KR0161367B1

KR0161367B1 - 액정표시소자 및 액정표시장치

Info

Publication number: KR0161367B1
Application number: KR1019950046951A
Authority: KR
Inventors: 마키코 사토; 유조 히사타케; 료이치 와타나베; 히토시 하토
Original assignee: 사토 후미오; 가부시키가이샤 도시바
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 1999-01-15
Also published as: TW351775B; JPH08160442A; US5748275A; JP3529460B2; KR960024617A

Abstract

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로서 제1전극을 갖는 제1기판과, 상기 제1기판에 상기 제1전극과 제2전극이 함께 대향하도록 배치된 제2전극을 갖는 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 사이에 채워된 네마틱 액정조성물층과, 상기 네마틱 액정조성물의 액정분자를 상기 제1 및 제2기판 표면상에서 한쪽 방향으로 배열시킨 배향막을 갖춘 액정소자이고, 상기 제1전극은 각 화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 도전체부와 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 비도전체부가 각각 교대로 배치되며, 또한 상기 복수의 도전체부가 상기 화소의 일부이고 전기적으로 접속된 형성을 갖으며 상기 제2전극은 연속도전성막이고 상기 비도전체부의 폭 RS와 상기 제1 및 제2전극간의 간격(D)은 tan(π/9)RS/2D

Description

액정표시소자 및 액정표시장치

제1a도 및 제1b도는 고분자분산형 LCD를 설명하는 도면.

제2a도는 상기 제안된 LCD의 상하 전극의 패턴을 나타내는 사시도.

제2b도는 상기 제안된 LCD의 전압을 인가할 때의 액정셀의 단면도.

제3a도 내지 제3f도는 스프레이 배열의 액정분자의 인가전압의 유무에 의한 동작을 설명하는 단면도.

제4도는 본 발명의 제1태양에 의한 LCD에 있어서의 상하 전극의 패턴을 나타내는 사시도.

제5a도 및 제5b도는 본 발명의 제1태양에 의한 LCD에 있어서의 전압을 인가하지 않을 때와 전압을 인가할 때의 액정셀의 평면도 및 단면도.

제6도는 EE와 RS가 번갈아 배치되는 단면형상의 일례를 나타내는 도면.

제7도는 EE와 RS가 번갈아 배치되는 단면형상의 다른 일례를 나타내는 도면.

제8a도 및 제8b도는 본 발명의 한 실시예에 의한 LCD에 있어서의 전압을 인가하지 않을 때와 전압을 인가할 때의 액정셀의 평면도 및 단면도.

제9a도 내지 제9c도는 전압을 인가하지 않을 때의 EE와 RS와의 관계를 설명하는 도면.

제10a도 내지 제10c도는 전압을 인가할 때의 EE와 RS와의 관계를 설명하는 도면.

제11도는 본 발명의 제2LCD에 있어서의 상하 전극의 패턴을 나타내는 사시도.

제12a도 및 제12b도는 본 발명의 제2태양에 의한 LCD에 있어서의 전압을 인가하지 않을 때와 전압을 인가할 때의 액정셀의 평면 및 단면도.

제13도는 이상적인 액정분자배열을 나타내는 도면.

제14a도 및 제14b도는 본 발명의 LCD의 산란상을 나타내는 도면.

제15도는 쉴렌(Schilieren) 광학장치의 구성을 나타내는 도면.

제16도는 투영형 액정표시장치를 나타내는 도면.

제17도는 다른 투영형 액정표시장치를 나타내는 도면.

제18도는 액정셀과 마이크로렌즈의 단면도를 나타내는 도면.

제19도는 다른 액정셀과 마이크로렌즈의 단면도를 나타내는 도면.

제20도는 실시예 1에 의한 LCD의 전기광학 특성을 나타내는 그래프.

제21a도 및 제21b도는 비교예 1에 의한 LCD의 굴절율 분포를 나타내는 도면.

제22도는 실시예 6에 의한 LCD의 전기광학 특성을 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 기준 3 : 폴리머

4,6 : 액정 11,12 : 상하 기판

13,14 : 전극 13a,14a : 도전부

13b,14b : 비도전부 15,16 : 상하배향막

19 : TFT 20 : 액정층

25 : 광원 28 : 집광렌즈

30 : 투사렌즈 31 : 스크린

37 : 백색광원 38 : 반사경

39 : 램프 M : 액정분자

e : 전기력선

본 발명은 새로운 액정표시소자 및 그것을 구비하는 액정표시장치에 관한 것이다.

최근, 액정표시소자(이하 LCD라고 약칭)는 워드 프로세서, 개인용 컴퓨터, 투영형 TV, 소형 TV 등에 널리 이용되고 있다.

이 LCD는 광의 명암의 변화를 제어하므로써 표시를 한다. 이와 같은 광제어방법으로서 액정분자의 편광효과와 편광자와의 조합에 의한 방법, 액정의 상전이를 이용하여 광의 산란과 투과에 의한 방법, 및 액정에 염료를 첨가하고, 염료의 가시광 흡수량을 제어하므로써 발생한 색의 농담 변화를 이용하는 방법 등이 있다.

편광효과와 편광자를 조합한 방법을 이용하는 LCD는 예를 들면 90°비틀린 분자배열을 가진 트위스티드 네마틱(TN)형 LCD이고, 원리적으로 얇은 액정층 두께, 낮은 전압으로 편광을 제어할 수 있다. 이 때문에 TN형 LCD는 빠른 응답속도, 낮은 소비전력으로 높은 콘트라스트비 특성을 나타낸다. 이 TN형 LCD는 단순 매트릭스 구동에 의해 시계나 전자식 탁상 계산기 등에 또한 스위칭 소자를 각 화소마다 구비한 액티스 매트릭스 구동 및 칼라 필터와 조합시켜 풀칼라표시의 액정 TV 등에 응용되고 있다.

그러나 이 편광효과와 편광자를 조합시킨 LCD는 원리상 편광판을 이용하기 때문에 LCD의 투과광량이 현저하게 낮아진다. 즉, 적어도 1장의 편광판을 이용하기 때문에 투과광량은 적어도 50% 이하가 된다. 또한 액정분자배열의 방위성에 의해 보는 각도·방위에 의해 표시색이나 콘트라스트비가 크게 변화하기 때문에 시각의존증을 갖는다. 이 시각의존증에다가, 입사광량에 대한 투과광량의 비로 나타내어지는 투과율이 낮은 등의 이유에 의해 TN형 LCD의 냉음극선관(CRT)의 표시성능을 완전하게 앞지르지 못한 것이 실상이다.

한편, 액정의 상전이를 이용한 LCD 및 염료의 가시광 흡수량을 제어한 LCD는 예를 들면 헤리컬 구조의 분자배열을 갖는 콜레스테릭상으로부터 호메오 트로픽 구조의 분자배열을 갖는 네마틱상으로의 상전이를 전기장을 인가해서 발생시키는 PC형 액정 및 이 액정분자에 염료를 첨가하여 이루어지는 화이트·테일러형GH액정을 이용하는 LCD 등이다. 이 LCD는 원리상 편광판을 이용하지 않기 때문에 투과율이 낮아지는 일이 없다. 또한 넓은 시야각을 나타내기 때문에 자동차 기기나 투영형 표시기 등에 응용되고 있다.

그러나 이와 같은 LCD는 액정층 두께를 비교적 두껍게 하거나 액정분자의 헤리컬 강도를 강하게 하지 않으면 충분한 광의 산란이 얻어지지 않는다. 이것은 광의 산란이 여러 가지의 액정분자배열에 기인하고 있기 때문이다. 즉, 충분하게 광을 산란시키기 위해서는 예를 들면 헤리컬 구조의 분자배열을 갖는 콜레스테릭상의 경우 입사광 방향에 대해서 모든 방위에 헤리컬축을 가질 필요성이 있다. 이와 같이 다수의 방위의 헤리컬축을 가지게 하기 위해서는 액정층 두께를 두껍게 하지 않으면 안된다. 이 때문에 이와 같은 LCD는 높은 구동전압을 필요로 하고, 응답속도가 매우 늦어지는 등의 문제가 있고, 표시량(화소수)이 많은 표시소자로의 응용은 곤란했다. 또한 인가전압의 증가에 따라 투과율이 급격하게 변화하기 때문에 단계적 변화 표시도 곤란했다.

또한, 광산란상태와 광투과상태에서 액정의 분자배열이 현저하게 다르기 때문에 광산란 및 광투과상태의 상호변화를 전계제어로 하는 경우 그 전기광학특성에 히스테리시스가 생긴다. 이 히스테리시스가 생기는 원인에는 여러설이 있고, 반드시 명확하게 되어 있지 않지만, 액정의 분자배열이 현저하게 다른 경우나 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 광산란상태(액정의 분자배열이 미세한 도메인의 집합체로 이루어져 있는 상태)를 액정분자가 형성하고 있는 경우에 발생하기 쉬운 것이 알려져 있다.

이와 같이 그 인가전계-광투과특성에 히스테리시스가 있으면, 멀리플렉스 구동이 곤란하게 되는 등 실용적으로 문제가 있었다.

액정의 상전이를 이용한 것 이외의 LCD는 유기전해질 등의 도전성 물질을 용해한 Nn액정을 이용하고, 저주파로 고전압을 인가하므로써 산란을 얻는 수단(일반적으로 DS효과라고 한다)이나 열광학효과에 의해 산란을 얻는 수단을 이용하는 LCD가 제안되고 있다. 그러나 이 경우에 있어서도 상기한 문제가 있다.

또한, 제1a도에 나타내는 바와 같이 기준(1,2) 사이에 끼워진 폴리머(3)내에 다수의 캡슐을 형성하고, 이 중에 액정(4)을 봉입한 캡슐형상 구조 및 제1b도에 나타내는 바와 같이 섬유형상 폴리머(5)의 사이에 액정(6)을 분산시킨 섬유상 폴리머 구조를 이용하여 광산란성을 높이는 고분자 분산형 LCD가 제안되고 있다.

그러나 이와 같은 고분자 분산형 LCD는 제법상 및 원리상에서 그 폴리머의 형상이나 폴리머와 액정층과의 혼합비에 제약이 있다. 또한 외부에서 인가한 전압은 폴리머와 액정에 분압되기 때문에 액정에는 인가전압의 일부밖에 인가되지 않는다. 이 때문에 충분하게 낮은 구동전압과 높은 응답속도 등이 요구되는 구동특성을 만족시키도록 하면, 충분한 광산란성을 얻지 못하는 것이 실상이다.

또한, 이 방식에 있어서도 광산란상태와 광투과상태에서 액정의 분자배열이 현저하게 다르기 때문에 상기한 바와 같이 전기광학 특성에 히스테리시스가 생긴다. 이것에 대해서 광산란상태에 있어서의 액정분자배열을 어느 정도 제어(예를 들면 캡슐 내면에 있어서의 액정분자배열을 제어하기 위해서 폴리머에 소수성 물질을 혼합하는 등)하여 상기 히스테리시스를 경감시키는 것도 가능하지만, 이것은 동시에 광산란을 약하게 하므로써 실용적이지 않다.

이와 같이 고분자 분산형 LCD에 있어서도 액정의 상전이를 이용한 다른 LCD와 동일한 문제가 있었다.

광을 산란시키는 수법으로서, 2장의 전극이 부착된 기판의 표면에 있어서 여러 방향으로 액정분자를 배열시키도록 미세한 영역마다 배향처리를 실시하고, 이것을 내면으로서 대향시킨 간격으로 액정을 끼우는 일도 생각할 수 있다. 그러나 미세한 영역마다 배향처리방향(예를 들면 러빙방향)을 다르게 하는 것은 실제상 곤란하고, 또한 상기한 히스테리시스의 문제를 해결하는 수단은 되지 않는다.

상기한 바와 같이 종래의 LCD는 투과율이 낮고, 좁은 시각의존증을 갖거나 또는 높은 구동전압을 필요로 하며, 응답속도도 늦은 문제를 갖고 있었다.

본 발명의 목적은 광산란성이 높고, 구동전압이 낮으며, 밝고 콘트라스트비가 높아 단계적 변화성이 우수하고, 또한 단계적 변화를 표시해도 표시가 반전하는 일이 없는 새로운 구성의 액정표시소자를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 액정표시소자를 구비하는 액정표시장치를 제공함에 있다.

본 발명에 의하면 제1전극을 갖는 제1기판과, 상기 제1기판에 상기 제1전극과 제2전극끼리가 대향하도록 배치된, 제2전극을 갖는 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판간에 유지된 네마틱 액정조성물층과, 상기 네마틱 액정조성물의 액정분자를 상기 제1 및 제2기판 표면상에서 한 방향으로 배열시키는 수단을 구비하는 액정표시소자로, 상기 제1전극은 각 화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 도전체부와, 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 비도전체부가 각각 번갈아 배치되고, 또한 상기 복수의 도전체부가 상기 화소의 일부에서 전기적으로 접속된 형상을 갖고, 상기 제2전극은 연속도전성막이고, 상기 비도전체부의 폭(RS)과 상기 제1 및 제2전극간의 간격(D)은 하기 식을 만족하는 액정표시소자가 제공된다.

RS/2D tan(7π/18)

또한, 본 발명에 의하면 제1전극을 갖는 제1기판과, 상기 제1기판에 상기 제1전극과 제2전극끼리가 대향하도록 배치된, 제2전극을 갖는 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판간에 유지된 네마틱 액정조성물층과, 상기 네마틱 액정조성물의 액정분자를 상기 제1 및 제2기판 표면상에서 한 방향으로 배열시키는 수단을 구비하는 액정표시소자로, 상기 제1전극을 각 화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 제1비도전체부가 각각 번갈아 배치되며, 또한 상기 복수의 제1도전체부가 상기 화소의 일부에서 전기적으로 접속된 형상을 갖고, 상기 제2전극은 각 화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 제2도전체부와, 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 제2비도전체부가 각각 번갈아 상기 제1도전체부 및 제1비도전체부와 동일 방향으로 연장되도록 배치되며, 또한 상기 복수의 제2도전체부가 상기 화소의 일부에서 전기적으로 접속된 형상을 갖고, 상기 제1도전체부와 제2도전체부는 상호 대향하는 일이 없이, 그 폭 방향으로 어긋나 배치되고, 상기 액정조성물층은 상기 제1도전체부와 이것에 대향하는 상기 제2비도전체부의 일부에 의해 끼워진 FE부, 이것에 인접하는 상기 제1비도전체부의 일부와 이것에 대향하는 상기 제2비도전체부의 일부에 의해 끼워진 SS부와, 이것에 인접하는 상기 제1비도전체부의 일부와 이것에 대향하는 상기 제2도전체부에 의해 끼워진 RE부가 차례로

FE·SS·RE·FE·SS·RE

와 FE부, SS부, RE부가 주기적으로 반복된 구성을 갖고, 상기 SS부의 폭(SS)과 상기 제1 및 제2전극간의 간격(D)과는 하기식을 만족하는 액정표시소자가 제공된다.

SS/D tan(7π/18)

또한 본 발명에 의하면 상기한 액정표시소자와 이 액정표시소자에 소자평면의 법선방향과 이루는 각이 10도 미만의 광을 입사하는 수단과, 상기 입사된 광을 상기 액정표시소자로 제어하는 수단과, 상기 제어된 광의 진행방향 중 일부 방향의 광을 투영하는 광학계를 구비하는 액정표시장치가 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 광투과율을 제어하는 광변조층을 구비한 상기한 액정표시소자로 이루어지는 표시패널과, 상기 표시패널에 광원으로부터의 광원광을 유도하는 광원광학계와, 상기 표시패널에 의해 광변조된 변조광 스크린에 투영하는 투사광학계를 구비하는 투사형 표시장치가 제공된다.

본 발명의 제1태양에 의한 LCD는 대향배치된 2장의 전극이 부착된 기판간에 네마틱 액정조성물을 끼워 이루어지는 LCD이고, 이 2장의 전극이 부착된 기판 중, 1장의 기판의 전극은 1화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 도전체부와 복수의 비도전체부가 스트라이프형상으로 번갈아 배치되어 있으며, 다른 1장의 기판의 전극이 연속한 도전체부로 이루어지고, 적어도 각 화소마다 상기 복수의 도전체부가 화소의 일부에서 전기적으로 집속되어 있으며, 또한 대향배치된 양기판의 전극간 간격을 D라 하고, 상기 비도전체부의 폭을 RS로 할 때, tan(π/9) RS/2Dtan(7π/18)의 관계가 만족되어 있는 전극구조이고, 기판표면상에서 액정분자를 한 방향으로 배열시키는 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

여기서 tan(π/9) 및 tan(7π/18)에 있어서의 각도의 단위는 라디안으로 나타낸다. 또한 도전체부와 비도전체부의 배열은 1화소 내에 있고, 어느 쪽이 먼저여도 좋다.

제1태양에 의한 LCD에 있어서 또한 tan(π/9)RS/2Dtan(7π/18)의 관계가 만족되고 있는 전극구조로 할 수 있다. 또한 상기 LCD에 있어서 도전체부의 폭을 EE로 할 때, D/2EE3D의 관계가 만족되고 있는 전극구조로 할 수 있다. 또한 상기 LCD에 있어서 액정조성물이 부(負)의 유전율 이방성을 갖는 경우는 RS/3EE1.1×RS의 관계가 만족되고, 액정조성물이 정(正)의 유전율 이방성을 갖는 경우는 0EERS의 관계가 만족되고 있는 전극구조로 할 수 있다. 또한 상기 LCD에 있어서, 2.5㎛EE+RS36㎛의 관계가 만족되고 있는 전극구조로 할 수 있다.

본 발명의 제2태양에 의한 LCD는 대향배치된 2장의 전극이 부착된 기판간에 네마틱 액정조성물을 끼워 이루어지는 LCD이고, 이 2장의 전극이 부착된 기판의 전극이 1화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 영역을 단위로 한 도전체부와 비도전체부로 이루어지고, 양 기판의 LCD 법선방향에서의 단면형상을 볼 때, 1장의 전극이 부착된 기판에만 도전체부를 갖는 폭(RE) 및 다른 1장의 전극이 부착된 기판에만 도전체부를 갖는 폭(FE), 양 기판 모두 비도전체부인 폭(SS)이 치레로 RE·SS·FE·SS·RE·SS·FE·SS……와 SS를 끼워 RE와 FE가 번갈아 배치되는 단면형상으로 이루어져 있고, 또한 적어도 각 화소마다 RE, FE 각각이 화소의 일부에서 전기적으로 하나에 접속되어 있으며, 대향배치된 양 기판의 전극간 간격을 D로 했을 때 tan(π/9)SS/Dtan(7π/18)의 관계가 만족되고 있는 전극구조이고, 기판표면상에서 액정분자를 한 방향으로 배열시키는 수단을 갖고 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서 각도의 단위는 제1LCD와 동일 라디안이고, RE·SS·FE의 배열은 1화소내에 있으며, 어느 한쪽이 먼저 배열되도 좋다. 또한 제2LCD에 있어서, D/2RE3D 및 D/2FE3D의 관계가 만족되고 있는 전극구조인 것을 특징으로 한다. 또한 상기한 LCD에 있어서, 0.9×SSRE1.1×SSFE1.1×SS의 관계가 만족되고 있는 전극구조인 것을 특징으로 하고 있다. 또한 상기 LCD에 있어서, 2.5㎛FE+SS36㎛의 관계가 만족되고 있는 전극구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 및 제2태양에 의한 LCD에 있어서, 2장의 전극이 부착된 기판간에 끼워지는 액정조성물의 액정분자배열은 액정분자 장축을 상기 도전체부와 비도전체부로 이루어지는 스트라이프 형상 전극의 스트라이프방향과 평행으로 배열된 호모디니어스 배향, 또는 액정분자 장축을 2장의 전극이 부착된 기판간에 수직으로 배열된 수직배향인 것을 특징으로 한다.

또한, 입사광이 가시광 영역으로 이루어지는 광이고, 액정조성물의 굴절율 이방성 Δn과 액정층 두께 d의 곱은 350nmΔnd1050nm의 관계가 만족되고 있거나 또는 입사광이 100nm 이하의 밴드폭을 갖는 단색광이고, 이 단색광의 중심파장을 λ로 했을 때, 상기 액정조성물의 굴절율 이방성 Δn과 액정층 두께 d의 곱은 (λ-50)/2nmΔnd2(λ+50)nm의 관계가 만족되고 있는 것을 특징으로 한다. 여기서 가시광 영역으로 이루어지는 입사광의 파장은 400∼700nm의 범위가 바람직하다.

본 발명의 액정표시장치는 상기한 제1 또는 제2태양에 의한 LCD를 사용하고, 이 LCD에 소자평면의 법선방향이 이루는 각이 10도 미만의 광을 입사하는 수단과, 이 입사된 광을 LCD로 제어하는 수단과, 제어된 광의 진행방향 중 일부 방향의 광을 투영하는 광학계를 이용하는 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 LCD를 복수개 사용하고, 그 복수의 LCD 각각에 적색, 청색, 녹색을 나타내는 파장의 적어도 어느 한가지 색을 포함하지 않는 분광된 광을 입사시키는 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액정표시장치에 있어서, LCD의 입사광측 외면의 기판에 LCD의 각 화소를 대응시킨 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 설치한 것을 특징으로 한다. 또한 이 LCD의 입사광측 기판의 전극과 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층 사이에 광학적으로 볼록렌즈 또는 오목렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 설치하고, 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층과 광학적으로 볼록렌즈 또는 오목렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 투과한 광의 LCD평면의 법선방향과 이루는 각도를 입사광의 LCD평면의 법선방향과 이루는 각도의 0.9 내지 1.1배로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 LCD는 각 화소에 있어서 실행적으로 같은 분자배열로 하므로써 광투과상태를 실현하고, 또한 2가지 종류 이상의 전계방향으로 굴절렌즈효과나 회절격자효과를 얻으므로써 광산란상태를 실현한다. 여기서 굴절렌즈효과란 액정층 두께 방향으로 액정분자가 연속적으로 경사를 바꾸어 액정층의 굴절율이 연속적으로 변화하므로써 입사한 광을 굴절시키는 효과를 말한다. 또한 회절격자효과란 액정분자의 이상광 굴절율(n_e)과 상광굴절율(n₀)이 액정평면에 있어서, 규칙적으로 번갈아 출현하므로써 액정층에 회절격자가 형성되고, 그 결과 평행광이 산란하는 효과를 말한다. 이와 같은 원리에 기초하는 새로운 LCD의 제안을 본 발명자들은 이미 실시하고 있지만(일본국 특원평6-172935), 본 발명은 이러한 기재한 LCD의 제 특성을 더 향상시키는 것이다. 이하 그것에 대해서 설명한다.

굴절렌즈효과나 회절격자효과에 의한 광산란은 2가지 종류 이상의 전계방향의 경계부에 월(벽)형상의 분자배열을 형성하므로써 얻어진다.

상기 기제안의 1화소에 있어서의 전극구조의 일례를 제2a도에 나타내고, 분자배열구조의 일례를 제2b도에 나타낸다. 제2b도에 나타내는 분자배열구조는 스프레이배열이고, 또한 상하 기판 표면에 있어서의 액정 프리틸트각이 상하로 거의 같은 것을 특징으로 하고 있다. 또한 전압을 인가한 경우의 분자배열구조를 나타내고 있다. 즉, 상하 기판(11,12)에 각각 화소단위로 스트라이프를 형성하는 전극(13,14)을 배치하고, 각 전극의 도전부(13a,14a)와 비도전부(13b,14b)를 등간격으로 하고, 1/2피치 어긋나게 하여 대향시킨다. 상하 배향막(15,16)의 배향방향을 동일 방향으로 하고, 액정층(20)의 액정분자(M)를 스프레이배열로 하고 있다. 상하 전극(13,14)에 전압을 인가하면 경사 전계(e)가 발생한다.

다음에 이와 같은 스프레이배열에 경사 전계를 인가했을 때의 액정분자의 거동을 제3a도 내지 제3f도에 의해 설명한다.

제3a도 내지 제3f도는 상하 기판(11,12)의 표면의 액정분자의 배향방향 및 프리틸트(α₀)가 동일하고, 또 액정분자에 비틀림이 없는 상태에 있어서, 전극형상이 각각 다른 경우의 분자배열로의 영향을 나타내기 때문에 제3a도 내지 제3c도는 전압을 인가하지 않을 때의 상태, 제3d도 내지 제3f도는 전압을 인가할 때의 상태를 나타내고 있다. 여기서 제3a도 및 제3d도는 상하 기판의 전극형상이 같고, 액정층 두께 방향에만 전계가 인가되는 상태를 나타내고 있다.

액정분자는 기판과 평행이 되는 분자의 위치(d₀)를 액정층 두께(d)의 중점에 갖고 있으며, 제3d도에 나타내는 바와 같이 전극(13,14)에 전원으로부터 전압(V₀)을 인가해도 그 위치는 변하지 않는다. 제3b도는 하부기판(12)의 전극(14)을 도면중 왼쪽에 형성하고, 오른쪽은 전극이 없고, 상부기판(11)의 다른쪽의 전극(13)은 도면중 오른쪽에 형성하고, 왼쪽은 전극이 없는 영역으로 한 것으로, 상호 전극(13,14)은 전극이 없는 영역에 면해 있다.

전압(V₀)을 인가하면 전극의 상호의 어긋남 때문에 액정층의 횡전계 성분을 갖는 전계가 첨가되고, 제3e도에 나타내는 바와 같이 분자(M)는 급경사로 오른쪽으로 올라가는 분자배열이 된다.

한편, 제3c도는 하부기판(12)의 전극(14)을 도면중 오른쪽에 형성하고, 왼쪽은 전극이 없는 영역으로 하며, 상부기판(11)의 다른쪽 전극(13)은 도면중 왼쪽에 형성되며, 오른쪽은 전극이 없는 영역으로 한 전극의 구성을 나타내는 것으로, 상호의 전극(13,14)은 전극이 없는 영역에 대면하고 있다. 제3f도에 나타내는 바와 같이 전압(V₀)을 인가하면 전극 상호의 어긋남 때문에 액정층에 횡전계성분을 갖는 전계가 첨가되고, 도시한 바와 같이 왼쪽으로 올라가는 배열이 된다. 즉 전압을 인가할 때의 액정분자의 배열은 횡전계성분을 갖는 경사전계의 형성에 의존한다.

이러한 분자배열은 전계의 인가 방식에 의해 그 분자의 틸트방향이 도시하는 바와 같이 2방향이 된다. 이것은 전압을 인가하지 않은 상태에서의 액정분자배열이 상반부와 하반부로 대칭인 형태를 하고 있는 것에 기인하고 있다. 즉 액정분자의 틸트방향이 2이상의 자유도를 갖고 있음에 의한다.

그래서, 제2a도에 나타내는 바와 같이 상부전극(13)을 복수의 스트라이프형상 도전체부(13a)를 비도전체부(13b)를 통하여 등간격으로 배치한 전극패턴으로 하며, 마찬가지로 하부전극 패턴(14)을 복수의 스트라이프형상 도전체부(14a)를 비도전체부(14b)를 통하여 등간격으로 배치한 패턴으로 이 전극을 상대향시켰을 때에 한쪽 전극의 도전체부(13a,14a)가 다른쪽 전극의 비도전체부(14b,13b)에 대향하도록 기판간에 간격을 형성하도록 겹쳐진다. 이 경우 상하 기판의 액정배향방향이 동일방향이 되도록 러빙처리하여 둔다.

이 결과 전압이 없을 때는 액정은 스프레이 배열상태를 정연하게 유지하지만, 전압을 인가할 때에는 도전체부가 상하전극으로 어긋나 있기 때문에 전극간에 횡전계성분을 갖는 경사전계가 발생하고, 제2b도에 나타내는 바와 같이 번갈아 경사방향을 바꾼 전기력선(e)을 형성한다. 액정분자(M)는 전기력선을 따라 일어나는 배열로 하기 때문에 왼쪽으로 올라가는 경사전계와 왼쪽으로 올라가는 경사전계와의 경계에서 액정배열이 불연속하게 되며, 분자의 틸트방향의 경계부(도면 중 DL)에 월 라인(본 발명에서는 전계인가시에 발생하는 메모리성이 강한 일반적인 의미에서의 디스크리네이션과 구별하기 위해서 「월」이라고 칭한다)이 발생한다.

따라서 전압을 인가하면 도시하는 바와 같이 분자의 틸트방향의 경계부(도면 중 DL)에 월 라인을 발생할 수 있고, 입사광을 산란시키는 기능을 얻을 수 있다. 이와 같이 액정분자의 틸트방향의 2이상의 자유도를 얻기 위해서는 제2b도의 분자배열구조 외에 예를 들면 액정조성물로서 부의 유전이방성을 갖는 네마틱 액정조성물을 이용하여 액정분자배열을 상하기판에 있어서의 프리틸트각이 90°인 완전한 수직배열로 해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우 액정분자의 틸트다운방향의 자유도가 2이상이 된다.

즉, 액정분자가 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서 실효적으로 같은 분자배열이고, 액정분자의 틸트업방향, 또는 틸트다운방향의 자유도가 2이상인 액정분자배열에 대해서 경사전계가 미세한 영역마다 상반하는 2방향 이상으로 인가되도록 고려한 전극이면 상기한 문제를 해결한 우수한 표시성능을 얻을 수 있다.

구체적으로 틸트다운방향의 자유도가 2이상인 분자배열은 스프레이 배열, 스프레이 트위스트 배열, 수직배열 등을 들 수 있다.

또한, 전극구조는 전극의 미세영역내에 도전체부와 비도전체부를 형성하고, 기판간에서 액정층을 끼워 상대향하는 한쪽 전극의 도전체부와 다른쪽 전극의 비도전체부를 대면시킨 구조이고, 분자의 틸트방위를 현저하게 다르게 하는 부분을 다수 설치하는 바와 같은 전극구조이면 바람직하다.

상기한 바와 같은 전극구조를 하나의 화소내에서 다수 형성하면 액정분자의 일어나는 방향이 미세하게 분할되기 때문에 하나의 화소내에 다수의 월 라인을 발생할 수 있고, 이 부분에서 광산란을 일으킬 수 있다.

이와 같은 원리에 기초하는 LCD는 광을 산란시키는 수단으로서 액정이외의 모체를 필요로 하지 않고, 또한 광투과상태와 광산란상태에서 액정의 분자배열이 현저하게 달라지고, 불연속의 액정분자배열이 일어나지 않고 실현할 수 있기 때문에 인가전압이 작고, 히스테리시스가 없는 매우 양호한 광산란상태를 얻을 수 있다. 또한 2방향 이상으로 경사전계를 발생시키고, 각 방향의 경사전계에 따라 액정분자가 틸트업 또는 틸트다운하고, 2가지 종류 이상의 전계방향의 경계부에 월(벽)형상의 부자배열이 형성되며, 주기적인 굴절율 분포가 형성된다. 액정분자에 의해 주기적인 굴절율 분포를 형성하는 것으로 굴절효과 및 회절격자효과에 의해 충분한 산란상태를 얻을 수 있는 것이다. 비편광을 산란시키는 경우는 2방향 이상으로 주기적인 굴절율 분포를 형성하지 않으면 안된다. 여기서 각 방위에 형성하는 굴절율 분포는 각각, 같은 주기로 동일 강도를 갖는 것이 바람직하다.

그와 같은 주기적인 굴절율 분포의 형성은 경사전계의 각도 및 강도에 크게 의존한다. 즉, 경사전계의 각도는 각도가 작으면 법선방향의 전계성분만이 지나치게 강하게 되며, 전극의 비전도체부에 법선전계에 가까운 전계가 인가되면, 비도전체부의 액정분자는 도전체부의 액정분자와 동일한 변화를 하고, 굴절율이 셀면내에서 균일하게 되어 주기적인 굴절율 분포가 형성되지 않는다. 경사전계의 각도가 크면 전계성분이 횡방향 성분만으로 이루어지고, 비도전체부의 액정층의 두께방향으로 전계가 인가되지 않고 액정분자가 거의 변화하지 않는다. 따라서 주기적인 굴절율 분포가 형성되어 보다 우수한 산란을 얻기 위해서 이 경사전계의 각도를 적절하게 하는 것이 필요하게 된다.

또한, 회절격자의 광산란효과는 ΔNd에 의존하고 다음식으로 나타내어진다.

T∼cos²(ΔNd·π/λ)

여기서 T는 산란강도(입사광에 대한 강도)이다. 여기서 ΔN은 굴절율 분포의 최대값과 최소값의 차이고, d는 액정층 두께를, λ는 입사광의 파장을 나타낸다. 이 식에서 회절격자의 광산란효과는 ΔNd에 의존하고, ΔNd에 대해서 극값을 갖는다. 따라서 ΔNd의 값이 현저하게 크면, 액정셀의 전기광학특성에 극값이 발생한다. 이것은 아날로그 신호를 이용한 단계적 변화 표현을 곤란하게 한다. 또한 ΔNd가 현저하게 작으면 충분한 산란효과가 얻어지지 않는다.

본 발명자는 광산란효과를 보다 일어나기 쉬운 액정분자배열에 대해서 여러 가지의 실험의 결과, 액정분자배열은 제13도에 나타내는 배열이 이상적인 배열이고, 산란효과가 높은 것을 확인했다.

제13도에 나타내는 배열은 액정분자가 번갈아 90°회전한 배열을 갖고, 액정분자 M₁,M₂의 사이는 연속적으로 변화하고 있다. 이 배열의 경우 2방향 각각으로 굴절율 분포가 형성되고, 2방향의 굴절율 분포는 반주기 어긋난 동일 굴절율 분포를 가지고 있다. 2방향에 동일주기의 굴절율 분포를 가지도록 액정분자를 배열시키면 굴절효과 및 회절격자효과에 의해 높은 산란효과를 나타낸다.

본 발명은 경사전계를 이용하여 액정분자를 제13도에 나타내는 바와 같은 배열로 하므로써 보다 산란효과가 높은 LCD를 얻는 것이다. 그리고 경사전계의 각도나 ΔNd 등의 적절한 값은 전극의 도전체부와 비도전체부의 폭, 기판간에 액정층 두께 등에 의존하는 것을 발견하고, 여러 가지의 실험연구에 의해 최적의 범위를 발견했다. 이하 이것에 대해서 설명한다.

본 발명의 제1태양에 의한 LCD에 있어서의 전극구조는 각 화소마다 한쪽이 스트라이프형상이고 다른쪽이 연속전극이다. 구체적인 일례로서는 제4도에 나타내는 전극구조를 들 수 있고, 1화소 부분을 나타내는 제4도에 있어서, 도전체부(13a) 및 비도전체부(13b)로 이루어지는 복수의 스트라이프를 형성하는 전극(13)이 상부기판에 화소단위로 배치되어 있다. 이 전극(13)의 도전체부(13a)와 비도전체부(13b)와의 폭을 비교하면 13a13b로 이루어지는 구성으로 되어 있다. 하부기판에 배치되어 있는 전극(14)은 전면 도전체부로 이루어져 있다.

또한 도전체부(13a)는 1화소내에서 상호 전기적으로 접속되어 있다. 제5a도 및 제5b도는 전극의 배열과 액정분자의 관계를 나타내는 도면으로, LCD법선방향에서의 단면형상을 볼 때 전극의 배열은 양 기판에 도전체부를 갖는 영역(EE)과, 비도전체부를 갖는 영역(RS)이 번갈아 배열되는 단면형상으로 이루어져 있는 것을 나타내고 있다.

또한 LCD의 법선방향에서 절단한 단면 형상을 볼 때 영역 EE와 영역 RS가 번갈아 배치되는 단면형상은 제6도 및 제7도에 나타내는 바와 같은 조합등도 생각할 수 있다. 이 전극구조에서도 본원 발명의 효과를 얻을 수 있지만, 제6도 및 제7도와 같은 전극구조로 한 경우 정렬이 곤란하게 되는 문제가 생긴다. 이 때문에 본 발명의 제1태양에 의한 LCD는 한쪽 기판의 전극이 1화소 내에 있어서 화소마다 도전체부와 비도전체부로 이루어지고, 다른 기판의 전극은 연속한 도전체부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제4도 및 제5a도, 제5b도에 나타내는 전극구조의 경우 tan(π/9)RS/2Dtan(7π/18)의 관계가 만족되고 있는 전극구조로 하므로써 보다 우수한 특성을 얻을 수 있는 것을 실험결과 알았다. RS/2D가 tan(π/9) 미만이면 LCD의 법선방향의 전계성분만이 지나치게 강하게 되며, 전극의 비도전체부에 LCD의 법선전계에 가까운 전계가 인가되며, 비도전체부의 액정분자는 도전체부의 액정분자와 동일의 변화를 하고, 굴절율이 셀면내에서 균일하게 되며, 주기적인 굴절율 분포가 형성되지 않게 된다.

한편 RS/2D가 tan(7π/18)을 넘으면 전계성분이 횡방향만으로 이루어지고, 비도전체부의 액정층의 두께 방향의 액정분자가 거의 변화하지 않게 되는 것을 실험에 의해 확인했다.

또한 tan(π/6)RS/2Dtan(7π/18)의 범위로, 바람직하게는 tan(π/6)RS/2Dtan(π/3)의 범위로, 보다 바람직하게는 tan(π/4)RS/2Dtan(7π/18)의 범위로, 또 바람직하게는 tan(π/4)RS/2Dtan(π/3)의 범위내에 있어서 주기적인 굴절율 분포가 형성되며, 굴절렌즈효과 및 회절격자효과에 의한 높은 산란효과가 얻어진다. 이 영역을 이용하여 의도하는 굴절율 분포를 용이하게 실현할 수 있다.

예를 들면 제8a도 및 제8b도에 나타내는 바와 같은 구성의 경우 분자배열이 변화하지 않는 부분을 1화소내에 형성하므로써 주기적인 굴절율 분포를 실현할 수 있다. 또한 RS/2Dtan(7π/18)의 범위는 필요 최소한의 경사전계가 얻어지지 않게 되며, 본 발명의 특징인 굴절렌즈효과 및 회절격자효과가 약해지지 때문에 높은 산란 효과를 얻기 어려워진다.

도전체부의 폭(EE)에 대해서는 예를 들면 폭(EE)이 3D보다 크면 비도전체부에도 법선방향으로 전계가 강하게 걸려 법선전계에 가까운 전계가 인가되며, 도전체부의 액정분자와 동일한 분자배열로 이루어지며, 굴절율이 셀면내에서 균일하게 되며, 주기적인 굴절율 분포가 형성되기 어려워지며, D/2보다 작으면 액정분자배열을 변화시키는 것만으로 충분한 경사전계가 인가되지 않게 되는 것을 실험에 의해 확인했다.

도전체부의 폭(EE)과 비도전체부의 폭(RS)와의 관계는 액정조성물이 부의 유전율 이방성을 갖는 경우는 RS/3EE0.1×RS이고, 정의 유전율 이방성을 갖는 경우는 0EERS이다. 이하 그 이유에 대해서 제9a도 내지 제9c도, 제10a도 내지 제10c도를 참조하여 설명한다.

회절격자효과는 굴절율 n₁, n₂이 번갈아 나란하게 있는 경우에 일어난다. 회절격자효과에 의해 산란상태가 가장 강해지는 n₁, n₂의 비는 1:1인 것이 알려져 있다(M 보룬·E 월프:광학의 원리 Ⅱ, 동해대학출판회(1975)637). 따라서, 회절격자효과를 높이기 위해서는 평면도적으로 보아 굴절율이 큰 부분과 작은 부분의 폭이 거의 동일하게 되는 것이 바람직하다.

한쪽이 전면 도전체부이고, 다른쪽 전극만이 도전체부와 비도전체부를 형성하고 있는 본 발명의 제1태양에 의한 LCD의 전극구조에 부의 유전율 이방성을 갖는 액정재료를 끼울 때는 제9c도에 나타내는 바와 같이 전압을 인가하지 않을 때는 굴절율은 동일한 값(n₁)이 된다. 그러나 전압을 인가할 때는 EE부에 법선전계가 걸리고, 제10b도에 나타내는 바와 같이 RS부에 경사전계가 걸린다. 또한 EE부는 법선전계에 의해 액정분자가 마찬가지로 틸트다운하기 때문에 스트라이프 전극방위의 굴절율은 동일한 값(n₂)이 된다.

한편, RS부는 액정분자가 경사전계의 방향으로 틸트다운하여 굴절율 분포는 연속적으로 변화한 분포로 이루어진다. 따라서 스트라이프 전극방위의 성분에 대한 굴절율 분포는 제10c도에 나타내는 분포로 이루어진다. 따라서 V_on시의 굴절율이 n₂가 되는 폭(Wn₂)은 EE로 동등하게 되지만, 굴절율이 n₁이 되는 폭(Wn₁)은 RS보다 작아진다.

여기서 EE는 동일한 굴절율이고, RS부는 굴절율이 연속적으로 변화하고 있기 때문에 EE부와 RS부와의 폭이 같은 경우 굴절율 분포를 평면적으로 보면, Wn₁Wn₂이 된다. 따라서 Wn₁:Wn₂=1:1으로 하기 위해서는 EE부의 폭은 RS부의 폭보다 작게 할 필요가 있다. Wn₁:Wn₂=1:1의 조건은 최적의 구성으로 할 필요충분조건이고, 실용상의 효과를 얻는 범위이다. 즉, EE부의 폭은 RS부의 폭보다 작은 경우 경사전계의 강도 및 각도를 조정하므로써 Wn₁:Wn₂=1:1의 조건을 실현할 수 있다.

제조 마진 등에 의해 EE부의 폭이 RS부의 폭보다 커진 경우도 회절격자효과가 전혀 나타나지 않는 것이 아니라, 실험의 결과 RS의 1.1배의 폭까지 실용상 문제가 없는 것을 알았다. 그러나 RS의 폭이 지나치게 크면, 전계가 걸리지 않는 범위가 생기고, 가령 경사전계를 조정해도 RS의 영역은 n₂를 형성할 수 없어진다. 따라서 Wn₁Wn₂이 되며, 충분한 회절격자효과가 얻어지지 않게 된다. 실험의 결과 회절격자효과가 얻어지는 하한값은 RS/3EE인 것을 알았다.

이상의 설명에 있어서, 스트라이프 전극방위의 편광성분에 대한 굴절율 분포의 예로 설명했지만, 스트라이프 전극방위와 직교하는 방위의 편광성분에 대한 굴절율 분포는 반전한다.

또한 유전율 이방성이 정의 액정조성물을 이용한 경우 EE부는 법선전계가 걸리기 때문에 굴절율 등의 편광성분에 대해서도 n₁이 되기 때문에 직교하는 각각의 편광성분의 굴절율 분포의 주기가 동일하게 되지 않는다. 따라서 EE부의 폭은 작은 만큼 좋다. 따라서 유전율 이방성이 정의 액정조성물의 경우는 0EERS이면 회절격자효과 및 굴절렌즈효과는 RS와 EE의 비에는 의존하지 않는다.

이와 같이 액정조성물의 유전율 이방성의 차이에 의해 EE의 범위를 상기한 값으로 하므로써 최적의 경사전계를 인가할 수 있으며, 양호한 회절격자효과를 얻을 수 있다.

이상의 관계를 만족하는 값으로 설정하므로써, 본 발명의 제1태양에 의한 LCD에 충분한 경사전계가 인가된다. 이와 같은 전극구조를 갖는 LCD에 있어서의 액정분자의 거동을 제5a도 및 제5b도에 의해 설명한다.

제5a도는 전압을 인가하지 않을 때에 있어서, 제5b도는 전압을 인가할 때에 있어서의 액정분자의 거동을 각각 나타내는 평면도와 단면도이다. 또한 상배향막(15) 및 하배향막(16)의 배향처리는 상하 기판표면에 있어서의 러빙방향이 전극과 평행인 방향으로 설치하고, 그 배향은 180°어긋나 있는 수직배향처리이다(제4도). 그 결과 액정층(20)의 액정분자(M)는 호메오 트로픽 배열로 이루어져 있다.

상부전극(13) 및 하부전극(14)에 전극을 인가하면 제5b도에 나타내는 바와 같은 경사 방향전계(e)가 발생한다. 액정분자(M)는 경사전계의 법선성분에 의해 틸트다운한다. 그것과 동시에 액정층 두께방향으로 경사전계의 횡방향성분의 전계가 인가되기 때문에 액정분자는 액정층면 내부방향으로 트위스트 현상을 일으킨다. 즉 액정분자는 트위스트하면서 틸트다운하고, 스트라이프 방향에 대해서 경사진 분자배열로 이루어진다. 양 기판 모두 도전체부인 EE부는 법선전계가 걸리고 틸트다운만으로 트위스트 현상은 일어나지 않는다. 따라서 액정의 배열은 제5b도에 나타내는 바와 같은 형상을 나타낸다.

제5b도에 나타내는 액정분자의 배열은 제13도에 나타낸 이상적인 분자배열에 가까운 배열로 이루어져 있으며, 높은 산란효과가 얻어지는 것을 실험에 의해 확인했다.

다음에, 본 발명의 제2태양에 관련된 LCD에 대해서 설명한다.

본 발명의 제2태양에 관련된 LCD 전극구조는 각 화소마다 도전체부와 비도전체부로 이루어진다. 구체적인 한 예로는 제11도에 도시한 전극구조를 예로 들 수 있다. 제11도는 화소 부분을 나타내는 것으로 전극구조는 상부기판 및 하부기판에 각각 화소 단독으로 복수의 스트라이프를 형성하는 전극(13,14)을 배치하고, 각 전극의 도전체부(13a,14a)와 비도전체부(13b,14b)를 비교하면 13a13b, 14a14b이다, 비도전체부(13b,14b)의 중앙에 비도전체부(13a,14a)를 배치한 구성으로 되어 있다. 또한, 도전체부(13a,14a)는 각각 1개의 화소내에서 전기적으로 접속되어 있다.

제12a도 및 제12b도는 전극 배열과 액정분자의 관계를 나타낸 도면이며, LCD 법선방향으로 단면 형상을 보았을 때, 전극 배열은 양 기판 모두 비도전체부인 폭(SS)을 좁혀서 1장의 전극 부착 기판에만 도전체부를 가지는 폭(RE)과 다른 1장의 전극 부착 기판에만 도전체부를 가지는 폭(FE)이 교대로 배치된 단면 형상으로 되어 있다.

이와 같은 전극구조에 있어서, tan(π/9)SS/Dtan(7π/18)의 관계를 만족함으로써 보다 우수한 특성이 얻어지는 것을 실험 결과 발견했다. SS/D가 tan(π/9) 미만이면, 법선방향 전계 성분만 너무 강해져 전극의 비도전체부에 법선 전계에 가까운 전계가 인가되어 비도전체부의 액정분자는 도전체부의 액정분자와 같은 변화를 하고, 주기적인 굴절율 분포가 형성되지 않게 된다. 한편, SS/D가 tan(7π/18)를 넘으면 전계성분이 가로 방향으로만 되어 비도전체부의 액정층 두께 방향의 액정분자가 거의 변화하지 않는 것을 실험에 의해 확인했다.

또한, tan(π/6)SS/Dtan(7π/18)의 범위로, 바람직하게는 tan(π/6)SS/Dtan(π/3)의 범위로, 보다 바람직하게는 tan(π/4)SS/Dtan(7π/18)의 범위로, 더욱 바람직하게는 tan(π/4)SS/Dtan(7π/18)의 범위로, 더욱 바람직하게는 tan(π/4)SS/Dtan(π/3)의 범위내에서, 주기적인 굴절율 분포가 형성되며, 굴절렌즈효과에 의한 높은 산란효과가 얻어진다.

이 제2태양에 관련된 LCD에 있어서, RE부와 FE부 사이에 양 기판 모두 비도전체부인 SS부가 항상 포함되어 있는 것은 항상 가로 방향의 전계를 발생시키기 쉽게 하기 위해서이다. SS부의 폭이 너무 커지면 전계 강도가 약해지고, 액정분자가 변화하지 않게 되기 때문에 SS의 폭은 상기한 범위내로 설정한다. 또한, 화소면내에 있어서, SS의 폭은 같은 폭인 것이 바람직하다. 그러나, LCD를 제작할 때 발생하는 마진(margin) 등의 문제에 의해, SS부의 폭에 흩어짐이 생기는 경우가 있다고 생각된다. 그때에는 1개의 화소내의 서로 인접하는 도전체부(FE)를 전기적으로 1개에 접속하지 않고 다른 위치로 할 수 있는 전극구조로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 전극구조로 함으로써, SS부의 폭의 어긋남에 따른 전위차를 생기게 할 수 있고, 전계 강도의 흩어짐을 억제할 수 있다.

본 발명의 제2태양에 관련된 LCD에 있어서, 상부기판의 도전체부의 폭을 D/2이상, 3D 이하로 함으로써, 우수한 특성이 얻어진다. 이것은 예를 들면 폭(FE) 또는 폭(RE)이 3D를 초과하면 비도전체부에도 법선 방향으로 전계가 강하게 가해져 법선전계에 가까운 전계가 인가되며, 도전체부의 액정분자와 같은 분자배열이 되어 월(벽)이 형성되지 않는다. 또한, 폭(FE, Re)이 D/2보다 작으면 액정분자 배열을 변화시킬 만큼 충분한 경사전계가 인가되지 않는다는 것을 실험에 의해 확인했다. 이상의 관계를 만족하는 값으로 설정하여 본 발명의 제2태양에 관련된 LCD에 충분한 경사전계가 인가된다. 이와 같은 전극구조를 가지는 LCD에 대한 액정분자의 거동을 제12a도 및 제12b도에 의해 설명한다.

제12a도는 전압을 인가하지 않을 때에 있어서, 제12b도는 전압을 인가할 때에 있어서 액정분자의 거동을 각각 나타내는 평면도와 단면도이다. 또한, 상부 배향막(15) 및 하부 배향막(16)의 배향은 180°어긋나 있으며, 액정층(20)의 액정분자(M)를 균일한 배열로 하고 있다(제11도).

상하 전극(13,14)에 전압을 인가하면, 제12b도에 도시한 바와 같은 경사전계(e)가 발생한다. 액정분자는 경사전계의 법선성분에 의해 틸트업한다.

그와 동시에, 액정층면내 방향에 경사전계의 가로 방향 성분의 전계가 인가되기 때문에 액정분자는 액정층면내 방향에 트위스트 현상을 일으킨다. 여기서, 액정분자는 초기적으로 전극 방향과 평행하게 배열되어 있으며, 경사전계에 대해서 수직방향으로 되어 있다. 따라서, 트위스트를 얻는 방향은 오른쪽, 왼쪽으로 도는 것 모두 가능하고, 틸트업(오른쪽으로 도는 트위스트 또는 왼쪽으로 도는 트위스트)이 되어 결과적으로 대향하는 2방향으로 틸트업을 얻는다. 즉, 틸트 방위의 자유도는 2가 된다. 즉, 액정분자는 트위스트하면서 틸트업되어 스트라이프 방향에 대해 비스듬하게 경사진 분자배열이 된다. 또한, 도전체부(13a,14a)는 대향하는 부분이 비도전체부의 중앙이기 때문에 경사전계의 영향을 거의 받지 않는다. 이 때문에 이 부분의 액정분자는 변화하지 않는다. 따라서, 액정배열은 제12b도에 도시한 바와 같은 형상이 된다.

제12b도에 도시한 액정분자의 배열은 제13도에 도시한 이상적인 분자배열에 가까운 배열로 되어 있으며, 2개의 편광 방향에는 거의 같은 주기로 같은 강도를 가진 굴절율 분포가 형성되어 있기 때문에 비편광에 있어서 높은 산란효과가 얻어진다.

이와 같이 본 발명의 LCD는 2개의 편광 방향에 거의 같은 주기로 같은 강도를 가진 굴절율 분포가 보다 이상적인 분자배열에 가깝게 형성되기 때문에 앞서 제안된 LCD보다 더욱 비편광의 산란효과를 높일 수 있다.

따라서, 회절격자효과는 전술한 바와 같이 굴절율(n₁,n₂)이 교대로 늘어서 있는 경우에 일어나고, 회절격자효과에 의해 산란상태가 가장 높아지는 n₁,n₂의 비는 1:1인 것으로 알려져 있다. 본 발명자들은 여러 가지 실험에 의해 n₁,n₂=1:1이 되기 쉬운 전극구성이 RE부 또는 FR부의 폭과 SS부의 폭이 같은 경우인 것을 확인하고, 그 RE부 또는 FE부의 폭의 허용값을 실험에 의해 조사했다. 그 결과, RE부 또는 FE부의 폭이 SS부의 폭의 0.9배 미만 또는 1.1배를 초과하면 n₁,n₂=1:1을 형성하기 어려워진다는 것이 확인되었다. 따라서, 0.9×SSRE1.1×SS 및 0.9×SSFE1.1×SS로 설정하는 것이 바람직하다.

그러나, 예를 들면 전극 사이 간격 등의 다른 매개변수에 의해서도 경사전계의 강도는 변화하기 때문에 그 경우에는 다른 매개변수를 가장 적당하게 설정함으로써 n₁:n₂=1:1로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 LCD에 있어서, 굴절율 분포의 주기는 일부 영역에서 동일한 주기의 굴절율 분포를 얻을 수 있으면 좋고, 예를 들면 주기가 다른 굴절율 분포가 1개의 화소내에 존재해도 회절격자효과 및 굴절렌즈효과를 얻는 것도 가능하다.

다음에, 액정분자의 배열에 대해서 설명한다.

본 발명의 특징은 경사전계를 이용하여 액정분자를 제13도에 도시한 바와 같은 배열로 함으로써 보다 산란효과가 높은 LCD를 얻는데 있다.

본 발명의 LCD는 액정분자가 경사전계에 의해 트위스트 현상을 일으키면서 틸트다운 또는 틸트업하고 있다. 균일한 배열, 호메오 트로픽 배열에 한정되지 않고, 액정분자가 전압을 인가하지 않은 상태에서 같은 분자배열이며, 전압을 인가하면 트위스트 현상과 트위스트 현상과 틸트업 또는 틸트다운이 동시에 일어나는 분자배열, 예를 들면 스프레이 배열등이라도 같은 효과가 얻어진다.

본 발명의 분자배열은 이상적으로 자유도가 2이다. 균일한 배열과 호메오 트로픽 배열을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

여기서, 균일한 배열의 경우는 도전체부와 비도전체부로 이루어진 전극을 가진 2장의 기판을 조합한 전극 구성으로 호메오 트로픽 배열의 경우는 전극 전면이 도전체 기판과 도전체부와 비도전체로 이루어진 전극을 가진 기판을 조합한 전극 구성인 것이 바람직하다. 예를 들면, 균일한 배열로 전극 전면이 도전체 기판과 도전체부와 비도전체부로 이루어진 전극을 가진 기판을 조합한 경우는 도전부에서 전 방위의 굴절율이 n₁이 되기 때문에 각 편광 방향에 있어서 산란효과는 얻어지지만 각 방위의 굴절율 분포가 다르기 때문에 제5a도 및 제5b도에 도시한 LCD보다는 산란효과가 감소한다. 호메오 트로픽 배열로 도전체부와 비도전체부로 이루어진 전극을 가진 2장의 기판을 조합한 경우에도 같다고 말할 수 있다.

따라서, 액정분자배열이 균일한 배열인 경우에는 제8도에 도시한 전극구조를, 호메오 트로픽 배열인 경우에는 제4도에 도시한 전극구조로 하는 것이 바람직하다.

또한 상기한 바와 같이, 회절격자의 광산란효과는 ΔNd에 의존한다. 여기서, ΔN은 굴절율 분포의 최대값과 최소값의 차이며, 액정조성물의 굴절율 이방성 Δn(-n_e, -n₀)에 의존하고, 제13도에 도시한 바와 같은 물리적인 분자배열이면 Δn과 ΔN은 같아지며, n₂=n_e, n₁-n₀이 된다. 그러나, 본 발명의 LCD는 틸트업 또는 틸트다운하면서 트위스트하기 때문에 ΔN은 Δn의 값보다 작아지는 경향이 있다. 이 때문에, 액정조성물의 Δn 설정은 임의의 ΔN보다 큰 값으로 설정할 필요가 있다.

본 발명의 LCD에 대한 LCD의 광직진률은 상기한 식, T∼cos²(ΔNd·π/λ)로 나타내어지기 때문에 ΔNd/λ=1/2일 때가 광직진률이 0이 되어 회절격자효과가 가장 많이 얻어진다. ΔNd/λ=1/2가 실현하는 Δnd는 여러 가지 Δnd를 변화시켜 전기광학특성을 측정함으로써 이하의 범위내로 설정하면 좋은 것을 실험에 의해 확인되었다.

가시광 전영역 400nm∼700nm으로 이루어진 빛을 입사시키는 경우, 액정조성물의 굴절율 이방성(Δ)과 액정층 두께(d)의 곱이 350nmΔnd1050nm의 범위내로 설정하면 좋다. 350nm보다 작은 경우, 충분한 산란효과가 얻어지지 않고, 1050nm보다 크면 전기광학특성에 극값을 2이상 가지게 된다. 이것은 실험에 의해 확인했다.

또는 분광특성의 밴드폭이 100nm 이하인 단색광을 입사시키는 경우, 입사시키는 단색광의 중심파장을 λ로 했을 때, Δnd는, (λ-50)/2nmΔnd2(λ+50)nm의 범위내로 설정하면 좋다.

상기한 가시광 영역의 범위와 마찬가지로 Δnd의 값이 현저하게 크면 액정셀의 전기광학특성에 극값이 복수개 생기고, 또한 Δnd가 상기의 범위보다 작으면 산란효과가 낮은 것이 실험에 의해 확인되었다.

또한, 본 발명의 LCD 산란상은 굴절효과와 회절격차효과를 이용하고 있기 때문에 빛의 일정한 각도로 회절되고, 점형상 산란상이 된다. 예를 들면 제4도에 도시한 LCD 구성의 산란상은 제14a도 및 제14b도에 도시한 바와 같이 광원(25)으로부터의 빛은 스트라이프 전극을 가지는 LCD(27)와 직교하는 방향의 직선상에 점형상 산란을 확인할 수 있다. 제14a도는 전압을 인가하지 않을 때에, 제14b도는 전압을 인가할 때를 각각 나타낸다.

제14b도에 도시한 산란상의 1차 회절각도(θ)는 다음식으로 표시된다.

sinθ∼λ/P

여기서, P는 액정분자에 의해 형성된 굴절율 분포의 주기이다. 본 발명의 LCD에 있어서, 1차 회절각(θ)은 1도 이상 필요하다. 1도 이하이면 0차 회절광과 1차 회절광의 거리가 너무 가까워지고, 회절광끼리 겹쳐져서 충분한 산란효과를 얻을 수 없다. 또한, 1차 회절각도는 큰 만큼 산란 각도도 커진다. 회절각을 크게 하기 위해서는 굴절율 분포의 주기를 작게 하면 좋다.

그러나, 본 발명자들은 굴절율 분포의 주기는 전극의 비도전체부와 도전체부의 합과 거의 같은 것을 확인하고 있으며, 비도전체부와 도전체부의 폭은 상기한 바와 같은 여러 가지 제약이 있으며, 너무 폭을 좁힐 수 없다. 본 발명자들은 1차 회절각도가 10도 즉 비도전체부와 도전체부의 폭의 합이 2.5㎛(λ=40nm)이 한계인 것을 확인했다. 또한 1차 회절각도가 1도일 때는 비도전체부와 도전체부의 폭의 합은 38㎛(λ=640nm)이다.

따라서, 전극부착기판에 있어서, 1장는 도전체부와 비도전체부로 이루어진 전극을 가진 기판과, 전극 전면이 도전체인 기판을 대향시킨 본 발명의 제1태양에 관련된 LCD의 경우는 2.5㎛EE+RS36㎛의 범위내로 설정하면 좋다.

도전체부와 비도전체부로 이루어진 전극을 가진 2장의 기판을 조합한 본 발명의 제2태양에 관련된 LCD의 경우는 2.5㎛RE+SS36㎛ 및 2.5㎛FE+SS36㎛의 범위내로 설정하면 좋다.

이와 같은 여러 가지 조건을 설정함으로써 본 발명의 LCD는 굴절렌즈효과와 회절격자효과에 의해 산란 각도가 크고 높은 산란효과를 가질 수 있다. 또한 본 발명의 LCD를 비틀림각(0도)으로 제작하고, 직교한 2장의 편광판 사이에 각 러빙 방향과 한쪽 편광판의 흡수축이 평행하게 되도록 조합하면 산란 광원을 이용한 경우라도 투과형 디스플레이로 할 수 있다. 이 경우, 복굴절효과를 이용한 광학모드가 되며, 전술한 투과율은 저하하지만 광투광 상태를 액정층의 광산란상태에 따라서 실현하기 때문에 시각 의존성이 적은 효과를 얻는다. 특히 단계 조정 표시를 했을 때 표시가 반전하는 현상이 생기지 않기 때문에 직시형 디스플레이로서 종래의 TN-LCD등보다 우수한 표시 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 LCD는 빛을 산란시키는 기능을 가지기 때문에 LCD를 조사하는 광원은 LCD면내에 대해서 수직인 각도를 가지는 평행광인 것이 바람직하다. 구체적으로는 LCD 평면의 법선방향이 이루는 각도가 10dge 미만의 각도의 빛을 입사할 수 있으면, 광원으로서 문제가 없는 것을 실험에 의해 확인했다. 빛을 평행하게 하는 수단으로서, 예를 들면 쉴렌 광학계 등을 예로 들 수 있다.

제15e도는 일반적으로 이용되는 쉴렌 광학장치의 구성도이다. 쉴렌 광학장치는 반사경(38) 및 램프(39)로 구성되는 평행광원(25)과 LCD(27), 집광렌즈(28), 필요하지 않는 빛을 제거하는 슬릿(29), 표시화상을 확대 투영하는 투사렌즈(30), 스크린(31)으로 구성되어 있다.

다음에, 제15도에 도시한 쉴렌 광학장치의 동작에 대해서 설명한다. 광원으로부터 평행 광속으로 투사한 조명 광속은 LCD(27)에 조사된다. 광원의 램프(39)로는, 예를 들면 메탈할리드 램프, 키세논 램프 등의 방전 램프와 할로겐 램프등이 반사경(38)과 함께 사용된다. LCD(27)의 면위에는 화상이 표시되며, 표시화상의 농담에 따라서 면내에 입사한 광속이 투과 또는 산란된다. LCD(27)의 표시면에 대해 수직으로 출사한 광속(L₀)은 집광렌즈(28)에 의해 구멍위에 집광되며, 슬릿(39)을 투과한 후에 투사렌즈(30)에 입사한다. LCD(28)에서 산란하고, 집광렌즈(28)를 투과한 광속(L_e)은 슬릿(39)에 의해 차단되며, 투사렌즈(30)에 입사할 수 없다. 즉 슬릿(39)은 필요하지 않는 빛(산란광)을 선택적으로 차단하고, LCD(27)로부터 거의 수직으로 출사하는 광속만을 선택적으로 투사렌즈에 보냄으로써 콘트라스트를 향상시키는 작용을 한다. 투사렌즈(30)를 투과한 광속은 스크린(31)상에 확대 결상된다.

본 발명의 제1 또는 제2태양에 관련된 LCD를 이용하는 투사형 액정표시장치에 대해서 제16도 및 제17도를 참조하여 설명한다.

제16도에 도시한 투사형 액정표시장치는 광원(25)으로부터의 빛은 쉴렌렌즈(26)에 의해 거의 평행광이 되며, 본 발명의 LCD(27)와 집광렌즈(28)를 거쳐 투사렌즈(30)에 의해 스크린(31)에 투영되는 구조로 되어 있다. LCD에 입사된 평행광중 직진된 빛만을 투영하기 위해서 집광렌즈(28)의 초점위치에 슬릿(29)을 설치하고, LCD(27)에서 산란시킨 빛을 차단하는 구성으로 되어 있다.

또한, 제17도에 도시한 투사형 액정표시장치는 본 발명의 LCD를 2장 이상 이용하고, 제16도에서 사용한 광원과 동등한 기능을 가진 RGB의 3파장을 포함한 백색광원(37)을 이용하며, 이것을 임의의 파장으로 분광시킨다. 분광시키는 수단으로서는 다이크로익 미러, 칼라 필터 등을 예로 들 수 있다. 분광시킨 빛을 각각 LCD(27a,7b,27c)에 입사시키고 있다. 이와 같이 함으로써 각 파장마다 광로를 제어하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 칼라 표시를 실현할 수 있다.

본 발명의 LCD를 매트릭스 표시에 이용한 경우, 변조부 화소면적 즉 개구부의 값에 의해서는 전체 투과율이 낮아지는 문제가 생긴다. 특히 투영형 액정표시장치에 이용하는 LCD는 소자의 단순화가 구성상 필요하게 된다. 단순 매트릭스인 경우는 절연 영역이, 또한 스위칭 소자의 경우는 스위칭 소자와 배선 영역을 포함하여 비변조부가 차지하는 비율이 커진다. 콘트라스트를 확보하기 위해서는 이들 비변조부를 차광하는 것이 바람직하기 때문에 이들 LCD는 사실상 투과율이 낮아져 있다.

이와 같은 문제는 LCD의 광투과로에 효과적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 가지는 층을 설치하여 해결할 수 있다. 이와 같은 예를 제18도 및 제19도에 도시한다. 제18도에 있어서, 입사광측 외부면 뒷면의 기판 사이에 광학적으로 오목렌즈와 동등한 기능을 가지는 층(40)을 설치하여 차광층으로 진행하는 빛을 화소의 개구부내 변조부에 집광시키고 있다. 또한, 본 발명의 LCD에 있어서, 액정층에 입사하여 통과하는 빛을 기판 법선방향에 평행한 광로를 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 제18도에 도시한 바와 같이 개구부에 집광된 빛의 진행 방향이 기판 법선방향과 거의 동일 방향이 되면 투과율 향상과 함께 해상도의 유지를 실현할 수 있다.

이와 같은 작용을 얻는데는 제19도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 LCD의 입사광측 기판의 전극과 상기한 광학적으로 오목렌즈와 동등한 기능을 가지는 층사이에 광학적으로 오목렌즈 또는 볼록렌즈와 동등한 기능을 가진 층(40)을 설치하면 좋다. 광학적으로 오목렌즈와 동등한 기능을 가진 층과 광학적으로 오목렌즈 또는 볼록렌즈와 동등한 기능을 가진 층을 투과한 빛은 LCD면내의 법선방향을 이루는 각도가, 입사광의 LCD면내의 법선방향을 이루는 각도의 0.9 내지 1.1배가 되도록 상기한 광학적으로 오목렌즈와 동등한 기능을 제어하면 액정층에 입사되는 빛은 평행도를 유지할 수 있고 투과율과 함께 콘트라스트의 유지를 실현할 수 있다.

이하, 본 발명의 여러 가지 실시예를 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

본 발명의 제1태양에 따른 LCD를 제4도 및 제5a도, 제5b도에 의해 설명한다.

제4도는 본 발명의 제1태양에 관련된 LCD의 상하 전극의 패턴을 나타내는 사시도이다. 제5a도는 전압을 인가하지 않을 때의 전극을 상대향시킨 액정셀의 평면도와 단면도, 제5b도는 전압을 인가할 때의 액정셀의 평면도와 단면도이다.

유리로 만들어진 상부기판(11)의 한쪽면에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 스트라이프 형상의 투명한 상부 전극(13)을 형성하며, 그 표면에 상부 배향막(JALS-204-R14, 일본 합성고무제)(15)을 적층한다. 다른쪽의 유리로 만들어진 하부기판(12)의 한 면에 ITO로 이루어진 투명한 하부 전극(14)을 형성하며, 그 표면에 하부 배향막(JALS-204-R14, 일본 합성고무제)(16)를 적층한다. 상부 배향막(15) 및 하부 배향막(16)의 프리틸트각은 87°이다.

상부 전극(13)은 크기가 96m×96㎛인 1개의 화소마다 폭 16㎛의 복수의 슬릿 형상의 비도전체부(13b)를 가지고 폭 8㎛인 도전체부(13a)를 24㎛ 크기로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1개의 화소 96㎛ 폭중에 4개의 도전체부(13a)를 형성한다. 상대하는 하부 전극(14)은 1개의 화소내 전체가 도전체부이다.

하부 전극(14)은 TFT 스위칭 소자(19)를 가지며, 게이트선(23)과 신호선(24)에 접속된다.

상부 배향막(15)의 배향 방향(F) 및 하부 배향막(16)의 배향 방향(R)은 제4도에 도시한 바와 같이 전극의 도전체부에 평행하도록 180° 다른 방향이 되도록 설정한다. 이 방향으로 러빙처리를 했다. 또한, 상하기판의 간격을 5㎛로 하여 액정셀을 형성한다. 이 기판사이에 유전율 이방성이 부의 네마틱 액정(ZLI-4330, 마크제펜제)을 충전하여 액정층(20)으로 한다. 이 액정은 굴절율 이방성(Δn)이 0.147이고, Δnd은 735nm이다. 제5a도 및 제5b도에 있어서, M은 막대 형상 액정분자의 형상을 모식도적으로 나타내다.

이와 같이 얻어진 본 발명의 LCD에 TFT(19)를 통하여 전원으로부터 전압을 인가하여 전기광학특성(광직진율-인가전압곡선)을 측정했다. 전압인가에 의해 전극사이에 경사전계 성분을 가진 전계(e)가 발생하고, 1개의 화소의 미소한 범위로 경사전계 성분의 방향이 변화하기 때문에 액정층(20)의 액정분자(M)가 전계에 따라서 배열을 변화한다. 따라서, 소자 평면에 소자 법선 방향으로 봐서 굴절율 분포가 형성된다(제5b도). 그 결과, 광직진률이 변화하기 때문에 LCD에 대한 광투과율의 변화가 측정된다.

광직진률-인가전압곡선을 구하기 위해서 LCD에 He-Ne 레이져 빛을 입사하여 광직진률을 측정했다. 또한, 빛의 스폿 직경은 1mm이고, 투과된 레이져 빛은 LCD로부터 거리 20cm인 곳에 있는 포토다이오드에 의해 검출했다. 포토다이오드의 직경은 11mm이며, θ1.575°의 광강도를 측정하게 된다. 또한, 인가전압은 0V에서 서서히 5V까지 증가시키고, 그 후 5V에서 0V까지 감소시켰다.

측정결과를 제20도에 도시한다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과 유지성을 나타냈다. 또한, 전압 3.2V로 최소 광진직률 0.4%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한, 제20도에서 명확해진 바와 같이 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한, 인가전압 3.2V 및 0V로 응답속도(ron, roff)를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 30msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

[실시예 2]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 3㎛, 비도전체부 폭을 21㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한, 전압 2.8V로 최소 광직진률 0.8%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한, 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한, 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 20msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

[실시예 3]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 16㎛, 비도전체부 폭을 8㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다. 전압을 인가할 때에 있어서 액정셀의 평면도와 단면도를 제21a도에 굴절율 분포를 제21b도에 도시한다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않는 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한, 전압 2.8V로 최소 광직진률 2.0%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한, 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 20msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

[실시예 4]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 16㎛, 비도전체부 폭을 16㎛로 하고, 상하 기판의 간격을 4.5㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한, 전압 2.8V로 최소 광직진률 2.0%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한, 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 20msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

[실시예 5]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 18㎛, 비도전체부 폭을 14㎛로 하고, 상하 기판의 간격을 4.5㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

[실시예 6]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 16㎛, 비도전체부 폭을 32㎛ 크기로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1개의 화소 96㎛ 폭중에 2개의 도전체부(13a)를 형성하고, 상하 기판의 간격을 6.0㎛로 하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한, 전압 2.8V로 최소 광직진률 2.0%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 20msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

[비교예 1]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 28㎛, 비도전체부 폭을 20㎛ 크기로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1개의 화소 96μ 폭중에 2개의 도전체부(13a)를 형성하고, 상하 기판의 간격을 39㎛로 하고, 이 기판상이에 유전율 이방성이 부의 네마틱 액정(ZLI-4850, 마크제펜제)을 충전하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈지만 최소 광직진률 60%이며 양호한 산란특성이 얻어지지 않았었다. 따라서, 편광을 입사했을때의 산란광을 관찰한 바, 스트라이프 전극과 직교해 있는 방위의 편광에 대해서는 변화하지 않고 스트라이프 전극 방위의 편광만 회절효과와 굴절효과가 얻어졌다. 이 때문에 비도전체부의 액정분자는 경사전계에 의해 트위스트되어 있으며, 도전체부의 액정분자가 틸트다운되어 있기 때문에 굴절율 분포가 스트라이프 전극 방위에만 형성되며, 스트라이프 전극과 직교되어 있는 방위에는 굴절율 분포가 형성되어 있지 않는다는 것을 알았다.

[실시예 7]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 3㎛, 비도전체부 폭을 13㎛ 크기로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1개의 화소 96㎛ 폭중에 6개의 도전체부(13a)를 형성하고, 상하 화소 전극 표면에 배향막(AL-3046, 일본합성 고무제)를 적층하고, 기판사이에 유전율 이방성이 정의 네마틱 액정(E-320, 마크 제펜제)을 충전하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한, 전압 2.8V로 최소 광직진률 0.4%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한, 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 20msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

[실시예 8]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 10㎛, 비도전체부 폭을 30㎛ 크기로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1개의 화소 96㎛ 폭중에 2개의 도전체부(13a)를 형성하고, 상하 화소 전극 표면에 배향막(AL-3046, 일본합성 고무제)을 적층하고, 상하 기판 간격을 6㎛로 하고, 기판사이에 유전율 이방성이 정의 네마틱 액정(ZLI-4799-100, 마크 제펜제)을 충전하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한, 전압 2.8V로 최소 광직진률 0.4%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한, 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 20msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

[실시예 9]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 17㎛, 비도전체부 폭을 15㎛ 크기로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1개의 화소 96㎛ 폭중에 2개의 도전체부(13a)를 형성하고, 상하 화소 전극 표면에 배향막(AL-3046, 일본합성 고무제)을 적층하고, 상하 기판 간격을 6㎛로 하여 기판사이에 유전율 이방성이 정의 네마틱 액정(ZLI-4799-100, 마크 제펜제)을 충전하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

[실시예 10]

상부 전극(13)의 도전체부 폭을 2㎛, 비도전체부 폭을 14㎛의 크기로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1개의 화소 96㎛의 폭중에 6개의 도전체부(13a)를 형성하고, 상하 화소 전극 표면에 배향막(AL-3046, 일본합성 고무제)을 적층하고, 상하 기판 간격을 6㎛로 하여 기판사이에 유전율 이방성이 정의 네마틱 액정(ZLI-4799-100, 마크 제펜제)을 충전하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한, 전압 2.8V로 최소 광직진률 0.8%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한, 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바, 상승 20msec, 하강 20msec로 매우 빠른 값을 얻었다.

상부 전극(13)의 도전체부의 폭을 25㎛, 비도전체부의 폭을 23㎛ 간격으로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이며, 1화소 96㎛ 폭중에 2개의 도전체부(13a)를 형성하고 상하 화소 전극 표면에 배향막(AL-3046, 일본합성 고무제)을 적층하고, 상하 기판 간격을 4㎛으로 하고, 기판간에 유전율 이방성이 정의 네마틱 액정(ZLI-4799-100 메르크 제펜제)을 충전하는 이외는 실시예 1과 같은 구성의 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진율-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈지만 최소 광직진율은 50.0%로 양호한 산란특성이 얻어지지 않았다. 그래서 편광을 입사한 때의 산란광을 관찰한 바 스트라이프 전극과 직교하고 있는 방위의 편광에 대해서 변화시키지 않고 스트라이프 전극 방위의 편광에만 회절효과와 굴절효과가 얻어지고 있다. 이것에서 비도전체부의 액정분자는 경사전계에 의해서 트위스트되지 않고, 전도체부의 액정분자가 틸트다운되기 때문에 굴절율 분포가 스트라이프 전극 방위에만 형성되며 스트라이프 전극과 직교하고 있는 방위에는 굴절률 분포가 형성되어 있지 않은 것을 알았다.

[실시예 11]

본 발명의 제2태양에 관한 LCD를 제11도 및 제12(a)도, 제12(b)도에 의해 설명한다.

제11도는 상하 전극의 패턴을 나타내는 사시도, 제12(a)도는 전압을 인가하지 않았을 때 전극을 서로 대향시킨 액정셀의 평면도와 단면도, 제12(b)도는 전압을 인가했을 때의 액정평면도와 단면도이다.

유리에서 얻은 상부기판(11)의 한쪽에 ITO(산)로 이루어진 스트라이프 형상의 투명한 상부 전극(13)을 형성하고 그 표면에 상배향막(AL-3046, 일본 합성고무제)(15)을 적층한다. 다른쪽의 유리에서 얻은 하부기판(12)의 한면에도 ITO로 이루어진 스트라이프 형상의 투명한 하부 전극(14)을 형성하고 그 표면에 하배향막(AL-3046, 일본 합성고무제)(16)을 적층한다. 상배향막(15) 및 하배향막(16)의 프리틸트각은 3°이다.

상부 전극(13)은 크기가 96㎛×96㎛인 1화소마다 폭 16㎛의 복수의 슬릿 형상의 비도전체부(13b)를 갖고 폭 8㎛의 도전체부(13a)를 24㎛ 간격으로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이고, 1화소 96㎛ 폭중에 4개의 도전체부(13a)를 형성한다.

대응하는 하부 전극(14)도 같이 8㎛ 폭의 도전체부(14a)와 16㎛ 폭의 비도전체부(14b)를 배향한 패턴을 갖고 1화소 96㎛ 폭내에 1개의 도전체부(14a)를 형성한다.

이들 전극의 도전체부는 상하기판을 서로 대응시킨 상태에서 서로 12㎛ 벗어나 있고 한쪽 전극의 도전체부(13a,14a)가 다른쪽 전극의 비도전체부(14b,13b)의 중앙부에 대면한다.

하부 전극(14)은 TFT 스위칭 소자(19)를 갖고 게이트(23)와 신호선(24)에 접속된다.

상배향막(15)의 배향 방향(F) 및 하배향막(16)의 배향 방향(R)은 제11도에 나타낸 바와 같이 전극의 도전체부에 평행하게 되도록 또한 180° 다른 방향이 되도록 설정한다. 이들 방향으로 러빙처리를 했다. 또한 상하기판의 간격을 5㎛로 하여 액정셀을 형성한다. 이 기판사이에 유전률 이방성이 정의 네마틱 액정(E320, 메르크 제펜제)을 충전하여 액정층(20)이 된다. 이 액정은 굴절률 이방성(Δn)이 0.143이고 Δnd는 715nm이다. 제12(a)도 및 제12(b)도에 있어서 M은 봉형상의 액정분자의 형상을 모식도적으로 나타낸다.

이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 LCD에 TFT(19)를 사이에 두고 전원에서 전압을 인가하여 전기광학특성(광직진률-인가전압곡선)을 측정했다. 전압인가에 의해 전극간에 경사전계 성분을 갖는 전계(e)가 발생하고, 1화소의 미소한 범위에서 경사전계 성분의 방향이 변화하기 때문에 액정층(20)의 액정분자(M)가 전계에 따라서 배열을 변화한다. 따라서 소자 평면에 소자 법선 방향에서 보아 굴절률 분포가 형성된다(제12(b)도). 그 결과 광직진률이 변화하므로 LCD에 있어서 광투과성의 변화가 측정된다.

광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율을 나타냈다. 또한 전압 2.8V에서 최소 광진직률 0.4%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 또한 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바 상승 20m초, 하강 30m초로 상당히 빠른 값을 얻었다.

[실시예 12]

상부 전극(13)은 화소마다 폭 18㎛의 복수의 슬릿상 비도전체부(13b)를 갖고 폭 6㎛의 도전체부(13a)를 24㎛ 간격으로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이고, 1화소 96㎛ 폭중에 4개의 도전체부(13a)를 형성하고, 상대하는 하부 전극(14)도 같이 6㎛ 폭의 도전체부(14a)와 18㎛ 폭의 비도전체부(14b)를 배치한 패턴을 갖고, 96㎛ 폭내에 4개의 도전체부(14a)를 형성하는 것 이외에는 실시예 11과 같은 구성을 갖는 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한 전압 2.8V에서 최소 광직진률 0.2%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 전기광학특성에 히스테리시스는 전혀 없었다. 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바 상승 20m초, 하강 20m초로 상당히 빠른 값을 얻었다.

[실시예 13]

상배향막(15)의 배향 방향(F) 및 하배향막(16)의 배향 방향(R)을 전극의 도전체부에 평행한 또한 같은 방향으로 러빙처리를 하는 이외 실시예 11과 같은 구성을 갖는 LCD를 얻었다.

얻어진 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한 전압 2.8V에서 최소 광직진률 0.8%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 결과 상승 100m초, 하강 100m초로 빠른 값을 얻었다.

[실시예 14]

상부기판의 간격을 7㎛로 설정하고 액정조성물을 유전율 이방성이 정의 마네틱 액정(E7, 메르크 제펜제)으로 하는 이외는 실시예 11과 같은 구성을 갖는 LCD를 얻었다. 이 액정은 굴절률 이방성(Δn)이 0.225이고 Δnd는 1575nm이다.

얻어진 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 제19도에 측정결과를 나타낸다. 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한 전압 2.8V에서 최소 광직진율 1.6%로 양호한 산란특성이 얻어졌다.

본 실시예에서는 제22도에 나타낸 바와 같이 전기광학특성에 극값을 갖는 결과를 얻고 있다. 그러나 인가전압에 대해 Δnd가 급준(急峻)하게 변하기 때문에, 전기광학특성도 급준하다. 이와 같이 본 실시예의 LCD는 Δnd가 크고 극값을 2이상 갖지만 전기광학특성의 급준도를 높게 하는 것이 가능한 것을 알았다. 본 실시예에서는 스위칭 소자를 부착했지만 이 결과에 의해 본 발명의 LCD는 멀티플렉스 구동을 사용한 단순 매트릭스에도 응용할 수 있는 것을 실증했다.

[실시예 15]

상부 전극(13)은 화소마다 폭 44㎛의 복수의 슬릿 모양의 비도전체부(13b)를 갖고 폭 4㎛의 도전체부(13a)를 48㎛ 간격으로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이고, 1화소 96㎛ 폭중에 2개의 도전체부(13)를 형성하고 서로 대응하는 하부 전극(14)도 같이 4㎛ 폭의 도전체부(14a)와 44㎛ 폭의 비도전체부(14b)를 배치한 패턴을 갖고 96㎛ 폭내에 4개의 도전체부(14a)를 형성하는 것 이외는 실시예 11과 같은 형성을 갖는 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 화소내의 투과율은 80%로 밝은 투과율 특성을 나타냈다. 또한 전압 2.8V에서 최소 광직진률 2.0%로 양호한 산란특성이 얻어졌다. 또한 인가전압 2.8V 및 0V로 응답속도를 측정한 바 상승 20m초, 하강 20m초로 상당히 빠른 값을 얻었다.

[비교예 3]

상부 전극(13)은 매화소마다 폭 46㎛의 복수의 슬릿 모양 비도전체부(13b)를 갖고 폭 18㎛의 도전체부(13a)를 64㎛ 간격으로 스트라이프 형상으로 배열한 패턴이고, 1화소 96㎛ 폭중에 2개의 도전체부(13)를 형성하고 서로 대응하는 하부 전극(14)도 같이 18㎛ 폭의 도전체부(14a)와 46㎛ 폭의 비도전체부(14b)를 배치한 패턴을 갖고 96㎛ 폭내에 2개의 도전체부(14a)를 형성했다. 이들 전극의 도전체부는 상하 기판을 서로 대응시킨 상태에서 서로 32㎛ 벗어나 있고 한쪽 전극의 도전체부(13a,14a)가 다른쪽 전극의 비전도체부(14b,13b)의 중앙부분에 대면한다. 상하 기판의 간격을 4㎛로 하여 액정셀을 형성한다. 이 기판간에 투전율 이방성이 정의 네마틱 액정(ZLI-1844, 메르크 제펜제)을 충전하는 것 이외는 실시예 11과 같은 구성을 갖는 LCD를 얻었다.

얻어진 LCD의 광직진률-인가전압곡선을 실시예 1과 같은 방법으로 측정했다. 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 화소내는 80%로 밝은 투과 유지성을 나타냈지만 최소 광직진률은 50%이고 양호한 산란특성이 얻어지지 않았다.

본 비교예의 LCD는 양 기판이 비도전체부인 SS의 폭은 14㎛이고 전극 간격은 4㎛이기 때문에 SS/D=3.5가 되어 청구항 6의 범위를 넘고 있다. 이 때문에 전계성분이 가로방향만 되어 비도전체부의 액정층의 두께 방향의 액정분자의 변화가 작았기 때문에 회절효과가 얻어지지 않았다고 생각된다.

[실시예 16]

실시예 11에서 얻어진 LCD에 칼라필름을 조합시킨 LCD를 사용하여 투영형 칼라액정 표시장치를 제작했다. 그 구조를 제13도에 나타낸다. 메탈하라이드 광원광(25)은 쉴렌렌즈(26)에 의해 평행광이 되며 LCD(27), 집광렌즈(28)를 통하여 투사렌즈(30)에 의해 스크린(31)에 투영된다. 구동장치(32) 및 비디오 신호출력장치(33)에 의해 LCD(27)에 입력된 화상은 스크린(31)에 확대하여 표시된다.

본 발명의 LCD는 평행광 광로의 직진 또는 산란을 전계로 제어할 수 있는 것이다. 따라서 도시한 바와 같이 쉴렌광학계를 사용하면 스크린(31)상에 임의의 화상표시를 할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 LCD(27)에 입사된 평행광중 직진한 광에만 투영하기 때문에 광학렌즈(28)의 초점 위치에 5mmφ의 조리개(29)를 설치하여 LCD(7)에서 산란된 빛을 차단한 구성으로 되어 있다.

얻어진 투영형 액정표시장치를 사용하여 셀비디오 신호를 입력하여 패턴을 표시하고 셀의 30배에 투영한 바 콘트라스트비 400:1을 얻었다. 또한 상당히 밝은 표시를 얻었다.

[실시예 17]

실시예 11에서 얻어진 LCD를 3장 사용하여 투영형 액정표시장치를 제작했다. 그 구조를 제17도에 나타낸다. 본 실시예에서는 광원으로서 R,G,B의 3파장을 포함한 백색광원(37)을 사용하고 있고 이것을 다이크로익 미러(34,35) 및 전반사 미러(36)를 사용하여 각각 R,G,B의 파장으로 분광시키고 3장의 LCD(27a,27b,27c)에 입사시키고 있다. 이와 같이 하여 각 파장마다 광로를 제어하는 것이 가능하게 된다. 따라서 칼라 표시를 실현할 수 있다. 또한 다이크로익 미러(34)는 적색파장을 투과시키고 녹색 및 청색파장을 전반사시키며 다이크로익 미러(35)는 청색파장을 투과시키고 녹색 및 적색 파장을 전반사시킨다.

얻어진 액정표시장치를 사용하여 셀에 풀칼라 비디오 신호화상을 입력하여 패턴을 표시하고 셀의 약 30배로 투영한 바, 콘트라스트비 200:1을 얻었다. 또한 상당히 밝은 표시를 얻었다.

[실시예 18]

실시예 16의 장치에서 정의 네마틱 액정조성물(ZLI-4792, 메르크제펜제)을 사용하여 3장의 액정셀의 상하 기판 간격을 '27a'는 6.6㎛, '27b'는 4.57㎛, '27c'는 5.68㎛로 하는 것 이외는 실시예 3에서 얻어진 LCD와 같은 LCD를 사용하여 본 실시예의 액정표시장치를 얻었다. 본 실시예는 3장의 LCD를 각각의 전극간 간격을 변화시킨 것으로 Δnd를 R,G,B 광원의 각 파장에 맞게 한 것이다.

얻어진 액정표시장치를 사용하여 셀에 풀칼라 비디오 신호화상을 입력하고 패턴을 표시하여 셀의 약 30배로 투영한 바 콘트라스트비 400:1로 상당히 밝은 표시를 얻었다.

[실시예 19]

본 실시예의 투영 액정표시장치에 사용하는 LCD의 단면도를 제18도에 나타낸다. 마이크로렌즈(일본전기초자제)(40)를 TFT를 사용한 실시예 3의 LCD의 하부기판(12)의 광원측에 각각의 렌즈가 각 액정 개구부에 대응하도록 위치시켜 접착했다. 이와 같이 하여 얻어진 LCD를 사용하여 실시예 6과 같은 투영 액정표시장치를 제작했다. 마이크로렌즈를 사용하지 않은 투영 액정표시장치와 비교하여 소자 전체의 투과율은 80% 향상했다. 또한 콘트라스트비 200:1을 얻었다.

[실시예 20]

본 실시예의 투영 액정표시장치에 사용하는 LCD의 단면도를 제19도에 나타낸다. 2장의 마이크로렌즈(일본전기초자제)를 TFT를 사용한 실시예 3의 LCD의 하부기판(12)의 광원측에 각각의 렌즈가 액정 개구부에 대응하도록 맞게 위치시키면서 접착했다. 이와 같이 하여 얻어진 LCD를 사용하여 실시예 6과 같은 투영 액정표시장치를 제작했다. 마이크로렌즈를 사용하지 않은 투영형 액정표시장치와 비교하여 소자 전체의 투과율은 80% 향상했다. 또한 콘트라스트비 400:1을 얻었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제1태양에 관한 LCD에 의하면 2종 이상의 방향으로 경사전계를 인가하여 액정분자가 전계방향으로 틸트업되거나 혹은 틸트다운되는 것에 의해 굴절렌즈효과와 굴절격자효과가 얻어지고 광산란상태를 실현할 수 있다. 그 결과 구동전압이 낮아지고 밝은 콘트라스트비가 높기 때문에 개조성에 우수하고 또한 개조표시해도 표시가 반전하지 않는 상당히 넓은 시각의존증을 갖는 LCD를 얻을 수 있다.

또한 제1태양에 관한 LCD에 있어서 폭 RS, 폭 FE, D의 값과 그 관계를 소정의 범위로 설정하여 상술한 특성이 보다 우수한 것이 된다.

본 발명의 제2태양에 관한 LCD에 의하면 2종류 이상의 방향으로 경사전계를 인가하여 액정분자가 전계방향으로 틸트업되거나 혹은 틸트다운되는 것에 의해서 굴절렌즈효과와 회절격자효과가 얻어지고 광산란상태를 실현할 수 있다. 그 결과 전압구동이 낮고 밝은 콘트라스트비가 높기 때문에 개조성에 우수하고 또한 개조표시를 하여도 표시가 반전하지 않는 상당히 넓은 시각의존성을 갖는 LCD를 얻을 수 있다.

또한 제2LCD에 있어서, RE, FE, SS, D의 값과 그 관계를 청구항 7에서 청구항 9의 값으로 설정하여 상술한 특성이 보다 우수한 것이 된다.

또한 액정조성물의 특성과의 관계에서 청구항 10에서 청구항 12의 범위 값으로 설정하여 보다 우수한 특성을 갖는 상술한 제1 및 제2LCD를 얻을 수 있다.

본 발명의 액정표시장치는 특히 투영형 액정표시장치에 상술한 제1 및 제2LCD를 사용하여 콘트라스트비가 높은 또한 상당히 밝은 표시를 얻을 수 있다. 또한 렌즈층을 설치하여 콘트라스트비 및 밝기가 보다 향상된다.

Claims

제1전극을 갖는 제1기판; 상기 제1기판에, 상기 제1전극과 제2전극이 함께 대향하도록 배치된 제2전극을 갖는 제2기판; 상기 제1 및 제2기판 사이에 채워진 네마틱 액정조성물층; 및 상기 네마틱 액정조성물의 액정분자를 상기 제1 및 제2기판 표면상에 한 방향으로 배열시킨 수단을 갖춘 액정표시소자에 있어서, 상기 제1전극은 각 화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 도전체부; 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 비도전체부가 각각 교대로 배치되며, 또한 상기 복수의 도전체부가 상기 화소의 일부이며 전기적으로 접속된 형상을 갖고; 상기 제2전극은 연속도전성막이고; 상기 비도전체부의 폭(RS)과 상기 제1 및 제2전극간의 간격(D)은 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

tan(π/9)RS/2Dtan(7π/18)
제1항에 있어서, 상기 비도전체부의 폭(RS)과 상기 제1 및 제2전극간의 간격(D)은 하기식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

tan(π/4)RS/2Dtan(7π/18)
제1항에 있어서, 상기 도전체부의 폭(EE)과 상기 제1 및 제2전극간의 간격(D)은 하기식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

D/2EE3D
제1항에 있어서, 상기 액정조성물이 부의 유전율 이방성을 갖는 경우는 상기 도전체부의 폭(EE)과 상기 비도전체부의 폭(RS)은 식 RS/3EE1.1×RS를 충족하고 상기 액정조성물이 정의 유전율 이방성을 갖는 경우는 상기 도전체부의 폭(EE)과 상기 비도전체부의 폭(RS)은 식 0EERS를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 도전체부의 폭(EE)과 상기 비도전체부의 폭(RS)은 하기식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

2.5㎛EE+RS36㎛
제1항에 있어서, 상기 액정조성물의 액정분자배열은 액정분자 장축이 상기 도전체부와 비도전체부로 이루어진 스트라이프 형상 전극의 스트라이프 방향과 평행하게 배열된 방향 또는 상기 액정분자 장축이 상기 제1 및 제2기판간에 수직으로 배열된 수직방향으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제6항에 있어서, 입사광이 가시광영역으로 이루어진 빛이고 상기 액정조성물의 굴절률 이방성(Δn)과 액정층 두께(d)의 곱은,

350nmΔnd1050nm

의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제6항에 있어서, 입사광이 100nm 이하의 밴드폭을 갖는 단색광이고 이 단색광의 중심 파장이 λ라고 할 때 상기 액정조성물의 굴절률 이방성(Δn)과 액정층 두께(d)의 곱은,

(λ-50)/2nmΔnd2(λ+50)nm

의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1전극을 갖는 제1기판; 상기 제1기판에, 상기 제1전극과 제2전극이 함께 대향하도록 배치된 제2전극을 갖는 제2기판; 상기 제1 및 제2기판 사이에 채워진 네마틱 액정조성물층; 및 상기 네마틱 액정조성물의 액정분자를 상기 제1 및 제2기판 표면상에 한 방향으로 배열시킨 배열수단을 갖춘 액정표시소자에 있어서, 상기 제1전극은 각 화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 제1비도전체부와, 50㎛ 이하의 폭을 갖는 제1비도전체부가 각각 교대로 배치되며 또한 상기 복수의 제1도전체부가 상기 화소의 일부이고 전기적으로 접속시킨 형상을 갖고; 상기 제2전극은 각 화소마다 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 제2도전체부와, 50㎛ 이하의 폭을 갖는 복수의 제2비도전체부가 각각 서로 상기 제1도전체부 및 제1비도전체부와 같은 방향으로 연장되도록 배치되며 또한 상기 복수의 제2도전체부가 상기 화소의 일부이고 전기적으로 접속된 형상을 갖고, 상기 제1도전체부와 제2도전체부는 서로 대향하는 일이 없고 그들의 축방향에 벗어나 배치되며, 상기 액정조성물층은 상기 제1도전체부와 이것에 대향하는 상기 제2비도전체부의 일부에 의해 좁혀진 FE부, 이것에 인접하는 상기 제1비도전체부의 일부에 의해 좁혀진 SS부와, 이것에 인접하는 상기 제1비도전체부의 일부와 이것에 대향하는 상기 제2도전체부에 의해 좁혀진 RE부가 차례로,

FE·SS·RE·FE·SS·RE

와 FE부, SS부, RE부가 주기적으로 반복된 구성을 갖고; 상기 SS부의 폭(SS)과 상기 제1 및 제2전극간의 간격(D)은 하기의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

tan(π/9)SS/Dtan(7π/18)
제6항에 있어서, 상기 RE부의 폭(RE), 상기 SS부의 폭(SS), 상기 FE부의 폭(FE)은 하기식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

D/2RE3D 및 D/2FE3D
제6항에 있어서, 상기 RE부의 폭(RE), 상기 SS부의 폭(SS), 상기 FE부의 폭(FE)은 하기의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

0.9×SSRE1.1×SS 및

0.9×SSFE1.1×SS
제6항에 있어서, 상기 RE부의 폭(RE), 상기 SS부의 폭(SS), 상기 FE부의 폭(FE)는 하기의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

2.5㎛RE+SS36㎛ 및

2.5㎛FE+SS36㎛
제6항에 있어서, 상기 액정조성물의 액정분자배열은 액정분자 장축을 상기 도전체부와 비도전체부로 이루어진 스트라이프 형상 전극의 스트라이프 방향과 평행하게 배열된 방향 또는 상기 액정분자 장축을 상기 제1 및 제2기판간에 수직으로 배열된 수직방향으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제6항에 있어서, 입사광은 가시광영역의 빛이고 상기 액정조성물의 굴절률 이방성(Δn)과 액정층 두께(d)의 곱은,

350nmΔnd1050nm

의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제13항에 있어서, 입사광이 100nm 이하의 밴드폭을 갖는 단색광이고, 이 단색광의 중심 파장을 λ로 할 때 상기 액정조성물의 굴절률 이방성(Δn)과 액정층 두께(d)의 곱은,

(λ-50)/2nmΔnd2(λ+50)nm

의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제1항에 기재한 액정표시소자에 소자평면의 법선방향과 이루는 각이 10도 미만인 빛을 입사하는 수단; 상기 입사된 빛을 상기 액정표시소자에서 제어하는 수단; 및 상기 제어된 빛의 진행방향중 일부방향의 빛을 투영하는 광학계를 갖춘 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제16항에 있어서, 상기 액정표시소자로서 복수의 액정표시소자를 사용하여 상기 소자평면의 법선방향과 이루는 각이 10도 미만인 빛을 입사하는 수단은 상기 복수의 액정표시장치를 각각에 적색, 청색, 녹색을 나타내는 파장의 적어도 어느 한 색을 포함하지 않는 분광된 빛을 입사시키는 수단인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제16항에 있어서, 상기 액정표시소자의 입사광측 외면후면의 기판에 액정표시소자의 각 화소를 대응시킨 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 설치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제18항에 있어서, 상기 액정표시소자의 입사광측 기판의 전극과 상기 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층 사이에 광학적으로 볼록렌즈 혹은 오목렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 설치하고 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 광학적으로 볼록렌즈 혹은 오목렌즈 층을 투과한 빛의 상기 액정소자평면의 법선방향과 이루는 각도를, 입사광의 상기 액정표시소자평면의 법선과 이루는 각도의 0.9 내지 1.1배로 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제9항에 기재한 액정표시소자에 소자평면의 법선방향과 이루는 각도가 10도 미만인 빛을 입사하는 수단; 상기 입사된 빛을 상기 액정표시소자에서 제어하는 수단; 및 상기 제어된 빛의 진행방향중 일부 방향의 빛을 투영하는 광학계를 갖춘 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제20항에 있어서, 상기 액정표시소자로서 복수의 액정표시소자를 사용하여 상기 소자평면의 법선방향과 이루는 각도가 10도 미만인 빛을 입사하는 수단은, 상기 복수의 액정표시소자 각각에 적색, 청색, 녹색을 나타내는 파장의 적어도 어느 한 색을 포함하지 않는 분광된 수단인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제20항에 있어서, 상기 액정표시소자의 입사광측 외면후면의 기판에 액정표시소자의 각 화소를 대응시킨 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 설치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제22항에 있어서, 상기 액정표시소자의 입사광측 기판의 전극과 상기 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층 사이에 광학적으로 볼록렌즈 혹은 오목렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 설치하고 광학적으로 볼록렌즈와 동등한 기능을 갖는 층과 광학적으로 볼록렌즈 혹은 오목렌즈와 동등한 기능을 갖는 층을 투과한 빛의 상기 액정소자평면의 법선방향과 이루는 각도를 입사광의 상기 액정표시소자평면의 법선과 이루는 각도의 0.9 내지 1.1배로 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
광투과율을 제어하는 광변조층을 구비한 제1항에 기재한 액정표시소자로 이루어지는 표시패널; 상기 표시패널에 광원으로부터의 광원광을 인도하는 광원광학계; 및 상기 표시패널에 의해 광변조된 변조광을 스크린에 투영하는 투사광학계를 갖춘 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.