KR890003232B1 - 액정표시소자 - Google Patents

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KR890003232B1
KR890003232B1 KR1019840005039A KR840005039A KR890003232B1 KR 890003232 B1 KR890003232 B1 KR 890003232B1 KR 1019840005039 A KR1019840005039 A KR 1019840005039A KR 840005039 A KR840005039 A KR 840005039A KR 890003232 B1 KR890003232 B1 KR 890003232B1
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Abstract

내용 없음.

Description

액정표시소자
제1도는 시분할특성의 정의에 사용되는 액정표시소자의 전압휘도 특성을 표시한 설명도.
제2도는 시분할구동특성의 측정방향을 정의하는 설명도.
제3도는 시분할구동을 설명하는 도면.
제4도, 제5도 및 제6도는 본 발명의 액정표시소자의 액정분자의 배열방향, 액정의 비틀림방향 및 편광판의 축의 방향관계의 일실시예를 표시한 설명도.
제7도는 마찰방향과 액정분자의 배열을 설명하는 도면.
제8도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 액정분자의 배열방향, 액정분자의 비틀림방향 및 편광판의 축의 방향관계를 표시한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정표시소자 2, 6 : 상측 전극기판의 마찰방향
3, 7 : 하측 전기기판의 마찰방향 4, 10 : 액정분자의 비틀림방향
8 : 상측 편광판의 흡수측 혹은 편광축방향
9 : 하측 편광판의 흡수축 혹은 편광축방향 17 : 액정분자
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 우수한 시분할구동특성을 가진 전계효과형 액정표시소자에 관한 것이다.
종래의 액정표시소자를 트위스테드 네마틱형이라 불리우는 것은, 2매의 전극기판 사이에 +의 유전율 이방성을 가진 네마틱 액정에 의한 90도 비틀린 나선구조를 가지며, 또한 양 전극기판의 외측에는 편광판을 그 편광축(혹은 흡수축)이 전극기판에 인접하는 액정분자에 대하여 직교 혹은 평행이 되도록 배치하는 것이었다.
2매의 전극기판 사이에서 액정분자가 90도 비틀린 나선형상 구조를 이루도록 배향시키려면, 예를들면 전극기판의 액정에 접하는 표면을 헝겊등으로 한쪽방향으로 문지르는 방법, 즉 마찰법에 의해서 이룩된다. 이때의 문지르른 방향, 즉 마찰방향이 액정분자의 배열방향이 된다. 이와같이해서 배열처리된 2매의 전극기판을 각각의 마찰방향이 서로 대체로 90도로 교차하도록 간극을 갖게해서 대향시켜, 2매의 전극기판을 시일제로써 접착하고, 그 간극에 +의 유전이방성을 가진 네마틱 액정을 봉입하면, 액정분자는 그 전극기판 사이에서 대체로 90도 회전된 나선형상 구조의 분자배열을 한다. 이와 같이해서 구성된 액정셀의 상하에는 편광판이 착설되나, 그 편광축 혹은 흡수축은 각각의 전극기판에 인접하는 액정분자의 배열방향과 대체로 평행으로 한다. 여기서, 이하의 설명에 필요한 시분할구동특성을 나타내는 양의 정의에 대해서 간단히 설명한다.
제1도는 종래의 90도 비틀린 액정분자의 나선구조를 가진 액정표시소자의 전형적인 전압-휘도특성을 표시하고 있다. 이것은 인가전압에 대한 반사휘도의 상대값을 취한 것이며, 휘도의 초기값을 100%, 최종값(인가전압이 충분히 클때의 값)을 0%로 하고 있다. 일반적으로는 상대휘도가 90%가 되는 전압을 최저한계치(Vth), 10%가 되는 전압을 포화치(Vsat)로 해서 액정특성의 가늠으로 한다. 그러나, 실용상으로는 90% 이상이면 화소는 충분히 밟고 액정은 비점등상태, 50% 이하이면 화소는 충분히 어둡고, 액정은 점등상태로 해서 되며, 이하 본 명세서에 있어서는, 상대휘도가, 90%, 50%가 되는 전압을 각각, 최소한계치 전압(Vth), 포화전압(Vsat)으로 한다.
또한 액정표시소자의 전기광학특성은, 보는 방향에 따라서도 변하고, 이 특성이 양호한 표시품질을 얻어지는 시야를 제한하고 있다.
여기서 시각각도(ø)의 정의를 제2도에 의해서 설명한다. 도면에 있어서, 액정표시소자(1)의 상측 전극기판(11)의 마찰방향을(2), 하측 전극기판(12)의 마찰방향을 (3)으로 하고, 액정분자의 비틀림 각을 (4)로 한다. 또 액정표시소자(1)의 표면에 직교 좌표 X, Y를 취하고, X축방향을 액정분자의 비틀림 각(4)을 2등분하는 방향으로 규정하고, Z축을 XY면의 법선방향으로 정하여, 관찰방향(5)이 Z축과 이루는 각도를 시각각도(ø)로 한다. 또한, 이 경우 간단히 하기 위하여 관찰방향(5)은 XZ면내에 있는 것으로 가정한다. 또, 제2도에 표시된(ø)를 ＋으로하고, 이와 같은 방향으로부터 본 경우, 콘트라스트가 높아지므로, 이와 같은 방향을 시야방향이라 한다.
제1도에 있어서, 각도 ø=10도의 휘도가 90%가 되는 전압을 (Vth1), 50%가 되는 전압을 (Vsat1)로 하고, 각도 ø=40도의 휘도가 90%가 되는 전압을 (Vth2)로 했을때, 상승특성(γ), 각도특성(
Figure kpo00001
ø) 및 시분할능(m)을 다음식과 같이 정의한다.
Figure kpo00002
Figure kpo00003
Figure kpo00004
종래의 액정표시소자의 시분할구동특성은, 액정의 굴곡율 이방성을 (
Figure kpo00005
n), 상하 전극기판 사이의 간극을(d)로 하였을 경우(
Figure kpo00006
n·d)에 의존하고 있으며, (
Figure kpo00007
n·d)가 큰 경우(예를들면 0.8㎛ 이상)에는 γ가 좋고(작고), (
Figure kpo00008
ø)가 나쁘다(작다). 한편, (
Figure kpo00009
n·d)가 작은 경우(예를 들면 0.8㎛ 이하)에는 (n)가 나쁘고(크고), (
Figure kpo00010
ø)가 좋다(크다). 그러나, 시분할능(m)에서 비교한 경우에는, (
Figure kpo00011
n·d)가 작은쪽이 좋다. 이상의 구체적인 예를 표1에 표시한다.
[표 1]
Figure kpo00012
여기서 시분할구동에 대해서, 도트매트릭스 디스플레이를 예로 들어서 간단히 설명한다. 제3도에 표시한 바와같이 하측 전극기판(12)에 스트라이프형상의 Y전극(신호전극)(13)을, 상측 전극기판(11)에 X전극(주사전극)(14)을 형성하여, 문자등의 표시는, X, Y 양전극의 교점부의 액정을 점등 혹은 비점등으로 해서 행한다. 도면에 있어서 n개의 주사전극을 (X1)(X2)…(Xn), (X1)(X2)…(Xn)로 반복하여 선순차 주사를 반복해서 시분할구동한다. 어느 주사전극(도면에 있어서는 X3)이 선택되었을때, 그 전극상의 모든 화소에 신호전극(13)인 (Y1)(Y2)…(Yn)으로부터, 표시해야 할 신호에 따라 선택 또는 비선택의 표시신호를 동시에 가한다. 이와같이, 주사전극과 신호전극에 가하는 전압펄스의 조합으로 교점의 점등, 비점등으로 선택한다. 이 경우의 주사전극(X)의 수가 시분할수에 상당한다.
종래의 액정표시소자에서는, 표1에 예시된 바와같은 시분할구동 특성밖에 얻을 수 없기 때문에, 시분할수32 또는 64가 실용적으로는 한계이었다. 그러나, 근래, 액정표시소자의 화질개선과 표시정보량 증대에 대한 요구가 강력히 되고 있으며, 요구사양을 만족할 수 없는 상황에 이르고 있다.
본 발명의 목적은, 종래의 액정표시소자와 전혀 다른 셀구조를 취함으로서, 극히 뛰어난 시분할구동특성을 갖고, 시분할수 32이상에서도 양호한 화질을 가진 액정표시소자를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 액정표시소자는, 액정분자의 나선구조의 비틀림 각을 160도부터 200도의 범위로 하여, 이 액정분자의 나선구조의 전후에 한쌍의 편광판을 착설하고, 이들 편광판의 흡수축(혹은 편광축)을, 전극기판에 인접하는 액정분자의 배열방향에 대하여 일정각도 빗나가게 해서 배열하는것을 특징으로 한 것이다.
다음에, 도면을 사용해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명의 액정표시소자를 상측으로부터 본 경우의 액정분자의 배열방향(예를들면 마찰방향), 액정분자의 비틀림방향, 편광판의 흡수축(혹은 편광판)방향을 표시하고 있다. 제5도는 이들 관계를 표시한 사시도이다. 제2도와 구조, 기능이 동일한 부분은 동일한 부호를 붙였다.
액정분자(17)의 비틀림방향(10)과 비틀림각(α)은 상측 전극기판(11)의 마찰방향(6)과 하측 전극기판(12)의 마찰방향(7) 및 네마틱 액정에 첨가되는 선광성 물질의 종류와 양에 따라서 규정된다.
비틀림각(α)은 최소한계치 근처의 점등상태가 빛을 산란하는 배향이 되므로최대값이 제한되며, 200도가 상한치이며, 또 하한치는 콘트라스트에 의해서 제한되고, 160도가 한계이다.
상측의 편광판(15)의 흡수축(혹은 편광축) (8)과 하측의 편광판(16)의 흡수축(혹은 편광축) (9)이 이루는 각(β3)은 콘트라스트, 밝기, 색상등을 고려하면 0도로부터 30도의 범위가 바람직하다. 또, 상측의 편광판(15)의 흡수축(혹은 편광축) (8)과 상측 전극기판(11)의 마찰방향(6)과 이루는 각(β1) 및 하측의 편광판(16)의 흡수축(혹은 편광축) (9)과 하측 전극기판(12)의 마찰방향(7)과 이루는 각(β2)은 콘트라스트 밝기 및 색상등을 고려하면, 각각 30도로부터 60도의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 의한 액정표시소자는 현저한 (
Figure kpo00013
n·d)의존성을 나타내며, 콘트라스트, 밝기, 색상의 점에서 0.8㎛
Figure kpo00014
Figure kpo00015
n·d
Figure kpo00016
1.2㎛의 조건을 만족하면 특히 양호한 결과를 나타낸다. 여기서 (
Figure kpo00017
n)의 값에 대해서는 일반적으로 파장의존성이 있고, 단파장측에서 크며, 장파장측에서 작아지는 경향이 있다. 본 명세서에서 사용하고 있는 (
Figure kpo00018
n)의 값은, He-Ne레이저 광(파장 6328Å)을 사용하여, 25℃에서 측정한 것이므로, 다른 파장으로 측정한 경우에는 본 명세서에 있어서의 (
Figure kpo00019
n·d)의 값은 약간 변화한다.
여기서 본 발명의 액정표시소자의 구체적인 일실시예에 대해서, 그 구조와 측정결과를 설명한다.
제6도는 그 구조, 즉 전극기판의 마찰방향, 액정분자의 나선구조의 비틀림방향 및 각도, 편광판의 편광축(혹은 흡수축)의 관계를 나타내고, 액정표시소자를 상측으로부터 본 도면이다.
사용한 액정은 비페닐계 액정과 에스테르 시클로헥산(ECH)계 액정을 주성분으로 한 네마틱 액정이고, 선광성 물질로써 메르크사의 "S 811"을 0.5중량% 첨가된 것이다. 이 혼합액정의 (
Figure kpo00020
n)는 0.123이다.
제6도에 있어서, 상측 및 하측 전극기판의 마찰방향(6)(7)은 서로 평행이고, 선광성 물질 "S 811"에 의해서, 비틀림방향은(10), 비틀림각(α)은 180도가 된다.
상측의 편광판의 흡수축(8)과 하측의 편광판의 흡수축(9)은 서로 평행이고(β3=0도), 마찰방향(6)(7)과 이루는 각(β1)(β2)은 어느 것도 45도이다.
또한, 상측 전극기판(11)의 마찰방향(6), 하측 전극기판(12)의 마찰방향(7), 및 액정분자(17)의 나선구조관계를, 제6도의 실시예의 경우를 예로해서 설명한다. 전극기판을 마찰처리하면, 일반적으로 제7도에 표시한 바와같이 마찰방향에 연해서 경사방향이 다른 2개의 미소경사가 대체로 주기적으로 반복된 것이 형성된다. 따라서 나선구조를 형성하는 액정분자가 전극기판 사이에서 대체로 평행으로 배열되기 위해서는 상하기판의 마찰처리 방향으로 제7도에 표시한 바와같이 대체로 일치시키는 것이, 표시화질을 양호한 것으로 한다.
다음에 이상과 같은 셀주조로, 액정층의 두께(d)를 바꾸어서, (
Figure kpo00021
n·d)를 변화시킨 액정셀을 만들고, 색 및 밝기를 관찰했다. 그 결과를 표2에 표시한다.
이 결과로부터 (
Figure kpo00022
n·d)가 1㎛ 근처에서 밝기 및 색이 다같이 표시소자로써 문제가 없는 수준인 것이 판명되었다. (
Figure kpo00023
n·d)의 좀 더 상세한 검토로부터, 제6도의 관계가 있는 경우는 (
Figure kpo00024
n·d)가 0.7㎛로부터 1.2㎛의 범위에 있어서는 실용상 문제가 없다는 것이 판명되었다.
[표 2]
Figure kpo00025
다음에
Figure kpo00026
n·d=0.98㎛의 액정셀의 시분할구동특성을 측정한 결과를 표3에 표시한다. 표1에 표시된 종래의 결정표시소자에 비교해서, γ,
Figure kpo00027
ø, m 어느 것도 현저히 개량되어 있는 것을 알 수 있다.
[표 3]
Figure kpo00028
또한 제6도에서는 편광판의 축으로써 흡수축을 사용했으나, 편광축을 사용해도 거의 마찬가지의 결과가 얻어졌다. 또 실시예에서는 비페닐계와 ECH계의 혼합액정을 사용했으나, 다른종류의 ＋의 유전 이방성을 가진 네마틱 액정으로도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 말할것도 없다. 또한, 이상의 예에서는, 나선구조의 비틀림방향을 반시계방향으로해서 설명했으나, 제8도에 표시한 바와같이 시계방향의 비틀림방향의 경우도 똑같은 작용효과가 얻어지는 것은 물론이다.
또 선광성 물질에 대해서도 마찰방향과 비틀림방향과의 관계를 제4도, 제6도 및 제7도와 같이 유지하면 종류를 한정하지 않는 것은 말할것도 없다.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면, 종래에는 전혀 불가능이었던 고시분할구동특성 및 고품질의 표시특정을 가진 액정표시소자가 얻어진다.

Claims (4)

  1. ＋의 유전 이방성을 가지며, 선광성 물질이 첨가된 네마틱 액정이, 대향 배치된 상하 한쌍의 전극기판사이에 협지되고, 그 두께방향에 160도로부터 200도의 범위내에 비틀린 나선구조를 형성하고, 또한 이 나선구조를 끼워서 착설된 한쌍의 편광판의 편광축 혹은 흡수축을, 인접하는 전극기판의 액정분자 배열방향과 소정의 각도 빗나가게 하는 것을 특징으로하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 한쌍의 편광판의 편광축 혹은 흡수축끼리 이루는 협각이 0도로부터 30도의 범위내에 있는 것을 특징으로하는 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 편광판의 편광축 혹은 흡수축이, 인접하는 전극기판의 액정분자 배열방향과 30도로부터 60도의 범위내 값만큼 빗나간 것을 특징으로하는 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 액정층의 두께 d(㎛)와 액정의 굴절율 이방성(
    Figure kpo00029
    n)의 적(
    Figure kpo00030
    n·d)의 0.7㎛로부터 1.2㎛의 범위에 있는 것을 특징으로하는 액정표시소자.
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