KR100442038B1 - 액정표시장치및그제조방법 - Google Patents
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Abstract
액정에 밴드배향을 형성시킴으로써 광의 투과율을 변화시켜 표시를 행하는 액정표시장치는, 화소전극기판 및 대향전극기판의 적어도 한쪽의 표면에 고프리틸트각 영역의 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하도록 배향처리된 고프리틸트각 영역을 가지고 있다. 이로써 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이(轉移)가 신속하고도 확실하게 행하여진다.
또, 상기 전이는 액정이 카이럴제를 함유함으로써 용이하게 이루어지게 된다. 또한 고프리틸트각 영역과 카이럴제를 병용하면 더욱 더 전이가 일어나기 쉬워진다.
또, 다른 액정표시장치는 액정내의 액정분자에 토션각이 160˚∼ 200˚또는 250˚∼ 290˚이고, 액정층이 색소 또는 안료를 함유하는 동시에 소정의 고전압측 영역을 가지고 구동을 행하도록 되어 있다. 이로써 상기 전이의 곤란성 등이 회피된다.
또, 다른 액정표시장치는 프리틸트각이 서로 다른 색의 화소마다 달라지게 설정되어 있음으로써, 액정의 투과율이 투과하는 광의 파장에 따라 달라짐으로써 발생하는 표시색상의 변화가 해소된다.
Description
본 발명은 컴퓨터의 표시장치나 텔레비전 수상기 등에 적용되는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히 고속 응답성과 광시야각(廣視野角) 특성의 표시성능을 가진 투과형 또는 반사형의 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치로서는 네마틱액정을 사용한 트위스티드네마틱(TN)모드의 액정표시장치가 실용화되고 있다. 그러나, 이 액정표시장치는 응답속도가 느리다는 결점을 가지고 있다. 또 화상이 적정하게 표시되는 시인(視認)할 수 있는 시야각(視野角)이 좁다. 보다 상세하게는, 경사진 방향에서 보았을 때에 휘도나 콘트라스트의 저하 및 중간조(中間調)에서의 밝게 표시되어야 할 화소가 어두어지고, 어둡게 표시되어야 할.화소가 밝아지는 휘도 반전을 발생하는 결점을 가지고 있다. 따라서, 고속동화(動畵)의 표시나 경사진 방향으로부터도 양호한 시인(視認)이 필요하게 되는 표시장치에 적용하는 것은 곤란하다.
또, 광의 산란(散亂)을 이용하는 고분자분산형 액정표시모드의 액정표시장치도 알려져 있다. 이 액정표시장치는 편광판을 필요로 하지 않으므로 고휘도의 화상을 표시할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 응답속도는 상기 TN 모드의 액정표시장치와 마찬가지로 느리다. 또 시야각은 어느 정도 넓지만 원리적으로 TN 모드의 액정표시장치와 같이 위상보상층에 의해 시야각을 제어할 수 없다는 결점을 가지고 있다.
또한, 응답이 빠르고 시야각도 넓은 강유전성액정(FLC) 또는 반강유전성(反强誘電性)액정(AFLC) 등의 표시모드의 액정표시장치도 있으나, 이들은 내충격성이나 온도특성이 뒤진다는 큰 결점이 있어, 널리 실용화되기까지에는 이르고 있지 않다.
그래서 예를 들면 일본국 특개평 7(1995) - 84254에 개시되어 있는 바와 같이, 응답속도가 매우 빠르고, 시야각도 비교적 넓은 광학보상밴드(OCB)모드의 액정표시장치가 제안되어 있다.
이 OCB 모드의 액정표시장치는 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이, 액정(12)이 봉입되어 액정셀(11)을 구성하는 1쌍의 투명기판(13)(14)에 화소전극기판(15), 대향전극기판(16) 및 배향막(17)(18)이 형성되어 구성되어 있다.
상기 배향막(17)(18)의 표면은 이 배향막(17)(18) 부근의 액정분자(12a)(12b)가 이 도면에 나타낸 바와 같이, 대칭으로 경사진 밴드배향이 형성되어 있는 바와 같이, 배향처리가 되어 있다. 보다 구체적으로는배향막(17)(18)의 표면은 프리틸트각이 수˚∼ 10˚정도가 되도록 서로 평행이고 동일한 방향으로 러빙이 되어 있다. 그리고 조건에 따라서는 상기 밴드배향은 투명기판(13)(14)의 중앙부근에서 토션을 내포하고 있을 [중앙부근의 액정분자가 비틀린 상태 … X - Z 축을 포함하는 평면내에 없는 상태일] 수도 있다.
상기 액정셀(11)의 양면측에는 편광판(19)(20)이 설치되어 있다. 투명기판(14)과 편광판(20) 사이에는 액정(12)의 배향을 광학적으로 보상하는 위상보상층(21)이 설치되어 있다.
상기와 같이 밴드배향이 형성되어 있으면 화소전극기판(15)과 대향전극기판(16) 사이에 인가된 구동전압의 변화에 대한 액정분자의 변화가 빠르므로, 응답속도의 고속화가 얻어진다. 이 고속화는 특히 휘도의 차가 적은 2개의 중간조(中間調) 사이의 변화에 있어서도 얻어진다. 또 밴드배향의 대칭성은 이 도면의 X - Z축을 포함하는 평면내(표시화면의 좌우방향)의 시야각을 확대(예를 들면 ±50˚정도)시킨다. 한편 위상보상층(21)은 Y - Z 축을 포함하는 평면내(표시화면의 상하 방향)의 시야각을 확대(예를 들면 ±40˚정도)시킨다. 위상보상층(21)은 또한 구동전압의 저감에도 기여한다.
그러나, 상기 OCB 모드의 액정표시장치는 화상표시를 하기 전에, 상기 밴드배향이 형성되지 않으면 아니 된다는 번거로운 문제를 가지고 있다. 왜냐하면, 상기와 같이 배향막(17)(18)의 표면에 배향처리가 되어 있어도, 화소전극기판(15)과 대향전극기판(16) 사이에 전압이 인가되어 있지 않을 때에는 밴드배향은 형성되지 않고, 도 2에 나타낸 바와 같이 액정분자가 부채꼴로 퍼진 스프레이배향 P 가 형성되어 있다. 그래서 전원투입시에 높은 전기에너지의 인가에 의해 스프레이배향 P가 밴드배향 Q 으로 확실하게 전이되지 않으면 아니된다. 이 스프레이배향 P에서 밴드배향 Q 으로의 전이는 화소전극기판(15)과 대향전극기판(16) 사이에 예를 들면 10 ∼ 30V 의 높은 전압을 인가하면 비교적 신속하게 일어나지만, 구동 IC 에 과대한 부하를 걸지 않는 수V 의 낮은 전압에서는 수 십분 이상 걸리고, 악화되면 1시간 이상 걸려도 전이하지 않을 수도 있다. 이래서는 OCB 모드의 액정표시장치의 실용화는 곤란하다.
상기와 같은 문제점을 회피하기 위하여, 일본국 특개평 9(1997) - 96790호 공보는 TN 모드와 같이 액정분자가 뒤틀린 배향상태와, 액정분자가 OCB 모드와 유사한 일어선 기판의 법선방향으로 향한 배향상태를 조합시키는 기술을 제안하고 있다. 이 기술은 밴드배향이 형성될 필요가 없도록 하여, 상기와 같은 문제를 회피하는 동시에 밴드배향과 유사한 배향상태를 형성하여 응답속도를 TN 모드보다 고속으로 하는 것을 도모하는 것이다. 그렇지만 실제로는 상기와 같이 밴드배향과 유사한 배향상태를 형성하여도 반드시 고속 응답속도를 얻을 수 있다고는 할 수 없다.
또, 상기 종래의 OCB 모드의 액정표시장치는 광시야화(廣視野化)가 어느 정도 시도되고는 있지만, 위상보상층(21)만으로는 Y - Z축(도 1)을 포함하는 평면내의 시야각을 대폭 확대하는 것이 곤란하기 때문에, 시인하는 방향에 따라 시야각 특성이 크게 다르고, 여러 가지 방향으로부터의 양호한 시인성(視認性)을 부여하는 것이 곤란하다는 문제점을 가지고 있다.
또, X - Z 축(도 1)을 포함하는 평면내의 시야각은 전술한 바와 같이 밴드배향의 대칭성에 의해 확대되지만, 이 방향도 포함하는 여러 가지 방향의 시야각을 더욱 확대하기 위해서는 위상보상층(21)으로서 2축성 위상보상층을 사용하는 것을 고려할 수 있다. 그러나 이와 같은 위상보상층을 제조하기 위해서는 3축방향의 정밀한 굴절율 제어관리가 필요하게 되므로, 특히 대화면의 표시장치에 적용할 경우에는 표시화면 전체에 걸쳐서 균질한 특성을 가진 보상층을 제조하는 것이 매우 어렵다.
또, 편광판(19)(20)은 대부분의 경우 도 3에 나타낸 바와 같이, 그 편광축이 배향막(17)(18)의 배향처리방향에 대하여 45˚또는 소정의 각도를 이루도록 배치된다. 이 경우 액정셀(11)에 입사(入射)된 광은 복굴절모드로 액정(12)내를 전파(傳播)한다. 이와 같은 전파는 표시색상의 시야각의존성(시야각에 따라서는 색상의 변화, 착색)이 잘 발생한다는 문제점도 가지고 있다.
또, 표시색상의 변화는 특정한 시야각에서 생길 뿐만 아니라 예를 들면 기판에 대하여 수직방향인 정면에서 본 경우에도 다음과 같은 요인으로 생긴다.
도 4는 어떤 액정표시장치의 화소전극기판과 대향전극판 사이에 인가되는 전압을 변화시킨 경우의 청, 녹 및 적색 광의 투과율을 나타낸다.
여기서, 상기 액정표시장치는 다음과 같이 하여 제작된 것이다.
배향막으로서 짓소(주)제의 폴리이미드계 배향막 PSI - A2204, 액정으로서 짓소(주)제의 MT - 5540, 위상보상층으로서 닛도덴코(日東電工)제의 2축 연신필름을 사용하고, 액정셀의 간격은 약 5㎛, 프리틸트각은 5 ∼ 6˚로 설정하고, 상하 기판은 배향막의 러빙방향이 평행으로 되도록 맞붙였다.
또 청, 녹 및 적색광의 측정스펙트럼의 중심 파장은 각각 약 450nm, 약 540 nm 또는 630nm 로 하고 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이 액정의 투과율은 투과하는 광의 파장에 따라 다르다. 구체적으로는, 예를 들면 화소전극기판과 대향전극기판 사이에 2V 의 전압을 인가한 경우, 청, 녹 또는 적색광의 각 투과율은 0.08, 0.045 또는 0.025로 된다. 따라서, 화면 전체가 청색을 띄는 표시로 되어 버린다.
이와 같은 표시색상의 변화를 방지하기 위해서는 각 색의 광마다 각 색의 화소전극과 대향전극 사이에 인가되는 전압을 조정하는 것을 고려할 수 있지만, 그와 같은 조정은 회로규모 및 제조코스트의 증대를 초래한다.
본 발명은 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써 광의 투과율을 변화시켜 표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이가 신속하고도 확실하게 행하여지도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 2는 다른 종래의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 3은 액정표시장치의 각 광학요소의 배치방향을 나타낸 설명도.
도 4는 또 다른 종래의 액정표시장치의 투과율 - 인가전압특성을 나타낸 도면.
도 5는 실시예 1, 2, 3의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 6은 실시예 4의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 7은 실시예 5의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 8은 실시예 7의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 9는 실시예 7의 액정표시장치의 각 광학요소의 배치방향을 설명하기 위한 도면.
도 10은 실시예 7의 액정표시장치의 전압 - 투과율 특성을 나타낸 도면.
도 11은 실시예 8의 액정표시장치의 전압 - 투과율 특성을 나타낸 도면.
도 12는 실시예 9의 액정표시장치의 각 광학요소의 배치방향을 설명하기 위한 도면.
도 13은 실시예 9의 액정표시장치의 전압 - 투과율 특성을 나타낸 도면.
도 14는 실시예 10의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 15는 실시예 10의 액정표시장치의 부분 단면 평면도.
도 16은 실시예 11의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 17은 실시예 12의 배향처리방법을 나타낸 설명도.
도 18는 실시예13의 액정표시장치에 있어서의 투과율 - 인가전압 특성을 나타낸 도면.
이를 위해 본 발명의 액정표시장치는 화소전극기판 및 대향전극기판의 적어도 한 쪽의 표면에 고(高)프리틸트각 영역 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하도록 배향처리된 고프리틸트각 영역을 가지고 있다.
이와 같은 고프리틸트각 영역의 액정분자는 비교적 일어선 상태로 되어 있기때문에, 화소전극기판과 대향전극기판 사이에 전압이 인가되었을 때에 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이의 핵이 되고, 이것을 계기로 전이영역이 확대 성장하므로, 모든 영역에서 상기 전이가 단시간에 또한 확실하게 행해진다. 더욱이 그 전이에 요하는 전기에너지는 낮아도 되므로 구동회로에 과대한 부하를 가하는 일이 없다.
그리고, 본 발명자들은 상기 발명이 완성에 이름에 있어서, 상기 배향상태의 전이를 단시간에 또한 확실하게 발생시키기 위해, 그 전이의 메카니즘의 해명을 시도하였다. 그 결과, 상기 전이는 전압의 인가를 개시한 직후에 투명기판의 간극을 일정하게 유지하기 위하여 양자 사이에 살포 배치된 스페이서의 근방에서 발생하기 쉽다는 것을 발견하였다. 이것은 스페이서 표면의 물성이나 형상의 영향을 받아, 스페이서 근방의 액정분자의 배향은 불규칙하게 되기 쉬우며 틸트각이 주위보다 높은 것도 있기 때문이라고 생각하기에 이르렀다. 그와 같은 액정분자로 인하여 그 부분의 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이가 야기된다고 생각된다.
그러나 상기 전이는 우연적인 것이고 모든 스페이서의 근방에서 발생하는 것은 아니며, 또 스페이서는 이동하는 수도 있어 반드시 모든 화소상에 있다고는 할 수 없으므로 확실하지는 않다. 특히, 액정표시장치는 매우 많은 화소를 가지고 있기 때문에 그 일부의 화소라도 상기 전이가 행해지지 않으면 적정하게 화상을 표시할 수 없다.
그래서, 본 발명자들은 단시간에 또한 확실하게 전이가 이루어지도록 하기 위해 상기와 같이 고프리틸트각 영역을 설치하는 것을 안출하였다.
상기와 같은 고프리틸트각 영역은 예를 들면 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 배향막 재료를 상분리(相分離)나 인쇄 등에 의해 부분적으로 배설하거나,또는 전극상에 작은 돌기를 배설하여 형성할 수 있다.
또, 상기 전이는 액정에 카이럴제를 함유시켜도 용이하게 행할 수 있게 된다. 또한, 고프리틸트각 영역과 카이럴제를 병용하면 한층 더 전이가 일어나기 쉬워진다.
또, 토션액정셀을 사용하므로 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이를 필요로 하지 않고 표시할 수 있다.
또, 소정의 고전압측 영역으로 표시를 행함으로써 고속응답이 가능하며, 또한 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있다.
또, 액정의 투과율이 투과하는 광의 파장에 따라 달라짐으로써 생기는 표시 색상의 변화는 프리틸트각이 서로 다른 색의 화소마다 달라지도록 설정되어 있으므로써 해소된다.
즉, 3원색마다 프리틸트각을 변화시킴으로써 전압 - 투과율 특성을 3원색에 있어서 동등하게 할 수 있다.
(실시예 1)
스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이가 신속하게 행해지는 OCB 모드의 액정표시장치의 예를 설명한다.
액정표시장치를 구성하는 액정셀(38)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각 유리로 이루어지는 투명기판(33)과 투명기판(36) 사이에 유전이방성(誘電異方性)이 멜크사제 ZLI - 4792인 정(正)의 네마틱액정(37)이 봉입되어 구성되어 있다. 상기 투명기판(33)에는 화소전극기판(31) 및 배향막(32)이 형성되어 있는 한편,투명기판(36)에는 대향전극기판(34) 및 배향막(35)이 형성되어 있다. 상기 투명기판(33)과 투명기판(36)과의 간격은 양자 사이에 직경이 약 6㎛ 인 구형(球形)의 스페이서(51)를 개재시킴으로써 일정하게 유지하도록 되어 있다. 상기 액정셀(38)의 양측에는 편광판(39)(40)이 설치되어 있다. 또, 투명기판(36)과 편광판(40) 사이에는 위상보상판(43)이 설치되어 있다.
상기 화소전극기판(31)은 예를 들면 세로 100㎛, 가로 300㎛ 의 장방형상으로 형성되고, 실제로는 이것이 복수 배치되어서 비트맵화상을 표시할 수 있도록 되어 있으나, 도 5에서는 3개의 화소만이 그려져 있다.
또, 배향막(32)(35)은 각각 그 위에, 각 화소마다 적어도 하나의 밀도로 고 프리틸트각 영역(32h)(35h)이 형성되는 동시에, 서로 평행하고 또한 동일한 방향으로 배향처리가 되어 있다. 이로써, 액정셀(38)에 전압이 인가되어 있지 않을 때에 액정분자가 스프레이배향을 형성하는 한편, 소정의 전압이 인가되어 있을 때에 밴드배향을 형성하도록 되어 있다.
상기 배향막(32)(35)은 예를 들면 다음과 같이 하여 형성, 배향처리되어 있다.
(1) 닛산가가쿠고교(日産化學工業)(주)제인 폴리아믹산 타입의 약 5˚의 저 프리틸트각(약 5˚의 프리틸트각을 액정분자에 부여함)의 폴리이미드 배향막 재료 SE -7492 에 니혼고세이(日本合成)고무(주)제인 프리이미드타입의 약 15˚의 고프리틸트각의 폴리이미드 배향막 재료 JALS -246 을 10% 섞어, 화소전극기판(31) 및 대향전극기판(34)에 도포하고, 건조 후 소성하여 배향막(32)(35)을 형성한다. 상기건조과정에서 2개의 배향막 재료는 상분리하고, 고프리틸트각 영역(32h)(35h)이 형성된다.
(2) 배향막(32)(35)의 표면을 전체면에 걸쳐 예를 들면 레이온의 러빙크로스로 러빙함으로써, 상기 프리틸트각이 얻어지도록 배향처리한다.
상기와 같이 하여 형성된 배향막(32)(35)에 고프리틸트각 영역(32h)(35h)을 가진 액정셀(38)에 구동회로(41)에 의해 8V 의 전압을 10초간 인가한 바, 근방의 스페이서(51)의 유무에 관계없이 모든 화소에서, 스프레이배향에서 밴드배향 또는 토션배향을 포함한 밴드배향(이하, 단지 "밴드배향"이라고 함)으로의 전이가 일어났다. 또, 동일한 전압인가를 반복하여도 상기 전이는 재현성이 양호하게 일어났다.
이와 같이 원활하게 전이가 일어난 것은 먼저 고프리틸트각 영역(32h)(35h)에서 전이의 핵이 발생하고, 이것을 계기로 전이영역이 확대 성장하였기 때문이다.
(실시예 2)
상기 실시예 1에서 사용한 약 15˚의 고프리틸트각의 폴리이미드 배향막 재료 대신, 역시 니혼고세이고무(주)제인 프리이미드타입의 약 70˚의 고프리틸트각의 폴리이미드 배향막 재료 JALS - 204 를 사용하고, 마찬가지로 배향막(32)(35)에 고프리틸트각 영역(32h)(35h)을 가진 액정셀(38)을 제작하고, 5V 의 전압을 2초간 인가한 바, 역시 확실하게 전이가 일어났다.
또, 90˚가까운 거의 수직배향을 형성하는 배향막 재료를 소량 혼합하였더니 더욱 저전압에서 용이하게 전이가 일어났다.
(실시예 3)
상기 실시예 2와 동일한 고프리틸트각 영역(32h)(35h)을 형성하는 다른 방법을 설명한다.
(1) 먼저 니혼고세이고무(주)제의 프리이미드타입의 약 5˚인 저프리틸트각 폴리이미드 배향막 재료 JALS - 212 를 화소전극기판(31) 및 대향전극기판(34)에 도포하고, 건조 후 소성하여 배향막(32)(35)를 형성한다.
(2) 상기 배향막(32)(35)의 각 화소전극기판(31)에 대응하는 부분 위에 니혼고세이고무(주)제의 프리이미드 타입의 약 70˚인 고프리틸트각 폴리이미드 배향막 재료 JALS - 204 를 직경이 약 10㎛, 피치가 약 100㎛ 로 인쇄하고, 건조 후 소성하여 고프리틸트각 영역(32h)(35h)을 형성한다.
(3) 실시예 1의 (2)와 동일하게 배향처리한다.
상기와 같이 하여 형성된 배향막(32)(35)에 고프리틸트각 영역(32h)(35h)을 가진 액정셀(38)에 5V 의 전압을 1초간 인가한 바, 역시 확실하게 전이가 일어났다.
또한, 상기 실시예 1 ∼ 3에 있어서, 고프리틸트각 배향막 재료의 혼합비율이나 고프리틸트각 영역(32h)(35h)의 직경은 상기한 것에 한하지 않고, 전이에 요하는 전압, 시간, 사용할 액정재료 등에 따라서 선택하면 된다. 단, 각 화소마다 적어도 하나는 형성될 필요가 있다. 또, 고프리틸트각 및 이것과 저프리틸트각과의 차는 각각 큰 쪽이 보다 전이가 일어나기 쉽다. 그러므로, 예를 들면 전자가 15 ∼ 90˚, 보다 바람직하기로는 70 ~ 90˚, 후자가 10˚이상으로 설정되는 것이 바람직하지만 상기와 같은 조건에 따라 선택하면 된다.
(실시예 4)
스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이가 신속히 행해지는 액정표시장치의 다른 예를 설명한다. 그리고, 다음의 실시예에 있어서 상기 실시예 1과 동일한 구성요소에 대해서는 대응하는 번호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 각 화소전극기판(31) 위에는 각각 하나씩 아크릴계 감광성 폴리머로 이루어지는 높이 및 횡단면의 1변이 4㎛ 인 4각 기둥형상의 돌기(52)가 형성되어 있다. 또, 이 도면에서는 높이가 과장되어 그려져 있다. 이와 같은 돌기(52)는 예를 들면 이것에 대응한 마스크를 사용한 노광과 현상에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 각 화소전극기판(31) 및 돌기(52)의 표면에는 통상의 배향막과 마찬가지로 저프리틸트각 배향막 재료의 도포, 건조, 소성 및 배향처리에 의해 배향막(32)이 형성되어 있다.
상기와 같은 돌기(52)가 형성된 액정셀(38)에 3V 의 전압을 1초간 인가한 바, 역시 모든 화소전극기판(31) 위에서 확실하게 전이가 일어났다.
이것은 돌기(52) 부근의 액정분자가 돌기(52)의 표면을 따라 비교적 일어선 상태로 되어 있기 때문에, 이것이 핵(核)이 되어 전이영역이 확대 성장한 때문이라고 생각된다.
그리고, 돌기(52)의 형상이나 사이즈, 재질, 형성방법은 상기에 한하지 않고, 각 화소전극기판(31) 위에 최소한 하나 형성되어 있으면 된다. 예를 들면 형상은 원기둥형, 원뿔형, 구형, 각추(角錐)형, 각(角)기둥형 등이라도 되며, 높이는스페이서(51)보다 높지 않으면 된다. 또, 스페이서(51)의 직경과 같게 하여 스페이서(51)를 생략할 수도 있다.
(실시예 5)
카이럴제가 액정(37)에 첨가됨으로써 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이가 신속히 행해지는 액정표시장치의 예를 설명한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 아래와 같은 점을 제외하고는 상기 실시예 1의 액정표시장치와 동일한 구성을 가진 11개의 액정표시장치 A1 ∼ A11 를 제작하였다.
(a) 배향막(32)(35)에 고프리틸트각 영역(32h)(35h)이 형성되어 있지 않다.
(b) 배향막(32)(35)으로서 니혼고세이고무(주)제인 프리이미드 타입의 약 5˚인 프리틸트각의 폴리이미드 배향막 재료 JALS - 212 가 사용되고 있다.
(c) 스페이서(51)는 화소전극기판(31)이 없는 위치에 배치되어 있다.
(d) 액정(37)은 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 카이럴피치가 되도록, 좌선회 카이럴제로서의 콜레스테릴 노나노에이트가 유전이방성이 정(正)인 네마틱액정에 첨가되어 조제되어 있다.
[표 1]
상기 각 액정표시장치 A1 ∼ A11 에 주파수가 30Hz 이고, 최고전압이 3V 인 직사각형파 전압을 인가하고, 배향의 전이상황 및 화소 전체면에서 균일한 밴드배향으로 전이하는데 소요된 시간을 관찰하였다. 그, 관찰결과를 상기 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타낸 바와 같이 7㎛ ≤카이럴피치 ≤40㎛ 의 액정표시장치 A2 ~ A5 에서는 화소 전체면에서 순간적으로 투과율이 변화하고 배향결함은 발생하지 않았다. 즉, 스프레이배향에서 밴드배향으로 원활한 전이가 일어났다고 생각된다.
또, 카이럴피치 = 5㎛ 또는 60㎛ ≤카이럴피치 ≤100㎛ 인 액정표시장치 A1ㆍA6 ∼ A8 에서는 배향전이가 국소적으로 발생하고, 상당히 단시간에 화소 전체 면에 확대하였다. 즉, 비교적 작은 값의 전기에너지로 화소 전체면에서 전이가 일어났다.
그러나, 또 120㎛ ≤ 카이럴피치 ≤∞의 액정표시장치 A9 ∼ A11 에서는 배향전이가 국소적으로 발생한 후, 1 ∼ 10분이나 되는 긴 시간 계속 인가하여 겨우 화소 전체면에서 전이가 발생하였다. 즉, 화소 전체면에서 전이시키는데 큰 값의 전기에너지가 필요하게 되었다.
따라서, 카이럴피치가 5 ∼ 100㎛, 바람직하기로는 7 ∼ 40㎛ 가 되도록 카이럴제가 액정(37)에 첨가되어서 액정(37)에 토션배향성분을 갖도록 함으로써, 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이에 요하는 전기에너지를 저감, 용이하고 또한 확실하게 전이를 행하게 할 수 있다.
(실시예 6)
카이럴제가 상기 실시예 2의 액정표시장치의 액정(37)에 첨가된 예를 설명한다.
즉, 액정(37)에는 카이럴피치가 50㎛ 가 되도록 좌선회 카이럴제의 콜레스테릴 노나노에이트가 첨가되어 있다. 실시예 2와 같이 고프리틸트각 영역(32h)(35h)을 가진 액정셀(38)은 투명기판(33)(36) 사이에 상기 액정(37)이 주입되고, 봉지되어 구성되어 있다. 단, 스페이서(51)는 화소전극기판(31)이 없는 위치에 배치되어 있다.
상기와 같은 액정셀(38)을 가진 액정표시장치에 주파수가 30Hz 이고, 최고전압이 3V 인 직사각형파 전압을 인가하고, 배향의 전이상황 및 화소 전체면에서 균일한 밴드배향으로 전이하는데 소요된 시간을 관찰하였다.
그랬더니, 먼저 고프리틸트각 영역(32h)(35h)의 부분에 배향전이가 발생하고 1초 이내의 상당히 단시간에 화소 전체면에 확대하였다. 즉, 비교적 작은 값의 전기에너지로 화소 전체면에서 균일하게 전이가 일어났다.
즉, 고프리틸트각 영역(32h)(35h)에서 전이의 핵이 발생하고, 이것이 계기가 되는 동시에 카이럴제가 액정(37)에 첨가됨으로써, 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이가 용이해지므로 신속히 전이가 행해졌다고 생각된다.
그리고, 카이럴제가 상기 실시예 1 또는 실시예 3의 액정표시장치의 액정(37)에 첨가되어도 동일한 효과가 얻어진다.
또, 실시예 3에서 나타낸 바와 같이 고프리틸트각 등은 여러가지 선택이 가능하다.
또, 상기 실시예 5, 6에서는 관찰을 용이하게 하기 위하여 스페이서(51)가 화소전극기판(31)이 없는 위치에 배치되었으나, 화소전극기판(31)의 위치에 배치되도록 해도 된다.
(실시예 7)
상기 OCB 모드와 같이 배향상태의 전이가 필요하지 않은 액정표시장치의 예를 설명한다. 이 액정표시장치는 OCB 모드는 아니지만, 유사한 배향상태 및 메카니즘에 의해 OCB 모드와 동일한 고속 응답성을 얻을 수 있는 것이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 이 액정표시장치의 기계적인 구조는 상기 실시예5(도 7)의 액정표시장치와 유사하지만, 도 9에 나타낸 바와 같이, 배향막(32)(35)의 배향방향, 즉 액정분자의 토션각(ω)이 180˚인 점이 다르다.
이 액정표시장치는 다음과 같이 하여 제작된다.
(1) 각기 화소전극기판(31) 또는 대향전극기판(34)이 형성된 유리로 이루어진 2매의 투명기판(33)(36)에 닛산가가쿠고교(日産化學工業)(주)제인 폴리아믹산 타입의 폴리이미드 배향막 도료 RN - 474 를 스핀코트법으로 도포하고, 180℃ 의 항온조내에서 1시간 경화시켜 배향막(32)(36)을 형성한다.
(2) 각 배향막(32)(35)에 레이온의 러빙포(布)를 사용하여 도 9에 나타낸 방향으로 러빙함으로써, 토션각(ω)이 180˚가 되도록 배향처리를 한다.
(3) 투명기판(33)(36)을 그 사이에 그 간격이 6㎛ 가 되도록 세키스이(積水) 파인케미컬(주)제인 스페이서(51)를 개재시켜서 미쓰이도아쓰가가쿠(三井東壓化學)(주)제의 시일수지(sealing resin)인 스토락토본드 352A 로 맞붙여서 액정셀(38)을 제작한다.
(4) 카이럴피치가 12㎛ 가 되도록 좌선회 카이럴제로서의 콜레스테릴 노나노에이트를 멜크사제인 정(正)의 네미틱액정 ZLI - 2411(NI점 = 65도, △n = 0.140)에 첨가하여 액정(37)을 조제한다.
(5) 상기 액정(37)을 진공주입법에 의해 투명기판(33)(36)의 간극에 주입하고 봉지한다.
(6) 편광판(39)(40) 및 위상차가 50nm 의 2축성 위상차 필름인 위상보상판(43)을 도 9에 나타낸 방향으로 액정셀(38)에 맞붙여서 액정표시장치를형성한다.
도 10은 상기와 같이 하여 형성된 액정표시장치에 정법(定法)에 따라 주파수가 30Hz 인 직사각형파를 인가하여 전압-투과율 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 이 도면에서 액정분자의 배향변화는 연속적이며, 확실하고 또한 원활하게 밴드배향과 동일한 배향상태가 얻어진다는 것이 확인된다.
또, 인가전압이 1.8V ∼ 6V 의 범위에서 표시를 하는 경우의 콘트라스트비는 230 : 1 이었다.
또, 아래 표 2는 인가전압을 V1 에서 V2 로 변화시켰을 때와 V2 에서 V1 로 변화시켰을 때의 응답시간의 합계를 나타낸다. 이 표에서 계조간(階調間)구동, 즉 휘도의 차가 작은 2개의 중간조 사이의 변화에 있어서 고속 응답성이 얻어진다는 것이 확인되었다.
[표 2]
이 액정표시장치의 동작상태는 다음과 같다.
전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는 액정분자의 토션각(ω)이 180˚가 되도록 배향막(32)(35)이 배향처리되어 있으므로, 액정분자는 STN(Super Twisted Nematic)모드와 같은 배향상태를 가지고 있다.
한편, 도 10에 나타낸 바와 같이, 투과율이 극대치가 되는 1.8V 이상의 전압이 인가됨으로써, 액정분자는 OCB 모드와 유사한 배향상태로 된다. 그러므로 상기와 같이 고속 응답성이 얻어진다.
더욱이, 상기와 같은 전압이 인가된 경우에도 액정분자는 비틀린상태를 유지하고 있으므로 OCB 모드와 같이 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이와 같은 불연속의 상전이를 발생하지 않는다. 따라서, 전압의 인가를 개시한 직후부터 화상의 표시가 가능하게 된다.
또한, 이 액정표시장치에서는 상기와 같이 액정분자가 비틀린 배향상태로 되어 있으므로, 도 9에 나타낸 바와 같이, 편광판(39)(40)을 그 편광축이 직교(크로스니콜)하도록 배치하지 않고, 평행(파라니콜)이 되도록 배치할 수 있다. 이 경우에는 노말리블랙, 즉 인가전압이 낮을 수록 휘도가 낮아지는 표시가 행해진다. 단, 편광축이 직교하는 경우와 평행으로 되는 경우에는 적정한 위상보상판(43)의 위상차의 값은 다르므로 각각의 배치에 적합한 위상차를 선택할 필요가 있다.
(실시예 8)
상기 실시예 7과 동일한 구성이고, 주로 액정분자의 토션각(ω)이 다른 액정표시장치의 예를 설명한다.
상세하게는 다음과 같은 점을 제외하고, 상기 실시예 7의 액정표시장치와 동일한 구성을 가진 7개의 액정표시장치 B1 ∼ B7 을 제작하였다.
(a) 액정(37)에 멜크사제인 정(正)의 네마틱액정 ZLI-2293(NI점 = 85도, △n = 0.140)이 사용되는 동시에, 카이럴피치가 10㎛ 가 되도록 좌선회 카이럴제로서의 콜레스테릴 노나노에이트가 첨가되어 있다.
(b) 액정층의 두께는 5㎛ 로 설정되어 있다.
(c) 실시예 7의 위상보상판(43)이 설치되어 있지 않다.
(d) 토션각(ω)은 다음 표 3에 나타낸 바와 같이 설정되어 있다.
[표 3]
도 11은 실온에서의 각 액정표시장치 B1 ∼ B7의 전압 - 투과율 특성을 나타낸다.
또, 상기 각 액정표시장치 B1 ∼ B7 의 응답성에 대하여 하기 실험을 행하였다. 구체적으로는 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 각 액정표시장치 B1 ∼ B7 에 대응시켜서, 인가전압 V1 및 V2 를 설정하고, 각기 대응하는 V1 에서 V2 로 변화시켰을 때와 각 V2 에서 V1 으로 변화시켰을 때와의 응답시간을 측정하여 이들 2개의 응답시간을 합계하였다. 그 결과를 상기 표 3에 함께 나타낸다.
[표 4]
표 3에서 명백한 바와 같이, 160˚∼ 200˚의 토션각(ω)의 범위에서 각각 투과율이 극대치가 되는 전압 이상의 전압을 인가함으로써 고속 응답성이 얻어진다. 이 범위에서는 액정분자의 동작이 전압의 인가에 의해 발생하는 백플로에 방해되는 정도가 적고 OCB 모드와 동등한 고속 응답특성이 얻어진다.
또한, 본 실시예에서는 위상보상판(43)이 설치되어 있지 않으나, 각 액정표시장치에 적합한 위상보상판(43)을 맞붙임으로써 보다 고콘트라스트의 화상이 표시되도록 할 수 있다.
또, 정면휘도특성에 관해서는 전압을 인가하지 않았을 때의 액정셀(38)의 위상차 △nd를 최적화함으로써 조정이 가능하다.
또, 액정(37)의 카이럴피치는 액정(37)의 층두께의 2배로 하였으나, 1배 ∼3배가 적격이다. 왜냐하면, 카이럴피치가 상기 층두께보다 작을 경우에는 토션각(ω)이 원하는 값보다 180˚커져 버리는 한편, 상기 층두께의 3배 보다 큰 경우에는 배향상태가 불안정하게 되는 수가 있기 때문이다.
(실시예 9)
토션각(ω)을 10˚로 설정함으로써 스프레이배향과 밴드배향 사이의 전이가 연속적이며, 가역적으로 행해지는 OCB 모드의 액정표시장치의 예를 설명한다.
이 액정표시장치는 상기 실시예 5와 마찬가지로 OCB 모드의 액정표시장치이지만, 배향막(32)(35)의 배향방향 즉 액정분자의 토션각(ω)이 도 12에 나타낸 바와 같이 10˚인 점이 다르다.
이 액정표시장치는 다음의 점을 제외하고, 상기 실시예 7과 같은 방법에 의해 제작된다.
(a) 배향막(32)(35)으로서 니혼고세이(日本合成)고무(주)제인 프리이미드 타입의 폴리이미드 배향막 도료 AL-5062 가 사용되고 있다.
(b) 각 배향막(32)(35)에 도 12에 나타낸 방향으로 러빙됨으로써 토션각(ω)이 10˚가 되도록 배향처리되어 있다.
(c) 투명기판(33)(35)이 그 간격이 7㎛가 되도록 맞붙여져 있다.
(d) 액정(37)에 카이럴제를 함유하지 않은 짓소(주)제인 정(正)의 네마틱액정 LIXON - 5052(NI점 = 104도, △n = 0.102)이 사용되고 있다.
(e) 1축성 필름과 2축성 필름이 맞붙여진 정면 위상차가 45nm 의 위상보상판(43)이 도 12에 나타낸 바와 같이 맞붙여져 있다.
도 13은 상기와 같이 하여 형성된 액정표시장치에 정법(定法)에 따라 주파수가 30Hz 의 직사각형파를 인가하여 전압 - 투과율 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 전압무인가상태에서는 액정분자는 스프레이배향을 보이고 있으나, 약 2.3V 부근에서 밴드배향으로 전이하였다. 이때의 액정배향의 변화는 연속적이고 가역적이며, 확실하고도 원활하게 밴드배향의 상태가 얻어지는 것이 확인되었다.
또, 인가전압이 2.3V ∼ 10V 의 범위에서 표시를 행하는 경우의 콘트라스트 비는 315 : 1 이었다.
또, 인가전압을 2.3V 에서 2.8V 로 변화시켰을 때와, 그 반대로 변화시켰을 때의 응답시간의 합계는 22msec 였다. 이로써, 계조간(階調間)구동, 즉 휘도의 차가 작은 2개의 중간조 사이의 변화에 있어서 고속 응답성이 얻어지는 것이 확인되었다. 또, 더욱 큰 구동전압진폭으로 구동한 경우에는 보다 고속응답이 관찰되었다.
상기한 바와 같이, 이 액정표시장치는 OCB 모드에 있어서 액정배향에 토션력을 부여한 것이며, 이로써 스프레이배향에서 밴드배향으로 확실하게 또한 재현성 좋게 전이가 가능해져서 그 실용적 가치는 매우 높다.
(실시예 10)
위상보상판(43)을 사용하지 않고 여러 방향의 시야각이 확대되는 밴드모드의 액정표시장치의 예를 설명하다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 이 액정표시장치의 기계적인 구조는 상기 실시예 5(도 7)의 액정표시장치와 유사하지만, 다음과 같은 점이 다르다.
(a) 배향막(32)(35)의 재료(후술함)
(b) 배향막(32)(35)이 각각 2개의 영역으로 분할되어 있다.
(c) 위상보상판(43)은 설치되어 있지 않다.
(d) 투명기판(33)(36)의 간격은 8㎛ 이다.
(e) 액정(37)에 카이럴제는 함유되어 있지 않다.
상기 배향막(32)(35)의 분할에 대하여 상세히 설명한다.
도 15에 나타낸 바와 같이 투명기판(33)(36)에 형성된 배향막(32)(35)은 상기 화소전극기판(31)에 대응하는 영역이 각각 영역(32a)과 영역(32b) 또는 영역(35a)과 (35b)의 두 영역으로 분할되어 있다. 서로 대향하는 영역(32a)(35a)의 쌍 및 영역(32b)(35b)의 쌍은 각각 액정분자에 X - Z 축을 포함한 평면내 또는 Y - Z축을 포함한 평면내의 밴드배향을 형성시키도록 배향처리되어 있다.
즉, 영역(32a)(35a)은 배향막(32)(35)의 표면 부근의 액정분자에 X 축에 대하여 대칭으로 약 5˚의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리되는 한편, 영역(32b)(35b)은 역시 Y 축에 대하여 대칭으로 약 5˚의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리되어 있다.
상기 배향막(32)(35)은 다음과 같이 하여 형성, 배향처리되어 있다.
(1) 프리이미드 타입의 폴리이미드 배향막 재료(예를들면 니혼고세이고무(주)제인 AL - 0656)를 화소전극기판(31) 및 대향전극기판(34)에 도포하고, 건조 후 소성하여 배향막(32)(35)을 형성한다.
(2) 배향막(32)(35)의 표면을 전체면에 걸쳐 레이온의 러빙크로스로 러빙하고, 배향막(32)(35)의 표면 부근의 액정분자에 Y 축에 대하여 약 5˚의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리한다.
(3) 포토리소그라피에 의해 배향막(32)(35)에 있어서의 영역(32a)(35a)의 부분만이 노출되도록 마스킹한다.
(4) (2)와 마찬가지로 레이온의 러빙크로스로 러빙하고, 영역(32a)(35a)의 부분에만 X 에 대하여 약 5˚의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리한다.
상기와 같이 배향분할된 액정셀(38)에 있어서, 화소전극기판(31)과 대향전극기판(34) 사이에 구동회로(41)에 의해 진폭이 3V, 주파수가 30Hz 직사각형파 전압을 인가하고, 액정(37)의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 바, 액정(37)에 있어서의 화소전극기판(31) 위의 배향막(32)의 영역(32a) 부분 및 영역(32b) 부분에는, 디스크리네이션선(42)을 경계로 하여 각각 X 축방향 또는 Y 축방향의 밴드배향이 형성되어 있는 것이 확인되었다.
또, 상기 액정셀(38)의 양측에 편광판(39)(40)을 설치하여 액정표시장치를 구성하고, 화소전극기판(31)과 대향전극기판(34) 사이에 소정의 화상신호전압을 인가하여 백라이트광 또는 반사광에 의한 표시면에 수직인 여러 가지 평면내에서의 시야각을 조사한 바, X - Z 축을 포함하는 평면(표시화면의 좌우방향)내 및 Y - Z 축을 포함하는 평면(표시화면의 상하방향)내에서는 동일하고, 또한 큰 시야각 특성(예를 들면 ±55˚정도)이 얻어지고, 또 상기 이외의 평면내에서도 거의 동일한 시야각 특성이 얻어지는 것이 확인되었다.
즉, 여러 방향에서의 시인(視認)에 대하여 고휘도 및 고콘트라스로 중간조의휘도반전도 없는 양호한 화상이 표시된다.
(실시예 11)
상기 실시예 10의 구성에 더하여 도 16에 나타낸 바와 같이, 투명기판(36)과 편광판(40) 사이에 광학보상용인 부(負)의 이상보상판(43)을 설치해도 된다.
이로써, 시야각을 더욱 확대(예를 들면 ±60˚정도)하는 동시에, 구동전압을 저하시킬 수도 있다.
그리고, 위상보상판(43)은 투명기판(36)과 편광판(40) 사이에 설치하는 대신, 투명기판(33)과 편광판(39) 사이에 설치해도 되며, 또 쌍방에 설치해도 된다.
(실시예 12)
상기 배향막(32)(35)의 배향처리는 다음과 같이 하여도 된다.
(1) 실시예 10의 (1)과 마찬가지로 배향막 재료(예를 들면 닛산가가쿠(日産化學)제인 PI-610)를 화소전극기판(31) 및 대향전극기판(34)에 도포하고, 건조 후 소성하여 배향막(32·35)을 형성한다.
(2) 도 17에 나타낸 바와 같이, 배향막(32)에 있어서의 영역(32a)부분에 화살표 A 로 표시한 방향(X - Z 축을 포함하는 평면내에서 X 축에 대하여 약 45˚의 방향)으로부터, 파장이 365nm, 에너지밀도가 4.5W/cm2로, 편광방향이 Y 축방향인 자외선을 10분간 조사하고, 배향막(32)의 표면 부근의 액정분자에 X 축에 대하여 약 5˚의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리한다.
(3) 상기 (2)와 마찬가지로 배향막(32)에 있어서의 영역(32b)부분에 화살표B 로 표시한 방향으로부터 편광방향이 X 축방향인 자외선을 조사하여, 배향막(32)의 표면 부근의 액정분자에 Y 축에 대하여 약 5˚의 프리틸트각을 부여하도록 배향 처리한다.
(4) 상기 (2),(3)과 마찬가지로 배향막(35)에 있어서의 영역(35a)(35b)부분에 각각 화살표 CㆍD 로 나타낸 방향으로부터 자외선을 조사하고, 배향막(35)의 표면 부근의 액정분자에 X - Y 축을 포함하는 평면에 대하여 상기 배향막(32)의 영역(32a)(32b)과 대칭으로 프리틸트각을 부여하도록 배향처리한다.
상기와 같이 조사방향 및 편광방향이 상이한 자외선의 조사에 의해 배향분할 함으로써, 실시예 10과 마찬가지로 액정분자에 X - Y 축을 포함하는 평면내 및 Y - Z축을 포함하는 평면내의 밴드방향을 형성시킬 수 있다.
더욱이 균일한 배향처리를 용이하게 행할 수 있을 뿐만 아니라, 포토리소그라피에 의한 배향막의 대미지에 의하여 수율의 저하를 초래할 우려가 없고, 높은 액정배향 안정성을 얻을 수 있다.
또한, 자외선의 조사조건, 조사방향 및 편광방향은 상기의 것에 한하지 않고, 액정(37)이나 배향막(32)(35)의 재료 등에 따라 다양하게 설정하면 된다.
또, 상기와 같이 자외선의 조사에 의할 뿐만 아니라 그 전공정이나 후공정 또는 그 양쪽에서 러빙처리를 하여도 된다.
또, 이 실시예에서 설명한 배향처리방법은 다른 각 실시예에 적용해도 된다.
또, 상기 실시예 10 ∼ 12에서는 서로 직교하는 평면내에서 밴드배향하는 2개의 영역으로 배향분할한 예를 보였으나, 이에 한하지 않고 다양한 방향으로 밴드배향하는 복수의 영역으로 배향분할하여, 더욱 여러 방향으로부터의 시인성을 향상시키도록 해도 된다.
또, 배향분할되는 영역의 크기는 등분(等分)에 한하지 않고 시야각 특성에 따라 여러 가지로 설정해도 된다.
또, 액정(37)에 카이럴제(예를 들면, 콜레스테릴 노나노에이트)를 적량(適量) 함유시킴으로써, 전압의 인가 개시시에 초기의 액정분자의 배향상태에서 밴드배향상태로 신속하게 이행시킬 수 있도록 하여 응답속도를 보다 고속화시킬 수 있도록 해도 된다. 또한, 이 경우에는 액정(37)은 토션을 포함한 밴드배향이 되지만, 시야각에 관해서는 동일한 효과가 얻어진다.
(실시예 13)
본 실시예는 OCB 모드 또는 이에 유사한 모드를 이용한 액정표시장치에 있어서, 3원색의 각 색마다 투과율 특성이 다른 것을 보상하는 것이다. 그러기 위해 각 3원색에 인가하는 전압을 조정하는 것이 아니고, 3원색마다 프리틸트각을 변화시키고 있다.
구체적으로는 청, 녹, 적색의 순으로 프리틸트각이 커지도록 프리틸트각을 변화시켰다.
이때, 상기한 바와 같이 청색에 대응하는 프리틸트각이 최소로 되는 것이지만, 프리틸트각를 너무 작게 하면 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이에 필요한 에너지가 커져서 상기 전이가 용이하지 않게 되어 버린다. 따라서 상기 전이가 용이하게 일어나는 범위 내에서 청색에 대응하는 프리틸트각을 설정할 필요가 있다.
한편, 적색에 대응하는 프리틸트각이 최대로 되는 것인데, 프리틸트각 그 자체를 너무 큰 값으로 하는 것은 적정한 밴드배향에 의한 표시를 손상하므로 바람직하지 않고, 30˚이하 정도로는 해 둘 필요가 있다.
따라서, 상기 조건을 충족시키도록 하기 위해서는 청, 녹, 적색의 3원색의 프리틸트각의 설정에는 바람직한 범위가 존재한다고 생각된다.
다음에 상기와 같이 3원색의 각 색마다 프리틸트각을 다르게 하는 배향처리의 방법에 대하여 설명한다.
(1) 먼저, 기판 위에 형성된 전극의 전체면에 짓소(주)제인 폴리아믹산 타입의 폴리이미드 배향막 PSI - A2204 를 스피너로 도포하여 경화시킨다.
(2) 도쿄오카(東京應化)제의 네가티브 레지스트 OMR-83 의 도포, 포토마스크를 사용한 노광 및 현상에 의해, 적색화소 대응부만 개구(開口)하도록 형성한다. 이 상태에서 멜크사제인 수직배향제를 희석, 도포하여 표면에 화학결합시켰다. 이와 같이 수직배향제를 형성하면, 나중에 액정을 충전했을 때에 이 영역만 프리틸트 각이 커지는 것이다.
(3) 상기 레지스트를 제거한 후, 전체면에 대하여 통상의 러빙처리를 한다.
(4) 또한, 포토마스크를 사용하여 청색화소 대응부만 선택적으로 360nm 의 자외선을 조사(照射)한다. 이와 같이 자외선을 조사하면 배향막의 분해반응이 발생하므로, 나중에 액정을 충전했을 때에 이 영역에서만 프리틸트각이 작아진다.
여기서, 상기 배향처리를 할 때에는 수직배향제의 희석농도나 자외선의 조사 에너지 등을 조정함으로써, 여러가지 각도로 프리틸트각을 제어할 수 있다. 실제로상기 방법에 의해 형성한 액정표시장치에 의하면, 청색화소 대응부의 프리틸트 각은 상하기판 모두 약 2˚, 적색화소 대응부의 프리틸트각은 상하 기판 모두 약 19˚로 하였다. 물론 아무런 특별한 처리를 하지 않은 녹색화소 대응부의 프리틸트각은 종래의 액정표시장치의 경우와 마찬가지로 상하 기판 모두 약 5˚∼ 6˚였다.
액정표시장치의 투과율 - 인가전압특성을 도 18에 나타낸다. 도 18에서도 명백한 바와 같이, 청색, 녹색, 적색의 3원색의 투과율은 인가전압에 상관없이 거의 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 3원색에 대하여 별도로 전압조정을 하지 않고, 동일한 전압을 인가하더라도 밸런스가 무너지는 일은 없고 적정한 색상의 표시가 가능하게 된다.
또한, 본 실시예 13에서는 위상보상판을 사용하지 않고 있으나, 위상보상판을 사용한 경우에도 동일한 효과가 얻어지는 것은 명백하다.
또한, 다른 각 실시예에 있어서도 반사형 및 투과형의 어느 액정표시장치에나 적용할 수 있다. 반사형의 액정표시장치에 적용하는 경우, 기판에 실리콘 기판이나 알루미늄 등의 금속 기판 등의 반사성기판을 사용하거나, 화소전극기판 또는 대향전극기판의 어느 한쪽에 반사성 금속막을 사용해도 된다.
또, 상기 각 실시예의 액정표시장치는 패시브매트릭스형의 액정표시장치에도 적용할 수 있으나, 한쪽 기판에 TFT(Thin Film Transistor)나 MIM(Metal Insulated Metal)등의 액티브소자가 설치된 액티브매트릭스형 액정표시장치에 적용해도 된다. 이와 같이 하면 보다 고품위의 표시가 얻어진다.
또, 전압을 인가하지 않을 때에 백화소(白畵素) 또는 흑화소(黑畵素)가 되는노말리화이트모드 또는 노말리블랙모드의 액정표시장치 등 여러 가지 방식의 액정표시장치에 적용가능하다.
또, 각 구성요소의 재료 등은 상기에 한하지 않고 여러 가지의 것을 사용해도 된다. 예를 들면 투명기판에 플라스틱기판을 사용해도 되고, 배향막 재료도 상기의 것(폴리이미드 배향막 재료 등)에 한하지 않고, 다른 재료도 적용할 수 있다. 또 카이럴제로서 좌선회의 콜레스테릴 노나노에이트가 사용되었으나, 다른 여러가지 좌선회 또는 우선회의 카이럴제가 사용되어도 된다.
또, 프리틸트각이나 투명기판의 간격은 상기의 것에 한하지 않고, 액정재료나 광학적 조건 설계 당시에 따라 여러 가지로 설정하면 된다. 특히, 프리틸트각에 관해서는 시야각의 대칭성의 점에서는 액정셀의 양측 배향막의 프리틸트각이 같아지도록 설정하는 것이 바람직하지만, 다소 다르게 함으로써 액정분자의 배향이 변화하기 쉽도록 해도 된다.
또, 실시예 1 등에 있어서는 위상보상판이 액정셀의 일면측에만 설치되어 있으나, 양면측에 각각 배치해도 된다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 얻어진다.
즉, 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써 광의 투과율을 변화시켜서 표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 화소전극기판 및 대향전극기판의 적어도 한쪽 표면에 그 고프리틸트각 영역의 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하도록 배향처리된 고프리틸트각 영역을 가지고 있음으로써, 낮은 전기에너지로도 스프레이배향에서 밴드배향으로의 전이가 신속하고도 확실하게 행해진다. 또, 액정이 카이럴제를 함유함으로써 역시 상기 전이가 용이하게 행해진다.
또, 액정층이 색소 또는 안료를 함유하는 동시에 소정의 고전압측영역으로서 구동을 행함으로써, 게스트호스트효과에 의한 표시모드로 되므로, 시각(視角)에 의한 표시색상의 시야각 의존성을 해소할 수 있는 동시에 위상보상층을 설치하지 않고 넓은 시야각이 얻어지는 한편, 밴드배향과 유사한 배향상태로 되므로, 고속 응답성이 가능하고 또한 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있다.
또한, 프리틸트각이 서로 다른 색의 화소마다 상이하도록 설정되어 있음으로써, 각 색의 전압 - 투과율 특성을 동등하게 할 수 있으므로 표시색상의 변화를 해소할 수 있다.
Claims (26)
- 화소전극기판과, 대향전극기판과, 이들 1쌍의 기판 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 화소전극기판 및 대향전극기판의 각각의 표면이 그 표면 부근의 액정분자에 소정의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리되고, 상기 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치에 있어서,상기 화소전극기판 및 대향전극기판의 최소한 한쪽의 표면에 그 주위보다 10˚이상 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 배향막으로 이루어지는 고프리틸트각 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 화소전극기판과, 대향전극기판과, 이들 1쌍의 기판 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 화소전극기판 및 대향전극기판의 각각의 표면이 그 표면 부근의 액정분자에 소정의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리되고, 상기 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치에 있어서,상기 화소전극기판 및 대향전극기판의 최소한 한쪽의 표면에, 15˚이상이며 또한 그 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 배향막으로 이루어지는 고 프리틸트각 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제2항에 있어서, 상기 프리틸트각은 70˚이상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제3항에 있어서, 상기 프리틸트각은 90˚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항 및 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고프리틸트각 영역이 밴드전이핵 발생원인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항 및 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고프리틸트각 영역이 각 화소마다 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 화소전극기판과, 대향전극기판과, 이들 1쌍의 기판 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 화소전극기판 및 대향전극기판의 각각의 표면이 그 표면 부근의 액정분자에 소정의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리되고, 상기 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치에 있어서,상기 화소전극기판 또는 대향전극기판의 최소한 한쪽의 표면에 그 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 고프리틸트각 영역이 형성되어 있어, 상기 액정이 카이럴제를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 화소전극기판과, 대향전극기판과, 이들 1쌍의 기판 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,상기 화소전극기판 또는 대향전극기판의 표면 부근의 액정분자에 제1의 프리틸트각을 부여하는 제1의 배향막 재료와, 상기 제1의 프리틸트각보다 큰 제2의 프리틸트각을 부여하는 제2의 배향막 재료와의 혼합물을 함유하는 막을, 상기 화소전극기판 또는 대향전극기판의 적어도 한쪽의 기판표면에 형성하는 공정과, 상기 막내의 제1의 배향막 재료와 제2의 배향막 재료의 상분리시키는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 화소전극기판과, 대향전극기판과, 이들 1쌍의 기판 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,상기 화소전극기판 또는 대향전극기판의 표면 부근의 액정분자에 제1의 프리틸트각을 부여하는 제1의 배향막 재료를 포함하는 배향막을, 상기 화소전극기판 또는 대향전극기판의 적어도 한쪽의 기판표면에 형성하는 공정과, 상기 제1의 배향막 재료를 포함하는 배향막의 위에 부분적으로 상기 제1의 프리틸트각보다 10˚이상 큰 제2의 프리틸트각을 부여하는 제2의 배향막 재료를 포함하는 배향막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 화소전극기판과, 대향전극기판과, 이들 1쌍의 기판 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 액정에 밴드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,상기 화소전극기판 또는 대향전극기판의 표면 부근의 액정분자에 제1의 프리틸트각을 부여하는 제1의 배향막 재료를 포함하는 배향막을, 상기 화소전극기판 또는 대향전극기판의 적어도 한쪽의 기판표면에 형성하는 공정과, 상기 제1의 배향막 재료를 포함하는 배향막의 위에 부분적으로, 상기 제1의 프리틸트각보다 큰 15˚이상의 프리틸트각을 부여하는 제2의 배향막 재료를 포함하는 배향막을 형성하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지한 액정셀과, 최소한 1매의 편광판을 갖는 액정표시장치로서, 상기 액정층이 색소 또는 안료를 포함하는 동시에, 전압인가시에 상기 액정셀의 중앙부에 밴드배향이 형성되고, 액정 토션각이 160˚∼ 200˚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제11항에 있어서, 상기 액정 토션각이 180˚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지한 액정셀과 최소한 1매의 편광판을 갖는 액정표시장치로서, 상기 액정층이 색소 또는 안료를 포함하는 동시에, 전압인가시에 상기 액정셀의 중앙부에 밴드배향이 형성되고, 액정 토션각이 0˚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 편광판의 투과축방향이 액정배열 처리방향과 대략 평행인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 액정층이 카이럴재료를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 투과형 액정표시장치인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 반사형 액정표시장치인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 1쌍의 기판 중 한쪽 기판이 액티브소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지한 액정셀과 최소한 1매의 편광판을 가지며, 전압인가시에 상기 액정셀의 중앙부에 밴드배향이 형성되는 액정표시장치로서, 게스트호스트 효과에 의해 표시를 하는 동시에, 액정 토션각이 160˚∼ 200˚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제19항에 있어서, 상기 액정 토션각이 180˚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지한 액정셀과 최소한 1매의 편광판을 가지며, 전압인가시에 상기 액정셀의 중앙부에 밴드배향이 형성되는 액정표시장치로서, 게스트호스트 효과에 의해 표시를 하는 동시에, 액정 토션각이 거의 0˚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 기판 사이에 협지된 액정을 가지며, 상기 액정은 밴드배향을 이루며, 상기 기판 표면 부근의 액정분자가 소정 프리틸트각을 갖도록 상기 기판 표면은 배향처리되고, 복수의 화소를 가지며, 상기 화소는 특정색의 광을 투과시키는 복수종의 컬러필터를 가지는 색화소를 갖는 액정표시장치이며, 서로 다른 색화소에서 상기 소정의 프리틸트각이 다른 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제22항에 있어서, 복수종의 컬러필터가 각각 청색, 녹색, 적색을 통과시키는 3종류의 컬러필터이며, 상기 컬러필터에 대응한 색화소가 갖는 프리틸트 각은 청색, 녹색, 적색의 순으로 커지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제22항 또는 제23항에 있어서, 액정표시장치가 전압증가에 대하여 투과율이증가하는 모드인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제7항, 제11항, 제12항, 제13항, 제19항, 제20항, 제21항, 제22항, 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정셀의 출사광측에 반사판을 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
- 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제7항, 제19항, 제20항, 제21항, 제22항, 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1쌍의 기판 중 한쪽의 기판이 액티브소자를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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