KR960009028B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Description

액정표시장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 액정표시장치의 횡단면도.

제2도는 전압공급의 경우를 나타낸는 제1도의 액정표시장치의 횡단면도.

제3a∼3d도는 삽입된 막과 액정의 이방성 굴절율을 나타내는 도면.

제4도는 제1도의 장치의 공급전압 대 투과율의 관계를 나타내는 도면.

제5도는 종래의 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 액정표시장치의 공급전압 대 투과율의 관계를 나타내는 도면.

제6도는 종래의 트위스티드 네마틱 액정표시장치를 나타내는 도면.

제7a∼7c도는 상기 공급전압이 증가되는 경우의 제6도의 장치의 부분확대도.

제8도는 본 발명의 제2실시예에서 사용되는 액정판넬의 산란치를 측정키 위한, 할당장치를 나타내는 도면.

제9도는 본 발명의 제2실시예에 의한 액정표시장치를 나타내는 도면.

제10도는 전압이 공급되는 경우와, 제9도의 액정표시장치의 횡단면도.

제11도는 제9도의 실시예에서 사용되는 액정판넬의 각종 산란치들과 투과율과 콘트라스트비를 나타내는 도면.

제12도는 제9도의 실시예의 공급전압 대 투과율을 나타내는 도면.

제13도는 본 발명의 제3실시예에 의한 액정표시장치를 나타내는 도면.

제14도는 전압이 공급되는 경우의, 제13도의 액정표시장치의 횡단면도.

제15도는 본 발명의 제4실시예에 의한 액정표시장치를 나타내는 도면.

제16도는 전압이 공급되는 경우와, 제15도의 액정표시장치의 횡단면도.

본 발명은, 액정분자들이 랜덤하게 분산되어, 입사광이 액정분자들에 충돌하여 산란되는 분산형 액정을 포함한 액정표시장치에 관한 것이다.

최근, 액정표시장치는, 각종 기술분야와 넓은 표시면, 고정세도(definition) 및 컬러표시등 표시질의 개량이 요구되는 분야에 적용되고 있다. 액정표시장치에서는 여러 유형의 액정들이 이용된다 트위스티드 네마틱 액정이 흔히 사용돼 왔으며, 이 경우, 액정분자들이, 액정이 사이에 삽입돼 있는 투명판들에 대해 일정한 방향으로 배향된다. 또한, 중합체 분산형 액정등의 분산형 액정이 개발되었으며, 이 경우는, 액정분자들이 랜덤하게 분산되어, 입사광이 상기 액정분자들에 충돌하여 산란된다.

예를 들면, 제6도는 트위스티드 네마틱 액정을 이용한 액정표시장치를 나타낸다.

이 액정표시장치는, 1쌍의 대향 투명판(1,2)과, 이 투명판들(1,2)간에 밀봉 삽입된 액정층(3)을 포함한 액정판넬을 구비하고 있다.

상기 투명판들(1,2)의 내면에는 전극들과 배향층들(도시안함)이 각각 설치돼 있다.

상부 투명판(1)의 배향층은, 화살표(1a)로 표시된 방향으로 연마처리되고, 상기 하부 투명판(2)의 배향층은, 화살표(2a)로 표시된 방향으로 연마처리된다. 따라서, 상기 상부 투명판(1) 근방의 액정분자의 일부는, 상기 화살표(1a) 방향으로 배향되고, 상기 하부 투명판(1) 근방의 액정분자의 일부는 상기 화살표(2a) 방향으로 배향되며, 상기 상,하부 투명판(1,2) 사이의 액정분자들은 90°트위스트된다.

상기 상,하부 투명판(1,2)간의 액정분자의 중간부는 파선(3a)으로 표시돼 있다.

또한, 상기 상,하부 투명판(1,2)의 외부에는 편광기들(4,5)으로 배치돼 있다.

상기 편광기들(4,5)은, 상기 상,하부 투명판(1,2)의 연마방향(1a,1b)에 대응해서, 서로 직각을 이루는 평광광 투과축(4a,5a)을 갖고 있다.

제6도에서, Z-Z선은 표시화면의 중심에서 직립된 수직선이다:

상기 액정표시장치가 수직면내에 직립으로 배치되면, 상기 Z-Z선은 표시면을 관통하는 수평중심선이 되고, X-X선은 수직 중심선이 된다. 이러한 트위스티드 네마틱 액정표시장치에서는, 사용자가 표시장치를 바라보는 각도와, 상기 상,하부 투명판(1,2)간의 액정의 중간분자(3a)의 배향도간의 관계에 따라서 가시각도 특성이 나타난다.

제6도에서, θ는 디프레션(depression) 가시각을 나타내며, ψ는 가시 회전각을 나타낸다, 사용자는, θ가 영(0)일때 액정표시장치를 그 정면으로부터 보고, θ가 영이 아닐때, 액정표시장치를 비스듬히 본다. 후자의 경우, 사용자는 ψ가 90°일때 상측으로부터, 직립된 액정표시장치를 보고, ψ가 270°일때 하측으로부터, 직립된 액정표시장치를 보게 된다.

제7a∼7c도는 상이한 방향 A, B, C에서 광이 입사되는 트위스티드 네마틱 액정표시장치를 나타낸다. 화살표 C는, 액정판넬에 수직하게 입사되는 광을 나타내고, 화살표 A와 B는 상기 액정판넬에 비스듬히 입사되는 광을 나타낸다.

또한, 제7a도는 공급전압 V가 0일때의 액정표시장치를 나타내며, 제7b도는 상기 공급전압 V가 비교적 작은 값인 Vs일때의 액정표시장치를 나타내며, 제7c도는, 상기 공급전압 V가 비교적 큰 값인 Vc일때의 액정표시장치를 나타낸다.

상기 트위스티드 액정표시장치에서는, 입사된 편광광이 액정의 트위스트에 의하여 90°회전하며, 투과하는 편광광의 진동면이, 상기 입사된 편광광의 진동면에 대하여 90°회전한다. 따라서, 편광기(5)(제6도 참조)를 투과하는 편광광이 90°회전함으로써 어낼라이저(analyzer)(4)를 투과할 수 있다.

또한, 제7b도와 제7c도에 도시된 바와 같이, 상기 공급전압이 증가함에 따라서 액정분자(3a)가 상승함으로써, 액정분자의 장축 방향과 광의 전파방향간의 각도가 변하여, 복굴절의 광학효과를 변화시킴으로써, 투과광의 강도가 감소한다. 상기 광 A,B 및 C는 복굴절의 광학 효과가 다르다. 예를 들어, 상기 액정판넬에 수직인 광 C의 경우, 복굴절의 광학효과가 제7a도에서는 크고, 제7b도에서는 중간이고, 제7c도에서는 작으며, 이 순서대로 투과광의 강도가 감소한다. 상기 액정의 중간분자(3a)의 경사와 동일방향으로 경사져서 진행하는 광 A의 경우, 복굴절에 의한 광학효과가 제7a도에서는 중간이고, 제7b도에서는 작고, 제7c에서는 다시 중간이다.

또한, 상기 액정의 중간분자(3a)의 경사와 반대방향으로 경사져서 진행하는 광 B의경우, 복굴절에 의한 광학효과가, 제7a도에서는 중간이고, 제7b도에서는 크고, 제7c도에서는 다시 중간이다.

상기와 같이 트위스티드 네마틱 액정표시장치의 가시적 특성이 제5도에 대표적으로 요약돼 있다.

상기 가시각 특성은, 상기 액정(3)에 공급된 전압 V대 액정(3)을 통과하는 광의 투과율의 T-V 관계로서 표시된다.

상기 곡선 F는, 사용자가 액정판넬을 그 정면에서 볼때의 가시각 특성을 나타내며, 제7a∼7c도의 수직 입사각 C의 경우와 대응된다. 상기 곡선 G는, 사용자가 액정판넬을 하측 위치에서 볼때의 가시각 특성을 나타내며, 제7a∼7c도의 경사진 입사각 A의 경우에 대응된다.

곡선 H는, 사용자가 액정판넬을 상측 위치에서 볼때의 가시각 특성을 나타내며, 제7a∼7c도의 수직 입사각 B의 경우와 대응된다.

액정판넬을 하측 위치에서 보는 경우의 가시각 특성 곡선 G에서, 상기 투과광은 전압 V의 미소한 증가에 따라 감소되므로, 연백색 표시 스폿(spot)을 얻기가 곤란하다.

또한, 휘도가 역전된 부분 M이 있다.

따라서, 휘도에 대응하여 전압을 제어하여 계조표시를 시도하면, 결과적인 표시 휘도의 역전이 초래되며, 예를 들어, 흑색 표시점을 형성하고자 하는 위치에 회색 표시 스폿이 발생될 수 있고, 회색 표시점을 형성하고자 하는 위치에 흑색 표시 스폿이 생길 수 있다. 이 경우와는 반대로, 액정판넬을 상측 위치로부터 보는 경우의 상기 가시각 특성 곡선 H에서는, 상기 전압 V가 더욱 큰 값으로 증가되더라도 투과광의 감소가 적어서, 흑색 표시 스폿을 얻기가 곤란하다.

상기 설명한 바와 같이, 정연히 배향된 액정을 구비한 액정표시장치에서는 가시각 특성의 문제가 있다.

중합체 분산형 액정과 같은 분산형 액정을 포함한 액정표시장치는, 액정분자들이 랜덤하게 분산되고, 입사 광 산란이 전 방향에서 일어나며, 따라서 특정의 가시각 방향이 존재하지 않기 때문에 트위스티드 네미틱 액정표시장치에서는 상기의 문제점이 문제가 되지 않는다.

그러나, 상기 분산형 액정표시장치는, 액정이 분산되는 매체를 사용한다. 예를 들어, 상기 중합체 분사형 액정표시장치에서는, 상기 액정이, 중합체 물질중에 분산된 캡슐형태를 갖고 있다. 상기 분산형 액정표시장치에서는, 광이 액정 캡슐로부터 중합체 물질로 전파될때, 또는 그 반대의 경우 광로가 휘어져 광이 인접 표시 스폿으로 누설되므로 누설 광의 문제가 있다.

상기 인접 표시 스폿들이 흑색 표시 스폿이면, 상기 누설광은 흑색 스폿의 질을 등급매긴다.

또한, 상기 분산형 액정표시장치에서는, 전압이 공급되지 않을때 충돌하는 입사광을 산란시켜 백색 표시스폿을 형성하고, 전압이 공급되지 않을때, 사이에 액정을 삽입하고, 있는 투명판들에 대해 액정분자들을 상승시킴으로써 흑색 표시 스폿을 형성하는 것이 바람직하다. 그런, 산란광에 의하여 백색 표시 스폿을 형성할때, 광 출구측의 편광기(어낼라이저)와 동일한 편광광의 투과축을 갖는 산란광의 일부만일 상기 편광기를 투과할 수 있고, 백색 표시 스폿을 형성하는데 사용된다. 그러나, 상기 산란광의 잔여 부분은, 상기 어낼라이저와의 편광광의 투과축이 다르므로 이용되지 않는다.

그러므로, 상기 분산형 액정표시장치는 광 이용률이 저조한 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 가시각 특성이 개량된 액정표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 표시성능의 질이 향상된 액정표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 광 이용률이 향상된 액정표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일태양에 의하면, 투명전극수단과 배향층을 갖는 제1투명판과, 투명전극수단과 배향층을 갖는 제2투명판과, 상기 제1과 제2투명판 사이에 삽입된 액정층과, 상기 제1투명판 외측에 설치된 제1편광기 및, 상기 제2투명판의 외측에 설치딘 제2편광기를 구비한 액정장치에 있어서, 상기 액정층이, 상기 제1투명판의 배향층과 상기 제2투명판의 배향층 사이에 존재하는 제1액정과, 상기 제1액정층에 분산돼 있고 제2액정을 함유하고 있는 액정캡슐을 포함하고 있는 것이 특징인 액정장치가 제공된다.

이러한 구성에 의하면, 상기 제2액정을 포함하는 액정캡슐의 양은, 상기 제1액정의 양보다 더 많으며, 이 제2액정이 주로 표시성능을 조절하는 한편, 상기 제1액정은, 그 내부에 상기 액정캡슐을 분산시키기 위한 매체로서 작용한다. 상기 제2액정은, 전압이 공급되지 않을때 입사광을 산란시켜, 백색 표시 스폿을 형성하며, 전압이 공급될때 제1과 제2투명판에 대해 액정분자들을 상승시켜 흑색 표시스폿을 발생한다.

상기 제1액정은, 상기 제1과 제2투명판에 대해 직각으로 배향되는 것이 바람직하며, 상기 제1과 제2액정은 균일 분산되는 것으로 보여지며, 따라서 광이 상기 제1액정으로부터 제2액정으로 전파될때와그 반대의 경우에 광로가 실질상 휘지 않으며, 광의 누설이 발생되지 않는다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 투명전극수단을 갖는 제1투명판과, 상기 제1투명판과 소간격을 두고 대향 설치돼 있고 투명전극수단을 갖는 제2투명판과 상기 제1과 제2투명판과 이들 투명판의 외측에 각각 설치된 제1과 제2편광기 사이에 삽입된 액정층을 포함하는 액정판넬을 구비한 액정장치에 있어서, 상기 액정층이, 분산형 액정을 포함하고 있고, 상기 액정분자들은 액정에 전압이 공급되지 않을때 랜덤하게 분산되어, 입사광이 액정분자들에 충돌하여 산란되며, 액정에 전압이 공급될 때는 상기 액정이 상기제1과 제2투명판에 대해 균일하게 상승하여 상기 액정판넬이 1%보다 큰 산란치를 갖으며, 상기 산란치는, 상기 액정판넬을 레이저 빔 광원과 광검출기 사이에 배치하여 상기 광검출기가 상기 액정판넬로부터 약 6°의 각도 범위내의 발산광을 수신하도록 함으로써 측정한, 액정판넬 투과광 강도 때, 상기 레이저 빔 광원과 광검출기를 액정없이 상기와 동일한 구성으로 배치함으로써 측정한 액정판넬 투과광 강도의 백분비로서 정의되는 것이 특징은 액정장치가 제공된다.

상기 구성에 의하면, 상기 액정이, 전압이 공급되지 않을때 입사광을 산란시켜, 백색 표시 스폿을 형성하며, 전압이 공급될때 상기 제1과 제2투명판에 대해 액정분자들을 상승하여 흑색 표시 스폿을 형성한다. 또한, 상기 액정판넬은, 액정판넬의 산란치가 1%보다 크도록 선택되며, 상기 산란치는, 상기 광검출기에 의하여 약 6°의 각도 범위내의 발산광을 수신하여 측정한 광의 강도 대, 액정없이 측정한 강도의 백분비에 의하여 정의된다. 본 발명의 이러한 특징에 의하면, 광이용률을 높일 수 있음이 밝혀졌다.

본 발명을 첨부 도면을 참조한 양호 실시예들로써 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 액정표시장치를 나타낸다. 상기 액정표시장치는, 제1투명판(10)과, 상기 제1투명판(10)과 소간격을 두고 대향 설치된 제2투명판(12) 및, 상기 제1투명판(10)과 제2투명판(12) 사이에 삽입된 액정층(14)을 포함한 액정판넬을 구비하고 있다. 상기 제1투명판(10)은, 그의 내표면에, 투명전극(22)과 배향층(24)을 갖고 있고, 이와 유사하게, 상기 제2투명판(12)은 그의 내면에 투명전극(28)과 배향층(30)을 갖고 있다.

상기 배향층들(24,30)은 폴리이미드 수지를 포함하고 있고, 연마돼 있지 않다.

상기 배향층(24,30)은, 상기 액정분자를 상기 제1과 제2투명판(10,12)에 대해 직각으로 배향시키는 직각 배향층을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 상기 투명전극들(22,28)은, ITO(In₂O₃-SnO₂)층을 포함하고 있고, 스위치(38)을 통하여 전원(36)에 접속돼 있다.

상기 투명전극(22,26)과 스위치(38)은 간략히 도시돼 있으나, 상기 투명전극중 하나(22)는 공통 전극이고, 다른 것(28)은, 각각 작은 화소영역에 설치된 복수의 화소전극을 포함하고 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 또한, 상기 전극(28)이 능동 매트릭스 드라이브(drive)에 의해 구동됨을 알 수 있다.

상기 제1과 제2편광기(32,34)는, 상기 제1과 제2투명판(10,12)의 외측에 각각 배치돼 있다. 상기 편광기들(32,34)중 하나는 어낼라이저라고 한다. 상기 제1과 제2편광기(34,34)는, 양방향 화살표로 표시된 바와 같이, 서로 직각을 이루는 편광광 투과축을 갖도록 배치돼 있다. 또한, 상기 제1투명판(10)과 제1편광기(32)간에 막(26)이 설치돼 있고, 상기 막(26)은, 네거티브 단축형(negative uniaxial type)의 이방성 굴절률을 갖는다.

막(26)은, 예를 들면, 2차원(다축인 2축)으로 뻗은 폴리비닐 알콜로부터 형성할 수 있다.

상기 액정층(14)은, 상기 제1투명판(10)의 제1배향층(24)과 제2투명판(12)의 제2배향층(30)간에 존재하는 제1액정(16)과, 상기 제1액정(16)중에 분산돼 있고 그 내부에 제2액정(18)을 포함하고 있는 액정캡슐(20)을 포함하고 있다. 상기 제2액정(18)을 포함하는 액정캡슐(20)의 양은, 상기 제1액정(16)의 양보다 크며, 본 실시예에서는, 제2액정(18)량 대 제1액정량(16)의 비율은 9 : 1이다. 따라서, 중합체 분산형 액정표시장치의 중합체 물질과 같이, 상기 제2액정(18)은, 표시성능을 주로 제어하는 한편, 상기 제1액정(16)은 그 내부에 상기 액정캡슐(20)을 분산시키기 위한 매체로서 작용한다.

상기 제1액정(16)은, 복굴절률과 유전상수가 양수(예를 들어, △n=0.2, △ε=15)인 포지티브(positive) 네마틱 액정을 포함하고 있다.

상기 제1액정(16)의 분자들(16a)은, 제1도에 도시된 바와 같이 전압이 공급되지 않을때, 그리고 제2도에 도시된 바와 같이 전압이 형성될때, 상기 제1투명판(10)의 제1배향층(24)과, 제2투명판(12)의 제2배향층(30)사이에 균일하게 상승하는 상태로 상기 제1과 제2투명판(10,12) 사이에 직각으로 배향된다.

상기 제2액정(18)은 상기 제1액정(16)과 동일한 포지티브 네마틱 액정을 포함하고 있다. 상기 네마틱 액정물질은, 폴리메틸렌 메타크릴레이트(PMMA) 수지로 된 캡슐내에 봉입되어 액정캡슐(20)을 형성한다. 상기 액정캡슐(20)의 크기는 1∼20㎛ 범위내이다. 제2액정(18)의 분자(18a)는, 특정의 배향력에 의해서 영향받지 않으며, 상기 액정캡슐(20)내에 랜덤하게 분산된다.

제1도에 도시된 바와 같이, 전압이 공급되지 않으면, 경사져서 입사되는 편광광 A와 직각 입사 편광광 C는, 상기 제2편광기(34)를 투과하며, 상기 제1액정(16)으로 진행하고, 상기 제1액정(16)의 분자(16a)를 투과하나, 제1편광기(32)에 의해 차단된다. 경사져서 입사되는 편광광 A와 직각 입사 편광광 C는, 제2액정(18)으로 진행하여, 상기 제2액정(18) 분자에 충돌하여 산란된다. 이 산란에는, 반사, 굴절, 복굴절등이 여러 방향에서 생기므로, 산란광은 다양한 전파경로나 다양한 편광광 진동면을 갖는다. 상기 산란광중, 상기 제1편광기(32)의 편광광의 투과축과 동일한 편광광 진동면을 갖는 부분은, 제1편광기(32)를 투과하여, 백색 표시 스폿을 형성할 수 있다. 상기 산란광중, 상기 제1편광기(32)의 편광광의 투과축과 상이한 편광광 진동면을 갖는 잔여부분은 제1편광기(32)를 투과할 수 없다. 제2액정(18) 대 제1액정(16)의 비율이 클수록, 유용한 산란광이 더 많고, 백색 표시가 더욱 밝다.

제2도에 도시된 바와 같이, 전압이 공급되면, 경사져서 입사되는 편광광 A의 직각 입사되는 편광광 C는, 상기 제2편광광(34)를 투과하며, 제1액정(16)으로 진행하며, 제1액정(16)의 분자들(16a)을 투과하나 제1편광기(32)에 의해 차단된다. 제2액정(18)분자들(18a)은, 전압 공급에 의하여, 제1액정(16)의 분자들(16a)과 유사한 방향으로 상승하며, 따라서 경사진 입사 편광광 A와 직각 입사 편광광 C는, 제2액정(18)으로 진행되어, 상기 제2액정(18)분자들(18a)을 투과하나 상기 제1편광기(32)에 의해 차단된다. 이 경우, 흑색 표시 스폿이 형성된다.

상기 설명한 바와 같이, 경사진 입자 편광광 A와 직각 입사 편광광 C는, 제2편광기(34)를 통하여 제1액정(16)으로 진행하여, 상기 분자(16a)를 투과하나, 제1편광기(32)에 의해 차단된다.

경사 입사 편광광 A는, 제1액정(16)분자(16a)의 전파중의 복굴절로 인한 광학효과에 의해서 영향을 받으며, 상기 분자들(16a)로부터 출사될때 상기 편광광 A의 진동면이 변하여, 제1편광기(32)를 투과할 수 있는 편광광 성분이 생긴다. 이러한 편광광 성분은 흑색 스폿의 질을 차별화하여, 바람직하지 못하다.

상기 제1투명판(10)과 제1편광기(32)간에 설치되고, 네거티브 단축형의 이방성 굴절율을 갖는 막(26)이, 상기와 같은 누설광을 방지하는 작용을 한다. 이러한 작용을 제3a∼제3d도를 참조해서 설명한다.

제3a도는, 상기 막(26)의 이방성 굴절의 타원체를 나타낸다.

n_X, n_Y, n_Z의 3개의 축굴절률이 도시돼 있고, 이 경우, n_X=n_YN_Z의 관계가 성립한다. 제3d도는, 상기 타원체를 상기 경사 입사 편광광 A에 대해 직각으로 절단되는 절단면을 나타낸다. 복굴절의 광학효과는, 이방성 굴절률들의 타원체의 절단면에 의하여 특징지워지며, 이 절단면은, 광축과 상기 경사 입사 편광광 A간의 각도가 커짐에 따라서 n₁에서 n₂로 작아진다.

제3C도는 포지티브 네마틱 액정의 이방성 굴절률의 타원체를 나타낸다.

상기 포지티브 네마틱 액정은, 포지티브 단축 이방성 결정과 같이, n_X=n_Yn_Z의 관게가 성립하는 3개의 축 굴절률 n_X, n_Y, n_Z를 갖고 있다. 제3d도는, 상기 경사 입사 편광광 A에 대해 직각으로 절단되는 절단면을 나타낸다. 복굴절의 광학효과는, 광축과 경사 입사 편광광 A간의 각도가 커질수록 n₁에서 n₂로 더 커진다.

그러므로, 상기 제1액정(16)에 입사되는 경사 입사 편광광 A의 복굴절의 광학효과는, 상기 경사 입사 편광광 A의 입사각이 커짐에 따라 더욱 커지며, 상기 편광광을 수광하는 막(26)의 복굴절의 광학효과는, 상기 경사 입사 편광광의 입사각이 커질수록 더욱 작아진다.

그 결과, 제2편광기(34)를 투과하는 편광광(A)의 진동면은, 상기 제1액정(16)의 투과중에 변하며, 상기 막(26)의 복굴절의 광학효과는, 편광광의 진동면을 상기 초기 편광광 A의 진동면으로 복원시키는 작용을 한다.

따라서, 상기 막(26)을 투과하는 편광광 A는 상기 제1편광기(32)를 투과하지 않으므로 누설광이 방지된다.

제4도는 제1도의 액정표시장치의 가시 특성을 나타낸다. 상기 가시 특성은, 상기 액정층(14)에 공급된 전압 V와 상기 액정층(14)을 통한 광의 투과율의 T-V 관계로 표현된다.

도면에서, θ와 ψ는 제6도를 참조해서 정의한 바와 동일하다. 제4도의 곡선 F는, 사용자가 상기 액정표시장치를 그의 정면에서 보는 경우의 가시 특성이며, 제5도의 곡선 F와 유사하다. 상기 곡선 I는, 사용자가, 막(26)이 없는 액정표시장치를 하부 위치 또는 상부 위치에서 보는 경우의 가시 특성을 나타낸다. 제4도의 곡선 I에는 상기 가시각 특성의 차가 나타나 있지 않고 사용자가 상기 액정표시장치를 하측 위치 또는 상측 위치에서 볼때의, 제5도의 곡선 G와 H에 의하여 명백히 나타나 있다. 그러나, 상기 막(26)없는 액정표시장치의 경우에 누설광이 있고, 곡선 I는 전압이 곡선 F의 전압보다 더 높은 영역에서 더 큰 투과율을 갖는다. 상기 곡선 J는, 사용자가 막(26)이 없는 액정표시장치를 하측 위치 또는 상측 위치로부터 관찰할때의 가시 특성을 나타낸다. 곡선 J는, 가시각 특성의 차이의 감소를 나타내며, 누설광을 방지함으로써, 곡선 J가 곡선 I에 근사하게 된다.

제8도는 상기 액정판넬의 산란치를 측정하기 위한 측정장치를 나타낸다.

상기 측정장치는, 레이저 빔의 광원(40)과 광검출기(42)를 구비하고 있다.

상기 레이저 빔 광원(40)은 He-Ne 레이저를 사용하고 있다. 상기 광검출기(42)는, 기존의 인입구(inletopening)를 갖는 포토미터(photometer) 또는 포토다이오드일 수 있다.

상기 측정장치는, 제1액정(16)중에 분산된 제2액정(18)을 갖는 액정층(14)을 포함하는, 제1도의 액정판넬의 산란치를 측정하는데 사용할 수 있다. 이 측정장치는 또한, 상기 측정장치는 제9도, 13도 또는 제15도의 분산형 액정표시장치의 액정판넬의 산란치를 측정하는데 사용할 수도 있다.

제9도의 액정표시장치에 적용되는 측정장치의 일예를 하기에 설명한다.

제9도는 중합체 분산형 액정표시장치를 나타낸다. 액정표시장치는, 제1투명판(10)과, 이 제1투명판(10)과 소간격을 두고 대향 설치된 제2투명판(12) 및, 상기 제1과 제2투명판(10,12) 사이에 삽입된 액정층(14)을 포함한 액정판넬을 구비하고 있다.

상기 제1과 제2투명판(10,12)도, 스위치(38)를 통해서 전원(36)에 각각 접속된 ITO로 된 투명전극(22,28)을 구비하고 있다.

상기 투명전극들중 하나(22)는, 공통전극이고, 다른 하나(28)는, 능동 매트릭스 드라이브에 의해서 구동될 수 있는 복수의 화소전극을 구비하고 있다. 상기 액정판넬의 외측에는, 제1과 제2편광기(32,34)가 각각 배치돼 있다. 상기 제1과 제2편광기(32,34)는, 양방향 화살표로 도시된 바와 같이 서로 직각관계인 편광광 투과축을 갖도록 배치돼 있다.

또한, 상기 제1투명판(10)과 제1편광기(32) 사이에는 막(26)이 설치돼 있고, 이 막(26)은 네가티브 단축형의 이방성 굴절률을 갖는다. 이러한 구성은 제1도의 실시예와 유사하다.

상기 액정층(14)은, 중합체층(44)중에 분산된 액정(18)을 포함하고 있다.

상기 액정층(14)은, 복굴절과 유전상수가 양수인 포지티브 네마틱 액정(18)과 액 중합체 물질을 혼합하여 중합체층(14)을 형성하고, 자외선 조사에 의해 상기 중합체 물질을 경화시킴으로써 얻을 수 있다. 자외선을 조사하면, 상기 액정물질이, 상기 중합체층(44)중에 분산되는 액정캡슐(20)이 된다.

또한, 휘발성 성분 또는 증발성 성분을 함유하는 중합체 물질중에 액정(18)을 가열에 의하여 혼합하고, 건조 또는 가열증발에 의하여 상기 중합체 물질을 경화시킴으로써, 상기 액정캡슐(20)을 얻을 수 있다.

상기 액정(18)의 분자들(18a)은 상기 액정캡슐(20)중에 랜덤하게 분산돼 있으며, 제1도의 액정캡슐(20)중의 제2액정(18)분자(18a)와 유사하게 작용한다. 즉, 제9도에 도시된 바와 같이, 상기 액정(18)에 전압이 공급되지 않으면, 입사광이 액정(18)분자들(18a)에 출돌하여 산란되어, 백색 표시 스폿을 형성한다.

또한, 제10도에 도시된 바와 같이, 상기 액정(18)의 분자들(18a)이, 상기 제1과 제2투명판(10,12)에 대해서 균일한 상승조건으로 균일하게 상승한다.

분산형 액정층(14)을 구비한 액정판넬에서는 상기 산란광의 일부가 상기 제1편광기(32)를 투과하여 백색표시 스폿을 형성할 수 있고, 산란광의 잔여부는 이용되지 않는다.

그러므로, 분산형 액정층(14)을 갖는 액정판넬은 광 이용률이 낮다는 문제가 있다.

본 발명은 광 이용률이 향상된 액정표시판넬을 제공한다.

본 발명에서는, 레이저 빔의 광원(40)과 광검출기(42)를 구비한, 제8도의 측정장치로부터 얻어진 값에 의하여 산란치가 정해진다.

제8도에서, 분산형 액정층(14)을 구비한 액정판넬 P가, 레이저 빔 광원(42) 사이에 소정관계로 설치돼 있다.

상기 액정판넬 P는, 상기 제1과, 제2편광기(32,34)와 막(26)을 포함하지 않고 있다. 상기 레이저 빔의 광원(40)이 액정판넬 P에 레이저 빔을 출사하면, 상기 액정(18)을 투과하는 레이저 빔이 상기 액정캡슐(20)중의 액정(18)분자(18a)에 출돌하여 산란되고, 그 산란광 S가 액정판넬 P로부터 출사된다. 상기 산란광 S는 산란의 정도에 따라서 여러 방향으로 발산한다.

상기 광검출기(42)는, 상기 액정판넬 P로부터, 약 6°의 각도 범위내의 발산광 S를 수광한다.

약 6°의 각도 범위를 얻기 위해서는, 예를 들면, 상기 광검출기(42)의 인입구의 길이 L이 6mm일때 상기 액정판넬 P와 광검출기(42)간의 거리 D를 572mm로 선택한다.

상기 인입구의 길이 L이 상이한 다른 광검출기(42)를 사용하는 경우, 상기 액정판넬 P와 광검출기(42)간의 거리 D를 변경하여, 상기 광검출기(42)가, 상기 액정판넬 P로부터, 약 6°의 각도 범위내의 발산광 S를 수광하도록 할 수 있다.

이러한 방법으로, 상기 액정판넬 P를 투과하는 투과광 강도 T를 측정한다.

다음은, 상기 측정장치로부터 액정판넬 P를 제거하고, 상기와 동일구성으로 돼있는 레이저 빔 광원(40)과 광검출기(42)를 구비한 측정장치에 의하여, 상기 레이저 빔 광원(40)의 광강도 LB를 측정한다.

이 경우, 레이저 빔 광원(40)과 광검출기(42) 사이에는 액정판넬 P 또는 다른 액정이 존재하지 않는다. 본 발명에 의하면, 상기 액정판넬 P의 산란치는, 액정판넬 P를 투과하는 광강도 T대, 다른 액정의 레이저 빔광원(40)의 광강도 LB의 백분비(T/LB)로서 정의된다. 상기 산란치가 더 클수록, 액정판넬 P의 광강도 T가 레이저 빔 광원(40)의 광강도 LB에 더욱 근사하다.

이것은, 상기 액정(18)에 의한 산란정도가 작음을 의미한다. 또한, 상기 산란치가 더 작을수록, 액정판넬 P의 광강도 T가 상기 레이저 빔 광원(40)의 광강도 LB보다 더 작으며, 이것은 액정(18)에 의한 산란정도가 크다는 것을 의미한다. 즉, 산란의 정도가 크면, 약 6°의 각도 범위내의 산란광 부분이 더 적어진다.

최적 산란치를 구하기 위해서, 산란치가 상이한 5종의 액정판넬 P의 샘플을 준비한다. 상기 산란치들은, 액정층(14)의 두께, 액정(18)함량, 액정캡슐(20)의 크기를 변경함으로써 변경된다. 상기 산란치들은, 상기 5종의 액정판넬 P의 샘플들을 상기한 방법에 의하여 측정한다. 다음은, 상기 제1과 제2편광기(32,34)와 막(26)을 상기 액정판넬 P샘플들에 설치하여, 제9도의 5종의 액정표시장치를 제조한다.

제11도는 제9도의 5종의 액정표시장치를 사용하여, 상기 정의된 산란치 대 투과율 및 콘트라스트비를 측정한 실험결과를 나타낸다. 제11도의 횡축에 도시된 바와 같이 상기 5종의 액정판넬 P샘플들의 산란치는 0.5, 1.0, 5.0, 9.0 및 30이다.

투과율은, 상기 액정표시장치를 투과하는 광에 형성되는 백색 표시 스폿의 척도이며, 작은 원과 선으로 된 곡선으로 그려져 있다. 콘트라스트비는 삼각형과 선으로 된 곡선을 그려져 있다.

제11도의 실험결과로부터, 상기 액정표시장치를 통한 투과율이 하나의 피크를 갖으며 이 피크까지는 산란치가 증가함에 따라 투과율이 증가하고, 상기 피크 이후는 산란치가 감소됨에 따라 투과율이 감소됨을 알 수 있었다. 또한, 상기 콘트라스트비는 상기 산란치와 함께 연속 증가됨을 알 수 있었다. 특히, 상기 액정판넬 P의 산란치가 1%를 초과하면 상기 콘트라스트비가 현저하게 증가한다. 따라서, 상기 산란치가 1%보다 크면, 상기 투과율과 콘트라스트비는 각각 만족스러운 값을 갖는다.

상기 산란치가 3%보다 크면, 상기 투과율과 콘트라스트비가 각각 만족스러운 레벨을 갖는다. 보다 바람직하게는, 상기 산란치가 7∼20%의 범위내이면, 투과율이 가장 높은 범위내이고, 콘트라스트비가 충분히 높다.

제12도는 제4도의 것과 유사한 가시 특성을 나타낸다. 각종의 가시회전각 ψ에 관한 투과율의 변이가 작고, 공급된 전압이 예를 들어, 5볼트일때는 표시가 실질상 흑색이다. T-V 곡선들은 완만하며, 계조 표시용으로 적합하다.

제13도는 중합체 네트워크 액정표시장치를 나타내며, 제14도는 전압이 공급되는 제13도의 장치를 나타낸다. 이 액정표시장치는 제1투면판(10)과, 이 제1투명판과 소간격을 두고 대향 설치된 제2투명판(12)과, 상기 제1과 제2투명판(10,12)간에 삽입된 액정층(14)을 포함한 액정판넬을 구비하고 있다.

상기 제1과 제2투명판(10,12)은, 스위치(38)를 통하여 전원(36)에 접속된, ITO 투명전극(22)와 (28)을 각각 갖고 있다.

상기 제1과 제2편광기(32,34)는, 서로 직각관계의 편광광 투과축을 갖도록 배치돼 있다. 또한, 막(26)이 상기 제1투명판(10)과 제1편광기(32) 사이에 설치돼 있으며, 상기 막(26)은 네가티브 단축형의 이방성 굴절률들을 갖는다.

상기 액정층(14)은, 스폰지형 네트워크 구조의 중합체층(46)중에 분산된 액정(18)을 함유하고 있다. 상기 액정(18)은 상기 중합체층(46)중에 랜덤하게 분산된다.

그러므로, 상기 액정(18)에 전압이 공급되지 않으면, 입사광이 액정(18)의 분자들에 충돌하여 산란되며, 상기 액정(18)에 전압이 공급되면, 상기 액정(18)의 분자가 상기 제1과 제2투명판(10,12)에 대하여 균일하게 상승한다. 이 액정판넬은 또한 상기 설명내용을 만족하는 산란치를 갖고 있다.

제15도는 고분자 액정(액정 중합체)을 사용하는 유형의 액정표시장치를 나타내며, 제16도는 전압이 공급될때의 제15도의 장치를 나타낸다. 이 액정표시장치는, 제1투명판(10), 이 제1투명판과 소간격을 두고 대향 설치된 제2투명판(12) 및, 상기 제1과 제2투명판(10,12)간에 삽입된 액정층(14)을 포함하는 액정판넬을 구비하고 있다.

상기 제1과 제2투명판(10,12)은, 스위치(38)를 통해서 전원(36)이 접속된 ITO 투명전극(22,28)을 각각 갖고 있다. 제1과 제2편광기(32,34)는, 서로 직각관계의 편광광 투과축을 갖도록 배치돼 있다. 또한, 상기 제1투명판(10)과 제1편광기(32) 사이에는 막(26)이 설치돼 있으며, 상기 막(26)은 네가티브단축형의 이방성 굴절률들을 갖는다.

상기 액정층(14)은, 저분자 액정(18)과, 주쇄형 액정중합체 또는 측쇄형 액정중합체로서 알려진 고분자 액정(48)의 혼합물로 구성돼 있다.

상기 저분자 액정(18)은, 고분자 액정(48)을 따라서 배향돼 있고, 전체적으로는 랜덤하게 분포돼 있다. 따라서, 전압이 상기 액정(18)에 공급되지 않으면, 입사광이 상기 액정(18)의 분자들에 충돌하여 산란되며, 전압이 상기 액정(18)에 공급되면, 이 액정(18)분자들이 상기 제1과 제2투명판(10,12)에 대하여 균일하게 상승한다.

상기 액정판넬은 또한, 상기 설명내용을 만족하는 산란치를 갖는다.

Claims (9)

1. 투명전극수단(20)과 배향층(24)을 갖는 제1투명판(10)과, 투명전극수단(28)과 배향층(30)을 갖는 제2투명판(12)과, 상기 제1과 제2투명판 사이에 삽입된 액정층(14)과, 상기 제1투명판 외측에 설치된 제1편광기(32) 및 상기 제2투명판의 외측에 설치된 제2편광기(34)를 구비한 액정표시장치에 있어서, 상기 액정층(14)이 상기 제1투명판(10)의 배향층(24)과 상기 제2투명판(12)의 배향층(30) 사이에 존재하는 제1액정(16)과, 상기 제1액정중에 분산돼 있고, 제2액정(18)을 함유하고 있는 액정캡슐(20)을 포함하는 것이 특징인 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1과 제2투명판(10,12)중 하나와 관련 편광기들(32,34)중 하나 사이에 막(26)이 실처돼 있고, 상기 막이 네거티브 단축형의 이방성 굴절률을 가지며, 상기 제1과 제2액정이 포지티브 단축형의 이방성 굴절률을 갖는 것이 특징인 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1과 제2투명판의 배향층들이 직각 배향층으로 되고, 상기 제1액정(16)분자들이 상기 제1과 제2투명판에 대해 직각으로 배향되어 있는 것이 특징인 액정표시장치.
4. 투명전극수단을 갖는 제1투명판(10)과, 상기 제1투명판과 소간격을 두고 대향 설치돼 있고, 투명전극 수단을 갖는 제2투명판(12)과, 상기 제1과 제2투명판과 이들 투명판의 외측에 각각 설치된 제1과 제2편광기(32,34) 사이에 삽입된 액정층(14)을 포함한 액정판넬(P)을 구비한 액정표시장치에 있어서 ; 상기 액정층이 분산형 액정을 포함하고 있고, 상기 액정분자들은 액정에 전압이 공급되지 않을때 랜덤하게 분산되어 있어 입사광이 액정분자들에 충돌하여 산란되며 액정에 전압이 공급될때는 상기 액정이 상기 제1과 제2투명판에 대해 균일하게 상승하며, 상기 액정판넬(P)이 1% 이상의 산란치를 가지며, 상기 산란치는 상기 액정판넬(P)을 레이저 빔 광(40)과 광검출기(42) 사이에 배치하여 상기 광검출기가 상기 액정판넬로부터 약 6°의 각도 범위내의 발산광을 수신하도록 하여 측정한 액정판넬 투과광 강도와 상기 레이저 빔 광원(40)과 광검출기(42)를 액정없이 상기와 동일한 구성으로 배치하여 측정한 액정판넬 투과광 강도의 백분비로서 정의되는 것이 특징인 액정표시장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 산란치가 3% 이상인 것이 특징인 액정표시장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 산란치가 7%∼20%의 범위내인 것이 특징인 액정표시장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 제1과 제2편광기(32,34)가 서로 직각관계의 편광광 투과축들을 갖고 있는 것이 특징인 액정표시장치.
8. 제4항에 있어서, 상기 액정판넬과 상기 편광기들중 하나 사이에 막(26)이 설치돼 있고, 상기 막이 네거티브 단축형의 이방성 굴절률을 갖고 있고, 상기 액정이 포지티브 단축형의 이방성 굴절률을 갖는 것이 특징은 액정표시장치.
9. 제4항에 있어서, 상기 액정층이 중합체 분산형 액정으로 구비된 것이 특징인 액정표시장치.