KR20010071782A - 액정 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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벤크트 슈테블러
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토르브요른 라거발
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Abstract

본 발명은, 예를 들어 키랄 스멕틱 표면층 (10, 14)으로, 표면층이 액정(12)의 다양한 광학적 상태로의 스위칭을 매개시킬 수 있도록 하는 방식으로 사전 코팅된, 전극이 부착된 판유리 또는 중합체 기판 (4, 20) 사이에 배치된 형태로 액정 물질(12)을 포함하는 전기 광학 장치(2) 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 키랄 스멕틱 표면층은 전극이 부착된 기판 (4, 20) 사이의 벌크(12)에 대해 사용되는 액정에 불용성인, 상유전성, 강유전성, 준강유전성(ferrielectric) 또는 반강유전성(antiferroelectric) 반응을 갖는 중합체, 올리고머 또는 단량체 액정일 수 있다. 스위칭될 수 있는 표면 디렉터(director)는 벌크 액정(12)의 광축이 특정 배향을 이루게끔 만들며, 트위스팅(twisting)되거나 트위스팅되지 않은 배열의 통상적인 비키랄성 디렉터이거나 키랄 네마틱 또는 스멕틱 디렉터일 수 있다.

Description

액정 장치 및 이의 제조 방법 {A LIQUID CRYSTAL DEVICE AND A METHOD FOR PRODUCING IT}
기술 분야
본 발명은 일반적으로 액정 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 액정 벌크층과, 벌크층과 상호작용하여 벌크층의 표면 디렉터(director)의 우선 배향(preferred orientation)을 수득하게 하는 동적(dynamic) 표면 정렬층을 포함하는 액정 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 동적 표면 정렬층을 포함하는 액정 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액정 장치의 액정 벌크층에서의 인-플레인(in-plane) 스위칭을 달성하는 방법에 관한 것이다.
기술적 배경
거의 모든 액정 장치의 동작은, 한편으로는 장치내의 액정 벌크층을 가로질러 수직 방향으로 가해진 전기장과, 다른 한편으로는 액정층의 유도된 편광 (유전성 또는 상유전성 액정 중에서의) 또는 액정층의 자발적 편광 (강유전성 결정 중에서의) 사이의 직접적 커플링을 기초로 한다. 가해진 전기장과의 이러한 직접적 커플링의 직접적 결과로서, 벌크층내의 액정 분자의 배향이 달라지며, 이로써, 액정의 복굴절 특성으로 인해 장치의 광학 반응이 일어난다. 가해진 전기장은 부피내의 결정 분자와 정상적으로 상호작용할 뿐만 아니라 벌크층의 표면에 위치한 벌크층의 분자와도 상호작용할 것이다. 전형적으로, 전기장과 벌크층의 표면 분자 사이의 이러한 상호작용은 표면 제약으로 인해 덜 강할 수 있다.
액정 장치를 사용하는 다수의 상이한 유형의 액정 디스플레이가 존재하며, 특히, (1) 동적 산란 디스플레이; (2) 호메오트로픽(homeotropic)하게 정렬된 네마틱의 변형을 이용하는 디스플레이; (3) 샤드트-헬프리히(Shadt-Helfrich) 디스플레이; (4) 수퍼트위스트(Supertwist)-디스플레이; (5) 기판과 평행하게 배향된 전기장에 의해 제어되는 인-플레인 스위칭 디스플레이; 및 (6) 표면 안정화된 강유전성 액정 디스플레이 (SSFLC 디스플레이) 및 반강유전성 액정을 갖는 디스플레이가 있다.
현대식 사용을 위해, 액정 디스플레이는 낮은 동력 소모, 낮은 한계 전압, 급격한 전기광학적 특성 또는 쌍안정성, 낮은 콘트라스트의 시각(viewing angle) 의존성, 짧은 스위칭 시간, 높은 콘트라스트, 휘도 등과 같은 몇몇 중요한 특성을 나타내어야 한다.
현재, 몇몇 액정 디스플레이는 상기 언급된 바람직한 특성 중 일부에 대해서는 유리하지만, 중요한 특성 모두에 대하여 최적화된 이상적인 디스플레이는 존재하지 않는다.
전기장에 대한 유전 커플링을 갖는 통상적인 네마틱 디스플레이는 일반적으로 느리고, 거의 모든 디스플레이는 액정 분자의 아웃-오브-플레인(out-of-plane) 스위칭으로 인해 불만족스러운 콘트라스트의 각 의존성을 나타낸다. "아웃-오브-플레인"이란 용어는 네마틱 액정 분자가, 외부 전기장에 노출되는 경우, 전형적으로 분자가 정상적으로 정위되어 있는 평면에 대해 기울어지는 현상을 의미한다.
동적 산란 디스플레이는 분자의 강력한 운동에 의존하며, 본래 스위칭을 위해 비교적 높은 전기장을 필요로 하므로, 이러한 디스플레이 타입은 이제는 좀처럼 사용되지 않는다. 호메오트로픽하게 정렬된 네마틱의 변형을 갖는 디스플레이 뿐만 아니라 샤드트-헬프리히 디스플레이는 광학 콘스트라스트의 강력한 시각 의존성을 가지며, 또한 샤드트-헬프리히 디스플레이는 급격도(steepness)가 낮은 전기광학적 특성을 갖는다. 수퍼트위스트 디스플레이 (트위스트 각이 예를 들어 270°임)는 급격도가 개선된 전기광학적 특성을 갖지만, 이들은 긴 스위칭 시간과 여전히 불만족스러운 광학 콘트라스트의 시각 의존성을 나타낸다.
제한용 기판에 수직 배향되는 장을 사용하는 것과는 대조적으로, 인-플레인-스위칭 타입의 디스플레이는 기판에 평행하게 (수직이 아닌) 배향된 전기장에 의해 제어된다. 이들 디스플레이는 시각으로부터 매우 적은 광학 콘트라스트의 의존성을 갖지만, 휘도와 스위칭 시간은 불만족스럽다. 이러한 디스플레이 타입의 특이적인 단점은 제조 관련된 문제를 일으키는 인-플레인적으로 가해진 전기장을 필요로 한다는 데에 있다.
다음으로, 표면 안정화된 강유전성 액정 장치(SSFLC)가 고려되지만, SSFLC의 보다 나은 이해를 위해 먼저 스멕틱 액정의 특성이 간단히 설명될 것이다.
스멕틱 액정에 있어서, 분자는 인접 스멕틱층내에 배열되어 있다. 스멕틱 A 상과 스멕틱 C 상은 이러한 "적층된(layered)" 액정 또는 스멕틱 액정을 대표하는 2개의 가장 중요한 상이다. C 상의 경우, 분자는 스멕틱층 노말(normal)에 대해 각 β (전형적으로, 22.5°)를 이루며 기울어져 있는 반면, A 상의 경우, 분자는스멕틱층 노말에 대해 수직(β=0°)을 이루고 있다 (즉, 스멕틱층 노말을 따라 배열되어 있다). 또한, 스멕틱 액정은 비키랄성(non-chiral)(예를 들어, A 또는 C)이거나, 키랄성(예를 들어, A* 및 C*)일 수 있으며, 여기서, 키랄이란 용어는 거울 대칭이 아님을 의미한다. "키랄"이란 용어는 매체의 키랄성의 결과로서의 2차 효과로서 여겨지거나 여겨지지 않을 수 있는 트위스팅된 형태 또는 나선형의 분자 배열의 출현을 의미하지 않는다는 것을 주목해야 한다.
C*와 같은 키랄 스멕틱 액정은 하나의 스멕틱층으로부터 다음의 스멕틱층으로 이동하는 방식으로 원뿔 형태로 회전하는 디렉터를 갖는다. 원뿔의 정점각은 전형적으로 45°정도일 수 있다. 따라서, 나선 텍스쳐(texture)는 스멕틱층에 수직하고 상기 원뿔의 축에 평행한 나선축을 갖는 층들을 가로질러 형성된다. 그러나, 디렉터에 커플링되는 국부적 편광은 동일한 기간 또는 피치(pitch)를 가지면서 또한 나선형으로 회전할 것이다. 국부적 편광의 이러한 나선 구조는 국부적 편광이 자체 소멸성(self-cancelling), 즉, 벌크 액정이 거시적 편광을 나타내지 않을 것임을 의미한다.
현재, 전기장이 나선형의 스멕틱 C* 벌크 상태의 스멕틱층에 평행하게 가해지는 경우, 전기장은 영구 쌍극자에 커플링되어, 이들을 장의 방향으로 정렬시킬 것이다. 바꿔 말하면, 가해진 장은 나선을 풀어서, 벌크 액정의 유도된 거시적 편광을 생성시킬 것이다.
소위 SSFLC 장치의 경우, 키랄 스멕틱 액정이 사용되지만 (예를 들어, C*), 상기 언급된 나선은 제한용 기판 표면에 의해 억제되므로 드러나지 않는다. 이것은 (i) 스멕틱층 장치의 제한용 평면 또는 기판과 평행하지 않게 배열시키고 (책꽂이 구조 또는 책꽂이 유사 구조(quasi-bookshelf structure)), (ii) 장치의 기판에 수직한 스멕틱 액정층의 두께를 얇게 (미크론 정도로) 만들어서 기판 표면과 액정 분자의 상호작용이 셀내에 디렉터의 임의의 나선형 배열이 더 이상 없는 액정 텍스쳐를 생성시키게 함으로써 달성된다. 대신, 액정 분자는, 키랄 물질이 사용된다는 사실에도 불구하고, 소정의 방향, 예를 들어 기판과 평행하게 정렬된다. 상세하게는, 기판과 평행하게 놓여있는 디렉터는 스멕틱층 노말과 일정한 각도(예를 들어, 22.5°)를 이룬다. 경계면에서의 균일한 표면 상태가 나선형 벌크 상태와 충돌하여 나선을 켄칭(queching)시키므로, 셀 두께가 특정 값 미만으로 선택되는 경우에 나선은 경계면에 의해 탄력적으로 풀려질 것이다. 결과는 소위 표면 안정화된 스멕틱 C* 상태로서, 0이 아닌 거시적 편광을 나타낸다.
본 발명의 장치에 사용되는 C*와 같은 물질은 강유전상으로 존재하며, 이는 전기장의 부재하에서 스멕틱층을 따라, 즉, 긴 분자축에 대해 수직인 영구 편광을 나타냄을 의미한다. 따라서, 디렉터는 기판에 수직한 방향으로 가해진 전기장의 역전에 의해 상태 사이에서 "디지털적으로(digitally)" 스위칭될 수 있다. 이러한 셀은 표면 안정화된 강유전성 액정 장치 (SSFLC 장치)로 일컬어진다. 중요한 특징은 또한 쌍안정성일 수 있는 "플립-플롭(flipp-flopp)" 메카니즘 ("골드스톤(Goldstone) 효과)이 통상적인 트위스팅된 네마틱 디스플레이와 같은 영구 편광을 갖는 않는 통상적인 LC 물질을 스위칭시키는 다소 느린 유전 메카니즘 보다 훨씬 빠르다는 데에 있다.
이러한 관계에서, 상기 언급된 스멕틱층은 제한용 표면에 대해 일반적으로 약간 기울어져 있음이 주목될 수 있다. 더욱이, 이것은 책꽂이 구조가 아닌 갈매기표수장(chevron)을 형성할 수 있다.
강유전성 물질을 사용하는 것에 대한 대안으로서, 액정 물질은 소위 반강유전상(AFLC)일 수 있으며, 이는 전기장의 부재하에서, 인접 스멕틱층내의 디렉터가 상반된 기울기를 가짐을 의미한다. AFLC 디스플레이의 경우, 편광판은 스멕틱층에 대해 평행하고 수직하게 세팅된다. E=0 에서, 어두운 상태가 수득되는 반면, +E 및 -E 둘 모두는 동일한 밝은 상태를 제공한다. 따라서, AFLC는 "3상태 스위칭"을 나타내는 반면, SSFLC는 쌍안정성일 수도 있는 "2상태 스위칭"을 나타낸다.
표면 안정화된 강유전성 액정 디스플레이 (SSFLCD) 및 반강유전성 액정 디스플레이의 단점은 스멕틱상을 배향시키고, 이들 상의 배향을 유지시키기가 어렵다는 데에 있다. 또한, 동력 소모가 비교적 높다. 또 다른 단점은, 가해진 전기장과 자발적 편광 사이의 표적화된 커플링을 수득하기 위해 액정층의 두께가 일반적으로 약 2㎛로 제한되어야 한다는 것이다. FLC 장치의 얇은 두께에 대한 이러한 요건은 이들의 제조를 복잡하고, 어렵고, 비용 소모적으로 만든다.
상기 논의된 통상적인 액정 장치에 있어서, 벌크내에서의 액정의 바람직한 정렬은 무기층 또는 유기층에 의한 코팅 뿐만 아니라 버핑(buffing)(마찰(rubbing))과 같은 제한용 고체 표면의 적합한 처리에 의해 달성된다. 외부 장의 부재하에서, 초기 액정 정렬은 표면-액정 상호작용에 의해 규정된다. 입체적 상호작용을 통해, 표면 분자의 방향은 벌크내에서의 분자의 배향을 유도시킬 것이다. 예를 들어, 기판 표면 근처에서, 디렉터는 특정한 방향, 예를 들어 기판에 수직하거나 (호메오트로픽 정렬) 기판과 평행한 (평면적 정렬) 방향쪽을 향하도록 하는 제약을 받는다. 액정 물질은 매우 복굴절성이므로, 이들 정렬의 임의의 변화는, 적합한 편광판 사이에서 알 수 있는 바와 같이, 이들의 가시적 광학 특성의 특정한 변화를 일으킬 것이다.
종래 기술 분야에는, 대체로, 광학 특성을 변화시키기 위해 초기 분자 정렬과 상이한 새로운 분자 배향을 달성하기 위한 하기의 두 가지 상이한 방법 (1)과 (2)가 있다:
(1) 분자 배향을 변화시키는 첫 번째 공지된 기법은 전기장과 같은 외부 장을 전체 액정 벌크층에 가하는 것이다. 전기장과 벌크내의 액정 물질 파라미터의 일부 사이의 상기 언급된 직접적 커플링으로 인해, 장은 액정와 직접 상호작용하여, 상호작용에 의해 유도된 방향이 초기 정렬의 우선 방향 (preferred direction)과 상이한 경우 분자 정렬을 변화시킨다. 몇몇 적용에 있어서, 표면 근처의 분자는 전기장에 의해 배향되기가 그다지 쉽지 않지만, 표면으로부터 더 멀리 떨어져 있는 "벌크 분자"는 이것의 배향이 달라지기 매우 쉽다.
(2) 액정층 분자의 배향을 변화시키는 두 번째 공지된 기법은 제한용 정렬층 중의 하나를 광제어되는 "커맨드 표면 (command surface)"으로서 설계하는 것이다. UV 광에 노출되는 경우, 이러한 커맨드 표면은 이것의 정렬 특성을 변화시켜서, 정렬층과 인터페이싱(interfacing)하고 있는 액정의 초기 정렬의 방향을 변화시킨다. 이러한 기법은 케이. 이치무라 (K. Ichimura) 등에 의해, 문헌[Liquid Crystals,1966, Vol. 20, No. 2]에 기재된 각각 2개의 논문 (pages 423-435 and 161-169) 및 인스티튜트 오브 어드밴스드 머티리얼 스터디 (Institute of Advanced Material Study, Kyushu University, Japan)에 의해 발간된 문헌[Photoreactive Materials for Ultrahigh Density Optical Memory] 중의 표제가 "Photocontrol of liquid crystal alignment by "command surfaces""인 논문에 또한 기술되어 있다.
더욱 상세하게는, 아조벤젠 단일층이 네마틱 LC 벌크층을 포함하는 LC 셀의 내부 기판 표면 상에 증착된다. 정렬층에서의 분자의 배좌 변화는 네마틱 액정 분자의 정렬을 변화시킨다. 상세하게는, UV 광을 조사한 경우, 아조벤젠 분자는 이들의 배좌를 "트란스 상태"로부터 "시스 상태"로 변화시킨다. 감광성 분자, 예를 들어 아조화합물은 트리에톡실릴기의 도움으로 기판 표면에 앵커링(anchoring)되고, 트란스/시스-광이성체화된다. 트란스-이성질체는 네마틱의 호메오트로픽 배향을 나타내는 (기판에 수직한 네마틱 분자) 반면, 시스-이성질체는 평면적 배향을 나타낸다 (기판에 평행한 네마틱 분자). 광이성체화 작용은 샘플을 UV 광으로 조사시킨 경우에 일어난다. 초기 정렬에 대한 이완은 샘플을 백색광으로 조사하거나 단순 가열함으로써 수득된다.
액정 정렬을 변화시키기 위해 광제어되는 커맨드층을 사용하는 것과 관련된 단점은 두 상태 사이의 스위칭 속도가 느리다는 데에 있다. 특히, 평면(cis)으로부터 호메오트로픽(trans)로의 전이는 비교적 느린 작용이다. 또한 단점은 UV 광 분해로 인해 장치의 수명이 줄어든다는 데에 있다. 또한, 이것은 네마틱 액정을 제어하는 데에만 사용될 수 있다.
따라서, 현재의 LC 전기광학적 디스플레이는 셀내에 충전된 벌크 액정의 광학적 특성을 변화시키기 위해 광이 아닌 외부 전기장을 사용함으로써 제어된다. 분자의 방향 변화는 전기장에 의해서만 신속하게 이루어질 수 있다. 전기장은 벌크 액정과 직접 상호작용하여 이의 배향 또는 정렬을 변화시킴으로써, 디스플레이의 특성, 예를 들어 투광성, 상이한 파장에서의 흡광성, 광 산란성, 복굴절성, 광학 활성, 원편광이색성 등을 변화시킨다.
액정 장치의 상기 언급된 바람직한 특성과 공지된 디스플레이의 상기 언급된 다양한 단점을 고려해 볼때, 본 발명의 전반적인 목적은 개선된 액정 디스플레이 및 이러한 디스플레이를 제조하는 방법을 달성하는 데에 있다.
발명의 요약
본 발명의 첫 번째 양태 (청구항 1)에 따르면, 전기장에 의해 직접 제어될 수 있는 동적 표면 정렬층을 나타내는 액정 장치가 제공된다.
본 발명의 두 번째 양태 (청구항 36)에 따르면, 전기장에 의해 직접 제어될 수 있는 동적 표면 정렬층을 나타내는 액정 장치를 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명의 세 번째 양태 (청구항 44)에 따르면, 액정 벌크층에서의 유도된 인-플레인 스위칭을 달성하는 방법이 제공된다.
본 발명의 네 번째 양태 (청구항 45)에 따르면, 액정 장치내에 동적 정렬층을 생성시키기 위한 액정 물질의 용도가 제공된다.
본 발명의 바람직한 구체예 및 대안적인 구체예는 종속항에 기술되어 있다.
본 발명에 따르면, 액정 벌크층의 표면 분자의 배향은 한 개 또는 두 개의인접 동적 정렬층에서의 배향 변화를 달성함으로써 제어된다. 동적 정렬층에서의 이러한 배향 변화는 전기장을 동적 정렬층에 가하여 이러한 층을 조절함으로써 달성된다. 보통, 전기장은 LC 벌크층 뿐만 아니라 동적 정렬층(들)을 가로질러 또한 가해지나, 본 발명의 기본 원리에 관한 한, LC 벌크층 상의 전기장의 존재는 그다지 중요하지 않더라도, 특정한 적용에 있어서 이러한 존재는 유용할 수 있다.
본 발명의 원리의 이러한 설명에 있어서, 전기장에 반응하는 동적 정렬층의 변화는 "1차 표면 스위칭(primary surface switching)"으로서 언급된다. 1차 표면 스위칭은 탄성력 (입체적 커플링)에 의해 기판 사이에 제한되어 있는 액정 물질의 벌크 부피내에서의 우선 분자 방향의 스위칭을 일으킨다. 이러한 2차 스위칭은 "유도된 벌크 스위칭(induced bulk switching)"으로서 언급될 수 있다. 따라서, 동적 정렬층의 변화는 정렬층에 의해 정렬된 표면 분자의 변화를 일으키고, 표면 분자의 이러한 변화는 유도된 벌크 스위칭을 달성시킨다.
본 발명의 한 가지 바람직한 구체예에 있어서, 키랄 스멕틱 액정 물질이 전기적으로 제어될 수 있는 동적 정렬층을 형성하기 위해 사용된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 전기 제어되는 인접한 제 2 액정층 (동적 정렬층)에 의해 제 1 액정층 (벌크층)을 제어하거나 정렬시킬 수 있다. 특히, 이것은 전기장과 벌크층에 사용되는 액정 물질 사이의 직접적 커플링에 대한 필요없이 수행될 수 있다.
독립항에 규정된 상기 기술된 본 발명의 원리는 종래의 액정 디스플레이에 비해 다수의 매우 중요하고 유용한 이점을 발생시킨다. 특히, 하기 이점 1 내지 7이 언급될 수 있다.
1. 전반적인 이점으로서, 본 발명은 스위칭 제어를 위해 전기장을 사용함으로써 빠른 스위칭 시간을 가능하게 한다.
2. 본 발명은 스위칭 작용을 달성하기 위해 UV 광과 같은 광을 사용할 필요가 없다.
3. 본 발명의 중요한 이점은 쌍안정성도 포함하는, 예를 들어 SSFLC에 특유한 인-플레인 분자 스위칭의 이점을 통상적인 액정 구조에까지 확대시킬 수 있다는 점이다. 예로서, 본 발명에 따른 동적 정렬층은 가해진 전기장에 대해 쌍안정성의 직접적 강유전성 반응을 나타내는 스멕틱 C*의 박막으로서 생성될 수 있다. 장 방향의 역전은 스멕틱 C*층의 매우 빠른 반응을 일으킬 것이다. 장 역전에 반응하는 이러한 1차 표면 스위칭은 본질적으로 통상적인 SSFLC의 반응 만큼 빠를 것이다. (i) 정렬층과 벌크층의 표면 분자 사이의 커플링 및 (ii) 벌크층의 표면 분자와 한층 더 벌크 부피내에 위치한 분자 사이의 커플링으로 인해, 유도된 인-플레인 스위칭은 거의 1차 표면 스위칭 만큼 빠를 것이다. 바꿔 말하면, 본 발명은 벌크층의 액정 물질, 두께, 전기적 반응 등에 대한 특정한 요건없이도 액정 벌크층을 매우 빠른 방식으로 전기적으로 제어할 수 있게 해준다.
4. 다수의 상이한 타입의 액정 물질이 동적 정렬층을 달성하는 데에 사용될 수 있다.
5. 다수의 상이한 타입의 액정 물질이 벌크 액정층, 예를 들어 트위스팅되거나 트위스팅되지 않은 배열의 통상적인 비키랄 또는 키랄 네마틱 또는 스멕틱 액정층을 달성하는 데에 사용될 수 있다.
6. 본 발명의 원리는 통상의 액정에 대해 요건을 거의 부과하지 않으며, 단지 통상적이고 간단한 전극 구조를 요구한다.
7. 본 발명은 그레이 스케일 (gray scale) 특징을 달성하는 데에 사용될 수 있다. 이것은 벌크층의 액정 물질이 가해진 전기장에 대해 직접적 반응을 또한 나타내는 경우, "2단계 효과 (two-step effect)"를 달성함으로써 수행될 수 있다. 예로서, 작은 포지티브 유전 이방성과 동적 정렬층의 한계 전압 보다 높은 유전 스위칭에 대한 한계 전압을 갖는 네마틱 액정에 의해 형성된 벌크층이 제공될 수 있다. 이제, 전기장 세기가 증가하는 경우, 예를 들어 전압이 동적 정렬층에 대한 제 1 한계 전압에 도달하는 경우, 제 1 스위칭 (1차 표면 스위칭)이 발생한다. 이 시점에서, 전기장과 벌크 분자 사이에 직접적인 전기적 커플링은 여전히 없다. 그러나, 벌크 분자의 유도된 인-플레인 스위칭이 존재할 것이다. 이것은 상기 언급된 2단계 효과의 제 1 단계이다. 전기장이 더욱 강해지면, 전압이 벌크층내에서의 유전 스위칭에 대한 한계값을 초과하여, 네마틱 분자의 호메오트로픽 아웃-오브-플레인 배향을 유도시킬 것이다. 적합하게 배향된 편광판을 사용함으로써, 제 1 단계 (유도된 인-플레인 스위칭)은 장치를 통해 광을 부분적으로 소멸시킬 수 있으며, 제 2 단계 (아웃-오브-플레인 스위칭)은 본질적으로 완전한 광차단 효과를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 상기 언급된 구체예 및 그 밖의 구체예 및 이점은 청구의 범위 및 발명의 장치의 일부 구체예와 이들의 제조 방법에 대한 하기 설명으로부터 알 수 있다.
도면의 설명
도 1은 본 발명에 따른 액정 장치의 개략도로서, 도 1a는 양면 구체예이고, 도 1b는 단일면 구체예이다.
도 2는 본 발명의 장치의 전기광학 반응을 검출하기 위한 실험용 셋업(set-up)을 도시한다.
도 3은 도 2의 실험용 셋업에 의해 수득된, 검출된 전기광학 반응을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정 장치의 유도된 인-플레인 벌크 스위칭을 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 2의 실험용 셋업에 의해 수득된, 검출된 또 다른 전기광학 반응을 도시한다.
도 6은 그레이-스케일 효과를 발생시키는, 유전 아웃-오브-플레인 스위칭과 조합된 본 발명에 따른 액정 장치의 유도된 인-플레인 벌크 스위칭을 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 6에 따른 장치에 의해 수득된 광 투과 세기 I를 가해진 전압의 함수로서 도시한 도면이다.
도 8은 유도된 인-플레인 벌크 스위칭의 또 다른 예를 도시하는 개략도이다.
도 9는 유도된 인-플레인 벌크 스위칭의 또 다른 예를 도시하는 개략도이다.
도 10은 유도된 인-플레인 벌크 스위칭의 또 다른 예를 도시하는 개략도이다.
발명의 구체예의 설명
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 동적 표면 정렬층을 포함하는 액정 셀(2)이 개략적으로 도시되어 있다. 상부로부터 출발하여, 셀(2)는 하기 부품을 포함한다: 제 1 유리 또는 중합체 기판(4), 제 1 ITO-막(6)(인듐 주석 산화막), 제 1 수동적 표면 정렬층(8), 제 1 동적 표면 정렬층(10), 밀폐된 액정 벌크층(12), 제 2 동적 표면 정렬층(14), 제 2 수동적 표면 정렬층(16), 제 2 ITO-막(18) 및 제 2 유리 또는 중합체 기판(20). 참조 번호 22는 서로로부터 일정한 거리에 있는 유리 기판(4 및 20)을 지지하는 스페이서를 나타낸다. 도 1a에 도시된 셀은 두 개의 동적 표면 정렬층(10 및 16)을 포함하는 본 발명의 양면 구체예이다. 도 1b에 도시된 셀은 단지 하나의 동적 표면 정렬층(10)을 포함하는 단일면 구체예이다.
실시예 1 (제조 방법)
하기 실시예에는 도 1a의 제 1 동적 정렬층(10)을 형성하는 키랄 스멕틱 표면을 제조하기 위한 방법이 설명되어 있다.
유리 기판(4)의 내부 표면은 먼저 투명한 전도성 ITO 막(6)으로 덮은 후, 정상 빈도로 증발시킨 버핑(buffing)된 SiOx의 수동적 정렬층(8)으로 덮었다. 잘 알려진 바와 같이, 이러한 수동적 정렬층(8)은 대부분의 액정 물질의 단일방향성 평면적 정렬을 나타낸다. 동적 표면 정렬층(10)을 제조하기 위해, 수동적 SiOx 정렬층(8)은, 광반응성 액정 단량체 Alb/A2c (20/80 %wt)와 광개시제 (일반적으로 매우 소량으로 첨가된다)의 혼합물의 박막으로, 클로로포름 중에서 이 혼합물의 묽은 용액 (약 10 %wt)을 스피닝시킴으로써 예비 코팅시켰다. 단량체의 구조는 다음과 같다:
도시된 바와 같이, Alb와 A2c는 각각 1작용성 단량체와 2작용성 단량체이며, 둘 모두 키랄성이다. 용매를 증발시킨 후, 유리 기판(4)을, 코팅이 Sm A* 상으로 되게하여 이러한 코팅이 보다 잘 정렬될 수 있게 하는 온도인 37℃에서 고온 스테이지 내로 삽입시킨다. 그 후, 샘플에 UV 광을 조사시켰다. 중합체 네트워크는 2작용성 분자가 양 단부에서 가교되는 광중합 공정으로 인해 형성되며, 1작용성 분자는 하나의 이동성 유리 단부를 가져서 가해진 전기장에 의해 스위칭될 수 있다. 노출시킨 후, 중합 공정이 수행되도록 샘플의 온도를 충분히 상승시켰다 (약 150℃). 미리 코팅시킨 유리 기판(4)에 Alb/A2c 중합체 네트워크를 부착시키는 것은 다소 양호하였다. 최종적으로, 예비 단계로서, 유리 기판(4)을 아세톤 또는 클로로포름으로 세척시켜서, 셀 기판(4 및 20) 사이에 제한된 벌크 액정(12) 중에 표면 증착된 물질의 중합되지 않은 부분이 포함되는 것을 방지하였다. Alb/A2c 네트워크는 기판 표면에 잘 부착되고, 액정(12)에 불용성인 것으로 간주되었다.
실시예 2 (제조 방법)
또한, 이 실시예는 예를 들어 도 1a의 제 1 동적 정렬층(10)을 형성시키는키랄 스멕틱 표면을 제조하는 방법을 설명한다. 유리 기판(4)의 전도성 ITO 막(6)을 포토크로믹(photochromic) 물질의 수동적 정렬층(9)으로 덮었다. 이 물질은 오르토- 또는 메타-위치에서 예를 들어 실릴화에 의해 실리카 표면 상으로 앵커링된 아조벤젠 부분의 사이드-온(side-on) 타입의 부착을 갖는다. 이러한 물질의 분자 구조는 다음과 같을 수 있다:
그 후, 기판을 선형 편광된 UV 광 (잘 알려진 바와 같이, 접촉하고 있는 액정 분자의 균일한 평면적 정렬을 일으킨다)에 노출시켰다. 그 후, 수동적 정렬층을 실시예 1에 설명된 과정에 따라 광반응성 단량체 Alb로 예비 코팅시켰다. 중합시킨 후, 이러한 물질의 분자는 균일하게 배향되고, 수동적 정렬층에 적합하게 앵커링되고, 셀을 채우는 작은 몰질량의 액정 물질에 불용성인 것으로 간주되었다.
실시예 3 (제조 방법)
이 실시예의 경우, 광반응성 단량체 혼합물 Alb/A2c를 이색성 아조-염료 또는 또 다른 포토크로믹 물질과 혼합시켰으며, 이러한 분자는 선형 편광된 광에 의해 정렬될 수 있다. 염료 분자의 광 제어된 정렬 및 이로 인한 제 1 동적 정렬층(10)에서의 액정 분자의 정렬에 사용되는 파장은 광반응성 단량체 혼합물의 광중합을 일으키는 광의 파장과 다를 수 있다. 따라서, 동적 정렬층(10)의 분자는 먼저 선형 편광된 광에 의해 단일방향으로 정렬된 후, 광중합될 것이다.
벌크 액정의 인-플레인 스위칭
본 발명의 원리에 따른 유도된 인-플레인 스위칭을 예시하는 몇몇 실시예가 이제 설명될 것이다.
하기 실시예에 사용되는 키랄 표면 중재된 장치 (CSMD)는 미크론 크기의 갭 (스페이서 (22))이 사이에 있는 두 개의 평형한 전극부착된 유리 기판(4 및 20)으로 이루어 진다. 셀(2)의 두 기판은 상기 설명된 과정에 따라 각각 키랄 스멕틱층(10 및 14)으로 덮어져 있다. 실험 장치의 구조를 도 1a과 1b에 나타내었다.
전기광학 반응을 도 2에 개략적으로 도시된 셋업에 의해 검출하였다.
샘플(2)을 두 개의 교차된 편광판 (분석판(30) 및 편광판(32)) 사이에 삽입시켰다. 샘플(2)을 이것의 광학축이 편광판 중의 하나의 투과 방향과 22.5도의 각을 이루도록 배향시켜서, 전기장 E가 전압 공급원(34)에 의해 샘플에 가해지는 경우 투과된 광의 최대 광 변조가 수득되도록 하였다. 필요에 따라, 이러한 전압은 미분 전압 배율기(36)에 의해 증폭될 수 있다. 투과된 광 세기 I은 검출기(38)에 의해 검출되었다. 오실로스코프(40)를 전압 공급원(34)과 광 검출기에 연결시켜서 샘플(2)과 가해진 전압의 전기광학적 특징을 가시화시켰다.
실시예 4 (벌크층에서의 인-플레인 스위칭)
장치(2)의 두 개의 내부 표면을 실시예 1 또는 실시예 2에 따른 키랄 스멕틱층으로 예비 코팅시켰다. 벌크층(12)을 생성시키기 위해, 장치를 하기 상 순서를 갖는 비키랄성 액정 물질인 훽스트(Hoechst) 908로 충전시켰다:
C 10℃ smC 63℃ smA 64℃ I
셀(2)을 편광판 중의 하나에 대해 광학축이 22.5。로 배향되도록 교차된 편광판(30 및 32) 사이에 삽입시켰다. 이러한 액정 물질로 충전되지만 동적 표면 정렬층을 갖지 않는 "통상적인" 종래의 셀은 가해진 전기장에 대해 유전 응답만을 나타냄을 주목해야 한다. 그러나, 본 발명의 셀(2)은 내부 표면이 키랄 스멕틱층(10 및 14)으로 예비 코팅되었다. 본 발명자들은 14㎛ 두께의 셀에 약 E=5V/㎛의 전기장을 가하는 경우 스멕틱 C 상에서 독특한 스위칭이 일어남을 발견하였다. 반응을 도 3에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 반응은 선형이며, 단지 샘플(2)을 45°회전시킴으로써 샘플(2)의 평면내에서 샘플의 광학축이 스위칭되어 반응의 180°위상 이동을 일으키는 것으로 입증되었다.
이제 도 4를 참조한다. 본 발명의 원리에 따르면, 셀(2)의 벌크층(12) 내에서의 스위칭 작용은 내부 기판 표면을 덮고 있는 키랄 스멕틱층(10 및 14)에 의해 개시된다. 표면층(10 및 14)의 분자의 정렬의 방향은 전기장 E를 셀을 가로질러 가함으로써 변화시킬 수 있다 (1차 표면 스위칭). 이러한 방향 변화를 점선 D1과 실선 D2로 도 4에 개략적으로 도시하였다.
1차 표면 스위칭 (D1→D2)은 탄성력에 의해 기판(4 및 20) 사이에 제한된 액정 물질(12)의 부피내의 분자의 정렬의 우선 방향을 스위칭시킨다. 이러한 유도된 벌크 스위칭을 분자 M1(점선)의 새로운 방향 M2(실선)로의 스위칭에 의해 도 4에 개략적으로 도시하였다. 광학축의 유도된 벌크 스위칭은 실제로 인-플레인 스위칭이다 (즉, 스위치가 기판(4 및 20)과 평행한 평면 내에서 일어난다). 벌크물질(12)내의 유전 이방성의 부호(sign)에 따라, 유전 커플링이 액정 부피(12) 내에서의 분자의 인-플레인 스위칭을 안정화(Dε< 0)시키거나 탈안정화(Dε> 0)시킬 수 있다.
실시예 5 (벌크층에서의 인-플레인 스위칭)
또 다른 실시예에 있어서, 다음과 같은 상 순서를 갖는 라세믹 액정 혼합물 WILC 48 (Hoechst)을 포함하는 실시예 1에 따른 장치의 용도를 설명한다:
SmC 48℃ SmA 57℃ I
실시예 3에 제공된 바와 동일한 타입의 스멕틱 C 상에서의 전기광학 반응은 E=2,3 V/㎛를 가한 경우 2㎛ 두께의 셀에서 검출되었다.
실시예 6 (벌크층에서의 인-플레인 스위칭)
셀을 실시예 2에 따라 제조하였다. 액정 물질(12)은 네거티브 유전 이방성 (Dε< 0)을 갖는 네마틱 혼합물 ZLI 2585 (Merck) 였다. 유전 커플링에 의해 액정 분자의 평면적 정렬을 안정화시키기 위해 Dε< 0인 액정 물질을 선택하였다. 액정을 등방성 상의 형태로 진공하에서 셀 내로 흡인시키고, 실온으로 서서히 냉각시켰다. E=3V/㎛의 전기장을 가한 경우에 2㎛ 두께의 셀에 대해 수득된 검출된 전기광학 반응을 도 5에 도시하였다. 이것은 샘플 광학축의 인-플레인 분자 스위칭 (도 4에 따른)의 결과이며, 또한 마이크로초(microsecond)의 영역에서 선형 특성과 반응 시간을 갖는다.
실시예 7 (그레이 스케일)
도 6을 참조하여, 그레이 스케일 기능을 수행하는 데에 본 발명이 어떻게 사용될 수 있는 지를 예시하고자 한다.
셀(2)를 상기 기술된 실시예 2에 따라 제조하였다. 셀 갭을 하기 네마틱 혼합물로 충전시켰다: 4-n-부틸-트랜스-시클로헥산-카르복실산 65 mol% 4-n-헥실-트랜스-시클로헥산-카르복실산 35 mol%. 이 혼합물은 -20℃에서 +90℃까지 네마틱이었다 (Dε = 0.07; Uthr = 10.5V). 5V의 전압을 가한 경우, 장치는 실시예 5에 기술된 스위칭과 유사한 인-플레인 스위칭 (M1→M2)을 나타내었다. 그러나, 광의 완전한 소멸은 위치 N2에서 달성되지 않았다. 전압을 제 2 단계에서 추가로 후속 증가시키는 경우 (이 실시예에서는 15V로), 또 다른 스위칭 작용이 수득되었고 (M2→M3), 이는 도 7의 다이어그램에 도시된 바와 같이 광의 완전한 소멸을 일으킨다. 이러한 제 2 스위칭 단계 M2→M3의 경우, 혼합물의 낮은 포지티브 유전 이방성으로 인해, 네마틱상의 분자는 유리 기판(4, 20)의 표면에 수직하게 배향되는 경향이 있다 (호메오트로픽 배향).
셀 갭이 낮은 포지티브 유전 이방성과 네마틱의 키랄 스멕틱 표면층 중재된 스위칭의 한계 전압 보다 높은 유전 스위칭에 대한 한계 전압을 갖는 네마틱 액정(12)으로 충전되는 경우, 장치는 상기 기술된 2회의 스위칭 단계를 나타낸다. 제 1 스위칭은 키랄 스멕틱 중재된 인-플레인-스위칭의 한계 전압에 도달하고, 제 2 스위칭 단계는 전압이 유전 스위칭의 한계값을 초과하는 경우에 수득되어 네마틱의 호메오트로픽 배향을 일으켰다. 편광판을 적합하게 셋팅함으로써, 제 1 단계가 광을 부분적으로 소멸시킬 수 있고, 제 2 단계가 광을 완전히 소멸시킬 수 있게 된다. 이러한 2 단계 스위칭 모드는 그레이 스케일을 수득하는 데에 유용하였다.
실시예 8 (단일면 구체예)
도 8을 참조한다. 샘플 1에 따르면, 키랄 스멕틱층으로 덮어진 기판 중의 하나(4)만을 갖는 도 1b에 따른 셀(2)을 제조하였다. 표면 코팅은 90°1차 스위칭 (D1→D2)을 나타내었다. 나머지 기판(20)을 일방향으로 마찰시킨 폴리이미드로 덮어서, 기판(20)에 최근접한 벌크 분자의 표면 정렬 방향 D3를 유도시켰다. 셀 갭을 네마틱 혼합물(12)로 충전시켰다. 오프-상태(off-state)의 경우, 네마틱은 균일하게 평면적으로 배향되었다 (M1). 교차된 편광판(30, 32) 중의 하나(32)의 편광 평면을 네마틱 디렉터에 평행하게 셋팅함으로써, 셀(2)은 광을 E=0에서 소멸시켰다. 5V의 전압을 가하는 경우, 키랄 스멕틱층으로 덮어진 표면에서 정렬의 우선 방향의 90°스위칭 (D1→D2)이 수득되었고, 이는 벌크(12)에서의 유도된 90°트위스트 M1→M2를 일으켰다. 이러한 "온(on)" 상태의 경우, 장치(2)는 투광성이었다. 교차된 편광판(30, 32)의 또 다른 적합한 셋팅에 의해, "오프(off)" 상태는 전달성이 될 수 있다.
실시예 9 (원형광의 핸디드니스(handedness)의 스위칭)
도 9를 참조한다. 셀 파라미터는 λ/4 웨이브 플레이트 조건을 충족시키도록 선택하였다. 키랄 표면 코팅을 위한 물질은 90°의 1차 스위칭 각 (D1→D2)을 나타내도록 선택하였다. 셀을 편광판(30)의 전달 방향 주위에 대칭적으로 배치된 스위칭 상태를 갖도록 하면서 교차된 편광판 사이에 삽입시켰다. 그 후, 장치의 아웃풋(output)에서의 원형 편광된 광의 핸디드니스는 가해진 전기장의 극성에 좌우된다. 이러한 방식으로, 원형광의 핸디드니스의 신속한 스위치가 달성될 수 있다.
실시예 10
도 10을 참조한다. 이 실시예에 있어서, 셀(2)의 제 1 스위칭가능한 층(10)은 포지티브 자발적 편광 (Ps > 0)을 갖는 강유전성 액정을 포함하는 반면, 제 2 동적 표면 정렬층(14)은 네거티브 자발적 편광 (Ps < 0)을 나타내었다. 장치(2)를 공통축을 따라 정렬된 네마틱 물질(12)로 충전시켰다. 장치를 평행한 편광판(30 및 32) 사이에 정위시켰다.
장치 광학축을 편광판(30, 32)의 전달 방향에 대해 45°를 이루도록 배향시켰다. 표면의 1차 스위칭의 각이 45°인 경우, 강유전성 표면층(10 및 14)의 자발적 편광의 반대 부호로 인해, 가해진 전기장의 부호를 역전시키는 경우, 장치는 전달성(밝은) 트위스팅되지 않은 상태와 비전달성(어두운) 트위스팅된 상태 사이에서 스위칭될 것이다.
실시예 11
또 다른 실시예에 있어서, 셀을 실시예 10에 따라 제조하였지만, 벌크(12) 내의 액정은 45°의 분자 경사각을 갖는 비키랄성 스멕틱 C 였다. 이러한 셀의 전기광학적 스위칭은 실시예 10에 설명된 스위칭과 유사하였다.

Claims (46)

  1. 액정 벌크층과, 벌크층(12)의 표면 디렉터의 우선 배향을 수득하기 위해 벌크층(12)과 상호작용하는 동적 표면 정렬층(10)을 포함하는 액정 장치(2)로서, 전기장이 정렬층(12)과 상호작용하여 우선 배향을 변화시키도록 하는 방식으로 동적 표면 정렬층(10)이 전기장에 의해 직접 제어될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 액정 장치(2).
  3. 제 2항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)의 액정 물질이 스멕틱 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  4. 제 3항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)의 스멕틱 액정 물질이 정렬층과 평행하지 않게 배향된 스멕틱층을 제공함을 특징으로 하는 장치(2).
  5. 제 4항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)의 스멕틱층이 책꽂이 유사 구조(quasi-bookshelf structure)(QBS)로 배향됨을 특징으로 하는 장치(2).
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)의 스멕틱 액정 물질이 키랄 스멕틱 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  7. 제 6항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)의 키랄 스멕틱 액정 물질이 C* 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  8. 제 6항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)의 키랄 스멕틱 액정 물질이 A* 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  9. 제 2항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 정렬층(10)의 액정 물질의 표면 디렉터의 우선 배향을 수득하기 위해 동적 표면 정렬층(10)과 상호작용하는 별개의 정렬층(8)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  10. 제 9항에 있어서, 별개의 정렬층(8)이 장치(2)의 제한용 기판(4)의 표면 처리에 의해 생성된 정렬층과 같은 정적(non-dynamic) 정렬층임을 특징으로 하는 장치(2)
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)의 액정 물질이, 장치(2)의 제조 도중에, 액정 벌크층(12)을 장치(2) 내로 도입시키기 전에 별개의 정렬층(8)에 증착된 액정층을 구성함을 특징으로 하는 장치(2)
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 장치(2)의 기판에 영구적으로 부착됨을 특징으로 하는 장치(2).
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 쌍안정성 방식으로 전기장에 의해 직접 제어될 수 있음을 특징으로 하는 장치(2).
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 다중안정성 방식으로 전기장에 의해 직접 제어될 수 있음을 특징으로 하는 장치(2).
  15. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 아날로그 방식으로 전기장에 의해 직접 제어될 수 있음을 특징으로 하는 장치(2).
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 전기장에 대한 동적 표면 정렬층(10)의 반응이 강유전성, 반강유전성 또는 상유전성임을 특징으로 하는 장치(2).
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 장치(2)의 제조 도중에 UV 광을 사용하여 중합시킬 수 있는 물질에 의해 생성됨을 특징으로 하는 장치(2).
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 액정 벌크층(12)에 불용성임을 특징으로 하는 장치(2).
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)이 중합체 물질, 올리고머 물질 또는 단량체 물질로부터 생성됨을 특징으로 하는 장치(2).
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 전기장에 대한 액정 벌크층(12)의 반응이 강유전성, 반강유전성 또는 상유전성임을 특징으로 하는 장치(2).
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 벌크층(12)이 네마틱 액정, 스멕틱 액정 및 디스코틱 액정으로 구성된 군으로부터 선택된 액정 물질을 포함함을 특지으로 하는 장치(2).
  22. 제 21항에 있어서, 벌크층(12)이 벌크층(12)내에 네마틱 디렉터의 트위스팅된 배열을 갖는 네마틱 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  23. 제 21항에 있어서, 벌크층(12)이 벌크층(12)내에 네마틱 디렉터의 트위스팅되지 않은 배열을 갖는 네마틱 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  24. 제 21항에 있어서, 벌크층(12)이 벌크층(12)내에 스멕틱 디렉터의 트위스팅된 배열을 갖는 스멕틱 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  25. 제 21항에 있어서, 벌크층(12)이 벌크층(12)내에 스멕틱 디렉터의 트위스팅되지 않은 배열을 갖는 스멕틱 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  26. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 벌크층(12)이, 벌크층(12)의 제 1 면 상에 배열된 동적 표면 정렬층(10)과 벌크층(12)의 반대쪽 제 2 면 상에 배열된 정적 표면 정렬층(16) 사이에 제한되어 있음을 특징으로 하는 장치(2).
  27. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 전기장이 둘 모두의 정렬층(10, 14)과 상호작용하여 제 1면에 있는 벌크층(12)의 표면 디렉터의 우선 배향 뿐만 아니라 제 2면에 있는 벌크층(12)의 표면 디렉터의 우선 배향도 변화시키도록 하는 방식으로 공통의 전기장에 의해 직접 제어될 수 있는 두 개의 동적 표면 정렬층(10, 14) 사이에 제한되도록 벌크층(12)이 배열되는 형태로 또 다른 동적 표면 정렬층(14)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  28. 제 27항에 있어서, 제 1 동적 표면 정렬층(10)이 포지티브 자발적 편광 (Ps>0)을 나타내고, 제 2 동적 표면 정렬층(14)이 네거티브 자발적 편광 (Ps<0)을나타냄을 특징으로 하는 장치(2).
  29. 제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 벌크층(12)의 표면 디렉터의 우선 배향이 동적 표면 정렬층(10)에 평행하거나 본질적으로 평행함을 특징으로 하는 장치(12).
  30. 제 1항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서, 전기장이 동적 표면 정렬층(10) 뿐만 아니라 액정 벌크층(12) 상에 가해지는 경우, 액정 벌크층(12)도 전기장에 의해 직접 제어될 수 있음을 특징으로 하는 장치(2)
  31. 제 30항에 있어서, 벌크층(12)은 이것의 장 세기가 한계값을 초과하는 경우에만 전기장에 의해 직접 제어될 수 있고, 동적 표면 정렬층(10)은 장 세기가 한계값을 초과하지 않는 경우에도 직접 제어될 수 있음을 특징으로 하는 장치(2).
  32. 제 1항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 전기장을 동적 표면 정렬층(들)(10) 상에 가하기 위해 표면 전극과 같은 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  33. 제 32항에 있어서, 전기장이 동적 표면 정렬층(들)(10) 뿐만 아니라 벌크층(12) 상에도 가해지게 되도록 전기장을 가하는 수단이 배열됨을 특징으로 하는 장치(2).
  34. 제 32항 또는 제 33항에 있어서, 전기장을 가하는 수단이 매트릭스 어드레스 장치(2)를 형성시키기 위해 두 개의 교차 전극 그룹을 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  35. 제 1항 내지 제 34항에 있어서, 벌크 액정내에서의 디렉터의 방향 스위치 (M1→M2)를 광학적으로 가시적인 효과로 변화시키기 위해 하나 이상의 편광판(30, 32)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치(2).
  36. 액정 벌크층(12)을 두 개의 기판(4, 20) 사이에 끼워넣는 단계를 포함하여 액정 장치(2)를 제조하는 방법으로서, 동적 표면 정렬층(10)을 하나 이상의 기판(4, 20)의 내부 표면 상에 제공하는 단계를 특징으로 하며, 이렇게 제공된 동적 표면 정렬층(10)은, 전기장이 정렬층(10)과 상호작용하여 벌크층(12)의 표면 디렉터의 우선 배향을 변화(M1→M2)시키도록 하는 방식으로, 전기장에 의해 직접 제어될 수 있는 방법.
  37. 제 36항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)을 제공하는 단계가 하나 이상의 기판(4, 20)의 내부 표면을 액정 물질로 코팅시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 키랄 스멕틱 액정이 동적 표면 정렬층(10)을 형성시키기 위해 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 37항 또는 제 38항에 있어서, 키랄 스멕틱 액정이 책꽂이 유사 기하학적 형태로 배열됨을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 37항 내지 제 39항 중 어느 한 항에 있어서, 키랄 스멕틱 액정이 자외선의 작용에 의해 중합됨을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 37항 내지 제 39항 중 어느 한 항에 있어서, 키랄 스멕틱 액정이 온도의 작용에 의해 중합됨을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 37항에 있어서, 키랄 스멕틱 액정이 기판에 영구적으로 부착됨을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 36항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 표면 정렬층(10)을 제공하는 단계가,
    내부 표면을, 물질내의 분자가 광에 의해 정렬될 수 있을 뿐만 아니라 중합될 수 있다는 점에서 광반응성인 물질로 코팅시키는 단계,
    물질을 광에 노출시킴으로써 물질내의 분자를 우선 방향으로 정렬시키는 단계,
    이렇게 정렬된 물질을 중합시켜서, 중합된 물질이 동적 표면 정렬층(10)을 형성하도록 하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  44. 액정 장치(2)의 액정 벌크층(12)에서의 인-플레인(in-plane) 스위칭을 달성하는 방법으로서, 전기장에 의해 제어될 수 있고 벌크층(12)과 상호작용하는 동적 정렬층(10)을 벌크층(12)과 접촉하는 형태로 제공하는 단계, 및 전기장을 동적 정렬층(10) 상에 가하여 동적 정렬층(10)의 방향을 변화시킴으로써 벌크층(12)의 1차 표면 스위칭 (D1→D2)을 발생시키고 차례로 1차 표면 스위칭은 벌크층(12)내에서 유도된 인-플레인 벌크 스위칭 (M1→M2)를 발생시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  45. 전기장을 제 1 액정층(10) 상에 가함으로써 인접한 제 2 액정층(12)의 표면 디렉터를 제어하기 위한 제 1 액정층(10)의 용도.
  46. 제 45항에 있어서, 제 1 액정층(10)과 제 2 액정층(12)이 상이한 액정 물질또는 유사한 액정 물질을 포함함을 특징으로 하는 용도.
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