KR930005336B1

KR930005336B1 - 액정 표시소자

Info

Publication number: KR930005336B1
Application number: KR1019880013601A
Authority: KR
Inventors: 데쯔시 요시다; 고지마겐
Original assignee: 가시오 게이상기 가부시끼가이샤; 가시오 다다오
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1993-06-17
Also published as: EP0312982A2; DE3855454T2; EP0312982A3; US4944577A; KR890007109A; DE3855454D1; EP0312982B1

Abstract

내용 없음.

Description

액정 표시소자

제1도는 액정 표시소자의 γ특성을 정의하기 위한 휘도-전압특성도

제2도는 본 발명의 1실시예를 나타내는 단면도.

제3도는 본 발명의 액정 표시소자의 개략적인 구조를 나타내는 분해 사시도.

제4a, 4b도는 본 발명의 액정 표시소자에서의 배향막의 배향처리 방향과 편광판의 편광축과의 관계를 나타내는 설명도.

제5도는 시각특성의 정의를 나타내는 사시도.

제6도는 본 발명의 실시예와 비교예에 대해서 △n·d의 값에 대한 콘트라스트의 관계를 나타내는 차트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,4 : 기판 2,5 : 전극

3,5 : 배향막 8 : 네마틱 액정

9,10 : 편광판

본 발명은 전계효과형의 트위스티드 네마틱(nematic) 효과를 이용한 시분할 구동용의 액정 표시소자에 관한 것이다.

매트릭스형으로 배열된 복수의 화소를 가지는 액정 표시장치는 컴퓨터 단말의 표시장치, 텔레비젼 수상기 등의 화상표시장치에 응용되고 있다. 이 화상표시장치는 근년 특히 대형화 및 고화질화가 요구되고 있으며 이를 위해 화소수의 증대 및 콘트라스트의 향상이 요망되고 있다. 이와같은 화상표시장치에 응용되는 액정표시장치는 1쌍의 대향하는 기판의 내면 각각에 복수의 전극을 배열하고 이들의 전극이 대향하는 부분이 매트릭스형으로 배열된 복수개의 화소를 형성하도록 구성된 단순매트릭스형의 트위스티드 네마틱 액정 표시소자(이하 매트릭스 표시소자라 칭함)를 가지고 있다. 이 매트릭스 표시소자는 시분할로 구동된다.

이와같은 매트릭스 표시소자에 있어서, 해상도를 높게 하고 또는 표시면적을 대형화하기 위해 화소수를 증대하려면 필연적으로 주사선의 수가 많아져서 높은 시분할 구동을 행할 필요가 생긴다. 이때, 시분할 수가 많아지면 각 화소를 온으로 하기 위해 액정으로 인가되는 온 전계와 각 화소를 오프로 하기 위해 액정에 인가되는 오프 전계의 실효치 전압의 차가 작아지기 때문에 구동전압의 동작한계가 작아지며, 또 콘트라스트가 저하하고, 또 시각특성도 나빠진다.

액정소자의 동작마진 및 콘트라스트는 전압-휘도특성에 의존한다. 즉, 액정에 인가되는 전계의 세기의 변화에 대한 투과율의 변화가 급격할수록 동작마진을 크게 할 수가 있고 또한 콘트라스트를 높일 수가 있다. 전압-휘도특성의 급변성은 제1도에서와 같이 투과율이 50%가 되는 전압(V₅₀)과 문턱치 전압(V_c)과의 비(이하 γ치라 칭함)로서 표시된다. 이 γ치가 1에 가까울수록 앞에서 말한 투과율의 변화가 급격하며 동작마진을 크게 할 수가 있고 또한 콘트라스트도 높다. 또한, 높은 시분할로서 구동되는 매트릭스 표시소자는 시분할 수가 많고 1선택기간이 짧아지기 때문에 고속응답이 요구되고 있다.

상술한 바와같이 높은 시분할로서 구동되는 매트릭스 표시소자는,

① γ특성이 1에 가까울 것.

② 시야각이 넓을 것.

③ 응답속도가 빠를 것.

이 요구되고 있다.

종래의 액정 표시소자에서의 γ특성에 대해서는 M.Schadt씨 등에 의해 연구되고 있다. 이 연구에 따르면 전압-휘도특성의 급변성을 나타내는 γ치는 아래의 식(Ⅰ)에 의해서 표시되며 실제의 소자가 나타내는 특성과 잘 일치한다는 것이 알려져 있다.

여기서, V₅₀: 투과율 50%가 되었을 때의 인가전압

V_c: 문턱치 전압

K₁₁: 액정의 스프레이 탄성정수

K₃₃: 액정의 굴곡탄성정수

△ε : 액정의 유전율 이방성

ε┴ : 액정분자축에 수직인 방향의 유전율

△n : 액정의 굴절율 이방성

d : 액정층 두께

λ : 빛의 파장

이 식(Ⅰ)에 의하면 γ치를 1에 가깝게 하기 위해서는 이 식의 제1항, 제2항, 제3항이 각각 1에 가까워지면 좋다는 것이 명백하다. 따라서, γ치 특성을 좋게 하려면,

(a) 액정의 스프레이 탄성정수 K₁₁와 굴곡정수 K₃₃와의 비(이하 탄성정수비 K₃₃/K₁₁이라 칭함)가 작을 것.

(b) 액정의 분자축에 수직인 방향의 유전율과 유전율 이방성 △ε와의 비(이하 유전율의 비 △ε/ε┴라 칭함)가 작을 것.

(c) 액정의 굴절율 이방성 △n과 액정층 두께 d와의 곱 △n·d의 값이 입사광의 파장을 550mm로 했을 때 1.1(㎛)일 것.

을 동시에 만족시켜 주면 좋다. 추가적으로, 콘트라스트의 관찰방향에 대한 의존성(이하 시각특성이라 칭함)에 대해서는 G. BAUR씨에 의해서 연구되어 Molecula crystals and liquid crystals, Volum 63, Nos 1 to 4, 1981, 『The Influence of Material and Device Parameters on the Optical Characteristics of Liquid Crystal Displays』에 보고되어 있다.

이 보고에 의하면, 시각특성은 액정 표시소자의 액정층 두께(d)와 액정의 굴절을 이방성(△n)에 의존한다. 즉, 액정측 두께(d) 액정의 굴절율 이방성(△n)의 곱(△n·d)(이하 △n·d이라 칭함)이 큰 액정 표시소자는 액정소자의 정면에서 보았을때와 비스듬히 보았을때의 겉보기의 △n·d의 변화율이 크기 때문에 시각특성이 나쁘다. 반대로, △n·d가 작은 액정 표시소자는 시각특성이 좋다. 추가적으로, △n·d가 같은 액정 표시소자를 비교했을때는 액정의 굴절율 이방성(△n)(이하 △n이라 칭함)이 작을수록 시각특성이 좋다. 말하자면, 시각특성이 좋다는 것은 관찰방향의 변화에 대해서 콘트라스트의 변화가 적다. 따라서 시각특성을 좋게 하기 위해서는,

(d) △n·d를 작게 할 것.

(e) △n를 작게 할 것.

을 만족시켜주면 좋다.

다시, 응답특성에 대해서는 액정 표시소자가 온 동작할때의 응답시간(t_on)과 오프 동작할 때의 응답시간(t_off)이 각각 아래의 이론식(Ⅱ, Ⅲ)으로 표시되는데 실측치와도 좋은 일치를 보고 있는 것이 알려져 있다.

t_on=η/(ε₀△εE²-K_q ²)…………………………………………………… (Ⅱ)

t_off=η/K_q ²…………………………………………………………………… (Ⅲ)

다만,

여기서, η : 점도

ε₀: 진공속의 유전율

E : 전계강도

K₂₂: 비틀림 탄성정수

이 식(Ⅱ, Ⅲ)에 의하면 응답속도는 주로 점도(η)와 전계강도(E)에 의존한다. 즉 응답속도를 빠르게 하려면,

(f) 점도(η)를 작게 할 것.

(g) 전계강도를 크게 할 것.

을 만족시키면 된다.

상술한 기술적 배경에 따라서, 종래의 매트릭스 표시소자는 전술한 γ특성을 급준하게 하기 위한 조건 (a)-(c)중 △n·d에 관한 요건이 γ특성에 가장 큰 영향을 주기 때문에 가시광선의 파장대역의 중심이 거의 550mm임으로 △n·d의 값을 대체로 1.1(㎛)에 설정하고 있다. 이때, 액정의 굴절을 이방성 △n의 일반적으로 0.13-0.16의 범위에 있기 때문에 액정층 두께(전극간 틈)(d)는 7.0-8.5(㎛)의 범위에 설정되어 있다.

이와같은 종래의 액정 표시소자는 △n·d의 값이 1.1이기 때문에 비교적 높은 콘트라스트를 나타낸다. 그러나, 아직 충분히 높은 콘트라스트가 얻어지지 않는다. 또한 △n·d의 값이 크기 때문에 시각특성이 나쁘고 액정층 두께(d)의 값도 커지기 때문에 응답속도가 늦다. 이 응답속도를 빠르게 하기 위해서 액정층 두께(d)를 작게하면 높은 콘트라스트를 얻기 위한 △n·d의 조건을 채우기 위해 △n의 값을 0.147이상으로 크게 해야만 한다. 그러나 이때, △n의 값이 크므로 시각특성이 더욱 악화한다. 또, 시각특성 및 응답특성을 개선하기 위해 액정층 두께(d) 및 △n의 값을 작게 하면 △n·d의 값이 최적치 1.1에서 크게 상이하게 되어 콘트라스트가 현저하게 저하한다. 따라서, 높은 콘트라스트, 넓은 시야각, 및 고속응답을 충분히 만족시킬 수가 없다.

이상에서 기술한 것처럼 종래의 액정 표시소자는 충분히 높은 콘트라스트의 화상표시를 얻는 것이 곤란하며 또 높은 시분할 구동용의 매트릭스 표시소자에 요구되는 앞에서의 요건 ①-③을 동시에 채우는 것은 곤란하며 충분한 표시품질의 화상표시가 얻어지지 않는다.

본 발명은 위에서의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적은 높은 콘트라스트의 화상표시가 가능한 액정 표시소자를 제공하는데 있다. 더우기, 본 발명의 목적은 높은 콘트라스트, 넓은 시야각 및 고속응답성의 모든 특성을 만족시키고 높은 시분할 구동에 적합한 액정 표시소자를 제공하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 액정 표시소자는 대향하는 1쌍의 기판과, 상기 1쌍의 기판이 대향하는 내면에 서로 대면하도록 각각 배열형성된 복수의 전극과, 상기 복수의 전극이 형성된 상기 1쌍의 기판의 내면 각각에 형성되고, 소정의 방향으로 배향처리된 배향막과, 대향하는 상기 1쌍의 기판에 형성된 대면하는 전극 사이에 개재하고, 유전 이방성 △ε과 액정분자 축방향에 수직인 방향의 유전율과의 비로서 표시되는 유전율의 비 △ε/ε┷의 값이 0.5이하이고, 스프레이 탄성정수 K₁₁과 굴곡탄성정수 K₃₃과의 비로서 표시되는 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값이 0.8이하이고, 또 액정층 두께(d)와 굴절율 이방성 △n의 곱 △n·d의 값이 0.5㎛ 내지 0.7㎛인 네마틱 액정과, 상기 네마틱 액정을 끼워서 배치된 1쌍의 편광판을 갖추고 있다.

상술한 구성을 가진 본 발명의 액정 표시소자는 액정으로서 유전율의 비 △ε/ε┷와 탄성정수비 K₃₃/K₁₁이 모두 극히 작은 네마틱 액정을 사용하고 있다. 이 유전율의 비 △ε/ε┷ 및 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값은 종래의 액정조성물이 각각 △ε/ε┷=1.0이상, K₃₃/K₁₁=1.2-1.3정도임에 비해 극히 작다. 이와같이 극히 작은 유전율의 비 △ε/ε┷ 및 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값을 가지는 액정조성물을 전극사이에 개재시켜서 얻어진 본 발명의 액정 표시소자는 γ치 특성이 향상하고 콘트라스트가 극히 높다. 또, 본 발명의 액정 표시소자는 앞에서 기술한 γ특성을 나타내는 식(Ⅰ)이 적용되지 않는다. 즉, 식(Ⅰ)에서 유도되는 γ특성을 최적으로 하는 요건(a, b, c)과는 다른 조건하에서 최적의 γ특성이 얻어진다.

즉, 유전율의 비 △ε/ε┷의 값이 0.5이하이고 또한 탄성정수비 K₃₃/K₁₁이 0.8이하의 액정조성물을 사용한 액정 표시소자에 관해서는 거의 고정면 방향에서 관찰했을 때의 콘트라스트를 가장 좋게 하기 위한 △n·d의 값이 0.50(㎛)에서 0.70(㎛)의 범위에 존재한다. 바람직하게는 △n·d의 값이 0.54에서 0.70의 범위이며 더욱 바람직한 것은 0.54에서 0.65의 범위이다. 이와같이 본 발명의 액정의 액정 표시소자는 액정의 유전율의 비 △ε/ε┷의 값 및 탄성정수치 K₃₃/K₁₁의 값을 극히 작게 했으므로 △n·d가 작은 값으로 높은 콘트라스트가 얻어진다. 또, 액정층압(d)를 작게할 수가 있으므로 고속응답이 얻어지며 또한, △n 및 △n·d가 작으므로 시각특성도 양호해진다. 따라서, 높은 시분할로서 구동되는 액정 표시소자의 전기광학적 특성이 극히 좋아진다.

본 발명에서는 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값 및 유전율의 비 △ε/ε┷의 값은 각각 되도록 작은쪽이 바람직하다. 구체적으로는, 유전율의 비 △ε/ε┷의 값이 0.1-0.5의 범위임이 바람직하며 더욱 바람직한 것은 0.2-0.4의 범위이다. 또, 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값은 액정조성물로서 실현 가능한 값보다 큰 0.8이하이며 예컨대 0.2 또는 0.4이고 또한 0.8이하이다. 또 액정층 두께(d)는 4.0㎛에서 8.0㎛의 범위에 설정되는 것이 바람직하며 더욱 바람직하기는 4.0㎛에서 7.0㎛이다. △n·d를 0.54㎛에서 0.7㎛의 범위로 설정했을 때, 액정층 두께(d)는 4.0㎛에서 7.0㎛의 범위에 설정하는 것이 바람직하고 더욱 바람직하기는 6㎛이하이다. 또한, 액정의 굴정율 이방성 △n은 0.08에서 0.14의 범위로 설정하는 것이 바람직하며 또 더욱 바람직하기는 0.12보다 작은 값이다.

이하에 본 발명을 사용한 실시예를 상세히 설명한다. 먼저 본 발명의 매트릭스형 액정 표시소자에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.

제2도 및 제3도에서 투명한 유리판 또는 과학적으로 등방성의 플라스틱판으로서 되는 하기판(1) 위에는 제3도상에서 상하방향으로 연장한 제1전극(2, 2, …)이 복수 배열되며 이들 제1의 전극(2, 2, …)이 배열된 기판면을 덮어서 배향처리를 한 배향막(3)이 형성되어 있다. 하기판(1)과 같은 재료로서 되는 상기판(4) 위에는 제3도위에서 가로 방향으로 연장하는 제2의 전극(5, 5, …)이 복수 배열되고 이들의 제2의 전극(5, 5, …)이 배열된 기판면을 덮어서 배향처리를 한 배향막(6)이 형성되어 있다. 이들의 하기판(1) 및 상기판(4)은 제1의 전극(2, 2, …) 및 제2의 전극(5, 5, …)이 형성된 면을 내측으로 하고 소정의 간격을 유지해서 대향시키고 실재(7)에 의해서 접착되어 있다. 이들 하기판(1)과 상기판(4)과의 간격에는 후술하는 네마틱 액정(8)이 봉지되어 있다. 이 네마틱 액정(8)은 제1의 전극(2)과 제2의 전극(5, 5, …)의 사이에 두께(d)의 액정층을 형성하고 있다. 그리고, 하기판(1) 및 상기판(4)의 각각 외측에는 1쌍의 편광판(9, 10)이 배설되어 있다.

제4a, 4b도는 배향막(3, 6)의 배향처리 방향과 1쌍의 편광판(9, 10)의 편광축의 방향을 제시하고 있다. 상기 하기판(1) 및 상기판(4)의 전극형성면에 형성된 상기 배향막(3, 6)은 제4a도에서와 같이 러빙처리 되어 있다. 즉, 하기판(1)의 배향막(3)은 파선화살표로서 표시한 배향처리 방향(11)으로 러빙되고 상기판(4)의 배향막(6)은 상기 배향처리 방향(11)에 대해서 대략 90°로 교차하는 실선화살표로서 나타내는 배향처리 방향(12)으로 러빙 처리된다.

이와같이 대략 90° 다른 방향으로 러빙 처리된 상하기판(1, 4) 사이에 봉지된 네마틱 액정(8)은 그 액정분자가 대략 90°비뚤어진 꼬인 방향이 된다. 상기 1쌍의 편광판(9, 10)의 편광축은 제4a도에서와 같이 하편광판(9)의 편광축(13)(파선화살표로서 표시)과 상편광판(10)의 편광축(14)(실선화살표로서 표시)이 서로 대체로 평행하며 또한 상기판(4)에 형성된 배향막(6)의 배향처리 방향(12)과 대체로 평행하다. 그리고, 상하편광판(10, 9)의 편광축은 제4b도에서와 같이 하편광판(9)의 편광축(13)과 상편광판(10)의 편광축(14)이 서로 대체로 평행하며 또한 하기판(1)에 형성한 배향막(3)의 배향처리 방향(11)과 대략 평행해도 좋다.

상술한 액정 표시소자는 제3도에서와 같이 하기판(1)의 단부에 연출한 상기 제1전극(2, 2, …)의 단자(2a, 2a, …)가 리드선(15, 15, …)을 통해서 구동회로(16)에 접속되며 또 상기판(4)의 단부에 연출한 상기 제2의 전극(5, 5, …)의 단자(5a, 5a, …)가 리드선(17, 17, …)을 통해서 구동회로(16)에 접속되어 있다. 이와같은 액정 표시소자에서는 하기판(1)에 형성된 제1의 전극(2, 2, …)이 열전극(18)을 구성하고 상기판에서 형성된 제2의 전극(5, 5, …)이 행전극(19)을 구성하고 있다. 이들의 열전극(19) 및 행전극(19)이 네마틱 액정을 개재시켜서 교차한 부분은 각각 하나의 화소를 구성하고 있다. 그리고, 행전극(19)에는 구동회로(16)에서 각각의 제2전극(5, 5, …)으로 순차로 전압을 인가하는 주사신호가 공급되며 열전극(18)에는 화상데이터에 따른 데이터 신호가 상기 주시신호와 동기시키서 각각의 제1의 전극(1, 2, …)에 공급된다.

이와같이 해서 행전극(19)과 열전극(18)이 교차하는 부분의 네마틱 액정에 전계를 인가하고 이 네마틱 액정의 액정분자를 거동시키므로서 각 화소의 점점 상태가 제어된다. 즉, 이 액정 표시소자는 시분할 구동된다.

본 발명의 액정 표시소자는 네마틱 액정으로서 유전이방성 △ε와 액정분자축에 수직인 방향의 유전율 ε┷과의 비 △ε/ε┷가 0.5이하이고 또한, 스프레이 탄성정수 K₁₁와 굴곡탄성정수 K₃₃와의 비 K₃₃/K₁₁이 0.8이하의 액정조성물을 사용하고 있다. 그리고, 액정층 두께(d)와 굴절율 이방성 △n와의 곱 △n·d의 값은 0.5이상, 0.7이하이다. 즉 네마틱 액정의 유전율의 비 △ε/ε┷가 작은 액정 표시소자는 액정분자의 배향상태의 변화에 따른 유전율의 변화가 적고 액정의 등가적 임피던스의 변화가 적으므로 전극 사이에 인가되는 전압에 대한 액정에 인가되는 전계의 직선성이 좋아지기 때문에 콘트라스트가 향상한다. 또, 액정 표시소자의 응답속도는 앞에서 말한 식(Ⅱ, Ⅲ)으로서 표시되는데, 이것을

으로 해서 변형하면

이 된다. 이들의 식(Ⅱ, Ⅲ)에서 명백한 것처럼 네마틱 액정의 스프레이 탄성정수 K₁₁을 크게 해서 탄성정수비 K₃₃/K₁₁을 작게 한 액정조성물을 사용한 본 발명의 액정 표시소자는 일어서는 시간(t_on) 및 서서 내려가는 시간(t_off)이 모두 작아져서 고속도로 응답한다.

이와같이 유전율의 비 △ε/ε┷의 값 및 탄성정수비 K₃₃/K₁₁이 작은 네마틱 액정을 사용한 액정 표시소자는 앞에서 말한 식(Ⅰ)이 적용되지 않고 높은 큰트라스트가 얻어진다. 또 이 액정 표시소자는 △n·d의 값이 1.1보다 작은 값의 특정범위에서 최량의 전기광학적 특성이 얻어진다. 따라서, △n·d의 값이 작으므로 시각특성이 좋아지며 또한, (d)를 작게 할 수가 있으므로 액정에 인가되는 전계각도를 크게해서 고속응답시킬 수가 있다.

이와같이 해서 구성된 본 발명의 복수의 액정 표시장치에 대해서 이들의 전기광학적 특성이 측정되었다. 이들 액정 표시소자는 다른 액정층 두께(d)를 가지며 또한, 다른 액정조성물을 사용한 몇가지의 구체적인 실시예이다. 이들의 실시예의 구성요소 및 전기광학적 특성을 아래의 표 1에 게시했다. 이 표에서 굴절율 이방성 △n는 λ=589mm에서의 측정치·콘트라스트는 1/64듀티(duty)의 구동신호로서 구동했을 때의 시각 θ=10°의 방향에서의 온 시의 투과율의 값(Y_on)을 오프시의 투과율의 값(Y_off)으로서 나눈 값(Y_on/Y_off)이다.

측정시의 온도는 25℃이다. 문턱치 전압, 시각특성, 응답속도는 1KHz 스태틱(static) 구동신호로 구동했을 때의 측정치이다. 또, 상기 문턱치 전압(Y_th)은 투과율이 50%에서의 인가전압이라 정의한다. 응답속도는 휘도가 10%에서 90%에 달할 때까지의 일어서는 시간을 T_r로 하고 휘도가 90%에서 10%에 달할 때까지의 서서 내려가는 시간을 T_D로 할 때(T_r＋T_D)/2의 값으로 정의한다. 제5도에서와 같이 시각특성은 액정 표시소자(A)의 기판면에 수직인 Z축으로 시각방향으로 10° 경사된 방향 P에서 관측했을 때의 문턱치 전압을 V_th(θ=10°)로 하고 Z축에서 시각방향과는 역방향으로 10° 경사된 방향 Q에서 관측했을 때의 문턱치 전압을 V_th(θ=-10°)로 했을 때 온도가 25℃에서의 V_th(θ=-10°)/V_th(θ=10°)의 값으로 정의한다. 그리고, 이 시각 특성은 그 값이 1에 가까울수록 양호하다. 즉 시각이 넓어짐을 나타내고 있다.

[표 1]

상기 실시예 1 내지 실시예 9는 각각 콘트라스트가 17로 극히 높다. 이들 실시예 중에서 실시예 1은 △n·d의 값이 종래의 액정 표시소자와 거의 같은 1.12이다. 그러나 유전율의 비 △ε/ε┷의 값 및 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값은 각각 0.35, 0.80이하로 극히 작다. 이로인해 실시예 1은 극히 높은 콘트라스트를 나타낸다.

또 실시예 2 내지 실시예 9는 시각특성이 1.07이하이며 시야각이 넓고 또한 응답속도 30msec 정도 혹은 그 이하로 고속응답이 가능해진다. 따라서, 이들의 실시예 2-8은 종래에 비해 상반되는 특성이라고 일컬어졌던 상기 3개의 특성을 모두 만족시키고 있다. 특히 실시예 2 내지 4는 액정층 두께가 6㎛ 이하이기 때문에 응답속도가 극히 빨라서 텔레비젼 화상 등의 동화를 표시하는 액정 표시소자에 최적이다. /또, 실시예 2 내지 4는 △n·d 및 K₃₃/K₁₁의 값이 거의 같다. 이때 유전율의 비 △ε/ε┷의 값이 작은 실시예의 쪽이 콘트라스트가 향상하고 있다. 따라서, 유전율의 비 △ε/ε┷는 작은 방향이 바람직하다.

실시예 5는 유전율의 비 △ε/ε┷ 및 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값을 특히 작게 한 보기로서 콘트라스트 및 시각특성은 극히 좋다. 따라서, 콘트라스트 및 시각특성을 좋게 하기 위해서는 유전물의 비 △ε/ε┷ 및 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값을 되도록 작은 것이 바람직하다.

상기 실시예 1 내지 9에 제시한 액정 표시소자는 각각 훌륭한 특성을 나타내나 실시에 9에서와 같이 실시예 4와 같은 액정조성물을 사용한 경우에도 △n·d가 작아지면 응답속도 및 시각특성은 좋아진다고는 하나 콘트라스트가 저하한다. 또 실시예 7에서와 같이 △n·d의 값이 0.7을 넘으면 응답속도 및 시각특성이 악화되는 경향이 나타난다. 따라서 고속응답 및 넓은 시야각을 얻기 위해서는 △n·d의 값을 0.54이상, 또한 0.70이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고 이때 굴절을 이방성 △n이 커지면 시각특성이 악화하므로 시야각이 넓은 액정 표시소자를 얻기 위해서는 실시예 2에서와 같이 굴절을 이방성 △n은 0.14이하인 것이 바람직하다. 또, 액정조성물을 사용해서 액정층 두께(d)를 7.0㎛와 8.0㎛에 설정한 실시예 6.8에서와 같이 실시예 8은 액정층 두께 d가 8㎛로 크기 때문에 응답속도가 30msec보다 늦고 또한 시야특성도 악화하는 경향이 있다. 따라서 텔레비젼 화상들의 동화표시에 필요한 응답속도 30msec를 얻기 위해서는 액정층 두께가 7.0㎛이하임이 바람직하다.

상기 실시예 1 내지 9는 여러가지의 전기광학적 특성에 있어서 극히 훌륭하나 문턱치 전압이 비교적 높다. 이것은 유전율의 비 △ε/ε┷의 값을 0.5이하로 하기 위해서는 통상 사용되고 있는 액정화합물의 ε┷의 값이 3-5이기 때문에 조성물의 △ε의 값을 고작 3정도까지 밖에 크게 할 수 없기 때문이다. 따라서, 식(Ⅳ)에 의해서 표시되는 것처럼, △ε가 작을 경우에는 문턱치 전압(V_c)이 높아진다. 높은 문턱치 전압(V_c)은 액정 표시소자를 구동하기 위한 구동신호의 전압을 높게 한다. 그러나 이 구동신호는 구동회로에 의해서 임의로 설정할 수가 있다. 예를 들면, 1/64듀티의 구동신호를 사용해서 최적 바이어스로서 구동할 때, 실시예 2에서와 같이 문턱치 전압이 4.0V의 경우는 구동신호의 전압을 24V로, 실시예 4, 6, 8에서와 같이 문턱치 전압이 4.5V의 경우는 구동신호의 전압을 27V로, 실시예 7에서와 같이 문턱치 전압이 5V의 경우는 구동신호의 전압을 30V로 하며, 다시, 실시예 3와 같이 문턱치 전압이 5.5V의 경우는 구동신호의 전압을 33V로 하면 좋다. 위에서와 같이 유전울 이방성 △n의 값은 3보다는 작고 0.5에서 1.5의 범위임이 바람직하며, 더욱 바람직하기는 △n의 값이 0.8-1.2의 범위이다.

위에서와 같이, 본 발명의 액정 표시소자에는 탄성정수비 K₃₃/K₁₁및 △ε/ε┷의 값이 작은 액정조성물을 사용하고 있다. 이와같은 특성을 가지고 있는 액정조성물 중 몇 보기에 대해서 제2도에서 예시한다. 여기서, R, R′는 알킬기를 나타내며, R″는 알킬기 및 알콕시기를 나타낸다. 그리고, 상기 실시예 1 내지 7은 표 2에서와 액정조성물 중 각각 대응하는 번호의 액정조성물이 사용되고 있다. 실시예 8 및 실시예 9는 표 2에서의 No. 6 및 No. 4의 액정조성물이 각각 사용되고 있다.

[표 2]

표 2에서 제시한 액정조성물은 유전이방성이 플러스(＋) N_p액정화합물의 배합비율을 적게해서 유전비율의 비 △ε/ε┷의 값을 작게 하고 또한 탄성정수비 K₃₃/K₁₁이 작은 피리미딘계(Pyrimidine)의 액정화합물의 배합비율을 많이 하므로서 액정조성물의 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값이 작아지고 있다. 즉, 이들 액정조성물은 유전이방성 △ε가 마이너스(-) 또는 거의 0의 N_n액정화합물의 혼합물속에 유전이방성 △ε가 프러스이고 그 값이 비교적 큰 액정화합물, 예컨대 말단에 시아노기를 가지는 N_p액정화합물이 소량 배합되어 있다. 상기 N_n액정으로서는 탄성정수비 K₃₃/K₁₁이 작은 피리미딘계의 액정화합물이 비교적 다량으로 배합하고 여기에 가해서 낮은 점도액 정, 및 고온액정 등이 배합되어 있다. 이와같이 해서 배합된 각각의 액정조성물은 유전물의 비 △ε/ε┷의 값이 각각 0.5이하이며 또한 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값이 각각 0.8이하이다. 다만, 표 1에서의 이들 액정조성물은 높은 점도의 피리미딘계 액정화합물을 많이 배합하고 있기 때문에 점도가 20cp보다 크다. 그러나, 본 발명의 액정 표시소자는 액정층 두께(d)를 비교적 작게 하고 있으므로 점도의 상승에 의한 응답속도의 저하는 거의 없다.

아래에 본 발명의 실시예에 대한 비교예를 표 3에 게시한다. 이 때의 측정조건 및 각 특성의 정의는 앞에서의 표 1에서와 같다.

[표 3]

또 본 발명의 실시예 1 내지 9 및 비교예 a 내지 f에 대해서 △n·d의 값에 대한 콘트라스트의 값을 제6도에 게시했다. 이 제6도는 가로축을 △n·d의 값으로 하고 세로축을 콘트라스트(CR)의 값으로 해서 상기 제1표의 실시예 1 내지 9 및 비교예 a 내지 f를 각각 프로트한 것이다. 여기서 ○표는 본 발명의 실시예이며 △표는 비교예를 나타내고 있다. 제6도에서 명백한 것처럼 유전율의 비 △ε/ε┷의 값 및 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값을 각각 0.5이하, 0.8이하로 한 본 발명의 실시예 1 내지 9는 이들의 값이 큰 비교예에 비해서 콘트라스트가 극히 높다. 특히 n·d의 값이 약 1.1 가까이에 존재하는 실시예 1과 비교예 b, 및 △n·d의 값이 0.6인 이 실시예 3과 비교예(e, f)를 각각 비교하면 명백한 것처럼, 본 발명의 실시예는 콘트라스트가 뛰어나게 높다. 또, 상기 표 3에서 제시한 비교예 a-f의 매트릭스 표시소가에서 앞에서 말한 식(Ⅰ)에서 유도해 낸 γ특성을 개량하기 위한 요건(C), 즉 △n·d-1.10을 만족시킨 비교예(b)는 다른 비교예에 비해서 콘트라스트가 가장 높다. 그러나, 응답속도는 낮다.

매트릭스 표시소자는, 이것을 텔레비젼 수상기등의 동작표시에 사용했을 때 그 응답속도가 30msec 이하임이 바람직하며 이 응답속도를 얻으려면 앞에서 말한 응답속도를 얻기 위한 요건(g)에 따라서 전계강도를 강하게 하기 위해 액정층 두께(d)를 작게 하는 것이 필요하다. 예를 들면, 표 4의 비교예 a, c, d와 같이 액정층 두께(d)를 7.5㎛이하로 함으로서 고속응답이 얻어지고 있다. 그러나 이 경우, 액정의 굴절율 이방성 △n를 크게 할 필요가 있으며 이 굴절율 이방성 △n의 같은 0.147이상이다. 한편, 시각특성은 비교예 a-d중에서 △n·d 및 △n가 가장 비교예 a가 좋다는 것에서 앞에서 말한 시각특성을 좋게 하기 위한 요건(d, e)와 같이 △n·d 및 △n가 작은쪽이 좋다는 것은 명백하다. 따라서 △n가 0.147이라는 큰 액정 표시소자는 시각특성이 나쁘다.

이 시각특성 및 응답특성을 개선하기 위해서 △n 및 △n·d를 작게하면 표 3의 비교예(e, f)에서와 같이 시각특성 및 응답특성은 좋아지나 콘트라스트가 현저히 저하한다.

이와같이 비교예 a-f에 제시한 매트릭스 표시소자중 △n·d=1.1(㎛)의 비교예(a)는 가장 높은 콘트라스트를 나타내고 있으나, 그러나 응답특성이 늦고 또한 △n·d도 비교적 크기 때문에 시각특성이 나쁘다. 이 응답특성을 개선하기 위해서 액정층 두께를 작게 하면 양호한 콘트라스트를 얻기 위해서 △n를 0.147이상으로 크게해야 하며, △n가 크르모 시각특성이 더욱 악화한다. 또, 시각특성 및 응답속도를 개선하기 위해서 비교예(e-f)에서와 같이 액정층 두께(d) 및 △n를 작게 하면 △n·d의 값이 최적치 1.1에서 크게 다르기 때문에 콘트라스트가 현저하게 저하한다. 따라서, 비교예(a-f)는 높은 콘트라스트, 넓은 시야각, 및 고속응답을 모두 동시에 만족시켜 주지 못하고 있다.

상술한 표 3의 비교예(a-f)가 가지는 액정의 물리적 특성은 표 4에서 게시한 액정화합물을 각각의 배합비율로서 혼합한 액정조성물에 의해서 얻어진다. 비교예(a-f)에는 각각 대응하는 부호의 액정조성물이 사용되고 있다. 이 표 4에서, (R, R″)는 알킬기를 나타내며, (R′)는 알킬기 및 알콕시기를 나타낸다.

[표 4]

이들 액정조성물은 △ε의 값이 10정도이며 점도는 20cp이하(측정온도 20℃)이다. 그리고 액정화합물의 유전 이방성 △n의 값이 일반으로 3-5정도이므로 △ε/ε┷의 값은 1이상이다. 또, 탄성정수비 K₃₃/K₁₁이 작은 액정화합물(예컨대, 피리미딘계의 액정화합물)은 점도가 높고 상용성이 나쁘기 때문에 조성물의 점도를 상승시키고 또 스매틱 상이 나타나기 쉬워지므로 종래의 액정조성물에서는 그 배합비율이 적고 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값은 1.2-1.3 이상이다.

이상에서 기술한 것처럼 본 발명의 실시예는, 상술한 비교예와 비해서 콘트라스트, 시각특성 및 응답속도에서 훌륭한 특성을 나타내고 있다. 이들 실시예중 특히 실시예 2 내지 실시예 7은 응답속도가 빠르고 텔레비젼 화상 등 동화표 사용으로서 최적이다.

그리고 상술한 실시예, 약 90°의 트위스트 각도를 가진 액정 표시소자에 대해서 제시했으나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고 트위스트 각도가 90°보다 작게 한 것, 또는 크게 한 액정 표시소자에도 적용할 수 있다.

이상에서 기술한 것처럼 전기광학적 특성이 개선된 본 발명의 액정 표시소자는 컴퓨터 주변기기의 문자, 숫자, 및 도형 등을 표시하기 위한 표시장치에 사용할 수 있다. 또 텔레비젼 수상기의 표시장치에도 응용할 수 있다. 예컨대, 제2도 및 제3도에서의 열전극에 대응시켜서 적, 청, 녹의 각색 필터를 설치하여 3색에서의 대응하는 3개의 열전극과 행전극의 교점에 의해 1개의 화소를 형성시키고 각색마다의 열전극에 색데이터 신호를 인가한다. 이로서, 각 화소를 풀 컬러로서 표시하게 한 컬러 액정장치에 응용할 수가 있다.

Claims

대향하는 1쌍의 기판(1, 4)과 ; 상기 1쌍의 기판(1, 4)의 대향하는 내면에 서로 대면하도록 각각 배열 형성된 복수의 전극(2, 5)과 ; 상기 복수의 전극(2, 5)이 형성된 상기 1쌍의 기판(1, 4)의 내면 각각에 형성되고, 소정의 방향으로 배향처리된 배향막(3, 6)과 ; 대향하는 상기 1쌍의 기판(1, 4)에 형성된 대면하는 전극(2,5)간에 개지하고, 유전율 이방성(△ε)과 액정분자 축방향으로 수직인 방향의 유전율과의 비로 나타내는 유전율의 비 △ε/ε┷의 값이 0.1∼0.5이며, 스프레이 탄성정수 K₁₁과 구부림탄성정수비 K₃₃과의 비로 나타내는 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값이 0.8이하이고, 또 액정층 두께(d)와 굴곡율 이방성 △n의 △n·d의 값이 0.5㎛ 내지 0.7㎛인 네마틱 액정(8)과 ; 상기 네마틱 액정(8)을 끼워서 배치된 1쌍의 편광판(9, 10)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 유전율 △ε/ε┷의 값이 0.2 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 네마틱 액정(8)은 유전이방성인 △ε의 값이 0 내지 3인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제3항에 있어서, 유전이방성인 △ε의 값이 0.5 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 네마틱 액정(8)은 탄성정수비 K₃₃/K₁₁의 값이 0.2 내지 0.75인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 네마틱 액정(8)은 곱 △n·d의 값이 0.54 내지 0.7이 되도록 굴절율 이방성 △n과 액정층 두께(d)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제6항에 있어서, 곱 △n·d의 값이 0.54㎛ 내지 0.65㎛이 되도록 굴절율 이방성 △n과 액정층 두께(d)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 네마틱 액정(8)은 굴절율 이방성 △n의 값이 0.08 내지 0.14인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제8항에 있어서, 굴절율 이방성 △n의 값이 0.08 내지 0.12인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 네마틱 액정(8)은 액정층 두께(d)가 4㎛ 내지 8㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제10항에 있어서, 액정층 두께(d)가 4.0㎛ 내지 7.0㎛인 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 1쌍의 편광판(9, 10)은 이들의 편광축(13, 14)이 서로 평행하고, 또한 하나의 기판(1 또는 4)에 형성된 상기 배향막(3 또는 6)에 인접하는 액정분자의 배향방향에 대해 대략 직교 또는 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 배향막(3, 6)은 한쪽방향으로 배향처리된 한쪽기판(1 또는 4)상의 제1의 배향막(3 또는 6)과, 상기 제1배향막(3, 6)의 배향처리 방향(11, 12)에 대해서 거의 직교하는 방향으로 배향처리된 다른쪽의 기판(4 또는 1)상의 제2의 배향막을 구비하고 있고, 이에 의해 제1 및 제2의 배향막(3, 6) 사이에 개재하는 상기 네마틱 액정(8)의 액정분자를 양기판(1, 4) 사이에서 거의 90°로 트위스트 배향시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제1항에 있어서, 복수의 전극(2, 2, …)은, 상기 1쌍의 기판(1, 4)의 한쪽의 내면에 가로방향으로 연장하여 평행하게 배열된 복수의 제1의 전극(2, 2, … 또는 5, 5, …)과, 다른쪽 기판(1 또는 4)의 내면에 세로방향으로 연장하여 평행하게 배열된 복수의 제2의 전극(5, 5, … 또는 2, 2, …)을 구비하고 있고 이에 의해 복수의 제1의 전극(2, 2, … 또는 5, 5, …)과 복수의 제2의 전극(5, 5, … 또는 2, 2, …)이 상기 네마틱 액정(8)을 통해서 교차하는 부분에서 매트릭스형으로 배열된 복수의 화소를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.
제14항에 있어서, 상기 복수의 제1의 전극(2, 2, … 또는 5, 5, …)에 접속되어 이들의 제1의 전극(2, 2, … 또는 5, 5, …)에 주사신호를 공급하며, 또한 상기 복수의 제2의 전극(5, 5, … 또는 2, 2, …)에 접속되어 이들의 제2의 전극(5, 5, … 또는 2, 2, …)에 데이터 신호를 공급하여 상기 화소를 시분할 구동하기 위한 구동수단(15, 16, 17)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시소자.