JP2005070729A - 双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 対向する上部基板及び下部基板と、前記上部基板上に形成された第1電極と、前記下部基板上に形成された第2電極と、前記第2電極上の形成された前記下部基板上に形成された保護膜と、前記保護膜が形成された第3電極と、前記上部基板と下部基板との間に形成された双安定キラルスプレーネマチック液晶とを含む。
【選択図】 図4
Description
したがって、前記液晶の分子配列方向を任意に調節すると、液晶の分子配列が変わり、光学的異方性によって前記液晶の分子配列方向に応じて光の屈折度合が変わるため、画像情報を表現することができる。
次に、一般に液晶表示装置を構成する基本的な部品である液晶パネルの構造を説明する。
図1は一般的な液晶パネルを示す断面図である。液晶パネル20は各種の素子を有する2枚の基板2、4が対応して配置されており、前記2枚の基板2、4の間に液晶層10が介在した形を取っている。
前記上部基板4には、色を実現するカラーフィルタ層8と、前記カラーフィルタ層8を覆う共通電極12とが形成されている。前記共通電極12は液晶10に電圧を印加する一側電極の役割をする。前記下部基板2は、スイッチングの役割をする薄膜トランジスタSと、前記薄膜トランジスタSから信号を受け取り、前記液晶10に電圧を印加する他側電極の役割をする画素電極14とから構成される。そして、前記上部基板4と前記下部基板2との間に注入される液晶10の漏洩を防止するために、前記上部基板4と下部基板2の縁部はシーラント6で封着されている。
図2aないし図2cは前記液晶の分子配列を示す図である。ここで、矢印方向は液晶配列方向を示す。図2aはネマチック型液晶の分子配列を示す図で、多数の細長い糸のような配列をしている。ここで、前記ネマチック型液晶の分子配列は平行性を有し、位置の規則性がなく、分子側全体が一方に向いている。
上述した各液晶の中でも、配列が整っていないとき、光を最も強く散乱させる性質持ちのネマチック型液晶がディスプレイ分野で最も大きい応用範囲を有している。この際、前記ネマチック液晶に光が進行する場合、進行光は分子軸の方向に偏向される。
このようにディスプレイ分野で応用される液晶は、次の条件が必要である。すなわち、
1)低温から高温までの温度範囲で液晶相を示し、幅広い温度範囲領域で使用可能なこと、
2)化学的安定性と光学的安定性に優れ、寿命が長いこと、
3)粘度が低く、応答速度が速いこと、
4)分子配列の秩序度が高く、表示コントラスト(contrast)の増大に適すること、
5)誘電異方性が大きく、低電圧動作に適することといった条件を満足する、ディスプレイ分野で使用可能な液晶である。
現在、ディスプレイに適用される液晶の中でも、前述したネマチック型液晶が最も一般的である。前記ネマチック型液晶を応用するディスプレイは、前記ネマチック型液晶に電気場を印加したときに分子配列が連続して変わることに着目してディスプレイを配列したTN(twisted nematic)型とSTN(super twisted nematic)型が主に用いられる。前記TN効果は液晶の分子長軸の電極面に平行となるように配向処理した2枚の透明電極上に90°角度を持つようにセルを構成し、ここにネマチック型液晶を注入すると、一方の電極から他方の電極面に向かって分子の長軸方向に連続的に90°捩れた配列状態である。前記STN効果はTN効果に比べて連続的に捩れた角度のことをいう。ところが、素子の高集積化及び速い処理速度が求められることにより、液晶表示装置の視野角の確保、高速応答速度及び高コントラスト比などの優れた性能を有する新しいモードの液晶表示装置が必要とされた。このような理由で、BTN−LCD(Bistable Twisted Nematic-LCD)のような新しいモードの液晶表示装置を必要とすることになった。前記BTN(以下、双安定という)液晶セルは、一般的なネマチック液晶にキラル物質を添加した液晶セルを意味する。従来の技術の双安定液晶表示装置は、STN−LCDのような既存の単純マトリックス駆動液晶表示装置(simple matrix addressing)に比べて広い視野角特性、高速応答特性及び高コントラスト比などの優れた性能を有する新しいモードの液晶表示素子であって、その動作原理は次の通りである。
前記リセット電圧VRによって垂直配列状態になった双安定液晶セルに選択電圧Vを印加すると、選択電圧の大きさに応じて360°ツイスト又は0°ツイストの準安定状態に転移する。
図3bは本発明のスイッチングによる液晶の動作を示す図で、初期スプレー配向が成された液晶に垂直に電圧をかけてから除去すると、バンド状態に転移された後、180°ツイスト状態にスイッチングされて安定な状態に留まっている。この際、水平に電圧を印加すると、180°ツイスト状態から初期状態の0°スプレー状態にさらに戻る。
ところが、従来の技術の双安定液晶表示装置は、360°ツイストの準安定状態がスプレー状態に比べて維持時間が短いため、前記360°ツイスト状態の維持時間を延長するための方法が必要であり、前記スプレー状態及び360°ツイスト状態を用いるための応用的な双安定液晶表示装置の構造が足りないという欠点があった。
図4は本発明の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置の概略断面図である。図4に示すように、本発明の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置は、所定の間隔をおいて互いに対向する上部基板50及び下部基板52と、前記下部基板52上にITO(Indium Tin Oxide)のような透明導電性金属で形成された第1透明電極54と、前記第1透明電極54の形成された前記上部基板50上に形成された第1配向膜56と、前記下部基板52上に前記ITOのような透明導電性金属で形成された第2透明電極58と、前記第2透明電極58の形成された前記下部基板52上にシリコン化合物又はBCB(Benzocyclobutene)などの絶縁物質で形成された保護膜60と、前記保護膜60の形成された前記下部基板52上に前記ITOのような透明導電性金属で形成された少なくとも一つ以上の第3透明電極62と、前記第3透明電極62の形成された前記下部基板52上に前記第1配向膜56と同一の方向にラビングされた第2配向膜64と、前記第1配向膜56及び第2配向膜64によって初期配向が成され、前記第1透明電極54、第2透明電極58及び第3透明電極62に印加される駆動電圧に応じてスプレー状態及び180°ツイスト状態を有する双安定キラルスプレーネマチック液晶66とを含んでなる。
また、前記第2透明電極58及び第3透明電極62に外部電圧を印加して電圧差が発生する場合、前記電圧差による水平電気場によって準安定的な180°ツイスト状態の前記双安定キラルスプレーネマチック液晶66の液晶方向子が0°のスプレー状態を持つように水平スイッチングされる。
このような垂直スイッチング及び水平スイッチングを用いて、各画素に印加される電圧を能動(active)又は受動(passive)的に駆動させることができるが、本発明の双安定液晶表示素子の駆動方法は次のように説明することができる。
図7aは本発明に係る双安定キラルスプレーネマチック液晶セルをスイッチングするために使用された駆動電圧のパルスを示す図、図7bは時間の関数による双安定キラルスプレーネマチック液晶セルの透過度を示す図である。
この際、前記バンド配向は、前記双安定キラルネマチック液晶66層の中心部分において液晶分子がX−Z軸の平面に捩れることもある。また、前記上部基板50又は下部基板52の外部に、前記双安定キラルスプレーネマチック液晶66の配向を光学的に補償するために位相遅延板がさらに設置される。
図8は透過型双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置の構造を概略的に示す図である。本発明の透過型双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置は、光源から流入される光を一定の方向に偏光させる第1偏光板と、前記第1偏光板の透過軸に光軸方向が22.5°の角度となるように位置し、λ/2の位相遅延値を有する第1位相遅延板と、前記第1偏光板の透過軸に光軸方向が67.5°の角度となるように位置し、λ/2の位相遅延値を有する双安定キラルスプレーネマチック液晶66セルと、前記第1偏光板の透過軸と垂直の透過軸を持つように位置する第2偏光板とを含んでなる。
図9及び図10に示すように、双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置のシミュレーション結果及び実験結果、波長に関係なく光透過率がほぼ一定であり、これにより波長による分散が少ないことが分る。この際、それぞれの上側のグラフは明るい状態における光透過率を示し、下側のグラフは暗い状態における光透過率を示す。また、シミュレーションはDIMOSというプログラムを用いて行い、実験は分光器を用いて行った。
図12及び図13に示すように、双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置のシミュレーション結果及び実験結果、波長に関係なく光透過率がほぼ一定であり、これにより波長による分散が少ないことが分る。この際、それぞれの上側のグラフは明るい状態における光透過率を示し、下側のグラフは暗い状態における光透過率を示す。また、シミュレーションはDIMOSというプログラムを、実験は分光器を用いてそれぞれ行った。
52 下部基板
54 第1透明電極
56 第1配向膜
58 第2透明電極
60 保護膜
62 第3透明電極
64 第2配向膜
66 双安定キラルスプレー液晶
Claims (17)
- 対向する上部基板及び下部基板と、
前記上部基板上に形成された第1電極と、
前記下部基板上に形成された第2電極と、
前記第2電極の形成された前記下部基板上に形成された保護膜と、
前記保護膜が形成された第3電極と、
前記上部基板と下部基板との間に形成された双安定液晶とを含むことを特徴とする双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。 - 所定の間隔を置いて互いに対向する上部基板及び下部基板と、
前記上部基板上に透明導電性金属で形成された第1透明電極と、
前記第1透明電極の形成された前記上部基板上に形成された第1配向膜と、
前記下部基板上に形成された第2透明電極と、
前記第2透明電極の形成された前記下部基板上に形成された保護膜と、
前記保護膜の形成された前記下部基板上に形成された第3透明電極と、
前記第3透明電極の形成された前記下部基板上に形成された第2配向膜と、
前記第1配向膜及び第2配向膜によって初期配向が成され、前記第1透明電極、第2透明電極及び第3透明電極に印加される駆動電圧に応じてスプレー状態又は180°ツイスト状態を有する双安定液晶とを含むことを特徴とする双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。 - 前記第1透明電極、第2透明電極又は第3透明電極の少なくとも一つ以上がITO(Indium Tin Oxide)からなることを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記液晶セルがキラル添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記第1透明電極と第2透明電極は前記第1透明電極と第2透明電極との間に電圧差が発生する場合、垂直電気場を誘導することを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記第2透明電極と第3透明電極は前記第2透明電極と第3透明電極との間に電圧差が発生する場合、水平電気場を誘導することを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記第1及び第2配向膜が同一の方向にラビングされることを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記第1及び第2配向膜のプレチルト角がそれぞれ0〜20°の範囲であることを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記保護膜がシリコン化合物又はBCB(Benzocyclobutene)からなることを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記上部基板又は下部基板上に形成される少なくとも一つ以上の薄膜トランジスタをさらに含んで能動的に駆動するか、或いは薄膜トランジスタを含まずに全て受動的に駆動することを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記上部基板上で前記第1透明電極を駆動する第1薄膜トランジスタと、
前記下部基板上で第2透明電極又は第3透明電極を駆動する第2薄膜トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項10記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。 - 前記第2薄膜トランジスタに連結されない第2透明電極又は第3透明電極は共通電極として使用することを特徴とする請求項11記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記第1透明電極を前記薄膜トランジスタに連結する場合、前記第2透明電極及び第3透明電極はスキャンライン又はデータラインにそれぞれ連結することを特徴とする請求項10記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記第3透明電極に前記薄膜トランジスタを連結する場合、前記第1透明電極及び第2透明電極はスキャンライン又はデータラインにそれぞれ連結することを特徴とする請求項10記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 前記上部基板又は下部基板の外部に、前記双安定液晶の配向を光学的に補償する位相遅延板をさらに含むことを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- ガラス基板及びプラスチック基板を前記上部基板又は下部基板に適用することができることを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
- 2%以下のキラル添加剤を液晶に混合して0.25以下のd/pを有することを特徴とする請求項2記載の双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置。
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