용적이지 않다. 유니폼배열에서는, 발명자 들의 실험결과에 의하면 본 실시예의 전극구성에 의해서도 60V이상의 전압을 인가하지 않으면 월에 의한 광산란효과를 얻을 수 없다.

이와 같이 액정분자배열상 액정분자의 경사방향이2가지가 되는 것은 상기한 스프레이배열외에 하기의 2가지이다.

한가지는 상하기판의 프레틸트각(α_o)이 모두 90°인 완전한 수직배향의 액정분자배열이다. 이 경우 액정 조성물로써는 음의 유전율 이방성의 재료를 이용한다.

이 음의 유전율 이방성을 나타내는 액정조성물에 전압을 인가하면 액정 분자는 전계방향과 직교하는 방향으로 경사한다. 따라서 본 발명에 의한 전극구상과 같이 2방향으로 이루어지는 경사전계를 인가하면 액정분자가 2방향으로 경사(틸트다운)진다.

즉, 상하기판의 프레틸트각(α_o)이 모두 90°인 것은 상하기판표면의 액정 분자에 기판평면방향의 방향이 없는 것을 의미하기 때문에 경사방향에는 전혀 제약이 없다. 이 경우의 액정분자의 경사방향의 자유도는 무한이다.

그 밖에는 음의 유전율 이방성의 액정조성물을 이용하여 상하기판에서 액정분자의 수직방향으로부터의 기울기가 동일방향의 프레틸트방향을 가지는 분자배열(일반적으로 밴드배열이라고 한다)의 경우이다. 이 경우는 경사지는 방향이 2가지이상 발생한다. 즉 자유도가 2이상 있다.

그러나, 음의 유전율 이방성의 액정조성물을 이용해도 액정분자가 수직방향(90°)으로부터 조금 기울고 상하기판에서 유니폼 경사배열을 이루는 경우는 자유도가 1이 되므로 본 발명의 대상밖이다.

이러한 본 발명에 따른 LCD의 분자배열을 개념적으로 나타내면 제12도와 같이 된다.

이 액정분자의 비틀림방향, 비틈림정도는 액정에 섞이는 카이럴액정제의 종류, 혼합량에 의해 제어할 수 있다. 구체적인 제료로는 좌회전카이럴제에 옥틸-2-옥시-4-(4'-n-헥실옥시)-벤졸, 예를들면 S-811(메르크 저팬사 제작), 우회전카이럴제에 4-시아노-4'-(2-메틸부틸)-비페닐, 예를 들면 CB-15(메르크리미티드사 제작)을 들 수 있다.

제12a도에서 제 12f도는 상하기판(11,12) 표면의 액정분자의 배향방향 및 프레틸트각(α_o)이 동일하며, 게다가 액정분자에 비틀림이 없는 상태에 있어서 전극형상이 각각 다른 경우의 분자배열로의 영향을 나타내는 것으로, 제12a도내지 제12c도는 전압무인가시의 상태, 제12d도 내지 제12f도는 전압인가시의 상태를 나타내고 있다. 여기서 제12a도 및 제12d도는 상하기판의 전극형상이 같고 액정층두께방향에만 전계가 인가되는 상태를 나타내고 있다.

액정분자는 기판과 평행이 되는 분자의 위치(d_o)를 액정층두께(d)의 중점에 가지며, 제12d도에 나타내는 바와 같이 전극(13, 14)에 전원(v_o)으로부터 전압을 인가해도 그 위치는 변하지 않는다. 제 12b도는 하기판(12)의 전극(14)을 도면중 왼쪽 반에 형성하고 오른쪽 반은 무전극영역으로 하며, 상기판(11)의 다른 쪽 전극(13)은 도면중 오른쪽반에 형성하고 왼쪽반은 무전극 영역으로 한 것으로 상호의 전극(13)(14)은 무전극영역에 대면하고 있다.

전압(v_o)을 인가하면 전극 상호의 어긋남때문에 액정층에 횡전계성분을 가지는 전계가 가해지고 도시한 오른쪽 위의 화살표 E_R성분을 가지는 전기력선(e)이 발생하기 때문에 제12e도에 나타내는 바와 같이 분자(M)는 급경사로 오른쪽이 올라간 분자배열이 된다.

한편, 제12c도는 하기판(12)의 전극(14)을 도면중 오른쪽반에 형성하고 왼쪽반은 무전극영역으로 하며, 상기판(11)의 다른쪽 전극(13)은 도면중 왼쪽반에 형성하고 오른쪽반은 무전극영역으로 한 것으로 상호의 전극(13, 14)은 무전극영역에 대면하고 있다. 제12f도와 같이 전압(v_o)을 인가하면 전극상호의 어긋남때문에 액정층에 횡전계성분을 가지는 전계가 가해지며 도시한 왼쪽이 올라간 화살표(E_L)성분을 가지는 전기력선(e)이 발생하기 때문에 액정분자(M)의 방향은 급경사로 왼쪽이 올라간 배열이 된다. 즉 전압인가시의 액정분자의 배열은 횡전계의 형성에 의존한다.

그래서, 본 실시예를 나타내는 제 1a도와 같이 상전극(13)을 복수의 스트라이프형상 도전체부(13a)를 비도전체부 (13b)를 통해서 같은 간격으로 배치한 전극패턴으로 하며, 마찬가지로 하전극(14)을 복수의 스트라이프형상 도전체부(14a)를 비도전체부(14b)를 통해서 같은 간격으로 배치한 패턴으로 하여 이들 전극을 서로 대향시켰을 때에 한쪽 전극의 도전체부(13a) 또는 (14a)가 다른쪽 전극의 비도전체부(13b) 또는 (14b)에 대향하도록 기판간에 간극을 형성하도록 겹쳐진다. 이 경우 상하기판의 액정배향방향이 동일방향이 되도록 러빙처리하여 둔다. 이 결과 무전압인가시는 액정은 스프레이배열 상태를 정연하게 유지하지만, 전압인가시는 도전체부가 상하전극에서 벗어나 있기 때문에 전극간에 횡전계성분을 가지는 경사전계가 발생하고, 도시하는 바와 같이 번갈아서 경사방향을 바꾼 전기력선(e)을 형성한다. 액정분자(M)는 전기력선을 따라서 일어나는 배열이기 때문에 오른쪽이 올라간 경사전계와 왼쪽이 올라간 경사전계의 경계에서 액정배열이 불연속하게 되며 월라인(DL)이 발생한다.

한 화소내에 전극의 도전체부와 비도전체부를 미세하게 다수 형성하면 액정분자가 일어나 올라가는 방향이 미세하게 분할되기 때문에 한 화소내에 다수의 월라인이 발생할 수 있어서 이 부분에서의 광산란을 일으킬 수 있다. 광산란 영역은 경계부를 중심으로 폭5 내지 30㎛이기 때문에 미세한 영역의 크기를 이 값의 범위에서 일치시키도록, 또는 그것보다도 작은 값이 되도록 분할하면 한 화소전면에 있어서 광을 산란할 수 있다. 구체적으로는 도전체부의 가장 넓은 부분의 폭을 50㎛이하, 비도전체부의 가장 넓은 부분의 폭을 50㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 액정분자는 전체적으로 연속적인 배열을 이루기 때문에 광투과상태를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 전압무인가시에 광투과상태, 전압인가시에 광산란상태를 얻는 전계제어를 실시할 수 있다.

여기서 본 발명은 인가되는 전계의 방향에 의새 액정분자가 기우는 방향을 제어하고 있기 때문에 상하기판의 프레틸트각이 같은 것이 바람직하며, 실용적으로는 상하기판의 프레틸트각의 차를 0.5°이하로 하는 것이 바람직하다.

미시적으로 보면 각 영역에 있어서의 분자배열변화는, 분자배열의 변화와 같고 응답속도는 이것에 준한 값을 취하기 때문에 응답속도는 종래의 유니폼 트위스트 배열의 TN-LCD나 STN-LCD,호모지니어스배열LCD보다도 더 빠른 것을 알 수 있으며, 따라서 본 발명의 LCD도 매우 빠른 응답속도를 얻게 된다.

또한 본 발명의 LCD는 약간의 액정분자배열변화에 의해 광투과상태와 광산란상태의 2상태를 얻기때문에 전기광학특성에 히스테리시스를 발생하지 않는다.

또한 액정의 비틀림각도(0°를 포함한다)의 차이에 따란 상기한 영역의 경계의 분자배열상태의 조합도 다르기때문에 여러 조합이 가능하게 되며 전기광학특성의 급경사의 것이나, 완만한 것 등 여러가지로 심현가능하다. 단 비틀림각을 270°보다도 크게 하면 전압인가상태에서 무인가상태로 전환했을때 전압인가상태의 분자배열을 메모리하는 경우가 있다. 이것은 결과적으로 전기광학특성에 히스테리시스를 발생시키게 되므로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명의 LCD의 액정의 비틀림각은 0°내지 270°로 하는 것이 좋다.

또한 본 발명의 LCD를 비틀림각 0°로 작성하고, 직교한 2장의 편광판간에 각러빙방향(셀평면에서 생각하여 상하기판에서 동일방향이다)과 한쪽 편광판의 흡수축이 평행하게 되도록 조합하면 산란광원을 이용한 경우에도 투과형의 디스플레이가 될 수 있다. 이 경우 복굴절효과를 이용한 광학모드가 되며 상기한 투과율은 저하하지만 광투과상태를 액정층의 광산란 상태에 의해 실현하기 때문에 시각의존성이 적은 효과를 얻는다. 특히 계조표시를 했을 때에 표시가 반전하는 것과 같은 현상이 생기지 않으므로 직시형의 디스플레이로써 종래의 TN-LCD 등 보다 우수한 표시특성을 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 LCD는 액정층의 광산란상태를 약간의 액정분자배열 변화시킴에 의해 실현할 수 있기 때문에 인가전압은 매우 작은 값이 된다. 따라서, 저전압 구동이 가능하게 되는 이점도 얻을 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 몇개 실시태양의 LCD의 전극구조, 분자배열 구조를 제13a도 내지 제13c도, 제14a도 내지 제14c도 및 제15a 도 내지 제15c도에 의해 설명한다.

각 도면은 제13a도 내지 제 13c도가 청구범위 제3항의 전극구조 및 분자 배열구조를 가장 적절히 나타낸 실시예의 설명도이고, 제14a도 내지 제14c도가 청구범위 제4항의 전극구조 및 분자배열구조를 가장 적절히 나타낸 실시예의 설명도이고, 제15a도 내지 제15c도가 청구범위 제7항 전극구조 및 분자배열구조를 가장 적절히 나타낸 실시예의 설명도이다. 또한 제13a도, 제14a도 및 제15a도는 전극구조의 개략을 나타내는 사시도이며, 제13b도, 제14b도 및 제15b도는 전극구조의 개략을 나타내는 단면도, 제13c도, 제14c도 및 제15c도는 전계를 인가한 상태에서의 액정분자배열의 개략을 나타내는 단면도이다.

또한 제16도는 청구범위 제10항의 LCD의 구조를 제13c도, 제14c도 및 제15c도에 나타낸 실시예에 적용한 경우의 소자의 단면구조를 나타낸 도면이다.

각 도면에 있어서 유리 등으로 이루어지는 상하 기판(11, 12)의 각 대향면에 각각 1화소단위마다 스트라이프형상의 상하전극(13, 14)이 배치된다. 화살표(F)는 상기판(11)의 러빙방향, 화살표 (R)은 하기관(12)의 러빙방향을 나타내며, 점선(e)은 전원(21)(제13a도)에서 상하전극(13)(14)에 전압을 인가했을 때에 생기는 전기력선이고, M는 그때의 액정분자의 배열을 나타낸다. DL은 발생한 월을 나타내고 있다.

제13b도, 제15b도에 있어서 상기판(11)측으로부터 기판법선방향으로 보았을때의 상전극(13)의 폭을 FE, 하전극(14)의 폭을 RE, 이 전극간의 간격폭을 SS로 한다. 또한, 제14b도에 있어서 상기판(11)측으로부터 기판법선방향으로 보았을 때의 상전극(13)이 하전극(14)과 겹치지 않는 부분의 복을 FE, 하전극(14)이 상전극(13)과 겹치지 않는 부분의 폭을 RE, 이 전극이 중복되어 있는 부분의 폭을 EE로 한다.

또한 어느 도면에 있어서도 기판간 간격유지물질(스페이서)등, 본 발명의 특징에 직접 관계하지 않는 부재는 생략하고 있다.

또한 본 발명의 제13a도 내지 제15c도 및 제1b도는 모두 액정의 분자 배열이 이른바 스프레이배열로 한 경우의 형상을 나타내고 있다. 제1도의 구성은 도시하는 바와 같이 상하기판간에서 도전부와 비도전부가 서로 대향하고, 또한 양기판에 있어서 상기 도전부와 비도전부가 번갈아서 배열된 구조로 되어 있다(이러한 전극구성을 「입자」라고 정의한다).

제13a도 내지 제15c도를 제1b도와 비교하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 전극구조는 제1b도에서 나타내는 「입자」의 전극구조에 대해서 제13b도에 나타내는 구성은 상하기판간에서 도전부와 비도전부가 서로 대향하고 있는 부분(FE나 RE의 부분)사이에 상하기판 모두 비도전부로 되어 있는 부분(SS의 부분)을 설치한 전극구조가 되고 있다. 따라서, 이와 같이 제 13b도에서 나타내는 바와 같이 상하기판의 전극구조의 단면형상이 상기 FE·SS·RE·SS·FE·SS·RE·SS·FE·SS…의 순서로 배열되어 있으므로, 편의상 이러한 전극구조를 「간격있는 입자」로 정의한다.

또한 제14b도에 나타낸 것은 상하 기판간에서 도전부와 비도전부가 상호 대향하고 있는 부분(FE나 RE부분)간에 상하기판 모두 도전부로 되어 있은 중복된 곳(EE의 부분)을 설정한 전극구조로 되어 있다. 따라서, 이와같은 제14b도에 나타낸 바와 같이 상하기판의 전극구조의 단명형상이 상기 FE·EE·RE·EE·FE·EE·RE·EE·FE·EE…라는 순서로 배열되어 있는 것으로부터 편의상 이러한 전극구성을 「중복입자」라 정의한다.

또한 제15b도에 나타낸 것은 제13b도의 전극구조의 변화형이고 소자평면 방향에서의 전극형상이 소위 스트라이프의 형상을 이루고 있는 경우의 전극 구조이다.

즉 제15b도에 나타낸 전극구조는 도전부와 비도전부의 형상이 직선형상을 이루고 평행배열되어 있는 경우의 즌국구조를 나타낸 것이다. 동일형상이 제14도의 중복입자에 대해서도 생각될 수 있지만 여기서는 도시를 생략한다. 이러한 「간격있는 입자」, 「중복입자」의 전극구조이고 또한 소자평명 방향에서의 전극형상이 소위 스프라이프형상을 이루고 있는 경우의 전극 구조를 편의상 「간격있는 스트라이프입자」, 「중복스트라이프입자」라 정의한다. 역으로 예를들면 제14a도에 나타낸 바와 같이 본발명에서 제안한 LCD는 액정분자배열이 상술한 특징을 가지고 있고 여기에 분자의 경사방위를 현저하게 다르게 하는 부분을 다수 설치한 전극구조인 경우 전극구조의 평명적형상은 제15a도와 같은 정연한 스트라이프 형상에 구애받을 필요가 없음을 나타내고 있다. 그럼에도 불구하고 제15a도와 같은 「간격있는 스트라이프입자」,「중복스트라이프입자」의 전극구성을 본발명의 특징의 하나로 한 것은 이러한 전극구성이 제14a도와 다른 특징을 가지는 것을 앗 수 있기 때문이다.

즉, 이들 4개의 특징을 가진 전극구성의 각각의 특징 및 그 작용을 설명한다. 제13b도 및 제15b도에 나타낸 「간격있는 입자」,「간격있는 스프라이프입자」는 SS로 나타낸 비도전부를 가지는 만큼 「입자」와 비교해서 경사전계강도가 약하게 된다. 이것은 실용적으로 구동전압을 약간 높이는 반면 전기광학특성을 완만한 곡선으로 한다. 따라서, 세밀한 계조표시를 하는 경우에 구동이 용이하게 된다. 또한 SS로 나타낸 비도전부를 가지는 만큼 전극의 상하기판간의 정렬(ALIGNMENT)(정합)에 여유분을 둘수 있고 생산성이 현저하게 향상된다. 또한 제14b도에 나타낸 바와 같은 「중복입자」, 및「중복 스트라이프입자」는 「간격있는 입자」,「간격있는 스트라이프입자」나「입자」와 비교해서 낮은 인가전압으로 경사전계를 얻을 수 있다. 따라서, 실용적으로 구동전압을 낮게 할 수 있다. 그러나, 법선방향에 가해지는 전계성분이 EE의 부분에서 발생하기 때문에 약간 광산란강도가 낮게 된다. 그러나, 「간격있는 입자」,「간격있는 스트라이프입자」도 마찬가지로 EE로 나타낸 도전부를 가지는 것만큼 도전의 상하기판간의 정령(정합)에 여유분을 둘수 있고 생산성이 현저하게 향상한다. 또한「간격있는 입자」,「중복입자」에 비교해서 「간격있는 스트라이프 입자」및 「중복스트라이프입자」는 월(제13c도, 제14c도, 제15c도의 DL로 나타낸 배향불연속점)의 출현 형상이 제17도에 나타낸 바와 같은 둘쑥날쑥한 형상이 된다. 이 형상은 직선형상과 비교해서 광산란강도를 높이게 된다. 이러한 둘쑥날쑥한 형상은 전극패턴이 정연한 스트라이프형상일수록 보다 둘쑥날쑥하게 되는 것을 본발명자들은 여러가지 실험에 의해 확인하고 있다. 이러한 사실에서 이들 「간격있는 스트라이프입자」 및 「중복스트라이프 입자」의 전극구조는 결과적으로 강한 광산란강도를 얻는다는 특징을 가진 전극구조라 할 수 있다.

이상 설명해 온 바와 같이 이들 여러가지의 전극구성은 각각 특징을 자기고 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 수단이다. 지금까지의 설명에서는 액정의 분자배열을 비틀림을 가지지 않는 스트라이프형상의 분자배열로서 설명해 왔지만 상술한 바와 같이 액정분자의 경사방향이 2이상의 자유도를 가지는 분자배열이면 동일한 효과를 얻는 것은 두말할 것도 없다.

그리고 이들 본 발명에 따른 여러가지의 전극구성, 분자배열에 상술한 바와같은 월을 발생시킨 경우 경사전계가 미세한 영역마다 상반하도록 구성되어 있기 때문에 전압을 계속 인가해도 액정분자는 월이 발생한 상태의 분자배열을 유지하기 힘들다. 액정분자배열이라 하는 것은 상당히 미세하게 배열형상을 변화 시키는 것이 곤란하기 때문이다. 즉 전계, 자계등의 외력만으로는 이러한 곤란한 분자배열형태를유지하는 힘이 부족하게 된다. 이러한 분제를 해결하기 위해서 양기판간격에 액정층두께 방향의 길이가 액정층두께(d)보다 짧은 미립자를 혼입시킨다. 혹은 액정층방향의 높이가 전극간격(D)(이 간격은 실질적으로 액정층두께(d)와 동일하다)보다 낮은 돌기를 상기 양기판의 적어도 한쪽에 설정하면 해결할 수 있다는 것을 알아냈다.

제16도는 그의 개략정인 구성을 나타낸다. 도시한 바와 같이 액정층두께(d)보다 작은 미립자(22)를 가한 구성으로 이루어진다. 이와 같이 액정층(20)중에 미립자, 돌기를 설치한 경우 상기 월의 출현장소에 이 미립자, 돌기가 있으면 이들의 존재에 의해 상술한 미세하게 배열형상을 변화시키는 분자배열상태, 즉 월을 다수출현시킨 분자배열상태를 유지하는 것을 발견했다. 이러한 미립자, 돌기가 다수의 월을 유지하는 기능을 하는 점에서 「월 지지체」라 칭한다. 이러한 기능을 가지는 수단으로서는 본발명에 나타낸 방법외에 액정층두께에 동일한 크기의 미립자를 상기 액정층내에 필요 이상으로 혼입시킴(즉 기판간격유지물질의 혼입)으로서 얻어진다. 그러나, 이 경우 다수의 월을 유지하기 위해서는 다수의 기판간격유지물질을 혼입시킬 필요가 발생하고 광투과상태를 얻을 때에 악영향을 미친다. 구체적으로 서술하면 기판간격유지물질에 의한 광산란 및 기판간격제 표면의 액정분자 배향에 의한 광산란의 영향이다. 본 발명에서는 이들 영향을 저감시키기 위하여 상기 월지지체로서 액정츨두께(d)보다 작은 것을 특징으로 하는 미립자, 돌기를 사용하기로 했다. 이와 같이 액정층두께(d)보다 작은 미립자, 돌기를 사용함으로서 이들에 기인한 광산란은 문제가 없는 레벨로 할 수 있음을 발명자들은 실험에 의해 확인하고 있다.

또한 이 월지지체의 기능을 얻는 것으로서 상술한 미립자, 돌기외에 TFT, MIM 기판에서 필연적으로 발생되는 단계차(배선전극과 반도체층의 두께에 의하여 발생하는 단계차)자체도 상기 단계차근방에서는 동일한 기능을 가지는 것을 확인하고 있다.

또한 제18도, 제19도 및 제20도에 그 구성을 나타낸 바와 같이 상전극(13)또는 상전극(13) 및 돌기상에 상투광성절연박(17), 하전극또는 하전극 및 돌기상에 하투광성전연막(18)을 형성함으로서 전압무인가시의 투과율과 콘트라스트를 향상 시킬 수 있다. 또한, 이등 투광성절연막상에 배향막(15, 16)이 형성된다. 단 제20도에서는 하투광성전연막을 설치하지 않는다.

전극(13, 14)은 ITO로 되어 있고 그 굴절율은 약1.9로 기판, 배향막, 액정층의 약1.5보다 높다. 그리고, 투광성절연막의 굴절율을 전극재료의 굴절율과 동등하거나 또는 그것에 가까운 값으로 선정한다. 실용적으로는 전극재료의 굴절율의 0.9∼1.1배로 하는 것이 바람직하다. 이하 그 이유에 대해 설명한다.

제21도에 나타낸 바와 같이 ITO와 다른 재료 즉 기판(11, 12), 액정층(20)의 굴절율의 차가 크다. 한편 화소전극이 ITO 도전체부(13a, 14a)와 비도전체부(13b, 14b)의 미세한 영역으로 분할되어 있기 때문에 화소전극내의 도전체부와 비도전체부의 굴절율차에서 광로가 겹쳐지고 광의 간섭이 발생해 버린다. 따라서, 이러한 광의 간섭을 없앨수 있으면 전압무인가시의 투과율과 콘트라스트를 향상 시킬 수 있다.

광의 간섭은 화소전극재료와 다른 재료의 굴절율의 차가 크고 또한 화소전극내에서 도전체부와 비도전체부가 미세한 영역으로 분할되어 있기 때문에 입사광이 도전체부와 비도전체부에서 굴절되는 정도가 다름으로써 발생한다. 이 때문에 화소전극간에서의 광간섭을 방지하기 위해서는 화소전극내에서 도전체부와 비도전체부로 입사광을 동일하게 굴절시키면 좋다. 따라서, 화소전극재료와 거의 동일한 굴절율을 가지는 투광성절연막을 화소전극위에 도포한면 화소전극내의 비도전체부에 입사되는 빛도 도전체부에 입사되는 빛과 동일하고 빛이 굴절되기 때문에 빛의 간섭을 억제할수 있다. 화소전극은 투광성도전체, 실용적으로는 ITO로 구성된다. 따라서 ITO와 거의 동일한 굴절율을 가지는 투광성절연막을 사용하면 좋다. 즉 전극재료의 굴절율의 0.9∼1.1배의 범위이면 광간섭에 의한 투과율의 저하는 거의 발생하지 않는다. 또한 투광성절연막의 두께는 ITO등의 투광성전극층의 두께의 1/2이상이면 충분한 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명에 따른 LCD의 실시예를 도면을 참조해서 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

제1a도는 본실시예의 상하전극의 패턴을 나타낸 사시도, 제1b도는 전극을 서로대향시킨 액정셀의 개략단면도이다.

유리로 만든 상기판(11)의 한쪽면의 전체에 ITO로 만든 투명공통전극(13)을 형성하고, 그 펴면에 폴리이미드의 상배향막(AL-3046, 일본합성고무제)(15)를 적충한다. 다른쪽의 유리로 만든 하전극(12)의 일면에 ITO로 만든 화소전극(14)을 형성하고 그 표면에 폴리이미드의 하배향막(AL-3046, 일본합성고무제) (16)를 적층한다. 1화소의 크기가 300㎛×300㎛인 화소전극(14)을 화소 단위로 모자이크 상으로 배치한다. 상하배향막(15, 16)의 프레틸트각은 3°이다.

상전극(13)은 1화소마다 폭 20㎛인 복수의 슬릿 즉 비도전부(13b)를 가지고 폭20㎛인 도전부(13a)를 40㎛피치로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이고 1화소 300㎛폭중에 6개의 도전부(13a)를 형성한다.

상대되는 하전극(14)도 마찬가지고 20㎛폭의 도전부(14a)와 20㎛폭의 비도전부(14b)를 같은 간격으로 배치한 패턴을 가지고 300㎛폭내에 6개의 도전부(14a)를 형성한다.

이들 전극의 도전부는 상하기판을 상대시킨 상태에서 서로 20㎛어긋나 있고 한쪽 전극의 도전부 (13a 또는 14a)가 다른쪽의 전극의 비도전부 (14b 또는 13b)에 대면한다.

하전극(14)은 TFT스위칭소자(19)를 가지고 게이트선(23)과 신호선(24)에 접속 된다.

상하배향막(15, 16)의 배향방향(F, R)은 도시한 바와 같이 전극의 도전부에 직교하도록, 또한 동일 방향이 되도록 설정한다. 또한 상하기판의 간격을 10㎛로하고 액정셀을 형성한다. 이 기판간격에 유전율이방성이 양인 네마틱 액정(ZLI-3926, 메르크저팬제작)을 충전하고 액정층(20)으로 한다. 이 액정은 복굴절율(△n)이 0.2030으로 크다. 이 복굴절율(△n)이 큰 것과, 10㎛로 층두께가 두꺼운 액정층을 선택함으로서 LCD의 광산란성을 높일 수 있다.

이와같이 해서 얻어진 본발명의 LCD에 TFT(19)를 통해 전원(21)에서 전압을 인가해서 전기광학특성(투과율-인가전압곡선)을 측정한다. 전압인가에 의해 전극간에 가로전계성분을 가지는 전계가 발생하고 1화소의 미소한 범위로 가로전계성분의 방향이 변화하기 때문에 액정층(20)의 액정분자(M)가 전계에 따라 배열을 변화한다. 따라서, 액정배열의 경계에 다수의 월라인(DL)이 발생되어 광산란상태를 만들어 낸다.

투과율-인가전압곡선을 구하기 위해서 LCD에 He-Ne레이저광을 입사시켜서 투과율을 측정한다. 측정결과를 제23도에 나타낸다. 또한, 광의 스폿직경은 2mm이고 투과한 레이져광은 LCD에서 거리20cm인 곳에 있는 포토다이오드에 의해 검출했다. 또한 인가전압은 0V에서 서서히 5V까지 증가시키고 그 후 5V에서 서서히 0V까지 감소시켰다. 전압을 인가하고 있지 않는 상태(0V인가)에서는 투과율 약 80%로 분명한 투과율특성을 나타냈다. 또한, 인가전압 2.8V에서는 최소투과율 0.4%와, 양호한 광산란상태가 얻어졌다. 또한 제23도에서 알수 있는 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한 인가전압 2.8V 및 0V에서 응답속도를 측정한 바 상승 7msec, 하강 25msec로 상당히 빠른 값은 얻었다.

[실시예 2]

제22a도 및 제22b도에서 본실시예를 나타낸다.

제22a도에 나타낸 바와 같이 상전극(13)의 도전부(13c) 및 비도전부(13d)와 하전극(14)의 도전부(14a) 및 비도전부(14b)와의 패턴이 1화소내에서 직교하고 있다. 이 도전부의 패턴이외는 실시예 1과 동일한 구성이다. 여기서 실시예 1과 같은 번호 부분은 동일부분을 나타낸다. 단, 액정층은 유전율이방성이 양인 액정 (ZLI-3926, 메르크저팬제작)에 좌비틀림의 카이럴제 (S-811, 메르크저팬제작)를 첨가한 액정조성물을 사용했다. 또한 제22b도에 나타낸 바와 같이 상하기판이 배향방향(F, R)이 180°어긋나고 액정분자가 180°어긋난 스프레이배열로 했다.

이 구성에 있어서는 상하전극(13, 14)의 도전부 (13c, 14a)가 겹쳐지는 영역과 한쪽전극의 도전부(13c 또는 14a)가 다른 전극의 비도전부(14b 또는 13d)와 대면하는 영역이 발생한다. 그러나, 전압인가시에 발생하는 가로전계성분이 복잡하게 발생해서 액정분자배열을 흐트러뜨리게 작용한다. 이 때문에 1화소의 미소영역내에서 충분한 광산란을 상당히 빠른 응답특성 으로 얻을 수 있다.

[실시예 3]

제24a도는 본실시예에 있어서 전극을 서로 대향시킨 액정셀의 개략단면도, 제24b도는 1화소영역의 상전극패턴을, 제24c도는 1화소영역의 하전극패턴을 나타낸다.

제24a도 및 제24b도에 나타낸 바와 같이 상기판(11)으로서 각화소에 굴곡 스트라이프패턴의 비도전부(13b)와 도전부(13a)로 이루어지는 ITO 의 공통전극 (13)을 형성시킨 유리기판을 사용한다. 또한, 비화소부전역에 크롬으로 이루어지는 블랙매트릭스를 형성한다. 제24a도 및 제24c도에 나타낸 바와 같이 하기판(12)으로서 각화소에 굴곡스트라이프패턴의 비도전부(14b)와 도전부(14a)로 이루어지는 ITO의 공통전극(14) 및 TFT로 이루어지는 스위칭 소자를 형성시킨 유리기판을 사용한다. 제24b도에 나타낸 상전극패턴은 스트라이프연장방향에 직교하는 방향의 도전부의 폭을 5㎛, 도전부의 산과 산간의 폭을 10㎛, 비도전부의 폭을 10㎛로 했다. 또한 제24c도에 나타낸 하전극패턴은 도전부의 폭을 5㎛, 비도전부의 폭을 10㎛로 했다.

이 기판의 전극패턴상에 배향막(15, 16)(상품명 SE-7120, 닛산화학공업제작) (프레틸트각의 측정값 6°)를 형성하고 그 표면을 도면에 나타낸 방향 (F, R)으로 러빙처리를 실시했다. 이어서 하기판측에 기판간격제로서 액정층두께가 7.5㎛이 되도록 미립자(상품명 미크로퍼러SP, 적수파인케미컬제작)(입자직경 7.5㎛)를 분산 밀도 100개/mm²으로 되도록 건식산포법으로 산포한 후 이들 기판간에 유전율이방성이 양인 액정조성물(상품명 ZLI-3926, 메르크저팬제작) (△n=0.2030)을 사이에 끼워서, 상술한 「간격있는 입자」의 전극구성으로 이루어지는 본실시예의 LCD를 얻었다. 여기서 액정층 두께를 두껍게 하고 액정조성물의 유전율이방성을 크게 한 것은 광산란상태에 있어서 광산란 특성을 높이기 위해서이다.

이렇게 해서 얻어진 LCD에 TFT를 통해 전압을 인가해서 전기광학특성(투과율-인가접압곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다. 측정결과를 제27도에 나타낸다. 저압을 인가하고 있지 않는 상태(0V상태)에서는 투과율 약 80%로 분명한 투과특성을 나타냈다. 또한 인가전압3.1V-3.9V에서는 최소투과율0.4%로 양호한 광산란상태가 얻어졌다. 또한 도면에서 알수 있는 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한 인가전압3.1V 및 0V에서 응답속도를 측정한 바 상승 6msed, 하강 18msec로 극히 빠른 값을 얻었다.

다음으로 하기판의 TFT를통해 전압을 인가해서 상술한 월의 유지상태를 편광 현미경에 의한 분자배열관찰 및 투과율측정에 의한 광산란상태측정에 의해 조사했다. 본 실시예에 있어서 인가전압3.1V를 계속 인가한 경우 1시간 경과해도 초기의 월배열을 유지하고 있음이 확인되었다.

[실시예 4]

실시예 3과 동일한 기판 (11, 12)을 사용하고, 배향막(15, 16)에 수직배향 처리용의 처리제(상품명ODS-E(Octadecyltrietoxysilane 알코올용액), 질소제작)를 사용하고 기판을 수직배향처리했다. 여기서 수직배향처리는 상술한 알코올용액에 각기판을 침적함으로서 시행한다. 얻어진 프레틸트각은 상하기판과도 90°였다. 액정조성물로서 음의 유전율이방성을 나타낸 네마틱 액정재료(상품명 .ZLI-4850 (△n=0.208), 메르크저팬제작)를 사용하는 것 이외 실시예 3과 같은 조건, 재료로 본실시예의 LCD를 얻었다. 실시예 3과 마찬가지로 모든 특성을 측정한 바, 제27도에 나타낸 바와 같이 실시예 3과 거의 동등한 우수한 결과를 얻었다.

[실시예 5]

제25a도에 상기판전극패턴, 제25b도에 하전극패턴도를 각가 나타낸다.

상기판으로서 비화소부 전역에 크롬으로 이루어진 블랙매트릭스를 형성하고 파형스트라이프의 도전부(13a)와 이것보다 폭이 좁은 비도전부(13b)를 각 화소마다 형성한 공통전극(13)을 ITO패터닝으로 피착한 유리기판을 사용한다. 하기판으로서 상기판의 비도전부(13b)보다 폭이 좁은 비도전부(14b)를 갖는 도전부(14a)를 가지는 하전극(14)과 TFT(도시하지 않았음)로 이루어지는 스위칭소자가 부착된 유리기판을 사용했다. 여기서 하기판을 둘러싸여 있는 영역(14c)은 배선, TFT형성영역이다. 이들의 기판을 사용하고 실시예 3과 같은 조건, 재료를 사용해서 상술한 「중복입자」의 전극구성으로 이루어지는 본 발명의 LCD를 제작했다. 실시예 3과 같은 방법, 조건으로 본실시예에 있어서 LCD의 전기광학특성(투과율-인가전압곡선)을 측정했다. 제27도에 그 결과를 나타낸다. 전압을 인가하고 있지않는 상태(0V인가)에서는 투과율 약80%로 분명한 투과율특성을 나타냈다. 또한 인가전압 2.5V-3.3V로 실시예 3 이상에서 저전압으로 최소투과율0.5%로, 양호한 광산란상태가 얻어졌다. 또한 도면에서 알수 있는 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한 인가전압 2.5V및 0V에서 응답속도를 측정한바 상승 5msec, 하강 12msec로 극히 빠른 값을 얻었다.

다음으로 본실시예의 LCD에서 TFT를 통해 전압을 인가해서 상술한 월의 유지상태를 편광현미경에 의한 분지배열관찰 및 투과율측정에 의한 광산란 상태측정에 의해 조사했다. 본실시예에 있어서는 인가전압2.5V를 계속 인가한 경우 1시간 경과해도 초기의 월배열을 유지하고 있음이 확인되었다.

[실시예 6]

제26a도에 상기판전극패턴, 제26b도에 하전극패턴도를 각각 나타낸다.

상기판으로서 비화소부 전역에 크롬으로 이루어진 블랙매트릭스를 형성하고 각화소마다 직선스트라이프의 도전부(13a)와 비도전부(13b)를 형성시킨 공통 전극(13)을 ITO패터닝으로 형성한 유리기판을 사용한다. 하기판으로서 각 화소마다 직선스트라이프의 도전부(14a)와 비도전부(14b)로 이루어진 하전극(14)과 TFT 로 이루어지는 스위칭소자가 있는 유리기판을 사용했다. 상하전극의 도전부의 폭은 5㎛, 비도전부의 폭은 10㎛이다. 이들의 기판을 사용하고 실시예 3과 같은조건, 재료를 사용해서 상술한 「간격있는 스트라이프입자」의 전극구성으로 이루어지는 본실시예의 LCD를 제작했다. 실시예 3과 같은 방법, 조건으로 본실시예에 있어서 LCD의 전기광학특성 (투과율-인가전압곡선)을 측정했다. 제27도에 그 결과를 나타낸다. 전압을 인가하고 있지 않는 상태(0V인가)에서는 투과율 약80%로 분명한 투과율특성을 나타냈다. 또한 인가전압3.2V-3.9V에서 최소투과율 0.2%로, 실시예 3 이상의 양호한 광산란상태가 얻어졌다. 또한 도면에서 알 수 있는 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 젼혀 없었다. 또한 인가전압 3.2V 및 0V에서 응답속도를 측정한 방 상승 6msec, 하강 18msec로 극히 빠른 값을 얻었다.

다음으로, 본실시예의 LCD에 TFT를 통해 전압을 인가해서 상술한 월의 유지 상태를 편광현미경에 의한 분자배열관찰 및 투과율측정에 의한 광산란 상태측정에 의해 조사했다. 본실시예에 있어서는 인가전압 3.2V를 계속 인가한 경우 1시간 경과해도 초기의 월배열을 유지하고 있음이 확인되었다.

[실시예 7]

실시예 3과 같은 항하기판을 사용하고 동일한 방법, 재료로 배향처리를 실시한 후 상기판측에 상술한 월지지체로서 미립자(상품명 미크로펄, 적수파인케미컬제작)(입자직경 5.0㎛)를 분산밀도 1000개/mm²이 되도록 건식산포법으로 산포하고, 이후의 공정은 실시예 1과 같은 방법, 재료로 본 발명의 LCD를 제작했다. 실시예 3과 같은 방법, 조건으로 모든 특성을 측정한 바 제27도에 나타낸 바와 같이 실시예 3과 거의 동등한 우수한 결과를 얻었다. 또한 실시예 3과 같이 LCD에서 TFT를 통해 전압을 인가해서 상술한 월의 유지 상태를 편광현미경에 의한 분자배열 관찰 및 투과율측정에 의한 광산란상태 측정에 의해 조사했다. 본 실시예에 있어서는 인가전압3.1V를 계속 인가한 경우 10시간 경과해도 초기의 월배열을 유지하고 있음이 확인되었다.

[실시예 8]

제28a도는 전극을 서로 대향시킨 액정셀의 개략단면도, 제28b도는 1화소 영역의 상전극패턴을 제28c도는 1화소영역의 하전극패턴을 나타낸다. 상하 기판의 전극패턴은 실시예 3과 동일하다.

상하 양기판의 화소전극(13, 14)상에 투광성절연막(17, 18)로서 굴절율이 1.9일 투광성절연재(상품명 RTZ-206, 촉매화성공업제)를 오버코트하여 1.0㎛ 두께의 투광성층으로 하고 제28a도에 나타낸 구성의 기판을 얻었다.

이 기판을 사용해서 실시예 3과 같을 방법, 조건으로 LCD를 얻었다. 얻어진 LCD의 전기광학특성(투과율-인가전압곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다. 측정결과를 제29도에 나타낸다. 전압을인가하고 있지 않는 상태(0V 인가)에서는 투과율 약85%로 분명한 투과특성을 나타냈다. 또한 인가 전압3.3V에서는 최소투과율 0.4%로 양호한 광산란상태가 얻어졌다. 또한 도면에서 알 수 있는 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한 인가전압3.1V 및 0V에서 응답속도를 측정한 바 상승 6msec, 하강 18msec로 극히 빠른 값을 얻었다.

다음으로, 하기판의 TFT를 통해 전압를 인가해서 상술한 월의 유지상태를 편광현미경에 의한 분자배열관찰및 투과율측정에 의한 광산란상태측정에 의해 조사 했다. 본실시예에 있어서 인가전압3.1V를 계속 인가한 경우 1시간 경과해도 초기의 월배열을 유지하고 있음이 확인되었다.

[실시예 9]

실시예 4에 나타낸 전극패턴을 가지는 상하기판을 사용하고 그 화소전극상에 굴절율이 1.90인 투광성절연재(상품명 RTZ-606, 촉매화성공업제작)를 오버코트해서 1.0㎛두께의 투광성층을 가지는 기판을 얻었다.

이 기판을 사용해서 실시예 4와 같은 방법, 조건으로 LCD를 얻었다. 얻어진 LCD의 전기광학특성(투과율-인가전압곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다.

측정결과를 제29도에 나타낸다. 제29도에 나타낸 바와 같이 실시예 8과 거의 동등한 우수한 결과가 얻어진다. 또한 응답속도 및 월의 유지상태도 실시예 8과 거의 동등하게 뛰어났다. 또한 입사광에 대해서도 전압무인가시의 전극에 의한 광간섭이 발생하지 않고 전압무인가시의 투과율이 향상되고 콘트라스트의 향상효과가 확인되었다.

[실시예 10]

실시예 5에 나타낸 전극패턴을 가지는 상하기판을 사용하고 그 화소전극상에 굴절율이 1.90인 투광성절연재(상품명 RTZ-606, 촉배화성공업제작)를 오버코트해서 1.0㎛두께의 투광성층을 가지는 기판을 얻었다.

이 기판을 사용하고 실시예 5와 같은 방법, 조건으로 LCD를 얻었다. 얻어진 LCD의 전기광학특성(투과율-인가전압곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다. 측정결과를 제29도에 나타낸다. 제29도에 나타낸 바와 같이 실시예 8과 거의 동등한 우수한 결과가 얻어졌다. 또한 응답속도 및 월의 유지상태도 실시예 8과 거의 동등하게 뛰어났다. 또한 입사광에 대해서도 전압무일가시의 전압에 의한 광간섭이 발생하지 않고 전압무인가시의 투과율이 향상되고 콘트라스트의 향상효과가 확인되었다.

[실시예 11]

실시예 6에 나타낸 전극패턴을 가지는상하기판을 사용하는 이외에 실시예 8과 동일한 방법, 조건으로 LCD를 얻었다. 얻어진 LCD의 전기광학 특성(투과율-인가전압곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다. 측정 결과를 제29도에 나타낸다. 제29도에 나타낸 바와 같이 실시예 8과 거의 동일한 우수한 결과가 얻어졌다. 또한 응답속도 및 월의 유지상태도 실시예 8과 거의 동등하게 뛰어났다. 또한 입사광에 대해서도 전압무인가시의 전압에 의한 광간섭이 발생하지 않고 전압 무인가시의 투과율이 향상되고 콘트라스트의 향상효과가 확인되었다.

[실시예 12]

실시예 7에 나타낸 전극패턴을 가지는 상하기판을 사용하는 것 이외에 실시예 8과 동일한 방법, 조건으로 LCD를 얻었다. 얻어진 LCD의 전기광학 특성(투과율-인가전압곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다. 측정 결과를 제29도에 나타낸다. 제29도에 나타낸 바와 같이 실시예 8과 거의 동일한 우수한 결과가 얻어졌다. 또한 응답속도 및 월의 유지상태도 실시예 8과 거의 동등하게 뛰어났다. 또한 입사광에 대해서도 전압무인가시의 전압에 의한 광간섭이 발생하지 않고 전압무인가시의 투과율이 향상되고 콘트라스트의 향상효과가 확인되었다.

[실시예 13]

제30도에 나타낸 바와 같이 상기판(11)상에 상전극(13)을 하기판(12)상에 하전극(14)을 실시예 6에 나타낸 전극패턴으로 형성한 기판을 사용하고 양기판의 전극측면 위에 입자직경 1.5㎛의 미립자(22)(상품명 미크로펄SP, 적수파인케미컬제작)를 분산밀도 1000개/mm²가 되도록 산포했다. 이들의 전극 및 미립자위에 투광성절연재(상품명 RTZ-206, 촉매화성공업제작)를 오버코트 해서 양기판표면을 요철면으로 마무리했다.

이 상하기판을 사용하는 것 이외에 실시예 8과 동일한 방법, 조건으로 LCD를 얻었다. 얻어진LCD는 실시예 8과 거의 동등한 우수한 전기광학특성, 응답속도, 월의 유지상태가 얻어졌다. 또한 투광성절연막에 의해 전극의 도체부의 자국이 광학적으로 해소되어 광간섭을 방지할 수 있었다.

[실시예 14]

제31a도는 본실시예의 전극을 서로 대향시킨 액정셀의 개략단면도, 제31b도는 1화소영역의 상전극패턴을 제31c도는 1화소영역의 하전극패턴을 제31d도는 전압인가시의 액정분자배열을 나타낸다.

상전극(13)은 제31b도에 나타낸 바와 같이 ITO베타전극을 사용했다. 비화소부를 차광하는 블랙메트릭스는 설치되어 있지 않다. 하전극(14)은 제31c도에 나타낸 바와 같이 1화소의 크기가 30㎛×40㎛이고 도전체부의 ITO가 4.5㎛의 폭에서 비도전체부가 7㎛폭인 스프레이패턴을 각 화소마다 형성한다. 각 화소마다 TFT스위칭소자(19)를 형성해서 1280 ×1024의 화소수를 가지는 하기판을 얻었다.

이 기판의 전극패턴상에 배향막(15, 16)(상품명SE-7120, 일산화학공업제작) (프레틸트각의 측정값 6°)를 형성하고 그 표면을 도면에 나타낸 방향 (F, R)으로 러빙처리를 실시했다. 이어서 하기판측에 기판간격제로서 액정층도께가 6.0㎛이 되도록 미립자(상품명 미크로펄 SP, 적수파인케미컬제작)(입자직경 6.0㎛)를 분산 밀도 100개/mm²으로 되도록 건식산포법으로 산포한 후 이들 기판간에 유전율이방성이 양인 액정조성뭉(20)(상품명 ZLI-4792, 메르크저팬 제작)(△n=0.094)을 사이에 끼워서 본실시예에 따른 LCD를 얻었다.

본 실시예의 셀구성의 특징은 이하에 설명하는 3개의 특징으로 나타난다.

첫번째, 전압을 인가하고 있지 않는 상태에서 액정부자배열이 전극스트라프 방향과 평행하게 배열되고 있다. 즉 전압을 인가했을 때의 경사전계방향과 액정분자배열이 직교하고 있다. 따라서, 전압을 인가하면 액정분자배열과 직교한 방위로 경사전계가 형성되고 액정분자는이 방향으로 트위스트하면서 경사지게 된다. 그 결과가 전압을 인가한 상태에서의 액정분자배열은 단면에서 보면 제31a도, 평면에서 보면 제31d도와 같이 된다. 이와 같은 액정분자배열에 의해 전극스트라이프방향 및 그 직교방향의 편관성분에 대한 굴절율은 액정분자의 이상광 굴절율(n_c)과 정상광굴절율(n_o)이 전극스트라이프방향의 직교 방향으로 규칙적으로 교대로 배열된다. 따라서, 액정층에 회전격자가 형성되고 평행광을 산란시킬 수 있다.

두번째, 경사전계를 유효하게 얻기 위해서 대향 배치된 양기판의 전극간격(D)을 D≥S/2의 관계를 만족하도록한 것이다. 여기서 S는 전극부에 있어서 비도전 체부의 가장 좁은 부분의 폭이다.

본 실시예에 있어서 스트라이프전극패턴(제31c도)의 패턴간의 폭(S)은 7㎛이고 대향배치된 양기판의 전극간격(D)은 6㎛이기 때문에 상술한 관계식을 만족하고 있다.

세번째, 액정층의 △nd를 564nm로 설정한 것이다. 이 값은 상술한 실시예 보다 작다. 이것은 회절격자의 광산란효과가 △nd에 의존하기 때문이다. 회절격자의 광산란효과는 GALE,M.et al.:1979, J.appl.Photogr.Engng,4,41에 의하면 다음식으로 나타난다.

T = cos²(π△nd/λ)

여기서 T는 산란되는 빛의 강도(입사광에 대한 강도)이고 λ은 입사광 파장이다. 이 식에성 회절격자의 광산란효과는 △nd에 의존한다. 본 실시예의 액정 셀의 구성에서는 인가전압에 의해 이 △nd가 변화한다. 그 변화폭은 0으로부터 설정된 액정층의 △nd후의 값(564nm)까지이다. 또한 상기 식에서 회절격자의 광산란효과는 △nd에 대해 극값을 가진다. 따라서, 설정되 △nd의 값이 상기식의 극값보다 현저하게 크면 액정셀의 전기 광학특성에 극값이 발생해 버린다. 이것은 아나로그신호를 사용한 단계적 변화표현을 곤란하게 한다. 이 때문에 본 실시예에서는 이것을 고려해서 액정층의 △nd를 564nm으로 설정한다. 이와 같이 본실시예는 다른 실시예와 같이 액정분자배열이 형성하는 굴절렌즈효과(상술한 월배열 : 액정층두께 방향으로 액정분자가 연속적으로 경사를 바꿔서 굴절율이 연속전으로 변화함으로써 입사한 빛을 굴절시키는 효과)에 덧붙여 명확하게 회절격자효과가 얻어지는 구조로 되어 있다.

이와같이 해서 얻어진 LCD에서 TFT를 통해 전압을 인가해서 전기광학특성(투과율-인가전압 곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다. 측정결과를 제32도에 나타낸다. 전압을 인가하고 있지 않는 상태(0V인가)에서는 투과율 약 80%로, 분명한 투과율 특성을 보였다. 또한, 인가전압 3.2V이상에서는 최소투과율 0.2%로 양호한 광산란상태가 얻어졌다. 또한, 도면에서 알수 있는 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한 인가전압 3.2V 및 0V에서 응답속도를 측정한 바 상승 7msec, 하강 23msec로 극히 빠른 값을 얻었다.

[실시예 15]

배향막으로서 수직배향을 나타낸 배향막(15, 16)(상품명 JALS-204-R14, (주) 일본 합성고무제작)을 액정조성물로서 음의 유전율이방성을 가지는 액정조성물(20)(상품명 ZLI-4318, 메르크저팬제작)( △n=0.1234)을 사용하는 것 이외는 실시예 14와 같은 방법으로 LCD를 얻었다.

본 실시예의 LCD의 전압무인가시 및 전압인가시에 평면적으로 본 액정분자 배열을 각가 제33a도, 제33b도에 나타낸다.

전압무인가상태(제33a도)에서는 액정분자는 일정하게 배열(수직배향)하고 있다. 이것에 대해 전압인가상태(제33b도)에서는 ITO가 상하기판에서 대향 하고 있는 곳에서는 러빙방위로 경사지고 역으로 TFT기판의 ITO가 없는 영역 에서는 졍사전계가 전극스크라이프방향과 직교한 방향으로 발생하기 때문에 그 방향으로 경사진다. 따라서 도시한 바와 같이 본실시예의 LCD는 실시예 14에 나타낸 LCD와 같이 전압을 인가한 상태에 있어서 전극스트라이프 방향 및 그 직교방향 편광성분에 대한 굴절율이 액정분자의 이상광 굴절율(n_e)과 정상 굴절율(n_o)이 전극스트라이프방향의 직교방향으로 규칙적으로 교대로 배열되고 그 결과 액정층에 회절격자가 형성되어 평행광을 산란시킬 수 있다. 본 실시예는 실시예 14와 마찬가지로 회절격자효과 및 굴절렌즈효과를 얻는 구성으로 되어 있어서 실시 예 14와 비교해서 전압무인가시의 분자배열이 역(수평배향에 대해 수직배향)이고, 사용된 액정조성물의 유전율 이방성도 역(양에 대해 음)으로 한 것이다. 이와 같이 본 발명의 LCD는 전압을 인가한 상태에 있어서 전극스트라이프방향 및 그 직교방향의 편광 성분에 대한 굴절율이 액정분자의 이상광굴절율(n_e)와 정상광굴절율(n_o)이 일정방향(한방향이상)으로 규칙적으로 교대로 배열하도륵 하면 액정층에는 회절격자가 형성되고 평행광을 산란시키는 효과를 얻을 수 있다. 이 효과를 직교한 2방향의 편광성분에 대해 얻도록 하면 비편광의 광을 산란시킬 수 있고 높은 콘트라스트특성을 얻을 수 있게 된다. 이러한 구성을 실현 시키려면 액정분자의 경사방향(경사방향 및 경사진방향)의 자유도가 무한대인 초기 수직배향으로에 유전율이방성이 음인 액정조성물을 사용하면, 용이하게 실현할 수 있다.

이와같이 해서 얻어진 LCD에서 TFT를 통해 전압을 인가해서 전기광학특성(투과율-인가접압 곡선)을 실시예 1에 나타낸 방법으로 측정했다. 측정결과를 제32도에 나타낸다. 전압을 인가하고 있지 않는 상태(0V인가)에서는 투과율 약 80%로, 분명히 투과율특성을 나타냈다. 또한, 인가전압 3.8V이상에서는 최소투과율 0.2%로 양호한 광산란상태가 얻어졌다. 또한, 도면에서 알수 있는 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한, 인가전압 3.8V 및 0V에서 응답속도를 측정한 바 상승 10msec, 하강 20msec로 극히 빠른 값을 얻었다.

[실시예 16]

실시예 15에서 얻어진 LCD를 사용해서 투영형액정표시장치를 제작했다. 그 구조를 제 34도에 나타낸다. 매탈할라이드램프(25)를 광원으로 하는 광원항은 슈리렌렌즈(26)에 의해 평행광이 되고 액정셀(27), 집광렌즈를 지나 투영렌즈 유니트(30)에 의해 스크린(31)에 투영된다. 구동장치(32) 및 비디오신호 출력장치(33)에 의해 액정셀(27)에 입력된 화상은 스크린(31)에 확대해서 표시된다. 본 발명의 LCD는 평행광의 광로를 직진 또는 산란으로 진계에서 제어할 수 있는 것이다.

따라서, 도시한 바와같이 슈리렌광학계를 사용하면 스크린(31)상에 임의의 화상표시를 할 수 있게 된다. 본실시예에서는 액정셀(31)에 입사된 평행광중 직진한 광만을 투영하기 위해 집광렌즈(28)의 초점위치에 조리개(5mm)(29)를 설치해서 액정셀(31)로 산란시킨 빛을 차단한 구성으로 되어 있다.

얻어진 투영형액정표시장치를 사용해서 단색의 비디오신호화상을 약 30배로 투영한 결과 콘트라스트비는 약 200:1로 극히 높은 값임을 알수 있다. 또한, 극히 분명한 표시를 얻었다.

[실시예 17]

실시예 15에서 얻어진 LCD를 3장을 사용해서 투영형액정표시장치를 제작했다. 그 구조를 제35도에 나타낸다. 본실시예에서는 광원으로서 RGb의 3파장을 포함하는 백색광원(37)을 사용하고 있고 이것을 다이오크로익 미러(23,24)및 전반사 미러(25)를 각각 RGB의 파장으로 분광시키고 3장의 액정셀(27a,27b,27c)에 입사시키고 있다. 이렇게 함으로써 각 파장마다 공로를 제어하는 것이 가능해 진다.따라서 칼라표시가 실현된다. 또한 다이오크로익 미러(23)는 적색의 파장을 투과시키고 녹색 및 청색의 파장을 전반사시키고, 다이오크로익 미러(24)는 청색 파장을 투과시키고 적색 및 녹색 파장을 전반사 시킨다.

얻어진 투영형액정표시장치를 사용해서 풀칼라의 비디오신호화상을 약 30배로 투영한 결과 콘트라비스트는 약 180:1로 극히 높은 값임으로 알았다. 또한 극히 선명한 표시를 얻었다.

[실시예 18]

상기판으로서 칼라필터상에 IT0에서 이루어진 베타전극을 형성했다. RGB로 이루어진 칼라필터부착기판을 사용한 것 이외는 실시예 15와 같은 방법으로 LCD를 얻었다. 이 LCD를 사용해서 실시예 16과 동일한 구성으로 투영형액정 표시장치를 제작했다. 칼라필터를 설치함으로서 표시를 실현할 수 있다.

얻어진 투영형액정표시장치를 사용해서 전체 칼라의 비디오신호화상을 약 30배로 투영한 결과 콘트라스트비는 약 160:1로 극히 높은 값임을 알았다. 또한 극히 선명한 표시를 얻었다.

Claims

대향배치된 전극부착기판과, 이기판강에 끼워진 네마틱액정조성물로 이루어진 액정층으로 이루어지고, 상기 대향배치된 전극부착기판의 적어도 한쪽의 기판은 전극구조가 1화소마다 가장 넓은 부분의 폭을 50㎛ 이하로 하는 도전체부와 가장 넓은 부분의 폭을 50㎛이하로 하는 비도전체부로 이루어지는 영역을 가지며, 상기 대향배치된 양기판간에 있어서 적어도 1화소마다 화소내의 일부의 영역에서 도전체부와 비도전체부가 대향하고 있으며, 또한 비도전체부의 가장 좁은 부분의 폭을 S로 하고 대향 배치된 양기판의 전극간격을 D로 했을때 D≥S/2 의 관계가 만족외는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 액정층은 전계를 인가했을 때의 경사방향이 2방향이상 얻을수 있는 분자배열을 가지는 액정조성물로 이루어지는 것을 특징으로하는 액정표시 소자.
제1항에 있어서, 상기 대향배치된 양기판간에 있어서 이 양기판간의 수직법선방향에 대해서 경사전계가 1화소내에 적어도 2방향 이상 형성되고, 상기 액정층을 형성하는 액정분자가 전압무인가상태에서 스프레이배열을 이루며 또한 전압인가상태에서 경사 윗방향 또는 경사 아랫방향의 자유도를 2방향이상 취할 수 있는 분자배열인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 상기한 대향배치된 적어도 한쪽의 전극부착기판은 가장 넓은 부분의 폭이 30㎛ 이하이고, 네마틱액정조성물을 상기 기관표면상에서 액정분저장축을 한방향으로 배열시키는 경사배향을 유발하는 수단을 가지고 있으며, 2장의 기판상에서의 액정분자배열방향의 교차각을 θ(0°≤θ≤90°)로 하고 2장의 기판표면상에서의 프레틸트각에 의해 액정을 유니폼트위스트 배열시키도록 결정하는 셀트위스트각을 ψ으로 하고 상기 액정층에 전계를 인가하지 않은 상태에서 ψ가 ±θ(여기서 트위스트방향이 좌회전일때 +, 우회전일때 -로 한다)일때, 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ+180° 또는 ±θ-180°이며, ψ가 ±(θ-180°)일때, 액정트위스트각(ω)이 ±θ(이상 복호동순)인 것을 특징으로하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기한 대향배치된 양기판은 양기판 전극의 소자 법선방향으로 단면형상을 보았을 때 하기판에만 도전체부를 가지는 폭(RE) 및 상기판에만 도전체부를 가지는 폭 (FE), 양기판 모두에서 비도전체부인 폭(SS)이 순서대로 RE·SS·FE· SS·RE·SS·FE·SS·…로 SS를 끼워서 RE와 FE가 번갈아 배치되는 단면형상으로 되어 있고, 또한 적어도 각 화소마다 RE, FE 각각이 화소의 어딘가에서 전기적으로 하나로 연결된 전극구조이며, 네마틱액정조성물은 기판표면상에서 액정분자장축을 한 방향으로 배열시키는 경사배향을 유발하는 수단을 가지고 있으며, 2장의 기판 상에서의 액정분자배열방향의 교차각이 θ(0°≤θ≤90°)이며, 2장의 기판표면상에서의 경사배향에 의해 액정조성물을 유니폼트위스트 배열시키도록 결정되는 셀트위스트각이 ψ인 LCD로써, 액정조성물에 전계를 인가 하지 않는 상태에서 ψ가±θ(여기서 트위스트배향이 좌회전일 때 +, 우회전 일때 -로 한다)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ+180°또는±θ-180°이며, ψ가±(θ-180°)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ(이상 복호동순)인 것을 특징으로하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 대향배치된 양기판은 양기판전극의 소자 법선 방향에서 단면형상을 보았을 때 하기판에만 도전체부를 가지는 폭(RE) 및 상기판에만 도전체부를 가지는 폭(FE), 양기판 모두에서 비도전체부인 폭(EE)이 순서대로 RE·EE·FE· EE·RE·EE·FE·EE·…로 EE를 끼워서 RE와 FE가 번갈아 배치되는 단면형상이 되어 있든지 또는 RE·FE·RE· FE·RE·FE·RE·FE·…로 RE와 FE가 번갈아 배치되는 단명형상이 되어 있으며, 또한 적어도 각 화소마다 RE,FE각각이 화소의 어딘가에서 전기적으로 하나로 연결된 적극구조이고, 상기 네마틱액정조성물은 기판표면상에서 액정분자장축을 한 방향으로 배열 시키는 경사 배향을 유발하는 수단을 가지고 있으며, 2장의 기판상에서의 액정 분자 배열방향의 교차각이θ(0°≤θ≤90°이며, 2장의 기판표면상에서의 경사배향에 의해 액정조성물을 유니폼트위스트 배열시키도록 결정되는 셀트위스트각이 ψ이고, 액정조성물에 전계를 인가하지 않는 상태에서 ψ가±θ (여기서 트위스트방향이 좌회전일 때 +, 우회전일 때 -로 한다)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ+180°또는±θ-180°이며, ψ가±(θ-180°)일 때 액정의 트위스트각(ω)이 ±θ(이상 복호동순)인 것을 특징으로하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 액정조성물은 양 또는 음의 유전을 이방성을 가지는 액정으로 이루어지고, 전계를 인가했을 대에 취할 수 있는 2방향이상의 경사 방향은 양의 유전을 이방성을 가지는 액정의 경우 경사 윗방향이며, 음의 유전율 이방성을 가지는 액정의 경우 경사 아랫방향인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제7항에 있어서, 상기 양기판에 있어서의 액정분자배열은 액정의 프레틸트각의 차를 0.5°이하이고, 프레틸트각(α_o)이 모두 90°인 수직배향으로 이루어지고, 프레틸트각 (α_o)이 모두 45°이상 90°미만이고 또한 상하기판의 프레틸트각의 차가 0.5°이하이며 상기 프레틸트각 (α_o)를 얻는 방향이 상하 동일방향인 밴드형상의 배향으로 이루어지는 액정분자배열 등에서 얻을 수 있다.
제1항에 있어서, 1화소마다의 전극구조가 상기 양기판 모두 각 화소의 적어도 일부분에서 도전체부와 비도체부로 이루어지는 스트라이프 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 적어도 한쪽의 적극부착기판의 1화소마다 스위칭소자를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 양기판사이에 전극간격(D)보다 짧은 직경을 가지는 미립자를 혼입 시키든지 또는 전극간격(D)보다 짧은 돌기를 상기 양기판의 적어도 한쪽에 설치해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 전극상에 투광성 보호막이 형성되며 이투광성 보호막의 굴절율이 상기 전극재료의 굴절율의 0.9~1.1배인것을 특징으로 하는 액정표시소자.
특허청구범위 제1항의 기재의 액정표시소자와, 이 액정표시소자에 평행광을 입사하는 수단과, 상기 입사된 평행광을 상기 액정표시소자에서 제어하는 수단과, 상기 제어된 빛의 진행방향중 일부의 방향의 빛을 투영하는 광학계를 사용하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제13항에 있어서, 상기 액정표시소자는 특허청구범위 제1항 기재의 액정표시소자를 2이상 사용하고 각각에 적색, 청색, 녹색 중 적어도 어느 1색을 포함하는 분광된 평행광을 입사하여 이루어진 것을 특징으로하는 투영형 액정표시장치.
제13항에 있어서, 상기 액정표시소자는 특허청구범위 제1항기재의 액정표시소자를 사용하고 있는 액정표시소자에 2색이상의 칼라필터를 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 액정표시장치.