KR20010090771A - 카이럴스멕틱액정소자 - Google Patents

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KR20010090771A
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무나가따히로히데
니시다나오야
아사오야수후미
노구치고지
이소베류이찌로
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미다라이 후지오
캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 카이럴스멕틱액정소자는 고온쪽으로부터 등방성액체상(Iso), 콜레스테릭상(Ch), 카이럴스멕틱상(SmC*) 또는 등방성액체상(Iso), 카이럴스멕틱상인 상전이계열을 나타내는 카이럴스멕틱액정과, 액체에 전압을 인가하기 위한 전극 및 액정을 배향하기 위한 일축배향축을 포함한다. 기판중 적어도 하나에는 편광판이 설치되고, 1쌍의 기판은 대향하도록 배치되어 상기 기판중 적어도 하나에 있는 대응하는 전극과 접속된 능동소자를 각각 가지는 복수의 화소를 형성한다. 상기 액정소자는 또, Tc±2℃(여기에서 Tc는 Ch~SmC*또는 Iso~SmC*의 상전이온도를 나타냄)의 온도범위에서 외부전계가 인가되지 않은 조건하에서 1쌍의 기판 사이에 100㎷ 이상의 전위차를 부여하는 수단을 포함한다.

Description

카이럴스멕틱액정소자{CHIRAL SMECTIC LIQUKID CRYSTAL DEVICE}
본 발명은 플랫패널 디스플레이, 프로젝션 디스플레이, 프린터 등의 라이트밸브에 사용하는 카일럭스멕틱액정소자와 액정소자 또는 표시패널을 사용하는 액정장치에 관한 것이다.
지금까지 사용되온 네마틱액정표시소자의 한 형태로써는, 각 화소에 능동소자(예를들면, 박막트랜지스터(TFT))를 가진 액티브매트릭스형 액정소자가 알려져 왔다.
TFT를 사용하는 이러한 액티브매트릭스형 액정소자에 사용되는 네마틱액정재료로써는, M.Schadt 와 W. Helfrich의 저서 "Applied Physics Letters," Vol. 18, No. 4(February 17, 1971), pp.127-128에 기재된 바와같이 트위스티드 네마틱(TN)액정이 현재 널리 사용되고 있다.
최근, 소자의 세로방향으로 인가되는 전계를 이용하는 인-플래인 스위칭 모드(In-Plane Switching mode)와 수직배향모드의 액정소자가 제안되어 있고, 이와같이 하여, 종래 액정표시에 있어서 결점이었던 시야각 특성을 향상시키고 있다. 따라서, 네마틱액정재료를 이용하는 TFT형 액정소자에 적합한 여러가지 액정모드가 있다. 그러나, 어느 모드에 있어서도, 이 네마틱액정표시소자는 수십밀리초(millisecond)이상의 느린 응답속도의 문제점에 직면해 있다.
이와 같은 종래형의 네마틱액정소자의 응답특성을 개선하기 위하여, 숏피치형(short pitch type)의 강유전성액정, 고분자안정형 강유전성액정 또는 임계치(전압)를 나타내지 않는 반강유전성액정과 같은 특정의 카이럴스멕틱액정을 사용하는 몇몇 액정소자가 제안되어 있다. 이들 소자는 충분히 실용화되어 있지는 않지만, 밀리초 이하의 오더(order)의 고속응답성이 실현되는 것으로 보고되고 있다.
카이럴스멕틱액정소자에 대해서는, 우리 리서치 그룹이 미국특허출원 09/338426호 (일본국공개특개공보 (JP-A) 2000-338464호에 대응) 또는 일본국공개특개공보 2000-010076호에서와 같은 액정소자를 제안하고 있으며, 여기에서 카이럴스멕틱액정은 고온쪽으로부터 등방성액체상(Iso)-콜레스테릭상(Ch)-카이럴스멕틱 C상(SmC*) 또는 Iso-SmC*인 상전이계열을 가지며, 액정분자는 가상코운(vitrual cone)의 에지부 또는 에지내에서의 위치에서 단안정화 된다. Ch-SmC*또는 Iso-SmC*의 상전이 동안, 예를들면 1쌍의 기판사이에 1극성(+ 또는 -)의 DC전압을 인가해서 액정분자층을 균일하게 배향하게 해서 고속응답성과 계조제어성능을 향상시키고, 높은 양산성과 함께 동화상화질에 우수한 고휘도액정소자를 실현한다. 이러한 형태의 액정소자는, 사용되는 액정재료가 종래의 카이럴스멕틱액정소자에 비해서 상대적으로 작은 자발분극치를 가지기 때문에, 능동소자와 조합하여 사용하면 좋다. 일본국공개특허공보 2000-010076호에 기재된 액정소자는 히스테리시스가 더욱 적고 안정된 계조(반계조)표시를 실현할 수 있다.
상기한 바와같이, 종래의 네마틱액정소자의 문제를 해결하는, 즉 응답속도를 개선한다는 의미에 있어서, 카이럴스멕틱액정을 사용하는 실용적인 액정소자, 특히우리의 리서치그룹에 의해 제안된 바와같은 단안정액정소자의 실현이 고속응답성과 양호한 계조표시성능을 가진 진보된 표시에서의 사용을 위해 기대된다.
그러나, 상기한 단안정화된 액정소자에 있어서는, 액정이 셀에 주입된 후에, (초기의)배향단계동안 균일한 층(형성) 방향을 가진 액정분자를 제공하기 위하여, 액정에 DC전압인가처리를 하는 것이 요구된다.
그 결과, 액정소자의 제조를 위하여, DC전압을 인가하면서 액정소자를 냉각시키는 부가적인 공정이 요구된다. 또, 액정소자에 사용되는 액정이 외부전계의 인가가 없는 조건하에서 콜레스테릭상으로 일단 위치하면, 다시 DC인가처리를 할 필요가 있다. 따라서, 상기 액정소자의 보존상한온도는 (Ch)(또는 Iso)~ SmC*의 상전이온도(Tc) 이하로 된다는 문제점이 상기 액정소자에 실질적으로 수반된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 액정에 정상적(定常的)인 전계를 인가하도록, 예를들면 1쌍의 기판의 대향하는 표면의 재질 및 /또는 막구조를 변화시키는 것에 의해 1쌍의 기판사이에 표면전위차를 부여하는 것을 고려할 수 있다.
그러나, 이러한 정상적인 전계의 인가가 액정소자의 동작온도로 계속되면, 액정소자는 비대칭적인 구동특성을 나타내고, 장기간 구동시에 이미지 메모리
(image memory) (sticking) 현상을 야기한다.
본 발명의 주목적은 상기 문제점을 해결한 카이럴스멕틱액정소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 구체적인 목적은, 외부전계무인가상태하에서 TC(Ch(Iso)-SmC*상전이온도)의 근처에서 균일한 스멕틱층(형성)방향을 제공하는 데 충분한 1쌍의 기판사이의 전위차와, 동작온도에서 이미지 메모리등에 의한 구동특성의 열화를 야기하지 않도록 충분히 작은 기판사이의 전위차를 양립해서 확보하는 것에 의해 콜레스테릭(또는 등방성)상으로 되어도, 외부전계무인가의 상태에서 냉각작용에 의해 균일한 스멕틱(형성)방향을 가진 배향상태를 재현할 수 있는 보존온도상한이 없는 카이럴스멕틱액정소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 카이럴스멕틱액정소자를 구동하는 구동수단과 조합하여 카이럴스멕틱액정소자를 사용하는 액정장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 액정소자의 실시예의 개략적 단면도,
도 2는 구동수단(회로)와 접속된 본 발명의 액정소자의 액티브매트릭스기판의 개략적 평면도,
도 3은 도 2에 도시한 액정소자의 1화소부분의 개략적 단면도,
도 4는 도 3에 표시한 1화소부분의 등가회로,
도 5는 도 2-4에 도시한 액정소자의 구동파형에 관한 타임챠아트이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
20: 액티브매트릭스기판 21: 기판
22: 게이트전극 23: 절연막(게이트절연막)
24: a-Si층 25, 26: n+a-Si층
27: 소스전극 28: 드레인전극
29: 채널보호막 30: 유지용량전극
31: 액정용량 32,42: 공통전극
40: 대향기판 41: 유리기판
43a, 43b : 배향막 49: 액정층
80: 액정소자 81a, 81b: 기판
82a, 82b: 전극 83a, 83b: 절연막
84a, 84b: 배향제어막 85: 액정
86: 스페이서 87a, 87b: 편광판
88: 표면전위온도특성조정막 91: 주사신호 드라이버 92: 정보신호 드라이버 94: 박막트랜지스터 95: 화소전극 99: 패널부
본 발명에 따르면, 고온쪽으로부터 등방성액체상(Iso), 콜레스테릭상(Ch), 카이럴스멕틱 C상(SmC*) 또는 등방성액체상(Iso), 카이럴스멕틱 C상(SmC*)인 상전이계열을 나타내는 카이럴스멕틱액정과,
액정에 전압을 인가하는 전극과 액정을 배향하는 일축배향축이 각각 설치된 1쌍의 기판이고, 상기 기판중 적어도 하나에는 편광판이 설치되고 상기 1쌍의 기판은 액정을 협지하도록 대향배치되어서 상기 기판중 적어도 하나에 있는 대응전극과 접속된 능동소자를 각각 가진 복수의 화소를 형성하는 1쌍의 기판으로 이루어지고,
또한, Tc±2℃(Tc는 Ch~SmC*또는 Iso~SmC*의 상전이온도를 나타냄)의 온도범위에서 외부전계무인가의 조건하에서 100㎷ 이상의 상기 1쌍의 기판사이의 전위차를 제공하는 수단을 포함한다. 100㎷ 이하에서는 상기 총 방향은 불균일해지기 쉽다.
액정소자에 있어서는, 상기 수단은 외부전계무인가의 조건하에서 적어도 10-50℃의 온도범위에서 100㎷ 이하의 상기 기판사이의 전위차를 제공하는 것이 바람직하다. 100㎷ 이상에서는, (비대칭의)DC바이어스 인가에 의한 이미지 메모리가 야기되기 쉽다.
상기한 경우에 있어서는, 더욱 균일한 층방향을 제공하기 위하여는, Tc±2℃에서의 온도범위에서의 전위차가 150㎷~3V 인것이 바람직하다.
본 발명의 액정소자에 있어서는, 상기한 수단은, 상기 1쌍의 기판의 대향하는 표면의 적어도 하나에 설치될 때, 10-75℃의 온도범위, 더욱 바람직하게는 10-50℃의 온도범위에서 기판사이에 150㎷ 이상의 전위차를 제공하는 적어도 하나의 재료로 형성된 막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기한 액정소자와 이 액정소자를 구동하는 구동수단중 어느 하나에 따른 액정소자로 이루어진, 액정장치도 제공한다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점 등은 유첨도면과 함께 다음의 본 발명의 바람직한 실시예를 고려하면 더욱 명백해질 것이다.
이하 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 우리의 의도를 20℃~70℃의 온도변화에 따라서 150㎷ 이상의 표면전위차를 제공하는 고저항재료로 지향시킴으로써 이루어졌다.
본 발명에 따른 카이럴스멕틱 액정소자에 있어서는, 외부전계무인가의 조건하에서 1쌍의 기판 사이에 100㎷ 이상의 표면전위차가 표면전위 부여수단에 의해 확보되며, 이에 의해 액정소자의 온도가 Ch(Iso)-SmC*상전이온도(Tc) 이상으로 증가해도, (Tc)이하에서의 스멕틱액정분자의 균일한 층 형성방향을 가진 배향이 재현되고, 이와같이 하여 액정소자에 있어서의 보존온도(Tc에 대응)의 상한이 없어진다. 상기 액정소자에 있어서는, 동작온도범위에서의 상기 기판사이의 전위차가 감소하고, 따라서 이미지 메모리의 발생과 같은 특성상의 열화를 억제한다.
본 발명에 있어서는, 외부전계무인가상태에서 액정소자온도가 Ch(Iso)상온도 까지 증가할 때에도 (Tc)의 근처에서 균일한 층방향(액정분자의)을 제공하기에 충분히 크고, 액정소자의 동작온도(실제 구동온도)에서의 구동특성의 열화를 야기하지 않도록 충분히 작도록 1쌍의 기판 사이의 전위차를 최적화함으로써, 외부전계무인가의 상태에서 냉각에 의해 균일한(배향) 스멕틱층(형성)방향을 가진 배향상태를 재현하는 것이 가능해진다. 그 결과, 상기 액정소자는 보존온도의 상한이 없고, 연속적인 DC성분의 인가에 의한 구동특성의 열화를 발생하기 어려워진다.
본 발명에 있어서는, 1쌍의 기판사이의 전위차를 제어하기 위해 배향막, 배향막 밑의 전위조정층 및 상기 기판중 하나의 기판의 온도 특성을 단일 또는 조합하여 적절하게 제어가능하다.
바람직한 실시예에 있어서는, 상기한 액정소자는 사용되는 카이럴스멕틱액정소자의 배향상태가 시간에 따라 적절하게 변화하는 연속하는 프레임기간(1초당)에있어서의 (컬러)화상을 표시하기 위해 구동된다.
본 발명에서 사용되는 카이럴스멕틱액정소자는 상기한 바와같이 외부전계무인가 상태하에서 단안정 상태로 위치한다.
상기 카이럴스멕틱액정소자는 상기한 일본국 공개특허공보 2000-338464호 및 동 2000-010076호에 기재된 것으로, 상기 액정소자는 고온쪽으로부터 등방성액체상(Iso)-콜레스테릭상(Ch)-카이럴스멕틱 C상(SmC*) 또는 Iso-SmC*인 상전이계열을 가지고, 상기 액정분자는 가상의 코운의 에지위치 또는 에지내부의 위치에서 단안정되며, 이와같이 하여 메모리상태가 없는 SmC*의 배향상태를 실현한다.
본 발명에서 사용되는 카이럴스멕틱액정은, 상기한 바와같이 고온쪽으로부터 Iso-Ch-SmC*또는 Iso-SmC*의 상전이계열을 가지고, 이와같이 하여 스멕틱 A상(SmA)을 필요로 한다(이것은 통상의 카이럴스멕틱액정재료에 있어서 일반적으로 확인된다).
카이럴스멕틱액정은 복수의 액정재료, 예를들면 비페닐을 포함하는 탄화수소형 액정재료, 페닐시클로헥산 에스테르 또는 페닐-피리미딘 스켈톤으로부터 선택된 복수의 액정재료와, 나프탈린형 액정재료와 불소함유액정재료를 혼합함으로써 작성된 액정조성인 것이 바람직하다.
액정소자에 사용되는 카이럴스멕틱 액정으로써의 액정조성은 다음식 (1), (2), (3), (4)로 각각 표현되는 적어도 2개의 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기에서, A는또는, R1및 R2는 치환기를 가져도 되는 1-20의 탄소원자수를 가진 직쇄 또는 분기알킬기, X1및 X2는 단결합 O, COO, 또는 OCC, Y1, Y2, Y3및 Y4는 H 또는 F, n은 0 또는 1이다.
여기에서 A는또는, R ,R1는 치환기를 가져도 되는 1-20의 탄소원자수를 가지는 직쇄 또는 분기알킬기, X1및 X2는 단결합 O, COO 또는 OOC, Y1, Y2, Y3및 Y4는 H 또는 F이다.
여기서, A:
또는 ,, R1및 R2는 치환기를 가져도 되는 1-20의 탄소원자수를 가지는 직쇄 또는 분기알킬기, X1, X2는 단결합 O, COO 또는 OOC, Y1, Y2, Y3및 Y4는 H 또는 F이다.
여기에서, R1및 R2는 치환기를 가져도 되는 1-20 탄소원자수를 가지는 직쇄 또는 분기알킬기, X1및 X2는 단결합 O, COO 또는 OOC, Y1, Y2, Y3및 Y4는 H 또는 F이다.
이하 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 액정소자의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정소자(80)의 개략적단면도이다.
도 1을 참조하면, 액정소자(80)는, 1쌍의 기판 (81a) 및 (81b)과, 상기 기판 (81a), (81b)상에 각각 배치된 전극 (82a) 및 (82b)과, 상기 전극(82a) 및 (82b)상에 각각 배치된 절연막(83a) 및 (83b)과, 상기 절연막(83b)상에 배치된 표면전위조정막(88)과, 상기 절연막(83a) 및 표면전위조정막(88)상에 각각 배치된 배향제어막 (84a) 및 (84b)과, 상기 배향제어막 (84a) 및 (84b)사이에 배치된 카이럴스멕틱액정(85)과, 상기 배향제어막(84a) 및 (84b) 사이에 액정(85)과 함께 배치된 스페이서(86)와, 상기 1쌍의 기판 (81a) 및 (81b)을 협지하는 1쌍의 직교-니콜편광판(87a) 및 (87b)(직각으로 교차하는 편광축을 가진)를 포함한다.
기판 (81a) 및 (81b)의 각각은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명재료로 이루어지고, 액정(85)에 전압을 인가하기 위한 예를들면 In2O3또는 ITO(산화인듐주석)의 복수의 스트라이프전극으로 도포되어 있다. 이들 전극은 (도트)매트릭스형태로 배열되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서는, 후에 기술한 바와같이, 기판 (81a) 및 기판 (81b)중의 하나에는 도트형상의 투명전극이 화소전극으로써 매트릭스형태로 배치되어 있고, 상기 화소전극의 각각은 TFT(Thin Film Transister) 또는 MIM(Metal-Insulator-Metal)등의 스위칭 또는 능동소자에 접속된 매트릭스전극구조가 형성되어 있고, 다른 하나의 기판에는 그 전체면에 또는 소정의 패턴으로 대향(공통)전극이 형성되어 있으며, 이와같이 하여, 액티브매트릭스형 액정소자를 구성하고 있다.
전극(82a) 및 (82b)상에는, 소망에 따라서 단락의 발생을 방지하는 기능을 가진 예를들면 SiO2, TiO2또는 Ta2O5등의 절연막(82a) 및 (82b)이 배치되어 있다.
본 실시예에 있어서는, 절연막(13b)상에 표면전위조정막(88)(기판(81a) 및 (81b)사이의 전위차를 조정하기 위한)이 배항제어막(14b)의 기반층으로써 형성되어 있다. 표면전위조정막(88)은 1쌍의 절연막(13a) 및 (13b)의 양쪽 위에 형성된다.
표면전위조정막(88)으로써는, 예를들면 폴리아미드 또는 폴리이미드 등의 배향제어막 (84a) (84b)용 재료보다 더 낮은 분산 term을 가진 막(절연 매트릭스재료)을 주성분으로써 사용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 사다리형 폴리실옥산 또는 유기 화합물-변형 실리카의 막을 사용하는 것이 가능하다.
표면전위조정막(88)은 1.0×104∼1.0×1010Ω.㎝의 체적저항률을 가지는 것이 바람직하다.
표면전위조정막(88)으로써는, 절연매트릭스(바인더)와 미세입자(상기한 전기적특성(체적저항률, 표면전위)을 더욱 적합하게 제어하기 위하여 분산된 도전성 미세입자)로 이루어진 막을 사용하는 것이 가능하다.
그 예로써는, SiOx, TiOx, ZrOx, 또다른 용융 가능한 무기산화물, 및 실란폴리머와 같은 폴리머로 이루어진 막, 바람직하게는 도포형 막과, 막의 특성과 저항률을 제어하기 위해 분산된, ZnO, CdO 및 ZnCdOx와 같은 2족원소산화물 및 GeO2, SnO2, GeSnOx, TiO2, ZrO2, TiZrOx와 같은 Ⅳ족 원소산화물을 포함하는 산화물과 Si, SiC와 같은 Ⅳ족 반도체의 미세입자를 포함한다.
상기 미세입자에 첨가되는 도전률제어불순물의 예로써는, 상기 2족원소산화물에 대해서는, B, Al, Ga, In과 같은 3족원소로 이루어진 n형불순물(도우너: 전자 전도도를 향상시키는 불순물)과 Cu, Ag, Au, Li과 같은 Ⅰ족 원소로 이루어진 불순물 (억셉터: 호울전도도를 향상시키는 불순물)을 각각 포함하고, Ⅳ족 원소산화물 또는 반도체에 대해서는, P, As, Sb, Bi과 같은 Ⅴ족원소로 이루어진 n형 불순물과 B, Al, Ga, In과 같은 Ⅲ족원소로 이루어진 P형 불순물을 각각 포함한다.
전위차조정막에 이러한 불순물을 첨가하는데 있어서 고려할 사항으로써는, 도우너는 전위차조정막을 가진 기판이 양의 표면전위를 가진 경우에 첨가되고, 억셉터는 음의 표면전위의 경우에 첨가되는 것이다. 불순물의 농도는 재료의 종류(미세입자, 불순물의 조합)와 결정상태(결정결함밀도)에 따라서 다르나, 약 1.0×1011~ 1.0×1014atm/㎤의 자유전자 또는 자유호울농도를 제공하도록 결정되는 것이 바람직하다.
절연매트릭스재료로써, 다결정 또는 아몰퍼스재료를 사용하는 경우, 불순물은 그 첨가효율을 고려해서, 실제적으로는 1.0×1017~ 1.0×1020atm/㎤(매트릭스재료의 약 0.01~1%)의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다.
절연막(83a)과 전위조정막(88)상에는, 상기 배향제어막(84a)과 (84b)과 접촉하는 액정 (15)의 배향상태를 wp어하도록 배향제어막(14a) 및 (14b)가 배치되어 있다. 배향제어막(84a) 및 (84b)의 적어도 하나(바람직하게는 양쪽)에는 일축배향처리(예를들면, 러빙)가 행해진다. 이러한 배향제어막(84a)(84b)은, 유기재료막(폴리이미드, 폴리이미데아미드, 폴리아미드 또는 폴리비닐알콜과 같은)을 용매로 습식도포에 의해 형성하고, 이어서 소정의 방향으로 건조 및 러빙하거나 또는 산화물(예를들면, SiO) 또는 질화물이 기판에 대하여 소정의 각도로 경사방향으로 기판에 진공증착하도록 경사진공증착법에 의해 무기재료의 퇴적막을 형성해서 작성한다.
배향제어막(84a) 및 (84b)은, 재료와 처리조건(일축배향처리)을 변경함으로써 소정의 프레틸트각 (α)(배향제어막과 경계에서 액정분자와 배향제어막사이에서 형성되는 각도)로 상기 막 사이에 배치된 상기 액정(85)의 액정분자를 제공하기 위하여 적절하게 제어된다.
배향제어막 (84a) 및 (84b)의 모두에 일축배향처리(러빙)가 행해지는 경우에는, 각 일축배향처리(러빙)방향은 반평행관계, 평행관계 또는 교차관계로 적절히 설정된다.
셀갭이 사용되는 액정재료에 따라서 그 최적범위와 상한치가 다르기는 하지만, 균일한 일축배향성과 전압무인가시의 액정분자의 평균분자축이 평균일축배향처리축 또는 2개의 일축배향처리축의 2등분선과 거의 동일한 배향상태를 제공하도록, 기판 (81a) 및 (81b)은 바람직하게는 0.3~10㎛의 범위로 그 사이의 거리(즉, 셀갭)를 판별하기 위한 예를들면 실리카비즈(silica beads)로 이루어진 스페이서(86)를 개재해서 서로 대향 배치되어있다.
스페이서(86)이외에, 카이럴스멕틱액정의 내충격성과 기판(81a) 및 (81b)사이의 접착성을 향상시키기 위하여 기판(81a) 및 (81b)사이에 수지(예를 들면 에폭시수지)의 접착입자를 분산시키는 것도 가능하다.
그 조성을 조정하면서 카이럴스멕틱액정재료(85)를 사용하고, 또 액정재료처리, 재료를 포함하는 소자구조 및 배향제어막(84a) 및 (84b)의 처리조건을 적절히 조정해서 상기한 액정셀구조를 가진 액정소자를 작성할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 액정분자가 전계인가가 없는 경우에는 단안정화되는 평균분자축을 제공하도록 배향되고, 1극성(제 1극성)의 전압이 인가되는 경우에는, 인가전압의 크기에 따라서 단안정화위치의 평균분자축으로부터 연속적으로 변화하는 경사각을 제공하도록 전계무인가시의 평균분자축으로부터 1방향으로 경사지도록 하는 배향상태로 액정재료를 위치시키는 것이 바람직하다. 반면에, 다른 극성(즉, 상기 제 1극성에 반대되는 제 2극성)의 전압인가시에는, 액정분자는 인가전압의 크기에 따라서 전계무인가시의 평균분자축과 다른 방향으로 경사되고, 이와 같이 하여 반계조표시(halftone)(gradation)를 가능하게 한다. 또, 본 실시예에 있어서는, 단안정화위치에 의거해서 제 1극성전압인가시에 얻어지는 최대틸트각(β1)은 제 2극성전압의 인가시에 형성되는 최대틸트각(β2)보다 실질적으로 더 크다. 즉, β1>β2이다. 또, β2는 거의 0도이다. 즉, 평균분자축은 제 2극성전압의 인가시에는 거의 이동하지 않는다.
본 발명의 액정소자는 1쌍의 기판(81a) 및 (81b)중 하나에 적어도, 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터세그먼트(컬러부)로 이루어진 컬러필터를 설치함으로써 컬러액정소자로써 사용할 수 있다. 시분할(순차)방법으로 컬러혼합을 이루기 위하여 컬러광속을 내는 R광원, G광원, B광원으로 이루어진 광원을 연속적으로 절환함으로써 전체컬러표시를 행하는 것도 가능하다.
본 발명의 액정소자는 하나의 기판을 통해 입사하는 광(즉, 외부광원으로 부터의 광)을 광학적으로 변조하여 다른 기판을 통과하도록 1쌍의 기판(81a)이 1쌍의 편광판사이에 협지되도록 하는 광투과형이다. 본 발명의 액정소자는, 상기 기판(81a) 및 (81b)중 어느 하나에 반사판을 설치하거나 또는 그 자체가 반사재료로 형성되거나, 그 위에 반사부재를 가진 기판중 하나와 그 외부에 편광판이 설치된 다른 기판의 조합을 사용해서 반사형액정소자로 변형할 수 있고, 이와 같이 하여 입사광 및 반사광을 광학적으로 변조하고, 반사광이 광입사쪽의 기판을 통과하도록 한다.
본 발명에 있어서는, 상기한 액정소자를 이 액정소자에 계조신호를 공급하는 구동회로와 조합해서 사용함으로써, 전압인가시에 경사각이 인가전압에 따라서 평균분자축의(액정분자의) 단안정화위치로부터 연속적으로 변화하고, 인가전압에 따라서 대응발광량이 연속적으로 변화하도록 하는 상기한 배향특성에 의거해서 계조표시를 할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이 가능하다. 예를 들면, 1쌍의 기판중 하나로써, 구동회로(구동수단)와 조합하여 복수의 절환소자 예를 들면 TFT(Thin Film Transister)) 또는 MIM(Metal-Insulator-Metal)이 설치된 액티브매트릭스기판을 사용하는 것이 가능하며, 이와 같이 하여, 진폭변조에 의거해서 액티브매트릭스구동을 하여 아날로그계조방법으로 계조표시를 한다.
이러한 액티브매트릭스기판이 설치된 본 발명의 액정소자를 포함하는 액정표시장치의 실시예를 도 2~4를 참조하여 이하 설명한다.
도 2는 액정소자와 구동회로를 포함하는 이러한 표시장치의 개략적 평면도를 나타내며, 액티브매트릭스기판쪽위의 구조를 주로 예시한다.
도 2를 참조하면, 액정소자(패널)(90)는 주사신호드라이버(91)와 접속된 주사신호선(게이트선)(G1,G2,G3,G4,G5…)과 데이터신호드라이버(92)(구동수단)에 접속된 데이터신호선(소스선)(S1,S2,S3,S4,S5…)이 전기적으로 분리된 상태에서 각각 직교하도록 배치되는 구성을 포함하며, 이와 같이 하여 그의 각 교차점에서 복수의 화소를 형성한다. 각 화소에는 절환소자로써의 박막트랜지스터(TFT)(94)와 화소전극(95)이 설치되어 있다. 주사신호선(게이트)(G1,G2,…)은 TFT(94)의 게이트전극(도시되지 않음)과 각각 접속되어 있고, 데이터신호(소스)선(S1,S2,… )은 TFT(94)의 소스전극(도시되지 않음)과 각각 접속되어 있다. 화소전극(95)은 TFT(94)의 드레인전극(도시되지 않음)과 각각 접속되어 있다.
게이트전압은 예를 들면 선순차방법으로 주사선택을 행함으로써 주사신호드라이버(91)로 부터 게이트선(G1,G2,…)에 공급된다. 게이트선(96)의 이 주사선택과 동기해서, 신호선(S1,S2,…)에는 데이터신호드라이버로부터 각 화소에 대한 기록데이터에 의거해서 데이터신호전압이 공급된다. 이렇게 하여 공급된 게이트 및 데이터신호전압은 TFT(94)를 개재해서 각 화소전극(95)에 인가된다.
도 3은 도 2에 도시한 패널구조에 있어서 각 화소분(1비트분)의 단면구조를 도시한다.
도 3을 참조하면, 카이럴스메틱액정층(49)은 TFT(94)와 화소전극(95)이 설치된 액티브매트릭스기판 또는 평판(20)과, 공통전극(42)이 설치된 대향기판 또는 평판(40) 사이에 협지되어 있고, 이와 같이 하여 액정층(49)의 액정커패시터(C1c)(31)를 제공한다.
본 실시예에 있어서는, 액티브매트릭스기판(20)은 TFT(94)로써 아몰퍼스실리콘(a-Si)TFT를 포함하고, 상기 TFT는 다결정Si(p-Si)형이다.
TFT(94)는, 예를 들면 유리의 기판(21)상에 형성되고, 게이트선(G1,G2,…)(도 2에 도시됨)과 접속된 게이트전극(22)과, 게이트전극(22)에 형성된 예를 들면 질화실리콘(SiNx)의 절연막(게이트절연막)(23)과, 게이트절연막(23)상에 형성된 Si층(24)과, a-Si층(24)상에 형성되고 서로 간격을 두고 떨어져 있는 n+a-Si층(25) 및 (26)과, n+a-Si층(25)상에 형성된 소스전극(27)과, n+a-Si층(26)상에 형성되고 소스전극(27)으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 드레인전극(28)과, a-Si층을 부분적으로 덮는 채널보호막(29)과, 소스 및 드레인전극(27) 및 (28)을 포함한다. 소스전극(27)은 소스선(S1,S2,…)(도 2에 도시됨)과 접속되고, 드레인전극(28)은 투명도전막(예를 들면, ITO막)의 화소전극(95)(도 2)과 접속되어 있다. TFT(94)는 해당 게이트선의 주사선택기간동안 게이트전극(22)에 게이트펄스를 인가함으로써 "ON"상태로 위치하고 있다.
또, 액티브매트릭스기판(20)상에는, 유지 또는 축적커패시터를 구성하는 구조가 화소전극(95)과, 기판(21)상에 배치된 축적커패시터전극(30)과, 그 사이에 배치된 절연막의 일부에 의해 형성되어 있다. 구조(축적커패시터)(Cs)는 액정커패시터(31)와 평행하게 배치되어 있다. 축적커패시터전극(30)이 큰 면적을 가지는 경우에는, 개구율은 저하한다. 이러한 경우, 축적커패시터전극(30)은 투명도전막(예를 들면 ITO막)으로 형성된다.
액티브매트릭스기판(20)의 TFT(94) 및 화소전극(95)상에는, 예를 들면 액정(49)의 배향상태를 제어하기 위한 러빙에 의해 일축배향축이 설치된 배향막(43a)이 형성된다.
반면에, 대향기판(40)은, 기판(예를 들면, 유리기판)과, 전체기판(41)상에 배치되고 균일한 두께를 공통전극(42)과, 액정(49)의 배향상태를 제어하기 위해 공통전극(42)상에 배치된, 균일한 두께를 가진 배향막(43b)을 포함한다.
도 3에 도시한 상기 액정소자는 1쌍의 직교-니콜편광판(도시되지 않음)(서로 직교해서 배치된 편광축이 설치됨)사이에 협지되어 광투과형액정소자를 구성한다.
다음에, 액티브매트릭스기판(평판) 및 상기한 셀구조를 가진 액정소자를 이용한 통상의 액티브매트릭스구동방법의 예를 도 2 및 3과 함께 도 4 및 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 3에 도시한 액정소자의 각 화소부에 대한 등가회로의 예를 나타낸다.
도 5에 도시한 바와 같이, 각 화소에 대한, 이하 설명하는 본 발명에 사용되는 액티브매트릭스구동방법에 있어서는, 소정의 데이터를 표시하기 위한 1프레임기간은 각 소정의 화상에 대하여 복수의 필드기간(예를 들면, 도 5에서의 1F 및 2F)으로 분할 된다.
각 필드기간(1F) 및 (2F)에 있어서는, 각 필드기간동안 소정의 화상데이터에 따른 소정의 투과광량이 얻어진다. 또, 각 프레임기간에 있어서는, 소정의 화상을 제공하기 위하여 각 필드기간(1F) 및 (2F)에 있어서의 투과광량의 평균치가 얻어진다.
이하, 2필드기간으로 분할되는 프레임기간을 사용하는 액티브매트릭스구동방법과, 액정분자가 한쪽 극성전압의 인가하에서는 충분한 투과광량을 제공하고, 다른 극성의 전압인가하에서는 작은 투과광량을 제공하도록 배향되는 배향특성을 가진 액정재료(49)를 설명한다.
도 5는 각 화소와 접속된 하나의 게이트선(예를 들면 도 2에 도시한 G1)(주사신호선으로써)에 인가되는 (a)전압파형을 나타낸다.
액티브매트릭스구동방법에 의해서 구동되는 액정소자에 있어서는, 도 2에 도시한 게이트선((G1),(G2),…)는 각 필드기간(1F) 및 (2F)에 있어서 선순차방법으로 선택된다. 이 때, 해당게이트선과 접속된 각 게이트전극(22)에는 각 필드기간(예를 들면, 1F)의 선택기간(Ton)에 있어서 소정의 게이트전압(Vg)이 공급되고, 이와 같이 하여 TFT를 "ON"상태로 위치시킨다. 다른 게이트선이 선택되는 기간에 해당하는 비선택기간(Toff)에 있어서는, 게이트전극(22)에는 게이트전압(Vg)이 공급되지 않고, 이와 같이 하여, TFT(94)를 "OFF"상태(고저항상태)로 위치시킨다. 모든 선택기간(Ton)에 있어서, 소정의 동일한 게이트선이 선택되고, 해당 게이트전극(22)에는 게이트전압(Vg)이 공급된다.
도 (5)는 해당화소에 접속된 하나의 소스선(예를 들면 도 2에 도시한 S1)(데이터신호선으로써)에 인가되는 전압파형이다.
게이트전극(22)에 게이트전압(Vg)이 이 전압인가와 동기하여 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 각 필드기간(1F) 또는 (2F)의 선택기간(Ton)에 인가되면, 해당된 화소에 기록데이터(펄스)를 제공하는 소정의 전위를 가진 소정의 소스전압(데이터 신호전압)(Vs)이, 기준전위로써의 공통전극(42)의 전위(Vc)에 의거해서 화소와 접속된 신호선을 개재해서 소스전극(27)에 인가된다.
더 구체적으로는, 1프레임기간을 구성하는 제 1필드기간(1F)에 있어서, 사용되는 액정에 대한 전압-투과(V-T)특성에 의거해서 소망의 광학상태 또는 표시데이터투과를 제공하는 전위(Vx)(기준전위 Vc에 의거한)를 가진 정극성의 소스전압(Vs)이 해당된 소스전극(27)에 인가된다.
이때, TFT(94)는 "ON"상태에 있고, 이에 의해 소스전극(27)에 인가되는 정극성의 소스전압(Vx)이 드레인전극(28)을 거쳐서 화소전극(95)에 공급되고, 이와 같이 하여, 액정커패시터(C1c)(31)와 축적커패시터(Cs)(32)를 충전한다. 그 결과, 화소전극(95)의 전위는 정극성의 소스(데이터신호)전압과 동일레벨로 된다.
해당된 화소의 게이트선의 이어지는 비선택기간(Toff)에 있어서, TFT(94)는 OFF(고저항)상태에 있다. 이때(IF의 Toff에 있어서), 액정셀에 있어서, 액정커패시터(C1c)(31)와 축적커패시터(Cs)(32)는 선택기간(Ton)에 있어서 충전된 전하를 각각 그 안에서 유지하여 전압(Vx)을 유지한다. 그 결과, 해당된 화소의 액정층(49)에는 제 1필드기간(1F)을 통해서 전압(Vx)이 공급되어 거기에서 전압(Vx)에 따라서 소망의 광학상태(투과광량)를 제공한다.
액정의 응답시간이 게이트 "ON"기간보다 큰 경우에는, 액정커패시터(C1c)와 축적커패시터(Cs)(32)의 충전완료 후의 비선택기간(Toff)(게이트"OFF"기간)에 액정의 절환이 이루어진다. 이 경우, 커패시터에 축적된 전하는 자발분극의 반전에 의해 감소하여 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 액정층(49)에 인가되는 화소전압(Vpix)으로써 전압(Vd)만큼 전압(Vx)보다 작은 (정극성의)전압(Vx)가 된다.
그 후, 제 2(그 다음의)필드기간(2F)에 있어서, 제 1필드기간(1F)에 인가되는 소스전압(Vs)(=Vx)와 동일한 전위(절대치)를 가지나 반대의 극성을 가지는 음극성의 소스전압Vs(=-Vx)이 해당 소스전극(27)에 인가된다.
이때, TFT(84)는 "ON"상태에 있고, 이에 의해 음극성의 소스전압(-Vx)이 화소전극(95)에 공급되며, 이와 같이하여 액정커패시터(C1c)(31)와 축적커패시터(Cs)(32)를 충전한다. 그 결과, 화소전극(95)의 전위는 음극성의 소스(데이터신호)전압(-Vx)과 동일한 레벨로 된다.
그 후, 해당 화소의 게이트선에 대한 그 다음의 비선택기간(Toff)에 있어서, TFT(94)는 "OFF"(고저항)상태에 있다. 이 때(2F의 Toff에 있어서), 액정셀에 있어서, 액정커패시터(C1c)와 유지커패시터(Cs)(32)는 선택기간(Ton)에 충전된 전하를 각각 그 안에서 유지하여 (음극성의)전압(-Vx)를 유지한다. 그 결과, 해당 화소의 액정층(49)에는 제 2필드기간(2F)을 통하여 전압(-Vx)이 공급되어 전압(-Vx)에 따라서 소망의 광학상태(투과광량)를 얻는다.
액정의 응답시간이 게이트"ON"기간보다 큰 경우에는, 액정커패시터(C1c)(32)와 축적커패시터(Cs)(32)의 충전완료후의 비선택기간(Toff)(게이트"OFF"기간)에 액정의 절환이 이루어진다. 이 경우, 제 1기간(1F)에서와 마찬가지로, 커패시터에 축적된 전하는 자발분극(50)의 반전에 의해 감소하여 도 5에 도시한 바와 같이 액정층(49)에 인가되는 화소전압(Vpix)으로써 전압(Vd)만큼 전압(-Vx)보다 작은 (음극성의)전압(-Vx)으로 된다.
도 5는 해당화소에서의 실제광학응답의 예를 (d)에서 나타낸다.
도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 2기간 (1F) 및 (2F)을 통하여 인가된 전압은 제 1필드기간(1F)에서의 정극성전압(Vx')와 제 2필드기간(2F)에서의음극성전압(-Vx')(Vx'와 동일한 크기(절대치)를 가지는)으로 이루어진다. 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 제 1필드기간(1F)에 있어서는, 보다 높은 휘도 또는 투과광량이 제 1필드기간(1F)에서 얻어지지만, 제 2필드기간(2F)에 있어서는, β1>β2의 관계가 만족되기 때문에 0은 아니나 0에 가까운 낮은 휘도 또는 투과광량(Ty)이 얻어진다.
상기한 바와 같이, 액티브매트릭스구동방법에 있어서는, 카이럴스멕틱액정의 고속응답성에 의거해서 양호한 계조표시가 가능해진다. 또, 1프레임기간을 보다 높은 투과광량을 제공하는 제 1필드기간(1F)과, 보다 낮은 투과광량을 제공하는 제 2필드기간(2F)으로 분할함으로써 각 화소에서의 소정의 레벨의 계조표시를 연속적으로 행하고, 이와 같이하여, 50%이하의 시간개구율로 되어 동화상표시에 대하여 인간이 감지할수 있는 고속응답성을 향상시킨다. 또, 보다 낮은 투과광량을 제공하는 제 2필드기간(2F)에 있어서는, 투과광량은 액정분자의 작은 절환(반전)성능에 의해 완전히 0으로는 되지않고, 이와 같이하여 전체 프레임기간을 통하여 어떠한 인간이 감지할 수 있는 휘도를 확보한다.
상기 실시예에 있어서, 전압(Vx 또는 -Vx)의 극성은 매 필드기간(1F 또는 2F)마다 교호로 변화하고(즉, 각 필드기간마다 극성반전), 이에 의해 액정층(49)에 실제로 인가되는 전압은 연속적으로 교호로 변화하여 장기간 연속적인 표시동작에 사용되는 액정재료의 열화를 억제한다.
상기한 바와 같이, 상기한 액티브매트릭스구동방법에 있어서, 2개의 필드기간(1F) 및 (2F)으로 이루어진 각 프레임기간에 있어서, 투과광량은 (Tx)와 (Ty)의평균치에 해당한다. 따라서, 각 프레임기간에 있어서 보다 높은 투과광량을 얻기 위하여는, 제 1필드기간(1F)에 있어서 소정의 레벨만큼 (Tx)보다 높은 투과광량을 제공하는 소스(데이터신호)전압을 인가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 액정소자는, 소망하는 바와 같이, 액정소자를 컬러필터를 사용하지 않고 적어도 적(R), 녹(G), 청(B)의 복수의 컬러광원과 조합하여 사용하는 전체 컬러액정표시장치에 적용가능하고, 이와 같이 하여 시분할멀티플렉싱방법으로 컬러혼합을 한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거해서 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 1
다음의 화합물을 표시된 비율로 혼합하여 카이럴스멕틱액정조성(LC-1)을 조제하였다.
구조식 중량%
이와 같이해서 조제된 액정조성(LC-1)은 다음의 상전이계열과 물리적인 특성을 나타내었다.
상전이온도(℃)
(Iso: 등방성상, Ch: 콜레스테릭상
SmC*: 카이럴스멕틱 c상, Cry: 결정상)
자발분극(Ps): 2.9nC/㎠(30℃)
틸트각 ⓗ: 23.3°(30℃),AC전압=100㎐ 및 ±12.5V, 셀갭=1.4㎛)
층경사각 δ: 21.6도(30℃)
나선피치(SmC*): 20㎛이상(30℃)
여기에서 지칭되는 스멕틱층에서의 자발분극의 값(Ps), 틸트각ⓗ 및 층경사각(δ)는 다음과 같은 방법에 따라 측정된 값에 의거한다.
자발분극(Ps)의 측정
K: Miyasato el al에 의해 기술된 "Direct Method with Triangular Waves for measuring Spontaneous Polarization in Ferroelectric Liguid Crystal"(Japanese J.Appl.Phys.22,No.10,pp.L661-(1983))에 따라서 자발분극(Ps)을 측정하였다.
틸트각ⓗ의 측정
액정소자를 직각-직교니콜편광판 사이에 협지하고, 제 1흡광점(가장 낮은 투과율의 위치)과 제 2흡광점을 발견하기 위하여 광전자증배관(photomultiplier)(하마쯔 포토닉스 K.K.제)으로 소자를 통한 투과율을 측정하면서 소자의 상하기판사이에 ±12.5V~±50V와 1~100Hz의 AC전압인가하에 상기 편광판에 대하여 수평회전 시켰다. 틸트각(H)을 제 1 및 제 2흡광위치사이의 각의 반으로써 측정하였다.
액정층경사각(δ)의 측정
사용된 방법은, Clark and Largerwal(Japanese Display'86,Sept.30-Oct.2, 1986,p.p.456-458)에 의해 사용된 방법 또는 Ohuchi et al(J.J.A.P.,27(5)(1988),p.p.725-728)의 방법과 기본적으로 유사하다. 회전음극형 X-선 회절장치(MAC Science제)를 사용해서 측정을 하였고, 액정셀의 유리기판의 X-선흡수를 최소화하기 위하여 마이크로시트(Corning Glass Works제)를 기판으로써 사용하였다.
다음과 같은 방법으로 불랭크셀을 작성하였다.
1쌍의 유리기판중 하나가 복수의 a-Si TFT와 질화실리콘(게이트절연)막이 설치된 액티브매트릭스기판에 형성되고, 다른 유리기판(대향기판)에는 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터세그먼트를 포함하는 컬러필터가 설치되었다는 것 외에, 700Å두께의 ITO막의 투명전극이 각각 설치된 1쌍의 1.1mm두께의 유리기판이 제공되었다. 구조를 가진 이와 같이 작성된 블랭크셀(액티브매트릭스셀)은 다수의 화소(800×600×RGB)를 포함하는 10.4인치의 화상영역 크기를 가졌다.
상기 작성된 액티브매트릭스기판상에는 나이론(66)의 의산용액이(Toray K.K.제)이 스핀-코트법에 의해 도포되고, 이어서 180℃에서 1시간동안 열건조하여 500Å의 두께를 가진 나이론막을 형성하였다.
대향기판상에는, 혼합물용매(에탄올/헥실렌글리콜/메틸에틸케톤=55/40/5)중에 2 중량%의 실리콘산화물(40중량%의 사다리형 폴리실록산을 포함하는 SiOx폴리머로 이루어진)모재중에 3중량%의 SnOx미세입자(평균직경=약100Å)를 분산한 용액을 스핀-코트법에 의해 도포하고, 이어서 2000Å두께의 실리콘산화물(SnOx)을 형성하기 위해 200℃에서 1시간동안 소성하였다.
이와 같이하여 작성된 SnOx계 막상에, 나일론의 의산용액(액티브매트릭스기판의 나일론막을 형성하기 위해 사용된 것과 동일한)이 스핀-코트법에 의해 도포되고, 이어서 180℃에서 1시간동안 열건조하여 50Å두께의 나일론막을 형성하였다.
이와 같이하여 얻어진 나일론막의 각각에는 배향제어막을 형성하기 위하여 다음과 같은 조건하에서 나일론포로 러빙처리(비축배향처리)를 행하였다.
러빙롤러: 주위에 나일론포("NF-77",Teijin K.K제)가 감긴 85mm-직경의 롤러
가압깊이: 0.35mm
기판공급속도: 20cm/sec
회전수: 1000rpm
기판공급: 1회
그리고, 한쪽의 기판에는 실리카비즈(평균입자크기=1.5㎛)가 분산되었고, 다른 기판에는 에폭시수지의 접착입자(평균입자크기=약 5㎛)가 분산되었다. 이와 같이 처리된 한 쌍의 기판에는 실링제(에폭시수지)가 도포되어, 러빙처리축은 서로 평행하지만 반대 방향을 향하도록 되었으며(반평행관계), 그 후 경화를 위한 베이킹이 행해져서 균일한 셀갭을 가진 블랭크셀이 제조되었다.
액정성분 LC-1이 콜레스테릭상상태에 있는 상기 제조된 블랭크셀로 분사되어, 카이럴스멕틱C상를 형성하는 온도로 서서히 냉각되어서, 액정소자(패털)A가 제조되었다.
실시예 2
액정소자 B는, 대향기판의 나일론막의 두께(50Å)가 100Å로 변경된 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 제조되었다.
비교예 1
액정소자 C는, 대향기판의 SnOx계막(2000Å) 및 나일론막(50Å)이 500Å-두께의 나일론막(이것은 액티브매트릭스기판의 경우와 마찬가지로 제조되었음)으로 변경된 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 제조되었다.
비교예 2
액정소자 D는, 대향기판의 SnOx계막(2000Å) 및 나일론막(50Å)이 100Å-두께의 나일론막(이것은 액티브매트릭스기판의 경우와 마찬가지로 제조되었음)으로 변경된 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 제조되었다.
상기 제조된 4개의 액정소자 A,B,C 및 D(액정분사전의 그 블랭크셀에 대해서)의 각각에 전위차측정장치(애드번테스트사제의 모델 "R64521A")에 의해 Tc(Ch-SmC*상전이온도: 61.2℃) 및 30℃에서 전위차(액티브기판과 대향기판과의 사이)의 측정을 행했다.
또한, 액정소자 A,B,C 및 D의 각각은 다음과 같이 30℃에서 층(형성)방향의 비율 및 이미지 메모리로 평가되었다.
(층방향)
액정소자는 한쌍이 직교니콜편광판 사이에 끼워져서, 편광축이 가장 어두운 (블랙)상태를 형성하는 (액정분자의)층방향으로 배향되었다. 액정분자가 다른 층방향을 향하는 영역이 있으면, 이 영역에 광누설이 발생해서, 화이트상태를 형성하게 된다.
층방향은 전영역에 대한 블랙상태영역의 비율(%)(면적비)로서 평가되었다.
(이미지 메모리)
2개의 전극영역이 인접해서 배치되어, 테스트셀에 연결되었으며, 한 쪽의 전극영역은 통전되었으며, 다른쪽의 전극은 통전되지 않았다(흐르지 않았다). 소정의 시간 후, 2개의 전극영역에는 전압이 공급되었다(반계조상태를 형성하기 위해). 그 때, 2개의 전극영역 사이의 휘도차가 육안관찰에 의해 확인되었으며, 테스트셀은 이 셀에 이미지 메모리가 발생하도록 해서 평가되었다.
그 결과를 표 1에 표시한다.
실시예 번호 막구성 전위차 층방향비율(30℃)(%) 이미지메모리(30℃)
액티브매트릭스기판 대향기판 Tc에서 30℃에서
실시예 1 나일론(500Å) SnOx계(200Å)및 나일론(50Å) 150mV 20mV 99% 100시간 동안 발생없음
실시예 2 나일론(500Å) SnOx계(200Å)및 나일론(100Å) 110mv 50mV 95% 100시간 동안 발생없음
비교예 1 나일론(500Å) 나일론(500Å) 20mV 20mV 60% 100시간 동안 발생없음
비교예 2 나일론(500Å) 나일론(100Å) 70mV 150mv 70% 30시간 후발생
표 1에서 명백한 바와 같이, (본 발명에 따라서) Tc에서 100mV이상의 전위차를 형성하는 액정소자 A 및 B는 매우 높은 층방향비율(99% 및 95%)과 뛰어난 이미지 메모리방지성능을 표시했다.
한편, 액정소자 C(전위차 20mV)는 그 대칭적인 막구성에 의해 뛰어난 이미지 메모리방지성능을 표시했지만, 액정소자C는 불량한 착색제가 되게 하는 보다 작은 층방향비율(60%)을 표시했다.
액정소자 D(전위차 70mV)는 보다 작은 층방향비율(70%)과 불량한 이미지 메모리방지성능을 표시했다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 액정소자가 그 저장시에 일단 콜레스테릭(또는 등방성)상상태에 놓여지더라도, 액정소자는 카이럴스멕틱상상태로 복귀할 때 충분한 전위차(100mV이상)로 인해 균일한 스멕틱층(형성)방향을 가지게 된다. 그 결과, 본 발명의 액정소자는 보존온도의 상한치가 없어진다. 또한, 액정소자는 동작온도(예를 들면, 30℃)에서 보다 작은 전위차(100mV이하)를 표시하며, 따라서 이미지 메모리현상을 초래하는 DC전압성분의 연속적인 인가를 방지할 수 있다.
액정소자는 구동수단과 결합해서 구동과 표시성능이 뛰어난 액정장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 고온쪽으로부터 등방성액체상(Iso), 콜레스테릭상(Ch), 카이럴스멕틱C상(SmC*) 또는 등방성상(Iso), 카이럴스멕틱C상(SmC*)인 상전이계열을 나타내는 카이럴스멕틱액정과,
    액정에 전압을 인가하는 전극과 상기 액정을 배향하는 일축배방향축이 각각 설치된 1쌍의 기판으로써, 상기 기판중 적어도 하나에는 편광판이 설치되고, 상기 1쌍의 기판은 액정을 협지하도록 대향해서 배치되어 상기 기판중 적어도 하나에 있는 대응하는 전극에 접속된 능동소자를 각각 가진 복수의 화소를 형성하는 1쌍의 기판으로 이루어지고,
    상기 액정소자는 또 Tc±2℃(여기에서 Tc는 Ch~SmC*또는 Iso~SmC*의 상전이온도를 나타냄)의 온도범위에서 외부전계무인가의 조건하에서 상기 1쌍의 기판사이에 100mV이상의 전위차를 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 카이러스멕틱액정소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수단은 외부전계무인가의 조건하에서 적어도 10-50℃의 온도 범위에서 상기 기판사이에 100mV이하의 전위차를 제공하는 것을 특징으로 하는 카이럴스멕틱액정소자.
  3. 제 1항에 있어서, Tc±2℃의 온도범위에서의 상기 전위차는 150mV~3V인 것을 특징으로 하는 카이럴스멕틱액정소자.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 수단은 외부전계무인가의 조건하에서 적어도 10-50℃의 온도범위에서 상기 기판사이에 100mV이하의 전위차를 제공하는 것을 특징으로 하는 카이럴스멕틱액정소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 수단은, 상기 1쌍의 기판의 대향하는 표면중 적어도 하나에 설치되는 경우에, 적어도 10-75℃의 범위에서 상기 기판사이에 150mV이상의 전위차를 제공하는 적어도 하나의 재료로 형성된 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카이럴스멕틱액정소자.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 온도범위는 10-50℃인 것을 특징으로 하는 카이럴스멕틱액정소자.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 기재된 액정소자와 이 액정소자를 구동하는 구동수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 카이럴스멕틱액정소자.
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