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KR940006984B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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KR940006984B1
KR940006984B1 KR1019900001429A KR900001429A KR940006984B1 KR 940006984 B1 KR940006984 B1 KR 940006984B1 KR 1019900001429 A KR1019900001429 A KR 1019900001429A KR 900001429 A KR900001429 A KR 900001429A KR 940006984 B1 KR940006984 B1 KR 940006984B1
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히로시 오오니시
도시유끼 요시미즈
마사가즈 와다
히로시 구와가끼
도시미찌 가쓰베
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샤프 가부시끼가이샤
쓰지 하루오
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Abstract

내용 없음.

Description

액정표시장치
본 발명의 목적과 특색과 이점과는 아래의 상세한 설명과 도면에서 한층 명확하게 될 것이다.
제 1 도는 본 발명의 한 실시예의 설명에 제공하는 액정표시장치의 구조설명도.
제 2 도는 동실시예의 위치관계를 표시하는 평면도.
제 3 도는 실시예 1의 OFF 상태의 제1의 위상차판(位相差板)을 통과한 출사편광상태를 표시하는 도면.
제 4 도는 실시예 1의 ON 상태의 제1의 위상차판을 통과한 출사편광상태를 표시하는 도면.
제 5 도는 실시예 2의 OFF 상태의 제1의 위상차판을 통과한 출사편광상태를 표시하는 도면.
제 6 도는 실시예 2의 ON 상태의 제1의 위상차판을 통과한 출사편광상태를 표시하는 도면.
제 7 도는 실시예 2의 ON-OFF의 분광특성을 표시하는 도면.
제 8 도는 실시예 3의 OFF 상태의 제1의 위상차판을 통과한 출사편광상태를 표시하는 도면.
제 9 도는 실시예 3의 ON 상태의 제1의 위상차판을 통과한 출사편광상태를 표시하는 도면.
제 10 도는 같은 레터데이션치(値)를 갖는 위상차판을 2매 중첩하였을때의 레터데이션치와 맑기(L치)와의 관계를 표시한 도면.
제 11 도는 STN 액정패널의 레터데이션치(d· △n)와 사용하는 위상차의 레터데이션치(Re 2)와의 관계를표시한 도면.
제 12 도는 STN 액정패널과 위상차판의 분광투과율의 관계를 표시한 도면.
제 13 도는 제1,제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도(θ)와 제1,제2의 위상차판에서 되는 실효의 레터데이션치와의 관계를 표시하는 도면.
제 14 도는 종래장치의 분광특성을 표시하는 도면.
제 15 도는 위상차판의 광학축의 관계를 표시하는 도면.
제 16 도는 위상차판의 파장분산을 표시하는 도면.
제 17 도는 STN 액정패널의 광학축의 관계를 표시하는 도면.
제 18 도는 STN 액정패널의 파장분산을 표시하는 도면.
제 19 도는 이상적인 파장분산을 표시하는 도면.
제 20 도는 위상차판과 SNT 액정패널을 조합시켰을때의 상감작용(相減作用)을 표시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 상측편광판 2 : 제1의 위상차판
3 : SNT 액정패널 4 : 제2의 위상차판
5 : 하측편광판
본 발명은 슈퍼 트위스트(super twist)형 액정에 있어서 색보상을 실시한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 SIN-LCD(슈퍼 트위스트형 액정표시장치)는 옐로우 그린(yellow green) 혹은 블루(blue)로 착색하지만 색보정판을 사용하므로서 밝고 선명한 백/흑 표시가 얻어진다.
그것때문에 표시품위가 향상하여 워드 프로세서(word processer), 컴퓨터등의 OA 기기에 이용할 수가있다.
이와 같은 색보상을 실시한 2층형 STN-LCD에서는 1층째(구동용셀)에서 생긴 착색을 2층째(광학적 보상용셀)에서 색보정을 하여 무채색화하고 있다.
이 구조는 단층 STN-LCD와 비교하여 액정셀이 2매 필요하기 때문에 표시장치의 두께가 두껍게 되어 중량이 증가한다는 문제점을 갖고 있다.
한편 위상차판형 STN-LCD에서는 액정셀의 전면에 위상차판을 배설할 것, 또 액정셀의 전면 및 배면에 각 1매를 배설하는 것이 알려져 있으나 2층형 STN-LCD에 비교하여 콘트러스트(constrast)가 떨어지는등 충분한 표시품위를 얻을 수 없다는 문제점을 갖고 있다(특개소 64-519호 공보).
특개소 64-519호 공보에서는 STN 액정패널의 전면 및 배면에 위상차판을 배설하는 것이 기술되어 있으나 실시예 21에서는 그 양자의 레터데이션치의 합이 약 0.6μm(600nm)로 되어 있어 양자 각각의 값에 관하여는 하등 언급하고 있지 않았다.
또 본건 발명자들이 300nm의 위상차판을 실시예 21에 기재되어 있는 시스템에서 배설하여도 양호한 백/흑 표시는 얻을 수 없었다.
본 발명의 목적은 상기 방식이 갖는 문제점을 해결하고 2층형 STN-LCD와 비교하여 박형(薄型)·경량화가 가능하며 또 종래의 위상차판형 STN-LCD와 비교하여 선명한 백/흑 표시를 얻을 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 STN 액정패널에서 생기는 위상차를 보상하기 위하여, 해당 STN 액정패널의 전면 및 배면에 일축성(一軸性) 고분자필림등으로 이루어지는 레터데이션치의 동등한 위상차판을 대칭으로 배설하여 구성한 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 슈퍼 트위스트형 액정표시장치에 있어서 상측편광판-제1의 위상차판-STN 액정패널-제2의 위상차판-하측편광판을 이 순서로 적층배설하고 상기 제1의 위상차판과 제2의 위상차판의 레터데이션치를 동등하게 하고 아울러 상기 제1의 위상차판과 제2의 위상차판을 STN 액정페널등에 대하여 대칭인 관졔 즉 θ1+θ2=180°로 배설한 것을 특징으로 하는 액정표시장치이다.
본 명세서에서는 θ1은 STN 액정패널을 구성하는 상기판의 액정분자 배향축(配向軸)과 제1의 위상차판 광학축이 이루는 각도이며 θ2는 같은 하기판의 액정분자 배향축과 제2의 위상차판 광학축이 이루는 각도이다.
바람직스러운 실시형태에서는 상기 제1의 위상차판과 제2의 위상차판의 레터데이션치는 바람직스럽기는 330∼500nm 더욱 바람직스럽기는 330∼420nm인 것을 특징으로 한다.
바람직스러운 실시형태에서는 상기 θ1및 θ2가 다함께 45°보다 큰 것을 특징으로 한다.
바람직스러운 실시형태에서는 상기 θ1및 θ2가 다함께 90°인 것을 특징으로 한다.
바람직스러운 실시형태에서는 상기 제1의 위상차판과 제2의 위상차판은 1매 또는 복수매의 일축성 고분자필림으로부터 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직스러운 실시형태에서는 트위스트각 및 레터데이션치가 기지의 STN 액정패널을 사용하는 액정표시장치에 있어서 제1의 위상차판 및 제2의 위상차판의 레터데이션치를 각각 Re1로 하고 제1의 위상차판 및 제2의 위상차판에 의한 실효의 레터데이션치를 Re2로 하고 제1의 위상차판과 제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도를 θ로 할때 Re(panel)과 Re1의 상관관계를 표시하는 그래프로부터 Re1의 개략치를 선택하고,
nRe2=Re(panel) ×3/2(n=1 or 2)
로부터 θ의 개략치를 산출하고,
다시금
Re2=2Re1 cosθ
로부터 θ의 개략치를 산출하고,
제1의 위상차판 및 제2의 위상차판을 배설한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 STN 액정패널의 전면 및 배면에 일축성 고분자필림등으로 이루어지는 레터데이션치의 동등한 위상차판을 대칭으로 배설하였으므로 종래의 위상차판형 STN-LCD(특개소 64-519 실시예 21)보다도 파장분산을 보다 이상적인 것으로 근사(近似)하게 할 수 있다.
이 결과 전파장역(域)에서 위상차가 보상되어 출사타원편광의 방위각이 정열되므로 검광자의 최적설정에 의하여 무채색화와 고콘트러스트화가 동시에 달성된다.
또 본 발명에 의하면 종래 2층형 STN-LCD 보다도 박형· 경량화가 가능하며 콘트러스트비도 높은 것을얻을 수 있다.
또 2층형 STN-LCD 이상의 고콘트러스트를 얻고 아울러 ON시의 투과율이 높은 선명한 흑/백 표시를 얻기위하여는 후술하는 실시예 1∼실시예 5에서 구체적으로 표시한 것과 같이 위상차판의 레터데이션치로서330nm∼500nm의 것 더욱 바람직스럽기는 330nm∼420nm의 것을 사용하는것이 바람직스럽다.
또 본 발명에 의하면 STN 액정패널의 트위스트 각도, 레터데이션치(Re(panel))가 결정되면 사용하는 위상차판의 레터데이션치(Re1와 제1과 제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도(θ)의 개략치를 구할 수가 있어 광학적 설계가 용이하게 할 수 있는 외에 생산의 효율화를 도모할 수 있다.
[실시예]
우리들은 여러번 검토한 결과 ON 상태의 투과율을 높게 잡고 OFF 상태의 투과율을 낮게 억제하기 위하여는 위상차판의 레터데이션치로서 330nm∼420nm의 범위에서 또한 동일한 값의 것을 전면 및 배면으로 대칭으로 배설하는 것이 최적하다는 조건을 발견하였다.
더우기 이 설정조건을 STN 액정패널의 레터데이션치에서 산출할 수 있는 법칙성을 발견하였다.
이것을 아래에 설명한다.
우선 액정표시장치로서의 표시의 밝기를 유지하기 위하여는 배설하는 위상차판의 레터데이션치를 고려하지 않으면 안된다. 제10도(L치=100이 백색이며, L치=0이 흑색이라 하여 표시된다)에 있어서 밝기를 표시하는 단위인 L치가 30이상이라는 실용상의 제한하에서는 2매의 위상차판의 레터데이션치의 합(2Re(nm))의 크기는 660nm∼1000nm(제10도의 점선에서 표시되어 있는 값), 즉 1매의 위상차판의 레터데이션치가 330nm∼500nm의 범위에 있으면 충분한 밝기를 가지는 것을 우리들은 발견하였다.
따라서 상기의 위상차판의 레터데이션치가 330nm∼420nm의 범위는 이 조건에 포함된 중에서의 최적조건이다.
또 이때의 1매의 위상차판의 레터데이션치(Re1)와 제1,제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도(θ)는 아래에 기술하는 방법에 의하여 STN-액정패널의 레터데이션치(d· n=Re(panel))를 기초로 하여 계산할 수가 있다.
제11도는 액정패널의 레터데이션치(d· △n)와 사용하는 위상차판의 레터데이션치(Rw1)와의 관계를 표시한 도면이며 ○표는 트위스트 각도 240도의 경우의 실험치, △표는 트위스트 각도 210도의 경우의 실험치, □표는 트위스트 각도 180도의 경우의 실험치이며, 사선의 영역에 있어서 상관(相關)이 표시되어 있다.
제11도에 표시되는 관계(사선의 영역)에서 사용하여야 할 위상차판의 레터데이션의 개략치(Re1)를 선택할 수 있다.
제12도는 어떤 한 실시예에 있어서 STN 액정패널과 위상차판의 분광투과율의 관계를 표시한 실측도(實惻圖)에서 평행이퀄 상태에서의 측정치이다.
일반적으로 평행이퀄의 사이에 복굴절체(複屈折體)가 놓여진 경우의 투과광 강도를 표시하는 식은,
T = sin2 γ × cos2 (πR/ λ ) 이다.
여기에서 각도(γ)는 광축과 편광축과가 이루는 각도, R은 레터데이션치이다.
sin2γ≠0, 즉 2γ≠0, π일때 투과광의 최대치는 cos2(πR/λ) =1, 즉 (πR/λ) =hπ, 즉 R=λ(n=1) 일때에 얻어진다. 이것은 복굴절체의 레터데이션치가 투과광 최대치를 부여할때의 파장(λ)으로서 나타내는 것을 표시한다.
한편, 투과광의 최소치는 cos2(πR/λ) =0측 (πR/λ) =π/2+nπ, 즉 R=3λ/2일때에 얻어진다(n=1).
따라서 3R/2의 레터데이션치의 복굴절체의 표시하는 분광투과율 곡선은 R의 레터데이션치의 복굴절체가 표시하는 분광투과율 곡선과는 그들의 투과광의 최대치 및 최소치가 역전한 관계로 되어 있다.
제12도에 있어서 131은 STN 액정패널의 분광투과율 곡선, 132는 제1,제2의 위상차판을 광학축이 이루는 각도(θ)로서 중첩한때의 분광투과율 곡선, 133은 STN 액정패널과 위상차판과를 거의 최적 배치한때의 분광투과율 곡선을 표시하고 있다.
곡선(131)은 480nm에서 제1의 최소치가 되어 거의 595nm에서 최대치를 표시하고 있다.
한편 곡선(132)은 거의 590nm에서 최소치로 되어 거의 885nm(도면에서는 표시되지 않았음)에서 최대치를 표시하고 있다.
이들의 최대치가 STN 액정패널의 레터데이션치(Re(panel))와 위상차판의 실효의 레터데이션치(Re2)에 상당하는 것이며 133의 분광투과율 곡선에 표시하는 것과 같은 플래트(flat)에서 투과율이 낮은 상태가 얻어지는 경우, Re2와 Re(panel)과의 사이에는 투과율의 최대치와 최소치의 파장이 역전하는 관계가 존재하기 때문에, 상술한 것과 같이 Re(panel)×3/2=nRe2(n=1 or 2)의 관계식을 얻을 수 있다.
따라서 STN 액정패널의 레터데이션치(Re(panel))로부터 제1,제2의 위상차판의 합에 의하여 얻어지는실효의 레터데이션치(Re2)를 결정할 수 있다.
제12도의 예에서는 액정패널의 분광투과율 곡선(131)의 최대치는 595nm에 있어 액정패널의 레터데이션치는 Re(panel) =595nm이다.
또 위상차판을 2매 중첩한때에 얻어지는 실효의 레터데이션치는 상기한 관계식 Re(panel)×3/2=nRe2(n=1 or 2)로부터, n=1일때 Re2=595×3/2=892.5(nm)이다.
이것은 곡선(132)에 있어서 실제의 실측치 885nm와 근사한 값이다.
한편, 제13도는 제1,제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도(θ)와 제1,제2의 위상차판에서 할 수 있는 실효의 레터데이션치와의 관계를 표시한 도면이다.
제13도에 있어서 ○표로서 표시되는 실선은 실측치이며, ×표에서 표시되는 점선은 Re2=Re1 cosθ+Re1cosθ=2Re1 cosθ로 한때의 이론치이다.
실측치와 이 이론치가 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 제1, 제2의 위상차판의 합에 의하여 얻어지는 실효의 레터데이션치(Re2)와 각 위상차판의 레터데이션치(Re1)가 산출한 것과 같이 구하여져 있으므로 제1, 제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도(θ)는 Re2=2Re1 cosθ에서 θ를 계산할 수가 있다.
결국 STN 액정패널의 트위스트 각도, 레터데이신치(dㆍ△n=Re(panel))가 결정되면 사용하는 위상차판의 레터데이션치(Re1)와 제1, 제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도(θ)는 그 개략치를 구할 수가 있다.
이와같이하여 설정된 조건에 있어서 OFF 상태에서는 RGB의 3파장의 빛이 방위각이 갖추어진 가늘고 긴 타원편광(모사직선편광:擬似直線偏光)으로서 전면의 위상차판을 출사하고 ON 상태에서는 RGB의 3파장의 빛이 비교적 방위각이 갖추어진 타원율이 작은 타원편광(모사원편광)으로서 전면의 위상차판을 출사하고 있으므로 검광장의 배치를 최적화하는 것으로서 색보상을 할수 있음과 아울러 고콘트러스트가 얻어진다.
단 상세한것은 슈퍼 트위스트된 액정층에 의한 선광분산(旋光分散)이 가미되므로 위상차판의 레터데이션치 및 제1, 제2의 위상차판의 광학축이 이루는 각도(θ)는 상기한 계산치로부터 약간의 조정이 필요하지만 최적화의 수법으로서는 일반적으로 유효하다.
이하 본구조의 작용을 광학원리에 의가하여 위상차판 및 STN 액정패널의 레터데이션치의 파장분산(이하단순히 파장분산이라함) 및 위상차의 상감(相減)작용으로부터 설명한다. 우선 위상차판에 관하여 광학축의 관계와 파장분산을 설명한다.
STN 액청패널의 위상차를 보상하는 위상차판은 재질적으로는 폴리카보네이트, 폴리비닐알콜등으로 이루어지고 제조시의 연신(延伸)에 의하여 특정한 위상차(레터데이션)을 갖게한 것이다.
결정광학적으로는 일축성 결정을 닮은 성질을 갖는 것이다. 이 위상차판의 광학축의 관계는 입사한 빛의 최대속도의 광파가 진동하는 방향을 진상축(F축 또는 X'축), 최소속도의 광파가 진동하는 방향을 지상축(遲相軸) (S축 또는 Z'축)이라하면 각각의 광학축의 관계는 제15도(a), (b)에 표시하는 것과 같이 2가지의 경우가 있다.
예를들면 폴리카보네이트는 (a)에서 플러스호(號), 폴리메타크릴산 메틸은 (b)에서 마이너스호(號)이다.
어느것의 경우에 있어서도 진상축과 지상축을 알면 마찬가지로 취급할 수가 있다.
한편 파장분산에 관하여는 우리들은 실제로 단색광의 직선편광을 위상차판에 입사시켜서 얻어지는 타원견광의 해석에 의하여 각 파장에 대한 위상차로서 구하였다.
이와같이하여 구한 파장분산의 한예를 제16도에 표시한다.
다음에 STN 액정패널의 광학축의 관계는 액정분자의 광학적 성질에서 액정분자의 단축방향을 F축, 창축방향을 S축으로 잡을 수가 있고 상하기판 다함께 러빙법(rnbbing 法)에 의하여 액정분자의 배향규제(配響規制)가 행하여지고 있으므로 제17도에 표시하는 것과 같이 생각할 수 있다.
제17도에 있어서 P1은 상기판의 액정분자 배향축, P2는 하기판의 액정분자 배향축, P7은 상기판의 F축, P8은 상기판의 S축, P10은 하기판의 S축이다.
한편 파장분산에 관하여지는 액정재료자체의 △n의 파장분산과 슈퍼 트위스트된 액정층에 의한 선광분산이 가산되어 있어 출사타원편광의 해석으로부터 단순히 파장분산을 구할 수가 없다.
그래서 우리들은 ① 호모제니어스(homogeneous) 배향한 액정패널을 사용하여 레터데이션치의 파장분산을 구하고(이때 트위스트 배향하고 있지 않기 때문에 선광분산이 없이 위상차판과 마찬가지로 측정할 수 있다), ② STN 액정패널에 있어서 선광분산을 구하고, 이 ①과 ②와의 합성으로서 근사적으로 STN 액정패널의 파장분산을 구하였다.
단 ②의 측정은 단색광의 직선편광을 STN 액정패널의 입사측기판의 액정분자 배향방향(즉 S축)에 평행으로 입사시켰을 때의 출사타원편광의 방위각을 선광각으로 하여 구하였다.
실제로 STN 액정패널에 OFF 전압과 ON 전압을 인가시켜서 그때의 파장분산을 구한결과를 제18도에 표시한다.
STN 액정패널이 착색외어 보이는 것은 제18도에 표시한 특성에 의하여 검광자에 들어가기 직전의 출사광이 각파장에서 방위각이 다른 타원편광으로 되어있기 때문이다.
따라서 이 착색을 해소하기 위하여는 위상차를 상감하여 직선편광으로 되돌리든가 방위각이 갖추어진 타원편광으로 하면 좋다.
제17도에 표시하는 것과 같이 STN 액정패널의 F축 및 S축은 상하기판 각각에 있으므로 위상차가 상감되도록 위상차판을 배설한다는 것은 STN 액정패널을 끼워서 전면과 배면에 F축 또는 S축이 직교하는데에 위상차판을 배설하는 것이다.
즉 후술하는 본 발명의 한 실시예를 표시하는 평면도, 제2도에 었어서 정의(定義)한 θ1과 θ2를 90°로 한다는 것이며 이때 제1의 위상차판과 제2의 위상차판의 레터데이션을 동등하게 하여두면 제13도로부터 도출되는 관계식 Re2=2Re1 cosθ를 사용할 수 있어 광학적 설계가 용이하게 되는 외에 생산의 효율화를 도모할 수도 있다.
또한 상감작용에 관하여는 반드시 직교로 배설하는 것은 필요없이 교차각이 45도 초과이면 상감효과를 얻어진다. 단 본 발명에서는 제1, 제2의 위상차판을 STN 액정패널에 대하여 대칭한 관계에 배설하고 광학적 설계의 용이함을 도모함으로서 θ1+θ2=180도의 관계가 있다. 그런데 흑백표시를 얻기위한 출사광의 상태는 이상적으로는 OFF 상태(비선택파형 인가시)일때 위상차가 0 또는 mπ(m은 정수), ON 상태(선택파형 인가시)일때, 위상차가 (2m-1)×π/2(m은 정수)이면 좋다.
출사광은 위상차가 0 또, 는 mπ일때 직사편광이 되어 한편 위상차판은 위상차가 (2m-1)×π/2일때 타원율 최대의 타원편광이 된다.
이와같은 이상적인 상태에 있어서 파장분산은 제19도에 표시하는 것과 같이 된다.
따라서 STN 액정패널의 파장분산(제18도)과 위상차판의 파장분사(제16도)과를 조합하므로서 제19도에 표시하는 이상적인 파장분산에 일치시키면 완전한 흑백표시가 얻어지게 된다.
본 발명을 실시한 경우의 출사광의 파장분산을 제20도에 표시하나 위상차판과 STN 액정패널의 사이의 상감작용이 1회일때(도중 ①, ③의 곡선)와 2회일때(도면 ②, ④의 곡선)에서는 2회 상감작용이 행하여졌을때가 제19도의 파장분산에 가까워지는 것을 알 수 있다.
이것은 본 발명의 특징인 STN 액정패널의 전후에 위상차판을 배설하는 것으로서 한쪽측에 배설한때 보다도 파장분산을 보다 이상적인 것으로 조사하게 할 수 있는 것을 표시하고 있다.
이결과 전파장역에서 위상차를 보상하고 출사 타원편광의 방위각이 갖추어지므로 검광자의 설정을 최적화하면 무채색화와 고콘트러스트화가 동시에 달성된다(후술하는 실시예 1의 출사 타원편광상태를 표시하는 제3도와 제4도가 구체적인 예이다). 다시금 이것에서 STN 액정패널의 전면 및 배면에 배설하는 위상차판을 복수매 적층하는 것에 의하여도 파장분산을 더욱 이상적인 파장분산에 근사하게 할수 있는 것이 가능하다.
이 복수매 적층의 경우에도 앞서 기술한 최적화의 수법이 유효한 것을 말할나위도 없다.
본 발명의 구체적인 실시예를 제1도 및 제2도에 의거하여 설명한다.
제1도는 아래에 기술하는 본 발명의 실시예의 구조를 표시하는 설명도이며, 1은 상측편광판, 2는 제1의 위상차판, 3은 STN 액정패널, 4는 제2의 위상차판, 5는 하측편광판이다. 상측편광판(1)은 단체(單體)투과율 42%, 편광도 99.99%의 뉴트럴그레이타입의 편광판을 사용하여 제1의 위상차판(2)은 일축성 고분자필림(폴리-카보네이트)으로 이루어지는 두께 50μm에서 레터데이션치가 330nm∼420nm의 것, STN 액정패널(3)에는 좌선성(左旋性) 카이럴도팬트(chiral dopant)를 첨가한 LC재를 봉입하고 트위스트 각도 210도 및 240도, dㆍ△n(d는 액정층 두께, △n는 굴절율이방성의 값)=0.82μm∼0.92μm에 설정된 패널을 사용하있다.
또 제2의 위상차판(4)은 전면측에 배설한 제1의 위상차판(2)과 동일 레터데이션치의 것을 하측편광판(5)에 관하여도 상측편광판(1)과 동일한 것을 사용하고 각각 적층배설한 투과형의 액정표시장치를 작성하였다.
이 경우의 각각의 구성부재의 적층에 있어서의 배설의 위치관계에 관하여 제2도를 사용하여 설명한다.
제2도에 표시하는 각 화살표중, P1은 STN 액정패널(3)을 구성하는 상기판의 액정분자 배향축, P2는 동하기판의 액정분자 배향축, P3은 상측편광판(1)의 흡수축, P4는 하측편광판(5)의 흡수축, P5는 제1의 위상차판(2)의 광학축(S축), P6는 제2의 위상차판(4)의 광학축(S축), θ1은 상기판의 액정분자 배향축(P1) (S축)과 제1의 위상차판 광학축(P5)이 이루는 각도,θ2는 하기판의 액정분자 배향축(P2) (S축)과 제2의 위상차판 광학축(P6)이 이루는 각도, α는 하기판의 액정분자 배향축(P2)과 하측편광판의 흡수축(P4)이 이루는 각도, β는 상측기판 액정분자 배향축(P1)과 상측 편광판의 흡수축(P3)이 이루는 각도, 그리고 ψ는액정 트위스트각을 나타내고 있다.
본 발명은 제1의 위상차판(2)과 제2의 위상차판(4)을 대칭으로 배설한다는 것으로부터 θ1+θ2=180°(일정)라는 조건으로 되어 있다.
실시예 1
트위스트 각도 240°, 레터데이션치 0.92μm의 STN 액정패널을 사용하여 분광투과율을 측정하고 제12도에 표시하는 것과 같은 분광투과율 곡선을 얻은 이 분광투과율 곡선의 투과광 최대치를 부여하는 파장(λ)에서 STN 액정패널의 실효의 레터데이션치(Re(panel)=(505)nm)인 것을 알았다.
다음에 제11도에서부터 이 STN 액정패널의 레터데이션치에 대응하는 위상차판의 레터데이션치(Re1=(400)nm)를 선택하고 다시금 nRe2=Re(panel)×3/2(n=1 or 2), Re2=2Re1 cosθ로부터 θ=19°(n=1), 62°(n=2)를 얻었다.
이상의 결과에서 제1, 제2의 위상차판(2, 4)으로서 레터데이션치 Re1=400nm의 것을 사용하고 θ1=80, θ2=100°, α=40°, β=50°에 각각 구성부재를 설정배설하였다.
실시예 2∼5에 있어서도 마찬가지 방법을 사용하여 구성부재를 실정배설하였다.
제3도에 OFF 상태의 제1의 위상차판(2)을 통과한 출사편광상태, 제4도에 ON 상태의 제1의 위상차판(2)을 통과한 출사편광상태를 표시한다.
제3도에 있어서 31은 λ=450nm의 파장의 빛, 32는 λ=550nm의 파장의 빛, 33은 λ=650nm의 파장의 빛에서 타원편광의 주축방향이 상측편광판(1)의 흡수축(P3)에 거의 일치하고 있다(흑상태).
제4도에 있어서 41, 42, 43은 제3도와 마찬가지로 각각 λ=450nm, 550nm, 650nm의 파장의 빛의 타원편광상태에서 흡수축(P3)에 직교하는 방향에 주축이 와있어 높은 투과율이 얻어진다(백상태).
1/200D, 1/13B의 구동조건하에서 평가한 결과에서는 OFF 투과율 0.2%, ON 투과율 24.1%에서 콘트러스트비 120 : 1이 얻어졌다.
[실시예 2]
제1, 제2의 위상차판(2, 4)으로서 레터데이션치 385nm의 것을 사용하여 STN 액정패널(3)의 dㆍ△n는 0.86μm, 트위스트 각도 240도의 것을 사용한다.
θ1=75°, θ2=105°, α=45°, β=45°에 각각의 구성부재를 설정배설하였다.
제5도에 OFF 상태의 제1의 위상차판(2)을 통과한 출사편광상태, 제6도에 ON 상태의 제1의 위상차판(2)을 통과한 출사편광상태를 표시한다.
제5도에 있어서 51은 λ=450nm의 파장의 빛, 52는 λ=550nm의 파장의 빛, 53은 λ=650nm의 파장의빛에서 타원편광의 주축방향이 상측편광판(1)의 횹수축(P3)에 거의 일치하고 있다(흑상태).
제6도에 있어서 61, 62, 63은 제5도와 마찬가지로 각각 λ=450nm, 550nm, 650nm의 파장의 빛이 타원편광상태에서 흡수축(P3)에 직교하는 방향에 거의 주축이 와있어, 아울러 타원율이 크므로 무채색에서 높은 투과율을 얻는다(백상태). 이 출사광의 분광특성도를 제7도에 표시한다.
도면에 있어서 71은 ON 상태, 72는 무인가시, 73은 OFF 상태를 표시한다.
제7도는 높은 ON 상태의 투과율, 낮은 OFF 상태의 투과율 및 플래트한 분광특성인 것을 표시하고 있다.
1/200D, 1/13B의 구동조건하에서 평가한 결과에서는 OFF 투과율 0.5%, ON 투과율 18.6%에서 콘트러스트비 37 : 1이 얻어진다.
[실시예 3]
제1, 제2의 위상차판(2, 4)으로서 레터데이션치 350nm의 것을 사용하여 STN 액정패널(3)의 dㆍ△n는 0.82μm, 트위스트 각도 240도의 것을 사용한다.
θ1=75°, θ2=105°, α=45°, β=45°에 각각의 구성부재를 설정배설하였다.
제8도에 OFF 상태의 제1의 위상차판(2)을 통과한 출사편광상태, 제9도에 ON 상태의 제1의 위상차판(2)을 통과한 출사편광상태를 표시한다.
제8도에 있어서 81은 λ=450nm의 파장의 빛, 82는 λ=550nm의 파장의 빛, 83은 λ=650nm의 파장의 빛에서 타원편광의 주축방향이 상측편광광(1)의 흡수축(P3)에 거의 일치하고 있다(흑상태).
제9도에 있어서 91, 92, 93은 제8도의 81, 82, 83과 마찬가지로 각각 λ=450nm, 550nm, 650nm의 파장의 빛이 타원편광상태에서 흡수축(P3)에 직교하는 방향에 거의 주축이 가까워지고 있어 무채색에서 높은 투과율이 얻어진다(백상태).
1/200D, 1/13B의 구동조건하에서 평가한 결과에서는 OFF 투과율 0.6% ON 투과율 14.4%에서 콘트러스트비 24 : 1이 얻어졌다.
[실시예 4]
제1, 제2의 위상차판(2, 4)으로서 레터데이션치 385nm의 것을 사용하여 STN 액정패널(3)의 dㆍ△n는 0.91μm, 트위스트 각도 210도의 것을 사용한다.
θ1=90°, θ2=90°, α=30°, β=60°에 각각의 구성부재를 설정배설하였다.
1/200D, 1/13B의 구동조건하에서 평가한 결과에서는 OFF 투과율 0.5%, ON 투과율 12.1%에서 콘트러스트비 24 : 1이 얻어진다.
[실시예 5]
제1, 제2의 위상차판(2, 4)으로서 레터데이션치 350nm의 것을 사용하여 STN 액정패널(3)의 dㆍ△n은 0.83μm, 트위스트 각도 210도의 것을 사용한다.
θ1=90°, θ2=90°, α=30°, β=60°에 각각의 구성부재를 설정배설하였다.
1/200D, 1/13B의 구동조건하에서 평가한 결과에서는 OFF 투과율 0.6%, ON 투과율 11.0%에서 콘트러스트비 18.1이 얻어지고 있다.
비교로서 종래예의 특개소 64-519호 공보, 실시예 21의 분광특성도를 제14도에 표시한다.
도면에 있어서 101은 ON 상태, 102는 무인가시, 103은 0FF 상태를 표시한다.
OFF 상태의 투과율이 높고, ON 상태의 투과율이 낮고 아울러 플래트한 분광특성으로 되어있지 않으므로 양호한 흑/백 상태는 얻어지지 못한다.
또 콘트러스트비도 평가한 결과 4 : 1정도 밖에 얻지 못한다. 다음에 제1표에 비교예(1), (2)에 표시한 종래의 액정표시장치와 상기 각 실시예의 본 발명의 액정표시장치와의 콘트러스트비의 비교를 표시한다.
[표1] 구동조건 1/200D, 1/13B
Figure kpo00001
실시예 1∼실시예 5에 표시하는 것과 같이 본 발명을 사용하므로서 2층형 STN-LCD 보다도 백형ㆍ경량화가 가능하며 콘트러스트비도 높은 것이 얻어진다.
또 종래의 위상차판 방식 SIN(특개소 64-519 실시예 21)과 비교하여도 본 발명의 동일 레터데이션치의 위상차판을 전면 및 배면에 대칭으로 배설하는(θ1+θ2=180°) 조건에서 작성하면 보다 높은 콘트러스트에서 선명한 흑/백 표시가 얻어지는 것을 알 수 있다.
또 실시예 1∼실시예 5에서 표시한 것과 같이 2층형 STN-LCD 이상의 고콘트러스트를 얻고 아울러 ON시의 투과율이 높은 선명한 흑/백표시를 얻기위하여는 위상차판의 레터데이션치로서 330nm∼500nm의 것, 더욱 바람직스럽기는 330nm∼420nm의 것을 사용하는 것이 바람직스럽다.
본 발명은 그 정신 또는 중요한 특징으로부터 이탈하는 일없이 다른 여러가지 형태로서 실시할 수 있다. 따라서 전술한 실시예는 모든점에서 단순히 예시하는데 지나지 않고 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 표시하는 것으로서 명세서 본문에는 하등 구속되지 않는다.
다시금 특허청구의 범위에 균등범위에 속하는 변형나 변경은 모두 본 발명의 범위내의 것이다.

Claims (4)

  1. 측편광판(1), 제1의 위상차판(2), STN(supertwisted nematic) 액정패널(3), 제 2의 위상차판(4) 및 하측편광판(5)을 순서로 적층배설한 액정표시장치에 있어서, 상기 제1의 위상차판(2)과 제2의 위상차판(4)의 레터데이션치가 동일하고, 이들의 레터데이션치는 330∼500nm로 하며, 아울러 상기 제1의 위상차판(2)과 제2의 위상차판(4)이 상기 STN 액정패널(3)의 앞뒤에 대칭적으로 θ1+θ2=180°의 관계로 각각 배치되어 있고, 여기에서 θ1은 상기 STN 액정패널을 구성하는 상측기판의 액정분자 배향축과 상기 제1의 위상차판 광학축이 이루는 각이며, θ2는 상기 STN 액정패널을 구성하는 하측기판의 액정분자 배향축과 상기 제2의 위상차판 광학축이 이루는 각도이며, 그리고 θ1과 θ2는 모두 45°보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치
  2. 제1항에 있어서 상기 제1의 위상차판(2)과 제2의 위상차판(4)의 레터데이션치는 330∼420nm의 범위내인 것을 특징으로하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서 상기 제1의 위상차판(2)과 제2의 위상차판(4)은 각각1매 또는 복수매의 일축성 고분자필림으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 소정의 트위스트각 및 레터데이션치(Re(panel))를 갖는 STN 액정패널(3)을 포함하되, 상기 제1의 위상차판(2) 및 제2의 위상차판(4)의 레터데이션치를 각각 Re1으로 하고, 상기 제1의 위상차판(2) 및 제2의 위상차판(4)에 의한 실효의 레터네이션치를 Re2로 하며, 상기 제1의 위상차판(2)과 제2의 위상차판(4)의 광학축이 이루는 각도를 θ라 할때, Re(panel)와 Re1의 상관관계를 표시하는 그래프로부터 Re1의 개략치는 선택되고,
    nRe2= Re(panel)× 3/2(n=1 or 2)
    로부터 Re2의 개략치는 산출되며, 다시금 Re2=2Re1 cosθ로부터 θ의 개략치는 산출되어서, 제1의 위상차판(2) 및 제2의 위상차판(4)이 배설된 것을 특징으로 하는액정표시장치.
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