KR19980024296A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

액정에 벤드배향을 형성시킴으로써 광의 투과율을 변화시켜 표시를 행하는 액정표시장치는, 화소전극 및 대향전극의 적어도 한쪽의 표면에 고프리틸트각 영역의 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하도록 배향처리된 고프리틸트각 영역을 가지고 있다. 이로써 스프레이배향에서 벤드배향으로의 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 액정분자의 토션각이 160°이상, 200°이하이고, 액정표시장치의 구동전압 - 투과율 특성에 있어서의 투과율의 극치(극대치와 극소치)를 부여하는 것보다 높은 구동전압이 화소전극과 대향전극 사이에 인가됨으로써, 벤드배향을 형성하지 않고도 벤드배향이 형성된 경우와 동일한 고속 응답성을 가진 액정표시장치를 얻을 수 있다.
또, 다른 액정표시장치는 화소전극에 대응하는 영역이 서로 다른 방향의 벤드방향이 형성되는 적어도 2개의 영역으로 분할되어 있음으로써 시야각(視野角)이 확대된다.
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

액정표시장치 및 그 제조방법
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 휘도반전을 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 예를들면 일본국 특개평 7(1995) - 84254에 개시되어 있는 바와 같이, 응답속도가 매우 빠르고, 시야각도 비교적 넓은 광학보상벤드(OCB)모드의 액정표시장치가 제안되어 있다.
이 OCB 모드의 액정표시장치는 예를들면 도 1에 나타낸 바와 같이, 액정(12)이 봉입되어 액정셀(11)을 구성하는 1쌍의 투명기판(13)·(14)에 화소전극(15), 대향전극(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 벤드배향이 형성되어 있는 바와 같이, 배향처리가 되어 있다. 보다 구체적으로는 배향막(17)·(18)의 표면은 프리틸트각이 수° ∼ 10°정도가 되도록 서로 평행이고 동일한 방향으로 러빙이 되어 있다. 그리고 조건에 따라서는 상기 벤드배향은 투명기판(13)·(14)의 중앙부근에서 토션을 내포하고 있을〔중앙부근의 액정분자가 비틀린상태 … 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 벤드배향이 형성되어 있으면 화소전극(15)과 대향전극(16) 사이에 인가된 구동전압의 변화에 대한 액정분자의 변화가 빠르므로, 응답속도의 고속화가 얻어진다. 이 고속화는 특히 휘도의 차가 적은 2개의 중간조 사이의 변화에 있어서도 얻어진다. 또 벤드배향의 대칭성은 이 도면의 X - Z 축을 포함하는 평면내(표시화면의 좌우방향)의 시야각을 확대(예를들면 ±50°정도)시킨다. 한편 위상보상층(21)은 Y - Z 축을 포함하는 평면내(표시화면의 상하방향)의 시야각을 확대(예를들면 ±40°정도)시킨다. 위상보상층(21)은 또한 구동전압의 저감에도 기여한다.
그러나, 상기 OCB 모드의 액정표시장치는 화상표시를 하기 전에, 상기 벤드배향이 형성되지 않으면 안된다는 번거로운 문제를 가지고 있다. 왜냐하면, 상기와 같이 배향막(17)·(18)의 표면에 배향처리가 되어 있어도, 화소전극(15)과 대향전극(16) 사이에 전압이 인가되어 있지 않을 때에는 벤드배향은 형성되지 않고, 도 2에 나타낸 바와 같이 액정분자가 부채꼴로 퍼진 스프레이배향 P 가 형성되어 있다. 그래서 전원투입시에 높은 전기에너지의 인가에 의해 스프레이배향 P 가 벤드배향 Q 으로 확실하게 전이되지 않으면 안된다. 이 스프레이배향 P에서 벤드배향 Q 으로의 전이는 화소전극(15)과 대향전극(16) 사이에 예를들면 10 ∼ 30V 의 높은 전압을 인가하면 비교적 신속하게 일어나지만, 구동 IC 에 과대한 부하를 걸지 않는 수V 의 낮은 전압에서는 수십분 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) - 96970호 공보는 TN 모드와 같이 액정분자가 뒤틀린 배향상태와, 액정분자가 OCB 모드와 유사한 일어선 기판의 법선방향으로 향한 배향상태를 조합시키는 기술을 제안하고 있다. 이 기술은 벤드배향이 형성될 필요가 없도록 하여, 상기와 같은 문제를 회피하는 동시에 벤드배향과 유사한 배향상태를 형성하여 응답속도를 TN 모드보다 고속으로 하는 것을 도모하는 것이다. 그렇지만 실제로는 상기와 같이 벤드배향과 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 - Z 축(도 1)을 포함하는 평면내의 시야각을 대폭 확대하는 것이 곤란하기 때문에, 시인하는 방향에 따라 시야각 특성이 크게 다르고, 여러가지 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 벤드배향의 대칭성에 의해 확대되지만, 이 방향도 포함하는 여러가지 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 대부분 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 예를들면 기판에 대하여 수직방향인 정면에서 본 경우에도 다음과 같은 요인으로 생긴다.
도 4는 어떤 액정표시장치의 화소전극과 대향전극 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 450㎚, 약 540㎚ 또는 630㎚ 로 하고 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이 액정의 투과율은 투과하는 광의 파장에 따라 다르다. 구체적으로는, 예를들면 화소전극과 대향전극 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 벤드배향을 형성시킴으로써 광의 투과율을 변화시켜 표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 스프레이배향에서 벤드배향으로의 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 - 인가전압툭성을 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 액정표시자치의 부분 단면 평면도.
도 16은 실시예 11의 액정표시장치의 구성을 나타낸 종단면도.
도 17은 실시예 12의 배향처리방법을 나타낸 설명도.
도 18은 실시예 13의 액정표시장치 C 의 단면도.
도 19는 실시예 13의 액정표시장치 C 의 각 광학요소의 배치방향을 설명하기 위한 도면.
도 20은 실시예 13의 액정표시장치 C 의 전압 - 휘도 특성을 나타낸 도면.
도 21은 도 20의 일부를 확대한 도면.
도 22는 실시예 15의 액정표시장치E4의 전압 - 휘도 특성을 나타낸 도면.
도 23은 도 22의 일부를 확대한 도면.
도 24는 액정표시장치 C 에 있어서의 액정분자 다이렉터의 극각방향(極角方向)의 경사각을 시뮬레이션에 의해 산출한 도면.
도 25는 액정표시장치 C 에 있어서의 액정분자 다이렉터의 방위를 시뮬레이션에 의해 산출한 도면.
도 26은 액정표시장치 C 에 있어서의 액정분자 다이렉터의 극각방향의 경사각과 인가전압과의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 27은 액정표시장치 E4 에 있어서의 액정분자 다이렉터의 극각방향의 경사각을 시뮬레이션에 의해 산출한 도면.
도 28은 액정표시장치 E4 에 있어서의 액정분자 다이렉터의 방위를 시뮬레이션에 의해 산출한 도면.
도 29는 액정표시장치 E4 에 있어서의 액정분자 다이렉터의 극각방향의 경사각과 인가전압과의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 30은 실시예 18의 액정표시장치 F 에 있어서의 각 광학요소의 배치방향을 설명하기 위한 도면.
도 31은 실시예 18의 액정표시장치 F 에 있어서의 전압 - 휘도특성을 나타낸 도면.
도 32는 실시예 18의 액정표시장치 F 에 있어서의 시야각특성을 나타낸 도면.
도 33은 실시예19의 액정표시장치 G 의 단면도.
도 34는 실시예20의 액정표시장치에 있어서의 투과율 - 인가전압 특성을 나타낸 도면.
이를 위해 본 발명의 액정표시장치는 화소전극 및 대향전극의 적어도 한 쪽의 표면에 고프리틸트각 영역 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하도록 배향처리된 고프리틸트각 영역을 가지고 있다.
이와 같은 고프리틸트각 영역의 액정분자는 비교적 일어선 상태로 되어 있기 때문에, 화소전극과 대향전극 사이에 전압이 인가되었을 때에 스프레이배향에서 벤드배향으로의 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 이르름에 있어서, 상기 배향상태의 전이를 단시간에 또한 확실하게 발생시키기 위해, 그 전이의 메카니즘의 해명을 시도하였다. 그 결과, 상기 전이는 액정이 형성된 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 벤드배향으로의 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 예를들면 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, 액정내의 액정분자의 토션각이 160°이상 200°이하이고, 액정표시장치의 구동전압 - 투과율 특성에 있어서의 투과율의 극치(극대치와 극소치)를 부여하는 몇개의 전압중, 가장 높은 전압보다 높은 구동전압이 화소전극과 대향전극 사이에 인가됨으로써, 벤드배향을 형성하지 않고도 벤드배향이 형성된 경우와 동일한 고속 응답성을 가진 액정표시장치를 얻을 수 있다.
즉, 이와 같은 액정표시장치에서는 액정분자가 뒤틀린 상태를 유지하고 있으므로, 상기와 같은 스프레이배향에서 벤드배향으로의 전이와 같은 불연속의 상전이는 필요하지 않게 되고, 더욱이 상기와 같은 구동전압이 인가됨으로써 액정분자가 벤드배향과 유사한 배향상태로 된다. 이로써 예를들면 액정표시장치의 전원을 온(on)으로 한 직후부터 화상의 표시가 가능하게 될 뿐만 아니라 고속 응답성이 얻어진다.
또, 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 행하는 액정표시장치에 여러방향으로부터의 양호한 시인성을 부여한다는 시야각 특성의 향상에 대한 과제는, 화소전극에 대응하는 영역이 서로 다른 방향의 벤드배향이 형성되는 적어도 2개의 영역으로 분할되어 있음으로써 해결된다. 상기와 같은 배향영역의 분할은 예를들면 배향막의 복수의 영역에 서로 다른 방향으로 러빙처리를 하거나, 조사(照射)방향 또는 편광방향이 다른 자외선을 조사하거나 하여 행할 수 있다.
이로써, 벤드배향이 본래 가지고 있는 시야각의 자체 보상성이 서로 다른 복수의 방향에서 작용하므로 여러방향으로부터의 양호한 시인성이 얻어진다.
또한, 시야각 특성을 향상시키기 위해 위상보상판을 병용해도 된다.
또, 상기 스프레이배향에서 벤드배향으로의 전이의 곤란성을 회피하는 동시에, 시야각을 확대하기 위한 양호한 특성을 가진 위상보상판의 제조의 곤란성 및 시야각에 따라 색상의 변화, 채색이 생긴다. 표시색상의 시야각 의존성의 문제를 해결하기 위한 액정표시장치는 액정내의 액정분자의 토션각이 160°∼ 200°또는 250∼ 290°이고, 액정층이 색소 또는 안료를 함유하는 동시에 소정의 고전압측 영역으로 구동을 행하도록 되어 있다.
상기 구성에 따르면, 액정층이 색소 또는 안료를 함유하므로, 이 액정표시장치의 표시모드는 게스트호스트효과에 의한 표시모드가 된다. 따라서 복굴절모드를 채용하는 종래의 OCB 모드의 과제인 시각에 의한 표시색상의 시야각 의존성을 해소할 수 있다. 또 복굴절모드가 아니므로 위상보상층을 형성할 필요가 없다.
또, 토션액정셀을 사용하므로 스프레이배향에서 벤드배향으로의 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 표시색상의 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 벤드배향으로의 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 투명화소전극(31) 및 배향막(32)이 형성되어 있는 한편, 투명기판(36)에는 대향전극(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 투명화소전극(31)은 예를들면 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 고프리틸트각 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 벤드배향을 형성하도록 되어 있다.
상기 배향막(32)·(35)은 예를들면 다음과 같이 하여 형성, 배향처리되어 있다.
(1) 닛산가가쿠고교(日産化學工業)(주)제인 폴리아믹산 타입의 약 5°의 저프리틸트각(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, 투명화소전극(31) 및 대향전극(34)에 도포하고, 건조 후 소성하여 배향막(32)·(35)을 형성한다. 상기 건조과정에서 2개의 배향막 재료는 상분리하고, 고프리틸트각 영역(32h)·(36h)이 형성된다.
(2) 배향막(32)·(35)의 표면을 전체면에 걸쳐 예를들면 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 벤드배향 또는 토션배향을 포함한 벤드배향(이하, 단지 벤드배향이라고 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, 역시 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 투명화소전극(31) 및 대향전극(34)에 도포하고, 건조 후 소성하여 배향막(32)·(35)를 형성한다.
(2) 상기 배향막(32)·(35)의 각 투명화소전극(31)에 대응하는 부분 위에 니혼고세이고무(주)제의 프리이미드 타입의 약 70°인 고프리틸트각 폴리이미드 배향막 재료JALS - 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, 예를들면 전자가 15 ∼ 90°, 보다 바람직하기로는 70 ∼ 90°, 후자가 10°이상으로 설정되는 것이 바람직하지만 상기와 같은 조건에 따라 선택하면 된다.
(실시예 4)
스프레이배향에서 벤드배향으로의 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 투명화소전극(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 예를들면 이것에 대응한 마스크를 사용한 노광과 현상에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 각 투명화소전극(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 투명화소전극(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 확대한 때문이라고 생각된다.
그리고, 돌기(52)의 형상이나 사이즈, 재질, 형성방법은 상기에 한하지 않고, 각 투명화소전극(31) 위에 최소한 하나 형성되어 있으면 된다. 예를들면 형상은 원기둥형, 원뿔형, 구형, 각추(角錐)형, 각(角)기둥형 등이라도 되며, 높이는 스페이서(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 벤드배향으로의 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 투명화소전극(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.
액정표시장치 액정카이럴피치(㎛) 전압인가시의 배향변화 관찰 결과 균일한 밴드배향에 소요된 전이 또는 이행시간(초)
A1 5 배항전이가 국부적으로 발생하여 확대 1
A2 7 전면 균일배향인 채 투과율 변화 0
A3 10 〃 0
A4 20 〃 0
A5 40 〃 0
A6 60 배향전이가 국부적으로 발생하여 신속히 확대 1
A7 80 〃 1
A8 100 배향전이가 국부적으로 발생하여 서서히 확대 3
A9 120 〃 60
A10 140 〃 120
A11 ∞ 〃 600
상기 각 액정표시장치 A1 ∼ A11 에 주파수가 30Hz 이고, 최고전압이 3V 인 직사각형파 전압을 인가하고, 배향의 전이상황 및 화소 전체면에서 균일한 벤드배향으로 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 벤드배향으로 원활한 전이가 일어났다고 생각된다.
또, 카이럴피치 = 5㎛ 또는 60㎛ ≤ 카이럴피치 ≤ 100㎛ 인 액정표시장치 A1·A6 ∼ A8 에서는 배향전이가 국소적으로 발생하고, 상당히 단시간에 화소 전체면에 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 벤드배향으로의 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 투명화소전극(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 벤드배향으로 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 벤드배향으로의 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 여러기지 선택이 가능하다.
또, 상기 실시예 5, 6에서는 관찰을 용이하게 하기 위하여 스페이서(51)가 투명화소전극(31)이 없는 위치에 배치되었으나, 투명화소전극(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 실시예 5(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 투명화소전극(31) 또는 대향전극(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)·(35)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 50㎚ 의 2축성 위상차 필름인 위상보상판(43)을 도 9에 나타낸 방향으로 액정셀(38)에 맞붙여서 액정표시장치를 형성한다.
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 벤드배향과 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.
V1(V) V2(V) V1 → V2 → V1응답시간의 합계(msec)
1.8 2.4 31
2.4 3.0 29
3.0 3.6 26
3.6 4.2 25
4.2 4.8 26
4.8 5.4 23
5.4 6.0 21
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 벤드배향으로의 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, 펀광판(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 액정표시자치와 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.
액정표시장치 액정토션각(도) 응답시간(msec)
B1 150 41
B2 160 28
B3 170 27
B4 180 23
B5 190 27
B6 200 29
B7 210 40
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.
액정표시장치 V1(V) V2(V)
B7 2.3 3.3
B6 2.4 3.4
B5 2.5 3.5
B4 2.6 3.6
B3 2.8 3.8
B2 3.0 4.0
B1 3.1 4.1
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 △nd 를 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 벤드배향 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 45㎚ 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 벤드배향으로 전이하였다. 이때의 액정배향의 변화는 연속적이고 가역적이며, 확실하고도 원활하게 벤드배향의 상태가 얻어지는 것이 확인되었다.
또, 인가전압이 2.3V ∼ 10V 의 범위에서 표시를 행하는 경우의 콘트라스트비는 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 벤드배향으로 확실하게 또한 재현성 좋게 전이가 가능해져서 그 실용적 가치는 매우 높다.
(실시예 10)
위상보상판(43)을 사용하지 않고 여러 방향의 시야각이 확대되는 벤드모드의 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 투명화소전극(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 - Z 축을 포함한 평면내의 벤드배향을 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 투명화소전극(31) 및 대향전극(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, 투명화소전극(31)과 대향전극(34) 사이에 구동회로(41)에 의해 진폭이 3V, 주파수가 30Hz 직사각형파 전압을 인가하고, 액정(37)의 배향상태를 편광현미경으로 관찰한 바, 액정(37)에 있어서의 투명화소전극(31) 위의 배향막(32)의 영역(32a) 부분 및 영역(32b) 부분에는, 디스크리네이션선(42)을 경계로 하여 각각 X 축방향 또는 Y 축방향의 벤드배향이 형성되어 있는 것이 확인되었다.
또, 상기 액정셀(38)의 양측에 편광판(39)·(40)을 설치하여 액정표시장치를 구성하고, 투명화소전극(31)과 대향전극(34) 사이에 소정의 화상신호전압을 인가하여 백라이트광 또는 반사광에 의한 표시면에 수직인 여러가지 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(예를들면 ±55°정도)이 얻어지고, 또 상기 이외의 평면내에서도 거의 동일한 시야각 특성이 얻어지는 것이 확인되었다.
즉, 여러방향에서의 시인(視認)에 대하여 고휘도 및 고콘트라스로 중간조의 휘도반전도 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 위상보상판(43)을 설치해도 된다.
이로써, 시야각을 더욱 확대(예를들면 ±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(예를들면 닛산가가쿠(日産化學)제인 PI -610)를 투명화소전극(31) 및 대향전극(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 화살표 B 로 표시한 방향으로부터 편광방향이 X 축방향인 자외선을 조사하여, 배향막(32)의 표면 부근의 액정분자에 Y 축에 대하여 약 5°의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리한다.
(4) 상기 (2),(3)과 마찬가지로 배향막(35)에 있어서의 영역(35a)·(35b)부분에 각각 화살표 C·D 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 배향분할함으로써, 실시예 10과 마찬가지로 액정분자에 X - Y 축을 포함하는 평면내 및 Y - Z 축을 포함하는 평면내의 벤드방향을 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 벤드배향하는 2개의 영역으로 배향분할한 예를 보였으나, 이에 한하지 않고 다양한 방향으로 벤드배향하는 복수의 영역으로 배향분할하여, 더욱 여러방향으로부터의 시인성을 향상시키도록 해도 된다.
또, 배향분할되는 영역의 크기는 등분(等分)에 한하지 않고 시야각 특성에 따라 여러가지로 설정해도 된다.
또, 액정(37)에 카이럴제(예를들면, 콜레스테릴 노나노에이트)를 적량(適量) 함유시킴으로써, 전압의 인가 개시시에 초기의 액정분자의 배향상태에서 벤드배향상태로 신속하게 이행시킬 수 있도록 하여 응답속도를 보다 고속화시킬 수 있도록 해도 된다. 또한, 이 경우에는 액정(37)은 토션을 포함한 벤드배향이 되지만, 시야각에 관해서는 동일한 효과가 얻어진다.
(실시예 13)
OCB 모드의 액정표시장치와 같이, 위상보상판이 설치되는 것과 편광판이 그 편광축이 배향막의 배향처리방향과 다른 방향이 되도록 배치되는 것이 필요없는 액정표시장치에 대하여 설명한다. 이 액정표시장치는 배향상태는 OCB 모드와 유사하지만 명암(明暗)의 표시원리는 게스트호스트(이하, GH 라고 함)모드와 동일하다.
도 18은 본 발명의 실시예 13에 관한 액정표시장치의 단면도이다.
이 액정표시장치 C 는 투과형 액정표시장치이며, 1쌍의 유리기판(101),(108) 사이에 액정층(105)을 협지한 액정셀(110)과, 이 액정셀(110)의 입사광측에 설치된 편광판(109)을 가지고 있다. 각 유리기판(101),(108)의 내측면에는 투명전극(102),(107)이 설치되어 있고, 이 투명전극(102),(107)의 내측면에는 배향막(103), (106)이 설치되어 있다. 또, 편광판(109)은 그 편광축이 상기 1쌍의 기판중 입사광측의 유리기판(108)의 계면 근방에 존재하는 액정분자의 장축방향과 거의 평행이 되도록 배치되어 있다.
상기 액정셀(110)은 액정층(105)내의 액정분자가 유리기판(101),(108) 사이에서 비틀린 배향상태로 되어 있는 토션액정셀이다. 본 실시예에서는 액정층(105)의 액정토션각(ω)(도 19 참조)은 180°로 되어 있다. 또 액정층(105)은 액정 외에 흑색색소를 함유한 구성으로 되어 있다. 이 흑색색소는 예를들면 아족시계 색소나 안트라퀴논계 색소 등의 2색성 색소로서, 분자장축방향으로 편광한 광에 대하여 흡수효과가 크고, 반대로 분자단축방향으로 편광한 광에 대하여 흡수효과가 작은 이른바 포지티브형 색소이다.
또한, 액정층(105)내의 액정은 카이럴재료를 첨가하여 카이럴피치가 12㎛ 가 되도록 미리 조제된 것이 사용되고 있다. 또, 액정표시장치 C 는 스페이서(104)를 사용하여 기판 간격이 6㎛ 로 설정되어 있다.
상기 구성의 액정표시장치 C 는 하기 제조방법으로 제조하였다.
(1) 투명전극(102),(107)을 가진 2매의 유리기판(101),(108) 위에 닛산가가쿠고교제인 폴리아믹산 타입의 폴리이미드 배향막 도료 RN - 474 를 스핀코트법으로 도포하고 180℃의 항온조내에서 1시간 경화시킨다.
(2) 레이온제 러빙포(布)를 사용하여 도 19에 나타낸 방향으로 러빙처리를 한다. 도 19에 있어서, 참조부호 121 은 출사광측 기판(101)의 러빙방향을 나타내고, 참조부호 122 는 입사광측 기판(108)의 러빙방향을 나타내고, 참조부호 123 은 편광판(109)의 편광축 방향을 나타내고 있다. 이 실시예 13에서는 액정토션각(ω)을 180°로 하므로, 유리기판(101)의 러빙방향(121)과 유리기판(108)의 러빙방향(122)은 동일방향으로 되어 있다.
(3) 세키스이(積水)파인케미컬(주)제인 스페이서(104) 및 스토락토본드 352A(미쓰이도아쓰가가쿠(주)제 시일수지의 상품명)를 사용하여 기판 간격이 6㎛ 되도록 유리기판(101),(108)을 맞붙여 속이 빈 액정셀(110)을 제작하였다.
(4) 좌선회 카이럴재료로서 콜레스테릴 노나노에이트를 첨가하여 카이럴피치가 12㎛ 가 되도록 조제한 멜크사제인 정(正)의 네마틱액정 ZLI - 2411(네마틱 아이소트로픽 전이온도 (NI점) = 65도, 굴절율 이방성(△n) = 0.140 ) 100중량부에 미쓰비시가가쿠(三菱化學)제의 흑색색소 S - 466 를 1중량부 혼합한 액정조성부를 진공주입법으로 속이 빈 액정셀(110)에 주입하였다.
(5) 편광판(109)을 도 19와 같이 유리기판(108)의 러빙방향(122)과 편광판(109)의 편광축방향(123)이 일치하도록 액정셀(110)에 맞붙여서 액정표시장치 C 를 제작하였다.
다음에 액정표시장치 C 의 전압 - 휘도 특성을 30Hz 직사각형파의 전압을 인가하면서 측정하였다. 그 결과를 도 20 및 도 21에 나타낸다. 그리고 도 21은 도 20의 일부를 확대한 것이다. 도 20에서 명백한 바와 같이, 액정표시장치 C 의 전압 - 휘도특성은 대략적으로는 전압이 인가되어 있지 않을 때에는 휘도레벨이 거의 0 레벨이고, 전압이 인가되면 프리데릭스 임계전압(Vth)에 달할 때까지 대략 0 레벨을 유지하고, 다시 전압이 상승하면 휘도레벨이 상승해 간다.
이와 같은 전압 - 휘도 특성이 얻어지는 것은 다음과 같은 이유에 의한 것이라고 생각된다. 즉, 인가전압이 프리데릭스 임계전압(Vth) 이하일 때는 액정분자가 기판에 평행하고, 이로 인해 흑색색소의 분자도 액정분자에 구속되고, 색소의 분자장축이 기판에 평행으로 되어 있다. 그러므로, 편광판(109)을 통과한 입사광(125)(도 18 참조)의 대부분이 흑색색소에 흡수되어 휘도레벨이 거의 0 레벨로 된다. 그리고 프리데릭스 임계전압(Vth) 이상의 전압영역에서는, 액정셀 중앙부의 액정분자가 기판에 대하여 수직방향으로 일어선다. 또한, 인가되는 전압이 높을수록 보다 기판에 가까운 액정분자도 거의 수직으로 일어선다. 이 액정분자의 동작에 구속되어서 색소분자도 기판에 대하여 수직방향으로 일어서게 된다. 그로 인해 흑색색소에 의한 광흡수가 저하하므로 휘도레벨이 상승한다.
그런데, 액정표시장치 C 의 전압 - 휘도 특성은 프리데릭스 임계전압(Vth) 부근에서는 도 21에 나타낸 바와 같이 액정셀(110)에의 인가전압이 프리데릭스 임계전압(Vth)을 초과하면, 휘도레벨이 완만한 제1의 구배로 상승하고, 약 2.5V 이상이 되면 제1의 구배보다 급격한 제2의 구배로 상승한다.
이것은 후술할 도 24 및 도 25에서 이해될 것이다. 즉, 프리데릭스 임계전압(Vth)을 초과하여 2.5V 에 달할 때까지의 제1의 전압영역에서는 액정분자의 경사각 및 배향방위에 큰 변화가 없고, 2.5V 이상이 되면 액정분자의 경사각 및 배향방위에 큰 변화가 생긴다. 그러므로, 액정분자의 동작에 구속되어서 흑색색소의 분자도 제1의 전압영역에서는 거의 변동이 없고, 2.5V 이상이 되면 크게 변동하기 시작하며, 이로 인해 흑색색소에 의한 광흡수가 전단계에 비해 크게 저하하기 때문에 휘도레벨의 구배가 커진다고 생각된다.
그리고, 본 발명에 관한 액정표시장치는 주로 이와 같은 전압 - 휘도 특성에 있어서의 구배가 급격히 변화하는 변화점에 있어서의 전압치, 즉 2.5V 보다 고전압측 영역을 가지고 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 것이며, 다음에 설명할 실험결과에 의해 중간표시에서의 고속응답 및 양호한 콘트라스트비가 확인되고 있다.
먼저, 본 발명자는 액정표시장치 C 를 사용하여 구동전압을 2.5V 에서 11.0V 의 영역에서 표시를 하고, 휘도를 측정하여 콘트라스트비를 산출하였다. 그 결과, 콘트라스트비가 136 : 1이고, 중간조 표시가 가능한 콘트라스트비를 가진 것이 확인되었다.
다음에, 액정표시장치 C 의 인가전압을 2.5V 에서 순차로 3.7V, 4.9V, 6.1V, 7.3V, 8.5V, 9.7V, 10.9V 로 변화시키고, 각 변화시의 상승응답시간과 하강응답시간을 측정하여 그 합을 구하였다.
그 결과는 각각 43msec, 39msec, 37msec, 35msec, 35msec, 30msec, 30msec 였다. 또한 통상의 액정표시장치인 경우의 응답시간으로서는 예를들면 2.5V 와 3.7V 사이의 상승응답시간과 하강응답시간의 합은 150msec 정도이며, 또 9.7V 와 10.9V 사이의 상승응답시간과 하강응답시간의 합은 30 ∼ 40msec 정도라는 것이 알려져 있다. 따라서 상기 실험결과로부터 액정표시장치 C 는 응답특성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
그러므로, 액정표시장치 C 를 사용하여 구동전압을 2.5V 에서 10.9V 의 영역에서 표시를 함으로써 응답성이 양호한 중간조 표시가 가능하다는 것이 이해된다. 또한 이 실시예에서는 8계조의 표시에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 8계조 이상의 복수 계조의 표시에 대해서도 고속표시가 가능하며, 이것은 상기 실험결과로부터 용이하게 추찰(推察)할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 액정토션각(ω)이 180°인 토션액정셀에 게스트호스트형(GH형) 액정조성물을 봉입한 것이며, STN 모드와 액정표시장치와는 구동전압영역 및 광의 전반방식(傳搬方式)이 다르다.
또, 본 실시예의 방식에 의한 전압영역에서의 표시에 의해, OCB 표시모드와 마찬가지로 중간조 표시에서의 고속응답이 확인되었다. 또한, 본 실시예에서는 흑색색소의 흡수에 의해 광의 투과를 제어하고 있으므로, 광학보상층이 필요없고 시각에 의한 흑색상(黑色相)의 변화는 전혀 일어나지 않았다.
따라서, 본 실시예에 관한 액정표시장치는 종래의 OCB 모드와 동일한 고속응답성을 가지고 있으면서도 시각에 의한 색변화가 본질적으로 없어 그 실용적 가치는 매우 크다.
또한, 본 실시예에서는 흑색색소를 사용하였으나, 용도에 따라서는 다른 색상(色相)의 색소 또는 안료를 사용해도 된다는 것은 물론이다.
또, 흑색색소를 사용한 경우 흑색표시시의 휘도레벨을 더욱 내리기 위해 흑색표시시에만 프리데릭스 임계전압(Vth) 이하의 전압을 인가하여 흑색표시를 행하여도 된다.
그리고, 참고삼아 설명하면 본 실시예에서는 편광판의 편광축과 기판 계면 부근의 액정분자의 장축이 대략 평행으로 되었으나, 평행하지 않고 예를들면 20°, 45°등 특정 각도가 되도록 편광판을 배치하는 것도 고려할 수 있다. 그러나, 이와 같은 편광축과 액정분자의 장축이 평행하지 않은 구성에서는 충분한 흑색레벨이 얻어지지 않아 화질이 저하한다.
이것은 다음과 같은 이유에 의한다고 생각된다. 편광축과 액정분자의 장축이 평행하지 않은 경우의 전압 - 휘도 특성은 고전압영역에 있어서는 본질적으로 편광축과 액정분자의 장축이 평행인 경우의 전압 - 휘도 특성과 같지만, 저전압영역에 있어서 상위하다. 즉, 편광축과 액정분자의 장축이 평행하지 않은 경우, 전압을 인가하지 않았을 때에는 색소분자와 편광판이 평행하지 않기 때문에 평행인 경우에 비해 광의 흡수가 작고, 어느 일정한 휘도레벨을 갖는다. 전압인가시에는 프리데릭스 임계전압(Vth)를 약간 초과하여도, 전압무인가시의 휘도레벨과 거의 동일한 휘도레벨을 유지한다. 그리고, 다시 인가전압이 커지면 액정분자의 경사각 및 배향방위와, 편광판의 배치가 어떤 상대적인 위치에 달하고, 휘도레벨이 크게 저하한다. 다시 인가전압을 크게 하면 인가전압의 증대에 따라 휘도레벨도 상승해 간다.
그리고 휘도레벨이 가장 저하된 시점에서의 휘도레벨은 0 레벨이 아니고, 흑색표시로서 허용할 수 있는 레벨 이상의 레벨이다. 따라서, 이와 같은 구성의 액정표시장치를 사용한 경우, 충분한 흑색레벨이 얻어지지 않아 화질이 열화(劣化)하게 된다.
단, 편광판과 액정분자의 장축이 대략 수직이 되도록 편광판을 배치한 경우에는 휘도레벨이 가장 저하된 시점에서의 휘도레벨은 0 레벨이 아니지만, 흑색표시로서 허용할 수 있는 범위내의 레벨로 되는 것이 본 발명자의 실험으로 얻어졌다. 따라서, 편광축과 액정분자의 장축이 대략 수직이 되도록 편광판을 배치하고, 휘도레벨이 가장 저하된 시점보다 고전압측 영역을 가지고 표시를 하여도 된다.
(실시예 14)
실시예 13에서는 액정토션각(ω)이 180°였지만, 본 실시예에서는 액정토션각(ω)이 160°∼ 200°의 범위내의 어떤 각도로 하고, 기타의 구성은 실시예 13과 같다. 이와 같은 본 실시예에 있어서도 실시예 13과 동일한 효과가 얻어졌다. 다음에 구체적으로 설명하다.
(a) 액정재료로서 흑색색소 S - 466(미쓰비시가가쿠(주)제의 색소 상품명)을 1중량% 함유하는 멜크사제인 정(正)의 네마틱액정 ZLI - 2293(NI점 = 85도, △n = 0.140)을 사용하였다는 것,
(b) 액정층 두께를 5 ㎛, 카이럴피치를 10 ㎛ 로 하였다는 것 및
(c) 액정토션각(ω)이 다르다는 것
이외는 실시예 13의 액정표시장치 C 와 동일한 제조방법으로 7개의 액정표시장치 D1 ∼ D7을 제작하였다.
그리고 각 액정표시장치 D1 ∼ D7의 액정토션각(ω)은 표 5에 나타낸 바와 같이 150°, 160°, 170°, 180°, 190°, 200°, 210°로 하였다.
액정표시장치 액정토션각(도)
D1 150
D2 160
D3 170
D4 180
D5 190
D6 200
D7 210
다음에 상기한 각 액정표시장치 D1 ∼ D7 의 응답성에 대하여 다음과 같은 실험을 하였다. 구체적으로는 다음 표 6에 나타낸 바와 같이 각 액정표시장치 D1 ∼ D7 에 대응시켜서 인가전압 V1 및 V2 를 설정하고, 각기 대응하는 V1 에서 V2 로 변화시켰을 때와, 각기 V2 에서 V1 로 변화시켰을 때의 응답시간을 측정하고, 이들 두 응답시간을 합계하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.
여기서, 상기 V1 은 각 액정표시장치 D1 ∼ D7 의 전압 - 휘도 특성에 있어서의 구배가 급격히 변화하는 변화점에 있어서의 전압치이다.
액정표시장치 V1(V) V2(V)
D1 2.2 3.1
D2 2.3 3.2
D3 2.4 3.3
D4 2.5 3.4
D5 2.6 3.5
D6 2.7 3.6
D7 2.8 3.7
액정표시장치 응답시간(msec)
D1 52
D2 35
D3 33
D4 31
D5 31
D6 35
D7 57
표 7에서도 명백한 바와 같이, 액정표시장치 D1 ∼ D7 에서는 응답시간이 50 msec 이상이어서 응답성이 나쁘지만, 액정표시장치 D2, D3, D4, D5, D6 에서는 응답시간이 40msec 이하이고, 그 우수한 고속응답성이 확인되었다. 따라서, 고속응답 가능한 액정토션각의 범위는 160°∼ 200°라는 것이 이해된다.
또한, 액정토션각이 160°∼ 200°의 범위에서 응답성이 양호하게 되는 것은 다음의 이유에 의한 것이라고 생각된다. 즉, 토션액정셀과 편광판을 구비한 액정표시장치에서는 그 응답성이 액정의 토션과 편광판과의 상대적인 각도에 의존하고, 어떤 각도 범위에서 응답성이 양호하게 된다는 것이 알려져 있다. 그리고, 편광판이 그 편광축을 입사광측 기판(108) 계면에 존재하는 액정분자와 평행이 되도록 배치된 조건하에서, 상기 응답성이 양호해지는 각도범위가 될 액정토션각의 범위는 160°∼ 200°의 범위에 대응하기 때문이다. 따라서, 액정토션각이 160°∼ 200°의 범위내이면 액정분자의 동작이 구동에 의해 발생하는 백플로에 방해를 받는 정도가 가급적으로 억제되어 OCB 모드와 동등한 고속응답특성을 얻을 수 있다.
또, 본 실시예에 관한 액정표시장치 D2, D3, D4, D5, D6 에 대하여 다양한 휘도레벨에 있어서 색상의 시야각 의존성을 관찰하였으나, 거의 변화가 없고 그 유용성이 실증되었다.
또한, 본 실시예에서는 액정재료의 카이럴피치를 액정층 두께의 2배로 하였으나, 카이럴피치는 액정층 두께의 1배 ∼ 3배로 하는 것이 바람직하다. 이것은 카이럴피치가 액정층 두께보다 작을 경우에는 액정층의 토션각이 원하는 값보다 180° 커져버리기 때문이다. 또 카이럴피치의 값이 액정층 두께의 3배보다 클 경우에는 배향상태가 불안정하게 되는 수가 있기 때문이다.
(실시예 15)
상기 실시예 14에서는 액정토션각(ω)이 160°∼ 200°의 범위내의 어느 한 각도였지만, 이 실시예 15의 액정표시장치에서는 액정토션각(ω)이 250°∼ 290°의 범위내의 어느 한 각도로 되고, 기타의 구성은 실시예 13에 관한 액정표시장치 C 와 동일하다. 이와 같은 본 실시예에 관한 액정표시장치의 대표예로서, 액정토션각(ω)이 270°로 된 액정표시장치(E4)의 전압 - 휘도 특성을 도 22 및 도 23에 나타낸다. 그리고 도 23은 도 22의 일부를 확대한 것이다.
이 도 22 및 도 23에서 명백한 바와 같이, 본 실시예의 액정표시장치의 전압 - 휘도 특성은 상기 액정토션각(ω)이 180°로 된 액정표시장치 C 의 전압 - 휘도 특성과 본질적으로는 동일하다. 그리고, 본 실시예에 관한 액정표시장치는 상기 실시예 13 및 실시예 14와 마찬가지로 전압 - 휘도 특성에 있어서의 구배가 급격하게 변화하는 변화점에 있어서의 전압치(도 22 및 도 23에 나타낸 3.6V)보다 고전압측 영역을 가지고 표시를 하는 것을 특징으로 하고 있는 것이며. 다음에 설명할 실험결과에 의해 중간조 표시에서의 고속응답 및 양호한 콘트라스트비가 확인되어 있다. 다음에 구체적으로 설명한다.
액정재료로서 흑색색소 S - 466(미쓰비시가가쿠(주)제의 색소 상품명)을 1중량% 함유하는 멜크사제인 정(正)의 네마틱액정 ZLI - 2293(NI점 = 85도, △n = 0.140)을 사용하고, 액정층 두께를 20㎛, 카이럴피치를 24㎛ 로 하고, 액정토션각(ω)이 다르다는 것 이외는 상기 실시예 13의 액정표시장치 C 와 동일한 제조방법으로 7개의 액정표시장치 E1 ∼ E7 를 제작하였다.
또한 각 액정표시장치 E1 ∼ E7의 액정토션각(ω)은 표 8에 나타낸 바와 같이 240°, 250°, 260°, 270°, 280°, 290°, 300°로 하였다.
액정표시장치 액정토션각(도)
E1 240
E2 250
E3 260
E4 270
E5 280
E6 290
E7 300
또, 상기 각 액정표시장치 E1 ∼ E7 의 응답성에 대하여 다음과 같은 실험을 하였다. 구체적으로는 다음 표 9에 나타낸 바와 같이, 각 액정표시장치 E1 ∼ E7에 대응시켜서 인가전압 V1 및 V2 를 설정하고, 각기 대응하는 V1 에서 V2 로 변화시켰을 때와, 각기 V2 에서 V1 로 변화시켰을 때의 응답시간을 측정하고, 이들 2개의 응답시간을 합계하였다. 그 결과를 표 10에 나타낸다.
여기서, 상기 V1 은 각 액정표시장치 E1 ∼ E7 의 전압 - 휘도 특성에 있어서의 구배가 급격히 변화하는 변화점에 있어서의 전압치이다.
액정표시장치 V1(V) V2(V)
E1 3.2 3.9
E2 3.3 4.0
E3 3.4 4.1
E4 3.5 4.2
E5 3.6 4.3
E6 3.7 4.4
E7 3.8 4.5
액정표시장치 응답시간(msec) 콘트라스트비
E1 69 70 : 1
E2 50 120 : 1
E3 43 170 : 1
E4 37 196 : 1
E5 44 180 : 1
E6 48 135 : 1
E7 62 85 : 1
본 실시예에서는 액정토션각(ω)이 크고 액정층 두께가 크다. 그래서 표 10에서도 명백한 바와 같이, 응답특성은 실시예 14에 비하면 약간 나쁘지만, 충분히 실용 가능한 범위이다. 또, 표 9에 나타낸 것 이상의 전압으로 계조간 구동한 경우의 응답특성도 동일하였다.
또, 액정표시장치 E4 에 대해 11.0V 를 인가했을 때의 휘도와 3.0V 를 인가했을 때의 휘도의 비로 콘트라스트비를 정의(定義)한 바, 196 의 값이 얻어졌다. E1 ∼ E7의 다른 액정표시장치에 대해서도 콘트라스트를 산출한 결과를 함께 표 10에 나타낸다.
표 10로부터 명백한 바와 같이, 토션각 250°∼ 290°의 영역에서 실용적인 콘트라스트와 응답특성이 얻어지는 것이 이해된다.
또한, 응답성에 관하여 액정토션각이 250°∼ 290°의 범위인 경우가 250° 이하인 경우 및 290°이상인 경우에 비하여 양호한 것은 전술한 액정토션각이 160°∼ 200°의 범위에서 응답성이 양호해지는 것과 동일한 이유에 의한다.
또, 액정토션각이 250°∼ 290°의 범위에 있어서, 양호한 콘트라스트가 얻어지는 것은 다음 이유에 의한 것이라고 생각된다. 즉, 액정토션각이 290°이상이면 액정토선각이 너무 커서 액정층내의 광의 전반(傳搬)이 토션을 추종할 수 없고, 광손실이 커져서, 충분한 콘트라스트가 얻어지지 않기 때문이다.
또, 액정표시장치 E2 ∼ E6 에 대해, 여러가지 휘도레벨에 있어서, 색상의 시야각 의존성을 관찰하였으나, 거의 변화하지 않아 그 유용성이 실증되었다.
또한, 본 실시예에서는 액정재료의 카이럴피치를 액정층 두께의 1.2배로 하였으나, 액정층 두께의 1배 ∼ 2배가 적격이다. 카이럴피치가 액정층 두께보다 작을 경우에는 액정층의 토션각이 원하는 값보다 180°커져 버리기 때문이다. 또, 반대로 카이럴피치가 액정층 두께의 2배보다 클 때에는 액정층의 토션각이 원하는 값보다 180°작아져버리는 경우가 있기 때문이다.
(실시예 16)
상기 실시예 13 ∼ 실시예 15에서는 액정표시장치의 구동전압영역을 전압 - 휘도특성으로 규정하였으나, 이 실시예에서는 액정분자의 평균경사각으로 규정한다. 즉 액정표시장치에의 전압인가에 의해 휘도레벨이 변화하지만, 이것은 액정분자의 경사각의 변화로 기인한 것이다. 따라서, 구동전압영역을 전압 - 휘도 특성으로 규정하는 외에, 액정분자의 평균경사각에 의해서도 규정하는 것이 가능하다. 그래서, 본 실시예에서는 액정표시장치의 구동전압영역을 액정분자의 평균경사각에 의해 규정하였다.
이하, 구체적으로 설명한다.
실시예 13의 액정표시장치 C 를 사용하여 액정표시장치 C 의 다이렉터분포를 계산하였다. 인가전압은 0V 에서 10V 까지 1V 마다 변화시켰다. 실험결과를 도 24 및 도 25에 나타낸다. 또한, 도 24는 기판 평면에 대한 액정분자의 경사각을 나타내고, 도 25는 액정배향방위를 나타낸고 있다. 도 24에 있어서 라인 X0 은 인가전압 0V 를 인가한 경우를 나타내고, 이하 마찬가지로 라인 X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10 은 각각 인가전압 1V, 2V, 3V, 4V, 5V, 6V, 7V, 8V, 9V, 10V 를 인가한 경우를 나타낸다. 또 도 25에 있어서 라인 Y0 은 인가전압 0V 를 인가한 경우를 나타내며, 이하 마찬가지로 라인 Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, Y10 은 각각 인가전압 1V, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10 를 인가한 경우를 나타낸다.
이 도 24 및 도 25에서 인가전압이 2V 까지는 액정분자의 경사각 및 액정배향방위의 변화는 매우 작고, 3V 이상이 되면 액정분자의 경사각 및 액정배향방위의 변화가 크다는 것이 이해된다. 이와 같은 인가전압에 대응하는 액정분자의 경사각 및 액정배향방위의 변화의 상위로 인하여, 액정표시장치 C 의 전압 - 휘도 특성이 도 21에 나타낸 바와 같이 2.5V 전후에서 휘도레벨의 구배가 변화하는 것이라고 생각된다. 따라서 구동전압영역을 규정함에 있어서, 전압 - 휘도 특성으로 규정하는 경우의 전압영역과 동일한 전압영역을 액정분자의 평균 경사각에 의해서도 규정할 수 있다는 것이 이해된다.
그래서 상기 소견에 의거하여 본 발명자는 각 인가전압에 대한 액정분자의 평균 경사각을 계산하였다. 그, 결과를 도 26에 나타낸다. 도 20 및 도 26에서 인가전압 2.5V 에 대응하는 액정분자의 평균경사각은 10°이다. 따라서 액정토션각이 160°∼ 200°의 액정표시장치에 있어서는 액정분자의 평균경사각이 10°이상의 영역에서 표시가 가능하다는 것을 알 수 있다. 10° 미만의 경우에는 충분한 휘도를 얻을 수 없고 실용적인 콘트라스트비도 얻을 수 없다.
(실시예 17)
상기 실시예 16에서는 액정토션각(ω)의 범위가 160°∼ 200°의 액정표시장치에 있어서 구동전압영역을 액정분자의 평균경사각에 의해 규정하였으나, 이 실시예 17에서는 액정토션각(ω)의 범위가 250°∼ 290°의 액정표시장치에 있어서 구동전압영역을 액정분자의 평균경사각에 의해 규정하였다. 이와 같은 실시예 17에 관한 액정표시장치에 있어서도 실시예 16과 동일한 효과를 얻었다.
다음에 구체적으로 설명한다.
실시예 15에서 작성한 액정표시장치 E4 에 있어서의 다이렉터분포를 인가전압을 0V 에서 10V 까지 1V 마다 변화시켜서 계산한 결과를 도 27 및 도 28에 나타낸다. 도 27은 기판 평면에 대한 액정분자의 경사각을 나타내며, 도 28은 액정배향방위를 나타내고 있다. 또 도 29는 각 인가전압에 대한 액정분자의 평균경사각을 계산한 것이다. 도 22 및 도 29에서 인가전압 3.6V 에 대응하는 액정분자의 평균경사각은 20°이다. 따라서 액정토션각이 250°∼ 290°의 액정표시장치에 있어서는 액정분자의 평균경사각이 20°이상의 영역에서 표시가 가능하다는 것을 알 수 있다. 20°미만인 경우에는 충분한 흑색표시를 할 수 없고, 실용적인 콘트라스트비가 얻어지지 않는다.
(실시예 18)
상기 실시예 13 ∼ 17에서는 토션액정셀이 사용되었으나, 이 실시예 18에서는 액정토션각(ω)이 0°인 스프레이배향 액정셀을 사용하는 것을 특징으로 하는 것이며, 기타의 구성은 실시예 13의 액정표시장치 C 와 같다. 따라서 이 실시예의 액정표시장치 F 는 종래의 OCB 모드의 액정셀에 흑색색소를 봉입한 액정셀이 사용되는 점과, 편광축이 기판의 러빙방향과 대략 평행으로 되도록 편광판을 배치한 점에서 상위하다. 또, 본 실시예는 게스트호스트효과에 의한 표시모드로서 종래의 OCB 모드로 채용되어 있는 복굴절모드가 아닌 점에서 상위하다. 이 실시예 18에 관한 액정표시장치 F 를 다음과 같은 방법으로 제작하였다.
(1) 투명전극(102),(107)을 가진 2매의 유리기판(101),(108) 위에 니혼고세이(日本合成)고무(주)제인 프리이미드 타입의 폴리이미드 배향막 도료 AL-5062 를 스핀코트법으로 도포하고, 180℃ 의 항온조내에서 1시간 경화시킨다.
(2) 레이온제 러빙포(布)를 사용하여 도 30에 나타낸 방향으로 러빙처리를 한다. 또한, 도 30에 있어서 참조부호 121 은 출사광측 기판(101)의 러빙방향을 나타내고, 참조부호 122 는 입사광측 기판(108)의 러빙방향을 나타내고, 참조부호 123 은 편광판(109)의 편광축 방향을 나타내고 있다. 이 실시예 18에서는 액정토션각(ω)= 0°로 하므로 기판(1)의 러빙방향(121)과 유리기판(108)의 러빙방향(122)은 동일방향으로 되어 있다.
(3) 세키스이(積水)파인케미컬(주)제의 스페이서(104) 및 스토락토본드 352A(미쓰이도아쓰가가쿠(주)제인 시일수지 상품명)를 사용하여 기판 간격이 14μm가 되도록 맞붙여서 속이 빈 액정셀(110)을 제작하였다.
(4) 카이럴재료를 포함하지 않은 짓소(주)제인 정(正)의 네마틱액정 LIXON-5052(NI점 = 104도, △n = 0.102) 100중량부와 미쓰비시가가쿠(주)제인 흑색색소 S-466 의 1중량부를 진공주입법으로 속이 빈 액정셀(110)에 주입하였다.
(5) 편광판(109)을 도 30과 같이 기판의 러빙방향(121),(122)과 편광판의 편광축방향(123)이 일치하도록 액정셀(110)에 맞붙여서 액정표시장치 F 를 제작하였다.
다음에 정법(定法)에 따라 본 발명의 액정표시장치 F 의 전압 - 휘도 특성을 30Hz 직사각형파를 인가하면서 측정하였다. 그 결과를 도 31에 나타낸다. 전압무인가상태에서는 액정층은 스프레이배향을 나타내고 있으나, 약 2.3V 부근에서 벤드배향으로 전이하였다. 도 31에 있어서 구동전압이 1.8V 에서 12V 의 영역에서 표시를 하였을 때의 콘트라스트비는 80 : 1 이었다. 또, 2.3V 에서 2.8V 로 전압을 변화시켰을 때의 상승응답시간과 하강응답시간의 합은 30msec 이었다.
다음에 10V 와 1.8V 로 구동했을 때의 휘도비(콘트라스트비)가 5 : 1 이상이 되는 시야각 범위를 도 32에 나타낸다. 도 32에서 명백한 바와 같이 본 실시예의 액정표시장치 F 는 상하 120°, 좌우 160° 이상의 넓은 시야각 특성을 가지고 있어, 그 실용적 가치는 매우 크다.
또 본 실시예의 액정표시장치 F 를 2V ∼ 8V 의 영역에서 구동시켰을 때의 표시특성의 시야각 의존성을 관찰한 바, 계조반전은 전혀 볼 수 없었다.
이와 같이 본 실시예에서는 전압인가에 의해 액정층이 벤드배향을 취하는 스프레이배향 액정셀을 사용하고, 또한 액정층에 색소를 봉입함으로써, 종래의 OCB 모드와 마찬가지로 고속응답 및 넓은 시야각특성을 갖는 동시에, 복굴절모드를 채용하는 종래의 OCB 모드의 과제인 시각에 의한 표시색상의 시야각 의존성을 해소할 수 있고, 또 복굴절모드가 아니므로 위상보상층을 설치할 필요가 없는 등 우수한 이점을 가지고 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는 흑색표시때만 프리데릭스 임계전압 이하의 전압을 인가하였으나, 고콘트라스트표시가 그다지 요구되지 않는 경우에는 도 31에 있어서의 2.3V 부근보다 고전압측에서만 표시를 하여도 된다.
(실시예 19)
도 33은 본 발명의 실시예 19에 관한 애정표시장치의 단면도이다. 본 실시예에 관한 액정표시장치 G 는 반사판(140)을 구비한 반사형 액정표시장치이다. 도 33에 있어서, 도 18에 나타낸 액정표시장치 C 와 공통의 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙인다. 이 액정표시장치 G 는 기본적으로는 실시예 18의 구성에 반사판(140)을 설치한 것이다. 단, 액정표시장치 G 의 액정층(105)에는 카이럴재료가 첨부되어 있는 점에 있어서 실시예 18의 액정표시장치 F 와 상위하다. 이와 같이 카이럴재료를 첨가함으로써 초기의 액정분자의 배향상태에서 토션을 포함하는 벤드배향상태로 신속하게 이행시킬 수 있어서 응답성을 보다 높일 수 있다. 또한, 이 경우 액정은 중앙부에 토션배향이 존재하는 벤드배향으로 되지만 시야각의 확대에 관하여 실시예 18과 동일한 효과가 얻어진다.
이와 같은 액정표시장치 G 는 다음 방법으로 제작하였다.
(1) 투명전극(102),(107)을 가진 2매의 유리기판(101),(108) 위에 니혼고세이고무(주)제인 프리이미드타입의 폴리이미드 배향막 도료 AL-5062 를 스핀코트법으로 도포하고, 180℃ 의 항온조내에서 1시간 경화시킨다.
(2) 레이온제의 러빙포(布)를 사용하여 액정토션각(ω)을 0°로 하기 위해 유리기판(101)과 유리기판(108)의 러빙방향을 동일한 방향으로 하여 러빙처리를 하고, 세키스이파인케미컬(주)제의 스페이서(104) 및 스토락토본드 352A(미쓰이도아쓰가가쿠(주)제품인 시일수지의 상품명)를 사용하여 기판 간격이 10㎛ 가 되도록 맞붙여서 속이 빈 액정셀(110)을 제작하였다.
(3) 카이럴피치가 20㎛ 로 되도록 조제한 짓소(주)제인 정(正)의 네마틱액정 LIXON - 5052(NI점 = 104도, △n = 0.102) 100중량부와 미쓰비시가가쿠(주)제의 흑색색소(S-466) 1중량부를 진공주입법으로 속이 빈 액정셀(110)에 주입하였다.
(4) 편광판(109)을 기판의 러빙방향과 편광판의 편광축방향이 일치하도록 액정셀(110)에 맞붙이고, 다시 반사판(140)을 액정셀(110)에 맞붙여 애정표시장치 G 를 제작하였다.
다음에 정법에 따라, 본 발명의 액정표시장치 G 의 전압 - 휘도 특성을 30Hz 직사각형파를 인가하면서 측정한 바, 정면에서의 콘트라스트비 30 : 1이 얻어졌다.
또, 액정표시장치 G 를 8계조 표시했을 때의 계조간 응답은 모두 30msec 이하이고, 또한 색상의 시각의존성도 인지할 수 없었다. 또, 실시예 18과 마찬가지로 콘트라스트비가 5 : 1 이상의 시야각 영역을 측정한 바, 상하 100°, 좌우 115°의 넓은 시야각 특성이 얻어져서 그 유용성이 확인되었다.
또한, 상기 실시예 13 ∼ 19에 있어서는 편광판(109)을 액정셀(110)의 입사광측에 설치하였으나, 출사광측에 설치해도 된다.
(실시예 20)
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 벤드배향으로의 전이에 필요한 에너지가 커져서 상기 전이가 용이하지 않게 되어 버린다. 따라서 상기 전이가 용이하게 일어나는 범위내에서 청색에 대응하는 프리틸트각을 설정할 필요가 있다.
한편, 적색에 대응하는 프리틸트각이 최대로 되는 것인데, 프리틸트각 그 자체를 너무 큰 값으로 하는 것은 적정한 벤드배향에 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 프리틸트각이 커지는 것이다.
(3) 상기 레지스트를 제거한 후, 전체면에 대하여 통상의 러빙처리를 한다.
(4) 또한, 포토마스크를 사용하여 청색화소 대응부만 선택적으로 360㎚ 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 조사에너지 등을 조정함으로써, 여러가지 각도로 프리틸트각을 제어할 수 있다. 실제로 상기 방법에 의해 형성한 액정표시장치에 의하면, 청색화소 대응부의 프리틸트각은 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 34에 나타낸다. 도 34에서도 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 20에서는 위상보상판을 사용하지 않고 있으나, 위상보상판을 사용한 경우에도 동일한 효과가 얻어지는 것은 명백하다.
또한, 상기 실시예 19에서는 반사형 액정표시장치에 대하여 설명하였으나, 반사판을 생략한 투과형 액정표시장치에 대해서도 적합하게 실시할 수 있다. 또, 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, 화소전극 또는 대향전극의 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 되는 노말리화이트모드 또는 노말리블랙모드의 액정표시장치 등 여러가지 방식의 액정표시장치에 적용가능하다.
또, 각 구성요소의 재료 등은 상기에 한하지 않고 여러가지의 것을 사용해도 된다. 예를들면 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 여러가지로 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 벤드배향을 형성시킴으로써 광의 투과율을 변화시켜서 표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 화소전극 및 대향전극의 적어도 한쪽 표면에 그 고프리틸트각 영역의 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하도록 배향처리된 고프리틸트각 영역을 가지고 있음으로써, 낮은 전기에너지로도 스프레이배향에서 벤드배향으로의 전이가 신속하고도 확실하게 행해진다. 또, 액정이 카이럴제를 함유함으로써 역시 상기 전이가 용이하게 행해진다.
또, 액정내의 액정분자의 토션각이 160°이상, 200°이하이고, 액정표시장치의 구동전압 - 투과율 특성에 있어서의 투과율의 극치(極値)(극대치와 극소치)를 부여하는 전압보다 높은 구동전압이 화소전극과 대향전극 사이에 인가됨으로써, 벤드배향을 형성하지 않고 벤드배향이 형성된 경우와 동일한 고속 응답성을 가진 액정표시장치를 얻을 수 있다.
또, 화소전극에 대응하는 영역이 서로 다른 방향의 벤드배향이 형성되는 최소한 2개의 영역으로 분할되어 있음으로써, 벤드배향이 본래 가지고 있는 시야각의 자체 보상성이 서로 다른 복수의 방향에서 작용하므로, 여러가지 방향으로부터의 양호한 시인성(視認性)이 얻어진다.
또, 액정층이 색소 또는 안료를 함유하는 동시에 소정의 고전압측영역으로서 구동을 행함으로써, 게스트호스트효과에 의한 표시모드로 되므로, 시각에 의한 표시색상의 시야각 의존성을 해소할 수 있는 동시에 위상보상층을 설치하지 않고 넓은 시야각이 얻어지는 한편, 벤드배향과 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 (38)

  1. 화소전극과, 대향전극과, 이들 전극 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 화소전극 및 대향전극의 각 표면이 그 표면 부근의 액정분자에 소정의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리되어 있고, 상기 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 화소전극 및 대향전극의 최소한 한쪽의 표면에 그 고프리틸트각 영역의 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 고프리틸트각 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고프리틸트각 영역은 그 주위보다 10° 이상 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고프리틸트각 영역은 15° 이상의 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고프리틸트각 영역은 70° 이상의 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 상기 화소전극을 가지며, 상기 프리틸트각 영역은 각 화소전극에 대하여 최소한 하나 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고프리틸트각 영역은 그 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 배향막 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고프리틸트각 영역에는 그 주위보다 큰 프리틸트각을 액정분자에 부여하는 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 액정이 카이럴제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 화소전극과, 대향전극과, 이들 전극 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,
    상기 화소전극 또는 대향전극의 표면 부근의 액정분자에 제1의 프리틸트각을 부여하는 제1의 배향막 재료와 상기 제1의 프리틸트각보다 큰 제2의 프리틸트각을 부여하는 제2의 배향막 재료와의 혼합물을 함유하는 막을 상기 화소전극 및 대향전극의 적어도 한쪽의 표면에 형성하는 공정과, 상기 막내의 제1의 배향막 재료와 제2의 배향막 재료의 상분리시키는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 화소전극과, 대향전극과, 이들 전극 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜서 표시를 하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,
    상기 화소전극 또는 대향전극의 표면 부근의 액정분자에 제1의 프리틸트각을 부여하는 제1의 배향막 재료를 함유하는 배향막을 상기 화소전극 및 대향전극의 적어도 한쪽의 표면에 형성하는 공정과, 상기 제1의 배향막 재료를 함유하는 배향막 위에 부분적으로 상기 제1의 프리틸트각보다 큰 제2의 프리틸트각을 부여하는 제2의 배향막 재료를 함유하는 배향막을 형성하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  11. 화소전극과, 대향전극과, 이들 전극 사이에 설치된 액정과, 위상보상층을 가지며, 상기 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치에 있어서, 상기 액정이 카이럴제를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 카이럴제는 상기 액정에 5㎛ 이상, 100㎛ 이하의 카이럴피치를 부여하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 카이럴제는 상기 액정에 7㎛ 이상, 40㎛ 이하의 카이럴피치를 부여하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 화소전극이 형성된 제1의 기판과, 대향전극이 형성되고 상기 제1의 기판에 대향하여 배치된 제2의 기판과, 상기 제1의 기판과 제2의 기판 사이에 설치된 액정과, 상기 제1의 기판 및 제2의 기판의 외측을 협지하도록 배치되고 편광축이 서로 직교하는 제1의 편광소자 및 제2의 편광소자와, 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 구동전압을 인가하는 구동회로를 가진 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정내의 액정분자의 토션각이 160°이상, 200°이하이고, 상기 구동회로는 액정표시장치의 구동전압 - 투과율 특성에 있어서의 투과율의 극대치를 부여하는 몇개의 전압중 가장 높은 전압보다 높은 구동전압을 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 인가하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 화소전극이 형성된 제1의 기판과, 대향전극이 형성되고 상기 제1의 기판에 대향하여 배치된 제2의 기판과, 상기 제1의 기판과 제2의 기판 사이에 설치된 액정과, 상기 제1의 기판 및 제2의 기판의 외측에 배치되고 편광축이 서로 평행한 제1의 편광소자 및 제2의 편광소자와, 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 구동전압을 인가하는 구동회로를 가진 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정내의 액정분자의 토션각이 160°이상, 200°이하이고, 상기 구동회로는 액정표시장치의 구동전압 - 투과율 특성에 있어서의 투과율의 극소치를 부여하는 몇개의 전압중 가장 높은 전압보다 높은 구동전압을 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 인가하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 제1의 기판과 제1의 편광소자 사이 또는 상기 제2의 기판과 제2의 편광소자 사이의 최소한 어느 한쪽에 위상보상층을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 위상보상층은 2축성 위상보상필름인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 위상보상층은 2축성 위상보상필름과 1축성 위상보상필름의 적층체인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  19. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 액정의 카이럴피치가 액정두께의 1배 이상 3배 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 화소전극과, 대향전극과, 이들 전극 사이에 설치된 액정을 가지며, 상기 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜서 표시를 하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 화소전극에 대응하는 영역이 서로 다른 방향의 벤드배향이 형성되는 최소한 2개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 벤드배향의 서로 다른 방향은 서로 직교하는 방향인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 화소전극 및 대향전극에 있어서의 액정측에 각각 배향막이 형성되는 동시에, 상기 배향막에 있어서의 상기 분할된 각 영역에 서로 다른 방향의 배향처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 화소전극에 형성된 배향막 및 대향전극에 형성된 배향막의 각 분할된 영역에 있어서의 각기 서로 대향하는 영역에, 표시면에 평행인 화소전극과 대향전극의 중앙에 평면에 대하여 대칭으로, 또한 표시면에 수직의 평면내에서 각 배향막 부근의 액정분자를 프리틸트시키도록 배향처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  24. 제20항에 있어서, 상기 화소전극 및 대향전극의 외측의 적어도 한쪽에 액정의 배향을 광학적으로 보상하는 위상보상층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  25. 제20항에 있어서, 상기 액정이 카이럴제를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  26. 화소전극과 대향전극 사이에 설치된 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써, 광의 투과율을 변화시켜서 표시를 하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,
    상기 화소전극 및 대향전극에 있어서의 액정측에 각각 배향막을 형성하고, 상기 배향막에 있어서의 상기 화소전극에 대응하는 영역이 분할된 적어도 2개의 영역에 각각 적어도 조사방향(照射方向) 또는 편광방향이 다른 자외선을 조사(照射)함으로써, 서로 다른 방향의 배향처리를 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  27. 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지하고, 또한 액정층내의 액정분자가 상기 1쌍의 기판 사이에서 비틀린 배향상태로 되어 있는 토션액정셀과, 이 액정셀의 입사광측(入射光側) 또는 출사광측(出射光側)의 어느 한 쪽에 설치된 편광판을 가진 액정표시장치로서,
    상기 편광판은 그 편광축이 상기 1쌍의 기판중 입사광측 또는 출사광측의 기판 계면에 존재하는 액정분자의 장축(長軸)과 대략 평행하게 되도록 배치되어 있고, 상기 액정층의 액정토션각이 160°∼ 200°의 범위내의 어느 한 각도로 되고, 또한 상기 액정층이 색소 또는 안료를 함유하며, 상기 액정셀에의 인가전압이 프리데릭스 임계전압을 초과하면 휘도레벨이 완만한 제1의 구배로 상승하고, 그것에 후속하여 제1의 구배보다 급격한 제2의 구배로 상승하는 전압 - 휘도 특성을 가지며, 적어도 이 구배가 급격히 변화하는 변화점에 있어서의 전압보다 고전압측 영역으로 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  28. 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지하고, 또한 액정층내의 액정분자가 상기 1쌍의 기판 사이에서 비틀린 배향상태로 되어 있는 토션액정셀과, 이 액정셀의 입사광측 또는 출사광측의 어느 한쪽에 설치된 편광판을 가진 액정표시장치로서,
    상기 편광판은 그 편광축이 상기 1쌍의 기판중 입사광측 또는 출사광측의 기판 계면에 존재하는 액정분자의 장축과 대략 평행하게 되도록 배치되어 있고, 상기 액정층의 액정토션각이 250°∼ 290°의 범위내의 어느 한 각도로 되고, 또한 상기 액정층이 색소 또는 안료를 함유하며, 상기 액정셀에의 인가전압이 프리데릭스 임계전압을 초과하면, 휘도레벨이 완만한 제1의 구배로 상승하고, 그것에 후속하여 제1의 구배보다 급격한 제2의 구배로 상승하는 전압 - 휘도 특성을 가지며, 적어도 이 구배가 급격히 변화하는 변화점에 있어서의 전압보다 고전압측 영역으로 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  29. 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지하고, 또한 액정층내의 액정분자가 상기 1쌍의 기판 사이에서 비틀린 배향상태로 되어 있는 토션액정셀과, 이 액정셀의 입사광측 또는 출사광측의 어느 한 쪽에 설치된 편광판을 가진 액정표시장치로서,
    상기 편광판은 그 편광축이 상기 1쌍의 기판중 입사광측 또는 출사광측의 기판 계면에 존재하는 액정분자의 장축과 대략 평행하게 되도록 배치되어 있고, 상기 액정층의 액정토션각이 160 ∼ 200°의 범위내의 어느 한 각도로 되고, 또한 상기 액정층이 색소 또는 안료를 함유하며, 액정다이렉터의 평균경사가 기판면에 대하여 10°이상이 되는 구동전압영역으로 표시를 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  30. 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지하고, 또한 액정층내의 액정분자가 상기 1쌍의 기판 사이에서 비틀린 배향상태로 되어 있는 토션액정셀과, 이 액정셀의 입사광측 또는 출사광측의 어느 한 쪽에 설치된 편광판을 가진 액정표시장치로서,
    상기 편광판은 그 편광축이 상기 1쌍의 기판중 입사광측 또는 출사광측의 기판 계면에 존재하는 액정분자의 장축과 대략 평행하게 되도록 배치되어 있고, 상기 액정층의 액정토션각이 250 ∼ 290°의 범위내의 어느 한 각도로 되고, 또한 상기 액정층이 색소 또는 안료를 함유하며, 액정다이렉터의 평균경사가 기판면에 대하여 20° 이상이 되는 구동전압영역으로 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  31. 제27항 내지 제30항중 어느 한 항에 있어서, 상기 색소 또는 안료가 흑색이고, 표시를 하기 위한 구동전압영역이 흑색표시시에만 상기 액정층의 프리데릭스 임계전압 이하의 전압영역으로 표시를 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  32. 러빙방향이 상호 동일방향이 되는 1쌍의 기판 사이에 액정층을 협지한 액정셀과, 이 액정셀의 입사광측 또는 출사광측의 어느 한 쪽에 설치된 편광판을 가진 액정표시장치로서,
    상기 편광판은 그 편광축이 상기 기판의 러빙방향과 대략 평행이 되도록 배치되어 있고, 상기 액정층이 색소 또는 안료를 함유하고, 상기 액정셀은 전압인가시에 벤드배향이 형성되는 벤드배향 액정셀인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 전압인가시에 형성되는 벤드배향은 액정셀 중앙부에 토션을 내포하는 벤드배향인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 액정이 카이럴제를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  35. 복수의 화소를 구성하는 복수의 화소전극과, 대향전극과, 이들 전극 사이에 설치된 액정과 그 컬러필터에 있어서의 상기 각 화소에 대응하는 영역이 각각 복수의 색중 어느 하나를 투과시키는 컬러필터를 가지며, 상기 화소전극 또는 대향전극의 적어도 어느 한 쪽의 표면이 그 표면 부근의 액정분자에 소정의 프리틸트각을 부여하도록 배향처리되어 있고, 상기 액정에 벤드배향을 형성시킴으로써 광의 투과율을 변화시켜 표시를 하는 액정표시장치에 있어서,
    상기 소정의 프리틸트각이 서로 다른 색의 화소마다 상이하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 소정의 프리틸트각은 화소의 색이 서로 다른, 상기 각 화소전극과 상기 대향전극 사이에 동일한 전압이 인가되었을 때에, 상기 각 화소가 동일한 투과율을 갖도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  37. 제1항 내지 제36항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정셀의 출사광측에 반사막을 설치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  38. 제1항 내지 제37항중 어느 한 항에 있어서, 상기 1쌍의 기판중 한 쪽의 기판이 액티브소자를 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
KR1019970045589A 1996-09-04 1997-09-03 액정표시장치및그제조방법 KR100442038B1 (ko)

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