KR100298275B1

KR100298275B1 - 액정표시소자와그구동방법

Info

Publication number: KR100298275B1
Application number: KR1019980015836A
Authority: KR
Inventors: 도미오 다나카; 데츠시 요시다; 준 오구라; 마나부 다케이
Original assignee: 가시오 가즈오; 가시오게산키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1998-05-02
Publication date: 2001-11-26
Also published as: KR19980086721A

Abstract

반강유전성 액정재료를 이용한 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 계조(단계적 변화)표시가 가능한 액정표시소자 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 기판(11, 12)의 사이에 벌크의 상태에서 반강유전상을 나타내는 스멕틱액정재료가 봉입되어 있으며, 기판(11과 12)의 사이에 끼워진 액정층(21)은 그 액정분자의 분자간력과 배향막(18, 19)의 배향규제력의 상호작용에 의해 스멕틱층의 인접하는 액정분자간의 질서를 달리 한 복수의 배열상태가 혼재하는 혼합상을 형성하고 있고, 이 액정층(21)의 다이렉터는 이 액정층(21)에 인가되는 전압의 극성과 크기에 따라서 연속적으로 변화하며, 이에 의해 기판(11, 12)을 끼워서 편광판(23, 24)을 배치함으로써 계조표시가 가능하게 되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자와 그 구동방법

본 발명은 반강유전성 액정(AFLC, Antiferroelectric Liquid Crystal)재료를 이용한 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 계조표시가 가능한 액정표시소자 및 그 구동방법에 관한 것이다.

액정분자가 자발분극을 갖는 액정재료를 이용하여 전계와 액정분자의 자발분극의 상호작용에 의해 액정분자를 동작시켜서 표시를 실시하는 액정표시소자는 네마틱액정을 이용하는 TN모드의 액정표시소자와 비교하여 고속응답, 넓은 시야각이 얻어지는 등의 점에서 주목되고 있다.

이와 같은 액정표시소자로서는 강유전성 액정을 이용한 강유전성 액정표시소자와 반강유전성 액정을 이용한 반강유전성 액정표시소자가 알려져 있다.

반강유전성 액정표시소자는 반강유전성 액정이 구비하는 배향상태의 3안정성을 이용하여 화상을 표시하는 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 반강유전성 액정은 액정분자의 배향에 3개의 안정상태를 갖고, (1) 제 1 한계값 이상의 전압을 해당 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 한계값보다 낮은 제 2 한계값 이하의 전압을 인가했을 때 제 1과 제 2 강유전상과는 다른 배열상태인 반강유전상에 배향한다. 액정표시소자의 양측에 배치된 한쌍의 편광판의 투과축의 방향을 반강유전상에 있어서의 광학축을 기준으로 하여 설정함으로써 인가전압에 의해 빛의 투과율을 제어하여 화상을 표시할 수 있다.

반강유전성 액정은 인가전압이 변화해도 상기 제 1과 제 2 한계값의 사이의 범위이면 제 1 또는 제 2 강유전상 또는 반강유전상에 배향한 상태를 유지한다. 즉 메모리성을 갖고 있다. 종래의 반강유전성 액정표시소자는 이 메모리성을 이용하여 단순매트릭스구동되어 있다.

반강유전성 액정의 메모리성은 액정이 제 1 또는 제 2 강유전상으로부터 반강유전상으로 상전이하는 전압과, 반강유전상으로부터 제 1 또는 제 2 강유전상으로 상전이하는 전압의 전압차에 따라서 정해진다. 그리고 이 전압차가 클수록 배향상태의 메모리성이 높다. 즉 광학특성의 히스테리시스가 클수록 메모리성이 높다.

이 때문에 종래의 단순매트릭스구동되는 반강유전성 액정표시소자에서는 반강유전성 액정으로서 상기 전압차가 큰 액정을 이용하고 있다.

그러나 메모리성이 높은 반강유전성 액정을 이용하는 종래의 반강유전성 액정표시소자는 빛의 투과율을 임의로 제어할 수 없다. 즉 표시계조의 제어가 거의 불가능하고 계조표시를 실현할 수는 없었다.

본 발명은 상기 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 명확한 계조표시를 실현할 수 있는 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 관점에 관련되는 액정표시소자는,

제 1 전극(13)이 형성된 제 1 기판(11)과,

상기 제 1 전극(13)에 대향하는 제 2 전극(17)이 형성된 제 2 기판(12)과,

상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)의 사이에 봉입되어 이들 기판간에서 스멕틱층이 인접하는 액정분자간의 질서를 달리 한 복수의 배열상태가 혼재하는 혼합상을 형성하는 스멕틱액정으로 이루어지는 액정층(21)과,

상기 혼합상에 있어서의 액정분자의 배열을 제어하여 상기 액정층(21)의 다이렉터를 변화시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면 액정층은 스멕틱층이 인접하는 액정분자간의 질서를 달리 한 복수의 배열상태가 혼재하는 혼합상을 형성하고 있다. 혼합상은 인가된 전압과 그 극성에 따라서 해당 액정층의 다이렉터가 연속적으로 변화한다. 이에 의해서 이 액정표시소자에 편광판을 배치함으로써 리니어적인 광학변화를 나타내는 영역이 넓고, 또한 히스테리시스가 없는 전기광학특성이 얻어진다. 따라서 인가전압에 대한 표시계조가 한결같이 정해지고, 임의의 계조를 지정하여 안정된 계조표시가 가능하게 된다.

상기 혼합상은 상기 양 기판(11, 12)의 면과 실질적으로 평행한 면내에서 액정분자가 서로 다른 분자간 질서로 배열한 다른 복수의 상의 혼합으로 이루어져 있다.

상기 혼합상은 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 인가된 전계에 의해 유기된다. 상기 혼합상이 전계에 의해 유기되는 경우는 상기 액정층(21)의 스멕틱층간의 상호작용의 크기는 한쌍의 기판(11, 12)의 내면에 액정분자를 소정의 방향에 배향시키기 위해 형성된 배향막(18, 19)의 배향규제력의 크기보다도 큰 것이 바람직하다.

상기 혼합상은 강유전상, 반강유전상, 페리상 중의 어느 쪽인가 하나의 상이 혼합한 액정의 상으로 이루어져 있다.

상기 액정층(21)은 벌크의 상태에서 반강유전상을 나타내고, 상기 양 기판(11, 12)간에 봉입된 상태이고, 또한 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)간에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 반강유전상을 나타내고, 전압이 인가된 상태에서 상기 혼합상을 나타내는 액정재료로 이루어져 있다.

또 상기 다이렉터를 변화시키는 수단은 상기 반강유전상을 상기 혼합상으로 상전이 시키고, 이 혼합상의 액정분자의 배향을 제어하여 상기 액정층(21)의 다이렉터를 변화시키기 위한 전압을 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 인가하는 수단으로 이루어져 있다.

또 상기 구성의 액정표시소자에 있어서,

상기 혼합상은 상기 배향막(18, 19)와 상기 액정층(21)의 계면효과에 의해 유기된다.

이 경우는 상기 배향규제력의 크기가 스멕틱액정의 층간에 기울어지는 상호작용의 크기와 실질적으로 동등하거나 또는 그것보다도 강한 배향수단과 액정재료를 선택한다.

상기 배향규제력의 크기는 스멕틱액정의 층간에 기울어지는 상호작용의 크기가 실질적으로 동등하게 되도록 배향수단과 액정재료를 선정했을 때는 상기 액정층(21)은 벌크의 상태에서 반강유전상을 나타내고, 상기 한쪽의 기판(11)과 다른쪽의 기판(12)의 사이에 봉입되고, 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 페리상을 형성하고, 전압이 인가된 상태에서 상기 혼합상을 형성하고, 이 혼합상의 다이렉터가 인가되는 전계에 의해 제어된다.

한편 상기 배향규제력의 크기보다 스멕틱액정의 층간의 상호작용이 약한 배향수단과 액정재료를 선정한 경우는 상기 액정층(21)은 벌크의 상태에서 반강유전상을 나타내고, 상기 한쪽의 기판(11)과 상기 다른쪽의 기판(12)간에 봉입되고, 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)간에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 혼합상을 형성하고, 전압이 인가된 상태에서 혼합상의 다이렉터가 인가된 전계에 의해 제어된다.

또 상기 구성의 액정표시소자에 있어서,

상기 혼합상은 상기 양 기판(11, 12)의 주면과 평행하게 배열한 액정분자와, 상기 양 기판(11, 12)의 주면에 대하여 소정의 틸트각도를 갖고 배열한 액정분자가 혼합된 혼합상으로 이루어져도 좋다.

상기 혼합상은 강유전상의 액정과, 반강유전상의 액정과, 페리상의 액정 중 적어도 하나의 액정과, 액정분자가 카이럴스멕틱상의 분자가 그리는 콘을 따라서 이동하여 상기 양 기판(11, 12)의 주면에 대해서 액정분자가 소정의 틸트각도를 갖고 배열한 배향상태의 액정이 혼합된 액정의 상이다.

상기 액정층(21)은 벌크의 상태에서 반강유전상을 형성하고, 상기 한쪽의 기판(11)과 상기 다른쪽의 기판(12)간에 봉지되어 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 전압이 인가된 상태에서 상기 한쪽의 기판(11)과 상기 다른쪽의 기판(12)의 주면에 대해서 틸트각도를 갖고 배열하는 액정분자로 구성된다.

상기 구성의 액정표시소자에 있어서,

상기 액정층(21)은 상기 한쪽의 기판(11)과 상기 다른쪽의 기판(12)간에 봉입된 상태에서 그 전체 두께에 걸쳐서 상기 혼합상을 형성하는 액정재료로 이루어져도 좋다.

또 상기 구성의 액정표시소자에 있어서,

상기 액정층(21)은 상기 한쪽 및 다른쪽 기판(11, 12)의 근처의 액정분자가 상기 혼합상을 형성하고, 상기 한쪽 및 다른쪽의 기판(11, 12)의 근처로부터 떨어진 액정분자가 다른 상을 형성하는 다층구조이어도 좋다.

상기 액정표시소자는,

상기 제 1 전극(13) 또는 상기 제 2 전극(17)에 접속된 액티브소자(14)를 통하여 상기 혼합상에 전압을 인가함으로써 액정분자를 상기 카이럴스멕틱상의 분자가 그리는 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상의 다이렉터를 제어하여 계조표시를 실시하는 구동수단을 또한 구비하고 있다.

이 구성에 따르면 구동수단에 의해 액티브소자를 통하여 전압이 인가된 액정층의 액정분자는 인가된 전압의 극성 및 크기에 따라서 카이럴스멕틱상의 분자가 그리는 콘을 따라서 이동한다. 따라서 액정층의 다이렉터는 인가된 전압에 따라서 연속적으로 변화한다. 이 때문에 이 액정표시소자는 계조를 표시할 수 있다.

상기 구동수단은 상기 카이럴스멕틱CA상의 분자가 그리는 콘의 최대각보다 작은 각도로 상기 혼합상의 다이렉터를 상기 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상을 강유전상으로 상전이시키는 일 없이 계조표시를 실시하는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면 액정층을 강유전상으로 상전이시키지 않고 계조표시를 실시하기 때문에 화면의 소착이 억제되고, 표시화면의 콘트래스트를 높게 또한 표시품질을 높게 할 수 있다.

본 발명의 제 2 관점에 관련되는 액정표시소자의 구동방법은,

한쌍의 기판(11, 12)간에 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱상을 형성하고, 상기 한쌍의 기판(11, 12)간에 있어서, 스멕틱상이 인접하는 액정분자간의 질서를 달리 한 복수의 배열상태가 혼재하는 혼합상을 형성하는 액정층(21)을 봉입하고,

상기 액정층(21)에 전압을 인가함으로써 상기 혼합상의 상기 액정분자를 카이럴스멕틱CA상의 분자가 그리는 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상의 다이렉터를 제어하여 계조를 표시하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 액정표시소자의 구동방법은 상기 카이럴스멕틱CA상의 액정분자가 그리는 콘의 최대각보다 작은 각도로 상기 혼합상의 다이렉터를 상기 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상을 강유전상으로 상전이시키지 않고 계조표시를 실시하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 2는 도 1에 나타내는 액정표시소자의 하기판의 구성을 나타내는 평면도.

도 3은 편광판의 투과축과 액정분자의 배향방향의 관계를 나타내는 도면.

도 4는 벌크의 상태의 액정의 액정분자가 그리는 이중나선구조를 설명하기 위한 도면.

도 5는 기판간에 봉지된 액정분자의 배향상태를 설명하기 위한 도면.

도 6(a)∼도 6(e)는 인가전압과 액정분자의 배향의 관계를 나타내는 도면.

도 7은 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 거동을 설명하기 위한 도면.

도 8은 중간전압을 인가했을 때의 액정분자의 배향상태를 설명하기 위한 도면.

도 9(a)는 도 3의 광학배치를 채용한 실시예 1의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 나타내는 그래프이며, 도 9(b)는 갭길이를 5미크롱으로 한 비교예 1의 인가전압-투과율특성을 나타내는 그래프.

도 10은 벌크의 상태의 액정의 코노스코프상.

도 11(a)∼도 11(c)는 액정표시소자의 현미경사진을 나타내는 도면.

도 12(a)와 도 12(b)는 편광판의 투과축과 액정분자의 배향방향의 관계의 다른 예를 나타내는 도면.

도 13(a)는 도 12(b)의 광학배치를 채용한 실시예 2의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 나타내는 그래프이며, 도 13(b)는 갭길이를 5미크롱으로 한 비교예 2의 인가전압-투과율특성을 나타내는 그래프.

도 14(a)∼도 14(c)는 본 발명의 반강유전성 액정표시소자의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍챠트.

도 15는 도 14(a)∼도 14(c)에 나타내는 구동방법을 이용하여 실시예 2의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 나타내는 도면.

도 16은 도 14(a)∼도 14(c)에 나타내는 구동방법을 실현하기 위한 드라이버회로의 구성예를 나타내는 블록도.

도 17은 단순매트릭스타입의 액정표시소자의 구성을 나타내는 도면.

도 18은 기판간에 봉지된 페리상의 액정분자의 배향상태를 설명하기 위한 도면.

도 19는 기판간에 봉지된 페리상의 액정분자의 배향을 기판면에 투영한 상태를 설명하기 위한 도면.

도 20(a)∼도 20(e)는 인가전압과 액정분자의 배향의 관계를 나타내는 도면.

도 21(a)∼도 21(e)는 인가전압과 액정분자의 배향의 관계를 나타내는 도면.

도 22는 전압을 인가하지 않는 상태에서의 액정분자의 배향상태를 설명하기 위한 도면.

도 23은 전압을 인가하지 않는 상태에서의 액정층의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 24는 인가전압에 대한 액정의 배향상태의 변화를 설명하기 위한 도면.

도 25는 도 3의 광학배치를 채용한 실시예 7의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 나타내는 그래프.

도 26은 도 12(b)의 광학배치를 채용한 실시예 8의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 나타내는 그래프.

도 27(a)는 도 12(b)의 광학배치를 채용한 실시예 9의 반강유전성 액정표시소자에 저주파의 삼각파전압을 인가했을 때의 인가전압-투과율특성을 나타내는 그래프이며, 도 27(b)는 도 27(a)에 나타내는 특성이 얻어지는 이유를 설명하기 위한 도면.

도 28은 도 14(a)∼도 14(c)에 나타내는 구동방법을 이용하여 실시예 9의 액정표시소자를 구동했을 때의 인가전압-투과율특성을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 12 : 기판 13 : 화소전극

14 : 액티브소자 15 : 게이트라인

15a, 16a : 단부 16 : 데이터라인

17 : 공통전극 18, 19 : 배향막

20 : 시일재 21 : 액정층

22 : 스페이서 23, 24 : 편광판

31 : 행드라이버 32 : 열드라이버

41 : 제 1 샘플·홀드회로 42 : 제 2 샘플·홀드회로

43 : A/D변환기 44 : 타이밍회로

45 : 전압변환회로 71 : 주사전극

72 : 신호전극

이하 본 발명의 실시형태에 관련되는 중간변화를 표시할 수 있는 액정표시소자에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시형태)

본 발명의 제 1 실시형태의 액정표시소자를 설명한다.

이 액정표시소자는 액티브매트릭스방식의 것이며, 한쌍의 투명기판(예를 들면 유리기판)(11, 12)을 구비한다. 도 1에 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, 게이트절연막의 위에 형성된 반도체층과, 반도체층의 위에 형성된 소스전극 및 드레인전극으로 구성된다.

또한 하기판(11)에는 도 2에 나타내는 바와 같이 화소전극(13)의 행간에 게이트라인(주사라인)(15)이 배선되어 있다. 또 화소전극(13)의 열간에 데이터라인(계조신호라인)(16)이 배선되어 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 스캔한다. 한편 열드라이버(32)는 표시데이터(계조데이터)를 받아서 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 게이트절연막의 위에 형성되어 있다. 화소전극(13)은 ITO 등으로 이루어지고, 게이트절연막의 위에 형성되어 있으며 그 일단부에 있어서 TFT(14)의 소스전극에 접속되어 있다.

도 1에 있어서 상측의 기판(이하 상기판)(12)에는 하기판(11)의 각 화소전극(13)과 대향하는 투명한 공통전극(17)이 형성되어 있다. 공통전극(17)은 ITO 등으로 구성되며 표시영역 전체에 걸치는 면적의 1장의 전극으로 구성되고, 기준전압(V0)이 인가되어 있다. 화소전극(13)과 공통전극(17)은 그 사이의 액정층(21)에 전압을 인가함으로써 액정분자의 배향방향을 제어하고, 그 다이렉터(액정분자의 장축의 평균적인 방향)의 방향을 연속적으로 변화시키고, 이에 의해 액정층의 광학축을 연속적으로 제어시켜서 이에 의해 표시계조를 제어한다.

하기판(11)과 상기판(12)의 전극형성면에는 각각 배향막(18, 19)이 설치되어 있다.

배향막(18, 19)은 수평배향막이고 동일방향(후술하는 도 3의 제 3 방향(21C))이고, 또한 서로 역방향으로 러빙에 의한 배향처리가 실시되어 있으며, 근처의 액정분자를 배향처리의 방향(21C)에 배열시키고자 하는 배향규제력을 갖는다. 제 1 실시예의 경우 배향막(18, 19)은 표면에너지가 작고 배향규제력이 비교적 작은 것이 바람직하며, 예를 들면 두께가 25∼35nm 정도의 폴리이미드 등의 유기고분자화합물로 이루어지고 러빙이 실시되어 있다. 이 배향막(18, 19)으로서는 표면에너지의 분산력(esd)이 38∼41dyn/㎝, 극성력(esp)이 비교적 약하게 4∼10dyn/㎝ 정도의 것이 바람직하다.

하기판(11)과 상기판(12)은 그 외주연부에 있어서 틀상의 시일재(20)를 통해서 접착되어 있다. 기판(11, 12)간의 시일재(20)로 둘러싸여진 영역에는 액정층(21)이 봉입되어 있다. 액정층(21)의 층의 두께는 투명한 스페이서(22)에 의해 규제되어 있다. 스페이서(22)는 액정봉입영역내에 점재상태로 배치되어 잇다.

액정층(21)은 (1) 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱CA(SmCA^*)상, (2) 기판(11)과 (12)의 사이에 봉입되고 전압이 인가되어 있지 않은 무전계상태에서의 나선이 풀린 반강유전상, (3) 충분히 큰 전압이 인가된 상태에서는 인가전압의 극성에 따라서 액정분자가 도 3에 나타내는 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 대략 향한 강유전상, (4) 중간의 전계가 인가된 상태에서 액정분자가 반강유전상과 강유전상과 이들의 상과는 다른 배열질서의 상이 혼재하는 혼합상을 각각 형성하는 액정재료로 구성된다.

액정층(21)의 자세한 내용에 대해서는 후술한다.

액정표시소자의 상하에는 한쌍의 편광판(23, 24)이 배치되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이 하측의 편광판(23)의 광학축(이하 투과축이라 한다)(23A)은 스멕틱층의 법선방향(제 3 방향(21C))과 대략 평행하게 설정되어 있다. 상편광판(24)의 광학축(이하 투과축이라 한다)(24A)은 하편광판(23)의 투과축(23A)에 대략 직각으로 설정되어 있다.

편광판(23, 24)의 투과축을 도 3에 나타내는 바와 같이 설정한 반강유전성 액정표시소자는 액정층(21)의 액정분자가 강유전상에 배향했을 때에 그 다이렉터가 제 1 또는 제 2 방향(21A, 21B)으로 향하고 투과율이 대략 최대(표시가 가장 밝게)가 된다. 또 액정층(21)의 액정분자가 반강유전상에 배향했을 때에 그 다이렉터가 제 3 방향(21C)으로 향하고 투과율이 대략 최소(표시가 가장 어둡게)가 된다.

즉 액정분자가 제 1 또는 제 2 방향(21A, 21B)을 향한 상태에서는 입사측의 편광판(23)의 투과축(23A)을 통과한 직선편광상태의 빛은 액정층(21)의 복굴절작용에 의해 편광상태가 변화하여 출사측편광판(24)에 입사하고 출사측편광판(24)의 투과축(24A)과 평행한 성분의 빛이 투과하고 표시는 밝아진다.

다이렉터가 제 3 방향(21C)을 향한 상태에서는 입사측의 편광판(23)의 투과축(23A)을 통과한 직선편광은 액정층(21)의 복굴절작용을 거의 받지 않는다. 이 때문에 입사측의 편광판(23)을 통과한 직선편광은 직선편광 그대로 액정층(21)을 통과하고, 출사측의 편광판(24)에서 거의 흡수되어 표시가 어두워진다.

또 액정층(21)이 광학적 중간상태시는 다이렉터의 방향에 따른 계조가 얻어진다.

다음으로 배향막(18, 19)과 액정층(21)에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

액정층(21)은 예를 들면 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정조성물을 주성분으로 하는 액정이며, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는다.

상계열	결정-30℃-SmCA^*-69℃-SmA-80℃-ISO
자발분극	229nC/㎠
콘각(θ)	32°
나선피치	1. 5미크롱

여기에서 콘각이란 액정이 그리는 콘의 축과 콘이 이루는 각도이며, 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 교차각은 콘각(θ)의 2배인 2θ에 상당한다.

이와 같은 구성 및 물성을 갖는 액정은 반강유전상과 강유전상의 포텐셜에너지의 장벽이 작고 통상의 반강유전성 액정에 비교해서 반강유전상의 질서가 흐트러지기 쉽고 상전이 전구현상이 크다는 특징을 갖는다. 상전이 전구현상은 반강유전상을 형성하고 있는 액정분자에 인가하는 전계강도를 서서히 강하게 했을 때 반강유전상으로부터 강유전상으로 상전이가 일어나기전에 도 3에 나타낸 광학배치의 액정소자의 투과율이 높아지는 현상을 가리키고 있으며, 투과율의 상승은 액정분자가 상전이전에 거동하는 것을 의미하고 있다. 그리고 이 상전이전의 액정분자의 거동은 반강유전상과 강유전상의 포텐셜에너지의 장벽이 작은 것을 의미하고 있다.

액정층(21)의 액정재료는 벌크의 상태에서는 도 4에 나타내는 바와 같이 분자배열의 층구조와 나선구조를 갖고 있으며, 인접하는 액정분자는 층마다 가상적인 콘상에서 대략 180° 시프트하여 나선을 그린 이중나선구조를 갖고 인접하는 스멕틱층의 액정분자끼리 그 자발분극을 캔슬한다.

액정층(21)의 층두께(셀갭)는 액정재료의 나선구조의 1피치(내츄럴피치)로 대략 같다(1. 5미크롱). 또 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향처리에 의한 배향규제력을 받아서 배향하지만, 이 실시예의 경우는 액정의 분자간력이 배향처리에 의한 배향규제력보다도 크다. 이 때문에 액정분자는 도 5 및 도 6(a)에 모식적으로 나타내는 바와 같이 이중나선구조가 소실한 상태의 반강유전상을 형성하여 기판(11, 12)간에 봉지되어 있다.

여기에서 액정분자는 반강유전상을 유지하고자 하는 분자간력을 가지며, 한편 배향막(18, 19)은 근처의 액정을 배향처리의 방향(21C)으로 향하게 하고자 하는 배향규제력을 갖는다.

이 때문에 액정분자가 반강유전상을 유지하기 위한 분자간력에 비해서 액정과 배향막과의 계면의 효과에 의한 배향규제력이 작은 경우에는 액정은 벌크시와 똑같이 반강유전상을 유지한다. 그리고 후술하는 바와 같이 상기 분자간력에 비해서 배향규제력이 충분히 큰 경우에는 액정분자는 후술하는 혼합상을 형성한다. 또 상기 분자간력에 비해서 배향규제력이 반강유전상을 형성하는 배향규제력보다 크고, 또한 혼합상을 형성하는 배향규제력보다도 작은 경우에는 페리상을 형성한다.

이 실시형태에서는 액정층(21)의 액정분자의 반강유전상을 유지하기 위한 분자간력이 배향규제력보다도 크고, 스멕틱층간의 액정분자 상호의 반강유전적 질서가 유지된다. 그 결과 기판간에 봉입된 액정분자는 전압이 무인가인 때 인접하는 스멕틱층마다 도 3의 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향하도록 배열하고 반강유전상을 형성한다. 이 상태에서는 다이렉터(액정분자의 장축의 평균적인 방향)가 SmCA^*상이 형성하는 층(스멕틱층)의 법선방향(제 3 방향(21C))으로 향한다. 인접하는 스멕틱층의 액정분자의 자발분극(Ps)은 도 5에 나타내는 바와 같이 서로 역방향을 향하고, 인접하는 스멕틱층의 자발분극끼리가 서로 캔슬한다. 또 공간적으로 평균된 액정층(21)의 광학축은 스멕틱층의 법선방향(또는 제 3 방향(21C))에 대략 일치한다.

한편 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다. 또 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 6(c)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고, 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다. 이들 상태에서는 액정층(21)의 광학축은 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 대략 일치한다.

상기와 같이 액정층(21)의 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향규제력에 의해 액정층(21)과의 계면에서 분자배열의 질서가 약화되고, 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자를 가상적인 콘을 따라서 움직이기 쉽게 되어 있고, 한편 액정층(21)의 반강유전상과 강유전상의 포텐셜에너지의 장벽이 작고 반강유전상의 분자배열의 질서는 배향막(18, 19)과의 계면의 작용에 의해 비교적 흐트러지기 쉽다. 따라서 액정층(21)에 중간의 전압이 인가되면 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자의 일부는 카이럴스멕틱CA^*상의 가상적인 콘을 따라서 거동하고(움직이고) 도 7에 나타내는 바와 같이 기판(11, 12)의 주면에 대해서 기울어진 상태(틸트를 가진 상태)가 된다.

이 때문에 액정층이 강유전상을 형성하는 전압보다도 낮은 전압이 인가된 상태에서는 반강유전상의 액정분자(도 5에 나타내는 반강유전상적인 배열질서를 유지한 액정)와 도 8 및 도 6(d) 및 (e)에 나타내는 바와 같이 기판면에 대해서 틸트를 가진 액정이 혼재하는 상태로 된다.

또한 인가전압을 상승시키면 반강유전상의 액정분자(도 6(a)에 나타내는 반강유전상적인 배열질서를 유지한 액정분자)가 감소하고 기판면에 대해서 틸트를 가진 액정분자의 수가 증가한다. 또한 일부의 분자는 배향방향이 반전하여 강유전상(강유전상적인 배열질서를 가진 액정분자)이 된다. 이 때문에 반강유전상의 액정과 강유전상의 액정과 틸트를 갖고 배향한 중간의 상의 액정이 혼재하는 상태로 된다.

이 상태에서는 반강유전상의 액정으로 이루어지는 미소영역, 강유전상의 액정으로 이루어지는 미소영역, 중간상의 액정으로 이루어지는 미소영역이 혼재한다. 광학적으로는 이들의 도메인의 특성이 평균화된 특성이 얻어진다.

이 실시형태에서는 이 중간의 전압을 인가한 상태를 반강유전상과, 강유전상과, 중간배향상태의 액정분자가 혼재한다는 의미에서 제 1 혼합상이라 부른다.

이 제 1 혼합상에 있어서 제 1 방향(21A)과 제 2 배향방향(21B)과, 기판면에 대해서 틸트를 가진 상태의 액정분자가 혼재하는 상태를 도 8에 모식적으로 나타낸다.

이 제 1 혼합상에 있어서의 반강유전상의 액정분자와 강유전상의 액정분자와 중간상태의 액정분자의 비율 및 중간상태의 액정분자의 평균적인 배향방향(기판주면에 투영한 배향방향)은 인가전압의 극성 및 값에 따라서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 6(a)∼(e)는 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 상기 구성의 액정표시소자의 광학특성은 인가전압 0V 근처에 있어서 평탄한 부분이 없고, 인가전압의 절대값의 상승에 동반하여 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화한다. 또 역극성의 인가전압에 대한 광학특성도 대칭으로 된다. 또 절대값이 포화전압 이상의 전압이 인가되면 투과율은 포화한다. 또한 히스테리시스가 매우 작다.

한 예로서 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는 액정조성물을 조제하여 이 액정조성물을 액정층(21)으로서 이용하고, 셀갭을 1. 5미크롱으로서 액정층(21)의 분자가 그리는 나선구조를 풀었을 때의 액정표시소자(실시예 1)의 인가전압에 대한 투과율의 관계를 도 9(a)에 나타낸다.

비교예로서 셀갭을 5미크롱으로서 액정분자가 그리는 나선구조를 유지한 상태에서 액정을 봉입한 액정표시소자(비교예 1)의 인가전압에 대한 투과율의 관계를 도 9(b)에 나타낸다.

도 9(a), (b)의 특성은 대향하는 전극(13)과 (17)의 사이에 삼각파를 인가하여 얻어진 것이다.

도 9(a)에 나타내는 바와 같이 실시예 1의 액정표시소자의 인가전압-투과율특성은 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대해서 대칭이며 히스테리시스가 매우 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 인가전압에 대한 투과율이 대략 한결같이 정해지고 중간계조를 안정적으로 표시할 수 있고, 게다가 콘트래스트가 높은 화상을 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

한편 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 비교예 1에서는 배향막(18, 19)과 액정층(21)의 층두께방향의 중간의 액정분자의 상호작용이 약하고 액정층의 전체 두께에 걸쳐서 혼합상이 형성되지 않기 때문에, 인가전압-투과율특성이 한계값을 갖는 동시에 히스테리시스가 크고 순조로운 인가전압-투과율특성이 얻어지지 않는다. 또 콘트래스트가 작다.

실시예 1의 액정표시소자에 있어서, 인가전압에 따라서 액정분자가 상기와 같이 거동하고 있는 것은 예를 들면 도 10에 나타내는 코노스코프상 및 도 11(a)∼11(c)에 나타내는 표시면의 확대도로부터 판별할 수 있다.

도 10은 벌크의 상태의 액정재료의 코노스코프상을 나타낸다. 이 도면에서는 멜라노프(휘점)가 전계(E)에 대략 수직인 방향으로 2개 발생해 있으며, 또한 대략 좌우대칭이다. 이것은 액정분자가 이중나선구조를 갖는 반강유전상인 것을 나타내고 있다.

액정재료를 기판간에 봉입한 상태의 액정층(21)에서는 무전계상태에서 도 11(a)에 나타내는 바와 같이 대략 전체가 검게 표시된다. 다음으로 전압을 높게 하면 도 11(c)에 나타내는 바와 같이 대략 전체가 하얗게 되고, 액정분자가 제 1 또는 제 2 방향에 구비되어 있는 것을 알 수 있다. 한편 중간의 상태에서는 도 11(b)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 전체적으로 어둡게 되거나 또는 밝게 되거나 한다. 따라서 중간의 전압에서 혼합상이 생성되어 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이 이 실시형태의 액정층(21)의 액정분자는 인가전압에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태로부터 제 2 또는 제 1 배향상태에 콘을 따라서 거동한다. 따라서 액정층(21)의 평균적인 배향방향(다이렉터)이 인가전압에 따라서 연속적으로 변화하고 투과율이 연속적으로 변화한다. 따라서 임의의 계조를 표시할 수 있다.

도 3에서는 하편광판(23)의 투과축(23A)을 액정층(21)의 스멕틱층의 법선방향과 대략 평행으로, 상편광판(24)의 투과축(24A)을 투과축(23A)에 직각으로 배치했지만, 예를 들면 하편광판(23)의 투과축(23A) 및 상편광판(24)의 투과축(24A)은 요구되는 액정표시소자의 전기광학특성에 따라서 여러 가지의 배치로 결정된다.

예를 들면 도 12(a)에 나타내는 바와 같이 하편광판(23)의 투과축(23A)을 제 2 방향(21B)에 평행하게 하고, 상편광판(24)의 투과축(24A)을 하편광판(23)의 투과축(23A)에 직교하도록 배치해도 좋다. 이 구성에서는 액정층(21)에 마이너스극성이 충분히 큰(한계값 이상의) 전압을 인가했을 때에 다이렉터가 제 2 방향(21B)을 향하기 때문에 표시가 가장 어두워진다. 한편 플러스극성이 충분히 큰(한계값 이상의) 전압을 인가했을 때에 다이렉터가 제 1 방향(21A)을 향하기 때문에 표시가 가장 밝아진다.

또 콘각이 22. 5°보다 큰 액정재료를 이용하는 경우는 하편광판(23)의 투과축(23A) 및 상편광판(24)의 투과축(24A)의 한쪽을 액정층(21)의 스멕틱층의 법선에 대해서 22. 5°에 배치하고, 강유전상을 형성할 때의 다이렉터인 제 2 방향(21B)을 액정층(21)의 스멕틱층의 법선에 대해서 22. 5°보다 크고 콘각(θ)보다 작은 각도의 범위내에 설정한다. 그리고 다른쪽의 편광판의 광학축을 한쪽의 광학축과 대략 직교시켜서 배치시켜도 좋다. 이와 같은 광학배치를 사용함으로써 액정을 강유전상에 설정하는 일 없이 구동하는 것이 가능하게 되고 표시의 소착 등을 방지하여 플리커를 억제할 수 있다.

예를 들면 화학식 1에 나타낸 바와 같이 콘각이 32°의 액정재료를 이용하는 경우는 도 12(b)에 나타낸 바와 같이 하편광판(23)의 투과축(23A)을 액정층(21)의 스멕틱층의 법선방향(대략 21C의 방향)에 대해서 예를 들면 22. 5°에서 교차하는 방향에 배치한다. 또 상편광판(24)의 투과축(24A)을 투과축(23A)에 대략 직교시켜서 배치한다.

그리고 이 액정재료에 의해 형성된 액정층의 다이렉터가 스멕틱층의 법선방향(대략 21C의 방향)에 대해서 각각 22. 5°의 각도범위(23A 및 21D의 사이의 범위의)에서 변화하도록 대향하는 전극간에 상기 액정층이 강유전상을 형성하는 것보다도 낮은 전압범위의 전압을 인가함으로써 투과광량을 제어한다.

이 구성으로 하면 다이렉터가 투과축의 방향(23A)에 일치했을 때에 표시가 가장 어두워지고, 다이렉터가 방향(23A)에 대해서 45° 기울어진 방향(21D)을 향했을 때에 가장 밝아진다. 따라서 최소계조로부터 최대계조를 얻기 위해 다이렉터를 제 1 방향(21A)과 (21B)와 일치하기까지 변화시키는 일 없이 계조표시가 실시된다. 즉 액정을 강유전상으로 설정하는 일 없이 구동할 수 있다.

이 광학배치를 채용한 경우에도 인가전압에 대한 액정층(21) 내에서의 분자의 거동 및 상변화 등은 싱기와 같고, 액정층(21)의 다이렉터는 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다. 따라서 임의의 계조를 표시할 수 있다. 또 도 3의 광학배치에 비교해서 플리커가 적어지고 게다가 액정층(21)에 강유전상이 형성되지 않기 때문에 화면의 소착이 억제되고 표시화면의 콘트래스트를 높게 또한 표시품질을 높게 할 수 있다.

상기의 액정셀(화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고 표 1에 나타내는 물성을 갖는 액정조성물을 1. 5미크롱의 셀갭에 봉입한 액정셀)에 도 12(b)에 나타내는 광학배치를 적용한 액정표시소자(실시예 2)의 인가전압에 대한 투과율의 관계를 도 13(a)에 나타낸다.

비교예로서 셀갭을 5미크롱으로 한 점이외는 실시예 2와 동일 구성의 액정표시소자(비교예 2)의 인가전압에 대한 투과율의 관계를 도 13(b)에 나타낸다.

도 13(a), (b)의 특성은 대향하는 전극(13)과 (17)의 사이에 삼각파를 인가하여 얻어진 것이다.

도 13(a)에 나타내는 바와 같이 실시예 2의 액정표시소자의 인가전압-투과율특성은 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대해서 대칭이며 히스테리시스가 작고 콘트래스트가 크다. 이에 대해서 도 13(b)에 나타내는 바와 같이 비교예 2에서는 인가전압-투과율특성이 한계값을 갖는 동시에 히스테리시스가 크고 순조로운 인가전압-투과율특성이 얻어지지 않는다. 또 콘트래스트가 작다.

도 13(a), (b)에서도 이 실시형태의 액정표시소자가 우수한 계조표시능력을 갖는 것을 확인할 수 있다.

다음으로 상기 구성의 표시소자의 구동방법을 도 14(a)∼(c)를 참조하여 설명한다.

도 14(a)는 행드라이버(31)가 임의의 행의 게이트라인(15)에 인가하는 게이트신호를, 도 14(b)는 열드라이버(32)가 게이트펄스에 동기하여 각 데이터라인(16)에 인가하는 데이터신호를 나타낸다. 데이터신호의 전압은 액정층(21)을 강유전상에 배향시키지 않는 전압, 즉 V Tmax V Tmin의 사이에서 표시하고 싶은 투과율에 대응하는 전압으로 설정되어 있다. 도 14(c)는 도 14(b)에 나타내는 데이터펄스가 인가되었을 때의 투과율의 변화를 나타낸다.

각 게이트신호는 대응하는 행의 선택기간에 게이트펄스로서 ON한다. 이 게이트펄스에 의해 선택된 행의 TFT(14)가 ON한다. TFT(14)가 ON하고 있는 기간, 즉 기입기간에 그 TFT(14)를 통해서 표시계조에 대응하는 데이터신호가 화소전극(13)과 대향전극(17)의 사이에 인가된다. 게이트펄스가 OFF하면 TFT(14)가 OFF하고 그때까지 화소전극(13)과 대향전극(17)의 사이에 인가되어 있던 전압이 화소전극(13)과 대향전극(17)과 그 사이의 액정층(21)에 의해 형성되는 화소용량에 유지된다. 이 때문에 도 14(c)에 나타내는 바와 같이 이 유지전압에 대응하는 표시계조가 이 행의 다음의 선택기간까지 유지된다. 따라서 이 구동방법에 의하면 데이터펄스의 전압을 제어함으로써 임의의 계조화상을 표시할 수 있다.

실시예 2의 액정표시소자를 도 14(a), (b)에 나타내는 구동방법으로 구동하고 데이터신호의 전압을 -5V로부터 +5V로 차례로 증가하고, 또한 +5V로부터 -5V로 차례로 저하시켰을 때의 투과율의 변화를 도 15에 나타낸다. 도 15로부터 도 14의 구동방법을 사용함으로써 임의의 계조를 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

다음으로 이와 같은 구동을 가능하게 하는 열드라이버(32)의 구성예를 도 16을 참조하여 설명한다.

열드라이버(32)는 도 16에 나타내는 바와 같이 제 1 샘플·홀드회로(41)와, 제 2 샘플·홀드회로(42)와, A/D(아날로그/디지털)변환기(43)와, 타이밍회로(44)와, 전압변환회로(45)로 구성된다.

제 1 샘플·홀드회로(41)는 외부로부터 공급되는 아날로그표시신호 중 대응하는 화소용의 신호성분(하나의 화상데이터)(VD’)을 샘플·홀드한다. 제 2 샘플·홀드회로(42)는 제 1 샘플·홀드회로(41)의 홀드신호(VD’)를 샘플·홀드한다.

A/D변환기(43)는 제 2 샘플홀드회로(42)의 홀드신호를 A/D변환하여 디지털계조데이터로 변환한다.

타이밍회로(44)는 각 선택기간(TS)에 제 1과 제 2 샘플홀드회로(41, 42)에 샘플링 및 홀딩을 지시하는 타이밍제어신호를 공급한다.

전압변환회로(45)는 A/D변환기(43)가 출력하는 디지털계조데이터를 대응하는 전압(해당 디지털계조데이터가 지시하는 계조를 표시하기 위해 필요한 구동계의 전압)(VD)을 갖는 데이터펄스로 변환하고, 대응하는 데이터라인(16)에 출력한다. 이 전압변환회로(45)에 의해 신호처리계의 전원계통과 구동계의 전원계통이 분리되어 있다. 전압변환회로(45)의 출력전압(VD)은 대응하는 행의 TFT(14)가 ON하고 있는 기입기간에 액정층(21)에 인가되고 TFT(14)가 OFF하고 있는 사이는 대향하는 전극(13)과 (17)의 사이에 유지된다.

제 1 샘플·홀드회로(41)와, 제 2 샘플·홀드회로(42)와, A/D변환기(43)와, 전압변환회로(45)는 화소의 열마다 배치되고 타이밍회로(44)는 복수열에 공통으로 배치된다.

또한 열드라이버(32)의 구성은 도 16의 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 A/D변환기(43)가 내장하는 샘플홀드회로를 제 2 샘플홀드회로(42)로서 사용해도 좋다. 또한 A/D변환기(43)의 출력데이터에 일정한 처리를 실시한 후 처리후의 데이터를 전압변환회로(45)에 공급하고 구동계의 전압으로 변환해도 좋다. 또 처리후의 데이터를 일단 신호처리계의 전압을 갖는 계조신호로 변환한 후 전압변환회로(45)에서 구동계의 전압으로 변환해도 좋다.

각종 타이밍신호를 열드라이버(32)의 외부로부터 공급해도 좋다. 또 화상데이터 자체를 디지털데이터로 구성해도 좋다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지의 변형 및 응용이 가능하다. 예를 들면 본 발명에 이용되는 액정재료는 화학식 1에 나타낸 골격구조를 갖는 것을 주성분으로 하는 것에 한정되지 않고 다른 혼합상을 형성하는 임의의 액정을 사용할 수 있다. 그 물성에 대해서도 마찬가지이다. 또 배향막의 재질, 두께 등도 적절히 변경가능하다.

액정재료와 배향막의 조합은 상기 액정층을 형성하는 액정분자의 분자간력보다 배향규제력이 작아지는 것과 같은 조합이고, 또한 혼합상을 형성할 수 있다면 임의이다.

액정층(21)의 두께도 혼합상이 전체 두께에 걸쳐서 형성할 수 있는 범위이면 임의이다. 또한 일부에 혼합상이 되지 않는 영역이 발생해도 표시에 실질적으로 액정을 주지 않을 정도라면 지장이 없다.

또 이 실시형태에서는 편광판(23)의 투과축(23A)과 편광판(24)의 투과축(24A)을 직각으로 배치했지만 이들이 평행이 되도록 편광판(23)과 (24)을 배치해도 좋다. 또 편광판의 광학축을 흡수축이어도 좋다.

또 본 발명은 TFT를 액티브소자로 하는 반강유전성 액정표시소자에 한정되지 않고 MIM을 액티브소자로 하는 반강유전성 액정표시소자에도 적용가능하다.

또한 본 발명은 도 17에 나타내는 바와 같이 대향하는 기판(11)과 (12)의 대향면에 주사전극(71)과 주사전극(71)에 직교하는 신호전극(72)을 배치한 단순매트릭스형(패시브매트릭스형)의 표시소자에도 적용가능하다.

(제 2 실시형태)

이하 본 발명의 제 2 실시형태에 관련되는 액정표시소자에 대해서 설명한다.

이 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 기본구성은 도 1∼도 4에 나타내는 제 1 실시형태에 관련되는 반강유전성 액정표시소자와 실질적으로 동일하다.

이 제 2 실시형태에 관련되는 액정층(21)은 예를 들면 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정조성물을 주성분으로 하는 액정이며, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖고, 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱CA(SmCA^*)상을 형성한다. 또 배향막(18, 19)으로서는 표면에너지의 분산력(esd)이 38∼41dyn/㎝, 극성력(esp)이 4∼10dyn/㎝ 정도의 것을 사용하고 있다. 이들 점은 기본적으로 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 액정층(21)과 동일하다.

다만 이 제 2 실시형태에 관련되는 배향막(18, 19)의 배향규제력은 상기한 제 1 실시예에 이용된 배향막의 배향규제력보다 크고 액정의 분자간력과 동정도로 되도록 배향막과 액정재료가 선정되어 있다. 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향처리에 의해 제 1 실시예의 액정분자보다 상대적으로 큰 배향규제력을 받는다. 이 때문에 이 제 2 실시형태에 관련되는 액정층(21)은 (1) 기판(11)과 (12)의 사이에 봉지되고 전압이 인가되어 있지 않은 무전계상태에서 페리상, (2) 충분히 큰 전압이 인가된 상태에서는 인가전압의 극성에 따라서 액정분자가 도 3 및 도 4에 나타내는 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 대략 향한 강유전상, (3) 중간의 전계가 인가된 상태에서 액정분자의 배열상태가 다른 중간의 상이 혼재하는 혼합상을 각각 형성한다.

페리상에서는 도 18에 사시도에서, 도 19에 기판평면에 대한 투영도에서 나타내는 바와 같이 액정분자는 스멕틱층마다 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)의 어느 쪽인가에 그 장축을 향하여 배열하고, 이들의 각 스멕틱층이 소정의 질서로 반복되고 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)에 그 장축을 향하여 배열하는 액정분자의 비율은 동등하다.

이 때문에 제 1 방향에 배향한(제 1 배향상태의) 액정분자와 제 2 방향에 배향한(제 2 배향상태의) 액정분자와 같은 비율로 존재하기 때문에 다이렉터(액정분자의 장축의 평균적인 방향)가 SmCA^*상이 형성하는 층(스멕틱층)의 법선방향(제 3 방향(21C))에 대략 일치한다. 이 때 액정분자의 자발분극(Ps)은 캔슬되어 있다. 또 공간적으로 평균된 액정층(21)의 광학축은 스멕틱층의 법선방향(제 3 방향(21C))에 대략 일치한다.

도 20(a)에 나타내는 분자배열을 갖는 페리상의 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 20(d)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다.

한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 20(e)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태에 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다.

이들 상태에서는 액정층(21)의 광학축은 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 대략 일치한다.

액정층(21)의 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향규제력에 의해 액정층(21)과의 계면에서 분자배열의 질서가 약화되고 액정분자는 가상적인 콘을 따라서 움직이기 쉽게 되어 있다. 또 페리상의 분자배열의 질서는 배향막(18, 19)과의 게면의 작용에 의해 비교적 흐트러지기 쉽다. 따라서 액정층(21)에 중간의 전압이 인가되면 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자의 일부는 카이럴스멕틱CA상의 가상적인 콘을 따라서 거동하고(움직이고) 액정분자는 기판(11, 12)의 주면에 대해서 기울어진 상태(틸트를 가진 상태)가 된다.

이 때문에 전압이 인가된 상태에서는 도 20(b) 및 도 20(c)에 나타내는 바와 같이 인접하는 스멕틱층의 액정분자가 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 공통으로 향한 강유전상을 나타내는 미소영역과, 기판면에 대해서 틸트를 가진 액정분자가 혼재하는 상태로 된다.

또한 인가전압을 상승시키면 그 극성에 따라서 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 배열한 액정분자의 수가 감속하고, 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열한 액정분자가 증가한다. 또 기판면에 대해서 틸트를 가진 액정분자의 수도 증가한다.

이 제 2 실시형태에서는 이 중간의 전압을 인가한 상태를 제 1과 제 2 강유전상과, 중간의 배향상태의 액정분자가 혼재한다는 의미에서 제 2 혼합상이라 부른다.

이 제 2 혼합상에 있어서 제 1 방향(21A)과 제 2 배향방향(21B)과, 기판면에 대해서 틸트를 가진 상태의 액정분자가 혼재하는 상태는 제 1 실시예의 도 8에서 나타낸 상태와 똑같다.

이 제 2 혼합상에 있어서의 제 1과 제 2 강유전상의 액정분자와 중간상태의 액정분자의 비율 및 중간상태의 액정분자의 평균적인 배향방향(기판주면에 투영한 배향방향)은 인가전압의 극성 및 값에 따라서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 20(a)∼(e)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 상기 구성의 액정표시소자의 광학특성은 인가전압 0V 근처에 있어서 평탄한 부분이 없고 인가전압의 절대값의 상승에 동반하여 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화한다. 또 역극성의 인가전압에 대한 광학특성도 대칭으로 된다. 또 절대값이 포화전압 이상의 전압이 인가되면 투과율은 포화한다. 또한 히스테리시스가 매우 작다.

화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는 액정조성물을 조제하여 이 액정조성물을 액정층(21)으로서 이용하고, 셀갭을 1. 5미크롱으로서 액정층(21)의 분자가 그리는 나선구조를 풀었을 때의 액정표시소자(실시예 3)를 제조했다. 이 실시예 3에 있어서 대향하는 전극(13)과 (17)의 사이에 삼각파를 인가하여 인가전압에 대한 투과율의 관계를 측정한 결과 제 1 실시예의 도 9(a)와 똑같은 전기광학특성이 얻어졌다.

실시예 3의 액정표시소자의 인가전압-투과율특성은 제 1 실시예와 똑같이 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대해서 대칭이며 히스테리시스가 매우 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 인가전압에 대한 투과율이 대략 한결같이 정해지고 중간계조를 안정적으로 표시할 수 있고, 게다가 콘트래스트가 높은 화상을 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

이와 같이 이 제 2 실시형태의 액정층(21)의 액정분자는 인가전압에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태로부터 제 2 또는 제 1 배향상태에 콘을 따라서 거동한다. 따라서 액정층(21)의 평균적인 배향방향이 인가전압에 따라서 연속적으로 변화하고 투과율이 연속적으로 변화한다. 따라서 임의의 계조를 표시할 수 있다.

(제 3 실시형태)

이하 본 발명의 제 3 실시형태에 관련되는 액정표시소자에 대해서 설명한다.

이 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 기본구성은 도 1∼도 4에 나타내는 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자와 실질적으로 동일하다.

이 제 3 실시형태에 관련되는 액정층(21)에는 예를 들면 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정조성물을 주성분으로 하는 액정이며, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖고, 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱CA(SmCA^*)상을 형성한다. 또 배향막(18, 19)으로서는 표면에너지의 분산력(esd)가 38∼41dyn/㎝, 극성력(esp)이 4∼10dyn/㎝ 정도의 것을 사용하고 있다. 이들 점은 기본적으로 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 액정층(21)과 동일하다.

다만 이 제 3 실시형태에 관련되는 배향막(18, 19)의 배향규제력은 상기한 제 2 실시형태에 이용된 배향막(18, 19)의 배향규제력보다 크고, 액정의 분자간력은 상기 배향규제력보다 더욱 강하게 되도록 배향막과 액정재료가 선정되어 있다. 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향처리에 의해 제 1 실시형태의 액정분자보다 더욱 강한 배향규제력을 받는다. 이 때문에 이 제 3 실시형태에 관련되는 액정층(21)은 (1) 기판(11)과 (12)의 사이에 봉지되고, 전압이 인가되어 있지 않은 무전계상태에서 반강유전상과 강유전상과 이들의 상과는 다른 스멕틱층간 질서로 액정분자가 배열하는 다른 상이 혼재하는 혼합상, (2) 전계가 인가된 상태에서도 혼합상, (3) 충분히 큰 전압이 인가된 상태에서는 인가전압의 극성에 따라서 제 1 또는 제 2 강유전상을 각각 형성한다.

액정층(21)의 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향규제력에 의해 액정층(21)과의 계면효과에 의해 분자배열의 질서가 약화되고, 액정분자는 가상적인 콘을 따라서 움직이기 쉽게 되어 있다. 또한 이 실시형태의 액정은 분자간의 상호작용이 약하고, 상대적으로 배향규제력이 강하기 때문에 액정분자를 나열하게 하고자 하는 힘이 강하다.

따라서 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자의 일부는 카이럴스멕틱CA상의 가상적인 콘을 따라서 거동하고(움직이고), 일부는 반전하고 일부는 도 8에 나타내는 바와 같이 기판(11, 12)의 주면에 대해서 기울어진 상태(틸트를 가진 상태)가 된다.

즉 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 공통으로 향한 강유전상을 나타내는 미소영역과, 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향한 반강유전상을 나타내는 미소영역과, 기판면에 대해서 틸트를 가진 액정분자 및 액정분자가 페리적 질서로 배열한 미소영역이 혼재하는 상태로 된다.

이들 미소영역은 광학적으로는 복수의 영역의 특성이 평균화된다.

이 제 3 실시형태에서는 한쌍의 기판간에 봉입되었을 때에 배향막의 배향규제력에 의해 생긴 상태에서 반강유전상과, 강유전상과, 중간배향상태의 액정분자 및 페리상이 혼재한다는 의미에서 제 3 혼합상이라 부른다.

인가전압을 상승시키면 그 극성에 따라서 제 1 또는 제 2 방향에 배열한 액정분자의 수가 감소하고 제 2 또는 제 1 방향에 배열한 액정분자가 증가한다. 또 원래 기판면에 대해서 틸트를 갖고 있던 액정분자는 제 2 또는 제 1 방향에 배열하고 또한 틸트를 가진 액정분자의 수도 증가한다.

이 제 3 혼합상에 있어서의 반강유전상의 액정분자와 강유전상의 액정분자와 중간상태의 액정분자의 비율 및 중간상태의 액정분자의 평균적인 배향방향(기판주면에 투영한 배향방향)은 인가전압의 극성 및 값에 따라서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 21(a)∼21(c)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

도 21(a)에 나타내는 분자배열을 갖는 혼합상의 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 21(d)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다.

한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 21(e)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다.

이들의 상태에서는 액정층(21)의 광학축은 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 대략 일치한다.

이 때문에 상기 구성의 액정표시소자의 광학특성은 인가전압 0V 근처에 있어서 평탄한 부분이 없고 인가전압의 절대값의 상승에 동반하여 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화한다. 또 역극성의 인가전압에 대한 광학특성도 대칭으로 된다. 또 절대값이 포화전압(Ec) 이상의 전압이 인가되면 투과율은 포화한다. 또한 히스테리시스가 매우 작다.

화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는 액정조성물을 조제하여 이 액정조성물을 액정층(21)으로서 이용하고, 셀갭을 1. 5미크롱으로서 액정층(21)의 분자가 그리는 나선구조를 풀었을 때의 액정표시소자(실시예 4)를 제조했다. 이 실시예 4에 있어서 대향하는 전극(13)과 (17)의 사이에 삼각파를 인가하여 인가전압에 대한 투과율의 관계를 측정한 결과 실시예 1의 도 9(a)와 똑같은 전기광학특성이 얻어졌다.

실시예 4의 액정표시소자의 인가전압-투과율특성은 제 1 실시예와 똑같이 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대해서 대칭이며 히스테리시스가 매우 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 인가전압에 대한 투과율이 대략 한결같이 정해지고 중간계조를 안정적으로 표시할 수 있고, 게다가 콘트래스트가 높은 화상을 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

이와 같이 이 제 3 실시형태의 액정층(21)의 액정분자는 인가전압에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태로부터 제 2 또는 제 1 배향상태에 콘을 따라서 거동한다. 따라서 액정층(21)의 평균적인 배향방향이 인가전압에 따라서 연속적으로 변화하고 투과율이 연속적으로 변화한다. 따라서 임의의 계조를 표시할 수 있다.

(제 4 실시형태)

이하 본 발명의 제 4 실시형태에 관련되는 액정표시소자에 대하여 설명한다.

이 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 기본구성은 도 1∼도 3에 나타내는 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자와 실질적으로 동일하다.

이 제 4 실시형태에 관련되는 액정층(21)은 예를 들면 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정조성물을 주성분으로 하는 액정이며, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖고, 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱CA(SmCA^＊)상을 형성한다. 이들 점은 기본적으로 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 액정층(21)과 동일하다.

다만 이 제 4 실시형태의 배향막(18, 19)으로서는 표면에너지의 분산력(esd)이 30∼50dyn/㎝, 극성력(esp)이 3∼20dyn/㎝ 정도의 것을 사용하고 있다.

또 액정층(21)은 (1) 충분히 큰 전압이 인가된 상태에서는 인가전압의 극성에따라서 액정분자가 도 3에 나타내는 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 대략 향한 강유전상, (2) 중간의 전압이 인가된 상태에서 기판(11, 12)의 주면에 대하여 틸트를 갖고 배향한 액정분자를 포함하고, 스멕틱층간 질서로 액정분자가 배열하는 다른 상이 혼재하는 혼합상을 각각 형성한다.

이와 같은 액정층(21)은 배향막(18, 19)과의 계면에 있어서의 상호작용(계면효과), 즉 배향처리에 의한 배향규제력의 영향을 받는다. 이 때문에 배향규제력과 액정재료가 반강유전상을 유지하기 위한 분자간력의 관계에 의해 액정층(21)은 (1) 강유전상, (2) 반강유전상, (3) 페리상, (4) 혼합상의 어느 쪽인가의 상을 형성한다.

즉 (1) 액정층(21)을 구성하는 분자의 분자간력이 강하고 반강유전성적인 분자배열을 유지하기 위한 분자간력이 배향규제력보다도 충분히 강한 경우에는 액정층(21)은 벌크의 상태와 똑같이 반강유전상으로 된다.

구체적으로 설명하면, 액정층(21)의 층두께(셀갭)는 액정재료의 나선구조의 1피치(내츄럴피치)와 대략 동등하다(1. 5미크롱). 또 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향처리에 의한 배향규제력을 받는데, 액정재료의 액정분자의 반강유전상을 유지하기 위한 분자간력이 배향처리에 의한 배향규제력보다도 크다. 이 때문에 액정분자는 기판(11)과 (12)의 사이에서 도 5 및 도 6(a)에 모식적으로 나타내는 바와 같이 이중나선구조가 소실된 상태의 반강유전상을 형성한다.

그리고 액정층(21)은 전압이 무인가인 때 인접하는 스멕틱층의 액정분자가 도 3의 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향하고 다이렉터(액정분자의 장축의 평균적인 방향)가 SmCA^＊상이 형성하는 층(스멕틱층)의 법선방향(제 3 방향(21C))에 대략 구비된 상태가 된다. 이 때 인접하는 스멕틱층의 액정분자의 자발분극(Ps)은 도 5에 나타내는 바와 같이 반대방향을 향하고, 인접하는 스멕틱층의 자발분극끼리가 서로 캔슬한다. 또 공간적으로 평균된 액정층(21)의 광학축은 스멕틱층의 법선방향(제 3 방향(21C))에 대략 일치한다.

한편 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을향하고, 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다. 한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 6(c)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고, 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다. 이들 상태에서는 액정층(21)의 광학축은 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 대략 일치한다.

상기와 같이 액정층(21)의 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향규제력에 의해 액정층(21)과의 계면에서 분자배열의 질서가 약화되고, 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자가 가상적인 콘을 따라서 이동하기 쉽게 되어 있다. 또 액정층(21)의 반강유전상과 강유전상의 포텐셜에너지의 장벽이 작고 반강유전상의 분자배열의 질서는 배향막(18, 19)과의 계면의 작용에 의해 비교적 흐트러지기 쉽다. 따라서 액정층(21)에 중간의 전압이 인가되면 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자의 일부는 카이럴스멕틱CA상의 가상적인 콘을 따라서 거동하고(움직이고), 기판(11, 12)의 주면에 대하여 기울어진 상태(틸트를 가진 상태)가 된다.

이 때문에 저전압이 인가된 상태에서는 반강유전상의 액정분자(도 6에 나타내는 반강유전상적인 배열질서를 유지한 배열)와 도 8 및 도 6(d) 및 도 6(e)에 나타내는 바와 같이 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정이 혼재하는 상태로 된다.

또한 인가전압을 상승시키면, 반강유전상의 액정분자(도 6(a)에 나타내는 반강유전상적인 배열질서를 유지한 액정분자)가 감소하고, 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자의 수가 증가하며, 또한 일부의 분자는 배향방향이 반전하여 강유전상(강유전상적인 배열질서를 가진 액정분자)이 된다. 이 때문에 반강유전상의 액정과 강유전상의 액정과 틸트를 갖고 배향한 중간상의 액정이 혼재하는 상태로 된다.

이 상태에서는 반강유전상의 액정과, 강유전상의 액정과, 중간상의 액정이 혼재한다. 광학적으로는 이들 미소영역의 광학특성이 평균화된 특성이 얻어진다.

이 제 4 실시형태에서는 기판주면에 대하여 이 틸트를 갖고 배향한 중간상태의 액정분자가 존재하는 상태를 다른 상의 액정과 틸트를 가진 중간상태의 액정이 혼재하는 의미에서 제 4 혼합상이라 부른다.

이 제 4 혼합상에 있어서의 반강유전상의 액정분자와 강유전상의 액정분자와 중간상태의 액정분자의 비율 및 중간의 배향상태의 액정분자의 평균적인 배향방향(기판주면에 투영한 배향방향)은 인가전압의 극성 및 값에 따라서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 6(a)∼(e)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

(2) 액정층(21)을 구성하는 액정재료의 액정분자의 분자간력이 상대적으로 약하고, 반강유전상을 유지하기 위한 분자간력에 비하여 배향규제력이 상대적으로 강한 경우에는 액정층(21)의 액정분자는 배향규제력의 영향을 받아서 반강유전성의 상태로부터 흐트러진다. 여기에서 액정의 반강유전적 분자배열의 에너지와 강유전적 분자배열의 에너지의 차가 비교적 작고, 또한 그 한계값이 불명확한 경우에는 반강유전적 배향질서가 무너지고 액정분자의 일부는 미소영역단위에서 이중나선구조가 소실된 상태의 액정분자가 스멕틱층간에서 소정의 질서를 갖고 배향한 페리상을 형성하여 기판(11, 12)간에 봉지되어 있다.

페리상에서는 도 18 및 도 19에서 나타내는 바와 같이 액정분자는 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)의 어느 쪽인가에 그 장축을 향하여 배열해 있으며, 중간상태의 액정분자는 존재하지 않는다. 그러나 반강유전상과 달리 제 1 방향(21A)에 배열한 액정분자와 제 2 방향(21B)에 배열한 액정분자가 번갈아 배열하는 일이 없이 액정분자는 미소영역단위에서 동일방향에 배열한다.

이 때문에 액정층(21)은 액정분자가 제 1 방향을 향한 제 1 배향상태에 있는 미소영역과, 액정분자가 제 2 방향을 향한 제 2 배향상태에 있는 미소영역이 혼재하는 상태로 된다.

이 때 액정분자의 자발분극(Ps)은 인접하는 제 1 배향상태의 액정분자의 미소영역과 제 2 배향상태의 액정분자의 미소영역에서 캔슬한다. 또 공간적으로 평균된 액정층(21)의 광학축은 스멕틱층의 법선방향(제 3 방향(21C))에 대략 일치한다.

도 20(a)에 나타내는 분자배열을 갖는 페리상의 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 20(b)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다. 한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 20(c)에 나타내는 바와 같이 액정분자는 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다.

상기와 같이 액정층(21)의 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향규제력에 의해 액정층(21)과의 계면에서 분자배열의 질서가 약화되어 있으며, 가상적인 콘을 따라서 움직이기 쉽게 되어 있다. 또 페리상의 분자배열의 질서는 배향막(18, 19)과의 계면의 작용에 의해 비교적 흐트러지기 쉽다. 따라서 액정층(21)에 중간의 전압이 인가되면 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자의 일부는 카이럴스멕틱CA상의 가상적인 콘을 따라서 거동하고(움직이고), 일부의 분자는 도 7에 나타내는 바와 같이 기판(11, 12)의 주면에 대하여 기울어진 상태(틸트를 가진 상태)가 된다.

이 때문에 저전압이 인가된 상태에서는 도 20(d) 및 (e)에 나타내는 바와 같이 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 공통으로 향한 강유전상(또는 페리상)을 나타내는 미소영역과, 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자가 혼재하는 혼합상의 상태로 된다.

또한 인가전압을 상승시키면, 그 극성에 따라서 제 1 또는 제 2 방향에 배열한 액정분자의 수가 감소하고, 제 2 또는 제 1 방향에 배열한 액정분자가 증가한다. 또 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자의 수도 증가한다.

이 혼합상에 있어서, 제 1 방향(21A)에 배향한 액정분자와, 제 2 방향(21B)으로 배향한 액정분자와, 기판면에 대하여 틸트를 가진 상태의 액정분자가 혼재하는 상태는 도 8에 나타낸 배향상태와 똑같이 나타내어진다.

이 혼합상에 있어서의 제 1과 제 2 강유전상의 액정분자와 중간상태의 액정분자의 비율 및 중간상태의 액정분자의 평균적인 배향방향(기판주면에 투영한 배향방향)은 인가전압의 극성 및 값에 따라서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 20(a)∼(e)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

(3) 액정층(21)을 구성하는 액정재료의 액정분자의 분자간력이 상대적으로 약하고, 반강유전상을 유지하기 위한 분자간력에 비하여 배향규제력이 상대적으로 강하며, 또 상기 페리상을 발생시키기 위한 배향규제력보다 강하고, 또한 액정분자의 반강유전적 분자배열의 에너지와 강유전적 분자배열의 에너지의 차가 작고 명확하지 않은 경우에는 배향규제력에 의해 액정분자의 일부는 스멕틱CA상의 분자가 그리는 콘에 따라서 기판주면에 틸트를 갖고 배향한 중간의 상태가 된다. 따라서 액정분자는 이중나선구조가 소실된 혼합상의 상태로 기판간에 봉입되어 있다.

즉 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 공통으로 향한 강유전상을 나타내는 미소영역과, 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향한 반강유전상을 나타내는 미소영역과, 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자로 이루어지는 중간상을 나타내는 미소영역이 혼재하는 혼합상으로 되고, 광학적으로는 복수의 영역의 특성이 평균화된다.

전압을 인가하면, 그 극성에 따라서 제 1 또는 제 2 방향에 배열한 액정분자의 수가 감소하고, 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열한 액정분자가 증가한다. 또 원래 기판면에 대하여 틸트를 갖고 있던 액정분자는 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열하고, 또한 틸트를 가진 액정분자의 수도 증가한다.

이 혼합상에 있어서의 반강유전상의 액정분자와 강유전상의 액정분자와 중간상태의 액정분자의 비율 및 중간상태의 액정분자의 평균적인 배향방향(기판주면에 투영한 배향방향)은 인가전압의 극성 및 값에 따라서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 20(a)∼도 20(e)에 나타내는 경우와 똑같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

도 21(a)에 나타내는 분자배열을 갖는 혼합상의 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 21(b)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고, 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다.

한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 21(c)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고, 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다.

또 중간의 전압이 인가된 상태에서는 액정층(21)은 액정층(21)은 도 21(d) 및 도 21(e)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)을 향한 미소영역과, 제 2 방향(21B)을 향한 미소영역과, 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향한 미소영역과, 기판주면에 대해서 틸트를 갖고 배향한 미소영역이 혼재하는 상태로 된다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 21(a)∼(e)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)와 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

상기(1)∼(3)의 어느 쪽의 배향특성의 경우에도 전극간에 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 액정층(21)의 다이렉터는 제 3 방향(21C)에 대략 일치하고, 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

따라서 그 광학특성은 인가전압 0V 근처에서 평탄한 부분이 없고 인가전압의 절대값의 상승에 동반하여 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화한다. 또 역극성의 인가전압에 대한 광학특성도 대칭으로 된다. 또 절대값이 포화전압 이상의 전압이 인가되면 투과율은 포화한다. 또한 히스테리시스가 매우 작다.

이 실시형태의 액정표시소자(실시예 5)의 인가전압에 대한 투과율의 관계는 도 9(a)와 똑같은 전기광학특성을 나타낸다.

이 액정표시소자는 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는 액정조성물을 조정하며, 이 액정조성물을 액정층(21)으로서 이용하여 셀갭을 1. 5미크롱으로 하고, 액정층(21)의 분자가 그리는 나선구조를 푼 상태에서 봉입한 것이다.

또 배향막(18, 19)을 두께가 25∼35nm 정도의 폴리이미드 등의 유기고분자화합물로 구성하고 러빙을 실시하여 분산력(esd)을 38∼41dyn/㎝, 극성력(esp)을 4∼10dyn/㎝ 정도로 했다.

실시예 5의 액정표시소자의 인가전압－투과율특성은 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대하여 대칭이며 히스테리시스가 매우 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 인가전압에 대한 투과율이 대략 한결같이 정해지고, 중간계조를 안정적으로 표시할 수 있으며, 게다가 콘트래스트가 높은 화상을 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

이와 같이 이 실시형태의 액정층(21)의 액정분자는 인가전압에 따라서 제 1 또는 제 2 배향상태로부터 제 2 또는 제 1 배향상태에 콘을 따라서 거동한다. 따라서 액정층(21)의 평균적인 배향방향이 인가전압에 따라서 연속적으로 변화하고, 투과율이 연속적으로 변화한다. 따라서 임의의 계조를 표시할 수 있다.

(제 5 실시형태)

이하 본 발명의 제 5 실시형태에 관련되는 액정표시소자에 대하여 설명한다.

이 제 5 실시형태에 관련되는 액정층(21)은 예를 들면 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정조성물을 주성분으로 하는 액정이며, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖고, 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱CA(SmCA^＊)상을 형성한다. 이들 점은 기본적으로 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 액정층(21)과 동일하다.

다만 이 제 5 실시형태의 배향막(18, 19)으로서는 표면에너지의 분산력(esd)이 30∼50dyn/㎝, 극성력(esp)이 3∼20dyn/㎝정도의 것을 사용하고 있다.

또 액정층(21)은 (1) 충분히 큰 전압이 인가된 상태에서는 인가전압의 극성에 따라서 액정분자가 도 3에 나타내는 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 대략 향한 강유전상, (2) 중간의 전압이 인가된 상태에서 기판(11, 12)의 주면에 대하여 틸트를 갖고 배향한 액정분자를 포함하고, 스멕틱층간 질서로 액정분자가 배열하는 다른 상이 혼재하는 혼합상을 각각 형성한다.

이와 같은 액정층(21)은 배향막(18, 19)과의 계면에 있어서의 상호작용(계면효과), 즉 배향처리에 의한 배향규제력의 영향을 받는다. 이 때문에 배향규제력과 액정층(21)의 분자간력의 관계에 의해 액정층(21)은 (1) 강유전상, (2) 반강유전상, (3) 페리상, (4) 혼합상의 어느 쪽인가가 된다.

즉 (1) 액정층(21)을 구성하는 분자의 분자간력이 강하고, 반강유전성적인 분자배열을 유지하는 힘이 배향규제력보다도 충분히 강한 경우에는 액정층(21)은 벌크의 상태와 똑같이 반강유전상으로 된다.

구체적으로 설명하면, 액정층(21)의 층두께(셀갭)는 액정재료의 나선구조의 1피치(내츄럴피치)와 대략 동등하다(1. 5미크롱). 또 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향처리에 의한 배향규제력을 받는데, 액정의 분자간력이 배향처리에 의한 배향규제력보다도 크다. 이 때문에 액정분자는 기판(11)과 (12)의 사이에서 도 5 및 도 6(a)에 모식적으로 나타내는 바와 같이 이중나선구조가 소실된 상태의 반강유전상을 형성한다.

그리고 액정층(21)은 전압이 무인가인 때 액정분자의 이중나선구조가 풀리고 인접하는 스멕틱층의 액정분자가 도 3의 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향하고, 다이렉터(액정분자의 장축의 평균적인 방향)가 SmCA^＊상이 형성하는 층(스멕틱층)의 법선방향(제 3 방향(21C))에 대략 구비된 상태가 된다. 이 때 인접하는 스멕틱층의 액정분자의 자발분극(Ps)은 도 5에 나타내는 바와 같이 서로 반대방향을 향하고, 인접하는 스멕틱층의 자발분극끼리가 서로 캔슬한다. 또 공간적으로 평균된 액정층(21)의 광학축은 스멕틱층의 법선방향(제 3 방향(21C))에 대략 일치한다.

한편 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다. 한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 6(c)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다. 이들 상태에서는 액정층(21)의 광학축은 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 대략 일치한다.

상기와 같이 액정층(21)의 액정분자는 배향막(18, 19)의 배향규제력에 의해 액정층(21)과의 계면에서 분자배열의 질서가 약화되고, 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자를 가상적인 콘을 따라서 움직이기 쉽게 되어 있다. 또 액정층(21)의 반강유전상과 강유전상의 포텐셜에너지의 장벽이 작고, 반강유전상의 분자배열의 질서는 배향막(18, 19)과의 계면의 작용에 의해 비교적 흐트러지기 쉽다. 따라서 액정층(21)에 중간의 전압이 인가되면 도 7에 나타내는 바와 같이 액정분자의 일부는 카이럴스멕틱CA상의 가상적인 콘을 따라서 거동하고(움직이고), 기판(11, 12)의 주면에 대하여 기울어진 상태(틸트를 가진 상태)가 된다.

이 때문에 저전압이 인가된 상태에서는 액정층(21)의 전체 두께에 걸쳐서 반강유전상의 액정분자(도 5에 나타내는 강유전상적인 배열질서를 유지한 배열)와, 도 8 및 도 6(d) 및 (e)에 나타내는 바와 같이 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정이 혼재하는 상태로 된다. 또한 액정층(21)의 두께가 1. 5㎛ 정도로 얇기 때문에 배향막(18, 19)에 의한 배향규제력이 액정층(21)의 중앙부의 액정분자에도 미친다. 따라서 이 반강유전상의 액정과 틸트를 가진 액정이 혼재하는 상태는 액정층(21)의 두께방향의 전체에 걸친다.

또한 인가전압을 상승시키면 반강유전상의 액정분자(도 6(a)에 나타내는 반강유전상적인 배열질서를 유지한 액정분자)가 감소하고, 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자의 수가 증가하며, 또한 일부의 분자는 배향방향이 반전하여 강유전상(강유전상적인 배열질서를 가진 액정분자)이 된다. 이 때문에 액정층(21)의 전체 두께에 걸쳐서 반강유전상의 액정과 강유전상의 액정과 틸트를 갖고 배향한 중간상의 액정이 혼재하는 상태로 된다.

이 제 5 실시형태에서는 기판주면에 대하여 이 틸트를 갖고 배향한 중간상태의 액정분자가 존재하는 상태를, 다른 상의 액정과 틸트를 가진 중간상태의 액정이 혼재한다는 의미에서 제 5 혼합상이라 부른다.

이 제 5 혼합상에 있어서의 반강유전상의 액정분자와 강유전상의 액정분자와 중간상태의 액정분자의 비율 및 중간상태의 액정분자의 평균적인 배향방향(기판주면에 투영한 배향방향)은 인가전압의 극성 및 값에 따라서 연속적으로 변화한다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 6(a)∼도 6(e)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

(2) 액정층(21)을 구성하는 분자의 분자간력이 상대적으로 약하고, 배향규제력이 상태적으로 강한 경우에는 액정층(21)의 액정분자는 배향규제력의 영향을 받아서 반강유전성의 상태로부터 흐트러진다. 여기에서 액정의 반강유전적 분자배열의 에너지와 강유전적 분자배열의 에너지의 차가 비교적 작고, 게다가 그 한계값이 불명확한 경우에는 반강유전적 배향질서가 무너지고, 액정분자의 일부는 미소영역단위에서 이중나선구조가 소실된 상태의 액정분자가 스멕틱층간에서 소정의 질서를 갖고 배향한 페리상을 형성하여 기판(11, 12)간에 봉지되어 있다.

페리상에서는 도 18 및 도 19에 나타내는 바와 같이 액정분자는 이중나선구조가 풀리고 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)의 어느 쪽인가에 그 장축을 향하여 배열해 있으며, 중간상태의 액정분자는 존재하지 않는다. 그러나 반강유전상과 달리 제 1 방향(21A)에 배열한 액정분자와 제 2 방향(21B)에 배열한 액정분자가 번갈아 배열하는 일이 없이 액정분자는 미소영역단위에서 동일방향에 배열한다.

이 때문에 액정층(21)은 액정분자가 제 1 방향을 향한 제 1 배향상태에 있는 미소영역과 액정분자가 제 2 방향을 향한 제 2 배향상태에 있는 미소영역이 혼재하는 상태로 된다.

이 때문에 전압이 인가된 상태에서는 도 20(d) 및 (e)에 나타내는 바와 같이 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 공통으로 향한 강유전상(또는 페리상)을 나타내는 미소영역과 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자가 혼재하는 혼합상의 상태로 된다. 게다가 액정층(21)의 두께가 1. 5㎛ 정도로 얇기 때문에 배향막(18, 19)의 배향규제력이 액정층(21)의 전체 두께에 걸쳐서 액정분자에 미치고, 액정층(21)은 그 전체 두께에 걸쳐서 혼합상으로 된다.

또한 인가전압을 상승시키면 그 극성에 따라서 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 배열한 액정분자의 수가 감소하고, 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열한 액정분자가 증가한다. 또 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자의 수도 증가한다.

이 혼합상에 있어서, 제 1 방향(21A)에 배향한 액정분자와 제 2 방향(21B)에 배향한 액정분자와, 기판면에 대하여 틸트를 가진 상태의 액정분자가 전체 층두께에 걸쳐서 혼재하는 상태는 도 8에 나타낸 배향상태와 똑같이 나타내어진다.

(3) 액정층(21)을 구성하는 분자의 분자간력이 상대적으로 약하고 배향규제력이 상대적으로 강하며, 액정분자가 반강유전적 분자배열의 에너지와 강유전적 분자배열의 에너지의 중간값을 취하기 쉬운 경우에는 배향규제력에 의해 액정분자의 일부는 스멕틱CA상의 분자가 그리는 콘을 따라서 기판주면에 틸트를 갖고 배향한 중간의 상태가 되고 혼합상이 형성된다. 게다가 액정층(21)의 두께가 1. 5㎛ 정도로 얇기 때문에 배향막(18, 19)에 의한 배향규제력이 액정층(21)의 중앙부의 액정분자에도 미친다. 따라서 액정층(21)의 두께방향의 전체에 걸쳐서 혼합상이 형성된다.

즉 액정층(21)의 전체 두께에 걸쳐서 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 공통으로 향한 강유전상을 나타내는 미소영역과, 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향한 반강유전상을 나타내는 미소영역과, 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자가 혼재하는 혼합상으로 되어 광학적으로는 복수의 영역의 특성이 평균화된다.

전압을 인가하면, 그 극성에 따라서 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 배열한 액정분자의 수가 감소하고, 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열한 액정분자가 증가한다. 또 원래 기판면에 대하여 틸트를 갖고 있던 액정분자는 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열하고, 또한 틸트를 가진 액정분자의 수도 증가한다.

도 21(a)에 나타내는 분자배열을 갖는 혼합상의 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 도 21(b)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다.

한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 도 21(c)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다.

또 중간의 전압이 인가된 상태에서는 액정층(21)은 도 21(d) 및 도 21(e)에 나타내는 바와 같이 액정분자가 제 1 방향(21A)을 향한 미소영역과, 제 2 방향(21B)을 향한 미소영역과, 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향한 미소영역과, 기판주면에 대하여 틸트를 갖고 배향한 미소영역이 혼재하는 상태로 된다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 21(a)∼도 21(e)에 나타내는 바와 같이 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

상기 (1)∼(3)의 어느 쪽의 배향특성의 경우에도 전극간에 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는 액정층(21)의 다이렉터는 제 3 방향(21C)에 대략 일치한다. 전압을 인가하면 다이렉터는 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다. 게다가 액정층(21)의 전체 두께에 걸쳐서 혼합상이 형성되기 때문에 다이렉터의 움직임은 순조롭다.

따라서 그 광학특성은 인가전압 0V 근처에 있어서 평탄한 부분이 없고 인가전압의 절대값의 상승에 동반하여 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화한다. 또 역극성의 인가전압에 대한 광학특성도 대칭으로 된다. 또 절대값이 포화전압 이상의 전압이 인가되면 투과율은 포화한다. 또한 히스테리시스가 매우 작다.

특히 (3)의 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서 혼합상이 형성되는 경우에는 저전압 인가시의 액정층(21)의 다이렉터의 움직임이 순조롭고, 히스테리시스가 적으며, 대칭성이 높은 V자형의 전기-광학특성이 얻어져서 다계조에서의 계조표시에 적합하다.

이 실시형태의 액정표시소자(실시예 6)의 인가전압에 대한 투과율의 관계는 도 9와 똑같은 전기광학특성을 나타낸다.

이 액정표시소자는 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는 액정조성물을 조제하며, 이 액정조성물을 액정층(21)으로서 이용하여 셀갭을 1. 5미크롱으로 하고 액정층(21)의 분자가 그리는 나선구조를 푼 상태에서 봉입한 것이다.

또 배향막(18, 19)을 두께가 25∼35nm 정도의 폴리이미드 등의 유기고분자화합물로 구성하고, 러빙을 실시하여 분산력(esd)을 38∼41dyn/㎝, 극성력(esp)을 9∼14dyn/㎝ 정도로 했다.

실시예 6의 액정표시소자에서는 액정층(21)의 전체 두께에 걸쳐서 혼합상이 형성되기 때문에 그 인가전압－투과율특성은 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하여 인가전압의 극성에 대해서 대칭이며, 히스테리시스가 매우 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 인가전압에 대한 투과율이 대략 한결같이 정해지고 중간계조를 안정적으로 표시할 수 있고, 게다가 콘트래스트가 높은 화상을 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

이와 같이 이 실시형태의 액정층(21)은 전체 층두께에 걸쳐서 혼합상을 형성하고, 그 다이렉터가 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 순조롭게 변화한다. 따라서 임의의 계조를 안정되게 표시할 수 있다.

상기한 제 2 실시예에서 제 5 실시예에 있어서, 하편광판(23)의 투과축(23A) 및 상편광판(24)의 투과축(24A)은 요구되는 액정표시소자의 전기광학특성에 따라서 여러 가지의 배치를 선택할 수 있다.

예를 들면 콘각(θ)이 22. 5°정도의 액정재료를 이용하는 경우는 도 12(a)에 나타내는 제 1 실시형태에 있어서의 하편광판(23)의 투과축(23A) 및 상편광판(24)의 투과축(24A)과 똑같이 배치해도 좋다. 이 구성에서는 액정층(21)에 마이너스극성이 충분히 큰(한계값 이상의) 전압을 인가했을 때에 다이렉터가 제 2 방향(21B)을 향하기 때문에 표시가 가장 어두워진다. 한편 플러스극성이 충분히 큰(한계값 이상의) 전압을 인가했을 때에 다이렉터가 제 1 방향(21A)을 향하기 때문에 표시가 가장 밝아진다.

또 콘각이 22. 5°보다 큰 액정재료, 예를 들면 화학식 1에 나타낸 바와 같이 콘각이 32°의 액정재료를 이용하는 경우는 도 12(b)에 나타내는 제 1 실시형태에 있어서의 하편광판(23)의 투과축(23A) 및 상편광판(24)의 투과축(24A)과 똑같이 배치해도 좋다. 이와 같은 광학배치를 사용함으로써 액정을 강유전상으로 설정하는 일 없이 구동하는 것이 가능하게 되고 표시의 소착 등을 방지하여 플리커를 억제할 수 있다.

상기의 액정셀(화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 물성을 갖는 액정조성물을 1. 5미크롱의 셀갭에 봉입한 셀)에 도 12(b)에 나타내는 광학배치를 적용한 액정표시소자의 대향하는 전극(13)과 (17)의 사이에 삼각파를 인가하여 인가전압에 대한 투과율의 관계를 측정한 결과 제 1 실시예의 도 13(a)와 똑같은 전기광학특성이 얻어졌다.

상기한 바와 같이 상기 각각의 실시예의 액정표시소자의 인가전압－투과율특성은 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하여 인가전압의 극성에 대해서 대칭이며 히스테리시스가 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 이들 실시형태의 액정표시소자가 액정층(21)의 전체 층두께에 걸쳐서 혼합상이 형성되기 때문에 우수한 계조표시능력을 갖고 있다.

상기 구성의 표시소자는 제 1 실시형태에 있어서의 표시소자의 구동방법과 동일한 구동방법에 의해 구동된다.

또 이들 표시소자는 도 16에 나타낸 제 1 실시형태의 열드라이버(32)와 똑같은 열드라이버를 이용하여 구동할 수 있고, 이와 같은 열드라이버에 의해 임의의 계조를 안정되게 표시할 수 있다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지의 변형 및 응용이 가능하다. 예를 들면 본 발명의 반강유전성 액정은 화학식 1에 나타낸 골격구조를 갖는 것을 주성분으로 하는 것에 한정되지 않고 다른 혼합상을 형성하는 임의의 액정을 사용할 수 있다. 그 물성에 대해서도 똑같다. 또 배향막의 재질, 두께 등도 적절히 변경 가능하다.

액정재료와 배향막의 조합은 전압을 인가한 상태에서 틸트를 갖고 배향한 액정분자를 포함하는 혼합상을 형성할 수 있다면 임의이다.

액정층(21)의 두께도 혼합상이 전체 두께에 걸쳐서 형성할 수 있는 범위라면 임의이다. 또한 일부에 혼합상이 되지 않는 영역이 발생해도 표시에 실질적으로 영향을 주지 않을 정도라면 지장 없다.

또 이 실시형태에서는 편광판(23)의 투과축(23A)과 편광판(24)의 투과축(24A)을 직각으로 배치했지만, 이들이 평행하게 되도록 편광판(23)과 (24)을 배치해도 좋다. 또 편광판의 광학축은 흡수축이어도 좋다.

또 본 발명은 TFT를 액티브소자로 하는 반강유전성 액정표시소자에 한정되지 않고 MIM을 액티브소자로 하는 반강유전성 액정표시소자에도 적용 가능하다.

또한 본 발명은 도 17에 나타내는 바와 같이 대향하는 기판(11)과 (12)의 대향면에 주사전극(71)과 주사전극(71)에 직교하는 신호전극(72)을 배치한 단순매트릭스형(패시브매트릭스형)의 표시소자에도 적용 가능하다.

(제 6 실시형태)

이하 본 발명의 제 6 실시형태에 관련되는 액정표시소자에 대하여 설명한다. 이 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 기본구성은 도 1∼도 4에 나타내는 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자와 실질적으로 동일하다.

이 제 6 실시형태에 관련되는 액정층(21)은 예를 들면 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정조성물을 주성분으로 하는 액정이며, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖고, 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱CA(SmCA^＊)상을 형성한다. 이들 점은 기본적으로 제 1 실시형태에 관련되는 액정표시소자의 액정층(21)과 동일하다.

다만 이 제 6 실시형태의 배향막(18, 19)으로서는 표면에너지의 분산력(esd)이 30∼50dyn/㎝, 극성력(esp)이 3∼20dyn/㎝ 정도의 것을 사용하고 있다.

또 액정층(21)은 (1) 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 강유전상 및 반강유전상, 또는 강유전상과 반강유전상의 어느 쪽인가 한쪽과 기판(11, 12)의 주면에 대하여 틸트를 갖고 배향한 액정분자를 포함하고, 스멕틱층간 질서로 액정분자가 배열하는 다른 상이 혼재하는 혼합상을 기판의 근처에 형성하고, 액정층(21)의 중앙부에 반강유전상 등의 상기 혼합상과는 다른 상을 형성하고, (2) 중간의 전압이 인가된 상태에서 상기 혼합상 및 상기 다른 상의 액정분자의 틸트를 변화시키고, (3) 충분히 큰 전압이 인가된 상태에서는 인가전압의 극성에 따라서 액정분자가 도 3에 나타내는 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 대략 향한 강유전상을 형성하는 액정재료로 구성된다.

이와 같은 액정은 액정셀(25)내에 봉입되면 배향막(18, 19)과의 계면에 있어서의 상호작용(계면효과), 즉 배향처리에 의한 배향규제력의 영향을 받는다. 이 때문에 배향규제력과 액정층(21)의 분자간력의 관계에 의해 배향막(18, 19) 근처의 액정은 혼합상이 된다. 즉 액정층(21)을 구성하는 분자의 반강유전상을 유지하기 위한 분자간력에 비하여 배향규제력이 상대적으로 강한 경우 배향막(18, 19)의 근처에 있어서는 벌크의 상태에서 반강유전상을 형성하고 있는 액정분자의 일부는 스멕틱CA상의 분자가 그리는 콘을 따라서 기판주면에 틸트를 갖고 배향한 중간의 상태가 되고, 또 일부의 분자는 반전하여 강유전상으로 되고, 이들 상이 혼재하는 혼합상이 형성된다. 이 때문에 배향막(18, 19) 근처에서는 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)을 공통으로 향한 강유전상을 나타내는 미소영역과, 인접하는 액정분자가 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향한 반강유전상을 나타내는 미소영역과, 기판면에 대하여 틸트를 가진 액정분자가 혼재하는 혼합상으로 되고, 광학적으로는 복수의 영역의 특성이 평균화된다.

한편 배향막(18, 19)의 배향규제력은 거리의 2승에 비례하여 약해지기 때문에 액정층(21)의 두께방향의 중앙부에는 충분한 세기의 배향규제력이 미치지 않는다. 이 때문에 액정분자는 액정층(21)의 중앙부에서는 액정분자가 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)을 번갈아 향한 상태의 반강유전상을 형성한다.

배향막(18, 19) 근처에 혼합상이 형성되고 액정층(21)의 중앙부에 강유전상이 형성된 상태의 액정분자의 배향상태를 도 22에, 층구조를 도 23에 각각 나타낸다.

전압을 인가하면, 배향막(18, 19) 근처의 액정은 그 극성에 따라서 제 1 방향(21A) 또는 제 2 방향(21B)에 배열한 액정분자의 수가 감소하고, 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열한 액정분자가 증가한다. 또 원래 기판면에 대하여 틸트를 갖고 있던 액정분자는 제 2 방향(21B) 또는 제 1 방향(21A)에 배열하고, 또한 틸트를 가진 액정분자의 수도 증가한다.

또 액정층(21)의 중앙부의 액정분자는 액정층(21)의 반강유전상과 강유전상의 포텐셜에너지의 장벽이 작기 때문에 액정층(21)에 저전압이 인가되면 액정분자의 일부는 카이럴스멕틱CA상의 가상적인 콘을 따라서 거동하고(움직이고), 기판(11, 12)의 주면에 대하여 기울어진 상태(틸트를 가진 상태)가 된다.

또한 액정층(21)에 플러스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이상의 전압)을 인가함으로써 액정분자가 제 1 방향(21A)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 1 강유전상을 나타낸다.

한편 액정층(21)에 마이너스극성이고 충분히 높은 전압(포화전압 이하의 전압)을 인가함으로써 액정분자가 제 2 방향(21B)에 대략 배열한 상태로 배향한다. 이 상태에서는 액정분자의 자발분극은 대략 동일방향을 향하고 액정은 제 2 강유전상을 나타낸다.

이 때문에 이 액정의 다이렉터(액정분자의 평균적인 배향방향)는 도 24(a)∼도 24(e)에 나타내는 바와 같이 전압무인가인 때는 도 24(a)에 나타내는 바와 같이 액정층의 다이렉터는 스멕틱층의 법선방향(21C)으로 되고, 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 변화한다.

따라서 그 광학특성은 인가전압 0V 근처에 있어서 평탄한 부분이 없고 인가전압의 절대값의 상승에 동반하여 광학특성도 연속적으로 순조롭게 변화한다. 또 역극성의 인가전압에 대한 광학특성도 대칭으로 된다. 또 절대값이 포화전압 이상의 전압이 인가되면 투과율은 포화한다.

이 실시형태의 액정표시소자(실시예 7)의 인가전압에 대한 투과율의 관계는 도 25의 전기광학특성을 나타낸다.

이 액정표시소자는 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는 액정조성물을 조제하며, 이 액정조성물을 액정층(21)으로서 이용하여 셀갭을 1. 5미크롱으로 하고, 액정층(21)의 분자가 그리는 나선구조를 푼 상태에서 봉입한 것이다.

또 배향막(18, 19)을 두께가 25∼35nm 정도의 폴리이미드 등의 유기고분자화합물로 구성하고 러빙을 실시하여 분산력(esd)을 38∼41dyn/㎝, 극성력(esp)을 9∼14dyn/㎝ 정도로 했다.

도 25에 나타내는 바와 같이 실시예 7의 액정표시소자에서는 그 인가전압－투과율특성은 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대하여 대칭이며 히스테리시스가 매우 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 인가전압에 대한 투과율이 대략 한결같이 정해지고, 중간계조를 안정적으로 표시할 수 있으며, 또한 콘트래스트가 높은 화상을 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

이와 같이 이 실시형태의 액정층(21)은 무전계시에는 배향막(18, 19) 근처에 혼합상을 형성하고, 전계를 인가하여 액정층(21) 전체에 혼합상을 형성함으로써 그 다이렉터가 인가전압에 따라서 제 1 방향(21A)과 제 2 방향(21B)의 사이에서 연속적으로 순조롭게 변화한다. 따라서 임의의 계조를 안정되게 표시할 수 있다.

또한 하편광판(23)의 투과축(23A) 및 상편광판(24)의 투과축(24A)은 요구되는 액정표시소자의 전기광학특성에 따라서 여러 가지의 배치를 선택할 수 있다.

또 콘각(θ)이 22. 5°보다 큰 액정재료, 예를 들면 화학식 1에 나타낸 바와 같이 콘각이 32°의 액정재료를 이용하는 경우는 도 12(b)에 나타내는 제 1 실시형태에 있어서의 하편광판(23)의 투과축(23A) 및 상편광판(24)의 투과축(24A)과 똑같이 배치해도 좋다. 이와 같은 광학배치를 사용함으로써 액정을 강유전상으로 설정하는 일 없이 구동하는 것이 가능하게 되고 표시의 소착 등을 방지하여 플리커를 억제할 수 있다.

상기의 액정셀(화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 물성을 갖는 액정조성물을 1. 5미크롱의 셀갭에 봉입한 셀)에 도 12(b)에 나타내는 광학배치를 적용한 액정표시소자의 대향하는 전극(13, 17)과 (17)의 사이에 삼각파를 인가하여 인가전압에 대한 투과율의 관계를 도 26에 나타낸다.

도 26에 나타내는 바와 같이 실시예 8의 액정표시소자의 인가전압－투과율특성은 명확한 한계값을 갖지 않고 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대하여 대칭이며, 히스테리시스가 작고 콘트래스트가 크다.

도 26에서도 이 실시형태의 액정표시소자가 우수한 계조표시능력을 갖는 것을 확인할 수 있다.

또한 상기 실시형태에서는 액정층(21)의 두께를 1. 5㎛로 하고, 전압을 인가하지 않은 상태에서 기판 근처에 혼합상을 형성하고, 전압을 인가함으로써 액정층(21)의 중앙부에도 혼합상을 형성했지만, 액정층(21)의 두께를 충분히 두껍게 함으로써 전압을 인가한 상태에서도 액정층(21)의 중앙부에 혼합상을 형성하지 않는 상태로 해도 좋다.

이 경우는 액정층(21)은 예를 들면 두께를 5㎛ 정도로 한다. 액정층(21)이 이 두께에서는 액정은 카이럴스멕틱CA상의 액정분자가 그리는 이중나선구조를 유지한 상태에서 기판간에 봉입된다.

그러나 배향막(18, 19) 근처에서는 배향막과 액정의 계면의 효과에 의한 배향규제력이 액정분자에 미치기 때문에 배향막(18, 19) 근처의 액정분자는 이중나선구조가 소실된 상태에 있으며, 기판에 대하여 틸트를 가진 액정분자를 포함하는 혼합상으로 된다. 이에 대하여 액정층(21)의 중앙부의 액정에는 배향규제력이 미치지 않기 때문에 액정분자는 이중나선구조를 유지한 카이럴스멕틱CA상의 상태를 유지한다.

이와 같은 구성의 액정층(21)을 갖는 액정표시소자(실시예 9)의 전극(13)과 (17)의 사이에 삼각파를 인가했을 때의 전압과 투과율의 관계를 도 27(a)에 나타낸다.

이 액정표시소자는 화학식 1에 나타내는 골격구조를 갖는 액정을 주성분으로 하고, 표 1에 나타내는 바와 같은 물성을 갖는 액정조성물을 조정하고, 이 액정조성물을 액정층(21)으로서 이용하여 셀갭을 1. 5미크롱으로 해서 액정층(21)의 분자가 그리는 나선구조를 푼 상태로 봉입한 것이다.

도 27(a)에 나타내는 특성이 얻어지는 원인은 중앙부의 액정에 관해서는 도 27(b)에 실선으로 나타내는 바와 같이 히스테리시스가 큰 3안정상태의 광학특성이 얻어지고, 배향막(18, 19) 근처의 액정만 도 27(b)에 파선으로 나타내는 V자형의 특성이 얻어지며, 이들이 합성된 특성이 전체로서 얻어지기 때문이다.

도 27(a)에 나타내는 인가전압－투과율특성은 도 25에 나타내는 실시예 7의 특성만큼은 아니지만, 투과율이 연속적으로 변화하고, 인가전압의 극성에 대하여 대칭이며 히스테리시스가 비교적 작고 콘트래스트가 크다. 따라서 인가전압에 대한 투과율이 대략 한결같이 정해지고, 중간계조를 안정적으로 표시할 수 있으며, 게다가 콘트래스트가 높은 화상을 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

실시예 9의 액정표시소자를 도 14(a)와 도 14(b)에 나타내는 구동방법으로 구동하여 데이터신호의 전압을 －5V에서 ＋5V로 차례로 증가하고, 또한 ＋5V에서 －5V로 차례로 저하시켰을 때의 투과율의 변화를 도 28에 나타낸다. 도 28에서 도 14(a), 도 14(b)의 구동방법을 사용함으로써 임의의 계조를 안정적으로 표시할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

또 이 표시소자는 도 16에 나타낸 제 1 실시형태의 열드라이버(32)의 구성예와 똑같은 구성으로 할 수 있고, 이 열드라이버에 의해 임의의 계조를 안정되게 표시할 수 있다.

액정재료와 배향막의 조합은 전압을 인가한 상태에서 틸트를 갖고 배향한 액정분자를 포함하는 혼합상이 기판 근처에 형성할 수 있다면 임의이다.

또 상기 실시형태에서는 편광판(23)의 투과축(23A)과 편광판(24)의 투과축(24A)을 직각으로 배치했지만, 이들이 평행하게 되도록 편광판(23)과 (24)을 배치해도 좋다. 또 편광판의 광학축은 흡수축이어도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반강유전성을 나타내는 액정을 이용한 액정표시소자이면서 표시계조를 연속적으로 변화시켜서 임의의 계조로 화상을 표시할 수 있다.

Claims

제 1 전극(13)이 형성된 제 1 기판(11)과,

상기 제 1 전극(13)에 대향하는 제 2 전극(17)이 형성되는 제 2 기판(12)과,

상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)의 사이에 봉입되어 이들 기판간에서 스멕틱층이 인접하는 액정분자간의 배열질서가 다른 복수의 상(phase)을 혼재시킨 혼합상을 형성하는 스멕틱액정으로 이루어지는 액정층(21)과,

상기 혼합상에 있어서의 액정분자의 배열을 제어하여 상기 액정층(21)의 다이렉터를 연속적으로 변화시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 혼합상은 상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)의 면과 실질적으로 평행한 면내에서 액정분자가 인접하는 스멕틱층간에서 서로 다른 분자간 질서로 배열한 다른 복수의 상의 혼합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 혼합상은 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 인가된 전계에 의해 유기되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 혼합상은 강유전상, 반강유전상, 페리상 중의 어느 쪽인가 하나의 상이 혼합한 액정의 상인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층(21)은 자발분극을 갖는 스멕틱액정으로 이루어지고,

또한 상기 제 1, 제 2 기판(11, 12)의 적어도 한쪽에 상기 액정층(21)의 액정분자를 배향시키기 위한 배향규제력이 상기 액정층의 스멕틱층간의 상호작용의 크기보다 약하고, 상기 배향규제력을 갖는 배향수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층은 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱상을 나타내고, 상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)의 사이에 봉입되어 반강유전상을 형성하는 액정재료로 이루어지고,

상기 다이렉터를 변화시키는 수단은 상기 반강유전상을 상기 혼합상에 상전이시키고, 이 혼합상의 액정분자의 배향을 제어하여 상기 액정층(21)의 다이렉터를 변화시키기 위한 전압을 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 인가하는 수단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1항에 있어서,

상기 액정층(21)은 벌크의 상태에서 반강유전상을 나타내고, 상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)의 사이에 봉입된 자발분극을 갖는 스멕틱액정으로 이루어지고,

또한 상기 제 1, 제 2 기판(11, 12)의 적어도 한쪽에 상기 액정층(21)에 상기 반강유전성 상과는 다른 상으로 상전이시키기 위한 배향규제력을 가진 배향수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 7 항에 있어서,

상기 배향수단은 상기 액정층(21)의 액정분자를 배향시키기 위한 배향규제력이 상기 액정층의 스멕틱층간의 상호작용의 크기와 실질적으로 동등한 세기의 배향막(18, 19)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 7 항에 있어서,

상기 배향수단은 상기 액정층을 페리상으로 상전이시키기 위한 배향규제력을 갖고,

상기 액정층(21)은 상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)의 사이에서 상기 배향규제력에 의해 상전이된 페리상을 갖고,

상기 다이렉터를 변화시키는 수단은 상기 액정층의 페리상을 상기 혼합상으로 상전이시키고, 이 혼합상의 액정분자의 배향을 제어하여 상기 액정층(21)의 다이렉터를 변화시키기 위한 전압을 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 인가하는 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층(21)은 벌크의 상태에서 반강유전성 상을 나타내고, 상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)의 사이에 봉입된 자발분극을 갖는 스멕틱액정으로 이루어지고,

또한 상기 제 1, 제 2 기판(11, 12)의 적어도 한쪽에 상기 액정층을 상기 혼합상으로 상전이시키기 위한 배향수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 10 항에 있어서,

상기 배향수단은 상기 액정층의 액정분자를 배향시키기 위한 배향규제력이 상기 액정층의 스멕틱층간의 상호작용의 크기보다 강한 배향막(18, 19)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 11 항에 있어서,

상기 액정층은 벌크의 상태에서 반강유전성을 나타내고, 상기 제 1과 제 2 기판(11, 12)간에 봉입하여 상기 혼합상을 형성하는 카이럴스멕틱액정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 혼합상은 상기 양 기판(11, 12)의 주면과 평행하게 배열한 액정분자와, 상기 양 기판(11, 12)의 주면에 대하여 소정의 틸트각도를 갖고 배열한 액정분자가 혼합된 혼합상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 13 항에 있어서,

상기 혼합상은 강유전상의 액정과, 반강유전상의 액정과, 페리상의 액정 중 적어도 하나의 액정과, 액정분자가 카이럴스멕틱상의 분자가 그리는 콘을 따라서 이동하여 상기 양 기판(11, 12)의 주면에 대해서 액정분자가 소정의 틸트각도를 갖고 배열한 배향상태의 액정이 혼합된 액정의 상인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 14 항에 있어서,

상기 액정층(21)은 벌크의 상태에서 반강유전상을 나타내고, 상기 제 1 기판(11)과 상기 제 2 기판(12)간에 봉지되며, 상기 제 1 전극(13)과 상기 제 2 전극(17)의 사이에 전압이 인가된 상태에서 상기 제 1 기판(11)과 상기 제 2 기판(12)의 주면에 대하여 틸트각도를 갖고 배열하는 액정분자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층(21)은 상기 제 1 기판(11)과 상기 제 2 기판(12)간에 봉입된 상태에서 그 전체 두께에 걸쳐서 상기 혼합상을 형성하는 액정층두께를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층(21)은 상기 제 1 및 제 2 기판(11, 12)의 근처에 형성된 상기 혼합상과, 상기 제 1 및 제 2 기판(11, 12)으로부터 떨어진 상기 혼합상에 끼워진 위치에 형성되는 상기 혼합상 이외의 다른 상을 형성하는 중간층으로 이루어지는 3개의 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 1 항에 있어서,

상기 액정표시소자는,

상기 제 1 전극(13) 또는 상기 제 2 전극(17)에 접속된 액티브소자(14)를 통하여 상기 혼합에 전압을 인가함으로써 액정분자를 상기 카이럴스멕틱상의 분자가 그리는 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상의 다이렉터를 제어하여 계조표시를 실시하는 구동수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
제 18 항에 있어서,

상기 구동수단은 상기 카이럴스멕틱CA상의 분자가 그리는 콘의 최대각보다 작은 각도로 상기 혼합상의 다이렉터를 상기 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상을 강유전상으로 상전이시키는 일 없이 계조표시를 실시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
한쌍의 기판(11, 12)간에 벌크의 상태에서 카이럴스멕틱상을 형성하고, 상기 한쌍의 기판(11, 12)간에 있어서, 스멕틱층이 인접하는 층의 액정분자간의 배열질서가 다른 복수의 상을 혼재시킨 혼합상을 형성하는 액정층(21)을 봉입하고,

상기 액정층(21)에 전압을 인가함으로써 상기 혼합상의 상기 액정분자를 카이럴스멕틱CA상의 분자가 그리는 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상의 다이렉터를 연속적으로 제어하여 계조를 표시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동방법.
제 20 항에 있어서,

상기 액정표시소자의 구동방법은,

상기 카이럴스멕틱CA상의 액정분자가 그리는 콘의 최대각보다 작은 각도로 상기 혼합상의 다이렉터를 상기 콘을 따라서 이동시킴으로써 상기 혼합상을 강유전상으로 상전이시키는 일 없이 계조표시를 실시하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 구동방법.