KR100246700B1 - 반강유전성(反强誘電性) 액정표시소자 - Google Patents

반강유전성(反强誘電性) 액정표시소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 명확한 단계적 변화화상을 표시할 수 있는 반강유전성 액정표시소자에 관한 것으로서, 액티브매트릭스형의 액정셀(11, 12, 20)과, 액정셀에 봉입된 반강유전성액정(21)으로 구성되고, 액정분자는 인가전압에 따라서 제 1 배향방향과 제 2 배향방향의 한쪽에 배열한 액정분자가 다른 쪽의 배열방향에 배열하고, 가시광영역의 빛의 파장보다 짧은 범위에서 다른 배향상태 영역이 복수형성되며, 상기 제 1 배향상태 영역과 제 2 배향상태 영역의 비율에 따라서 디렉터의 방향이 변화하고 상기 액정분자는 인가전압에 따라서 상전이 전구현상에 의해 소정의 원뿔을 따라 거동해도 좋으며 또 액정분자는 인가전압에 따라 전계와 수직방향으로 기울어지도록 거동해도 좋고, 또 액정분자는 인가전압에 따라서 전계와 수직방향으로 기울어지도록 해도 좋은 것을 특징으로 한다.

Description

반강유전성(反强誘電性) 액정표시소자
제1도는 본 발명의 실시예 1의 형태에 관한 액정표시소자의 구성을 도시한 단면도.
제2도는 제1도에 도시한 액정표시소자의 하(下)기판의 구조를 도시한 평면도.
제3도는 편광판의 투과축과 액정분자의 배향방향의 관계를 도시한 도면.
제4도는 반강유전성액정의 액정분자가 묘사하는 이중나선구조를 설명하기 위한 도면.
제5도는 기판사이에 봉지된 액정분자의 배향상태를 설명하기 위한 도면.
제6(a)도∼제6(g)도는 실시예 1의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제6(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제6(b)도와 제6(c)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제6(d)도는 플러스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제6(e)도와 제6(f)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제6(g)도는 마이너스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제7도는 가시광영역의 빛의 파장보다 짧은 거리내에 배향상태가 다른 복수의 미소(微小)영역이 형성된 상태를 모식적으로 도시한 도면.
제8도는 실시예 1의 반강유전성 액정표시소자의 저(低)주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제9(a)도∼제9(i)도는 본 발명의 실시예 1의 반강유전성 액정표시소자의 복수의 편광현미경사진을 도시하고, 제9(a)도∼제9(i)도의 순으로 인가전압이 상승하고 있는 도면.
제10(a)도∼제10(c)도는 본 발명의 반강유전성 액정표시소자의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍챠트이고,
제10(a)도는 게이트신호.
제10(b)도는 데이터신호.
제10(c)도는 각 화소에 유지되는 전압을 도시한 타이밍챠트.
제11도는 제10(a)도∼제10(c)도에 도시한 구동방법을 이용하여 본 발명의 실시예 1의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면.
제12도는 액정분자의 동작을 설명하기 위한 도면.
제13(a)도∼제13(c)도는 실시예 2의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제13(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제13(b)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제13(c)도는 플러스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제13(d)도는 마이너스극성을 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제13(e)도는 마이너스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제14도는 실시예 2의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제15도는 제10(a)도∼제10(c)도에 도시한 구동방법을 이용하여 본 발명의 실시예 2의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면.
제16(a)도∼제16(e)도는 실시예 3의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제16(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제16(b)도는 플러스극성을 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제16(c)도는 플러스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제16(d)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제16(e)도는 마이너스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제17도는 제10(a)도∼제10(c)도에 도시한 구동방법을 이용하여 본 발명의 실시예 3의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면.
제18(a)도∼제18(e)도는 실시예 4의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제18(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제18(b)도와 제18(c)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제18(d)도는 플러스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제18(e)도와 제18(f)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제18(g)도는 마이너스극성을 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제19도는 실시예 4의 반강유전성 액정표시소자의 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제20(a)도∼제20(i)도는 본 발명의 실시예 4의 반강유전성 액정표시소자의 복수의 편광현미경사진을 도시하고, 제20(i)도∼제20(a)도의 순으로 상승하고 있는 도면.
제21(a)도∼제21(e)도는 실시예 5의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제21(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제21(b)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제21(c)도는 플러스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제21(d)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제21(e)도는 마이너스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제22도는 실시예 5의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제23도는 제10(a)도∼제10(c)도에 도시한 구동방법을 이용하여 본 발명의 실시예 5의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면.
제24(a)도∼제24(c)도는 실시예 6의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제24(a)도는 전압을 인가하지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제24(b)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제24(c)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제25(a)도∼제25(g)도는 실시예 7의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제25(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제25(b)도와 제25(c)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제25(d)도는 플러스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제25(e)도와 제25(f)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제25(g)도는 마이너스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제26도와 제27도는 실시예 7의 반강유전성 액정표시소자의 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제28도는 제10(a)도∼제10(c)도에 도시한 구동방법을 이용하여 본 발명의 실시예 7의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면.
제29도는 이중나선구조를 유지한 상태의 반강유전성액정의 분자배열을 도시한 도면.
제30(a)도∼제30(e)도는 실시예 8의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제30(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제30(b)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제30(c)도는 플러스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제30(d)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제30(e)도는 마이너스극성에서 충분히 큰 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면.
제31도는 실시예 8의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제32도는 제10(a)도∼제10(c)도에 도시한 구동방법을 이용하여 본 발명의 실시예 8의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면.
제33(a)도∼제33(b)도는 실시예 9의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압과 액정분자의 배향과의 관계를 도시한 도면이고,
제33(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향과 플러스극성의 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 비교해서 설명하기 위한 도면.
제33(b)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정분자의 배향과 마이너스극성의 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향을 비교해서 설명하기 위한 도면.
제34도는 실시예 9의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제35도는 제10(a)도∼제10(c)도에 도시한 구동방법을 이용하여 본 발명의 실시예 9의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면.
제36(a)도∼제36(d)도는 실시예 9의 반강유전성 액정표시소자의 코노스코프(CONOSCOPE)상이고,
제36(a)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 코노스코프상.
제36(b)도와 제36(c)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 코노스코프상.
제36(d)도는 플러스극성의 충분히 높은 전압을 인가했을 때의 코노스코프상.
제37도는 실시예 10의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 도시한 그래프.
제38(a)도∼제38(c)도는 실시예 10의 반강유전성 액정표시소자의 코노스코프상이고,
제38(a)도는 플러스극성의 중간전압을 인가했을 때의 코노스코프상.
제38(b)도는 전압을 인가하고 있지 않을 때의 코노스코프상.
제38(c)도는 마이너스극성의 중간전압을 인가했을 때의 코노스코프상.
제39도는 종래의 반강유전성 액정표시소자의 인가전압-투과율특성을 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11, 12 : 투명기판 13, 17 : 전극
14 : 액티브소자 15 : 게이트라인
16 : 데이터라인 18, 19 : 배향막
20 : 시일재 21 : 액정
22 : 갭재 23, 24 : 편광판
본 발명은 반강유전성 액정(AFLC, AntiFerroelectric Liquid Crystal)을 이용한 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 단계적 변화표시가 가능한 AFLC 액정표시소자에 관한다.
강유전성액정을 이용하는 강유전성 액정표시소자는 네마틱액정을 이용하는 TN모드의 액정표시소자와 비교하여 고속응답, 폭넓은 시야각을 얻을 수 있는 점에서 주목되고 있다.
강유전성액정표시소자로서는 강유전성액정을 이용한 강유전성액정표시소자와 반강유전성액정을 이용한 반강유전성 액정표시소자가 알려져 있다.
반강유전성 액정표시소자는 반강유전성액정이 구비한 배향상태의 안전성을 이용하여 화상을 표시하는 것이다.
보다 상세하게 설명하면, 반강유전성액정은 액정분자의 배향에 3개의 안정상태를 가지고, (1) 제 1 상한값 이상의 전압을 해당하는 액정에 인가했을 때, 인가전압의 극성에 따라서 액정분자가 제 1 방향에 배열하는 제 1 강유전상 또는 제 2 방향에 배열하는 제 2 강유전상에 배향하고, (2) 상기 제 1 상한값보다 낮은 제 2 상한값 이하의 전압을 인가했을 때, 제 1 과 제 2 강유전상의 중간 배열상태인 반강유전상에 배향한다. 액정표시소자의 양측에 배치된 한 쌍의 편광판의 투과축의 방향을 반강유전상에 있어서의 광학축을 기준으로 하여 설정함으로서 제39도에 도시한 바와 같이 인가전압에 의해 빛의 투과율을 제어하여 화상을 표시할 수 있다.
반강유전성액정은 인가전압이 변화해도, 상기 제 1 과 제 2 상한값 사이의 범위이면, 제 1 또는 제 2 상유전상 또는 반강유전상에 배향한 상태를 유지한다. 즉, 메모리성을 가지고 있다. 종래의 반강유전성 액정표시소자는 이 메모리성을 이용하여 단순매트릭스 구동되어 있다.
반강유전성액정의 메모리성은 액정이 제 1 또는 제 2 강유전상에서 반강유전상에 상전이하는 전압과, 반강유전상에서 제 1 또는 제 2 강유전상에 상전이하는 전압과의 전압차에 의해서 결정된다. 그리고 이 전압차가 크면 배향상태의 메모리성이 높다. 즉 광학특성의 히스테리시스(Hysteresis)가 크면 메모리성이 높다.
이 때문에 종래의 단순매트릭스 구동되는 반강유전성 액정표시소자에서는 반강유전성액정으로서 상기 전압차가 큰 액정을 이용하고 있다.
그러나 메모리성이 높은 반강유전성액정을 이용하는 종래의 반강유전성액정표시소자는 빛의 투과율을 임의로 제어할 수 없다. 즉, 표시의 단계적 변화의 제어가 거의 불가능하고, 단계적 변화표시를 실현할 수 없었다.
본 발명은 상기 실상을 감안하여 이루어진 것이고, 명확한 단계적 변화표시를 실현할 수 있는 반강유전성 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상에 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 방향의 기판과, 상기 기판의 사이에 봉입되고, 액정분자가 거의 제 1 배향방향에 배열한 제 1 강유전상과 액정분자가 거의 제 2 배향방향에 배열한 제 2 강유전상과, 제 1 배향방향에 배열한 액정분자와 제 2 배향방향에 배열한 액정분자가 혼재하고, 그 평균적인 디렉터의 방향이 카이랄스멕틱(Chiral Smectic)상이 형성하는 층의 법선 방향에 거의 일치하는 반강유전상을 가지고, 인가전압에 따라서 제 1 배향방향과 제 2 배향방향의 한쪽에 배열한 액정분자가 다른 쪽의 배향방향에 배열하고, 가시광영역의 빛의 파장보다 짧은 범위에서 다른 배향상태의 영역이 복수 형성되고, 상기 제 1 배향상태의 영역과 제 2 배향상태의 영역의 비율에 따라 디렉터의 방향이 변화하는 반강유전성액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 2 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는, 한쪽의 기판과, 상기 한쪽의 기판에 대향하는 다른 쪽의 기판과, 상기 한쪽과 다른 쪽의 기판 사이에 봉입하고, 액정분자가 거의 제 1 배향방향에 배열한 제 1 강유전상과 액정분자가 거의 제 2 배향방향에 배열한 제 2 강유전상과, 제 1 배향방향에 배열한 액정분자와 제 2 배향방향에 배열한 액정분자가 혼재하고, 그 평균인 디렉터의 방향이 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선 방향에 거의 일치하는 반강유전상을 가지고, 인가전압에 따라서 제 1 배향방향과 제 2 배향방향의 한쪽에 배열한 액정분자가 다른 쪽의 배향방향에 배열하고, 가시광영역의 빛의 파장보다 짧은 범위에서 다른 배향상태의 영역이 복수 형성되고, 상기 제 1 배향상태의 영역과 제 2 배향상태의 영역의 비율에 따라서, 디렉터의 방향이 변화하는 반강유전성액정과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 이 인가전압을 바꿈으로써 상기 다른 배향상태의 영역의 비율을 제어하고, 반강유전성액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향에 설정하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자에 의하면, 반강유전성액정의 각 액정분자는 인가전압에 따라서, 제 1 또는 제 2 배향상태(안정상태에서)의 한쪽에서 다른 쪽으로 변화하고, 그 변화하는 비율은 인가전압에 대응하고 있다. 이 때문에 인가전압을 제어하는 것에 의해, 제 1 안정상태의 액정분자로 구성한 미소영역과 제 2 안정상태의 액정분자로 구성한 미소영역의 비율을 제어할 수 있다. 이 비율에 따라서, 반강유전성액정의 디렉터의 방향이 변화한다. 따라서, 디렉터를 제 1 배향방향과 제 2 배향방향 사이에서 임의의 방향으로 제어하고, 표시를 제어할 수 있다.
또, 본 발명의 제 3 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는, 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상에 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자의 배열상태가 서로 다른 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고, 인가전압에 따라 상전이 전구(前驅)현상에 의해 액정분자가 움직임으로서 디렉터를 변화시키기 위한, 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배향상태를 가지고 반강유전성액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 제 4 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는, 한쪽의 기판과, 상기 한쪽의 기판에 대향하는 다른 쪽의 기판과, 상기 한쪽과 다른 쪽의 기판 사이에 봉입되고, 액정분자의 배열상태가 서로 다른 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고, 인가전압에 따라서 상전이 전구현상에 의해 액정분자가 움직임으로서 디렉터를 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배향상태를 가지는 반강유전성액정과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 이 인가전압을 바꿈으로써 상기 반강유전성액정의 상전이 전구현상을 제어하고, 반강유전성액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향으로 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 및 제 4 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자에 의하면, 반강유전성액정의 분자는 인가전압에 따라서 상전이 전구현상에 의해 기울어진다. 이 기울기에 따라 반강유전성액정의 디렉터의 방향이 변화한다. 따라서, 디렉터를 제 1 배향방향과 제 2 배향방향 사이에서 임의의 방향으로 제어하고, 액정층의 광학측의 방향을 바꾸고, 이에 의해 표시를 제어할 수 있다.
또 본 발명의 제 5 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는, 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상에 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자의 배열상태가 서로 다른 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고, 인가전압을 따라서 액정분자가 전계와 수직인 방향으로 기울어지는 것에 의해 디렉터를 변화시키기 위한 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배향상태를 가지는 반강유전성액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 제 6 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는, 한쪽의 기판과, 상기 한쪽의 기판에 대향하는 다른 쪽의 기판과, 상기 한쪽과 다른 쪽의 기판 사이에 봉입되고, 액정분자의 배열상태가 서로 다른 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고, 인가전압을 따라서 액정분자가 전계와 수직인 방향으로 기울어지는 것에 의해 디렉터를 변화시키기 위해, 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배향상태를 가지는 반강유전성액정과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 이 인가전압을 바꿈으로써 상기 반강유전성액정의 각 분자의 상기 전계와 수직인 방향에의 기울기량을 제어하고, 반강유전성액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향으로 설정하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 및 제 6 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자에 의하면, 반강유전성액정의 분자는 인가전압에 따라서 전계와 수직인 방향으로 기울어진다. 이 기울기에 따라서 반강유전성액정의 디렉터의 방향이 변화한다. 따라서 디렉터를 제 1 배향방향과 제 2 배향방향 사이에서 임의의 방향으로 제어하고, 표시를 제어할 수 있다.
또, 본 발명의 제 7 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는, 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상에 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자의 배열상태가 서로 다른 제 1 과 제 2 강유전상과 스멕틱CA*상의 이중나선구조를 갖고 액정분자가 배열하는 반강유전상을 가지고, 인가전압에 따라서 상기 이중나선구조의 나선이 비뚤어짐에 의해 디렉터를 변화시키기 위한 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배열상태를 가지는 반강유전성액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 제 8 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자는, 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상에 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자의 배열상태가 서로 다른 제 1 과 제 2 강유전상과 스멕틱CA*상의 이중나선구조를 갖고 액정분자가 배열하는 반강유전상을 가지고, 인가전압에 따라서 상기 이중나선구조의 나선이 비뚤어짐에 의해 디렉터를 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배열상태를 가지는 반강유전성액정과, 상기 액정의 전압을 인가하고, 이 인가전압을 변화하는 것에 의해 상기 반강유전성액정의 상기 이중나선구조의 비뜰어짐을 제어하고, 반강유전성액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향으로 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 7 및 제 8 관점에 관한 반강유전성 액정표시소자에 의하면, 반강유전성액정의 분자가 묘사하는 이중나선구조는 인간전압에 따라서 비뚤어진다. 이 비뚤어짐에 따라서 반강유전성액정의 디렉터의 방향이 변화한다. 따라서 디렉터를 제 1 배향방향과 제 2 배향방향 사이에서 임의의 방향으로 제어하여 액정층의 광학축 방향을 변화시키고, 표시를 제어할 수 있다.
제 1 및 제 2의 관점에 관한 액정표시소자, 제 3 및 제 4 의 관점에 관한 액정표시소자, 제 5 및 제 6 관점에 관한 액정표시소자, 제 7 및 제 8 관점에 관한 액정표시소자는 각각 인가전압에 대한 액정분자가 다른 거동에 의해 중간 배향상태를 생성하는 액정을 사용하고 있다. 그러나 복수의 현상이 동시에 또는 인가전압에 따라서 연속적으로 발생하는 것에 의해, 복합적인 이유에 의해 중간 배향상태를 얻을 수 있는 반강유전성액정도 물론 사용 가능하다. 중간 배향상태를 생성하는 원인의 전부 또는 적어도 일부가 상술한 분자의 거동에 의한 것이라면 좋다.
[실시예]
임의의 중간 배향상태를 얻을 수 있는 반강유전성액정과, 해당하는 반강유전성액정을 사용한 액티브매트릭스형의 반강유전성 액정표시소자의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예 1의 반강유전성 액정표시소자의 구성을 설명한다. 제1도는 반강유전성 액정표시소자의 단면도, 제2도는 화소전극과 액티브소자를 형성한 기판의 평면도이다.
이 반강유전성 액정표시소자는 액티브매트릭스방식의 것이고, 한 쌍의 투명기판(예를 들면 유리기판)(11, 12)을 구비한다. 제1도에 있어서 하측의 기판(이하 하기판)(11)에는 투명한 화소전극(13)과 화소전극(13)에 접속된 액티브소자(14)가 매트릭스상으로 배열형성되어 있다.
액티브소자(14)는 예를 들면 박막트랜지스터(이하 TFT)로 구성된다. TFT(14)는 기판(11)상에 형성된 게이트전극과; 게이트전극을 덮는 게이트절연막과; 게이트절연막상에 형성된 반도체층과; 반도체층상에 형성된 소스전극 및 드레인전극으로 구성된다.
게다가 하기판(11)에는 제2도에 도시한 바와 같이 화소전극(13)의 행간에 게이트라인(주사라인)(15)이 배선되어 있다. 또 화소전극(13)의 열간에 데이터라인(단계적 변화신호라인)(16)이 배설되어 있다. 각 TFT(14)의 게이트전극은 대응하는 게이트라인(15)에 접속되고, 드레인전극은 대응하는 데이터라인(16)에 접속되어 있다.
게이트라인(15)은 단부(15a)를 통해서 행드라이버(행구동회로)(31)에 접속되어 있다. 데이터라인(16)은 단부(16a)를 통해서 열드라이버(열구동회로)(32)에 접속된다. 행드라이버(31)는 후술하는 게이트신호를 인가하고, 게이트라인(15)을 주사한다. 한편 열드라이버(32)는 표시데이터(단계적 변화데이터)를 받고 데이터라인(16)에 표시데이터에 대응하는 데이터신호를 인가한다.
게이트라인(15)은 단자부(15a)를 제외하고 TFT(14)의 게이트절연막(투명막)으로 덮여져 있다. 데이터라인(16)은 이 게이트절연막상에 형성되어 있다. 화소전극(13)은 ITO등으로 구성되고, 상기 게이트절연막상에 형성되어 있고 그 한 단부에 있어서 TFT(14)의 소스전극에 접속되어 있다.
제1도에 있어서 상측의 기판(이하 상기판)(12)에는 하기판(11)의 각 화소전극(13)과 대향하는 투명한 공통전극(17)이 형성되어 있다. 공통전극(17)은 ITO등으로 구성되고 표시영역전체에 걸쳐 면적 1장의 전극으로 구성되고, 기준전압V0이 인가되어 있다. 화소전극(13)과 공통전극(17)은 그 사이의 액정(21)에 전압을 인가함에 의해 액정분자의 배향방향 등을 제어하며 그 디렉터를 제어하고, 더 나아가서는 액정층의 광학축을 구성하고, 이것에 의해 표시의 단계적 변화를 제어한다.
하기판(11)과 상기판(12)의 전극형성면에는 각각 배향막(18, 19)이 설치되어 있다. 배향막(18, 19)은 폴리이미드등의 유기고분자 화합물로 구성된 수평 배향막이고, 그 대향면에는 동일 방향(제 3 방향(21C))에 러빙에 의한 배향처리가 실시되어 있다.
하기판(11)과 상기판(12)은 그 바깥둘레틀부에 있어서 틀형상의 시일재(20)를 통하여 접착되어 있다. 기판(11, 13) 사이의 시일재(20)로 둘러싸인 영역에는 액정(21)이 봉입되어 있다.
액정(21)은 스멕틱CA*상을 가지는 반강유전성액정(이하 AFLC)으로 구성된다. 액정(21)의 총두께는 투명한 갭재(22)에 의해 규제되어 있다. 갭재(22)는 액정봉입영역내에 점재상태로 배치되어 있다.
AFLC(21)는 충분히 높은 전압이 인가되었을 때 인가된 전압의 극성에 따라서 액정분자가 제3도에 도시한 제 1 대향방향(21A)에 배열한 제 1 강유전상과 상기 제 1 배향방향과 다른 제 2 배향방향에 배열한 제 2 강유전상에 배향한다.
또 AFLC(21)는 전압이 인가하지 않을 때에 디렉터(액정분자의 긴 축의 평균인 방향)가 SmCA*상이 형성하는 층의 법선이 제 3 방향(21C)에 거의 갖춘 상태의 반강유전상이 된다. 또한 중간의 전압을 인가하면 AFLC(21)는 다수의 중간상태를 나타낸다.
액정표시소자의 상하에는 한 쌍의 편광판(23, 24)이 배치되어 있다. 제3도에 도시한 바와 같이 하측의 편광판(23)의 광학축(이하 투과축으로 한다)(23A)은 제 3 방향(21C)에 거의 일치하는 스멕틱층의 법선 방향과 거의 평행하게 설정되어 있다. 상측 편광판(24)의 광학축(이하 투과축으로 한다)(24A)은 아래 편광판(23)의 투과축(23A)에 거의 직각으로 설정되어 있다.
제3도에 도시한 바와 같이 편광판(23, 24)의 투과축을 설정한 반강유전성 액정표시소자는 액정(21)의 디렉터가 제 1 또는 제 2 배향방향(21A, 21B)에 거의 배향한 강유전상인 때에 투과율이 거의 최대(표시가 가장 밝다)가 된다. 또, 액정(21)의 디렉터가 제 3 방향(21C)을 향하도록 거의 배향한 반강유전상의 때에 투과율이 거의 최소(표시가 가장 어둡다)가 된다.
즉, 액정분자가 제 1 또는 제 2 방향(21A, 21B)을 향한 상태에서는 입사측의 편광판(23)의 투과축(23A)을 통과한 직선편광은 AFLC(21)의 복굴적작용에 의해 비직선편광이 된다. 이 비직선편광이 출사측편광판(24)에 입사하고, 출사측편광판(24)의 투과축(21A)과 평행인 성분이 출사하고, 표시는 밝아진다.
디렉터가 제 3 방향(21C)을 향한 상태에서는 입사측의 편광판(23)의 투과축(23A)을 통과한 직선편광은 AFL(21)의 복굴절작용을 거의 받지 않는다. 이 때문에 입사축의 편광판(23)을 통과한 직선편광은 직선편광 그대로 AFLC(21)를 통과하고, 출사측의 편광판(14)에서 거의 흡수되고, 표시가 어두워진다.
또 AFLC(21)가 광학적 중간상태인 때는 디렉터의 방향에 따른 단계적 변화가 얻어진다.
다음으로 AFLC(21)에 대해서 보다 상세히 설명한다.
AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글(Cone Angle)이 30°에서 45°(바람직하게는 35° 이상)로 크며 I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 스멕틱CA*상의 액정으로 구성된다. AFLC(21)는 벌크(Bulk) 상태에서는 제4도에 도시한 바와 같이 분자배열의 층구조와 나선구조를 가지고 있다. 통상의 강유전성액정과 다르고, 인접하는 액정분자는 층마다 원뿔이 거의 180° 시프트하여 나선을 묘사한 이중나선구조를 가진다. 또 AFLC(21)는 반강유전적 상호작용(층마다 액정분자의 배향방향이 반전하는 작용)과 동시에 강유전적 상호작용(각 액정분자가 한쪽방향에 평행으로 배열하여 강유전상이 되기 쉬운 작용)이 강한 액정이다. 단지, 반강유전적 상호작용이 가장 강하다.
AFLC(21)는 예를 들면, 표 1(-)∼(III)에 도시한 주구조를 가지는 액정을 (I)과 (II)을 5∼50중량(%), (III)을 잔류로서 혼합하는 것에 의해 얻어진다.
[표 1]
Rf : 탄소수 1 또는 2의 플루오로알킬기
R1 : 탄소수 3∼20의 직쇄 또는 분기쇄 알킬기
R2, R3, R4 : 각각 독립인 수소 또는 탄소수 1∼15의 직쇄 또는 분기쇄 알킬기 또는 탄소수 2에서 15의 알케닐기 또는 탄소수 7∼10의 아르알킬기
X1 : 카르복실기 또는 에테르기 또는 단결합
X2 : 카르복실기 또는 에테르기 또는 메톡시기 또는 단결합
X3 : 카르복시기 또는 메톡시기 또는 에테르기 또는 단결합
X4 : 에테르기 또는 카르복실기 또는 단결합
A, B : 각각 독립인 치환되어도 좋은 6원환기
n : 0 또는 1
R6 : 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1∼15의 알킬기 또는 알콕시기
R7 : 치환기를 가져도 좋은 탄소수 1∼15의 알킬기
Q : 에테르기 또는 카르복실기, 우레탄기 또는 단결합
E : 벤졸환 또는 피리미딘환
AFLC(21)의 총두께(셀갭)는 AFLC(21)의 나선구조의 1피치(내츄럴피치) 보다도 작게 형성되어 있다. 이 때문에 AFLC(21)는 제5도에 모식적으로 도시한 바와 같이 이중나선구조가 소실된 상태에서 기판(11, 12)사이에 봉지되어 있다. 한편, 셀갭은 AFLC(21)의 나선구조의 1피치보다도 크게 하고, 대신에 배향막(18, 19)의 표면을 안정화함에 따라, 표면안정화효과에 의해 이중나선구조를 소실시켜도 좋다.
제6도는 인가전압에 의한 액정분자의 배향을 설명하기 위한 도면이다.
각 액정분자는 분자의 긴 축이 제 1 배향방향(21A) 또는 제 2 배향방향(21B)을 향한 2개의 배향상태를 가진다.
전압무(無)인가 상태에서는 제6(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)을 층마다 번갈아 향한 상태가 된다. 즉, 층마다 제 1 배향상태와 제 2 배향상태를 반복하는 상태가 된다. 이 상태에서는 층내에서는 자발분극이 발생하지만, 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 반대방향을 향하고, 양극자 모멘트가 서로 부정하여 종합적으로는 자발분극은 존재하지 않고 반강유전상이 된다. 공간적으로 평균된 AFLC(21)의 광학축은 디렉터(제 3 방향(21C))에 거의 일치한다.
AFLC(21)에 어느 일정값 EC 이상의 전압(포화전압)을 인가하는 것에 의해 제6(d)도 및 제6(g)도에 도시한 바와 같이 인가전압의 극성에 따라 액정분자는 제 1 또는 제 2 배향상태의 한쪽이 된다. 이 상태에서는 거의 모든 액정분자의 영구 양극자가 동일 방향을 향하고, 자발분극이 존재하며 AFLC(21)는 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다.
상술한 바와 같이 AFLC(21)는 강유전성적 상호작용이 강하다. 즉, 액정 분자가 제 1 배향상태 또는 제 2 배향상태의 어딘가에 갖추어 배향하도록 하는 힘이 강하다. 이 때문에 포화전압(EC)미만의 플러스극성 전압(E)을 인가하면, 제6(b)도 및 제6(c)도에 도시한 바와 같이 인가전압(E)의 크기에 따라서 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 1 배향상태로 변환한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압(E)이 커짐에 따라 증가한다. 이 때문에 인가전압의 상승에 따라서 AFLC(21)의 디렉터는 제 1 배향방향(21A)을 향하여 연속적으로 변화한다.
또 마이너스극성에서 포화전압(EC) 미만의 전압(E)을 인가하면, 제6(e)도 및 제6(f)도에 도시한 바와 같이 인가전압(E)의 크기에 따라서 제 1 배향상태에 어느 액정분자의 일부는 제 2 배향상태로 변화한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압이 커짐에 따라서 증가한다. 이 때문에 인가전압의 절대값 상승에 따라서 액정분자의 디렉터의 평균적인 방향은 제 2 배향방향(21B)을 향하여 연속적으로 변화한다.
환언하면, 제7도에 도시한 바와 같이 AFLC(21)에 전압을 인가하면, 제 1 배향상태에 액정분자가 배열한 미소영역과; 제 2 배향상태에 액정분자가 배열한 미소영역이 AFLC(21)의 가시광영역의 빛의 파장보다도 짧은 거리내에 다수 형성된다. 이들의 미소영역의 면적 또는 수의 비율이 인가전압에 따라서 변화한다. 각 미소영역의 크기가 가시광영역의 빛의 파장보다도 작으므로, 광학적으로 복수의 미소영역의 광학특성이 평균화되고, 복수의 미소영역의 AFLC의 디렉터의 평균인 방향이 AFLC(21)의 실질적인 광학축이 된다. 이 광학축은 인가전압의 변화에 따른 액정분자의 배향 변화 즉, 제 1 배향상태와 제 2 배향상태의 액정분자의 비율의 변화에 따라서 연속적으로 변화한다.
이 때문에 상기 구성의 반강유전성 액정표시소자의 광학특성은 인가전압 0V의 근방에 있어서 평탄한 부분이 없고, 인가전압의 절대값 상승에 따라서 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화하게 된다. 또한, 인가전압의 극성에 대해서 투과율 곡선도 대칭이 된다. 또, 절대값이 포화전압(EC) 이상의 전압이 인가되면 투과율은 포화한다. 또한 히스테리시스가 매우 작다.
한 예로서 표 1에 도시한 액정재료를 이용하여 I-SA전이온도가 92℃, SA-SCA*전이온도가 68℃, 자발분극이 130nc/cm2, 원뿔앵글 54°의 액정조성물을 조정하고, 이 액정조성물을 AFLC(21)로서 이용한 액정표시소자의 인가전압에 대한 투과율의 관계를 제8도에 도시한다.
제8도의 특성은 대향하는 전극(17, 13)과의 사이에 ±20V, 0.1Hz의 삼각파를 인가하여 얻어진 것이고, 중간단계적 변화를 안정적으로 표시할 수 있는 것을 알 수 있다.
이 액정표시소자에 있어서, 인가전압에 따라서 액정분자가 상술한 바와 같이 거동하고 있는 것은 제9(a)도∼제9(i)도에 도시한 표시면의 확대면에서 판별할 수 있다. 한편, 제9(i)도∼제9(a)도는 무(無)전계상태에서 충분히 높은 전압을 인가한 상태까지의 표시면의 변화를 도시하고 있다.
전압무인가상태에서는 제9(i)도에 도시한 바와 같이 거의 전면이 「흑색」이다. 즉, 제 1 배향상태의 액정분자와 제 2 배향상태의 약정분자가 거의 균등하게 존재하고, AFLC(21)의 디렉터(액정분자의 평균인 배향방향)는 제 1 배향방향(21A)과 제 2 배향방향(21B)의 거의 중간인 제 3 방향(21C)을 향하고 있다.
인가전압을 상승하면, 제9(a)도∼제9(b)도에 도시한 바와 같이 「백색」 영역의 면적이 증가하고, 「흑색」 영역의 면적이 감소한다. 또, 「백색」 및 「흑색」의 각 영역의 투과율은 변화하지 않는다. 이것은 「흑색」 영역의 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자가 미소영역단위에서 제 2 또는 제 1 배향상태로 변화하는 것을 도시하고 있다. 즉, 일부 미소영역의 액정이 강유전상에 변화한 것을 도시하고 있다.
또한 인가전압을 상승하면, 제9(a)도에 도시한 바와 같이 거의 전면이 「백색」, 즉, 거의 모든 액정분자가 제 1 또는 제 2 배향방향의 한쪽에 배향하고, AFLC(21)의 액정분자의 거의 전부가 한쪽방향에 배열한 강유전상이 된다.
이와 같이 본 실시예의 AFLC(21)의 액정분자는 인가전압에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태에서 제 2 또는 제 1 배향상태에 원뿔을 따라 차례로 180° 반전한다. 그리고 AFLC(21)의 평균인 배향방향이 인가전압에 따라서 연속적으로 변화하고, 투과율이 연속적으로 변화한다. 따라서 임의의 단계적 변화를 표시할 수 있다.
다음으로 상기 구성의 반강유전성 액정표시소자에 단계적 변화표시를 하게 할 경우의 실용적인 구동방법에 대해서 설명한다.
제10(a)도는 행드라이버(31)가 제 1 행의 TFT(14)에 접속된 게이트라인(15)에 인가하는 게이트신호의 파형을 도시하고, 제10(b)도는 열드라이버(32)가 데이터라인(16)에 인가하는 데이터신호의 파형을 도시하고, 제10(c)도는 각 화소에 유지되는 전압을 도시한다. 한편, 이해를 쉽게 하기 위해 제10(b)도는 제 1 행의 화소용의 데이터신호만 도시하고, 다른 행용의 데이터 신호는 도시하지 않는다.
제10(a)도∼제10(c)도에 있어서 TF는 1 프레임기간, TS는 제 1 행의 화소선택기간, TO는 비선택기간을 도시한다. 각 선택기간(TS)은 예를 들면, 약 60μ초이다.
제10(b)도에 도시한 바와 같이 연속하는 2개의 프레임의 선택기간(TS)에 표시의 단계적 변화에 따라서 극성이 반대이고 절대값이 동일한 전압값(VD, -VD)을 가지는 구동펄스(기입펄스)를 데이터라인(16)에 인가한다. 즉, 한개의 표시데이터에 대해서 전압값이 +VD와 -VD의 2개의 구동펄스를 연속하는 2개의 프레임의 각 선택기간(TS)에 각각 한 개씩 AFLC(21)에 인가한다.
구동펄스의 극성 및 전압값을 데이터신호의 기준전압(V0)에 대한 극성과 전압이다. 기준전압(V0)은 공통전극(17)에 인가하는 전압과 동일하다.
기입전압(VD)의 최대값(VMAX)은 투과율의 포화가 일어나는 포화전압 EC보다도 약간 낮은 값이 되고, 기입전압(VD)는 V0∼VMAX의 범위로 제어된다.
제10(a)도∼제10(b)도에 도시한 바와 같이 파형의 게이트신호와 데이터신호를 이용하여 반강유전성 액정표시소자를 구동하면, 각 행의 선택기간(TS)에 기입전압(VD)이 게이트신호에 의해 켜져 있는 TFT(14)를 통해서 화소전극(13)에 인가된다.
게이트신호가 꺼지고, 비선택기간(TO)이 되면, TFT(14)가 꺼진 상태가 되고, 제10(c)도에 도시한 바와 같이 기입전압(VD)이 화소전극(13)과 공통전극(17)과 그 사이의 AFLC(21)에 형성되는 용량(화소용량)으로 유지된다. 이 때문에 제10(c)도에 도시한 바와 같이 비선택기간(TO)의 사이, 그 화소의 투과율이 화소용량의 보유전압에 대응하는 값으로 유지된다.
본 실시예의 액정표시소자의 인가전압-광학특성은 제8도에 도시한 바와 같이 명확한 상한값을 갖지 않고, 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대하여 대칭이다. 따라서 기입전압(VD)의 절대값에 대한 투과율이 거의 한결같이 결정되고, 기입전압 VD의 절대값에 의해 투과율을 제어하고, 명확한 단계적 변화표시를 실현할 수 있다.
예를 들면, 제11도는 제8도에 도시한 광학특성을 가지는 액정표시소자를 제10(a)도∼제10(b)도에 도시한 구동파형을 이용하고, TS=60μ초로 구동했을 때의 인가전압(VD)과 투과율의 관계를 도시한다. 이 그래프에서 명확한 바와 같이 이 구동방법에 의하면, 기입전압(VD)을 변화시킴에 의해 투과율이 연속적으로 변화하고, 또 기입전압VD에 따라서 표시의 단계적 변화가 한결같이 결정되고, 단계적 변화표시가 가능하게 된다.
이 구동방법에 의하면, 연속하는 2개의 프레임으로 한 개의 화소데이터에 대한 전압(+VD과 -VD)을 AFLC(21)에 인가하고 있다. 따라서, 플러스극성의 인가전압과 마이너스극성의 인가전압에 대한 광학특성이 약간 다르더라도 이들의 광학특성의 평균이 관찰된다. 따라서 플러스마이너스극성의 전압에 대한 광학적 특성에 차가 있어도 명확한 단계적 변화표시가 가능하다.
또 연속하는 2개의 프레임이고, 기입전압(+VD와 -VD)를 AFLC(21)에 인가하므로, AFLC(21)에 직류전압성분이 치우쳐 인가되는 일이 없다. 따라서, 표시의 소착현상이나 AFLC(21)의 악화를 생기게 하는 일도 없다.
[실시예 2]
이하 본 발명의 실시예 2의 반강유전성액정소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 반강유전성 액정표시소자의 기본 구성은 제1도∼제3도에 도시한 실시예 1의 반강유전성 액정표시소자와 실질적으로 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글이 30°에서 45°(바람직하게는 35° 이상)으로 크고, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 SmCA*상의 액정으로 구성된다. AFLC(21)는 제4도에 도시한 바와 같이 벌크 상태에서는 분자배열의 층구조와 이중나선구조를 가지고 있다. 또 AFLC(21)는 그 분자가 묘사하는 이중나선구조가 풀린 상태(제5도에 도시한 상태)에서 기판(11, 12) 사이에 봉지되어 있다. 이 점은 기본적으로 실시예 1의 AFLC와 동일하다.
단지 본 실시예의 AFLC(21)는 인접하는 스멕틱층의 액정분자 사이에 작용하는 상호작용이 약하다는 특징으로 가진다. 인접하는 스멕틱층의 액정분자 사이의 상호작용이 약하기 때문에 전계(E)가 인가되면 제12도에 도시한 바와 같이 AFLC(21)의 분자는 영구 양극자와 전계의 상호작용에 의해 스멕틱상의 액정분자가 묘사하는 가상적인 원뿔을 따라 거동하기 시작하고, 전기적으로 불안정한 반강유전상을 도시한다. 즉, 이 AFLC(21)는 액정분자의 배향방향이 외부전계에 따라서 연속적으로 변화한다는 반강유전-강유전상의 상전이 전구현상을 도시한다.
이와 같이 반강유전상에 있어서 전계를 인가했을 때 액정분자가 그 영구양극자와 전계와의 상호작용에 의해서 나선의 원뿔위를 연속적으로 움직이는 현상이 반강유전-강유전상의 상전이 전구현상이다. 이 현상을 액정분자의 거동에서 보았을 때에는 액정분자의 기판에 대한 틸트각이 인가전압에 따라 변화하므로, 전구틸트현상으로 포착할 수 있다.
이와 같은 반강유전성액정은 액정분자의 골격구조에 테트라린결합과 그 양측에 산소원자와 불소원자를 가진 테트라린계의 반강유전성액정 화합물 및 분자의 양측 말단의 치환기에 산소원자와 불소원자를 가진 액정화합물 등을 혼합함으로서 얻을 수 있다.
예를 들면, AFLC(21)는 표 2에 도시한 액정화합물(I)과 (II)을 60중량(%)과 40중량(%)의 비율로 배합함으로서 얻을 수 있다.
[표 2]
이들의 액정화합물은 비대칭(不齊)탄소를 끼우고, 분자의 말단기에 마이너스극성을 가진 산호원자와 불소원자를 가지고 있다. 이 때문에 스멕틱층이 인접하는 층사이의 분자간 상호작용이 작다. 외부전계가 인가되면 액정분자는 상기 상전이 전구현상에 의해 상기 원뿔을 따라 거동하기 시작하고, 외부전압에 따라서 연속적으로 변화하고, 외부전압이 충분히 커졌을 때에는 완전한 강유전상으로 전이한다. 그리고 이 반강유전성액정은 반강유전상에서 강유전상으로 전이하는 전압과 강유전상에서 반강유전상으로 전이하는 전압과의 차로 표시되는 히스테리시스가 작고, 연속적인 중간변화를 얻을 수 있다.
분자배열의 모델을 사용하여 설명하면 전압무인가 상태에서는 제13(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)을 층마다 번걸아 향한 상태가 되어 있다. 이 상태에서는 층내에서는 자발분극이 발생하지만, 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 반대방향을 향하고, 종합적으로는 자발분극은 존재하지 않고, 반강유전상이 된다. 공간적으로 평균된 AFLC(21)의 광학축은 액정분자의 평균 배향방향인 스멕틱층의 법선 방향이 된다.
AFLC(21) 포화전압(EC) 이상의 전압을 인가하면 인가전압의 극성에 따라 제 1 또는 제 2 배향상태의 액정분자의 한쪽이 원뿔을 따라 이동하고(거동하고; 기울기), 제13(c)도 또는 제13(e)도에 도시한 바와 같이 제 2 또는 제 1 배향방향(21B 또는 21A)에 배향하여 제 2 또는 제 1 배향상태가 된다. 이 상태에서는 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 동일 방향을 향하고, 자발분극이 존재하고, AFLC(21)는 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다.
기판(11, 12)의 주면에 수직인 방향으로 포화전압(EC) 미만에서 플러스극성의 전계(E)가 인가되면 분자의 긴 축의 제 2 배향방향(21B)을 향한 액정분자에 전계와의 상호작용에 의한 힘이 작용하고, 액정분자는 원뿔을 따라 소정량(소정각도) 움직인다. 이동량(이동각도)은 인가전압의 값에 대응한다. 한편, 분자의 긴 축이 제 1 배향방향(21A)을 향한 액정분자는 자발분극과의 상호작용에 의한 힘이 크므로 움직이지 않는다. 이 때문에 제13(a)도에 실선으로 도시한 배향상태의 AFLC(21)에 포화전압(EC) 미만의 플러스극성의 전압(E)을 인가하면 제13(b)도에 파선으로 도시한 바와 같이 일부의 분자가 기울어진다. 각 분자의 기울기각은 인가전계의 강도에 대응한다.
또, 포화전압(EC) 미만이고, 마이너스극성의 전압(E)이 인가되면 분자의 긴 축이 제 1 배향방향(21A)을 향하는 액정분자에 전계와의 상호작용에 의한 힘이 작용하고, 액정분자는 원뿔을 따라소정량(소정각도) 움직인다. 이 동량(이동각도)은 인가전압의 값에 대응한다. 한편, 이미 제 2 배향방향(21B)을 향하고 있던 액정분자는 움직이지 않는다. 이 때문에 제13(a)도에 실선으로 도시한 배향상태의 AFLC(21)에 전압(-E)을 인가하면 제13(d)도에 파선으로 도시한 바와 같이 일부 분자가 기울어진다. 각 분자의 기울기각은 인가전계의 강도에 대응한다.
이와 같이 본 실시예의 AFLC(21)는 인가전계에 따라서 액정분자가 원뿔을 따라 움직이는 작용을 갖는다. 따라서 인가전압을 제어하는 것에 의해, 액정분자의 평균 배향방향 즉, 디렉터를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서 AFLC(21)의 광학축도 제 1 배향방향(21A)과 제 3 방향(21C) 및 제 2 배향방향(21A)과 제 3 방향(21C) 사이에서 연속적으로 변화한다.
이 때문에 본 실시예의 반강유전성 액정표시소자의 전극(13, 17) 사이에 0.1Hz 정도의 충분한 저주파의 삼각파전압을 인가하여 얻어진 광학특성은 제14도에 도시한 바와 같이 인가전압(0V) 근방에 있어서 평탄한 부분이 없고, 인가전압의 절대값 상승에 따라서 광학특성도 연속적으로 변화하고, 상한값을 갖지 않게 된다. 또한, 인가전압의 극성에 대해서 투과율 곡선이 대칭이 된다. 또 절대값이 포화전압(EC) 이상의 전압이 인가되면 소실되어 투과율은 거의 포화한다. 또 히스테리시스가 매우 높다.
본 실시예의 액정표시소자의 실용적인 구동방법으로서는 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동파형을 이용, 상술한 구동방법을 사용할 수 있다.
제15도는 AFLC(21)로서 I-SA전이온도가 71℃, SA-SCA*전이온도가 57℃, 자발분극이 176nc/cm2, 원뿔앵글이 63℃이고, 상술한 특성을 가지는 반강유전성액정을 사용한 액정표시소자를 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 사용해서 구동하고, 선택기간(TS)을 60μ초로 한 경우의 인가전압과 투과율의 관계를 도시한다.
이 그래프에서 명확한 바와 같이 이 액정표시소자 및 이 구동방법에 의하면 기입전압(VD)을 변화하고 변화시킴으로서 투과율이 연속적으로 변화하고, 또한 표시의 단계적 변화가 거의 한결같이 결정된다. 따라서 기입전압(VD)을 제어하는 것에 의해 단계적 변화표시가 가능해진다.
[실시예 3]
이하 본 발명의 실시예 3의 반강유전성액정소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정표시소자의 기본구성은 제1도∼제3도에 도시한 실시예 1의 액정표시소자와 실질적으로 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글이 30°에서 45°(바람직하게는 35° 이상)으로 크고, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 SmCA*상의 액정으로 구성된다. AFLC(21)는 제4도에 도시한 바와 같이 벌크 상태에서는 분자배열의 층구조와 이중나선구조를 가지고 있다. 또 AFLC(21)는 그 분자가 묘사하는 이중나선구조가 풀린 상태(제5도에 도시한 상태)로 기판(11, 12) 사이에 봉지되어 있다. 이 점은 기본적으로 실시예 1의 AFLC와 동일하다.
AFLC(21)는 분자의 긴 축둘레의 회전력이 강하고, 전계가 인가되면 분자의 긴 축둘레의 회전이 제어되고, 액정분자가 원뿔에서 벗어나며 전계에 수직인 방향으로(제12도의 y-z면상에서) 기울어지는 분자를 갖는다는 특징을 가진다.
인가전압에 대한 액정분자의 거동을 제16(a)도∼제16(e)도의 모델을 사용하여 설명한다. 전압무인가의 상태에서는 반강유전적 상호작용(반강유전상의 분자배열을 유지하도록 하는 상호작용)에 의해 액정분자는 제16(a)도에 도시한 바와 같이 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)에 층마다 번갈아 향한 상태가 된다. 이 상태에서는 층내에서는 자발분극이 발생하지만 인접하는 층의 영구양극자가 서로 반대방향을 향하고, 양극자 모멘트가 서로 부정하여 종합적으로는 자발분극은 존재하지 않고 반강유전상이 된다. 공간적으로 평균된 AFLC(21)의 광학축 또는 액정분자의 평균 배향방향인 스멕틱층의 법선의 방향 즉, 제 3 방향(21C)에 거의 평행이 된다.
또 이 상태에서는 액정분자는 액정분자 상호의 반각유전적 상호작용에 구속되면서 그 긴 축회전으로 회전하고 있다.
여기서 기판(11, 12)의 주면에 수직인 방향에 포화전압(EC) 미만의 플러스극성의 전압을 인가하면 액정분자의 긴 축둘레의 회전의 인가전압에 따라 억제되고 분극이 발생한다. 이 분극과 전계의 상호작용에 의해 액정분자는 원뿔을 벗어나고 제16(b)도에 파선으로 도시한 바와 같이 전계와 수직인 방향으로 기울어진다.
이 때 제 2 배향방향(21B)에 배향하고 있던 액정분자의 기울기각은 크고 제 1 방향(21A)에 배향하고 있던 액정분자의 기울기각은 작다. 그러나 기울기각의 평균값은 인가전압에 거의 대응한다.
또 AFLC(21)에 마이너스극성의 전압(E)을 인가하면 제16(c)도에 파선으로 도시하는 바와 같이 반대방향으로 분자가 기울어진다. 이 때 제 1 배향방향(21A)에 배향하고 있던 액정분자의 기울기각은 크고, 제 2 배향방향(21B)에 배향하고 있던 액정분자의 기울기각은 작다. 그러나 기울기각의 평균값은 인가전압에 거의 대응한다.
AFLC(21)에 포화전압(EC)이상의 전압을 인가하는 것에 의해 제16(c)도 및 제16(e)도에 도시한 바와 같이 인가전압의 극성에 따라 액정분자가 제 1, 또는 제 2 배향방향(21A, 21B)에서 인가전압에 대응하는 소정각도 기울어진 방향에 배향한다. 이 상태에서는 인접하는 스멕틱층의 영구 양극자가 서로 동일방향을 향하고 자발분극이 존재하며 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다. 이 상태에서 액정분자의 회전은 인가전계에 의해 대폭으로 억제되어 있고, 큰 자발분극이 나타난다.
이와 같이 본 실시예의 AFLC(21)는 인가전압(E)에 따라서 액정분자의 회전이 억제되고 이에 의해 액정분자가 전계와 수직방향으로 기울어진다. 이 때문에 인가전압을 제어함으로써 반강유전상과 강유전상 사이의 중간상태로 디렉터를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서 그 평균인 광학축도 거의 제 1 배향방향(21A)과 제 2 배향방향(21B)과의 사이에서 연속적으로 변화한다. 또 극성이 다른 절대값이 같은 인가전압에 대한 투과율의 변화도 거의 같아진다.
이 때문에 본 실시예의 AFLC(21)을 사용한 액정표시소자의 전극(13, 17)과의 사이에 충분한 저주파의 삼각파전압을 인가하여 얻어지는 광학특성은 인가전압(0V) 근방에 있어서 평탄한 부분이 없고, 인가전압의 절대값 상승에 따라 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화하게 된다. 또한 인가전압의 극성에 대해서 투과율 곡선도 대칭이 된다. 또 포화전압(EC) 이상의 전압이 인가되면 투과율은 거의 포화한다. 그러나 전계에 의한 액정분자의 회전억제 때문에 인가전압의 상승에 따라 배향상태도 약간 변하고 투과율도 약간 상승한다. 또 히스테리시스가 매우 작다.
이와 같은 광학특성을 도시한 액정표시소자에 의하면 인가전압(E)에 대해서 표시의 단계적 변화가 거의 한결같이 결정되고 임의의 단계적 변화를 얻을 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 액정표시소자를 액티브매트릭스형으로 하고, 각 화소의 비선택기간에 인가전압을 표시의 단계적 변화에 대응하는 거의 일정값으로 유지함으로서 임의의 단계적 변화가 표시가능하게 된다.
상기 구성의 액정표시소자의 단계적 변화표시를 하게 할 경우의 실용적인 구동방법으로서는 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 사용할 수 있다.
제17도는 AFLC(21)로써 I-SA 전이온도가 68℃, SA-SCA*전이온도가 54℃, 자발분극이 132nc/cm2, 원뿔앵글이 60.8°이고, 상술한 특성을 가지는 반강유전성액정을 사용한 액정표시소자를 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 방법으로 구동하고, 각 선택기간(TS)을 60μ초로 했을 때의 인가전압과 투과율의 관계를 도시한다.
이 그래프에서 명확한 바와 같이 이 액정표시소자 및 이 구동방법에 의하면 기입전압을 변화시키는 것에 대해 투과율이 연속적으로 변화하고 또한 기입전압에 따라 표시의 단계적 변화가 거의 일의적으로 결정되고 단계적 변화 표시가 가능하게 된다.
[실시예 4]
실시예 3∼4에 있어서는 중간 배향상태가 (1) 제 1 또는 제 2 배향상태의 어느 액정분자의 일부가 제 2 또는 제 1 배향상태로 변화하는 것, (2) 액정분자가 상전이 전구현상에 의해 원뿔을 따라 거동하는 것, 또는 (3) 인가전압에 따라 액정분자가 벗어나 전계와 수직방향으로 기울어지는 것에 의해 얻어진 반강유전성 액정에 대해서 설명했다.
이 현상이 단독으로 발생하는 것 뿐만 아니라 복합적으로 발생하는 것에 의해 중간 배향상태가 얻어지는 반강유전성액정도 존재한다.
그래서 이하에 (1) 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 2 또는 제 1 의 배향상태로 변화하는 것과, (2) 액정분자가 상전이 전구현상에 의해 원뿔을 따라 거동하는 것이 복합적으로 발생하는 것에 의해 중간 배향상태가 얻어지는 반강유전성액정과 그것을 이용한 액정표시소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정표시소자의 구조는 제1도∼제3도에 도시한 구성과 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 반강유전상을 유지하도록 하는 반강유전성적 상호작용이 비교적 약하고, 강유전상이 되기 쉬운 상호작용인 강유전적 상호작용이 비교적 강한 액정조성물로 구성된다.
이와 같은 특성을 가지는 AFLC(21)는 예를 들면, 표 3-(I)∼(III)에 도시한 골격구조를 가지는 액정화물을 각각 20중량(%), 40중량(%)과 40중량(%)의 비율로 혼합하는 것에 의해 얻어진다.
이 액정은 원뿔앵글이 약 30°, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 SmCA*상의 액정이고 벌크 상태에서는 분자배열의 층구조와 이중나선구조를 가지고 있다.
[표 3]
이 액정을 AFLC(21)로서 사용한 경우는 전압무인가 상태에서는 제18(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)을 층마다 서로 향한 상태가 되게 한다. 이 상태에서는 층내에서는 자발분극이 발생하지만 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 반대방향으로 향한다. 이 때문에 양극자 모멘트가 서로 부정하여 종합적으로는 자발분극은 존재하지 않고 반강유전상이 된다. 공간적으로 평균된 AFLC(21)의 광학축은 액정분자의 평균인 배향방향 즉, 디렉터의 방향인 스멕틱상이 형성하는 층의 법선 방향이 된다.
상술한 바와 같이 본 실시예의 AFLC(21)는 강유전적 상호작용이 강하다. 즉, 액정분자는 병렬로 배향하기 쉬운 성질을 가진다. 이 때문에 AFLC(21)에 포화전압(EC) 미만의 플러스극성의 전압(E)을 인가하면, 제18(b)도 및 제18(c)도에 도시하는 바와 같이 인가전압(E)의 크기에 따라서 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 1 배향상태로 변화한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압(E)이 커짐에 따라서 증가한다.
또 액정분자의 영구 양극자와 전계와의 상호작용에 의해 제18(b)도 및 제18(c)도에 파선으로 도시한 바와 같이 제 2 배향상태의 액정분자는 원뿔을 따라 소정량(소정각도) 기울어진다. 이 기울기의 각도는 인가전압의 값에 대응한다. 그러나 제 1 배향방향(21A)에 배향하고 있던 액정분자는 자발분극과의 상호작용에 의한 힘이 크므로 움직이지 않는다.
플러스극성의 인가전압(E) 상승에 따라 제 1 배향상태의 액정분자가 증가함과 동시에 제 2 배향상태의 액정분자 기울기가 증가한다. 이 때문에 AFLC(21)의 디렉터는 인가전압의 상승에 따라 제 3 방향(21C)에서 제 1 배향방향(21A)을 향하여 연속적으로 변화한다.
또, 마이너스극성에서 포화전압(EC) 미만의 전압(E)을 인가하면 제18(e)도 및 제18(f)도에 도시한 바와 같이 인가전압(E)의 크기에 따라서 제 1 배향상태에 어느 액정분자의 일부는 제 2 배향상태로 변화한다.
또 제 1 배향상태에 어느 액정분자가 인가전압에 따라서 원뿔을 따라 제 2 배향방향(21B)을 향하여 기울어진다. 그러나, 제 2 배향방향(21B)에 배향하고 있던 액정분자는 자발분극과의 상호작용에 의한 힘이 크므로 움직이지 않는다.
이와 같이 마이너스극성의 인가전압(E) 상승에 따라서 제 2 배향상태의 액정분자 비율과 제 1 배향상태의 액정분자 기울기가 증가한다. 이 때문에 마이너스극성의 인가전압(E) 상승에 따르고, 디렉터는 제 2 배향방향(21B)을 향하고 연속적으로 변화한다.
AFLC(21)에 포화전압(EC) 이상의 전압(E)을 인가하는 것에 의해 제18(d)도 및 제18(g)도에 도시한 바와 같이 인가전압(E)의 극성에 따라서 액정분자는 제 1 또는 제 2 배향상태의 한쪽이 된다. 이 상태에서는 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 동일 방향을 향하고, 자발분극이 존재하고, 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다.
이상 설명한 현상에 의해 본 실시예의 AFLC(21)는 그 내분에 제7도에 도시한 바와 같이 제 1 배향상태에 액정분자가 배열한 미소영역과 제 2 배향상태에 액정분자가 배열한 미소영역이 가시광영역의 빛의 파장(λ) 보다도 짧은 거리내에 다수 형성된다. 이들의 미소영역의 면적 또는 수의 비율이 인가전압에 따라서 변화한다. 또 각 미소영역내의 AFLC(21)의 디렉터도 인가전압에 따라서 기울어진다.
각 미소영역의 크기가 가시영역의 빛의 파장(λ)보다도 작으므로, 이들의 미소영역의 광학특성이 평균화된다. 따라서 평균인 디렉터의 방향이 AFLC(21)의 실질적인 광학축이 된다. 그리고 이 광학축은 인가전압의 변화에 따르는 액정분자는 배향의 변화에 따라서 제 1 배향방향과 제 2 배향방향과의 사이에서 연속적으로 변화한다.
따라서 본 실시예의 반강유전성액정을 사용하여 단계적 변화표시가 가능하다.
제19도는 표 3에 도시한 액정화합물을 이용하여 조정한 액정조성물을 AFLC(21)로서 사용한 반강유전성 액정표시소자를 0.1Hz의 삼각파전압에서 구동했을 때의 투과율의 변화를 도시한다. 본 실시예의 AFLC(21)에 있어서 상술한 분자의 거동이 행해지는 것은 제20(a)도 및 제20(i)도에 도시한 이 반강유전성 액정표시소자의 표시면의 도면에서 판별할 수 있다.
한편, 제20(i)도∼제20(a)도는 이 차례로 무전계상태에서 충분히 전압을 인가한 상태까지의 표시면의 변화를 도시하고 있다.
전압무인가의 상태에서는 제20(i)도에 도시한 바와 같이 거의 전면이 「흑색」 즉, 광차단 상태이고, 점형상으로 극소하게 「백색」 즉, 광투과상태의 영역이 존재하는 것에 지나지 않다.
인가전압을 차례로 증가하면 제20(i)도∼제20(g)도에 도시한 바와 같이 「흑색」영역과 「백색」 면적은 거의 변화하지 않지만, 전체가 밝아진다. 이것은 「흑색」영역의 액정분자가 인가전압과의 상호작용에 의해 원뿔을 따라 움직이고, 그 배향상태를 변화시키는 것을 도시하고 있다.
게다가 인가전압을 상승하면 제20(g)도∼제20(c)도에 도시한 바와 같이 「배색」영역의 면적이 증가하고, 「흑색」영역의 면적이 감소한다. 이것은 「흑색」 영역의 액정분자(제 2 배향상태에 있다고 한다)가 미소영역단위에서 제 1 배향상태로 변화한 것을 도시하고 있다. 즉, 그 미소영역의 액정이 강유전상으로 변화한 것을 도시하고 있다. 또 「흑색」 영역의 투과율이 높아진다. 이것은 인가전계와의 상호작용에 의해 「흑색」 영역의 액정분자가 원뿔을 따라 움직이고 있는 것을 도시하고 있다.
게다가 인가전압을 상승하면 제20(c)도∼제20(a)도에 도시한 바와 같이 「백색」영역의 면적이 증가하고, 「흑색」영역의 면적이 감소한다. 이 단계에서는 「흑색」영역의 투과율은 거의 변화하지 않는다. 이것은 액정분자의 배향상태가 미소영역단위에서 일괄하여 변화하는 것을 도시하고 있다.
이와 같이 본 실시예의 액정표시소자에 의하여 인가전압을 제어하고, (1) 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 2 또는 제2 배향상태로 변화시키는 것과, (2) 액정분자가 상전이 전구현상에 의해 원뿔을 따라 거동하는 것을 복합적으로 제어하는 것에 의해 중간 배향상태를 얻고, 임의의 단계적 변화를 표시할 수 있다.
이 액정표시소자의 구동방법으로서도 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 사용할 수 있다.
[실시예 5]
다음으로 실시예 5로서 중간 배향상태가 (1) 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 2 또는 제 1 배향상태에 변화하는 것과, (3) 인가전압에 따라서 액정분자가 원뿔에서 벗어나 전계와 수직방향으로 기울어진것에 의해 얻어진 반강유전성액정과 그것을 이용한 반강유전성 액정표시소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정표시소자의 구조는 제1도∼제3도에 도시한 구성과 동일하다.
다음으로 본 실시예의 AFLC(21)에 대해서 설명한다.
AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글이 30°에서 45°(바람직하게는 35° 이상)으로 크고, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 스멕틱CA*상의 액정으로 구성된다. AFLC(21)는 제4도에 도시한 바와 같이 벌크 상태에서는 분자배열의 층구조와 이중나선구조를 가지고 있다. AFLC(21)는 제5도에 도시한 바와 같이 이중나선구조가 소실된 상태에서 기판(11, 12) 사이에 봉지되어 있다. 이점은 기본적으로 실시예 1∼4의 AFLC와 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 반강유전상을 유지하도록 하는 반강유전성적 상호작용이 비교적 약하고, 강유전상이 되기 쉬운 상호작용인 강유전적 상호작용이 비교적 강한 액정조성물로 구성된다는 특징을 가진다. 즉, 각 분자가 병렬로 배향하도록 하는 힘이 비교적 강한 액정조성물로 구성된다. 또 분자의 자유회전력이 강한 액정재료로 구성되어 있다.
이 종류의 액정을 AFLC(21)로서 사용한 경우, 전압무인가의 상태에서는 제21(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)을 층마다 번갈아 향한 상태가 된다. 이 상태에서는 층내에서는 자발분극이 발생하지만, 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 반대 방향을 향하고, 양극자 모멘트가 서로 부정하고 종합적으로는 자발분극은 존재하지 않고 반강유전상이 된다. 공간적으로 평균된 AFLC(21)의 광학축은 액정분자의 평균 배향방향인 스멕틱층(스멕틱상이 형성하는 층)의 법선 방향이 된다.
또 이 상태에서는 액정분자는 그 긴 축둘레에 반강유전적 작용에 의해 억제되어 회전하고 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예의 AFLC(21)는 강유전성적 상호작용이 강하다. 즉, 인접하는 층의 액정분자가 평행하게 되도록 하는 상호작용이 강하다. 이 때문에 포화전압(EC) 미만의 플러스극성의 전압(E)을 안가하면 제21(b)도에 도시한 바와 같이 인가전압(E)의 크기에 따라서 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 1 배향상태로 변화한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압(E)이 커짐에 따라 증가한다.
또 액정분자의 긴 축둘레의 회전이 인가전압의 크기에 따라서 억제되어 자발분극이 발생한다. 이 자발분극과 전계의 상호작용에 의해 제21(b)도에 파선으로 도시한 바와 같이 액정분자는 원뿔에서 벗어나 전계에 수직인 면(제12도의 y-z면)상에서 제 1 배향방향(21A)을 향하여 기울어지고, 그 기울기각은 인가전압(E)의 상승에 따라 상승한다.
인가전압의 상승에 따른 제1 배향상태의 액정분자 증가와, 회전의 억제에 의한 액정분자의 기울기 증가와의 복합적용에 의해 인가전압의 상승에 따른 AFLC(21)의 디렉터는 제 1 배향방향(21A)을 향하여 연속적으로 변화한다.
AFLC(21)에 포화전압(EC) 이상의 플러스극성의 전압을 인가하는 것에 의해 제21(c)도에 도시한 바와 같이 거의 모든 액정분자는 제 1 배향상태가 된다. 회전의 억제에 의한 기울기도 가해지고, 각 액정분자는 제 1 배향방향(21A)보다도 소정각도 기울어진 방향에 배열한다. 이 상태에서는 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 동일 방향을 향하고, 자발분극이 존재하고, 제 2 강유전상이 된다. 이 상태에서는 인가전계에 의해 액정분자의 회전은 대폭으로 억제되면 큰 분극이 나타난다.
또 마이너스극성에서 포화전압(EC) 미만의 전압(E)을 AFLC(21)에 인가하면 제21(d)도에 도시한 바와 같이 인가전압(E)의 크기에 따라서 제 1 배향상태에 어느 액정분자의 일부는 제 2 배향상태로 변화한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압(E)이 커짐에 따라 커진다.
또 액정분자의 긴 축둘레의 회전이 인가전압(E)의 크기에 따라서 억제되어 자발분극이 발생한다. 이 자발분극과 전계의 상호작용에 의해 액정분자는 전계와 수직인 방향에 제21(d)도에 파선으로 도시한 바와 같이 기울어진다.
인가전압(E)의 상승에 따른 제 2 배향상태의 액정분자의 증가와 회전의 억제에 의한 액정분자의 기울기 증가와의 복합작용에 의해 마이너스극성의 인가전압 상승에 따라 AFLC(21)의 디렉터는 제 2 배향방향(21B)을 항하여 연속적으로 변화한다.
AFLC(21)에 마이너스극성에서 포화전압(EC) 이상의 전압(E)을 인가함에 의해 제21(e)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 제 2 배향상태가 된다. 회전의 억제에 의한 기울기도 가해지고, 각 액정분자는 제 2 배향방향(21B)보다도 소정각도 기울어진 방향에 배열한다. 이 상태에서는 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 동일 방향으로 향하고, 자발분극이 발생하고, 제 2 강유전상이 된다. 이 상태에서는 인가전계에 의해 액정분자의 회전은 대폭으로 억제되어 큰 분극이 나타난다.
이와 같이 본 실시예의 AFLC(21)는 제 1 또는 제 2 의 배향상태의 액정분자의 일부가 인가전압에 따라 제 2 또는 제 1 배향상태로 전환하기 때문에 가시광영역의 빛의 파장보다 짧은 거리내의 액정분자의 평균 배향이 변화한다. 즉, 제7도에 모식적으로 도시한 바와 같이 제 1 배향상태의 액정분자가 배열한 미소영역과 제 2 배향상태에 액정분자가 배열한 미소영역이 가시광영역의 빛의 파장(λ)보다도 짧은 거리내에 다수 형성된다. 또한 이들의 미소영역의 면적 또는 수의 비율 및 각 미소영역내의 액정분자의 기울기각은 인가전압에 따라 변화한다.
각 미소영역의 크기가 가시영역의 빛의 파장보다도 작기 때문에 광학적으로는 이들 미소영역의 광학특성이 평균화된다. 따라서 AFLC(21)의 광학축은 인가전압의 변화에 따른 액정분자의 배향 변화 즉, 제 1 배향상태와 제 2 배향상태의 액정분자의 비율의 변화에 따라서 연속적으로 변화한다.
이 때문에 본 실시예의 반강유전성액정을 사용한 액정표시소자의 전극(13, 17) 사이에 0.1Hz 정도의 충분한 저주파의 삼각파전압을 인가하여 얻어진 광학특성은 제22도에 도시하는 바와 같이 인가전압(0V) 근방에 있어서 평탄한 부분이 없고 인가전압의 변화에 따라 투과율이 연속적으로 변화하고, 상한값이 존재하지 않으며 인가전압의 극성에 대해서 대칭이 된다. 또 포화전압(EC) 이상의 전압이 인가되면 거의 모든 액정분자가 제 1 또는 제 2 배향상태에 거의 배향하고 투과율은 거의 포화한다. 그러나 액정분자의 회전의 억제에 의한 액정분자의 기울기 때문에 인가전압의 상승에 따라 배향상태도 약간 변하고 투과율도 약간 상승한다. 또한 히스테리시스가 매우 작다.
이와 같은 광학특성을 도시한 액정표시소자에 의하면 인가전압에 대해 표시의 단계적 변화가 한결같이 결정되고, 또 임의의 단계적 변화를 얻을 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 액정표시소자를 액티브매트릭스형으로서 각 화소의 선택기간에 인가전압을 표시의 단계적 변화에 대응하는 거의 일정값으로 유지함으로써 임의의 단계적 변화가 표시가능하게 된다.
본 실시예의 액정표시소자도 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법에 의해 구동할 수 있다.
제23도는 AFLC(21)으로서 I-SA 전이온도가 71℃, SA-SCA*전이온도가 57℃이고, 자발분극이 176nc/cm2이고 상술한 특성을 가지는 반강유전성액정을 사용하며 배향처리 방향 및 편광판의 투과축 방향을 제3도에 도시한 바와 같이 설정하고 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 사용하여 각 선택기간(TS)을 60μ초로 했을 때의 기입전압과 투과율의 관계를 도시한다.
제23도에 명확한 바와 같이 이 액정표시소자 및 이 구동방법에 의하면 기입전압을 변화시킴으로서 투과율이 연속적으로 변화하고 또 기입전압에 따라 표시의 단계적 변화가 거의 한결같이 결정되고 단계적 변화표시가 가능하게 된다.
[실시예 6]
이어서 실시예 6으로서 중간 배향상태가 (2) 액정분자가 상전이 전구현상에 의해 원뿔을 따라 거동하는 것과, (3) 인가전압에 따라 액정분자가 원뿔에서 벗어나 전계와 수직방향으로 기울어진 것에 의해 얻어진 반강유전성액정과 해당하는 반강유전성액정을 이용한 반강유전성 액정표시소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정표시소자의 기본 구조는 제1도∼제3도에 도시하는 구성과 동일하다.
AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글이 30°∼45°(바람직하게는 35°이상)로 크고, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 스멕틱CA*상의 액정으로 구성되고 제4도에 도시한 바와 같이 벌크 상태에서 분자배열의 충구조와 이중나선구조를 가지고 있다. AFLC(21)는 제5도에 도시한 바와 같이 이중나선구조가 소실된 상태에서 기판(11, 12) 사이에 봉지되어 있다. 이 점은 기본적으로 실시예 1∼5의 AFLC와 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 반강유전성적 상호작용이 강하고 강유전적 상호작용이 약하다는 특징을 갖는다. 즉, 각 분자의 병렬로 배향하도록 하는 힘이 비교적 약하다. 또 액정분자의 자유회전력이 강한 액정재료로 구성되어 있다.
이 종류의 반강유전성액정을 AFLC(21)로서 사용했을 경우, 전압무인가의 상태에서는 제24(a)도에 도시하는 바와 같이 액정분자는 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)을 층마다 번갈아 향한 상태가 된다. 이 상태에서는 층내에서는 자발분극이 발생하지만, 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 반대방향으로 향하고, 양극자 모멘트가 서로 부정하여 종합적으로 자발분극은 존재하지 않으며 반강유전상이 된다. 공간적으로 평균된 AFLC(21)의 광학축은 액정분자의 평균인 배향방향 즉, 디렉터의 방향인 스멕틱층의 법선 방향이 된다.
상술한 바와 같이 본 실시예의 AFLC(21)는 반강유전적 상호작용이 강하다. 즉, 액정분자는 층마다 제 1 배향방향(21A)과 제 2 배향방향(21B)을 번갈아 향하여 배향하는 힘이 강하다. 이 때문에 AFLC(21)에 포화전압(EC) 미만의 전압(E)을 인가하면 제24(b)도 또는 제24(c)도에 도시한 바와 같이 제 1 배향상태의 액정분자와 제 2 배향상태의 액정분자가 층마다 차례로 반전하는 배향상태를 유지하면서 파선에서 도시한 바와 같이 각 액정분자의 인가전압에 대응하는 원뿔상의 움직임(상전이 전구현상)과 자유회전의 억제에 의한 기울기때문에 그 틸트가 변화한다. 이 때문에 AFLC(21)의 디렉터의 방향은 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)과의 사이에서 연속적으로 변화한다.
이 중간 배향상태를 이용하여 실시예 1∼5와 동일하게 중간의 단계적 변화를 표시할 수 있다.
[실시예 7]
다음으로 중간 배향상태가 (1) 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 2 또는 제 1 배향상태로 변화하는 것, (2) 액정분자가 상전이 전구현상에 의해 원뿔을 따라 거동하는 것, (3) 인가전압에 따라서, 액정분자가 원뿔에서 벗어나 전계와 수직방향으로 기울어지는 것의 복합작용에 의해 얻어진 반강유전성액정을 사용하는 반강유전성 액정표시소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정표시소자의 구조는 제1도∼제3도에 도시한 구성과 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글이 30°에서 45°(바람직하게는 35°이상)로 크고, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 스멕트CA*상의 액정으로 구성되고, 제4도에 도시한 바와 같이 벌크 상태에서는 분자배열의 층구조와 이중나선구조를 가지고 있다. AFLC(21)는 제5도에 모식적으로 도시한 바와 같이 이중나선구조를 소실된 상태에서 기판(11, 12) 사이에 봉지되어 있다. 이점은 기본적으로 실시예 1∼5의 AFLC와 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 반강유전상을 유지하도록 하는 반강유전성적 상호작용이 약하고, 강유전상이 되기 쉬운 상호작용인 강유전적 상호작용이 비교적 강하며 또 분자의 긴 축둘레의 회전력이 강하다.
이와 같은 특성을 가지는 AFLC(21)는 예를 들면, 표 4-(I)에 도시한 골격구조를 가지는 액정과 표 4-(II)에 도시한 골격구조를 가지는 액정을 각각 60중량(%)과 40중량(%)으로 혼합함으로서 얻어진다. 이 액정은 원뿔앵글이 약 30°이다.
[표 4]
이와 같은 조성의 액정에 의하면, 인가전압에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 2 또는 제 1 배향상태로 변화하고, 상전이 전구현상에 의해 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자가 원뿔을 따라 거동하고 또 액정분자가 회전의 억제에 의해 전계와 수직방향으로 기울어진다. 따라서 AFLC(21)의 디렉터의 방향이 인가전압에 따라 변화한다.
이어서 이 반강유전성액정의 인가전압에 의한 액정분자의 배향 변화를 제25도의 모델을 참고하여 설명한다.
전압무인가의 상태에서는 제25(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 제 1 과 제 2 배향방향(21A, 21B)을 층마다 번갈아 향한 상태가 된다. 즉, 층마다 제 1 배향상태와 제 2 배향상태를 반복하는 상태가 된다. 이 상태에서는 층내에서는 자발분극이 발생하지만, 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 반대방향을 향하고, 양극자 모멘트가 서로 부정하여 종합적으로는 자발분극은 존재하지 않고, 반강유전상이 된다. 공간적으로 평균된 AFLC(21)의 광학축은 액정분자의 평균인 배향방향 즉, 디렉터의 방향인 스멕틱층의 법선 방향이 된다.
또 이 상태에서는 액정분자는 반강유전적 상호작용에 의해 구속되면서 그 긴 축둘레로 회전하고 있다.
상술한 바와 같이 AFLC(21)는 강유전적 상호작용이 강하다. 즉, 액정분자는 병렬로 배향하기 쉬운 성질을 가진다. 이 때문에 AFLC(21)에 포화전압(EC) 미만의 플러스극성의 전압(E)을 인가하면 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제4도에 도시한 원뿔을 묘사하고, 제25(b)도 및 제25(c)도에 도시한 바와 같이 제 1 배향상태로 변화한다. 제 1 배향상태의 액정분자의 수(비율)는 인가전압(E)이 커짐에 따라 증가한다.
또 AFLC(21)는 강유전적 상호작용이 약한 액정이다. 즉, 반강유전상의 배향상태를 유지하는 상호작용이 약하다. 이 때문에 플러스의 전계(E)가 인가되면 제 2 배향상태의 액정분자는 전계(E)와 영구 양극자의 상호작용에 의해 소정량(소정각도) 움직인다(기울어진다). 한편, 제 1 배향상태에 배향했던 액정분자는 자발분극과의 상호작용에 의한 힘이 크므로 움직이지 않는다.
또한 인가전압에 의해 액정분자의 긴 축둘레의 회전이 억제되어 자발분극이 발생한다. 이 자발분극과 전계의 상호작용에 의해 전계(E)와 수직면에서 액정분자는 기울어진다. 이 움직임은 원뿔을 벗어난 움직임이 된다.
이들의 복합적으로 작용하므로 액정분자의 배향방향은 제25(b)도 및 제25(c)도에 파선으로 도시한 바와 같이 무전계시의 제 1 배향방향(21A) 또는 제 2 배향방향(21B)에 배열한 상태에서 어긋난다. 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 기울기각(δ2)은 전계에 의한 원뿔상의 움직임과 회전의 억제에 의한 원뿔에서 벗어난 움직임의 종합적인 작용에 의해 결정되고, 제 1 배향상태에 어느 액정분자의 기울기각(δ1)은 회전의 억제 정도에 의해 결정된다. 기울기각(δ1, δ2)의 크기는 모두 인가전계(E)의 강도에 따라 변화한다.
플러스극성의 인가전압(E) 상승에 따른 제 1 배향상태의 액정분자의 인가와 각 액정분자의 기울기 증가와의 복합작용에 의해 인가전압의 상승에 따라 디렉터는 스멕틱층의 법선 방향에서 제 1 배향방향(21A)을 향하여 연속적으로 변화한다.
또 마이너스극성에서 포화전압(EC) 미만의 전압(E)을 인가하면 제25(e)도 및 제25(f)도에 도시한 바와 같이 인가전압(E)의 크기에 따라서 제 1 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 2 배향상태로 변화한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압(E)이 커짐에 따라 증가한다.
또는 인가전압(E)에 따라 상전이 전구현상에 의해 액정분자가 원뿔을 따라 움직이고, 제 2 배향방향(21B)을 향하여 움직인다. 그러나 제 2 배향방향(21B)에 배향하고 있던 액정분자는 자발분극과의 상호작용에 의한 힘이 크므로 움직이지 않는다.
또 인가전압(E)의 크기에 따라 액정분자의 긴 축둘레의 회전이 억제되고 자발분극이 발생한다. 이 자발분극과 전계의 상호작용에 의해 전계와 수직인 방향에 액정분자는 기울어진다.
원뿔을 따른 움직임과 회전의 억제에 의한 기울기에 의해 각 액정분자는 예를 들면, 제25(e)도 및 제25(f)도에 파선으로 도시한 바와 같이 제 1 또는 제 2 배향방향(21A, 21B)에서 어긋난다. 제 1 배향상태에 어느 액정분자의 기울기각(어긋남각)(δ3)은 원뿔상의 기울기와 회전의 억제에 의한 것이고, 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 기울기각(δ4)은 회전의 억제에 의한 것이고, 기울기각(δ3, δ4)의 크기는 모드 인가전계의 강도에 따라 변화한다.
마이너스극성의 인가전압(E)의 상승에 따라 제 2 배향상태의 액정분자가 증가함과 동시에 액정분자의 기울기가 증가한다. 이 때문에 마이너스극성의 인가전압(E)의 상승에 따르고 디렉터는 스멕틱층의 법선 방향에서 제 2 배향방향(21B)을 향하여 연속적으로 변화한다.
한편, AFLC(21)에 포화전압(EC) 이상의 전압을 인가함에 의해 제25(d)도 및 제25(g)도에 도시한 바와 같이 인가전압의 극성에 따라 액정분자는 제 1 또는 제 2 배향상태의 한쪽이 된다. 이 상태에서는 액정층은 인접하는 층의 영구 양극자가 서로 동일 방향을 향하고, 자발분극이 존재하고, 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다. 또 이 상태에서는 인가전계에 의해 액정분자의 회전은 강하게 억제되어 있고, 큰 분극이 나타난다.
상술한 액정분자의 동작이 복합적으로 발생한 결과 AFLC(21)내에는 제7도에 모식적으로 도시한 바와 같이 제 1 배향상태에 액정분자가 배열한 미소영역과 제 2 배향상태에 액정분자가 배열한 미소영역이 가시광영역의 빛의 파장(λ)보다도 짧은 거리내에 다수 형성되고, 이들의 미소영역의 면적 또는 수의 비율이 인가전압에 따라서 변화한다. 또 각 미소영역내의 AFLC(21)의 디렉터는 상전이 전구현상에 의한 액정분자의 원뿔을 따른 기울기 및 회전의 억제에 의해 원뿔을 벗어난 기울기에 의해 변화한다.
각 미소영역의 크기가 가시영역의 빛의 파장(λ)보다도 작으므로, 공학적으로는 이들의 미소영역의 광학특성이 평균화된다. 따라서 디렉터의 평균인 방향이 AFLC(21)의 실질적인 광학축이 된다. 그리고 이 광학축은 인가전압의 변화에 따라서 거의 제 1 배향방향과 제 2 배향방향과의 사이에서 연속적으로 변화한다.
이 때문에 표 4에 도시한 반강유전성액정을 사용한 액정표시소자의 전극(13, 17) 사이에 0.1Hz 정도의 충분한 저주파의 삼각파전압을 인가하여 얻어진 광학특성은 예를 들면, 제26도 또는 제27도에 도시한 바와 같이 인가전압(0V) 근방에 있어서 평탄한 부분이 없고, 인가전압의 절대값 상승에 따라 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화하고, 상한값이 존재하지 않게 된다. 또한 인가전압의 극성에 대해서 투과율 곡선도 대칭이 된다.
또 절대값이 포화전압(EC)이상의 전압이 인가되면 거의 모든 액정분자가 제 1 또는 제 2 배향상태에 배향하고, 투과율은 거의 포화한다. 그러나 액정분자의 회전의 억제에 의한 액정분자의 기울기 때문에 인가전압(E)이 포화전압(EC)을 초과한 후에도 투과율은 약간 증가한다. 또 히스테리시스가 작다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예의 액정표시소자에 의하면 인가전압에 대해서 표시의 단계적 변화가 한결같이 결정되고, 또 임의의 단계적 변화를 얻을 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 액정표시소자를 액티브매트릭스형으로서 각 화소의 비선택기간에 인가전압을 표시의 단계적 변화에 대응하는 거의 일정값으로 유지하는 것에 의해 임의의 단계적 변화표시가 가능해진다.
본 실시예의 액정표시소자에 단계적 변화표시를 행하게 할 경우의 실용적인 구동방법으로서는 상술한 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 방법을 사용할 수 있다.
제28도는 AFLC(21)으로서 표 4에 도시한 액정화합물을 이용하여 I-SA전이온도가 68℃, SA-SCA*전이온도가 54℃, 자발분극이 138nc/cm2, 틸트각이 30.4°(원뿔각 30.8°)의 액정조성물을 조정하고, 이 액정조성물을 반상유전성액정으로서 나선이 풀린 상태에서 사용하고, 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 채용하고, TS=60μ초로 했을 때의 기입전압과 투과율의 관계를 도시한다.
이 그래프에서 명확한 바와 같이 이 액정표시소자 및 이 구동방법에 의하면 기입전압을 변화시키는 것에 의해 투과율이 연속적으로 변화하고, 또한 기입전압에 따라 표시의 단계적 변화가 거의 한결같이 결정되고, 단계적 변화표시가 가능해진다. 따라서 단계적 변화화성을 안정적으로 표시할 수 있다.
[실시예 8]
실시예 1∼7에 있어서는 양 기판(11, 12) 사이에 액정(21)을 나선을 푼 상태에서 배치했지만, 나선을 유지한 상태에서 액정을 배치해도 좋다. 그래서 이하에 AFLC(21)가 이중나선구조를 유지한 상태이고, 양 기판(11, 12) 사이에 봉지되고, 액정분자가 묘사하는 나선구조가 어긋남에 의해 중간 배향상태를 얻을 수 있는 반강유전성 액정표시소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정표시소자의 구조는 제1도∼제3도에 도시한 구성과 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글이 30°에서 45°(바람직하게는 35°이상)로 크고, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 SmCA*상의 액정으로 구성되고, 벌크 상태에서는 분자배열의 층구조 및 이중나선구조를 가지고 있다. 이 점은 기본적으로 실시예 1∼5의 AFLC와 동일하다.
AFLC(21)의 나선구조의 1피치는 AFLC(21)의 층두께(셀갭)보다도 작게 형성되고, 또 배향막(18, 19)과의 상호작용이 약하다. 따라서 AFLC(21)는 제29도에 도시한 바와 같이 이중나선구조를 유지한 상태에서 기판(11, 12) 사이에 봉지되어 있다.
제30(a)도∼제30(e)도는 인가전압에 의한 액정분자의 이중나선구조의 비뚤어짐을 설명하기 위한 도면이다. 이 도면은 제12도에 도시한 바와 같이 각 액정분자가 묘사하는 원뿔축을 z축, 기판의 주면방향을 y축, 기판의 주면에 수직인 방향을 x축으로 했을 때에 각 액정분자를 z-y 평면에 투영한 도면이다.
전압무인가의 상태에서는 제30(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 180° 시프트한 2개의 나선을 묘사한다. 이 상태에서는 인접한 층의 영구 양극자가 서로 반대방향을 향하고, 양극자 모멘트가 서로 부정하여 자발분극은 존재하지 않고 반강유전상이 된다. AFLC(21)의 공간적으로 평균된 광학축은 액정분자의 평균인 배향방향은 스멕틱층(스멕틱상이 형성한 층)의 법선 방향, 즉, 제 3 방향(21C)이 된다.
AFLC(21)에 전압을 인가하면 액정분자의 영구 양극자와 전계와의 상호작용에 의해 인가전압의 극성 및 인가전압의 절대값에 따라서 제30(b)도 및 제30(d)도에 도시한 바와 같이 액정분자가 묘사하는 이중나선구조가 비뚤어진다. 이 비뚤어짐에 따라 평균인 광학축이 기울어진다.
그리고 AFLC(21)에 포화전압(EC)이상의 전압을 인가하는 것에 의해 제30(c)도 및 제30(e)도에 도시한 바와 같이 나선구조가 소실되고, 인가전압의 극성에 따라 액정분자가 제 1 또는 제 2 배향방향(21A, 21B)을 배향한 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다.
이와 같은 구조 및 동작특성을 가지는 AFLC(21)에 의하면 액정분자가 묘사하는 이중나선구조가 인가전압에 따라서 비뚤어지는 것에 의해 AFLC(21)의 평균인 광학축이 연속적으로 변화한다. 또 극성이 다른 절대값이 같은 인가전압에 대한 변화도 거의 같게 된다.
이 때문에 편광판(23, 24)을 제3도에 도시한 바와 같이 0.1Hz 정도의 충분한 저주파의 삼각파전압을 화소전극(13)과 공통전극(17)과의 사이에 인가하여 얻어지는 광학특성은 제31도에 도시한 바와 같이 인가전압(0V) 근방에 있어서 평판한 부분이 없고, 인가전압의 절대값의 상승에 따라 투과율도 연속적으로 변화하고, 상한값을 갖지 않게 된다. 또한 인가전압의 극성에 대해서 투과율 곡선도 대칭이 된다. 또 포화전압(EC)이상의 전압이 인가되면 나선이 소실하여 투과율은 포화한다. 또 히스테리시스가 매우 작다.
이와 같은 광학특성을 도시한 액정표시소자에 의하면 인가전압에 대해서 표시의 단계적 변화가 일의적으로 결정된다. 따라서 상술한 바와 같이 액정표시소자를 액티브매트릭스형으로서 각 화소의 비선택기간에 인가전압을 표시의 단계적인 변화에 대응하는 거의 일정값으로 유지하는 것에 의해 임의의 단계적 변화가 표시가능해진다.
본 실시예의 액정표시소자에 단계적 변화표시를 행하게 할 경우의 실용적인 구동방법으로서는 예를 들면, 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 방법을 사용할 수 있다.
제32도는 AFLC(21)으로서 I-SA 전이온도가 92℃, SA-SCA*전이온도가 68℃, 자발분극이 130nc/cm2, 틸트각이 27°(원뿔각 54°)이고, 인가전압에 의해 이중나선이 비뚤어지는 구조의 반강유전성액정을 사용하고, 배향처리방향 및 편광판의 투과축의 방향을 제3도에 도시한 바와 같이 설정하고, 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 사용하고, TS=60μ초로 했을 때의 기입전압과 투과율의 관계를 도시한다.
이 그래프에서 명확한 바와 같이 이 액정표시소자 및 이 구동방법에 의하면 기입전압을 변화시키는 것에 의해 투과율이 연속적으로 변화하고, 또한 기입전압에 따라서 표시의 단계적 변화가 거의 한결같이로 결정되고, 단계적 변화표시가 가능해진다.
[실시예 9]
실시예 8에서 설명한 이중나선구조의 비뚤어짐과, 실시예 1∼7에서 설명한 분자의 거동이 복합적으로 발생하는 것에 의해 중간 배향상태가 얻어진 반강유전성액정도 존재한다.
그래서 이하, (a) 인가전압에 의한 이중나선구조의 비뚤어짐과, (b) 인가전압에 따라서 액정분자가 원뿔에서 벗어나 전계와 수직방향으로 기울어지는 것에 의해 중간 배향상태가 얻어진 반강유전성액정 및 그 반강유전성액정을 이용한 액정표시소자에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정표시소자의 구조는 제1도∼제3도에 도시한 구성과 기본적으로 동일하다.
본 실시예의 AFLC(21)는 예를 들면, 원뿔앵글이 30°에서 45°(바람직하게는 35°이상)로 크고, I, SmA, SmCA*라는 시퀀스로 상전이하는 스멕틱CA*상의 액정으로 구성되고, 벌크 상태에서 분자배열의 층구조 및 이중나선구조를 가지고 있다. AFLC(21)의 나선구조의 1피치는 AFLC(21)의 층두께(셀갭)보다도 작게 형성되고, AFLC(21)는 제30도에 모식적으로 도시한 바와 같이 이중나선구조를 유지한 상태에서 기판(11, 12) 사이에 봉지되어 있다. 이 점은 실시예 9의 AFLC와 동일하다.
또 AFLC(21)는 배향막(18, 19)와의 상호작용이 약하고, 분자의 긴축둘레의 회전력이 강한 액정이다.
본 실시예의 액정도 실시예 8의 액정과 동일하게 제30(a)도∼제30(e)도에 도시한 바와 같이 인가전압에 따라서 액정분자의 이중나선구조가 비뚤어진다.
또 각 액정분자는 전계가 인가되어 있지 않을 때 반강유전적 상호작용에 의해 구속되면서 그 긴 축둘레에 회전하고 있다. 여기서 기판(11, 12)의 주면에 수직인 방향에 전계(E)가 인가되면, 액정분자의 회전이 억제되어 분극이 발생하고, 이 분극과 전계와의 상호작용에 의해 액정분자는 전계와 수직인 방향으로 기울어진다. 예를 들면, 제33(a)도에 실선으로 도시한 배향상태의 액정분자에 전계(E)를 인가하면 파선으로 도시한 바와 같이 분자가 전계(E)에 수직인 평면상에서 기울어지고, 기울기각(δ)은 인가전계의 강도에 대응한다. 또 제33(b)도에 도시한 바와 같이 전계의 방향을 반전하면 기울기방향이 반전한다. 이와 같이 전계의 인가에 의해 액정분자의 기울기각(δ)이 야기된다.
인가전계에 의한 액정분자의 기울기는 각 액정분자가 묘사하는 원뿔축의 기울기(제12도의 z-y 평면상에서의 기울기)로서 포착할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 AFLC(21)는 인가전압에 따라서 이중나선구조의 비뚤어짐과 원뿔측의 기울기가 복합적으로 발생하는 것에 의해 반강유전상과 강유전상의 사이의 중간상태이고, 액정분자의 평균인 배향방향이 연속적으로 변화한다. AFLC(21)의 나선구조의 피치는 가시광영역의 빛의 파장보다도 짧으므로, 그 평균인 광학축은 제 1 배향방향(21A)과 제 3 방향(21C) 및 제 2 배향방향(21A)과 제 3 방향(21C)의 사이에서 연속적으로 변화한다. 또 극성이 다른 절대값이 같은 인가전압에 대한 변화도 거의 같아진다.
이 때문에 편광판(23, 24)을 제3도에 도시한 바와 같이 배치하고, 0.1Hz 정도의 충분한 저주파의 삼각파전압을 전극(13, 17)과의 사이에 인가하여 얻어진 광학특성은 제34도에 도시한 바와 같이 인가전압(0V) 근방에 있어서 평탄한 부분이 없고, 인가전압의 절대값 상승에 따라 투과율도 연속적으로 순조롭게 변화하는 것이 된다. 또한 인가전압이 충분히 높아지면, 나선구조가 소실하여 투과율이 거의 포화하지만, 액정분자의 회전의 억제에 의해 액정분자가 또 기울어지므로 인가전압이 충분히 높은 범위에서도 투과율이 약간 상승한다. 또 인가전압의 극성에 대해서 투과율 곡선도 대칭이 된다. 또 히스테리시스가 매우 작다.
이와 같은 광학특성을 도시한 액정표시소자에 의하면 인가전압에 대해 표시의 단계적 변화가 한결같이 결정된다. 따라서 상술한 바와 같이 액정표시소자를 액티브매트릭스형으로서 각 화소의 비선택기간에 인가전압을 표시의 단계적 변화에 대응하는 거의 일정값으로 유지하는 것에 의해 임의의 단계적 변화가 표시가능해진다.
본 실시예의 액정표시소자에 단계적 변화표시를 행하게 할 경우의 실용적인 구동방법으로서는 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 사용할 수 있다.
제35도는 AFLC(21)로서 I-SA전이온도가 83℃, SA-SCA*전이온도가 74℃이고, 자발분극이 261nc/cm2, 틸트각이 32.3(원뿔앵글이 64.6)이고, 인가전압에 의해 이중나선이 비뚤어짐과 동시에 액정분자 회전의 억제에 의해 액정분자의 긴 축이 기울어지는 작용을 가지는 반강유전성액정을 사용하고, 배향처리방향 및 편광판의 투과축의 방향을 제3도에 도시한 바와 같이 설정하고, 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 방법으로 구동하고, 기간(TS)을 60μ초로 했을 때의 인가전압과 투과율의 관계를 도시한다.
이 그래프에서 명확한 바와 같이 이 액정표시소자 및 이 구동방법에 의하면 기입전압을 변화시키는 것에 의해 투과율이 연속적으로 변화하고, 또한 기입전압에 따라 표시의 단계적 변화가 거의 한결같이 결정되고, 단계적 변화표시가 가능해진다.
이 액정에 있어서 액정분자가 상술한 바와 같이 거동하고 있는 것은 이 액정표시소자의 코노스코프상으로 판별할 수 있다.
제36(a)도∼제36(d)도는 이 액정표시소자의 인가전압과 코노스코프상과의 관계를 도시하고, 제36(a)도는 전계무인가(전극(13, 17과의 사이에 전압을 인가하지 않는다)시의 상을 제36(b)도와 제36(c)도는 플러스극성의 인가전압을 차례로 증가했을 때의 코노스코프상을 제36(d)도는 플러스극성의 충분히 높은 전압을 인가했을 때의 코노스코프상을 도시한다.
제36(a)도에서는 상하좌우에 균등하게 밝음부가 발생하고 있다. 이 상태는 액정이 나선구조를 가지고 있는 것을 도시하고 있다.
한편, 플러스극성의 인가전압을 인가하고 이것을 차례로 증가하면 제36(b)도, 제36(c)도에 도시한 바와 같이 대칭구조를 유지하면서도 우측이 밝고, 좌측이 어두워진다. 이것은 일축성을 유지하면서도 액정분자가 우방향(제3도의 제 1 배향방향(12A)의 방향)에 틸트하고 있는 것을 도시하고 있다.
그리고 플러스극성의 충분히 높은 전압을 인가하면 제36(d)도에 도시한 바와 같이 대칭구조를 소실하고, 우측만이 밝아진다. 이 상태는 나선이 풀리고, 거의 모든 액정분자가 제 1 배향방향(21A)에 배향하고, 강유전상에 있는 것을 도시하고 있다.
한편, 마이너스극성의 인가전압을 상승하면 제36(b)도∼제36(d)도에 대해서 Y축에 관해서 거의 선대칭의 상이 얻어진다. 이것은 마이너스극성의 전압을 인가하는 것에 의해 처음은 나선구조를 유지하면서 액정분자가 좌방향(제3도의 제 2 배향방향(21B)의 방향)으로 틸트하고 있는 것을 도시하고 있다. 그리고, 충분히 높은 전압을 인가하면 나선이 풀리고, 거의 모든 액정분자가 제 2 배향방향(21B)으로 배향하고, 강유전상에 있는 것을 도시하고 있다.
이와 같이 본 발명의 강유전성액정은 인가전압에 따라서 액정분자가 묘사하는 이중나선구조가 어긋남과 동시에 액정분자의 분자축둘레의 회전이 억제되고, 액정의 디렉터가 연속적으로 변화하고, 임의의 단계적 변화를 표시할 수 있다.
[실시예 10]
이어서 나선의 비뚤어짐과 제 1 및 제 2 배향상태의 액정분자의 배향의 전환과의 복합적인 원인에 의해 중간 배향상태가 얻어진 반강유전성액정과 해당하는 반강유전성액정을 이용한 액정표시소자의 다른 실시예에 대해서 설명한다.
본 실시예의 액정으로서는 예를 들면, 표 1에 도시한 구성의 반강유전성액정을 그대로 사용할 수 있다. 단지 반강유전성액정은 그 이중나선구조를 유지한 상태이고, 기판(11, 12) 사이에 충전되어 있다.
예를 들면, 표 1의 반강유전성액정을 사용한 경우 전압무인가의 상태에서는 제30(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 180° 시프트한 2개의 나선을 묘사한다. AFLC(21)의 공간적으로 평균된 광학축은 액정분자의 평균인 배향방향인 스멕티층의 법선 방향으로 평행인 방향이 된다.
AFLC(21)에 포화전압(EC)이상의 전압을 인가하는 것에 의해 나선구조가 소실하고, 인가전압의 극성에 따라서 액정분가 제 1 또는 제 2 배향방향(21A, 21B)에 배향한 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다.
또 AFLC(21)에 중간레벨의 전압을 인가하면 액정분자의 영구 양극자와 전계와 상호작용에 의해 인가전압의 극성 및 인가전압의 절대값에 따라서 제31(a)도 제31(e)도에 모식적으로 도시한 바와 같이 액정분자가 묘사하는 이중나선구조가 비뚤어진다. 이 비뚤어짐에 따라서 평균인 광학축이 기울어진다.
또 인가전압(E)의 극성 및 크기에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자의 일부가 제 2 또는 제 1 배향상태로 변화한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압(E)가 커짐에 따라 많아진다.
즉, 인가전압에 의한 이중나선구조의 비뚤어짐과 배향상태의 전환에 의해 액정분자의 평균인 배향방향은 인가전압에 따라 연속적으로 변화한다.
이것은 인가전압에 따라서 액정분자의 이중나선구조가 비뚤어짐과 동시에 나선축이 인가전압에 따라 기울어지는(스멕틱층의 법선에 대해서) 것에 실질적으로 같은 값이다.
따라서 액정분자의 평균인 배향방향을 연속적으로 변화시키고, 임의의 중간 단계적 변화를 표시시킬 수 있다.
[실시예 11]
실시예 7에서 사용한 AFLC를 그 나선구조를 유지한 상태에서 사용하는 것도 가능하다.
본 실시예의 액정으로서는 예를 들면, 표 4에 도시한 구성의 반강유전성액정을 사용할 수 있다. 단지 반강유전성액정은 그 이중나선구조를 유지한 상태이고, 기판(11, 12) 사이에 충전되어 있다.
예를 들면, 표 4의 반강유전성액정을 사용한 경우 전압무인가의 상태에서는 제30(a)도에 도시한 바와 같이 액정분자는 180° 시프트한 2개의 나선을 묘사한다. AFLC(21)의 공간적으로 평균된 광학축은 액정분자의 평균인 배향방향인 스멕틱층을 법선 방향으로 평행한 방향이 된다.
AFLC(21)에 포화전압(EC)이상의 전압을 인가하는 것에 의해 나선구조가 소실하고, 인가전압의 극성에 따라서 액정분자가 제 1 또는 제 2 배향방향(21A, 21B)에 배향한 제 1 또는 제 2 강유전상이 된다.
또 AFLC(21)에 중간레벨의 전압을 인가하면 액정분자의 영구 양극자와 전계와의 상호작용에 의해 인가전압의 극성 및 인가전압의 절대값에 따라서 제30(a)도∼제30(e)도에 모식적으로 도시한 바와 같이 액정분자가 묘사하는 이중나선구조가 비뚤어진다. 이 비뚤어짐에 따라 평균인 광학축이 기울어진다.
또 인가전압(E)의 극성 및 크기에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태에 어느 액정분자가 제 2 또는 제 1 배향상태로 변화한다. 배향상태가 변화하는 분자의 수(비율)는 인가전압(E)이 커짐에 따라 많아진다.
이 현상이 복합적으로 발생한 결과 AFLC(21)의 딜렉터가 인가전압에 따라서 연속적으로 변화한다. 따라서 인가전압을 제어하고, 액정분자의 평균인 배향방향을 연속적으로 변화시키고, 단계적 변화화상을 표시할 수 있다.
제37도는 AFLC(21)로서 표 4에 도시한 조성을 가지는 반강유전성액정을 나선을 유지한 상태에서 사용하고, 배향처리방향 및 편광판의 투과축의 방향을 제3도에 도시한 바와 같이 설정하고, 전극(17, 13) 사이에 0.1Hz 정도의 충분한 저주파의 삼각파를 인가하여 얻어진 인가전압과 투과율과의 관계를 도시한다.
이 광학특성은 인가전압(0V) 근방에 있어서 평탄한 부분이 없고, 인가전압의 절대값 상승에 따라서 투과율도 연속적으로 순조롭게 변화하게 된다. 또 인가전압이 충분히 높아지면 나선구조가 소실하여 투과율이 거의 포화하지만, 액정분자의 회전 억제에 의해 액정분자가 또 기울어지므로 인가전압이 충분히 높은 범위에서도 투과율이 약간 상승한다. 또한 인가전압의 극성에 대해서 투과율 곡선도 대칭이 된다. 또 히스테리시스가 매우 작다. 따라서 본 실시예의 액정표시소자에 의하면 인가전압을 제어하고, 임의의 단계적 변화화상을 표시할 수 있다.
또 본 실시예의 실용적인 구동방법으로서는 제10(a)도, 제10(b)도에 도시한 구동방법을 사용할 수 있다.
본 실시예의 강유전성액정에 있어서 인가전압에 따른 상술한 분자의 거동이 행해지는 것은 예를 들면, 이 액정의 코노스코프상으로 판별할 수 있다.
예를 들면, 제38(b)도는 무전계시의 이 액정의 코노스코프상을 도시한다. 이 상에는 상하좌우의 4방향에 서로 분리한 밝음주가 존재하고 있다. 이것은 무전계시에 나선구조가 존재하는 것을 도시하고 있다.
또 플러스극성의 전압을 인가한 상태에서는 제38(a)도에 도시한 바와 같이 제38(b)도에 도시한 좌우방향의 밝음부가 연결하고, 상하방향의 밝음부는 분리하고 있다. 이것은 액정분자가 원뿔을 따라 움직이고, 나선구조가 어느 정도 풀리고 있는 것을 도시하고 있다. 또한 인가전압의 극성을 반전하는 (마이너스극성으로 한다) 것에 의해 제38(c)도에 도시한 바와 같이 코노스코프상은 거의 점대칭으로 반전한다.
이것으로 상기 액정은 액정분자가 인가전압에 따라서 원뿔상에서 기울어짐과 동시에 회전의 억제에 원뿔에서 분리되어 기울어지는 것을 판별할 수 있다.
따라서 이 액정을 AFLC(21)로서 사용하는 것에 의해 제38도에 도시한 특성에 의해 임의의 단계적 변화를 표시할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예 1∼11를 설명했지만 본 발명은 이들의 실시예에 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다.
예를 들면, 액정표시소자의 구동신호의 파형은 제10(a)도 및 제10(b)도에 도시한 것에 한정되지 않고 임의로 변경 가능하다. 예를 들면, 제10(a)도, 제10(b)도의 구동방법에서는 한 개의 표시데이터에 대해서 극성이 반대의 2개의 펄스를 연속하는 2개의 프레임으로 액정에 인가했지만, 한 개의 표시데이터에 한 개의 기입펄스를 액정을 인가해도 좋다.
또 편광판(23, 24)의 투과축(23A)과 편광판(24)의 투과축(21A)을 평행으로 설정해도 좋다. 또 편광판의 광학축은 흡수축이어도 좋다. 또 한쪽의 편광판의 광학축을 제 1 또는 제 2 배향방향(21A, 21B)에 평행 또는 직각으로 하고, 다른 쪽의 편광판의 광학축을 한쪽의 편광판의 광학축에 평행 또는 직교시켜도 좋다.
또 본 발명은 TFT를 액티브소자로 하는 반강유전성 액정표시소자에 한정하지 않고 MIM을 액티브소자로 하는 반강유전성 액정표시소자에도 적용 가능하다.

Claims (29)

  1. 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상으로 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판의 사이에 봉입되고, 액정분자가 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선 방향에 대해서 거의 제 1 배향방향에 배열한 제 1 강유전상과 액정분자가 거의 제 2 배향방향에 배열한 제 2 강유전상과, 제 1 배향방향에 배열한 액정분자와 제 2 배향방향에 배열한 액정분자가 혼재하고, 그 평균적인 디렉터의 방향이 카이랄스멕틱(Chiral Smectic)상이 형성하는 상기 층의 법선 방향에 거의 일치하는 반강유전상을 가지고, 인가전압의 값에 따라 상기 제 1 배향방향과 제 2 배향방향의 한쪽에 배열된 액정분자가 다른 쪽의 배향방향에 배열하고, 가시광대역의 빛의 파장보다 짧은 범위에서 다른 배향상태의 영역을 복수 형성하고, 상기 제 1 배향상태 영역과 제 2 배향상태 영역의 비율에 따라 디렉터의 방향이 연속적으로 변화하는 반강유전성 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 강유전상의 영역과 반강유전상 영역이 혼재하는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 카이랄스멕틱CA상의 액정이 나선구조가 소실된 상태에서 상기 기판간에 봉지되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 인가전압에 따라 상전이 전구현상에 의해 소정의 원뿔을 따라 거동하는 액정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 인가전압에 따라 전계와 수직방향으로 기울어지도록 거동하는 액정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 인가전압에 따라 전계와 수직방향으로 기울어지도록 거동하는 액정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 이중나선구조를 갖고 상기 기판간에 봉지되어 있고, 인가전압에 따라 상기 이중나선이 비뚤어지는 카이랄스멕틱상을 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  8. 제4항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 이중나선구조를 갖고 상기 기판간에 봉지되어 있고, 인가전압에 따라 상기 이중나선이 비뚤어지는 카이랄스멕틱상을 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  9. 제5항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 이중나선구조를 갖고 상기 기판간에 봉지되어 있고, 인가전압에 따라 상기 이중나선이 비뚤어지는 카이랄스멕틱상을 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  10. 제6항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 이중나선구조를 갖고 상기 기판간에 봉지되어 있고, 인가전압에 따라 상기 이중나선이 비뚤어지는 카이랄스멕틱상을 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 반강유전성 액정표시소자는 또 스멕틱CA*상층의 법선 방향에 실질적으로 평행 또는 직교하는 방향에 광학축이 배치된 제 1 편광판과, 상기 액정을 통해서 상기 제 1 편광판에 대향하고, 상기 제 1 편광편의 광학축에 평행 또는 직교하도록 광학축이 설정된 제 2 편광판을 구비한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  12. 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상으로 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자가 그 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선방향에 대해서 각각 다른 기울기로 배열하는 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고, 인가전압의 값에 따라 상전이 전구현상에 의해 액정분자가 움직이는 것에 의해 디렉터를 연속적으로 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배향상태를 가지는 반강유전성 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 스멕틱CA*상의 이중나선구조가 소실된 상태에서 상기 기판간에 봉지되어 있고, 상기 전압의 인가에 의한 상전이 전구현상에 의해 전계에 수직인 면상에서 틸트하는 애정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  14. 제12항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 스멕틱CA*상의 이중나선구조를 유지한 상태에서 상기 기판간에 봉지되어 있고, 상기 전압의 인가에 의한 상전이 전구현상에 의해 극성이 반대로 충분히 큰 전압이 서로 인가되었을 때에 액정분자의 궤적(軌跡)에 묘사하는 가상적인 원뿔을 따라 틸트하는 액정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  15. 제12항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 인가전압에 따라 극성이 반대로 충분히 큰 전압이 서로 인가되었을 때에 액정분자의 궤적이 묘사하는 가상적인 원뿔을 따라 실질적으로 180°보다 작은 각도만 움직이고, 인가전압에 따라 틸트하는 액정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  16. 제12항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 인가전압에 따라 각 액정분자가 전계와 수직방향으로 기울어지는 액정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  17. 제12항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 이중나선구조를 갖고 상기 기판간에 봉지되어 있고, 인가전압에 따라 상기 이중나선이 비뚤어지는 카이랄스멕틱상을 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  18. 제16항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 이중나선구조를 갖고 상기 기판간에 봉지되어 있고, 인가전압에 따라 상기 이중나선이 비뚤어지는 카이랄스멕틱상을 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  19. 제12항에 있어서, 상기 반강유전성 액정표시소자는 또한 스멕틱CA*상층의 법선 방향으로 실질적으로 평행 또는 직교하는 방향에 광학축이 배치된 제 1 편광판과, 상기 액정을 통해 상기 제 1 편광판에 대향하고, 상기 제 1 편광판의 광학축에 평행 또는 직교하도록 광학축이 설정된 제 2 편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  20. 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상으로 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자가 그 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선 방향에 대해서 각각 다른 기울기로 배열하는 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고, 인가전압의 값을 따라 액정분자가 전계와 수직인 방향으로 기울어지는 것에 의해 디렉터를 연속적으로 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배향상태를 가지는 반강유전성 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  21. 제20항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 상기 인가전압과 자발분극의 상호작용에 의한 분자의 긴 축둘레의 회전 억제에 의해 전계와 수직인 방향으로 기울어지는 액정분자를 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  22. 제20항에 있어서, 상기 반강유전성 액정은 이중나선구조를 갖고 상기 기판간에 봉지되어 있고, 인가전압에 따라 상기 이중나선이 비뚤어지는 카이랄스멕틱상을 가지는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  23. 제20항에 있어서, 상기 반강유전성 액정표시소자는 또한, 상기 반강유전상에 있어서의 평균적인 배향방향에 평행 또는 직교하는 방향에 광학축이 배치된 제 1 편광판과, 상기 액정을 통해서 상기 제 1 편광판에 대향하고, 상기 제 1 편광판의 광학축에 평행 또는 직교하도록 광학축이 설정된 제 2 편광판을 구비한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  24. 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상으로 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자가 그 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선 방향에 대해서 각각 다른 기울기로 배열하는 제 1 과 제 2 강유전상과, 스멕틱CA*상의 이중나선구조를 갖고 액정분자가 배열하는 반강유전상을 가지고, 인가전압의 값에 따라 상기 이중나선구조의 나선이 비뚤어지는 것에 의해 디렉터를 연속적으로 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배열상태를 가지는 반강유전성 액정을 구비한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  25. 제24항에 있어서, 상기 반강유전성 액정표시소자는 또한, 상기 반강유전상에 있어서의 평균적인 배향방향에 평행 또는 직교하는 방향에 광학축이 배치된 제 1 편광판과 상기 액정을 통해서 상기 제 1 편광판에 대향하고, 상기 제 1 편광판의 광학축에 평행 또는 직교하도록 광학축이 설정된 제 2 편광판을 구비한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  26. 한쪽의 기판과, 상기 한쪽의 기판에 대향하는 다른 쪽의 기판과, 상기 한쪽과 다른 쪽의 기판 사이에 봉입되고, 액정분자가 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선방향에 대해서 거의 제 1 배향방향에 배열한 제 1 강유전상과 액정분자가 거의 제 2 배향방향에 배열한 제 2 강유전상과, 제1 배향방향에 배열한 액정분자와 제 2 배향방향에 배열한 액정분자가 혼재하고, 그 평균적인 디렉터의 방향이 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선 방향에 거의 일치하는 반강유전상을 가지고, 인가전압의 값에 따라 상기 제 1 배향방향과 제 2 배향방향의 한쪽에 배열한 액정분자가 다른 쪽의 배향방향에 배열하고, 가시광대역의 빛의 파장보다 짧은 범위에서 다른 배향상태의 영역을 복수 형성하고, 상기 제 1 배향상태의 영역과 제 2 배향상태의 영역의 비율에 따라, 디렉터의 방향이 연속적으로 변화하는 반강유전성 액정과, 상기 액정을 전압을 인가하고, 이 인가전압을 바꿈으로써 상기 다른 배향상태 영역의 비율을 제어하고, 반강유전성 액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향으로 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  27. 한쪽의 기판과, 상기 한쪽의 기판에 대향하는 다른 쪽의 기판과, 상기 한쪽과 다른 쪽의 기판 사이에 봉입되고, 액정분자가 그 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선 방향에 대해서 각각 다른 기울기로 배열하는 서로 다른 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고 인가전압의 값에 따라 상전이 전구현상에 의해 액정분자가 움직임으로써 디렉터를 연속적으로 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배향상태를 가지는 반강유전성 액정과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 이 인가전압을 바꿈으로써 상기 반강유전성 액정의 상전이 전구현상을 제어하고, 반강유전성 액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향으로 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  28. 한쪽의 기판과, 상기 한쪽의 기판에 대향하는 다른 쪽의 기판과, 상기 한쪽과 다른 쪽의 기판 사이에 봉입되고, 액정분자가 그 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선방향에 대해서 각각 다른 기울기로 배열하는 제 1 과 제 2 강유전상과 반강유전상을 가지고, 인가전압의 값에 따라 액정분자가 전계와 수직인 방향으로 기울어지는 것에 의해 디렉터를 연속적으로 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 상이의 중간 배향상태를 가지는 반강유전성 액정과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 이 인가전압을 바꿈으로써 상기 반강유전성 액정의 각 분자의 상기 전계와 수직인 방향에의 기울기량을 제어하고, 반강유전성 액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향으로 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
  29. 한쪽의 기판과, 상기 한쪽의 기판에 대향하는 다른 쪽의 기판과, 화소전극과 화소전극에 접속된 액티브소자가 매트릭스상으로 복수 배열된 한쪽의 기판과, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극이 형성된 다른 쪽의 기판과, 상기 기판 사이에 봉입되고, 액정분자가 그 카이랄스멕틱상이 형성하는 층의 법선방향에 대해서 각각 다른 기울기로 배열하는 제 1 과 제 2 강유전상과, 스멕틱CA*상의 이중나선구조를 갖고 액정분자가 배열하는 반강유전성을 가지고 인가전압의 값에 따라 상기 이중나선구조의 나선이 비뚤어지는 것에 의해 디렉터를 연속적으로 변화시키는 상기 강유전상과 상기 반강유전상 사이의 중간 배열상태를 가지는 반강유전성 액정과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 이 인가전압을 바꿈으로써 상기 반강유전성 액정의 상기 이중나선구조의 비뚤어짐을 제어하고, 반강유전성 액정의 디렉터의 방향을 상기 제 1 과 제 2 배향방향 사이의 임의의 방향으로 설정하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반강유전성 액정을 이용한 액정표시소자.
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