KR20010062815A

KR20010062815A - 액정소자의 제조방법

Info

Publication number: KR20010062815A
Application number: KR1020000083735A
Authority: KR
Inventors: 아사오야스후미; 토가노다케시
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2001-07-07
Also published as: US20010023739A1; JP2001249364A

Abstract

액정소자의 제조방법은, 한쌍의 기판사이에 공간을 둔 상태에서 전극이 형성된 한쌍의 기판을 배치하는 단계와, 한쌍의 전극을 통해서 전압을 공급하도록 한쌍의 기판사이의 공간에 키럴스메틱액정을 채우는 단계를 일반적으로 포함한다. 상기 한쌍의 기판에는, 적어도 하나의 기판의 경계에서 적어도 4°의 프리틸트 각도를 나타내는 배향상태로 액정이 위치되도록 대향평형 단일축의 배향축이 형성되어있다. 액정은 온도 감소에 따라서lso-Ch-SmC* 또는 Iso-Smc*의 상전이 계열을 갖는다.

액정소자의 제조방법은 기판사이에 배치된 액정을 lso 또는 Ch로 되는 온도까지 가열한 다음에 SmC*으로되는 온도까지 액정을 냉각시키는 단계와, 1초동안 SmC*로 되는 온도에서 실효전압 〔Erus〕을 갖는 초기 전계를

PsㆍEms.〉15〔(nC/cm²)ㆍ(v/μm)〕(여기서 Ps는 키럴스메틱액정의 자발분극을 나타냄)의 조건을 만족하도록, 전극을 통해서 액정에 적어도 인가하는 공정을 부가하여 포함한다.

Description

액정소자의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING LIQUID CRYSTAL DEVICE}

본 발명은 평탄패널표시장치, 투과표시장치 및 프린터등의 광밸브로 사용되는 액정장치의 제조방법에 관한 것이다.

지금까지 사용된 네마틱 액정표시장치의 유형으로서, 각 화소에 절환소자(즉, 박막트랜지스터(TFT))가 구비된 액티브매트릭스형 액정장치가 공지되어 있고 또한 각종의 모드로 사용되어 왔다.

TFT를 사용하는 상기 액트브매트릭스형 액정장치를 위해 사용되는 네마틱 액정재료로서, 엠. 샤트(M. schadt)씨와 더블유. 헬프리히 (W. Helfrich)씨에 의해 "응용물리학 레터스(Applied Physics Letters)", 볼륨 18, 제 4호(1971년 2월 17일부 발행), 127내지 128페이지에 개시된 비틀림네마틱(TN)액정이 현재 널리 사용되고 있다.

최근, 세로방향의 장치에 적용된 전계를 사용하는 인플레인 (In-Plain)스위칭모드 즉 수직배향모드의 액정장치가 제안되었고, 따라서 종래의 액정 표시에서 불량한 시각특성을 개선하였다.

그러나, 네마틱액정재료를 사용하는 경우에는, 네마틱액정표시장치는 응답속도가 느린것이 문제에 직면하고 있다.

종래 타입의 네마틱액정장치의 응답특성을 개선하기 위해서는, 저 응답속도의 문제를 회피하는 키럴스메틱액정을 사용한 액정장치가 제안되었다.

이와같이 키럴스메틱액정장치는 예를 들면 미국특허출원 09/338426(출원일자 : 1999년 6월 23일)에 제안되었고, 여기서 키럴스메틱액정은 온도의 저하에 따른 이소트로픽액상(Iso)-콜레스테릭상(ch)-키럴스메틱C상 (SmC*) 즉 Iso-SmC*의 상전이 계열을 가지고 있고 또한 액정분자는 가상의 원뿔(virtual cone)의 에지의 내부위치에서 단안정화된다. 한쌍의 기판사이에 키럴스메틱액정을 주입한 후의 냉각단계에서, 정확하게도 Ch-SmC* 또는 Iso-SmC*이 상전이하는 동안, 예를들면 한 쌍의 기판사이에 한 극성(+또는-)의 DC전압을 인가함으로써 액정분자층이 한쪽방향으로 균일하게 배향되거나 정렬되어, 고속응납특성 및 계조제어특성을 개선하고 또한 동화상의 화질이 양호하고 높은 루미네슨스를 실현함과 동시에 대량생산이 가능하게 되었다. 이러한 유형의 액정장치는, 사용된 액정재료가 상대적으로 작은 자발분극을 가지기 때문에, TFT등의 절환소자와 결합하여 유익하게 사용될수 있다.

상기한 단안정액장치에서는, 한쌍의 기판의 단일축의 배향축방향(러빙방향)이 서로 평행하고 또는 동일한 방향이 되는 평행러빙셀구조에서 갈매기형 구조 (chevron structure)를 액정분자에 형성하기위하여, 액정분자는 C2 배향 상태로 놓이는 것이 바람직할수도 있다. 그러나, 본 발명자의 실험에 의하면, C2 배향상태는 액정패널(셀)전체에 대해서 형성되기 어렵고, 따라서 거의 모든 경우에 있어서 일반적으로 C1 배향상태의 부분이 발생하는 결과를 초재한다. 그 결과, 패널면에수직인 방향에서 볼때, 지그재그구조(결함)이 관찰된다. 이에 관련하여, C2 와 C1배향영역사이의 특성이 상이한 것을 경감시키기위해, 낮은 프리틸트각이 형성될 수 있는 배향제어막을 사용할 수 있다. 그러나, 이 경우, 프리틸트각이 거의 0°로 제어되지 않으면, C2와 C1 배향 영역사이의 특성차이가 존재하는 것을 제거하기 어렵다. 그 결과, 표시패널영역내에서 전압-투과율(V-T)특성의 불균일함이 발생되기 쉽다.

V-T특성의 불균일함이 발생하는 것을 방지하기 위해서는, 상기한 낮은 프리틸트배향제어막을 사용하는것외에, 규정된 범위의 배향제어력을 형성하도록 배향제어막에 러빙처리를 행하는 방법이 제안되어 있다.(일본국 특허 공개공보 JP-A 2000-275685(P-2000-275685A)).

그러나, 이 방법에 의하면, 흑색상태를 표시하려고 하는 경우에도, 광누설이 어느정도 일어나기 쉽고, 따라서 콘트라스트가 저하된다.

게다가, 상기한 키럴스메틱액정장치(예를들면, JP-A 2000-275685)는 마이크로도메인 절환에 의거한 계조표시를 초래한다. 이와같은 계조표시는 확대된 표시장치(예를들면, 확대투영계를 사용하는 투과형액정패널, 뷰파인더(viewfinder)또는 헤드 장착형 액정패널)에서 행해질때에, 각각의 마이크로도메인이 작은 크기(예를들면, 타원형 형상의 모노 도메인 또는 직사각형형상의 모노도메인이 기껏해야 10μm의 짧은 직경이나 짧은 변의 길이)를 가지는 경우에도 마이크로도메인자체는 확대된 상태로 표시된다. 그 결과, 결과적인 화상의 화질이 열화되기 쉽고, 특히 거칠게되기 쉽다. 또한 디렉트 뷰형 액정패널(장치)(direct view-type liguidcrystal panel (device))인 경우에도, 액정패널이 기껏해야 100μm의 화소피치를 가지는 고정세 패널일때, 각각의 화소내에서 계조표시를 충분히 보장하기 어렵다.

본 발명의 목적은 배향결함의 발생을 억제할수 있는 액정소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있는 액정소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제조방법에의해 생산된 액정소자의 실시예의 개략단면도

도 3은 본 발명의 제조방법에의해 생산된 액정소자의 실시예의 개략평면도

도 4는 각 화소부에대한 등가회로도

도 5는 본 발명의 제조방법에의해 생산된 액정소자의 V-T(전압-투과율)의 일예를 도시한 그래프

도 6의(a), (b), (c)는 본 발명의 제조공정에의해 생산되는 액정소자를 구동하는 구동파형도이고 도 6의(d)는 대응하는 투과광량을 도시한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1a, 1b 글래스기판 7 : 충적용량커래시티

3a 공통전극 11 : a-si층

4 : T¹=T 12 : n+ a-si층

6b : 배향막 13, 15 : 드레인전극

10 : 게이트전극 14 : 소스전극

10 : 게이트전극 20 : 주사신호구도기

2 : 액정층 21 : 데이터신호구도기

3b : 화소전극 5b : 절연막

본 발명에 의하면, 한쌍의 기판사이에 공간을 둔 상태에서 전극을 각각 형성한 한 쌍의 기판을 배치하는 단계와 ;

한쌍의 전극을 통하여 전압을 공급하도록 한쌍의 기판사이의 공간에 키럴스메틱액정을 채우는 단계와로 이루어진 액정소자의 제조방법으로서,

상기 한쌍의 기판은, 적어도 한쪽의 기판의 경계면에서 적어도 4°의 프리틸각도를 나타내는 배향상태로 액정이 위치하도록 서로 평행하고 또한 대향하는 단일축의 정렬축이 형성되고,

또한, 상기 액정은, 온도의 감소에 따라, 이소트로픽상, 콜레스테릭상 및 키럴스케틱C상의 상전이 계열을 가지고,

상기 액정소자의 제조방법은,

기판사이에 배치된 액정을 이소트로픽상이나 콜레스테릭상으로 되는 온도까지 가열시킨다음 상기 액정을 키럴스메틱 C상으로 되는 온도까지 냉각시키는 단계와 ;

적어도 1초동안, 키럴스메틱 C상으로 되는 온도에서 실효전압(Erms.)를 가진 초기전계를, PsㆍErms.>15[(nC/cm²)ㆍ(v/μm)] (여기서, Ps는 키럴스메틱액정의 자발분극을 나타냄)의 조건을 만족하도록, 전극을 통하여, 키럴스메틱액정에 인가하는 단계를 부가하여 포함하는 것을 특징으로하는 액정소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명 상기 목적, 기타목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 설명된 본 발명의 바람직한 다음의 설명에의거 한층더 자명하게 될것이다.

[실시예]

이하, 도 1내지 도 6을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

우선, 본 바명의 제조방법에 의해 생산된 액정표시소자의 셀구조에 대하여 도 1과 도 2를 참조하면서 설명한다.

도 1과 도 2는 각각 액정소자 (P1 또는 P2)의 셀구조를 나타낸다.

이들의 도면에서, 각각의 액정소자(P1), (P2)는, 한쌍의 기판(1a), (3b)과, 한쌍의 기판(1a),(1b)위에 형성된 한쌍의 전극(3a),(3b) 및 한쌍의 전극(3a), (3b)이 형성된 한쌍의 기판(1a), (1b)사이의 공간에 배치된 키럴스메틱액정(2)을 주로 포함하고 있다.

액정소자(P1 또는 P2)는 한쌍의 전극(3a), (3b)을 통하여 키럴스메틱액정(2)에 전압(구동전압)을 인가함으로써 구동한다.

본 발명에서는, 단일축의 배향축이 서로 평행하고 서로 대향하도록 즉(대향평행(anti-parallel)관계를 가지도록, 또한 한쌍의 기판사에 배치된 키럴스메틱액정(2)이 적어도 함쪽의 기판(1a), (1b)의 경계에서 적어도 4°의 프리틸트 각도(α)를 나타내는 정렬상태로 놓이도록, 한쌍의 기판(3a), (3b)은 단일축의 배향처리(즉, 러빙처리)를 행한다. 본 발명에서는, 프리탈트 각(α)이 50°이하로 설정되고, 보다 바람직하게는 30°이하에서 적어도 4°로 설정된다. 온도감소에따라 액정분자의 여기서 언급한 프리틸트각(α)은, 층구조가 형성될때에 층경사각에 영향을 주는 프리틸트각의 값을 고려하는것이 특히 중요하기 때문에, 사용된 키럴스메틱 액정재료가 Ch(콜레스테릭상)를 나타낼때에 Ch의 하한온도에서 측정된 프리틸트각이거나, 또는 액정재료가 Ch를 나타내지 않을 때에 SmC*의 상한온도에서 측정한 값이다.

상기 측정온도 (Ch의 하한치온도 또는 SmC*의 상한치온도)에서, 프리틸트각 즉 온도의 의존성을 나타내지 않기나 또는 거의 나타내지 않는 프리틸트각을 측정하기 어려운 경우에는, 다른 임의의 온도에서 프리틸트각을 측정하여도 된다. 대안으로, 상기한 프리틸트각 대신에, 본 발명에서 실제로 사용된 키럴스메틱액정과 유사한 성분을 포함하는 액정의 프리틸트 각(Ch 또는 SmC*에서 측정된 프리틸트각)을 사용할 수 있다.

본 실시예에서 사용된 키럴스메틱액정(2)은, 구동전압을 인가하지 않은 상태에서 단안정배향상태로 평균 분자축이 놓이게 액정분자를 배열하도록하고, 또한 한쪽 (제1)극성의 공급된 구용전압의 크기에 따라서 변동되는 틸트각(tilt angle)에서 한쪽(제 1)극성의 구동전압이 인가될때에 한쪽(제 1)방향으로 단안정배향상태로부터 액정분자가 경사지도록하고, 또한 다른쪽(제 1극성에 대향하는 제 2극성)의 인가구동전압의 크기에 따라 변경되는 경사각도에서 제 2극성의 구동전압이 공급될때에 제 1방향에 대향하는 제 2방향(다른쪽 방향)으로 단안정정렬상태로부터 액정분자가 경사지도록하는 배향특성을 바람직하게 같는다. 다시말하면, 키럴스메틱액정(2)은 고유한 메모리특성(즉 쌍안정성)을 잃고 또한 액정소자에서 인가전압의 크기에 따라 결과적인 틸트각도의 크기를 계속적으로 제어할수 있고, 따라서 액정소자의 투과광량을 계속적으로 변경하여 계조표시를 할수있도록 한다. 이 경우, 게 1극성의 구동전압의 인가 상태에서의 틸트각도는, 제 2극성의 구동전압의 인가상태에서의 틸트각도에 의해 부여된 것과 상이한 최대틸트각이 바람직하게 제공될 수 있다. 한층 더 바람직한 실시 예에서는, 한쪽극성의 구동전압의 인가상태에서의 최대 틸트각은 다른쪽 극성의 구동전압의 인가상태의 것보다 적어도 5배가 된다. 다른쪽극성의 구동전압의 인가상태에서의 후자(작은)최대틸트 각은 대략 0°로 될 수 있다.

도 5는 키럴스메틱액정에 인가된 구동전압(V)과 키럴스메틱액정소자의 투과율(T)사이의 관계의 예를 도시한 그래프이다.

도 5에서, 인가된 구동전압의 상기 제 1극성은 정극성으로 간주하고 제 2극성은 부극성으로 간주한다.

도 5에서, 정의 측상의 투과율(T)은, 구동전압을 0볼트에서 구동전압(포화전압) (Vx)으로 증가하에 따라, 0에서 최대투과율(Tx)로 점차적으로 완만하게 계속해서 증가된다.

한편, 부의 측상의 투과율(T)은, 구동전압을 0볼트에서 구동전압(포화전압)(-Vx)으로 증가함에 따라, 0에서 최대투과율(Ty)로 점차적으로 계속해서 증가된다.

부의 극성 (제 2극성 즉 다른 쪽 극성의 구동전압(-Vx)의 인가상태하에서의 최대투과율(Ty)은 매우 작은 값을 가진다.

최대투과율(Tx),(Ty)은 정극성의 구동전압과 부극성의 구동전압을 인가한 상태의 최대틸트각에서 각각 부여된다. 따라서, 최대틸트각이 대략 0°일때에, 부극성의 구동전압(-Vx)의 인가시에 결과적인 최대투과율(Ty)는 대량 0%로 된다.

또한, 구동전압(Vx와 -Vx)의 인가시의 최대경사각은 기껏해야 45°의 각도에 대응한다. 45°이상에서, 결과적인 투과율은 최대값에 대응하지 않는다.

본 발명에서는, 키럴스메틱액정(2)는 DSC(미분주사열량측정)(differential scanning calorimetry),에 따른 온도감소에 의존하여 Iso-Ch-SmC* 또는 Iso-SmC*의 상전이계열을 가지므로, 고차원상(Iso 또는 Ch)로부터 SmC*까지의 상전이시에 스메틱A상(SmA)으로 추정되지 않는다.

또한, 전압이 인가되지 않은 상태에서, 키럴스메틱액정(2)은 액정분자가상원뿔에지(virtual cone edge) 안에서 안정화될 수 있다.

키럴스메틱액정(2)은 이것의 벌크상태에서 셀간격(기판1a와 1b간의 공간)의 적어도 2배큰 헬리컬피치를 갖는 것이 바람직하다.

키럴스메틱액정(2)은 비페닐, 페닐시클로헥산에스테르 또는 페닐-피리미딘 골격을 함유하는 탄화수소형 액상재료와; 나프탈렌형 액상재료 및 플루오린함유액상재료로부터 선택된 복수의 액상재료를 적합하게 혼합함으로써 제조된 액정조성물인 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 키럴스메틱액정의 액정조성물은 다음의 화학식(1),(2),(3) 및 (4)에 의해 대표되는 적어도 2개의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

화학식(1)

여기서 A는이고, R₁및 R₂는 각각 1 내지 20개의 탄소원자를 갖고 또는 선택적으로 치환기를 갖는 직선 또는 분자형상의 알킬기이고; X 및 Y는 각각 단결합 O, COO 또는 OCC이고; Y₁, Y₂, Y₃및 Y₄는 각각 H 또는 F이고; n은 0 또는 1이다.

화학식(2)

여기서 A는이고 R₁및 R₂는 각각 1 내지 20개의 탄소원자를 갖고 또한 선택적으로 치환기를 갖는 직선 또는 분지형상의 알킬기이고;X₁및 X₂는 각각 단일 결합 O, COO 또는 OOC이고; Y₁, Y₂, Y₃및 Y₄는 각각 H 또는 F이다.

화학식(3)

R1 및 R2는 1 내지 20개의 탄소원자를 갖고 또한 선택적으로 치환기를 갖는 직선 또는 분자형상의 알킬기이고; X1 및 X2는 각각 단일결합 O, COO 또는 OOC이고; Y1, Y2, Y3 및 Y4는 각각 H 또는 F이다.

화학식(4)

여기서 R₁및 R₂는 1 내지 20개의 탄소원자를 갖고 또한 선택적으로 치환기를 갖는 직선 또는 분지형상의 알킬기이고; X1 및 X2는 각각 단일결합 O, COO 또는 OCC이고; Y₁, Y₂, Y₃및 Y₄는 각각 H 또는 F이다.

이하, 본 발명에 의한 제작공정에 의해 제작되는 액정소자(P2)의 각각의 구성부재를 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에 있어서, 액정소자(P2)는, 1쌍의 기판(1a), (1b); 기판(1a) 및 (1b)상에 각각 배치되는 전극(3a), (3b); 전극(3a), (3b)상에 각각 배치되는 절연막(5a), (5b); 절연막(5a), (5b)상에 배치되는 배향제어막(6a), (6b); 배향제어막(5a), (5b)사이에 배치되는 키럴스메틱액정(2) 및 배향제어막(14a) 및 (14b)사이에서 액정(15)과 함께 배치되는 스페이서(8)를 구비한다.

각각의 기판(1a), (1b)는 유리 또는 플리스틱 등의 투과성재료를 포함하고, 또한 액정(2)에 전압을 인가하기 위하여, 예를 들면 In₂O₃또는 ITO(인듐주석산화물)의 전극(3a),(3b)로 피복되어 있다.

전극(3a), (3b)상에는, 예를 들면 탄락회로의 발생을 방지하는 기능을 갖는 SiO₂, TiO₂또는 Ta₂O₅의 절연막(5a), (5b)이 소망하는 바와 같이 각각 배치되어 있다.

절연막(5a), (5b)상에는, 배향제어막(6a), (6b)을 접촉하는 액정(2)의 배향상태를 제어하기 위하여 배향제어막(6a),(6b)을 배치한다. 배향제어막(6a), (6b)은 예를 들면 러빙(rubbing) 등의 단일축방향처리를 행한다. 이와 같은 배향제어막(6a),(6b)은 용매에 의한 건습피복을 통해서 폴리이미드, 폴리이미드아민, 폴리아미드 또는 폴리비닐알코올 등의 유기용매의 막을 형성하고, 건조 및 소정의 방향으로 러빙하거나 또는 예를 들면 SiO₂의 산화물 또는 질화물이 기판에 대해 소정의 각도를 갖는 경사방향으로 기판상에 증착되는 경사증착을 통해서 유기재료의 퇴적막을 형성함으로써 제조될 수도 있다.

배향제어막(6a),(6b)은 배향제어막에 대한 재료를 변경하거나 또는 단일축 배향처리의 조건을 처리함으로써 배향제어막(6a),(6b)의 경계에서 액정분자와 배향제어막표면사이에서 형성된 각도인 소정의 프리틸트각도(α)를 갖는 액정(2)의 액정분자를 형성하도록 적합하기 제어될 수도 있다.

배향제어막(6a),(6b)을 단일축방향처리(러빙)을 행함으로써 각각의 단일축배향처리(러빙)방향은 대향평형상태(평형하거나 또는 대향됨)관계로 적합하게 설정될 수도 있다. 배향제어막사이에서 교차각도를 형성하는 교차관계를 채택하는 경우에는, 교차각도는 기껏해야 45°가 되도록 설정될 수 있다.

균일한 단일축배향성능과 전계(구동전압)무인가하에서의 액정분자의 평균분자축이 비록 셀간격이 사용되는 액정재료에 따라서 최적범위 및 이것의 상한치를 변경하여도, 평균단일배향처리축(또는 2개의 단일축배향처리축의 이등분선)으로 대략 배향되는 배향상태로 형성되도록 하기 위하여, 기판(1a),(1b)은 바람직하게는 0.3∼10㎛범위인 기판사이의 거리(예를 들면 셀갭)를 결정하는 예를 들면 실리카비드를 포함하는 스페이서(8)를 개재해서 서로 대향하도록 배치한다.

스페이스(8)에 부가하여, 기판사이에 접착성과 키럴스메틱액정소자의 임팩트(쇼크)저항을 향상시키기 위하여 기판(1a),(1b)사이에, 예를 들면 에폭시수지 등의 수지접착입자(도시되지 않음)를 분산배치하는 것도 또한 가능하다.

도 1 또는 도 2에 도시된 액정소자(P1 또는 P2)는, 한쌍의 기판(1a),(1b)이 한쪽기판을 통해 다른쪽 기판을 통과하는 입사광(예를 들면, 외부광원으로부터 발생됨)을 광학적으로 변조하기 위하여 편광축이 수직으로 상호교차하는 크로스-니콜관계로 배치된 한쌍의 편광체판(도시되지 않음)사이에 샌드위치된 광투과형이다. 본 발명의 제작공정에 의해 생산되는 액정소자는 기판(1a),(1b)의 어느 한쪽에 반사판을 형성하거나 또는 기판상에 본질적으로 반사재료로 구성되거나, 또는 기판상에 반사부재를 갖는 기판과 기판의 외측에 편광판이 형성된 다른 기판을 결합함으로써 반사형 액정소자로 변경될 수도 있다.

본 발명에서는, 액정소자(P1 또는 P2)는 심플매트릭스형상 또는 액티브매트릭스형상으로 형성될 수도 있다. 심플매트릭스형상의 액정소자의 경우, 전극(3a),(3b)은 스트립전극이 수직으로 서로 교차하는 매트릭스형상으로 배열되는 스트립전극으로서 형성될 수도 있다. 액티브매트릭스액정소자의 경우, 예를 들면 도 1의 기판의 한쪽(1b)에는 도트형상의 투명전극(예를 들면 도 1의 3b)이 매트릭스형태의 화소전극으로서 배치되고 각각의 화소전극은 TFT(박막트랜지스터) 또는 MIM(금속-절연층-금속)등의 절환소자 또는 액티브소자 등에 접속되는 매트릭스전극구조가 형성되어 있고, 다른 기판에는 소정의 패턴으로 기판의 전체표면 또는 일부상에 카운터(공통)전극이 형성되어 있다.

본 발명의 제작공정에 의해 생산되는 액정소자(P1 또는 P2)는 한쌍의 기판(1a),(1b)의 한쪽에 적어도 적(R), 녹(G) 및 청색(B)의 컬러필터세그먼트(각각의 컬러화소부분에 대응함)를 구비하는 컬러필터를 제공함으로써 컬러액정소자로서 사용될 수도 있다. 필드순차방식으로 각각의 컬러광조사에 동기하여 컬러화상을 변화시키는 컬러믹싱을 행하기 위하여 컬러광속을 조사하는 R광원, G광원 및 B광원을 구비하는 광원시스템을 대략 연속적으로 절환함으로써 풀컬러표시(full color display)를 행하는 것도 또한 가능하다.

본 발명에서는, 액정소자에 계조신호(gradation signal)를 공급하기 위한 구동회로와 결합하여 상기 언급한 액정소자를 사용함으로써, 구동회로와 예를 들면 도 3에 도시된 전극(3b)의 하나를 전기적으로 접속함으로써 계조표시를 행하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 제작공정에 의해 생산되는 액티브매트릭스액정소자(P1)의 실시예를 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다.

이들의 도면에 도시된 액정소자(P1)는, 한쌍의 기판사이에 소정의 간격으로 서로 대향 배치된 한쌍의 유리기판(1a),(1b)을 포함한다.

본 실시예의 한쪽의 유리기판의 전체표면(1b)상에, 공통전극(3a)을 균일한 두께로 형성하고 또한 배향제어막(6a)으로 피복한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 다른쪽의 유리기판(1b)상에는, X방향으로 배치되고 주사신호구동기(20)(구동수단)에 접속된 주사신호라인(게이트선)(G1, G2, G3, G4, G5…)과 Y방향으로 배치되고 데이터신호구동기(21)(구동수단)에 접속된 데이터신호라인(소스라인)(S1, S2, S3, S4, S5,…)전기적으로 절연상태로 서로 수직으로 교차하도록 배치함으로써, 각각의 교점에 복수의 화소(도 3에서는 5×5)를 형성한다. 각 화소에는 스위칭소자인 박막트랜지스터(TFT)(24)와 화소전극(25)이 형성되어 있다. 주사신호(게이트)라인(G1, G2…)은 TFT(4)의 게이트전극(10)과 각각 접속되고, 데이터신호(소스)라인(S1, S2…)은 TFT(4)의 소스전극(14)에 각각 접속된다. 화소전극(3b)은 TFT(4)의 드레인전극(15)에 각각 접속된다.

본 실시예에서는, 각 화소는 TFT(4)로서 비결정실리콘(a-Si)TFT가 형성되어 도 된다. TFT는 다결정실리콘(P-Si)형태의 TFT일수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유리기판(1b)상에 형성된 TFT(4)는, 게이트라인(도 3에 도시된 G1, G2…)에 접속되는 게이트전극(10); 게이트전극(10)상에 형성된 예를 들면 실리콘질화물(SiNx)의 절연막(게이트절연막)(5b); 절연막(5b)상에 형성된 a-Si층(11); a-Si층(11)에 형성되고 또한 서로 공간적으로 이격된 n+ a-Si층(12),(13); n+ a-Si층(12)상에 형성된 소스전극(14); n+a-Si층(13)상에 형성되고 소스전극(14)과 공간적으로 이격된 드레인전극(15) 및 a-Si층(11), 소스전극(12) 및 드레인전극(13)를 부분적으로 피복하는 채널보호막(16)을 구비한다. 소스전극(12)은 소스라인(도 3에 도시된 S1, S2,…)에 접속되고, 드레인전극(13)은 투명도전막(예를 들면 ITO막)의 화소전극(3b)(도 3)에 접속된다.

또한, 유리기판(1b)상에는, 유지용량 또는 기억용량을 구성하는 구조는 화소전극(3b), 기판(1b)상에 배치된 기억용량전극(7) 및 이들의 사이에 샌드위치된 절연막(5b)에 의해 구성된다. 기억용량(Cs)의 구조는 액정층(2)과 평행하게 배치된다. 기억용량전극(7)이 큰 면적을 가지는 경우에는, 개구율은 감소된다. 이와 같은 경우, 기억용량전극(7)은 예를 들면 ITO막 등의 투명도전막으로 구성된다.

TFT(4)와 유리기판(1b)의 화소전극(3b)상에, 배향막(6b)이 형성되고 또한 상기 배향막(6b)는 단일축배향처리(예를 들면 러빙)를 행한다.

유리기판(1b)상에 형성된 화소전극(3b)과 유리기판(1a)상에 형성된공통전극(3a)사이에는, 액정용량(Clc)(도4)을 형성하기 위하여 자발분극(PS)을 갖는 키럴스메틱액정(2)이 배치된다.

도 1에 도시된 상기 액정소자(P1)는 상호 수직으로 배치된 편광축이 형성된 한쌍의 크로스니콜편광판(도시되지 않음) 사이에 샌드위치되어 있다.

다음으로, 액티브매트릭스형태의 액정소자(P1)를 사용하는 일반적인 액티브매트릭스구동방법의 일예를 도 1, 도 3을 결합하여 도 4와 도 5를 참조하여 설명한다.

상기 언급한 액정소자(P1)에서는, 게이트(-on)전압이 라인순차방식의 주사신호구동기(20)로부터 각각의 게이트전극(G1, G2,…)에 연속적으로 인가되고, 이에 의해 TFT(4)에는 게이트전극이 인가되어 "ON"상태로 놓이게 된다.

게이트전압인가와 동기하여, 소스선(S1, S2,…)에는 데이터신호구동기(21)로부터 각 화소에 대한 입력정보(데이터)에 의존하는 데이터신호전압인 소스전압이 인가된다.

따라서, 화소의 TFT(4)가 "ON"상태로 놓이는 화소에 있어서, 소스전압은 TFT(4)와 대응화소전극(3b)을 개재하여 키럴스메틱액정(2)에 인가되고, 이에 대해 각 화소에 대해 액정(2)의 절환을 행한다.

상기 구동동작은 화상의 제 1입력을 행하기 위하여 소정의 주기(프레임주기)로 반복된다.

이와 같은 화상재입력동작은, 도 6에 도시된 바와 같이, 1프레임주기(FO)를 (예를 들면, 제 1필드주기(F1)과 제 2필드주기(F2)의 복수의 필드프레임주기로 분할함으로써 각각의 필드주기에서 행하여 지는 경우에는, 다음의 구동방법이 적합할 수도 있다.

도 6에서, (a)에는 1개의 게이트라인(Gi)에 인가되는 게이트전압(Vg)의 파형, (b)에는 1개의 소스라인(Sj)에 인가되는 소스전압(Vs)의 파형; (c)에는 이들의 게이트라인(G1)과 소스라인(Sj)의 교점에 형성된 화소에서 키럴스메틱액정(2)에 인가되는 전압(Vpix)의 파형; (d)에는 화소에서의 투과광량(T)의 변화를 도시한다. 본 실시예에서는, 액정소자(P1)에 사용된 키럴스메틱액정(2)은 도 5에 도시된 바와 같은 V-T특성을 제공한다.

도 6에 있어서, 제 1필드주기(F1)에서는, 1개의 게이트라인(G1)에는 (a)에서 도시된 바와 같은 소정(선택)주기(Ton)와 게이트전압인가와 동기하여 게이트전압(Vg)이 공급되고, 1개의 소스라인(Sj)에는 도(b)에 도시된 바와 같이 공통전극(3a)(도 1)의 전위 Vc(기준전위)에 의거한 소스전압Vs(=V=+Vx)이 선택주기(Ton)에서 공급된다. 이때, 관련된 화소의 TFT(4)는 게이트전압(Vg)의 인가에 의해 턴온되고, 소스전압(Vx)이 TFT(4)와 화소전극(3b)을 개재해서 액정(2)에 인가됨으로써, 액정용량(Clc)와 기억용량(Cs)를 충전시킨다.

필드주기(F1)의 선택주기(Ton)이외의 비선택주기(Toff)에서는, 게이트전압(Vg)은 게이트라인(G1)이외의 게이트라인 G1, G2…에 인가된다. 결과적으로, 게이트라인(Gi)에는 비선택주기(Toff)에서 게이트전압(Vg)이 인가되지 않고, 이에 의해 TFT(4)는 턴오프된다. 따라서, 액정용량(Clc)와 기억용량(Cs)는 각각 (C)에 도시된 바와 같이 필드주기(F)동안 전압Vx(=Vpix)를 제공하기 위하여충전된 전기전하를 유지한다. 필드주기(F1)를 통해서 전압(Vx)이 인가된 액정(2)은 (d)에 도시된 바와 같이 서브필드주기(F)와 대략 동일한 투과광량(Tx)을 제공한다.

액정의 응답시간이 선택주기(Ton)보다 큰 경우에는, 액정용량(Clc)과 기억용량(Cs)의 충전과 액정(2)의 절환은 비선택주기(Toff)에서 행하여진다. 이 경우에는, 커패시터에 축적된 전하량은 자발분극의 반전에 기인하여 감소되어 도 6의(C)에서 도시된 바와 같이 액정층(2)에 인가되는 전압(V8)에 의한 전압(-Vx)보다 작은 구동(화소)전압(Vpix)를 제공한다.

다음의 제 2필드주기(F2)에서는, 상기 언급한 게이트라인(Gj)에는 (a)에서 도시된 바와 같이 Ton에서 동기하여 게이트전압(Vg)이 인가되고 또한 게이트전압과 동기하고, 소스라인(Sj)에는 (b)에 도시된 바와 같이, F1의 소스전압(+Vx)의 극성과 반대의 극성을 갖는 소스전압-Vs(=-Vx)이 인가됨으로써, 소스전압(-Vx)은 Ton에서 액정용량(Clc)와 기억용량(Cs)에 충전되고 또한 도 C에 도시된 바와 같이 Toff에서 유지되기 때문에, (d)에 도시된 바와 같이 필드주기(F2)에서 대략 일정한 투과광량(Ty)를 유지한다.

액정의 반응시간이 선택주기(Ton)보다 긴 경우에는, 액정용량(Clc)과 기억용량(Cs)의 충전과 액정의 절환은 비선택주기(Toff)에서 행하여진다. 이 경우에는, 선행필드주기(F1)와 유사하게, 커패시터에 충전된 전하(electriccl change)는 자발분극의 발전에 기인하여 감소되어 도 6의 (C)에서 도시된 바와 같이 액정층(2)에 인가된 절대치로서의 전압(Vd)에 의해 전압(-Vx)보다 작은 구동(화소)전압(Vpix)를제공한다.

도 6에 도시된 상기 구동방법에서는, 킬러스메틱액정(2)의 절환은 필드주기(F1)과 (F2)사이에서 상이한 계조상태(레벨)(투과된광량Tx 및 Ty)를 표시하기 위하여 인가된 구동전압의 크기에 따라서 각 필드주기(F1 또는 F2)에 대해 행하여진다. 결과적으로, 전체프레임주기(FO)에서는, 투과광량은 Tx와 Ty의 평균으로 된다.

제 2필드주기(F2)에서의 투과광량(Ty)은 제 1필드주기(F1)의 Tx보다 상당히 작거나 또는 거의 제로(0)에 근접하기 때문에, 전체프레임주기FO(F1+F2)의 투과광량은 제 1필드주기(F1)의 Tx와 비교할때 또한 저하된다. 이런 이유에 의해, 전체프레임주기(FO)를 통한 오브젝티브투과광량(표시화상의 개조레벨)에 의거한 액정소자(P1)의 실제구동제어서는, 구동전압Vx(-Vx)은 제 1필드주기(F)의 투과광량(Tx)을 오브젝티브투과광량보다 대략 높게 설정함으로써 결정되는 것이 바람직하다.

상술한 구동방법에 있어서, 정극성구동전압(+Vx)은 예를 들면 도 6에 도시된 기수필드주기(F1)에 인가되고, 부극성구동전압(-Vx)은 예를 들면 F2의 짝수필드주기(F2)에서 액정층(2)에 인가됨으로써, 액정층(2)에 실제적으로 인가되는 전체구동전압은 시간적으로 교류화되어 액정(2)의 열화를 효과적으로 방지한다.

또한, 고휘도표시는 제 1필드주기(F1)에서 행하여지고 저휘도표시는 제 2필드주기(F2)에서 행하여 지기때문에, 기껏해야 50%의 시간개구율(timewise aperture)을 초래한다. 결과적으로, 동화상이 이와 같은 액정소자(P1)를 사용함으로써 표시될때는, 그 화질은 양호하게 된다.

다음으로, 본 발명에 의한 액정소자제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 제조공정에서는, 다음의 공정, 즉 기판사이에 소정의 공간(갭)을 갖도록 한쌍의 기반(1a),(1b)을 배치하는 공정과;

기판(1a),(1b)간의 공간에 키럴스메틱액정(2)을 주입(배치)하는 공정과;

액정소자에 키럴스메틱액정(2)을 샌드위치하기 위하여 한쌍의 기판(1a),(1b)상에 한쌍의 전극(3a),(3b)을 각각 형성하는 공정 및

액정분자를 배향하기 위해 한쌍의 기판(1a),(1b)을 특정의 단일축배향처리를 행하는 공정과를 적합한 순서로서 실행한다.

보다 상세하게는, 예를 들면, 본 발명의 공정은, 기판 사이에 공간을 둔 상태에서 전극이 형성된 한쌍의 기판을 배치하는 공정과; 한쌍의 전극을 개재하여 전압이 인가되도록 하기 위하여 한쌍의 기판간의 공간에 키럴스메틱액정을 주입하는 공정을 주로 포함한다.

이 경우에는, 상기 한 쌍의 기판은, 적어도 한쪽의 기판의 경계면에서 적어도 4°의 프리틸각도를 나타내는 배향상태로 액정이 위치하도록 서로 평행하고 또한 대향하는 단일축의 배향축이 형성되고,

또한, 상기 액정은, 온도의 감소에 따라, 이소트로픽상, 콜레스테릭상(Ch) 및 키럴스메틱C상(SmC^*)의 상전이계열, 또는 이소트로픽상(ISO)과 키럴스메틱C상(SmC^*)의 상전이계열을 가지고,

상기 액정소자의 제조방법은,

기판 사이에 배치된 액정을 이소트로픽상(Iso)이나 콜레스테릭상(Ch)으로 되는 온도까지 가열시킨 다음 상기 액정을 키럴스메틱C상(SmC^*)으로 되는 온도까지 냉각시키는 단계와;

적어도 1초동안, 키럴스메틱C상으로 되는 온도에서 실효전압(Erms.)를 가진 초기전계를, Ps·Erms.>15[(nC/㎠)·(V/㎛)] (여기서, Ps는 키럴스메틱액정의 자발분극을 나타냄)의 조건을 만족하도록, 전극을 통하여, 키럴스메틱액정에 인가하는 단계를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 언급되는 초기전계의 실효전압(Erms.)은 소정의 상을 표시하기 위하여 인가된 구동전압과 상이하고 특히 인가된 파형에 대한 제곱평균제곱값(실효값)에 의해 주어진 전압을 의미한다.

이와 같은 실효전압(Erms.)을 갖는 초기전계는 사인파, 삼각파 및 톱니파 등과 같이 시간이 경과함에 따라 주기적으로 변동하는 전압을 제공하는 파형을 구비한다.

본 발명의 공정에서는, 키럴스메틱액정에는 키럴스메틱C상(SmC^*)이 되는 상전이온도가 ±5℃이내인 온도범위에서 DC전압성분을 구비하는 전압을 인가한다. 이 때, 전압은 절대치로서 1 내지 10볼트 DC전압성분을 구비한다.

상기 설명한 본 발명의 공정에 의해 제조된 액정소자와 상이하게, 낮은 프리틸트각(α<4°)을 제공하는 액정소자를 제작하는 경우에는, 액정분자는 키럴스매틱상으로의 상변환 직후, 즉 층형성후에 수직의 서가(bookshelf)구조를 형성하는 것으로 추정된다. 그 후, 층공간은 온도 감소에 의해 점진적으로 감소되어 스메틱층이 기판법선방향으로부터 경사되거나 또는 기울어지는 구조와 같은 서가구조의 변화를 야기시킨다.

이 때, 갈메기형층구조(chevron layer structure)가 형성될때, 액정분자는 C1 또는 C2배향상태로 놓여진다.

또한, 이와 같은 액정소자가 적합한 배향제어력을 제공하도록 설계될 때에는, 액정분자는 스트립텍스쳐 및 경사된 서가구조를 형성한다. 이 경우에는, 수직의 서가구조가 Ch-SmC^*상 변이직후에 일단 형성된 후에 층공간은 온도 감소에 따라 점진적으로 감소되어 소정의 배향제어력에 기인하여 기판법선방향으로부터 경사구조를 변화시킴으로써, 갈메기형구조가 아닌 경사된 서가구조를 초래한다고 추정된다. 기판에 대해 층경사각도의 변화과정동안의 층구조의 미세한 불균일성은 상결함을 초래하는 스트립텍스쳐로서 관측된다고 추정할 수 있다.

한편, 적어도 4도이상의 프리틸트각(α)과 대향평행러빙셀구조를 제공하기 위하여 설계된 본 발명의 공정에 의해 생산된 액정소자는 (키럴)스메틱상(층구조의 형성)으로의 상전이 직후부터 이미 형성되어 있는 경사된 서가구조를 즉시 형성한다. 결과적으로, 키럴스메틱액정의 액정분자의 불균일층구조는 본 발명에 의한 공정을 통해서 생산되는 액정소자에 즉시 형성되지 않고, 이에 의해 스트립텍스쳐의 발생을 거의 초래하지 않는다.

비록 다소의 스트립텍스쳐가 적어도 4도의 프리틸트각을 형성하는 대향평행셀을 사용하는 본 발명의 공정에 의해 생산된 액정소자에서 발생할지라도, 사용되는 키럴스메틱액정는 (Ps·Erms>15[(nc/㎠)·(v/㎛)]의 관계식을 만족시키는 실효전압(Erms.)을 갖는 상기 언급한 초기전계를 적어도 1초동안 공급하면, 스트립텍스쳐는 효과적으로 사라진다.

이를 고려시에 본 실험의 결과로서, 4도 이하의 낮은 프리틸트각도(∝)의 경우에는, 스트립텍스쳐는 상기 언급한 초기전계가 인가되는 경우에도 여전히 존재한다. 따라서, 스트립텍스쳐의 발생을 효과적으로 억제하기 위해서는, 본 발명의 초기전계적용은 대향평행관계 및 높은 프리틸트각(α≥4°)을 만족시키는 셀구조, 예를 들면 액정분자의 층구조에서 상기 언급한 불균일성을 즉시 야기시키지 않는 셀구조와 결합하여 채택되는 것이 중요한다.

본 발명에서는, 프리틸트각도(α)의 측정은 JPn.J.Appl.Phys.vol.119(1980), No.10. Short Notes 2013에 기재된 결정회전방법에 의해서 실행될 수도 있다.

측정을 위해, 액정분자가 서로 평행한 분자층을 형성하기 위하여 경사되고 또한 한쌍의 기판의 경계에서 동일방향으로 경사되도록 하기 위하여 서로 평행하고 대향하도록 배향된 배향처리(러빙)축이 형성된 배향평형러빙액정셀은, 한쌍의 기판에 대해 수직이고 배향처리축(러빙축)을 포함하는 평면에서 회전되었고, 회전중에, 셀은 헬륨-네온레이저빔으로 조사되고 회전평면의 법선방향의 회전평면에 대해 45도의 각도를 형성하는 편광평면을 가짐으로써, 전송광의 광도를 입사편광평판에 평행한 투과축을 갖는 편광체판을 통해서 대향측으로부터의 포토다이오드에 의해 측정하였다.

프리틸트각(α)은 시뮬레이션을 통해서 얻었으며, 여기서 간섭에 의해 형성된 투과광의 강도의 스팩트럼의 조절은 다음의 이론적인 곡선(a)과 관계식(b)에 의해 행하여졌다.

여기서, No는 정상광선(ordinary ray)의 굴절률, Ne는 이상광원(extraordinary ray)의 굴절률, Ø는 셀의 회전각도, T(Ø)는 투과광의 강도, d는 셀두께 및 λ는 입사광의 파장을 나타낸다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

키럴스메틱액정조성물 LC-1을 지시된 중량비율의 다음의 화합물을 혼합함으로서 제조하였다.

이와 같이 제조된 액정조성물 LC-1은 다음과 같은 상전이계열 및 물리적인특징을 나타냈다.

상전이온도(℃)

(ISO : 이소트로펙상, Ch :콜레스테릭상, SmC^*:키럴스메틱C상, Cry : 결정상)

자발분극(Ps) : 2.9nC/㎠(30℃)

틸트각: 23.3도(30℃), AC전압=100Hz 및 ±12.5V, 셀간격 = 1.4㎛

층경사각 : 21.6도(30℃)

헬리컬피치(SmC^*) : 적어도 20㎛(30℃)

명세서상에 언급된 위상전이온도 값, 자발분극 Ps값, 틸트각도값 및 스메틱층의 층경사각도(∝)의 값은 다음의 방법에 의해 측정된 값에 의거한다.

상전이온도의 측정

상전이온도는 액정조성물C-1을, 1분동안 100℃로 유지시키고, 5℃/분의 비율로 -30℃로 냉각되고, 5분동안 -30℃로 유지시키고, 5℃/분의 비율로 100℃로 다시 가열시키는 처리를 행한후에 DSC장치(페르킨엘머주식회사로부터 인가된 "DSC Pyrisl")를 사용하여 측정하였다.

자발분극(Ps)의 측정

자발분극은 K.미야사토시 등에 의해 기술된(JapanJ, Appl. phys. 22, NO.10, PP. L661-(1983)) "강유전체액정의 자발분극을 측정하기 위한 삼각파에 의한 직접방법"에 의해 측정되었다.

틸트각도의 측정

제 1소멸위치(최저투과도를 나타내는 위치)와 제 2소멸위치를 발견하기 위하여 Hamamatsu photonics K.K.에 의해 통용된 광전증배기에 의해 소자를 통해서 투과도를 측정하면서 액정소자를 소자의 상부 및 하부기판사이에 ±12.5V 내지 ±50V 및 1 내지 100Hz의 Ac전압의 인가하에서 직각크로스니콜 편광체판 사이에 샌드위치시키고 또한 편광체판에 대해 수평으로 회전시켰다. 틸트각은 제 1 및 제 2소멸위치간의 각도의 반으로서 측정되었다.

액정층경사각도δ의 측정

사용된 방법은 클라크(clark) 및 라저윌씨(Largerwal)(Japan Display 86) Sept.30-Oct2, 1986, P.P.456-458) 또는 오우치(Ohuchi)씨 등(J.J.A.P.,27(5)(1988), P.P.725-728)의해 사용된 방법과 근본적으로 유사하였다. 측정은 MAC사이어드로부터 통용되는 회전음극형 X선회전장치를 사용함으로써 행하였고, 코닝글래스워크로부터 통용되는 80㎛두께의 마이크로쉬트를 액정셀의 유리기판에 대해 X선흡수를 최소화하기 위하여 기판으로써 사용하였다.

블랭크셀을 다음의 방식으로 제조하였다.

700Å두께의 투명전극의 ITO막이 각각 설치된 1쌍의 1.1mm두께의 유리기판을 제작하였다. 본 실시예에서는, 투명전극의 패터닝은 행하지 않았다.

한상의 유리기판의 각각의 투명전극상에는, 일본신세틱루버주식회사(Japan Synthetic Rubber Co.Ltd)에서 제조된 "JALS2022"인 폴리이미드 프리커서가 스핀코팅에 의해 도포되고 5분동안 80℃에서 예비건조한 후에, 150Å두께의 폴리이미드막을 얻기 위하여 1시간동안 200℃에서 고온베이킹하였다.

이와 같이 얻은 폴리이미드필름의 각각을 배향제어막을 제공하는 다음의 조건하에서 나일론천으로 단일축배향처리로서의 러빙처리(rubbing treatment)를 행하였다.

러빙롤러 : 테이진 K.K.에 의해 제조된 NF-77인 나일론천이 감겨있는 10cm직경의 롤러.

압축길이 : 0.3mm

기판 피이드레이트 : 10cm/초

회전속도 : 1000rpm

기판피드 : 4배

다음으로, 하나의 기판상에, 평균입자직경이 1.5㎛인 실리카비드(Silica beads)를 산재시키고 한쌍의 기판을 서로 붙임으로써 러빙처리축은 서로 평행하고 또한 대향하여 배향된 관계인 대향평형관계를 형성하였고, 이에 의해 균일한 셀간격을 갖는 블랭크셀(싱글픽셀테스트셀)을 제작하였다.

액정조성물LC-1을 콜레스테릭상태의 상기 제조한 블랭크셀안으로 주입하고 키럴스매틱상을 형성하는 온도로 점진적으로 냉각하여 액정소자(싱글) 픽셀테스트셀)를 제작하였다.

Iso에서 SmC^*로의 상기 냉각단계에서는, 소자를 1℃/min의 비율로 소자를 냉각시키면서, -5볼트의 DC(오프셋)전압을 Tc±2℃(Tc:Ch-SmC^*상 전이온도)의 온도범위에서 인가되는 DC전압인가처리를 행하였다.

또한, 프리틸트각측정용의 다른 블랭크셀(싱글-화소셀)을 평균입자크기가1.5㎛인 실리카비드 대신에 평균입자크기가 9㎛를 갖는 실리카비드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조된 블랭크셀과 동일한 방법으로 제작하였다. 이와 같이 제작된 블랭크셀안으로, 액정조성물 LC-1을 주입한 후에, Ch상으로되는 온도인 62℃까지 가열하여 상기 언급한 결정회전방법에 의해 프리틸트각도(∝)를 측정하였다.

결과적으로, 프리틸트각도(∝)는 7.0도였다.

상기 제조된 액정소자를 사각파에 대한 배향상태 및 광응답특성의 관점에서 다음의 방법으로 각각 평가하였다.

<배향상태>

액정소자의 액정조성물 LC-1의 배향상태는 전압무인가하에서 30℃의 실온에서 편광현미경을 통해서 관측되었다.

결과적으로는, 스트립텍스쳐는 표시영역의 평균수직방향(longitudinal direction)과 러빙(rubbing)방향 사이에서 3도의 각도를 형성하기 위하여 전체표시영역상에 형성되었다는 것이 증명되었다.

또한, 스트립텍스쳐는 이들 사이에서 4도의 최대각도를 형성하기 위하여 이들의 최암축(darkest axis)(예를 들면, 최암축위치의 분포)의 상이한 위치를 형성하였다.

액정소자에서는, 스메틱분자층의 모든 충의 법선방향은 전체표시영역에서 하나의 방향으로 배향되었다.

<사각파에 대한 광학반응>

액정소자를 편광축이 전압이 인가되지 않은 상태에서 최암상태(darkest state)를 형성하도록 배치된 교차니콜관계하에서 광전증배기가 장착된 편광현미경에 설치하였다.

사각파의 전압값을 적합하게 변경하면서 ±5볼드, 60㎐의 범위에 있는 사각파의 정극성전압의 인가하에서 편광현미경을 통해서 액정소자가 반전동작을 관측이 행하여질때, 명표시상태로 역전되는 부분을 포함하는 복수의 미소영역이 발생하였다. 인가전압이 점진적으로 증가될 때, 반전된 명부분(white portion)의 영역은 점진적으로 증대된다는 것이 증명되었다. 이 때, 투과광량(투과도)은 정극성전압의 인가하에서 이전표시상태를 개의치 않는 인가전압의 크기(절대치)로 점진적으로 증가되었다. 한편, 부극성전압이 인가시에는, 투과광량은 인가전압에 의해 변화되었으나 투과도의 최대치는 정극성전압인가의 경우의 최대 투과도의 1/10있었다. 또한, 정극성 및 부극성전압의 인가하에서도 액정소자의 투과도(광학응답)는 이전 상태에 의해 영향을 받지 않고, 이에 의해 양호한 반색조 화상표시상태(hdftone image display state)를 얻을 수 있다는 것이 증명되었다. 따라서, 정 및 부극성 전압의 인가하에서 주어진 평균투과도에 의거거하여 화상이 액정소자에 전압을 연속적으로 인가시킴으로서 시각적으로 인식되는 경우에 있어서도, 이전의 상태에 의해 영향을 받지 않는 표시상태(반색조 화상)를 안정적으로 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 액정소자는, ±5V, 60Hz의 사각파의 인가하에서 10-50℃의 온도범위에서의 콘트라스트(contrast)의 측정을 행하였다.

결과적으로, 액정소자는 10℃에서 120의 최대콘트라스트를 나타냈다.

<강전계인가에 의한 변화>

또한, 액정소자는, 응답특성측정을 위한 상기 제작된 액정소자와 같은 동일방식으로 제작되었다. DC전압인가 후에 이와 같이 제작된 셀을 Ps·Erms=17.4[(nc/㎠)·(v/㎛)]를 형성하는 실효전압실효값을 갖는 최대전압이 ±18볼트, 주파수가 1Hz인 삼각파를 사용함으로써, 10초동안 30℃에서 초기전계인가처리를 행하였다. 키럴스메틱액정의 배향상태를 초기전계인가처리 전후에서 관측됐을 때, 온도증가 직후에 발생된 스트립텍스쳐영역은 완전히 사라졌으며 또한 미소영역의 발생을 수반하지 않는 도메닌리스(domainless) 절환영역으로 변화된 것이 확인되었다.

이하, 액정소자를 상기 언급한 콘트라스트의 측정을 행함으로써, 액증은 10℃에서 200의 최소 콘트라스트 값을 나타냈다.

다음으로, 비교용의 다른 액정소자를 상기 제작된 응답특성측정용 액정소자와 동일한 방법으로 제작하였다.

이와 같이 제작된 셀(DC볼트인가후)을 Ps·Erms가 11.6[(nC/㎠)·(v/㎛)]을 나타내는 실효전압을 갖는 최대전압이 ±12볼트, 주파수가 1Hz인 삼각파를 사용함으로써 30℃에서 10초동안 초기전계인가처리를 행하였다.

키럴스메틱액정의 배향상태를 초기전계인가처리 전후에서 관측했을 때, 변화가 확인되지 않았다.

이후, 액정을 상기 언급한 방법으로 콘트라스트의 측정을 행함으로써, 액정소자는 10℃에서 120의 최소 콘트라스트값을 나타냈다.

또한, 초기전계인가처리용 액정소자와 유사하게 제작된 액정소자에 삼각파 대신으로 사인파 및 사각파 등을 인가하였다.

결론적으로, 사인파인가는 사각파인가와 같은 동일한 Ps·Erms=17.4[(nc/㎠)·(v/㎛)]의 결과를 나타냈으나, 사각파인가의 경우, 삼각파와 같은 유사한 결과를 얻기 위해서는 더 높은(최대)전압이 요구된다는 것을 발견하였다.

비교실시예 1

50Å두께의 폴리이미드필름을 폴리이미드프리커서(SE7992", mfd, Nissan Kagaku K.K)를 사용함으로써 제작하고, 2.0㎛의 평균입자크기를 갖는 실리카비드를 2.0도의 프레틸트각(α)을 제공하기 위하여 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 액정을 제작하고 또한 측정하였다.

<배향상태>

액정소자의 액정조형물 LC-1의 배향상태를 30℃에서 편광현미경으로 관측했을 때, 스트립텍스쳐는 평균 수직방향과 러빙방향사이에서 3도의 각도를 형성하는 전체표시영역에 대해 50%의 영역비율로 형성된 것이 관측되었다.

또한, 스트립텍스쳐는 이들 사이에서 4도의 최대각도를 형성하기 위하여 이들의 최암축의 상이한 위치를 형성하였다.

액정소자에 있어서, 키메틱분자층의 모든 층법선방향은 전체표시영역에 대해 단일방향으로 배향되었다.

<사각파에 대한 광학적 응답>

액정소자의 스트립텍스쳐부분을 실시예 1과 유사하게 편광현미경정극성전압을 통해서 반전동작의 관측을 행하였을 때, 명표시상태로 반전된 부분을 포함하는 다수의 미소영역이 발생되었다. 인가된 전압이 점진적으로 증가할 때, 반전된 명부분의 영역이 점진적으로 증가되는 것이 관측되었다. 이 때, 투과광량(투과율)은 정극성전압의 인가하에서 이전 표시상태의 인가전압의 크기(절대치)에 따라서 점진적으로 증가하였다. 한편, 부극성전압의 인가하에서는, 투과광량은 인가전압에 의해 변화되었으나, 투과도의 최대치는 정극성전압인가의 경우의 최대투과도의 1/10이었다. 또한, 정극성 및 부극성전압의 인가하에서도 액정의 투과도(광학응답)는 이전의 상태에 의해 영향을 받지 않았기 때문에 양호한 백색조화상표시상태를 얻을 수 있었다.

한편, 액정C의 스트립텍스쳐영역 이외의 영역은 균일한 배향상태를 제공하였으며 또는 상기 언급한 미소영역의 비발생이 수반되는 도메인레스 스위칭은 그 영역에서 행하여졌다는 것이 증명되었다.

또한, 부극성전압의 인가하에서, 투과도는 인가된 전압레벨에 의해 변화되었으나 투과도의 최대치는 정극성전압인가의 경우의 최대투과도의 1/10이었다.

또한, 액정소자를 예 1과 동일한 방법으로 콘트라스트의 측정을 행하였을 때, 액정소자는 10℃에서 90의 최소콘트라스트 값을 나타냈다.

<강전계인가에 의한 변화>

또한, 액정소자를 실시예 1과 동일한 방식으로 제작하였다.

이와 같이 제작된 셀(DL전압인가후)을 Ps·Erms=13.1[(nC/㎠)·(v/㎛)]를 형성하는 실효전압을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 30℃에서 초기전계인가처리를 행하였다.

키럴스메틱액정의 배향상태를 초기전계인가처리 전후에서 관측했을 때, 변화는 관측되지 않았다.

이후, 액정을 상기 언급한 방식으로 콘트라스트의 측정을 행하였고, 이에 의해 액정소자는 10℃에서 90의 최소콘트라스트 값을 나타냈고, 따라서 초기전계인가처리에 의한 콘트라스트의 변화를 초래하지는 않았다.

비교실시예 2

액정소자는 실리카비드를 1.5㎛의 평균입자크기를 갖는 것으로 변경한 것을 제외하고는 비교실시예 1과 동일한 방법으로 제작되었고 또한 측정되었다. 소자는 2.0도의 프리틸트각을 형성하였다. 또한, 실리카비드의 더 작은 입자크기에 의해, 이 비교실시예의 실효전압 Erms는 Ps·Erms=17.4[(nC/㎠)·(v/㎛)]를 형성한다.

이와 같이 제작된 액정소자의 측정결과는 비교실시에 1에서 제작된 소자의 측정결과와 유사하였다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 액정분자의 균일한 층구조를 갖는 액정소자를 제작하는 것이 가능하게 되고, 따라서 전체표시영역에 대해 배향결함 및 불균일성의 발생을 효과적으로 억압할 수 있다.

또한, 상대적으로 높은 프리틸트각(α≥4도)이 채택되기 때문에 낮은 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 액정소자는 마이크로도메인 절환없는 계조표시가 가능하고, 따라서 프로젝터 또는 뷰파인더 등에 적합하다. 액정소자는 고응답속도를 또한 나타낸다.

Claims

한쌍의 기판사이에 공간을 둔 상태에서 전극을 각각 형성한 한쌍의 기판을 배치하는 단계와, 한쌍의 전극을 통해서 전압을 공급하도록 한쌍의 기판사이의 공간에 키럴스매틱액정을 주입하는 단계를 구비하는 액정소자의 제조방법에 있어서,

상기 한쌍의 기판은, 적어도 한쪽의 기판의 경계면에서 적어도 4°의 프리틸트각도를 나타내는 배향상태로 액정이 위치하도록 서로 평행하고 또한 대향하는 단일축의 배향축이 형성되고,

또한, 상기 액정은, 온도의 감소에 따라, 이소트로픽상, 콜레스테릭상 및 키럴스메틱C상의 상전이계열, 또는 이소프로픽상과 키럴스메틱C상의 상전이계열을 가지고,

상기 액정소자의 제조방법은,

기판사이에 배치된 액정을 이소트로픽상이나 콜레스테릭상으로 되는 온도까지 가열시킨 다음 상기 액정을 키럴스메틱C상으로 되는 온도까지 냉각시키는 단계와;

적어도 1초동안, 킬러스메틱C상으로 되는 온도에서 실효전압(Erms.)를 가진 초기전계를,

Ps·Erms.>15[(nC/㎠)·(v/㎛)](여기서 Ps는 키럴스메틱액정의 자발분극을 나타냄)의 조건을 만족하도록, 전극을 통하여, 키럴스메틱액정에 인가하는 단계를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 초기전계는 시간이 경과함에 따라서 변동하는 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 1항에 있어서, 키럴스메틱액정에는 키럴스메틱C상이 되는 상전이온도가 ±5℃이내인 온도범위에서 DC전압성분을 포함하는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 3항에 있어서, 전압은 1볼트 내지 10볼트의 DC전압성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 1항에 있어서, 키럴스메틱액정은, 구동전압이 인가되지 않은 상태에서,

평균분자축이 단안정배향상태로 놓이도록 액정분자는 배향되고, 또한 인가된 구동전압의 크기에 따라서 변동하는 경사각도에서 한쪽(제 1)극성의 구동전압이 인가될 때에 한쪽방향으로 단안정배향상태로부터 액정분자가 경사지도록 하고, 또한 인가된 구동전압의 크기에 따라서 변동되는 경사각도에서 다른 극성의 구동전압이 공급될 때 다른 방향으로 단안정배향상태로부터 액정분자가 경사지도록 하는 배향특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 5항에 있어서, 한쪽 극성의 구동전압을 인가한 상태에서의 경사각도는 다른쪽 극성의 구동전압을 인가한 상태에서의 경사각도에 의해 주어지는 것과는 상이한 최대경사각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 6항에 있어서, 한쪽 극성의 구동전압을 인가한 상태에서의 최대 경사각도는 다른쪽 극성의 구동전압을 인가한 상태에서의 최대경사각도의 5배로 되는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 1항에 있어서, 전극중 하나는 계조신호가 공급되는 구동회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.
제 1항에 있어서, 키럴스메틱액정은 벌크상태의 헬리컬피치(helical pitch)가 셀두께의 적어도 2배인 것을 특징으로 하는 액정소자의 제조방법.