KR960004126B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

액정표시장치
제 1 도는 본 발명의 일실시예의 원리를 설명하는 개략도.
제 2 도는 본 발명의 제 1 실시예의 투과율-공급전압 특성도.
제 3 도는 본 발명의 제 2 실시예의 원리 설명 개략도로서,
제 3(a) 도는 전압이 공급되지 않는 상태도이고,
제 3(b) 도는 전압공급 상태도.
제 4 도는 본 발명의 제 3 실시예의 원리 설명 개략도.
제 5 도는 본 발명의 제 3 실시예의 투과율-공급전압 특성도.
제 6 도는 제 1 실시예의 일예의 개략도.
제 7 도는 제 1 실시예의 일예의 투과율-공급전압 특성도.
제 8 도는 제 1 실시예의 다른예의 단면도.
제 9 도는 제 1 실시예의 또 다른예의 단면도.
제 10 도는 제 2 실시예의 제조방법의 일예의 단면도.
제 11 도는 제 3 실시예의 일예의 단면도.
제 12 도는 제 3 실시예의 일예의 투과율-트위스트 각 특성도.
제 13 도는 제 3 실시예의 일예의 투과율-△n, d 특성도
제 14 도는 제 3 실시예의 일예의 투과율 - 공급전압 특성도 .
제 15 도는 히스테리시스폭을 정의하는 그래프.
제 16 도는 제 3 실시예의 중합체량과 히스테리시스폭간의 상관도.
제 17 도는 제 3 실시예의 또 다른 예의 단면도.
제 18 도는 제 3 실시예의 또 다른 예의 단면도.
제 19 도는 제 3 실시예의 또 다른 예의 단면도.
제 20 도는 제 3 실시예의 또 다른 예의 단면도.
제 21 도는 제 3 실시예의 또 다른 예의 단면도.
제 22 도는 본 발명의 중합체량과 투과율 - 공급전압 특성의 최대치간의 상관도.
제 23 도는 종래의 액정표시 판넬의 구성예의 분해사시도.
제 24 도는 종래예의 액정분자의 배향상태도로서,
제 24(a)도는 전계가 공급되지 않는 상태도,
제 24(b)도는 전계가 공급된 상태도.
제 25 도는 종래예의 투과율 - 공급전압 특성도.
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 시각(視角)특성이 개선된 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치 분야가 눈부시게 발전됨에 따라 액정표시장치의 범용성이 상당히 넓어졌다. 그럼에도 불구하고, 액정표시장치의 보다 높은 정밀성과 보다 큰 표시 화면 사이즈에 대한 요구가 표시 품질개선과 예를 들어 시각성능등의 개선에 대한 요구 만큼이나 증가됐다.
종래의 일반적인 액정표시장치들은 간단한 매트릭스형 액정표시장치인 통상의 종래 액정표시장치의 구성예의 전개사시도인 제 23 도에 보인 구성을 갖는다.
도면에서, 참조번호 10은 액정셀을 나타낸다. 이 셀은 예를들어 ITO( In2O3-SnO2) 피막으로 구성되는 줄무늬형 구동전극과 폴리이미드 수지피막으로 구성되는 얼라인먼트 층(alignment layer)의 2적층 구조를 예를 들어 유리판으로 구성되는 투명기판(1,1) 사이에 배치하여 그들 사이에 한정되는 공간내에 액정(5)을 충전 밀봉하여 제조한다.
도면에서 쇄선 화살표의 방향은 각 기판상의 얼라인먼트층의 배향처리방향 예, 연마방향을 나타낸다. 연마방향은 통상적으로 TN형 액정표시 판넬의 경우에 서로 직교하도록 되어 있다. 참조번호 7a 및 7b는 각각 편광판들을 나타내는 것으로 이들은 도면에서 실선 화살표로 나타낸 방향으로 광축의 방향이 직교하는 식으로 액정셀(10)의 양측에 배치되어 있다. 도면에서, 심볼ψ는 선 X-X를 갖는 시각의 회전각을 나타내며, θ는 선 Z-Z로부터 시각의 고저를 나타낸다. 이들은 모두 시각의 방향을 나타내기 위한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 다음과 같은 방식으로 동작된다. 광선이 도면의 하부에서 조사되면 그 광은 편광판(7b)에 의해 선형 편광으로 변환된후 액정셀(10)에 입사된다. 서로 직교하도록 배치된 구동전극들에 전계를 가하지 않으면 선형 편광의 편광면이 90°회전하여 광은 상부 편광판(7a)을 통과한다. 즉, 이때 표시장치는 ON(명)이다. 구동전극들의 소정교점에 전계가 가해지면 그 부분의 액정분자의 배향이 변동하여 편광면을 회전시키지 않고서도 전송광이 액정셀(10)을 통과하여 상부 편광판(7a)에 의해 차단된다. 즉, 이 때 표시장치는 OFF(암)이다.
따라서, 도면에 도시안된 구동제어회로에 의해 각 화소에 공급되는 전압을 ON-OFF 제어하므로서 명암의 화상표시가 된다.
제 24 도는 종래의 액정표시장치의 액정분자의 배향상태의 개략도로서, TN형, STN형등의 "동일배향"을 나타내는 액정셀의 경우를 나타낸다. 참조번호 3은 얼라인먼트층을 나타내며, 50은 액정분자를 나타낸다.
제 24(a) 도는 전계를 공급하지 않은 예를 나타내며, 제 24(b) 도는 전계를 공급한 예를 나타낸다. 전계를 공급하지 않은 경우, 예를들어 액정분자가 얼라인먼트층(3)의 배향 억제력으로 인해 상하기판간에서 90°만큼 트위스트한다. 전계가 공급될 경우, 액정분자들은 기판표면에 수직으로 상승함을 알 수 있다. 그러므로, 상술한 바와같이 액정표시장치의 ON-OFF 제어가 행해질 수 있다.
제 25 도는 종래의 액정표시장치의 투과율-공급전압 특성도로서, 투과율은 종축에, 공급전압은 횡축에 나타냈다.
도면에서, 실선 ①은 θ=0의 경우, 즉, 액정표시 판넬을 바로위에서 본 경우이고, 쇄선 ②는 ψ=90°의 경우, 즉 액정표시 판넬을 아래쪽에서 본 경우이고, 점선 ③은 ψ=270°의 경우, 즉, 판넬을 정면에서 본 경우이다.
공급전계를 균일하게 증가시키더라도 위에서 주어진 실시예에서와 같이 투과율과 콘트라스트는 시각의 방향에 따라 현저히 다르며 또한 최대치 M(표시화상의 반전)이 종종 발생할 수 있다.
그러한 표시화상의 반전은 제 24(b) 도에 보인 바와같이 보는 방향에 따라 액정분자(50)의 배향 방향이 다르고 전송광의 편광상태가 동일한 방식으로 바뀌지 않기 때문에 생긴다.
표시반전은 액정표시장치의 표시성능 특히 대형화면의 고성능을 저하시키는 심각한 문제를 야기시키므로 반드시 해결책을 찾아야 했다.
본 발명의 목적은 종래기술의 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이러한 목적을 성취하기 위해, 작은 공간을 사이에 두고 서로 대향하도록 적층되는 구동전극과 얼라인먼트층을 가각 갖는 한쌍의 투명전극을 배치하고, 그 공간내에 액정을 충전 밀봉하여 제조한 액정표시장치에 있어서, 본 발명에 의한 액정표시장치를 사용하는 액정분자의 구조는 기판평면의 수직축을 따라 트위스트된 상태로 배치되고 또한 기판 평면들과 평행하게 기판들로부터 임의 거리만큼 떨어진 액정층 내측의 액정분자 배열이 이 평면내부에서 불규칙한 것이다.
여기서 용어 본 발명의 액정표시장치의 기판들로부터의 "임의거리"는 액정표시 판넬에 의한 기판계면과 기판중심간의 어떤 지점으로부터의 거리를 뜻한다.
이하, 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.
구동전극과 그 위에 적층된 얼라인먼트층을 각각 갖는 한쌍의 투명전극들의 작은 공간을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되고, 그 공간내에 액정이 충전 밀봉된 타입의 액정표시장치에 있어서, 본 발명의 액정표시장치의 제 1 의 양호한 실시예는 중합체 물질등의 액정분자의 트위스트를 방해하는 물질이 액정층에 부가되어 망상물질(network-like substance)을 형성하는 구조를 갖고 있다.
그 망상물질은 상술한 바와같이 액정층 내측에 형성되기 때문에 후술되는 바와같이 기판 표면들에 평행한 평면내측에서 액정분자들의 배열을 방해하여 불규칙하게 만드는 것이 가능해진다.
망상물질은 액정층 내측에서 작은 간격을 사이에 두고 불연속형으로 형성될 수 있고 또한 액정층 내측에서 분산된 복수의 작은 덩어리(small masses)로서 형성될 수도 있다. 보다 구체적으로는 망상물질은 유기 중합체 특히 광중합성 중합체에 의해 형성하는 것이 좋다.
사용 가능한 유기 중합체의 구체적인 것을 예로들면 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌 멜라민 수지류, 우레아수지류, 페놀수지류, 폴리디이소프로필 휴마레이트등이 있다.
광중합성 중합체의 구체적인 것을 예로들면 폴리우레탄 아크릴에이트, 폴리에스터 아크릴에이트, 에폭시아크릴에이트, 폴리에테르 아크릴에이트등이 있다.
본 발명의 이 실시예에 사용된 액정은 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 또는 치랄네마틱 액정(chiralnematic liquid crystal)이다.
제 1 및 2 도는 상술한 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다. 제 1 도는 액정층의 확대된 개략 단면도로서, 여기서, 액정분자(50)의 배향은 망상물질(6)등의 액정분자의 배열을 방해하는 물질에 의해 분산된 것을 보이고 있다. 액정분자(50)의 배향 방향이 방해되어 동일한 시각 방향에서 액정층들의 내부위치 즉, 선들 A, B 및 C에 따라 아주 약간 변동함을 보여주고 있다.
도면에서, 참조번호 3은 얼라인먼트층을 나타낸다. 제 2 도는 그의 투과율-공급전압 특성을 나타낸다. 현미경으로 관측할 때 상호 다른 공급전압에 따라 선들 A, B 및 C에서 제각기 작은 최대치에 MA, MB, MC를 발생하지만 표시의 반전은 굵은 실선으로 나타낸 바와같이 시각 방향에서 평균치로서 억제된다.
즉, 본 발명에 의하면, 트위스트될 수 있는 액정을 연마하여 분자 배향시킨 얼라인먼트층을 갖는 액정셀의 액정층(5)내에 망상물질(6)을 형성함으로써 액정분자(50)의 배향 방위를 전체적으로 액정층(5) 전체에 걸쳐 충분히 분산시킬 수 있다.
즉, 액정분자의 배향이 시각 방향에 있어 평균화되기 때문에 최대치들 또한 겉보기 투과율-공급전압 특성에 있어 평준화될 수 있다. 따라서, 비정상적인 표시 반전을 제거할 수 있으므로 표시성능이 향상될 수 있다.
액정분자 배열의 트위스트를 방해하는 물질 예를들어 중합체의 첨가량에 대해 이하에 설명한다. 제 22 도는 중합체량과 투과율-공급전압 특성의 최대치간의 관계를 나타낸다. 제 22 도로부터 명백히 알 수 있는 바와같이, 최대치는 중합체의 0.2wt% 이상인 경우 최소치가 되고, 또한 중합체의 양이 20wt% 이하인 경우에 양호한 암조건(흑)이 얻어질 수 있다. 따라서, 액정층내의 중합체의 량은 0.2∼20wt%의 범위내이어야 한다.
또한 본 발명의 제 2 양호한 실시예에 의하면, 상술한 망상물질과 같은 액정분자의 배열이 트위스트하는 것을 방해하는 물질의 굴절률(ηep, ηop)을 액정의 굴절률(ηec, ηoc)과 동일 레벨로 함으로써(보다 정밀하게 굴절률의 차를 ±0.1 이내로 함으로써) 망상물질의 분자배향을 액정의 분자배향과 일치시킬 수 있다. 그러한 망상물질의 분자배향은 제조과정중 액정표시장치의 구동전극들(2)간에 공급되는 전압의 유무에 따라 달라질 수 있다.
망상물질은 제 1 실시예에서와 동일한 방식으로 유기중합체, 특히 바람직하게는 광중합성 중합체로 제조한다.
그다음, 제 2 실시예를 제 3 도를 참조하여 이하에 설명한다.
제 3(a) 도는 전압이 공급안된 상태의 개략도이고 제 3(b) 도는 전압이 공급된 상태의 개략도이다.
도면에서, 참조번호 6d는 망상물질을 나타내며 60은 망상물질(6d)의 분자를 나타낸다. 화살표는 분자의 주축의 배향방위를 나타낸다.
망상물질(6d)의 분자의 배향이 얼라인먼트층(3)의 표면에 즉, 기판 표면에 수직하다고 가정하면, 액정(5)의 분자(50)는 구동전극들간에 전압이 공급되지 않을 경우, 제3(a)도에 보인 바와같이 액정층 내측에서 트위스트되면서 배열된다. 그러므로, 망상물질(6d)의 굴절률(ηep,ηop)이 액정(5)의 굴절률(ηec,ηoc)과 다를 때 뿐만 아니라 그들의 굴절률이 동일하더라도 경계표면에서 굴절률의 정합이 확립될 수 없다. 그러므로, 예를들어 액정(5)내에 전파되는 광(I0)은 망상물질(6d)과의 경계표면을 통해 완전히 투과될 수 없고, 반사광(Ir)과 투과광(It)으로 분리된다.
그러나, 전압이 공급되면, 액정(5)의 분자가 제 3(b) 도에 보인 바와같이 액정층 내측의 얼라인먼트(3)의 표면에 수직하게 배열되기 때문에 망상물질(6d)과 액정(5)간의 굴절률의 정합이 그의 경계표면에서 적당히 확립되어 망상물질(6d)의 굴절률(ηep,ηop)가 액정(5)의 굴절률(ηec,ηoc)과 동일할 경우 또는 그의 굴절률이 동일 레벨(그들간의 차가 ±0.1이내)일 경우 광이 굴절되지 않는다.
그러므로, 액정(5) 내측에서 이동하는 광(I0)은 망상물질(6d)로서 경계표면을 통해 완전히 투과되어 투과광(I0)으로서 액정을 통해 투과된다.
즉, 그러한 구조를 갖는 망상물질(6d)이 액정(5) 내측에 형성되면, 경계면에서 광의 반사와 산란이 방지될 수 있고, 또한 액정셀(10)이 서로 교차하도록 배치된 편광판들(7a,7b)간에서 샌드위치될 때 전압을 공급하면 OFF표시(암표시) 동안 광량 또는 광도가 최소화될 수 있으므로 고콘트라스트를 갖는 액정표시장치를 얻을 수 있다.
제 2 실시예의 구체적인 예를들면, 광중합성 중합체로서 폴리우레탄 아크릴에이트(NOA65, n=1.524, 노르랜드사제품)와 네마틱 액정(nematic liquid crystal)(MJ-62877, n=1.4858, 머크사제품 ; 치랄제를 첨가하면 TN액정이 형성된다)이 있다. 또다른 조합예를 들면 액정 UV-경화성 수지로서 1,4-페니렌 비스[4-[6-아크릴오일옥시)헥실옥시]벤조에이트](마크로몰 케미랄 190, 2255-2268(1989))
와 네마틱 액정E7(머크사, ηo=1,522 ; 치랄제를 첨가하면 TN액정이 형성된다) 그다음, 본 발명의 제 3 의 양호한 실시예를 설명한다. 제 3 실시예의 액정표시장치에서는 구동전극을 각각 갖는 한쌍의 투명기판을 서로간에 작은 공간을 두고 대향하도록 배치하고, 이 공간에 치랄네마틱 액정을 충전 밀봉하여 액정셀을 형성한다.
이 액정표시장치는 액정이 트위스트를 시작하는 지점에서 액정분자의 배향이 무질서하게 되고 ; 광축의 방향이 서로 교차하도록 액정셀의 양측에 편광판을 배치한 액정셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이후, 이 제 3 실시예에 대해 제 4 및 5 도를 참조하여 설명한다.
제 4 도는 본 발명의 제 3 실시예의 원리를 설명하는 개략 단면도로서, 액정의 단면을 확대한 개략도이다. 액정분자(50)의 배향은 치랄네마틱 액정과 같이 분자가 무질서하게된 트위스트 개시점을 갖는 액정에서 불규칙적이다.
시각 방향이 동일하더라도, 액정층 내측의 위치 즉, 위치 A,B 및 C에 따라 액정분자(50)의 배향 방향들이 달라짐(배향 방향의 분산됨)을 알 수 있다.
제 5 도는 제 4 도의 투과율-공급전압 특성을 나타낸다. 현미경으로 검사할 때, 선 B와 C에서 MB와 MC와 같은 작은 최소치들이 상이한 공급전압에서 동일방향으로 발생하지만 굵은 실선으로 나타낸 바와같이 시각방향에서 평준화되기 때문에 표시의 반전이 억제된다.
상술한 제 3 실시예에 의하면, 액정셀(10)의 액정(5)의 트위스트 개시점은 무질서해지고, 액정분자(50)의 배향 방향은 전체적으로 액정층(5) 전체에 걸쳐 충분히 분산된다. 트위스트의 개시점은 얼라인먼트층의 연마처리를 행하지 않으므로서 불규칙하게 될 수 있다.
액정분자(50)의 배향이 상술한 바와같이 시각 방향에서 평준화될 수 있기 때문에 겉보기 투과율-공급전압 특성의 최대치들도 평준화될 수 있어 비정상적인 표시의 반전이 제거될 수 있으므로 표시성능이 향상될 수 있다.
또한 예를들어 치랄네마틱 액정을 사용하는 액정표시 판넬에서는 구획벽(11)(액정의 배향이 불연속되는 벽면)(제 4 도 참조)이 액정층(5)에서 생긴다. 이 구획벽(11)의 상태는 앞서 공급된 전압에 따라 다르기 때문에 투과율-공급전압 특성에서 히스테리시스가 생겨 화상이 분리되게 된다.
그럼에도 불구하고, 망상물질, 작은 크기 또는 돌출부를 또는 그의 복수개의 조합중 어느 것을 액정층(5) 내측에서 형성하면 액정(5)에서 생기는 구획벽(11)이 파고되어 구획벽(11)이 안정화 될 때까지 소요되는 시간이 단축될 수 있다.
전계가 공급되면 구획벽(11)이 사라지기 때문에, 구획벽(11)의 유무로 인한 액정의 메모리 특성이 억제될 수 있고, 또한 투과율-공급전압 특성상의 히스테리시스가 제거될 수 있다.
망상물질, 작은 덩어리 또는 돌기부들 또는 그의 복수의 조합들중 어느것을 액정층(5)에 형성하면, 액정(5)의 트위스트 개시점의 변경주기가 더욱 작아져서 트위스트의 개시점의 변경에서 야기되는 표시의 불균일성이 무시될 수 있게 된다.
이후, 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1은 본 발명의 제 1 의 양호한 실시예를 설명하며, 제 6 도는 본 실시예의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도면에서, 참조번호 4는 밀봉층을 나타내는 것으로 이는 액정충전 공간을 기밀로 한정하기 위한 간격부재를 갖고 있는 접착층이며 6a는 망상물질을 나타낸다.
기판(1)으로서 예를들어 350×400mm의 사이즈를 각각 갖는 2유리기판을 사용했다. 각 기판위에 구동전극(2)과 얼라인먼트층(3)을 형성한후, 2기판을 도시안된 간격분리재를 샌드위치하여 밀봉층에 밀봉했다. 얼라인먼트층을 우선 소정의 방향으로 연마처리했다.
기판들간에 한정된 공간속에 충전시킬 액정(5)으로서, 본 예에서는 99.5wt%의 TN형 액정(네마틱 액정 MJ-62877, 머크사제품)과 0.5wt%의 치랄제 콜로레스테릭 나노에이트를 사용하여 혼합물을 제조한후 액정(5)내에서 망상기판(6a)을 형성했다.
예를들어, 상술한 TN형 액정에 3wt%의 아크릴형 UV-경화성 예비중합체(HX-620, 다이니뽄잉크사제품)과 이를 기준하여 3wt%의 광중합 개시제를 첨가하여 잘 혼합해서 90℃이상에 균질화가 되도록 했다.
이 혼합물을 고온으로 유지시키면서, 액정셀(10)의 공간내에 충전 밀봉시켰다. 그다음 액정셀을 90℃로 유지하면서 UV-경화성 예비중합체의 중합이 완료될때까지 UV선을 조사했다. 이 경우에, 망을 형성하기 위해 UV선의 강도를 줄임이고 UV조사시간을 연장시키는 것이 더욱 효과적이었다.
그 결과, 망상물질(6a)이 제 6 도에 보인 바와같이 액정층(5) 내측에 적당한 밀도로 형성되었다. 본 실시예의 아크릴형 UV-경화성 중합체는 고투명성을 갖고 있으며 또한 전체 휘도에 거의 나쁜 영향을 미치지 않았다.
제 7 도는 상술한 실시예의 투과율-공급전압 특성곡선이다.
투과율은 종축이고 공급전압은 횡축이다.
이 도면에서, 실선 ①은 θ=0。 즉, 액정판넬을 바로 위에서 본 경우이고, 쇄선 ②는 ø= 90。 즉, 액정판넬을 아래쪽에서 본 경우이고, 점선③은 ø=270。 즉, 판넬을 정면에서 본 경우이다.
제 7 도로부터 이해할 수 있는 바와같이, 비록 콘트라스트가 어느 정도 다르긴 하지만 어느곡선에서도 최대치를 전혀 볼 수 없다. 결국 표시반전이 생기지 않기 때문에, 표시성능이 크게 향상된다.
제 8 도는 본 발명의 제 1 실시예의 또다른 예의 개략 단면도로서, 이 도면에서, 참조번호(6b)는 망상물질을 나타낸다. 본 예의 특징적인 특색은 망상물질(6b)이 작은 간격을 사이에 두고 액정층(5) 내측에 불연속으로 형성된다는 것이다. 이 경우에, 망상물질(6b)는 상술한 예에서 전표면을 UV조사하는 경우와 대조적으로 불규칙적인 간격으로 UV조사를 간헐적으로 행하여 형성될 수도 있으며, 또는 우선 작은 간격을 두고 중합개시제를 불연속으로 코팅후, 공간내에 UV-경화성 예비중합체를 함유하는 액정(5)을 충전한후, UV선을 조사하여 형성할 수도 있다. 본 예는 액정표시장치의 휘도에 대한 악영향을 평균 투과율을 증가시킴으로써 더욱 감소시킬 수 있는 장점을 갖고 있다.
이 경우에, 만일 망상물질이 형성안된 액정 영역이 선형이 되도록 형성된 경우, 구획벽(액정의 배향이 불연속인 벽면)의 형상 또한 선형이 되어 시간에 대해 안정하므로 응답시간이 개선될 수 있다.
제 9 도는 제 1 실시예의 또다른 실시예로서, 이 실시예는 망상물질(6c)가 액정(5)내에 분산된 복수의 작은 덩어리로서 형성된 것을 특징으로 한다. 이 작은 덩어리들은 액정(5)내에 용융될 수 없는 미립자들의 형으로 중합개시제를 분산시킨 다음 예를 들어 중합을 행함으로써 형성할 수 있다.
상술한 예에서와 같이 이 예는 밝은 화면을 얻을 수 있는 장점과 어떤 경우에는 제조가 쉬워지는 장점이 있다.
비록 상술한 모든 예는 간단한 매트릭스형 액정표시 판넬에 관한 취급 설명하였으나, 본 발명은 또한 능동 매트릭스형 액정표시 판넬에도 적용할 수 있고 또한 예를들어 액정층내의 액정분자의 대부분이 전계를 가함이 없이 경계면의 억제력으로 인해 동질 또는 유사상태와 같은 균일한 배향상태에 있으나, 전계를 가할 때 액정분자의 분극 및 전계간의 상호작용으로 인해 또다른 균일방향 상태로 이동하는 다른 액정표시 판넬에도 적용할 수 있다.
망상물질(6)의 재료와 판넬의 다른 구성물질들은 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는한 상술한 것들로 제한되지 않으며, 본 발명은 또한 다른 재료들, 제조방법들 또는 그의 조합에 의해 성취될 수 있다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 액정셀의 액정층에 형성된 망상물질은 액정층(5) 전체에 걸쳐 액정분자의 배향 방향을 전체적으로 충분히 분산시킨다. 즉, 액정분자의 배향이 시각 방향에 대해 평준화될 수 있기 때문에, 겉보기 투과율-공급전압 특성의 최대치가 평준화되어 비정상적인 표시반전이 제거될 수 있어 액정표시장치의 성능과 질이 크게 향상될 수 있다.
[실시예 2]
이 예는 액정분자 배향의 트위스트를 방해하는 물질을 액정의 굴절률과 동일 레벨에 세트하여 이 물질의 분자배향이 액정의 분자 배향과 일치할 수 있는 실시예(상술한 제 2 실시예)를 나타낸다.
제 10 도는 제 2 실시예를 제조하는 방법의 일예로서 제 3 도를 참조하여 설명되는 표시장치를 제조하는 방법의 주요 단계들을 나타낸다.
우선 기판(1)으로서 예를들어 350×400mm의 크기를 각각 갖는 2유리기판을 사용했고, 각 기판상에 구동전극(2)과 얼라인먼트층(3)을 형성하는 한편 도시안된 간격분리재를 개재시켜 속이빈 셀을 형성했다(제 10a 도).
각 얼라인먼트층을 우선 소정방향으로 연마처리했다.
그다음, 기판간에 한정된 공간속에 액정층을 형성하는 혼합물(500)을 충전시킨후 도시안된 충전입구를 밀봉시켰다. 액정층을 형성하는 혼합물(500)은 다음과 같은 방식으로 제조했다. 우선 액정(5)으로서 99.5wt%의 통상적인 TN형 액정(예 네마틱액정, MJ-62877, n=1.4855, 머크사제품)과 0.5wt%의 치랄제 콜레스테릭 나노에이트를 혼합한후 그 혼합물에 액정(5)의 굴절률(ηec,ηoc)과 동일 레벨의 굴절률을 갖는 망상물질(6d) 형성을 위한 UV-경화성 수지 예비중합체 3wt%와 이 UV-경화성 수지 예비중합체를 기준으로 3wt%의 광중합개시제를 첨가했다. 그다음 그 혼합물을 90℃ 이상에서 충분히 교반하여 균일화했다.
그다음 그 온도를 유지하면서 기판들간에 그 혼합물을 충전시켰다(제 10(b) 도).
액정층을 형성하는 혼합물(500)을 충전 밀봉시킨 액정셀을 90℃에 유지시키면서, AC 전원의 구동전극들(2)간에 접속된 전원(20)의 스위치(21)를 폐쇄하고 예를들어 50V의 전압을 10분 동안 공급했다. 이 전압을 공급하는 동안 UV선이 투명기판(1)을 통해 조사되어 UV-경화성 수지 예비중합체의 중합을 완료했다. 그에따라 망상물질(6d)의 분자(60)는 광중합에 의해 기판 표면들과 수직한 정렬로 배열되었다.(제 10(c) 도).
UV-경화성 수지 예비중합체를 함유하는 액정층을 형성하는 혼합물의 광중합을 액정표시 판넬의 제조중 전압을 공급하지 않고 수행했을 때 망상물질(6d)의 분자(60)는 트위스트 배열을 취했다. 그에따라 판넬 완성후 전압을 공급하여 표시중 액정과 망상물질(6d)간의 경계상에서 광반사가 방지될 수 있고 또한 예를들어 서로 평행하게 편광판들을 배치하여 광누설을 최소화함으로써 고콘트라스트를 갖는 액정표시장치를 구성할 수 있다.
상술한 모든 실시예들에서는 액정셀(10)의 중요부분들을 설명했으나 액정셀(10)의 양측에 편광판들을 배치하여 액정표시 판넬을 구성할 수 있음이 명백하다.
상술한 바와같이, 본 발명의 제 2 실시예에서는, 액정층내에 망상물질이 형성된다. 그러므로, 액정분자 배향 방향이 전체적으로 액정전체에 걸쳐 충분히 분산되므로 액정분자의 배향이 시각 방향에 대해 평준화될 수 있고, 겉보기 투과율-공급전압 특성의 최대치들이 평준화될 수 있고, 또한 비정상적인 표시반전이 제거될 수 있다. 결과적으로, 보다 높은 콘트라스트와 향상된 관망특성을 갖는 액정표시를 얻는 것이 가능하다.
[실시예 3]
그다음, 트위스트 개시점이 불규칙한 콜레스테릭 액정 또는 치랄네마틱 액정을 충전 밀봉시킨 액정셀과 편광판들을 포함하는 본 발명의 제 3 실시예에 대해 설명한다.
제 11 도는 본 발명의 제 3 실시예의 일예를 나타내는 개략 단면도로서 도면에서, 참조번호 4는 액정 충전공간을 기밀로 한정하는 간격 분리재를 부착시키는 접착층인 밀봉층을 나타내며, 참조번호 6a는 망상물질을 나타낸다.
전술한 도면에서 동일 구성요소는 동일번호로 나타내고 그에 대한 설명은 생략한다.
기판(1)으로서 350×400mm의 크기를 각각 갖는 2유리기판을 사용했으며, 각 기판상에 구동전극(2)과 얼라인먼트층(3)을 형성한후 도시안된 간격분리재를 2기판 사이에 두고 밀봉층(4)으로 밀봉했다. 이때, 얼라인먼트층을 연마할 필요가 없었다.
양기판 간에 형성된 공간속에 충전시킬 액정(5)으로서 광특성이 최적인 치랄네마틱 액정을 사용했으며, 액정내의 망상물질(6a)을 형성하기 위한 혼합을 행했다.
제 12 및 13 도는 광특성인 투과특성이 최적치를 액정의 나선축이 투명기판에 수식한 평면나선 구조에서 측정했을때의 결과를 나타낸다.
액정의 트위스트 각도 45。∼135。의 범위(사실상 0.125∼0.375의 d/p(여기서 d : 액정층의 두께, p : 피치의 길이)내에서, 광의 편광상태가 완전히 불규칙할때의 투과율인 25% 이상의 투과율이 얻어질 수 있고(제 12 도 참조) 또한 액정층(5)의 두께(d)와 굴절률의 구등방성 △n간의 곱 △n·d의 범위 0.4∼1.2μ내에서 적어도 25%의 투과율이 얻어질 수 있다(제 13 도 참조).
만족스러운 투과율을 얻기 위해, 액정층(5)의 두께(d)와 액정(5)의 굴절률 부등방성 △n의 적 △n·d을 0.8μm가 되도록 조정하고, 액정의 트위스트각이 90。가 되도록 치랄제를 혼합시킨 치랄네마틱 액정에 아크릴형 UV-경화성 예비중합체 2wt%와 이를 기준으로 광중합개시재 20wt%를 첨가한후, 그 혼합물을 균일해질때까지 90℃ 이상에서 충분히 교반한 다음 고온을 계속 유지시키면서 액정셀(10)의 공간내에 충전 밀봉시켰다.
그다음 UV-경화성 예비중합체의 중합이 완료될때까지 UV선을 조사했다. 이러한 방식으로 도면에 보인 바와같이 액정층(5) 내측에 균일한 밀도로 망상물질(6a)이 균일하게 형성되었다(제 11 도 참조).
본 실시예의 아크릴형 UV-경화성 중합체는 고투명성을 가질 뿐만 아니라 전체휘도에 나쁜 영향을 덜 준다.
제 14 도는 본 예의 투과율-공급전압 특성을 나타낸다.
투과율은 종축, 공급전압은 횡축을 나타낸다. 도면에서, 실선 ①은 θ=0。 즉, 액정표시장치를 바로 위에서 볼 경우이고, 쇄선 ②는 ø=90。 즉, 아래쪽에서 볼때이고, 점선 ③은 ø=270℃ 즉, 정면에서 볼때이고, 일점쇄선 ④는 망상물질이 없을때의 히스테리시스를 나타낸다.
도면으로부터 알 수 있는 바와같이, 시각 방향에 따라 콘트라스트가 다르지만, 어떤 곡선에도 최대치가 나타나지 않고 있다.
따라서, 표시반전이 생기지 않아 표시성능이 크게 향상된다. 망상물질로 인한 히스테리시스가 사라지고 또한 화상 고정이 없는 표시가 성취될 수 있다.
히스테리시스에 관하여, 히스테리시스폭의 정의를 제 15 도에 나타냈다. 제 15 도에 보인 바와같이, 투과율이 50%인 전압들간의 차가 히스테리시스폭으로서 정의된다.
제 16 도는 본 발명의 제 3 실시예에서 이 히스테리시스폭과 중합체량간의 관계를 나타낸다.
제 16 도로부터 명백히 알 수 있는 바와같이 중합체량을 적어도 약 0.1wt%로 할 경우 히스테리시스가 사라졌다. 따라서 액정층에서 중합체량은 바람직하게는 적어도 0.1wt%임을 알 수 있다.
제 17 도는 참조번호 6b가 망상물질을 나타내는 또다른 예를 나타낸다. 이 예는 사이에 간격을 갖고 있는 액정층(5) 내측에 망상물질(6b)이 불연속으로 형성된 것을 특징으로 한다.
그러한 망상물질은 전술한 실시예들에서 전표면을 UV 조사하는 것과 대조적으로 UV 조사를 간헐적으로 행하거나 또는 우선 불연속의 작은 간격을 두고 기판들상에 중합개시제를 피복후 UV-경화성 예비중합체(NOA65, 노랜드사제품)를 함유하는 액정(5)(치랄네마틱 액정)을 충전하고, 그다음 UV선을 조사하여 형성되었다. 이 실시예는 투과율을 평균적으로 증가시킴으로써 액정표시 판넬의 휘도에 대한 나쁜 영향을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 경우에, 망상물질을 형성하지 않은 액정영역을 선형이 되도록 배열하면 그 액정영역의 중심에서 생기는 구획벽(액정의 배향이 불연속한 벽면)의 형상 또한 선형이 되어 시간경과후 안정되었으며 결국 응답시간이 향상되었다.
제 18 도는 또다른 예를 나타낸다. 도면에서, 참조번호 6c는 망상물질을 나타낸다. 이 예는 망상물질(6c)이 액정층(5)내에 분산된 복수의 작은 덩어리로서 형성된 것을 특징으로 한다.
망상구조는 중합개시재를 액정(5)내에 용융되지 않는 미립자들로 변환시킨 다음, 분산시키고 그다음 중합을 행하는 방법에 의해 형성되었다. 이예 역시 화상이 고정되지 않는 표시가 얻어졌고 또한 표시장치를 전술한 실시예에서와 동일한 방식으로 쉽게 제조할 수 있다.
제 19 도는 또다른 예를 나타낸다. 도면에서, 참조번호 8a는 중합체의 작은 덩어리를 나타낸다. 이예는 중합체의 작은 덩어리들(8a)이 액정내에 분산되는 것을 특징으로 한다. 그 작은 덩어리는 예를들어 액정(10)의 공간내에 액정층을 형성하는 혼합물(50)을 충전시킨후, UV-경화성 예비중합체을 응고시키도록 액정셀(10)의 온도를 낮추고 그다음 그 응고된 예비중합체가 기판에 접착되기 전에 UV선을 조사하여 형성했다.
이예 또한 화상이 고정되지 않는 표시를 전술한 실시예들에서와 동일한 방법으로 얻었다. 중합체는 입상덩어리들이었기 때문에, 액정의 배향에 나쁜 영향을 거의 주지 않는다. 따라서, 액정표시 판넬의 휘도에 대한 나쁜 영향이 줄어드는 장점이 얻어졌다.
제 20 도는 또다른 예를 나타낸다. 도면에서, 참조번호 8b는 중합체의 작은 입상덩어리들을 나타낸다.
이예는 중합체(8b)의 작은 입상덩어리들이 액정층(5)내에 분산되는 식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 액정층(5)은 얼라인먼트층(3)상에 접착부여제에 의해 응고된 중합체의 작은 입상덩어리들을 산란시킨 다음 액정셀(10)의 공간에 액정(5)을 충전시켜 형성하였다. 이예는 화상 고정이 없는 표시가 얻어졌고 전술한 예와 동일한 방식으로 더 쉽게 제조하였다.
제 21 도는 또다른 예를 나타내는 것으로, 도면에서, 참조번호 9는 중합체의 돌출부들을 나타낸다. 이예는 중합체의 돌출부들(9)이 얼라인먼트층(3)상에 분산되는 식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이예의 표시장치는 예를들어 액정층을 형성하는 혼합물(50)을 액정셀(10)의 공간속에 충전시킨후, UV-경화성 예비중합체를 응고시키도록 판넬의 온도를 낮춘 다음, 그것을 얼라인먼트층(3)에 접착되도록 한후, UV선을 조사하여 제조했다.
이예는 화상 고정이 없는 표시가 전술한 예와 동일한 방식으로 얻어지고 또한 중합체가 돌출되었기 때문에, 액정표시 판넬의 휘도에 대한 나쁜 영향이 감소되는 장점이 있다. 얼라인먼트층(3)상에 돌출부들을 형성하는 피막을 형성한 다음 식각하거나 또는 마스크를 사용하여 진공증착을 행하여 돌출부들을 형성하는 것이 또한 가능하다. 제18, 19 및 21도에 보인 예들은 동일한 예비중합체와 동일한 액정을 사용했다.
상술한 바와같이, 본 발명의 제 3 실시예는 액정셀의 액정으로서 불규칙한 트위스트 개시점을 갖는 콜레스테릭 액정 또는 치랄네마틱 액정을 사용함으로써 전체적으로 액정층 전체에 걸쳐 액정분자(50)의 배향 방향을 충분히 분산시킬 수 있다.
즉, 액정분자의 배향이 시각 방향에서 평준화될 수 있기 때문에, 겉보기 투과율-공급전압 특성의 최대치들이 평준화될수 있어 비정상적인 표시반전이 제거될 수 있으므로 본 발명은 액정표시장치의 성능과 질적인 향상에 크게 기여한다.
또한 액정층 내측에 망상물질이 형성되기 때문에, 투과율-공급전압 특성에서 나타나는 히스테리시스가 제거될 수 있다.

Claims (16)

  1. 작은 공간을 사이에 두고 서로 대향하도록 구동전극과 얼라인먼트층이 각각 적층 형성된 한쌍의 투명기판을 배치하고, 상기 공간속에 액정을 충전 밀봉하여 된 액정셀을 갖는 액정표시장치에 있어서, 액정의 분자는 기판표면에 대해 트위스트상태 및 균질 및 유사상태로 기판표면의 수직축을 따라 배향되고, 상기 기판으로부터 염의 거리 격리되어 기판표면에 평행한 평면에는 액정분자의 배향을 방해하는 물질이 첨가되어 있으며, 그에 의해 상기 평면 내측의 액정분자 배향이 불규칙한 것이 특징인 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 얼라인먼트층이 연마처리된 것이 특징인 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액정배향을 방해하는 물질은 망상물질인 것이 특징인 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 망상물질은 작은 간격을 사이에 두고 상기 액정층 내측에 불연속으로 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 망상물질은 상기 액정내에 분산된 복수의 작은 덩어리들로서 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 망상물질은 유기중합체로 구성된 것이 특징인 액정표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 망상물질은 광중합성 중합체인 것이 특징인 액정표시장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 망상물질의 굴절률(ηep,ηop)과 액정의 굴절률(ηec,ηoc)간의 차는 ±0.1이내인 것이 특징인 액정표시장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 망상물질의 분자배향은 액정의 분자배향에 상응하도록 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 망상물질의 분자배향은 액정의 분자배향에 상응하며 또한 제조중 상기 구동전극들간에 전압을 공급하는 동안 형성되는 것이 특징인 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 액정셀은 콜레스테릭 액정 또는 치랄네마틱 액정을 충전 밀봉하여 형성되고, 상기 액정의 트위스트 개시점에서 액정분자 배향이 불규칙하게 되는 것이 특징인 액정표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 액정셀은 콜레스테릭 액정 또는 치랄네마틱 액정을 충전 밀봉하여 형성되고, 상기 액정의 트위스트 개시점에서 액정분자 배향이 불규칙하며, 상기 액정은 나선축이 투명기판에 수직한 평면나선구조를 가지며 액정층의 두께(d)와 상기 액정의 굴절률 부등방성(△n)의 곱(△n·d)이 0.4∼1.2㎛의 범위내에 있고 또한 상기 액정의 트위스트각이 45°∼135°의 범위내인 것이 특징인 액정표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 액정셀은 콜레스테릭 액정 또는 치랄네마틱 액정을 충전 밀봉하여 형성되고, 상기 액정의 트위스트 개시점에서 액정분자 배향이 불규칙하며, 상기 액정층내에 망상물질 또는 작은 입상덩어리들이 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 액정셀은 콜레스테릭 액정 또는 치랄네마틱 액정을 충전 밀봉하여 형성되고, 상기 액정의 트위스트 개시점에서 액정분자 배향이 불규칙하며, 상기 구동전극들상에 형성된 상기 얼라인먼트층들상에 돌출부들이 형성되는 것이 특징인 액정표시장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 액정분자 배향의 트위스트 방해 물질은 상기 액정셀에 대해 0.1∼20wt%의 양으로 첨가된 것이 특징인 액정표시장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 기판으로부터 상기 임의 거리는 상기 액정표시 판넬의 깊이방향으로 상기 기판의 계면으로부터 상기 기판의 중심까지인 것이 특징인 액정표시장치.
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