KR100237280B1 - 액정 소자 및 액정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치되어 있는 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있는 액정 소자에 관한 것이다. 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층 공간 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각 보다 더 작은 층 경사각을 갖도록 배향되거나 서가 구조를 형성하도록 기판에 대해 수직 방향으로 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 실질적인 경사각 또는 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산도니 층경사각과 실질적으로 동등한 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치된다. 상기한 제1 및 제2영역을 갖는 액정 소자는 콘트라스트 비 및 구동차 변수를 개선하는데 효과적이다.

Description

액정 소자 및 액정 장치
제1도는 본 발명에 따른 액정 소자의 실시 양태의 개략 단면도.
제2도는 본 발명의 액정 소자 및 그래픽 콘트롤러로 이루어진 디스플레이 장치를 나타내는 블럭도.
제3도는 액정 디스플레이 장치와 그래픽 콘트롤러에 대한 신호 전달과 구동사이의 시간의 상관 관계를 나타낸 화상 데이타 교류의 시간 차트.
제4도는 제6(b)도에 나타낸 시간-연속 파형을 사용한 실제구동에 의해 얻어진 디스플레이 패턴의 예시도.
제5도는 전극 매트릭스의 설계도.
제6(a)도는 유닛 구동 파형의 실시 양태.
제6(b)도는 제6(a)도에 나타낸 일련의 유닛 파형을 포함하는 시간-연속 파형.
제7도는 서로 다른 구동 전압의 인가하에 투광도의 변화를 나타낸 V-T 특성차트.
제8도는 본 발명에 대해서와 같이 실험예에서 사용되는 X-선 회절 장치의 단면도.
제9도 내지 13도는 각각 본 발명에서와 같이, 실험예에서 측정된 액정 소자내의 액정의 X-선 프로필을 나타낸 차트.
제14도는 본 발명에서와 같이 실험 실시예에서 콘트라스트의 측정을 위하여 사용되는 구동 파형의 세트.
제15도는 구동차(M2 차)를 나타내는 단면도.
제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도는 각각 스멕틱층 구조를 나타내는 것으로, 제16(a)도는 통상의 쉐브론 구조를 나타내고; 제16(b)도는 제1(P1) 영역중의 서가 구조와 스멕틱 액정층이 본 발명의 액정 소자중에 포함된 스멕틱 액정에 대해, 동일한 방향으로 절곡된 제2(P2) 영역중의 쉐브론 구조를 나타내고; 제16(c)도는 제1(P1) 영역중의 서가 구조와 스멕틱 액정층이 본 발명의 액정 소자 중에 포함된 스멕틱 액정에 대해, 상이한 두가지 방향으로 절곡된 제1(P2) 영역중의 쉐브론 구조를 나타냄.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정층 2 : 기판
3 : 투명층 4 : 배향 조절층
5 : 밀봉제 8 : 편광기
9 : 광원 101 : 액정 디스플레이 장치
102 : 그래픽 콘트롤러 103 : 디스플레이 패널
104 : 스캐닝 라인 구동 회로 105 : 데이타 라인 구동 회로
107 : 스캐닝 라인 구동 회로 108 : 쉬프트 레지스터
109 : 라인 메모리 110 : 데이타 시그널 발생기
111 : 구동 조절 회로 112 : 그래픽 중앙 프로세싱 유닛
113 : 호스트 중앙 프로세싱 유닛 114 : 화상 데이타 저장 메모리
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 평판 디스플레이, 프로젝션 디스플레이, 프린터 등에 사용하기 위한 스멕틱 액정을 사용하는 액정 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 액정 소자를 사용하는 액정 장치, 특히 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
널리 사용되는 액정 소자의 타입으로는, 문헌 : M. Schadt and W. Helfrich, "Applied Physics Letters", Vol. 18, No. 4 (1971년 2월 17일), 127 내지 128면에 개시되어 있는 트위스트 네마틱(TN) 액정 타입을 포함한, 공지된 액정 소자가 있다.
TN-액정을 사용하는 액정 소자로는 용이한 소자 제조 및 제조 단가면에서 유리한 단순 매트릭스 타입 액정 소자가 있다. 그러나 상기 타입의 액정 소자는 픽셀 밀도가 높은 전극 매트릭스를 사용함으로써 다중 방식으로 구동될 경우 누화(漏話)를 일으키기 쉬어, 다수의 픽셀이 수축되는 문제점이 수반된다. 또한, 그러한 액정 소자는 감응 속도가 10 밀리초 이상으로 느리며, 용도도 디스플레이용으로 한정된다.
상기와 같은 단순 매트릭스 타입 액정 소자와는 대조적으로, TFT 타입 액정소자가 최근에 개발되었는데, 여기에서는 각각의 픽셀에 TFT(박막 트랜지스터)가 제공되어 이에 의해 구동된다. 결과, 누화 및 감응 속도의 문제점이 해결될 수 있었지만, 한편으로는, 상기 타입의 면적이 더 넓은 소자는 픽셀을 열화시키지 않으면서 이들을 산업적으로 제조하기 극히 어렵다. 또한, 그러한 제조가 가능하다 하더라도, 제조 단가가 엄청나게 증가할 수 있다.
통상적인 타입의 액정 소자의 상기 언급한 난점을 개선하기 위하여, 양쪽안정성을 나타내는 액정을 사용하는 액정 소자가 클라크와 라거웰에 의해 제안되었다 (Clark and Lagerwell : 일본 공개 특허 공보(JP-A) 제56-107216호; 미국 특허 제4,367,924호). 양쪽안정성을 나타내는 액정으로서, 키랄 스멕틱 C 상(SmC*)을 갖는 키랄 스멕틱 또는 강유전성 액정이 일반적으로 사용된다. 상기와 같은 키랄 스멕틱 (강유전성) 액정은 이의 자발적 분극성을 기준으로 스위칭을 역위시키기 때문에 감응 속도가 매우 신속하다. 따라서, 메모리 특성을 나타내는 양쪽안정 상태를 갖는 키랄 스멕틱 액정이 개발되었으며 이는 또한 조망 각도 특성 (viewing angle characteristic)이 탁월하다. 따라서, 키랄 스멕틱 액정은 고속, 고해상도 및 거대 면적의 디스플레이 장치 및 광 밸브를 구성하는데 적합한 것으로 고려된다.
상기와 같은 키랄 스멕틱 액정은 지그재그형 배향이 발생하여 콘트라스트가 현저히 저하되는 것과 같은 문제점이 수반된다 [참조 : "Structures and Properties of Ferroelectric Liquid Crystals" (일본어) authored by Atsuo Fukuda and Hideo Takezoe; Corona Publishing Co., Ltd., (1990)). 상기 단점은 한쌍의 기판사이의 절곡 방향과 이의 절곡 각도 (즉, 기판 정상을 기준으로한 층 경사 각도 δ)가 상이한 2가지 타입의 쉐브론 구조를 포함하는 키랄 스멕틱 액정의 스멕틱층 구조에 기여할 것으로 고려된다.
최근에, 상기 단점을 갖는 절곡 쉐브론 구조가 아닌 스멕틱 액정층이 기판에 대해 실질적으로 수직인 서가(bookshelf)형 구조 또는 서로 밀착된 구조인 액정층 구조를 형성시킴으로써, 높은 콘트라스트를 제공하는 액정 소자를 실현시키는 방법이 연구되었다.
예를들면, 서가형 구조 또는 서로 밀착된 구조를 제공하는 액정 물질로서, 퍼플루오로알킬 에테르 말단쇄를 갖는 중간상 화합물 (미국 특허 제5,262,082호), 상기와 같은 중간상 화합물을 함유하는 액정 조성물 (Marc D. Raddiffe et al. The 4th International Ferroelectric Liquid Crystal Conference, p-46(1993)) 등이 제안된 바있다. 상기와 같은 액정 물질을 사용함으로써, 서가 구조 또는 액정 물질 자체의 특성을 기준으로하는 층 경사 각도가 작은 유사한 구조를 제공할 수 있다.
그러나, 본 발명자들의 상세한 관찰에 따르면, 층간격, 즉, 각각의 스멕틱층의 폭에서의 변화가 온도 의존성이기 때문에 스멕틱층의 경사 각도 δ가 필수적으로 발생하고 따라서 몇°이하이지만 0(zero)°는 아닌 일정 수치를 갖는다. 따라서, 배향 조절이 충분하고 정확하게 수행되지 않는 경우, 쉐브론 구조가 수많은 경우가 있어서 명맥하게 일치하지 않는 데 기인한 상기의 지그재그 결점에도 불구하고 절곡 스멕틱 층의 존재하에서 층 구조의 불연속성으로 인하여 경사 라인이 일치하게 된다.
상기와 갖은 액정 배향 특성을 갖는 액정 소자를 단순 매트릭스 구동 도식의 디스플레이 소자로서 사용하는 경우, 변환 신호와 유사한 데이타 신호가 연속적으로 인가될 때, 상기 경사 라인으로부터 발생되는 액정 분자의 역 도메인 및 스위칭 코운상의 분자 위치에서 요동 정도가 증가하게 된다. 결과로서, 액정 소자는 작은 구동차를 제공하게되며 구동시 콘트라스트가 갑자기 감소되는 현상을 일으킨다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
상기 언급한 상황의 관점에서, 본 발명의 목적은 높은 콘트라스트와 넓은 구동차를 제공할 수 있으며 소자의 구동시 콘트라스트 저하를 억제할 수 있는 키랄 스멕틱 액정 또는 강유전성 액정을 사용하는 액정 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 액정 소자를 사용하는 액정 장치를 제공하는 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명의 첫번째 양태에 따라서, 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각 보다 더 작은 층 경사각을 갖도록 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 실질적인 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어있는 액정 소자가 제공된다.
본 발명의 두번째 양태에 따라서, 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각 보다 더 작은 층 경사각을 갖도록 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각과 실질적으로 동등한 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어 있는 액정 소자가 제공된다.
본 발명의 세번째 양태에 따라서, 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 서가 구조를 형성하도록 기판에 대해 실질적으로 수직 방향으로 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 실질적인 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어있는 액정 소자가 제공된다.
본 발명의 네번째 양태에 따라서, 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 서가 구조를 형성하도록 기판에 대해 실질적으로 수직 방향으로 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각과 실질적으로 동등한 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어 있는 액정 소자가 제공된다.
본 발명은 또한 제1 내지 제4양태의 상기 언급한 액정 소자 중 하나와 소자를 구동시키기 위한 구동 장치를 포함하는 액정 장치를 제공한다.
본 발명의 이들 및 기타 목적, 양태 및 첨부되는 도면과 함께 본 발명의 바람직한 양태의 하기 기재 내용을 고려할 때 더욱 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 액정 소자는 액정 물질, 배향 조절 필름 물질 및 이의 두께, 배향 처리법 및 생산 조건(예, 냉각 속도 및 외부 전기장 인가)과 같은, 수개의 변수를 적합하게 선택하고 조절함으로써 특이 면적 비율에서의 배향 특성이 상이한 제1영역과 제2영역을 포함하는 광학 변조 영역(예, 디스플레이 영역)을 갖는다.
제1영역은 스멕틱 액정(특히 키랄 스멕틱 액정 조성물)이 온도 의존성 층간격 변화특성을 기준으로 계산된 층 경사각 보다 작은 층 경사각을 제공하는 다수의 스멕틱(액정)층을 갖는 영역(상기한 제1 및 제2 양태에 따른 소자) 또는 스멕틱 액정층이 기판에 대해 실질적으로 수직 방향으로 배향되어 서가 구조를 형성하는 영역(상기한 제3 및 제4 양태에 따른 소자)이다.
한편, 제2영역은 스멕틱 액정층이 실질적인 경사각을 갖거나 (제1 및 제3양태의 소자에서) 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각과 실질적으로 동등한 층 경사각을 갖는 (제2 및 제4양태의 소자) 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된다.
본 발명에서, 상기한 제2영역 이외에, 상기한 제1영역이 특이적 면적 비율로 광학 변조 영역중에 명백하게 존재하여, 정밀한 배향 결함을 최소화하거나 억제하여 정밀도가 양호한 배향 특성을 제공한다. 결과, 본 액정 소자는 높은 콘트라스트 비 및 개선된 구동차를 효과적으로 실현시켜 이의 디스플레이 특성을 향상시킨다.
본 명세서에서, 용어 제2영역중의 "쉐브론 구조"는 각각의 스멕틱 액정층이 한쌍의 기판 사이에 이들의 중간적인 점(일반적으로 중간점)에서 절곡되어 3°이상, 바람직하게는 3°이상 내지 7°이하의 층 경사각을 제공하는 층 구조를 의미한다. 쉐브론 구조를 구성하고 있는 제2영역에서, 층 경사각은 계산된 층 경사각에 대해 실질적으로 동등한, 즉, 계산된 층 경사각의 80% 이상이다.
한편, 용어 제1영역중의 "서가 구조"는 각각의 스멕틱 층이 실질적으로 절곡되지 않고 한쌍의 기판에 대해 실질적으로 수직 방향으로 확장되는 층 구조를 의미한다.
제1영역은 또한 때때로 스멕틱 액정층이 계산된 층 경사각 보다 작은 층 경사각, 바람직하게는 계산된 층 경사각의 80% 이하 또는 3°이하의 층 경사각을 갖도록 배향된 소위 "쿼시 서가 구조(quasi-bookshelf structure)"일 수 있는 서가 구조와 더욱 가까운 스멕틱 층 구조를 포함할 수 있다. 상기 층 경사각 특성을 만족시키는 한, 스멕틱 액정층은 기판 사이에서 절곡될 수 있다.
본 발명에서는, 스멕틱 액정이 한쌍의 기판 사이에 배치되는 경우 한쌍의 평행한 기판에 대해 기울어지거나 틸트된 스멕틱층 및 정상인 층에 의해 형성되는 각이 층 경사각이다.
기호 δ (또는 δx-선)으로 나타내는 "층 경사각"은 기본적으로 문헌 : Clark and Lagerwall (Japan Display '86, 1986년 9월 30일-10월 2일, 1986, p.p. 456-458)에서 사용되는 방법 또는 문헌 : Ohuchi et al (J.J.A.P., 27(5) (1988), p.p. L725-L728)의 방법과 유사한 X-선 회절 분석법에서 X-선 회절 패턴으로부터 수득한 측정 온도(예, 30℃)에서의 수치를 기준으로 결정된다.
기호 δ(또는 δcal)로 나타내는 "계산된 층 경사각"은 다음 수학식으로부터 계산되어 결정된다:
δ(δcal)=cos-1(dc/dTAC)
상기 식에서 dc는 브래그(Bragg) 식과 함께 X-선 회절 분석법을 통하여 수득한 측정 온도 (예, 30℃)에서 인접한 스멕틱 층 사이의 층간격 거리를 나타내며, dTAC는 브래그식과 함께 X-선 회절 분석법을 통하여 수득한 스멕틱 A(SmA) 상으로부터 (키랄)스멕틱 C(SmC(*))상까지의 상 전이 온도에서의 층간격을 나타낸다.
특히, 본 발명의 제1, 제2 및 제4양태에 따른 액정 소자에서, 제1 및 제2양태가 함께 존재하는 상태를 적합하게 조절하여 층 경사각 δx-선과 계산된 층 경사각 δcal이 특이적 관계식을 만족시켜, 탁월한 소자 특성을 얻도록 한다.
본 발명의 (제1 내지 제4 양태에 따른) 액정 소자에서, 제1영역은 바람직하게는 유효 광학 변조 영역 (디스플레이 영역)을 기준으로하여 10% 이상의 면적 비율을 갖게 되어, 전체적으로 소자내에서 양호한 배향 상태를 효과적으로 제공하여 콘트라스트 비와 구동차를 개선시킬 수 있다. 또한, 제2영역에서 (액정이 배향되어 쉐브론 구조를 형성하는 경우), 실질적인 층 경사각 δx-선은 바람직하게는 7°이하, 더욱 바람직하게는 3 내지 7°이다.
바람직한 양태로, 본 발명의 제1 내지 제4양태에 따르는 액정 소자의 충전 및 냉각 단계에서, 스멕틱 액정은 바람직하게는 전체적인 스멕틱 A(SmA) 상-제공 온도 범위(등방상 액체 상태로 액정을 주입후 점진적인 냉각 또는 (SmA 상) 보다 더 높은 순서의 상으로부터 SmA 상으로의 상 전이에 의해 설정)에서 외부 전기장과 함께 공급될 수 있는 반면, 제1영역(관계식 δx-선<δcal을 만족시키거나 액정이 기판에 대해 수직으로 배향되어 서가 구조를 형성함)이 면적 비율, 특히 전체 유효 광학 변조 영역을 기준으로 40% 이상의 면적 비율에서 현저히 증가된다. 다시 말해서, 스멕틱 액정의 층 구조는 SmA 상에 전기장을 인가함으로써 조절할 수 있다.
이 경우, 전기장 인가는 액정이 자발적으로 분극화되지 않는 SmA상에서 수행한다. 따라서, 상기 면적 비율 증가 효과는 SmA 상에 전기장을 인가함으로써 유발되는 전기클리닉 효과에 기여할 수 있는 것으로 추정된다.
SmA 상에 전기장을 인가하는 것은 SmA 상을 제공하는 전체 온도 범위 (SmA 상 보다) 더 높은 순서의 상이 SmA 상으로 변화되는 상 전이 온도에서 SmA 상이 키랄 스멕틱 C(SmC*)상으로 변화되는 상 전이 온도(TAC)의 온도 범위)에서 1분 이상 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 전체 온도 범위는 바람직하게는 1℃이상일 수 있으며 TAC보다 5℃ 더 높은 온도 T를 포함하는 것이 더욱 바람직하다 (T-TAC=5℃).
인가된 전기장은 바람직하게는 5V 이상의 전압과 1kHz이하의 상대적으로 낮은 주파수를 포함할 수 있다.
이후, 본 발명의 액정 소자는 제1도를 참고로하여 상세하게 기술된다.
제1도는 액정 소자의 구조를 설명하기위한 액정 소자의 실시 양태의 개략적인 단면도이다.
제1도를 참고로 하여, 액정 소자는 스멕틱 액정, 바람직하게는 액정층(1)에 전압을 인가하기위한 투명한 전극(3)을 각각 갖는 한쌍의 기판(2) 사이에 배치되어 있는 키랄 스멕틱 액정 조성물을 포함하는 액정층(1) 및 배향 조절층(4)을 포함한다. 기판(2)의 주변은 밀봉제로 밀봉되어 있다. 기판(2)의 바깥면에 한쌍의 편광기(8)이 배치되어 있어 액정(1)과 함께 광원(9)로부터 입사광 IO를 조절하여 조절된 광 I을 제공할 수 있도록 한다.
액정층(1)의 두께(셀 간격에 대응)는 바람직하게는 5㎛이하이어서 상기한 클라크와 라거웰 타입 셀에서와 같은 양쪽안정성을 실현시킬 수 있다. 두개의 기판(2)는 각각 유리 또는 플라스틱과 같은 투명도가 높은 물질을 포함하며 상기한 패턴(예를 들면, 스트라이프 패턴)을 가지며 예를들면, ITO (인듐-주석 산화물)의 투명한 도전성 필름을 포함하는 투명한 전극(3)으로 피복되어 있다. 기판(2) 중 적어도 한 면상에, 액정의 배향 상태에 영향을 주는 배향 조절층(4)이 형성된다. 배향 조절층(4)용 물질의 예로는 일산화실리콘, 이산화실리콘, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 불화마그네슘, 산화세륨, 불화세륨, 질화실리콘, 탄화실리콘, 또는 질화붕소와 같은 무기물질; 및 폴리비닐 알콜, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에스테르-이미드, 폴리파락실릴렌, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리실록산, 셀룰로오즈 수지, 말라민 수지, 우레아 수지 또는 아크릴산 수지와 같은 유기 물질이 있다. 기판(1) 중 적어도 한 면상에 형성된 배향 조절층(4)를 바람직하게는 동축 배향 처리 (예를들면, 러빙 처리)할 수 있다.
동축 배향 처리된 배향 조절층은 예를들면, 상기 무기 또는 유기 물질을 함유하는 용액을 적용시키거나 상기와 같은 물질을 증착 또는 스퍼터링시킴으로써 기판 (또는 기판위에 형성된 상기한 층)상에 형성시킨다. 상기 제조된 배향 조절층(4)의 표면을 상기한 동축 배향 처리, 예를들면, 표면을 벨벳, 천 또는 종이와 같은 섬유상 물질로 러빙시킨다. (동축 배향 처리된) 배향 조절층(4)는 SiO2와 같은 산화물 또는 질화물의 필름이 기판에 대해 비스듬한 방향으로 기판(들) 상에 증착되는 비스듬한 증착 방법으로 형성시킬 수 있다.
배향 조절층(4)의 두께는 바람직하게는 200Å, 더욱 바람직하게는 100Å이어서, 스위치 성능을 향상시킬 수 있는데, 이는 상기와 같이 얇은 배향 조절층이 자발 분극도 Ps의 스위치에 의해 유발되는 역 전기장의 크기를 저하시키는데 효과적이기 때문이다.
본 발명에서, 한쌍의 기판(1)상에 형성된 배향 조절층(4)을 바람직하게는 사용되는 액정 물질의 종류에 따라서 서로 다르게 배향 처리할 수 있다. 액정 물질(또는 액정 조성물)은 콜레스테릭 상이 없는 화합물이어서 상기한 층 경사각 δ을 제공할 수 있다. 상기와 같은 경우, 사용되는 액정은 등방성(Iso.)상에서 스멕틱(Sm) 상으로의 상 전이로 이의 배향(배향) 상태를 형성하는데, 이때 점진적으로 바토넷(예, 스멕틱상의 섬)이 발생하게 된다. 배향 조절층(4)에 대한 상호간 상이한 배향 처리는 균일한 배향 상태를 갖는 액정을 제공하는데 효과적인데 이는 상기와 같은 셀 구조가 바토넷이 기판 면으로부터 발생하여 기판의 다른면쪽으로 빛나게 하는 것과 같은 현상을 용이하게 일으키는 경향이 있기 때문이다. 더욱 바람직한 양태로, 서로 다른 배향 처리법으로는 배향 조절층에 대한 동축 배향 처리 및 다른 배향 조절층에 대한 다른 배향 처리(예, 비-동축 배향 처리)가 포함될 수 있다. 또한, 서로 다르게 배향 처리한 두개의 배향 조절층이 동축 배향 처리된 폴리이미드 배향 조절 필름을 포함하며 이후 기술되는 바와 같은 키랄 스멕틱 액정 조성물과 함께 사용되는 경우, 양호한 구동 측성, 특히 양호한 두개의 안정한 상-제공 특성, 높은 신뢰도 및 구동 안정성을 갖는 액정 소자를 실현시킬 수 있다.
배향 조절성의 면에서, 기판(1) 중 적어도 하나상에 형성된 배향 조절층(4)는 바람직하게는 반복 단위로서 화학식(P)로 나타내는 폴리이미드 필름을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기한 상호간 상이한 배향 처러법을 사용하는 경우, 하나의 배향 조절층은 폴리이미드(바람직하게는 동축 배향 처리된 폴리이미드) 배향 조절층이고 다른 배향 조절층은 배향 조절 특성면에서 미분 산화물을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름을 포함한다.
상기 식에서 K는 또는이고; L11및 L12는 서로 독립적으로또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고; M11은 단일 결합 또는 -O-이고;a는 0, 1 또는 2이다.
화학식(P)의 폴리이미드의 특정예로는 하기 반복 단위를 갖는 것들이 있다.
기판(1)중 적어도 하나상에 형성된 배향 조절층(4)는 중합체 절연 필름과 필름중에 분산되어 있으며 경우에 따라, 전기전도성 조절 불순물로 도핑된 미분 산화물을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름을 포함할 수 있다. 산화물의 특정예로는 ZnO, CdO, 및 ZnCdOx와 같은 II족 원소를 함유하는 것; 및 GeO2, SnO2, GeSnOx, TiO2, ZrO2및 TiZiOx와 같은 IV족 원소를 함유하는 것이 포함될 수 있다. 전기전도성 조절 불순물의 특정예로는 B, Al, Ga 및 In과 같은 III족 원소의 n-타입 불순물, 및 Cu, Ag, Au 및 Li와 같은 I족 원소의 p-타입 불순물, 상기한 II족 원소 각각에 대한 산화물; 및 P, As, Sb 및 Bi와 같은 V족 원소의 n-타입 불순물, 및 B, Cl, Ga 및 In과 같은 III족 원소의 p-타입 불순물, 상기한 IV족 원소 각각의 산화물을 포함한다. 상기 필름의 바람직한 예로는 예를들면 경우에 따라, Sb로 도핑된 분산된 SnO2미분을 함유하는, 실리카 또는 실록산 중합체와 같은 매트릭스 물질을 포함하는 코팅 타입 필름을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 두개의 배향 조절층(4)는 바람직하게는 동축 배향 처리 폴리이미드 필름 및 산화물 미분(전기전도성 조절 불순물로 도핑됨)이 상기한 바와 같이 매트릭스 물질중에 균일하게 분산되어 있는 (피복 타입) 필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 액정 소자는 또한 절연층, 및 상기 언급한 배향 조절층(4)에 대한 것은 제외한 무기 물질층 및 유기 물질층과 같이 한쌍의 기판에 대해 단락 방지층을 포함할 수 있다. 한쌍의 기판(2)가 예를들면 실리카 비드의 간격 조절 스페이서(5)로 설정한 (임의적) 간격(예, 5㎛이하)을 갖도록 보유된다. 신호 전력 공급원(나타나 있지 않음)으로부터 스위칭 신호에 따라서 액정층(1)에 전압을 인가하여, 스위칭시킨다. 결과, 액정 소자가 디스플레이 소자용 광 밸브로서 작용한다. 또한, 2가지 그룹의 전극이 한쌍의 기판상의 매트릭스에서 (서로 교차하도록, 예를들면 우각에서) 배향되는 경우, 패턴 디스플레이와 패턴 노출을 수행할 수 있어, 액정 소자가 개인용 컴퓨터, 워드 프로세서용 등의 디스플레이 소자, 또는 프린터용 광 밸브로서 사용된다.
본 발명의 액정 소자에 있어서, 액정층(1)은 바람직하게는 키랄 스멕틱 액정 조성물을 포함할 수 있다.
키랄 스멕틱 액정 조성물은 바람직하게는 중심 코어에 의해 연결되어 있는 플루오로카본 말단 부분과 탄화수소 말단 부분을 포함하는 구조를 가지며 스멕틱상 또는 잠재 스멕틱상을 갖는 불소-함유 중간상 화합물중 1종 이상을 함유하는 것이 바람직할 수 있다. 용어 "잠재적 스멕틱상"은 화합물 단독으로는 스멕틱상을 나타내지 않지만 액정 조성물의 스멕틱상에 화합될 수 있도록 함유된 성분일 수 있는 당해 화합물의 특성을 언급한다.
바람직한 부류의 불소-함유 중간상 화합물에는, 플루오로카본 말단 부분이 바람직하게는 화학식 -D1-CxaF2xa-X (여기서, xa는 1~20이고; X는 -H 또는 -F이며; -D1-은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO-이고, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이며; pa는 0~4임);
화학식 -D2-(CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10이고; -D2-는 -CO-O-CrcH2rc, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- 또는 공유 결합이고; rc 및 rd는 독립적으로 1~20이며; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)로 표시되는 기(퍼플루오로알킬 에테르-타입 말단 영역)일 수 있다.
퍼플루오로알킬-타입 말단 부분을 갖는 중간상 화합물의 경우, 중간상 화합물은 바람직하게는 방향족, 헤테로방향족, 지환족, 또는 치환된 방향족, 헤테로방향족, 또는 지환족 고리중 두개 이상을 포함하는 중심 코어를 가질수 있다. 방향족 또는 헤테로방향족 고리는 융합된 방향족, 헤테로방향족, 또는 비융합된 방향족 또는 헤테로방향족 고리로부터 선택할 수 있으며, 상기 고리는 -COO-, -COS-, -HC=N-, -COSe-로부터 선택되는 작용기에 의해 서로 연결될수 있다. 헤테로방향족 고리내의 헤테로원자는 N, O 또는 S로부터 선택된 원자를 하나 이상 포함한다.
퍼플루오로알킬 에테르 타입 말단 부분을 갖는 중간상 화합물의 경우, 중간상 화합물은 바람직하게는 공유 결합 또는 -COO-, -COS-, -HC=N-, -COSe-로부터 선택되는 작용성기로 서로 연결되는, 방향족, 헤테로방향족, 지환족, 또는 치환된 방향족, 헤테로방향족, 또는 지환족 고리로부터 독립적으로 선택된 고리를 두개 이상 포함하는 중심 코어를 가질 수 있다. 고리는 융합된 것이거나 비융합된 것이다. 헤테로방향족 고리내의 헤테로원자는 N, O 또는 S로부터 선택된 원자를 하나 이상 포함한다. 지환족 고리중 인접하지 않은 메틸렌기는 O 또는 S 원자로 치환될 수 있다.
화학식(I) 또는 화학식(II)의 불소-함유 중간상 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
[화학식 1]
상기 식에서, A1, A2및 A3는 각각 독립적으로
또는이고; ga, ha 및 ia는 독립적으로 0~3의 정수이며, 단 ga+ha+ia는 적어도 2이고; L1및 L2는 독립적으로 공유 결합 -CO-O-, -O-CO-, -COS-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며;
X1, Y1및 Z1는 각각 A1, A2및 A3의 치환체로서, 각 X1, Y1및 Z1는 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CN 또는 -NO2이고;
ja, ma 및 na는 각각 독립적으로 0~4의 정수이고;
J1은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO- (여기서, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이고, pa는 0~4임)이고;
R1은 직쇄이거나 분지쇄일 수 있는 -O-CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-R3, -O-CqaH2qa-R3, -CO-O-CqaH2qa-R3, 또는 -O-CO-CqaH2qa-R3(여기서, R3는 -O-CO-CqbH2qb+1, -CO-O-CqbH2qb+1, -H, -Cl, -F, -CF3, -NO2또는 -CN이고; qa 및 qb는 독립적으로 1~20임)이고;
R2는 CxaF2xa-X (여기서, X는 -H 또는 -F이고, xa는 1~20의 정수임)이다.
[화학식 2]
상기 식에서, A4, A5및 A6는 각각 독립적으로
또는이고; gb, hb 및 ib는 각각 독립적으로 0~3의 정수이고, 단 gb+hb+ib는 적어도 2이며;
L3및 L4는 각각 독립적으로 공유 결합, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -(CH2CH2)ka- (ka는 1~4임), -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며;
X2, Y2및 Z2는 각각 A4, A5및 A6의 치환체로서, X2, Y2및 Z2는 각각 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CF3, -O-CF3, -CN 또는 -NO2이고;
jb, mb 및 nb는 각각 독립적으로 0~4의 정수이며;
J2는 -CO-O-CrcH2rc-, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2- 또는 -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- (여기서, rc 및 rd는 각각 독립적으로 1~20이고; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)이고;
R4는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 -O-(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -CqcH2qc-R6, -O-CqcH2qc-R6, -CO-O-CqcH2qc-R6, 또는 O-CO-CqcH2qc-R6(여기서, R6는 -O-CO-CqdH2qd+1, -CO-O-CqdH2qd+1, -Cl, -F, -CF3, -NO2, -CN 또는 -H이고; qc 및 qd는 독립적으로 1~20의 정수이며; wa는 1~10의 정수임)이고;
R5는 (CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10임)이다.
화학식(I)로 나타내는 화합물들은 미국 특허 제5,082,587호 (대응 일본 특허 JP-A 2-142753호)에 개시된 방법을 통하여 얻을 수 있다. 그의 특정 예는 다음과 같다.
화학식(II)로 나타내는 화합물들은 PCT 공개 WO93/22396호 (대응 일본 특허 JP (Tokuhyo) 7-506368호)에 개시된 방법을 통하여 얻을수 있다. 그의 특성예는 다음과 같다.
액정 조성물은 또한 플루오로카본 말단부를 갖지 않는 다른 중간상 화합물("탄화수소형 중간상 화합물")을 적절한 양으로 포함할 수 있다.
액정 조성물은 바람직하게는 연쇄 또는 고리형 광학 활성 부분을 지닌 광학 활성 (키랄) 화합물 1종 이상을 포함할 수 있다. 광학 활성 화합물은 적절하게는 불소 함유 중간상 화합물 및 다른 성분 화합물과의 상호 용해성 또는 상용성을 고려하여 선택할 수 있다.
다른 중간상 화합물로서의 탄화수소형 중간상 화합물 (퍼플루오로카본 쇄가 없음)의 특정예로는 이하에 나타낸 화합물들을 들 수 있다.
광학 활성 화합물의 특정예로는 바람직하게는 다음의 화합물들을 들 수 있다.
표 A에서, 각 약어(부호)는 각각 다음의 기를 의미한다.
표 B에서, 각 약어는 각각 다음의 기를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 스메틱 액정은 산화방지제, 자외선 흡수제, 염료 및 안료와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 소자는 여러 액정 장치의 디스플레이 부재(매체)로 사용되는데, 그의 한 실시양태를 이하에 기재한다.
이하에 나타내는 배향과 주사선 어드레스 데이타가 동반된 화상 데이타로 이루어진 데이타 포맷에 근거하여, 그리고 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같은 SYNC 신호를 사용하는 통신 동조화를 채택함으로써, 본 발명에 따른 액정 소자를 디스플레이 패널부로 사용하는 본 발명의 액정 디스플레이 장치가 제공된다.
제2도에 있어서, (키랄 스메틱) 액정 디스플레이 장치(101)에는 그래픽 콘트롤러(102), 디스플레이 패널(103), 주사선 구동 회로(104), 데이타 라인 구동 회로(105), 디코더(106), 주사 신호 발생기(107), 쉬프트 레지스터(108), 라인 메모리(109), 데이타 신호 발생기(110), 구동 조절 회로(111), 그래픽 중앙 처리 유닛(GCPU; graphic central processing unit)(112), 호스트 중앙 처리 유닛(host CPU)(113) 및 화상 데이타 저장 메모리(VRAM)(114)가 포함되어 있다.
장치의 본체 내의 그래픽 콘트롤러(102)에 화상 데이타가 발생하여 신호 전송 수단에 의하여 디스플레이 패널(103)으로 전송된다. 그래픽 콘트롤러(102)는 주로 CPU(중앙 처리 유닛, 이후 "GCPU"로 칭함)(112)와 VRAM(비디오 RAM, 화상 데이타 저장 메모리)(114)로 이루어져 있고, 호스트 CPU(113)과 액정 디스플레이 장치(FLCD)(101)간의 화상 데이타의 처리 및 전달을 맡고 있다. 디스플레이 장치의 조절은 주로 그래픽 콘트롤러(102)에 의해 행해진다. 광원(도시하지 않음)은 디스플레이 패널(103) 뒤에 배치되어 있다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(매체)로서 스윗칭 특성이 양호한 상기의 액정 소자를 사용하므로, 디스플레이 장치는 뛰어난 구동 특성과 신뢰성을 나타내고, 고선명 및 대면적 디스플레이 화상을 고속으로 제공한다.
본 발명에 따른 액정 소자는 예를 들어 일본 특허 JP-A 59-193426호, JP-A 59-193427호, JP-A 60-156046호 및 JP-A 60-156047호에 개시된 구동 방법에 의해 구동될 수 있다.
제6a도 및 6b도는 이와 같은 구동 방법에서 사용되는 구동 파형의 일구현 세트를 나타내는 파형 다이아그램이다. 제5도는 단순 매트릭스형의 키랄 스메틱 액정 패널(51)중에 사용된 전극 매트릭스를 나타내는 평면도이다. 제5도에 나타낸 액정패널(51)은 주사 전극(52)와 데이타 전극(53) 사이에 위치한 키랄 스메틱 액정과 함께 각 교차점에서 픽셀을 구성하도록 서로 교차하는 주사 전극(52)(S1, S2, S3, ... Sm) 및 데이타 전극(53)(I1, I2, I3, ... In)을 포함하고 있다.
제6a도에 있어서, SS에는 선택된 주사선에 인가되는 선택 주사 신호 파형이 나타나 있고, SN에는 선택되지 않은 주사선에 인가되는 비선택 주사 신호 파형이 나타나 있고, IS에는 선택된 데이타 라인에 인가되는 선택 데이타 신호 파형(흑색 표시 상태를 제공함)이 나타나 있고, IN에는 선택되지 않은 데이타 라인에 인가되는 비선택 데이타 신호 파형이 나타나 있다. 또한, 도면의 IS-SS및 IN-SS에는 선택된 주사선 위의 픽셀에 인가되는 전압 파형이 나타나 있는데, 그에 따라서 전압 IS-SS가 공급된 픽셀은 흑색 표시 상태를 나타내고, 전압 IN-SS가 공급된 픽셀은 백색 표시 상태를 나타낸다. 제6b도에는 제4도에 나타낸 바와 같은 표시 상태를 제공하는 데에 사용되는 시간 연속성 파형이 도시되어 있다.
제6a도 및 6b도에 나타낸 구동 실시태양에 있어서, 선택된 주사선 위의 픽셀에 인가되는 단극성 전압의 최소 존속 시간(인가 시간) Δt는 기록상의 기간 t2에 해당하며, 일선(one-line) 소거상의 기간 t1은 2Δt로 설정된다.
제6a도 및 6b도에 나타낸 구동 파형에 있어서 매개 변수 VS, VI및 Δt는 사용된 액정 재료의 스윗칭 특성에 따라 결정된다.
제7도는 V-T 특성, 즉 이후에 언급하는 바이어스 비가 일정하게 유지되는 동안 (VS+VI)로 나타내는 구동 전압이 변화할 때 투과율 T의 변화를 나타낸 것이다. 이 실시태양에 있어서, 매개 변수들은 Δt=50㎲, 바이어스 비 VI/(VI+VS)=1/3의 일정한 값으로 고정되어 있다. 제7도의 우측에는 전압 (VS+VI)을 증가시키면서 제6a도에 도시된 전압 (IN-SS)을 관련 픽셀로 인가할 때의 결과가 나타나 있고, 제8도의 좌측에는 전압 (VS+VI)을 증가시키면서 전압 (IS-SS)을 관련 픽셀로 인가할 때의 결과가 나타나 있다. 세로 좌표의 양쪽에는 전압 (VS+VI)의 절대값이 개별적으로 나타나 있다. (IN-SS) 및 (IS-SS)에서, 전압 VR이 인가됨으로써 이전의 (표시) 상태가 소거되고, 후속의 (표시) 상태가 각각 전압 VB 1및 VB 2에 의해 결정된다. 제8도에 있어서, V2<V1<V3의 관계가 유지된다. 전압 V1을 실제의 구동에 있어서 초기 전압으로 칭할 수 있고, 전압 V3를 누화(漏話; crosstalk) 전압으로 칭할 수 있다. 보다 구체적으로, 제6a도에 도시된 바와 같이, 전압 V1은 전압 신호 VB 2를 인가함으로써 스윗칭을 발생시키는 전압값을 의미하고, 전압 V3는 전압 신호 VB 1을 인가함으로써 스윗칭을 발생시키는 전압값을 의미한다. 또한, 전압 V2는 전압 신호 VR을 인가함으로써 이전 상태를 소거하는 데에 요구되는 전압값을 의미한다. 누화 전압 V3는 일반적으로 강유전성 액정 소자의 실제 매트릭스 구동에 존재한다. 실제의 구동에 있어서, ΔV=(V3-V1)은 매트릭스 구동을 제공하는 ｜VS+VI｜의 범위를 제공하며, 충분히 큰 것이 바람직한 (구동) 전압차로 언급될 수 있다. 물론 바이어스 비를 증가시킴으로써 (즉, 바이어스 비를 1에 접근시킴으로써), V3의 값을 증가시킬 수 있고, 그에 따라 ΔV(=V3-V1)를 증가시킬 수 있다. 그러나, 바이어스 비를 크게 하면 데이타 신호의 증폭이 커지는 것에 해당하여, 깜박임(flickering)을 증가시키고 콘트라스트를 저하시키므로, 화질 면에서 바람직하지 않다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 약 1/3~1/4의 바이어스 비가 실용적이었다. 반면, 바이어스 비가 고정될 때에는, 전압차 ΔV가 사용된 액정 재료의 스윗칭 특성에 강하게 의존하는데, ΔV를 크게 하는 액정 재료가 매트릭스 구동에 매우 유리한 것은 말할 나위도 없다.
또한, 특정(일정)값이 제공되도록 구동 전압(VI+VS)을 유지하면서 전압 인가 시간(존속 시간) Δt를 변화시킴으로써 액정 소자를 구동시킬 수 있다. 이 경우, 액정 소자의 구동 특성을 존속 시간차 (전압 인가 시간차) ΔT=Δt2-Δt1(여기서, Δt1은 초기 존속 시간을 의미하고, Δt2는 누화 존속 시간을 의미함)의 면에서 평가될 수 있다. 존속 시간차 ΔT는 특정의 구동 전압 (VI+VS)의 인가하에서 매트릭스 구동을 제공하는 존속 시간을 의미한다.
상술한 바와 같이 선택된 픽셀이 "흑색" 및 "백색"의 두개 상태로 기록되고, 선택되지 않은 픽셀이 기록된 "흑색" 및 "백색" 상태를 일정 온도에서 유지할 수 있게 하는, 인가 전압 또는 존속 시간의 상한 및 하한과, 그들의 차 (구동 전압차 ΔV 또는 존속 시간차 ΔT)는 사용된 액정 재료 및 채용된 셀 구조에 따라 다르며, 그에 고유한다. 또한, 구동차 (전압차 또는 존속 시간차)는 환경 온도의 변화에 따라 빗나가므로, 사용된 액정 재료, 셀(소자) 구조 및 환경 온도 면에서 최적의 구동 조건이 실제의 디스플레이 장치에 요구될 것이다.
본 발명에서는, 구동차의 정량적 평가를 행하기 위하여, 상기의 초기 존속 시간 Δt1및 누화 존속 시간 Δt2를 특정의 구동 파형 (제14도에 도시된 바와 같음)을 사용하여 측정하여서 이들 값의 평균(중앙) 값의 기초가 되는 존속 시간 범위의 매개 변수인 존속 시간차 매개 변수 M2 (M2차)를 얻는다. M2차는 (M2 차)=(Δt2-Δt1)/(Δt2+Δt1)으로 나타낸다.
이하에서, 본 발명을 실시예에 근거하여 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것으로 이해하여서는 안된다.
[실험예 1]
각각 지시된 비율로 하기의 화합물(a) 내지 (f)를 혼합하여 액정 조성물 FLC-1, FLC-2 및 FLC-3을 제조하였는데, 각각은 이하에 나타낸 상전이 온도(℃), 자발 분극도(PS), TAC(스메틱 A(SmA) 상으로부터 키랄 스메틱 C(SmC*) 상으로의 상전이 온도)에서의 층간격 dTAC, 30℃에서의 층간격 dc, 및 30℃에서의 계산된 층 경사각 δcal을 나타내었다.
층간격 dc 및 dTAC를 이후에 기재하는 방식으로 측정하고, 계산된 층 경사각 δcal을 다음 식으로부터 수득하였다.
δcal=cos-1(dC/dTAC)
<FLC-1>
(성분) (중량부)
(a):(b):(c):(d):(e) = 45:30:15:5:2
상전이 온도(℃) :
PS(30℃)=31.1nC/㎠
dTAC(TAC=41℃)=31.756Å
dC(30℃)=31.636Å
δcal(30℃)=cos-1(dC/dTAC)=5.0deg.
<FLC-2>
(성분) (중량부)
(a):(f):(d) = 50:40:5
상전이 온도(℃) :
PS(30℃)=20.7nC/㎠
dTAC(TAC=44℃)=31.596Å
dC(30℃)=31.360Å
δcal(30℃)=7.0deg.
<FLC-3>
(성분) (중량부)
(f):(d) = 90:5
상전이 온도(℃) :
PS(30℃)=22.1nC/㎠
dTAC(TAC=52℃)=31.62Å
dC(30℃)=31.04Å
δcal(30℃)=11.0deg.
이어서, 5개 흑색 셀 A, B-1, B-2, C-1 및 C-2를 하기의 방식으로 제조하였다.
<셀 A>
각각 약 70nm 두께의 ITO 필름(투명 전극)이 제공된 1.1mm 두께의 유리 기판 두개를 스핀 코팅에 의하여 하기 식의 반복 단위를 갖는 폴리이미드에 대한 전구체로 피복시킨 후, 80℃에서 5분 동안 예비 건조시키고, 200℃에서 1시간 동안 고온 베이킹하여서, 5nm 두께의 배향 조절 필름을 형성한 다음, 단축 배향 처리로서 나일론 천으로 문질렀다.
이어서, 평균 직경 2.0㎛의 스페이서 실리카 비드를 한쪽 기판 위에 분산시키고, 그 위에 다른쪽 기판을 겹쳐 놓아서 블랭크 셀을 형성하였다.
<셀 B-1>
약 70nm 두께의 ITO 필름(투명 전극)이 제공된 1.1mm 두께의 유리 기판을 스핀 코팅에 의하여 하기 식의 반복 단위로 나타내는 폴리이미드에 대한 전구체로 피복시킨 후, 80℃에서 5분 동안 예비 건조시키고, 200℃에서 1시간 동안 고온 베이킹하여서, 5nm 두께의 배향 조절 필름을 형성한 다음, 단축 배향 처리로서 나일론 천으로 문질렀다.
1.1mm 두께의 다른 유리 기판을 스핀 코팅에 의하여 SnOx미립자(입자 크기 : 100Å)를 포함하는 사다리형 폴리실록산을 에탄올에 분산시킨 10중량%(고체 함량) 용액으로 두께 2000Å으로 피복시킨 후, 80℃에서 5분 동안 예비 건조시키고, 200℃에서 1시간 동안 고온 베이킹하였다.
이어서, 평균 직경 2.0㎛의 스페이서 실리카 비드를 첫번째 기판 위에 분산시키고, 그 위에 다른 기판을 겹쳐 놓아서 블랭크 셀을 형성하였다.
<셀 B-2>(X선 회절 분석용)
1.1mm 두께의 유리 기판 두개를 소정 크기의 80㎛ 두께의 유리판 두개로 바꾼 것외에는 셀 B-1에서와 동일한 방식으로 블랭크 셀을 제조하였다.
<셀 C-1>
약 70nm 두께의 ITO 필름(투명 전극)이 제공된 1.1mm 두께의 유리 기판을 스핀 코팅에 의하여 하기 식의 반복 단위로 나타내는 폴리이미드에 대한 전구체로 피복시킨 후, 80℃에서 6분 동안 예비 건조시키고, 200℃에서 1시간 동안 고온 베이킹하여서, 6nm 두께의 배향 조절 필름을 형성한 다음, 단축 배향 처리로서 나일론 천으로 문질렀다.
1.1mm 두께의 다른 유리 기판을 스핀 코팅에 의하여 SnOx미립자(입자 크기 : 100Å)를 포함하는 사다리형 폴리실록산을 에탄올에 분산시킨 10중량% (고체 함량) 용액으로 두께 2000Å으로 피복시킨 후, 80℃에서 5분 동안 예비 건조시키고, 200℃에서 1시간 동안 고온 베이킹하였다.
이어서, 평균 직경 2.0㎛의 스페이서 실리카 비드를 첫번째 기판 위에 분산시키고, 그 위에 다른 기판을 겹쳐 놓아서 블랭크 셀을 형성하였다.
<셀 C-2>(X선 회절 분석용)
1.1mm 두께의 유리 기판 두개를 소정 크기의 80㎛ 두께의 유리판 두개로 바꾼 것외에는 셀 C-1에서와 동일한 방식으로 블랭크 셀을 제조하였다.
액정 조성물 FLC-1, FLC-2 및 FLC-3을 상기 제조된 셀 A, B-1, B-2, C-1 및 C-2 중에 하기 표 1에 나타낸 배합으로 충전시키고, 0.5℃/분의 속도로 냉각시켜서 액정 소자를 형성하였다.
이어서, 각각의 액정 소자를 등방상 액체 온도까지 가열한 다음, 표 1에 나타낸 소정의 냉각 속도로 실온으로 냉각 (재배열 또는 재배향)시켜서, 액정 소자 1, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 4', 4-1, 4-2, 5, 6, 7, 8, 9 및 10을 제조하였다.
현미경 관찰 결과, 액정 소자 1, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 및 4'에서는 배향 결함이 관찰되지 않은 여러 형상(일반적으로 타원형)의 영역(수 미크론에서 수백 미크론 직경)이 확인되었다.
첨언하면, 배향 결함은 다음의 방식으로 확인하였다.
전기 인가 없이, 액정 소자를 크로스 니콜(cross nicol) 편광체와 함께 가장 어둔 상태를 제공하도록 특정 위치에 배치하였다. 편광 현미경을 통하여, 액정 소자를 약 ±10°로 회전시키면서 액정 소자에 있어서 광 누출 정도를 관찰하였다. 광누출이 어느 영역에서 관찰되는 경우, 그 영역을 배향 결함이 발생한 영역으로 평가하였다.
[표 1]
* 1 : P1 면적은 배향 결함이 관찰되지 않은 영역의 면적비 또는 백분율(%)을 의미한다.
* 2 : P2 면적은 미세한 배향 결함이 관찰된 영역의 면적비 또는 백분율(%)을 의미한다.
또한, P1 면적(%) 및 P2 면적(%)은 다음 방식으로 결정하였다.
현미경 관찰(배율 : 20~100)을 행하면서, 무작위적으로 선택된 특정 영역(1㎟ 면적)의 현미경 사진을 취하였다. 현미경 사진을 절단하여, P1 영역 조각(절단물) 및 P2 영역 조각(절단물)로 나누어서, P1 영역 조각의 총중량(WP1)과 P2 영역 조각의 총중량(WP2)을 각각 측정하였다. 각각 다음 식에 근거하여 P1 면적(%) 및 P2 면적(%)를 결정하였다.
P1 면적(%) = WP1/(WP1+WP2)x100
P2 면적(%) = WP2/(WP1+WP2)x100
이와 같이 제조된 액정 소자에 대하여, 1) X선 회절에 따른 층구조 분석 (소자 2-2, 3-2 및 4-2에 대하여), 2) 콘트라스트 비 (C/R)의 측정 (모든 소자에 대하여), 및 3) M2차의 측정을 행하였다.
[1) X선 회절에 따른 층구조 분석]
먼저, 다음 방식으로 층간격 d(dc및 dTAC) 및 층 경사각 δ을 측정하였다.
사용된 방법은 기본적으로 클라크와 라거월(Clark and Lagerwall)의 방법(Japan Display '86, Sept. 30-Oct. 2, 1986, p.p. 456-458) 또는 오우찌(Ohuchi) 등의 방법(J.J.A.P., 27(5) (1988), p.p. L725-L728)과 유사하였다. 제8도에 나타낸 바와 같은 X선 회절 장치(MAC Science제; 회전식 음극형 X선 발생 유닛이 있음)를 사용하여 측정을 행하였고, 80㎛ 두께의 유리판(804) ("Microsheets", Corning Glass Works제)를 사용하여 열용량 및 유리 기판에 의한 X선 흡수를 최소화하였다.
보다 구체적으로, 층간격 d의 측정을 위하여, 80㎛ 두께의 유리판 위에 평면이 형성되도록 샘플 액정(801)(FLC-1, FLC-2, FLC-3)을 5㎟ 크기로 배치하였고, 통상의 분말 X선 회절에서와 유사하게, 온도 조절판(805) 및 온도 모니터링 열전쌍(806)으로 온도 조절하면서 회전식 X선 발생원(802)로부터의 X선으로 조사하여, 회절선을 포함하는 산출 광을 검출기(카운터)(803)으로 검출하였다. 피크 X선 강도를 제공하는 각을 회절 상태의 브래그(Bragg) 식에 치환하여 층간격 d를 구하였다.
먼저 각 샘플 액정을 그의 등방상 온도까지 올리고, 회절 피크가 관찰되지 않는 온도로 샘플을 냉각시키면서 전이점 근처의 매 3℃ 또는 1℃마다 측정을 반복하였다. 사용된 자동 온도 조절기는 매 측정 온도에서 ±0.3℃의 조절 정확도를 제공하였다.
분석용 광선으로 45kV-100mA의 전력에서 CuK α-광선 (1.54050Å)을 사용하고, DS 0.05mm, SS 0.05mm 및 RS 0.05mm의 슬릿 시스템을 사용하여 측정을 행하였다. 3°/분의 속도로 스캐닝을 행하였다.
스메틱 층 경사각 δ의 측정을 위하여, 샘플 셀(상기에서 제조한 셀 B-2 또는 C-2)을 채운 샘플 액정을 이방상까지 가열한 다음 차츰 냉각시켰다. 이어서, X선 검출기를 상기 층간격 d를 제공하는 각 2θ로 배치하고, 샘플 셀을 θ 스캐닝하였다. 측정 값으로부터, 소정의 측정 온도에서의 δx선을 상기 참고 문헌에 기재된 방법에 따라 계산하였다.
첨언하면, 여기서, 계산된 층 경사각 δcal은 상기 방식으로 측정된 층간격 dC및 dTAC에 근거하여, 식 δcal=cos-1(dC/dTAC)로부터 계산된 값이었다.
상기의 X선 회절 분석에 있어서, 필요한 경우, 미세 영역에 대한 측정을 하기 위하여 X선의 빔 크기를 적절하게 감소시키고 계수 시간을 증가시켜서, 제9도 내지 제13도에 나타낸 측정 온도에서의 여러 X선 회절 프로필(패턴)을 얻었다.
이하에서, 액정 소자 2-2, 3-2 및 4-2에 대한 P1 및 P2 영역에서의 층구조의 X선 회절 분석 결과를 설명한다.
<소자 2-2>
제9도의 X-선 회절 프로필 11 및 12에 나타낸 P1 영역에서, 0도의 δx-선에 이르는 θ에서 단일의 현저한 피크가 얻어졌으며, 따라서 δx-선은 상기한 X-선 회절에 대한 참고 문헌의 기재 사항에 비추어 볼 때 실질적으로 완전한 서가 구조를 나타내는 것으로 밝혀졌다.
제10도의 X-선 회절 프로필 13 및 14에 나타낸 P2 영역에서, δx-선에 이르는 θ에서 쉐브론 구조로부터 유래된 두개의 현저한 피크가 얻어졌다. δx-선은 층간격의 온도 의존성에 기준하여 계산된, 계산된 층 경사각 δcal(동일 측정 온도)과 실질적으로 같은 것으로 나타났다. 또한, P2 영역에서, 선명하지 않고 각각의 X-선 회절 피크가 전체로서 브로드한 형상이기는 하지만, 지그-재그 결함과 같은 많은 미소한 배향 결함이 관찰되었으며, 이는 스멕틱 층의 절곡 방향이 다른 두 개의 쉐브론 구조가 P2 영역에 공존하는 것으로 생각된다.
<소자 3-2>
제11도의 X-선 회절 프로필에 나타낸 P1 영역에서, δx-선에 이르는 θ에서 두 개의 현저한 피크가 얻어졌다. δx-선은 동일 측정 온도에서의 δcal 보다 훨씬 작은 것으로 나타났다.
제12도의 X-선 회절 프로필 15 및 16에 나타낸 P2 영역에서, 쉐브론 구조에 기인한 두개의 현저한 피크가 δx-선에 이르는 θ에서 얻어졌다. δx-선은 층간격의 온도 의존성에 기초하여 계산된, 계산된 층 경사각 δcal과 실질적으로 동일한 것으로 나타났다. 또한, P2 영역에서, 소자 2-2에서와 유사하게, 비록 선명하지는 않고 또한 각각의 X-선 회절 피크가 전체로서 브로드한 형상을 나타냈으나 지그-재그 결함과 같은 많은 경미한 배향 결함이 관찰되었으므로, 스멕틱 층의 절곡 방향이 상이한 두 개의 쉐브론 구조가 P2 영역에 공존하는 것으로 생각되었다.
<소자 4-2>
이 소자에서, 측정가능한 면적(직경이 적어도 수 마이크론)을 갖는 P1 영역 (미소한 배향 결함도 관찰되지 않음)은 발견되지 않았으며, 따라서, 측정은 임의의 두 점에 대하여 수행되었다.
제13도에 나타낸 바와 같이, 각각의 X-선 회절 프로필 17 및 18은 δx-선에 이르는 θ에서 두 개의 브로드 피크를 제공하였다. δx-선은 동일 측정 온도에서 δcal과 실질적으로 동일한 것으로 밝혀졌다.
또한, 소자 2-2 및 3-2의 P2 영역에서와 유사하게, 선명하지는 않으나 많은 미소 배향 결함이 관찰되었으며 전체적으로 브로드한 X-선 회절 피크형이 얻어졌다. 따라서, 이 소자의 P2 영역에서, 스멕틱 층의 절곡 방향이 상이한 두 개의 쉐브론 구조가 혼합하여 존재함을 알 수 있었다.
상기한 바와 같이, P1 및 P2 영역의 층 구조 X-선 회절 분석에 근거하여, P1 영역은 매우 작은 층 경사각 δx-선(δcal과 비교할 때)을 갖는 서가 구조 또는 유사-서가형 구조를 갖는 영역이며, P2 영역은 온도-의존성 층간격 변화 특성에 기준하여 계산한 δcal에 실질적으로 동일한 실질적 층 경사각 δx-선을 갖는 영역이며, 스멕틱 층의 절곡 방향이 상이한 공존하는 두개의 쉐브론 구조를 갖는 영역이라는 결론에 이르렀다.
스멕틱 층 구조는 제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도에 관련하여 보다 구체적으로 설명될 것이며, 제16(a)도는 통상의 액정 소자중 쉐브론 구조를, 제16(b)도는 본 발명 액정 소자중 책꽂이 구조 및 쉐브론 구조의 혼합층 구조의 태양을, 또한 제16(c)도는 본 발명의 액정 장치중 책꽂이 구조 및 쉐브론 구조의 혼합층 구조의 또다른 태양을 도시하고 있다.
제16(a)도와 관련하여, 한 쌍의 기판 161a 및 161b 사이에서, 스멕틱 액정층 162a는 그의 중간점에서 오른쪽으로 절곡(">")되어 있으며, 스멕틱 층 162b는 그의 중간점에서 왼쪽으로 절곡("<")되어 절곡 방향이 다른 두 가지 유형의 쉐브론 구조를 형성하고 있다. 이들 스멕틱 액정층 162a 및 162b는 그들의 중간점에서 동일한(한) 방향으로 절곡될 수 있다.
제16(b)도 및 제16(c)도에 나타낸 본 발명의 액정 소자에서, 스멕틱 액정 163은 한 쌍의 기판 161a 및 161b에 실질적으로 수직하여 P1 영역에서 서가 구조를 형성하고, 스멕틱 액정층 162a(및 162b)는 그의 중간점에서 절곡되어 P2 영역에서 쉐브론 구조를 형성한다. 이들 P1 및 P2 영역은 각각 특정 면적비로 유효 광학 변조 영역에서 공존한다.
P2 영역에서, 제16(b)도 및 제16(c)도에 나타낸 바와 같이, 스멕틱 액정층은 한 방향으로(16b도의 162a) 절곡되거나 상이한 방향(16c도의 162a 및 162b)으로 절곡될 수 있다. 한편, P1 영역에서, 스멕틱 액정층 163은 계산된 층 경사각(δcal)보다 작은 층 경사각(δx-선), 바람직하게는 δcal의 80% 미만 또는 최대 3도 정도의 층 경사각을 가질 수 있으며, δx-선과 δcal이 상기 관계를 만족시키는 한 절곡되어 전술한 바와 같은 유사-서가 구조를 형성할 수 있다.
[2) 콘트라스트 비(C/R)의 측정]
수직 교차 니콜로 배치되고 제14도에 나타낸 구동 파형(Vop=20V, 1/3.3 바이어스, 듀티 팩터 1/1000)이 공급되는 한 쌍의 편광기 사이에 샘플 액정 소자를 위치시켰다. 쌍안정 스위칭을 유도하도록 펄스 폭을 조절하였다. 제1스위칭된 상태에서, 액정 소자를 회전시켜 최대로 어두운 위치를 찾아내고, 거기서 투과광 강도 Ib를 포토멀티플라이어로 측정하였다. 이어서, 그러한 배향에서 제2상태로 스위칭시킨 후, 가장 밝은 상태에서의 강 광도 Iw를 측정하였다. 이러한 결과로부터, 평가요소로서의 콘트라스트 비(C/R)가 Iw/Ib비로서 얻어졌다.
또한, P1 및 P2 영역에서의 콘트라스트 비(C/R)는 X-선 비임을 P1 영역 또는 P2 영역에 집합시킴으로써 측정하였다.
[3) M2 차의 측정]
콘트라스트 비 측정에 사용된 것과 유사한 구동 파형(제14도, Vop=20V, 1/3.3 바이어스, 듀티 팩터 1/1000)를 사용하여, "어두운" 및 "밝은" 상태를 인가 펄스를 전압 인가 시간(지속시간) Δt동안 가하면서 표시하였다.
이 때, Δt(Δt1+Δt2) 및 표시 상태의 관계가 제15도에 나타나있을 때, 구동차 변수 M2(M2 차)은 다음 식으로부터 구해진다.
M2 차=(Δt2-Δt1)/(Δt2+Δt1)
M2 차 측정은 P1 영역, P2 영역 및 P1 및 P2 영역을 포함하는 전체 영역 각각에 대하여 수행되었다.
콘트라스트 비(C/R) 및 M2 차의 측정 결과는 표 2에 나타나 있다.
[표 2]
표 2로부터 명백한 바와 같이, P1 영역은 상응하는 P2 영역과 비교할 때 높은 콘트라스트 비(C/R) 및 큰 M2 차를 제공하였다. 또한, 전체 콘트라스트 비(C/R) 및 전체 M2 차은, 다른 소자에 비해 그 소자가 P1 영역을 포함하는 전체 영역을 보다 큰 면적 비(특히 10% 또는 25%)로 갖는 경우에 또한 커진다.
전술한 바와 같이, 스멕틱 층이 서가 구조를 형성하거나 층 경사각 δ(δX-선)이 온도-의존성 층간격 변화 특성에 기준하여 계산된, 계산된 층 경사각 δ(δcal)보다 훨씬 작은, 적어도 10%의 면적비로 영역을 갖는 액정 소자(특히, 1, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 및 8')는 콘트라스트 비(C/R) 및 M2 차를 효과적으로 개선시킬 수 있다.
<실험 실시예 2>
액정 조성물 FLC-1, FLC-2를 실험 실시예 1에서 제조된 액정 셀 A, B-1, B-2, C-1 및 C-2 내에, 하기 표 3에서 제시한 조건에서 충전하고, 0.5℃/분의 속도로 냉각시켜 액정 소자를 형성시켰다.
이어서, 각 액정 소자를 등방상 액체 온도로 가열한 다음 소정의 냉각 속도로 실온으로 냉각시키고(재배향 또는 재정렬), 이때 표 3에 제시된 장치의 반에 SmA 온도 범위내에서 전기장(±30V 및 1Hz의 직사각파형)을 걸어 액정 소자 11-1 내지 14-4 (여기서, 이 실험 실시예에서 제조된 소자 12-1, 12-3, 14-1 및 14-3은 표 1에 나타낸 (실험 실시예 1에 대하여) 소자 2-1, 2-2, 4-1 및 4-2에 각각 해당된다.
현미경 관찰 결과, 액정 소자 11-1 내지 14-4 모든에서, 배향 결합이 없는 각종 형상(일반적으로 타원형)의 영역(직경에 있어서 수 마이크론 내지 수백 마이크론)이 확인되었다.
[표 3]
이와 같이 제조된 액정 소자를 1) X-선 회절에 따른 층 구조 분석 (소자 12-1, 13-3, 13-4 및 14-4에 대하여), 2) 콘트라스트 비(C/R)의 측정(모든 소자에 대하여), 및 3) 실험 실시예 1과 동일한 방식으로 M2 차 측정한다.
이하, 액정 소자 12-4, 13-3, 13-4 및 14-4에 대하여 P1 및 P2 영역중 층 구조의 X-선 회절 분석 결과를 설명한다.
<소자 12-4>
소자 12-4의 결과는 소자 12-3 (상기 소자 2-2의 것에 상응)의 결과와 유사한 반면, 상이한 P1/P2 면적비를 가졌다. 보다 구체적으로는, 소자 12-3(2-2)에 대한 제9도의 X-선 회절 프로필 11 및 12에 나타낸 바와 같이, 소자 12-4 내의 P1 영역에서, 0도의 δx-선에 이르는 θ에서 단일한 현저한 피크가 얻어졌다. 따라서, δx-선은 X-선 회절에 대한 상기 참고 문헌의 기재 사항에 비추어보아 완전한 책꽂이 구조를 나타내는 것으로 나타났다.
P2 영역에서, 소자 12-3(2-2)에 대한 제10도의 X-선 회절 프로필 13 및 14에 나타나 있는 바와같이, 쉐브론 구조에 기인한 두개의 현저한 피크가 δx-선에 이르는 θ에서 얻어졌다. δx-선은 층간격의 온도 의존성에 기초하여 계산된, 층 경사각 δcal(동일 측정 온도)에 실질적으로 동일한 것으로 나타났다. 또한, P2 영역에서, 비록 선명하지 않고 각각의 X-선 회절 피크가 전체로서 브로드하지만, 지그-재그 결함과 같이 많은 경미한 배향 결함이 관찰되었다. 따라서, 스멕틱 층의 절곡 방향이 상이한 두 개의 쉐브론 구조가 P2 영역에 공존하는 것으로 관찰되었다.
<소자 13-3 및 13-4>
상이한 P1/P2 면적비를 갖는 상이한 장치가 유사한 층 구조 분석 결과를 나타냈다. 보다 구체적으로, X-선 분석 프로필로부터 각 소자 13-3 및 13-4 내의 P1 영역에서, 두 개의 현저한 피크가 δx-선에 이르는 θ에서 얻어졌다. δx-선은 상으로 하는 δcal(동일 측정 온도)보다 훨씬 작았다.
X-선 회절 프로필로부터, P2 영역에서 쉐브론 구조에 기인한 두개의 현저한 피크가 δx-선에 이르는 θ에서 얻어졌다. δx-선은 층간격의 온도 의존성에 기초하여 계산된 층 경사가 δcal(측정 온도 동일)과 실질적으로 동일한 것으로 나타났다. 또한, 소자 12-4에서와 유사하게, P2 영역에서 비록 선명하지 않고 각각의 X-선 회절 피크가 전체로 브로드한 현상을 나타낸다 하더라도 지그재그 결함과 같은 많은 배향 결함이 관찰되었다. 따라서, 스멕틱 층의 절곡 방향이 상이한 두 개의 쉐브론 구조가 P2 영역에 공존하는 것으로 여겨졌다.
<소자 14-8>
소자 13-3 및 13-4에서와 유사하게 P1 영역에서, 층 경사각(δx-선)이 얻어지는 X-선 회절 프로필에서 두 개의 현저한 피크가 얻어졌으며, δx-선 값은 온도 의존성 층간격 변화 특성에 기초하여 계산된 층 경사각 δ(δcal)보다 훨씬 작았다.
한편, X-선 회절 프로필로부터, P2 영역에서 두 개의 쉐브론 구조에 기인한 5개의 현저한 피크가 δx-선에 이르는 θ에서 얻어졌다. δx-선은 동일 측정 온도에서 δcal가 실질적으로 동일한 것으로 나타났다.
또한, P2 영역에서 선명하지는 않으나 많은 배향 결함이 나타났으며, X-선 회절 피크 형태는 전체로서 브로드하였다.
따라서, 소자의 P2 영역에서, 스멕틱 층의 절곡 방향이 상이한 두 개의 쉐브론 구조가 혼합되어 존재하는 것으로 여겨졌다.
상술한 바와 같이, 상기 소자들에 대한 P1 및 P2 영역의 층 구조 X-선 회절 분석에 기초하여, P1 영역은 매우 작은 층 경사각 δx-선(δcal에 비하여)을 갖는 책꽂이 또는 유사 책꽂이 구조를 갖는 영역이고, P2 영역은 온도 의존성 층간격 변화 특성에 기초하여 계산된 δcal과 실질적으로 동일한 영역이고, 또는 스멕틱 층의 절곡 방향이 서로 다른 쉐브론 구조가 공존하는 영역인 것으로 결론지었다.
콘트라스트 비(C/R) 및 M2 차의 측정은 표 4에 나타나 있다.
[표 4]
표 4로부터 명백한 바와 같이, P1 영역은 상응하는 P2 영역과 비교하여 보다 큰 콘트라스트 비(C/R) 및 보다 큰 M2 차를 제공한다. 또한, 전체 콘트라스트 비(C/R) 및 전체 M2 차 또한 소자가 P1을 포함하는 전체 영역을 다른 소자에 비하여 보다 큰 면적비(특히 적어도 40%)로 가질 때 커지게 된다.
전술한 바와 같이, 5 내지 25%의 면적비로 영역을 갖는 액정 소자 11-1, 12-1, 12-3, 13-1, 13-3, 14-1 및 14-3 (여기서, 스멕틱 층은 서가 구조를 형성하거나, 층 경사각 δ(δx-선)이 온도-의존성 층간격 변화 특성에 기초하여 계산된 층 경사각보다 훨씬 작다)는 콘트라스트 비(C/R)와 M2 차를 효과적으로 개선시킬 수 있다.
특히, 액정 소자 11-2, 12-2, 12-4, 13-2, 13-4, 14-2 및 14-4에서, P1 영역은 SmA 상을 보이는 모든 온도 범위에서 전기장 인가하에 서서히 냉각시킴으로써 면적 비 40-70%로 증가되며, 따라서 콘트라스트 비(C/R) 및 M2 차를 더욱 개선시킨다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 액정 소자, 특히 스멕틱 액정층이 제1(P1) 영역 및 제2(P2) 영역을 형성하는 키랄 스멕틱 액정이 제공되며, 따라서, 콘트라스트 비(C/R) 및 구동 차(M2 차)을 포함하는 표시 및 구동 특성을 개선시키고 구동시 콘트라스트 저하를 막을 수 있다. 상기한 개선된 특성을 제공하는 액정 소자를 사용한 액정 장치가 또한 제공된다.

Claims (73)

  1. 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각 보다 더 작은 층 경사각을 갖도록 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 실질적인 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어 있는 액정 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2영역이 스멕틱 액정층의 절곡 방향이 상이한 다수의 영역을 포함하는 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 10% 이상인 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 40% 이상인 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2영역중의 실질적인 층 경사각이 7°이하인 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스멕틱 액정이 플루오로카본 말단 부분과 탄화수소 말단 부분을 포함하는 불소 함유 중간상 화합물 1종 이상을 포함하며, 상기 말단 부분은 중심 코어로 연결되어 있으며, 스멕틱상 또는 잠재적 스멕틱상을 갖는 것인 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 상기 플루오로카본 말단 부분이 화학식 -D1-CxaF2xa-X (여기서, xa는 1~20이고; X는 -H 또는 -F이며; -D1-은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO-이고, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이며; pa는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  8. 제6항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 상기 플루오로카본 말단 부분이 화학식 -D2-(CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10이고; -D2-는 -CO-O-CrcH2rc, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- 또는 공유 결합이고; rc 및 rd는 독립적으로 1~20이며; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  9. 제6항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(1)로 표시되는 것인 액정 소자.
    상기 식에서, A1, A2및 A3는 각각 독립적으로
    또는이고; ga, ha 및 ia는 독립적으로 0~3의 정수이며, 단 ga+ha+ia는 적어도 2이고; L1및 L2는 독립적으로 공유 결합, -CO-O-, -O-CO-, -COS-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X1, Y1및 Z1는 각각 A1, A2및 A3의 치환체로서, 각 X1, Y1및 Z1는 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CN 또는 -NO2이고; ja, ma 및 na는 각각 독립적으로 0~4의 정수이고; J1은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO- (여기서, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이고, pa는 0~4임)이고; R1은 직쇄이거나 분지쇄일 수 있는 -O-CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-R3, -O-CqaH2qa-R3, -CO-O-CqaH2qa-R3, 또는 -O-CO-CqaH2qa-R3(여기서, R3는 -O-CO-CqbH2qb+1, -CO-O-CqbH2qb+1, -H, -Cl, -F, -CF3, -NO2또는 -CN이고; qa 및 qb는 독립적으로 1~20임)이고; R2는 CxaF2xa-X (여기서, X는 -H 또는 -F이고, xa는 1~20의 정수임)이다.
  10. 제6항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(2)로 표시되는 액정 소자.
    상기 식에서, A4, A5및 A6는 각각 독립적으로
    또는gb, hb 및 ib는 각각 독립적으로 0~3의 정수이고, 단 gb+hb+ib는 적어도 2이며; L3및 L4는 각각 독립적으로 공유 결합, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -(CH2CH2)ka- (ka는 1~4임), -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X2, Y2및 Z2는 각각 A4, A5및 A6의 치환체로서, X2, Y2및 Z2는 각각 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CF3, -O-CF3, -CN 또는 -NO2이고; jb, mb 및 nb는 각각 독립적으로 0~4의 정수이며; J2는 -CO-O-CrcH2rc-, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2- 또는 -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- (여기서, rc 및 rd는 각각 독립적으로 1~20이고; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)이고; R4는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 -O-(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -CqcH2qc-R6, -O-CqcH2qc-R6, -CO-O-CqcH2qc-R6, 또는 O-CO-CqcH2qc-R6(여기서, R6는 -O-CO-CqdH2qd+1, -CO-O-CqdH2qd+1, -Cl, -F, -CF3, -NO2, -CN 또는 -H이고; qc 및 qd는 독립적으로 1~20의 정수이며; wa는 1~10의 정수임)이고; R5는 (CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10임)이다.
  11. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 기판에 각각 서로 다르게 배향 처리된 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나가 동축 배향 처리된 것인 소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 동축 배향 처리가 러빙 처리인 소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 화학식(P)로 표시되는 폴리이미드를 포함하는 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
    상기 식에서, K는또는이고; L11및 L12서로 독립적으로또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이며; M11은 단일 결합 또는 -O-이고; a는 0, 1 또는 2이다.
  15. 제14항에 있어서, 상기 배향 조절층을 서로 다르게 배향 처리한 소자.
  16. 제14항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나는 동축 배향 처리하고 다른 배향 조절층은 동축 배향 처리하지 않은 것인 소자.
  17. 제1항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름이 추가로 제공하는 소자.
  18. 제16항에 있어서, 상기 다른 배향 조절층이 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름을 포함하는 소자.
  19. 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각 보다 더 작은 층 경사각을 갖도록 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각과 실질적으로 동등한 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어 있는 액정 소자.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2영역이 스멕틱 액정층의 절곡 방향이 상이한 다수의 영역을 포함하는 소자.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 10% 이상인 소자.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 40% 이상인 소자.
  23. 제19항에 있어서, 상기 제2영역중의 층 경사각이 7°이하인 소자.
  24. 제19항에 있어서, 상기 스멕틱 액정이 플루오로카본 말단 부분과 탄화수소 말단 부분을 포함하는 불소 함유 중간상 화합물 1종 이상을 포함하며, 상기 말단 부분은 중심 코어로 연결되어 있으며, 스멕틱상 또는 잠재적 스멕틱상을 갖는 것인 소자.
  25. 제24항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 상기 플루오로카본 말단 부분이 화학식 -D1-CxaF2xa-X (여기서, xa는 1~20이고; X는 -H 또는 -F이며; -D1-은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO-이고, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이며; pa는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  26. 제24항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 상기 플루오로카본 말단 부분이 화학식 -D2-(CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10이고; -D2-는 -CO-O-CrcH2rc, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- 또는 공유 결합이고; rc 및 rd는 독립적으로 1~20이며; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  27. 제24항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(1)로 표시되는 액정 소자.
    상기 식에서, A1, A2및 A3는 각각 독립적으로
    또는이고; ga, ha 및 ia는 독립적으로 0~3의 정수이며, 단 ga+ha+ia는 적어도 2이고; L1및 L2는 독립적으로 공유 결합 -CO-O-, -O-CO-, -COS-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X1, Y1및 Z1는 각각 A1, A2및 A3의 치환체로서, 각 X1, Y1및 Z1는 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CN 또는 -NO2이고; ja, ma 및 na는 각각 독립적으로 0~4의 정수이고; J1은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO- (여기서, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이고, pa는 0~4임)이고; R1은 직쇄이거나 분지쇄일 수 있는 -O-CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-R3, -O-CqaH2qa-R3, -CO-O-CqaH2qa-R3, 또는 -O-CO-CqaH2qa-R3(여기서, R3는 -O-CO-CqbH2qb+1, -CO-O-CqbH2qb+1, -H, -Cl, -F, -CF3, -NO2또는 -CN이고; qa 및 qb는 독립적으로 1~20임)이고; R2는 CxaF2xa-X (여기서, X는 -H 또는 -F이고, xa는 1~20의 정수임)이다.
  28. 제24항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(2)로 표시되는 액정 소자.
    상기 식에서, A4, A5및 A6는 각각 독립적으로
    또는이고; gb, hb 및 ib는 각각 독립적으로 0~3의 정수이고, 단 gb+hb+ib는 적어도 2이며; L3및 L4는 각각 독립적으로 공유 결합, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -(CH2CH2)ka- (ka는 1~4임), -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X2, Y2및 Z2는 각각 A4, A5및 A6의 치환체로서, X2, Y2및 Z2는 각각 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CF3, -O-CF3, -CN 또는 -NO2이고; jb, mb 및 nb는 각각 독립적으로 0~4의 정수이며; J2는 -CO-O-CrcH2rc-, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2- 또는 -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- (여기서, rc 및 rd는 각각 독립적으로 1~20이고; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)이고; R4는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 -O-(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -CqcH2qc-R6, -O-CqcH2qc-R6, -CO-O-CqcH2qc-R6, 또는 O-CO-CqcH2qc-R6(여기서, R6는 -O-CO-CqdH2qd+1, -CO-O-CqdH2qd+1, -Cl, -F, -CF3, -NO2, -CN 또는 -H이고; qc 및 qd는 독립적으로 1~20의 정수이며; wa는 1~10의 정수임)이고; R5는 (CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10임)이다.
  29. 제19항에 있어서, 상기 한쌍의 기판에 서로 다르게 배향 처리된 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
  30. 제29항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나가 동축 배향 처리된 소자.
  31. 제30항에 있어서, 상기 동축 배향 처리가 러빙 처리인 소자.
  32. 제19항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 화학식(P)로 표시되는 폴리이미드를 포함하는 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
    상기 식에서, K는또는이고; L11및 L12독립적으로또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이며; M11은 단일 결합 또는 -O-이고; a는 0, 1 또는 2이다.
  33. 제32항에 있어서, 상기 배향 조절층을 서로 다르게 배향 처리한 소자.
  34. 제32항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나는 동축 배향 처리하고 다른 배향 조절층은 동축 배향 처리하지 않은 소자.
  35. 제19항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름이 추가로 제공되는 소자.
  36. 제34항에 있어서, 상기 다른 배향 조절층이 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름을 포함하는 소자.
  37. 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 서가 구조를 형성하도록 기판에 대해 실질적으로 수직 방향으로 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 실질적인 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어 있는 액정 소자.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제2영역이 스멕틱 액정층의 절곡 방향이 상이한 다수의 영역을 포함하는 소자.
  39. 제37항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 10% 이상인 소자.
  40. 제37항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 40% 이상인 소자.
  41. 제37항에 있어서, 상기 제2영역중의 실질적인 층 경사각이 7°이하인 소자.
  42. 제37항에 있어서, 상기 스멕틱 액정이 플루오로카본 말단 부분과 탄화수소 말단 부분을 포함하는 불소 함유 중간상 화합물 1종 이상을 포함하며, 상기 말단 부분은 중심 코어로 연결되어 있으며, 스멕틱상 또는 잠재적 스멕틱상을 갖는 것인 소자.
  43. 제42항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 플루오로카본 말단부분이 화학식 -D1-CxaF2xa-X (여기서, xa는 1~20이고; X는 -H 또는 -F이며; -D1-은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO-이고, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이며; pa는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  44. 제42항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 상기 플루오로카본 말단 부분이 화학식 -D2-(CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10이고; -D2-는 -CO-O-CrcH2rc, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- 또는 공유 결합이고; rc 및 rd는 독립적으로 1~20이며; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  45. 제42항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(1)로 표시되는 액정 소자.
    상기 식에서, A1, A2및 A3는 각각 독립적으로
    또는이고; ga, ha 및 ia는 독립적으로 0-3의 정수이며, 단 ga+ha+ia는 적어도 2이고; L1및 L2는 독립적으로 공유 결합, -CO-O-, -O-CO-, -COS-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X1, Y1및 Z1는 각각 A1, A2및 A3의 치환체로서, 각 X1, Y1및 Z1는 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CN 또는 -NO2이고; ja, ma 및 na는 각각 독립적으로 0~4의 정수이고; J1은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO- (여기서, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이고, pa는 0~4임)이고; R1은 직쇄이거나 분지쇄일 수 있는 -O-CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-R3, -O-CqaH2qa-R3, -CO-O-CqaH2qa-R3, 또는 -O-CO-CqaH2qa-R3(여기서, R3는 -O-CO-CqbH2qb+1, -CO-O-CqbH2qb+1, -H, -Cl, -F, -CF3, -NO2또는 -CN이고; qa 및 qb는 독립적으로 1~20임)이고; R2는 CxaF2xa-X (여기서, X는 -H 또는 -F이고, xa는 1~20의 정수임)이다.
  46. 제42항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(2)로 표시되는 액정 소자.
    상기 식에서, A4, A5및 A6는 각각 독립적으로
    또는이고; gb, hb 및 ib는 각각 독립적으로 0~3의 정수이고, 단 gb+hb+ib는 적어도 2이며; L3및 L4는 각각 독립적으로 공유 결합, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -(CH2CH2)ka- (ka는 1~4임), -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X2, Y2및 Z2는 각각 A4, A5및 A6의 치환체로서, X2, Y2및 Z2는 각각 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CF3, -O-CF3, -CN 또는 -NO2이고; jb, mb 및 nb는 각각 독립적으로 0~4의 정수이며; J2는 -CO-O-CrcH2rc-, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2- 또는 -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- (여기서, rc 및 rd는 각각 독립적으로 1~20이고; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)이고; R4는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 -O-(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -CqcH2qc-R6, -O-CqcH2qc-R6, -CO-O-CqcH2qc-R6, 또는 O-CO-CqcH2qc-R6(여기서, R6는 -O-CO-CqdH2qd+1, -CO-O-CqdH2qd+1, -Cl, -F, -CF3, -NO2, -CN 또는 -H이고; qc 및 qd는 독립적으로 1~20의 정수이며; wa는 1~10의 정수임)이고; R5는 (CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10임)이다.
  47. 제37항에 있어서, 상기 한쌍의 기판에 각각 서로 다르게 배향 처리된 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
  48. 제47항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나가 동축 배향 처리된 것인 소자.
  49. 제48항에 있어서, 상기 동축 배향 처리가 러빙 처리인 소자.
  50. 제37항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 화학식(P)로 표시되는 폴리이미드를 포함하는 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
    상기 식에서, K는
    또는이고; L11및 L12독립적으로또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이며; M11은 단일 결합 또는 -O-이고; a는 0, 1 또는 2이다.
  51. 제50항에 있어서, 상기 배향 조절층을 서로 다르게 배향 처리한 것인 소자.
  52. 제50항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나는 동축 배향 처리하고 다른 배향 조절층은 동축 배향 처리하지 않은 소자.
  53. 제37항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름이 추가로 제공되는 소자.
  54. 제52항에 있어서, 상기 다른 배향 조절층이 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름을 포함하는 소자.
  55. 각각 그위에 전극을 갖는 한쌍의 기판, 및 상기 기판 사이에 배치된 다수의 스멕틱 액정층을 갖는 스멕틱 액정으로 이루어져 있으며, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 액정층이 서가 구조를 형성하도록 기판에 대해 실질적으로 수직 방향으로 배향된 제1영역, 및 스멕틱 액정층이 온도 의존성 층간격 변화 특성을 기준으로 계산된 층 경사각과 실질적으로 동등한 층 경사각을 갖는 쉐브론 구조를 형성하도록 배향된 제2영역을 형성하도록 배치되어 있는 액정 소자.
  56. 제55항에 있어서, 상기 제2영역이 스멕틱 액정층의 절곡 방향이 상이한 다수의 영역을 포함하는 소자.
  57. 제55항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 10% 이상인 소자.
  58. 제55항에 있어서, 상기 제1영역의 면적 비율이 소자의 전체 광학 변조 영역을 기준으로 40% 이상인 소자.
  59. 제55항에 있어서, 상기 제2영역중의 층 경사각이 7°이하인 소자.
  60. 제55항에 있어서, 상기 스멕틱 액정이 플루오로카본 말단 부분과 탄화수소 말단 부분을 포함하는 불소 함유 중간상 화합물 중 1종 이상을 포함하며, 상기 말단 부분은 중심 코어로 연결되어 있으며, 스멕틱상 또는 잠재적 스멕틱상을 갖는 것인 소자.
  61. 제60항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 플루오로카본 말단부분이 화학식 -D1-CxaF2xa-X (여기서, xa는 1~20이고; X는 -H 또는 -F이며; -D1-은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO-이고, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이며; pa는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  62. 제60항에 있어서, 상기 불소 함유 중간상 화합물의 상기 플루오로카본 말단 부분이 화학식 -D2-(CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10이고; -D2-는 -CO-O-CrcH2rc, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- 또는 공유 결합이고; rc 및 rd는 독립적으로 1~20이며; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)로 표시되는 기인 액정 소자.
  63. 제60항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(1)로 표시되는 액정 소자.
    상기 식에서, A1, A2및 A3는 각각 독립적으로
    또는이고; ga, ha 및 ia는 독립적으로 0-3의 정수이며, 단 ga+ha+ia는 적어도 2이고; L1및 L2는 독립적으로 공유 결합 -CO-O-, -O-CO-, -COS-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X1, Y1및 Z1는 각각 A1, A2및 A3의 치환체로서, 각 X1, Y1및 Z1는 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CN 또는 -NO2이고; ja, ma 및 na는 각각 독립적으로 0~4의 정수이고; J1은 -CO-O-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-, -(CH2)ra-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-(CH2)ra-, -O-(CH2)ra-O-(CH2)rb-, -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-SO2- 또는 -(CH2)ra-N(CpaH2pa+1)-CO- (여기서, ra 및 rb는 독립적으로 1~20이고, pa는 0~4임)이고; R1은 직쇄이거나 분지쇄일 수 있는 -O-CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-O-CqbH2qb+1, -CqaH2qa-R3, -O-CqaH2qa-R3, -CO-O-CqaH2qa-R3, 또는 -O-CO-CqaH2qa-R3(여기서, R3는 -O-CO-CqbH2qb+1, -CO-O-CqbH2qb+1, -H, -Cl, -F, -CF3, -NO2또는 -CN이고; qa 및 qb는 독립적으로 1~20임)이고; R2는 CxaF2xa-X (여기서, X는 -H 또는 -F이고, xa는 1~20의 정수임)이다.
  64. 제60항에 있어서, 상기 불소-함유 중간상 화합물이 화학식(2)로 표시되는 액정 소자.
    상기 식에서, A4, A5및 A6는 각각 독립적으로
    또는이고; gb, hb 및 ib는 각각 독립적으로 0~3의 정수이고, 단 gb+hb+ib는 적어도 2이며; L3및 L4는 각각 독립적으로 공유 결합, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -CO-Se-, -Se-CO-, -CO-Te-, -Te-CO-, -(CH2CH2)ka- (ka는 1~4임), -CH=CH-, -C≡C-, -CH=N-, -N=CH-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CO- 또는 -O-이며; X2, Y2및 Z2는 각각 A4, A5및 A6의 치환체로서, X2, Y2및 Z2는 각각 독립적으로 -H, -Cl, -F, -Br, -I, -OH, -OCH3, -CH3, -CF3, -O-CF3, -CN 또는 -NO2이고; jb, mb 및 nb는 각각 독립적으로 0~4의 정수이며; J2는 -CO-O-CrcH2rc-, -O-CrcH2rc-, -CrcH2rc-, -O-(CsaH2sa-O)ta-CrdH2rd-, -O-SO2-, -SO2-, -SO2-CrcH2rc-, -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-SO2- 또는 -CrcH2rc-N(CpbH2pb+1)-CO- (여기서, rc 및 rd는 각각 독립적으로 1~20이고; sa는 각 (CsaH2sa-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ta는 1~6이며; pb는 0~4임)이고; R4는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있는 -O-(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -(CqcH2qc-O)wa-CqdH2qd+1, -CqcH2qc-R6, -O-CqcH2qc-R6, -CO-O-CqcH2qc-R6, 또는 O-CO-CqcH2qc-R6(여기서, R6는 -O-CO-CqdH2qd+1, -CO-O-CqdH2qd+1, -Cl, -F, -CF3, -NO2, -CN 또는 -H이고; qc 및 qd는 독립적으로 1~20의 정수이며; wa는 1~10의 정수임)이고; R5는 (CxbF2xb-O)za-CyaF2ya+1(여기서, xb는 각 (CxbF2xb-O)에 대하여 독립적으로 1~10이고; ya는 1~10이며; za는 1~10임)이다.
  65. 제55항에 있어서, 상기 한쌍의 기판에 각각 서로 다르게 배향 처리된 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
  66. 제65항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나가 동축 배향 처리된 것인 소자.
  67. 제66항에 있어서, 상기 동축 배향 처리가 러빙 처리인 것인 소자.
  68. 제55항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 화학식(P)로 표시되는 폴리이미드를 포함하는 배향 조절층이 추가로 제공되는 소자.
    상기 식에서, K는또는이고; L11및 L12독립적으로
    또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이며; M11은 단일 결합 또는 -O- 이고; a는 0, 1 또는 2이다.
  69. 제68항에 있어서, 상기 배향 조절층을 서로 다르게 배향 처리한 것인 소자.
  70. 제68항에 있어서, 상기 배향 조절층 중 하나는 동축 배향 처리하고 다른 배향 조절층은 동축 배향 처리하지 않은 소자.
  71. 제55항에 있어서, 상기 기판 중 하나 이상에 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름이 추가로 제공되는 소자.
  72. 제70항에 있어서, 상기 다른 배향 조절층이 전기전도성 조절 불순물로 도핑시킨 미분을 함유하는 매트릭스 물질을 포함하는 필름을 포함하는 소자.
  73. 제1항, 19항, 37항 및 55항 중 어느 한항에 따른 액정 소자 및 상기 액정 소자를 구동시키기 위한 구동 장치를 포함하는 액정 장치.
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