KR100372193B1

KR100372193B1 - 높은수준의다중화가가능한액정디스플레이장치

Info

Publication number: KR100372193B1
Application number: KR1019960014932A
Authority: KR
Inventors: 마틴 워터스 콜린; 피터 레이네스 에드워드
Original assignee: 키네티큐 리미티드
Priority date: 1982-06-29
Filing date: 1996-05-04
Publication date: 2003-04-07
Also published as: CA1201795A; DD217061A5; ATE34468T1; JP2000002894A; IL69071A0; HK90787A; EP0098070B2; EP0098070A3; CS271455B2; JPH0756139A; JPH02118517A; JP2001228494A; PH18495A; JPH06342142A; JP2003262891A; CS484883A2; KR100364468B1; SG58787G; JPH06317780A; AU1594783A

Abstract

액정 표시 장치는 다색 염료를 포함하는 긴 피치 콜레스테릭 액정 재료의 층을 포함한다. 이 층은 경사진 동형 구조 내에 액정 분자를 정렬하기 위해 표면 처리된 2개의 셀 벽들간에 포함된다. 이 콜레스테릭 재료의 표면 정렬 및 자연 피치는 π 및 2π 간의 분자 트위스트를 제공하기 위해 정합된다. 액정층의 두께(d)로 나누어진 자연 피치(p)의 비율은 15㎛ 이하의 값을 가지고, 0.5와 1.0 사이에 놓이도록 조정된다. 저경사 및 고경사 표면 정렬은 분리 또는 조합으로 이용될 수 있다. 편광판은 온 및 오프 상태 간의 콘트라스트를 향상시키는데 이용될 수 있다. 이 장치는 높은 수준의 다중화 어드레스 가능한 디스플레이에 이용될 수 있는 날카로운 투과/전압 특성을 갖는다.

Description

높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치

본 발명은 액정 장치들에 관한 것이다. 이와 같은 장치들은 전형적으로 유리 슬라이드(glass slide)들 간에 포함된 액정 재료의 얇은 층을 포함한다. 슬라이드 상의 전극 구조들은 층을 횡단하여 전계(electric field)가 인가되도록 하여, 액정 분자들을 온(ON)상태로 재배열(re-ordering)시킨다. 전계를 제거하면, 이 분자들은 다시 오프(OFF) 상태로 복귀한다.

액정 재료의 공지된 형태에는 3 가지 종류, 즉 네마틱(nematic)형, 콜레스테릭(cholesteric)형 , 및 스멕틱(smectic) 형이 있으며 , 그들 각각은 상이한 분자 배열을 갖는다.

본 발명은 분자들이 자연적으로 나선 구조를 취하고 그 나선축이 액정 층의 면에 대해 수직인 긴 피치(long-pitch) 콜레스테릭 혼합물을 이용한다. 긴 피치의 콜레스테릭 혼합물은 전형적으로 수 퍼센트의 콜레스테릭 액정 재료를 네마틱 액정 재료와 혼합하는 것에 의해 형성된다. 콜레스테릭 혼합물의 피치는 콜레스테릭 액정 재료의 농도를 조정하므로써 제어될 수 있다.

공지된 장치는 유리 슬라이드들 간에 네마틱 재료의 얇은 층을 사용하는 트위스트된 네마틱 장치(twisted nematic device)이다. 그 슬라이드들은 일방향으로 러빙(rubbing)되고, 러빙 방향들이 직교하도록 조립된다. 그 러빙은 층을 횡단하여 점진적으로 90°트위스트를 일으키는 표면 정렬을 액정 분자에 부여한다. 광학축이 러빙 방향에 수직 또는 평행인 편광판(polariser) 들간에 장치가 위치되는 경우, 이 장치는 OFF 상태에서 편광면을 회전시키고, ON 상태에서는 회전없이 투과한다. 영국 특허 제 1,472,247호 및 제 1,478,592호 명세서에 설명된 바와 같이 소량의 콜레스테릭 재료를 네마틱 재료에 부가함으로써,전술한 90°트위스트가 장치의 전체 영역에 걸쳐 동일하게 되도록 보장한다.

짧은 피치 콜레스테릭 재료를 사용하는 공지된 종류의 장치는 위상 변화(phase change) 장치이다. 인가된 전압이 0인 OFF 상태에서, 그 재료는 광에 대해 산란성(scattering)이다. 콜레스테릭 재료의 피치는 층 두께에 비해 매우 작다. 임계치 보다 큰 전압이 층을 횡단하여 인가되면, 그 분자들은 나선 구조로부터 회전하여, 인가된 전계에 대해 평행하게 된다. 이것은 양(positive)의 네마틱 재료의 ON 상태와 유사하며, 광에 대해 투명하다. 전압을 제거하면, 그 재료는 광 산란성의 OFF 상태로 복귀한다. 이와 같은 형태의 장치에서는 셀 벽의 표면 정력(surface alignment))이 필요하지 않게 된다. 이와 같은 장치의 장점은 트위스트된 네마틱 장치에 비해 고속의 턴-오프 시간과 넓은 시야 각도이다.

다른 형태의 셀은 피치가 층 두께와 동일한 콜레스테릭 재료를 이용한다. 동형(homogeneous)의 경계 조건들에 의해, 플랜 상태(plan state)가 층을 횡단하는 디렉터(director)의 2π회전에 따라 유발된다. 다색 염료(pleochroic dye)가 포함되면 OFF 상태에서 빛의 흡수를 가져온다. 전압의 인가는 액정 분자 및 염료 분자들을 재배향하여, ON 상태에서 보다 높은 투과성을 부여한다. 전압이 임계치 바로 위까지 증가하면, 산란성 조직(scattering texture)이 형성되고, 그 조직은 더욱 전압을 실질적으로 증가시킨 후에 투명하게 되어 ON 상태를 부여한다. 전압을 감소시키면, 임계 전압에서의 투과량이 급속히 감소된다. 따라서, 이 장치는 항상 전압의 증가 속도와 관계없이 존재하는 현저한 히스테리시스(hysteresis)를 나타낸다. 이 히스테리시스는 이 장치의 다중화도(multiplexibility)를 제한한다. 이 장치는 1981년 6월, "I.E.E.E. Trans. on Electron Devices", 제 ED 28 권, 제 6 호, 719 내지 823 페이지에 기재되어 있다.

그런데, 약 3π/2 트위스트를 갖는 어떤 콜레스테릭 액정 셀은, 급속히 증가하는 전압들에 대해 히스테리시스 없이 날카로운 투과-전압 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 전압에서의 느린 증가는 여전히 얼마간의 히스테리시스를 생성한다.

본 발명에 따른 액정 장치는, 경사진 동형(homogeneous) 구조로 액정 분자들을 정렬하기 위해 표면 처리되고 전극 구조들을 구비한 2개의 셀 벽들간에 포함된 양의 유전 이방성을 가진 긴 피치 콜레스테릭 액정 재료의 층과, 액정 재료의 분자 배향에 따라 투과된 광을 선택적으로 흡수하는 수단과, 상기 전극들에 전기 신호들을 인가하여 장치를 어드레스하기 위한 구동기 및 제어 회로들을 포함하는 액정 장치에 있어서,

상기 전극 구조들은 한쪽 벽에 m개 전극들의 제 1 시리즈와 다른 쪽 벽에 n개 전극들의 제 2 시리즈로 배열되어 m x n 어드레스 가능한 요소들을 형성하고,

π라디안보다 크고 2π라디안보다 작은 점진적인 분자 트위스트를 균일한 경사 방향으로 층을 횡단하여 제공하도록 상기 콜레스테릭 재료의 표면 정렬과 자연 피치(p)가 조정되고,

상기 층의 두께가 15㎛ 보다 작고,

상기 구동기 및 제어 회로들은 각각의 어드레스 가능한 요소를 RMS 멀티플렉스 어드레스하도록 배열하고,

실질적으로 히스테리시스없이 날카로운 투과-전압 특성을 제공하도록 상기 재료의 탄성 상수 및 유전 상수, 상기 표면 정렬에 의해 야기된 분자 경사 및 트위스트 각도, 상기 재료의 층 두께 및 자연 피치를 함께 조정함으로써 상기 장치가 다중 어드레스되어 광투과 상태와 광흡수 상태 사이를 직집 절환하는 것을 특징으로 한다.

투과된 광을 선택적으로 흡수하는 상기 수단은 상기 액정 재료에 포함된 다색성 염료이거나, 편광판 및 검광판(analyser)일 수 있다.

트위스트의 양은 약 3π/2가 되는 것이 바람직하다. 표면 정렬 처리는 0°와 30°사이의 분자 경사, 혹은, 그 이상이지만 90°(이형(homeotropic) 정렬) 미만의 분자 경사를 얻는다. 5°미만의 경사, 예를 들어, 2°경사는 저경사(low tilt)라 하고, 5° 내지 70°사이의 경사는 고경사(high tilt)라 한다. 고 경사와 저경사는 각자 단독으로 또는, 조합하여 사용할 수 있다.

본 장치는 중성 편광판 또는 컬러 편광판 쌍방을 사용하거나 또는 사용하지 않고 반사판(reflector)을 갖는 반사 방식으로 또는 투과 방식으로 동작할 수 있다.

2 개 또는 그 이상의 장치들을 직렬로 배치할 수도 있다. 이러한 배치는 총 3 가지 색이 관찰될 수 있도록 각각의 장치에 상이한 색의 염료들을 사용할 수 있다. 대안으로, 이들 염료들은 OFF 상태와 ON 상태 간에 향상된 콘트라스트(contrast)의 단일 색이 얻어지도록 유사하게 될 수 있다. 또한, 각각의 셀은 8 개의 흡수 값들, 즉 그레이 스케일(grey scale) 디스플레이를 얻을 수 있도록 상이한 흡수를 가질 수 있다.

통상적으로, 콜레스테릭 액정의 피치는 온도가 상승함에 따라 증가한다. 본 장치는 다음과 같은 (i) 혹은, (ii)에 의해 향상될 수 있다.

(i) 피치의 온도 의존성이 작거나 0 이고, 넓은 온도 범위에 걸쳐 최적의 d/p를 유지하는 액정 재료 또는 이들 재료들의 혼합물들 선택하거나,

(ii) 온도 상승과 함께 피치가 감소되며 , 온도에 따른 임계 전압의 변화들을 부분적으로 또는 완전히 보상하는 액정을 선택한다.

부가적으로, 또는 그 대신 액정 온도가 검지될 수 있고, 이에 따라 어드레싱 전압 레벨들이 변화될 수 있다. 하나의 검지 방법이 영국 특허 제 2,012,093B 호 명세서에 기재되어 있다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조로 하여 실시예를 통해 보다 상세히 설명될 것이다.

제 1 도 및 제 2 도의 디스플레이는 유리 벽들(3, 4)간에 포함된 콜레스테릭 액정 재료층(2)에 의해 형성된 액정 셀(1)을 포함한다. 스페이서 링(5)은 벽들이 전형적으로 6㎛ 만큼 이격되도록 유지한다. 또한, 짧은 길이의 6㎛의 직경을 갖는 다수의 유리 섬유가 정확한 벽 간격을 유지하기 위해 액정 재료내에 분산될 수 있다. 한쪽의 벽(3)에는, 예를 들면SnO ₂ 로 이루어진 스트립 형태의 행(row) 전극들(6₁내지 6_m)이 형성되어 있고, 이와 유사하게 다른쪽 벽(4)에는 열(column) 전극들(7₁내지 7_n)이 형성되어 있다. m개의 행 전극들과 n개의 열 전극들에 의해, 어드레스 가능한 요소들(addressable elements)로 이루어지는 m x n 매트릭스가 형성된다. 각각의 요소는 행 전극과 열 전극의 상호 작용에 의해 형성된다.

행 구동기(8)는 각각의 행 전극(6)에 전압을 공급한다. 유사하게, 열 구동기(9)는 각각의 열 전극(7)에 전압을 공급한다. 인가 전압들의 제어는 전압원(11)으로부터의 전력과 클록(12)으로부터의 타이밍을 수신하는 제어 논리부(10)에 의해 행해진다.

액정 디스플레이들에 있어서, 온 상태와 오프 상태는 시각적으로 차이가 있다. 이것은 예를 들어, 시계 등에서 디지트(digit)를 나타내는데 이용된다.

다중 어드레싱 디스플레이들에 관한 2 개의 종래 기술이 있는데 , 이는 소위 저속 주사 및 고속 주사 또는 r.m.s. 방식이다. 저속 주사 방식에 있어서, 매트릭스내의 각각의 요소는, 그 요소를 온(ON)으로 절환시키는데 충분한 시간동안 전압으로 어드레스된다. 이는 매트릭스의 각각의 라인에 대해서 반복되고, 전체의 매트릭스가 반복적으로 다시 어드레스되거나, 리프레쉬(reflesh)된다. 고속 주사 방식에 있어서, 온(ON)이 될 필요가 있는 각각의 요소는 완전한 리프레쉬 사이클 당 1회씩 액정 재료의 응답 시간보다 짧은 시간동안 더 높은 전압 레벨로 어드레스되고, 그 리프레쉬 사이클의 나머지 동안에는 보다 낮은 전압을 받는다. 이 전압들은 다수의 사이클들에 걸쳐 r.m.s. 레벨이 요구되는 요소들을 ON 상태로 유지하는데 충분히 높게 되도록 설정된다. 그 밖의 경우에 r.m.s. 레벨은 요소들이 ON 상태로 하는데 불충분하다.

고속 주사 어드레싱의 한 예로서, A.C. 행 전압(V _R )이 순차로 각각의 행 전극에 인가된다. 각각의 행이 어드레스될 때, 열 전압들(±V _c )이 적당한 열 전극들에 인가되는데 , 부호(±)는 예를 들어 , 1kHz 에서 A.C. 신호의 위상을 의미한다. 이는 전체의 셀이 어드레스될 때 까지 각각의 행에 대해 반복된다. 이 과정은 정보가 디스플레이되는 동안 전형적으로는 10 라인의 매트릭스에 대해 50Hz의 프레임 비율(rate)로 전체의 셀에 대해 반복된다. ON이 될 필요가 있는 각각의 요소는 완전한 어드레싱 사이클, 즉, 프레임 시간당 하나의 시간 간격 동안은 V_R+ V_C를 수신하고, 다른 시간 간격들 동안에는 ±V_C를 수신한다. V_R+ V_C및 n-1(±V_C)의 r.m.s. 값은 원하는 V₂레벨과 같도록 배치된다. ON 상태로 될 필요가 없는 요소들은 모든 시간 주기들 동안 V_C혹은, V_R-V_C를 수신한다. V_C, V_R-V_C의 r.m.s. 값은 V₁이다. 그 디스플레이는 V₁볼트를 수신하는 OFF 요소들을 배경으로 하여 V₂볼트를 수신하는ON 요소들에 의해 집합적으로 형성된다.

대안적으로, 그 디스플레이는 ON 요소들을 배경으로 OFF 요소들에 의해 집합적으로 형성될 수도 있다.

다수의 라인을 갖는 디스플레이를 다중 어드레스하기 위해서는 ON/OFF 투과-전압 특성이 매우 날카롭게 되어야 한다. 그 이유는 디스플레이의 OFF 요소들이 ON 전압(V₂)보다 단지 약간 낮은 전압(V₁)에서 유지되어야 하기 때문이다. 어드레스될 수 있는 라인들의 수(n)(혹은, 다중화 레벨)는 전압 V₁과 V₂의 비에 관련될 수 있다. 예를 들어, 최적화된 Alt 및 Pleschko 어드레싱 기법(I. E. E. E. Trans. ED Vol. ED 21, 1974 년, 146-155 쪽)에 대해서는,

V ₂ -V ₁ 을 감소시키면, n 의 값은 증가한다.

염료들을 사용하지 않고 트위스트 네마틱 효과(twisted nematic effect) 혹은, 샤드트 헬프리치 효과(Schadt Helfrich effect)를 사용하는 현재의 디스플레이들은 약 32경로(n=32)로 다중화될 수 있다. 그러나, 염료를 사용한 디스플레이들(dyed displays)은 종래에 약 n = 3 으로 제한되어 왔다. 아래에 설명된 것처럼, 본 발명의 디스플레이들은 날카로운 ON/OFF 투과 특성들을 제공하고, 따라서, 높은 n 값들을 얻는다.

제 1 도의 디스플레이는 직교의 m x n 매트릭스로서 배치되어 있지만, 다른레이아웃(layout)들로 배치될 수도 있다. 예를 들어 , 3 행 x 3 열 매트릭스에 의해 8 개의 바 디지트(bar digit)가 디스플레이되고, 다중 어드레스될 수도 있다. 이 디지트들은 3 그룹의 열 전극들을 부가하므로써 디지트의 행까지 확대될 수 있다.

제 2 도의 투과 디스플레이에 대해서는, 편광판(13)이 셀(11)의 전면에, 혹은 후면에 배열될 수도 있다. 편광판(13)의 편광 축(P)은 인접한 셀 벽들의 표면 정렬 방향(R)과 평행하다. 관찰자(14)는, 예를 들어, 텅스텐 전구(15)에 의해 조명된 디스플레이를 본다.

제 3 도는 셀 뒤에 반사판(16)을 갖는 디스플레이를 나타낸다. 편광판(13)은 셀(1)의 전면 또는 후면에 장착되고, 그 편광축(P)은 인접한 벽의 정렬 방향(R)에 대해 평행하다.

제 2 도 및 제 3 도에 도시된 바와 같이, 구성 성분들은 분리되어 있지만, 실제적으로 그들은 상호 접촉되어 있다. 예를 들어, 반사판(16)은 후면의 셀 벽(4)위에 분무되거나 증착된 알루미늄 층으로 할 수 있다.

사용된 콜레스테릭 재료는 층(2)내에 나선 배열(ordering)을 자연스럽게 형성하고, 나선축은 벽들(3, 4)에 대해 수직이다.

액정 분자들은 다양한 정렬 기술에 의해 셀 벽 표면에 정렬될 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐 알코올로 표면을 코팅하고, 부드러운 티슈로 일방향으로 러빙(rubbing)시키는 방법 등이 있다. 이것은 러빙 방향에 따라 표면에 대해 약 2°의 분자들의 경사를 갖는 분자 정렬의 결과로 된다. 대안으로, 영국 특허 제1,472,247 호, 제 1,478,592 호, 제 1,545,084 호 및 제 2,007,865 호 명세서에 기술된 바와 같이 , MgF₂는 벽들에 증착될 수 있다. 그 증착 각도에 따라, 1회 또는 계속하여 분자들이 정렬되며, 경사 각도는 0에서 30°혹은 그 이상의 범위사이에서 변화될 수 있다.

셀은 층을 횡단하여 3π/2의 분자 트위스트를 갖도록 구성된다. 따라서, 조립된 셀에서 2개의 정렬 방향은 직교하여야만 한다. 층 두께(d)에 대하여 콜레스테릭 재료의 피치(p)는, 층을 횡단하여 분자들이 3π/2만큼 트위스트하도록, 즉 d/p 가 0.75 가 되도록 선택된다. 그러한 d/p 값은 자연(natural)콜레스테릭 트위스트를 표면 정렬 트위스트와 정합(matching)시킨다. 그 d/p의 값들은 0.5 내지 1.0범위로 할 수 있음이 발견되었다.

상술한 것처럼, 러빙에 의한 표면 정렬은 약 2°의 표면 분자 경사의 결과로 된다. 2개의 러빙 방향들의 상대적 배향은 왼쪽 방향 혹은 오른쪽 방향의 자연 콜레스테릭 회전에 정합되어야 한다. 이와 같은 정합의 필요성은 제 4 도 및 제 5 도를 참조하여 설명될 것이다.

제 4 도에 있어서 , 셀 벽들(20, 21)은 일방향으로 러빙되고, 러빙(R)과 동일한 방향들로 조립된다. 이와 같은 셀에 있어서, 액정 재료는 네마틱 재료이며, 그것은 광학적으로 활성적(active)이지 않다. 즉, 트위스트 구조를 갖지 않는다. 액정 분자들(22)은 펼쳐져, 층의 중심을 향해 비스듬하게 경사진다. 전압이 인가되면, 분자들은 벽들에 대해 직각으로 정렬하도록 회전한다. 어떤 분자들은 시계 방항으로 회전하고, 다른 분자들은 반시계 방향으로 회전하여 ON-상태로 된다. 이것은 종래 기술에서 언급된 리버스 팁(reverse tip)의 문제로서, 디스플레이에 패치 모양(patchy appearance)으로 나타나게 된다.

제 5 도는 러빙 방향들이 반대인 것을 제외하면 제 4 도와 유사하다. 이로써 액정 분자(23)는 OFF 상태에서 모두가 하나의 벽을 향해 동일한 방향으로 경사진다. 전압이 인가되면, 모든 분자들은 동일한 방향으로 회전하여 균일한 모양을 나타낸다.

제 6 도는 콜레스테릭 재료의 트위스트와 정렬들이 정합되는 방법을 나타내고 있다. 왼쪽 평면(25) 및 오른쪽 평면(26)은 각각 러빙 방향R _L 및R _R 를 가진다. 왼쪽에서 보면,R _R 은 반시계 방향으로 3π/2 만큼R _L 로부터 회전되었다. 왼쪽에서 오른쪽으로 통과하면서 디렉터(director) D 는 3π/2만큼 시계 방향으로 회전한다. 층의 중심을 횡단하는 경사 각도는 균일하게 된다. 중간 평면들은 π/2및 π회전에 대해 표시된다. 층을 통과함에 따라 반 시계 방향으로 트위스트된 콜레스테릭에 대해서는 러빙 방향(R _L )이 반대가 된다. 러빙 방향들의 배향은 중요하다. 러빙 방향들 중 하나가 제 6 도에서 표시된 방향과 반대인 경우에, 전기 광학 투과 곡선의 첨예도(sharpness)는 현저히 저하된다.

단일 편광판을 사용하고 염료를 포함하여, 3π/2 트위스트를 가진 저경사(예를 들어, 2°)의 6㎛ 셀에 대해 인가 전압에 대한 투과 특성을 제 7 도에 도시하였다. 하부 곡선은 서서히 증가하는 전압에 따른 투과 변화들을 나타내고, 상부 곡선은 감소하는 전압에 따른 투과 변화들을 나타낸다. 감소하는 전압 곡선은 전압이 서서히 감소하거나 빨리 감소하는 경우 모두에 대하여 얻어진다. 놀랄만한 효과는, 점선으로 표시된 V₁에서 V₂까지의 전압에서의 급속한 증가 동안, 투과 변화는 상부 곡선을 근접하게 따른다는 것이다. V₁은 2 개의 근접하게 이격된 라인들로 된 급경사 램프(ramp)의 아래쪽에 있고, V₂는 그 바로 위쪽에 있다. 제 1 도의 디스플레이는 OFF 및 ON 요소에 대해 각각 V₁및 V₂의 R.M.S. 값을 사용하여 동작된다.

OFF 상태에 있어서는 극히 적은 광이 투과되는 반면에, ON 상태에 있어서는 실질적으로 모든 광이 투과된다. 상당히 높은 복굴절(예를 들어 , Δn≥ 0.15)을 갖는 액정 재료에 대해서는, OFF 상태에서 편광된 광이 안내(guiding)된다. 액정 분자 및 염료 분자의 분자축을 따라 그리고 분자축에 수직인 방향으로 광원으로부터의 광이 편광되어 층에 입사하면, 그 광은 층을 횡단하여 안내되며 흡수된다. 복굴절이 낮은 경우 (예를 들어, △n ≤ 0.15)에는 편광된 광의 안내는 적어지고, 편광 안 된 광의 대부분이 염료 분자들에 의해 흡수될 수 있어, 그 장치를 편광판 없이도 동작할 수 있도록 한다.

셀이 ON 상태에 있을 때, 액정 재료가 양의 유전 이방성을 갖는다면 (Δε〉 0), 액정 분자 및 염료 분자들은 벽들에 직각 방향으로 재배향된다. 이러한 상태에 있어서, 광은 염료에 의해 거의 흡수되지 않는다.

높은 복굴절 재료들(△n ≥ 0.15)에 대해서는, OFF 상태에서의 흡수를 증대시키기 위해 단일 편광판을 사용하는 것이 바람직하다. 낮은 복굴절 재료(△n ≤0.15)에 대해서는, 보다 밝은 ON 상태를 형성하기 위해 편광판을 사용하지 않는 것이 바람직하다.

높은 복굴절 재료들과, 12㎛ 또는 그 이상의 층에 대해서는, 2 개의 편광판들간에 셀을 사용하여 염료를 사용하지 않고도 편광 절환 효과(π/2 트위스트된 네마틱 셀을 참조)를 얻을 수 있다.

제 9 도는 투과 특성이 제 7 도에 도시된 저경사 셀에서 d/p 비율을 변화시킨 효과를 도시한 도면이다. 콜레스테릭 재료의 피치(p)에 대한 층 두께(d)의 비가 0.5 위로 증가하더라도, V₁의 값은 거의 일정하게 유지된다. 그러나, V₂의 값은 d/p가 약 0.75까지 점차적으로 증가하다가, 이어서 급상승한다. 따라서, 저경사 셀들에 대하여 d/p의 값은 0.5 내지 0.75 까지의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 3π/2의 트위스트에 대해서 d/p 〈 0.75 의 값들로 표면들에 의해 유도되는 부가적 스트레인(strain)은 셀이 임계 전압(V ₁ ) 바로 위에서 산란성 조직을 형성하는 경향을 감소시킨다.

예컨대, 30°의 고경사를 갖는 표면 정렬된 3π/2트위스트의 셀들은 제 8 도에 도시된 투과 특성을 갖는다.V ₁ 보다 큰 인가 전압에 대해서, 서서히, 그리고 급속히 증가 및 감소하는 전압 모두에 대해 거의 히스테리시스없이 투과는 급격히 변화한다. 이러한 고경사 겔에 대해서 d/p 변화에 따른V ₁ 및V ₂ 의 변화가 제 10도에 도시되어 있다.V ₁ 및V ₂ 모두는 d/p 증가에 따라 완만하게 증가한다. 경사들이 2개의 셀 벽에 대해 다른 경우에도 유사한 결과를 얻어진다. 예를 들어, 한쪽 경사는 0 혹은 2°로 하고, 다른 쪽 경사는 30°로 하여 그 정렬을 제 6 도에서처럼 트위스트 방향으로 정합시킬 수 있다.

본 발명은 제 1 도를 참조로 상기한 바와 같이 다중 매트릭스 배열로서, 또는, 고정 레전드 디스플레이(fixed legend display)로서 동작될 수 있다.

본 장치는 셀이 저주파수 신호(f ₁ )에 의해 ON 상태로 절환되고, 고주파수 신호(f _h )에 의해 OFF 상태로 절환되는 2 주파수 방식으로 동작할 수도 있다. 신호는f ₁ 〈 f _c 〈 f _h 이며 여기서f _c 는 액정 재료의 유전 이방성의 부호가 저주파에서의 양으로부터 고주파수에서의 음으로 변화되는 주파수이다.

적당한 액정 재료들의 실시예는, 영국, 도르셋주, 풀에 있는 B.D.H.사로부터 입수된 카다로그 번호 E63, E70, E43, CB15 에 있다.

바이페닐계의 액정 재료들은 서독, 담스타트에 있는 이.메르크사로부터 입수된 A. ZLI 1132 에 기재되어 있고, 영국 특허 제 1,433,130 호 및 영국 특허 출원 제 2,031,010A호에 기재되어 있다.

적당한 염료는 영국 특허 출원 제 2,011,940A 호,제 2,082,196A 호, 제 2,081,736 A 호 및 제 2,093,475A 호에 기재되어 있고, I.C.I. Ltd. 혹은, B.D.H. Chemicals Ltd.로부터 D82, D86 로서 입수된 안트라키논(anthraquinone) 염료이다.

실 시 예 1

셀 두께 : 6㎛, 저경사 정렬,

재료: (B, D, H) E63

+CB15 1.5 중량%

+ D82 염료 1 중량 %

온도 T=20° 에서 ,V ₂ /V ₁ =1.165,

Alt 및 Pleshko 기술을 사용하여 다중화될 수 있는 라인의 최대수 n = 40,

(1/V)(dV/dT)0.5%/℃

응답시간;t _ON 500ms

t _OFF 300ms,

콘트라스트비 ; 4 : 1.

편광판을 사용하거나, 사용하지 않아도 시야 각도(angle of view)는 지극히 양호하다.

실 시 예 2

액정 셀 두께 : 8㎛, 저경사 정렬,

재료 : ZLI 1289 (Merck)

+ME33 30중량% (Merck)

+CB15 1중량% (B.D.H.)

+ D82 염료 1중량% (B.D.H.)

(V₂/V₁)_T=20°= 1.160,

n = 46

실 시 예 3

셀 두께 : 8㎛, 저경사 정렬,

재료 : (B.D.H.) 3/5/7 CB

+ CB15 1중량%

+ D82 염료 1중량%

(V₂/V₁)_T=20°= 1.125,

n = 72.

실 시 예 4

셀 두께 : 8㎛, 저경사 정렬

재료 : (B.D.H.) 3/5/7 CB 50중량%

+ CB15

+ 3/5/7 CNPYR 50중량%

(V₂/V₁)_T=20°= 1.072,

n = 200.

실 시 예 5

셀 두께: 8㎛, 한쪽 벽에서 저경사 정렬 및 다른쪽 벽에서 고경사 정렬,

재료 : ZLI 1557 (Merck)

+ CB 15 0.9중량% (B.D.H.)

+ D 82 염료 1중량% (B.D.H.)

(V₂/V₁)_T=20°= 1.063

n = 268.

실 시 예 6

셀 두께 : 8㎛, 저/고 경사 정렬,

재료 : (B.D.H.) E 63

+ CB 15 1.1중량%

+ D 82 염료 1중량%

(V₂/V₁)_T=20°= 1.141

n = 58

실 시 예 7

셀 두께 : 8㎛, 저/고 경사 정렬,

재료 : (B.D.H.) 3/5/7 PECH

+CB 15 1중량%

+ D 82 염료 1중량%

(V₂/V₁)_T=20°= 1.134

n = 64.

실 시 예 8

셀 두께 : 8㎛, 고경사 정렬,

재료 : ZLI 1557 (Merck)

+ CB 15 0.9중량% (B.D H.)

+ D 82 염료 1중량% (B.D.H.)

(V₂/V₁)_T=20°= 1.042

n = 590.

실 시 예 9

셀 두께 : 8㎛, 고경사 정렬,

재료 : ZLI 1289 (Merck)

+ BCD 에스테르 30중량% (B.D.H.)

+CB 15 1.1중량% (B.D.H.)

+ D 82 염료 1중량% (B.D.H.)

(V₂/V₁)_T=20°= 1.075

n = 190.

실 시 예 10

셀 두께 : 8l2n, 고경사 정렬,

재료 : (B.D.H.) E 120

+ CB 15 0.75중량%

+ D 82 염료 1중량%

(V₂/V₁)_T=20°= 1.08

n = 170

상기 실시예를 사용한 액정 재료의 특성은 다음과 같다.

상기 액정의 성분은 다음과 같다.

제 1 도는 다중 어드레스된 매트릭스 액정 디스플레이의 평면도.

제 2 도는 투과 방식에 사용된 제 1 도와 같은 디스플레이의 단면도.

제 3 도는 제 2 도와 유사하지만 반사 방식으로 동작하는 디스플레이의 단면도.

제 4 도 및 제 5 도는 정렬의 정합을 설명하기 위한 평행 정렬된 셀 벽부의 개략도.

제 6 도는 정합하는 표면 정렬과 콜레스테릭 비틀림 방향을 도시한 개략도.

제 7 도는 저경사 표면 정렬을 갖는 3π/2의 단일 편광 염료 디스플레이에 대한 전압-투과 특성의 변화를 도시한 그래프.

제 8 도는 제 7 도와 유사하지만 고경사 셀에 대한 그래프.

제 9 도는 저경사 셀의 표면 정렬에 관한 비율 d/p 대 셀벽의 전압을 도시한 그래프.

제 10 도는 고경사 셀의 표면 정렬에 관한 비율 d/p 대 셀 절환 전압을 도시한 그래프.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

1 : 액정 셀 2 : 액정 재료층

3, 4 : 유리 벽 5 : 스페이서 링

6, 7 : 전극 8 : 행 구동기

9 : 열 구동기 10 : 제어 논리부

11 : 전압원 12 : 클록

13 : 편광판 16 : 반사판

Claims

높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치에 있어서,

평행하게 이격된 2개의 셀 벽들간에 포함된 다색 재료(an amount of pleochroic material)를 포함하는 긴 피치 콜레스테릭 액정 재료의 층으로서, 양의 유전 이방성(positive dielectric anisotropy), 15㎛ 보다 작은 층 두께(d), 자연 콜레스테릭 피치(p), 피치(p)로 나누어진 층 두께(d)의 비가 0.5와 1.0사이의 값을 갖는, 상기 긴 피치 콜레스테릭 액정 재료의 층과,

m 및 n 이 32 보다 큰 값인, 어드레스 가능한 요소들의 m x n 매트릭스를 형성하기 위해, m개의 분리된 전극들의 제 1 시리즈로 한 쪽 셀 벽에 배열된 전극 구조와, n개의 분리된 전극들의 제 2 시리즈로 다른 쪽 셀 벽에 배열된 전극 구조와,

상기 액정 재료와 접하여 경사진 동형(homogeneous)구조로 액정 분자들을 정렬시키기 위한 상기 2개의 셀 벽들상의 표면 정렬로서, 균일한 경사 방향을 가지며 상기 층을 횡단하여 180°보다 크고 360°보다 작은 점진적인 분자 트위스트를 제공하기 위해 상기 콜레스테릭 재료에 대해 정합(match)되는, 상기 표면 정렬과,

상기 액정 재료의 분자 배향에 따라 투과광을 선택적으로 흡수하기 위해 상기 액정 재료층과 상호 작용하는 적어도 하나의 편광판과,

전압원으로부터의 전압을 상기 전극 구조의 2개의 시리즈에 RMS 멀티플렉스된 순서(RMS multiplexed sequence)로 반복적으로 인가하기 위한 2 셋트들의 구동기 회로들 및 제어 논리 회로를 포함하며,

상기 어드레스 가능한 요소들의 각각이 광투과 상태와 광흡수 상태 사이를 직접 스위치될 수 있고, 날카로운 투과/ 전압 특성을 갖지만 실질적인 히스테리시스를 갖지 않도록, 상기 재료의 탄성 및 유전 상수들, 상기 표면 정렬에 의해 유도된 분자 경사 및 트위스트 각도, 상기 재료의 층 두께 및 자연 피치의 상기 장치의 파라미터들이 집합적으로 조정(collectively arranged)되는, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 2 개의 구동기 회로들은V ₂ 의 rms 값을 ON 상태가 될 필요가 있는 어드레스 가능한 요소들에 인가하고,V ₁ 의 rms 값을 OFF 상태가 될 필요가 있는 어드레스 가능한 요소들에 인가하며 ,V ₂ / V ₁ 의 비가 1.165 보다 작거나 같은 값인, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 표면 정렬 유도된 분자 트위스트 각도 및 피치(p)는 상기 액정 재료의 상기 층에 스트레인(strain)을 유도하도록 조정된, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 표면 처리는 5°까지의 액정 분자 경사를 제공하고, 비율 d/p는 0.5와 0.75 사이에 있는, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 표면 처리는 적어도 하나의 셀 벽에 5°와 70°사이의 액정 분자 경사를 제공하는, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

광학적으로 상기 셀의 뒷면에 반사판(reflector)을 더 포함하는, 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 분자 트위스트는 약 270°인, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정 재료의 온도 변화를 보상하기 위하여 상기 액정 재료의 온도를 감지하고 상기 구동기 회로들에 의해 인가된 상기 전압들을 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 투과광을 선택적으로 흡수하기 위한 상기 적어도 하나의 편광판은, 상기 액정 재료를 통과하는 광을 편광시키기 위한 편광판이고, 상기 액정 재료를 통과한 이후의 광을 편광시키기 위한 편광판인, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정 재료의 온도 변화를 보상하기 위해 상기 구동기 회로들에 의해 인가된 전압들을 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는, 높은 수준의 다중화가 가능한 액정 디스플레이 장치.