KR19990006946A - 액정표시패널 - Google Patents

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KR19990006946A
KR19990006946A KR1019980022043A KR19980022043A KR19990006946A KR 19990006946 A KR19990006946 A KR 19990006946A KR 1019980022043 A KR1019980022043 A KR 1019980022043A KR 19980022043 A KR19980022043 A KR 19980022043A KR 19990006946 A KR19990006946 A KR 19990006946A
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liquid crystal
crystal display
display panel
cell thickness
htp
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KR1019980022043A
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히로유키 오카다
카즈히로 조텐
Original Assignee
모리시타 요오이찌
마쓰시타 덴키산교 카부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

배향안정성을 향상하고, 표시의 균일성을 향상하며, 표시품질을 향상시킬 수 있는 액정표시패널을 제공한다. 액정재료의 안정배향을 촉진시키는 한편, 비틀림 배향을 유기시킬 수 있는 균일표시 가능한 동시에, 광학특성균형을 향상한다. 특히, 셀두께(d)를 7㎛ 이상으로 하고, 액정분자의 비틀림각을 240。이하로 하여, 안정한 배향여유를 얻을 수 있다.

Description

액정표시패널
본발명은, 화상표시장치의 하나인 액정디스플레이 장치에 사용되고 있는 액정표시패널에 관한 것이다.
액정디스플레이장치는 초기배향 방위에서 다른 배향상태로 변화하는 액정의 광학적특성 변화를 이용한 액정표시패널을 이용한 표시장치이다. 이 액정디스플레이장치는 종래 표시장치에 비해서 저전압구동이 가능하고, LSI에 의한 구동에 적합할 것, 저전력 소비형일 것, 박형 경량화가 가능할 것, 최근 대화면화, 대용량화에 의한 OA, AV기기에 탑재를 목표로한 개발, 상품화되고 있다.
현재, 액정디스플레이장치는, 액정의 전장인가(電場印加)에 의한 배열상태의 변화를 이용한 것, 즉 전기광학특성을 이용한 단순매트릭스방식의 STN형 액정디스플레이장치나, 액티브매트릭스방식의TFT형 액정디스플레이장치등이 각각의 특징에 맞도록 각 상품에 탑재되어 있다. 이상과 같이 액정디스플레이장치에 사용되고 있는 액정표시패널의 기본적인 구조를 나타내는 구성도가 도8에 표시되어 있다. 도8에 있어서, 1은 세그먼트측 유리기판, 2는 커먼측유리기판, 3은 스페이서삽입시일제, 4는 투명전극막으로 형성된 커먼측ITO전극, 5는 투명전극막으로 형성된 세그먼트측 ITO전극, 6은 종블랙매트릭스, 7은 배향막, 8은 스페이서 9는 액정, 10은 컬러필터이다.
이와같이 액정디스플레이장치에 사용되고 있는 액정표시패널은, 투명전극패턴막을 형성한 2매의 유리기판사이에 액정을 사이에 끼운 샌드위치구조를 하고 있다. 투명전극막 위에는 액정을 배향시키기 위하여 고분자박막이 형성되어 있다. STN방식의 액정표시 패널에 있어서는 기판사이의 셀두께(d)는 통상 5∼7㎛ 정도이다. 이 액정표시패널은 고분자박막 상을 러빙(rubbing)하는 것으로 액정의 배향을 제어하고 3∼8°정도의 경사각을 갖는다.
또한 STN방식은, 액정의 복굴절성과 빛의 시광성(施光性)을 이용한 것이고, 2매의 기판사이에서 액정의 배향방향을 180∼270°비틀은 것으로 현저하게 가파른 초기값특성을 얻는 것이 가능하게 되어 있다. 이 때문에 STN방식의 셀두께(d)는 0.05∼0.1㎛의 정밀도를 요한다. 또한, 소정의 셀두께(d)내에서 상기한 각도만큼 액정분자가 비틀리기 때문에, 키랄제를 미량첨가하고, 그로 인하여 일정의 비틀림 액정배향을 유기(誘起)한다. 이 때의 첨가량은, 배향막 및 경사각, 액정재료, 키랄제, 비틀림각도 등에 의해 다르고, 통상 1wt%정도 첨가된다. 액정표시패널의 광학특성은, 액정분자의 복굴절성, 유전율이방성Δε등에 의해 얻을 수 있다. 그 외의 점성, 탄성정수등을 포함하여 사용하는 액정재료의 조성, 그 성분비의 조정에 의해 액정표시패널의 광학특성은 변화한다. 현재 여러 가지 액정재료가 개발되어 있고, 액정재료의 조합에 의해 원하는 특성을 얻는 것이 가능하다. 이 때 액정표시패널을 구동하기 위한 LSI의 내압을 고려한 액정초기값전압, 구동파형, 셀두께(d), 비틀림각, 그 외의 광학특성균형에서, 자연히Δε가 설정된다. 최종적으로 액정의 복굴절율Δn과 액정층의 두께(셀두께)(d)의 곱, Δn×d와, 위상차 필름에 의한 광학보상구성과의 조합에 의해 액정표시패널의 특성을 결정한다. 상기하듯이 STN형 액정디스플레이장치에 사용되는 종래의 액정표시패널은, 그 유리 기판사이에 끼워서 지지되어 있는 네머틱액정분자를 소정의 비틀림각만큼 비틀기 때문에, 통상, 비틀림배향유기를 위한 키랄제로서, 키랄네머틱액정 혹은 콜레스테롤 유도체가 첨가된다. 그러나, 전자의 키랄네머틱액정은, 분자형상 및 화학적, 광학적인 안정성은 네머틱액정에 유사할 것, 상기하듯이 키랄제는 기본적으로 소위 네머틱액정과는 그 성질이 다르기 때문에, 액정표시패널중에서 여러 가지 불합리한점을 발생시킨다.
구체적으로는 키랄제가 그 분자말단기에 대단히 입체성 강한 부제탄소를 갖기 때문에 액정 벌크 또는 계면에서 액정분자의 배향 질서도(秩序度)를 저해하고, 미세한 얼룩표시를 발생시킨다고 하는 문제점을 가지고 있다. 또한 셀두께(d)유지를 위해 사용되는 스페이서 주위의 배향에 대해서도 같은 얼룩표시를 발생한다고 하는 문제점이 있다. 또한 키랄제를 첨가하면, 네머틱액정층에서 등방성액체로 변화하는 온도(Tni점)가 저하하기 때문에 온도특성이 악화하고, 따라서 같은 온도특성을 달성하기 위하여 특성균형(대조(contrast), 응답속도)이 저하하게 되는 문제점이 있다. 본발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 배향안정성을 향상시켜 표시의 균일성을 향상하고, 표시품질을 향상시킬 수 있는 액정표시패널을 제공한다.
상기한 문제를 해결하기 위한 본발명의 액정표시패널은 액정재료의 안정배향을 촉진하는 한편 비틀림배향을 유기하는 것으로 균일표시를 가능하게 하는 동시에 광학특성균형을 향상하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 청구항1 기재의 액정표시패널은 둘레면 위에 형성된 투명전극 패턴 상에 배향처리가 실시된 2매의 기판사이에 액정을 사이에 끼워서 지지한 액정표시패널에 있어서, 상기한 액정에 첨가하는 키랄제의 첨가량을 0.5wt%이하로 하는 한편 키랄제를 1wt% 첨가할 때의 HTP(Helical twist pitch)와 셀두께(d)를 1.1×P ≤ d의 관계식을 만족하는 값으로 한 구성으로 한다. 이 구성에 의하면, 액정표시패널 중에 있어서 배향이 안정하여 표시의 균일성이 향상하고, 따라서 광학특성이 양호하게 된다.
청구항2 기재의 액정표시패널은, 청구항1 기재의 셀두께(d)를 7㎛이상으로 한 구성으로 한다. 이 구성에 의하면 배향여유에 있어서, 피치변동의존성이 감소되고, 그것에 의해 안정한 배향여유를 얻을 수 있다.
청구항3 기재의 액정표시패널은, 청구항 1또는 2 기재의 액정분자가 비틀리는 비틀림각을 240°이하로 한 구성으로 한다. 이 구성에 의하면 배향여유를 넓게 얻을 수 있고, d, P변동에 대해 안정한 배향상태를 유지한다. 이상에 의해 본발명의 액정표시패널은 액정재료의 안정배향을 촉진하는 한편 비틀림 배향을 유기하여 균일표시를 가능하게 하는 동시에 광학특성균형을 향상시킨다.
도 1은 본발명 실시예의 액정표시패널로 평가한 네머틱(nematic)액정에서 등방성액체로 전이온도 변화와 키랄제첨가량과의 관계도이다.
도 2는 동(同) 실시예로 스태틱파형을 인가할 때의 얼룩표시가 없어진 전압을 셀두께(d)를 7㎛, HTP를 5㎛, 비틀림각을 240°로 하고, 그 때의 전압을 0 V로 하여 비교한 비교도이다.
도 3은 동 실시예로 스태틱파형을 인가할 때의 투과율이 가장 낮게될 때의 키랄제첨가량에 대한 절대투과율의 비교도이다.
도 4는 동 실시예로 평가한 네머틱액정에서 등방성액체로 전이온도변화와 d/HTP와의 관계도이다.
도 5는 동 실시예로 스태틱파형을 인가할 때의 얼룩표시가 없어진 전압을 셀두께(d)를 6㎛, HTP를 5㎛, 비틀림각을 250°로 한 경우의 전압을 0 V 로 할 때의 d/HTP의 비교도이다.
도6은 동 실시예로 스태틱파형을 인가한 때의 투과율이 가장 낮은 때의 d/HTP에 대한 절대투과율의 비교도이다.
도7은 동 실시예의 액정표시패널에 있어서 기본형태의 설명도이다.
도8은 동 실시예의 액정표시패널의 기본적인 구조를 나타내는 구성도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 세그먼트측 유리기판 2 : 커먼측유리기판
3 : 스페이서삽입시일제 4 : 커먼측ITO전극
5 : 세그먼트측 ITO전극 6 : 종(縱)블랙매트릭스
7 : 배향막 8 : 스페이서
9 : 액정 10 : 컬러필터
STN(supper twisted nematic)
TFT(thin film transistor)
ITO(Indium tin oxide)
복굴절(birefringence)
시광성(optical rotatory)
초기값(threshold)
키랄네머틱액정(chiral nematic liquid crystal)
부제탄소(asymmertric carbon atom)
등방성액체(Isotropic liquid)
배향(alignment)
전이온도(transition temperature)
키랄네머틱(chiral nematic)
HTP(Helical twist pitch)
SVGA(super video graphics array)
스태틱(static)
등방성액체(Isotropic liquid)
전이온도(transition temperature)
이하, 본발명의 실시예를 나타내는 액정표시패널에 대해서, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 여기에서 도8에 나타내듯이 구성된 액정표시패널을 이용하여 설명하지만 이 액정표시패널의 기본적인 구조에 관해서, 그 개략은 종래의 기술에서 이미 설명하였기 때문에, 여기에서 설명은 생략한다.
도7은 본실시예와 비교예의 설명도이다. 이 도7은 샘플로서 이용한 액정표시패널에 있어서 조건 일람 및 균일성감응평가결과를 나타낸다. 도7에 나타내듯이 액정재료로서는 각 액정표시패널의 전체에 공통으로 에스테르계 키랄네머틱을 첨가하고, 그 때의 HTP가 각각 5㎛, 5.5㎛, 6㎛, 7㎛의 유전이방성이 정(正)의 네머틱액정을 이용하였다. 또한, 굴절율이방성Δn은 전체 0.14이고, 셀두께(d)는 6㎛ 또는 7㎛로서, Δn×d의 값은 0.84, 비틀림각은250° 또는 240°로 하였다. 이상과 같은 상태에 의해서 11.3형의 SVGA표시패널을 구성하고, 이 SVGA표시패널에 1/300효율(duty), 1/18바이어스(bias), 120Hz의 구동파형을 인가하고, 흑색바탕모드(normally black) 구성으로 균일성의 시각 감응평가를 실시하였다. 이 평가결과를 도7의 최하단에 나타낸다. 즉, 균일성 난에 나타내듯이, 최상의 조건은 키랄네머틱이 0.393(wt%)첨가된 경우에서, HTP가 각각 5㎛, 셀두께(d)가 7㎛의 경우이다. 또한, 비틀림각은 250°와 240°에서 최상이 되지만, 가장 적합한 것은 240°이하이다. 불량은 키랄네머틱이 0.642(wt%)첨가된 경우에서 HTP가 각각 7㎛, 셀두께(d)가 6㎛의 경우이다. 또한 키랄네머틱의 첨가가 0.458 또는 0.504(wt%)에서, HTP가 5또는 5.5㎛, 셀두께(d)가 6㎛의 경우는 양호하였다.
이 SVGA표시패널에, 스태틱한 64Hz의 구동파형을 인가하여 시각으로 미세한 얼룩이 소실하는 전압의 비교를 행하고, 네머틱액정에서 등방성액체로 전이온도(Tni)가 키랄제 첨가 전과 첨가 후에 어떤 변화가 일어나는지도 측정하였다. 이 측정결과는 도1에서 도6에 나타내다.
도1은 본실시예로 평가한 액정표시패널에 있어서, 네머틱액정에서 등방성액체로 전이온도변화와 키랄제첨가량과의 관계도이다. 등방성액체로 전이온도변화와는 키랄제를 첨가하지 않은 경우의 네머틱액정에서 등방성액체로 전이하는 전이온도와 키랄제를 첨가한 경우의 전이온도를 비교한 값이다. 전이온도가 낮게되면 액정성능이 열화하게 된다. 따라서, 이 전이온도변화가 작은쪽이 액정표시패널로서는 우수하고 도1은 전이온도의 수치가 작을수록 액정표시패널의 성능이 우수하다. 따라서, 키랄제의 첨가향이 작은쪽이 성능이 양호한 결과를 얻었다. 또한 도면 중의 「d=6」은 6㎛의 셀두께를 나타내고, 「250°비틀림」은 비틀림각이250°의 액정을 이용한 것을 나타내고 있다. ＋는 셀두께7㎛, 비틀림각250°의 액정을 이용한 액정표시패널을 나타내고, ◇는 셀두께 7㎛, 비틀림각240°의 액정을 이용한 액정표시패널을 나타내고 있다.
도2는 본실시예의 액정표시패널에 있어서, 스태틱파형을 인가한 때의 얼룩표시가 사라진 전압과 HTP와 셀두께(d)와의 관계를 표시한 비교도이다. ◇의 조건(셀두께(d)가 7㎛, HTP가 5㎛, 비틀림각이 240°)의 때, 얼룩표시가 없는 전압을 인가할 필요가 없기 때문에 0V이다. ＋조건의 때, 얼룩표시가 발생하기 때문에 ◇조건보다 0.01V만 전압을 인가할 필요가 있다. □ 조건일 때는 얼룩표시가 없기 때문에 ◇조건보다 0.03V만 전압을 인가하고 있다. 도1에서 HTP가 5㎛전후, 셀두께(d)를 7㎛, 비틀림각이 240°의 조건이 가장 좋은 것을 알 수 있다.
도3은 본실시예의 액정표시패널에 있어서, 스태틱파형을 인가한 때 가장 빛의 투과율이 낮게 될 때의 키랄제첨가량에 대한 절대투과율의 비교도이다. 절대투과율은 가장 투과율이 낮게 된 액정표시패널을 투과하는 빛의 양과, 투과 전의 빛의 양과 비교이다. 절대투과율이 작은쪽이 명암이 확실히 우수한 패널이다. 도3에 표시하듯이 키랄제의 첨가량이 작은쪽이 절대투과율이 낮게된다. 또한 셀두께(d)는 6㎛보다 7㎛쪽이 좋고, 비틀림각이250°보다240°쪽이 좋다.
도4는 본실시예에서 평가한 액정표시패널에 있어서, 네머틱액정에서 등방성액체로 전이온도변화와 d/HTP와의 관계도이다. 또한 d/HTP의 1.1의 점에서 전이온도변화가 가장 크게 되었다.
도5는 본실시예의 액정표시패널에 있어서, 스태틱파형을 인가한때 얼룩표시가 사라진 전압과, d/HTP와의 관계를 나타낸 관계도이다. 셀두께(d)를 6㎛, HTP를 5㎛(d/HTP=1.2), 비틀림각을 250°로 한때 얼룩표시가 없고, 얼룩표시를 제거한 전압은 0V이다. 이 도에서 알 수 있듯이, d/HTP가 1.1이상 시에 전압변화가 0으로 얼룩표시가 없고, 성능이 좋다. 그러나 d/HTP가 1.1이하 시에 얼룩표시가 발생하기 때문에 얼룩표시를 없애기 위한 전압을 인가하지 않으면 안된다.
도6은 본실시예의 액정표시패널에 있어서, 스태틱파형을 인가하여 가장 투과율이 낮게된 절대투과율과 d/HTP의 값과의 비교도이다. 절대투과율은 도3에서 설명하였듯이, 투과율이 작은쪽이 빛의 투과가 작고, 명암의 차가 확실히 우수한 액정표시패널이 된다. 따라서, d/HTP가 1.1이상이면 우수한 액정표시소자이다.
(실시결과1)
도7에서 알수 있듯이, 키랄제 첨가량을 억제하여 균일성 및 배향안정성이 확인되고, 더욱이 Tni의 변화도 작게할 수 있기 때문에, 특성균형을 쉽게 달성할 수 있다. 이 경우, 키랄제 첨가량을 0.5wt%이하로 억제하는 한편(d/HTP) ≥ 1.1로 제어 하면 그 효과가 확인된다.
(실시결과1)
액정Δn을 조정하는 것만으로 Δn×d, 배향여유, HTP(5㎛)는 공통으로 하고, 셀두께(d)를 7㎛, 비틀림각을 240°로 하여 실시결과1과 같은 평가를 하였다. 그 결과, 셀두께(d)를 두껍게 할수록 또한 비틀림각을 작게 할수록 배향여유를 넓힐 수 있고, 그로 인하여 균일성이 높게되는 것이 확인되었다. 또한 효과는 (d/HTP) ≥ 1.1 제어하여 효과를 높일 수 있다.
이상과 같이 배향안정성과 표시의 균일성이 향상하는 동시에 표시품질을 향상시킬 수 있다. 특히 셀두께(d)를 7㎛이상으로 하고 액정분자의 비틀림각을 240°이하로 하여 안정한 배향여유를 얻을 수 있다. 이로 인하여 상기의 효과를 한층 향상시킬 수 있다.
또한 상기한 각 실시예는 키랄제로서의 에스테르계 키랄네머틱 액정을 이용한 경우에 대해서 기재하였지만, 비페닐계등 그 외의 여러 종류의 키랄제에 대해서도 같은 효과가 확인되었다.
본발명의 청구항1 기재의 액정표시패널은 둘레면 위에 형성된 투명전극 패턴 상에 배향처리가 실시된 2매의 기판사이에 액정을 사이에 끼워서 지지한 액정표시패널에 있어서, 상기한 액정에 첨가하는 키랄제의 첨가량을 0.5wt%이하로 하는 한편 키랄제를 1wt% 첨가할 때의 HTP(Helical twist pitch)와 셀두께(d)를 1.1×P ≤ d의 관계식을 만족하는 값으로 한 구성으로 한다. 이 구성에 의하면, 액정표시패널 중에 있어서 배향이 안정하여 표시의 균일성이 향상하고, 따라서 광학특성이 양호하게 된다.
청구항2 기재의 액정표시패널은, 청구항1 기재의 셀두께(d)를 7㎛이상으로 한 구성으로 한다. 이 구성에 의하면 배향여유에 있어서, 피치변동의존성이 감소되고, 그것에 의해 안정한 배향여유를 얻을 수 있다.
청구항3 기재의 액정표시패널은, 청구항 1또는 2 기재의 액정분자가 비틀리는 비틀림각을 240°이하로 한 구성으로 한다. 이 구성에 의하면 배향여유를 넓게 얻을 수 있고, d, P변동에 대해 안정한 배향상태를 유지한다. 이상에 의해 본발명의 액정표시패널은 액정재료의 안정배향을 촉진하는 한편 비틀림 배향을 유기하여 균일표시를 가능하게 하는 동시에 광학특성균형을 향상시킨다.

Claims (3)

  1. 둘레면 위에 형성된 투명전극 패턴 상에 배향처리가 실시된 2매의 기판사이에 액정을 사이에 끼워 지지한한 액정표시패널에 있어서, 상기한 액정에 추가하는 키랄제의 첨가량을 0.5wt% 이하로 하는 한편, 키랄제를 1wt% 첨가할 때의HTP 와 셀두께(d)를, 1.1×P ≤d의 관계식을 충족하는 값으로 한 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 셀두께(d)를 7㎛ 이상으로 한 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 액정분자가 비틀리는 비틀림각을 240。이하로 한 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
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