KR940008528B1 - 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

액정 디스플레이 장치
제1도는 본 발명에 따른 LCD 셀의 샤시도.
제2도는 각도, 표면 배열 및 편광기를 서로에 대해 배치한 것을 도시한 다이아그램.
제3도는 양호한 실시예를 전압-대비 곡선으로 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정층 2 : 전면판
3 : 배면판 4 및 5 : 편광기
6 : 전극 코팅
본 발명은 전극 및 표면 배열(surface orientations)을 가지고 있는 편광기(4,5)와 이것에 부착된 전면판(2)과 후면판(3) 사이에 배치되어서 정극 유전체 비등방성을 갖는 꼬인 네마틱 액정층(twisted nematic liquid crystal layer)을 구비하는 액정 디스플레이 셀(LCD)에 관한 것이다.
특히 본 발명은 네마틱 액정층이 매우 낮은 광학 경로차(optical path difference)를 가지고 있다고 설명된 종류의 LCD 셀에 관한 것이다.
만일 LCD 셀이 높은 멀티플렉스 비율(multiplexratio)을 가지고 있다면, LCD 셀은 물론 경사가 급한 전기-광학적인 특성을 가져야할 것이다. 그에 대응하는 개선책(development)은 많이 꼬인 네마틱 구조로 관심이 모아진다. "많이 꼬인 네마틱 구조"이란 용어는 90o이상의 꼬임 각도를 가지고 있는 구조를 나타내는 것으로 이해될 것이다. 물론, 그러한 꼬임 구조를 만들기 위해서는 치랄(Chiral) 첨가제로 도핑(doping)하는 것이 항시 필요하다.
많이 꼬인 네마틱 구조를 갖는 액정 셀의 장점은 급경사진 전기-광학 특성 및 넓은 시계 각도(wide viewing angle) 범위이다. 경사진 전기-광학 특성은 높은 정보 필도(high infomntion density)를 나타내는데 필요한 높은 멀티플렉스 비율을 초래한다.
그러나, 어떤 목적에 대한 요구조건이 높은 멀티플렉스 비율이 아니라 고도로 분화된 그레이(grey) 스케일을 제공하는 가능성이라는 사실에 대해서 거의 주의가 기울여지지 않았다. 이것은 예를 들어 특히 털레비젼에 응용하는경우이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 매우 낮은 기울기의 전기-광학적인 특성을 가지고 있는 LCD 셀을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 이 목적은 이하에 기술된 종류의 LCD 셀로서 성취되는데, 이는 10o내지 80o의 꼬임각도 φ, 30 내지 60o의 광 입사면상에서 판의 표면 배열방향 및 편광방향 간의 각도 θ, 80o내지 110o의 두개 편광기의 편광방향간의 각도 Ψ, 및 0.2 내지 0.7μm의 광학 경로차 △nd의 조합으로 특징된다.
이것을 설명하기 위하여, 다음의 각도는 다음과 같다.
꼬임 각도 φ는 전면판(즉, 광입사면의 판) 및 배면판상의 두 네마틱 디렉터(director)에 규정되면서 상기 판들과 수직(즉, 다른 말로하자면 네마틱 디렉터들이 서로 상쇄되는 각도)을 이루는 평면 사이에 있는 각도를 말한다. 이러한 정의는 통상적인 정의에 해당한다.
각도 θ는 전면판(front plate) 또는 그 판의 네마틱 디렉터 n1의 표면 배열과 상기판으로 연관된 편광기의 편광방향 사이의 각도이다. 각도 θ의 플러스 값은 편광 방향이 각도 φ의 외부에 있는 것을 가르키는 반면에 θ의 마이너스 값은 네마틱 디렉터(nematic director) 사이의 편광방향을 가르킨다.
각도 Ψ는 편광기가 서로 오프셋되는 각도이다. 편광기는 편광기가 그들 사이에 어떠한 광-감응 수단없이 광의 통행을 실제로 방해할 때 교차된다. 이것은 "교차된"라는 용어가 Ψ의 대응값을 모두 망라하는 것이며 90o오프셋으로 제한되지 않는 것을 의미한다.
이렇게 된 셀은 정극성 대비(contrast) 디스플레이를 제공하며, 의의로 낮은 d△n값 및 θ=0때문에 채색되지 않는다.
정극성 대비 디스플레이에서, 전기적으로 에너지를 얻은 세그먼트는 밝은 바탕에서 어둡게 나타나며 반면에 음극성 대비 디스플레이에서 상기 상황은 반전된다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명될 것이다.
본 발명에 따르는 LCD 셀은 꼬인 네마틱 LCD(1971년 수아디트와 헬프리치의 응용 물리학지 18권, 제127호)와 같은 공지된 셀과 아주 유사한 구성을 하고 있어서, 구조적인 세부사항을 설명할 필요는 없겠다. 본 발명에 따르는 셀은 두개의 판(2 및 3)사이에 배치된 액정층(1)을 구비하는데, 상기 판은 실제로 서로가 평행한 판이며 유리 또는 아크릴 유리 또는 플라스틱 박(foil) 또는 그와 유사한 투명물질로 이루어진다. 편광기(4)는 전면판(2) 앞에 배치되며 접합시킴으로써 그 판에 양호하게 접속된다. 편광기(5)도 유사하게 배면판(3)에 접속된다. 판은 이격 또는 간격 d만큼 서로 분리되어 있다.
액정과 면하고 있는 그들의 표면에서 판(2 및 3)은 심볼 또는 도트의 디스플레이를 위해 분절된 통상적인 전극 코팅(6)이 되어있다. 또한, 그 표면은 인접한 액정 분자상에 방향성 효과(directional effect)를 주도록 처리된다. 그리하여 네마틱 디렉터 n의 방향을 결정한다. 이러한 처리는 예를 들어 한 방향으로 표면을 연마할 때 필요하다. 이것은 기울기 각(tilt angle)을 제공하는데 필요하지 않으며 유익하지도 않다. 이러한 처리의 결과는 그러한 목적을 위해 표면 배열(surface orientation)이라 불리운다. 화살표(7)는 전면판(2)상의 표면 배열을 가르킨다. 배면판(3)에서 표면 배열은 전면판의 배열과 상쇄되어 화살표(8)로 표시된다.
전면판 편광기는 그 편광방향이 바깥 방향으로의 꼬인 각도만큼 소정의 각이 있도록 위치하고 이것은 아래에 상세히 설명된다. 배면 편광기는 그 편광방향이 전면 편광기의 편광방향과 교차하도록 배치된다.
액정(l)은 치랄(chiral) 첨가제를 가질 수 있는 네마틱 액정이다.
제2도는 네마틱 디렉터(nematic director)와 편광방향의 상대적인 각도 관계를 도시한다. 이전에 실명된 바와 같이, n1은 전면판(2)에서의 네마틱 디렉터이며, n2는 배면판(3)에서의 네마틱 디렉터이다. 두 네마틱 디렉터터간의 꼬인 각도는 참조부호 φ를 갖는다. 이 각도는 본 실시예에서 대략 50o이다. 그러나, 이 각도는50o내외로 가변될 수 있다.10o내지 80o바람직하게는 20o와 60o, 더 양호하게는 30o와 50o사이의 절대값으로 만족할만한 결과가 얻어진다.
전면 편광기(4)는 편광방향 P1을 갖는다. 이 실시예에서 그러한 방향은 네마틱 디렉터 n1으로부터 20o의 각도 θ에 의해 상쇄된다. 그러나 방향 P1은 -30o<θ<60o의 범위에서 네마틱 디렉터 nl으로부터 각도 θ만큼 가변될 수 있다. 환언하면, 편광기는 네마틱 디렉터와 대칭하여 배열될 수 있다. 이에 대한 조건은 Ψ=90o이면 θ=(90o-φ)/2이다. 대칭을 이루는 것이 바람직하지만 필수적인 것은 아니다. 배면 편광기(5)의 편광방향 P2는 바람직하게 90o인 각도 Ψ만큼 전면 편광기의 편광방향 P1과 상쇄된다. 그러나, 만족할만한 결과는 80o내지 110o의 각도 Ψ로 얻어진다. 편광방향 P1및 P2는 역효과를 내지않고 변환될 수 있다.
예를 들어,θ=30o, φ=30o및 Ψ=90o로 다른 바람직한 실시예에서, 다음의 액정 혼합물(혼합물 "A")은 두께 d=3.4μm의 층에서 사용된다.
혼합물 "A"
성분 농도
(중량 %)
Figure kpo00001
d(4)CP P-[트랜스-4-(4-펜테닐)사이클로 8,000
헥실]벤조니트닐
5CP P-(트란스-4-펜틸사이클로헥실)벤조 11,000
니트릴
4P(1)P P-(5-부틸-2-피리미디닐)-벤조니트 3,000
릴
5CAPO2P-[2-트란스-4-펜텔사이클로헥실)에 6,000
틸]-에톡시벤젠
3CEC3 트란스-4-프로필사이클로헥산 카르복실 8,000
산-트란스-4-프로필사이클로헥실-에스
르
4CEC3 트란스-4-부틸사이클로헥산 카르복실 11,000
산-트란스-4-부틸사이클로헥실-에스
테르
5CEC3 트란스-4-펜틸사이클로헥산 카르복실 11,000
산-트란스-4--프로필사이클로헥실-
에스테르
5CPAC4 1-[2-(트란스-4-펜틸사이클로헥실)- 9,500
에틸]-4-(트란스-4-펜틸사이클로헥
실)벤젠
5CPPAC4 4-[2-트란스-4-부틸사이클로헥실)- 5,500
에틸]4'-(트란스-4-펜틸-사이클로헥
실)바이페닐
5CPAPAC4 4-(트란스-4-펜틸사이클로헥실)-4'- 7,000
[2-(트란스-4-부틸사이클로헥실)-에
틸]-1,1'-에틸렌다이벤젠
4CEPO2 트란스-4-부틸사이클로헥산 카르복실 11,000
산-P-에톡시-페닐에스테르
5CEPO1 트란스-4-펜틸사이클로헥산 카르복실 9,000
산-P-메톡시-헥실에스테르
두번째 예는 다음의 혼합물 "B"로 준비된다.
혼합물 "B"
성분 농도
4P(1)P P-[5-부틸-2-피리미디닐)-벤조니트 8,820
릴
Figure kpo00002
d(3)CPP-[트란스-4-(3-부테닐)-사이클로헥 7,390
실]벤조니트닐
1d(3)CP P-[트란스-4-(3E-펜테닐)-사이클로 7,420
헥실]벤조니트닐
Figure kpo00003
d(4)CPP 4'-[트란스-4-(4-펜테닐)-4-바이페 6,170
닐카르보니트릴
3CEC3 트란스-4-프로필사이클로헥산 카르복실 21,050
산-트란스-4-프로필사이클로헥실 에스
테르
4CEC4 트란스-4-부틸사이클로헥산 카르복실 28,100
산-트란스-4-부틸사이클로헥실에스테
르
5CEC3 트란스-4-펜틸사이클로헥산 카르복실 21,050
산-트란스-4-프로필사이클로헥실에스
테르
상기 성분의 표시는 당업자에게 공지되어 있다. 이에 관한 참조는 샌디에고(1985), 프로시딩 인터내셔널 디스플레이 리써치 컨퍼런스 및 (1985) 분자 결정 액정, 122, 241ff에서 샤디트등의 간행물을 참조할 수 있다.
다음의 표 1은 두 혼합물 "A" 및 "B"의 적절한 파라미터를 표시한다.
[표 1]
Figure kpo00004
다음 표 2에 나타난 전기-광학 결과는 이들 혼함물에서 얻어진다. 본 발명에 따른 새로운 셀로 성취된 결과는 통상적인 꼬인 네마틱 셀내 동일한 액정 혼합물로 얻어진 결과와 제3열에서 나타난 결과와 각각 비교된다.
[표 2]
Figure kpo00005
표 2의 설명 :
V10은 10% 소광(또는 90% 전송)에서 광학 임계 전압을 나타낸다. V50은 50% 소광 또는 전송에서의 임계전압을 나타낸다. P0은 다음 공식에 따라서 시계 또는 광 입사 각도 β=0o에서의 전송 곡선의 경사도를 나타낸다.
P0=(V50-V10)/V10
제3도는 통상적인 꼬임 네마틱 셀과 비교된 것으로써 전기-광학 반응의 대비 곡선 특성을 도시하며, 상기 곡선은 φ=30o, θ=30o, Ψ=90o(곡선 I)과 φ=60o, θ=l5o, Ψ=90o(곡선 II) 및 φ=90o, θ=0o, Ψ=90o(꼬임 네마틱 셀, 곡선 III)에서 백광(white light)으로 취해진다. 분명히, 곡선은 고임 각도의 증가에 따라 경사가 더 심해진다.
이전에 기술된 셀은 전송 및 반사 작용으로 동작될 수 있다.

Claims (5)

  1. 두개의 편광기(polarizer) 사이에서, 전극 및 표면 배열(surface orientations)을 가지고 있는 두 개의 판(plate) 사이에 배치되어 정극 유전체 비등방성을 갖는 꼬임 네마틱 액정을 구비하는 액정 디스플레이(LCD) 셀에 있어서, 10o내지 80o의 꼬임 각도 φ, -30o내지 60o의 광입사면상에서 판의 표면 배열방향과 편광 방향 사이의 각도 θ : 80o내지 110o의 두개 편광기의 편광 방향간의 각도 Ψ 및 0.2 내지 -0.7μm의 광학 경로차(optical path difference) △nd의 조합을 특징으로 하는 액정 디스플레이 셀.
  2. 제1항에 있어서, 20o내지 60o의 꼬임 각도 φ를 특징으로 하는 액정 디스플레이 셀.
  3. 제1항에 있어서, 30 내지 50의 꼬임 각도 φ를 특징으로 하는 액정 디스플레이 셀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각도 θ는 조건 θ=(90-φ/2)으로 규정되며, 편광기 사이의 각도 Ψ는 90o인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 셀.
  5. 제1항에 있어서, 0 내지 60의 각도 θ를 특징으로 하는 액정 디스플레이 셀.
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