KR20040104403A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20040104403A
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후지 샤신 필름 가부시기가이샤
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Abstract

(과제) 고속응답성이 우수하고, 또한 시야각 특성도 우수한 액정표시장치를 제공한다.
(해결수단) 적어도 일방에 전극을 갖는 대향 배치된 1 쌍의 기판, 이 기판 사이에 끼워지는 액정층으로 이루어지는 액정셀, 및 이 액정셀의 외측에 배치된 제 1 편광판을 갖는 액정표시장치에 있어서, 액정층에 금속입자가 분산되고, 액정층의 두께 d (㎛) 와 굴절률 이방성 Δn 의 곱 Δnㆍd 가 0.1 내지 1.0 ㎛ 이고, 제 1 편광판의 편광막을 사이에 오게 하는 보호막의 적어도 1 장이 복굴절성을 갖는 광학보상시트인 액정표시장치.

Description

액정표시장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다.
시계, 컴퓨터, 워드프로세서 등에 사용되는 액정표시소자는, 그 기판 구조로서 적어도 일방의 기판에 전극이 설치되고, 또한 기판 상에 배향막이 형성되어 배향막이 내측으로 되어 대항 배치되며, 그 사이에 액정이 봉입되는 구조를 취하고 있는 것이 보통이다. 이와 같은 액정표시소자의 투명전극은, 일반적으로 기판 상에 스트라이프형 또는 격자형 등의 표시 패턴의 형태로 형성되고, 또 배향막은 이 투명전극 및 노출된 (표시패턴 이외의) 기판의 전체면에 도포 또는 증착에 의해 형성된다. 이 2 장의 투명전극 기판 각각은 배향막을 내측으로 하여 배치되고, 그 사이에 액정재료가 봉입됨으로써 액정표시소자가 제조된다. 따라서, 봉입된 액정은 일반적으로 배향막에만 접한다. 일반적으로, 상기 배향막은, 액정을 일정 방향으로 가지런히 향하게 하여 배열시키는, 즉 배향시킬 필요가 있기 때문에 형성되고, 이에 의해 액정분자를 배향시키고 있다.
액정표시소자에는 TN, VA, IPS, OCB 등의 각종 모드가 알려져 있다. 액정표시장치는 일반적으로 시야각 특성에 문제가 있으나, 각 모드에 최적인 광학보상필름과 조합함으로써, 대폭적으로 시야각 특성은 개선되어 왔다. 그러나, 이들 액정표시소자는 응답속도가 느리고, 현재로서는 수 밀리초가 한계라는 결점을 갖고 있어, 고속응답성이 요구되는 텔레비젼 패널 등에 이용할 때 큰 문제가 되어왔다. 이에 대해 최근 금속입자의 보호제에 액정분자를 사용한 완전히 새로운 타입의 액정재료가 연구된다 (비특허문헌 1). 그러나, 이 타입의 액정재료를 액정 중에 주입하면, 액정의 배향방향이 흐트러지고 광누설이 발생하여 시야각 특성이 악화되는 문제가 있었다.
[비특허문헌 1] 고분자논문집, Vol.59,No.12,pp.753-759(Dec.,2002)
본 발명의 과제는 고속응답성이 우수하고, 또한 시야각 특성도 우수한 액정표시장치를 제공하는데 있다.
(1) 적어도 일방에 전극을 갖는 대향배치된 1 쌍의 기판과, 이 기판 사이에 끼워지는 액정층으로 이루어지는 액정셀과, 이 액정셀의 외측에 배치된 제 1 편광판을 갖는 액정표시장치에 있어서, 액정층에 금속입자가 분산되고, 액정층의 두께 d(㎛) 와 굴절률 이방성 Δn 의 곱 Δnㆍd 가 0.1 내지 1.0 ㎛ 이고, 제 1 편광판의 편광막을 사이에 오게 하는 보호막의 적어도 1 장이 복굴절성을 갖는 광학보상시트인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
(2) 광학보상시트의 리타데이션값이 10 ㎚ 내지 70 ㎚ 인 상기 (1) 에 기재된 액정표시장치.
(3) 광학보상시트가 투명지지체에 액정성 화합물로 이루어지는 광학이방성층이 적층되어 이루어지는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 액정표시장치.
(4) 액정셀이 TN 모드, VA 모드, IPS 모드 또는 OCB 모드의 액정셀인 상기 (1)∼(3) 에 기재된 액정표시장치.
[발명의 실시형태]
[셀 액정층]
액정분자로는 종래 공지된 액정분자를 들 수 있다. 바람직하게는 봉형 분자 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는 아조메틴류, 아족시류, 시아노비페닐류, 시아노페닐에스테르류, 벤조산에스테르류, 시클로헥산카르복실산페닐에스테르류, 시아노페닐시클로헥산류, 시아노 치환 페닐피리미딘류, 알콕시 치환 페닐피리미딘류, 페닐디옥산류, 톨란류 및 알케닐시클로헥실벤조니트릴류가 바람직하게 사용된다. TN, VA, IPS, OCB 의 액정화합물로는 일본 공개특허공보 평11-302653, 일본 공개특허공보 평9-249881, 일본 공개특허공보 2002-193853, 일본 공개특허공보 2003-73670에 기재된 액정화합물을 들 수 있다.
[액정에 분산되는 금속입자]
금속은 2 가 이상의 금속화합물, 바람직하게는 천이금속원소, 예를 들면 Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Ti, Zr, V, Ta, Mo, W, Mn, Fe, Ce, Sm 등을 들 수 있다. 바람직하게는 Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Ti, Zr, V, Ta, Mo, 보다 바람직하게는 Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Tl 등을 들 수 있다.
입자 크기는 1 ㎛ 이하가 바람직하다. 0.001 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 가 바람직하다. 0.001 ㎛ 내지 0.01 ㎛ 가 더욱 바람직하다. 형상은 어느 것이어도 상관없지만 구형이 바람직하다. 금속입자의 농도는 액정층 중의 전체 조성물에 대해 10 wt% 미만이 바람직하다. 0.01 % 내지 5 % 범위이면 더욱 바람직하다.
유기화합물을 금속입자에 피복시켜도 된다. 액정분자를 금속입자에 피복시키면 더욱 바람직하다. 유기 화합물 혹은 액정분자를 금속입자에 피복시키는 양은, 금속입자의 표면적에 대해 30 % 이상인 것이 바람직하다. 60 % 이면 더욱 바람직하다.
금속입자의 분산 및 피복은, 「초미립자 핸드북 후지ㆍ테크노시스템」, 「초미립자의 기술과 응용에서의 최신동향 2 S.B.TECHNO-RESEARCH CO.,LTD」, 「무기계 미립자ㆍ초미립자기술과 응용의 최신동향 TORAY RESEARCH CENTER」, 고분자논문집, Vol.59, No.12, pp.753-759(Dec.,2002) 등에 기재된 수단을 사용할 수 있다.
[광학보상시트]
본 발명의 복굴절성을 갖는 광학보상시트로는 복굴절성을 가지면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 그와 같은 광학보상시트로는 일본 공개특허공보 평6-214116호, 일본 공개특허공보 2001-249223호. 동 2002-82226호, 동 2001-100039호, 미국특허 제5583679호, 동 5646703호, 특허 제2612196호, 동 제2587398호, 동 제3118197호, 서독특허공보 제3911620A1호 등에 기재가 있고, 후지사진필름주식회사 제조의 WV FILM 와이드뷰-A WV A03B 및 WV A12B 등도 들 수 있다.
본 발명에 있어서는 투명지지체 상에 봉형 액정성 분자 혹은 디스코틱 액정성 분자로 형성한 광학이방성층을 갖는 광학보상시트를 바람직하게 사용할 수 있다. 광학이방성층은 단층일 수도 있고, 복수층일 수도 있으며, 일방이 디스코틱 액정성 분자로 형성된 광학이방성층이고, 타방이 봉형 액정성 분자로 형성된 광학이방성층이어도 되고, 양방이 봉형 액정성 분자 혹은 디스코틱 액정성 분자이어도 된다. 보다 바람직한 광학이방성층은 디스코틱 액정성 분자를 배향시키고, 그 배향상태를 고정시켜 형성한다. 디스코틱 액정성 분자는 일반적으로 큰 복굴절률을 갖는다. 또한, 디스코틱 액정성 분자에는 다양한 배향형태가 있다. 따라서, 디스코틱 액정성 분자를 사용함으로써, 종래의 합성 폴리머 필름에서는 얻을 수 없는 광학적 성질을 갖는 광학보상시트를 제조할 수 있다.
광학보상시트의 투명지지체로는 광학등방성 (낮은 리타데이션값) 이 요구되는 경우에는, 일반적으로 셀룰로오스 아세테이트 필름이 사용되고 있다. 반대로 광학이방성 (높은 리타데이션값) 이 요구되는 경우에는, 연신된 합성 폴리머 필름 (예, 폴리카보네이트 필름, 폴리술폰 필름) 이 사용되고 있다. 광학보상시트와 같은 광학재료의 기술분야에서는, 폴리머 필름에 광학적 이방성 (높은 리타데이션값) 이 요구되는 경우에는 합성 폴리머 필름을 사용하고, 광학적 등방성 (낮은 리타데이션값) 이 요구되는 경우에는 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 프로피오네이트 등의 셀룰로오스 에스테르류, 폴리올레핀 등을 사용하는 것이 일반적인 원칙이었다. 유럽특허 0911656A2 호 명세서에는, 종래의 일반적인 원칙을 뒤집어, 광학적 이방성이 요구되는 용도에도 사용할 수 있는 높은 리타데이션값을 갖는 셀룰로오스 아세테이트 필름이 개시된다. 투명지지체의 두께는 20㎛ 내지 200 ㎛ 인 것이 바람직하다. 30 ㎛ 내지 80 ㎛ 이면 더욱 바람직하다.
리타데이션값은 면내의 복굴절률에 필름의 두께를 곱한 값이다. 구체적인 값은, 측정광의 입사방향을 필름 막면에 대해 연직 방향으로 하고, 지상축을 기준으로 하는 면내 리타데이션의 측정결과와, 입사방향을 필름 막면에 대한 연직방향에 대해 경사시킨 측정결과로부터 외삽하여 구한다. 측정은 엘립소미터 (예를 들면 M-150 : 닛폰분광(주) 제조) 를 사용하여 실시할 수 있다. 측정파장으로는 550 ㎚ 을 채용한다. 리타데이션값 (Re) 은 하기에 따라 산출한다.
리타데이션값 (Re) = (nx-ny)×d
식 중, nx 는 필름 면내의 지상축 방향의 굴절률이고 : ny 는 필름 면내의 진상축 방향의 굴절률이고 d 는 필름의 두께 (㎚) 이다.
[편광판]
편광판은 편광막 및 그 양측에 배치된 2 장의 투명보호막으로 이루어진다. 일방의 보호막으로서 상기 광학보상시트를 사용한다. 타방의 보호막은 통상의 셀룰로오스 아세테이트 필름 (예컨대 후지택 TD80UF (후지사진필름주식회사 제조 등) 을 사용할 수도 있고, 기능성층 (예컨대 하드코트층, 방현성층, 반사방지층, 전방산란층 등) 을 형성한 편광판 보호필름 (예컨대 후지사진필름주식회사 제조 CV 필름) 일 수도 있다. 셀룰로오스 아세테이트 필름 (광학보상시트 및 편광판 보호 필름의 지지체를 포함함) 으로는 공개기보 2001-1745 (발행일 2001.3.15) 에 기재된 비염소계 용매로 제조된 것이어도 된다. 광학보상시트는 액정셀측에 사용하는 것이 바람직하다. 편광막에는 요오드계 편광막, 이색성 염료를 사용하는염료계 편광막이나 폴리엔계 편광막이 있다. 요오드계 편광막 및 염료계 편광막은, 일반적으로 폴리비닐알코올계 필름을 사용하여 제조한다. 이와 같은 편광판으로는 일본 공개특허공보 2002-86554호, 동 2002-131548호 등에 기재된다.
[액정표시장치]
본 발명의 액정표시장치는, 투과형, 반사형 또는 반투과형이어도 되고, 특히 투과형 액정표시장치에 유리하게 사용된다. 투과형 액정표시장치는, 액정셀 및 그 양측에 배치된 2 장의 편광판으로 이루어진다. 액정셀은 2 장의 전극기판 사이에 액정을 담지하고 있다. 광학보상시트는 액정셀과 일방의 편광판 사이에 1 장 배치하거나 혹은 액정셀과 쌍방의 편광판 사이에 2 장 배치한다.
액정셀에는 TN, VA, IPS, OCB 등의 각종 모드가 알려져 있다. 본 발명에서는 OCB 모드, VA 모드 또는 TN 모드의 액정셀인 것이 바람직하다.
본 발명의 시스템에 사용하는 액정표시장치에 있어서, 2 장의 유리판 사이에 스페이서를 갖는다. 스페이서는 액정층의 갭을 일정하게 유지하기 위한 것이다.
셀 갭은 10 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하지만, 2∼8 ㎛ 로 하는 것이 보다 바람직하고, 4∼6 ㎛ 로 하는 것이 더욱 바람직하다.
액정층 분자의 굴절률 이방성 Δn 의 바람직한 범위는 0.2 이하이지만, 0.03∼0.18 로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.07∼0.15 로 하는 것이 더욱 바람직하다. Δnㆍd 의 바람직한 범위는 0.1∼1 ㎛ 이고, 0.3∼1 ㎛ 가 보다 바람직하며, 0.4∼1 ㎛ 가 더욱 바람직하다.
OCB 모드의 액정셀은 봉형 액정성 분자를 액정셀의 상부와 하부에서 실질적으로 반대 방향으로 (대칭적으로) 배향시키는 밴드 배향 모드의 액정셀을 사용한 액정표시장치로서, 미국특허 4583825호, 동 5410422호의 각 명세서에 개시된다. 봉형 액정 분자가 액정셀의 상부와 하부에서 대칭적으로 배향하고 있기 때문에, 밴드 배향 모드의 액정셀은 자기광학보상기능을 갖는다. 따라서 이 액정모드는 OCB (Optically Compensatory Bend) 액정 모드로도 불린다. 밴드 배향 모드의 액정표시장치는 응답속도가 빠르다는 이점이 있다.
VA 모드의 액정셀에서는 전압 무인가시에 봉형 액정성 분자가 실질적으로 수직으로 배향하고 있다. VA 모드의 액정셀에는, (1) 봉형 액정성 분자를 전압 무인가시에 실질적으로 수직으로 배향시키고, 전압 인가시에 실질적으로 수평으로 배향시키는 협의의 VA 모드의 액정셀 (일본 공개특허공보 평2-176625호 기재) 에 추가하여, (2) 시야각 확대를 위해 VA 모드를 멀티 도메인화한 (MVA 모드의) 액정셀 (SID97, Digest of tech. Papers (예고집) 28(1997) 845 기재), (3) 봉형 액정성 분자를 전압 무인가시에 실질적으로 수직배향시키고, 전압 인가시에 비틀림 멀티 도메인 배향시키는 모드 (n-ASM 모드) 의 액정셀 (일본액정토론회 예고집 58∼59 (1998) 기재) 및 (4) SURVAIVAL 모드의 액정셀 (LCD 인터내셔널 98 에서 발표) 이 포함된다.
TN 모드의 액절셀에서는 전압 무인가시에 봉형 액정성 분자가 실질적으로 수평배향하고, 다시 60 내지 120°로 비틀림 배향된다. TN 모드의 액정셀은 컬러 TFT 액정표시장치로서 가장 많이 이용되고 있고, 다수의 문헌에 기재된다.
[실시예]
이하, 실시예를 통해 설명하지만 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
[TN 형 액정셀의 작성]
ITO 투명전극이 형성된 유리기판 상에 폴리이미드 배향막을 설치하고 러빙처리하였다. 5 ㎛ 의 스페이서를 개재시켜 2 장의 기판을 배향막이 마주보도록 겹쳤다. 배향막의 러빙 방향이 직교하도록 기판의 방향을 조절하였다. 기판의 간극에 입경 5 ㎚ 의 Ag 입자가 분산된 봉형 액정성 분자 (ZL4792, 메르크사 제조) 를 주입하고 액정층을 형성하였다. Ag 입자의 농도는 액정층 중의 전체 조성물에 대해 대략 1 % 이었다. 액정성 분자의 Δn 은 0.0969 이었다. 이상과 같이 제작한 TN 액정셀의 양측에 일본 공개특허공보 2001-100039호 실시예 1 에서 사용한 광학보상시트가 부착된 타원편광판을 광학적 이방성층이 기판과 대면하도록 접합하여 액정표시장치를 제작하였다. 광학적 이방성층과 투명지지체의 적층체의 지상축과, 액정셀의 러빙방향은 직교하도록 배치하였다. 액정표시장치의 액정셀에 전압을 인가하여 표시화상을 조사한 결과, 동화 표시에 있어서의 잔상이나 윤곽의 번짐과 같은 화상 열화가 저감되고, 또한 편광막의 양면을 후지택 TD80U 로 끼운 편광판 (광학보상시트 없음) 에 비하여 시야각이 넓은 표시특성이 얻어졌다.
실시예 2
[밴드 배향막 액정셀의 작성]
ITO 전극이 부착된 유리기판에 폴리이미드막을 배향막으로 형성하고 배향막에 러빙처리를 실시하였다. 얻어진 2 장의 유리기판을 러빙 방향이 평행이 되는 배치로 마주보게 하고, 셀 갭을 5 ㎛ 로 설정하였다. 기판 사이에 입경 5 ㎚ 의 Ag 입자가 분산된 Δn 이 0.1396 인 액정성 화합물 (ZL1132, 메르크사 제조) 을 주입하여 밴드 배향 액정셀을 제작하였다. Ag 입자의 농도는 액정층 중의 전체 조성물에 대해 대략 1 % 이었다. 제작한 밴드 배향 셀을 끼우듯이, 일본 공개특허공보 2002-82226 호 실시예 12 에서 사용한 편광판을 2 장 접합하였다. 편광판의 광학이방성층이 셀 기판에 대면하고, 액정셀의 러빙방향과 그것에 대면하는 광학이방성층의 러빙방향이 반평행이 되도록 배치하였다. 액정표시장치의 액정셀에 전압을 인가하여 표시화상을 조사한 결과, 동화 표시에서의 잔상이나 윤곽의 번짐과 같은 화상 열화가 저감되고, 또한 편광막의 양면을 후지택 TD80U 으로 끼운 편광판 (광학보상시트 없음) 에 비하여 시야각이 넓은 표시특성이 얻어졌다.
실시예 3
[VA 액정셀의 작성]
ITO 전극이 부착된 유리기판을 평행이 되는 배치로 마주보게 하고, 셀 갭을 5.5 ㎛ 로 설정하였다. 기판 사이에 입경 5 ㎚ 의 Ag 입자가 분산된 Δn 이 0.0804 의 액정성 화합물 (MLC6680, 메르크사 제조) 을 주입하여, VA 액정셀을 제작하였다. Ag 입자의 농도는 액정층 중의 전체 조성물에 대해 대략 1 % 이었다. 제작한 밴드 배향 셀을 끼우듯이, 일본 공개특허공보 2002-82226호 실시예 10 에서 사용한 편광판 (Re=40 ㎚ 의 광학보상시트 부착) 2 장을 접합하였다.액정표시장치의 액정셀에 전압을 인가하여 표시화상을 조사한 결과, 동화 (動畵) 표시에서의 잔상이나 윤곽의 번짐이라는 화상 열화가 저감되고, 또한 편광막의 양면을 후지택 TD80U 으로 끼운 편광판 (광학보상시트 없음) 에 비하여 시야각이 넓은 표시특성이 얻어졌다.
실시예 4
[IPS 액정셀의 작성]
유리기판을 평행이 되는 배치로 마주보게 하고, 셀 갭을 5 ㎛ 로 빗살 모양의 전극 간격을 10 ㎛ 로 설정하였다. 기판 사이에 입경 4.5 ㎚ 의 Ag 입자가 분산된 Δn 이 0.0969 의 봉형 액정성 분자 (ZL4792, 메르크사 제조) 을 주입하여, IPS 액정셀을 제작하였다. Ag 입자의 농도는 액정층 중의 전체 조성물에 대해 대략 1 % 이었다. 제작한 IPS 액정셀을 끼우듯이 일본 공개특허공보 2002-82226호 실시예 10 에서 제작한 편광판 (Re=40 ㎚ 의 광학보상시트 부착) 을 2 장 접합하였다. 액정표시장치의 액정셀에 전압을 인가하여 표시화상을 조사한 결과, 동화 표시에서의 잔상이나 윤곽의 번짐이라는 화상 열화가 저감되고, 또한 편광막의 양면을 후지택 TD80U 으로 끼운 편광판 (광학보상시트 없음) 에 비하여 시야각이 넓은 표시특성이 얻어졌다.
실시예 5
[TN형 액정셀의 작성]
실시예 1 의 주입한 액정분자 대신에, 액정분자로 피복된 입경 5 ㎚ 의 Ag 입자를 액정층 중의 전체 조성물에 대해 대략 1 % 가 되도록 혼합한 봉형 액정성분자 (ZL4792, 메르크사 제조) 를 주입하였다. 액정 분자에서의 피복량은 Ag 입자의 표면적에 대해 70 % 로 설정하였다. 액정표시장치의 액정셀에 전압을 인가하여 표시화상을 조사한 결과, 동화 표시에서의 늘어짐이 저감되고, 또한 편광막의 양면을 후지택 TD80U 으로 끼운 편광판 (광학보상시트 없음) 에 비하여 시야각이 넓은 표시특성이 얻어졌다.
본 발명은 액정 매체에 금속입자를 분산시켜 동화 표시특성이 양호한 액정표시장치를 얻을 수 있고, 또한 복굴절성을 갖는 광학보상필름과 조합함으로써, 동화 특성과 시야각 특성이 매우 높은 액정표시장치를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 적어도 일방에 전극을 갖는 대향배치된 1 쌍의 기판, 상기 기판들 사이에 개재되는 액정층으로 이루어지는 액정셀, 및 상기 액정셀의 외측에 배치되는 제 1 편광판을 갖는 액정표시장치에 있어서,
    상기 액정층이 금속입자와 액정성 분자를 함유하고,
    상기 액정층의 두께 d(㎛) 와 액정성 분자의 굴절률 이방성 Δn 의 곱 Δnㆍd 가 0.1 내지 1.0 ㎛ 이며,
    상기 제 1 편광판의 편광막이 그 사이에 있는 보호막 중 적어도 1 장이 복굴절성을 갖는 광학보상시트인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학보상시트의 리타데이션값은 10 ㎚ 내지 70 ㎚ 인 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학보상시트는 투명지지체 상에 액정성 화합물로 이루어지는 광학이방성층이 적층되어 이루어지는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정셀은 TN 모드, VA 모드, IPS 모드 또는 OCB 모드의 액정셀인 액정표시장치.
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