KR0152283B1 - 액정표시소자 - Google Patents

액정표시소자

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KR0152283B1
KR0152283B1 KR1019920025717A KR920025717A KR0152283B1 KR 0152283 B1 KR0152283 B1 KR 0152283B1 KR 1019920025717 A KR1019920025717 A KR 1019920025717A KR 920025717 A KR920025717 A KR 920025717A KR 0152283 B1 KR0152283 B1 KR 0152283B1
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유조 히사타케
다케시 야마모토
호코 히라이
히토시 하토
요시히로 기노시타
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사토 후미오
가부시키가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 2장의 전극(14)(15)부착기판(11)(12)간에 유전이방성이방성 +인 네마틱 액정층을 끼워두고 2장의 기판표면상에서의 액정분자배열방향의 교차각이 θ(0°≤θ≤90°)이고 2장의 기판상에서의 틸트배향에 의해 액정조성물을 유니폼트위스트 배열되도록 되어 있는 셀트위스트각이 Ø인 액정표시소장에 있어서 Ø를 ±θ로 하고 또한 액정층두께를 d, 액정조성물의 나선피치 p로 했을때 d/p가 θ에 의해 규제된다.
안정한 배향성을 가지며 급격한 전기광학특성을 가지며 고콘트라스트로 잔상현상이 발생하지 않는 시야각이 넓은 액정표시소자를 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자
제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정표시소자를 나타내는 확대 단면도.
제2(a)도는 액정분자의 초기경사각을 설명하는 개략도.
제2(b)도는 액정분자의 배향방향을 설명하는 개략평면도.
제3(a)도는 2장의 기판사이에서 액정층을 배치했을 대의 유니폼 배열의 액정배향방향을 나타내는 개략평면도.
제3(b)도는 제(a)도에 대한 액정소자의 배열을 설명하는 개략단면도.
제4도는 제3(b)도의 유니폼 배열에 있어서 전극간에 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배열변화를 나타내는 개략단면도.
제5도는 액정층에 인가하는 전압(v)과 액정층의 투과율의 관계를 나타내는 곡선도.
제6도는 유니폼 배열에 있어서 액정트위스트각을 설명한 것으로서, 2장의 기판의 분자의 배열방향을 교차했을 경우를 나타내는 개략평면도.
제7도는 유니폼 배열에 있어서 액정트위스트각을 설명한 것으로서, 2장의 액정분자의 배열방향을 제6도의 경우와 역방향으로 교차했을 경우를 나타낸 개략평면도.
제8(a)도는 배향처리를 실시한 2장의 기판간에 액정층을 배치했을 때의 스플레이 배열된 액정의 배향방향을 설명하는 개략평면도.
제8(b)도는 제8(a)도에 있어서 액정분자의 배열을 설명하는 개략평면도.
제9도는 본 발명의 구성을 설명하는 것으로서, 2장의 기판간의 배향방향과 트위스트각을 나타내는 개략평면도.
제10도는 본 발명의 구성을 설명하는 것으로서, 2장의 기판간의 배향방향과 트위스트각으로 나타내는 개략평면도.
제11도는 액정층 두께(d)와 비틀림 액정분자 나선피치(p)의 관계를 나타낸 사시도.
제12도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 작용을 설명하는 개략도.
제13(a)도는 종래 장치의 액정표시소자의 작용을 설명하는 개략도.
제13(b)도는 종래 장치의 액정표시소자의 작용을 설명하는 개략도.
제14도는 제13(a)도의 종래 장치의 전하밀도 분포를 설명하는 개략도.
제15도는 전하의 이동방향과 잔상현상 의존각을 설명하는 도면.
제16도는 표시면상의 4각형 표시패턴에 의한 잔상현상을 설명하는 도면.
제17도는 본 발명과 종래 장치의 트위스트각과 잔상형상 의존각의 관계를 나타낸 그래프.
제18도는 액정층의 두께방향위치와 액정분자의 경사각(a)의 관계를 나타낸 그래프.
제19도는 본 발명의 구성에 있어서 전압무인가시의 액정분자의 배열을 나타낸 개략단면도.
제20도는 제19도에 있어서 전극간에 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배열을 나타내는 개략단면도.
제21도는 본 발명에 따른 실시예의 등콘트래스트 곡선을 나타내는 분포도.
제22도는 본 발명의 다른 실시예로서, 2장의 기판의 배향방향 교차각와 액정트위스트각을 나타낸 개략평면도.
제23도는 본 발명의 다른 실시예로서, 2장의 기판의 배향방향 교차각과 액정트위스트각을 나타낸 개략평면도.
제24도는 본 발명에 따른 다른 실시예의 구성을 나타낸 개략단면도 및,
제25도는 본 발명의 다른 실시예로서, 2장의 기판의 배향방향 교차각과 액정트위스트각을 나타낸 개략평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 액정표시소자 11, 12 : 기판
13 : 액정층 13a : 액정분자
14, 15 : 전극
[산업상의 이용분야]
본 발명은 액정표시소자에 관한 것이다.
[종래의 기술]
최근 액정표시소자(이하 LCD로 나타낸다)는 워드프로세서, 퍼스널컴퓨터, 투영형 TV, 소형TV 등에 널리 이용되고 있다.
이들 LCD의 대부분은 비틀림 네마틱 액정을 사용하고 있고, 표시방식으로는 굴절모드와 선광모드의 2개의 방식으로 크게 나눌 수 있다.
또한 그 트위스트각으로서는 약 90°또는 180°내지 270°가 주류이다. 전자는 선광능이 강하기 대문에 선광모드에 주로 이용되며, 후자는 주로 복굴절모드에 이용된다.
이 트위스트각이 180°내지 270°인 복굴절모드의 표시방식은 일반적으로 슈퍼트위스트(ST)방식이라 불리고, 급격한 전기광학특성을 가지기 때문에 각 화소마다 스위칭소자(TFT 나 TED)가 없는 단순한 매트릭스형상의 전극구조라도 시분할 구동에 의해 용이하게 대용량표시를 얻을 수 있다. 또한 이들 ST방식에서는 복굴절효과를 이용하고 있기 때문에 표시색이 황색과 진한감색인 소위 예로우 모드효시나 백색과 청색인 소위 불루모드표시가 된다. 이러한 표시의 색의 잔존을 해소하는 수단으로서 표시용 액정셀에 광학 보상판(표시용 액정샐과 역비틀림 배열인 액정셀과 이상차 필름)을 조합하는 것이 제안되고 있다, 이상과 같은 ST방식은 염가이면서 흑백 및 칼라의 대용량 표시를 얻을 수 있기 때문에 사무장동화 기기 등에 널리 이용되고 있다.
종래의 ST방식을 사용한 액정표시소자는 전압 무인가시에 셀내의 액정분자가 유니폼하게 배열되고 있다. 즉, 기판사이에 유전이방성이 +인 네마틱 액정조성물이 끼워져 있고, 기판표면에서 액정분자 장축은 초기경사각을 갖고 있고, 2장의 기판표면에서의 액정분자 배열방향의 교차각이 θ≤0°≤θ≤90°)이며, 2장의 기판상에서의 초기경사 배향에 의해 액정조성물은 유니폼 트위스트 배열로 되고, 트위스트각을 Ø라 하면 액정조성물에 대한 인가전압이 한계전압보다 작을 때에 Ø가 ±θ±180° 또는 ±θ-180°(편의상 트위스트 방향이 좌회전인 경우 +, 우회전인 경우 -로 한다)이고, 액정트위스트각이 ±θ±180°또는 ±θ-180°인 구성을 하고 있다. 이러한 종래 ST셀에서는 화면에 있는 패턴을 표시시켜 놓고, 다음에 표시패턴을 갱신했을 때에 전패턴이 얇게 남아 있는 「잔상현상(殘像現狀)」의 문제가 발생했다. 「잔상현상」의 발생원인은 다음과 같이 생각할 수 있다.
제13(a)도는 한 예로서, 액정분자의 비틀림이 240°인 경우의 ST방식의 액정표시소자에 있어서 액정셀내의 전하(e)의 이동(화살표)을 나타낸 것이다. 기판표면(1)(2)에 있어서 액정층(3)의 액정분자(M)의 초기경사각 방향에 따라 셀액정층중의 전하는 액정층 우측영역으로부터 액정층 좌측영역의 중심부를 향해 용이하게 이동할 수 있다(제13(a)도). 액정층 좌측영역에서 우측영역중심부로의 이동은 곤란하다. 따라서 제14도에 나타낸 바와 같이 액정층에 전압을 계속 인가하면 전압인가 부분과 전압 무인가 부분에서, 특히 그 경계 부분에서 상대적으로 전하밀도가 달라져 버린다. 그 결과 외부로부터 같은 전압이 인가되었다고 해도 그 경계부분에서는 액정층으로 인가되는 실효치가 다르고, 그결과로서 「잔상현상」이 관측된다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
이상과 같이 종래의 ST방식을 사용한 액정표시소자는 어떤 패턴을 장시간 표시했을 때 표시패턴을 바꿔도 전 패턴이 남아 보이는 듯한 현상, 즉 잔상현상이 발생한다는 문제가 있었다. 또한 동작원리상 시야각이 좁다는 문제도 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하는 것으로 잔상현상을 경감하고, 안정한 배향성을 가지고, 전기 광학특성이 급격하며, 시야각이 넓은 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 액종표시소자는 전극 부착된 2장의 기판간에 유전이방성이 +인 네마틱 액정조성물을 끼워 두고, 상기 기판표면에서 액정분자 장축을 한 방향으로 배열시키는 초기경사 배향을 유도발생하는 수단을 가지며, 2장의 기판표면에서의 액정분자 배열방향의 교차각이 θ(0°≤θ≤90°)이고, 2장의 기판사이에서 초기경사배향에 의해 액정조성물이 유니폼 트위스트 배열로 된 셀 트위스트 각이 Ø인 액정표시소자에 있어서, 액정조성물로의 인가전압이 한계전압 보다 작을 때에, Ø가 ±θ(편의상 트위스트방향이 좌회전일 때 +, 우회전일 때 -라 한다)로서 액정 트위스트각이 ±θ180°또는 ±θ-180°인 액정표시소자이다(복호도순). 또한 액정층 두께를 d, 액정조성물의 나선피치가 P로 나선방향이 좌측일 때는 P는 +, 우측일 때는 -로 했을 때, Ø가 ±θ이고 액정트위스트각이 ±θ±180°일 때는 d/p가 ±θ+180°-90° d/p×360° ±θ+180°+90°±θ180°일 때는 d/p가 ±θ-180° -90 d/p×360°±θ-180°+90°±θ180°일 때는 d/p가 ±θ180° -90 d/p×360°±θ-180°+90°인(복호동순) 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공하는 것이다.
또한 상기 2장의 기판상에 있어서 액정분자 초기경사각의 크기가 서로 다르고 상기 액정조성물로의 인가전압-투과광특성에 실질적으로 히스테리시트를 없애도록 한 것이다.
또한, 1화소를 형송하는 액정분자 배열영역이 액정분자배열상태가 서로 다른 2종의 이상의 액정분자 배열영역으로 이루어진 액정표시소자이다.
[ 작용]
본 발명은 상기 목적을 달성하는 것으로서, 이하 그 달성 원리 및 수법에 대한 설명이다. 우선 본 발명에 관한 액정분자배열인 스플레이 배향을 보다 잘 이해할 수 있도록 액정배향에 대해 설명한다.
네마틱 액정분자는 가늘고 긴 봉모양을 이루고 있다. 액정분자가 기판의 배향막에 접하면 배향막 표면의 성질에 의존해서 그 봉모양의 장축이 일정방향으로 배향한다. 러빙(rubbing)배향 처리법으로 폴리이미드 배향막을 러빙하면 러빙한 방향에 따라 액정분자가 나란이 배향된다.
또한 다른 배향처리방법으로서 배향막을 기판에 증착하는 방법이 있다. 기판면에 대해 산화규소를 예를 들면 입사각 85°로 기울게 해서 증착하면 증착원의 방향으로 액정분자의 장축이 향하게 된다.
그러나 제2(a)도와 같이 이들 배향처리에 있어서 액정분자(M)는 배향막면(S)에 평행하게 되는 것이 아니라 배향막면, 즉 기판면(S)에 대해 어떤 소정의 각도 a0로 배향되어 있다. 이 각도 α0는 폴리이미드 배향막으로 1~15°이다. 이 기판상에 있어서 기판면과 접하는 액정분자의 장축(LA)과의 이루는 각 α0를 초기경사각이라 한다.
액정분자는 장축방향에 배향성을 갖지 않는다. 그러나 제2(a)도에 있어서 액정분자장축(LA)의 기판으로부터 일어난 단부를 리딩부분(L), 기판측에 근접한 단부를 트레이링부분(T)이라 하면 배열된 액정분자(M)를 설명한 제2(b)도와 같이 화살표(R)로 나타낼 수 있다.
제3도와 같이 각각 배향막을 가지는 2장의 유리기판(1)(2)을 대향해서 이들 사이에 간격을 만들어 이 간격에 액정(3)을 충전하면 액정중의 액정분자(M)는 배향막의 배향처리에 따라 여서 양상을 나타낸다.
제3(a)도는 위쪽 기판, 즉 정면기판(1)의 분자배열을 F(실선의 화살표), 하측기판, 즉 후면기판(2)의 분자배열을 R(파선의 화살표)이라 하면, 각 배열은 역방향, 즉 180°다른 방향으로 향하고 있다.
이 경우 액정분자(M)는 제3(b)도와 같이 상측기판(1))으로부터 하측기판(2)에 걸쳐 초기경사각 α0를 유지하기 때문에 액정층(3)의 두께 전체에 걸쳐 일정하고 한결같은 각도로 배열하고 있다. 일반적으로 이러한 분자배열은 종래의 액정표시소자의 기본적 구성으로서, 유니폼배열이라 한다.
이 구성의 액정표시소자에서는 제4도와 같이 액정층에 한계 전압이상의 전압, 즉 구동전압이 인가되면 양 기판표면 근방의 액정분자가 기우는 방향에 따라 액정분자가 기판에 대해 수직방향으로 한결같이 배열된다.
일반적으로 트위스트각이 180°이상이 STN-LCD애서는 액정의 투과도가 한계 전압부근에서 급격하게 변화한다.
제5도는 액정의 투과도에 인가접압의 모양을 나타내고, 한계 전압 Vth이상에서 상태가 급격하게 변화한 것을 나타내고 있다. 한계 전압 Vth이상을 전압인가 상태라 하고, 한계 전압이하를 전압무인가 상태라 한다. 급준성(急峻性)은 투과율 90%와 10%의 값의 차를 투과율 90%일 때의 인가전압으로 나눈 값(γ)으로 나타낸다. STN-LCD에서는 무인가 전압상태에서 전압인가 상태로, 또한 그 역방향으로 이행할 때에 한계 전압이 다른 이역(履歷)특성이 발생하는 일 있다. 제6도는 제3(a)도의 상태에서 상측기판(1)을 기준으로 하측기판(a)을 각 θ(≤90°)로 비틀은 상태를 나타낸다. 이 때의 분자배열은 유니폼배열을 유지한 채 양기판 사이에서 액정이 각 θ만 비틀린 배열이 되고, 이 각를 유니폼 배열의 트위스트각이라 한다.
이 구성의 액정표시소자에서는 상술한 비틀림 없는 유니폼배열의 경우와 같이 액정층에 한계 이상의 전압이 인가되면 양기판 표면근방의 액정분자가 기울어진 방향에 따라 액정분자가 제4도와 같이 기판에 대해 수직방향으로 한결같이 배열된다.
제6도에 도시된 바와같이 유니폼 배열의 트위스트각 θ는 상측기판 배향(F)의 액정분자의 트레이닝부분(TF)을 기준으로 해서 하측기판의 배향(R)의 액정분자 리딩부분(LR)까지의 각도를 나타낸다.
θ는 제6도와 같은 좌회전의 +θ와, 제7와 같이 우회전의 -θ의 2가지로 정의된다.
한편 제8(a)도와 같은 액정분자의 배열도 가능하다.
우선 도면에서 밝혀진 바와 같이 상측기판의 분자 배열(F)(R)이 같은 방향이고, 제8(b)도와 같이 분자배열은 상측기판(11)의 초기경사각(α0)으로부터 서서히 각도가 감소하도 액정층두께(d)의 중점 d/2에서 기판(11)과 평행하게 된 후 하측기판(12)의 초기경사각 α0에 이를 때까지 역각도로 기울어간다. 즉 리딩부분(LF)(LR)이 서로 접근해서 트레이링부분(TF)(TR)이 서로 떨어져 배열된다, 이러한 배열을 스플레이 배열이라 한다.
제9도와 같이 제6도의 유니폼 배열과 같이 상층기판(11)의 배향(F)에 대해 하측기판(12)의 배향(F)에 대해 하측기판(12)의 배향(R)을 θ만큼 교차한 상태에서 스플레이 배열을 유지하기 위해서는 제9도에서 알 수 있듯이 상측기판(11)의 배향(F)의 트레이링 부분(TF)으로부터 하측기판(12)의 배향(R)의 트레이링부분(TR)과의 이루는 각도로 액종분자가 비틀어져 있어야 한다. 스플레이 배열에 있어서 이 트위스트각을 η이라 하면 제9도의 좌회전으로 θ를 취하면 θ는 +이기 떼문에 스플레이 배열트위스트각(η)은 (θ+180°)와 그 보각인(θ-180°)의 2가지가 된다.
또한 제10도의 우회전으로 θ를 취하면 θ는 -이기 때문에 스플레이 배열트위스트각(η)은 (-θ+180°)와 그 보각인(-θ-180°)의 2가지가 된다.
또한 제10도의 우회전으로 θ를 취하면 θ는 -이기 때문에 스플레이 배열트위스트각 (η)은 (-θ+180°)와 그 보각인 (η)은 (-θ-180°)의 2가지가 된다.
즉 스플레이 배열 트위스트각(η)은 (±θ+180°)와 그 보각인(±θ-180°)의 4가지 트위스트 상태중 어떤 쪽을 모두 취할 수 있다.
제9도, 제10도에서 설명한 각 θ는 유니폼 트위스트배열의 트위스트각이지만 각 θ가 0≤θ≤90°의 범위에서는 상하측기판의 배향방향(F)(R)의 교차각 (Ø)과 같다. 이 교차각(Ø)를 상하측기판에서 형성하는 액정셀의 셀·트위스트각이라 한다.
따라서 본 발명은 (Ø)를 상하기판에서 형성하는 액정셀의 셀·트위스트각이라 한다.
따라서 본 발명은 Ø가 ±θ이가 액정트위스트각 (η)이 (±θ+180°) 또는 (±θ-180°)의 액정표시소자를 얻는 것이다.
또한 제11도와 같이 액정분자의 층두께 방향으로 배열된 나선상의 비틀림이 1회전하는 거리(이 P는 피치라 한다)를 P로 하고 액정층 두께를 (d)라 하면 d/p는 액정층 두께간의 액정배열의 회전강도를 나타낸다.
따라서 이것을 각도로 나타내면 d/p×360°가 된다, 도면은 240°트위스트의 예이다.
이에 의해 셀·트위스트각(Ø)이 ±θ이고, 액정트위스트각(η)이 ±θ180°일 때는 d/p가 ±θ+180°-90°d/p×360°±θ+180°+90°이고, 액정트위스트각(η)이 ±θ-180°일 때는 d/p가 ±θ-180°-90°d/p×360°±θ-180°+90°이다. 이 액정분자의 비틀림 방향, 비틀림정도는 액정에 혼합한 기랄케 액정제의 종류, 혼합량에 의해 제어할 수 있다. 구체적인 재료로서는 좌회전 카이럴제로 SD-8118(Merck Corporation), 우회전 키랄제로 CB-15-CBDH Corportation)을 들 수 있다.
본 발명에 따른 액정표시소자는 구체적으로 액정의 배열은 소위 스플레이 배향의 180°이상 270°의 트위스트각(η)을 갖는 셀구성을 가지고 있다.
이 구성의 경우는 전압인가 상태의 전하밀도의 편증이 발생하지 않는다.
제12도에 본 발명에 따른 액정표시자의 셀(10)의 전하(e)이동(화살표)을 모식적으로 나타낸다. 기판(11)(12)표면의 액정분자(M)의 배열방향이 대칭이므로 전하이동의 용이함은 좌우방향 모두 같고 전원(16)으로부터 전극(14)(15)애 전압을 인가했을 때의 전하밀도의 편증이 발생하지 않으며, 따라서 잔상현상이 원칙적으로 발생하지 않는다.
다음에 서술한 전하는 사용하는 액정재료나 배향막재료 등으로부터 발생한다고 생각되지만 셀의 전압인가 상태의 전하이동방향은 전하의 종류 등에 따라 종래소자의 제13(a)도와 같이 우에서 좌로의 경우뿐만 아니라 제13(b)도에 나타낸 바와같이 역방향을 취하는 경우도 있을 수 있다. 그러나 본 발명의 구성에 의하면 제12도와 같이 어떤 방향의 경우에 있어서도 원칙적으로 전하밀도의 편중이 발생하지 않는다.
잔상현상에 대해 더욱 상세히 설명한다. 종래의 유니폼 배열 ST셀 전하의 이동방향이 제13(b)에 도시돤 바와같이 좌에서 우로 향하는 경우를 고찰한다. 전하의 이동방향을 제15도에 나타낸 바와 같이 종래의 ST셀의 트위스트양이 240°의 경우는 0≤Z≤d/2에서는 Z0의 방향이고, d/2≤Z≤D에서는 대략 Zd의 방향이 된다. 따라서 제16도와 같이 액정셀의 표시화면에 예들 들면 □ABCD의 패턴을 표시하기 위해 전압을 계속 인가하면 전압인가 부분과 전압무인가 부분에서, 특히 그 경계부분에서 상대적으로 전하밀도가 전술한 전하의 이동방향에 따르게 된다. 그 결과 외부로부터 인가되는 전압의 액종층으로의 실효치가 다르고, 결과로서 잔상현상이 발생한다. 즉 16도에서 밝혀진 바와같이 경계부분에서의 전하밀도의 변화는 y-y'에서 평행한 A-D경계부 보다 A-B경계부 쪽이 크다. 마찬가지로 B-C경계부, D-C경계부에 대해서도 말할 수 있고, 사실상 잔상현상으로서 문제가 되는 전하밀도의 변화는 A-B경계부 및 D-C경계부에서 발생한다. 이 A-B경계부 및 D-C경계부에 발생하는 전하밀도의 변화정도는 이들 경계부에 있어서 2개의 전하이동방향의 쌍방에서 이루는 각도에 따른다. 이 각도가 0°알 경우(액정트위스트각이 180°의 경우)는 전하의 이동방향의 쌍방에서 완전히 일치하고 있는 경우로 전하밀도의 변화정도는 가장 강하게 되고, 역으로 180°의 경우(액정트위스트각이 360°의 경우)는 전하의 이동방향이 쌍방에서 완전히 상쇄하고 전하밀도의 변화정도는 가장 약하게 된다. 따라서 잔상현상정도는 이 두 개의 전하이동방향의 쌍방에서 이루는 각도에 따르기 때문에 설명의 편의상 이 각도를 잔상현상 의족각(X)이라 정의한다. 이 잔상현상 의존각(X)이 작은 만큼 잔상현상의 각도는 크게 된다. 이상 설명한 바와 같이 종래의 ST방식에서는 트위스트각이 90°이상 내지 270°이하 범위에서 이 잔상현상 의존각(X)은 제17도의 점선에서 나타낸 바와같이 90°이하의 값밖에 얻을 수 없기 때문에 잔상현상의 감도는 실용상 커다란 문제로 되어 있다.
본 발명에 있어서는 2장의 전극부착 기판사이에 유전이방성이 +인 네마틱 액정조성물을 끼워 두고, 상기 기판표면상에서 액정분자 장축을 한방향으로 배열시키는 초기경사 배향을 유도발생하는 수단을 가지며, 2장의 기판표면에서의 액정분자의 배열방향이 각각의 기판표면상에서 똑같은 방향으로 배열되어 있고, 상하 기판표면에 있어서 액정분자의 장축 기판표면을 향한 방행벡터가 이루는 각을 X(이 각도는 전술한 잔상현상 의존각(X)으로 된다)라 했을 때, 이 잔상현상 의존각(X)은 트위스트각이 90°이상 280°이하의 범위에서 90°≤X≤180°가 된다.
이러한 잔상현상 의존각(X)을 생각하면 예를 들면 트위스트각 240°의 경우 종래의 ST방식(유니폼배열)에서는 θ가 60°인데 대해 본 발명의 스플레이 배열에서는 그 보각인 η=180°-θ=180°-60°=120°가 된다. 따라서 본 발명에 따른 액정표시소자는 전압무인가시의 광학적효과가 종래의 ST방식과 거의 같고 잔상현상 의존각(X)이 크기 때문에 잔상현상이 경감되는 효과가 발생한다.
그리고 이렇게 해서 얻은 액정표시소자의 액정두께 방향에 대한 경사각(α)의 변화의 한 예를 제18도에 나타낸다. 이 경우는 상하기판상의 초기경사각(α0)이 같을 경우 액정층의 두게 방향을 Z, 그 두게를 d라 하면, 셀의 중앙부분 d/2의 위치에 있어서 경사각(α)의 값이 ±역으로 되는 것은 셀내의 d/2의 위치에서 액정분자의 경사가 역이 되는 것을 나타낸다. 이러한 셀에 전압을 인가했을 경우 셀중앙부로의 액정분자는 +또는 -중 어느 방향으로 동일한 확률로 일어난다고 생각되므로 전압인가시에 배향불량이 발생하고 표시품위가 저하하는 경우가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서는 제19도에 나타낸 바와 같이 2장의 기판(11)(2)상의 초기경사각(α0)을 α1α2와 같이 크기를 다르게 하는 것이 효과적이다. 즉, 2장의 기판상의 초기경사각(α0)의 크기를 다르게 하면 액정층내에서 액정분자의 경사가 역이 되는 위치 Z가 초기경사각이 적은 α2의 기판측으로 이동해서 제20도와 같이 전압인가 상태에서 액정층두깨 방향의 액정분자의 수직으로 일어나는 방향을 지배함으로서 전압인가시의 배향 불량이 발생하지 않는다. 또한 종래의 ST방식과 같이 쌍방의 기판에서 초기경사각을 최적화함으로써 액정인가 전압을 증가시킬 때와 감소시킬 때 전압에 대한 광투과도의 이 역곡선이 제5도에 나타낸 바와 같이 동일한 곡선이 되고 소위 히스테리시스가 발생하지 않는다.
또한 본 발명에 따른 액정표시소자와 같이 비틀린 스플레이 배열은 실효적으로 경사방향이 서로 반대인 2개의 비틀린 유니폼 배열로 구성되는 것이라서 등가라고 생각할 수 있다, 전술한 바와 같이 전압인가시 배향불량방지의 관점에서 상하측기판의 초기경사각은 다르게 될 필요가 있기 때문에 이 경우 이 2개의 액정층의 배열은 대칭현상을 나타내지 않는다. 그러나 쌍방의 액정층 트위스트각과 액정층 두께는 전층두깨가 비틀림 유니폼배열로 이루어지는 종래의 구성인 액정표시소자 보다 작게 된다. 따라서 본 발명에 따른 액정표시소자는 종래의 구성인 액종표시소자보다 응답속도가 빨라진다. 여기서 초기경사각(α1)과 (α2)의 비를 크게 하면 한쪽기판의 경사방향 지배가 증가하기 때문에 상술한 2개의 액정층의 층두께비도 커지고 실효적으로 응답속도도 전층두께가 비틀린 유니폼 배열로 이루어지는 종래의 구성인 액정표시소자에 가까운 값이 된다. 따라서 응답속도의 관점에서 생각하면 α1과 α2의 차는 적은 편이 좋다. 실용적으로는 한족 기판의 초기경사각(α1)을 5°이상 또한 α1과 α2와의 차를 31°이하로 설정하는 것이 좋다.
이러한 전압인가시의 배향불량방지의 관점에서 보면 α1과 α2차는 큰 편이 바람직하다. 그러나 응답속도와 관점에서 보면 역으로 α1과 α2의 차는 적은 편이 좋다.
이상과 같이 본 발명에 따른 액정표시소자는 잔상현상불량을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 액정층이 전압무인가상태에서는 액정은 소위 스플레이 배열을 취하기 대문에 관측점에서 본 액정분자 배열의 경사각이 똑같지 않고 종래의 유니폼 배열에 비해 시야각을 확대할 수 있다.
[실시예]
이하에 본 발명에 따른 액정표시자의 실시예를 상세히 설명한다.
[실시예 1]
제1도에 있어서, 주사전극(14)측의 상측기판(11)상 (Z=0)에 옵티카-AL-1051(일본 합성고무사제품 초기경사각 약 2°)로 된 배향막(17)을 피착하고, 신호전극(15)측 하측기판(12)상 (Z=d)에 PSI-2301(첫소사제품, 초기경사각 약 7°)으로 된 배향막(18)을 형성하고, 제1도에 도시된 바와 같이 트위스트각이 240°이고 출상광측의 액정분자의 방향에서 60°각도에 입사광측의 액정분자의 방향을 베치하도록 러빙(rubbing)처리를 하고, 이들 기판사이에 △n이 0.134인 +의 유전이방성을 갖는 네마틱액정(13)(멜크상제 ZLI-2293)을 봉입한 액정표시소자(10)를 제조했다. 또한 액정분자가 비틀린 상태를 제9도를 이용해 보면, 상하기판(11)(12)사이의 액정의 트위스트각은 주사전극측 기판(11)의 러빙 방향을 F, 신호전국측 기판(12)의 러빙방향을 R로 했을 때, 액정분자의 트위스트각 η으로 표시된다.
상기 액정재료는 비틀린 피치가 8.57㎛가 되도록 좌회전 키랄제(멜트사제품, S-811)를 적량 첨가하고 있고, 도한 액정층 두께는 6.0㎛로 설정했다. 다라서 η=d/p×360°는 약 252°이다.
그리고, 이 액정표시소자에 전원(16)을 연결하고, 전극(14)(15)사이에 전압을 인가하여 인가전압-투과도특성을 측정했을 때, 제5도에 나타낸 바와 같은 ST방식과 같은 급준한 특성이 얻어지고 히스테리시스도 없고 배향불량, 메모리 현상은 발생하지 않았다.
이렇게 해서 얻은 도트수 640×480인 액정표시소자를 1/240듀트 구동하고 액정표시소자의 일부분에 블록상의 패턴을 표시해서 선택전압 인가영역으로 하고 약 1시간 점등후 소자 전체를 선택전압인가영역으로 해서 잔상현상의 발생정도를 조사했지만 소자전체가 균일한 농도 표시이고 잔상현상을 찾아볼 수 없었으며 메모리의 발생도 전혀 없었다(표1 참조).
또한 등콘트라스트곡선을 제21도에 나타낸다. 특히 넓은 시야각이 얻어졌다.
[실시예 2]
실시예 1의 액정표시소자에 있어서, 러빙방향을 제22도와 같이 변화시키고 좌회전 키랄제 대신 우회전 키랄제(멜크사제품 R-811)를 첨가하고 액정표시소자를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자의 인가전압 투과도 특성을 측정해 보니 급준한 특성이 얻어지고 실시예 1과 같은 점등시험을 해보니 잔상현상을 전혀 발생하지 않고 양호한 시인성이 유지되었다. 도한 점등평가시에 배항불량과 메모리의 발생을 전혀 없었다(제1도 참조)
[실시예 3]
실시예 1의 액정표시소자에 있어서, 러빙방향을 제23도와 같이 바꾸고 주사전극기판상(Z=0)에 AL-1051대신 SE-150(있산 화학사제품, 초기경사각 약 4°)을 신호전극측 기판상(Z=d)에 상기한 PSI-2301을 배향막으로해서 형성하고, 트위스트각을 180°로 했다. 또 d/p는 0.55로 180°/360°보다 크게 설정했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자에 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때, 잔상현상을 전혀 발생하지 않았고 양호한 시인성이 유지되었다. 또한 점등평가시에 배향불량과 메모리발생은 전혀 없었다(표 1참조).
[실시에 4]
실시예 3에 있어서, 신호전극측 기판상에 PSI-2301 대신 PSI-2401(있소사제품 초기경사각 약 12°)을 배향막으로 형성해서 액정표시소자를 제조했다.
이렇게 해서 얻은 액정표시소자의 인가전압 투과도 특성을 측정해 보니 실시예 3보다도 더 급준한 특성이 얻어졌다. 또한 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 잔상현상은 전혀 발생하지 않고 양호한 시인성이 유지되었다. 또한 점등평가에 배향불량이나 메모리의 발생을 전혀 없었다(표 1참조).
[실시예 5]
실시예 3에 있어서 신호전극기판상에 PSI-2301 대신 Sio를 사방(斜方)증착하고 신호전극기판상의 액정분자의 초기경사각을 35°이하로 해서 액정표시소사를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자의 인가전압 투과도 특성을 측정했을 때 실시에 4보다 더 급준한 특성이 얻어졌다. 또한 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 잔상현상은 전혀 발생하지 않고 양호한 시인성이 유지되었다.
또한 점등평가시에 배향불량과 메모리의 발생은 전혀 없었다(표 1참조)
[실시예 6]
실시예 4에 있어서, 자회전 키랄제 대신 우회전 키랄제(멜크사제, R-811)를 첨가해서 액정표시소자를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자의 인가전압 투과도 특성을 측정했을 때 급준한 특성이 얻어졌고, 또한 실시예 1과 같은 점등시험을 해보니 잔상현상은 전혀 발생하지 않고 양호한 시인성을 유지했다. 또한 점등평가시에 배향불량과 메모리의 발생을 전혀 없었다(표 1참조).
[실시예 7]
실시예 1에 있어서, 양기판상에 PSI-2301을 배향막으로 형성해서 액정표시소자를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자는 점등평가시에 부분적인 배향불량이 있는 셀도 있었지만 인가전압 투과도 특성은 급준하고, 또한 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 잔상현상은 전혀 발생하지 않았으며 양호한 시인성이 유지되었다(표 1참조).
[실시에 8]
실시예 2에 있어서, 양기판상에 PSI-2301를 배향막으로 형성하고 상하측기판에 러빙강도를 바꿈으로써 양쪽기판표면의 초기경사각을 7°와 6°로 하고, 좌회전 키랄제 대신 우회전 키랄제(멜크사제품, R-811)를 첨가해서 액정표시소자를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시자는 (100셀중 1내지 2셀)에 점등평가시에 약간의 배향불량이 있는 셀도 있었지만, 인가전압 투과율 특성을 급준하고 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 잔상현상을 전혀 발생하지 않았고 양호한 시인성인 유지되었으며(표 1참조), 게다가 응답속도도 최고치와 최저치의 합계로써 240ms로 종래 구성(일반적으로 합계로써 400ms정도)보다도 현저히 빨랐다.
[실시예 9]
실시예 3에 있어서, 양기판상에 PSI-2301를 배향막으로 형성해서 약정표시소자를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액종표시소자는 점등평가시에 부분적으로 배향불량이 있는 셀도 있었지만, 전압인가 투과도 특성은 급준하고, 또한 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 잔상현상을 전혀 발생하지 않았고 양호한 시인성이 유지 되었다(표 1참조)
[실시예 10]
실시예 5에 있어서, 양기판상에 PSI-2401을 배향막으로 형성해서 액정표시소자를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자는 점등평가시에 부분적으로 배향불량이 있는 셀도 있었지만 인가전압 투과도특성은 급준하고, 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 잔상현상을 전혀 발생하지 않았고 양호한 시인성이 유지되었다(표 1참조).
[실시예 11]
실시예 1에 있어서, 제25도와 같이 양기판(11)(12)상에 초기경사각이 7° 및 2°인 배향막(20)(21)을 각각 형성하고 각 화소에 있어서 일화소내에 각각 기판상에 초기경사각이 7°인 영역과 2°인 영역을 형성하고 또한 아래쪽 기판(12)의 초기경사각이 7°인 영역에 대응하는 위쪽 기판의 영역을 초기경사각을 2°로 하고, 아래쪽 기판(12)의 초기경사각이 2°인 영역에 대응하는 위쪽 기판의 영역의 초기경사각을 7°로 한다. 이렇게 함으로써 일화소를 형성하는 액정분자배열 영역이 액정분자배열 상태가 다른 2종의 상태가 된다. 이렇게 해서 액정표시소자는 전압인가시는 실시예 1과 같은 광학특성을 나타내고 기판정면에 있어서 전기광학 특성도 거의 같은 효과를 초래했을 분 아니라, 등콘트라스트 특성을 특정했을 때 제21도에 나타낸 것처럼 실시예 1과 같이 상당히 넓은 것외에도 실시예 1 이상으로 시각의존성이 대칭형인 양호한 특성이 얻어졌다.
[비교예 1]
실시예 7에 있어서 러빙방향을 제25도와 같이 바꾸고 트위스트각이 240°인 ST형 액정표시소자를 제조했다. 이대 d/p는 0.57이하로 했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자의 인가전압 투과도특성을 측정했을 때, 실시예 1과 같은 급준한 특성이 얻어졌지만 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 블록패턴의 단부에 잔상현상이 발생했고 시인성이 손상되었다(표 1참조). 또한 시약간은 제26도에 나타낸 등콘트라스트곡선과 같이 좁고, 반전이 없는 시야각은 +35°, -42°로 좁고 응답속도도 최고치와 최저치의 합계로서 400ms로 늦었다.
[비교예 2]
비교예 1에 있어서, 주사전극측 기판상(Z=0)에 상기 SE-150을 신호전극측 기판상(Z=d)에 상기한 PSI-2301을 각각 배향막으로 형성하고 트위스트각이 240°인 ST형 액정표시소자를 제조했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자의 인가전압 투과율 특성을 측정했을 때 실시예 1과 같은 급준한 특성이 얻어졌지만, 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 블록패턴의 단부에 잔상현상이 발생하고 시인성이 손상되었다(표 1참조).
[비교예 3]
실시예 3에 있어서, 러빙방향을 제8(a)도와 같이 바꾸고 트위스트각이 180°인 ST형 액정표시소자를 제조했다. 이때 d/p는 0.43이하로 했다. 이렇게 해서 얻은 액정표시소자는 실시예 1과 같은 점등시험을 했을 때 블록패턴의 단부에 잔상현상이 발생하고 시인성이 손상되었다(표 1참조).
[발명의 효과]
본 발명에 따르면 안정한 배향성을 가지고 급준한 전기광학특성을 가지며 높은 콘트라스트로 잔상현상이 발생하지 않는 시야각이 넓은 액정표시소자가 얻어진다. 또한 실시예에 있어서는 ST방식의 단순매트릭스 구동에 관해서만 기재되어 있지만, ECB방식이나 GH방식을 필두로 해서 그외의 방법을 조합시킨 각종 단순 매트릭스구동은 물론, TFT나 MTM이라고 하는 능동소자를 이용한 액티브 매트릭스 구동에 이용해도 동일한 효과를 얻은 것은 말할 것도 없다.

Claims (4)

  1. 복수의 화소를 형성하는 2장의 전극이 부착된 기판 사이에 유전이방성이 +인 네마틱 액정층이 끼워져 구성되는 액정표시소자에 있어서, 상기 액정층이 스플레이 배열을 가지면, 또한 슈퍼트위스트 모드로 동작하는 비틀린 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정층의 트위스트각은 90°보다 크고 270°보다 작은 것은 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 2장의 기판상에 있어서 상기 액정층의 액정분자의 초기경사각의 크기가 상기 각 기판에서 서로 다른 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 하나의 화소를 형성하는 액정분자배열영역이 액정분자배열상테가 서로 다른 2가지 이상의 액정분자배열영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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