KR100994624B1 - 전기-광학적 광 변조 요소 및 광학적 등방상을 갖는 변조매질을 구비한 디스플레이 - Google Patents

전기-광학적 광 변조 요소 및 광학적 등방상을 갖는 변조매질을 구비한 디스플레이 Download PDF

Info

Publication number
KR100994624B1
KR100994624B1 KR1020057007910A KR20057007910A KR100994624B1 KR 100994624 B1 KR100994624 B1 KR 100994624B1 KR 1020057007910 A KR1020057007910 A KR 1020057007910A KR 20057007910 A KR20057007910 A KR 20057007910A KR 100994624 B1 KR100994624 B1 KR 100994624B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electro
medium
optical
light modulation
mesogenic
Prior art date
Application number
KR1020057007910A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050072472A (ko
Inventor
미카엘 헤크마이어
마르쿠스 찬타
아힘 괴츠
Original Assignee
메르크 파텐트 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 메르크 파텐트 게엠베하 filed Critical 메르크 파텐트 게엠베하
Publication of KR20050072472A publication Critical patent/KR20050072472A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100994624B1 publication Critical patent/KR100994624B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/133345—Insulating layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/07—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on electro-optical liquids exhibiting Kerr effect
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13718—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on a change of the texture state of a cholesteric liquid crystal
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13731—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on a field-induced phase transition
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1393—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13793—Blue phases

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 전기-광학적 광 변조 요소 및 이러한 유형의 요소를 함유하는 전기-광학적 디스플레이와 디스플레이 시스템, 예컨대 텔레비전 스크린 및 컴퓨터 모니터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 변조 요소는 광 변조 요소의 작동 동안 광학적 등방상인 메소제닉 변조 매질을 함유한다. 이는 우수한 콘트라스트, 낮은 시야-각 의존도 및 매우 짧은 응답 시간뿐만 아니라, 특히 상대적으로 낮은 구동 전압에 의해 특정된다. 본 발명에 따른 전기-광학적 광 변조 요소는 전극 구조와 메소제닉 변조층 사이에 고체 유전층을 함유한다. 본 발명은 또한 전기-광학적 광 변조 요소에 사용되는 메소제닉 변조 매질에 관한 것이다.

Description

전기-광학적 광 변조 요소 및 광학적 등방상을 갖는 변조 매질을 구비한 디스플레이{ELECTRO-OPTICAL LIGHT MODULATION ELEMENT AND DISPLAY WITH MODULATION MEDIUM HAVING AN OPTICALLY ISOTROPIC PHASE}
본 발명은 광 변조 요소 및 이를 함유하는 디스플레이와 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 광 변조 요소는 바람직하게는 어떤 온도에서는 비등방성을 갖는 변조 매질, 예컨대 액정을 사용한다. 광 변조 요소는 변조 매질이 등방상, 바람직하게는 등방상 또는 청색상, 특히 바람직하게는 청색상인 온도에서 작동된다. 이러한 유형의 디스플레이는 2002년 9월 4일의 DE 102 17 273.0호 및 DE 102 41 301.0호(아직까지 공개되지 않은 본원의 출원인에 의한 추가적인 특허 출원)에 기술되어 있다.
본 발명은 전기-광학적 광 변조 요소 및 이러한 유형의 요소를 함유하는 전기-광학적 디스플레이와 디스플레이 시스템, 예컨대 텔레비전 스크린, 컴퓨터 모니터 등에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 변조 요소는 광 변조 요소의 작동 동안에 등방상인 메소제닉(mesogenic) 변조 매질을 함유한다. 우수한 콘트라스트(contrast) 및 콘트라스트의 낮은 시야-각 의존성뿐만 아니라, 이는, 상대적으로 낮은 작동 전압과 동시에 특히 움직이는 화면의 디스플레이, 예컨대, 텔레비전 또 는 모니터 장치에서의 매우 짧은 응답 시간에 의해 특정된다.
특히, 본 발명은 개선된 신뢰도를 갖는 전기-광학적 광 변조 요소 및 이러한 유형의 요소를 함유하는 전기-광학적 디스플레이와 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
종래의 전기-광학적 액정 디스플레이는 일반적인 용어로 알려져 있다. 이는 변조 매질이 메조상(mesophase), 일반적으로는 광학적으로 비등방성 메조상인 온도에서 작동된다. 대부분의 디스플레이 유형에서, 변조 매질은 네마틱(nematic)상으로 사용된다. 메조상에서, 변조 매질은 이미 비등방적 성질, 예컨대, 복굴절률(Δn)을 갖는다. 이러한 비등방적 성질은 단지 전기장이 인가되었을 때는 유도되지 않는다. TN("트위스티드 네마틱") 및 STN("수퍼 트위스티드 네마틱") 디스플레이가 가장 널리 알려져 있다. 이러한 디스플레이의 액정 셀은 액정 매질의 양쪽 반대면 상의 기판 상에 전극을 갖는다. 따라서 전기장은 본질적으로 액정층에 수직이다. 특히 처음 언급된 디스플레이는 큰 정보 함량 및 높은 해상도를 갖는 디스플레이, 예컨대 랩탑 및 노트북 컴퓨터의 디스플레이를 어드레싱(addressing)하는 TFT("박막 트랜지스터")와 조합하여 사용된다. 최근에는 특히 데스크탑 컴퓨터 모니터에 있어서, IPS("인-플레인 스위칭(in-plane-switching)", 예컨대 DE 40 00 451호 및 EP 0 588 568호) 유형 또는 다르게는 VAN("수직으로 정렬된 네마틱") 유형의 액정 디스플레이의 사용이 증가되어 왔다. VAN 디스플레이는 ECB("전기적으로 제어된 복굴절") 디스플레이의 변형이다. MVA("다중 도메인 수직 정렬") 디스플레이의 현대적 변형에 있어서, 다수의 도메인이 어드레싱된 전극마다 안정화되고, 또한 특수한 광학 보상층이 사용된다. 이미 언급된 TN 디스플레이와 같은 이러한 디스플레이는 액정층에 수직한 전기장을 사용한다. 이와는 대조적으로, IPS 디스플레이는 일반적으로 단지 하나의 기판 상에, 즉 액정층의 한 면 상에 전극을 사용한다. 즉, 액정층에 평행한 전기장의 중요한 구성 요소에 의해 특징화된다.
이러한 모든 기존의 디스플레이의 공통적인 특징은, 특히, 널리 보급된 TV 및 멀티미디어 장치에는 더욱 부적합한, 상대적으로 느린 스위칭이다. 이는 특히 사실상 유비쿼터스(ubiquitous)한 음극선관과 비교할 때 두드러진다. 액정 디스플레이에 사용되는 공지의 전기-광학적 효과의 다른 단점은 달성되는 콘트라스트의 상당한 시야-각 의존도이다. 대부분의 경우, 이는 매우 커서, 어떤 경우에는 복합 구조를 갖는 보상층, 전형적으로는 비등방성 필름이 직시형(direct-viewing)으로 작동되는 디스플레이를 위해 사용되어야 한다.
미공개 출원 DE 102 17 273.0호 및 DE 102 41 301.0호는 메소제닉 변조 매질이 작동 온도에서 등방상인 광 변조 요소를 기술한다. 이러한 광 변조 요소는 특히 빠르게 스위칭하고 콘트라스트의 우수한 시야-각 의존도를 갖는다. 그러나, 연장된 작동에 있어서의 이러한 디스플레이의 신뢰도는 일부 용도에는 부적합하다. 따라서, 전기 전도도가 빈번히 너무 크게 된다. TFT의 매트릭스로 구동시킴에 있어서, 높은 전압 보유비가 필요하다. 일부 신규한 광 변조 요소에서, 이는 저장 커패시터(capacitor)의 사용을 통해서만 달성될 수 있다. 그러나, 이는 보통 활성 기판의 제조에 있어서 추가 공정 단계를 요하고 일반적으로 전기-광학적 효과에 유용한 영역의 비율을 감소시킨다. 광 변조 요소를 통한 빈번하게 바람직하지 못한 고전류는 낮은 전압 보유비를 생성해서 바람직하지 못한 에너지 소비가 발생한다. 또한, 바람직하지 못한 효과가 전극 구조의 가장자리부 및 특히 모서리부에서 발생한다. 특히 작동 시간의 증가와 함께, 콘트라스트에 있어서의 변화가 여기서 발생하여, 광 변조 요소의 콘트라스트의 손상을 야기한다. 기술된 효과는 신규의 광 변조 요소의 잠재적 용도를 제한하고, 특히 증가된 온도 또는 전자기 복사, 특히 강한 가시광선 또는 자외선과 같은 부하 하에서, 상응하는 디스플레이의 짧은 사용 수명을 야기한다.
변조 매질에서의 고 극성 화합물의 농도의 감소는 상기 기술된 바람직하지 못한 효과의 감소를 가져온다. 신규한 전기-광학적 변조 요소가, 고 극성 화합물의 제한된 용도에서 더욱 증가하는, 상대적으로 높은 구동 전압을 요하기 때문에, 이러한 가능성은 일반적으로 특히 유리하지는 않다.
본 발명은 낮은 시야-각 의존도를 갖고 특히 낮은 구동 전압을 갖는 특히 고속 스위칭 광 변조 요소를 개발하는 목적을 가진다. 이러한 광 변조 요소는 수 μm 단위의 변조 매질의 층 두께를 가져야 한다. 이는 FPD(플래트 패널(flat panel) 디스플레이), 예컨대, 컴퓨터용 플래트 패널 스크린의 요소로 사용되고자 한다. 광 변조 요소는 또한 가장 단순한 전극 배열에 의해서도 어드레싱될 수 있어야 하고 낮은 작동 전압을 가져야 한다. 또한, 전기-광학적 디스플레이에서 사용되기 위해서는, 이는 낮은 시야-각 의존도를 갖춘 우수한 콘트라스트를 가져야 하고 특히 이의 신뢰도 및 사용 수명은, 부하 하에서 및 넓은 작동-온도 범위에서도, 특히 우수해야 한다.
따라서 개선된 광 변조 요소, 특히 개선된 신뢰도를 갖는 광 변조 요소에 대한 수요가 있다.
도 1
도 1은 스위칭 요소의 구조의 단면 또는 교대 배치형 전극을 갖는 스위칭 요소의 일부를 개략적으로 나타낸다. 변조 매질(2)은 기판(1)과 기판(1')의 내면 사이에 위치된다. 상이한 전위가 인가될 수 있는, 전극 구조의 두 개의 전극(3 및 4)은 하나의 기판(1)의 내면에 위치된다. Vop는 전압, 전하 또는 전류의 공급원을 나타낸다. Vop로부터 나오는 라인은 전극까지의 전기 공급 라인을 나타낸다.
도 2
도 2는 본원의 지침에 따른 스위칭 요소의 구조의 단면 또는 스위칭 요소의 일부를 개략적으로 나타낸다. 전극은 도 1에 나타난 양태에서와 유사한 디자인을 갖는다. 그러나, 전극(3 및 4)은 고체 유전층(5)에 의해 덮여진다. 이 층은 SiO2로 구성되고 약 200nm의 두께를 갖는다. 전극(3 및 4)은 크롬으로 구성되고 약 100nm의 두께를 갖는다. Vop로부터 나오는 라인은, 도 1에서와 같이, 전극까지의 전기 공급 라인을 나타낸다.
도면에서의 참고 기호의 의미
1 : 제1 기판의 표면,
1': 제2 기판의 표면,
2 : 변조층,
3 : 제1 전위가 인가될 수 있는 전극 구조의 전도층,
4 : 제2 전위가 인가될 수 있는 전극 구조의 전도층,
5 : 고체 유전층,
Vop : 전압, 전하 또는 전류의 공급원.
놀랍게도, 하기 기술된 바와 같이, 작동 온도에서 광학적 등방상인 메소제닉 변조 매질을 사용하는 광 변조 요소가 높은 신뢰도로 수득될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 따른 전기-광학적 광 변조 요소는
-하나 또는 다수의 기판;
-전극 배열;
-하나 이상 또는 다수의 편광 요소; 및
-변조 매질을 포함하며,
-광 변조 요소가 어드레싱되지 않은 상태에서 변조 매질이 광학적 등방상인 온도에서 작동되고;
-전극 배열이 메소제닉 변조 매질의 표면에 평행한 중요한 요소를 갖는 전기장을 발생시킬 수 있고;
-광 변조 요소가 전극 배열과 메소제닉 변조층 사이에 고체 유전층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
고체 유전층은 일반적으로 절연체 또는 큰 전기 저항을 갖는 유사 층이다.
변조 매질이 광 변조 요소의 작동 온도에 있는 광학적 등방상은 진정(true)상(균일상), 예컨대, 매질의 등방상 또는 청색상, 또는 선택적으로 비균일상, 즉 겉보기상, 예컨대 그 드로플릿(droplet) 크기가 너무 작아서 광학적으로 등방성인 PDLC("중합체 분산 액정") 시스템의 매질일 수 있다. PDLC 대신, 중합체 망(network)(줄여서 PN) 시스템이 또한 가능하며, 이 경우 액정은 특징 구조가 충분히 작아서 시스템이 광학적 등방성인 한 연속상이 된다. 이러한 목적을 위해, PDLC에 있어서, 특징 구조의 직경은 바람직하게는 사용되는 광의 파장보다 더 작다.
균일상을 갖는 변조 매질을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 광 변조 요소의 변조 매질은 작동 온도 또는 하나 이상의 작동 온도에서 등방상이다.
본 발명의 다른 바람직한 양태에서, 광 변조 요소의 변조 매질은 작동 온도 또는 하나 이상의 작동 온도에서 청색상이다. 이 양태에서, 작동 온도 범위는 청색상을 넘어서, 또는, 다수의 청색상이 발생하는 경우, 이의 범위를 넘어서 등방상으로 확장될 수 있다.
상응하게 큰 키랄 트위스트를 갖는 액정은 하나 이상의 광학적으로 등방성인 메조상을 가질 수 있다. 이러한 상은 상응하는 콜레스테릭 피치(pitch)에서, 충분히 큰 층 두께 중에서 옅은 청색을 보인다. 이러한 이유로, 이는 청색상으로 알려져 있다(그레이(Gray) 및 구드비(Goodby)의 문헌 [Smectic Liquid Crystals, Textures and Structures, Leonhard Hill, USA, Canada(1984)] 참조).
청색상인 액정 상에 대한 전기장의 효과는, 예컨대, 키체로우(H. S. Kitzerow)의 문헌 [The Effect of Electric Fields on Blue Phases, Mol. Cryst. Liq. Cryst(1991), Vol.202, pp.51-83]에 기술된다. 전기장이 작용하지 않는 액정에서 관찰될 수 있는, 데이터로 확인된 청색상의 세 가지 유형(BP I 내지 BP III) 역시 상기 문헌에 언급되어 있다. 그러나, 전기장-유도 복굴절을 활용하는 전기-광학적 디스플레이는 기술되지 않았다. 전기장의 영향 하에서, 추가의 청색상 또는 청색상 I, II 및 III과 상이한 다른 상이 발생할 수 있다.
본 발명의 본질적인 양태는 전극 배열과 메소제닉 변조층 사이의 n 고체 유전층의 존재 및 이의 디자인에 있다. 본 발명에 따른 전극 배열과 광 변조 요소의 메소제닉 변조층 사이의 고체 유전층은 공지의 고체 무기 유전체 또는 중합성 유기 유전체로 구성될 수 있다. 고체 유전층은 전기적으로 절연층이다. 층은 바람직하게는 SiO2, SiOx, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드 등이고, 매우 바람직하게는 SiO2 또는 SiOx이다.
이러한 고체 유전층은 공지의 공정, 예컨대, 스퍼터링(sputtering) 또는 증착에 의해 제조될 수 있다.
여기서 액티브 매트릭스, 예컨대 TFT의 전기적으로 비선형인 요소의 층 중 하나의 제조 동안의 결합 공정에서 고체 유전층을 제조하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 이러한 TFT의 최상부 층 또는 이의 "톱코트(topcoat)"가 여기서 가능하다. 그러나, 기존의 평탄층을 사용하는 것 역시 가능하다.
고체 유전층의 층 두께는 바람직한 부동화 효과를 달성하기 위해 충분히 커야 하지만, 이는 전기-광학적 효과에 있어서의 효과 전압을 과도하게 낮추는 것을 피하기 위해 너무 크게 선택되어서도 안 된다. 고체 유전층의 층 두께는 바람직하게는 메소제닉 변조 매질의 두께의 90% 이하여야 한다. 2nm 내지 5μm 범위, 바람직하게는 10nm 내지 1μm 범위, 특히 바람직하게는 50nm 내지 500nm 범위의 유전층 두께가 특히 유리하다고 밝혀졌다.
고체 유전층은 광 변조 요소의 전체 표면에 걸쳐 연속적으로 확장될 수 있다. 그러나, 또한 어떤 경우에는 광 변조 요소의 표면의 단지 일부에만 구조화되어 확장되는 것이 유리할 수 있다. 고체 유전층은 전극 구조의 적어도 일부를 덮고, 특히 바람직하게는, 특히, 전극의 모서리부 및/또는 가장자리부(여기서, 특히 하중 하에서의, 콘트라스트의 변화가 일반적으로 먼저 관찰된다)를 본질적으로 완전히 덮는다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 전극 배열은 네 가지의 하기 조건 중 하나 이상을 충족시키는 방식으로 설계된다:
-변조층의 평면 중의 인접한 전기 전도층이 서로 10μm 이하의 간극을 가짐;
-전도층 또는, 다수의 전기 전도층이 존재하는 경우, 전극 구조의 이러한 층 중의 하나가 상승되거나 또는 전극 구조의 이러한 층의 다수가 상승됨;
-각각의 경우 서로 겹치는(overlapping) 둘 이상의 층을 포함하는 전극 구조가, 전기적으로 전도성인 방식으로 서로 연결되고 동시에 유전층에 의해 이의 평면의 상당 부분에 걸쳐 서로 분리됨;
-전기 전도층 또는, 다수의 전기 전도층이 존재하는 경우, 전극 구조의 하나 이상의 전도층이 고체 유전층에 의해 각각의 기반 기판으로부터 분리됨.
낮은 구동 전압, 특히 낮은 시야-각 의존도를 갖는 이러한 디스플레이의 우수한 콘트라스트 및 매우 짧은 응답 시간뿐만 아니라, 이의 신뢰도가 뛰어나다.
본 발명은 하기에서 보다 상세히 설명된다.
광 변조 요소에 사용되는 변조 매질은 바람직하게는 메소제닉 매질이다. 본원에서, 메소제닉 매질이라는 용어는 메조상을 갖거나, 특히 많은 정도까지는 이의 상 범위를 좁히지 않은 채 메조상에 용해될 수 있거나 또는 메조상을 유도하는 매질을 나타낸다. 메조상은 스멕틱상 또는 네마틱상이고, 바람직하게는 네마틱상이다.
그 자체로는 메조상을 갖지 않는 화합물, 구성 요소 또는 매질의 메소제닉 성질을 조사하는데 사용되는 바람직한 매질은 독일 다름스타트(Darmstadt) 소재의 메르크(Merck) KGaA의 네마틱 혼합물인 ZLI-4792이다. 메소제닉 화합물, 구성 요소 또는 매질은 바람직하게는, 이 혼합물 중의 10% 용액으로부터 외삽되는, -100℃ 이상, 특히 바람직하게는 -50℃ 이상, 더욱 특히 바람직하게는 -20℃ 이상의 투명점을 갖는다.
본 발명에 따른 광 변조 요소는 바람직하게는 작동 온도에서 광학적 등방상인 메소제닉 매질을 함유한다. 이 매질은 유리하게는 기판 상 또는 밑에 위치된다.
일반적으로, 변조 매질은 두 개의 기판 사이에 위치된다. 이러한 양태가 바람직하다. 만약 변조 매질이 두 기판 사이에 위치된다면, 이 기판 중 하나 이상은 광-투과성이다. 광-투과성 기판은, 예컨대, 유리, 수정 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 광-비투과성 기판이 사용되는 경우, 이는, 특히, 금속 또는 반도체로 구성될 수 있다. 이러한 매질은 그 자체로 사용될 수 있거나 또는 지지체, 예컨대 세라믹 상에 위치될 수 있다. 변조 매질이 중합성 매질인 경우, 제2 기판의 사용은, 만약 요구된다면, 생략될 수도 있다. 중합성 변조 매질은 자기-지지형으로 제조될 수도 있다. 이러한 경우, 어떠한 기판도 필요하지 않다.
광 변조 요소의 작동 온도는 바람직하게는 변조 매질의 광학적 등방상으로의 전이 온도 이상이며, 이는 일반적으로 이 전이 온도보다 0.1°내지 50°이상인 범위, 바람직하게는 이 전이 온도보다 0.1°내지 10°이상인 범위, 특히 바람직하게는 이 전이 온도 보다 0.1°내지 5°이상인 범위이다.
전압을 인가하였을 때, 광학적 지연(retardation)을 발생시키고, 공지의 방식으로 가시화될 수 있는 얼라인먼트(alignment)가 광학적 등방상인 메소제닉 매질에서 유도된다. 바람직하게는 비균질 전기장이 사용된다.
본 발명에 따른 광 변조 요소는 하나 이상의 편광 요소를 함유한다. 또한, 이는 바람직하게는 추가의 광학 요소를 함유한다. 이 추가의 광학 요소는 제2 편광 요소이거나, 반사기이거나 또는 전환기(transflector)이다.
광학 요소는 광이, 광 변조 요소의 메소제닉 매질을 통해 통과할 때, 메소제닉 매질에 진입하기 전과 메소제닉 매질을 떠난 후 둘 다에 있어서 하나 이상의 편광 요소를 한 번 이상 통과하는 방식으로 배열된다.
본 발명에 따른 광 변조 요소의 바람직한 양태에서, 메소제닉 매질은 두 개의 편광기(polariser), 즉 편광기와 분석기(analyser) 사이에 위치된다. 바람직하게는 두 개의 선형 편광기가 사용된다. 이러한 양태에서, 편광기의 흡수 축은 바람직하게는 교차되어 바람직하게는 본질적으로 90°인 각을 형성한다.
본 발명에 따른 광 변조 요소는 하나 이상의 복굴절층을 선택적으로 함유한다. 이는 바람직하게는 하나 또는 다수의 1/4 파장 층, 바람직하게는 하나의 1/4 파장 층을 함유한다. 1/4 파장 층의 광학적 지연량은 바람직하게는 약 140nm이다.
메소제닉 변조 매질의 층 두께(d)는 바람직하게는 0.1μm 내지 5000μm(즉 5mm), 특히 바람직하게는 0.5μm 내지 1000μm(즉 1mm), 보다 특히 바람직하게는 1.0μm 내지 100μm, 더욱 특히 바람직하게는 3.0μm 내지 30μm, 가장 특히 바람직하게는 3.5μm 내지 20μm이다. 바람직한 양태에서, 메소제닉 변조 매질의 층 두께는 바람직하게는 0.5μm 내지 50μm, 특히 바람직하게는 1.0μm 내지 20μm, 더욱 특히 바람직하게는 1.0μm 내지 8.0μm이다.
본 발명은 또한 하나 이상의 본 발명에 따른 광 변조 요소를 함유하는 전기-광학적 디스플레이에 관한 것이다. 이러한 전기-광학적 디스플레이는 바람직하게는 액티브 매트릭스에 의해 어드레싱된다.
본 발명은 또한 하나 이상의 본 발명에 따른 전기-광학적 디스플레이를 함유하는 전기-광학적 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 이러한 전기-광학적 디스플레이 시스템은 바람직하게는 정보 디스플레이, 특히 바람직하게는 텔레비전 스크린 또는 컴퓨터 모니터로써 사용된다. 디스플레이되는 정보는 바람직하게는 디지털 신호 또는 영상 신호이다.
본 발명에 따른 광 변조 요소는 하나 이상의 추가의 기존의 광학 요소, 예컨대 복굴절층(예컨대 보상층), 확산층 및 휘도 및/또는 광 수율 및/또는 시야-각 의존도를 증가시키는 요소(이 목록은 한정적인 것은 아니다)를 부가적으로 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 광 변조 요소는 사용되는 편광기의 성질에 크게 그리고 실질적으로 현저히 의존하는 우수한 콘트라스트에 의해 특정된다. 기존의 TN 셀과 비교할 때, 여기서 사용되는 TN 셀은 0.50μm의 광학적 지연량, 양의 콘트라스트 및 인접한 기판에서 네마틱 액정의 우선적 배열에 수직인 편광기의 흡수 축을 갖고, 비-키랄 액정을 함유한다. 만약 동일한 편광기를 본 발명에 따른 광 변조 요소 및 이러한 기존의 TN 셀에 사용한다면, 본 발명에 따른 광 변조 요소의 콘트라스트가 TN 셀의 콘트라스트보다 40% 이상 크다.
본 발명에 따른 광 변조 요소의 콘트라스트의 시야-각 의존도는 매우 우수하다. 이는 공지의 ECB 셀의 시야-각 의존도보다 상당히 더 우수하다. 이는 상업적으로 이용 가능한 IPS 디스플레이(예컨대 일본의 히타치(Hitachi) 및 NEC 제품) 및 MVA 디스플레이(예컨대 일본의 후지쯔(Fujitsu) 제품)에서 관찰되는 시야-각 의존도와 더욱 유사하다. 이는 기존의 TN 디스플레이의 시야-각 의존도보다 훨씬 더 낮다. 따라서, 본 발명에 따른 광 변조 요소에서 주어진 콘트라스트 비에 대한 등(iso) 콘트라스트 곡선은 일반적으로 TN 디스플레이에서의 동일한 콘트라스트 비에 대한 상응하는 등 콘트라스트 곡선보다 두 배 이상, 종종 심지어 세 배 이상이나 더 큰 각 범위를 포함한다.
본 발명에 따른 광 변조 요소의 응답 시간은 매우 짧다. 이는 일반적으로 5ms 이하, 바람직하게는 1ms 이하, 보다 바람직하게는 0.5ms 이하, 특히 바람직하게는 0.1 ms 이하의 값이다.
상이한 그레이 셰이드(grey shade) 사이의 스위칭에 있어서, 스위치를 끌 때의 응답 시간과 또한, 특히 놀랍게도, 스위치를 켤 때의 응답 시간 둘 다 사용되는 구동 전압에 실질적으로 의존하지 않는다는 것이 특히 유리하다. 이는 액정 셀, 예컨대 TN 셀과 같은 기존의 광 변조 요소보다 상당한 이점을 나타낸다.
그레이 셰이드의 어드레싱에 있어서의 스위칭 거동을 조사하기 위해, 본 발명에 따른 광 변조 요소는 각각의 경우에 상이한 구동 전압으로 스위칭 된다. 여기서 선택된 종말점(end point)은 전기-광학적 특성선의 특성 전압, 예컨대 V10, V20, V30, ... 내지 V90이다. 그 후 주어진 특성 전압으로부터 다른 전압으로 그리고 그 역으로, 예컨대 V10에서 전압 V90, V80, V70 내지 V20의 각각으로의 스위칭이 수행된다. 다음으로, 특성 전압 중 다른 것이 선택되어 이로부터 보다 높은 특성 전압 각각으로 그리고 그 역으로, 예컨대 V20으로부터 전압 V90, V80, V70 내지 V30의 각각으로, 스위칭이 수행되기 시작하는 출발 전압 V80으로부터 V90까지 그리고 그 역으로의 스위칭이 수행된다. 본 발명에 따른 광 변조 요소에서, 새로운 전압의 스위치를 켜는 시간으로부터 각각의 최대 전송 변화의 90%에 도달할 때까지 스위치를 켜는 시간은, 모든 경우에 있어서, 제1 근사치까지는, 모든 이러한 스위칭 조작에서 동일하다.
본 발명에 따른 전기-광학적 디스플레이는 본 발명에 따른 하나 이상의 광 변조 요소를 함유한다. 바람직한 양태에서, 이는 액티브 매트릭스에 의해 어드레싱된다.
다른 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 광 변조 요소는 소위 "필드 순차 방식(field sequential mode)"으로 어드레싱된다. 여기서, 스위칭 요소는 어드레싱과 동시에 다른 색의 광으로 연속적으로 조명된다. 예를 들면, 맥동 착색광을 제조하기 위해, 색 휠, 스트로보스코프 램프 또는 플래시 램프가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전기-광학적 디스플레이는, 특히 텔레비전 스크린, 컴퓨터 모니터 등에 사용되는 경우, 컬러 이미지의 디스플레이를 위한 색 필터를 함유할 수 있다. 이 색 필터는 유리하게는 다른 색의 필터 요소의 모자이크형으로 구성된다. 전형적으로 여기서는, 색의 색 필터 모자이크의 요소는 각각의 전기-광학적 스위칭 요소에 지정된다.
본 발명에 따른 광 변조 요소는 기판에 평행한, 즉 또한 메소제닉 매질의 층에 평행한 중요한 구성 요소를 갖는 전기장을 발생시키는 전극 구조를 포함한다. 이와 관련하여, 변조 매질의 영역은, 일반적으로 디스플레이 영역과 일치하는, 변조 매질의 주 확장 영역을 의미하게 된다.
사용되는 기판은 평면 또는 곡면일 수 있고, 바람직하게는 평면이다.
전극 구조는 교대 배치형 전극의 형태로 설계될 수 있다. 이는 빗 또는 사다리의 형태로 설계될 수도 있다. 층적된 "H" 및 이중의 "T" 또는 "I" 형태의 양태 또한 유리하다. 전극 구조는 유리하게는 메소제닉 매질의 단지 한 면 상에, 바람직하게는 이와 메소제닉 매질 사이의 하나 이상의 기판을 사용하여 위치된다. 전극 구조는 바람직하게는 모두 메소제닉 변조 매질의 한 면 상에 위치된, 둘 이상의 다른 면에 위치되며; 이는 특히 전극 구조가 매우 인접한 서브-구조를 함유하는 경우에 적용된다. 이 서브-구조는 유리하게는 유전층에 의해 서로 분리된다. 서브-구조가 절연층의 반대 면에 위치되는 경우, 그 배치는 커패시터의 생성이 가능하게 선택될 수 있다. 이는 액티브 매트릭스에 의해 디스플레이를 어드레싱하는 경우에 특히 유리하다. 이러한 유형의 액티브-매트릭스 디스플레이는 개별적인 광 변조 요소, 예컨대, TFT 또는 MIM("금속 절연체 금속") 다이오드에 지정된 비선형의 전류/전압 특성선을 갖는 구동 요소의 매트릭스를 사용한다.
본 발명의 다른 양태는 본 발명에 따른 전기-광학적 스위칭 요소의 전극 구조의 설계에 있다. 여기서 다양한 양태가 가능하다. 본 발명에 따른 광 변조 요소의 전극의 바람직한 양태가, 상응하는 도면에 대해 적합하게, 하기에 기술되어 있다.
메소제닉 변조 물질을 갖는 광 변조 요소의 구조가 도 1을 참고하여 여기서 간단히 설명된다.
도면은 이러한 유형의 스위칭 요소의 구조의 단면 또는 이러한 유형의 스위칭 요소의 일부를 개략적으로 나타낸다. 변조 매질(2)은 기판(1)과 기판(1')의 내면 사이에 위치된다. 상이한 전위가 인가될 수 있는, 전극 구조의 두 개의 전극(3 및 4)은 하나의 기판(1)의 내면에 위치된다. "Vop"는 전압, 전하 또는 전류의 공급원을 나타낸다. Vop로부터 나오는 라인은 전극까지의 전기 공급 라인을 나타낸다.
전극은 투명한 금속, 예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO)로 구성될 수 있다. 이 경우, 검은 차단막으로 광 변조 요소의 일부를 덮는 것이 유리할 수 있고 때로는 이것이 필요할 수도 있다. 이는 전기장이 작용하지 않는 영역이 드러나서 콘트라스트가 개선될 수 있게 한다. 그러나, 전극은 또한 비-투명 물질, 일반적으로 금속, 예컨대 크롬, 알루미늄, 탄탈륨, 구리, 은 또는 금, 바람직하게는 크롬으로 구성될 수 있다. 이 경우, 별도의 검은 차단막의 사용이 불필요할 수 있다.
사용되는 전기장은 바람직하게는 불균일 전기장이다.
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 요소의 구조의 단면 또는 이러한 유형의 스위칭 요소의 일부를 개략적으로 나타낸다. 변조 매질(2)은, 도 1에서 묘사된 스위칭 요소에서와 마찬가지로, (전극 구조의 두 개의 전극(3 및 4)을 갖는) 기판(1)과 기판(1')의 내면 사이에 위치된다. 그러나, 여기서 고체 유전층(5)이 하나의 기판(1)의 내면 상의 전극(3 및 4) 위로 위치된다.
Vop로부터 나오는 라인은 전극까지의 전기 공급 라인을 나타낸다.
전극 구조의 영역과 고체 유전층의 비율에 관련하여,
-상당 부분은 바람직하게는 20% 이상, 특히 바람직하게는 30% 이상, 보다 특히 바람직하게는 40% 이상을 의미하고,
-주된 부분은 바람직하게는 55% 이상, 특히 바람직하게는 60% 이상, 보다 특히 바람직하게는 70% 이상을 의미하며,
-실질적으로 전체는 바람직하게는 80% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상, 보다 특히 바람직하게는 95% 이상을 의미하고,
-전체는 바람직하게는 98% 이상, 특히 바람직하게는 99% 이상, 보다 특히 바람직하게는 100%를 의미한다.
본 발명에 따른 메소제닉 매질은 바람직하게는 네마틱상 또는 특히 바람직하게는 키랄 네마틱상, 즉 콜레스테릭상을 갖는다. 그러나, 네마틱상 또는 콜레스테릭상의 온도 범위가 좁아서 결정상 또는 스멕틱상으로부터 광학적 등방상으로의 전이가 실질적으로 발생할 수 있는 매질을 사용하는 것 또한 가능하다. 이러한 광학적 등방상은 직접 등방상이 될 수 있다. 그러나, 초기에는 청색상을 갖는 매질이 온도가 증가함에 따라 등방상이 되는 것이 바람직하다.
네마틱상을 갖는 메소제닉 매질의 투명점은 바람직하게는 -20℃ 내지 80℃의 범위, 특히 바람직하게는 0℃ 내지 60℃의 범위, 보다 특히 바람직하게는 20℃ 내지 60℃의 범위이다. 배면광(back-lighting)을 갖는 디스플레이의 경우, 투명점은 바람직하게는 10℃ 내지 70℃의 범위, 특히 바람직하게는 30℃ 내지 50℃의 범위이다.
네마틱상은 바람직하게는 -10℃까지, 특히 바람직하게는 -30℃까지, 보다 특히 바람직하게는 -40℃까지 안정하다.
본 발명에 따른 메소제닉 매질은 바람직하게는 투명점보다 4°낮은 온도에서 네마틱상에서 0.080 이상의 복굴절률(Δn)을 갖는다. 복굴절률 값은 본원에서 거의 제한되지 않는다. 그러나, 실용적으로는, 이는 일반적으로 0.400 이하, 바람직하게는 0.300 이하, 특히 바람직하게는 0.200 이하이다. 여기서 본 발명에 따른 매질의 복굴절률 값은 투명점보다 4°낮은 온도에서 네마틱상에서 측정된다.
매질이 이 온도에서 네마틱 안정하지 않거나 또는 적어도 네마틱상에서 이 온도까지 과냉각이 가능하지 않은 경우, 10%의 매질 및 90%의 메르크 KGaA의 네마틱 혼합물인 ZLI-4792를 포함하는 혼합물의 복굴절률이 20℃에서 결정되어, 호스트(host) 혼합물의 값과 비교된 값의 변화로부터 순수 매질의 값으로 외삽된다. 만약 ZLI-4792 중의 매질의 용해도가 10% 미만이라면, 5% 용액이 예외적으로 사용된다. 만약 ZLI-4792 중의 매질의 용해도가 5% 미만이라면, 메르크 KGaA의 네마틱 혼합물인 MLC-6828이 호스트 혼합물로써 사용된다. 여기서 또한, 표준 농도는 10%이고, 만약 용해도가 상응하는 혼합물의 제조에 부적절하다면 5% 용액만이 사용된다.
본 발명에 따른 광 변조 요소에 있어서, 메조상에서 양의 유전 비등방성(Δε)을 갖는 메소제닉 변조 매질과 음의 유전 비등방성을 갖는 메소제닉 변조 매질 모두를 사용할 수 있다. 메조상에서 양의 유전 비등방성(Δε)을 갖는 메소제닉 변조 매질을 사용하는 것이 바람직하다.
메소제닉 변조 매질이 양의 유전 비등방성을 갖는 경우, 이는 바람직하게는 네마틱상에서, 바람직하게는 1kHz 및 투명점보다 4°낮은 온도에서 40 이상의 값을 갖는다. 만약 매질이 네마틱상을 갖지 않거나 또는 투명점보다 4°낮은 온도에서 네마틱상이 아니라면, 이의 유전 비등방성은, 매질의 복굴절률의 결정에 대해 상기 기술된 바와 같이, 호스트 혼합물인 ZLI-4792 또는 MLC-6828 중의 10% 또는 5% 혼합물에 대한 값의 외삽에 의해 결정된다.
본원에서, 다르게 명백히 기술되지 않는 한, 다음이 적용된다.
화합물의 유전 비등방성 Δε은 각각의 호스트 혼합물 중의 각각의 화합물의 10% 용액에 있어서의 값을 100% 화합물에 대해 외삽함으로써 1kHz 및 20℃에서 결정된다. 시험 혼합물의 전기 용량(capacitance)은 호메오트로픽(homeotropic) 가장자리부 얼라인먼트를 갖는 셀과 균일한 가장자리부 얼라인먼트를 갖는 셀 둘 모두 중에서 결정된다. 두 가지 셀 유형의 층 두께는 약 20μm이다. 측정은 1kHz의 진동수 및 전형적으로 0.03V(때때로 또는 0.1V) 내지 1.0V의 효과 전압(rms, 제곱 평균 제곱근)을 갖는 직각파를 사용하여 수행된다. 각각의 경우, 사용되는 전압은 각각의 경우 조사되는 혼합물의 용량 역치보다 더 낮다.
유전적으로 양인 화합물 및 유전적으로 중성인 화합물로는, 혼합물 ZLI-4792 또는 MLC-6828이, 유전적으로 음인 화합물로는, 혼합물 ZLI-3086이, 변조 매질에 대해 상기 기술된, 호스트 혼합물로 사용되고, 이들 혼합물은 모두 독일의 메르크 KGaA 제품이다.
본원에서의 역치 전압이라는 용어는 광학적 역치를 의미하고 10%(V10)의 상대 콘트라스트에 대해 나타내진다. 미드-그레이(mid-grey) 전압 및 포화 전압은 마찬가지로 광학적으로 결정되고 각각 50% 및 90%의 상대 콘트라스트에 대해 나타내진다. 프리데릭스(Freedericks) 역치로도 알려진, 용량 역치 전압(V0)이 나타내지고, 이는 명백하게 기술되었다.
값의 지시된 범위는 바람직하게는 임계값을 포함한다.
농도는 중량%로 주어졌고 완전 혼합물에 기초한다. 온도는 섭씨 온도로 나타나고 온도차는 미분 섭씨 온도로 나타난다. 모든 물리적 성질은 문헌 ["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", 1997년 11월 판, Merck KGaA, Germany]에서와 같이 결정되었고, 20℃의 온도에 대해 나타난다. 복굴절률로도 알려진, 광학적 비등방성(Δn)은 589.3nm의 파장에서 결정된다. 유전 비등방성(Δε)은 1kHz의 진동수에서 결정된다.
매질의 조성물 또는 이의 구성 요소에 대한 세부 사항과 관련하여,
-"포함하는"은 기준 단위, 즉 매질 또는 구성 요소 단위 중의 언급된 각각의 물질, 즉 구성 요소 또는 화합물의 농도가 바람직하게는 10% 이상, 특히 바람직하게는 20% 이상, 보다 특히 바람직하게는 30% 이상인 것을 의미하고,
-"우세하게 구성되는"은 기준 단위 중의 상기 물질의 농도가 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 60% 이상, 보다 특히 바람직하게는 70% 이상인 것을 의미하며,
-"실질적으로 완전히 구성되는"은 기준 단위 중의 상기 물질의 농도가 바람직하게는 80% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상, 보다 특히 바람직하게는 95% 이상인 것을 의미한다.
투명점의 엔탈피는 시차 주사 열계량법(differential scanning calorimetry)에 의해 결정된다.
전압 보유비는 상업적으로 이용 가능한 독일의 아우트로닉 멜처스(Autronic Melchers)의 VHRM-100 측정 장치를 사용하여 결정된다.
셀을 통하는 전류는 상업적으로 이용 가능한 독일의 아우트로닉 멜처스의 LCCS 측정 장치를 사용하여 결정된다.
유전적 성질, 전기-광학적 성질(예컨대 역치 전압) 및 응답 시간은 독일 다름스타트 소재의 메르크 KGaA에서 제조되는 시험 셀 중에서 결정되었다. Δε의 결정을 위한 시험 셀은 22μm의 층 두께 및 1.13cm2의 면적을 갖는 인듐 주석 산화물(ITO)의 원형 전극 및 보호 고리를 가진다. ε∥의 결정을 위한 호메오트로픽 얼라인먼트에 있어서는, 호메오트로픽하게 정렬하는 폴리이미드 얼라인먼트층을 갖는 셀이 사용된다. 또한, 레시틴(메르크 KGaA)이 얼라인먼트제로 사용될 수 있다. ε⊥의 결정을 위한 셀은 일본 소재의 재팬 신테틱 러버(Japan Synthetic Rubber)의 폴리이미드 AL-1054의 얼라인먼트층을 가진다. 용량은 일반적으로 직각파 및 0.3Vrms의 효과 전압을 갖는 솔라트론(Solatron) 1260 진동수 분석기를 사용하여 측정된다. 전기-광학적 조사가 백색광을 이용하여 수행된다. 특성 전압은 수직 관찰에 의해 결정된다.
광학적 등방상인 매질의 유전 상수는 특정 매질의 광학적 등방상으로의 전이 온도보다 4°높은 온도에서 결정된다.
매질이 교대 배치형 전극과 함께 시험 셀로 주입된다. 시험 셀의 층 두께는 약 10μm였다. 전극의 너비는 10μm이었고 인접한 전극 사이의 간극은 10μm이었다. 전기-광학적 특성선이 특정 매질의 투명점 이상의 다양한 온도에서 결정되었다. 본원에서 주어진 특성선에 대한 특성값은 70%의 상대 콘트라스트가 특정 매질의 투명점보다 2°높은 온도에서 달성되는 전압(V70)에 대한 값이다.
본원, 특히 하기 기술되는 실시예에서, 화학적 화합물의 구조는 약자로 나타내진다. 각각의 약자의 의미가 하기 표 A 및 B에 나타난다. 모든 기 CnH2n+1 및 CmH2m+1은 각각 n개 및 m개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬기이다. 표 B는 각각의 경우에 균일한 화합물의 화학식에 대한 완전한 약자를 나타내기 때문에 그 자체로 자명하다. 표 A에서는, 화합물 유형의 핵심 구조에 대한 약자만이 보여진다. 각각의 개별적인 화합물에 대한 약자는, 다음의 표에서 보여지는 바와 같이, 화합물의 핵심에 대한 각기 적절한 약자 및 "-"(dash)로 연결된 기 R1, R2, L1 및 L2에 대한 약자로 구성된다.
Figure 112005023535995-pct00001
Figure 112005023535995-pct00002
Figure 112005023535995-pct00003
Figure 112005023535995-pct00004
Figure 112005023535995-pct00005
Figure 112005023535995-pct00006
Figure 112005023535995-pct00007
Figure 112005023535995-pct00008
Figure 112005023535995-pct00009
Figure 112005023535995-pct00010
Figure 112005023535995-pct00011
Figure 112005023535995-pct00012
Figure 112005023535995-pct00013
Figure 112005023535995-pct00014
본원에 따른 메소제닉 매질은 바람직하게는 다음을 포함한다:
-표 A 및 B의 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 4개 이상, 바람직하게는 6개 이상의 화합물 및/또는
-표 B의 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 5개 이상의 화합물 및/또는
-표 A의 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 2개 이상의 화합물.
하기 기술된 실시예는 어떠한 방식으로도 제한하지 않고 본 발명을 설명한다. 또한 이는 당업자에게 본 발명에 의해 달성될 수 있는 물성 및 특히 물성의 조합을 알려준다.
비교예
다음의 조성을 갖는 액정 혼합물을 제조하여 조사하였다.
Figure 112005023535995-pct00015
이 액정 혼합물을 0.1%의 하기 화학식 I의 페놀과 혼합하여 코팅하지 않은 채, 교대 배치형 전극을 갖는 시험 셀로 주입시켰다:
Figure 112005023535995-pct00016
셀 중의 투명점(TC(N,I))은 23.0℃이었다. 셀의 전기-광학적 성질을 이 투명점보다 2°높은 온도, 즉 25.0℃의 온도에서 조사하였다. 계속해서 이의 안정성을 조사하였다. 이를 위해, 약 20℃의 주위 온도에서의 전압 보유비 및 셀을 통과하는 전류를 측정하였다.
사용되는 시험 셀은 두 개의 기판 중 단지 하나 상에만 교대 배치형 전극을 가졌다. 액정 혼합물을 함유하는 광 스위칭 요소를 갖춘 전기-광학적 시험 셀을 제조하였다. 기판은 유리로 구성되었다. 얼라인먼트층 및 부동화층을 갖지 않는 기판을 사용하였다. 전극 기판을 서로 맞물린 빗-형상의 전극으로 구성하였다. 전극 서로간의 간극은 10μm이었고 전극의 너비는 10μm이었다. 전극의 층 두께는 약 100nm이었다. 전극을 모두 공통 평면에 위치시켰다. 변조 매질의 층 두께는 약 10.0μm이었다.
셀 앞에서 제1 편광기를 사용하였고 셀 뒤에서 분석기로써 제2 편광기를 사용하였다. 두 개의 편광기의 흡수 축은 서로 90°의 각을 형성하였다. 편광기의 최대 흡수 축과 디스플레이의 평면의 전기장의 구성 요소 사이의 각은 각각의 경우 45°이었다. 독일 칼스루헤 소재의 아우트로닉-멜처스의 DMS 703 전기-광학적 측정 스테이션을 사용하여 전압/투과 특성선을 결정하였다. 작동 온도는 25.0℃이었다. 수직 관찰을 통해, 전기적으로 제어된 복굴절(예컨대 ECB)을 갖는 셀의 전형적인 곡선을 수득하였다. 이러한 결과를 또한 하기 표에 나타내었다(표 1 참조).
전압 보유비 및 셀을 통하는 전류를 약 20℃의 주위 온도에서 결정하였다. 여기서 각각의 경우에, 3개의 시험 셀을 조사하였고 수득된 결과를 평균하였다. 이 결과를 마찬가지로 표 1에 나타내었다.
Figure 112005023535995-pct00017
실시예 1
0.1% 페놀이 사용된 비교예의 혼합물을 본원의 지침에 따라 시험 셀에 주입시켰고, 비교예에 기술된 바와 같이, 이의 전기-광학적 성질을 25.0℃의 온도에서 결정하였고, 이의 전압 보유비 및 전력 소비량을 20℃의 온도에서 결정하였다. 시험 셀은 비교예에 사용된 것과 동일한 구조 및 전극 구조를 갖지만, 여기서는 전극 구조가 약 200nm의 두께를 갖는 SiO2층에 의해 덮여있다. 이 부동화층은 전극 간극을 포함하는 전체 전극 구조를 덮는다. 비교예에서처럼, 3개의 시험 셀을 각각의 경우에 조사하였고 그 결과의 평균을 나타내었다.
이러한 방식으로 수득된 셀은 55V의 전압에서 10%의 상대 콘트라스트, 98V에서 70%의 상대 콘트라스트를 달성하였다.
이러한 결과를 표 1의 비교예의 결과와 비교하였다. 이 표에서 보여질 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 액정 스위칭 요소의 특성 전압은 비교예의 특성 전압과 비교해 대략 두 배로 증가하였다. 그러나, 동시에, 전압 저하(1-전압 보유비)는 반 이상 감소하였고 전력 소비량은 1/5 미만이 되었다.

Claims (15)

  1. 하나 또는 다수의 기판;
    전극 배열;
    하나 이상 또는 다수의 편광 요소; 및
    메소제닉(mesogenic) 변조 매질을 포함하는 전기-광학적 광 변조 요소로서,
    메소제닉 변조 매질이 어드레싱(addressing)되지 않은 상태에서 광학적 등방상인 온도에서 광 변조 요소가 작동되고, 상기 메소제닉 변조 매질이 광 변조 요소의 작동 온도에서 청색 상으로 존재하며;
    전극 배열이 메소제닉 변조 매질의 표면에 평행한 전기장을 발생시킬 수 있고;
    광 변조 요소가 전극 배열과 메소제닉 변조 매질 층 사이에 고체 유전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고체 유전층이 SiO2, SiOx, 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 변조 요소.
  3. 제 1 항에 있어서,
    고체 유전층이 전극 배열의 적어도 일부를 덮는 것을 특징으로 하는 광 변조 요소.
  4. 제 3 항에 있어서,
    고체 유전층이 전극 배열의 모서리부, 가장자리부, 또는 둘 모두를 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 광 변조 요소.
  5. 제 3 항에 있어서,
    고체 유전층이 전극 배열을 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 광 변조 요소.
  6. 제 3 항에 있어서,
    전극 배열의 고체 유전층이 메소제닉 변조 매질 층의 층 두께의 90% 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광 변조 요소.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 광 변조 요소를 하나 이상 함유하는 전기-광학적 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    전기-광학적 디스플레이가 액티브 매트릭스(active matrix)에 의해 어드레싱되는 것을 특징으로 하는 전기-광학적 디스플레이.
  10. 제 8 항의 전기-광학적 디스플레이를 하나 이상 함유하는 전기-광학적 디스플레이 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    텔레비전 스크린, 컴퓨터 모니터 또는 둘 모두로 사용되는 것을 특징으로 하는 전기-광학적 디스플레이 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 광 변조 요소를 포함하는 정보 디스플레이.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 10 항의 전기-광학적 디스플레이 시스템을 포함하는 영상 신호 또는 디지털 신호의 디스플레이.
KR1020057007910A 2002-11-07 2003-10-30 전기-광학적 광 변조 요소 및 광학적 등방상을 갖는 변조매질을 구비한 디스플레이 KR100994624B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10252250A DE10252250A1 (de) 2002-11-07 2002-11-07 Elektrooptisches Lichtsteuelement und elektrooptische Anzeige
DE10252250.2 2002-11-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050072472A KR20050072472A (ko) 2005-07-11
KR100994624B1 true KR100994624B1 (ko) 2010-11-15

Family

ID=32185434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057007910A KR100994624B1 (ko) 2002-11-07 2003-10-30 전기-광학적 광 변조 요소 및 광학적 등방상을 갖는 변조매질을 구비한 디스플레이

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7777930B2 (ko)
EP (1) EP1558965B1 (ko)
JP (1) JP2006505809A (ko)
KR (1) KR100994624B1 (ko)
CN (1) CN1708719A (ko)
AT (1) ATE402426T1 (ko)
AU (1) AU2003276216A1 (ko)
DE (3) DE10252250A1 (ko)
TW (1) TWI362523B (ko)
WO (1) WO2004042460A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10217273A1 (de) 2001-05-16 2002-12-05 Merck Patent Gmbh Elektrooptisches Lichtsteuerelement, Anzeige und Medium
JP4948957B2 (ja) * 2006-10-02 2012-06-06 株式会社 日立ディスプレイズ 液晶表示装置
KR101479996B1 (ko) 2008-02-21 2015-01-08 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 제조 방법
JP5403553B2 (ja) * 2010-01-05 2014-01-29 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶表示装置及びその駆動方法
DE102011056166A1 (de) * 2011-12-08 2013-06-13 Universität Stuttgart Elektrooptischer Phasenmodulator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11183937A (ja) * 1997-10-16 1999-07-09 Toshiba Corp 液晶光学スイッチ素子、カラーシャッターおよびカラー画像表示装置
KR100228811B1 (ko) * 1995-07-25 1999-11-01 니시무로 타이죠 액정표시소자 및 광학이방소자

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3244885A1 (de) * 1982-12-02 1984-06-07 Merck Patent Gmbh, 6100 Darmstadt Farbselektiver zirkularpolarisator und seine verwendung
DE3425584A1 (de) * 1984-07-11 1986-01-16 Merck Patent Gmbh, 6100 Darmstadt Optisches system mit einer fluessigkristallzelle, verfahren zu seinem betrieb und seine verwendung
DE10217273A1 (de) * 2001-05-16 2002-12-05 Merck Patent Gmbh Elektrooptisches Lichtsteuerelement, Anzeige und Medium
JP4111785B2 (ja) * 2001-09-18 2008-07-02 シャープ株式会社 液晶表示装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100228811B1 (ko) * 1995-07-25 1999-11-01 니시무로 타이죠 액정표시소자 및 광학이방소자
JPH11183937A (ja) * 1997-10-16 1999-07-09 Toshiba Corp 液晶光学スイッチ素子、カラーシャッターおよびカラー画像表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI362523B (en) 2012-04-21
WO2004042460A1 (de) 2004-05-21
AU2003276216A1 (en) 2004-06-07
EP1558965B1 (de) 2008-07-23
ATE402426T1 (de) 2008-08-15
DE50310204D1 (de) 2008-09-04
US20060071878A1 (en) 2006-04-06
DE10252250A1 (de) 2004-05-27
TW200420968A (en) 2004-10-16
CN1708719A (zh) 2005-12-14
DE10393356D2 (de) 2005-09-29
EP1558965A1 (de) 2005-08-03
JP2006505809A (ja) 2006-02-16
WO2004042460A8 (de) 2004-06-24
US7777930B2 (en) 2010-08-17
KR20050072472A (ko) 2005-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101123495B1 (ko) 전기광학 광 변조 소자, 전기광학 표시장치 및 변조 매질
KR100980561B1 (ko) 전기광학 광 변조 소자, 표시장치 및 매질
JP5106753B2 (ja) 光学的にアイソトロピックな相を有する媒体を含む電気光学的光モジュレーション素子およびこれを取り付けた電気光学的ディスプレイ
JP6047125B2 (ja) 電気光学的光変調素子、電気光学的ディスプレイおよび変調媒体
JP4027939B2 (ja) 表示素子および表示装置
US8264639B2 (en) Polymer enhanced cholesteric electro-optical devices
TW201725438A (zh) 光調變元件
KR20100019519A (ko) 전자기파 방사선 변조 요소, 변조 소자 및 변조 매질
JP4642334B2 (ja) 液晶媒体および液晶ディスプレイ
KR100994624B1 (ko) 전기-광학적 광 변조 요소 및 광학적 등방상을 갖는 변조매질을 구비한 디스플레이
WO2005096085A1 (en) Electro-optical light modulation element, display and medium
JP3501866B2 (ja) 反強誘電性液晶組成物及びそれを用いた液晶表示素子
Khosla et al. Dielectric relaxation spectroscopy of guest–host ferroelectric liquid crystals: influence of anthraquinone dye
WO2018169783A1 (en) Fast flexoelectro-optic switching based on bimesogen-doped and polymer-stabilized vertical standing helix mode
EP1907900A1 (en) Electro-optical light modulation element, display and medium
CN104593012A (zh) 一种液晶组合物

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131018

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141022

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151016

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161019

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171018

Year of fee payment: 8