KR19990029970A - 수퍼트위스트 네마틱 액정 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

수퍼트위스트 네마틱 액정 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

수퍼트위스트 네마틱(supertwisted nematic: STN) 액정 장치(LCD)는 기판(12 및 13), 외부 편광자(10 및 11), 전극(14 및 15) 및 정렬층(16 및 17)을 포함한다. 상기 액정셀은 디아크릴레이트(diacrylate)와 같이 적어도 두 개의 폴리머화 가능한 그룹을 구비한 적어도 하나의 키랄 프리폴리머 및 네마틱 액정을 포함하는 혼합물(mixture)에 의하여 채워진다. 상기 프리폴리머는 나선형 폴리머 네트워크를 형성하기 위하여 폴리머화되거나 교차결합된다.

Description

수퍼트위스트 네마틱 액정 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 수퍼트위스트 네마틱 액정 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
수퍼트위스트 네마틱 액정 장치는 디스플레이 분야에서 사용되는 것으로 알려져 있고, C M Waters 등에 의하여 1985년에 쓰여진 Mol Cryst Liq Cryst Vol 123에 공개되어 있다. 상기 장치에 있어서, 네마틱 액정은 셀안에 위치하고 전형적으로 270도 정도의 트위스트 각도를 가지도록 정렬된다. STN 디스플레이를 위한 디자인 방법은 Waters 등에 의하여 공개되었고, 표면 프리-틸트(pre-tilt), 트위스트 각도 및 탄성 계수와 같은 여러 인자(parameter)들의 영향이 연구되었다.
상기 STN 장치에 있어서, 각 픽셀은 밝은 투과 또는 반사 상태와 어두운 투과 또는 반사 상태간에 전환되도록 개별적으로 제어될 수 있다. 장치의 구조에 따라서, 이 두 상태는 액정 방향자(director)의 플래너(planer) 배향 및 장-유도 호메오트로픽(field-induced homeotropic) 배향에 대응된다.
플래너 배향에서 호메오트로픽 배향으로의 전이는 액정의 나선축(helical axis)을 따라 전기장을 인가함으로써 얻어질 수 있다. 이는 액정 분자 방향자의 나선 패턴의 두 경쟁적인 변형중의 어느 하나로 나타난다. 첫번째는 국부 방향자의 배향이 액정층에 수직인 공간 좌표를 따라 변하는 소위 프리데릭츠(Freedericksz) 전이이다. 이는 바람직한 전이이다. 그러나, 두번째 변형 형태는 국부 시각축(optic axis)의 배향이 액정층에 수직인 공간 좌표와 액정층과 평행한 다른 공간 좌표의 두 공간 좌표를 따라 변하는 스트라이프 텍스처(striped texture)로 나타난다. 이는 T. Scheffer 등에 의하여 저술되어 1990년 싱가폴에 있는 World Scientific Publishing Co. Pte Ltd에서 발간된 Liquid Crystals-Applications and Uses Vol.1의 Twisted nematic and Supertwisted Nematic Mode LCDs에 공개되어 있다. 전형적인 액정에 있어서 최대 약 300도의 트위스트 각도에 대하여, 스트라이프는 액정층의 중간에서 국부 방향자에 수직하게 배향된다. 이 전이는 비교적 약한 전기장의 인가에 대한 광학적 히스테리시스, 산란(scattering) 및 재현 불가한 투과 특성을 나타낸다.
도 1은 (1)에서 장-유기 호메오트로픽 배향으로, (2)에서 플래너 배향으로, 그리고 (3)에서 스트라이프 텍스처로 동작하는 세 섹션 또는 픽셀을 구비한 STNLCD를 개략적으로 도시한다. 전기장이 장-유기 호메오트로픽 배향으로 픽셀의 액정층 양단에 인가되어 액정 분자 방향자(4)는 액정층의 벌크(bulk)에 걸쳐서 액정층에 수직 배향을 향한다. (2)에서 도시된 플래너 배향에서는, 액정 분자 방향자(4)는 액정의 한 면으로부터 다른 면으로 각도 270도에 걸쳐 배향을 바꾼다. 이는 픽셀의 액정 양단에 전기장을 인가하지 않은 상태이다.
(3)에서 도시된 스프라이프 텍스처에서는, 액정 분자 방향자(4)는 액정층에 수직인 축에 대하여 비틀어진다. 그러나, 또한 그 축을 포함한 평면에서 회전된다.
도 1에서 도시된 액정 장치에 대한 그래프는 수직 편광 배향을 가진 선형 편광자(polariser) 사이에 배치된 액정셀에 대한 광투과율을 나타낸다. (1)에서 도시된 호메오트로픽 텍스처에서, 액정층의 복굴절성(birefringence)은 픽셀을 통과하는 빛의 편광에 거의 영향을 미치지 않는다. 이는 교차(crossed) 편광자의 영향과 실제적으로 동일하여, 픽셀의 광투과율은 곡선(5)에서 나타난 바와 같이 상대적으로 낮다.
(2)에서 도시된 플래너 텍스처에 있어서, 픽셀의 액정층은 액정층을 통과하는 빛의 편광이 90도만큼 회전하도록 하는 복굴절성을 가지고 있다. 따라서, 픽셀로부터의 빛은 선형 편광성이 있어서 출력 편광자는 상대적으로 미소한 감쇠를 시켜서 픽셀이 곡선(6)에서 나타난 바와 같이 밝게 보인다.
(3)에서 도시된 스트라이프 텍스처는 픽셀 양단에서 주기적으로 변하는 복굴절성을 제공한다. 이는 곡선(7)에서 파상의(undulating) 투광성으로 도시된 바와 같이 명암 대역을 형성한다.
스프라이프 텍스처는 트위스트 각도를 증가시킴 및 표면 프리-틸트 각도를 감소시킴으로써 향상된다. 예를 들면, Waters 등은 표면 프리-틸트를 증가시키는 것은 스트라이프 텍스처의 형성을 방지하기 위하여 프리데릭츠 전이의 스레쉬홀드 전압을 낮춘다고 공개한다. 그러나, 표면 복원력은 표면 프리-틸트가 증가함에 따라 작아지기 때문에, 표면 프리-틸트를 증가시키는 것은 호메오트로픽 배향으로부터 플래너 배향으로의 전이의 휴지(relaxation) 시간을 증가시킨다. 따라서, STNLCD는 디스플레이의 최대 리프레쉬 레이트와 스트라이프 텍스처의 발생 가능성을 절충하여 설계된다.
1996년에 발간된 Journal of the SID Vol.4에서 D. Fredley가 종래의 STNLCD를 공개한다. 이 종래의 STNLCD에 있어서, 액정셀 안에서 호메오트로픽하게(homeotropically) 정렬된 폴리머 네트워크를 만들기 위하여 액정셀 양단에 고전압을 인가하는 동안, 비-키랄(non-chiral), 비-메소겐(non-mesogenic) 아크릴레이트(acrylate)가 자외선에 의하여 경화된다. 이 기술은 전기장이 없는 상태에서도 액정층의 벌크 안에서 틸트 각도를 증가시키기 위하여 사용된다. 그러나, 증가된 복잡성 및 경비 때문에, 제조 과정에서 셀 양단에 고압을 인가해야 할 필요가 있다는 것은 큰 단점이다.
1995년, SID95 Digest에서 H. Takatsu 등이, 네마틱 액정, 키랄 모노아크릴레이트 프리폴리머 및 흑색의 2색 염료 혼합물(black dichroic mixture dye)의 혼합물을 포함하고, 1도 정도의 작은 프리-틸트를 제공하는 정렬층 위에 정렬되는 셀을 포함하는 게스트-호스트(guest-host) 액정 장치를 공개한다. 프리폴리머는 나선형의 사이드(side) 체인(chain) 폴리머를 만드는 자외선광에 의하여 경화된다. 나선형 폴리머의 피치(pitch)에 대한 액정셀의 두께의 비는 1.25와 같거나 크게 만들어진다. 그러한 장치는 포컬 코닉 텍스처(focal conic texture)를 나타내지 않고, 고정 키랄 폴리머 도펀드(dopend)의 비틀림력을 없앰으로써 나온 결과이다.
이 형태의 장치가 액정셀의 한 쪽 위에 반사체로써 사용될 때, 첨부된 도면중 도 2에 도시된 성능이 얻어진다. 도 2의 그래프는 이 형태의 전형적인 셀에 있어서 인가 전압에 대한 반사율을 백분율로 도시한다. 전압이 대략 2.5V의 스레쉬홀드를 넘어감에 따라, 반사율은 30% 이상의 값으로 급격히 증가되고 그 다음, 40%를 약간 넘는 최대 반사율을 향해 조금씩 증가된다. 전압이 감소함에 따라, 반사율은 처음에는 상대적으로 천천히 감소되고 그 다음, 2V에서 최소값으로 급격히 감소된다.
도 2로부터 분명히 알 수 있듯이, 이 형태의 장치의 전기광학적인 성능은 히스테리시스를 가진다. 원하는 그레이(grey) 레벨에 대응하는 원하는 투과 상태를 어드레싱할 때, 어드레싱 장치는 원하는 그레이 레벨보다 더 밝거나 더 어두운 상태로부터 스위칭되기 때문에 히스테리시스 특성이 있다는 것은 중대한 단점이다. 역으로, 더 밝거나 더 어두운 상태로부터 중간 그레이 레벨을 어드레싱하기 위하여 동일한 어드레싱 전압이 사용된다면, 얻어진 실제 중간 레벨은 장치가 더 밝은 상태로부터 스위칭되는지 또는 더 어두운 상태로부터 스위칭되는지에 따라 달라진다. 히스테리시스 특성을 가진 장치와 관련된 이 문제를 피하기 위하여, 원하는 상태를 어드레싱하기 전에, 각 리프레쉬 사이클 동안 먼저 픽셀이 일반적으로 어두운, 공통 상태로 재설정되어야 한다는 것을 확실히 할 필요가 있다. 그러나, 이는 복잡성을 증가시키고, 장치를 리프레쉬하기 위하여 요구되는 시간을 증가시킨다.
본 발명의 첫번째 특징에 따르면, 네마틱 액정 및 나선 폴리머 네트워크-상기 네트워크의 상기 폴리머는 적어도 하나의 폴리머화된 키랄 프리폴리머를 포함함-의 혼합물을 포함하는 셀을 그 사이에서 한정하는 제1 및 제2 기판을 포함하는 수퍼트위스트 네마틱 액정 장치가 제공된다. 셀 안의 네마틱 액정은 180도와 360도 사이의 트위스트 각도를 가진다. 트위스트 각도는 240도보다 클 수도 있다. 트위스트 각도는 실제적으로 270일 수도 있다. 셀 안에 있는 네마틱 액정은 4도보다 작은 프리-틸트 각도를 가질 수 있다. 프리-틸트 각도는 실제적으로 2도일 수 있다. 프리-틸트 각도라는 용어는 액정 분야에서 잘 알려져 있고, 액정 방향자가 정렬층과의 상호작용에 기인한 기판면의 기울어진 각도를 말한다.
적어도 제1 및 제2 기판중의 하나는 플래너 정렬을 야기하기 위한 정렬층을 가지고 있다.
네트워크의 폴리머는 네트워크화된 폴리머이다. 네트워크화된 폴리머는 여기서 두 개의 다른 메소제닉 프리커서보다 더 이상에 연결할 수 있는 폴리머화 가능한 일부분들을 가지고 있는 메소제닉 프리커서(precursors)로부터의 액정상에서 형성되는 액정 환경에서의 폴리머를 말한다. 키랄 프리폴리머는 적어도 두 개의 폴리머화 또는 크로스링크 가능한 그룹을 포함할 수 있다. 프리폴리머는 디아크릴레이트(diacrylate)를 포함할 수 있다.
폴리머 네트워크는 혼합물의 적어도 1중량%를 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크는 혼합물의 적어도 1.5중량%를 포함할 수 있다.
폴리머 네트워크는 혼합물의 20중량% 미만을 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크는 혼합물의 10중량% 미만을 포함할 수 있다. 폴리머 네트워크는 혼합물의 5중량% 미만을 포함할 수 있다.
셀은 제1 및 제2 편광자 사이에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 편광자는 서로 0도 내지 90도 사이의 배향으로 선형 편광 배향을 가질 수 있다.
셀은 편광자 및 반사기의 사이에 배치될 수 있다. 광지연기는 혼합물과 편광자 사이에 또는 혼합물과 반사기 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 두번째 특징에 따르면, 제1 및 제2 기판 사이에 셀을 한정하기 위하여 상기 제1 및 제2 기판을 나란히 배치하는 단계, 상기 셀을 네마틱 액정 및 키랄 프리폴리머를 포함하는 혼합물로 채우는 단계, 및 폴리머 네트워크를 형성하기 위하여 상기 프리폴리머를 폴리머화 또는 교차결합(crosslinking) 하는 단계를 포함하는 수퍼트위스트 네마틱 액정 장치를 제조하는 방법이 제공된다.
상기 혼합물은 상기 키랄 프리폴리머에 더하여 비-키랄 프리폴리머를 포함할 수 있다.
상기 프리폴리머는 네트워크 가능한 프리폴리머일 수 있다.
상기 키랄 프리폴리머는 적어도 두 개의 프리폴리머화 가능한 또는 교차결합 가능한 그룹을 가질 수 있다. 상기 프리폴리머는 디아크릴레이트를 포함할 수도 있다.
상기 셀 안에 있는 상기 네마틱 액정은 180도와 360도 사이의 트위스트 각도를 가질 수 있다. 상기 트위스트 각도는 240도보다 클 수 있다. 상기 트위스트 각도는 실제적으로 270도일 수 있다.
상기 셀 안에 있는 상기 네마틱 액정은 4도보다 작은 프리-틸트 각도를 가질 수 있다. 상기 프리-틸트 각도는 실제적으로 2도일 수 있다.
병렬 배치 이전에, 플래너 정렬을 야기하기 위하여 제1 및 제2 기판중 적어도 어느 하나 위에 정렬층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 적어도 1중량%를 포함할 수 있다. 상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 적어도 1.5중량%를 포함할 수 있다.
상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 20중량% 미만을 포함할 수 있다. 상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 10중량% 미만을 포함할 수 있다. 상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 5중량% 미만을 포함할 수 있다.
상기 액정은 포지티브 유전성 비등방성을 가질 수 있고, 상기 폴리머화 또는 교차결합은 셀의 양단에 전기장을 인가함이 없이도 수행될 수 있다.
상기 액정은 네가티브 유전성 비등방성을 가질 수 있고, 폴리머화하거나 교차결합 동안, 액정의 플래너 정렬을 제공하는 전기장이 셀 양단에 인가될 수 있다.
폴리머 네트워크의 키랄을 고정하는 것은 스트라이프 텍스처의 형성을 방지하거나 그 가능성을 실제적으로 줄인다. 그래서, 상업적으로 생산될 수 있고, 프리-틸트 2도의 정렬층을 가진 270도 STN 장치를 만드는 것이 가능하다. 그러한 장치는 4도 이상의 상대적으로 큰 프리-틸트의 정렬층으로 트위스트 각도가 240도로 제한된 STN 장치들과 비교해서 장점이 된다. 또한, 실리콘 옥사이드(silicon oxide)와 같은 상업적으로 실행하기 어려운 증착(evaporated) 정렬층의 사용을 피할 수 있다. 본 발명의 방법이 사용되지 않으면, 270도 트위스트 각도를 허용하는 프리-틸트 각도가 큰 정렬층을 제공하기 위해서는 증착 정렬층은 꼭 필요한 것이다.
사이드 체인 폴리머 대신 네트워트된 폴리머의 사용은 더 안정된 폴리머 배향을 제공하고 전기광학적 특성에서의 히스테리시스를 피할 수 있게 한다. 프리-틸트 각도가 낮은 정렬층의 사용은 장치의 스위칭 시간을 줄여서 전형적인 장치에서 두 상태간에 스위칭되는데 필요한 시간은 40msec 정도이다.
도 1은 알려진 형태의 수퍼트위스트 네마틱(supertwisted nematic: STN) 장치의 투과 특성 곡선과 관련하여 도시된 장치의 개략적인 단면도.
도 2는 알려진 형태의, 흑색의 2색 염료 혼합물(black dichroic dye mixture)을 포함하는 트위스트 네마틱 액정 장치의 전기광학적 특성 곡선을 도시하는, 인가 전압에 대한 백분율로 표시된 반사율 그래프.
도 3은 폴리머화 또는 교차결합 이전의 STN 장치의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 STNLCD를 제공하기 위하여 도 3의 장치가 폴리머화 또는 교차결합된 후의 개략적인 단면도.
도 5는 교차된 편광자들을 구비한 도 3 및 4에 도시된 장치의 인가 전압에 대한 투과율 그래프.
도 6은 평행한 편광자들을 구비한 도 4에 도시된 형태의 장치의 인가 전압에 대한 투과율 그래프.
도 7은 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 반사형 STNLCD의 개략적인 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 STNLCD의 개략적인 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 11 : 편광자
12, 13 : 기판
14, 15 : 전극
16, 17 : 정렬층
18 : LC + 프리폴리머
19 : LC + 폴리머 네트워크
25 : 전극/미러
26 : 신호 발생기
27 : 호메오트로픽 LC + 플래너 폴리머 네트워크
도 3에 도시된 장치는 외부 편광자(10 및 11) 사이에 배치된 액정셀을 포함한다. 편광자(10 및 11)는 선형 편광자이고 편광 배향은 서로에 대하여 0도 내지 90도 사이이다.
액정셀은 상부 기판(12) 및 하부 기판(13)을 포함한다. 기판 (12 및 13)은 도시된 전극(14 및 15)과 같은 어드레싱 정렬을 구비하고 있다. 예를 들어, 포지티브 매트릭스 어드레싱의 경우, 투광성이고 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 만들어진 전극(14 및 15)은 전극(14)의 길이 배향이 전극(15)의 길이 배향과 수직이 되로록 배향지어진 병렬 스트립(strips)을 포함한다. 전극(14 및 15)의 교차점 및 겹침부는 독립적으로 어드레싱 가능한 픽셀을 정의한다.
다르게는, 액티브 매트릭스 어드레싱 정렬이 제공될 수 있다. 그러한 정렬에 있어서, (15)와 같은 전극중의 하나는 평면 전극이다. 즉, 장치 전체에 걸쳐서 실제적으로 연속적으로 연장된다. (14)와 같은 다른 전극은 각 픽셀 전극으로 나누어진다. 각각의 전극은 실리콘-온-글래스(silicon-on-glass) 기술에 의하여 만들어진 박막 트랜지스터의 형태로 기판(12) 위에 제공된 하나 또는 그 이상의 액티브 소자에 의하여 제어된다.
전극(14 및 15)은 각각 정렬층(16 및 17)에 의하여 커버된다. 두 정렬층은 도 3에 실시예로서 도시되어 있다. 그러나, 대안 정렬에서는, 정렬층중의 하나를 생략하는 것도 가능하다. 예를 들어, 정렬층(16 및 17)은 Dupont사로부터 입수 가능한 P12555와 같이 수직인 러빙(rubbing) 배향을 가진 러빙된 폴리이미드로 만들어져서 좌측으로 액정 트위스트를 제공한다. 정렬층은 2도 정도의 상대적으로 낮은 프리-틸트 각도를 제공한다.
제조하는 동안, 액정셀은 액정 및 프리폴리머를 포함하는 혼합물(18)로 채워진다. 예를 들어, 액정은 네마틱형일 수 있고 독일의 Merck사로부터 입수 가능한 ZLI2293을 포함한다. 프리폴리머는 키랄 디아크릴레이트 및 비-키랄 디아크릴레이트를 포함한다. 키랄 디아크릴레이트는 혼합물의 0.42중량%를 차지하고 독일의 BASF사로부터 입수 가능한, 실제적으로 34.5/um의 나선형 트위스트 파워를 가진 LC481이 사용될 수 있다. 비-키랄 디아크릴레이트는 혼합물의 1.5중량%를 차지하고 영국의 Merck사로부터 입수 가능한 RM258이 사용될 수 있다.
이 장치는 혼합물(18) 안에 액정을 가진 수퍼트위스트 네마틱 기기를 포함한다. 트위스트 각도는 270도이고 나선 피치(pitch)는 실제적으로 6.7um이다.
혼합물(18)의 디아크릴레이트는 광으로 폴리머화가 가능하여, 셀을 채운 후에, 30초 동안 14mW/cm2의 세기로 타입 A의 자외선에 노출된다. 그 결과로, 디아크릴레이트는 교차결합되어 폴리머 네트워크를 형성하여 셀은 액정 혼합물 및 도 4의 (19)에서 도시된 바와 같이 폴리머 네트워크를 포함한다.
도 5는 도 3에서 도시된 바와 같이 광폴리머화 전과 도 4에서 도시된 바와 같이 광폴리머화 후의 장치의 성능을 도시한다. 특히, 광폴리머화 전의 장치의 전기광학적 특성 곡선은 (20)에 도시되고, 광폴리머화 후의 특성 곡선은 (21)에 도시되어 있다. 이 장치는 보통때 흰색 또는 밝은 상태를 제공하기 위하여 수직 편광 배향으로 정렬된 편광자(10 및 11)를 구비하는 형태이다. 전기광학적 특성 곡선(21)은 곡선(20)보다 급격한 경사를 이루고, 이는 스위칭 동안에 스트라이프 텍스처의 형성을 감소시키거나 억제시킴으로 인한 것이다.
폴리머 네트워크의 키랄기를 고정시킴으로써, 스트라이프 텍스처의 형성이 방지되거나 그 가능성이 매우 감소된다. 그래서, 상업적으로 제조 가능한, 2도의 프리-틸트를 야기하는 정렬층을 가진 270도 STN 장치를 만드는 것이 가능하다. 4도보다 큰 프리-틸트를 야기하는 정렬층을 사용하여 트위스트 각도가 240도로 제한된 종래의 STN 장치들과 비교해서 이 장치는 분명히 이득이 된다. 또한, 실리콘 옥사이드(silicon oxide)와 같은 상업적으로 실행하기 어려운 증착(evaporated) 정렬층의 사용을 피할 수 있다. 본 발명의 방법이 사용되지 않으면, 270도 트위스트 각도를 허용하는 프리-틸트 각도가 큰 정렬층을 제공하기 위하여 증착 정렬층은 꼭 필요한 것이다
도 6은 도 4에 도시된 바와 같이 보통 때 검정색 화면 또는 어두운 화면을 제공하기 위하여 편광자(10 및 11)의 편광 배향이 서로 평행한 형태의 장치의 전기광학적 특성 곡선이다. 특성 곡선(21 및 22)는 어둡고 밝은 상태 사이의 배향 전환을 통하여 얻어진 것이고 도 4에 도시된 형태의 장치는 실제적으로 히스테리시스가 없음을 도시한다.
사이드 체인 폴리머에 비하여 네트워크화된 폴리머의 사용은 더욱 안정된 폴리머 배향을 제공하고 전기광학 특성 곡성에서 히스테리시스 현상을 피할 수 있다. 게다가, 작은 프리-틸트 각도의 정렬층의 사용은 장치의 스위칭 시간을 감소시켜 전형적인 장치의 두 상태간에 스위칭하는데 걸리는 시간이 대략 40ms 정도가 될 수 있다.
도 4에 도시된 장치는 투과형인 반면에 도 7은 반사형 장치를 도시한다. 이 경우에, 편광자(11)는 생략되고 전극(15)은 결합된 전극 및 미러(25)로 대체된다. 그렇지 않으면, 이 장치는 도 4에서 도시된 것과 동일 형태가 되고 동일한 방식으로 만들어진다.
도 4 및 7에 도시된 혼합물(19)의 액정은 포지티브 유전성 비등방성 형태이고 키랄의 광폴리머화 및 적어도 두 폴리머화 가능한 그룹(전술된 예에 있는 디아크릴레이트)을 가지는 비-키랄 프리폴리머가 액정셀의 양단에 전기장의 인가함이 없이 발생한다. 그러나, 네가티브 유전성 비등방성의 네마틱 액정을 사용하는 것도 또한 가능하다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광폴리머화 동안, 액정이 실제적으로 플래너되도록 신호 발생기(26)는 셀 안의 혼합물 양단에 충분히 높은 전기장을 인가한다. 그 결과로, 전기장이 제거되었을 때, 호메오트로픽 액정으로 플래너 폴리머 네트워크를 포함하는 혼합물(27)이 발생된다.
폴리머 네트워크의 키랄기를 고정시킴으로써, 스트라이프 텍스처의 형성이 방지되거나 그 가능성이 매우 감소된다. 그래서, 상업적으로 제조 가능한, 2도의 프리-틸트를 야기하는 정렬층을 가진 270도 STN 장치를 만드는 것이 가능하다. 4도보다 큰 프리-틸트를 야기하는 정렬층을 사용하여 트위스트 각도가 240도로 제한된 종래의 STN 장치들과 비교해서 이 장치는 분명히 이득이 된다. 또한, 실리콘 옥사이드(silicon oxide)와 같은 상업적으로 실행하기 어려운 증착(evaporated) 정렬층의 사용을 피할 수 있다. 본 발명의 방법이 사용되지 않으면, 270도 트위스트 각도를 허용하는 프리-틸트 각도가 큰 정렬층을 제공하기 위하여 증착 정렬층은 꼭 필요한 것이다
사이드 체인 폴리머에 비하여 네트워크화된 폴리머의 사용은 더욱 안정된 폴리머 배향을 제공하고 전기광학 특성 곡성에서 히스테리시스 현상을 피할 수 있다. 게다가, 작은 프리-틸트 각도의 정렬층의 사용은 장치의 스위칭 시간을 감소시켜 전형적인 장치의 두 상태간에 스위칭하는데 걸리는 시간이 대략 40ms 정도가 될 수 있다.

Claims (36)

  1. 네마틱 액정 및 나선형 폴리머 네트워크의 혼합물을 포함하는 셀을 사이에 끼고 있는 제1 및 제2 기판을 포함하는 수퍼트위스트 네마틱(supertwisted nematic) 액정 장치에 있어서,
    상기 네트워크의 상기 폴리머는 적어도 하나의 폴리머화된 키랄 프리폴리머(polymerised chiral prepolymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 안의 상기 네마틱 액정은 실제적으로 180도와 360도 사이의 트위스트 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트위스트 각도가 240도보다 큰 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 트위스트 각도는 실제적으로 270도인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀 안에 있는 상기 네마틱 액정은 4도보다 작은 프리-틸트 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프리-틸트 각도는 실제적으로 2도인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기판중의 적어도 하나는 플래너 정렬(planar alignment)을 야기하기 위한 정렬층을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 네트워크의 상기 폴리머는 네트워크화된 폴리머인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 키랄 프리폴리머는 적어도 두 개의 폴리머화 또는 교차결합 가능한 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 디아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 혼합물의 적어도 1중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 혼합물의 적어도 1.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 혼합물의 20중량% 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 혼합물의 10중량% 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머 네트워크는 상기 혼합물의 5중량% 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀은 제1 및 제2 편광자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 편광자는 서로에 대하여 0도 내지 90도 사이에 배향된 선형 편광 배향을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀은 편광자와 반사기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1 및 제2 기판 사이에 셀을 한정하기 위하여 상기 제1 및 제2 기판을 병렬배치하는 단계, 상기 셀을 네마틱 액정 및 프리폴리머를 포함하는 혼합물로 채우는 단계, 및 폴리머 네트워크를 형성하기 위하여 상기 프리폴리머를 폴리머화 또는 교차결합(crosslinking)하는 단계를 포함하는 수퍼트위스트 네마틱 액정 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 프리폴리머는 키랄 폴리머인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 혼합물은 상기 키랄 프리폴리머에 더하여 비-키랄(non-chiral) 프리폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 네트워크 형성이 가능한 프리폴리머인 방법.
  22. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 키랄 프리폴리머는 적어도 두 개의 폴리머화 또는 교차결합 가능한 그룹을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 디아크릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 셀 안에 있는 상기 네마틱 액정은 실제적으로 180도와 360도 사이의 트위스트 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 트위스트 각도는 240도보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 트위스트 각도는 실제적으로 270도인 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 셀 안에 있는 상기 네마틱 액정은 4도보다 작은 프리-틸트 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 프리-틸트 각도는 실제적으로 2도인 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기판의 병렬 배치 이전에, 플래너 정렬을 야기하기 위하여상기 제1 및 제2 기판중 적어도 어느 하나 위에 정렬층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 적어도 1중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 적어도 1.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 20중량% 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 10중량% 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 프리폴리머는 상기 혼합물의 5중량% 미만을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 액정은 포지티브 유전 비등방성(positive dielectric anisotropy)을 가지고, 상기 폴리머화 또는 교차결합이 상기 셀의 양단에 전기장을 인가함이 없이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 액정은 네가티브 유전 비등방성을 가지고, 상기 폴리머화 또는 교차결합 동안, 상기 액정의 플래너 정렬을 제공하는 전기장이 상기 셀 양단에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100398072B1 (ko) * 2000-12-27 2003-09-19 엘지전선 주식회사 비등방수축방법을 이용한 콜레스테릭 액정 엘라스토머의제조방법

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821455B2 (en) 2000-04-05 2004-11-23 California Institute Of Technology Polymers for control of orientation and stability of liquid crystals
US6897915B1 (en) * 2000-09-27 2005-05-24 Kent State University Non-lithographic photo-induced patterning of polymers from liquid crystal solvents with spatially modulated director fields
DE10257711B4 (de) 2001-12-27 2019-09-26 Merck Patent Gmbh Polymerisierbare monocyclische Verbindungen enthaltende Flüssigkristallmischungen
CN1327279C (zh) 2002-02-04 2007-07-18 夏普株式会社 液晶显示装置及其制造方法
DE10347442A1 (de) * 2003-10-13 2005-05-25 Audi Ag Vorrichtung zur Regelung des Ladedruckes
GB0414882D0 (en) * 2004-07-02 2004-08-04 Univ Cambridge Tech Liquid crystal device
JP5229766B2 (ja) * 2006-05-31 2013-07-03 Ｄｉｃ株式会社 垂直配向型超ねじれ液晶表示素子及びその製造方法
EP2042915A4 (en) * 2006-07-14 2010-05-26 Asahi Glass Co Ltd OPTICAL LIQUID CRYSTAL ASSEMBLY AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
JP5263593B2 (ja) * 2008-10-07 2013-08-14 ソニー株式会社 照明装置および表示装置
WO2010088333A2 (en) 2009-01-30 2010-08-05 California Institute Of Technology Ferroelectric liquid crystal (flc) polymers
WO2012016130A2 (en) 2010-07-30 2012-02-02 California Institute Of Technology Polymer-doped vertically-aligned nematic liquid crystals
KR101598674B1 (ko) 2012-12-14 2016-03-02 주식회사 엘지화학 중합성 조성물

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1307576C (en) * 1987-10-20 1992-09-15 Yoshi Arai Liquid crystal devices and process for producing the same
EP0359146B1 (en) * 1988-09-08 1994-08-03 Dainippon Ink And Chemicals, Inc. Liquid crystal device
ES2129447T3 (es) * 1991-05-02 1999-06-16 Univ Kent State Ohio Dispositivo y material cristalinos de modulacion de luz.
JP3513888B2 (ja) * 1993-08-16 2004-03-31 大日本インキ化学工業株式会社 液晶表示素子及びその製造方法
US5674576A (en) * 1994-09-21 1997-10-07 Nec Corporation Liquid crystalline optical device operable at a low drive voltage
WO1996017273A1 (fr) * 1994-12-01 1996-06-06 Seiko Epson Corporation Element d'affichage a cristaux liquides et son procede de production
JP3416947B2 (ja) * 1994-12-27 2003-06-16 セイコーエプソン株式会社 液晶表示素子およびその製造方法
JP3687756B2 (ja) * 1995-08-09 2005-08-24 大日本インキ化学工業株式会社 液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100398072B1 (ko) * 2000-12-27 2003-09-19 엘지전선 주식회사 비등방수축방법을 이용한 콜레스테릭 액정 엘라스토머의제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
GB9719862D0 (en) 1997-11-19
GB2329481A (en) 1999-03-24
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JPH11249118A (ja) 1999-09-17
DE69815237D1 (de) 2003-07-10
KR100323004B1 (ko) 2002-05-09
EP0903392A1 (en) 1999-03-24

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