KR0146034B1 - 액정표시장치 및 액정장치 - Google Patents

액정표시장치 및 액정장치

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KR0146034B1
KR0146034B1 KR1019930014646A KR930014646A KR0146034B1 KR 0146034 B1 KR0146034 B1 KR 0146034B1 KR 1019930014646 A KR1019930014646 A KR 1019930014646A KR 930014646 A KR930014646 A KR 930014646A KR 0146034 B1 KR0146034 B1 KR 0146034B1
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타케오 쯔카모토
슈조 카네코
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미타라이 하지메
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Abstract

본 발명의 액정표시장치는, 한쌍의 대향전극과 이 대향전극 사이에 배치된 강유전체액정으로 이루어진 액정으로 구성된다. 특히, 상기 대향전극중 적어도 하나에는 선의 형태로 강유전체액정의 극성드레숄드전압이 하강하도록 하는 수단을 형성하고, 상기 대향전극중 적어도 하나에는 낮아지는 극성반전드레숄드전압의 선의 방향으로 극성반전영역의 형상을 변화하도록 하는 수단을 형성하고 있다.
또, 본원 발명에 의한 액정장치는, 한쌍의 대향전극을 각각 가지는 복수개의 화소와, 쌍안정상태를 전개하도록 상기 대향전극 사이에 배치된 강유전체 스메틱액정으로 이루어지고, 대향전극 사이에는 해프톤 신호를 인가하는 해프톤 신호인가수단을 구비하며, 상기 각 화소에는 액정의 스메틱층에 평행한 줄무늬패턴의 해프톤신호에 응답하여 극성반전영역을 전개하도록 국부적으로 상이한 반전드레숄드전압을 형성한다.

Description

액정표시장치 및 액정장치
제1도는 본 발명에 의한 액정장치의 개략적인 단면도.
제2도는 (a)∼제2도(d)는 본 발명에 의한 액정장치의 화소의 개략적인 평면도.
제3도는 본 발명에 의한 액정장치의 화소의 다른예의 개략적인 평면도.
제4도는 본 발명에 의한 인가전압대투과율특성을 나타내는 그래프.
제5도(a)와 제5도(b)는 액정장치의 영역형성의 상태를 도시한 액정장치의 개략적인 평면도와 단면도.
제6도(a)∼제6도(d)는 영역성장의 상태를 나타내는 액정장치의 개략적인 평면도.
제7도는 1차원적 성장영역과 2차원적 성장영역의 개략적인 설명도.
제8도(a)와 제8도(b)는 자유에너지변환을 도시한 그래프.
제9도(a)와 제9도(b)는 영역의 시간에 대한 변화를 나타내는 개략적인 도면.
제10도는 1차원적영역과 2차원적영역의 인가전압대투과율특성을 도시한 그래프.
제11도는 본 발명의 실시예에 의한 액정장치의 표시상태를 도시한 개략적인 평면도.
제12도는 액정장치의 표시상태를 도시한 개략적인 평면도.
제13도(a), 제13도(b), 제13도(c)는 본 발명의 실시예에 의한 액정장치를 도시한 개략적인 도면.
제14도(a)∼제14도(d)는 액정장치의 표시상태를 도시한 개략적인 평면도.
제15도(a)와 제15도(b)는 액정표시장치의 영역성장을 도시한 개략적인 도면.
제16도는 본 발명의 실시예에 의한 액정장치의 액정분자의 포텐셜도.
제17도는 본 발명에서 사용되는 액정장치의 반전드레숄드전압 및 돌출한 줄무늬 피치 사이의 보정을 도시한 그래프.
제18도(a)와 제18도(b)는 본 발명에 의한 액정의 개략적인 단면도와 부분확대도.
제19도는 액정장치의 등가회로도.
제20도(a)와 제20도(b)는 액정표시장치의 러빙방향의 개략적인 도면.
제21도 내지 제23도는 액정장치의 인가전압대투과율특성을 도시한 그래프.
제24도(a)와 제24도(b)는 본 발명의 실시예에 의한 액정장치를 나타내는 개략적인 도면.
제25도는 본 발명의 제1실시예의 아일랜드(island)패턴을 나타내는 평면도.
제26도는 제25도의 AA-AA' 단면의 단면도.
제27도(a)와 제27도(b)는 액정장치의 러빙방향을 도시한 도면.
제28도는 액정장치에 인가되는 구동전압의 파형도.
제29도는 본 발명의 제1실시예에 의한 상이한 인가전압에 의존하는 여러종류의 반전영역을 도시한 도면.
제30도는 제1실시예의 인가전압대투과율특성을 도시한 그래프.
제31도는 본 발명의 제2실시예에서 채택된 아일랜드패턴의 단면도.
제32도는 본 발명의 제3실시예에서 사용된 줄무늬패턴의 설명도.
제33도는 제32도의 B-B' 단면의 단면도.
제34도는 상이한 전압을 인가하여 형성된 영역을 나타내는 화소의 도면.
제35도는 본 발명의 제4실시예에 의한 화소의 개략적인 도면.
제36도는 제5실시예에 사용된 화소패턴의 도면.
제37도는 제36도의 AB-AB' 단면의 단면도.
제38도는 제5실시예에서 관측된 극성반전영역의 도면.
제39도는 제6실시예에서 사용된 화소패턴의 도면.
제40도는 제39도의 BB-BB' 단면의 단면도.
제41도는 제6실시예에서 관측된 극성반전영역의 도면.
제42도는 제7실시예의 화소의 단면도.
제43도는 제7실시예의 화소의 평면도.
제44도는 제7실시예에서 관측된 극성반전영역의 도면.
제45도는 제8실시예의 화소의 단면도.
제46도는 제9실시예의 액정표시장치에 사용되는 줄무늬 패턴의 개략적인 평면도.
제47도는 제46도의 C-C' 단면의 단면도.
제48도는 러빙방향의 개략적인 도면.
제49도는 제9실시예의 상이한 전압에서의 반전영역의 개략적인 도면.
제50도는 제11실시예의 액정표시장치에 사용된 줄무늬 패턴의 개략적인 평면도.
제51도는 제11실시예의 상이한 전압에서의 반전영역의 개략적인 도면.
제52도는 인가전압대투과율특성을 도시한 그래프.
제53도는 제13실시예의 액정표시장치에 사용된 줄무늬 패턴의 개략적인 평면도.
제54도는 제13실시예의 상이한 전압에서의 반전영역의 개략적인 도면.
제55도는 제13실시예의 상이한 전압에서의 반전영역의 다른 예의 개략적인 도면.
제56도는 액정표시장치의 셀구조를 도시한 1세트의 개략적인 도면.
제57도는 인가전압대투과율특성 곡선의 다른예를 도시한 그래프.
제58도는 액정표시장치를 포함한 표시장치의 블록도(패널).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,1201,1202,1701 : 화소 3a,3b : 미세입자분산층
4a,4b,13a,14a,1102,1604,1607,1904 : 배향층
7,21,1101,1203,1204,1303,1702,1903,1916 : 돌기
10a,10b : 전극판 11,12,1104,1301 : 기판
13,14,1103,1302,1602,1606,1902,1906,1907 : 전극
15 : 액정분자축 22 : 흑색영역
23 : 백색영역 1601,1901 : 상부기판
1605,1905 : 하부기판 1802 : 클록펄스발생기
1803 : 동기화회로 1804 : 시프트레지스터
1805 : 주사신호파형발생기 1807 : 프레임메모리
1808 : 데이터신호발생기
본 발명은 텔레비젼수상기, 컴퓨터터미널, 비디오파인더(view finder)등의 표시장치에 사용되는 액정표시장치에 관한 것으로서, 계조표시특성이 개선된 액정표시장치에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치의 일예로서, TN(비틀림네마틱)액정을 사용한 활성매트릭스 구동구성에 의거한 액정표시장치가 공지되어 있다. 이러한 종류의 장치에는, 대체적으로 박막트랜지스터(TFT)가 각각의 화소에 배치되어 매트릭스형상으로 되어 있다. 구동하기 위해, TFT의 게이트에 구동펄스를 인가하고 소스와 드레인이 도통하여 드레인폭상의 커패시터에서 소스를 통해 인가된 화상신호를 축적함으로써, 화소에서의 TN 액정분자는 축적된 화상신호에 따라 액정분자의 방향이 변화되어 광의 투과율이 변환된다. 결과적으로, 화상신호의 전압을 변조하여 회색스케일(계조)표시를 행한다.
그러나, TN액정을 사용한 이와같은 활성매트릭스 구동구조의 장치는, 복잡한 구조를 각각 가지고 또한 많은 수의 생산공정이 필요한 TFT의 매트릭스 배열이 요구되기 때문에, 높은 제작단가를 필요로 한다. 또한, 전 영역에 대해서 균일한 특성을 가지는 TFT를 구성하는 단결정실리콘 또는 비정질실리콘의 반도체 박막을 형성하기 어렵다.
한편, 비용을 절감하여 생산할 수 있는 액정표시장치에 대해서는, TN액정을 사용한 수동매트릭스 구동구조중 하나가 공지되어 있다. 그러나, 상기 종류의 액정표시장치(패널)에서는 선택적인 화소가 1화상(프레임)주사시에 유효전개를 수신하는 시간의 비율(듀티율)이, 패널을 구성하는 주사선의 수(N)가 증가함에 따라 1/N의 비율로 감소된다. 따라서, 크로스토크가 발생하고 높은 콘트라스트의 화상을 얻을 수 없다고 하는 어려움이 있다. 또한, 듀티율이 감소하기 때문에, 전압변조에 의한 각 화소의 계조변화를 제어하기 어렵다. 이와같은 방식으로, TN액정을 사용한 수동매트릭스 구성의 액정표시장치를, 액정텔레비젼패턴과 같이 고밀도의 많은 선을 가지는 표시장치로 간주하기 어렵다.
한편, 종래의 TN 액정의 기본적인 문제를 해결하는 장치로서 쌍안정성을 나타내는 강유전체 액정을 사용한 액정장치가 공지되어 있다. 강유전체의 액정소자의 액정분자는 이상적으로 쌍안정상태중 어느 하나에 대해서도 안정하고 중간위치를 추측할 수 없기 때문에, 강유전체의 액정소자는 계조표시에 부적합한 것으로 고려되었다. 상기 이유 때문에 강유전체의 액정장치를 사용한 계조표시는 화소분할 구성에 의해 나타나는 바와같은 디지틀 기술에 의존하였다.
상기한 바와같은 디지틀기술을 이용한 계조표시 방법에서는, 1프레임을 복수의 화소로 각각 구성된 복수의 서브프레임으로 분할하고, 1프레임의 기록시에 구동을 위해 서브프레임내에 있는 각각의 화소에 상이한 듀티율의 전계를 인가한다. 이 경우에는, 많은 수의 계조레벨을 얻기 위하여, 1개의 서브프레임이 증가된 수의 화소로 구성되어야 하기 때문에, 각 화소의 듀티율은, 표시화면이 대형화됨에 따라 극히 작게 된다. 따라서, 액정재료는 높은 콘트라스트를 얻기 위해 고속 응답성이 나타나는 것이 요구된다. 또한, 1서브프레임은 계조, 표시를 위한 다수의 구동전극이 요구된다. 또한, 복잡한 작동회로가 요구된다. 상기 기술은, 고선명텔레비젼(HDTV)세트와 같은 다수의 계조레벨의 표시장치를 위한 계조표시방법을 채택하기 위해, 상당히 요구된다.
강유전체의 액정(FLC)을 사용한 다른 계조표시구성이 일본국특개소 59-193427호 공보, 61-166590호 공보, 62-131225호 공보, 64-77023호 공보등에 의해 개시되어 있다.
강유전체액정을 포함한 광학변조 재료로 사용되는 계조표시의 적절한 방법중 하나가 가네꼬등이 제출한 미국특허 공보 제 4,796,980호의 핵결정 및 변환을 개시하기 위한 화소내에 영역을 가진 강유전체액정의 광학변조장치에 개시되어 있다. 상기 방법에서는, 반전영역과 비반전영역이 화소내에 형성되고, 화소의 투과율은 영역 사이의 면적율에 의거하여 제어된다. 국부적인 반전영역을 형성하기 위하여, 상이한 단일축 배향제어력을 가지는 배향막을 사용하거나 국부적으로 상이한 전계를 화소내에 인가한다.
그러나, 이와같은 방식으로 강유전체액정을 사용할때에, 강유전체액정 급준한 드레숄드 특성을 가지고 있기 때문에, 고정밀도로 인가된 전압을 제어하여야 한다. 또한, 인가된 전압에 의존하는 화소내에서 국부적으로 발생하는 극성반전영역의 위치와 성장방향이 임의로 되는 경향이 있고, 따라서 선형의 인가전압대투과율특성을 얻기가 쉽지 않다.
또한, 강유전체액정의 반전드레숄드는 온도의존성 때문에, 소정의 계조(階調 gradation)를 어느 경우에도 요구하는 바와같이 재현할 수 없다. 또한, 표시화상은 선행의 표시화상에 의해 영향을 받고 또한 이러한 관점에서 개선된 재현성이 요구되는 것을 알았다.
상기한 기술문제의 관점으로부터, 본 발명의 목적은 종래의 것보다 많은 수의 계조레벨을 실현할 수 있는 단순한 구조를 가지는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 선형전압대투과율특성과 안정한 계조표시를 용이하게 실현할 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 양호한 온도특성과 양호한 화상표시재현성을 가지는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 대향전극을 각각 가지고 대향배치된 한쌍의 기판과, 대향하는 한쌍의 전극과 이 전극 사이에 배치된 강유전체액정의 조합에 의해 각각 구성된 복수의 화소를 형성하도록 기판 사이에 배치된 강유전체액정을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 각 화소에는 상이한 극성반전 드레숄드전압의 영역을 가지고, 상기 한쌍의 대향전극중 적어도 하나에는, 하강한 극성반전 드레숄드전압의 영역에 대응하는 고밀도의 불균일한 현상을 가지는 영역과, 상승한 극성반전 드레숄드전압의 영역에 대응하는 저밀도의 불균일한 현상을 가지는 영역과, 상승한 극성반전 드레숄드전압의 영역에 대응하는 저밀도의 불균일한 현상을 가지는 영역을 포함하는 상이한 밀도의 불균일한 형상을 가지는 복수의 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 한쌍의 대향하는 전극과 이 대향전극 사이에 배치된 강유전체액정을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 대향전극중 적어도 하나에는 선의 형태로 강유전체액정의 극성반전드레숄드전압이 낮아지도록 하는 수단을 가지고, 또한 상기 대향전극중 적어도 하나에는 하강한 극성반전드레숄드전압의 선방향으로 극성반전영역의 형태로 변화를 일으키는 수단을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 한쌍의 대향전극을 각각 가지는 복수개의 화소와, 쌍안정상태를 전개하도록 대향전극 사이에 배치된 강유전체스메틱(smectic)액정과 대향전극 사이에 해프톤(halftone)신호를 인가하는 헤프톤신호인가수단을 구비하며,
상기 각 화소에는 액정의 스메틱층에 대략 평행한 줄무늬 패턴으로 해프톤신호에 대응하여 극성반전영역을 전개하도록 국부적으로 상이한 반전드레숄드전압이 형성되는 액정장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 한쌍의 대향전극을 각각 가지는 복수의 화소와, 쌍안정상태를 전개하도록 대향전극 사이에 배치된 강유전체스메틱액정을 포함한 액정장치에 있어서,
상기 대향전극중 적어도 하나에는, 액정의 쌍안정상태에서 두 개의 분자배향방향으로 예각을 형성하도록 하는 방향으로 연장되는 줄무늬형상의 오목볼록을 가지도록 형성되고, 가장 작은 예각의 절대치는 키럴스메틱상(chiral smectic phase)으로 강유전체액정의 원추각을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 액정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 한쌍의 대향전극을 가지는 복수의 화소와 대향전극 사이에 배치된 강유전체액정층으로 이루어진 액정광학장치에 있어서, 적어도 하나의 대향전극은 30∼300Å의 평균입자크기를 가지는 도전성초미세입자를 함유하는 미세입자분산층으로 피복하고, 또한 배향제어층은 강유전체액정층과 미세한 입자분자층의 국부적인 직접접촉을 하도록 배치된 것을 특징으로 하는 액정광학장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 한쌍의 대향전극을 각각 가지는 복수의 화소와 대향전극 사이에 배치된 강유전체액정층으로 이루어진 액정광학장치에 있어서, 적어도 하나의 대향전극에는 30∼300Å의 평균단차를 형성하는 미세한 오목볼록층으로 피복되고, 오목볼록형성수단은, 미세한 오목볼록형상의 단차보다 큰 단차를 가지고 또한 강유전체액정층의 평균두께보다 더 큰 피치로 배치된 오목볼록형상을 형성하는 수단이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 액정광학장치를 제공한다.
본 발명의 상기 목적과 기타목적, 특징 및 이점은, 첨부된 도면에 관련된 본 발명이 바람직한 실시예에 대한 이하 설명을 고려함으로써, 한층더 명확하게 된다.
본 발명의 적절한 실시예에 따르면, 미세반전영역은 단위화소내의 영역에 의거하여 형성되고 회색스케일(gray-scale) 또는 중간계조레벨은 반전영역의 면적을 제어함으로써 표시된다.
보다 상세하게는, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 복수의 대향전극을 각각 가지는 한쌍의 대향배치된 기판과, 한쌍의 대향전극과 이 대향전극 사이에 배치된 강유전체액정의 조합에 의해 각각 구성된 복수의 화소를 형성하도록 기판사이에 배치된 강유전체액정을 포함하는 액정표시장치에 있어서,
각 화소는 상이한 극성반전드레숄드전압의 영역을 형성하고, 한 개 이상의 한쌍의 대향전극은, 하강한 극성반전드레숄드전압의 영역에 대응하는 고밀도의 불균일한 형상을 가지는 영역과, 상승한 극성반전드레숄드전압의 영역에 대응하는 저밀도의 불균일한 형상을 가지는 영역을 포함하는 상이한 밀도로 불균일한 형상을 가지는 복수의 영역을 형성하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에서는, 상기한 불균일한 형상을 양기판에 형성하는 것이 바람직하고 불균일한 형상(패턴)은 돌출한 아일랜드(island) 또는 돌출한 줄무늬로 되는 것이 바람직하고 이에 제한되지 않는다. 상기 불균한 형상이 투명막전극에 직접 형성되거나 투명전극위에 형성된 도체 또는 절연체에 형성될 수 있다. 각각의 불균일한 형상은 5∼1000nm의 높이를 가지는 것이 바람직하고, 50∼300nm의 높이를 가지는 것은 더욱 바람직하다. 각각의 화소는 고농도의 불균한 형상을 가지는 영역과 저농도의 불균일한 형상을 가지는 영역을 가진다. 불균일한 형상(돌기 또는 홈)은 서로 2∼1000㎛의 간격으로 떨어진 것이 바람직하고, 5∼100㎛인 것은 더욱 바람직하다.
본 발명에서는 고밀도와 저밀도의 불균일한 형상을 가지는 상기한 영역은 고밀도와 저밀도반전 드레숄드전압을 가지는 영역에 각각 대응한다.
제1도 내지 제4도를 참조하면서 계조표시의 이론에 대하여 이하 설명한다.
제1도는, 투명막 전극(13),(14)으로 각각 피복된 유리등의 한쌍의 기판(11),(12)과, 폴리이미드등의 배향막(13a),(14a)과, 화상표(15)로 나타낸 축을 가진 분자를 포함하는 기판 사이에 배치된 강유전체액정을 가지는 액정표시장치의 개략적인 단면도이다. 투명층(13),(14)이 불균일하게 형성된 경우, 액정분자축(15)은 불균일한 형상의 에지(edge)에서 불규칙하게 된다. 즉, 상기 에지(점선의 원에 의해 포위되어 있는 영역)에서 분자축(15)은 기판의 표면에 대해서 큰 각도로 경사지게되어 자발적인 편광과 전계 사이에 상호작용이 증가하게 된다. 특히, 상기 현상은, 에지형상이 예민하게 형성된 경우에 주목할만하게 관찰된다.
제2도(a) 내지 제2도(d)는 액정장치의 개략적인 평면도로서, 상이한 피치(간격)으로 일정한 크기의 아일랜드형상의 돌기를 가지는 투명막 전극을 포함하는 셀내에서 영역 반전상태를 도시한다. 상기 피치는 제2도(a)로부터 제2도(c)까지 점차적으로 증가하고, 제2도(d)는 돌기가 없는 경우를 도시한다. 모든 경우에,셀도 초기에 흑색 영역(22)으로 점유하는 것으로 가정한다. 상기 4종류의 셀에 동일한 전압을 공급할때에, 각각의 셀은, 면적이 (a)(b)(c)(d)의 순으로 되는 반전 영역(23)을 형성한다. 또한, 셀(a)∼(c)에서는, 반전 영역이 돌기에 대응하는 위치에 형성되지만, 셀(d)에서는, 반전영역(23)이 임의로 형성된다. 제2도(a)∼제2도(d)로부터 불균일한 형상을 가지는 표면 변형은 변형된 부분에서 하강한 드레숄드전압을 형성하고, 또한 높은 밀도의 변형을 가지는 영역에서는, 드레숄드전압이 돌기에서 뿐만아니라 돌기사이의 중앙부분에서도 하강한 것으로 이해된다. 이것은, 드레숄드전압이 낮아져서 돌기에서 보다 작은 셀갭에 의해 유효전압을 증가시킬 뿐만아니라 변형부분의 근처에서 액정의 동적특성을 변화시킨 것을 의미한다. 따라서, 상기와 같이 도시된 돌기 뿐만아니라 홈에서 상기의 불균한 변형을 얻을 수 있다. 이와 같은 방식으로, 투명막전극에 불균한 패턴을 형성함으로써, 반전영역의 위치를 제어하는 것이 가능하게 되고, 불균일형상의 밀도를 제어함으로써, 전압대 투과율 특성을 변경시킬 수 있다.
제2도에 도시된 셀의 변동에 따라서, 제3도는 즉시 반전의 상태에 따라 국부적으로 상이한 밀도로 아일랜드형의 돌기(21)가 배치되는 단위화소를 도시한다. 보다 상세하게는, 제3도에 도시된 화소에서, 좌상영역에서 보다 고밀도로 돌기를 형성하고, 우하영역에서 보다 저밀도로 돌기를 형성하였다.
제4도는 Vth.aVth.bVth.cVth.d를 만족하는 드레숄드전압(Vth.a), (Vth.b), (Vth.c), (Vth.d)과 Vs.aVs.bVs.cVs.d를 만족하는 포화전압(Vs.a), (Vs.b), (Vs.c), (Vs.d)을 각각 나타내는, 제2도의 4개의 셀(a)∼(d)에 대응하는 4개의 점선곡선(LA), (LB), (LC), (LD)으로 표시된 전압 대투과율곡선을 도시한다. 여기에서, 드레숄드전압차(예를들면 Vth.b-Vth.a)는 이에 대응하는 포화전압차(예를들면, Vs.b-Vs.a)보다 크다. 따라서, 계조표시 특성이 계수 γ=포화전압/드레숄드전압(Vs/Vth), 예를들면 γa=Vs.a/Vth.a, γb=Vs.b/Vth.b, γc=Vs.c/Vth.c, γd=Vs.d/Vth.d등으로 각각 나타내면, 제2도의 셀(a)(d)에 대해서 γaγbγcγd의 관계가 유지된다. 따라서, 1화소가 제3도 도시된 바와같이 국부적으로 상이한 밀도로 배치된 불균일한 형상을 형성하면 반전영역의 위치를 제어할 수 있을 뿐만아니라 제4도의 실선으로 나타난 소정의 γ-특성을 형성할 수도 있다. 또한, 예를들면, (Vth.d-Vth.c)(Vth.c-Vth.b)(Vth.b-Vth.a)의 관계를 유지하기 때문에, 드레숄드전압의 보다 큰 변동을 보다 높은 불균일한 형상의 밀도영역에서 달성하고, 소정의 계조 특성을 1화소내에 있는 상이한 불균한 형상의 밀도를 가지는 영역을 형성함으로써 소정영역내에서 달성할 수 있고, 따라서 1화소의 영역을 감소시킨다. 100㎲ 이하의 기록펄스, 바람직하게는 40㎲이하의 기록펄스를 인가할때에 특히 드레숄드전압변동이 현저하게 발생하고, 따라서 주사선의 수를 증가하는 경우에도 충분한 계조특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 대하여 이하 설명한다. 본 실시예에서는, 전압대투율특성(γ-특성)과 그 재현성을 개선하도록 영역의 성장을 제어한다. 특히, 반전영역은 특정의 방향으로 바람직하게 확대되도록 설계되어 있다.
제5도(a)와 제5도(b)는 평면의 임의방향으로 연장된 영역의 상태를 도시한 액정셀의 평면도와 단면도(제5도(a)의 A-A' 단면)이다. 도면에서, 셀은 예를들면 폴리이미드의 투명 도전층과 배향층(13a),(14a) 대향전극(13),(14)을 각각 형성한 한쌍의 유리판(11),(12)을 포함한다. 광학적으로 흑색영역(22)은 제5도(b)의 백색 화살표 방향으로 상부방향의 자발적인 편광을 가지는 액정분자로 형성되고, 공학적으로 백색영역(23)은 제5도(b)의 흑색 화살표 방향으로 하부방향의 자발적인 편광을 가지는 액정분자로 형성된다.
제5도(b)에 도시된 바와같이, 백색 또는 흑색영역은 기판(11),(12)에 수직방향으로 거의 균일하게 되고, 상부방향으로 자발적인 편광을 가지는 분자수에 대한 하부방향으로 자발적인 편광을 가지는 분자수 사이의 비율(광학적으로, 화소를 통한 전투과율)은 백색영역과 흑색영역 사이의 2차원적인 면적비율에 대응한다.
제6도(a)∼제6도(d)는 셀이 계속해서 한 방향으로 전압이 인가될때에 4점의 시간(t=△t-4△t)에서 셀의 4개의 투영을 나타낸다.
제6도에 도시한 바와같이, 백색(또는 흑색)영역은, 외부전압이 계속해서 인가되는 동안, 성장(수축)한다. 따라서, 인가전압의 양 또는 주기를 제어함으로써, 1화소내에서 백색 영역/흑색영역의 면적율을 제어할 수 있고, 따라서 계조표시를 행할 수 있다.
또한, 영역성장(수축)의 출현에 의해 2차원적인 형상변화 또는 1차원적인 형상변화를 수반하는지를 크게 변동한다.
제7도는 1차원영역의 변화와 2차원영역변화를 개략적으로 도시한다.
직선방향의 경우를 참조하면서 설명하면, 1차원영역의 변화는, 폭(D)이 길이(L)만큼 현저하게 증가하지 않는동안, 길이(L)의 성장/수축을 주로하여 또는 이것만으로 발생되는 형상변화이다. 한편, 2차원영역변화는 제7도에 표시된 R의 변화에 의해 나타나는 형상변화이다.
이제부터, 전압인가 상태에서 각 영역에 의해 점유된 자유에너지(G)를 고려한다. 경계 벽에서 영역의 탄성에너지가 경계벽의 면적에 비례하고, 전기 에너지는 영역의 체적에 비례하고, α, β, κ1, α' 및 γ를 가지는 다음 방적식은
G=αL-βL=κ1×L (1차원)
G=αR-γR2(2차원)
으로 부여된다.
제8도(a)와 제8도(b)는 자유에너지 변환을 도시한 그래프이다. 제8도(a)로부터 알수있는 바와같이, 2차원 영역변환에 따르면, 한계값(R0)보다 작은 반경을 가지는 영역은 계속적인 전압인가 상태에서 소멸된다.
또한, 저전압인가 상태(a)와 고전압인가 상태(b)하에서 1차원영역변화와 2차원영역변화를 모두 도시한 제7도에서, 1차원 영역의 수는 초기상태부터 안정상태까지, 저전압인가와 고전압인가 상태에서 모두, 실질적으로 변화하지 않는다. 그러나, 2차원적인 단일영역에 대해서는, 특히 저전압인가의 초기상태에 나타나는 소정영역이, 전압이 계속 인가된 상태에서 소멸된다. 이와 같은 방식으로, 2차원적인 영역에 드레숄드전압 부근의 전압을 인가하는 경우, 투과율은 용이하게 변화하지 않지만, 제10도의 점선으로 나타난 바와같은 전압대투과율특성을 형성한다. 상기 특성은 1차원적인 영역에 비해 계조표시에 대해 바람직하지 않다.
상기로부터 강유전체액정을 사용하여 계조표시를 행하기 위하여, 2차원 변화영역보다 1차원 변화영역을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 본실시예에 따르면, 1차원 변화영역은 계조표시를 행하도록 제어된다.
상기 목적을 위하여, 강유전체액정의 극성반전드레숄드전압은, 선을 따라서 극성반전을 이용할 수 있도록 선의 형태로 감소되고, 따라서 상기한 바와같이 1차원 영역변화를 개선한다.
선의 형태로 강자성체액정의 극성반전드레숄드전압을 낮추도록하는 수단은, 예를들면 직선으로 배치된 아일랜드형상의 오목볼록 또는 병렬로 배치된 줄무늬형상의 오목볼록을 포함한다.
이와같이 형성된 불균일한 형상은 특히 모퉁이의 근처에서 강유전체액정의 배향혼란을 일으키도록 기능하여 그 부분이 불안정하고, 따라서 드레숄드전압이 감소된다. 아일랜드형의 불균일한 형상의 경우에는, 불균일한 형상 사이의 근접성에 의거하여 상기한 배향의 혼란부분이 불연속적으로 나타나고, 따라서 낮은 드레숄드전압의 선을 형성한다. 한편, 줄무늬의 불균일한 형상의 경우에는, 낮은 드레숄드전압이 줄무늬의 불균일한 형상을 따라서 형성된다.
각각의 아일랜드형상 또는 줄무늬 형상의 오목볼록은 50∼10000Å의 높이를 가지는 것이 바람직하고, 500∼3000Å은 더욱 바람직하고, 인접한 불균일한 형상은 서로 1∼50㎛의 간격으로 떨어져있는 것이 바람직하다. 아일랜드형상의 오목볼록은 예를들면 측면길이 또는 직경이 1∼50㎛인 사각형상, 원 또는 기타형상을 가지는 것이 바람직하다. 줄무늬형상의 오목볼록은 1∼50㎛의 폭을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 낮은 드레숄드의 라인방향으로 극성반전영역의 형상의 변화시키는 수단은 라인의 형태로 극성반전드레숄드전압을 낮추는 상기 수단과 조합하여 1차원변화를 일으키도록 기능하고, 예를들면 다음 사항을 포함한다.
우선, 상기 수단은 라인 또는 감소된 드레숄드전압의 라인 따라서 아일랜드형상 또는 줄무늬 형상의 오목볼록을 포함한다. 이 경우에, 감소된 드레숄드전압의 라인의 방향으로 바람직하게 전압을 인가할수 있고, 따라서 줄무늬형상의 영역변환을 전개한다.
아일랜드형상 또는 줄무늬 형상의 오목볼록은 일반적은 50-10000Å의 높이를 가지고, 바람직하게는 500-10000Å의 높이를 가진다.
다른 조치로서, 감소된 드레숄드전압의 선을 따라서 강유전체액정에 인가된 전압의 경도를 서서히 증가하거나 감소하여 형성하는 것이 바람직하다. 대향전극에 대해 상기 조치를 행하면, 보다 높은 전기영역으로부터 감소된 드레숄드전압의 선을 따라서 보다 낮은 전기영역으로 극성반전영역을 서서히 연장할 수 있다. 이와같은 조치로 채택된 대향전극의 일예는, 감소된 드레숄드전압의 선을 따라서 상기한 공간, 예를들면 소에서 밀로 또는 밀에서 소로 배치된 아일랜드형상 또는 줄무늬 형상의 오목볼록을 포함할 수 있다. 상기 대향전극의 다른예는, 감소된 드레숄드전압의 선을 따라서 경사를 가지는 것 또는 감소된 드레숄드전압의 선을 따라서 바이어스전압을 인가하는 수단을 갖춘 것이 있다.
상기 아일랜드형상 또는 줄무늬 형상의 오목볼록을 가지는 대향전극은 보다 높은 전계인가영역을 고밀도의 불균일한 형상으로 형성하고, 보다 낮은 전계인가영역을 저밀도의 불균일한 형상으로 형성한다. 또한, 경사를 가지는 대향전극은 보다 높은 돌기를 형성한 부분에 보다 높은 전계인가영역을 형성하고, (예를들면, 역전극으로 작은 공간을 형성한 부분), 또한 보다 낮거나 오목한 부분을 형성하는 부분에서 보다 낮은 전계인가영역을 형성한다. (예를들면, 역전압으로 큰 공간을 형성한 부분). 또한, 바이어스 전압인가수단을 갖춘 대향전극은 바이어스 전압을 인가하는 방향에 의존하는 강유전체액정에 인가된 전계강도를 서서히 증가하거나 감소하도록 한다.
본 발명의 또다른 실시예를 이하 설명한다. 본 실시예에서는, 양호한 재현성을 가지는 화상표시를, 액정재료의 배열특성을 개선함으로써, 실현할 수 있다.
쌍안정상태를 전개하도록 한쌍의 대향전극과 이 대향전극 사이에 배치된 강유전체스메틱액정으로 이루어진 본 실시예에 따른 액정표시장치를 사용하고, 또한 강유전체액정의 스메틱층에 대략 평행한 줄무늬패턴으로 대향전극 사이에 인가된 해프톤에 대응하는 극성반전영역을 전개함으로써, 해프톤표시(계조표시)를 행한다.
보다 상세하게는, 본 실시예에 따른 액정표시장치는, 쌍안정상태를 전개하도록 한쌍의 대향전극과 이 대향전극 사이에 배치된 강유전체 스메틱액정을 각각 포함하는 복수의 화소를 포함하고,
액정표시장치는 대향전극 사이에 해프톤신호를 인가하는 해프톤신호인가수단을 갖추고,
각 화소는 액정의 스메틱층에 대략 평행한 스트라이프패턴으로 해프톤신호에 대응하는 극성반전영역을 전개하도록, 국부적으로 상이한 반전드레숄드전압을 형성한다.
보다 바람직하게는, 1개 이상의 전극은, 예각의 절대치에 대해 가장 작은 각이 키럴스메틱상으로 강유전체액정의 원추각으로 설정되도록 액정의 쌍안정상태에서 2개의 분자의 배향으로 예각을 형성하는 줄무늬형상의 불균일한 패턴을 형성한다.
본 실시예에 따르면, 영역의 크기와 밀도는 인가전압에 대해 양호하게 응답하고 양호한 재현성을 가지도록 하고, 따라서 선형의 전압대투과율 특성을 용이하고 안정하게 얻을 수 있으므로, 우수한 계조표시를 할 수 있다.
액정배열상태의 설정과 불균일한 패턴의 형성의 신뢰할 수 있는 기술의 조합에만 거의 의존함으로써 인가전압에 양호하게 응답하는 영역을 형성할 수 있고, 따라서 양호한 제어성을 가지는 애널로그계조표시를 얻을 수 있다.
제11도는 본 실시예에 의한 액정표시장치를 도시한 개략도이다.
보다 상세하게는, 초기상태로 양안정상태중 어느 한 상태에서 액정분자를 포함하는 영역(흑색영역)(22)과 액정분자의 쌍안정의 다른 상태로, 극성반전된 복수의 줄무늬 형상영역(백색영역)(23)으로 구성된 화소(1)를 개략적으로 도시한다. 한편, 제12도는, 극성반전영역(23)을 줄무늬형상으로 형성되지 않고 무질서한 방식으로 형성된 화소(1)를 도시한다. 줄무늬형상의 영역(23)의 경우에는, 동일영역이 동일신호의 인가에 응답하여 극히 높은 확률로 나타난다. 또한, 줄무늬형상의 길이와 밀도는 신호의 파고나 펄스주기에 따라 선형적으로 변화한다. 따라서, 계조표시에 대해서 투과율의 양호한 제어를 알맞게 행할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기한 1차원변환영역은 특정의 수까지 나타나고, 다음에 폭을 증가하도록 영역이 성장한다. 보다 상세하게는, 낮은 전압을 인가할 경우 작은 수의 영역이 나타난다. 높은 전압을 인가할 경우, 영역의 수는 증가하고 영역의 폭은 확대된다. 상기 영역성장을 하도록, 이하 설명하는 바와 같은 방식으로 줄무늬의 세로방향과 액정분자배향방향을 적정하게 설정하는 것이 특히 바람직하다.
한편, 제12도의 경우에는, 동일신호를 반복인가함으로써 각 인가신호에 따라 상이한 형상과 크기를 가지는 영역을 전개할 수 있고, 따라서 불량한 재현성을 초래한다. 따라서, 합성영역은 인가된 신호의 파고나 펄스폭에 완전하게 대응하지 않는다.
본 발명에서 사용된 강유전체액정은 키럴스메틱 C상, H상, I상등으로 가정한 액정을 바람직하게 포함하고, 특히 바람직하게 키럴스메틱 C상을 포함한다.
본 발명의 액정셀의 화소를 구성하는 한쌍의 대향전극에 대해서는, 한 개 이상의 대향 전극은 투명도전체를 포함하고, 이 투명도전체의 적정한, 예로서는 산화주석, 산화인듐, 인듐산화주석(ITO)등이 있다.
본 발명에 사용되는 해프톤 또는 계조신호는 변조파고(펄스높이), 변조펄스폭을 가진 신호(변조펄스수를 포함) 또는 파고와 펄스폭을 모두 변조한 신호이다. 상기 해프톤 신호를 발생하는 해프톤신호발생수단은 반도체집적회로에 의해 준비된다. 신호의 조합으로 해프톤 신호를 제공하도록 독립적인 신호를 한쌍의 전극에 인가하는 시스템을 사용하는 것이 바람직하다.
액정재료전극재료 및 셀의 배열상태를 적정하게 선택함으로써, 인가된 해프톤 신호에 응답하는 극성변환영역을, 강유전체액정의 스메틱층의 방향에 대략 평행한 줄무늬형상의 영역으로 전개한다.
본 발명의 본 실시예에서는, 적어도 한쪽 전극의 액정쪽에 줄무늬형상의 불균일한 형상(바람직하게는, 돌기)을 제공하는 것이 바람직하다. 상기 줄무늬형상의 불균일한 형상을 균일한 형상으로 또는 1화소내의 불균일한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 각각의 서브화소내에서 균일한 형상의 줄무늬를 형성하도록 1화소를 서브화소로 분할할 수 있고, 상이한 서브화소에 상이한 줄무늬의 형상을 형성할 수 있다. 상기 줄무늬의 불균일한 형상은 전극자체 또는 배향막에 의해서 형성되거나 상기 줄무늬를 형성하는 부가적인 부재에 의해 형성된다. 어느 경우에도, 막형성의 조합과 패닝에 의해서 줄무늬를 용이하게 형성할 수 있다.
예각의 절대값에 대해 가장 작은 값은 강유전체액정의 원추각이하로 되도록 두분자 배향방향이 액정의 쌍안정상태로 되는 예각을 형성하기 위해 줄무늬방향을 설정한다. 쌍안정상태의 분자배향방향(n1, n2)은, 메모리상태의 셀이 크로스니콜(cross-nicol)편광자를 통하여 관측될때에, 소멸위치로부터 결정될 수 있다. 원추각은, 20V의 진폭과 10Hz의 주파수를 가지는 바이폴러사각펄스를 인가한 상태에서 셀을 크로스니콜편광자를 통하여 관측할때에 소멸위치로부터 결정된다. 따라서, 두 개의 소멸위치 사이의 각도의 1/2이 원추각으로 취해진다. 액정층의 수직방향은 각도의 상기 측정에 대해 2개의 소멸위치 사이의 각의 2등분선에 의해 결정된다.
제13도는 화소(1)에 수직하는 방향으로부터 보는 바와 같이 반전영역(23)의 상태를 나타내는 줄무늬돌기(21)를 형성한 1화소(1)의 개략적인 도면이다. 반전영역(23)은 줄무늬형상으로 형성되어 있다. 제23도의 모든 반전영역(23)은 층의 법선방향(L)에 수직한 방향에 실질적으로 대응하고, 예를들면 스메틱층의 방향으로 연장된다. 줄무늬영역(23)이 (a)에 도시된 바와 같은 복수의 줄무늬돌기(21)를 가로 질러서 연장된 경우와, 줄무늬영역(23)이 사다리계단과 같은 줄무늬돌기(21) 사이의 홈에서만 동일 방향으로 명료하게 연장된 다른 경우를 포함한 2 경우가 대표적으로 있다. 줄무늬돌기가 좁은 돌기 폭, 예를들면 액정의 헬리컬피치의 1/2이하로 동일한 피치를 가지고 형성된 경우, 상태(a)로 바람직하게 초래될 수 있다. (a), (b)의 어느 경우에도, 반전영역은 반전영역의 수를 유지하면서, 인가신호에 따라서 폭이 변화한다. 또한, 신호인가후에 영역의 벽이 일단 형성되면, 영역이 확대되거나 수축되는 불안정성을 관측할 수 없고 또한 화소사이의 투과율의 변동을 관측할 수 없다.
어떤 줄무늬의 불균일한 형상이 없는 경우에는, 반전영역은 명확한 방향성을 가지거나 정규적으로 관계되는 위치에 나타나기 때문에, 제2도를 참조하면서 설명한 바와 같이 화소사이의 투과율의 변동을 초래한다. 또한, 영역의 벽을 형성한 후에도 영역의 불안정성이 관측된다.
또한, 양호한 제어에 의해 스메틱층의 방향으로 연장되는 영역을 전개하기 위하여, 층의 법선방향과 줄무늬의 균일함의 방향사이에 형성된 각은 액정의 원추각의 2배 이하로 한다.
액정의 상기 층구조를 얻기 위해, 줄무늬의 균일성을 가진 양 전극을 변형할 수 있다. 상기 예에서는, 양쪽의 줄무늬방향이 대략 평행하면, 배열상태와 계조표시상태를 모두 개선한다.
줄무늬영역을 전개하기 위해, 배열상태를 제어하는 러빙처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 양쪽전극 또는 줄무늬의 불균일한 형상을 가진 한쪽의 전극 또는 줄무늬의 불균일한 형상을 가지지 않은 한쪽의 전극에 대해 상기 러빙처리를 행할 수 있다. 줄무늬의 불균일한 형상을 가진 면을 러빙하는 경우에는, 러빙방향이 줄무늬방향에 대략 평행한 것이 바람직하다. 특히 양호한 계조표시상태는, 러빙방향과 줄무늬의 불균일한 형상의 방향이보다 작은 예각을 형성할때에 달성된다. 양쪽의 기판을 러빙하는 경우에는, 러빙방향이 평행한 러빙(동일방향의 러빙)이거나 역으로 평행한 러빙(반대방향의 러빙)이 되도록 기판에 서로 적용한다. 두꺼운 셀에서, 즉 벌크(bulk)상태에서 측정전 액정의 헬리컬피치의 1∼2배의 범위내에 있고(일반적으로 1∼20㎛정도) 또한 50%의 투과율의 해프톤표시 상태에서 줄무늬영역의 길이가 줄무늬영역의 폭의 2배 이하인 경우에는(일반적으로 적어도 2㎛, 바람직하게는 적어도 20㎛), 한층더 향상된 계조특성을 달성할 수 있다.
상기한 바와같이, 줄무늬의 불균일함이 화소에서 상이한 피치로 배치되어 있는 경우 드레숄드전압을 양호하게 제어할 수 있다. 제14도는 한쪽의 전극에 대해서 상이한 피치로 줄무늬의 돌기(21)를 가진 4개의 화소를 나타내고, 따라서 반전영역의 상이한 상태를 나타내고, 여기서 L은 층의 법선방향이다. 제14도에서, (a)에는 작은 피치의 경우가 도시되고, (b)에는 중간피치의 경우가 도시되고, (c)에는 큰 피치의 경우가 도시되고, (d)에는 줄무늬의 돌기가 없는 경우가 도시된다. 모든 경우의 셀은 초기에는 완전흑색영역(22)으로 점유되어 있는 것으로 가정한다. 4종류의 셀에 동일전압이 인가될때에, 각각의 셀에 반전영역(23)이 형성되고, 영역은 (a)(b)(c)(d)의 순으로 된다. 또한 셀(a)∼(c)에서는, 변환영역이 층의 방향으로 연장되고, 셀(d)에서는, 반전영역(23)이 임의로 형성된다. 상기 현상은, 줄무늬의 불균일한 형상에 의해 반전영역을 초래하는 것에 기인할뿐만 아니라, 합성반전영역이 용이하게 래치되도록 작은 피치의 경우의 줄무늬 사이에 강한 동적인 상호작용이 발생하는 것에도 기인한다.
신호인가시에 화소상태의 시간에 대한 변화에 대하여 제15도(a)와 제15도(b)를 참조하면서 설명한다. 제15도(b)에서, 왼쪽컬럼(column)의 4화소의 상태는 제15도(a)의 시간(a)∼(d)에서 소형의 줄무늬간격의 경우에 대응하고, 오른쪽 칼럼의 4화소의 상태는 완전히 새로운 펄스를 각각 인가할 때 대형의 줄무늬 간격의 경우에 대응한다. 어느 경우에도, 줄무늬돌기부분은 시간(b)에서 우선 변환된다. 시간(c)에서, 상이한 투과음의 영역이 소형의 줄무늬간격의 경우에는 나타나기 시작하지만, 대형의 간격의 경우에는 투과율이 전체적으로 낮아진다. 최종적으로, 시간(d)에서 소형의 줄무늬간격의 경우에는 줄무늬영역이 래치되지만, 다른 경우에는, 줄무늬영역이 변환영역으로 남지 않는다. 즉, 드레숄드의 차이는 과도상태에서 동적인 상호작용의 차이에 따라 발생되는 것이 고려된다. 상기한 영역형성처리는, 100㎲ 이하의 펄스폭을 가진 전압을 인가할때에 현저하게 관측된다.
상기 원인에 부가하여, 러빙에 의한 배향제어력이외에 줄무늬돌기에 배향제어력이 작용하여, 특정한 비대칭이 강유전체액정의 양안정사이에서 발생하는 것을 고려하여야 한다. 제16도는 쌍안정상태의 포텐셜곡선을 도시한다. 제16도에서, PA의 안정상태는 분자측이 줄무늬방향에 가깝게 배향되는 경우에 대응하고, PB의 안정상태는 분자축이 줄무늬방향으로부터 멀게 배향되는 경우에 대응한다. 여기서, 횡축은 자발적인 편광에 관계되는 파라메터를 나타낸다(예를들면 C디렉터의 위상각) 소형의 간격의 경우에는 상기 배향제어력은 제16도의 점선으로 도시된 대형의 비대칭을 형성하는 큰 힘이다. 즉, PA로부터 PB에 기록하는 경우에는 보다 큰 드레숄드가 부여되고, PB로부터 PA에 기록하는 경우에는 보다 작은 드레숄드가 부여된다.
따라서, 실제적인 계조표시에서는, 분자의 배향이 쌍안정상태에서의 두 안정배향방향중 어느하나로 리세트되고, 이것은 편광판과 애널라이저의 설정을 포함하는 줄무늬의 불균일한 형상의 방향으로부터 멀어진다. 이 경우에, 반전드레숄드값은 대형의 줄무늬피치의 영역에서 보다 소형의 줄무늬영역에서 크게 된다. 역방향으로 절환하면, 물론 드레숄드의 크기는 역으로 된다.
제17도는 줄무늬피치를 변경할 때 반전드레숄드의 변화를 도시한다. 실선은 제16도에서 PA상태로부터 PB상태로 기록하는 경우를 나타내고, 점선은 PB상태로부터 PA상태로 기록하는 경우를 나타낸다.
여기서, 리세트상태는 흑색상태로 가정하고, 백색영역에 기록용 극성펄스를 인가한다. 제17도로부터 알수 있는 바와같이, 펄스폭은 100㎲ 이하가 바람직하고, 40㎲ 이하는 더욱 바람직하고, 제17도에 도시한 바와 같이 20㎲ 정도는 가장 바람직하다. 짧은 펄스폭이 충분하다는 사실은 주사선의 수가 증가하는 경우에도 충분한 계조표시특성을 얻을 수 있는 것을 의미한다.
상기한 바와같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 줄무늬의 불균일한 형상의 상이한 피치를 가지는 복수의 영역을 배치함으로써 화소의 수가 증가하는 경우에도 어떤 문제도 없이 양호한 계조제어특성을 유지한다.
본 실시예에서 사용된 줄무늬피치는, 헬리컬피치의 1이상 보다 상세하게는 3∼50㎛로 되도록 사용되는 셀의 두께와 액정에 따라서, 최적의 값으로 선택되어야 한다. 또한, 피치는 불균일한 형상으로 구성된 돌기와 홈의 폭중에서 작은 폭에 적어도 3배가 되는 것이 바람직하고 적어도 10배이상되는 것은 더욱 바람직하다. 돌기와 홈사이의 단차는 균일한 배향상태를 유지하는 정도내에서, 예를들면 셀갭의 1배 이하에서 일반적으로 10nm∼500nm의 범위내에서 선택된다. 불균일한 패턴은 완전 사각형일 필요는 없다.
또한, 소정의 온도범위내에서 셀을 유지하기 위해 열적인 제어를 행하는 것도 물론 가능하다. 액정배열을 위한 배열막은 유기막, 예를들면 폴리이미드, 폴리피롤, 폴리비닐알코올등을 포함하거나 SiO 등의 경사증착층을 포함한다.
상기한 실시예에서는, 불균일한 형상의 배치와 액정분자의 배향을 최적화하여 계조표시특성을 개선한다. 다음 실시예에서는, 계조표시에 악영향을 주는 요소를 제거하기 위해 액정장치는 개선된 전기특성을 가진다.
계조 또는 해프톤표시에서 부딪치는 한가지의 어려움이 강유전체액정자체의 자발적인 편광에 의해 발생하는 역전기충전효과로부터 발생한다. 따라서, 자발적인 편광에 따라서 편재된 내부이온에 의해 형성된 전계는 외부인가전압에 응답하여 소정의 해프톤상태를 불안정하게하고 광학적인 응답의 히스테리시스를 일으키는 것을 가정할 수 있다. 보다 상세하게는, 각각의 자발적인 편광방향을 가지는 흑색상태 또는 백색상태는 각각의 자발적인 편광방향을 안정화하는 이온의 각각의 편재화를 수반한다. 편재된 이온의 극성차이 때문에, 리세팅(흑색으로 지움)의 단기간후에 동일 전압을 인가하는 경우에도, 합성해프톤상태는, 선행의 상태가 백색 또는 상이한 전압을 수신한 흑색인지에 따라서 변경된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 양호한 배향특성을 가지고 또한 용이한 계조표시설계를 가진 균일하고 안정한 해프톤을 제공할 수 있는 강유전체액정광학장치를 제공한다.
보다 상세하게는, 한쌍의 대향전극을 각각 가지는 복수의 화소와 이 대향전극 사이에 배치된 강유전체액정층을 포함하여 주어진 계조신호에 의존하는 대향상태 사이의 외부전압에 응답하여 광학적으로 계조상태를 형성하는 액정광학장치에 있어서, 적어도 1개의 대향전극은 30∼300Å의 평균입자크기를 가지는 도전성 초미세입자를 함유하는 미세입자분산층과, 강유전체액정층과 미세입자분산층을 국부적으로 직접 접촉하도록 배치된 배향제어층으로 도프된 것을 특징으로 하는 액정광학장치를 제공한다.
제18(a)는 본 발명에 의한 액정광학장치의 개략적인 단면도이고, 제18도(b)는 이 단면도의 부분확대도이다.
제18도(a)와 제18도(b)에서, 장치는 투명전극(13),(14), 예를들면 ITO, SnO2, 또는 In2O3를 형성한 한쌍의 투명기판(11),(12), 예를들면 유리, 석영등을 포함하고, 상기 전극중 어느 하나는 Al 또는 Au 등의 금속전극으로 대치할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 부재로 구성된 전극판(10a),(10b)은 30∼300Å의 평균입자크기를 가지는 도전성 초미세입자를 함유하는 층(3a),(3b)으로 도포하고 또한 스핀코팅 또는 LB 처리에 의해 형성된 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐알코올 등의 막으로 도포한 다음에, 배향처리에 의해 배향제어막(4a),(4b)을 형성한다.
배향제어층(4a), (4b) 사이에 완만하게 큰 자발적인 편광을 바람직하게 가지는 강유전체액정(FLC)층(5)을 배치한다.(예를들면, InC/㎠∼100nC/㎠).
폴리이미드 또는 폴리비닐알코올등의 일반적인 절연막에 비해서, 본 실시예의 미세입자분산막(3a),(3b)은 전체셀의 시정수를 낮추기에 충분히 낮은 저항성을 가지고 또한 그 두께가 동일한 오더일 경우 상기한 절연막에 비해서 큰 필름커패시턴스(CA)를 유지할 수 있다. 결과적으로, 문제되고 있는 절연막의 압력에 의거하여 도전성의 방해효과를 충분하게 최소화할 수 있다.
보다 상세하게는, 투과율변화와 히스테리시스의 불안정한 현상은, 상기한 바와같이 FLC의 여러종류의 해프톤상태에서 자발적인 편광차에 따라 △Qps(편재된 이온전하)의 변화에 의해 발생된다. 본 실시예에서는, 미세입자의 분산막의 소저항을 이용함으로써, 제19도에 도시한 바와 같은 의사등가회로로부터 도출한 소작은 합성시정수 [RARLC(CA+CLC)]/(RA+RLC)를 형성할 수 있고, 상기 시정수는, RARLC인 경우 RA(CA+CLC)로 대략화할 수 있고, 따라서 상기한 바와같은 QPS의 변동효과를 급속하게 완화시킨다. 또한, 큰 겉보기필름커패시턴스(CA)를 유지함으로써, 액정부분전압에 대한 △QPS의 효과를 나타내는 요소인 △QPS/(CA+CLC)의 값을 충분히 최소화할 수 있다.
먼지등의 오염에 의한 단락으로 한쌍의 전극사이의 전압감소 또는 장치의 파손을 피하면서 미세입자분산막에 대해 30msec 이하, 예를들면 일반적인 동화상 속도에 따라서 1프레임주기 이하인 소정의 짧은 시정수를 형성하기 위하여, 미세한 입자분산막은 104Ω·Cm∼109Ω·Cm의 저항을 가지는 것이 바람직하고 107Ω·Cm의 오더를 가지는 것은 더욱 바람직하다. 미세입자의 분산에 의해 일반의 절연재료의 동일 두께를 가지는 147막에 비해서, 디지트정도 증가된 피상커패시턴스 예를들면 10∼50의 피상유전율을 가진다. 이것은 상기한 바와같은 소정의 특성이다.
또한, 미세입자분산막에 대해 배치된 배향제어층은 미세입자분산막내에 있는 도전성 미세입자의 평균입자크기보다 작은 두께로 배치되고, 따라서 핀홀이 많은 막을 형성하고 액정과 미세입자분산막 사이에 전기접촉이 형성되도록, 상기한 낮은 임피던스 효과는 10∼100Å의 두께에서 바람직하게 방해되지 않고, 10∼50Å의 두께에서 더욱 바람직하게 방해되지 않는다.
예를들면, 초미세입자는 안티몬(Sb)등으로 도우핑하여 도전성을 제어하는 ITO 또는 SnO2를 포함한다.
또한, 배향제어층이 20Å 이하의 두께로 형성될때에, 개선된 배열특성이 제공된다. 양호한 배향특성을 제공하기 위해, 매트릭스로서 중합체 또는 바인더수지를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 사용된 얇은 배향제어막은 미세입자분산막의 입자크기에 의하여 주어진 배향특성과 계조제어특성을 가지는 상승기능효과등의 제2주요기능을 나타낸다. 상기 점에 대해 이하 설명한다.
ITO 등의 투명전극을 형성한 전극기판은 일반적으로 수십내지 수백Å의 오더로 자연적으로 발생하는 불균일함의 변동을 수반한다. 상기 전극판을 예를들면 30Å의 얇은 배향제어막으로 피복한 다음 셀 배향처리와 셀구성을 행하여 병렬셀 배열을 형성할때에(제20도(a)), 국부적인 배향의 불규칙성 또는 배향의 결함이 발생할 수 있다. 또한, 상기 장치를 매트릭스계조표시구동으로 사용할때에, 제21도에 도시한 바와같이 화소 사이에 전압전달 특성의 차이 또는 불량한 계조특성(γ특성)이 발생한다.
이것에 비해서, 상기한 미세입자분산층이 본 발명에 따라서 배치될 때에, 상대적으로 긴 주기의 불균일한 형상이 남을 수 있지만, 각각의 미세한 부분은 짧은 주기의 불균일한 형상으로 피복되어 제22도에 도시한 바와같이 화소 사이에 변동이 적은 양호한 배향특성과 양호한 계조특성을 제공한다.
본 발명에서는, 사용된 미세입자는 보통의 FLC 분자길이보다 크지만(10∼30Å의 오더) FLC 분자길이의 10배 이하인 평균입자크기를 가진다. 이것도, 양호한 계조특성과 평활한 절환특성을 배향결함없이 달성할 수 있는 이유로 고려된다.
본 실시예에서 사용된 배향제어층의 두께는 상기한 짧은 주기정도 이하이고, 따라서 배향의 균일성과 양호한 계조특성을 제공한다.
본 실시예에 의한 액정장치의 특정예에서는, 한쌍의 기판상에 배향제어층(LQ1802)을 러빙하고, 서로 기판을 적층하여 역병렬셀을 형성하도록 셀을 준비하고(제20도(b)), 다음에 FLC를 충전한다. 충전직후의 셀에는, 전체의 셀이 어떤 경우에는 경사배향상태를 나타낼 수 있다. 상기 경우에는, 셀에 30V, 10Hz의 구형파 AC전압을 인가할때에, 높은 균일성을 가지는 균일배향상태를, FLC 분자의 메모리상태 사이의 피상절환각을 증가시키면서, 얻을 수 있다.
셀이 계조표시를 위해 구동될때에, 양호한 계조특성을 얻었다.
비교예로서, 30Å 두께의 폴리이미드막을 동일 전극기판에 피복하여 셀을 준비하고, 러빙하고 서로 적층하여 역평형셀을 형성하였다. 셀은 불량한 배향특성과 계조특성이 확실하게 나타났다.
또한, 러빙방향의 평행하고 액정층의 양쪽에서 서로 반대방향이 되도록 한쌍의 기판을 적층하여 얻은 역병렬셀은 평행하고 동일 방향인 러빙방향을 가지는 병렐셀보다 양호한 γ특성을 가진다(제23도).
양호한 막성질을 형성하기 위하여, 미세입자분산막은 초미세입자 또는 금속미세입자의 양호한 분산성을 나타내도록 선택되는 바인더 또는 매트릭스수지와 함께 상기한 미세입자에 의해 바람직하게 형성된다. 또한, 막형성바인더 또는 매트릭스수지는, 폴리이미드, 폴리아미드 및 폴리비닐알코올 등의 종래의 배향막재료 또는 폴리실록산등의 다른 재료로부터 선택될 수 있다. 다른 예로서는 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리디오펜등의 도전성막형성재료 및 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ)을 도우핑한 폴리비닐카바졸등 전하전송 복합물등이 있다.
바인더 또는 매트릭스수지를 사용하는 경우에, 미세입자분산막은 초미세분말의 10∼90중량% 정도를 포함하는 것이 바람직하다.
미세입자분산막은 300∼1500Å 정도의 상대적으로 작은 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
계조특성을 안정하게 하기 위해, 과다하지 않은 범위내에서 실란결합제의 중착에 의해 저면에너지를 배향제어층에 형성하기 위한 표면처리를 행하는 것이 유효하다는 것을 알았다. 표면처리는, 액정기판경계에서 분자이동을 평활화하고 불필요한 탄성왜곡에 의거한 국부적인 셀두께의 변화등의 어려움을 제거하는 효과를 가진 미세입자분산막에 의해 형성된 상기한 짧은 주기의 불균일한 형상의 효과를 향상시키는데 유효한 것으로 고려된다. 상기 표면처리는 특히, 액정층의 양쪽에 대해서 배향처리방향이 역평행으로 될 때에, 또한 균일한 배향을 얻도록 액정주사 또는 충전직후에 AC인가처리를 행할때에, 유효하다. 이것은 표면에너지 하향처리는 AC 처리에 의해 얻는 막구성을 계속해서 안정하게 하는 기능을 가진다.
본 발명에서는, 미세입자에 의해 부여된 짧은 주기의 미세한 불균일한 형상보다 큰 높이차를 가지고, 또한 보통의 FLC층의 두께보다 긴 피치로 배열되고 상대적으로 긴 주기의 불균일한 형상을 의도적으로 조합함으로써 계조특성의 불균일한 형상을 향상시킬 수 있다.
제24도(a)는 마스크를 통하여 패러닝하거나 증착하여 긴 주기의 불균일한 형상(7)을 고의적으로 형성한 화소의 부분단면도이다. 제24도(b)는 200㎛의 화소내에서 수직 또는 수평방향의 피치로 배치된 5㎛2의 돌기의 배열을 도시한 대응하는 평면도이다. 각각의 돌기는, 미세입자분산층(3b)이 실질적인 적용에서 불규칙성이 없이 적용되도록 충분히 작은 높이를 가지는 것이 바람직하고, 미세입자의 평균입자크기보다 크고, 또한 300∼5000Å의 오더로 되는 것이 최적합하다. 돌기(7)는 FLC층의 두께와 동일하거나 큰 피치로 바람직하게 배치되고, 적어도 수배의 두께인 것이 바람직하고, 적어도 5㎛인 것은 더욱 바람직하고, 짧은 주기의 불균일한 형상을 가지는 상승효과를 나타내기 위해 1∼50㎛가 바람직하다. 상기 불균일한 형상이, SiO2등의 유기절연물질, Al, Ti 또는 Au 등의 금속, SnO2, Tn2O3, 또는 ITO 등의 투명도전금속산화물, 폴리이미드 또는 폴리아미드등의 수지를 공지의 패턴기술 또는 퇴적기술에 의해 형성된다. 긴 주기의 불균일한 형상이 화소내에 일정한 피치 또는 상이한 피치로 형성된다. 1화소는 상이한 피치로 불균일한 형상이 형성되는 영역을 제공한다. 또한, 1화소내에 국부적으로 상이한 높이로 불균일한 형상이 형성된다. 또한 라인, 줄무늬 또는 아일랜드의 형상으로 불균일한 형상을 형성할 수 있다.
이 경우에는, 미세입자분산막위의 박막배향제어층은, 상기 유기배열층 대신에 400Å 이하의 컬럼길이를 바람직하게 가지는 SiO 또는 TiO2등의 유기물질의 공지된 경사증착층으로 형성될 수 있다. 이 경우에는, 낮은 미세한 입자분산막에 의해 부여된 불균일한 형상의 효과를 나타내고, 증착된 컬럼 사이에 도전성 통로를 형성하고, 따라서 긴 주기의 불균일한 형상과 짧은 주기의 불균일한 형상의 결합 효과를 나타내어 양호한 계조특성을 제공한다. 특정의 예에서는, 한쌍의 기판은 경사적으로 증착된 SiO 컬럼으로 도포하고 Si 증착방향이 역병렬로 되도록 서로 적층한 다음에 FLC로 충전하였다. 결과적으로, 이와같이 얻은 셀은 상기한 바와같이 AC 전압을 인가함이 없이 양호하고 균일한 형상을 가진 배향상태를 제공하여, 높고 균일한 형상을 가지는 계조특성을 실현하였다.
또한, 상기 불균일한 형상이, 화소 사이에서 균일한 형상이 증가되도록, 입자의 분산에 의해 형성될 수 있다.
예를들면, 중합체 프리프린트(preprint)이, 일본국, Vol. 40, No 11,(1991) 4090-4092의 하이드로겔층을 가지는 코어셀(core shell) 입자의 제조와 그 표면특성에 개시된 바와같이, 하이드로겔셀층을 가지는 코어셀구조입자를 함유한 분산액체를 전개함으로써 미립자의 불균일한 형상을 형성할 수 있고, 입자를 침전하여 셀프 얼라이닝(self aligning)의 특성을 이용함으로써, 적정한 주기의 배향구조를 형성할 수 있다. 코어셀구조의 입자를 얻기 위한 조건의 상세내용은 상기 참조문헌에 기재되어 있다. 간단하게 말해서, 예를들면 불균일한 형상의 정기적인 배향의 생성에 적합한 코어셀구조입자는, 종자 또는 코어입자로서 라텍스입자를 사용하거나 온도에 민감한 하드로겔 셀형성재료로서 N이소프로필 아크릴라미드를 사용함으로써, 형성될 수 있다. 예를들면, 이와같이 준비된 분산액을, 건조한 후에 투명전극기판위에 1㎛∼수㎛ 정도의 평균입자 간격으로 0.4㎛ 직경정도의 퇴적입자를 배치하도록 연장할 수 있다. 상기 입자를 열처리등에 의해 기판위에 접착시킨다. 이 위에, 상기 도전성미세입자분산층을 피복하여 형성한다.
본 발명에서는, 우선 상기한 도전미세입자분산층을 형성한 다음에 배향제어층을 형성하고, 배향처리를 행하고, 상기 배향제어층위에 코어셀 구조입자를 분산한다.
[실시예]
이하에, 본 발명을 실시예들에 의거하여 설명하지만, 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 특히, 본 발명의 목적을 달성하는 범위내에서 개시된 부재 또는 구성요소를 대치하거나 변형할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
[실시예 1]
제25도는 본 실시예에 사용된 화소(1)의 패턴을 도시한다. 각 화소(1)는 투명막전극에 형성된 수정부(21)(아일랜드형상의 돌기)를 형성한다. 상기 돌기는 중앙부에서는 밀하게 배치되고 주변부에서는 소하게 배치된다. 각각의 화소는 200㎛ 각(角)의 크기를 가지고 각각의 돌기(21)은 2㎛ 각의 크기를 가진다. 돌기는 화소의 중앙부에서는 2㎛의 피치로 배치되어 있고, 화소의 주변부에서는 15㎛의 피치로 배치되어 있다.
제26도는 제25도의 AA-AA' 단면을 도시한다. 유리판(11),(12)은, 화소패턴으로 형성되고 2주기의 포토리소그래피공정을 통하여 상기한 돌기패턴을 형성한 1500Å의 두께의 ITO막(13),(14)으로 피복하였다. 돌기는 700Å 정도의 단차 높이를 가지고 있다. 그위에 200Å 두께의 폴리이미드막을 형성하고, 러빙하여 배향막(13a),(14a)를 형성하였다. 이와같이 처리된 기판을 서로 배치하여 제27도(b)에 도시된 바와같은 병렬셀이 1.2㎛의 셀갭을 가지도록 형성하고, 상기 갭에 강유전체액정 (지쏘 K.K 회사에서 제조하여 시판하는 강유전체액정 CS-1014를 베이스로한 블렌드)을 충전하였다. 상기 셀은 양호한 배열을 나타낸다. 이와같이 제조된 셀의 한쌍의 전극 사이에 제28도에 도시된 바와같은 펄스전압을 인가하여 광학응답특성을 조사하였다. 본 실시예에서는 흑색의 초기상태를 가지는 4×4 화소의 매트릭스를, 반전영역의 형상을 조사하기 위해 각각의 컬럼에 대해 상이한 펄스전압(Vap)를 인가한 상태에서, 조사하였다. 그 결과는 제29도에 도시되어 있다. 각각 인가한 전압에 대해서 화소간의 투과율변동을 극히 작았고, 변환영역의 발생중심(중력의 중심)은 각 화소의 중앙부분에서 모두 발견되었다. 또한, 제30도에 도시한 바와같이, 돌기의 표면반전의 결과로서, 계조표시의 제어성이 향상되었다.
[실시예 2]
액정셀은 제1실시예와 마찬가지로 각 형상의 돌기를 SiO0로 형성하여 준비되었다. 제31도는 본 실시예에 사용되는 전극기판의 단면을 도시한다. 유리기판(1104)은 700Å 두께의 ITO막(1103)으로 도포되었고, 다음에 800Å 두께의 SiO2로 막을 스퍼터링하고, 이것을 사각형상의 돌기(1101)로 포토리소그래피법에 의해 패턴화하였다. 다음에, 배향막(1102)을 SiO2의 경사증착에 의해 형성하였다.
이와같이 처리된 한쌍의 기판을 병렬셀과 역병렬셀로 모두 형성하도록 조립하였다. (제27도(a), 제27도(b), 여기에서 화살표는 경사증착방향을 나타낸다). 다음에, 광학응답특성에 대해서 셀을 조사하였다. 결과적으로, 제1실시예와 마찬가지로 셀은 양호하고 균일한 계조표시특성을 나타내었고, 반면에 역평행셀은 한층더 균일한 계조특성과 높은 γ값을 나타내었다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 줄무늬돌기(1203),(1204)를 각각 화소(1201),(1202)에 형성하였고, 각각의 줄무늬돌기는 2㎛의 폭을 가졌다. 줄무늬돌기는 2㎛(가장 밀한 부분)로부터 12㎛(가장 소한부분)까지 점차적으로 증가하는 피치로 배열되었다. 상부 기판과 하부기판은, 각각의 화소에 대해서 줄무늬돌기가 서로 수직이 되도록, 배치되었다. 제33도는 제32도의 B-B'단면을 도시한다. 따라서, 유리기판(1301)은 700Å 두께의 패턴화한 ITO 전극(1302)을 형성하고, 그위에 줄무늬돌기를 패터닝에 의해 200Å 두께의 Pt 막을 형성하고, 다음에 200Å 두께의 폴리이미드막(1304)으로 도포하였고, 상부기판상에 줄무늬의 방향으로 러빙하였다.
이와같이 처리된 한쌍의 기판을 역병렬셀을 형성하도록 서로 고정하였다. 이와같이 준비된 셀은 초기에 흑색상태로 4×4화소를 가지고, 변환영역의 형상을 조사하기 위하여 각각의 컬럼에 대해 펄스전압 Vap의 상이한 진폭으로 제1실시예와 동일한 방식으로 펄스전압을 인가하였고, 그 결과는 제34도에 도시되어 있다. 제34도에 도시된 바와같이, 반전영역은 좌상부에서 발생중심부(중력의 중심)로서 성장하였다. 각 컬럼에서 화소간의 투과변동은 극히 작았고, 균일하고 양호한 계조특성을 가지는 표시장치를 얻을 수 있었다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 제1실시예에서 형성된 것과 같은 줄무늬돌기는 중앙부분에서는 높은 밀도로 배치되었고, 주변부분에서는 낮은 밀도로 배치되었다. 제35도는 본 실시예에서 사용되는 화소패턴을 도시하는 개략적인 도면이다. 상부 기판과 하부 기판은 각각 줄무늬돌기(1501),(1502)를 형성한다. 본 실시예의 화소에서는, 해프톤표시전압을 인가함으로써 영역성장의 중심으로서 화소의 중심으로부터 반전영역을 성장하였다. 인가전압을 인가함에 따라, 성장영역의 중력중심이 항상 화소의 중심으로 되면서 영역면적이 확대되었고, 따라서 양호한 계조표시를 전장치에 대해서 행하였다.
[실시예 5]
제36도는 본 실시예에서 사용된 화소패턴을 도시한다.
200㎛ 각의 각각의 화소(1)는 10㎛의 간격으로 배치된 2㎛폭의 줄무늬형상의 불균일한 형상을 형성하였다.
제37도는 제36도의 AB-AB' 단면을 도시한다.
유리기판(11),(12)에, 포토리소그래피공정의 2주기를 통하여 화소패턴을 형성하고 불균일한 형상의 상기 패턴으로 형성된 1500Å 두께의 막(13),(14)(대향전극)을 형성하였다. 불균일함(21)은 200Å 정도의 단차를 가졌다. 그위에 200Å 두께의 폴리이미드막을 형성하고, 줄무늬형상의 불균일한 형상의 방향으로 러빙하여 배향막(13a),(14a)을 형성하였다.
이와같이 처리된 기판을 1.2㎛의 셀갭의 간격으로 서로 고정하고, 그 갭에 강유전체액정(CS-1014에 의거한 블렌드)을 충전하였다. 이와 같은 방식으로, 두 종류의 셀, 즉 병렬셀과 역병렬셀(제27도(a), 제27도(b))은 두 기판의 고정방향을 변경함으로써 준비되었다. 이와같이 준비된 양쪽의 셀은 양호한 배열을 나타내었다.
각 셀에 대한 한쌍의 대향전극(13),(14)사이에, 제28도에 도시한 바와같은 펄스전압을 인가하여 광학응답특성을 검사하였다. 본 실시예에서는, △t=50㎲, Vap=16∼30V이었다. 흑색의 초기상태를 가진 2×2 화소의 매트릭률, 반전영역의 형상을 검사하기 위해 20V 정도의 상이한 펄스전압(Vap)을 인가한 상태에서 조사하였고, 그 결과는 제38도에 도시되어 있다(역병렬 셀의 경우),
비교예로서, 줄무늬의 균일함이 없는 셀을 또한 준비하였다. 그러나, 줄무늬의 불균일한 형상을 형성한 셀은 낮은 극성반전드레숄드전압을 명료하게 나타내었다. 영역은 일반적으로 선형이었고, 상이한 전압을 인가한 상태에서 선형영역의 길이와 수는 이론적으로 변화하였고, 따라서 1차원 영역반전을 확인하였다.
화소간의 투과성의 변동은 매우 적었고, 반전영역의 발색중심(중력중심)은 각 화소의 중심부에서 모두 발견되었다. 실질적으로 평행셀에 대해서 동일한 결과를 얻었다.
또한, 기판(11),(12)중 어느 하나에 대해서만 줄무늬의 불균일한 형상을 형성함으로써 셀을 준비하였다. 그러나, 셀은 극성반전드레숄드전압과 불량한 1차원적인 동작에서 보다 작음 감소를 나타내었다.
[실시예 6]
본 실시예에서는, 상부기판에는 제5실시예와 마찬가지로 줄무늬의 불균일한 형상을 형성하였고, 하부기판에는 화소내에서 상이한 밀도로 배치된 SiO2의 줄무늬형상의 불균일한 형상을 형성하였다.
제39도는 본 실시예에 사용된 화소패턴을 도시한다.
상부기판상의 화소(1201)와 하부기판상의 화소(1202)는 각각 줄무늬돌기(1203),(1204)로 형성되었다.
각각의 화소는 100㎛ 각의 크기를 가졌고, 각각의 줄무늬돌기는 2㎛의 폭을 가졌다. 상부기판과 하부기판상의 줄무늬 돌기는 서로 수직으로 교차하도록 설계되었다. 하부기판상에는, 줄무늬돌기가 2㎛ (밀한 부분에서)로부터 15㎛(소한부분에서)까지의 간격으로 배치되었다.
제40도는 제39도의 BB-BB' 단면을 도시한다.
하부기판(102)은, 유리기판(1301), 700Å 두께의 ITO막의 대향전극(1302), 패턴화된 SiO2막의 2000Å 두께의 줄무늬형상의 돌기(1303), 하부기판상에 줄무늬돌기(1303),(1204)의 방향으로 러빙처리된 200Å 두께의 폴리이미드의 배향막(1304)을 포함한다.
상부기판(1201)은, 줄무늬돌기에 수직되는 방향으로 폴리이미드배향막을 러빙처리한 것을 제외하고는 하부기판과 마찬가지로 준비되었다.
이와 같이 준비된 상,하부기판을 서로 고정하여 1.6㎛의 셀갭을 가지는 평행셀로 형성하고 짧은 헬리컬피치를 나타내는 강유전체액정재료로 충전하였다. 셀을 스메틱 A상으로부터 스메틱 C상으로 냉각하면서, ±5V, 10Hz의 AC 전계로 셀에 인가함으로써, 합성셀은 양호한 배향을 나타내었다.
흑색의 초기상태로 4×4화소의 매트릭스를 가지는 셀을, 반전영역의 형상을 관찰하기 위해 각 컬럼에 대해서 상이한 펄스전압(Vap)을 인가한 상태에서, 조사하였다. 그 결과는 제41도에 도시되어 있다.
각 화소의 영역은 양호한 1차원의 작동을 도시하였다. 낮은 전압에서, 각각의 화소는, 하부기판에 형성된 줄무늬 불균일함의 SiO2패턴에 의해 영역발생의 위치를 제어하는 것 예를들면 규제된 드레숄드전압분포를 형성하는 것을 확인하도록, 상부에서만 반전영역을 나타내었다. 각각의 전압에서 화소 사이의 투과율변동은 극히 낮았고, 균일하고 풍부한 계조특성을 가진 표시장치를 얻었다.
[실시예 7]
제42도는 본 실시예에 사용되는 화소를 도시한 단면도이다.
상부기판(1601)은 리프팅 오프(lifting off)하여 ITO의 아일랜드형상(4각형상)의 돌기를 배치한 ITO의 500Å 두께의 투명대향전극(1602)으로 도포하였고, 다음에 100Å 두께의 폴리이미드의 배향막(1604)을 형성하여 러빙하였다.
한편, 하부기판(1605)는 화소내에 구배를 형성하고 500Å 두께의 투명대향전극(1606)으로 도포하였고, 100Å 두께의 폴리이미드의 배향막(1607)을 형성하여 최대구배방향으로 러빙하였다.
이와 같이 준비된 상부기판(1601)과 하부기판(1605)을 그 사이에 간격을 가지고 서로 고정하여 역평행셀을 형성하고, 강유전체액정으로 충전하여 액정셀을 얻었다.
제43도는 화소(1701)와 1000Å의 높이와 10㎛ 각을 가지는 돌기(1702)를 포함한 상부기판(1601)의 평면도를 도시한다.
셀에 상이한 전압값을 인가하여 반전영역의 형상을 조사하고, 그 결과는 제44도에 도시되어 있다. 제44도에서, (a)는 저전압인가시의 영역상태를 도시하고, (b)는 중간전압인가시의 영역상태를 도시하고, (c)는 고전압인가시의 영역상태를 도시한다. 반전영역은 일반적으로 직선이 없고, 1차원적인 동작과 양호한 계조특성을 도시하였다.
비교예로서, 각형돌기(1702)를 상부기판에 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기와 같은 방식으로 셀을 준비하였다. 셀은 극성반전드레숄드전압에서 작게 낮아지는 것만을 나타내고, 따라서 0%의 투과율에서의 드레숄드전압(Vth)과 100%의 투과율에서의 포화전압사이의 Vsat/Vth 비율이 크게 형성됨으로써, 정확한 계조제어는 불가능하였다.
[실시예 8]
제45도는 본 실시예에 사용되는 단면도이다. 상부기판(1901)은 리프팅오프하여 ITO의 아일랜드형상(사각)의 돌기(1903)을 배치한 500Å 두께의 ITO의 투명대향전극(1902)으로 도포하였고, 다음에 100㎛ 두께의 폴리이미드의 배향막(1904)을 형성하고 러빙하였다.
한편, 하부기판(1905)은 1∼100MΩ의 시트저항을 나타내는 300Å 두께의 고저항 ITO막의 대향전극(1906)으로 도포하였다. 또한 화소를 구성하는 대향전극(1906)의 양쪽위에 1000Å 두께를 가지는 Al 전극(1907)을 배치하였고, 전체전극은 100Å 두께의 폴리이미드의 배향막으로 도포하여 러빙하였다.
이와같이 준비된 상부기판(1901)과 하부기판(1905)을 서로 간격을 두고, 고정하여 역평행셀을 형성하고, 강유전체액정을 충전하여 액정셀을 형성하였다.
다음에, Al 전극중 하나를 접지하였고, 10V 정도의 바이어스전압(Vb)을 다른쪽에 인가하여 화소의 러빙방향과 평행하게 1차원적인 전위구배를 전개하였다.
다음에, 셀의 대향전극(1902),(1906) 사이에 상이한 전압값을 인가한 상태에서 합성반전영역의 형상을 조사하였다. 결과적으로, 상이한 전압으로 발생된 반전영역은 제44도에 도시한 바와 대략 같고, 양호한 계조특성을 얻었다.
[실시예 9]
제46도는 본 실시예에 의한 액정표시장치의 화소패턴을 도시한다. 200㎛ 각의 크기인 각각의 화소(1)는 기판의 투명막전극상에 5㎛의 간격과 3㎛의 폭으로 배치된 줄무늬돌기(21)를 형성하였다.
제47도는 제46도의 C-C' 라인을 따라서 셀의 단면을 도시한다. 상기 셀은 150nm 두께의 ITO막(13)으로 도포된 유리기판(11),(12)을 포함하고, 전자는 화소패턴으로 형성되고, 후자는 화소패턴으로 형성되고 또한 2개의 리소그래피공정에 의해 줄무늬돌기(21)를 형성한다. 줄무늬돌기는 70nm 정도의 높이를 가지도록 형성하였다. ITO막(13),(14)은 약 20nm 두께의 폴리이미드막(13a),(14a)으로 도포하여 러빙하였다.
제48도에서, 줄무늬돌기를 형성한 상부기판(12)상에는 방향(γ1)으로 러빙을 행하였고 줄무늬돌기가 없는 상부기판(11)상에는 방향(γ2)으로 러빙을 행하였다. 상부기판으로부터 하부기판의 방향으로 보는 바와같이, 줄무늬방향에 대해서 각각, 0°의 각도를 형성하도록 방향(γ1)을 설정하고, 10°의 시계방향의 각도를 형성하도록 방향(γ2)을 설정하였다.
다음에, 기판을 0.12의 갭으로 서로 고정하여 평행셀을 형성하였고, 15° 정도의 키럴스메틱 C상의 원추각과 30℃에서 10㎛ 정도의 키럴피치를 나타내는 유전체액정(CS-1014에 의거한 블렌드)으로 충전하였다.
이와같이 준비된 액정셀은 양호한 배향을 나타내었다. 셀에서, 액정분자의 쌍안정방향 사이의 2등분선의 방향은 줄무늬방향에 대해서 -2°의 반시계 방향의 각도를 형성하는 방향이었다.
이와같이 준비된 셀의 한쌍의 전극 사이에, 제28도에 도시한 바와같은 펄스전압을 인가한 상태에서 광학응답특성을 조사하였다. 본 실시예에서는, △t=50㎲, Vap=16∼30V이었다. 흑색의 초기상태를 가지는 4×4 화소의 매트릭스를, 반전영역의 형상을 조사하기 위해 각각의 컬럼에 대해서 상이한 펄스전압(Vap)을 인가한 상태에서, 조사하였다. 결과적으로, 상이한 전압으로 인가된 화소는 제49도에 도시한 바와같은 화소상태를 나타내었다. 반전영역은 줄무늬방향으로부터 88°의 방향으로 연장되었다. 줄무늬영역을 8㎛ 정도의 피치와 실제로 화소를 가로지르는 길이로 형성되었다. 동일 전압에서 화소간의 투과율변동은 극히 작았고, 중력의 반전중심은 각 화소의 근처에서 일정하였다.
또한, 돌기가 없는 상부기판상의 러빙방향은 줄무늬방향에 대해서 10°, 5°, 0°, -5°의 방향(γ2)이 되는 것을 제외하고는 근본적으로 상기한 바와 동일한 방식으로 4개의 부가적인 셀을 준비하였다. 각각의 셀은 양호한 특성을 나타내었다.
또한, 러빙방향(γ1),(γ2)을 각각 0°와 -8°로 선택하면서 양쪽기판에 동일한 줄무늬돌기를 형성하고, 상기 줄무늬돌기가 서로 평행하도록 기판을 서로 고정함으로써, 부가적인 셀을 준비하였다. 이와같이 얻은 셀은 실질적으로 동일한 결과를 나타내었다.
[실시예 10]
러빙방향(γ1),(γ2)을 각각 0°와 180°의 각도로 설정한 것을 제외하고는 제9실시예와 동일한 방식으로 액정셀을 준비하였다. 셀의 양안정상태 사이의 2등분선의 방향은 줄무늬방향과 실제로 일치하였다. 제9실시예와 동일한 방법으로 광학응답특성의 측정결과로서, 양호한 계조제어특성을 가지는 균일한 표시를 얻을 수 있었다.
[실시예 11]
제50도는 본 실시예의 액정표시장치에 사용된 기판상에 형성된 줄무늬돌기와 화소패턴을 도시한다. 200㎛ 각의 각 화소(1201)는 3㎛폭의 줄무늬돌기(1202)를 형성하고, 1㎛(밀한 부분에서) 내지 15㎛(소한 부분에서)의 간격으로 배치된다. γ1과 γ2를 실질적으로 평행한 방향으로 취한 것을 제외하고는 실시예9와 동일한 방식으로 기판과 기타(준비방법, 액정재료, 셀갭)을 사용하여 액정셀을 준비하였다. 셀은 양호한 배향상태를 나타내었다.
줄무늬방향에 대해 보다 멀리 떨어진 쌍안정상태중 어느 하나가 리세트위치(흑색상태)를 형성하도록 위치가 설정된 크로스니콜편광자(cross nicol-polarizer)를 셀에 배치하였다. 다음에, 셀에 상이한 펄스전압(Vap)을 인가하여 반전영역의 형상을 검사하였고, 그 결과는 제51도에 도시한다. 반전영역은 가장 좁은 간격으로 배치된 줄무늬돌기를 가지는 위치에서 최초로 발생하였다. 본 실시예의 전압대투과율특성곡선은 제52도에 도시한다. 제52도에 도시한 바와같이, 계조제어범위(전압폭)를 넓게 취할 수 있었다. 일정한 전압에서 화소간의 투과율변동은 극히 작았고, 균일하고 풍부한 계조특성을 가지는 표시를 실현하였다.
[실시예 12]
줄무늬돌기를 가진 기판에 대한 러빙을 생략하였고 다른 기판에 대해서만 러빙처리를 -10°의 반시계방향의 각도로 방향(γ2)으로 행한 것을 제외하고는 근본적으로 제11실시예와 동일한 방식으로 액정셀을 준비하였다. 셀은 제11실시예에서와 같이 실질적으로 동일한 배향상태를 형성하고 또한 제11실시예와 마찬가지로 양호한 광학응답특성을 가졌다.
[실시예 13]
제13도는 줄무늬돌기(1502)의 화소영역(1501)을 도시한다. 보다 상세하게는, 200㎛ 각의 각 화소영역을 각각의 상이한 피치로 3㎛폭의 줄무늬돌기(1502)를 형성한 9개의 영역으로 분할하였다. 또한, 줄무늬피치가 1㎛(영역(1))로부터 9㎛(영역(9))까지 서서히 증가되도록 9개의 영역은 상이한 줄무늬피치를 가졌다. 줄무늬돌기 자체는 제9실시예와 동일한 방식으로 준비하였다.
상기한 바와같은 화소와 돌기패턴을 가지는 하부기판과, 제9실시예와 동일한 방식으로 준비하도록 제9실시예에서 사용된 것과 동일한 상부기판을 결합하였다. 합성셀은 양호한 배향상태를 나타내었다.
셀은, 줄무늬방향에 대해 보다 멀리 떨어진 쌍안정상태중 어느 하나가 리세트위치(흑색상태)를 형성하도록 하는 위치에 설정된 크로스니콜 편광판을 가지고 있다. 다음에, 상이한 펄스전압(Vap)을 셀에 인가한 상태에서 반전영역의 형상을 검사하였고, 그 결과는 제54도에 개략적으로 도시되어 있다. 반전영역은 줄무늬돌기가 가장 좁은 간격으로 배치된 영역(1)에서 최초로 발생하였다.
제54도의 아래부분에 도시된 바와같이, 영역(A),(B),(C) (제53도의 (1),(3),(7))에서 얻은 전압대투과율특성곡선을 얻었다.
또한, 크로스니콜편광자의 위치는, 줄무늬방향에 근접한 액정분자의 쌍안정상태중 어느 하나가 리세트위치(흑색상태)를 형성하도록, 이동되었다. 다음에, 셀은 상이한 전압(Vap)이 인가된 상태에서 반전영역의 형상을 조사하였고, 그 결과는 제55도에 개략적으로 도시되어 있다. 반전영역은 줄무늬 돌기가 가장 넓은 간격으로 배치된 영역(9)에서 최초로 발생하였다. 제55의 아래부분에 도시된 바와같이, 영역(A),(B),(C)(제53도의 (1),(3),(7))에서 얻은 전압대 투과율곡선을 얻었다.
어느 경우에도, 1화소내에서 상이한 반전드레숄드전압으로 복수의 영역을 형성할 수 있었고, 또한 제11실시예와 마찬가지로 균일할고 풍부한 계조특성을 가지는 표시를 실현할 수 있었다.
[실시예 14]
러빙방향(γ1),(γ2)이 각각 0°와 180°(역병렬)의 각도로 설정된 것을 제외하고는 제53도에 도시한 바와같은 줄무늬돌기를 가지는 하부기판의 사용을 포함하는 제13실시예와 동일한 방식으로 액정셀을 준비하였다. 또한, 셀은 제13실시예와 마찬가지로 균일하고 풍부한 계조특성을 가지는 표시를 형성하였다.
[실시예 15]
제56도는 본 실시예에 의한 액정표시의 셀구조를 도시한다.
유리기판(1911)을 포함한 상부기판은 패턴화된 ITO(투명)전극(1912)과 폴리이미드로 도포된 폴리이미드배향막(1913)이 형성되었다. 유리기판(1914)을 포함한 하부기판은 패턴화된 ITO(투명)전극(1915)과 그 위에 형성된 ITO 줄무늬돌기(1916), 폴리이미드배향막(1917)이 형성되었다. ITO전극(1912),(1915)는 양 기판상에 200㎛의 폭과 20㎛의 간격으로 형성되었다. 하부기판상의 줄무늬돌기(1916)는 3㎛의 폭 및 1㎛(밀한 부분에서) 내지 15㎛(소한 부분에서)의 범위를 가지는 간격으로 배치되었다.
그외에는 제11실시예에서와 동일한 방식으로 두 기판을 사용하여 액정셀을 준비하였고, 또한 리빙방향(γ1),(γ2)도 제11실시예에서와 같이 거의 평행하게 하였다.
본 실시에에서는, 투명전극과 줄무늬돌기는 그 사이의 간격을 포함한 인접한 화소에 대해서 연속적이었다. 상기 배향은 러빙에 의해 양호한 균일성을 가졌다.
이와같이 제조된 셀은, 액정재료를 동방향온도까지 가열하고 주입의 불규칙성을 최소로 억제하기 위해 줄무늬의 방향으로 상기 액정재료를 주입함으로써, 제1실시예의 액정재료를 충전하였다.
이와 같이 얻은 셀은 양호한 배향상태를 나타내었다. 상기 셀은 줄무늬방향에 대해서 보다 먼 쌍안정상태중 어느 하나가 리세트위치(흑색상태)를 형성하도록 하는 위치에 설정된 크로스니콜편광자를 설치하였고, 다음에 제11실시예와 동일한 방식으로 상이한 펄스전압을 인가하여 구동하였고, 결과적으로 양호한 계조표시특성을 얻었다. 또한, 크로스니콜편광자의 위치는, 줄무늬방향에 인접한 액정분자의 쌍안정상태중 어느 하나를 리세트위치(흑색상태)를 형성하도록, 이동되었다. 다음에 상이한 전압을 인가하여 셀을 구동하였고, 결과적으로 양호한 계조표시특성을 얻었다.
상기한 바와같이, 본 발명에 따르면, 해프톤표시의 양호한 재현성을 유지하면서 소정의 인가신호대투과율특성(γ-특성)을 가지는 해프톤 또는 계조표시를 행할 수 있다. 또한 실질적으로 복잡한 장치구조를 필요로함이 없이, 계조레벨의 증가된 수 및 고선명성을 가지는 양호한 해프톤표시를 고속으로 행할 수 있다.
[실시예 16]
본 실시예에서는, 제18도에 도시한 바와같은 본 발명에 의한 액정광학장치를 준비하였다.
우선, 1.1m 두께의 유리판(11),(12)을 약 700Å 두께의 ITO막(13),(14)으로 스퍼터링법에 의해 피복하여, 투명전극기판(10a),(10b)을 형성하였다.
다음에, 50Å의 평균입자크기를 가지는 산화주석-안티몬(SnO2-Sb)의 초미립자혼합물을 실록산중합체에 분산하여 분산액을 형성하고, 다음에 1000∼3000rpm 정도로 회전하는 스피너(Spinner)에 의해 투명전극기판(10a),(10b)에 도포하였고, 150℃에서 60분동안 가열하여 70중량%의 상기 초미세입자를 함유하는 약 1000Å 두께의 폴리실록산막(3a),(3b)을 형성하였다. 또한, 중합체분산밀도와 스피너의 도포조건을 제어함으로써, 100Å 내지 수천 Å (예를들면 3000Å)의 범위내에서 막두께를 제어하였다. 또한, 막의 도전성과 기타 전기특성은 중합체분산액내에 있는 초미세입자의 혼합율과 초미세입자의 분산율을 변화시킴으로써 광범위하게 변경시킬 수 있다.
다음에, 미세입자분산막(3a),(3b)은, 0.8중량% 정도의 수지농도를 가진 폴리이미드막형성액(LQ-1802)의 묽은 용액으로 200rpm으로 20초동안 회전하는 스피너에 의해 도포되었고 80℃에서 건조하였고 1시간동안 270℃에서 베이킹(baking)하였다. 따라서 약 30°두께의 배향제어막(4a),(4b)을 형성하였다.
상기 막두께는, 자동엘립소메터(ellipsometer)(가드너(Gardner)회사로부터 구입가능)를 사용하여 측정함으로써, 상기한 것과 동일 조건하에서 크롬판상에 형성된 폴리이미드층에 대해서 우선 확인되었고, 다음에 장치상의 상기 피복층을 전자현미경으로 직접 관찰하여 층유지부분에서 약 30Å의 평균층두께를 가지는 폴리이미드층내의 모든 곳에서 핀홀의 존재를 확인하였다.
또한, 폴리이미드층(4a),(4b)의 표면을 러빙한 다음, 폴리이미드층중 어느 하나에 1.4㎛ 직경의 실리카 비드를 함유한 분산용액을 도포하고 건조하였다. 다른 기판에 대해서는, 에폭시접착제를 규정된 부분에 도포하였고, 광온도에 의해 건조하였다. 다음에, 한쌍의 기판이 배치되어 서로 고정하여 평행러빙셀(제20도(a))을 형성하였고, 다음에 7nC/㎠ 정도의 자발적인 편광을 가지는 강유전체액정재료를 진공주입에 의해 충전하였다.
이와같이 준비된 액정셀은 균일한 배향상태를 나타내었다. 셀을 매트릭스계조구동을 행했을 때, 제22도에 도시된 바와같은 화소(A),(B) 사이에 변동없이 양호한 계조특성을 얻었다.
[실시예 17]
한쌍의 기판을 제16실시예와 동일한 방식으로 배향제어층의 형성까지를 처리하였고, 기판을 서로 고정하여 역병렬셀을 형성한 다음에, 제16실시예와 동일한 강유전체액정재료를 충전하였다. 액정을 주사한 직후에, 액정은 어느 상태에서 전체셀 영역에 대해서 구배상태로 하였다. 그러나, 30V, 10Hz의 구형파 AC 전계를 인가한 상태에서 강유전체액정의 SmA상으로부터 Sm*C상까지 셀을 서서히 냉각하면, 강유전체액정은 높은 균질성을 가지는 균일한 배향상태로 되고 강유전체액정분자의 메모리상태 사이에서 증가된 피상절환각을 형성하였다.
셀이 제16실시예와 마찬가지로 계조 구동되었을때에, 제57도의 점선으로 나타난 제16실시예보다 양호한 제57도의 실선으로 나타난 양호한 계조표시특성을 셀이 나타내었다.
[비교예 1]
미세입자분산막(3a),(3b)를 형성하지 않은 것을 제외하고는 제17실시예와 동일한 방식으로 액정셀을 준비하였다.
제17실시예와 동일한 방식으로 AC인가처리를 행한후에도, 제17실시예보다 확실하게 불량한 배향특성과 계조특성만을 셀이 형성하였다.
[실시예 18]
본 실시예에서는, 제24도에 도시한 바와같은 액정광학장치를 준비하였다.
제16실시예와 마찬가지로 약 700Å 두께의 ITO막(13),(14)을 1.1㎜ 두께의 유리기판에 도포하여 투명전극기판(10a),(10b)을 형성하였고, 약 1000Å 두께의 SiO2막을 도포하였고, 다음에 200㎛ 각의 화소 영역내에서 20㎛의 피치로 5㎛ 각의 돌기(7)가 남도록 패턴화하였다.
다음에, 기판상에 미세입자분산층(3a),(3b)과 폴리이미드배향제어층(4a),(4b)를 제16실시예와 동일한 방식으로 형성하였고, 결과적으로 미세입자분산층(3a),(3b)상의 모든 곳에서 폴리이미드층(4a),(4b)의 핀홀이 관찰되었다.
폴리이미드층(4a),(4b)을 러빙한 후에, 제16실시예와 동일한 방식으로 셀을 준비하였고, 진공상태에서 동일한 강유전체액정재를 충전하였다.
본 실시예의 상기 장치는 제16실시예에 비해 한층더 양호한 배향상태와 균일한 계조특성을 나타내었다.
상기한 제16실시예 내지 제18실시예에 따르면, 다수의 화소를 포함한 큰 영역을 가지는 정화상과 동화상으로 사용하기에 알맞고 또한 계조구동 균일함과 양호한 특성에 알맞는 액정광학장치를 제공할 수 있다.
제58도는 본 발명에 따른 액정표시장치(LC패널)의 일예를 포함한 화상표시장치의 일예를 나타낸다. 이 장치는 500×500 매트릭스화소를 가지는 LC패널, 클록펄스발생기(1802), 동기화회로(1803), 시프트레지스터(1804)와 애널로그스위치(1805)를 포함한 주사신호파형발생기(1806), 예를들면 프레임메모리(1807)로부터 화상데이터를 수신하고 이 화상데이터를 구동신호로 변환하는 데이터신호발생기(1808)를 포함한다. 이 회로는, LC패널을 구성하는 매트릭스기판의 상부와 하부의 어느한쪽 또는 양쪽이나 좌측과 우측의 어느한쪽 또는 양쪽에 배치할 수 있다. 해프톤신호를 반송하는 데이터신호파형을, 계조데이터를 형성하는 보통의 방법으로, 전압변조신호로 인가한다. 그러나, 펄스폭변조신호 또는 위상변조신호를 사용할 수 있다. 이것은, 키럴스메틱 C층의 방향으로 탄성전파에 의해 결합된 영역을, 영역성장을 위해, 사용할 때, 전파시간을 제어하도록 사용된다.

Claims (19)

  1. 한쌍의 대향전극(1201,1202;1602,1606)이 대향전극 사이에 배치된 강유전체액정으로 이루어진 액정표시장치에 있어서, 상기 대향전극중 적어도 하나에는 선의 형태로 강유전체액정의 극성반전드레숄드전압이 하강하도록 하는 수단(1203,1204;1603)을 형성하고, 상기 대향전극중 적어도 하나에는 낮아지는 극성반전드레숄드전압의 선의 방향으로 극성반전영역의 형상을 변화하도록 하는 수단(1203,1204;1605)을 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 극성반전드레숄드전압을 하강하도록 하는 수단은 선에 배치된 아일랜드형상의 불균일한 형상으로 이루어지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 극성반전드레숄드전압을 하강하도록 하는 수단은, 평행으로 배치된 줄무늬형상의 불균일한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 극성 반전영역의 형상을 변화하도록 하는 수단은, 극성반전드레숄드전압의 선과 일직선으로 배치된 아일랜드형상 또는 줄무늬형상의 오목볼록함(1203,1204)을 포함한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 극성반전영역의 형상을 변화하도록 하는 수단은, 하강된 극성반전드레숄드전압의 선을 따르는 방향으로 서서히 증가하거나 감소하기 위해 강유전체액정에 전계를 인가하도록 하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하강된 극성반전드레숄드전압의 선을 따른 방향으로 서서히 증가하거나 감소하기 위해 강유전체액정에 전계를 인가하도록 하는 수단은, 하강된 극성반전드레숄드전압의 선의 방향으로 증가하거나 감소하는 변화하는 밀도로 배치된 아일랜드형상 또는 줄무늬형상의 오목볼록함을 포함한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 하강된 극성반전드레숄드전압의 선을 따른 방향으로 서서히 증가하거나 감소하기 위해 강유전체액정에 전계를 인가하도록 하는 수단은, 하강된 극성반전드레숄드전압의 선을 따르는 방향으로 형성된 구배로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 하강된 극성반전드레숄드전압의 선을 따르는 방향으로 서서히 증가하거나 감소하기 위해 강유전체액정에 전계를 인가하도록 하는 수단은, 하강된 극성반전드레숄드전압의 선을 따르는 방향으로 대향전극중 어느 하나를 가로질러서 바이어스전압을 인가하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 한쌍의 대향전극을 각각 가지는 복수개의 화소와, 쌍안정상태를 전개하도록 상기 대향전극 사이에 배치된 강유전체 스메틱액정으로 이루어지고, 또, 상기 대향전극 사이에 해프톤(halftone)신호를 인가하는 해프톤신호인가수단(1808)을 구비하며, 상기 각 화소에는 액정의 스메틱층에 평행한 줄무늬패턴의 해프톤신호에 응답하여 극성반전영역(23)을 전개하도록 국부적으로 상이한 반전드레숄드전압을 형성한 것을 특징으로 하는 액정장치.
  10. 제9항에 있어서, 극성반전영역은, 변화하는 해프톤을 표시하기 위해 변화하는 크기 및/또는 밀도를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 액정장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 해프톤신호는 상이한 파고 및/또는 펄스폭을 가지는 복수의 신호로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정장치.
  12. 한쌍의 대향전극을 각각 가지는 복수개의 화소와, 쌍안정상태를 전개하기 위해 상기 대향전극 사이에 배치된 강유전체 스메틱액정으로 이루어진 액정장치에 있어서, 상기 대향전극중 적어도 하나에는, 액정의 쌍안정상태에서 두분자의 배향방향(n1, n2)이 예각을 형성하도록 하는 방향으로 연장되는 줄무늬의 불균일한 형상(21)이 형성되고, 상기 예각중에서 절대값으로 최소가 되는 예각은 키럴스메틱상(chiral smectic phase)으로 강유전체액정의 원추각(θ)을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 액정장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 강유전체액정은 원추각을 초과하지 않는 줄무늬의 불균일한 형상의 방향으로 예각을 형성하는 층의 접선방향을 형성하는 스메틱층을 형성하도록 배치된 것을 특징으로 하는 액정장치.
  14. 제12항에 있어서, 줄무늬의 불균일한 형상을 형성하는 대향전극에 관계되는 러빙방향(L)과 상기 줄무늬의 불균일한 형상(21)의 방향은 원추각 이하의 절대값이 그 사이에 부여되는 예각을 형성하고 상기 러빙방향과, 다른 대향전극에 관계되는 러빙방향은 원추각의 2배 이하의 절대값이 그 사이에 부여되는 예각을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정장치.
  15. 제12항에 있어서, 줄무늬의 불균일한 형상이 형성된 대향전극에 반대되는 대향전극쪽에 러빙을 행하는 것을 특징으로 하는 액정장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 한쌍의 대향전극의 양쪽에 평행방향 또는 역평행(anti parallel)방향으로 러빙을 행하는 것을 특징으로 하는 액정장치.
  17. 제12항에 있어서, 각각의 화소는 상이한 피치로 배치된 줄무늬의 불균일한 형상을 각각 가지는 복수의 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 강유전체액정은, 줄무늬의 불균일한 형상의 방향에 인접한 쌍안정 상태에서 두 개의 분자 배향방향중 어느 하나로 리세트되고, 줄무늬의 불균일한 형상은, 비교적 큰 반전드레숄드전압을 형성하는 줄무늬의 불균일한 형상을 가지는 비교적 작은 배향밀도의 영역을 포함한 복수의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정장치.
  19. 제12항에 있어서, 강유전체액정은 줄무늬의 불균일한 형상의 방향으로부터 더 먼 쌍안정 상태에서 2개의 분자배향방향중 어느 하나에 리세트되고, 줄무늬의 불균일한 형상이 비교적 작은 반전드레숄드전압을 형성하는 줄무늬의 불균일한 형상을 가지는 비교적 작은 배향밀도의 영역을 포함하는 복수의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정장치.
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