KR0181980B1

KR0181980B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR0181980B1
Application number: KR1019930010925A
Authority: KR
Inventors: 다까시 미야시다; 요시나가 미야자와; 젠다 기꾸지
Original assignee: 가시오 가즈오; 가시오 게이상기 가부시키가이샤
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1999-05-01
Also published as: DE69328051D1; EP0576931A2; EP0576931B1; DE69328051T2; TW229279B; EP0576931A3; US5548426A; KR940000902A

Abstract

본 발명은 액정분자가 한쪽의 기판에서 반대측의 기판으로 향하여 거의 90°로 트위스트 배향되고 굴절율 이방성(△nc)와 갭(dc)과의 곱(△nc·dc)의 값이 300~600nm 의 범위인 TN형의 액정 셀의 입사측에 배치함과 동시에 그 액정 셀의 출사측에 검광자를 배치하고, 액정 셀과 검광자와의 사이에 고분자가 액정분자의 트위스트 배향의 트위스트 방향과 반대방향으로 90° 트위스트하여 배열되고, 또 그 △nd의 값이 100~600nm의 범위인 트위스트 위상판을 배치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

액정표시장치

제1a도, 제1b도, 제1c도, 제1d도는 각각 종래의 액정표시장치에 의한 4단계의 계조(階調)전압 마다의 각 등Y치 곡선도.

제2a도, 제2b도, 제2c도는 각각 제1a도 내지 제1d도에 도시한 종래의 액정표시장치에 있어서 등Y치 곡선도의 인접계조 전압간에서의 휘도를 도시하는 각 등휘도 곡선도.

제3도는 본 발명의 제1실시예로서의 액정표시장치를 도시하는 단면도.

제4도는 상기 제1실시예의 액정표시장치를 도시하는 분해사시도.

제5도는 본 발명의 제2실시예로서의 액정표시장치를 도시하는 단면도.

제6도는 상기 제2실시예의 액정표시장치를 도시하는 분해사시도.

제7도는 본 발명의 제3실시예로서의 액정표시장치를 도시하는 단면도.

제8도는 상기 제3실시예의 액정표시장치를 도시하는 분해사시도.

제9도는 본 발명의 제4실시예로서의 액정표시장치를 도시하는 단면도.

제10도는 상기 제4실시예의 액정표시장치를 도시하는 분해사시도.

제11도는 상기 제4실시예에서 이용한 트위스트 위상판의 구조를 도시하는 모식적 단면도.

제12도는 본 발명의 제5실시예로서의 액정표시장치를 도시하는 단면도.

제13도는 상기 제5실시예의 액정표시장치를 도시하는 분해사시도.

제14도는 상기 제5실시예에서 이용한 트위스트 위상판의 구조를 도시하는 모식적 단면도.

제15도는 본 발명의 제6실시예로서의 액정표시장치를 도시하는 단면도.

제16도는 상기 제6실시예의 액정표시장치를 도시하는 분해사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 액정 셀 2 : 편광자

4,14,15,16,17,18,19,33 : 트위스트 위상판

3 : 검광자 5,9,22 : 전극

7,10,23,26 : 배향막 8,11 : 기판

30,32 : 편광판

본 발명은 네마틱액정을 이용한 액정 셀에 트위스트 위상판을 배치한 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 사무자동화기기의 표시장치로서 널리 사용되고 있다. 이러한 표시장치는 고정밀 표시가 요구되기 때문에 화소수가 많고, 고시분할(高時分割) 구동이 요구되고, 또 표시특성으로서는 휘도가 높고, 또 시야각이 넓은 것이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따르기 위해 퍼스널 컴퓨터 등의 표시장치로서는 액정표시장치중에서도 고시분할구동이 가능하고 또 비교적 휘도가 높은 단순 매트릭스 타입의 STN형 혹은 액티브 매트릭스 타입의 TFT-TN형의 액정표시장치가 이용되고 있다.

단순 매트릭스타입의 STN형 액정표시장치는 소정의 간격을 두고 대향 배치된 1쌍의 기판과 이 1쌍의 기판의 대향하는 내면에 서로 직각으로 교차하도록 배치된 전극과, 이 전극형성면을 덮어서 형성되고, 액정분자를 소정의 방향으로 배향시키기 위한 배향막과, 이 배향막 사이에 봉입되는 액정재료와, 상기 1쌍의 기판의 외측에 이들을 끼우도록 배치된 1쌍의 편광판으로 구성되어 있다. 그리고 1쌍의 배향막간에 봉입된 액정재료의 각 배향막 근방의 분자가 각각 배향막의 배향규제력에 의해 미리 정해진 배향처리방향으로 배열되고, 상기 액정분자가 한쪽의 기판에서 다른쪽의 기판을 향하여 240° 전후의 각도로 트위스트 배향되어 있다.

또, 액티브 매트릭스 타입의 TFT-TN 형의 액정표시장치는 한쪽의 기판에 공통전극을 설치하고, 다른쪽의 기판에 주사라인과 신호라인을 설치함과 동시에 이들 라인의 교차부마다에 화소전극과 구동용 박막 트랜지스터(TFT)가 배설되고, 1쌍의 기판간에는 80°~120°정도의 각도로 트위스트 배향하는 액정재료를 봉입하여 되는 트위스트 네마틱(TN)형의 액정 셀을 갖는다. 이들 액정표시장치는 시분할구도에 의해 구동되고, 대향하는 전극간에 인가되는 전계에 따라 액정분자의 배향을 변화시키고, 1쌍의 편광판에 끼워진 액정층의 광학적 작용에 의해 빛의 투과·차단을 제어하여 원하는 표시를 실시한다.

그러나, STN형 액정표시장치는 고시분할구동을 가능하게 하기 위해 액정분자배열의 트위스트각을 크게 하고, 또 시각적인 휘도를 높게 하기 위해 액정의 복굴절효고를 이용하고 있기 때문에 표시가 착색된다는 문제가 있고, 또 시야각이 충분히 넓지 않고, 또 시각에 따라 표시색이 변화한다는 문제가 있었다.

또, TFT-TN 형 액정표시장치는 각 화소에 정적인 전압을 인가하여 구동할 수 있으므로 단순 매트릭스형의 액정표시장치에 비해 휘도가 높고 시야각도 비교적 넓지만 다계조표시에 있어서 중간조를 표시할 때에 시각에 의해 밝기의 역전현상이 나타나고, 계조표시가 흐트러지는 결점이 있다.

제1a~제1d도에 종래의 TFT-TN형 액정표시장치에 있어서 4단계의 계조마다의 등Y치(밝기의 값)곡선을 도시했다. 이 액정표시장치의 액정 셀은 액정분자가 빛의 진행방향에 따라 좌로 90° 트위스트 배향되고, 굴절율 이방성(△nc)과 갭(dc)의 곱(△nc·dc)가 403㎚이고 갭(dc)과 내츄럴 피치(pc)와의 비(dc/Pc)가 0.05이고, 프레틸트각이 3°로 되어 있다. 또, 4 계조를 실현하는 각 전압은 명(明)상태전압을 1.5V, 암(暗)상태전압을 6.0V로 하고, 두가지 중간조 전압은 1.5V를 인가했을때의 Y치를 3등분하여 얻는 2개의 중간 Y치에 대응하는 전압으로 하고, 전압이 낮은 쪽에서부터 순서대로 제1계조전압 V1=1.50[V], 제2계조전압 V2=2.06[V], 제3계조전압 V3=2.43[V], 제4계조전압 V4=6.0[V}로 한다. 이들 도면에서 동심원은 내측에서 각각 액정표시장치의 기판의 법선방향에 대항 10°, 20°, 30°, 40° 및 50° 경사한 시각(視角)을 나타내고, 흑사각(■)은 Y값이 10, 백사각(□)은 Y값이 20, 흑삼각(▲)은 Y값이 30을 각각 나타내고 있다. 또, 화살표 R은 액정 셀의 광입사측 기판의 배향처리방향을 도시하고, 이 광입사측 배향처리방향(R)을 기준으로 하여 표시면 중심둘레에 측정한 각도 (이하, 방위각이라 한다)로 표시면의 방위를 나타내고 있다. 예를 들면 표시면의 상방향은 방위각이 135도가 된다. 이들 도면에서 알수 있는 바와 같이 어느 계조전압에 있어서도 상방향 부근이 밝고, 하방향부근이 어둡게 되어 있다.

제2a~제2c도에 각각 인접하는 계조간의 Y치의 비로 구해지는 등휘도곡선 (Y1/Y2, Y2/Y3, Y3/Y4)을 도시했다. 이들 도면에서 동심원은 내측으로 부터 각각 액정표시장치의 기판이 법선방향에 대하여 10°, 20°, 30°, 40° 및 50° 경사한 각도를 나타내고, 흑원(●)은 휘도가 1이하, 흑사각(■)은 휘도가 10, 백사각(□)은 휘도가 20, 흑삼각(▲)은 휘도가 50, 백삼각(△)은 휘도가 100을 각각 나타내고 있다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와같이 휘도가 1이하인 영역(도면중 사선으로 도시하는 부분이며, 이하 중간계조 반전영역이라 부른다)은 제2계조와 제3계조와의 사이 및 제3계조와 제4계조와의 사이에서 생기고 있다. 제2b도에 도시하는 상방향부근의 중간조 반전영역은 제2계조보다도 제3계조가 밝기 때문에 생기고, 또 제2c도에 도시하는 우하 및 좌하 방향의 중간조 반전영역은 제4계조전압에서 광누출이 있기 때문에 생긴다. 이러한 중간계조 표시시의 밝기의 반전은 바른 계조표시를 어지럽히므로 액정표시장치에 있어서 커다란 문제이다.

본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 표시의 착색이 개선됨과 동시에 다계조 표시에 있어서 밝기의 역전현상을 방지하고, 중간계조를 시각에 의하지 않고 바르게 표시할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 액정표시장치는 대향하는 면 각각에 서로 교차하는 전극과 이 전극을 덮어서 소정의 방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 각각 형성된 1쌍의 기판과, 이들 배향막의 사이에 존재하고, 한쪽에서 기판에서 다른 쪽의 기판으로 향하여 소정범위의 각도로 트위스트 배향된 네마틱 액정층과, 상기 1쌍의 기판의 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치된 1쌍의 편광판과 상기 1쌍의 편광판 사이에 배치되고, 고분자가 한쪽의 표면에서 반대측 표면으로 향하여 소정범위의 각도에 걸쳐 트위스트한 배향상태로 되어있는 적어도 1매의 트위스트 위상판을 구비하고 있다.

상술한 바와 같이 액정표시장치를 구성함으로써 트위스트 위상판에 의해 액정 셀을 투과하는 빛의 각 파장광마다의 △n·d 및 수직으로 투과하는 빛과 비스듬히 투과하는 빛의 각 △n·d의 차가 보상되고, 표시의 착색이 개선됨과 동시에 다계조표시에 있어서 중간조를 표시할 때의 밝기의 역전현상을 억제할 수 있고, 계조표시에 있어서 바른 계조를 시각에 관계없이 안정되게 표시할 수 있다.

상기 액정표시장치에 있어서, 상기 네마틱 액정층은 트위스트 배향하는 액정분자의 트위스트 각도가 80~120도 정도의 트위스트 네마틱(이하, TN이라 한다) 액정층, 혹은 트위스트 배향하는 액정분자의 트위스트 각도가 220`260도 정도의 슈퍼 트위스트 네마틱(이하,STN이라 한다)액정층이다.

네마틱 액정층이 TN 액정층인 경우는 트위스트 위상판은 그 △n·d가 + 또는 -이다.

△n·d가 +인 트위스트 위상판을 이용할 경우, 그 고분자가 판 표면에 대하여 거의 평행이거나 또 한쪽의 표면에서 반대쪽의 표면으로 향하여 소정의 각도로 트위스트하여 배향한 수평배향의 트위스트 위상판이 이용되고, 그 △n·d는 50~600㎚의 범위가 바람직하다.

또, 상기 트위스트 위상판은 1쌍의 편광판의 사이에 1매 또는 2매 배치된다. 트위스트 위상판을 1매 배치할 경우는 그 분자의 트위스트 배향의 트위스트 방향이 액정층의 트위스트 배향의 트위스트 방향과는 반대방향이고 각도가 거의 같고 80~120도의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 트위스트 위상판을 2매 배치할 경우는 한쪽의 트위스트 위상판의 분자의 트위스트 배향의 트위스트 방향이 네마틱 액정층의 트위스트 배향의 트위스트 방향과 같은 방향이고 같은 정도의 각도로 트위스트하고, 다른쪽의 트위스트 위상판의 분자의 트위스트 배향의 트위스트 방향이 네마틱 액정층의 트위스트 배향의 트위스트 방향과 반대방향이고 같은 정도의 각도록 트위스트한 2매의 트위스트 위상판이 이용된다. 트위스트 배향판을 2매 배치할 경우에는 양자가 액정 셀의 한쪽의 편광판과의 사이에 배치해도 좋고, 액정 셀을 끼워서 양쪽에 1매씩 배치해도 좋다.

△n·d가 -인 트위스트 위상판을 이용할 경우, 상술한 바와 같은 수평배향의 트위스트 위상판, 혹은 고분자가 위상판 표면에 대하여 경사하거나 또 한쪽의 표면에서 반대쪽의 표면으로 향하여 소정의 각도로 트위스트하여 배향하고 있는 경사배향의 트위스트 위상판이 이용된다.

△n·d가 -이고 분자배향이 수평배향의 트위스트 위상판을 이용할 경우,

로 주어지는 유효굴절률 이방성(△n)과 판두께(d)의 곱(△n·d)이 -30-600㎚이고 분자의 트위스트 배향의 트위스트각이 5회전(360°×5=1800°)이상의 것이 좋다. 또, 분자배향이 경사배향이 트위스트 배향판을 이용할 경우, 그 굴절율 이방성(△n)과 판두께(d)의 곱(△n·d )이 -300~-600㎚인 것이 바람직하다.

한편, 네마틱 액정층이 STN 액정층인 경우, 그 굴절율 이방성(△nc)과 층두께(dc)와의 곱(△nc·cd)은 700~800㎚ 의 범위가 바람직하다. 그러한 액정 셀에 배치하는 트위스트 위상판은 그 △n·d가 네마틱 액정층의 △nc·dc의 0.9~0.95배의 값을 갖는 것, 혹은 분자의 트위스트 배향의 트위스트 각이 네마틱 액정층의 트위스트 배향의 트위스트각과 방향이 반대이고, 크기가 거의 같은 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 액정표시소자에는 네마틱 액정층의 TN혹은 STN에 관계없이 고분자의 트위스트 배향의 트위스트각이 네마틱 액정층의 트위스트 배향의 트위스트각과 방향이 반대이고, 각도의 크기가 거의 같은 트위스트 배향상태의 트위스트 위상판이 이용된다.

또, 본 발명의 액정표시소자에는 네마틱 액정층의 TN 혹은 STN에 관계없이 그 고분자가 판 표면에 대해 거의 수직인 자세로 또 한쪽의 표면에서 반대쪽 표면으로 향하여 소정범위의 각도에 걸쳐서 트위스트하여 배향한 상태로 되어있는 적어도 1매의 트위스트 위상판이 이용된다.

이하에 본 발명의 실시예에 대하여 제1a도 ~제16도를 참조하여 상세히 설명한다.

[제1실시예]

제1실시예는 액정 셀의 한쪽에 굴절율 이방성(△n)과 두께(d)와의 곱(△n·d)이 +인 트위스트 위상판을 1매 배치한 경우이며, 제3도 및 제4도에 단면도와 그 분해사시도를 도시했다. 이들 도면에 있어서 트위스티드 네마틱형 액정 셀(1)의 입사측에 편광자(2)가 설치되고, 액정 셀(1)의 출사측에 검광자(3)가 설치되고, 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 분자가 트위스티드 네마틱형 액정층과 마찬가지로 트위스트 배향하고 있는 트위스트 위상판(4)이 설치되어 있다.

상기 액정 셀(1)은 한쪽의 화소전극(5) 및 이 화소전극(5)마다에 배설된 바막 트랜지스터(TFT)(6) 및 이들을 덮는 배향막(7)이 형성된 하기판(8)과, 상기 한쪽의 전극(5)과 대향하는 다른쪽의 대향전극(9) 및 이 대향전극(9)을 덮는 배향막(10)이 형성된 상기판(11)과, 상하의 각 기판(8,11)을 소정의 간격을 두고 접합하는 봉입재(12)와, 이들 기판(8,11)과 봉입재(12)에 둘러싸인 영역내에 봉입되고, 갭(d)와, 내츄럴 피치(p)의 비 d/p 의 값이 0.05인 액정재료(13)로 구성되어 있다. 또, 이 액정 셀(1)은 도면상에서 아래쪽으로부터 빛이 입사되는 것이며, 이하에서는 하기판을 입사측 기판(8), 상기판을 출사측기판(11)이라 한다.

입사측 기판(8)와 출사측기판(11)의 대향하는 각각의 면에 형성된 배향막(7,10)은 각각 러빙등의 배향처리가 실시되어 있다. 입사측 기판(8)의 배향막(7)은 제4도에 도시하는 바와 같이 액정 셀(1)을 정면에서 관찰했을때 수평인 선에 대하여 좌상에서 우하방향으로 약 45°의 경사를 갖는 방향(7a)으로 배향처리가 실시되어있다.

입사측 기판(8)에 대향하는 출사측기판(11)의 배향막(10)은 입사측 기판(8)의 배향처리방향(7a)(이하, 입사측 배향처리방향이라 한다)에 대하여 출사측에서 보아 좌로 약90° 회전한 방향(10a)으로 배향처리가 실시되어 있다. 이러한 배향처리에 의해 액정재료(13)의 액정분자는 출사측에서 보아 우로 약 90°(φ) 트위스트하여 배열하고, 액정분자는 약 3°의 프레틸트각을 갖고 있다. 그리고 이 액정 셀(1)의 갭(d)과 귤절율 이방성(△n)과의 곱(△n·d)의 값은 300~600㎚(측정파장:589㎚)의 범위로 설정한다.

편광자(2)는 그 투과축(2a)이 액정 셀(1)의 입사측 배향처리방향(7a)과 거의 직교하도록 배치되어 있다. 또, 검광자(3)는 그 투과축(3a)이 편광자(3a)의 투과축(2a)과 거의 직교하도록 배치되어 있다.

트위스트 위상판(4)은 고분자재료로 구성되고, 그 고분자가 트위스티드 네마틱형 액정층과 마찬가지로 트위스트하여 배향한 상태로 되어 있다. 특, 트위스트 위상판(4)을 구성하는 고분자가 한쪽의 표면에 거의 수평으로 배향하고, 또 반대측의 표면으로 향하여 그 길이 축방향을 서서히 바꾸어 배열하고 있고, 전체적으로 소정각도에 걸쳐서 트위스트하여 배향한 상태로 되어있다.

본 예의 트위스트 위상판(4)은 유기 고분자 필름으로 구성되고, 예를 들면 고분자 액정필름(액정 폴리머)을 삼초산 셀룰로스(AC)등으로 구성되는 보호막으로 끼운 구조로 되어있다. 그리고, 그 트위스트 위상판(4)의 분자의 트위스트각(φ1)은 0~±360°의 범위에서 액정재료(13)의 액정분자의 트위스트각(φ)과는 트위스트 방향이 반대이고 각도의 크기가 거의 동일하게 설정되어 있다. 즉, 본예의 트위스트 위상판(4)의 트위스트각(φ1)은 광출사측에서 보아 -90°(φ1=-φ)이다. 또, 트위스트 위상판(4)은 굴절율 이방성(△n)과 갭(d)과의 곱(△n·d)의 값이 50~600㎚의 범위에서 바람직하게는 100~600㎚(측정파장:589㎚)의 범위로 되어있다.

이러한 TN형의 액정표시장치에서는 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 분자가 액정재료(13)의 액정분자의 트위스트 방향과 반대방향으로 동일각도의 90° 트위스트하여 배열된 트위스트 위상판(4)은 배치하였으므로 이 트위스트 위상판(4)에 의해 액정 셀(1)을 수직으로 투과하는 빛과 비스듬히 경사하여 투과하는 빛의 각 △n·d의 차가 보상되고, 다계조 표시에 있어서 중간계조에서의 밝기의 역전현상을 억제할 수 있고, 다계조 표시에 있어서 바른 계조를 시각에 관계없이 안정되게 표시할 수 있다. 또, 트위스트 위상판(4)은 분자를 0~±360°의 범위에서 트위스트 배향한 고분자 액정 필름을 보호막으로 끼운 구조이므로 제조가 용이하고, 얇게 형성할 수 있고, 이에 의해 액정표시장치의 소형화를 꾀할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 액정 셀과 검광자(3)와의 사이에 트위스트 위상판(4)을 배치했지만 이것에 한정되지 않고 액정 셀(1)과 편광자(2)와의 사이에 배치해도 좋다. 또, 편광자(2)의 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 직교시켰지만 이것에 한정되지 않고, 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 평행시켜도 좋다.

[제2실시예]

제2실시예는 액정 셀의 한쪽에 함께 △n·d가 +인 2매의 트위스트 위상판을 배치한 예이다. 또, 이 제2실시예 및 이 이후의 실시예에 있어서는 제1실시예와 같은 부재에는 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

제5도 및 제6도에 제2실시예로서의 액정표시장치의 단면도와 분해사시도를 도시했다. 이 액정표시장치에서는 제1실시예와 마찬가지로 액정 셀(1)의 입사측에 편광자(2)가 설치되고, 액정 셀(1)의 출사측에 검광자(3)가 설치되어있다. 이렇게 하여 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 2매의 트위스트 위상판(14,15)이 그 순서대로 설치되어 있다.

제6도에 도시하는 바와 같이 액정 셀(1)에 인접하는 제1의 트위스트 위상판(14)은 그 분자가 액정재료(13)의 액정분자의 트위스트 배향의 트위스트방향과 반대방향으로 90°(φ2=-φ=-90°)정도 트위스트하여 배열된 유기 고분자 필름으로 구성되어 있고, 예를 들면 고분자 액정 필름(액정 폴리머)을 삼초산 셀룰로스(TAC)등으로 구성되는 보호막으로 끼운 구조로 되어 있다. 또 검광자(3)에 인접하는 제2의 트위시트 위상판(15)은 그 분자가 제1의 트위스트 위상판(14)의 분자의 트위스트 배향의 트위스트 방향과 반대방향, 즉 액정분자의 트위스트 배향의 트위스트 배향과 같은 방향으로 90°(φ3=-φ2-90°)정도 트위스트하여 배열되고, 제1의 트위스트 위상판(14)과 마찬가지로 고분자 액정 필름(액정 폴리머)을 삼초산 셀룰로스(TAC)등으로 구성되는 보호막으로 끼운 구조로 형성되어 있다. 이경우, 제1의 트위스트 위상판(14)의 출사측 표면의 분자의 길이 축방향(14a)과 제2의 트위스트 위상판(15)의 입사측 표면의 분자의 길이 축방향(15a)은 서로 거의 직각으로 교차시키고 있다. 그리고 이들 양 트위스트 위상판(14,15)의 △n·d의 값은 100~600㎚(측정파장: 58㎚)의 범위로 설정되어 있다.

이러한 액정표시장치에서는 제1의 실시예와 마찬가지로 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 배치된 제1,제2의 트위스트 위상판(14,15)에 의해 액정 셀(1)을 수직으로 투과하는 빛과 경사하여 투과하는 빛의 각 △n·d의 차가 보상되고, 다계조 표시에 있어서 중간계조의 밝기의 역전현상을 억제할 수 있고, 다계조 표시에 있어서 시각이 변화해도 바른 계조를 안정되게 표시할 수 있다.

또, 상술한 제2실시예에서는 제1의 트위스트 위상판(14)과 제2의 트위스트 위상판(15)과의 각 분자의 트위스트 배향의 트위스트 방향이 서로 반대방향이고, 또 트위스트 각이 같지만 반드시 트위스트 각은 같을 필요는 없고, 서로 달라도 된다.

[제3실시예]

제3실시예는 액정 셀(1)의 양측에 모두 △n·d가 +인 2매의 트위스트 위상판을 배치한 예이다.

제7도 및 제8도에 제3실시예로서의 액정표시장치의 단면도 및 분해사시도를 도시했다. 이 액정표시장치에서는 트위스티드 네마틱형의 액정 셀(1)의 입사측에 편광자(2)가 설치되고, 액정 셀(1)의 출사측에 검광자(3)가 설치되고, 액정 셀(1)과 편광자(2)와의 사이에 제1의 트위스트 위상판(16)이 설치되어 있으며 동시에 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 제2의 트위스트 위상판(17)이 설치되어 있다.

제8도에 있어서 광입사측에 배치된 제1의 트위스트 위상판(16)은 그 분자가 액정재료(13)의 액정분자의 트위스트 방향과 반대방향으로 90°(φ4=-φ=-90°) 트위스트하여 배열된 유기 고분자 필름으로 구성되어 있고, 예를들면 고분자 액정 필름(액정 폴리머)을 삼초산 셀룰로스(TAC)등으로 구성되는 보호막으로 끼운 구조로 되어 있다. 그리고 이 제1의 트위스트 위상판(16)은 굴절율 이방성(△n)과 갭(d)과의 곱(△n·d)의 값이 50~600㎚의 범위이고, 바람직하게는 100~600㎚(측정파장:589㎚)의 범위로 되어있다.

또, 광출사측의 제2의 트위스트 위상판(17)은 그 분자가 액정재료(13)의 액정분자의 트위스트 방향과 같은 방향으로 90°(φ5=-φ4=90°) 트위스트하여 배열된 유기 고분자 필름으로 구성되어 있고, 제1의 트위스트 위상판(16)과 마찬가지로 예를 들면 고분자 액정 필름(액정 폴리머)을 예로들어 삼초산 셀룰로스(TAC)등으로 구성되는 보호막으로 끼운 구조로 되어 있다. 그리고 이 제2의 트위스트 위상판(17)도 제1의 트위스트 위상판(16)과 마찬가지로 굴절율 이방성(△n)과 갭(d)과의 곱(△n·d)의 값이 50~600㎚의 범위이고, 바람직하게는 100~600㎚(측정파장:589㎚)의 범위로 되어있다.

이러한 TN형의 액정표시장치에서는 액정 셀(1)과 편광자(2)와의 사이 및 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 각각 제1의 트위스트 위상판(16)과 제2의 트위스트 위상판(17)을 배치하였으므로 이들 제1, 제2의 트위스트 위상판(16,17)에 의해 액정 셀(1)을 수직으로 투과하는 빛과 경사지게 투과하는 빛의 각 △n·d의 차가 보상되고, 다계조 표시에 있어서 중간계조에서의 밝기의 역전현상을 억제할 수 있고, 다계조 표시에 있어서 시각이 변화해도 바른 계조를 안정되게 표시할 수 있다. 또, 각 트위스트 위상판(16,17)은 분자를 0~±360°의 범위에서 트위시트 배향한 고분자 액정필름을 보호막으로 끼운 구조이기 때문에 제조가 용이하고, 얇게 형성할 수 있고, 이에의해 액정표시장치의 소형화를 꾀할 수 있다.

또, 이 제3실시예에서는 제1의 트위스트 위상판(16)과 제2의 트위스트 위상판(17)의 각각의 분자의 트위스트 배향의 트위스트 각의 크기가 같지만 반드시 트위스트각의 크기는 같을 필요는 없고, 서로 달라도 된다. 또, 편광자(2)의 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 직교시켰지만 이에 한정되지 않고, 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 대하여 평행시켜도 된다.

[제4실시예]

제4실시예는 제1실시예에서 트위스트 위상판으로서 △n·d가 -인 트위스트 위상판을 배치한 것이다.

제9도 및 제10도는 제4실시예로서의 액정표시장치의 단면도와 그 분해사시도이다. 이 액정표시장치에서는 제1실시예와 마찬가지로 구성된 트위스트 네마틱형의 액정 셀(1)의 입사측에 편광자(2)가 설치되고, 액정 셀(1)의 출사측에 검광자(3)가 설치되고, 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 트위스트 위상판(18)이 설치되어 있다. 트위스트 위상판(18)은 제11도에 도시하는 바와 같이 그 분자(18a)가 트위스트 배향된 유기 고분자 필름으로 구성되어 있고, 예를들면 고분자 액정 필름(액정 폴리머)을 삼초산 셀룰로스(TAC) 등으로 구성되는 보호막(18b)으로 끼운 구조로 되어 있다. 이 트위스트 위상판(18)의 분자(18a)는 5회전이상, 바람직하게는 10~15회전정도 트위스트 배향하고, 그 트위스트 배향의 각도는 트위스트 위상판(18)의 두께를 d, 트위스트 피치를 p라고 했을때, ±(d/p)×360°이다. 따라서 분자가 5회전 트위스트하고 있는 경우의 트위스트 각도는 360°×5=1800°이다. 그리고 이 트위스트 위상판(18)의 유효굴절율 이방성(△N)의 값은 -로 설정하고 있다. 즉, 트위스트 위상판(18)의 유효굴절율 이방성(△N)은 트위스트 위상판(18)의 이상광선에 대한 굴절율을 ne, 정상광선에 대한 굴절율을 no 라고 했을때, 하기의 (1)식으로 나타낸다.

트위스트 피치(p)가 입사광의 파장(λ)보다도 충분히 작은 경우, 상기(1)식의 △N은 -가 된다. 본 에의 트위스트 위상판(18)에서는 트위스트 피치(p)를 가시광영역의 하한의 파장의 1/5보다 작게 하고 있으므로 △N은 -이며, 유효굴절율 이방성(△N)과 트위스트 위상판(18)의 두께(d)와의 곱(△N·d)의 값은 -30~-600㎚(측정파장: 589㎚)의 범위로 설정되어 있다.

또, 트위스트 위상판(18)은 입사광의 선택반사에 의한 착색을 막을 필요가 있고, 이것을 달성하기 위한 조건은 (2)식으로 나타난다. 이 경우, 가시광의 파장(λ)의 범위는 0.4~0.7㎛이기 때문에 트위스트 위상판(18)의 평균굴절율 nav라고 하면 트위스트 위상판(18)의 트위스트 피치(p)는,

단, nav=(ne+no)/2

을 만족할 필요가 있다. 따라서, 입사광의 선택반사에 의한 착색을 방지하기 위해 트위스트 위상판(18)의 피치(p)는 (2)식중의 p(0.4/nav)의 조건을 만족하도록 설정된다.

이러한 TN형의 액정표시장치에서는 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 상술한 바와 같은 조건을 만족하는 트위스트 위상판(18)을 배치하였으므로 이 트위스트 위상판(18)에 의해 액정 셀(1)을 수직으로 투과하는 빛과 경사하여 투과하는 빛의 각 △n·d의 차가 제거되어 보상되고, 다계조표시에 있어서 중간계조에서의 밝기의 역전현상을 억제할 수 있고, 다계조표시에 있어서 시각이 변화해도 바른 계조를 안정되게 표시할 수 있다. 이 경우, 트위스트 위상판(18)의 트위스트 피치(p)는 입사광의 파장(λ)보다도 충분히 작으므로 트위스트 위상판(18)의 유효굴절율 이방성(△n)의 값은 -이다. 또, 트위스트 위상판(18)의 트위스트 피치(p)는 (0.4/nav)㎛보다도 작으므로 가시광의 선택반사에 의한 트위스트 위상판(18)의 착색을 방지할 수 있고, 다계조표시에 있어서 표시품질이 더 한층 향상된다. 또, 트위스트 위상판(18)은 분자가 10~15회전 정도로 트위스트 배향된 고분자 액정필름을 보호막으로 끼운 구조이므로 제조가 용이하고, 얇게 형성할 수 있고, 이에 의해 액정표시장치의 소형화를 꾀할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 편광자(2)의 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 직교시켰지만 이에 한정되지 않고, 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 대하여 평행시켜도 된다. 또, 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 트위스트 위사안(18)을 배치했지만 이에 한정되지 않고, 예를들면 액정 셀(1)과 편광자(2)와의 사이에 트위스트 위상판(18)을 배치해도 좋다.

[제5실시예]

제5실시예는 제1실시예에서 트위스트 위상판으로서 △n·d가 -이고 또 분자가 판표면에 대해서 거의 수직으로 배향된 위상판을 배치한 것이다.

제12도 및 제13도에 제5실시예로서의 액정표시장치의 분해사시도 및 단면도를 도시했다. 제1실시예와 마찬가지로 구성된 트위스티드 네마틱형의 액정 셀(1)의 광입사측에 직선편광판으로 구성되는 편광자(2)가 배치되고, 액정 셀(1)의 광출사측에는 직선편광판으로 구성되는 검광자(3)가 배치되어 있다. 그리고, 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 트위스트 위상판(19)이 배치되어 있다.

트위스트 위상판(19)은 제14도에 모식적으로 도시하는 바와 같이 그 분자(19a)의 프레틸트각(θ)이 거의 90°(θ90°)이고 호메오트로픽에 가까운 상태에서 분자가 복수회전 트위스트하여 배향된 유기고분자 필름으로 구성되어 있고, 예를들면 고분자 액정필름(액정폴리머)(Lf)을 삼초산 셀룰로오스(TAC)등으로 구성되는 보호막(19b)으로 끼운 구조로 되어있다. 이 트위스트 위상판(19)은 분자가 복수회전 트위스트하여 배향하고 있기 때문에 △n·d의 값이 마이너스(-)가 된다. 기타의 구성은 제1실시예와 같다.

이러한 TN형의 액정표시장치에서는 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 트위스트 위상판(19)을 배치하였으므로 이 트위스트 위상판(19)에 의해 액정 셀(1)을 수직으로 투과하는 빛과 경사하여 투과하는 빛의 각 리터데이션의 차가 제거되어 보상되고, 중간계조표시에서의 밝기의 역전현상을 억제할 수 있고, 시각이 변화해도 바른 계조를 안정되게 표시할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 트위스트 위상판(19)의 분자를 거의 호메오트로픽 상태로 배향시키고 있기 때문에 흑표시일 때의 리터데이션의 차가 보다 확실히 보상되어 누출광의 발생이 방지되고, 휘도가 향상하여 보다 양호한 시야각 특성이 얻어진다. 또, 트위스트 위상판(19)은 제14도에 도시하는 바와 같이 분자(19a)의 프레틸트각(θ)이 거의 90°인 고분자 액정필름(Lf)을 보호막(19b)으로 끼운 구조이므로 제조가 용이하고, 얇게 형성할 수 있고, 이에의해 액정표시장치의 소형화를 꾀할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 편광자(2)의 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 직교시켰지만 이에 한정되지 않고, 투과축(2a)을 입사측 배향처리방향(7a)에 대하여 평행시켜도 된다. 또, 액정 셀(1)과 검광자(3)와의 사이에 트위스트 위상판(18)을 배치했지만 이에 한정되지 않고, 예를 들면 액정 셀(1)과 편광자(2)와의 사이에 트위스트 위상판(19)을 배치해도 된다.

[제6실시예]

제6실시예는 STN형 액정 셀에 트위스트 위상판을 배치한 것이다. 제15도 및 제16도는 제6실시예로서의 액정표시장치를 도시하는 단면도와 분해사시도이다. 제15도 및 제16도에 있어서 액정 셀(21)은 한쪽의 전극(22) 및 이 전극(22)을 덮는 배향막(23)이 형성된 하측 기판(24)과, 상기 한쪽의 전극(22)과 교차하여 대향하는 다른쪽의 전극(25) 및 이 다른쪽의 전극(25)을 덮는 배향막(26)이 형성된 상측기판(27)과, 상하의 각 기판(24,27)을 소정의 간격을 두고 접합하는 봉입재(28)와, 이들 기판(24,27)과 봉입재(28)로 둘러싸인 영역내에 봉입되는 액정재료(29)로 구성되어 있다.

액정 셀(21)의 하측기판(24)의 하측에는 직선편광판으로 구성되는 하측편광판(30)이 배치되어있고, 이 하측편광판(30)의 하측에는 반사판(31)이 배치되어 있다. 또, 상측기판(27)의 위쪽에는 직선편광판으로 구성되는 상측편광판(32)이 배치되어 있다. 그리고, 액정 셀(21)의 상측기판(27)과 상측편광판(32)과의 사이에는 1매의 트위스트 위상판(33)이 배치되어 있다.

상기 하측기판(24)과 상측기판(27)의 대향하는 각각의 면에 형성된 배향막(23,26)은 각각 러빙등의 배향처리가 실시되어 있다. 즉, 하측기판(24)의 배향막(23)은 제16도에 도시한 바와 같이 액정 셀(21)의 정면에서 관찰했을때 수평인 선에 대하여 우상에서 좌하방향으로 약 30°의 경사를 갖는 방향(23a)으로 배향처리가 실시되어 있다. 하측기판(24)에 대향하는 상측기판(27)의 배향막(26)은 하측기판(24)의 배향처리 방향(23a)에 대하여 오른쪽으로 60° 회전한 방향(26a)으로 배향처리가 실시되어있다. 이러한 배향처리에 의해 액정재료(29)의 액정분자는 하측기판(24)에서 상측기판(27)으로 향하여 왼쪽방향(반시계방향)으로 240°(φ) 트위스트하여 배열한다. 그리고 이 액정 셀(21)의 갭(dc)과 굴절율 이방성(△nc)의 곱(△nc·dc)의 값은 700~900㎚(측정파장:589㎚)의 범위에 설정한다.

하측편광판(30)은 그 투과축(30a)이 하측기판 배향처리방향(23a)에 대하여 왼쪽으로 140°±5°(α)의 방향으로 배치되어 있다. 상측 편광판(320은 그 투과축(2a)이 하측기판 배향처리방향(23a)과 55°±10°(ε)에서 교차하는 방향으로 배치되어 있다. 즉, 상측편광판(32)는 그 투과축(32a)이 하측편광판(30)의 투과축(30a)에 대하여 오른쪽으로 85°방향으로 배치되어 있다.

트위스트 위상판(33)은 그 분자가 액정재료(29)의 액정분자의 트위스트 배향의 트위스트 방향과 반대방향으로 240°(-240°)만큼 트위스트 배향된 유기 고분자 필름으로 구성되어 있고, 예를들면 고분자 액정 필름(액정 폴리머)을 삼초산 셀룰로스(TAC)등으로 구성되는 보호막으로 끼운 구조로 되어 있다. 또, 트위스트 위상판(33)은 굴절율 이방성(△n)과 두께(d)와의 곱(△n·d)의 값이 액정 셀(21)의 △nc·dc의 값의 0.9~0.95배의 범위로 되어 있다. 그리고 트위스트 위상판(33)은 액정 셀(21)의 상측기판 배향처리방향(26a)과 이것에 인접하는 트위스트 위상판(33) 표면의 분자의 장축방향(33a)과 이루는 각도가 90°로 배치되어 있다.

이러한 STN형의 액정표시장치에서는 상방에서 입사하여 상측편광판(32)을 투과한 빛이 트위스트 위상판(33)에 입사하여 투과하면 트위스트 위상판(33)에 의해 각 파장광 마다의 위상에 차이가 생기지만 이 빛은 액정 셀(21)에 입사하여 투과할때에 트위스트 위상판(33)에 의한 위상차의 차이가 서로 상쇄되어 출사되게 된다. 그리고 이빛은 하측편광판(30)을 투과하여 반사판(31)으로 반사된다. 이 반사광은 다시 하측편광판(30)을 하방에서 상방으로 향하여 투과한 후, 액정 셀(21)에 입사하여 투과할 때에 각 파장광 마다에 위상차의 차이가 생긴다. 이 빛은 트위스트 위상판(33)에 입사하여 투과하므로서 액정 셀(21)에 의해 생긴 각 파장광마다의 위상차의 차이가 상쇄되어 출사된다. 그리고 이 빛이 상측편광판(32)을 투과하게 되므로 표시의 착색이 없어진다.

이처럼 본 실시예에서는 액정재료(29)가 240°의 각도로 트위스트 배향된 STN 형의 액정 셀(21)과 상측편광판(32)과의 사이에 액정재료(29)의 트위스트 배향에 대하여 분자가 -240°의 각도로 트위스트 배향된 트위스트 위상판(33)을 1매 배치하였으므로 이 1매의 트위스트 위상판(33)에 의해 액정 셀(21)을 투과할 때에 생기는 각 파장광 마다의 위상차의 차이를 거의 보상할 수 있고, 표시색의 착색을 없앨수 있다. 이 경우, 액정 셀(21)의 △nc·dc의 값이 700~900㎚이고, 트위스트 위상판(33)의 △n·d의 값이 액정 셀(21)의 △nc·dc의 0.9~0.95배이므로 액정 셀(21)에 의해 생기는 위상차의 차이를 충분히 보상할 수 있다. 또, 트위스트 위상판(33)은 그 분자가 -240°의 각도로 트위스트 배향된 고분자 액정 필름을 보호막으로 끼운 구조이므로 제조가 용이하고 두께를 얇게 할 수 있고, 이에 의해 광투과율이 향상되고, 휘도를 높일수 있으며 동시에 액정표시장치의 소형화가 촉진된다. 더구나 액정 셀(21)의 상측기판(27)의 배향막(26)의 배향처리방향(26a)과 이것에 인접하는 트위스트 위상판(33)의 분자의 길이 축방향(33a)이 이루는 각도를 90°로 하므로서 색보상 효과를 한층 높일 수 있다.

또, 본 실시예에서는 액정 셀(21)과 상측편광판(32)의 사이에 트위스트 위상판(33)을 배치했지만 이것에 한정되지 않고 액정 셀(21)과 하측편광판(30)과의 사이에 트위스트 위상판(33)을 배치해도 좋다.

또, 본 실시예에서는 반사형의 액정표시장치에 대하여 서술했지만 이것에 한정되지 않고, 투과형의 액정표시장치에도 적용할 수 있고, 또 백흑표시의 액정표시장치에 한정되지 않고, 컬러표시의 액정표시장치에도 적용할 수 있다.

Claims

대향하는 각각의 면에 전극과 이 전극을 덮어서 소정의 방향으로 배향처리가 실시된 배향막(7,10)이 각각 형성된 1쌍의 기판(8,11)과; 이들 배향막(7,10)의 사이에 존재하고, 액정분자가 한쪽의 기판으로부터 다른쪽의 기판을 향해 80° -120°의 각도로 트위스트 배향된 네마틱 액정층과; 상기 1쌍의 기판(8,11)의 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치된 1쌍의 편광판(30,32)과; 상기 1쌍의 편광판(30,32)의 한쪽과 이에 대향하는 상기 한쌍의 기판의 한쪽의 사이에 배치되고, 고분자가 한쪽의 표면으로 부터 반대측 표면을 향해 소정범위의 각도에 걸쳐 트위스트한 배향상태로 되어 있는 복수의 트위스트 위상판(4)을 구비하고; 상기 복수의 트위스트 위상판내의 2장의 트위스트 위상판은 한쪽의 트위스트 위상판의 고분자가 상기 네마틱 액정층의 트위스트 방향과 반대방향으로 80° -120°의 각도로 트위스트 배향하고, 다른쪽의 트위스트 위상판의 고분자가 상기 네마틱 액정층의 트위스트 방향과 동일방향으로 80° -120°의 각도로 트위스트 배향해 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 네마틱 액정층의 트위스트 각도가 80°~100°이고, 굴절율 이방성(△nc)과 층두께(dc)와의 곱(△nc·dc)이 300~600㎚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 트위스트 위상판(4)은 그 굴절율 이방성(△n)과 판두께(d)의 곱(△n·d)이 +인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제3항에 있어서, 상기 트위스트 위상판(4)을 구성하는 고분자가 한쪽의 표면에 대하여 거의 평행이고, 또 한쪽의 표면으로부터 반대쪽 표면을 향해 트위스트한 배향상태인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제4항에 있어서, 상기 트위스트 위상판(4)의 △n·d은 50~600㎚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제4항에 있어서, 상기 트위스트 위상판은 2장 배치되고, 그 한쪽의 트위스트 위상판(14)의 분자는 상기 네마틱 액정층의 트위스트 방향과는 반대방향으로 80~120° 트위스트하고, 다른 쪽의 트위스트 위상판(15)은 상기 네마틱 액정재료의 트위스트 방향과 같은 방향으로 80~120° 트위스트 되어있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
대향하는 각각의 면에 전극과, 이 전극을 덮어서 소정의 방향으로 배향처리가 실시된 배향막이 각각 형성된 한쌍의 기판과; 이들의 배향막의 사이에 존재하고 액정분자가 한쪽의 기판으로부터 다른쪽의 기판을 향해 220°-260°의 각도로 트위스트 배향되고, 그 광학이방성(△nc)과 층두께(dc)의 곱(△nc·dc)이 700-900㎛인 네마틱 액정층과; 상기1쌍의 기판의 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치된 1쌍의 편광판과; 상기 1쌍의 편광판 사이에 배치되어 고분자가 한쪽의 표면으로 부터 반대측 표면을 향해 상기 액정분자의 트위스트 방향과 반대방향으로 220°-260°의 각도에 걸쳐서 트위스트한 배향상태를 이루고, 그 광학이방성(△n)과 두께(d)의 곱(△n·d)이 상기 네마틱 액정층의 △nc·dc의 0.9배 내지 0.95배인 적어도 1장의 트위스트 위상판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
대향하는 면 각각에 전극(22,25)과 이 전극(22,25)을 덮어서 소정의 방향으로 배향처리가 실시된 배향막(23,26)이 각각 형성된 1쌍의 기판(24,27)과; 이들 배향막(23,26)의 사이에 존재하고, 한쪽의 기판으로 부터 다른쪽의 기판을 향해 소정범위의 각도로 트위스트 배향된 네마틱 액정층과; 상기 1쌍의 기판(24,27)의 외측에 이들의 기판을 끼우도록 배치된 1쌍의 편광판(30,32)과; 상기1쌍의 편광판(30,32)사이에 배치되고, 고분자가 판표면에 대하여 거의 수직인 자세로 한쪽의 표면으로부터 반대쪽 표면을 향해 소정범위의 각도에 걸쳐 트위스트하여 배향한 상태로 되어 있는 적어도 1장의 트위스트 위상판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.